導電性ローラの製造方法
【課題】表面平滑性、寸法精度に優れ、且つ、電気抵抗の均一な導電性ローラを製造コストの低減を可能とする導電性ゴム組成物と導電性芯軸の押出しによる一体成形により導電性ローラを製造する方法を提供すること。
【解決手段】導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物であることを特徴とする。又、前記導電性ゴム組成物を押出し成形温度が７０℃〜９０℃の範囲で導電性芯軸と一体的に押し出し成形する。更に、前記アクリル樹脂のガラス転移点が５０℃〜７０℃の範囲であることを特徴とする。
【解決手段】導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物であることを特徴とする。又、前記導電性ゴム組成物を押出し成形温度が７０℃〜９０℃の範囲で導電性芯軸と一体的に押し出し成形する。更に、前記アクリル樹脂のガラス転移点が５０℃〜７０℃の範囲であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ゴム組成物及び前記導電性ゴム組成物を利用して作製される導電性ゴムローラに関する。より具体的には、複写機、ページプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置において、画像形成プロセス、特には、帯電、現像、転写等のプロセスに使用する導電部材の製造法、即ち導電性ローラの製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した画像形成装置において、感光体を帯電する手段として、様々な帯電手段が用いられている。従来の帯電手段としては、コロナ放電を利用したものがあり、ここ近年では感光体に帯電部材を接触させて帯電する接触帯電方式が多く利用されている。接触帯電方式としては、帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳したものや、直流電圧のみを印加した方式がある。
【０００３】
これらの接触帯電方式に用いられる帯電部材としては、様々な形態の部材が用いられており、ローラ形状、ブレード形状、ブラシ形状、ベルト形状のものがあり、一般的な形状としては、ローラ形状が多く採用されている。
【０００４】
例えば、帯電ローラに求められる性能としては、感光体を均一に帯電させることが必要不可欠であるため、凸や凹等による当接不良が発生しないような高精度な形状が望まれている。
【０００５】
又、画像形成後、クリーニング装置で残留トナーの除去を行うものの、感光体表面上には極微量のトナーが残留していることも少なくない。感光体表面に圧接して使用される間に、帯電ローラにもその残留トナーの移行・付着が起こる。ローラの形状による微小な当接不良があると、その部位に蓄積される付着トナー量も増し、場合によっては、感光体の帯電不均一を発生することもある。この要因による画像不良を回避するため、帯電ローラには、高精度な形状とすることが必要である。
【０００６】
従来、帯電ローラを作製する方法としては、ポリマー原料と各種添加剤を配合し混練された原料組成物を円筒状に押し出した物を加硫缶、熱風炉等の中で加硫させ、芯金に圧入・研磨して外径を整える方法や、前記原料組成物を芯金と共に成形金型の内部に配置し、成形金型を加熱することによって加硫を行い、芯金の周囲に発泡弾性体を円筒状に形成する方法が知られている。
【０００７】
しかしながら、芯金に圧入してから研磨する方法では、高精度且つ表面を平滑にするためには、研磨時間を長くする必要があり、又、工程の数が多いことや、研磨により失われるゴムが発生するため、低コストで生産するのは容易ではない。又、成形金型を用いた場合には、表面を平滑にすることは容易ではあるが、外径精度、振れの良い高精度なローラを作製するには、金型の寸法精度を高める必要があることと、形状を変更するたびに金型を製作しなければならず、低コストで生産するのは容易ではない。
【０００８】
近年では、導電性芯軸と導電性ゴムを一体的に押出し成形する手法が提案されているが、表面平滑性、寸法精度に優れたローラを作製することは容易ではなく、加工性に優れたゴム組成物を用いることにより、ローラを作製する手法が提案されており、例えば、活性処理された充填材と活性処理していない充填材とを含むニトリルゴムを用いた例が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、ニトリルゴムはイオン導電性を有するが、体積抵抗１×１０8 Ω・ｃｍ以下とするためには、導電性のカーボンブラック等の導電粒子を添加する必要があるため、イオン導電性であり、且つ、低抵抗な導電性ローラとすることは困難であることが予想される。
【００１０】
又、架橋可能な二重結合を有し且つ融点が４０〜１００℃である熱可塑性樹脂を配合したゴム材料を用いた例が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８２４５２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記熱可塑性樹脂は融点が低く、ゴム材料を低粘度化させ、流動性を高めることにより押出し成形性を表面平滑性や寸法精度を高度に確保できるとされるが、ヒドリンゴムやニトリルゴムと相溶し難いことからゴム材料の粘着性が増加し、特に粘着性の高いヒドリンゴムにおいて、更に表面平滑性を優れたものとするには不十分である。
【００１３】
本発明の目的は、表面平滑性、寸法精度に優れ、且つ、電気抵抗の均一な導電性ローラを製造コストの低減を可能とする導電性ゴム組成物と導電性芯軸の押出しによる一体成形により導電性ローラを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、これらの目的を解決するため種々検討の結果、導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物とすることにより、低い製造コストにより製造することが可能となり、且つ、表面平滑性に優れ、抵抗が均一である導電性ローラを得ることが可能となることを見出した。
【００１５】
以上のような効果が得られる理由については以下のように推察される。
【００１６】
即ち、本発明においては、良好なイオン導電性を有する前記エピクロルヒドリン系ゴムを用いることにより、低抵抗で且つ均一な抵抗とすることが可能となり、又、前記アクリル樹脂はエピクロルヒドリン系ゴムと相溶性が良く、且つ、ガラス転移点を押出し成形温度よりも低くすることで、押出し成形時において更にゴムへの分散性が更に良好なものとなるため、押出し成形時の押出し肌の表面平滑性を向上する。
【００１７】
更には、アクリル樹脂は非粘着性であり、エピクロルヒドリン系ゴムが有する粘着性を低減させる効果により押出し成形時にゴムがダイスを通過して吐出するときの粘着、摩擦を低減するため、凹凸の少ない表面平滑性に優れたゴムローラを成形することが可能になったものと考えられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物であることを特徴とする導電性ローラの製造方法であり、前記樹脂を配合したゴム組成物により弾性体層が形成されているため、表面平滑性、寸法精度に優れ、且つ、電気抵抗の均一な導電性ローラを製造コストの低減可能な成形方法により導電性ローラを製造する手法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
図１には、本発明における導電性ゴム組成物を用いた導電性ローラの例として、帯電ローラの構成を示しており、金属製の芯金１ａの外周に、導電性ゴム組成物から成る弾性体層１ａが積層されている。
【００２１】
弾性体層の体積固有抵抗率は、帯電バイアス電圧を感光体に印加することができるよう、１×１０3 〜１×１０9 Ω・ｃｍ程度とされる。
【００２２】
弾性体層に使用される原料ゴムとしては、エピクロルヒドリン系ゴム（ＣＨＲ・ＣＨＣ）であれば特に制限はないが、エチレンオキサイド含有量としては、４０ｍｏｌ％以上９０ｍｏｌ％以下が好ましく、エチレンオキサイド含有量が４０ｍｏｌ％未満であると、体積抵抗１×１０8 Ω・ｃｍとすることが困難であり、９０ｍｏｌ％より多いと電気抵抗の環境変動が大きくなってしまい好ましくない。
【００２３】
原料ゴムには、必要に応じて電気抵抗を調整する目的で、導電性付与剤が配合される。導電性付与剤としてはイオン導電性を示すイオン導電剤であれば特に限定されるものではないが、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イオン物質；ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、トリオクチルプロピルアンモニウムブロミド、変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート等の陽イオン性界面活性剤；ラウリルベタイン、ステアリルべタイン、ジメチルアルキルラウリルベタイン等の両性イオン界面活性剤；過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、過塩素酸トリメチルオクタデシルアンモニウム等の第四級アンモニウム塩；トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等の有機酸リチウム塩等が挙げられる。
【００２４】
アクリル樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸イソブチル、ポリアクリル酸ブチル、特にスチレン系単量体と（メタ）アクリル酸エステル単量体より合成されるスチレン−アクリル共重合樹脂が好適に使用される。スチレン−アクリル共重合樹脂はエピクロルヒドリン系ゴムとの相溶性がより高くなるため、押し出し後の表面平滑性がさらに良好なものとなる。スチレン系単量体としては例えばスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ｐ−エチルスチレン、ｐ−クロルスチレン、ｐ−ブチルスチレン等が挙げられ、又、（メタ）アクリル酸エステル単量体としては例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｉ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸プロピル、メタアクリル酸ｎ−ブチル、メタアクリル酸ｉ−ブチル、メタアクリル酸２−エチルヘキシル、メタアクリル酸オクチル、メタアクリル酸ドデシル等を挙げることができる。
【００２５】
押出し成形温度は７０℃〜９０℃の範囲が好ましく、７０℃未満の場合には、エピクロルヒドリン系ゴム等の極性ゴムを押出す場合、ゴムの吸水による加硫時のボイドの形成が問題となることがあり、又、９０℃を超えた成形温度にて押出した場合は、長時間連続で押出した場合のゴムのスコーチが問題となることがあるからである。
【００２６】
前記樹脂のガラス転移点は押出し成形温度よりも低いことが好ましく、成形温度より高いガラス転移点である樹脂とした場合には、樹脂の流動性が低く、分散性が悪いため表面に凹凸を形成し、表面平滑性が悪化する。前記樹脂の好ましいガラス転移点の範囲としては５０℃〜７０℃である。５０℃未満であると粘度が低く、流動性が大きいため、導電性ローラを帯電ローラ等の用途で感光体に圧接した場合、感光体を汚染してしまう恐れがある。
【００２７】
一方、７０℃を超える場合には、斯かる樹脂自身の通常の混練温度での分散が困難となる傾向がある。樹脂のガラス転移点の測定は、ＡＳＴＭＤ３４１８−８に準拠して、パーキンエルマー社製ＤＳＣ−７を用いて行う。装置検出部の補正は、インジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正については、インジウムの融解熱を用いる。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度１０℃／ｍｉｎ．で測定する。樹脂の酸価の測定は、ＪＩＳ−Ｋ−００７０に準拠して行う。
又、前記樹脂の配合量としては、原料ゴム１００質量部に対して、１〜５０質量部が好ましい範囲である。更に好ましくは、１５質量部〜３０質量部の範囲が良い。１質量部より少ないと、成形性向上効果が殆ど得られず、５０質量部より多いと、原料ゴムの比率が小さくなるため、圧縮永久歪みが増加してしまうため好ましくない。
【００２８】
この他に弾性体用ゴム組成物には、必要に応じてゴムの配合剤として一般に用いられている架橋助剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、補強剤、充填剤、分散剤、増量剤、可塑材等を添加することができる。
【００２９】
押出し成形に関して、詳細に説明する。
【００３０】
先ず、ポリマー原料と添加剤を配合し混練して調製された未加硫ゴム組成物を、芯金と共に押し出すことで芯金上に未加硫ゴム組成物を被覆させる。
【００３１】
図３は本工程を模式的に示した説明図である。
【００３２】
押出し機１８は、クロスヘッド１９を備える。クロスヘッド１９には、矢印方向に回転している芯金送りローラ２０によって送られた芯金１ａを後ろから挿入し、芯金１ａと同時に円筒状の未加硫のゴム組成物を一体的に押出すことにより周囲を未加硫ゴム組成物で被覆された芯金が得られる。ここでは、得られた芯金の芯金周囲の未加硫ゴム組成物の層の端部を定尺で切り取ったものを、未加硫ローラ２１とした（図３参照）。
【００３３】
加熱は、熱風炉、加硫缶、熱盤、遠・近赤外線、誘導加熱等、何れの手法でも良く、加熱温度は１３０℃〜２５０℃で時間５分〜１２０分、好ましくは１４０℃〜２００℃で時間１０〜４０分で行われる。この後、必要に応じて２次加硫することもできる。
【００３４】
このようにして得られた導電性ローラの表面には、必要に応じて表層を設けることができる。例えば、帯電ローラとして用いる場合、表層は感光体上にピンホール等の欠陥が生じた場合に、ここに帯電電流が集中して、帯電部材、感光体が破損することを防止するためのものであり、電気抵抗値としては１×１０６
〜１×１０１０Ω程度が要求され、一般的には、アクリル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、シリコーン等のバインダー高分子に、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタン、酸化錫等の酸化物；Ｃｕ、Ａｇ等の金属、酸化物や金属を粒子表面に被覆して導電化した導電粒子等を適宜量分散させることにより、所望の電気抵抗値としたものが用いられる。
【００３５】
表層の形成方法としては、上記の様なバインダー高分子を溶剤に溶解又は分散し、これに導電フィラーを分散させた液を、ディッピング、ビーム塗工、ロールコーター等の塗工法によって、弾性体層表面にコーティングする方法；、バインダー高分子中に導電フィラーを練り込み、それを押出機などによって円筒形状に成形したものを弾性体層に被覆する方法等を挙げることができる。
【００３６】
尚、本発明における弾性体ローラには、必要に応じて、弾性体層や表面被覆層以外に、接着層、拡散防止層、下地層、プライマー層等の機能層を設けることもできる。
【００３７】
以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
下記の要領で本発明の導電性ローラを作製した。
【００３９】
＜弾性抵抗層の作成＞
エピクロルヒドリンゴム（商品名：エピクロマーＣＧ１０２、ダイソー（株）製）１００質量部、充填剤としての炭酸カルシウム（商品名：シルバーＷ、白石化学工業（株）製）３０質量部、カーボンブラック（商品名：シーストＳＯ、東海カーボン（株）製）５質量部、酸化亜鉛５質量部、ステアリン酸亜鉛１質量部、スチレン−アクリル樹脂（ガラス転移点５１℃）２０質量部、第４級アンモニウム塩（テトラブチルアンモニウムパークロレート）２重量部を１００℃に調節した密閉型ミキサーにて１０分間混練し、原料コンパウンドを調整した。このコンパウンドに加硫促進剤としてのＤＭ１質量部、加硫促進剤としてのＴＳ１質量部、加硫剤としての硫黄２質量部を加えて更に１０分間、２５℃に調節したオープンロールで混練した。
【００４０】
得られた未加硫ゴム組成物をゴム押し出し機を使用して、熱硬化性接着剤（商品名：メタロックＵ−２０）を塗布した直径６ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円柱形の導電性芯金（鋼製、表面はニッケルメッキ）の周囲にローラ状になるように成形した。押し出し成形装置及び条件は、５０ｍｍφ，Ｌ／Ｄ＝１２の押し出し機を使用して、φ５ｍｍのダイス、φ３のニップルを用い、ヘッド温度：７０℃、前シリンダー温度：７０℃、後シリンダー温度：７０℃、スクリュー回転数：１２ｒｐｍ、の条件で、前記芯金送りローラ２０によりクロスヘッド１９に芯金を供給し、芯金の周囲に未加硫ゴムを巻き付けた後、突っ切り冶具２２により端部のゴムを除去した。得られたローラの外径はφ８．５ｍｍ、ゴム面長は２３０ｍｍであった。端部のゴム面長電気オーブンの中で１６０℃で２時間、加硫及び接着剤の硬化を行った。
【００４１】
得られた導電性ローラの２３℃、湿度５０％下における電気抵抗は２. ９×１０6 Ωであった。抵抗ムラは１. １５倍であった。導電性ローラの電気抵抗は図２に示すような方法で行った。図中、１は導電性ローラ、１５はステンレス製の円筒電極、１６は抵抗、１７はレコーダーを示す。これらの間の押圧力は用いられる画像形成装置と同様にし、円筒電極を３０ｒｐｍにて回転させながら外部電源Ｓ１から−２００Ｖを１０秒間印加した際の抵抗値を測定したものである。電気抵抗値は１０秒間印加した際の平均値とした。又、抵抗ムラは１０秒間印加した際の最大値／最小値の値とした。
【００４２】
導電性ローラの電気抵抗及び押し出し加工性については、結果を表１に示す。
【００４３】
押出し加工性の判定としては、
○：押出し肌が平滑である。
×：押出し肌が平滑でなく、サメ肌である。
【実施例２】
【００４４】
ガラス転移点が６４℃であるスチレン−アクリル樹脂とし、押し出し成形温度（ヘッド、前シリンダー、後シリンダー）を９０℃とした以外は実施例１と同様に行った。実施例１と同様に抵抗ムラが小さく、表面平滑性に優れた導電性ローラを作製することができた。結果を表１に示す。
【実施例３】
【００４５】
押し出し成形温度（ヘッド、前シリンダー、後シリンダー）を７０℃とした以外は実施例２と同様に行った。実施例２と同様に抵抗ムラが小さく、表面平滑性に優れた導電性ローラを作製することができた。結果を表１に示す。
【実施例４】
【００４６】
押し出し成形温度（ヘッド、前シリンダー、後シリンダー）を９０℃とした以外は実施例１と同様に行った。実施例１と同様に抵抗ムラが小さく、表面平滑性に優れた導電性ローラを作製することができた。結果を表１に示す。
【００４７】
＜比較例１＞
アクリル樹脂を配合しないことを除いて、実施例１と同様に行った。押し出し肌がサメ肌状であり、表面平滑性が劣るため、ローラ抵抗は高くなり、抵抗ムラは増加した。結果を表１に示す。
【００４８】
＜比較例２＞
アクリル樹脂を配合しないことを除いて、実施例２と同様に行った。結果を表１に示す。比較例１と同様に、押し出し肌がサメ肌状であり、表面平滑性が劣るため、ローラ抵抗は高くなり、抵抗ムラは増加した。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の導電性ローラの抵抗測定装置の模式図である。
【図２】本発明の導電性ローラの構成図である。
【図３】押出し成形の工程概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 導電性ローラ
１ａ 芯金
１ｂ 弾性抵抗層
１ｃ 表面層
１５ ステンレス製の円筒電極
１６ 抵抗
１７ レコーダー
１８ 押出し機
１９ クロスヘッド
２０ 芯金送りローラ
２１ 未加硫ローラ
２２ 突っ切り冶具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ゴム組成物及び前記導電性ゴム組成物を利用して作製される導電性ゴムローラに関する。より具体的には、複写機、ページプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置において、画像形成プロセス、特には、帯電、現像、転写等のプロセスに使用する導電部材の製造法、即ち導電性ローラの製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した画像形成装置において、感光体を帯電する手段として、様々な帯電手段が用いられている。従来の帯電手段としては、コロナ放電を利用したものがあり、ここ近年では感光体に帯電部材を接触させて帯電する接触帯電方式が多く利用されている。接触帯電方式としては、帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳したものや、直流電圧のみを印加した方式がある。
【０００３】
これらの接触帯電方式に用いられる帯電部材としては、様々な形態の部材が用いられており、ローラ形状、ブレード形状、ブラシ形状、ベルト形状のものがあり、一般的な形状としては、ローラ形状が多く採用されている。
【０００４】
例えば、帯電ローラに求められる性能としては、感光体を均一に帯電させることが必要不可欠であるため、凸や凹等による当接不良が発生しないような高精度な形状が望まれている。
【０００５】
又、画像形成後、クリーニング装置で残留トナーの除去を行うものの、感光体表面上には極微量のトナーが残留していることも少なくない。感光体表面に圧接して使用される間に、帯電ローラにもその残留トナーの移行・付着が起こる。ローラの形状による微小な当接不良があると、その部位に蓄積される付着トナー量も増し、場合によっては、感光体の帯電不均一を発生することもある。この要因による画像不良を回避するため、帯電ローラには、高精度な形状とすることが必要である。
【０００６】
従来、帯電ローラを作製する方法としては、ポリマー原料と各種添加剤を配合し混練された原料組成物を円筒状に押し出した物を加硫缶、熱風炉等の中で加硫させ、芯金に圧入・研磨して外径を整える方法や、前記原料組成物を芯金と共に成形金型の内部に配置し、成形金型を加熱することによって加硫を行い、芯金の周囲に発泡弾性体を円筒状に形成する方法が知られている。
【０００７】
しかしながら、芯金に圧入してから研磨する方法では、高精度且つ表面を平滑にするためには、研磨時間を長くする必要があり、又、工程の数が多いことや、研磨により失われるゴムが発生するため、低コストで生産するのは容易ではない。又、成形金型を用いた場合には、表面を平滑にすることは容易ではあるが、外径精度、振れの良い高精度なローラを作製するには、金型の寸法精度を高める必要があることと、形状を変更するたびに金型を製作しなければならず、低コストで生産するのは容易ではない。
【０００８】
近年では、導電性芯軸と導電性ゴムを一体的に押出し成形する手法が提案されているが、表面平滑性、寸法精度に優れたローラを作製することは容易ではなく、加工性に優れたゴム組成物を用いることにより、ローラを作製する手法が提案されており、例えば、活性処理された充填材と活性処理していない充填材とを含むニトリルゴムを用いた例が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、ニトリルゴムはイオン導電性を有するが、体積抵抗１×１０8 Ω・ｃｍ以下とするためには、導電性のカーボンブラック等の導電粒子を添加する必要があるため、イオン導電性であり、且つ、低抵抗な導電性ローラとすることは困難であることが予想される。
【００１０】
又、架橋可能な二重結合を有し且つ融点が４０〜１００℃である熱可塑性樹脂を配合したゴム材料を用いた例が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８２４５２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記熱可塑性樹脂は融点が低く、ゴム材料を低粘度化させ、流動性を高めることにより押出し成形性を表面平滑性や寸法精度を高度に確保できるとされるが、ヒドリンゴムやニトリルゴムと相溶し難いことからゴム材料の粘着性が増加し、特に粘着性の高いヒドリンゴムにおいて、更に表面平滑性を優れたものとするには不十分である。
【００１３】
本発明の目的は、表面平滑性、寸法精度に優れ、且つ、電気抵抗の均一な導電性ローラを製造コストの低減を可能とする導電性ゴム組成物と導電性芯軸の押出しによる一体成形により導電性ローラを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、これらの目的を解決するため種々検討の結果、導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物とすることにより、低い製造コストにより製造することが可能となり、且つ、表面平滑性に優れ、抵抗が均一である導電性ローラを得ることが可能となることを見出した。
【００１５】
以上のような効果が得られる理由については以下のように推察される。
【００１６】
即ち、本発明においては、良好なイオン導電性を有する前記エピクロルヒドリン系ゴムを用いることにより、低抵抗で且つ均一な抵抗とすることが可能となり、又、前記アクリル樹脂はエピクロルヒドリン系ゴムと相溶性が良く、且つ、ガラス転移点を押出し成形温度よりも低くすることで、押出し成形時において更にゴムへの分散性が更に良好なものとなるため、押出し成形時の押出し肌の表面平滑性を向上する。
【００１７】
更には、アクリル樹脂は非粘着性であり、エピクロルヒドリン系ゴムが有する粘着性を低減させる効果により押出し成形時にゴムがダイスを通過して吐出するときの粘着、摩擦を低減するため、凹凸の少ない表面平滑性に優れたゴムローラを成形することが可能になったものと考えられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物であることを特徴とする導電性ローラの製造方法であり、前記樹脂を配合したゴム組成物により弾性体層が形成されているため、表面平滑性、寸法精度に優れ、且つ、電気抵抗の均一な導電性ローラを製造コストの低減可能な成形方法により導電性ローラを製造する手法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
図１には、本発明における導電性ゴム組成物を用いた導電性ローラの例として、帯電ローラの構成を示しており、金属製の芯金１ａの外周に、導電性ゴム組成物から成る弾性体層１ａが積層されている。
【００２１】
弾性体層の体積固有抵抗率は、帯電バイアス電圧を感光体に印加することができるよう、１×１０3 〜１×１０9 Ω・ｃｍ程度とされる。
【００２２】
弾性体層に使用される原料ゴムとしては、エピクロルヒドリン系ゴム（ＣＨＲ・ＣＨＣ）であれば特に制限はないが、エチレンオキサイド含有量としては、４０ｍｏｌ％以上９０ｍｏｌ％以下が好ましく、エチレンオキサイド含有量が４０ｍｏｌ％未満であると、体積抵抗１×１０8 Ω・ｃｍとすることが困難であり、９０ｍｏｌ％より多いと電気抵抗の環境変動が大きくなってしまい好ましくない。
【００２３】
原料ゴムには、必要に応じて電気抵抗を調整する目的で、導電性付与剤が配合される。導電性付与剤としてはイオン導電性を示すイオン導電剤であれば特に限定されるものではないが、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イオン物質；ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、トリオクチルプロピルアンモニウムブロミド、変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート等の陽イオン性界面活性剤；ラウリルベタイン、ステアリルべタイン、ジメチルアルキルラウリルベタイン等の両性イオン界面活性剤；過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、過塩素酸トリメチルオクタデシルアンモニウム等の第四級アンモニウム塩；トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等の有機酸リチウム塩等が挙げられる。
【００２４】
アクリル樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリメタクリル酸イソブチル、ポリアクリル酸ブチル、特にスチレン系単量体と（メタ）アクリル酸エステル単量体より合成されるスチレン−アクリル共重合樹脂が好適に使用される。スチレン−アクリル共重合樹脂はエピクロルヒドリン系ゴムとの相溶性がより高くなるため、押し出し後の表面平滑性がさらに良好なものとなる。スチレン系単量体としては例えばスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ｐ−エチルスチレン、ｐ−クロルスチレン、ｐ−ブチルスチレン等が挙げられ、又、（メタ）アクリル酸エステル単量体としては例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｉ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸プロピル、メタアクリル酸ｎ−ブチル、メタアクリル酸ｉ−ブチル、メタアクリル酸２−エチルヘキシル、メタアクリル酸オクチル、メタアクリル酸ドデシル等を挙げることができる。
【００２５】
押出し成形温度は７０℃〜９０℃の範囲が好ましく、７０℃未満の場合には、エピクロルヒドリン系ゴム等の極性ゴムを押出す場合、ゴムの吸水による加硫時のボイドの形成が問題となることがあり、又、９０℃を超えた成形温度にて押出した場合は、長時間連続で押出した場合のゴムのスコーチが問題となることがあるからである。
【００２６】
前記樹脂のガラス転移点は押出し成形温度よりも低いことが好ましく、成形温度より高いガラス転移点である樹脂とした場合には、樹脂の流動性が低く、分散性が悪いため表面に凹凸を形成し、表面平滑性が悪化する。前記樹脂の好ましいガラス転移点の範囲としては５０℃〜７０℃である。５０℃未満であると粘度が低く、流動性が大きいため、導電性ローラを帯電ローラ等の用途で感光体に圧接した場合、感光体を汚染してしまう恐れがある。
【００２７】
一方、７０℃を超える場合には、斯かる樹脂自身の通常の混練温度での分散が困難となる傾向がある。樹脂のガラス転移点の測定は、ＡＳＴＭＤ３４１８−８に準拠して、パーキンエルマー社製ＤＳＣ−７を用いて行う。装置検出部の補正は、インジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正については、インジウムの融解熱を用いる。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度１０℃／ｍｉｎ．で測定する。樹脂の酸価の測定は、ＪＩＳ−Ｋ−００７０に準拠して行う。
又、前記樹脂の配合量としては、原料ゴム１００質量部に対して、１〜５０質量部が好ましい範囲である。更に好ましくは、１５質量部〜３０質量部の範囲が良い。１質量部より少ないと、成形性向上効果が殆ど得られず、５０質量部より多いと、原料ゴムの比率が小さくなるため、圧縮永久歪みが増加してしまうため好ましくない。
【００２８】
この他に弾性体用ゴム組成物には、必要に応じてゴムの配合剤として一般に用いられている架橋助剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、補強剤、充填剤、分散剤、増量剤、可塑材等を添加することができる。
【００２９】
押出し成形に関して、詳細に説明する。
【００３０】
先ず、ポリマー原料と添加剤を配合し混練して調製された未加硫ゴム組成物を、芯金と共に押し出すことで芯金上に未加硫ゴム組成物を被覆させる。
【００３１】
図３は本工程を模式的に示した説明図である。
【００３２】
押出し機１８は、クロスヘッド１９を備える。クロスヘッド１９には、矢印方向に回転している芯金送りローラ２０によって送られた芯金１ａを後ろから挿入し、芯金１ａと同時に円筒状の未加硫のゴム組成物を一体的に押出すことにより周囲を未加硫ゴム組成物で被覆された芯金が得られる。ここでは、得られた芯金の芯金周囲の未加硫ゴム組成物の層の端部を定尺で切り取ったものを、未加硫ローラ２１とした（図３参照）。
【００３３】
加熱は、熱風炉、加硫缶、熱盤、遠・近赤外線、誘導加熱等、何れの手法でも良く、加熱温度は１３０℃〜２５０℃で時間５分〜１２０分、好ましくは１４０℃〜２００℃で時間１０〜４０分で行われる。この後、必要に応じて２次加硫することもできる。
【００３４】
このようにして得られた導電性ローラの表面には、必要に応じて表層を設けることができる。例えば、帯電ローラとして用いる場合、表層は感光体上にピンホール等の欠陥が生じた場合に、ここに帯電電流が集中して、帯電部材、感光体が破損することを防止するためのものであり、電気抵抗値としては１×１０６
〜１×１０１０Ω程度が要求され、一般的には、アクリル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、シリコーン等のバインダー高分子に、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタン、酸化錫等の酸化物；Ｃｕ、Ａｇ等の金属、酸化物や金属を粒子表面に被覆して導電化した導電粒子等を適宜量分散させることにより、所望の電気抵抗値としたものが用いられる。
【００３５】
表層の形成方法としては、上記の様なバインダー高分子を溶剤に溶解又は分散し、これに導電フィラーを分散させた液を、ディッピング、ビーム塗工、ロールコーター等の塗工法によって、弾性体層表面にコーティングする方法；、バインダー高分子中に導電フィラーを練り込み、それを押出機などによって円筒形状に成形したものを弾性体層に被覆する方法等を挙げることができる。
【００３６】
尚、本発明における弾性体ローラには、必要に応じて、弾性体層や表面被覆層以外に、接着層、拡散防止層、下地層、プライマー層等の機能層を設けることもできる。
【００３７】
以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
下記の要領で本発明の導電性ローラを作製した。
【００３９】
＜弾性抵抗層の作成＞
エピクロルヒドリンゴム（商品名：エピクロマーＣＧ１０２、ダイソー（株）製）１００質量部、充填剤としての炭酸カルシウム（商品名：シルバーＷ、白石化学工業（株）製）３０質量部、カーボンブラック（商品名：シーストＳＯ、東海カーボン（株）製）５質量部、酸化亜鉛５質量部、ステアリン酸亜鉛１質量部、スチレン−アクリル樹脂（ガラス転移点５１℃）２０質量部、第４級アンモニウム塩（テトラブチルアンモニウムパークロレート）２重量部を１００℃に調節した密閉型ミキサーにて１０分間混練し、原料コンパウンドを調整した。このコンパウンドに加硫促進剤としてのＤＭ１質量部、加硫促進剤としてのＴＳ１質量部、加硫剤としての硫黄２質量部を加えて更に１０分間、２５℃に調節したオープンロールで混練した。
【００４０】
得られた未加硫ゴム組成物をゴム押し出し機を使用して、熱硬化性接着剤（商品名：メタロックＵ−２０）を塗布した直径６ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円柱形の導電性芯金（鋼製、表面はニッケルメッキ）の周囲にローラ状になるように成形した。押し出し成形装置及び条件は、５０ｍｍφ，Ｌ／Ｄ＝１２の押し出し機を使用して、φ５ｍｍのダイス、φ３のニップルを用い、ヘッド温度：７０℃、前シリンダー温度：７０℃、後シリンダー温度：７０℃、スクリュー回転数：１２ｒｐｍ、の条件で、前記芯金送りローラ２０によりクロスヘッド１９に芯金を供給し、芯金の周囲に未加硫ゴムを巻き付けた後、突っ切り冶具２２により端部のゴムを除去した。得られたローラの外径はφ８．５ｍｍ、ゴム面長は２３０ｍｍであった。端部のゴム面長電気オーブンの中で１６０℃で２時間、加硫及び接着剤の硬化を行った。
【００４１】
得られた導電性ローラの２３℃、湿度５０％下における電気抵抗は２. ９×１０6 Ωであった。抵抗ムラは１. １５倍であった。導電性ローラの電気抵抗は図２に示すような方法で行った。図中、１は導電性ローラ、１５はステンレス製の円筒電極、１６は抵抗、１７はレコーダーを示す。これらの間の押圧力は用いられる画像形成装置と同様にし、円筒電極を３０ｒｐｍにて回転させながら外部電源Ｓ１から−２００Ｖを１０秒間印加した際の抵抗値を測定したものである。電気抵抗値は１０秒間印加した際の平均値とした。又、抵抗ムラは１０秒間印加した際の最大値／最小値の値とした。
【００４２】
導電性ローラの電気抵抗及び押し出し加工性については、結果を表１に示す。
【００４３】
押出し加工性の判定としては、
○：押出し肌が平滑である。
×：押出し肌が平滑でなく、サメ肌である。
【実施例２】
【００４４】
ガラス転移点が６４℃であるスチレン−アクリル樹脂とし、押し出し成形温度（ヘッド、前シリンダー、後シリンダー）を９０℃とした以外は実施例１と同様に行った。実施例１と同様に抵抗ムラが小さく、表面平滑性に優れた導電性ローラを作製することができた。結果を表１に示す。
【実施例３】
【００４５】
押し出し成形温度（ヘッド、前シリンダー、後シリンダー）を７０℃とした以外は実施例２と同様に行った。実施例２と同様に抵抗ムラが小さく、表面平滑性に優れた導電性ローラを作製することができた。結果を表１に示す。
【実施例４】
【００４６】
押し出し成形温度（ヘッド、前シリンダー、後シリンダー）を９０℃とした以外は実施例１と同様に行った。実施例１と同様に抵抗ムラが小さく、表面平滑性に優れた導電性ローラを作製することができた。結果を表１に示す。
【００４７】
＜比較例１＞
アクリル樹脂を配合しないことを除いて、実施例１と同様に行った。押し出し肌がサメ肌状であり、表面平滑性が劣るため、ローラ抵抗は高くなり、抵抗ムラは増加した。結果を表１に示す。
【００４８】
＜比較例２＞
アクリル樹脂を配合しないことを除いて、実施例２と同様に行った。結果を表１に示す。比較例１と同様に、押し出し肌がサメ肌状であり、表面平滑性が劣るため、ローラ抵抗は高くなり、抵抗ムラは増加した。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の導電性ローラの抵抗測定装置の模式図である。
【図２】本発明の導電性ローラの構成図である。
【図３】押出し成形の工程概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 導電性ローラ
１ａ 芯金
１ｂ 弾性抵抗層
１ｃ 表面層
１５ ステンレス製の円筒電極
１６ 抵抗
１７ レコーダー
１８ 押出し機
１９ クロスヘッド
２０ 芯金送りローラ
２１ 未加硫ローラ
２２ 突っ切り冶具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物であることを特徴とする導電性ローラの製造方法。
【請求項２】
前記導電性ゴム組成物を押出し成形温度が７０℃〜９０℃の範囲で導電性芯軸と一体的に押し出し成形することを特徴とする請求項１記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項３】
前記アクリル樹脂のガラス転移点が５０℃〜７０℃の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項４】
前記エピクロルヒドリン系ゴムのエチレンオチサイド含有量が４０〜７３ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項５】
前記アクリル樹脂がスチレンアクリル系樹脂であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項１】
導電性芯軸とその外周に設けられた弾性体層とから成る導電性ローラにおいて、その弾性体層は導電性芯軸と導電性ゴム組成物が一体的に押出し成形され、前記導電性ゴム組成物はエピクロルヒドリン系ゴムに押し出し成形温度より低いガラス転移点を有するアクリル樹脂を添加した導電性ゴム組成物であることを特徴とする導電性ローラの製造方法。
【請求項２】
前記導電性ゴム組成物を押出し成形温度が７０℃〜９０℃の範囲で導電性芯軸と一体的に押し出し成形することを特徴とする請求項１記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項３】
前記アクリル樹脂のガラス転移点が５０℃〜７０℃の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項４】
前記エピクロルヒドリン系ゴムのエチレンオチサイド含有量が４０〜７３ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項５】
前記アクリル樹脂がスチレンアクリル系樹脂であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の導電性ローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２２１００８（Ｐ２００６−２２１００８Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５４５１（Ｐ２００５−３５４５１）
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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