JP2001192550A

JP2001192550A - 導電性ロール

Info

Publication number: JP2001192550A
Application number: JP2000001707A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kuroda; 章広黒田; Tatsuji Watanabe; 龍児渡辺; Takashi Suzuki; 隆士鈴木; Ariya Kanamori; 在也金森; Yuko Shimizu; 祐子清水; Kazuyo Miyata; 和代宮田; Takuya Shindo; 卓也信藤
Original assignee: Suzuka Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Suzuka Fuji Xerox Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、例えば電子写真複写機に使用される
導電性ロールに望ましい軟らかさと弾性を与えることを
課題とする。【解決手段】熱膨張型マイクロカプセルの熱膨張物を混
合分散したウレタン樹脂組成物に導電性粉末および／ま
たはイオン導電剤とを混合した導電性ロール基材３と、
該基材３中心部に挿着されている軸体２とからなる導電
性ロール１を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば電子写真複写機に
使用される導電性ロールに関するものである。

【０００２】

【発明の背景】電子写真複写機には、感光ドラムの外表
面に圧接して該外表面を帯電させるための帯電ロール、
該感光ドラムの外表面に形成された静電潜像にトナー像
を形成させるための現像ロール、該感光ドラムに付着し
ているトナーを除去するクリーニングロール等の導電性
ロールが使用されている。上記導電性ロールは中心部に
軸体を挿着した導電性ロール基材と、所望なれば更に該
基材表面に電気抵抗調整層を設けた構成のものである。

【０００３】

【従来の技術】該導電性ロール基材の材料としては感光
ドラム外表面に接触した時、容易に弾性変形し得る軟質
弾性樹脂が使用される。従来上記弾性樹脂としては非発
泡軟質ポリウレタン樹脂や軟質ポリウレタン発泡体が使
用されていた。この種のポリウレタン樹脂は、シリコン
ゴムやエチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム等に
比べると、原料のポリオールやジイソシアナートの種類
や混合比率を調節することによって、種々な硬度の樹脂
を容易に製造することが出来ると言う利点を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】非発泡軟質ポリウレタ
ン樹脂には低硬度にするためにミネラルオイル、プロセ
スオイル、パラフィンオイル、シリコンオイル、植物性
オイル、可塑剤等の軟化剤を添加するのが一般的であ
る。しかしこのような軟化剤を添加した非発泡軟質ポリ
ウレタン樹脂を導電性ロール基材の材料として使用した
場合には、該導電性ロール基材中に含まれている軟化剤
が表面に滲出して来る場合（ブリージング）がある。上
記軟化剤がロール表面にブリージングすれば、ロール表
面の電気抵抗や吸湿性のような物性が変化し、あるいは
ロール表面にタックを生じたりする。そして例えば帯電
ロールにあっては、感光ドラム外表面の帯電状態にばら
つきを生じたり、現像ロールにあってはロール表面のタ
ックのためにトナーが感光ドラムに転写するのを妨げら
れたりするために、良好な画質が得られなくなると言う
問題点がある。

【０００５】一方該軟質ポリウレタン発泡体からなるロ
ール基材では該基材の表面は多孔であるから、トナーが
該多孔性表面に詰まって表面の抵抗値が変化して感光ド
ラムに対する帯電特性が変化したり、感光ドラム外表面
へのトナーの転写が阻害されると言う問題点がある。更
に電気抵抗調整材料の溶液を基材表面に塗布しようとし
ても、該溶液が多孔性表面に吸収されてしまって均一な
塗膜が出来ないと云う問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
を解決するための手段として、熱膨張型マイクロカプセ
ルの熱膨張物を混合分散したウレタン樹脂組成物に導電
性粉末および／またはイオン導電剤とを混合した導電性
ロール基材(3) と、該基材(3) 中心部に挿着されている
軸体(2) とからなる導電性ロール(1) を提供するもので
あり、該ウレタン樹脂組成物は水素化（水添）ヒマシ油
ポリオールとジイソシアナートとの反応によって得られ
るものであることが望ましい。更に該導電性ロール基材
(3) の表面にはゾル−ゲル法によって無機酸化物被膜お
よび／または無機−有機ハイブリッド被膜からなる保護
被膜(4) が形成されていることが望ましい。また該ロー
ル基材表面には更に電気抵抗調整層(5) が設けられてい
ることが望ましい。

【０００７】

【作用】通常のウレタン樹脂はポリオールとジイソシア
ナートとの反応によって得られる。本発明では熱膨張型
マイクロカプセルを加熱膨張せしめた熱膨張物を該ウレ
タン樹脂に混合分散せしめて該ウレタン樹脂内に独立気
泡構造を形成して該ウレタン樹脂の軟化を図る。該ウレ
タン樹脂は上記したように独立気泡構造を有するので圧
縮変形に対する弾性回復力が大きく、このようなウレタ
ン樹脂を基材とした導電性ロールは感光ドラムに対する
良好な圧着性を示す。

【０００８】ポリオールとして水素化（水添）ヒマシ油
ポリオール（以下水素化ヒマシ油ポリオールと言う）を
使用すると、該ウレタン樹脂は更に軟質になって圧縮変
形し易くなり、軟化剤を添加する必要がなくなる。更に
該電性ロール基材の表面にゾル−ゲル法によって無機酸
化物被膜および／または無機−有機ハイブリッド被膜か
らなる保護被膜を形成すると、親水性のあるポリウレタ
ン樹脂からなる基材でも吸湿吸水が阻止され、体積電気
抵抗値が変化しない。該無機酸化物や無機−有機ハイブ
リッドからなる被膜はゾル−ゲル法によって形成されて
いるので、膜厚は薄くかつ均一にすることが出来、基材
の電気特性に余り影響を及ぼさないが、該無機酸化物や
無機−有機ハイブリッドからなる被膜は電気抵抗値が高
いので、該ロール基材表面に更に電気抵抗調整層を設け
ることが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明を図１に示す一実施例によ
って説明すれば、導電性ロール(1) は中心部に軸体(2)
を挿着した導電性ロール基材(3) と、該基材(3) の表面
に形成されている保護被膜(4) と更にその上に形成され
ている電気抵抗調整層(5) とからなる。該軸体(2) とし
てはステンレススチール、アルミニウム等の金属の棒ま
たはパイプが使用される。該ロール(1) の基材(3) はポ
リオールとモノオールと、ジイソシアナートとの反応生
成物であるウレタン樹脂組成物を材料とする。

【００１０】上記ポリオールとしては、ポリエーテル系
ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポカーボネー
ト系ポリオール等が例示されるが、特に望ましいポリオ
ールとしては水素化ヒマシ油ポリオールである。該水素
化ヒマシ油ポリオールを使用すると、ウレタン樹脂を更
に軟質にすることが出来る。

【００１１】上記ポリオール以外、反応性希釈剤として
脂肪族系ジオール等が添加されてもよい。

【００１２】上記ジイソシアナートとしては、例えばト
リレンジイソシアナート、パラフェニレンジイソシアナ
ート、２，４−トルエンジイソシアナート、２，６−ト
ルエンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナ
ート、１，４−ナフタレンジイソシアナート、４，４’
−ジフェニルジイソシアナート、４，４’−ジフェニル
メタンジイソシアナート、３，３’−ジメチル−４，
４’−ジフェニルジイソシアナート、３，３’−ジメチ
ル−４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート、
３，３’−ジメトキシ−４，４’−ジフェニルジイソシ
アナート、２−クロロ−１，４−フェニルジイソシアナ
ート、１−クロロ−２，４−フェニレンジイソシアナー
ト、ｍ−フェニレンジイソシアナート、ｐ−フェニレン
ジイソシアナート、２，２’，５，５’−テトラメチル
−４，４’−ビフェニレンジイソシアナート、ｍ−キシ
リレンジイソシアナート、ω−キシリレンジイソシアナ
ート、ω’−キシリレンジイソシアナート等が例示され
る。

【００１３】本発明では上記ポリオールと、上記ジイソ
シアナートとを混合して一段階で反応させてもよく、上
記ポリオールと上記モノオールとを混合した後、上記ジ
イソシアナートを添加して反応させてもよい。いずれの
反応においても、所望なれば金属系触媒、アミン系触
媒、カルボン酸アミン塩触媒等のウレタン化触媒を使用
することが出来る。

【００１４】上記ウレタン樹脂組成物に混合分散させる
熱膨張型マイクロカプセルとは、イソブタン（沸点−１
２℃）、ノルマルブタン（沸点−５℃）、エチルメチル
エーテル（沸点７℃）、イソペンタン（沸点２７．８
５℃）等の望ましくは沸点−１５℃〜３０℃の範囲の液
状の低沸点溶剤を熱可塑性樹脂のカプセル中に充填した
ものである。該熱可塑性樹脂としては上記溶剤に難溶ま
たは不溶のものが望ましく、また軟化点は２００℃以下
のものが望ましい。該熱可塑性樹脂を上記溶剤に難溶ま
たは不溶にするには、例えばアクリロニトリル、メタク
リロニトリル等のニトリル系ビニル単量体を共重合させ
る。望ましい熱可塑性樹脂としては、例えばメチルメタ
クリレート−アクリロニトリル共重合体、メチルメタク
リレート−アクリロニトリル−メタクリロニトリル共重
合体等がある。上記マイクロカプセルの粒径は通常約１
０μｍとされ加熱により約５０〜１２０μｍに膨張する
ものであり、通常該ウレタン樹脂組成物に０．５〜３重
量％添加される。上記熱膨張型マイクロカプセルは未膨
張状態、加熱膨張状態、あるいは未膨張状態のものと加
熱膨張状態のものとを混合して上記ウレタン樹脂組成物
に添加される。

【００１５】上記ウレタン樹脂組成物を導電性ロールの
基材とする場合には、該組成物には更にカーボンブラッ
ク、黒鉛、金属粉等の導電性粉末あるいはアルカリ金属
塩、第四級アンモニウム塩等のイオン導電剤を添加し
て、ロールの抵抗値を例えば１０⁴〜１０¹⁰Ωに調節す
る。更に該組成物にはポリジメチルシロキサン等のポリ
シロキサン等の第三成分の若干量が添加されてもよい。
該ポリシロキサンを組成物に添加すれば離型性が向上す
る。

【００１６】導電性ロール(1) は上記ウレタン樹脂組成
物の原料に上記熱膨張型マイクロカプセルを所定量添加
混合分散せしめて軸体(2) をインサートした成形型に注
入し反応硬化させることによってロール基材(3) を製造
し、このようにして得られたロール基材(3) の表面には
所望なればゾル−ゲル法によって無機酸化物被膜および
／または無機−有機ハイブリッド被膜からなる保護被膜
(4) を形成し、更にその上に電気抵抗調整層(5) を形成
する。

【００１７】ゾル−ゲル法によって無機酸化物被膜を形
成する場合は例えば金属陽イオンまたは金属アルコキシ
ドを加水分解することによって調製される。本発明の場
合、上記無機酸化物被膜としてはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，
Ｃｄ，Ｔａ等の金属酸化物、あるいはインジウムチンオ
キサイド（ＩＴＯ）等が単独または二種以上混合して使
用される。金属アルコキシドを使用して上記無機酸化物
被膜を形成する場合には、上記金属のメトキシド、エト
キシド、プロポキシド、ブトキシド、あるいは上記アル
コキシ基の一部をβ−ジケトン、β−ケトエステル、ア
ルカノールアミン、アルキルアルカノールアミン等で置
換したアルコキシド誘導体等が単独または二種以上混合
して使用される。

【００１８】上記金属陽イオンまたは金属アルコキシド
を加水分解する場合には、上記金属陽イオンまたは金属
アルコキシドを溶媒に分散または溶解する。この場合用
いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、イソ
プロパノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチ
ルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン等の芳香族
類、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル等の酢酸エステル類、
アセト酢酸エチル等の酢酸エステル誘導体、セロソルブ
アセテート、ｎ−ブチルセロソルブ等のセロソルブ類等
の該金属陽イオンまたは金属陽イオンを均一に分散ある
いは溶解することが出来る有機溶媒の単独または二種以
上の混合物を選択する。

【００１９】上記溶媒中で上記金属陽イオンまたは金属
アルコキシドを加水分解するには、該溶液または分散液
を水存在下に攪拌する。この場合加水分解促進剤として
塩酸、リン酸、酢酸等の酸を使用することも出来る。し
かし酸触媒は形成される保護被膜(4) の電気特性に影響
するのでＴｉ，Ａｌ，Ｚｒ等のイオンまたはアルコキシ
ドの場合には加水分解速度が大きいので酸触媒を使用す
る必要はない。

【００２０】ゾル−ゲル法によって無機−有機ハイブリ
ッド被膜を形成する場合には、有機成分として更に有機
金属化合物を添加するが、本発明の場合には有機ケイ素
化合物あるいはフッ素置換有機ケイ素化合物を選択する
ことが望ましい。

【００２１】上記有機ケイ素化合物としては、例えば、
ジアルキルジアルコキシシラン、末端シラノールポリジ
メチルシロキサン等を使用することができる。該ジアル
キルジアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジ
メトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチル
ジプロポキシシラン、ジメチルジブトキシシラン、ジエ
チルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジ
エチルジプロポキシシラン、ジエチルジブトキシシラ
ン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキ
シシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピル
ジブトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフ
ェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラ
ン、ジフェニルジブトキシシラン等が挙げられる。上記
末端シラノールポリジメチルシロキサンは、分子量が４
００〜６０００であるのものが好ましい。また、上記フ
ッ素置換有機ケイ素化合物としては、上記有機ケイ素化
合物のアルキル基の水素をフッ素で置換したものを例示
することができる。そのような化合物としては、例え
ば、ＣＦ₃ＣＨ₂ＣＨ₂−Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃等が挙げら
れる。

【００２２】上記金属陽イオンまたは金属アルコキシド
（無機成分）の分散液または溶液に上記有機金属化合物
（有機成分）を添加する場合には、有機成分のモル比が
０．１〜０．７の範囲になるように設定することが望ま
しい。有機成分のモル比が上記範囲を下回ると形成され
る被膜の可撓性、密着性が不足することがあり、上記範
囲を上回ると後記する無機成分と有機成分との反応物が
ゲル化しなくなる場合がある。

【００２３】上記無機成分と有機成分とを含む分散液ま
たは溶液は無機成分単独の場合と同様水存在下の攪拌に
より、あるいは加水分解促進剤を入れて攪拌することに
よって加水分解され、同時に無機成分と有機成分とが反
応して無機−有機ハイブリッド被膜が形成される。例え
ば金属アルコキシドと有機ケイ素化合物あるいはフッ素
置換有機ケイ素化合物の場合には、金属アルコキシドの
アルコキシ基が加水分解されて水酸基が生成し、一方有
機ケイ素化合物のアルコキシ基も加水分解されてシラノ
ール基となり（末端シラノールポリジメチルシロキサン
の場合はそのまゝ）、上記無機成分の水酸基と上記有機
成分のシラノール基とが縮合反応により結合してハイブ
リッド化が行われる。

【００２４】上記方法によって調製されたゾルは、ロー
ル基材表面にディッピング、スプレー、ロールコーティ
ング等の周知の塗布方法で塗布されゲル化せしめられ
る。上記ゾルのロール基材(3) 表面への塗布は数回繰り
返し行なわれてもよい。このゾルゲル変換は単にゾル塗
布層を自然乾燥あるいは６０〜４５０℃の範囲の温度に
加熱して２０秒〜２時間の加熱乾燥によって行うのが一
般的である。このようにしてロール基材(3) の表面には
保護被膜(4) が形成されるが、該保護被膜(4) の膜厚は
通常０．１〜１０．０μｍの厚さとする。

【００２５】電気抵抗調整層(5) を形成するにはウレタ
ン樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹
脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂ま
たは熱硬化性樹脂の一種もしくは二種以上、あるいはエ
ピクロルヒドリンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン
ゴム、シリコン系ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン
共重合体ゴム、ポリノルボーネンゴム等のゴムの一種も
しくは二種以上、あるいは上記樹脂の一種もしくは二種
以上と上記ゴムの一種もしくは二種以上の混合物を有機
溶剤に溶解させる等して調製した溶液に前記した導電性
粉体を混合したものを塗布乾燥させる。上記導電性ロー
ル(1) における基材(3) の硬度はアスカーＣ硬度計で３
０°以下、望ましくは１５°程度とする。

【００２６】〔実施例１〕下記の組成の配合物を軸体を
インサートした成形型に充填し、約１００〜１５０℃に
加熱して該配合物を硬化せしめて導電性ロール基材を製
造する。水素化ヒマシ油ポリオール１００重量部ジフェニルメタンジイソシアナート１３．４３〃ジブチルスズジラウレート０．０３〃ポリジメチルシロキサン０．５０〃カーボンブラック０．３〃熱膨張型マイクロカプセル＊１．０〃＊熱膨張型マイクロカプセル：カプセル材料メチルメタクリレート−アクリロニトリル−メタクリロニトリル共重合体、溶媒イソブタン（液状）、未膨張状態の径約１０μｍ、膨張状態のバルーン径約５０〜１２０μｍ

【００２７】テトライソプロポキシチタン（ＴＩＰ）：
エタノール：アセト酢酸エチル：末端シラノールポリジ
メチルシロキサン（ＰＤＭＳ：重量平均分子量ＭＷ＝１
５００）の１：３：２：０．２５モル比の混合溶液Ａを
調製した。一方水：エタノールの２：３モル比の混合溶
液Ｂを調製した。混合溶液Ａをビーカー中でスターラー
によって攪拌しつゝ混合溶液Ｂを徐々に滴下してＴＩＰ
の加水分解およびＴＩＰとＰＤＭＳのハイブリッド化を
行った。

【００２８】上記ロール基材(3) の表面の汚れを落と
し、更に上記ゾルの密着性を高めるために紫外線洗浄を
行った上で、上記ゾルを充填したディッピングマシーン
に該ロール基材(3) をセットし、該ロール基材(3) を所
定回数上下させてディッピング塗布を行ない、該ロール
基材(3) の表面に上記ゾルを塗布した。

【００２９】ゾルを塗布されたロール基材(3) はその後
１２０℃，０．５時間、１６０℃，０．５時間空気雰囲
気中で加熱処理することによって表面のゾルをゲル化さ
せ、かくしてロール基材(3) の表面に表１に示す厚みの
無機−有機ハイブリッド被膜からなる保護被膜(4) を形
成した。

【００３０】このようにして得られた導電性ロールのア
スカーＣ硬度は４０°、体積電気抵抗値は４．５０ log
・Ω・cmであった。上記ロール試料を感光ドラムに３日
間荷重をかけながら静置した所、外観評価、画出し評価
共に良好であった。

【００３１】〔実施例２〕テトライソプロポキシシラン
とエタノールとをモル比１：３で混合した混合液Ｃと水
とエタノールと塩酸とをモル比４：３：０．０１で混合
した混合液Ｄとを調製し、スターラーによって攪拌しつ
ゝ混合液Ｃに混合液Ｄをゆっくり滴下し、上記テトライ
ソプロポキシシランを加水分解し、Ｓｉゾル液とした。
このＳｉゾル液を更に０．５時間攪拌し、該テトライソ
プロポキシシランを十分に加水分解するとともに、一部
脱水重合せしめた。

【００３２】上記ゾルを使用して実施例１のロール基材
(3) に実施例１と同様にしてＳｉＯ ₂被膜からなる保護
被膜(4) を形成し、更にその上に実施例１と同様にして
電気抵抗調整層(5) を形成した。このようにして得られ
た導電性ロールのアスカーＣ硬度は４０°、体積電気抵
抗値は４．８４ log・Ω・cmであった。

【００３３】〔試験〕実施例１の導電性ロールについて
はゾル液の塗布回数（ディッピングマシーンにおけるロ
ール基材(3) の上下回数）を変えて１０種類、実施例２
の導電性ロールについてはゾル液の塗布回数を変えて４
種類の試料を作成し、各試料をＡゾーン（温度２８℃、
湿度８５％ＲＨ）およびＣゾーン（温度１０℃、湿度１
５％ＲＨ）に１２時間放置して電気抵抗の変動を調べ
た。その結果は表１に示される。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１によれば、実施例１および２ではＣゾ
ーンにおいて保護被膜のない比較よりも抵抗値の変動が
小さく、また実施例１ではその傾向は膜厚２．０μｍ以
上で顕著である。また実施例１では塗布回数を重ねる毎
に、即ち膜厚が増大するにつれて抵抗値の変動が小さく
なっていることが認められる。

【００３６】

【発明の効果】本発明では好適な弾性を有する軟質な導
電性ロール基材が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】導電性ロールの横断面図

【符号の説明】

1 導電性ロール 2 軸体 3 導電性ロール基材 4 保護被膜 5 電気抵抗調整層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木隆士三重県鈴鹿市伊船町1900番地鈴鹿富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者金森在也三重県鈴鹿市伊船町1900番地鈴鹿富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者清水祐子三重県鈴鹿市伊船町1900番地鈴鹿富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者宮田和代三重県鈴鹿市伊船町1900番地鈴鹿富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者信藤卓也三重県鈴鹿市伊船町1900番地鈴鹿富士ゼロックス株式会社内Ｆターム(参考） 3J103 AA02 AA15 AA23 AA24 AA33 AA51 BA31 BA41 EA11 EA20 FA02 FA14 GA02 GA52 GA57 HA03 HA04 HA05 HA12 HA15 HA18 HA20 HA33 HA37 HA48 HA54 4J002 CK031 CK041 CK051 DA026 DA036 DA066 DE056 EN136 FD116 GM00 GQ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱膨張型マイクロカプセルの熱膨張物を混
合分散したウレタン樹脂組成物に導電性粉末および／ま
たはイオン導電剤とを混合した導電性ロール基材と、該
基材中心部に挿着されている軸体とからなる導電性ロー
ル
【請求項２】該ウレタン樹脂組成物は水素化（水添）ヒ
マシ油ポリオールとジイソシアナートとの反応によって
得られるものである請求項１に記載の導電性ロール
【請求項３】該導電性ロール基材の表面にはゾル−ゲル
法によって無機酸化物被膜および／または無機−有機ハ
イブリッド被膜からなる保護被膜が形成されている請求
項１または２に記載の導電性ロール
【請求項４】該ロール基材表面には更に電気抵抗調整層
が設けられている請求項３に記載の導電性ロール