JP3834176B2 - Method for producing conductive roll and conductive roll - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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導電性ロールおよび該導電性ロールの製造方法に関するものである。
【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に共通する要求特性は、▲1▼低硬度、▲2▼低圧縮歪、▲3▼適切な電気抵抗及び▲4▼適切な表面粗度などがあり、それらの特性が全体にムラなく達成されていること、即ち、均一性も重要な特性である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、これらの導電性ロールは剛直な感光体に接触させていることが多いため、ロール表面が硬いと画像上に欠陥が生じる恐れがあり、低硬度化が不可欠な要求特性であった。また、ロールの形状精度や硬さの均一性も重要であった。
【0006】
低硬度化を達成する手段としては、硬度制御が容易であるなどの点から、一般にロール全体を発泡性弾性体で形成している。この発泡性弾性体は、主成分であるゴム成分に導電剤及び発泡剤を配合し、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】
しかしながら、有機発泡剤は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。しかるに、導電性ロールは形状精度や硬さの均一性が要求されるため、このようなバラツキが生じた場合、要求性能を満たさないという不具合を生じる。
【0008】
発泡状態や気泡形状をより均一にするため、低沸点炭化水素を内包した樹脂製球体を含有する高分子材料を用い、該高分子材料基材中に発泡性セルと呼ばれる気泡を形成した発泡性弾性体を製造する方法が提案されている(特開平10−123825)。しかしながら、ここで用いられる樹脂製球体は熱膨張性のマイクロカプセルであり、配合段階では未膨張の状態であることから、加硫成形段階での熱及び圧力の影響で粒径が変化する。従って、それらをコントロールして低硬度化及び均一性を達成することが非常に困難である。
【0009】
また、この方法では、前記の有機発泡剤による発泡体の形成法に比べれば小さい気泡を形成することが可能であるが、受容熱の分布が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、いわゆるセル径(空孔の大きさ)が一定せず、硬度及び表面粗度が均一なロールを得られにくい。また、膨張した樹脂製球体は加硫後も球形を保っており、その外殻は高硬度の樹脂であるためロール表面の硬度低下における効果が不十分である。
【0010】
このように、従来の加硫と同時に樹脂製球体を膨張させる方法では均一な発泡体を得ることができず、よって、セル径の大きさおよび分布が均一化せず、空孔率及び表面粗度の設計が困難となっている。また、膨張した樹脂製球体の外殻の硬度が高いのでロール全体の硬度が高く低硬度化を達成することが困難であるという問題があった。
【0011】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、空孔の大きさ(セル径)および空孔率、硬度および表面粗度を設計通りとすることができ、空孔の大きさや位置的なバラツキがなく、かつ、十分な低硬度特性を有し、しかも、硬度および表面粗度が均一な導電性ロールの製造方法および導電性ロールを提供することを課題としている。
【0012】
【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、熱可塑性樹脂を外殻とすると共に膨張済みの中空微小球及び導電性付与剤を配合してなる未加硫ゴム組成物を、上記熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形した後、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で加熱して上記外殻を溶融し、上記中空微小球に相当する気泡を有している導電性ロールの製造方法を提供している。
【0013】
本発明において、導電性ゴムロールが「中空微小球に相当する気泡を有する」とは、加硫成形された導電性ゴムロールが、未加硫ゴム組成物中の中空微小球の体積及び形状に相当する体積及び形状の気泡(セル)を含有する弾性体で構成されていることを意味する。
【0014】
上記した本発明の導電性ゴムロールは下記の特性を有する。
(1)未加硫ゴム組成物中に含有されている中空微小球に相当する気泡を含有しているので、予め配合した粒径通りのセル径を持つ導電性ゴムロールを得ることができ、均一な低硬度化が達成される。
(2)気泡の径が加硫成形の前後で不変であるために、成形品の表層を研磨したとき、配合した熱可塑性中空微小球の粒径に応じて、所期の均一な表面粗度の表層が得られる。
(3)表面粗度が均一であるために、所望により、さらにコーティングを施したとき高品質のロールが得られる。
【0015】
上記導電性ゴムロールは、熱可塑性樹脂を外殻とすると共に膨張済みの中空微小球及び導電性付与剤を配合してなる未加硫ゴム組成物を、上記熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形した後、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で加熱して外殻を溶融して製造している。
【0016】
本発明では、加硫処理の前後で未加硫組成物に混合した中空微小球の粒径(体積)が変化しないように、膨張済みの微小球を未加硫ゴム組成物に含有させていることを特徴としている。この未加硫ゴム組成物を熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形するため、中空微小球の外殻が破壊されることなく、体積、形状を維持しえる。ついで、熱可塑性樹脂の溶融温度で加熱すると、微小球の外殻である熱可塑性樹脂が溶融し、周囲の架橋ゴムと一体化し、気泡が(硬い外殻でなく)周囲の弾性体で囲まれることになり、低硬度化を達成することができ、均一に低い硬度を有する導電性ゴムロールを得ることができる。
【0017】
本発明の導電性ゴムロールにおいて、前述した▲1▼〜▲4▼を含む要求特性は、上記中空微小球の球径、配合量(空孔率)及び導電性付与剤の配合量を適宜調整すれば満たすことができる。
【0018】
上記中空微小球は熱可塑性樹脂の外殻内に内包剤を封入して成形される。本発明に用いられる熱可塑性樹脂として、塩化ビニリデン、アクリロニトリル等の共重合体、フェノール系樹脂等が例示されるが、融点が高いという点でポリアクリロニトリル系樹脂が好ましい。また、内包剤としては、比較的低沸点の化合物が用いられ、イソブタン、イソペンタン等が例示されるが、イソペンタンが好ましい。
【0019】
中空微小球の粒径は、均一な硬度及び弾性を達成するために、10〜200μm、好ましくは20〜100μm、より好ましくは30〜60μmの範囲としている。このような中空微小球は常法に従って製造することもできるが、市販の膨張済みバルーンを用いても良い。
【0020】
加硫用のゴム組成物中の中空微小球の配合比も、導電性ロールの種類や他の配合剤との関係で種々異なるが、通常、ゴム組成物中の中空微小球の割合体積(%)は10〜80体積%、好ましくは30〜70体積%、より好ましくは50〜60体積%である。よって、成形されるロールに占める気泡の割合体積は、好ましくは30〜70体積%とし、成形されるロールのショアE硬度を20〜40としている。このように、ショア硬度を20〜40としているのは、20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。
【0021】
未加硫の架橋ゴム組成物中に含有させるゴム成分(ポリマー成分)としては、アクリルニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、SBR、CR等を挙げることができ、これらから選ばれる1種または2種以上を使用することができる。これらのうち、NBR及びエピクロロヒドリンゴム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。
【0022】
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。
【0023】
また、架橋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。
【0024】
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。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の導電性ゴムロールを図面を参照して詳述する。
【0026】
図1は、本発明の実施形態にかかる導電性ゴムロール1の断面図である。このロール1は、芯軸2の外周に多数の気泡3を含む弾性体4を被覆した構成となっている。上記弾性体4は、中空微小球を含有する未加硫ゴム組成物から製造されており、加硫成形体5中に中空微小球に相当する大きさと形状を有する気泡3を含有している。
【0027】
中空微小球は、熱可塑性のポリアクリル系樹脂の外殻にイソペンタンが内包された平均粒径50μmの膨張済みバルーンからなる。加熱時に、その外殻が溶融し、中空がそのまま残存して気泡(セル)となるため、生成した気泡3は中球微小球と同じ大きさ、形状を備える。よって、未加硫ゴム組成物中に均一の大きさの中空微小球を、均一に分布させておくと、ゴムロール中に均一の大きさの気泡が均一に分布することとなり、弾性体4は均一な弾性と形状精度を有することになる。
【0028】
成形された導電性ゴムロール1は図2に示すように、その表面に被膜層6を有する。この被膜層6を例えば切削や研磨を施すことによって除去すると、図3に示すように、ロールの弾性体4の表層近傍の気泡3部分が切断されてロール表面に多数の凹部3aが形成される。既述のごとく、気泡3は中空微小球の外殻を構成する熱可塑性樹脂が溶融し、気泡3の周壁は加硫成型体5と一体化した状態である。従って、従来の加硫工程で膨張させた外殻が残存した多数の気泡を有するロールに比して低硬度であり、品質が一定している。また、未加硫組成物に含有させる中球微小球の粒径を選択することにより、弾性体4中の気泡3、及び凹部3aの大きさを予め設計することができる。従って、表面の凹部の大きさ、分布にもバラツキがなく均一な表面粗度を得ることができる。
【0029】
(実施例)
以下、実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、これらは本発明を限定するものではない。特記しない限り、各成分比は重量部で表されている。
加硫ゴム組成物及び反応条件は下記の表1にまとめて示されている。
【0030】
実施例1の導電性ゴムロールを例に挙げて説明すると、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(日本ゼオン社の商品名「ニッポール401LL」)70部、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(三井化学社の商品名「EPT4021」)30部、カーボンブラック(東海カーボン社の商品名「シースト3」)40部、硫黄(鶴見化学社の商品名「粉末イオウ」)1部、加硫促進剤としていずれも大内新興化学工業社から供給されている商品名「ノクセラーM」及び「ノクセラーBZ」各1部、加硫促進助剤として酸化亜鉛(三井金属鉱山)5部及びステアリン酸(日本油脂)1部をニーダで混練してフルコンパンドを作成した後、中空微小球(エクスパンセル社の商品名「EXPANCEL091DE」)をゴム組成物中に60体積%を加えて、さらに2段階で混練した。この中空微小球は平均粒径30〜40μm、外殻はアクリロニトリル系樹脂(溶融温度160℃)であり、内包剤インペンタンである。
【0031】
加硫成形は、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、中空微小球の外殻である熱可塑性樹脂が溶融せず、ゴム成分が架橋する温度条件下で加硫を行い、その後、熱可塑性樹脂が溶融する温度で加熱を行った。上記加硫処理は約140℃で約30分間あるいは、約130℃で約30分間行った。また、上記溶融加熱は180℃で10分間行った。なお、これらの加硫処理の条件は中空微小球の熱可塑性樹脂の種類、ゴム成分及び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。
【0032】
次いで、成型体に金属製のシャフト(φ6)を挿入し、研磨カットして導電性ゴムロール(外径φ15mm、長さ220mm)に仕上げた。
【0033】
導電性ゴムロールに含有される気泡の分布状態を測定するために、ビデオマイクロで500倍の画像を取り込み、得られたデータ(n=30)でのバラツキ範囲を調べた。硬度はショアEにより測定し、面内の5点での平均値を取った。画だし試験はLAZERSHOT4000(ヒューレットパッカード社製)を用いて行った。サンプルは転写ロールを用いハーフトーン画像で画出しを行い、5段階で評価した(良5〜悪1)。
【0034】
実施例2はゴム組成物や膨張済み中空微小球の組成および配合量は、実施例1と同一とし、加硫温度を相違させた。製造方法も実施例1と同様にして実施例2の導電性ゴムロールを得た。
【0035】
また、比較例として、中空微小球を用いない場合(比較例1及び2)及び未膨張の中空微小球(松本油脂製薬の商品名「マイクロスファアーF−50」)を夫々10phr配合した場合(比較例3〜6)の導電性ゴムロールの特性を調べた。詳細な条件及び結果を表1に示す。
【0036】
【表1】

Figure 0003834176
【0037】
画出し試験は上記5段階評価で行った。比較例6の場合、加硫時にマイクロスフェアーが膨張しすぎて崩壊した。
表1から、本発明の導電性ゴムロールは比較例1,2の導電性ゴムロールに比べて明らかに優れた品質を有していることが確認できる。また、未膨張微小球を用いる比較例3〜6ではセル径のバラツキが大きくなっているが、本発明の実施例1〜3では30〜40μmと略バラツキが少なく均一化しており、かつ、低硬度であり、さらに、画出し試験の評価においても極めて優れていることが確認できた。
【0038】
【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、硬い外殻を持たない設計通りの大きさの気泡が均一に分布した低硬度のスポンジ体形状精度の高い導電性ロールを得ることができる。よって、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。また、本発明は、ロールに含まれる気泡(セル)の空孔率及びロール表面の粗度を目的に応じて設計することが容易であるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態にかかる導電性ゴムロールが示された断面図である。
【図2】 被膜層を研磨する前のロールの横断面図である。
【図3】 被膜層を研磨した後のロールの横断面図である。
【符号の説明】
1 導電性ゴムロール
2 芯軸
3 気泡
3a 凹部
4 弾性体
5 加硫成形体
6 被膜層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a conductive roll used in a conductive mechanism of a developing device in a laser beam printer, a copying machine, a facsimile machine, an ATM, or the like, and a method for manufacturing the conductive roll.
[0002]
[Prior art]
In order to improve the image quality of an image formed by an image forming apparatus using an electrophotographic process, the developer conveyed to the developing area for visualizing the electrostatic latent image is charged to a desired charge amount. It is necessary to supply the developer uniformly to the development area. In such an image forming apparatus, conductive rolls having various required characteristics are used. Such rolls include a charging roll (charging the photoreceptor uniformly), a toner supply roll (moving the toner from the toner box to the developing roll), a developing roll (moving the toner to the exposed photoreceptor), and There is a transfer roll (the toner transferred to the photosensitive member is moved to paper or the like).
[0003]
Usually, image formation by the image forming apparatus is performed in the following steps. First, the charging roll uniformly charges the electrostatic latent image holding member such as a photosensitive drum (charging), and then irradiates a light image to form an electrostatic latent image on the electrostatic latent image carrier by image exposure (exposure). ). Next, the developer (toner) charged by the developing device is supplied from the toner supply roll to the developing roll, and further supplied from the developing roll onto the latent image carrier on which the electrostatic latent image is formed, and visualized, A toner image is formed (development). The developed image thus obtained is transferred onto a printing medium such as paper via a transfer roll and fixed (transfer, fixing).
[0004]
The required properties common to the above conductive rolls are (1) low hardness, (2) low compressive strain, (3) appropriate electrical resistance, and (4) appropriate surface roughness. Is achieved evenly, that is, uniformity is also an important characteristic.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, since these conductive rolls are often brought into contact with a rigid photoreceptor, there is a risk that defects will occur on the image if the roll surface is hard, and a reduction in hardness is an essential required characteristic. Also, roll shape accuracy and hardness uniformity were important.
[0006]
As a means for achieving low hardness, the entire roll is generally formed of a foamable elastic body from the viewpoint of easy hardness control. This foamable elastic body can be obtained by blending a conductive agent and a foaming agent with a rubber component as a main component and forming by heating and foaming. The most common blowing agent is an organic blowing agent, that is, a substance that chemically decomposes and releases a gas under the influence of heat. In this method, since gas is rapidly released in a certain temperature range, relatively large bubbles are formed, and a conductive roll having low hardness and excellent elasticity can be obtained.
[0007]
However, since organic foaming agents explode gas due to a chemical reaction, the foaming state and bubble shape are significantly affected by temperature conditions. For example, when the foamed elastic body is formed into a roll shape, the distribution of receptive heat differs in the axial direction and the radial direction, resulting in positional variations in the foamed state and the bubble shape. However, since the conductive roll is required to have shape accuracy and hardness uniformity, when such a variation occurs, there is a problem that the required performance is not satisfied.
[0008]
In order to make the foamed state and bubble shape more uniform, a polymer material containing a resin sphere encapsulating low-boiling hydrocarbons is used, and foaming properties in which bubbles called foamable cells are formed in the polymer material substrate A method of manufacturing an elastic body has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 10-123825). However, since the resin spheres used here are thermally expandable microcapsules and are in an unexpanded state at the blending stage, the particle size changes due to the influence of heat and pressure at the vulcanization molding stage. Therefore, it is very difficult to control them to achieve low hardness and uniformity.
[0009]
Further, in this method, it is possible to form small bubbles as compared with the foam formation method using the organic foaming agent, but since the distribution of receptive heat differs in the axial direction and the radial direction, the foamed state and Positional variation occurs in the bubble shape, so-called cell diameter (hole size) is not constant, and it is difficult to obtain a roll having uniform hardness and surface roughness. In addition, the expanded resin sphere remains spherical after vulcanization, and its outer shell is a high-hardness resin, so that the effect of reducing the hardness of the roll surface is insufficient.
[0010]
Thus, the conventional method of expanding the resin sphere simultaneously with vulcanization cannot obtain a uniform foam, and therefore the cell diameter size and distribution are not uniform, and the porosity and surface roughness are not uniform. The degree of design has become difficult. Further, since the hardness of the outer shell of the expanded resin sphere is high, there is a problem that the hardness of the entire roll is high and it is difficult to achieve low hardness.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and the pore size (cell diameter), porosity, hardness, and surface roughness can be made as designed, and the pore size and positional variations can be achieved. It is an object of the present invention to provide a method for producing a conductive roll and a conductive roll that have no hardness, have a sufficiently low hardness characteristic, and have a uniform hardness and surface roughness.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems, the present invention is a thermoplastic resin when the outer shell made both blended pressure-hollow microspheres and conductive agent unvulcanized rubber composition, the melting of the thermoplastic resin A method for producing a conductive roll having a bubble corresponding to the hollow microsphere is obtained by vulcanizing and molding at a temperature or lower and then heating at or above the melting temperature of the thermoplastic resin to melt the outer shell. Yes.
[0013]
In the present invention, the conductive rubber roll has “bubbles corresponding to hollow microspheres” means that the vulcanized conductive rubber roll corresponds to the volume and shape of the hollow microspheres in the unvulcanized rubber composition. It means that it is comprised with the elastic body containing the bubble (cell) of a volume and a shape.
[0014]
The conductive rubber roll of the present invention described above has the following characteristics.
(1) Since it contains bubbles corresponding to the hollow microspheres contained in the unvulcanized rubber composition, it is possible to obtain a conductive rubber roll having a cell diameter according to the pre-blended particle size, and uniform Low hardness is achieved.
(2) Since the bubble diameter is unchanged before and after the vulcanization molding, when the surface layer of the molded product is polished, the desired uniform surface roughness depends on the particle size of the blended thermoplastic hollow microspheres. The surface layer is obtained.
(3) Since the surface roughness is uniform, a high-quality roll can be obtained when further coating is applied if desired.
[0015]
The conductive rubber roller, the thermoplastic resin when the outer shell made both blended pressure-hollow microspheres and conductive agent unvulcanized rubber composition, vulcanized at below the melting temperature of the thermoplastic resin After molding, the outer shell is melted by heating above the melting temperature of the thermoplastic resin.
[0016]
In the present invention, the unvulcanized rubber composition contains expanded microspheres so that the particle size (volume) of the hollow microspheres mixed with the unvulcanized composition does not change before and after the vulcanization treatment. It is characterized by that. Since this unvulcanized rubber composition is vulcanized and molded below the melting temperature of the thermoplastic resin, the volume and shape can be maintained without breaking the outer shell of the hollow microsphere. Next, when the thermoplastic resin is heated at the melting temperature of the thermoplastic resin, the thermoplastic resin that is the outer shell of the microsphere is melted and integrated with the surrounding crosslinked rubber, and the bubbles are surrounded by the surrounding elastic body (not the hard outer shell). As a result, a reduction in hardness can be achieved, and a conductive rubber roll having a uniformly low hardness can be obtained.
[0017]
In the conductive rubber roll of the present invention, the required characteristics including the above-mentioned (1) to (4) can be appropriately adjusted by adjusting the spherical diameter of the hollow microsphere, the blending amount (porosity), and the blending amount of the conductivity imparting agent. Can be satisfied.
[0018]
The hollow microspheres are formed by encapsulating an encapsulant in a thermoplastic resin outer shell. Examples of the thermoplastic resin used in the present invention include copolymers such as vinylidene chloride and acrylonitrile, phenolic resins, and the like, but polyacrylonitrile-based resins are preferable in that their melting points are high. As the encapsulating agent, a compound having a relatively low boiling point is used, and examples include isobutane and isopentane, and isopentane is preferable.
[0019]
In order to achieve uniform hardness and elasticity, the hollow microspheres have a particle size in the range of 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm, more preferably 30 to 60 μm. Such hollow microspheres can be produced according to a conventional method, but commercially available inflated balloons may be used.
[0020]
The blending ratio of the hollow microspheres in the rubber composition for vulcanization also varies depending on the type of conductive roll and other compounding agents, but usually the proportion volume of hollow microspheres in the rubber composition (% ) Is 10 to 80% by volume, preferably 30 to 70% by volume, more preferably 50 to 60% by volume. Therefore, the proportion volume of the bubbles in the roll to be molded is preferably 30 to 70% by volume, and the Shore E hardness of the roll to be molded is 20 to 40. As described above, the Shore hardness is set to 20 to 40 when the hardness is less than 20, the compression strain becomes too large and the compression strain becomes too large. Moreover, it is because defects on the image are likely to occur.
[0021]
Examples of the rubber component (polymer component) to be contained in the unvulcanized crosslinked rubber composition include acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), ethylene-propylene-diene copolymer rubber (EPDM), acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, Urethane rubber, SBR, CR and the like can be mentioned, and one or more selected from these can be used. Among these, NBR and epichlorohydrin rubber are high in polarity per se, and thus are preferable as raw materials for the conductive rubber roll of the present invention.
[0022]
Examples of the conductivity-imparting agent include carbon black such as channel black, first black, and acetylene black, an electronic conductive agent such as carbon fiber, or an ionic conductive agent such as lithium salt and zinc white. These are used alone or in combination of two or more. Carbon black is preferable because the conductivity is not easily affected by temperature and humidity and an excellent reinforcing effect is exhibited. The compounding amount of the conductivity imparting agent may be within a range known in the art, but in the case of carbon black, it is 3 to 50 parts by weight, preferably 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component.
[0023]
Moreover, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization aid, a vulcanization retarder, a filler and the like are appropriately blended in the crosslinked rubber composition. As the vulcanizing agent, for example, sulfur, organic sulfur-containing compounds such as N, N-dithiobismorpholine, and organic peroxides such as benzoyl peroxide can be used. As the vulcanization accelerator, for example, inorganic accelerators such as slaked lime, magnesia (MgO), and resurge (PbO), and organic accelerators described below can be used. Examples of the organic accelerator include thiazole vulcanization accelerators such as 2-mercaptobenzothiazole and N-cyclohexyl-2-benzothiazolesulfene, and aliphatic first compounds such as N-butylamine, tert-butylamine and propylamine. Oxidation condensate of amine and 2-mercaptobenzothiazole, oxidation condensate of aliphatic secondary amine such as dicyclohexylamine, pyrrolidine, piperidine and 2-mercaptobenzothiazole, alicyclic primary amine and 2-mercaptobenzothiazole Sulfenamide-based vulcanization accelerators such as oxidative condensate with morpholine compound and 2-mercaptobenzothiazole, tetramethylthiuram monosulfide (TMTM), tetramethylthiuram disulfide (TMTD), tetraethyl Chiuramjimonos Thiuram vulcanization accelerators such as fido (TETD), tetrabutyl thiuram dimonosulfide (TBTD), dipentamethylene thiuram tetrasulfide (DPTT), zinc dimethyldithiocarbamate (ZnMDC), zinc diethyldithiocarbamate (ZnEDC), A dithiocarbamate vulcanization accelerator such as zinc di-N-butylcarbamate (ZnBDC) can be used. These vulcanization accelerators can be used alone or in combination of two or more substances. Examples of the vulcanization acceleration aid include metal oxides such as zinc oxide and magnesium oxide, and fatty acid vulcanization acceleration aids such as stearic acid, oleic acid, palmitic acid, and behenic acid. 1 type (s) or 2 or more types can be used.
[0024]
As other additives, reinforcing agents are usually used, but when carbon black is blended as a conductivity-imparting agent, it also acts as a reinforcing agent. Furthermore, an anti-aging agent, a wax, etc. can be mix | blended as needed. Examples of the antioxidant include imidazoles such as 2-mercaptobenzimidazole, phenyl-α-naphthylamine, N, N′-di-6-naphthyl-p-phenylenediamine, and N-phenyl-N′-isopropyl-p. -Amines such as phenylenediamine, phenols such as di-tert-butyl-p-cresol, styrenated phenol and the like.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the conductive rubber roll of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conductive rubber roll 1 according to an embodiment of the present invention. The roll 1 has a configuration in which an outer periphery of a core shaft 2 is covered with an elastic body 4 including a large number of bubbles 3. The elastic body 4 is manufactured from an unvulcanized rubber composition containing hollow microspheres, and the vulcanized molded body 5 contains bubbles 3 having a size and shape corresponding to the hollow microspheres.
[0027]
The hollow microspheres are inflated balloons having an average particle diameter of 50 μm in which isopentane is encapsulated in the outer shell of a thermoplastic polyacrylic resin. During heating, the outer shell melts and the hollow remains as it is to form bubbles (cells), so the generated bubbles 3 have the same size and shape as the middle sphere microspheres. Therefore, if hollow microspheres of uniform size are uniformly distributed in the unvulcanized rubber composition, bubbles of uniform size are uniformly distributed in the rubber roll, and the elastic body 4 is uniform. Have excellent elasticity and shape accuracy.
[0028]
The molded conductive rubber roll 1 has a coating layer 6 on its surface as shown in FIG. When this coating layer 6 is removed by cutting or polishing, for example, as shown in FIG. 3, the bubbles 3 near the surface layer of the elastic body 4 of the roll are cut to form a large number of recesses 3a on the roll surface. . As described above, the bubbles 3 are in a state where the thermoplastic resin constituting the outer shell of the hollow microspheres is melted and the peripheral walls of the bubbles 3 are integrated with the vulcanized molded body 5. Therefore, the hardness is low and the quality is constant as compared with a roll having many bubbles in which the outer shell expanded in the conventional vulcanization process remains. Moreover, the size of the bubbles 3 and the recesses 3a in the elastic body 4 can be designed in advance by selecting the particle size of the microspheres contained in the unvulcanized composition. Accordingly, there is no variation in the size and distribution of the recesses on the surface, and a uniform surface roughness can be obtained.
[0029]
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, these do not limit this invention. Unless otherwise stated, each component ratio is expressed in parts by weight.
The vulcanized rubber composition and reaction conditions are summarized in Table 1 below.
[0030]
The conductive rubber roll of Example 1 will be described as an example. 70 parts of acrylonitrile-butadiene copolymer (trade name “NIPPOL 401LL” of Nippon Zeon Co., Ltd.), ethylene-propylene-diene copolymer (commercial product of Mitsui Chemicals, Inc.) Name "EPT4021") 30 parts, carbon black (trade name "Seast 3" of Tokai Carbon Co., Ltd.) 40 parts, sulfur (Tsurumi Chemical Co., Ltd. trade name "powder sulfur") 1 part, vulcanization accelerator 1 part each of the product names “Noxeller M” and “Noxeller BZ” supplied by Shinsei Chemical Industry Co., Ltd. 5 parts of zinc oxide (Mitsui Metal Mining) and 1 part of stearic acid (Japanese fats and oils) as vulcanization accelerators To make a full compound, and then hollow microspheres (expancel trade name “EXPANCEL091DE”) were added to the rubber composition in an amount of 60% by volume. In addition, the mixture was kneaded with two more stages. The hollow microspheres have an average particle size of 30 to 40 μm, the outer shell is an acrylonitrile-based resin (melting temperature 160 ° C.), and is an encapsulant inpentane.
[0031]
In the vulcanization molding, a preform was obtained by extruding into a cylindrical shape with an extruder and preliminarily molding, and then cutting into a predetermined size. This preform is put into a vulcanizing can, and the thermoplastic resin, which is the outer shell of the hollow microsphere, is not melted and vulcanized under a temperature condition where the rubber component is crosslinked, and then the thermoplastic resin melts. Heating was performed at temperature. The vulcanization treatment was performed at about 140 ° C. for about 30 minutes or at about 130 ° C. for about 30 minutes. The melt heating was performed at 180 ° C. for 10 minutes. The conditions for these vulcanization treatments vary depending on the type of hollow microsphere thermoplastic resin, the type of rubber component, the additive such as a crosslinking agent, and the blending ratio, and are adjusted as appropriate.
[0032]
Next, a metal shaft (φ6) was inserted into the molded body, and was cut by polishing to finish a conductive rubber roll (outer diameter φ15 mm, length 220 mm).
[0033]
In order to measure the distribution state of the bubbles contained in the conductive rubber roll, an image of 500 times was taken with a video micro, and the variation range in the obtained data (n = 30) was examined. The hardness was measured by Shore E, and the average value at 5 points in the plane was taken. The drawing test was performed using LAZERSHOT4000 (manufactured by Hewlett Packard). Samples were imaged as halftone images using a transfer roll, and evaluated in five stages (good 5 to bad 1).
[0034]
In Example 2, the composition and blending amount of the rubber composition and the expanded hollow microspheres were the same as in Example 1, and the vulcanization temperatures were different. The conductive rubber roll of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1.
[0035]
In addition, as comparative examples, when hollow microspheres are not used (Comparative Examples 1 and 2) and when unexpanded hollow microspheres (trade name “Microsphere F-50” of Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) are respectively blended with 10 phr ( The characteristics of the conductive rubber rolls of Comparative Examples 3 to 6) were examined. Detailed conditions and results are shown in Table 1.
[0036]
[Table 1]
Figure 0003834176
[0037]
The image output test was performed by the above five-level evaluation. In the case of Comparative Example 6, the microspheres expanded too much and collapsed during vulcanization.
From Table 1, it can be confirmed that the conductive rubber roll of the present invention has clearly superior quality compared to the conductive rubber rolls of Comparative Examples 1 and 2. Further, in Comparative Examples 3 to 6 using unexpanded microspheres, the variation in cell diameter is large, but in Examples 1 to 3 of the present invention, 30 to 40 μm is substantially uniform with little variation and low It was confirmed that the hardness was extremely excellent in the evaluation of the image drawing test.
[0038]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to obtain a conductive roll having a low hardness sponge body shape accuracy in which bubbles of a size as designed without a hard outer shell are uniformly distributed. . Therefore, when the conductive roll is used for the conductive mechanism of the developing device, an image with excellent quality can be provided. Moreover, this invention also has the effect that it is easy to design the porosity of the bubble (cell) contained in a roll, and the roughness of the roll surface according to the objective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conductive rubber roll according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a roll before polishing a coating layer.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a roll after polishing a coating layer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive rubber roll 2 Core shaft 3 Bubble 3a Recessed part 4 Elastic body 5 Vulcanized molded body 6 Film layer

Claims (3)

熱可塑性樹脂を外殻とすると共に膨張済みの中空微小球及び導電性付与剤を配合してなる未加硫ゴム組成物を、上記熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形した後、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で加熱して上記外殻を溶融し、上記中空微小球に相当する気泡を有している導電性ロールの製造方法。  An unvulcanized rubber composition comprising a thermoplastic resin as an outer shell and an expanded hollow microsphere and a conductivity-imparting agent is vulcanized and molded at a temperature below the melting temperature of the thermoplastic resin, and then thermoplastic. A method for producing a conductive roll, wherein the outer shell is melted by heating at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the resin, and has bubbles corresponding to the hollow microspheres. 請求項1に記載の製造方法により製造された導電性ロール。  The electroconductive roll manufactured by the manufacturing method of Claim 1. 気泡が30〜70体積%、各気泡径(セル径)が10〜200μm、ショアE硬度が20〜40で、かつ、ゴム組成物中に導電性付与剤が配合されている請求項2に記載の導電性ロール。  The bubble is 30 to 70% by volume, each bubble diameter (cell diameter) is 10 to 200 μm, Shore E hardness is 20 to 40, and a conductivity imparting agent is blended in the rubber composition. Conductive roll.
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