KR100949644B1 - 도전성 고무 롤러 및 전사 롤러 - Google Patents

도전성 고무 롤러 및 전사 롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도전성 심재 상에 고무층을 갖는 도전성 고무 롤러에 관한 것이다. 상기 고무층을 이루는 고무 조성물은 고무 성분 및 충전제를 함유한다. 고무 성분은 에피클로로히드린계 고무를 함유한다. 상기 고무 성분 100 질량부에 대하여 충전제는 질소 흡착 비표면적(N2SA) 20 ㎡/g 이상 40 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 80 ㎖/100 g 이상 100 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (A) 10 질량부 이상 30 질량부 이하와, 질소 흡착 비표면적(N2SA) 15 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 40 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (B) 20 질량부 이상 60 질량부 이하를 함유하는 고무 조성물로 이루어지는 도전성 고무 롤러를 제공한다.
도전성 고무 롤러, 고무 조성물, 에피클로로히드린계 고무, 카본 블랙

Description

도전성 고무 롤러 및 전사 롤러{CONDUCTIVE RUBBER ROLLER AND TRANSFER ROLLER}
본 발명은 전자 사진 복사 장치, 프린터 및 정전 기록 장치 등의 화상 형성 장치에서 사용되는 도전성 고무 롤러에 관한 것이고, 특히 전자 사진 감광체 등의 화상 담지 부재에 전자 사진 공정이나 정전 기록 공정 등의 화상 형성 수단으로 형성 담지시킨 토너상에 의한 전사 가능한 화상을 종이 등의 기록 매체나 전사재에 전사시키는 전사 장치에 이용되는 전사 롤러에 관한 것이다.
전자 사진 복사기나 정전 기록 장치 등의 화상 형성 장치에서는, 전압을 인가한 도전성 고무 롤러를 전자 사진 감광체 표면에 가압하여 대전하는 접촉 대전 방식이 주류를 이루고 있고, 화상 형성의 중심인 전자 사진 감광체 드럼 주변에 대전, 전사 등의 각 공정별로 도전성 고무 롤러가 이용되고 있다.
최근 이러한 도전성 고무 롤러의 고무 성분에는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무나 에피클로로히드린계 고무 등의 극성 고무가 이용되고 있다. 극성 고무는 중합체 내에 극성기가 존재하기 때문에 도전성(이온 도전성)을 갖고, 전기 저항의 변동, 전기 저항의 전압 의존성이 작기 때문에 도전성 고무 롤러에 적합하다는 것이 알려져 있다.
또한, 상기한 도전성 고무 롤러의 탄성체층에 요구되는 부피 고유 저항은 2×109 Ω·cm 이하인 경우가 많고, 고무 성분이 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 단독인 경우는 그의 가황물의 부피 고유 저항이 2×109 내지 1×1010 Ω·cm 정도여서 도전성이 불충분해진다.
이 때문에, 가황물의 부피 고유 저항이 1×107 내지 3×109 Ω·cm 정도인 것으로 알려져 있는 에피클로로히드린계 고무를 아크릴로니트릴-부타디엔 고무에 블렌드함으로써 원하는 부피 고유 저항이 얻어지도록 조정하는 방법이 일반적으로 이용되고 있다(예를 들면, 일본 특허 제3656904호 공보).
또한 최근에는 컬러화·고화질화에 대응하기 위해서, 보다 저저항인 도전성 고무 롤러가 요구되고 있어, 에피클로로히드린계 고무를 단독으로 이용하거나, 과염소산 이온이나 염화물 이온을 포함하는 제4급 암모늄염 등의 각종 이온 도전제를 첨가하는 방법도 이용되고 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 제2002-132020호 공보).
그러나 일반적으로 이러한 고무 탄성체를 이용한 도전성 고무 롤러의 경우, 온도나 습도에 의해 저항값이 변화하기 때문에, 사용 환경에 따라 화상 품질이 변화한다는 과제가 있다. 또한, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무는 내오존성이 떨어지기 때문에, 충분한 통전 내구성이 얻어지지 않는다는 과제가 있다. 또한, 제4급 암모늄염 등의 각종 이온 도전제를 첨가하는 방법은 표면 이행에 의한 오염이나 통 전 등에 의해 저항값의 경시 변화가 발생할 우려가 있기 때문에, 고속화나 장기 수명화에 대응 가능한 통전 내구성이 얻어지지 않는 경우가 있다.
따라서, 상기한 바와 같은 과제를 해결하는 방법으로서, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무와 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM)의 블렌드계에 특성이 다른 2종의 카본 블랙으로서 케첸 블랙(ketjen black)과 서멀 블랙(thermal black)을 배합하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 제3401995호 공보).
또한, 에피클로로히드린 고무에 카본 블랙 등의 도전성 충전제를 첨가하는 방법도 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 제2005-43703호 공보).
그러나 이러한 도전성 고무재를 이용한 도전성 롤러에서는, 환경 의존성이나 통전 내구성이 우수한 도전성 고무 롤러가 얻어지지만, 사용하는 카본 블랙의 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량이나 질소 흡착 비표면적(N2SA)에 따라서는, 고무 재료 중 카본 블랙의 분산 상태에 의해 저항값이 변동하기 쉽고, 재료 로트(lot)에 따라서 저항값에 변동이 발생할 뿐만 아니라, 도전성 롤러 내에서도 미묘한 분산 상태의 차이에 의해 국소적 저항의 변동이 발생한다. 또한, 압출 공정에서의 압출 압력 등의 미묘한 조건의 어긋남 등에 의해서도 저항값이 변동하여, 균일하고 안정적인 저항값의 도전성 롤러를 얻는 것이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 이러한 도전성 고무재를 이용한 도전성 롤러에서는 저항값의 인가 전압에 의한 의존성이 크기 때문에, 일정한 저항값을 얻기 위해서 정밀한 인가 전압 제어 장치가 필요해진다는 문제도 있었다.
본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하는 것으로, 전사 롤러나 대전 롤러 또는 현상 롤러 등의 도전성 고무 롤러에서, 통전 내구 열화나 환경 변화 등에 의한 롤러 저항값의 변동량이 작고, 저항 변동이나 저항의 전압 의존성이 작으며, 전자 사진 감광체 오염의 발생을 억제한 도전성 고무 롤러를 제공하는 것이다. 본 발명의 도전성 고무 롤러는 특히 전사 롤러로서 사용되는 것이다.
즉 본 발명에 따르면, 도전성 심재 상에 고무 조성물로 구성된 고무층을 포함하는 도전성 고무 롤러이며, 상기 고무 조성물은 고무 성분과 충전제를 함유하고, 상기 고무 성분은 주성분으로서 에피클로로히드린계 고무를 갖고, 상기 고무 성분 100 질량부에 대하여 충전제로서 질소 흡착 비표면적(N2SA) 20 ㎡/g 이상 40 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 80 ㎖/100 g 이상 100 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (A) 10 질량부 이상 30 질량부 이하와, 질소 흡착 비표면적(N2SA) 15 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 40 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (B) 20 질량부 이상 60 질량부 이하를 함유하는 고무 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 고무 롤러가 제공된다.
또한, 상기 에피클로로히드린계 고무가 (i) 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 3원 공중합체와 (ii) 에피클로로히드린-알릴글리시딜에테르 2 원 공중합체 중 어느 하나 또는 모두를 포함하는 상기 도전성 고무 롤러가 제공된다.
또한, 상기 고무 조성물 100 부피％에 대하여, 상기 카본 블랙 (A)와 카본 블랙 (B)의 총합이 35 부피％ 이하인 상기 도전성 고무 롤러가 제공된다.
또한 본 발명은 상기 카본 블랙 (A)가 pH 5 이하의 산성 카본 블랙인 상기 도전성 고무 롤러를 제공한다.
또한, 상기 고무 성분 100 질량부에 대하여 비스페놀계 노화 방지제를 0.1 질량부 이상, 1 질량부 이하 배합하는 상기 도전성 고무 롤러가 제공된다.
또한, 전자 사진 감광체 상의 정전하상을 현상제에 의해 현상하는 화상 형성 장치에 이용되는 전사 롤러에서, 상기 전사 롤러가 전자 사진 감광체 상에 대향하여 배치되는 상기 도전성 고무 롤러인 전사 롤러가 제공된다.
본 발명의 도전성 고무 롤러는 통전 내구 열화나 환경 변화 등에 의한 롤러 저항값의 변동량이 작고, 저항 변동이나 저항의 전압 의존성이 작으며, 전자 사진 감광체 오염의 발생을 억제한 도전성 고무 롤러이다. 이 때문에, 본 발명의 도전성 고무 롤러는 전자 사진 감광체 등의 화상 담지 부재에 전자 사진 공정이나 정전 기록 공정 등의 화상 형성 수단으로 형성 담지시킨 토너상에 의한 전사 가능한 화상을 종이 등의 기록 매체나 전사재에 전사시키는 전사 장치의 전사 롤러에 적합한 것이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 도전성 심재 상에 고무층이 설치되어 있는 도전성 고무 롤러이며, 상기 고무층이 특정한 고무 성분에 소정 범위의 질소 흡착 비표면적(N2SA)과 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량을 갖는 카본 블랙을 소정량 함유함으로써, 통전 내구 열화나 환경 변화 등에 의한 롤러 저항값의 변동량이 작고, 저항 변동이나 저항의 전압 의존성이 작으며, 전자 사진 감광체 오염의 발생을 억제한 도전성 고무 롤러가 얻어지는 것을 발견한 것이다.
이하, 본 발명의 도전성 고무 롤러에 대해서 상술한다.
본 발명에 사용하는 고무층은 고무 조성물로 구성되며, 고무 조성물은 고무 성분 및 충전제를 함유하고, 고무 성분은 주성분으로서 에피클로로히드린계 고무를 갖는다. 상기 충전제는 상기 고무 성분 100 질량부에 대하여 질소 흡착 비표면적(N2SA) 20 ㎡/g 이상 40 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 80 ㎖/100 g 이상 100 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (A) 10 질량부 이상 30 질량부 이하와, 질소 흡착 비표면적(N2SA) 15 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 40 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (B) 20 질량부 이상 60 질량부 이하를 포함한다.
본 발명의 고무 성분은 에피클로로히드린계 고무를 주성분으로 한다. 고무 성분으로서 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체(EPDM), 스티렌-부타디엔 고무(SBR)나 이소프렌 고무(IR) 등의 비극성 고무를 주성분으로 한 경우, 상술한 카본 블랙을 이용하여도, 재료 로트에 의해 저항값에 변동이 발생할 뿐만 아니라, 도전성 롤러 내에서도 국소적 저항의 변동이 발생하여, 균일하고 안정적인 저항값의 도전성 롤러를 얻는 것이 어려울 뿐만 아니라, 이온 도전성을 갖지 않기 때문에, 도전성 고무 롤러의 탄성체층에 요구되는 부피 고유 저항 2×109 Ω·cm 이하로 하는 것이 곤란하다. 또한, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)를 고무 주성분으로 하고 상기 카본 블랙을 이용한 경우, 부피 고유 저항을 2×109 Ω·cm 이하로 하는 것은 가능하고, 환경 의존성이 양호한 도전성 고무 롤러가 얻어지지만, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무는 내오존성이 떨어지기 때문에, 통전에 의해 저항값이 상승하는 문제(통전 열화)가 발생한다.
또한, 에피클로로히드린계 고무의 함유량으로는, 통전 내구성을 고려하면 고무 성분의 총합을 100 질량부로 한 경우, 70 질량부 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 85 질량부 이상이다.
또한, 본 발명에 사용하는 에피클로로히드린계 고무는 종래 공지된 에피클로로히드린 단량체(ECH), 에피클로로히드린-에틸렌옥시드 2원 공중합체(ECH-EO), 에피클로로히드린-알릴글리시딜에테르 2원 공중합체(ECH-AGE), 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 3원 공중합체(ECH-EO-AGE) 등이 사용 가능하고, 저항값 등 원하는 특성에 따라 2종 이상을 블렌드하는 것도 가능하지만, 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 3원 공중합체와 에피클로로히드린-알릴글리시딜에테르 2원 공중합체 중 어느 하나 또는 모두를 포함하는 것이 바람직하다.
알릴글리시딜에테르가 공중합된 불포화 타입의 에피클로로히드린계 고무는 에피클로로히드린 단량체나 에피클로로히드린-에틸렌옥시드 2원 공중합체보다도 내열성, 내오존성이 우수하여, 보다 통전 내구성이 우수한 도전성 고무 롤러를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 불포화 결합을 갖는 알릴글리시딜에테르를 통해 황 가황하는 것이 가능하여, 에피클로로히드린-알릴글리시딜에테르 2원 공중합체를 제공한다. 또한, 황 가황은 고무 가황 방법으로서 가장 일반적이고, 조성물도 저렴하고 어떠한 가황 공정으로도 제조 가능하여 바람직하다.
또한, 이러한 특정한 고무에 배합되는 카본 블랙으로는 질소 흡착 비표면적(N2SA) 20 ㎡/g 이상 40 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 80 ㎖/100 g 이상 100 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (A)와, 질소 흡착 비표면적(N2SA) 15 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 40 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (B)를 이용하고, 고무 성분 100 질량부에 대하여 상기 카본 블랙 (A)를 10 질량부 이상 30 질량부 이하 함유하고, 카본 블랙 (B)를 20 질량부 이상 60 질량부 이하 함유한다.
여기서 질소 흡착 비표면적(N2SA)은 카본 블랙의 입경의 지표가 되는 것으로, 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 20 ㎡/g 이상 40 ㎡/g 이하의 범주인 것은 비교적 소립자 직경의 카본 블랙인 것을 의미한다. 또한, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량은 스트럭처(카본 블랙 입자의 연계)의 크기의 지표가 되는 것으로, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 80 ㎖/100 g 이상 100 ㎖/100 g 이하인 것은 어느 정도 스트럭처 를 갖는 것을 의미한다. 또한, 카본 블랙 (B)에서의 질소 흡착 비표면적(N2SA) 15 ㎡/g 이하의 경우는 대입경의 카본 블랙이고, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 40 ㎖/100 g 이하인 것은 거의 스트럭처를 갖지 않은 것은 의미한다.
본 발명에서는, 상기한 바와 같은 비교적 도전성을 발현하기 쉬운 카본 블랙 (A)와 도전성을 발현하기 어려운 카본 블랙 (B)를 병용함으로써, 카본 블랙에 의한 도전성 부여 효과를 조정하여, 저항 변동이나 전압 의존성 등의 전자 도전의 결점을 억제한 상태에서 에피클로로히드린계 고무의 환경 의존성이 개선된 도전성 고무 롤러를 가능하게 한다.
또한, 상기 카본 블랙 (A)의 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 40 ㎡/g보다도 크거나, 또는 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량이 100 ㎖/100 g보다도 큰 경우, 첨가량에 따라 저항의 전압 의존성이 발생하기 쉬워진다. 또한, 질소 흡착 비표면적이 20 ㎡/g 미만, 또는 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량이 80 ㎖/100 g 미만인 경우, 소정의 저항값으로 하기 위해서 다량의 카본 블랙의 첨가가 필요해져, 탄성체의 경도가 지나치게 높아지게 된다.
또한, 상기 카본 블랙 (A)의 첨가량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 10 질량부 이상 30 질량부 미만의 범위에서 첨가한다. 첨가량이 10 질량부 미만이면 저항의 환경 의존성의 개선 효과가 얻어지지 않고, 첨가량이 30 질량부를 초과하면 카본 블랙 (A)에 의한 도전성 부여 효과가 지나치게 높아 저항 변동이나 저항의 전압 의존성이 커지거나, 경도가 지나치게 높아지게 된다.
또한, 상기 카본 블랙 (B)의 질소 흡착 비표면적(N2SA)이 15 ㎡/g보다도 크거나, 또는 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량이 40 ㎖/100 g보다도 큰 경우, 도전성 부여 효과가 지나치게 높아지고, 저항의 전압 의존성이 발생하기 쉬워진다. 또한, 상기 카본 블랙 (B)의 첨가량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 20 질량부 이상 60 질량부 미만의 범위에서 첨가한다. 첨가량이 20 질량부 미만이면 저항의 환경 의존성의 개선 효과가 얻어지지 않고, 첨가량이 60 질량부를 초과하면 카본 블랙 (B)에 의한 도전성 부여 효과가 지나치게 높아 저항 변동이나 저항의 전압 의존성이 커지거나, 경도가 지나치게 높아지게 된다.
또한, 카본 블랙 (A)와 카본 블랙 (B)의 함유량은 고무 조성물 100 부피％ 에 대하여 35 부피％ 이하인 것이 바람직하다. 카본 블랙 (A)와 카본 블랙 (B)의 총합이 35 부피％를 초과하면 저항의 전압 의존성이 커지는 경향이 있다. 그 이유는 분명하지 않지만, 고무 조성물에서 차지하는 카본 블랙의 부피 비율이 큰 경우, 카본 블랙 사이의 거리가 가까워, π 전자의 이동이 용이해지기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 상기 카본 블랙 (A)는 pH 5.0 이하의 산성 카본 블랙인 것이 바람직하다. 산성 카본 블랙은 표면에 산성 관능기를 갖기 때문에, 라디칼을 트랩하는 것이 가능하여, 도전성 고무 롤러 중 고무 성분이 열화할 때에 발생하는 중합체 라디칼을 트랩함으로써 열화 반응을 억제하여, 도전성 고무 롤러의 내구성을 향상시키는 기능이 있다고 생각된다.
또한, 본 발명에서는 노화 방지제로서 비스페놀계 노화 방지제를 배합하는 것이 바람직하고, 이 경우 에피클로로히드린계 고무의 열화를 억제하는 것이 가능해져, 내구성이 우수한 도전성 고무 롤러를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 노화 방지제를 다량으로 첨가한 경우는, 블룸(bloom)이 발생하여 감광체를 오염시킬 가능성이 있어, 첨가량은 0.1 질량부 이상 1 질량부 이하가 바람직하다.
또한, 본 발명의 도전성 고무 롤러에 사용되는 고무 조성물에는, 일반 고무에 사용되는 그 밖의 성분을 필요에 따라서 통상 사용되는 양으로 함유시킬 수 있다. 예를 들면, 황이나 유기 황 함유 화합물 등의 가황제, 각종 가황 촉진제, 탄산칼슘이나 클레이, 실리카, 탈크 등의 각종 충전제, 각종 윤활제나, 가황유 등의 가공 보조제, p,p'-옥시비스벤젠술포닐히드라지드(OBSH)나 아조디카르본아미드(ADCA), 디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT) 등의 각종 발포제, 요소 등의 각종 발포 보조제, 산화아연이나 스테아르산 등의 가황 보조제 등이 롤러의 용도에 따라서 필요량 함유된다.
또한, 본 발명의 도전성 고무 롤러는 제조 방법으로서, 미가황의 도전성 고무 조성물을 압출기에 의해 튜브상으로 2 m/분 내지 10 m/분의 속도로 압출하고, 가황캔이나 연속 가황로에서 140 ℃ 내지 160 ℃, 20 내지 50 분간 가열하여 도전성의 고무(탄성체) 튜브를 제조한 후, 접착제를 도포한 도전성 심재를 상기 도전성 고무 튜브에 삽입하고, 추가로 150 ℃ 내지 200 ℃에서 10 내지 60 분간 가열함으로써 도전성 심재와 도전성 고무 튜브를 접착한 후, 연마지석 GC #60 내지 120을 부착한 연마기에 세팅하고, 연마 조건으로서 회전 속도 1500 내지 2000 RPM, 이송 속도 300 내지 700 mm/분으로 연마함으로써 얻어지지만, 미가황의 도전성 고무 조성물과 접착제를 도포한 도전성 심재와의 동시 압출이나 압출한 도전성 고무 조성물을 금형에 장전하여 가황하는 등의 종래 공지된 각종 제조 방법이 적용 가능하다. 또한, 본 발명의 도전성 롤러에는 필요에 따라서 탄성체층의 외주 상에 수지 등의 층을 설치할 수도 있다.
본 발명의 도전성 고무 롤러는 전자 사진 감광체 상의 정전하상을 현상제에 의해 현상하는 화상 형성 장치에 이용되고, 상기 도전성 고무 롤러가 전자 사진 감광체 상에 대향하여 배치되는 전사 롤러인 것이 바람직하다.
<실시예>
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 8)
각 실시예, 비교예에 이용한 고무 조성물의 배합 비율 및 시험 결과는 하기 표 1 내지 3과 같다. 또한, 배합량의 단위는 질량부이다.
우선 이하에 나타내는 원재료를 오픈 롤로 혼련을 행하여 각 실시예 및 비교예의 고무 조성물을 제조하였다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 사용한 자재는 이하와 같다.
·에피클로로히드린계 고무
[에피클로로히드린 고무 1: 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 공중합 비율(mol％)=93:0:7; 상품명: 제크론(Zecron) 1100, 닛본제온(주) 제 조]
[에피클로로히드린 고무 2: 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 공중합 비율(mol％)=67:25:8; 상품명: 제크론 3100, 닛본제온(주) 제조]
[에피클로로히드린 고무 3: 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 공중합 비율(mol％)=40:56:4; 상품명: 제크론 3106, 닛본제온(주) 제조]
·아크릴로니트릴-부타디엔 고무
[아크릴로니트릴 함량 18 질량％; 상품명: 니폴(Nipol) DN401L, 닛본제온(주) 제조]
·이온 도전제
[제4급 암모늄염(EO 부가형 제4급 암모늄염); 상품명: KS-555, 카오(주) 제조]
·카본 블랙
[카본 블랙 1: 질소 흡착 비표면적 31 ㎡/g, DBP 흡유량 91 ㎖/100 g, pH 3.0; 상품명: MA-220, 미쯔비시 가가꾸(주) 제조]
[카본 블랙 2: 질소 흡착 비표면적 85 ㎡/g, DBP 흡유량 113 ㎖/100 g, pH 3.0; 상품명: MA-230, 미쯔비시 가가꾸(주) 제조]
[카본 블랙 3: 질소 흡착 비표면적 36 ㎡/g, DBP 흡유량 91 ㎖/100 g, pH 6.6; 상품명: 니테론(NITERON) #55U, 신니까 카본(주) 제조]
[카본 블랙 4: 질소 흡착 비표면적 9 ㎡/g, DBP 흡유량 37 ㎖/100 g, pH 7.3; 상품명: 써맥스(Thermax) MT, 캔카르브(Cancarb)(주) 제조]
[카본 블랙 5: 질소 흡착 비표면적 24 ㎡/g, DBP 흡유량 28 ㎖/100 g, pH 8.0; 상품명: 아사히 서멀(Asahi Thermal), 아사히카본(주) 제조]
·노화 방지제
[비스페놀계 노화 방지제; 상품명: 노크락(NOCRAC) 300, 오우치 신꼬 가가꾸 고교(주) 제조]
·가황제
[황(S); 상품명: 설팩스(SULFAX) PMC, 쯔루미 가가꾸 고교(주) 제조]
·가황 촉진제
[디벤조티아질디술피드(DM); 상품명: 녹셀러(NOCCELER) DM, 오우치 신꼬 가가꾸 고교(주) 제조]
[테트라에틸티우람디술피드(TET); 상품명: 녹셀러 TET, 오우치 신꼬 가가꾸 고교(주) 제조]
·가황 촉진 보조제
[산화아연; 상품명: 산화아연 2종, 하쿠스이테크(주) 제조]
[스테아르산; 상품명: 루낙(Lunack) S20, 카오(주) 제조]
·발포제
[아조디카르본아미드; 상품명: 비니포(VINYFOR) AC#LQ, 에이와 가세이(주) 제조]
·발포 보조제
[요소; 상품명: 셀페이스트(CELLPASTE) A, 에이와 가세이(주) 제조]
실시예 및 비교예의 도전성 고무 롤러는 압출기를 이용하여 튜브상으로 고무 조성물을 압출한 후, 가황캔으로 160 ℃에서 30 분간 가황을 행하여 튜브상의 고무 가황물을 제조하고, 이어서 φ 6 mm의 도전성 심재를 상기 튜브상의 고무 가황물의 내경부에 삽입하여 롤러상의 성형체를 얻었다. 이 성형체를 외경이 φ 14 mm가 되도록 연마하여 제조하였다.
<롤러 저항 측정(환경 의존성)>
제조한 도전성 고무 롤러의 도전성 심재의 양측에 심재에 한 쪽당 4.9 N의 하중이 양쪽에 가해지도록 하여, 도전성 고무 롤러를 외경 30 mm의 알루미늄제 드럼에 압착하고, 0.5 Hz에서 회전시킨 상태에서 도전성 심재와 알루미늄 드럼 사이에 1000 V의 전압을 인가하여 10 ℃/15 ％ RH(L/L), 23 ℃/55 ％ RH(N/N) 및 35 ℃/95 ％ RH(H/H)의 환경하에서 전류값을 측정하고, 옴의 법칙에 의해 저항값을 산출한 것을 대수 변환하여 롤러 저항 LogR로 하였다. 또한, 측정한 L/L의 저항값 LogR에서 H/H의 저항값 LogR을 뺀 것을 환경 변동 자릿수로 하였다. 본 실시예 및 비교예에서는, 저항값의 환경 변동 자릿수는 이하의 평가 기준에 기초하여 평가하였다.
◎: 환경 변동 자릿수≤0.5(환경 의존성 극소)
○: 0.5<환경 변동 자릿수≤1.0(환경 의존성 소)
×: 1.0<환경 변동 자릿수(환경 의존성 대)
<롤러 통전 내구 시험>
우선 상기 롤러 저항 측정 방법에 의해 23 ℃/55 ％ RH(N/N) 환경하에서의 도전성 고무 롤러의 전류값을 측정하고, 옴의 법칙에 의해 저항값을 산출한 것을 대수 변환하여 내구 시험 전 롤러 저항 LogR로 하였다. 이어서, 도전성 고무 롤러를 50 ℃의 환경하에 놓고, 도전성 심재에 한 쪽당 4.9 N의 하중이 양쪽에 가해지도록 하여 외경 30 mm의 알루미늄제 드럼에 압착하고, 0.2 Hz에서 회전시킨 상태에서 도전성 심재와 알루미늄 드럼 사이에 25 시간, 80 μA의 정전류를 계속 인가하였다. 그 후, 23 ℃/55 ％ RH(N/N) 환경하에서 다시 전류값을 측정하고, 옴의 법칙에 의해 저항값을 산출한 것을 대수 변환하여 내구 시험 후 롤러 저항 LogR을 구하였다. 여기서 내구 시험 후 저항값 LogR로부터 내구 시험 전 저항값 LogR을 뺀 것을 내구 변동 자릿수로 하였다. 이것이 작을수록 도전성 고무 롤러의 통전 내구성이 양호하다고 할 수 있다. 본 실시예 및 비교예에서는 통전 내구성은 이하의 평가 기준에 기초하여 평가하였다. 결과는 표 1 내지 3에 나타낸다.
◎: 내구 변동 자릿수≤0.2(통전 내구성 최선)
○: 0.2<내구 변동 자릿수≤0.3(통전 내구성 양호)
×: 0.3<내구 변동 자릿수(통전 내구성 열악)
<롤러 저항의 전압 의존성>
상기 롤러 저항 측정 방법에 의해 23 ℃/55 ％ RH(N/N) 환경하에서 도전성 고무 롤러의 도전성 심재의 양측에 심재에 한 쪽당 4.9 N의 하중이 양쪽에 가해지도록 하여, 도전성 고무 롤러를 외경 30 mm의 알루미늄제 드럼에 압착하고, 0.5 Hz에서 회전시킨 상태에서 도전성 심재와 알루미늄 드럼 사이에 100 V, 1000 V의 전압을 인가하여 전류값을 측정하고, 옴의 법칙에 의해 저항값을 산출한 것을 대수 변환한 후, 100 V 인가시의 롤러 저항 LogR을 1000 V 인가시의 롤러 저항 LogR로 나눈 것을 전압 의존성 평가의 지표로 하였다. 이것이 작을수록 도전성 고무 롤러의 전압 의존성이 양호하다 할 수 있다. 본 실시예 및 비교예에서는 이하의 평가 기준에 기초하여 평가하였다. 결과는 표 1 내지 3에 나타낸다.
◎: 전압 의존성≤1.1(전압 의존성 극소)
○: 1.1<전압 의존성≤1.2(전압 의존성 소)
△: 1.2<전압 의존성≤1.3(전압 의존성 중)
×: 1.3<전압 의존성(전압 의존성 대)
<롤러 저항 불균일>
상기 롤러 저항 측정 방법에 의해 23 ℃/55 ％ RH(N/N) 환경하에서 도전성 고무 롤러의 도전성 심재의 양측에 심재에 한 쪽당 4.9 N의 하중이 양쪽에 가해지도록 하여, 도전성 고무 롤러를 외경 30 mm의 알루미늄제 드럼에 압착하고, 0.5 Hz에서 회전시킨 상태에서 도전성 심재와 알루미늄 드럼 사이에 1000 V의 전압을 인가하여 저항값의 최대값과 최소값을 구하고, 최대값을 최소값으로 나눈 값을 저항 불균일(저항 변동)의 지표로 하였다. 또한, 이하의 평가 기준에 기초하여 평가하였다. 결과는 표 1 내지 3에 나타낸다.
○: 측정값<1.2(저항 불균일 소)
×: 1.2≤측정값(저항 불균일 대)
<전자 사진 감광체(감광 드럼) 오염성>
도전성 고무 롤러를 휴렛팩커드사제의 레이저 프린터 레이저젯 4000N에 사용 되는 전자 사진 감광체에 접촉시키고, 도전성 심재의 양끝에 1000 g의 하중을 가하고, 40 ℃, 95 ％ RH의 환경하에 1일간 방치하였다. 방치 후, 하중을 제거하고, 현미경에 의해 전자 사진 감광체의 부착물을 조사한 후, 사용한 전자 사진 감광체를 상기카트리지에 조립하고, 솔리드흑으로 30매 인자하고, 얻어진 화상을 육안으로 평가하였다. 결과는 표 1 내지 3에 나타낸다. 전자 사진 감광체에 부착물이 없고 얻어진 화상도 양호한 것을 ○, 전자 사진 감광체에 약간의 부착물이 있지만 얻어진 화상이 실용 가능한 것을 △로 하였다. 전자 사진 감광체에 부착물이 있고 얻어진 화상이 실용 불가인 것을 ×로 하였다.
Figure 112007093065206-pat00001
Figure 112007093065206-pat00002
Figure 112007093065206-pat00003
(실시예 1 및 비교예 1 내지 6의 결과의 비교)
실시예 1 및 비교예 1 내지 2로부터, 카본 블랙 (A) 및 카본 블랙 (B)는 본 발명의 요건의 범위 내가 적합하다는 것을 알 수 있다. 즉, 카본 블랙 (A)의 질소 흡착 비표면적이 본 발명의 범위보다 큰 비교예 1은 환경 의존성, 통전 내구성이 우수한 도전성 고무 롤러가 얻어지지만, 카본 블랙에 의한 도전성 부여 효과가 높아 전압 의존성, 저항 불균일이 크다. 또한, 카본 블랙 (B)의 질소 흡착 비표면적이 본 발명의 범위보다 큰 비교예 2도 환경 의존성, 통전 내구성이 우수한 도전성 고무 롤러가 얻어지지만, 카본 블랙에 의한 도전성 부여 효과가 높아 전압 의존성, 저항 불균일이 크다.
또한, 카본 블랙 (A) 또는 카본 블랙 (B)의 첨가량이 본 발명 범위보다 적은 비교예 3, 5는 환경 의존성이 크고, 반대로 본 발명 범위보다 많은 비교예 4, 6은 전압 의존성, 저항 불균일이 크다.
(실시예 1 및 비교예 7, 8의 결과의 비교)
실시예 1 및 비교예 7 내지 8로부터, 본 발명의 요건에 나타낸 바와 같이 고무 주성분으로서 에피클로로히드린계 고무를 이용하는 것이 적합하다는 것을 알 수 있다. 즉, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무가 주성분인 비교예 7은 통전 내구성이 떨어진다. 또한, 비교예 7의 절차에 이온 도전제의 첨가에 의해 통전 내구성을 개선한 비교예 8은 감광체 오염성이 있어 부적합하다.
(실시예 2, 3의 결과의 비교)
실시예 2, 3으로부터 고무 조성물 100 부피％에 대하여 카본 블랙 (A)와 카본 블랙 (B)의 총합은 35 부피％ 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 즉, 카본 블랙 (A)와 카본 블랙 (B)의 고무 조성물에 대한 비율이 35 부피％를 초과하는 실시예 3은 전압 의존성이 커지는 것을 알 수 있다.
(실시예 1, 4의 결과의 비교)
실시예 1, 4로부터, 본 발명에 이용하는 카본 블랙 (A)는 pH 5.0 이하의 산성 카본 블랙인 것이 보다 바람직하다는 것을 알 수 있다. 즉, 카본 블랙 (A)의 pH가 6.6인 실시예 4는 실시예 1과 비교하여 통전 내구성이 크다는 것을 알 수 있다.
(실시예 1, 5, 6의 결과의 비교)
실시예 1, 5로부터 비스페놀계 노화 방지제를 0.1 질량부 이상 1 질량부 이하로 첨가하는 것이 보다 바람직하다는 것을 알 수 있다. 즉, 비스페놀계 노화 방지제 무첨가인 실시예 5는 0.5 질량부 첨가한 실시예 1보다도 통전 내구성이 낮고, 반대로 1.5 질량부 첨가한 실시예 6은 우수한 통전 내구성을 갖지만 감광체에 대한 영향이 커진다.
이상에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 도전성 고무 롤러는 통전 내구 열화나 환경 변화 등에 의한 롤러 저항값의 변동량이 작고, 또한 저항 변동이나 저항의 전압 의존성이 작으며, 전자 사진 감광체 오염의 발생을 억제한 도전성 고무 롤러인 것을 알 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시형태를 참조하여 설명되었지만 본 발명이 개시된 실시형태로 한정되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 하기 청구범위는 모든 변형물, 등가 구조물과 기능을 포함하는 것으로 가장 넓게 해석되어야한다.

Claims (6)

  1. 도전성 심재 상에 고무 조성물로 이루어지는 고무층을 갖는 도전성 고무 롤러이며, 상기 고무 조성물은 고무 성분과 충전제를 함유하고,
    상기 고무 성분은 에피클로로히드린계 고무를 고무 성분의 총합 100 질량부에 대하여 70 질량부 이상 갖고,
    상기 충전제는 질소 흡착 비표면적(N2SA) 20 ㎡/g 이상 40 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 80 ㎖/100 g 이상 100 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (A)와, 질소 흡착 비표면적(N2SA) 15 ㎡/g 이하, 디부틸프탈레이트(DBP) 흡유량 40 ㎖/100 g 이하의 카본 블랙 (B)를 포함하며,
    상기 고무 성분 100 질량부에 대하여 카본 블랙 (A)의 함유량이 10 질량부 이상 30 질량부 이하이고, 카본 블랙 (B)의 함유량이 20 질량부 이상 60 질량부 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 고무 롤러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에피클로로히드린계 고무가 (i) 에피클로로히드린-에틸렌옥시드-알릴글리시딜에테르 3원 공중합체와 (ii) 에피클로로히드린-알릴글리시딜에테르 2원 공중합체 중 어느 하나 또는 모두를 포함하는 도전성 고무 롤러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고무 조성물 100 부피％에 대하여 상기 카본 블랙 (A)와 카본 블랙 (B)의 총합이 35 부피％ 이하인 도전성 고무 롤러.
  4. 제1항에 있어서, 상기 카본 블랙 (A)가 pH 5 이하의 산성 카본 블랙인 도전성 고무 롤러.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고무 성분 100 질량부에 대하여 비스페놀계 노화 방지제를 0.1 질량부 이상 1 질량부 이하 더 함유하는 도전성 고무 롤러.
  6. 전자 사진 감광체 상의 정전하상을 현상제에 의해 현상하는 화상 형성 장치에 이용되는 전사 롤러에 있어서, 상기 전사 롤러가 전자 사진 감광체 상에 대향하여 배치되는 제1항에 기재된 도전성 고무 롤러인 것을 특징으로 하는 전사 롤러.
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