導電性ローラ用ゴム組成物およびその製造方法ならびに導電性ローラ
【課題】使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性を低く抑えることが可能で、画像形成装置内の接触部品である感光体等を汚染し難い導電性ローラ用ゴム組成物を提供すること。
【解決手段】ゴム組成物は、シャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成し、ポリマー成分と、ポリマー成分に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを有する。導電性シリカは、シリカが導電処理されたものであることが好ましく、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有することが好ましい。このようなゴム組成物の製造方法は、導電性シリカを準備する工程と、導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程とを含む。
【解決手段】ゴム組成物は、シャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成し、ポリマー成分と、ポリマー成分に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを有する。導電性シリカは、シリカが導電処理されたものであることが好ましく、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有することが好ましい。このようなゴム組成物の製造方法は、導電性シリカを準備する工程と、導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ローラ用ゴム組成物およびその製造方法に関し、また導電性ローラ用ゴム組成物からなる弾性層を備えた導電性ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機、プリンタ、またはファクシミリなどの電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、またはベルト駆動ローラなどの導電性が付与されたローラ（導電性ローラ）が用いられている。
【０００３】
導電性ローラは、シャフトの外周面に弾性層が被覆されてなる構造を基本構造としている。導電性ローラを構成する弾性層は、ポリウレタンまたはエピクロルヒドリンゴムなどのゴム基材に、導電剤を添加して所定の電気抵抗を持たせたものである。この弾性層には、カーボンブラックなどの導電剤を添加した電子導電性タイプと、過塩素酸リチウムなどのアルカリ金属塩を添加したイオン導電性タイプと、これらを併せたハイブリッドタイプとが知られている。
【０００４】
このうち、電子導電性タイプのものは、カーボンブラックをポリマー中に均一に分散させることが非常に困難である点、およびカーボンブラックの配合量の僅かなずれによって導電性ローラの電気抵抗値が大きく変わってしまう点等から、製造安定性に欠けるという問題がある。
【０００５】
イオン導電性タイプのものとしては、エピクロルヒドリンゴムとＮＢＲとのブレンドゴムに、リチウム塩とアジピン酸との混合物を添加したもの（特許文献１）、およびゴムに、カチオンを含むイオン性液体を添加したもの（特許文献２）などが知られている。しかし、イオン導電性タイプのものは、環境依存性を有し、環境の変動によりローラの抵抗値が変動するという問題がある。ここでの環境依存性とは、低温低湿下におけるローラの抵抗値と、高温高湿下におけるローラの抵抗値との間に、所定値以上の差があることを意味する。
【０００６】
さらに、イオン導電性タイプのものでは、アルカリ金属塩などのイオン導電剤を添加する部数に限りがあり、イオン導電剤を多量に添加すると当該イオン導電剤がローラから染み出してブリードし、感光体等を汚染するという問題がある。
【０００７】
また、導電剤として、導電処理が施されたシリカ（導電性シリカ）が、従来、知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１９７２６７号公報
【特許文献２】特開２００３−１９２８４５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１／００７７３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性を低く抑えることが可能で、画像形成装置内の接触部品である感光体等を汚染し難い導電性ローラ用ゴム組成物および導電性ローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物は、シャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成し、ポリマー成分と、ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを有する。
【００１１】
ポリマー成分は、当該ポリマー成分１００質量部中にニトリルゴムおよびエチレンプロピレンゴムのうちの少なくとも一方を５０質量部以上含むことが好ましく、ニトリルゴムの含有量とエチレンプロピレンゴムの含有量との合計が１００質量部となるように調製されていることがより好ましい。
【００１２】
導電性シリカは、シリカが導電処理されたものであれば良く、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有することが好ましい。シリカは、疎水処理されたものであることがさらに好ましい。
【００１３】
ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上６質量部以下の発泡剤をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
本発明に係る導電性ローラは、本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物からなる弾性層を備えている。
【００１５】
本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法は、導電性シリカを準備する工程と、導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程とを含む。導電性シリカを準備する工程は、シリカに対して導電処理を行なう工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物によれば、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性を低く抑えることができ、画像形成装置内の接触部品である感光体等を汚染し難い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る導電性ローラの横断面図である。
【図２】実施例および比較例におけるローラ抵抗値の測定方法について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の導電性ローラ用ゴム組成物（以下では「ゴム組成物」と記すことがある）およびその製造方法ならびに導電性ローラを説明する。なお、本発明は、以下に示す事項に限定されない。
【００１９】
＜ゴム組成物の組成＞
本発明に係るゴム組成物は、導電性ローラを構成するシャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成するものであり、ポリマー成分と、ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを含む。
【００２０】
＜ポリマー成分＞
ゴム成分としてのポリマー成分は、その材料に特に限定されず、ジエン系ゴム、または非ジエン系ゴムなどであれば良い。ジエン系ゴムは、たとえば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ（nitrile butadiene rubber））、またはスチレン−ブタジエンゴムなどであれば良い。非ジエン系ゴムは、たとえば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ（ethylene propylene rubber））、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、またはアクリルゴムなどであれば良い。これらのゴムを２種以上混合して本発明におけるポリマー成分としても良い。
【００２１】
本発明におけるポリマー成分は、当該ポリマー成分１００質量部に対して、ＮＢＲおよびＥＰＭの少なくとも一方を５０質量部以上含むことが好ましく、ＮＢＲおよびＥＰＭの少なくとも一方を８０質量部以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、本発明におけるポリマー成分は、ＮＢＲの含有量とＥＰＭの含有量との合計が１００質量部となるように調製されていることである。ここで、「本発明におけるポリマー成分は、ＮＢＲの含有量とＥＰＭの含有量との合計が１００質量部となるように調製されている」は、ポリマー成分がＮＢＲとＥＰＭとからなることを意味し、ポリマー成分がＮＢＲおよびＥＰＭ以外のゴム成分を含まないことを意味する。
【００２２】
本発明におけるポリマー成分がＮＢＲとＥＰＭとの両方を含む場合には、ＮＢＲ：ＥＰＭ＝９０：１０〜１０：９０（質量比）であることが好ましく、より好ましくはＮＢＲ：ＥＰＭ＝８０：２０〜６０：４０（質量比）である。ＮＢＲとＥＰＭとの質量比が上記範囲内であれば、ＮＢＲ自体がイオン導電性を示すため、初期抵抗値が低くなる。よって、少量の導電剤の添加で十分に低抵抗化が図れる。また、ポリマー成分がＥＰＭを含むことにより、オゾンに因る劣化を低減できる。
【００２３】
ＮＢＲは、アクリロニトリルと１，３−ブタジエンとの共重合体である。結合アクリロニトリル量（アクリロニトリル含有量）は特に限定されないが、たとえば１０〜５５％であれば良く、１５〜４３％であることが好ましい。
【００２４】
また、ＮＢＲとして、メタクリル酸を共重合したカルボキシル変性ニトリルゴム、ブタジエンの一部をイソプレンに置き換えたＮＢＩＲ、またはブタジエン部分の二重結合に水素を付加させた水素添加ニトリルゴムなどを用いても良い。
【００２５】
ＥＰＭは、エチレンとプロピレンとの共重合体であり、ＥＰＭとして、ＥＰＭに少量のジエンモノマーを導入して主鎖中に二重結合をもたせたもの（ＥＰＤＭ（ethylene propylene diene terpolymer））を用いても良い。ここで、ジエンモノマーは、特に限定されないが、たとえばエチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエンなどであれば良く、エチリデンノルボルネンであることが好ましい。ジエンモノマーの導入量は、特に限定されないが、ＥＰＭに対して３質量％以上１５質量％以下であれば良く、ＥＰＭに対して５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
【００２６】
＜導電性シリカ＞
導電性シリカは、導電処理が施されたシリカであり、１０5Ωｃｍ以上１０12Ωｃｍ以下の体積抵抗値を有している。ここで、導電処理の具体的な方法は、特に限定されず、たとえばイオン性液体をシリカの表面に噴射するという方法がある。また、導電性シリカの体積抵抗値の測定方法は、たとえば導電性シリカをプレスして９．８×１０6Ｐａの圧力をかけたときの抵抗値を測定するという方法であれば良い。
【００２７】
ここで、イオン性液体は、室温でも液体で存在する塩を意味し、特に限定されないが、たとえば４級塩であれば良い。４級塩を構成するカチオンは、たとえば第４級アンモニウムカチオンまたは第４級ホスホニウムカチオンであれば良い。第４級アンモニウムカチオンは、特に限定されず、テトラペンチルアンモニウムカチオンなどの脂肪族アンモニウムカチオンであっても良いし、１，１−ジメチルピロリジニウムカチオンなどの脂環式アンモニウムカチオンであっても良いし、１−メチルピリジニウムカチオンなどの窒素を含む芳香族アンモニウムカチオンであっても良い。また、第４級ホスホニウムカチオンは、特に限定されず、テトラメチルホスホニウムなどであっても良い。なお、第４級アンモニウムカチオンおよび第４級ホスホニウムカチオンのそれぞれにおいて、窒素またはリンに結合される置換基は互いに異なっていても良いし、窒素またはリンに結合される置換基の少なくとも２つが互いに同一であっても良い。
【００２８】
４級塩を構成するアニオンは、たとえばフッ化アルキルスルホニル基を含有するアニオン、テトラフルオロボレートイオン、またはヘキサフルオロフォスフェートイオンなどであれば良い。
【００２９】
従来のゴム組成物は、導電剤としてイオン導電剤を含む。しかし、イオン導電剤は、通常、極性基を有しているため、吸湿性に優れる。そのため、イオン導電剤を含むゴム組成物を用いて導電性ローラを作製すると、得られた導電性ローラでは使用環境（湿度など）の変動による環境依存性を低く抑えることが難しい。一方、本発明における導電性シリカでは、表面の少なくとも一部分がイオン性液体に由来する膜で被覆されている。よって、本発明における導電性シリカは、イオン導電剤よりも吸湿性に劣ると考えられ、使用環境の影響を受け難いゴム組成物を提供できる。したがって、本発明に係るゴム組成物を用いて導電性ローラの弾性層を構成すれば、使用環境の変動による環境依存性が低く抑えられた導電性ローラを提供することができる。
【００３０】
また、従来のイオン導電剤を使用した場合、高温高湿下において導電剤がローラ表面に染み出てくることがあり感光体汚染を起こし易い。一方、本発明における導電剤は、導電性シリカであって、イオン性液体とシリカとが結合状態にある。よって、導電剤がローラから染み出ることを防止できるので、感光体汚染が起こりにくくなる。
【００３１】
本発明における導電性シリカは、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴの比表面積を有していることが好ましく、１００ｍ2／ｇ以下のＢＥＴの比表面積を有していることがより好ましく、５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴの比表面積を有していることがさらに好ましい。導電性シリカのＢＥＴの比表面積が１５０ｍ2／ｇ以下であれば、導電性シリカの吸湿性を低く抑えることができる。このような導電性シリカは、ＢＥＴの比表面積が１５０ｍ2／ｇ以下であるシリカに対して上記導電処理を施すことにより得られ、ＢＥＴの比表面積が１００ｍ2／ｇ以下であるシリカに対して上記導電処理を施すことにより得られることが好ましく、ＢＥＴの比表面積が５０ｍ2／ｇ以下であるシリカに対して上記導電処理を施すことにより得られることがさらに好ましい。
【００３２】
本発明における導電性シリカは、シリカに対して導電処理だけでなく疎水処理も施すことにより作製されることが好ましい。これにより、導電性シリカの吸湿性の更なる低下を図ることができるため、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性をさらに低く抑えることができる。疎水処理の方法は、特に限定されないが、たとえば表面改質剤を併用してイオン性液体による表面処理を行なうという方法がある。ここで、表面改質剤は、特に限定されないが、ヘキサメチルジシラザンなどのアルキルシラザン系化合物、ジメチルジメトキシシランなどのアルキルアルコキシシラン系化合物、ジメチルジクロロシランなどのクロロシラン系化合物、またはシリコーンオイル系化合物であれば良く、これらを２種以上混合したものであっても良い。
【００３３】
本発明では、導電性シリカの配合量は、ポリマー成分１００質量部に対して、１質量部以上２０質量部以下であり、好ましくは５質量部以上１５質量部以下であり、より好ましくは１０質量部以上１５質量部以下である。導電性シリカの配合量が１質量部未満であれば、導電性シリカを添加したことにより得られる効果を十分に得ることができない。よって、導電性がほとんど発現せずローラの抵抗値が高くなる。一方、導電性シリカの配合量が２０質量部を超えると、コスト面において不利になる可能性がある。
【００３４】
＜発泡剤＞
本発明に係るゴム組成物は、ポリマー成分および導電性シリカ以外に発泡剤を含んでいることが好ましい。これにより、スポンジ系の導電性ローラを提供することができる。
【００３５】
発泡剤は、材料に限定されないが、化学発泡剤であることが好ましい。化学発泡剤は有機系と無機系とに分類される。有機系の発泡剤は、たとえば、アゾジカルボンアミドなどのアゾ化合物、Ｎ，Ｎ'−ジニトロソペンタメチレンテトラアミンなどのニトロソ化合物、またはベンゼンスルホニルヒドラジドなどのヒドラジン誘導体であれば良い。無機系の発泡剤は、たとえば、重炭酸ナトリウム（重曹）、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、または炭酸水素ナトリウムなどであれば良い。これらの発泡剤を２種以上混合して本発明の発泡剤として用いても良い。
【００３６】
発泡剤の配合量は、特に限定されないが、ゴム組成物１００質量部に対して１質量部以上であれば良く、好ましくは１質量部以上６質量部以下であることである。ゴム組成物１００質量部に対して１質量部未満の発泡剤を含むゴム組成物では、十分に発泡した弾性層を提供できない場合がある。また、ゴム組成物１００質量部に対して６質量部よりも多くの発泡剤を含むゴム組成物では、加硫阻害によって加硫が不十分になり、そのために加工性の悪化またはローラの抵抗値の環境依存性の増大という問題が起こりやすい。
【００３７】
＜そのほかの材料＞
本発明に係るゴム組成物は、以下に示す材料の少なくとも１つの材料を含んでいても良い。
【００３８】
＜発泡助剤＞
本発明に係るゴム組成物が発泡剤を含む場合には、本発明に係るゴム組成物は発泡助剤も含むことが好ましい。発泡助剤は、たとえば、サリチル酸などの有機酸系助剤または尿素系助剤などである。発泡助剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００３９】
＜加硫剤＞
加硫剤は、材料に限定されないが、硫黄、テトラアルキルチラウム−ジサルファイドなどの硫黄系有機化合物、酸化マグネシウムなどの金属化合物、またはパーオキシエステル類などの有機過酸化物であれば良い。これらの材料を単独で用いても良いし、これらの材料の２種以上を組み合わせて用いても良い。この中でも、安価且つ容易に入手可能であり、加硫作用に優れ、さらに耐摩耗性に優れるという点において、硫黄または硫黄系有機化合物を用いることが好ましい。加硫剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４０】
＜加硫促進剤＞
本発明に係るゴム組成物が加硫剤を含む場合、本発明に係るゴム組成物は加硫促進剤を含むことが好ましい。加硫促進剤は、材料に特に限定されず、ジベンゾチアゾイルジサルファイドなどのチアゾール類、シクロヘキシルスルフェンアミド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などのチラウム類、またはジメチルジチオカーバメート亜鉛塩などのジチオ酸塩などであれば良い。これらの材料を単独で用いても良いし、これらの材料の２種以上を組み合わせて用いても良い。加硫促進剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４１】
＜加硫促進助剤＞
本発明に係るゴム組成物が加硫促進剤を含む場合、本発明に係るゴム組成物は加硫促進助剤を含むことが好ましい。加硫促進助剤は、材料に特に限定されず、亜鉛華などの金属酸化物、ステアリン酸亜鉛またはオレイン酸などの脂肪酸であれば良い。加硫促進助剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４２】
＜充填剤＞
充填剤は、材料に限定されないが、カーボンブラック、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、クレー、コルク、タルク、ゼオライト、アルミナ、マイカ、グラファイト、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウム、二塩基亜リン酸塩、木片、ガラス粉、またはセラミックス粉などであれば良い。これらの材料を単独で用いても良いし、これらの材料を２種以上組み合わせて用いても良い。充填剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４３】
本発明に係るゴム組成物は、さらに、加工助剤、老化防止剤、補強剤、または軟化剤などを含んでいても良い。加工助剤は、たとえばオレイン酸などの脂肪酸、または亜鉛華などの金属酸化物であれば良い。老化防止剤は、アミン類、フェノール類、またはイミダゾール類などであれば良い。軟化剤は、鉱物油、植物油、または合成軟化剤であれば良い。
【００４４】
＜ゴム組成物の製造方法＞
本発明に係るゴム組成物は、導電性シリカを準備する工程と、導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程とを備えている。
【００４５】
導電性シリカを準備する工程では、所定のＢＥＴ比表面積を有するシリカに対して導電処理を行なうことが好ましい。ここで、所定のＢＥＴ比表面積を有するシリカとは、上記＜導電性シリカ＞で記したように、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有するシリカであることが好ましく、１００ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有するシリカであることがより好ましく、５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有するシリカであることがさらに好ましい。また、導電処理の方法は、上記＜導電性シリカ＞で記した方法であれば良い。
【００４６】
導電性シリカを準備する工程では、所定のＢＥＴ比表面積を有するシリカに対して導電処理だけでなく疎水処理も行なうことがより好ましい。疎水処理の方法は、上記＜導電性シリカ＞で記した方法であれば良い。
【００４７】
導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程では、ポリマー成分１００質量部に対して、上記＜導電性シリカ＞で記した添加量の導電性シリカ、上記充填剤、および上記加硫剤を混合すれば良い。このとき、ポリマー成分１００質量部に対して上記＜発泡剤＞で記した添加量の発泡剤をさらに混合しても良いし、上記発泡助剤、上記加硫促進剤、または上記加硫促進助剤なども混合しても良い。
【００４８】
＜導電性ローラの構成＞
図１は、本発明に係る導電性ローラの横断面図である。導電性ローラ１は、シャフト１１と、シャフト１１の外周面上に設けられた弾性層１２とを備えている。弾性層１２は、本発明に係るゴム組成物からなる。よって、本発明に係る導電性ローラ１では、使用環境の変動による環境依存性を低く抑えることができ、また感光体が導電剤（導電性シリカ）に汚染されることを防止できる。
【００４９】
発泡剤を含むゴム組成物を用いて弾性層１２を構成すれば、スポンジ系の導電性ローラを提供できる。一方、発泡剤を含まないゴム組成物を用いて弾性層１２を構成すれば、ソリッド系の導電性ローラを提供できる。
【００５０】
本発明に係る導電性ローラは、２層構造に限定されない。たとえば、本発明に係る導電性ローラは、弾性層１２の外側に、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、またはアクリル樹脂などからなる樹脂層を形成しても良い。これにより、導電性ローラの表面の摩擦抵抗または粘着力が低減され、トナー離型性またはクリーニング性がより良好となる。また、弾性層１２と樹脂層との電気抵抗値が近接していれば、樹脂層の厚みを変えた場合における電気抵抗値の変動を小さく抑えることができるので、製造工程管理の上で好都合である。
【００５１】
本発明では、導電性ローラの表面を紫外線照射などによって炭化させ、摩擦抵抗または粘着力を低減する表面処理も有用である。このような表面処理を行なう場合、感光体、転写ベルト、トナー、またはクリーニングプレートなどに対する摩擦抵抗または粘着力が低減されるため、紙汚れ、または導電性ローラからの汚染を防止できる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
＜実施例１〜１９，比較例１〜６＞
＜導電性シリカＩの製造＞
脂肪族アミン系のイオン性液体（広栄化学工業株式会社製、品番ＩＬ−Ａ２）５ｇに、有機溶媒としてエタノール１５ｇを添加して希釈させたイオン性液体を用意した。次に、比表面積が５０ｍ2／ｇの気相法で得られたシリカ粉（日本アエロジル株式会社製、商品名アエロジル５０）１００ｇを反応容器に入れた。窒素雰囲気下で、シリカ粉を回転羽根で攪拌させながら上記イオン性液体を上記反応容器に添加した。その後、これらを窒素雰囲気下で、２００℃の温度で６０分間攪拌させながら混合してから、冷却水で冷却した。これにより、導電性シリカＩを得た。このように疎水処理を行なうことなく導電性シリカＩを得たので、導電性シリカＩのシラノール基の数は「少ない」であった。
【００５４】
＜導電性シリカＩＩの製造＞
イオン性液体を広栄化学工業株式会社製の品番ＩＬ−Ａ３に変更したことを除いては上記＜導電性シリカＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＩＩを得た。このように疎水処理を行なうことなく導電性シリカＩＩを得たので、導電性シリカＩＩのシラノール基の数は「少ない」であった。
【００５５】
＜導電性シリカＩＩＩの製造＞
脂肪族アミン系のイオン性液体（広栄化学工業株式会社製、品番ＩＬ−Ａ３）５ｇにエタノール１５ｇだけでなく表面改質剤としてヘキサメチルジシラザン２０ｇも添加して希釈させたイオン性液体を用いたことを除いては上記＜導電性シリカＩＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＩＩＩを得た。このように導電性シリカＩＩＩは導電性シリカＩＩに対して疎水処理が施されたものであるので、導電性シリカＩＩＩのシラノール基の数は「非常に少ない」であった。
【００５６】
＜導電性シリカＩＶの製造＞
脂肪族アミン系のイオン性液体（広栄化学工業株式会社製、品番ＩＬ−Ａ３）５ｇにエタノール１５ｇだけでなく表面改質剤としてジメチルシリコーンオイル２０ｇも添加して希釈させたイオン性液体を用いたことを除いては上記＜導電性シリカＩＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＩＶを得た。このように導電性シリカＩＶは導電性シリカＩＩに対して疎水処理が施されたものであるので、導電性シリカＩＶのシラノール基の数は「非常に少ない」であった。
【００５７】
＜導電性シリカＶの製造＞
比表面積が１５０ｍ2／ｇの気相法で得られたシリカ粉（日本アエロジル株式会社製、商品名アエロジル１５０）を用いたことを除いては上記＜導電性シリカＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＶを得た。導電性シリカＶの比表面積は導電性シリカＩなどに比べて大きいため、導電性シリカＶのシラノール基の数は「やや多い」であった。
【００５８】
＜導電性シリカＩ〜Ｖの比表面積の測定＞
ＢＥＴ法にしたがって導電性シリカＩ〜Ｖの比表面積を測定した。
【００５９】
＜ゴム組成物の製造＞
表１〜表５のそれぞれに示すポリマー成分をニーダー機で素練りしてから、表１〜表５のそれぞれに示す材料のうちポリマー成分以外の材料を順にニーダー機に投入して混練した。これにより、実施例１〜１９および比較例１〜６に係るゴム組成物を得た。
【００６０】
＜導電性ローラの製造＞
得られたゴム組成物を円筒形に押出し成形した。１５０℃で５０分間の蒸気加硫を行ない、ステンレス製のシャフトに挿入した。研磨機によりゴム表面を研削加工して、ゴム組成物からなる弾性層を形成した。これにより、実施例１〜１９および比較例１〜６に係る導電性ローラを得た。得られた導電性ローラに対して下記の性能評価を行なった。
【００６１】
＜性能評価＞
＜ローラ抵抗値の測定＞
図２は、実施例および比較例におけるローラ抵抗値の測定方法について説明する模式図である。図２に示すように、直径３０ｍｍの金属ロール３１に、導電性ローラ３２を両端０．５ｋｇ、合計１ｋｇで当接し、抵抗計３３（商品名：Ｒ８３４０Ａ、アドバンテスト社製）を用いて、１０００Ｖの電圧を印加した。１０秒間の測定における体積抵抗値の最大値と最小値との平均値をローラ抵抗値とした。
【００６２】
＜環境変動量の算出＞
ＬＬ環境（温度１０℃、湿度１５％）、ＮＮ環境（温度２２℃、湿度５５％）、およびＨＨ環境（温度２８℃、湿度８５％）の各環境下に導電性ローラを２４時間以上放置した。それから、上記＜ローラ抵抗値の測定＞に記載の方法にしたがって、当該導電性ローラのローラ抵抗値をそれぞれ測定した。そして、（環境変動量）＝（ＬＬ環境下でのローラ抵抗値（ｌｏｇΩ））−（ＨＨ環境下でのローラ抵抗値（ｌｏｇΩ））にしたがって、環境変動量を算出した。
【００６３】
＜環境依存性の評価＞
上記＜環境変動量の算出＞で得られた環境変動量の大きさにしたがって、導電性ローラの環境依存性を調べた。表１〜表４では、環境変動量が１．１以下である場合には「Ａ１」と記し、環境変動量が１．１よりも大きく１．３以下である場合には「Ｂ１」と記し、環境変動量が１．３よりも大きい場合には「Ｃ１」と記している。また、表５では、環境変動量が１．３以下である場合には「Ａ１」と記し、環境変動量が１．３よりも大きく１．５以下である場合には「Ｂ１」と記し、環境変動量が１．５よりも大きい場合には「Ｃ１」と記している。なお、表５では、「Ｂ１」に該当するものはなかった。
【００６４】
＜感光体汚染性＞
得られた導電性ローラを、感光体に当接して荷重をかけた状態で温度が４０℃であり湿度が９０%である環境下に一週間放置した。その後、その感光体を用いて画像評価を行った。表１〜表５では、感光体のうち導電性ローラが当接されていた部分に色抜けなどの異常画像が認められなかった場合には「Ａ２」と記し、感光体のうち導電性ローラが当接されていた部分に色抜けなどの異常画像が認められた場合には「Ｃ２」と記している。
【００６５】
結果を表１〜表５に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
【表２】
【００６８】
【表３】
【００６９】
【表４】
【００７０】
【表５】
【００７１】
表１〜表５の注釈は以下の通りである
（注１） ＥＣＯ−Ｘは、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとアリルグリシジルエーテルとの三元共重合体であり、（エピクロルヒドリン）：（エチレンオキサイド）：（アリルグリシジルエーテル）＝４０：５６：４（モル比）である
（注２） ＥＣＯ−Ｙは、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとアリルグリシジルエーテルとの三元共重合体であり、（エピクロルヒドリン）：（エチレンオキサイド）：（アリルグリシジルエーテル）＝６３：３１：６（モル比）である
（注３） ＮＢＲは、日本ゼオン株式会社製の「ＤＮ４０１」である
（注４） ＥＰＤＭは、三井化学株式会社製の「ＥＰＴ４０２１」である
（注５） ＣＢ（carbon black）は、旭カーボン株式会社製の「旭サーマル」である
（注６） シリカは、日本アエロジル株式会社製の「ＡＥＲＯＳＩＬ５０」である
（注７） イオン導電剤は、広栄化学工業株式会社製の「ＩＬ−Ａ２」である
（注８） 酸化亜鉛は、正同化学工業株式会社製の「亜鉛華特号」である
（注９） ステアリン酸は、旭電化製の「脂肪酸ＳＡ−２００」である
（注１０） 硫黄は、鶴見化学工業株式会社製の「サルファックスＡ」である
（注１１） 加硫促進剤Ａは、川口化学工業株式会社製の「アクセルＤＭ」である
（注１２） 加硫促進剤Ｂは、川口化学工業株式会社製の「アクセルＴＴ」である
（注１３） 加硫促進剤Ｃは、川口化学工業株式会社製の「アクセルＤＺ」である
（注１４） 発泡剤は、永和化成工業株式会社製の「ネオセルボン♯１０００Ｍ」（ＯＢＳＨ系発泡剤）である。
【００７２】
実施例１〜１４では、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性が低く抑えられており、また、感光体汚染性も低く抑えられていた。この理由としては、実施例１〜１４に係る導電性ローラが所定量の導電性シリカを含んでいることが考えられる。
【００７３】
一方、比較例１〜２では、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性を低く抑えることができなかった。この理由としては、比較例１〜２における導電性ローラに導電剤が含まれておらず、イオン導電性ポリマーのみによって導電性を発現させていることが挙げられる。
【００７４】
また、比較例３〜４における導電性ローラは、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性は低く抑えられていたが、感光体汚染性を低く抑えることはできなかった。この理由としては、比較例３〜４における導電性ローラにはイオン導電剤が含まれているため、イオン導電剤が導電性ローラから染み出すということが挙げられる。
【００７５】
特に実施例５と比較例２とを比較すると、両者ではＮＮ環境下でのローラ抵抗値には大差ないが、環境変動量は大きく異なった。このことから、環境変動量を低下させるためには所定量の導電性シリカをゴム組成物に含ませることが有用であることが分かる。
【００７６】
実施例１〜３の結果と実施例４〜７の結果とから、および実施例８〜１０の結果と実施例１１〜１４の結果とから、イオン性液体の種類に依らず、ゴム組成物が所定量の導電性シリカを含んでいれば環境変動量が低下することが分かる。
【００７７】
表４に示す結果から、ポリマー成分におけるＮＢＲとＥＰＤＭとの混合比率に依らず、ゴム組成物が所定量の導電性シリカを含んでいれば環境変動量が低下することが分かる。
【００７８】
表５に示す結果から、スポンジ系ローラにおいても、ゴム組成物が所定量の導電性シリカを含んでいれば環境変動量が低下することが分かる。
【００７９】
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特許請求の範囲によって示され、特許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ことが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１ 導電性ローラ、１１ シャフト、１２ 弾性層、３１ 金属ロール、３２ 導電性ローラ、３３ 抵抗計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ローラ用ゴム組成物およびその製造方法に関し、また導電性ローラ用ゴム組成物からなる弾性層を備えた導電性ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機、プリンタ、またはファクシミリなどの電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、またはベルト駆動ローラなどの導電性が付与されたローラ（導電性ローラ）が用いられている。
【０００３】
導電性ローラは、シャフトの外周面に弾性層が被覆されてなる構造を基本構造としている。導電性ローラを構成する弾性層は、ポリウレタンまたはエピクロルヒドリンゴムなどのゴム基材に、導電剤を添加して所定の電気抵抗を持たせたものである。この弾性層には、カーボンブラックなどの導電剤を添加した電子導電性タイプと、過塩素酸リチウムなどのアルカリ金属塩を添加したイオン導電性タイプと、これらを併せたハイブリッドタイプとが知られている。
【０００４】
このうち、電子導電性タイプのものは、カーボンブラックをポリマー中に均一に分散させることが非常に困難である点、およびカーボンブラックの配合量の僅かなずれによって導電性ローラの電気抵抗値が大きく変わってしまう点等から、製造安定性に欠けるという問題がある。
【０００５】
イオン導電性タイプのものとしては、エピクロルヒドリンゴムとＮＢＲとのブレンドゴムに、リチウム塩とアジピン酸との混合物を添加したもの（特許文献１）、およびゴムに、カチオンを含むイオン性液体を添加したもの（特許文献２）などが知られている。しかし、イオン導電性タイプのものは、環境依存性を有し、環境の変動によりローラの抵抗値が変動するという問題がある。ここでの環境依存性とは、低温低湿下におけるローラの抵抗値と、高温高湿下におけるローラの抵抗値との間に、所定値以上の差があることを意味する。
【０００６】
さらに、イオン導電性タイプのものでは、アルカリ金属塩などのイオン導電剤を添加する部数に限りがあり、イオン導電剤を多量に添加すると当該イオン導電剤がローラから染み出してブリードし、感光体等を汚染するという問題がある。
【０００７】
また、導電剤として、導電処理が施されたシリカ（導電性シリカ）が、従来、知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１９７２６７号公報
【特許文献２】特開２００３−１９２８４５号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１／００７７３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性を低く抑えることが可能で、画像形成装置内の接触部品である感光体等を汚染し難い導電性ローラ用ゴム組成物および導電性ローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物は、シャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成し、ポリマー成分と、ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを有する。
【００１１】
ポリマー成分は、当該ポリマー成分１００質量部中にニトリルゴムおよびエチレンプロピレンゴムのうちの少なくとも一方を５０質量部以上含むことが好ましく、ニトリルゴムの含有量とエチレンプロピレンゴムの含有量との合計が１００質量部となるように調製されていることがより好ましい。
【００１２】
導電性シリカは、シリカが導電処理されたものであれば良く、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有することが好ましい。シリカは、疎水処理されたものであることがさらに好ましい。
【００１３】
ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上６質量部以下の発泡剤をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
本発明に係る導電性ローラは、本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物からなる弾性層を備えている。
【００１５】
本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法は、導電性シリカを準備する工程と、導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程とを含む。導電性シリカを準備する工程は、シリカに対して導電処理を行なう工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る導電性ローラ用ゴム組成物によれば、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性を低く抑えることができ、画像形成装置内の接触部品である感光体等を汚染し難い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る導電性ローラの横断面図である。
【図２】実施例および比較例におけるローラ抵抗値の測定方法について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の導電性ローラ用ゴム組成物（以下では「ゴム組成物」と記すことがある）およびその製造方法ならびに導電性ローラを説明する。なお、本発明は、以下に示す事項に限定されない。
【００１９】
＜ゴム組成物の組成＞
本発明に係るゴム組成物は、導電性ローラを構成するシャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成するものであり、ポリマー成分と、ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを含む。
【００２０】
＜ポリマー成分＞
ゴム成分としてのポリマー成分は、その材料に特に限定されず、ジエン系ゴム、または非ジエン系ゴムなどであれば良い。ジエン系ゴムは、たとえば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ（nitrile butadiene rubber））、またはスチレン−ブタジエンゴムなどであれば良い。非ジエン系ゴムは、たとえば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ（ethylene propylene rubber））、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、またはアクリルゴムなどであれば良い。これらのゴムを２種以上混合して本発明におけるポリマー成分としても良い。
【００２１】
本発明におけるポリマー成分は、当該ポリマー成分１００質量部に対して、ＮＢＲおよびＥＰＭの少なくとも一方を５０質量部以上含むことが好ましく、ＮＢＲおよびＥＰＭの少なくとも一方を８０質量部以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、本発明におけるポリマー成分は、ＮＢＲの含有量とＥＰＭの含有量との合計が１００質量部となるように調製されていることである。ここで、「本発明におけるポリマー成分は、ＮＢＲの含有量とＥＰＭの含有量との合計が１００質量部となるように調製されている」は、ポリマー成分がＮＢＲとＥＰＭとからなることを意味し、ポリマー成分がＮＢＲおよびＥＰＭ以外のゴム成分を含まないことを意味する。
【００２２】
本発明におけるポリマー成分がＮＢＲとＥＰＭとの両方を含む場合には、ＮＢＲ：ＥＰＭ＝９０：１０〜１０：９０（質量比）であることが好ましく、より好ましくはＮＢＲ：ＥＰＭ＝８０：２０〜６０：４０（質量比）である。ＮＢＲとＥＰＭとの質量比が上記範囲内であれば、ＮＢＲ自体がイオン導電性を示すため、初期抵抗値が低くなる。よって、少量の導電剤の添加で十分に低抵抗化が図れる。また、ポリマー成分がＥＰＭを含むことにより、オゾンに因る劣化を低減できる。
【００２３】
ＮＢＲは、アクリロニトリルと１，３−ブタジエンとの共重合体である。結合アクリロニトリル量（アクリロニトリル含有量）は特に限定されないが、たとえば１０〜５５％であれば良く、１５〜４３％であることが好ましい。
【００２４】
また、ＮＢＲとして、メタクリル酸を共重合したカルボキシル変性ニトリルゴム、ブタジエンの一部をイソプレンに置き換えたＮＢＩＲ、またはブタジエン部分の二重結合に水素を付加させた水素添加ニトリルゴムなどを用いても良い。
【００２５】
ＥＰＭは、エチレンとプロピレンとの共重合体であり、ＥＰＭとして、ＥＰＭに少量のジエンモノマーを導入して主鎖中に二重結合をもたせたもの（ＥＰＤＭ（ethylene propylene diene terpolymer））を用いても良い。ここで、ジエンモノマーは、特に限定されないが、たとえばエチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエンなどであれば良く、エチリデンノルボルネンであることが好ましい。ジエンモノマーの導入量は、特に限定されないが、ＥＰＭに対して３質量％以上１５質量％以下であれば良く、ＥＰＭに対して５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。
【００２６】
＜導電性シリカ＞
導電性シリカは、導電処理が施されたシリカであり、１０5Ωｃｍ以上１０12Ωｃｍ以下の体積抵抗値を有している。ここで、導電処理の具体的な方法は、特に限定されず、たとえばイオン性液体をシリカの表面に噴射するという方法がある。また、導電性シリカの体積抵抗値の測定方法は、たとえば導電性シリカをプレスして９．８×１０6Ｐａの圧力をかけたときの抵抗値を測定するという方法であれば良い。
【００２７】
ここで、イオン性液体は、室温でも液体で存在する塩を意味し、特に限定されないが、たとえば４級塩であれば良い。４級塩を構成するカチオンは、たとえば第４級アンモニウムカチオンまたは第４級ホスホニウムカチオンであれば良い。第４級アンモニウムカチオンは、特に限定されず、テトラペンチルアンモニウムカチオンなどの脂肪族アンモニウムカチオンであっても良いし、１，１−ジメチルピロリジニウムカチオンなどの脂環式アンモニウムカチオンであっても良いし、１−メチルピリジニウムカチオンなどの窒素を含む芳香族アンモニウムカチオンであっても良い。また、第４級ホスホニウムカチオンは、特に限定されず、テトラメチルホスホニウムなどであっても良い。なお、第４級アンモニウムカチオンおよび第４級ホスホニウムカチオンのそれぞれにおいて、窒素またはリンに結合される置換基は互いに異なっていても良いし、窒素またはリンに結合される置換基の少なくとも２つが互いに同一であっても良い。
【００２８】
４級塩を構成するアニオンは、たとえばフッ化アルキルスルホニル基を含有するアニオン、テトラフルオロボレートイオン、またはヘキサフルオロフォスフェートイオンなどであれば良い。
【００２９】
従来のゴム組成物は、導電剤としてイオン導電剤を含む。しかし、イオン導電剤は、通常、極性基を有しているため、吸湿性に優れる。そのため、イオン導電剤を含むゴム組成物を用いて導電性ローラを作製すると、得られた導電性ローラでは使用環境（湿度など）の変動による環境依存性を低く抑えることが難しい。一方、本発明における導電性シリカでは、表面の少なくとも一部分がイオン性液体に由来する膜で被覆されている。よって、本発明における導電性シリカは、イオン導電剤よりも吸湿性に劣ると考えられ、使用環境の影響を受け難いゴム組成物を提供できる。したがって、本発明に係るゴム組成物を用いて導電性ローラの弾性層を構成すれば、使用環境の変動による環境依存性が低く抑えられた導電性ローラを提供することができる。
【００３０】
また、従来のイオン導電剤を使用した場合、高温高湿下において導電剤がローラ表面に染み出てくることがあり感光体汚染を起こし易い。一方、本発明における導電剤は、導電性シリカであって、イオン性液体とシリカとが結合状態にある。よって、導電剤がローラから染み出ることを防止できるので、感光体汚染が起こりにくくなる。
【００３１】
本発明における導電性シリカは、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴの比表面積を有していることが好ましく、１００ｍ2／ｇ以下のＢＥＴの比表面積を有していることがより好ましく、５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴの比表面積を有していることがさらに好ましい。導電性シリカのＢＥＴの比表面積が１５０ｍ2／ｇ以下であれば、導電性シリカの吸湿性を低く抑えることができる。このような導電性シリカは、ＢＥＴの比表面積が１５０ｍ2／ｇ以下であるシリカに対して上記導電処理を施すことにより得られ、ＢＥＴの比表面積が１００ｍ2／ｇ以下であるシリカに対して上記導電処理を施すことにより得られることが好ましく、ＢＥＴの比表面積が５０ｍ2／ｇ以下であるシリカに対して上記導電処理を施すことにより得られることがさらに好ましい。
【００３２】
本発明における導電性シリカは、シリカに対して導電処理だけでなく疎水処理も施すことにより作製されることが好ましい。これにより、導電性シリカの吸湿性の更なる低下を図ることができるため、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性をさらに低く抑えることができる。疎水処理の方法は、特に限定されないが、たとえば表面改質剤を併用してイオン性液体による表面処理を行なうという方法がある。ここで、表面改質剤は、特に限定されないが、ヘキサメチルジシラザンなどのアルキルシラザン系化合物、ジメチルジメトキシシランなどのアルキルアルコキシシラン系化合物、ジメチルジクロロシランなどのクロロシラン系化合物、またはシリコーンオイル系化合物であれば良く、これらを２種以上混合したものであっても良い。
【００３３】
本発明では、導電性シリカの配合量は、ポリマー成分１００質量部に対して、１質量部以上２０質量部以下であり、好ましくは５質量部以上１５質量部以下であり、より好ましくは１０質量部以上１５質量部以下である。導電性シリカの配合量が１質量部未満であれば、導電性シリカを添加したことにより得られる効果を十分に得ることができない。よって、導電性がほとんど発現せずローラの抵抗値が高くなる。一方、導電性シリカの配合量が２０質量部を超えると、コスト面において不利になる可能性がある。
【００３４】
＜発泡剤＞
本発明に係るゴム組成物は、ポリマー成分および導電性シリカ以外に発泡剤を含んでいることが好ましい。これにより、スポンジ系の導電性ローラを提供することができる。
【００３５】
発泡剤は、材料に限定されないが、化学発泡剤であることが好ましい。化学発泡剤は有機系と無機系とに分類される。有機系の発泡剤は、たとえば、アゾジカルボンアミドなどのアゾ化合物、Ｎ，Ｎ'−ジニトロソペンタメチレンテトラアミンなどのニトロソ化合物、またはベンゼンスルホニルヒドラジドなどのヒドラジン誘導体であれば良い。無機系の発泡剤は、たとえば、重炭酸ナトリウム（重曹）、重炭酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、または炭酸水素ナトリウムなどであれば良い。これらの発泡剤を２種以上混合して本発明の発泡剤として用いても良い。
【００３６】
発泡剤の配合量は、特に限定されないが、ゴム組成物１００質量部に対して１質量部以上であれば良く、好ましくは１質量部以上６質量部以下であることである。ゴム組成物１００質量部に対して１質量部未満の発泡剤を含むゴム組成物では、十分に発泡した弾性層を提供できない場合がある。また、ゴム組成物１００質量部に対して６質量部よりも多くの発泡剤を含むゴム組成物では、加硫阻害によって加硫が不十分になり、そのために加工性の悪化またはローラの抵抗値の環境依存性の増大という問題が起こりやすい。
【００３７】
＜そのほかの材料＞
本発明に係るゴム組成物は、以下に示す材料の少なくとも１つの材料を含んでいても良い。
【００３８】
＜発泡助剤＞
本発明に係るゴム組成物が発泡剤を含む場合には、本発明に係るゴム組成物は発泡助剤も含むことが好ましい。発泡助剤は、たとえば、サリチル酸などの有機酸系助剤または尿素系助剤などである。発泡助剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００３９】
＜加硫剤＞
加硫剤は、材料に限定されないが、硫黄、テトラアルキルチラウム−ジサルファイドなどの硫黄系有機化合物、酸化マグネシウムなどの金属化合物、またはパーオキシエステル類などの有機過酸化物であれば良い。これらの材料を単独で用いても良いし、これらの材料の２種以上を組み合わせて用いても良い。この中でも、安価且つ容易に入手可能であり、加硫作用に優れ、さらに耐摩耗性に優れるという点において、硫黄または硫黄系有機化合物を用いることが好ましい。加硫剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４０】
＜加硫促進剤＞
本発明に係るゴム組成物が加硫剤を含む場合、本発明に係るゴム組成物は加硫促進剤を含むことが好ましい。加硫促進剤は、材料に特に限定されず、ジベンゾチアゾイルジサルファイドなどのチアゾール類、シクロヘキシルスルフェンアミド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などのチラウム類、またはジメチルジチオカーバメート亜鉛塩などのジチオ酸塩などであれば良い。これらの材料を単独で用いても良いし、これらの材料の２種以上を組み合わせて用いても良い。加硫促進剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４１】
＜加硫促進助剤＞
本発明に係るゴム組成物が加硫促進剤を含む場合、本発明に係るゴム組成物は加硫促進助剤を含むことが好ましい。加硫促進助剤は、材料に特に限定されず、亜鉛華などの金属酸化物、ステアリン酸亜鉛またはオレイン酸などの脂肪酸であれば良い。加硫促進助剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４２】
＜充填剤＞
充填剤は、材料に限定されないが、カーボンブラック、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、クレー、コルク、タルク、ゼオライト、アルミナ、マイカ、グラファイト、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウム、二塩基亜リン酸塩、木片、ガラス粉、またはセラミックス粉などであれば良い。これらの材料を単独で用いても良いし、これらの材料を２種以上組み合わせて用いても良い。充填剤の配合量は、特に限定されず、適宜設定されれば良い。
【００４３】
本発明に係るゴム組成物は、さらに、加工助剤、老化防止剤、補強剤、または軟化剤などを含んでいても良い。加工助剤は、たとえばオレイン酸などの脂肪酸、または亜鉛華などの金属酸化物であれば良い。老化防止剤は、アミン類、フェノール類、またはイミダゾール類などであれば良い。軟化剤は、鉱物油、植物油、または合成軟化剤であれば良い。
【００４４】
＜ゴム組成物の製造方法＞
本発明に係るゴム組成物は、導電性シリカを準備する工程と、導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程とを備えている。
【００４５】
導電性シリカを準備する工程では、所定のＢＥＴ比表面積を有するシリカに対して導電処理を行なうことが好ましい。ここで、所定のＢＥＴ比表面積を有するシリカとは、上記＜導電性シリカ＞で記したように、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有するシリカであることが好ましく、１００ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有するシリカであることがより好ましく、５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有するシリカであることがさらに好ましい。また、導電処理の方法は、上記＜導電性シリカ＞で記した方法であれば良い。
【００４６】
導電性シリカを準備する工程では、所定のＢＥＴ比表面積を有するシリカに対して導電処理だけでなく疎水処理も行なうことがより好ましい。疎水処理の方法は、上記＜導電性シリカ＞で記した方法であれば良い。
【００４７】
導電性シリカとポリマー成分とを混合する工程では、ポリマー成分１００質量部に対して、上記＜導電性シリカ＞で記した添加量の導電性シリカ、上記充填剤、および上記加硫剤を混合すれば良い。このとき、ポリマー成分１００質量部に対して上記＜発泡剤＞で記した添加量の発泡剤をさらに混合しても良いし、上記発泡助剤、上記加硫促進剤、または上記加硫促進助剤なども混合しても良い。
【００４８】
＜導電性ローラの構成＞
図１は、本発明に係る導電性ローラの横断面図である。導電性ローラ１は、シャフト１１と、シャフト１１の外周面上に設けられた弾性層１２とを備えている。弾性層１２は、本発明に係るゴム組成物からなる。よって、本発明に係る導電性ローラ１では、使用環境の変動による環境依存性を低く抑えることができ、また感光体が導電剤（導電性シリカ）に汚染されることを防止できる。
【００４９】
発泡剤を含むゴム組成物を用いて弾性層１２を構成すれば、スポンジ系の導電性ローラを提供できる。一方、発泡剤を含まないゴム組成物を用いて弾性層１２を構成すれば、ソリッド系の導電性ローラを提供できる。
【００５０】
本発明に係る導電性ローラは、２層構造に限定されない。たとえば、本発明に係る導電性ローラは、弾性層１２の外側に、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、またはアクリル樹脂などからなる樹脂層を形成しても良い。これにより、導電性ローラの表面の摩擦抵抗または粘着力が低減され、トナー離型性またはクリーニング性がより良好となる。また、弾性層１２と樹脂層との電気抵抗値が近接していれば、樹脂層の厚みを変えた場合における電気抵抗値の変動を小さく抑えることができるので、製造工程管理の上で好都合である。
【００５１】
本発明では、導電性ローラの表面を紫外線照射などによって炭化させ、摩擦抵抗または粘着力を低減する表面処理も有用である。このような表面処理を行なう場合、感光体、転写ベルト、トナー、またはクリーニングプレートなどに対する摩擦抵抗または粘着力が低減されるため、紙汚れ、または導電性ローラからの汚染を防止できる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
＜実施例１〜１９，比較例１〜６＞
＜導電性シリカＩの製造＞
脂肪族アミン系のイオン性液体（広栄化学工業株式会社製、品番ＩＬ−Ａ２）５ｇに、有機溶媒としてエタノール１５ｇを添加して希釈させたイオン性液体を用意した。次に、比表面積が５０ｍ2／ｇの気相法で得られたシリカ粉（日本アエロジル株式会社製、商品名アエロジル５０）１００ｇを反応容器に入れた。窒素雰囲気下で、シリカ粉を回転羽根で攪拌させながら上記イオン性液体を上記反応容器に添加した。その後、これらを窒素雰囲気下で、２００℃の温度で６０分間攪拌させながら混合してから、冷却水で冷却した。これにより、導電性シリカＩを得た。このように疎水処理を行なうことなく導電性シリカＩを得たので、導電性シリカＩのシラノール基の数は「少ない」であった。
【００５４】
＜導電性シリカＩＩの製造＞
イオン性液体を広栄化学工業株式会社製の品番ＩＬ−Ａ３に変更したことを除いては上記＜導電性シリカＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＩＩを得た。このように疎水処理を行なうことなく導電性シリカＩＩを得たので、導電性シリカＩＩのシラノール基の数は「少ない」であった。
【００５５】
＜導電性シリカＩＩＩの製造＞
脂肪族アミン系のイオン性液体（広栄化学工業株式会社製、品番ＩＬ−Ａ３）５ｇにエタノール１５ｇだけでなく表面改質剤としてヘキサメチルジシラザン２０ｇも添加して希釈させたイオン性液体を用いたことを除いては上記＜導電性シリカＩＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＩＩＩを得た。このように導電性シリカＩＩＩは導電性シリカＩＩに対して疎水処理が施されたものであるので、導電性シリカＩＩＩのシラノール基の数は「非常に少ない」であった。
【００５６】
＜導電性シリカＩＶの製造＞
脂肪族アミン系のイオン性液体（広栄化学工業株式会社製、品番ＩＬ−Ａ３）５ｇにエタノール１５ｇだけでなく表面改質剤としてジメチルシリコーンオイル２０ｇも添加して希釈させたイオン性液体を用いたことを除いては上記＜導電性シリカＩＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＩＶを得た。このように導電性シリカＩＶは導電性シリカＩＩに対して疎水処理が施されたものであるので、導電性シリカＩＶのシラノール基の数は「非常に少ない」であった。
【００５７】
＜導電性シリカＶの製造＞
比表面積が１５０ｍ2／ｇの気相法で得られたシリカ粉（日本アエロジル株式会社製、商品名アエロジル１５０）を用いたことを除いては上記＜導電性シリカＩの製造＞にしたがって、導電性シリカＶを得た。導電性シリカＶの比表面積は導電性シリカＩなどに比べて大きいため、導電性シリカＶのシラノール基の数は「やや多い」であった。
【００５８】
＜導電性シリカＩ〜Ｖの比表面積の測定＞
ＢＥＴ法にしたがって導電性シリカＩ〜Ｖの比表面積を測定した。
【００５９】
＜ゴム組成物の製造＞
表１〜表５のそれぞれに示すポリマー成分をニーダー機で素練りしてから、表１〜表５のそれぞれに示す材料のうちポリマー成分以外の材料を順にニーダー機に投入して混練した。これにより、実施例１〜１９および比較例１〜６に係るゴム組成物を得た。
【００６０】
＜導電性ローラの製造＞
得られたゴム組成物を円筒形に押出し成形した。１５０℃で５０分間の蒸気加硫を行ない、ステンレス製のシャフトに挿入した。研磨機によりゴム表面を研削加工して、ゴム組成物からなる弾性層を形成した。これにより、実施例１〜１９および比較例１〜６に係る導電性ローラを得た。得られた導電性ローラに対して下記の性能評価を行なった。
【００６１】
＜性能評価＞
＜ローラ抵抗値の測定＞
図２は、実施例および比較例におけるローラ抵抗値の測定方法について説明する模式図である。図２に示すように、直径３０ｍｍの金属ロール３１に、導電性ローラ３２を両端０．５ｋｇ、合計１ｋｇで当接し、抵抗計３３（商品名：Ｒ８３４０Ａ、アドバンテスト社製）を用いて、１０００Ｖの電圧を印加した。１０秒間の測定における体積抵抗値の最大値と最小値との平均値をローラ抵抗値とした。
【００６２】
＜環境変動量の算出＞
ＬＬ環境（温度１０℃、湿度１５％）、ＮＮ環境（温度２２℃、湿度５５％）、およびＨＨ環境（温度２８℃、湿度８５％）の各環境下に導電性ローラを２４時間以上放置した。それから、上記＜ローラ抵抗値の測定＞に記載の方法にしたがって、当該導電性ローラのローラ抵抗値をそれぞれ測定した。そして、（環境変動量）＝（ＬＬ環境下でのローラ抵抗値（ｌｏｇΩ））−（ＨＨ環境下でのローラ抵抗値（ｌｏｇΩ））にしたがって、環境変動量を算出した。
【００６３】
＜環境依存性の評価＞
上記＜環境変動量の算出＞で得られた環境変動量の大きさにしたがって、導電性ローラの環境依存性を調べた。表１〜表４では、環境変動量が１．１以下である場合には「Ａ１」と記し、環境変動量が１．１よりも大きく１．３以下である場合には「Ｂ１」と記し、環境変動量が１．３よりも大きい場合には「Ｃ１」と記している。また、表５では、環境変動量が１．３以下である場合には「Ａ１」と記し、環境変動量が１．３よりも大きく１．５以下である場合には「Ｂ１」と記し、環境変動量が１．５よりも大きい場合には「Ｃ１」と記している。なお、表５では、「Ｂ１」に該当するものはなかった。
【００６４】
＜感光体汚染性＞
得られた導電性ローラを、感光体に当接して荷重をかけた状態で温度が４０℃であり湿度が９０%である環境下に一週間放置した。その後、その感光体を用いて画像評価を行った。表１〜表５では、感光体のうち導電性ローラが当接されていた部分に色抜けなどの異常画像が認められなかった場合には「Ａ２」と記し、感光体のうち導電性ローラが当接されていた部分に色抜けなどの異常画像が認められた場合には「Ｃ２」と記している。
【００６５】
結果を表１〜表５に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
【表２】
【００６８】
【表３】
【００６９】
【表４】
【００７０】
【表５】
【００７１】
表１〜表５の注釈は以下の通りである
（注１） ＥＣＯ−Ｘは、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとアリルグリシジルエーテルとの三元共重合体であり、（エピクロルヒドリン）：（エチレンオキサイド）：（アリルグリシジルエーテル）＝４０：５６：４（モル比）である
（注２） ＥＣＯ−Ｙは、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとアリルグリシジルエーテルとの三元共重合体であり、（エピクロルヒドリン）：（エチレンオキサイド）：（アリルグリシジルエーテル）＝６３：３１：６（モル比）である
（注３） ＮＢＲは、日本ゼオン株式会社製の「ＤＮ４０１」である
（注４） ＥＰＤＭは、三井化学株式会社製の「ＥＰＴ４０２１」である
（注５） ＣＢ（carbon black）は、旭カーボン株式会社製の「旭サーマル」である
（注６） シリカは、日本アエロジル株式会社製の「ＡＥＲＯＳＩＬ５０」である
（注７） イオン導電剤は、広栄化学工業株式会社製の「ＩＬ−Ａ２」である
（注８） 酸化亜鉛は、正同化学工業株式会社製の「亜鉛華特号」である
（注９） ステアリン酸は、旭電化製の「脂肪酸ＳＡ−２００」である
（注１０） 硫黄は、鶴見化学工業株式会社製の「サルファックスＡ」である
（注１１） 加硫促進剤Ａは、川口化学工業株式会社製の「アクセルＤＭ」である
（注１２） 加硫促進剤Ｂは、川口化学工業株式会社製の「アクセルＴＴ」である
（注１３） 加硫促進剤Ｃは、川口化学工業株式会社製の「アクセルＤＺ」である
（注１４） 発泡剤は、永和化成工業株式会社製の「ネオセルボン♯１０００Ｍ」（ＯＢＳＨ系発泡剤）である。
【００７２】
実施例１〜１４では、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性が低く抑えられており、また、感光体汚染性も低く抑えられていた。この理由としては、実施例１〜１４に係る導電性ローラが所定量の導電性シリカを含んでいることが考えられる。
【００７３】
一方、比較例１〜２では、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性を低く抑えることができなかった。この理由としては、比較例１〜２における導電性ローラに導電剤が含まれておらず、イオン導電性ポリマーのみによって導電性を発現させていることが挙げられる。
【００７４】
また、比較例３〜４における導電性ローラは、使用環境の変動による導電性ローラの環境依存性は低く抑えられていたが、感光体汚染性を低く抑えることはできなかった。この理由としては、比較例３〜４における導電性ローラにはイオン導電剤が含まれているため、イオン導電剤が導電性ローラから染み出すということが挙げられる。
【００７５】
特に実施例５と比較例２とを比較すると、両者ではＮＮ環境下でのローラ抵抗値には大差ないが、環境変動量は大きく異なった。このことから、環境変動量を低下させるためには所定量の導電性シリカをゴム組成物に含ませることが有用であることが分かる。
【００７６】
実施例１〜３の結果と実施例４〜７の結果とから、および実施例８〜１０の結果と実施例１１〜１４の結果とから、イオン性液体の種類に依らず、ゴム組成物が所定量の導電性シリカを含んでいれば環境変動量が低下することが分かる。
【００７７】
表４に示す結果から、ポリマー成分におけるＮＢＲとＥＰＤＭとの混合比率に依らず、ゴム組成物が所定量の導電性シリカを含んでいれば環境変動量が低下することが分かる。
【００７８】
表５に示す結果から、スポンジ系ローラにおいても、ゴム組成物が所定量の導電性シリカを含んでいれば環境変動量が低下することが分かる。
【００７９】
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特許請求の範囲によって示され、特許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ことが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１ 導電性ローラ、１１ シャフト、１２ 弾性層、３１ 金属ロール、３２ 導電性ローラ、３３ 抵抗計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成する導電性ローラ用ゴム組成物であって、
ポリマー成分と、
前記ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを有する導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項２】
前記ポリマー成分は、当該ポリマー成分１００質量部中に、ニトリルゴムおよびエチレンプロピレンゴムのうちの少なくとも一方を５０質量部以上含む請求項１に記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項３】
前記ポリマー成分は、ニトリルゴムの含有量とエチレンプロピレンゴムの含有量との合計が１００質量部となるように調製されている請求項２に記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項４】
前記導電性シリカは、シリカが導電処理されたものであり、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有する請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項５】
前記シリカは、疎水処理されたものである請求項４に記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項６】
前記ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上６質量部以下の発泡剤をさらに含む請求項１〜５のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物からなる弾性層を備えた導電性ローラ。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法であって、
前記導電性シリカを準備する工程と、
前記導電性シリカと前記ポリマー成分とを混合する工程とを含む導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法。
【請求項９】
前記導電性シリカを準備する工程は、前記シリカに対して導電処理を行なう工程を含む請求項８に記載の導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法。
【請求項１】
シャフトの外周面上に設けられる弾性層を構成する導電性ローラ用ゴム組成物であって、
ポリマー成分と、
前記ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上２０質量部以下の導電性シリカとを有する導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項２】
前記ポリマー成分は、当該ポリマー成分１００質量部中に、ニトリルゴムおよびエチレンプロピレンゴムのうちの少なくとも一方を５０質量部以上含む請求項１に記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項３】
前記ポリマー成分は、ニトリルゴムの含有量とエチレンプロピレンゴムの含有量との合計が１００質量部となるように調製されている請求項２に記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項４】
前記導電性シリカは、シリカが導電処理されたものであり、１５０ｍ2／ｇ以下のＢＥＴ比表面積を有する請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項５】
前記シリカは、疎水処理されたものである請求項４に記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項６】
前記ポリマー成分１００質量部に対して１質量部以上６質量部以下の発泡剤をさらに含む請求項１〜５のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物からなる弾性層を備えた導電性ローラ。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法であって、
前記導電性シリカを準備する工程と、
前記導電性シリカと前記ポリマー成分とを混合する工程とを含む導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法。
【請求項９】
前記導電性シリカを準備する工程は、前記シリカに対して導電処理を行なう工程を含む請求項８に記載の導電性ローラ用ゴム組成物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−６７７２２（Ｐ２０１３−６７７２２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７４００（Ｐ２０１１−２０７４００）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００１１４７１０）ヤマウチ株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００１１４７１０）ヤマウチ株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]