JP4832676B2

JP4832676B2 - 帯電ローラ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4832676B2
Application number: JP2001248538A
Authority: JP
Inventors: 裕之上林; 芳次宮下
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2021-08-20
Also published as: JP2003057921A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等において感光体を帯電させるために用いられる帯電ローラ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、感光体ドラム方式の複写機２０の構造を示す。この種の複写機２０では、光源２１から原稿２２に光が当てられて、原稿２２に表された像がミラー２３ａ〜２３ｄ及びレンズ２４を経て感光体ドラム２５に伝搬される。そして、回転する感光体ドラム２５では、帯電したドラム表面に伝搬された原稿２２の像が露光されてその像に対応した帯電状態が形成され、その帯電部分に現像装置２６でトナー２７が付着して現像され、転写装置２８でトナー２７が記録紙２９に転写分離された後、ブラシ３０及びブレード３１でドラム表面のクリーニングが行われると共に除電装置３２で除電が行われる。トナー２７が転写された記録紙２９は熱ローラ３３と加圧ローラ３４との間に挟持送りされてトナー２７の定着が図られる。
【０００３】
ここで、従来は感光体ドラム表面をコロナ放電により非接触で帯電させていたが、放電の際に発生するオゾンが周囲に悪影響を及ぼすことから、近年では図６に示すように帯電ローラ３５により接触帯電させるようになってきている。この帯電ローラ３５は、一般的には、導電性の芯材（芯金）の外周にゴム製のローラ本体が設けられたもので構成されている。そして、かかるゴム製の帯電ローラ３５には、芯材及び材料ゴムを個々に金型にセットして所定時間をかけて加硫成形されるものであるため製造コストが高い、また、ローラ本体表面にトナー２７が付着し易い、さらには、ローラ本体を構成するゴムに含まれるオイルが滲み出て感光体ドラム２５の表面を汚染する、といった問題が指摘されている。
【０００４】
そこで、硬質熱可塑性樹脂にカーボンブラック等の導電性材料を混合してなる成形用材料でローラ本体を形成することが考えられる。かかる樹脂製の帯電ローラでは、製造コストを低くすることができ、また、ローラ本体表面へのトナーの付着や感光体ドラムを汚染する物質の放出を抑止することができる。
【０００５】
ところが、樹脂製の帯電ローラは、ゴム製のものに比べてローラ表面の弾性が乏しく、感光体ドラムとの均一な接触を実現するためには極めて高い寸法精度が要求される。この問題は、高い寸法精度での成形が可能な射出成形によりローラ本体を形成するようにすれば解決されるが、射出成形の場合、ローラ本体の成形工程で射出速度に変動が生じることにより、製造される各帯電ローラ毎に導電性材料の分散構造が異なるものとなり、そのために電気抵抗特性の同質なものを連続して多数製造することができず、また、同一の射出速度で溶融した成形用材料を射出しても、金型内の各部位毎の成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なることから各部位毎に導電性材料の分散構造が異なるものとなり、そのために各帯電ローラのローラ本体の電気抵抗のばらつきが大きいという新たな問題を生じる。
【０００６】
特開平７−８５７２２号公報には、ＤＢＰ吸油量が２００〜７００ｍｌのカーボンブラック、ＤＢＰ吸油量が３０〜１８０ｍｌのカーボンブラック及び熱可塑性樹脂からなる均一半導電性組成物が開示されており、かかる構成によれば、ばらつきのない均一な半導電性が付与された成形品を得ることができるとの内容が記載されている。
【０００７】
また、特開昭６０−１２４６５４号公報には、熱可塑性樹脂、ＢＥＴ式比表面積が８５０ｍ²／ｇ以上のカーボンブラック及びＢＥＴ式比表面積が１００ｍ²／ｇ以下のカーボンブラックからなる導電性樹脂組成物が開示されており、かかる構成によれば、成形品の導電性、成形加工性、衝撃強度等の機械的性質、成形品外観が優れるとの内容が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本出願の課題は、高い寸法精度を有すると共に、同質の電気抵抗特性を有するものを連続して多数製造することができ、しかも、各ローラ本体内の電気抵抗のばらつきが小さい帯電ローラ及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ローラ本体を射出成形するための成形用材料を硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなるものとすることにより、溶融した成形用材料の粘度によらず固化後の電気抵抗の差を小さくしたものである。
【００１０】
具体的には、本発明は、導電性を有する芯材の外周に成形用材料を射出成形してローラ本体を形成した帯電ローラを前提とする。そして、成形用材料は、硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合してなり、それらの比表面積の大小異なる２種の導電性材料はいずれもカーボンブラックであり、それらのカーボンブラックのうち比表面積の大きい方は、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ ² ／ｇ以上である一方、比表面積の小さい方は、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ ² ／ｇ以下であることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、射出成形によりローラ本体が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができ、また、ローラ本体を形成する成形用材料として硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなるものを用いているので、射出速度差や金型内での溶融した成形用材料の流動速度差に起因する電気抵抗差が小さいものとなり、それによって同質なものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。成形用材料の粘度によらず電気抵抗が一定化される理由については明らかではないが、ローラ本体の成形工程で射出速度に変動が生じたり、あるいは、成形用材料を金型内に射出充填する際に各部位毎に成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なることにより、主として電気抵抗の調整を図るための比表面積の大きな導電性材料の分散状態に粗密が生じても、比表面積の小さな導電性材料がその粗密を補うように分散することによって全体として導電性材料の均一分散化が図られるためであると考えられる。
【００１２】
そして、このような帯電ローラは、
射出成形用金型内に導電性を有する芯材をセットするステップと、
硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合してなる成形用材料を溶融させるステップと、
上記溶融させた成形用材料を上記射出成形用金型内に射出することにより上記芯材の外周にローラ本体を成形して帯電ローラを形成するステップと、
上記射出成形用金型から上記帯電ローラを取り出すステップと、
を備え、
上記比表面積の大小異なる２種の導電性材料をいずれもカーボンブラックとし、
上記カーボンブラックのうち比表面積の大きい方を、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ ² ／ｇ以上であるものとする一方、比表面積の小さい方を、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ ² ／ｇ以下であるものとする帯電ローラの製造方法により製造することができる。
【００１３】
本発明によれば、ローラ本体のいずれの部位においても体積抵抗率が１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍの範囲内にあり且つ体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下である構成が実現可能であり、かかる構成によれば、体積抵抗率の高さ及びそのばらつきの小ささが適正であるので、複写機等の感光体を一様に帯電させるのに好都合となる。
【００１５】
成形用材料は、比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックが硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して５〜３０質量部混合されている構成であってもよい。かかる構成によれば、溶融した成形用材料の粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。本発明は、特に、カーボンブラックの混合量が樹脂１００質量部に対して１５質量部以下である場合のような、カーボンブラックの混合量が比較的少なく射出成形での均一な分散が困難な場合に特に有効である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、射出成形によりローラ本体が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。
【００１８】
また、ローラ本体を形成する成形用材料として硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなるものを用いているので、同質なものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る帯電ローラ１０を示す。この帯電ローラ１０は、複写機内に設けられ、感光体ドラム表面を帯電させるものである。
【００２１】
この帯電ローラ１０は、導電性を有する芯材（芯金）１１と、芯材１１の外周を被覆するように一体に設けられたローラ本体１２とからなる。
【００２２】
芯材１１は、アルミニウム、鉄等の導電性を有する円柱金属棒からなる。
【００２３】
ローラ本体１２は、硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合してなる成形用材料で形成されている。なお、第３の導電性材料を混合するようにしてもよい。
【００２４】
硬質熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ＰＢＴ、ポリアミド樹脂（ナイロン樹脂）等が用いられる。ここで、硬質の熱可塑性樹脂を用いたのは、トナーが付着しにくく、油分が滲み出て感光体を汚染しにくいからである。また、「硬質」とは、感光体に押し当てても潰れない、すなわち、ゴム弾性を示さないことを意味する。その中でも耐クリープ性（長時間の加圧で変形しない）の高いエンジニアリングプラスチック類が好ましく、特に、かかる点でＡＢＳやＰＰＥが好適である。
【００２５】
導電性材料としては、例えば、カーボンブラック、金属粉、カーボンファイバ等が用いられるが、かかる用途に汎用であることからカーボンブラックが好適に用いられる。
【００２６】
導電性材料のうち比表面積の大きいものは主として電気抵抗の調整を図る機能を果たす一方、比表面積の小さいものはそれらの間に介在することにより全体としての導電性材料の分散状態を均一化して電気抵抗の安定化を図る機能を果たす。
【００２７】
導電性材料をカーボンブラックとした場合、比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックは、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に５〜３０質量部混合するようにするのがよい。そうすることによってローラ本体１２の成形時において、溶融した成形用材料の粘度によらず成形品の固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。かかる作用効果は、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に１５質量部以下の少ない導電性材料を混合した成形用材料のように射出成形での電気抵抗の均一化が困難である場合に特に顕著となる。また、比表面積の大きいカーボンブラックの混合量としては硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して４〜１２質量部、及び比表面積の小さいカーボンブラックの混合量としては硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して２〜１０質量部が好適であり、どちらの混合量が多くてもよい。
【００２８】
また、比表面積の大きいカーボンブラックとしては、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ²／ｇ以上であるもの（例えば、三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック等）、比表面積の小さいカーボンブラックとしては、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ²／ｇ以下であるもの（例えば、アセチレンブラック等）が好適である。そうすることによってローラ本体１２の成形時において、溶融した成形用材料の粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。なお、前者は、ＤＢＰ吸油量が概ね３００ｍｌ／１００ｇ以上及びポアエリア（空孔度）が概ね８０ｍ²／ｇ以上にそれぞれ相当する一方、後者は、ＤＢＰ吸油量が概ね２５０ｍｌ／１００ｇ以下及びポアエリア（空孔度）が概ね２０ｍ²／ｇ以下にそれぞれ相当する。なお、ＢＥＴ式による比表面積はカーボンブラック表面の細孔部も含んだ表面積を表したものであり、ＤＢＰ吸油量はカーボンストラクチャー（カーボンブラック粒子が連鎖して繋がった状態）の発達性の指標であり、ポアエリアはＢＥＴ式による比表面積とカーボンブラック粒子の細孔部の表面積を含まないＣＴＡＢ表面積との差であって、カーボンブラック粒子の形状の指標である。
【００２９】
そして、ローラ本体１２は、芯材１１の外周に成形用材料を射出成形により形成されたものであり、いずれの部位の体積抵抗率も１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍの範囲内にあり且つ体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下となっている。
【００３０】
この帯電ローラ１０の製造方法について説明する。
【００３１】
まず、帯電ローラ成形用の射出成形用金型内に芯材１１をセットし、金型を射出成形機に装着する。それと共に、射出成形機のホッパから上記の成形用材料を投入し、シリンダ内で加熱溶融させると共にスクリューで混練する。
【００３２】
次いで、溶融させた成形用材料を射出成形用金型内に射出し、芯材１１の外周にローラ本体１２を成形して帯電ローラ１０を形成させて冷却する。
【００３３】
しかる後、射出成形用金型を開き、帯電ローラ１０を取り出す。
【００３４】
上記の帯電ローラ１０の構成によれば、射出成形によりローラ本体１２が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。
【００３５】
また、ローラ本体１２を形成する成形用材料として硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなるものを用いているので、射出速度差や金型内での溶融した成形用材料の流動速度差に起因する電気抵抗差が小さいものとなり、それによって同質なものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体１２の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００３６】
【実施例】
（試験評価サンプル）
分子量がそれぞれ異なる高粘度ＡＢＳ、中粘度ＡＢＳ及び低粘度ＡＢＳを準備し、以下の各例に係る成形用材料を調整した。
【００３７】
−例１−
高粘度ＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラックを８質量部混合した成形用材料を例１とした。
【００３８】
−例２−
高粘度ＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック）を８質量部と、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例２とした。
【００３９】
−例３−
中粘度ＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック）を８質量部混合した成形用材料を例３とした。
【００４０】
−例４−
中粘度ＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック）を８質量部と、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例４とした。
【００４１】
−例５−
低粘度ＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック）を８質量部混合した成形用材料を例５とした。
【００４２】
−例６−
低粘度ＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック）を８質量部と、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例６とした。
【００４３】
−例７−
ポリスチレン樹脂１００質量部に、比表面積１０００ｍ²／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製商品名：ケッチェンブラック）を８質量部と、比表面積７０ｍ²／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例７とした。
【００４４】
（試験評価方法）
キャピラリーレオメータ（東洋精機社製キャピログラフ）を用い、例１と例２、例３と例４及び例５と例６のそれぞれの組み合わせ並びに例７について、同一温度及び同一押出速度でキャピラリーダイスから成形用材料を押し出し、そのときの溶融した成形用材料の粘度を測定した。各組合わせについて設定温度及び設定速度を２〜３水準変量した。
【００４５】
キャピラリーレオメータから押し出された樹脂ロッドを表面抵抗計（三菱化学社製商品名：ハイレスタ）を用いて表面抵抗を測定し、それにロッドの厚さを乗して体積抵抗率に換算した。
【００４６】
（試験評価結果）
例１及び２の粘度と体積抵抗率との関係を図２に、例３及び４の粘度と体積抵抗率との関係を図３に、例５及び６の粘度と体積抵抗率との関係を図４に、例７の粘度と体積抵抗率との関係を図５に、それぞれ示す。
【００４７】
図２によれば、いずれの温度条件においても、比表面積の大きいカーボンブラックのみを混合した例１よりも比表面積が大小異なる２種のカーボンブラックを混合した例２の方が粘度の変化に対する体積抵抗率の変化が小さい（直線の傾きの絶対値が小さい）のが分かる。同様に、図３及び４によれば、例３よりも例４、例５よりも例６の方が粘度の変化に対する体積抵抗率の変化が小さいのが分かる。具体的には、２種のカーボンブラックを混合した例２、４及び６では、いずれも体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下となっている。これは、主として電気抵抗の調整を図るための比表面積の大きなカーボンブラックの分散状態に粗密が生じても比表面積の小さなカーボンブラックがその粗密を補うように分散するために全体としてカーボンブラックの均一分散化が図られ、それによって溶融した成形用材料の粘度によらず成形後の電気抵抗が一定化されるためであると考えられる。
【００４８】
図５によれば、ポリスチレン樹脂を用いた例７もまた、温度に関わりなく、粘度の変化に対する体積抵抗率の変化が小さいことが確認できる。
【００４９】
以上より、帯電ローラのローラ本体を形成する成形用材料として硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種のカーボンブラックを混合したものを用いることにより、射出速度差や金型内での溶融した成形用材料の流動速度差に起因する電気抵抗差が小さいものとなるので、同質なものを連続して多数製造することができ、また、個々のローラ本体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る帯電ローラの斜視図である。
【図２】例１及び２の粘度と体積抵抗値との関係を示すグラフ図である。
【図３】例３及び４の粘度と体積抵抗値との関係を示すグラフ図である。
【図４】例５及び６の粘度と体積抵抗値との関係を示すグラフ図である。
【図５】例７の粘度と体積抵抗値との関係を示すグラフ図である。
【図６】複写機の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０帯電ローラ
１１芯材（芯金）
１２ローラ本体
２０複写機
２１光源
２２原稿
２３ａ〜３３ｄミラー
２４レンズ
２５感光体ドラム
２６現像装置
２７トナー
２８転写装置
２９記録紙
３０ブラシ
３１ブレード
３２除電装置
３３熱ローラ
３４加圧ローラ
３５帯電ローラ

Claims

導電性を有する芯材の外周に成形用材料を射出成形してローラ本体を形成した帯電ローラであって、
上記成形用材料は、硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合してなり、
上記比表面積の大小異なる２種の導電性材料はいずれもカーボンブラックであり、
上記カーボンブラックのうち比表面積の大きい方は、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ ² ／ｇ以上である一方、比表面積の小さい方は、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ ² ／ｇ以下であることを特徴とする帯電ローラ。
請求項１に記載された帯電ローラにおいて、
上記成形用材料は、上記比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックが上記硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して５〜３０質量部混合されていることを特徴とする帯電ローラ。
射出成形用金型内に導電性を有する芯材をセットするステップと、
硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合してなる成形用材料を溶融させるステップと、
上記溶融させた成形用材料を上記射出成形用金型内に射出することにより上記芯材の外周にローラ本体を成形して帯電ローラを形成するステップと、
上記射出成形用金型から上記帯電ローラを取り出すステップと、
を備え、
上記比表面積の大小異なる２種の導電性材料をいずれもカーボンブラックとし、
上記カーボンブラックのうち比表面積の大きい方を、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ ² ／ｇ以上であるものとする一方、比表面積の小さい方を、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ ² ／ｇ以下であるものとすることを特徴とする帯電ローラの製造方法。