JP2007121724A - 帯電ロール - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】 図１

Description

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。

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）。

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。

特開２００４−２７９７３１号公報（請求項等）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以下に本発明の帯電ロールを詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、１０^３〜１０^７Ωであることが好ましい。

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。

＜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。

＜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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

本発明の帯電ロールの断面図である。 電気抵抗値の測定方法を示す図である。

符号の説明

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

Claims (6)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
   

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