(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性芯材上に研削によって形状を形成されたソリッドゴム層を有する導電性ゴムローラにおいて、該ソリッドゴム層は、ゴム成分１００質量部に対しＢＥＴ法で測定した比表面積で３ｍ2／ｇ〜１３ｍ2／ｇの重質炭酸カルシウムを１０質量部〜１００質量部含有しており、且つ、該重質炭酸カルシウムのゴム組成物中における全フィラーに対する割合が５０質量％以上であるゴム組成物を含有し、更に該重質炭酸カルシウムが乾式粉砕により製造されたものであることを特徴とする導電性ゴムローラ。
【請求項２】
前記乾式粉砕により製造した重質炭酸カルシウムが５μｍ以上の粒子を分級除去したものである請求項１に記載の導電性ゴムローラ。
【請求項３】
前記ゴム組成物のゴム成分中に、エピクロルヒドリン系ゴムを５〜９５質量％含有している請求項１又は２に記載の導電性ゴムローラ。
【請求項４】
電子写真感光体上の静電荷像を現像剤により現像する画像形成装置に用いられる導電性ゴムローラにおいて、該導電性ゴムローラが電子写真感光体上に接触して配置される帯電ローラである請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ゴムローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機や静電記録装置等に用いられる帯電ローラ等の電子写真感光体に接触して用いられる導電性ゴムローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機や静電記録装置等は、均一に帯電された電子写真感光体を露光して得られた静電潜像に現像剤であるトナーを付着させ、そのトナーを紙等の転写媒体に転写することにより画像を形成している。また、電子写真感光体の帯電はコロナ放電による非接触の帯電方式や導電性のローラを使用する接触型の帯電方式があるが、近年、放電によるオゾン発生等の問題により、導電性ローラ方式が主流となっている。
【０００３】
上記導電部材は、その表面の粗さは小さく均一であることが要求されている。表面の凹凸は、トナーや添加剤等の微粒子が付着する原因となり、ローラ汚れに繋がる。ローラが汚れると帯電不良等で機能に支障が生じてしまうため、好ましくない。これは、ゴム弾性層のみで構成されるローラはもちろん、樹脂層等のコーティングを行う場合であってもゴム弾性層の粗さが大きいとコーティング後の粗さに影響してしまう。
【０００４】
前記ローラは所定の配合を混練して押出しし、加硫した後、導電性芯材を挿入し所定の大きさに研削して製造する方法が一般的である。しかし、混練り時や押出し時に入ったエアや加硫時に低沸点分が揮発する等の原因で、加硫物にボイドが存在し、それが研磨後の表面に現れていた。
【０００５】
表面に現れたボイドの内５０μｍ以上のものは異常放電等の原因となり、均一帯電を大きく妨げることになり、画像上では黒点として現れ、品質上大きな問題となる。また、異常放電により電子写真感光体が損傷するといった機械上の不具合も生じてしまう。
【０００６】
上記問題を解決するために、通常押出し機のシリンダーに入ったゴムを、シリンダーに設けた孔から減圧によりエアや揮発分を除去することができるベント式押出し機を使用するのが一般的である。しかし、ベント式押出し機ではある程度エア等が除去されボイドは改善されるものの、５０μｍといった小さなボイドが無くなるまでは除去されない。
【０００７】
一般的にゴム組成物に軟化材や可塑剤を添加し、粘度を低くするとエア等が除去され易く、ボイドとして現れ難い場合が多い。しかし、軟化材や可塑剤等の低分子量をゴム組成物中に多く含有させることは、ブリードアウトに繋がり、電子写真感光体を汚染してしまうため好ましくない。
【０００８】
また、特開２００１−２７０９６６号公報には、エア除去の方法として、ゴム成分にファクチスを添加するといった提案がなされている。しかし、植物油を架橋したファクチスには未架橋分や低架橋分が含まれており、ゴム成分に添加した場合、ブリードアウトしてしまい、電子写真感光体を汚染してしまうため好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、導電性芯材上に研削によって形状を形成されたソリッドゴム層を有する導電性ゴムローラにおいて、研削後のゴム表面に微小気泡の存在しない導電性ゴムローラを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、導電性芯材上に研削によって形状を形成されたソリッドゴム層を有する導電性ゴムローラにおいて、該ソリッドゴム層は、ゴム成分１００質量部に対しＢＥＴ法で測定した比表面積で３ｍ2／ｇ〜１３ｍ2／ｇの重質炭酸カルシウムを１０質量部〜１００質量部含有しており、且つ、該重質炭酸カルシウムのゴム組成物中における全フィラーに対する割合が５０質量％以上であるゴム組成物を含有し、更に該重質炭酸カルシウムが乾式粉砕により製造されたものであることを特徴とする導電性ゴムローラが提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
通常、ゴム成分に添加される炭酸カルシウムは、補強性を期待される軽質炭酸カルシウムで２０ｍ2／ｇ以上のものが、重質炭酸カルシウムのように単に充填によるコストダウン等の目的で使用されるものは３ｍ2／ｇより小さいものが一般的である。しかし、本発明者らは、ゴム成分に添加した場合、カーボンブラックのような補強性フィラーと比較してゴム粘度が上昇しない炭酸カルシウムがエアや揮発分の除去にも関係しているのではないかと考え、比表面積や粒子径といった点に着目し、鋭意研究した結果、本発明に至った。
【００１２】
本発明の導電性ゴムローラは、少なくとも研削によって形状を形成されたソリッドゴム層を有する。研削以外ではパイプ型を用い、導電性芯材に内側が発泡ゴムである２層のチューブを被覆し、それをパイプ型に挿入した後、内側のゴムを発泡させ、外側のソリッド層を型に押し付けて成形する方法がある。しかし、この方法では、型の精度が要求される他、形状により専用の型を用意する必要があり工程も複雑となる。また、小型、軽量のローラを求められた場合、型への挿入が困難になる等の問題点もある。研削で製造する場合は、研削条件で様々な形状に対応できる他、工程も簡素で初期投資も抑えられる。
【００１３】
本発明に使用する重質炭酸カルシウムは、ＢＥＴ法により測定された比表面積で３．０ｍ2／ｇ〜１３ｍ2／ｇであり、好ましくは６ｍ2／ｇ〜１０ｍ2／ｇである。ＢＥＴ比表面積は粒子径の目安として用いられ、粒子表面に気体を吸着させ、気体の断面積より表面積を求めるものである。比表面積が大きいほど小粒子径であることを意味する。前述したように、ゴム中のエアや揮発分は押出し機に設けられた穴より減圧して除去する。１３．０ｍ2／ｇより大きいものを使用した場合、小粒子径のためゴムの粘度が上昇してしまい、エアや揮発分のゴム中からの移動が困難になり、除去できなくなる。よって、ボイドを解決するには１３．０ｍ2／ｇより小さいものを使用することが必須となる。しかし、３．０ｍ2／ｇより小さくなった場合は、研削性が劣ってしまい、研削後の平滑性が失われてしまう。比表面積が小さくなるということは、粒子径が大きくなる他に粒度分布も大きくなってしまうため、大粒子側に分布するフィラーが直接粗さに影響していること、大粒子フィラーが研削時に脱落するといった要因となると考えられる。平均粒子径は、「６／（比表面積×密度）」でおおよそ換算でき、３．０ｍ2／ｇの場合は約０．８μｍである。表面性としては、十点平均粗さで７μｍを超えるとトナー等の付着が多くなることからそれ以下が好ましく、５μｍ以下であればより好ましい。
【００１４】
重質炭酸カルシウムの添加量は、ゴム成分１０質量部〜１００質量部である。１０質量部より少ない場合、重質炭酸カルシウムの充填効果が得られず、加硫後にボイドが発生してしまう。また、ゴム成分が多くなるため、研削性が悪化し、平滑な表面性が得られないため好ましくない。一方、１００質量部より添加量が多い場合でも、ゴム組成物の粘度上昇により、逆にエアや揮発分の除去ができ難くなってしまい、加硫後にボイドが発生してしまう。
【００１５】
また、使用するＢＥＴ法により測定された比表面積で３．０ｍ2／ｇ〜１３ｍ2／ｇの重質炭酸カルシウムの全フィラーに対する割合は、５０質量％以上でなければならない。上記以外のフィラーが５０質量％より少ない場合は、ボイドへの影響は少ないが、５０質量％より多くなる場合、重質炭酸カルシウムの効果が小さくなり、ボイドの発生や平滑性が悪くなってしまう。尚、本発明でいうフィラーとは、炭酸カルシウム、クレー、シリカ及びカーボンブラックといった一般的に充填材若しくは補強材と呼ばれているものであり、硫黄、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛といった加硫系薬剤や老化防止剤といった化学反応させることを主目的として添加される薬剤は含まれない。フィラーとしては、前記フィラーをはじめとする公知のものが使用可能である。
【００１６】
また、本発明の重質炭酸カルシウムは、前述のＢＥＴ比表面積であれば制限されるものではない。重質炭酸カルシウムは、天然鉱石の炭酸カルシウムを乾式粉砕したもので、乾燥工程を経ていないので、粒子同士の凝集が少ない。更には、５μｍ以上の粒子を空気等で分級除去したものは、粒子の凝集塊が極めて少なく好ましいものである。本発明でフィラーとして含まれる軽質炭酸カルシウムは、水酸化カルシウムと二酸化炭素を反応させて製造するため、乾燥工程を通さなければならず、乾燥時に粒子の凝集を生じてしまう。粒子の凝集塊は、その周辺の表面性に変化を生じさせてしまい、均一帯電の障害となるため、なるべく少ないことが好ましい。
【００１７】
また、本発明において用いられるゴム成分は、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリン系ゴム（ＣＯ、ＥＣＯ及びＧＥＣＯ）等、通常のゴム材料として使用されているものであればよい。その中でも、アクリロニトリルブタジエンゴム、エピクロルヒドリン系ゴム及びウレタンゴム等の体積抵抗率が１０7〜１０10Ω・ｃｍの半導電性ゴムがより好ましい。これらゴム自体が導電性を持っているものは、導電性が要求されるローラを製造するに当たり、抵抗の調整が容易である。エピクロルヒドリン系ゴムは抵抗が低く、単独若しくは他のゴム成分とのブレンドすることにより抵抗調整が幅広く行え、好ましく使用できる。また、エピクロルヒドリン系ゴムは、エピクロルヒドリンゴムホモポリマーやエチレンオキサイドの共重合体も使用可能であるが、アリルグリシジルエーテルを含有する三元共重合体を使用することが好ましい。アリルグリシジルエーテルを共重合したタイプを使用することにより、硫黄架橋や過酸化物架橋等の架橋形態の自由度が増し、より多様な成形加工条件が選択可能である。エピクロルヒドリン系ゴムをブレンドする場合の添加量としては、ゴム成分１００質量部当たり、５質量部以上が好ましく、より好ましくは３０質量部以上である。上限は９５質量部以下が好ましい。
【００１８】
その他のゴム成分の中で、エチレンプロピレンゴム等の体積抵抗率が１０10Ω・ｃｍより高いものは、所定の抵抗に合わせるために導電性フィラーを充填するのが一般的である。しかし、導電性フィラーを充填する方法は、その分散状態によって抵抗のばらつきを生じ易い等の欠点がある。本発明において導電性フィラーを充填する場合は、全フィラーに対する特定の比表面積の重質炭酸カルシウムの割合が５０質量％より少なくならないように注意しなければならない。
【００１９】
本発明における導電性ゴム材料は、上記例示のゴム成分に添加剤を混練り分散し、それを架橋することによって得られる。上記添加剤としては、加硫剤、加硫促進剤、充填材、可塑剤、導電剤等、従来公知のものが使用可能である。
【００２０】
本発明に使用する加硫剤としては、硫黄又は有機系硫黄化合物の他、従来公知の架橋剤が使用可能である。加硫系の薬品としてメルカプトベンゾチアゾール等のチアゾール類、テトラメチルチウラムジスルフィド等の加硫促進剤、酸化亜鉛等の加硫促進助剤等が用いられる。配合量は、ゴム成分１００質量部に対し、０．１〜１０質量部が好ましく、より好ましくは１〜５質量部である。
【００２１】
本発明の導電性ゴムローラの製法は、研削により形状を形成するという目的が達成されれば特に限定されるものではない。一般的には所定の配合を混練して押出しし、加硫した後、導電性芯部材を挿入し所定の大きさに研削する方法が考えられる。その他、導電性芯材にゴムを被覆した後に加硫し、研削するといった方法もある。加硫方法も蒸気缶加硫、ＨＡＶ（熱空気加硫）及びプレス加硫等の公知の方法が使用可能である。また、研削の方法も特に制限されない。円筒研削砥石を使用して研削するトラバース研削機、プランジ研削機が一般的であるが、その他、テープによる研削等も用いることができる。
【００２２】
本発明の導電性ゴムローラは、研削後、表面抵抗や研削では得られない表面性を達成するために、ゴム層の上にディッピングやスプレー等により樹脂層を設け複数層とすることも可能である。
【００２３】
【実施例】
以下、より具体的な構成を示し、本発明を説明するが、例示する範囲にとどまらない。
【００２４】
＜ゴム材料及び試験片の作製＞
ローラの作製…表１及び表２に示す通りの各実施例、比較例について混練したゴム材料をダイス１０．０ｍｍ、ニップル３．０ｍｍを装着したベント式押出し機でチューブ状に押出し、１６０℃で３０分間蒸気加硫して得られた成形体に導電性芯材を圧入した後、砥石ＧＣ８０、回転速度２０００ｒｐｍ、送り速度５０ｃｍ／分の条件で、外径１２ｍｍに研削した。また、ゴム長さは両端部を切断することにより長さ２５０ｍｍに調整した。
【００２５】
ボイド…導電性芯材を圧入する前のチューブ状の加硫物を切断し、合計１０断面の拡大観察を行った。５０μｍ以上のボイド存在の有無を表示した。
【００２６】
十点平均粗さ…上記条件で得られたローラの十点平均粗さを測定し、５μｍ以下を表面性良としてＡで示し、５μｍより大きく７μｍ以下を表面性可としてＢで示し、７μｍを超えるものを表面性不良としてＣと示した。前述のように、トナー付着の観点から評価はＢ以上であることが望まれる。
【００２７】
凝集塊…上記条件で得られた１０本のローラ表面を拡大観察し、５０μｍ以上の凝集塊の数を数え、１本当たり凝集塊数を算出した。凝集塊はなるべく少ないものが好ましく、０〜５個を凝集塊少として〇、６〜１０個を凝集塊中として△、１０個を超えるものを凝集塊多として×で表示した。
【００２８】
ローラ抵抗…ローラを毎分３０回転でＳＵＳドラムと接触させながら印加電圧２００Ｖでローラの最大抵抗と最小抵抗を測定し、最大抵抗と最大抵抗の平均をローラ抵抗とした。測定は２３℃／５０％ＲＨの環境に２４時間放置後、測定した。
【００２９】
画像評価…得られた帯電ローラをレーザープリンター（ヒューレットパッカード製、レーザージェット４０００）に用いられているカートリッジの一次帯電器に取り付け取り付け、−１１５０Ｖの直流電圧を外部電源より印加し、低温低湿（１５℃／１０％ＲＨ）の環境下においてハーフトーン画像を印刷した。得られた画像を目視で観察して評価を行った。ボイドや大きな凝集塊が存在するローラはその個所が帯電不良となり、黒点となって現れるため、黒点の存在するものを×、無いものを〇で表示した。
【００３０】
トナー付着評価…画像評価と同様の方法で１０００枚画像を印刷した後、ローラを目視観察してトナー付着の有無を表示した。
【００３１】
上記実施例において、エピクロルヒドリンゴムには日本ゼオン株式会社製のゼクロン３１０６（エチレンオキサイド含量５６モル％）を、アクリロニトリルブタジエンゴムは日本ゼオン株式会社製のニポールＤＮ４０１Ｌを使用した。炭酸カルシウムＡ〜Ｆには白石工業株式会社製の表３に示される各フィラーを用いた。また、その他に、酸化亜鉛にはハクスイテック株式会社製酸化亜鉛２種を、ステアリン酸には花王株式会社製のステアリン酸Ｓを、カーボンブラックには東海カーボン株式会社製のシーストＳを、ＭＢＴＳ、ＴＭＴＭは大内振興化学株式会社製のノクセラーＤＭ、ノクセラーＴＳを、硫黄には鶴見化学株式会社製のサルファックス２００Ｓを使用した。実施例及び比較例についての評価結果を表１及び表２に示す。
【００３２】
【表１】
0003724465.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003724465.tif 000003
【００３４】
【表３】
0003724465.tif 000004
【００３５】
実施例１から実施例２及び比較例１、比較例２は、重質炭酸カルシウムの平均粒子径を変更したものである。これにより、使用する重質炭酸カルシウムのＢＥＴ比表面積は３ｍ2／ｇ〜１３ｍ2／ｇが良好であることがわかる。１３ｍ2／ｇより大きい比較例１はボイドが多く、３ｍ2／ｇより小さい比較例２は表面粗さが大きくトナー付着を生じてしまう他、凝集塊の数も多くなってしまい、好ましくない。
【００３６】
実施例１、実施例３、実施例４及び比較例３、４は、ＢＥＴ比表面積５．８ｍ2／ｇの重質炭酸カルシウム添加量を変えたものである。これにより、重質炭酸カルシウムの添加量は１０質量部〜１００質量部が良好であることがわかる。５質量部の比較例３は重質炭酸カルシウムの効果が無くボイドが存在する他、研削性が悪く表面粗さが大きいためトナー付着も生じてしまう。また、比較例４は添加量が多く粘度が高いためエア等が除去できなかったと考えられる。
【００３７】
実施例５及び比較例５、比較例６は、重質炭酸カルシウムの全フィラーに対する割合を変えたものである。これにより、ボイド等に対して効果の無いフィラーが添加されている場合においても、本発明で使用する特定の比表面積の重質炭酸カルシウムの割合が５０質量％より少なくならない限り、殆ど影響はなく、良好に使用できることがわかる。比較例５及び比較例６は５０質量％より少なくなった場合である。比表面積が１３ｍ2／ｇを超えている重質炭酸カルシウムの添加量が多い比較例５はボイドが存在し、比表面積が３ｍ2／ｇより小さい重質炭酸カルシウムが多い比較例６は粗さが大きくなってしまい好ましくない。
【００３８】
実施例６は、ＢＥＴ比表面積３．４ｍ2／ｇの炭酸カルシウムから５μｍ以上の粒子を空気分級機により除去したものである。研削後の表面に現れる凝集塊が極めて少なく、実施例１から実施例２と比較することにより、より好ましく使用できることがわかる。
【００３９】
実施例１、実施例７及び実施例８は、ゴム成分であるエピクロルヒドリンゴムとアクリロニトリルブタジエンゴムの割合を変更したものである。これにより、エピクロルヒドリンゴムの割合を変更することにより、広い範囲で抵抗調整が可能であることがわかる。
【００４０】
【発明の効果】
前述の通り、本発明によれば、研削後のゴム表面に微小気泡の存在しない導電性ゴムローラが提供することが可能となった。また、その導電性ゴムローラは、特に電子写真複写機や静電記録装置等に用いられる帯電ローラとして好適である。