JP6857307B2 - 半導電性ローラ - Google Patents
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Description
また半導電性ローラのローラ抵抗値を、上記現像ローラや帯電ローラ等として適した範囲に調整するために、ゴム組成物のもとになるゴムとして、例えばエピクロルヒドリンゴム等のイオン導電性ゴムを使用する場合がある。
またゴム組成物には、上記ゴムを架橋させるために架橋成分が配合される。
そして、これらの架橋成分を所定の割合で組み合わせることにより、特許文献1では、柔軟性を高めるべくローラ本体を低硬度化しても圧縮永久ひずみが小さい状態を維持して、形成画像にヘタリによる画像ムラが生じるのをより一層良好に防止できるとしている。
架橋成分のうちチアゾール系促進剤は、例えばスルフェンアミド系促進剤等とともに、ゴム組成物の焼けを防止するためのリターダ(遅延剤)として機能する成分であるが、特許文献1に記載のゴム組成物では、その効果が不十分である。
そして、焼けを生じたゴム組成物を使用しても所定の特性、すなわち前述したように柔軟で、しかも圧縮永久ひずみが小さくヘタリを生じにくいローラ本体を製造することはできず、ゴム組成物の無駄を生じやすい。
(a) 4,4′−ジチオジモルホリン、
(b) 硫黄、
(c) チオウレア類、ならびに
(d) チウラム系促進剤
を含み、前記ゴムの総量100質量部あたりの4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合をR(質量部)、硫黄の配合割合をS(質量部)としたとき、前記両配合割合R、Sが式(1):
2R≧S (1)
および式(2):
0.5R+S>0.4 (2)
をともに満足するとともに、前記エピクロルヒドリンゴムの配合割合は、ゴムの総量100質量部中の40質量部以上、60質量部以下であるゴム組成物の架橋物からなるローラ本体を備えている半導電性ローラである。
(a) 4,4′−ジチオジモルホリン、
(b) 硫黄、
(c) チオウレア類、ならびに
(d) チウラム系促進剤
を含み、前記ゴムの総量100質量部あたりの4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合をR(質量部)、硫黄の配合割合をS(質量部)としたとき、前記両配合割合R、Sが式(1):
2R≧S (1)
および式(2):
0.5R+S>0.4 (2)
をともに満足するともに、前記エピクロルヒドリンゴムの配合割合は、ゴムの総量100質量部中の40質量部以上、60質量部以下であるゴム組成物の架橋物からなるローラ本体を備えることを特徴とする。
そのため上記4,4′−ジチオジモルホリンを、硫黄とともに上記式(1)(2)を満足する所定の割合で配合することによって、前述した焼けを生じやすい環境下でもスコーチの発生を抑制して、ゴム組成物の無駄をできるだけ少なくできる。
なお特許文献1には、硫黄系架橋剤として4,4′−ジチオジモルホリン(N,N−ジチオビスモルホリン)も記載されているが、単に例示されているに過ぎない。特許文献1には、硫黄とともに上記式(1)(2)を満足する所定の割合で4,4′−ジチオジモルホリンを配合することや、それによって上記の特有の効果が得られることについては一切記載されていない。
ゴムとしては、上述したようにエピクロルヒドリンゴムおよびジエン系ゴムを用いる。かかる2種のゴムを併用することにより、ローラ本体のもとになるゴム組成物に適度の半導電性を付与しつつ、柔軟で、しかも圧縮永久ひずみが小さくヘタリを生じにくいローラ本体を形成できる。
エピクロルヒドリンゴムとしては、繰り返し単位としてエピクロルヒドリンを含み、イオン導電性を有する種々の重合体が使用可能である。
エピクロルヒドリンゴムとしては、例えばエピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド二元共重合体(ECO)、エピクロルヒドリン−プロピレンオキサイド二元共重合体、エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル二元共重合体、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三元共重合体(GECO)、エピクロルヒドリン−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル四元共重合体等の1種または2種以上が挙げられる。
上記両共重合体におけるエチレンオキサイド含量は、いずれも30モル%以上、特に50モル%以上であるのが好ましく、80モル%以下であるのが好ましい。
一方、エチレンオキサイド含量が上記範囲を超える場合には、エチレンオキサイドの結晶化が起こり、分子鎖のセグメント運動が妨げられるため、逆に半導電性ローラのローラ抵抗値が上昇する傾向がある。また架橋後のローラ本体が硬くなりすぎたり、架橋前のゴム組成物の、加熱溶融時の粘度が上昇して加工性が低下したりするおそれもある。
またGECOにおけるアリルグリシジルエーテル含量は0.5モル%以上、特に2モル%以上であるのが好ましく、10モル%以下、特に5モル%以下であるのが好ましい。
一方、アリルグリシジルエーテルはGECOの架橋時に架橋点として機能するため、アリルグリシジルエーテル含量が上記の範囲を超える場合には、GECOの架橋密度が高くなりすぎることによって分子鎖のセグメント運動が妨げられて、却ってローラ抵抗値が上昇する傾向がある。
なおGECOとしては、先に説明した3種の単量体を共重合させた狭義の意味での共重合体の他に、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体(ECO)をアリルグリシジルエーテルで変性した変性物も知られており、本発明ではこのいずれのGECOも使用可能である。
(ジエン系ゴム)
前述したようにジエン系ゴムは、ゴム組成物に良好な加工性を付与したり、ローラ本体の機械的強度や耐久性等を向上したり、あるいはローラ本体にゴムとしての良好な特性、すなわち柔軟で、しかも圧縮永久ひずみが小さくヘタリを生じにくい特性を付与したりするために機能する。
ジエン系ゴムとしては、例えば天然ゴム、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)等の1種または2種以上が挙げられる。
NBRは極性ゴムであるため、上述したジエン系ゴムとしての機能に加えて、半導電性ローラのローラ抵抗値を微調整するためにも機能する。
NBRとしては、アクリロニトリル含量が24%以下である低ニトリルNBR、25〜30%である中ニトリルNBR、31〜35%である中高ニトリルNBR、36〜42%である高ニトリルNBR、43%以上である極高ニトリルNBRのいずれを用いてもよい。
これらNBRの1種または2種以上を使用できる。
(ゴムの配合割合)
エピクロルヒドリンゴムの配合割合がこの範囲未満では、半導電性ローラのローラ抵抗値を、現像ローラや帯電ローラ等としての使用に適した範囲まで十分に低下できないおそれがある。
これに対し、エピクロルヒドリンゴムの配合割合を上記の範囲とすることにより、ジエン系ゴムを併用することによる上記の効果を維持しながら、半導電性ローラのローラ抵抗値を、現像ローラや帯電ローラ等としての使用に適した範囲まで十分に低下できる。
〈架橋成分〉
架橋成分としては、前述したように
(a) 4,4′−ジチオジモルホリン、
(b) 硫黄、
(c) チオウレア類、ならびに
(d) チウラム系促進剤
の4種を併用する。
2R≧S (1)
および式(2):
0.5R+S>0.4 (2)
をともに満足している必要がある。
2R<S (1)′
の範囲では、ゴム組成物のスコーチタイムが短くなって焼けを生じやすくなる。
また、式(2)の範囲より両配合割合R、S(質量部)が不足する、式(2)′:
0.5R+S≦0.4 (2)′
の範囲ではゴムの架橋密度が不足し、ローラ本体の圧縮永久ひずみが大きくなって、ヘタリを生じやすくなる。
なお、両架橋剤の配合割合R、S(質量部)の具体的な範囲については特に限定されないが、4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合R(質量部)は、ゴムの総量100質量部あたり0.3質量部以上であるのが好ましく、2質量部以下、特に1質量部以下であるのが好ましい。
これらの範囲で、前述した式(1)(2)をともに満足するように、両架橋剤の配合割合R、S(質量部)を調整すればよい。
なお、例えば硫黄としてオイル処理粉末硫黄、分散性硫黄等を使用する場合、上記配合割合は、それぞれの中に含まれる有効成分としての硫黄自体の割合とする。
(CnH2n+1NH)2C=S (1)
〔式中、nは1〜12の整数を示す。〕で表されるチオウレア、テトラメチルチオウレア等の1種または2種以上が挙げられる。特にエチレンチオウレアが好ましい。
(d)のチウラム系促進剤としては、例えばテトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド等の1種または2種以上が挙げられる。特にテトラメチルチウラムモノスルフィドが好ましい。
架橋成分としては、さらにグアニジン系促進剤、スルフェンアミド系促進剤、チアゾール系促進剤を併用してもよい。
グアニジン系促進剤の配合割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.1質量部以上であるのが好ましく1質量部以下、特に0.6質量部以下であるのが好ましい。
さらにチアゾール系促進剤としては、例えば2−メルカプトベンゾチアゾール、ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド、2−メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩、2−メルカプトベンゾチアゾールのシクロヘキシルアミン塩、2−(4′−モルホリノジチオ)ベンゾチアゾール等の1種または2種以上が挙げられる。
〈その他〉
ゴム組成物には、さらに必要に応じて、各種の添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば架橋促進助剤、受酸剤、充填剤等が挙げられる。
架橋促進助剤の配合割合は、個別に、ゴムの総量100質量部あたり0.1質量部以上であるのが好ましく、7質量部以下であるのが好ましい。
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が、中でも分散性に優れたハイドロタルサイト類またはマグサラットが好ましく、特にハイドロタルサイト類が好ましい。
受酸剤の配合割合は、ゴムの総量100質量部あたり0.1質量部以上であるのが好ましく、7質量部以下であるのが好ましい。
受酸剤の配合割合がこの範囲未満では、当該受酸剤を配合することによる効果が十分に得られないおそれがある。
充填剤を配合することにより、ローラ本体の機械的強度等を向上できる。
また、充填剤として導電性カーボンブラックを用いて、ローラ本体に電子導電性を付与することもできる。
《半導電性ローラ》
図1は、本発明の半導電性ローラの、実施の形態の一例を示す斜視図である。
シャフト4は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属によって一体に形成されている。
ローラ本体2の外周面5には、図中に拡大して示すように酸化膜6が形成されている。
しかも酸化膜6は、例えば酸化性雰囲気中で外周面5に紫外線を照射する等して、当該外周面5の近傍のゴム組成物中に含まれるジエン系ゴムを酸化させるだけで、簡単に形成できるため、半導電性ローラ1の生産性が低下したり製造コストが高くついたりするのを抑制できる。
半導電性ローラ1を製造するには、まず調製したゴム組成物を、押出成形機を用いて筒状に押出成形し、次いで所定の長さにカットして加硫缶内で加圧、加熱して架橋させる。
次いで架橋させた筒状体を、オーブン等を用いて加熱して二次架橋させ、冷却したのち所定の外径となるように研磨してローラ本体2を形成する。
また、研磨工程の最後に鏡面研磨をして仕上げてもよい。その場合は、外周面5の離型性を向上して、酸化膜6を形成せずに、あるいは酸化膜6を形成することとの相乗効果によって、トナーの付着をより一層良好に抑制できる。また感光体等の汚染を有効に防止できる。
ただしカット後、まず通孔3にシャフト4を挿通した状態で二次架橋、および研磨をするのが好ましい。これにより、二次架橋時の膨張収縮によるローラ本体2の反りや変形を抑制できる。また、シャフト4を中心として回転させながら研磨することで当該研磨の作業性を向上し、なおかつ外周面5のフレを抑制できる。
前者の場合は、シャフト4の圧入と同時に電気的な接合と機械的な固定が完了する。
また後者の場合は、オーブン中での加熱によって筒状体が二次架橋されるのと同時に熱硬化性接着剤が硬化して、当該シャフト4がローラ本体2に電気的に接合されるとともに、機械的に固定される。
しかも、紫外線の照射によって形成される酸化膜6は、例えば従来の、塗剤を塗布して形成されるコーティング膜のような問題を生じることがない上、厚みの均一性やローラ本体2との密着性等にも優れている。
非多孔質でかつ単層構造の半導電性ローラ1は、ローラ本体2のタイプAデュロメータ硬さが52以上であるのが好ましく、56以下であるのが好ましい。
タイプAデュロメータ硬さがこの範囲未満では、ローラ本体2の圧縮永久ひずみが大きくなってヘタリを生じやすくなるおそれがある。
これに対し、タイプAデュロメータ硬さを上記の範囲とすることにより、ローラ本体2の圧縮永久ひずみが小さくヘタリを生じにくい上、柔軟で、形成画像にカブリ等の不良を生じにくい半導電性ローラ1を得ることができる。
本発明の半導電性ローラ1は、例えばレーザープリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、およびこれらの複合機等の、電子写真法を利用した画像形成装置において、現像ローラや帯電ローラとして好適に使用できるほか、例えば転写ローラ、クリーニングローラ等として用いることもできる。
〈実施例1〉
(ゴム組成物の調製)
ゴムとしては、GECO〔日本ゼオン(株)製のHYDRIN(登録商標)T3108〕60質量部、およびNBR〔日本ゼオン(株)製のNipol(登録商標)DN219、中高ニトリルNBR、アクリロニトリル含量:33.5%、非油展〕40質量部を配合した。
酸化亜鉛2種:架橋促進助剤〔堺化学工業(株)製〕
ハイドロタルサイト類:受酸剤〔協和化学工業(株)製のDHT−4A(登録商標)−2〕
カーボンブラック:FEF、東海カーボン(株)製のシーストSO
次いで混練を続けながら、下記の架橋成分を配合してさらに混練してゴム組成物を調製した。
4,4′−ジチオジモルホリン:大内新興化学工業(株)製のバルノック(登録商標)R
粉末硫黄:鶴見化学工業(株)製
チオウレア類:エチレンチオウレア〔2−メルカプトイミダゾリン、川口化学工業(株)製のアクセル(登録商標)22−S〕
チウラム系促進剤:テトラメチルチウラムモノスルフィド〔三新化学工業(株)製のサンセラー(登録商標)TS〕
4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合R(質量部)と硫黄の配合割合S(質量部)の関係は
2R=0.8>0.3=S (1)″
0.5R+S=0.5>0.4 (2)″
であって、式(1)(2)をいずれも満足していた。
架橋成分のうち4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rを0.3質量部、硫黄の配合割合Sを0.5質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
配合割合R、Sの関係は
2R=0.6>0.5=S (1)″
0.5R+S=0.65>0.4 (2)″
であって、式(1)(2)をいずれも満足していた。
架橋成分のうち4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rを0.35質量部、硫黄の配合割合Sを0.7質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
配合割合R、Sの関係は
2R=0.7=0.7=S (1)″
0.5R+S=0.875>0.4 (2)″
であって、式(1)(2)をいずれも満足していた。
架橋成分のうち4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rを0.3質量部、硫黄の配合割合Sを1質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
配合割合R、Sの関係は
2R=0.6<1=S (1)″
0.5R+S=1.15>0.4 (2)″
であって、式(2)は満足するものの式(1)は満足していなかった。
架橋成分のうち4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rを0.2質量部、硫黄の配合割合Sを0.5質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
配合割合R、Sの関係は
2R=0.4<0.5=S (1)″
0.5R+S=0.6>0.4 (2)″
であって、式(2)は満足するものの式(1)は満足していなかった。
架橋成分のうち4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rを0.2質量部、硫黄の配合割合Sを0.3質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
配合割合R、Sの関係は
2R=0.4>0.3=S (1)″
0.5R+S=0.4=0.4 (2)″
であって、式(1)は満足するものの式(2)は満足していなかった。
GECOの配合割合を40質量部、NBRの配合割合を60質量部とし、なおかつ架橋成分として、さらにグアニジン系促進剤としての1,3−ジ−o−トリルグアニジン〔三新化学工業(株)製のサンセラーDT〕0.2質量部、およびスルフェンアミド系促進剤としてのN−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド〔大内新興化学工業(株)製のノクセラー(登録商標)CZ〕0.5質量部を配合したこと以外は実施例3と同様にしてゴム組成物を調製した。
2R=0.7=0.7=S (1)″
0.5R+S=0.875>0.4 (2)″
であって、式(1)(2)をいずれも満足していた。
〈比較例4〉
架橋成分のうち4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rを0.2質量部、硫黄の配合割合Sを0.7質量部としたこと以外は実施例4と同様にしてゴム組成物を調製した。
2R=0.4<0.7=S (1)″
0.5R+S=0.8>0.4 (2)″
であって、式(2)は満足するものの式(1)は満足していなかった。
〈比較例5〉
架橋成分のうち4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rを0.2質量部、硫黄の配合割合Sを0.3質量部としたこと以外は実施例4と同様にしてゴム組成物を調製した。
2R=0.4>0.3=S (1)″
0.5R+S=0.4=0.4 (2)″
であって、式(1)は満足するものの式(2)は満足していなかった。
〈半導電性ローラの製造および焼け評価〉
各実施例、比較例で調製したゴム組成物を常温で1週間、保管したのち、φ60の押出機〔中田エンヂニアリング(株)製〕に供給して、回転数:30rpm、温調:80℃の条件で、外径φ16mm、内径φ6.5mmの筒状に押出成形して、焼けによる成形不良の有無を確認した。
一方、評価が○であった筒状体は、架橋用の仮のシャフトに装着して加硫缶内で160℃×1時間架橋させ、次いで外周面に導電性の熱硬化性接着剤(ポリアミド系)を塗布した外径φ7.5mmの金属製のシャフトに装着し直して、オーブン中で160℃に加熱して当該シャフトに接着させた。
そして形成したローラ本体の外周面をアルコール拭きしたのち、当該外周面からUVランプまでの距離が50mmになるように設定して紫外線照射装置〔セン特殊光源(株)製のPL21−200〕にセットし、シャフトを中心として90°ずつ回転させながら、波長184.9nmと253.7nmの紫外線を15分間ずつ照射することで上記外周面に酸化膜を形成して半導電性ローラを製造した。
上記で製造した半導電性ローラを、市販のレーザープリンタ用の新品のカートリッジ(トナーを収容したトナー容器、感光体、および感光体と接触させた現像ローラが一体になったもの)の、既設の現像ローラの代わりに、現像ローラとして組み込んだ。
なおレーザープリンタは、プラス帯電型の非磁性1成分トナーを使用するもので、日本工業規格JIS X6932:2008「カラー電子写真式プリンタ及びプリンタ複合機のトナーカートリッジ印刷可能枚数測定方法」に規定された測定方法に則って求められる印刷可能枚数は、A4サイズで約4000枚(公表値)である。
○:黒ベタ画像に、半導電性ローラのヘタリによるスジなどの画像不良は見られなかった。ヘタリなし。
以上の結果を表3、表4に示す。
2 ローラ本体
3 通孔
4 シャフト
5 外周面
6 酸化膜
Claims (9)
- ゴムとしてのエピクロルヒドリンゴムおよびジエン系ゴムの2種、架橋成分としての
(a) 4,4′−ジチオジモルホリン、
(b) 硫黄、
(c) チオウレア類、ならびに
(d) チウラム系促進剤
を含み、前記ゴムの総量100質量部あたりの4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合をR(質量部)、硫黄の配合割合をS(質量部)としたとき、前記両配合割合R、Sが式(1):
2R≧S (1)
および式(2):
0.5R+S>0.4 (2)
をともに満足するとともに、前記エピクロルヒドリンゴムの配合割合は、前記ゴムの総量100質量部中の40質量部以上、60質量部以下であるゴム組成物の架橋物からなるローラ本体を備えている半導電性ローラ。 - 前記ゴムの総量100質量部あたりの、前記4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rは0.3質量部以上、2質量部以下で、かつ前記硫黄の配合割合Sは0.2質量部以上、0.7質量部以下である請求項1に記載の半導電性ローラ。
- 前記チオウレア類の配合割合は、前記ゴムの総量100質量部あたり0.1質量部以上、1質量部以下である請求項1または2に記載の半導電性ローラ。
- 前記チウラム系促進剤の配合割合は、前記ゴムの総量100質量部あたり0.3質量部以上、1.5質量部以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導電性ローラ。
- 前記ゴムの総量100質量部あたりの、前記4,4′−ジチオジモルホリンの配合割合Rは0.3質量部以上、2質量部以下、前記硫黄の配合割合Sは0.2質量部以上、0.7質量部以下、前記チオウレア類の配合割合は0.1質量部以上、1質量部以下で、かつ前記チウラム系促進剤の配合割合は0.3質量部以上、1.5質量部以下である請求項1に記載の半導電性ローラ。
- 前記ジエン系ゴムは、アクリロニトリルブタジエンゴムである請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導電性ローラ。
- 前記ローラ本体は非多孔質でかつ単層構造であり、前記ローラ本体のタイプAデュロメータ硬さは52以上、56以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導電性ローラ。
- 前記ローラ本体の外周面には、酸化膜が設けられている請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導電性ローラ。
- 電子写真法を利用した画像形成装置に組み込んで、現像ローラまたは帯電ローラとして用いる請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導電性ローラ。
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