(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を外殻とすると共に膨張済みの中空微小球及び導電性付与剤を配合してなる未加硫ゴム組成物を、上記熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形した後、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で加熱して上記外殻を溶融し、上記中空微小球に相当する気泡を有している導電性ロールの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法により製造された導電性ロール。
【請求項３】
気泡が３０〜７０体積％、各気泡径（セル径）が１０〜２００μｍ、ショアＥ硬度が２０〜４０で、かつ、ゴム組成物中に導電性付与剤が配合されている請求項２に記載の導電性ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザービームプリンタ、複写機、ファクシミリ、ＡＴＭ等における現像装置の導電性機構に使用される導電性ロールおよび該導電性ロールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置により形成される画像の高画質化を図るためには、静電潜像を可視像化する現像領域に搬送される現像剤を所望の帯電量に帯電させておくことや、現像剤を現像領域に均一に供給することが必要であある。このような画像形成装置では、様々な要求特性を持った導電性ロールが使用される。そのようなロールには、帯電ロール（感光体を均一に帯電させる）、トナー供給ロール（トナーボックスからトナーを現像ロールへ移動させる）、現像ロール（露光後の感光体にトナーを移動させる）及び転写ロール（感光体に移ったトナーを紙等に移動させる）がある。
【０００３】
通常、画像形成装置による画像形成は以下の工程で行われる。まず帯電ロールが感光ドラム等の静電潜像保持体を均一に帯電させる（帯電）、次いで光像を照射して画像露光により静電潜像担持体上に静電潜像を形成する（露光）。次に、現像装置により帯電された現像剤（トナー）をトナー供給ロールから現像ロールに供給し、さらに現像ロールから静電潜像が形成された潜像担持体上に供給して顕像化し、トナー像を形成する（現像）。こうして得られた現像像を転写ロールを介して紙等の被印刷体に転写し、定着させる（転写、定着）。
【０００４】
上記した導電性ロールに共通する要求特性は、▲１▼低硬度、▲２▼低圧縮歪、▲３▼適切な電気抵抗及び▲４▼適切な表面粗度などがあり、それらの特性が全体にムラなく達成されていること、即ち、均一性も重要な特性である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、これらの導電性ロールは剛直な感光体に接触させていることが多いため、ロール表面が硬いと画像上に欠陥が生じる恐れがあり、低硬度化が不可欠な要求特性であった。また、ロールの形状精度や硬さの均一性も重要であった。
【０００６】
低硬度化を達成する手段としては、硬度制御が容易であるなどの点から、一般にロール全体を発泡性弾性体で形成している。この発泡性弾性体は、主成分であるゴム成分に導電剤及び発泡剤を配合し、加熱発泡形成することにより得られる。最も一般的な発泡剤は有機発泡剤、即ち、熱の影響下で化学的に分解反応し、気体を放出する物質である。この方法では一定の温度範囲で迅速に気体が放出されるため、比較的大きい気泡が形成され、低硬度でかつ弾性に優れた導電性ロールを得ることもできる。
【０００７】
しかしながら、有機発泡剤は化学反応により爆発的にガスを放出することから、発泡状態や気泡形状は温度条件により著しい影響を受ける。例えば、発泡弾性体をロール形状に発泡形成する際、受容熱の分布はその軸方向や半径方向で異なるため、発泡状態や気泡形状に位置的なバラツキが生じる。しかるに、導電性ロールは形状精度や硬さの均一性が要求されるため、このようなバラツキが生じた場合、要求性能を満たさないという不具合を生じる。
【０００８】
発泡状態や気泡形状をより均一にするため、低沸点炭化水素を内包した樹脂製球体を含有する高分子材料を用い、該高分子材料基材中に発泡性セルと呼ばれる気泡を形成した発泡性弾性体を製造する方法が提案されている（特開平１０−１２３８２５）。しかしながら、ここで用いられる樹脂製球体は熱膨張性のマイクロカプセルであり、配合段階では未膨張の状態であることから、加硫成形段階での熱及び圧力の影響で粒径が変化する。従って、それらをコントロールして低硬度化及び均一性を達成することが非常に困難である。
【０００９】
また、この方法では、前記の有機発泡剤による発泡体の形成法に比べれば小さい気泡を形成することが可能であるが、受容熱の分布がその軸方向や半径方向で異なるため、発泡状態や気泡形状に位置的なバラツキが生じ、いわゆるセル径（空孔の大きさ）が一定せず、硬度及び表面粗度が均一なロールを得られにくい。また、膨張した樹脂製球体は加硫後も球形を保っており、その外殻は高硬度の樹脂であるためロール表面の硬度低下における効果が不十分である。
【００１０】
このように、従来の加硫と同時に樹脂製球体を膨張させる方法では均一な発泡体を得ることができず、よって、セル径の大きさおよび分布が均一化せず、空孔率及び表面粗度の設計が困難となっている。また、膨張した樹脂製球体の外殻の硬度が高いのでロール全体の硬度が高く低硬度化を達成することが困難であるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、空孔の大きさ（セル径）および空孔率、硬度および表面粗度を設計通りとすることができ、空孔の大きさや位置的なバラツキがなく、かつ、十分な低硬度特性を有し、しかも、硬度および表面粗度が均一な導電性ロールの製造方法および導電性ロールを提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、熱可塑性樹脂を外殻とすると共に膨張済みの中空微小球及び導電性付与剤を配合してなる未加硫ゴム組成物を、上記熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形した後、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で加熱して上記外殻を溶融し、上記中空微小球に相当する気泡を有している導電性ロールの製造方法を提供している。
【００１３】
本発明において、導電性ゴムロールが「中空微小球に相当する気泡を有する」とは、加硫成形された導電性ゴムロールが、未加硫ゴム組成物中の中空微小球の体積及び形状に相当する体積及び形状の気泡（セル）を含有する弾性体で構成されていることを意味する。
【００１４】
上記した本発明の導電性ゴムロールは下記の特性を有する。
(1)未加硫ゴム組成物中に含有されている中空微小球に相当する気泡を含有しているので、予め配合した粒径通りのセル径を持つ導電性ゴムロールを得ることができ、均一な低硬度化が達成される。
(2)気泡の径が加硫成形の前後で不変であるために、成形品の表層を研磨したとき、配合した熱可塑性中空微小球の粒径に応じて、所期の均一な表面粗度の表層が得られる。
(3)表面粗度が均一であるために、所望により、さらにコーティングを施したとき高品質のロールが得られる。
【００１５】
上記導電性ゴムロールは、熱可塑性樹脂を外殻とすると共に膨張済みの中空微小球及び導電性付与剤を配合してなる未加硫ゴム組成物を、上記熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形した後、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で加熱して外殻を溶融して製造している。
【００１６】
本発明では、加硫処理の前後で未加硫組成物に混合した中空微小球の粒径（体積）が変化しないように、膨張済みの微小球を未加硫ゴム組成物に含有させていることを特徴としている。この未加硫ゴム組成物を熱可塑性樹脂の溶融温度以下で加硫成形するため、中空微小球の外殻が破壊されることなく、体積、形状を維持しえる。ついで、熱可塑性樹脂の溶融温度で加熱すると、微小球の外殻である熱可塑性樹脂が溶融し、周囲の架橋ゴムと一体化し、気泡が（硬い外殻でなく）周囲の弾性体で囲まれることになり、低硬度化を達成することができ、均一に低い硬度を有する導電性ゴムロールを得ることができる。
【００１７】
本発明の導電性ゴムロールにおいて、前述した▲１▼〜▲４▼を含む要求特性は、上記中空微小球の球径、配合量（空孔率）及び導電性付与剤の配合量を適宜調整すれば満たすことができる。
【００１８】
上記中空微小球は熱可塑性樹脂の外殻内に内包剤を封入して成形される。本発明に用いられる熱可塑性樹脂として、塩化ビニリデン、アクリロニトリル等の共重合体、フェノール系樹脂等が例示されるが、融点が高いという点でポリアクリロニトリル系樹脂が好ましい。また、内包剤としては、比較的低沸点の化合物が用いられ、イソブタン、イソペンタン等が例示されるが、イソペンタンが好ましい。
【００１９】
中空微小球の粒径は、均一な硬度及び弾性を達成するために、１０〜２００μm、好ましくは２０〜１００μm、より好ましくは３０〜６０μmの範囲としている。このような中空微小球は常法に従って製造することもできるが、市販の膨張済みバルーンを用いても良い。
【００２０】
加硫用のゴム組成物中の中空微小球の配合比も、導電性ロールの種類や他の配合剤との関係で種々異なるが、通常、ゴム組成物中の中空微小球の割合体積（％）は１０〜８０体積％、好ましくは３０〜７０体積％、より好ましくは５０〜６０体積％である。よって、成形されるロールに占める気泡の割合体積は、好ましくは３０〜７０体積％とし、成形されるロールのショアＥ硬度を２０〜４０としている。このように、ショア硬度を２０〜４０としているのは、２０未満であると柔らかすぎて圧縮歪み大きくなり過ぎ、また、４０を越えると硬すぎて剛直な感光体と接触した時の摩耗が大きく且つ画像上の欠陥が発生し易いことによる。
【００２１】
未加硫の架橋ゴム組成物中に含有させるゴム成分（ポリマー成分）としては、アクリルニトリル−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）、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、ＳＢＲ、ＣＲ等を挙げることができ、これらから選ばれる１種または２種以上を使用することができる。これらのうち、ＮＢＲ及びエピクロロヒドリンゴムはそれ自身極性が高いので、本発明の導電性ゴムロールの原料として好ましい。
【００２２】
また、導電性付与剤としては、例えば、チャンネルブラック、ファーストブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックや、カーボンファイバー等の電子導電剤、又はリチウム塩、亜鉛華等のイオン導電剤等がある。それらを１種又は２種以上組み合わせて使用する。カーボンブラックは、温度や湿度によって導電性が影響され難い上、優れた補強効果を示すので好ましい。導電性付与剤の配合量も当該技術分野で既知の範囲でよいが、カーボンブラックの場合、ゴム成分１００重量部に対して３〜５０重量部、好ましくは５〜４０重量部の範囲としている。
【００２３】
また、架橋ゴム組成物には加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、加硫遅延剤、充填剤等が適宜配合さる。加硫剤としては、例えば、硫黄や、Ｎ，Ｎ−ジチオビスモルホリン等の有機含硫黄化合物や、べンゾイルペルオキシド等の有機過酸化物を用いることができる。加硫促進剤としては、例えば、消石灰、マグネシア（ＭｇＯ）、リサージ（ＰｂＯ）等の無機促進剤や、以下に記す有機促進剤を使用することができる。有機促進剤としては、例えば、２−メルカプトベンゾチアゾール、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェン等のチアゾール系加硫促進剤や、Ｎ−ブチルアミン、ｔｅｒｔ−ブチルアミン、プロピルアミン等の脂肪族第１アミンと２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物、ジシクロヘキシルアミン、ピロリジン、ピペリジン等の脂肪族第２アミンと２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物、脂環式第１アミンと２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物、モリフォリン系化合物と２−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物等のスルフェンアミド系加硫促進剤や、テトラメチルチウラムモノスルフィド（ＴＭＴＭ）、テトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＴＤ）、テトラエチルチウラムジモノスルフィド（ＴＥＴＤ）、テトラブチルチウラムジモノスルフィド（ＴＢＴＤ）、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド（ＤＰＴＴ）等のチウラム系加硫促進剤や、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛（ＺｎＭＤＣ）、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛（ＺｎＥＤＣ）、ジ−Ｎ−ブチルカルバミン酸亜鉛（ＺｎＢＤＣ）等のジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などを使用することができる。これらの加硫促進剤は１種または２種以上の物質を混合して使用することができる。加硫促進助剤としては、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物や、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、ベヘニン酸等の脂肪酸系加硫促進助剤を挙げることができ、これらを１種又は２種以上用いることができる。
【００２４】
その他の添加剤として、補強剤が通常用いられるが導電付与剤としてカーボンブラックを配合した場合には補強剤としても作用する。さらに、必要に応じて、老化防止剤、ワックス等を配合することができる。老化防止剤としては、例えば、２−メルカプトベンゾイミダゾールなどのイミダゾール類、フェニル−α−ナフチルアミン，Ｎ，Ｎ´−ジ−６−ナフチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ´−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミンなどのアミン類、ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、スチレン化フェノールなどのフェノール類などが挙げられる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の導電性ゴムロールを図面を参照して詳述する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態にかかる導電性ゴムロール１の断面図である。このロール１は、芯軸２の外周に多数の気泡３を含む弾性体４を被覆した構成となっている。上記弾性体４は、中空微小球を含有する未加硫ゴム組成物から製造されており、加硫成形体５中に中空微小球に相当する大きさと形状を有する気泡３を含有している。
【００２７】
中空微小球は、熱可塑性のポリアクリル系樹脂の外殻にイソペンタンが内包された平均粒径５０μmの膨張済みバルーンからなる。加熱時に、その外殻が溶融し、中空がそのまま残存して気泡（セル）となるため、生成した気泡３は中球微小球と同じ大きさ、形状を備える。よって、未加硫ゴム組成物中に均一の大きさの中空微小球を、均一に分布させておくと、ゴムロール中に均一の大きさの気泡が均一に分布することとなり、弾性体４は均一な弾性と形状精度を有することになる。
【００２８】
成形された導電性ゴムロール１は図２に示すように、その表面に被膜層６を有する。この被膜層６を例えば切削や研磨を施すことによって除去すると、図３に示すように、ロールの弾性体４の表層近傍の気泡３部分が切断されてロール表面に多数の凹部３ａが形成される。既述のごとく、気泡３は中空微小球の外殻を構成する熱可塑性樹脂が溶融し、気泡３の周壁は加硫成型体５と一体化した状態である。従って、従来の加硫工程で膨張させた外殻が残存した多数の気泡を有するロールに比して低硬度であり、品質が一定している。また、未加硫組成物に含有させる中球微小球の粒径を選択することにより、弾性体４中の気泡３、及び凹部３ａの大きさを予め設計することができる。従って、表面の凹部の大きさ、分布にもバラツキがなく均一な表面粗度を得ることができる。
【００２９】
（実施例）
以下、実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、これらは本発明を限定するものではない。特記しない限り、各成分比は重量部で表されている。
加硫ゴム組成物及び反応条件は下記の表１にまとめて示されている。
【００３０】
実施例１の導電性ゴムロールを例に挙げて説明すると、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（日本ゼオン社の商品名「ニッポール４０１ＬＬ」）７０部、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（三井化学社の商品名「ＥＰＴ４０２１」）３０部、カーボンブラック（東海カーボン社の商品名「シースト３」）４０部、硫黄（鶴見化学社の商品名「粉末イオウ」）１部、加硫促進剤としていずれも大内新興化学工業社から供給されている商品名「ノクセラーＭ」及び「ノクセラーＢＺ」各１部、加硫促進助剤として酸化亜鉛（三井金属鉱山）５部及びステアリン酸（日本油脂）１部をニーダで混練してフルコンパンドを作成した後、中空微小球（エクスパンセル社の商品名「ＥＸＰＡＮＣＥＬ０９１ＤＥ」）をゴム組成物中に６０体積％を加えて、さらに２段階で混練した。この中空微小球は平均粒径３０〜４０μｍ、外殻はアクリロニトリル系樹脂（溶融温度１６０℃）であり、内包剤インペンタンである。
【００３１】
加硫成形は、押出機で円筒状に押出して予備成形した後、所定寸法に裁断して予備成形体を得た。この予備成形体を加硫缶に投入し、中空微小球の外殻である熱可塑性樹脂が溶融せず、ゴム成分が架橋する温度条件下で加硫を行い、その後、熱可塑性樹脂が溶融する温度で加熱を行った。上記加硫処理は約１４０℃で約３０分間あるいは、約１３０℃で約３０分間行った。また、上記溶融加熱は１８０℃で１０分間行った。なお、これらの加硫処理の条件は中空微小球の熱可塑性樹脂の種類、ゴム成分及び架橋剤等の添加剤の種類や配合比によって異なり、適宜調整される。
【００３２】
次いで、成型体に金属製のシャフト（φ６）を挿入し、研磨カットして導電性ゴムロール（外径φ１５ｍｍ、長さ２２０ｍｍ）に仕上げた。
【００３３】
導電性ゴムロールに含有される気泡の分布状態を測定するために、ビデオマイクロで５００倍の画像を取り込み、得られたデータ（ｎ＝３０）でのバラツキ範囲を調べた。硬度はショアEにより測定し、面内の５点での平均値を取った。画だし試験はLAZERSHOT4000（ヒューレットパッカード社製）を用いて行った。サンプルは転写ロールを用いハーフトーン画像で画出しを行い、５段階で評価した（良５〜悪１）。
【００３４】
実施例２はゴム組成物や膨張済み中空微小球の組成および配合量は、実施例１と同一とし、加硫温度を相違させた。製造方法も実施例１と同様にして実施例２の導電性ゴムロールを得た。
【００３５】
また、比較例として、中空微小球を用いない場合（比較例１及び２）及び未膨張の中空微小球（松本油脂製薬の商品名「マイクロスファアーＦ−５０」）を夫々１０phr配合した場合（比較例３〜６）の導電性ゴムロールの特性を調べた。詳細な条件及び結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
0003834176.tif 000002
【００３７】
画出し試験は上記５段階評価で行った。比較例６の場合、加硫時にマイクロスフェアーが膨張しすぎて崩壊した。
表１から、本発明の導電性ゴムロールは比較例１，２の導電性ゴムロールに比べて明らかに優れた品質を有していることが確認できる。また、未膨張微小球を用いる比較例３〜６ではセル径のバラツキが大きくなっているが、本発明の実施例１〜３では３０〜４０μｍと略バラツキが少なく均一化しており、かつ、低硬度であり、さらに、画出し試験の評価においても極めて優れていることが確認できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、硬い外殻を持たない設計通りの大きさの気泡が均一に分布した低硬度のスポンジ体形状精度の高い導電性ロールを得ることができる。よって、該導電性ロールを現像装置の導電性機構に用いると、質的に優れた画像を提供することができる。また、本発明は、ロールに含まれる気泡（セル）の空孔率及びロール表面の粗度を目的に応じて設計することが容易であるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態にかかる導電性ゴムロールが示された断面図である。
【図２】  被膜層を研磨する前のロールの横断面図である。
【図３】  被膜層を研磨した後のロールの横断面図である。
【符号の説明】
１    導電性ゴムロール
２    芯軸
３    気泡
３ａ  凹部
４    弾性体
５    加硫成形体
６    被膜層
【図１】
0003834176.tif 000003
【図２】
0003834176.tif 000004
【図３】
0003834176.tif 000005