JP4193193B2 - 導電性ロール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ロールに関し、特に、電子写真式複写機及びプリンタ、またはトナージェット式複写機及びプリンタなどの画像形成装置の帯電ロール・現像ロール、トナー規制ロール、さらには中間転写ロール、又は中間搬送ベルトの帯電・除電・クリーニングに用いられるクリーニングロール等に用いて好適な導電性ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式複写機及びプリンタ、またはトナージェット式複写機及びプリンタなどの画像形成装置には、帯電ロール、現像ロール、転写ロール、クリーニングロール等の導電性ロールが使用されている。
【０００３】
これらの導電性ロールは、ポリウレタンやエピクロルヒドリンゴムなどのゴム基材に、導電剤を添加して所望の電気抵抗を有するものであり、導電性カーボンブラックなどの導電剤を添加した電子導電タイプと、過塩素酸リチウムなどのアルカリ金属塩を添加したイオン導電タイプと（特許文献１〜４等参照）、これらを併せたハイブリッドタイプとが知られている（例えば、特許文献５〜７等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−１７３４０９号公報 （段落「００１４」、「００２５」等）
【特許文献２】
特開平０５−２８１８３１号公報 （段落「００１８」、「００２８」等）
【特許文献３】
特開平１０−０４５９５３号公報 （特許請求の範囲等）
【特許文献４】
特開平１０−０３９５８２号公報 （特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開平０６−０３５２９８号公報 （特許請求の範囲）
【特許文献６】
特開平０８−１７９５９２号公報 （特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開２０００−２１４６５９号公報 （段落「００３２」〜「００３５」等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような導電性ロール、特に、帯電ロール、現像ロール、転写ロールは、感光体ドラムと接触して使用されるが、接触させたときのニップ幅を適正にできるために適正なゴム硬度とする必要があるが、導電性カーボンで導電性を付与しようとすると、ゴム硬度が上昇してしまい、例えば、感光性ドラム等の被接触面とのニップ幅を適正にとることができないという問題や、高電圧を印加すると電気的、物理的破壊が起こるという問題がある。また、ゴム硬度を下げるためにオイルや可塑剤などの軟化剤を添加すると、感光体ドラムを汚染するという問題が出てくる。
【０００６】
一方、過塩素酸リチウムなどのイオン導電剤を用いた場合、ゴム硬度の上昇という問題はないが、電気抵抗値の環境依存性、特に、低温低湿環境下では抵抗値が高くなり、規格を外れてしまう問題がある。また、連続通電していると電気抵抗値が上昇してしまうといった問題がある。さらに、導電性ロールは、一般的には、感光体ドラム等と圧接して使用するため、イオン導電剤が感光体を汚染する問題もある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、安定して所望の抵抗値を得ることができ、安定した物性を有する導電性ロールを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、導電剤として少なくとも一種のイオン性液体を含有するゴム状弾性体からなる導電性ゴム部材をコア部材の周囲に設けた導電性ロールであって、前記イオン性液体が、下記一般式（１）〜（３）で表される群から選択されるカチオンを含むことを特徴とする導電性ロールにある。
【００１１】
【化５】
【００１２】
（式中、Ｒ１は、炭素数４〜１０の炭化水素基を表し、Ｒ２、Ｒ３は、水素又は炭素数１〜８のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。但し、窒素原子が二重結合を含む場合、Ｒ３はない。）
【００１３】
【化６】
【００１４】
（式中、Ｒ４は、炭素数２〜１０の炭化水素基を表し、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７は、水素又は炭素数１〜８のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。）
【００１５】
【化７】
【００１６】
（式中、Ｒ８は、炭素数２〜１０の炭化水素基を表し、Ｒ９、Ｒ１０は、水素又は炭素数１〜８のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。）
【００１７】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ゴム状弾性体の体積抵抗率が１×１０ ３ 〜１×１０ １０ Ω・ｃｍであることを特徴とする導電性ロールにある。
【００１９】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記イオン性液体が、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −、ＮＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＡｓＦ６ −、ＳｂＦ６ −、Ｆ（ＨＦ）ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯ−の中から選択されるアニオンを含むことを特徴とする導電性ロールにある。
【００２０】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記イオン性液体は、融点が７０℃以下であることを特徴とする導電性ロールにある。
【００２１】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記導電性ゴム部材は、表面処理層を具備することを特徴とする導電性ロールにある。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記導電性ゴム部材の表面に表面層を設けたことを特徴とする導電性ロールにある。
【００２３】
かかる本発明では、導電剤としてイオン性液体を添加したので、導電性カーボンを添加した場合と比較してゴム硬度を上昇させることなく所望の中抵抗値を安定して得ることができ、また、過塩素酸リチウムなどのイオン導電剤を添加した場合と比較して電気抵抗値の環境依存性、特に湿度依存性が低く、また、吸湿性があがる心配が無いため、加水分解が促進しない、且つ、機械的物性が無添加のものと同等である導電性ロールとなる。
【００２４】
ここで、イオン性液体とは、室温で液体である溶融塩であり、常温溶融塩とも呼ばれるものであり、特に、融点が７０℃以下、好ましくは３０℃以下のものをいう。このようなイオン性液体は、蒸気圧がない（不揮発性）、高耐熱性、不燃性、化学的安定である等の特性を有する。
【００２５】
従って、イオン導電剤のように取扱い上の危険が少なく、室温にて液体であるため、ゴムへの添加が容易であり、所望の中抵抗を容易に得ることができる。特に、ポリウレタンの場合には、主原料のポリオールへそのまま添加すればよいので、添加が容易であるという利点がある。また、揮発性がないことから、添加部数を増加してもゴムと相溶すればブリードの心配もない。特に、水に溶けないイオン性液体（疎水性イオン性液体）を用いると、ポリウレタンの吸湿性を上げることがないため、加水分解性を促進せず、また湿度依存性が小さく、導電性が安定すると考えられる。
【００２６】
本発明で用いることができるイオン性液体は上述した一般式（１）〜（４）で示されるカチオン（陽イオン）を有するものであるが、例えば、イミダゾリウムイオンなどの環状アミジンイオン、ピリジニウムイオン、アンモニウムイオン、スルホニウム、ホスホニウムイオンなどの有機カチオンを陽イオンとするものである。陰イオンとしては、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −、ＮＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＡｓＦ６ −、ＳｂＦ６ −、Ｆ（ＨＦ）ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯ−などを挙げることができる。
【００２７】
イオン性液体の具体例としては、下記式に表される有機カチオンと、下記式で表される対アニオンとの組み合わせからなるものを挙げることができる。
【００２８】
【化９】
【００２９】
式中の略語
EMI：1-ethyl-3-methylimidazole
BP: 1-butylpiperidine
P12：N-ethyl-N-methylpyrrolidine
【００３０】
【化１０】
【００３１】
式中の略語
TFSI: bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}imide
【００３２】
本発明では、ベースとなるゴム状弾性体と相溶性を有するイオン性液体を用いればよく、特に限定されない。配合割合も特に限定されないが、例えば、ゴム状弾性体基材に対して０．１〜３０重量％程度含有するようにすればよい。
【００３３】
また、イオン性液体の中には水に対して不溶性のものがあり、湿度に対する安定性、芯がね等の金属への腐食問題等を考慮すると、水に対して不溶性のもの（疎水性イオン性液体）を用いるのが好ましい。
【００３４】
本発明で用いるイオン性液体は、導電剤としてゴム状弾性体に添加されるが、ゴム状弾性体のゴム硬度を低下させるように軟化剤的にも作用するので、オイルや可塑剤などの軟化剤を添加することなく、ゴム硬度を低下させつつ電気抵抗値を低下させるものである。
【００３５】
本発明のゴム状弾性体の材質は、用途に応じた特性が得られるゴム材質であれば特に限定されないが、感光体への汚染性や外の物性の面から、従来から使用されているポリウレタンやエピクロルヒドリンが好ましい。但し、従来の導電剤と異なり、ゴム硬度を上げることなくむしろ低下させて電気抵抗値を大きく低下させることができるので、従来では使用できないとされていたＮＢＲ等を用いることも可能である。
【００３６】
このようなイオン性液体を添加したゴム状弾性体からなる導電性ゴム部材のゴム硬度は、用途に応じて設定すればよく、特に限定されない。しかしながら、感光体ドラムと接触して使用される用途で所望のニップ幅をとるためには、ゴム硬度は、ＪＩＳ Ａタイプで６０°以下、好ましくは５０°以下とするのがよい。
【００３７】
また、導電性ゴム部材は、発泡させていないソリッドタイプでも、発泡タイプでもよく、特に限定されない。
【００３８】
本発明の導電性ゴム部材は、用途によっても異なるが、例えば、印加電圧１００Ｖにおける電気抵抗値（２５℃）が１０３Ω〜１０１０Ω、好ましくは、１０４Ω〜１０８Ωのものが使用され、このような所望の抵抗値が得られるようにイオン性液体の種類及び添加量を設定すればよい。
【００３９】
また、本発明の導電性ゴム部材は、本発明の目的に反しない範囲で、カーボンブラック、金属粉など電子導電剤や過塩素酸リチウムなどのイオン導電剤を併用してもよい。
【００４０】
本発明の導電性ロールは、ロール形状の導電性ゴム部材をコア部材の周囲に設けたものであり、別途成形した導電性ゴム部材にコア部材を挿入して接着してもよいし、コア部材の周囲に導電性ゴム部材を一体的に成形するようにしてもよい。
【００４１】
図１には、本発明の導電性ロールの一例を示す。図１に示すように、導電性ロール１０は、例えば、導電性樹脂又は金属製の、好ましくは金属性のコア部材１１の周囲に導電性ゴム部材１２を具備するものである。なお、コア部材１１と導電性ゴム部材１２との間は、必要に応じて接着剤を介した加硫接着でも、接着剤による接着でもよく、接着剤を用いる場合には、導電性接着剤を用いるのが好ましいが、導電性を有さない接着剤で接着した後に導電性塗料、導電性接着剤あるいは導電性シーラントなどにより導通を図ってもよい。
【００４２】
本発明の導電性ロールは、必要に応じて、表面処理を施してもよいし、表面層を設けてもよい。
【００４３】
ここで、表面処理は、イソシアネート成分を溶剤に溶解した表面処理液、イソシアネート成分に溶剤可溶性ポリマーの少なくとも一種を添加して溶剤に溶解した表面処理液、又はイソシアネート成分を溶剤にカーボンブラックを添加した表面処理液、さらには、イソシアネート成分に溶剤可溶性ポリマーの少なくとも一種とカーボンブラックとを添加して溶剤に溶解した表面処理液等により行う。かかる表面処理は、各種塗布法や含浸法により表面処理液を表面に適用し、溶剤を、必要に応じて加熱して、乾燥除去することにより行う。
【００４４】
このような表面処理液による表面処理を行うと、イソシアネート成分が導電性ゴム部材の表層に含浸・浸透して硬化することにより、導電性ゴム部材と一体的になった表面処理層を形成する。
【００４５】
このように形成された表面処理層は、イソシアネート成分の密度が表面から内側に向かって徐々に疎になった状態となっている。なお、溶剤可溶性ポリマー及びカーボンブラックは実質的には含浸・浸透しないが、イソシアネート成分の効果の際に一体的に表面処理層内に保持される。従って、一般的なコーティング層と異なり、剥がれなどの問題はなく、汚染防止効果や低摩擦係数化の効果が期待できる。さらに、かかる表面処理層は、イソシアネート成分にフッ素系ポリマーやシリコーン系ポリマー等の溶剤可溶性ポリマーを添加した表面処理液から形成されている場合には、フッ素系ポリマーやシリコーン系ポリマーのみから形成されたコーティング層と比較して弾性変形し易く、ゴム状弾性体の割れなどが発生し難いという特長がある。
【００４６】
また、このような表面処理においては、導電性ゴム部材を構成するゴム状弾性体がウレタン結合や水酸基等の反応性基を含んでいると表面処理液中のイソシアネート成分と化学的に反応し、さらに一体的な表面処理層を形成することができる。このようなゴム状弾性体としては、ポリウレタンやエピクロルヒドリン系ゴムを挙げることができる。
【００４７】
ここで、表面処理液に使用されるイソシアネート成分としては、２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）などのイソシアネート化合物を挙げることができる。この他、これらのイソシアネート化合物の２乃至３量体、さらには、イソシアネート化合物を単独で又はポリオールと共にプレポリマー化したものを用いることもできる。
【００４８】
また、本発明の表面処理液で用いることができる溶剤は、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン、アセトン、シクロヘキサノンなどの他、反応性希釈剤、例えば、２−ヒドロキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートなど用いるポリマー成分を溶解することができ且つイソシアネート成分と相溶するものであればよい。
【００４９】
一方、表面処理層を形成する代わりに、導電性ゴム部材の表面に表面層を設けてもよい。かかる表面層は、従来から公知の手法により形成すればよく、例えば、一般的なコーティング剤を用いて形成したコーティング層を表面層としてもよく、別途成形した弾性チューブ又は樹脂チューブを被せて表面層としてもよく、その構成は特に限定されない。
【００５０】
しかしながら、本発明においては、このような表面層を設けるよりは表面処理層を設けるのが好ましい。チューブを被せたりコーティング層を設けたりする方法では、イオン性液体の導電性が余り寄与されず、表面層自体の抵抗が大きく寄与してしまうが、表面処理層を設けた場合にはイオン性液体自体の導電性のみが寄与し、イオン性液体の性能を活かすことができるからである。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１〜５）
イオン性液体として、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）を用い、エピクロルヒドリン−エチレンオキシドゴム（ＥＣＯ）ベース１００重量部に対してＥＭＩＴＦＳＩを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、２０重量部それぞれ添加して練りこみ、１６０℃、２０分の加硫条件でプレスし、１２０ｍｍ×１２０mmで、厚さ１．０ｍｍの平板を作製した。
【００５３】
（実施例６〜１０）
ＥＣＯベースの代わりにアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）ベースを用いた以外は実施例１〜５と同様にして平板を作製した。
【００５４】
（実施例１１〜１５）
イオン性液体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）を用い、これをエステル系ポリオール１００重量部に対して０．５重量部、１重量部、３重量部、５重量部、１０重量部それぞれ添加し、さらに、鎖長延長剤、架橋剤及びイソシアネートを添加して混合反応させ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍで、厚さ１．０ｍｍの平板を作製した。
【００５５】
（実施例１６）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−ブチル−３−エチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＢＭＩＴＦＳＩ）を、５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５６】
（実施例１７）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−ブチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＢＰＴＦＳＩ）を５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５７】
（実施例１８）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルピロリジニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（Ｐ１４ＴＦＳＩ）を５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５８】
（実施例１９）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレイト（ＥＭＩＢＦ４）を５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５９】
（実施例２０）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレイト（ＥＭＩＢＦ４）を３重量部用い、ＥＣＯベースの代わりにアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）ベースを用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００６０】
（比較例１）
比較のため、ＥＭＩＴＦＳＩを添加しない以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００６１】
（比較例２）
ＥＭＩＴＦＳＩを添加しない以外は実施例６と同様にして平板を作製した。
【００６２】
（比較例３）
ＥＭＩＴＦＳＩを添加しない以外は実施例１１と同様にして平板を作製した。
【００６３】
（比較例４〜９）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりにカーボンブラックを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、１５重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例１（ＥＣＯ）と同様にして平板を作成した。
【００６４】
（比較例１０〜１４）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに３フッ化酢酸ナトリウムを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例１と同様にして平板を作成した。
【００６５】
（比較例１５〜２０）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりにカーボンブラックを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、１５重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例６（ＮＢＲ）と同様にして平板を作成した。
【００６６】
（比較例２１〜２５）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに３フッ化酢酸ナトリウムを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例６（ＮＢＲ）と同様にして平板を作成した。
【００６７】
（比較例２６、２７）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりにカーボンブラックを、０．５重量部、１重量部それぞれ添加した以外は、実施例１１（Ｕ）と同様にして平板を作成した。
【００６８】
（比較例２８）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに過塩素酸リチウムを３重量部添加した以外は、実施例１１（Ｕ）と同様にして平板を作成した。
【００６９】
（試験例１）
実施例１〜１５及び、比較例１〜２７の平板について、温度２３℃、相対湿度５０％の常温常湿環境において、体積抵抗率を測定した。体積抵抗率の測定には、その環境下のチャンバー内に各サンプルを所定時間放置した後、真鍮製の電極、電流測定器を用い、ＪＩＳ Ｋ６７２３に準じて、直流１００Ｖの電圧を印加し、１分間充電後の電流値の測定を行った。そして、下記式より、体積抵抗率を算出した。なお、主電極は直径５０ｍｍ、高さ３５ｍｍ、ガード電極は外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、対電極は３００×１５０×２ｍｍのものを用いた。
【００７０】
【数１】
ρ＝（πｄ２／４ｔ）Ｒｖ
ρ ：体積抵抗率（Ω・ｃｍ）
ｄ ：主電極の直径（ｃｍ）
ｔ ：試験片の厚さ（ｃｍ）
Ｒｖ：体積抵抗（Ω）
【００７１】
この結果を図２〜図４に示す。
【００７２】
この結果、イオン性液体を用いた実施例では、添加部数に対し体積抵抗率（対数値）は緩やかに低下するため、目的の抵抗値を得られやすいが、カーボンブラックを用いた比較例では、添加部数に対しある部数まで抵抗の低下は無く、それ以降添加すると、急激に抵抗が低下するといった傾向があった。また、アルカリ金属イオンを用いた比較例では、添加部数に対しイオン性液体を用いた実施例と同様に体積抵抗率は緩やかに低下したが、抵抗低下度合いは悪く、また５部以上添加したゴムでは数日放置しておくとブルームするといった問題があった。従って、イオン性液体を用いた実施例の方が、カーボンブラックを用いた比較例、アルカリ金属イオンを用いた比較例と比較して、抵抗低下が少部数で可能であり、また、目的の抵抗値を得られやすく、ゴムとの相溶性が良いことから、アルカリ金属イオンで懸念されるブルーム、ブリードの問題も無いことがわかった。
【００７３】
（試験例２）
種々のイオン性液体において、カールフィッシャーにより水分量測定を行った。３５℃８５％の高温高湿環境に放置したイオン性液体の水分量を経過日数ごとに測定し、飽和水分量を測定した。この結果を図５に示す。
【００７４】
この結果より、疎水性イオン性液体では水分量が約１.５％程度で飽和したが、水に可溶なイオン性液体（親水性イオン性液体）ＥＭＩＢＦ４では水分量は３０％以上となり、高温高湿下に親水性イオン性液体を放置しておくと、水分を吸湿していくことがわかった。このため、親水性イオン性液体含有ゴムでは芯がね、金型等の金属の酸化を促進してしまう問題があることがわかった。
【００７５】
（試験例３）
実施例４、６、９、１４、１６〜１９及び比較例１、８、１４、２０、２５、２６、２８の平板について、温度３５℃、相対湿度を３０％から８０％まで変化させ、各環境下で５時間放置した後の体積抵抗率を同様に測定した。
この結果を図６〜図９に示す。
【００７６】
この結果、イオン性液体を用いた場合には、アルカリ金属イオンを用いた場合より、ベースゴム材質によらず、湿度依存性が小さいことがわかった。
【００７７】
また、図９からイオン性液体の種類を変えても湿度依存性の傾向が同等に小さいことがわかり、親水性イオン性液体を用いた実施例１９でも同様に湿度依存性が低いことがわかった。
【００７８】
なお、親水性イオン性液体を用いた実施例１９（ＥＣＯベース）および実施例２０（ＮＢＲベース）では、ゴム練りを行ったロールにわずかに錆の発生が認められた。
【００７９】
（試験例４）
実施例５、９、１３、１９、２０、及び、比較例１、２、９、１４、１９、２５、２６、２８の平板について、温度１０℃、相対湿度２０％の低温低湿環境（ＬＬ）、温度２５℃、相対湿度５０％の常温常湿環境（ＮＮ）、及び温度３５℃、湿度８５％の高温高湿環境（ＨＨ）のそれぞれにおいて、体積抵抗率を同様に測定した。この結果を図１０〜図１２に示す。
【００８０】
この結果から、ベースゴム材質ＥＣＯ、Ｕに疎水性イオン性液体を用いた場合には、アルカリ金属イオンを用いた場合より、環境依存性が小さいことがわかった。
【００８１】
また、親水性イオン性液体を用いた場合は、ベースゴムがＥＣＯでは図１０に示すようにアルカリ金属イオンと同等に環境依存性が高くなってしまうが、ベースゴムがＮＢＲでは、図１１に示すように疎水性イオン性液体と同等な環境依存性を示すことがわかった。
【００８２】
なお、ベースゴム材質にＮＢＲを用いた場合は、環境をＬＬ〜ＮＮ〜ＨＨに変化させた時、アルカリ金属イオンが表面にブルームしてしまい、正確な体積抵抗率値が測定不可能であった。
【００８３】
（試験例５）
実施例３、９、１５及び比較例８、１３、２０、２４、２６、２８の平板について、温度２３℃、相対湿度５０％の常温常湿環境において、印加電圧を１０Ｖ〜１０００Ｖに変化させて体積抵抗率を同様に測定した。この結果を図１３〜図１５に示す。
【００８４】
この結果からイオン性液体を用いた場合には、カーボンブラックを用いた場合より、ベースゴム材質によらず、電圧依存性が小さいことがわかった。
【００８５】
（試験例６）
実施例１〜１５、比較例１〜７、９〜２８について、硬度Ｈｓ（ＪＩＳ Ｋ６２５３ タイプＡ）、反発弾性Ｒｂ（ＪＩＳ Ｋ６２５５）、引張強度Ｔｂ及び、切断時の伸びＥｂ（ＪＩＳ Ｋ６２５１）、引裂強度Ｔｒ（ＪＩＳ Ｋ６２５２）、圧縮永久歪Ｃｓをそれぞれ測定した。この結果を表１〜表３に示す。
【００８６】
【表１】
【００８７】
【表２】
【００８８】
【表３】
【００８９】
この結果、ベースゴム材質によらず、カーボンブラックを添加した比較例については、添加部数増加と共に大きな硬度上昇が見られ、それに伴って引張強度が上昇した。アルカリ金属イオンを用いた比較例についてもまた、ベースゴム材質によらず、反発弾性の低下が見られたが、イオン性液体を１０ｐｈｒ以下の配合とした実施例では、無添加のものとほぼ同等の物性を示すことがわかった。
【００９０】
（実施例２１）
（ロールの製造）
エピクロルヒドリンゴム１００重量部に対して、導電剤としてイオン性液体ＥＭＩＴＦＳＩ １．５重量部、酸化亜鉛（ＺｎＯ）５重量部、加硫剤として、２−メルカプトイミダゾリン（アクセル−２２）３重量部をロールミキサーで混練し、直径６ｍｍの金属製シャフト（コア部材）の表面にプレス成形し、直径１２ｍｍに研磨加工してシャフト表面に導電性ゴム部材が形成されたロールを得た。
【００９１】
（表面処理液の調製）
酢酸エチルに対して１５重量％のイソシアネート化合物（ＭＤＩ:大日本インキ社製）が配合された酢酸エチル溶液を１５分間分散混合し、表面処理液とした。
【００９２】
（ロールの表面処理）
前記表面処理液を２３℃に保ったまま、前記ロールを３０秒間浸漬後、１２０℃に保持されたオーブンで１時間加熱し、表面処理導電性ロールを得た。
【００９３】
（実施例２２）
（ロールの製造）
エピクロルヒドリンゴム１００重量部に対して、発泡剤を３重量部、発泡助剤２重量部、無機系発泡剤３重量部、導電剤としてイオン性液体ＥＭＩＴＦＳＩ １．５重量部、酸化亜鉛（ＺｎＯ）５重量部、加硫剤として、２−メルカプトイミダゾリン（アクセル−２２）３重量部をロールミキサーで混練し、直径６ｍｍの金属製シャフトの表面にプレス成形してシャフト表面に導電性ゴム部材として発泡ゴム弾性部材を形成した。その表層に０．５ｍｍの導電性ゴムチューブをセットして、直径１２ｍｍに研磨加工して導電性低硬度ロールを得た。
【００９４】
（比較例２９）
イオン性液体を添加しない以外は、実施例２１と同じ方法によりロールを得た。
【００９５】
（比較例３０）
イオン性液体の代わりにカーボンブラック（トーカブラック＃５５００：東海カーボン社製）を２０重量部用いた以外は、実施例２１と同じ方法によりロールを得た。
【００９６】
（比較例３１）
イオン性液体の代わりにトリフルオロ酢酸ナトリウムを０．８重量部用いた以外は、実施例２１と同じ方法によりロールを得た。
【００９７】
（試験例７） 電気抵抗値測定
実施例２１、２２及び比較例２９〜３１の導電性ロールについて、温度２３℃、相対湿度５５％環境下でのロールの電気抵抗値を測定した。なお、導電性ロールの抵抗値は図１６に示すような方法で測定した。すなわち、導電性ロール１０の導電性ゴム部材１２をＳＵＳ３０４板からなる電極部材２１上に載置し、芯金１１の両端に５００ｇ重の荷重をかけた状態で、芯金１１と電極部材２１との間の抵抗値をＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＳＥＭＥＴＥＲ Ｒ８３４０Ａ（株式会社アドバンテスト製）を用いて測定した。なお、このときの印加電圧は１００Ｖであった。また、下式を用いて体積抵抗率（ｌｏｇ（Ω・ｃｍ））値も求めた。この結果を表４に示す。
【００９８】
【数２】
【００９９】
（試験例８） 環境依存性試験
実施例２１、２２及び比較例２９〜３１の導電性ロールについて、温度１０℃、相対湿度３０％の低温低湿環境（ＬＬ）、温度２３℃、相対湿度５５％の常温常湿環境（ＮＮ）、及び、温度３０℃、湿度８５％の高温高湿環境（ＨＨ）の各環境下に１２時間保持したときのロールの体積抵抗率を測定した。なお、体積抵抗率の測定は試験例７と同様にして求め、印加電圧を１００Ｖ、５００Ｖとして測定した。この結果を図１７、図１８に示す。
【０１００】
これらの図より、イオン性液体を用いた実施例はＬＬ環境からＨＨ環境へ変化させた時の体積抵抗率（ｌｏｇ（Ω・ｃｍ））は一桁以内であり、環境依存性が低いことが認められた。一方、アルカリ金属イオンを用いた比較例３１及はＬＬ環境からＨＨ環境へ変化させると体積抵抗率（ｌｏｇ（Ω・ｃｍ））は二桁も変化し、導電剤が入っていない比較例２９でも二桁弱変化したことから、イオン性液体を用いた実施例２１、２２の方が、比較例２９及び比較例３１と比較して環境依存性が低いことが分かった。
【０１０１】
（試験例９） 電圧依存性試験
実施例２１及び比較例２９〜３１の導電性ロールについて、温度２３℃、相対湿度５５％の常温常湿環境下で、試験例７と同様の方法にて、電気抵抗値を１０Ｖ、１００Ｖ、５００Ｖ、１０００Ｖの印加電圧を変化させて測定し、同様に体積抵抗率値を求めた。この結果を図１９に示す。
【０１０２】
図１９から、イオン性液体を用いた実施例１のロールの電圧依存性は無いことが認められた。
【０１０３】
（試験例１０） ロール表面ダメージ試験
市販のレーザープリンタのトナーカートリッジに実施例２１及び比較例２９〜３１の導電性ロールを組み付けて、カートリッジごと、５０℃、９０％ＲＨの環境に１４日間保持した後、カートリッジ及び導電性ロールを帯電ロールとしてプリンタに組み付けて画像を出力した。そして画像の比較を行った。この結果も表４に示す。同時にロールのゴム硬度も併せて表４に示す。
【０１０４】
表４に示す結果から、実施例２１の帯電ロールでは、画像、ロール表面も保持前と比べ変化がないのに対し、アルカリ金属イオンを用いた比較例３１のロールでは、ロール表面にブルームが見られ、画像にも劣化が見られた。カーボンブラックを用いた比較例３０ではロール表面の変化は無かったものの、ロール硬度が６４°と高く、画像に劣化が見られた。
【０１０５】
【表４】
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、導電剤としてイオン性液体を用いるので、比較的容易に所望の抵抗値に設定することができ、物性変化、湿度依存性がなく、環境依存性、電圧依存性が低い中抵抗ゴム部材を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る導電性ロールを示す図である。
【図２】試験例１の結果を示すグラフである。
【図３】試験例１の結果を示すグラフである。
【図４】試験例１の結果を示すグラフである。
【図５】試験例２の結果を示すグラフである。
【図６】試験例３の結果を示すグラフである。
【図７】試験例３の結果を示すグラフである。
【図８】試験例３の結果を示すグラフである。
【図９】試験例３の結果を示すグラフである。
【図１０】試験例４の結果を示すグラフである。
【図１１】試験例４の結果を示すグラフである。
【図１２】試験例４の結果を示すグラフである。
【図１３】試験例５の結果を示すグラフである。
【図１４】試験例５の結果を示すグラフである。
【図１５】試験例５の結果を示すグラフである。
【図１６】試験例７の電気抵抗値測定の様子を示す図である。
【図１７】試験例８の結果を示すグラフである。
【図１８】試験例８の結果を示すグラフである。
【図１９】試験例９の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 導電性ロール
１１ コア部材
１２ 導電性ゴム部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ロールに関し、特に、電子写真式複写機及びプリンタ、またはトナージェット式複写機及びプリンタなどの画像形成装置の帯電ロール・現像ロール、トナー規制ロール、さらには中間転写ロール、又は中間搬送ベルトの帯電・除電・クリーニングに用いられるクリーニングロール等に用いて好適な導電性ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式複写機及びプリンタ、またはトナージェット式複写機及びプリンタなどの画像形成装置には、帯電ロール、現像ロール、転写ロール、クリーニングロール等の導電性ロールが使用されている。
【０００３】
これらの導電性ロールは、ポリウレタンやエピクロルヒドリンゴムなどのゴム基材に、導電剤を添加して所望の電気抵抗を有するものであり、導電性カーボンブラックなどの導電剤を添加した電子導電タイプと、過塩素酸リチウムなどのアルカリ金属塩を添加したイオン導電タイプと（特許文献１〜４等参照）、これらを併せたハイブリッドタイプとが知られている（例えば、特許文献５〜７等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−１７３４０９号公報 （段落「００１４」、「００２５」等）
【特許文献２】
特開平０５−２８１８３１号公報 （段落「００１８」、「００２８」等）
【特許文献３】
特開平１０−０４５９５３号公報 （特許請求の範囲等）
【特許文献４】
特開平１０−０３９５８２号公報 （特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開平０６−０３５２９８号公報 （特許請求の範囲）
【特許文献６】
特開平０８−１７９５９２号公報 （特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開２０００−２１４６５９号公報 （段落「００３２」〜「００３５」等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような導電性ロール、特に、帯電ロール、現像ロール、転写ロールは、感光体ドラムと接触して使用されるが、接触させたときのニップ幅を適正にできるために適正なゴム硬度とする必要があるが、導電性カーボンで導電性を付与しようとすると、ゴム硬度が上昇してしまい、例えば、感光性ドラム等の被接触面とのニップ幅を適正にとることができないという問題や、高電圧を印加すると電気的、物理的破壊が起こるという問題がある。また、ゴム硬度を下げるためにオイルや可塑剤などの軟化剤を添加すると、感光体ドラムを汚染するという問題が出てくる。
【０００６】
一方、過塩素酸リチウムなどのイオン導電剤を用いた場合、ゴム硬度の上昇という問題はないが、電気抵抗値の環境依存性、特に、低温低湿環境下では抵抗値が高くなり、規格を外れてしまう問題がある。また、連続通電していると電気抵抗値が上昇してしまうといった問題がある。さらに、導電性ロールは、一般的には、感光体ドラム等と圧接して使用するため、イオン導電剤が感光体を汚染する問題もある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、安定して所望の抵抗値を得ることができ、安定した物性を有する導電性ロールを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、導電剤として少なくとも一種のイオン性液体を含有するゴム状弾性体からなる導電性ゴム部材をコア部材の周囲に設けた導電性ロールであって、前記イオン性液体が、下記一般式（１）〜（３）で表される群から選択されるカチオンを含むことを特徴とする導電性ロールにある。
【００１１】
【化５】
【００１２】
（式中、Ｒ１は、炭素数４〜１０の炭化水素基を表し、Ｒ２、Ｒ３は、水素又は炭素数１〜８のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。但し、窒素原子が二重結合を含む場合、Ｒ３はない。）
【００１３】
【化６】
【００１４】
（式中、Ｒ４は、炭素数２〜１０の炭化水素基を表し、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７は、水素又は炭素数１〜８のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。）
【００１５】
【化７】
【００１６】
（式中、Ｒ８は、炭素数２〜１０の炭化水素基を表し、Ｒ９、Ｒ１０は、水素又は炭素数１〜８のアルキル基を表し、ヘテロ原子を含んでいても良い。）
【００１７】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ゴム状弾性体の体積抵抗率が１×１０ ３ 〜１×１０ １０ Ω・ｃｍであることを特徴とする導電性ロールにある。
【００１９】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記イオン性液体が、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −、ＮＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＡｓＦ６ −、ＳｂＦ６ −、Ｆ（ＨＦ）ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯ−の中から選択されるアニオンを含むことを特徴とする導電性ロールにある。
【００２０】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記イオン性液体は、融点が７０℃以下であることを特徴とする導電性ロールにある。
【００２１】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記導電性ゴム部材は、表面処理層を具備することを特徴とする導電性ロールにある。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記導電性ゴム部材の表面に表面層を設けたことを特徴とする導電性ロールにある。
【００２３】
かかる本発明では、導電剤としてイオン性液体を添加したので、導電性カーボンを添加した場合と比較してゴム硬度を上昇させることなく所望の中抵抗値を安定して得ることができ、また、過塩素酸リチウムなどのイオン導電剤を添加した場合と比較して電気抵抗値の環境依存性、特に湿度依存性が低く、また、吸湿性があがる心配が無いため、加水分解が促進しない、且つ、機械的物性が無添加のものと同等である導電性ロールとなる。
【００２４】
ここで、イオン性液体とは、室温で液体である溶融塩であり、常温溶融塩とも呼ばれるものであり、特に、融点が７０℃以下、好ましくは３０℃以下のものをいう。このようなイオン性液体は、蒸気圧がない（不揮発性）、高耐熱性、不燃性、化学的安定である等の特性を有する。
【００２５】
従って、イオン導電剤のように取扱い上の危険が少なく、室温にて液体であるため、ゴムへの添加が容易であり、所望の中抵抗を容易に得ることができる。特に、ポリウレタンの場合には、主原料のポリオールへそのまま添加すればよいので、添加が容易であるという利点がある。また、揮発性がないことから、添加部数を増加してもゴムと相溶すればブリードの心配もない。特に、水に溶けないイオン性液体（疎水性イオン性液体）を用いると、ポリウレタンの吸湿性を上げることがないため、加水分解性を促進せず、また湿度依存性が小さく、導電性が安定すると考えられる。
【００２６】
本発明で用いることができるイオン性液体は上述した一般式（１）〜（４）で示されるカチオン（陽イオン）を有するものであるが、例えば、イミダゾリウムイオンなどの環状アミジンイオン、ピリジニウムイオン、アンモニウムイオン、スルホニウム、ホスホニウムイオンなどの有機カチオンを陽イオンとするものである。陰イオンとしては、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −、ＮＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＡｓＦ６ −、ＳｂＦ６ −、Ｆ（ＨＦ）ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯ−などを挙げることができる。
【００２７】
イオン性液体の具体例としては、下記式に表される有機カチオンと、下記式で表される対アニオンとの組み合わせからなるものを挙げることができる。
【００２８】
【化９】
【００２９】
式中の略語
EMI：1-ethyl-3-methylimidazole
BP: 1-butylpiperidine
P12：N-ethyl-N-methylpyrrolidine
【００３０】
【化１０】
【００３１】
式中の略語
TFSI: bis{(trifluoromethyl)sulfonyl}imide
【００３２】
本発明では、ベースとなるゴム状弾性体と相溶性を有するイオン性液体を用いればよく、特に限定されない。配合割合も特に限定されないが、例えば、ゴム状弾性体基材に対して０．１〜３０重量％程度含有するようにすればよい。
【００３３】
また、イオン性液体の中には水に対して不溶性のものがあり、湿度に対する安定性、芯がね等の金属への腐食問題等を考慮すると、水に対して不溶性のもの（疎水性イオン性液体）を用いるのが好ましい。
【００３４】
本発明で用いるイオン性液体は、導電剤としてゴム状弾性体に添加されるが、ゴム状弾性体のゴム硬度を低下させるように軟化剤的にも作用するので、オイルや可塑剤などの軟化剤を添加することなく、ゴム硬度を低下させつつ電気抵抗値を低下させるものである。
【００３５】
本発明のゴム状弾性体の材質は、用途に応じた特性が得られるゴム材質であれば特に限定されないが、感光体への汚染性や外の物性の面から、従来から使用されているポリウレタンやエピクロルヒドリンが好ましい。但し、従来の導電剤と異なり、ゴム硬度を上げることなくむしろ低下させて電気抵抗値を大きく低下させることができるので、従来では使用できないとされていたＮＢＲ等を用いることも可能である。
【００３６】
このようなイオン性液体を添加したゴム状弾性体からなる導電性ゴム部材のゴム硬度は、用途に応じて設定すればよく、特に限定されない。しかしながら、感光体ドラムと接触して使用される用途で所望のニップ幅をとるためには、ゴム硬度は、ＪＩＳ Ａタイプで６０°以下、好ましくは５０°以下とするのがよい。
【００３７】
また、導電性ゴム部材は、発泡させていないソリッドタイプでも、発泡タイプでもよく、特に限定されない。
【００３８】
本発明の導電性ゴム部材は、用途によっても異なるが、例えば、印加電圧１００Ｖにおける電気抵抗値（２５℃）が１０３Ω〜１０１０Ω、好ましくは、１０４Ω〜１０８Ωのものが使用され、このような所望の抵抗値が得られるようにイオン性液体の種類及び添加量を設定すればよい。
【００３９】
また、本発明の導電性ゴム部材は、本発明の目的に反しない範囲で、カーボンブラック、金属粉など電子導電剤や過塩素酸リチウムなどのイオン導電剤を併用してもよい。
【００４０】
本発明の導電性ロールは、ロール形状の導電性ゴム部材をコア部材の周囲に設けたものであり、別途成形した導電性ゴム部材にコア部材を挿入して接着してもよいし、コア部材の周囲に導電性ゴム部材を一体的に成形するようにしてもよい。
【００４１】
図１には、本発明の導電性ロールの一例を示す。図１に示すように、導電性ロール１０は、例えば、導電性樹脂又は金属製の、好ましくは金属性のコア部材１１の周囲に導電性ゴム部材１２を具備するものである。なお、コア部材１１と導電性ゴム部材１２との間は、必要に応じて接着剤を介した加硫接着でも、接着剤による接着でもよく、接着剤を用いる場合には、導電性接着剤を用いるのが好ましいが、導電性を有さない接着剤で接着した後に導電性塗料、導電性接着剤あるいは導電性シーラントなどにより導通を図ってもよい。
【００４２】
本発明の導電性ロールは、必要に応じて、表面処理を施してもよいし、表面層を設けてもよい。
【００４３】
ここで、表面処理は、イソシアネート成分を溶剤に溶解した表面処理液、イソシアネート成分に溶剤可溶性ポリマーの少なくとも一種を添加して溶剤に溶解した表面処理液、又はイソシアネート成分を溶剤にカーボンブラックを添加した表面処理液、さらには、イソシアネート成分に溶剤可溶性ポリマーの少なくとも一種とカーボンブラックとを添加して溶剤に溶解した表面処理液等により行う。かかる表面処理は、各種塗布法や含浸法により表面処理液を表面に適用し、溶剤を、必要に応じて加熱して、乾燥除去することにより行う。
【００４４】
このような表面処理液による表面処理を行うと、イソシアネート成分が導電性ゴム部材の表層に含浸・浸透して硬化することにより、導電性ゴム部材と一体的になった表面処理層を形成する。
【００４５】
このように形成された表面処理層は、イソシアネート成分の密度が表面から内側に向かって徐々に疎になった状態となっている。なお、溶剤可溶性ポリマー及びカーボンブラックは実質的には含浸・浸透しないが、イソシアネート成分の効果の際に一体的に表面処理層内に保持される。従って、一般的なコーティング層と異なり、剥がれなどの問題はなく、汚染防止効果や低摩擦係数化の効果が期待できる。さらに、かかる表面処理層は、イソシアネート成分にフッ素系ポリマーやシリコーン系ポリマー等の溶剤可溶性ポリマーを添加した表面処理液から形成されている場合には、フッ素系ポリマーやシリコーン系ポリマーのみから形成されたコーティング層と比較して弾性変形し易く、ゴム状弾性体の割れなどが発生し難いという特長がある。
【００４６】
また、このような表面処理においては、導電性ゴム部材を構成するゴム状弾性体がウレタン結合や水酸基等の反応性基を含んでいると表面処理液中のイソシアネート成分と化学的に反応し、さらに一体的な表面処理層を形成することができる。このようなゴム状弾性体としては、ポリウレタンやエピクロルヒドリン系ゴムを挙げることができる。
【００４７】
ここで、表面処理液に使用されるイソシアネート成分としては、２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）などのイソシアネート化合物を挙げることができる。この他、これらのイソシアネート化合物の２乃至３量体、さらには、イソシアネート化合物を単独で又はポリオールと共にプレポリマー化したものを用いることもできる。
【００４８】
また、本発明の表面処理液で用いることができる溶剤は、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン、アセトン、シクロヘキサノンなどの他、反応性希釈剤、例えば、２−ヒドロキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートなど用いるポリマー成分を溶解することができ且つイソシアネート成分と相溶するものであればよい。
【００４９】
一方、表面処理層を形成する代わりに、導電性ゴム部材の表面に表面層を設けてもよい。かかる表面層は、従来から公知の手法により形成すればよく、例えば、一般的なコーティング剤を用いて形成したコーティング層を表面層としてもよく、別途成形した弾性チューブ又は樹脂チューブを被せて表面層としてもよく、その構成は特に限定されない。
【００５０】
しかしながら、本発明においては、このような表面層を設けるよりは表面処理層を設けるのが好ましい。チューブを被せたりコーティング層を設けたりする方法では、イオン性液体の導電性が余り寄与されず、表面層自体の抵抗が大きく寄与してしまうが、表面処理層を設けた場合にはイオン性液体自体の導電性のみが寄与し、イオン性液体の性能を活かすことができるからである。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１〜５）
イオン性液体として、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）を用い、エピクロルヒドリン−エチレンオキシドゴム（ＥＣＯ）ベース１００重量部に対してＥＭＩＴＦＳＩを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、２０重量部それぞれ添加して練りこみ、１６０℃、２０分の加硫条件でプレスし、１２０ｍｍ×１２０mmで、厚さ１．０ｍｍの平板を作製した。
【００５３】
（実施例６〜１０）
ＥＣＯベースの代わりにアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）ベースを用いた以外は実施例１〜５と同様にして平板を作製した。
【００５４】
（実施例１１〜１５）
イオン性液体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）を用い、これをエステル系ポリオール１００重量部に対して０．５重量部、１重量部、３重量部、５重量部、１０重量部それぞれ添加し、さらに、鎖長延長剤、架橋剤及びイソシアネートを添加して混合反応させ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍで、厚さ１．０ｍｍの平板を作製した。
【００５５】
（実施例１６）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−ブチル−３−エチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＢＭＩＴＦＳＩ）を、５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５６】
（実施例１７）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−ブチルピペリジウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＢＰＴＦＳＩ）を５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５７】
（実施例１８）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルピロリジニウムビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（Ｐ１４ＴＦＳＩ）を５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５８】
（実施例１９）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレイト（ＥＭＩＢＦ４）を５重量部用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００５９】
（実施例２０）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレイト（ＥＭＩＢＦ４）を３重量部用い、ＥＣＯベースの代わりにアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）ベースを用いた以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００６０】
（比較例１）
比較のため、ＥＭＩＴＦＳＩを添加しない以外は実施例１と同様にして平板を作製した。
【００６１】
（比較例２）
ＥＭＩＴＦＳＩを添加しない以外は実施例６と同様にして平板を作製した。
【００６２】
（比較例３）
ＥＭＩＴＦＳＩを添加しない以外は実施例１１と同様にして平板を作製した。
【００６３】
（比較例４〜９）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりにカーボンブラックを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、１５重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例１（ＥＣＯ）と同様にして平板を作成した。
【００６４】
（比較例１０〜１４）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに３フッ化酢酸ナトリウムを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例１と同様にして平板を作成した。
【００６５】
（比較例１５〜２０）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりにカーボンブラックを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、１５重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例６（ＮＢＲ）と同様にして平板を作成した。
【００６６】
（比較例２１〜２５）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに３フッ化酢酸ナトリウムを、０．１重量部、１重量部、５重量部、１０重量部、２０重量部それぞれ添加した以外は、実施例６（ＮＢＲ）と同様にして平板を作成した。
【００６７】
（比較例２６、２７）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりにカーボンブラックを、０．５重量部、１重量部それぞれ添加した以外は、実施例１１（Ｕ）と同様にして平板を作成した。
【００６８】
（比較例２８）
ＥＭＩＴＦＳＩの代わりに過塩素酸リチウムを３重量部添加した以外は、実施例１１（Ｕ）と同様にして平板を作成した。
【００６９】
（試験例１）
実施例１〜１５及び、比較例１〜２７の平板について、温度２３℃、相対湿度５０％の常温常湿環境において、体積抵抗率を測定した。体積抵抗率の測定には、その環境下のチャンバー内に各サンプルを所定時間放置した後、真鍮製の電極、電流測定器を用い、ＪＩＳ Ｋ６７２３に準じて、直流１００Ｖの電圧を印加し、１分間充電後の電流値の測定を行った。そして、下記式より、体積抵抗率を算出した。なお、主電極は直径５０ｍｍ、高さ３５ｍｍ、ガード電極は外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、対電極は３００×１５０×２ｍｍのものを用いた。
【００７０】
【数１】
ρ＝（πｄ２／４ｔ）Ｒｖ
ρ ：体積抵抗率（Ω・ｃｍ）
ｄ ：主電極の直径（ｃｍ）
ｔ ：試験片の厚さ（ｃｍ）
Ｒｖ：体積抵抗（Ω）
【００７１】
この結果を図２〜図４に示す。
【００７２】
この結果、イオン性液体を用いた実施例では、添加部数に対し体積抵抗率（対数値）は緩やかに低下するため、目的の抵抗値を得られやすいが、カーボンブラックを用いた比較例では、添加部数に対しある部数まで抵抗の低下は無く、それ以降添加すると、急激に抵抗が低下するといった傾向があった。また、アルカリ金属イオンを用いた比較例では、添加部数に対しイオン性液体を用いた実施例と同様に体積抵抗率は緩やかに低下したが、抵抗低下度合いは悪く、また５部以上添加したゴムでは数日放置しておくとブルームするといった問題があった。従って、イオン性液体を用いた実施例の方が、カーボンブラックを用いた比較例、アルカリ金属イオンを用いた比較例と比較して、抵抗低下が少部数で可能であり、また、目的の抵抗値を得られやすく、ゴムとの相溶性が良いことから、アルカリ金属イオンで懸念されるブルーム、ブリードの問題も無いことがわかった。
【００７３】
（試験例２）
種々のイオン性液体において、カールフィッシャーにより水分量測定を行った。３５℃８５％の高温高湿環境に放置したイオン性液体の水分量を経過日数ごとに測定し、飽和水分量を測定した。この結果を図５に示す。
【００７４】
この結果より、疎水性イオン性液体では水分量が約１.５％程度で飽和したが、水に可溶なイオン性液体（親水性イオン性液体）ＥＭＩＢＦ４では水分量は３０％以上となり、高温高湿下に親水性イオン性液体を放置しておくと、水分を吸湿していくことがわかった。このため、親水性イオン性液体含有ゴムでは芯がね、金型等の金属の酸化を促進してしまう問題があることがわかった。
【００７５】
（試験例３）
実施例４、６、９、１４、１６〜１９及び比較例１、８、１４、２０、２５、２６、２８の平板について、温度３５℃、相対湿度を３０％から８０％まで変化させ、各環境下で５時間放置した後の体積抵抗率を同様に測定した。
この結果を図６〜図９に示す。
【００７６】
この結果、イオン性液体を用いた場合には、アルカリ金属イオンを用いた場合より、ベースゴム材質によらず、湿度依存性が小さいことがわかった。
【００７７】
また、図９からイオン性液体の種類を変えても湿度依存性の傾向が同等に小さいことがわかり、親水性イオン性液体を用いた実施例１９でも同様に湿度依存性が低いことがわかった。
【００７８】
なお、親水性イオン性液体を用いた実施例１９（ＥＣＯベース）および実施例２０（ＮＢＲベース）では、ゴム練りを行ったロールにわずかに錆の発生が認められた。
【００７９】
（試験例４）
実施例５、９、１３、１９、２０、及び、比較例１、２、９、１４、１９、２５、２６、２８の平板について、温度１０℃、相対湿度２０％の低温低湿環境（ＬＬ）、温度２５℃、相対湿度５０％の常温常湿環境（ＮＮ）、及び温度３５℃、湿度８５％の高温高湿環境（ＨＨ）のそれぞれにおいて、体積抵抗率を同様に測定した。この結果を図１０〜図１２に示す。
【００８０】
この結果から、ベースゴム材質ＥＣＯ、Ｕに疎水性イオン性液体を用いた場合には、アルカリ金属イオンを用いた場合より、環境依存性が小さいことがわかった。
【００８１】
また、親水性イオン性液体を用いた場合は、ベースゴムがＥＣＯでは図１０に示すようにアルカリ金属イオンと同等に環境依存性が高くなってしまうが、ベースゴムがＮＢＲでは、図１１に示すように疎水性イオン性液体と同等な環境依存性を示すことがわかった。
【００８２】
なお、ベースゴム材質にＮＢＲを用いた場合は、環境をＬＬ〜ＮＮ〜ＨＨに変化させた時、アルカリ金属イオンが表面にブルームしてしまい、正確な体積抵抗率値が測定不可能であった。
【００８３】
（試験例５）
実施例３、９、１５及び比較例８、１３、２０、２４、２６、２８の平板について、温度２３℃、相対湿度５０％の常温常湿環境において、印加電圧を１０Ｖ〜１０００Ｖに変化させて体積抵抗率を同様に測定した。この結果を図１３〜図１５に示す。
【００８４】
この結果からイオン性液体を用いた場合には、カーボンブラックを用いた場合より、ベースゴム材質によらず、電圧依存性が小さいことがわかった。
【００８５】
（試験例６）
実施例１〜１５、比較例１〜７、９〜２８について、硬度Ｈｓ（ＪＩＳ Ｋ６２５３ タイプＡ）、反発弾性Ｒｂ（ＪＩＳ Ｋ６２５５）、引張強度Ｔｂ及び、切断時の伸びＥｂ（ＪＩＳ Ｋ６２５１）、引裂強度Ｔｒ（ＪＩＳ Ｋ６２５２）、圧縮永久歪Ｃｓをそれぞれ測定した。この結果を表１〜表３に示す。
【００８６】
【表１】
【００８７】
【表２】
【００８８】
【表３】
【００８９】
この結果、ベースゴム材質によらず、カーボンブラックを添加した比較例については、添加部数増加と共に大きな硬度上昇が見られ、それに伴って引張強度が上昇した。アルカリ金属イオンを用いた比較例についてもまた、ベースゴム材質によらず、反発弾性の低下が見られたが、イオン性液体を１０ｐｈｒ以下の配合とした実施例では、無添加のものとほぼ同等の物性を示すことがわかった。
【００９０】
（実施例２１）
（ロールの製造）
エピクロルヒドリンゴム１００重量部に対して、導電剤としてイオン性液体ＥＭＩＴＦＳＩ １．５重量部、酸化亜鉛（ＺｎＯ）５重量部、加硫剤として、２−メルカプトイミダゾリン（アクセル−２２）３重量部をロールミキサーで混練し、直径６ｍｍの金属製シャフト（コア部材）の表面にプレス成形し、直径１２ｍｍに研磨加工してシャフト表面に導電性ゴム部材が形成されたロールを得た。
【００９１】
（表面処理液の調製）
酢酸エチルに対して１５重量％のイソシアネート化合物（ＭＤＩ:大日本インキ社製）が配合された酢酸エチル溶液を１５分間分散混合し、表面処理液とした。
【００９２】
（ロールの表面処理）
前記表面処理液を２３℃に保ったまま、前記ロールを３０秒間浸漬後、１２０℃に保持されたオーブンで１時間加熱し、表面処理導電性ロールを得た。
【００９３】
（実施例２２）
（ロールの製造）
エピクロルヒドリンゴム１００重量部に対して、発泡剤を３重量部、発泡助剤２重量部、無機系発泡剤３重量部、導電剤としてイオン性液体ＥＭＩＴＦＳＩ １．５重量部、酸化亜鉛（ＺｎＯ）５重量部、加硫剤として、２−メルカプトイミダゾリン（アクセル−２２）３重量部をロールミキサーで混練し、直径６ｍｍの金属製シャフトの表面にプレス成形してシャフト表面に導電性ゴム部材として発泡ゴム弾性部材を形成した。その表層に０．５ｍｍの導電性ゴムチューブをセットして、直径１２ｍｍに研磨加工して導電性低硬度ロールを得た。
【００９４】
（比較例２９）
イオン性液体を添加しない以外は、実施例２１と同じ方法によりロールを得た。
【００９５】
（比較例３０）
イオン性液体の代わりにカーボンブラック（トーカブラック＃５５００：東海カーボン社製）を２０重量部用いた以外は、実施例２１と同じ方法によりロールを得た。
【００９６】
（比較例３１）
イオン性液体の代わりにトリフルオロ酢酸ナトリウムを０．８重量部用いた以外は、実施例２１と同じ方法によりロールを得た。
【００９７】
（試験例７） 電気抵抗値測定
実施例２１、２２及び比較例２９〜３１の導電性ロールについて、温度２３℃、相対湿度５５％環境下でのロールの電気抵抗値を測定した。なお、導電性ロールの抵抗値は図１６に示すような方法で測定した。すなわち、導電性ロール１０の導電性ゴム部材１２をＳＵＳ３０４板からなる電極部材２１上に載置し、芯金１１の両端に５００ｇ重の荷重をかけた状態で、芯金１１と電極部材２１との間の抵抗値をＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＳＥＭＥＴＥＲ Ｒ８３４０Ａ（株式会社アドバンテスト製）を用いて測定した。なお、このときの印加電圧は１００Ｖであった。また、下式を用いて体積抵抗率（ｌｏｇ（Ω・ｃｍ））値も求めた。この結果を表４に示す。
【００９８】
【数２】
【００９９】
（試験例８） 環境依存性試験
実施例２１、２２及び比較例２９〜３１の導電性ロールについて、温度１０℃、相対湿度３０％の低温低湿環境（ＬＬ）、温度２３℃、相対湿度５５％の常温常湿環境（ＮＮ）、及び、温度３０℃、湿度８５％の高温高湿環境（ＨＨ）の各環境下に１２時間保持したときのロールの体積抵抗率を測定した。なお、体積抵抗率の測定は試験例７と同様にして求め、印加電圧を１００Ｖ、５００Ｖとして測定した。この結果を図１７、図１８に示す。
【０１００】
これらの図より、イオン性液体を用いた実施例はＬＬ環境からＨＨ環境へ変化させた時の体積抵抗率（ｌｏｇ（Ω・ｃｍ））は一桁以内であり、環境依存性が低いことが認められた。一方、アルカリ金属イオンを用いた比較例３１及はＬＬ環境からＨＨ環境へ変化させると体積抵抗率（ｌｏｇ（Ω・ｃｍ））は二桁も変化し、導電剤が入っていない比較例２９でも二桁弱変化したことから、イオン性液体を用いた実施例２１、２２の方が、比較例２９及び比較例３１と比較して環境依存性が低いことが分かった。
【０１０１】
（試験例９） 電圧依存性試験
実施例２１及び比較例２９〜３１の導電性ロールについて、温度２３℃、相対湿度５５％の常温常湿環境下で、試験例７と同様の方法にて、電気抵抗値を１０Ｖ、１００Ｖ、５００Ｖ、１０００Ｖの印加電圧を変化させて測定し、同様に体積抵抗率値を求めた。この結果を図１９に示す。
【０１０２】
図１９から、イオン性液体を用いた実施例１のロールの電圧依存性は無いことが認められた。
【０１０３】
（試験例１０） ロール表面ダメージ試験
市販のレーザープリンタのトナーカートリッジに実施例２１及び比較例２９〜３１の導電性ロールを組み付けて、カートリッジごと、５０℃、９０％ＲＨの環境に１４日間保持した後、カートリッジ及び導電性ロールを帯電ロールとしてプリンタに組み付けて画像を出力した。そして画像の比較を行った。この結果も表４に示す。同時にロールのゴム硬度も併せて表４に示す。
【０１０４】
表４に示す結果から、実施例２１の帯電ロールでは、画像、ロール表面も保持前と比べ変化がないのに対し、アルカリ金属イオンを用いた比較例３１のロールでは、ロール表面にブルームが見られ、画像にも劣化が見られた。カーボンブラックを用いた比較例３０ではロール表面の変化は無かったものの、ロール硬度が６４°と高く、画像に劣化が見られた。
【０１０５】
【表４】
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、導電剤としてイオン性液体を用いるので、比較的容易に所望の抵抗値に設定することができ、物性変化、湿度依存性がなく、環境依存性、電圧依存性が低い中抵抗ゴム部材を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る導電性ロールを示す図である。
【図２】試験例１の結果を示すグラフである。
【図３】試験例１の結果を示すグラフである。
【図４】試験例１の結果を示すグラフである。
【図５】試験例２の結果を示すグラフである。
【図６】試験例３の結果を示すグラフである。
【図７】試験例３の結果を示すグラフである。
【図８】試験例３の結果を示すグラフである。
【図９】試験例３の結果を示すグラフである。
【図１０】試験例４の結果を示すグラフである。
【図１１】試験例４の結果を示すグラフである。
【図１２】試験例４の結果を示すグラフである。
【図１３】試験例５の結果を示すグラフである。
【図１４】試験例５の結果を示すグラフである。
【図１５】試験例５の結果を示すグラフである。
【図１６】試験例７の電気抵抗値測定の様子を示す図である。
【図１７】試験例８の結果を示すグラフである。
【図１８】試験例８の結果を示すグラフである。
【図１９】試験例９の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 導電性ロール
１１ コア部材
１２ 導電性ゴム部材
Claims (6)
- 導電剤として少なくとも一種のイオン性液体を含有するゴム状弾性体からなる導電性ゴム部材をコア部材の周囲に設けた導電性ロールであって、前記イオン性液体が、下記一般式（１）〜（３）で表される群から選択されるカチオンを含むことを特徴とする導電性ロール。
- 請求項１において、前記ゴム状弾性体の体積抵抗率が１×１０３〜１×１０１０Ω・ｃｍであることを特徴とする導電性ロール。
- 請求項１又は２において、前記イオン性液体が、ＡｌＣｌ４ −、Ａｌ２Ｃｌ７ −、ＮＯ３ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＣＨ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＣＯＯ−、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、ＡｓＦ６ −、ＳｂＦ６ −、Ｆ（ＨＦ）ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＣＦ２ＣＦ２ＣＯＯ−の中から選択されるアニオンを含むことを特徴とする導電性ロール。
- 請求項１〜３の何れかにおいて、前記イオン性液体は、融点が７０℃以下であることを特徴とする導電性ロール。
- 請求項１〜４の何れかにおいて、前記導電性ゴム部材は、表面処理層を具備することを特徴とする導電性ロール。
- 請求項１〜４の何れかにおいて、前記導電性ゴム部材の表面に表面層を設けたことを特徴とする導電性ロール。
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