JP2016004078A - 半導電性ローラ - Google Patents

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Abstract

【課題】特に帯電ローラとして使用画像形成を繰り返した際に、外添剤等の堆積による横スジや縦スジの画像不良を生じにくい半導電性ローラを提供する。【解決手段】半導電性ゴム層2の外周面5に、その回転方向の前方F側に頂点7を有し、それより回転方向の後方R側の縁部8、8が回転方向に対して傾斜させて形成されて軸方向の幅wが頂点7から後方R側へ向けて徐々に大きくなる末広がり状とされた、多数の微小な突起6を、周方向および軸方向共に不連続に設けた。【選択図】図1

Description

本発明は、電子写真法を利用した画像形成装置において特に帯電ローラ等として好適に使用される半導電性ローラに関するものである。
例えばレーザープリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、あるいはこれらの複合機などの、電子写真法を利用した画像形成装置においては、概略下記の工程を経て紙やプラスチックフィルムなどの用紙の表面に画像が形成される。
まず光導電性を有する感光体の表面を一様に帯電させた状態で露光して、当該表面に形成画像に対応する静電潜像を形成する(帯電工程→露光工程)。
次いで、微小な着色粒子であるトナーをあらかじめ所定の電位に帯電させた状態で感光体の表面に接触させる。そうするとトナーが静電潜像の電位パターンに応じて感光体の表面に選択的に付着されて当該静電潜像がトナー像に現像される(現像工程)。
次いでトナー像を用紙の表面に転写し(転写工程)、さらに定着させることにより(定着工程)、当該用紙の表面に画像が形成される。
またトナー像を転写後の感光体は、その表面に残留したトナーが例えばクリーニングブレード等によって除去されて次の画像形成に使用する準備とされる(クリーニング工程)。
上記のうち帯電工程では、感光体の表面を一様に帯電させるべく、当該感光体の表面と接触させた帯電ローラが用いられる。
帯電ローラとしては、少なくとも感光体の表面と接触する外周面が半導電性ゴム組成物の架橋物からなる半導電性ローラが普及している。
かかる半導電性ローラのもとになる半導電性ゴム組成物としては、例えばエピクロルヒドリンゴム等のイオン導電性ゴムを少なくとも含むゴム分に、前記ゴム分を架橋させるための架橋剤成分その他を配合したもの等が一般的に用いられる。
トナーには、当該トナーの流動性や帯電性その他の特性を調整するために、シリカや酸化チタン等の微小粒子が外添される。
しかしこれら外添剤や、あるいは画像形成を繰り返した際に発生する、トナー粒子が微粉砕された破片など(以下「外添剤等」と総称する場合がある)は、クリーニングブレード等では感光体の表面からきれいに除去することができず、画像形成を繰り返すうちに、除去しきれなかった外添剤等が当該感光体の表面と常時接触している帯電ローラの外周面に徐々に堆積する。
堆積した外添剤等は感光体の帯電特性等に影響を及ぼしたり形成画像に付着したりして画像不良の原因となる。
特に上記半導電性ゴム組成物を筒状に成形するとともに架橋させたのち、外周面を所定の表面粗さに仕上げるべく乾式研磨する等して帯電ローラを形成した場合には当該外周面の軸方向に沿ってスジ状に研磨目が発生し、画像形成を繰り返した際に、この研磨目に沿って外添剤等がスジ状に堆積して、形成画像に横スジの画像不良が発生する(特許文献1等)。
ちなみに特許文献1に記載の発明は主として現像ローラに関するものであり、現像ローラでは、かかる微細な研磨目は形成画像に殆ど影響を及ぼさないため問題とはならない。
特許第5086418号公報
乾式研磨後の外周面を、さらに湿式トラバース研磨等によって鏡面に仕上げることも検討されている。しかしその場合には外周面の周方向に沿ってスジ状に研磨目が発生し、画像形成を繰り返した際に、この研磨目に沿って外添剤等がスジ状に堆積して、形成画像に今度は縦スジの画像不良が発生してしまう。
本発明の目的は、特に帯電ローラとして使用画像形成を繰り返した際に、外添剤等の堆積による横スジや縦スジの画像不良を生じにくい半導電性ローラを提供することにある。
本発明は、半導電性ゴム組成物によって筒状に形成されて周方向の一方向に回転される少なくとも1層の半導電性ゴム層を備え、前記半導電性ゴム層の外周面には、当該外周面に沿う面形状が、前記回転方向の前方側に頂点を有するとともに、当該頂点より回転方向の後方側の軸方向両側の縁部が前記回転方向に対して傾斜させて形成されて、当該軸方向の幅が、前記頂点から後方側へ向けて徐々に大きくなる末広がり状とされた、多数の微小な突起が、前記周方向および軸方向共に不連続に設けられている半導電性ローラである。
本発明によれば外添剤等は、半導電性ローラの回転に伴い、上記特定の面形状を有し、周方向および軸方向共に不連続に設けられた各突起の末広がり形状に沿って当該半導電性ローラの外周面の略全面にほぼ均一に拡散されて、各突起間の凹部に収容されるため、画像形成を繰り返した際に、当該外添剤等の局部的な堆積による横スジや縦スジの画像不良が生じるのを防止できる。
同図(a)は本発明の半導電性ローラの一例を示す斜視図、同図(b)は外周面に形成される突起の一例を拡大して示す平面図である。 図1の例の半導電性ローラの外周面に突起を形成する工程を説明する図である。 本発明の実施例1で製造した半導電性ローラの外周面を拡大して示す顕微鏡写真である。 比較例2で製造した半導電性ローラの外周面を拡大して示す顕微鏡写真である。
《半導電性ローラ》
図1(a)を参照して、この例の半導電性ローラ1は、半導電性ゴム組成物によって非多孔質の筒状に形成された単層の半導電性ゴム層2を備えるとともに、当該半導電性ゴム層2の中心の通孔3にシャフト4が挿通されて固定されたものである。
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ている。
シャフト4は、例えば導電性を有する接着剤を介して半導電性ゴム層2と電気的に接合されるとともに機械的に固定されるか、あるいは通孔3の内径よりも外径の大きいものを通孔3に圧入することで、半導電性ゴム層2と電気的に接合されるとともに機械的に固定されて一体に回転される。
図3を参照して、半導電性ゴム層2の外周面5には、多数の微小な突起が設けられている。
図1(b)を参照して、各々の突起6は、上記外周面5に沿う面形状が、図1(a)(b)中に実線の矢印で示す半導電性ゴム層2の回転方向の前方F側に頂点7を有するとともに、当該頂点7より回転方向の後方R側の軸方向両側の縁部8、8が、いずれも前記回転方向に対して傾斜させて形成されて、当該軸方向の幅wが、頂点7から後方R側へ向けて徐々に大きくなる末広がり状とされている。
かかる突起6を備えた半導電性ローラ1を帯電ローラとして使用して上記回転方向に回転させると、感光体の表面に残留して半導電性ローラ1に転移した外添剤等は、図中に一点鎖線の矢印で示すように、上記特定の面形状を有し周方向および軸方向共に不連続に設けられた各突起6の、末広がり形状とされた縁部8、8に沿って当該突起6の左右に次々と分けられ、そして半導電性ゴム層2の外周面5の略前面にほぼ均一に拡散されて各突起6間の凹部に収容される。
そのため外添剤等の局部的な堆積による横スジや縦スジの画像不良が生じるのを防止できる。
なお上記半導電性ゴム層2の外周面5には、図1(a)中に拡大して示すように酸化膜9を設けてもよい。
酸化膜9を形成すると、当該酸化膜9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。また帯電ローラとして使用した際に酸化膜9が低摩擦層となることで外添剤等の付着を抑制できる。そのため外添剤等の局部的な堆積による横スジや縦スジの画像不良が生じるのをさらに確実に防止できる。
しかも酸化膜9は、例えば酸化性雰囲気中で紫外線の照射等をするだけで簡単に形成できるため、半導電性ローラ1の生産性が低下したり製造コストが高くついたりするのを抑制できる。ただし酸化膜9は形成しなくてもよい。
半導電性ローラ1を製造するには、まず所定の半導電性ゴム組成物を、押出成形機を用いて筒状に押出成形し、加硫缶内で加圧、加熱して架橋させて半導電性ゴム層2を形成する。
次いで形成した半導電性ゴム層2を、オーブン等を用いて加熱して二次架橋させ、冷却したのち所定の長さにカットするとともに所定の外径となるように研磨する。
シャフト4は架橋後から研磨後までの任意の時点で通孔3に挿通して固定できる。
ただし架橋後、まず通孔3にシャフト4を挿通した状態で二次架橋〜研磨をするのが好ましい。これにより二次架橋時の膨張収縮による半導電性ゴム層2の反りや変形を防止できる。また、シャフト4を中心として回転させながら研磨することで当該研磨の作業性を向上し、なおかつ外周面5のフレを抑制できる。
シャフト4は、先に説明したように通孔3の内径よりも外径の大きいものを通孔3に圧入するか、あるいは導電性を有する熱硬化性接着剤を介して、二次架橋前の半導電性ゴム層2に挿通すればよい。
後者の場合は、オーブン中での加熱によって半導電性ゴム層2が二次架橋されるのと同時に熱硬化性接着剤が硬化して、シャフト4が半導電性ゴム層2に電気的に接合されるとともに機械的に固定される。
また前者の場合は、圧入と同時に電気的な接合と機械的な固定が完了する。
研磨の工程では、まず従来同様に乾式トラバース研磨等によって、半導電性ゴム層2のおおよその外径、および表面性状を整える。
次いで半導電性ゴム層2の外周面5をいわゆる湿式オシレーション研磨すると、当該外周面5に、先に説明した上記特定の面形状を有する多数の突起6が、周方向および軸方向共に不連続に形成される。
すなわち図2を参照して、突起6を形成する前の半導電性ゴム層2を一方向に回転させ、かつ図示しない湿式研磨用の液体を供給しながら、耐水研磨ペーパー10を例えばバックアップローラによって後方から支持した状態で、半導電性ゴム層2の外周面5に接触させる。
そして外周面5に接触させた耐水研磨ペーパー10を、図中に白抜きの矢印で示すように半導電性ゴム層2の軸方向に微小往復運動させつつ、黒矢印で示すように当該半導電性ゴム層2の軸方向の全幅に亘って相対移動させて、その外周面5を湿式研磨する。
そうすると半導電性ゴム層2の外周面5に、研磨目として先に説明した所定の面形状を有する多数の突起6が、周方向および軸方向共に不連続に形成される。
使用する耐水研磨ペーパー10は、例えば長尺帯状のものを図中に破線の矢印で示すようにその長さ方向に少しずつ送って、常に新しい面を研磨に使用するようにするのが好ましい。
かかる耐水研磨ペーパー10は、砥粒の粒度が20μm以上、40μm以下とされる。
砥粒の粒度がこの範囲未満では、半導電性ゴム層2の外周面5に形成される突起6の、当該突起6間の凹部からの突出高さが不十分になって、突起6を設けることによる先に説明した効果が十分に得られない。すなわち突起6間の凹部が浅いため十分な量の外添剤等を収容することができず、画像形成を繰り返すうちに凹部から溢れた外添剤等によって形成画像に画像不良が発生する。
一方、砥粒の粒度が上記の範囲を超える場合には突起6の突出高さが高くなりすぎる結果、外周面5の表面性状が粗くなりすぎて、画像形成初期に感光体の表面を均一に帯電させることができず、形成画像に画像不良が発生する。
これに対し、砥粒の粒度が20μm以上、40μm以下の耐水研磨ペーパーを使用することで、半導電性ゴム層2の外周面5に適度の突出高さを有する多数の突起6を形成して、画像形成初期に良好な画像を形成できるとともに、画像形成を繰り返しても外添剤の堆積による画像不良が発生しない良好な半導電性ローラ1を形成できる。
なお半導電性ゴム層2の外周面5に形成される突起6の突出高さをどの程度にすればよいかは特に限定されないが、後述する実施例、比較例の結果から明らかなように、日本工業規格JIS B0601−1994において規定された十点平均粗さで表して、上記外周面5の、半導電性ゴム層2の軸方向の十点平均粗さRz1が5μm以上であるのが好ましく、10μm以下であるのが好ましい。また半導電性ゴム層2の周方向の十点平均粗さRz2が4μm以上であるのが好ましく、6μm以下であるのが好ましい。
軸方向および周方向の十点平均粗さRz1、Rz2を上記の範囲とすることにより、半導電性ゴム層2の外周面5に形成される多数の突起6の突出高さを適度の範囲に調整して、画像形成初期に良好な画像を形成できるとともに、画像形成を繰り返しても外添剤の堆積による画像不良が発生しない良好な半導電性ローラ1を形成できる。
軸方向および周方向の十点平均粗さRz1、Rz2を上記の範囲とするためには、先述した湿式オシレーション研磨に使用する耐水研磨ペーパー10の砥粒の粒度を前述した範囲で調整したり、湿式オシレーション研磨の条件、例えば半導電性ゴム層2の回転速度、耐水研磨ペーパー10の外周面5への切り込み設定、耐水研磨ペーパー10の微小往復運動の幅や速度、そして耐水研磨ペーパー10の半導電性ゴム層2の軸方向への送り速度等を調整したりすればよい。
具体的には、例えば半導電性ゴム層2の回転速度を1500rpm以上、3000rpm以下、耐水研磨ペーパー10の外周面5への切り込み設定を両者の接触位置から0.3〜1.0mmの間で、乾式研磨による研磨目が消えるところまで、耐水研磨ペーパーの微小往復運動の幅を4mm以上、8mm以下、速度を3000mm/秒以上、5000mm/秒以下、そして耐水研磨ペーパー10の半導電性ゴム層2の軸方向への送り速度(トラバース速度)を100mm/分以上、200mm/分以下に設定するのが好ましい。
湿式研磨に使用する液体としては水や、水に水溶性の研磨剤等を配合した研磨液などが使用可能である。またバックアップローラとしては、例えば発泡ウレタンローラ等が好ましい。
酸化膜9は、先に説明したように半導電性ゴム層2の外周面5に紫外線を照射して形成するのが、簡単で効率よく形成できるため好ましい。すなわち半導電性ゴム層2の外周面5を構成する半導電性ゴム組成物それ自体を、所定波長の紫外線を所定時間照射して酸化させることで酸化膜9が形成される。
しかも酸化膜9は、上記のように半導電性ゴム層2の外周面5を構成する半導電性ゴム組成物それ自体が紫外線の照射によって酸化されて形成されるため、従来の塗剤を塗布して形成される被覆層のような問題を生じることがなく、厚みや表面形状等の均一性に優れている。
照射する紫外線の波長は、半導電性ゴム組成物を効率よく酸化させて、先に説明した機能に優れた酸化膜9を形成することを考慮すると100nm以上であるのが好ましく、400nm以下、特に300nm以下であるのが好ましい。また照射の時間は30秒間以上、特に1分間以上であるのが好ましく、30分間以下、特に15分間以下であるのが好ましい。
ただし酸化膜9は他の方法で形成してもよいし、場合によっては省略してもよい。
非多孔質でかつ単層の半導電性ゴム層2のショアA硬さは60°以下、特に55°以下であるのが好ましい。
ショアA硬さがこの範囲を超える半導電性ゴム層2は柔軟性が不足し、広いニップ幅を確保して感光体を良好に効率よく帯電できないおそれがある。また感光体の表面を傷つけたりするおそれもある。
なおショアA硬さを、本発明では日本工業規格JIS K6253−3:2012に記載の測定方法に則って温度23℃の条件で、高分子計器(株)製のマイクロゴム硬度計MD−1を用いて測定した値でもって表すこととする。
本発明の半導電性ローラは、以上で説明した単層の半導電性ゴム層2を備えた単層構造(酸化膜9を除く)のものには限定されず、外周面5側の外層とシャフト4側の内層の2層のゴム層を備えた積層構造に形成してもよい。
本発明の半導電性ローラは、帯電ローラのほか、例えば現像ローラ、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、あるいはこれらの複合機等の、電子写真法を利用した画像形成装置に用いることができる。
《半導電性ゴム組成物》
半導電性ゴム層2のもとになる半導電性ゴム組成物としては、半導電性ローラ1に10Ω以下程度の半導電性を付与できる種々のゴム組成物がいずれも使用可能である。
特にエピクロルヒドリンゴム等のイオン導電性ゴムを含みイオン導電性が付与された半導電性ゴム組成物が好ましい。
また半導電性ゴム組成物の例としては、例えばゴム分として上記エピクロルヒドリンゴムと他のゴムとを併用し、さらにイオン導電剤や、上記ゴム分を架橋させるための架橋成分等を所定の割合で配合したもの等が挙げられる。
〈エピクロルヒドリンゴム〉
ゴム分のうちエピクロルヒドリンゴムとしては、エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド二元共重合体(ECO)、エピクロルヒドリン−プロピレンオキサイド二元共重合体、エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル二元共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体(GECO)、エピクロルヒドリン−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体、およびエピクロルヒドリン−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四元共重合体等の1種または2種以上が挙げられる。
中でもエチレンオキサイドを含む共重合体、特にECOおよび/またはGECOが好ましい。
両共重合体においてエチレンオキサイド含量は、いずれも30モル%以上、特に50モル%以上であるのが好ましく、80モル%以下であるのが好ましい。
エチレンオキサイドは、半導電性ゴム層の全体でローラ抵抗値を下げる働きをする。しかしエチレンオキサイド含量がこの範囲未満ではかかる働きが十分に得られないため、ローラ抵抗値を十分に低下できないおそれがある。
一方、エチレンオキサイド含量が範囲を超える場合には、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、逆にローラ抵抗値が上昇する傾向がある。また架橋後の半導電性ゴム層が硬くなりすぎたり、架橋前の半導電性ゴム組成物の、加熱溶融時の粘度が上昇したりするおそれもある。
ECOにおけるエピクロルヒドリン含量は、エチレンオキサイド含量の残量である。すなわちエピクロルヒドリン含量は20モル%以上であるのが好ましく、70モル%以下、特に50モル%以下であるのが好ましい。
またGECOにおける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5モル%以下であるのが好ましい。
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、半導電性ローラのローラ抵抗値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含量がこの範囲未満では、かかる働きが得られないため、ローラ抵抗値を十分に低下できないおそれがある。
一方、アリルグリシジルエーテルは、GECOの架橋時に架橋点として機能するため、アリルグリシジルエーテル含量が範囲を超える場合には、GECOの架橋密度が高くなりすぎて分子鎖のセグメント運動が妨げられるため、却ってローラ抵抗値が上昇する傾向がある。
GECOにおけるエピクロルヒドリン含量は、エチレンオキサイド含量、およびアリルグリシジルエーテル含量の残量である。すなわちエピクロルヒドリン含量は10モル%以上、特に19.5モル%以上であるのが好ましく、69.5モル%以下、特に60モル%以下であるのが好ましい。
なおGECOとしては、上記3種の単量体を共重合させた狭義の意味での共重合体のほかに、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体(ECO)をアリルグリシジルエーテルで変性した変性物も知られており、本発明ではいずれのGECOも使用可能である。
エピクロルヒドリンゴムの配合割合は、ゴム分の総量100質量部中の40質量部以上、特に50質量部以上であるのが好ましく、80質量部以下、特に70質量部以下であるのが好ましい。
〈他のゴム〉
他のゴムとしては、例えばスチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリルゴム(ACM)、およびEPDMからなる群より選ばれた少なくとも1種が挙げられる。
(SBR)
このうちSBRとしては、スチレンと1,3−ブタジエンとを乳化重合法、溶液重合法等の種々の重合法によって共重合させて合成される種々のSBRがいずれも使用可能である。またSBRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと加えない非油展タイプのものとがあるが、このいずれも使用可能である。
さらにSBRとしては、スチレン含量によって分類される高スチレンタイプ、中スチレンタイプ、および低スチレンタイプのSBRがいずれも使用可能である。
これらSBRの1種または2種以上を使用できる。
(CR)
CRは、例えば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に分類されるが、本発明ではこのいずれのCRも使用可能である。
硫黄変性タイプのCR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させたポリマをチウラムジスルフィド等で可塑化し、所定の粘度に調整して得られる。
また非硫黄変性タイプのCR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。
このうちメルカプタン変性タイプのCR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、硫黄変性タイプのCR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CR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、硫黄変性タイプのCRと同様にして合成される。
またCRは、その結晶化速度に基づいて当該結晶化速度が遅いタイプ、中程度であるタイプ、および速いタイプに分類される。
本発明ではいずれのタイプのCR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CRの1種または2種以上が好ましい。
さらにCR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。
かかる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。
(NBR)
NBRとしては、アクリロニトリル含量によって分類される低ニトリルNBR、中ニトリルNBR、中高ニトリルNBR、高ニトリルNBR、および極高ニトリルNBRがいずれも使用可能である。
またNBRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと加えない非油展タイプのものとがあるが、このいずれも使用可能である。
これらNBRの1種または2種以上を使用できる。
(BR)
BRとしては、架橋性を有する種々のBRがいずれも使用可能である。
特に低温特性に優れ、低温、低湿での硬度が低く良好な柔軟性を発現しうる、シス−1,4結合の含量が95%以上の高シスBRが好ましい。
またBRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと加えない非油展タイプのものとがあるが、このいずれも使用可能である。
これらBRの1種または2種以上を使用できる。
(ACM)
ACMとしては、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸アルキルエステルを主成分とし、さらにアクリロニトリル、2−クロロエチルビニルエーテル等の含ハロゲン系モノマーやグリシジルアクリレート、アリルグリシジルエーテル、エチリデンノルボルネン等を共重合させて合成される種々のACMが使用可能である。
これらACMの1種または2種以上を使用できる。
(EPDM)
EPDMとしては、エチレンとプロピレンに少量の第3成分(ジエン分)を加えることで主鎖中に二重結合を導入した種々のEPDMが、いずれも使用可能である。EPDMとしては、第3成分の種類や量の違いによる様々な製品が提供されている。代表的な第3成分としては、例えばエチリデンノルボルネン(ENB)、1,4−ヘキサジエン(1,4−HD)、ジシクロペンタジエン(DCP)等が挙げられる。重合触媒としてはチーグラー触媒を使用するのが一般的である。
またEPDMとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと加えない非油展タイプのものとがあるが、このいずれも使用可能である。
これらEPDMの1種または2種以上を使用できる。
〈イオン導電剤〉
イオン導電剤としては、例えば分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンの塩(以下「イオン塩」と略記する場合がある。)が挙げられる。
イオン塩のもとになる、分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンとしては、例えばフルオロアルキルスルホン酸イオン、ビス(フルオロアルキルスルホニル)イミドイオン、トリス(フルオロアルキルスルホニル)メチドイオン等の1種または2種以上が挙げられる。
このうちフルオロアルキルスルホン酸イオンとしては、例えばCFSO−、CSO−等の1種または2種以上が挙げられる。
またビス(フルオロアルキルスルホニル)イミドイオンとしては、例えば(CFSO)N−、(CSO)N−、(CSO)(CFSO)N−、(FSO)(CFSO)N−、(C17SO)(CFSO)N−、(CFCHOSO)N−、(CFCFCHOSO)N−、(HCFCFCHOSO)N−、[(CF)CHOSO]N−等の1種または2種以上が挙げられる。
さらにトリス(フルオロアルキルスルホニル)メチドイオンとしては、例えば(CFSO)C−、(CFCHOSO)C−等の1種または2種以上が挙げられる。
また、上記陰イオンとともにイオン塩を構成する陽イオンとしては、例えばナトリウム、リチウム、カリウム等のアルカリ金属の陽イオン、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の第2族元素の陽イオン、遷移元素の陽イオン、両性元素の陽イオン、下記式(1)で表される第4級アンモニウム陽イオン、および下記式(2)で表される陽イオン等の1種または2種以上が挙げられる。
〔式中、R〜Rは同一または異なって炭素数1〜20のアルキル基またはその誘導体を示す。〕
特にR〜Rのうちの3つがメチル基、その他の1つが炭素数4〜20、好ましくは6〜20のアルキル基またはその誘導体からなるトリメチルタイプの第4級アンモニウム陽イオンが好ましい。
かかる陽イオンによれば、電子供与性の強い3つのメチル基によって窒素原子上の正電荷を安定化できるとともに、他のアルキル基またはその誘導体によってゴム分との相容性を向上できる。そのため窒素原子上の正電荷を安定化させて陽イオンとしての安定度を高め、解離度を高くして導電性付与性能に優れたイオン塩を形成できる。
〔式中、R、Rは同一または異なって炭素数1〜20のアルキル基またはその誘導体を示す。〕
中でもR、Rとしては、電子供与性を有するため窒素原子上の正電荷を安定化しやすいメチル基あるいはエチル基が好ましい。これにより陽イオンとしての安定度を高め、解離度を高くして導電性付与性能に優れたイオン塩を形成できる。
なおイオン塩としては、陽イオンとしてリチウムイオンを用いたリチウム塩や、陽イオンとしてカリウムイオンを用いたカリウム塩が特に好ましい。
特に好ましいイオン塩としては、例えば(CFSO)NLi〔リチウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〕、(CFSO)NK〔カリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〕等が挙げられる。
イオン塩の配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり0.05質量部以上であるのが好ましく、5質量部以下であるのが好ましい。
〈架橋成分〉
架橋成分としては架橋剤、促進剤、促進助剤等が挙げられる。
このうち架橋剤としては、例えば硫黄系架橋剤、チオウレア系架橋剤、トリアジン誘導体系架橋剤、過酸化物系架橋剤、各種モノマー等の1種または2種以上が挙げられる。
また硫黄系架橋剤としては、粉末硫黄等の硫黄や有機含硫黄化合物等が挙げられる。また有機含硫黄化合物等としては、テトラメチルチウラムジスルフィド、N,N−ジチオビスモルホリン等が挙げられる。
チオウレア系架橋剤としては、例えばテトラメチルチオウレア、トリメチルチオウレア、エチレンチオウレア、(C2n+1NH)C=S〔式中、nは1〜10の数を示す。〕で表されるチオウレア等の1種または2種以上が挙げられる。
さらに過酸化物架橋剤としては、例えばベンゾイルペルオキシド等が挙げられる。
なお架橋剤としては、硫黄とチオウレア類とを併用するのが好ましい。
かかる併用系において硫黄の配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり0.2質量部以上、特に0.5質量部以上であるのが好ましく、3質量部以下、特に2質量部以下であるのが好ましい。
またチオウレア類の配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり0.2質量部以上、特に0.5質量部以上であるのが好ましく、3質量部以下、特に1質量部以下であるのが好ましい。
促進剤としては、例えば消石灰、マグネシア(MgO)、リサージ(PbO)等の無機促進剤や、下記の有機促進剤等の1種または2種以上が挙げられる。
また有機促進剤としては、例えば1,3−ジ−o−トリルグアニジン、1,3−ジフェニルグアニジン、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グアニジン系促進剤;2−メルカプトベンゾチアゾール、ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド等のチアゾール系促進剤;N−シクロへキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド等のスルフェンアミド系促進剤;テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチ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のチウラム系促進剤;チオウレア系促進剤等の1種または2種以上が挙げられる。
促進剤は種類によって機能が異なっているため、2種以上の促進剤を併用するのが好ましい。
個々の促進剤の配合割合は種類によって任意に設定できるが、通常は個別に、ゴム分の総量100質量部あたり0.1質量部以上、特に0.2質量部以上であるのが好ましく、5質量部以下、特に2質量部以下であるのが好ましい。
促進助剤としては、亜鉛華等の金属化合物;ステアリン酸、オレイン酸、綿実脂肪酸等の脂肪酸、その他従来公知の促進助剤の1種または2種以上が挙げられる。
促進助剤の配合割合は、個別に、ゴム分の総量100質量部あたり0.1質量部以上、特に0.5質量部以上であるのが好ましく、7質量部以下、特に5質量部以下であるのが好ましい。
〈その他〉
半導電性ゴム組成物には、さらに必要に応じて各種の添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば受酸剤、可塑剤、加工助剤、劣化防止剤、充填剤、スコーチ防止剤、滑剤、顔料、帯電防止剤、難燃剤、中和剤、造核剤、共架橋剤等が挙げられる。
このうち受酸剤は、ゴム分の架橋時にエピクロルヒドリンゴムやCRから発生する塩素系ガスが半導電性ゴム層内に残留したり、それによって架橋阻害や感光体の汚染等を生じたりするのを防止するために機能する。
受酸剤としては、酸受容体として作用する種々の物質を用いることができるが、中でも分散性に優れたハイドロタルサイト類またはマグサラットが好ましく、特にハイドロタルサイト類が好ましい。
また、ハイドロタルサイト類等を酸化マグネシウムや酸化カリウムと併用するとより高い受酸効果を得ることができ、感光体の汚染をより一層確実に防止できる。
受酸剤の配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり0.5質量部以上、特に1質量部以上であるのが好ましく、6質量部以下、特に4質量部以下であるのが好ましい。
可塑剤としては、例えばジブチルフタレート(DBP)、ジオクチルフタレート(DOP)、トリクレジルホスフェート等の各種可塑剤や、極性ワックス等の各種ワックス等が挙げられる。また加工助剤としてはステアリン酸等の脂肪酸などが挙げられる。
可塑剤および/または加工助剤の配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり5質量部以下であるのが好ましい。例えば画像形成装置への装着時や運転時に感光体の汚染を生じたりするのを防止するためである。かかる目的に鑑みると、可塑剤のうち極性ワックスを使用するのが特に好ましい。
劣化防止剤としては、各種の老化防止剤や酸化防止剤等が挙げられる。
このうち酸化防止剤は、半導電性ローラのローラ抵抗値の環境依存性を低減するとともに、連続通電時のローラ抵抗値の上昇を抑制する働きをする。酸化防止剤としては、例えばジエチルジチオカルバミン酸ニッケル〔大内新興化学工業(株)製のノクラック(登録商標)NEC−P〕、ジブチルジチオカルバミン酸ニッケル〔大内新興化学工業(株)製のノクラックNBC〕等が挙げられる。
充填剤としては、例えば酸化亜鉛、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等の1種または2種以上が挙げられる。
充填剤を配合することにより、半導電性ゴム層の機械的強度等を向上できる。
充填剤の配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり5質量部以上であるのが好ましく、25質量部以下、特に20質量部以下であるのが好ましい。
また充填剤として導電性カーボンブラック等の導電性充填剤を配合して、半導電性ゴム層に電子導電性を付与してもよい。
導電性カーボンブラックとしてはHAFが好ましい。HAFは半導電性ゴム組成物中に均一に分散できるため、半導電性ゴム層にできるだけ均一な電子導電性を付与できる。
導電性カーボンブラックの配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり1質量部以上、特に3質量部以上であるのが好ましく、8質量部以下、特に6質量部以下であるのが好ましい。
スコーチ防止剤としては、例えばN−シクロへキシルチオフタルイミド、無水フタル酸、N−ニトロソジフエニルアミン、2,4−ジフエニル−4−メチル−1−ペンテン等の1種または2種以上が挙げられる。特にN−シクロへキシルチオフタルイミドが好ましい。
スコーチ防止剤の配合割合は、ゴム分の総量100質量部あたり0.1質量部以上であるのが好ましく、5質量部以下、特に1質量部以下であるのが好ましい。
共架橋剤とは、それ自体が架橋するとともにゴム分とも架橋反応して全体を高分子化する働きを有する成分を指す。
共架橋剤としては、例えばメタクリル酸エステルや、あるいはメタクリル酸またはアクリル酸の金属塩等に代表されるエチレン性不飽和単量体、1,2−ポリブタジエンの官能基を利用した多官能ポリマ類、あるいはジオキシム等の1種または2種以上が挙げられる。
このうちエチレン性不飽和単量体としては、例えば
(a) アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などのモノカルボン酸類、
(b) マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのジカルボン酸類、
(c) (a)(b)の不飽和カルボン酸類のエステルまたは無水物、
(d) (a)〜(c)の金属塩、
(e) 1,3−ブタジエン、イソプレン、2−クロル−1,3−ブタジエンなどの脂肪族共役ジエン、
(f) スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニル化合物、
(g) トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、ビニルピリジンなどの、複素環を有するビニル化合物、
(h) その他、(メタ)アクリロニトリルもしくはα−クロルアクリロニトリルなどのシアン化ビニル化合物、アクロレイン、ホルミルステロール、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルブチルケトン
等の1種または2種以上が挙げられる。
また(c)の不飽和カルボン酸類のエステルとしては、モノカルボン酸類のエステルが好ましい。
モノカルボン酸類のエステルとしては、例えば
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、n−ぺンチル(メタ)アクリレート、i−ぺンチル(メタ)アクリレート、n−へキシル(メタ)アクリレート、シクロへキシル(メタ)アクリレート、2−エチルへキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、i−ノニル(メタ)アクリレート、tert−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどの、(メタ)アクリル酸のアルキルエステル;
アミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ブチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどの、(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステル;
べンジル(メタ)アクリレート、ベンゾイル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレートなどの、芳香族環を有する(メタ)アクリレート;
グリシジル(メタ)アクリレート、メタグリシジル(メタ)アクリレート、エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートなどの、エポキシ基を有する(メタ)アクリレート;
N−メチロール(メタ)アクリルアミド、γ−(メタ)アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、テトラハイドロフルフリルメタクリレートなどの、各種官能基を有する(メタ)アクリレート;
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンジメタクリレート(EDMA)、ポリエチレングリコールジメタクリレート、イソブチレンエチレンジメタクリレートなどの多官能(メタ)アクリレート;
等の1種または2種以上が挙げられる。
以上で説明した各成分を含む半導電性ゴム組成物は従来同様に調製できる。まずゴム分を所定の割合で配合して素練りし、次いでイオン塩と、架橋成分以外の各種添加剤とを加えて混練した後、最後に架橋成分を加えて混練することで半導電性ゴム組成物が得られる。混練には、例えばニーダ、バンバリミキサ、押出機等を用いることができる。
〈実施例1〉
(半導電性ゴム組成物の調製)
ゴム分としてECO〔ダイソー(株)製のエピクロマー(登録商標)D、エチレンオキサイド含量:61モル%〕60質量部、NBR〔JSR(株)製のJSR N250 SL、低ニトリルNBR、アクリロニトリル含量:20%〕30質量部、およびCR〔昭和電工(株)製のショウプレン(登録商標)WRT〕10質量部を配合した。ゴム分の総量100質量部中のGECOの配合割合は60質量部であった。
上記ゴム分合計100質量部を、9Lニーダを用いて素練りしながら、イオン塩としてのカリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〔K−TFSI、三菱マテリアル電子化成(株)製のEF−N112〕1質量部と、下記表1に示す各成分とを加えてさらに混練して半導電性ゴム組成物を調製した。
表1中の各成分は下記のとおり。なお表中の質量部は、ゴム分の総量100質量部あたりの質量部である。
粉末硫黄:架橋剤〔鶴見化学工業(株)製〕
チオウレア系架橋剤:エチレンチオウレア〔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〕
促進剤DM:ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド〔チアゾール系促進剤、大内新興化学工業(株)製のノクセラー(登録商標)DM〕
促進剤TS:テトラメチルチウラムモノスルフィド〔チウラム系促進剤、大内新興化学工業(株)製のノクセラーTS〕
促進剤DT:1,3−ジ−o−トリルグアニジン〔グアニジン系促進剤、大内新興化学工業(株)製のノクセラーDT〕
酸化亜鉛2種:促進助剤〔三井金属鉱業(株)製〕
受酸剤:ハイドロタルサイト類〔協和化学工業(株)製のDHT−4A(登録商標)−2〕
(半導電性ローラの製造)
調製した半導電性ゴム組成物をφ60の押出成形機に供給して外径φ13.0mm、内径φ5.5mmの筒状に押出成形し、架橋用の仮のシャフトに装着して加硫缶内で160℃×30分間架橋させたて半導電性ゴム層を形成した。
次いで形成した半導電性ゴム層を、外周面に導電性の熱硬化性接着剤(ポリアミド系)を塗布した外径φ6mmのシャフトに装着し直してオーブン中で150℃×60分間加熱して当該シャフトに接着させたのち両端をカットし、広幅研磨機を用いて外径がφ12.0mmになるまで外周面を乾式研磨した。
次いで上記半導電性ゴム層を、シャフトを中心として2500rpmで一方向に回転させるとともに研磨液を継続的に供給しながら、また砥粒の粒度が40μmの長尺帯状の耐水研磨ペーパーを長さ方向に送りながら、当該耐水研磨ペーパーをバックアップローラによって後方から支持した状態で、上記半導電性ゴム層の外周面に接触させた。
耐水研磨ペーパーの外周面への切り込み設定は、両者の接触位置から0.3〜1.0mmの間で、乾式研磨による研磨目が消えるところまで切り込んで実施した。また耐水研磨ペーパーの送り速度は10mm/分とした。
研磨液としては、蒸留水に研磨剤〔ユシロ化学工業(株)製のユシローケン(登録商標)SC−525〕を1質量%添加したものを用いた。
またバックアップローラとしては、アスカーA型硬さが30°のウレタンローラを使用した。
そして外周面に接触させた耐水研磨ペーパーを、半導電性ゴム層の軸方向に微小往復運動させつつ、当該半導電性ゴム層の軸方向の全幅に亘って相対移動させて、その外周面を湿式オシレーション研磨した。
微小往復運動の幅は6mm、速度は4000mm/秒、耐水研磨ペーパーの半導電性ゴム層の軸方向への送り速度(トラバース速度)は150mm/分とした。
研磨後の外周面をアルコール拭きしたのち、UV光源から外周面までの距離を50mmとしてUV処理装置にセットし、30rpmで回転させながら紫外線を15分間照射することで酸化膜を形成して半導電性ローラを製造した。
製造した実施例1の半導電性ローラの、半導電性ゴム層の外周面の顕微鏡写真を図3に示す。
図3より実施例1の半導電性ローラの、半導電性ゴム層の外周面には、当該外周面に沿う面形状が、半導電性ゴム層の回転方向の一方側(図では上側)に頂点を有するとともに、当該頂点より回転方向の後方側(下側)の軸方向両側の縁部が前記回転方向に対して傾斜させて形成されて、当該軸方向の幅が、前記頂点から後方側へ向けて徐々に大きくなる末広がり状とされた、多数の微小な突起が形成されていることが確認された。
〈比較例1〉
半導電性ゴム層の外周面を乾式研磨したのち、湿式オシレーション研磨をせずに酸化膜を形成したこと以外は実施例1と同様にして半導電性ローラを製造した。
〈比較例2〉
半導電性ゴム層の外周面を乾式研磨し、次いで耐水研磨ペーパーを半導電性ゴム層の軸方向に微小往復運動させない通常の湿式トラバース研磨をしたのち酸化膜を形成したこと以外は実施例1と同様にして半導電性ローラを製造した。
製造した比較例2の半導電性ローラの、半導電性ゴム層の外周面の顕微鏡写真を図4に示す。
図4より比較例2の半導電性ローラの、半導電性ゴム層の外周面には、実施例1のような面形状を有する突起は形成されておらず、外周面の周方向に沿ってスジ状に研磨目が発生していることが確認された。
〈実施例2、3、比較例3、4〉
耐水研磨ペーパーとして、砥粒の粒度が50μm(比較例3)、30μm(実施例2)、20μm(実施例3)、および15μm(比較例4)であるものを用いたこと以外は実施例1と同様にして半導電性ローラを製造した。
それぞれの半導電性ローラの、半導電性ゴム層の外周面を顕微鏡で観察したところ、いずれも図3に示す実施例1のものと同様の面形状を有する多数の突起が形成されていることが確認された。
〈十点平均粗さ測定〉
実施例、比較例で製造した半導電性ローラの、外周面の軸方向および周方向の十点平均粗さRz1、Rz2を、(株)東京精密製のサーフコム(登録商標)130Aを使用して、日本工業規格JIS B0601−1994に準拠して測定した。
〈実機試験〉
実施例、比較例で製造した半導電性ローラを、感光体と、当該感光体の表面に常時接触させて配設された帯電ローラとを備えカラーレーザープリンタ〔(株)沖データ製のC5900dn〕に着脱自在とされたイメージドラム〔同社製のID−C4DC〕の、純正の帯電ローラに代えて帯電ローラとして組み込んだ。
そして組み立てたイメージドラムを、直後に上記カラーレーザープリンタに装填し、直ちにハーフトーン画像、ベタ画像を印刷して、初期画像として評価した。
評価は、何らかの画像不良が見られたものを「×」、見られなかったものを「○」とした。
また装填して2000枚/日の通紙を7日間実施した後にハーフトーン画像、ベタ画像を各5枚ずつ連続印刷して、通紙後画像として評価した。
評価は、連続印刷の間に何らかの画像不良が見られたものを「×」、見られなかったものを「○」とした。
なお初期画像に不良が見られたものは、通紙後画像の評価はしなかった。
また実施例1〜3、比較例3、4の半導電性ローラについては外周面の突起の頂点を、帯電ローラの回転方向の前方側に向けて組み込んだ状態(順方向)と、上記頂点を帯電ローラの回転方向の後方側に向けて組み込んだ状態(逆方向)の2つの状態についてそれぞれ実機試験を実施した。
以上の結果を表2、表3に示す。
表3の比較例1の結果より、半導電性ゴム層の外周面を乾式研磨のみで仕上げた場合には、通紙後に外添剤等の堆積による画像不良を生じることが判った。
また比較例2の結果より、乾式研磨後にオシレーションを伴わない通常の湿式トラバース研磨をして仕上げた場合には、外周面の軸方向、および周方向の十点平均粗さが大きすぎるため感光体の表面を均一に帯電させることができず、画像形成初期に画像不良を生じることが判った。
これに対し表2、表3の実施例1〜3の結果より、半導電性ゴム組成物の外周面を乾式研磨後に湿式オシレーション研磨をして仕上げることにより、前述した特定の面形状を有する多数の突起を形成すると初期画像、および通紙後画像のいずれも画像不良のない良好な画像を形成できることが判った。ただしかかる効果を得るためには、上記突起の頂点を、帯電ローラの回転方向の前方側(順方向)に向けて組み込む必要があることが判った。
また表2、表3の実施例1〜3、比較例3、4の結果より、半導電性ゴム層の外周面に、上記の効果が得られる適度な突出高さを有する凸部を形成するためには、湿式オシレーション研磨に使用する耐水研磨ペーパーの、砥粒の粒度が20μm以上、40μm以下である必要があることが判った。
1 半導電性ローラ
2 半導電性ゴム層
3 通孔
4 シャフト
5 外周面
6 突起
7 頂点
8 縁部
9 酸化膜
10 耐水研磨ペーパー
F 前方
R 後方
w 幅

Claims (4)

  1. 半導電性ゴム組成物によって筒状に形成されて周方向の一方向に回転される少なくとも1層の半導電性ゴム層を備え、前記半導電性ゴム層の外周面には、当該外周面に沿う面形状が、前記回転方向の前方側に頂点を有するとともに、当該頂点より回転方向の後方側の軸方向両側の縁部が前記回転方向に対して傾斜させて形成されて、当該軸方向の幅が、前記頂点から後方側へ向けて徐々に大きくなる末広がり状とされた、多数の微小な突起が、前記周方向および軸方向共に不連続に設けられている半導電性ローラ。
  2. 前記突起を形成する前の半導電性ゴム層を一方向に回転させ、かつ液体を供給しながら、前記外周面に、砥粒の粒度が20μm以上、40μm以下の耐水研磨ペーパーを接触させるとともに、当該耐水研磨ペーパーを前記半導電性ゴム層の軸方向に微小往復運動させつつ当該半導電性ゴム層の軸方向の全幅に亘って相対移動させて前記外周面を湿式研磨することにより、前記多数の突起が形成されている請求項1に記載の半導電性ローラ。
  3. 前記外周面に酸化膜を備えている請求項1または2に記載の半導電性ローラ。
  4. 電子写真法を利用した画像形成装置に組み込んで、感光体の表面を帯電させる帯電ローラとして用いる請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導電性ローラ。
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