JP2005061480A - ゴムローラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無電解ニッケルメッキを施した芯金上に少なくとも硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されているゴム層を有し、且つゴム層の非接着部分を除去する工程を有するゴムローラにおいて、該無電解ニッケルメッキ表面にクロム酸処理等特別な処理を行うことなく芯金とゴム層間の固着を防止し、ゴム層の非接着部分を除去することを可能とする。
【解決手段】 本発明は、芯金上に無電解ニッケルメッキ法により形成されたメッキ層と、該メッキ層上にもうけられた少なくとも硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されているゴム層とを有し、且つ該芯金の一部に該ゴム層のない露出部が設けられているゴムローラにおいて、
ゴム層と露出部とが、芯金上のゴム層及び露出部が設けられる部分に、少なくとも２層からなるメッキ層及びゴム層をこの順に設けた後に、該露出部上のゴム層部分を該少なくとも２層からなるメッキ層の最上層の少なくとも一部を含む部分とともに除去して形成したものであることを特徴とするゴムローラである。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ゴムローラおよびその製造法に関するものであり、特に、電子写真複写機等に用いられる帯電用ゴムローラ、現像用ゴムローラ、転写用ゴムローラ、定着用ゴムローラ、紙送り用ゴムローラ等に用いられるゴムローラおよびその製造方法に関するものである。

レーザープリンター、ファクシミリ等の電子写真装置には帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ等、多数のゴムローラが用いられている。これらのゴムローラは、例えば軸体とその外周上に形成される１層あるいは２層以上の加硫ゴム層で構成されるのが一般的である。さらに上記ゴムローラは、例えば装置本体、あるいはカートリッジ本体の軸受け部分に固定して回転させるため、通常、両端に軸体を露出させた部分を設けて使用される。

上記用途に用いられる軸体は通常、メッキを施したものが使用される。メッキとしては黄銅メッキ、亜鉛メッキ等、多数存在するが、中でも無電解ニッケルメッキが一般的に使用される。無電解ニッケルメッキの特徴の１つとしてメッキ液中の還元剤の種類によって皮膜中に混入する元素が異なることが挙げられ、例えば次亜リン酸化合物を還元剤とした場合はリン、水素化ホウ素化合物ではホウ素が混入する。一方、ヒドラジンやホルマリンのようにほとんど混入しない場合もある。このような無電解ニッケルメッキ法は化学メッキとも呼ばれ、メッキ液中に含まれる還元剤によって金属イオンを還元析出させる純粋な化学反応に基づいた方法である。該メッキ法は電気を利用して行なわれる電解ニッケルメッキ法に比べ、メッキ皮膜の厚さが均一で高い寸法精度が得られ、かつピンホールが発生しにくいため耐食性に優れるといった利点がある。

電子写真複写機等に用いられるローラには、帯電用ゴムローラ、現像用ゴムローラ、転写用ゴムローラ等の多数のゴムローラが用いられている。これらのゴムローラは、芯金上に形成される一層若しくは二層以上の架橋ゴム層で構成されるのが一般的である。さらに、上記ゴムローラは、装置本体やカートリッジの軸受け部分に固定し、回転させて使用する為、両端に芯金を露出させた部分を設けている。また、上記ゴムローラは高い精度が要求される為、芯金上には傷や異物の無いことが要求されている。

芯金には寸法精度や、ゴムローラによっては導電性を有するものもあるため、通常、鉄にメッキを施したものが用いられる。メッキは均一なメッキ皮膜が得られ、ピンホール等の不良も少ないといった観点から、無電解ニッケルメッキを使用するのが一般的である。

上記ローラは、通常、芯金の上に架橋ゴム層を形成した後、軸受け部分に固定される両端部のゴム層を除去して製造されるのが一般的である。架橋ゴム層を形成する方法としては、金型による方法や、芯金上にゴムを被覆した後、熱風炉や型で架橋させる方法、また、チューブ状に架橋したゴム層を芯金に圧入する方法がある。この中でも、連続ラインによる省人、コスト削減が可能なことから、芯金上にゴムを被覆する方法が一般的になってきている。

また、ゴム層の架橋形態としては、安価であることや、架橋速度を加工方法に応じて自由に変化させられることから、硫黄若しくは含硫黄化合物を架橋剤として用いることが一般的である。他には過酸化物架橋があるが、熱風炉等の有酸素下での架橋が難しく、金型での成形に限定される等の欠点があり、一般的ではない。

上記無電解ニッケルメッキ芯金を用いて硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されるゴムローラを製造した場合、除去すべきゴム層が芯金上で固着してしまい、除去不能になるといった問題を生じていた。そのため、とりきれないゴム層があるとローラ精度が悪くなったり、製造工程に端部清掃工程を組み入れたりといった対策が必要となり、コストアップにもつながっていた。
特開平１１−７０５９４号公報 特開昭６２−１３５９５３号公報

しかし、無電解ニッケルメッキを施した軸体の外周上に硫黄もしくは分子構造に硫黄原子を含む加硫剤のうち、少なくとも１つを含む未加硫ゴム組成物を被覆した後、加硫する場合、該メッキ皮膜の変色および加硫ゴムの固着が発生し、ゴム層非形成部分に軸体のメッキ表面を露出させる際におけるゴムが除去不可能となる。そのため後工程にて清掃および除去する必要が生じ、コストアップや品質バラツキにつながる。また変色やゴム固着が発生しなくてもゴム層除去の際にメッキ皮膜が共に剥離し、メッキ本来の耐食性が損なわれるといった問題が発生する。

上記問題の対策として、特開平１１−７０５９４号公報に、無電解ニッケルメッキを施した軸体外周上でゴム層を形成させない部分に対し離型剤を塗布する方法が提案されている。しかしながらこのように離型剤を塗布すると、ゴム層の成形方法によっては軸体とゴム層との間で接着不良が発生する場合がある。例えば、未加硫ゴムを押出すと同時に軸体を押出し機のクロスヘッドダイに連続的に通過させて軸体外周上に未加硫ゴムを被覆する場合、離型剤塗布部分とゴムとが密着できないために上記の接着不良の原因となるゴムすべりが生じるという問題が発生する。

一方、特開昭６２−１３５９５３号公報には、無電解ニッケルメッキ皮膜に対してクロム酸処理あるいは熱処理を施すことでメッキ皮膜表面を酸化することで硫黄に対して不活性化することが提案されている。しかしながらニッケルメッキ皮膜の表面を酸化させる場合、膜厚が薄いと加硫時にメッキ表面の変色等が発生し、また膜厚が厚くなると表面の変色および導電性不良が発生するという問題がある。

更に、クロム酸処理に関しては環境面から廃水設備に多大な費用がかかるだけでなく廃止される方向にある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、無電解ニッケルーリンメッキを施した軸体の外周上に加硫ゴム層を有するゴムローラにおいて、該メッキ皮膜の変色およびゴム層除去の際にゴム固着が発生せず、低コストかつ容易に製造できるゴムローラを提供することを目的とする。

本発明は、芯金上に無電解ニッケルメッキ法により形成されたメッキ層と、該メッキ層上にもうけられた少なくとも硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されているゴム層とを有し、且つ該芯金の一部に該ゴム層のない露出部が設けられているゴムローラにおいて、
ゴム層と露出部とが、芯金上のゴム層及び露出部が設けられる部分に、少なくとも２層からなるメッキ層及びゴム層をこの順に設けた後に、該露出部上のゴム層部分を該少なくとも２層からなるメッキ層の最上層の少なくとも一部を含む部分とともに除去して形成したものであることを特徴とするゴムローラである。

さらに、本発明は、芯金上に無電解ニッケルメッキ法により形成されたメッキ層と、該メッキ層上にもうけられた少なくとも硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されているゴム層と、を有し、且つ該芯金の一部に該ゴム層のない露出部が設けられているゴムローラの製造方法において、
芯金上のゴム層及び露出部が設けられる部分に、無電解ニッケルメッキ法により少なくとも２層のメッキ層を形成する工程と、
該複数層のメッキ層が有する最上層にゴム層を設ける工程と、
露出部となる部分上にあるゴム層をその下部にある最上層の少なくとも一部を含む部分とともに芯金上から除去して、残りのメッキ層により被着された状態の露出部を得る工程とを含むことを特徴とするゴムローラの製造方法である。

本発明によると、無電解ニッケルメッキを施した芯金上に少なくとも硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されているゴム層を有し、且つゴム層の非接着部分の除去工程を有するゴムローラにおいて、無電解ニッケルメッキ表面にクロム酸処理等特別な処理を行うことなく芯金とゴム層間の固着を防止し、ゴム層を除去することが可能となり、清掃工程等を有することも無く、省コストで精度の高いローラが提供可能である。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、メッキ層とで使用する無電解ニッケルメッキは、該非接着部分のメッキ層表面が該ゴム層と密着しており、該除去工程時には、該メッキ層の表面から０．５μｍ以下のメッキ層がゴム層と共に剥離可能な状態で形成されていなければならない。

芯金への無電解ニッケルメッキは、金属の芯金をメッキ液の入っている反応槽に浸漬し、所定の厚さまでメッキを行った後、洗浄槽に移し洗浄する。洗浄は、数個の洗浄槽で行うことで、メッキ液を充分取り除く。無電解ニッケルメッキは、電気メッキと異なり化学反応を利用してメッキ層を形成させるため、反応槽から洗浄槽へ移す間においても、メッキの化学反応は続いている。このような間に起こる反応は、メッキ液中の反応とは条件が違い、メッキの状態も違うものであるが、通常であればその化学反応は極最表面で起こる現象であるため、メッキ層に特定の特性を発現させるようなことは無かった。

この場合の剥離状態は、通常のメッキ槽中で形成されたメッキ層の上層に形成されたメッキ層の一部、該メッキ層すべてあるいは該メッキ層の下層のメッキ層（メッキ槽中で形成された）の一部を含んでいても良い。

しかし、メッキ液の処方やメッキ液から洗浄槽へ移す際の時間やメッキ条件等により、メッキ液中だけでなく、反応槽から洗浄槽へ移す際にも反応が進み、メッキ状態の違うメッキ層が表面付近に形成され、そのメッキ層がゴム層と共に剥離することで固着防止層として機能するものと考えられる。

上述のようなメッキ層を形成させる条件は、メッキ層中のリン濃度を高くするメッキ液処方や、メッキ温度を高くするといった、よりメッキ反応の進みやすい条件により、反応槽から洗浄槽への移動の間で反応が進み、メッキ層の表面にメッキ状態の違うメッキ層（以下、固着防止層という。）が形成される。

固着防止層を形成させる方法は特に制限されない。固着防止層を効率よく形成させるためには、メッキ層中のリン濃度を高めることが効果的である。メッキ層中のリン濃度としては、なるべく高いリン濃度のほうが、上述のような反応が起きやすい。通常無電解ニッケルメッキは８質量％から１０質量％のものが使用されるが、固着防止層を形成させるという観点からは、９質量％から１６質量％が好ましく、さらに好ましくは１１質量％を超え１６質量％である。リン濃度が８質量％より多ければ、固着防止層がメッキ表面に形成される。１６質量％を超えなければ、ピンホール不良等のメッキ不良は発生しないので、耐食性が悪化することがない。

ただし、固着防止層は、リン濃度が８％以下であっても形成されるが、本反応がメッキ槽中ではなく、メッキ槽から洗浄槽への移動の間で生じる反応を利用しているので、反応温度を高くする、移動の時間を長くすると表面のメッキ液が乾燥する等の問題が発生する。移動の空間の湿度を高くする等の製造条件を整えることでこの問題を解決すればリン濃度は特に限定されるものではないことは言うまでもない。

本発明の固着防止層は、上述のように、処理液や工程条件を変えることによって形成可能であるが、メッキ製造工程を増やし、メッキ層を形成後、薄い処理液槽へ再度浸漬することによって、固着防止層を形成させることも可能である。

本発明によってゴム層と共に剥離されるメッキは０．１μｍから０．５μｍであり、通常３μｍから６μｍあるメッキ厚の約１．７％から１７％であり、メッキ厚さが薄くなることによる耐食性の悪化は無い。

ローラゴム層と共に剥離される無電解ニッケルメッキ層は、剥離後に存在する無電解ニッケルメッキ層に比べ薄いため、剥離されるメッキの膜厚が異なっても、ローラ性能上は差し支えない。

本発明によるゴムローラの製法は、チューブ状で架橋されたものを芯金に圧入して接着する製法でも、芯金上にゴムを被覆する等してゴム組成物を芯金上で架橋させる製法によるものでも特に制限されるものではないが、固着の主原因がゴム組成物と芯金の化学結合であるといったことから、ゴム組成物を芯金上で架橋させる製法において、特に好ましく使用できる。

尚、発明を実施するための最良の形態においては２層のメッキ層で説明したが、芯金上に形成した無電解メッキ皮膜上に形成された固着防止層となる最上層のメッキ層が、ゴム層を除去する際に少なくともゴム層とともに少なくとも２層からなるメッキ層の固着防止層となる最上層の少なくとも一部を含む部分がゴム層とともに剥離除去されるもので、確認される境界領域がメッキ層に形成されることを意味するものではない。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明の内容は、例示する範囲にとどまらない。
＜芯金の作成＞
鉄を用いた芯材に厚さ６μｍの無電解ニッケルメッキを施し、芯金を作成した。実施例１から実施例３は、異なる処理液により、リンの濃度の違う芯金を作成した。また、実施例１については反応槽から洗浄槽へ移すまでの放置時間を５分（室温：２５℃±２℃）とし、実施例２及び実施例３については放置時間を１分（室温：２５℃±２℃）とした。比較例１については、実施例１の処理液を用い、反応槽から洗浄槽へ移すまでの放置時間（室温：２５℃±２℃）を１分とした。
＜無電解ニッケルメッキのリン濃度の測定＞
得られた芯金をエネルギー分散型Ｘ線分析装置により各試料３点測定を行い、得られた値の平均値をニッケルメッキ全体のリン濃度として示した。測定条件は以下のとおりである。
測定装置：株式会社日立製作所製 Ｓ−４３００、エダックスジャパン株式会社製 Ｐｈｏｅｎｉｘ
測定方法：キャリブレーション実行後、ノンスタンダード法による
＜ゴム組成物の作成＞
以下の資材を用い、各材料をバンバリーミキサーで混練りした。加硫系薬品については、オープンロールを用いて混練りした。
エピクロルヒドリンゴム（ＣＧ−１０２ ダイソー株式会社製） １００質量部
ステアリン酸（ステアリン酸Ｓ 花王株式会社製） １質量部
酸化亜鉛２種（ハクスイテック株式会社製） ５質量部
ＦＥＦカーボンブラック（旭＃５１ 旭カーボン株式会社製） ４０質量部
パラフィンオイル（ＰＷ−９０ 出光興産株式会社製） １０質量部
加硫促進剤１（ノクセラーＤＭ 大内新興化学株式会社製） １質量部
加硫促進剤２（ノクセラーＴＳ 大内新興化学株式会社製） ２質量部
加硫剤（サルファックス２００Ｓ 鶴見化学株式会社製） １質量部
＜ゴムローラの作成＞
クロスヘッド押出し機を用いて上記芯金とゴム組成物を共押出ししながら芯金にゴム組成物を被覆し、１６０℃、６０分熱風炉内で架橋を行った。架橋後冷却し、芯金端部から１５ｍｍをゴム層除去部分として切込みを入れた後、ゴム層の除去を行い、砥石ＧＣ８０、回転速度２０００ｒｐｍ、送り速度５０ｃｍ／分の条件で、外径１２ｍｍに研磨した。
＜評価＞
ゴムローラの評価を下記に従って行った。

ゴム層の除去状態による評価は下記に従って行った。

芯金上にゴムの残りがなく、除去できる‥Ａ
芯金上一部にゴムの残りがあるが、残りも簡単に除去できる‥Ｂ
芯金上一部にゴムの残りがあり、残りは除去できない‥Ｃ
芯金上全面にゴムの残りがあり、除去不可能‥Ｄ
ローラの評価は、
１．ゴム層の硬さは、ローラ端部を保持し、ＪＩＳＫ６２５３に示される方法で、タイプＡ型の硬度計を用いて測定した。
２．ローラ抵抗は、ローラを毎分３０回転でＳＵＳドラムと接触させながら印加電圧２００Ｖでローラの最大抵抗値と最小抵抗値との平均をローラ抵抗とした。測定は２３℃×５０％ＲＨの環境に２４時間放置後測定した。

各条件での結果を表に示す。

実施例１ないし実施例３については、メッキ表面がゴム層と共に剥離することで、ゴム層の除去後にゴム残りも無く、固着を防止できた。比較例１は、実施例１と同じ処理液でありながら、固着してしまい、ゴムの除去が困難であった。反応から洗浄までの時間が短すぎるため、固着防止層の形成が充分に出来なかったためと考えられる。

実施例1ないし実施例３より、本発明のメッキを用いることによっても、抵抗、硬さに変化が無く、ローラとして問題なく使用できることがわかる。また、比較例１については、固着のため端部のゴム層の除去ができず測定できなかった。

本実施例から、リン濃度が８％以上であれば、５分程度室温で放置することで十分な膜厚の固着防止層が形成できる。室温での放置時間が１分ですむことからリン濃度は１１％以上であることがより好ましい。リン濃度が１５．３３％の実施例３のメッキ皮膜には顕微鏡検査でピンホール等の不具合は発見されなかった。

Claims (6)

1. 芯金上に無電解ニッケルメッキ法により形成されたメッキ層と、該メッキ層上にもうけられた少なくとも硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されているゴム層とを有し、且つ該芯金の一部に該ゴム層のない露出部が設けられているゴムローラにおいて、
   前記ゴム層と前記露出部とが、前記芯金上の前記ゴム層及び露出部が設けられる部分に、少なくとも２層からなるメッキ層及びゴム層をこの順に設けた後に、該露出部上のゴム層部分を該少なくとも２層からなるメッキ層の最上層の少なくとも一部を含む部分とともに除去して形成したものであることを特徴とするゴムローラ。
2. 前記複数層の最上層のメッキ層の層厚が、前記複数層のメッキ層全体の１７％以下であることを特徴とする請求項１に記載のゴムローラ。
3. 前記複数層の最上層のメッキ層の層厚が、０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のゴムローラ。
4. 上記無電解ニッケルメッキ中に含まれるリン含量が、９．０質量％以上１６質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載ゴムローラ。
5. 上記ゴム層が、前記メッキ層上で架橋されることを特徴とする請求項１に記載のゴムローラ。
6. 芯金上に無電解ニッケルメッキ法により形成されたメッキ層と、該メッキ層上にもうけられた少なくとも硫黄若しくは含硫黄化合物で架橋されているゴム層と、を有し、且つ該芯金の一部に該ゴム層のない露出部が設けられているゴムローラの製造方法において、
   前記芯金上の前記ゴム層及び露出部が設けられる部分に、無電解ニッケルメッキ法により少なくとも２層のメッキ層を形成する工程と、
   該複数層のメッキ層が有する最上層にゴム層を設ける工程と、
   前記露出部となる部分上にあるゴム層をその下部にある前記最上層の少なくとも一部を含む部分とともに前記芯金上から除去して、残りのメッキ層により被着された状態の前記露出部を得る工程とを有し、
   前記複数層のメッキ層が有する最上層のメッキ層を形成する工程が、メッキ層内で前記無電解メッキ法によりメッキ層を形成する工程を終了後前記メッキ槽から前記メッキ層が形成された前記芯金を取り出す工程と、
   前記メッキ槽から取り出された前記芯金を所定の時間放置することで前記複数層のメッキ層が有する最上層のメッキ層を形成する工程とからなることを特徴とするゴムローラの製造方法。