JP5520155B2

JP5520155B2 - ゴムローラ及びゴムローラの製造方法

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Publication number: JP5520155B2
Application number: JP2010164983A
Authority: JP
Inventors: 洋輔飯野; 薫寛大川; 一美竹居
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2012027189A

Description

本発明は、電子写真複写装置、プリンター、静電記録装置などの画像形成装置に使用されるゴムローラに係り、特にローラゴムのズレをなくしたゴムローラ及びゴムローラの製造方法に関するものである。

画像形成装置は、図５に示すように回転する感光ドラム３０の表面に帯電ローラ３１で帯電させ、露光装置３２により画像信号に対応した光を感光ドラム３０に照射し、静電潜像を形成し、現像装置３３のトナーを、現像ローラ３４を介して感光ドラム３０の接触部に移動させ、感光ドラム３０の表面に形成された静電潜像部分にトナーを付着させ、これを、転写ローラ３５で感光ドラム３０に押圧された紙などの記録媒体３６に静電力により転写し、その後、定着装置３７にてトナーを熱や圧力により溶融・定着させるものである。また感光ドラム３０に残ったトナーはクリーニングブレード３８で掻き落として回収される。

この画像形成装置に使用される帯電ローラ３１，現像ローラ３４、転写ローラ３５は、特許文献１〜５に示されるように主に三層構造で形成される。

図６は、三層構造のゴムローラ４０を示したもので、シャフト４１に、発泡弾性体としてのスポンジ層４２が形成され、その外周に抵抗調整層としてのソリッド層４３が形成され、さらにその外周に保護層としてのコート層４４が形成されてゴムローラ４０とされる。

このゴムローラ４０を製造する際には、特許文献２に示されるように、スポンジ層４２を押出機にてチューブ状に押し出すと共に、これを加硫し、その後、シャフトに圧入し、そのスポンジ層４２の外周にソリッド層４３とコート層４４を塗工して製造したり、特許文献３に示されるようにスポンジ層４２とソリッド層４３を同時に押出で成形したり、或いは特許文献４，５に示されるように金型を用いてスポンジ層４２とソリッド層４３を成形することがなされている。

特開平８−２３４５９５号公報特開２００９−２３７５３２号公報特開２００９−８０１７５号公報特開２００７−１７８７５２号公報特開２００７−２６４２９４号公報

しかしながら、特許文献４，５のように金型を用いてスポンジ層４２とソリッド層４３を成形したのでは、製造コストが高くなる問題がある。また特許文献３のようにスポンジ層４２とソリッド層４３を同時押出で形成したのでは、硬度ムラや抵抗値ムラが発生してしまう問題がある。

特許文献２は、スポンジ層４２をチューブ状に押し出し、加硫させてシャフトに圧入する点で、製造コストもかからずに簡便に製造できるメリットがあるが、ソリッド層４３を塗工で形成するには層厚を厚くすることは困難である。

そこでソリッド層４３を押出機でチューブ状に成形し、これをシャフト４１に圧入したスポンジ層４２に被覆することが有望であるが、単に被覆しただけではソリッド層４３のズレを防止することはできない。またズレを防止するためにスポンジ層４２に接着剤を塗布してソリッド層４３を被覆すれば、スポンジ層４２とソリッド層４３とが接着剤で接合されるため、ズレを防止できるが、接着剤が介在するために抵抗値にムラが生じる問題が発生する。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層が同心円状に順次形成されているゴムローラにおいて、ソリッド層のズレを防止できるゴムローラ及びゴムローラの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層が同心円状に順次形成されているゴムローラにおいて、前記スポンジ層と前記ソリッド層との間の静摩擦係数が３．０以上であることを特徴とするゴムローラである。

請求項２の発明は、チューブ状に形成された前記スポンジ層に前記シャフトが圧入され、前記スポンジ層の外周に、チューブ状に形成された前記ソリッド層が嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のゴムローラである。

請求項３の発明は、スポンジ層が、粘着性付与剤が添加された発泡ゴムで形成され、前記ソリッド層が、ゴムで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムローラである。

請求項４の発明は、スポンジ層が、粘着性付与剤が添加された発泡ゴムで形成され、前記ソリッド層が、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムローラである。

請求項５の発明は、スポンジ層が、発泡ゴムで形成され、前記ソリッド層が、粘着性付与剤が添加されたゴムで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムローラである。

請求項６の発明は、前記ソリッドゴム層の外周に、ウレタン樹脂からなるコート層が形成されていることを特徴とする請求項３又は５に記載のゴムローラである。

請求項７の発明は、シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層を同心円状に順次形成するゴムローラの製造方法において、前記スポンジ層を、粘着性付与剤を添加した発泡ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、前記ソリッド層を、ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、チューブ状の前記スポンジ層に前記シャフトを圧入した後、前記スポンジ層の外周に、前記スポンジ層の外径よりも小さい内径を有する、チューブ状の前記ソリッド層を嵌め込んだことを特徴とするゴムローラの製造方法である。

請求項８の発明は、シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層を同心円状に順次形成するゴムローラの製造方法において、前記スポンジ層を、粘着性付与剤を添加した発泡ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、前記ソリッド層を、樹脂を押出成形することによりチューブ状に形成し、チューブ状の前記スポンジ層に前記シャフトを圧入した後、前記スポンジ層の外周に、前記スポンジ層の外径よりも小さい内径を有する、チューブ状の前記ソリッド層を嵌め込んだことを特徴とするゴムローラの製造方法である。

請求項９の発明は、シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層を同心円状に順次形成するゴムローラの製造方法において、前記スポンジ層を、発泡ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、前記ソリッド層を、粘着性付与剤を添加したゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、チューブ状の前記スポンジ層に前記シャフトを圧入した後、前記スポンジ層の外周に、前記スポンジ層の外径よりも小さい内径を有する、チューブ状の前記ソリッド層を嵌め込んだことを特徴とするゴムローラの製造方法である。

請求項１０の発明は、前記ソリッド層の外周にウレタン樹脂を塗布し、前記ウレタン樹脂を前記ソリッド層に焼き付けることにより、前記ソリッド層の外周にコート層を形成することを特徴とする請求項７又は９に記載のゴムローラの製造方法である。

本発明によれば、たとえ、接着剤を塗布しなくても、ソリッド層のズレを防止できるという優れた効果を発揮するものである。

本発明の一実施の形態を示すゴムローラの断面図である。本発明の他の実施の形態を示すゴムローラの断面図である。本発明のゴムローラの製造工程を示す図である。本発明において、ソリッド肉厚とアスカー硬度の関係を示す図である。ゴムローラが使用される画像形成装置の概略を示す図である。従来のゴムローラの断面図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明のゴムローラ１０の断面図を示したものである。

図１において、粘着性を持たせた発泡ゴムがチューブ状に押出成形されたスポンジ層１２にシャフト１１が圧入され、そのスポンジ層１２の外周が研磨され、そのスポンジ層１２の周囲に、粘着性を持たせたゴムがチューブ状に押出成形されたソリッド層１３が嵌め込まれ、そのソリッド層１３の外周にコート層１４を塗布、焼き付けしてゴムローラ１０が製造される。このときソリッド層１３は、押出成形した直後にスポンジ層１２に嵌め込んでもよいし、事前に押出成形しておいたものをスポンジ層１２に嵌め込んでもよい。

シャフト１１は、例えば外径Φ２５．０ｍｍのパイプからなる。

スポンジ層１２は、粘着性を持たせた発泡ゴム或いは非粘着性の発泡ゴムに導電性材料を添加した導電性ゴム又は半導電性ゴムからなる。当該発泡ゴムとしては、発泡ＮＢＲ（ニトリルゴム）や発泡ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）などが使用できる。当該粘着性を持たせた発泡ゴムとしては、発泡ＮＢＲ（ニトリルゴム）や発泡ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）などに、フェノール樹脂、クマロン樹脂、アセチレン樹脂、テルペン樹脂などの粘着性付与剤を添加したものが使用できる。スポンジ層１２の厚さは、ソリッド層１３との全体の厚さを５．５ｍｍとしたとき、３．５〜４．５ｍｍに形成される。スポンジ層１２の抵抗値としては、５×１０⁶Ω程度とする。

ソリッド層１３は、粘着性を持たせたゴム或いは非粘着性のゴムに導電性材料を添加した導電性ゴム又は半導電性ゴムからなる。当該ゴムとしては、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）などが使用できる。当該粘着性を持たせたゴムとしては、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンゴム）などに、フェノール樹脂、クマロン樹脂、アセチレン樹脂、テルペン樹脂などの粘着性付与剤を添加したものが使用できる。

スポンジ層１２とソリッド層１３は、少なくともいずれか一方が粘着性を有していればよく、スポンジ層１２として粘着性を持たせた発泡ゴムを用いた場合には、ソリッド層１３として粘着性を持たせていないゴムを用いてもよいし、ソリッド層として粘着性を持たせたゴムを用いた場合には、スポンジ層として粘着性を持たせていない発泡ゴムを用いてもよい。もちろん、スポンジ層１２とソリッド層１３は共に、粘着性を有していてもよい。

また、スポンジ層１２とソリッド層１３とは、スポンジ層１２とソリッド層１３とが接する部分の静摩擦係数が高ければよく、スポンジ層１２の外周面やソリッド層１３の内周面を粗くしたり、溝を形成したり、シボ加工したりするなどして静摩擦係数を高めてもよい。このソリッド層１３の厚さは、このソリッド層１３を転写ローラとして用いる場合には、その機能（転写ニップの確保）の関係上１．０〜２．０ｍｍとするのが好ましい。ソリッド層１３の抵抗値は、１×１０⁷Ω程度とするのが好ましい。

ソリッド層１３のズレを防止するには、スポンジ層１２とソリッド層１３とのの間の静摩擦係数は３．０以上であるのがよい。

コート層１４は、トナー、紙粉のクリーニング性向上のためとソリッド層１３の保護のために被覆され、フッ素樹脂を含有したウレタン樹脂に適宜導電性材料を加え、これをソリッド層１３の外周に厚さ５〜９μｍで塗布し、ウレタン樹脂をソリッド層１３に焼き付けることにより形成される。コート層１４の抵抗値としては、１×１０⁸Ω程度とするのが好ましい。

図２は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

図２におけるシャフト２１、スポンジ層２２としては、図１におけるシャフト１１、スポンジ層１２と同じものが用いられるが、ソリッド層１３、コート層１４の代わりに、ソリッド層にコート層の機能をも持たせたソリッド層２３を用いる。ソリッド層２３は、樹脂に導電性材料を添加した導電性樹脂又は半導電性樹脂からなる。当該樹脂としては、脂肪族炭化水素樹脂、芳香族炭化水素樹脂、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド（２フッ化））、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミドなどが使用できる。当該樹脂からなるソリッド層２３としては、たとえば、半導電性ＰＦＡチューブ（グンゼ社製）、半導電性ＰＶＤＦチューブ（大倉工業社製）などが使用できる。

次に、本発明のゴムローラ１０の製造方法を説明する。

スポンジ層１２は、所定の径のマンドレル（金属シャフト）の外周にスポンジ層１２のゴム組成物を同時押出し、所定の長さのきりたんぽ状に成形する。この成形品を蒸気釜に入れて発泡すると共に加硫を行う（当該加硫に代えて、マイクロ波による加熱を行ってもよいし、金型を用いたプレス成形（金型成形）を行ってもよい）。次に、マンドレルを抜き取り、チューブ状とし、これをローラ寸法に合った長さにカットしてスポンジチューブとする。このスポンジチューブにシャフト１１を圧入する。この際、スポンジチューブの内径は、シャフト１１の外径に対して７０〜９０％になるようにマンドレルの径を設定しておき、シャフト１１に装着したときに、その収縮力によりスポンジチューブが保持される。このスポンジチューブを仕上げ研磨加工し、所定の外径のスポンジ層１２とする。

ソリッド層１３は、（スポンジ層１２を成形する際に用いたマンドレル（金属シャフト）の径よりも大きな）所定の径のマンドレル（金属シャフト）の外周にソリッド層１３のゴム組成物を同時押出し、所定の長さのきりたんぽ状に成形する。この成形品を蒸気釜に入れて加硫を行う（当該加硫に代えて、マイクロ波による加熱を行ってもよいし、金型を用いたプレス成形（金型成形）を行ってもよい）。次に、マンドレルを抜き取り、チューブ状とし、これをローラ寸法に合った長さにカットしてソリッドチューブとする。

図３は、シャフト１１に挿入し、所定径に研磨加工したスポンジ層１２にソリッドチューブ１３ａを嵌めてゴムローラ１０を製造する工程を示したものである。

先ず図３（ａ）に示すように、スポンジ層１２にシャフト１１を圧入（挿入）した状態で、ソリッドチューブ１３ａを嵌め込むようにセットする。その状態で、図３（ｂ）に示すようにソリッドチューブ１３ａの上端にキャップ１５を被せ、ソリッドチューブ１３ａの下端から図示の矢印のようにエアーを注入することで、ソリッドチューブ１３ａを拡径させながらスポンジ層１２に嵌め込む。

その後、ソリッドチューブ１３ａの表面を仕上げ研磨して、外径Φ３８．２ｍｍのソリッド層１３を形成する（図３（ｃ））。これにより外径Φ２５．４ｍｍのシャフト１１に厚さ４．５ｍｍのスポンジ層１２が被覆され、そのスポンジ層１２に、例えば厚さ１．９ｍｍのソリッド層１３が形成される。

コート層１４は、ソリッド層１３の仕上げ研磨の際に付着したゴムカスやホコリを除去した後、その表面にウレタン系塗料を５〜９μｍ厚で塗布し、これを高温で焼き付けて形成する。

その後、最終寸法となるように、スポンジ層１２、ソリッド層１３、コート層１４の両端末をカットしてゴムローラ１０とする。

さて図４は、ソリッド層の厚さ（ｍｍ）とゴムローラのアスカーＣ硬度（°）の関係を示したものである。

一般に転写ローラの硬度規格は、３５°以上、４５°以下であり、ソリッド層１３の厚さが厚くなるとその硬度が高く、硬度規格３５°以上、４５°以下の範囲でのソリッド層１３の厚さは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲となる。

また、本発明において、ソリッド層のズレに対しては、静摩擦係数が３．０以上であればよい。このためには、スポンジ層１２とソリッド層１３のうちの、少なくともいずれか一方に粘着性を持たせるのがよい。

次に、本発明の実施例１〜３を表１〜３に基づいて、比較例１〜６を表４〜６に基づいて説明する。

表１〜５において実施例１〜３（表１〜３）、比較例１，２（表４，５）は、スポンジ押出→シャフト挿入→スポンジ外周研磨→ソリッドチューブ被覆→ソリッドチューブ外周研磨→コート層塗布焼き付けで製造したものである。

また、表６において比較例３（表６）は、スポンジ押出→シャフト挿入→スポンジ外周研磨後のローラを金型にセットし、その金型にソリッド材を注入してソリッド層を製造したものであり、比較例４（表６）はスポンジ層とソリッド層を同時押出で製造したものであり、比較例５，６（表６）は、スポンジ押出、シャフト挿入、スポンジ外周研磨後にそのスポンジの外周に接着剤を塗布し、そのスポンジの外周にソリッドチューブを嵌め込んで接着被覆し、そのソリッドチューブの外周を仕上げ研磨して製造したものである。

実施例１〜３、比較例１，２は、スポンジ層とソリッド層の全体の厚さが５．５ｍｍとなるようにスポンジ層とソリッド層の厚さを変えた。比較例３〜６は、スポンジ層の厚さを４．０ｍｍ、ソリッド層の厚さを１．５ｍｍとした。

この結果、比較例３，４は、スポンジ層とソリッド層が金型成形や押出しで一体にされたものでズレの問題は生じなかったものの硬度ムラ、抵抗値ムラがあり、比較例５，６は、硬度ムラは生じないものの、抵抗値が高くなり、また抵抗値ムラが発生していた。

これに対して、実施例１〜３、比較例１，２は、硬度ムラ、抵抗値、抵抗値ムラがなく良好であった。

なお、表１〜６においては、「硬度」の項目では、ゴムローラの硬度が転写ローラの硬度規格内（アスカーＣ硬度が３５°以上４５°以下）であるものに○、転写ローラの硬度規格外であるものに×を付した。○または×の隣の括弧内の数字はアスカーＣ硬度（°）の値である。また、「硬度ムラ」の項目では、ゴムローラの硬度の最高値と最低値の間の幅が４°未満であるものに○、４°以上であるものに×を付した。また、「抵抗値」の項目では、ゴムローラの抵抗値が一般的な転写ローラの抵抗値規格内（１．６×１０⁷Ω以上４．０×１０⁷Ω以下）であるものに○、一般的な転写ローラの抵抗値規格外であるものに×を付した。また、「抵抗値ムラ」の項目では、ゴムローラの抵抗値の最高値と最低値の割合（最高値／最低値）が１．２未満であるものに○、１．２以上であるものに×を付した。

次に、ゴムローラを実機に適用してソリッド層のズレについて、一般的なコピー用紙である、大きさがＡ４判（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）、厚さ（坪量）が６７ｇ／ｍ²のコピー用紙を用いて検討した。その結果、実施例１は、スポンジ層、ソリッド層として粘着性を持たせたＮＢＲを用いており、スポンジ層とソリッド層の静摩擦係数が、４．５と高く、またスポンジ層とソリッド層の空回りトルクが９８Ｎ・ｃｍ以上と高く、ズレが発生していないことが確かめられた。また、実施例２は、ソリッド層として粘着性を持たせたＮＢＲを用いており、スポンジ層とソリッド層の静摩擦係数が、３．０と高く、またスポンジ層とソリッド層の空回りトルクが５０Ｎ・ｃｍと高く、ズレが発生していないことが確かめられた。また、実施例３は、スポンジ層として粘着性を持たせたＮＢＲを用いており、スポンジ層とソリッド層の静摩擦係数が、３．０と高く、またスポンジ層とソリッド層の空回りトルクが５０Ｎ・ｃｍと高く、ズレが発生していないことが確かめられた。

これに対して、比較例１，２は、スポンジ層、ソリッド層として非粘着性のＮＢＲ、ＥＰＤＭを用いているため静摩擦係数が２．５，２．２と小さく、空回りトルクが３０Ｎ・ｃｍ，３５Ｎ・ｃｍで空回りが発生し、ズレが発生することが確かめられた。

よってソリッド層のズレに対しては、静摩擦係数が３．０以上であればよいことが確かめられた。このためには、スポンジ層とソリッド層のうちの、少なくともいずれか一方に粘着性を持たせるのがよいことが確かめられた。

次に、ゴムローラを実機に適用して初期画像評価を行った。初期画像評価の際には、一般的なコピー用紙である、大きさがＡ４判（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）、厚さ（坪量）が６７ｇ／ｍ²のコピー用紙を用いて行った。その結果、実施例１〜３、比較例１，２では良好であったが、比較例３〜４では不良であった。

表１〜６においては、「ソリッド層ズレ」の項目では、上記のようにゴムローラを実機に適用してソリッド層のズレについて確認した結果、ズレが目視で確認されなかったものに○、確認されたものに×を付した。また、「初期画像評価」の項目では、上記のようにゴムローラを実機に適用して初期画像評価（目視にて確認）を行った結果、良好であったものに○、不良であったものに×を付した。

なお、実施例１，３（スポンジ層として、粘着性を持たせた発泡ゴムを用いた実施例）におけるソリッド層及びコート層の代わりに、ソリッド層にコート層の機能をも持たせたソリッド層として、半導電性ＰＦＡチューブ（グンゼ社製）、半導電性ＰＶＤＦチューブ（大倉工業社製）を用いて検討したところ、実施例１〜３と同様に、硬度ムラ、抵抗値、抵抗値ムラがなく良好であり、ズレも発生していないことが確かめられた（ソリッド層をスポンジ層に嵌め込む方法としては、実施例１〜３と同様の方法（図３に示された方法）を用いた）。コート層の機能をも持たせたソリッド層としては、脂肪族炭化水素樹脂、芳香族炭化水素樹脂、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド（２フッ化））、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミドなどの樹脂からなるチューブも使用できる。

１０ゴムローラ
１１シャフト
１２スポンジ層
１３ソリッド層
１４コート層
２１シャフト
２２スポンジ層
２３ソリッド層

Claims

シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層を同心円状に順次形成するゴムローラの製造方法において、
前記スポンジ層を、粘着性付与剤を添加した発泡ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、前記ソリッド層を、ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、
チューブ状の前記スポンジ層に前記シャフトを圧入した後、前記スポンジ層の外周に、前記スポンジ層の外径よりも小さい内径を有する、チューブ状の前記ソリッド層を嵌め込んだことを特徴とするゴムローラの製造方法。
シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層を同心円状に順次形成するゴムローラの製造方法において、
前記スポンジ層を、粘着性付与剤を添加した発泡ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、前記ソリッド層を、樹脂を押出成形することによりチューブ状に形成し、
チューブ状の前記スポンジ層に前記シャフトを圧入した後、前記スポンジ層の外周に、前記スポンジ層の外径よりも小さい内径を有する、チューブ状の前記ソリッド層を嵌め込んだことを特徴とするゴムローラの製造方法。
シャフトに少なくとも、発泡ゴムからなるスポンジ層、ゴム又は樹脂からなるソリッド層を同心円状に順次形成するゴムローラの製造方法において、
前記スポンジ層を、発泡ゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、前記ソリッド層を、粘着性付与剤を添加したゴムを押出成形することによりチューブ状に形成し、
チューブ状の前記スポンジ層に前記シャフトを圧入した後、前記スポンジ層の外周に、前記スポンジ層の外径よりも小さい内径を有する、チューブ状の前記ソリッド層を嵌め込んだことを特徴とするゴムローラの製造方法。
前記ソリッド層の外周にウレタン樹脂を塗布し、前記ウレタン樹脂を前記ソリッド層に焼き付けることにより、前記ソリッド層の外周にコート層を形成することを特徴とする請求項１又は３に記載のゴムローラの製造方法。