(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６０℃以上１１０℃以下に設定された成形型で３分以上１０分以下の時間をかけて導電性ゴム組成物を加圧して筒状の予備成形体を得る予備成形工程と、この予備成形体を架橋温度下に保持してゴム組成物に架橋反応を起こさせる架橋工程とを含む導電性ゴムローラの製造方法。
【請求項２】
上記導電性ゴム組成物を５０℃以上１１０℃以下の温度に予熱する予熱工程を予備成形工程の前に含む請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
上記導電性ゴム組成物が、基材ゴムとカーボンブラックとを含むものである請求項１又は請求項２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等に用いられる導電性ゴムローラの製造方法に関するものであり、特に圧縮成形法が採用される製造方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等の事務機器には、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、定着ローラ等のローラが用いられている。この事務機器の画像形成機構で画像が形成される場合、まず帯電ローラが感光ドラム等の静電潜像保持体を均一に帯電させる。次に、画像露光によって静電潜像保持体上に静電潜像が形成される。次に、現像ローラによって静電潜像保持体上にトナーが供給され、トナー像が形成される。一方、紙等の被印刷体が画像形成機構まで搬送され、この被印刷体上に転写ローラによってトナー像が転写される。トナー像は、定着ローラによって被印刷体に定着される。こうして、被印刷体上に画像が形成される。
【０００３】
帯電ローラ、現像ローラ及び転写ローラは静電潜像保持体と接触するものであるため、静電潜像保持体との間に適切なニップ幅が得られるよう、ある程度柔軟である必要がある。また、定着ローラも、被印刷体を押圧できるよう、ある程度柔軟である必要がある。通常これらのローラには架橋ゴムが用いられており、これによって柔軟性が達成されている。
【０００４】
画像形成の機構上、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、定着ローラ等は導電性である必要がある。通常は、カーボンブラック、金属粉末等の導電性粉末が配合され、又はイオン導電性ゴムが用いられることによって導電性が達成されている。これらのローラの体積抵抗値は、１×１０３Ω・ｃｍから１×１０１０Ω・ｃｍ程度とされる。
【０００５】
これらのローラは、圧縮成形法（「プレス成形法」と称されることもある）、押出成形法、射出成形法等の成形方法によって成形される。特に、簡便かつ低コストであるという理由から、圧縮成形法が広く採用されている。
【０００６】
圧縮成形法では、上型及び下型からなる成形金型にゴム組成物が投入され、型締め後にこの成形金型が加圧されつつ加熱される。円筒状のローラが成形される場合は、上型及び下型のそれぞれは、断面が半円状のキャビティを備える。成形時には、上型キャビティと下型キャビティとによって円柱状のキャビティが形成される。
【０００７】
キャビティ面のうち上型と下型のパーティングライン（分割線）近傍は、いわば特異な部分である。従って、成形されたローラのうちパーティングラインに相当する部分（以下、「シーム部分」とも称される）も特異な部分となり、ストレスが集中する部分である。具体的には、シーム部分に残留応力が集中していたり、シーム部分のゴムや導電性粉末の配向が他の部分と異なっていたり、シーム部分の導電性粉末の分散量が他の部分と微妙に異なっている場合がある。このストレスは、成形時のゴム組成物の変形や流動によって生じる。
【０００８】
このシーム部分の存在は、電気抵抗値のバラツキ（ローラ表面の電気抵抗値が測定される箇所によって異なること）の原因となる。電気抵抗値のバラツキが大きなローラが用いられると、得られる画像の画質が低下してしまう。
【０００９】
特許第２８８５６５１号公報には、互いに平均粒径の異なる２種類のカーボンブラックを含有するゴム組成物から形成された導電性ゴムローラが開示されている。２種類のカーボンブラックの配合は、その配合量のバラツキによる電気抵抗値のバラツキを有効に抑制する。しかしながら、この方法は、シーム部分の特異性の抑制に対しては十分ではない。
【００１０】
特開２０００−２４０６３７公報には、樹脂被覆カーボンブラックが用いられた導電性ローラが開示されている。この公報にも記載されている通り、樹脂被覆カーボンブラックの配合による電気抵抗値の均一化は、マトリクスが合成樹脂であるローラに適用される技術である。また、樹脂被覆カーボンブラックは概して高価であり、これの配合はローラの材料コストを大幅に押し上げる。
【００１１】
特開平９−９０７１４号公報には、強導電性微粒子と弱導電性微粒子とを含む導電性ローラが開示されている。このローラにおいても、シーム部分の特異性は十分には抑制されない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、電気抵抗値の均一性に優れた導電性ゴムローラが簡便かつ低コストで得られる製造方法の提供を目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するためになされた発明は、以下の（Ａ）及び（Ｂ）の工程を含む導電性ゴムローラの製造方法である。
（Ａ）６０℃以上１１０℃以下に設定された成形型で３分以上１０分以下の時間をかけて導電性ゴム組成物を加圧して筒状の予備成形体を得る予備成形工程
及び
（Ｂ）この予備成形体を架橋温度下に保持してゴム組成物に架橋反応を起こさせる架橋工程。
【００１４】
この製造方法では、予備成形工程においてゴム組成物が最終製品であるローラの形状とほぼ同一形状にまで成形される。予備成形工程の初期段階ではゴム組成物の変形や流動により残留応力等のストレスが生じるが、６０℃以上１１０℃以下の温度下に所定時間保持されることにより、このストレスが除去される。この温度は常温よりも高温であるのでストレスの除去を促進し、しかも架橋温度以下であるのでストレスを保持したままゴム組成物が架橋されてしまうことが防がれる。架橋工程では、既に最終製品である導電性ゴムローラとほぼ同一形状の予備成形体が架橋されるので、新たなストレスが生じにくい。ストレスの低減により、導電性ゴムローラの電気抵抗値のバラツキが抑制される。
【００１５】
好ましくは、本発明の製造方法は、予備成形工程の前に、導電性ゴム組成物を５０℃以上１１０℃以下の温度に予熱する予熱工程を含む。予熱工程により、予備成形工程の初期段階に生じるストレスの低減と、予備成形工程の後半におけるストレスの除去の促進とが達成される。
【００１６】
本発明は、カーボンブラックによって導電性が付与されたゴムローラにおいて、特に顕著な効果を発揮する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面が参照されつつ、実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態にかかる製造方法によって得られた導電性ゴムローラ１が軸芯２とともに示された斜視図である。軸芯２は断面が円形の棒状であり、導電性ゴムローラ１は円筒状である。導電性ゴムローラ１は、ゴム組成物が成形・架橋されることによって構成されている。導電性ゴムローラ１が軸芯２に圧入されることにより、又は両者が接着剤等で接着されることにより、導電性ゴムローラ１が軸芯２に固定されている。導電性ゴムローラ１の全長は、通常は２００ｍｍから８００ｍｍとされる。また、導電性ゴムローラ１の外周直径は、通常は８ｍｍから５０ｍｍとされる。さらに、導電性ゴムローラ１の内周直径は、通常は４ｍｍから４０ｍｍとされる。導電性ゴムローラ１への通電のため、軸芯２は導電性材料（通常は金属材料）から構成される。
【００１９】
導電性ゴムローラ１の基材ゴムとしては、例えばエチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、クロロプレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、天然ゴム等が用いられうる。これらのゴムは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２０】
特に好適なゴムは、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体である。エチレン−プロピレン−ジエン共重合体の主鎖は飽和炭化水素からなるので、この主鎖には二重結合が含まれない。このため、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体が高濃度オゾン雰囲気、光線照射等の環境下に長時間曝されても、分子主鎖切断が起こりにくい。このエチレン−プロピレン−ジエン共重合体が用いられることにより、導電性ゴムローラ１の耐候性が向上する。複写機等では画像形成時にオゾンが発生することがあるが、この場合であっても、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体が用いられることにより導電性ゴムローラ１のオゾン劣化が抑制される。
【００２１】
導電性ゴムローラ１の強度向上、加工性改善等の目的で、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体と他のゴム（好適には天然ゴム）とが併用されてもよい。この場合でも、導電性ゴムローラ１の耐候性の観点から、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体が主成分であるのが好ましい。具体的には、全基材ゴムに占めるエチレン−プロピレン−ジエン共重合体の比率が５０質量％以上、特には８０質量％以上とされるのが好ましく、１００質量％とされるのが理想的である。エチレン−プロピレン−ジエン共重合体には、ゴム成分のみからなる非油展タイプのものとゴム成分とともに伸展油を含む油展タイプのものとが存在するが、導電性ゴムローラ１にはいずれのタイプも用いられうる。
【００２２】
この導電性ゴムローラ１の体積固有抵抗の常用対数値は、３以上１０以下程度（すなわち導電領域）である。体積固有抵抗の常用対数値をこの範囲内とする方法としては、下記の（１）から（３）に挙げられる方法が例示される。
（１）ゴム組成物に、カーボンブラック、金属粉末等の導電性粉末を配合する。
（２）基材ゴムとして、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリルゴム等のイオン導電性ゴムを用いる。
（３）上記（１）及び（２）の方法を併用する。
通常は、導電性粉末の配合によって導電性が達成される。特に、加工性向上及び材料コスト低減の観点から、カーボンブラックが用いられることが多い。
【００２３】
カーボンブラックによって導電性が達成される場合、その好ましい配合量は、基材ゴム１００部に対して１０部以上６０部以下、特には１５部以上５０部以下である。なお、本明細書において「部」で示される数値は、質量が基準とされたときの比を意味する。
【００２４】
用いられうるカーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＩＳＡＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｓｕｐｅｒ  ＡｂｒａｓｉｏｎＦｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ）、ＨＡＦ（Ｈｉｇｈ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ）、ＭＡＦ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｂｒａｓｉｏｎ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ）、ＦＥＦ（Ｆａｓｔ  Ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｂｌａｃｋ）、ＳＡＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ等が挙げられる。特に好ましいカーボンブラックは、加工が容易でありしかも導電性に優れるという理由から、アセチレンブラック、ＨＡＦ、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ及びＳＲＦである。２種以上のカーボンブラックが併用されてもよい。
【００２５】
導電性ゴムローラ１の架橋形態は特には制限されないが、通常は硫黄架橋が採用される。硫黄の配合量は、基材ゴム１００部に対して０．５部以上４．０部以下が好ましい。配合量が上記範囲未満であると、導電性ゴムローラ１の強度が不足することがある。逆に、配合量が上記範囲を越えると、導電性ゴムローラ１の柔軟性が損なわれることがある。
【００２６】
硫黄とともに、加硫促進剤が併用されてもよい。この場合の加硫促進剤の配合量は、基材ゴム１００部に対して１．０部以上７．０部以下が好ましい。配合量が上記範囲未満であると、導電性ゴムローラ１の強度が不足することがある。逆に、配合量が上記範囲を越えると、導電性ゴムローラ１の柔軟性が損なわれることがある。用いられうる加硫促進剤としては、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオカルバミン酸塩系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、スルフェンアミド系加硫促進剤等が挙げられる。２種以上の加硫促進剤が併用されてもよい。
【００２７】
ゴム組成物には、架橋助剤、充填剤、補強剤、劣化防止剤、着色剤等の添加剤が、必要に応じ適量配合されてもよい。
【００２８】
図２は、図１の導電性ゴムローラ１の製造方法の一例が示されたフロー図である。この製造方法では、まず基材ゴム、硫黄、加硫促進剤、カーボンブラック、各種添加剤等の配合剤が準備される（ＳＴＰ１）。これら配合剤が混練され（ＳＴＰ２）、導電性のゴム組成物が得られる。混練には、ニーダー、バンバリーミキサー等の密閉式混練機が好適に用いられる。
【００２９】
次に、このゴム組成物が予熱される（ＳＴＰ３）。予熱には所定温度（予熱温度）に設定されたオーブン等が利用され、このオーブン中にゴム組成物が所定時間（例えば１０分から１時間程度）保持される。この保持により、ゴム組成物が予熱温度にまで昇温する。予熱温度に達したゴム組成物では、後に詳説される予備成形工程においてこのゴム組成物が変形又は流動する場合でも、ストレスが生じにくい。予熱温度は、５０℃以上１１０℃以下が好ましい。予熱温度が５０℃未満であると、ストレスの低減が不十分となることがある。この観点から、予熱温度は６０℃以上が特に好ましい。一方、予熱温度が１１０℃を超えると、ゴム組成物が予熱段階で架橋反応を起こしてしまうことがある。この観点から、予熱温度は１００℃以下がより好ましく、９０℃以下が特に好ましい。
【００３０】
次に、上型３及び下型４からなる成形型５（図４参照）が用意され、所定温度にまで昇温される（ＳＴＰ４）。図３は、下型４が示された斜視図である。下型４には、円柱が軸に沿って半割された形状のキャビティ面６が形成されている。上型３は図示されていないが、下型４とほぼ同形状であり、下型４と同等のキャビティ面を備えている。
【００３１】
図４は、成形型５が示された鉛直方向断面図である。この図には、型締めされた状態（すなわち上型３の下面と下型４の上面とが当接した状態）が示されている。この図からも明らかなように、型締めによって円柱状のキャビティ面６が形成される。また、キャビティ面６にはパーティングライン７が形成される。
【００３２】
次に、この成形型５が開いた状態で、成形型５にゴム組成物が投入される（ＳＴＰ５）。この際、成形型５には、棒状中子（マンドレル）も投入される。そして、成形型５が型締めされ、この成形型５がプレス機等で加圧されつつ所定時間保持される。成形型５と棒状中子とによって、ゴム組成物が円筒状に予備成形され、予備成形体が得られる（予備成形工程、ＳＴＥＰ６）。予備成形の際、ゴム組成物は変形及び流動を起こし、余剰のゴム組成物がパーティングライン７から漏れ出す。
【００３３】
前述のように成形型５は所定温度に昇温されており、予備成形の間、成形型５はこの温度に維持される。これにより、主として予備成形工程の初期段階に起こるゴム組成物の変形及び流動に起因するストレス（特にパーティングライン７近傍のゴム分子及びカーボンブラックの配向、パーティングライン７近傍の残留応力集中）が除去される。ストレスの除去により、得られる導電性ゴムローラ１の電気抵抗値のバラツキが抑制される。
【００３４】
次に、成形型５が架橋温度（例えば１５０℃から１８０℃）まで昇温され、この温度で所定時間（架橋時間）保持される。これにより、ゴム組成物が架橋反応を起こす（ＳＴＰ７）。この架橋工程では、既に最終製品である導電性ゴムローラ１とほぼ同一形状の予備成形体が用いられるので、新たなストレスがほとんど生じない。架橋後、成形型５が開かれ、導電性ゴムローラ１が取り出される（ＳＴＰ８）。表面粗度の調整、外径寸法の適正化等の目的で、導電性ゴムローラ１の外周面に研磨処理が施されてもよい。
【００３５】
その後導電性ゴムローラ１から棒状中子が抜かれ、軸芯２が装着される。もちろん、棒状中子に代えて予備成形の段階から軸芯２が成形型５に投入されてもよい。この場合は、導電性ゴムローラ１の内周面と軸芯２の外周面とは、加硫接着される。
【００３６】
予備成形工程における成形型５の温度（予備成形温度）は、６０℃以上１１０℃以下とされる。予備成形温度が６０℃以下では、ストレスの除去が不可能であるか、又は除去に長時間を要してしまうことがある。この観点から、予備成形温度は７０℃以上が特に好ましい。一方、予備成形温度が１１０℃を超えると、ストレスの除去の前にゴム組成物の架橋反応が始まってしまい、ストレスが残存した導電性ゴムローラ１となってしまうことがある。この観点から、予備成形温度は９０℃以下が特に好ましい。
【００３７】
予備成形の時間（予備成形時間）は、３分以上１０分以下とされる。予備成形時間が３分未満であると、ストレスが十分には除去されないことがある。この観点から、予備成形時間は５分以上が特に好ましい。一方、予備成形時間が１０分を超えると、予備成形工程が長時間となって導電性ゴムローラ１の製造効率が低下してしまうことがある。なお、予備成形時間とは、成形型５の型締めから昇温開始までの時間を意味する。
【００３８】
予備成形後、予備成形体を取り出して他の成形型に投入し、この成形型で予備成形体を加熱・加圧して架橋を行わせてもよい。また、予備成形後の予備成形体をオーブン等で加熱することで、架橋を行わせてもよい。いずれの場合も、予備成形工程によるストレスの除去により、得られる導電性ゴムローラ１の電気抵抗値のバラツキが抑制される。
【００３９】
予熱工程で予熱されるゴム組成物は、押出成形法等であらかじめ円筒状に成形されたものであってもよい。これにより、予備成形工程で生じるストレスがさらに低減される。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【００４１】
［実施例１］
エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（住友化学工業社の商品名「エスプレン５０５Ａ」）１００部、ＦＥＦカーボンブラック（東海カーボン社の商品名「シーストＳＯ」）４０部、酸化亜鉛（三井金属化学社の商品名「酸化亜鉛２種」）５部、ステアリン酸（日本油脂社）１部、硫黄（鶴見化学社の粉末イオウ）１部、加硫促進剤としてのテトラエチルチウラムジスルフィド（大内新興化学工業社の商品名「ノクセラーＴＥＴ」）１部、他の加硫促進剤としての２−メルカプトベンゾチアゾール（大内新興化学工業社の商品名「ノクセラーＭ」）２部及び他の加硫促進剤としてのジブチルジチオカルバミン酸亜鉛（大内新興化学工業社の商品名「ノクセラーＢＺ」）２部を密閉式混練機で混練し、導電性のゴム組成物を得た。
一方、図３及び図４に示された成形型を用意し、型温度を９０℃に設定した。この成形型にゴム組成物を軸芯と共に投入し、型締めして加圧した。型締めから５分後に成形型の温度を昇温させ、１７０℃とした。この状態で２０分間保持し、成形型を開いて導電性ゴムローラを取り出した。
【００４２】
［実施例２及び３並びに比較例１及び２］
予備成形温度及び予備成形時間を下記の表１に示されるように設定した他は実施例１と同様にして、実施例２及び３並びに比較例１及び２の導電性ゴムローラを得た。
【００４３】
［比較例３］
予備成形を行わず、１７０℃に設定された成形型にゴム組成物及び軸芯を投入して２０分間保持し、架橋させて導電性ゴムローラを得た。
【００４４】
［電気抵抗値のバラツキの測定］
導電性ゴムローラの軸方向所定位置にて、外周面の全周にわたって電気抵抗値を測定した。そして、電気抵抗値の最大値から最小値を減じた値を算出し、バラツキとした。この結果が、下記の表１に示されている。
【００４５】
【表１】
0004454870.tif 000002
【００４６】
表１において、予備成形温度が６０℃以上１１０℃以下であり予備成形時間が３分以上１０分以下である実施例１及び２の導電性ゴムローラでは、各比較例の導電性ゴムローラに比べて電気抵抗値のバラツキが少ない。この測定結果から、本発明の優位性は明らかである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明の製造方法では、電気抵抗値のバラツキが少ない導電性ゴムローラが簡便かつ低コストで得られる。この導電性ゴムローラが用いられることにより、高品質な画像が複写機等で形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる製造方法によって得られた導電性ゴムローラが軸芯とともに示された斜視図である。
【図２】図２は、図１の導電性ゴムローラの製造方法の一例が示されたフロー図である。
【図３】図３は、下型が示された斜視図である。
【図４】図４は、成形型が示された鉛直方向断面図である。
【符号の説明】
１・・・導電性ゴムローラ
２・・・軸芯
３・・・上型
４・・・下型
５・・・成形型
６・・・キャビティ面
７・・・パーティングライン
【図１】
0004454870.tif 000003
【図２】
0004454870.tif 000004
【図３】
0004454870.tif 000005
【図４】
0004454870.tif 000006