WO2005064418A1 - 導電性ゴムローラおよびその製造方法 - Google Patents

導電性ゴムローラおよびその製造方法 Download PDF

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WO2005064418A1
WO2005064418A1 PCT/JP2004/014928 JP2004014928W WO2005064418A1 WO 2005064418 A1 WO2005064418 A1 WO 2005064418A1 JP 2004014928 W JP2004014928 W JP 2004014928W WO 2005064418 A1 WO2005064418 A1 WO 2005064418A1
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conductive rubber
conductive
rubber
ion
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Inventor
Shigenori Matsumura
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Yamauchi Corporation
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    • G03G15/14—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base
    • G03G15/16—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer
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    • G03G15/167—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer by introducing the second base in the nip formed by the recording member and at least one transfer member, e.g. in combination with bias or heat at least one of the recording member or the transfer member being rotatable during the transfer
    • G03G15/1685—Structure, details of the transfer member, e.g. chemical composition
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    • G03G15/0208—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus
    • G03G15/0216—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus by bringing a charging member into contact with the member to be charged, e.g. roller, brush chargers
    • G03G15/0233—Structure, details of the charging member, e.g. chemical composition, surface properties

Definitions

  • the present invention relates to a conductive rubber roller suitably used for an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, and a facsimile, and having excellent charging and transfer stability, and a method for producing the same.
  • an electronic conductive rubber provided with conductivity by containing carbon, a metal oxide, or the like, or Ion conductive rubber that has been made conductive by incorporating ionic substances is generally used! /
  • the voltage dependence of the resistance value can be made smaller than that of the electronic conductive rubber.
  • an ether bond, an ester bond, and the like are present in the ion conductive rubber, and the rubber as a whole is hydrophilic. Therefore, especially in a high-temperature and high-humidity environment, the resistance tends to increase due to water absorption.
  • the dry ion of the rubber decreases the free ion concentration of the charge carrier, resulting in a decrease in ionic conductivity. Then, the resistance value increases. That is, in the ion conductive rubber, the environmental dependency of the resistance value tends to increase. If the resistance value increases in a low-temperature and low-humidity environment, problems such as a decrease in image density occur.
  • Patent Document 1 discloses a method of sequentially laminating an ion conductive elastic layer and a surface layer in which an electronic conductive substance is dispersed on a conductive support, A charging roll whose surface layer is a coating film formed by electrostatic coating is disclosed.
  • a charging roll whose surface layer is a coating film formed by electrostatic coating.
  • Patent Document 2 discloses a conductive elastic layer mainly composed of a medium-resistance elastic material having an ion conduction mechanism, a conductive elastic layer which is in contact with the charged object and surface-treated on the elastic layer.
  • a DC voltage of 50 V-1000 V is applied, the resistance value between the elastic layer and the coating layer when the measurement voltage is -50 V is measured as Rl.
  • the resistance value between the conductive layer and the coating layer at a voltage of 1000 V is R2, and when Rl ⁇ R2, the rate of change A of the resistance value between the conductive layer and the coating layer is R2.
  • the resistance R1 between the conductive layer and the coating layer at a measurement voltage of 50 V should satisfy R1 100, and R1 ⁇ 8 X 10 7 ⁇ .
  • a charging member in which resistance of the elastic layer and the coating layer is adjusted is disclosed.
  • the resistance value R1 between the elastic layer and the coating layer is, for example, 8 to 10 7 ⁇
  • the resistance of the coating layer having a large resistance value between the elastic layer and the coating layer is large. If the thickness varies even slightly, the overall roller resistance will change significantly, resulting in poor production stability.
  • Patent Document 1 JP-A-2000-352857
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-229300
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a conductive rubber roller having excellent charging and transfer stability in which both the environmental dependence and the voltage dependence of a resistance value are extremely small, and a method for producing the same.
  • a rubber layer including a base layer made of an ion-conductive rubber layer and a surface layer made of an electronic conductive polymer layer having a lower surface resistance than the ion-conductive rubber layer is provided on a support shaft.
  • the conductive rubber roller is formed, and the surface resistance ( ⁇ ) of the ion conductive rubber layer
  • the conductive rubber roller is characterized in that the ratio (A) / (B) to the surface resistance value (B) of the secondary conductive polymer layer is set within the range of (A) Z (B) ⁇ 100. .
  • the thickness of the surface layer is preferably 5 ⁇ m to 40 ⁇ m! / ⁇ .
  • the electron conductive polymer layer used in the present invention is preferably made of a fluororesin containing carbon or metal oxide.
  • the present invention also provides a support shaft including a base layer composed of an ion-conductive rubber layer and a surface layer composed of an electron-conductive polymer layer having a lower surface resistance than the ion-conductive rubber layer.
  • a method of manufacturing a conductive rubber roller having a rubber layer formed thereon comprising: forming a base layer made of an ion conductive rubber layer; and controlling the surface temperature and the Z or atmosphere temperature of the ion conductive rubber layer to 130 ° C.
  • the ratio (A) / (B) of the surface resistance value (A) of the ionic conductive rubber layer to the surface resistance value (B) of the electron conductive polymer layer is 1 (A) Z ( B) A method for producing a conductive rubber roller, which is set within a range of ⁇ 100.
  • a rubber layer having a base layer made of an ion-conductive rubber layer and a surface layer made of an electron-conductive polymer layer is formed.
  • a conductive rubber roller having transfer stability can be provided.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a typical embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a method for measuring a surface resistance value of a rubber layer in the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a typical embodiment of the present invention.
  • the conductive rubber roller of the present invention includes a rubber layer including a base layer 11 made of an ionic conductive rubber layer and a surface layer 12 made of an electronic conductive polymer layer having a lower surface resistance value than the ionic conductive rubber layer. And the support shaft 13.
  • the rubber layer may be formed of only the above-mentioned base layer and surface layer, or may have a configuration in which another layer is formed on the inner or outer circumference of the above-mentioned base layer. It can have a two-layer structure in which a conductive rubber layer and an electronic conductive polymer layer are formed on the outer periphery thereof. In this case, it is possible to obtain a conductive rubber roller that can be manufactured at low cost without going through complicated steps and that has excellent charging and transcription stability.
  • ionic conductive polymers are excellent in that the voltage dependence of the resistance value is small! /, But since the polymer as a whole is hydrophilic, the environmental dependence of the resistance value tends to be large. You.
  • electronic conductive polymers are excellent in that the environmental dependence of the resistance value is small, but it is difficult to uniformly disperse the conductive material in the polymer, and the voltage dependence of the resistance value tends to increase. is there. Therefore, when one of the polymers having conductivity is used alone for the conductive rubber roller, it is difficult to reduce both the voltage dependency and the environment dependency of the resistance value.
  • ion conductive rubber is used for a base layer portion that is not exposed to the outside, and an electronic conductive polymer is used for a surface layer that is easily affected by the environment of the outside.
  • the low environmental dependence and low voltage dependence of the resistance value can be achieved at the same time. Also, by making the surface resistance of the surface layer smaller than the surface resistance of the base layer, it is possible to impart good charging and transfer stability to the conductive rubber roller.
  • the ratio (A) / (B) of the surface resistance value (A) of the ionic conductive rubber layer to the surface resistance value (B) of the electronically conductive polymer layer is one.
  • (A) Z (B) ⁇ 100 is set.
  • (A) Z (B) needs to be larger than 1 in order to provide an electron conductive polymer layer having a lower resistance than the ion conductive rubber layer.
  • (A) Z (B) is 100 or less, it is possible to effectively prevent a decrease in charging and transfer stability.
  • the surface resistance of the ionic conductive rubber layer and the electronic conductive polymer layer in the present invention can be measured, for example, by the following method. FIG.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a method for measuring the surface resistance value of a rubber layer in the present invention.
  • the insulator 22 is placed on the surface of the metal roller 21, and two metal plates 23 having a thickness of 0.5 mm and a width of 20 mm are placed at intervals of 100 mm on the insulator 22.
  • a conductive rubber roller 24 having a rubber layer formed on the outer periphery of the support shaft is placed.
  • apply a constant current and a constant voltage to the two metal plates measure the surface resistance after 5 seconds, and average the three measured values to obtain the surface resistance.
  • the thickness of the surface layer is 5 ⁇ m to 40 ⁇ m! / ⁇ .
  • the thickness of the surface layer is 5 m or more, the effect of reducing the environmental dependency of the resistance value by providing the electron conductive polymer layer can be obtained to a desired degree.
  • the thickness is 40 m or less, the ion conductive rubber is used.
  • the low voltage dependency of the resistance value of the layer is not impaired.
  • the rubber component of the ion-conductive rubber used in the present invention includes ionic substances such as epichlorohydrin rubber, urethane rubber, nitrile butadiene rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, fluorine rubber, nitrile rubber, norbornene rubber, and the like.
  • ionic substances such as epichlorohydrin rubber, urethane rubber, nitrile butadiene rubber, acrylic rubber, chloroprene rubber, fluorine rubber, nitrile rubber, norbornene rubber, and the like.
  • rubber such as natural rubber (NR), butadiene rubber, isoprene rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene propylene-copolymer rubber (EPDM), butyl rubber, silicon rubber, etc.
  • NR natural rubber
  • SBR isoprene rubber
  • EPDM ethylene propylene-copolymer rubber
  • butyl rubber silicon rubber, etc.
  • the ionic conductive rubber contains a filler exhibiting ionic conductivity.
  • a filler exhibiting ionic conductivity.
  • inorganic salts such as lithium perchlorate, sodium perchlorate and calcium perchlorate, lauryl Trimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, modified aliphatic dimethylethylammonium-pamethosulfate, tetraethylammonium perchlorate Quaternary ammonium salts such as tetrabutylammonium perchlorate, tetrabutylammonium borofluoride, tetrabutylammonium borohydride, tetrabutylammonium borohydride, etc. , And further perchlorates, alkyl sulfonates, phosphate esters Etc
  • the polymer component of the electronic conductive polymer used in the present invention includes a ratio (A) of the surface resistance value (A) of the ionic conductive rubber layer to the surface resistance value (B) of the electronic conductive polymer layer.
  • (B) is a polymer whose surface resistance value can be adjusted so that 1 ⁇ (A) Z (B) ⁇ 100, for example, fluorine resin, polyamide resin, acrylic resin. Fat, silicone resin, etc. can be used.
  • These polymer components may be one kind or a mixture of two or more kinds.
  • carbon, metal oxide, and the like can be used as the filler that imparts electronic conductivity.
  • the ionic conductive rubber and the electron conductive polymer are appropriately compounded with other components generally used for the production of rubber products as described below.
  • Examples of the vulcanizing agent include sulfur, organic compounds such as sulfur, tetraalkylthiuram disulfide, morpholine disulfide, and alkyl phenol disulfide; metal compounds such as magnesium oxide; p-quinone-oxime; There are oximes such as dibenzoyl quinone dioxime, peroxides such as dicumyl peroxide and benzoyl peroxide, sulfur chloride, selenium, tellurium, etc., which are inexpensive and easily available, and have a vulcanizing effect. Sulfur is preferred because it is sufficiently large and has excellent abrasion resistance on the rubber roller surface
  • Examples of the vulcanization accelerator include thiazoles such as dibenzothiazolyl disulfide (DM), 2-mercaptobenzothiazole (D), and 2-mercaptobenzothiazole zinc salt (MZ); diisopropylsulfenamide (DIBS); Sulfenamides such as cyclohexylsulfenamide (CZ), thiuram such as tetramethylthiuram disulfide (TT), tetraethylthiuram-disulfide (TET), dipentamethylenethiuram-tetrasulfide (TRA) , Dithiocarbamate zinc salt (PZ), dimethyl dithiocarbamate zinc salt (EZ), and other dithioacid salts, and other guadins, thioperias, aldehyde ammoniums, xanthates, and the like.
  • thiazoles such as dibenzothiazolyl disulfide (DM), 2-mer
  • Thiazoles promote the reaction between the rubber component and the vulcanizing agent, shorten vulcanization time, lower the vulcanization temperature, reduce the amount of sulfur, and improve the breaking strength and abrasion resistance of rubber rollers.
  • DM Especially preferred is DM.
  • thiazoles In particular, CZ is preferred because sulfenamides are also preferred because scorch is slower and vulcanization rises faster.
  • Examples of the vulcanization accelerating aid include metal oxides such as zinc white and fatty acids such as zinc stearate and oleic acid.
  • antioxidants such as amines and phenols
  • fillers such as carbon, silica, clay, cork, talc, calcium carbonate, dibasic phosphite (DLP), basic magnesium carbonate, and alumina
  • DLP dibasic phosphite
  • a softener, a reinforcing agent, and the like can be appropriately compounded.
  • the rubber layer used in the present invention may be prepared as a solid rubber (hard rubber) or sponge rubber in an electrophotographic apparatus to which the conductive rubber roller of the present invention is applied. What is necessary is just to select appropriately according to the desired performance.
  • the sponge rubber can be produced by adding a foaming agent and, if necessary, a foaming aid to the components of the rubber composition, and preferably vulcanizing and molding under closed conditions.
  • a chemical foaming agent is suitably used, and is classified into an organic type and an inorganic type.
  • Organic blowing agents include azodicarbonamides (ADCA), azobisisobuty-tolyl (AIBN), and azoi conjugates such as norium azodicarboxylate (BaZ AC); -Toroso compounds such as torsopentamethylenetetramine (DPT), benzenesulfol-hydrazide (BSH), 4,4-oxybis (benzenesulfol-hydrazide) (OBSH), toluenesulfol-l-hydrazide (TSH), hydrazodicarbonamide ( Hydrazine derivatives such as HDCA) can be used.
  • the inorganic foaming agent sodium bicarbonate (baking soda), ammonium bicarbonate, ammonium carbonate, sodium hydrogen carbonate and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • urea-based assistants and the like can be used in addition to organic acid-based assistants such as salicylic acid.
  • organic acid-based assistants such as salicylic acid.
  • a -troso compound such as N, N, 1-dinitrosopentamethylenetetramine (DPT) is particularly preferable.
  • the conductive rubber roller of the present invention can be manufactured by the following method. That is, a rubber layer including a base layer made of an ion-conductive rubber layer and a surface layer made of an electron-conductive polymer layer having a lower surface resistance than the ion-conductive rubber layer is provided on a conductive support shaft. To form
  • the base layer and the surface layer can be produced, for example, by the following method. That is, the components of the rubber composition are firstly masticated by a single machine, and then extruded into a cylindrical shape. For example, under a load of 4 kgfZcm 2 (3.926266 ⁇ 10 5 Pa), 150. After steam vulcanization with C for 50 minutes and inserting it into a stainless steel core, the rubber surface is polished to obtain a cylindrical base layer. Subsequently, the outer periphery of the base layer is coated with an electronic conductive polymer such as fluororesin by a method such as spraying or coating so as to have a predetermined dry thickness. To form a surface layer.
  • an electronic conductive polymer such as fluororesin
  • the conductive rubber roller of the present invention can be manufactured by the above method.
  • the surface temperature and the Z or ambient temperature of the ion conductive rubber layer when applying the electron conductive polymer are set in the range of 130 to 150 ° C. .
  • the electron conductive polymer layer is preferably formed on the base layer by applying a compound material for an electron conductive polymer layer onto the base layer in a heated state by a method such as spraying, and then shrinking the material with cooling. .
  • the ambient temperature is set within the range of 130 to 150 ° C., the contraction force of the electronic conductive polymer layer can be controlled within a certain range, and particularly good electronic conductivity can be obtained.
  • Epichlorohydrin rubber is a copolymer of ethylene oxide, aryl glycidyl ether, and epichlorohydrin
  • NBR is low-tolyl NBR
  • carbon is thermal black
  • vulcanization accelerator is tetramethyltyraum disulfide. (TT) and dibenzothiazolyl disulfide (DM), and sulfur was used as a vulcanizing agent.
  • the surface resistance of the base layer was measured by the method shown in FIG.
  • An insulator 22 was placed on the surface of a metal roller 21, and two metal plates 23 having a thickness of 0.5 mm and a width of 20 mm were placed at intervals of 100 mm on the insulator 22.
  • a roller having the above-described base layer is placed thereon as a conductive rubber roller 24 having a base layer formed on the outer periphery of the support shaft. At each end of the roller in the axial direction, 1.Okg in the direction of arrow A is added. 2.
  • Apply a constant current and a constant voltage to the two metal plates 23, measure the surface resistance after 5 seconds, and average the measured values at three points to obtain the surface resistance.
  • the surface resistance of the base layer was 1.1 ⁇ + 07 ⁇ .
  • the outer periphery of the formed base layer was spray-coated with an electron conductive fluorine resin, and then dried under an atmosphere of 150 ° C for 1 hour to obtain a dried film having a thickness as shown in Tables 1 and 2.
  • a layer was formed to obtain a conductive rubber roller. The both ends of the base layer were not spray painted.
  • the surface resistance was measured by the same method as that of the roller on which the base layer was formed.
  • the surface resistance value of the conductive rubber roller was 9.8 ⁇ + 05 ⁇ .
  • the obtained conductive rubber roller is placed in each environment of LZL (temperature 10 ° C, humidity 15%), NZN (temperature 22 ° C, humidity 55%), H / H (temperature 28 ° C, humidity 85%). After leaving each for 24 hours, the resistance value of the whole rubber roller was measured.
  • the resistance value was measured by the following method. That is, a rubber roller formed on a metal shaft is brought into contact with a rotating metal roll having a diameter of 30 mm at 2. Okg, and a constant current of 50 A is passed through the metal shaft formed with the rubber roller by a resistance meter (manufactured by Trek). The voltage after 5 seconds was read, and the resistance value was calculated.
  • the environmental dependence index was calculated by the following. The results are shown in Table 1.
  • the obtained conductive rubber roller was brought into contact with a rotating metal roll having a diameter of 30 mm with a load of 2. Okg, and a DC voltage of 100 V and 500 V was applied using a resistance meter (“R8340A” manufactured by Advantest Corporation). An average value was determined from the maximum value and the minimum value of the resistance value.
  • each of the environmental dependency indices was 0.51 ogQ or less, and achieved a level satisfactory in practical use as the conductive rubber roller. .
  • the environmental dependency index of the comparative example is in the range of 0.951 ogQ-0.971 ⁇ 8 ⁇ . I understand that.
  • the voltage-dependent index was 0.21 ogQ or less, and a surface layer having an electron conductive polymer force was formed.
  • the voltage dependence of the comparative examples there are no 0. 051og Q -0. 061 ⁇ 8 ⁇ a is the slightly higher compared to the significant increase is not observed, a level that can satisfy in practical use as a conductive rubber roller. Even if a surface layer having an electron conductive polymer force is formed, it is a component that the low voltage dependency of the base layer having an ion conductive rubber force is not impaired.
  • the conductive rubber roller of the present invention exhibits excellent charging and transfer stability, in which the voltage dependence and the environment dependence of the resistance value are extremely low.
  • a conductive rubber roller capable of obtaining a wide V in which both the voltage dependency and the environment dependency of the resistance value are extremely low, and which can obtain excellent charging and transfer stability in a use environment. Can be provided.

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Abstract

　抵抗値の環境依存性、電圧依存性がともに著しく小さく、優れた帯電、転写安定性を有する導電性ゴムローラおよびその製造方法を提供する。支持軸（１３）に、イオン導電性ゴム層からなる基層（１１）と、該イオン導電性ゴム層よりも低い表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面層（１２）と、を含むゴム層が形成された導電性ゴムローラであって、該イオン導電性ゴム層の表面抵抗値（Ａ）と該電子導電性ポリマー層の表面抵抗値（Ｂ）との比（Ａ）／（Ｂ）が１＜（Ａ）／（Ｂ）≦１００の範囲内に設定されることを特徴とする導電性ゴムローラおよびその製造方法に関する。表面層（１２）の厚みは５μｍ～４０μｍであることが好ましい。

Description

明 細 書
導電性ゴムローラおよびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、電子写真複写機やプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に好適に 使用され、優れた帯電、転写安定性を有する導電性ゴムローラおよびその製造方法 に関する。
背景技術
[0002] 従来、電子写真複写機やプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される 導電性ゴムローラにおいては、カーボン、金属酸化物等を含有させることにより導電 性を付与した電子導電性ゴム、またはイオン性物質等を含有させることにより導電性 を付与したイオン導電性ゴムが一般的に用いられて！/、る。
[0003] 電子導電性ゴムにおいては、カーボンや金属酸化物等の導電性物質の分散が一 般に困難であるため、低電圧印加時における抵抗値と高電圧印加時における抵抗 値との差、すなわち電圧依存性が大きくなる傾向がある。
[0004] 一方、イオン導電性ゴムにぉ 、ては、イオン性物質の分散が比較的容易であるた め、抵抗値の電圧依存性は電子導電性ゴムより小さくすることができる。しかし、ィォ ン導電性ゴム中にはエーテル結合やエステル結合等が存在し、ゴムは全体として親 水性を示す。よって、特に高温高湿環境においては、吸水によって抵抗値が上がる 傾向にあり、逆に低温低湿環境においては、ゴムが乾燥することによって電荷担体の 遊離イオン濃度が減少するため、イオン導電性が低下し、抵抗値が上昇してしまう。 すなわち、イオン導電性ゴムにおいては、抵抗値の環境依存性が大きくなり易い。低 温低湿環境において抵抗値が上昇した場合には、画像濃度が薄くなる等の問題が 生じる。
[0005] ゴムローラにおける抵抗値の環境依存性を改善する方法として、特許文献 1には、 導電性支持体にイオン導電性弾性体層および電子導電性物質を分散させた表面層 を順次積層させ、該表面層が静電塗装により形成された塗膜である帯電ロールが開 示されている。 [0006] 上記の帯電ロールにおいては、吸水性を持つイオン導電性弾性体層の上に吸水 性のない表面層を静電塗装によって形成することにより、抵抗値の環境依存性を士 1 桁以内に抑制し、環境変化に関わらず安定した帯電電位を長時間維持することを目 的とする。しかし、環境依存性が ± 1桁以内では未だ変動が大きぐ環境変化が大き い所では、画像が薄くなつたり、濃くなつたりする等の問題が生じる。
[0007] 一方、特許文献 2には、イオン伝導機構を有する中抵抗な弾性材料を主体に構成 された導電性の弾性層と、該被帯電体に接触し該弾性層上に表面処理した導電剤 を含有した被覆層とが少なくとも積層され、直流電圧 50V—— 1000Vを印加した場 合に、測定電圧が- 50Vのときの該弾性層と該被覆層との間の抵抗値を Rl、測定電 圧カ 1000Vのときの該弹性層と該被覆層との間の抵抗値を R2とし、 Rl≥R2であ るとき、該弹性層と該被覆層との間の抵抗値の変化率 Aを R1ZR2としたときに、 Aく 100を満足し、かつ、測定電圧カ 50Vのときの該弹性層と該被覆層との間の抵抗 値 R1を、 R1≤8 X 107 Ωを満足するように、該弾性層と該被覆層を抵抗調整した帯 電部材が開示されている。しカゝし上記の帯電部材において、弾性層と被覆層との間 の抵抗値 R1がたとえば 8 Χ 107 Ωである場合、弾性層と被覆層との間の抵抗値が大 きぐ被覆層の厚さが少しでもばらつくと全体のローラ抵抗値が大きく変わってしまう ため、製造安定性に欠ける。
特許文献 1：特開 2000-352857号公報
特許文献 2：特開 2002 - 229300号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明は上記の課題を解決し、抵抗値の環境依存性、電圧依存性がともに著しく 小さぐ優れた帯電、転写安定性を有する導電性ゴムローラおよびその製造方法を 提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、支持軸に、イオン導電性ゴム層からなる基層と、該イオン導電性ゴム層 よりも低い表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面層とを含むゴム層 が形成された導電性ゴムローラであって、イオン導電性ゴム層の表面抵抗値 (Α)と電 子導電性ポリマー層の表面抵抗値 (B)との比 (A) / (B)が 1く（A) Z (B)≤ 100の 範囲内に設定されることを特徴とする導電性ゴムローラに関する。
[0010] また、表面層の厚みは 5 μ m— 40 μ mであることが好まし!/ヽ。
[0011] 本発明に用いられる電子導電性ポリマー層は、カーボンまたは金属酸ィ匕物を含有 するフッ素榭脂からなることが好まし 、。
[0012] 本発明はまた、支持軸に、イオン導電性ゴム層からなる基層と、該イオン導電性ゴ ム層よりも低い表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面層とを含むゴ ム層が形成された導電性ゴムローラの製造方法であって、イオン導電性ゴム層からな る基層を形成する工程と、該イオン導電性ゴム層の表面温度および Zまたは雰囲気 温度を 130°C— 150°Cの範囲内に設定する工程と、該イオン導電性ゴム層よりも低 Vヽ表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面を、該イオン導電性ゴム 層の外周に形成する工程と、を含み、該イオン導電性ゴム層の表面抵抗値 (A)と該 電子導電性ポリマー層の表面抵抗値 (B)との比 (A) / (B)が 1く（A) Z (B)≤ 100 の範囲内に設定されることを特徴とする、導電性ゴムローラの製造方法に関する。 発明の効果
[0013] 本発明によれば、イオン導電性ゴム層からなる基層と電子導電性ポリマー層からな る表面層とを有するゴム層を形成し、イオン導電性ゴム層と電子導電性ポリマー層と の表面抵抗値の関係を所定の範囲内に設定することにより、抵抗値の電圧依存性を 大きく上昇させることなく環境依存性を低減させることが可能であり、幅広い使用環境 にお ヽて優れた帯電、転写安定性を有する導電性ゴムローラを提供することが可能 となる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の典型的な形態を示す断面図である。
[図 2]本発明においてゴム層の表面抵抗値を測定する方法を説明する図である。 符号の説明
[0015] 11 基層、 12 表面層、 13 支持軸、 21 金属ローラ、 22 絶縁体、 23 金属板、 24 導電性ゴムローラ。 発明を実施するための最良の形態
[0016] 図 1は、本発明の典型的な形態を示す断面図である。本発明の導電性ゴムローラ は、イオン導電性ゴム層からなる基層 11と、該イオン導電性ゴム層よりも低い表面抵 抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面層 12とを含むゴム層、および支持 軸 13より形成される。
[0017] ゴム層は、上記の基層および表面層のみから形成されていても、上記の基層の内 周または外周にさらに別の層が形成された構成であっても良いが、特に、イオン導電 性ゴム層と、その外周に電子導電性ポリマー層が形成された 2層構造とすることがで きる。この場合、複雑な工程を経ることなく安価に製造可能で、しかも優れた帯電、転 写安定性を有する導電性ゴムローラが得られる。
[0018] 一般に、イオン導電性ポリマーは、抵抗値の電圧依存性が小さ!/、点で優れるが、ポ リマー全体として親水性を示すため、抵抗値の環境依存性が大きくなり易い傾向があ る。一方電子導電性ポリマーは、抵抗値の環境依存性が小さい点では優れるが、導 電性物質をポリマー中に均一に分散させることが困難であり、抵抗値の電圧依存性 が大きくなり易い傾向がある。よって、いずれかの導電性を示すポリマーを単独で導 電性ゴムローラに用いた場合には、抵抗値の電圧依存性と環境依存性の両方を小さ くすることは困難である。
[0019] 本発明においては、外界に露出しない基層部分にイオン導電性ゴムを用い、外界 の環境の影響を受け易い表面層に電子導電性ポリマーを使用することにより、イオン 導電性に対する外界の水分の影響を排除でき、抵抗値における低環境依存性と低 電圧依存性とを両立することができる。また、基層の表面抵抗値よりも表面層の表面 抵抗値を小さくすることによって、導電性ゴムローラに良好な帯電、転写安定性を付 与することができる。
[0020] 本発明にお 、て、イオン導電性ゴム層の表面抵抗値 (A)と、電子導電性ポリマー 層の表面抵抗値 (B)との比 (A) / (B)は、 1く（A) Z (B)≤ 100の範囲内に設定さ れる。本発明においては、イオン導電性ゴム層よりも低抵抗の電子導電性ポリマー層 を設けるため、上記 (A)Z(B)は 1より大きいことが必要である。一方、上記 (A)Z(B )が 100以下であれば、帯電、転写安定性の低下を効果的に防止できる。 [0021] 本発明におけるイオン導電性ゴム層および電子導電性ポリマー層の表面抵抗値は 、たとえば以下の方法で測定できる。図 2は、本発明においてゴム層の表面抵抗値を 測定する方法を説明する図である。金属ローラ 21の表面に絶縁体 22を置き、その上 に、厚み 0. 5mm、幅 20mmの金属板 23を 100mm間隔で 2つ設置する。その上に 、支持軸の外周にゴム層を形成させた導電性ゴムローラ 24を置き、該導電性ゴム口 ーラ 24の軸方向各端部に、矢印 A方向に 1. Okg、合計 2. Okgの荷重をかけた状態 で、 2枚の金属板に定電流および定電圧を流して 5秒後の表面抵抗値を測定し、 3箇 所の測定値を平均して表面抵抗値とする。
[0022] 本発明にお!/、ては、表面層の厚みが 5 μ m— 40 μ mであることが好まし!/ヽ。表面層 の厚みが 5 m以上であれば、電子導電性ポリマー層を設けることによる抵抗値の環 境依存性の低減効果が所望の程度得られ、 40 m以下であれば、イオン導電性ゴ ム層が有する抵抗値の低電圧依存性を損なうことがない。中でも、表面層の厚みを 1 0 μ m以上 30 μ m以下に設定することが特に好ましい。
[0023] 本発明に用いるイオン導電性ゴムのゴム成分としては、ェピクロロヒドリンゴム、ウレ タンゴム、二トリルブタジエンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、二トリ ルゴム、ノルボルネンゴム、等のイオン導電性を有するゴムの他、天然ゴム（NR)、ブ タジェンゴム、イソプレンゴム、スチレン ブタジエンゴム（SBR)、エチレン プロピレ ンージェン共重合ゴム（EPDM)、ブチルゴム、シリコンゴム、等のゴムを、単独または 2種以上の混合物として用いることができる。これらのうちェピクロロヒドリンゴムは良好 な導電性および物性を有する点で特に好適である。
[0024] イオン導電性ゴムには、イオン導電性を示す充填剤を配合することが好ましぐたと えば、過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カルシウム等の無機塩の他、 ラウリルトリメチルアンモ -ゥムクロライド、ステアリルトリメチルアンモ -ゥムクロライド、 ォクタデシルトリメチルアンモ -ゥムクロライド、へキサデシルトリメチルアンモ-ゥムク 口ライド、変性脂肪族ジメチルェチルアンモ -ゥムエトサルフェート、過塩素酸テトラエ チルアンモ-ゥム、過塩素酸テトラプチルアンモ-ゥム、ホウフッ化テトラブチルアン モ-ゥム、ホウフッ化テトラェチルアンモ-ゥム、塩ィ匕テトラブチルアンモ -ゥム等の第 四級アンモ-ゥム塩、さらに過塩素酸塩、アルキルスルホン酸塩、リン酸エステル塩 等が挙げられる。これらの充填剤は単独で用 ヽても 2種以上を組み合わせて用 、て も良い。
[0025] 本発明に用いる電子導電性ポリマーのポリマー成分としては、イオン導電性ゴム層 の表面抵抗値 (A)と、電子導電性ポリマー層の表面抵抗値 (B)との比 (A) / (B)が 、 1 < (A)Z(B)≤ 100の範囲内となるように表面抵抗値の調整が可能なポリマーで あれば特に限定はなぐたとえばフッ素榭脂、ポリアミド榭脂、アクリル榭脂、シリコー ン榭脂等を使用できる。これらのポリマー成分は 1種でも 2種以上の混合物でも良い 。また、電子導電性を付与する充填剤としては、カーボン、金属酸化物等が使用でき る。
[0026] イオン導電性ゴムおよび電子導電性ポリマーには、この他以下に説明するようなゴ ム製品の製造に一般的に用いられる配合成分が適宜配合される。
[0027] 加硫剤としては、硫黄、テトラアルキルチウラムージサルファイド、モルホリン ジサル ファイド、アルキル フエノールージサルファイドなどの硫黄系有機化合物、酸化マグ ネシゥムなどの金属化合物、 p—キノンーォキシム、 p, p，ージベンゾィルーキノンジォキ シムなどのォキシム、ジクミルーパーオキサイド、ベンゾィルーパーオキサイドなどの過 酸化物、塩化硫黄、セレン、テルルなどがあるが、安価で容易に入手でき、かつ加硫 作用も十分に大きぐまたゴムローラ表面の耐磨耗性が優れる点で、硫黄が好ましい
[0028] 加硫促進剤としては、ジベンゾチアゾリルジサルファイド（DM)、 2 メルカプトベン ゾチアゾール (D)、 2—メルカプトべンゾチアゾール亜鉛塩（MZ)などのチアゾール類 、ジイソプロピルスルフェンアミド（DIBS)、シクロへキシルスルフェンアミド（CZ)など のスルフェンアミド類、テトラメチルチラウムジサルファイド (TT)、テトラェチルチウラム —ジサルファイド（TET)、ジペンタメチレンチウラムーテトラサルファイド (TRA)などの チウラム類、ジメチルジチォカーバメート亜鉛塩（PZ)、ジェチルジチォカーバメート 亜鉛塩 (EZ)等のジチォ酸塩、その他グァ-ジン類、チォゥレア類、アルデヒドアンモ ユア類、ザンテート類などがある。ゴム成分と加硫剤との反応を促進し、加硫時間の 短縮、加硫温度の低下、硫黄量の低減を図り、ゴムローラの破断強度、耐磨耗性を 向上させる点で、チアゾール類は好ましぐ特に DMが好ましい。また、チアゾール類 よりスコーチが遅ぐ加硫の立ち上がりが速い点で、スルフェンアミド類も好ましぐ特 に CZが好ましい。
[0029] 加硫促進助剤としては、亜鉛華等の金属酸化物、ステアリン酸亜鉛、ォレイン酸等 の脂肪酸が挙げられる。
[0030] その他、アミン系、フエノール系等の老化防止剤、カーボン、シリカ、クレー、コルク 、タルク、炭酸カルシウム、二塩基亜リン酸塩 (DLP)、塩基性炭酸マグネシウム、ァ ルミナ等の充填剤の他、軟化剤、補強剤等を適宜配合することができる。
[0031] 本発明に用いるゴム層は、中実のソリッドゴム (硬質ゴム）として調製しても、スポンジ ゴムとして調製しても良ぐ本発明の導電性ゴムローラを適用する電子写真装置にお ける所望の性能に応じて適宜選択すれば良 、。
[0032] スポンジゴムは、ゴム組成物の配合成分に発泡剤、および必要に応じて発泡助剤 を添加し、好ましくは密閉条件下で加硫成形することによって製造することができる。
[0033] 発泡剤としては、化学発泡剤が好適に用いられ、有機系と無機系に分類される。有 機系の発泡剤としては、ァゾジカルボンアミド (ADCA)、ァゾビスイソブチ口-トリル（ AIBN)、ノ リウムァゾジカルボキシレート（BaZ AC)等のァゾィ匕合物、 N, N，一ジ-ト ロソペンタメチレンテトラミン（DPT)等の-トロソ化合物、ベンゼンスルホ-ルヒドラジ ド（BSH)、 4, 4ォキシビス（ベンゼンスルホ-ルヒドラジド） (OBSH)、トルエンスルホ -ルヒドラジド (TSH)、ヒドラゾジカルボンアミド (HDCA)等のヒドラジン誘導体等が 使用できる。無機系の発泡剤としては、重炭酸ナトリウム (重曹）、重炭酸アンモ-ゥム 、炭酸アンモ-ゥム、炭酸水素ナトリウム等が使用できる。これらは単独でも 2種以上 を組み合わせて用いても良い。
[0034] また発泡助剤としては、サリチル酸等の有機酸系助剤の他、尿素系助剤等が使用 可能である。これらのうち、本発明において好適に用いられるェピクロロヒドリンゴムに 対する発泡剤としては、 N, N，一ジニトロソペンタメチレンテトラミン (DPT)等の-トロ ソ化合物が特に好ましい。
[0035] 本発明の導電性ゴムローラは、以下の方法で製造することができる。すなわち、導 電性を有する支持軸に、イオン導電性ゴム層からなる基層と、該イオン導電性ゴム層 よりも低い表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面層とを含むゴム層 を形成する。
[0036] 基層および表面層は、たとえば以下の方法で製造することができる。すなわち、ゴ ム組成物の配合成分をまず-一ダ一機等で素練りした後、円筒形に押出し成型する 。これをたとえば 4kgfZcm2 (3. 92266 X 105Pa)の荷重下で、 150。Cで 50分間蒸 気加硫し、ステンレス製の芯金に挿入した後、ゴム表面を研磨して、円筒形の基層を 得る。続いて、基層の外周に、フッ素榭脂等の電子導電性ポリマーを、所定の乾燥 厚みとなるように、スプレー、塗布等の方法で塗装し、たとえば 150°Cの雰囲気温度 で 1時間乾燥させ、表面層を形成する。
[0037] 以上の方法で本発明の導電性ゴムローラを製造することができる。
[0038] なお、上記の方法において、電子導電性ポリマーを塗布する際のイオン導電性ゴ ム層の表面温度および Zまたは雰囲気温度は、 130— 150°Cの範囲内に設定され ることが好ましい。電子導電性ポリマー層は、加熱状態の基層上に電子導電性ポリマ 一層用配合材料を、スプレー等の方法により塗装した後、冷却とともに該材料を収縮 させることにより、基層上に形成させることが好ましい。このとき、雰囲気温度を 130— 150°Cの範囲内に設定すると、電子導電性ポリマー層の収縮力を一定の範囲内に 制御することができ、特に良好な電子導電性が得られる。この理由は明らかでないが 、電子導電性ポリマー層の収縮力を制御することによって、該電子導電性ポリマー層 中の電子導電性物質の分散状態が最適化され、電子導電性が向上するものと考え られる。雰囲気温度が高温過ぎる場合には、電子導電性ポリマー層の収縮力を精密 にコントロールすることが困難であり、結果として外形安定性が低下する危険性があ る。一方、雰囲気温度が低過ぎる場合には、冷却時の電子導電性ポリマー層の収縮 力が小さぐ電子導電性の向上効果は小さい。
[0039] <実施例 >
以下に本発明の実施例について説明する。
[0040] (1) ゴムローラの製造
(実施例 1一 4)
ェピクロロヒドリンゴム 80質量部、 NBR20質量部を-一ダ一機で素練りし、ステアリ ン酸 1質量部、亜鉛華 5質量部、カーボン 20質量部、加硫促進剤 3質量部、硫黄 1質 量部を順に-一ダ一機に投入、混練してゴムコンパゥンドを得た。これを円筒形に押 出し成形し、 4kgf/cm2 (3. 92266 X 105Pa)の荷重下で、 150°Cで 50分間蒸気加 硫し、ステンレス製の芯金に挿入後、ゴム表面を研磨して基層を形成した。なお、ェ ピクロロヒドリンゴムはエチレンオキサイド、ァリルグリシジルエーテル、およびェピクロ ロヒドリンの 3種類の共重合体、 NBRは低-トリル NBR、カーボンはサーマルブラック 、加硫促進剤はテトラメチルチラウムジサルファイド (TT)およびジベンゾチアゾリルジ サルファイド (DM)、加硫剤は硫黄、をそれぞれ用いた。
[0041] 基層につき、図 2に示す方法で表面抵抗値を測定した。金属ローラ 21の表面に絶 縁体 22を置き、その上に、厚み 0. 5mm、幅 20mmの金属板 23を 100mm間隔で 2 つ設置した。その上に、支持軸の外周に基層を形成させた導電性ゴムローラ 24とし て、上記で基層を形成したローラを置き、該ローラの軸方向各端部に、矢印 A方向に 1. Okg、合計 2. Okgの荷重をかけた状態で、 2枚の金属板 23に定電流および定電 圧を流して 5秒後の表面抵抗値を測定し、 3箇所の測定値を平均して表面抵抗値と した。基層の表面抵抗値は、 1. 1Ε + 07 Ωであった。
[0042] 形成した基層の外周に電子導電性のフッ素榭脂をスプレー塗装した後、 150°Cの 雰囲気下にて 1時間乾燥し、表 1および表 2に示す乾燥膜厚となるように表面層を形 成し、導電性ゴムローラを得た。なお、基層の両端部にはスプレー塗装していない。
[0043] 得られた導電性ゴムローラにつき、基層を形成したローラと同様の方法で表面抵抗 値を測定した。導電性ゴムローラの表面抵抗値は、 9. 8Ε + 05 Ωであった。
[0044] (2) 環境依存性
得られた導電性ゴムローラを、 LZL (温度 10°C、湿度 15%)、 NZN (温度 22°C、 湿度 55%)、 H/H (温度 28°C、湿度 85%)の各環境下にそれぞれ 24時間放置した 後、ゴムローラ全体の抵抗値を測定した。
[0045] 抵抗値は以下の方法で測定した。すなわち、直径 30mmの回転金属ロールに、金 属シャフトに形成したゴムローラを 2. Okgで当接し、抵抗計 (トレック社製）により、ゴ ムローラを形成した金属シャフトに 50 Aの定電流を流し、 5秒後の電圧を読み取り 、抵抗値を算出した。
[0046] 得られた抵抗値につき、以下の式、 環境依存性指数 (log Ω ) = [LZL環境下の抵抗値 (log Ω ) ] [HZH環境下の抵抗 値 (log Q )]
によって環境依存性指数を算出した。結果を表 1に示す。
[表 1]
Figure imgf000011_0001
[0048] (3) 電圧依存性
得られた導電性ゴムローラを直径 30mmの回転金属ロールに荷重 2. Okgで当接し 、抵抗計（アドバンテスト社製「R8340A」）を用いて 100V、および 500Vの直流電圧 を印加し、 30秒後の抵抗値の最大値と最小値とから平均値を求めた。
[0049] 得られた平均値につき、以下の式、
電圧依存性指数 (log Ω ) = [100V印加時の抵抗値 (log Ω ) ] [500V印加時の抵抗 値 (logQ)]
によって電圧依存性指数を算出した。結果を表 2に示す。
[表 2]
Figure imgf000012_0001
[0051] 表 1に示す結果より、本発明の導電性ゴムローラにおいては、環境依存性指数がい ずれも 0. 51ogQ以下であり、導電性ゴムローラとしての実用面で満足できるレベルを 達成して 、る。電子導電性ポリマー力もなる表面層を形成して 、な 、比較例の環境 依存性指数が 0. 951ogQ-0. 971ο8Ωの範囲内であるのと比べて、環境依存性が 著しく低減されて 、ることが分かる。
[0052] また、表 2に示す結果より、本発明の導電性ゴムローラにおいては、電圧依存性指 数がいずれも 0. 21ogQ以下であり、電子導電性ポリマー力もなる表面層を形成して いない比較例の電圧依存性が 0. 051og Q -0. 061ο8 Ωであるのと比べて若干高い ものの、著しい上昇は見られず、導電性ゴムローラとしての実用面において満足でき るレベルである。電子導電性ポリマー力もなる表面層を形成した場合にも、イオン導 電性ゴム力 なる基層が有する低電圧依存性を損なわないことが分力る。
[0053] これらの結果より、本発明の導電性ゴムローラは、抵抗値の電圧依存性および環境 依存性が著しく低ぐ優れた帯電、転写安定性を示すことが分かる。
[0054] 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的な ものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求 の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が 含まれる。
産業上の利用可能性
[0055] 本発明によれば、抵抗値の電圧依存性および環境依存性がともに著しく低ぐ幅広 V、使用環境にぉ 、て優れた帯電、転写安定性を得ることが可能な導電性ゴムローラ を提供することが可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 支持軸（13)に、イオン導電性ゴム層からなる基層 (11)と、前記イオン導電性ゴム 層よりも低い表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面層（12)と、を 含むゴム層が形成された導電性ゴムローラであって、
前記イオン導電性ゴム層の表面抵抗値 (A)と前記電子導電性ポリマー層の表面抵 抗値 (B)との比 (A) / (B)が 1く（A) Z (B)≤ 100の範囲内に設定されることを特徴 とする、導電性ゴムローラ。
[2] 前記表面層（12)の厚みが 5 m— 40 mであることを特徴とする、請求項 1に記 載の導電性ゴムローラ。
[3] 前記表面層（12)の厚みが 10 m— 30 mであることを特徴とする、請求項 1に記 載の導電性ゴムローラ。
[4] 前記電子導電性ポリマー層は、カーボンまたは金属酸ィ匕物を含有するフッ素榭脂 力 なることを特徴とする、請求項 1に記載の導電性ゴムローラ。
[5] 支持軸（13)に、イオン導電性ゴム層からなる基層 (11)と、前記イオン導電性ゴム 層よりも低い表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層からなる表面層（12)と、を 含むゴム層が形成された導電性ゴムローラの製造方法であって、
イオン導電性ゴム層からなる基層（11)を形成する工程と、
前記イオン導電性ゴム層の表面温度および Zまたは雰囲気温度を 130°C— 150 °Cの範囲内に設定する工程と、
前記イオン導電性ゴム層よりも低い表面抵抗値を有する電子導電性ポリマー層から なる表面層（12)を、前記イオン導電性ゴム層の外周に形成する工程と、
を含み、
前記イオン導電性ゴム層の表面抵抗値 (A)と前記電子導電性ポリマー層の表面抵 抗値 (B)との比 (A) / (B)が 1く（A) Z (B)≤ 100の範囲内に設定されることを特徴 とする導電性ゴムローラの製造方法。
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