JP2007279126A - 導電性ゴムローラ、その製造方法及び転写ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】未加硫の該円筒状ゴム成形体及び加硫発泡後の該ゴム層の表面粘着性を小さく、タルク等の防着剤を使用することなく、加硫炉内及び搬送工程内で搬送が円滑に行われる導電性ゴムローラの製造方法、導電性ゴムローラ及び転写ローラを提供すること。
【解決手段】電子写真装置に用いる導電性芯材上に加硫発泡ゴム層が成形されている導電性ゴムローラの製造方法において、アクリロニトリルゴムとエピクロルヒドリンゴムとを含有するゴム層を形成する工程と、マイクロ波の有効照射距離が２ｍ以下で、マイクロ波出力が１．０〜２．０ｋＷであって、かつ加熱雰囲気温度１８０℃〜２３０℃としたマイクロ波加硫炉中で行われる該ゴム層の加硫発泡工程と、を備え、該加硫発泡ゴム層の表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２以下である導電性ゴムローラの製造方法、該製造方法により得られた導電性ゴムローラ及び転写ローラ。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真複写装置、プリンター、静電記録装置等の画像形成装置において、使用される導電性ゴムローラ及びその製造方法に関し、更には感光体等の像担持体に電子写真プロセス、静電記録プロセス等の作像手段で形成担持させたトナー像による転写画像を紙等の記録媒体、転写材に転写させる転写装置の転写ローラに関するものである。

複写機、プリンター等、電子写真方式の画像形成装置の多くに帯電ローラ、転写ローラ及び現像ローラ等の導電性ローラが用いられている。これらのゴムローラに導電性を付与するのにカーボンブラック等の導電性の充填材を加える方法、あるいはアクリロニトリルブタジエンゴムやエピクロルヒドリンゴム等のイオン導電性のゴム材料を配合する方法が挙げられる。これらのローラは、各々ドラムに対して荷重が加えられた状態で接触しており、また、これらのゴムローラは用途の上で長時間通電される。そのため、抵抗値の変動が小さいゴム材料が望ましく、また、製造方法の問題等から転写ローラや帯電ローラではアクリロニトリルブタジエンゴやエピクロロヒドリンゴム等のゴム材料が広く使用されている（特許文献１及び２）。

これらのローラに用いるゴム材料は、加硫剤、発泡剤及び充填剤等を混練した原料組成物を用い、金型、押し出し機等で未加硫の円筒状ゴム成形体とした後、この未加硫の成形体を加熱により加硫・発泡させて円筒状のゴム層に調製される。その後、円筒状の発泡体に芯金を圧入し、外径を円筒研磨してローラ形状にする手法が用いられている。

上記円筒状の発泡体の製造方法としては、例えば高圧蒸気による加硫缶加硫、筒型等による金型加硫、マイクロ波照射によるＵＨＦ加硫が知られている（例えば特許文献３、４、５）。これらの製造方法において、未加硫の該円筒状ゴム成形体や加硫発泡後の該ゴム層の取り扱いを簡便にする目的でタルク等の防着剤等が用いられる場合がある。しかしながら、未加硫の該円筒状ゴム成形体に防着剤を使用した場合は、加硫炉内に防着剤が残留し、該加硫炉のメンテナンスが頻繁に必要となり経済的、生産上において好ましくない。また、該加硫発泡後の該ゴム層に防着剤を使用した場合では、防着剤が該発泡体内に染み込む可能性があり、製品特性上弊害を生じる場合がある。更に、防着剤の塗布手段によっては、環境的に好ましくない場合もあった。一方、防着剤を使用しない場合では、特に連続加硫方式等では未加硫の該円筒状ゴム成形体や加硫発泡後の該ゴム層が搬送ベルトや搬送ローラに巻き付く等の課題があった（特許文献５）。

また、高い温度での加硫処理時には、発泡時の膨張が抑制されて小径化、内径側の変形が生ずることも有り、その課題の解決も望まれていた。
特開平１１−０６５２６９号公報 特開２００３−０６４２２４号公報 特開平１１−１１４９７８号公報 特開平１１−２０１１４０号公報 特開２００２−２２１８５９号公報

本発明の目的は、上記課題を解決することであり、電子写真装置に用いられる導電性ゴムローラの製造方法に関して、加硫発泡後の該ゴム層の表面粘着性を小さくすることにより、タルク等の防着剤を使用することなく、加硫炉内及び搬送工程内で搬送が円滑に行われる導電性ゴムローラの製造方法を提供することである。

本発明の別の目的は、導電性ゴムローラの製造方法により得られた導電性ゴムローラ及び、其の用途形態としての転写ローラを提供することである。

本発明に従って、電子写真装置に用いる導電性芯材上に加硫発泡ゴム層が成形されている導電性ゴムローラの製造方法において、
アクリロニトリルゴムとエピクロルヒドリンゴムとを含有するゴム層を形成する工程と、
マイクロ波の有効照射距離が２ｍ以下で、マイクロ波出力が１．０〜２．０ｋＷであって、かつ加熱雰囲気温度１８０℃〜２３０℃としたマイクロ波加硫炉中で行われる該ゴム層の加硫発泡工程と、
を備え、
該加硫発泡ゴム層の表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２以下である
ことを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法が提供される。

また、本発明に従って、電子写真装置に用いる導電性芯材上に加硫発泡ゴム層が成形されている導電性ゴムローラにおいて、
加硫発泡が、マイクロ波の有効照射距離が２ｍ以下で、マイクロ波出力が１．０〜２．０ｋＷであって、かつ加熱雰囲気温度１８０℃〜２３０℃としたマイクロ波加硫炉中で行われ、
該加硫発泡ゴム層は、アクリロニトリルゴムとエピクロルヒドリンゴムを有し、
該加硫発泡ゴム層の表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２以下である
ことを特徴とする導電性ゴムローラが提供される。

更に、本発明に従って、電子写真装置の転写装置に具備される転写ローラが上記導電性ゴムローラであることを特徴とする転写ローラが提供される。

本発明により、タルク等の防着剤を使用することなく加硫炉内及び搬送工程内で搬送が円滑に行われる導電性ゴムローラの製造方法及び該製造方法による導電性ゴムローラを提供することが可能となった。

従って、上記製造方法による導電性ゴムローラは電子写真装置用ローラとして、特には転写ローラ等に好適に使用することができる。

以下に本発明を更に詳しく、実施をするための最良の形態について説明する。

（画像形成装置）
図２に、本発明に係る導電性ゴムローラを画像形成装置に利用した一例を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のプロセスカートリッジを使用したレーザプリンタであり、同図はその概略構成を示す縦断面図である。また、同図に示す画像形成装置には、転写ローラを有する転写装置が装着されている。

同図に示す画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という）１を備えている。感光ドラム１は、接地された円筒アルミニウム基体の外周面に、有機光導電体（ＯＰＣ）からなる感光層を設けたものである。この感光ドラム１は、駆動手段（不図示）により矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）、例えば５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動される。

感光ドラム１表面は、接触帯電部材としての帯電ローラ２によって均一に帯電される。帯電ローラ２は、感光ドラム１表面に接触配置されており、感光ドラム１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ２方向に従動回転する。帯電ローラ２には、帯電バイアス印加電源（高圧電源）により振動電圧（交流電圧ＶＡＣ＋直流電圧ＶＤＣ）が印加され、これにより感光ドラム１表面は、−６００Ｖ（暗部電位Ｖｄ）に一様に帯電処理される。帯電後の感光ドラム１表面は、レーザスキャナから出力されてミラーによって反射されたレーザ光３、すなわち、目的の画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光により走査露光を受ける。これにより、感光ドラム１表面には、目的の画像情報に対応した静電潜像（明電部位Ｖｌ＝−１５０Ｖ）が形成される。

その静電潜像は、現像装置４の現像スリーブに印加された現像バイアスによって、負に帯電されたトナーが付着され、トナー像として反転現像される。

一方、給紙部から給搬送された紙等の転写材７が、転写ガイドにガイドされて、感光ドラム１と転写ローラ６との間の転写部（転写ニップ部）Ｔに、感光ドラム１上のトナー像とタイミングを合わせるようにして供給される。転写部Ｔに供給された転写材７は、転写バイアス印加電源により転写ローラ６に印加された転写バイアスによって、表面に感光ドラム１上のトナー像が転写される。このとき、転写材７に転写されないで感光ドラム１表面に残ったトナー（残留トナー）は、クリーニング装置９によって除去される。

転写部Ｔを通った転写材７は、感光ドラム１から分離されて定着装置１０へ導入され、ここでトナー像の定着処理を受け、画像形成物（プリント）として画像形成装置本体外部に排出される。

（導電性ゴムローラ）
本発明の導電性ゴムローラの製造方法について以下に説明する。

（ゴム材料）
本発明のゴム材料に使用される原料ゴムは、ゴム主成分としてアクリロニトリルブタジエンゴム、エピクロルヒドリンゴム、又はその混合物を含み、これを所定量混合する。その他、ポリスチレン系高分子材料、ポリオレフィン系高分子材料、ポリエステル系高分子材料、ポリウレタン系高分子材料、ＲＶＣ（ビニルビフェニル−ジビニルビフェニル共重合体をクロルメチル化をしたもの）等の熱可塑性エラストマー、アクリル系樹脂、スチレン酢酸ビニル共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等の高分子材料等や、これらゴム、エラストマー、樹脂の混合物を用いることができる。

（導電材・充填材）
また、カーボンブラック等の導電材、炭酸カルシウム等の充填材、また、前記ゴムに導電性を付与するために添加される導電性物質は、公知の物質を用いることが可能である。例えば、導電性粒子として、導電性カーボンブラック、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２とＳｂＯ_３の固溶体等の金属酸化物、Ｃｕ、Ａｇ等の金属粉末等、また、イオン導電剤として、ＬｉＣＩＯ_４、ＮａＳＣＮ等が挙げられ、前記ゴムに単独で若しくは複数を添加し分散させることによって、所望の電気抵抗を得ることが可能である。また、ゴム主鎖中あるいは側鎖に極性を有する分子等を導入することにより導電化することもできる。

（発泡剤）
発泡剤としては、有機発泡剤、例えばＡ．Ｄ．Ｃ．Ａ（アゾジカルボンアミド）系、Ｄ．Ｐ．Ｔ（ジニトロソペンタメチレンテトラアミン）系、Ｔ．Ｓ．Ｈ（Ｐ．トルエンスルホニルヒドラジド）系、Ｏ．Ｂ．Ｓ．Ｈ（オキシビスベンゼンスルフェニルヒドラジド）系等を単独で若しくは混合して用いることが可能である。発泡剤の分解温度は、尿素樹脂や酸化亜鉛等の発泡助剤等を加えて低下させることもできる。

（発泡助剤）
発泡助剤としては、尿素系化合物、酸化亜鉛、酸化鉛等の金属酸化物、サリチル酸、ステアリン酸等を主成分とする化合物等が挙げられ、発泡剤に対応して添加することができる。

（加硫剤・加硫促進剤）
本発明に用いられる加硫剤は、硫黄や金属酸化物等が挙げられ、加硫促進剤は各種知られているが、チアゾール系促進剤、チウラム系促進剤を使用してもよい。チアゾール系促進剤及びチウラム系促進剤の併用は、Ｃセット性（圧縮永久歪）に効果があることが一般的に知られている。具体的なチアゾール系促進剤としては、２−メルカプトベンゾチアゾールやジベンゾチアジルジスルフィド等があるが、本発明ではスコーチ性（未加硫生地の貯蔵安定性）が少なく、チウラム系促進剤との併用に賞用されるジベンゾチアジルジスルフィドが好ましい。また、チウラム系促進剤としては、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラキス（２−エチルヘキシル）チウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等が知られている。スコーチ性に優れたテトラキス（２−エチルヘキシル）チウラムジスルフィドを適用している。なお、その他のチアゾール系促進剤及びチウラム促進剤においても使用条件を整えることで本発明に適用可能である。

次に、本発明を実証する導電性ゴムローラ（図１）は以下のようにして作製した。

（製造方法）
図３は導電性ゴムローラのマイクロ波を用いた連続加硫による製造装置を示し、押出し加硫装置は全長１３ｍからなり、１１は押出機、１２はマイクロ波加硫装置（以下、ＵＨＦとする）、１３は熱風加硫装置（以下、ＨＡＶとする）、１４は引取機、１５は定尺切断機で構成される。更に、定尺切断後、導電性芯材を該ゴム層に圧入する工程、該ゴム層の圧入時のひずみの除去及びゴム位置を調整する工程該ゴム層を製品寸法に両端を突っ切る工程、該ゴム層を円筒研磨し、導電性ゴムローラとする工程等で構成される（不図示）。

上記ゴム材料は、バンバリーミキサー又はニーダー等の密閉式混練機を用い混練した後、オープンロールとリボン成形分出し機によりリボン状に成形し、上記押出機１１に投入している。上記ＵＨＦ１２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）でコーティングされたメッシュのベルト、又はポリテトラフルオロエチレン樹脂を被服したコロで上記押出機１１より押出されたゴムチューブを搬送し、ＨＡＶ１３はポリテトラフルオロエチレン樹脂を被覆したコロで搬送を行っている。ＵＨＦ１２とＨＡＶ１３間は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を被覆したコロで連結されている。

上記装置１２，１３，１４の長さは図示の通りで、本実施形態では、順に、４ｍ、６ｍ、１ｍとなっている。ＵＨＦ１２とＨＡＶ１３間、及びＨＡＶ１３と引取機１４間は０．１〜１．０ｍとなるように設定されている。

上記マイクロ波を用いた連続加硫による製造装置において、押出機１１よりチューブ状に成形され押出された該ゴム層（以下ゴムチューブ）は、該押出機１１より押し出された直後にＵＨＦ炉１２内に搬送され、該ゴムチューブにマイクロ波を照射させて、該ゴムチューブの温度を１８０℃〜２３０℃に加熱させて加硫発泡し、つづいて、ＨＡＶ１３に搬送し、加硫を完了させている。

上記ＵＨＦ炉において、マイクロ波の有効照射距離を２ｍ以下、マイクロ波出力を１．０〜２．０ｋＷかつ、加熱空気雰囲気の設定は１８０℃〜２３０℃としている。この範囲を設定することにより該ゴムチューブの表面粘着力を０．３Ｎ／ｍｍ^２以下に調整し、該ゴムチューブの搬送性を確立している。

即ち、マイクロ波出力が１．０ｋＷ未満、かつ加熱雰囲気温度が１８０℃未満では加硫発泡後の該ゴムチューブの表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２より大きくなり、搬送が困難となる。これはマイクロ波加硫炉内での該ゴムチューブ表面の硬化即ち加硫が遅くなり、搬送ベルトや搬送ローラに巻き付き易くなるためである。一方、マイクロ波出力が２．０ｋＷより大きく、かつ加熱雰囲気温度が２３０℃より高い温度では、該ゴムチューブの表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２以下となり搬送は可能であるが、加硫速度の加速が著しくなり、該ゴムチューブの外側からも加硫が始まるため、発泡時の膨張が抑制されて小径化、内径側の変形が起る。また、配合によっては、過加硫となる場合があり、更には発火の危険性もあり、生産面だけではなく品質面においても好ましくない。

また、このＵＨＦ炉１２では加熱区間（マイクロ波の有効照射区間）が２ｍ以下の加硫炉を用いる。加熱区間が２ｍを超えても加硫発泡には問題ないが、装置が大きくなるだけであり、設置場所をとることや経済性が悪くなる。

なお、マイクロ波の出力と加熱雰囲気温度は両方が本発明の範囲内のときに、所望のゴムチューブが得られる。どちらか一方が本発明の範囲外の場合、即ちマイクロ波の出力が１．０ｋＷより低い場合のみでは、ＵＨＦ炉内において加硫・発泡が不十分となり、搬送性が悪くなる。逆に２．０ｋＷより高い場合のみにおいては発泡が抑制され、小径化が起るため次工程に支障をきたす。また、加熱雰囲気温度のみが１８０℃より低くなる場合は、該ゴムチューブの表面の加硫が遅れるため、表面粘着力が大きくなり、搬送性が悪くなる他、該ゴムチューブの変形が生じる。逆に２３０℃より高い場合においては該ゴムチューブ全体が過加硫となり、品質的に問題が生じる。

この様に、加硫発泡後のゴムチューブの表面粘着力を０．３Ｎ／ｍｍ^２以下と表面粘着性を小さくすることにより、タルク等の防着剤を使用しなくても、ＵＨＦ炉内の搬送ローラに巻き付いたり、ゴムチューブ同士が貼り付いたりすることが無く良好な搬送性を維持することができる。なお、表面粘着力の下限としては搬送性を維持するためにも０．０５Ｎ／ｍｍ^２である。

加硫、発泡後に引取機１４より排出された直後に、定尺切断機１５により所望の寸法に切断し、該ゴムチューブを作製した。次いでφ４〜１０ｍｍの導電性芯材を該ゴムチューブの内径部に圧入し、ローラ状の成形体を得る。

以下に、本発明について実施例を挙げて詳細に説明する。ただし、本発明はこの転写ローラのみに限定されるものではなく、帯電ローラ、現像ローラにも展開可能である。

なお、各実施例及び比較例で使用したゴム材料は以下の通りである。
・アクリロニトリルブタジエンゴム［商品名：ＤＮ４０１ＬＬ、日本ゼオン（株）社製］ ８０質量部
・エピクロルヒドリンゴム［商品名：ハイドリン３１０６、日本ゼオン（株）社製］ ２０質量部
・チアゾール系促進剤：ジベンゾチアジルジスルフィド［商品名：ノクセラーＤＭ−Ｐ、大内新興化学（株）社製］ ２質量部
・チウラムジスルフィド系促進剤：テトラキス（２−エチルヘキシル）チウラムジスィド［商品名：ノクセラーＴＯＴ−Ｎ、大内新興化学（株）社製］ ２質量部
・硫黄［商品名：サルファックスＰＭＣ、鶴見化学（株）社製］ １．５質量部
・アゾジカルボンアミド［商品名：ビニホールＡＣ、永和化成工業（株）社製］ ４質量部

（実施例１〜５及び比較例１〜６）
上述の製造装置を用いて、表１及び表２に記載した加熱雰囲気温度、マイクロ波出力で、２４５０ＭＨｚのマイクロ波を照射させる（有効照射距離１．５ｍ）マイクロ波加硫炉（ＵＨＦ）と連続加硫炉にて加硫を行いチューブ状のゴム加硫物を作製し、次いでφ６ｍｍの導電性芯材を前記チューブ状のゴム加硫物の内径部に挿入しローラ状の成形体を得た。この成形体を、研磨砥石ＧＣ８０を取り付けた研磨機にセットし、研磨条件として回転速度２０００ＲＰＭ、送り速度５００ｍ／分で外径がφ１７ｍｍになるように研磨し、導電性発泡ゴムローラを作製した。

次に、本発明の評価方法について説明する。

＜表面粘着力の測定方法＞
ゴムチューブの表面粘着力の測定はＪＩＳ Ｋ６８４９に記載されている「接着剤の引張り強さ試験方法」を参考に行った。すなわち、ＵＨＦ及び連続加硫装置で該ゴムチューブを加硫発泡させた後、該切断にて連続的に切断し、該ゴムチューブの熱が冷めないうちに積み重ね、該ゴムチューブが室温になるまで放冷する。なお、「熱が冷めないうち」とは該加硫発泡の熱が該ゴムチューブに残っている状態を示し、通常１１０℃〜１３０℃程度であり、室温になるには３０分間以上放冷するのが好ましい。また、積み重ねるのは、該ゴムチューブが工程内で該ゴムチューブ同士との貼りつきを想定した場合であり、積み重ねる際には該切断後の該ゴムチューブの重量以上の加重をかけて積み重ねることが望ましい。その後、貼り付いている該ゴムチューブ同士を１００ｍｍの長さで張り付いたままで切断する。切断後、接触面の幅を通常用いられるノギス等で測定し、接触面積（ｍｍ^２）を算出し、通常用いられる引張試験機を使用して引張速度１００ｍｍ／分で引張試験を行う。この引張試験時の最大荷重（Ｎ）を接触面積（ｍｍ^２）で割ることにより表面粘着力（Ｎ／ｍｍ^２）とした。

更に、判断の指標として、
・ゴムチューブ搬送性（支障の無い搬送性；〇、支障ある場合：×）
・ゴムチューブの変形量（次工程に支障の無い変形量；〇、支障ある場合；×）
を用いた。結果を表１及び表２に示す。

表１より、該ゴムチューブの表面粘着力は０．３Ｎ／ｍｍ^２以下になっており、かつゴムチューブ搬送性、変形量ともに問題なかった。

本発明の要件に満たない場合では該ゴムチューブの表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２より大きくなり、該搬送ローラに巻き付き搬送できない、あるいは、該ゴムチューブ同士が貼り付いてしまい、切断後の搬送ができなかった。一方、本発明の要件より高い場合では、該ゴムチューブの表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２以下になったが、該ゴムチューブの変形もしくは小径化が生じた。

本発明に係る転写ローラの全体図である。 本発明に係る画像形成装置の全体断面図である。 本発明に係る加硫成形装置の全体断面図である。

符号の説明

１ 感光ドラム
２ 帯電装置
３ 露光手段
４ 現像装置
５ トナー
６ 転写ローラ
７ 記録媒体
８ クリーニングブレード
９ 廃トナー容器
１０ 定着装置
１１ 押出機
１２ マイクロ波加硫装置（ＵＨＦ）
１３ 熱風加硫装置（ＨＡＶ）
１４ 引取機
１５ 定尺切断機
６１ 芯金
６２ 加硫発泡ゴム層

Claims (3)

1. 電子写真装置に用いる導電性芯材上に加硫発泡ゴム層が成形されている導電性ゴムローラの製造方法において、
   アクリロニトリルゴムとエピクロルヒドリンゴムとを含有するゴム層を形成する工程と、
   マイクロ波の有効照射距離が２ｍ以下で、マイクロ波出力が１．０〜２．０ｋＷであって、かつ加熱雰囲気温度１８０℃〜２３０℃としたマイクロ波加硫炉中で行われる該ゴム層の加硫発泡工程と、
   を備え、
   加硫発泡ゴム層の表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２以下である
   ことを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法。
2. 電子写真装置に用いる導電性芯材上に加硫発泡ゴム層が成形されている導電性ゴムローラにおいて、
   加硫発泡が、マイクロ波の有効照射距離が２ｍ以下で、マイクロ波出力が１．０〜２．０ｋＷであって、かつ加熱雰囲気温度１８０℃〜２３０℃としたマイクロ波加硫炉中で行われ、
   該加硫発泡ゴム層は、アクリロニトリルゴムとエピクロルヒドリンゴムを有し、
   該加硫発泡ゴム層の表面粘着力が０．３Ｎ／ｍｍ^２以下である
   ことを特徴とする導電性ゴムローラ。
3. 電子写真装置の転写装置に具備される転写ローラが請求項２に記載の導電性ゴムローラであることを特徴とする転写ローラ。