JP3602398B2 - 導電性ロール用ゴム組成物および導電性ロール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ロール用ゴム組成物および導電性ロールに関し、詳しくは、上記導電性ロールは、レーザービームプリンタ、複写機、ファクシミリ、ＡＴＭ等における現像装置の導電性機構に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置により形成される画像の高画質化を図るためには、静電潜像を可視像化する現像領域に搬送される現像剤を所望の帯電量に帯電させておくことや、現像剤を現像領域に均一に供給することが必要であある。このような画像形成装置では、様々な要求特性を持った導電性ロールが使用される。そのようなロールには、帯電ロール（感光体を均一に帯電させる）、トナー供給ロール（トナーボックスからトナーを現像ロールへ移動させる）、現像ロール（露光後の感光体にトナーを移動させる）及び転写ロール（感光体に移ったトナーを紙等に移動させる）がある。
【０００３】
通常、画像形成装置による画像形成は以下の工程で行われる。まず帯電ロールが感光ドラム等の静電潜像保持体を均一に帯電させる（帯電）、次いで光像を照射して画像露光により静電潜像担持体上に静電潜像を形成する（露光）。次に、現像装置により帯電された現像剤（トナー）をトナー供給ロールから現像ロールに供給し、さらに現像ロールから静電潜像が形成された潜像担持体上に供給して顕像化し、トナー像を形成する（現像）。こうして得られた現像像を転写ロールを介して紙等の被印刷体に転写し、定着させる（転写、定着）。
【０００４】
上記した導電性ロールは一般的に、円柱形状の芯金と、この芯金の外周面に同心状に取り付けられる加硫ゴムロールから構成されており、その用途に応じた導電性（電気抵抗、そのばらつき、環境依存性、電圧依存性）、非汚染性、低硬度、寸法安定性などの性能が要求されている。
上記した導電性ロールに要求される性能のうち、特に、低硬度性と電気抵抗の制御は重要な課題となっている。
【０００５】
低硬度化の試みとして、軟化剤を使用する場合があるが、軟化剤は感光体を汚染する等の問題がある。そのため、一般にゴムロール全体を発泡性弾性体で形成している。ゴムを発泡させるには、化学発泡、溶解発泡、マイクロバルーン法などが挙げられるが、その中でもコスト面から化学発泡が主流となっている。
【０００６】
上記化学発泡は、主成分であるゴム成分に導電剤及び化学発泡剤を配合し、加熱発泡形成することにより得られる。最も一般的な化学発泡剤は有機発泡剤、即ち、熱の影響下で化学的に分解反応し、気体を放出する物質である。この方法では一定の温度範囲で迅速に気体が放出されるため、比較的大きい気泡が形成され、低硬度でかつ弾性に優れた導電性ロールを得ることもできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、化学発泡剤を用いて弾性発泡体からなるゴムロールを形成する場合、化学発泡剤が化学反応により爆発的にガスを放出することから、発泡状態や気泡形状は温度条件により著しい影響を受け、異常発泡を起こす部位が発生しがちである。例えば、発泡弾性体をロール形状に発泡形成する際、受容熱の分布はその軸方向や半径方向で異なるため、発泡状態や気泡形状に位置的なバラツキが生じる。其の結果、異常発泡した部位では電気抵抗が高くなり、電気抵抗が局部的にバラツキが生じることとなる。このように、電気抵抗が局部的にバラツくと、形成される画像に乱れが生じる問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、導電性ロールを、化学発泡剤を用いて弾性発泡体とする場合において、異常発泡の無い導電性ロールを提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、芯金の外周に取り付けられる導電性ロール用のゴム組成物であって、
ゴム基材に、 化学発泡剤としてアゾジカルボンアミドあるいは４．４オキシビス・ベンゼンスルホニルヒドラジドからなる化学発泡剤が配合され、
上記化学発泡剤の粒径分布が５〜７０μｍで且つ粒径１０μｍ以下の含有率が化学発泡剤中で１０％以下である導電性ロール用ゴム組成物を提供している。
【００１０】
上記発明は、本発明者が化学発泡剤の種類、粒径および粒径分布割合を種々選択して実験したところ、前記したアゾジカルボンアミドあるいは４．４オキシビス・ベンゼンスルホニルヒドラジドからなり、かつ、その粒径分布が５〜７０μｍで且つ粒径１０μｍ以下の含有率が１０％以下とした場合に、異常発泡の発生を防止できることを見いだしたことに因る。また、特に、化学発泡剤として、アゾジカルボンアミドを用いることが好ましいことも判明した。
【００１１】
特に、本発明において、化学発泡剤の粒径１０μｍ以下を化学発泡剤中で１０％以下としていることが重要である。その理由は、同一温度では粒径の小さい発泡剤の方がガス化までの時間が短いため、加硫温度を上げると、粒径の小さい発泡剤のガス化が進みすぎて大きな発泡セル径となって異常発泡が生じる問題がある。なお、加硫温度を低下させると発泡剤のガス化を遅延させて発泡セル径のバラツキを抑制できるが、生産性の点から加硫温度を低下させることは好ましくない。
【００１２】
化学発泡剤の粒径分布範囲を５〜７０μｍとしているのは、この範囲外であると、加硫成形した状態で発泡セル径が小さすぎたり、大きすぎたりして、発泡セル径にバラツキが発生し、得られたゴムロールの外周面全体にわたって均一な電気抵抗が得られないことによる。
【００１３】
上記ゴム基材としては、半導電性を有するＮＢＲまたはＮＢＲとヒドリンゴムの混合材からなるものが好適に用いられる。
【００１４】
また、上記ゴム基材１００重量％に対して、上記化学発泡剤を１重量％以上１５重量％以下で配合することが好ましい。化学発泡剤の配合量を上記範囲外とすると、加硫成形して得られたゴムロールが所要の低硬度（ショアＥ硬度３０〜４０、好ましくは、ショアＥ硬度３０〜３５）を得られないことによる。
【００１５】
本発明は、上記したゴム組成物を加硫して成形され、上記化学発泡剤の発泡セル径の分布が、３０〜２００μｍで、発泡セルが３０〜７０体積％、好ましくは５０〜６０体積％を占める導電性ロールを提供している。
【００１６】
上記発泡セルのゴムロール中における占有率を３０〜７０体積％としているのは、この体積％とすると、ゴムロールのショアＥ硬度３０〜４０の好適な低硬度とすることができるためである。なお、ショアＥ硬度が３０未満であると柔らかすぎて圧縮歪み大きくなり過ぎ、また、４０を越えると硬すぎて剛直な感光体と接触した時の摩耗が大きく且つ画像上の欠陥が発生し易いことによる。
【００１７】
ゴム基材としては、前記アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロロヒドリンゴムのいずれかの単体あるいは、これらを混合したものは、それ自身極性が高いので、本発明の導電性ゴムロールの原料として好ましいが、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、ＳＢＲ、ＣＲ等を１種または２種以上を配合して使用してもよい。
【００１８】
また、導電性付与剤としては、例えば、チャンネルブラック、ファーストブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックや、カーボンファイバー等の電子導電剤、又はリチウム塩、亜鉛華等のイオン導電剤等がある。それらを１種又は２種以上組み合わせて使用する。カーボンブラックは、温度や湿度によって導電性が影響され難い上、優れた補強効果を示すので好ましい。導電性付与剤の配合量も当該技術分野で既知の範囲でよいが、カーボンブラックの場合、ゴム成分１００重量部に対して３〜５０重量部、好ましくは５〜４０重量部の範囲としている。
【００１９】
さらに、ゴム組成物には加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、加硫遅延剤、充填剤等が適宜配合さる。加硫剤としては、例えば、硫黄や、Ｎ，Ｎ−ジチオビスモルホリン等の有機含硫黄化合物や、べンゾイルペルオキシド等の有機過酸化物を用いることができる。加硫促進剤としては、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、以下に記す有機促進剤を使用することができる。有機促進剤としては、例えば、２−メルカプトベンゾチアゾール、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェン等のチアゾール系加硫促進剤や、Ｎ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、プロピルアミン等の脂肪族第１アミンと２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物、ジシクロヘキシルアミン、ピロリジン、ピペリジン等の脂肪族第２アミンと２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物、脂環式第１アミンと２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物、モリフォリン系化合物と２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物等のスルフェンアミド系加硫促進剤や、テトラメチルチウラムモノスルフィド（ＴＭＴＭ）、テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴＤ）、テトラエチルチウラムジモノスルフィド（ＴＥＴＤ）、テトラブチルチウラムジモノスルフィド（ＴＢＴＤ）、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド（ＤＰＴＴ）等のチウラム系加硫促進剤や、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（ＺｎＭＤＣ）、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛（ＺｎＥＤＣ）、ジ−Ｎ−ブチルカルバミン酸亜鉛（ＺｎＢＤＣ）等のジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などを使用することができる。これらの加硫促進剤は１種または２種以上の物質を混合して使用することができる。加硫促進助剤としては、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物や、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、ベヘニン酸等の脂肪酸系加硫促進助剤を挙げることができ、これらを１種又は２種以上用いることができる。
【００２０】
その他の添加剤として補強剤が通常用いられるが、導電付与剤としてカーボンブラックを配合した場合には補強剤としても作用する。さらに、必要に応じて、老化防止剤、ワックス等を配合することができる。老化防止剤としては、例えば、２−メルカプトベンゾイミダゾールなどのイミダゾール類、フェニル−α−ナフチルアミン，Ｎ，Ｎ´−ジ−６−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ´−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミンなどのアミン類、ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、スチレン化フェノールなどのフェノール類などが挙げられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の実施形態にかかる円筒形状の導電性ロール１を示し、その中空部に円柱形状の芯金（シャフト）２の圧入して取り付けている。
【００２２】
上記導電性ローラ１は、ゴム基材に、 化学発泡剤としてアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）あるいは４．４オキシビス・ベンゼンスルホニルヒドラジド（ＯＢＳＨ）からなる化学発泡剤が配合され、上記化学発泡剤の粒径分布が５〜７０μｍで且つ粒径１０μｍ以下の含有率が化学発泡剤中で１０％以下であるゴム組成物を、加硫して成形している。
【００２３】
上記ゴム基材として、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）またはＮＢＲとヒドリンゴムとを配合したものが好適に用いられるが、これに限定されない。また、該ゴム基材１００重量％に対して、上記化学発泡剤を１重量％以上１５重量％以下で配合している。
【００２４】
上記ゴム組成物は、ゴム成分、化学発泡剤およびその他の所要の成分を混練した後、押出機で円筒状に押出して予備成形し、これを所定寸法に裁断して予備成形体を得えている。この予備成形体を加硫缶に投入し、化学発泡剤がガス化して発泡すると共に、ゴム成分が架橋する温度で加硫している。加硫処理の条件は、ゴム成分、化学発泡剤、架橋剤等の添加剤の種類や配合比によって異なり、適宜調整される。この加硫成形された円筒形状の導電性ローラ１の中空に金属製のシャフトからなる芯金（φ６）を挿入し、研磨すると共にカットして仕上げている。
【００２５】
上記導電性ローラ１は、上記化学発泡剤が発泡した空隙（発泡セル）を備え、該発泡セル径は３０〜２００μｍであり、発泡セルはローラ１中に均一に分布すると共に、ローラ１中において３０体積％〜７０体積％を占めている。
【００２６】
（実施例）
下記の表１に示す材料を用いて、表２に示す実施例１乃至実施例３および比較例１、２を作製した。
【００２７】
実施例および比較例とも化学発泡剤として、永和化学工業株式会社製の商品名ビニホールＡＣ＃Ｒ、ビニホールＡＣ＃３、ビニホールＡＣ＃３Ｃからなるアゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）を用いた。これら３種のＡＤＣＡの最小粒径、最大粒径および粒径１０μｍの含有率は表１に示す通りである。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
即ち、１０μｍ以下の含有率はビニホールＡＣ＃Ｒが２．３％、ビニホールＡＣ＃３が１０．６％、ビニホールＡＣ＃３Ｃが９０．８％であることより、ビニホールＡＣ＃３及びビニホールＡＣ＃３Ｃを用いると、粒径は１０μｍ以下が１０％を越えることになる。実施例１乃至実施例３では１０μｍ以下が１０％以下であるビニホールＡＣ＃Ｒを用いる一方、比較例１、２は１０μｍ以下が１０％以上であるビニホールＡＣ＃３、ビニホールＡＣ＃３Ｃを用いた。
また、実施例および比較例とも発泡助剤として永和化学工業株式会社製の商品名「セルペースト１０１」からなる尿素助剤を用いた。
【００３１】
実施例１では、ゴム基材として日本ゼオン社の商品名「ＤＮ２２３」のＮＢＲのみを用いた。実施例２では、ゴム基材としてダイソー社の商品名「ＣＧ１０２」のエピクロルヒドリンのみを用いた。実施例３では上記ＮＢＲとエピクロルヒドリンとを５０重量％づつ配合したものを用いた。また、比較例１、２ともゴム基材として上記ＮＢＲのみを用いた。
【００３２】
実施例１〜３および比較例１、２とも、ＡＤＣＡの配合量はゴム基材１００重量％に対して８重量％とし、かつ、「セルペースト１０１」からなる発泡助剤の配合量もゴム基材１００重量％に対して８重量％として配合した。
また、実施例および比較例とも、加硫剤として鶴見化学社製の商品名「粉末イオウ」を２重量％、加硫促進剤とし大内新興化学工業社製の商品名「ノクセラーＣＺ」を２重量％配合した。
【００３３】
実施例１〜３、比較例１、２の導電性ロールは、ゴム基材、ＡＤＣＡ、セルペースト、粉末イオウ、ノクセラーＣＺを１０Ｌニーダーで混練しした後、φ６０押出機で円筒状に押出して予備成形した後、所定寸法に裁断して予備成形体を得た。この予備成形体を加硫缶に投入し、１６０℃で３０分間加熱した。加硫された円筒状の導電性ロールに金属製のシャフト（φ６）を挿入し、研磨カットして、外径φ１５ｍｍ、軸方向の長さを２２０ｍｍに仕上げた。
【００３４】
上記実施例１〜３、比較例１、２のショアＥ硬度、異常発泡率、ロール抵抗値（Ω）、抵抗値の周方向のバラツキ（周ムラ）を測定した。
【００３５】
硬度はショアＥ硬度計にて、芯金を通した導電性ゴムローラに荷重５００ｇをかけて測定した。
【００３６】
異常発泡率（％）は、導電性ロールを軸方向の長さ１０ｍｍでカットし、その切断面に目視で確認出来る約１ｍｍ角以上の空隙がある場合を「異常発泡あり」として、異常発泡のある切断面数を、全切断面数で除した値を異常発泡率とした。
【００３７】
ロール抵抗Ｒは、図２に示すように、芯金２を通した導電性ゴムローラ１をアルミドラム３上に当接搭載し、電源４の＋側に接続した内部抵抗ｒ（１０ｋΩ）の導線の先端をアルミドラム３の一端面に接続すると共に電源４の−側に接続した導線の先端導電性ゴムローラ１の他端面に接続して測定した。上記電線の内部抵抗ｒにかかる電圧を検出し、検出電圧Ｖとした。この装置において、印加電圧をＥとすると、ロール抵抗ＲはＲ＝ｒ×Ｅ／（Ｖ―ｒ）となるが、今回−ｒの項は微小とみなし、Ｒ＝ｒ×Ｅ／Ｖとした。芯金２の両端に５００ｇづつの荷重Ｆをかけ、３０ｒｐｍで回転させた状態で、印加電圧Ｅを２ＫＶとした時の検出電圧Ｖを４秒間で１００個測定し、上式によりＲを算出した。算出した１００個のＲ値の平均値をロール抵抗Ｒとした。また、抵抗値の最大と最小との比（最大抵抗値／最小抵抗値）を周ムラとした。
【００３８】
測定したショアＥ硬度、異常発泡率、ロール抵抗値、周ムラは表２に示す通りであった。まず、異常発泡率は、実施例１は０％、実施例２は２％、実施例３は１％で、異常発泡の発生をほぼ無くすことが出来ていた。これに対して、比較例１の化学発泡剤として１０μｍ以下の含有率が１０．６％のビニホールＡＣ＃３を用いた場合は異常発泡率が２５％となり、また、比較例２の１０μｍ以下が９０．８％のビニホールＡＣ＃３Ｃを用いた場合は異常発泡率が８６％に達していた。
【００３９】
上記異常発泡率の関係より、電気抵抗の周ムラは実施例１〜３は１．２以下であったが、比較例１では１．３１、比較例２では１．５９と大きくなり、電気抵抗にムラが発生しることが確認できた。
【００４０】
また、実施例１〜３および比較例１はショアＥ硬度が３０〜３３の好適範囲であったが、化学発泡剤として、ＡＤＣＡの１０μｍ以下が９０．８％のビニホールＡＣ＃３Ｃを用いた比較例２はショアＥ硬度が２７で、少し柔らかくなり過ぎていた。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、化学発泡剤として、アゾジカルボンアミドあるいは４．４オキシビス・ベンゼンスルホニルヒドラジドを用い、該化学発泡剤の粒径分布が５〜７０μｍで且つ粒径１０μｍ以下の含有率が化学発泡剤中で１０％以下としていることにより、加硫時における発泡剤の異常発泡の発生を防止することができる。その結果、導電性ロールの外周面全体の電気抵抗をムラなく略均質とすることができ、該導電性ロールを現像装置の導電性機構に用いると、質的に優れた画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】導電性ゴムロールの斜視図である。
【図２】ゴムローラの電気抵抗値の測定装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 導電性ゴムロール
２ 芯金

Claims (4)

1. 芯金の外周に取り付けられる導電性ロール用のゴム組成物であって、
   ゴム基材に、 化学発泡剤としてアゾジカルボンアミドあるいは４．４オキシビス・ベンゼンスルホニルヒドラジドからなる化学発泡剤が配合され、
   上記化学発泡剤の粒径分布が５〜７０μｍで且つ粒径１０μｍ以下の含有率が化学発泡剤中で１０％以下である導電性ロール用ゴム組成物。
2. ゴム基材が、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）またはＮＢＲとヒドリンゴムからなる請求項１に記載の導電性ロール用ゴム組成物。
3. 上記ゴム基材１００重量％に対して、上記化学発泡剤が１重量％以上１５重量％以下で配合している請求項１または請求項２に記載の導電性ロール用ゴム組成物。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のゴム組成物を加硫して成形され、上記化学発泡剤の発泡セル径の分布が３０〜２００μｍで、発泡セルが３０〜７０体積％を占めている導電性ロール。

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