JP5079985B2 - 導電性ロール - Google Patents
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Description
このようなロール状の部材は、一般的に、SUSまたは鉄などからなる円柱状の芯金と、この芯金の外周面上に設けられた、カーボンまたはイオン導電剤等によりその抵抗値を1×105〜1×1010Ωに制御された導電層とから構成されている。
前記導電層は、通常少なくともその一部が弾性を有する材料で構成され、例えば、転写ロールとして用いたときに像担持体である感光体や中間転写体に対して確実にニップを形成することができるように形成されている。
しかし、セル径の大きな発泡体を用いる場合、導電性弾性ロールが感光体や中間転写体と接触する際の接触開始時および接触終了時において以下のような問題が起こりえる。
即ち、最表面のセルは表面側と芯金側とでセル径分の距離の差を持つが、セル径の大きな発泡体ほど前記距離が大きいため、接触前後で最表面の微少な領域における変化率が大きくなり、その結果、転写効率に差が生じることが多い。
具体的には、本来転写されなければならないトナーが転写されずに感光体表面や中間転写体表面に残ることになる。これまでは比較的径の大きな粉砕トナーが広く用いられていたため、転写されなかったトナーはクリーニングブレードやクリーニングブラシで掻き落とすことができるが、近年使用されてきている重合トナーは直径数ミクロンという真球に近い微少な球体であるため、クリーニングブレードと感光体や中間転写体との間にトナーが入り込みやすく、残留トナーを掻き取ることが困難になってきている。
そこで、クリーニングレスの観点から転写効率に優れた導電性弾性ロールが求められている。しかしながら、単にセル径を小さくするだけでは硬度が大きくなってしまい、十分なニップ幅は得られない。
このように、セルの微小化と低硬度を両立させることは困難であった。
例えば、特開2002−287456号公報(特許文献1)には、「導電性支持体上にゴム層を有する導電性ゴムローラにおいて、該ゴム層がエチレンオキサイドを40モル%以上含有するエピクロルヒドリンゴム(A)と、アクリロニトリル含有量が20質量%以下であるアクリロニトリルブタジエンゴム(B)を特定の割合で含有する導電性ゴムローラ」において、発泡剤を添加剤として使用可能であることが記載されている(第(3)頁右欄第26〜28行)。
しかし、特許文献1では、発泡剤を使用してゴム層を発泡体としたときの硬度やセル径については全く記載されておらず、硬度とセル径とについての考慮がなされていない。
上記導電性ロールにおいては従来品にない低硬度を実現できているが、発泡体のセル径については検討されておらず、セル径を微小化することにより転写効率を向上させる余地がある。
しかし、前記導電性ロールにおいては加硫速度の遅いエピクロルヒドリンゴムを単独で使用していることから、発泡剤が4,4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)に限定されている。そのため、発泡剤に限定のない、少なくとも最も汎用されている発泡剤であるアゾジカルボンアミド(以下「ADCA」という)を使用できる、より利便性の高い技術を開発する余地がある。
前記導電性発泡体は、ゴム成分としてアクリロニトリル含有量が10〜20質量%であるアクリロニトリルブタジエンゴム(以下、NBRという。)を50〜85質量部、エチレンオキサイドが50モル%以上占めるエピクロルヒドリンゴムを15〜50質量部含み、化学発泡剤としてアゾジカルボンアミドが、発泡助剤として尿素がさらに含まれ、ゴム成分100質量部に対するアゾジカルボンアミドの含有量をX質量部、尿素の含有量をY質量部としたとき、4/3≦X/Y≦3で、かつX<20であるゴム組成物から少なくとも2段階の温度で加硫することにより形成され、
最大セル径が200μm以下、最小セル径が10μm以上で、かつショアE硬度が20〜50であることを特徴とする導電性ロールを提供している。
エピクロルヒドリンゴム単独では加硫速度の遅いため、NBRをブレンドすることにより加硫速度を速めることができる。その結果、発泡剤の種類が限定されることなく、最も汎用されているADCAをはじめとする種々の化学発泡剤を使用できるようになる。
NBRの含有量が50質量部以上であるのは、NBRの含有量が50質量部未満であると、NBRによる加硫速度の促進効果が十分でなく、ブレンドゴムの加硫速度が遅くなるからである。
NBRの含有量が85質量部以下であるのは、NBRの含有量が85質量部を超えると、エピクロルヒドリンゴムの含有量が少なくなりすぎ、1×105〜1×1010Ω程度の電気抵抗を発揮できなくなるからである。
ゴム成分全体に対するNBRの含有量は、好ましくは50〜80質量部、特に、60〜80質量部がより好ましい。
より具体的には、アクリロニトリル含量が20質量%よりも多い場合、電気抵抗値の環境依存性が高くなる。一方で、アクリロニトリル含量が10質量%に満たない場合は、NBRの電気抵抗が高くなり易いため、導電性ロールの低抵抗化に支障が生じる。
エピクロルヒドリンゴムの含有量が15質量部以上であるのは、エピクロルヒドリンゴムの含有量が15質量部未満であると、1×105〜1×1010Ω程度の電気抵抗を発揮できなくなるからである。
エピクロルヒドリンゴムの含有量が50質量部以下であるのは、エピクロルヒドリンゴムの含有量が50質量部を超えると、加硫速度の遅いエピクロルヒドリンゴムの影響が大きくなり、ブレンドゴムの加硫速度が遅くなるからである。
ゴム成分全体に対するエピクロルヒドリンゴムの含有量は、好ましくは20〜50質量部、特に20〜40質量部が好ましい。
このEO比率は、EO比率が50モル%以上のエピクロルヒドリンゴムを用いる場合のほか、EO比率が違う複数のエピクロルヒドリンゴムをブレンドすることによって調整されたものでもよい。
最小セル径を10μm以上としたのは、最小セル径が10μm以下であると、硬度が大きくなり確実なニップ幅が得られにくくなるか、または圧縮永久歪が大きくなりロール状にしたときの寸法変化が大きくなりすぎて実用に適さなくなる可能性が高いからである。 最大セル径は180μm以下であることがより好ましく、最小セル径は30μm以上であることがより好ましい。
なお、最大セル径および最小セル径は、下記実施例に記載してあるとおり、導電性発泡体の表面画像より求める。
化学発泡剤としては、ADCAを用いる。
さらに、発泡助剤として尿素を用いる。
上述した低ニトリルNBRおよびエピクロルヒドリンゴム等のゴム成分に、化学発泡剤であるADCA、発泡助剤である尿素、所望により他の成分を加え、混練する。得られたゴム組成物を公知の方法で予備成形し、予備成形体を加硫する。この加硫は少なくとも2段階の温度で行う。より具体的には、加硫に際して5分以上同じ温度を維持している状態が少なくとも2回存在する。
最終段階の温度がゴム組成物の加硫温度となるように、各段階の温度を設定することが好ましい。添加する加硫剤等の種類によって最適な温度を適宜選択すればよいが、例えば最終段階の温度を120〜200℃、好ましくは140〜180℃の間に設定する。
加硫時間も一概には言えず、最適な加硫時間を適宜選択すればよいが、ひとつの温度を5分以上継続することが好ましい。また、全体の加硫時間が10分以上120分以下であることが好ましく、10分以上60分以下であることがより好ましい。
具体的には、トナー像を感光体から転写ベルトや用紙に転写するための転写ロールとして特に好適に用いられる。その他、本発明の導電性ロールは、感光ドラムを一様に帯電させるための帯電ロール、トナーを感光体に付着させるための現像ロール、トナーを搬送させるためのトナー供給ロール、転写ベルトを内側から駆動するための駆動ロール等として用いることもできる。
図1に示すように、本発明の導電性ロール10は、円筒状の導電性発泡体1の中空部に芯金2を圧入して取り付けている。芯金2としてはアルミニウム、アルミニウム合金、SUSまたは鉄等の金属製の芯金が好ましい。
前記エピクロルヒドリンゴムとしては、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を用いることが好ましい。エピクロルヒドリンゴムにおいては、EO比率が50%以上65%以下であることが好ましく、EO比率が50%以上60%以下であることがより好ましい。
前記エピクロルヒドリンゴムは、ゴム成分の総量を100質量部とすると25〜35質量部含まれていることが好ましく、30質量部含まれていることがより好ましい。
前記NBRは、ゴム成分の総量を100質量部とすると65〜75質量部含まれていることが好ましく、70質量部含まれていることがより好ましい。
前記発泡助剤としては、尿素を使用する。発泡助剤の添加量はゴム成分100質量部に対して6質量部以上12質量部以下が好ましい。
さらに、ゴム成分100質量部に対する発泡剤の含有量をX質量部、発泡助剤の含有量をY質量部としたとき、4/3≦X/Y≦1.5であることが好ましい。
加硫剤の添加量は、ゴム成分100質量部に対して0.5質量部以上5質量部以下が好ましく、1質量部以上3質量部以下がより好ましい。
加硫促進剤の添加量は、ゴム成分100質量部に対して0.5質量部以上5質量部以下が好ましく、1質量部以上4質量部以下がより好ましい。
なかでも、導電性発泡体を構成するゴム組成物には、ゴム成分100質量部に対し受酸剤を1質量部以上10質量部以下、好ましくは3質量部程度の割合で配合するのが好ましい。加硫阻害および感光体汚染を防止する効果を有効に発揮させるため受酸剤の配合量は約1質量部以上であることが好ましく、硬度の上昇を防ぐため受酸剤の配合量は約10質量部以下であることが好ましい。受酸剤としては、分散性にも優れることから特にハイドロタルサイト類またはマグサラットが好ましい。その他、受酸剤としては酸受容体として作用する種々の物質を用いることができる。
エピクロルヒドリンゴムおよびNBRのゴム成分に、発泡剤、発泡助剤、加硫剤、加硫促進剤、充填剤、所望によりその他の成分を添加し、例えばバンバリーミキサー、ニーダー、オープンロールなど公知の方法で混ぜ合わせる。混練温度および混練時間は適宜選択すればよいが、例えば80〜120℃の温度下1〜60分かけて行うことが好ましい。
得られたゴム組成物を公知の方法で予備成形し、予備成形体を加硫する。この加硫は2段階の温度で行う。具体的には、130℃以上150℃未満の温度で5〜20分、ついで150℃以上170℃以下の温度で5〜40分かけて加硫することが好ましい。第1段階の加硫温度と第2段階の加硫温度の差は10〜30℃であることが好ましい。特に、加硫は140℃で10分、160℃で20分行うことが好ましい。
ついで、加硫した成形体に芯金を挿入し、研磨、カットして、本発明の導電性ロールを作製する。
本発明の導電性発泡体は、そのショアE硬度が25〜45である。このように低硬度であるため、十分なニップ幅を得ることができる。
本発明の導電性発泡体は、その電気抵抗値が1×105〜1×1010Ωであり、好ましくは1×107〜1×109Ωである。なお、電気抵抗値は下記実施例に記載の通りに測定する。
以上のような特徴を有する本発明の導電性ロールは、電子写真装置の転写ロールとして用いることが特に好ましい。
表1に記載の配合をニーダーに投入し、100℃で1〜20分程度混練りした後、ゴム混練装置より押し出し、予備成形体を得た。次いで、実施例1〜5および比較例1,3については、予備成形体を、140℃で10分、ついで160℃で20分と2段階で加硫した。比較例2については、予備成形体を、160℃で30分と1段階で加硫した。ついで、金属製のシャフト(φ6mm)を挿入し、研磨、カットして、シャフト径φ6mm、ロール外径φ12mm、ゴム長さ230mmの導電性ロールを作製した。
得られた導電性ロールについて、下記に示す試験を行った。
・エピクロルヒドリンゴム;日本ゼオン(株)製「hydrin T3106」(エチレンオキサイド−エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル(AGE)共重合体で、エチレンオキサイド(EO)の比率56モル%)
・NBR;日本ゼオン(株)製「ニッポール401LL」(アクリロニトリル含有量18%)
・充填剤1;HAFカーボン(東海カーボン(株)製「シースト3」)
・充填剤2;軽質炭酸カルシウム(丸尾カルシウム(株)製)
・発泡剤;ADCA(永和化成工業(株)製「ビニホールAC#3」)
・発泡助剤;尿素(永和化成工業(株)製「セルペースト101」)
・加硫剤;粉末硫黄(鶴見化学工業(株)製)
・加硫促進剤1;大内新興化学工業(株)製「ノクセラ−DM」
・加硫促進剤2;大内新興化学工業(株)製「ノクセラ−TS」
温度23℃、相対湿度55%の環境下で、図2に示すように芯金2を通した導電性発泡体1をアルミドラム3上に当接搭載し、電源4の+側に接続した内部抵抗r(10kΩ)の導線の先端をアルミドラム3の一端面に接続すると共に電源4の−側に接続した導線の先端を導電性発泡体1の他端面に接続して通電を行った。芯金2の両端に500gずつの荷重Fをかけ、芯金2とアルミドラム3の間に1kVの電圧をかけながらアルミドラム3を回転させることで間接的に導電性発泡体1を回転させた。このとき1回転中に36回抵抗測定を行い、その平均値を求めた。
温度23℃、相対湿度55%の環境下で、ショアE硬度計を導電性ロールの中央部で垂直に固定し、左右の軸部に500gの荷重をかけ、5秒後に示す値を読みとった。
導電性発泡体の表面を100倍の倍率で写真に撮り、1cm四方のセル径を観察し、最大セル径と最小セル径を求めた。
導電性発泡体を10mm幅で端面に平行にカットした試験片を用いて、JIS K 6262に記載の加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの永久ひずみ試験方法に従い、測定温度70℃の温度下、圧縮率25%で22時間放置後の歪みを測定した。
市販のレーザープリンター(キャノン(株)製「LBP5500」)に、前記で作製した導電性ロールを転写ロールとして装着した。
温度23℃、相対湿度55%の環境下で、イエロー100%の画出しを行い、その濃度を目視で判断した。画出しには「キャノンPBペーパー」を用いた。
従来品と比べて濃い場合を「○」とし、薄い場合を「×」とした。
前記測定および試験結果から、従来よりも各種の面で優れていた場合を「○」と、従来と同等あるいは劣る場合は「×」と評価した。
一方、比較例1および2の導電性ロールにおいては、最大セル径が200μmより大きく、転写効率において劣っていた。また、比較例3の導電性ロールにおいては、最小セル径が10μm未満であり、かつ圧縮永久歪も30%を超えており、実施例1〜5の導電性ロールに比して寸法安定性において劣ったものであった。
2 芯金
10 導電性ロール
Claims (5)
- 芯金およびその外周面上に形成された導電性発泡体を備えた導電性ロールにおいて、
前記導電性発泡体は、ゴム成分としてアクリロニトリル含有量が10〜20質量%であるアクリロニトリルブタジエンゴム(以下、NBRという。)を50〜85質量部、エチレンオキサイドが50モル%以上占めるエピクロルヒドリンゴムを15〜50質量部含み、化学発泡剤としてアゾジカルボンアミドが、発泡助剤として尿素がさらに含まれ、ゴム成分100質量部に対するアゾジカルボンアミドの含有量をX質量部、尿素の含有量をY質量部としたとき、4/3≦X/Y≦3で、かつX<20であるゴム組成物から少なくとも2段階の温度で加硫することにより形成され、
最大セル径が200μm以下、最小セル径が10μm以上で、かつショアE硬度が20〜50であることを特徴とする導電性ロール。 - 前記ゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対してアゾジカルボンアミドを8質量部以上16質量部以下、尿素を6質量部以上12質量部以下の割合で含む請求項1に記載の導電性ロール。
- 加硫時の温度条件が、段階的に高い温度に設定され、各段階の温度の差は50℃以下であり、最終段階の温度が120〜200℃としている請求項1または請求項2に記載の導電性ロール。
- 前記導電性発泡体の圧縮永久歪が30%以下で、最大セル径と最小セル径との差が150μm以下である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の導電性ロール。
- 転写ロールとして用いられる請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の導電性ロール。
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