JP2005257920A - 弾性ロールおよびその製法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度に優れるとともに、経時的な寸法安定性に優れ、しかも環境への悪影響のない弾性ロールおよびその製法を提供する。
【解決手段】軸体１と、その外周面に形成されたベースゴム層２と、上記ベースゴム層２の外周に形成された表層３とを備えた弾性ロールであって、上記表層３が、熱可塑性樹脂フィルムによって形成されている。そして、金型成形等により，軸体１の外周にベースゴム層２が形成され構成されたロール基体を製造する工程と、上記ロール基体外周面をコロナ放電処理する工程と、熱可塑性樹脂フィルムを準備し，そのフィルムの片面（表層３の内周面３ａ）にシランカップリング剤を塗工する工程と、その塗工面をロール基体外周面と対面させ，ロール基体外周面を上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆する工程と、上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆されたロール基体を金型内にセットし，加熱することにより上記熱可塑性樹脂フィルムとロール基体とを接着させる工程とによって上記弾性ロールを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に、電子写真複写機、プリンター、ファクシミリ等のＯＡ（オフィス・オートメイション：Office Automation ）機器に用いられる弾性ロールおよびその製法に関するものである。

従来より、電子写真複写機やプリンター等に用いられる、中間転写ロール、帯電ロール、現像ロール等の弾性ロールとしては、例えば、軸体となる芯金の外周に、シリコーンゴム等のゴム材からなる弾性体層（ベースゴム層）を設け、さらにその外周に、ウレタン樹脂，アクリル樹脂，ポリアミド樹脂等の樹脂あるいはゴム材料の溶液を塗布することにより表層を形成した積層構造のものがあげられる。このように表層を設けると、耐久性（耐摩耗性）等に優れた性能が発揮されるようになる（例えば、特許文献１または２参照）。
特開平６−１０２７４５号公報 特開２０００−２５８９９３公報

しかしながら、上述のようにコーティング材料溶液の塗布によって上記表層の形成を行うと、その溶液に使用される溶剤が、上記ベースゴム層に経時的に浸透し、これが、ロールの寸法精度を経時的に悪化させ、その結果、ロールのニップ性を低下させるといった問題がある。また、上記のようなコーティング材料溶液の塗布によって形成された表層は、その塗布むらや、さらにベースゴム層外周面の平滑性確保が困難であることに起因し、均一厚の膜厚となるよう形成し難い。しかも、上記表層から経時的に溶剤が揮発することによりロールから溶剤臭が発せられるといった問題もある。他方、上記ロールの製造現場においても、このような溶剤の使用は、作業環境の悪化につながるものであることから、何らかの改善策が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、寸法精度に優れるとともに、経時的な寸法安定性に優れ、しかも環境への悪影響のない弾性ロールおよびその製法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、軸体と、その外周に形成されたベースゴム層と、上記ベースゴム層の外周に形成された表層とを備えた弾性ロールであって、上記表層が、熱可塑性樹脂フィルムによって形成されている弾性ロールを第１の要旨とする。

また、本発明は、上記第１の要旨の弾性ロールの製法であって、金型成形等により，軸体の外周にベースゴム層が形成され構成されたロール基体を製造する工程と、上記ロール基体外周面をコロナ放電処理する工程と、熱可塑性樹脂フィルムを準備し，そのフィルムの片面にシランカップリング剤を塗工する工程と、その塗工面をロール基体外周面と対面させ，ロール基体外周面を上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆する工程と、上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆されたロール基体を金型内にセットし，加熱することにより上記熱可塑性樹脂フィルムとロール基体とを接着させる工程とを備えている弾性ロールの製法を第２の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、弾性ロールにおける表層の材料を中心に研究を重ねた結果、従来のようにコーティング材料溶液の塗布によって表層を形成するのではなく、ポリエチレンテレフタレート等からなる熱可塑性樹脂フィルムの被覆により、表層を形成することを想起した。このようにすると、従来に比べ、ロール形成時の溶剤の使用量を極端に減らすことができ、さらに、上記表層の厚みが、その材料として使用する熱可塑性樹脂フィルムの厚みによって適宜設定されることから、所期の目的が達成できることを見いだし、本発明に到達した。

以上のように、本発明の弾性ロールは、その表層が、熱可塑性樹脂フィルムによって形成されている。そのため、コーティング材料溶液の塗布によって表層を形成した際にみられたような問題を生じず、寸法精度に優れるとともに、経時的な寸法安定性に優れ、しかも、溶剤臭を発しず環境に悪影響を与えることもない。また、上記熱可塑性樹脂フィルムが、化学的にも安定した特性を備えることから、本発明の弾性ロールは、トナーおよびトナー外添剤の耐フィルミング性にも優れる。

特に、上記ベースゴム層の外周面がコロナ放電処理され、その処理面と熱可塑性樹脂フィルムとが、シランカップリング剤により接着されていると、所望する層間接着性が得られるようになる。

また、上記表層が、ポリエチレンテレフタレートフィルムにより形成されていると、低コストで、しかも、湿熱安定性等により優れるようになる。

さらに、上記表層の外周面に、さらにコーティング層が形成されていると、そのコーティング層の材料を適宜選択することにより、熱可塑性樹脂フィルムでは出せない特性を確保することができるようになる。

そして、ロール成形用金型等を用い，軸体の外周にベースゴム層が形成され構成されたロール基体を製造する工程と、上記ロール基体外周面をコロナ放電処理する工程と、熱可塑性樹脂フィルムを準備し，そのフィルムの片面にシランカップリング剤を塗工する工程と、その塗工面をロール基体外周面と対面させ，ロール基体外周面を上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆する工程と、上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆されたロール基体を金型内にセットし，加熱することにより上記熱可塑性樹脂フィルムとロール基体とを接着させる工程とによって、上記弾性ロールを製造すると、上記の特殊なロールを、効率良く、かつ高品質に製造することができる。

さらに、上記製法において、上記熱可塑性樹脂フィルムがチューブ状であり、その内周面にシランカップリング剤の塗工が行われるようにすると、上記チューブ状のフィルムによる、継ぎ目のない（シームレスな）表層となることから、ロールを、より高品質に製造することができる。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の弾性ロールは、例えば、図１に示すように、軸体１の外周面に沿ってベースゴム層２が形成され、上記ベースゴム層２の外周面に表層３が形成されて構成されている。そして、本発明の弾性ロールでは、上記表層３が、熱可塑性樹脂フィルムによって形成されているのであり、これが特徴である。

上記軸体１としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくり抜いた金属製の円筒体等が用いられる。そして、その金属材料としては、ステンレス、アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等があげられる。

上記軸体１の外周面に形成されるベースゴム層２の形成材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリノルボルネンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、シリコーンゴム等があげられ、単独でもしくは２種以上併せて用いられる。また、導電性付与のため、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、ｃ−ＴｉＯ₂ 、ｃ−ＺｎＯ、ｃ−ＳｎＯ₂ 、イオン導電剤（四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、界面活性剤等）等の従来公知の導電剤が、上記材料中に適宜添加される。さらに、必要に応じて、発泡剤、架橋剤、架橋促進剤、オイル等を適宜添加してもよい。

上記ベースゴム層２の外周面に形成される表層３は、先に述べたように、熱可塑性樹脂フィルムによって形成されている。上記熱可塑性樹脂フィルムとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）といったポリエステル系樹脂や、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレン樹脂等からなる樹脂フィルム等があげられる。これらのなかでも、低コストで、湿熱安定性等に優れる点で、ＰＥＴフィルムが好適に用いられる。なお、上記熱可塑性樹脂フィルムの形成材料中に、例えば、カーボンブラック等の導電剤を含有させ、導電性を向上させてもよい。また、上記熱可塑性樹脂フィルムの厚みは、そのまま表層３の厚みとなることから、市販のフィルム等のなかから、所望する厚みのフィルムを選択し、これを表層３の材料に使用することにより、表層３の厚みを適宜設定することができるようになる。

上記ベースゴム層２と表層３との界面には、層間接着性を付与すべく、通常は、例えば、シランカップリング剤等の接着剤が用いられ、また、その接着性を強固にすべく、上記ベースゴム層２外周面には、コロナ放電処理が施される。

上記シランカップリング剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、アミノシラン、エポキシシラン、ビニルシラン、アクリルシラン、メルカプトシラン、クロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）トリメトキシシラン、γ−（ウレイドプロピル）トリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

本発明の弾性ロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。

すなわち、まず、前記ベースゴム層２用の各成分をニーダー等の混練機で混練し、ベースゴム層２形成材料を作製する。また、前記表層３用材料となる熱可塑性樹脂フィルムを準備する。

ついで、円筒状金型の中空部に、金属製の軸体１をセットし、上記円筒状金型と軸体１との空隙部に、上記ベースゴム層２形成材料を注型した後、金型に蓋をし、加熱して、ベースゴム層２形成材料を架橋させる。その後、上記円筒状金型から脱型することにより、軸体１の外周面にベースゴム層２が形成されてなるロール基体を取り出す。ついで、そのロール基体表面（ベースゴム層２外周面）にコロナ放電処理を行う。一方、先に述べた熱可塑性樹脂フィルムを、ロール基体外周面の表面積に合わせて切断し、その片面（表層３の内周面３ａ）にシランカップリング剤を塗工する。そして、その塗工面がロール基体外周面と対面するよう、上記熱可塑性樹脂フィルムをロール基体に巻きつける。このようにしたロール基体を、さらに、適当な内径の円筒状金型へ挿入し、加熱し、上記フィルムをロール基体と一体化することにより、目的とする弾性ロールを作製することができる（図１参照）。

なお、上記ロール基体の形成は、上記のような金型成形以外にも、例えば、ベースゴム層２形成材料の押出成形によって行うこともできる。

また、上記製法において、上記熱可塑性樹脂フィルムがチューブ状であり、その内周面にシランカップリング剤の塗工が行われるようにすると、上記チューブ状のフィルムによる、継ぎ目のない（シームレスな）表層となることから、ロールを、より高品質に製造することができるため、好ましい。

そして、上記弾性ロールにおいて、ベースゴム層２の厚みは、通常０．５〜１０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは厚み１〜６ｍｍである。また、表層３の厚みは、３〜１００μｍの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは厚み５〜５０μｍである。

また、本発明の弾性ロールは、上記のような層構造に限定されるものではなく、例えば、上記表層３の外周面に、さらに保護層等のコーティング層を形成しても差し支えない。このようにすると、そのコーティング層の材料を適宜選択することにより、熱可塑性樹脂フィルムでは出せない特性を確保することができるようになる。なお、上記コーティング層形成用材料に使用される溶剤による悪影響（ベースゴム層２の寸法変化等）は、上記熱可塑性樹脂フィルムのバリヤ効果によって、回避することができる。

そして、本発明の弾性ロールは、例えば、ＯＡ機器用の中間転写ロール、帯電ロール、現像ロール等として好適に用いることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔ロール基体の作製〕
まず、芯金としてＳＵＭ２２製ニッケルメッキシャフト（直径６ｍｍ）を準備し、上記芯金の外周面に接着剤を塗布した。ついで、円筒状金型（金型内径１６ｍｍ）の中空部に、上記芯金をセットし、円筒状金型と芯金との空隙部に、シリコーンゴムコンパウンド（Ｘ−３４−２６４ Ａ／Ｂ、信越化学工業社製）を注型した後、金型に蓋をし、これを加熱（１８０℃×２０分）して、シリコーンゴムコンパウンドを加硫し、その後脱型して、厚み５ｍｍのシリコーンゴム層を備えたロール基体を作製した。

〔弾性ロールの作製〕
厚み２５μｍのＰＥＴフィルムを準備し、これを、上記作製のロール基体外周面の表面積に合わせて切断し、その片面にシランカップリング剤（Ａ１８７、日本ユニカー社製）を塗工した。つぎに、上記ロール基体の外周面に、コロナ放電処理を行い、上記ＰＥＴフィルムのシランカップリング剤塗工面をロール基体外周面と対面するよう、上記ＰＥＴフィルムをロール基体に巻きつけた。このようにしたロール基体を、さらに、円筒状金型（金型内径１６．２ｍｍ）へ挿入し、６０℃×９０分間加熱した後、脱型することにより、目的とする弾性ロールを作製した（図１参照）。

〔比較例〕
実施例と同様にロール基体を作製し、その外周面に、コロナ放電処理を行った。ついで、アクリル樹脂（ＬＧ６Ａ、住友化学社製）１００重量部と、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）４００重量部とを混合し調製したコーティング液を、上記ロール基体の外周面にロールコート法により塗工し、その後、加熱および乾燥により厚み２５μｍのコーティング層を形成し、目的とする弾性ロールを作製した。

このようにして得られた各ロールについて、その製造初期のロール外径と、常温常湿環境下で１カ月放置した後のロール外径とを測定し、その結果を、下記の表１に示した。

上記表の結果から、実施例品では、その外径変化は全くみられなかったのに対し、比較例品では、１カ月で０．０４ｍｍもの外径の減少（ロールの痩せ）が見られたことがわかる。なお、実施例品は、その製造の際や上記１カ月放置の際に殆ど溶剤臭を発散しなかったが、比較例品では、その製造の際や上記１カ月放置の際に、かなりの溶剤臭がした。

本発明の弾性ロールの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 軸体
２ ベースゴム層
３ 表層

Claims (6)

1. 軸体と、その外周に形成されたベースゴム層と、上記ベースゴム層の外周に形成された表層とを備えた弾性ロールであって、上記表層が、熱可塑性樹脂フィルムによって形成されていることを特徴とする弾性ロール。
2. 上記ベースゴム層の外周面がコロナ放電処理され、その処理面と熱可塑性樹脂フィルムとが、シランカップリング剤により接着されている請求項１記載の弾性ロール。
3. 上記表層が、ポリエチレンテレフタレートフィルムにより形成されている請求項１または２記載の弾性ロール。
4. 上記表層の外周面に、さらにコーティング層が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾性ロール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性ロールの製法であって、金型成形等により，軸体の外周にベースゴム層が形成され構成されたロール基体を製造する工程と、上記ロール基体外周面をコロナ放電処理する工程と、熱可塑性樹脂フィルムを準備し，そのフィルムの片面にシランカップリング剤を塗工する工程と、その塗工面をロール基体外周面と対面させ，ロール基体外周面を上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆する工程と、上記熱可塑性樹脂フィルムにより被覆されたロール基体を金型内にセットし，加熱することにより上記熱可塑性樹脂フィルムとロール基体とを接着させる工程とを備えていることを特徴とする弾性ロールの製法。
6. 上記熱可塑性樹脂フィルムが、チューブ状であり、その内周面にシランカップリング剤の塗工が行われる請求項５記載の弾性ロールの製法。