JP5595215B2 - 電子写真装置に用いられる導電性ローラ - Google Patents
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Description
(1)軸芯体にゴム組成物を加硫成型しゴムローラ本体を製造する工程、
(2)表面粗さ2μmRzjis以下の円筒状金型の内面にフッ素樹脂を含む材料を注入し遠心成型して表面層を製膜する工程、
(3)上記(2)で得られた表面層の内面に、フィラーを含む弾性層材料を注入し遠心成型して弾性層を製膜して二層膜(被覆層チューブ)を製造する工程、ここで、該フィラーの比重は該弾性層材料の比重の2倍以上である、及び
(4)上記(1)で得られたゴムローラ本体の外面と、上記(3)で得られた二層膜(被覆層チューブ)の弾性層の内面とを重ね合わせて加熱処理する工程、
を含む製造方法。
2:弾性層
3:被覆層チューブ
4:ゴム層
5:芯金(軸芯体)
6:表面層及び弾性層の製膜箇所
7:駆動ローラ
A:表面層と弾性層の界面からゴム層側に向かって弾性層厚みの10%の領域
B:弾性層厚みのほぼ中央の領域(弾性層厚みの中央10%の領域)
C:ゴム層と弾性層の界面から表面層側に向かって弾性層厚みの10%の領域
I.ローラ本体の成型
本発明のローラ本体とは、後述する表面層と弾性層の少なくとも二層から成るチューブ状成型品を被覆する前のゴムローラを意味し、芯金部(軸芯体)5の外側にゴム部4が周設されている(図1を参照)。
本発明の導電性ローラにおける表面層は、上記I.のローラ本体に被覆する被覆層(チューブ)のうち外側に形成される層である。導電性ローラ完成体の表面となる層であり、ローラとしての機能に大きな影響を与える。例えば転写ローラの場合、直接4色(イエロー、シアン、マゼンダ、ブラック)以上のトナーを乗せ、重ね合わせたのち該トナーを紙へ離型転写するための層である。また現像ローラの場合、ならしローラと呼ばれるトナーを平滑化させるローラ表面からその外周面でトナーを移し取り、感光体表面へ移し渡すための層となる。
本発明の導電性ローラにおける弾性層は、上記I.のローラ本体に被覆する被覆層(チューブ)構成体のうち内側に形成される層であり、上記II.の表面層と一体化されて管(チューブ)状の膜を形成するためのもので、フィラーを含んだ弾性ゴム材料、具体的には液状ウレタンゴムの硬化物からなる。例えば、液状ウレタンゴムを含む弾性層材料にフィラーを添加混合し、前記II.で得られた表面層の内面に塗布、硬化させて製造される。該弾性層材料は、必要に応じ電子導電剤あるいはイオン導電剤等を含んでいてもよい。
最後に、上記I.で製造したローラ本体に上記III.で製造した被覆層チューブを被せて本発明の導電性ローラとする。すなわち芯金(軸芯体)にゴムを周設したローラ本体と、一体化されている表面層及び弾性層の二層から成る被覆層チューブとを、該ローラ本体ゴムの外面と該被覆層チューブの内面(弾性層側の面)とが接触するように重ね合わせる。両者の間には、必要に応じて接着剤やプライマーを塗布してもよい。両者の重ね合わせ後は、両者の間が密閉状態となるようにすることが好ましい。その後、積層体を加熱処理することにより、弾性層の内面とローラ本体の外面とが接着された導電性ローラを得る。
<ゴム及び弾性層材料硬度>
JIS K6253に従い、デュロメーターAを用いて、ローラ本体のゴム層を構成するゴム材料や弾性層を構成するエラストマー材料で厚み6mmのバルク(塊)を作成して評価した。
<表面粗さ>
表面粗さの表示に使用したRzjisとは、JIS B0601(1994年)でRzと定義されていた十点平均粗さである。JIS B0601は、2001年の規格改訂でRz が改訂され、1994年時のRy(最大高さ)に置き換わった。1994年時のRzは区別のために、2001年にRzjisと名称変更されている。
カットオフ:なし
測定長:0.25mm
導電性ローラ1本につき中心軸方向に、中央部、両端部からそれぞれ30mmの箇所の計3箇所、各中心軸方向当たり周方向に等角度に4点測定を行い全ての測定値の平均値を算出してローラの表面粗さRzjisの測定値とした。
<ローラ本体のゴム層の体積抵抗の測定>
ローラ本体のゴム層の体積抵抗は、印加電圧100Vのもとで測定したJIS K6911に記載の体積抵抗率(LogΩ・cm)をローラ体積抵抗とした。
<表面層及び弾性層の固形分濃度>
原料を精秤し、この時の固形あるいは液状原料の重量をCgとする。電子天秤上で原料を溶剤に溶かすために、攪拌しながら溶剤を徐々に加え、最終的な溶液重量をDgとする。固形分濃度は次式でとなる。
<表面層及び弾性層の厚み>
厚みは、接触式膜厚測定器のフラット型プローブを用いて幅方向3点、周方向8点の合計24点測定し、その平均値として示した。
<弾性層の体積抵抗率>
弾性層の体積抵抗率(Ω・cm)は、三菱化学(株)製の抵抗測定器“ハイレスタUP・URブロ−ブ”を用いて23℃、55%RH環境下で測定した。弾性層を構成するエラストマー組成物と同じ原料からバルクを作製してサンプルとし、該サンプルの幅方向に等ピッチで3ヶ所、縦(周)方向に3カ所の合計9ヶ所について、印加電圧100V、10秒後に体積抵抗率を測定し、その平均値の常用対数値で示した。 なお該測定サンプルは23℃、55%RH環境下で12時間放置してから測定した。
<フィラー偏在確認>
ベルト断面をミクロトームでスライスし、蒸着厚みが5nmになるよう金蒸着を施して、観察用サンプルを作製した。観察用サンプルについて、電子顕微鏡(日立製作所製SEM: S−4800)による断面観察を行った。
(1)ローラ本体の製造
まず、ベースゴムとなるNBRであるJSR N230S(JSR株式会社製)を100重量部、軟化剤としてのジブチルジグリコール・アジペート(BXA、大八化学工業株式会社製)を5重量部、酸化亜鉛として亜鉛華2種(堺化学工業株式会社製)を5重量部、ステアリン酸としてルナックS−20(花王株式会社製)を1重量部、加硫剤として金華印微粉硫黄325meshを1.0重量部、加硫促進剤としてアクセルDM(川口化学工業株式会社製)を1.0重量部とアクセルTS(川口化学工業株式会社製)を0.5重量部、カーボンブラックとして旭#50(旭カーボン株式会社製)を15重量部計量した。各成分を、周知のゴム練りロールで混練りして、未加硫のローラ用ゴム組成物を得た。
ビニリデンフロライド(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)の共重合体であるVDF-HFP共重合樹脂(カイナー#2821、アルケマ製:HFP 5モル%、ロックウェル硬度R75)30gを、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)270gとメチルエチルケトン(MEK)300gの混合溶媒に溶解させ固形分濃度5重量%の溶液を作製した。
キシレン125gに比重1.0のポリウレタンエラストマー(ウレハイパーRUP1627、DIC株式会社製)を125g溶解させた溶液に、フィラーとして比重3.0のホウ酸アルミニウム(アルボレックス、体積平均粒子径(D50)20μm、四国化成工業株式会社製)12.5gを加え、ボールミルにて均一分散を行った。更に硬化剤としてCLH−5(DIC株式会社製)を10.0g添加し撹拌を行った。こうして固形分濃度約50%の弾性層原料を得た。
上記(3)で製膜したチューブの弾性層内面に、プライマーDY39−067(東レ・ダウコーニング株式会社製)を塗布・風乾した。ドライラミ接着剤タケラックA−969(三井化学ポリウレタン株式会社製)を、上記(1)のローラ本体のゴム外面に薄く塗布した。上記プライマー処理したチューブの弾性層内面に、表面が接着剤処理されたローラ本体を挿入し重ね合わせた。次に、表面層外側から加圧した状態で加熱(80〜120℃)を1時間行い、被覆接着を完了させた。最後にローラの両端部をカットし、ゴム面長幅530mmの導電性ローラを得た。得られた導電性ローラの表面層はフッ素樹脂からなるため離型性が充分であり、平滑性の目安となる表面粗さは0.85μmRzjisであった。
実施例1(3)の弾性層に比重3.0のフィラーを12.5g添加した代わりに、比重5.8のTMZ酸化ジルコニウム(体積平均粒子径(D50)1.3μm、第一稀元素化学工業株式会社製)を7g添加した。それ以外は、実施例1と同様に導電性ローラを作製した。EDXによる酸化ジルコニウムの質量濃度比(M1/M2、M1/M3)を測定したところ、M1/M2=3.1、M1/M3=5.0であった。
実施例1(3)の弾性層に比重3.0のフィラーを12.5g添加した代わりに、比重4.2のSR−1酸化チタン(体積平均粒子径(D50)1.2μm、堺化学工業株式会社製)を18g添加した。それ以外は、実施例1と同様に導電性ローラを作製した。EDXによる酸化チタンの質量濃度比(M1/M2、M1/M3)を測定したところ、M1/M2=9.5、M1/M3=11.6であった。
実施例1(3)の弾性層に添加した比重3.0のフィラーの代わりに、比重2.2の真球状シリカSP30(体積平均粒子径(D50)2.6μm、マイクロン社製)を添加した。それ以外は、実施例1と同様に導電性ローラを作製した。EDXによる真球状シリカの質量濃度比(M1/M2、M1/M3)を測定したところ、M1/M2=2.5、M1/M3=3.0であった。
実施例1(3)の弾性層に添加した比重3.0のフィラーの代わりに、比重1.3の重質炭酸カルシウムであるBF−300(体積平均粒子径(D50)8.0μm、白石カルシウム株式会社製)を添加した。それ以外は、実施例1と同様に導電性ローラを作製した。EDXによる珪藻土フィラーの質量濃度比(M1/M2、M1/M3)を測定したところ、M1/M2=1.6、M1/M3=1.7であった。
実施例1(3)の弾性層に添加した比重3.0のフィラーの代わりに、比重1.7の炭素繊維フィラーであるシグマRF006(平均繊維長60μm、ウイスカー株式会社製)を添加した。それ以外は、実施例1と同様に導電性ローラを作製した。EDXによる炭素繊維フィラーの質量濃度比(M1/M2、M1/M3)を測定したところ、M1/M2=1.1、M1/M3=1.2であった。
実施例1(3)の弾性層に添加したフィラーを全く添加しなかった。それ以外は、実施例1と同様に導電性ローラを作製した。
上記実施例1〜4、比較例1〜3の各試料導電性ローラを転写ユニットに組み込んで磨耗耐久性を評価した結果を表1に示す。
<磨耗耐久性試験>
下記の条件で通紙、通電、駆動テストを同時に実施し、100万枚、200万枚、400万枚相当の駆動テスト後に表面層の割れ、剥離について、以下の評価基準により評価した。
通電:電源(Trek 610C)により50μAの定電流を供給
通紙:作製した転写ローラと二次転写ローラの間に印刷用ロール紙を送り、擬似的に連続通紙した状態を再現
クリーニング機構:ウレタンゴム製クリーニングブレード(ゴム硬度 タイプA 80°)
割れ、剥離の評価は、通紙耐久後のベルトを目視観察で行い、下記の基準で判断を行った。
△:微小なクラックが認められる
×:クラックが明確な割れに成長し、割れの周囲で剥離が発生
Claims (4)
- 軸芯体の外周上に少なくともゴム層、弾性層及び表面層を順次備えた導電性ローラであって、該表面層の表面粗さがRzjisにて2.5μm以下であり、該弾性層にはフィラーを含み、該フィラーの比重は該弾性層を構成する弾性層材料の比重の2倍以上であり、該フィラーが該弾性層の表面側に偏在しており、表面層の厚みが10μm以下であることを特徴とする導電性ローラ。
- 前記表面層がフッ素樹脂を含有する請求項1に記載の導電性ローラ。
- 前記弾性層が液状ウレタンゴムの硬化物を含む請求項1又は2に記載の導電性ローラ。
- 導電性ローラの製造方法であって、
(1)軸芯体にゴム組成物を加硫成型しゴムローラ本体を製造する工程、
(2)表面粗さ2μmRzjis以下の円筒状金型の内面にフッ素樹脂を含む材料を注入し遠心成型して、厚みが10μm以下である表面層を製膜する工程、
(3)上記(2)で得られた表面層の内面に、フィラーを含む弾性層材料を注入し遠心成型して弾性層を製膜して二層膜(被覆層チューブ)を製造する工程、ここで、該フィラーの比重は該弾性層材料の比重の2倍以上である、及び
(4)上記(1)で得られたゴムローラ本体の外面と、上記(3)で得られた二層膜(被覆層チューブ)の弾性層の内面とを重ね合わせて加熱処理する工程、
を含む製造方法。
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