KR20110066074A

KR20110066074A - 도전성 롤러와 그것을 이용한 전자 사진 장치

Info

Publication number: KR20110066074A
Application number: KR1020100066249A
Authority: KR
Inventors: 유스케 다니오; 히데유키 오쿠야마
Original assignee: 스미토모 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2011-06-16
Also published as: CN102096357A; US20110142503A1; JP2011123294A

Abstract

본 발명은 유연성이 우수하고 상기 유연성이 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐 거의 일정한 롤러 본체를 구비하고, 예컨대 전사 롤러로서 사용하였을 때에 종이의 표면에 형성되는 화상에, 특히 저온 조건 하에서 얼룩 등을 생기게 할 우려가 없는 도전성 롤러와, 상기 도전성 롤러를 전사 롤러 등으로서 내장한 전자 사진 장치를 제공한다.
도전성 롤러(1)는, 외주면(6)을 구성하는 외통체(7)와, 관통 구멍(3)을 갖는 내통체(8)를 구비한 롤러 본체(2)에 있어서, 상기 양 통체 사이를, 상기 양자 사이를 잇는 복수의 연결부(9)에 의해 이격시킴으로써 복수의 중공부(10)를 마련하고, 상기 연결부(9)를 상기 양 통체(7, 8)의 중심축(L)을 통과하는 일평면(P)과 교차하게 배치함으로써, 상기 연결부(9)에 의해 이격된 인접하는 중공부(10)를, 상기 평면(P) 상에서 직경 방향 내측과 외측에 오버랩시켰다. 전자 사진 장치는, 상기 도전성 롤러를 내장하였다.

Description

도전성 롤러와 그것을 이용한 전자 사진 장치{CONDUCTIVE ROLLER AND ELECTRO PHOTOGRAPHIC DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 레이저 프린터 등의 전자 사진 장치에 내장되어, 상기 전자 사진 장치의 감광체 또는 상(像) 담지체의 표면에 형성된 토너상(像)을 종이(플라스틱 필름 등을 포함함, 이하 동일)의 표면에 전사하는 전사 롤러 등으로서 이용되는 도전성 롤러와, 이 도전성 롤러를 전사 롤러로서 내장한 전자 사진 장치에 관한 것이다.

레이저 프린터, 정전식 복사기, 보통 용지 팩시밀리 장치, 혹은 이들의 복합기 등의 전자 사진 장치에서는, 감광체의 표면을 똑같이 대전시킨 상태로 노광시켜, 상기 표면에 형성 화상에 대응하는 정전 잠상을 형성하고(대전 공정→노광 공정), 상기 정전 잠상을, 미리 대전시킨 토너를 선택적으로 부착시킴으로써 토너상으로 현상한 후(현상 공정), 상기 토너상을 종이의 표면에 전사하고(전사 공정), 또한 정착시킴으로써(정착 공정), 상기 종이의 표면에 화상이 형성된다.

또한 상기 전사 공정에서는, 감광체의 표면에 형성한 토너상을 종이의 표면에 직접적으로 전사시키는 경우뿐만 아니라, 일단 상 담지체의 표면에 전사시킨 후 종이의 표면에 재차 전사시키는 경우도 있다.

상기 각 공정 중 대전 공정, 현상 공정 중 토너의 대전 과정과, 정전 잠상에의 부착 과정, 전사 공정, 또한 토너상을 종이의 표면에 전사한 후, 감광체나 상 담지체의 표면에 잔류한 토너를 제거하는 클리닝 공정 등에서, 도전성 또는 반도전성을 갖는 롤러(이하 「도전성 롤러」라고 총칭하는 경우가 있음)가 널리 이용되고 있다.

예컨대 상기 감광체 또는 상 담지체와, 전사 롤러로서의 도전성 롤러 사이에 소정의 전압을 인가한 상태로 양자 사이에 종이를 통과시킴으로써, 상기 감광체 또는 상 담지체의 표면에 형성된 토너상을, 전사 롤러와의 사이의 정전기력에 의해 종이의 표면에 전사시켜, 상기 종이의 표면에 화상을 형성할 수 있다.

상기 전사 롤러로서, 종래에는, 가교(가류)된 고무의 다공질체로 이루어지고, 상기 고무 중에 도전성 카본 등의 전자 도전성을 갖는 충전제를 배합하거나, 고무 그 자체로서 이온 도전성을 갖는 고무를 이용하거나 하여 도전성을 부여한 롤러 본체의 중심에 샤프트를 삽입 관통시킨 것 등이 이용되어 왔다. 또한 최근에는, 상기 가류 고무 대신에 리사이클 등이 용이한 열가소성 엘라스토머 조성물을 이용하여 롤러 본체를 형성하는 것도 검토되고 있다.

상기 전사 롤러의 롤러 본체에는, 감광체나 상 담지체의 표면에 접촉시켰을 때에, 그 접촉압에 의해 직경 방향으로 양호하게 압축 변형되어, 상기 감광체 또는 상 담지체의 표면에 대하여 종이를 사이에 끼우고 소정의 닙폭으로 접촉할 수 있는 유연성이 요구된다. 이에 따라, 감광체나 상 담지체의 표면에 종이를 간극 없이 접촉시킬 수 있고, 토너상을, 상기 감광체 또는 상 담지체의 표면으로부터 종이의 표면에 양호하게 전사시킬 수 있다.

그러나, 특히 열가소성 엘라스토머 조성물로 이루어지는 비다공질의 롤러 본체는, 가류 고무의 다공질체로 이루어지는 것 등에 비하여 유연성이 부족하게 되기 쉽다.

특허문헌 1∼4에는, 상기 가류 고무나 열가소성 엘라스토머 조성물 등의 탄성 재료로 이루어지는 롤러 본체의 내부에, 상기 롤러 본체의 중심에 삽입 관통되는 샤프트를 둘러싸도록, 상기 샤프트 및 롤러 본체의 축방향을 따라 복수의 중공부를 마련하는 것이 기재되어 있다.

이러한 구성에 따르면, 열가소성 엘라스토머 조성물로 이루어지는 비다공질의 롤러 본체라도, 그 유연성을 향상시킬 수 있는 것으로 생각된다. 즉, 감광체나 상 담지체와의 접촉에 의해 압력이 부가되었을 때에는, 상기 중공부가 눌려 찌그러지도록 변형되어, 롤러 본체의 외주면이, 감광체나 상 담지체의 표면을 따르도록 직경 방향 내측으로 압축 변형되는 것을 보조하는 기능을 하기 때문에, 상기 롤러 본체의 유연성이 향상된다.

특허문헌 1: 일본 실용 공개 평성 제6-28868호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성 제10-299762호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2008-139691호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2008-298855호 공보

그러나 도전성 롤러의 구조상, 상기 중공부를, 샤프트의 주위의 전체 둘레에 걸쳐 연속하여 형성할 수는 없다. 즉, 롤러 본체와 샤프트를 각각의 중심축을 일치시킨 상태로 일체적으로 형성하기 위해서는, 상기 롤러 본체의 둘레 방향의 복수 부분에 중실형의 영역을 마련하지 않으면 안 된다.

상기 중실형의 영역은, 상기 각 특허문헌에 기재되어 있는 바와 같이, 상기 샤프트의 중심축을 통과하는 일평면을 따라, 상기 샤프트의 외주면으로부터 롤러 본체의 외주면에 달하도록 배치하는 것이 일반적이다.

그러나 상기 종래의 도전성 롤러에서는, 상기 중실형의 부분에 대응하는 영역과, 그 이외의 중공부를 포함하는 영역에서 롤러 본체의 유연성에 차이가 발생한다. 그 결과, 상기 도전성 롤러를 전사 롤러로서 사용하였을 때에는, 상기 양 영역 사이에서 감광체나 상 담지체와의 접촉 상태(접촉압, 닙폭 등)에 변동을 초래하여, 종이의 표면에 형성된 화상에, 상기 변동에 따른 얼룩이 발생할 우려가 있다. 특히 열가소성 엘라스토머 조성물의 유연성이 저하되는 저온 조건 하에서 상기 얼룩이 발생하기 쉽다.

본 발명의 목적은, 유연성이 우수하며 상기 유연성이 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐 거의 일정한 롤러 본체를 구비하고, 예컨대 전사 롤러로서 사용하였을 때에 종이의 표면에 형성되는 화상에, 특히 저온 조건 하에서 얼룩 등을 생기게 할 우려가 없는 도전성 롤러와, 상기 도전성 롤러를 전사 롤러 등으로서 내장한 전자 사진 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 외주면을 구성하는 외통체와, 상기 외통체 내에 동심형으로 배치되고, 외경이 상기 외통체의 내경보다도 작은 내통체와, 상기 내통체의 외주로부터 외통체의 내주에 달하는 복수의 판형의 연결부를, 도전성이 부여된 열가소성 엘라스토머 조성물에 의해 일체로 형성하여 이루어지고, 상기 내통체의 외주와 외통체의 내주 사이에, 상기 연결부에 의해 이격되어 복수의 중공부가 마련된 롤러 본체를 포함하는 도전성 롤러로서, 상기 롤러 본체의 축방향과 직교하는 직교 방향의 단면에 있어서, 각각의 연결부는, 상기 연결부에 의해 이격된 인접하는 중공부가, 상기 외통체 및 내통체의 중심축을 통과하는 일평면 상에서 직경 방향 내측과 외측에 오버랩되도록, 상기 일평면과 교차하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 롤러 본체의 내부에 마련한 중공부의 기능에 의해, 상기 롤러 본체의 전체로서의 유연성을 높일 수 있다.

더구나 본 발명에서는, 상기한 바와 같이 각각의 중공부를 이격시키는 연결부를 상기 일평면과 교차하게 배치함으로써, 상기 연결부에 의해 이격된 인접하는 중공부를, 상기 일평면 상에서 직경 방향 내측과 외측에 오버랩시킬 수 있다. 그 때문에 롤러 본체는, 그 전체 둘레에 걸쳐 반드시 중공부가 존재하게 되고, 상기 중공부의 작용에 의해 롤러 본체의 전체에서의 유연성을 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐 거의 일정하게 할 수도 있다.

상기 롤러 본체를 형성하는 열가소성 엘라스토머 조성물은, 스티렌계 열가소성 엘라스토머와 폴리프로필렌을 포함하는 수지 매트릭스 중에,

디엔계 고무 및 에틸렌프로필렌 고무로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 고무 성분의 가교물과, 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 분산시킴으로써 도전성이 부여되고 있는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기와 같은 복잡한 형상을 갖는 롤러 본체를, 압출 성형 등에 의해 용이하게, 그리고 생산성 좋게 제조할 수 있다. 또한 형성한 롤러 본체의 리사이클성을 향상시킬 수도 있다.

상기 이온 도전성 수지형 대전 방지제는, 적어도 이온 도전성 엘라스토머와, 이온 도전성염을 포함하고 있는 것이 바람직하다.

이에 따라 롤러 본체의 전체에 균일한 도전성을 부여할 수 있다.

본 발명은, 상기 본 발명의 도전성 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치이며, 상기 도전성 롤러의 기능에 의해, 종이의 표면에, 특히 저온 조건 하에서 얼룩 등이 없는 양호한 화상을 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유연성이 우수하며 상기 유연성이 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐 거의 일정한 롤러 본체를 구비하고, 예컨대 전사 롤러로서 사용하였을 때에 종이의 표면에 형성되는 화상에, 특히 저온 조건 하에서 얼룩 등을 생기게 할 우려가 없는 도전성 롤러와, 상기 도전성 롤러를 전사 롤러 등으로서 내장한 전자 사진 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 도전성 롤러의 실시형태의 일례를 전체적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 예의 도전성 롤러 중 롤러 본체의 단면도이다.
도 3은 상기 롤러 본체의 일부를 확대한 단면도이다.
도 4는 상기 롤러 본체를, 압출 성형에 의해 형성하기 위해 이용하는 다이의 구금을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 구금을 갖는 다이를 이용하여 상기 롤러 본체를 압출 성형에 의해 형성하는 일공정을 설명하는 사시도이다.

〈열가소성 엘라스토머 조성물〉

본 발명의 도전성 롤러의 롤러 본체는, 위에서 설명한 바와 같이 스티렌계 열가소성 엘라스토머와 폴리프로필렌을 포함하는 수지 매트릭스 중에,

디엔계 고무 및 에틸렌프로필렌 고무로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 고무 성분의 가교물과, 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 분산시킴으로써 도전성이 부여된 열가소성 엘라스토머 조성물에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

상기 열가소성 엘라스토머 조성물은, 예컨대 수지 매트릭스와 미가교의 고무 성분을 포함하는 혼합물을 가열하면서 혼련하여 고무 성분을 가교시키는 동적 가교에 의해, 상기 수지 매트릭스 중에 고무 성분의 가교물을 분산시킨 후, 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 배합하는 등에 의해 조제할 수 있다.

상기 중 스티렌계 열가소성 엘라스토머로서는, 수소 첨가 스티렌계 열가소성 엘라스토머가 바람직하다. 상기 수소 첨가 스티렌계 열가소성 엘라스토머는, 수소 첨가에 의해 이중 결합이 포화되어 있기 때문에 저경도이며 유연성이 우수한데다가, 내구성도 우수하다. 이 때문에 말림 등이 생기는 것을 유효하게 억제할 수 있어, 롤러 본체, 나아가서는 도전성 롤러의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 수소 첨가 스티렌계 열가소성 엘라스토머는 이중 결합을 포함하지 않기 때문에, 고무 성분을 동적 가교시킬 때에 상기 가교를 저해할 우려가 없는데다가, 자신은 가교되지 않기 때문에, 동적 가교 후의 열가소성 엘라스토머 조성물에 원하는 가소성과 유연성을 부여할 수 있다.

상기 수소 첨가 스티렌계 열가소성 엘라스토머로서는, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS), 스티렌-에틸렌/프로필렌 공중합체(SEP), 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 공중합체(SEPS), 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 공중합체(SEBS), 및 스티렌-에틸렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 공중합체(SEEPS)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 스티렌계 열가소성 엘라스토머의 수소 첨가물이 바람직하다. 특히 SEEPS의 수소 첨가물이 바람직하다.

폴리프로필렌은, 압출 성형 시의 열가소성 엘라스토머 조성물의 가공성을 향상시키는 기능을 한다. 상기 폴리프로필렌으로서는, 프로필렌만을 중합시킨 호모폴리머 타입 외에, 상기 호모폴리머 타입의 폴리프로필렌의 저온 취성 등을 개선하기 위해 에틸렌 등의 다른 올레핀을 약간량 공중합시킨 랜덤 혹은 블록 공중합체 타입 등의 여러 폴리프로필렌 중 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.

디엔계 고무로서는, 예컨대 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 공중합 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴부타디엔 공중합 고무(NBR) 등을 들 수 있다. 또한 에틸렌프로필렌 고무로서는, 예컨대 에틸렌-프로필렌 공중합 고무(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합 고무(EPDM) 등을 들 수 있다. 고무 성분으로서는 상기 고무 중 어느 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 상관 없다.

특히 EPDM이 바람직하다. EPDM은, 주쇄가 포화 탄화수소로 이루어지며 이중 결합을 포함하지 않기 때문에, 고농도 오존 분위기, 자외선을 포함하는 광의 조사 등의 환경 하에서 장시간 노출되어도 주쇄의 절단이 일어나기 어렵다. 이 때문에 롤러 본체의 내오존성, 내자외선성, 내열성 등을 향상시킬 수 있다. EPDM은 단독으로 이용하는 것이 바람직하지만, EPDM과 다른 고무 성분을 병용하여도 좋으며, 이 경우에는 고무 성분의 전체에서 차지하는 EPDM의 비율이 50 질량％ 이상, 특히 80 질량％ 이상인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 고무 성분을 동적 가교시키는 경우, 상기 고무 성분과 매트릭스 수지의 혼합물에는, 고무 성분을 가교시키기 위한 가교제를 배합한다. 가교제로서는 수지 가교제가 바람직하다.

수지 가교제는, 가열 등에 의해 고무 성분에 가교 반응을 일으키게 할 수 있는 합성 수지이며, 통상의 유황 가교계(유황과 가류 촉진제 등의 병용계)와 같이 블룸(bloom)을 생기게 하지 않는데다가, 가교 후의 고무 성분의 압축 영구 변형이나 기계적 특성의 저하를 작게 할 수 있어, 내구성을 향상시킬 수 있다고 하는 이점을 갖고 있다.

또한 수지 가교제에 따르면, 유황 가교계에 비하여 가교 시간을 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 예컨대 고무 성분을 포함하는 각 성분의 혼합물을 압출기 내에서 가열하면서 혼련하여 동적 가교시킬 때에, 상기 압출기 내에 체류하고 있는 짧은 시간 내에서 동적 가교를 충분히 진행시킬 수 있다.

수지 가교제로서는 페놀 수지, 멜라민·포름알데히드 수지, 트리아진·포름알데히드 축합물, 및 헥사메톡시메틸·멜라민 수지로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하며, 특히 페놀 수지가 바람직하다.

또한 페놀 수지로서는, 페놀, 알킬페놀, 크레졸, 크시레놀 혹은 레조르신 등의 페놀류와, 포름알데히드, 아세트알데히드 혹은 푸르푸랄 등의 알데히드류와의 반응에 의해 합성되는 각종 페놀 수지가 바람직하다. 페놀 수지의 알데히드 유닛에 적어도 1개의 할로겐 원자가 결합한 할로겐화 페놀 수지를 이용할 수도 있다.

특히 벤젠의 오르토 위치 또는 파라 위치에 알킬기가 결합한 알킬페놀과 포름알데히드의 반응에 의해 얻어지는 알킬페놀·포름알데히드 수지가, 고무 성분과의 상용성이 우수하며 반응성이 풍부하고, 가교 반응의 개시 시간을 비교적 빨리 할 수 있기 때문에 바람직하다.

알킬페놀·포름알데히드 수지의 알킬기로서는 탄소수가 1∼10인 알킬기, 예컨대 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 부틸기가 바람직하다. 또한 알킬페놀·포름알데히드 수지의 할로겐화물도 적합하게 이용된다.

또한 유화-p-tert-부틸페놀과 알데히드류를 부가 축합시킨 변성 알킬페놀 수지나, 알킬페놀·술피드 수지도 수지 가교제로서 사용 가능하다.

또한 동적 가교를 적절하게 행하기 위해, 상기 수지 매트릭스와 고무 성분의 혼합물에는 가교 조제(가교 활성제)를 배합하여도 좋다. 가교 조제로서는 금속 화합물, 예컨대 산화아연, 탄산아연 등을 들 수 있고, 특히 산화아연[아연화(亞鉛華)]이 바람직하다.

또한 상기 혼합물에는 연화제를 배합하여도 좋다. 연화제는, 고무 성분을 동적 가교시킬 때에 혼합물을 혼련하기 쉽게 하여, 상기 고무 성분의 가교물을 수지 매트릭스 중에 보다 미세하고 균일하게 분산시키는 기능을 하며, 롤러 본체의 유연성을 높이는 기능을 한다.

상기 연화제로서는 오일이나 가소제가 바람직하다. 이 중 오일로서는, 파라핀계, 나프텐계, 방향족계 등의 광물유, 탄화수소계 올리고머로 이루어지는 합성유, 및 프로세스 오일로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하다. 또한 합성유로서는, 예컨대 α-올레핀과의 올리고머, 부텐의 올리고머, 및 에틸렌과 α-올레핀의 비정질 올리고머로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하다.

또한 가소제로서는, 예컨대 디옥틸프탈레이트(DOP), 디부틸프탈레이트(DBP), 디옥틸세퍼케이트, 및 디옥틸아디페이트로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하다.

특히 파라핀계 오일이 바람직하고, 상기 파라핀계 오일로서는 광물유(원유)로부터 정제되며, 기유(base oil)가 파라핀계인 여러 파라핀계 오일 중 임의의 것을 이용할 수도 있다.

이온 도전성 수지형 대전 방지제를 구성하는 이온 도전성 엘라스토머로서는, 적어도 폴리에테르를 포함하는 블록 공중합체, 구체적으로는 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체(이하 「EO-PO 공중합체」라고 약기하는 경우가 있음), 에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드-알릴글리시딜에테르 공중합체(이하 「EO-PO-AGE 공중합체」라고 약기하는 경우가 있음) 등의 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.

상기 공중합체는, 분자 중에 포함되는 에틸렌옥사이드(EO) 단위나 프로필렌옥사이드(PO) 단위, 특히 EO 단위의 기능에 의해 이온 도전성염 유래의 이온을 안정화시켜 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여하고, 전기 저항값을 저감시키는 기능을 한다.

상기 EO-PO 공중합체는, EO 단위의 함유율이 55 몰％ 이상, 특히 65 몰％ 이상인 것이 바람직하고, 95 몰％ 이하, 특히 92 몰％ 이하인 것이 바람직하다.

EO 단위의 함유율이 상기 범위 미만에서는, 상기 EO 단위의 기능에 의해 이온 도전성염 유래의 이온을 안정화시켜 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여하는 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또한 함유율이 상기 범위를 넘는 경우에는 EO 단위가 결정화되기 쉬워지기 때문에, 역시 이온 도전성염 유래의 이온을 안정화시켜 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여하는 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다.

또한 EO-PO-AGE 공중합체는, EO 단위의 함유율이 55 몰％ 이상, 특히 65 몰％ 이상인 것이 바람직하고, 95 몰％ 이하, 특히 92 몰％ 이하인 것이 바람직하다.

또한 상기 EO-PO-AGE 공중합체는, 후술하는 과산화물 가교제에 의해 가교 반응시킬 때에 가교성 관능기로서 기능하는 알릴기를 포함하는 알릴글리시딜에테르(AGE) 단위의 함유율이 1 몰％ 이상, 특히 2 몰％ 이상인 것이 바람직하고, 10 몰％ 이하, 특히 8 몰％ 이하인 것이 바람직하다.

AGE 단위의 함유율이 상기 범위 미만에서는 EO-PO-AGE 공중합체를 양호하게 가교시킬 수 없고, 미가교의, 혹은 가교가 충분하지 않은 상기 공중합체가 롤러 본체의 표면에 블리드(bleed) 또는 블룸하거나, 상기 블리드나 블룸에 따라 이온 도전성염이 롤러 본체의 표면에 블룸하거나 블리드하거나 하기 쉬워져, 감광체나 토너 등을 오염시킬 우려가 있다.

또한, 함유율이 상기 범위를 넘는 경우에는 가교 밀도가 너무 높아지기 때문에, EO-PO-AGE 공중합체의 인장 강도나 피로 특성, 내굴곡 피로성 등이 저하할 우려가 있다.

EO-PO공중합체, EO-PO-AGE 공중합체의 수평균 분자량(Mn)은, 모두 10000 이상, 특히 50000 이상인 것이 바람직하다. 수평균 분자량(Mn)이 상기 범위 미만에서는, 상기 공중합체가 롤러 본체의 표면에 블리드하거나 블룸하거나, 상기 블리드나 블룸에 따라 이온 도전성염이 롤러 본체의 표면에 블룸하거나 블리드하거나 하기 쉬워져, 감광체나 토너 등을 오염시킬 우려가 있다.

이온 도전성염으로서는, 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여하는 효과의 점에서, 플루오로기 및 술포닐기를 갖는 음이온과 양이온의 염이 바람직하다.

이 중 플루오로기 및 술포닐기를 갖는 음이온으로서는, 예컨대 플루오로알킬술폰산 이온, 비스(플루오로알킬술포닐)이미드 이온, 트리스(플루오로알킬술포닐)메티드 이온 등을 들 수 있다.

또한 양이온으로서는 나트륨, 리튬, 칼륨 등의 알칼리 금속의 이온이나, 혹은 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등의 제2족 원소의 이온, 천이 원소의 이온, 양성 원소의 양이온, 제4급 암모늄 이온, 이미다졸륨 양이온 등을 들 수 있다. 특히 리튬 이온과 조합한 리튬염이 바람직하다.

리튬염으로서는, CF₃SO₃Li, C₄F₉SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, (C₂F₅SO₂)₂NLi, (C₄F₉SO₂)(CF₃SO₂)NLi, (FSO₂C₆F₄)(CF₃SO₂)NLi, (C₈F₁₇SO₂)(CF₃SO₂)NLi, (CF₃CH₂OSO₂)₂NLi, (CF₃CF₂CH₂OSO₂)₂NLi, (HCF₂CF₂CH₂OSO₂)₂NLi, 〔(CF₃)₂CHOSO₂〕₂NLi, (CF₃SO₂)₃CLi, 및 (CF₃CH₂OSO₂)₃CLi로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하다.

그 중에서도 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여하는 효과의 점에서, CF₃SO₃Li(트리플루오로메탄술폰산리튬), (CF₃SO₂)₂NLi〔비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드리튬〕이 바람직하고, 특히 트리플루오로메탄술폰산리튬이 바람직하다.

이온 도전성염은, 미리 이온 도전성 엘라스토머 중에 분산시킨 이온 도전성 수지형 대전 방지제의 상태로, 고무 성분의 가교물을 분산시킨 수지 매트릭스 중에 배합된다. 이에 따라 상기 이온 도전성염을, 이온 도전성 엘라스토머 중에 양호하게 편재시킨 상태로, 수지 매트릭스 중에 미세하게 분산시킬 수 있다.

이 때문에 롤러 본체의 이온 도전성을 더 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 예컨대 도전성 롤러에 전계를 계속해서 가하여도 이온 도전성염이 롤러 본체의 표면으로 이동하는 것을 억제하여, 상기 이온 도전성염의 블룸에 의해 감광체나 토너가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

상기 수지 매트릭스와 이온 도전성 수지형 대전 방지제의 배합물에는, 상용화제를 더 배합하여도 좋다.

상용화제는, 이온 도전성 엘라스토머를 수지 매트릭스 중에 미세하게 분산시키고, 이온 도전성염을, 상기 이온 도전성 엘라스토머와의 양호한 친화성에 기초하여 상기 이온 도전성 엘라스토머 중에 편재시킨 상태로 수지 매트릭스 중에 더 미세하게 분산시키는 기능을 한다.

상기 상용화제로서는, 에틸렌-아크릴산에스테르-무수말레산 공중합체, 및 에틸렌-아크릴산에스테르-글리시딜메타크릴레이트 공중합체로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종을 들 수 있다.

상기 에틸렌-아크릴산에스테르-무수말레산 공중합체, 및/또는 에틸렌-아크릴산에스테르-글리시딜메타크릴레이트 공중합체는, 아크릴산에스테르 단위의 함유율이 0.1 질량％ 이상, 그 중에서도 1 질량％ 이상, 특히 3 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 30 질량％ 이하, 그 중에서도 20 질량％ 이하, 특히 15 질량％ 이하인 것이 바람직하다. 무수말레산 단위의 함유율은 0.05 질량％ 이상, 그 중에서도 0.1 질량％ 이상, 특히 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 20 질량％ 이하, 그 중에서도 15 질량％ 이하, 특히 10 질량％ 이하인 것이 바람직하다. 또한 글리시딜메타크릴레이트 단위의 함유율은 0.05 질량％ 이상, 그 중에서도 0.1 질량％ 이상, 특히 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 20 질량％ 이하, 그 중에서도 15 질량％ 이하, 특히 10 질량％ 이하인 것이 바람직하다.

아크릴산에스테르로서는, 예컨대 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산프로필, 아크릴산부틸, 아크릴산2-에틸헥실, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산부틸, 메타크릴산2-에틸헥실 등의 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다.

상기 배합물에는, 과산화물 가교제를 더 배합하여도 좋다.

과산화물 가교제는, 수지 매트릭스 중에서 이온 도전성 엘라스토머를 동적 가교시키도록 기능한다.

상기 과산화물 가교제로서는, 벤조일퍼옥사이드, 1,1-비스(tert-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 디(tert-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, 1,4-비스[(tert-부틸)퍼옥시이소프로필]벤젠, 디(tert-부틸퍼옥시)벤조에이트, tert-부틸퍼옥시벤조에이트, 디쿠밀퍼옥시드, tert-부틸쿠밀퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산, 디tert-부틸퍼옥시드 및 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)-3-헥센으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하다. 특히, 디(tert-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠이 바람직하다.

상기 과산화물 가교제와 함께 가교 조제를 병용하여도 좋다. 상기 가교 조제는, 자신이 가교하고 이온 도전성 엘라스토머와도 가교하여 전체를 고분자화하는 기능을 한다. 상기 가교 조제를 이용하여 함께 가교함으로써 가교 밀도를 향상시킬 수 있다.

가교 조제로서는, 메타크릴산 혹은 아크릴산의 금속염, 메타크릴산에스테르, 방향족 비닐 화합물, 복소환 비닐 화합물, 알릴 화합물, 1,2-폴리부타디엔의 관능기를 이용한 다관능 폴리머류, 및 디옥심류로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하다.

자세하게는 트리알릴이소시아누레이트(TAIC), 트리알릴시아누레이트(TAC), 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트(TMPT), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(EDMA), p-퀴논디옥심, p,p'-디벤조일퀴논디옥심, 및 N,N'-m-페닐렌비스말레이미드로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이 바람직하다. 특히, N,N'-m-페닐렌비스말레이미드가 바람직하다.

상기 각 성분을 포함하는 열가소성 엘라스토머 조성물에는, 충전제를 더 배합하여도 좋다. 충전제는, 롤러 본체의 기계적 강도를 높이기 위해 기능한다.

상기 충전제로서는, 실리카, 카본 블랙, 클레이, 탈크, 탄산칼슘, 이염기성 아인산염(DLP), 염기성 탄산마그네슘, 및 알루미나로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종, 탄산칼슘 및/또는 카본 블랙이 바람직하다.

또한 열가소성 엘라스토머 조성물에는, 발포제, 노화 방지제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 활제, 안료, 대전 방지제, 난연제, 중화제, 조핵제, 및 기포 방지제로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 첨가제를 배합하여도 좋다.

상기 각 성분의 배합 비율은 임의로 설정할 수 있다.

예컨대 스티렌계 열가소성 엘라스토머와 폴리프로필렌을 포함하는 수지 매트릭스의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 10 질량부 이상, 특히 20 질량부 이상인 것이 바람직하고, 100 질량부 이하, 특히 75 질량부 이하인 것이 바람직하다.

수지 매트릭스의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는, 열가소성 성분으로서의 상기 수지 매트릭스의 양이 지나치게 적기 때문에, 열가소성 엘라스토머 조성물에 양호한 열가소성을 부여할 수 없을 우려가 있다. 또한 고무 성분의 가교물이나 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 수지 매트릭스 중에 양호하게 분산할 수 없을 우려도 있다.

한편, 수지 매트릭스의 배합 비율이 상기 범위를 넘는 경우에는, 상대적으로 고무 성분의 가교물의 양이 적어지기 때문에, 롤러 본체에 양호한 고무 탄성을 부여할 수 없을 우려가 있다. 또한 상대적으로 이온 도전성 수지형 대전 방지제의 양이 적어지기 때문에, 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여할 수 없을 우려도 있다.

수지 매트릭스의 배합 비율은, 상기 수지 매트릭스로서 스티렌계 열가소성 엘라스토머와 폴리프로필렌을 병용하는 경우는, 이 2종의 합계의 배합 비율이다.

또한 상기 2종의 병용계에서 스티렌계 열가소성 엘라스토머 100 질량부당의 폴리프로필렌의 배합 비율은 10 질량부 이상, 특히 30 질량부 이상인 것이 바람직하고, 100 질량부 이하, 특히 50 질량부 이하인 것이 바람직하다.

폴리프로필렌의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는, 상기 폴리프로필렌을 배합한 것에 따른, 먼저 설명한 압출 성형 시의 열가소성 엘라스토머 조성물의 가공성을 향상시키는 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또한 폴리프로필렌의 배합 비율이 상기 범위를 넘는 경우에는, 상대적으로 스티렌계 열가소성 엘라스토머의 양이 적어지기 때문에, 롤러 본체의 유연성이 저하할 우려가 있다.

수지 가교제의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 2 질량부 이상, 특히 5 질량부 이상인 것이 바람직하고, 20 질량부 이하, 특히 15 질량부 이하인 것이 바람직하다.

수지 가교제의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는 고무 성분의 가교가 불충분하게 되기 때문에, 롤러 본체에 양호한 기계적 특성, 내구성을 부여할 수 없을 우려가 있다. 한편, 수지 가교제의 배합 비율이 상기 범위를 넘는 경우에는 고무 성분이 지나치게 딱딱해지기 때문에, 롤러 본체의 유연성이 저하할 우려가 있다.

가교 조제(가교 활성제)의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 0.01 질량부 이상, 특히 0.1 질량부 이상인 것이 바람직하고, 10 질량부 이하, 특히 5 질량부 이하인 것이 바람직하다.

연화제의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 50 질량부 이상, 특히 80 질량부 이상인 것이 바람직하고, 250 질량부 이하, 특히 200 질량부 이하인 것이 바람직하다.

연화제의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는, 상기 연화제를 배합함에 따른 먼저 설명한 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또한 배합 비율이 상기 범위를 넘어도 그 이상의 효과를 얻을 수 없을뿐만 아니라, 과도한 연화제가 롤러 본체의 표면에 블리드하여, 감광체나 토너를 오염시키거나, 종이를 더럽히거나 할 우려가 있다.

이온 도전성 수지형 대전 방지제를 구성하는 이온 도전성 엘라스토머의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 50 질량부 이상, 특히 70 질량부 이상인 것이 바람직하고, 150 질량부 이하, 특히 120 질량부 이하인 것이 바람직하다.

이온 도전성 엘라스토머의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는, 상기 이온 도전성 엘라스토머에 따른, 먼저 설명한 이온 도전성염 유래의 이온을 안정화시키는 효과가 충분히 얻어지지 않아, 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여할 수 없을 우려가 있다. 또한 상기 범위를 넘어도 그 이상의 첨가 효과를 얻을 수 없을 우려가 있다.

이온 도전성염의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 0.1 질량부 이상, 특히 1 질량부 이상인 것이 바람직하고, 10 질량부 이하, 특히 5 질량부 이하인 것이 바람직하다.

이온 도전성염의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는, 롤러 본체에 양호한 이온 도전성을 부여할 수 없을 우려가 있다. 또한 상기 범위를 넘어도 그 이상의 첨가 효과를 얻을 수 없을뿐만 아니라, 과도한 이온 도전성염이 롤러 본체의 표면에 블룸 또는 블리드하여, 감광체나 상 담지체의 표면을 오염시킬 우려가 있다.

상용화제의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 1 질량부 이상, 특히 5 질량부 이상인 것이 바람직하고, 20 질량부 이하, 특히 10 질량부 이하인 것이 바람직하다.

배합 비율이 상기 범위 미만에서는 상용화제로서의 기능이 부족하여, 이온 도전성 엘라스토머를 수지 매트릭스 중에 미세하게 분산시킬 수 없으며, 압출 성형 시에, 롤러 본체의 표층부에서 압출 방향을 따라 줄무늬형으로 분리되거나 할 우려가 있다.

한편, 배합 비율이 상기 범위를 넘어도 그 이상의 첨가 효과를 얻을 수 없을뿐만 아니라, 반대로 롤러 본체의 강도가 저하하거나 경도가 상승하거나 할 우려가 있다.

이온 도전성 엘라스토머를 동적 가교시키는 경우, 과산화물 가교제의 배합 비율은, 상기 이온 도전성 엘라스토머 100 질량부당 0.1 질량부 이상, 특히 0.1 질량부 이상인 것이 바람직하고, 10 질량부 이하, 특히 5 질량부 이하인 것이 바람직하다.

과산화물 가교제의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는 가교가 불충분하게 되어, 먼저 설명한 가교시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 배합 비율이 상기 범위를 넘으면, 분자 절단에 의한 기계적 특성의 저하가 발생하거나, 분산 불량 등이 생겨 가공이 곤란하게 되거나 한다.

가교 조제의 배합 비율은, 이온 도전성 엘라스토머 100 질량부당 0.1 질량부 이상인 것이 바람직하고, 10 질량부 이하, 특히 5 질량부 이하인 것이 바람직하다.

충전제의 배합 비율은, 고무 성분 100 질량부당 10 질량부 이상, 특히 20 질량부 이상인 것이 바람직하고, 100 질량부 이하, 특히 50 질량부 이하인 것이 바람직하다.

충전제의 배합 비율이 상기 범위 미만에서는, 상기 충전제를 배합한 것에 따른, 롤러 본체의 기계적 강도를 높이는 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또한 배합 비율이 상기 범위를 넘는 경우에는 롤러 본체의 유연성이 저하할 우려가 있다.

상기 배합 비율은, 충전제로서 2종 이상의 충전제를 병용하는 경우는, 그 합계의 배합 비율이다.

상기 열가소성 엘라스토머 조성물을 조제하기 위해서는, 우선 수지 매트릭스 중에 고무 성분의 가교물을 분산시킨 혼련물을 조제한다.

예컨대 동적 가교를 이용하는 경우는, 먼저 설명한 바와 같이, 상기 수지 매트릭스와 미가교의 고무 성분에, 수지 가교제, 가교 조제(가교 활성제), 연화제 등을 더 배합한 혼합물을 가열하면서 혼련하여, 상기 고무 성분을 수지 매트릭스 중에 미세하게 분산시키면서 동적 가교시킴으로써 혼련물을 얻는다.

혼련에는 압출기, 밴버리 믹서, 니더 등을 이용할 수 있고, 특히 압출기가 바람직하다. 압출기를 이용하는 경우, 상기 압출기의 스크류부 내에서, 혼합물을 연속적으로 가열하면서 혼련하여 고무 성분을 동적 가교시켜 혼련물을 조제할 수 있고, 상기 혼련물을 노즐 선단으로부터 순차 압출하여 연속적으로 다음 공정(예컨대 팰릿화의 공정 등)으로 보낼 수 있기 때문에, 상기 혼련물의 생산성을 향상시킬 수 있다.

고무 성분은 할로겐의 존재 하에서 동적 가교시키는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 할로겐화된 수지 가교제를 이용하면 좋다. 또한 염화제2주석, 염화제2철, 염화제2동 등의 할로겐 공여성 물질을 첨가하여도 좋다.

다음에, 미리 이온 도전성 엘라스토머 중에 이온 도전성염을 이겨 넣어 조제해 둔 이온 도전성 수지형 대전 방지제와, 앞의 혼련물과, 필요에 따라 상용화제, 충전제 등을 더욱 배합한 혼합물을 가열하면서 혼련하여, 상기 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 기재(基材) 수지 중에 미세하게 분산시킴으로써 열가소성 엘라스토머 조성물을 조제한다.

또한 이때, 상기 혼합물에 과산화물 가교제, 가교 조제를 배합하여, 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 구성하는 이온 도전성 엘라스토머를 기재 수지 중에 미세하게 분산시키면서 동적 가교시켜도 좋다.

이 혼련에도 압출기, 밴버리 믹서, 니더 등을 이용할 수 있고, 특히 압출기가 바람직하다. 압출기를 이용하는 경우, 상기 압출기의 스크류부 내에서, 혼합물을 연속적으로 가열하면서 혼련하여 열가소성 엘라스토머 조성물을 조제할 수 있고, 상기 열가소성 엘라스토머 조성물을 노즐 선단으로부터 순차 압출하여 연속적으로 다음 공정(예컨대 팰릿화의 공정 등)으로 보낼 수 있기 때문에, 상기 열가소성 엘라스토머 조성물의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이 후, 조제된 열가소성 엘라스토머 조성물을, 롤러 본체의 기초가 되는 통형체를 압출 성형하기 위한 압출 성형기에 공급하고, 상기 압출 성형기의 스크류부의 선단에 접속된 다이의 구금을 통과하여 통형상으로 압출 성형함으로써 상기 롤러 본체가 제조된다.

압출 성형의 조건은 종래와 동일하여도 좋다. 예컨대 압출 온도(스크류부 선단에서의 설정 온도)는 160℃ 이상, 특히 180℃ 이상인 것이 바람직하고, 250℃ 이하, 특히 230℃ 이하인 것이 바람직하다. 또한 압출 속도는 0.5 m/분 이상, 특히 0.8 m/분 이상인 것이 바람직하고, 7 m/분 이하, 특히 5 m/분 이하인 것이 바람직하다.

또한 상기 이온 도전성 수지형 대전 방지제, 혼련물, 상용화제, 충전제 등의 혼합물을 압출 성형기에 직접적으로 공급하여, 상기 압출 성형기의 스크류부 내에서 혼련하면서 압출 성형하여도 좋다. 압출 성형의 조건은 상기와 동등 정도로 좋다.

〈도전성 롤러 및 전자 사진 장치〉

도 1은 본 발명의 도전성 롤러의 실시형태의 일례를 전체적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는 상기 도 1의 예의 도전성 롤러 중 롤러 본체의 단면도이다. 도 3은 상기 롤러 본체의 일부를 확대한 단면도이다. 도 4는 상기 롤러 본체를, 압출 성형에 의해 형성하기 위해 이용하는 다이의 구금을 나타내는 사시도이다. 또한 도 5는 도 4의 구금을 갖는 다이를 이용하여 상기 롤러 본체를 압출 성형에 의해 형성하는 일공정을 설명하는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 이 예의 도전성 롤러(1)는, 상기 열가소성 엘라스토머 조성물 등으로 이루어지는 원통형의 롤러 본체(2)와, 상기 롤러 본체(2)의 중심의 관통 구멍(3)에 삽입 관통된 샤프트(4)를 포함하고 있다. 이 중 롤러 본체(2)는, 예컨대 열가소성 엘라스토머 조성물을 압출 성형하여 형성된 통형체(5)(도 5 참조)를 소정의 길이로 절단함으로써 형성되어 있다.

도 1∼도 3을 참조하면, 롤러 본체(2)는, 상기 롤러 본체(2)의 외주면(6)을 구성하는 중실형의 외통체(7)와, 상기 관통 구멍(3)을 갖고, 상기 외통체(7) 내에 배치되며, 외경이 상기 외통체(7)의 내경보다도 작은 중실형의 내통체(8)를 구비하고 있다.

상기 외통체(7)와 내통체(8)는, 상기 내통체(8)의 외주로부터 외통체(7)의 내주에 달하는 복수의 연결부(9)에 의해 연결됨으로써, 각각의 중심축(L)을 일치시킨 상태로 동심형으로 배치되어 있다. 상기 외통체(7), 내통체(8) 및 연결부(9)는, 상기 압출 성형에 의해, 먼저 설명한 열가소성 엘라스토머 조성물에 의해 일체로 형성되어 있다.

내통체(8)의 외주와 외통체(7)의 내주 사이에는, 상기 연결부(9)에 의해 이격되어 복수의 중공부(10)가 마련되어 있다.

도면의 예의 경우, 연결부(9)와 중공부(10)는, 각각 롤러 본체(2)의 둘레 방향의 12부분에, 관통 구멍(3)을 둘러싸도록 등간격으로 배치되어 있다.

각각의 연결부(9)는, 롤러 본체(2)의 전체 길이에 걸친 평판형으로 형성되어 있으며, 상기 연결부(9)에 의해 이격된 인접하는 중공부(10)가, 외통체(7) 및 내통체(8)의 중심축(L)을 통과하는 일평면(P) 상에서 롤러 본체(2)의 직경 방향 내측과 외측에 오버랩되도록, 상기 일평면(P)과 교차하게 배치되어 있다.

도 2 및 도 3과 관련하여, 양 도면에서 가장 상측에 위치하는 2개의 중공부(10)를 예로 들어 설명하면, 상기 연결부(9)가 평면(P)과 교차하게 배치됨으로써, 대부분이 일평면(P)보다 좌측에 위치하는 중공부(10)는, 양 도면에서 상측[직경 방향 외측, 즉 외통체(7)측]의 일부[도 3의 도면 부호 10a]가 상기 평면(P)보다 우측으로 돌출하고 있다.

또한 대부분이 일평면(P)보다 우측에 위치하는 중공부(10)는, 양 도면에서 하측[직경 방향 내측, 즉 내통체(8)측]의 일부(도 3의 도면 부호 10b)가 상기 일평면(P)보다 좌측으로 돌출하고 있다.

그 결과, 일평면(P) 상에서는 상기 양 중공부(10)가, 롤러 본체(2)의 직경 방향 내측과 외측에 오버랩하고 있다.

그 외의 연결부(9)와 중공부(10)에 대해서도 동일한 관계가 성립되도록, 상기 연결부 이외의 연결부(9)도, 제일 가까운 일평면(P)과 교차하게 배치되어 있다.

이에 따라 상기 롤러 본체(2)는, 그 전체 둘레에 걸쳐 반드시 중공부(10)가 존재하게 되고, 상기 중공부(10)의 작용에 의해 롤러 본체(2)의 전체에서의 유연성을 둘레 방향의 전체 둘레에 걸쳐 거의 일정하게 할 수 있다. 게다가, 롤러 본체(2)의 내부에 복수의 중공부(10)를 마련함으로써, 상기 롤러 본체(2)의 전체로서의 유연성을 높일 수도 있다.

따라서, 상기 롤러 본체(2)를 구비한 본 발명의 도전성 롤러(1)를, 예컨대 전사 롤러로서 사용하였을 때에는, 종이의 표면에 형성되는 화상에, 특히 저온 조건 하에서 얼룩 등이 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또한 롤러 본체(2)의 중심축(L)과 직교하는 도 2의 단면에서, 중공부(10)의 단면적의 총합과, 상기 중공부(10) 이외의 중실부의 단면적으로부터, 수학식 (1):

(수학식 1)

면적 점유율(%)=(중공부의 단면적)/[(중공부의 단면적)+(중실부의 단면적)]×100 (1)

에 의해 구해지는 중공부(10)의 면적 점유율은 10％ 이상, 특히 15％ 이상인 것이 바람직하고, 80％ 이하, 특히 70％ 이하인 것이 바람직하다.

면적 점유율이 상기 범위 미만에서는, 중공부(10)를 마련함으로써, 롤러 본체(2)의 전체에 양호한 유연성을 부여하는 효과를 얻을 수 없고, 예컨대 전사 롤러로서 사용하였을 때에, 상기 전사 롤러를 소정의 닙폭으로 감광체나 상 담지체에 접촉시킬 수 없기 때문에, 종이의 표면에 양호한 화상을 형성할 수 없을 우려가 있다.

한편, 면적 점유율이 상기 범위를 넘는 롤러 본체(2)를, 압출 성형법 등에 따라 제조하는 것은 용이하지 않다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 각 부분을 구비한 롤러 본체(2)는, 상기 열가소성 엘라스토머 조성물을, 구금(11)의 내측에, 상기 중공부(10)의 기초가 되는 복수의 핀(맨드릴)(12)과, 관통 구멍(3)의 기초가 되는 맨드릴(13)을 설치한 다이를 구비한 압출 성형기를 이용하여 압출 성형함으로써 형성된 상기 통형체(5)를, 소정의 길이로 절단함으로써 형성된다.

열가소성 엘라스토머 조성물은, 상기 구금(11)의 내주면(14)의, 핀(12), 및 맨드릴(13) 사이의 개구부를 통과하여 압출 성형되기 때문에, 통형체(5)의 내부에는, 상기 핀(12)에 대응하는 중공부(10)와, 맨드릴(13)에 대응하는 관통 구멍(3)이 형성된다.

즉, 핀(12) 사이의 개구부를 통과하여 압출 성형된 열가소성 엘라스토머 조성물에 의해 연결부(9)가 형성되며, 상기 핀(12)과 맨드릴(13) 사이의 개구부를 통과하여 압출 성형된 열가소성 엘라스토머 조성물에 의해 내통체(8)가 형성되고, 상기 핀(12)과 구금(11)의 내주면(14) 사이의 개구부를 통과하여 압출 성형된 열가소성 엘라스토머 조성물에 의해 외통체(7)가 형성되며, 상기 각 부 사이에 중공부(10), 및 관통 구멍(3)이 마련된다.

샤프트(4)는, 도전성 롤러(1)를 구성하기 위해 도전성으로 된다. 상기 도전성의 샤프트(4)로서는, 예컨대 알루미늄이나 그 합금, 스테인리스강 등의 금속에 의해 일체로 형성된 것 등을 들 수 있다. 또한 세라믹이나 경질 수지 등으로 형성되며, 그 외주면에, 롤러 본체(2)와 전기적으로 접속되는 도전막 등을 마련한 복합 구조의 샤프트(4)를 이용할 수도 있다.

롤러 본체(2)의 외주면(6)은 코팅층으로 피복될 수도 있다. 상기 코팅층은, 예컨대 우레탄 수지, 아크릴 수지 등의 에멀션이나 용액, 혹은 고무 라텍스 등에 불소 수지의 분말 등을 분산시킨 코팅제를 도포하고, 건조시켜 형성할 수 있다. 상기 코팅층으로 피복함으로써, 외주면(6)의 표면 에너지를 컨트롤하여, 상기 외주면(6)에 종이 분말이 부착되거나 토너가 고착되거나 하는 것을 억제하거나, 마찰 계수를 조정하거나 할 수 있다.

상기 본 발명의 도전성 롤러(1)는, 전자 사진 장치 중 대전 공정에서 감광체의 표면을 대전시키는 대전 롤러, 현상 공정 중 토너의 대전 과정에서 토너를 교반하면서 대전시키는 대전 롤러, 정전 잠상에의 부착 과정에서 대전시킨 토너를 감광체 표면의 정전 잠상에 선택적으로 부착시켜 토너상으로 현상하는 현상 롤러, 전사 공정에서 상기 토너상을 종이 또는 상 담지체의 표면에 전사시키는 전사 롤러, 혹은 클리닝 공정에서 잔류 토너를 제거하는 클리닝 롤러 등에 사용할 수 있다.

특히 종이와 직접적으로 접촉함으로 인한 종이 분말의 부착에 따른 여러 문제를 발생시키기 쉬운 전사 롤러로서, 본 발명의 도전성 롤러(1)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 도전성 롤러(1)를 전사 롤러로서 사용하는 경우, 롤러 본체(2)의 저항값은, 인가 전압 1000 V에서 10⁴ Ω 이상, 10⁹ Ω 이하, 특히 10⁶ Ω 이상, 10⁸ Ω 이하 정도인 것이 바람직하다.

저항값을 상기 범위 내로 조정하기 위해서는, 예컨대 상기 이온 도전성 엘라스토머나 이온 도전성염의 종류나 배합 비율 등을, 먼저 설명한 범위 내에서 적절하게 조정하면 좋다.

또한 전사 롤러로서 사용하는 도전성 롤러(1)의 롤러 본체(2)의, 외주면(6)으로부터 중심축(L) 방향의 경도는, 일본 공업 규격 JIS K7312_-1996 「열경화성 폴리우레탄 엘라스토머 성형물의 물리 시험 방법」의 부속서 2에서 규정된 스프링 경도 시험 타입 C 시험 방법에 준거하여, 온도 23±1℃, 상대 습도 55±1％의 조건 하에서 측정한 스프링식 타입 C 경도가 55 이하, 특히 40 이하인 것이 바람직하다.

경도가 이 범위 내이면, 롤러 본체(2)에 양호한 유연성을 부여하여, 도전성 롤러(1)를 전사 롤러로서 사용하였을 때에, 특히 저온 조건 하에서 얼룩 등이 생기는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 또한 종이에 대한 마찰 계수를 상승시켜, 종이 이송의 불량 등을 생기기 어렵게 할 수 있다.

본 발명의 전자 사진 장치는, 상기 본 발명의 도전성 롤러를, 예컨대 전사 롤러로서 내장하였기 때문에, 상기 도전성 롤러의 기능에 의해, 종이의 표면에, 특히 저온 조건 하에서 얼룩이 없는 양호한 화상을 형성할 수 있다. 상기 전자 사진 장치로서는, 레이저 프린터, 정전식 복사기, 보통 용지 팩시밀리 장치, 혹은 이들의 복합기 등을 들 수 있다.

또한 본 발명은, 이상에서 설명한 예의 것으로 한정되지 않는다.

예컨대 연결부(9)는 평판형으로 한정되지 않고, 내통체(8)측의 단부와 외통체(7)측의 단부 사이의 부분이, 롤러 본체(2)의 직경 방향 외측으로 돌출된 만곡 판형 등의, 임의의 판형으로 형성할 수 있다.

그 외, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지 설계 변경을 시행할 수 있다.

(실시예)

이하의 실시예, 비교예에서의 도전성 롤러의 제조 및 시험을, 특별히 기재한 것 이외에는 온도 23±1℃, 상대 습도 55±1％의 환경 하에서 실시하였다.

〈실시예 1〉

(열가소성 엘라스토머 조성물의 조제)

수지 매트릭스로서의 수소 첨가 스티렌계 열가소성 엘라스토머〔SEEPS, (주)쿠라레 제조의 셉톤(등록 상표) 4077〕 및 폴리프로필렌〔니혼폴리프로(주) 제조의 노바테크(등록 상표) PP〕에, 고무 성분으로서의 EPDM〔스미토모카가쿠(주) 제조의 에스프렌(등록 상표) EPDM505A〕, 파라핀계 오일〔이데미쓰코산(주) 제조의 다이아나(등록 상표) 프로세스오일 PW-380〕, 수지 가교제〔브롬화알킬페놀·포름알데히드 수지, 다오카카가쿠코교(주) 제조의 탓키롤(등록 상표) 250-III〕, 및 가교 조제(가교 활성제)로서의 산화 아연〔미쓰이킨조쿠코잔(주) 제조의 아연화 1호〕을 배합하였다.

상기 각 성분을 2축 압출기의 스크류부 내에서 200℃로 가열하면서 혼련하여 고무 성분을 동적 가교하면서 노즐 선단으로부터 압출하고, 계속해서 연속적으로 소정의 길이로 절단하고 팰릿화하여, 상기 수지 매트릭스 중에 EPDM의 가교물이 분산된 혼련물을 조제하였다.

또한 이온 도전성염으로서의 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드리튬과, 이온 도전성 엘라스토머로서의 EO-PO-AGE 공중합체〔니혼제온(주) 제조의 제오스판(등록 상표) 8010〕를 질량비 1:9로 배합하고, 혼련하여 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 조제하였다.

계속해서, 상기 이온 도전성 수지형 대전 방지제, 및 앞의 혼련물과, 상용화제로서의 에틸렌-아크릴산에스테르-무수말레산 공중합체〔알케마사 제조의 본더인(등록 상표) LX4110〕를 텀블러를 이용하여 드라이 블렌드한 후, 2축 압출기의 스크류부 내에서 200℃로 가열하고 혼련하면서 노즐 선단으로부터 압출하고, 계속해서 연속적으로 소정의 길이로 절단하고 팰릿화하여 열가소성 엘라스토머 조성물을 조제하였다.

열가소성 엘라스토머 조성물을 구성하는 각 성분의 배합 비율은, 표 1에 나타내는 대로 하였다.

성분	질량부
EDPM	100
수소 첨가 스티렌계 열가소성 엘라스토머	50
폴리프로필렌	20
파라핀계 오일	100
수지 가교제	12
산화 아연	5
상용화제	8
이온 도전성 수지형 대전 방지제	10

(도전성 롤러의 제조)

상기 열가소성 엘라스토머 조성물의 팰릿을 압출 성형기의 스크류부 내에서 가열하면서 혼련하고, 상기 스크류부의 선단에 접속된 다이의 구금을 통과하여 통형으로 압출 성형하여, 롤러 본체(2)의 기초가 되는 통형체(5)를 제작하였다.

압출 성형의 조건은, 압출 온도(스크류부 선단에서의 설정 온도) 200℃, 압출 속도 약 1 m/분의 저속 조건과, 동일한 압출 온도에서, 압출 속도 약 3 m/분의 고속 조건의 2개의 조건을 설정하였다.

통형체(5)의 외경은 12.5 ㎜, 관통 구멍(3)의 내경은 4.6 ㎜로 하였다.

또한, 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이 구금(11)의 내측에 복수의 핀(12)과 맨드릴(13)을 마련함으로써, 압출 성형된 통형체(5)의 내부에, 각각 도 2, 도 3에 나타내는 단면 형상을 갖는, 관통 구멍(3)과, 롤러 본체(2)의 둘레 방향의 12부분에, 상기 관통 구멍(3)을 둘러싸도록 등간격으로 배치된 평판형의 연결부(9), 그리고 중공부(10)를 형성하였다.

도 3의 단면에서의, 연결부(9)의 두께(T)는 0.8 ㎜, 상기 연결부(9)의, 일평면(P)과의 교차 각도(θ)는 30°로 하였다.

연결부(9)를 사이에 두고 인접하는 중공부(10)는, 상기 연결부(9)를 일평면(P)과 교차하게 배치하며 두께(T)와 교차 각도(θ)를 상기 값으로 조정함으로써, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 일평면(P) 상에서, 롤러 본체(2)의 직경 방향 내측과 외측에서 서로 오버랩시켰다. 이에 따라 롤러 본체(2)는, 그 전체 둘레에 걸쳐 반드시 중공부(10)가 존재하게 될 수 있다.

또한 중공부(10)의 단면적의 총합과, 상기 중공부(10) 이외의 중실부의 단면적으로부터, 상기 수학식 (1)에 의해 구해지는 중공부(10)의 면적 점유율은 30.4％였다.

압출 성형한 통형체(5)는, 그 중심축(L)을 중심으로 하여 둘레 방향으로 회전시키지 않도록 유지하면서 냉각한 후 관통 구멍(3) 내에 샤프트(4)를 삽입 관통하며, 길이 216 ㎜로 절단하여 롤러 본체(2)를 형성하고, 도전성 롤러(1)를 제조하였다.

〈비교예 1〉

구금(11)의 내측에 핀(12)을 설치하지 않고, 이에 따라 롤러 본체(2)의 내부에 중공부(10)를 형성하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 통형체(5)를 압출 성형하였다. 통형체(5)의 외경은 12.5 ㎜, 관통 구멍(3)의 내경은 4.6 ㎜로 하였다.

상기 통형체(5)는 전체가 중공부가 없는 중실형이므로, 상기 수학식 (1)에 의해 구해지는 중공부의 면적 점유율은 0％였다.

상기 통형체(5)를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 롤러 본체(2)를 형성하고, 도전성 롤러(1)를 제조하였다.

〈비교예 2〉

구금(11)의 내측이며, 또한 맨드릴(13)의 주위에 8개의 단면 원형의 핀을 둘레 방향으로 등간격으로 배치한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 특허문헌 4의 도 2(b)에 나타내는 단면 형상을 갖는 통형체(5)를 압출 성형하였다. 통형체(5)의 외경은 12.5 ㎜, 관통 구멍(3)의 내경은 4.6 ㎜, 핀에 대응하는 단면 원형의 중공부의 내경은 1.3 ㎜로 하였다.

상기 통형체(5)는, 그 둘레 방향에, 중공부를 포함하는 영역과, 상기 중공부를 포함하지 않는 중실형의 영역이 교대로 존재하고 있다.

중공부의 단면적의 총합과, 상기 중공부 이외의 중실부의 단면적으로부터, 상기 수학식 (1)에 의해 구해지는 중공부의 면적 점유율은 10％였다.

〈비교예 3〉

구금(11)의 내측이며, 또한 맨드릴(13)의 주위에 16개씩 총 48개의 단면 원형의 핀을 3단계의 동심원형으로, 또한 둘레 방향으로 등간격으로 배치한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 특허문헌 4의 도 2(c)에 나타내는 단면 형상을 갖는 통형체(5)를 압출 성형하였다. 통형체(5)의 외경은 12.5 ㎜, 관통 구멍(3)의 내경은 4.6 ㎜, 핀에 대응하는 단면 원형의 중공부의 내경은 0.5 ㎜로 하였다.

상기 통형체(5)는, 마찬가지로 그 둘레 방향에, 중공부를 포함하는 영역과, 상기 중공부를 포함하지 않는 중실형의 영역이 교대로 존재하고 있다.

중공부의 단면적의 총합과, 상기 중공부 이외의 중실부의 단면적으로부터, 상기 수학식 (1)에 의해 구해지는 중공부의 면적 점유율은 8.9％였다.

〈비교예 4〉

구금(11)의 내측이며, 또한 맨드릴(13)의 주위에 18개의 단면 타원형의 핀을 둘레 방향으로 등간격으로 배치한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 특허문헌 3의 도 1에 나타내는 단면 형상을 가지고, 외주면(6)에 이형(離型)층을 갖지 않는 통형체(5)를 압출 성형하였다. 통형체(5)의 외경은 12.5 ㎜, 관통 구멍(3)의 내경은 4.6 ㎜, 핀에 대응하는 단면 타원형의 중공부의 단(短)직경 치수는 1.0 ㎜, 장(長)직경 치수는 2.0 ㎜, 장직경 방향이 일평면(P)과 이루는 각도는 30°로 하였다.

상기 통형체(5)는, 마찬가지로 그 둘레 방향에, 중공부를 포함하는 영역과, 상기 중공부를 포함하지 않는 중실형의 영역이 교대로 존재하고 있다. 중공부의 단면적의 총합과, 상기 중공부 이외의 중실부의 단면적으로부터, 상기 수학식 (1)에 의해 구해지는 중공부의 면적 점유율은 26.6％였다.

상기 통형체(5)를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 롤러 본체(2)를 형성하며, 도전성 롤러(1)를 제조하였다.

〈경도 측정〉

실시예, 비교예에서 제조한 도전성 롤러(1)의 롤러 본체(2)의, 외주면(6)으로부터 중심축(L) 방향의 경도를, 상기 외주면(6) 상에서, 둘레 방향의 22.5°마다, 앞에 나온 JIS K7312_-1996의 부속서 2에서 규정된 스프링 경도 시험 타입 C 시험 방법에 준거하여 측정하여, 그 최대값과 최소값을 구하고, 상기 최대값과 최소값과의 차를 구하였다. 상기 경도의 차가 클수록, 롤러 본체(2)는 둘레 방향의 경도의 얼룩이 큰 것을 나타내고 있다.

〈화상 평가 시험〉

실시예, 비교예에서 제조한 도전성 롤러를, 레이저 프린터〔휴렛팩커드사 제조의 LaserJet(등록 상표) P1006〕에 전사 롤러로서 내장하고, 온도 10℃, 상대 습도 20±1％의 저온 환경 하에서 A4 사이즈의 종이〔후지제록스오피스서플라이(주) 제조의 PPC 용지〕에 하프톤 화상을 20장 연속하여 인쇄하였다.

계속해서 20장의 인쇄를 눈으로 관찰하여 하기의 기준으로, 상기 저온 조건 하에서의 화상의 양부를 평가하였다.

○: 20장의 인쇄 중에, 얼룩이나 줄 등의 화상 불량은 전혀 보이지 않았다.

×: 20장 중의 거의 전체 분량에서, 분명한 얼룩이나 줄 등의 화상 불량이 보였다.

이상의 결과를 표 2에 나타낸다.

			실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
중공부	존재		있음	없음	있음	있음	있음
	오버랩		있음	없음	없음	없음	없음
	면적 점유율(%)		30.4	0	10	8.9	26.6
평가	타입 C 경도	최대값	54	73	73	70	64
		최소값	52	72	65	61	58
		차	2	1	8	9	6
	화상 평가		○	×	×	×	×

표로부터, 롤러 본체 내에 중공부를 마련하지 않고 전체를 중실형으로 한 비교예 1의 도전성 롤러는, 경도의 변동이 작지만 전체로서 지나치게 딱딱하기 때문에, 저온 환경 하에서, 특히 롤러 본체의 중앙부의 종이와의 접촉이 불충분해져 화상 중앙부에 세로줄의 화상 불량이 발생하는 것을 알 수 있었다.

또한 내부에 중공부를 마련하였지만, 인접하는 중공부를 오버랩시키지 않은 비교예 2∼4의 도전성 롤러는, 상기 중공부를 포함하는 영역과 포함하지 않는 중실형의 영역에서 경도의 차가 크기 때문에, 상기 저온 환경 하에서, 화상 농도의 얼룩이나, 강도의 얼룩인 줄 등의 화상 불량이 발생하는 것을 알 수 있었다.

이에 대하여, 내부에 중공부(10)를 마련하고 인접하는 중공부(10)를 오버랩시켜, 롤러 본체(2)의 전체 둘레에 걸쳐 반드시 중공부(10)가 존재하게 한 실시예 1의 도전성 롤러는, 전체가 부드러울 뿐만 아니라, 경도의 차가 작기 때문에, 저온 환경 하에서도 얼룩이나 줄의 화상 불량이 없는 양호한 화상을 형성할 수 있는 것을 알 수 있었다.

1: 도전성 롤러
2: 롤러 본체
3: 관통 구멍
4: 샤프트
6: 외주면
7: 외통체
8: 내통체
9: 연결부
10: 중공부
11: 구금
12: 핀
13: 맨드릴
14: 내주면
L: 중심축
P: 평면

Claims

외주면을 구성하는 외통체와, 상기 외통체 내에 동심형으로 배치되고, 외경이 상기 외통체의 내경보다도 작은 내통체와, 상기 내통체의 외주로부터 외통체의 내주에 달하는 복수의 판형의 연결부를, 도전성이 부여된 열가소성 엘라스토머 조성물에 의해 일체로 형성하여 이루어지고, 상기 내통체의 외주와 외통체의 내주 사이에, 상기 연결부에 의해 이격되어 복수의 중공부가 마련된 롤러 본체를 포함하는 도전성 롤러로서,
상기 롤러 본체의 축방향과 직교하는 직교 방향의 단면에 있어서,
각각의 연결부는, 상기 연결부에 의해 이격된 인접하는 중공부가, 상기 외통체 및 내통체의 중심축을 통과하는 일평면 상에서 직경 방향 내측과 외측에 오버랩되도록, 상기 일평면과 교차하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도전성 롤러.
제1항에 있어서,
상기 열가소성 엘라스토머 조성물은,
스티렌계 열가소성 엘라스토머와 폴리프로필렌을 포함하는 수지 매트릭스 중에, 디엔계 고무 및 에틸렌프로필렌 고무로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 고무 성분의 가교물과, 이온 도전성 수지형 대전 방지제를 분산시킴으로써 도전성이 부여되고 있는 것인 도전성 롤러.
제2항에 있어서, 상기 이온 도전성 수지형 대전 방지제는, 이온 도전성 엘라스토머와, 이온 도전성염을 포함하고 있는 것인 도전성 롤러.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 사진 장치.