JP2005181390A

JP2005181390A - 導電性ゴムローラ

Info

Publication number: JP2005181390A
Application number: JP2003417948A
Authority: JP
Inventors: Akito Funakoshi; 章人舟越
Original assignee: Yamauchi Corp
Current assignee: Yamauchi Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07
Also published as: CN1867870A; WO2005059657A1

Abstract

【課題】良好な電気特性を維持しつつトナーのローラ部分への付着を抑制することが可能な導電性ゴムローラを、複雑な製造工程を経ることなく提供する。
【解決手段】少なくともローラ表面が、ゴム成分の１００質量部と、可塑剤の０.０１〜２０質量部とを含むゴム組成物によって形成されており、該ゴム成分における主成分の溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ａ）と、該可塑剤における主成分の溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ｂ）との差（Ａ）−（Ｂ）が０.９以上であることを特徴とする導電性ゴムローラに関する。ゴム組成物はソリッドゴムまたはスポンジゴムであることが好ましく、また、ゴム成分における主成分がエピクロロヒドリンゴムであることが好ましい。可塑剤としては、溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ｂ）が５．０〜８．５の範囲内である１種または２種以上の成分が好適に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コピー機やプリンター等の電子写真装置において帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ等に対して好適に用いられる導電性ゴムローラに関する。

コピー機やプリンター等の電子写真装置においては給紙用ローラ等に対して導電性ローラが用いられている。導電性ローラには、長期間の使用に伴ってトナーの付着が生じ、出力紙の汚染の原因となるため、トナーのローラ表面への付着を防止する方法として、ゴム表面をＵＶ処理等によって改質したり、樹脂コーティング等によって２層以上の層構成とする改質を行なう等の対策が一般的に行なわれている。

たとえば特許文献１には、弾性層と、弾性層の表面を覆う表面層の２層を有する帯電ローラにおいて、表面層の表面平均粗さを弾性層の表面平均粗さよりも小さくすることにより、感光体およびトナーとローラとの非接着性を改良し、耐久性を向上させる方法が提案されている。しかし、この方法ではローラ部分を２層以上とすることによって改質を行なうため、必然的に工程が複雑になり、コストが上昇してしまう。また、ゴム層と樹脂コーティング層との間での導電性の差異が大きい場合には、抵抗値の制御が困難になる。

一方、たとえば特許文献２には、転写部材がウレタンゴムまたはゴム材料を用いて形成された弾性層を備え、該弾性層の表面が、熱処理、ＵＶ処理、プラズマ処理、イオンビーム、電子線等を用いた後処理によって改質されていることを特徴とする画像形成装置について開示されている。これらの後処理によって、ゴム表面には活性層（架橋層等）が形成され、表面の分子構造が密になる。したがって、表面エネルギーが低下して離型性が向上し、トナー、紙粉の付着量を減少させることができる。

しかし、ＵＶ処理等によって表面を改質した場合、改質されたゴム表面の官能基が変化することによりゴム表面とゴム内部とで硬度や電気特性の差異が生じるという問題がある。
特開平７−０４９６０５号公報特開平１１−１０９７６９号公報

本発明は上記の課題を解決し、良好な電気特性を維持しつつトナーのローラ部分への付着を抑制することが可能な導電性ゴムローラを、複雑な製造工程を経ることなく提供することを目的とする。

本発明は、少なくともローラ表面が、ゴム成分の１００質量部と、可塑剤の０.０１〜２０質量部とを含むゴム組成物によって形成されており、ゴム成分における主成分の溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ａ）と、可塑剤における主成分の溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ｂ）との差（Ａ）−（Ｂ）が０.９以上（（Ａ）−（Ｂ）≧０．９）であることを特徴とする、導電性ゴムローラに関する。ゴム成分における主成分は、エピクロロヒドリンゴムであることが特に好ましい。

なお、以下において「ＳＰ値（Ａ）」とは、ゴム成分における主成分の溶解度パラメータ、「ＳＰ値（Ｂ）」とは、可塑剤における主成分の溶解度パラメータ、「ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）」とは、ＳＰ値（Ａ）からＳＰ値（Ｂ）を減じた差、をそれぞれ表すものとする。

本発明においてゴム成分または可塑剤における「主成分」とは、ゴム成分全体または可塑剤全体のうち５０質量％以上を占める成分を指すものとする。なお、たとえばゴム成分または可塑剤において２種の成分を５０質量％ずつ混合した場合には、ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）が０．９以上となる組合せを少なくとも１つ有していれば良い。

ＳＰ値は、分子極性を表す１つの指標として考えることができ、ＳＰ値が大きい分子は一般的に極性が大きいと見ることができる。本発明においては、ゴム成分と可塑剤とのＳＰ値の関係を一定の範囲内に調整したゴム組成物を用いることによって、トナー付着の抑制が可能な導電性ローラを得ることができる。

本発明のゴム組成物としては、ソリッドゴムまたはスポンジゴムを用いることが好ましい。また、可塑剤の含有量は、より好ましくは０.１〜２.０質量部の範囲内に設定される。

本発明の可塑剤において、ＳＰ値（Ｂ）は、５．０〜８．５の範囲内であることが好ましく、７．５以下、また、６．５以上とされることが特に好ましい。

本発明によれば、ゴム成分および可塑剤のＳＰ値の関係を調整し、表面エネルギーを低減させたゴム組成物を少なくともゴムローラ表面に適用することによって、ローラ表面へのトナーの固着を効果的に抑制することが可能な導電性ゴムローラを、複雑な工程を経ることなく製造することが可能となる。

図１は、本発明の導電性ローラの構造を示す断面図である。本発明の導電性ゴムローラは、芯金部分１にゴム部分２を被覆して構成される。

本発明の導電性ゴムローラにおいて用いられるゴム組成物は、ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）が０.９以上となるようにゴム成分と可塑剤とのＳＰ値の関係が調整されることを特徴とする。

本発明でいうＳＰ値は、スモール（ｓｍａｌｌ）の式により求められ、
σ＝ΣＦｉ／Ｖ＝ρＦｉ／Ｍ
（但し、Ｆｉ：モル吸引力定数、Ｖ：モル容積、ρ：密度、Ｍ：分子量）
で表される。

ＳＰ値は主に分子の極性を示す指標として捉えることができるため、ＳＰ値の近接した分子同士は一般的に高い相溶性を示す。導電性ゴムローラに対して用いるゴム成分は、十分な物理的強度を確保するため、一定以上のＳＰ値を有するものを用いることが好ましいが、ゴム成分が高い極性を有する場合、ローラ表面にトナーが付着する一因となる。ここで、ＳＰ値がゴム成分に対して十分小さい可塑剤を添加すると、ゴム組成物に柔軟性を付与してゴムローラの動作安定性を向上させるという可塑剤としての寄与に加え、表面エネルギーを低下させることによってローラ表面へのトナー付着を抑制することができるため、ゴムローラとしての性能を向上させることができる。

本発明の導電性ゴムローラは、トナーの付着を抑制するために、ゴム成分とのＳＰ値における差を特定の範囲内とした可塑剤を配合することを特徴とする。よって、ローラ表面の化学的改質等を施す必要がないため、導電性ゴムローラにおけるゴム部分が有している導電性および物性を犠牲にすることなく、優れた電気特性を有するゴムローラが得られる。

本発明の導電性ゴムローラは、単層で構成されても複層から構成されても良く、少なくともゴムローラの表面において、ゴム成分と可塑剤との主成分におけるＳＰ値が特定の関係を満たしていれば良い。しかし、良好な導電性を得る点では、ローラ内部とローラ表面部とを同一の組成とする方が有利であり、単層で構成されることがより好ましい。なお、複層で構成される場合には、少なくともローラ表面を構成する層が、ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）が０．９以上となるゴム組成物で構成されていれば良い。

本発明においては、ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）が０．９以上になるようにゴム成分と可塑剤とのＳＰ値の関係を設定する。ゴム成分が十分な物理的強度を有するためには、ＳＰ値が一定以上のものを用いる必要があるが、ゴム成分と可塑剤とのＳＰ値の差が０．９以上である場合、物理的強度に優れたゴム成分と、表面エネルギー低減効果に優れる可塑剤とが組み合わされることとなり、ゴムローラは良好なトナー付着抑制効果を有する。さらにこの場合、ゴム成分と可塑剤との相溶性が高くなり過ぎることを防止し、可塑剤がゴム組成物中で適度な凝集形態を保った状態で分散するように制御できる。したがって、ゴムローラ表面にも可塑剤が一定以上の分散サイズで存在することとなり、少量の可塑剤で最大限の表面エネルギー低減効果を発揮させることができる。

本発明において、ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）が０.９よりも小さく、かつ０以上である場合、表面エネルギー低減効果を所望する程度に得るためには可塑剤を多量に添加する必要がある。しかし可塑剤を多量に添加するとゴムローラの使用時に可塑剤が表面にブリードすることによって汚染等が生じる危険性があるため好ましくない。

一方、ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）が０よりも小さい場合、ゴム工業において一般的に用いられ得る可塑剤よりもＳＰ値が小さいゴムを用いることが必要となるが、このようなゴムは、物理的強度、耐熱性等、ゴムローラのゴム部分に使用するために必要な特性を具備しないため、ゴム部分への使用には適さない。

上記より、ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）が０．９以上であれば、ゴム組成物全体に対してゴム成分および可塑剤における主成分の特性が十分反映される。

ＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）は０.９以上であれば良く、より好ましくは１．５以上とすることができるが、両者のＳＰ値の差が大きすぎると、相溶性が悪くなって製造におけるゴム成分と可塑剤とのゴム組成物からの可塑剤のブリードが生じ易くなるため、たとえばＳＰ値（Ａ）−ＳＰ値（Ｂ）を４．０以下、特に３．０以下に設定することが好ましい。

本発明に用いるゴム成分としては、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、ニトリルブタジエンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ノルボルネンゴム、等のイオン導電性を有するゴムの他、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、シリコンゴム、等のゴムを、単独または２種以上の混合物として用いることができる。これらのうちエピクロロヒドリンゴムは良好な導電性および物性を有する点で特に好適であり、エピクロロヒドリンゴムを主成分とするゴム成分、特にエピクロロヒドリンゴムとアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）とを５０質量％ずつ配合したゴム成分は優れた導電性および物性を示す。

本発明のゴム成分におけるＳＰ値（Ａ）は特に限定されないが、７．０以上１０．０以下であることが好ましい。中でも、ＳＰ値（Ａ）が７．５以上、さらに８．０以上、特に８．５以上であればゴム成分は良好な物理的強度、導電性および耐熱性を有し、９．５以下、さらに９．０以下であれば加工性および動作安定性が良好である。

本発明の可塑剤としては、たとえば石油系軟化剤としてパラフィン系、ナフテン系、アロマティック系のプロセスオイル、植物系軟化剤としてひまし油、綿実油、亜麻仁油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生油、木ろう、ロジン、パインオイル、トール油等、さらにフタレート系、アジペート系、セバケート系、フォスフェート系、ポリエーテル系、ポリエステル系の可塑剤、等が好適に用いられ、これらを単独または２種以上の組み合わせとして使用することができる。

可塑剤は、ゴム成分１００質量部に対して０.０１〜２０質量部、特に０.１〜２.０質量部の範囲内となるように配合される。配合量が０.０１質量部以上であれば、可塑剤の存在によるトナーの付着防止効果が所望する程度に得られ、２０質量部以下であれば、可塑剤のブリードによって紙汚れ等の問題が発生したりゴム部分の物性が低下したりする危険性が少ない。

本発明では、ＳＰ値（Ｂ）が５．０〜８．５の範囲内である可塑剤を用いる。ＳＰ値（Ｂ）が５．０以上であればゴム部分の物性低下や可塑剤のブリードを防止できるからである。また、ＳＰ値（Ｂ）が８．５以下である場合、表面エネルギーの低減効果が十分得られることによってトナーの付着抑制効果に優れる。このうち、ＳＰ値が６．５以上であることが特に好ましく、また７．５以下であることが特に好ましい。

ゴム成分および可塑剤のＳＰ値は、導電性ゴムローラの用途に応じた要求特性によって適宜最適なものを選択すれば良い。

好ましい可塑剤の具体例としては、ＳＰ値が６〜８程度のパラフィン系の石油系軟化剤、またはＳＰ値が７．５〜８．５程度のナフテン系の石油系軟化剤、ＳＰ値が７．３程度であるシリコーンオイル等が挙げられる。なおこれらの軟化剤のＳＰ値については、たとえば「ゴム技術の基礎」（日本ゴム協会編）に記載がある。ゴム成分と可塑剤との組合せとしては、これらの可塑剤を単独または２種以上の混合物の状態で、ＳＰ値が８．８〜９．５程度であるエピクロロヒドリンゴムに配合することが特に好ましい。

本発明に用いられるゴム組成物には、上記のゴム成分および可塑剤の他に、以下に説明するような、ゴム製品の製造に一般的に用いられる配合成分が適宜配合される。

加硫剤としては、硫黄、テトラアルキルチウラム−ジサルファイド、モルホリン−ジサルファイド、アルキル−フェノール−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、ｐ−キノン−オキシム、ｐ，ｐ’−ジベンゾイル−キノンジオキシムなどのオキシム、ジクミル−パーオキサイド、ベンゾイル−パーオキサイドなどの過酸化物、塩化硫黄、セレン、テルルなどがあるが、安価で容易に入手でき、かつ加硫作用も十分に大きく、またゴムローラ表面の耐磨耗性が優れる点で、硫黄が好ましい。

加硫促進剤としては、ジベンゾチアゾリルジサルファイド（ＤＭ）、２−メルカプトベンゾチアゾール（Ｄ）、２−メルカプトベンゾチアゾール亜鉛塩（ＭＺ）などのチアゾール類、ジイソプロピルスルフェンアミド（ＤＩＢＳ）、シクロヘキシルスルフェンアミド（ＣＺ）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（ＴＴ）、テトラエチルチウラム−ジサルファイド（ＴＥＴ）、ジペンタメチレンチウラム−テトラサルファイド（ＴＲＡ）などのチウラム類、ジメチルジチオカーバメート亜鉛塩（ＰＺ）、ジエチルジチオカーバメート亜鉛塩（ＥＺ）等のジチオ酸塩、その他グアニジン類、チオウレア類、アルデヒドアンモニア類、ザンテート類などがある。ゴム成分と加硫剤との反応を促進し、加硫時間の短縮、加硫温度の低下、硫黄量の低減を図り、ゴムローラの破断強度、耐磨耗性を向上させる点で、チアゾール類は好ましく、特にＤＭが好ましい。また、チアゾール類よりスコーチが遅く、加硫の立ち上がりが速い点で、スルフェンアミド類も好ましく、特にＣＺが好ましい。

加硫促進助剤としては、亜鉛華等の金属酸化物、ステアリン酸亜鉛、オレイン酸等の脂肪酸が挙げられる。

その他、アミン系、フェノール系等の老化防止剤、カーボン、シリカ、クレー、コルク、タルク、炭酸カルシウム、二塩基亜リン酸塩（ＤＬＰ）、塩基性炭酸マグネシウム、アルミナ等の充填剤の他、軟化剤、補強剤等を適宜配合することができる。

本発明に用いるゴム組成物は、中実のソリッドゴム（硬質ゴム）として調製し、導電性ゴムローラのゴム部分に用いることができる他、スポンジゴムとして調製して用いても良い。ソリッドゴムを用いたゴムローラは機械的強度および導電性に優れるという利点を有する一方、スポンジゴムを用いたゴムローラは柔軟性に優れ、特に転写ローラへの使用に適するという利点を有する。したがって用いるゴム組成物の性状は、本発明の導電性ゴムローラを適用する電子写真装置における所望の性能に応じて適宜選択すれば良い。

スポンジゴムは、ゴム組成物の配合成分に発泡剤、および必要に応じて発泡助剤を添加し、好ましくは密閉条件下で加硫成形することによって製造することができる。

発泡剤としては、化学発泡剤が好適に用いられ、有機系と無機系に分類される。有機系の発泡剤としては、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、バリウムアゾジカルボキシレート（Ｂａ／ＡＣ）等のアゾ化合物、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）等のニトロソ化合物、ベンゼンスルホニルヒドラジド（ＢＳＨ）、４，４オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）（ＯＢＳＨ）、トルエンスルホニルヒドラジド（ＴＳＨ）、ヒドラゾジカルボンアミド（ＨＤＣＡ）等のヒドラジン誘導体等が使用できる。無機系の発泡剤としては、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、炭酸水素ナトリウム等が使用できる。これらは単独でも２種以上を組み合わせて用いても良い。

また発泡助剤としては、サリチル酸等の有機酸系助剤の他、尿素系助剤等が使用可能である。これらのうち、本発明において好適に用いられるエピクロロヒドリンゴムに対する発泡剤としては、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）等のニトロソ化合物が特に好ましい。

本発明のゴムローラは、たとえば以下の方法で製造することができる。すなわち、ゴム組成物の配合成分のうちゴム成分および可塑剤をまずニーダー機等で素練りした後、他の配合成分を順次ニーダー機に投入して混練し、円筒形に押出し成型する。これをたとえば４ｋｇｆ／ｃｍ²（３．９２２６６×１０⁵Ｐａ）の荷重下で、１５０℃で５０分間蒸気加硫し、円筒形のゴム組成物を得る。得られたゴム組成物をステンレス製の芯金に挿入し、ゴム表面を研磨して、本発明のゴムローラを製造することができる。

＜実施例＞
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。

（導電性ゴムローラの製造）
表１に示す配合成分を含む配合材料を混練し、押出機にてチューブ状に成型した後、１５０℃で５０分間蒸気加硫してローラ用ゴムを得た。これを芯金に挿入し、外径２０ｍｍに研磨してゴムローラを得た。

注１：エピクロロヒドリンゴムは、日本ゼオン社製の「Ｇ３１０６」（エチレンオキサイド、アリルグリシジルエーテル、およびエピクロロヒドリンの３種類の共重合体、ＳＰ値＝９．４）である。
注２：パラフィン系プロセスオイルは、出光興産社製の「ダイアナプロセスオイル、ＰＷ−３８０」（ＳＰ値＝６．６）である。
注３：シリコーンオイルは、信越化学社製の「ＫＦ９６−５０」（ジメチルシリコーンオイル、ＳＰ値＝７．３）である。
注４：アロマ系プロセスオイルは、出光興産社製の「ダイアナプロセスオイルＡＨ１６」（ＳＰ値＝９．０）である。
注５：カーボンは、サーマルブラックである。
注６：加硫剤は、硫黄である。
注７：加硫促進剤は、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）である。
注８：発泡剤は、三協化成社製「セルマイクＡ」（Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ））である。

（トナー固着性の評価）
紙上にトナーマゼンタを塗り広げ、実施例１〜４および比較例１〜２で得たゴムローラを転がしてトナーをゴム表面に満遍なく付着させた。このゴムローラを直径３０ｍｍのアルミドラムに当接させた状態で、温度４５℃、湿度９０％で２週間放置した後、ゴムローラに付着したトナーの状態を目視で観察した。結果を表２に示す。

比較例１および２については、アルミドラムへの当接部にはトナーの固着が見られ、当接部以外のトナーの色が薄くなっていたのに対し、実施例１〜４については、アルミドラム当接部、当接部以外のいずれの部位においてもトナーの固着は見られなかった。

これらの結果より、本発明のゴムローラは、トナーの固着が著しく改善されたものであることが確認できる。

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。

本発明の導電性ゴムローラは、ゴム成分と可塑剤との溶解度パラメータ（ＳＰ値）の関係を制御することにより得られ、トナー固着が効果的に抑制される。また、ゴム組成物の配合成分を考慮するのみで容易に所望のトナー固着防止効果を有するゴムが得られるため、多層化等の複雑な工程を経ることなく製造可能であり、コスト低減という点でも優れる。

本発明の導電性ローラの構造を示す断面図である。

符号の説明

１芯金部分、２ゴム部分。

Claims

少なくともローラ表面が、ゴム成分の１００質量部と、可塑剤の０.０１〜２０質量部とを含むゴム組成物によって形成されており、前記ゴム成分における主成分の溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ａ）と、前記可塑剤における主成分の溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ｂ）との差（Ａ）−（Ｂ）が０.９以上であることを特徴とする導電性ゴムローラ。
前記ゴム組成物がソリッドゴムであることを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラ。
前記ゴム組成物がスポンジゴムであることを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラ。
前記ゴム成分における主成分がエピクロロヒドリンゴムであることを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラ。
前記可塑剤は、前記溶解度パラメータ（ＳＰ値）（Ｂ）が５．０〜８．５の範囲内である１種または２種以上の成分からなることを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラ。