JP2006227448A - 現像ローラの製造方法および現像ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 ゴム材料を主成分とした弾性層の場合でも、研削により目的の表面粗さを均一に得ることができ、これにより表面性および画像性に優れた現像ローラを得ることができる現像ローラの製造方法および現像ローラを提供する。
【解決手段】 シャフト１の外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層２を備える現像ローラ１０の製造方法である。弾性層２表面を回転砥石３０により研削する表面研削工程を含む。表面研削工程において、シャフト１の両端をコレットチャック２０により固定するとともに、回転砥石３０として、粒度６０〜１００番のものを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は現像ローラの製造方法および現像ローラ（以下、単に「製造方法」および「ローラ」とも称する）に関し、詳しくは、複写機、プリンタ等の画像形成装置における画像形成プロセスに用いられる現像ローラの製造方法およびこれにより製造された現像ローラに関する。

近年、電子写真技術の進歩に伴い、各電子写真プロセスにおいて用いられる導電性部材に対する要求も高まってきている。中でも、現像プロセスに用いられる現像ローラには、所定の電気抵抗値のみならず、現像機構に対応した種々の特性を備えていることが必要とされる。

従来、現像剤（トナー）として非磁性一成分現像剤を用いる場合の現像方法としては、静電潜像を保持した感光ドラム等の像担持体にトナーを供給し、像担持体上の潜像にトナーを付着させて潜像を可視化する現像方法（加圧現像法）が知られている。この方法によれば、磁性材料が不要であるため装置の簡素化、小型化が容易であるとともに、トナーのカラー化が容易となる。加圧現像法は、トナーを担持した現像ローラを静電潜像を保持した像担持体に接触させて、像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより現像を行うものであるため、この方法に用いる現像ローラは、導電性を有する弾性体で形成する必要がある。

図３に、加圧現像法を用いた現像装置の一構成例を示す。図示する現像装置においては、現像ローラ１０が、トナーを供給するためのトナー供給ローラ１１と静電潜像を保持した感光ドラム１２との間に、感光ドラム１２に接触した状態で配置され、これら現像ローラ１０、感光ドラム１２およびトナー供給ローラ１１がそれぞれ図中の矢印方向に回転することにより、トナー１３がトナー供給ローラ１１により現像ローラ１０の表面に供給される。供給されたトナーは成層ブレード１４により均一な薄層に整えられ、この状態で現像ローラ１０が感光ドラム１２と接触しながら回転することにより、薄層に形成されたトナーが現像ローラ１０から感光ドラム１２の潜像に付着して、潜像が可視化されるようになっている。なお、図中の符号１５は転写部を示し、ここで紙等の記録媒体にトナー画像が転写される。また、符号１６はクリーニング部を示し、転写後に感光ドラム１２表面に残留するトナーをクリーニングブレード１７により除去している。

この場合、現像ローラ１０は、感光ドラム１２に密着した状態を確実に保持しつつ回転しなければならないため、通常、金属等の良導電性材料からなるシャフトの外周に、各種弾性ゴムやポリウレタン等のエラストマー材、あるいは、各々の発泡体等に導電剤を配合して導電性を付与した弾性体からなる弾性層を形成した構造となっている。特に、最近では、現像ローラの低コスト化の要請から、安価なゴム材料が用いられるようになってきている。

また、かかる弾性層の表面については、通常、所望の表面粗さを得るために砥石等により研磨を行う。ゴムローラの表面研磨に係る改良技術としては、例えば、特許文献１〜３等に記載がある。
特開平５−２３７７５６号公報（特許請求の範囲等） 特開平７−１１６９４７号公報（特許請求の範囲等） 特開２００４−１１４２６３号公報（特許請求の範囲等）

従来、ポリウレタン等の樹脂材料からなる弾性層表面を研削する場合には、シャフトの両端をコレットチャックとテール逆センターチャックにて固定して研削を実施していた。
しかしながら、弾性層を引裂き力の大きなゴム材料により形成した場合、回転砥石による研削時にローラにかかる負荷が極めて高くなって、ポリウレタンローラの場合にローラにかかるトルクが１．２０ｋＷ程度であるのに対し、ゴムローラにかかるトルクは２．２０ｋＷ程度にもなってしまう。このため研削不良が生じて、目的の表面粗さが得られなかったり、粗さが不均一となって研削後の表面性が悪化し、適正なトナー搬送性が得られないなどの問題を生ずる場合があった。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、ゴム材料を主成分とした弾性層の場合でも、研削により目的の表面粗さを均一に得ることができ、これにより表面性および画像性に優れた現像ローラを得ることができる現像ローラの製造方法および現像ローラを提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、上記問題の原因がシャフトの固定方法にあることを見出し、研削時にローラにかかる高負荷に対応して、シャフトをより強固に固定した状態で研削を行うとともに、研削に使用する回転砥石を適切に選択することにより、上記課題が解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の現像ローラの製造方法は、シャフトの外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層を備える現像ローラの製造方法であって、前記弾性層表面を回転砥石により研削する表面研削工程を含む現像ローラの製造方法において、
前記表面研削工程において、前記シャフトの両端をコレットチャックにより固定するとともに、前記回転砥石として、粒度６０〜１００番のものを用いることを特徴とするものである。

また、本発明の現像ローラは、上記本発明の製造方法により製造されてなることを特徴とするものである。

本発明によれば、研削時におけるローラのシャフトの固定方法を一対のコレットチャックにより行うとともに、用いる回転砥石の粒度を適切に選択したことにより、研削不良の発生を防止して、目的の表面粗さを均一に得ることができるとともに、得られるローラの表面性、ひいてはトナー搬送性や画像性を良好に確保することができる現像ローラの製造方法を実現することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の現像ローラの製造方法に係る表面研削工程を示す概略説明図である。本発明の現像ローラの製造方法は、シャフト１の外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層２を備える現像ローラ１０を製造するにあたり、図示するように、弾性層２表面を回転砥石３０により研削する表面研削工程を含むものである。

本発明においては、かかる表面研削工程において、シャフト１の両端をコレットチャック２０により固定することが必要である。これにより、従来のように片側のみコレットチャックとした場合に比し、ローラ１０を確実かつ強固に固定することが可能となり、研削不良の発生を防止して、目的の表面粗さを均一に得ることが可能となる。ここで、コレットチャック２０とは、図２にその正面図を示すように、スリット２１をもち外周がテーパ状のコレット２２を、テーパ穴に押し込む（引き込む）ことにより、弾性変形を利用して、円筒状の工具や工作物を保持するための器具である。従って、本発明においては、コレット２２によりシャフト１をチャックし、かつ、センタリングを行う。

また、本発明においては、回転砥石３０として、粒度６０〜１００番のものを用いることが必要である。回転砥石３０の粒度が６０番未満であると、表面粗さが不均一になり、表面性が悪化するとともに、適正なトナー搬送性が得られないために画像濃度が濃くなって、コスト性も悪化する。一方、粒度が１００番を超えると、表面性が悪するとともにトナー搬送性が低下して、画像濃度が薄くなってしまう。

本発明の製造方法においては、上記表面研削工程において、シャフト１の固定に両側コレットチャックを用いるとともに、研削用の回転砥石として所定粒度のものを選択するものあればよく、弾性層２の形成条件等のその他の条件については特に制限されず、常法に従い行うことができる。例えば、研削方法としては、図示する例ではトラバース研削により行っているが、プランジ研削であってもよく、特に制限されるものではない。

また、本発明の現像ローラは、シャフト１の外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層２を備え、本発明の製造方法により製造されてなるものであれば、その材料等については特に制限されるものではない。例えば、以下のような材料を用いることができる。

シャフト１としては、良好な導電性を有するものであれば、いずれのものも使用することができ、特に制限されるものではない。通常は、鉄やステンレススチール、アルミニウム、これらを含む合金などの金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフトを用いる。

また、弾性層２はゴム材料を主成分として形成され、ゴム材料またはそれを発泡させたフォーム体に導電剤を配合して、抵抗値を調整することにより形成される。かかるゴム材料としては、特に制限されるものではないが、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、液状ポリイソプレンゴム（ＬＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体ゴム（ＥＶＡ）およびこれらの混合物等が挙げられるが、特にはシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、エピクロルヒドリンゴムが好ましく用いられる。また、これらゴム材料は、上記したように、発泡剤を用いて化学的に発泡させたり、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させたフォーム体としても用いることができる。

また、導電剤としては、公知のイオン導電剤や電子導電剤等を適宜用いることができる。イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ラウリルトリメチルアンモニウム）、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリルトリメチルアンモニウム）、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウムなどの過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩などのアンモニウム塩、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩などが挙げられる。

また、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などを挙げることができる。

これらの導電剤は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。その配合量
としては、特に制限されるものではないが、イオン導電剤の場合には、ゴム材料１００重量部に対し、０．０１〜５重量部、好ましくは０．０５〜２重量部の範囲内であり、電子導電剤の場合には、ゴム材料１００重量部に対し、１〜５０重量部、好ましくは５〜４０重量部の範囲内とすることができる。この導電剤配合量の調整により、弾性層２の体積抵抗値を、１０³〜１０¹⁰Ω・ｃｍ、特には１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍの範囲に好適に調整することができる。

また、図示はしないが、弾性層２上には、表面粗さを調整するために、１層以上の塗膜層を設けてもよい。塗膜層の材料としては、特に制限されるものではなく、ウレタン系塗料やフェノール系塗料等の慣用の材料を適宜用いることができるが、特に、塗膜層のうち最表層については、ポリウレタン樹脂、シリコン化合物およびシリカを含む配合にて形成することが好ましい。即ち、塗膜層が１層の場合にはその層が、また、塗膜層が複数層からなる場合にはそのうちの最上層が、ポリウレタン樹脂、シリコン化合物およびシリカを含むものとする。最表層を構成する塗膜層にシリコン化合物を含有させることで、ローラ表面のトナー離型性を向上して、フィルミング防止効果を付与することができる。なお、塗膜層を複数層にて形成する場合に最上層のみにつき上記配合を適用するのは、最上層以外の層にシリコン化合物を含有させると塗工時にその上層をはじいてしまい、２層の界面で剥離を生じやすくなるためである。従って、２層からなる塗膜層を設ける場合、そのうち下層にはシリコン化合物を含有させないことが必要である。

ポリウレタン樹脂は、イソシアネート基と水酸基を持つ化合物との反応生成物を主成分とするものであり、その材料としては、樹脂中にウレタン結合を含むものであれば、特に制限はない。一般的なポリウレタン材料としては、ポリオール成分およびイソシアネート成分が挙げられ、ポリオール成分としては、具体的には例えば、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ＴＨＦ−アルキレンオキサイド共重合体ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分鹸化物、フォスフェート系ポリオール、ハロゲン含有ポリオール等を好適に用いることができる。

また、イソシアネート成分についても特に制限はなく、汎用であるＴＤＩ、ＭＤＩ、粗製−ＭＤＩ（ポリメリックＭＤＩ）、および変性ＭＤＩだけでなく、特殊なイソシアネートを用いても差し支えない。特殊なイソシアネートとしては、例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン１，４ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、水添−ＸＤＩ、水添−ＭＤＩ、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス（イソシアネートフェニール）チオフェスフェート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、１，６，１１−ウンデカントリイソシアネート、１，８−ジイソシアネート−４−イソシアネートメチルオクタン、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロへプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられ、これらも好適に用いることができる。

上記塗膜層配合中には、上記ポリオール成分およびイソシアネート成分に加えて、所望に応じ架橋剤、界面活性剤、触媒等を添加することができ、これにより所望に応じた層構造とすることができる。

触媒としては、例えば、有機金属触媒のジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジアセテート、スタナスオクトエート、ジブチルチンマーカプチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンジマレニート、ジオクチルチンマーカプチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、フェニル水銀、プロピオン酸銀、オクテン酸錫、アミン触媒のトリエチルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチルエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルアミノエタノール、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７等が好ましく用いられる。これらの触媒は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、塗膜層中には、難焼剤や充填材、前記したイオン導電剤や電子導電剤等の導電剤、公知の充填剤や架橋剤等を適宜使用することも可能である。塗膜層における導電剤の配合量には特に制限はなく、所望に応じ適宜選定可能であるが、上記配合の場合には、通常は、ポリウレタン材料１００重量部に対し、０．１〜４０重量部、好ましくは０．３〜２０重量部の割合である。

上記配合におけるシリコン化合物およびシリカの配合量としては、ポリウレタン樹脂１００重量部に対し、シリコン化合物０．１〜３０重量部、シリカ１５〜４０重量部程度とすることができる。なお、塗膜層を複数層で形成する場合の最表層以外の層については、例えば、上記配合からシリコン化合物を除いたポリウレタン樹脂およびシリカを主成分とする配合としてもよい。弾性層２と塗膜層との間に、層間の接着性を高めるために、プライマーを設けることもできる。

また、本発明のローラの弾性層の表面粗さＲｋは、好ましくは３．０≦Ｒｋ≦１２．０、より好ましくは４．０≦Ｒｋ≦１０．０である。表面粗さＲｋが小さすぎるとトナー搬送性が低下し、一方、大きすぎるとトナー単位量あたりの印刷枚数が減少するとともにフィルミングの問題が生ずるおそれがあり、いずれも好ましくない。なお、表面粗さＲｋは、ＪＩＳに規定された測定法に準拠して測定することができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。
以下の表１中に示す配合ゴムを用いて、直径６ｍｍ、長さ２５４ｍｍのシャフト１の外周に弾性層２を形成した後、図１に示すように、シャフト１の両端をコレットチャック２０により固定した状態で、下記の表２に夫々示す粒度の回転砥石３０を用いて弾性層２表面を研削することにより、表面粗さＲｋが６．０である各実施例および比較例の現像ローラを得た。なお、各ローラ表面の研削は、同一の研磨プロセスにより実施した。

１）ＢＲ：日本ゼオン社製、「ＢＲ１２２０Ｌ」
２）ＩＲ：日本ゼオン社製、「ＩＲ２２００Ｌ」
３）ＬＩＲ：クラレ（株）製、「ＬＩＲ−３０」
４）カーボンブラック：東海カーボン（株）製、「ＴＢ＃５５００」
５）架橋剤：日本油脂（株）製、「１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン」

次いで、下記の表２に示す配合塗料を用いて、ローラ表面に、塗膜層をディップ法により形成した。

６）ポリウレタン成分Ａ：ポリエステル系ウレタン塗料、大日精化工業社製、「ダイプラコートＳＯ 」
７）ポリウレタン成分Ｂ： 大日精化工業社製、「ダイプラコートＥＮ２」
８）シリコン化合物：日本油脂（株）製、「ＦＳ７１０」
９）シリカ：日本シリカ（株）製、「ＳＳ２０」

（評価）
得られた各ローラにつき、表面粗さの均一性、表面性および画像性（トナー搬送性による画像状態）の評価を行った。その結果を、下記の表３中に併せて示す。

上記表２に示すように、シャフトの固定に両側ともコレットチャックを用い、粒度６０〜１００番の回転砥石を用いて研削を行った実施例１〜３においては、表面粗さ均一性、表面性および画像性のいずれの点についても良好な結果が得られることが確かめられた。

本発明の現像ローラの製造方法に係る表面研削工程を示す概略説明図である。 コレットチャックを示す正面図である。 現像装置の一例を示す概略説明図である。

符号の説明

１ シャフト
２ 弾性層
１０ 現像ローラ
１１ トナー供給ローラ
１２ 感光ドラム
１３ トナー
１４ 成層ブレード
１５ 転写部
１６ クリーニング部
１７ クリーニングブレード
２０ コレットチャック
３０ 回転砥石

Claims (2)

1. シャフトの外周に、ゴム材料を主成分とする弾性層を備える現像ローラの製造方法であって、前記弾性層表面を回転砥石により研削する表面研削工程を含む現像ローラの製造方法において、
   前記表面研削工程において、前記シャフトの両端をコレットチャックにより固定するとともに、前記回転砥石として、粒度６０〜１００番のものを用いることを特徴とする現像ローラの製造方法。
2. 請求項１記載の現像ローラの製造方法により製造されてなることを特徴とする現像ローラ。

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