JPH04311972A

JPH04311972A - 半導電性ローラ

Info

Publication number: JPH04311972A
Application number: JP10486091A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nojima; 野島　一男
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1992-11-04
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JP3053246B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真複写機等に用い
られる半導電性ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機は、例えば有機感光体、
セレン、ＣｄＳ等の感光体ドラム表面に原稿像を静電潜
像として形成し、これにトナーを付着させて、トナー像
を形成し、このトナー像を転写紙に転写、定着すること
により、複写を行なうものである。この場合、感光体ド
ラム表面に静電潜像を形成させるには、あらかじめ感光
体ドラム表面を帯電させ、その帯電部分に対して原稿像
を光学系を介して投射し、光の当たった部分の帯電を消
すことによって、静電潜像を形成することが行なわれて
いる。

【０００３】上記の静電潜像の形成に先立って、感光体
ドラム表面を帯電させる方法として、従来からコロナ放
電方式が採用されている。このコロナ放電方式は、感光
体ドラム表面に対して、コロナ放電器からコロナ放電を
施して帯電処理し、感光性を付与するものである。この
方式は、一般に５〜８ＫＶという高圧電圧を金属ワイヤ
ーに印加するため、放電に伴い有害なオゾンを発生する
という難点がある。また、電力的にも、感光体に向かう
電流はその５〜３０％にすぎず、ほとんどがシールド板
に流れ、帯電手段としては効率の悪いものであった。

【０００４】このような問題を解決するために、最近で
は、半導電性ローラを感光体ドラム表面に接触回転させ
て、感光体表面を帯電させる接触帯電方式が注目されて
いる。特に、半導電性ローラを帯電ローラとして用いる
ことが、例えば特開昭５０−８４３号、実開昭５８−８
８６４５号、特開昭５８−１９４０６１号、特開平１−
１４２５６９号各公報等に提案されている。

【０００５】この接触帯電方式を用いた電子写真装置は
、例えば図１に示されるように構成されていて、感光体
１は通常有機感光体で形成されているが、セレン、Ｃｄ
Ｓ、アモルファスシリコン等であってもよい。上記感光
体１には、これに接して帯電ローラ２が設けられており
、この帯電ローラ２を中心として、時計回転方向に現像
器３、転写ローラ５及びトナークリーナ７が設置されて
いる。更に、感光体１に近接して転写ローラ５から送出
される転写紙４の定着を行なうための定着器６が、転写
ローラ５とトナークリーナ７との間に備えられている。

【０００６】そして複写は次のようにして実施される。矢印方向に回転する感光体ドラム１（例えば線速６０ｍ
ｍ／ｓｅｃ）の外周面に、弾性を有する半導電性ローラ
からなる帯電ローラ２を、感光体ドラム１によって、部
分的に弾性変形させながら回転させる。この帯電ローラ
２の接触により、感光体ドラム１の外表面が帯電される
。このようにして帯電された感光体１の表面には、露光
機溝部８によって、原稿に対応した静電潜像が形成され
、この潜像を現像器３により可視像化して、転写紙４に
転写ローラ５を用いて転写し、定着器６で定着を行なう
。このようにして複写体が得られる。

【０００７】なお、この場合、上記感光体１の表面には
、転写ローラ５によって付着しているトナーの８５〜９
５％は転写されるが、この転写後の残りのトナーはトナ
ークリーナ７によってほぼ完全に除去され、更にイレー
サ・ランプ９によって全面光照射を受け、初期化され、
次の帯電に備えられる。

【０００８】電子写真複写機等には、帯電ローラ、現像
ローラ、転写ローラ等多くの半導電性ローラが用いられ
ている。このような半導電性ローラは、体積抵抗１０６
〜１０１２Ω・ｃｍ程度の導電性を有するものが望まし
く、通常図２に示されるように、金属性の軸芯１０とそ
の外周に導電性弾性体層１１が形成され、この導電性弾
性体層１１の外周に沿って、抵抗層１２が形成された半
導電性ローラが用いられている。

【０００９】上記導電性弾性体層材料としては、体積抵
抗１０５Ω・ｃｍ以下、好ましくは１０３Ω・ｃｍ以下
であって、且つゴム硬度（ＪＩＳ　　Ａ）２０〜５０度
、好ましくは２５〜４０度のものが使用される。一般的
には、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニト
リルゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム中に導電性粉末（
カーボンブラック、金属粉末など）などを混入した組成
物によって形成されている。

【００１０】また、抵抗層材料としては、体積抵抗１０
５〜１０１３Ω・ｃｍ、好ましくは１０６〜１０１２Ω
・ｃｍのものが使用される。一般的には、エピクロルヒ
ドリンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴ
ム、クロロプレンゴムなどの有極性ゴムであったり、更
には、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチ
レン・ブタジエンゴムなどの高抵抗の合成ゴム中に導電
性粉末（カーボンブラック、金属粉末など）、導電性繊
維（カーボン繊維など）、弗素系界面活性剤、エステル
系可塑剤などの低抵抗物質を混入した組成物によって形
成されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な抵抗層を備えている半導電性ローラにおいて、抵抗層
がエピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴ
ムなどの有極性ゴムで形成されているときは、一般にト
ナーに対する離型性が悪いために、該ローラを帯電ロー
ラ、転写ローラとして使用する場合、感光体表面にわず
かに残留するトナーがローラ表面に付着、固着してしま
い、問題となる。例えば、帯電ローラにトナーが固着し
た場合では、ローラ帯電器の機能が失なわれ、トナーの
固着部分は感光体への帯電が不可能となる。また、現像
ローラとして使用される場合では、更に顕著にローラ表
面へのトナー固着が発生し、画像ムラ等の発生原因とな
り、好ましくない。

【００１２】また、抵抗層材料が合成ゴム中にカーボン
ブラックなどを分散した系の場合には、高電圧下におい
て、絶縁破壊を起し易くなるという欠点がある。例えば
、帯電ローラの場合では、感光体表面にピンホール等が
あると、感光体の背面電極に通ずる導電路が形成されて
、帯電ローラから過剰な電流が流れ、帯電ローラに印加
された電圧が降下してしまう。画像としてみると、ネガ
ポジ現像では、感光体表面と帯電ローラとの接触部分の
長手方向にわたる黒スジとなって現われるという問題点
を有している。

【００１３】従って、本発明の目的は、トナーに対する
離型性（非粘着性）に優れ、しかもカーボンブラック等
の高電圧下、絶縁破壊を起こし易い導電性粉末や、弗素
系界面活性剤、エステル系可塑剤等のローラ内部から経
時的に滲み出して感光体などを汚染し易い低抵抗物質な
どを含有しない材料からなる抵抗層を有する半導電性ロ
ーラを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、抵抗層の構成材料として四弗化エチレン・プ
ロピレンゴム又はエピクロルヒドリンゴム／弗素系ポリ
マー混合系を使用した半導電性ローラが上記目的に適合
することを知見し、本発明を完成するに至った。

【００１５】即ち、本発明によれば、導電性支持体上に
導電性弾性体層と抵抗層とをその順に積層してなる半導
電性ローラであって、しかも前記抵抗層が四弗化エチレ
ン・プロピレンゴムを主体として構成されているか、又
はエピクロルヒドリンゴムと弗素系ポリマーとの混合系
からなる半導電性物質で構成されていることを特徴とす
る半導電性ローラが提供される。

【００１６】本発明の半導電性ローラは、抵抗層が四弗
化エチレン・プロピレンゴム又はエピロクルヒドリンゴ
ム／弗素系ポリマー混合系から構成されていることによ
り、トナーに対する非粘着に優れ、トナーフィルミング
が防止でき、長期間にわたって安定したローラとしての
機能を発揮できるものとなる。

【００１７】本発明の半導電性ローラは、導電性支持体
上にまず導電性弾性体層が形成されているが、この導電
性弾性体層用の材料は特に制限されるものではなく、シ
リコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒ
ドリンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム
中に導電性粉末や導電性繊維（カーボンブラック，金属
粉末、カーボン繊維等）などを混入した組成物によって
形成され、体積抵抗が１０５Ω・ｃｍ以下、好ましくは
１０３Ω・ｃｍ以下であって、且つゴム硬度（ＪＩＳ　
　Ａ）が２０〜５０度、好ましくは２５〜４０度の範囲
のものが使用される。

【００１８】なお、導電性粉末等の混入の際、抵抗調整
やゴム硬度調整の目的で、可塑剤や活性剤等を使用する
のは好ましくない。と言うのは、これらの薬剤は経時的
に滲み出し、感光体等の表面の汚染及びローラ表面のト
ナーフィルミングの発生原因となるためである。

【００１９】本発明の半導電性ローラは、その抵抗層が
前記したように四弗化エチレン・プロピレンゴム又はエ
ピクロルヒドリンゴム／弗素系ポリマー混合系から構成
されるが、四弗化エチレン・プロピレンゴムは、トナー
に対する非粘着性に優れ、体積抵抗値は中抵抗領域を有
し、しかもこの電気特性の温湿度依存性が著しく小さく
、また機械的強度も実使用に十分耐える強度をもってい
る弗素ゴムである。従って、このような特性を有する四
弗化エチレン・プロピレンゴムを主体とするポリマー単
一系で抵抗層を形成すると、トナーフィルミングを防止
でき、しかも長期間にわたって安定したローラとしての
機能を維持することができる。また、体積抵抗、ゴム硬
度を調整するための界面活性剤、可塑剤等を使用する必
要がないので、感光体を汚染することもない。

【００２０】また、エピクロルヒドリンゴムは、体積抵
抗値は中抵抗領域を示し、しかもこの電気特性の温湿度
依存性が小さいという特長をもっているが、トナーに対
する非粘着性が十分でなく、エピクロルヒドリンゴム単
体の抵抗層では、前述したようなトナー固着を生じ、実
使用に耐えるローラとはなり得ない。しかし、エピクロ
ルヒドリンゴムと弗素系ポリマーとの混合系からなる抵
抗層とすると、トナーに対する非粘着性が向上し、トナ
ー固着が防止され、長期間にわたって安定したローラと
しての機能を維持し得るようになる。しかも、カーボン
ブラック等の低抵抗材料をゴム中に分散した系ではない
ポリマー単系で半導電性を有しているので、帯電ローラ
に使用した場合でも、ローラの特性が十分発揮できる。

【００２１】ここで使用される弗素系ポリマーは、溶剤
可溶性弗素樹脂で、フルオロオレフィンと炭化水素系ビ
ニルエーテルとの共重合反応によって得られる非晶質ポ
リマーが特に好ましい。この弗素系ポリマーの詳細につ
いては、小島、山辺、「有機合成化学協会誌」４２（８
），８４１（１９８４），宗像、宮崎、賀屋，高柳、「
旭硝子研究報告」３４（２），２０５〜２２４（１９８
４），特公昭６３−１９６２号、同６３−２３０４号、
同６３−２９９２号各公報等を参照することができる。

【００２２】このポリマーの弗素含有率は２５〜３２重
量％と比較的低いが、フルオロオレフィンと炭化水素ビ
ニルエーテルが交互に配列した鎖構造をもつ交互共重合
体であり、化学的に安定なフルオロオレフィン部位が規
則的に配列し、不安定な炭化水素系ビニルエーテル部位
を電子的にも立体化学的にも保護しているために化学的
に安定であり、耐久性にも優れている。なお、このポリ
マーは有機溶剤に可溶であるので、コーティング後ポリ
マーを架橋し塗膜に耐溶剤性を付与する必要があるが、
このために反応性に富んだ水酸基含有ビニルエーテルを
共重合し、多官能イソシアネートによる架橋、硬化がな
される。

【００２３】次に、本発明の半導電性ローラの作製方法
について具体的に説明すると以下のようになる。（ｉ）
まず、導電性弾性体層用材料として、例えば熱加硫型シ
リコーンゴムにカーボンブラックを分散したゴムコンパ
ウンドに過酸化物系加硫剤を添加し、二本ローラを使用
して十分混練し、均一な組成のカーボンブラック分散ゴ
ムコンパウンドを得る。（ｉｉ）このゴムパウンドを金
属製軸芯の外周に巻きつけて、あらかじめ加熱（例えば
１７０℃）したローラ成形用金型にはさみ込み、所定の
圧力（例えば１２０Ｋｇ／ｃｍ２）を印加して一次加硫
（例えば１０分間）を行なう。（ｉｉｉ）次に金型の圧
力を解除してローラを取り出した後、二次加硫（例えば
２００℃、４時間）を行なう。（ｉｖ）その後ローラ表
面を研削し、必要な外径寸法を得ると同時に表面粗さを
１０μｍ（Ｒｚ）以下とする。（ｖ）次いで、抵抗層用
材料として、四弗化エチレン・プロピレンゴム（液状弗
素ゴム）をエアースプレー（又はディッピング法）を用
いて、（ｉｖ）で得られた導電性弾性体層の外周に塗布
し（塗布厚み３０〜２００μｍ）、所定の条件（例えば
１７０℃、３０分間）で硬化する。

【００２４】また、抵抗層用材料として、エピクロルヒ
ドリンゴム／弗素系ポリマー混合系を用いる場合には、
前記（ｖ）工程を以下のようにする方法が採用される。（ｖ）次いで、抵抗層用材料として、未加硫エピクロル
ヒドリンゴムと溶剤可溶性弗素樹脂（イソシアネート硬
化）を、溶剤（例えばトルエン、キシレン等）に溶解し
、所定の粘度（例えば３５０センチポイズ）に調整して
ディッピング液とし、（ｉｖ）で得られた導電性弾性体
層塗設ローラを上記ディッピング液に浸漬し、所定の厚
み（例えば３０〜６０μｍ）にコーティングした後、常
温乾燥し、次いで高温乾燥（例えば１５０℃、１０分）
する。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、部は重量部を表わす。

【００２６】実施例１導電性弾性体層用材料として下記
組成の混合物を混練して均一な組成のゴムコンパウンド
とした後、金型成形（１７０℃、１０分間、１２０Ｋｇ
／ｃｍ２）による一次加硫の後、二次加硫（２００℃、
４時間）を行なった。　　熱加硫型シリコーンゴム　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１００部　　　　（ＤＹ３２−９３１Ｕ：東レ・
ダウコーニングシリコーン社製）　　熱加硫型シリコー
ンゴム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１００部　　　
　（ＳＲＸ−５５７：東レ・ダウコーニングシリコーン
社製）　　加硫剤　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　６部（ＲＣ−４
：東レ・ダウコーニングシリコーン社製）

【００２７】
次に、表面研磨して表面粗さ４μｍ（Ｒｚ）、外径φ１
２に仕上げて、導電性軸芯上に体積抵抗３×１０３Ω・
ｃｍの導電性弾性体層を有するローラを得た。

【００２８】得られた導電性弾性ローラ上に、下記の均
一組成物をエアースプレー法によって塗装した後、１７
０℃、３０分間で硬化させ、膜厚５０μｍの塗膜を得た
。　　四弗化エチレン・プロピレンゴム　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
００部　　　　（エイトシール主剤Ｆ２０ＵＩ：大平化
成社製）　　硬化剤　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４部　　　　
（エイトシール硬化剤Ｆ２０ＵＩ：大平化成社製）　　
４−メチル−２−ヘプタノン　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３
５０部このようにしてゴム硬度３５度（ＪＩＳ　　Ａ）
の目的とする半導電性ローラを得た。

【００２９】実施例２〜５抵抗層用材料として、下記組
成のゴム組成物を二本ローラで混練した後、トルエン溶
剤５００部に溶かし、粘度を３５０センチポイズに調整
したエピクロルヒドリンゴム溶液を調製した。エピクロ
ルヒドリン／エチレンオキシド／アリルグリシジルエー
テ　　１００部ル三元共重合体からなるエピクロルヒド
リンゴム（エピクロマＣＧ：大阪曹達社製）　　亜鉛華
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　５部　　ステアリン酸　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
部　　硫黄　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　１．５部

【００３０】同じ
く抵抗層用材料として、下記組成の混合物を、トルエン
／キシレン＝１／１の溶剤１３０部に溶解して、粘度を
３５０センチポイズに調整した弗素樹脂溶液を調製した
。　　弗素樹脂　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１００部　　　　（ルミフロンＬ
Ｆ−６００：旭硝子社製）　　イソシアネート系硬化剤
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１０部（コロネー
トＨＸ：日本ポリウレタン社製）

【００３１】実施例１
で作成されたと同一の導電性弾性ローラを、前記エピク
ロルヒドリンゴム溶液と弗素樹脂溶液との混合比を表１
に示されるように変えたディッピング液に浸漬して、コ
ーティングした後常温乾燥し、次いで１５０℃、１０分
乾燥して、５０μｍの厚みの抵抗層をもつ目的とする半
導電性ローラを得た。

【００３２】比較例抵抗層用材料に、実施例２で調製し
たエピクロルヒドリンゴム溶液の単体液を用いた以外は
、実施例２と同様にして半導電性ローラを得た。

【００３３】以上のようにして得られた半導電性ローラ
を、図１に示した電子写真複写装置の帯電ローラとして
装着して、経時的なトナーフィルミング性並びに電気的
特性の体積抵抗と絶縁破壊電圧をそれぞれ評価測定した
。それらの結果を表１に示す。

【００３４】なお、評価方法及び測定方法は、次のよう
に行なった。（１）耐トナーフィルミング性のランク付
け図１の装置を用いて、稼動１００時間後及び３００時
間後の帯電ローラ表面のトナー付着状態を、次の基準に
より評価したものである。ランク■・・・布などでロー
ラ表面のトナーが簡単に拭きとれる。〃　　■・・・拭
き取りで僅かにトナーが残存している。〃　　■・・・
完全に拭きとりができず、トナーの薄い層が残る。〃　
　■・・・トナーが強くローラ表面に固着している。

【００３５】（２）体積抵抗抵抗層単体の抵抗測定では
、薄いアルミ板（厚み０．５ｍｍ）上に抵抗層材料をデ
ィッピング法によって厚さ５０μｍにコーティングした
サンプルを、２０℃、６０％ＲＨの環境中に１６時間放
置した後、抵抗測定セル（１６００８Ａ：ＹＨＰ社製）
と、抵抗計（エレクトロメータ６１０Ｃ：ケースレ社製
）を用いて測定。ローラの抵抗測定は、サンプルを２０
℃、６０％ＲＨの環境中に１６時間放置した後、１０ｍ
ｍ幅の銅箔テープ（スコッチテープＮｏ．１２４５：３
Ｍ社製）を電極として用い、主電極とガード電極との距
離を１ｍｍとし、抵抗計（エレクトロメータ６１０Ｃ：
ケースレ社製）を用いて測定。

【００３６】（３）絶縁破壊電圧サンプルのローラを２
０℃、６０％ＲＨの環境中に１６時間放置した後、１０
ｍｍ幅の主電極と軸芯間に直流電圧を徐々に上昇させて
印加し、絶縁破壊する最低電圧を求めた。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１の結果から、本発明のローラは比較例
のローラと比べ、耐トナーフィルミング性において優れ
ており、良好な帯電ローラとし使用できることが分かる
。

【００３９】

【発明の効果】本発明の半導電性ローラは、導電性支持
体上に導電性弾性体層と抵抗層とをその順に積層してな
る半導電性ローラであって、しかも前記抵抗層が四弗化
エチレン・プロピレンゴム又はエピクロルヒドリンゴム
／弗素系ポリマー混合系で形成されているという構成に
したことから、トナーに対する非粘着性に優れているた
めトナーフィルミングが発生しにくく、しかも該抵抗層
は体積抵抗、ゴム硬度等を調整するための界面活性剤、
可塑剤等を使用する必要がないので、感光体を汚染する
こともなく、またカーボンブラック等の低抵抗材料を配
合しなくても十分な半導電性を有しているので、帯電ロ
ーラに使用した場合でもローラの特性が十分発揮される
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導電性ローラを帯電ローラに用いた
電子写真複写装置の模式図である。

【図２】本発明の半導電性ローラの層構成を示す模式断
面図である。

【符号の説明】

１　　感光体ドラム２　　帯電ローラ３　　現像器４　　転写紙５　　転写ローラ６　　定着器７　　トナークリーナ８　　露光機構部９　　イレーサ・ランプ１０　　軸芯１１　　導電性弾性体層１２　　抵抗層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　導電性支持体上に導電性弾性体層と抵
抗層とをその順に積層してなる半導電性ローラであって
、しかも前記抵抗層が四弗化エチレン・プロピレンゴム
を主体として構成されていることを特徴とする半導電性
ローラ。
【請求項２】　　導電性支持体上に導電性弾性体層と抵
抗層とをその順に積層してなる半導電性ローラであって
、しかも前記抵抗層がエピクロルヒドリンゴムと弗素系
ポリマーとの混合系からなる半導電性物質で構成されて
いることを特徴とする半導電性ローラ。
【請求項３】　　前記弗素系ポリマーがフルオロオレフ
ィンと水酸基含有ビニルエーテルを構成成分とした含弗
素共重合体をイソシアネートで架橋して得られたポリマ
ーである請求項２記載の半導電性ローラ。