弾性ローラの製造方法、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】 成形型内にて弾性層原料を注入して弾性ローラを製造する際、成形加工サイクル短縮のために硬化温度を上げても、ローラ長手方向の外径差が５μｍ以下であるように均一化である製造方法を提供する。
【解決手段】 芯金を保持する成形型への弾性層原料を注入硬化するに際し、該成形型の原料注入側の温度を出口側の温度より高くして成形する。
【解決手段】 芯金を保持する成形型への弾性層原料を注入硬化するに際し、該成形型の原料注入側の温度を出口側の温度より高くして成形する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性ローラ、特に電子写真の原理を用いた画像形成装置に用いる現像剤担持ローラとして有用な弾性ローラを製造する方法に関し、該方法で製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成体に接触もしくは近接して配置された現像剤担持ローラにより、画像形成体に現像剤（以下、“トナー”と表記することがある）を供給することにより画像形成体表面に可視画像を形成する現像方式として、一成分現像法が知られている。この一成分現像法は、現像剤担持ローラ表面にトナーを付着させ、付着したトナーの層厚を層厚規制部材により均一化すると共にトナーを層厚規制部材との摩擦により帯電させた後、画像形成体に現像剤担持ローラを接触ないし近接させることにより該画像形成体表面上に潜像となっている画像をトナー転移によって顕像化する方法である。
【０００３】
現像剤担持ローラを画像形成体に接触させる場合、画像形成体との接触部の幅は、その長手方向において均一であることが要求される。また近接させる場合、画像形成体と現像剤担持ローラとの対抗間隙が、その長手方向において均一であることが要求される。そのため、現像剤担持ローラの外径形状は、その長手方向において均一であることが非常に重要な要件である。
【０００４】
そのような現像剤担持ローラに必要な導電性弾性層を得るための製造方法としては、高精度に研磨する方法が提案されている。すなわち、適当な肉厚に押し出し成形したチューブに芯金を圧入し、その後所望の形状に研磨する方法である。この方法によれば、導電性弾性層の長手方向において、ある程度均一な外径である導電性弾性層を得ることが可能になるが、押出し工程と研磨工程の２工程が必要となり、作業効率上は元よりコスト上も問題であり、さらに、外径の均一な高精度なローラを得るためには研磨にかける時間を長くする必要があり、今後の要求されるさらなる高精度化に対しては改良が要求される技術となっている。
【０００５】
これに対し、その内径形状が高精度に加工された円筒状の成形型内に芯金を配し、その後型内に原料を注入し、加熱することにより硬化させて、導電性弾性層を得るインジェクション成形法が提案されている。これによれば、高精度に加工された成形型を用いることで、ほぼ型形状を反映した高精度の導電性弾性層を有する現像剤担持ローラを得ることができる。また、表面精度が良好であることから成形後に研磨することなく、所望の均一な導電性弾性層を有する現像剤担持ローラを得ることが可能であることから、近年多く採用されている。
【０００６】
しかしながら、内径が高精度である成形型を用いたインジェクション成形においても、硬化時にローラ各部の材料にかかる熱履歴の差から、外径が長手方向に十分均一なローラを得ることは難しく、通常、ローラ長手方向において数μｍ〜十数μｍ程度の外径差が生じているのが現状であり、さらに成形加工処理時間短縮のために硬化温度を高くすると、その傾向がより顕著になり問題となっていた。
【０００７】
このような問題に対し、原料注入後の該成形型の昇温状態をフィードバック制御することで、硬化中のローラ導電性弾性層各部にかかる熱履歴を均一にする手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
しかしながら、この手法によれば、成形型内に原料を注入した後、成形型各部の温度が均一に昇温するようにフィードバック制御を行うため、室温から硬化に必要な温度にまで昇温するのに時間を要し、さらには温度のフィードバック制御システムが複雑になる等の問題があり、成形加工処理時間の短縮及び低コスト化には不利であった。
【０００９】
このようなことから、現在では、予め硬化に必要な温度に昇温してある成形型内に、原料を注入する手法が用いられるに至っている。この手法においても、高い外径精度をもったローラを得るために、導電性弾性体層各部にかかる熱履歴を可能な限り均一化しようとする目的で、成形型各部の温度を高度に均一化する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【００１０】
このような手法によれば、１００〜１２０℃の比較的低温領域の加工においてはローラ外径差をその長手方向において数μｍ以内の範囲におさえることが可能になるものの、近年、加工処理時間の短縮のために硬化の温度を上げることが要求され、その場合、材料の注入側と充填末端部（出口側）とで、その部分にかかる熱量の差が大きくなり、ローラ外径差が大きくなり問題となっていた。
【００１１】
このような背景から、ローラ加工処理時間の短縮及び近年の印字速度の高速化・画像の高精細化に対応するためには、従来の硬化時の成形型の温度の均一化だけでは不十分となっていた。
【特許文献１】特開２００３−３９４５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明は、従来技術では困難であった、予め予熱された成形型内に熱硬化性弾性層原料を注入して弾性ローラを製造する工程において、加工処理サイクル短縮のために高温で加工する場合においても、ローラ長手方向の外径差を５μｍ以下に均一化された弾性ローラを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は以下により達成される。
【００１４】
すなわち、本発明は、芯金を配した円筒状成形型の片方端部から熱硬化性弾性層原料を注入し、その後加熱硬化することによって、芯金の外周上に熱硬化性弾性層を有する弾性ローラを製造するに際し、円筒状成形型の温度を、原料注入時及び加熱硬化中を通して、原料注入側よりもその逆側（出口側）の方を低くしておくことを特徴とする弾性ローラの製造方法である。
【００１５】
また、本発明は、熱硬化性弾性層原料が付加反応架橋型液状シリコーンゴムである上記の弾性ローラの製造方法である。
【００１６】
さらに、本発明は、弾性層が導電性を有する上記の弾性ローラの製造方法である。
【００１７】
さらにまた、本発明は、弾性ローラが現像剤担持ローラである上記の弾性ローラの製造方法である。
【００１８】
また、本発明は、上記により製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ及び画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法によれば、今後益々高速化・高精細化が要求される電子写真装置に組み込まれる電子写真プロセスカートリッジ中の現像剤担持ローラの製造において、加工処理時間を短縮するために高温加工を行なっても、ローラ長手方向の外径をサブミクロン以下に均一化な現像剤担持ローラを提供することが可能となり、該製造方法で製造されたローラを組み込むことによりプロセスカートリッジおよび画像形成装置での印刷画像の品位が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、弾性ローラの製造が、円筒状の成形型内に両端を支持して芯金を配し、硬化可能な温度に昇温されている成形型の片側から熱硬化性弾性層原料が注入され、その注入と共に硬化されるが、該原料は片側から注入されるため、成形型の長手方向の温度を均一にしておくと、注入された原料に加わる熱量に原料注入側とその逆側（出口側）の間では大きな差があり、結果、形成された弾性層にローラ長手方向に外径差が発生することを見出した。
【００２１】
従って、加工処理時間を短縮するため、成形型の温度を上げるほど、注入側と出口側の材料にかかる熱履歴には差が生じ、外径差として顕著に現れている。
【００２２】
本発明では、成形型の長手方向の温度を均一化するのではなく、形成される弾性層にかかる熱履歴を等しくする観点から、原料注入側と出口側の温度をコントロールする。このことにより、硬化温度を上げて、加工処理時間を短くしても、ローラの長手方向の外径差を５μｍ以下に収めることが可能となる。
【００２３】
図１は本発明で製造する弾性ローラの一例を示す断面図である。
【００２４】
本発明の弾性ローラは、芯金１の周りに、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、（メタ）アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリレートゴム、エピクロルヒドリンゴム等の原料を成形型に注入し、必要により発泡し、硬化して形成された弾性層２を有するものである。
【００２５】
本発明で弾性ローラ製造に使用するのに好適な成形型の一例の模式的断面図を図２に示す。
【００２６】
図において、ローラの芯金１を保持し、弾性層用の原料を該成形型内の弾性層形成キャビティ３に供給する原料供給路４ａを有する駒４及び原料が該キャビティ３内に供給、硬化される際にキャビティ３内の空気及びキャビティ３の容積より僅か多目に供給される原料の過剰分が溢れ出る排気路５ａを有し、駒４と共に芯金１を保持する駒５、並びに該駒４、５とともに弾性層形成キャビティ３を形成するパイプ状の金型６よりなっている。なお、ここで駒４及び駒５は同一形状であってもよく、またそれぞれの機能を考慮して形が変えられていてもよいが、同一形状であると射出成形機に成形型をセットする際に方向を決めることがないので好ましい。
【００２７】
本発明においては、この成形型に弾性層原料を注入する際に、成形型を原料の硬化温度に保持しておくと共に、原料注入側の温度を出口側より高くしておくことが肝要である。その温度差は、弾性層原料により異なる。また、注入側から出口側へは徐々に下がるように設定することが好ましく、連続して下がるようになっていても、また、段階的に下がる様になっていても構わない。そのために、射出成形機の成形型を保持する熱盤に設けられた加熱機構を適宜変更することが好ましい。例えば、電熱式であればヒーター線の巻きまわし間隔を適宜に変える、また、加熱区間をいくつかに区切りそれを個別に温度コントロールするなどして、成形型の注入側と出口側の温度をコントロールする。なお、注入側と出口側の温度差は弾性層原料により硬化温度、硬化後の収縮等とともに異なり、さらには同一原料においてもゴム部肉厚等によっても異なるので、予め適当な温度差により弾性ローラを成形し、得られた弾性ローラが所定の外形寸法差に納まる温度差を成形に用いる原料種別さらにはゴム部肉厚毎に求めておくことが望ましい。
【００２８】
弾性ローラの弾性層は上記したように弾性層原料を硬化して形成されるが、長手方向の外径を高度にコントロールできることから、シリコーンゴム系、特に２液付加反応架橋型のシリコーンゴム系とすることが望ましい。この場合の原料入口側における成形型温度は、１００〜１５０℃であることが好ましく、また、弾性層の硬化時間短縮さらには、外径を均一化するための温度差の効果がより良好となることから、１３０〜１５０℃がより好ましい。
【００２９】
なお、本発明で製造される弾性ローラは、長手方向で外径精度が極めて優れているので各種用途に使用可能である。なお、電子写真方式の画像形成装置で使用される、導電性が必要な帯電ローラ、現像剤担持ローラ、現像ローラ、除電ローラ等に使用する時には、弾性層原料に導電性カーボン等の導電材を含ませておくとよい。本発明の弾性ローラは、現像剤担持ローラのように感光体との接触や現像剤の担持量が極めて均一であることが要求される用途に好ましい。
【００３０】
本発明で製造される弾性ローラは、さらに弾性層の外周に各種機能を付与するための被覆層が１層以上設けられてもよい。なお、この被覆層はウレタン結合を有する樹脂、例えばウレタン樹脂で形成されていることが好ましい。
【００３１】
次に好ましい実施の形態を、各個別の構成要素に応じて詳細に説明する。
【００３２】
本発明で使用する芯金１は、例えば、炭素鋼合金表面に５μｍ程度の厚さの化学ニッケルメッキを施した円柱である。なお、弾性ローラが導電性弾性ローラであるときは、芯金の少なくとも表面が導電性であることが必要であり、その場合は、芯金自体が導電性であることが好ましいが、必ずしも全部が導電性金属である必要はなく、その構成材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、チタン、銅およびニッケル等の金属の繊維や粉末、ステンレス、ジュラルミン、真鍮、青銅等の合金の繊維や粉末、さらにカーボンブラックや炭素繊維をプラスチックで固めた複合材料等の剛直で導電性を示す公知の材料、あるいはプラスチック製の剛直な円柱の表面に金属の導電層を設けたものを使用することもできる。また、形状としては、円柱状のほかに中心部分を空洞とした円筒形状とすることもできる。
【００３３】
弾性層原料としては、熱硬化性のゴム原料であれば何れでもよいが、上記したように、シリコーンゴムが好ましい。
【００３４】
シリコーンゴムとしては、加工性に優れている、硬化反応に伴う副生成物の発生がないため寸法安定性が良好である、硬化後の物性が安定している等の理由から、付加反応架橋型シリコーンゴムが好ましい。
【００３５】
このシリコーンゴムは、例えば、式１で表されるオルガノポリシロキサン、及び式２で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを含み、さらに触媒や他の添加物と適宜混合させて用いることができる。
【００３６】
【化１】
式中、Rはアルケニル基であり、ｘは正の整数である。
【００３７】
【化２】
式中、ｙは２以上の正の整数であり、ｚは正の整数である。
【００３８】
式（１）で表されるオルガノポリシロキサンは、シリコーンゴム原料のベースポリマーであり、その分子量は特に限定されないが１０万〜１００万が好ましく、平均分子量は４０万〜７０万が好ましい。さらに加工特性および得られるシリコーンゴム組成物の特性等の観点から、オルガノポリシロキサンの粘度（２３℃）は、下限が１０Ｐａ・ｓ、好ましくは５０Ｐａ・ｓであり、上限としては３００Ｐａ・ｓ、好ましくは２５０Ｐａ・ｓである。
【００３９】
また、式（１）中のアルケニル基は、式（２）で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンの活性水素と反応して架橋点を形成する部位で、特に限定されないが、活性水素との反応性が高いことから、ビニル基又はアリル基であることが好ましく、ビニル基が特に好ましい。
【００４０】
式（２）で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、硬化工程における付加反応の架橋剤の働きをするもので、一分子中のケイ素原子結合水素原子の数は２個以上であり、硬化反応を最適に行わせるために、３個以上のポリマーが好ましい。ポリオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子量に特に制限は無く、１０００〜１００００であるが、硬化反応を適切に行わせるために、比較的低分子量である１０００〜５０００が好ましい。
【００４１】
このシリコーンゴム形成のための架橋触媒として、例えば、塩化白金酸六水和物を使用することができ、また、ヒドロシリル化反応において触媒作用を示すその他の遷移金属化合物も使用可能である。その例としては、Ｆｅ（ＣＯ）5、Ｃｏ（ＣＯ）8、ＲｕＣｌ3、ＩｒＣｌ3、〔（オレフィン）ＰｔＣｌ2〕2、ビニル基含有ポリシロキサン−Ｐｔ錯体、Ｌ2Ｎｉ（オレフィン）、Ｌ4Ｐｄ、Ｌ4Ｐｔ、Ｌ2ＮｉＣｌ2（但し、ＬはＰＰｈ3若しくはＰＲ’3であり、Ｐはリン、Ｐｈはフェニル基、Ｒ’はアルキル基を示す）を挙げることができる。その中でも、好ましくは白金、パラジウム、ロジウム系遷移金属化合物触媒である。
【００４２】
上記触媒の配合量は、例えば、白金系金属化合物触媒を使用した場合、液状シリコーンゴム原料（各種配合物を含む）中、白金として１〜１００ｐｐｍが好ましいが、この範囲に限定されることはなく、目標とする可使時間、硬化時間、製品形状等により適宜選択される。
【００４３】
また液状シリコーンゴム材料は、硬化反応遅延剤として１−エチニル−１−シクロヘキサノール、フェニルブチノール等の不飽和アルコールを含むことができる。上記硬化反応遅延剤の配合量としては、液状シリコーンゴム材料１００質量部に対し０．０５〜０．５質量部の範囲で、目標とする可使時間、硬化時間、製品形状により適宜選択される。
【００４４】
硬化物の低硬度及び低圧縮永久歪の特徴を阻害しない範囲内で、液状シリコーンゴム原料に通常使用される各種の配合剤を添加することができる。
【００４５】
例えば、併用することができるゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、（メタ）アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリレートゴム、エピクロルヒドリンゴム等が挙げられる。
【００４６】
液状シリコーンゴム原料に含ませることのできる可塑剤としては、例えば、ポリジメチルシロキサンオイル、ジフェニルシランジオール、トリメチルシラノール、フタル酸誘導体、アジピン酸誘導体等であり、軟化剤としては、例えば、潤滑油、プロセスオイル、コールタール、ヒマシ油等を挙げることができ、老化防止剤としては、例えば、フェニレンジアミン類、フォスフェート類、キノリン類、クレゾール類、フェノール類、ジチオカルバメート金属塩類等が有用であり、耐熱剤としては、例えば、酸化鉄、酸化セリウム、水酸化カリウム、ナフテン酸鉄、ナフテン酸カリウム等が使用可能であり、そのほか加工助剤、着色剤、紫外線吸収剤、難燃剤、耐油性向上剤、発泡剤、スコーチ防止剤、粘着付与剤、滑剤等も添加できる。
【００４７】
液状シリコーンゴム原料に含ませることのできるフィラー（補強充填剤及び増量剤）としては、例えば、ヒュームドシリカ、湿式シリカ、石英微粉末、ケイソウ土、カーボンブラック、酸化亜鉛、塩基性炭酸マグネシウム、活性炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、二酸化チタン、タルク、雲母粉末、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラス繊維、ゴム用カーボンブラック、有機補強剤、有機充填剤等を挙げることができる。これらの充填剤の表面を有機珪素化合物、例えば、ポリジオルガノシロキサン等で処理して疎水化して、液状シリコーンゴム原料への分散性を挙げることが好ましい。
【００４８】
なお、本発明で製造する弾性ローラが導電性弾性ローラである場合、導電剤をシリコーンゴム原料に配合する。導電剤としては、例えば、アルミニウム、パラジウム、鉄、銅、銀等の金属系の粉体や繊維；酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物粉；硫化銅、硫化亜鉛等の金属化合物粉；非導電性の粒子の表面を酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化モリブデンや、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金、ロジウムを電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより付着させた粉体；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＰＡＮ系カーボンブラック、ピッチ系カーボンブラック等の導電性カーボン粉が挙げられる。
【００４９】
中では、比較的少量の添加で電気抵抗率を低下させることができ、弾性層の硬度を大きくすることなく導電性を付与することができるので、特にカーボンブラックが好ましい。
【００５０】
なお、シリコーンゴム原料に各種添加剤を加えた弾性層原料は、その粘度としては特に制限はないが、成形型への注入に際して流動性をある程度抑制し、原料漏れを防止する観点から１０Ｐａ・ｓ以上が好ましく、注入ゲート間にウェルドが発生する等の成形加工性の問題を回避するための観点から３００Ｐａ・ｓ以下が好ましい。
【００５１】
必要とする弾性層外径に対してその内径が適当に選択された図２にて示すような円筒状の成形型内に、その表面に加硫接着タイプのシリコーンゴム用プライマーを極薄く塗布した芯金を両端で押えて配し、その片側から、上記シリコーンゴム原料に例えば導電性フィラーとしてカーボンブラック等を配合した弾性層原料を、適宜長手方向に温度差を設けている円筒型の注入口から適当な速度で注入し、一次硬化として１００〜１５０℃の温度にて３〜６０分加熱・硬化することにより成形型内で芯金とその外周上に弾性層を配したものを得ることができる。なお、成形型は原料注入中も加熱硬化中も長手方向の温度差が保たれたままにされていることが好ましい。この際の一次硬化とは、成形型から弾性層の形状を著しく損なうことなく取り出すことができる程度にまで弾性層原料を硬化させ、更には成形型内での硬化により弾性層が破壊を起こさない範囲でゴムを硬化させることを指す。その後、成形型を外から冷却し、さらに脱型することにより、弾性層の肉厚が２〜５ｍｍの弾性ローラを得る。この後、必要によりさらに恒温室中で硬化熟成を行なうことも好ましい。
【００５２】
なお、ここで用いる成形型の円筒内径としては、成形後の収縮を考慮して設定される。また、原料注入時およびその後の加熱硬化時の成形型長手方向の温度差は弾性層の肉厚によっても異なるが、通常３〜２０℃、好ましくは５〜１５℃とする。この温度差をあまり大きくとると、出口側で硬化不足が生じたり、注入側で急激な硬化が生じたりしてうまく成形型へ原料の注入が行えないことがある。また、あまりに小さくすると本発明の効果が達成できないことがある。したがって、成形型の長手方向温度差は上記にすることが望ましい。
【００５３】
本発明で製造される弾性ローラは、図３に示す外径測定方法（後述）で測定したときに、ローラの端部より２０ｍｍの２ヶ所とローラ中央の計３ヶ所での測定値の最大と最小の差がサブミクロン以下となっている。
【００５４】
本発明で製造される弾性ローラは、十分な表面精度を有しており、そのままで各種用途に使用可能であるが、現像剤担持ローラとするような場合、さらに弾性層の外周に各種機能を付与する被覆層を設けることができる。
【００５５】
被覆層を形成する材料としては、各種のポリアミド、フッ素樹脂、水素添加スチレン−ブチレン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、オレフィン樹脂等が挙げられる。
【００５６】
これらの被覆層を構成する材料は、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した従来公知の分散装置を使用して分散させる。得られた被覆層形成用の分散体は、スプレー塗工法、ディッピング法等により導電性弾性層の表面に塗布される。
【００５７】
被覆層の厚みとしては、低分子量成分がしみ出してきて感光体のような被接触部材を汚染することを防止する観点から３μｍ以上が好ましく、弾性ローラが硬くなり、融着が発生することを防止する観点から５００μｍ以下が好ましい。より好ましくは５〜３０μｍである。
【００５８】
弾性ローラが現像剤担持ローラである場合、上記の如くして形成する被覆層中に平均粒径が１〜２０μｍの微粒子を分散させることにより、該ローラ表面での現像剤搬送を容易にすることができ、充分な量の現像剤を現像領域に搬送することができるので好ましい。このような目的に使用する微粒子としては、例えば、ポリメチルメタクリル酸メチル微粒子、シリコーンゴム微粒子、ポリウレタン微粒子、ポリスチレン微粒子、アミノ樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子等のプラスチックピグメントが挙げられるが、特にポリメチルメタクリル酸メチル微粒子及びシリコーンゴム微粒子が好ましい、これらの微粒子の添加量としては、この微粒子を除く被覆層構成成分の総質量に対して約２０〜２００質量％の範囲とすることが好ましい。
【００５９】
本発明の弾性ローラを有する現像剤担持ローラとして組み込んでなる接触現像方式の電子写真画像形成装置概略図の一例を図４に示す。
【００６０】
画像形成体である感光体ドラム３１、一次帯電ローラ３２、現像剤担持ローラ３３、現像剤供給ローラ３４、現像剤層厚規制部材であるトナー層厚規制部材３５、撹拌羽３６および現像剤であるトナー３７が一つのカートリッジにまとめられ、電子写真装置の中で一体的に交換可能なカートリッジとなっている。
【００６１】
一次帯電ローラ３２で均一に帯電された感光体ドラム３１は矢印の方向に回転しており、一次帯電ローラ３２と現像剤供給ローラ３３との間でその表面に記録情報を乗せたレーザー光４０が照射され、潜像が形成される。一方、撹拌羽３６で現像剤供給ローラ３４に送られたトナー３７は、トナー層厚規制部材３５によって現像剤担持ローラ３３表面に均一にコートされ、感光体ドラム３１表面へと運ばれ、感光体ドラム３１表面上に形成されている潜像をトナー像として顕像化する。感光体ドラム３１がさらに回転してトナー像が転写領域に到達すると、紙等の記録メディア４３にトナー像が感光体ドラム３１に対し対置された転写ローラ４２により転写される。感光体ドラム３１は表面がクリーニング用弾性部材３８で記録メディア４３に転写せずに残ったトナーを除去された後、一次帯電ローラ３２で再び均一に帯電される。
【００６２】
記録メディア４３に転写された未定着のトナー像は、定着ローラ４４と加圧ローラ４５の間を通り、圧力と熱で記録メディアに定着され、電子写真装置から排出される。
【００６３】
一方、現像に使用されずに現像剤担持ローラ３１表面に残ったトナーを表面に坦持したまま現像容器４１に戻す。現像容器４１の内部では現像剤供給ローラ３４が現像剤担持ローラ３３表面に残ったトナーを現像剤担持ローラ３３表面から取り除くとともに、新しいトナーを現像剤担持ローラ３３の表面に供給する。現像剤担持ローラ３３表面に供給された新しいトナーは、トナー層厚規制部材３５にてコートしたトナーの厚さを均一に整えられ、現像領域に搬送されていく。この繰り返しによって現像剤担持ローラ３３は常に新しいトナーを均一にコートして静電潜像を現像する。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、これらは本発明を何ら限定するものではない。
【００６５】
〔外径測定方法〕
図３に示すように、弾性ローラ１１をレーザー測長器（キーエンス社製、形式：ＬＳ−５０４０）１０のレーザー光発信部１２とレーザー光受信部１３の間に挿入し、弾性ローラ１１を回転速度１２０°／ｓで回転させ、その外径を０．３３ｍｓ間隔（回転角３．６°毎）で測定する。その後、ローラ１周分（１００個）の測定値を平均し、その平均値をその位置でのローラ外径とする。なお、長手方向の外径測定ポイントは、ローラの弾性層端部から２０ｍｍの２ヶ所と中央部の計３ヶ所である。各測定ポイントでの測定値の最大と最小との差をそのローラの外径差とした。
【００６６】
〔成形型温度設定〕
円筒形の成形型の両端部及び中央部に熱電対を取り付け、射出装置の熱盤にセットし、原料が注入される直前に各部の温度を測定した。原料注入直後は、成形型温度は低下するが、その後は材料注入前に温調した各部の温度に温調し、成形型を熱盤から取り出すまで、その温度にて温調した。
【００６７】
〔画像濃度測定〕
現像剤担持ローラを電子写真画像形成装置（Ａ４版の出力用マシンで、記録メディアの出力スピードはＡ４縦１６枚／分、画像の解像度は６００ｄｐｉ）の現像剤担持ローラとして組み込み、室温、８０％ＲＨにて１週間置いた後、標準出力でベタ黒画像を連続１００枚出力し、最後の黒画像１枚の中央部とＡ４横方向の両端部２ヶ所の計３ヶ所を、マクベス濃度計（サカタインクス社製、ＲＤ−９１８）にて画像濃度を測定し、その測定値のうち、最大と最小との差をそのローラの画像左右濃度差とした。
【００６８】
実施例１
図２に示すような成型型を用いた。内径１２．４ｍｍで内面を鏡面仕上げしたステンレス製の円筒の内面に離型剤を塗布したものを円筒金型として用いた。また、芯金を金型内に保持することが可能な駒は同形のものを用いた。また、芯金は径６ｍｍの鉄棒の表面に厚さ５μｍのニッケル層を化学メッキで形成したものに加硫接着タイプのシリコーンゴム用プライマーを厚さ１０μｍに塗布したものを用いた。成形型を原料出口側１２４．６℃とし、原料注入側１３０℃に温調し、原料を一定速度で２０秒間かけて注入した。その後、原料注入時と同じ温度で成形型各部を温調しながら５分間加熱し、シリコーンゴム原料を硬化させ、外径約１２ｍｍでゴム部分の長さが２４０ｍｍの導電性弾性ローラを得た。得られた導電性弾性ローラを上記方法で外径測定を行い、また、画像濃度についても測定した。結果を表１にまとめた。
【００６９】
なお、弾性層形成に用いた材料は、オルガノポリシロキサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、導電性カーボン、白金触媒、石英及びシリカを適宜配合してある原料をシリコーンゴムメーカーより入手して用いた。
【００７０】
実施例２
内径１６．５ｍｍの成形型を用い、芯金として径８ｍｍのものとし、成形型の温度を出口側１２２．４℃、注入側１３０℃とする以外は、実施例１と同様にして、外径約１６ｍｍの導電性弾性ローラを得た。実施例１と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７１】
実施例３
実施例２において、成形型の温度を出口側１３７．７℃、注入側１５０℃とする以外は、実施例２と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例２と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７２】
比較例１
実施例１において、成形型の温度を出口側も１３０℃とする以外は、実施例１と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例１と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７３】
比較例２
実施例２において、成形型の温度を出口側も１３０℃とする以外は、実施例２と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例２と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７４】
比較例３
実施例３において、成形型の温度を出口側も１５０℃とする以外は、実施例３と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例３と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の弾性ローラの一例の断面図である。
【図２】本発明の弾性ローラの成形用の成形型の模式断面図である。
【図３】本発明の弾性ローラの外径測定方法を説明する図である。
【図４】本発明の弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだ電子写真画像形成装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 芯金
２ 弾性層
３ 弾性層形成キャビティ
４ 駒
４ａ 原料供給路
５ 駒
５ａ 排気路
６ パイプ状の金型
１１ 弾性ローラ
１２ レーザー光発信部
１３ レーザー光受信部
３１ 感光体ドラム
３２ 一次帯電ローラ
３３ 現像剤担持ローラ
３４ 現像剤供給ローラ
３５ トナー層厚規制部材
３６ 撹拌羽
３７ トナー
３８ クリーニング用弾性部材
４０ レーザー光
４１ 現像容器
４２ 転写ローラ
４３ 記録メディア
４４ 定着ローラ
４５ 加圧ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性ローラ、特に電子写真の原理を用いた画像形成装置に用いる現像剤担持ローラとして有用な弾性ローラを製造する方法に関し、該方法で製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成体に接触もしくは近接して配置された現像剤担持ローラにより、画像形成体に現像剤（以下、“トナー”と表記することがある）を供給することにより画像形成体表面に可視画像を形成する現像方式として、一成分現像法が知られている。この一成分現像法は、現像剤担持ローラ表面にトナーを付着させ、付着したトナーの層厚を層厚規制部材により均一化すると共にトナーを層厚規制部材との摩擦により帯電させた後、画像形成体に現像剤担持ローラを接触ないし近接させることにより該画像形成体表面上に潜像となっている画像をトナー転移によって顕像化する方法である。
【０００３】
現像剤担持ローラを画像形成体に接触させる場合、画像形成体との接触部の幅は、その長手方向において均一であることが要求される。また近接させる場合、画像形成体と現像剤担持ローラとの対抗間隙が、その長手方向において均一であることが要求される。そのため、現像剤担持ローラの外径形状は、その長手方向において均一であることが非常に重要な要件である。
【０００４】
そのような現像剤担持ローラに必要な導電性弾性層を得るための製造方法としては、高精度に研磨する方法が提案されている。すなわち、適当な肉厚に押し出し成形したチューブに芯金を圧入し、その後所望の形状に研磨する方法である。この方法によれば、導電性弾性層の長手方向において、ある程度均一な外径である導電性弾性層を得ることが可能になるが、押出し工程と研磨工程の２工程が必要となり、作業効率上は元よりコスト上も問題であり、さらに、外径の均一な高精度なローラを得るためには研磨にかける時間を長くする必要があり、今後の要求されるさらなる高精度化に対しては改良が要求される技術となっている。
【０００５】
これに対し、その内径形状が高精度に加工された円筒状の成形型内に芯金を配し、その後型内に原料を注入し、加熱することにより硬化させて、導電性弾性層を得るインジェクション成形法が提案されている。これによれば、高精度に加工された成形型を用いることで、ほぼ型形状を反映した高精度の導電性弾性層を有する現像剤担持ローラを得ることができる。また、表面精度が良好であることから成形後に研磨することなく、所望の均一な導電性弾性層を有する現像剤担持ローラを得ることが可能であることから、近年多く採用されている。
【０００６】
しかしながら、内径が高精度である成形型を用いたインジェクション成形においても、硬化時にローラ各部の材料にかかる熱履歴の差から、外径が長手方向に十分均一なローラを得ることは難しく、通常、ローラ長手方向において数μｍ〜十数μｍ程度の外径差が生じているのが現状であり、さらに成形加工処理時間短縮のために硬化温度を高くすると、その傾向がより顕著になり問題となっていた。
【０００７】
このような問題に対し、原料注入後の該成形型の昇温状態をフィードバック制御することで、硬化中のローラ導電性弾性層各部にかかる熱履歴を均一にする手法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００８】
しかしながら、この手法によれば、成形型内に原料を注入した後、成形型各部の温度が均一に昇温するようにフィードバック制御を行うため、室温から硬化に必要な温度にまで昇温するのに時間を要し、さらには温度のフィードバック制御システムが複雑になる等の問題があり、成形加工処理時間の短縮及び低コスト化には不利であった。
【０００９】
このようなことから、現在では、予め硬化に必要な温度に昇温してある成形型内に、原料を注入する手法が用いられるに至っている。この手法においても、高い外径精度をもったローラを得るために、導電性弾性体層各部にかかる熱履歴を可能な限り均一化しようとする目的で、成形型各部の温度を高度に均一化する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【００１０】
このような手法によれば、１００〜１２０℃の比較的低温領域の加工においてはローラ外径差をその長手方向において数μｍ以内の範囲におさえることが可能になるものの、近年、加工処理時間の短縮のために硬化の温度を上げることが要求され、その場合、材料の注入側と充填末端部（出口側）とで、その部分にかかる熱量の差が大きくなり、ローラ外径差が大きくなり問題となっていた。
【００１１】
このような背景から、ローラ加工処理時間の短縮及び近年の印字速度の高速化・画像の高精細化に対応するためには、従来の硬化時の成形型の温度の均一化だけでは不十分となっていた。
【特許文献１】特開２００３−３９４５０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明は、従来技術では困難であった、予め予熱された成形型内に熱硬化性弾性層原料を注入して弾性ローラを製造する工程において、加工処理サイクル短縮のために高温で加工する場合においても、ローラ長手方向の外径差を５μｍ以下に均一化された弾性ローラを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は以下により達成される。
【００１４】
すなわち、本発明は、芯金を配した円筒状成形型の片方端部から熱硬化性弾性層原料を注入し、その後加熱硬化することによって、芯金の外周上に熱硬化性弾性層を有する弾性ローラを製造するに際し、円筒状成形型の温度を、原料注入時及び加熱硬化中を通して、原料注入側よりもその逆側（出口側）の方を低くしておくことを特徴とする弾性ローラの製造方法である。
【００１５】
また、本発明は、熱硬化性弾性層原料が付加反応架橋型液状シリコーンゴムである上記の弾性ローラの製造方法である。
【００１６】
さらに、本発明は、弾性層が導電性を有する上記の弾性ローラの製造方法である。
【００１７】
さらにまた、本発明は、弾性ローラが現像剤担持ローラである上記の弾性ローラの製造方法である。
【００１８】
また、本発明は、上記により製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ及び画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法によれば、今後益々高速化・高精細化が要求される電子写真装置に組み込まれる電子写真プロセスカートリッジ中の現像剤担持ローラの製造において、加工処理時間を短縮するために高温加工を行なっても、ローラ長手方向の外径をサブミクロン以下に均一化な現像剤担持ローラを提供することが可能となり、該製造方法で製造されたローラを組み込むことによりプロセスカートリッジおよび画像形成装置での印刷画像の品位が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、弾性ローラの製造が、円筒状の成形型内に両端を支持して芯金を配し、硬化可能な温度に昇温されている成形型の片側から熱硬化性弾性層原料が注入され、その注入と共に硬化されるが、該原料は片側から注入されるため、成形型の長手方向の温度を均一にしておくと、注入された原料に加わる熱量に原料注入側とその逆側（出口側）の間では大きな差があり、結果、形成された弾性層にローラ長手方向に外径差が発生することを見出した。
【００２１】
従って、加工処理時間を短縮するため、成形型の温度を上げるほど、注入側と出口側の材料にかかる熱履歴には差が生じ、外径差として顕著に現れている。
【００２２】
本発明では、成形型の長手方向の温度を均一化するのではなく、形成される弾性層にかかる熱履歴を等しくする観点から、原料注入側と出口側の温度をコントロールする。このことにより、硬化温度を上げて、加工処理時間を短くしても、ローラの長手方向の外径差を５μｍ以下に収めることが可能となる。
【００２３】
図１は本発明で製造する弾性ローラの一例を示す断面図である。
【００２４】
本発明の弾性ローラは、芯金１の周りに、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、（メタ）アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリレートゴム、エピクロルヒドリンゴム等の原料を成形型に注入し、必要により発泡し、硬化して形成された弾性層２を有するものである。
【００２５】
本発明で弾性ローラ製造に使用するのに好適な成形型の一例の模式的断面図を図２に示す。
【００２６】
図において、ローラの芯金１を保持し、弾性層用の原料を該成形型内の弾性層形成キャビティ３に供給する原料供給路４ａを有する駒４及び原料が該キャビティ３内に供給、硬化される際にキャビティ３内の空気及びキャビティ３の容積より僅か多目に供給される原料の過剰分が溢れ出る排気路５ａを有し、駒４と共に芯金１を保持する駒５、並びに該駒４、５とともに弾性層形成キャビティ３を形成するパイプ状の金型６よりなっている。なお、ここで駒４及び駒５は同一形状であってもよく、またそれぞれの機能を考慮して形が変えられていてもよいが、同一形状であると射出成形機に成形型をセットする際に方向を決めることがないので好ましい。
【００２７】
本発明においては、この成形型に弾性層原料を注入する際に、成形型を原料の硬化温度に保持しておくと共に、原料注入側の温度を出口側より高くしておくことが肝要である。その温度差は、弾性層原料により異なる。また、注入側から出口側へは徐々に下がるように設定することが好ましく、連続して下がるようになっていても、また、段階的に下がる様になっていても構わない。そのために、射出成形機の成形型を保持する熱盤に設けられた加熱機構を適宜変更することが好ましい。例えば、電熱式であればヒーター線の巻きまわし間隔を適宜に変える、また、加熱区間をいくつかに区切りそれを個別に温度コントロールするなどして、成形型の注入側と出口側の温度をコントロールする。なお、注入側と出口側の温度差は弾性層原料により硬化温度、硬化後の収縮等とともに異なり、さらには同一原料においてもゴム部肉厚等によっても異なるので、予め適当な温度差により弾性ローラを成形し、得られた弾性ローラが所定の外形寸法差に納まる温度差を成形に用いる原料種別さらにはゴム部肉厚毎に求めておくことが望ましい。
【００２８】
弾性ローラの弾性層は上記したように弾性層原料を硬化して形成されるが、長手方向の外径を高度にコントロールできることから、シリコーンゴム系、特に２液付加反応架橋型のシリコーンゴム系とすることが望ましい。この場合の原料入口側における成形型温度は、１００〜１５０℃であることが好ましく、また、弾性層の硬化時間短縮さらには、外径を均一化するための温度差の効果がより良好となることから、１３０〜１５０℃がより好ましい。
【００２９】
なお、本発明で製造される弾性ローラは、長手方向で外径精度が極めて優れているので各種用途に使用可能である。なお、電子写真方式の画像形成装置で使用される、導電性が必要な帯電ローラ、現像剤担持ローラ、現像ローラ、除電ローラ等に使用する時には、弾性層原料に導電性カーボン等の導電材を含ませておくとよい。本発明の弾性ローラは、現像剤担持ローラのように感光体との接触や現像剤の担持量が極めて均一であることが要求される用途に好ましい。
【００３０】
本発明で製造される弾性ローラは、さらに弾性層の外周に各種機能を付与するための被覆層が１層以上設けられてもよい。なお、この被覆層はウレタン結合を有する樹脂、例えばウレタン樹脂で形成されていることが好ましい。
【００３１】
次に好ましい実施の形態を、各個別の構成要素に応じて詳細に説明する。
【００３２】
本発明で使用する芯金１は、例えば、炭素鋼合金表面に５μｍ程度の厚さの化学ニッケルメッキを施した円柱である。なお、弾性ローラが導電性弾性ローラであるときは、芯金の少なくとも表面が導電性であることが必要であり、その場合は、芯金自体が導電性であることが好ましいが、必ずしも全部が導電性金属である必要はなく、その構成材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、チタン、銅およびニッケル等の金属の繊維や粉末、ステンレス、ジュラルミン、真鍮、青銅等の合金の繊維や粉末、さらにカーボンブラックや炭素繊維をプラスチックで固めた複合材料等の剛直で導電性を示す公知の材料、あるいはプラスチック製の剛直な円柱の表面に金属の導電層を設けたものを使用することもできる。また、形状としては、円柱状のほかに中心部分を空洞とした円筒形状とすることもできる。
【００３３】
弾性層原料としては、熱硬化性のゴム原料であれば何れでもよいが、上記したように、シリコーンゴムが好ましい。
【００３４】
シリコーンゴムとしては、加工性に優れている、硬化反応に伴う副生成物の発生がないため寸法安定性が良好である、硬化後の物性が安定している等の理由から、付加反応架橋型シリコーンゴムが好ましい。
【００３５】
このシリコーンゴムは、例えば、式１で表されるオルガノポリシロキサン、及び式２で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを含み、さらに触媒や他の添加物と適宜混合させて用いることができる。
【００３６】
【化１】
式中、Rはアルケニル基であり、ｘは正の整数である。
【００３７】
【化２】
式中、ｙは２以上の正の整数であり、ｚは正の整数である。
【００３８】
式（１）で表されるオルガノポリシロキサンは、シリコーンゴム原料のベースポリマーであり、その分子量は特に限定されないが１０万〜１００万が好ましく、平均分子量は４０万〜７０万が好ましい。さらに加工特性および得られるシリコーンゴム組成物の特性等の観点から、オルガノポリシロキサンの粘度（２３℃）は、下限が１０Ｐａ・ｓ、好ましくは５０Ｐａ・ｓであり、上限としては３００Ｐａ・ｓ、好ましくは２５０Ｐａ・ｓである。
【００３９】
また、式（１）中のアルケニル基は、式（２）で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンの活性水素と反応して架橋点を形成する部位で、特に限定されないが、活性水素との反応性が高いことから、ビニル基又はアリル基であることが好ましく、ビニル基が特に好ましい。
【００４０】
式（２）で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、硬化工程における付加反応の架橋剤の働きをするもので、一分子中のケイ素原子結合水素原子の数は２個以上であり、硬化反応を最適に行わせるために、３個以上のポリマーが好ましい。ポリオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子量に特に制限は無く、１０００〜１００００であるが、硬化反応を適切に行わせるために、比較的低分子量である１０００〜５０００が好ましい。
【００４１】
このシリコーンゴム形成のための架橋触媒として、例えば、塩化白金酸六水和物を使用することができ、また、ヒドロシリル化反応において触媒作用を示すその他の遷移金属化合物も使用可能である。その例としては、Ｆｅ（ＣＯ）5、Ｃｏ（ＣＯ）8、ＲｕＣｌ3、ＩｒＣｌ3、〔（オレフィン）ＰｔＣｌ2〕2、ビニル基含有ポリシロキサン−Ｐｔ錯体、Ｌ2Ｎｉ（オレフィン）、Ｌ4Ｐｄ、Ｌ4Ｐｔ、Ｌ2ＮｉＣｌ2（但し、ＬはＰＰｈ3若しくはＰＲ’3であり、Ｐはリン、Ｐｈはフェニル基、Ｒ’はアルキル基を示す）を挙げることができる。その中でも、好ましくは白金、パラジウム、ロジウム系遷移金属化合物触媒である。
【００４２】
上記触媒の配合量は、例えば、白金系金属化合物触媒を使用した場合、液状シリコーンゴム原料（各種配合物を含む）中、白金として１〜１００ｐｐｍが好ましいが、この範囲に限定されることはなく、目標とする可使時間、硬化時間、製品形状等により適宜選択される。
【００４３】
また液状シリコーンゴム材料は、硬化反応遅延剤として１−エチニル−１−シクロヘキサノール、フェニルブチノール等の不飽和アルコールを含むことができる。上記硬化反応遅延剤の配合量としては、液状シリコーンゴム材料１００質量部に対し０．０５〜０．５質量部の範囲で、目標とする可使時間、硬化時間、製品形状により適宜選択される。
【００４４】
硬化物の低硬度及び低圧縮永久歪の特徴を阻害しない範囲内で、液状シリコーンゴム原料に通常使用される各種の配合剤を添加することができる。
【００４５】
例えば、併用することができるゴムとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、（メタ）アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリレートゴム、エピクロルヒドリンゴム等が挙げられる。
【００４６】
液状シリコーンゴム原料に含ませることのできる可塑剤としては、例えば、ポリジメチルシロキサンオイル、ジフェニルシランジオール、トリメチルシラノール、フタル酸誘導体、アジピン酸誘導体等であり、軟化剤としては、例えば、潤滑油、プロセスオイル、コールタール、ヒマシ油等を挙げることができ、老化防止剤としては、例えば、フェニレンジアミン類、フォスフェート類、キノリン類、クレゾール類、フェノール類、ジチオカルバメート金属塩類等が有用であり、耐熱剤としては、例えば、酸化鉄、酸化セリウム、水酸化カリウム、ナフテン酸鉄、ナフテン酸カリウム等が使用可能であり、そのほか加工助剤、着色剤、紫外線吸収剤、難燃剤、耐油性向上剤、発泡剤、スコーチ防止剤、粘着付与剤、滑剤等も添加できる。
【００４７】
液状シリコーンゴム原料に含ませることのできるフィラー（補強充填剤及び増量剤）としては、例えば、ヒュームドシリカ、湿式シリカ、石英微粉末、ケイソウ土、カーボンブラック、酸化亜鉛、塩基性炭酸マグネシウム、活性炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、二酸化チタン、タルク、雲母粉末、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラス繊維、ゴム用カーボンブラック、有機補強剤、有機充填剤等を挙げることができる。これらの充填剤の表面を有機珪素化合物、例えば、ポリジオルガノシロキサン等で処理して疎水化して、液状シリコーンゴム原料への分散性を挙げることが好ましい。
【００４８】
なお、本発明で製造する弾性ローラが導電性弾性ローラである場合、導電剤をシリコーンゴム原料に配合する。導電剤としては、例えば、アルミニウム、パラジウム、鉄、銅、銀等の金属系の粉体や繊維；酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物粉；硫化銅、硫化亜鉛等の金属化合物粉；非導電性の粒子の表面を酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化モリブデンや、亜鉛、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、コバルト、鉄、鉛、白金、ロジウムを電解処理、スプレー塗工、混合振とうにより付着させた粉体；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ＰＡＮ系カーボンブラック、ピッチ系カーボンブラック等の導電性カーボン粉が挙げられる。
【００４９】
中では、比較的少量の添加で電気抵抗率を低下させることができ、弾性層の硬度を大きくすることなく導電性を付与することができるので、特にカーボンブラックが好ましい。
【００５０】
なお、シリコーンゴム原料に各種添加剤を加えた弾性層原料は、その粘度としては特に制限はないが、成形型への注入に際して流動性をある程度抑制し、原料漏れを防止する観点から１０Ｐａ・ｓ以上が好ましく、注入ゲート間にウェルドが発生する等の成形加工性の問題を回避するための観点から３００Ｐａ・ｓ以下が好ましい。
【００５１】
必要とする弾性層外径に対してその内径が適当に選択された図２にて示すような円筒状の成形型内に、その表面に加硫接着タイプのシリコーンゴム用プライマーを極薄く塗布した芯金を両端で押えて配し、その片側から、上記シリコーンゴム原料に例えば導電性フィラーとしてカーボンブラック等を配合した弾性層原料を、適宜長手方向に温度差を設けている円筒型の注入口から適当な速度で注入し、一次硬化として１００〜１５０℃の温度にて３〜６０分加熱・硬化することにより成形型内で芯金とその外周上に弾性層を配したものを得ることができる。なお、成形型は原料注入中も加熱硬化中も長手方向の温度差が保たれたままにされていることが好ましい。この際の一次硬化とは、成形型から弾性層の形状を著しく損なうことなく取り出すことができる程度にまで弾性層原料を硬化させ、更には成形型内での硬化により弾性層が破壊を起こさない範囲でゴムを硬化させることを指す。その後、成形型を外から冷却し、さらに脱型することにより、弾性層の肉厚が２〜５ｍｍの弾性ローラを得る。この後、必要によりさらに恒温室中で硬化熟成を行なうことも好ましい。
【００５２】
なお、ここで用いる成形型の円筒内径としては、成形後の収縮を考慮して設定される。また、原料注入時およびその後の加熱硬化時の成形型長手方向の温度差は弾性層の肉厚によっても異なるが、通常３〜２０℃、好ましくは５〜１５℃とする。この温度差をあまり大きくとると、出口側で硬化不足が生じたり、注入側で急激な硬化が生じたりしてうまく成形型へ原料の注入が行えないことがある。また、あまりに小さくすると本発明の効果が達成できないことがある。したがって、成形型の長手方向温度差は上記にすることが望ましい。
【００５３】
本発明で製造される弾性ローラは、図３に示す外径測定方法（後述）で測定したときに、ローラの端部より２０ｍｍの２ヶ所とローラ中央の計３ヶ所での測定値の最大と最小の差がサブミクロン以下となっている。
【００５４】
本発明で製造される弾性ローラは、十分な表面精度を有しており、そのままで各種用途に使用可能であるが、現像剤担持ローラとするような場合、さらに弾性層の外周に各種機能を付与する被覆層を設けることができる。
【００５５】
被覆層を形成する材料としては、各種のポリアミド、フッ素樹脂、水素添加スチレン−ブチレン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂、オレフィン樹脂等が挙げられる。
【００５６】
これらの被覆層を構成する材料は、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した従来公知の分散装置を使用して分散させる。得られた被覆層形成用の分散体は、スプレー塗工法、ディッピング法等により導電性弾性層の表面に塗布される。
【００５７】
被覆層の厚みとしては、低分子量成分がしみ出してきて感光体のような被接触部材を汚染することを防止する観点から３μｍ以上が好ましく、弾性ローラが硬くなり、融着が発生することを防止する観点から５００μｍ以下が好ましい。より好ましくは５〜３０μｍである。
【００５８】
弾性ローラが現像剤担持ローラである場合、上記の如くして形成する被覆層中に平均粒径が１〜２０μｍの微粒子を分散させることにより、該ローラ表面での現像剤搬送を容易にすることができ、充分な量の現像剤を現像領域に搬送することができるので好ましい。このような目的に使用する微粒子としては、例えば、ポリメチルメタクリル酸メチル微粒子、シリコーンゴム微粒子、ポリウレタン微粒子、ポリスチレン微粒子、アミノ樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子等のプラスチックピグメントが挙げられるが、特にポリメチルメタクリル酸メチル微粒子及びシリコーンゴム微粒子が好ましい、これらの微粒子の添加量としては、この微粒子を除く被覆層構成成分の総質量に対して約２０〜２００質量％の範囲とすることが好ましい。
【００５９】
本発明の弾性ローラを有する現像剤担持ローラとして組み込んでなる接触現像方式の電子写真画像形成装置概略図の一例を図４に示す。
【００６０】
画像形成体である感光体ドラム３１、一次帯電ローラ３２、現像剤担持ローラ３３、現像剤供給ローラ３４、現像剤層厚規制部材であるトナー層厚規制部材３５、撹拌羽３６および現像剤であるトナー３７が一つのカートリッジにまとめられ、電子写真装置の中で一体的に交換可能なカートリッジとなっている。
【００６１】
一次帯電ローラ３２で均一に帯電された感光体ドラム３１は矢印の方向に回転しており、一次帯電ローラ３２と現像剤供給ローラ３３との間でその表面に記録情報を乗せたレーザー光４０が照射され、潜像が形成される。一方、撹拌羽３６で現像剤供給ローラ３４に送られたトナー３７は、トナー層厚規制部材３５によって現像剤担持ローラ３３表面に均一にコートされ、感光体ドラム３１表面へと運ばれ、感光体ドラム３１表面上に形成されている潜像をトナー像として顕像化する。感光体ドラム３１がさらに回転してトナー像が転写領域に到達すると、紙等の記録メディア４３にトナー像が感光体ドラム３１に対し対置された転写ローラ４２により転写される。感光体ドラム３１は表面がクリーニング用弾性部材３８で記録メディア４３に転写せずに残ったトナーを除去された後、一次帯電ローラ３２で再び均一に帯電される。
【００６２】
記録メディア４３に転写された未定着のトナー像は、定着ローラ４４と加圧ローラ４５の間を通り、圧力と熱で記録メディアに定着され、電子写真装置から排出される。
【００６３】
一方、現像に使用されずに現像剤担持ローラ３１表面に残ったトナーを表面に坦持したまま現像容器４１に戻す。現像容器４１の内部では現像剤供給ローラ３４が現像剤担持ローラ３３表面に残ったトナーを現像剤担持ローラ３３表面から取り除くとともに、新しいトナーを現像剤担持ローラ３３の表面に供給する。現像剤担持ローラ３３表面に供給された新しいトナーは、トナー層厚規制部材３５にてコートしたトナーの厚さを均一に整えられ、現像領域に搬送されていく。この繰り返しによって現像剤担持ローラ３３は常に新しいトナーを均一にコートして静電潜像を現像する。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、これらは本発明を何ら限定するものではない。
【００６５】
〔外径測定方法〕
図３に示すように、弾性ローラ１１をレーザー測長器（キーエンス社製、形式：ＬＳ−５０４０）１０のレーザー光発信部１２とレーザー光受信部１３の間に挿入し、弾性ローラ１１を回転速度１２０°／ｓで回転させ、その外径を０．３３ｍｓ間隔（回転角３．６°毎）で測定する。その後、ローラ１周分（１００個）の測定値を平均し、その平均値をその位置でのローラ外径とする。なお、長手方向の外径測定ポイントは、ローラの弾性層端部から２０ｍｍの２ヶ所と中央部の計３ヶ所である。各測定ポイントでの測定値の最大と最小との差をそのローラの外径差とした。
【００６６】
〔成形型温度設定〕
円筒形の成形型の両端部及び中央部に熱電対を取り付け、射出装置の熱盤にセットし、原料が注入される直前に各部の温度を測定した。原料注入直後は、成形型温度は低下するが、その後は材料注入前に温調した各部の温度に温調し、成形型を熱盤から取り出すまで、その温度にて温調した。
【００６７】
〔画像濃度測定〕
現像剤担持ローラを電子写真画像形成装置（Ａ４版の出力用マシンで、記録メディアの出力スピードはＡ４縦１６枚／分、画像の解像度は６００ｄｐｉ）の現像剤担持ローラとして組み込み、室温、８０％ＲＨにて１週間置いた後、標準出力でベタ黒画像を連続１００枚出力し、最後の黒画像１枚の中央部とＡ４横方向の両端部２ヶ所の計３ヶ所を、マクベス濃度計（サカタインクス社製、ＲＤ−９１８）にて画像濃度を測定し、その測定値のうち、最大と最小との差をそのローラの画像左右濃度差とした。
【００６８】
実施例１
図２に示すような成型型を用いた。内径１２．４ｍｍで内面を鏡面仕上げしたステンレス製の円筒の内面に離型剤を塗布したものを円筒金型として用いた。また、芯金を金型内に保持することが可能な駒は同形のものを用いた。また、芯金は径６ｍｍの鉄棒の表面に厚さ５μｍのニッケル層を化学メッキで形成したものに加硫接着タイプのシリコーンゴム用プライマーを厚さ１０μｍに塗布したものを用いた。成形型を原料出口側１２４．６℃とし、原料注入側１３０℃に温調し、原料を一定速度で２０秒間かけて注入した。その後、原料注入時と同じ温度で成形型各部を温調しながら５分間加熱し、シリコーンゴム原料を硬化させ、外径約１２ｍｍでゴム部分の長さが２４０ｍｍの導電性弾性ローラを得た。得られた導電性弾性ローラを上記方法で外径測定を行い、また、画像濃度についても測定した。結果を表１にまとめた。
【００６９】
なお、弾性層形成に用いた材料は、オルガノポリシロキサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサン、導電性カーボン、白金触媒、石英及びシリカを適宜配合してある原料をシリコーンゴムメーカーより入手して用いた。
【００７０】
実施例２
内径１６．５ｍｍの成形型を用い、芯金として径８ｍｍのものとし、成形型の温度を出口側１２２．４℃、注入側１３０℃とする以外は、実施例１と同様にして、外径約１６ｍｍの導電性弾性ローラを得た。実施例１と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７１】
実施例３
実施例２において、成形型の温度を出口側１３７．７℃、注入側１５０℃とする以外は、実施例２と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例２と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７２】
比較例１
実施例１において、成形型の温度を出口側も１３０℃とする以外は、実施例１と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例１と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７３】
比較例２
実施例２において、成形型の温度を出口側も１３０℃とする以外は、実施例２と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例２と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７４】
比較例３
実施例３において、成形型の温度を出口側も１５０℃とする以外は、実施例３と同様にして導電性弾性ローラを得た。実施例３と同様に測定を行い、結果を表１にまとめた。
【００７５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の弾性ローラの一例の断面図である。
【図２】本発明の弾性ローラの成形用の成形型の模式断面図である。
【図３】本発明の弾性ローラの外径測定方法を説明する図である。
【図４】本発明の弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだ電子写真画像形成装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ 芯金
２ 弾性層
３ 弾性層形成キャビティ
４ 駒
４ａ 原料供給路
５ 駒
５ａ 排気路
６ パイプ状の金型
１１ 弾性ローラ
１２ レーザー光発信部
１３ レーザー光受信部
３１ 感光体ドラム
３２ 一次帯電ローラ
３３ 現像剤担持ローラ
３４ 現像剤供給ローラ
３５ トナー層厚規制部材
３６ 撹拌羽
３７ トナー
３８ クリーニング用弾性部材
４０ レーザー光
４１ 現像容器
４２ 転写ローラ
４３ 記録メディア
４４ 定着ローラ
４５ 加圧ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金を配した円筒状成形型の片方端部から熱硬化性弾性層原料を注入し、その後加熱硬化することによって、芯金の外周上に熱硬化性弾性層を有する弾性ローラを製造するに際し、円筒状成形型の温度を、原料注入時及び加熱硬化中を通して、原料注入側よりもその逆側(出口側)の方を低くしておくことを特徴とする弾性ローラの製造方法。
【請求項２】
熱硬化性弾性層原料が付加反応架橋型液状シリコーンゴムである請求項１に記載の弾性ローラの製造方法。
【請求項３】
弾性層が導電性を有する請求項1又は２に記載の弾性ローラの製造方法。
【請求項４】
弾性ローラが現像剤担持ローラである請求項３に記載の弾性ローラの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法により製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
【請求項６】
請求項４に記載の製造方法により製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
芯金を配した円筒状成形型の片方端部から熱硬化性弾性層原料を注入し、その後加熱硬化することによって、芯金の外周上に熱硬化性弾性層を有する弾性ローラを製造するに際し、円筒状成形型の温度を、原料注入時及び加熱硬化中を通して、原料注入側よりもその逆側(出口側)の方を低くしておくことを特徴とする弾性ローラの製造方法。
【請求項２】
熱硬化性弾性層原料が付加反応架橋型液状シリコーンゴムである請求項１に記載の弾性ローラの製造方法。
【請求項３】
弾性層が導電性を有する請求項1又は２に記載の弾性ローラの製造方法。
【請求項４】
弾性ローラが現像剤担持ローラである請求項３に記載の弾性ローラの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法により製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだことを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
【請求項６】
請求項４に記載の製造方法により製造された弾性ローラを現像剤担持ローラとして組み込んだことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−９０４５４（Ｐ２００６−９０４５４Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７７６７３（Ｐ２００４−２７７６７３）
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２４日（２００４．９．２４）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
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