JP2012123190A - 半導電性ローラ - Google Patents

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隆司 丸井
Yoshihisa Mizumoto
善久 水本
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Abstract

【課題】ローラ本体を低硬度化して柔軟性を付与した状態での圧縮永久歪みが小さいという特性は維持しながら、前記ローラ本体の製造原料となる半導電性ゴム組成物のスコーチタイムを遅らせることができ、製造工程において、スコーチの発生とそれに伴う押出成形時のゴムの詰まりや径の不安定化等を生じ難く、量産に適した半導電性ローラ1を提供する。
【解決手段】共重合成分としてエチレンオキサイドを含む共重合ゴムと、クロロプレンゴムとを含むゴム分100質量部に、0.5〜1.5質量部のチオウレア系加硫促進剤、0.5〜1.5質量部のグアニジン系加硫促進剤、0.5〜2.0質量部のスルフェンアミド系加硫促進剤、および2.0質量部以下のパーオキサイド系架橋剤を添加した半導電性ゴムを用いてローラ本体2を形成した。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子写真法を利用した、レーザープリンタ等の画像形成装置に組み込んで用いられる半導電性ローラに関するものである。
前記レーザープリンタや静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置は、例えば高速化、高画質化、カラー化、小型化といった改良が次々に進むことで広く普及してきた。またこうした改良は現在も絶え間なく続けられている。
例えばレーザープリンタでは、今後のさらなる普及を目指してより一層の小型化と、各部の耐久性の向上によるメンテナンスフリー化とを図るために研究開発が続けられている。そしてこの流れに沿って、画像形成装置に組み込んで使用される半導電性ローラについても、さらなる小型化と高い耐久性とが求められるようになってきている。
前記半導電性ローラとしては、半導電性ゴム組成物の架橋物からなるローラ本体を備えるとともに、前記ローラ本体の中心に金属等からなるシャフトを挿通したものが一般的に用いられる。前記半導電性ローラは、例えばレーザープリンタ内で帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ等として用いられる。
このうち現像ローラは、レーザープリンタ等の現像部において、帯電させたトナーを感光体ドラムの表面に搬送して、前記感光体ドラムの表面に形成された静電潜像をトナー像に現像するために機能する。
多くのレーザープリンタにおいて現像ローラは、感光体ドラムおよびトナー容器とともに一体のカートリッジを構成して、前記カートリッジごとレーザープリンタの筐体に対して着脱自在に設けられている。そしてトナー容器内のトナーがなくなった際には、カートリッジごと現像ローラや感光体ドラムも新たなものと交換することにより、レーザープリンタのメンテナンスフリー化が図られている。
近年の、レーザープリンタのさらなる小型化の要求に対応したり、小型でしかもフルカラー化に対応したレーザープリンタ等を開発したりするためには、前記カートリッジを現状よりもさらに小型化する必要がある。
そのため現像ローラのローラ本体には、
* 現状よりも小径化すること、
* 小径化しても従来と同等程度のニップ厚を維持した状態で感光体ドラムの表面に圧接させるべく、低硬度化して柔軟性を高めること、
* 低硬度化しても圧縮永久歪みが小さい状態を維持することで、圧接により変形したのち前記圧接を解除しても元の形状になかなか復元されない、いわゆる「ヘタリ」を生じにくくして、前記ヘタリにより形成画像に画像ムラが生じるのを防止できること、
等が求められる。
具体的には、ローラ本体の硬度が日本工業規格JIS K6253:2006「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−硬さの求め方」において規定されたデュロメータ タイプA硬さで表してA60以下で、かつJIS K6262:2006「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−常温,高温及び低温における圧縮永久ひずみの求め方」において規定された圧縮永久歪みが5%以下であることが求められる。
なお本明細書では、前記デュロメータ タイプA硬さを、温度23±1℃、相対湿度55±1%の環境下で測定した値でもって表すこととする。また圧縮永久歪みを、温度70±1℃、測定時間22時間、圧縮率25%の条件で測定した値でもって表すこととする。
前記ヘタリは、例えば保管していたカートリッジをレーザープリンタに装着して画像形成を開始した際や、現像ローラを感光体ドラムの表面に圧接させた状態でレーザープリンタを停止させた状態から画像形成を開始もしくは再開した際等に発生する。詳しくはローラ本体の外周面のうち、前記保管や停止の間中、感光体ドラムの表面に圧接され続けていた箇所に、前記外周面の、円筒の母線に沿って直線状にヘタリが発生する。
そして画像形成を開始したり再開したりしても直ちにヘタリが解消されない場合には、形成画像のうち、前記ローラ本体のヘタリが発生した箇所に対応する領域の濃度が低下して、前記形成画像に縞状の濃度のムラ、すなわち画像ムラが生じる。
また圧縮永久歪みが大きすぎる場合だけでなく硬度が高すぎる場合にも、特に画像形成を開始もしくは再開した初期の時点で直ちにヘタリが解消されずに形成画像に画像ムラを生じる場合がある。
前記現像ローラ等の半導電性ローラのローラ本体は、例えば共重合成分としてエチレンオキサイドを含みイオン導電性を示す共重合ゴムを含有する半導電性ゴム組成物によって形成するのが好ましい。
かかるイオン導電性を示す共重合ゴムとしては、例えばエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム等のエピクロロヒドリン系の共重合ゴムや、あるいはエチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合ゴム、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム等のポリエーテル系の共重合ゴムが挙げられる。
前記共重合ゴムに、必要に応じてクロロプレンゴム(CR)、ニトリルゴム(アクリロニトリルブタジエンゴム、NBR)等を配合するとともに、架橋剤(加硫剤)、加硫促進剤等の添加剤を加えて半導電性ゴム組成物を調製し、前記半導電性ゴム組成物を、例えば押出成形等によってローラ本体の形状に成形したのち架橋させることで前記ローラ本体が得られる(特許文献1〜3等参照)。
ところが、かかる特許文献1〜3に記載された従来の半導電性ローラは、いずれも小径化した際に所定のニップ厚を維持するべくローラ本体を低硬度化すると圧縮永久歪みが大きくなってヘタリを生じやすくなり、例えば現像ローラとして使用して画像形成を繰り返した際には、前記へタリにより形成画像に画像ムラを生じやすいという問題があった。
かかる問題を解決するため、特許文献4においては、前記共重合ゴムとクロロプレンゴムとを少なくとも含むゴム分に、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、およびパーオキサイド系架橋剤を選択的に、それぞれ特定の添加量で組み合わせて半導電性ゴム組成物を調製し、前記半導電性ゴムを用いてローラ本体を形成することが提案されている。
前記基材ゴム、加硫促進剤、および架橋剤の組み合わせによれば、小径化した際に所定のニップ厚を維持するべく低硬度化して柔軟性を付与した状態での圧縮永久歪みが小さく、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいローラ本体を備えた半導電性ローラを形成することができる。
特開2008−116684号公報 特開2007−313883号公報 特開2007−286236号公報 特開2010−180357号公報
ところが、前記特許文献4に記載の半導電性ゴム組成物はスコーチタイムが早いため、特に半導電性ローラの量産時に、ゴム分に加硫促進剤、架橋剤を添加して混練後の半導電性ゴム組成物を室温で保管している間にスコーチ(焼け)を生じて、次工程であるローラ本体の押出成形時にゴムの詰まりや圧力上昇に伴う径の不安定化等を生じやすいという問題がある。かかる問題は、特に気温の高い夏場等に頻発する。
本発明の目的は、ローラ本体を小径化した際に所定のニップ厚を維持するべく低硬度化して柔軟性を付与した状態での圧縮永久歪みが小さく、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいという特性は維持しながら、前記ローラ本体の製造原料となる半導電性ゴム組成物のスコーチタイムを遅らせることができるため、製造工程において、スコーチの発生とそれに伴う押出成形時のゴムの詰まりや径の不安定化等の問題を生じ難く、量産に適した半導電性ローラを提供することにある。
過去の知見から、特に半導電性ローラの量産時に、ゴム分に加硫促進剤、架橋剤を添加して混練した半導電性ゴム組成物を、前記のように気温の高い夏場等であっても安定して押出成形するためには、ムーニー粘度計を用いて、130℃で測定したスコーチタイムは、t5が8min以上、t10が10min以上、t90が15min以上であることが望ましい。
しかし特許文献4に記載された配合系では、前記の条件で測定したスコーチタイムt5、t10、およびt90が、いずれも前記の条件を満足していなかった。そのため混練後の半導電性ゴム組成物を保管等している間にスコーチを生じやすく、前記スコーチを生じることによって押出成形の安定性が低下していた。
発明者の検討によれば、前記特許文献4に記載の配合系において、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、およびパーオキサイド系架橋剤の添加量を全体的に減らすと、スコーチタイムを遅らせることができる。しかしその場合には架橋密度が低下するため、製造されるローラ本体は、ヘタリと、それに伴う画像ムラとを生じやすくなる。
そこで発明者は、前記以外の他の加硫促進剤、架橋剤の組み合わせについても検討したが、かかる他の組み合わせでは、ローラ本体を低硬度化して柔軟性を付与した状態での圧縮永久歪みが小さく、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいという特性を維持しながら、なおかつスコーチタイムのみを遅らせることはできなかった。
そこでさらに検討した結果、前記チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、およびパーオキサイド系架橋剤の併用系に、さらにスルフェンアミド系加硫促進剤を加えると、
* 前記チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、およびパーオキサイド系架橋剤を組み合わせたことによる、ローラ本体を低硬度化して柔軟性を付与した状態での圧縮永久歪みが小さく、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいという特性を維持しながら、
* 追加した前記スルフェンアミド系加硫促進剤の作用によって半導電性ゴム組成物のスコーチタイムを遅らせて、前記半導電性ゴム組成物を、気温の高い夏場等であっても安定して押出成形できる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、少なくとも外周面が半導電性ゴム組成物の架橋物からなるローラ本体を備えた半導電性ローラであって、前記半導電性ゴム組成物は、
共重合成分としてエチレンオキサイドを含む共重合ゴムと、クロロプレンゴムとを少なくとも含有するゴム分、ならびに
前記ゴム分の総量100質量部に対して0.5質量部以上、1.5質量部以下のチオウレア系加硫促進剤、0.5質量部以上、1.5質量部以下のグアニジン系加硫促進剤、0.5質量部以上、2.0質量部以下のスルフェンアミド系加硫促進剤、および2.0質量部以下のパーオキサイド系架橋剤、
を含有することを特徴とするものである。
前記共重合ゴムとしては、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、およびエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴムからなる群より選ばれた少なくとも1種が好ましい。
またスルフェンアミド系加硫促進剤としては、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドが好ましい。
本発明によれば、ローラ本体を小径化した際に所定のニップ厚を維持するべく低硬度化して柔軟性を付与した状態での圧縮永久歪みが小さく、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいという特性は維持しながら、前記ローラ本体の製造原料となる半導電性ゴム組成物のスコーチタイムを遅らせることができるため、製造工程において、スコーチの発生とそれに伴う押出成形時のゴムの詰まりや径の不安定化等の問題を生じ難く、量産に適した半導電性ローラを提供することができる。
本発明の半導電性ローラの、実施の形態の一例を示す斜視図である。
本発明の半導電性ローラは、少なくとも外周面が半導電性ゴム組成物の架橋物からなるローラ本体を備えたものであって、前記半導電性ゴム組成物は、
共重合成分としてエチレンオキサイドを含む共重合ゴム(以下「エチレンオキサイド含有共重合ゴム」と記載する場合がある)と、クロロプレンゴムとを少なくとも含有するゴム分、ならびに
前記ゴム分の総量100質量部に対して0.5質量部以上、1.5質量部以下のチオウレア系加硫促進剤、0.5質量部以上、1.5質量部以下のグアニジン系加硫促進剤、0.5質量部以上、0.5質量部以上、2.0質量部以下のスルフェンアミド系加硫促進剤、および2.0質量部以下のパーオキサイド系架橋剤、
を含有することを特徴としている。
〈半導電性ゴム組成物〉
前記のうちエチレンオキサイド含有共重合ゴムとしては、例えばエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合ゴム、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム等の、共重合成分としてエチレンオキサイドを含みイオン導電性を示す共重合ゴムの1種または2種以上が挙げられる。
中でもエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、およびエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴムからなる群より選ばれた少なくとも1種が好ましい。
エチレンオキサイドは、多くのイオンを安定化することによりローラ本体の体積固有抵抗を低下する働きをする。しかしエチレンオキサイドが多すぎる場合には、前記エチレンオキサイドの結晶化が起こり分子鎖のセグメント運動が妨げられるため、逆にローラ本体の体積固有抵抗が上昇する傾向がある。またエチレンオキサイドが多すぎる場合にはローラ本体の硬度が上昇したり、加硫前の半導電性ゴム組成物の粘度が上昇して成形性が低下したりするおそれもある。
そのため、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴムにおいてエチレンオキサイド含量は80モル%以下であるのが好ましく、30モル%以上、特に50モル%以上であるのが好ましい。
またアリルグリシジルエーテルは、それ自体が側鎖として自由体積を確保するために機能することにより、エチレンオキサイドの結晶化を抑制してローラ本体の体積固有抵抗を低下させる働きをする。しかしアリルグリシジルエーテルが過剰に存在してもそれ以上の効果が得られないだけでなく、加硫後の架橋点の数が多くなるためローラ本体の体積固有抵抗が却って上昇する傾向がある。またローラ本体の引張強度や疲労特性、耐屈曲性等が低下するおそれもある。
そのためエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴムにおいて、エチレンオキサイド含量が前記エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴムと同じ範囲内にあるとき、アリルグリシジルエーテル含量は0.5モル%以上、特に2モル%以上、であるのが好ましく、10モル%以下、特に6モル%以下であるのが好ましい。
クロロプレンゴムは塩素原子を多く含有するため、前記クロロプレンゴムを含む半導電性ゴム組成物を用いて形成したローラ本体を備えた半導電性ローラを、例えば現像ローラとして使用した場合には、プラス帯電性のトナーを容易かつ効率よく帯電できる。そのため前記半導電性ローラを、プラス帯電性のトナーを用いる方式のレーザープリンタ等に現像ローラとして組み込んで使用することにより、優れた帯電特性を発揮できる。
クロロプレンゴムはクロロプレンを乳化重合させて合成され、その際に用いる分子量調整剤の種類によって硫黄変性タイプと非硫黄変性タイプとに分類される。このうち硫黄変性タイプのクロロプレンゴムは、クロロプレンと分子量調整剤としての硫黄とを共重合したポリマーをチウラムジスルフィド等で可塑化し、所定の粘度に調製して得られる。
また非硫黄変性タイプのクロロプレンゴムは、メルカプタン変性タイプ、キサントゲン変性タイプ等に分類される。メルカプタン変性タイプのクロロプレンゴムは、例えばn−ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン類を分子量調整剤として使用して前記と同様にして合成される。またキサントゲン変性タイプのクロロプレンゴムは、アルキルキサントゲン化合物を分子量調整剤として使用して前記と同様にして合成される。
またクロロプレンゴムは、その結晶化速度に基づいて前記結晶化速度が遅いタイプ、中庸であるタイプ、および早いタイプに分類される。本発明においてはいずれのタイプのクロロプレンゴムを用いてもよいが、中でも非硫黄変性タイプで、かつ結晶化速度が遅いタイプのクロロプレンゴムが好ましい。
またクロロプレンゴムとしては、クロロプレンと他の共重合成分との共重合ゴムを用いてもよい。前記他の共重合成分としては、例えば2,3−ジクロロ−1,3−ブタジエン、1−クロロ−1,3−ブタジエン、スチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イソプレン、ブタジエン、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、およびメタクリル酸エステル等の1種または2種以上が挙げられる。
ゴム分として前記エチレンオキサイド含有共重合ゴムとクロロプレンゴムとを併用する場合、両者の割合は質量比(エチレンオキサイド含有共重合ゴム)/(クロロプレンゴム)=30/70〜70/30、特に40/60〜60/40であるのが好ましい。この範囲よりクロロプレンゴムの割合が少ない場合には、先に説明したプラス帯電性のトナーを容易かつ効率よく帯電させる効果が不十分になるおそれがある。
一方、前記範囲よりクロロプレンゴムの割合が多い場合には、相対的にエチレンオキサイド含有共重合ゴムの割合が少なくなる分、ローラ本体の導電性が低下するため、却ってプラス帯電性のトナーを容易かつ効率よく帯電させる効果が不十分になるおそれがある。
ゴム分はニトリルゴムを含有してもよい。例えばニトリルゴムとクロロプレンゴムとを混合し、クロロプレンゴムが微分散した状態でエチレンオキサイド含有共重合ゴムを混合すると、ニトリルゴムとクロロプレンゴムとは官能基が異なるにも拘らずきわめて細かく分散する。そのため前記3者が微分散することによる効果として、ローラ本体の硬度を低下させて柔軟性を高めると共に伸び率を向上し、かつ圧縮永久歪みを低減できる。
また硬度の温度依存性を低減して、広い温度範囲でローラ本体の硬度を所定の範囲に維持できる。さらには、ローラ本体の比重を低減して軽量化を図ることができ、前記軽量化と柔軟性、伸び率の向上とによってローラ本体の耐摩耗性も向上できる。
ニトリルゴムとしてはアクリロニトリル含量が24%以下である低ニトリルNBR、25〜30%である中ニトリルNBR、31〜35%である中高ニトリルNBR、36〜42%である高ニトリルNBR、43%以上である極高ニトリルNBRのいずれも用いてもよい。特に比重の小さい低ニトリルNBRを用いるとローラ本体の比重を低減して軽量化を図ることができる。
ゴム分として、エチレンオキサイド含有共重合ゴム、クロロプレンゴム、およびニトリルゴムの3者を併用する場合、前記エチレンオキサイド含有共重合ゴムに対するクロロプレンゴムとニトリルゴムの合計の割合は質量比(エチレンオキサイド含有共重合ゴム)/(クロロプレンゴム+ニトリルゴム)=30/70〜70/30、特に40/60〜60/40であるのが好ましい。また、前記のうちクロロプレンゴムとニトリルゴムの割合は質量比(クロロプレンゴム)/(ニトリルゴム)=30/70〜70/30、特に40/60〜60/40であるのが好ましい。
前記範囲よりニトリルゴムの割合が少ない場合には、前記ニトリルゴムを含有させることによる、先に説明したローラ本体の硬度を低下させて柔軟性を高めると共に伸び率を向上し、かつ圧縮永久歪みを低減する効果等が不十分になるおそれがある。
一方、前記範囲よりニトリルゴムが多い場合には、前記ニトリルゴムがクロロプレンゴムと逆極性の帯電極性を有するため、相対的にクロロプレンゴムの割合が少なくなることと相まって、先に説明したプラス帯電性のトナーを容易かつ効率よく帯電させる効果が不十分になるおそれがある。
加硫促進剤としては、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、およびスルフェンアミド系加硫促進剤の3種を併用する。
このうちチオウレア系加硫促進剤としては、例えばN,N′−ジフェニルチオウレア、N,N′−ジエチルチオウレア、ジブチルチオウレア、ジラウリルチオウレア、トリメチルチオウレア、エチレンチオウレア(2−メルカプトイミダゾリン)等の1種または2種以上が挙げられる。特に2−メルカプトイミダゾリンが好ましい。
チオウレア系加硫促進剤の添加量は、ゴム分の総量100質量部に対して0.5質量部以上、1.5質量部以下である必要がある。
添加量が0.5質量部未満ではゴム分の加硫が不十分で、ローラ本体の圧縮永久歪みが大きくなり過ぎるため、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じる。また感光体ドラムの汚染を生じる。すなわち、ゴム分子の架橋点が少なくなり鎖が疎になることによって低分子量のゴム成分等がローラ本体の表面に析出しやすくなり、析出した前記ゴム成分等が感光体ドラムの表面に転移し、付着して形成画像の画質を低下させる。
また添加量が1.5質量部を超える場合にはゴム分の加硫が過剰になってローラ本体が硬くなりすぎるため、却ってヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じる。また感光体ドラムの汚染を生じる。すなわち、過剰に添加されたチオウレア系加硫促進剤の反応残渣や、あるいは未反応のチオウレア系加硫促進剤等がローラ本体の表面に析出して感光体ドラムの表面に転移し、前記表面に付着したり、前記表面に設けられた感光層を構成する感光材料等と反応したりして形成画像の画質を低下させる。
なおこれらの問題が生じるのをより一層効果的に抑制して、圧縮永久歪みおよび硬度が適度に調整された、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいローラ本体を形成することを考慮すると、前記チオウレア系加硫促進剤の添加量は、前記範囲内でも0.8質量部以上、1.2質量部以下、特に1.0質量部前後であるのが好ましい。
グアニジン系加硫促進剤としては、例えば1,3−ジフェニルグアニジン、ジ−o−トリルグアニジン、1−o−トリルビグアニド、ジカテコールボレートのジ−o−トリルグアニジン塩等の1種または2種以上が挙げられる。特にジ−o−トリルグアニジンが好ましい。
グアニジン系加硫促進剤の添加量は、ゴム分の総量100質量部に対して0.5質量部以上、1.5質量部以下である必要がある。添加量が0.5質量部未満ではゴム分の加硫が不十分で、ローラ本体の圧縮永久歪みが大きくなり過ぎるため、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じる。また感光体ドラムの汚染を生じる。すなわち、ゴム分子の架橋点が少なくなり鎖が疎になることによって低分子量のゴム成分等がローラ本体の表面に析出しやすくなり、析出した前記ゴム成分等が感光体ドラムの表面に転移し、付着して形成画像の画質を低下させる。
また、添加量が1.5質量部を超える場合にはゴム分の加硫が過剰になってローラ本体が硬くなりすぎるため、却ってヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じる。また感光体ドラムの汚染を生じる。すなわち、過剰に添加されたグアニジン系加硫促進剤の反応残渣や、あるいは未反応のグアニジン系加硫促進剤等がローラ本体の表面に析出して感光体ドラムの表面に転移し、前記表面に付着したり、前記表面に設けられた感光層を構成する感光材料等と反応したりして形成画像の画質を低下させる。特にグアニジン系加硫促進剤は、他の加硫促進剤よりも析出を生じやすい。
なおこれらの問題が生じるのをより一層効果的に抑制して、圧縮永久歪みおよび硬度が適度に調整された、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいローラ本体を形成することを考慮すると、前記グアニジン系加硫促進剤の添加量は、前記範囲内でも0.8質量部以上、1.2質量部以下、特に1.0質量部前後であるのが好ましい。
スルフェンアミド系加硫促進剤としては、例えばN−ヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N−オキシジエチレン−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N,N−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド等の1種または2種以上が挙げられる。特にN−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドが好ましい。
スルフェンアミド系加硫促進剤の添加量は、ゴム分の総量100質量部に対して0.5質量部以上、2.0質量部以下である必要がある。添加量が0.5質量部未満では、前記スルフェンアミド系加硫促進剤を加えることによる、スコーチタイムを遅らせる効果が得られない。
また、添加量が2.0質量部を超える場合には、感光体ドラムの汚染を生じる。すなわち、過剰に添加されたスルフェンアミド系加硫促進剤の反応残渣や、あるいは未反応のスルフェンアミド系加硫促進剤等がローラ本体の表面に析出して感光体ドラムの表面に転移し、前記表面に付着したり、前記表面に設けられた感光層を構成する感光材料等と反応したりして形成画像の画質を低下させる。
なおこれらの問題が生じるのをより一層効果的に抑制して、スコーチタイムが適度に遅延された、スコーチとそれに伴う押出成形時のゴムの詰まりや径の不安定化等とを生じにくい半導電性ゴム組成物を得ることを考慮すると、前記スルフェンアミド系加硫促進剤の添加量は、前記範囲内でも0.8質量部以上、1.2質量部以下、特に1.0質量部前後であるのが好ましい。
加硫剤としてはパーオキサイド系架橋剤を用いる。パーオキサイド系架橋剤としては、例えばケトンパーオキサイド類、ジアシルパーオキサイド類、ハイドロパーオキサイド類、ジアルキルパーオキサイド類等の1種または2種以上が挙げられる。
またアルキルパーオキサイド類としては、例えばジ-t−ブチルパーオキサイド、t−ブチル−α−クミルパーオキサイド、ジ−α−クミルパーオキサイド、1,3−ビス〔(t−ブチルパーオキシ)イソプロピル〕ベンゼン、1,4−ビス〔(t−ブチルパーオキシ)イソプロピル〕ベンゼン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3−へキシン等が挙げられ、特にジ−α−クミルパーオキサイドが好ましい。
パーオキサイド系架橋剤の添加量は、ゴム分の総量100質量部に対して0.5質量部以上、2.0質量部以下である必要がある。添加量が0.5質量部未満ではゴム分の加硫が不十分で、ローラ本体の圧縮永久歪みが大きくなり過ぎるため、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じる。また感光体ドラムの汚染を生じる。すなわち、ゴム分子の架橋点が少なくなり鎖が疎になることによって低分子量のゴム成分等がローラ本体の表面に析出しやすくなり、析出した前記ゴム成分等が感光体ドラムの表面に転移し、付着して形成画像の画質を低下させる。
また添加量が2.0質量部を超える場合にはゴム分の加硫が過剰になって、ローラ本体が硬くなりすぎるため、却ってヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じる。また感光体ドラムの汚染を生じる。すなわち、過剰に添加されたパーオキサイド系加硫剤が結晶となってローラ本体の表面に析出して感光体ドラムの表面に転移し、前記表面に付着したり、前記表面に設けられた感光層を酸化劣化させたりして形成画像の画質を低下させる。
なおこれらの問題が生じるのをより一層効果的に抑制して、圧縮永久歪みおよび硬度が適度に調整された、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいローラ本体を形成することを考慮すると、前記パーオキサイド系架橋剤の添加量は、前記範囲内でも0.8質量部以上、1.2質量部以下、特に1.0質量部前後であるのが好ましい。
ローラ本体のもとになる半導電性ゴム組成物には、前記各成分の他に、さらに必要に応じて、例えば加硫促進助剤、可塑剤、加工助剤、充填剤、受酸剤、誘電正接調整剤、老化防止剤、酸化防止剤、スコーチ防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料、難燃剤、中和剤、気泡防止剤等の添加剤を適宜添加してもよい。
このうち加硫促進助剤としては酸化亜鉛等の金属酸化物、ステアリン酸、オレイン酸、綿実脂肪酸等の脂肪酸など、従来公知の種々の加硫促進助剤が挙げられる。また可塑剤としてはジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、トリクレジルホスフェート等の各種可塑剤やあるいはワックス等が挙げられ、加工助剤としてはステアリン酸等の脂肪酸が挙げられる。
充填剤としては酸化亜鉛、シリカ、カーボン、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、アルミナ等が挙げられる。スコーチ防止剤としてはN−シクロヘキシルチオフタルイミド、無水フタル酸、N−ニトロソジフェニルアミン、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。
受酸剤は、半導電性ゴム組成物の加硫時にハロゲン系ゴム、すなわちエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、クロロプレンゴム等から発生する塩素系ガスの残留および前記塩素系ガスによる感光体ドラムの汚染を防止する働きをする。前記受酸剤としては、ゴムに対する分散性に優れていることからハイドロタルサイト類が好ましい。
誘電正接調整剤は、特に半導電性ローラを現像ローラとして使用する場合に、ローラ本体の誘電正接を所定の範囲に調整するために添加される。誘電正接とは、電気の流し易さ(導電率)とコンデンサー成分(静電容量)の影響度を示す指標であり、交流電流を印加した際の位相遅れを示すパラメーターでもあって、電圧をかけた時のコンデンサー成分の割合の大きさを示している。
前記誘電正接は、レーザープリンタ等の現像部において、例えば量規制ブレード等を用いて現像ローラに接触された時点でのトナーの帯電量と、前記トナーが現像ローラの外周面に付着されて感光体ドラムの表面へ搬送されるまでに現像ローラに逃げる帯電量とによって表され、感光体ドラムと接触直前のトナーの帯電量を示す指標となる。
誘電正接が大きいと電気(電荷)を通しやすく分極は進みにくい。逆に誘電正接が小さいと電気(電荷)を通しにくく分極が進むことになる。よって誘電正接が小さい方が現像ローラのコンデンサー的特性が高く、摩擦帯電で生じたトナー上の電荷を逃すことなく維持できる。すなわちトナーに帯電性を付加でき、付加した帯電性を維持することができる。
かかる効果を得るために誘電正接調整剤を添加する場合がある。前記誘電正接調整剤としては、平均一次粒径が100〜250nmで、球形状または球形に近い形状の弱導電性カーボンブラックや、脂肪酸処理された炭酸カルシウム等が挙げられる。
〈半導電性ローラ〉
図1は、本発明の半導電性ローラの、実施の形態の一例を示す斜視図である。
図1を参照して、この例の半導電性ローラ1は、前記本発明の半導電性ゴム組成物からなる円筒状のローラ本体2と、前記ローラ本体2の中心の通孔3に挿通されたシャフト4とを含んでいる。シャフト4は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属によって一体に形成される。ローラ本体2と軸4とは、例えば導電性を有する接着剤等により電気的に接合されると共に機械的に固定されて一体に回転される。
ローラ本体2の厚みは特に限定されないが、例えばレーザープリンタ等の現像ローラとして使用する場合には、前記現像ローラの小型化、軽量化を図りながら適度なニップ厚を確保するために厚みが0.5mm以上、20mm以下、中でも1mm以上、15mm以下、特に4mm以上、15mm以下程度であるのが好ましい。
前記ローラ本体2は、本発明の半導電性ゴム組成物を用いて従来同様に形成される。すなわち半導電性ゴム組成物を、押出機を用いて混練しながら加熱して溶融させた状態で、前記ローラ本体2の断面形状、すなわち円環状に対応するダイを通して長尺の円筒状に押出成形し、冷却して固化させたのち、通孔3に加硫用の仮のシャフトを挿通して加硫缶内で加熱して加硫させる。
次いで、外周面に導電性の接着剤を塗布したシャフト4に装着しなおして、前記接着剤が熱硬化性接着剤である場合は加熱により前記熱硬化性接着剤を硬化させてローラ本体2とシャフト4とを電気的に接合するとともに機械的に固定する。そして必要に応じてさらにその外周面を所定の表面粗さになるように研磨したりする。これにより図1に示す半導電性ローラ1が製造される。
なおローラ本体2は、外周面側の外層と軸4側の内層の2層構造に形成してもよい。その場合、少なくとも外層を本発明の半導電性ゴム組成物によって形成すればよい。
また、前記半導電性ローラ1を現像ローラとして使用する場合は、ローラ本体2の軸方向の両端に、トナー漏れを防止するためのシール部を設けてもよい。前記シール部は、例えばフッ素樹脂等の不織布やシートにより、外径がローラ本体2の外径より大きい円板状等に形成される。
またローラ本体2の表面に酸化膜を形成すると、前記酸化膜が誘電層として機能して半導電性ローラ1の誘電正接を低減できる。また現像ローラの場合は酸化膜が低摩擦層となることでトナー離れがよくなり、画像形成が容易に行われ、その結果より良好な画像が得られる。
酸化膜としては多数のC=O基またはC−O基等を有する酸化膜が好ましい。酸化膜は、ローラ本体2の表面に紫外線照射あるいは/およびオゾン照射等の処理を施すことにより前記ローラ本体2の表層部分を酸化して形成される。中でも紫外線照射により酸化膜を形成するのが、処理時間が早くコストも低いことから好ましい。
以上のようにして製造される本発明の半導電性ローラ1は、先に説明したようにローラ本体2のデュロメータ タイプA硬さがA60以下であることが好ましい。ローラ本体2のデュロメータ タイプA硬さをA60以下とすることにより、前記ローラ本体2に適度な柔軟性を付与して小径化した際に所定のニップ厚を維持できる。
またローラ本体2が硬くなりすぎるのを防止して、例えば感光体ドラムの表面に圧接させた状態でレーザープリンタを停止させた状態から画像形成を開始もしくは再開した際に、ローラ本体2にヘタリが生じて、形成画像に画像ムラが発生するのを防止することもできる。
なお、これらの効果をより一層向上することを考慮すると、ローラ本体2のデュロメータ タイプA硬さは、前記範囲内でもA40以上、特にA45以上であるのが好ましく、A60以下、特にA55以下であるのが好ましい。デュロメータ タイプA硬さの測定条件は、先に説明したように温度23±1℃、相対湿度55±1%である。
またローラ本体2の圧縮永久歪みは5%以下であることが好ましい。圧縮永久歪みを5%以下とすることにより、前記柔軟なローラ本体2を感光体ドラムの表面に圧接させた状態でレーザープリンタを停止させた状態から画像形成を開始もしくは再開した際にヘタリが生じて、形成画像に画像ムラが発生するのを防止することができる。
なお、かかる効果をより一層向上することを考慮すると、ローラ本体2の圧縮永久歪みは、前記範囲内でも3%以下であるのが好ましい。圧縮永久歪みの下限は特に限定されない。全く圧縮永久歪みを生じない、すなわち圧縮永久歪みが0%であるのが理想的であるが、前記範囲内であれば十分に効果的である。圧縮永久歪みの測定条件は、これも先に説明したように温度70±1℃、測定時間22時間、圧縮率25%の条件である。
またローラ本体2は、温度23±1℃、相対湿度55±1%の条件下で測定される、印加電圧100Vにおける電気抵抗値が10Ω以上、10Ω以下であるのが好ましい。電気抵抗値を10Ω以上とすることにより、ローラ本体2を流れる電流を制御して画像不良の発生を抑制し、感光体ドラムへの放電を防ぐことができる。
一方、電気抵抗値を10Ω以下とすることにより、例えば現像ローラとして使用した際にトナー供給等の効率を維持し、かつトナーが感光体ドラムの表面に移行する際に現像ローラの電圧降下が起って、それ以後現像ローラから感光体ドラムへ確実にトナーを搬送できず画像不良が生じるのを防ぐことができる。
なお、これらの効果をより一層向上することを考慮すると、現像ローラの場合、前記条件での電気抵抗値は、前記範囲内でも10Ω以上、10Ω以下であるのがさらに好ましい。
またローラ本体2は、半導電性ローラ1を現像ローラとして使用する場合、電圧5V、周波数100Hzの交流電圧を印加した際の誘電正接が0.1〜1.8であるのが好ましい。
誘電正接を1.8以下とすることにより、半導電性ローラ1のコンデンサー的特性を高めて、摩擦帯電で生じたトナー上の電荷をロールから逃すことなく維持できる。すなわちトナーに帯電性を付加でき、付加した帯電性を維持することができる。
一方、誘電正接を0.1以上とすることにより、帯電量が上がりすぎて印刷濃度が低下しすぎるのを防いだり、誘電正接調整剤の添加量が多くなってローラ本体2が硬くなるのを避けたりすることができる。
なお、これらの効果をより一層向上することを考慮すると、誘電正接は、前記範囲内でも0.3以上、1.0以下、特に0.5以上、0.8以下であるのがさらに好ましい。
ローラ本体2のデュロメータ タイプA硬さ、圧縮永久歪み、および電気抵抗値を前記範囲内に調整するには、先に説明したように前記ローラ本体2のもとになるエチレンオキサイド含有共重合ゴムにおけるエチレンオキサイドその他の共重合成分の含量、前記エチレンオキサイド含有共重合ゴム、クロロプレンゴム、およびニトリルゴムの割合、3種の加硫促進剤およびパーオキサイド系架橋剤の添加量等を、先に説明した範囲内で適宜調整すればよい。
また誘電正接を前記範囲内に調整するには、誘電正接調整剤の添加量や、ローラ本体2の表面に形成する酸化膜の厚み等を調整すればよい。
本発明の半導電性ローラ1は、前記現像ローラの他、例えば帯電ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ等としてレーザープリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、これらの複合機等の電子写真装置等に用いることができる。
〈実施例1〉
エチレンオキサイド含有共重合ゴムとしての、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム〔ECO、ダイソー(株)製のエピクロマー(登録商標)D〕50質量部と、クロロプレンゴム〔CR、昭和電工(株)製のショウプレン(登録商標)WRT〕50質量部とをゴム分として用いた。
前記ゴム分の総量100質量部に対して、チオウレア系加硫促進剤〔2−メルカプトイミダゾリン、川口化学工業(株)製のアクセル(登録商標)22−S〕1.0質量部、グアニジン系加硫促進剤〔1,3−ジ−o−トリルグアニジン、大内新興化学工業(株)製のノクセラー(登録商標)DT〕1.0質量部、スルフェンアミド系加硫促進剤〔N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ〕1.0質量部、およびパーオキサイド系架橋剤〔ジ−α−クミルパーオキサイド、日油(株)製のパークミル(登録商標)D〕1.0質量部を配合し、ニーダーを用いて混練後、さらにロールを用いて混練して半導電性ゴム組成物を調製した。
前記半導電性ゴム組成物を押出機に供給して外径φ22mm、内径φ9〜9.5mmの筒状に押出成形した後、外径φ8mmの加硫用シャフトに装着して加硫缶内で160℃×1時間加硫させた。
次いで外周面に導電性の熱硬化性接着剤を塗布した外径φ10mmのシャフトに装着しなおしてオーブン中で160℃に加熱して接着したのち両端をカットし、円筒研磨機を用いて外周面をトラバース研磨し、次いで鏡面研磨して十点平均粗さRzJIS94が3〜5μmになるように仕上げて、外径φ20mm(公差0.05)のローラ本体を有する半導電性ローラを作製した。
〈比較例1〉
スルフェンアミド系加硫促進剤を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にして半導電性ゴム組成物を調製し、半導電性ローラを作製した。
〈実施例2、3、比較例2、3〉
ゴム分の総量100質量部に対するスルフェンアミド系加硫促進剤の量を0.45質量部(比較例2)、0.5質量部(実施例2)、2.0質量部(実施例3)、および2.05質量部(比較例3)としたこと以外は実施例1と同様にして半導電性ゴム組成物を調製し、半導電性ローラを作製した。
〈実施例4〉
スルフェンアミド系加硫促進剤として、N,N−ジシクロヘキシル−2−べンゾチアゾリルスルフェンアミド〔大内新興化学工業(株)製のノクセラーDZ〕1.0質量部を配合したこと以外は実施例1と同様にして半導電性ゴム組成物を調製し、半導電性ローラを作製した。
〈実施例5〉
エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴムに代えて、同量のエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム〔GECO、ダイソー(株)製のエピクロマーCG102〕を用いたこと以外は実施例1と同様にして半導電性ゴム組成物を調製し、半導電性ローラを作製した。
〈比較例4〉
スルフェンアミド系加硫促進剤に代えて、チアゾール系加硫促進剤〔ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド、大内新興化学工業(株)製のノクセラーDM〕1.0質量部を配合したこと以外は実施例1と同様にして半導電性ゴム組成物を調製し、半導電性ローラを作製した。
〈比較例5〉
スルフェンアミド系加硫促進剤に代えて、チウラム系加硫促進剤〔テトラメチルチウラムモノスルフィド、大内新興化学工業(株)製のノクセラーTS〕1.0質量部を配合したこと以外は実施例1と同様にして半導電性ゴム組成物を調製し、半導電性ローラを作製した。
〈比較例6〉
スルフェンアミド系加硫促進剤に代えて、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤〔ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、大内新興化学工業(株)製のノクセラーBZ〕1.0質量部を配合したこと以外は実施例1と同様にして半導電性ゴム組成物を調製し、半導電性ローラを作製した。
〈デュロメータ タイプA硬さ測定〉
前記各実施例、比較例で作製した半導電性ローラのローラ本体のデュロメータ タイプA硬さを、JIS K6253:2006「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−硬さの求め方」において規定された規格に準拠したゴム硬度計〔高分子計器(株)製のアスカーゴム硬度計A型〕を用いて測定した。測定条件は温度23±1℃、相対湿度55±1%とした。
デュロメータ タイプA硬さが60以下のものを良好「○」、60を超えるものを不良「×」と評価した。
〈圧縮永久歪み測定〉
前記各実施例、比較例で調製した半導電性ゴム組成物を用いて、半導電性ローラを形成した際と同条件で加硫させて、JIS K6262:2006「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−常温,高温及び低温における圧縮永久ひずみの求め方」に規定された小型試験片を作製した。そして前記小型試験片について、前記規格に規定された測定方法により圧縮永久歪みを測定した。測定の条件は、温度70±1℃、測定時間22時間、圧縮率25%とした。
圧縮永久歪みが10%以下のものを良好「○」、10%を超えるものを不良「×」と評価した。
〈スコーチタイム測定〉
前記各実施例、比較例で調製した半導電性ゴム組成物について、ムーニー粘度計を用いて130℃でムーニースコーチ試験を実施し、得られたムーニー粘度−時間曲線から、スコーチタイムt5、t10、およびt90を求めた。
〈スコーチ判定〉
前記各実施例、比較例でロールを用いて混練して調製した半導電性ゴム組成物を22℃で一定時間、静置したのち押出機に供給して押出成形する操作を実施した。そして静置時間が24時間以内でもゴムに粘弾性が生じて押出機に投入できなかったものを「スコーチあり」、24時間以内ではゴムに粘弾性が生じず押出機に投入できたものを「スコーチなし」とした。
また前記混練後の半導電性ゴム組成物を22℃で静置して1日後、および5日後にそれぞれムーニー粘度を測定して、測定値が5ポイント以上上昇したものを「スコーチあり」、測定値の上昇が5ポイント未満であったものを「スコーチなし」とした。
そして、上記2つの評価のいずれか一方でも「スコーチあり」であったものを不良「×」、いずれも「スコーチなし」であったものを良好「○」と判定した。
〈析出判定〉
前記各実施例、比較例で調製した半導電性ゴム組成物をシート状に成形したのち160℃×1時間加硫させてスラブシートを作製し、前記スラブシートを温度23±1℃、相対湿度55±1%の常温、常湿環境下で72時間、静置したのち表面を観察して析出の有無を判定した。すなわちスラブシートの表面に低分子量の成分が析出していなかったものを良好「○」、析出していたものを不良「×」と判定した。
以上の結果を表1、2に示す。
Figure 2012123190
Figure 2012123190
両表の実施例1〜5、比較例1、4〜5の結果より、エチレンオキサイド含有共重合ゴムとクロロプレンゴムとの併用系において、加硫促進剤として所定量のチオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、およびスルフェンアミド系加硫促進剤を併用し、かつ架橋剤として所定量のパーオキサイド系架橋剤を用いることにより、
* ローラ本体を小径化した際に所定のニップ厚を維持するべく低硬度化して柔軟性を付与した状態での圧縮永久歪みが小さく、ヘタリとそれに伴う画像ムラとを生じにくいという特性は維持しながら、
* 前記ローラ本体の製造原料となる半導電性ゴム組成物のスコーチタイムを遅らせて、その製造工程において、スコーチの発生とそれに伴う押出成形時のゴムの詰まりや径の不安定化等の問題を生じ難くできる
ことが判った。
また実施例1〜3、比較例2、3の結果より、スルフェンアミド系加硫促進剤の添加量は、ゴム分100質量部に対して0.5質量部以上、2.0質量部以下である必要があることが判った。
また実施例1、4の結果より、スルフェンアミド系加硫促進剤としては、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドが好ましいことが判った。
さらに実施例1、5の結果より、エチレンオキサイド含有共重合ゴムとしてはエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、およびエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴムのいずれも使用可能であることが判った。
1 半導電性ローラ
2 ローラ本体
3 通孔
4 シャフト

Claims (3)

  1. 少なくとも外周面が半導電性ゴム組成物の架橋物からなるローラ本体を備えた半導電性ローラであって、前記半導電性ゴム組成物は、
    共重合成分としてエチレンオキサイドを含む共重合ゴムと、クロロプレンゴムとを少なくとも含有するゴム分、ならびに
    前記ゴム分の総量100質量部に対して0.5質量部以上、1.5質量部以下のチオウレア系加硫促進剤、0.5質量部以上、1.5質量部以下のグアニジン系加硫促進剤、0.5質量部以上、2.0質量部以下のスルフェンアミド系加硫促進剤、および2.0質量部以下のパーオキサイド系架橋剤、
    を含有することを特徴とする半導電性ローラ。
  2. 前記共重合ゴムは、エピクロロヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、およびエピクロロヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴムからなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1に記載の半導電性ローラ。
  3. 前記スルフェンアミド系加硫促進剤は、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミドである請求項1または2に記載の半導電性ローラ。
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