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導電性ゴムロール、プロセスカートリッジおよび画像形成装置
説明

導電性ゴムロール、プロセスカートリッジおよび画像形成装置

【課題】従来に比べ押出成型後の表面性が向上した導電性ゴムロールを提供する。
【解決手段】導電性ゴムロールは、芯金と芯金の外周に設けられた導電性弾性層と有し、導電性弾性層は、エピクロルヒドリンゴムとアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムとの混合物からなる原料ゴムと、原料ゴム100質量部に対して20〜60質量部の平均粒径40〜80nmの炭酸カルシウムを含有した未加硫ゴムを加硫化することで得られ、未加硫ゴムは、剪断速度が10-7〜103rad/secで温度が70〜120℃における動的粘弾性の貯蔵弾性率G’の曲線と損失弾性率G”の曲線との交点が2.0×103〜4.0×104Pa、剪断速度が2.0×10-3〜10-1rad/secで応力緩和試験のMSR値が0.4以上、加硫化後の導電性弾性層のゴム硬度が60以下である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性ゴムロール、プロセスカートリッジおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複写機、プリンタ及びファクシミリ等に代表される電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置に組み込まれる導電性ゴムロールは、予め定められた電気抵抗値を得るために、電子導電性タイプとイオン伝導性タイプのものがある。電子伝導性タイプの導電性ゴムロールは、カーボンブラックや金属酸化物等の導電性粒子をゴム材料等に配合・分散して所望の抵抗値を得るが、得られる抵抗値は導電性粒子の分散状態に大きく依存する。
【0003】
上記の事情から、一般的にはイオン伝導性タイプのものが使用されていることがほとんどである。エチレンオキサイドとエピクロルヒドリンの共重合体やアクリロニトリル−ブタジエンゴム等の電気抵抗が低いポリマーからなるものがあるが、これらイオン伝導性タイプのものは抵抗のバラツキが小さく、所望の抵抗値を安定して得られる。このことから、原材料ゴムとしてエピクロルヒドリンゴムやアクリロニトリル−ブタジエンゴムを用いた導電性ゴムロールの開発が進められている。
【0004】
上記導電性ゴムロールの製造方法は、注型や射出成形のように金型を用いる方法、チューブ状に押出した未加硫ゴムを加硫処理し、後に円筒状芯金を圧入する方法、又は押出し機にクロスヘッドを備えて、未加硫ゴムを芯金上に予め被覆してから加硫する方法などがあるが、近年加工費の低減に有利な押出し機を利用して円筒状のゴムを成形する、後者二つが主流となりつつある。
【0005】
前記押出し機を用いる方法では、金型を用いる方法とは異なり、肉眼で確認できるようなパーティングラインは発生しない。型成形では成形後に研磨やトリムカットする工程が必要になるが、押出成形では予め定められた精度で円筒形状に押出すことが出来れば、成形後の処理が不要になり大きな経済性を生む。しかしながら、ゴム押出で後処理の不要な精度の高い円筒形状を得るためには、ゴムの持つ粘弾性特性が考慮される。
【0006】
ところで、前記エピクロルヒドリン系のような極性の高いゴムは、分子の凝集力が高く、一般的な成形方法、特に押出成形に不向きである。そこで、成形性を改善させるためには分子の凝集力を低減、すなわち剪断変形後の残存応力を出来るだけ早く緩和させることが望まれ、一般的に、カーボン、クレー、無機系フィラー等、ゴム分子に補強性を与えるようなフィラーが添加される。
【0007】
例えば、特許文献1には、エピクロルヒドリンと、エチレンオキサイド及び/又はアリルグリシジルエーテルとを共重合してなる導電性ゴム100重量部、並びに、炭酸カルシウム30〜150重量部からなる導電性ゴム材料であって、前記炭酸カルシウムは、前記導電性ゴム中に、最大粒径が30μm以下であり、平均粒径が1〜8μmであり、かつ、粒径15μm以上の分散粒子の割合が10%以下である状態で分散している導電性ゴム材料が提案されている。
【0008】
特許文献2には、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド/アリルグリシジルエーテルの共重合比率が50〜95モル%/1〜49モル%/1〜10モル%であり、数平均分子量Mnが10000以上であるエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体(A)と、アクリロニトリルブタジエンゴム(B)とを、(A):(B)=70:30〜5:95の重量比で混合した導電性ポリマーを含み、上記導電性ポリマー100重量部に対して、非ハロゲン系第4級アンモニウム塩を0.1重量部以上7.0重量部以下の割合で配合してなる導電性ゴム組成物が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特許第3541369号
【特許文献2】特許第3540278号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は、従来に比べ、押出成型後の表面性が向上した導電性ゴムロール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】
【0011】
上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下に示す本発明に至った。
【0012】
(1)芯金と、芯金の外周に設けられた導電性弾性層とを有する導電性ゴムロールであり、前記導電性弾性層は、エピクロルヒドリンゴム(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(B)との混合物からなる原料ゴムと、原料ゴム100質量部に対して20質量部以上60質量部以下の平均粒径40nm以上80nm以下の炭酸カルシウムとを含有した未加硫ゴムを加硫化することで得られ、前記未加硫ゴムは、剪断速度が10-7rad/sec以上103rad/sec以下で温度が70℃以上120℃以下における、動的粘弾性の貯蔵弾性率G’の曲線と損失弾性率G”の曲線との交点G’=G”が、2.0×103Pa以上4.0×104Pa以下であり、剪断速度が2.0×10-3rad/sec以上10-1rad/sec以下におけるASTM D 1646に準拠した応力緩和試験のMSR(machine stress rating)値が0.4以上であり、かつ、加硫化して得られた導電性弾性層のゴム硬度が60以下である導電性ゴムロールである。
【0013】
(2)前記炭酸カルシウムは、表面処理剤により表面処理された表面処理炭酸カルシウムであり、前記表面処理剤が脂肪酸である上記(1)に記載の導電性ゴムロールである。
【0014】
(3)前記導電性ゴムロールが、帯電ロールまたは転写ロールである上記(1)または(2)に記載の導電性ゴムロールである。
【0015】
(4)芯金の外周に設けられる導電性弾性層の成形が、押出し成形である上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の導電性ゴムロールである。
【0016】
(5)潜像保持体と、前記潜像保持体を帯電させる帯電手段と、帯電した前記潜像保持体を露光して前記潜像保持体上に静電潜像を形成させる露光手段と、静電荷像現像用現像剤により前記静電潜像を現像してトナー像を形成させる現像手段と、前記トナー像を前記潜像保持体から被転写体に転写する転写手段と、前記像保持体の表面に残存したトナーを除去するためのクリーニング手段からなる群より選ばれる少なくとも一種と、を含み、前記帯電手段に用いる帯電ロールが上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記転写手段における転写ロールが上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記帯電ロールおよび転写ロールが上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の導電性ゴムロールであるプロセスカートリッジである。
【0017】
(6)潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を静電荷像現像用現像剤を用いて現像する現像手段と、現像されたトナー画像を中間転写体を介してまたは介さずに被転写体上に転写する転写手段と、前記被転写体上のトナー画像を定着する定着手段と、を含む画像形成装置であり、前記潜像形成手段に用いる帯電ロールが上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記転写手段における転写ロールが上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記帯電ロールおよび転写ロールが上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の導電性ゴムロールである画像形成装置である。
【発明の効果】
【0018】
本願請求項1に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、押出成形であっても、真円形状に近似し、かつ表面性が向上し、後処理の不要な精度の高い円筒形状の導電性ゴムロールが得られる。
【0019】
本願請求項2に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、押出成形であっても、真円形状に近似し、かつ表面性が向上し、後処理の不要な精度の高い円筒形状の導電性ゴムロールが得られる。
【0020】
本願請求項3に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、押出成形であっても、真円形状に近似し、かつ表面性が向上し、後処理の不要な精度の高い円筒形状の帯電ロールまたは転写ロール導電性ゴムロールが得られる。
【0021】
本願請求項4に記載の発明によれば、金型を用いる場合に比べ、加工費の低減が図れ、また形成後の研磨やトリムカットが不要になるため、大きな経済効果が生まれる。
【0022】
本願請求項5に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、プロセスカートリッジが真円形状に近似しかつ表面性に優れた帯電ロールまたは転写ロール導電性ゴムロールを有し、従来に比べ高画質が得られる。
【0023】
請求項6に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、画像形成装置が真円形状に近似しかつ表面性に優れた帯電ロールまたは転写ロール導電性ゴムロールを有し、従来に比べ高画質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明における画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。
【図2】本発明の導電性ゴムロールを成形に用いる未加硫ゴムの粘弾性特性値の説明図である。
【図3】未加硫ゴムを加硫化した際の応力緩和のメカニズムの一例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の実施の形態における導電性ゴムロール、プロセスカートリッジおよび画像形成装置について、以下に説明する。
【0026】
[導電性ゴムロール]
本実施の形態における導電性ゴムロールは、芯金と、芯金の外周に設けられた導電性弾性層とを有する導電性ゴムロールであり、前記導電性弾性層は、エピクロルヒドリンゴム(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(B)との混合物からなる原料ゴムと、原料ゴム100質量部に対して20質量部以上60質量部以下の平均粒径40nm以上80nm以下の炭酸カルシウムとを含有した未加硫ゴムを加硫化することで得られ、前記未加硫ゴムは、剪断速度が10-7rad/sec以上103rad/sec以下で温度が70℃以上120℃以下における、動的粘弾性の貯蔵弾性率G’の曲線と損失弾性率G”の曲線との交点G’=G”が、2.0×103Pa以上4.0×104Pa以下であり、剪断速度が2.0×10-3rad/sec以上10-1rad/sec以下におけるASTM D 1646に準拠した応力緩和試験のMSR(machine stress rating)値が0.4以上であり、かつ、加硫化して得られた導電性弾性層のゴム硬度が60以下である。
【0027】
一般に、エピクロルヒドリン系のような極性の高いゴムは、分子の凝集力が高く一般的な成形方法、特には押出成形には不向きである。したがって、成形性を改善させるためには、分子の凝集力を低減させる、すなわち剪断変形後の残存応力を出来るだけ早く緩和させる必要があり、図2に示すように、粘弾性特性において、動的粘弾性の貯蔵弾性率G’の曲線(図2中、一点鎖線の曲線で表す)と損失弾性率G”の曲線(図2中、破線の曲線で表す)との交点G’=G”が、2.0×103Pa以上4.0×104Pa以下であって、また図示しないが、剪断速度が2.0×10-3rad/sec以上10-1rad/sec以下であり、ASTM D 1646に準拠した応力緩和試験において、MSR(machine stress rating)値が0.4以上で、押出成形であっても、真円形状に近似し、かつ表面性が向上し、後処理の不要な精度の高い円筒形状の導電性弾性層が得られる。
【0028】
ここで、簡単に言えば、変形時、歪みに対して発生する応力の関係における弾性率の弾性応答成分が上述した貯蔵弾性率G’であって、この時の変形仕事に対するエネルギーは貯蔵される。前記弾性率の粘性応答成分が損失弾性率G”であって、この時の変形仕事に対するエネルギーは熱となって損失される。
【0029】
本実施の形態における粘弾性特性値は、回転平板型レオメータ(レオメトリックス社製:RDA2、RHIOSシステム ver.4.3)を用いて直径8mmのパラレルプレートを用いて、周波数1rad/sec、20%以下の歪みをかけ、約40℃から150℃の間を昇温速度1℃/min、試料重量約0.3gで昇温測定を行い、測定された値である。
【0030】
次に、本実施の形態における導電性ゴムロールについて、さらに詳細に説明する。
【0031】
芯金としては、一般には鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等は用いられる。また、JIS G4804に示されているような快削鋼にクロム、ニッケル等でメッキ処理を施した材質でも良い。メッキは電解メッキあるいは無電解メッキのどちらでもよい。また、導電性芯金10は、ロール形状のほかに、中空のパイプ形状が用いられる。
【0032】
導電性弾性層は、上述したように、エピクロルヒドリンゴム(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(B)との混合物からなる原料ゴムと、原料ゴム100質量部に対して20質量部以上60質量部以下の平均粒径40nm以上80nm以下の炭酸カルシウムとを含有し未加硫ゴムを加硫化することにより得られる。
【0033】
本実施の形態における原料ゴムに用いるエピクロルヒドリンゴムは、例えば、エピクロルヒドリン及びエチレンオキサイドからなる2元共重合体、エピクロルヒドリン及びアリルグリシジルエーテルからなる2元共重合体、エピクロルヒドリン、エチレンオキサイド及びアリルグリシジルエーテルからなる3元共重合体が挙げられる。なかでも、エピクロルヒドリン、エチレンオキサイド及びアリルグリシジルエーテルからなる3元共重合体が好ましい。
【0034】
本実施の形態における原料ゴムに用いるアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムは、例えば、アクリロニトリル量に応じてグレード分けられている、中ニトリル(例えば「Nipol 1043」)、中高ニトリル(例えば「Nipol 1042」)、高ニトリル(例えば「Nipol 1041」)、極高ニトリル(例えば「Nipol DN003」)が挙げられる。
【0035】
本実施の形態における未加硫ゴムの原料ゴムは、エピクロルヒドリンゴム(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(B)のブレンドであり、上記アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(B)は、液状アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムを含有していることが好ましい。液状アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムは、押出成形時にゴムに流動性を与え押出し成形性を良くし精度の高い円筒形状を得やすくする。ブレンド比率は(A):(B)=70:30〜95:5であることが好ましい。
【0036】
本実施の形態における未加硫ゴムに添加される炭酸カルシウムは、クレーのような絶縁性の高いものやカーボンのような導電性の高いものに比べ、エピクロルヒドリンゴムが本来持つ良好な電気特性を維持したまま押出成形性が向上する。
【0037】
また、本実施の形態における炭酸カルシウムの平均粒径は、上述したように、40nm以上80nm以下であり、さらに50nm以上70nm以下がより好ましい。炭酸カルシウムの平均粒径が40nm未満の場合、混合時の分散性が悪くなり、未加硫ゴムの動的粘弾性の貯蔵弾性率が大きく、応力緩和特性が悪いため押出成形時に精度の高い円筒形状が得られず後処理を必要としない導電性ゴムロールは得られない。一方、炭酸カルシウムの平均粒径が80nmを超える場合、混合の分散性は問題ないが、応力緩和の効果が小さくなり、形状精度が出なくなるのと加硫後の導電性弾性層のゴム硬度にばらつきが生じてしまう。
【0038】
また、本実施の形態における炭酸カルシウムは、表面処理されていることが好ましく、その表面処理剤として脂肪酸、樹脂酸、シランカップリング剤などが挙げられるが中でも脂肪酸が最適である。脂肪酸処理をした炭酸カルシウムは、未加硫ゴム中においてはゴム分子間に存在し押出機での剪断時には流動性を与え、静置状態においては炭酸カルシウムの表面に化学結合された表面処理剤が炭酸カルシウム粒子間のバインダーとなりネットワークを形成することにより、無処理炭酸カルシウムより早くゴムの応力を緩和し形状を安定化させる。
【0039】
図3を用いてさらに具体的に説明すると、炭酸カルシウムは立方体形状を有し、さらに炭酸カルシウムを脂肪酸で表面処理することで、炭酸カルシウムの表面に脂肪酸の炭素鎖がひげ状で存在することになる。さらに、脂肪酸により表面処理された炭酸カルシウムの1次凝集体22が未加硫ゴム10内で、押出機による剪断時に流動性を有し、未加硫ゴムは伸展するが、ある時点で1次凝集体22同士が凝集して2次凝集体24が形成され、流動性が一部制限され、未加硫ゴムの伸展が従来に比べ抑制される。一方、炭酸カルシウムの表面の脂肪酸由来の炭素鎖が、他の炭酸カルシウム表面の脂肪酸由来の炭素鎖と絡み合い、炭酸カルシウム粒子間のバインダーとなりネットワークが形成され、静置状態における未加硫ゴムの伸展引き戻す役目を果たす。これにより、従来に比べ、押出成形における応力の緩和性が高くなり、その結果、加硫化後において、真円形状に近似しかつ表面性が向上した、後処理の不要な精度の高い円筒形状の導電性ゴムロールが得られる。
【0040】
前記脂肪酸としては、例えばカプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、エルカ酸等が挙げられる。さらに、脂肪酸のみならず脂肪酸の金属塩を表面処理剤として用いてもよく、例えば、脂肪酸のナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、マグネシウム塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩等が挙げられる。また、脂肪酸エステル化物を表面処理剤として用いてもよく、脂肪酸エステル化物としては、例えば、ステアリン酸ステアリル、ステアリン酸ラウリル、パルミチン酸ステアリル、パルミチン酸ラウリル等が挙げられる。また、前記脂肪酸、脂肪酸の金属塩および脂肪酸エステル化物は、1種又は2種以上で添加されている。これらの中でも、炭素数6〜31の脂肪酸及びその誘導体が好適に添加される。
【0041】
炭酸カルシウムの添加量は、できるだけ多い方が好ましいが、原料ゴム100質量部に対して20質量部以上60質量部以下、さらには、20質量部以上40質量部以下にすることが好ましい。原料ゴム100質量部に対して炭酸カルシウムの添加量が20質量部未満では、押出成形における応力緩和効果が低く、一方、原料ゴム100質量部に対して炭酸カルシウムの添加量が60質量部を超える場合、加硫後のゴム硬度が上昇し、導電性ゴムロールを帯電ロールに用いた場合に感光体への予め定められた帯電量に必要な接触面積が得られなくなる。
【0042】
本実施の形態において、加硫化して得られた導電性弾性層のゴム硬度は、マイクロゴム硬度計(MD−1硬度計タイプA型:高分子計器社製)を用いて、60以下であり、さらには50以下が好ましい。このゴム硬度値を得るためには、表面処理炭酸カルシウムの添加量を原料ゴム100質量部に対して20質量以上60質量部以下であり、さらには、20質量部以上40質量部以下にすることが好ましい。
【0043】
ゴム硬度計は、JIS タイプAデュロメータ硬さ、JIS C等挙げられるが導電性ゴムロールにおけるゴムの硬度を測定するには円筒状芯金の影響があり不向きである。一方、上述したマイクロゴム硬度計は、導電性ゴムロールの表面層(本実施の形態では「導電性弾性層」)の硬度が測定でき、芯金の影響がほとんどないため感光体への接触面積の指標になる。
【0044】
上述したゴム材料の加硫剤としては、例えば、硫黄または2,4,6−トリメルカプト−s−トリアジン、6−メチルキノキサリン−2,3−ジチオカルバメート等のハロゲン基を引き抜いて加硫する加硫剤が挙げられる。加硫促進剤に関してはチアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、ジカルバミン酸塩系、キサントゲン酸塩等挙げられる。これらは、単独もしくは、2種以上が併用されても良い。その他、酸化亜鉛、ステアリン酸などの公知のゴム配合材料を加えることが出来る。
【0045】
さらに、本実施の形態における導電性弾性層には、以下のものが添加されてもよい。
【0046】
有機イオン導電性物質として、例えば、四級アンモニウム塩(例えばラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エトサルフェート塩、ハロゲン化ベンジル塩(臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等)等)、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩、各種ベタイン、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル、等が挙げられる。
【0047】
さらに、有機イオン導電性物質として、多価アルコール(1,4−ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等)およびその誘導体と金属塩との錯体、モノオール(エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等)と金属塩の錯体も挙げられる。金属塩としては、例えばLiClO4 、LiCF3 SO3 、LiAsF6 、LiBF4 、NaClO4 、NaSCN、KSCN、NaCl等の周期律表第1族の金属塩;NH4+ の塩等の電解質;Ca(ClO4 2 、Ba(ClO4 2 等の周期律表第2族の金属塩;これらに、少なくとも1個以上の水酸基、カルボキシル基、一級ないし二級アミン基等イソシアネートと反応する活性水素を有する基を持ったもの;等が挙げられる。このような錯体として具体的には、PEL(LiClO4 とポリエチレングリコールとの錯体)等が挙げられる。
【0048】
前記導電性弾性層は、1.0mm以上4.5mm以下程度とすることが望ましく、1.5mm以上4.0mm以下程度とすることがより望ましい。そして、弾性層の体積抵抗率は103Ωcm以上1014Ωcm以下が望ましい。
【0049】
表面層は、樹脂と、必要に応じて、導電剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
【0050】
樹脂としては、アクリル樹脂,セルロース樹脂,ポリアミド樹脂,共重合ナイロン,ポリウレタン樹脂,ポリカーボネート樹脂,ポリエステル樹脂,ポリエチレン樹脂,ポリビニル樹脂,ポリアリレート樹脂,スチレンブタジエン樹脂,メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂(例えばテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン等)、尿素樹脂等が挙げられる。ここで、共重合ナイロンは、610ナイロン、11ナイロン、12ナイロン、の内のいずれか1種又は複数種を重合単位として含むものであって、この共重合体に含まれる他の重合単位としては、6ナイロン、66ナイロン等が挙げられる。また、樹脂としては、前記、導電性弾性層に配合される弾性材料を適用してもよい。
【0051】
その他添加剤としては、例えば、導電剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、酸化防止剤、界面活性剤、カップリング剤等の通常表面層に添加され得る材料が挙げられる。
【0052】
表面層は、7μm以上25μm以下が望ましい。そして、表面層の体積抵抗率は103Ωcm以上1014Ωcm以下が望ましい。
【0053】
表面層の形成方法は、例えば、シャフト30の外周面に、例えば、ブレード塗布法,マイヤーバー塗布法,スプレー塗布法,浸漬塗布法,ビード塗布法,エアーナイフ塗布法,カーテン塗布法等を利用して、導電性弾性層に形成することで製造される。
【0054】
本実施の形態における導電性ゴムロールの製造方法の一例は、上述した原料ゴムと炭酸カルシウムまたは脂肪族表面処理炭酸カルシウムを予め定められた量添加したものに、加硫化後のゴム硬度などに応じて適量の加硫剤が添加された未硫化ゴムを、1軸ゴム押出し機を用いてスクリュー回転させ押出すとともに、同時に芯金を連続的に通過させることにより、芯金上に未加硫ゴムを被覆する工程と、押出形成後、予め定められた温度であらか締め定められた時間加硫を行う工程とを有する。
【0055】
図1は、本実施の形態における画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【0056】
次に、本実施の形態の画像形成装置の一例について説明する。
【0057】
図1は、上述の実施の形態の弾性ロールを帯電ロールとして用いた画像形成装置の構成例を示す概略図である。図示した画像形成装置200は、ハウジング400内において4つの電子写真感光体401a〜401dが中間転写ベルト409に沿って相互に並列に配置されている。電子写真感光体401a〜401dは、例えば、電子写真感光体401aがイエロー、電子写真感光体401bがマゼンタ、電子写真感光体401cがシアン、電子写真感光体401dがブラックの色からなる画像をそれぞれ形成することが可能である。
【0058】
電子写真感光体401a〜401dのそれぞれは所定の方向(紙面上は反時計回り)に回転可能であり、その回転方向に沿って弾性ロールである帯電ロール402a〜402d、現像装置404a〜404d、1次転写ロール410a〜410d、クリーニングブレード415a〜415dが配置されている。現像装置404a〜404dのそれぞれにはトナーカートリッジ405a〜405dに収容されたブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの4色のトナーが供給可能であり、また、1次転写ロール410a〜410dはそれぞれ中間転写ベルト409を介して電子写真感光体401a〜401dに当接している。
【0059】
さらに、ハウジング400内の所定の位置には露光装置403が配置されており、露光装置403から出射された光ビームを帯電後の電子写真感光体401a〜401dの表面に照射することが可能となっている。これにより、電子写真感光体401a〜401dの回転工程において帯電、露光、現像、1次転写、クリーニングの各工程が順次行われ、各色のトナー像が中間転写ベルト409上に重ねて転写される。
【0060】
ここで、帯電ロール402a〜402dは、電子写真感光体401a〜401dの表面に接触させて感光体に電圧を均一に印加し、感光体表面を所定の電位に帯電させるものである(帯電工程)。上記帯電ロール402a〜402dとして、上述した実施の形態における弾性ロール100,110,120,130,140,150,160が用いられる。
【0061】
露光装置403としては、電子写真感光体401a〜401dの表面に、半導体レーザー、LED(light emitting diode)、液晶シャッター等の光源を所望の像様に露光できる光学系装置等を用いることができる。これらの中でも、非干渉光を露光可能な露光装置を用いると、電子写真感光体401a〜401dの導電性基体と感光層との間での干渉縞を防止することができる。
【0062】
現像装置404a〜404dには、上述の二成分静電荷像現像剤を接触又は非接触させて現像する一般的な現像装置を用いて行うことができる(現像工程)。そのような現像装置としては、二成分静電荷像現像用現像剤を用いる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜公知のものを選択することができる。一次転写工程では、1次転写ロール410a〜410dに、像担持体に担持されたトナーと逆極性の1次転写バイアスが印加されることで、像担持体から中間転写ベルト409へ各色のトナーが順次1次転写される。
【0063】
クリーニングブレード415a〜415dは、転写工程後の電子写真感光体の表面に付着した残存トナーを除去するためのもので、これにより清浄面化された電子写真感光体は上記の画像形成プロセスに繰り返し供される。クリーニングブレードの材質としてはウレタンゴム、ネオプレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。
【0064】
中間転写ベルト409は駆動ロール406、背面ロール408及び張力付与ロール407により所定の張力をもって支持されており、これらのロールの回転によりたわみを生じることなく回転可能となっている。また、2次転写ロール413は、中間転写ベルト409を介して背面ロール408と当接するように配置されている。
【0065】
2次転写ロール413に、中間転写体上のトナーと逆極性の2次転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルトから記録媒体へトナーが2次転写される。背面ロール408と2次転写ロール413との間を通った中間転写ベルト409は、例えば駆動ロール406の近傍に配置されたクリーニングブレード416或いは、除電器(不図示)により清浄面化された後、次の画像形成プロセスに繰り返し供される。また、ハウジング400内の所定の位置には給紙装置(被転写媒体容器)411が設けられており、給紙装置411内の紙などの被転写媒体500が移送ロール412により中間転写ベルト409と2次転写ロール413との間、さらには相互に当接する2個の定着ロール414の間に順次移送された後、ハウジング400の外部に排紙される。上記1次転写ロール410a〜410d、2次転写ロール413には、上述した実施の形態における弾性ロール100,110,120,130,140,150,160を用いることができる。
【0066】
本実施の形態におけるプロセスカートリッジは、図1に示すように、上述の実施の形態の弾性ロールを帯電ロールとして用いたもので、弾性ロールである帯電ロール402a、電子写真感光体401a、クリーニングブレード415aおよび現像装置404aが、一体化されて、例えばブラック用のプロセスカートリッジが構成されている。同様に、弾性ロールである帯電ロール402b、電子写真感光体401b、クリーニングブレード415bおよび現像装置404bが、一体化されてイエロー用のプロセスカートリッジが構成され、弾性ロールである帯電ロール402c、電子写真感光体401c、クリーニングブレード415cおよび現像装置404cが、一体化されてマゼンタ用のプロセスカートリッジが構成され、弾性ロールである帯電ロール402d、電子写真感光体401d、クリーニングブレード415dおよび現像装置404dが、一体化されてシアン用のプロセスカートリッジが構成される。
【実施例】
【0067】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に制限されるものではない。なお、以下の製造例、実施例、比較例において記載した評価は、以下の方法により実施した。
【0068】
表1,2に示す実施例1から実施例5、比較例1から比較例6の組成を有する未加硫ゴムおよび加硫後の導電性ゴムロールを、以下のように作製した。
【0069】
[芯金の作成]
導電性ゴムロールの芯金は、引き抜き加工にて直径8mmの円筒状棒を長さ330mmに切断後に、厚み8μmの無電解ニッケルメッキを施したものを用いた。
【0070】
[ゴム材料の作製]
表1,2に示した実施例1〜5及び比較例1〜6からなるゴム配合物に対して、接線式加圧ニーダー((株)モリヤマ製:実容量75L)を用いて混練を行い、22吋オープンロールにおいてシート状の未加硫ゴム材料を得た。
【0071】
[動的粘弾性の測定]
前記未加硫ゴム材料を、回転平板型レオメータ(レオメトリックス社製:RDA2、RHIOSシステム ver.4.3)を用いて直径8mmのパラレルプレートを用いて、周波数1rad/sec、20%以下の歪みをかけ、約30℃から150℃の間を昇温速度1℃/min、試料重量約0.3gで昇温測定を行った。
【0072】
[応力緩和試験]
前記未加硫ゴム材料をムーニビスコメータAM−3型(東洋精機株式会社製)を用いてMSRを測定した。70℃、110℃の各温度において測定した。
【0073】
[導電性ロールの作成]
シリンダー内径(D)60mm、L/D=20(ただしLはシリンダー長さ(mm)を示す)の1軸ゴム押出し機を用いてスクリュー回転25rpmで前記未加硫ゴム材料を押出すとともに、同時に前記芯金を連続的にクロスヘッドを通過させることにより、芯金上に未加硫ゴムを被覆した。押出し機の温度条件設定は、シリンダー部、スクリュー部、ヘッド部、ダイ部のいずれとも80℃とした。
【0074】
[加硫条件]
押出成形後、180℃で30分加硫した。
【0075】
[表面層の形成]
下記表層分散液配合材料をビーズミルにて分散し得られた分散液を、メタノールで希釈し、表面層塗布液を得た。この塗布液を粘度調整した後、浸漬塗布槽へ注入した。その後、前記押出成形で得られた弾性層つき心金を先に準備した塗布液入り浸漬塗布槽に浸漬し、塗布液を塗布して150℃で10分間乾燥して、溶剤を除去し、表面層を得た。表層分散液配合は表1の通りである。
【0076】
【表1】

【0077】
[硬度の測定]
前記導電性ゴムロールをマイクロゴム硬度計(MD−1硬度計タイプA型:高分子計器社製)を用いてゴム硬度を測定した。長さ方向10点測定し、その平均値とした。
【0078】
[ゴムロール形状測定]
前記導電性ゴムロールを真円度測定装置(RONDCOM60A:東京精密計測社製)を用いて真円度を、粗さ測定装置(SURFCOM1500DX−12:東京精密計測社)を用いて表面粗さRz(十点平均粗さ)を周方向測定しその平均値とした。なお、表面の粗さRzは、上記測定装置を用い、JISB0601−1994に従って、ロールの軸方向について、測定長4.0mm、カットオフ値0.8、測定速度0.30mm/secの条件で、導電性ロールの両端部から5mmの位置、および、両端部5mmの位置を基準に3等分した軸方向中央部分の3箇所について測定し、その平均値とした。
【0079】
<評価基準>
以下に示す基準で評価を行った。なお、評価は、押出成形、加硫後の真円度試験、粗さ試験で評価した。
【0080】
[真円度]
○:真円度が10μm未満、
△:真円度が10μm以上15μm未満、
×:真円度が15μm以上20μm未満、
××:真円度が200μmを超える。
【0081】
[粗さ]
○:粗さRzが10μm未満、
△:粗さRzが10μm以上15μm未満、
×:粗さRzが15μm以上20μm未満、
××:粗さRzが200μmを超える。
【0082】
−実機評価−
上述の方法で作製された実施例および比較例の導電性ロールを帯電ロールとして図1に示すカラー複写機DocuCentre Color400CP:富士ゼロックス社製に装着し、カラー複写機DocuCentre Color400CP用のカラートナー(シアントナー、マゼンタトナー、イエロートナー、黒トナー)を用い、A4用紙50,000枚印字テスト(10℃、15%RH環境下で25,000枚印刷後、28℃、85%RH環境下で25,000枚印字)を行った。なお、途中で大きな問題が発生した場合には、その時点で印字を中止した。
【0083】
画質評価は、初期及び50,000枚走行後の画像について、目視によってハーフトーン画像中での濃度ムラの有無により以下の基準で判定した。なお、初期の濃度ムラについては、表2に全振れによる濃度ムラとして記載し、50,000枚走行後の濃度ムラについては、表2のフィルミングによる経時濃度ムラとして記載した。
◎:濃度ムラ等の欠陥無し。
○:極軽微な濃度ムラ発生。
△:軽微な濃度ムラ発生。
×:実使用不可の濃度ムラ発生。
【0084】
【表2】

【0085】
【表3】

【0086】
【表4】

【産業上の利用可能性】
【0087】
本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用がある。
【符号の説明】
【0088】
10 加硫化過程の未加硫ゴム、20,22 表面処理炭酸カルシウム、200 画像形成装置、400 ハウジング、401,401a〜401d 電子写真感光体、402,402a〜402d 帯電ロール、403 露光装置、404,404a〜404d 現像装置、405a〜405d トナーカートリッジ、406 駆動ロール、407 張力付与ロール、408 背面ロール、409 中間転写ベルト、410,410a〜410d 1次転写ロール、411 トレイ(被転写媒体トレイ)、412 移送ロール、413 2次転写ロール、414 定着ロール、415a〜415d、416 クリーニングブレード、500 被転写媒体。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
芯金と、芯金の外周に設けられた導電性弾性層とを有する導電性ゴムロールであり、
前記導電性弾性層は、エピクロルヒドリンゴム(A)とアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(B)との混合物からなる原料ゴムと、原料ゴム100質量部に対して20質量部以上60質量部以下の平均粒径40nm以上80nm以下の炭酸カルシウムとを含有した未加硫ゴムを加硫化することで得られ、
前記未加硫ゴムは、剪断速度が10-7rad/sec以上103rad/sec以下で温度が70℃以上120℃以下における、動的粘弾性の貯蔵弾性率G’の曲線と損失弾性率G”の曲線との交点G’=G”が、2.0×103Pa以上4.0×104Pa以下であり、剪断速度が2.0×10-3rad/sec以上10-1rad/sec以下におけるASTM D 1646に準拠した応力緩和試験のMSR(machine stress rating)値が0.4以上であり、かつ、加硫化して得られた導電性弾性層のゴム硬度が60以下であることを特徴とする導電性ゴムロール。
【請求項2】
前記炭酸カルシウムは、表面処理剤により表面処理された表面処理炭酸カルシウムであり、
前記表面処理剤が脂肪酸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ル。
【請求項3】
前記導電性ゴムロールが、帯電ロールまたは転写ロールであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導電性ゴムロール。
【請求項4】
芯金の外周に設けられる導電性弾性層の成形が、押出し成形であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の導電性ゴムロール。
【請求項5】
潜像保持体と、
前記潜像保持体を帯電させる帯電手段と、
帯電した前記潜像保持体を露光して前記潜像保持体上に静電潜像を形成させる露光手段と、
静電荷像現像用現像剤により前記静電潜像を現像してトナー像を形成させる現像手段と、
前記トナー像を前記潜像保持体から被転写体に転写する転写手段と、
前記像保持体の表面に残存したトナーを除去するためのクリーニング手段からなる群より選ばれる少なくとも一種と、
を含み、
前記帯電手段に用いる帯電ロールが請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記転写手段における転写ロールが請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記帯電ロールおよび転写ロールが請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電性ゴムロールであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項6】
潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を静電荷像現像用現像剤を用いて現像する現像手段と、現像されたトナー画像を中間転写体を介してまたは介さずに被転写体上に転写する転写手段と、前記被転写体上のトナー画像を定着する定着手段と、を含む画像形成装置であり、
前記潜像形成手段に用いる帯電ロールが請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記転写手段における転写ロールが請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電性ゴムロールであるか、または、前記帯電ロールおよび転写ロールが請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の導電性ゴムロールであることを特徴とする画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2011−53260(P2011−53260A)
【公開日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−199436(P2009−199436)
【出願日】平成21年8月31日(2009.8.31)
【出願人】(000005496)富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Fターム(参考)】