KR20040043701A

KR20040043701A - 도전성 롤

Info

Publication number: KR20040043701A
Application number: KR1020030080344A
Authority: KR
Inventors: 우에사카겐이치; 하토리다카유키; 오치준
Original assignee: 스미토모 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2004-05-24
Also published as: US7172543B2; KR100944205B1; CN1501196A; CN100445884C; US20040147383A1

Abstract

전기 특성이 우수하고 토너 번짐을 확실히 억제할 수 있는 도전성 롤을 제공한다.

심금(2)과 심금(2)의 표면측에 도전성 탄성층(1)을 구비한 도전성 롤(10)에 있어서, 100Hz에서의 정전 용량을 50pF 이하로 하고 인가 전압 1,000V에서의 전기 저항을 10⁵Ω 이상 10⁹Ω 이하로 한다. 또한, 교류의 저주파수 Hz(L)에서의 정전 용량 C(L)과, 교류의 고주파수 Hz(H)에서의 정전 용량 C(H)가 0<(C(L)-C(H))/(log₁₀Hz(H)-log₁₀Hz(L))<10의 관계로 하고 있다.

Description

도전성 롤{Conductive roll}

본 발명은 도전성 롤에 관한 것으로, 상세하게는 프린터, 복사기, 팩시밀리, ATM 등의 OA 기기에서의 전자 사진 장치의 화상 형성 기구에 사용되며 전기 특성을 개량하고 토너 번짐을 억제하는 것이다.

프린터, 전자 사진 복사기, 팩시밀리 장치 등의 전자 사진 장치에서의 도전성 기구에 있어서는, 감광 드럼을 고르게 대전시키기 위한 대전 롤, 토너를 반송시키기 위한 토너 공급 롤, 토너를 감광체에 부착시키기 위한 현상 롤 및 토너상을 감광체로부터 용지에 전사하기 위한 전사 롤 등의 화상 형성 장치에 사용되는 여러가지의 도전성 롤이 사용되고 있다.

이 등의 도전성 롤은 일반적으로 원주 형상의 심금(芯金)과 이 심금의 주위에 동심원상으로 적층된 가황 고무층으로 구성되어 있고, 그 용도에 따라 전기 저항 등의 도전성, 비오염성, 저경도 등의 여러 가지의 성능이 요구되고 있다. 그 중에서도 전사 롤은 감광체에 형성된 정전 잠상을 종이에 전사하기 위해, 특히 전기 저항 등의 도전성이 중요한 패러미터가 되고 있다.

이러한 종류의 도전성 롤에 있어서는, 도전성을 부여하기 위하여 폴리에틸렌옥시드 등의 폴리에테르 구조를 포함하는 도전성 올리고머나 도전성 가소제를 고무 중에 배합함으로써 롤의 전기 저항을 제어하는 방법이 있으나 블리드되기 쉽기 때문에 감광체를 오염시킬 가능성이 있다.

기타, 카본 블랙 또는 금속 산화물 등의 도전성 부여제를 고무 안에 이겨 넣어 분산함으로써 롤의 전기 저항을 제어하는 방법을 들 수 있지만, 카본 블랙은 첨가량의 작은 변화에 의해 전기 저항치가 급격히 변화하는 영역이 있기 때문에 전기 저항치의 제어가 어려울 경우가 있다.

그래서, 전기 저항의 불균일을 해결하는 방법으로서, 에피클로로히드린 고무 등의 저저항 이온 도전성 폴리머와, NBR 등의 고저항 이온 도전성 폴리머를 블렌드함으로써 저항을 조정하는 방법을 들 수 있다. 블렌드비를 변화시키기만 하면 저항을 조정할 수 있기 때문에, 전기 저항의 제어가 용이하다. 그러나, 에피클로로히드린 고무는 염소계이기 때문에, 사용후에 소각 처리하거나 열이나 전단으로 분해되어 재활용하고자 하면, 처리 조건에 따라서는 연소 시에 염화수소 등의 유해 가스나 다이옥신이 발생할 우려도 있고, 요즈음의 환경 문제에 대한 의식 고조에 의해 그 폐기시의 취급에 난점이 있다.

또한, 에피클로로히드린 고무를 사용하면, 정전 용량이 커져 그 주파수 의존성도 커진다. 따라서 정전 용량을 작게 하기 위해서는 도전재를 사용하여 전기 저항을 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 전기 저항을 소요치로 설계한다 해도, 경우에 따라서는 현상시에 감광 드럼의 양단부 등에서 국소적인 토너 부착이 생겨서 종이 등에 토너 상이 비산되어 전사되는 토너 번짐(토너 어긋남)이 생긴다는 문제가 있다.

이 문제에 대하여 일본 특허공개 평11-249386호 공보에서는, 토너의 단부 덮임과 단부 비산을 막기 위하여 롤러의 길이 방향 양단의 각 단면에서 길이 방향 15% 이내의 단부의 정전 용량을 다른 부분보다 크게 한 도전성 롤러가 제안되었다.

그렇지만, 상기 일본 특허공개 평11-249386호 공보의 도전성 롤러에서는, 단부의 닙를 작게 함으로써 정전 용량을 크게 하여 겉보기 저항값을 올리고 있을 뿐, 주파수를 바꿈으로써 재료 자체의 정전 용량이 너무 커지면, 토너 번짐이 발생해 버린다는 문제가 있다. 즉, 전체의 정전 용량이 어느 정도의 범위로 억제되지 않으면, 단부 이외의 부분에서도, 토너의 카부리(かぶり)나 비산이 발생해 버리는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 전기 저항의 조정이 용이하며 또한 정전 용량이 작고 전기 특성이 뛰어나며 토너 번짐을 확실히 억제할수 있는 도전성 롤을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

도 1은 본 발명의 도전성 롤의 개약도이다.

도 2는 도전성 롤의 정전 용량의 측정 방법을 나타내는 도면이다.

도 3은 도전성 롤의 전기 저항의 측정 방법을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1: 도전성 탄성층 2 : 심금(芯金)

10 : 도전성 롤

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 심금과, 상기 심금의 표면측에 도전성 탄성층을 구비한 도전성 롤로서, 100Hz에서의 정전 용량이 50pF 이하고, 인가 전압 1,000V에서의 전기 저항이 l0⁵Ω 이상 10⁹Ω 이하인 것을 특징으로 하는 도전성 롤을 제공하고 있다.

토너 번짐은 도전성 탄성층의 배합 재료 중에서 전기를 흘려 보내는 매체(카본 블랙 등의 도전성 충전제, 도전체, 극성 분자)의 분극 스피드가 다르기 때문에 일어나는 현상으로, 이 분극이 느리면 토너 번짐이 발생하기 쉽다. 따라서 본 발명자들은 토너 번짐의 현상은 분극 스피드를 나타내는 지표인 정전 용량이 작은 편이 일어나기 어렵다고 생각하여, 예의 연구 끝에 정전 용량을 작게 하고, 주파수 의존성을 적게 함으로써 토너 번짐을 억제할 수 있는 것을 찾아내 상기 정전 용량을 50pF 이하로 특정하고 있다.

즉, 본 발명의 도전성 롤에서는, 전기 저항이 10⁵Ω 이상 10⁹Ω 이하로 낮은 데다가 정전 용량의 범위를 50pF 이하로 하고 있음으로써 분극 스피드를 적절한 빠르기로 제어할 수 있어서 토너 번짐을 억제할 수 있다. 그 결과, 확실히 토너를 원하는 위치에 부착시킬 수 있어서 양호한 화상을 얻을 수 있다.

본 발명의 도전성 롤에 있어서, 100Hz에서의 정전 용량을 50pF 이하로 하고 있는 것은 50pF보다 큰 경우에는 분극이 느려져 토너 번짐을 억제하는 효과가 생기지 않기 때문이다. 정전 용량은 무한정 0에 가까운 값으로 해도 좋다. 바람직하게는 30pF 이하이며 10pF 이상이다.

1OOHz라는 주파수는 재료가 갖는 정전 용량의 주파수 특성이 나타나기 쉬운 주파수로서, 고주파에서의 정전 용량보다 정전 용량이 커지기 쉬운 주파수이다. 특히, 정전 용량의 주파수 의존성이 큰 재료는 100Hz의 주파수에서도 정전 용량의 값이 충분히 커지기 때문에, 토너 번짐의 평가와의 상관(相關)을 알기 쉬우며 주파수 100Hz에서의 정전 용량으로 규정하고 있다. 여기서의 정전 용량이란 심금을 포함시킨 도전성 롤 전체의 정전 용량을 가리킨다.

또한, 본 발명의 도전성 롤에서 전기 저항치를 10⁵Ω 이상 10⁹Ω 이하로 하고 있는 것은 컬러 복사기 혹은 컬러 프린터용 등의 현상 롤, 대전 롤, 전사 롤, 토너 공급 롤 등으로 사용할 경우에 적합한 전기 저항치로 하고 있는 것에 기인한다. 즉, 전기 저항치가 10⁵Ω보다 작으면 전류가 너무 흘러 화상 불량이 발생하기 쉽기 때문이다. 한편, 10⁹Ω보다 크면 전사나 대전, 토너 공급 등의 효율이 저하되어 도전성 롤로서 실용에 적합하기 어렵기 때문이다. 그리고 바람직하게는 10⁶Ω 이상 10⁹Ω 이하이다.

본 발명의 도전성 롤에서는, 교류의 저주파수 10²Hz(L)에서의 정전 용량 C(L)과 교류의 고주파수 10⁵Hz(H)에서의 정전 용량 C(H)가 0<(C(L)-C(H))/(log₁₀Hz(H)-log₁₀Hz(L))<10의 관계를 충족시키도록 하고 있다.

즉, 교류의 저주파수 10²Hz(L)에서의 정전 용량 C(L)과 고주파수 10⁵Hz(H)에서의 정전 용량 C(H)에 있어서, C(L)과 C(H)의 차이를 Hz(H)의 대수치와 Hz(L)의 대수치의 차로 나눈 값이 10 이하인 것이 바람직하다.

상기 수식의 상기 값이 10보다 크면, 주파수 의존성이 커서 토너의 번짐이 발생하기 쉬워진다.

구체적으로, 저주파수란 100Hz~1,000Hz의 범위를 가리키고, 고주파수란 10,000Hz~100,000Hz의 범위를 가리킨다. 주파수가 1,000Hz 이상에서는 토너 번짐이 발생하는 재료로 도전성 탄성층을 형성해도 혹은 토너 번짐이 발생하지 않는 재료로 형성해도 정전 용량은 거의 일정치이다. 그러나, 100Hz 정도의 저주파수가 되면, 토너 번짐을 발생시키는 재료에서는 정전 용량이 커진다. 따라서 저주파수 10²Hz(L)와 고주파수 10⁵Hz(H)의 정전 용량을 평가치로서 사용하고 토너 번짐을 발생시키기 어려운 재료로 하여 토너 번짐의 발생을 억제하고 있다.

상술한 바와 같이, 도전성 롤의 전기적 성능을 최적화시키기 위해 도전성 탄성층은 고무 성분에 이온 도전성 충전제를 배합한 고무 조성물로 이루어지며, 이온 도전성 충전제로 음이온과 양이온에 해리 가능한 플루오로기, 설포닐기를 갖는 리튬염, 칼륨염, 제4급 암모늄염 혹은 이미다졸리움염을 사용하고 있다.

도전성 충전제로서 이온 도전성 충전제인 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염을 사용하면, 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염은 강한 전자 흡인 효과에 의해 전하가 비국재화되기 때문에 음이온이 안정적이므로 고무 조성물 중에서 높은 해리도를 나타내 높은 이온 도전성을 실현할 수 있다.

이와 같이, 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염을 배합하여 균일하게 분산시킴으로써 효율적으로 낮은 전기 저항을 실현할 수 있게 되기 때문에, 고무 성분의 배합을 적절하게 조정함으로써 다른 물성을 악화시키는 일 없이 낮은 전기 저항을 실현하고, 또한 감광체 오염의 문제도 억제할 수 있다.

구체적으로는, 도전성 탄성층은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합 고무(EPDM), 아크리로니트릴부타디엔 고무(NBR), 부타디엔 고무(BR) 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 고무를 사용하고, 고무 성분 100중량부에 대해 이온 도전성 충전제인 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염을 20중량부 이하 함유한 고무 조성물을 사용하여 형성하고 있다. 상기 염을 20중량부 이하로 하고 있는 것은 20중량부를 넘으면 정전 용량이 커지기 쉽기 때문이다.

그리고 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염은 고무 성분 100중량부에 대해 0.01중량부 이상 20중량부 이하, 또한 5중량부 이상 15중량부 이하의 비율로 함유하는 것이 바람직하다.

상기 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염으로서는, 특히 비스플루오로알킬설포닐이미드 이온, 트리스플루오로알킬설포닐메티드 이온으로 이루어지는 염이 바람직하다.

EPDM은 주쇄가 포화 탄화수소로 이루어지고, 주쇄에 이중 결합을 포함하지 않기 때문에, 고농도 오존 분위기, 광선 조사 등의 환경 하에 장시간 노출되어도분자 주쇄 절단이 일어나기 어렵다. 따라서, 내후성, 내산화성을 높일 수 있다. EPDM 고무로서는 고무 성분만으로 이루어지는 비유전(非油展) 타입과 고무 성분과 함께 친전유(親展油)를 포함하는 유전(油展) 타입이 존재한다. 본 발명에서는 어느 타입도 사용이 가능하다. 상기 관점에서 EPDM은 전(全) 고무 중 20중량% 이상 100중량% 이하로 사용할 수 있다. NBR이나 BR 등과 혼합할 경우는 20중량% 이상 40중량% 이하가 바람직하다.

또한, NBR은 압축 영구 변형이나 경도가 낮아 물성이 대단히 뛰어나기 때문에 바람직하다. 또한, NBR(특히, 액상 NBR을 함유한 것)을 혼합하면 폴리머 쇄가 움직이기 쉬우므로 가공성도 우수하며, 또한 이온의 수송 효율도 높아지기 때문에 전기 저항도 낮출 수 있다. 또한, 낮은 니트릴량의 NBR류는 Tg가 낮기 때문에 점탄성이나 전기 저항치의 환경 의존성이 작아 실온 부근에서는 매우 양호한 특성을 나타낸다. NBR은 전 고무 중 20중량% 이상 80중량% 이하인 것이 바람직하다.

또한, BR은 Tg가 낮으며 환경에 좌우되기 어렵다는 특징을 가지고 있기 때문에 바람직하다. BR은 모든 고무 중 20중량% 이상 80중량% 이하인 것이 바람직하다.

고무 성분으로서는 그 이외에 이소프렌 고무(IR), 천연 고무(NR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 스틸렌 고무, 부틸 고무(IIR), 폴리이소부티렌, 실리콘 고무(Si), 우레탄 고무(U), 아크릴 고무 등을 사용해도 된다. 또한, 고무 조성물에는, 필요에 따라 오일 등의 연화제, 노화 방지제, 기타 충전제 등을 배합해도 된다.

또한, 본 발명의 도전성 롤에 사용하는 고무 조성물에 화학 발포제를 배합함으로써 롤이 스폰지화되고, 쇼어E 경도가 20 이상 40 이하인 것이 좋다. 전사 롤 등의 닙 폭을 필요로 하는 부재에도 응용할 수 있다. 이에 의해, 도전성 롤이 정전 잠상 유지체에 눌렸을 경우의 닙 폭을 크게 할 수 있다.

상기 범위로 하고 있는 것은 20 미만이면 너무 부드러워서 내마모성이 나빠지기 쉽기 때문이다. 한편, 40을 넘으면 너무 딱딱하여 강직한 감광체와 접촉했을 때 화상 결함이 발생하기 쉬운 것에 기인한다. 그리고 이 경우, 고무 성분 100중량부에 대해 화학 발포제가 2중량부 이상 12중량부 이하의 비율로 배합되고, 발포조제가 12중량부 이하의 비율로 배합되어 있는 것이 바람직하다.

가황제로서는, 특히 낮은 전기 저항을 실현할 수 있기 때문에, 분말 유황이 바람직하다. 또한, 황, 유기함(含) 황화합물 이외에 과산화물 등도 사용이 가능하다. 유기함(含) 황화합물로서는, 예컨대 테트라메틸티우람디술피드, N, N-디티오비스모폴린 등을 들 수 있다. 과산화물로서는 벤조일퍼옥시드 등을 들 수 있다. 그리고 이들 중, 가황과 함께 발포를 행할 경우에는, 가황 스피드와 발포 스피드의 밸런스가 좋아지는 점에서 황을 사용하는 것이 바람직하다.

가황제의 첨가량은 고무 성분 100중량부에 대해 0.5중량부 이상 5중량부 이하, 더욱이는 1중량부 이상 3중량부 이하가 바람직하다.

또한, 가황 촉진제를 배합해도 되고, 소석회, 마그네시아(MgO), 리사지(PbO) 등의 무기 촉진제나 하기하는 유기 촉진제를 사용할 수 있다.

유기 촉진제로서는, 2-머캅토벤조티아졸, 디벤조티아질디술피드, N-시클로헥실-2-벤조티아졸술펜 등의 티아졸계, 술펜아미드계, 테트라메틸티우람모노술피드,테트라메틸티우람디술피드, 테트라에틸티우람디술피드, 디펜타메틸렌티우람테트라술피드 등의 티우람계, 티오우레아계 등을 적절히 조합해서 사용할 수 있다.

또한, 가황 촉진제는 고무 성분 100중량부에 대해 0.5중량부 이상 5 중량부 이하, 더욱이는 1중량부 이상 4 중량부 이하가 바람직하다.

본 발명의 도전성 롤은 상법(常法)에 의해 작성할 수 있고, 예컨대 상기 고무 조성물(혼합물)을 소요 배합으로 오픈 롤, 밤바리 믹서, 니더 등의 고무 혼련 장치에 투입하고 100℃에서 1~20분 정도 혼련한 후, 단축 압출기로 튜브 형상으로 예비 성형하며, 이 예비 성형품을 160℃, 10~60분 가황한 후에 심금을 삽입하여 표면을 연마한 후, 소요 치수로 커팅하여 롤로 하는 것 등 종래 공지된 여러가지 방법을 이용할 수 있다. 혼련물의 가황은, 예컨대 전기 프레스기, 캔 가황, 전자선의 조사 등에 의해 행하면 된다. 가황 시간 등의 가황 조건은 고무 성분, 가황제 등의 종류나 배합비, 발포제와 발포조제의 종류와 양에 의해 달라지지만, 가황 시험용 레오미터(예: 가황시험기(큐라스토미터))에 의해 최적 가황 시간을 구해서 결정하면 된다. 또한, 가황 온도는 필요에 따라서 상기 온도 근방에서 정해도 된다. 그리고 감광체 오염을 저감시키기 위해 가급적으로 충분한 가황량을 얻을 수 있도록 가황 조건을 설정하는 게 바람직하다.

성형은 가황 이전 또는 가황과 동시에 행할 수 있다. 예컨대, 혼련물을 롤 형상의 금형 내에 압축 성형한 후, 금형을 가열함으로써 가황한다. 또는, 인젝션 성형, 트랜스퍼 성형, 압출 성형에 의해 튜브 형상(롤 형상), 시트 형상, 벨트 형상 등의 원하는 형상으로 성형하면서 가황을 행해도 된다.

도전형 롤은 원통 형상으로 성형된 도전성 탄성층의 두께가 3~9mm, 바람직하게는 4~6mm면 적당하다. 이는 두께가 상기 범위보다 작으면, 적절한 닙를 얻기 어렵기 때문이고, 상기 범위보다 크면 부재가 너무 커서 소형 경량화를 도모하기 어렵기 때문이다.

도전성 롤의 기계적 강도를 향상시키기 위해, 필요에 따라 전기 저항에 영향을 끼치지 않는 범위 내에서 충전제를 배합할 수 있다. 충전제로서는, 예컨대 실리카, 카본 블랙, 클레이, 탈크, 탄산 칼슘, 2염기성 아인산염(DLP), 염기성 탄산마그네슘, 알루미나 등의 분체를 들 수 있다. 충전제를 배합할 경우, 충전제는 도전성 롤 전체 당 30중량% 이하로 것이 바람직하다. 이는 충전제의 배합은 고무의 인장강도 및 인열강도의 개선에는 유효하지만 너무 많이 배합하면 고무의 유연성을 크게 저하시키기 때문이다.

본 발명의 도전성 롤은 도전성 탄성층 단층으로 해도 되고, 도전성 탄성층 이외에 롤의 저항 조정이나 표면 보호 등을 위해 2층, 3층 등의 복층 구조로 해도 좋으며, 요구 성능에 따라 각층의 배합, 적층 순서, 적층 두께 등을 적절하게 설정할 수 있다. 그리고 도전성 롤은 고무 성분뿐 아니라 전체로서 비할로겐 계통인 것이 바람직하다. 또한, 도전성 탄성층은 최내층인 것이 좋다. 심금은 알루미늄, 알루미늄 합금, SUS, 철 등의 금속제, 세라믹 제품 등으로 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 도전성 롤(10)을 나타낸다. 도전성 롤(10)은 도전성을 갖는 원주 형상의 SUS제의 심금(2)과, 심금(2)의 외주면 상에원통 형상의 도전성을 갖는 도전성 탄성층(1)을 구비하고 있다. 도전성 탄성층(1)의 중공부에 심금(2)이 압입(壓入)되어 설치되어 있다.

도전성 롤(10)은 고무 성분으로서 비할로겐계인 EPDM 30중량부와 NBR 70중량부를 사용하고 있다. 도전성 충전제로서 고무 성분 100중량부에 대해 이온 도전성 충전제인 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염을 5중량부, 화학 발포제를 사용하여 발포시킨 비할로겐계의 고무 조성물을 사용하여 형성된 도전성 탄성층(1)을 구비하고 있다. 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염으로서, 리튬-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드를 사용하고 있다. 또한, 화학 발포제로서 아조디카본아미드(ADCA) 및 4,4'-옥시비스(벤젠설포닐히드라지드)(OBSH)를 도합 8중량부 사용하며 발포조제로서 요소를 4중량부 사용하고 있다.

또한, 상기 고무 조성물에는, 가황제(황), 가황 촉진제(디벤조티아질디술피드, 무기 충전제(경질 탄산칼슘)를 각 소요량으로 배합되어 있으며 조성물 전체로서 비할로겐계로 하고 있다.

이 고무 조성물을 혼련한 후, 압출기로 원통 형상으로 압출하여 예비 성형하고, 이것을 소정 치수로 재단하여 예비 성형체를 얻고 있다. 이 예비 성형체를 가압식 수증기식 가황 캔에 투입하고, 화학 발포제가 가스화되어 발포함과 동시에, 고무 성분이 가교하는 온도에서 가황하고 있다.

가황 처리 조건은 고무 성분, 화학 발포제, 가황제 등의 첨가제의 종류나 배합비에 의해 달라 적절하게 조정된다. 이 가황 성형된 원통 형상의 도전성 탄성층(1)의 중공에 금속제의 샤프트로 이루어지는 심금(Φ 6mm)(2)을 삽입하고 연마함과 동시에 커팅하며 마무리하고 있다.

도전성 롤(10)은 화학 발포제를 배합하여 스폰지화함으로써 쇼어E 경도를 33으로 하고 있다. 또한, 100Hz에서의 정전 용량을 33pF라고 하고, 1kV 인가 시의 전기 저항치를 10^7.5Ω으로 하고 있다. 또한, 도전성 롤(10)은 교류의 저주파수 Hz(L)에서의 정전 용량 C(L)과, 교류의 고주파수 Hz(H)에서의 정전 용량 C(H)에 있어서, C(L)와 C(H)의 차이를 Hz(H)의 대수치와 Hz(L)의 대수치와의 차이로 나눈 값, 즉 수식 1: (C(L)-C(H))/(log₁₀Hz(H)-log₁₀Hz(L))의 값을 2.7로 하고 있다.

구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 저주파수 Hz(L)는 10²Hz이고 정전 용량 C(L)은 33pF이다. 또한, 고주파수 Hz(H)는 10⁵Hz이고 정전 용량 C(H)는 25pF이다. 따라서 상기 수식 1의 값은 2.7이 된다.

이와 같이, 도전성 롤(10)은 전기 저항치가 10^7.5Ω으로 낮으며 정전 용량도 33pF로 작은 데다가 상기 수식 1의 값을 2.7로 하고 있기 때문에, 토너 번짐이 확실히 억제된다. 또한, 염소 등의 할로겐을 포함하지 않고 전기 저항의 조정이 가능하며, 또한 우수한 물성(압축 영구 변형이 낮고, 저경도)을 얻을 수 있다. 따라서, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 전자 사진 장치의 현상 롤, 대전 롤, 전사 롤 등으로 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 전사 롤에 가장 적합하다.

상기 실시 형태 이외에도 도전성 탄성층(1)은 고무 성분으로서 EPDM을 단독으로 사용해도 좋고, 기타 NBR, BR 등으로부터 선택되는 고무를 적절하게 배합량을조정하여 사용할 수 있다. 또한, 기타 각종 도전성 충전제를 원하는 배합량으로 배합해도 된다. 또한, 발포시키지 않아도 된다.

도전성 롤(10)은 심금(2)의 외주면 상의 도전성 탄성층(1)의 1층만으로 하고 있지만, 롤의 저항 조정이나 표면 보호 등을 위해 2층, 3층 등의 복층 구조로 해도 좋고, 각층의 배합, 적층 순서, 적층 두께 등을 적절하게 설정할 수 있다. 심금은 그 이외에 알루미늄, 알루미늄 합금, 철 등의 금속 제품, 세라믹 제품 등으로 해도 된다.

이하, 본 발명의 도전성 롤의 실시예 1~16 및 비교예 1~6에 대해 상세히 설명한다. 실시예 1~16 및 비교예 1~6에 대해 표 1 또는 표 2에 기재된 배합을 상법(常法)에 의해 혼련, 압출, 가황, 성형 가공, 연마하여 샤프트 경 Φ 6mm, 롤 외경 Φ 15mm, 고무 길이 230mm의 도전성 롤을 작성했다(즉, 도전성 탄성층의 두께 9mm). 상세하게는 표 1 또는 표 2의 배합을 니더에 투입하고 100℃에서 1~20분 정도 혼련한 후, 고무 혼련 장치에 의해 튜브 형상으로 압출하여 예비 성형체를 얻었다. 이어서, 이 예비 성형체를 가황 캔에 투입하고 160℃, 30분 가황한 후, 철 제품의 샤프트(경 Φ 6mm)를 삽입하고, 연마, 커팅하여 도전성 롤(외경 Φ 15mm, 길이 230mm)을 작성했다.

[표 1]

배합약품	약품명	메이커	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	실시예9	실시예10	실시예11	실시예12	실시예13	실시예14	실시에15	실시예16
BR	BR11	JSR					70	30								70	63	80
EPDM	EPT4045	미쯔이화학	30	30	30	100	30	70	30	30	30	100	30	30	30
NBR	니폴401LL	일본제온	70	70	70				70	70	70		70	70	70
히드린고무	제크론3106	일본제온
EO-PO-AGE공중합체	ZSN8030	일본제온														30	27	20
클로로프렌	네오프렌WRT	쇼와덴코듀퐁															10
도전성첨가염1	리튬-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드	스미토모스리엠	0.2	5	10	5	5	5										2
도전성첨가염2	리튬-트리플루오로메탄술포네이트	모리타화학공업							0.2	5	10	5
도전성첨가염3	IL-A1	고에이화학공업												5
도전성첨가염4	EMI-TSFI	스텔라케미파													5
도전성첨가염5	칼륨-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드)	모리타화학공업											5
카본 HAF	시스트3	토카이카본	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5
무기충전제	경질 탄산칼슘	마루오칼슘	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20	20
발포제1	네오세르본N1000SW	에이와화성	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
발포제2	비니홀AC#3	에이와화성	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4

[표 1](계속)

발포조제	셀페이스트101	에이와화성	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4
가황제	황	쓰루미화학	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
가황촉진제	DM	오우치신흥화학	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1


경도(C)			35	33	31	37	37	35	35	33	31	37	33	33	33	38	39	36
전기저항			8.8	7.5	6.9	8.5	8.2	8.3	8.8	7.5	6.9	8.5	7.6	7.7	7.7	7.5	7.4	7.7
감광체오염			○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○
정전용량(100Hz)			31	33	35	28	36	37	31	33	35	28	34	35	36	33	33	33
수식1			2.0	2.7	3.3	1.0	3.7	4.0	2.0	2.7	3.3	1.0	2.8	2.8	2.9	3.8	3.1	2.9
토너번짐			없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음	없음

판정			○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○

[표 2]

배합 약품	약품명	제조업체	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6
BR	BR11	JSR
EPDM	EPT4045	미쓰이화학	30	100		30	100
NBR	니폴401LL	일본제온	70		70	70		70
히드린 고무	제크론 3106	일본제온			30			30
EO-PO-AGE공중합체	ZSN8030	일본제온
클로로프렌	네오프렌WRT	쇼와덴코듀퐁
도전성 첨가염 1	리튬-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드	스미토모스리엠	0.1	5	5
도전성 첨가염 2	리튬-트리플루오로메탄술포네이트	모리타화학공업				0.1	5	5
도전성 첨가염 3	IL-A1	고에이화학공업
도전성 첨가염 4	EMI-TSFI	스텔라케미파
도전성 첨가염 5	칼륨-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드	모리타화학공업
카본 HAF	시스트 3	토카이카본	5	30	5	5	30	5
무기 충전제	경질 탄산칼슘	마루오칼슘	20	20	20	20	20	20
발포제 1	네오세르본N1000SW	에이와화성	4	4	4	4	4	4
발포제 2	비니홀AC#3	에이와화성	4	4	4	4	4	4
발포조제	셀페이스트101	에이와화성	4	4	4	4	4	4
가황제	황	쓰루미화학	1	1	1	1	1	1
가황 촉진제	DM	오우치신흥화학	1	1	1	1	1	1


경도(C)			36	36	33	36	36	33
전기저항			9.1	8.0	7.5	9.1	8	7.5
감광체 오염			○	○	○	○	○	○
정전용량(100Hz)			30	70	55	30	70	55
수식1			1.7	15.0	10.0	1.7	15.0	10.0
토너 번짐			없음	있음	있음	없음	있음	있음

판정			×	×	×	×	×	×

또한, 표 1, 2 중의 각 배합의 수치 단위는 중량부이다. 또한, 전기 저항의수치는 상용 대수의 값(log₁₀Ω)이다. DM은 디벤조티아질디술피드이다. 발포제 1은 화학 발포제 4,4'-옥시비스(벤젠설포닐히드라지드(OBSH), 발포제 2는 화학 발포제 아조디카본아미드(ADCA), 발포조제는 요소이다.

도전성 첨가염 1은 리튬-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(스미토모스리엠 주식회사 제품), 도전성 첨가염 2는 리튬-트리플루오로메탄설포네이트(모리타화학공업 주식회사 제품), 도전성 첨가염 3은 헥실트리메틸암모늄-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(IL-Al 고에이화학공업 주식회사 제품), 도전성 첨가염4는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(EMI-TSFI 스텔라케미파 주식회사 제품), 도전성 첨가염5는 칼륨-비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(모리타화학공업 주식회사 제품)이다.

또한, 표 중, 수식 1의 난은 상술한 (C(L)-C(H))/(log₁₀Hz(H)-log₁₀Hz(L))의 값을 나타낸다. 수식 1은 0보다 크고 10보다 작은 값을 적정치로 했다.

(실시예 1 내지 실시예 16)

실시예 1 내지 실시예 16은 모두 표 1에 나타내는 바와 같이, 전기 저항의 상용 대수의 값을 본 발명의 범위 내로 하고, 100Hz에서의 도전성 롤의 정전 용량도 50pF 이하로 본 발명의 범위 내로 했다. 실시예 1~6, 16은 도전성 첨가염 1, 실시예 7~10은 도전성 첨가염 2, 실시예 11은 도전성 첨가염 5, 실시예 12는 도전성 첨가염 3, 실시예 13은 도전성 첨가염 4를 사용하고, 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염인 도전성 첨가염의 종류를 변경했다. 실시예 14, 15는 도전성 첨가염을 사용하지 않았다.

도전성 첨가염 3~5를 사용한 실시예 11~13은 양이온을 크게 함으로써 통전 상승 저감을 도모했다.

또한, 실시예 16은 EO-PO-AGE 공중합체에 도전성 첨가염 1을 사전에 프리블렌드한 것을 사용했다.

(비교예 1 내지 비교예 6)

한편, 비교예 1 내지 비교예 6은 전기 저항의 상용 대수의 값 또는 100Hz에서의 정전 용량을 본 발명의 범위 밖으로 했다. 비교예 1~3은 도전성 첨가염 1을 사용하고, 비교예 4~6은 도전성 첨가염 2를 사용했다.

실시예 및 비교예의 도전성 롤을 전기 저항, 경도, 정전 용량(100Hz), 감광체 오염의 유무, 토너 번짐에 대해 다음과 같이 시험 및/또는 평가했다.

(정전 용량)

LCR 미터(동양테크니카 제품)에서 측정을 행했다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 도전성 롤(20)을 재치하고 있는 알루미늄판(P)과 샤프트(22) 사이에 전압을 걸고 LCR 미터에서 R(저항)성분과 C(콘덴서)성분의 병렬 회로에서 측정했다. 샤프트(22)의 양단 하중을 500g로 하여 고정했다.

주파수 100Hz에서 측정했다. 또한, 저주파수 Hz(L)은 100Hz라고 하고, 고주파수 Hz(H)는 100,000Hz로 하여 측정도 행했다.

(전기 저항치의 측정)

온도 23℃, 상대 습도 55% 분위기 하에서, 도 3에 나타내는 바와 같이,심금(2)을 통과시킨 도전성 탄성층(1)을 금속제 원통(3) 위에 당접(當接) 탑재하고, 전원(4)의 +측에 접속한 내부 저항 r(10kΩ)의 도선의 선단을 금속제 원통(3)의 일단면에 접속함과 동시에 전원(4)의 일측에 접속한 도선의 선단을 도전성 탄성층(1)의 타단면에 접속하여 통전을 행했다. 심금(2)의 양단부에 50Og씩의 하중(F)을 걸고, 심금(2)과 금속제 원통(3) 사이에 1kV의 전압을 걸면서 금속제 원통(3)을 회전시킴으로써 간접적으로 도전성 롤(10)을 회전시켰다. 이 때, 원주 방향으로 36회 저항 측정을 행하고 그 평균치를 구했다. 이 값은 10^9.0이하인 것이 적합하다. 표 1 중에는 상용 대수치를 나타내고 있다.

(경도(쇼어E))

온도 23℃, 상대 습도 55%의 환경 속에서 좌우의 축부(軸部)에 500g의 하중을 걸고 쇼어E 경도계에서 경도 측정을 행했다. 또한, 40 이하를 적정치로 했다.

(감광체 오염)

도전성 롤을 감광체에 500g 하중으로 밀어붙이고, 40℃, 90% RH 하에 2주일 방치하여 감광체 표면의 오염을 육안으로 확인했다. 감광체 표면의 오염이 육안으로 확인되지 않는 경우는 ○, 확인되는 경우는 ×로 했다.

(토너 번짐 평가)

브라더 제품 LBP HL-1240을 사용하여 토너 번짐 평가를 행했다.

상세하게는 1OOμm 폭의 흑백 라인을 인쇄(畵出)하여 평가했다. 토너 번짐이 없던 경우에는 "없음", 토너 번짐이 있던 경우에는 "있음"이라고 했다.

(판정)

상기 측정 및 시험 결과로부터 요구 성능을 만족시켜서 도전성 롤로서 우수한 경우에는 ○, 열등한 경우에는 ×로 했다.

표 2에 나타내지는 바와 같이, 비교예 1, 4는 전기 저항 값이 10⁹보다 크기 때문에 도전성 롤로서 부적절했다. 비교예 2, 5 및 비교예 3, 6은 100Hz에서의 정전 용량이 50pF보다 크며 수식 1로 규정된 값도 너무 커서 범위 밖이었기 때문에 토너 번짐이 생겨 버렸다.

한편, 표 1에 나타내지는 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 16의 도전성 롤은 경도(쇼어E)가 31~39로 적절하고, 또한 감광체 오염도 전혀 없으며, 수식 1의 값도 10 이하로 적절하고, 토너 번짐이 전혀 없으며, 표 1 중 판정 결과가 모두 ○인 것으로 나타난 바와 같이 모두 우수한 도전성 롤인 것이 확인되었다. 실시예 5,6은 고무 성분으로서 BR과 EPDM을 사용하여 도전성 첨가염 1을 배합하고 있기 때문에 내후성은 양호했다. 또한 고무 성분을 BR만으로 하여 도전성 첨가염을 배합한 경우에는 오존 열화가 생긴다.

또한, 실시예 11~13에서는 도전성 첨가염 3~5를 배합했기 때문에, 양이온이 리튬 양이온보다 약간 무거우므로 연속통전시의 저항 상승을 더욱 크게 저감시킬 수 있었다. 또한, 저항치의 환경 의존성도 더욱 저감되어 있었다.

또한, BR과 EO-PO-AGE 공중합체의 2차원계인 실시예 14는 정전 용량을 작게 한 채로 저항 조정이 가능하고, BR과 EO-PO-AGE 공중합체와 클로로프렌의 3차원계인 실시예 15는 또한 환경 변동도 억제할 수 있었다. 또한, EO-PO-AGE 공중합체에 도전성 첨가염 1을 사전에 프리블렌드 한 실시예 16은 EO-PO-AGE 공중합체 단독으로 사용할 때 보다 소량으로 원하는 전기 저항이 얻어짐과 동시에 도전성 첨가염 1 단독으로 사용할 때보다 통전 상승을 저감시킬 수 있었다.

상기한 실시예에서, 본 발명의 도전성 롤은 화상 형성 장치에 사용하는 도전성 롤로서 적합한 낮은 전기 저항치를 나타내며 정전 용량도 작기 때문에 토너의 번짐을 억제할 수 있고 감광체 오염을 방지할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 실시예의 배합은 염소를 포함하지 않기 때문에 환경을 배려한 도전성 롤로 할 수도 있었다.

이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전기 저항을 낮게 설정함과 동시에 주파수 100Hz에서의 정전 용량을 상기 규정범위 내의 값으로 하고 있기 때문에, 도전성 롤의 토너 번짐을 확실히 억제할 수 있다. 따라서 도전성 롤의 전기 특성을 향상시킬 수 있어서 양호한 화상을 얻을 수 있다.

또한, EPDM, NBR, BR 등으로부터 선택되는 고무 성분을 사용하고 있으므로 내오존성도 우수한 데다가 비할로겐계 고무이기 때문에 할로겐 성분이 부반응을 일으키는 일이 없으며 압축 영구 변형의 저감과 전기 저항의 저감을 양립하여 실현할 수 있다. 따라서 사용 후에 소각 등의 처리를 행할 경우에도 염화수소 가스 등의 유해 물질을 발생할 우려가 없어 환경친화적 제품으로 할 수 있다.

또한, 음이온과 양이온으로 해리가능한 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 염을함유함으로써 각종 물성치를 저하시키는 일 없어서 소량의 첨가로 대단히 큰 저항치를 내릴 수 있다.

따라서, 본 발명의 도전성 롤은 레이저 빔 프린터, 잉크 제트 프린터, 복사기, 팩시밀리, ATM 등의 OA 기기에서의 전자 사진 장치의 화상 형성 기구 등에 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 토너를 감광체에 부착시키기 위한 현상 롤, 감광 드럼을 균일하게 대전시키기 위한 대전 롤, 토너 상을 감광체로부터 용지에 전사하기 위한 전사 롤, 토너를 반송시키기 위한 토너 공급 롤, 전사 벨트를 내측에서 구동하기 위한 구동 롤 등의 도전성 롤로서 매우 유용하다. 특히, 닙 폭을 크게 할 수 있고 토너 번짐을 억제할 수 있기 때문에 효율적으로 토너 상을 종이에 전사할 수 있어서 전사 롤에 바람직하다.

Claims

심금(芯金)과, 상기 심금의 표면측에 도전성 탄성층을 구비한 도전성 롤로서,

100Hz에서의 정전 용량이 50pF 이하이고, 인가 전압 1,00OV에서의 전기 저항이 10⁵Ω 이상 10⁹Ω 이하임을 특징이라는 도전성 롤
제1항에 있어서, 상기 100Hz에서의 정전 용량이 10pF 이상인 도전성 롤.
제1항에 있어서, 교류의 저주파수 10²Hz(L)에서의 정전 용량 C(L)과, 교류의 고주파수 10⁵Hz(H)에서의 정전 용량 C(H)가,

0<(C(L)-C(H))/(log₁₀Hz(H)-log₁₀Hz(L))<10

의 관계를 충족하고 있는 도전성 롤.
제1항에 있어서, 상기 도전성 탄성층은 고무 성분에 이온 도전성 충전제를 배합한 고무 조성물로 이루어지고,

상기 이온 도전성 충전제로서 음이온과 양이온에 해리가 가능한 플루오로기, 설포닐기를 갖는 리튬염, 칼륨염, 제4급 암모늄염 또는 이미다졸륨염을 사용하고있는 도전성 롤.
제1항에 있어서, 상기 도전성 탄성층은 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합 고무, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 부타디엔 고무로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 고무를 사용하고, 고무 성분 100중량부에 대해 이온 도전성 충전제인 플루오로기 및 설포닐기를 갖는 음이온을 구비한 염을 0.01중량부 이상 20중량부 이하 함유한 고무 조성물을 사용하여 형성되어 이루어지는 도전성 롤.