JP4738127B2

JP4738127B2 - 帯電ローラの製造方法

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Publication number: JP4738127B2
Application number: JP2005296352A
Authority: JP
Inventors: 英昭渡邊
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: JP2007108221A

Description

本発明は、電子写真プロセスに用いる帯電ローラの製造方法に係り、特に、電子写真感光体に接触配置され、電子写真感光体表面を所定の電位に帯電させる帯電ローラの製造方法に関する。

従来、電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には、光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成する。次いで、この潜像をトナーで現像して可視像とし、必要に応じて紙等の転写材にトナー画像を転写した後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して複写物を得るものである。また、転写材上に転写されずに感光体上に残ったトナー粒子は、クリーニング工程により感光体上より除去される。

従来、電子写真の帯電装置として、コロナ帯電器が使用されてきた。近年、これに代って、接触帯電装置が実用化されてきている。これは、低オゾン、低消費電力を目的としており、なかでも、特に帯電部材として導電ローラを用いたローラ帯電方式は、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。

ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラを被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加して被帯電体への帯電を行う。

帯電用の導電性部材としては、導電性支持部材上に導電性シームレスチューブにより表層を形成した例が示されている（例えば、特許文献１）。更には、フッ素樹脂からなるシームレスチューブや（例えば、特許文献２）、導電性の異なる層構成よりなる多層シームレスチューブが開示されている（例えば、特許文献３）。シームレスチューブを有する帯電部材の製造方法としては、従来技術として、このチューブを挿入することにより形成させる方法が挙げられる。また、クロスヘッド押し出し機を用いた表面形成方法が提案されている（例えば、特許文献４）。

このような、シームレスチューブにより帯電ローラを形成する方法は、基体上の弾性層として発泡体を用いた場合、この発泡体をシームレスチューブで更に被覆することにより、平滑な面を形成することができ、より均一な帯電を行い易い。

シームレスチューブに導電性を付与する手法としては、一般的に塩を導電剤として用いるイオン伝導法や、カーボンブラック、導電性金属酸化物、金属粉末などを導電剤として用いる電子伝導法などが挙げられる。イオン伝導により導電性を付与した場合、抵抗値の環境変動が大きくなり易く、また、電子写真感光体と当接するため、塩が感光体を汚染し易いといった問題がある。

従来の帯電ローラでは、弾性層の外径よりも小さい内径のシームレスチューブを被覆層として用い、この構成で発生する締め付け力により、シームレスチューブと弾性層とのズレを防止していた。しかしながら、近年、騒音面への配慮から帯電音を小さくする為に、弾性層には低硬度・低反発性が求められており、従来どおりの寸法でのシームレスチューブによる締め付けではズレ防止のための充分な締め付け力を得られなくなった。そこで、シームレスチューブの締め付けの代わりに、シームレスチューブの端部を内側に折り曲げてシームレスチューブを弾性層に固定することで、弾性層とシームレスチューブのズレ防止を行う方法がある（例えば、特許文献５）。しかし、すり鉢状（１つの傾斜角度）で折り曲げるだけでは折り曲げ後の反発により、所望の角度におさまらず、チューブを確実に折り曲げることはできなかった。それでも従前の装置対応ならば十分であったが、現在では、電子写真装置の高速化、カラー化により、従前の技術では十分な機能とは言えず、さらにチューブを確実に折り曲げられることが求められている。
米国特許第４，９６７，２３１号明細書特開平５−２３１３号公報特開平５−９６６４８号公報特開平６−５８３２５号公報特開２００４−３４７９６０号公報

本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、弾性層の締め付け力を制御する必要が少なく、弾性層とのズレを防止し、帯電音の発生がよく抑えられた帯電ローラの製造方法を提供することを目的とする。

本発明による帯電ローラの製造方法は：
芯金と、該芯金上に積層された発泡弾性層と、該発泡弾性層上に被覆された被覆層とを有する帯電ローラの製造方法であって、
芯金の外周上に発泡弾性層を積層して発泡弾性ローラを製造し、その後、該発泡弾性ローラの表面にシームレスチューブを被覆して被覆層を形成する工程と、
次いで、該被覆された被覆層の端部を、貫通孔を有する加熱された成形型の所定の部分に、該貫通孔の入口側から押し付ける工程を有し、
該貫通孔の内壁は、円筒状内面と、該円筒状内面と連続する第１の円錐面と、該第１の円錐面と連続する第２の円錐面を含み、該第２の円錐面は上記貫通孔の入口側に位置し、かつ、上記円筒状内面と第１の円錐面と第２の円錐面は中心軸が共通であり、
上記所定の部分は、上記第１の円錐面と第２の円錐面との境界部分であり、
上記第２の円錐面と、上記中心軸とが、０°より大きく４５°以下の角度（角度ａ）をなし、
上記第１の円錐面と上記中心軸とがなす角度を角度ｂとしたときに、角度ｂ−角度ａが、４５°以上９０°未満の角度をなすことを特徴とする。

本発明によると、シームレスチューブの端部を内側に折り曲げることが可能であり、ズレ防止のためにシームレスチューブの内径をさらに小さくすることで締め代を大きくして締め付け力を増やすことも無く、従って、強く締め付けることもないので、硬くならず、帯電音の発生がよく抑えられる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

本発明において、帯電ローラは、図１及び図２に示すように、芯金１と、芯金１の外周に積層された発泡弾性層２と、発泡弾性層２を被覆するように配置された、シームレスチューブなどの被覆層３とを有する。被覆層３は、単層でも多層であってもよく、例えば、図１では、導電層３（ｉ）と導電性被覆層３（ｏ）とからなる。なお、以下、芯金１と発泡弾性層２とでなる部材を、発泡弾性ローラとも称する。

芯金１としては、鉄、銅及びステンレス等の金属、カーボン分散樹脂、金属あるいは金属酸化物分散樹脂等が用いられ、その形状としては、棒状及び板状等が使用できる。

発泡弾性層２としては、以下の熱可塑性樹脂で作製してもよい。つまり、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭゴム、ポリウレタンゴム、エポキシゴム及びブチルゴム等のゴム又はスポンジや、スチレンブタジエン、ポリウレタン、ポリエステル及びエチレン−酢酸ビニル等が例示される。これらのゴムや樹脂にカーボンブラック、金属及び金属酸化物粒子等の導電剤を含有させてもよい。

本発明において、被覆層３は、導電性を有する組成物からなるものであれば、特に制約はなく、例えば、熱可塑性エラストマーや熱可塑性ゴムなどの熱可塑性樹脂と、カーボンブラックなどの導電剤とで構成されたシームレスチューブが挙げられる。

被覆層３としてシームレスチューブを用いる場合、単層のシームレスチューブであってもよく、複数の機能を付与するため、多層であってもよい。

被覆層３として用いる熱可塑性樹脂としては、押出し成形可能な熱可塑性樹脂であればいずれのものでもよく、具体的には、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、エチレン酢酸ビニル、エチレンエチルアクリレート、エチレンアクリル酸メチル、スチレンブタジエンゴム、ポリエステル、ポリウレタン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２及びその他の共重合ナイロンなどのポリアミド、スチレンエチレンブチル、エチレンブチル、ニトリルブタジエンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、多硫化ゴム、塩素化ポリエチレン、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエン、イソプレンゴム及びポリノルボルネンゴムなどの通常のゴム並びにスチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）及びスチレン−ブタジエン−スチレンの水添加物（ＳＥＢＳ）などの熱可塑性ゴムを使用することができ、特に制限されるものではない。特に、上述の各樹脂や共重合体よりなるエラストマー及び変性体などのエラストマーと、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの飽和ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリウレタン、ポリフェニレンオキサイド、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル−エチレン／プロピレンゴム−スチレン樹脂（ＡＥＳ）及びアクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン樹脂（ＡＡＳ）などのスチレン系樹脂及びアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂及び塩化ビニリデン樹脂などの各樹脂及び共重合体とからなる材料の組み合わせが好ましい。

被覆層３に用いられる上述の導電剤としてカーボンブラックを用いる場合、被覆層３の質量に対して、１０〜６０％を含有することが好ましく、さらに好ましくは２０〜４０％である。カーボンブラックの割合が１０質量％未満であると、通電使用時の抵抗上昇が大きくなってしまうため、帯電ローラとしての耐久性が悪くなる。一方、カーボンブラックの割合が６０質量％を越える場合、シームレスチューブが硬くなりすぎ、弾性特性が悪く、被覆ができない問題がある。

カーボンブラックの種類としては、被覆層３の抵抗値が１×１０^６〜１×１０^１１Ω・ｃｍとなり、且つ上述の含有量を満たしていれば、いずれのカーボンブラックでもよく、また、２種類以上のカーボンブラックを混合して用いてもよい。

本発明で使用するカーボンブラックとしては、例えば市販品として、ケッチェンブラック（ライオンアクゾ社製）、Ｐｒｉｎｔｅｘや、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋや、ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋ（以上、デグサ社製）、ＢＬＡＣＫＰＥＡＲＬＳ（キャボット社製）、旭カーボン（旭カーボン社製）、三菱カーボン（三菱化学社製）、デンカブラック（電気化学工業社製）、シースト、トーカブラック（以上東海カーボン社製）等が挙げられる。

その他の添加剤として、必要に応じて導電性充填剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、補強剤、充填剤などを用いてもよい。導電性充填剤としては、上記カーボンブラックを必須とし、その他にグラファイト、金属酸化物を使用してもよい。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化鉛などが挙げられる。

次に、本発明による帯電ローラの製造方法について説明する。

まず、発泡弾性ローラを構成する発泡弾性層２は、特に限定されないが、例えば、混練した後、押出成型等を経て製造されてもよい。その後、芯金１の外周上にこの押出成型物を積層し発泡弾性ローラを製造する。この積層方法として、本技術分野公知の種々の方法を用いることができ、例えば、接着剤を塗布した芯金１を、上述の押出成型物に圧入し、形成された発泡弾性層２を研磨する方法などが挙げられる。その後、発泡弾性ローラの表面に被覆層３を被覆して、本発明による帯電ローラを得る。

本発明による帯電ローラを構成する被覆層３の形成方法としては、まず、上述の熱可塑性エラストマーや熱可塑性樹脂、カーボンブラックを必要な添加剤とともに混練し、続いてペレット化する。得たペレットを押出し成形機によりシームレスチューブなどの被覆層用材料とする。そして、成形加工された被覆層用材料を発泡弾性ローラに被覆するなどの方法が挙げられる。

発泡弾性ローラにシームレスチューブを被覆するには、特に手段を問わないが、例えば空気圧によりシームレスチューブを押し広げ嵌合させるなどの方法が挙げられる。

本発明において、被覆層３の厚みは、３００〜１０００μｍが好ましい。３００μｍ未満であると、下地の発泡弾性層の凹凸を拾いやすく、また、被帯電部材との長期にわたる当接によって変形してしまうなどの弊害がある。一方、１０００μｍを越えると、当接が均一ではなくなる、ローラ全体が硬くなり帯電音が大きいなどの弊害がある。

次に、本発明における被覆層３の端部を内側に折り曲げる工程について説明する。なお、本発明において、被覆層３の端部とは、発泡弾性層２を被覆した際、芯金１から見て、発泡弾性層２の長手方向における末端部分近傍に位置する領域を言う。この工程には、開口部を有しこの開口部の表面が開口部の中心軸と異なる角度をなす少なくとも２つの面で構成された成形型か、開口部が曲面で形成された成形型かを用いる。本発明による帯電ローラは、上述の被覆層３が形成された発泡弾性ローラを加熱した成形型に押し付けて、製造される。

この成形型の例を示したのが、図３乃至図５である。図３において、成形型４の傾斜角ａ及びｂは、それぞれ、０°＜ａ＜９０°及び０°＜ｂ＜３６０°の範囲で選択すればよく、好ましくは、０°＜ａ≦４５°であり、且つｂ＜ａ＋９０°である。さらに、図５のように、角度は入口側から大きくなるように設定することが好ましい。なお、テーパ面とテーパ面とを適当な曲率半径を有する形状でつないでもよい。

成形型の開口部をなす面（図３（Ａ）では、成形型４が被覆層３と接する面）は、被覆層３と接する部位を含む断面で見た場合、図３（Ａ）に記載のように２つの直線に対応してもよい。また、これらを組み合わせた形状であってもよい。さらに、成形型４の開口部をなす面は、成形型４の開口部の中心線（図３（Ａ）では、芯金１を縦断する垂直線）に対して、対称であってもよい。特に、被覆層３の端部が押し付けられる部位（つまり、角度ａをなす面と角度ｂをなす面とが交わる部位）が成形型４の開口部の中心線に対して対称に配置されていることが好ましい。これにより、被覆層３の折り曲げ工程を被覆層３の全体で一度に行うことが可能となる。

一方、上述の折り曲げる工程における成形型の温度は、シームレスチューブなどの被覆層用材料が曲がる程度に軟化する温度のうち溶け過ぎて成形型に付着することのない温度であれば、特に制約はなく、被覆層の材料に応じて適宜選択すればよい。この温度は、例えば、８０〜１３０℃であってもよい。８０℃未満であると、被覆層３を十分に折り曲げることができず、１３０℃よりも高いと、被覆層３を構成する被覆層用材料が溶け過ぎて形状が保たれなくなる。成形型の加熱は、種々の加熱手段を用いればよく、例えば、ジュール発熱を利用したヒータにより、温風により、又は加熱水を含む熱流体により、行ってもよい。なお、被覆層３の端部に成形型を押しつけるとしたが、成形型に被覆層３を押しつけてもよいし、成形型を片側づつ押しつけるだけでなく、両側から同時に押しつけてもよい。

成形型の材質は、銅合金、アルミニウム合金、鉄鋼のような一般的な金属材料だけでなく、耐熱性樹脂や、セラミックスを使用してもよい。

帯電ローラとして、発泡弾性ローラと被覆層とを有する本発明による帯電ローラは、製造安定性に優れ、従来安定生産が難しいとされた中抵抗領域を安定して生産できる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明において、例えばシームレスチューブの形態の導電性被覆層の外層の材料は、スチレン系の熱可塑性エラストマー（ダイナロン４６００ＰＪＳＲ社製）をベースとしアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（ＳＡＮ−Ｒテクノポリマー社製）を有する。スチレン系の熱可塑性エラストマー樹脂の質量とアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂の質量との和を１００質量部となるように前者を８０部、後者を２０部とする。さらにカーボンブラック（スペシャルブラック５５０デグサヒュルスジャパン社製）を５０質量部、酸化マグネシウムを１０質量部、ステアリン酸カルシウムを１質量部添加した。

この外層の樹脂と顔料は、加圧式ニーダーを用いて２０〜２２０℃で溶融混練した後、冷却し、粉砕機で粉砕し、単軸押出し機を用いて１４０℃〜２００℃で造粒して得たペレットとして使用する。

また、二層シームレスチューブのシームレスチューブ内部層として、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）１００部に、ケッチェンブラックＥＣ１６部、酸化マグネシウム１０部及びステアリン酸カルシウム１部を添加した。これを、加圧式ニーダーを用いて１８０℃で１５分間混練し、冷却し、粉砕機で粉砕した後、造粒用押し出し機によりペレット化した。

上述のペレットを用いて、内径φ１６．５ｍｍのダイスと外径φ１８．５ｍｍのポイントとを備えた二色押し出し機で押し出し成形した。その後、サイジング、冷却工程を経て、内径φ１３．１ｍｍ、外層の厚さ１００μｍ、内層の厚さ４００μｍのシームレスチューブに成形加工した。

発泡弾性層としては、スチレンブタジエンゴムに、カーボンブラック、加硫剤及び各種可塑剤を加えて混練し、押し出し成型、加硫を行い、接着剤を塗布した芯金に圧入後、接着・研磨することで、アスカーＣ硬度２８°の発泡弾性ローラを得た。本発明の検証には、帯電音に対しては、十分な効果を有するものの、アスカーＣ硬度２８°と硬度が低く、被覆したシームレスチューブのズレが生ずる処方・製造方法により作成した発泡弾性層を実施例・比較例に使用した。従って、評価において、帯電音を測定していない。

このとき、図６のように、シームレスチューブなどの被覆層３は、発泡弾性層２よりも左右とも４．０ｍｍ長くなるように寸法を調整した。

図６のようなローラに対して、本発明の成形型を１００℃になるようにヒータで加熱し、ローラを３ｋｇｆの荷重で押しつけて両端部を内側に折り曲げて目的のローラを得る。なお、実施例１においては、図３の成形型の角度を、ａ＝１５°、ｂ＝６０°とした。なお、本実施例で使用する成形型は、アルミニウム材で製作した。

以下に、その実施例と使用した型の関係を示す。

（実施例２）
図３の成形型を用い、角度ａを３０°とし、ｂを７５°とした以外は実施例１と同様にして作製した。

（実施例３）
図３の成形型を用い、角度ａを４５°とし、ｂを９０°とした以外は実施例１と同様にして作製した。

（比較例１）
図５の成形型を用い、端部を折り曲げる工程を行わなかった。

上述の各帯電ローラについて、引き抜き力を測定したところ、表１に示す結果を得た。

比較例１に比べて、実施例１乃至３は、引き抜き力が２倍以上となり、シームレスチューブのズレの防止を達成できた。

本発明による帯電ローラの横断面図である。本発明による帯電ローラの縦断面図である。（Ａ）は、本発明による帯電ローラとこの帯電ローラの製造に用いる成形型との関係を示した図であり、（Ｂ）は、成形型の斜視透視図である。本発明における帯電ローラの製造に用いる成形型の他の例である。従来技術における帯電ローラの縦断面図である。

符号の説明

１’ 帯電ローラ
１’’ 帯電ローラ
１芯金
２発泡弾性層
３被覆層
３（ｉ）導電層
３（ｏ）導電性被覆層
４成形型
５成形型
６成形型

Claims

芯金と、該芯金上に積層された発泡弾性層と、該発泡弾性層上に被覆された被覆層とを有する帯電ローラの製造方法であって、
芯金の外周上に発泡弾性層を積層して発泡弾性ローラを製造し、その後、該発泡弾性ローラの表面にシームレスチューブを被覆して被覆層を形成する工程と、
次いで、該被覆された被覆層の端部を、貫通孔を有する加熱された成形型の所定の部分に、該貫通孔の入口側から押し付ける工程を有し、
該貫通孔の内壁は、円筒状内面と、該円筒状内面と連続する第１の円錐面と、該第１の円錐面と連続する第２の円錐面を含み、該第２の円錐面は上記貫通孔の入口側に位置し、かつ、上記円筒状内面と第１の円錐面と第２の円錐面は中心軸が共通であり、
上記所定の部分は、上記第１の円錐面と第２の円錐面との境界部分であり、
上記第２の円錐面と、上記中心軸とが、０°より大きく４５°以下の角度（角度ａ）をなし、
上記第１の円錐面と上記中心軸とがなす角度を角度ｂとしたときに、角度ｂ−角度ａが、４５°以上９０°未満の角度をなすことを特徴とする帯電ローラの製造方法。
前記被覆層を形成する工程において、前記発泡弾性層よりも左右とも４．０ｍｍ長くなるように調整されたシームレスチューブを用いる請求項１に記載の帯電ローラの製造方法。
前記被覆層の厚みが、３００〜１０００μｍである請求項１又は２に記載の帯電ローラの製造方法。