JP4089165B2

JP4089165B2 - ロール

Info

Publication number: JP4089165B2
Application number: JP2001065971A
Authority: JP
Inventors: 浩二山口; 幸男大山; 勤斎藤; 直明笹木原
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: US20020160895A1; US6692422B2; JP2002266845A; EP1239340A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等に使用されるロール、特に感光ドラム回りに設置される導電性ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタにおいては、感光ドラムに形成した静電潜像を現像ロールから供給されるトナー（現像剤）で現像し、その感光ドラム上のトナー像を転写ロールに転写し、このトナー画像を更に記録紙に移した後、加熱加圧して記録紙に画像を形成するようになっている。また、これら複写機やプリンタに使用されるロールは、一般にアルミや鉄などの金属からなるパイプ形状の芯金の外周に、ゴム材料や樹脂材料を被覆した構造となっている。
【０００３】
これらのロール、特に感光ドラム回りに使用される帯電ロール、現像ロール、転写ロール等の導電性ロールは、感光ドラムとのニップ性を確保するため低硬度化が進むと同時に、トナー（現像剤）の付着を防止するため高い離型性が要求されている。そのため、これらの導電性ロールを初めとするロールでは、金属製芯金の外周に設けた低硬度のゴム材料からなる基材層と、その上に形成した樹脂材料からなる表面層とを備えた構造ものが一般的に採用されている。
【０００４】
尚、これらのロールの基材層を構成するゴム材料には、ＮＢＲやシリコンゴム等の汎用ゴムにオイル等の軟化剤を添加した低硬度ゴムや、ポリウレタン等の発砲ゴム、とりわけ抵抗値の安定性からシリコンゴムが使用されている。また、表面層を構成する樹脂材料としては、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等の離型性の高い樹脂材料が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの感光ドラム回りで使用される導電性ロールは、その機能上から、感光ドラムと周速度差を設けて使用されるのが通常である。中でも現像ロールは、トナーの搬送量と現像性を考慮して、感光ドラムの周速度に対して１.１倍から１.５倍程度の周速度差を設けるのが一般的となっている。また、帯電ロールや転写ロール等については、特に周速度差を設けないのが一般的であるが、ロール自体の外径のバラツキ等のため実際には多少の周速度差が生じている。
【０００６】
尚、感光ドラム回りの導電性ロール以外のロール、例えば記録紙を搬送する搬送ロールや定着ロール等においても、互いに対向する一対のロール等と接触して回転しているため、ロール等の対向物との間に周速度差を特に設定していなくても、実際には若干の周速度差が存在しているといえる。
【０００７】
このように、ロールと感光ドラムその他の対向物との間に周速度差が存在すると、回転駆動中にロール表面に波打ち状のシワと呼ばれる変形が発生しやすい。このシワの発生は、上述したようにロールが金属製芯金の外周に設けた低硬度のゴム材料からなる基材層と、その上の樹脂材料からなる表面層とから構成されているため、軟らかい基材層が対向物との周速度差によって変形され、その変形により上層の表面層に塑性変形が引き起こされることが原因と考えられる。
【０００８】
この波打ち状のシワの発生を防ぐ方法として、表面層を柔軟な材料で構成すること、又は基材層を硬くすることが考えられる。しかし、表面層を柔軟な材料で構成した場合には離型性の低下が起こり、本来要求される機能を満足できなくなる。また、離型性の低下により、現像ロール等ではトナー付着によるフィルミングという不具合が発生する。一方、基材層を硬くすると、感光ドラム等の対向物との間に十分なニップ幅を確保することが難しくなるため、所定のニップ幅が安定して得られるようにロール自体の寸法精度を高める等の対策が必要となる。
【０００９】
また、ある程度のニップ幅が必要な転写ロール等では、一般的に離型性を犠牲にした柔軟なロール構造を取らざるを得ないため、上記した波打ち状のシワの発生という問題以外にも、ロール表面に付着する余分なトナーを除去するクリーニング部材を設ける等、複雑な機構にならざるを得ないのが現状である。
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、必要なニップ性と離型性を確保することができると同時に、感光ドラムその他の対向物との間に周速度差が存在していても、表面層に波打ち状のシワが発生することのないロールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供するロールは、金属製芯金の外周にＪＩＳ−Ａ硬度で２５°以下の低硬度のゴム材料からなる基材層と、その上に伸び３０％以下の樹脂材料からなる表面層とを備えたロールにおいて、前記基材層と表面層の間に、少なくとも該基材層よりも硬度が高く且つ該表面層よりも伸びが大きく、１０％伸張時の応力が５ＭＰａ以上の材料からなる応力緩和層を設けてあり、該応力緩和層がブロックタイプ自己架橋イソシアネート、ブロックタイプ自己架橋エポキシ、及びブロックタイプ自己架橋フェノールの少なくとも１種の自己架橋型樹脂を添加したゴム材料からなることを特徴とするものである。
【００１３】
上記本発明のロールにおいては、前記自己架橋型樹脂のゴム材料への添加量が、ゴム材料１００重量部に対して２０〜１５０重量部であることが好ましい。また、上記本発明のロールにおいては、前記応力緩和層の厚みが５〜５０μｍであることが好ましく、前記基材層の厚みが３ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１４】
また、上記本発明のロールは、ロール硬度が荷重１ｋｇでのアスカーＣ硬度で６０°以下の導電性ロールとして好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明においては、金属製芯金の外周に低硬度のゴム材料の基材層を設け、その基材層上に樹脂材料からなる比較的硬い表面層を配したロールにおいて、基材層と表面層の間に少なくとも応力緩和層を設ける。この応力緩和層は、基材層よりも硬度が高く且つ表面層よりも伸びの大きい材料、例えば樹脂を添加したゴム材料から構成されている。尚、基材層と表面層の間には、応力緩和層以外にも、他の機能を果たす層を必要に応じて設けることができる。
【００１６】
特に、感光ドラム回りに使用される帯電ロール、現像ロール、転写ロール等の導電性ロールにおいては、具体的には、基材層はＪＩＳ−Ａ硬度で２５°以下の低硬度のゴム材料、表面層は伸びが３０％以下の樹脂材料で構成され、その場合に応力緩和層として１０％伸張時における応力が５ＭＰａ以上の材料を使用することが好ましい。
【００１７】
尚、応力緩和層や表面層の伸びとは、ＪＩＳＫ６２５１に定義された切断時の伸びを意味する。また、応力緩和層の１０％伸張時における応力とは、その材料を１０％伸張させたとき材料にかかる応力であり、ＪＩＳＫ６２５１に定義された１０％伸張時の応力を指す。
【００１８】
このように、基材層と表面層の間に応力緩和層を設けることにより、感光ドラムその他の対向物との間に周速度差が存在していても、基材層よりも硬度が高く且つ該表面層よりも伸びの大きい材料からなる応力緩和層が基材層の変形を分散緩和して表面層への伝達を防ぐため、ロールの表面層に波打ち状のシワが発生することを防止できる。しかも、本発明のロールでは、応力緩和層がロール全体としての低硬度を損なうことがないため、感光ドラム等との間に必要なニップ幅を確保することができ、また樹脂材料の表面層を備えることでトナーの付着を防止する離型性を維持している。
【００１９】
応力緩和層を構成する材料としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ヒドリンゴム（ＣＨＣ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等の一般の汎用ゴム材料に樹脂を添加したもの、例えば、ブロックタイプ自己架橋イソシアネート、ブロックタイプ自己架橋エポキシ、及びブロックタイプ自己架橋フェノールの内の少なくとも１種の自己架橋型樹脂を添加したゴム材料を使用することができる。尚、これらの自己架橋型樹脂は、例えば、大日本インキ化学工業（株）より商品名ＤＢ９８０Ｋ等として市販されている。
【００２０】
自己架橋型樹脂のゴム材料への添加量は、ゴム材料１００重量部に対して２０〜１５０重量部の範囲が好ましく、５０〜１００重量部の範囲が更に好ましい。自己架橋型樹脂の添加量がゴム材料１００重量部に対して２０重量部未満では、樹脂の添加によってゴム材料の伸びを抑える効果が得られず、具体的には１０％伸張時における応力が５ＭＰａ以上の材料を得ることができない。また、その添加量がゴム材料１００重量部に対して１００重量部を超えると、ゴム材料として硬度が高くなり過ぎ、ロールの柔軟性が損なわれるために、十分なニップ幅を確保することが難しくなる。
【００２１】
応力緩和層の厚みは、５〜５０μｍの範囲が好ましく、１５〜３５μｍの範囲が更に好ましい。応力緩和層の厚みが５μｍ未満では、厚みの均一化が難しいだけでなく、基材層の変形を分散緩和するという応力緩和層の働きを果たすことができない。また、応力緩和層の厚みが５０μｍを超えると、ロールの柔軟性が損なわれ、十分なニップ幅の確保が難しくなるため好ましくない。
【００２２】
上記した波打ち状のシワは、基材層の厚みが厚いほど、具体的には基材層の厚みが３ｍｍ以上のとき発生しやすくなるが、本発明のロールでは基材層の厚みが３ｍｍ以上であっても、波打ち状のシワの発生を防止することが可能である。また、本発明のロールうちの導電性ロールにおいては、応力緩和層を設けたロール全体のロール硬度をアスカーＣ硬度（荷重１ｋｇ）で６０°以下に維持することが望ましい。
【００２３】
【実施例】
直径１０ｍｍ×長さ２５０ｍｍのＳＵＭ２２のパイプに、無電解ニッケルメッキを施して金属製芯金とした。この金属製芯金の外周面に接着剤を塗布した後、内径形状が直径２０ｍｍの円筒形状で上下２分割された金型内に配置し、金属製芯金と金型内径部の空隙にシリコンゴムを射出充填した後、１７０℃にて３０分間加硫成型した。その後、脱型して金属製芯金を取り出し、その外周に形成されたゴム層を円筒研磨機で表面研削して、直径２０ｍｍ（厚み５ｍｍ）でＪＩＳ−Ａ硬度が１０°のシリコンゴムからなる基材層を得た。
【００２４】
次に、下記表１に示すように、各ゴム材料１００重量部に対して表示の添加重量部で自己架橋型樹脂を添加混合し、これを上記各金属製芯金に形成した基材層の表面上にディッピング法によりコーティングした後、１９０℃にて６０分間加硫反応させて応力緩和層を形成した。得られた各応力緩和層上に、同様なディッピング法により伸び１４％のアクリル樹脂をコーティングし、１４０℃で硬化させて厚み５μｍのアクリル樹脂からなる表面層を形成した。
【００２５】
このようにして得られた各ロールについて、ロール硬度（荷重１ｋｇでのアスカーＣ硬度）を求めると共に、表面層のシワ発生について評価した。即ち、各試料のロールを直径３０ｍｍの金属ロールに片端５００ｇｆの荷重で押し付け、金属ロールを各試料のロールに対して周速度差１.２倍となるように両ロールを２４時間連続して回転駆動させた後、表面層におけるシワ発生の有無を確認した。これらの結果を下記表１に併せて示した。
【００２６】
下記表１から分るように、応力緩和層が無い試料７及び応力緩和層が汎用ゴム材料のみからなる試料８〜９では、ロール硬度は低く維持できるものの、周速度差をもたせた連続回転後の表面層に波打ち状のシワが発生することが確認された。これに対して本発明による試料１〜６の各ロールは、シワの発生が全く認められず、またロール硬度も導電性ロール等として必要とされる範囲内に保つことができた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、複写機やプリンタ等に使用されるロールとして、そのゴム材料からなる基材層と樹脂材料からなる表面層の間に応力緩和層を設けることにより、感光ドラムその他の対向物との間に周速度差が存在していても、表面層に波打ち状のシワが発生することのないロールを提供することができる。しかも、本発明によるロールは、低いロール硬度を維持して必要なニップ性を確保し且つ表面層により離型性を維持できるので、感光ドラム回りに使用される帯電ロール、現像ロール、転写ロール等の導電性ロールとして特に有効である。
【００２８】
【表１】

Claims

金属製芯金の外周にＪＩＳ−Ａ硬度で２５°以下の低硬度のゴム材料からなる基材層と、その上に伸び３０％以下の樹脂材料からなる表面層とを備えたロールにおいて、前記基材層と表面層の間に、少なくとも該基材層よりも硬度が高く且つ該表面層よりも伸びが大きく、１０％伸張時の応力が５ＭＰａ以上の材料からなる応力緩和層を設けてあり、該応力緩和層がブロックタイプ自己架橋イソシアネート、ブロックタイプ自己架橋エポキシ、及びブロックタイプ自己架橋フェノールの少なくとも１種の自己架橋型樹脂を添加したゴム材料からなることを特徴とするロール。
前記自己架橋型樹脂のゴム材料への添加量が、ゴム材料１００重量部に対して２０〜１５０重量部であることを特徴とする、請求項１に記載のロール。
前記応力緩和層の厚みが５〜５０μｍであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロール。
前記基材層の厚みが３ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のロール。
前記ロールが、ロール硬度が荷重１ｋｇでのアスカーＣ硬度で６０°以下の導電性ロールであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のロール。