JP4215155B2 - 導電性部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、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感光体等に一様な帯電を付与するために用いられる導電性部材に関する。
【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の帯電ロール・現像ロール、トナー規制、さらには中間転写ロール、ベルト等には、感光体等への非汚染性の他、所定の導電性、摩擦係数等が要求される。そこで、従来、ポリウレタン、シリコーンゴム製のものが用いられていたが、感光体等への汚染性、帯電性等の理由から、ポリウレタン、シリコーンゴムに代わって各種弾性層表面に各種コーティング層、被覆チューブを設けたものが提案されている。
【0003】
例えば、下記特許文献1には、導電性スポンジ体層上にポリアミド樹脂チューブからなる導電性最外層を設けた現像ロールが提案されている。また、下記特許文献2には、ワックス等の滑剤を含む表面層を具備する帯電部材が開示されている。また、下記特許文献3には、フッ化炭素を含有する導電性重合体からなる塗布層またはシームレスチューブからなる表面層を有する導電性部材が開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−204234号公報 (特許請求の範囲、図1)
【特許文献2】
特開平7−134467号公報 (特許請求の範囲、図1)
【特許文献3】
特開平8−160701号公報 (特許請求の範囲、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の導電性部材では、内側のスポンジ層の硬度が比較的高いので、一定変位・一定荷重に対するニップ幅が稼げない上、ロール中央部と端部とでニップ幅が異なる傾向があるという問題がある。また、このようなスポンジ層の硬度の問題により、フィルミングが生じやすく、寿命が短いという問題がある。
【0006】
一方、ポリアミドなどの樹脂チューブを外層としている場合、樹脂チューブ自体の剛性が比較的高いので、ロール変形に対して追従し難いという問題がある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑み、ロール全域でニップ幅を大きく確保することができ、画像欠陥を防止することができる導電性部材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、芯金上に設けられた第1の導電性弾性層と、この第1の導電性弾性層上に設けられた第2の導電性弾性層とを具備し、前記第1の導電性弾性層が硬度500N以下の連続気泡のポリウレタン発泡体からなると共に、前記第2の導電性弾性層が導電性ゴム状弾性体からなり、前記第2の導電性弾性層は、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも1種のポリマーと、導電性付与剤と、イソシアネート成分とを含有する表面処理液で表面処理されて当該表面処理液を含浸させた表面処理層を有することを特徴とする導電性部材にある。
【0010】
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記第1の導電性弾性層は、表面抵抗値が5×104Ω以下であることを特徴とする導電性部材にある。
【0011】
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記第2の導電性弾性層は、体積抵抗値が1×1010Ω以下であることを特徴とする導電性部材にある。
【0012】
かかる本発明では、第1の導電性弾性層を硬度500N以下の連続気泡のポリウレタン発泡体とすると共に、第2の導電性弾性層を導電性ゴム状弾性体とすることにより、一定荷重・一定変位を印加したときに、ニップ幅がロール全体に亘って均一に大きくとることができ、また、第2の導電性弾性層が柔軟なため、フィルミングや、紙粉等の挟み込み等による画像欠陥を軽減することができる。
【0013】
ここで、第1の導電性弾性層は、硬度500N以下の連続気泡のポリウレタン発泡体である。硬度500N以下とは、JIS K6400の測定方法による硬度が500N以下という意味であり、例えば、Asker Cでは測定できないような低硬度である。
【0014】
また、材質は連続気泡のポリウレタンであれば特に限定されないが、導電剤により導電性を付与する必要がある。導電性付与は、導電性カーボンによる電子導電でも、過塩素酸リチウム等によるイオン導電でも、これらを併せたハイブリッド導電でもよい。第1の導電性弾性層の表面抵抗値は、5×104Ω以下程度が好適である。
【0015】
第1の導電性弾性層の肉厚は特に限定されないが、例えば、1〜20mm程度、好ましくは、1〜10mm程度である。
【0016】
一方、第2の導電性弾性層は、導電性ゴム状弾性体からなる。ここで、導電性ゴム状弾性体としては、導電性を有するゴム状弾性体、又は導電性を付与したゴム状弾性体であり、シート形状の体積抵抗値が1×1010Ω以下、好ましくは、1×107Ω以下のものである。なお、体積抵抗値は、JIS K6911に準じて測定したものである。また、ゴム硬度としては、JIS Aで90°以下、好ましくは60°以下である。
【0017】
第2の導電性弾性層の材質としては、エピクロルヒドリン系ゴム、シリコーン系ゴム、EPDM、NBR、ウレタン、CRなどを挙げることができる。また、導電性を付与する場合には、導電性カーボンによる電子導電でも、過塩素酸リチウム等によるイオン導電でも、これらを併せたハイブリッド導電でもよい。
【0018】
第2の導電性弾性層の肉厚は特に限定されないが、例えば、0.1〜3mm程度、好ましくは、0.3〜1.5mm程度である。
【0019】
また、第2の導電性弾性層の表面は、表面処理されているのが好ましい。表面処理はイソシアネート化合物を含浸させて硬化させたイソシアネート処理でもよいが、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも1種のポリマーと、導電性付与剤と、イソシアネート成分とを含有する表面処理液で表面処理され、この表面処理液を含浸する表面処理層を有するようにするのが好ましい。
【0020】
ここで、イソシアネート化合物としては、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)および前記記載の多量体および変性体などを挙げることができる。
【0021】
また、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーは、所定の溶剤に可溶でイソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものである。アクリルフッ素系ポリマーは、例えば、水酸基、アルキル基、又はカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。
【0022】
本発明では、これらのポリマーを一種又は二種以上混合して用いる。表面処理液中のポリマーは、イソシアネート成分に対して2〜30重量%とするのが好ましい。少ないとカーボンブラックを表面処理層中に保持する効果が小さくなり、多すぎると相対的にイソシアネート成分が少なくなって有効な表面処理層が形成できない。
【0023】
また、表面処理液には導電剤としてカーボンブラックが用いられる。カーボンブラックの種類は特に限定されず、例えば、ケッチェンブラック(ライオン社製)、トーカブラック#5500(東海カーボン社製)などが挙げられる。表面処理液中のカーボンブラックは、イソシアネート成分に対して10〜40重量%であるのが好ましい。これより少ないと有効な帯電特性が発揮できず、多すぎると脱落等の問題が生じ好ましくないからである。
【0024】
さらに、表面処理液は、これらアクリルフッ素系ポリマー又はアクリルシリコーン系ポリマー及びイソシアネート化合物を溶解する溶剤を含有する。溶剤としては特に限定されないが、酢酸エチル、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン等の有機溶剤を用いればよい。
【0025】
本発明の導電性部材の製造方法は特に限定されないが、一般的には、芯金上に第1の導電性弾性層を形成し、必要に応じて寸法合わせのために研磨した後、第2の導電性弾性層を形成する。第2の導電性弾性層は、第1の導電性弾性層の上に直接形成してもよいが、チューブ状に別途製造した後、必要に応じて接着剤層を介して被覆するようにすればよい。
【0026】
ここで、第2の導電性弾性層は、直接形成する場合もチューブ状に製造する場合も、成形後、研磨してもよいが、鏡面加工或いは所定の状態に粗した金型を用いて成形して無研磨状態で使用してもよい。第2の導電性弾性層の表面粗さは、使用するトナーの種類、使用状態等によって適宜選択する必要がある。ある程度大きな表面粗さを有する方がトナーが付着しなくてよい場合もあるし、表面粗さが小さいほどよい場合もある。表面粗さが小さい方がよい場合には、トナーや外添剤等の成分が、研磨目や表面に付着しやすく、それが原因でロールの電気抵抗値を上昇し、ロールとして必要な電気特性から逸脱する可能性がある場合である。
【0027】
このような表面粗さが小さいものを製造する場合には、無研磨状態で使用するように鏡面仕上げした金型で成形するのが好ましい。研磨した場合には、その表面粗さを極力低くすることに限界があるからである。一方、無研磨品とすると、表面粗さRz3μm以下、好ましくは表面粗さRz2μm以下程度の製品が比較的容易に製造することができ、このような表面粗さのものを得るためには、チューブ状に別途成形する方法が挙げられる。
【0028】
【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。
【0029】
(実施例1)
図1には実施例に係る導電性部材である導電性ロールの横断面を示す。図1に示すように、導電性ロール10は、芯金11上に、第1の導電性弾性層12、第2の導電性弾性層13及び表面処理層14を順次具備するものである。
【0030】
第1の導電性弾性層12は、ゴム硬度がJIS K6400の測定方法で69N(Asker Fで30°)の連続気泡発泡ポリウレタンであり、表面抵抗値は104Ω以下であった。第1の導電性弾性層12は、5mm厚とした。
【0031】
一方、第2の導電性弾性層13は、厚さ1.5mm厚のエピクロルヒドリンゴムチューブであり、接着剤を介して第1の導電性弾性層12上に被覆した。
【0032】
ここで、第2の導電性弾性層13は鏡面金型を用いて成形した無研磨品であり、表面粗さRzは2.0μm、表面粗さRaは0.5μmである。また、第2の導電性弾性層13を被せたロールとして測定したロール抵抗値は4×106Ωであった。
【0033】
ここでのロール抵抗値は、芯金を主電極とし、開き角度90度のV字状の対向電極とし、ロールを対向電極状に自然に載置した状態で10V印加したときの抵抗値である。
【0034】
また、第2の導電性弾性層13に用いたエピクロルヒドリンゴムで厚さ2.19mmのシートを製造し、JIS K6911に基づき、主電極外径=φ50mm、ガード電極=φ70mmとし、10V印加したときの体積抵抗値Rv(Ω)、体積抵抗率ρv(Ω・cm)、表面抵抗値Rs(Ω)及び表面抵抗率ρs(Ω)を特定した結果を下記に示す。
【0035】
Rv=1.9×105Ω、ρv=1.7×108Ω・cm
Rs=5.6×106Ω、ρs=1.0×108Ω
【0036】
また、第2の導電性弾性層13の表面の表面処理層14は、酢酸エチル100重量部、イソシアネート化合物(MDI;大日本インキ社製)20重量部、アセチレンブラック(電気化学社製)4重量部、アクリルシリコーンポリマー(モディパーFS700;日本油脂社製)2重量部をボールミルで3時間分散混合した表面処理液を用い、これを23℃に保ったまま、ロールを10秒間浸漬後、120℃に保持されたオーブンで1時間加熱することにより形成した。
【0037】
(実施例2)
第2の導電性弾性層13として、厚さ0.5mm厚のエピクロルヒドリンゴムチューブである点は実施例1と同様であるが、成形後表面研磨した研磨品を用い、実施例1と同様に製造した第1の導電性弾性層12上に接着剤を介して被覆した。
【0038】
第2の導電性弾性層13の表面粗さRzは10μm、表面粗さRaは1.5μmであった。また、第2の導電性弾性層13を被せたロールとして測定したロール抵抗値は4×106Ωであった。
【0039】
(比較例)
芯金上にゴム硬度がAsker Cで30°(1000N以上)の連続気泡の発泡ポリウレタン層を形成し(表面抵抗値は104Ω以下)、これに厚さ0.10mmの導電性PAチューブ(硬度はJIS Aで測定すると90°以上となる)を被せて帯電ロールとした。
【0040】
ここで、導電性PAチューブの表面粗さRzは2.0μm、表面粗さRaは0.5μmである。また、第2の導電性弾性層13を被せたロールとして測定したロール抵抗値は2×106Ωであった。
【0041】
(試験例)
実施例1,2の導電性ロール及び比較例の帯電ロールを試験機(カシオN403)で使用したところ、実施例の導電性ロールではニップ幅が同一で帯電不良は発生しなかったが、比較例の帯電ロールでは、ロール中央部でのニップ幅が減少する傾向があり、帯電不良が発生した。
【0042】
また、13000枚印刷した後のフィルミングを比較したところ、比較例のものは全体的に白くなっていたが、実施例1のものは全く問題なかった。また、実施例2のものは端部及び部分的に一部白い部分が観察できたが、プリントアウトされた画像には、影響がなかった。
【0043】
この結果、実施例1,2の帯電ロールは、第1の導電性弾性層12のゴム硬度が非常に小さく、且つこれに被せる第2の導電性弾性層13が樹脂系材料ではなく、ゴムやエラストマーなどの弾性体で形成されているので、十分なニップが確保でき、フィルミングも発生し難く、耐久性の面でも優れたものであることが確認された。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的容易に製造でき、且つ低硬度と高寸法精度であり、抵抗値の調整も比較的容易にできる導電性ロールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る導電性ロールの断面図である。
【符号の説明】
10 導電性ロール
11 芯金
12 第1の導電性弾性層
13 第2の導電性弾性層
14 表面処理層
Claims (3)
- 芯金上に設けられた第1の導電性弾性層と、この第1の導電性弾性層上に設けられた第2の導電性弾性層とを具備し、前記第1の導電性弾性層が硬度500N以下の連続気泡のポリウレタン発泡体からなると共に、前記第2の導電性弾性層が導電性ゴム状弾性体からなり、前記第2の導電性弾性層は、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも1種のポリマーと、導電性付与剤と、イソシアネート成分とを含有する表面処理液で表面処理されて当該表面処理液を含浸させた表面処理層を有することを特徴とする導電性部材。
- 請求項1において、前記第1の導電性弾性層は、表面抵抗値が5×104Ω以下であることを特徴とする導電性部材。
- 請求項1又は2において、前記第2の導電性弾性層は、体積抵抗値が1×1010Ω以下であることを特徴とする導電性部材。
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