JP5926088B2 - 電子写真機器用導電性ロール - Google Patents

Description

本発明は、電子写真機器用導電性ロールに関するものである。

近年、電子写真方式を採用する複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真機器が広く使用されるようになってきている。電子写真機器の内部には、通常、感光ドラムが組み込まれており、その周囲には、帯電ロール、現像ロール、転写ロール、トナー供給ロールなどの導電性ロールが配設されている。

この種の電子写真機器による複写や印字は、感光ドラムに原稿像を静電潜像として形成し、静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、トナー像を複写紙に転写することにより行われている。

感光ドラムに静電潜像を形成するには、帯電ロールにより予め感光ドラムの表面を帯電させた後、この帯電部分に光学系を介して原稿像を投射し、光の当たった部分の帯電を打ち消すことが行われている。感光ドラムの表面を帯電させる方式としては、最近では、帯電ロールを感光ドラムの表面に直接接触させて帯電させる接触帯電方式が採用されている。

また、感光ドラムにトナー像を形成するには、最近では、トナーが付着された現像ロールを感光ドラムの表面に直接接触させる接触現像方式が採用されている。この現像ロールは、トナー供給ロールにより表面に供給されたトナーを、層形成ブレードとの摩擦により帯電させ、感光ドラム表面に移す。そして、感光ドラムの表面のトナー像は、転写ロールあるいは転写ベルトにより、複写紙上に転写される。このように、各種導電性部材は、感光ドラムなどの相手部材と接触させた状態で使用されることが多い。

良質の画像を安定的に供給するために、上記各種導電性ロールには、精密な製品形状を有することが要求される。精密な製品形状を実現するためには、導電性ロールの表面粗さが十分に小さいことが必要となる。

導電性ロールの表面粗さの低減を図るため、シリカやカーボンブラックなどよりなる無機フィラーや、オイルなどの可塑剤がしばしば導電性ロールを形成する導電性組成物に添加される。特に、無機フィラーの添加は、導電性ロールが押出成形によって形成される場合に有効で、ダイスウェル（ダイスからの押出時の膨張）を低下させることで、押出表面の平滑化が図られる。一方、導電性ロールが射出成形によって形成される場合には、オイルなどの可塑剤の添加が特に有効で、材料粘度を低下させることにより、金型内面の形状転写性が向上する。いずれの場合にも、形成される導電性ロールの表面粗さが低減されることにより、精密な製品形状が与えられる。

一方で、無機フィラー粒子は、ある程度の大きさを有する硬質の粒子であるため、無機フィラーの添加が導電性ロールの表面平滑性に与える効果は、その無機フィラー粒子の形状等に大きく影響される。実際に、引用文献１のように、導電性ロールに表面粗さを付与するために、粗大な凝集体を形成した無機フィラーが使用される場合もある。

特開２００９−９０５６号公報

電子写真機器に使用される各種導電性ロールは、相手部材と接触させた状態で使用されるので、導電性ロールには、相手部材に対する安定した接地性が要求される。そのためには、帯電ロールが低い硬度と高い耐ヘタリ性を有している必要がある。また、相手部材を汚染することがないよう、導電性ロールが高い非汚染性を有していること、つまり、導電性ロールからのブリードアウトが抑制されていることが必要である。

上記のように、押出成形時に無機フィラーを導電性組成物に添加にすることによってもたらされるダイスウェルの低減と、それに伴う押出表面の平滑化は、無機フィラーとゴムの間の相互作用による補強効果に起因するものである。しかし、無機フィラーとゴムの間の相互作用が大きいことにより、ゴム硬度の上昇と、それに伴う耐ヘタリ性の低下が引き起こされてしまう。

一方で、このような耐ヘタリ性の悪化を回避するため、無機フィラーの添加量を少なくすると、十分な押出表面の平滑化が達成されなくなる。つまり、従来一般に用いられてきた無機フィラーの添加量を調整することでは、押出表面の平滑性と耐ヘタリ性を両立することは困難である。

また、射出成形時にオイルなどの可塑剤を導電性組成物に添加すると、金型内面の転写性の向上による導電性ロール表面の平滑化には効果があるもの、ブリードアウトが発生しやすくなり、非汚染性が低下してしまう。

しかも、従来一般の無機フィラーの添加は、押出成形時のロール表面の平滑化には効果を有するが、射出成形に用いる場合には、少量の添加でゴムの粘度を大きく上昇させてしまい、射出圧力が上昇するので、安定したロール形状を得ることが難しくなる。一方、オイルなどの可塑剤は、射出成形時の導電性ロール表面の平滑化には効果を有するが、押出成形時のロール表面の平滑化には効果が小さい。このように、従来一般の無機フィラー又はオイルなどの可塑剤を添加することでは、押出成形と射出成形の双方で導電性ロール表面の平滑化を達成することは困難である。

さらに、無機フィラーの添加によって導電性ロール表面の平滑性を達成しようとする場合には、粒子形状や凝集構造等、無機フィラーの状態によっては、表面平滑化の効果が十分に発揮されない場合もある。

本発明が解決しようとする課題は、押出成形法及び射出成形法のいずれによっても、高い表面平滑性を有して形成され、かつ、耐ヘタリ性と非汚染性に優れた電子写真機器用導電性ロールを提供することにある。

上記課題を解決するため本発明に係る電子写真機器用導電性ロールは、軸体と、前記軸体の外周上に形成された導電性の弾性層とを備え、前記弾性層は、ゴム１００質量部に対して、紡錘形状を有する無機フィラーを１０〜１００質量部含有し、前記無機フィラーは、０．１〜２μｍの範囲の長径を有する単粒子又は凝集体の状態で前記弾性層中に分散していることを要旨とする。

ここで、前記無機フィラーは、炭酸カルシウムよりなるとよい。

また、前記弾性層の表面粗さＲｚは、１〜１５μｍの範囲にあることが好ましい。

そして、前記無機フィラーは、凝集体の長軸を前記軸体の軸方向に向けて配向しているとよい。

さらに、前記弾性層は、可塑剤及び滑剤を含有しないか、又は、ゴム１００質量部に対して合計で１０質量部以下の可塑剤及び滑剤の少なくとも一方を含有するものとすることができる。

また、前記弾性層を構成するゴムは、イソプレンゴムであることが好ましい。

さらに、前記弾性層の弾性回復率は７０％以上であるとよい。

本発明に係る電子写真機器用導電性ロールは、単粒子又は長径が０．１〜２μｍと小径の凝集体の状態で分散された紡錘形状を有する無機フィラーを含有するため、その添加量が少量であっても、押出成形時の組成物のダイスウェルが低く抑えられ、押出表面の平滑性が高い。また、無機フィラーの添加量が少量に抑えられるため、射出成形時の材料粘度が低く抑えられ、良好な金型内面形状の転写性を保って成形することができる。このように、押出成形、射出成形のいずれの場合にも、表面粗さが低下された電子写真機器用導電性ロールが得られる。さらに、無機フィラーが、単粒子あるいは小さな凝集体の状態で分散されていることから、無機フィラーが大径の凝集体を形成して導電性ロール表面に凹凸を形成し、表面平滑性を低下させることが防止されている。

また、無機フィラーの添加量が少なく抑えられることにより、導電性ロールのゴム硬度が低くなり、ヘタリ性の低下が抑制される。さらに、オイルなどの可塑剤を使用せずに、又は使用するとしてもごく少量で、十分な表面粗さの低減が達成されることから、非汚染性に優れた導電性ロールを得ることができる。

ここで、無機フィラーが炭酸カルシウムよりなると、高い補強効果によって導電性ロールの平滑性が達成されるうえ、紡錘形のフィラーが他の材質よりなるものよりも容易かつ安価に利用可能である。

また、弾性層の表面粗さＲｚが１〜１５μｍの範囲にあると、十分に高い表面平滑性が達成される。

そして、無機フィラーが凝集体の長軸を前記軸体の軸方向に向けて配向していると、軸体の軸方向に特に高い補強効果を得ることができる。よって、無機フィラーの添加量が少なくても、有効に補強効果を利用することができ、高い表面平滑性を獲得することができる。

さらに、弾性層が、可塑剤及び滑剤を含有しないか、又は、ゴム１００質量部に対して、合計で１０質量部以下の可塑剤及び滑剤の少なくとも一方を含有すると、高い表面平滑性を得ながら、高い非汚染性を保持することができる。

また、前記弾性層を構成するゴムがイソプレンゴムであると、低硬度性、低ダイスウェル性に一層優れる。また、導電性ロールを低コストで提供することが可能となる。

さらに、弾性層の弾性回復率が７０％以上であると、十分に高い耐ヘタリ性が得られる。

本発明の電子写真機器用導電性ロールの周方向断面図である。 本発明の電子写真機器用導電性ロールの弾性層を構成する材料の表面のＳＰＭ像である。

次に、本発明の電子写真機器用導電性ロール（以下、導電性ロールということがある。）について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。導電性ロールは、電子写真方式を採用する複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真機器に組み込まれる現像ロール、帯電ロール、転写ロール、トナー供給ロールなどの各種導電性ロールであり、電子写真機器の内部に組み込まれる感光ドラムの周囲に配設されるものである。

図１は、一実施形態に係る導電性ロール１０を表す周方向断面図である。図１に示すように、導電性ロール１０は、軸体１２と、軸体１２の外周に形成された弾性層１４とを備えている。

軸体１２は、導電性を有するものであれば特に限定されない。具体的には、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属製の中実体、中空体からなる芯金などを例示することができる。軸体１２の表面には、必要に応じて、接着剤、プライマーなどを塗布しても良い。接着剤、プライマーなどには、必要に応じて導電化を行っても良い。

弾性層１４は、導電性ゴムを主成分としてなり、均一に分散した無機フィラーを含有している。無機フィラーは、ゴムとの間で相互作用を形成することにより、補強効果を発揮するものであり、無機フィラーの添加によって、弾性層１４の強度が増すとともに、表面平滑性が付与される。

本発明において、無機フィラーは、紡錘形の粒子よりなる。組成物に混合する前の原料の無機フィラーは、大径に凝集した状態にあることが多い。しかし、本発明において、組成物中に分散された紡錘形無機フィラーは、組成物の混練時のせん断によって、凝集の少なくとも一部が解消され、単粒子状態か、長径が０．１〜２μｍの範囲の小さな凝集体を形成した状態で分散されている。

ここで、凝集体の長径とは、凝集体を横切る直線のうち最大のものの長さのことである。また、上記のように、本発明の弾性層１４及びそれを構成する導電性組成物中において、紡錘形無機フィラーは、単粒子状態又は凝集状態のいずれにあってもよいが、以下において、それらの長径を、単に凝集体の長径とまとめて称する場合がある。

紡錘形無機フィラーが、長径が２μｍを超える大きな凝集体を形成したままで分散された場合には、その凝集体によって、弾性層１４の表面に凹凸構造が形成され、表面の平滑性を低下させる場合がある。しかしながら、上記ように、紡錘形無機フィラーが、単粒子状態又は小さな凝集体の状態で分散されていることで、このような無機フィラー粒子そのものによる凹凸構造の形成が阻止され、弾性層１４に平滑な表面を形成することができる。

さらに、紡錘形無機フィラーが大きな凝集体を作らず、単粒子又は小さな凝集体の状態で導電性組成物全体に高分散されることにより、組成物中の無機フィラー粒子又は凝集体の分散数密度が高くなるので、無機フィラーの有する補強効果が効果的に発揮される。このことも、単粒子状態か、長径が０．１〜２μｍの範囲の小さな凝集体を形成した紡錘形無機フィラーの添加によって、導電性ロール１０の表面に高い平滑性が付与される要因となっていると考えられる。

このように、単粒子状態か、長径が０．１〜２μｍの範囲の小さな凝集体を形成した状態にある紡錘形無機フィラーによれば、効果的に補強効果を享受することができるので、その添加量を少なく抑えても、弾性層１４の表面に十分な平滑性を得ることができる。無機フィラーの添加量を低減することで、弾性層１４の高硬度化と、それに伴う耐ヘタリ性の低下を抑制することができる。

この意味において、紡錘形無機フィラーの添加量は、ゴム１００質量部に対して、１０〜１００質量部とされる。紡錘形無機フィラーの添加量が１０質量部よりも少ないと、表面平滑化の効果が十分に得られない。一方、１００質量部よりも多いと、弾性層１４の硬度が上昇し、耐ヘタリ性が低下するとともに、無機フィラー粒子の凝集によって表面平滑性がかえって低下する。より好ましくは、紡錘形無機フィラーの添加量は、ゴム１００質量部に対して、２０〜８０質量部の範囲である。

このように、少量の紡錘形無機フィラーの添加により、特に押出成形によって導電性ロール１０が形成される場合には、補強効果によってダイスウェルが低く抑えられる。加えて、射出成形によって導電性ロール１０が形成される場合にも、導電性組成物の粘度が低く抑えられ、良好な金型面内形状の転写性が維持される。これにより、押出成形、射出成形いずれの場合にも、高い表面平滑性を得ることができる。

単粒子状態か、長径が０．１〜２μｍの小さな凝集体をなした紡錘形無機フィラーは、導電性組成物中に混合されて押出成形又は射出成形されると、導電性組成物の押出又は射出方向に長軸（長径方向）を向けて配向する傾向にある。つまり、押出方向又は射出方向を軸体１２の軸方向としておけば、紡錘形無機フィラーは、凝集体の長軸を軸体１２の軸方向に向けて配向しやすい。紡錘形無機フィラーの凝集体の長軸が軸体１２の軸方向に配向することにより、無機フィラーによる補強効果が、軸体１２の軸方向によく発揮され、表面の平滑性の効果が一層大きくなる。

無機フィラー粒子が異方性の高い紡錘形状を有することにより、それらが弾性層１４中で形成する小さな凝集体も、粒子の紡錘形状の長軸方向に長い異方形状をとりやすい。すると、小さな凝集体の状態又は単粒子状態で弾性層１４中に分散された無機フィラーは、軸体１２の軸方向に配向しやすくなる。

上記のような無機フィラーが紡錘形であることの効果を十分に享受するため、紡錘形無機フィラー単粒子のアスペクト比は３〜６の範囲にあることが好ましい。なお、ここでアスペクト比は、粒子の短径（粒子の中心を通る直線のうち最も短いものの長さ）に対する長径の比として定義される。また、粒子の長径は、０．１〜１．２μｍの範囲にあることが好ましい。

紡錘形無機フィラーは、紡錘形状を有し、弾性層１４中で単粒子状態か０．１〜２μｍの凝集体の状態で分散可能なものならば、そして、十分な補強効果を有し、過度に弾性層１４の硬度を上昇させたりするものでなければ、どのような材質よりなるものでも適用可能である。例えば、シリカ、炭酸カルシウム、セラミックなどを例示することができる。この中でも、炭酸カルシウムよりなる紡錘形フィラーを用いることが好適である。炭酸カルシウムは良好な補強効果を示すとともに、カルサイト型炭酸カルシウムは紡錘形粒子を形成しやすいからである。

弾性層１４を形成する導電性ゴムは、ゴムそのものが導電性を示す導電性ゴムであってもよいし、ゴムそのものは導電性を示さないが、導電剤を含有することで導電性を有するものであってもよい。

ゴムそのものが導電性を示す導電性ゴムとしては、ヒドリンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが好適である。また、導電剤含有ゴムとしては、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）などを挙げることができる。これらは単独で用いても、２種類以上混合して用いてもよい。

これらのうち、イソプレンゴム及び天然ゴムは、上記のような紡錘形無機フィラーを添加された際に、低ダイスウェルと低硬度、高弾性回復率の特性を全て高い水準で満たし、好適である。これらのゴム自体が、低硬度と高弾性回復率を有することがその理由であると考えられる。天然ゴムとイソプレンゴムのうちでも、低コストであるイソプレンゴムが特に好ましい。

導電剤としては、金属粉や導電性金属酸化物粉、カーボンブラックのような電子導電材、又は、過塩素酸塩、第四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、イオン液体のようなイオン導電材を挙げることができる。これらは単独で用いても、２種類以上混合して用いてもよい。

弾性層１４の材料は、架橋剤として、硫黄系架橋剤および／または過酸化物系架橋材をさらに含む。硫黄系架橋剤としては、加硫剤、加硫促進剤が挙げられる。過酸化物系架橋剤としては、有機過酸化物、無機過酸化物が挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を併用してもよい。

加硫剤としては硫黄が挙げられる。また、加硫促進剤としては、例えば、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、アルデヒドアンモニア系、アルデヒドアミン系、グアニジン系、チオウレア系等の加硫促進剤が挙げられる。硫黄系架橋剤にはさらに、加硫助剤として、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ステアリン酸、酸化マグネシウム等を併用してもよい。

弾性層１４は、必要に応じて、滑剤、老化防止剤、光安定剤、粘度調整剤、加工助剤、難燃剤、可塑剤、発泡剤、分散剤、消泡剤、顔料、離型剤等の添加剤を、本発明の目的を阻害しない範囲内において含有することができる。

この中で、可塑剤及び／又は滑剤を添加する場合には、その合計の配合量を、ゴム１００質量部に対して、合計で１０質量部以下とすることが好ましい。これ以上に含有させた可塑剤及び／又は滑剤は、弾性層１４からのブリードアウトによって、導電性ロール１０の非汚染性を低下させるからである。

上記のような構成を有する弾性層１４の表面粗さＲｚとしては、１〜１５μｍの範囲にあることが好ましい。表面粗さが１５μｍ以下であれば、十分な表面平滑性が得られ、精密な製品形状を達成することができる。なお、無機フィラーを使用することから、表面粗さを１μｍ以下とすることは、困難である。

また、弾性層１４の弾性回復率は、７０％以上であることが望ましい。このような弾性回復率を有してれば、良好な耐ヘタリ性を有する導電性ロール１０が得られる。

導電性ロール１０を形成するには、まず、弾性層１４を構成する導電性組成物を調製する。つまり、ゴムに、紡錘形無機フィラー、導電剤、硫黄系架橋剤等の必要な添加剤を適切な順序で添加し、混練する。

紡錘形無機フィラーは、粒子の比表面積が大きいため、粒子間で凝集しやすい性質を有する。これを単粒子又は長径が０．１〜２μｍの範囲にある小さな凝集体として材料組成物中に分散させる必要があり、上記混練過程において、紡錘形無機フィラーの粗大な凝集体をせん断することにより、これ実行する。よって、混練を十分に行う必要がある。

このようにして得た導電性組成物を用いて、押出成形法又は射出成形法によって、導電性ロール１０を形成する。いずれの場合にも、まず、軸体１２をロール成形金型の中空部に同軸的に設置する。次に、押出成形法の場合は、軸体１２の表面に導電性成物を押出成形する。射出成形法の場合は、金型に導電性組成物を注入して、加熱・硬化させた後、脱型する。

ここで、紡錘形無機フィラーの凝集体を軸体１２の軸方向に長軸が向くように配向させるために、特別な操作は必要ではない。押出の方向及び射出の方向を軸体１２の軸方向としておけば、押出成形時に押出方向に印加される力や、射出成形時の材料組成物の流動によって、紡錘形無機フィラーの凝集体は自発的に長軸を軸体１２の軸方向に向けるように配向する。

弾性層１４の厚みは、特に限定されるものではないが、好ましくは、０．５〜５ｍｍである。

形成された弾性層１４の表面に対し、研削を行うことも可能である。しかし、研削によって、表面平滑性が低下する傾向があるので、研削を行わない方が好ましい。

弾性層１４は、上記のような基層の最表面に、ロール表面の保護層などとして機能する表層を有するものであってもよい。表層を形成する主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、架橋ウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、フッ素変性アクリル樹脂、ウレタンゴム、ポリアミドなどから好適に選択することができる。保護層形成用組成物は、粘度を調整するなどの観点から、メチルエチルケトン、トルエン、アセトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、ＴＨＦ、ＤＭＦなどの有機溶剤や、メタノール、エタノールなどの水溶性溶剤などの溶剤を適宜含んでいても良い。表層の厚みも特に限定されるものではないが、０．１〜２０μｍとするのが好ましい。表層は、ロールコーティング法や、ディッピング法、スプレーコート法などの各種塗工法によって上記基層の表面に形成することができる。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

＜導電性組成物の調製＞
表１に示す成分（単位はゴム１００質量部に対する質量部）を使用して、下記の方法で、実施例、比較例にかかる導電性組成物を調製した。

比較例６以外にかかる導電性組成物については、１００質量部のゴムを素練りした後、加硫助剤である酸化亜鉛５質量部、導電剤であるカーボンブラック１０質量部を添加して２分間混練した。その後、表１に示した各種フィラー（無機フィラー、滑剤、可塑剤）を添加して５分間混練した。さらに、ニーダを清掃後、１分間混練し、練りゴムを排出した。その練りゴムに、オープンロールで、加硫剤２質量部及び加硫促進剤０．５質量部を添加し、混練した。ここで、各成分量は全てゴム１００質量部としたときの質量部で表されている。

比較例６にかかる導電性組成物については、各種フィラーを添加後、３０秒間だけ混練し、清掃及び清掃後の混練を行うことなく練りゴムを排出するようにした点を除いて、上記と同様にして調製した。

＜導電性ロールの作製＞
（基層の形成）
成形金型に芯金（直径６ｍｍ）をセットし、上記導電性組成物を注入し、１６０℃で３０分加熱した後、冷却、脱型して、芯金の外周に、厚さ１．５ｍｍの基層を形成した。

（表層の形成）
Ｎ−メトキシメチル化ナイロン１００質量部と、ｃ−ＳｎＯ_２６０質量部と、クエン酸１質量部と、メタノール３００質量部とを混合して、表層形成用組成物を調製した。次いで、基層の表面に表層形成用組成物をロールコートし、１２０℃で５０分加熱して、基層の外周に、厚さ１０μｍの表層を形成した。これにより、実施例、比較例に係る導電性ロールを作製した。

この際、使用した各成分は、以下の通りである。
（ゴム）
・イソプレンゴム（ＩＲ）［ＪＳＲ社製、「ＪＳＲ ＩＲ２２００」］
・天然ゴム（ＮＲ）［ＲＳＳ１］
・スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）［旭化成ケミカルズ社製、「タフデン２１００」］
・ブタジエンゴム（ＢＲ）［日本ゼオン社製、「ニポール ＢＲ１２２０」］
・ニトリルゴム（ＮＢＲ）［日本ゼオン社製、「ＤＮ２１９」］
・ヒドリンゴム（ＥＣＯ）［ダイソー社製、「エピクロマーＣＧ１０２」］

（無機フィラー）
・紡錘形フィラー１（材質：炭酸カルシウム、長径：３００ｎｍ）［白石工業社製、「Ｔｕｎｅｘ−Ｅ」］
・紡錘形フィラー２（材質：炭酸カルシウム、長径：１２００ｎｍ）［白石工業社製、「ＰＣ−７００」］
・立方形フィラー（材質：炭酸カルシウム）［白石工業社製、「Ｂｒｉｌｌｉａｎｔ−１５」］
・粉砕フィラー（材質：炭酸カルシウム、不定形状）［白石カルシウム社製、「ソフトン３２００」］
・球形フィラー（材質：シリカ）［東ソー・シリカ社製、「ニップシールＥ−７４３」］

（その他の添加剤）
・加硫助剤：酸化亜鉛［三井金属社製、「酸化亜鉛２種」］
・カーボンブラックブラック：［ケッチェンブラックインターナショナル社製、「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」］
・加硫剤：硫黄［鶴見化学工業製］
・加硫促進剤：２−メルカプトベンゾチアゾール［大内新興化学工業社製、「ノクセラーＭ−Ｐ」］

＜紡錘形無機フィラーの分散状態の確認＞
ＩＲ１００質量部に紡錘形フィラー１を５０質量部添加し、ニーダにて５分間混練後、オープンロールにて３ｍｍ厚のシートを分出し成形し、得られたゴムシートを押出成形した。この材料の表面を走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）で観察し、フィラー粒子の分散と配向を確認した。

得られた画像を図２に示す。画像で暗く観察されているのが無機フィラーである。図中に矢印で示した箇所などで明確に確認されるように、無機フィラーよりなる暗く観察される領域に明暗の内部構造が存在し、少なくとも無機フィラーの一部は、複数の粒子が凝集体を作った状態でゴム中に分散していることが分かる。混練前の原料中で、フィラー粒子は粒径３〜１０μｍの凝集体を作っているが、ゴム中に混練され、分散された図２の状態においては、凝集体がせん断を受け、長径が０．１μｍ以上、２μｍ以下の単粒子又は凝集体となっている。

また、フィラー粒子の凝集体及び単粒子は、押出の方向に対応する図２の横方向に長軸を向けてよく配向している。ここで、観察に供した材料は、カーボンブラック、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤等、無機フィラー以外の添加剤を含まない点を除いて、実施例２と同じ成分よりなる。無機フィラー以外の添加剤を含有させていないのは、微鏡観察を容易にするためのものであり、それらを含んでも、フィラー粒子の分散性と配向性は損なわれないものと考えられる。

他の実施例及び比較例にかかる材料についても、同様に顕微鏡観察を行った。その結果より見積もられる凝集体の長径を、表１中に示した。

＜材料特性、製品特性の評価＞
各導電性組成物について、材料特性（せん断粘度、ダイスウェル、硬度、弾性回復率、体積抵抗率、非汚染性）を評価した。また、作製した各導電性ロールについて、製品特性（表面粗さ、製品セット性）を評価した。それぞれの測定方法あるいは評価方法は下記に示す通りである。

（せん断粘度）
各導電性組成物について、東洋精機社製のキャピラリーレオメータを用い、φ２ｍｍダイとシリンダとを９０℃に温調して、１００ｍｍ／分の押出速度でゴム組成物を射出することにより、せん断粘度を測定した。これは、射出時の粘度の指標となるものである。せん断粘度が１２００Ｐａ・ｓ未満のものを◎、１２００〜１３００Ｐａ・ｓのものを○、１３００Ｐａ・ｓ超のものを×とした。

（ダイスウェル）
各導電性組成物について、東洋精機社製のキャピラリーレオメータを用い、φ２ｍｍダイとシリンダとを９０℃に温調して、１００ｍｍ／分の押出速度でゴム組成物を射出することにより、押出部でのダイスウェル値、つまり押出物の径の膨張率を測定した。この値は、押出成形時の押出肌の指標となるものである。ダイスウェル値が１．００〜１．１０のものを◎、１．１１〜１．１５のものを○、１．１６以上のものを×とした。

（硬度）
各導電性組成物を用いて、１６０℃で３０分間プレス成形することにより、φ２８ｍｍ、高さ１２ｍｍの円筒状試料を作成した。これについて、ＪＩＳ−Ｋ―６２５３−１９９７のデュロメータ硬さ試験に準拠し、タイプＡデュロメータを用いて、タイプＡ硬度を測定した。この際、タイプＡ硬度の０秒値が７０未満のものを◎、７０〜８０のものを○、８０超のものを×とした。

（弾性回復率）
各導電性組成物を用いて、１６０℃で３０分間プレス成形し、厚さ２ｍｍのシートを作成した。ＩＳＯ１４５７７−１に準拠し、微小硬度計（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製、フィッシャースコープＨ１００Ｃ）を用いて、シート表面の弾性回復率を計測した。測定は２５℃で行い、荷重印加の条件は２０ｍＮ、５秒とした。弾性回復率が８０％超のものを◎、７０〜８０％のものを○、７０％未満のものを×とした。

（体積抵抗率）
各導電性組成物を用いて、１６０℃で３０分間プレス成形を行い、厚さ２ｍｍのシートを作成した。得られたシートの表面上に銀ペーストを塗布することにより、１０×１０ｍｍの大きさの電極を設けた（ガード電極付き）。一方、電極を設けた面と反対側の面に対向電極を設け、印加電圧１００Ｖの条件下における両電極間の抵抗を、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準拠して測定した。この際、体積抵抗率が１０×１０^４Ω・ｃｍ未満の場合を◎とし、１０×１０^４〜１０×１０^６Ω・ｃｍの場合を○とし、１０×１０^６Ω・ｃｍ超の場合を×とした。

（非汚染性）
各導電性組成物を用いて、１６０℃で３０分間プレス成形を行い、厚さ２ｍｍのシートを作成した。得られたシートを感光ドラムに押し付け、温度５０℃、相対湿度９５％にて３０日間放置した後、ドラム表面の状態を観察した。ドラム表面にくもりがない場合を◎、くもりはあるが拭けば取れる場合を○、くもりがあって拭いても取れない場合を×とした。

（表面粗さ）
各導電性ロールの表面について、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に準拠して十点平均粗さ（Ｒｚ）を測定した。Ｒｚが７μｍ未満の場合を◎、７〜１５μｍの場合を○、１５μｍ超の場合を×とした。

（製品セット性）
作製した導電性ロールを帯電ロールとしてＲＩＣＯＨ社製ＣＸ３０００機のカートリッジに組み込み、湿熱環境（温度４０℃、相対湿度９５％）にて３０日間放置した後、画像を評価した。当接部の画像において、スジが見られない場合を◎、端部にわずかなスジが見られる場合を○、当接部全体にスジが見られる場合を×とした。このようにして評価した製品セット性は、導電性ロールの耐ヘタリ性を反映するものである。なお、ここでは、導電性ロールを帯電ロールとして使用する場合に代表させて、画像におけるスジの形成を指標として製品セット性の評価を行っているが、得られた製品セット性の評価結果は、帯電ロール以外の各種導電性ロールとして使用する場合にも当てはまるものである。他種の導電性ロールの場合には、画像におけるスジの形成以外の様態で製品セット性が発現される。

実施例２、５と比較例１とは、添加される無機フィラーの形状のみにおいて異なる。同様に、実施例３、６と比較例２、３とは、添加される無機フィラーの形状のみにおいて異なる。紡錘形でない無機フィラーを使用した各比較例では、せん断粘度、ダイスウェル、硬度、弾性回復率、表面粗さ、セット性のうち一部の特性が導電性ロールとして必要な水準を満たさない。これに対し、紡錘形フィラーを使用した各実施例においては、全特性が導電性ロールとして必要な水準を満たしている。

このことより、導電性組成物中に添加される無機フィラーが紡錘形状を有する場合にのみ、導電性組成物が、十分に低いせん断粘度と十分に小さなダイスウェル値を両立することにより、弾性層表面の平滑化と耐ヘタリ性の向上が起こり、製品において、小さい表面粗さと高いセット性がバランス良く両立されているものと解される。また、紡錘形の無機フィラーが添加された弾性層は、低硬度と高弾性回復率の特性も兼ね備える。

実施例１〜３と実施例４〜６では、使用される紡錘形フィラーの種類が異なる。長径が異なるのがその大きな差異である。しかし、紡錘形フィラーの添加量が同じ実施例同士で比べると、両者は同等の特性を示している。つまり、無機フィラーが紡錘形をとってさえいれば、その長径は各種特性に影響を与えない。

一方で、実施例１２と比較例６の組成物は、同一の原料から調製されており、混練方法のみ異なる。実施例１２では、凝集体の長径が０．１〜２．０μｍの範囲にあるのに対し、比較例６においては、混練の時間が短いために、原材料の紡錘形無機フィラーの凝集構造が十分に解消されず、凝集体の長径が２．１μｍ以上と大きくなっている。その結果、比較例６では、ダイスウェル値が大きく、それに伴い、製品の表面粗さが大きくなっている。

これらより、紡錘形無機フィラーの粒子１つ１つの長径ではなく、導電性組成物中に存在している凝集体の状態での長径が、得られた材料及び製品の特性、とりわけ材料のダイスウェル及び製品の表面粗さに寄与することが分かる。長径が０．１〜２．０μｍの凝集体が使用されることで、高い補強効果が得られ、ダイスウェルが低減されると考えられる。

実施例１〜３の間、及び実施例４〜５の間では、それぞれ、紡錘形無機フィラーの添加量が異なっている。紡錘形無機フィラーの添加量が３とおりいずれの場合にも、導電性ロールとして必要な特性を満たしてはいる。つまり、紡錘形無機フィラーの添加量がゴム１００質量部に対して１〜１００質量部の範囲にあれば、本発明の課題が達成される。

しかし、そのなかでも、紡錘形無機フィラーの配合量が５０質量部である実施例２及び実施例５の場合が、全ての特性評価において、ひときわ優れている。これは、せん断粘度及び硬度にように、無機フィラーの添加量が少ないほど向上する特性と、ダイスウェルのように、無機フィラーの添加量が多いほど向上する特性とのバランスが５０質量部近傍の添加量でよくバランスされるためである。

実施例１３、１４は、実施例５の組成物に、可塑剤又は滑剤をそれぞれ１０質量部添加したものに当たる。可塑剤又は滑剤を添加したことにより、非汚染性が実施例５の場合よりも低下してはいるが、導電性ロールとして問題のない範囲であり、可塑剤及び滑剤を１０質量部以下であれば、含有してもよいことを示している。

しかしながら、比較例４及び５のように、可塑剤又は滑剤の添加量が１１質量部以上になると、導電性ロールとしての基準を満たさない水準にまで非汚染性が低下してしまう。つまり、可塑剤と滑剤の添加量は、合計で１０質量部以下とする必要がある。

実施例５と実施例７〜１１は、使用されるゴムの種類において異なる。いずれのゴムを使用した場合にも、導電性ロールとして必要な各種特性は満足されている。しかし、実施例５のイソプレンゴムを使用した場合と実施例７の天然ゴムを使用した場合に、とりわけ優れた特性が発現され、本発明において使用するのに特に好適である。

最後に、実施例５と実施例１２では、導電性ロールの研削の有無において異なる。いずれの場合にも、導電性ロールとして必要な特性は満たしているが、研削を行わない場合の方が、表面粗さが小さいという点において、より優れている。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１０ 電子写真機器用導電性ロール
１２ 軸体
１４ 弾性層

Claims (6)

1. 軸体と、前記軸体の外周上に形成された導電性の弾性層とを備え、
   前記弾性層は、ゴム１００質量部に対して紡錘形状を有する無機フィラーを１０〜１００質量部含有し、
   前記無機フィラーは、０．１〜２μｍの範囲の長径を有する単粒子又は凝集体の状態で前記弾性層中に分散しており、
   前記弾性層の表面粗さＲｚは、１〜１５μｍの範囲にあることを特徴とする電子写真機器用導電性ロール。
2. 前記無機フィラーは、炭酸カルシウムよりなることを特徴とする請求項１に記載の電子写真機器用導電性ロール。
3. 前記無機フィラーは、凝集体の長軸を前記軸体の軸方向に向けて配向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真機器用導電性ロール
4. 前記弾性層は、可塑剤及び滑剤を含有しないか、又は、ゴム１００質量部に対して、合計で１０質量部以下の可塑剤及び滑剤の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子写真機器用導電性ロール。
5. 前記弾性層を構成するゴムは、イソプレンゴムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真機器用導電性ロール。
6. 前記弾性層の弾性回復率は７０％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子写真機器用導電性ロール。