説明

導電性ローラ及び導電性ローラの製造方法

【課題】電子写真感光体汚染や通電耐久性の悪化が発生せず、周方向の抵抗ムラが小さく、電子写真装置の帯電部材として用いた場合に良好な画像が得られる導電性ローラ及び該導電性ローラの製造方法を提供することである。
【解決手段】導電性軸体上に1層以上の導電性弾性層が押出し成形により設けられており、該導電性弾性層が加硫後の表面研磨により形状が調整されている導電性ローラにおいて、
該導電性弾性層はカーボンブラックを含有し、
該表面研磨前のローラ外径の振れが200μm以下であり、
該表面研磨後の導電性弾性層における導電性ローラの周方向の最大電流Imaxと最小電流Iminの比(周方向ムラ)Imax/Iminが1.7倍以下である
ことを特徴とする導電性ローラ及び該導電性ローラの製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性ローラ及び導電性ローラの製造方法に関し、詳しくは電子写真複写機等の電子写真感光体周りの帯電ローラや転写ローラ等として好適な導電性ゴムローラ及び該導電性ローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子写真複写機及び電子写真印刷機等の電子写真装置は、電子写真感光体表面上を均一に帯電させ、次に電子写真感光体表面上に印刷パターンの静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、これを熱により記録用紙上に転写する方式のものが知られている。この方式の中で、電子写真感光体表面上の帯電方法としては一般的にコロナ放電方式が用いられている。しかし、コロナ放電方式は人体に有害なオゾンが多量に発生する他、装置の小型化が難しいという問題を有している。
【0003】
近年、コロナ放電方式よりも小型化が容易で人体に有毒なオゾンを発生させない接触帯電方式が検討され、一部で実用化されている。この接触帯電方式は、電子写真感光体表面に導電性を有する弾性ローラを所定の押圧力で当接させるものであり、帯電部材は感光ドラムとの均一密着性が必要なために、適度な弾性が求められる。従って、該帯電部材にはゴム弾性を有する弾性層が使用され、更には該弾性層には電子写真感光体非汚染性、耐熱性及び表面平滑性等が要求される。しかし、これを単一の材料、つまり単層のゴムローラで種々の要求特性を同時に満たすことは困難な場合があり、それぞれの機能を導電性弾性層と導電性表面層に分担させた複数の層を組み合せた多層構成ローラを採用して、各種の要求特性を複合的に満たす方法も知られている。
【0004】
帯電部材の重要な特性として、体積固有抵抗が挙げられ、1×10〜1×1010Ω・cmの所定の半導電性領域が必要であり、通常、導電性弾性層と導電性表面層との異なる体積固有抵抗の組み合わせにより該範囲に調整している。また、導電性弾性層を低体積固有抵抗に、導電性表面層を高体積固有抵抗にすることにより、良好な画像が得られることが知られている。従って、導電性弾性層を1×10Ω・cm未満の低体積固有抵抗領域に調整することが望まれる。
【0005】
従来、導電性弾性層を低体積固有抵抗に調整するには、帯電部材のゴム組成物にエピクロルヒドリン系ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム等の極性ゴムを用い、ゴム中にイオン導電付与材を添加することでゴムマトリックス中のイオンキャリアー濃度を増加させ電気抵抗を下げる方法が知られている。
【0006】
極性ゴム中にイオン導電付与材を添加してゴムマトリックス中のイオンキャリアー濃度を増加させ電気抵抗を下げる方法としては、ゴム中にイオン導電付与剤を添加する方法が挙げられる。そこで、これまでにLi塩等の有機金属塩をイオン導電付与剤として極性ゴムに含有する方法も検討されてきた。この場合、半導電性ゴムとしての抵抗値は低下するが、体積固有抵抗の環境変動の増加、また、該有機金属塩は極性ゴムとの相溶性が悪く、多量添加すると染み出し等が発生し、電子写真感光体を汚染したり通電耐久性が悪化したりする場合がある。この問題を解決するために、ゴム組成物に第4級アンモニウム塩(例えば特許文献1参照)又は第4級ホスホニウム塩(例えば特許文献2参照)をイオン導電付与剤として含有する方法も提案されている。これらの方法の場合、体積固有抵抗の環境条件による変化が小さく、かつゴム成分100質量部に対し10質量部以上添加すると1×10Ω・cm未満の体積固有抵抗が得られるが、ローラ表面に染み出し等が発生し、電子写真感光体汚染を起こす課題は解決されていない。
【0007】
このようなイオン導電付与材等による染み出し課題を解決するための手段として、ゴム材料にフィラー系の導電性充填材を添加して体積固有抵抗を低下させる方法が知られている。フィラー系の導電性充填材としては、一般的には導電性カーボンブラックを添加する方法が挙げられる。
【0008】
しかしながら、このような導電性弾性層を用いた導電性ローラにおいては、その抵抗値が製造条件の影響を受け易く、周方向の抵抗ムラ(以下、周ムラという)が生じ易く、画像に悪影響が生じるという課題があった。
【特許文献1】特開平11−209633号公報
【特許文献2】特開平9−101652号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は、かかる事情を背景にしてなされたものであって、電子写真感光体汚染や通電耐久性の悪化が発生せず、周方向の抵抗ムラが小さく、電子写真装置の帯電部材として用いた場合に良好な画像が得られる導電性ローラ及び該導電性ローラの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に従って、導電性軸体上に1層以上の導電性弾性層が押出し成形により設けられており、該導電性弾性層が加硫後の表面研磨により形状が調整されている導電性ローラにおいて、
該導電性弾性層はカーボンブラックを含有し、
該表面研磨前のローラ外径の振れが200μm以下であり、
該表面研磨後の導電性弾性層における導電性ローラの周方向の最大電流Imaxと最小電流Iminの比(周方向ムラ)Imax/Iminが1.7倍以下である
ことを特徴とする導電性ローラが提供される。
【0011】
また、本発明に従って、導電性軸体上に、
1層以上の導電性弾性層を押出し成形により設ける工程、
該導電性弾性層を加硫する工程、
該加硫後の導電性弾性層の表面を研磨する工程、
を有する導電性ローラの製造方法であって、
該導電性弾性層がカーボンブラックを含有し、
該表面研磨工程前のローラ外径の振れが200μm以下であり、
該表面研磨工程後の導電性弾性層における導電性ローラの周方向の最大電流Imaxと最小電流Iminの比(周方向ムラ)Imax/Iminが1.7倍以下である
ことを特徴とする導電性ローラの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、電子写真感光体汚染や通電耐久性の悪化が発生せず、周方向の抵抗ムラが小さく、電子写真装置の帯電部材として用いた場合に良好な画像が得られる導電性ローラ及び該導電性ローラの製造方法を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0014】
本発明の導電性ローラにおいて、導電性弾性層におけるローラ周方向の最大電流Imaxと最小電流Iminの比(周方向ムラ)Imax/Iminが1.7倍以下であることが必須である。周方向ムラが1.7倍以下である場合、本発明の導電性ローラを帯電部材として用いた電子写真装置において、良好な画像が得られる。周方向ムラが1.7倍より大きい場合、電子写真感光体表面の帯電が均一に行われず、ムラのある画像が得られる恐れがある。
【0015】
本発明の導電性ローラの製造方法としては、ゴム組成物と導電性軸体(芯金)を、クロスヘッドを備えた押出し成形機を用いて共押出し成形した後、加硫し、次いで研磨機により表面を研削して成形することが必須である。押出し成形工程においては、押出し成形、加硫後のローラ形状が真円に近いことが好ましく、具体的にはローラ外径の振れが200μm以下であることが必須であり、100μm以下であることが特に好ましい。研磨前のローラ外径の振れが200μm以下である場合、ローラ周方向の最大電流Imaxと最小電流Iminの比(周方向ムラ)Imax/Iminが1.7倍以下である本発明の導電性ローラが安定して得られる。研磨前のローラ外径の振れが200μmを超える場合、ローラ電流値の周方向ムラが1.7倍より大きくなってしまう。
【0016】
この理由は定かではないが、導電性弾性層の押出し成形工程において、クロスヘッドの内壁付近にゴムの滞留が発生するためであると考えられる。滞留したゴムは、滞留しなかったゴムより大きな熱履歴を受けて高抵抗化し、その高抵抗化したゴムが徐々に押出されてローラの外周に薄い層として形成される。ここで、ローラ外径の振れが小さい場合は、導電性弾性層の表面の研磨工程において高抵抗化したゴムの層は均一的に研削されるため、周方向の電流ムラは発生しない。ところが、研磨前のローラ外径の振れが大きい場合は、高抵抗化したゴムの層が均一に研削されないことから、深く研削された部位は低抵抗となり、浅く研削された部位は高抵抗となるため、電流値の周方向ムラが大きくなると考えられる。
【0017】
導電性弾性層の表面の研磨工程において、押出し成形時のローラ外径が大きく、ローラ外周の高抵抗ゴム層の大部分を、ローラ外径の振れに影響されずに削れるほど研削量が十分に多い場合、ローラ電流値の周方向ムラに対するローラ外径の振れの影響は小さいものであった。しかしながら、研磨カスとして廃棄するゴムの量の削減、及び研磨工程の時間短縮の観点より、押出し成形時のローラ外径を小さくする検討を行った結果、上記の知見を得、本発明を完成させるに至った。
【0018】
導電性弾性層成形における表面の研磨工程においては、その研削量は20μm以上500μm以下の範囲であることが好ましく、50μm以上400μm以下の範囲であることが特に好ましい。研磨工程における研削量とは、ローラの研磨前外径から研磨後外径を引いた値である。この値はローラの外径振れがある場合、偏肉の厚い部分では研削量は減少し、偏肉の薄い部分では研削量は増大する。すなわち、偏肉の最も厚い部分における研削量を最小研削量とし、偏肉の最も薄い部分における研削量を最大研削量とした場合、最小研削量が20μm以上、最大研削量が500μm以下であることが好ましい。最小研削量が20μmより少ない場合、研磨の削り残りが発生する恐れがあり、好ましくない。研削量が500μmより多い場合、研磨カスとして廃棄するゴムの量が多く、また研磨工程の時間も長くなることからコストアップの原因となることから好ましくない。
【0019】
導電性軸体(芯金)としては、例えば、鉄、銅及びステンレス等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等が用いられ、その形状としては、棒状及び板状等が使用できる。本発明における導電性軸体としては、ステンレススチール、めっき処理した鉄、黄銅及び導電性プラスチック、アルミニウム、銅、鉄、又はこれらを含む合金等の良導体が好適に用いられる。0.1〜1.5mm程度の厚さを有する金属管であっても、また棒状であってもよい。
【0020】
導電性弾性層に含有されるカーボンブラックとしては特に限定されず、公知のものを用いることができる。具体例としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラックや、SAF(Super Abrasion Furnace black)級、ISAF(Intermediate Super Abrasion Furnace black)級、HAF(High Abrasion Furnace black)級、MAF(Medium Abrasion Furnace black)級及びFEF(Fast Extruding Furnace)級に分類されるカーボンブラック等が挙げられる。
【0021】
カーボンブラックの使用量は、導電性弾性層のゴム成分100質量部に対して、好ましくは20質量部以上100質量部以下であり、30質量部以上80質量部以下であることがより好ましい。使用量が20質量部未満では体積固有抵抗を所望の値まで低下させることが困難であり、100質量部を超えると導電性ローラの硬度が高くなり過ぎ、感光ドラムとの均一密着性が得られなくなる恐れがある。
【0022】
導電性弾性層に含有される導電剤としては、カーボンブラック以外に、黒鉛、金属及び導電性の各種金属酸化物(酸化錫及び酸化チタン等)等の導電性粉体や、カーボンファイバー及び金属酸化物等の各種導電性繊維を用いることができる。
【0023】
導電性弾性層のゴム成分としては特に限定されず、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、水添アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、エピハロヒドリン系ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ブタジエンゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム及びブチルゴム等が挙げられる。これらの中でも、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム及びエピハロヒドリン系ゴムが好ましく、低コストで得られるエチレン−プロピレン−ジエン系ゴム及びアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムが特に好ましい。
【0024】
本発明における導電性弾性層には、加硫剤及び必要に応じて加硫促進剤や、炭化カルシウム等の充填剤、界面活性剤、可塑剤、難燃剤、老化防止剤、発泡剤及びシランカップリング剤等を適宜配合することができる。可塑剤を用いた場合には、染み出し等による電子写真感光体汚染防止のため、導電性弾性層のゴム成分100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましい。
【0025】
使用できる可塑剤として、例えば、フタル酸エステル系可塑剤、アジピン酸エステル系可塑剤、ポリエステル系可塑剤、セパジン酸エステル系可塑剤及びアクリル系高分子可塑剤等が挙げられる。これらは、1種でも2種以上を混合して用いてもよい。特には、反応性可塑剤の染み出し等が発生し難いことから好ましい。
【0026】
本発明における導電性ローラの導電性弾性層は1層以上であり、1層であることが好ましい。導電性弾性層が3層以上であると研磨前のローラ外径の振れを抑えることが困難となる。
【0027】
また、導電性弾性層の表面には表面処理により表面被覆層を設けることができる。表面被覆層の厚みは0.01μm以上25μm以下の範囲であることが好ましく、特には0.03μm以上5μm以下の範囲であることが好ましい。表面被覆層が0.01μm未満である場合、成形上、表面被覆層の均一性を保つことが困難であり、25μmを超える場合には、表面被覆層の抵抗がローラ全体の抵抗に与える影響が大きくなり、ローラ抵抗の制御が困難になる恐れがある。
【0028】
表面処理の方法としては、ゴムローラ成形後、ゴムローラ表面に表面処理剤を含浸・浸透させて、その後紫外線照射を行う方法が挙げられる。表面処理剤としては、シリコーン系、フッ素系、ウレタン系、アクリル系、ウレタン変性アクリル系及びシリコーン変性ウレタン系が挙げられる。表面処理剤を含浸・浸透させる方法としては、円筒状のリングヘッドを用いたリング塗布方法、浸漬方法、スプレー塗布方法等のいずれの方法でもよい。
【0029】
なお、本発明における導電性ローラには、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。
【0030】
本発明の導電性ローラを電子写真複写機及び電子写真印刷機等の電子写真装置における帯電部材として使用する場合、導電性ローラは、回転させつつ被帯電体表面や記録媒体へ当接するため、適切なローラ硬度を示す弾性ローラとする必要があり、ローラ硬度としては、50以上80以下であることが好ましい。ローラ硬度が50未満の場合は、研磨後のローラの表面が粗れてしまうことがあり、一方80を超えた場合は、高硬度のため、相手部材に対して適当なニップが確保できないといった場合がある。尚、本発明における硬度は、マイクロゴム硬さ計MD−1(高分子計器株式会社製、A型)で測定したマイクロ硬度を指すものである。
【0031】
また、上記のローラ硬度において、ローラの圧縮永久歪を小さくできることから、導電性弾性層は非発泡体ゴムであることが好ましい。
【0032】
本発明の導電性ローラは、例えば次のように製造される。導電性弾性層を構成する各成分を所定量配合し、加圧ニーダーにて混練りしてゴム組成物を製造した後、ゴム組成物と導電性軸体(芯金)を、クロスヘッドを備えた押出し成形機を用いて共押出し成形し、次いで加硫した。加硫方法は、蒸気加硫、オーブン加熱加硫、熱風加熱又はプレス加硫等が使用可能であり、その他の加硫方法であってもよい。加硫条件は使用する原料ゴムや各成分に応じて適宜選択し、通常、加硫温度は120℃以上180℃以下で、20分以上120分以下加硫するのが好ましいが特に制限されるものではない。加硫後、表面を研磨することによりローラが製造される。
【実施例】
【0033】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【0034】
(実施例1〜4及び比較例1〜3)
・アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム 100質量部
(商品名:Nipol1042、日本ゼオン(株)製)
・カーボンブラック 50質量部
(商品名:トーカブラック#5500、東海カーボン(株)製)
・炭酸カルシウム(商品名:シルバーW、白石カルシウム(株)製) 20質量部
・酸化亜鉛(商品名:酸化亜鉛2種、ハイテック(株)製) 5質量部
・ステアリン酸亜鉛(商品名:ジンクステアレート、日本油脂(株)製) 1質量部
・加硫促進剤(商品名:ノクセラーDM、大内新興化学工業(株)製) 1質量部
・加硫促進剤(商品名:ノクセラーTS、大内新興化学工業(株)製) 1質量部
・加硫剤(商品名:サルファックス200S、鶴見化学工業(株)製) 2質量部
【0035】
上記に示される加硫系以外の各成分を所定量配合し、加圧ニーダーDS3−10型((株)モリヤマ製)にて、回転数30rpmで20分間混練した。混練後、ロールで加硫剤、加硫促進剤及び架橋剤を練り込んだ後、クロスヘッドを備えた押出し成形機を用いて図1に示されるように導電性軸体2と共押出し成形し導電性弾性層3を形成した。次に、連続加硫炉にて170℃で30分間加硫した後、導電性弾性層3を表面研磨することで導電性ローラ1を作製した。
【0036】
上記導電性ローラに表面被覆層を、以下の方法を用いた形成した。導電性ローラ表面にシリコーン変性ウレタン系の表面処理剤を円筒状のリングヘッドを用いたリング塗布方法により含浸・浸透を行った。次に紫外線照射処理装置を用いて、低圧水銀オゾンレスランプによる紫外線照射を10分間行った。紫外線照射に関しては酸化チタン含有の石英ガラスを用いた低圧水銀オゾンレスランプ(ハリソン東芝ライティング製)であり、254nmの波長を代表とする紫外線を照射した。
【0037】
表1に示した導電性ローラの測定及び評価は以下の方法で行った。
【0038】
<ローラ外径の振れ>
ローラ外径の振れは、研磨前のローラの中央部をP2とし、中央から左右90mmの部分をそれぞれP1及びP3とし、この3点におけるローラ外径の振れ精度をレーザー外径測定機「VG−300:(株)キーエンス社製」にて測定し、その最大値をローラ外径の振れとした。また、3点におけるローラ外径の平均値をローラ外径とした
<研削量>
研磨前後のローラ外径及びローラ外径の振れより最大・最小研削量を求めた。
【0039】
<ローラ硬度>
ローラ硬度は、導電性ローラの長手方向3ケ所、周方向4ヶ所の合計12ヶ所を高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬さ計MD−1(商品名)で測定し、その平均値を試験導電性ローラのローラ硬度とした。
【0040】
<ローラ抵抗の周方向ムラ>
ローラ抵抗測定は、常温常湿(23℃/50%RH)の環境下において、表面被覆層を設ける前のゴムローラ試験片を、両端部に荷重500gを加え金属製のスリーブに当接し、芯金端部より200Vの直流電圧を印加しながら、回転速度30rpmにおいて1分間のローラ抵抗値を測定し、最大電流Imaxと最小電流Iminを測定し、電流の周方向ムラ(Imax/Imin)を求めた。
【0041】
<画像評価>
表面被覆層を設けた導電性ローラを、電子写真方式のプリンターの画像形成装置(キヤノン(株)製;LBP−2510)における帯電ローラとして組み込み、40℃/95%RHの環境下で1月間保存したのち、白黒の標準パターンを出力し、画出し確認を行い、下記基準で評価した。
○:画像不良が全く見られなかった。
×:抵抗値の周方向ムラに起因すると見られる画像不良が見られた。
【0042】
【表1】

【0043】
表1より明らかなように、本発明の導電性ローラは、周方向の抵抗ムラが小さく、電子写真装置の帯電部材として用いた場合に良好な画像が得られる。また、電子写真感光体汚染や、通電耐久性の悪化といった問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明の導電性ローラの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【0045】
1 導電性ローラ
2 導電性軸体
3 導電性弾性層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性軸体上に1層以上の導電性弾性層が押出し成形により設けられており、該導電性弾性層が加硫後の表面研磨により形状が調整されている導電性ローラにおいて、
該導電性弾性層はカーボンブラックを含有し、
該表面研磨前のローラ外径の振れが200μm以下であり、
該表面研磨後の導電性弾性層における導電性ローラの周方向の最大電流Imaxと最小電流Iminの比(周方向ムラ)Imax/Iminが1.7倍以下である
ことを特徴とする導電性ローラ。
【請求項2】
前記表面研磨による研削量が20μm以上500μm以下である請求項1に記載の導電性ローラ。
【請求項3】
前記導電性弾性層のゴム成分100質量部に対してカーボンブラックを20質量部以上100質量部以下含有している請求項1又は2に記載の導電性ローラ。
【請求項4】
前記導電性弾性層が非発泡体ゴムである請求項1〜3のいずれかに記載の導電性ローラ。
【請求項5】
前記導電性ローラのローラ硬度が50以上80以下である請求項1〜4のいずれかに記載の導電性ローラ。
【請求項6】
導電性軸体上に、
1層以上の導電性弾性層を押出し成形により設ける工程、
該導電性弾性層を加硫する工程、
該加硫後の導電性弾性層の表面を研磨する工程、
を有する導電性ローラの製造方法であって、
該導電性弾性層がカーボンブラックを含有し、
該表面研磨工程前のローラ外径の振れが200μm以下であり、
該表面研磨工程後の導電性弾性層における導電性ローラの周方向の最大電流Imaxと最小電流Iminの比(周方向ムラ)Imax/Iminが1.7倍以下である
ことを特徴とする導電性ローラの製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2008−152100(P2008−152100A)
【公開日】平成20年7月3日(2008.7.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−341205(P2006−341205)
【出願日】平成18年12月19日(2006.12.19)
【出願人】(393002634)キヤノン化成株式会社 (640)
【Fターム(参考)】