JP3053246B2

JP3053246B2 - 半導電性ローラ

Info

Publication number: JP3053246B2
Application number: JP3104860A
Authority: JP
Inventors: 一男野島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JPH04311972A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真複写機等に用い
られる電子写真複写機用半導電性ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機は、例えば有機感光体、
セレン、ＣｄＳ等の感光体ドラム表面に原稿像を静電潜
像として形成し、これにトナーを付着させて、トナー像
を形成し、このトナー像を転写紙に転写、定着すること
により、複写を行なうものである。この場合、感光体ド
ラム表面に静電潜像を形成させるには、あらかじめ感光
体ドラム表面を帯電させ、その帯電部分に対して原稿像
を光学系を介して投射し、光の当たった部分の帯電を消
すことによって、静電潜像を形成することが行なわれて
いる。

【０００３】上記の静電潜像の形成に先立って、感光体
ドラム表面を帯電させる方法として、従来からコロナ放
電方式が採用されている。このコロナ放電方式は、感光
体ドラム表面に対して、コロナ放電器からコロナ放電を
施して帯電処理し、感光性を付与するものである。この
方式は、一般に５〜８ＫＶという高圧電圧を金属ワイヤ
ーに印加するため、放電に伴い有害なオゾンを発生する
という難点がある。また、電力的にも、感光体に向かう
電流はその５〜３０％にすぎず、ほとんどがシールド板
に流れ、帯電手段としては効率の悪いものであった。

【０００４】このような問題を解決するために、最近で
は、半導電性ローラを感光体ドラム表面に接触回転させ
て、感光体表面を帯電させる接触帯電方式が注目されて
いる。特に、半導電性ローラを帯電ローラとして用いる
ことが、例えば特開昭５０−８４３号、実開昭５８−８
８６４５号、特開昭５８−１９４０６１号、特開平１−
１４２５６９号各公報等に提案されている。

【０００５】この接触帯電方式を用いた電子写真装置
は、例えば図１に示されるように構成されていて、感光
体１は通常有機感光体で形成されているが、セレン、Ｃ
ｄＳ、アモルファスシリコン等であってもよい。上記感
光体１には、これに接して帯電ローラ２が設けられてお
り、この帯電ローラ２を中心として、時計回転方向に現
像器３、転写ローラ５及びトナークリーナ７が設置され
ている。更に、感光体１に近接して転写ローラ５から送
出される転写紙４の定着を行なうための定着器６が、転
写ローラ５とトナークリーナ７との間に備えられてい
る。

【０００６】そして複写は次のようにして実施される。
矢印方向に回転する感光体ドラム１（例えば線速６０ｍ
ｍ／ｓｅｃ）の外周面に、弾性を有する半導電性ローラ
からなる帯電ローラ２を、感光体ドラム１によって、部
分的に弾性変形させながら回転させる。この帯電ローラ
２の接触により、感光体ドラム１の外表面が帯電され
る。このようにして帯電された感光体１の表面には、露
光機溝部８によって、原稿に対応した静電潜像が形成さ
れ、この潜像を現像器３により可視像化して、転写紙４
に転写ローラ５を用いて転写し、定着器６で定着を行な
う。このようにして複写体が得られる。

【０００７】なお、この場合、上記感光体１の表面に
は、転写ローラ５によって付着しているトナーの８５〜
９５％は転写されるが、この転写後の残りのトナーはト
ナークリーナ７によってほぼ完全に除去され、更にイレ
ーサ・ランプ９によって全面光照射を受け、初期化さ
れ、次の帯電に備えられる。

【０００８】電子写真複写機等には、帯電ローラ、現像
ローラ、転写ローラ等多くの半導電性ローラが用いられ
ている。このような半導電性ローラは、体積抵抗１０⁶
〜１０¹²Ω・ｃｍ程度の導電性を有するものが望まし
く、通常図２に示されるように、金属性の軸芯１０とそ
の外周に導電性弾性体層１１が形成され、この導電性弾
性体層１１の外周に沿って、抵抗層１２が形成された半
導電性ローラが用いられている。

【０００９】上記導電性弾性体層材料としては、体積抵
抗１０⁵Ω・ｃｍ以下、好ましくは１０³Ω・ｃｍ以下で
あって、且つゴム硬度（ＪＩＳＡ）２０〜５０度、好
ましくは２５〜４０度のものが使用される。一般的に
は、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリ
ルゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム中に導電性粉末（カ
ーボンブラック、金属粉末など）などを混入した組成物
によって形成されている。

【００１０】また、抵抗層材料としては、体積抵抗１０
⁵〜１０¹³Ω・ｃｍ、好ましくは１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍ
のものが使用される。一般的には、エピクロルヒドリン
ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ク
ロロプレンゴムなどの有極性ゴムであったり、更には、
シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレン・
ブタジエンゴムなどの高抵抗の合成ゴム中に導電性粉末
（カーボンブラック、金属粉末など）、導電性繊維（カ
ーボン繊維など）、弗素系界面活性剤、エステル系可塑
剤などの低抵抗物質を混入した組成物によって形成され
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な抵抗層を備えている半導電性ローラにおいて、抵抗層
がエピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴ
ムなどの有極性ゴムで形成されているときは、一般にト
ナーに対する離型性が悪いために、該ローラを帯電ロー
ラ、転写ローラとして使用する場合、感光体表面にわず
かに残留するトナーがローラ表面に付着、固着してしま
い、問題となる。例えば、帯電ローラにトナーが固着し
た場合では、ローラ帯電器の機能が失なわれ、トナーの
固着部分は感光体への帯電が不可能となる。また、現像
ローラとして使用される場合では、更に顕著にローラ表
面へのトナー固着が発生し、画像ムラ等の発生原因とな
り、好ましくない。

【００１２】また、抵抗層材料が合成ゴム中にカーボン
ブラックなどを分散した系の場合には、高電圧下におい
て、絶縁破壊を起し易くなるという欠点がある。例え
ば、帯電ローラの場合では、感光体表面にピンホール等
があると、感光体の背面電極に通ずる導電路が形成され
て、帯電ローラから過剰な電流が流れ、帯電ローラに印
加された電圧が降下してしまう。画像としてみると、ネ
ガポジ現像では、感光体表面と帯電ローラとの接触部分
の長手方向にわたる黒スジとなって現われるという問題
点を有している。

【００１３】従って、本発明の目的は、トナーに対する
離型性（非粘着性）に優れ、しかもカーボンブラック等
の高電圧下、絶縁破壊を起こし易い導電性粉末や、弗素
系界面活性剤、エステル系可塑剤等のローラ内部から経
時的に滲み出して感光体などを汚染し易い低抵抗物質な
どを含有しない材料からなる抵抗層を有する電子写真複
写機用半導電性ローラを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、抵抗層の構成材料として四弗化エチレン・プ
ロピレンゴム又はエピクロルヒドリンゴム／弗素系ポリ
マー混合系を使用した半導電性ローラが上記目的に適合
することを知見し、本発明を完成するに至った。

【００１５】即ち、本発明によれば、導電性支持体上に
導電性弾性体層と抵抗層とをその順に積層してなる半導
電性ローラであって、しかも前記抵抗層が四弗化エチレ
ン・プロピレンゴムで構成されているか、又はエピクロ
ルヒドリンゴムを主成分とする該ゴムと弗素系ポリマー
との混合物からなる半導電性物質で構成されていること
を特徴とする電子写真複写機用半導電性ローラが提供さ
れる。

【００１６】本発明の半導電性ローラは、抵抗層が四弗
化エチレン・プロピレンゴム又はエピロクルヒドリンゴ
ム／弗素系ポリマー混合系から構成されていることによ
り、トナーに対する非粘着に優れ、トナーフィルミング
が防止でき、長期間にわたって安定したローラとしての
機能を発揮できるものとなる。

【００１７】本発明の半導電性ローラは、導電性支持体
上にまず導電性弾性体層が形成されているが、この導電
性弾性体層用の材料は特に制限されるものではなく、シ
リコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒ
ドリンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム
中に導電性粉末や導電性繊維（カーボンブラック，金属
粉末、カーボン繊維等）などを混入した組成物によって
形成され、体積抵抗が１０⁵Ω・ｃｍ以下、好ましくは
１０³Ω・ｃｍ以下であって、且つゴム硬度（ＪＩＳ
Ａ）が２０〜５０度、好ましくは２５〜４０度の範囲の
ものが使用される。

【００１８】なお、導電性粉末等の混入の際、抵抗調整
やゴム硬度調整の目的で、可塑剤や活性剤等を使用する
のは好ましくない。と言うのは、これらの薬剤は経時的
に滲み出し、感光体等の表面の汚染及びローラ表面のト
ナーフィルミングの発生原因となるためである。

【００１９】本発明の半導電性ローラは、その抵抗層が
前記したように四弗化エチレン・プロピレンゴム又はエ
ピクロルヒドリンゴム／弗素系ポリマー混合物から構成
されるが、四弗化エチレン・プロピレンゴムは、トナー
に対する非粘着性に優れ、体積抵抗値は中抵抗領域を有
し、しかもこの電気特性の温湿度依存性が著しく小さ
く、また機械的強度も実使用に十分耐える強度をもって
いる弗素ゴムである。従って、このような特性を有する
四弗化エチレン・プロピレンゴムからなるポリマー単一
系で抵抗層を形成すると、トナーフィルミングを防止で
き、しかも長期間にわたって安定したローラとしての機
能を維持することができる。また、体積抵抗、ゴム硬度
を調整するための界面活性剤、可塑剤等を使用する必要
がないので、感光体を汚染することもない。

【００２０】また、エピクロルヒドリンゴムは、体積抵
抗値は中抵抗領域を示し、しかもこの電気特性の温湿度
依存性が小さいという特長をもっているが、トナーに対
する非粘着性が十分でなく、エピクロルヒドリンゴム単
体の抵抗層では、前述したようなトナー固着を生じ、実
使用に耐えるローラとはなり得ない。しかし、エピクロ
ルヒドリンゴムを主成分とする該ゴムと弗素系ポリマー
との混合物からなる抵抗層とすると、トナーに対する非
粘着性が向上し、トナー固着が防止され、長期間にわた
って安定したローラとしての機能を維持し得るようにな
る。しかも、カーボンブラック等の低抵抗材料をゴム中
に分散した系ではないポリマー単一系で半導電性を有し
ているので、帯電ローラに使用した場合でも、ローラの
特性が十分発揮できる。

【００２１】ここで使用される弗素系ポリマーは、溶剤
可溶性弗素樹脂で、フルオロオレフィンと炭化水素系ビ
ニルエーテルとの共重合反応によって得られる非晶質ポ
リマーが特に好ましい。この弗素系ポリマーの詳細につ
いては、小島、山辺、「有機合成化学協会誌」４２
（８），８４１（１９８４），宗像、宮崎、賀屋，高
柳、「旭硝子研究報告」３４（２），２０５〜２２４
（１９８４），特公昭６３−１９６２号、同６３−２３
０４号、同６３−２９９２号各公報等を参照することが
できる。

【００２２】このポリマーの弗素含有率は２５〜３２重
量％と比較的低いが、フルオロオレフィンと炭化水素ビ
ニルエーテルが交互に配列した鎖構造をもつ交互共重合
体であり、化学的に安定なフルオロオレフィン部位が規
則的に配列し、不安定な炭化水素系ビニルエーテル部位
を電子的にも立体化学的にも保護しているために化学的
に安定であり、耐久性にも優れている。なお、このポリ
マーは有機溶剤に可溶であるので、コーティング後ポリ
マーを架橋し塗膜に耐溶剤性を付与する必要があるが、
このために反応性に富んだ水酸基含有ビニルエーテルを
共重合し、多官能イソシアネートによる架橋、硬化がな
される。

【００２３】次に、本発明の半導電性ローラの作製方法
について具体的に説明すると以下のようになる。（ｉ）
まず、導電性弾性体層用材料として、例えば熱加硫型シ
リコーンゴムにカーボンブラックを分散したゴムコンパ
ウンドに過酸化物系加硫剤を添加し、二本ローラを使用
して十分混練し、均一な組成のカーボンブラック分散ゴ
ムコンパウンドを得る。（ii）このゴムパウンドを金属
製軸芯の外周に巻きつけて、あらかじめ加熱（例えば１
７０℃）したローラ成形用金型にはさみ込み、所定の圧
力（例えば１２０Ｋｇ／ｃｍ²）を印加して一次加硫
（例えば１０分間）を行なう。（iii）次に金型の圧力
を解除してローラを取り出した後、二次加硫（例えば２
００℃、４時間）を行なう。（iv）その後ローラ表面を
研削し、必要な外径寸法を得ると同時に表面粗さを１０
μｍ（Ｒｚ）以下とする。（ｖ）次いで、抵抗層用材料
として、四弗化エチレン・プロピレンゴム（液状弗素ゴ
ム）をエアースプレー（又はディッピング法）を用い
て、（iv）で得られた導電性弾性体層の外周に塗布し
（塗布厚み３０〜２００μｍ）、所定の条件（例えば１
７０℃、３０分間）で硬化する。

【００２４】また、抵抗層用材料として、エピクロルヒ
ドリンゴム／弗素系ポリマー混合系を用いる場合には、
前記（ｖ）工程を以下のようにする方法が採用される。
（ｖ）次いで、抵抗層用材料として、未加硫エピクロル
ヒドリンゴムと溶剤可溶性弗素樹脂（イソシアネート硬
化）を、溶剤（例えばトルエン、キシレン等）に溶解
し、所定の粘度（例えば３５０センチポイズ）に調整し
てディッピング液とし、（iv）で得られた導電性弾性体
層塗設ローラを上記ディッピング液に浸漬し、所定の厚
み(例えば３０〜６０μｍ）にコーティングした後、常
温乾燥し、次いで高温乾燥（例えば１５０℃、１０分）
する。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、部は重量部を表わす。

【００２６】実施例１導電性弾性体層用材料として下記
組成の混合物を混練して均一な組成のゴムコンパウンド
とした後、金型成形（１７０℃、１０分間、１２０Ｋｇ
／ｃｍ²）による一次加硫の後、二次加硫（２００℃、
４時間）を行なった。熱加硫型シリコーンゴム１００部（ＤＹ３２−９３１Ｕ：東レ・ダウコーニングシリコーン社製）熱加硫型シリコーンゴム１００部（ＳＲＸ−５５７：東レ・ダウコーニングシリコーン社製）加硫剤６部（ＲＣ−４：東レ・ダウコーニングシリコーン社製）

【００２７】次に、表面研磨して表面粗さ４μｍ（Ｒ
ｚ）、外径φ１２に仕上げて、導電性軸芯上に体積抵抗
３×１０³Ω・ｃｍの導電性弾性体層を有するローラを
得た。

【００２８】得られた導電性弾性ローラ上に、下記の均
一組成物をエアースプレー法によって塗装した後、１７
０℃、３０分間で硬化させ、膜厚５０μｍの塗膜を得
た。四弗化エチレン・プロピレンゴム１００部（エイトシール主剤Ｆ２０ＵＩ：大平化成社製）硬化剤４部（エイトシール硬化剤Ｆ２０ＵＩ：大平化成社製）４−メチル−２−ヘプタノン３５０部このようにしてゴム硬度３５度（ＪＩＳＡ）の目的と
する半導電性ローラを得た。

【００２９】実施例２〜５抵抗層用材料として、下記組
成のゴム組成物を二本ローラで混練した後、トルエン溶
剤５００部に溶かし、粘度を３５０センチポイズに調整
したエピクロルヒドリンゴム溶液を調製した。エピクロ
ルヒドリン／エチレンオキシド／アリルグリシジルエー
テ１００部ル三元共重合体からなるエピクロルヒドリ
ンゴム（エピクロマＣＧ：大阪曹達社製）亜鉛華５部ステアリン酸１部硫黄１．５部

【００３０】同じく抵抗層用材料として、下記組成の混
合物を、トルエン／キシレン＝１／１の溶剤１３０部に
溶解して、粘度を３５０センチポイズに調整した弗素樹
脂溶液を調製した。弗素樹脂１００部（ルミフロンＬＦ−６００：旭硝子社製）イソシアネート系硬化剤１０部（コロネートＨＸ：日本ポリウレタン社製）

【００３１】実施例１で作成されたと同一の導電性弾性
ローラを、前記エピクロルヒドリンゴム溶液と弗素樹脂
溶液との混合比を表１に示されるように変えたディッピ
ング液に浸漬して、コーティングした後常温乾燥し、次
いで１５０℃、１０分乾燥して、５０μｍの厚みの抵抗
層をもつ目的とする半導電性ローラを得た。

【００３２】比較例抵抗層用材料に、実施例２で調製し
たエピクロルヒドリンゴム溶液の単体液を用いた以外
は、実施例２と同様にして半導電性ローラを得た。

【００３３】以上のようにして得られた半導電性ローラ
を、図１に示した電子写真複写装置の帯電ローラとして
装着して、経時的なトナーフィルミング性並びに電気的
特性の体積抵抗と絶縁破壊電圧をそれぞれ評価測定し
た。それらの結果を表１に示す。

【００３４】なお、評価方法及び測定方法は、次のよう
に行なった。（１）耐トナーフィルミング性のランク付
け図１の装置を用いて、稼動１００時間後及び３００時
間後の帯電ローラ表面のトナー付着状態を、次の基準に
より評価したものである。ランク・・・布などでロー
ラ表面のトナーが簡単に拭きとれる。〃・・・拭き
取りで僅かにトナーが残存している。〃・・・完全
に拭きとりができず、トナーの薄い層が残る。〃・
・・トナーが強くローラ表面に固着している。

【００３５】（２）体積抵抗抵抗層単体の抵抗測定で
は、薄いアルミ板（厚み０．５ｍｍ）上に抵抗層材料を
ディッピング法によって厚さ５０μｍにコーティングし
たサンプルを、２０℃、６０％ＲＨの環境中に１６時間
放置した後、抵抗測定セル（１６００８Ａ：ＹＨＰ社
製）と、抵抗計（エレクトロメータ６１０Ｃ：ケースレ
社製）を用いて測定。ローラの抵抗測定は、サンプルを
２０℃、６０％ＲＨの環境中に１６時間放置した後、１
０ｍｍ幅の銅箔テープ（スコッチテープＮｏ．１２４
５：３Ｍ社製）を電極として用い、主電極とガード電極
との距離を１ｍｍとし、抵抗計（エレクトロメータ６１
０Ｃ：ケースレ社製）を用いて測定。

【００３６】（３）絶縁破壊電圧サンプルのローラを２
０℃、６０％ＲＨの環境中に１６時間放置した後、１０
ｍｍ幅の主電極と軸芯間に直流電圧を徐々に上昇させて
印加し、絶縁破壊する最低電圧を求めた。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１の結果から、本発明のローラは比較例
のローラと比べ、耐トナーフィルミング性において優れ
ており、良好な帯電ローラとし使用できることが分か
る。

【００３９】

【発明の効果】本発明の半導電性ローラは、導電性支持
体上に導電性弾性体層と抵抗層とをその順に積層してな
る半導電性ローラであって、しかも前記抵抗層が四弗化
エチレン・プロピレンゴム又はエピクロルヒドリンゴム
／弗素系ポリマー混合物で形成されているという構成に
したことから、トナーに対する非粘着性に優れているた
めトナーフィルミングが発生しにくく、しかも該抵抗層
は体積抵抗、ゴム硬度等を調整するための界面活性剤、
可塑剤等を使用する必要がないので、感光体を汚染する
こともなく、またカーボンブラック等の低抵抗材料を配
合しなくても十分な半導電性を有しているので、帯電ロ
ーラに使用した場合でもローラの特性が十分発揮され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導電性ローラを帯電ローラに用いた
電子写真複写装置の模式図である。

【図２】本発明の半導電性ローラの層構成を示す模式断
面図である。

【符号の説明】

１感光体ドラム２帯電ローラ３現像器４転写紙５転写ローラ６定着器７トナークリーナ８露光機構部９イレーサ・ランプ１０軸芯１１導電性弾性体層１２抵抗層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−145463（ＪＰ，Ａ) 特開平１−204081（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−176064（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−37574（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−218983（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−70879（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−52180（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02 101 G03G 15/08 501 G03G 15/16 103 G03G 21/06 F16C 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性支持体上に導電性弾性体層と抵抗
層とをその順に積層してなる半導電性ローラであって、
しかも前記抵抗層が四弗化エチレン・プロピレンゴムで
構成されていることを特徴とする電子写真複写機用半導
電性ローラ。
【請求項２】導電性支持体上に導電性弾性体層と抵抗
層とをその順に積層してなる半導電性ローラであって、
しかも前記抵抗層がエピクロルヒドリンゴムを主成分と
する該ゴムと弗素系ポリマーとの混合物からなる半導電
性物質で構成されていることを特徴とする電子写真複写
機用半導電性ローラ。
【請求項３】前記弗素系ポリマーがフルオロオレフィ
ンと水酸基含有ビニルエーテルを構成成分とした含弗素
共重合体をイソシアネートで架橋して得られたポリマー
である請求項２記載の電子写真複写機用半導電性ロー
ラ。