JP2010091623A - 導電性ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】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を採用しつつ、ゴムの劣化を抑制するだけでなく、導電剤の過分極をも有効に抑制し得る導電性ローラを提供すること。
【解決手段】本発明の導電性ローラは、アクリロニトリル−ブタジエンゴム単独、またはアクリロニトリル−ブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴムとの混合物からなるゴム成分（Ａ）、イオン導電剤（Ｂ）、および老化防止剤（Ｃ）を含有するゴム組成物から形成されてなる弾性層を備えることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、プリンタ等の画像形成装置において各種ローラ部材として使用するに際し、優れた特性を発揮する導電性ローラに関する。

従来より、複写機、プリンタ等の電子写真方式による画像形成装置において、紙、ＯＨＰ、ベルトなどの記録媒体を帯電させ、現像剤をこの記録媒体に転写させる部材として導電性ローラが用いられている。こうした導電性ローラは、良好な電気特性を有することが必須要件となり、この電気特性の変動幅が可能な限り長期使用にわたって抑制され得る、優れた耐久性を有することが望まれている。

こうしたなか、良好な導電性を有する材料であるエピクロルヒドリンゴムやアクリロニトリル−ブタジエンゴムを用いた導電性ローラが数多く提案されている。これらゴム成分を用いると、好適な電気抵抗値を得ることができるとともに電気抵抗のバラつきを低減することも可能であり、特にエピクロルヒドリンゴムは耐オゾン性に優れた材料でもあることからゴムの劣化に対する耐性も付与できる。そのため、これらゴム成分をベースとして、さらに付加価値を高めた種々の導電性ローラも提案されている。

たとえば、特許文献１〜２には、これらゴム成分にさらに老化防止剤を添加したゴム組成物を用いた導電性ローラが開示されている。これによれば、オゾン劣化をより抑制することができ、連続通電による電気抵抗の変動を低減することが可能である。

一方、近年、こうした導電性ローラに対して、より過酷な使用環境下においても良好な特性を保持することが強く望まれており、一層ハイレベルな性能を有する必要がある。なかでも、長期間にわたる連続通電にも耐えうる耐久性は、益々優れたものが要求されつつある。

特開２００３−６４２２４号公報 特開２００３−１０５１１９号公報

しかしながら、導電性ローラにエピクロルヒドリンゴムやアクリロニトリル−ブタジエンゴムを含むゴム組成物を採用した場合、連続通電によって引き起こされるのはオゾン劣化だけでなく、イオンの過分極により、導電性の低下のみならず抵抗値の変動にもつながりかねない。したがって、上記特許文献１〜２に開示されたエピクロルヒドリンゴムやアクリロニトリル−ブタジエンゴムをベースとしたゴム組成物では、双方のゴム成分が有する極性にも起因して、連続通電によってイオンが偏在したり、イオンの過分極が発生したりする可能性が高い。こうした現象は、ゴム組成物に老化防止剤を添加しただけでは充分に抑制することができず、導電性ローラとして良好な耐久性を発揮し得ないこととなるが、この点に着目した従来技術は上記特許文献１〜２を含め、依然として皆無に等しい。

そこで、本発明は、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を採用しつつ、ゴムの劣化を抑制するだけでなく、イオンの過分極をも効果的に抑制し得る導電性ローラを提供することを目的としている。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、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をベースとしたゴム成分に、イオン導電剤と老化防止剤とを含有させたゴム組成物を採用することで、ゴムの劣化とともにイオンの過分極をも抑制し、より長期間にわたる連続通電によっても電気抵抗値の変動を有効に抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の導電性ローラは、アクリロニトリル−ブタジエンゴム単独、またはアクリロニトリル−ブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴムとの混合物からなるゴム成分（Ａ）、イオン導電剤（Ｂ）、および老化防止剤（Ｃ）を含有するゴム組成物から形成されてなる弾性層を備えることを特徴とする。

前記イオン導電剤（Ｂ）は、前記ゴム成分（Ａ）１００質量部に対し、０．５〜２．５質量部の量で含有されるのが望ましい。
また、前記老化防止剤（Ｃ）は、前記ゴム成分（Ａ）１００質量部に対し、０．３質量部以上３質量部未満の量で含有されるのが望ましい。

本発明の導電性ローラによれば、イオン導電剤と老化防止剤との相乗効果により、ゴムの劣化だけでなく、イオンの過分極を有効に低減することができるので、連続通電による電気抵抗値の変動を極力抑制することができる。したがって、従来の導電性ローラに比して、より一層長期にわたる連続通電にも耐え得る、優れた耐久性を有する導電性ローラを実現することができる。

以下、本発明について、好ましい実施の形態を挙げて、必要に応じて図面を参酌しつつ具体的に説明する。
図１は、本発明の導電性ローラの一態様の斜視図である。導電性ローラ１は、シャフト２と該シャフト２の外周に形成された弾性層３とを備える。シャフト２の材質としては、良好な導電性を有する限り特に制限はなく、たとえば、鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフト、または良導電性のプラスチック製シャフトを用いることができる。

本発明の導電性ローラは、上記弾性層３が、アクリロニトリル−ブタジエンゴム単独、またはアクリロニトリル−ブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴムとの混合物からなるゴム成分（Ａ）、イオン導電剤（Ｂ）、および老化防止剤（Ｃ）を含有するゴム組成物から形成されてなる弾性層を備えることを特徴としている。これにより、連続通電における抵抗値の変動を極力抑制し、長時間にわたる通電使用下においても、ゴムの劣化を防止しつつ良好な抵抗値を保持することができる。

上記弾性層３に用いるゴム組成物のゴム成分（Ａ）として、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）単体からなるゴム成分、またはアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）とエピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）との混合物からなるゴム成分を用いる。すなわち、ＮＢＲ単独であってもよく、ＮＢＲとＥＣＯとを混合して用いてもよいが、ＮＢＲは極性を有しているのに対してＥＣＯは非極性であるため、いずれの場合においてもゴム成分（Ａ）は極性を有することとなる。そのため、連続通電によりイオンが偏在しやすく、イオンの過分極が発生しやすい傾向にある。しかしながら、本発明では、後述するようにイオン導電剤（Ｂ）を配合することで、こうしたイオンの過分極を有効に抑制することができ、長期間にわたる連続通電によっても優れた電気特性を保持し得る導電性ローラを実現できる。

本発明において、ゴム成分（Ａ）中のＮＢＲとＥＣＯとの量比については特に制限されず、必要に応じて適宜変更して用いることができるが、ゴム成分（Ａ）１００質量部中、ＥＣＯが通常０〜９０質量部、好ましくは３０〜７０質量部程度の量で配合される。

本発明に用いる上記ゴム組成物は、さらにイオン導電剤（Ｂ）を含有する。イオン導電剤（Ｂ）は、通電によって弾性層３において過分極するイオンを補充する作用を発揮し、連続通電によって次第に導電性が低下するのを有効に抑制することができる。また、イオンを補充してイオンの過分極を抑制することは、こうした現象に起因したゴムの劣化をも抑制できることとなり、後述する老化防止剤（Ｃ）の配合量をも低減することができる。このようなイオン導電剤としては、たとえば、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウム塩の過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エトサルフェート塩、臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等のハロゲン化ベンジル塩等の第四級アンモニウム塩等の陽イオン性界面活性剤；脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤；各種ベタイン等の両性イオン界面活性剤などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、互いの奏する効果を阻害しない範囲内であれば２種以上混合して用いてもよい。

これらイオン導電剤（Ｂ）は、上記ゴム成分（Ａ）１００質量部に対し、通常０．１〜４．０質量部、好ましくは０．５〜２．０質量部の量で配合される。上記上限値を超えると、イオン導電剤が電気泳動により分極するおそれがあり、場合によっては汚染の原因ともなり得る。また、上記下限値未満であると、イオンを充分に補充することができなくなるおそれがある。

本発明に用いる上記ゴム組成物は、さらに老化防止剤（Ｃ）を含有する。老化防止剤（Ｃ）は、オゾンや熱によるゴムの劣化を抑制するとともにひずみの発生も低減することができる。また、ローラ抵抗値のバラつきを抑制しつつ、連続通電による電気抵抗値の変動幅をも低減することができる。こうした電気的特性の変動は、上述したイオンの過分極にも大きく影響を受けるものであり、本発明ではこのイオンの過分極を上記イオン導電剤（Ｂ）によって充分に抑制することによって、老化防止剤（Ｃ）自体の配合量を低減することができるので、コスト面の観点からしても最適である。

このような老化防止剤（Ｃ）としては、たとえば、アミン−ケトン系老化防止剤、芳香族第二級アミン系老化防止剤、モノフェノール系老化防止剤、ビスフェノール系老化防止剤、ポリフェノール系老化防止剤、ベンゾイミダゾール系老化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系老化防止剤、チオウレア系老化防止剤、有機チオ酸系老化防止剤、特殊ワックス系老化防止剤等が挙げられ、ノクラック２２４やノクラック２００等のノクラックシリーズ（大内新興化学工業（株）製）、またはサンノックやサンノックＮ等のサンノックシリーズ（大内新興化学工業（株）製）として上市されているものを用いることができる。これらは、１種単独で用いてもよく、２種以上混合して用いてもよいが、老化防止剤（Ｃ）としてより優れた効果を発揮させるには、２種以上混合して用いるのが望ましい。

これら老化防止剤（Ｃ）は、上記ゴム成分（Ａ）１００質量部に対し、通常０．１〜１０質量部、好ましくは０．２質量部以上４質量部未満、より好ましくは０．３質量部以上３質量部未満の量で配合される。上記上限値を超えると、老化防止剤（Ｃ）がブリードするおそれがあるとともにコスト面からも好適ではない。また、上記下限値未満であると、ゴムの劣化抑制や電気抵抗値の変動抑制などの効果を充分に発揮することができないおそれがある。

このように、本発明では、ゴム成分（Ａ）に上記イオン導電剤（Ｂ）と老化防止剤（Ｃ）とを配合する。イオン導電剤（Ｂ）は、イオンを補充することでゴム成分（Ａ）の極性等に起因するイオンの過分極を低減する効果を奏するものの、イオン導電剤（Ｂ）だけではゴムの劣化を充分に抑制することができないおそれがある。一方、老化防止剤（Ｃ）は、多少なりとも導電性付与の効果も奏し得るものの、この老化防止剤（Ｃ）だけでは連続通電によるイオンの過分極を充分に低減することができないおそれがある。したがって、本発明ではこれら双方を配合して相乗効果を発揮させることにより、ゴムの劣化をも有効に防止しつつイオンの過分極をも充分に低減することができるため、より長期にわたる連続通電によっても電気抵抗値の変動を極力抑制することが可能となる導電性ローラを得ることができる。

上記弾性層３に用いるゴム組成物には、より好適な加工性を付与するために、ゴム成分（Ａ）以外のゴム成分として液状ゴム（２４℃において液状を呈するゴム）を配合してもよい。液状ゴムを配合したゴム組成物は、オイル等の可塑剤や軟化剤を配合したゴム組成物に比べて、ブリードアウトによる汚染を有効に防止することもできる。このような液状ゴムとしては、特に限定されないが、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム（液状ＮＢＲ）、液状イソプレンゴム（液状ＩＲ）、液状ブタジエンゴム（液状ＢＲ）および液状クロロプレンゴム（液状ＣＲ）等が挙げられる。これらの中でも、ゴム成分（Ａ）との相溶性の観点から、液状ＮＢＲが好ましい。なお、これら液状ゴムは加工性と硬度の観点から、ゴム成分１００質量部に対して、通常５〜４０質量部、好ましくは５〜２０質量部の量で配合される。

また、上記弾性層３に用いるゴム組成物には、上記液状ゴムのほか、カーボンブラック、発泡剤を配合してもよい。たとえば、カーボンブラックを配合すると、弾性層３の有するセル径をより細かくし、転写ローラ１に寸法安定性を付与するとともに良好な帯電性をも付与することができる。カーボンブラックとしては、特に制限されないが、例えばＦＥＦ、ＳＲＦ、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、ＳＡＦ等が挙げられる。なお、カーボンブラックの配合量は、転写ローラ１の抵抗に影響を与えない程度であることが望ましい。

また、たとえば発泡剤を配合すると、より微細な発泡セル径を有する弾性層３を得ることができる。該発泡セル径は、良好な帯電性や寸法安定性を保持するために、通常５０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍである。発泡剤としては、具体的には４，４’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）等が挙げられる。これら発泡剤は、ゴム成分（Ａ）１００質量部に対して、通常０．５〜１０質量部、好ましくは１〜５質量部の量で配合する。さらに、発泡剤の分解性をより向上させるために発泡助剤を配合してもよい。

さらに、ゴム業界で通常使用される各種配合剤、たとえば、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、亜鉛華、ステアリン酸、酸化マグネシウムや酸化鉛等の受酸剤、充填剤を、本発明の効果を損なわない範囲内で配合することができる。これら配合剤は、上市のものを好適に用いることができる。

なお、上記ゴム組成物は、アクリロニトリル−ブタジエンゴム単独、またはアクリロニトリル−ブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴムとの混合物からなるゴム成分（Ａ）に、イオン導電剤（Ｂ）および老化防止剤（Ｃ）と、必要に応じて適宜選択した成分を配合して、公知の方法により混合、混練りすることによって製造することができる。

図２に、本発明の導電性ローラを用いた画像形成装置の一例としての一般的な電子写真複写装置の概略図を示す。図示する装置における電子写真プロセスは、以下のように行われる。まず、帯電ローラ１２により感光ドラム１１の表面を均一に帯電させて、露光光１３を照射することにより、感光ドラム１１上に静電潜像を形成する。次いで、この静電潜像に対し、現像装置１５の現像ローラ１４を用いて現像剤を付着させ、その後、転写ローラ１６で、同じ極性の電荷により現像剤を紙等の記録媒体１７上に転写する。さらに、クリーニング装置１９のクリーニングローラ１８により感光ドラム１１上に残留した現像剤を除去して、プロセスが終了する。

本発明の導電性ローラは、図２に例示するような画像形成装置において、各種ローラ部材として用いることができるものであるが、特に、感光ドラム１１に当接して感光ドラム１１上の現像剤を記録媒体１７上に転写させる、転写ローラ１６として好適に用いることができる。また、図示はしないが、本発明の導電性ローラは、感光ドラムにシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各現像装置を有する小型複写装置で形成されたトナー像を転写する、中間転写ローラにも好適に適用可能であり、この場合には、中間転写ローラ上にトナー像を形成するために、その表面粗さをＪＩＳ １０点法平均粗さで１５μｍ以下とすることが好ましい。

また、本発明の画像形成装置は、本発明の上記導電性ローラを備えたものであればよく、それ以外の各部の構造等については特に制限されるものではなく、常法に従い適宜構成することができる。

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

[実施例１〜１９および比較例１〜３]
表１〜表２に示す配合処方にしたがって、弾性層用のゴム組成物を配合し、１０Ｌニーダーで混練りした後、ＵＨＦ連続押し出し機で押し出し、加硫発泡した円筒状のチューブを成型した。該チューブをカットして金属製の芯金（Ф８ｍｍ）に挿入し、研磨するとともにカットして仕上げ加工を施し、導電性ローラ（サイズ：Ф１６ｍｍ×Ф８ｍｍ×Ａ３）を得た。

[ローラ抵抗値]
得られた各導電性ローラについて、下記評価方法にしたがってローラ抵抗値を測定し、評価した。結果を表１〜表２に示す。

温度２２℃、湿度５５％ＲＨの環境下で、図３に示すようにФ３０ｍｍのＳＵＳドラム（ステンレスドラム）２０上に、左右の軸端に５００ｇの荷重をかけた各実施例および比較例で得られた導電性ローラ１を配置し、ＳＵＳドラム２０を３０ｒｐｍで回転させた状態で、通電電流；−１０μＡ、通電時間：１００時間における連続通電前後の印加電圧を測定した。これらの値より、通電前後のローラ抵抗値（ｌｏｇΩ）を求め、これらの差より連続通電前後の変動値（ｌｏｇΩ）を算出した。さらに、連続通電時の印加電圧の時間的な変動を測定することにより、通電時の抵抗上昇値（ｌｏｇΩ）を求めた。

※１：アクリロニトリル−ブタジエンゴム
※２：エピクロルヒドリンゴム
※３：ノクラックＮＳ−１０−Ｎ（大内新興化学工業（株）製）
※４：ノクラック ＴＢＴＵ（大内新興化学工業（株）製）
※５：ノクラック ＮＳ−６（大内新興化学工業（株）製）
※６：ノクラック ＮＢＣ（大内新興化学工業（株）製）
※７：ノクラック ６Ｃ（大内新興化学工業（株）製）
※８：ノクラック ３００（大内新興化学工業（株）製）
※９：ノクラック Ｇ−１（大内新興化学工業（株）製）
※１０：ノクラック ＣＤ（大内新興化学工業（株）製）
※１１：エレガン２６４ワックス（日本油脂製）
※１２：ＪＳＲ Ｎ２８０（ＪＳＲ（株）製）
※１３：マグサラット（協和化学工業(株)製）
※１４：大内新興化学工業（株）製
※１５：大内新興化学工業（株）製
※１６：ネオセルボンＮ＃１０００Ｓ（永和化成工業（株）製）
※１７：ビニホールＡＣ＃ＬＱ−Ｋ２（永和化成工業（株）製）
※１８：セルペースト１０１（永和化成工業（株）製）

イオン導電剤（Ｂ）および老化防止剤（Ｃ）を一切配合しない比較例１、またどちらか一方のみを配合した比較例２〜３と比べ、イオン導電剤（Ｂ）および老化防止剤（Ｃ）双方とも配合した実施例１は、連続通電時における抵抗値の変動を有効に抑制していることがわかる。なお、実施例１〜７によれば、この効果は用いる老化防止剤（Ｃ）の種類によって実質的に影響を受けるものではないことがわかる。

また、実施例８〜１０の結果を考察すれば、イオン導電剤（Ｂ）がゴム成分（Ａ）１００質量部に対して０．５〜２．５質量部の量で配合されていれば、ほぼ同等の効果を発揮することがわかる。

さらに、実施例１１〜１４の結果を考察すれば、老化防止剤（Ｃ）がゴム成分（Ａ）１００質量部に対し０．３質量部以上３質量部未満の量で配合されている実施例１１〜１２と、これを超える量で配合されている実施例１３〜１４とは、ほぼ同等の効果を発揮することが明らかであり、従来よりも老化防止剤（Ｃ）の量を低減することが可能であることがわかる。

なお、実施例１７〜１９の結果を考察すれば、本発明の効果はゴム成分（Ａ）におけるＮＢＲとＥＣＯとの量比によって、実質的に影響を受けるものではないことがわかる。したがって、本発明の効果は、ＮＢＲとＥＣＯとの幅広い量比範囲において充分に発揮し得るものである。

本発明の導電性ローラの一態様の斜視図である。 本発明の導電性ローラを用いた画像形成装置の一例を示す概略図である。 実施例におけるローラ抵抗値の測定に用いた装置の概略図である。

符号の説明

１：導電性ローラ
２：シャフト
３：弾性層
１１：感光ドラム
１２：帯電ローラ
１３：露光光
１４：現像ローラ
１５：現像装置
１６：転写ローラ
１７：記録媒体
１８：クリーニングローラ
１９：クリーニング装置
２０：ＳＵＳドラム

Claims (3)

1. アクリロニトリル−ブタジエンゴム単独、またはアクリロニトリル−ブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴムとの混合物からなるゴム成分（Ａ）、イオン導電剤（Ｂ）、および老化防止剤（Ｃ）を含有するゴム組成物から形成されてなる弾性層を備えることを特徴とする導電性ローラ。
2. 前記イオン導電剤（Ｂ）が、前記ゴム成分（Ａ）１００質量部に対し、０．５〜２．５質量部の量で含有されることを特徴とする請求項１に記載の導電性ローラ。
3. 前記老化防止剤（Ｃ）が、前記ゴム成分（Ａ）１００質量部に対し、０．３質量部以上３質量部未満の量で含有されることを特徴とする請求項１または２に記載の導電性ローラ。

Images