JP3852392B2

JP3852392B2 - Charging roll

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Publication number: JP3852392B2
Application number: JP2002318042A
Authority: JP
Inventors: 賢一土屋; 二朗岩代; 哲也伊藤
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004151497A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機，プリンター，ファクシミリ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、近年では、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】
上記接触帯電方式に用いられる帯電ロールとしては、例えば、軸体と、その外周面に形成された導電性弾性体層と、上記導電性弾性体層の外周面に形成された抵抗調整層と、上記抵抗調整層の外周面に形成された保護層とからなる三層または四層構造のものが一般的である。そして、上記抵抗調整層は、所定の体積抵抗値を示すよう設定されており、その形成材料としては、例えば、四級アンモニウム塩等のイオン導電剤の配合により導電性を付与した所定のゴム材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９０９７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように抵抗調整層への導電性付与をイオン導電剤により行った場合、得られる導電性が、温湿条件等の環境に対する依存性が大きく、特に、温度の変化に伴うマトリクス側（ゴム材料）のブラウン運動の変化がイオン導電分子の移動速度に影響を与え、低温側で高抵抗となり、高温側で低抵抗となることから、この電気抵抗の変動に起因し、画像不良および画像劣化が生じやすくなるといった難点がある。そこで、近年では、イオン導電剤に代えて、カーボンブラック等の電子導電性粒子の配合により、上記のような環境依存性の問題を生じさせることなく、抵抗調整層への導電性付与を行う技術が提案されている。
【０００６】
ところが、カーボンブラック等の電子導電性粒子を用いた場合、その性質により、抵抗調整層用材料中で凝集しやすく、狙いとする電気抵抗値に対して電気抵抗のバラツキが大きくなり、電気抵抗の再現性がとれない等の導電制御性が劣るといった問題がある。また、この抵抗調整層用材料を用いて形成された帯電ロールを、先に述べた接触帯電方式に従って使用する際に、例えば、上記帯電ロールに接触するよう配設された感光ドラムの表面上に、微細ながらも傷や穴（ピンホール）等の欠損部が存在した場合、その欠損部に対応する画像周辺に、滲みが発生するといった問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、電気抵抗のバラツキが小さく、導電制御性に優れ、良好な画像を得ることができる帯電ロールの提供をその目的とする。
【０００８】
【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、軸体と、その外周に形成された導電性弾性体層と、上記導電性弾性体層の外周に形成された抵抗調整層と、上記抵抗調整層の外周に形成された保護層とを備えた帯電ロールであって、上記抵抗調整層が、下記の（Ａ）〜（Ｄ）を必須成分とし、その（Ｄ）成分の配合割合が、（Ｃ）成分１００重量部に対して、３〜８重量部の範囲に設定された半導電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）ゴム材料。
（Ｂ）電子導電性粒子。
（Ｃ）絶縁性粒子。
（Ｄ）テトラスルフィドシラン。
【０００９】
すなわち、本発明者らは、前記課題を解決すべく、抵抗調整層用材料を中心に鋭意研究を重ねた。その過程において、カーボンブラック等の電子導電性粒子と、シリカ等の絶縁性粒子とを含有するゴム組成物を、その材料とすると、カーボンブラック等の凝集特性が、シリカ等によって、ある程度解消されることから、画像の改善等に有効であるとの知見を得た（特開平１１−２３７７８２号公報）。そして、本発明者らは、この知見に基づき、さらに電子導電性粒子等の分散性を向上させるべく、さらに検討を重ねた。その結果、上記抵抗調整層用材料の各成分に加え、更に特定のシランカップリング剤を特定の割合で配合すると、マトリクス成分であるゴム材料に対し、電子導電性粒子や絶縁性粒子同士の親和性が良くなるため、上記抵抗調整層用材料であるゴムコンパウンドを調製する際の練り作業等により、電子導電性粒子や絶縁性粒子の分散性が向上し、電気抵抗特性も安定させることができ、所期の目的を達成できることを突き止め、本発明に到達した。
【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は、例えば、図１に示すように、軸体１の外周面に沿って導電性弾性体層２が形成され、上記導電性弾性体層２の外周面に抵抗調整層３が形成され、さらに上記抵抗調整層３の外周面に保護層４が形成されて構成されている。そして、本発明の帯電ロールでは、上記抵抗調整層３が、特殊な半導電性ゴム組成物を用いて形成されていることが最大の特徴である。
【００１２】
上記軸体１としては、特に限定されるものではなく、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、その金属材料としては、ステンレス、アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等があげられる。
【００１３】
上記軸体１の外周面に形成される導電性弾性体層２用材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリノルボルネンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）等があげられ、単独でもしくは２種以上併せて用いられる。また、導電性付与のため、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−ＴｉＯ₂、ｃ−ＺｎＯ、ｃ−ＳｎＯ₂、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）等の従来公知の導電剤が、上記材料中に適宜添加される。さらに、必要に応じて、発泡剤、架橋剤、架橋促進剤、オイル等を適宜添加してもよい。
【００１４】
なお、上記導電性弾性体層２用材料は、それにより形成される導電性弾性体層２の体積抵抗率が、およそ１０¹〜１０⁶Ω・ｃｍの範囲内となるよう、適宜調製される。
【００１５】
上記導電性弾性体層２の外周面に形成される抵抗調整層３用材料としては、先に述べたように、特殊な半導電性ゴム組成物が用いられる。そして、この特殊な半導電性ゴム組成物とは、下記の（Ａ）〜（Ｄ）を必須成分とし、その（Ｄ）成分の配合割合が、（Ｃ）成分１００重量部に対して、３〜８重量部の範囲に設定された半導電性ゴム組成物である。
（Ａ）ゴム材料。
（Ｂ）電子導電性粒子。
（Ｃ）絶縁性粒子。
（Ｄ）テトラスルフィドシラン。
【００１６】
上記（Ａ）成分のゴム材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム、アクリルゴム等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００１７】
上記（Ｂ）成分の電子導電性粒子としては、その体積抵抗値が、およそ１×１０¹Ω・ｃｍ以下であり、かつ、その平均粒子径が、およそ１２０μｍ以下であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ＦＥＦ，ＳＲＦ，ケッチェンブラック，アセチレンブラック等のカーボンブラックや、金属粉末、Ｃ−ＴｉＯ₂，Ｃ−ＺｎＯ等の導電性金属酸化物、グラファイト、カーボン繊維等があげられる。そして、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００１８】
上記（Ｂ）成分の配合割合は、上記（Ａ）成分のゴム材料１００重量部（以下、「部」と略す）に対し、３０〜１００部の範囲に設定されていると好ましく、より好ましくは４０〜８０部の範囲である。すなわち、上記範囲内で電子導電性粒子を配合すると、抵抗調整層において、所望する半導電特性を得ることができるからである。
【００１９】
上記（Ｃ）成分の絶縁性粒子としては、その体積抵抗値が、およそ１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以上であり、かつ、その平均粒子径が、およそ０．０１〜４０μｍの範囲内にあるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、マイカ、クレー等があげられる。そして、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２０】
上記（Ｃ）成分の配合割合は、上記（Ａ）成分のゴム材料１００部に対し、１０〜１００部の範囲に設定されていると好ましく、より好ましくは３０〜７０部の範囲である。すなわち、上記範囲内で絶縁性粒子を配合すると、抵抗調整層において、電子導電性粒子を均一に分散することができ、所望する半導電特性を得ることができるからである。
【００２１】
上記（Ｄ）成分のテトラスルフィドシランは、特殊なシランカップリング剤であり、これの使用により、通常のシランカップリング剤を使用した場合よりも、ゴム材料や絶縁性粒子に対する結合性に優れるようになる。
【００２２】
上記（Ｄ）成分の配合割合は、上記（Ｃ）成分の絶縁性粒子１００部に対し、３〜８部の範囲であることを必要とする。すなわち、上記範囲内でテトラスルフィドシランを配合すると、抵抗調整層において、電気抵抗のバラツキがより抑えられ、本発明の帯電ロールの諸性能が一層向上するようになるからである。
【００２３】
なお、上記抵抗調整層３用材料には、上記（Ａ）〜（Ｄ）の各成分に加え、加硫剤、加硫促進剤、帯電防止剤、亜鉛華，ステアリン酸といった各種助剤等を、必要に応じて配合してもよい。
【００２４】
また、上記抵抗調整層３用材料は、それにより形成される抵抗調整層３の体積抵抗率が、およそ１０⁵〜１０¹¹Ω・ｃｍの半導電領域内となるよう、適宜調製される。
【００２５】
上記抵抗調整層３の外周面に形成される保護層４用材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、Ｎ−メトキシメチル化ナイロン等のポリアミド系樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等があげられ、単独でもしくは２種以上併せて用いられる。また、導電性付与のため、カーボンブラック等の従来公知の導電剤が、上記材料中に適宜添加される。
【００２６】
なお、上記保護層４用材料は、それにより形成される導電性弾性体層２の体積抵抗率が、およそ１０⁷〜１０¹³Ω・ｃｍの範囲内となるよう、適宜調製される。
【００２７】
本発明の帯電ロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。すなわち、まず、前記導電性弾性体層２用の各成分をニーダーやロール等の混練機を用いて混練し、導電性弾性体層２用材料を調製する。また、前記抵抗調整層３用の各成分を、バンバリーミキサーまたはニーダーにより混練したあと、ロールを用いて混練し、抵抗調整層３用材料（コンパウンド）を調製する。さらに、前記保護層４用材料をＭＥＫ等の有機溶剤に溶解し、サンドミル等で分散することにより、保護層４用材料（コーティング液）を作製する。
【００２８】
ついで、軸体１の外周面に接着剤を塗布し、この表面に、上記導電性弾性体層２用材料および抵抗調整層３用材料を、押出機を用いて共押出成形する。そして、これを金型内で同時架橋を行い、軸体１の外周面に導電性弾性体層２が形成され、この導電性弾性体層２の外周面に抵抗調整層３が形成されてなるロールを作製する。さらに、上記抵抗調整層３の外周面に、上記保護層４用材料であるコーティング液を、ロールコーティング法、スプレーコーティング法、ディッピング法等により塗布し、乾燥した後、所定の条件で加熱架橋を行い、所定厚みの保護層４を形成する。このようにして、導電性弾性体層２の外周面に抵抗調整層３が形成され、さらにその外周面に保護層４が形成された三層構造の帯電ロール（図１参照）を作製することができる。
【００２９】
もしくは、軸体１をセットした金型内に導電性弾性体層２用材料を充填し、これを加熱架橋させ、軸体１の外周面にあらかじめ導電性弾性体層２を形成する。ついで、上記導電性弾性体層２の表面に、溶剤に溶解した抵抗調整層３用材料（コーティング液）を、ロールコーティング法、スプレーコーティング法、ディッピング法等により塗布し、乾燥した後、所定の条件で加熱架橋を行うことにより、導電性弾性体層２の外周面に抵抗調整層３を形成する。つぎに、上記抵抗調整層３の外周面に、上記保護層４用材料であるコーティング液を、ロールコーティング法、スプレーコーティング法、ディッピング法等により塗布し、乾燥した後、所定の条件で加熱架橋を行い、所定厚みの保護層４を形成する。このようにして、導電性弾性体層２の外周面に抵抗調整層３が形成され、さらにその外周面に保護層４が形成された三層構造の帯電ロール（図１参照）を作製することもできる。
【００３０】
このようにして得られる本発明の帯電ロールにおいて、各層の厚みは、特に限定はないが、上記導電性弾性体層２の厚みは、通常、１〜１０ｍｍの範囲内に設定され、好ましくは２〜４ｍｍの範囲内であり、上記抵抗調整層３の厚みは、通常、１０〜１０００μｍの範囲内に設定され、好ましくは２０〜７００μｍの範囲内である。また、上記保護層４の厚みは、１〜５０μｍの範囲内に設定するのが好ましく、特に好ましくは３〜３０μｍの範囲内である。
【００３１】
また、先に述べたように、上記導電性弾性体層２の体積抵抗率は、通常、１０¹〜１０⁶Ω・ｃｍの範囲内に設定され、上記抵抗調整層３の体積抵抗率は、通常、１０⁵〜１０¹¹Ω・ｃｍの範囲内に設定され、上記保護層４の体積抵抗率は、通常、１０⁷〜１０¹³Ω・ｃｍの範囲内に設定される。
【００３２】
なお、本発明の帯電ロールは、前記図１に示したような三層構造に限定されるものではなく、例えば、上記導電性弾性体層２と抵抗調整層３との間に、軟化剤移行防止層や接着剤層等を、必要に応じ設け、四層以上の層構造としても差し支えない。
【００３３】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３４】
【実施例１】
〔導電性弾性体層用材料の調製〕
ＥＰＤＭ（三井化学社製、ＥＰＴ４０４５）１００部と、カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣ）２０部と、酸化亜鉛５部と、ステアリン酸１部と、プロセスオイル（出光石油化学社製、ダイアナプロセスＰＷ３８０）３０部と、ジニトロソペンタメチレンテトラミン（発泡剤）１５部と、硫黄１部と、ジベンゾチアゾールジスルフィド（架橋促進剤）２部と、テトラメチルチウラムモノサルファイド（架橋促進剤）１部とを配合して、ロールを用いて混練して、導電性弾性体層用材料を調製した。
【００３５】
〔抵抗調整層用材料の調製〕
ＮＢＲ（日本ゼオン社製、ニポールＤＮ３３３５）１００部と、ＸＦＣカーボン（キャボット社製、バルカンＰ）４０部と、シリカ（日本シリカ社製、ニプシールＥＲ）２０部と、マイカ（レプコ社製、レプコマイカＭ−ＸＦ）３０部と、テトラスルフィドシラン（日本ユニカー社製、Ａ−１２８９）２部とを、ニーダーにより混練したあと、さらに、ロールを用いて混練し、抵抗調整層用材料（コンパウンド）を調製した。
【００３６】
〔保護層用材料の調製〕
フッ素変性アクリレート樹脂（大日本インキ社製、ディフェンサＴＲ２３０Ｋ）５０部と、フッ素化オレフィン系樹脂（アトフィナジャパン社製、カイナーＳＬ）５０部と、導電性酸化チタン（石原テクノ社製、タイペークＥＴ−３００Ｗ）１００部とを、ＭＥＫ２００部に溶解し、これらをサンドミルを用いて分散して、保護層用材料を調製した。
【００３７】
〔帯電ロールの作製〕
直径６ｍｍの金属製シャフトからなる芯金を用意し、この外周面に接着剤を塗布した後、この表面に、上記導電性弾性体層用材料および抵抗調整層用材料を、押出機を用いて共押出成形した。そして、これを金型内で同時架橋、発泡を行い、芯金の外周面に導電性弾性体層（厚み２．５ｍｍ）が形成され、この導電性弾性体層の外周面に抵抗調整層（厚み５００μｍ）が形成されてなるロールを作製した。続いて、上記抵抗調整層の外周面に、上記保護層用材料をロールコーティング法により塗布し、乾燥した後、１５０℃×６０分の条件で加熱架橋を行い、保護層（厚み６μｍ）を形成し、これにより、目的とする三層構造の帯電ロールを得た。
【００３８】
【実施例２】
ＮＢＲ（日本ゼオン社製、ニポールＤＮ３３３５）１００部と、ＸＦＣカーボン（キャボット社製、バルカンＰ）４０部と、シリカ（日本シリカ社製、ニプシールＥＲ）３０部と、マイカ（レプコ社製、レプコマイカＭ−ＸＦ）３０部と、テトラスルフィドシラン（日本ユニカー社製、Ａ−１２８９）３部とを、ニーダーにより混練したあと、さらに、ロールを用いて混練し、抵抗調整層用材料（コンパウンド）を調製した。そして、これを、実施例１の抵抗調整層用材料に代えて用いること以外は、実施例１と同様（製法や各層の厚みも実施例１と同様）にして、三層構造の帯電ロールを得た。
【００３９】
【比較例】
ＮＢＲ（日本ゼオン社製、ニポールＤＮ３３３５）１００部と、ＸＦＣカーボン（キャボット社製、バルカンＰ）４０部と、シリカ（日本シリカ社製、ニプシールＥＲ）２０部と、マイカ（レプコ社製、レプコマイカＭ−ＸＦ）３０部とを、ニーダーにより混練したあと、さらに、ロールを用いて混練し、抵抗調整層用材料（コンパウンド）を調製した。そして、これを、実施例１の抵抗調整層用材料に代えて用いること以外は、実施例１と同様（製法や各層の厚みも実施例１と同様）にして、三層構造の帯電ロールを得た。
【００４０】
このようにして得られた各帯電ロールを用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を、後記の表１に示した。
【００４１】
〔周方向抵抗バラツキ〕
周方向抵抗バラツキは、図２に示すような装置を用いて、金属ロール電極法によりロール電気抵抗を測定することにより算出した。すなわち、まず、ステンレス製の金属ロール６１上に、各帯電ロール６２を接触させ、帯電ロール６２の両端を荷重１０００ｇ（９．８Ｎ）で押圧し、この状態で帯電ロール６２の一端に１００Ｖの電圧を印加した。そして、そのまま、上記帯電ロール６２を回転させ、帯電ロール６２の電気抵抗の変動を測定し、そのデータをもとに、下記の式（１）に従い、周方向抵抗バラツキ（Ｘ）を算出した。なお、上記式（１）において、Ｒｍａｘはロール電気抵抗の最大値であり、Ｒｍｉｎはロール電気抵抗の最小値であり、Ｒａはロール電気抵抗の平均値である。
【００４２】
【数１】

【００４３】
〔画像滲み〕
各帯電ロールを市販のレーザープリンター（日本ヒューレットパッカード社製、レーザージェット４Ｌ）に組み込み、その一方で、上記レーザープリンターにおける感光ドラム表面上に、針等で直径：０．２ｍｍのピンホールを設けた。そして、１５℃×１０％ＲＨ環境下において、白画像を出力し、上記感光ドラム上のピンホールによって形成される画像の評価を行なった。そして、上記ピンホールに対する、実際に出力される画像上の滲み直径の比率を求め、画像滲みの評価を行った。すなわち、上記比率が１．８未満であるものを○、１．８以上であるものを×として評価した。
【００４４】
【表１】

【００４５】
上記結果から、実施例品は、その抵抗調整層中の電子導電性粒子（ＸＦＣカーボン）の分散性が優れ、電気抵抗のバラツキが小さく、滲みの殆どない良好な複写画像が得られることがわかる。
【００４６】
これに対して、比較例品は、実施例品に比べ、その抵抗調整層中の電子導電性粒子の分散性が悪く、電気抵抗のバラツキがみられることがわかり、製品特性もあまり安定していない。さらに、複写画像における画像滲みもみられ、本発明で求められるレベルに達していないことがわかる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の帯電ロールは、軸体と、その外周に形成された導電性弾性体層と、上記導電性弾性体層の外周に形成された抵抗調整層と、上記抵抗調整層の外周に形成された保護層とを備えており、上記抵抗調整層が、電子導電性粒子（Ｂ成分）と、絶縁性粒子（Ｃ成分）と、特定のシランカップリング剤（テトラスルフィドシラン）（Ｄ成分）とを含むゴム組成物によって形成されている。そのため、上記シランカップリング剤の作用により、抵抗調整層用材料であるゴムコンパウンドを調製する際の練り時の電子導電性粒子や絶縁性粒子の分散性が向上し、電気抵抗特性が安定するため、製品特性の安定化に繋がり、また、狙いとする半導電特性が均質に得られるよう制御することもできる。さらに、ピンホールリークによる画像の滲みを防止でき、良好な画像を得ることができる。
【００４８】
特に、上記シランカップリング剤が、テトラスルフィドシランであるため、ゴム材料や絶縁性粒子に対する結合性により優れることから、製品特性を更に安定させることができる。
【００４９】
また、上記シランカップリング剤の配合割合が、特定の範囲内に設定されていることから、電気抵抗のバラツキがより抑えられ、本発明の帯電ロールの諸性能が一層向上するようになる。
【００５０】
さらに、上記電子導電性粒子や、絶縁性粒子の配合割合が、特定の範囲内に設定されていると、抵抗調整層において、電子導電性粒子を必要以上に配合することなく、所望する半導電特性を得ることができる。
【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】ロール電気抵抗の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１軸体
２導電性弾性体層
３抵抗調整層
４保護層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging roll used in an electrophotographic apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile.
[0002]
[Prior art]
In general, copying by an electrophotographic copying machine is performed as follows. In other words, a document image is formed as an electrostatic latent image on a photosensitive drum that rotates about its axis, and a toner image is formed by adhering toner to the image. Then, the toner image is transferred to a copy sheet for copying. is there. In this case, in order to form an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum, the surface of the photosensitive drum is charged in advance, and an original image is projected onto the charged portion via the optical system, and is exposed to light. An electrostatic latent image is formed by canceling the charging of the portion. As a method for charging the surface of the photosensitive drum prior to the formation of the electrostatic latent image, in recent years, a method in which a charging roll is brought into direct contact with the surface of the photosensitive drum (contact charging method) has been adopted.
[0003]
As the charging roll used in the contact charging method, for example, a shaft, a conductive elastic layer formed on the outer peripheral surface thereof, a resistance adjusting layer formed on the outer peripheral surface of the conductive elastic layer, A three-layer or four-layer structure is generally formed of a protective layer formed on the outer peripheral surface of the resistance adjusting layer. And the said resistance adjustment layer is set so that a predetermined | prescribed volume resistance value may be shown, As the formation material, the predetermined | prescribed rubber material which provided electroconductivity by the mixing | blending of ion conductive agents, such as a quaternary ammonium salt, for example Is used (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-90972
[Problems to be solved by the invention]
However, when the conductivity adjustment to the resistance adjustment layer is performed with an ionic conductive agent as described above, the obtained conductivity is highly dependent on the environment such as the temperature and humidity conditions, and in particular, the matrix side accompanying the change in temperature. The change in the Brownian motion of the (rubber material) affects the moving speed of the ion conducting molecules, and it becomes high resistance on the low temperature side and low resistance on the high temperature side. There is a drawback that image deterioration is likely to occur. Therefore, in recent years, a technique for imparting conductivity to the resistance adjusting layer without causing the above-described environmental dependency problem by blending electronic conductive particles such as carbon black instead of an ionic conductive agent. Has been proposed.
[0006]
However, when electronically conductive particles such as carbon black are used, due to their properties, they tend to aggregate in the resistance adjustment layer material, resulting in large variations in electrical resistance with respect to the target electrical resistance value. There is a problem that conductivity control is inferior, such as inability to reproducibility. Further, when the charging roll formed using the resistance adjusting layer material is used according to the contact charging method described above, for example, on the surface of the photosensitive drum arranged to come into contact with the charging roll. However, there is a problem that if there is a defect such as a scratch or a hole (pinhole) although it is fine, bleeding occurs around the image corresponding to the defect.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a charging roll that has a small variation in electric resistance, is excellent in conductivity controllability, and can obtain a good image.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the charging roll of the present invention comprises a shaft, a conductive elastic layer formed on the outer periphery thereof, a resistance adjusting layer formed on the outer periphery of the conductive elastic layer, and the above A charging roll provided with a protective layer formed on the outer periphery of the resistance adjustment layer, wherein the resistance adjustment layer has the following (A) to (D) as essential components, and a blending ratio of the (D) component However, it takes the structure that it is formed with the semiconductive rubber composition set to the range of 3-8 weight part with respect to 100 weight part of (C) component .
(A) Rubber material.
(B) Electronically conductive particles.
(C) Insulating particles.
(D) tetrasulfide Sila down.
[0009]
That is, the present inventors have made extensive studies focusing on the resistance adjustment layer material in order to solve the above-mentioned problems. In that process, if the rubber composition containing electronically conductive particles such as carbon black and insulating particles such as silica is used as the material, the agglomeration characteristics of carbon black and the like are eliminated to some extent by silica or the like. Therefore, the knowledge that it is effective for improving the image and the like was obtained (Japanese Patent Laid-Open No. 11-237782). Based on this finding, the present inventors have further studied to further improve the dispersibility of the electron conductive particles and the like. As a result, when a specific silane coupling agent is blended at a specific ratio in addition to each component of the resistance adjustment layer material, the affinity of the electron conductive particles and the insulating particles to the rubber material as the matrix component is increased. As a result, the dispersibility of the electron conductive particles and the insulating particles can be improved and the electric resistance characteristics can be stabilized by kneading work when preparing the rubber compound as the material for the resistance adjusting layer. As a result, the inventors have found that the intended purpose can be achieved, and reached the present invention.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described.
[0011]
In the charging roll of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a conductive elastic layer 2 is formed along the outer peripheral surface of the shaft body 1, and the resistance adjusting layer 3 is formed on the outer peripheral surface of the conductive elastic layer 2. And a protective layer 4 is formed on the outer peripheral surface of the resistance adjusting layer 3. In the charging roll of the present invention, the greatest feature is that the resistance adjusting layer 3 is formed using a special semiconductive rubber composition.
[0012]
The shaft body 1 is not particularly limited, and for example, a metal core made of a metal solid body, a metal cylinder body hollowed out inside, or the like is used. Examples of the metal material include stainless steel, aluminum, and iron plated.
[0013]
The material for the conductive elastic body layer 2 formed on the outer peripheral surface of the shaft body 1 is not particularly limited. For example, polynorbornene rubber, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), acrylonitrile-butadiene rubber ( NBR), hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber (H-NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), isoprene rubber (IR), natural rubber (NR), and the like. These are used together. Moreover, carbon black, graphite, potassium titanate, iron oxide, c-TiO ₂ , c-ZnO, c-SnO ₂ , ionic conductive agent (quaternary ammonium salt, borate, surfactant) A conventionally known conductive agent such as etc.) is appropriately added to the material. Further, if necessary, a foaming agent, a crosslinking agent, a crosslinking accelerator, oil, and the like may be added as appropriate.
[0014]
The material for the conductive elastic layer 2 is appropriately prepared so that the volume resistivity of the conductive elastic layer 2 formed thereby is in the range of about 10 ¹ to 10 ⁶ Ω · cm. .
[0015]
As described above, a special semiconductive rubber composition is used as the material for the resistance adjusting layer 3 formed on the outer peripheral surface of the conductive elastic body layer 2. And this special semiconductive rubber composition has the following (A) to (D) as essential components, and the blending ratio of the (D) component is based on 100 parts by weight of the (C) component. It is a semiconductive rubber composition set in a range of 3 to 8 parts by weight .
(A) Rubber material.
(B) Electronically conductive particles.
(C) Insulating particles.
(D) tetrasulfide Sila down.
[0016]
The rubber material for the component (A) is not particularly limited, and examples thereof include acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), epichlorohydrin rubber, acrylic rubber, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. It is done.
[0017]
The electronically conductive particles of the component (B) are particularly limited as long as the volume resistance value is about 1 × 10 ¹ Ω · cm or less and the average particle diameter is about 120 μm or less. For example, carbon black such as FEF, SRF, ketjen black, and acetylene black, conductive metal oxides such as metal powder, C—TiO ₂ , and C—ZnO, graphite, and carbon fiber can be used. And these are used individually or in combination of 2 or more types.
[0018]
The blending ratio of the component (B) is preferably set in the range of 30 to 100 parts, more preferably 100 parts by weight (hereinafter abbreviated as “parts”) of the rubber material of the component (A). It is in the range of 40-80 parts. That is, when the electron conductive particles are blended within the above range, the desired semiconductive characteristics can be obtained in the resistance adjustment layer.
[0019]
The insulating particles as the component (C) have a volume resistance value of about 1 × 10 ¹⁰ Ω · cm or more and an average particle size in the range of about 0.01 to 40 μm. If it is, it will not specifically limit, For example, a silica, calcium carbonate, mica, clay etc. are mention | raise | lifted. And these are used individually or in combination of 2 or more types.
[0020]
The blending ratio of the component (C) is preferably set in the range of 10 to 100 parts, more preferably in the range of 30 to 70 parts, with respect to 100 parts of the rubber material of the component (A). That is, when the insulating particles are blended within the above range, the electron conductive particles can be uniformly dispersed in the resistance adjusting layer, and desired semiconductive characteristics can be obtained.
[0021]
Tetrasulfide silane component (D) is a special silane coupling agent, the use of this, than when using the conventional silane coupling agent, excellent binding to the rubber material or the insulating particles ing so.
[0022]
The blending ratio of the component (D) needs to be in the range of 3 to 8 parts with respect to 100 parts of the insulating particles of the component (C). That is, when tetrasulfide silane is blended within the above range, variation in electric resistance is further suppressed in the resistance adjusting layer, and various performances of the charging roll of the present invention are further improved.
[0023]
In addition to the components (A) to (D), the material for the resistance adjusting layer 3 includes various auxiliary agents such as a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, an antistatic agent, zinc white, and stearic acid. You may mix | blend as needed.
[0024]
The material for the resistance adjusting layer 3 is appropriately prepared so that the volume resistivity of the resistance adjusting layer 3 formed thereby is in a semiconductive region of about 10 ⁵ to 10 ¹¹ Ω · cm.
[0025]
The material for the protective layer 4 formed on the outer peripheral surface of the resistance adjusting layer 3 is not particularly limited, and examples thereof include polyamide resins such as N-methoxymethylated nylon, fluorine resins, acrylic resins, and urethane resins. , Silicone resins and the like, which may be used alone or in combination of two or more. In order to impart conductivity, a conventionally known conductive agent such as carbon black is appropriately added to the material.
[0026]
In addition, the said material for protective layers 4 is suitably prepared so that the volume resistivity of the electroconductive elastic body layer 2 formed by it may exist in the range of about 10 < ⁷ > -10 < ¹³ > (omega | ohm) * cm.
[0027]
The charging roll of the present invention can be produced, for example, as follows. That is, first, each component for the conductive elastic layer 2 is kneaded using a kneader such as a kneader or a roll to prepare a material for the conductive elastic layer 2. Moreover, after knead | mixing each component for the said resistance adjustment layer 3 with a Banbury mixer or a kneader, it knead | mixes using a roll, and prepares the material (compound) for resistance adjustment layers 3. Furthermore, the material for the protective layer 4 (coating liquid) is prepared by dissolving the material for the protective layer 4 in an organic solvent such as MEK and dispersing with a sand mill or the like.
[0028]
Next, an adhesive is applied to the outer peripheral surface of the shaft body 1, and the material for the conductive elastic body layer 2 and the material for the resistance adjustment layer 3 are coextruded on the surface using an extruder. Then, this is simultaneously cross-linked in the mold, and the conductive elastic layer 2 is formed on the outer peripheral surface of the shaft body 1, and the resistance adjusting layer 3 is formed on the outer peripheral surface of the conductive elastic layer 2. Create a roll. Further, the coating liquid as the material for the protective layer 4 is applied to the outer peripheral surface of the resistance adjusting layer 3 by a roll coating method, a spray coating method, a dipping method or the like, dried, and then heated and crosslinked under predetermined conditions. The protective layer 4 having a predetermined thickness is formed. In this way, a charging roll (see FIG. 1) having a three-layer structure in which the resistance adjusting layer 3 is formed on the outer peripheral surface of the conductive elastic layer 2 and the protective layer 4 is further formed on the outer peripheral surface is prepared. Can do.
[0029]
Alternatively, the conductive elastic body layer 2 material is filled in the mold in which the shaft body 1 is set, and this is heated and crosslinked to form the conductive elastic body layer 2 on the outer peripheral surface of the shaft body 1 in advance. Next, a material for the resistance adjusting layer 3 (coating solution) dissolved in a solvent is applied to the surface of the conductive elastic body layer 2 by a roll coating method, a spray coating method, a dipping method, and the like, and dried. The resistance adjustment layer 3 is formed on the outer peripheral surface of the conductive elastic body layer 2 by performing heat crosslinking under conditions. Next, the coating liquid which is the material for the protective layer 4 is applied to the outer peripheral surface of the resistance adjusting layer 3 by a roll coating method, a spray coating method, a dipping method or the like, dried, and then heated and crosslinked under predetermined conditions. To form a protective layer 4 having a predetermined thickness. In this way, a charging roll (see FIG. 1) having a three-layer structure in which the resistance adjusting layer 3 is formed on the outer peripheral surface of the conductive elastic layer 2 and the protective layer 4 is further formed on the outer peripheral surface is prepared. You can also.
[0030]
In the charging roll of the present invention thus obtained, the thickness of each layer is not particularly limited, but the thickness of the conductive elastic layer 2 is usually set within a range of 1 to 10 mm, preferably 2 The thickness of the resistance adjusting layer 3 is usually set in the range of 10 to 1000 μm, and preferably in the range of 20 to 700 μm. Moreover, it is preferable to set the thickness of the said protective layer 4 in the range of 1-50 micrometers, Most preferably, it exists in the range of 3-30 micrometers.
[0031]
Further, as described above, the volume resistivity of the conductive elastic layer 2 is usually set in the range of 10 ¹ to 10 ⁶ Ω · cm, and the volume resistivity of the resistance adjustment layer 3 is Usually, it is set in the range of 10 ⁵ to 10 ¹¹ Ω · cm, and the volume resistivity of the protective layer 4 is usually set in the range of 10 ⁷ to 10 ¹³ Ω · cm.
[0032]
The charging roll according to the present invention is not limited to the three-layer structure as shown in FIG. 1. For example, the softening agent transition between the conductive elastic body layer 2 and the resistance adjusting layer 3 is performed. A prevention layer, an adhesive layer, or the like may be provided as necessary, and a layer structure of four or more layers may be used.
[0033]
Next, examples will be described together with comparative examples.
[0034]
[Example 1]
[Preparation of conductive elastic layer material]
100 parts of EPDM (Mitsui Chemicals, EPT4045), 20 parts of carbon black (Ketjen Black EC), 5 parts of zinc oxide, 1 part of stearic acid, process oil (Diana Process PW380, manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.) 30 parts, 15 parts of dinitrosopentamethylenetetramine (foaming agent), 1 part of sulfur, 2 parts of dibenzothiazole disulfide (crosslinking accelerator) and 1 part of tetramethylthiuram monosulfide (crosslinking accelerator) Then, kneading was performed using a roll to prepare a conductive elastic layer material.
[0035]
[Preparation of material for resistance adjustment layer]
100 parts of NBR (Nippon Zeon, Nipol DN3335), 40 parts of XFC carbon (Cabot, Vulcan P), 20 parts of silica (Nippon Silica, Nipsil ER) and mica (Lepco, Repco Mica M) -XF) 30 parts and 2 parts of tetrasulfide silane (manufactured by Nihon Unicar Co., Ltd., A-1289) were kneaded with a kneader, and further kneaded with a roll to prepare a resistance adjusting layer material (compound). did.
[0036]
(Preparation of protective layer material)
Fluorine-modified acrylate resin (Dainippon Ink Co., Ltd., Defensa TR230K) 50 parts, fluorinated olefin resin (Atfina Japan Co., Ltd., Kyner SL) 50 parts, conductive titanium oxide (Ishihara Techno Co., Ltd., Tyco ET- (300W) 100 parts were dissolved in 200 parts of MEK and dispersed using a sand mill to prepare a protective layer material.
[0037]
[Preparation of charging roll]
A metal core made of a metal shaft having a diameter of 6 mm is prepared, and an adhesive is applied to the outer peripheral surface, and then the conductive elastic layer material and the resistance adjusting layer material are applied to the surface using an extruder. Co-extruded. Then, this is subjected to simultaneous crosslinking and foaming in a mold, and a conductive elastic layer (thickness 2.5 mm) is formed on the outer peripheral surface of the core metal, and a resistance adjusting layer ( A roll having a thickness of 500 μm was produced. Subsequently, the protective layer material is applied to the outer peripheral surface of the resistance adjusting layer by a roll coating method, dried, and then heated and crosslinked at 150 ° C. for 60 minutes to form a protective layer (thickness 6 μm). As a result, an intended charging roll having a three-layer structure was obtained.
[0038]
[Example 2]
NBR (Nippon Zeon, Nipol DN3335) 100 parts, XFC Carbon (Cabot, Vulcan P) 40 parts, Silica (Nippon Silica Corporation, Nipseer ER) 30 parts, Mica (Lepco, Repco Mica M) -XF) 30 parts and 3 parts of tetrasulfide silane (Nihon Unicar Co., Ltd., A-1289) were kneaded with a kneader, and then kneaded using a roll to prepare a resistance adjusting layer material (compound). did. Then, except that this is used instead of the material for the resistance adjustment layer of Example 1, the charging roll having a three-layer structure is made in the same manner as in Example 1 (the manufacturing method and the thickness of each layer are also the same as in Example 1). Obtained.
[0039]
[Comparative example]
100 parts of NBR (Nippon Zeon, Nipol DN3335), 40 parts of XFC carbon (Cabot, Vulcan P), 20 parts of silica (Nippon Silica, Nipsil ER) and mica (Lepco, Repco Mica M) -XF) 30 parts were kneaded with a kneader, and further kneaded with a roll to prepare a resistance adjusting layer material (compound). Then, except that this is used instead of the material for the resistance adjustment layer of Example 1, the charging roll having a three-layer structure is made in the same manner as in Example 1 (the manufacturing method and the thickness of each layer are also the same as in Example 1). Obtained.
[0040]
Each characteristic was evaluated according to the following criteria using each charging roll thus obtained. These results are shown in Table 1 below.
[0041]
(Circumferential resistance variation)
The circumferential resistance variation was calculated by measuring roll electrical resistance by a metal roll electrode method using an apparatus as shown in FIG. That is, first, each charging roll 62 is brought into contact with a stainless steel metal roll 61, and both ends of the charging roll 62 are pressed with a load of 1000 g (9.8 N). In this state, a voltage of 100 V is applied to one end of the charging roll 62. Was applied. Then, the charging roll 62 was rotated as it was, the fluctuation of the electric resistance of the charging roll 62 was measured, and the circumferential resistance variation (X) was calculated according to the following formula (1) based on the data. In the above formula (1), Rmax is the maximum value of roll electrical resistance, Rmin is the minimum value of roll electrical resistance, and Ra is the average value of roll electrical resistance.
[0042]
[Expression 1]

[0043]
[Image bleeding]
Each charging roll was incorporated into a commercially available laser printer (Laser Jet 4L, manufactured by Nippon Hewlett-Packard Company). On the other hand, a pinhole having a diameter of 0.2 mm was provided on the surface of the photosensitive drum of the laser printer with a needle or the like. . Then, a white image was output under an environment of 15 ° C. × 10% RH, and an image formed by the pinhole on the photosensitive drum was evaluated. Then, the ratio of the blur diameter on the actually output image with respect to the pinhole was obtained, and the image blur was evaluated. That is, the case where the ratio was less than 1.8 was evaluated as ◯, and the case where the ratio was 1.8 or more was evaluated as ×.
[0044]
[Table 1]

[0045]
From the above results, it can be seen that the product according to the example has excellent dispersibility of the electron conductive particles (XFC carbon) in the resistance adjustment layer, small variation in electric resistance, and good copy image with almost no bleeding. .
[0046]
On the other hand, it is clear that the comparative example product has poor dispersibility of the electronic conductive particles in the resistance adjustment layer and the variation in electric resistance compared to the example product, and the product characteristics are also very stable. Absent. Furthermore, image blur is observed in the copy image, and it is understood that the level required by the present invention has not been reached.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, the charging roll of the present invention includes the shaft, the conductive elastic layer formed on the outer periphery thereof, the resistance adjusting layer formed on the outer periphery of the conductive elastic layer, and the resistance adjusting layer. A protective layer formed on the outer periphery of the electrode, wherein the resistance adjusting layer comprises electron conductive particles (component B), insulating particles (component C), and a specific silane coupling agent (tetrasulfide silane). It is formed by the rubber composition containing (D component). Therefore, due to the action of the silane coupling agent, the dispersibility of the electron conductive particles and the insulating particles during kneading when preparing the rubber compound that is the material for the resistance adjusting layer is improved, and the electric resistance characteristics are stabilized. This leads to stabilization of product characteristics, and can also be controlled so that the intended semiconducting characteristics can be obtained uniformly. Furthermore, it is possible to prevent bleeding of the image due to pinhole leak, and a good image can be obtained.
[0048]
In particular, the silane coupling agent, because it is tetrasulfide silane, since it is excellent by binding to rubber materials and insulating particles, it is possible to further stabilize the product characteristics.
[0049]
The mixing ratio of the silane coupling agent, and a call is set within a specific range, the electric resistance variation is further suppressed, various performances of the charging roller of the present invention is to further improve.
[0050]
Furthermore, when the blending ratio of the electron conductive particles or the insulating particles is set within a specific range, the desired semiconductivity can be obtained without blending the electron conductive particles more than necessary in the resistance adjustment layer. Characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a charging roll of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for measuring roll electrical resistance.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft body 2 Conductive elastic body layer 3 Resistance adjustment layer 4 Protective layer

Claims

A shaft body, a conductive elastic layer formed on the outer periphery thereof, a resistance adjustment layer formed on the outer periphery of the conductive elastic layer, and a protective layer formed on the outer periphery of the resistance adjustment layer. In the charging roll, the resistance adjusting layer includes the following components (A) to (D) as essential components, and the blending ratio of the component (D) is 3 to 100 parts by weight of the component (C). A charging roll formed of a semiconductive rubber composition set in a range of 8 parts by weight .
(A) Rubber material.
(B) Electronically conductive particles.
(C) Insulating particles.
(D) tetrasulfide Sila down.

The mixing ratio of the component (C) is, the (A) charging roll component relative to 100 parts by weight, according to claim 1, wherein it is configured in the range of 10 to 100 parts by weight.

The (B) blending ratio of components, (A) above charging roll component relative to 100 parts by weight, according to claim 1 or 2, wherein is set in a range of 30-10 0 parts by weight.