JP4323966B2 - 導電性弾性ローラの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等における現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等の導電性弾性ローラの製造方法に関する。

複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等における複写は次のようにして行われる。感光ドラム表面に対して静電潜像を形成させるため、予め感光ドラム表面を帯電させた後、この帯電部分に対して原稿像を光で投射し、光の当たった部分の帯電を打ち消すことにより静電潜像を作るということが行われている。回転する感光ドラムに原稿像を静電潜像として形成し、これにトナーを付着させてトナー像を形成する。

次いで、このトナー像を複写紙に転写することにより行われる。そして、感光ドラム表面を帯電させる方式としては、最近では、導電性ローラを感光ドラム表面に直接接触させて感光ドラム表面を帯電させるローラ帯電方式が採用されている。更に、このようにして感光ドラム表面に形成された静電潜像にトナー像を形成させる方法としては、現像ローラを用いた方式（接触現像方式）と非接触方式がある。トナーに磁性体を含まない非磁性一成分トナーでは、接触現像方式が用いられる場合が多い。この方法は、トナー（非磁性一成分現像剤）を担持した現像ローラを感光ドラム等の静電潜像を保持した潜像保持体に接触させて、トナーを該潜像保持体の潜像に付着させることにより現像を行うもので、このため上記現像ローラが導電性を有する弾性体で形成する必要がある。

トナーを供給するためのトナー塗布用ローラと静電潜像を保持した感光ドラムとの間に、上記現像ローラが潜像保持体と接触した状態で配設され、これら現像ローラ、潜像保持体及びトナー塗布用ローラがそれぞれ回転することにより、トナーがトナー塗布用ローラにより現像ローラの表面に供給され、このトナーがブレードにより均一な薄層に整えられ、現像ローラが、感光体ドラムとのニップ部或は近接部において、感光体ドラム上に形成された静電潜像に順次トナーを付着させる。このような非磁性一成分トナー現像方式の現像装置で使用される現像ローラは、摩擦接触によって正又は負に帯電したトナーを、静電的にその表面に付着させるものであり、導電性のローラにより構成されている。

又、ゴムローラの特性として一定の接触面積を確保する必要性があり、ゴムの性能として低硬度で、且つ、高精度な導電性弾性ローラが求められる。このため、導電層を形成する導電性材料として、従来から、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム等のゴム材料をベースとし、これに導電性を付与するためにカーボンブラックや金属粉等の導電物質を配合した導電性ゴム材料が用いられている。導電性弾性ローラは鉄等の芯金の外周面にゴムを設けることにより製造する。即ち、円筒金型及び軸芯体を保持する２つの円筒駒に注入駒から液状ゴム材料を注入し、一定時間、加熱することにより液状ゴムを硬化させる。後に、金型から導電性弾性ローラを脱型することにより導電性弾性ローラを得る。このとき、液状ゴムを注入し成形した場合、導電性弾性ローラの両端の径が中心部の径より大きくなり、感光ドラムと接触する際、ニップ幅が両端と中心部で大きく変わること、或は、液状ゴムを注入した際、気泡を巻き込む恐れがあるため、気泡により両端部と中心での抵抗値が変わる恐れがあるため、通常、長手方向については必要以上の長さのゴムが芯金に設けられるよう成形し、導電性弾性ローラ両端部の数ｍｍの部分をカットし取り除いた導電性弾性ローラを用いる。

しかしながら、不必要なゴム部分を取り除く際、芯金とゴムの間に接着剤を設けた場合、芯金とゴムが強固に接着しているため、芯金の位置まで刃物で切らなければゴムを取り除くことができず、そのため刃物を芯金部分まで切り込ませると芯金が傷つき、その傷部分が錆びてしまう等の問題が起こる。特許文献１のように導電性弾性ローラの切り込み位置に対応する芯金の切り込み位置にＯリングを予め装着することにより、切り込み時の芯金が傷つくのを防いでいる。

しかし、Ｏリングを装着する際、Ｏリングが細いため芯金の切り込み位置に装着するのは困難で、時間が掛かり、又、Ｏリングを装着するためコストが掛かる。又、特許文献１のように導電性弾性体の内周面の両端との所定範囲を未接着にし、未接着部分の範囲より大きい面取りを施すことにより、芯金が傷つくのを防ぎ、且つ、感光ドラムとの接触が安定になるようにしている。

特開平０９−０２９８４３号公報

しかし、使用するゴムの種類によっては芯金に処理されたメッキ等と比較的弱い接着力での接着が起こり、切除すると芯金上にゴムが残りサンドペーパー等で排除する必要があり、その際、芯金が傷ついたり、芯金に余分なゴムが付着したままとなる。又、切り込みを行う際、芯金寸前まで刃物を入れる必要があり、場合によって芯金を傷つけてしまう恐れがある。

本発明の目的は、導電性弾性ローラの製造過程における、導電性弾性ローラの長手方向の余分なゴム部分の除去を容易とし、導電性弾性ローラをより効率的に製造する方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、（１）芯金の周面に、該芯金の軸方向に所定の幅で接着剤を塗布する工程と、（２）前記工程（１）で得た芯金の周面に、該接着剤が塗布されている幅を越え、端部が該芯金周面に直接接するように導電性の弾性層を形成する工程と、（３）前記工程（２）で形成した該弾性層のうち、該芯金周面に直接接している部分に刃物を該芯金に当たる直前まで進入させ、次いで該刃物の進入部分よりも端部側に位置している、該弾性層の該芯金に直接接している部分を引っ張って該芯金より除去する工程と、を有している弾性体ローラの製造方法であって、該弾性層は、シリカとカーボンブラックとが分散されてなるシリコーンゴムからなり、硬度が３３〜５９度Ａｓｋｅｒ−Ｃ、破断伸びが１６１〜５０３％であることを特徴とする弾性体ローラの製造方法によりゴムを簡単で且つ短時間で除去できることを見出した。

本発明によれば、不必要なゴムを簡単でかつ短時間で除去することができる。

本発明の突っ切り方法は導電性ローラを所定の回転速度で回転させ、予め所定の長さに突っ切ることができるよう刃物の位置を調整し、その刃物を導電性ローラに侵入させ、ゴムを除去する方法である。

刃物を侵入させるときの導電性ローラの回転速度について２００〜１０００ｒｐｍが望ましい。より好ましくは３００〜９００ｒｐｍである。回転数が２００ｒｐｍより小さいと刃物が導電性ローラに侵入することができず１０００ｒｐｍ以上であると刃物を傷つけてしまう恐れがあり刃物の寿命が短くなる。

突っ切る際に使用する刃物の形状について、特に制限がなく、通常に市販されているものを用いることができる。

突っ切り後の除去するゴムの形状に特に制限はないが、除去するゴムの断面形状が凹型のものが好ましい。凹型にすることにより、除去する際のゴムの長さを確保することができるとともに芯金に接触しているゴムの長さを短くすることができるので芯金に付着するゴム量を減らすことができる。

本発明の突っ切りについてゴムの未接着部分の長さは切り込み位置より０ｍｍ以下の短い部分まで接着剤を塗布するのが望ましく、特に０ｍｍ〜３. ０ｍｍ短い部分まで接着剤を塗布するのが望ましい。切り込み位置より超えて接着剤を塗布した場合、取り除くゴムと芯金が接着剤を介して接着してしまい、取り除くのに時間が掛かる。

導電性弾性体の硬度は、３３度〜５９度Ａｓｋｅｒ−Ｃである。導電性弾性体の硬度が３０度Ａｓｋｅｒ−Ｃより低いと切り込みを入れる際、弾性ローラが刃物によって変形し、切断することができないか、或は切断できても切断面とその周辺に凸凹ができてしまうため、画像上にその凸凹が現れる。

又、６０度Ａｓｋｅｒ−Ｃを超えると刃物を入れにくい、反応点が多いため、芯金上のメッキと反応が進行し、弱い接着力で接着し、余分なゴム分を除去するのが困難になる等の弊害が起こる場合がある。尚、「Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度」とは、日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ０１０１に準拠したＡｓｋｅｒ−Ｃ型スプリング式ゴム硬度計（高分子計器（株）社製）を用いて測定したローラの硬度であり、常温常湿（２３℃、５５％ＲＨ）の環境中に５時間以上放置したローラに対して、ローラの中心に上記硬度計を１ｋｇの力で当接させてから３０秒後の測定値とする。

弾性層の破断伸びについて破断伸びが１６１％〜５０３％の範囲内である。破断伸びが１５０％より短いと導電性弾性体を成形し、脱型する際、脱型時のストレスのために未接着のゴム部分が切れ、目的のゴム長より短いローラが得られる場合がある。又、５５０％以上だと切り込みを入れ、余分なゴムを除去する際、切り離すのが困難になり、時間が掛かるか、望む位置以外の部分でゴムが切断される。

ここで使用される弾性層として使用できる材料は、シリコーンゴム（Ｑ）である。更に、この材料に導電性を付与して使用することができる。さらには、この材料に発泡剤、バルーン等を添加して使用することができる。中でも圧縮永久ひずみ、成形のし易さの点で、シリコ−ンゴムが用いられる。

弾性層に用いられる導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、銅、錫、ステンレス鋼等の各種導電性金属又は合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫−酸化アンチモン固溶体等の各種金属酸化物、これらの内、カーボンブラックが比較的容易に入手でき良好な帯電性が得られる。分散手段としては、ロールニーダ、バンバリーミキサー、ボールミル、サンドグラインダー、ペイントシェーカー等を適宜利用すれば良い。

その他、弾性体層に導電性を付与する手段として、導電性高分子化合物を添加する場合もある。例えば、ホストポリマーとして、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリピロール、ポリチオフェニン、ポリ（ｐ−フェニレンオキシド）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（２、６−ジメチルフェニレンオキサイド）、ポリ（ビスフェノールＡカーボネート）、ポリビニルカルバゾール、ポリジアセチレン、ポリ（Ｎ−メチル−4 −ビニルピリジン）ポリアニリン、ポリキノリン、ポリ（フェニレンエーテルスルホン）などを使用し、これらをドーパントしてＡＳＦ５
、Ｉ２ 、Ｂｒ２ 、ＳＯ３
、ＮａＣｌＯ４ 、ＫＣｌＯ４ 、ＦｅＣｌ３
、Ｆ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉ、Ｋｒ等の各イオン、Ｌｉ、ＴＣＮＱ等をドープしたものが用いられる。

又、これらの材料を導電化する手法としては電子導電機構による導電付与剤を材料に分散させることが望ましい。イオン導電機構による導電付与剤を材料に分散させた場合、環境による抵抗値の変化が大きく、安定的に導電性ローラを使用することが困難である。しかし、電子導電性機構による特性を損なわない程度に、イオン導電機構による導電付与剤を材用に分散させることは可能である。

無機系充填剤としては、珪藻土、石英粉末、乾式シリカ、湿式シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウム等を挙げることができる。

シリカとしては、特に制限がなく、従来から公知のものを広く使用でき、例えば、上述した乾式法による無水ケイ酸、湿式法による含水ケイ酸、合成ケイ酸塩等を挙げることができる。

以上のような材料、導電性物質を使用することにより導電性ローラを現像ローラとして使用する場合、抵抗値としては、ローラに１００Ｖの電圧を印加した場合１０３
〜１０１０Ωにすることが望ましく、より良くは、１０４ 〜１０７ にすることが望ましい。抵抗値が１０３ Ωより小さい場合、電流が流れ過ぎてしまい適正なトナー量が現像ローラ上に乗らない。又、１０１０Ωよりも大きい場合、電流がローラに流れにくくなり、濃度が出ないといった問題が発生する。

導電性ローラの抵抗値は導電性弾性ローラを金属製ドラムに押し当て、ローラの侵入量が５０μｍになるように調整し、ローラの回転数を６０ｒｐｍで回転させ、金属製ドラムと導電性ローラの軸体に１００Ｖの電圧を印加し、導電性ローラに流れる電流値を測定することにより抵抗値を算出した。

又、弾性層の厚さは０. ５〜６. ０ｍｍの範囲にあれば良く、１．０〜５. ０ｍｍの範囲にあることが好ましい。厚さが０．５ｍｍより薄くなると、均一なニップを確保することが困難になる。一方、厚さを６．０ｍｍより厚くしても、帯電性能の向上に繋がらないだけでなく、ゴム材の成型コストが上昇しコスト的に不利である。

導電性芯金は導電性部材の電極及び支持部材として機能するもので、例えば、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼等の金属又は合金、クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、合成樹脂等の導電性の材質で構成される。

上記導電性弾性層と芯金との接着剤としてプライマ−は通常使用されている公知のプライマ−で良く、芯金の外周にスプレー法、浸漬法等により塗布する。続いて熱風、赤外線等による加熱の焼付炉により乾燥して焼付け、接着層を芯金の外周に設ける。接着層の厚さは、シランカップリング系接着剤の粘度（溶剤による希釈、希釈剤の添加）により調整する。焼付け条件は、温度１２０〜１７０℃に１５〜６０分間保持して行う。温度が１００℃未満では、焼付けが不十分となり、満足な接着が得られない。又、温度が２００℃を超えると接着剤が分解し、この場合も満足な接着が得られなくなる。

成型時に使用する円筒金型の材質としては、一般的に高精度な金型を製作する場合は、加工性の良いＮＡＫ材等の鋼材を用いる。又、弾性材料の硬化後の離型性を良くするために、円筒金型の内径表面を鏡面化にする。その方法として、ガンドリルで内径加工後、ホーニング仕上げするため、硬めの鋼材を用いる。又、軽量化するためにアルミ型を用いる場合もあるが、耐久・精度等の問題がある。

両端部の円筒駒の材質も円筒金型と同様の材質を用いる。これは、熱盤成形する時、円筒金型と駒によって線膨張係数が異なると、型同士の噛み合せ等の問題が発生するためである。

芯金に上記導電弾性層を設けたローラをそのまま用いても良いが導電性弾性層の上に被覆層を設けたローラを用いることもできる。その際、上記導電性弾性層を形成した後、この導電性弾性層表面に被覆層形成材料となるコーティング液を塗布するか、或はコーティング液中に浸漬して引き上げた後、乾燥及び加熱処理を行うことにより被覆層を形成する。このコーティング液の塗布方法としては、ディッピング法、スプレーコーティング法、ロールコート法等が挙げられる。

又、上記被覆層に用いる材料として水酸基，カルボキシル基，酸無水物基，アミノ基，イソシアネート基，メチロール基，アルコキシメチル基，アルデヒド基，メルカプト基，エポキシ基，不飽和基等の反応基を持つフッ素樹脂，ポリアミド樹脂，アクリルウレタン樹脂，フェノール樹脂，メラミン樹脂，シリコーン樹脂，ウレタン樹脂，ポリエステル樹脂，ポリビニルアセタール樹脂，エポキシ樹脂，ポリエーテル樹脂，アミノ樹脂，アクリル樹脂，尿素樹脂等及びこれらの混合物を挙げることができる。これらの中で、フッ素樹脂，ポリアミド樹脂，アクリルウレタン樹脂，シリコーン樹脂，ウレタン樹脂，ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂及びそれらの混合物が好ましく、トナーに対する非汚染性、他の部材との摩擦力低減、画像形成体に対する非汚染性等の点からウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂が好ましい。

以下に実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、これらは本発明を何ら限定するものではない。

芯金としてＳＵＳ製の芯金にニッケルメッキを施し、更にプライマ−を塗布、焼付けしたものを用いた。次いで、芯金を金型に配置し、金型を１００℃、５分間加熱し、末端基としてビニル基を有するポリジメチルシロキサン１００ｐｈｒに対し、ケイ素−水素結合を含有するポリジメチルシロキサン１０ｐｈｒ、シリカ５０ｐｈｒ、カーボンブラック５ｐｈｒを加え、良く分散させたものを金型内に形成されたキャビティに注入した。続いて、１００℃、１５分加熱することにより、シリコーンゴムを硬化し、冷却した後に脱型することで、弾性体層を芯金の外周に設けた。このときの硬度は４７Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは３４８％であった。この後、ローラを２００ｒｐｍで回転させながら、予め間隔が目的のゴム長にセットしてある２枚のかみそりの刃を用いて目的のゴム長のローラを得た。

プライマーを塗布する長さを突っ切り位置から６ｍｍ内部にしたこと以外は実施例１と同様に行った。このときの硬度は４６Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは３５１％であった。

ケイ素−水素結合を含有するポリジメチルシロキサン５ｐｈｒにしたこと以外は実施例１と同様に行った。このときの硬度は３６Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは５０３％であった。

ケイ素−水素結合を含有するポリジメチルシロキサン２０ｐｈｒにしたこと以外は実施例１と同様に行った。このときの硬度は５９Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは１６１％であった。

シリコーンゴムをポリオール１００ｐｈｒに対し、ＭＤＩ１０ｐｈｒ、カーボンブラック１０ｐｈｒを加えて良く分散させたものを用いたこと以外は実施例１と同様に行った。このときの硬度は３３Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは１７１％であった。

＜比較例１＞
ケイ素−水素結合を含有するポリジメチルシロキサン５ｐｈｒ、シリカ量を２０ｐｈｒにしたこと以外は実施例１と同様に行った。このときの硬度は２４Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは６０９％であった。

＜比較例２＞
ケイ素−水素結合を含有するポリジメチルシロキサン５ｐｈｒにしたこと以外は実施例１と同様に行った。このときの硬度は６４Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは１１２％であった。

＜比較例３＞
シリコーンゴムに代えてポリオール１００ｐｈｒに対し、ＭＤＩ５ｐｈｒ、カーボンブラック５ｐｈｒを加えて良く分散させたものを用いたこと以外は実施例１と同様に行った。このときの硬度は２３Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度で、破断伸びは１３１％であった。

それぞれの結果については表１に示した。表中のａ（ｍｍ）は突っ切り位置よりａ（ｍｍ）内部にプライマーを塗布したことを表す。又、突っ切り易さの部分の◎は刃を入れるとゴムが切り離れる、○は刃を入れた後容易に手でゴムを除去できる、△は刃を入れた後に手で除去すると芯金上に少しゴムが残る、×は刃を入れた後に手で除去すると芯金上に多くゴムが残りサンドペーパー等の処理が必要を表す。

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等における現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等の導電性弾性ローラの製造方法に対して適用可能である。

Claims (1)

1. （１）芯金の周面に、該芯金の軸方向に所定の幅で接着剤を塗布する工程と、
   （２）前記工程（１）で得た芯金の周面に、該接着剤が塗布されている幅を越え、端部が該芯金周面に直接接するように導電性の弾性層を形成する工程と、
   （３）前記工程（２）で形成した該弾性層のうち、該芯金周面に直接接している部分に刃物を該芯金に当たる直前まで進入させ、次いで該刃物の進入部分よりも端部側に位置している、該弾性層の該芯金に直接接している部分を引っ張って該芯金より除去する工程と、
   を有している弾性体ローラの製造方法であって、
   該弾性層は、シリカとカーボンブラックとが分散されてなるシリコーンゴムからなり、硬度が３３〜５９度Ａｓｋｅｒ−Ｃ、破断伸びが１６１〜５０３％であることを特徴とする弾性体ローラの製造方法。