JP2014152915A

JP2014152915A - 導電性ローラ

Info

Publication number: JP2014152915A
Application number: JP2013025869A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Adachi; 光顕安立; 純一 ▲高▼野; Junichi Takano; Daijiro Shirakura; 代治郎白倉; Yoichi Kodanaka; 洋一古田中
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: JP5654063B2

Abstract

【課題】表層水性塗料を塗布、乾燥させてなる表層を有する導電性ローラにおいて、最表層よりも内側の層からの汚染を防止する。
【解決手段】導電性ローラ１０は、シャフト１１と、該シャフト１１の外周に形成された弾性層１２と、該弾性層１２の外周面に形成された表層１３と、を備え、前記表層が、水系塗料を塗布、乾燥させた層を含む複数の層１３ａ、１３ｂからなり、かつ、最表層１３ｂが、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を塗布、乾燥させてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性ローラに関する。

一般に、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、現像、帯電、転写（トナー供給、クリーニング）等の画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、ベルト駆動ローラ等の、導電性を付与したローラが用いられている。

これらの導電性ローラは、回転軸としてのシャフトの外周に、導電剤を配合することにより導電性を付与した導電性のゴムや高分子エラストマー、高分子フォーム等からなる弾性層を形成した構造を基本構造として、所望の表面粗さや導電性、硬度などを得るために、弾性層の外周に塗膜を形成したものが使用されている。

耐久性の劣化を防ぐために、イソシアネート化合物で硬化処理した表層を備える導電性ローラがある。この硬化処理に有機溶媒を用いた場合に問題となる作業環境を改善し、また地球環境を保全すべく、水溶性イソシアネート化合物を、水を主体とする溶媒に分散又は溶解させた表面処理液を用いた導電性ローラがある（特許文献１）。

特開２００３−１３８０４５号公報

表層は、表面粗さや導電性、硬度、耐久性、外観などの種々の特性を満足する必要がある。そのために導電性ローラ表層は特性の異なる複数層より形成されることが多い。複数層のうち、導電性ローラの抵抗および硬度を調整するための層を、作業環境の改善及び地球環境の保全のために、有機溶媒を用いずに水系溶媒を用いて塗布乾燥させて形成した導電性ローラは、樹脂の分散のために層中に含まれる界面活性剤や、抵抗調整のために層中に含まれる導電剤が、高温多湿の環境での導電性ローラの使用時に、拡散して当該導電性ローラの表面にまで滲み出てしまう場合がある。その結果、電子写真装置において導電性ローラに接する部材、例えば有機感光体に界面活性剤やイオンによって悪影響が及び、画像不良が生じるおそれがある。

上記課題を解決すべく発明者が鋭意検討した結果、導電性ローラの最表層にブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を被覆硬化させたものを用いることで、界面活性剤や導電剤の拡散を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記知見に立脚する本発明の導電性ローラは、シャフトと、該シャフトの外周に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された表層と、を備え、前記表層が、水系塗料を塗布硬化させた層を含む複数の層からなり、かつ、最表層が、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を被覆硬化させてなることを特徴とする。

本発明の導電性ローラは、水性塗料が、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、フッ素系等から選ばれる１種又は２種以上の樹脂を含むことが好ましく、また、最表層が、厚み１〜３０μｍであることが好ましい。

本発明によれば、複数層からなる表層のうちの最表層が、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を被覆硬化させてなることから、最表層よりも内側の層からの界面活性剤や導電剤の拡散を防止することが可能となった。

本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの一例を示す断面図である。本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの表層近傍の拡大断面図である。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示す本発明の実施形態に係る導電性ローラの一例の断面図において、本発明の導電性ローラ１０は、シャフト１１と、シャフト１１の外周に形成された弾性層１２と、弾性層１２の外周面に形成された表層１３と、を備える。

表層１３は、図２に拡大断面図を示すように、複数の層からなる。図２の例では、表層１３は、弾性層１２に接する中間層１３ａと、この中間層１３ａに接する最表層１３ｂとからなっている。もっとも導電性ローラ１０は、表層１３が図２に示した例に限られず、３層以上の構造であってもよい。中間層１３ａは、主に導電性ローラ１０の抵抗及び硬度を調整するための層であり、最表層１３ｂは、主に導電性ローラ１０の表面粗さを調整するための層である。

中間層１３ａ及び最表層１３ｂは、水系塗料を塗布乾燥させてなる。中間層１３ａ及び最表層１３ｂに用いられる水系塗料は、樹脂を水系溶媒に分散させた乳濁液であって、樹脂の分散のために界面活性剤が含まれる。また、中間層１３ａの水系塗料には、抵抗調節のために導電剤が適宜添加される。水系塗料を使用しているため、有機溶媒系と比較して環境に与える影響は極めて少なくできる。

そして、本実施形態の導電性ローラ１０は、最表層１３ｂが、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を塗布、乾燥させてなる。最表層１３ｂが、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を塗布、乾燥させてなることにより，最表層１３ｂの層は、水系塗料を用いて形成しているにもかかわらず、乾燥後に得られた塗膜が緻密である。したがって、界面活性剤や導電剤が弾性層１２や中間層１３ａから拡散して最表層１３ｂに達したとしても、最表層１３ｂの表面へ移動するのを妨げることができる。

最表層を形成されるための水系塗料は、非ブロックタイプのイソシアネート化合物の架橋剤を用いると、塗料配合後の時間経過により、例えば数日程度で、導電性ローラ１０の表面に界面活性剤やイオンが現出するのを防止する効果が低下する。これは、非ブロックタイプのイソシアネート化合物の架橋剤では、経時的にイソシアネートが失活して、架橋反応が進まなかったからと考えられる。

ブロックイソシアネート化合物により架橋させる樹脂は、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、フッ素系等から選ばれる１種又は２種以上の樹脂であることが好ましい。なかでも、フッ素系樹脂が好ましい。

ブロックイソシアネート化合物の、水系塗料に対する割合は、０．２〜１．５等量の範囲とすることが好ましい。水系塗料に対する割合が少ないと、ブロックイソシアネート化合物を含ませる効果に乏しく、水系塗料に対する割合が多すぎると、トナー成分が付着し易くなり画像不良が発生するという不利がある。

最表層１３ｂの厚さは、１〜３０μｍの範囲が好ましい。１μｍであっても本発明の効果を得ることができるが、１μｍ未満では、導電性ローラの耐久性が十分でない場合がある。一方３０μｍを超えると、帯電特性に悪影響を与えたり、ディッピングによる塗布時に液だれが生じたり、表面にしわが生じたりする等、良好な表面性が得られない場合がある。より好ましい範囲は、３〜３０μｍの範囲である。

表層１３の中間層１３ａに使用できる水系塗料としては、例えば、ゴム系、ウレタン系、フッ素系及びアクリル系からなる群から選択される１種または２種以上を挙げることができる。ゴム系としては、天然ゴム（ＮＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のラテックス、ウレタン系としては、エーテル系、エステル系等のエマルジョンやディスパージョン、フッ素系樹脂のエマルジョン、アクリル系としては、アクリル、アクリルスチレン等のエマルジョンを好適に用いることができる。

表層１３の中間層１３ａの水系塗料には、最表層の架橋剤と同じ又は異なる種類の架橋剤を用いることができる。架橋剤としては、特に限定されないが、例えば、オキサゾリン基含有スチレン−アクリル共重合物等のオキサゾリン系架橋剤を挙げることができる。オキサゾリン系架橋剤は、水溶性のものであればいかなるものをも用いることができるが、２つ以上のオキサゾリン基を有するものが好ましく、特には、オキサゾリン基当量が３００〜１０００であって、Ｔｇ＝−５０℃〜５０℃のものを好適に用いることができる。オキサゾリン基当量が１０００を超えると分子量が大きくなるため室温での取扱いが困難となり、一方、３００未満であると、反応性が大きすぎてゲル化が生ずるため、いずれも好ましくない。かかるオキサゾリン系架橋剤の配合量は、水系アクリル樹脂１００質量部に対し、５〜５０質量部とすることができる。

中間層１３ａ用の水系塗料には、導電剤を適宜添加して導電性を付与することができる。かかる導電剤としては、イオン導電剤と電子導電剤とがあり、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリルトリメチルアンモニウム）、ベンジ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などの過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩などのアンモニウム塩、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩などが挙げられる。また、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などを挙げることができる。これらの導電剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

表層１３の中間層１３ａ、最表層１３ｂの水系塗料には、所望に応じ、その他加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤などを適宜添加することが可能である。

本発明において、表層１３の中間層１３ａ、最表層１３ｂを形成する塗布方法は、特に制限されないが、通常は上記水系塗料を調製し、ディッピング法、スプレー法、ロールコーター法、ダイコート法などにより塗布して乾燥固化させる方法が採用される。

また、中間層１３ａの厚さは、導電性ローラ１０の形態等に応じて設定され、特に制限されないが通常１０〜５００μｍ、特に３０〜３５０μｍとすることができ、１０μｍ未満であると、ローラの耐久性に劣る場合があり、一方、５００μｍを超えると帯電特性に悪影響を与えたり、表面にしわを生じるなど、良好な表面性が得られない場合がある。

また、弾性層１２を形成する弾性体は、特に制限はなく、公知のゴム或いは樹脂、又はこれらに独立気泡を分散させたフォーム体で形成することができる。具体的には、ポリウレタン、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム等を基材ゴムとするゴム組成物が例示されるが、特にポリウレタンが好ましく、更にはポリウレタンフォームがより好ましく用いられる。この場合、ポリウレタンフォームの発泡倍率は、特に制限されないが、１．２〜５０倍、特に１．５〜１０倍程度が好ましく、フォーム密度は、０．１〜０．７ｇ／ｃｍ^３程度が適当である。

弾性層１２には、導電剤を添加することにより、導電性を付与又は調整して所定の抵抗値とすることができる。その導電剤としては、特に限定されない。

弾性層１２には、上記導電剤の他にも、必要に応じて、増粘剤、消泡剤、レベリング剤、分散剤、チクソトロピー性付与剤、湿潤剤、ブロッキング防止剤、架橋剤、成膜助剤等の公知の添加剤を適量配合することができる。

弾性層１２の厚みは、１．０〜５．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜３．０ｍｍであることがさらに好ましい。弾性層２の厚みをかかる範囲とすることで、スパーク放電を防止することができる。

シャフト１１は、金属製あるいはプラスチック製で、中空円筒体または中実円柱体のものを使用することができる。

シャフト１は、金属製又は樹脂製の棒材であって、導電性ローラ１０の回転軸となる部材である。このシャフト１の周囲に弾性層が形成される。

本発明の導電性ローラの最表層が、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を塗布、乾燥させてなるものであることにより、長期間にわたって弾性層、中間層からの汚染を防止することができることを、実施例により明らかにする。

表１に示す、架橋剤成分が異なる配合になる最表層用の水性塗料の三種類を用意した。なお、表中の配合割合は、重量部である。

※1
水分散フッ素系樹脂：FE4400（旭硝子（株））
※2
シリコーングラフトアクリル樹脂：サイマックUS-450（東亜合成（株））
※3
顔料に親和性のある基を有する高分子量ブロック共重合体の水溶液：DISPERBYK-190（ビックケミー・ジャパン（株））
※4
ポリアミドアミン塩：TW-124（伊藤製油（株））
※5
過塩素酸塩：KS-555（花王（株））
※6
鉱油、ポリエーテル、疎水性シリカ、水等の混合物：SNデフォーマー 777（サンノプコ（株））
※7
親水性基含有脂肪族ブロックポリイソシアネート：バイヒジュール2310（住化バイエルウレタン（株））
※8
親水性基含有脂肪族ブロックポリイソシアネート：DP9C/214（（株）GSIクレオス）
※9
親水性基含有脂肪族ポリイソシアネート：バイヒジュール3100（住化バイエルウレタン(株)）
※10
架橋ポリメタクリル酸メチルの真球状微粒子：MBX-8（積水化成工業（株））
※11
黒色有機顔料の水系分散液：BONJET BLACK CW-1（オリヱント化学(株)）
※12
黒色有機顔料の水系分散液：BSYD-15007（御国色素（株））
※13
精製水

水系樹脂は、水分散フッ素系樹脂：FE4400（旭硝子（株））を用いた。この水系樹脂に、添加剤としてシリコーングラフトアクリル樹脂：サイマックUS-450（東亜合成（株））、顔料に親和性のある基を有する高分子量ブロック共重合体の水溶液：DISPERBYK-190（ビックケミー・ジャパン（株））、ポリアミドアミン塩：TW-124（伊藤製油（株））、過塩素酸塩：KS-555（花王（株））、鉱油、ポリエーテル、疎水性シリカ、水等の混合物：SNデフォーマー 777（サンノプコ（株））を添加した。

架橋剤は、実施例１では、親水性基含有脂肪族ブロックポリイソシアネート：バイヒジュール2310（住化バイエルウレタン（株））を、実施例２では親水性基含有脂肪族ブロックポリイソシアネート：DP9C/214（（株）GSIクレオス）を用い、比較例として親水性基含有脂肪族ポリイソシアネート：バイヒジュール3100（住化バイエルウレタン（株））を用いた。

また、粒子として架橋ポリメタクリル酸メチルの真球状微粒子：MBX-8（積水化成工業（株））を、導電剤として、黒色有機顔料の水系分散液：BONJET BLACK CW-1（オリヱント化学（株））、及び黒色有機顔料の水系分散液：BSYD-15007（御国色素（株））を、用いた。更に、溶媒は、精製水を用いた。

表１の各水系塗料を、導電性ローラの中間層上にディッピングによって塗布した後に、１３０℃で２時間乾燥させて最表層を形成した。この導電性ローラは、シャフトが中空金属、弾性層がイソシアネート成分とポリオール成分とを主成分とするポリウレタン発泡体よりなる厚さ１．２ｍｍのものであり、この弾性層の表面に、中間層として水性塗料をディッピングにより塗布後、１０５℃で１時間乾燥させたものである。中間層の水性塗料は、ウレタン樹脂に導電剤としてカーボンを添加した配合であった。中間層の厚さは１２０μｍであった。

上記表１の水性塗料について、塗料の安定性評価のための塗料粘度と、塗布乾燥により得られた導電性ローラについて最表層の膜厚、表面の割れの有無、汚染ブロック性について調査した。表面の割れは、目視及び顕微鏡により観察した。汚染ブロック性については、５０℃で湿度９５％の湿潤雰囲気中で、有機感光体に導電性ローラを当接させた状態で１４日間放置した後、有機感光体を用いて画像形成を行い、汚染跡が画像に表れないか否かで評価し、汚染跡が現れなかったものを○印、表れたものを×印として評価した。これらの調査を、水性溶媒を配合１日目に塗布した場合と、配合４日目に塗布した場合とでそれぞれ評価した。

表１に、これらの調査結果を併記する。表１から分かるように、最表層の水系樹脂に、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む実施例１及び実施例２は、表面割れが発生せず、また、汚染ブロック性にも優れていた。これに対して、架橋剤が非ブロックタイプのイソシアネート化合物であった比較例は、配合初日のものでは割れや汚染がないが、配合４日目のものでは割れや汚染が生じていた。これは、配合４日目にはイソシアネートが失活しており、架橋反応が進まなかったからと考えられる。

１１シャフト、１２弾性層、１３表層、１３ａ中間層、１３ｂ最表層

Claims

シャフトと、
該シャフトの外周に形成された弾性層と、
該弾性層の外周面に形成された表層と、を備え、
前記表層が、水系塗料を塗布、乾燥させた層を含む複数の層からなり、かつ、最表層が、ブロックイソシアネート化合物の架橋剤を含む水系塗料を塗布、乾燥させてなる
ことを特徴とする導電性ローラ。
前記最表層の水性塗料が、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、フッ素系等から選ばれる１種又は２種以上の樹脂を含む請求項１記載の導電性ローラ。
前記最表層が、厚み１〜３０μｍである請求項１又は２記載の導電性ローラ。