JP2006010754A

JP2006010754A - 導電性弾性ロール

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Publication number: JP2006010754A
Application number: JP2004183706A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Kondo; 光由近藤; Akihiko Kachi; 明彦加地; Kazuyuki Yamaguchi; 和志山口; Masanori Sato; 正則佐藤; Jiro Iwashiro; 二朗岩代
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】トナー等の付着や、フィルミングの発生を抑制することができる導電性弾性ロールを提供する。
【解決手段】軸体の外周面に弾性層が形成され、この弾性層の外周に、直接または他の層を介して表層３が形成されてなる導電性弾性ロールであって、上記表層３中に粒子４が含有されており、かつ、粒子４の体積固有抵抗（Ｒｖ１）と、表層３の体積固有抵抗（Ｒｖ２）とが、０．１≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦１０の関係にあるという構成をとる。
【選択図】図２

Description

本発明は、導電性弾性ロールに関するものであり、詳しくは、現像ロール、帯電ロール、転写ロール等の導電性弾性ロールに関するものである。

一般に、現像ロール、帯電ロール、転写ロール等の導電性弾性ロールは、軸体の外周面に弾性層（ベースゴム層）が形成され、この弾性層の外周に、直接または他の層を介して最表層が形成されて構成されている。このような構成の導電性弾性ロールにおいては、表面形状を持たせるために、最表層中に粒子を含有させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２４４３９２号公報

ところで、弾性ロールに使用される最表層は、弾性層の硬度に比べて極端に硬いと弾性率の差でシワが発生するため、最表層はあまり硬くすることはできない。また、トナーに対するストレスという観点からも、最表層はあまり硬くすることはできない。そのため、印字枚数が増えるにしたがって、接触している部材との摩擦によって最表層が削れ、最表層中に含有させた粒子が表面に露出してくる。その結果、その露出した粒子に、トナーやトナー外添材が付着したり、フィルミングが発生するという難点がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、トナー等の付着や、フィルミングの発生を抑制することができる導電性弾性ロールの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の導電性弾性ロールは、軸体の外周面に弾性層が形成され、この弾性層の外周に、直接または他の層を介して最表層が形成されてなる導電性弾性ロールであって、上記最表層中に粒子が含有されており、かつ、粒子の体積固有抵抗（Ｒｖ１）と、最表層の体積固有抵抗（Ｒｖ２）とが、０．１≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦１０の関係にあるという構成をとる。

すなわち、本発明者らは、トナー等の付着や、フィルミングの発生原因を追求するため鋭意研究を重ねた。そして、最表層の表面に露出した粒子の周辺で、トナー等の付着やフィルミンイグが発生しやすく、さらにそこが起点となって全体に広がって行くということを突き止めた。そこで、これらの問題を解消するため、さらに研究を続けたところ、最表層中に含有させる粒子の体積固有抵抗が、最表層に用いられる材料の体積固有抵抗と大きく異なる場合、微小電界が発生してしまうために、トナーやトナー外添材を保持する力が発生し、これがトナー等の付着やフィルミングの発生原因になっているという知見を得た。そして、この知見に基づき、粒子の体積固有抵抗（Ｒｖ１）と、最表層の体積固有抵抗（Ｒｖ２）とについて研究を続けた結果、０．１≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦１０の関係にある場合に、微小電界の発生を抑制でき、トナーやトナー外添材を保持する力も発生しにくくなるため、トナー等の付着や、フィルミングの発生を抑制できることを見いだし、本発明に到達した。

本発明の導電性弾性ロールは、最表層中に粒子が含有されており、かつ、粒子の体積固有抵抗（Ｒｖ１）と、最表層の体積固有抵抗（Ｒｖ２）とが、０．１≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦１０の関係にあるため、微小電界の発生を抑制でき、トナーやトナー外添材を保持する力も発生しにくくなる。その結果、トナー等の付着や、フィルミングの発生を抑制できるという効果が得られる。

また、上記粒子の表面を抵抗調整層で被覆すると、トナー等の付着や、フィルミングの発生をより効果的に抑制することができる。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

本発明の導電性弾性ロールは、例えば、図１に示すように、軸体１の外周面に弾性層２が形成され、この弾性層２の外周面に表層３が形成されて構成されている。

本発明においては、図２に示すように、上記表層３中に粒子４が含有されており、かつ、粒子４の体積固有抵抗（Ｒｖ１）と、表層３の体積固有抵抗（Ｒｖ２）とが、０．１≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦１０の関係にあるのであって、これが最大の特徴である。

上記軸体１としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属製の中空体や中実体等が用いられる。そして、その材質としては、ステンレス、アルミニウム等があげられる。なお、上記軸体１の外周面には、弾性層２との接着性を高めるため、必要に応じて、接着剤、プライマー等を塗布してもよく、また上記接着剤、プライマー等は必要に応じて導電化してもよい。

上記軸体１の外周面に形成される弾性層２の形成材料（弾性層用材料）としては、特に限定するものではなく、例えば、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーンゴム、ポリウレタン系エラストマー、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等のベースポリマーが用いられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

なお、上記弾性層用材料には、上記ベースポリマーに加えて、導電剤、加硫剤、加硫促進剤、滑剤、助剤等を必要に応じて適宜に配合しても差し支えない。

上記導電剤としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、導電性酸化チタン（ｃ−ＴｉＯ₂）、導電性酸化亜鉛（ｃ−ＺｎＯ）、導電性酸化錫（ｃ−ＳｎＯ₂）、第四級アンモニウム塩等があげられる。

また、上記加硫剤としては硫黄等があげられ、加硫促進剤としてはテトラメチルチウラムジスルフィド（ＣＺ）等があげられ、滑剤としてはステアリン酸等があげられ、助剤としては亜鉛華（ＺｎＯ）等があげられる。

つぎに、上記弾性層２の外周面に形成する表層３の形成材料（表層用材料）としては、特に限定はないが、例えば、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ブチラール樹脂（ＰＶＢ）、フッ素樹脂等のベースポリマーが用いられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

なお、上記表層用材料には、上記ベースポリマーに加えて、導電剤、帯電制御剤等を必要に応じて適宜に配合しても差し支えない。

また、上記表層３中に含有させる粒子４は、粒子４の体積固有抵抗（Ｒｖ１）が、上記表層３の体積固有抵抗（Ｒｖ２）と特定の関係にあるものであれば、形成材料や粒径等は特に限定するものではない。上記粒子４の形成材料としては、例えば、シリカ、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂等があげられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。また、上記材料に、イオン導電剤を含浸させたり、カーボンブラックを混ぜ込んだりすること等によって、粒子４の抵抗を調整してもよい。

上記粒子４の平均粒径は、特に限定されるものではないが、１〜２０μｍの範囲に設定されていることが好ましく、より好ましくは４〜１５μｍの範囲である。すなわち、この範囲を外れると、得られるロールにおいて、所望の表面粗さが得られなくなる傾向がみられるからである。なお、上記粒子４の平均粒径は、母集団から任意に抽出される試料を用いて導出される値である。また、粒子形状が真球状ではなく楕円球状（断面が楕円の球）等のように一律に粒径が定まらない場合には、最長径と最短径との単純平均値をその粒子の粒径とする。

上記粒子４の配合割合は、上記表層用材料のベースポリマー１００重量部（以下「部」と略す）に対して、１〜２００部の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは５〜５０部の範囲である。すなわち、この範囲を外れると、ロール表面において、均一な粗面が得られにくくなる傾向がみられるからである。

本発明においては、上記粒子４の体積固有抵抗（Ｒｖ１）と、表層３の体積固有抵抗（Ｒｖ２）とが、０．１≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦１０の関係にあることが必要であり、特に０．５≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦２の関係にあることが好ましい。すなわち、（Ｒｖ１／Ｒｖ２）が上記範囲から外れると、粒子４とその周りの部分の電位差によるトナーの保持力が発生し、トナー等の付着が顕著となるからである。

なお、上記粒子４は、図３に示すように、その表面を抵抗調整層５で被覆しても差し支えない。本発明において、粒子４の体積固有抵抗（Ｒｖ１）とは、粒子４の表面を抵抗調整層５で被覆した場合には、抵抗調整層５の体積固有抵抗を粒子４の体積固有抵抗とする。

上記抵抗調整層５の形成材料（抵抗調整層用材料）としては、特に限定はなく、例えば、ウレタン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム、アクリルゴム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらのなかでも、耐摩耗性に優れた硬質ウレタン樹脂が好適に用いられる。

なお、上記抵抗調整層用材料には、導電性カーボンブラック等の添加剤を適宜に配合しても差し支えない。

上記抵抗調整層５の厚みは、特に限定はなく、例えば、０．１〜１０μｍの範囲が好ましく、特に好ましくは０．５〜２μｍの範囲である。

前記図１に示した本発明の導電性弾性ロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。すなわち、前記弾性層用材料となる各成分をニーダー等の混練機を用いて混練し、弾性層用材料を調製する。また、前記表層用材料となる各成分をロール等の混練機を用いて混練し、この混合物に有機溶剤を加えて混合、攪拌することにより、表層用材料を調製する。つぎに、軸体１となる芯金をセットした射出成形用金型内に、上記弾性層用材料を充填し、所定の条件で加熱架橋を行う。その後、脱型して、軸体１の外周面に沿って弾性層２が形成されてなるベースロールを製造する。ついで、上記ベースロールの外周面に、上記表層用材料を塗布等して表層３を形成する。このようにして、弾性層２の外周面に表層３が形成されてなる２層構造の導電性弾性ロール（図１参照）を作製することができる。

なお、上記弾性層２の形成方法は、射出成形法に限定されるものではなく、注型成形法やプレス成形後、研磨する方法により作製しても差し支えない。また、上記表層用材料の塗布方法も、特に制限するものではなく、従来公知のディッピング法、スプレーコーティング法、ロールコート法等があげられる。

本発明の導電性弾性ロールは、前記図１に示したような２層構造に限定するものではなく、弾性層２と表層３との間に、少なくとも１つの中間層を介在させることも可能である。

本発明の導電性弾性ロールは、例えば、現像ロール、帯電ロール、転写ロール、定着ロール、トナー供給ロール、除電ロール、給紙ロール、搬送ロール、クリーニングロール等に用いることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す粒子を準備した。

〔粒子Ａ（抵抗調整層なし）〕
イオン導電剤を含浸したウレタン樹脂からなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：１．０×１０⁹Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｂ（抵抗調整層なし）〕
イオン導電剤を含浸したウレタン樹脂からなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：１．０×１０¹¹Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｃ（抵抗調整層なし）〕
イオン導電剤を含浸したアクリル樹脂からなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：５．０×１０⁹Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｄ（抵抗調整層なし）〕
イオン導電剤を含浸したポリアミド樹脂からなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：１．０×１０¹⁰Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｅ（抵抗調整層なし）〕
イオン導電剤を含浸したポリイミド樹脂からなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：２．０×１０¹⁰Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｆ（抵抗調整層あり）〕
シリカ粒子の表面に、硬質ウレタン樹脂（導電性カーボンブラック２０重量％含有）からなる抵抗調整層（厚み１μｍ）を被覆してなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：１．０×１０⁹Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｇ（抵抗調整層あり）〕
ポリイミド樹脂からなる粒子の表面に、導電剤を添加したエポキシ樹脂からなる抵抗調整層（厚み１μｍ）を被覆してなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：１．０×１０¹¹Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｈ（抵抗調整層あり）〕
ポリイミド樹脂からなる粒子の表面に、導電剤を添加したエポキシ樹脂からなる抵抗調整層（厚み１μｍ）を被覆してなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：５×１０⁹Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｉ（抵抗調整層あり）〕
ポリイミド樹脂からなる粒子の表面に、導電剤を添加したエポキシ樹脂からなる抵抗調整層（厚み１μｍ）を被覆してなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：１×１０¹⁰Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

〔粒子Ｊ（抵抗調整層あり）〕
ポリイミド樹脂からなる粒子の表面に、導電剤を添加したエポキシ樹脂からなる抵抗調整層（厚み１μｍ）を被覆してなる粒子〔体積固有抵抗（Ｒｖ１）：２．０×１０¹⁰Ω・ｃｍ、平均粒径：１０μｍ〕

つぎに、上記粒子（抵抗調整層なし）を用いて、つぎのようにして現像ロールを作製した。

〔弾性層用材料の調製〕
ＥＰＤＭ（住友化学工業社製、エスプレン５０５）１００部に、過酸化物架橋剤として２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン（日本油脂社製、パーヘキサ２５Ｂ４０）８．５部と、共架橋剤としてトリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）３部とを配合し、これらをロールを用いて混練して、弾性層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
ＮＢＲ（日本ゼオン社製、ニポールＤＮ４０１）１００部と、カーボンブラック２０部と、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（日本ユニカー社製、Ａ１８９）１部と、ステアリン酸（花王社製、ルナックＳ３０）０．５部と、亜鉛華５部と、サンセラーＣＺ−Ｇ（三新化学社製）１．０７部と、ノクセラーＢＺ−Ｐ（大内新興化学工業社製）０．４９部と、粉末硫黄１部とを混合して得られるポリマーの溶液に、前述の粒子Ａ１０部を分散して混合、攪拌することにより、表層用材料を調製した。

〔現像ロールの作製〕
軸体である芯金（直径１０ｍｍ、ＳＵＳ３０４製）をセットした射出成形用金型内に、上記弾性層用材料を注型し、１５０℃×４５分の条件で加熱した後、脱型して、軸体の外周面に沿って弾性層を形成した。ついで、上記表層用材料を上記弾性層の外周面に塗布して、表層を形成した。このようにして、軸体の外周面に弾性層（厚み３ｍｍ）が形成され、その外周面に表層（厚み３０μｍ）が形成されてなる２層構造の現像ロールを作製した。

〔弾性層用材料の調製〕
ＥＰＤＭ（住友化学工業社製、エスプレン５０５）１００部に、ステアリン酸（花王社製、ルナックＳ３０）１部と、酸化亜鉛５部と、ケッチェンブラックＥＣ２５部と、ダイアナプロセスオイルＰＷ３８０（出光興産社製）９１部と、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）３部と、過酸化物架橋剤として２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン（日本油脂社製、パーヘキサ２５Ｂ４０）８．５部とを配合し、これらをロールを用いて混練して、弾性層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｂを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔現像ロールの作製〕
上記弾性層用材料および表層用材料を用いる以外は、実施例１に準じて、２層構造の現像ロールを作製した。

〔弾性層用材料の調製〕
実施例１と同様にして、弾性層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｃを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｄを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｅを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔比較例１〕
〔弾性層用材料の調製〕
実施例１と同様にして、弾性層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
カーボンブラックの配合量を１０部に変更する以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔比較例２〕
〔弾性層用材料の調製〕
実施例１と同様にして、弾性層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
カーボンブラックの配合量を３０部に変更する以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

つぎに、上記粒子（抵抗調整層あり）を用いて、つぎのようにして現像ロールを作製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｆを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｇを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｈを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｉを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

〔表層用材料の調製〕
上記粒子Ａに代えて、粒子Ｊを用いる以外は、実施例１と同様にして、表層用材料を調製した。

このようにして得られた実施例品および比較例品の現像ロールを用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を、下記の表１〜表３に併せて示した。

〔トナー付着〕
各現像ロールを市販のカラープリンターに組み込み、０．５Ｋ、５Ｋ、１０Ｋ印字後のロール表面へのトナーの付着状態を目視評価した。評価は、ロール表面へのトナーの付着が全くないものを◎、ロール表面へのトナーの付着が少しあるが実用上問題のないものを○、ロール表面へのトナーの付着がかなりあるものを×とした。

〔画像かぶり〕
各現像ロールを市販のカラープリンターに組み込み、初期、０．５Ｋ、５Ｋ、１０Ｋ印字後の画像かぶりを目視評価した。評価は、画像かぶりがないものを○、画像かぶりがあるものを×とした。なお、画像かぶりとは、イメージのないところにトナーが飛んでいることをいう。

上記表の結果から、実施例品の現像ロールは、いずれもロール表面へのトナーの付着が抑制され、また画像かぶりもなかった。

これに対して、比較例品の現像ロールは、印字枚数の増加に伴いロール表面へのトナーの付着が発生するとともに、画像かぶりも発生した。

本発明の導電性弾性ロールの一例を示す断面図である。

本発明の導電性弾性ロールの要部を示す模式図である。

本発明の導電性弾性ロールの他の例を示す模式図である。

符号の説明

１軸体
２弾性層
３表層
４粒子

Claims

軸体の外周面に弾性層が形成され、この弾性層の外周に、直接または他の層を介して最表層が形成されてなる導電性弾性ロールであって、上記最表層中に粒子が含有されており、かつ、粒子の体積固有抵抗（Ｒｖ１）と、最表層の体積固有抵抗（Ｒｖ２）とが、０．１≦（Ｒｖ１／Ｒｖ２）≦１０の関係にあることを特徴とする導電性弾性ロール。
上記粒子の表面が、抵抗調整層で被覆されている請求項１記載の導電性弾性ロール。