(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性軸体の外周面上に、電子伝導性シリコーンゴムからなる弾性半導体層と、電子伝導性フッ素樹脂からなる半導電性ブリード防止層とを、順次積層してなることを特徴とする半導電性ロール。
【請求項２】
半導電性ブリード防止層が、フッ素樹脂と平均粒径１〜10μｍの電子伝導性充填材とからなる、厚さが10〜 100μｍで伸びが50％以上の、体積固有抵抗値が 101〜109 Ω・cm のものである請求項１記載の半導電性ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ＬＢＰ（レーザービームプリンタ）、ファクシミリなどで用いられる給紙ロール、現像ロール、帯電ロール、搬送ロール、転写ロール、プラテンロールなどとして有用な、半導電性ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電性軸体とこの外周面上に設けた弾性半導電体層とからなる半導電性ロールの用途の一例として、その外周面上に摩擦帯電トナーを薄層状態で担持させることによって、潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置に、図２に示すような電子写真式プリンターがある。
なお、図中、10は感光ドラム、11は帯電ロール、12は現像ロール、13はトナー搬送ロール、14は転写ロール、15はクリーニングロール、16は攪拌機、17は摩擦帯電ブレード、18はＬＥＤアレイ、19は容体、20は記録紙である。
このような用途の半導電性ロールでは、導電性、耐環境性、低硬度、摩擦帯電特性などの諸特性を備えることが求められ、ウレタンゴム、ＮＢＲ、シリコーンゴムなどの素材に、導電性付与剤としてのイオン伝導性添加剤や電子伝導性充填材を添加・配合して作製されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このウレタンゴム、ＮＢＲなどの弾性材料からなる半導電性ロールでは、弾性材料に種々のプロセスオイルや軟化剤などの液剤を添加して硬度を下げていたため、半導電性ロールの表面にウレタンやナイロンR などを初めとする種々の樹脂による保護層を設けて、ブリードの発生を防止していたが、例えば、高温・高湿下に長時間放置すると、樹脂成分が加水分解して潜像担持体に固着することがあるなど、これらの耐環境特性は必ずしも満足されるものではなかった。特に、イオン伝導性添加剤を用いた場合には、高温・高湿あるいは低温・低湿時の電気抵抗特性の変化、すなわち電気抵抗値の環境依存性が大きく、現像特性を著しく損なうことがあった。
弾性材料にシリコーンゴムを使用した場合には、耐環境性が非常に安定していて電気抵抗の環境依存性もないが、未反応の低分子シロキサンおよび／またはシリコーンオイルにより潜像担持体表面が汚染されて現像特性を損なうことが時折あった。
したがって、本発明の目的は、潜像担持体に対する汚染や電気抵抗値の環境依存性がなく、安定した摩擦帯電特性と現像特性とを併せ持つ、半導電性ロールを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はシリコーンゴムとフッ素樹脂の耐環境性とフッ素樹脂の低分子シロキサンに対するバリア性に着目して鋭意研究の結果、完成したもので、本発明の半導電性ロールは、導電性軸体の外周面上に、電子伝導性シリコーンゴムからなる弾性半導体層と、電子伝導性フッ素樹脂からなる半導電性ブリード防止層とを、順次積層してなることを特徴とするものである。
この半導電性ロールはまた、半導電性ブリード防止層が、フッ素樹脂と、平均粒径１〜10μｍの電子伝導性充填材、特には導電性カーボンブラックまたは導電性金属酸化物とからなる、厚さが10〜 100μｍで伸びが50％以上の、体積固有抵抗値が 101〜109 Ω・cm のものであることを好適とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の詳細について、図１（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）は半導電性ロールの第１の実施の形態に係るもので、１は導電性軸体、２ａは導電性軸体１の外周面上に形成された電子伝導性シリコーンゴムからなるソリッド状の弾性半導体層、３は弾性半導体層２ａ上に形成された電子伝導性フッ素樹脂からなる半導電性ブリード防止層である。
図１（ｂ）は半導電性ロールの第２の実施の形態に係り、図１（ａ）の半導電性ロールにおいてソリッド状の弾性半導体層２ａの替わりにスポンジ状の弾性半導体層２ｂを用いたほかは、同じ材料、構成である。
【０００６】
上記半導電性ロールにおいて、導電性軸体１には、鉄、アルミニウム、ＳＵＳ、真鍮などで構成された、いわゆる「芯金」のほか、熱可塑性樹脂および／または熱硬化性樹脂からなる絶縁性芯体の表面にメッキを施して導電化したもの、熱可塑性樹脂および／または熱硬化性樹脂に導電性付与剤としてのカーボンブラック、金属粉末などを配合した導電性樹脂成形品で形成した芯体、またはこれらの組み合わせからなる芯体など、導電性である限り、プラスチック、金属、セラミックスから選ばれた任意の材料からなるものが用いられる。
この導電性軸体１は、その一端を接地またはバイアス電圧を印加することにより、静電潜像担持体の帯電、トナーへの電荷の注入、静電潜像担持体へのトナーの搬送による静電潜像の現像などの機能を発揮する。
【０００７】
弾性半導体層２の形成に用いられる電子伝導性シリコーンゴムは、ジメチルシリコーン生ゴム、メチルビニルシリコーン生ゴム、メチルフェニルシリコーン生ゴムなどのいずれか１つ以上に、煙霧質シリカ、沈降性シリカ、導電性カーボンブラック、金属粉末、金属酸化物などの１種または２種以上を所望の割合で配合し、パーオキサイド、白金触媒などの加硫剤、さらに必要に応じて発泡剤を加えて、一緒に混練した後、加熱硬化・架橋させることで、図示のようなソリッド状のもの（２ａ）またはスポンジ状のもの（２ｂ）として得ることができる。
この具体例として、有機過酸化物反応型のシリコーン生ゴム 100重量部に、カーボンブラック６〜30重量部と煙霧質シリカ系充填材10〜35重量部とを添加し、加圧ニーダーで混練した後、有機過酸化物系加硫剤 2.0重量部添加するなどの方法を挙げることができる。
【０００８】
弾性半導体層２には体積固有抵抗値が 101〜 109Ω・cmのものが一般に用いられる。これが上記範囲外のものでは、カブリの発生、転写効率の低下、印字濃度の不適合などが発生しやすい。
弾性半導体層２は、帯電、現像工程の電極、トナーへの接触帯電および電荷注入用の電極として作用するもので、トナー搬送工程、現像工程では、その表面の凹凸およびファンデルワールス力、鏡像力、クーロン力などにより、ロール表面に担持、搬送するものである。弾性半導体層２は温・湿度に対する耐環境性にすぐれているほか、電子伝導性導電性付与剤を使用しているため、電気抵抗値の環境依存性が非常に少ない。
【０００９】
半導電性ブリード防止層３の形成に用いられる電子伝導性フッ素樹脂は、基本構成をフルオロエチレンビニルエーテル共重合体とし、これに導電性付与剤として平均粒径１〜10μｍの無機または有機の電子伝導性充填材、例えば、導電性カーボンブラック、導電性酸化亜鉛、導電性酸化錫および酸化アンチモンなどの金属酸化物、各種金属の粉末などを添加して半導電化したものを、イソシアネート系の架橋剤で架橋することにより得ることができる。
上記フルオロエチレンビニルエーテル共重合体は、ビニルエーテル単位の側鎖の官能基、例えば、アルキル基、アルキレン基の種類を変えることにより、半導電性ブリード防止層３の伸び、摩擦係数を任意に調整することができる。特に伸びを調整した場合には表面層の可撓性を向上させることができ、それによって屈曲性に優れたロールを得ることができる。その際、伸びが50％未満では使用中にブリード防止層に亀裂が入ってブリード防止効果がなくなることがあるため、50％以上の伸びに調整するのが好ましい。
【００１０】
電子伝導性充填材における平均粒径１〜10μｍの粒子の使用は、トナーに対する搬送力を任意に変えることができ、同時に摩耗などによるトナー搬送力の経時的低下を抑制することもできるので好都合である。充填材の平均粒径が１μｍ未満のときは、単に添加配合して成形するだけでは表面の粗さを確保することができず、トナーの搬送力が劣るようになるため、成形時に表面を粗面化したキャビティを有する金型を用いたり、成形後に後加工（サンドブラスト研磨などにより表面の粗さを確保する）をする必要が生ずる。他方、平均粒径が10μｍを超えるときは、トナーの搬送力が大き過ぎ画像を劣化させるようになる。
【００１１】
この電子伝導性フッ素樹脂からなる半導電性ブリード防止層３は、その体積固有抵抗値が 101〜 109Ω・cm、好ましくは 103〜 107Ω・cmのものが一般に用いられる。これが 101〜 109Ω・cmの範囲外では、カブリの発生、転写効率の低下、印字濃度の不適合などが発生しやすい。
半導電性ブリード防止層３の膜厚が10μｍ以上あればブリード防止の効果が十分に得られ、 100μｍ以下であればロールとしての柔軟性が十分にあって、印字特性の劣化をきたさないため、この膜厚は10〜 100μｍであることが好ましい。
半導電性ブリード防止層３は前述した半導電性シリコーンゴム層中の低分子シロキサンおよび／またはシリコーンオイルがブリードするのを防止するものである。これにより静電潜像担持体およびトナーへの、低分子シロキサンおよび／またはシリコーンオイルの、付着および／または移行が防止され、印字抜け、ムラ、カブリのない印刷物を安定的に得ることができる。
さらに半導電性ブリード防止層３は、温・湿度に対する耐環境性に優れ、また電子伝導性導電性付与剤を使用しているため、電気抵抗の環境依存性が非常に少ない。
【００１２】
本発明の半導電性ロールは、上記導電性軸体と上記電子伝導性シリコーンゴムを、1)押出機でクロスヘッドを用いて一体分出しした後、ギヤーオーブンあるいはＩＲ炉で一次加硫する方法、2)導電性軸体を金型にセットした後、上記シリコーンゴム組成物を注入し、常温あるいは加熱下で一次加硫する方法、あるいは3)導電性軸体とシリコーンゴム組成物を同時に金型内で加熱、圧縮成形する方法などの、任意の加工方法でロール状に成形する。その後、ギヤーオーブンなどで一定時間二次加硫することにより、物性の安定化を図ることもできる。
得られた上記ロール状成形品は、そのまま、あるいは必要に応じて、円筒研削盤、ショットブラスター、サンドブラスター、ラッピング機、バフなどにより所望の表面状態とした後、このロール状成形品の表面に、電子伝導性フッ素樹脂を、ディッピング、スプレー塗工、ロール塗工などで塗布した後、常温硬化、加熱硬化、紫外線硬化、電子線硬化などの方法で硬化することにより、本発明の半導電性ロールとすることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例の記載に限定されるものではない。
（実施例１）
導電性軸体として、SUM22 に無電解ニッケル鍍金した直径10mm、長さ 250mmのシャフトを用い、この外周面にシリコーン系プライマー：プライマー No.16（信越化学工業社製、商品名）を塗布し、ギヤーオーブン中で 150℃、10分間焼き付け処理を行った。
電子伝導性シリコーンゴムとして、有機過酸化物反応型のシリコーン生ゴム：KE-78VBS（同前） 100重量部に、カーボンブラック：サーマルブラック（旭カーボン社製、商品名）10重量部と煙霧質シリカ系充填材：アエロジル 200（日本アエロジル社製、商品名）25重量部を添加し、加圧ニーダーで混練した後、さらに有機過酸化物系加硫剤：C-8 （信越化学工業社製、商品名） 2.0重量部を添加したものを準備し、内径20mmの円筒型キャビティーからなる圧縮成形金型に装入して、 175℃、10分間、上記導電性軸体と加硫接着成形した。その後ギヤーオーブン中で 200℃、７時間の二次加硫を行い、円筒研削盤で研磨して、直径18mm、長さ 210mmのロール状成形品とした。
次に、イソシアネート系架橋剤配合のフッ素樹脂系塗料：ルミフロン（旭硝子社製、商品名） 100重量部に、平均粒径 0.2μｍの酸化チタン粉末の表面に酸化錫（酸化アンチモンドープ）をコーティングした電子伝導性充填材： W-1（三菱マテリアル社製、商品名）50重量部を配合したものを、スプレー塗装機で上記ロール状成形品の表面に塗膜厚さ30μｍで塗工し、ギヤーオーブン中で 150℃、30分間焼き付け硬化し、本発明の半導電性ロールを得た。
【００１４】
他方、現像ロールの外周上に、薄層状態で担持された摩擦帯電トナーによって、潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置として、図２に示す電子写真式プリンターを準備し、この現像ロールに上記半導電性ロールを使用して連続印字試験を行った。その結果、 6,000枚印字後も、カブリ、印字濃度は良好であった。同時に、現像ロール表面の顕微鏡観察を実施したが、トナーの固着は見られなかった。
更に、未使用の上記現像ロールを、潜像担持体の両端にそれぞれ２kgf （合計４kgf ）の力で当接し、環境試験機中で、50℃、80％ＲＨの環境下に 120時間放置した後、潜像担持体に対する固着の有無を確認したところ、固着は見られず潜像担持体の変質もなかった。その後、この潜像担持体を上記電子写真式プリンターに装着し、網点、黒ベタ印字試験を実施したところ、印字抜けのない良好な印字状態が得られた。
【００１５】
（実施例２および比較例）
同様の方法で、半導電性ブリード防止層の伸び、充填剤の粒径、抵抗値、膜厚等を表１に示す通りに変更したサンプル１〜６を作製した。また上記ロール状成形品をそのまま現像ロールとして使用したものを比較例とし、実施例２と共に下記の試験項目の測定を行い、その結果を表１に示した。
【００１６】
（試験項目）
・ロール抵抗：
コーティング前のゴムロールを、ゴム全長よりも５mm長い金メッキ電極の上に置き、ゴムロールの両端に 500ｇの分銅をかけ、10Ｖの電圧をゴムロールのシャフトと表面の間にかけ、抵抗値を測定した。
・膜抵抗値：
フッ素樹脂系半導電性コーティング剤をポリエステルシート上で硬化した後、SRIS2301に準じた方法で体積固有抵抗を測定した。
・膜厚：
半導電性ロールのコーティング断面を工具顕微鏡を用いて測定した。
・膜の伸び：
テトラフルオロエチレンの板上で膜厚 0.5mmで硬化した半導電性フッ素樹脂のシートを、JIS K 6301に準じて引っ張り試験を行い、伸びを測定した。
【００１７】
・白抜け：
半導電性ロールを感光ドラムに当接・放置した後、その感光ドラムを電子写真式プリンターに組み込んで網点印字を行い、当接部の印字異常の有無を目視により確認した。
環境試験機の網点印字における印字濃度低下部の有無により判定し、いわゆる白抜けが少しでも見られた場合にはすべて不合格とした。
・カブリ：
半導電性ロールを電子写真式プリンターに組み込んで、黒ベタ・網点・５％デューティー・白地印字などを繰り返し、５％デューティー画像の白地部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。初期・耐久後カブリ共、0.015 を超えるものについては不合格とした。
・印字濃度：
カブリと同様の方法で印字した黒ベタ印字部のマクベス濃度を、マクベス濃度計を用いて測定した。初期・耐久後濃度共、 1.3未満のものについては不合格とした。
【００１８】
・トナー固着：
耐久試験後のロール表面を顕微鏡観察し固着が見られたものは不合格とした。
・潜像担持体固着：
環境試験後にロール表面と感光ドラム表面に固着が見られたものは不合格とした。
・膜の破損：
耐久試験後の膜を顕微鏡により観察し、破損部の有無を確認し、破損の見られたものは不合格とした。
【００１９】
【表１】
0003672656.tif 000002
【００２０】
（結果に対する評価）
・サンプル１：
膜厚が10μｍのため白抜け防止効果が見られず、伸びが50％未満のため膜の可撓性がなく、表面粗さをコントロールするための充填剤が添加されていないため耐久試験後の印字濃度が低い。
・サンプル２：
膜厚が10〜 100μｍで伸びが50％以上あるため環境試験後の白抜けが防止され、表面粗さをコントロールするための充填剤が添加されたため耐久試験後の印字濃度が改善されている。
・サンプル３：
膜厚が 100μｍを超えているため膜の耐久性と白抜け防止効果は高められたが、これに伴って表面硬度も高くなったためトナー搬送力が低下し印字濃度が低下した。
【００２１】
・サンプル４：
膜厚が10〜 100μｍで伸びが50％以上あるため環境試験後の白抜けが防止され膜の耐久性と白抜け防止効果は認められたが、ロール抵抗が109 Ωを超えているため印字濃度が低下した。
・サンプル５：
膜厚が10〜 100μｍで伸びが50％以上あるため環境試験後の白抜けが防止され膜の耐久性と白抜け防止効果は認められたが、表面粗さをコントロールするための充填剤の粒径が10μｍを超えているためカブリが増加した。
・サンプル６：
膜厚が10〜 100μｍで伸びが50％以上あるため環境試験後の白抜けが防止され膜の耐久性と白抜け防止効果は認められたが、表面粗さをコントロールするための充填剤の粒径が１μｍ未満のため印字濃度が低下した。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の半導電性ロールは、最外層に電子伝導性フッ素樹脂からなる半導電性ブリード防止層が設けられているので、シリコーンゴム中の低分子シロキサンおよび／またはシリコーンオイルなどの液状物のブリードが防止され、潜像担持体またはトナーの、固着または移行が発生せず、印字抜け、ムラなどの発生を防止できる。また、そのときの黒ベタの濃度はロール表面の凹凸の状態、摩擦係数、電気抵抗値に依存するため、初期印字の濃度が十分に確保され、耐久試験後も十分な濃度を得ることができる。更に、弾性半導電体層が電子伝導性シリコーンゴム、また半導電性ブリード防止層が電子伝導性フッ素樹脂であるため、空気中の水分による加水分解がなく、潜像担持体への固着やトナーの固着がない。
このような特性に加えて、上記電子伝導性シリコーンゴムおよび電子伝導性フッ素樹脂の電子伝導性付与剤が導電性カーボンブラックまたは導電性金属酸化物であるときは、温度、湿度に対する電気抵抗の依存性が殆どなく、常に安定した印字特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の半導電性ロールの異なる態様を例示する断面説明図である。
【図２】実施例で使用した電子写真式プリンターの断面説明図である。
【符号の説明】
１…導電性軸体、２ａ…ソリッド状の弾性半導体層、
２ｂ…スポンジ状の弾性半導体層、３…半導電性ブリード防止層、
10…感光ドラム、11…帯電ロール、12…現像ロール、13…トナー搬送ロール、
14…転写ロール、15…クリーニングロール、16…攪拌機、
17…摩擦帯電ブレード、18…ＬＥＤアレイ、19…容体、20…記録紙。
【図１】
0003672656.tif 000003
【図２】
0003672656.tif 000004