JP4100586B2 - 導電性ローラ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ローラに関し、特に、電子写真装置の帯電ローラ、転写ローラ、現像ローラ等として好適に用いられる導電性ローラに関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真装置は、表面に光導電体層を有する感光体を設け、作動する際には、当該感光体の外周面を一様に帯電し、ついで被複写体へ照射反射光や電子信号に応じたレーザー光で外周を露光することにより静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成した後、用紙等に転写させて定着させるものである。
【0003】
このような過程においては、図3に示すように、感光体11を一様に帯電させるための帯電ローラ4、トナーを搬送するためのトナー搬送ローラ8、トナーを感光体11に付着させるための現像ローラ9、トナー像を感光体11から用紙に転写するための転写ローラ1等の種々のローラが用いられている。
【0004】
このようなローラは、一般に、円柱状の芯金とこの芯金の周囲に同心円状に積層された加硫ゴム層とから構成されており、その用途に応じて導電性(電気抵抗、並びに、そのばらつき及び環境安定性)、非汚染性、低硬度、寸法安定性等の性能が要求される。特に、ローラの電気抵抗の制御と、感光体、トナー、紙等の接触する相手部材への非汚染性の向上は重要な課題である。
【0005】
ローラの電気抵抗の制御は、従来、ローラを構成する加硫前のゴム中に、カーボンブラック、金属微粒子、金属酸化物微粒子等の導電付与材を混練・分散させることによりなされている。しかしながら、このような方法は、導電付与材の分散のコントロールが難しく、また、成形・加硫時のゴム流動によって導電付与材の分散状態が変化し、その結果、電気抵抗がばらつくという問題があった。
【0006】
このような問題を解決する方法として、ポリマー自体が導電性を有する材料であるエピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合体を用いる方法が提案されている。このような共重合体を用いることで、導電付与材なし又は少量の添加によって所望の電気抵抗値を得ることができ、また、電気抵抗のばらつきを小さくすることができることが知られている。例えば、特開平1−142569号公報には、このような共重合体を外層とした2層構造のゴム層を有する導電性ロールが開示されている。ここで、通常、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合体は、パーオキサイド加硫、鉛丹加硫、トリアジンチオール加硫等の方法により加硫される。しかしながら、パーオキサイド加硫は、一般的に空気中での加硫が困難であるため、加硫方法が限定されるという問題があった。鉛丹加硫は、重金属による毒性や環境汚染の問題があった。トリアジンチオール加硫は、その分解物が有機感光体等の相手部材を汚染し、感光体の機能を低下させるという問題があった。すなわち、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合体の加硫系においては、導電性ローラを構成する加硫ゴム層として好適なものは得られていないのが実情であった。
【0007】
また、このような加硫ゴムは、直接他の部材と接触するような使用方法に適用すると、相手部材を汚染するという問題があった。このような問題を解決する方法としては、ローラ表面を、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等の非汚染材料で被覆する方法や、加硫ゴム中に反応性材料を添加し、表面近傍で非汚染物質の硬化膜を形成する方法が提案されているが、非汚染材料で被覆する方法は、コストが高くなるという問題があり、また、硬化膜を形成する方法は、膜厚制御が難しく、均一な品質を得ることができず、また、表面状態の変化によってねらいの性能が得られない恐れがあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑み、導電性及び非汚染性に優れた導電性ローラを提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円柱状の芯金と、上記芯金の周囲に同心円状に積層された導電性を有する加硫ゴム層とからなる導電性ローラであって、上記加硫ゴム層は、内層及び外層からなるものであり、上記外層は、エピクロルヒドリン及びエチレンオキサイドからなる共重合体を含むポリマー組成物からなるものである導電性ローラである。
以下に本発明を詳述する。
【0010】
本発明の導電性ローラは、円柱状の芯金と、上記芯金の周囲に同心円状に積層された導電性を有する加硫ゴム層とからなるものである。
上記円柱状の芯金としては、例えば、中空円柱状や中実状の鉄製芯金、鋼性芯金等のローラ用芯金として従来一般に用いられているもの等を挙げることができる。
【0011】
上記加硫ゴム層は、内層及び外層からなるものである。
上記内層を構成する加硫ゴム層として特に限定されず、例えば、エチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネン共重合体を含む組成物からなるもの等を挙げることができる。
【0012】
上記内層は、発泡ゴム層であることが好ましい。上記内層を発泡ゴム層とするには、例えば、アゾジカルボンアミド等の発泡剤、セルトンNP(三協化成社製)等の発泡助剤を上記組成物中に含有させることにより行うことができる。
また、上記内層は、複数層から構成されるものであってもよい。
【0013】
上記外層は、エピクロルヒドリン及びエチレンオキサイドからなるエピクロルヒドリン系共重合体を含むポリマー組成物からなるものである。
上記外層は、無発泡ゴム層であることが好ましい。
【0014】
上記ポリマー組成物は、エチレンオキサイドの共重合比率が5〜40モル%のものであることが好ましい。5モル%未満であると、所望の半導電領域の電気抵抗が得られず、40モル%を超えると、感光体等の相手部材を汚染する。より好ましくは、10〜30モル%である。エチレンオキサイドが汚染に関与するメカニズムは明確ではないが、エチレンオキサイドの共重合比率が大きいと、分子中に存在するエーテル鎖に起因するフレキシブルな酸素原子が多くなり、これが感光体等に接触してこの表面を変質させるものと考えられる。また、エーテル鎖が多くなるとポリマー中に含まれる水分が多くなり、これが感光体汚染物質(内因、外因共に考えられる)を溶解させて感光体表面に付着させる役割を担っていることも考えられる。
【0015】
上記ポリマー組成物は、6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカルバメートを加硫剤として含有するものであることが好ましい。上記6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカルバメートは毒性がなく、また、上記6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカルバメートを加硫剤として含有する上記ポリマー組成物は、加硫方式に制限を受けない。
【0016】
上記6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカルバメートの含有量は、上記エピクロルヒドリン系共重合体100重量部に対して、0.5〜5重量部が好ましい。
上記ポリマー組成物には、加硫反応を速やかに進行させるため受酸剤を添加するのが好ましい。上記受剤としては特に限定されず、例えば、MgO、ハイドロタルサイト系化合物等を挙げることができる。
【0017】
上記ポリマー組成物は、シリカ微粉末を含有するものであることが好ましい。上記シリカ微粉末を含有することにより、得られる外層の電気抵抗の調整が容易になり、また、電気抵抗の環境によるばらつきを抑えることができる。また、得られる外層の表面が平滑になり、かつ、粘着性が低下するため、感光体等の相手部材に対する汚染性がより低減される。
【0018】
上記シリカ微粉末の含有量は、上記エピクロルヒドリン系共重合体100重量部に対して、1〜60重量部が好ましい。1重量部未満であると、シリカ微粉末を配合することによる効果が充分に発揮されず、得られる外層の電気抵抗のばらつきが大きくなり、60重量部を超えると、加工性の低下、硬度・弾性率の増大等に加えて、吸湿性も増大するため、得られる外層の電気抵抗の環境依存性が増大する。より好ましくは、5〜40重量%である。
【0019】
上記シリカ微粉末は、SiO2 の含有量が80重量%以上のものが好ましい。80重量%未満であると、シリカ微粉末の純度が低くなるため、得られる外層の電気抵抗の制御が困難になり、また、得られる外層が感光体等の相手部材を汚染する。
【0020】
上記シリカ微粉末は、比表面積が150m2 /g以上のものが好ましい。150m2 /gを未満であると、上記ポリマー組成物中に混練した場合の分散性が低下するため、得られる外層の電気抵抗のばらつきが大きくなる。
【0021】
第二の本発明は、円柱状の芯金の周囲に、同心円状に、内層及び外層からなる未加硫ゴム層を積層することにより導電性ローラ予備成形体を形成し、成形型内において、上記未加硫ゴム層を加硫する導電性ローラの製造方法である。
【0022】
第二の本発明は、第一の本発明である導電性ローラを製造するための導電性ローラの製造方法である。
【0023】
第二の本発明においては、まず、上記円柱状の芯金の周囲に、同心円状に、未加硫の内層及び未加硫の外層からなる未加硫ゴム層を積層することにより導電性ローラ予備成形体を形成する。上記未加硫ゴム層を積層する方法としては、例えば、クロスヘッド等を用いて同時押出する方法等を挙げることができる。上記クロスヘッドは、一般に針金の被覆に用いられている装置であり、押出機のシリンダーの吐出部に取り付けて使用されるものである。
【0024】
成形型内において、上記未加硫ゴム層を加硫する方法としては、例えば、図4に示すように、未加硫の内層13及び未加硫の外層14からなる未加硫ゴム層が積層された導電性ローラ予備成形体を、フランジ15を有する円筒状の成形型16内に装着し、加熱する方法等を挙げることができる。なお、内層を発泡ゴム層とする場合には、同時に発泡させる。
【0025】
本発明の導電性ローラは、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真装置の帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ等の導電性ローラとして好適に用いることができる。
【0026】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0027】
配合例1〜8の評価
表1に示した配合例1〜8を用いてプレス加硫によって作製した加硫物シートを市販の有機感光体表面に貼り付け、40℃、90%の環境下に14日放置し、その後加硫物シートを取り除いて感光体表面を目視にて観察した。結果を表3に示した。
表3に示したように、配合例1、2及び3は汚染が見られなかったが、配合例4、5及び6では表面のくもりが見られた。また、配合例7及び8では顕著なくもりが見られた。感光体表面を金属顕微鏡にて詳細に観察した結果、配合例1、2及び3では感光体表面は平滑であったが、配合例4、5及び6では表面が平滑でなく、その度合いはエチレンオキサイド量が多い配合例ほど顕著であることが確認された。配合例7及び8では感光体表面の凹凸が顕著であり、明らかに感光体表面が浸食されていることが確認された。
また、電気抵抗の測定では、配合例2〜8では半導電領域の電気抵抗を示したが、配合例1は電気抵抗が高くなった。
【0028】
実施例1
表1に示した配合例2を外層に、表2に示した配合例9からなる発泡ゴム層を内層に用いた導電性ローラを作製した。得られた導電性ローラは、感光体と接触させた状態で40℃、90%の環境下に14日放置したときの感光体非汚染性が良好であった。また、この導電性ローラを帯電ローラとして図3に示した電子写真装置に適用し、反転現像にて被写画像を形成した結果、地肌かぶりや黒点汚れ、異常放電等による画像の乱れのない良好な画像が得られた。
【0029】
参考例1
表1に示した配合例4を外層に、表2に示した配合例9からなる発泡ゴム層を内層に用いた導電性ローラを作製した。得られた導電性ローラを用いて実施例1と同様の感光体汚染評価を行ったところ、感光体表面にくもりによる汚染が見られた。また、この導電性ローラを帯電ローラとして図3に示した電子写真装置に適用し、反転現像にて被写画像を形成した結果、地肌かぶりや異常放電等による画像の乱れは見られなかったが、所々帯状の黒点汚れが見られ、良好な画像は得られなかった。
【0030】
【表1】
Figure 0004100586
【0031】
【表2】
Figure 0004100586
【0032】
【表3】
Figure 0004100586
【0033】
なお、表1及び表2中において、各配合物は以下の通りである。
ポリマー(1):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体(エチレンオキサイド5モル%)
ポリマー(2):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体(エチレンオキサイド20モル%)
【0034】
ポリマー(3):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体(エチレンオキサイド30モル%)
ポリマー(4):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体(エチレンオキサイド45モル%)
【0035】
ポリマー(5):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体(エチレンオキサイド50モル%)
ポリマー(6):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体(エチレンオキサイド60モル%)
ポリマー(7):エチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネン共重合体
【0036】
受酸剤:ハイドロタルサイト系化合物
加硫剤(1):6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカルバメート
加硫剤(2):2,4,6−トリメルカプト−s−トリアジン
加硫剤(3):ジクミルパーオキサイド
加硫剤(4):オイルサルファー
加硫促進剤(1):ジフェニルグアニジン
加硫促進剤(2):テトラメチルチウラムジスルフィド
加硫促進剤(3):N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジル−スルフェンアミド
【0037】
カーボンブラック:SRFカーボン
軟化剤:パラフィン系プロセスオイル
発泡剤:アゾジカルボンアミド
発泡助剤:セルトンNP(三協化成社製)
【0038】
配合例10〜17の評価
表4に示した配合例10〜17の加硫物シートの電気抵抗を測定した。その結果、シリカ微粉末の配合量によって電気抵抗を調整することができ、環境による変動も小さいことが確認された。
(測定条件) ハイレスターIP(三菱化学社製)、250V印加、環境10℃10%、25℃50%、35℃80%。
【0039】
実施例2
表4に示した配合例10を外層に、表5に示した配合例18からなる発泡ゴム層を内層に用いた導電性ローラを作製した。得られた導電性ローラは、感光体と接触させた状態で40℃、90%の環境下に14日放置したときの感光体非汚染性が良好であった。また、この導電性ローラを帯電ローラとして図3に示した電子写真装置に適用し、反転現像にて被写画像を形成した結果、画像の乱れのない良好な画像が得られた。
【0040】
参考例2
表4に示した配合例16を外層に用いた以外は実施例2と同様にして導電性ローラを作製し、評価した。この導電性ローラの感光体非汚染性は良好であったが、電気抵抗が低すぎるために異常放電が起こったと考えられる黒点汚れとピンホールリークによる感光体破壊が発生した。
【0041】
参考例3
表4に示した配合例17を外層に用いた以外は実施例2と同様にして導電性ローラを作製し、評価した。この導電性ローラの感光体非汚染性は良好であったが、電気抵抗が高すぎるために放電が充分でなく、地肌かぶりによる画像の乱れが発生した。
【0042】
比較例1
表5に示した配合例19を外層に用いた以外は実施例2と同様にして導電性ローラを作製し、評価した。この導電性ローラの長手方向の抵抗を7点測定した結果、両端部の抵抗が低下していることが確認された。なお、実施例2の導電性ローラにおいてはこのような抵抗のばらつきは確認されなかった。
【0043】
【表4】
Figure 0004100586
【0044】
【表5】
Figure 0004100586
【0045】
なお、表4及び表5において、各配合物は以下の通りである。
ポリマー(8):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体(エチレンオキサイド30モル%)
ポリマー(9):エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体(エチレンオキサイド20モル%)
【0046】
シリカ微粉末:粒子径16μm、比表面積240m2 /g、SiO2 含有量94重量%
発泡剤:アゾジカルボンアミド
発泡助剤:セルトンNP(三協化成社製)
【0047】
【発明の効果】
本発明の導電性ローラは、上述の構成からなるので、導電性に優れており、かつ、電子写真装置等に適用した場合には、感光体等の相手部材を汚染せず良好な画像を形成することができる。また、加硫剤として特定のジチオカルバメートを用いることにより、毒性や汚染の心配がなく、また、加硫方式に制限を受けない。
【0048】
更に、本発明の導電性ローラは、シリカ微粉末を配合することにより、電気抵抗の環境依存性を悪化させることなく電気抵抗の調整を行うことができる。シリカ微粉末が配合された本発明の導電性ローラは、従来のカーボンブラック等を配合することによる導電機構とは異なり、ポリマー自身の導電性と絶縁体によるバルク抵抗調整機構であるので、加工時のゴム流動による抵抗のばらつきが小さく、ローラ成形後に抵抗が変更してしまうことがない。また、シリカ微粉末を配合することにより、感光体等の相手部材に対する非汚染性をより向上させ、かつ、粘着性を低減させることができる。
また、本発明の導電性ローラの製造方法によれば、本発明の導電性ローラを安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の導電性ローラの横断面模式図である。
【図2】本発明の導電性ローラの縦断面模式図である。
【図3】電子写真装置の構造を示す模式図である。
【図4】本発明の導電性ローラの製造方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
1 芯金
2 内層
3 外層
4 帯電ローラ
5 トナー規制ブレード
6 トナー攪拌プロペラ
7 現像機
8 トナー搬送ローラ
9 現像ローラ
10 転写ローラ
11 感光体
12 クリーニングブレード
13 内層(未加硫)
14 外層(未加硫)
15 フランジ
16 成形型

Claims (5)

  1. 円柱状の芯金と、前記芯金の周囲に同心円状に積層された導電性を有する加硫ゴム層とからなる導電性ローラであって、
    前記加硫ゴム層は、内層及び外層からなるものであり、
    前記外層は、エピクロルヒドリン及びエチレンオキサイドからなるエピクロルヒドリン系共重合体を含むポリマー組成物からなるものであり、
    前記エピクロルヒドリン系共重合体は、エチレンオキサイドの共重合比率が5〜40モル%のエピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体であり、
    前記ポリマー組成物は、6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカルバメートを加硫剤として含有するものである
    ことを特徴とする導電性ローラ。
  2. 内層は、発泡ゴム層であり、外層は、無発泡ゴム層である請求項1記載の導電性ローラ。
  3. 内層は、エチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネン共重合体を含む組成物からなるものである請求項1又は2記載の導電性ローラ。
  4. ポリマー組成物は、SiOの含有量が80重量%以上であり、かつ、比表面積が150m/g以上であるシリカ微粉末を、エピクロルヒドリン系共重合体100重量部に対して、1〜60重量部含有するものである請求項1、2又は3記載の導電性ローラ。
  5. 円柱状の芯金の周囲に、同心円状に、内層及び外層からなる未加硫ゴム層を積層することにより導電性ローラ予備成形体を形成し、成形型内において、前記未加硫ゴム層を加硫することを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の導電性ローラの製造方法。
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