JP4153285B2

JP4153285B2 - Charging roller and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4153285B2
Application number: JP2002307142A
Authority: JP
Inventors: 裕之上林; 芳次宮下
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: JP2004144834A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等において感光体を帯電させるために用いられる帯電ローラ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、感光体ドラム方式の複写機２０の構造を示す。この種の複写機２０では、光源２１から原稿２２に光が当てられて、原稿２２に表された像がミラー２３ａ〜２３ｄ及びレンズ２４を経て感光体ドラム２５に伝搬される。そして、回転する感光体ドラム２５では、帯電したドラム表面に伝搬された原稿２２の像が露光されてその像に対応した帯電状態が形成され、その帯電部分に現像装置２６でトナー２７が付着して現像され、転写装置２８でトナー２７が記録紙２９に転写分離された後、ブラシ３０及びブレード３１でドラム表面のクリーニングが行われると共に除電装置３２で除電が行われる。トナー２７が転写された記録紙２９は熱ローラ３３と加圧ローラ３４との間に挟持送りされてトナー２７の定着が図られる。
【０００３】
ここで、従来は感光体ドラム表面をコロナ放電により非接触で帯電させていたが、放電の際に発生するオゾンが周囲に悪影響を及ぼすことから、近年では図６に示すように帯電ローラ３５により接触帯電させるようになってきている。この帯電ローラ３５は、一般的には、導電性の芯材（芯金）の外周にゴム製のローラ本体が設けられたもので構成されている。そして、かかるゴム製の帯電ローラ３５には、芯材及び材料ゴムを個々に金型にセットして所定時間をかけて加硫成形されるものであるため製造コストが高い、また、ローラ本体表面にトナー２７が付着し易い、さらには、ローラ本体を構成するゴムに含まれるオイルが滲み出て感光体ドラム２５の表面を汚染する、といった問題が指摘されている。
【０００４】
そこで、硬質熱可塑性樹脂にカーボンブラック等の導電性材料を混合してなる成形用材料でローラ本体を形成することが考えられる。かかる樹脂製の帯電ローラでは、製造コストを低くすることができ、また、ローラ本体表面へのトナーの付着や感光体ドラムを汚染する物質の放出を抑止することができる。
【０００５】
ところが、樹脂製の帯電ローラは、ゴム製のものに比べてローラ表面の弾性が乏しく、感光体ドラムとの均一な接触を実現するためには極めて高い寸法精度が要求される。この問題は、高い寸法精度での成形が可能な射出成形によりローラ本体を形成することで解決されるが、射出成形の場合、ローラ本体の成形工程で射出速度に変動が生じることにより、製造される各帯電ローラ毎に導電性材料の分散構造が異なるものとなり、そのために電気抵抗特性の同質なものを連続して多数製造することができず、また、同一の射出速度で溶融した成形用材料を射出しても、射出速度が大きいために金型内の各部位毎で成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なり、各部位毎に見掛け粘度が異なることとなって導電性材料の分散構造が異なるものとなり、そのために各帯電ローラのローラ本体の電気抵抗のばらつきが大きくなるという新たな問題を生じる。
【０００６】
なお、ばらつきのない均一な半導電性が付与された成形品を得ることができる技術として、下記特許文献１には、ＤＢＰ吸油量が２００〜７００ｍｌのカーボンブラック、ＤＢＰ吸油量が３０〜１８０ｍｌのカーボンブラック及び熱可塑性樹脂からなる均一半導電性組成物が開示されている。
【０００７】
また、導電性、成形加工性、衝撃強度等の機械的性質、及び外観が優れる成形品を得るための技術として、下記特許文献２には、熱可塑性樹脂、ＢＥＴ式比表面積が８５０ｍ²／ｇ以上のカーボンブラック及びＢＥＴ式比表面積が１００ｍ²／ｇ以下のカーボンブラックからなる導電性樹脂組成物が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−８５７２２号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１２４６５４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本出願の課題は、高い寸法精度を有すると共に、同質の電気抵抗特性を有するものを連続して多数製造することができ、しかも、各ローラ本体内の電気抵抗のばらつきが小さい帯電ローラ及びその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ローラ本体を射出成形するための成形用材料を高粘度の硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなるものとすることにより、溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動させることにより見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗の差を小さくしたものである。
【００１１】
具体的には、本発明は、導電性を有する芯材の外周に成形用材料を射出成形してローラ本体を形成した帯電ローラを前提とする。そして、成形用材料は、メルトフローレート（以下「ＭＦＲ」という）が３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、射出成形によりローラ本体が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。また、ローラ本体を形成する成形用材料としてＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、高粘度であることから溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動させることができ、しかも、それに比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合されているので、射出速度差や金型内での溶融した成形用材料の流動速度差に起因して各箇所の見掛け粘度が異なっても電気抵抗差が小さく抑えられ、それによって同質なものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合することにより成形用材料の見掛け粘度によらず電気抵抗が一定化される理由については明らかではないが、ローラ本体の成形工程で射出速度に変動が生じたり、あるいは、成形用材料を金型内に射出充填する際に各部位毎に成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なることにより、主として電気抵抗の調整を図るための比表面積の大きな導電性材料の分散状態に粗密が生じても、比表面積の小さな導電性材料がその粗密を補うように分散することによって全体として導電性材料の均一分散化が図られるためであると考えられる。なお、ＭＦＲは、ＪＩＳＫ７２１０「熱可塑性プラスチックの流れ試験方法」に基づいて計測されるものである。
【００１３】
そして、このような帯電ローラは、
射出成形用金型内に導電性を有する芯材をセットするステップと、
硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなる成形用材料を溶融させるステップと、
溶融させた成形用材料を射出成形用金型内に射出することにより芯材の外周にローラ本体を成形して帯電ローラを形成するステップと、
射出成形用金型から帯電ローラを取り出すステップと、
を備えた帯電ローラの製造方法により製造することができる。
【００１４】
本発明によれば、ローラ本体のいずれの部位においても体積抵抗率が１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍの範囲内にあり且つ体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下である構成が実現可能であり、かかる構成によれば、体積抵抗率の高さ及びそのばらつきの小ささが適正であるので、複写機等の感光体を一様に帯電させるのに好都合となる。
【００１５】
また、本発明は、成形用材料の見掛け粘度の常用対数の変化量に対する体積抵抗率の常用対数の変化量の比が０．３以下程に小さいと特に有効である。
【００１６】
比表面積の大小異なる２種の導電性材料はいずれもカーボンブラックである構成であってもよい。かかる構成によれば、入手容易なカーボンブラックにより本発明の帯電ローラを構成することができる。
【００１７】
その場合、成形用材料は、比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックが硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して５〜３０質量部混合されている構成であってもよい。かかる構成によれば、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。本発明は、特に、カーボンブラックの混合量が樹脂１００質量部に対して１５質量部以下である場合のような、カーボンブラックの混合量が比較的少なく射出成形での均一な分散が困難な場合に特に有効である。
【００１８】
また、カーボンブラックのうち比表面積の大きい方は、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ²／ｇ以上である一方、比表面積の小さい方は、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ²／ｇ以下である構成であってもよい。かかる構成によれば、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、射出成形によりローラ本体が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。
【００２０】
また、ローラ本体を形成する成形用材料としてＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、しかも、それに比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合されているので、同質のものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る帯電ローラ１０を示す。この帯電ローラ１０は、複写機内に設けられ、感光体ドラム表面を帯電させるものである。
【００２３】
この帯電ローラ１０は、導電性を有する芯材（芯金）１１と、芯材１１の外周を被覆するように一体に設けられたローラ本体１２とからなる。
【００２４】
芯材１１は、アルミニウム、鉄等の導電性を有する円柱金属棒からなる。
【００２５】
ローラ本体１２は、硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合してなる成形用材料で形成されている。なお、第３の導電性材料を混合するようにしてもよい。この成形用材料は、見掛け粘度の常用対数の変化量に対する体積抵抗率の常用対数の変化量の比が０．３以下である。
【００２６】
硬質熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ＰＢＴ、ポリアミド樹脂（ナイロン樹脂）等のＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎのものが用いられる。ここで、硬質の熱可塑性樹脂を用いたのは、トナーが付着しにくく、油分が滲み出て感光体を汚染しにくいからである。また、「硬質」とは、感光体に押し当てても潰れない、すなわち、ゴム弾性を示さないことを意味する。その中でも耐クリープ性（長時間の加圧で変形しない）の高いエンジニアリングプラスチック類が好ましく、特に、ＡＢＳやＰＰＥが好適である。
【００２７】
導電性材料としては、例えば、カーボンブラック、金属粉、カーボンファイバ等が用いられるが、かかる用途に汎用であることからカーボンブラックが好適に用いられる。
【００２８】
導電性材料のうち比表面積の大きいものは主として電気抵抗の調整を図る機能を果たす一方、比表面積の小さいものはそれらの間に介在することにより全体としての導電性材料の分散状態を均一化して電気抵抗の安定化を図る機能を果たす。
【００２９】
導電性材料をカーボンブラックとした場合、比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックは、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に５〜３０質量部混合するようにするのがよい。そうすることによってローラ本体１２の成形時において、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず成形品の固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。かかる作用効果は、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に１５質量部以下の少ない導電性材料を混合した成形用材料のように射出成形での電気抵抗の均一化が困難である場合に特に顕著となる。また、比表面積の大きいカーボンブラック及び比表面積の小さいカーボンブラックの混合量としては、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して前者が１〜４質量部で且つ後者が４〜１質量部、或いは、前者が１〜２９質量部で且つ後者が２９〜１質量部とするのが好適であり、どちらの混合量が多くてもよい。
【００３０】
また、比表面積の大きいカーボンブラックとしては、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ²／ｇ以上であるもの（例えば、三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック等）、比表面積の小さいカーボンブラックとしては、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ²／ｇ以下であるもの（例えば、アセチレンブラック等）が好適である。そうすることによってローラ本体１２の成形時において、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。なお、前者は、ＤＢＰ吸油量が概ね３００ｍｌ／１００ｇ以上及びポアエリア（空孔度）が概ね８０ｍ²／ｇ以上にそれぞれ相当する一方、後者は、ＤＢＰ吸油量が概ね２５０ｍｌ／１００ｇ以下及びポアエリア（空孔度）が概ね２０ｍ²／ｇ以下にそれぞれ相当する。なお、ＢＥＴ式による比表面積はカーボンブラック表面の細孔部も含んだ表面積を表したものであり、ＤＢＰ吸油量はカーボンストラクチャー（カーボンブラック粒子が連鎖して繋がった状態）の発達性の指標であり、ポアエリアはＢＥＴ式による比表面積とカーボンブラック粒子の細孔部の表面積を含まないＣＴＡＢ表面積との差であって、カーボンブラック粒子の形状の指標である。
【００３１】
そして、ローラ本体１２は、芯材１１の外周に成形用材料を射出成形により形成されたものであり、いずれの部位の体積抵抗率も１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍの範囲内にあり且つ体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下となっている。
【００３２】
この帯電ローラ１０の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、帯電ローラ成形用の射出成形用金型内に芯材１１をセットし、金型を射出成形機に装着する。それと共に、射出成形機のホッパから上記の成形用材料を投入し、シリンダ内で加熱溶融させると共にスクリューで混練する。
【００３４】
次いで、溶融させた成形用材料を射出成形用金型内に射出し、芯材１１の外周にローラ本体１２を成形して帯電ローラ１０を形成させて冷却する。
【００３５】
しかる後、射出成形用金型を開き、帯電ローラ１０を取り出す。
【００３６】
以上の構成の帯電ローラ１０によれば、射出成形によりローラ本体１２が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。
【００３７】
また、ローラ本体１２を形成する成形用材料としてＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、高粘度であることから溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動させることができ、しかも、それに比表面積の大小異なる少なくとも２種の導電性材料が混合されているので、射出速度差や金型内での溶融した成形用材料の流動速度差に起因して各箇所の見掛け粘度が異なっても電気抵抗差が小さく抑えられ、それによって同質なものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体１２の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００３８】
【実施例】
（試験評価サンプル）
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎ、１００ｇ／１０ｍｉｎ及び３５０ｇ／１０ｍｉｎの分子量の異なる３種のＡＢＳをそれぞれ準備し、以下の各例に係る成形用材料を調整した。
【００３９】
−例１−
ＭＦＲが１００ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラックを８質量部と、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例１とした。
【００４０】
−例２−
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラックを５質量部と、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例２とした。
【００４１】
−例３−
ＭＦＲが３５０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラックを８質量部と、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例３とした。
【００４２】
−例４−
ＭＦＲが３５０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を１５質量部混合した成形用材料を例４とした。
【００４３】
−例５−
ＭＦＲが３５０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラックを８質量部混合した成形用材料を例５とした。
【００４４】
−例６−
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を１５質量部混合した成形用材料を例６とした。
【００４５】
−例７−
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラックを８質量部混合した成形用材料を例７とした。
【００４６】
（試験評価方法）
キャピラリーレオメータ（東洋精機社製キャピログラフ）を用い、例１〜７のそれぞれについて、キャピラリーダイスから成形用材料を押し出し、そのときの溶融した成形用材料の見掛け粘度を測定した。それぞれについて押出速度を２〜３水準変量した。
【００４７】
キャピラリーレオメータから押し出された樹脂ロッドを表面抵抗計（三菱化学社製商品名：ハイレスタ）を用いて表面抵抗を測定し、それにロッドの厚さを乗して体積抵抗率に換算した。
【００４８】
（試験評価結果）
例１〜７のそれぞれの見掛け粘度と体積抵抗率との関係を図２に示す。また、それぞれについての各見掛け粘度での体積抵抗率を表１に示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
図２によれば、ＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎであるＡＢＳに比表面積の大小異なる２種のカーボンブラックを混合した例１及び２では、見掛け粘度に差があっても体積抵抗率差が非常に小さいことが分かる。これに対して、ＭＦＲが大きい例３〜５及び比表面積の大きいカーボンブラック又は小さいカーボンブラックのみを混合した例６，７では、見掛け粘度に差があると体積抵抗率差が大きいことが分かる。具体的には、図２に示される例１〜７のそれぞれの回帰直線の傾きの大きさが、例１及び２では０．３以下であり、例３〜７では０．３より大きい。
【００５１】
これは、例１及び２では、ＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、高粘度であることから溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動するので、見掛け粘度が異なっても電気抵抗差が小さく抑えられるためであると考えられる。また、比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合することにより成形用材料の見掛け粘度によらず電気抵抗が一定化される理由は、成形用材料を金型内に射出充填する際に各部位毎に成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なることにより、主として電気抵抗の調整を図るための比表面積の大きな導電性材料の分散状態に粗密が生じても、比表面積の小さな導電性材料がその粗密を補うように分散することによって全体として導電性材料の均一分散化が図られるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る帯電ローラの斜視図である。
【図２】例１〜７それぞれの見掛け粘度と体積抵抗値との関係を示すグラフ図である。
【図３】複写機の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０帯電ローラ
１１芯材（芯金）
１２ローラ本体
２０複写機
２１光源
２２原稿
２３ａ〜３３ｄミラー
２４レンズ
２５感光体ドラム
２６現像装置
２７トナー
２８転写装置
２９記録紙
３０ブラシ
３１ブレード
３２除電装置
３３熱ローラ
３４加圧ローラ
３５帯電ローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging roller used for charging a photoreceptor in a copying machine, a printer, and the like, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows the structure of the photoconductor drum type copying machine 20. In this type of copying machine 20, light is applied to the original 22 from the light source 21, and an image represented on the original 22 is propagated to the photosensitive drum 25 through the mirrors 23 a to 23 d and the lens 24. Then, on the rotating photosensitive drum 25, the image of the original 22 propagated to the charged drum surface is exposed to form a charged state corresponding to the image, and the toner 27 adheres to the charged portion by the developing device 26. After the toner 27 is transferred to and separated from the recording paper 29 by the transfer device 28, the drum surface is cleaned by the brush 30 and the blade 31, and the charge removal is performed by the charge removal device 32. The recording paper 29 onto which the toner 27 has been transferred is nipped and fed between the heat roller 33 and the pressure roller 34 so that the toner 27 is fixed.
[0003]
Conventionally, the surface of the photosensitive drum is charged in a non-contact manner by corona discharge. However, ozone generated at the time of discharge has an adverse effect on the surroundings. Therefore, in recent years, as shown in FIG. Contact charging is starting to occur. The charging roller 35 is generally constituted by a rubber roller body provided on the outer periphery of a conductive core material (core metal). The rubber charging roller 35 has a high manufacturing cost because the core material and the material rubber are individually set in a mold and vulcanized and molded over a predetermined time. It has been pointed out that the toner 27 easily adheres to the toner, and that the oil contained in the rubber constituting the roller body oozes out and contaminates the surface of the photosensitive drum 25.
[0004]
Thus, it is conceivable to form the roller body from a molding material obtained by mixing a hard thermoplastic resin with a conductive material such as carbon black. With such a resin charging roller, the manufacturing cost can be reduced, and the adhesion of toner to the surface of the roller body and the release of substances that contaminate the photosensitive drum can be suppressed.
[0005]
However, the resin charging roller has less elasticity on the roller surface than the rubber roller, and extremely high dimensional accuracy is required to achieve uniform contact with the photosensitive drum. This problem can be solved by forming the roller body by injection molding that can be molded with high dimensional accuracy, but in the case of injection molding, it is manufactured by fluctuations in the injection speed in the molding process of the roller body. Each charging roller has a different dispersion structure of the conductive material, so that a large number of materials having the same electrical resistance characteristics cannot be manufactured continuously, and the molding material is melted at the same injection speed. The injection speed is so high that the flow rate of the molding material (the magnitude of the shear flow) is different for each part in the mold and the apparent viscosity is different for each part. The material dispersion structure is different, which causes a new problem that the variation in electric resistance of the roller main body of each charging roller becomes large.
[0006]
In addition, as a technique capable of obtaining a molded product having uniform semiconductivity without variation, the following Patent Document 1 includes carbon black having a DBP oil absorption of 200 to 700 ml, and a DBP oil absorption of 30 to 180 ml. A homogeneous semiconductive composition comprising carbon black and a thermoplastic resin is disclosed.
[0007]
Further, as a technique for obtaining a molded product having excellent mechanical properties such as electrical conductivity, molding processability, impact strength, and appearance, the following Patent Document 2 discloses a thermoplastic resin having a BET specific surface area of 850 m ² / g. A conductive resin composition comprising the above carbon black and carbon black having a BET specific surface area of 100 m ² / g or less is disclosed.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-7-85722 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-124654
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present application to provide a charging roller having high dimensional accuracy and capable of continuously manufacturing a large number of the same-type electric resistance characteristics, and having a small variation in electric resistance in each roller body, and its manufacture Is to provide a method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a molding material for injection molding of a roller body is formed by mixing at least two kinds of conductive materials having different specific surface areas in a high viscosity hard thermoplastic resin, thereby forming a molten molding. The difference in the electric resistance after solidification is reduced by flowing the material in a state where the structural change is small irrespective of the apparent viscosity.
[0011]
Specifically, the present invention is premised on a charging roller in which a roller body is formed by injection molding a molding material on the outer periphery of a conductive core material. The molding material is formed by mixing at least two kinds of conductive materials having different specific surface areas with a hard thermoplastic resin having a melt flow rate (hereinafter referred to as “MFR”) of 30 to 150 g / 10 min. To do.
[0012]
According to said structure, since the roller main body is formed by injection molding, the dimensional accuracy can be made extremely high. Further, a hard thermoplastic resin having an MFR of 30 to 150 g / 10 min is used as a molding material for forming the roller body, and since it has a high viscosity, the molten molding material is allowed to flow with little structural change. In addition, since at least two kinds of conductive materials having different specific surface areas are mixed with each other, the difference between the injection speed and the flow rate of the molten molding material in the mold is Even if the apparent viscosities are different, the difference in electric resistance can be kept small, whereby a large number of the same quality can be continuously produced, and in addition, variation in the electric resistance of the individual roller bodies can be reduced. It is not clear why mixing two conductive materials with different specific surface areas makes the electrical resistance constant regardless of the apparent viscosity of the molding material, but the injection speed fluctuates during the roller body molding process. Or when the molding material is injected and filled into the mold, the flow rate of the molding material (the magnitude of the shear flow) differs for each part, so that the electrical resistance is mainly adjusted. This is because even when the conductive material having a large specific surface area is densely and densely dispersed, the conductive material having a small specific surface area is dispersed so as to compensate for the coarse and dense, so that the conductive material can be uniformly dispersed as a whole. it is conceivable that. The MFR is measured based on JIS K7210 “Thermoplastic Plastic Flow Test Method”.
[0013]
And such a charging roller is
Setting a conductive core material in an injection mold; and
Melting a molding material formed by mixing at least two kinds of conductive materials having different specific surface areas in a hard thermoplastic resin; and
Forming a charging roller by forming a roller body on the outer periphery of the core material by injecting a molten molding material into an injection mold; and
Removing the charging roller from the injection mold;
It can manufacture with the manufacturing method of the charging roller provided.
[0014]
According to the present invention, a configuration in which the volume resistivity is in the range of 10 ⁴ to 10 ⁹ Ω · cm in any part of the roller body and the maximum value of the volume resistivity is not more than 5 times the minimum value is realized. This configuration is possible, and since the high volume resistivity and the small variation thereof are appropriate, it is convenient to uniformly charge a photoconductor such as a copying machine.
[0015]
The present invention is particularly effective when the ratio of the change in the common logarithm of the volume resistivity to the change in the common logarithm of the apparent viscosity of the molding material is as small as 0.3 or less.
[0016]
The two types of conductive materials having different specific surface areas may be configured such that both are carbon black. According to such a configuration, the charging roller of the present invention can be configured by carbon black that is easily available.
[0017]
In this case, the molding material may have a configuration in which 5 to 30 parts by mass of carbon black, which is two kinds of conductive materials having different specific surface areas, are mixed with 100 parts by mass of the hard thermoplastic resin. According to such a configuration, the effect that the electric resistance after solidification is made constant irrespective of the apparent viscosity of the molten molding material is appropriately performed. In the present invention, particularly when the mixing amount of carbon black is 15 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the resin, the mixing amount of carbon black is relatively small and uniform dispersion in injection molding is difficult. Is particularly effective.
[0018]
The carbon black having a larger specific surface area has a BET specific surface area of 800 m ² / g or more, while the smaller specific surface area has a BET specific surface area of 100 m ² / g or less. There may be. According to such a configuration, the effect that the electric resistance after solidification is made constant irrespective of the apparent viscosity of the molten molding material is appropriately performed.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the roller body is formed by injection molding, the dimensional accuracy can be made extremely high.
[0020]
Further, a hard thermoplastic resin having an MFR of 30 to 150 g / 10 min is used as a molding material for forming the roller body, and at least two kinds of conductive materials having different specific surface areas are mixed therein. In addition to being able to manufacture a large number of the same quality continuously, it is possible to reduce variations in the electric resistance of the individual roller bodies.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a charging roller 10 according to an embodiment of the present invention. The charging roller 10 is provided in the copying machine and charges the surface of the photosensitive drum.
[0023]
The charging roller 10 includes a conductive core material (core metal) 11 and a roller body 12 provided integrally so as to cover the outer periphery of the core material 11.
[0024]
The core material 11 is made of a cylindrical metal rod having conductivity such as aluminum or iron.
[0025]
The roller main body 12 is formed of a molding material formed by mixing a hard thermoplastic resin with two kinds of conductive materials having different specific surface areas. Note that a third conductive material may be mixed. In this molding material, the ratio of the change in the common logarithm of the volume resistivity to the change in the common logarithm of the apparent viscosity is 0.3 or less.
[0026]
Examples of the hard thermoplastic resin include an MFR of 30 such as acrylonitrile / butadiene / styrene resin (ABS), polystyrene resin (PS), polycarbonate resin (PC), polyphenylene ether (PPE), PBT, and polyamide resin (nylon resin). Those of ~ 150 g / 10 min are used. Here, the reason why the hard thermoplastic resin is used is that the toner hardly adheres and the oil component oozes out and hardly contaminates the photosensitive member. Further, “hard” means that it is not crushed even when pressed against the photoreceptor, that is, does not exhibit rubber elasticity. Among them, engineering plastics having high creep resistance (not deformed by pressurization for a long time) are preferable, and ABS and PPE are particularly preferable.
[0027]
As the conductive material, for example, carbon black, metal powder, carbon fiber or the like is used, and carbon black is preferably used because it is widely used for such applications.
[0028]
Among conductive materials, those with a large specific surface area mainly function to adjust the electric resistance, while those with a small specific surface area are interposed between them to make the dispersed state of the conductive material as a whole uniform. It fulfills the function of stabilizing electrical resistance.
[0029]
When the conductive material is carbon black, it is preferable that 5 to 30 parts by mass of carbon black, which is two kinds of conductive materials having different specific surface areas, are mixed with 100 parts by mass of the hard thermoplastic resin. By doing so, at the time of molding the roller body 12, the effect that the electric resistance after solidification of the molded product is made constant regardless of the apparent viscosity of the melted molding material is appropriately performed. Such an effect is particularly remarkable when it is difficult to make the electrical resistance uniform in injection molding, such as a molding material obtained by mixing 100 parts by mass of a hard thermoplastic resin with a small amount of conductive material of 15 parts by mass or less. . Moreover, as a mixing amount of carbon black having a large specific surface area and carbon black having a small specific surface area, the former is 1 to 4 parts by mass and the latter is 4 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the hard thermoplastic resin, or It is preferable that the former is 1 to 29 parts by mass and the latter is 29 to 1 parts by mass, and either amount may be large.
[0030]
Moreover, as carbon black with a large specific surface area, those having a specific surface area of 800 m ² / g or more according to the BET formula (for example, product name: Ketjen Black manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and carbon black with a small specific surface area, Those having a specific surface area of 100 m ² / g or less (for example, acetylene black) are preferred. By doing so, at the time of molding of the roller body 12, the effect that the electric resistance after solidification is made constant regardless of the apparent viscosity of the melted molding material is appropriately performed. The former corresponds to a DBP oil absorption of approximately 300 ml / 100 g or more and a pore area (porosity) of approximately 80 m ² / g or more, respectively, while the latter corresponds to a DBP oil absorption of approximately 250 ml / 100 g or less and a pore area (empty). The porosity) corresponds to approximately 20 m ² / g or less. The specific surface area according to the BET formula represents the surface area including the pores on the surface of the carbon black, and the DBP oil absorption is an indicator of the development of the carbon structure (the state in which the carbon black particles are linked together). The pore area is a difference between the specific surface area according to the BET formula and the CTAB surface area not including the surface area of the pores of the carbon black particles, and is an indicator of the shape of the carbon black particles.
[0031]
The roller body 12 is formed by injection-molding a molding material on the outer periphery of the core material 11, and the volume resistivity of any part is in the range of 10 ⁴ to 10 ⁹ Ω · cm and the volume. The maximum value of resistivity is not more than 5 times the minimum value.
[0032]
A method for manufacturing the charging roller 10 will be described.
[0033]
First, the core material 11 is set in an injection mold for charging roller molding, and the mold is mounted on an injection molding machine. At the same time, the molding material is introduced from a hopper of an injection molding machine, heated and melted in a cylinder, and kneaded with a screw.
[0034]
Next, the molten molding material is injected into an injection mold, and the roller body 12 is formed on the outer periphery of the core material 11 to form the charging roller 10 and cooled.
[0035]
Thereafter, the injection mold is opened and the charging roller 10 is taken out.
[0036]
According to the charging roller 10 having the above configuration, since the roller body 12 is formed by injection molding, its dimensional accuracy can be made extremely high.
[0037]
Further, a hard thermoplastic resin having an MFR of 30 to 150 g / 10 min is used as a molding material for forming the roller body 12, and since it has a high viscosity, the molten molding material is allowed to flow with little structural change. In addition, since at least two kinds of conductive materials having different specific surface areas are mixed with each other, each portion is caused by a difference in injection speed or a difference in flow speed of molten molding material in the mold. Even if the apparent viscosities are different, the difference in electrical resistance can be kept small, whereby a large number of the same quality can be manufactured continuously, and in addition, variation in the electrical resistance of the individual roller bodies 12 can be reduced. it can.
[0038]
【Example】
(Test evaluation sample)
Three types of ABS having different molecular weights with MFRs of 80 g / 10 min, 100 g / 10 min, and 350 g / 10 min were prepared, and the molding materials according to the following examples were prepared.
[0039]
-Example 1-
100 parts by mass of ABS with an MFR of 100 g / 10 min, carbon black with a specific surface area of 1000 m ² / g (trade name: 8 parts by mass of ketjen black, carbon black with a specific surface area of 70 m ² / g (Electrochemical Industry) A molding material obtained by mixing 5 parts by mass of acetylene black (manufactured by Co., Ltd.) was taken as Example 1.
[0040]
-Example 2-
100 parts by mass of ABS with an MFR of 80 g / 10 min, carbon black with a specific surface area of 1000 m ² / g (trade name: 5 parts by mass of ketjen black, carbon black with a specific surface area of 70 m ² / g (Electrochemical Industry) A molding material obtained by mixing 5 parts by mass of acetylene black (manufactured by Co., Ltd.) was taken as Example 2.
[0041]
-Example 3-
100 parts by mass of ABS with an MFR of 350 g / 10 min, carbon black with a specific surface area of 1000 m ² / g (trade name: 8 parts by mass of ketjen black, carbon black with a specific surface area of 70 m ² / g (Electrochemical Industry) A molding material obtained by mixing 5 parts by mass of acetylene black (manufactured by Co., Ltd.) was taken as Example 3.
[0042]
-Example 4-
Example 4 is a molding material obtained by mixing 15 parts by mass of carbon black (acetylene black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) having a specific surface area of 70 m ² / g with 100 parts by mass of ABS having an MFR of 350 g / 10 min.
[0043]
-Example 5-
Example 5 was a molding material obtained by mixing 8 parts by mass of carbon black having a specific surface area of 1000 m ² / g (trade name: Ketjen Black, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) with 100 parts by mass of ABS having an MFR of 350 g / 10 min.
[0044]
-Example 6
Example 6 was a molding material obtained by mixing 15 parts by mass of carbon black having a specific surface area of 70 m ² / g (acetylene black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) with 100 parts by mass of ABS having an MFR of 80 g / 10 min.
[0045]
-Example 7-
Example 7 is a molding material obtained by mixing 8 parts by mass of carbon black having a specific surface area of 1000 m ² / g (trade name: Ketjen Black, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) with 100 parts by mass of ABS having an MFR of 80 g / 10 min.
[0046]
(Test evaluation method)
A capillary rheometer (Capillograph manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) was used to extrude the molding material from the capillary die for each of Examples 1 to 7, and the apparent viscosity of the molten molding material at that time was measured. For each, the extrusion rate was varied 2-3 levels.
[0047]
The surface resistance of the resin rod extruded from the capillary rheometer was measured using a surface resistance meter (trade name: Hiresta, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the volume was converted to volume resistivity by multiplying the thickness of the rod.
[0048]
(Test evaluation results)
The relationship between the apparent viscosity and volume resistivity of each of Examples 1 to 7 is shown in FIG. In addition, Table 1 shows the volume resistivity at each apparent viscosity.
[0049]
[Table 1]

[0050]
According to FIG. 2, in Examples 1 and 2 in which two types of carbon black having different specific surface areas are mixed with ABS having an MFR of 30 to 150 g / 10 min, the volume resistivity difference is very large even if there is a difference in apparent viscosity. It can be seen that it is small. On the other hand, in Examples 3 to 5 having a large MFR and Examples 6 and 7 in which only carbon black having a large specific surface area or only a small carbon black is mixed, a difference in volume resistivity is found to be large if there is a difference in apparent viscosity. Specifically, the magnitude of the slope of each regression line of Examples 1 to 7 shown in FIG. 2 is 0.3 or less in Examples 1 and 2, and is larger than 0.3 in Examples 3 to 7.
[0051]
This is because, in Examples 1 and 2, a hard thermoplastic resin having an MFR of 30 to 150 g / 10 min is used, and since it has a high viscosity, the molten molding material flows with little structural change. This is probably because the electrical resistance difference can be kept small even if the viscosity is different. The reason why the electrical resistance is made constant regardless of the apparent viscosity of the molding material by mixing two kinds of conductive materials having different specific surface areas is that when the molding material is injected and filled in the mold. The flow rate of the molding material (the magnitude of the shear flow) differs from site to site, so even if the density of the conductive material with a large specific surface area is mainly used to adjust the electrical resistance, This is considered to be because the conductive material is uniformly dispersed as a whole by dispersing the small conductive material so as to compensate for the roughness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a charging roller according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between apparent viscosity and volume resistance value of Examples 1 to 7;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a copying machine.
[Explanation of symbols]
10 Charging roller 11 Core material (core metal)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Roller body 20 Copying machine 21 Light source 22 Documents 23a to 33d Mirror 24 Lens 25 Photosensitive drum 26 Developing device 27 Toner 28 Transfer device 29 Recording paper 30 Brush 31 Blade 32 Static eliminating device 33 Heat roller 34 Pressure roller 35 Charging roller

Claims

A charging roller having a roller body formed by injection molding a molding material on the outer periphery of a conductive core;
The molding material includes acrylonitrile / butadiene / styrene resin having a melt flow rate of 80 to 100 g / 10 min, carbon black having a BET specific surface area of 800 m ² / g or more, and a BET specific surface area of 100 m ^2. A charging roller comprising 5 to 15 parts by mass of 100% by mass of acrylonitrile / butadiene / styrene resin together with carbon black of not more than / g .

The charging roller according to claim 1,
The roller body has a volume resistivity in a range of 10 ⁴ to 10 ⁹ Ω · cm in any part, and a maximum value of the volume resistivity is 5 times or less of a minimum value. .

The charging roller according to claim 1,
The charging roller according to claim 1, wherein the ratio of the change in the common logarithm of the volume resistivity to the change in the common logarithm of the apparent viscosity is 0.3 or less.

Setting a conductive core material in an injection mold; and
An acrylonitrile butadiene styrene resin having a melt flow rate of 80 to 100 g / 10 min, carbon black having a BET specific surface area of 800 m ² / g or more, and carbon having a BET specific surface area of 100 m ² / g or less. A step of melting a molding material formed by mixing 5 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of acrylonitrile / butadiene / styrene resin together with black ;
Forming a charging roller by molding a roller body on the outer periphery of the core material by injecting the molten molding material into the injection mold; and
Removing the charging roller from the injection mold;
A method of manufacturing a charging roller, comprising: