JP2007170579A - Manufacturing method for foam roller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式の画像形成装置で、加圧ローラ、定着ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等として使用される発泡ローラの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a foam roller used as a pressure roller, a fixing roller, a charging roller, a transfer roller or the like in an electrophotographic image forming apparatus.
電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電ローラ、転写ローラ、加圧ローラ、定着ローラ等の発泡ローラは、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅(ニップ幅)を確保するため発泡体の低硬度化が求められている。
しかし、発泡体が低硬度になると、研削工程において発泡ローラの形状精度が得られにくいという問題が発生する。また、発泡体の強度が弱くなり、常時圧力が加えられて使用した場合、時間とともに発泡体が変形していく点で、発泡ローラとして耐久性が低いという問題がある。
Foaming rollers such as charging rollers, transfer rollers, pressure rollers, and fixing rollers used in electrophotographic image forming apparatuses are nip widths (nip widths) that are in contact with the oppositely pressed rollers. In order to ensure this, it is required to reduce the hardness of the foam.
However, when the foam has a low hardness, there arises a problem that it is difficult to obtain the shape accuracy of the foam roller in the grinding process. In addition, when the strength of the foam is weakened and the pressure is constantly applied, the foam is deformed with time, so that the durability of the foam roller is low.
ここで、発泡ローラが使用される定着部での例を、図10を用いて説明する。
定着部は加圧ローラ、定着ローラ、及び定着ローラに熱を与える発熱体で構成される。この場合、加圧ローラが発泡ローラになる。加圧ローラと定着ローラの接触部で、圧力によって、加圧ローラの表層が変形し、加圧ローラと定着ローラの接触部にニップ部を形成する。このニップ部と定着ローラからの熱によって、転写紙上の未定着トナーを溶融し、転写紙に付着させる。
このプロセスにおいて、発泡ローラである加圧ローラは圧力と熱が加えられているのである。尚、符号117は転写紙、200は定着ローラの表層、201は定着ローラの芯金、202は定着ローラの発熱体、203は加圧ローラの表層、204は加圧ローラの芯金である。
Here, an example of a fixing unit in which a foam roller is used will be described with reference to FIG.
The fixing unit includes a pressure roller, a fixing roller, and a heating element that applies heat to the fixing roller. In this case, the pressure roller becomes a foam roller. The surface layer of the pressure roller is deformed by the pressure at the contact portion between the pressure roller and the fixing roller, and a nip portion is formed at the contact portion between the pressure roller and the fixing roller. The unfixed toner on the transfer paper is melted and adhered to the transfer paper by the heat from the nip portion and the fixing roller.
In this process, pressure and heat are applied to the pressure roller, which is a foam roller.
例えば、特許文献1記載の技術では、未反応物質を使用した押し出し加工によって、セル径を制御して発泡体を得ている。また、発泡体を2層構成にする方法は一般的に知られている。押し出し加工時に、発泡率の異なる材料を使用する。つまり、芯金に近い側は低発泡率材料、表面に近い側は高発泡材料とする。
これによって得られる発泡体は、芯金に近い側は高硬度、表面に近い側は低硬度になる。この方法で得られる発泡ローラ3を相手側ローラに接触させたとき、幅広いニップ幅が得られる。また、表層以外は高硬度であるため、発泡体は経時での変形が起こりにくい。
The foam obtained by this has high hardness on the side close to the core and low hardness on the side close to the surface. When the
ただし、上記従来例では、2層押し出し加工を行うため、加工に手間がかかる、層の境目が発生する、表層のみしかつぶれない(弾性変形しない)、という問題点がある。
本発明の目的は、低硬度で、高耐久性の発泡ローラを簡単に得ることができる発泡ローラの製造方法を提供することである。
However, in the above-described conventional example, since the two-layer extrusion process is performed, there are problems that it takes time for the process, the boundary between the layers is generated, and only the surface layer is crushed (not elastically deformed).
An object of the present invention is to provide a method for producing a foaming roller, which can easily obtain a foaming roller having low hardness and high durability.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、芯金とその周囲の円筒状の発泡体で構成される発泡ローラの製造方法において、前記発泡体は、未加硫未発泡原材料組成物と未反応物質を混合し、混練、成形、発泡加硫、研削工程を経て作成され、前記発泡体のセル径が前記未反応物質の外径より小さいことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質を含有させた未加硫未発泡原材料組成物をシート形状に成形後、芯金に巻きつけることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2に記載の発泡ローラの製造方法において、前記芯金は前記未加硫未発泡原材料組成物のシート形状物を10周以上巻きつけることができる構成を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a foaming roller according to the first aspect, the unvulcanized unfoamed raw material composition containing the unreacted substance is formed into a sheet shape and then wound around a cored bar. Features.
A third aspect of the present invention is the method of manufacturing a foaming roller according to the first or second aspect, wherein the core metal can wind the sheet-shaped product of the unvulcanized unfoamed raw material composition more than 10 times. It is characterized by having.
請求項4記載の発明は、請求項1、2又は3に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質の外径が前記シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×0.3より小さいことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1乃至4の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質は、シート形状物内で、芯金に近い部分の含有量に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその含有量が多く、芯金に近い部分の外径に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその外径が大きいことを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1乃至5の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記発泡体が導電性であることを特徴とする。
Invention of
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a foam roller according to any one of the first to fourth aspects, the unreacted substance is contained in a sheet-shaped article with respect to the content of the portion close to the cored bar. Thus, the content corresponding to the vicinity of the surface of the foaming roller is large, and the outer diameter of the portion corresponding to the vicinity of the surface of the foaming roller is larger than the outer diameter of the portion close to the core.
A sixth aspect of the present invention is the foaming roller manufacturing method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the foam is conductive.
請求項1記載の発明によれば、発泡体のセル径<未反応物質の外径であるため、未加硫未発泡原材料組成物によって発泡体中にセル径よりも大きな空間があることになる。その結果、低硬度の発泡ローラを得ることが可能になる。
請求項2記載の発明によれば、未反応物質を含有した未加硫未発泡原材料組成物5をシート形状に成形後、芯金に巻きつけるため、未反応物質による空間を均一に分布させることが可能になる。その結果として、発泡ローラの硬度ばらつきを少なくすることが可能になる。
請求項3記載の発明によれば、芯金に未加硫未発泡原材料組成物を10周以上巻きつける。これによって、発泡ローラを円周方向に見た場合、未反応物質の分布を見かけ上少なくすることができる。そのため、円周方向に見た場合、硬度ばらつきの少ない発泡ローラを得ることが可能になる。
According to the first aspect of the present invention, since the cell diameter of the foam <the outer diameter of the unreacted substance, the unvulcanized unfoamed raw material composition has a space larger than the cell diameter in the foam. . As a result, it is possible to obtain a low hardness foaming roller.
According to the second aspect of the invention, the unvulcanized unfoamed
According to the invention described in
請求項4記載の発明によれば、未反応物質の外径<シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×0.3としている。そのため、芯金に未加硫未発泡原材料組成物を巻きつけていくとき、未反応物質が存在しても、シート形状の未加硫未発泡原材料組成物同士を密着させることができる。これによって、発泡加硫後に密着不良による気泡が無い発泡体を得ることが可能になる。
請求項5記載の発明によれば、未反応物質を
・芯金に近い部分の含有量に対して、表面付近はその含有量が多い
・芯金に近い部分の外径に対して、表面付近はその外径が大きい
状態にしている。これによって、発泡ローラの表面付近の硬度を、芯金付近の発泡体に比べて低くすることが可能になる。
請求項6記載の発明によれば、円周方向に見て硬度ばらつきが無いことに加え、発泡体が導電性であるため、均一で幅広いニップ幅になる。これによって、均一な導電性を持つ発泡ローラを得ることができる。
According to invention of
According to the invention of
According to the sixth aspect of the present invention, since the foam is conductive in addition to no hardness variation as seen in the circumferential direction, the nip width is uniform and wide. Thereby, a foam roller having uniform conductivity can be obtained.
以下、本発明の実施例を説明する。まず図面を説明しておく。図1は発泡ローラの構成図、図2は芯金1への巻きつけ回数と硬度ばらつきの関係を示す特性図、図3芯金巻きつけ時における、未反応物質4とシート状の未加硫未発泡原材料組成物5の状態を示す模式図、図4は発泡体2中の未反応物質4の含有量分布を示す特性図、図5は未反応物質4の含有量分布と硬度の関係を示す特性図、図6は発泡体2中の未反応物質4の外径分布を示す特性図、図7は未反応物質4の含有量分布と硬度の関係を示す特性図、図8はニップ幅と電気抵抗ばらつきの関係を示す特性図である。図9は画像成形装置の全体図である。図10は発泡ローラが使用されるプロセスを説明する図である。
Examples of the present invention will be described below. First, the drawings will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a foam roller, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the number of windings around a
図1に示すように、電子写真方式の画像形成装置で、加圧ローラ、定着ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等として使用される発泡ローラ3は、芯金1とその周囲の円筒状の発泡体2で構成されている。
発泡体2は、ポリマー材料、発泡剤、各種添加剤を配合した未加硫未発泡原材料組成物5(図3)を原材料とし、混練、成形、発泡加硫、形状加工(例えば外形研削)という加工工程を経て作られる。
発泡体2の加工方法の一つとして、未加硫未発泡原材料組成物5と反応しない粒子状の未反応物質4(図3)を使用する方法がある。未加硫未発泡原材料組成物5と未反応物質4を混合し、混練、成形、発泡加硫、外形研削を経て発泡体2を作り、その後に未反応物質4を除去する加工方法である。
本発明は、未加硫未発泡原材料組成物5と未反応物質4を混合し、シート形状に成形し、それを芯金1に巻きつける発泡ローラの製造方法に特徴がある。未反応物質4の外径、数量、分布、またシート形状物の厚さを適切に設定して加工することで、発泡ローラ3として表層は低硬度、芯金1付近は低硬度の状態にすることを可能にしている。
As shown in FIG. 1, a
The
One method of processing the
The present invention is characterized by a method for manufacturing a foam roller in which an unvulcanized unfoamed
以下本発明の発泡ローラの製造方法の各実施例を説明する。なお、各実施例の共通条件として、次の1)〜6)で加工を行った。
1)未加硫未発泡原材料組成物5
未反応物質4:塩化ナトリウム系化合物
ポリマー材料:エチレンプロピレンゴム(EPDM)
発泡剤:有機発泡剤ADCA系
架橋剤:硫黄
その他、加硫促進剤、増量剤、軟化剤も配合した。
2)芯金1:材質SUM22、外径φ6mm、長さ300mm
3)発泡ローラ3の寸法;外径φ80mm、長さ270mm
4)発泡体2
平均セル径:100μm
平均セル数:50個/mm2(発泡体を切断し、一定面積のセル数を数えた)
5)発泡加硫:熱風炉を使用して、160℃×20分の加熱処理を行った。
6)未反応物質4の除去:発泡加硫後に発泡体を水中に浸漬して、未反応物質4を溶解させ除去する
Embodiments of the method for producing a foam roller according to the present invention will be described below. In addition, it processed by the following 1) -6) as common conditions of each Example.
1) Unvulcanized unfoamed
Unreacted material 4: Sodium chloride compound Polymer material: Ethylene propylene rubber (EPDM)
Foaming agent: Organic foaming agent ADCA system Crosslinking agent: Sulfur In addition, a vulcanization accelerator, a bulking agent, and a softening agent were also blended.
2) Core 1: Material SUM22, outer diameter φ6mm, length 300mm
3) Dimensions of
4)
Average cell diameter: 100 μm
Average number of cells: 50 cells / mm 2 (The foam was cut and the number of cells of a certain area was counted)
5) Foam vulcanization: Heat treatment was performed at 160 ° C. for 20 minutes using a hot air furnace.
6) Removal of unreacted substance 4: After foam vulcanization, the foam is immersed in water to dissolve and remove
<実施例1>
未加硫未発泡原材料組成物5に未反応物質4を混合し、芯金1に付着させ、発泡加硫、外径研削を行った。芯金1に付着させる方法として、押し出し機を使用して、クロスヘッド方式で行った。未反応物質4の外径はφ50μm、φ300μmの2種類を使用した。また、未反応物質4を含有しないものも作成した。アスカーC硬度計を使用して、各サンプル硬度を計測した。
<結果>
未反応物質4なし :30度
未反応物質4φ50μm:28度
未反応物質4φ300μm:24度
この結果から、本発明の製造方法であれば、低硬度の発泡ローラ3が得られることがわかる。また、図9に示す画像形成装置を使用して、発泡体2が破断するまで、ランニングを行った。
<結果>
未反応物質4なし :30.3万枚
未反応の物質4φ50μm:30.5万枚
未反応の物質4φ300μm:30.4万枚
この結果から、本発明の製造方法であれば発泡体2は低硬度であるが、高硬度の発泡ローラ3と同等の耐久性が得られることがわかる。
なお、『発泡体2中のセル径>発泡体2中の未反応の物質4の外径』の場合、発泡体2の硬度が低くならない。そのため、本発明が求めている低高度を得ることができない。
すると、画像形成過程において、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅が小さくなり、正常な画像を得ることができない。
<Example 1>
The
<Result>
Unreacted material 4: 30 degrees Unreacted material 4φ50 μm: 28 degrees Unreacted material 4φ300 μm: 24 degrees From this result, it can be seen that the foaming
<Result>
No unreacted substance 4: 303,000 sheets Unreacted substance 4φ 50 μm: 305,000 sheets Unreacted substance 4φ 300 μm: 304,000 sheets From this result, the
In the case of “cell diameter in
Then, in the image forming process, the width of the nip portion, which is a contact portion with the roller pressed against each other, becomes small, and a normal image cannot be obtained.
<実施例2>
未加硫未発泡原材料組成物5に外径φ300μmの未反応物質4を混合し、芯金1に付着させ、発泡加硫、外径研削を行った。芯金1に付着させる方法として、
a)押し出し機を使用して、クロスヘッド方式で芯金1に付着させる
b)厚さ1500μmのシート形状に成形後、芯金1に10周巻きつけることで付着させる
の2種類で行った。作成した発泡ローラ3の軸、周方向の硬度ばらつきを、アスカーC硬度計を使用して計測した。
<結果>
a)の方法:20度〜28度
b)の方法:22度〜26度
クロスヘッド方式の方がばらつきは大きい。この理由として、押出し工程時に発生する圧力、加熱によって未加硫未発泡原材料組成物5中の未反応物質4の分布ばらつきが大きくなるためと思われる。
この結果から、未加硫未発泡原材料組成物5に未反応物質4を混合し、芯金1に巻きつける製造方法を実施することで、硬度ばらつきの少ない発泡ローラ3を得られることがわかる。
<Example 2>
Unreacted unfoamed
a) Adhering to the cored
<Result>
Method a): 20 ° to 28 ° Method b): 22 ° to 26 ° The crosshead method has a larger variation. This is presumably because the distribution variation of the
From this result, it can be seen that the foaming
<実施例3>
未加硫未発泡原材料組成物5に未反応物質4を混合し、シート形状に成形後、芯金1に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未反応物質4の外径はφ150μmとした。この実施例ではシート形状の未加硫未発泡原材料組成物5を芯金1に巻きつける回数を変え、複数の発泡ローラ3を製作した。
巻きつけ後の外径を同じにするため、巻きつけ回数に応じて、シート形状物の厚みを変えた。10周巻きつける場合は1500μmとした。未加硫未発泡原材料組成物5の発泡倍率はシート形状物の厚みに依存しないため、5周巻きつけるのであれば、厚さは3000μmになる。
発泡ローラ3の硬度を円周方向に36箇所測定し、硬度最大値−硬度最小値を硬度のばらつき量とした。巻きつけ回数と硬度のばらつき量の結果を図2に示す。この結果から巻きつけ回数が少ないと、円周方向の硬度ばらつきが大きくなることがわかる。
この理由は次のように考えられる。シート形状の未加硫未発泡原材料組成物5中の未反応物質4は分布ばらつきがどうしても発生する。そのため、巻きつけ回数が少ないと分布ばらつきが硬度のばらつきになってしまう。逆に巻きつけ回数を多くすれば、未反応物質4は分布ばらつきを見かけ上小さくすることになる。よって、巻きつけ回数が10周以上であれば、周方向の硬度ばらつきが小さい発泡ローラ3を得られることがわかる。
<Example 3>
The
In order to make the outer diameter after winding the same, the thickness of the sheet-shaped article was changed according to the number of windings. When winding 10 times, it was 1500 micrometers. Since the expansion ratio of the unvulcanized unfoamed
The hardness of the foaming
The reason is considered as follows. The distribution variation of the
<実施例4>
未加硫未発泡原材料組成物5に外径φ300μmの未反応物質4を混合し、シート形状に成形後、芯金1に15周巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。シート形状物の厚みを変えて加工を行った。評価方法として、図3のように芯金1に巻きつけた際にシート同士が密着しなかったことが原因である発泡体2中の気泡6(図3)の個数を計測した。
シート形状物の厚み 気泡6の個数
100μm(30μm) 30
500μm(150μm) 25
700μm(210μm) 10
1000μm(300μm) 0
1500μm(450μm) 0
括弧内はシート形状の厚み×0.3の値
この結果から、未反応物質4の外径<シート形状の未加硫未発泡原材料組成物5の厚さ×0.3であれば、芯金1にシート形状の未加硫未発泡原材料組成物5を巻きつけたときに気泡6が発生しない発泡加圧ローラ3を得ることができる。
なお、『前記未反応物質4の外径>前記未加硫発泡原材料組成物の厚さ×0.3』の場合、巻きつけるときに前記未反応物質4の周りに隙間ができてしまう。発泡ローラ3になった場合、隙間によって、硬度ばらつきが発生することになる。硬度ばらつきが発生すると、画像形成過程において、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅のばらつきが発生し、正常な画像を得ることができない。
<Example 4>
Unreacted unfoamed
Thickness of sheet-shaped object Number of
500 μm (150 μm) 25
700 μm (210 μm) 10
1000 μm (300 μm) 0
1500 μm (450 μm) 0
The value in parentheses is the value of the sheet shape thickness x 0.3. From this result, if the outer diameter of the
In the case of “the outer diameter of the
<実施例5>
未加硫未発泡原材料組成物5に未反応物質4を混合し、厚さ1500μmのシート形状に成形後、芯金1に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未反応物質4の外径はφ300μmとした。
この加工において、未加硫未発泡原材料組成物5に未反応物質4を混合しシート形状にするとき、芯金1に近い個所に相当する部分は含有数を少なく、表面に近い個所に相当する部分では含有数を多くした。その含有数の状態を図4に示す。また、発泡ローラ3の硬度計測結果を図5に示す。
このように、未反応物質4の含有量を芯金1に近い部分は少なく、表面付近には多くすることで、芯金1に近い部分は高硬度、表面付近は低硬度になる発泡ローラ3を得ることができる。
<Example 5>
The unreacted unfoamed
In this processing, when the unvulcanized unfoamed
In this way, the content of the
<実施例6>
未加硫未発泡原材料組成物5に未反応物質4を混合し、厚さ1500μmのシート形状に成形後、芯金1に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未加硫未発泡原材料組成物5に未反応物質4を混合するとき、芯金1に近い個所に相当する場所では外径を小さくしたもの、表面に近い個所に相当する場所では外径を大きくした(図6を参照)。なお、含有数はすべて100個/mm3とした。このように作製した発泡ローラ3の硬度計測結果を図7に示す。図7は発泡ローラ3の半径方向の硬度変化を示している。
この結果から、未反応物質4の外径を芯金1に近い部分は小さく、表面付近は大きくすることで、芯金1に近い部分は高硬度、表面付近は低硬度になる発泡ローラ3を得ることができる。
<Example 6>
The unreacted unfoamed
From this result, the outer diameter of the
<実施例7>
上記実施例6において、未加硫未発泡原材料組成物5にカーボンを含有させた。加工した発泡ローラ3の表面付近の硬度23度、芯金に近い部分は硬度29度である。カーボンを含有したため、実施例6のサンプルよりも硬度が高くなっている。
一方、比較として発泡ローラ3の硬度が23度になる配合量の未加硫未発泡原材料組成物5を用いて、通常のクロスヘッド方式で加工した。この場合、発泡体2の全領域において、硬度が23度である。
2つの発泡ローラ3において、図示しない抵抗測定機で相手ローラに押し当てる圧力を変えてニップ幅を変量させ、周方向の電気抵抗ばらつきを測定した。その結果を図8に示す。本発明の発泡ローラ3の方が電気抵抗ばらつきは少ない。この理由として、発泡体全体を低硬度したため、相手ローラに押し当てる圧力によって発泡体2全体が変形して、含有されているカーボンの分散状態が大きく変化したことが考える。
この結果から同じニップ幅を得る場合において、本発明の製造方法の方が電気抵抗のばらつきの少ない発泡ローラ3を得られることがわかる。
<Example 7>
In Example 6 above, carbon was contained in the unvulcanized unfoamed
On the other hand, as a comparison, the uncured unfoamed
In the two
From this result, it can be seen that when the same nip width is obtained, the manufacturing method of the present invention can obtain the foaming
1 芯金
2 発泡体
3 発泡ローラ
4 未反応物質
5 未加硫未発泡原材料組成物
6 気泡
100 加圧ローラ
101 定着ローラ
102 排紙ローラ
103 従動ローラ
104 感光体
105 転写ローラ
106 クリーニングブレード
107 ブラシローラ
108 帯電ローラ
109 現像ローラ
110 トナー補給ローラ
111 攪拌板
112 トナータンク
113 トナー
114 廃トナータンク
115 装置外装
116 給紙コロ
117 転写紙
200 定着ローラの表層
201 定着ローラの芯金
202 定着ローラの発熱体
203 加圧ローラの表層
204 加圧ローラの芯金
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