JP3601301B2 - 低硬度導電性ロール - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンター等の電子写真装置に用いられる低硬度導電性ロールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、複写機やプリンター等の電子写真装置に用いられる導電性ロールの形成材料としては、ウレタン樹脂が用いられているが、最近の電子写真装置は小型化の傾向にあり、モータの駆動力が弱いため、上記ウレタン樹脂の硬度が高すぎると、スタート時にロールが円滑に回転しなかったり、スティックスリップによるクリック音が発生する等の問題が生じる。そのため、低硬度のウレタン樹脂を用いた導電性ロールが提案されている(特開平5−323777号公報、特開平3−187732号公報)。
【0003】
しかしながら、上記導電性ロールに用いられている低硬度のウレタン樹脂は摩擦係数が比較的大きいため、熱的、物理的にトナーが導電性ロールの表面に付着しやすい。そのため、トナーフィルミングが生じやすく、充分な帯電性を得ることができず、画出枚数の増加に伴い画質が低下するという問題を有している。そこで、上記ウレタン樹脂の摩擦係数を下げる方法としては、ウレタン樹脂の硬度を上げるか、あるいはウレタン樹脂の結晶性を上げる等の方法が考えられる。ところが、ウレタン樹脂の硬度を上げると低硬度化の要請に沿わなくなり、先に述べたように、スタート時におけるロールの円滑な回転等が妨げられることになる。また、ウレタン樹脂の結晶性を上げると、ウレタン樹脂の溶剤への溶解性が低下するため、溶剤の種類が揮発性の高いもの等に限定されたり、あるいはウレタン樹脂を塗布できない等の問題が生じ、導電性ロールを作製する際の作業性が悪くなる。
【0004】
そこで、本出願人は、ウレタン樹脂の硬度や結晶性を上げることなく、ウレタン樹脂の摩擦係数を下げることにより上記課題を解決すべく、熱可塑性ポリウレタン樹脂とシリコーングラフトアクリルポリマーを含有する樹脂組成物を最外層形成材料として用いた導電性ロールをすでに提案している(特願平8−121614号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特願平8−121614号に記載の導電性ロールは、トナー離型性、トナー滑り性、トナー帯電性に優れるため、ロール回転トルクが小さく、良好な複写画質を得ることができ、耐久複写画質にも優れているが、つぎのような問題を有している。すなわち、図7に示すように、シリコーン側鎖71がアクリル主鎖72にグラフト化してなるシリコーングラフトアクリルポリマーは、熱可塑性ポリウレタン樹脂中に分散しているが、上記シリコーン側鎖71が熱可塑性ポリウレタン樹脂から離れた状態で安定しているため、シリコーン側鎖71と熱可塑性ポリウレタン樹脂の相溶性が悪く、分散性に劣り、あるいはイソシアネートとの共架橋も起こりにくい等の問題を有している。そのため、上記シリコーングラフトアクリルポリマーが感光体側に移行し、導電性ロールの表面(最外層)と感光体との接触部分が上記シリコーングラフトアクリルポリマーによって汚染される等の感光体汚染の問題を有しており、さらなる改良が望まれている。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ロール回転トルクが小さく、良好な複写画質および耐久複写画質を得ることができ、しかも感光体汚染が生じない低硬度導電性ロールの提供をその目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の低硬度導電性ロールは、軸体の外周面に少なくとも一つの層が形成された低硬度導電性ロールであって、上記層のなかの最外層が、下記の(A)および(B)成分を含有し、かつ、上記(B)成分の含有割合が上記(A)成分と(B)成分の合計重量に対して0.1〜40重量%の範囲に設定された樹脂組成物によって形成されているという構成をとる。
(A)熱可塑性ポリウレタン樹脂。
(B)アクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖が、シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖にグラフト化しているアクリルグラフトシリコーンポリマー。
【0008】
なお、本発明の低硬度導電性ロールにおいて、「上記層のなかの最外層」とは、層が一層の場合はその層をいい、層が二層以上の場合は、文字通りその最外層をいう。
【0009】
本発明者らは、ロール回転トルクが小さく、良好な複写画質および耐久複写画質を得ることができ、しかも感光体汚染が生じない低硬度導電性ロールを得るべく研究を重ねた。その結果、アクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖が、シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖にグラフト化してなる特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)を用い、かつ、この特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)と熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)とを特定の割合で用いると、熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)中でアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)が均一に分散し、分散性が向上することを見出し本発明に到達した。すなわち、図6に示すように、アクリルグラフトシリコーンポリマー中のアクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖61が、熱可塑性ポリウレタン樹脂中に大きく広がった状態で存在するようになり、分散性が向上するものと考えられ、その結果、導電性ロールの表面(最外層)と感光体との接触部分が上記アクリルグラフトシリコーンポリマーによって汚染されることがなく、感光体汚染が生じない。なお、図において、62は、シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖である。
【0010】
また、上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)の数平均分子量を3,000〜300,000の範囲に設定すると、優れた柔軟性および低摩擦係数が得られ、しかもトナーへの帯電性を付与できることを突き止めた。なお、本発明における数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算の数平均分子量である。
【0011】
そして、上記熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)および特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)に加えて、さらに導電剤を含有してなる樹脂組成物を用いると、より一層導電性に優れた低硬度導電性ロールを得ることができることを突き止めた。
【0012】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【0013】
本発明の低硬度導電性ロールとしては、例えば図1に示すように、軸体1の外周面に沿って最内層2が形成され、その外周面に中間層3が形成され、さらにその外周面に最外層4が形成された構造のものをあげることができる。
【0014】
上記軸体1は特に制限するものではなく、従来公知のどのようなものを用いても差し支えない。例えば、金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくり抜いた金属製の円筒体等が用いられる。そして、その材料としては、アルミニウム、ステンレス、鉄にメッキを施したもの等があげられる。
【0015】
上記軸体1の外周面に形成される最内層2の形成材料は特に制限するものではなく、従来公知のどのような材料を用いても差し支えない。例えば、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ポリウレタン系エラストマー等があげられる。上記材料には、さらに導電剤を適宜に添加してもよい。上記導電剤としては、従来から用いられているカーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、c−TiO、c−ZnO、c−SnO、イオン導電剤(四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、界面活性剤等)等があげられる。なお、上記「c−」は、導電性を有するという意味を表すものである。なかでも、低硬度でへたりが少ないという点から、導電性シリコーンゴムが好ましい。
【0016】
上記最内層2の外周面に形成される中間層3の形成材料としては、例えばアクリロニトリル−ブタジエンゴム(ニトリルゴム)(以下「NBR」と略す)、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム(水素化ニトリルゴム)(以下「H−NBR」と略す)、ポリウレタン系エラストマー、クロロプレンゴム(CR)、天然ゴム、ブタジエンゴム(BR)、ブチルゴム(IIR)等があげられるが、接着性およびコーティング液の安定性からH−NBRが好ましい。上記材料には、さらに前述の導電剤を適宜に添加してもよい。
【0017】
上記中間層3の外周面に形成される最外層4は、特殊な樹脂組成物によって形成されている。この特殊な樹脂組成物は、熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)と特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)とを用いて得られる。
【0018】
上記特殊な樹脂組成物の材料となる熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)は、特に制限するものではなく、例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)系やポリプロピレングリコール(PPG)系等のポリエーテル系、カプロラクトン系、アジペート系等のポリエステル系、ポリカーボネート系等のものがあげられる。これらのなかでも、摩擦係数が低く、溶剤可溶性である等の点で、PTMG系やアジペート系のものが好ましい。また、上記熱可塑性ポリウレタン樹脂(TPU)は直鎖状のものが好ましいが、必要に応じ、末端または側鎖に−OH基、−NCO基、−NH基等の官能基を持たせ、イソシアネート化合物、アミン化合物、エポキシ化合物等により架橋したものを用いることも可能である。
【0019】
上記熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)の数平均分子量は、50,000〜500,000の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは80,000〜200,000の範囲である。
【0020】
上記特殊な樹脂組成物の材料となる特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)は、アクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖が、シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖にグラフト化したものである。
【0021】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)中の主鎖は、シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなり、特に下記の一般式(1)〜(3)で表される構造部分からなるものが好ましい。
【0022】
【化5】
Figure 0003601301
【0023】
【化6】
Figure 0003601301
【0024】
【化7】
Figure 0003601301
【0025】
上記一般式(1)で表される構造部分の好ましい具体例としては、下記の構造式(A)〜(F)に示すものがあげられる。
【0026】
【化8】
Figure 0003601301
【0027】
上記一般式(2)および一般式(3)におけるXは、水素またはハロゲン化炭化水素基、シアン化炭化水素基等の炭素官能性基を示す。上記ハロゲン化炭化水素基としては、例えばハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、ハロゲン化アラルキル基、ハロゲン化アルケニル基等があげられ、上記シアン化炭化水素基としては、例えばシアノ基、シアン化アラルキル基、シアン化アリール基、シアン化アラルキル基、シアン化アルケニル基等があげられる。
【0028】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)は、アクリル系単量体から誘導される構造部分のガラス転移温度が、30〜150℃の範囲にあることが好ましく、特に好ましくは60〜120℃の範囲である。すなわち、上記アクリル系単量体から誘導される構造部分〔側鎖〕のガラス転移温度が30℃を下回ると、低摩擦係数化、離型性、べたつき防止の効果が減少し、150℃を超えると、溶剤への溶解性が低下したり、熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)との相溶性が低下するためトナーフィルミングの効果が減少するからである。
【0029】
上記アクリル系単量体から誘導される構造部分のガラス転移温度は、例えばつぎのようにして設定することができる。すなわち、上記アクリル系単量体から誘導される構造部分のガラス転移温度が30〜150℃の範囲となるように、下記のFox式に従い、各アクリル系単量体の重量比率を設定することにより行われる。
【0030】
【数1】
1/Tg =(W/Tg)+(W/Tg)+…+(W/Tg
+W+…+W=1
〔上記式において、Tg はアクリル系単量体から誘導される構造部分のガラス転移温度であり、Tg,Tg,…,Tg は各アクリル系単量体のガラス転移温度である。また、W,W,…,Wは各アクリル系単量体の重量比率である。〕
【0031】
上記ガラス転移温度(Tg )は、DSC(示差走査熱量測定)または動的粘弾性のtanδピークにより測定することができる。
【0032】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)において、シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖の数平均分子量は、1,500〜20,000の範囲に設定するのが好ましく、特に好ましくは3,000〜10,000の範囲である。すなわち、上記主鎖部分の数平均分子量が1,500を下回ると適度な帯電性、低摩擦係数化、離型性等のシリコーンの効果が得られにくくなり、20,000を超えるとA成分への相溶性が低下し、効果が減少したり、あるいはシリコーン特有のべたつきが生じるからである。
【0033】
一方、上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)中の側鎖は、アクリル系単量体から誘導される構造部分からなる。上記アクリル系単量体としては、具体的には、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル(nBA)、アクリル酸イソブチル(iBA)、アクリル酸sec−ブチル、アクリル酸tert−ブチル、アクリル酸2,2−ジメチルプロピル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸−2−tert−ブチルフェニル、アクリル酸2−ナフチル、アクリル酸フェニル、アクリル酸4−メトキシフェニル、アクリル酸2−メトキシカルボニルフェニル、アクリル酸2−エトキシカルボニルフェニル、アクリル酸2−クロロフェニル、アクリル酸4−クロロフェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸2−シアノベンジル、アクリル酸4−シアノフェニル、アクリル酸p−トリル、アクリル酸イソノニル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸2−ヒドロキシブチル、アクリル酸2−シアノエチル、アクリル酸3−オキサブチル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル(MMA)、メタクリル酸エチル(EMA)、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル(nBMA)、メタクリル酸イソブチル(iBMA)、メタクリル酸sec−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸2,2−ジメチルプロピル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸−2−tert−ブチルフェニル、メタクリル酸2−ナフチル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸4−メトキシフェニル、メタクリル酸2−メトキシカルボニルフェニル、メタクリル酸2−エトキシカルボニルフェニル、メタクリル酸2−クロロフェニル、メタクリル酸4−クロロフェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2−シアノベンジル、メタクリル酸4−シアノフェニル、メタクリル酸p−トリル、メタクリル酸イソノニル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2−ヒドロキシブチル、メタクリル酸2−シアノエチル、メタクリル酸3−オキサブチル、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、アクリルアミド(AA)、ブチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、ピペリジルアクリルアミド、メタクリルアミド、4−カルボキシフェニルメタクリルアミド、4−メトキシカルボキシフェニルメタクリルアミド、メチルクロロアクリレート、エチル−α−クロロアクリレート、プロピル−α−クロロアクリレート、イソプロピル−α−クロロアクリレート、メチル−α−フルオロアクリレート、ブチル−α−ブトキシカルボニルメタクリレート、ブチル−α−シアノアクリレート、メチル−α−フェニルアクリレート、イソボニルアクリレート、イソボニルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
【0034】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)中の側鎖としては、下記の一般式(4)で表される構造部分からなるものが特に好ましい。
【0035】
【化9】
Figure 0003601301
【0036】
そして、上記一般式(4)で表される構造部分の好ましい具体例としては、下記の構造式(イ)〜(ホ)に示すものがあげられる。
【0037】
【化10】
Figure 0003601301
【0038】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)において、アクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖の数平均分子量は、200〜20,000の範囲に設定するのが好ましく、特に好ましくは1,000〜10,000の範囲である。すなわち、上記側鎖部分の数平均分子量が200を下回ると、ウレタン中への分散性が劣り、低摩擦係数化等の効果が得られにくくなり、20,000を超えると、ウレタン中に分散した成分が表面に偏在しにくいため、低摩擦や帯電性向上等の効果が少なくなるからである。
【0039】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)の含有割合は、A成分とB成分の合計重量に対して0.1〜40重量%の範囲に設定することが必要であり、好ましくは1〜20重量%の範囲である。すなわち、B成分の含有割合が0.1重量%未満であると、A成分の摩擦係数を充分に下げることができず、トナーが付着しやすく、長期にわたって安定したトナー帯電性を得ることができなくなり、40重量%を超えるとA成分の強度が低下したり、硬度が高くなるからである。
【0040】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)は、例えばつぎのようにして製造される。すなわち、前記シロキサンから誘導される構造部分と、アクリル系単量体から誘導される構造部分とを、アゾ系重合開始剤の存在下に、ラジカル共重合させることにより製造することができる。このような重合は、溶媒を用いる溶液重合法、バルク重合法、エマルジョン重合法等によって行うことが好ましく、特に好ましくは溶液重合法である。
【0041】
上記アゾ系重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾビス−4−シアノバレリン酸、アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2′−アゾビスイソブチレート、アゾビス−1−シクロヘキサカルボニトリル等があげられ、特にAIBNが好ましい。
【0042】
上記ラジカル共重合の際の重合温度は50〜150℃が好ましく、特に好ましくは60〜100℃である。また、重合時間は3〜100時間が好ましく、特に好ましくは5〜10時間である。
【0043】
あるいは、上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)は、上記シロキサンから誘導される構造部分と、アクリル系単量体から誘導される構造部分とを、アニオン重合触媒の存在下に、アニオン重合反応させることにより製造することもできる。上記アニオン重合触媒としては、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、メチル、エチル、プロピル、ブチル等の脂肪族炭化水素、ナフタリン、アントラセン、フェナントレン、トリフェニレン、ナフタセン、アセナフチレン、トランススチルベン、ビフェニル、スチレン、メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ベンゾニトリル、ジフェニルエチレン、ジフェニルブタジエン等の芳香族炭化水素等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
【0044】
このようにして得られる特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)は、数平均分子量が3,000〜300,000の範囲にあるものが好ましく、特に好ましくは10,000〜100,000の範囲である。すなわち、上記B成分の数平均分子量が3,000を下回ると、その成分が接触した感光体や層形成ブレード等に移行して画像不具合となり、300,000を超えると、A成分中に分散したB成分が大きいため表面に偏在しにくく、低摩擦や帯電性等の効果が少なくなるからである。
【0045】
上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)において、前記シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖と、上記アクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖との比率(重量比)は、主鎖/側鎖=5/95〜60/40の範囲に設定するのが好ましく、特に好ましくは主鎖/側鎖=10/90〜40/60の範囲である。すなわち、主鎖の比率が60を超える(側鎖の比率が40を下回る)と、熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)中でのB成分の分散性が劣り、表面が悪くなったり、感光体汚染が生じる傾向があり、主鎖の比率が5を下回る(側鎖の比率が95を超える)と、シリコーンのもつ低表面エネルギー性を生かせず表面にB成分が偏在しなくなるため、低摩擦や帯電性等の効果が少なくなるからである。
【0046】
本発明の導電性ロールの最外層4を形成する特殊な樹脂組成物には、前記TPU(A成分)、特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)に加えて、さらに前述の導電剤を適宜に添加してもよい。
【0047】
上記導電剤の含有割合は、A成分とB成分の合計100部に対して0.1〜150部の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは0.3〜100部の範囲である。すなわち、導電剤の含有割合が0.1部未満であると導電性を付与する効果が少なくなり、150部を超えると、物性の低下や硬度の上昇等が生じるからである。
【0048】
なお、上記特殊な樹脂組成物には、帯電制御剤を適宜に添加することもできる。上記帯電制御剤としては、従来から用いられている四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、アジン系(ニグロシン系)化合物、アゾ化合物、オキシナフトエ酸金属錯体、界面活性剤(アニオン系、カチオン系、ノニオン系)等があげられる。また、上記特殊な樹脂組成物には、酸化チタン、炭酸カルシウム、タルク、クレー、シリカ等の充填剤、安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、補強剤、滑剤、離型剤、染料、顔料、難燃剤、オイル等を必要に応じて適宜に添加することも可能である。
【0049】
本発明の低硬度導電性ロールの最外層4を形成する特殊な樹脂組成物は、例えばつぎのようにして作製される。すなわち、前記TPU(A成分)を有機溶剤に溶解し、前述の方法により作製した特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)を添加した後、さらに必要に応じて導電剤等を添加したものをサンドミル等で分散することにより、塗工用のコーティング液を作製する。あるいは、上記TPU(A成分)、特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)、導電剤等を2軸混練機等で分散し、これらを前記有機溶剤に溶解することにより、塗工用のコーティング液を作製してもよい。このようにして、目的とする特殊な樹脂組成物(コーティング液)を作製することができる。なお、上記有機溶剤としては、メチルエチルケトン、トルエン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサン、メタノール、イソプロピルアルコール等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
【0050】
そして、本発明の低硬度導電性ロールは、例えばつぎのようにして作製される。すなわち、まず、前記最内層2形成材料用の各成分をニーダー等の混練機を用いて混練し、最内層2形成材料を作製する。また、前記中間層3形成材料用の各成分をロール等の混練機を用いて混練し、この混合物に前記有機溶剤を加えて混合、攪拌することにより、中間層3形成材料(コーティング液)を作製する。さらに、前記最外層4形成材料である特殊な樹脂組成物(コーティング液)を、先に述べた方法に従い作製する。
【0051】
つぎに、金属製の芯金を準備した後、必要に応じて接着剤、プライマー等を塗布し、図2に示すように、上記金属製の軸体1をセットした下蓋5および円筒型6内に、前記最内層2形成材料を注型し、上蓋7を上記円筒型6に外嵌する。ついで、上記ロール型全体を加熱して上記最内層2形成材料を加硫し(150〜220℃×1時間)、最内層2を形成する。続いて、この最内層2が形成された軸体1を脱型し、必要に応じ反応を完結させる(200℃×4時間)。そして、上記最内層2の外周に中間層3形成材料となるコーティング液を塗布し、もしくは上記最内層2形成済みのロールを前記コーティング液中に浸漬して引き上げた後、乾燥および加熱処理を行うことにより、最内層2の外周に中間層3を形成する。さらに、上記中間層3の外周に最外層4形成材料となる特殊な樹脂組成物(コーティング液)を塗布し、もしくは上記中間層3形成済みのロールを前記コーティング液中に浸漬して引き上げた後、乾燥および加熱処理を行うことにより、中間層3の外周に最外層4を形成する。上記コーティング液の塗布方法は、特に制限するものではなく、従来公知のディッピング法、スプレーコーティング法、ロールコート法等があげられる。このようにして、軸体1の外周面に沿って最内層2が形成され、その外周に中間層3が形成され、さらにその外周に最外層4が形成された導電性ロールを作製することができる。
【0052】
本発明の低硬度導電性ロールにおいて、各層の厚みは、導電性ロールの用途に応じて適宜に決定される。例えば、現像ロールとして用いる場合、最内層の厚みは、通常0.5〜10mmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは3〜6mmである。また、中間層の厚みは、通常1〜90μmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは3〜15μmである。そして、最外層の厚みは5〜100μmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは10〜50μmである。
【0053】
本発明の低硬度導電性ロールにおける硬度は、JIS Aによる硬度の測定値が、70(Hs:JIS A)以下の範囲にあるものが好ましく、特に好ましくは60(Hs:JIS A)以下の範囲である。
【0054】
本発明の低硬度導電性ロールは、現像ロールに好適であるが、必ずしも現像ロールに限定するものではなく、転写ロール、帯電ロール等にも適用することができる。また、本発明の低硬度導電性ロールの例として、図1において三層構造のものをあげたが、軸体1の外周に形成される層は必ずしも三層でなくてもよく、ロールの用途等に応じ、適宜の数の層が形成される。ただし、必ず最外層(単層の場合にはその層)が、上記特殊な樹脂組成物で形成されていなければならない。
【0055】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【0056】
【実施例1〜6、比較例1〜3】
まず、軸体となる芯金(直径10mm、SUS304製)と、最内層形成材料として液状シリコーンゴムにカーボンブラックを添加したものと、中間層形成材料として水素化ニトリルゴムにカーボンブラックを添加したものをそれぞれ準備した。そして、前述の方法に準じて、軸体の外周に最内層を形成し、さらにその外周に中間層を形成してロール基体を作製した。つぎに、下記の表1および表2に示す各成分を同表に示す割合で配合し、樹脂組成物(コーティング液)を作製した。この樹脂組成物(コーティング液)を上記ロール基体の中間層の外周面にディッピング法により塗布した後、乾燥(150℃×30分)して、目的とする導電性ロールを得た(図1参照)。このようにして得られた導電性ロールの各層の厚みは、最内層の厚みが5mmであり、中間層の厚みが5μmであり、最外層の厚みが20μmであった。また、最内層の硬度は30(Hs:JIS A)であった。なお、上記樹脂組成物の材料となる特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマーは、前述の方法に準じて作製したものであり、アクリルグラフトシリコーンポリマーのガラス転移温度(アクリル系単量体から誘導される構造部分)、平均分子量、主鎖と側鎖の構造、および主鎖と側鎖の比率(重量比)を下記の表1および表2に併せて示した。
【0057】
【表1】
Figure 0003601301
【0058】
【表2】
Figure 0003601301
【0059】
このようにして得られた実施例品および比較例品の導電性ロールについて、下記の基準に従い、電気抵抗、摩擦係数、硬度、ロール回転トルク、トナー帯電性、複写画質、耐久複写画質および感光体汚染について比較評価を行った。これらの結果を後記の表3および表4に併せて示した。
【0060】
〔電気抵抗〕
導電性ロールの最外層の電気抵抗を、図3(A),(B)に示すようにして測定した。すなわち、図3(A)に示す形状の電極11を、図3(B)に示すロール10の表面上に20箇所形成し、図3(B)に示す測定系により測定した。図において、11aは主電極、11bはガード電極である。そして、実施例および比較例における電気抵抗値は20箇所の測定値の中央値である。
【0061】
〔摩擦係数〕
摩擦係数は、図4に示すような、静動摩擦係数計(協和界面科学社製)を用いて測定した。すなわち、導電性ロールの最外層形成材料となる樹脂組成物を用いて、厚み50〜100μmの塗膜21を作製し、これを固定台22の上にセットし、移動速度0.3cm/秒、荷重100gの条件下で測定した。なお、図において、23は鋼球(直径3mm)、24は零点調整用天秤、25はロードセル、26は荷重(100g)を示す。
【0062】
〔硬度〕
導電性ロールを用いてJIS Aによる硬度を測定した。
【0063】
〔ロール回転トルク〕
固定された感光体に導電性ロールを押圧接触し、導電性ロールをトルクモータで回転させ、その動き始めの電流値を測定した。なお、上記導電性ロールを感光体に押圧接触させる際の圧力は、導電性ロールの接触部が径方向に0.3mm凹む程度の圧力に設定した。そして、得られた測定値をトルクに換算し、その算出値が常に3kgf−cm未満を示す場合を○、3kgf−cm未満を示すが初期等に3kgf−cm以上を示す場合を△、常に3kgf−cm以上を示す場合を×としてそれぞれ表示した。
【0064】
〔トナー帯電性〕
トナー帯電性は、導電性ロールにおける帯電量を20℃×50%RHの条件下においてつぎのようにして測定した。すなわち、図5に示すように、導電性ロール30の表面上に現像剤(トナー)32層を形成し、吸引ポンプ33により上記現像剤32を吸引しファラデーケージ34を用いて測定した(ファラデーケージ法)。なお、図において、35はフィルター、36は絶縁体パイプ、37は電位計、38,39は導体で互いに分離している。
【0065】
〔複写画質〕
導電性ロールを現像ロールとして電子写真複写機に組み込み、20℃×50%RHの条件下において画像出しを行った。そして、べた黒画像において濃度が充分で画像むらや白斑点ぬけの無いものを○、濃度不充分、画像むら、白斑点のいずれか一つでも発生したものを×としてそれぞれ表示した。
【0066】
〔耐久複写画質〕
導電性ロールを現像ロールとして電子写真複写機に組み込み、20℃×50%RHの条件下において画像出しを行った。そして、3000枚および5000枚複写した後、べた黒画像において濃度が充分で画像むらや白斑点ぬけがなく、印字でかすれやにじみのないものを○、べた黒画像は良好であるが、印字でかすれまたはにじみが発生したものを△、べた黒画像において濃度不充分、画像むら、白斑点のいずれか一つでも発生したものを×としてそれぞれ表示した。
【0067】
〔感光体汚染〕
導電性ロールを現像ロールとして電子写真複写機に組み込み、20℃×50%RHの条件下において画像出しを行った。その後、一定時間放置し、再び同条件下において画像出しを行った。そして、感光体の汚染が複写1枚以内で消えるものを○、複写2〜20枚で消えるものを△、複写21枚以上でも消えないものを×としてそれぞれ表示した。
【0068】
【表3】
Figure 0003601301
【0069】
【表4】
Figure 0003601301
【0070】
上記表3および表4の結果から、実施例品の導電性ロールは、摩擦係数が低く、低硬度で、ロール回転トルクも小さく、トナー帯電性に優れ、かつ、複写画質、耐久複写画質が優れ、しかも感光体汚染が生じないことがわかる。これに対して、比較例1〜3品の導電性ロールは、感光体汚染が生じることがわかる。特に、比較例2品の導電性ロールは、ロール回転トルクが大きく、トナー帯電性に劣り、しかも複写画質、耐久複写画質も劣ることがわかる。
【0071】
【発明の効果】
以上のように、本発明の低硬度導電性ロールは、熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)と、特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)とを特定の割合で含有してなる特殊な樹脂組成物によって最外層が形成されている。その結果、上記熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)中での特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)の分散性が向上し、導電性ロールの表面(最外層)と感光体との接触部分が上記アクリルグラフトシリコーンポリマーによって汚染される等の感光体汚染の問題が生じず、しかも、ロール回転トルクが小さく、良好な複写画質および耐久複写画質を得ることができる。
【0072】
また、上記特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)の数平均分子量を3,000〜300,000の範囲に設定すると、優れた柔軟性および低摩擦係数が得られ、しかもトナーへの帯電性を付与することができる。
【0073】
そして、上記熱可塑性ポリウレタン樹脂(A成分)および特殊なアクリルグラフトシリコーンポリマー(B成分)に加えて、さらに導電剤を含有してなる樹脂組成物を用いると、より一層導電性に優れた低硬度導電性ロールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の低硬度導電性ロールの一例を示す断面図である。
【図2】本発明の低硬度導電性ロールの製法の一例を示す断面図である。
【図3】(A)は導電性ロールの電気抵抗を測定する際にロール表面に形成する電極の形状を示す説明図であり、(B)はそれを用いての導電性ロールの電気抵抗値の測定系を示す説明図である。
【図4】静動摩擦係数計による摩擦係数の測定状態を示す説明図である。
【図5】トナー帯電量を測定するファラデーケージ法の測定状態を示す説明図である。
【図6】熱可塑性ポリウレタン樹脂中でのアクリルグラフトシリコーンポリマーの分散状態を模式的に示した説明図である。
【図7】熱可塑性ポリウレタン樹脂中でのシリコーングラフトアクリルポリマーの分散状態を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
1 軸体
2 最内層
3 中間層
4 最外層

Claims (5)

  1. 軸体の外周面に少なくとも一つの層が形成された低硬度導電性ロールであって、上記層のなかの最外層が、下記の(A)および(B)成分を含有し、かつ、上記(B)成分の含有割合が上記(A)成分と(B)成分の合計重量に対して0.1〜40重量%の範囲に設定された樹脂組成物によって形成されていることを特徴とする低硬度導電性ロール。
    (A)熱可塑性ポリウレタン樹脂。
    (B)アクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖が、シロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖にグラフト化しているアクリルグラフトシリコーンポリマー。
  2. 上記(B)成分中のシロキサンから誘導される直鎖状の構造部分からなる主鎖が、下記の一般式(1)〜(3)で表される構造部分から選ばれた少なくとも一つの構造部分からなり、かつ、上記(B)成分中のアクリル系単量体から誘導される構造部分からなる側鎖が、下記の一般式(4)で表される構造部分からなる請求項1記載の低硬度導電性ロール。
    Figure 0003601301
    Figure 0003601301
    Figure 0003601301
    Figure 0003601301
  3. 上記(B)成分中のアクリル系単量体から誘導される構造部分のガラス転移温度が、30〜150℃の範囲に設定されている請求項1または2記載の低硬度導電性ロール。
  4. 上記(B)成分であるアクリルグラフトシリコーンポリマーの数平均分子量が3,000〜300,000の範囲に設定されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の低硬度導電性ロール。
  5. 上記樹脂組成物が、上記(A)および(B)成分に加えて、さらに導電剤を含有するものである請求項1〜4のいずれか一項に記載の低硬度導電性ロール。
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