JPH05127494A - 半導電性ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】非粘着性が良好で、絶縁破壊電圧が高い等電気
的特性が安定した半導電性ローラを提供する。 【構成】 導電性支持体上に低抵抗層が形成された半導
電性ローラであって該抵抗層がアクリルゴム（例えば、
アクリル酸エチル・２．クロルエチルビニルエーテル共
重合体、アクリル酸エチル・モノクロル酢酸ビニル共重
合体）と溶剤可溶性フッ素樹脂（例えば、フルオロオレ
フィン・水酸基含有ビニルエーテル共重量体を多官能イ
シソアネート架橋した含フッ素架橋共重合体）とを主成
分とする樹脂組成物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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真システムにお
ける帯電、現像および転写用等に用いられる半導電性ロ
ーラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式複写機は、たとえば、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、光のあたった部分
の帯電を消すことによって静電潜像を形成することがで
きる。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。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という高電圧を金属ワイヤに印加するた
め、放電にともない発生するオゾンが感光体の性能を劣
化させるとともに、人体に悪い影響を与えることが知ら
れている。

【０００３】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、接触帯電ローラが注目さ
れている。接触ローラ帯電方式を用いた電子写真装置
は、図１のように構成されていて、感光体１は有機感光
体で形成されているが、セレン、ＣｄＳ、アモルファス
シリコン等でもよい。上記感光体１には、これに接して
帯電ローラ２が設けられていて、この帯電ローラ２を中
心として、時計回転方向に配置されて、現像器３、転写
紙４がある。感光体１に近接して、転写ローラ５から放
出される転写紙４の定着を行うための定着器６が転写ロ
ーラ５およびトナークリーナ７との間に備えてある。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、１０⁶〜１０¹²Ωｃｍ程度の導
電性を有するものが望ましく、通常図２に示すような、
金属軸芯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。上記導電性
弾性体層の材料としては、体積抵抗が１０⁵Ωｃｍ以
下、好ましくは１０³Ωｃｍ以下、ゴム硬度（ＪＩＳ．
Ａ）２０〜５０度、好ましくは２５〜４５度のものが使
用できる。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、ノルボーネンゴム、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。

【０００４】また、図１に示した感光体ドラム１は、い
わゆるハードローラであるため、帯電ローラとの接触性
を良好にするため、帯電ローラは弾性変形するものが好
ましいが、感光体がベルト状の場合には必ずしも帯電ロ
ーラが弾性変形する必要はない。したがって導電性弾性
層１１の必要のないときは、軸芯を有する金属の円筒形
状の表面に直接、抵抗層を形成することができる。抵抗
層材料としては、体積抵抗が１０⁵〜１０¹³Ωｃｍ、好
ましくは１０⁶〜１０¹²Ωｃｍのものが使用できる。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）などの抵抗物質を混入した組成物によって形成
されている。

【０００５】ところが、上記のような抵抗層を備えてい
る半導電性ローラで、抵抗層に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ある
いはフッ素ゴムなどで形成されているとき、一般にトナ
ーに対する非粘着性が十分でないため、帯電ローラ、転
写ローラとして使用される場合、感光体表面にわずかに
残留するトナー粒子や紙粉などがローラ表面に付着ある
いは固着が発生し、問題となる。たとえば、帯電ローラ
表面にトナー粒子や紙粉が付着、固着した場合では、ロ
ーラ帯電器の機能が失なわれ、固着部分は、感光体への
正常な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、さらに顕著にローラ表面へのトナー
固着が発生し、画像ムラなどの異常画像の発生原因とな
り好ましくない。

【０００６】そして、抵抗層材料が合成ゴム中にカーボ
ンブラックなどの低抵抗粒子を分散した系の場合の欠点
として軸芯に高電圧を印加して使用するとき、絶縁破壊
を起こしやすくなる。たとえば帯電ローラの場合では、
感光体表面にピンホールなどがあると、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帯電が降下してし
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が長手方向にわたる黒スジ
となって現われるという問題を有している。

【０００７】このような欠点を改良した半導電性ロー
ラ、特に帯電ローラの発明としては、中抵抗層（例え
ば、１０¹¹Ωｃｍ）を有する半導電性ローラ（特開昭５
０−８４３号、キャノン）、弾性抵抗体に金属酸化物を
含有させ、抵抗値１０⁶〜１０⁹Ωｃｍとしたもの（実開
昭５８−８８６４５号、東芝）、導電性弾性体にフッ素
樹脂等非粘着性被膜を形成したもの（特開昭５８−１９
４０６１号、東芝）及び導電性弾性体にヒドリンゴム被
膜を形成したもの（特開平１−１４２５６９号、東海ゴ
ム）等があるが、未だ満足しうるものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
欠点を解消した、トナー粒子や紙粉等の付着がなく、画
像ムラ等の異常画像の発生がなく、しかも絶縁破壊電圧
の高い半導電性ローラに関するものである。

【０００９】

【課題を解決するための課題】本発明によれば、導電性
支持体上に抵抗層が形成された半導電性ローラであっ
て、該抵抗層がアクリルゴムと溶剤可溶性フッ素樹脂と
を主成分とする樹脂組成物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、また、アクリルゴムがアクリル酸エチル・２−クロ
ルエチルビニルエーテル共重合体、またはアクリル酸エ
チル・モノクロル酢酸ビニル共重合体よりなるエラスト
マを主体として構成されていることを特徴とする前記半
導電性ローラが提供され、更に溶剤可溶フッ素樹脂が、
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
成分とした含フッ素共重合体を多官能イソシアネートで
架橋させて得られる含フッ素架橋共重合体であることを
特徴とする前記半導電性ローラが提供される。

【００１０】本発明者等は、帯電ローラ、現像ローラ、
転写ローラ等の半導電性ローラ（図２参照）において、
抵抗層を、前記特定の材料により構成したことにより、
前記目的を達成することができることを見い出し、本発
明を完成するに至った。

【００１１】本発明の半導電性ローラは、図２に示され
るように、軸芯１０の周囲に導電性弾性層を設け、更に
その外周に抵抗層１２を設けたものである。導電性支持
体が弾性を必要とするときのその材料は、特に制限する
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、ノルボー
ネンゴム、ウレタンゴムなど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、体積抵抗が１０⁵Ωｃｍ以下、
好ましくは１０³Ωｃｍ以下、そしてゴム硬度（ＪＩ
Ｓ．Ａ）が２０〜５０度、好ましくは２５〜４０度の範
囲のものが使用できる。また、感光体がベルト状の場合
など、必ずしも半導電ローラが弾性変形する必要のない
ときの導電性支持体は金属を円筒状にしたものでもよ
い。

【００１２】上記導電性支持体上に形成される抵抗層は
アクリルゴムと溶剤可溶性フッ素樹脂とを主成分とする
樹脂組成物からなる導電性粒子を含有しない半導電性物
質である。このアクリルゴムは、主モノマがアクリル酸
エチル、架橋性モノマが２−クロルエチルビニルエーテ
ルまたはモノクロル酢酸ビニルの共重合体である（下記
表１参照）。架橋系は架橋性モノマが２−クロルエチル
ビニルエーテルの場合は、末端の塩素が橋かけ点とな
る。比較的反応性が低く、このため架橋剤は活性なポリ
アミンを用いる。また、モノクロル酢酸ビニルの場合に
は、カルボニル基で活性化され、反応性は高い。架橋剤
には脂肪酸金属塩とイオウを用いる。

【００１３】

【表１】

【００１４】このようなアクリルゴムは電気抵抗値は中
抵抗領域を示し、しかもこの電気特性の温湿度依存性が
小さいという特徴をもっているが、トナーなどに対する
非粘着性が十分でなく、アクリルゴム単体での抵抗層で
は、前述したようなトナー付着を生じ、実使用に耐える
ローラとはなり得ないのである。そこで、アクリルゴム
の弱点をフッ素系樹脂を混合することにより、他の特性
を損うことなく、非粘着性を向上することができ、トナ
ーなどのローラ表面への付着を防止して長期間にわたっ
て、ローラとしての機能を維持できることがわかった。

【００１５】ここで使用される溶剤可溶性フッ素樹脂
は、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であり、そ
の詳細は小島、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（１９８４）、特
公昭６３−１９６２号、同６３−２３０４号、同６３−
２９９２号の各公報を参照することができる。樹脂のフ
ッ素含有率は、２５〜３２ｗｔ％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、耐久性にすぐ
れている。また、このポリマは有機溶剤に可溶であるの
で、コーティング後、ポリマを架橋し、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。

【００１６】本発明の半導電性ローラを用いて複写を行
なうには、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、従動回転させる。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の表面には、露
光機構部８によって、原稿に対応した静電潜像を感光体
ドラム表面に形成し、この潜像を可視化して転写紙に転
写ローラ５を用いて転写し、定着器６で定着を行う。こ
のようにして複写体が得られる。なお、この場合、上記
感光体ドラム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８５〜９５％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、さらにイレーサー・ランプ９によって
全面光照射をうけ、初期化され、つぎの帯電に備える。

【００１７】次に本発明の半導電性ローラの作成につい
て具体的に説明する。弾性を有する導電性支持体用材料
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、二本ローラを用いて十分に混練し、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た。こ
のゴムコンパウンドを金属の軸芯の外周に巻き、予め１
７０℃に加熱したローラ成形用金型にはさみ込み、１２
０ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加えて１０分間の加硫（一次）
を行った。次に成形用金型の圧力を解除して、ローラを
取り出した後、２００℃、４時間の加硫（二次）を行っ
た。その後、ローラ表面を研削して、必要な外径寸法を
得ると同時に表面粗さを３μｍ（Ｒｚ）以下とした。抵
抗層材料として、アクリルゴムと溶剤可溶性フッ素樹脂
とをトルエン／キシレン溶媒に溶解してコーティング液
とし、先に作成した導電性弾性ローラ上にコーティング
した後、乾燥して目的とする半導電性ローラを得た。

【００１８】

【実施例】以下に実施例により更に詳細に説明する。 実施例１〜４ 弾性を有する導電性支持体用材料として、熱加硫型導電
性シリコーンゴム商品名：ＤＹ３２−９３１μ（東レ・
ダウコーティングシリコーン社製）１００重量部、商品
名：ＳＲＸ−５５７（東レ・ダウコーティングシリコー
ン社製）１００重量部、加硫剤商品名：ＲＣ−４（東レ
・ダウコーティングシリコーン社製）６重量部を混練し
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、１２０ｋｇ／ｃｍ²）による一次
加硫の後、二次加硫（２００℃、４時間）を行った。次
いでローラ表面を研削して、３μｍ（Ｒｚ）の表面粗
さ、外径φ１２ｍｍに仕上げをして金属軸芯上に目的と
する体積抵抗３×１０³Ωｃｍ、ゴム硬度３５度（ＪＩ
Ｓ．Ａ）の導電性弾性層を有するローラを得た。抵抗層
用材料として、次のアクリルゴムおよびフッ素系樹脂の
コーティングを準備した。まず、アクリルゴムのアクリ
ル酸エチル・２−クロルエチルビニルエーテル共重合体
エラストマ商品名：ノックスタイトＡ１０９５（ＮＯＫ
社製）１００重量部、加硫剤商品名：ケミノックスＡＣ
−６（ＮＯＫ社製）０．９重量部、加硫助剤：ステアリ
ン酸１．２重量部、溶媒としてトルエンを３２００重量
部を加えてコーティング液（ポリマ固形分：３％）を得
た。次にアッ素樹脂の溶剤可溶性フッ素樹脂の高品名：
ルミフロンＬＦ−６０１Ｃ（旭硝子社製）１００重量
部、イソシアネート系硬化剤の商品名：コロネートＨＸ
（日本ポリウレタン社製）１０重量部、溶媒としてトル
エン２３０重量部、キシレン２３０重量部を加えてコー
ティング液（ポリマ固型分：１０．８％）を得た。アク
リルゴムコーティング液とフッ素樹脂コーティング液の
混合比を変えた混合系コーティング液を先に得た導電性
弾性層を有するローラ表面上にエアースプレ法によって
コーティングした後、１６０℃、３０分間で架橋硬化さ
せて、導電性弾性ローラ上に厚さ５０μｍの抵抗層を得
た。このようにして得られた半導電性ローラを図１に示
した電子写真装置の帯電ローラとして装着して経時的な
トナー粒子のローラ表面への付着性、および電気的特性
の体積固有抵抗と絶縁破壊電圧などを評価した。その結
果を表２に示す。

【００１９】実施例５〜８ 抵抗層用材料として、アクリルゴムをアクリル酸エチル
・モノクロル酢酸ビニル共重合体エラストマの商品名：
ノックスタイトＰＡ４０１（ＮＯＫ社製）１００重量
部、加硫助剤：ステアリン酸１．０重量部、ステアリン
酸ナトリウム２．７重量部、エテアリン酸カリウム０．
６重量部、加硫剤：イオウ０．４重量部、溶媒としてト
ルエンを３２００重量部を加えてコーティング液（ポリ
マ固形分：３０％）を得た。この他は実施例１〜４と同
様にして測定、評価した。その結果を表２に示す。

【００２０】比較例１ 抵抗層用材料に先に実施例中に記したアクリルゴム：ア
クリル酸エチル・２−クロルエチルビニルエーテル共重
合体のみをコーティング液とし、導電性弾性ローラ上に
エアースプレーでコーティングした後、１６０℃、３０
分間で架橋硬化させて、５０μｍの抵抗層を得た。この
ローラを実施例と同様にして測定、評価した。その結果
を表２に示す。

【００２１】比較例２ 比較例１の抵抗層用材料のアクリルゴムをアクリル酸エ
チル・モノクロル酢酸ビニル共重合体に替えて、その他
は同様にして行った。

【００２３】なお、評価方法および測定方法は次のよう
に行った。 （１）トナーのローラ表面への付着性 図１装置を用いて稼動５００時間毎の帯電ローラ表面の
トナー粒子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ることができる。 〃 ：拭きとりで、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。 （２）体積抵抗 試料のローラを２０℃、６０％Ｒ．Ｈの環境中に１６時
間放置した後、１０ｍｍ幅の銅箔テープ（３Ｍ社製スコ
ッチテープＮｏ．１２４５）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（ケースレ
社製エレクトロメータ６１０Ｃ）で測定。 （３）絶縁破壊電圧 試料のローラを２０℃、６０％Ｒ．Ｈ環境中に１６時間
放置した後、１０ｍｍ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。上記結果より実施例ローラは比較例ローラと比べて
トナー付着防止性が優れており、良好な帯電ローラとし
て使用可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の半導電性ローラは、その抵抗層
がカーボンブラック等の低抵抗粒子を分散した系でな
く、重合体自体で構成されているため、作業時の管理が
しやすく、したがって低コストで製作でき、しかも該半
導電性ローラは、その抵抗層を構成するアクリルゴムと
フッ素含有架橋重合体との相溶性が良いことから、非粘
着性が良好で、絶縁破壊電圧が高いなど、電気的特性が
安定しており、特に帯電ローラとして使用した場合、極
めて優れた効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に有用な帯電ローラを用いた電子
写真複写装置の模式図である。

【図２】半導電性ローラの層構成を示す模式図である。

【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…導電性弾性層 １２…
抵抗層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 9:00 27:12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性支持体上に抵抗層が形成された半
   導電性ローラであって、該抵抗層がアクリルゴムと溶剤
   可溶性フッ素樹脂とを主成分とする樹脂組成物からなる
   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。
2. 【請求項２】 アクリルゴムがアクリル酸エチル・２−
   クロルエチルビニルエーテル共重合体、またはアクリル
   酸エチル・モノクロル酢酸ビニル共重合体よりなるエラ
   ストマを主体として構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の半導電性ローラ。
3. 【請求項３】 溶剤可溶フッ素樹脂が、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フ
   ッ素共重合体を多官能イソシアネートで架橋させて得ら
   れる含フッ素架橋共重合体であることを特徴とする請求
   項１記載の半導電性ローラ。