JP5376978B2 - 弾性ローラの再生方法および再生弾性ローラの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)他の部材に圧接させ回転を繰り返す処理を行う方法(特許文献1参照)。
(2)さらに加熱手段を設け他の部材に接触させ、回転を繰り返す処理を行う方法(特許文献2、特許文献3参照。)。
該再生方法が、超音波振動発振手段より直接または固体の媒介手段である超音波振動伝達手段を介して超音波振動を該軸芯体に伝達し、該軸芯体を超音波振動させることにより、該弾性層に生じているクリープ変形を回復させる工程を有し、
該超音波振動の周波数が、21kHz以上2MHz以下である
ことを特徴とする。
図2、3に本発明を適用しうる弾性ローラ201の一例を示す。なお、図2は弾性ローラ201を長手方向に垂直な方向より見た形状であり、図3は長手方向に垂直な断面を表した図である。発明を適用しうる弾性ローラ201は、軸芯体202の周囲に軸芯体202に接して形成された、無機材料からなるフィラー(以下、無機フィラーとよぶ)および弾性樹脂を含有する弾性層203を有するものである。
本発明の弾性ローラの再生方法を実現する、再生装置の一例を図1に示す。
振動手段101は、超音波振動を発振する手段(超音波振動発振手段)である振動子103および超音波振動を軸芯体202に伝達させる手段(超音波振動伝達手段)である伝達部材104から構成される。振動子103は、振動手段101内部に設置され、圧電効果のある材料、たとえば酸化チタン・酸化バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛のごとき多結晶体セラミックスからなる群より選ばれる材料によって構成される。振動子103には、不図示の高周波電源によって高周波電圧が印加され、圧電効果により超音波振動を発生する。
本発明の弾性ローラ201の再生工程を、図1の再生装置100を例に説明する。弾性ローラの再生工程は、弾性ローラのクリープ変形を回復させるために超音波振動により弾性ローラを処理する工程(超音波振動処理工程)を有する。更に、再生工程は、後述するように超音波振動を与える工程の前に弾性ローラの加熱工程を有することができる。
更に、発明の弾性ローラの再生方法において、弾性層203を加熱状態にしてから超音波振動を与えることによってクリープ変形を回復させる処理をするとより好ましい。つまり、超音波振動処理工程の前に弾性ローラを加熱する工程を有することが好ましい。
本発明の弾性ローラの再生方法は、機械装置内で使用する各種弾性ローラに適用できる。弾性ローラ201の機械装置内における用途の例としては、加圧ローラ(部材に均一で所定の圧力をかける)用途や、搬送ローラ(シート、ベルト、粉体の搬送)のような各種用途で用いられる。
本発明を適用しうる弾性ローラ201の構成は、軸芯体202と、該軸芯体の周囲に弾性層203を有している。以下発明を適用しうる弾性ローラ201の例として、電子写真装置用の現像ローラ502を挙げ詳細に説明する。
本発明を適用しうる軸芯体202としては、炭素鋼、合金鋼及び鋳鉄のごとき材料から適宜、選択して用いることができる。強度の観点から金属製のものが好ましい。合金鋼の例としては、ステンレス鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブテン鋼、クロム鋼、クロムモリブテン鋼、Al、Cr、Mo及びVを添加した窒化用鋼が挙げられる。
弾性層203は、ゴム、エラストマーのごとき弾性樹脂301と無機フィラー302で構成される。無機フィラーを含有する弾性層の周囲に表面層を形成してもよいし、更に、無機フィラーを含有する弾性層と表面層との間に、無機フィラーを含有しない弾性層を中間層として有してもよい。無機フィラー302は所定の硬度、耐摩耗性、導電性を確保するために弾性層樹脂中に配合される。
これらの無機フィラーの粒子径は5nm以上50μm以下であることが好ましい。無機フィラーの粒子径が5nmより小さいと無機フィラーが凝集しやすくなり、無機フィラーを添加する目的である補強性が得られない場合がある。また、無機フィラーの粒子径が50μmより大きいと同様にして補強性が得られない場合があるがある。
測定モード:プログラムモード5(チャージおよびメジャー30秒、ディスチャージ10秒)
印加電圧:100(V)
試料箱:超高抵抗計測定用試料箱TR42(アドバンテスト社製)、主電極は口径10mm厚さ10mmの金属、ガードリング電極は内径20mm、外径26mm厚さ10mmの金属とする。
試験片:はじめに、該樹脂層204の材料を、樹脂層204の成形時と同じ条件で、樹脂層204と同じ厚さに硬化させた平板状のテストピースを作製する。次に、該テストピースから直径30mmの試験片を切り出す。切り出した試験片の片面には、その全面にPt−Pd蒸着を行うことで蒸着膜電極(裏面電極)を設け、もう一方の面には同じくPt−Pd蒸着膜により、直径15mmの主電極膜と、内径18mm、外径28mmのガードリング電極膜を同心状に設ける。なお、Pt−Pd蒸着膜は、マイルドスパッタE1030(日立製作所製)を用い、電流値15mAにて蒸着操作を2分間行って得る。蒸着操作を終了したものを測定サンプルとする。
上記のように、弾性層203を導電化する手段としては、イオン導電機構、または電子導電機構による導電付与剤を、弾性層203中に添加する手法を挙げることができる。
弾性層203は、図12に示すように軸芯体202に接する第一の弾性層としての樹脂層204と、第二の弾性層としての表面層205よりなる2層構成とすることもできる。弾性層203を2層以上の構成とすることにより、弾性層全体に要求される特性と、表面に要求される物性の両立が図れるため、より高性能な弾性ローラ201が得られる。
現像ローラの表面層205および、樹脂層204を軸芯体202に垂直に切り出し該切片を、デジタルマイクロスコープ(商品名:VHX−600、株式会社キーエンス製)で観察し、表面層膜厚を測定する。測定位置は弾性層203の両端部よりそれぞれ30mm中央方向に向かった位置と、中央部一ヶ所の3箇所とし、3箇所の測定値の相加平均値を採用した。なお、測定は室温23℃相対湿度60%の環境でおこなった。
変位センサ(商品名:LS−7030M、株式会社キーエンス製)およびコントローラ(商品名:LS−7200、株式会社キーエンス製)を用いて、軸芯体202と垂直方向に光線をスキャンし、その影の幅で測定した。
凹みの深さの測定方法を図9、10で示す。図10に示すように、弾性ローラ201の円周の延長408より凹みの底までの距離を測定することで凹み深さを測定した。この距離の測定は、弾性ローラ201の表面までの距離をレーザー光線により測定するセンサ407(LK−010:株式会社キーエンス社製)および、データ処理装置つきアンプ(LK−3100:株式会社キーエンス社製)を用いた。例えば図10においては405の凹みに対しては距離409を、406の凹みに関しては距離410をクリープ変形による凹みの深さとした。クリープ変形による凹み深さの測定は弾性層203の両端部よりそれぞれ30mm中央方向に向かった位置(図9の左端4071、右端4073)と、中央部一ヶ所(図9の中央4072)の三箇所で測定を行った。これらの3箇所の測定値の相加平均値を凹み深さ(クリープ変形量)とした。
まず、軸芯体202として、直径6.0mm、長さ270mmのSUS製軸芯体の外周面に2液タイプのプライマー(ダウコ−ニング DY39−051:東レダウコ−ニング社製)を塗布、焼き付けを行った。
・両末端をビニル基で置換した粘度100Pa・sのジメチルポリシロキサン 100質量部。
・石英粉末(商品名:Min−USil(平均粒子径10μm);ペンシルバニアガラスサンド社製) 20質量部。
・カーボンブラック(商品名:トーカブラック#7360;東海カーボン株式会社)30質量部。
・ポリテトラメチレングリコール(商品名:PTG1000SN;保土谷化学株式会社製)100質量部。
・イソシアネート(商品名:ミリオネートMT;日本ポリウレタン工業株式会社製)21.2質量部。
・水酸基価:ISO 15063の方法で測定した。
・ポリウレタンポリオールプレポリマーの分子量、分子量分布:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により分子量(Mn、Mw、Mz)を測定した。
Mz=(ΣMi 3・Ni)/(ΣMi 2・Ni) 式(1)
上記ポリウレタンポリオールプレポリマー100質量部に、イソシアネート(商品名:コロネート2521;日本ポリウレタン工業株式会社製)7.2質量部を加えて、NCO当量を1.2となるようにした。さらに、カーボンブラック(MA230;三菱化学社製)を樹脂固形分100質量部に対して、20添加質量部して抵抗値を調整した。
上記の工程で得た弾性ローラ201を、現像ローラ502としてプロセスカートリッジ501に組み込み、電子写真装置により画像出力を行った。電子写真装置としては、商品名:LBP‐5400、キヤノン株式会社製を用い、プロセスカートリッジは専用のものを用いた。このとき現像ローラ502の感光体ドラム504に対する圧接力は線圧50N/mとした。また現像ブレード515としては、厚さ80μmのSUS304板を用い、現像ローラ502に対する圧接力は、線圧25N/mとした。トナーは特開2006―106198に実施例1に記載された重合方法により製造された体積平均粒子径5.5μmの黒色トナーを用いた。LETTERサイズの用紙(坪量:75g/m2(商品名:Business Multipurpose 4200、XEROX社製)に印字率4%の画像で6000枚画像出力を続けた。
さらにその後、プロセスカートリッジ501内で現像ローラ502に感光体ドラム504、および現像ブレード515が当接され圧接状態のまま温度49℃、湿度90%環境に3ヶ月放置した。現像ローラ502の感光体ドラム504に対する押圧は、画像出力時と同一のままであった。
前記手順によって当接部に凹みが発生した現像ローラ502に対し、本発明の弾性ローラ201の再生方法、および比較例に記載の処理を行った後、未使用のプロセスカートリッジ501に組み込んで以下の評価を行った。
電子写真装置としては、(商品名:LBP‐5400、キヤノン株式会社製)を用いた。プロセスカートリッジは(商品名:トナーカートリッジ311、キヤノン株式会社製)のブラックを用いた。該カートリッジ501を、温度23℃、湿度60%環境の設置した画像形成装置本体に搭載した後、2時間放置した。その後LETTERサイズの用紙、坪量:75g/m2(商品名:Business Multipurpose 4200、XEROX社製)に画像出力を行った。べた画像(反転現像においてすべてのドットに対して露光)、ハーフトーン画像(感光体ドラムに1ドットおきに露光)をそれぞれ1枚ずつ出力し、画像に現像ローラ502周期の画像スジがないか目視で評価した。横スジ画像について、べた画像、ハーフトーン画像でも目視でまったく確認できない場合を「A」。べた画像のみでわずかに横スジ画像が確認される場合を「B」。べた画像でも、ハーフトーン画像でもわずかに横スジ画像が確認される場合を「C」。べた画像でも、ハーフトーン画像でもはっきりと見える横スジ画像が確認される場合を「D」として評価を行った。
再生処理後の現像ローラ502を目視して、表面層205の剥がれや、樹脂層204に裂け目のごとき、損傷の有無を検査した。その後、横スジ画像評価に用いたと同じ電子写真装置でべた画像、ハーフトーン画像をそれぞれ1枚ずつ出力し、弾性層203の損傷に対応した画像欠陥(スジ、ポチ、リーク)の有無を目視で評価した。
前記、弾性ローラの作製例−1の手順により作製した現像ローラ502に、再生前の連続画像出力、および使用後の保管条件で述べた手順により現像ローラ502にクリープ変形を発生させた。
実施例1−1と同様に弾性ローラの作製例−1の手順により作製し、再生前の連続画像出力、および使用後の保管条件で述べた手順によりクリープ変形を生じた現像ローラ502を準備した。本発明の超音波による再生処理を行わず、圧接解放から3時間放置後現像ローラの凹みの深さを前述の方法で測定した結果、感光体ドラム504当接部で9.8μm、現像ブレード515が当接部で7.2μmであった。
実施例1−1において、本発明の超音波による再生処理を行わず、加熱オーブン(商品名:PV−211:エスペック株式会社製)にて常温(23℃)より30分かけて160℃に加熱した。その後30分間160℃を保持した後、90分かけて放置冷却し常温に戻す工程をおこなった。実施例1−1と同様に現像ローラ502の評価を行い、結果を表1に示す。
実施例1−1において、本発明の超音波による再生処理を行わなかった。そして、現像ローラ502の軸端に2kgfの加重をかけ、直径φ15mm(SUS304 製)の金属ローラに押し付けて加圧しながら、15rpmの回転数で現像ローラ502を回転させることで弾性層への加圧、および開放を10分間繰り返した。実施例1−1と同様に現像ローラ502の評価を行った。結果を表1に示す。
比較例3において金属ローラを160℃に加熱した以外は比較例3と同様の処理をおこなった。比較例3と同様に現像ローラ502の評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1−1において、本発明の超音波による再生処理を行わず、代わりに現像ローラ502を水道水を満たした超音波洗浄器(商品名:UT605、株式会社テックジャム社製)出力600Wに浸漬し、10分超音波洗浄した。処理後、現像ローラを取り出し、実施例1−1と同様に現像ローラ502の評価を行った。結果を表1に示す。
<弾性ローラの作製例−2>
下記配合の材料をニーダで混練したのち、エピクロルヒドリンゴムマスターバッチを得た。
・エピクロルヒドリンゴム(商品名:ゼクロンG3100、日本ゼオン社製)100重量部。
・液状NBR(商品名:N280、JSR社製)10重量部。
・ジメチルジドデシルアンモニウムクロライド(導電剤)5重量部。
・加硫促進剤(商品名:ノクセラーTT,大内新興化学製)3.0重量部。
・加硫剤商品名(商品名:サルファックス,鶴見化学製)0.25重量部。
を添加、オープンロールにて混練した後、導電性ゴムコンパウンド−1を得た。なお上記の導電性ゴムコンパウンド−1は無機フィラーを含んでいない。
実施例1−1と同様の工程で樹脂層204を形成し、さらに実施例1−1同様の工程で膜厚10μmの表面層205を形成した。ただし、樹脂層204の膜厚および表面層205の膜厚の合計(弾性層膜厚)は表2に示す値となるようにし、軸芯体202外径を調整することで現像ローラ502外径はどの実施例でも12.000±0.03mmとした。
・実施例1−2〜1−4、および1−17、1−18;
高周波発信機:商品名:Generator SG3510、TELSONIC社製。
・実施例1−5〜1−7、および1−21、1−22;
高周波発信機:商品名:UE‐1200Z21S、超音波工業株式会社製。
・実施例1−8〜1−9、および1−23、1−24;
高周波発信機:商品名:UE‐1200Z28S、超音波工業株式会社製。
・実施例1−10および11;
高周波発信機:商品名:GH‐12100、千代田電機工業株式会社製。
・実施例1−12および13;
高周波発信機:商品名:αメガ高周波超音波、千代田電機工業株式会社製。
・実施例1−14〜1−16、および1−25、1−26;
高周波発信機:商品名:#69101 、株式会社カイジョー製。
・実施例1−19および20;
高周波発信機:商品名:UE‐1200Z15S、超音波工業株式会社製。
・実施例1−27;
高周波発信機:商品名:W‐357‐3MP、本田電子工業株式会社製。
弾性ローラの作製例−1の作製手順において、石英粉末、およびカーボンブラックの添加量を表3の値に変えた以外は実施例1−1と同様に現像ローラ502を作成した。
弾性ローラの作製例−2において、樹脂層204材料をニーダで混練加工する程時でエピクロルヒドリンゴム100重量部に対して、
・石英粉末(商品名:Min−USil;ペンシルバニアガラスサンド社製)。
・カ−ボンブラック(商品名:トーカブラック#7360;東海カーボン株式会社製)を表3に示した量を変更した以外は、比較例6と同様にして弾性ローラ502を作成した。
実施例1−1同様のクリープ変形を生じた現像ローラ502を準備し、再生処理工程の処理時間を表4の様にした以外は、実施例1−1と同様に再生処理を行った。この後、実施例1−1と同様に現像ローラの評価を実施し、一連の評価結果を表4に示す。
実施例1−1同様のクリープ変形を生じた現像ロ−ラ502を準備した。前処理として現像ローラ502の温度が表5の値になるまで、加熱オーブン(商品名:PV−211:エスペック株式会社製)にて加温した後、温度が保たれているうちに実施例1−1と同様の再生処理をおこなった。なお、実施例4−1〜4−5において圧接を解放した直後の凹みの深さは実施例1−1と同等であった。
101 振動手段
102 下部押え
103 振動子
104 伝達部材
105 ホーン
201 弾性ローラ
202 軸芯体
203 弾性層
204 樹脂層
205 表面層
301 弾性樹脂
302 無機フィラー
303 圧力
401 円筒状圧接部材
402 圧接部(円筒状圧接部材による)
403 板状圧接部材
404 圧接部(板状圧接部材による)
405 凹み(円筒状圧接部材による)
406 凹み(板状圧接部材による)
407 距離測定センサ
408 円周の延長
409 凹みの深さの例
410 凹みの深さの例
500 電子写真装置
501 プロセスカートリッジ
502 現像ローラ
503 帯電ローラ
504 感光体ドラム
505 露光
506 給紙ローラ
507 記録材
508 転写ローラ
509 定着部定着ローラ
510 加圧ローラ
511 クリーニングブレード
512 廃トナー容器
513 トナー供給ローラ
514 トナー貯留槽
515 現像ブレード
516 乾式トナー
Claims (5)
- 金属製の軸芯体と、該軸芯体の周囲に形成された、弾性樹脂および無機フィラーを含有する弾性層とを有し、かつ、圧接によるクリープ変形が該弾性層に生じている弾性ローラを再生する、弾性ローラの再生方法であって、
該再生方法が、超音波振動発振手段より直接または固体の媒介手段である超音波振動伝達手段を介して超音波振動を該軸芯体に伝達し、該軸芯体を超音波振動させることにより、該弾性層に生じているクリープ変形を回復させる工程を有し、
該超音波振動の周波数が、21kHz以上2MHz以下である
ことを特徴とする弾性ローラの再生方法。 - 前記超音波振動のエネルギーを前記弾性層の体積で割った値が、8×60(W・s/cm3)以上110×60(W・s/cm3)以下である請求項1に記載の弾性ローラの再生方法。
- 前記超音波振動のエネルギーを前記弾性層の体積で割った値が、10×60(W・s/cm3)以上100×60(W・s/cm3)以下である請求項2に記載の弾性ローラの再生方法。
- 前記工程における前記弾性層の温度が、40℃以上160℃以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性ローラの再生方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性ローラの再生方法を用いて再生弾性ローラを製造することを特徴とする再生弾性ローラの製造方法。
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