JP2005169914A - 導電性スポンジゴムチューブまたは導電性スポンジゴムローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セルの密度が高く、セル径が微細でかつセル壁が薄い導電性スポンジゴムチューブを高い生産性で製造する。
【解決手段】 未加硫ゴムに配合されている発泡剤の分解温度よりも高い軟化点を有する熱可塑性樹脂を被覆した状態で押出し、連続加熱装置において第一加熱炉にて未加硫ゴムに配合されている発泡剤が分解する温度で加熱を行い、第二加熱炉にて熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度にて加熱する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いる帯電、転写、紙搬送、現像、クリーニング等に利用する導電性スポンジローラの製造方法に関するものである。

従来の電子写真装置において、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置や、感光体表面に形成した可転写のトナー像を紙を主体とするシート状の転写材に静電的に転写するための転写装置としては、タングステン等の細いワイヤーに高電圧を印加し、その結果発生するコロナ放電を利用したコロトロン帯電器などが一般的である。しかし、このコロナ放電を利用した方法では、高圧電源を必要とすることや、発生するオゾンによる強酸化作用のために感光体の劣化などの悪影響を招くなどの欠点が認められた。そのため、従来より数多くのオゾンレス帯電やオゾンレス転写の方式が提案されている。それらは主に、被帯電体である感光体に導電性の帯電部材あるいは転写部材から直接電荷を供給する事により、放電電流を極力減少させ、結果として放電に際してオゾンの発生量を減少させるものである。このような導電性の部材としては、適度な導電性と感光体への均一な接触の確保、低硬度が要求されており導電性のスポンジゴムローラが多く用いられている。また近年、特開平６−３９２１号公報及び特開平１１−６５２３１号公報等で公開されているように接触帯電部材から被帯電体へ電荷が直接注入されることで、被帯電体表面を帯電する機構が提案されている。中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面と接触して、放電現象を介さずに、つまり放電機構を基本的に用いないで、被帯電体表面に直接電荷注入を行うものである。接触帯電部材として、スポンジローラの様な多孔状のローラに、接触帯電性を向上させるための導電性粒子をコートしたものを用いることによって接触帯電部材と被帯電体間の接触を密にすることが可能であり、帯電性を高めるうえで有効である。求められるスポンジローラとしては特開２００１−１８８４０４で述べてあるように注入帯電における帯電部材としては、セル径が適度に小さく、かつセル壁が薄い低硬度な導電性スポンジゴムローラが必要である。

スポンジゴムの製造方法は、ゴムに熱分解性の化学発泡剤を配合し加熱することによってゴム中にガスを発生させることによりスポンジ化を行なう手法として、フリー発泡法と金型内で行なう型内発泡法がある。その他の方法としては特開２００１−９７５９４号公報等のようなマイクロカプセル等をゴム中に混合、分散させる方法や、ゴム中に可溶性の材料を分散させた後、特開平１１−１９８２５０号公報等のような溶剤を用いて溶出することによってスポンジゴムを得る方法等がある。しかしながら、マイクロカプセル法はセル自身のサイズ、形状は安定したものが得られるが、高充填が難しく、セル壁の薄いスポンジ体を得ることは困難であり化学発泡剤と比較して材料費が高価である。溶出法は化学発泡と比較して溶出時間が非常に長くかかってしまうため低コストで生産することは非常に困難である。

また、型内発泡法では特開平２００１−１９１３４９のような割り金型を用いた方法が提案されており、セルの密度が高い高発泡なスポンジゴムが得られるとされているが、仕込み量による硬度のばらつきや割り金型のパーテーション部における電気抵抗のばらつきが課題であり、金型を極めて高精度にする必要があるため、金型製造コストがかさむ為低コストで生産することが困難である。

一方、フリー発泡法では、連続加硫装置等を使用することができるため生産性が高く、金型の取り回しや、金型製造コスト等が不必要なため、低コストで生産するのに有利である。しかし、高発泡なスポンジゴムを常圧下で発泡させるフリー発泡で製造することは容易ではない。特開平8−１６９９７４公報等のように表面部のみ予備加硫することによって発泡剤の発泡により発生したガスが外部に逃げるのを防止することによりスポンジゴムの発泡倍率を高くすることはできるが、セル径が小さくかつセル壁の薄いスポンジゴムを得るにはかなり過度に表面部を加硫する必要がある。また表面部を過度に加硫すると発泡時の膨張に表面部が追従できずに表面にクラック等の不良が発生する恐れがあるため困難であると考えられる。

そこで本発明は、電気抵抗、硬度のばらつきが少なく、セル径が微細でかつセル壁が薄い高発泡なスポンジゴムチューブを高い生産性で製造できる方法を提供することを目的とする。

そこで発明者らは、未加硫ゴムに配合されている発泡剤の分解温度よりも高い軟化点を有する熱可塑性樹脂を被覆した状態で押出し、連続加熱装置において第一加熱炉にて未加硫ゴムに配合されている発泡剤が分解する温度で加熱を行い、第二加熱炉にて熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度にて加熱することにより、電気抵抗、硬度のばらつきが少なく、セル径が微細でかつセル壁が薄い高発泡なスポンジゴムチューブを高い生産性で製造できることを見出した。

つまり、発泡剤を配合した未加硫ゴムチューブの外周に熱可塑性樹脂を被覆した状態で押し出し、第一加熱炉で熱可塑性樹脂の軟化点以下で発泡させることによって、ゴムの加硫があまり進行していない状態でも発泡時に生成する発泡ガスがゴム中から逃げることを防止し、形成した発泡セルの膨張の抑制とセル同士が結合することによるセルの粗大化を防ぐことができるため、ゴム中に発泡セルのもとになる発泡核が最密充填している状態が形成されていると考えられる。続いて、第二加熱炉において被覆してある熱可塑性樹脂が軟化する温度以上で加熱を施すことにより軟化を開始し、それに伴って発泡核が最密充填した状態のゴムが膨張を開始することによって、その結果セル径が微細でかつセル壁が薄い高発泡なスポンジゴムを製造することができるのである。

以上説明したように、未加硫ゴムに配合されている発泡剤の分解温度よりも高い軟化点を有する熱可塑性樹脂を被覆した状態で押出し、連続加熱装置において第一加熱炉にて未加硫ゴムに配合されている発泡剤が分解する温度で加熱を行い、第二加熱炉にて熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度にて加熱することによって発泡倍率が高く、セル径の緻密な導電性スポンジゴム及びローラを製造できる。これにより電子写真装置に使用する導電性部材、例えば注入帯電用の帯電ローラのような導電性スポンジゴムローラを簡便にかつ低いコストで生産することができるものである。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

この発明の導電性スポンジゴムチューブの製造法においては、従来と同様に図1に示すような二種の原料組成物を同時に、単一の押し出しヘッドから押し出すことが可能な装置を用いて行う。図1に示す装置は、発泡ゴム層用の押し出し機１１と熱可塑性樹脂用の押し出し機１２、その中心に配置される押し出しヘッド１３から構成され、それぞれの押し出し機の吐出速度（回転数）を調整して原料組成物が所望の供給量、つまり所定の膜厚比に積層された状態で押し出される。

二層に押し出されたチューブは図２に示すようなベルトコンベヤまたはロールコンベヤ等により連続的に加熱炉内に搬送させ、前記温度条件で第一加熱炉、第二加熱炉を通過させることによりスポンジゴムチューブ化し、冷却した後、熱可塑性樹脂層を剥離する。剥離した樹脂は再利用しても構わない。また、得られたスポンジチューブは必要に応じて二次加硫を行なってもよい。スポンジローラを作成する場合には、導電性の軸体、例えば既に接着剤を塗布してある芯金をチューブに圧入し、接着した後研磨により所望の形状にする。

積層する方法としては上記の方法に特に制限されず、チューブ状ではなく押し出しヘッドにクロスヘッドダイを組み込んで導電性軸体と一体で形成しても構わない。芯金と未加硫ゴムを一体成形した後に熱可塑性樹脂を金型注入法やシートにしたものを巻きつけてもよい。

加硫条件は、使用する熱可塑性樹脂の性質、ゴムの発泡剤の分解する温度によって変化するが、第一加熱炉では熱可塑性樹脂が軟化せず、ゴムの発泡を開始できる温度がよいため通常１００℃〜１６０℃であるが、発泡剤の分解が加硫と比較して先行させることを考慮すると１００℃〜１３０℃がさらに好ましい。１００℃以下であると発泡剤が分解するのに十分とはいえず、また１６０℃以上であると発泡は十分に進行するが被覆する熱可塑性樹脂に制限が生じてしまうことと加硫がかなり進行してしまうため、次段階でのスポンジゴムを形成するための膨張が阻害されてしまう。加硫がある程度進行しても構わないが、加熱温度を設定する上でスポンジゴムの形成に悪影響を及ぼさない程度の加硫にとどめるべきである。第二加熱炉では特に制限はないが、熱可塑性樹脂が軟化し、かつ比較的短時間で加硫がほぼ完結する温度であればよく、温度としては１６０℃〜２００℃で行なうのが良い。

加熱手段としては、連続加熱装置として従来から用いられている熱風で加熱するHAV法、低融点の金属塩を溶融させた浴内で加熱するLCM法、微小なガラスビーズを熱風により加熱して熱媒体として用いるPCM法、その他UHFや遠赤外線等を用いた加熱手段を用いることができる。

発泡ゴム層の原料に用いる未加硫未発泡原料組成物に用いられる原料ポリマーは、目的とするローラの用途に応じて選択するが、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（アクリロニトリル-ブタジエンゴム）、エチレン-プロピレンゴム（ＥＰＤＭ：エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体）、エチレン-プロピレンゴム（ＥＰＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロロヒドリンゴム、ブチルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、塩素ゴムなど、汎用される各種のポリマーから選択するあるいは組み合わせてもよい。

発泡ゴム層の原料に用いる未加硫未発泡原料組成物には、発泡剤が添加されるが、原料ポリマーの種類、加硫条件、その架橋温度などに応じて、所望の発泡倍率が得られる添加量、発泡剤種類を選択する。例えば、有機発泡剤として、ＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）系、ＤＰＴ（ジニトロソペンタメチレンテトラアミン）系、ＴＳＨ（p-トルエンスルホニルヒドラジド）系、ＯＢＳＨ（オキシビスベンゼンスルフェニルヒドラジド）系などが挙げられる。前記の有機発泡剤を用いる際には、通常、上記の原料ポリマー１００重量部に対して、発泡剤の添加量を２〜３０重量部の範囲に選択する。また、場合に応じて、無機発泡剤を用いることも可能であり、例えば、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどが挙げられる。また、前記発泡剤に加えて、適宜発泡助剤を添加することもできる。本発明においては、前記加熱条件で発泡を開始することが好ましいため、分解温度が比較的低い無機発泡剤やＯＢＳＨ、ＴＳＨがよい。ＡＤＣＡ、ＤＰＴ等を用いる場合には単体ではなく発泡助剤と組み合わせて用いるのがよい。また本発明においては前記熱可塑性樹脂を被覆してあるため発泡ガスが逃げにくいため比較的少量の発泡剤でよく、２〜１０重量部添加するのがさらに好ましい範囲である。

未加硫未発泡原料組成物、ならびに未加硫非発泡原料組成物には、用いる原料ポリマーの種類に応じて、加硫剤として、硫黄、あるいは、非硫黄加硫剤である、金属酸化物、有機過酸化物などから、所望の加硫速度を得る上で、適するものを添加する。また、加硫剤の添加量に応じて、公知の加硫促進剤から適するものを選択し、所望の架橋密度が得られるように適宜添加量を選び、添加する。さらに、各種の加硫促進助剤を添加することもなされる。

発泡ゴム層を導電性とする際には、原料組成物中の原料ポリマー中に、導電性粉末を分散させる。例えば、多用される導電粉としては、カーボンブラック、導電性カーボンなどのカーボン類、グラファイト、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどの導電性金属酸化物、ＳｎＯ₂とＳｂ₂Ｏ₃の固溶体、ＺｎＯとＡｌ₂Ｏ₃の固溶体などの前記金属酸化物との複合酸化物、Ｃｕ、Ａｇなどの金属粉、導電性の繊維などを挙げることができる。所望の導電率に応じ、また、用いる導電粉材料の比重に応じて、原料ポリマー１００重量部に対して、導電粉の添加量を５〜２００重量部の範囲で選択して、適宜添加する。

その他、原料組成物には、無機充填剤、例えば、カーボンブラック、タルク、クレーなどを添加することもあり、また、原料組成物の混練や、その後の押し出しによる円筒形状の形成などに利する、プロセスオイル、軟化剤などを必要に応じて、適宜添加する。

熱可塑性樹脂材料としては、発泡条件下で発泡ガスの抜けを遮断する効果を有し、かつ押し出し成形が可能であれば良い。本発明を達成するうえで高発泡なスポンジゴムを形成させるには発泡ゴムの発泡開始時に体積増加を阻害するようなものが好ましく、その効果が不十分であるとスポンジゴムの発泡セルが粗大になってしまう。

具体的には、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、エチレン系熱可塑性エラストマー等を用いることができる。また、これらの材料に必要に応じて補強剤、軟化剤等を適宜添加しても構わない。スチレン系熱可塑性エラストマーでは住友化学製の「住友ＴＰＥ」、三菱化学製の「ラバロン」等が挙げられる。

このような条件下で製造された導電性スポンジゴムチューブ及びローラは発泡倍率が３〜５倍、セル径が２０〜１５０μｍ、体積抵抗１０^３〜１０^９Ω・ｃｍであり、電子写真装置に用いられる導電性ローラとして好適なものが得られる。
スポンジゴムの発泡倍率は以下に示すように発泡前と発泡後の比重（ｇ／ｃｍ^３）を用いた式によって算出する。

発泡倍率＝（加硫発泡前の比重）／（加硫発泡後の比重）
セル径の測定は以下のように測定した。

スポンジゴムの任意断面に可視光（ハロゲンランプ）を照射して、光学顕微鏡（ライカマイクロシステム株式会社製ＤＭＲ ＨＣ金属顕微鏡）により倍率２００倍にて観測し、得られたセル、セル壁で構成されるスポンジ構造を二値化し各セルの面積から、各セルを真円相当径に換算したその平均をセル径とする。ただし、１０μｍ以下のセルは除いてセル径を算出する。

電気抵抗は以下のように測定した。
図３に示すような導電性スポンジゴムローラ３２の芯金３１に総圧で1ｋｇの荷重がかかるようにΦ３０のアルミニウムドラム３３に圧着した状態で芯金３１とアルミニウムドラム３３にＤＣ１００Ｖの電圧を印加して計測する方法で測定した。

以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

発泡ゴム層、熱可塑性樹脂層を下記に示す材料を用いて図1に示す製造方法によりスポンジゴムチューブ及びローラを作成した。

＜発泡ゴム層用組成物＞
エチレンプロピレンジエンゴム １００重量部
〔商品名：ＥＰＴ４０７０、三井化学（株）製〕
亜鉛華 ５重量部
ステアリン酸 ２重量部
カーボンブラック ６０重量部
炭酸カルシウム １０重量部
パラフィン系オイル ６０重量部
〔商品名：ＰＷ−３８０、出光興産（株）製〕
メルカプトベンゾチアゾール（加硫促進剤） ２重量部
硫黄（加硫剤） １〜２重量部
ＯＢＳＨ（発泡剤） ６重量部
〔商品名：ネオセルボンＮ♯１０００、永和化成（株）製〕
尿素（発泡助剤） ４重量部
〔商品名：セルトンＮＰ、三協化成（株）製〕
＜熱可塑性樹脂層用組成物＞
スチレン系熱可塑性エラストマー １００重量部
〔商品名：住友ＴＰＥ８２０ 住友化学（株）製〕
カーボンブラック ２０重量部
加熱装置としてはＨＡＶ（加熱空気を用いる加熱装置）を第一、第二加熱炉として用い、それぞれの加熱炉の温度条件と加熱時間は
第一加熱炉 ： 120℃ 10分
第二加熱炉 ： 165℃ 10分
得られたスポンジゴムチューブを被覆している熱可塑性樹脂層を除去した後、前記方法により発泡倍率、セル径、電気抵抗を測定した結果を表１に示す。

実施例１と同様に以下の材料を用いてスポンジチューブ及びローラを作成した。

＜発泡ゴム層用組成物＞
エチレンプロピレンジエンゴム １００重量部
〔商品名：ＥＰＴ４０７０、三井化学（株）製〕
亜鉛華 ５重量部
ステアリン酸 ２重量部
カーボンブラック ６０重量部
炭酸カルシウム １０重量部
パラフィン系オイル ６０重量部
〔商品名：ＰＷ−３８０、出光興産（株）製〕
メルカプトベンゾチアゾール（加硫促進剤） ２重量部
硫黄（加硫剤） １〜２重量部
炭酸水素ナトリウム（発泡剤） １０重量部
〔商品名：ネオセルボンＮ♯１０００、永和化成（株）製〕
＜熱可塑性樹脂層用組成物＞
スチレン系熱可塑性エラストマー １００重量部
〔商品名：住友ＴＰＥ８２０ 住友化学（株）製〕
カーボンブラック ２０重量部
加熱装置は実施例１と同様、それぞれの加熱炉の温度条件と加熱時間は
第一加熱炉 ： 100℃ 10分
第二加熱炉 ： 170℃ 10分
得られた結果を表1に示す。

（比較例1）
実施例1の発泡ゴム層用組成物を用い、熱可塑性樹脂層を形成せず、ＨＡＶで加熱温度１６０℃で２０分間加熱して製造した結果を表１に示す。

（比較例２）
実施例1の発泡ゴム層用組成物と熱可塑性樹脂層用組成物を用いて、ＨＡＶで加熱温度１８０℃で２０分間加熱して製造した結果を表1に示す。

表１の結果より、熱可塑性樹脂を被覆することによってセル径が微細で発泡倍率の高い導電性スポンジゴムチューブ及びローラを製造することができる。一方、熱可塑性樹脂を被覆しない、もしくは被覆した場合でも熱可塑性樹脂が軟化している状態で発泡を行なった場合は良好な結果は得られない。

本発明の製造方法における製造装置の概略図である。 二層押出機、第１加熱炉および第２加熱炉を示す図である。 実施例においてローラ抵抗を測定した装置の構成図である。

符号の説明

１１ 発泡ゴム層用
１２ 熱可塑性樹脂層用
１３ 押出しヘッド
３１ 芯金
３２ 導電性スポンジゴムローラ
３３ アルミニウムドラム

Claims (8)

1. 未加硫ゴムに配合されている発泡剤の分解温度よりも高い軟化点を有する熱可塑性樹脂を被覆した状態で押出し、第1加熱炉にて未加硫ゴム中の発泡剤が分解する温度以上で、かつ該熱可塑性樹脂の軟化点以下の温度で加熱を行い、第2加熱炉にて熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度にて加熱する工程を含むことを特徴とする導電性スポンジゴムチューブの製造方法。
2. 熱可塑性樹脂の軟化点が100℃以上であることを特徴とする請求項1記載の導電性スポンジゴムチューブの製造方法。
3. 第一加熱炉における加熱温度が100℃以上160℃以下であることを特徴とする請求項１、２記載の導電性スポンジゴムチューブの製造方法。
4. 前記スポンジゴムの発泡倍率が3倍以上5倍以下であり、かつセル径が20〜150μmであることを特徴とする請求項１から３記載の導電性スポンジゴムチューブの製造方法。
5. 前記スポンジゴムチューブの樹脂を除去し、導電性軸体を挿入した後表面を研磨することにより所望のローラ形状に形成したことを特徴とする請求項１から４記載の導電性スポンジゴムローラの製造方法。
6. 前記導電性スポンジゴムローラの抵抗が1Ｅ+03〜1Ｅ+09Ωであることを特徴とする請求項１から５記載の導電性スポンジゴムローラの製造方法。
7. 未加硫ゴムに配合されている発泡剤の分解温度よりも高い軟化点を有する熱可塑性樹脂を被覆し、かつ導電性軸体を一体にした状態で押出し、第1加熱炉にて未加硫ゴム中の発泡剤が分解する温度以上で、かつ該熱可塑性樹脂の軟化点以下の温度で加熱を行い、第2加熱炉にて熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度にて加熱する工程を含むことを特徴とする導電性スポンジゴムローラの製造方法。
8. 請求項７に記載のスポンジゴムローラの樹脂を除去し、表面を研磨することによって所望のローラ形状に形成したことを特徴とする導電性スポンジローラの製造方法。

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