JP3613993B2 - 帯電ロール - Google Patents

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帯電ロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真複写機による複写はつぎのようにして行われる。すなわち、軸中心に回転する感光ドラムに原稿像を静電潜像として形成し、これにトナーを付着させてトナー像を形成し、このトナー像を複写紙に転写することにより複写を行うものである。この場合、上記感光ドラム表面に対して静電潜像を形成させるためには、予め感光ドラム表面を帯電させ、この帯電部分に対して原稿像を光学系を介して投射し、光の当たった部分の帯電を打ち消すことにより静電潜像をつくるということが行われている。そして、上記静電潜像の形成に先立って感光ドラム表面を帯電させる方式としては、最近では帯電ロールを感光ドラム表面に直接接触させる方式（接触帯電方式）が採用されている。
【０００３】
一般に、上記接触帯電方式の帯電ロールは、感光ドラムを均一かつ充分に帯電できるように、硬度を低く抑えることが必要である。すなわち、硬度が高すぎると、感光ドラム表面が損傷したり、必要なニップ（接触幅）が得られなかったりして、良好な帯電性を確保できないからである。
【０００４】
そこで、低硬度化を図った帯電ロールとしては、例えば、中実状の軸体の外周面に、低粘度のゴム組成物を形成材料とする導電性発泡体層が形成され、この発泡体層の外周面に抵抗調整層が形成され、さらにこの抵抗調整層の外周面に保護層が形成されたものが提案されている。そして、このようなロールは、例えば、つぎのようにして製造される。すなわち、まず上記発泡層形成材料と抵抗調整層形成材料とを二層のチューブ状に共押出して、定寸カットし、二層構造の未架橋チューブを得る。ついで、この未架橋チューブ内に軸体を圧入する。つぎに、図３に示すように、まず円筒状の中型１７内に、上記軸体１１が圧入された未架橋チューブ１２を装填した後、上記中型１７の両端部に、通気孔１３が設けられたカプラー１５をそれぞれ嵌合することにより、金型１０内に軸体１１が圧入された未架橋チューブ１２をセットする。図において、１６はベアリングである。そして、これに所定の加熱処理を施して、架橋することによりロールを作製する。つぎに、上記金型架橋により成形されたロールを脱型し、その後両端のバリを除去する。その後、得られたロールの表面に、保護層形成用のコーティング液を塗工し、所定の加熱処理を施し架橋して、軸体の外周面に、発泡層、抵抗調整層および保護層がこの順で形成された帯電ロールが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにして得られた帯電ロールは、その端部が変形しやすいという問題がある。そして、変形が生じると、均一なニップを得ることができないため、感光ドラムの帯電性が悪くなり、良好なトナー像が形成されない。こうしたことから、最近の高画質化への要求に充分応え得る帯電ロールの開発が求められている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、低硬度で、かつ寸法精度が良好な帯電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、本発明の帯電ロールは、軸体の外周面に、少なくとも二層が形成された帯電ロールであって、上記層のうち一層が、下記の（Ａ）および（Ｂ）成分を含有し、かつその配合割合が、重量比で、Ａ／Ｂ＝６０／４０〜９５／５の範囲に設定された発泡性ゴム組成物によって形成されているという構成をとる。
（Ａ）ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が５〜２５の範囲内であるエチレン−プロピレン−ジエン共重合体。
（Ｂ）ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が４０〜７０の範囲内であるエチレン−プロピレン−ジエン共重合体。
【０００８】
すなわち、本発明者らは、低硬度で、かつ寸法精度が良好な帯電ロールを得るべく、一連の研究を重ねた。その過程で、まず、図３に示す金型１０を用いて製造するロールにおいて、ロール端部が変形する原因について研究を重ねた。その結果、未架橋チューブ１２の架橋時に、発泡層形成材料が多量に流れだして、金型１０両端の通気孔１３を塞いでしまい、充分に発泡できないことに原因があることを突き止めた。さらに、通気孔１３が塞がれたことにより、金型１０内のエアーの抜けが悪くなり、脱型不良を生じることも突き止めた。そこで、本発明者らは、金型架橋時に、発泡層形成材料が多量に流れださないよう検討を重ねた結果、少なくとも二層が形成された帯電ロールにおいて、上記層のうちの一層を上記（Ａ）および（Ｂ）成分を特定の割合で含有する発泡性ゴム組成物によって形成すれば、作業性が良く、寸法精度と低硬度化とのバランスの点が良好となり、所期の目的を達成できることを見いだし、本発明に到達した。そして、上記発泡性ゴム組成物の使用により、金型架橋時の流れだしを抑制できるため、導電剤を含有させた場合に、導電剤も流れださず、均一な電気抵抗を確保できるという利点がある。また、上記発泡性ゴム組成物であれば、未架橋チューブのまま保管しても、高い真円度を保持できるため、非常に均一な発泡が行えるという利点がある。
【０００９】
そして、上記（Ａ）および（Ｂ）成分に加えてアセチレンブラックおよびケッチェンブラックを含有させれば、電気抵抗の調整が容易で、低硬度化がより一層図れるため、帯電ロールとして特に好ましいものとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明の帯電ロールとしては、例えば、図１に示すように、軸体２１の外周面に沿って最内層２２が形成され、その外周面に沿って中間層２３が形成され、さらにこの中間層２３の外周面に沿って最外層２４が形成された構造のものがあげられる。
【００１２】
上記軸体２１としては、特に限定されるものではなく、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、ステンレス等があげられる。
【００１３】
上記軸体２１の外周面に沿って形成される最内層２２は、特殊な発泡性ゴム組成物によって形成されている。この発泡性ゴム組成物は、特殊な二種類（ＡおよびＢ成分）のエチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）を特定の割合で用いて得られる。
【００１４】
上記特殊な発泡性ゴム組成物の材料となる（Ａ）成分のＥＰＤＭとしては、エチレンと、プロピレンと、ジエン系モノマーとを、従来公知の方法により重合させたものが用いられる。上記ジエン系モノマーとしては、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）等があげられる。
【００１５】
そして、（Ａ）成分のＥＰＤＭは、ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が、５〜２５の範囲内に設定されていることが必要であり、好ましくは８〜１５の範囲内である。すなわち、ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が５未満であると、発泡性ゴム組成物が多量に流出したり発泡異常が生じたりして外径不良を引き起こすからであり、逆に２５を超えると、高粘度のＥＰＤＭ（Ｂ成分）と相まって硬度が高くなってしまうからである。
【００１６】
上記（Ａ）成分であるＥＰＤＭは、エチレン含有量が６０〜７０重量％の範囲内で、ヨウ素価が１５〜２５の範囲内であるものが好適である。
【００１７】
上記特殊な発泡性ゴム組成物の材料となる（Ｂ）成分としては、（Ａ）成分との相溶性の観点から、ＥＰＤＭが用いられる。そして、このＥＰＤＭのジエン系モノマーとしては、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）等があげられる。また、（Ｂ）成分であるＥＰＤＭは、エチレン含有量が４５〜５９重量％の範囲内で、ヨウ素価が２６〜３６の範囲内であるものが好適である。
【００１８】
そして、（Ｂ）成分は、ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が、４０〜７０の範囲内に設定されている必要があり、好ましくは４５〜６５の範囲内である。すなわち、ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が４０未満であると、低粘度のＥＰＤＭ（Ａ成分）と相まって、発泡性ゴム組成物が多量に流出したり発泡異常が生じたりして外径不良を引き起こすからであり、逆に７０を超えると、低硬度の帯電ロールを得ることができないからである。
【００１９】
上記（Ａ）成分のＥＰＤＭと（Ｂ）成分のＥＰＤＭとの配合割合は、重量比で、Ａ／Ｂ＝６０／４０〜９５／５の範囲に設定されている必要がある。好ましくは、Ａ／Ｂ＝７０／３０〜８５／１５の範囲である。すなわち、上記範囲内でないと、寸法精度が高く、低硬度化を実現したものが得られないおそれがあるからである。
【００２０】
上記特殊な発泡性ゴム組成物には、発泡剤、導電剤、架橋剤、架橋促進剤、オイル等の各種の添加剤が配合される。
【００２１】
上記発泡剤としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものが用いられ、無機系発泡剤、有機系発泡剤いずれを用いてもよい。そして、これらは単独で用いてもよいし、二種以上併用してもよい。
【００２２】
上記導電剤としては、特に制限されるものではなく、従来公知のものが用いられ、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックがあげられる。これらは単独であるいは二種以上併せて用いられる。なかでも、アセチレンブラックと、ケッチェンブラックとを併用することが好ましい。この理由としては、アセチレンブラックは電気抵抗依存性が小さいため、これのみで所望の電気抵抗に設定する場合（特に、低電気抵抗に設定する場合）、添加量が多くなってゴム硬度が上昇するおそれがあるが、電気抵抗依存性が大きいケッチェンブラックを併用することにより、ゴム硬度を上げることなく、低硬度化を実現できるからである。
【００２３】
上記アセチレンブラックは、平均粒径が１０〜３００ｎｍの範囲内で、比表面積が１０〜１００ｍ² ／ｇの範囲内で、ヨウ素吸着量が１０〜１００ｍｇ／ｇの範囲内で、ＤＢＰ吸油量が１００〜２００ミリリットル／１００ｇの範囲内であるものが好ましい。また、上記ケッチェンブラックは、平均粒径が１０〜３００ｎｍの範囲内で、比表面積が５００〜１０００ｍ² ／ｇの範囲内で、ヨウ素吸着量が５００〜１０００ｍｇ／ｇの範囲内で、ＤＢＰ吸油量が２５０〜４５０ミリリットル／１００ｇの範囲内であるものが好ましい。このようなアセチレンブラックおよびケッチェンブラックを用いることにより、所望の電気抵抗により一層設定しやすくなる。
【００２４】
そして、上記導電剤としてアセチレンブラックとケッチェンブラックとを併用する場合、その好適な併用割合は、アセチレンブラック２０重量部（以下「部」と略す）に対して、ケッチェンブラック１〜２０部の範囲内である。
【００２５】
上記架橋剤としては、特に制限するものではなく、従来公知のものが用いられ、例えば硫黄、過酸化物があげられる。
【００２６】
上記最内層２２の外周面に沿って形成される中間層２３の形成材料としては、例えば、導電剤を含むゴム組成物があげられる。このゴム組成物は、例えば、エピクロルヒドリンゴムに、導電剤と、その他の各種の添加剤とを配合することにより得られる。
【００２７】
上記中間層２３の外周面に沿って形成される最外層２４の形成材料としては、例えば、導電剤を含む樹脂組成物があげられる。この樹脂組成物は、例えば、Ｎ−メトキシメチル化ナイロンに、導電剤と、その他の各種の添加剤とを配合することにより得られる。
【００２８】
本発明の帯電ロールは、例えば、つぎのようにして製造される。すなわち、まず上記最内層２２形成材料および中間層２３形成材料を、押出成形機によって、チューブ状（中空円筒状）に共押出して、これを適宜の長さに切断し、二層構造の未架橋チューブを作製する。ついで、前述と同様、図３に示すように、まず円筒状の中型１７内に、上記軸体１１が圧入された未架橋チューブ１２を装填した後、上記中型１７の両端部に、通気孔１３が設けられたカプラー１５をそれぞれ嵌合することにより、金型１０内に軸体１１が圧入された未架橋チューブ１２をセットする。そして、これに所定の加熱処理を施して、未架橋チューブ１２を発泡させるとともに架橋させ、その後脱型することにより、ロールを作製する。
【００２９】
一方、上記最外層２２形成材料を有機溶剤中に混合して、攪拌することにより、コーティング液を調製する。そして、このコーティング液を上記ロール表面に塗布するか、あるいは上記ロールをコーティング液中に浸漬して引き上げた後（ディッピング法）、所定の加熱処理を施して有機溶剤を揮散させることにより、軸体２１の外周面に、最内層２２、中間層２３および最外層２４がこの順で形成された帯電ロールを得ることができる。
【００３０】
なお、本発明の帯電ロールは、上記製造方法に限定されるものではない。例えば、上記最外層２４の形成において、コーティング液を用いず、最内層２２形成材料、中間層２３形成材料とともに、最外層２４形成材料を、押出成形機を用いて押し出し、三層からなる未架橋チューブを作製し、これを用いて帯電ロールを作製することができる。
【００３１】
本発明の帯電ロールにおいて、各層の厚みは、組み込む装置に応じて適宜に設定される。例えば、複写機に組み込む場合、最内層２２の厚みは、通常２〜５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。また、中間層２３の厚みは、通常６０〜５００μｍの範囲に設定することが好ましい。そして、最外層２４の厚みは、通常３〜３０μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００３２】
本発明の帯電ロールは、上記三層構造のロールに限定されるものではなく、例えば、最内層２２と中間層２３との間に、Ｎ−メトキシメチル化ナイロンを主成分とする形成材料によって形成される電極層を設けてもよいし、軸体２１と最内層２２との接着性を高めるため、接着剤層を形成してもよい。
【００３３】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３４】
まず、実施例および比較例に先立ち、軸体となる芯金（直径６ｍｍ、ＳＵＳ３０４製）と、中間層形成材料としてエピクロルヒドリンゴム１００部と加工助剤１部とハードクレー４０部と鉛丹５部と架橋促進剤２２を１．５部と第四級アンモニウム塩０．１部とを配合したものと、最外層形成材料としてＮ−メトキシメチル化ナイロン１００部と導電性酸化チタン７０部とクエン酸１部とを有機溶剤（メタノール）に分散させたコーティング液とを準備した。
【００３５】
また、下記の表１および表２に示す、最内層形成材料となる発泡性ゴム組成物（配合１〜配合１２）を準備した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【実施例１〜８、比較例１〜４】
まず、上記表１に示す発泡性ゴム組成物および中間層形成材料を用い、押出成形機を用いて、二層からなる未架橋チューブを作製した。ついで、前記芯金の外周面に接着剤（ロード社製のケムロック２５０）をロールコーターにて塗布して接着剤層を形成した後、この芯金を上記未架橋チューブの中空部に圧入した。そして、このチューブ付き芯金を、金型内に配設し（図３参照）、加熱（１８０℃×４０分）することにより、軸体の外周に、接着剤層、最内層および中間層が形成されたロールを得た。そして、このロールの表面に、ディッピング法により、最外層となるコーティング層を形成し、加熱することにより有機溶剤を揮散させ、最外層を形成した。このようにして、軸体の外周面に、接着剤層（２０μｍ）、最内層（３ｍｍ）、中間層（３５０μｍ）、最外層（１０μｍ）がこの順で形成された、各帯電ロールを得た。
【００３９】
このようにして得られた各帯電ロールについて、下記の方法により、外径寸法、ゴム硬度、電気抵抗を測定・評価した。その結果を、下記の表３〜表５に示した。
【００４０】
〔外径寸法〕
得られた帯電ロールについて、ロール端部を目視することにより評価した。その結果、ロール端部が変形していないことが確認できたものに○、端部が変形していることが確認できたものに×、端部がかなり変形しており、帯電不良が生じるものに××をつけた。
【００４１】
〔ゴム硬度〕
帯電ロールは、低硬度であるほど、接触させて帯電させる用途に好ましいものとなる。そこで、ＪＩＳ Ａによる硬度を測定し、その測定値が４５以下であって非常に低硬度といえるものに○、その測定値が４６〜５５であるものに×、硬度が５６以上であるものに××をつけた。
【００４２】
〔電気抵抗〕
帯電ロールの電気抵抗を、図２（Ｘ）および（Ｙ）に示すようにして測定した。すなわち、図２（Ｘ）に示す形状の電極３１を、図２（Ｙ）に示すロール３２表面上に２０個所形成し、図２（Ｘ）に示す測定系により測定した。図において、３１ａは主電極、３１ｂはガード電極である。そして、２０個所の測定値の平均を表示した。
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】
【表５】
【００４６】
上記表３〜表５の結果より明らかなように、実施例品はすべて、低硬度であり、外径寸法が良好であった。そして、実施例３品は、アセチレンブラックとケッチェンブラックとを併用しているので、実施例２品（実施例３品と導電剤以外は略同一配合のもの）と比較して、電気抵抗が低く、しかも低硬度であった。また、実施例５〜６品に関しても、同様であった（実施例４品との比較）。これに対して、比較例１品は、低ムーニー粘度のもののみ使用しているので、外径寸法が不良となっていた。比較例２品は、高ムーニー粘度のもののみ使用しているので、ゴム硬度が非常に高くなっていた。そして、比較例３品は、低ムーニー粘度と高ムーニー粘度との配合割合が、５５／４５であるので、ゴム硬度が高くなっていた。また、比較例４品は、低ムーニー粘度と高ムーニー粘度との配合割合が、９７／３であるので、実施例品と比較して、外径寸法が悪くなっていた。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本願発明の帯電ロールには、特殊な二種類のエチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＡおよびＢ成分のＥＰＤＭ）を特定の割合で含有する発泡性ゴム組成物を用いた層が、形成されている。このため、金型架橋時に、層形成材料が多量に流れだしたり、発泡不良が生じたりして、ロール端部が変形するといったことがない。したがって、帯電ロールに要求される低硬度化を実現するとともに、寸法精度が高いものとなる。また、上記Ａ成分とＢ成分との相溶性が高いことから、発泡性ゴム組成物によって形成される層の安定化を図ることもできる。さらに、上記Ａ成分とＢ成分との配合割合が特定の範囲に設定されていることから寸法精度と低硬度とのバランスが一層良くなっている。したがって、複写機等に組み込んで使用しても、帯電性が良好となって、画質の向上が図れる。
【００４８】
そして、上記発泡性ゴム組成物にアセチレンブラックおよびケッチェンブラックを配合した場合には、電気抵抗の調整が容易で、発泡性ゴム組成物によって形成される層の低硬度化をより一層図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電ロールの一例を示す断面図である。
【図２】（Ｘ）は帯電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、（Ｙ）はそれを用いての帯電ロールの電気抵抗値の測定系を示す説明図である。
【図３】帯電ロールの製法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２１ 軸体
２２ 最内層

Claims (2)

1. 軸体の外周面に、少なくとも二層が形成された帯電ロールであって、上記層のうち一層が、下記の（Ａ）および（Ｂ）成分を含有し、かつその配合割合が、重量比で、Ａ／Ｂ＝６０／４０〜９５／５の範囲に設定された発泡性ゴム組成物によって形成されていることを特徴とする帯電ロール。
   （Ａ）ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が５〜２５の範囲内であるエチレン−プロピレン−ジエン共重合体。
   （Ｂ）ムーニー粘度（１００℃、ＭＬ₁₊₄ ）が４０〜７０の範囲内であるエチレン−プロピレン−ジエン共重合体。
2. 上記発泡性ゴム組成物が、上記（Ａ）および（Ｂ）成分に加えて、さらにアセチレンブラックおよびケッチェンブラックを含有するものである請求項１記載の帯電ロール。