JP2007139049A - 弾性体ローラの製造方法、プロセスカートリッジおよび画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】柔らかい液状樹脂材料を用いて肉厚の弾性体層を形成する場合であっても、低コストかつ省エネルギーで高精度に弾性体層を形成できる弾性ローラの製造方法、良好な画像を形成できる低コストな電子写真プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】軸芯体の外周面に液状樹脂が加硫硬化した弾性体層を有する弾性体ローラの製造において、リング状の塗工ヘッドを用いて、降伏応力が１０Ｐａ以上６００Ｐａ以下の範囲の液状樹脂を軸心体の外周面に塗工する塗工工程；および塗工工程にて液状樹脂が塗工された軸芯体を電磁誘導加熱することにより、液状樹脂を加硫硬化して弾性体層を形成する誘導加熱工程を有する。現像ローラがこの方法で得られる弾性体ローラである電子写真プロセスカートリッジ及び画像形成装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、電子写真装置などに使用される、軸芯体の周囲に弾性体層を有する弾性体ローラの製造方法に関する。また、電子写真プロセスにより画像を形成する電子写真プロセスカートリッジおよび画像形成装置に関する。

最初に電子写真記録装置についてその概略を説明する。この装置の本体内部には画像形成部が設置され、画像がクリーニング、帯電、潜像、現像、転写、定着プロセスを経て形成される。画像形成部は像担持体である感光ドラムを備えており、クリーニング部、帯電部、潜像形成部、現像部及び転写部を備えている。この画像形成部で形成された感光ドラム上の画像は転写部材により、記録材に転写され、搬送された後、定着部にて加熱、加圧され、定着された記録画像として排出される。

次に、クリーニング、帯電、潜像、現像、転写、定着のプロセスの内、帯電、潜像形成、現像、転写プロセスについて説明する。帯電部材は、感光ドラムの表面に対し、所定の極性、電位が一様になるように一次帯電処理を行う。帯電部材により均一に帯電処理された後、目的画像情報の露光を受けることで、感光ドラム表面に目的画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置によりトナー画像として可視像化されていく。この可視像化されたトナー画像は、感光ドラム下で転写手段により記録材の裏面から電圧を印加することにより記録材に転写される。その後記録材は定着部へ搬送され、像定着を受け、画像形成物として出力される。

以上に示した電子写真装置などの画像形成装置における現像工程の実行手段として、電圧を印加することにより現像作用を施す、一般にはローラ型の導電性弾性体が近年盛んに使用されている。このような電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いる弾性ローラ（帯電ローラ、転写ローラ、現像ローラ等）の弾性層は、液状ゴム、固形ゴム、発泡ゴム等の弾性材料を用いて形成されている。

次に弾性ローラの製造方法について説明する。金型成形方法においては、円筒金型に同心に軸状の芯金を保持させ、弾性材料を円筒金型に導入し、これを円筒金型の軸方向に平行に分割される加熱用熱盤で挟み込み加熱することにより、芯金の周囲に、弾性材料を円筒状に上記芯金と一体的に成形して弾性ローラが製造される。このような金型成形方法は、金型の初期投資並びに修繕費用、金型の熱板加熱及び冷却に多くのエネルギーを必要としており、コストダウン推進ならびに省エネルギー推進上改善が望まれる。

金型を使わない成形方法として、円柱状の芯金周囲に円筒形状の塗工ヘッドを用いて液状樹脂を被覆形成し、次に加熱して加硫する弾性体ローラの製造方法（以下、リング塗工機による塗工方法、またはリング塗工方法と呼ぶ）がある。従来弾性体ローラ製造にリング塗工方法を用いた場合の加熱加硫は、熱風高温槽等の電気炉を用いた、ローラ外側からの加熱方法により行なわれている。

また従来例として、押出し成形後にローラ内側を高周波加熱する方法がある（特許文献１）。特許文献１に記載される例によれば、まず押出し機により直径２０ｍｍでゴムロール一体分を押出し成形する。次に支持部材により、高周波誘導槽内の高周波誘導コイル内に挿入、４５秒間加熱した後高周波誘導コイル外に取り出す。以上で一次加硫は終了すると記述されている。

またこの従来例で記述されている、ゴムロールを一次加硫終了後、熱風循環槽に移動させ、熱風循環による空気の対流熱と遠赤外線により輻射熱をロールに２８０℃で７分間作用させる、との手段は二次加硫方法についての記述である。特許文献１には押出し機と高周波誘導槽間の搬送法は示されていないが、押出し成形後ロールを一次加硫するまでの搬送方法と時間は重要である。
特開２０００−１９９５１８号公報

リング塗工方法、押出し成形方法いずれにしても、塗工後に加熱場所まで塗工品を移動する時間が長くかかる装置構成にした場合、金型成形材料のような低降伏応力の柔らかな液状樹脂を用いると移動中に塗工した樹脂が垂れてしまい外形精度が悪化することがある。特に、肉厚が数ミリメートルの厚いローラを作ろうとすると、塗工品を移動する時間が長ければ長いほど樹脂の垂れは著しい。これを防ぐため前記二つの塗工（成形）方法の場合、液状樹脂として、柔らかさを犠牲にしてある程度固めの、高降伏応力の液状樹脂を用いる必要がある。しかし高降伏応力の液状樹脂はカーボンブラックなどフィラーの配合比率を高めにせざるを得ず、結果材料費が割高になり、製品単価が高価になる。そのためコストダウン上、何らかの改善が望まれる。即ち、材料が柔らかな場合でも、塗工直後に加熱し一次加硫を行い、材料が垂れる以前に固めてローラの形状をゆるぎないものにする技術を確立することが望まれる。特許文献１によるとローラ押出し工程と加硫場所が分離していて未加硫ローラの搬送に時間が掛かり、低降伏応力の柔らかな液状樹脂を用いた場合、材料の垂れによる外径精度の悪化が避けられず、このため何らかの製造技術の工夫改善が求めらる。即ち金型成形と同様な高精度なローラを得るため、低降伏応力の柔らかな液状樹脂でも良好に塗工（成形）加硫硬化可能な弾性体ローラの製造技術が求められている。

本発明の目的は、柔らかい液状樹脂材料を用いて肉厚の弾性体層を形成する場合であっても、低コストかつ省エネルギーで高精度に弾性体層を形成することを容易とする弾性ローラの製造方法を提供することである。

本発明の別の目的は、上記のような優れた弾性ローラを備え、良好な画像を形成できる低コストな電子写真プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することである。

本発明により、軸芯体の外周面に液状樹脂が加硫硬化した弾性体層を有する弾性体ローラの製造において、
リング状の塗工ヘッドを用いて、降伏応力が１０Ｐａ以上６００Ｐａ以下の範囲の液状樹脂を軸心体の外周面に塗工する塗工工程；および
該塗工工程にて液状樹脂が塗工された軸芯体を電磁誘導加熱することにより、該液状樹脂を加硫硬化して弾性体層を形成する誘導加熱工程
を有する弾性体ローラの製造方法が提供される。

前記塗工工程と誘導加熱工程とを、前記軸芯体を鉛直方向に延在させた状態で行うことが好ましい。

前記塗工工程と誘導加熱工程とを、軸芯体の中心軸が同一の直線上に存在する状態で行うことが好ましい。

さらに、前記塗工工程の前に軸芯体を加熱する予備加熱工程を有し、
該予備加熱工程と前記誘導加熱工程において同一の電磁誘導コイルを用いて加熱を行うことが好ましい。

前記弾性体層の厚さを０．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下とすることができる。

前記弾性体ローラが導電ローラであることができる。

前記弾性体ローラが現像ローラであることができる。

本発明により、現像ローラが装着されてなり、前記現像ローラの表面に現像剤の薄膜を形成し、前記現像ローラ画像形成体に接触させて前記画像形成体表面に前記現像剤を供給することにより前記画像形成体に可視画像を形成させる電子写真プロセスカートリッジにおいて、
前記現像ローラが上記の方法により製造されたことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジが提供される。

本発明により、現像ローラが装着されてなり、前記現像ローラの表面に現像剤の薄膜を形成し、前記現像ローラ画像形成体に接触させて前記画像形成体表面に前記現像剤を供給することにより前記画像形成体に可視画像を形成させる画像形成装置において、
前記現像ローラが上記の方法により製造されたことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明によれば、柔らかい液状樹脂材料を用いて肉厚の弾性体層を形成する場合であっても、低コストかつ省エネルギーで高精度に弾性体層を形成することを容易とする弾性ローラの製造方法が提供される。

また本発明によれば、上記のような優れた弾性ローラを備え、良好な画像を形成できる低コストな電子写真プロセスカートリッジおよび画像形成装置が提供される。

本発明者等は、弾性体ローラの弾性体層の形成工程においてリング塗工方法を用いて弾性体ローラを成形した後、ローラの外側に配置された）鞍型の電磁誘導コイルを用いた誘導加熱によって、軸芯体である芯金そのものの発熱から加熱することにより、上記課題を解決することが可能であることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

軸芯体を電磁誘導加熱するために鞍型の電磁誘導コイル（以下、場合により、誘導加熱コイルもしくは加熱コイルともいう）を用いることができる。

電磁誘導加熱手段として用いる加熱コイルは、円筒面の少なくとも一部を形成する形状を有するものとすることが、加熱を効率的に均一に行う観点から好ましい。この加熱コイルが形成する円筒面もしくはその一部を、被加熱物であるローラ（軸芯体に液状樹脂が塗工された段階のもの）の外周面に平行に（円筒の中心軸と、軸芯体もしくはローラの中心軸が一致）近接させて配置し、電磁誘導加熱をすることができる。

鞍型の電磁誘導コイルとは、後に図８および図９を用いて説明するように、芯金及び弾性体ローラ長手方向の軸に平行に対向し、且つ芯金および弾性体ローラの外側１８０°以内にループ状（輪および環状）に形成されているもので、ローラの加熱を目的として容易に用いることができる。つまり、円筒面の一部であって、その軸に垂直方向の断面が１８０°以下の中心角の円弧である面を形成する一重の輪を加熱コイルとして用いることができる。あるいは加熱コイルの形状は、後に図７を用いて説明するような、螺旋状の巻き線型コイルを用いてもよい（螺旋により円筒面が形成される）。

鞍型コイルの場合、均一加熱の観点から、被加熱物であるローラを回転（ローラ中心軸についての自転）させながら電磁誘導加熱を行うことが好ましい。螺旋状の巻き線型コイルを用いた場合でも、軸芯体を回転させてもよい。

また電磁誘導作用を強力にする観点から、コイルとローラの距離をできる限り接近させることが好ましい。そこでコイルとローラの搬送時の接触を避けるため、加熱コイルは加熱時に、高周波発生装置ごとローラの軸方向に対して直角方向に移動させることが好ましい。

後に詳述する図７および図８に示すような重力方向縦型に配置されたリング塗工機によって塗工されたローラを、塗工直後に加熱できるよう、電磁誘導加熱装置においては、芯金および弾性体ローラと電磁誘導コイルを、共に重力方向縦型に配置することが好ましい。つまり、塗工工程と誘導加熱工程とを軸芯体を鉛直方向に延在させた状態で行うことが好ましい。その理由は、柔らかい液状樹脂材料を用いて肉厚の弾性体を形成する場合に、材料が軸断面方向に垂れてしまうことを優れて防止するためである。

また、塗工工程を行う位置と誘導加熱工程を行う位置との間の軸芯体もしくはローラの搬送を短時間で行う観点から、塗工工程と誘導加熱工程とを軸芯体の中心軸が同一の直線上に存在することが好ましい。

この直線上に軸芯体の中心軸が存在する状態で、軸芯体を移動させる軸芯体移動手段としては、図１に示すようなＬＭガイドと精密ボールネジ並びにサーボモーターの組合せを用いるのが好ましい。

リング塗工機では、均一塗工の観点から、リング状の塗工ヘッドが水平に設けられ被塗工物は鉛直に配されることが好ましい。よって塗工工程と誘導加熱工程とを軸芯体が垂直方向に延在した状態で行い、かつ、軸芯体の中心軸が両工程で同一の直線上に存在する状態とすることが好ましい。

従ってこの誘導加熱装置は、リング塗工装置と一体にして縦型配置とすることが好ましい。

更に、タクトタイム短縮の観点から、塗工前（軸芯体に液状樹脂を成形する前）に軸芯体の予備加熱を行い、且つこの予備加熱と液状樹脂塗工後の加熱硬化を、同一の電磁誘導コイルでおこなうことが好ましい。

本発明によれば、１０Ｐａ以上６００Ｐａ以下という低降伏応力の液状樹脂を材料に用いても、弾性体ローラの弾性体層の肉厚を０．５〜６．０ｍｍの範囲とすることができる。肉厚の調整は、塗工速度、リングヘッドの内径を肉厚に応じて設定するなどして行うことができる。なお降伏応力の値は２５℃におけるものである（以下において同じ）。

本発明によれば、低降伏応力の液状樹脂を材料に用いた成形方法として、芯金等を軸芯体とする弾性体ローラのリング塗工機による塗工方法を用い、更に塗工直後に電磁誘導で芯金を加熱することが容易となり、ローラ内部から液状樹脂を短時間のうちに加熱加硫し、その結果安価な柔らかな材料でも厚肉のローラを成形することが容易となる。

また本発明は、弾性体ローラ製造にリング塗工方法を用いた場合の加熱加硫において、温度立ち上がりをより高速にできる。

つまり本発明により、安価で高精度な弾性体ローラを容易に得ることのできる省エネルギーな弾性体ローラの製造方法が提供される。本発明で得られる弾性体ローラは導電ローラとして好適で、なかでも電子写真プロセスに用いられる現像ローラとして好適である。従って、電子写真用ローラのコストダウン推進ならびに省エネルギー推進ができる。

またこの弾性体ローラを少なくとも現像ローラとして用いることにより、良好な画像を形成できる低コストな電子写真用プロセスカートリッジおよび画像形成装置が提供される。

以下図面を用いて本発明の形態について詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

〔リング塗工機〕
図１は、本発明に好適に用いることのできるリング塗工機の例を示す概略図である。

図１に示すように架台１の上に略垂直に躯体柱としてコラム２が取り付けられ、さらに架台１とコラム２には精密ボールネジ３が略垂直に取り付けられている。１４はリニアガイドであり精密ボールネジ３と平行に２本がコラム２に取り付けられている。

ＬＭガイド４はリニアガイド１４と精密ボールネジ３と連結し、サーボモータ５よりプーリ６を介して回転運動が伝達され昇降できるようになっている。

コラム２には円筒状の軸芯体１０１の外周面に弾性体層形成用の材料液を吐出するリング形状の成形ヘッド８が取り付けられている。

さらにＬＭガイド４にブラケット７が取り付けられている。ブラケット７には、ローラの軸芯体１０１を保持し固定するワーク下保持軸９が略垂直に取り付けられ、また逆側のローラの軸芯体１０１を保持するワーク上保持軸１０の中心軸がブラケット７の上部に取り付けられ、ワーク上保持軸はワーク下保持軸９に対向して略同芯になるように配置して軸芯体を保持している。さらにリング形状の塗工ヘッド８の中心軸はワーク下保持軸９とワーク上保持軸１０の移動方向と平行となるようにそれぞれの保持軸に支持される。また、ワーク下保持軸９およびワーク上保持軸１０が昇降移動する際に、塗工ヘッド８の内側に開口した環状スリットに成っている吐出口（図２における２０５）の中心軸とワーク下保持軸９およびワーク上保持軸１０の中心軸が略同芯になるように調節してある。このような構成により塗工ヘッド８の環状スリットに成っている吐出口の中心軸を軸芯体の中心軸に略同芯に合わせることができリング形状の塗工ヘッドの内周面と前記軸芯体１０１の外周面との間に均一な隙間が形成される。

また、材料液の供給口１１は、材料液搬送用の配管１２を介して材料供給弁１３に接続されている。材料供給弁１３は、その手前に混合ミキサー、材料供給ポンプ、材料定量吐出装置、材料タンク等を備え、定量（単位時間当たりの量が一定）の材料液を吐出可能な構成としている。

〔塗工ヘッド〕
図２に本発明の製造方法に用いることのできるリング形状塗工ヘッドの一例の断面を図示する。リング形状塗工ヘッドは、金属などの材料で形成されるヘッド上部２０１とヘッド下部２０２で構成されており、図２のようにこれらが互いに固定されて使用される。材料注入口２０３から入った原材料が、ヘッド内の材料流路２０４を通って３６０度方向充満され、材料吐出口２０５から吐出される。

〔誘導加熱装置〕
次に一次加硫のために加熱を行う誘導加熱装置について説明する。誘導加熱装置は電磁誘導コイルと交流電源特には高周波電源を有する。図９は本発明に用いることのできる誘導加熱装置の例を説明するための模式図である。図８は本発明に用いることのできる誘導加熱装置と、リング形状塗工ヘッドの位置関係の例を示すレイアウト図である。

なお、図９には、軸芯体である芯金にリング塗工機により液状樹脂を塗工した直後に、電磁誘導で芯金を回転させながら加熱することでローラ内部から液状樹脂を短時間で加熱・加硫している様子を表している。また図８中の「ＩＨ」とは電磁誘導加熱（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）の略で、高周波電源３０１を示す。

図８及び図９に示した鞍型電磁誘導コイル３０３は以下の手順で準備することができる。

一本の導線（パイプ状であってもよい）を、半円筒面を形成するように折り曲げて鞍型電磁誘導コイル３０３を形成することができる。このときの半円筒面の径は、弾性体ロール１０１の弾性体層の外径より大きくする。導線の両端は高周波電源３０１に接続する。鞍型コイルは「一筆書き」の様に一本の導線（パイプ）で鞍型形状を成立させる。このようにして鞍型電磁誘導コイルを得ることができる。コイルの材質を銅パイプとすることが、加工し易く、そのため精度よくコイルを製作することが容易であるため好ましい。コイルと被加熱体のローラ芯金の距離は近いほど誘導加熱効果は強力になる。導線としてパイプを使うことは、冷却水を通水することによりコイルの温度管理を容易にすることができるため、好ましい。

なお図１、８ではリング方式の塗工装置ならびに誘導加熱コイルのレイアウトを縦型で示しているが、リング塗工装置中心軸と誘導加熱コイル中心軸を水平にした横型レイアウトを採用しても、未加硫状態の液状樹脂材料の降伏応力違いにより、一次加硫前の弾性成形層の液ダレが許容できる場合も有り、製造装置の事情に応じて種々使い分けても良い。

〔軸芯体〕
本発明において軸芯体として芯金（金属製の軸芯体）を用いることができる。芯金としては、円柱状芯金、中空円筒スリ−ブ等が挙げられる。しかし、電磁誘導加熱可能であれば、軸芯体の形状、材質等に特に制約はない。

〔弾性体層形成用材料〕
弾性体層形成用材料としては、降伏応力が１０Ｐａ以上６００Ｐａ以下の範囲の液状樹脂を用いる。代表的な液状樹脂として液状シリコーンゴムがある。

弾性体の材料としては、通常シリコ−ンゴム、ウレタンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ヒドリンゴム、熱可塑系ゴム等、各種弾性材料のソリッド体及び発泡体が使用可能であり、抵抗調整、強度改良等の物理的特性を改質させる各種添加剤も使用可能である。これらの原料となる液状樹脂を加硫硬化させて弾性体層を形成することができる。

なかでも、降伏応力がこの範囲にある、カーボンブラックを含む液状のシリコーンゴム材料を用いることが好ましい。

〔弾性体ローラ〕
図５に本発明の製造方法にて成形された表面層付き弾性ローラの構造の一例を模式的に図示する。この弾性ローラは中心に、通常、金属などの導電性材料で形成される軸芯体１０１を有し、軸芯体１０１の外周面上に弾性体層（基層）１０２が固定され、この弾性体層１０２の外周面に導電性表面層（表面層）１０３を積層した構造に構成される。

本発明で得られる弾性体ローラは導電ローラとして好適で、特には電子写真プロセスに用いられる現像ローラとして好適である。

〔画像形成装置〕
図６は、本発明の電子写真プロセスカートリッジおよび画像形成装置の例の概略構成を説明するための断面図である。この画像形成装置には、本発明により得られる弾性体ローラを現像ローラとして用いた電子写真プロセスカートリッジ（現像装置）３５が備えられる。本発明により得られる弾性体ローラは、現像ローラ以外にも、帯電ローラ、転写ローラ、定着ローラ、加圧ローラの少なくとも１つ以上として用いることができる。図６には白黒用画像形成装置が示されるが、カラー用画像形成装置では図の現像装置３５がイエロー、マゼンタ、シアン、それにブラックの通常４種類並べて配置される。

この画像形成装置では、潜像担持体としての感光ドラム２１が矢印Ａ方向に回転し、感光ドラム２１を帯電処理するための帯電ローラ２２によってそこを通過した感光ドラム２１の領域が一様に帯電され、更にこの帯電領域において、静電潜像を書き込む露光手段であるレーザー光２３により、その表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、感光ドラム２１に対して近接配置され、画像形成装置本体に対し着脱可能な現像装置３５によって現像剤たるトナーを付与されることにより現像され、トナー像として可視化（顕在化）される。

現像には、露光部にトナー像を形成するいわゆる反転現像などの方式が利用できる。可視化された感光ドラム２１上のトナー像（画像）は、転写ローラ２９によって紙などの転写材３３に転写される。トナー像を転写された紙３３は、定着ローラ３２と加圧ローラ３６により定着処理され、装置外に排紙されプリント動作が終了する。転写ローラ２９は、感光ドラム２１のトナー像を保持する領域に、転写紙３３をその裏面から押当てて、トナー像を転写紙の表面に転写させるもので、感光ドラムのトナー像を保持する領域と逆に帯電していることで、トナー像の転写が促進される。転写紙３３の感光ドラム２１の表面への押し当ては、感光ドラム２１と転写ローラ２９とが接触している部分に、これらの回転に伴って、転写紙３３が自動的に挿入されることにより達成される。

一方、転写されずに感光ドラム上２１上に残存した転写残トナーはクリーニングブレード３０により掻き取られ廃トナー容器３１に収納され、クリーニングされた感光ドラム２１に対して上記のプロセスを繰り返すことで、同一画像のコピーや、新たな画像の転写を行なうことができる。

図示した例では、現像装置３５は、一成分現像剤として非磁性トナー２８を収容した現像容器３４と、現像容器３４内の長手方向に延在する開口部に位置し感光ドラム２１と対向設置された現像剤担持体としての現像ロール２５とを備え、感光ドラム２１上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。

尚、現像ローラ２５は感光ドラム２１と当接幅をもって接触している。現像装置においては、弾性を有する現像剤供給ローラ２６が、現像容器３４内で、弾性ブレード２７の現像ローラ２５表面との当接部に対し現像ローラ２５回転方向（矢印Ｂ方向）上流側に当接され、かつ、回転可能に支持されている。現像剤供給ローラ２６の構造としては、発泡骨格状スポンジ構造や芯金上にレーヨン、ナイロン等の繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像ローラ２５へのトナー２８供給および未現像トナーの剥ぎ取りの点から好ましい。例えば、芯金上にポリウレタンフォームを設けた直径１２ｍｍの現像剤供給ローラ２６ならびに帯電ローラ２２を用いることができる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。まず各種測定方法について説明する。

＜降伏応力測定方法＞
粘弾性測定装置により液状樹脂の降伏応力を測定した。粘弾性測定装置にはＨａａｋｅ社製ＲｈｅｏＳｔｒｅｓｓ６００（商品名）を用いた。

材料約１ｇを採取し試料台の上にのせ、コーンプレートを徐々に近づけて、試料台から約５０μｍの位置で測定ギャップを設定した（コーンプレートには直径３５ｍｍ、傾斜角度１°のものを用いた）。そのとき、まわりに押し出された材料を奇麗に除去し測定に影響の出ないようにした。

材料温度が２５℃になるようにプレート台の温度は設定され、試料をセットしてから１０分間放置後、測定を開始した。

試料にかける応力は０．００Ｐａからスタートし５００００Ｐａまでの範囲（周波数は１Ｈｚ）を、１８０秒かけて変動させ、そのときのＧ’貯蔵弾性率、Ｇ”損失弾性率、位相差ｔａｎδの変化を３２ポイント測定した。Ｇ’ははじめ線形粘弾性領域で一定の値となり、その後Ｇ’貯蔵弾性率とＧ”損失弾性率が交差する点の応力値を読み取り、降伏応力とした。

＜ローラ温度測定法＞
未加硫弾性ローラ表面温度測定は以下の手法を用いた。ローラの温度測定は、図４に示す長手方向２箇所（測定位置ＩおよびＩＩ）に反射式放射温度計（ジャパンセンサー社製：焦点距離１００ｍｍ、スポット直径１ｍｍ）の焦点スポットが当たるようにセットし、ローラが回転した状態で加熱温度を測定した。軸芯体（芯金）の温度測定は芯金両端二箇所に熱電対をセットし、ローラが静止した状態で加熱温度を測定した。測定データの記録は、どちらの測定ともにアンリツ製データコレクターＡＭ−７００２（商品名）を用いた。芯金の温度測定に熱伝対を用いた理由は、表面が光沢メッキ面であるため反射式温度計が使えなかったためである。

＜弾性体層の外径精度測定・評価方法＞
弾性体ローラを２４時間以上、温度２５℃、相対湿度４５％の環境に放置した後、以下の測定を行った。

レーザ測長機（東京精密株式会社製、商品名：ＰＵＬＣＯＭ ｏｐｔｏ６０Ｂ−６００）によって図３に示すようにローラ両端部から３０ｍｍの２点（測定位置ＩおよびＩＩ）、およびローラの長手方向中心部分１点（測定位置ＩＩＩ）の合計３点の外径測定を行う。これを３６０°回転させながら行い、その平均を各点での外径とした。さらに、測定した３点における外径を比較し、最大値と最小値の差をとって、その値が
３０μｍ未満であれば◎、
３０μｍ以上、５０μｍ未満であれば〇、
５０μｍ以上であれば△として評価を行った。

＜弾性体層の外径振れ測定・評価方法＞
上記外径精度測定と同様に外径測定を行い、測定した３点における外径を比較し、半径方向の振れをとって、その値が
３０μｍ未満であれば◎、
３０μｍ以上、５０μｍ未満であれば〇、
５０μｍ以上であれば△として評価を行った。

＜現像ローラと帯電ローラ画像評価方法＞
製造した弾性体ローラを、ＨＰ社製Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｊｅｔ３７００（商品名）のブラック用現像装置（電子写真プロセスカートリッジ）に現像ローラと帯電ローラとして組み込み、評価用画像を出力し、画像評価に用いた。評価用画像を出力する環境は温度２５℃、相対湿度４５％とした。評価用画像には感光体の回転方向と垂直方向に幅１ドット、間隔２ドットの線を書くような画像を使用した。その後、目視にて
適切な濃度が出ており、良好な画質であれば◎、
濃度がやや薄い、または濃度ムラが若干みられるが、実用上まったく問題の無いレベルであれば〇、
濃度が薄い、および濃度ムラ等が見られれば△として、
Ａ４サイズで６０００枚の通紙後の画像評価を行った。

〔実施例１〕
弾性体形成用材料として以下のカーボンブラックを含有した液状のシリコ−ンゴムを用意した。
東レ・ダウコーニングシリコーン社製 ＤＹ３５−１２６５（商品名） Ａ材：１００質量部およびＢ材：１００質量部。

上記Ａ材、Ｂ材を自転型ミキサーにより５分間混合脱泡し、弾性体形成用の液状樹脂として用いた。この液成樹脂の降伏応力を表１に示す。

軸芯体（芯金）として、直径６ｍｍ、長さ２７５ｍｍの丸棒状鋼材製芯金で、表面に化学ニッケルメッキを施したものを用意した。

＜塗工工程＞
まず、リング成形装置を使って、前述の弾性体形成用材料を前述の鋼材製芯金の外周面に塗布し、加硫前の導電ローラ用基層（硬化前の液状樹脂層）を得た。リング状成形装置としては図１に示す構成のものを用いた。この装置の成形ヘッド８は、図２に示す構成を有する。液状樹脂層の厚さは３ｍｍとした。

軸芯体１０１を成形ヘッド８の上方から下方に鉛直方向に移動させ（図８（ａ））、成形ヘッドを通過させ、一旦成形ヘッドの下方に位置させた。次に、軸芯体を鉛直上方に移動させながら、成形ヘッドにより軸芯体外周面に液状樹脂層を形成した（図８（ｃ））。

＜誘導加熱工程＞
次に、誘導加熱装置により芯金を加熱することによって上記液状樹脂層を加熱し、硬化させた。

誘導加熱装置に備わる誘導加熱コイルは（株）高周波ネッスル社製の鞍型コイルを使用した。鞍型コイルの形状は「重力方向に縦型の外部加熱方式」である。このコイルは図９に示すようにローラの外側に配置可能で、ローラ長手方向の軸に平行、かつ周方向に１８０度対向する半円筒面を形成するように外直径４ｍｍの銅パイプを配置し、ループ形状になるようにしたものである。コイル（銅パイプ）内は冷却水を通水できる構造となっており、熱暴走による過昇温を容易に防止可能となっている。

誘導加熱装置に備わる高周波電源は（株）高周波ネッスル社製 ＨＧＨ０５−０２０−５型（商品名）、３相２００Ｖ、５ＫＷを用いた。発信周波数は３０ＫＨｚとした。投入電圧は２００Ｖ、１００％負荷時の電流値は１３アンペアであった。

誘導加熱装置に備わる電磁誘導加熱コイルは上記成形ヘッドの上方に配置し、液状樹脂層を形成した軸芯体の近傍に配置した（図８（ｂ））。このコイルは高周波整合トランス（高周波電源）３０１ごと所定の加熱位置と待機位置を定めリニアガイドを用いて横方向に移動可能とした。

図８に示すように、液状樹脂層の形成から誘導加熱までの間、芯金は一直線上を移動すればよいように、成型ヘッドと誘導加熱コイルを配した。

誘導加熱時には、誘導加熱コイルと、ローラの外表面（液状樹脂層の外周面）との間の間隙（図９（ｂ）においてＬで示される）を２ｍｍとした。即ち、芯金の軸方向中心線から誘導加熱コイルの表面までの距離は８ｍｍとした。

誘導加熱により、芯金が発熱し、液状樹脂層が加熱される。この加熱は、軸芯体を毎分６０回転で自転させながら、１６秒間行った。その後３分間放置し、即ち芯金の余熱で液状樹脂層を加熱し、１次加硫を終了した。加熱中、ローラの２箇所で温度測定した。約６０秒でローラ表面が１５０℃に達し、その後温度は緩やかに下降した。この結果、厚肉弾性体ローラを作成するにあたり、秒単位の短時間で電磁誘導加熱を終えることができることを確認できた。

このように垂直にしたリング成形機による成形直後に垂直且つ時間を置かず高周波誘導加熱することで、液状ゴム材料でも精度の良い成形が可能になることが確認できた。

誘導加熱原理を使った１次加熱工程のタクトタイムは、実施例１で言うと芯金加熱の正味１６秒間という非常に短時間で良いことが証明された。ちなみに、リング状成形装置と電磁誘導加熱コイルの間をローラが移動するのに必要な時間は片道３秒ほどである。

＜成形ヘッドへの軸芯体の供給および引き抜き方法＞
成形ヘッドへの軸芯体の供給および引き抜きは、軸心体上部を永久磁石内包の把持治具（図示しない）により磁力吸着し、手指によって搬送した。その手順を図１と図８で説明する。先ずワーク上保持治具１０を上昇させ、軸心体、把持治具ならびに手指が挿入できる場所を確保する。次に永久磁石内包の把持治具を持ち、装置の外で軸心体である丸棒状鋼材製芯金の上部と把持治具を磁力吸着させる。ここでは永久磁石に（株）ミスミの部番ＨＸＮ、直径８×長さ８（ｍｍ）の工業用磁石を用い良好な把持力を得た。なお把持治具には軸心体の直径６ｍｍに合わせた隙間ばめと、深さ６ｍｍの印篭加工がなされている。次に軸心体を把持治具ごとワーク下保持治具９に装着する。ワーク下保持時具には軸心体の直径６ｍｍに合わせた隙間ばめと、深さ６ｍｍの印篭加工がなされている。その後ワーク上保持時具１０を下降させ軸心体を把持治具ごと挟持する。

成形ならびに加熱が終了し、軸心体がローラ形状に成った後の装置からの引き抜きは、以上の手順を逆にておこなう。また、成形ヘッドへの軸芯体の供給および引き抜き搬送に（株）デンソーウエーブ製ＶＳ−６５５６Ｅ型等の６軸ロボットを用いると、工程を無人で構成でき工業的に好ましい結果を得られる。

実施例１で行った芯金の余熱による３分間放置の工程を応用し、例えばロータリーインデックスにより別の場所で連続して行うことが可能である。

＜更に加熱する工程＞
続いて２００℃、２時間の条件で佐竹化学機械工業株式会社製の熱風循環式乾燥機を用い２次加硫することにより外径１２ｍｍの導電ローラ用弾性体基層を得た。

＜表面層形成工程＞
続いて、ポリオール（日本ポリウレタン製、商品名：ニッポラン５０３３）を固形分１２％の混合溶液となるようにＭＥＫにて希釈調整したものに、硬化材としてイソシアネート化合物（日本ポリウレタン製、商品名：コロネートＬ）をポリオール成分１００質量部に対して１０質量部添加し、十分に撹拌して樹脂原料液とした。そして、この樹脂原料液中に上記の導電ローラ用弾性体層を設けた基層を浸漬してコーティングした後、引上げて乾燥させ、佐竹化学機械工業株式会社製の熱風循環式乾燥機で１３０℃にて２０分間加熱処理して平均膜厚がおよそ２０〜３０μｍの樹脂層を弾性体基層の外周に設けた。

＜評価＞
このようにして、導電ローラを複数本作製した。前記のローラ外径精度振れ測定方法に従い測定を実施後、この導電ローラを現像ローラおよび帯電ローラとして用い、前記の画像評価方法により画像評価をしたところ良好な画像を得ることができた。得られた結果を表１に示す。

〔実施例２〕
実施例１で用いた液状シリコ−ンゴム（東レ・ダウコーニングシリコーン製、商品名：ＤＹ３５−１２６５）のＡ材、Ｂ材それぞれにカーボンブラック（三菱化学製、商品名：ＭＡ１１）を８質量部ずつ加えて用いたこと以外は実施例１と同様にして、弾性体ローラ（導電ローラ）を作成し、評価を行った。画像評価においては良好な画像を得ることができた。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

〔実施例３〕
実施例１で用いた液状シリコ−ンゴム（東レ・ダウコーニングシリコーン製、商品名：ＤＹ３５−１２６５）のＡ材、Ｂ材それぞれにカーボンブラック（三菱化学製、商品名：ＭＡ１１）を１６質量部ずつ加えて用いたこと以外は実施例１と同様にして、弾性体ローラ（導電ローラ）を作成し、評価を行った。画像評価においては良好な画像を得ることができた。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

〔実施例４〕
芯金が上方から下方に成形ヘッドを通過する前に、芯金を停止させ、誘導加熱装置により３秒間芯金を予備加熱した。この時芯金の表面温度は１５０℃だった。次に予備加熱終了した芯金に、実施例１と同様に成形ヘッドにより液状樹脂層を成形した。

また、加硫前の弾性体基層（液状樹脂層）を誘導加熱する時間は１０秒とした。１０秒の加熱により芯金の温度は２５０℃に達した。

上記以外は実施例１と同様にして弾性体ローラを作成し、評価を行った。画像評価においては良好な画像を得ることができた。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

予備加熱に費やした電磁誘導コイル前後の搬送ロスタイムは往復合計で１秒だった。この結果、実施例４は実施例１に比べ芯金を弾性体層ごと加熱する時間が（１６−１０−３−１）＝２秒間短縮できた。詳しくは「実施例１の本加熱時間１６秒」マイナス「実施例４の本加熱時間１０秒」マイナス「予備加熱に要した時間３秒」マイナス「予備加熱搬送ロス時間１秒」イコール２秒である。この結果芯金予備加熱を行うと、弾性体ローラの性能を維持したまま加熱タクトタイムを短縮できることが明らかになった。

〔実施例５〕
誘導加熱コイルを図８および図９に示す方向から９０度回転させ、コイルが形成する半円筒面の軸が水平になるよう配置した。鞍型コイルは塗工ヘッドの中心軸から外した。即ち図１のリング塗工機の真横に鞍型コイルの軸を水平に配置し、リング塗工後に前記把持治具ごと手指にてローラを外し、ローラ軸心を９０度鉛直方向から水平方向へ回転させ、搬送し、水平にした鞍型コイルにセットできるようにした。なお実施例５用に水平把持治具（毎分６０回転可能）を用意した。軸心体にリング塗工機で樹脂層を塗工した後、このコイルによりローラを誘導加熱した。

上記以外は実施例３と同様にして弾性体ローラを作成し、評価を行った。画像評価においては良好な画像を得ることができた。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

上記のようにコイルを配置した結果、リング成形装置と誘導加熱装置の間の搬送に１０秒ほど掛かった。

コイルを９０度回転させた理由は、水平横型加熱による導電ローラの性能変化を観察するためである。

〔実施例６〕
実施例５と同様に、誘導加熱コイルを図８および図９に示す方向から９０度回転させ、コイルが形成する半円筒面の軸が水平になるよう配置した。

上記以外は実施例１と同様にして弾性体ローラを作成し、評価を行った。画像評価においては軽微な濃度ムラが出たが、実用上まったく問題の無いレベルの画像を得ることができた。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

上記のようにコイルを配置した結果、リング成形装置と誘導加熱装置の間の搬送に１０秒ほど掛かった。

コイルを９０度回転させた理由は、実施例５と同様に水平横型加熱による導電ローラの性能変化を観察するためである。

〔実施例７〕
誘導加熱の際にローラを回転（自転）させなかったこと以外は実施例１と同様にして、弾性体ローラ（導電ローラ）を作成し、評価を行った。画像評価においては軽微な濃度ムラが出たが、実用上まったく問題の無いレベルの画像を得ることができた。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

〔実施例８〕
図７に示すように、誘導加熱コイルを螺旋状コイル３０２とし、軸芯体を上下に移動する際に軸芯体がコイルの中を通過するように配した。コイルが形成する円筒面の中心軸と、成形ヘッドの中心軸とは一致させた。また誘導加熱時間を５秒間とした。加熱によりローラ表面は１５０℃に達した。この結果、実施例１に比べ、１１秒ほど短縮して電磁誘導加熱を終えることができた。

上記以外は実施例１と同様にして弾性体ローラを作成し、評価を行った。画像評価においては良好な画像を得ることができた。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

〔比較例１〕
誘導加熱装置に替えて、佐竹化学機械工業株式会社製の熱風循環式乾燥機を使用した。未加硫成形品（液状樹脂層が形成された芯金）を芯金を縦にして垂直に維持したまま、槽内温度を２００℃に設定した熱風高温槽に運びいれた。この搬送時間に２０秒ほど要した。高温槽の扉を閉じ静止した状態で一次加硫した。４分経過後に扉を開け一次加硫品ローラを取出し観察したところ、ローラ軸方向に目視で判るほどの肉厚差が生じていた。

上記以外は実施例１と同様にして弾性体ローラを作成し、評価を行った。画像評価においては強い濃度ムラが出た。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

〔比較例２〕
弾性層形成用材料として、実施例３と同様の材料を用いたこと以外は比較例１と同様にして弾性体ローラを作成し、評価を行った。熱風循環式乾燥機から取り出した一次加硫品ローラを取出し観察したところ、比較例１で見られた肉厚差は生じていなかった。画像評価においては、濃度ムラが出た。試作条件、材料降伏応力、ならびに得られた結果を表１に示す。

本発明により得られる弾性体ローラは、例えば電子写真プロセスに用いられる現像ローラとして利用することができる。本発明の電子写真プロセスカートリッジおよび画像形成装置はプリンターや複写機などに用いることができる。

本発明に用いることのできるリング塗工機の例を示す模式図である。 リング塗工ヘッドの例を示す模式的断面図である。 実施例において弾性体ロールの外径精度、振れを測定した位置を示す図である。 実施例において弾性体ロールの温度測定位置を示す図である。 本発明で得られる弾性体ロールの構造を示す模式図であり、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は軸に垂直は方向の断面図である。 本発明の電子写真プロセスカートリッジおよび画像形成装置を示す概略図である。 巻線状コイルを用いた誘導加熱装置と成形ヘッドの配置を示す模式図である。（ａ）は液状樹脂層形成前の軸芯体の状態、（ｂ）は誘導加熱を行うときの状態、（ｃ）は液状樹脂層を形成する際の状態を示す図である。 鞍型コイルを用いた誘導加熱装置と成形ヘッドの配置を示す模式図である。（ａ）は液状樹脂層形成前の軸芯体の状態、（ｂ）は誘導加熱を行うときの状態、（ｃ）は液状樹脂層を形成する際の状態を示す図である。 鞍型コイルを用いた誘導加熱装置を示す模式図であり、（ａ）は鳥瞰図、（ｂ）は軸に垂直方向の断面図である。

符号の説明

１ 架台
２ コラム
３ ボールねじ
４ ＬＭガイド
５ サーボモータ
６ プーリ
７ ブラケット
８ リング形状の塗工ヘッド
９ ワーク下保持軸
１０ ワーク上保持軸
１１ 供給口
１２ 配管
１３ 材料供給弁
１４ リニアガイド
２１ 感光ドラム（画像形成体）
２２ 帯電ローラ
２３ レーザー光
２４ 現像材ホッパー
２５ 現像ローラ
２６ 現像剤供給ローラ
２７ 弾性ブレード
２８ 現像剤（トナー）
２９ 転写ローラ
３０ クリーニングブレード
３１ 廃トナー容器
３２ 定着ローラ
３３ 紙
３４ 現像容器
３５ 現像装置（プロセスカートリッジ）
３６ 加圧ローラ
１０１ 軸芯体
１０２ 弾性体層（硬化前または硬化後）
１０３ 表面層
２０１ リングヘッド上部
２０２ リングヘッド下部
２０３ 材料注入口
２０４ 材料流路
２０５ 材料吐出口
３０１ 高周波電源
３０２ 巻線状高周波コイル
３０３ 鞍型高周波コイル

Claims (9)

1. 軸芯体の外周面に液状樹脂が加硫硬化した弾性体層を有する弾性体ローラの製造において、
   リング状の塗工ヘッドを用いて、降伏応力が１０Ｐａ以上６００Ｐａ以下の範囲の液状樹脂を軸心体の外周面に塗工する塗工工程；および
   該塗工工程にて液状樹脂が塗工された軸芯体を電磁誘導加熱することにより、該液状樹脂を加硫硬化して弾性体層を形成する誘導加熱工程
   を有する弾性体ローラの製造方法。
2. 前記塗工工程と誘導加熱工程とを、前記軸芯体を鉛直方向に延在させた状態で行う請求項１記載の方法。
3. 前記塗工工程と誘導加熱工程とを、軸芯体の中心軸が同一の直線上に存在する状態で行う請求項１または２記載の方法。
4. さらに、前記塗工工程の前に軸芯体を加熱する予備加熱工程を有し、
   該予備加熱工程と前記誘導加熱工程において同一の電磁誘導コイルを用いて加熱を行う請求項１〜３の何れか一項記載の方法。
5. 前記弾性体層の厚さが０．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下である請求項１〜４の何れか一項記載の方法。
6. 前記弾性体ローラが導電ローラである請求項１〜５の何れか一項記載の方法。
7. 前記弾性体ローラが現像ローラである請求項１〜５の何れか一項記載の方法。
8. 現像ローラが装着されてなり、前記現像ローラの表面に現像剤の薄膜を形成し、前記現像ローラ画像形成体に接触させて前記画像形成体表面に前記現像剤を供給することにより前記画像形成体に可視画像を形成させる電子写真プロセスカートリッジにおいて、
   前記現像ローラが請求項７記載の方法により製造されたことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
9. 現像ローラが装着されてなり、前記現像ローラの表面に現像剤の薄膜を形成し、前記現像ローラ画像形成体に接触させて前記画像形成体表面に前記現像剤を供給することにより前記画像形成体に可視画像を形成させる画像形成装置において、
   前記現像ローラが請求項７記載の方法により製造されたことを特徴とする画像形成装置。

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