JP2783938B2

JP2783938B2 - 弾性ロール

Info

Publication number: JP2783938B2
Application number: JP4094213A
Authority: JP
Inventors: 元重阪部; 明田渕
Original assignee: TAIGAASU HORIMAA KK; Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: TAIGAASU HORIMAA KK; Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1992-04-14
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: JPH05286056A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、芯金とそれを囲むエラ
ストマー（弾性体）とから形成され、主に事務用機器や
計測機器などに使用される弾性ロールに関する。なかで
も、レーザープリンターや電子写真複写機、とくに導電
性を必要とする転写用の弾性ロールなどに好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、多くの弾性ロールが事務用機
器や計測機器などに使用されている。最近、これらの機
器の進歩にともなって、使用する弾性ロールの表面硬
度、寸法安定性、耐久性、導電性などに対し、需要者の
要求が非常に厳しくなってきた。とくに、レーザープリ
ンターや電子写真複写機などに用いられる弾性ロールに
は、ロール表面層の不均一性に対して厳しい制限が課せ
られている。この様な傾向に対応するために、たとえ
ば、カーボンブラック、金属粉末、炭素繊維を添加し
た、特公昭６２−１１３４３号公報に記載の弾性ロー
ル、表面硬度を規定した特開平２−３１１８６５号公報
に記載の弾性ロールが、電子写真複写機用に提案されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、要求される特
性に合致するような製品設計を行い、かつ、製品内、製
品間を問わず、その特性が均一な弾性ロールを製造する
ことは容易ではない。たとえば、電子写真複写機の転写
ロールでは、ロール表面の導電性に位置または固体間の
バラツキがあると、それが僅かなものであっても転写画
像の「むら」の原因になる。とくに、ロール表面層をエ
ラストマーの発泡体で形成するときに問題がある。

【０００４】従来、弾性ロールの製造は、ロールの芯金
に原料エラストマーを巻き付けた後、成形、発泡などの
加工を行っていた。しかし、現在の素材および製造方法
の技術水準では、要求されている製品レベルを満足する
ことが甚だ困難である。特開平３−２０２８８５号公報
に記載の導電性弾性ロールでは２層構造を採用し、環境
変化に対する安定性向上を図っている。しかし、この導
電性弾性ロール製造工程は極めて複雑である。そこで、
接着の信頼性、接着ラインの発生、工数増によるコスト
アップなどの不利があるが、別途、所要の特性をもった
エラストマーのシートを製造し、これをロールの芯金に
巻付けて、何とか需要に対応してきた。

【０００５】本発明者は、需要者が要求する導電性その
他の特性に柔軟に対応でき、寸法安定性、耐磨耗性など
に優れ、同一製品内、製品間の特性が均一で、容易に経
済的に製造することのできる弾性ロールを提供すること
を目的に研究を行った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記研究の結果、弾性ロ
ールの表層部を構成する素材を最適化すれば、要求され
る特性をもった弾性ロールが容易に実現できることを見
出だした。すなわち、本発明は、芯金とそれを囲むエラ
ストマー部分とから形成される弾性ロールにおいて、ロ
ールの表面層が、平均径が０．０１〜３μｍ、平均長さ
が１〜５００μｍ、平均アスペクト比が５〜５００のセ
ラミック繊維またはカーボンウイスカーを、１ないし５
０重量％を含有するエラストマーで構成されていること
を特徴とする弾性ロールを提供する。さらに、上記本発
明の弾性ロールのセラミック繊維またはカーボンウイス
カーの比抵抗（体積抵抗率）が、１０^-3ないし１０⁴Ω
・ｃｍであることを特徴とする弾性ロールを提供する。

【０００７】

【作用】本発明について詳しく説明する。本発明のの特
徴は、弾性ロールの少なくとも表面層には、微小な無機
質繊維状物質を配合したエラストマーを使用することに
ある。この微小な無機質繊維状物質としては、具体的
に、セラミック繊維またはカーボンウイスカーを使用す
る。使用するセラミック繊維は、チタン酸アルカリ繊
維、チタン酸アルカリ土類繊維、チタン酸アルミニウム
系繊維、チタニア繊維、ホウ酸アルミニウム系繊維、ホ
ウ酸マグネシウム系繊維、アルミナ繊維、ケイ酸繊維、
窒化ケイ素繊維などの、主として金属酸化物系化合物や
金属窒化物系化合物からなる繊維状物質であって、単結
晶であると、多結晶であるとを問わない。エラストマー
に配合されたこれらのセラミック繊維またはカーボンウ
イスカーは、ロールの耐磨耗性、寸法安定性を向上さ
せ、ロール表面の特性を均一化する作用がある。セラミ
ック繊維およびカーボンウイスカーは、これらのなかか
ら選ばれる２種以上のものを混合して用いることもでき
る。

【０００８】さらに、導電性を有するセラミック繊維、
またはカーボンウイスカーを配合すれば、弾性ロールに
導電性を付与する作用がある。弾性ロールに導電性を付
与できれば、帯電防止などに大いに有効である。この場
合、確実な効果を期待するには、使用する上記繊維類の
比抵抗が、１０^-3ないし１０⁴Ω・ｃｍであることが望
ましい。前記のセラミック繊維に導電性を付与する目的
で、セラミック繊維を還元ガス雰囲気下で還元焼成した
り、ＣＶＤ法（化学蒸着法）、無電解メッキ法、浸漬
法、スプレーコート法などを用いて繊維表面に金属、金
属酸化物、カーボンなどを付着または沈着させることが
できる。

【０００９】このほか、エラストマーとの界面接着性を
向上したり分散性を高めるため、使用するセラミック繊
維またはカーボンウイスカーに、公知の各種表面処理を
施してもよい。たとえば、シラン系やチタネート系のカ
プリング剤など、目的に応じた表面処理剤で表面処理す
ることができる。

【００１０】本発明に使用するこれらのセラミック繊
維、またはカーボンウイスカーの大きさは、平均径が
０．０１〜３μｍ、平均長さが１〜５００μｍ、平均ア
スペクト比が５〜５００の範囲内である。ここに、平均
径は、上記繊維状物質の断面が円形でない場合には相当
直径を意味する。この大きさの上記繊維状物質をエラス
トマーに配合することによって、弾性ロールの表面硬度
や比抵抗などが微小部分についても均一になり、寿命が
長くなる。しかし、これよりも大きいと、ロール表面
に、局部的な不均一部分を生じやすい。

【００１１】エラストマーとしては、通常、弾性ロール
に使用されている、たとえば、天然ゴム、スチレン・ブ
タジエンゴム、ネオプレンゴム、エチレン・プロピレン
共重合体ゴム、ニトリルゴム、ポリウレタン、シリコー
ンゴムなどのゴム類があげられる。前記した電子写真複
写機の転写部に使用するときのように耐熱性を必要とす
る場合には、シリコーンゴムを使用するとよい。また、
本発明は、従来とくに問題が多かった、これらのエラス
トマーを発泡体として使用するときに利用価値が大き
い。

【００１２】前記のセラミック繊維やカーボンウイスカ
ーは、上記の各種エラストマーによく分散し、広い範囲
の混合比で使用することができるので、弾性ロールの特
性を調整するのに好都合である。しかし、本発明の弾性
ロールは、少なくともその表面層において、セラミック
繊維および／またはカーボンウイスカーを１ないし５０
重量％含有せしめている。この含有量が１重量％以下で
あれば、添加した効果が乏しく、５０重量％以上では母
材であるエラストマーの特性が阻害され、また、弾性ロ
ールの特性の調整が困難になるからである。好ましい含
有量は、５〜３０重量％である。また、目的に応じ、各
種の添加剤や分散剤、金属粉、カーボンなどを併用して
も何ら問題はない。

【００１３】本発明の弾性ロールの少なくとも表面層
は、上記に説明したセラミック繊維やカーボンウイスカ
ーを１ないし５０重量％を含有するエラストマーによっ
て構成されている。弾性ロールのエラストマー部分すべ
てを、上記の繊維状物質を含有したエラストマーで構成
する場合であっても、表面層以外の部分を上記とは異な
る含有率のエラストマーで構成し、最適な特性を付与す
る多層構造にすることができる。弾性ロールの寿命に直
接影響する耐磨耗性、帯電防止に深く関与する比抵抗な
どには、表面層の物性がとくに重要だからである。上記
のセラミック繊維やカーボンウイスカーを含有する表面
層は、長期間の使用に耐えるために、少なくとも２０μ
ｍ以上の厚さにすることが好ましい。

【００１４】つぎに、本発明の弾性ロールの製造するに
際しては、公知の直圧成形法（プレス成形法）、巻きむ
し成形法、インジェクション成形法、ポッティング成形
法、押出成形法などを利用することができる。とくに、
表面層の耐久性、あらさ、硬度などを調整をするため
に、前記のセラミック繊維やカーボンウイスカーを配合
したエラストマーを巻きつけたり、スプレー法やディッ
ピング法などでコーティングすることもできる。このよ
うにして、本発明の弾性ロールは、使用目的に適合した
製造方法によって、それぞれ最適の特性を有する弾性ロ
ールを提供することができる。

【００１５】

【実施例】

実施例１〜実施例９種類、繊維の平均径および平均長の異なる各種のセラミ
ック繊維（大塚化学株式会社製）９種類を選び、それぞ
れをカーボンブラック含有導電性シリコーンゴム（商品
名：ＫＥ３６０１ＳＢｕ（信越化学工業株式会社製））
に混練機を用いて添加混入し、セラミック繊維の平均径
および平均長と、弾性ロールとして使用できる上限の繊
維含有量、好ましい弾性を持つ繊維含有量の範囲（適
量）との関係を検討した。

【００１６】さらに、それぞれに好ましいセラミック繊
維含有量を選んで配合した組成物をステンレス鋼製芯金
に巻いて、本発明の弾性ロールを製作した。これを電子
写真複写機に転写ロールとして装着し、コピーを写って
みた。コピー１００枚について「かぶり」、ベタ黒面の
「ヌケ」「とび」を検査し、これらの欠陥の全くないも
のを「良好」として評価した。結果を表１に示した。

【００１７】

【表１】実施例１０〜１４種類、繊維の平均径および平均長、および比抵抗の異な
る各種のセラミック繊維（大塚化学株式会社製）４種類
とカーボンウイスカーを選び、それぞれを、カーボンブ
ラック含有導電性シリコーンゴム（商品名：ＫＥ３６０
１ＳＢｕ（信越化学工業株式会社製））に発泡剤（商品
名：ＫＥＰ１３（信越化学工業株式会社製））を加えた
組成物に、混練機を用いて添加混入し、混入繊維の種類
および混入量とと比抵抗値との関係を調べた。

【００１８】さらに、それぞれ好ましい繊維含有量の組
成物をステンレス鋼製芯金に長さ２５０ｍｍ、厚さ２０
ｍｍに巻き、１６０℃のオーブン内で６０分間加熱して
発泡させた。このロールの表面を薄く研磨し、発泡体の
長さが２５０ｍｍ、直径が３０ｍｍの本発明の弾性スポ
ンジロールを製作した。このロールの表面硬度、比抵抗
値およびロール内での比抵抗値の変動を調べた。表面硬
度は、いずれのロールについても、アスカーＣ型硬度で
３０度であった。これを転写ロールとして電子写真複写
機に装着し、コピーを写ってみた。コピー１００枚につ
いて「かぶり」、ベタ黒面の「ヌケ」「とび」を検査
し、これらの欠陥の全くないものを「良好」として評価
した。結果を表２に示した。

【００１９】

【表２】実施例１５自然加硫シリコーンゴム（信越化学工業株式会社製）に
カーボンブラックを添加し、さらに平均径０．３μｍ、
平均長１５μｍ、比抵抗１０¹Ω・ｃｍのチタン酸カリ
ウム繊維（商品名：デントール（大塚化学株式会社
製））を５重量％添加し、これをステンレス鋼製芯金に
巻いて、ロールを製作した。このロールの表面に、上記
のシリコンＲＴＶゴムに上記のチタン酸カリウムを５０
％添加した組成物を厚さ約５０μｍになるようにオーバ
ーコートし、本発明の弾性ロールを製作した。この弾性
ロールの比抵抗は、１０⁴Ω・ｃｍであって、表面の抵
抗値は安定していた。

【００２０】この弾性ロールを電子写真複写機に、ま
ず、現像ロールとして装着し、コロナ帯電後の感光体ド
ラムにトナーが一様に付くか否かをみたが、均一に付着
することが確認された。ついで、この弾性ロールを帯電
ロールとして装着し、感光体ドラムに帯電後、マグネッ
トブラッシ現像法により、トナーが一様に付くか否かを
みたが、均一に付着することが確認された。このときの
印加電圧は２ＫＶ、感光体ドラムには６００Ｖで均一に
チャージされていた。

【００２１】実施例１６アクリロニトリルブタジエンゴムに加硫剤および加硫促
進剤を加えたものに、平均径０．４μｍ、平均長１８μ
ｍ、比抵抗１０¹Ω・ｃｍのチタン酸カリウム繊維（商
品名：デントール（大塚化学株式会社製））を２０重量
％添加、混練し、これをステンレス鋼製芯金に巻いて加
圧成形して、本発明の弾性ロールを製作した。この弾性
ロールの硬度はＪＩＳＡ４０度、比抵抗値は１０⁸Ω・
ｃｍであった。

【００２２】この弾性ロールを電子写真複写機に、ま
ず、クリーニングロールとして装着し、転写後の感光体
ドラム上の残留トナーがクリーニングロール側にどの程
度移ったか、また、感光体ドラムに残留トナーがあるか
どうかを調べた。結果は、誠に満足すべきものであっ
た。さらに転写ロールとしても使用してみたが、実施例
１５の弾性ロールと同様に十分な効果を確認できた。

【００２３】実施例１７フッソ樹脂エマルジョン中に、エポキシシランカプリン
グ処理された平均径０．３μｍ、平均長１５μｍ、比抵
抗１０¹Ω・ｃｍのチタン酸カリウム繊維（商品名：デ
ントール（大塚化学株式会社製））を２０重量％分散さ
せ、ロールの表面層を製造した。次に自然加硫シリコー
ンゴムに、チタン酸カリウム繊維を２０重量％混入し、
注入し、本発明の弾性ロールを製作した。この弾性ロー
ルの表面硬度はＪＩＳＡ２０度、比抵抗値は１０¹⁰Ω・
ｃｍであった。

【００２４】この弾性ロールを電子写真複写機に、熱定
着ロールとして装着し、使用してみた。その結果、従来
用いられていた金属ロールに見られるトナーのオフセッ
トがなく、通過する紙から発生する静電気の除去にも効
果を発揮することが確認された。

【００２５】

【発明の効果】本発明の弾性ロールは、そのロール表面
層が、耐熱性、耐酸化性を有し、温度に対する物性安定
性に優れた微小な繊維状物質、すなわち、セラミック繊
維、またはカーボンウイスカーを含有するエラストマー
で構成されているので、エラストマーの性能を大きく改
善し、ＯＡ機器内などの温度の高い箇所でも安定した特
性を維持し、長期間安心して使用することができる。な
かでも、シリコーンゴムとの組合せて製造した弾性ロー
ルは、優れた性能を発揮する。さらに、導電性のセラミ
ック繊維またはカーボンウイスカーを使用することによ
って、ロール表面に均一な導電性を付与し、あるいは使
用中に静電気が発生するのを防止した導電性弾性ロール
を製作することができる。これは、微小な導電性繊維状
物質が網目構造を形成し、導電バイパスになているため
と推定される。従来、公知のカーボンブラック、金属
粉、炭素繊維を混入したエラストマーを使用した弾性ロ
ールと較べても、ロール表面の導電性が安定し、位置に
よる特性の変動が縮小された均一性の高い弾性ロールで
ある。とくに、従来大きな問題であったエラストマーを
発泡体にして使用する場合、特性を均一化するのに予期
以上に顕著な効果を発揮する。また、本発明の弾性ロー
ルは、従来の弾性ロールの製造方法を利用して容易に製
造することができる。

【００２６】具体的に、抵抗値の許容範囲が厳格で、製
品の歩留り向上が大きな課題であった電子写真複写機に
使用する各種弾性ロールを例にあげて説明する。まず、
電子写真複写機の転写ロールは、感光体ドラムを傷つけ
ずに耐磨耗性を向上させなければならないという、相反
する特性を要求されているが、本発明の弾性ロールは、
この要求に応えられる。これは、エラストマー中の微小
な繊維状物質が緻密な分散状態を形成し、スムーズな摺
動性を付与する効果と考えられる。このことは、本発明
の弾性ロールが、セレンやポリＮ−ビニルカルバゾール
などを蒸着もしくは塗布した感光体ドラムを痛めないこ
とからも窺えることである。バイアス電圧が均一にかか
り、表面硬度も均一であって、転写むらが防止される。
次に、非接触帯電方式の帯電ロールとして使用しても、
本発明の弾性ロールは導電性が安定しているので、感光
体表面に電荷が一様にチャージされる。また、現像ロー
ルとして使用すれば、ロール表面の抵抗値にばらつきが
ないためトナーが一様に付着し、現像が均一で、とくに
ベタ部で良好な画像を得られる。さらに、熱定着ロール
として使用すれば、圧力、温度の影響を繰返し受けるに
もにかかわらず表面硬度の変化が少ない上、熱膨張係数
が小さいので、安定した画像を得られる。さらにまた、
クリーニングロールとして使用すれば、残留トナーを一
様に付着し感光体表面をきわめて綺麗にし、かつ感光体
ドラムを傷つけない。

【００２７】以上説明したように、本発明の弾性ロール
は、寸法安定性、耐磨耗性、耐熱性などに優れ、同一製
品内、製品間の特性が均一で、導電性その他の特性に柔
軟に対応でき、現在、需要者の要求に十二分に応えるこ
とができる。しかも、容易に経済的に製造することがで
きる。したがって、広く各種の事務用機器や計測機器な
どに使用される弾性ロールとして使用され、なかでも、
レーザープリンターや電子写真複写機用に好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＢ２９Ｋ 21:00 105:12 Ｂ２９Ｌ 31:32 (56)参考文献特開昭61−501259（ＪＰ，Ａ) 特開平３−290469（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29D 31/00 B29C 70/10 B32B 1/08 B32B 25/02 G03G 15/16 B29K 21:00 B29K 105:12 B29L 31:32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】芯金とそれを囲むエラストマー部分とから
形成される弾性ロールにおいて、ロールの表面層が、平
均径が０．０１〜３μｍ、平均長さが１〜５００μｍ、
平均アスペクト比が５〜５００のセラミック繊維または
カーボンウイスカーを、１ないし５０重量％を含有する
エラストマーで構成されていることを特徴とする弾性ロ
ール。
【請求項２】請求項１に記載のセラミック繊維またはカ
ーボンウイスカーの比抵抗が、１０^-3ないし１０⁴Ω・
ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の弾性ロー
ル。