JP7474409B2 - 現像ローラ - Google Patents
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Description
層、前記内層の外周を被覆した、弾性材料からなる非多孔質で筒状の中間層、および前記
中間層の外周を被覆した、弾性材料からなる非多孔質で筒状の外層を含み、前記外層の外
周面である前記ローラ本体の外周面の表面抵抗値R1(Ω、10V印加時)、前記ローラ
本体の全体でのローラ抵抗値R2(Ω、10V印加時)、および前記内層のみの状態での
ローラ抵抗値R3(Ω、10V印加時)は、それぞれ式(1)~(3):
logR1≦9.0 (1)
6.4≦logR2≦8.5 (2)
logR3≦7.0 (3)
を満足しており、前記内層、中間層、および外層は、いずれもゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物からなる現像ローラである。
レーザープリンタ等の画像形成装置の画像評価基準の一つとして、形成画像の黒ベタ濃度と2dot濃度が知られている。
黒ベタ濃度とは、紙面の少なくとも一部が黒一色で塗りつぶされた、いわゆる黒ベタの画像の濃度であり、黒ベタ濃度が高いほど、コントラストの高い画像を形成することができる。
ところが、この2つの画像濃度は相反関係にあり、両立が困難である。
すなわち黒ベタ濃度は、現像ローラのローラ抵抗値を低くするほど高くなるが、2dot濃度は、現像ローラのローラ抵抗値が高いほど高くなる傾向があり、従来の単層構造の現像ローラでは、この2つの相反する特性を両立することは困難である。
すなわち黒ベタ濃度は、ローラ本体の外周面付近の抵抗値と関係しており、外周面付近の抵抗値を低くすれば、黒ベタ濃度を向上することができる。
そのため、
・ 上記のようにローラ本体を、ともにゴム組成物の架橋物からなる内層と外層の2層を含む構造とし、
・ このうち外層は、ローラ本体の外周面付近の抵抗値を、黒ベタ濃度を向上しうる範囲に調整するために低抵抗の状態とし、なおかつ
・ その下の内層は、外層と合わせたローラ本体の全体でのローラ抵抗値を、2dot濃度を向上しうる範囲に調整するために高抵抗の状態とすれば、
黒ベタ濃度と2dot濃度を両立させることができる。
この現象を、一般にゴーストと称し、発明者の検討によれば、内層のローラ抵抗値を下げることで、当該ゴーストの発生を抑制することができる。
そこで発明者は、ローラ本体の外周面の表面抵抗値やローラ抵抗値などの最適化に加えて、ローラ本体の全体の構造についても、さらに検討した。
その結果、前述したように、
・ ローラ本体を、弾性材料からなる多孔質で筒状の内層、当該内層の外周を被覆した、弾性材料からなる非多孔質で筒状の中間層、および中間層の外周を被覆した、弾性材料からなる非多孔質で筒状の外層の3層を含む構造とし、
・ 外層の外周面であるローラ本体の外周面の表面抵抗値R1(Ω、10V印加時)を、式(1):
logR1≦9.0 (1)
を満足する範囲、
・ ローラ本体の全体でのローラ抵抗値R2(Ω、10V印加時)を、式(2):
6.4≦logR2≦8.5 (2)
を満足する範囲、そして
・ 内層のみの状態でのローラ抵抗値R3(Ω、10V印加時)を、式(3):
logR3≦7.0 (3)
を満足する範囲に設定すればよいことを見出した。
また画像に、用紙の通紙方向と直交する横方向に隣接する画像の濃度に依存した濃度のムラが生じるのを抑制することもできる。
図1(a)は、本発明の現像ローラの一例の、全体の外観を示す斜視図、図1(b)は、上記例の現像ローラの端面図である。
図1(a)(b)を参照して、この例の現像ローラ1は、弾性材料からなる筒状の内層2の外周面3に直接に、弾性材料からなる筒状の中間層4が積層され、当該中間層4の外周面5に直接に、弾性材料からなる筒状の外層6が積層された、3層構造のローラ本体7を備えている。
シャフト9は、良導電性の材料、たとえば、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属などによって一体に形成されている。
シャフト9は、たとえば、導電性を有する接着剤を介してローラ本体7と電気的に接合され、かつ機械的に固定されるか、あるいは通孔8の内径よりも外径の大きいものを通孔8に圧入することで、ローラ本体7と電気的に接合され、かつ機械的に固定される。
外層6の外周面であるローラ本体7の外周面10は、両図中に拡大して示すように、酸化膜11によって被覆されている。
外周面10を酸化膜11によって被覆することで、当該酸化膜11を誘電層として機能させて、現像ローラ1の誘電正接tanδを低減することができ、また酸化膜11を低摩擦層として機能させて、トナーの付着を良好に抑制することもできる。
ただし、酸化膜11は省略してもよい。
前述したように、内層2は多孔質、中間層4、外層6は、それぞれ非多孔質に形成される。
なお内層2、中間層4、外層6の「単層」とは、弾性材料からなる層の数が、いずれも1層であることを指す。
またローラ本体7の「3層」も、内層2、中間層4、および外層6の、いずれも弾性材料からなる層の数が3層であることを指し、いずれの場合も、紫外線の照射等によって形成される酸化膜11は層数に含まないこととする。
すなわち、ローラ本体7の外周面10の表面抵抗値R1が、常用対数値logR1で表して9.0を超える場合には、当該ローラ本体7の外周面10付近の抵抗値を十分に低下させることができず、黒ベタ濃度が不足して画像のコントラストが低下する場合がある。
一方、ローラ本体7の全体でのローラ抵抗値R2が、常用対数値logR2で表して8.5を超える場合には、画像に、用紙の通紙方向と直交する横方向に隣接する画像の濃度に依存した濃度のムラを生じる場合がある。
これに対し、ローラ本体7を、前述した内層2、中間層4、外層6の3層を含む構造とし、なおかつ表面抵抗値R1、ローラ抵抗値R2、R3を、それぞれ式(1)~(3)を満足する範囲とすることにより、上述した様々な不良が生じるのを抑制することができる。
なお中間層4は、ローラ抵抗値R3が式(3)を満足する内層2、および表面抵抗値R1が式(1)を満足する外層6と組み合わせた際に、ローラ抵抗値R2が式(2)を満足する範囲となる、任意の導電性(抵抗値)を有する層とすることができる。
同様に表面抵抗値R1も、ローラ本体7の外周面10を酸化膜11で被覆する場合には、当該酸化膜11を被覆した状態で測定した値でもって表すこととし、当該測定値が、式(1)を満足する範囲であればよい。
上記各層を形成する弾性材料としては、表面抵抗値R1、ローラ抵抗値R2、R3を、それぞれ上述した範囲に調整するために、イオン導電性または電子導電性が付与された弾性材料を用いるのが好ましい。
《ゴム》
〈エピクロルヒドリンゴム〉
エピクロルヒドリンゴムとしては、たとえば、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が挙げられる。
ECOおよび/またはGECO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、とくに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。
しかし、エチレンオキサイド含量が上記の範囲未満では、かかる働きが十分に得られないため、表面抵抗値R1やローラ抵抗値R2、R3を十分に低下できない場合がある。
また、架橋後の各層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、当該ゴム組成物の加工性が低下したりする場合もある。
すなわち、エピクロルヒドリン含量は20モル%以上であるのが好ましく、70モル%以下、とくに50モル%以下であるのが好ましい。
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、とくに2モル%以上であるのが好ましく、10モル%以下、とくに5モル%以下であるのが好ましい。
しかし、アリルグリシジルエーテル含量が上記の範囲未満では、かかる働きが十分に得られないため、表面抵抗値R1やローラ抵抗値R2、R3を十分に低下できない場合がある。
そのため、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、表面抵抗値R1やローラ抵抗値R2、R3が上昇する傾向がある。
GECOにおけるエピクロルヒドリン含量は、エチレンオキサイド含量、およびアリルグリシジルエーテル含量の残量である。
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いる。
エピクロルヒドリンゴムとしては、とくにGECOが好ましい。
GECOは、アリルグリシジルエーテルに起因して、主鎖中に、架橋点として機能する二重結合を有するため、主鎖間での架橋によって、架橋後の圧縮永久ひずみを小さくすることができる。
これらエピクロルヒドリンゴムの1種または2種以上を用いることができる。
〈ジエン系ゴム〉
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、内層2、中間層4、外層6の機械的強度や耐久性を向上したり、当該各層にゴムとしての良好な特性、すなわち柔軟で、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。
中でも、ジエン系ゴムとしては非極性のジエン系ゴム、具体的にはIR、BR、およびSBRの3種のうちの少なくとも1種、とくにSBRを用いるのが好ましい。
(IR)
IRとしては、天然ゴムの構造を人工的に再現した、ポリイソプレン構造を有する種々のIRがいずれも使用可能である。
またIRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、感光体の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのIRを用いるのが好ましい。
(BR)
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。
とくに、低温から高温までの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%以上の高シスBRが好ましい。
これらBRの1種または2種以上を用いることができる。
(SBR)
SBRとしては、スチレンと1,3-ブタジエンとを、乳化重合法、溶液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る種々のSBRが、いずれも使用可能である。
さらにSBRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、やはり感光体等の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのSBRを用いるのが好ましい。
(CR)
CRは極性を有するジエン系ゴムであって、内層2、中間層4、外層6の抵抗値を下げて、表面抵抗値R1やローラ抵抗値R2、R3を微調整するために機能する。
CRは、クロロプレンを乳化重合させて合成されるもので、その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、たとえば、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。
本発明においては、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。
さらにCRとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展タイプのものと、加えない非油展タイプのものとがあるが、本発明では、やはり感光体の汚染を防止するために、ブリード物質となりうる伸展油を含まない非油展タイプのCRを用いるのが好ましい。
(NBR)
NBRも、やはり極性を有するジエン系ゴムであって、内層2、中間層4、外層6の抵抗値を下げて、表面抵抗値R1やローラ抵抗値R2、R3を微調整するために機能する。
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種以上を用いることができる。
〈他のゴム〉
さらに他のゴムとして、たとえば、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)を併用してもよい。
EPDMとしては、エチレンとプロピレンに少量の第3成分(ジエン)を加えることで主鎖中に二重結合を導入した種々のEPDMを用いることができる。
ジエンとしては、エチリデンノルボルネン(ENB)、ジシクロペンタジエン(DCPD)等が挙げられる。
これらEPDMの1種または2種以上を用いることができる。
内層2、中間層4、および外層6用のゴム組成物には、それぞれゴムを架橋させるための架橋成分を配合する。
架橋成分としては、ゴムを架橋させるための架橋剤と、当該架橋剤によるゴムの架橋を調整する機能を有する、いわゆる架橋促進剤とを併用するのが好ましい。
(硫黄系架橋剤)
硫黄系架橋剤としては、たとえば、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、4,4′-ジチオジモルホリン等の有機含硫黄化合物などが挙げられ、とくに硫黄が好ましい。
なお、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、上記の割合は、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)
架橋促進剤としては、たとえば、チウラム系促進剤、チアゾール系促進剤、チオウレア系促進剤、グアニジン系促進剤、スルフェンアミド系促進剤、ジチオカルバミン酸塩系促進剤等の1種または2種以上が挙げられる。
チウラム系促進剤としては、たとえば、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、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、とくにテトラメチルチウラムモノスルフィドが好ましい。
チオウレア系促進剤としては、たとえば、エチレンチオウレア、N,N′-ジフェニルチオウレア、トリメチルチオウレア、式(4):
(CnH2n+1NH)2C=S (4)
〔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、とくにエチレンチオウレアが好ましい。
上記4種の併用系において、ゴムの架橋を調整する機能を十分に発現させること等を考慮すると、チウラム系促進剤の割合は、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、1質量部以下であるのが好ましい。
チオウレア系促進剤の割合は、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質量部以下であるのが好ましい。
さらに、グアニジン系促進剤の割合は、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質量部以下であるのが好ましい。
《イオン導電剤》
内層2、中間層4、および外層6用のゴム組成物には、それぞれイオン導電剤を配合してもよい。
イオン導電剤を配合することにより、ゴム組成物のイオン導電性をさらに向上し、内層2、中間層4、外層6の抵抗値を下げて、表面抵抗値R1やローラ抵抗値R2、R3を、より一層低下させることができる。
このうちフルオロアルキルスルホン酸イオンとしては、たとえば、CF3SO3 -、C4F9SO3 -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、たとえば、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する効果の点で、(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。
内層2、中間層4、および外層6用のゴム組成物には、さらに充填剤としてカーボンブラックを配合してもよい。
カーボンブラックを配合することにより、内層2、中間層4、外層6の機械的強度等を向上できる。
また、いずれかの層を形成するゴム組成物に、カーボンブラックとして導電性カーボンブラックを配合すると、当該層に電子導電性を付与することができる。
導電性カーボンブラックとしては、たとえば、アセチレンブラック等が挙げられる。
《発泡成分》
内層2を多孔質とするため、当該内層2用のゴム組成物には発泡成分を配合して、ゴムを、架橋と前後して発泡させるのが好ましい。
また、発泡剤の分解温度を引き下げて、その分解を促進する働きをする発泡助剤を組み合わせてもよい。
(発泡剤)
発泡剤としては、たとえば、アゾジカルボンアミド(ADCA)、4,4′-オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)(OBSH)、N,N-ジニトロソペンタメチレンテトラミン(DPT)等の1種または2種以上が挙げられる。
(発泡助剤)
発泡助剤としては、上述したように、組み合わせる発泡剤の分解温度を引き下げて、その分解を促進する働きをする種々の発泡助剤を用いることができ、たとえば、ADCAと組み合わせる発泡助剤としては、尿素(H2NCONH2)系発泡助剤が挙げられる。
《その他》
内層2、中間層4、および外層6用のゴム組成物には、さらに必要に応じて、各種の添加剤を配合してもよい。
このうち架橋促進助剤としては、たとえば、酸化亜鉛等の金属化合物;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、各層内への残留と、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、とくにハイドロタルサイト類が好ましい。
受酸剤の割合は、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。
可塑剤および/または加工助剤は、とくに非多孔質である中間層4、外層6を形成するゴム組成物に、当該ゴム組成物の加工性を向上するために配合できる。
可塑剤および/または加工助剤の割合は、ゴムの総量100質量部あたり3質量部以下であるのが好ましい。
カーボンブラック以外の他の充填剤としては、たとえば、酸化亜鉛、シリカ、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。
内層2のもとになるゴム組成物は、上述したゴム、架橋成分、イオン導電剤、カーボンブラック、発泡成分、およびその他の各成分を含む。
このうちゴムとしては、エピクロルヒドリンゴム、SBR、およびCRを併用するのが好ましい。
ただし、とくに内層2のみの状態でのローラ抵抗値R3を、前述した式(3)を満足する範囲とするためには、当該内層2用のゴム組成物におけるエピクロルヒドリンゴムの割合を、ゴムの総量100質量部中の25質量部以上とするのが好ましい。
エピクロルヒドリンゴムの割合がこの範囲未満では、内層2の抵抗値を低下させて、ローラ抵抗値R3を、式(3)を満足する範囲まで十分に低下できない場合がある。
エピクロルヒドリンゴムの割合がこの範囲を超える場合には、相対的にSBRが少なくなって、内層2に、ゴムとしての良好な特性、すなわち柔軟で、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できない場合がある。
CRの割合は、ゴムの総量100質量部中の5質量部以上であるのが好ましく、15質量部以下であるのが好ましい。
CRの割合がこの範囲未満では、当該CRを配合することによる、内層2のみの状態でのローラ抵抗値R3を微調整する効果が十分に得られない場合がある。
SBRの割合は、エピクロルヒドリンゴム、およびCRの残量である。
すなわち、エピクロルヒドリンゴムとCRの割合をそれぞれ上述した範囲内の所定値に設定した際にゴムの総量が100質量部となるように、SBRの割合を設定すればよい。
上記各成分を含む、内層2用のゴム組成物は、従来同様に調製することができる。
すなわち、まずゴムを素練りし、次いで架橋成分、発泡成分以外の各成分を加えて混練した後、最後に架橋成分、発泡成分を加えて混練することで、内層2用のゴム組成物が得られる。
《中間層4用のゴム組成物》
中間層4のもとになるゴム組成物は、前述したゴム、架橋成分、イオン導電剤、カーボンブラック、およびその他の各成分を含む。
このうちゴムとしては、エピクロルヒドリンゴム、IR、SBR、およびCRを併用するのが好ましい。
ただし、とくにローラ抵抗値R3が式(3)を満足する内層2と、表面抵抗値R1が式(1)を満足する外層6との間に介在させて、ローラ抵抗値R2を、式(2)を満足する範囲とするべく、中間層4の抵抗値を調整するために、各ゴムの割合を設定するのが好ましい。
エピクロルヒドリンゴムの割合がこの範囲未満では、ローラ抵抗値R2が、式(2)の範囲を超える場合があり、逆に上記の範囲を超える場合には、ローラ抵抗値R2が、式(2)の範囲を下回る場合がある。
また、相対的にCRが少なくなって、当該CRを配合することによる、中間層4の抵抗値、ひいてはローラ本体7の全体でのローラ抵抗値R2を微調整する効果が十分に得られない場合がある。
CRの割合がこの範囲未満では、当該CRを配合することによる、中間層4の抵抗値、ひいてはローラ本体7の全体でのローラ抵抗値R2を微調整する効果が十分に得られない場合がある。
SBRの割合は、4質量部以上であるのが好ましく、8質量部以下であるのが好ましい。
一方、SBRの割合が上記の範囲を超える場合には、相対的にエピクロルヒドリンゴムが少なくなって、ローラ抵抗値R2を、前述した式(2)を満足する範囲まで十分に低下できない場合がある。
IRの割合は、エピクロルヒドリンゴム、SBR、EPDM、およびCRの残量である。
すなわち、エピクロルヒドリンゴム、SBR、EPDM、CRの割合をそれぞれ上述した範囲内の所定値に設定した際にゴムの総量が100質量部となるように、IRの割合を設定すればよい。
上記各成分を含む、中間層4用のゴム組成物は、従来同様に調製することができる。
すなわち、まずゴムを素練りし、次いで架橋成分以外の各成分を加えて混練した後、最後に架橋成分を加えて混練することで、中間層4用のゴム組成物が得られる。
《外層6用のゴム組成物》
外層6のもとになるゴム組成物は、前述したゴム、架橋成分、イオン導電剤、カーボンブラック、およびその他の各成分を含む。
このうちゴムとしては、エピクロルヒドリンゴム、SBR、およびCRを併用するのが好ましい。
ただし、とくに外層6の外周面であるローラ本体7の外周面10の表面抵抗値R1を、前述した式(1)を満足する範囲とするためには、当該外層6用のゴム組成物におけるエピクロルヒドリンゴムの割合を、ゴムの総量100質量部中の20質量部以上とするのが好ましい。
なおエピクロルヒドリンゴムの割合は、上記の範囲でも、ゴムの総量100質量部中の40質量部以下であるのが好ましい。
エピクロルヒドリンゴムの割合がこの範囲を超える場合には、相対的にSBRが少なくなって、外層6に、ゴムとしての良好な特性、すなわち柔軟で、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できない場合がある。
CRの割合は、ゴムの総量100質量部中の5質量部以上であるのが好ましく、15質量部以下であるのが好ましい。
一方、CRの割合が上記の範囲を超える場合には、相対的にエピクロルヒドリンゴムが少なくなって、上記表面抵抗値R1を、前述した式(1)を満足する範囲まで十分に低下できない場合がある。
すなわち、エピクロルヒドリンゴムとCRの割合をそれぞれ上述した範囲内の所定値に設定した際にゴムの総量が100質量部となるように、SBRの割合を設定すればよい。
また、表面抵抗値R1を前述した式(1)を満足する範囲とするためには、イオン塩等のイオン導電剤の割合は、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質量部以下であるのが好ましい。
すなわち、まずゴムを素練りし、次いで架橋成分以外の各成分を加えて混練した後、最後に架橋成分を加えて混練することで、外層6用のゴム組成物が得られる。
混練には、たとえば、ニーダ、バンバリミキサ、押出機等を用いることができる。
《現像ローラ1の製造》
〈内層2〉
上記内層2用、中間層4用、および外層6用のゴム組成物を用いて、図1(a)(b)に示す現像ローラ1を製造するには、たとえば、内層2用のゴム組成物を、押出機を用いて筒状に押出成形する。
次に、架橋、発泡させた筒状体を、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外周面3を研磨して、内層2を形成する。
研磨方法としては、たとえば、乾式トラバース研磨等の種々の研磨方法が採用可能である。
〈シャフト9〉
次に、シャフト9を、内層2の通孔8に挿通して固定する。
具体的には、シャフト9は、内層2のもとになる筒状体のカット後から、内層2の外周面3を研磨したあとまでの任意の時点で、通孔8に挿通して固定できる。
これにより、二次架橋時の膨張収縮による内層2の反りや変形を抑制できる。
また、シャフト9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3のフレを抑制できる。
前者の場合は、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9が内層2に電気的に接合されるとともに機械的に固定される。
また前述したように、この両法を併用して、シャフト9を、内層2と電気的に接合し、かつ機械的に固定してもよい。
〈中間層4および外層6〉
たとえば、中間層4用のゴム組成物と、外層6用のゴム組成物とを2層押出機に供給して、積層された2層構造の筒状に共押出成形したのち、全体を架橋させて、中間層4と外層6を形成する。
中間層4、外層6の厚みは任意に設定できるものの、それぞれ0.1mm以上であるのが好ましく、2mm以下であるのが好ましい。
また、前述した所定のゴム組成物からなる外層6の厚みを上記の範囲とすることで、ローラ抵抗値R3が式(3)を満足する内層2、および上記中間層4と組み合わせた際に、ローラ抵抗値R2を、式(2)を満足する範囲とすることができる。
また画像に、用紙の通紙方向と直交する横方向に隣接する画像の濃度に依存した濃度のムラが生じるのを抑制することもできる。
次に、あらかじめ中心の通孔8にシャフト9が挿通されて固定された内層2を、上記中間層4と外層6の2層構造の筒内に挿通して固定する。
この際、たとえば内層2の外径を、中間層4と外層6の2層構造の筒の内径よりも大きく設定しておくと、当該筒内に内層2を圧入するだけで、内層2と中間層4が電気的に接合されるとともに、両者が機械的に固定される。
研磨方法としては、たとえば、乾式トラバース研磨等の種々の研磨方法が採用可能であり、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10の離型性を向上して、酸化膜11を形成せずに、あるいは酸化膜11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することができる上、感光体等の汚染を有効に防止することもできる。
すなわち、ローラ本体7の外周面10に所定波長の紫外線を所定時間照射して、当該外周面10の近傍を構成するゴムを酸化させるだけで酸化膜11を形成できる。
そのため、酸化膜11の形成工程が簡単で効率的であって、現像ローラ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することができる。
照射する紫外線の波長は、外層6用のゴム組成物中の、主にジエン系ゴムを効率よく酸化させて、前述した機能に優れた酸化膜11を形成することを考慮すると、100nm以上であるのが好ましく、400nm以下、とくに300nm以下であるのが好ましい。
ただし、酸化膜11は他の方法で形成してもよいし、前述したように形成しなくてもよい。
本発明の現像ローラ1は、前述したように、たと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各種の画像形成装置に組み込んで用いることができる。
《内層2用のゴム組成物の調製》
〈内層2用のゴム組成物(i)〉
ゴムとしては、GECO〔(株)大阪ソーダ製のエピオン(登録商標)301L、EO/EP/AGE=73/23/4(モル比)〕35質量部、SBR〔JSR(株)製のJSR 1502、結合スチレン:23.5%、非油展〕55質量部、およびCR〔昭和電工(株)製のショウプレン(登録商標)WRT、非油展〕10質量部を用いた。
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(K-TFSI)、三菱マテリアル電子化成(株)製のEF-N112
架橋促進助剤:酸化亜鉛2種、堺化学工業(株)製
充填剤:カーボンブラックHAF、東海カーボン(株)製のシースト(登録商標)3
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
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、内層2用のゴム組成物(i)を調製した。
発泡剤:ADCA、永和化成工業(株)製のビニホールAC#3
発泡助剤:尿素系、永和化成工業(株)製のセルペースト101
架橋剤:オイル処理粉末硫黄、鶴見化学工業(株)製の金華印5%油入微粉硫黄
促進剤DM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド、大内新興化学工業(株)製のノクセラー(登録商標)DM、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(登録商標)TS、チウラム系促進剤
促進剤22: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、チオウレア系促進剤
促進剤DT:1,3-ジ-o-トリルグアニジン、大内新興化学工業(株)製のノクセラーDT、グアニジン系促進剤
〈内層2用のゴム組成物(ii)〉
GECOの量を30質量部、SBRの量を60質量部としたこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、内層2用のゴム組成物(ii)を調製した。
GECOの量を30質量部、SBRの量を60質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、内層2用のゴム組成物(iii)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(iv)〉
GECOの量を25質量部、SBRの量を65質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、内層2用のゴム組成物(iv)を調製した。
GECOの量を20質量部、SBRの量を70質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、内層2用のゴム組成物(v)を調製した。
〈内層2用のゴム組成物(vi)〉
GECOの量を18質量部、SBRの量を72質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(i)と同様にして、内層2用のゴム組成物(vi)を調製した。
〈中間層4用のゴム組成物(A)〉
ゴムとしては、GECO〔前出の(株)大阪ソーダ製のエピオン301L〕16質量部、IR〔日本ゼオン(株)製のNipol(登録商標)IR2200、非油展〕77質量部、SBR〔前出のJSR(株)製のJSR 1502〕6質量部、およびCR〔前出の昭和電工(株)製のショウプレンWRT〕1質量部を用いた。
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(K-TFSI)、前出の三菱マテリアル電子化成(株)製のEF-N112
架橋促進助剤:酸化亜鉛2種、前出の堺化学工業(株)製
充填剤:導電性カーボンブラック(アセチレンブラック)、電気化学工業(株)製のデンカブラック(登録商標)粒状
受酸剤:ハイドロタルサイト類、前出の協和化学工業(株)製のDHT-4A-2
加工助剤:ステアリン酸亜鉛、堺化学工業(株)製のSZ-2000
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、中間層4用のゴム組成物(A)を調製した。
架橋剤:オイル処理粉末硫黄、前出の鶴見化学工業(株)製の金華印5%油入微粉硫黄
促進剤DM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド、前出の大内新興化学工業(株)製のノクセラーDM、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、前出の三新化学工業(株)製のサンセラーTS、チウラム系促進剤
促進剤22:エチレンチオウレア(2-メルカプトイミダゾリン)、前出の川口化学工業(株)製のアクセル22-S、チオウレア系促進剤
促進剤DT:1,3-ジ-o-トリルグアニジン、前出の大内新興化学工業(株)製のノクセラーDT、グアニジン系促進剤
〈中間層4用のゴム組成物(B)〉
GECOの量を18質量部、IRの量を75質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、中間層4用のゴム組成物(B)を調製した。
GECOの量を21質量部、IRの量を72質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、中間層4用のゴム組成物(C)を調製した。
〈中間層4用のゴム組成物(D)〉
GECOの量を23質量部、IRの量を70質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、中間層4用のゴム組成物(D)を調製した。
GECOの量を26質量部、IRの量を67質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、中間層4用のゴム組成物(E)を調製した。
〈中間層4用のゴム組成物(F)〉
GECOの量を28質量部、IRの量を60質量部として、さらにEPDM〔住友化学(株)製のエスプレン(登録商標)505A、エチレン含量:50%、ジエン含量:9.5%、非油展〕5質量部を配合したこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、中間層4用のゴム組成物(F)を調製した。
GECOの量を30質量部、IRの量を63質量部としたこと以外はゴム組成物(A)と同様にして、中間層4用のゴム組成物(G)を調製した。
《外層6用のゴム組成物の調製》
〈外層6用のゴム組成物(I)〉
ゴムとしては、GECO〔前出の(株)大阪ソーダ製のエピオン301L〕30質量部、SBR〔前出のJSR(株)製のJSR 1502〕60質量部、およびCR〔前出の昭和電工(株)製のショウプレンWRT〕10質量部を用いた。
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(K-TFSI)、前出の三菱マテリアル電子化成(株)製のEF-N112
架橋促進助剤:酸化亜鉛2種、前出の堺化学工業(株)製
充填剤:カーボンブラックFT(サーマルブラック)、旭カーボン(株)製の旭#15
受酸剤:ハイドロタルサイト類、前出の協和化学工業(株)製のDHT-4A-2
加工助剤:ステアリン酸亜鉛、前出の堺化学工業(株)製のSZ-2000
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、外層6用のゴム組成物(I)を調製した。
架橋剤:オイル処理粉末硫黄、前出の鶴見化学工業(株)製の金華印5%油入微粉硫黄
促進剤DM:ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド、前出の大内新興化学工業(株)製のノクセラーDM、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、前出の三新化学工業(株)製のサンセラーTS、チウラム系促進剤
促進剤22:エチレンチオウレア(2-メルカプトイミダゾリン)、前出の川口化学工業(株)製のアクセル22-S、チオウレア系促進剤
促進剤DT:1,3-ジ-o-トリルグアニジン、前出の大内新興化学工業(株)製のノクセラーDT、グアニジン系促進剤
〈外層6用のゴム組成物(II)〉
イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(I)と同様にして、外層6用のゴム組成物(II)を調製した。
GECOの量を40質量部、SBRの量を50質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(I)と同様にして、外層6用のゴム組成物(III)を調製した。
〈外層6用のゴム組成物(IV)〉
GECOの量を25質量部、SBRの量を65質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(I)と同様にして、外層6用のゴム組成物(IV)を調製した。
GECOの量を20質量部、SBRの量を70質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(I)と同様にして、外層6用のゴム組成物(V)を調製した。
〈外層6用のゴム組成物(VI)〉
GECOの量を18質量部、SBRの量を72質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(I)と同様にして、外層6用のゴム組成物(VI)を調製した。
GECOの量を15質量部、SBRの量を75質量部として、イオン塩を配合しなかったこと以外はゴム組成物(I)と同様にして、外層6用のゴム組成物(VII)を調製した。
《実施例1~12、比較例1~6》
〈内層2〉
内層2用のゴム組成物(i)~(vi)を、押出機に供給して筒状に押出成形し、架橋用の仮のシャフトに装着して加硫缶内で135℃×10分間、次いで160℃で30分間加熱して架橋、発泡させた。
次いで、架橋、発泡させた筒状体を、外周面に導電性の熱硬化性接着剤を塗布した外径φ7.5mmのシャフト9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9に接着させた。
そして、筒状体の両端を整形するとともに、外周面3を、円筒研磨機を用いてトラバース研磨して外径φ14.5mmになるように仕上げて、シャフト9と一体化された、多孔質の内層2を形成した。
中間層4用のゴム組成物(A)~(G)、および外層用のゴム組成物(I)~(VII)を、表7~表9に示す組み合わせで2層押出機に供給して、2層構造の筒状に押出成形し、加硫缶内で160℃×1時間架橋させた。
架橋後の筒状体は、外径φ16mm、内径φ13mmであった。
先に形成した内層2を、上記中間層4と外層6の2層構造の筒状体の通孔内に圧入したのち、当該筒状体の両端を整形した。
内層2、中間層4、および外層6の組み合わせは、表7~表9に示すとおりとした。
次に、外層6の外周面10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して外径φ16.00mm(公差:0.05)になるように仕上げて、内層2、中間層4、外層6の3層構造を有し、シャフト9と一体化されたローラ本体7を形成した。
次いで、形成したローラ本体7の外周面10をアルコール拭きしたのち、当該外周面10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〕にセットした。
そして、シャフト9を中心として90°ずつ回転させながら、波長184.9nmと253.7nmの紫外線を照射することで上記外周面10を酸化膜11で被覆して、現像ローラ1を製造した。
上記各実施例、比較例で製造した現像ローラ1について、下記の各試験を実施して、その特性を求めた。
なお各試験は、いずれも温度23℃、相対湿度55%の環境下で実施した。
〈表面抵抗値R1の測定〉
ローラ本体7の外周面10の表面抵抗値R1(Ω、10V印加時)は、抵抗率計〔(株)三菱ケミカルアナリテック製のハイレスタ(登録商標)UP MCP-HT450〕と同社製の専用MCPプローブ(UAタイプ)とを用いて、表面抵抗モードで測定した。
測定の条件は、RCF(S):1.050、印加電圧:10Vとした。
表面抵抗値R1(Ω、10V印加時)は、前述したように、常用対数値logR1が9.0以下であったものを合格(○)、9.0を超えたものを不合格(×)とした。
ローラ本体7の全体でのローラ抵抗値R2(Ω、10V印加時)は、図2に示す方法で測定した。
すなわち図1、図2を参照して、まず一定の回転速度で回転させることができるアルミニウムドラム12を用意し、用意したアルミニウムドラム12の外周面13に、上方から、ローラ本体7の外周面10を接触させた。
直流電源14は、(-)側をシャフト9、(+)側を抵抗15と接続し、抵抗15の抵抗値rは100Ωとした。
次いで、シャフト9の両端部にそれぞれ450gの荷重Fをかけて、ローラ本体7をアルミニウムドラム12に圧接させた状態で、アルミニウムドラム12を40rpmで回転させた。
検出電圧Vと印加電圧E(=10V)とから、ローラ本体7の全体でのローラ抵抗値R2は、基本的に式(5):
R2=r×E/V-r (5)
によって求められる。
R2=r×E/V (5a)
によって求めた値でもって、ローラ本体7の全体でのローラ抵抗値R2(Ω、10V印加時)とした。
ローラ抵抗値R2(Ω、10V印加時)は、前述したように、常用対数値logR2が6.4以上、8.5以下であったものを合格(○)、それ以外を不合格(×)とした。
内層2のみの状態でのローラ抵抗値R3は、ローラ抵抗値R2と同様にして測定した。
すなわち、図1、図2を参照して、アルミニウムドラム12の外周面13に、上方から、中間層4と外層6の2層構造の筒内に圧入する前の内層2の外周面3を接触させた。
また、シャフト9とアルミニウムドラム12との間に直流電源14、および抵抗15を直列に接続して計測回路16を構成した。
次いで、シャフト9の両端部にそれぞれ450gの荷重Fをかけて、内層2をアルミニウムドラム12に圧接させた状態で、アルミニウムドラム12を40rpmで回転させた。
検出電圧Vと印加電圧E(=10V)とから、内層2のみの状態でのローラ抵抗値R3は、基本的に式(6):
R3=r×E/V-r (6)
によって求められる。
R3=r×E/V (6a)
によって求めた値でもって、内層2のみの状態でのローラ抵抗値R3(Ω、10V印加時)とした。
ローラ抵抗値R3(Ω、10V印加時)は、前述したように、常用対数値logR3が7.0以下であったものを合格(○)、7.0を超えたものを不合格(×)とした。
製造した現像ローラ1を、レーザープリンタ〔ブラザー工業(株)製のHL-2240D〕に組み込み、下記の各試験を実施して形成画像の画質を評価した。
なお各試験は、いずれも温度23.5℃、相対湿度55%の環境下で実施した。
〈黒ベタ濃度の測定〉
普通紙に1%濃度の画像を30枚連続して画像形成した直後に、3cm角の黒ベタ画像を1枚画像形成した。
〈2dot濃度の測定〉
普通紙に1%濃度の画像を30枚連続して画像形成した直後に、格子長約80μmの正方格子上に円が並んだ孤立2dot画像を1枚画像形成した。
2dot濃度は0.02以上を合格(○)、0.02未満を不合格(×)とした。
〈濃度ムラの評価〉
普通紙に1%濃度の画像を30枚連続して画像形成した直後に、3cm幅のハーフトーン部と、当該ハーフトーン部の、用紙の通紙方向と直交する横方向に5mmあけて隣接させて、3cm角の黒ベタ部を有する画像を1枚画像形成した。
〈ゴーストの評価〉
普通紙に1%濃度の画像を3000枚連続して画像形成した直後に、用紙の通紙方向と直交する横方向に6cmあけて、当該横方向である横3cm、通紙方向である縦6cmの黒ベタ部と、当該黒ベタ部の、用紙の通紙方向の直後に接するように、用紙の横方向の略全幅に亘るハーフトーン部を有する画像を1枚画像形成した。
そして濃度差が0.3以下をゴーストなし(○)、0.3以上をゴーストあり(×)とした。
2 内層
3 外周面
4 中間層
5 外周面
6 外層
7 ローラ本体
8 通孔
9 シャフト
10 外周面
11 酸化膜
12 アルミニウムドラム
13 外周面
14 直流電源
15 抵抗
16 計測回路
F 荷重
V 検出電圧
r 抵抗値
Claims (2)
- ローラ本体を含み、前記ローラ本体は、弾性材料からなる多孔質で筒状の内層、前記内層の外周を被覆した、弾性材料からなる非多孔質で筒状の中間層、および前記中間層の外周を被覆した、弾性材料からなる非多孔質で筒状の外層を含み、前記外層の外周面である前記ローラ本体の外周面の表面抵抗値R1(Ω、10V印加時)、前記ローラ本体の全体でのローラ抵抗値R2(Ω、10V印加時)、および前記内層のみの状態でのローラ抵抗値R3(Ω、10V印加時)は、それぞれ式(1)~(3):
logR1≦9.0 (1)
6.4≦logR2≦8.5 (2)
logR3≦7.0 (3)
を満足しており、
前記内層、中間層、および外層は、いずれもゴムとしてエピクロルヒドリンゴム、およびジエン系ゴムを含むゴム組成物の架橋物からなる現像ローラ。 - 前記ローラ本体の外周面を被覆した酸化膜をさらに含む請求項1に記載の現像ローラ。
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