説明

帯電ロール

【課題】本発明は、このような事情に鑑み、安価で、耐久性があり且つ汚染が少ない帯電ロールを提供する。
【解決手段】芯金11の外周に弾性層12を有する帯電ロール10において、弾性層12が、エピクロルヒドリン系ゴムを主体とするゴム基材100重量部に対し、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)5〜20重量部、ナフテン系オイル5〜20重量部を配合したゴム組成物を加硫することによって形成され、且つゴム硬度がJIS Aで40°以下であり、弾性層12の表面には、表面処理層12a又は表面コート層13が形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子写真式複写機及びプリンター、またはトナージェット式複写機及びプリンターなどの画像形成装置の感光体等に一様な帯電を付与するために使用される帯電ロールに関する。
【背景技術】
【0002】
電子写真式複写機及びプリンターなどの画像形成装置の帯電ロールは、耐久性を向上させるために低硬度化されている。低硬度化させるために可塑剤が用いられるが、可塑剤が帯電ロール表面まで移行して感光体を汚染する虞があり、感光体汚染の虞のない帯電ロールが求められている。そこで、各種弾性層表面に各種コーティング層、表面処理層又は被覆チューブを設けたものが提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
この特許文献1に記載の帯電ロールは、第1の弾性層の表面に第2の弾性層を設け、表面処理層が設けられている。このように第2の弾性層を設けることで、可塑剤の感光体汚染を防止することができる。しかしながら、弾性層が一層の帯電ロールに比べて製造工程が増え、コストがかかるという問題があった。
【0004】
【特許文献1】特開2004−279731号公報(請求項等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、このような事情に鑑み、安価で、耐久性があり且つ汚染が少ない帯電ロールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、芯金の外周に弾性層を有する帯電ロールにおいて、前記弾性層が、エピクロルヒドリン系ゴムを主体とするゴム基材100重量部に対し、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)5〜20重量部、ナフテン系オイル5〜20重量部を配合したゴム組成物を加硫することによって形成され、且つゴム硬度がJIS Aで40°以下であり、前記弾性層の表面には、表面処理層又は表面コート層が設けられていることを特徴とする帯電ロールにある。
【0007】
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の帯電ロールにおいて、前記ゴム基材がエピクロルヒドリン系ゴム基材に、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、及びスチレン−ブタジエンゴム(SBR)の少なくとも一方をゴム基材全体に対して、40重量%以下となるようにブレンドしたものであることを特徴とする帯電ロールにある。
【0008】
本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載の帯電ロールにおいて、前記表面処理層がイソシアネートを含有する表面処理液を含浸させることによって形成されたものであることを特徴とする帯電ロールにある。
【0009】
本発明の第4の態様は、第3の態様に記載の帯電ロールにおいて、前記表面処理液が含フッ素又はシリコーンポリマーを含有することを特徴とする帯電ロールにある。
【0010】
本発明の第5の態様は、第1又は第2の態様に記載の帯電ロールにおいて、前記表面コート層が含フッ素又はシリコーンポリマーを含有するコート液を硬化させることにより形成されたものであることを特徴とする帯電ロールにある。
【0011】
本発明の第6の態様は、第1〜5の何れかの態様に記載の帯電ロールにおいて、前記弾性層が金型によりインジェクション成形されたものであることを特徴とする帯電ロールにある。
【発明の効果】
【0012】
本発明によると、安価で、耐久性があり且つ汚染が少ない帯電ロールとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下に本発明の帯電ロールを詳細に説明する。
【0014】
図1に本発明の帯電ロールの断面図を示す。図1(a)に示すように帯電ロール10は、芯金11上にエピクロルヒドリン系ゴムを主体とするゴム基材からなる弾性層12を有するものであり、弾性層12の表面に表面処理層12aを有する。また、図1(b)に示すように、帯電ロール10は、弾性層12の外周面には表面コート層13を設けてもよい。なお、図示しないが帯電ロール10は、弾性層12の下にさらに一層以上設けてもよい。
【0015】
本発明にかかる弾性層12はエピクロルヒドリン系ゴムを主体とするゴム基材と、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、ナフテン系オイルを配合したゴム組成物を加硫することによって形成されたものである。
【0016】
ゴム基材の材料としては、エピクロルヒドリン系ゴム基材、例えば、エピクロルヒドリンゴム、又はエピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合体、及び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共重合体などが用いられる。
【0017】
また、ゴム基材はエピクロルヒドリン系ゴム基材に、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、及びスチレン−ブタジエンゴム(SBR)の少なくとも一方をブレンドしてもよく、ブレンドする場合は、ゴム基材全体に対して40重量%以下になるようにする。この範囲よりもNBR又はSBRが多くなると、帯電ロールの抵抗値が高くなりすぎるためである。
【0018】
ここで、NBR及びSBRはゴムの極性を表すSP値(溶解度パラメーター)が8.5以上で且つ9.5以下程度の中極性ポリマーが好ましい。また、NBRをブレンドする場合は、アクリロニトリル含有量が36%以下である中高ニトリル、中ニトリル、低ニトリルのNBRを用いるのが好ましい。なお、上述したような条件を満たすものであればNBRは特に限定されず、水添NBRでもよい。このようなNBR又はSBRの少なくとも一方をブレンドすることで、ブリードを抑えることができ、さらに帯電ロールの研磨加工性も良好にすることができる。
【0019】
本発明にかかるゴム組成物は、可塑剤としてナフテン系オイル及び液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)(以下液状NBR)を使用しており、ゴム基材100重量部に対し、それぞれ5〜20重量部添加する。ナフテン系オイル及び液状NBRを同時に用いることで、ブリードが発生することなく、低硬度で感光体の汚染を防止した弾性層を形成することが可能となる。ナフテン系オイルを配合せずに液状NBRのみを可塑剤とした場合、可塑化効率が悪く、帯電ロールを形成した際にひずみが大きくなる。逆に液状NBRを配合せずにナフテン系オイルのみを可塑剤とした場合、ナフテン系オイルは容易には混練りできず、ブリードしてしまうため好ましくない。
【0020】
液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)は、分子量が大きくブリードしにくい。液状NBRは、SP値がエピクロルヒドリン系ゴムとナフテン系オイルの中間であり、エピクロルヒドリン系ゴムに対して相溶性が低いためにブリードしやすいナフテン系オイルのブリードを抑制することができる。液状NBRを、ゴム基材100重量部に対し、5〜20重量部としたのは、この範囲より少ないとナフテン系オイルがブリードしてしまい、この範囲より多いと圧縮永久歪みが悪化するからである。
【0021】
また、液状NBRと共に添加されるナフテン系オイルは、可塑化効率が非常に高いため、少量添加するだけでゴム硬度を低下させることができる。しかも、仮に帯電ロールの表面に移行したとしても、感光体を汚染しにくいという利点がある。ナフテン系オイルを、ゴム基材100重量部に対して、5〜20重量部としたのは、この範囲より少ないと十分な効果が得られず、この範囲より多いとブリードしやすくなるためである。
【0022】
また、ナフテン系オイルと液状NBRの総量は、ゴム基材100重量部に対して、30重量部以下が好ましい。この範囲より多くなると、帯電ロールの抵抗値が上昇してしまうためである。
【0023】
なお、本発明にかかるゴム組成物は、発泡剤、発泡助剤、加硫剤、加硫促進剤、充填剤等を必要に応じて混合してもよく、発泡剤、発泡助剤、加硫剤、加硫促進剤、充填剤等は特に限定されない。また、導電性付与剤が添加されていてもよい。導電性付与剤としては、電子導電性付与剤、イオン導電付与剤、又はこれらの両者を混合して用いることができる。このように導電性付与剤により導電性を付与された弾性層の導電性は1×105〜1×1010Ω・cm程度とするのが好ましい。
【0024】
このように配合されたゴム組成物は加硫されてゴム状弾性体となり、ゴム硬度がJIS Aで40°以下となる。このように形成された弾性層の硬度がJIS Aで40°以下となることで、本発明の帯電ロールは長期間にわたって良好な特性を維持するものとなる。
【0025】
本発明にかかる弾性層の形成方法は特に限定されないが、本発明にかかるゴム組成物は、上述したような材料を配合することにより金型流れ性に優れたものとなるため、金型を用いて形成することが可能となる。弾性層の形成方法としては、例えば、鏡面研磨された金型を用いて、トランスファー成形又はインジェクション成形により弾性層を形成する方法、プレス成形で直接芯金上に設け、必要に応じて弾性層の外表面を研磨する方法などが挙げられる。
【0026】
表面処理層12aはイソシアネートを含む表面処理液を含浸させて形成する。表面処理液が含浸するように形成された表面処理層は、表面から内部に向かって漸次疎になるように一体的に形成される。このような表面処理層を弾性層の表面に形成することで、帯電ロール表面への可塑剤等汚染物質の移行を防ぐことができ、感光体への汚染性に優れた帯電ロールとなる。
【0027】
この表面処理液としてはイソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させたもの、さらには、これにカーボンブラックを添加したものを使用することができるが、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも1種のポリマーと、導電性付与剤との少なくとも一方をイソシアネート成分と共に含有する表面処理液を使用するのが好ましい。
【0028】
ここで、イソシアネート化合物としては、2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4´−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)及び3,3−ジメチルジフェニル−4,4´−ジイソシアネート(TODI)および前記記載の多量体および変性体などを挙げることができる。
【0029】
また、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーは、所定の溶剤に可溶でイソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものである。アクリルフッ素系ポリマーは、例えば、水酸基、アルキル基、又はカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。これらのポリマーは一種又は二種以上混合して使用することができる。表面処理液中のポリマーは、イソシアネート成分に対して2〜30重量%とするのが好ましい。少ないとカーボンブラックを表面処理層中に保持する効果が小さくなり、多すぎると相対的にイソシアネート成分が少なくなって有効な表面処理層が形成できない。
【0030】
また、表面処理液には導電性付与剤としてカーボンブラックを使用することが好ましい。カーボンブラックの種類は特に限定されず、上記と同様である。表面処理液中のカーボンブラックは、イソシアネート成分に対して10〜40重量%であるのが好ましい。これより少ないと有効な帯電特性が発揮できず、多すぎると脱落等の問題が生じ好ましくないからである。
【0031】
さらに、表面処理液は、これらアクリルフッ素系ポリマー又はアクリルシリコーン系ポリマー及びイソシアネート化合物を溶解する溶剤を含有する。溶剤としては特に限定されないが、酢酸エチル、メチルエチルケトン(MEK)、トルエン等の有機溶剤を使用すればよい。
【0032】
なお、弾性層に表面処理液を含浸させる方法は、表面処理液に浸漬させる方法でも、スプレー等により表面処理液を塗布させる方法でもよい。表面処理液に浸漬させる時間、スプレーで吹き付ける回数、又は表面処理液の量は適宜調節すればよい。表面処理層は、弾性層に表面処理液を含浸させた後、硬化させて形成するのが好ましい。表面処理層を弾性層上に形成すると、加熱により乾燥する際にフッ素、シリコーン等の常温固体成分が結晶析出しやすく帯電ロール表面に表れやすいためか、帯電ロールの離型性、すなわちトナー成分等の付着防止性能が大幅に向上し、汚れが付着しにくい帯電ロールとすることができる。さらに、常温固体成分の結晶化により、帯電ロール内部から表面にブリードする汚染物質をブロックするというブリード防止効果も向上する。
【0033】
表面処理層12aの代わりにコーティング剤を塗布し、乾燥硬化させて形成した表面コート層13を形成しても同様に帯電ロール表面への可塑剤等汚染物質の移行を防ぐことができ、感光体への汚染性に優れた帯電ロールとなる。コーティング剤としては、ウレタン、アクリルウレタン、ナイロン、NBR等の周知の材料を用いることができる。なお、コーティング剤を塗布する方法としては、ディップコート法、ロールコート法、スプレーコート法等を用いるのが好適である。
【0034】
以上のように、本発明の帯電ロールは、弾性層上に表面処理層又は表面コート層を設けていることにより、弾性層に添加した可塑剤の帯電ロール表面へのブリードを防ぐことができる。さらに、弾性層を形成する際に可塑剤としてナフテン系オイルを用いることで、可塑剤が仮に帯電ロールの表面に移行したとしても、感光体を汚染しにくい。すなわち、本発明の帯電ロールは感光体の汚染をする虞のないものとなる。
【0035】
本発明の帯電ロールの弾性層は、硬度がJIS Aで40°以下であり、好ましくはJIS Aで30°以下である。ここでいう弾性層の硬度とは、弾性層の一部又は弾性層と同一条件で製造した試験片をJIS K6253に準拠して測定したものである。硬度がJIS Aで40°より高いと帯電ロールの擦れにより傷が発生しやすくなり、画質が劣化しやすくなる。帯電ロールの表面層の硬度をJIS Aで30°以下にすることで、長期間にわたって良好な特性を維持する帯電ロールとなる。
【0036】
また、本発明の帯電ロールはDC−100V印加時の電気抵抗値は、低温低湿環境下(10℃×30%RH)〜高温高湿環境下(40℃×80%RH)で、10〜10Ωであることが好ましい。
【0037】
以下本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
<ロール形状物の製造>
エピクロルヒドリンゴム(エピクロマーCG−102;ダイソー社製)100重量部、ナフテンオイル10重量部、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)7.5重量部、亜鉛華5重量部、硫黄0.2重量部、炭酸カルシウム20重量部、ステアリン酸2重量部、加硫剤1.5重量部をロールミキサーで混練り後、φ6mmシャフトを予めセットしたパイプ金型でインジェクション成形し、160℃×30分加硫することで、内径φ6mm、外径φ10mmのロール形状物を形成した。
【0038】
<表面処理液の調製>
酢酸エチル100重量部、イソシアネート化合物(MDI)20重量部、アセチレンブラック(電気化学社製)5重量部、及びアクリルシリコーンポリマー(モディパーFS700;日本油脂社製)2重量部をボールミルで3時間分散混合した。
【0039】
<ロール形状物の表面処理>
表面処理液を23℃に保ち、形成したロール形状物を60秒間浸漬した。その後、120℃に保持されたオーブンでゴムロールを1時間加熱することにより表面処理層を形成し、帯電ロールを得た。
【0040】
(実施例2)
エピクロルヒドリンゴム(エピクロマーCG−102;ダイソー社製)を80重量部にして、代わりに中ニトリル系のアクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)を20重量部入れた以外は実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
【0041】
(実施例3)
エピクロルヒドリンゴム(エピクロマーCG−102;ダイソー社製)を80重量部にして、代わりにスチレン−ブタジエンゴム(SBR)を20重量部入れた以外は実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
【0042】
(実施例4)
プレス成形し、ロール表面を研磨してゴムロールを得た以外は実施例2と同様にして帯電ロールを得た。
【0043】
(比較例1)
プレス成形し、ロール表面を研磨してゴムロールを得た以外は実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
【0044】
(比較例2)
ナフテンオイル及び液状NBRを配合せずに混練りし、プレス成形し、ロール表面を研磨してゴムロールを得た以外は実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
【0045】
(比較例3)
ナフテンオイルを15重量部にして、液状NBRを配合しなかった以外は実施例1と同様にして混練りした。
【0046】
(比較例4)
ナフテンオイルを配合せず、液状NBRを25重量部にした以外は実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
【0047】
(比較例5)
ナフテンオイルを15重量部にして、液状NBRを配合しなかった以外は実施例2と同様にして帯電ロールを得た。
【0048】
(比較例6)
ナフテンオイルを15重量部にして、液状NBRを配合しなかった以外は実施例3と同様にして帯電ロールを得た。
【0049】
(比較例7)
ナフテンオイルを配合せずに、液状NBRを25重量部にした以外は実施例3と同様にして帯電ロールを得た。
【0050】
(比較例8)
ナフテンオイル及び液状NBRを配合せず、代わりにジ(2−エチルヘキシル)フタレート(DOP)を配合した以外は実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
【0051】
(比較例9)
ナフテンオイルを配合せず、代わりにジ(2−エチルヘキシル)フタレート(DOP)を配合した以外は実施例1と同様にして帯電ロールを得た。
【0052】
(試験例1):弾性層硬度
上記各実施例及び各比較例と同配合のゴム組成物を加硫することで各テストピースを形成し、ゴム硬度(JIS A)を測定した。結果を表1に示す。
【0053】
(試験例2)
上記各実施例及び各比較例の帯電ロールについて、ロール表面粗さ(Rz)、70℃×25%RHの環境下に22時間放置後の圧縮永久ひずみ(%)、常温常湿環境(N/N:20℃×50%RH)環境下に保持したときの電気抵抗値(Ω)を測定した。測定結果及び各帯電ロールの概略を表1に示す。
【0054】
なお、帯電ロールの電気抵抗値は、図2に示すように、帯電ロール10をSUS304板からなる電極部材40の上に載置し、芯金11の両端に100g荷重をかけた状態で、芯金11と電極部材40との間の電気抵抗値を、ULTRA HIGH RESISTANCE METER R8340A(株式会社アドバンテスト製)を使用して測定した。なお、このときの印加電圧はDC−100Vであった。
【0055】
(試験例3):画像評価
市販のレーザープリンター(EPSON社製LP−8900)の帯電部分に、上記各実施例及び各比較例の帯電ロールを取り付けた。このプリンターを起動し、常温常湿環境(N/N:20℃×50%RH)下で画像を出力し、画像の評価を行った。結果を表1に示す。
【0056】
(試験例4):保管試験
市販のレーザープリンター(EPSON社製LP−8900)のトナーカートリッジに上記実施例及び各比較例の帯電ロールを組付けて感光体に当接させ、カートリッジを50℃×90%RHの環境下に14日間保持した後、カートリッジ及び帯電ロールをプリンターに組付けて画像を出力して、このときの画像の比較を顕微鏡で観察した。結果を表1に示す。
【0057】
(試験例5):連続印刷試験
市販のレーザープリンター(EPSON社製LP−8900)の帯電部分に、上記各実施例及び各比較例の帯電ロールを取り付け、高温高湿環境下(H/H:30℃×85%RH)にて10000枚連続印刷後、帯電ロールの表面粗さ(Ra)を測定した。結果を表1に示す。
【0058】
【表1】

【0059】
(結果のまとめ)
各実施例及び各比較例は、ゴム硬度が30°になるように可塑剤の量を調整したものである。実施例1〜4のように、エピクロルヒドリン系ゴムを主体とするゴム基材100重量部に対し、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)10重量部、ナフテン系オイル7.5重量部を配合して得られた帯電ロールは、いずれも混練りに問題なく、ほぼブリードも発生しなかった。これに対し、比較例3及び5のように、液状NBRを配合しなかったゴム組成物は、ゴム組成物が分断してしまうため混練りをすることができず、ゴムロールを形成することができなかった。また、ナフテンオイルを使用しなかった比較例6においても、混練りにおいてべたつきが大きく、ブリードも発生した。比較例6はゴムロールを形成することはできたが、加硫後もややブリードが発生していた。
【0060】
また、各実施例においては、ゴム硬度がほぼ30°となったのに対し、比較例2のように、可塑剤を配合せずに形成した帯電ロールは、ゴム硬度を低くすることができず、連続印刷試験を行った際に感光体に傷が発生した。
【0061】
一方、50℃×90%RH環境下で14日間感光体を保管した後の画像は、各実施例において良好であったのに対し、ナフテンオイルを配合せずに形成した比較例4及び比較例7の帯電ロールは横筋が発生し、可塑剤にDOPを使用した比較例8及び比較例9では、大きな横筋が発生した。
【0062】
なお、実施例4のように、エピクロマーCG−102にNBRをブレンドして形成した帯電ロールは、研磨加工しても、ロール表面粗さは抑えられたが、比較例1のように、エピクロマーCG−102にNBRやSBRをブレンドせずに形成した帯電ロールは、研磨加工性が悪く、ロール表面が粗かった。そのため、表には明記していないが、比較例1の帯電ロールは、実機画像試験において初期画像が悪かった。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】本発明の帯電ロールの断面図である。
【図2】電気抵抗値の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
【0064】
10 帯電ロール
11 芯金
12 弾性層
12a 表面処理層
13 表面コート層
40 電極部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
芯金の外周に弾性層を有する帯電ロールにおいて、前記弾性層が、エピクロルヒドリン系ゴムを主体とするゴム基材100重量部に対し、液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)5〜20重量部、ナフテン系オイル5〜20重量部を配合したゴム組成物を加硫することによって形成され、且つゴム硬度がJIS Aで40°以下であり、前記弾性層の表面には、表面処理層又は表面コート層が設けられていることを特徴とする帯電ロール。
【請求項2】
請求項1に記載の帯電ロールにおいて、前記ゴム基材がエピクロルヒドリン系ゴム基材に、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)及びスチレン−ブタジエンゴム(SBR)の少なくとも一方を、ゴム基材全体に対して40重量%以下となるようにブレンドしたものであることを特徴とする帯電ロール。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の帯電ロールにおいて、前記表面処理層がイソシアネートを含有する表面処理液を含浸させることによって形成されたものであることを特徴とする帯電ロール。
【請求項4】
請求項3に記載の帯電ロールにおいて、前記表面処理液が含フッ素又はシリコーンポリマーを含有することを特徴とする帯電ロール。
【請求項5】
請求項1又は2に記載の帯電ロールにおいて、前記表面コート層が含フッ素又はシリコーンポリマーを含有するコート液を硬化させることにより形成されたものであることを特徴とする帯電ロール。
【請求項6】
請求項1〜5の何れかに記載の帯電ロールにおいて、前記弾性層が金型によりインジェクション成形されたものであることを特徴とする帯電ロール。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2007−121724(P2007−121724A)
【公開日】平成19年5月17日(2007.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−314398(P2005−314398)
【出願日】平成17年10月28日(2005.10.28)
【出願人】(000242426)北辰工業株式会社 (55)
【Fターム(参考)】