JP7011769B2 - 半導電性ローラおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、電子写真法を利用した画像形成装置においては、現像方式として非磁性1成分現像方式が主流になりつつある。
ところが、ゴム組成物からなるローラ本体の外周面は摩擦係数が大きいため、当該ローラ本体を備えた半導電性ローラを、例えば帯電ローラとして使用した場合には、感光体の表面に残留したトナーや、あるいはトナーの流動性、帯電性等を改善するべくトナーに外添されるシリカや酸化チタン等の外添剤が、ローラ本体の外周面に付着し、蓄積されて、形成画像に、帯電の不均一による縦スジ状や点状の濃度ムラを生じる場合がある。また、直接に接触する感光体の表面に影響を及ぼすおそれもある。
一方、ゴム組成物からなり、外周面の摩擦係数が大きいローラ本体を備えた半導電性ローラを、例えば現像ローラとして、トナー量規制ブレードと組み合わせてトナーを摩擦帯電させると、摩擦によってトナーが粉砕されて、形成画像がガサつくおそれがある。
また、ローラ本体の外周面の両端部は、当該外周面に担持させたトナーが、現像ローラを組み込んだ現像装置の外へ漏出するのを防止するべく、シール部材によってシールされる場合がある。シール部材は、例えばフェルト等によって形成され、現像装置の筐体等に固定された状態で、回転する現像ローラの、ローラ本体の外周面の両端部に摺接される。
そこで、現像ローラにおいても、ローラ本体の外周面の低摩擦化を図って、これらの不具合が生じるのを抑制するべく、当該外周面を、コーティング膜で被覆することが検討されている(例えば特許文献2等参照)。
また、コーティング剤を調製するには、バインダ樹脂を溶解する有機溶剤が必要であるが、有機溶剤の使用は環境に対する負荷が大きく、近年の低VOC(揮発性有機化合物)化の流れに逆行することになるという課題もある。
しかし、処理液が有機溶剤を含むことから、依然として、有機溶剤を使用することによる課題は解消されない上、イソシアネート化合物の硬化物からなるコーティング膜は硬すぎて、感光体の表面を傷つけたりしやすいという課題もある。
図1(a)は、本発明の半導電性ローラの、実施の形態の一例の外観を示す斜視図、図1(b)は、図1(a)の例の半導電性ローラのうちローラ本体の内部構造を模式的に示す断面図である。
両図を参照して、この例の半導電性ローラ1は、ゴムと、当該ゴムを架橋させるための架橋成分とを含み、かつゴムは、エピクロルヒドリンゴム、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)、およびブタジエンゴム(BR)からなる群より選ばれた少なくとも1種の極性ゴムであるゴム組成物の架橋物によって、非多孔質でかつ単層構造の筒状に形成されたローラ本体2を備えるとともに、当該ローラ本体2の中心の通孔3にシャフト4が挿通されて固定されたものである。
シャフト4は、例えば導電性を有する接着剤を介して、ローラ本体2と電気的に接合されるとともに機械的に固定されるか、または通孔3の内径よりも外径の大きいものを通孔3に圧入することで、ローラ本体2と電気的に接合されるとともに機械的に固定される。あるいは、この両方を併用して、シャフト4をローラ本体2に電気的に接合し、機械的に固定してもよい。
さらに硬化領域2aは、ローラ本体2の外周面5の略全面で、コーティング膜等によって被覆されずに露出されている。
したがって、本発明によれば、前述した種々の課題を生じるおそれのあるコーティング膜を省略した簡単な構造を維持しながら、なおかつ現状よりも外周面5が低摩擦化されたローラ本体2を備えた半導電性ローラ1を提供できる。
この範囲より硬化領域の厚みが大きい場合には、外周面5が硬くなりすぎて、例えば帯電ローラの場合は、感光体の表面が摩耗したり傷ついたりしやすくなるおそれがある。また現像ローラの場合には、摩擦によってトナーが粉砕されたり、劣化したりしやすくなるおそれがある。
半導電性ローラ1を製造するには、まずゴム組成物を、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。
研磨方法としては、例えば乾式トラバース研削等の種々の研磨方法が採用可能である。
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の離型性をさらに向上して、硬化領域2aを形成することとの相乗効果によって、トナー等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、二次架橋と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。また、この両方を併用して、シャフト4をローラ本体に電気的に接合し、機械的に固定してもよい。
浸漬の条件は、特に限定されないが、浸漬の温度(環境温度およびジイソシアネート化合物の液温)は室温、すなわち15℃以上であるのが好ましく、35℃以下であるのが好ましい。これにより、ジイソシアネート化合物の急速な硬化反応の進行を抑制しながら、ローラ本体2内に、ジイソシアネート化合物をできるだけ速やかに含浸させることができる。
次いで、所定の浸漬時間が経過した時点で、ローラ本体2を、ジイソシアネート化合物中から引き上げたのち、外周面5に付着したジイソシアネート化合物を除去する。
そのため、例えば半導電性ローラ1を帯電ローラとして使用する場合には、当該帯電ローラと直接に接触する感光体の表面が、上記突起などによって傷つけられる場合がある。また、突起の下流側にトナー等が付着したり、形成画像に濃度ムラを生じたりしやすくなる場合もある。
これに対し、前述したように、外周面5に付着したジイソシアネート化合物を除去することで、これらの問題が生じるのを抑制することができる。
そして、外周面5に付着したジイソシアネート化合物を除去したローラ本体2を、例えば所定の温度、湿度環境下で静置して、ローラ本体2内に含浸させたジイソシアネート化合物を、前述したように空気中の水分等によって硬化反応させる。
《ジイソシアネート化合物》
ジイソシアネート化合物としては、室温で液状を呈するとともに、空気中の水分等によって硬化反応する種々のジイソシアネート化合物が挙げられる。
しかし、例えばジイソシアネート化合物の融液にローラ本体2を浸漬したのち引き上げると、その外周面5に残ったジイソシアネートは、急速に冷却されて固形化する。同様に、ジイソシアネート化合物の溶液にローラ本体2を浸漬したのち引き上げると、その外周面5に残ったジイソシアネートは、溶液が急速に乾燥されることで析出して固形化する。
室温で液状のジイソシアネート化合物としては、例えばピュアMDIを、室温で液状を呈するように変性したカルボジイミド変性MDI、ウレタン変性MDI等の変性MDIや、あるいはトリレンジイソシアネート(TDI)等の1種または2種以上が挙げられる。
《ゴム組成物》
〈ゴム〉
ゴム組成物を形成するゴムは、前述したようにエピクロルヒドリンゴム、CR、NBR、およびBRからなる群より選ばれた少なくとも1種の、架橋性を有する極性ゴムである必要がある。極性ゴムは、前述したように、ジイソシアネート化合物や空気中の水分を取り込みやすい上、半導電性ローラにイオン導電性を付与して、当該半導電性ローラのローラ抵抗値を、例えば帯電ローラまたは現像ローラとしての使用に適した範囲まで低下させるために機能する。
中でも、イオン導電性に優れたエピクロルヒドリンゴムまたはNBRを単独で使用したり、エピクロルヒドリンゴムと、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も機能する、CR、NBRおよびBRのうちの少なくとも1種のジエン系ゴムとを併用したりするのが好ましい。
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、ゴム組成物の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が挙げられる他、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)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いる。本発明では、このいずれのGECOも使用可能である。
(CR)
CRとしては、クロロプレンを乳化重合させて合成され、架橋性を有する種々のCRが、いずれも使用可能である。
CRは、クロロプレンを乳化重合させる際に用いる分子量調整剤の種類によって、硫黄変性タイプと非硫黄変性タイプとに分類される。
また非硫黄変性タイプのCRは、例えばメルカプタン変性タイプ、キサントゲン変性タイプ等に分類される。
またキサントゲン変性タイプのCRは、アルキルキサントゲン化合物を分子量調整剤として使用すること以外は、やはり硫黄変性タイプのCRと同様にして合成される。
本発明では、いずれのタイプのCRを用いてもよいが、中でも非硫黄変性タイプで、かつ結晶化速度が遅いタイプのCRが好ましい。
またCRとしては、クロロプレンと他の共重合成分との共重合体を用いてもよい。他の共重合成分としては、例えば2,3-ジクロロ-1,3-ブタジエン、1-クロロ-1,3-ブタジエン、スチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イソプレン、ブタジエン、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、およびメタクリル酸エステル等の1種または2種以上が挙げられる。
これらCRの1種または2種以上を使用できる。
NBRとしては、アクリロニトリルとブタジエンとを、乳化重合法等の種々の重合法によって共重合させて合成され、なおかつ架橋性を有する種々のNBRが、いずれも使用可能である。
また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が、いずれも使用可能である。
これらNBRの1種または2種以上を使用できる。
BRとしては、分子中にポリブタジエン構造を備え、架橋性を有する種々のBRが、いずれも使用可能である。
特に、高温から低温まで広い温度範囲でゴムとしての良好な特性を発現しうる、シス-1,4結合の含量が95質量%以上である高シスBRが好ましい。
これらBRの1種または2種以上を使用できる。
ゴム組成物には、ゴムを架橋させるための架橋成分を含有させる。架橋成分としては、チオウレア系架橋剤、および硫黄系架橋剤を併用するのが好ましい。
(チオウレア系架橋剤)
チオウレア系架橋剤としては、分子中にチオウレア構造を有し、主にECOおよび/またはGECOの架橋剤として機能しうる種々のチオウレア化合物が使用可能である。
(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。
(架橋促進剤)
チオウレア系架橋剤には、当該チオウレア系架橋剤によるECOおよび/またはGECOの架橋反応を促進する種々の架橋促進剤を併用してもよい。
架橋促進剤の配合割合は、架橋反応を促進する効果を十分に発現させることを考慮すると、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質量部以下であるのが好ましい。
主にジエン系ゴムやGECOを架橋させるための硫黄系架橋剤としては、例えば粉末硫黄、オイル処理粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、分散性硫黄等の硫黄や、あるいはテトラメチルチウラムジスルフィド、N,N-ジチオビスモルホリン等の有機含硫黄化合物などが挙げられ、特に硫黄が好ましい。
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。
(架橋促進剤)
硫黄系架橋剤には、当該硫黄系架橋剤によるジエン系ゴム等の架橋反応を促進する種々の架橋促進剤を併用してもよい。
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-(N,N-ジエチルチオカルバモイルチオ)ベンゾチアゾール、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。特にジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィドが好ましい。
〈導電剤〉
特に帯電ローラを形成するゴム組成物には、さらに導電剤としての、分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンと、陽イオンとの塩(イオン塩)を配合してもよい。
イオン塩を構成する、分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンとしては、例えばフルオロアルキルスルホン酸イオン、ビス(フルオロアルキルスルホニル)イミドイオン、トリス(フルオロアルキルスルホニル)メチドイオン等の1種または2種以上が挙げられる。
またビス(フルオロアルキルスルホニル)イミドイオンとしては、例えば(CF3SO2)2N-、(C2F5SO2)2N-、(C4F9SO2)(CF3SO2)N-、(FSO2C6F4)(CF3SO2)N-、(C8F17SO2)(CF3SO2)N-、(CF3CH2OSO2)2N-、(CF3CF2CH2OSO2)2N-、(HCF2CF2CH2OSO2)2N-、[(CF3)2CHOSO2]2N-等の1種または2種以上が挙げられる。
また陽イオンとしては、例えばナトリウム、リチウム、カリウム等のアルカリ金属のイオン、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の第2族元素のイオン、遷移元素のイオン、両性元素の陽イオン、第4級アンモニウムイオン、イミダゾリウム陽イオン等の1種または2種以上が挙げられる。
中でも、ゴム組成物のイオン導電性を向上して帯電ローラのローラ抵抗値を低下させる効果の点で、(CF3SO2)2NLi〔リチウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドLi-TFSI〕、および/または(CF3SO2)2NK〔カリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、K-TFSI〕が好ましい。
また、イオン塩の配合割合は、組み合わせるゴムの種類等に応じて、上記の範囲で調整できる。特に、イオン導電性に優れたエピクロルヒドリンゴムを含む場合は、当該エピクロルヒドリンゴムが多いほど、イオン塩の配合割合を少なくし、逆にエピクロルヒドリンゴムが少ないほど、イオン塩の配合割合を多くすればよい。
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、可塑剤、加工助剤、劣化防止剤等が挙げられる。
このうち架橋促進助剤としては、例えば酸化亜鉛(亜鉛華)等の金属化合物;ステアリン酸、オレイン酸、綿実脂肪酸等の脂肪酸その他、従来公知の架橋促進助剤の1種または2種以上が挙げられる。
受酸剤は、架橋時にエピクロルヒドリンゴムやCRから発生する塩素系ガスの、ローラ本体内への残留と、それによる架橋阻害や感光体の汚染等を防止するために機能する。
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。
充填剤としては、例えば酸化亜鉛、シリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム等の1種または2種以上が挙げられる。
また、充填剤として導電性カーボンブラックを用いると、ローラ本体に電子導電性を付与できる。
導電性カーボンブラックとしては、例えばケッチェンブラック(登録商標)、アセチレンブラック、カーボンブラックHAF、SAF、ISAF等の1種または2種以上が挙げられる。
可塑剤としては、例えばジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、トリクレジルホスフェート等の各種可塑剤や、極性ワックス等の各種ワックス等が挙げられる。また加工助剤としては、例えばステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩などが挙げられる。
劣化防止剤としては、各種の老化防止剤や酸化防止剤等が挙げられる。
このうち老化防止剤は、帯電ローラや現像ローラのローラ抵抗値の環境依存性を低減するとともに、連続通電時のローラ抵抗値の上昇を抑制する働きをする。老化防止剤としては、例えばジエチルジチオカルバミン酸ニッケル、ジブチルジチオカルバミン酸ニッケル等が挙げられる。
また添加剤としては、さらにスコーチ防止剤、滑剤、顔料、帯電防止剤、難燃剤、中和剤、造核剤、共架橋剤等の各種添加剤を、任意の割合で配合してもよい。
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、帯電ローラや現像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。
《帯電ローラ》
〈実施例1-1〉
(ゴム組成物の調製)
ゴムとしては、GECO〔(株)大阪ソーダ製のエピオン(登録商標)301、EO/EP/AGE=73/23/4(モル比)〕40質量部、CR〔昭和電工(株)製のショウプレン(登録商標)WRT、非油展〕10質量部、NBR〔日本ゼオン(株)製のNipol(登録商標)DN401LL、低ニトリルNBR、アクリロニトリル含量:18%、非油展〕10質量部、およびBR〔JSR(株)製のBR01、非油展〕40質量部を配合した。
イオン塩:カリウム・ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド〔三菱マテリアル電子化成(株)製のEF-N112、K-TFSI〕
架橋促進助剤:酸化亜鉛2種〔三井金属鉱業(株)製〕
受酸剤:ハイドロタルサイト類〔協和化学工業(株)製のDHT-4A(登録商標)-2〕
加工助剤:ステアリン酸亜鉛〔日油(株)製のジンクステアレート〕
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。
チオウレア系架橋剤:エチレンチオウレア〔川口化学工業(株)製のアクセル(登録商標)22-S、2-メルカプトイミダゾリン〕
促進剤DT: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(登録商標)DT、グアニジン系促進剤〕
硫黄系架橋剤:分散性硫黄〔鶴見化学工業(株)製のサルファックス(登録商標)PS、硫黄分:99.5質量%〕
促進剤DM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド〔Shandong Shanxian Chemical社製のSUNSINE MBTS、チアゾール系促進剤〕
促進剤TS: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TS、チウラム系促進剤〕
(帯電ローラの製造)
調製したゴム組成物を押出機に供給して、外径φ13.0mm、内径φ5.5mmの筒状に押出成形し、架橋用の仮のシャフトに装着して加硫缶内で160℃×1時間架橋させた。
次いで、両端を整形し、外周面を、円筒研磨機を用いてトラバース研磨したのち、鏡面研磨により外径がφ12mm(公差0.05)になるように仕上げた。鏡面研磨には、#400のラッピングフィルム〔三共理化学(株)製のミラーフィルム〕を用いた。
ゴムとして、GECO80質量部とNBR20質量部とを用いるとともに、イオン塩の量を2質量部としたこと以外は実施例1-1と同様にしてゴム組成物を調製し、帯電ローラを製造した。
〈実施例1-3〉
ゴムとして、GECO100質量部を用いるとともに、イオン塩の量を2質量部としたこと以外は実施例1-1と同様にしてゴム組成物を調製し、帯電ローラを製造した。
ゴムとして、NBR100質量部を用いるとともに、イオン塩の量を5質量部としたこと以外は実施例1-1と同様にしてゴム組成物を調製し、帯電ローラを製造した。
〈実施例1-5~1-8〉
ローラ本体を、ウレタン変性MDI〔BASF INOACポリウレタン(株)製のルプラネートMP-102〕に3分間浸漬したこと以外は実施例1-1~1-4と同様にして帯電ローラを製造した。
ローラ本体を、変性MDIに浸漬しなかったこと以外は実施例1-1~1-4と同様にして帯電ローラを製造した。
〈比較例1-5〉
ゴムとして、非極性ゴムであるEPDM〔住友化学(株)製のエスプレン(登録商標)EPDM 505A〕100質量部を用いるとともに、高導電性カーボンブラック〔ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製のケッチェンブラックEC600JD〕10質量部を配合し、イオン塩および受酸剤を配合しなかったこと以外は実施例1-1と同様にしてゴム組成物を調製し、帯電ローラを製造した。
ローラ本体を、60℃に加熱して溶融させたピュアMDI〔BASF INOACポリウレタン(株)製のルプラネートMS〕に3分間浸漬したこと以外は比較例1-5と同様にして帯電ローラを製造した。
〈比較例1-7〉
ローラ本体を、変性MDIに浸漬しなかったこと以外は比較例1-5と同様にして帯電ローラを製造した。
ローラ本体を、60℃に加熱して溶融させたピュアMDI〔BASF INOACポリウレタン(株)製のルプラネートMS〕に3分間浸漬したこと以外は実施例1-1~1-4と同様にして帯電ローラを製造した。
〈動摩擦係数測定〉
実施例、比較例で製造した帯電ローラの動摩擦係数を、(株)トリニティーラボ製のトライボマスターTL201Tsを用いて、温度23±1℃、相対湿度55±1%の環境下、接触子:ボール接触子、荷重:10g、計測距離:10mm、移動速度:10mm/秒の条件で測定した。
感光体と、当該感光体の表面に常時接触させて配設された帯電ローラとを備え、レーザープリンタの本体に着脱自在とされた新品のイメージドラムユニット〔(株)沖データ製〕の、純正の帯電ローラに代えて、実施例、比較例で製造した帯電ローラを組み込んだ。
そして組み立てたイメージドラムユニットを、カラーLEDプリンタ〔(株)沖データ製のC711dn2〕に装填して、温度23±1℃、相対湿度55±1%の環境下、普通紙に5%濃度の画像を20000枚に亘って連続形成し、その途中で縦スジ状や点状の濃度ムラが生じた場合には画像形成を中断して不良(×)と評価し、形成した20000枚の画像に、縦スジ状や点状の濃度ムラが全く生じなかったものを良好(○)と評価した。
以上の結果を表3~表7に示す。
比較例1-5は、ゴムとして非極性ゴムを用いたため、変性MDIを含浸させているにも拘らず、ローラ本体内に、十分な硬化領域を形成できず、外周面の硬度を高めて、当該外周面を低摩擦化する効果が十分に得られなかった。そのため、形成画像には、依然として帯電の不均一による濃度ムラを生じ、また比較例1-1~1-4、比較例1-7ほどではないものの、ローラ本体の外周面は、トナー等が付着して白化しているのが確認された。
《現像ローラ》
〈実施例2-1〉
(ゴム組成物の調製)
ゴムとしては、GECO〔(株)大阪ソーダ製のエピオン301、EO/EP/AGE=73/23/4(モル比)〕40質量部、CR〔昭和電工(株)製のショウプレンWRT、非油展〕10質量部、NBR〔日本ゼオン(株)製のNipol DN401LL、低ニトリルNBR、アクリロニトリル含量:18%、非油展〕10質量部、およびBR〔JSR(株)製のBR01、非油展〕40質量部を配合した。
架橋促進助剤:酸化亜鉛2種〔三井金属鉱業(株)製〕
受酸剤:ハイドロタルサイト類〔協和化学工業(株)製のDHT-4A-2〕
加工助剤:ステアリン酸亜鉛〔日油(株)製のジンクステアレート〕
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。
チオウレア系架橋剤:エチレンチオウレア〔川口化学工業(株)製のアクセル22-S、2-メルカプトイミダゾリン〕
促進剤DT: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、グアニジン系促進剤〕
硫黄系架橋剤:分散性硫黄〔鶴見化学工業(株)製のサルファックスPS、硫黄分:99.5質量%〕
促進剤DM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド〔Shandong Shanxian Chemical社製のSUNSINE MBTS、チアゾール系促進剤〕
促進剤TS: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TS、チウラム系促進剤〕
(現像ローラの製造)
調製したゴム組成物を押出機に供給して、外径φ21mm、内径φ7.0mmの筒状に押出成形し、架橋用の仮のシャフトに装着して加硫缶内で160℃×1時間架橋させた。
次いで、両端を整形し、外周面を、円筒研磨機を用いてトラバース研磨したのち、鏡面研磨により外径がφ20.00mm(公差0.05)になるように仕上げた。鏡面研磨には、#2000のラッピングフィルム〔三共理化学(株)製のミラーフィルム〕を用いた。
ゴムとして、GECO80質量部とNBR20質量部とを用いるとともに、イオン塩の量を2質量部としたこと以外は実施例2-1と同様にしてゴム組成物を調製し、現像ローラを製造した。
〈実施例2-3〉
ゴムとして、GECO100質量部を用いるとともに、イオン塩の量を2質量部としたこと以外は実施例2-1と同様にしてゴム組成物を調製し、現像ローラを製造した。
ゴムとして、NBR100質量部を用いるとともに、イオン塩の量を5質量部としたこと以外は実施例2-1と同様にしてゴム組成物を調製し、現像ローラを製造した。
〈実施例2-5~2-8〉
ローラ本体を、ウレタン変性MDI〔BASF INOACポリウレタン(株)製のルプラネートMP-102〕に3分間浸漬したこと以外は実施例2-1~2-4と同様にして現像ローラを製造した。
ローラ本体を、変性MDIに浸漬しなかったこと以外は実施例2-1~2-4と同様にして現像ローラを製造した。
〈比較例2-5〉
ゴムとして、非極性ゴムであるEPDM〔住友化学(株)製のエスプレン(登録商標)EPDM 505A〕100質量部を用いるとともに、高導電性カーボンブラック〔ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製のケッチェンブラックEC600JD〕10質量部を配合し、イオン塩および受酸剤を配合しなかったこと以外は実施例2-1と同様にしてゴム組成物を調製し、現像ローラを製造した。
ローラ本体を、60℃に加熱して溶融させたピュアMDI〔BASF INOACポリウレタン(株)製のルプラネートMS〕に3分間浸漬したこと以外は比較例2-5と同様にして現像ローラを製造した。
〈比較例2-7〉
ローラ本体を、変性MDIに浸漬しなかったこと以外は比較例2-5と同様にして現像ローラを製造した。
ローラ本体を、60℃に加熱して溶融させたピュアMDI〔BASF INOACポリウレタン(株)製のルプラネートMS〕に3分間浸漬したこと以外は実施例2-1~2-4と同様にして現像ローラを製造した。
〈動摩擦係数測定〉
実施例、比較例で製造した現像ローラの動摩擦係数を、(株)トリニティーラボ製のトライボマスターTL201Tsを用いて、温度23±1℃、相対湿度55±1%の環境下、接触子:ボール接触子、荷重:10g、計測距離:10mm、移動速度:10mm/秒の条件で測定した。
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を備え、レーザープリンタの本体に着脱自在とされた新品のカートリッジ〔ブラザー工業(株)製〕の、純正の現像ローラに代えて、実施例、比較例で製造した現像ローラを組み込んだ。
そして組み立てたカートリッジをレーザープリンタ〔ブラザー工業(株)製のHL-L6400DW〕に装填して、温度23±1℃、相対湿度55±1%の環境下、普通紙に5%濃度の画像を8000枚連続して形成し、形成した8000枚の画像に、1枚でもガサつき、濃度ムラ、または縦スジ状の濃度ムラの不良が見られたものを不良(×)、全く見られなかったものを良好(○)と評価した。
非極性ゴムとピュアMDIとを組み合わせた比較例2-6は、ローラ本体内に十分な硬化領域を形成できないため、やはり外周面の硬度を高めて、当該外周面を低摩擦化する効果が不十分であった。そのため、形成画像には、依然としてガサつき、濃度ムラ、縦スジ状の濃度ムラが確認された。また外周面には、除去しきれなかったピュアMDIの硬化物によって局部的に硬くなった部分が生じ、当該部分によって圧接されてトナーがトナー量規制ブレードに融着して、形成画像に、縦スジ状の濃度ムラが確認された。
2 ローラ本体
3 通孔
4 シャフト
5 外周面
Claims (6)
- ゴム、および前記ゴムを架橋させるための架橋成分を含み、かつ前記ゴムは、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、およびブタジエンゴムからなる群より選ばれた少なくとも1種の極性ゴムであるゴム組成物の架橋物からなり、外周面が露出された筒状のローラ本体を備え、前記ローラ本体の、前記外周面より径方向内方で、かつ当該外周面の近傍には、前記ゴム組成物の架橋物および室温で液状を呈するジイソシアネート化合物の硬化物を含み、前記外周面において露出された、略筒状の硬化領域を有する半導電性ローラ。
- 前記ローラ本体は、前記ゴム組成物の架橋物によって、非多孔質でかつ単層構造に形成されている請求項1に記載の半導電性ローラ。
- 前記硬化領域の、前記ローラ本体の径方向の厚みは500μm以下である請求項1または2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ないし3のいずれか1項に記載の半導電性ローラ。
- 前記請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導電性ローラの製造方法であって、前記ゴム組成物を筒状に成形し、架橋させて前記ローラ本体を形成する工程、当該ローラ本体を、室温で液状を呈するジイソシアネート化合物に、前記室温環境下で浸漬して、当該ジイソシアネート化合物を、前記外周面から前記ローラ本体内に含浸させる工程、および前記外周面上に付着した前記ジイソシアネート化合物を除去するとともに、前記ローラ本体内に含浸させた前記ジイソシアネート化合物を硬化反応させることにより、前記ローラ本体の、前記外周面より径方向内方で、かつ当該外周面の近傍に、前記外周面において露出された前記硬化領域を形成する工程を含む半導電性ローラの製造方法。
- 前記ジイソシアネート化合物は、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート化合物である請求項5に記載の半導電性ローラの製造方法。
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