JP2006015654A - 導電性ゴムローラの製造方法及び電子写真用導電性ゴムローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 液状導電性ゴム原料を、射出成型装置を用いた導電性ゴムローラを製造するに際し、短い射出成形時間であっても、長手方向での抵抗のバラツキを軽減した導電性ゴムローラの製造方法を提供する。
【解決手段】 軸芯を保持した円筒状金型内へ弾性層形成用の液状ゴム原料を射出注入するに際し、注入開始時よりも注入終了時の液状ゴム原料の単位時間当たりの注入量が少なくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の事務機器に装備される導電性ゴムローラの製造方法および電子写真用導電性ゴムローラに関する。

複写機、複写機、ファクシミリ等に代表される事務機器などの画像形成装置は、光により静電潜像を形成した感光ドラムにトナーを付着させトナー像を形成させ、このトナー像を紙等に静電転写し、該トナー像を熱と圧力で定着させる。この過程のなかで、トナーを感光ドラムに搬送し付着させるローラとして現像ローラがあり、トナーを搬送させる性質から、ある一定の表面粗さと均一な抵抗を持った導電性ゴムローラが使用されている。

この導電性ゴムローラは、軸芯の外周に弾性体層を形成するに際し、パイプ状の金型内に軸芯を両端の駒で保持して配置し、そこに導電性ゴム原料を射出注入し、硬化あるいは固化してローラを形成させることにより製造される（例えば、特許文献１）。

この時、射出成形装置では、油圧システムやモーターを電気的に制御してゴム原料を所定量注入している。

また、ゴムとしては、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ等が使用されているが、最近の画像形成装置の動向では、耐Ｃセット性、対環境性に優れる液状シリコーンゴムが原料として使用されている。さらに、導電性の付加には、カーボンブラック等を用いた電子導電機構によっている。

弾性層を成形するための射出成形装置としては、一般な射出成形装置が用いられ、また、付加型液状シリコーンゴムの射出成形装置としてはＬｉｑｕｉｄ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（略号“ＬＩＭＳ”）と称されているものが用いられている。

また、液状原料の配合・混合には、分割混合のスタティックミキサーや回転混合のダイナミックミキサーが用いられている（例えば、特許文献２）。

ゴム原料の射出速度については、昨今のコスト競争の中、成形サイクルを早くさせるために射出速度を速めたり、ゴム原料では、硬化触媒の種類や量、インヒビター（重合禁止剤）の量を調整して、硬化速度を速くしたりして、タクトの短縮がなされている。

電子導電機構を用いた液状ゴム原料の場合、軸芯の両端に駒を配置し、その間はパイプ状の金型を配置し、射出成型装置を用いた成型方法において、一定速度でゴム原料を射出注入した場合、型内に液状ゴム原料が満たされたときの液圧が高くなってしまい、導電性ゴムローラの長手方向での抵抗にムラが生じてしまう問題があった。

これらを回避するにあたり、注入時間を延ばし、ゴム原料の射出圧力をさげる方法が取られていたが、当然成形サイクルは長くなり、また注入中に金型の熱により注入過程において、ゴムが硬化し始めて、ウエルドラインなどの問題が生じていた。

導電性ゴムローラにおいては、長手方向に抵抗ムラが生じてしまうと、画像形成装置において、光により静電潜像を形成した感光ドラムにトナーを付着させトナー像を形成させる際、長手方向の抵抗ムラに応じて、トナー像に濃淡が生じてしまい、良好な画像が得られない問題があった。

そのため導電性ゴムローラにおいては、長手方向での抵抗ムラ（バラツキ）が少ないものが望まれていた。（例えば、特許文献３）
特開２００３−１８４８６２号公報 特許第２５４２９９９号公報 特開平０９−２９２７８４号公報

したがって、本発明の目的は、液状導電性ゴム原料を、射出成型装置を用いた導電性ゴムローラを製造するに際し、短い射出成形時間であっても、長手方向での抵抗のバラツキを軽減した導電性ゴムローラの製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討し、液状ゴム原料をローラ金型への注入量をコントロールすれば、長手方向の抵抗が極めて均一になる条件があることを見出し、ついに本発明に至った。

すなわち、本発明は、軸芯の外周に少なくとも１層の弾性層が構成された導電性ゴムローラの製造方法において、軸芯を保持した円筒状金型内へ弾性層形成用の液状ゴム原料を射出注入する際、注入開始時よりも注入終了時の液状ゴム原料の単位時間当たりの注入量が少ないことを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法である。

なお、液状ゴム原料の単位時間当たりの注入量が逓減すること、あるいは注入量の減少が段階的であることが好ましい。さらに、液状ゴム原料が導電性フィラーを含有することが好ましい。

また、本発明は、上記の導電性ゴムローラの製造方法により製造されたことを特徴とする軸芯上に少なくとも１層の導電性ゴムの弾性層を有する電子写真用導電性ゴムローラである。

なお、軸芯とローラ表面との間で抵抗値を長手方向の少なくとも３箇所で測定したときに、該抵抗値の最大値と最小値のバラツキが１．０桁以内であることが好ましい。

本発明によれば、導電性液状ゴム原料を射出注入する際に、単位時間あたりの注入量を注入当初に比べ終了時を少なくすることにより、短い射出時間であるにかかわらず長手方向での抵抗のムラが極めて少ない導電性ゴムローラを製造することができる。

まず、本発明が対象とする導電性ゴムローラの構成を説明する。

図１に、本発明の導電性ゴムローラの断面図を示す。

１は軸芯であり、該軸芯１の周りに、導電性の弾性層２が形成されている。その外側に必要な機能を与えるために被覆層３が設けられることもある。なお、軸芯１には必要により弾性層２との接着性を増すために導電性のプライマーが塗布されることもある。また、弾性層２と被覆層３との間に接着層が設けられてもよい。

軸芯１は、少なくとも最外層が導電性であることが必須であり、通常、鉄、アルミニウム合金、ステンレス、銅、真鍮等の導電性金属の棒あるいはパイプが用いられる。なお、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に導電性付与材を配合して成形されたもの、あるいは、表面に金属層を設けたものも使用される。なお、軸芯として鉄を使用したような場合、その表面に厚み３〜２０μｍ程度のニッケルメッキ層が設けられることがある。軸芯１としては、円柱状に引き抜き、または押し出し加工された母材を必要な長さに切断して用いられる。なお、その両端面には、軸受け、ギア等の機械部品を取り付ける加工を施される。また、軸芯の大きさとしては、特に限定されないが、通常径２〜２０ｍｍ、好ましくは径５〜１０ｍｍが適当である。

導電性の弾性層２は、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、クロロプレンゴム、二トリルゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、天然ゴム等のゴム原料に導電性フィラーが配合されたものである。ゴム原料としては、加工性のよさから、室温、又は熱を加えて硬化させる付加反応架橋構造を用いた液状シリコーンゴムが好ましく使用される。

導電性を持たせるためにゴム原料に配合する導電性フィラーとしては、ケッチェンブラック、コンダクテックス、アセチレンブラック等の導電性カーボンブラック、ニッケル、アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、銅、銀等の各種金属粉あるいは金属酸化物粉が用いられる。また、導電性フィラー以外としては、イオン導電剤（アルカリ金属塩及びアンモニウム塩）も使用できる。これらの配合量は、用いる導電性材料によって異なり、導電性ゴムローラの必要導電性を考慮して決定される。ゴム原料としてシリコーンゴムを用いたとき、その分散性、得られる導電性能の均一性等から導電性材料として、ケッチェンブラック、コンダクテックス、アセチレンブラック等の導電性カーボンブラックを用いることが好ましく、本発明のような液状ゴム原料の注入パターンとしたときその効果が顕著になる。

弾性層２には、さらに必要に応じて、補強性充填材や増量剤として顔料用カーボンブラック、乾式シリカ、湿式シリカ等の補強用シリカ、石英粉、ケイソウ土、ガラス繊維等が配合される。

弾性層２の厚みとしては、特に限定されないが、電子写真用導電性ゴムロール、特に現像ローラとして使用する場合は、１〜１０ｍｍ、好ましくは３〜５ｍｍとするのが適当である。

該弾性層２は、円筒状の金型を用いて上記導電性ゴム原料を軸芯１の周りに配設し、硬化されて形成される。ここで用いる金型は図２に示すように、円柱状の軸芯１の両端に駒４、５を配置し、この駒４、５の間には、円筒状の金型８が設置されている。この様に組み立てられた軸芯１を有する金型をインジェクション成形装置（液状シリコーンゴムでは主にＬＩＭＳと称される成形装置）内にセットする。なお、ゴム原料を注入する側の駒４には、ゴム原料の注入ゲート６、出口側の駒５には過剰のゴム原料がオーバーフローするオーバーフロー孔７が配置されている。

液状ゴム原料は射出成形装置において、弾性層２の形成に必要量（所定量）が金型内に駒４の注入ゲート６から弾性層形成部９に射出注入される。なお、ゴム原料が注入されるに際し、金型内の空気及び過剰に注入されるゴム原料は駒５のオーバーフロー孔７から金型より排出される。

ここで、ゴム原料を金型に注入させる際の単位時間当りの注入量（すなわち、注入速度）を、注入開始時より注入終了時の方が少なくなるようにすることが肝要である。ゴム原料の注入量を少なくする方法は、連続的にあるいは段階的に注入速度を減速させる方法、ある時点までは一定速度で注入し、その後減速させる方法など、所定注入時間内での注入速度を減速させる手段は選ばない。

また所定注入時間における分割数には制限を設けず、２段階〜無段階までだが、注入時間に応じてスムーズな動きのする分割数が望ましい。すなわち、連続的では逓減させることであり、分割数が少ないときは段階的になる。

さらに、上記射出方法で液状ゴム原料を注入し、その射出成形装置で検知する液状ゴムの射出液圧力の比較においては、注入最後に金型内にゴム原料が満たされる直前、つまりゴムローラを形成する液量になる前での射出液圧力が、同じ時間内に一定の注入速度で注入させた射出液圧力よりも少なくなり、この注入方法で導電性ゴムローラの長手方向の抵抗ムラを軽減させることができる。

また、注入速度は、サーボモーターシステムにより電気的にモーターの回転数を単位時間あたりで変化させることにより変えることが可能であり、計量シリンダー内に所定量採取した液状ゴム原料を、金型に注入するときに変化させる。

さらに、液状ゴム原料が注入された金型を射出成形装置内の、８０〜２００℃に加熱された熱盤に金型で、１〜３０分かけ液状ゴムを加熱硬化させる。なお、加熱硬化は射出成形装置内で必ずしも行なわれる必要はなく、射出成形後に射出成形装置から取り出し、別途に設けられた熱盤にて行なわれてもよい。そして硬化ゴム層を形成した後、金型を冷水又はチラー等により冷却された水が循環している冷却盤に移し、冷却し、円筒状パイプ金型より硬化ゴム層を軸芯と共に取り出し、必要に応じて、二次硬化処理を行い、弾性層を形成した導電性ゴムローラを得る。

上記弾性層２にさらに表面性能をコントロールするための樹脂製の被覆層３をかぶせることがあり、この樹脂製の被覆層の材質としては、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂等が使用さる。

被覆層３には、トナー搬送性を向上させる目的で、平均粒径１〜３０μｍ程度の微粒子を分散させることが好ましい。なお、ここで用いる微粒子としては、ポリウレタン、ポリメチルメタクリル酸メチル、ポリスチレン等でできたものが好ましい。

被覆層３を形成するに際し、樹脂材料中に微粒子を分散する方法としては、ペイントシェイカー、ローラミル、ビスコミル等による方法がある。これらにより分散された塗液を、スプレー塗工、ディップ塗工、ローラコートにより、上記弾性体層２表面に厚み５〜４０μｍ程度にコーティングする。均一な膜厚、ムラのない表面性を持たせるためにはディップ塗工によることが望ましい。

なお、上記により得られた導電性ゴムローラを電子写真用途として使用するには、軸芯とローラ表面との間で抵抗値を長手方向の少なくとも３箇所で測定したときに、該抵抗値の最大値と最小値のバラツキが１．０桁以内であることが好ましい。

以下、実施例により本発明を説明する。

まず、以下の実施例により得られた導電性ゴムローラの評価方法について説明する。

（長手方向の抵抗のバラツキの評価）
導電性ゴムローラの長手方向の抵抗値の測定は図３に示す方法によった。すなわち、３箇所に銅接点１３Ａ〜１３Ｃ（幅２０ｍｍ、接点間距離６０ｍｍ）を有する直径３０ｍｍの樹脂製ドラム１１に長手方向に沿って導電性ゴムローラ１２を配置し、該導電性ゴムローラ１２の軸芯１の両端に荷重５００ｇをかけて、樹脂製ドラム１１に導電性ゴムローラ１２を押し付ける。この状態で導電性ゴムローラを回転させ、その間に金属接点１３Ａ〜１３Ｃと軸芯１との間に直流電流を印加し、抵抗値を測定する。なお、直流電流の金属接点への印加は測定しようとする位置の金属接点に行い、その他の金属接点への直流電流の印加はその測定の間は休止する。その後各金属接点１３Ａ〜１３Ｃでの抵抗値の平均値を求める。導電性ゴムローラの長手方向の抵抗のバラツキとして、平均化された３箇所のデータの最大値と最小値を較べる。なお、本発明では、これらの値のバラツキが１．０桁以下であることが必須である。

（画出し評価）
Ａ４サイズの電子写真式レーザービームプリンタ（ＬＢＰ２５１０（キヤノン社製））に使用するプロセスカートリッジに、トナー供給ローラとして以下の実施例、比較例で作成した導電性ゴムローラを組み込み、２３℃、湿度５５％の環境下に一昼夜放置して環境になじました後、ＬＢＰに組み込んで、同じ環境下でハーフトーンの一面の画出しを行い、得られた画像を目視によりローラに対する長手方向での濃淡差の有無で判断した。濃淡差は３段階に区分し、濃度差がほとんど認められない場合を「○」、僅かに認められる場合を「△」、濃淡差が認められる場合を「×」とした。

実施例１〜３、比較例１〜２
液状ゴム原料として、２液混合の付加反応タイプの液状導電性シリコーンゴム（東レダウコーニング社製、体積固有抵抗１×１０^６Ωｃｍ品）をＬＩＭＳの原料槽にセットした。

一方、軸芯として直径６ｍｍ、長さ３００ｍｍの鉄製棒の表面に厚み１０μｍの化学ニッケルメッキをしたものを用い、内径１６ｍｍの内面鏡面加工し、フッ素系の離型剤を塗布した厚み２ｍｍのステンレス製の円筒状金型にセットした。なお、駒間の空間距離は２３０ｍｍであった。

液状ゴム原料をそれぞれ図４にて示したような射出注入パターンで金型内に注入した。なお、全注入時間は１０秒とし、注入速度は０．５秒毎の変更可能な設定とした。また金型に注入する液状ゴム原料の量は４０ｍｌであった。さらに、金型温度は１１５℃とした。図４において、Ｘ軸は射出時間（注入時間）であり、Ｙ軸は単位時間あたりの注入量（注入速度）である。

液状ゴム原料が注入された金型を射出成型装置内の熱盤にて２００℃で５分間加熱硬化し、冷却後に軸芯と共に金型から取り出し、２００℃の恒温室で４時間置いて二次硬化を行った。

このようにして製造されたシリコーンゴムローラに、さらに被覆層として、ポリウレタン樹脂原料（商品名：ニッポランＮ５０３３、日本ポリウレタン工業社製）に平均粒径１０μｍのウレタン粒子（商品名：アートパールＣＦ６００Ｔ、根上工業社製）を均一に分散した塗工液をディップ塗工して、熱処理を施し硬化させ、厚み２０μｍの均一なポリウレタン樹脂の被覆層を形成し、電子写真用導電性ゴムローラを得た。

ここで、各実施例、比較例の射出注入パターンについて、説明する。

実施例１：射出時間の前半部分に注入する液のほぼ全量８〜９割の量（型内に満たされる直前まで）を段階的に減速注入し、その後はさらに減速注入した。

実施例２：中盤までは同じ量を入れ、その後急激に減らし、さらにその後型内に満たされる直前から段階的にゆっくり注入した。

実施例３：一定割合で液状ゴム原料の注入速度を減速した。

比較例１：定速度で（速度変化させないで）注入した。

比較例２：一定割合で液状ゴム原料の注入速度を加速した。

得られた電子写真用導電性ゴムローラの長手方向の抵抗のバラツキおよび画出し評価を行なった。結果を表１に示す。

実施例１〜３に見られる様に、少なくとも弾性層材料の注入速度を射出開始時より終了時の方を遅くすることにより、導電性ゴムロールの長手方向での抵抗のバラツキが小さくなり、これらの導電性ゴムローラをトナー供給ローラとして用いたときには、画出しにおいても良好な結果が得られている。

一方、弾性層材料の射出速度が一定であったり、逆に射出開始時から徐々に増加させたりしたような場合には抵抗のバラツキ、画出し共に不良であることが分かる。

本発明により、画像形成装置内においてトナーを適正量かつ均一に搬送させ、ある一定の表面粗さと均一な抵抗を持った導電性ゴムローラを提供可能となる。

本発明の導電性ゴムローラの断面図である。 本発明の導電性ゴムローラ形成のための円筒状金型の概略断面図である。 本発明の導電性ゴムローラの抵抗値を測定する装置の説明図である。 液状ゴム原料の射出パターンを示すグラフである。

符号の説明

１ 軸芯
２ 弾性層
３ 被覆層
４、５ 駒
６ 注入ゲート
７ オーバーフロー孔
８ 円筒状金型
９ 弾性層形成部
１１ 樹脂ドラム
１２ 導電性ゴムローラ
１３Ａ〜１３Ｃ 金属接点

Claims (6)

1. 軸芯の外周に少なくとも１層の弾性層が構成された導電性ゴムローラの製造方法において、軸芯を保持した円筒状金型内へ弾性層形成用の液状ゴム原料を射出注入する際、注入開始時よりも注入終了時の液状ゴム原料の単位時間当たりの注入量が少ないことを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法。
2. 液状ゴム原料の単位時間当たりの注入量を逓減することを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラの製造方法。
3. 液状ゴム原料の単位時間当たりの注入量の減少が段階的であることを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラの製造方法。
4. 液状ゴム原料が導電性フィラーを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ゴムローラの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の導電性ゴムローラの製造方法により製造され、軸芯上に少なくとも１層の導電性ゴムの弾性層を有することを特徴とする電子写真用導電性ゴムローラ。
6. 軸芯とローラ表面との間で抵抗値を長手方向の少なくとも３箇所で測定したときに、該抵抗値の最大値と最小値のバラツキが１．０桁以内であることを特徴とする請求項５に記載の電子写真用導電性ゴムローラ。

Images