JP2000213530A

JP2000213530A - 導電性ロ―ラ、電子写真カ―トリッジ、画像形成装置

Info

Publication number: JP2000213530A
Application number: JP11018141A
Authority: JP
Inventors: Manabu Nishikawa; 西川　　学; Kouichi Sakogawa; 佐子川　　広一; Akira Watanabe; 渡邉　　朗
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 1999-01-27
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、安価で性能の良好な導電性
ローラを提供することである。【解決手段】導電性のシャフト上に導電性の弾性層を
具備してなる導電性ローラであって、該導電性シャフト
が、鉄製または鉄含有率９０重量％以上の合金製であ
り、該弾性層が熱可塑性エラストマーを主成分とするこ
とを特徴とする導電性ローラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導電性ローラに関す
るものである。さらに詳しくは導電性シャフトと導電性
弾性層の材質を規定して得られる、ＯＡ機器部品、自動
車、家電部品、医療、食品用機器部品、電線、及び雑貨
等に利用できる導電性ローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで、ＯＡ機器部品の帯電ローラ、
転写ローラなどとして導電性ローラが幅広く用いられて
きた。このような導電性ローラの導電性弾性層は現在、
加硫ゴムにカーボンブラックなどの導電性付与剤を配合
したゴム組成物が広く使用されている。しかし、加硫ゴ
ムは製造時に加硫工程を必要とするため金属シャフトを
用いると錆が生じたり、加硫剤により腐食したりするた
め、錆や腐食の生じにくいＳＵＳなどの材質、具体的に
は、Ｃｒを１２〜１４重量％程度含むＳＵＳ３０４や、
Ｃｒを１８〜２０重量％程度含むＳＵＳ４１６等が用い
られていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、錆や腐食の生
じにくいＳＵＳなどの材質は非常に高価であるという問
題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく、鋭意検討した結果、導電性シャフトと導
電性弾性層の材質を特定することにより、安価で性能の
良好な導電性ローラを得られることを見出し、本発明に
到達した。即ち本発明の要旨は、導電性のシャフト上に
導電性の弾性層を具備してなる導電性ローラであって、
該導電性シャフトが、鉄製または鉄含有率９０重量％以
上の合金製であり、該弾性層が熱可塑性エラストマーを
主成分とすることを特徴とする導電性ローラに存する。
また、本発明の別の要旨は、導電性のシャフト上に導電
性の弾性層を具備してなる導電性ローラであって、該導
電性シャフトが、クロム含有率１０重量％以下の鉄合金
製であり、該弾性層が熱可塑性エラストマーを主成分と
することを特徴とする導電性ローラに存する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明につき詳細に説明す
る。 ○導電性シャフトこれまで、導電性弾性層を加硫ゴムを主成分として導電
性ローラを製造するに於いては、加硫工程時に高温高湿
環境下で導電性シャフトがさびてしまったり、加硫ゴム
に含まれる硫黄や過酸化物などの加硫剤が導電性シャフ
トを腐食させてしまうなどの問題点があった。そのた
め、導電性シャフトは腐食のしにくいＳＵＳなどの高価
な材質を使わざるを得なかった。しかし、本発明におい
ては加硫工程を経る必要のない、エラストマーを導電性
弾性層の主成分とすることにより、これまで実用できな
かった鉄または鋼などを導電性シャフトに用いても良好
な品質の導電性ローラを得ることができる。

【０００６】本発明に用いるシャフトの材質としては、
鉄または鉄の合金、鋼、鋳鉄等が挙げられ、鉄含有率９
０重量％以上の合金、クロム含有率１０重量％以下の鉄
合金カーボン含有鉄合金（鋼）が剛性等に優れるためよ
り好ましい。カーボンの含有量にも特に制限はないが、
０〜５重量％が好ましく、０．２５〜３重量％であれば
剛性や強度に優れるので特に好ましい。

【０００７】形状は、要求されるコストと剛性を勘案し
て中空とするかどうか、また、形状を中空とする場合は
その肉厚を決定すればよい。電子写真カートリッジよう
帯電ローラの場合は、通常中空でない。また、本発明に
於いては鉄の表面の一部または全部若しくは、少なくと
も電圧印加部を導電性金属でメッキした導電性シャフト
を用いることもできる。なお、電圧印加部とは一般に導
電性ローラに電圧を供給する部分をいう。

【０００８】メッキの目的は、製造後の保管時あるいは
使用中の錆の発生を防ぐことである。製造時に加硫工程
を経ないので製造直後は錆は発生しないが、保管時ある
いは使用中に高湿環境下にさらされると錆が発生するこ
とがあるからである。メッキする部分に特に制限はな
く、全表面でも一部でも問題はなく施すことができる。

【０００９】導電性ローラの使用環境が錆を発生させや
すい高温高湿環境下であれば全表面メッキが好ましい
が、そうでなければ、部分的にメッキで施しただけでも
良好に使用でき、且つ、メッキにかかるコストも安く抑
えられるので好ましく使用できる。部分的にメッキを施
す場合は、通常、導電性ローラに電圧を印加する部分、
具体的には導電性シャフトの片端部をメッキしておくと
電極との接触抵抗が低くなるので特に好ましい。メッキ
の種類としては導電性に優れ、錆びにくく、鉄に良好に
メッキできるモノであれば特に制限はなく、ニッケルメ
ッキ、クロムメッキ、スズメッキなどが良好に使用でき
る。

【００１０】○導電性弾性層本発明における導電性弾性層には成形後の加硫工程を必
要としない熱可塑性エラストマー主成分であれば、特に
制限はなく、汎用のスチレン系エラストマー、オレフィ
ン系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系
エラストマーから選ばれる１種あるいは複数種の熱可塑
性エラストマーを用いることができる。スチレン系エラ
ストマーの市販品としては、例えば、三菱化学（株）製
「ラバロンＴ３２０Ｃ、ラバロンＴ３３１Ｃ」等が挙げ
られる。

【００１１】オレフィン系エラストマーの市販品として
は、例えば、三菱化学（株）製の「サーモラン」、三井
石油化学工業（株）社製の「ミラストマー」、住友化学
工業（株）社製の「住友ＴＰＥ」、アドバンストエラス
トマーシステムズ社製の「サントプレーン」等として市
場より求めることができる。なお、「サントプレーン」
は、粒状の加硫ゴムを含有するが、加硫ゴムを含有する
熱可塑性エラストマーも、シャフトと一体に成形後に加
硫を必要としない材料である限り使用可能である。

【００１２】エステル系エラストマーの市販品として
は、例えば、東洋紡（株）製の「ペルプレン」、東レ・
デュポン（株）製の「ハイトレル」等として市場より求
めることができる。アミド系エラストマーとしては東レ
（株）製の「ペバックス」等として市場より求めること
ができる。

【００１３】これらの熱可塑性エラストマーに導電性を
発現する物質を混合することにより、導電性を発現する
ことができる。具体的には、イオン導電性物質や導電性
フィラーを使うことができるが、抵抗値の環境依存性の
少ない導電性フィラーがより好ましい。導電性フィラー
の種類に特に制限はなく、カーボンブラック、黒鉛、炭
素繊維等の炭素材料、アルミニウム、マグネシウム等金
属粉、金属繊維等の金属材料、表面処理された金属酸化
物粉等公知のものを用いることができるが、これらのう
ちでもカーボンブラックが最も好ましい。

【００１４】混合方法に特に制限はなく、一軸押出機、
二軸混練押出機、バンバリーミキサー、ロール、ブラベ
ンダー、プラストグラフ、ニーダーなどにより製造する
ことができる。なかでも二軸混練押出機により混合し、
ペレット化した後に成形に用いることが特に好ましく用
いられる。

【００１５】○導電性ローラの成形方法本発明の導電性ローラは導電性弾性層が熱可塑性エラス
トマーを主成分としているので一般的な押出成形、また
は射出成形などの熱溶融成形により良好に成形できる。
なかでも連続成形のできる押出成形がより好ましく成形
できる。押出成形の具体的な方法としては例えば、クロ
スヘッドダイを用いた押出機を用い、一方から芯金を挿
入し、一方から溶融させたベース層組成物を押し出して
一体化させる方法をあげることができる。

【００１６】○導電性ローラの用途本発明の導電性ローラの用途に特に制限はないが、電子
写真の帯電ローラ、転写ローラ、搬送ローラなどに好適
に用いることができ、なかでも帯電ローラとして特に好
適に用いることができる。なお、帯電ローラを組み込ん
だ電子写真カートリッジ、および画像形成装置として用
いることができる。

【００１７】

【実施例】

○導電性ローラの製造実施例１〜３原料成分を下記の比率の通りに二軸混練押出機「ＰＣＭ
４５」（池貝機販（株）製）を用いて混練造粒し、熱可
塑性エラストマーペレットを得た。（原料配合）スチレン系エラストマー；ラバロンＴ３３１Ｃ（三菱化学（株）製）８０重量部カーボンブラック；３０３０Ｂ（三菱化学（株）製）２０重量部上記ペレットをクロスヘッドダイを有するφ４０ｍｍ押
出機を用いて下記条件で成形し、導電性ローラを得た。

【００１８】（成形条件）使用シャフト材質；実施例１；鋼実施例２；鋼（片端面にニッケルメッキ）実施例３；鋼（全表面にニッケルメッキ）なお、実施例１〜３で用いた鋼とは、ＪＩＳＧ４０
５１機械構造用炭素鋼鋼材Ｓ４５Ｃである。又片端面に
は電圧印加部が含まれている（以下同じ）。

【００１９】使用シャフト形状；φ８ｍｍ、全長３４０ｍｍ成形温度；２１０℃ ローラ形状；シャフト上に３ｍｍ厚で成形（全体
の直径１４ｍｍ）比較例１〜３下記原料成分をバンバリーミキサーで分散練りし、混練
り品を得た。（混練り品原料）ＥＰＤＭ；ＥＰＴ４０４５三井石油化学（株）製３５重量部複酸化物；ＺｎＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃ ３５重量部パラフィンオイル；プロセスオイルＰＷ３８０出光興産（株）製１０重量部カーボンブラック；３０３０Ｂ三菱化学（株）製２０重量部上記混練り品１００重量部に対し、下記加硫剤をオープ
ンロールにより分散練りし、未加硫練り生地を得た。

【００２０】（加硫剤）促進剤Ｍ；大内振興化学（株）製ノクセラーＭ１重量部硫黄２重量部上記未加硫混練り生地を押出成形機にてチューブ状に押
し出し成形し、得られたチューブをカッターにて３２０
ｍｍ長さに切断した。切断したチューブに仮シャフトを
挿入し、加硫トレイに装着し、直接蒸気加硫方式により
一次加硫を行った。（一次加硫条件；１０ｋｇｆ／ｃｍ
²、１４０℃、２０分）一次加硫後、さらに熱風炉で二次加硫を行った。（二次
加硫条件；１８０℃、１５分）次に、チューブから仮シャフトを引き抜き、下記シャフ
トをそれぞれ挿入し、直接蒸気加硫方式により三次加硫
を行った。（三次加硫条件；１８０℃、１５分）

【００２１】なお、比較例１〜３で用いた鋼とは、ＪＩＳＧ４０
５１機械構造用素鋼鋼材Ｓ４５Ｃである。形状；φ８ｍｍ、全長３４０ｍｍ三次加硫の終了した後、表面を研磨してφ１４ｍｍの導
電性ローラを得た。

【００２２】○成形直後の導電性ローラの抵抗測定導電性ローラの片端面に銅製の電極（直径１０ｍｍの球
状）を１００ｇｆの力にて接触させて、もう一方の電極
（直径１０ｍｍの球状）は１００ｇｆの力にてローラ表
面の１点に接触させ、電極間の抵抗値を測定した。印加
電圧は１００Ｖとした。また、成形直後の導電性ローラ
に於いて、非被覆部のシャフト表面（特に電極を当てる
片端面）に、錆が発生している場合は、片端面の錆をヤ
スリにて除去した後、再度抵抗値測定を実施した。

【００２３】○環境試験後の抵抗値測定導電性ローラを、５０℃、９０％Ｒｈ、３０日間の条件
で放置し、しかる後、抵抗値測定を実施した。環境試験
により電極を当てるべき部分に錆が発生した導電性ロー
ラに於いては、錆の除去前後でそれぞれ抵抗値を測定し
た。

【００２４】○結果実施例１（鋼製シャフト、エラストマー製弾性層）成形直後の導電性ローラはシャフト表面に錆はなく、抵
抗値も１．４Ｅ＋０６Ωと良好な導電性を示した。導電
性ローラを帯電ローラとして画像形成装置に設置し画像
出力を行ったところ、良好な画像が出力できた。

【００２５】環境試験後の導電性ローラは、導電性電性
層のない非被覆部に錆が発生し、赤茶色に変色してい
た。抵抗値を測定したところ、測定領域よりも高い値を
示した。（１Ｅ＋１０Ω以上）シャフト表面と電極間の接触抵抗が錆で高くなったため
と考えられる。しかし、シャフトの端面をヤスリで磨
き、錆を除去した後抵抗を測定したところ、１．８Ｅ＋
０６Ωと成形直後とほぼ同等の抵抗値を示した。測定の
後、導電性弾性層を剥がし、シャフト表面を観察したと
ころ、被覆されていた部分に錆はなく、良好な表面が維
持されていたことが確認できた。

【００２６】実施例２（片端面ニッケルメッキ鋼製シャ
フト、エラストマー製弾性層）成形直後の導電性ローラはシャフト表面に錆はなく、抵
抗値も１．０Ｅ＋０６Ωと良好な導電性を示した。導電
性ローラを帯電ローラとして画像形成装置に設置し画像
出力を行ったところ、良好な画像が出力できた。環境試
験後の導電性ローラは、導電性弾性層のない非被覆部の
うち、非メッキ部に錆が発生し、赤茶色に変色していた
が、メッキ部には特に変化がなかった。シャフト端部の
メッキ部と導電性弾性層表面間の抵抗値を測定したとこ
ろ、１．２Ｅ＋０６Ωと成形直後とほぼ同等の抵抗値を
示した。

【００２７】実施例３（全表面ニッケルメッキ鋼製シャ
フト、エラストマー製弾性層）成形直後の導電性ローラはシャフト表面に錆はなく、抵
抗値も１．２Ｅ＋０６Ωと良好な導電性を示した。導電
性ローラを帯電ローラとして画像形成装置に設置し画像
出力を行ったところ、良好な画像が出力できた。環境試
験後の導電性ローラも、特に錆の発生はなかった。シャ
フト端部のメッキ部と導電性弾性層表面間の抵抗値を測
定したところ、１．１Ｅ＋０６Ωと成形直後とほぼ同等
の抵抗値を示した。

【００２８】比較例１（鋼製シャフト、加硫ゴム製弾性
層）成形直後の導電性ローラのシャフトは三次加硫の蒸気に
より僅かに錆が発生していた。抵抗値を測定したが、測
定可能領域より抵抗値が高く、測定できなかった。（１
Ｅ＋１０Ω以上）シャフトの端面をヤスリで磨き、錆を除去した後、抵抗
を測定したが、やはり、測定可能領域より抵抗値が高
く、測定できなった。導電性ローラを帯電ローラとして
画像形成装置に設置し画像出力を行ったところ、ほぼ全
面にわたり、黒色の画像が出力された。抵抗値が高くな
ってしまったために感光体への電荷の注入ができず、帯
電不良になったと考えられる。

【００２９】測定の後、導電性弾性層を剥がし、シャフ
ト表面を観察したところ、被覆されていた部分は焦げ茶
色に変色していた。加硫時の熱条件により、加硫ゴムに
含まれる硫黄などの加硫剤がシャフトの鋼を侵し、シャ
フト表面−弾性層内表面間の接触抵抗値を高くしたと考
えられる。

【００３０】比較例２（片端面ニッケルメッキ鋼製シャ
フト、加硫ゴム製弾性層）成形直後の導電性ローラのシャフトは非メッキ部は三次
加硫の蒸気により僅かに錆が発生していた。メッキ部は
特に錆など発生していなかった。シャフト端部のメッキ
部と導電性弾性層表面間の抵抗値を測定したが、測定可
能領域より抵抗値が高く、測定できなかった。（１Ｅ＋
１０Ω以上）

【００３１】導電性ローラを帯電ローラとして画像形成
装置に設置し画像出力を行ったところ、ほぼ全面にわた
り、黒色の画像が出力された。抵抗値が高くなってしま
ったために感光体への電荷の注入ができず、帯電不良に
なったと考えられる。測定の後、導電性弾性層を剥が
し、シャフト表面を観察したところ、被覆されていた部
分は焦げ茶色に変色していた。加硫時の熱条件により、
加硫ゴムに含まれる硫黄などの加硫剤がシャフトの鋼を
侵し、シャフト表面−弾性層内表面間の接触抵抗値を高
くしたと考えられる。

【００３２】比較例３（全表面ニッケルメッキ鋼製シャ
フト、加硫ゴム製弾性層）成形直後の導電性ローラはシャフト表面に錆はなく、抵
抗値も１．３Ｅ＋０６Ωと良好な導電性を示した。導電
性ローラを帯電ローラとして画像形成装置に設置し画像
出力を行ったところ、良好な画像が出力できた。環境試
験後の導電性ローラも、非被覆部のシャフト（全表面ニ
ッケルメッキ）に錆の発生はなかった。シャフト端部の
メッキ部と導電性弾性層表面間の抵抗値を測定したが、
測定可能領域より抵抗値が高く、測定できなかった。
（１Ｅ＋１０Ω以上）

【００３３】導電性ローラを帯電ローラとして画像形成
装置に設置し画像出力を行ったところ、ほぼ全面にわた
り、黒色の画像が出力された。抵抗値が高くなってしま
ったために感光体への電荷の注入ができず、帯電不良に
なったと考えられる。測定の後、導電性弾性層を剥が
し、シャフト表面（全表面ニッケルメッキ）を観察した
ところ、被覆されていた部分は焦げ茶色に変色してい
た。環境試験時の熱条件により、加硫ゴムに含まれる硫
黄などの加硫剤がシャフトの鋼を侵し、シャフト表面−
弾性層内表面間の接触抵抗値を高くしたと考えられる。
本発明の実施例及び比較例を示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、安価で品質に優れ、総
合的にバランスした導電性ローラを得ることができる。
更に本発明の導電性ローラを帯電ローラとして用いるこ
とにより、画像形成装置で良好な画像を得ることができ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡邉朗茨城県稲敷郡阿見町中央８丁目３番１号三菱化学株式会社筑波研究所内Ｆターム(参考） 2H003 CC05 3J103 AA02 EA20 FA11 FA15 GA02 GA52 HA03 HA06 HA12 HA20 HA32 HA41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性のシャフト上に導電性の弾性層を
具備してなる導電性ローラであって、該導電性シャフト
が、鉄製または鉄含有率９０重量％以上の合金製であ
り、該弾性層が熱可塑性エラストマーを主成分とするこ
とを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】導電性のシャフト上に導電性の弾性層を
具備してなる導電性ローラであって、該導電性シャフト
が、クロム含有率１０重量％以下の鉄合金製であり、該
弾性層が熱可塑性エラストマーを主成分とすることを特
徴とする導電性ローラ。
【請求項３】前記導電性シャフトの炭素含有量が５重
量％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の導電性ローラ。
【請求項４】前記導電性シャフトが、鋼製または、鋳
鉄製であることを特徴とする請求項１乃至３記載の導電
性ローラ。
【請求項５】前記導電性シャフトの表面の少なくとも
一部が、導電性の金属でメッキされていることを特徴と
する請求項１乃至４に記載の導電性ローラ。
【請求項６】前記導電性シャフトの表面のうち、少な
くとも電圧印加部が導電性の金属でメッキされているこ
とを特徴とする請求項５に記載の導電性ローラ。
【請求項７】前記導電性シャフトの全表面が、導電性
の金属でメッキされていることを特徴とする請求項１乃
至４記載の導電性ローラ。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の導電
性ローラからなることを特徴する帯電ローラ。
【請求項９】請求項８に記載の帯電ローラを内蔵する
ことを特徴とする電子写真カートリッジ。
【請求項１０】請求項１乃至７のいずれかに記載の導
電性ローラ、請求項８に記載の帯電ローラ、又は請求項
９に記載の電子写真カートリッジを内蔵することを特徴
とする画像形成装置。