JP3656904B2 - 導電性ゴムローラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンター及び静電記録装置等の画像形成装置に用いられ、電子写真感光体に接触して配置される導電性ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機、電子写真プリンター及び静電記録装置等の画像形成装置は、均一に帯電された電子写真感光体を露光して得られた静電潜像に現像剤であるトナーを付着させ、そのトナーを紙等の転写媒体に転写することにより画像を形成している。また、電子写真感光体の帯電方式には、コロナ放電による非接触の帯電方式や半導電性のローラを使用する接触の帯電方式がある。転写方式も同様に、非接触のコロナ転写方式と接触のローラ転写方式がある。
【０００３】
上記導電性ローラには、体積抵抗率が１×１０⁵〜１×１０¹¹Ω・ｃｍの電気抵抗を有する導電性ゴム材料が用いられる。前記導電性ゴム材料は、目的とする導電性を実現するために、カーボンブラック等の導電性フィラーを配合している。しかし、このようにして得られた導電性ゴム材料は、電気抵抗が印加電圧の変化に影響を受けるため、帯電部材として使用する際には印加電圧制御装置を必要とする。また、ゴム材料中の導電性フィラーの分散状況によって抵抗値にばらつきを生じ、安定した抵抗のゴム材料を得るのは困難であった。
【０００４】
かかる問題を解決する手段として、帯電部材として使用するゴム成分に、電気抵抗が低いポリマーである導電性ゴムを使用し、所定の電気抵抗を得る方法が知られている。このような導電性ゴムの導電性は、カーボンブラック等の導電性フィラーに頼らないため、材料ロットによる抵抗値のばらつきや印加電圧による依存性が小さく、極めて扱い易い材料である。しかし、低温低湿時と高温高湿時の抵抗の違い、いわゆる環境依存性が高いという欠点がある。
【０００５】
抵抗ばらつきが比較的小さい等の長所から、アクリロニトリルブタジエンゴムやエピクロルヒドリンゴム等の導電性ゴムは、導電性ローラの材料として用いられている。その中でもアクリロニトリルブタジエンゴムは、１×１０⁹〜１０¹⁰Ω・ｃｍの抵抗であり、価格も安いことから、導電性ローラ、特に転写ローラの材料として広く用いられている。
【０００６】
しかし、機器の小型化やコストダウン等の理由で、転写ローラに電荷を印加するための電源も小型化し、大きな電圧が印加できないタイプとなっている。それに従い、ゴム材料にも、今までより一桁ほど体積抵抗率の低い１×１０⁸Ω・ｃｍ〜１×１０⁹Ω・ｃｍを超えない程度のもの、また環境依存性の低いものが求められている。
【０００７】
アクリロニトリルブタジエンゴムは、アクリロニトリル含量が１５質量％〜５０質量％の間で使用されているのが一般的であるが、アクリロニトリル含量が前記割合であった場合、抵抗は大きく変動せず、抵抗の調整幅が狭い。
【０００８】
抵抗を調整する方法として、カーボンブラックの添加がある。しかし、カーボンブラックの添加は、抵抗のばらつきが生じ易く好ましくない。
【０００９】
また、同じ導電性ゴムであるエピクロルヒドリンゴムとのブレンドによる方法も提案されている。エピクロルヒドリンゴムは、エピクロルヒドリンの単独重合体若しくはエピクロルヒドリンとエチレンオキサイドの共重合体等がある。エチレンオキサイドを共重合させたものは、その組成中のエチレンオキサイド含有量が高いほど抵抗が低い。前述のエピクロルヒドリンゴムとのブレンドによる提案は、エピクロルヒドリンゴムのブレンド割合が全質量１００に対して２５以上と高いことから環境依存性が大きくなったり（特開平８−２９２６４０号公報）、エチレンオキサイド含有量が４０モル％以下と低いもの、つまり抵抗の高いものを使っていることから、エピクロルヒドリンゴムのブレンド割合が低い場合に抵抗調整幅が狭かったりして（特開平１１−６５２６９号公報）、何れも一桁程度低抵抗側に調整するといった意味では好ましくない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記問題を解決することができる、電気抵抗の環境依存性が低く、電気抵抗のばらつきが小さい導電性ゴムローラを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、導電性支持体上にゴム層を有する導電性ゴムローラにおいて、該ゴム層が、エチレンオキサイドを４８モル％以上含有するエピクロルヒドリンゴム（Ａ）と、アクリロニトリル含有量が２０質量％以下であるアクリロニトリルブタジエンゴム（Ｂ）を含有し、該（Ａ）の（Ａ）と（Ｂ）の合計に対する割合が、質量比で５以上２５未満であることを特徴とする導電性ゴムローラが提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者は、エピクロルヒドリンゴムの抵抗が、エピクロルヒドリンゴム中のエチレンオキサイド含有量によって変化し、その抵抗はエチレンオキサイド含量が高くなれば抵抗が低くなることに注目した。環境依存性の小さいアクリロニトリルブタジエンゴムに、エピクロルヒドリンゴムの中でもエチレンオキサイド含量の高い、すなわち、抵抗の低いものを少量ブレンドすることにより、アクリロニトリルブタジエンゴムの持つ環境依存性を保ったまま低抵抗化できるのではないかと考え、本発明に至った。
【００１３】
以下に、本発明の導電ゴムローラについて詳細に説明する。
【００１４】
使用する支持体としては、導電性を有していて回転などローラに与えられる負荷に耐え得るものであれば使用可能であるが、一般的には鉄やステンレス等の金属類又はこれらにメッキを施したものが用いられる。
【００１５】
本発明において用いられるゴム成分は、アクリロニトリルブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴムである。アクリロニトリルブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴムは相溶性が高く、ブレンドした場合均一に分散する。その結果、抵抗ばらつきの小さいゴム材料となる。
【００１６】
アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｂ）は、アクリロニトリル含量が２０質量％以下のものであり、１８質量％以下のものが好ましく、下限は１０質量％以上であることが好ましい。アクリロニトリル含量が２０質量％よりも多い場合、環境依存性が高くなってしまう。また、１０質量％に満たない場合は、アクリロニトリルブタジエンゴムの抵抗が高くなり易い。
【００１７】
エピクロルヒドリンゴム（Ａ）は、エチレンオキサイド含量が４０モル％以上のものであり、４８モル％以上のものが好ましく、上限は６５モル％以下であることが好ましい。このエチレンオキサイド含量は、ポリマー組成中のエチレンオキサイド含量が４０モル％以上のものの他、エチレンオキサイド含量の違う複数のエピクロルヒドリンゴムをブレンドすることによって調整されたものでもよい。エピクロルヒドリンゴムの電気抵抗は、エチレンオキサイド含量が大きくなるに従って低抵抗になる。エチレンオキサイド含量が４０モル％未満のものを使用した場合、所定の抵抗を得るためのアクリロニトリルブタジエンゴムにブレンドするエピクロルヒドリンゴムが多くなってしまい、環境依存性を高くしてしまう。また、６５モル％を超える場合には、エチレンオキサイドが結晶化し易く、抵抗及び環境依存性がともに高くなり易い。
【００１８】
（Ａ）の（Ａ）と（Ｂ）の合計に対する割合、即ち、（Ａ）を（Ａ）と（Ｂ）の合計で除し、１００をかけた値［（Ａ）÷｛（Ａ）＋（Ｂ）｝×１００］は質量比で５以上２５未満であり、好ましくは１０以上２０以下である。この割合よりエピクロルヒドリンゴムが少ないと、電気抵抗を下げる効果が低く、多い場合は環境依存性が高くなってしまう。
【００１９】
本発明における導電性ゴム材料は、上記例示のゴムに添加剤を加え混練り分散し、１６０〜１８０℃で１０〜５０分間加熱・架橋することによって得られる。上記添加剤として、加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤及び発泡剤等の従来公知のものが使用可能である。
【００２０】
本発明の導電性ゴムローラは、上記導電性ゴム材料を円筒状に押出し、蒸気加硫した後、導電性支持体を圧入し、研摩して所定の外径に製造されるのが一般的であるが、支持体との同時押出しやプレス加硫等の従来公知の様々な方法が適用可能である。また、本発明の導電性ローラには、ゴム層の外周に樹脂等の層を設けることもできる。
【００２１】
本発明の導電性ゴムローラに用いられるゴム材料の抵抗は、２３℃／５５％ＲＨ（Ｎ／Ｎ）の環境下、体積抵抗率で１×１０⁹Ω・ｃｍ以下、特には１×１０⁸Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。また、本発明の導電性ゴムローラの抵抗は、２３℃／５５％ＲＨ（Ｎ／Ｎ）の環境下、抵抗値で２×１０⁸Ω以下、特には１×１０⁷Ω以上であることが好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下、より具体的な構成を示し、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、例示する範囲にとどまらない。
【００２３】
＜ゴム材料の作製＞
（実施例１〜１２及び比較例１〜７）
表１及び表２に示す各成分を配合して混練し、ゴム材料として用いた。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
上記実施例及び比較例において、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）の（注１）には日本ゼオン株式会社製のＤＮ４０１を、（注２）には同社ＤＮ４０７を、（注３）にはＪＳＲ株式会社製のＮ２６０Ｓを、ヒドリンゴム（注４）には日本ゼオン株式会社製のゼクロン３１０６を、ヒドリンゴム（注６）には同社ゼクロン３１０５を、ヒドリンゴム（注５）にはダイソー株式会社製ＣＧ−１０５を使用した。
【００２７】
また、酸化亜鉛にはハクスイテック株式会社製の酸化亜鉛２種を、ステアリン酸には花王株式会社製のルナックＳ２０を、ＦＴカーボンブラックには旭カーボン株式会社製の旭＃１５を、重質炭酸カルシウムには丸尾カルシウム株式会社製のスーパーＳＳを、ジベンゾチアジルジスルフィド（ＭＢＴＳ）には大内新興化学株式会社製のノクセラーＤＭを、テトラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＴＤ）には大内新興化学株式会社製のノクセラーＴＥＴを、硫黄には鶴見化学株式会社製のサルファックスＰＭＣをそれぞれ使用した。
【００２８】
＜ゴム材料の性能評価＞
上記実施例と比較例のゴム材料を用いてゴム加硫シートを作製し、抵抗の評価を行った。
【００２９】
まず、各実施例と比較例の配合で、ポリマーと各薬品を混練し、１６０℃で３０分間加圧・加硫して、縦横１２０ｍｍ×厚さ２ｍｍのゴム加硫シートの試験片を作製した。
【００３０】
得られた試験片に直流５００Ｖの電圧を印加して、それぞれ１０℃／１５％ＲＨ（Ｌ／Ｌ）、２３℃／５５％ＲＨ（Ｎ／Ｎ）及び３５℃／９５％ＲＨ（Ｈ／Ｈ）の環境下で体積抵抗率を測定した。測定したＬ／Ｌの体積抵抗率をＨ／Ｈの体積抵抗率で除し、対数変換し変動桁とした。本実施例及び比較例においては、体積抵抗率の変動桁が１．０以下であるものを好ましいものとした。
【００３１】
以上の評価の結果を表３及び表４に示す。
【００３２】
【表３】

【００３３】
【表４】

【００３４】
＜ゴムローラの性能評価＞
｛ゴムローラの作製｝
上記実施例と比較例のゴム材料を用いてゴムローラを作製し、抵抗の評価を行った。各実施例と比較例の配合でポリマーと各薬品を混練した材料について押出し機を用いてチューブ状に押出しを行い、１６０℃で３０分間蒸気加硫を行ってゴム加硫物を得た。得られたチューブ状の加硫物に直径６ｍｍの導電性支持体を圧入してローラ状にした後、直径が１５ｍｍになるように研磨し、導電性ローラを作製した。
【００３５】
｛抵抗測定｝
作製した導電性ローラの導電性支持体の両側に各５００ｇの荷重がかかるように、導電性ローラを外径３０ｍｍのステンレス製ドラムに圧着した状態で、導電性支持体とステンレス製ドラムとの間に２０００Ｖの電圧を印加して１０℃／１５％ＲＨ（Ｌ／Ｌ）、２３℃／５５％ＲＨ（Ｎ／Ｎ）及び３５℃／９５％ＲＨ（Ｈ／Ｈ）の環境下で電流値を測定し、オームの法則により抵抗値を算出した。測定したＬ／Ｌの抵抗値をＨ／Ｈの抵抗値で除し、対数変換し変動桁とした。本実施例及び比較例においては、抵抗値の変動桁はゴム材料の場合と同様、１．０以下であるものを好ましいものとした。
【００３６】
｛画像評価｝
得られた導電性ローラをレーザービームプリンター（レーザージェット４０５０、ヒューレットパッカード社製）の転写ローラとして用い、上記抵抗測定と同様のＬ／Ｌ及びＨ／Ｈの２環境下でハーフトーン画像をプリントし、画質を目視によって評価した。
【００３７】
以上の評価の結果を表５及び表６に示す。表中、Ａは、優れた画像であることを示し、Ｂは転写ムラや転写不足等の欠陥が生じた画像であることを示す。
【００３８】
【表５】

【００３９】
【表６】

【００４０】
実施例１〜１２及び比較例１〜３より、エピクロルヒドリンゴムとアクリロニトリルブタジエンゴムの割合は、本発明の範囲内が適していることがわかる。比較例１、２のようにエピクロルヒドリンゴムが本発明の範囲より少ないと全環境下で体積抵抗率が高くなり、Ｌ／Ｌで転写ムラが生じてしまい、比較例３のようにエピクロルヒドリンゴムが本発明の範囲より多いと環境依存性が高くなり、Ｈ／Ｈで転写不足が生じる。
【００４１】
また、実施例１〜１２及び比較例４、５より、アクリロニトリル含有量も本発明の範囲が適していることがわかる。比較例４、５のようにアクリロニトリル含量が２０質量％を超える２２質量％であると、環境依存性が高くなり、エピクロルヒドリンゴムが少ないとき（比較例４）は、Ｌ／Ｌで高抵抗になるため転写ムラが生じてしまい、エピクロルヒドリンゴムが多いとき（比較例５）は、Ｈ／Ｈで低抵抗になるため転写不足が生じてしまう。
【００４２】
更に、実施例１〜１２及び比較例６、７より、エピクロルヒドリンゴムのエチレンオキサイド含有量も本発明の範囲が適していることがわかる。４０モル％より少ない３８モル％であると、エピクロルヒドリンゴムの体積抵抗率が高いため、ブレンドによる低抵抗化の効果は小さく、Ｌ／Ｌで高抵抗になるため転写ムラが生じてしまう。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、本発明によって、電気抵抗の環境依存性が低く、電気抵抗のばらつきが小さい、特に転写ローラとして好適な導電性ゴムローラを提供することが可能となった。

Claims (6)

1. 導電性支持体上にゴム層を有する導電性ゴムローラにおいて、該ゴム層が、エチレンオキサイドを４８モル％以上含有するエピクロルヒドリンゴム（Ａ）と、アクリロニトリル含有量が２０質量％以下であるアクリロニトリルブタジエンゴム（Ｂ）を含有し、該（Ａ）の（Ａ）と（Ｂ）の合計に対する割合が、質量比で５以上２５未満であることを特徴とする導電性ゴムローラ。
2. 前記導電性ゴムローラが転写ローラである請求項１に記載の導電性ゴムローラ。
3. 前記アクリロニトリルブタジエンゴムがアクリロニトリルを１８質量％以下含有する請求項１又は２に記載の導電性ゴムローラ。
4. 前記（Ａ）の（Ａ）と（Ｂ）の合計に対する割合が、質量比で１０以上２０以下である請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ゴムローラ。
5. 前記導電性ゴムローラが２×１０⁸Ω以下の抵抗値を有する請求項１〜４のいずれかに記載の導電性ゴムローラ。
6. 導電性ゴムローラが１×１０⁷Ω以上の抵抗値を有する請求項５に記載の導電性ゴムローラ。