発泡ローラの製造方法
【課題】 低硬度で、高耐久性の発泡ローラを簡単に得ることができる発泡ローラの製造方法を提供する。
【解決手段】 芯金１とその周囲の円筒状の発泡体２で構成される発泡ローラ３の製造方法において、発泡体２は、未加硫未発泡原材料組成物５と未反応物質４を混合し、混練、成形、発泡加硫、研削工程を経て作成され、発泡体２のセル径＜未反応物質４の外径である。
【解決手段】 芯金１とその周囲の円筒状の発泡体２で構成される発泡ローラ３の製造方法において、発泡体２は、未加硫未発泡原材料組成物５と未反応物質４を混合し、混練、成形、発泡加硫、研削工程を経て作成され、発泡体２のセル径＜未反応物質４の外径である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置で、加圧ローラ、定着ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等として使用される発泡ローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電ローラ、転写ローラ、加圧ローラ、定着ローラ等の発泡ローラは、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅(ニップ幅)を確保するため発泡体の低硬度化が求められている。
しかし、発泡体が低硬度になると、研削工程において発泡ローラの形状精度が得られにくいという問題が発生する。また、発泡体の強度が弱くなり、常時圧力が加えられて使用した場合、時間とともに発泡体が変形していく点で、発泡ローラとして耐久性が低いという問題がある。
【０００３】
ここで、発泡ローラが使用される定着部での例を、図１０を用いて説明する。
定着部は加圧ローラ、定着ローラ、及び定着ローラに熱を与える発熱体で構成される。この場合、加圧ローラが発泡ローラになる。加圧ローラと定着ローラの接触部で、圧力によって、加圧ローラの表層が変形し、加圧ローラと定着ローラの接触部にニップ部を形成する。このニップ部と定着ローラからの熱によって、転写紙上の未定着トナーを溶融し、転写紙に付着させる。
このプロセスにおいて、発泡ローラである加圧ローラは圧力と熱が加えられているのである。尚、符号１１７は転写紙、２００は定着ローラの表層、２０１は定着ローラの芯金、２０２は定着ローラの発熱体、２０３は加圧ローラの表層、２０４は加圧ローラの芯金である。
【０００４】
例えば、特許文献１記載の技術では、未反応物質を使用した押し出し加工によって、セル径を制御して発泡体を得ている。また、発泡体を２層構成にする方法は一般的に知られている。押し出し加工時に、発泡率の異なる材料を使用する。つまり、芯金に近い側は低発泡率材料、表面に近い側は高発泡材料とする。
これによって得られる発泡体は、芯金に近い側は高硬度、表面に近い側は低硬度になる。この方法で得られる発泡ローラ３を相手側ローラに接触させたとき、幅広いニップ幅が得られる。また、表層以外は高硬度であるため、発泡体は経時での変形が起こりにくい。
【特許文献１】特開２００２−３４７０５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、上記従来例では、２層押し出し加工を行うため、加工に手間がかかる、層の境目が発生する、表層のみしかつぶれない(弾性変形しない)、という問題点がある。
本発明の目的は、低硬度で、高耐久性の発泡ローラを簡単に得ることができる発泡ローラの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、芯金とその周囲の円筒状の発泡体で構成される発泡ローラの製造方法において、前記発泡体は、未加硫未発泡原材料組成物と未反応物質を混合し、混練、成形、発泡加硫、研削工程を経て作成され、前記発泡体のセル径が前記未反応物質の外径より小さいことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質を含有させた未加硫未発泡原材料組成物をシート形状に成形後、芯金に巻きつけることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発泡ローラの製造方法において、前記芯金は前記未加硫未発泡原材料組成物のシート形状物を１０周以上巻きつけることができる構成を備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質の外径が前記シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×０．３より小さいことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質は、シート形状物内で、芯金に近い部分の含有量に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその含有量が多く、芯金に近い部分の外径に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその外径が大きいことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記発泡体が導電性であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、発泡体のセル径＜未反応物質の外径であるため、未加硫未発泡原材料組成物によって発泡体中にセル径よりも大きな空間があることになる。その結果、低硬度の発泡ローラを得ることが可能になる。
請求項２記載の発明によれば、未反応物質を含有した未加硫未発泡原材料組成物５をシート形状に成形後、芯金に巻きつけるため、未反応物質による空間を均一に分布させることが可能になる。その結果として、発泡ローラの硬度ばらつきを少なくすることが可能になる。
請求項３記載の発明によれば、芯金に未加硫未発泡原材料組成物を１０周以上巻きつける。これによって、発泡ローラを円周方向に見た場合、未反応物質の分布を見かけ上少なくすることができる。そのため、円周方向に見た場合、硬度ばらつきの少ない発泡ローラを得ることが可能になる。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、未反応物質の外径＜シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×０．３としている。そのため、芯金に未加硫未発泡原材料組成物を巻きつけていくとき、未反応物質が存在しても、シート形状の未加硫未発泡原材料組成物同士を密着させることができる。これによって、発泡加硫後に密着不良による気泡が無い発泡体を得ることが可能になる。
請求項５記載の発明によれば、未反応物質を
・芯金に近い部分の含有量に対して、表面付近はその含有量が多い
・芯金に近い部分の外径に対して、表面付近はその外径が大きい
状態にしている。これによって、発泡ローラの表面付近の硬度を、芯金付近の発泡体に比べて低くすることが可能になる。
請求項６記載の発明によれば、円周方向に見て硬度ばらつきが無いことに加え、発泡体が導電性であるため、均一で幅広いニップ幅になる。これによって、均一な導電性を持つ発泡ローラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を説明する。まず図面を説明しておく。図１は発泡ローラの構成図、図２は芯金１への巻きつけ回数と硬度ばらつきの関係を示す特性図、図３芯金巻きつけ時における、未反応物質４とシート状の未加硫未発泡原材料組成物５の状態を示す模式図、図４は発泡体２中の未反応物質４の含有量分布を示す特性図、図５は未反応物質４の含有量分布と硬度の関係を示す特性図、図６は発泡体２中の未反応物質４の外径分布を示す特性図、図７は未反応物質４の含有量分布と硬度の関係を示す特性図、図８はニップ幅と電気抵抗ばらつきの関係を示す特性図である。図９は画像成形装置の全体図である。図１０は発泡ローラが使用されるプロセスを説明する図である。
【００１１】
図１に示すように、電子写真方式の画像形成装置で、加圧ローラ、定着ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等として使用される発泡ローラ３は、芯金１とその周囲の円筒状の発泡体２で構成されている。
発泡体２は、ポリマー材料、発泡剤、各種添加剤を配合した未加硫未発泡原材料組成物５(図３)を原材料とし、混練、成形、発泡加硫、形状加工（例えば外形研削）という加工工程を経て作られる。
発泡体２の加工方法の一つとして、未加硫未発泡原材料組成物５と反応しない粒子状の未反応物質４(図３)を使用する方法がある。未加硫未発泡原材料組成物５と未反応物質４を混合し、混練、成形、発泡加硫、外形研削を経て発泡体２を作り、その後に未反応物質４を除去する加工方法である。
本発明は、未加硫未発泡原材料組成物５と未反応物質４を混合し、シート形状に成形し、それを芯金１に巻きつける発泡ローラの製造方法に特徴がある。未反応物質４の外径、数量、分布、またシート形状物の厚さを適切に設定して加工することで、発泡ローラ３として表層は低硬度、芯金１付近は低硬度の状態にすることを可能にしている。
【００１２】
以下本発明の発泡ローラの製造方法の各実施例を説明する。なお、各実施例の共通条件として、次の１）〜６）で加工を行った。
１）未加硫未発泡原材料組成物５
未反応物質４：塩化ナトリウム系化合物
ポリマー材料：エチレンプロピレンゴム(ＥＰＤＭ)
発泡剤：有機発泡剤ＡＤＣＡ系
架橋剤：硫黄
その他、加硫促進剤、増量剤、軟化剤も配合した。
２）芯金１：材質ＳＵＭ２２、外径φ６ｍｍ、長さ３００ｍｍ
３）発泡ローラ３の寸法；外径φ８０ｍｍ、長さ２７０ｍｍ
４）発泡体２
平均セル径：１００μｍ
平均セル数：５０個／ｍｍ2（発泡体を切断し、一定面積のセル数を数えた）
５）発泡加硫：熱風炉を使用して、１６０℃×２０分の加熱処理を行った。
６）未反応物質４の除去：発泡加硫後に発泡体を水中に浸漬して、未反応物質４を溶解させ除去する
【００１３】
＜実施例１＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、芯金１に付着させ、発泡加硫、外径研削を行った。芯金１に付着させる方法として、押し出し機を使用して、クロスヘッド方式で行った。未反応物質４の外径はφ５０μｍ、φ３００μｍの２種類を使用した。また、未反応物質４を含有しないものも作成した。アスカーＣ硬度計を使用して、各サンプル硬度を計測した。
＜結果＞
未反応物質４なし ：３０度
未反応物質４φ５０μｍ：２８度
未反応物質４φ３００μｍ：２４度
この結果から、本発明の製造方法であれば、低硬度の発泡ローラ３が得られることがわかる。また、図９に示す画像形成装置を使用して、発泡体２が破断するまで、ランニングを行った。
＜結果＞
未反応物質４なし ：３０．３万枚
未反応の物質４φ５０μｍ：３０．５万枚
未反応の物質４φ３００μｍ：３０．４万枚
この結果から、本発明の製造方法であれば発泡体２は低硬度であるが、高硬度の発泡ローラ３と同等の耐久性が得られることがわかる。
なお、『発泡体２中のセル径＞発泡体２中の未反応の物質４の外径』の場合、発泡体２の硬度が低くならない。そのため、本発明が求めている低高度を得ることができない。
すると、画像形成過程において、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅が小さくなり、正常な画像を得ることができない。
【００１４】
＜実施例２＞
未加硫未発泡原材料組成物５に外径φ３００μｍの未反応物質４を混合し、芯金１に付着させ、発泡加硫、外径研削を行った。芯金１に付着させる方法として、
ａ)押し出し機を使用して、クロスヘッド方式で芯金１に付着させる
ｂ)厚さ１５００μｍのシート形状に成形後、芯金１に１０周巻きつけることで付着させる
の２種類で行った。作成した発泡ローラ３の軸、周方向の硬度ばらつきを、アスカーＣ硬度計を使用して計測した。
＜結果＞
ａ)の方法：２０度〜２８度
ｂ)の方法：２２度〜２６度
クロスヘッド方式の方がばらつきは大きい。この理由として、押出し工程時に発生する圧力、加熱によって未加硫未発泡原材料組成物５中の未反応物質４の分布ばらつきが大きくなるためと思われる。
この結果から、未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、芯金１に巻きつける製造方法を実施することで、硬度ばらつきの少ない発泡ローラ３を得られることがわかる。
【００１５】
＜実施例３＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、シート形状に成形後、芯金１に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未反応物質４の外径はφ１５０μｍとした。この実施例ではシート形状の未加硫未発泡原材料組成物５を芯金１に巻きつける回数を変え、複数の発泡ローラ３を製作した。
巻きつけ後の外径を同じにするため、巻きつけ回数に応じて、シート形状物の厚みを変えた。１０周巻きつける場合は１５００μｍとした。未加硫未発泡原材料組成物５の発泡倍率はシート形状物の厚みに依存しないため、５周巻きつけるのであれば、厚さは３０００μｍになる。
発泡ローラ３の硬度を円周方向に３６箇所測定し、硬度最大値−硬度最小値を硬度のばらつき量とした。巻きつけ回数と硬度のばらつき量の結果を図２に示す。この結果から巻きつけ回数が少ないと、円周方向の硬度ばらつきが大きくなることがわかる。
この理由は次のように考えられる。シート形状の未加硫未発泡原材料組成物５中の未反応物質４は分布ばらつきがどうしても発生する。そのため、巻きつけ回数が少ないと分布ばらつきが硬度のばらつきになってしまう。逆に巻きつけ回数を多くすれば、未反応物質４は分布ばらつきを見かけ上小さくすることになる。よって、巻きつけ回数が１０周以上であれば、周方向の硬度ばらつきが小さい発泡ローラ３を得られることがわかる。
【００１６】
＜実施例４＞
未加硫未発泡原材料組成物５に外径φ３００μｍの未反応物質４を混合し、シート形状に成形後、芯金１に１５周巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。シート形状物の厚みを変えて加工を行った。評価方法として、図３のように芯金１に巻きつけた際にシート同士が密着しなかったことが原因である発泡体２中の気泡６(図３)の個数を計測した。
シート形状物の厚み 気泡６の個数
１００μｍ（３０μｍ） ３０
５００μｍ（１５０μｍ） ２５
７００μｍ（２１０μｍ） １０
１０００μｍ（３００μｍ） ０
１５００μｍ（４５０μｍ） ０
括弧内はシート形状の厚み×０．３の値
この結果から、未反応物質４の外径＜シート形状の未加硫未発泡原材料組成物５の厚さ×０．３であれば、芯金１にシート形状の未加硫未発泡原材料組成物５を巻きつけたときに気泡６が発生しない発泡加圧ローラ３を得ることができる。
なお、『前記未反応物質４の外径＞前記未加硫発泡原材料組成物の厚さ×０．３』の場合、巻きつけるときに前記未反応物質４の周りに隙間ができてしまう。発泡ローラ３になった場合、隙間によって、硬度ばらつきが発生することになる。硬度ばらつきが発生すると、画像形成過程において、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅のばらつきが発生し、正常な画像を得ることができない。
【００１７】
＜実施例５＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、厚さ１５００μｍのシート形状に成形後、芯金１に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未反応物質４の外径はφ３００μｍとした。
この加工において、未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合しシート形状にするとき、芯金１に近い個所に相当する部分は含有数を少なく、表面に近い個所に相当する部分では含有数を多くした。その含有数の状態を図４に示す。また、発泡ローラ３の硬度計測結果を図５に示す。
このように、未反応物質４の含有量を芯金１に近い部分は少なく、表面付近には多くすることで、芯金１に近い部分は高硬度、表面付近は低硬度になる発泡ローラ３を得ることができる。
【００１８】
＜実施例６＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、厚さ１５００μｍのシート形状に成形後、芯金１に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合するとき、芯金１に近い個所に相当する場所では外径を小さくしたもの、表面に近い個所に相当する場所では外径を大きくした（図６を参照）。なお、含有数はすべて１００個／ｍｍ3とした。このように作製した発泡ローラ３の硬度計測結果を図７に示す。図７は発泡ローラ３の半径方向の硬度変化を示している。
この結果から、未反応物質４の外径を芯金１に近い部分は小さく、表面付近は大きくすることで、芯金１に近い部分は高硬度、表面付近は低硬度になる発泡ローラ３を得ることができる。
【００１９】
＜実施例７＞
上記実施例６において、未加硫未発泡原材料組成物５にカーボンを含有させた。加工した発泡ローラ３の表面付近の硬度２３度、芯金に近い部分は硬度２９度である。カーボンを含有したため、実施例６のサンプルよりも硬度が高くなっている。
一方、比較として発泡ローラ３の硬度が２３度になる配合量の未加硫未発泡原材料組成物５を用いて、通常のクロスヘッド方式で加工した。この場合、発泡体２の全領域において、硬度が２３度である。
２つの発泡ローラ３において、図示しない抵抗測定機で相手ローラに押し当てる圧力を変えてニップ幅を変量させ、周方向の電気抵抗ばらつきを測定した。その結果を図８に示す。本発明の発泡ローラ３の方が電気抵抗ばらつきは少ない。この理由として、発泡体全体を低硬度したため、相手ローラに押し当てる圧力によって発泡体２全体が変形して、含有されているカーボンの分散状態が大きく変化したことが考える。
この結果から同じニップ幅を得る場合において、本発明の製造方法の方が電気抵抗のばらつきの少ない発泡ローラ３を得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】発泡ローラの構成図である。
【図２】芯金への巻きつけ回数と硬度ばらつきの関係を示す特性図である。
【図３】芯金巻きつけ時における、未反応物質とシート状の未加硫未発泡原材料組成物の状態を示す模式図である。
【図４】発泡体中の未反応物質の含有量分布を示す特性図である。
【図５】未反応物質の含有量分布と硬度の関係を示す特性図である。
【図６】発泡体中の未反応物質の外径分布を示す特性図である。
【図７】未反応物質の含有量分布と硬度の関係を示す特性図である。
【図８】ニップ幅と電気抵抗ばらつきの関係を示す特性図である。
【図９】画像成形装置の全体図である。
【図１０】発泡ローラが使用されるプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 芯金
２ 発泡体
３ 発泡ローラ
４ 未反応物質
５ 未加硫未発泡原材料組成物
６ 気泡
１００ 加圧ローラ
１０１ 定着ローラ
１０２ 排紙ローラ
１０３ 従動ローラ
１０４ 感光体
１０５ 転写ローラ
１０６ クリーニングブレード
１０７ ブラシローラ
１０８ 帯電ローラ
１０９ 現像ローラ
１１０ トナー補給ローラ
１１１ 攪拌板
１１２ トナータンク
１１３ トナー
１１４ 廃トナータンク
１１５ 装置外装
１１６ 給紙コロ
１１７ 転写紙
２００ 定着ローラの表層
２０１ 定着ローラの芯金
２０２ 定着ローラの発熱体
２０３ 加圧ローラの表層
２０４ 加圧ローラの芯金
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置で、加圧ローラ、定着ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等として使用される発泡ローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電ローラ、転写ローラ、加圧ローラ、定着ローラ等の発泡ローラは、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅(ニップ幅)を確保するため発泡体の低硬度化が求められている。
しかし、発泡体が低硬度になると、研削工程において発泡ローラの形状精度が得られにくいという問題が発生する。また、発泡体の強度が弱くなり、常時圧力が加えられて使用した場合、時間とともに発泡体が変形していく点で、発泡ローラとして耐久性が低いという問題がある。
【０００３】
ここで、発泡ローラが使用される定着部での例を、図１０を用いて説明する。
定着部は加圧ローラ、定着ローラ、及び定着ローラに熱を与える発熱体で構成される。この場合、加圧ローラが発泡ローラになる。加圧ローラと定着ローラの接触部で、圧力によって、加圧ローラの表層が変形し、加圧ローラと定着ローラの接触部にニップ部を形成する。このニップ部と定着ローラからの熱によって、転写紙上の未定着トナーを溶融し、転写紙に付着させる。
このプロセスにおいて、発泡ローラである加圧ローラは圧力と熱が加えられているのである。尚、符号１１７は転写紙、２００は定着ローラの表層、２０１は定着ローラの芯金、２０２は定着ローラの発熱体、２０３は加圧ローラの表層、２０４は加圧ローラの芯金である。
【０００４】
例えば、特許文献１記載の技術では、未反応物質を使用した押し出し加工によって、セル径を制御して発泡体を得ている。また、発泡体を２層構成にする方法は一般的に知られている。押し出し加工時に、発泡率の異なる材料を使用する。つまり、芯金に近い側は低発泡率材料、表面に近い側は高発泡材料とする。
これによって得られる発泡体は、芯金に近い側は高硬度、表面に近い側は低硬度になる。この方法で得られる発泡ローラ３を相手側ローラに接触させたとき、幅広いニップ幅が得られる。また、表層以外は高硬度であるため、発泡体は経時での変形が起こりにくい。
【特許文献１】特開２００２−３４７０５６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ただし、上記従来例では、２層押し出し加工を行うため、加工に手間がかかる、層の境目が発生する、表層のみしかつぶれない(弾性変形しない)、という問題点がある。
本発明の目的は、低硬度で、高耐久性の発泡ローラを簡単に得ることができる発泡ローラの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、芯金とその周囲の円筒状の発泡体で構成される発泡ローラの製造方法において、前記発泡体は、未加硫未発泡原材料組成物と未反応物質を混合し、混練、成形、発泡加硫、研削工程を経て作成され、前記発泡体のセル径が前記未反応物質の外径より小さいことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質を含有させた未加硫未発泡原材料組成物をシート形状に成形後、芯金に巻きつけることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発泡ローラの製造方法において、前記芯金は前記未加硫未発泡原材料組成物のシート形状物を１０周以上巻きつけることができる構成を備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質の外径が前記シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×０．３より小さいことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質は、シート形状物内で、芯金に近い部分の含有量に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその含有量が多く、芯金に近い部分の外径に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその外径が大きいことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記発泡体が導電性であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、発泡体のセル径＜未反応物質の外径であるため、未加硫未発泡原材料組成物によって発泡体中にセル径よりも大きな空間があることになる。その結果、低硬度の発泡ローラを得ることが可能になる。
請求項２記載の発明によれば、未反応物質を含有した未加硫未発泡原材料組成物５をシート形状に成形後、芯金に巻きつけるため、未反応物質による空間を均一に分布させることが可能になる。その結果として、発泡ローラの硬度ばらつきを少なくすることが可能になる。
請求項３記載の発明によれば、芯金に未加硫未発泡原材料組成物を１０周以上巻きつける。これによって、発泡ローラを円周方向に見た場合、未反応物質の分布を見かけ上少なくすることができる。そのため、円周方向に見た場合、硬度ばらつきの少ない発泡ローラを得ることが可能になる。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、未反応物質の外径＜シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×０．３としている。そのため、芯金に未加硫未発泡原材料組成物を巻きつけていくとき、未反応物質が存在しても、シート形状の未加硫未発泡原材料組成物同士を密着させることができる。これによって、発泡加硫後に密着不良による気泡が無い発泡体を得ることが可能になる。
請求項５記載の発明によれば、未反応物質を
・芯金に近い部分の含有量に対して、表面付近はその含有量が多い
・芯金に近い部分の外径に対して、表面付近はその外径が大きい
状態にしている。これによって、発泡ローラの表面付近の硬度を、芯金付近の発泡体に比べて低くすることが可能になる。
請求項６記載の発明によれば、円周方向に見て硬度ばらつきが無いことに加え、発泡体が導電性であるため、均一で幅広いニップ幅になる。これによって、均一な導電性を持つ発泡ローラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を説明する。まず図面を説明しておく。図１は発泡ローラの構成図、図２は芯金１への巻きつけ回数と硬度ばらつきの関係を示す特性図、図３芯金巻きつけ時における、未反応物質４とシート状の未加硫未発泡原材料組成物５の状態を示す模式図、図４は発泡体２中の未反応物質４の含有量分布を示す特性図、図５は未反応物質４の含有量分布と硬度の関係を示す特性図、図６は発泡体２中の未反応物質４の外径分布を示す特性図、図７は未反応物質４の含有量分布と硬度の関係を示す特性図、図８はニップ幅と電気抵抗ばらつきの関係を示す特性図である。図９は画像成形装置の全体図である。図１０は発泡ローラが使用されるプロセスを説明する図である。
【００１１】
図１に示すように、電子写真方式の画像形成装置で、加圧ローラ、定着ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等として使用される発泡ローラ３は、芯金１とその周囲の円筒状の発泡体２で構成されている。
発泡体２は、ポリマー材料、発泡剤、各種添加剤を配合した未加硫未発泡原材料組成物５(図３)を原材料とし、混練、成形、発泡加硫、形状加工（例えば外形研削）という加工工程を経て作られる。
発泡体２の加工方法の一つとして、未加硫未発泡原材料組成物５と反応しない粒子状の未反応物質４(図３)を使用する方法がある。未加硫未発泡原材料組成物５と未反応物質４を混合し、混練、成形、発泡加硫、外形研削を経て発泡体２を作り、その後に未反応物質４を除去する加工方法である。
本発明は、未加硫未発泡原材料組成物５と未反応物質４を混合し、シート形状に成形し、それを芯金１に巻きつける発泡ローラの製造方法に特徴がある。未反応物質４の外径、数量、分布、またシート形状物の厚さを適切に設定して加工することで、発泡ローラ３として表層は低硬度、芯金１付近は低硬度の状態にすることを可能にしている。
【００１２】
以下本発明の発泡ローラの製造方法の各実施例を説明する。なお、各実施例の共通条件として、次の１）〜６）で加工を行った。
１）未加硫未発泡原材料組成物５
未反応物質４：塩化ナトリウム系化合物
ポリマー材料：エチレンプロピレンゴム(ＥＰＤＭ)
発泡剤：有機発泡剤ＡＤＣＡ系
架橋剤：硫黄
その他、加硫促進剤、増量剤、軟化剤も配合した。
２）芯金１：材質ＳＵＭ２２、外径φ６ｍｍ、長さ３００ｍｍ
３）発泡ローラ３の寸法；外径φ８０ｍｍ、長さ２７０ｍｍ
４）発泡体２
平均セル径：１００μｍ
平均セル数：５０個／ｍｍ2（発泡体を切断し、一定面積のセル数を数えた）
５）発泡加硫：熱風炉を使用して、１６０℃×２０分の加熱処理を行った。
６）未反応物質４の除去：発泡加硫後に発泡体を水中に浸漬して、未反応物質４を溶解させ除去する
【００１３】
＜実施例１＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、芯金１に付着させ、発泡加硫、外径研削を行った。芯金１に付着させる方法として、押し出し機を使用して、クロスヘッド方式で行った。未反応物質４の外径はφ５０μｍ、φ３００μｍの２種類を使用した。また、未反応物質４を含有しないものも作成した。アスカーＣ硬度計を使用して、各サンプル硬度を計測した。
＜結果＞
未反応物質４なし ：３０度
未反応物質４φ５０μｍ：２８度
未反応物質４φ３００μｍ：２４度
この結果から、本発明の製造方法であれば、低硬度の発泡ローラ３が得られることがわかる。また、図９に示す画像形成装置を使用して、発泡体２が破断するまで、ランニングを行った。
＜結果＞
未反応物質４なし ：３０．３万枚
未反応の物質４φ５０μｍ：３０．５万枚
未反応の物質４φ３００μｍ：３０．４万枚
この結果から、本発明の製造方法であれば発泡体２は低硬度であるが、高硬度の発泡ローラ３と同等の耐久性が得られることがわかる。
なお、『発泡体２中のセル径＞発泡体２中の未反応の物質４の外径』の場合、発泡体２の硬度が低くならない。そのため、本発明が求めている低高度を得ることができない。
すると、画像形成過程において、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅が小さくなり、正常な画像を得ることができない。
【００１４】
＜実施例２＞
未加硫未発泡原材料組成物５に外径φ３００μｍの未反応物質４を混合し、芯金１に付着させ、発泡加硫、外径研削を行った。芯金１に付着させる方法として、
ａ)押し出し機を使用して、クロスヘッド方式で芯金１に付着させる
ｂ)厚さ１５００μｍのシート形状に成形後、芯金１に１０周巻きつけることで付着させる
の２種類で行った。作成した発泡ローラ３の軸、周方向の硬度ばらつきを、アスカーＣ硬度計を使用して計測した。
＜結果＞
ａ)の方法：２０度〜２８度
ｂ)の方法：２２度〜２６度
クロスヘッド方式の方がばらつきは大きい。この理由として、押出し工程時に発生する圧力、加熱によって未加硫未発泡原材料組成物５中の未反応物質４の分布ばらつきが大きくなるためと思われる。
この結果から、未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、芯金１に巻きつける製造方法を実施することで、硬度ばらつきの少ない発泡ローラ３を得られることがわかる。
【００１５】
＜実施例３＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、シート形状に成形後、芯金１に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未反応物質４の外径はφ１５０μｍとした。この実施例ではシート形状の未加硫未発泡原材料組成物５を芯金１に巻きつける回数を変え、複数の発泡ローラ３を製作した。
巻きつけ後の外径を同じにするため、巻きつけ回数に応じて、シート形状物の厚みを変えた。１０周巻きつける場合は１５００μｍとした。未加硫未発泡原材料組成物５の発泡倍率はシート形状物の厚みに依存しないため、５周巻きつけるのであれば、厚さは３０００μｍになる。
発泡ローラ３の硬度を円周方向に３６箇所測定し、硬度最大値−硬度最小値を硬度のばらつき量とした。巻きつけ回数と硬度のばらつき量の結果を図２に示す。この結果から巻きつけ回数が少ないと、円周方向の硬度ばらつきが大きくなることがわかる。
この理由は次のように考えられる。シート形状の未加硫未発泡原材料組成物５中の未反応物質４は分布ばらつきがどうしても発生する。そのため、巻きつけ回数が少ないと分布ばらつきが硬度のばらつきになってしまう。逆に巻きつけ回数を多くすれば、未反応物質４は分布ばらつきを見かけ上小さくすることになる。よって、巻きつけ回数が１０周以上であれば、周方向の硬度ばらつきが小さい発泡ローラ３を得られることがわかる。
【００１６】
＜実施例４＞
未加硫未発泡原材料組成物５に外径φ３００μｍの未反応物質４を混合し、シート形状に成形後、芯金１に１５周巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。シート形状物の厚みを変えて加工を行った。評価方法として、図３のように芯金１に巻きつけた際にシート同士が密着しなかったことが原因である発泡体２中の気泡６(図３)の個数を計測した。
シート形状物の厚み 気泡６の個数
１００μｍ（３０μｍ） ３０
５００μｍ（１５０μｍ） ２５
７００μｍ（２１０μｍ） １０
１０００μｍ（３００μｍ） ０
１５００μｍ（４５０μｍ） ０
括弧内はシート形状の厚み×０．３の値
この結果から、未反応物質４の外径＜シート形状の未加硫未発泡原材料組成物５の厚さ×０．３であれば、芯金１にシート形状の未加硫未発泡原材料組成物５を巻きつけたときに気泡６が発生しない発泡加圧ローラ３を得ることができる。
なお、『前記未反応物質４の外径＞前記未加硫発泡原材料組成物の厚さ×０．３』の場合、巻きつけるときに前記未反応物質４の周りに隙間ができてしまう。発泡ローラ３になった場合、隙間によって、硬度ばらつきが発生することになる。硬度ばらつきが発生すると、画像形成過程において、対向して圧接されるローラとの当接部であるニップ部の幅のばらつきが発生し、正常な画像を得ることができない。
【００１７】
＜実施例５＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、厚さ１５００μｍのシート形状に成形後、芯金１に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未反応物質４の外径はφ３００μｍとした。
この加工において、未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合しシート形状にするとき、芯金１に近い個所に相当する部分は含有数を少なく、表面に近い個所に相当する部分では含有数を多くした。その含有数の状態を図４に示す。また、発泡ローラ３の硬度計測結果を図５に示す。
このように、未反応物質４の含有量を芯金１に近い部分は少なく、表面付近には多くすることで、芯金１に近い部分は高硬度、表面付近は低硬度になる発泡ローラ３を得ることができる。
【００１８】
＜実施例６＞
未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合し、厚さ１５００μｍのシート形状に成形後、芯金１に巻きつけ、発泡加硫、外径研削を行った。未加硫未発泡原材料組成物５に未反応物質４を混合するとき、芯金１に近い個所に相当する場所では外径を小さくしたもの、表面に近い個所に相当する場所では外径を大きくした（図６を参照）。なお、含有数はすべて１００個／ｍｍ3とした。このように作製した発泡ローラ３の硬度計測結果を図７に示す。図７は発泡ローラ３の半径方向の硬度変化を示している。
この結果から、未反応物質４の外径を芯金１に近い部分は小さく、表面付近は大きくすることで、芯金１に近い部分は高硬度、表面付近は低硬度になる発泡ローラ３を得ることができる。
【００１９】
＜実施例７＞
上記実施例６において、未加硫未発泡原材料組成物５にカーボンを含有させた。加工した発泡ローラ３の表面付近の硬度２３度、芯金に近い部分は硬度２９度である。カーボンを含有したため、実施例６のサンプルよりも硬度が高くなっている。
一方、比較として発泡ローラ３の硬度が２３度になる配合量の未加硫未発泡原材料組成物５を用いて、通常のクロスヘッド方式で加工した。この場合、発泡体２の全領域において、硬度が２３度である。
２つの発泡ローラ３において、図示しない抵抗測定機で相手ローラに押し当てる圧力を変えてニップ幅を変量させ、周方向の電気抵抗ばらつきを測定した。その結果を図８に示す。本発明の発泡ローラ３の方が電気抵抗ばらつきは少ない。この理由として、発泡体全体を低硬度したため、相手ローラに押し当てる圧力によって発泡体２全体が変形して、含有されているカーボンの分散状態が大きく変化したことが考える。
この結果から同じニップ幅を得る場合において、本発明の製造方法の方が電気抵抗のばらつきの少ない発泡ローラ３を得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】発泡ローラの構成図である。
【図２】芯金への巻きつけ回数と硬度ばらつきの関係を示す特性図である。
【図３】芯金巻きつけ時における、未反応物質とシート状の未加硫未発泡原材料組成物の状態を示す模式図である。
【図４】発泡体中の未反応物質の含有量分布を示す特性図である。
【図５】未反応物質の含有量分布と硬度の関係を示す特性図である。
【図６】発泡体中の未反応物質の外径分布を示す特性図である。
【図７】未反応物質の含有量分布と硬度の関係を示す特性図である。
【図８】ニップ幅と電気抵抗ばらつきの関係を示す特性図である。
【図９】画像成形装置の全体図である。
【図１０】発泡ローラが使用されるプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
【００２１】
１ 芯金
２ 発泡体
３ 発泡ローラ
４ 未反応物質
５ 未加硫未発泡原材料組成物
６ 気泡
１００ 加圧ローラ
１０１ 定着ローラ
１０２ 排紙ローラ
１０３ 従動ローラ
１０４ 感光体
１０５ 転写ローラ
１０６ クリーニングブレード
１０７ ブラシローラ
１０８ 帯電ローラ
１０９ 現像ローラ
１１０ トナー補給ローラ
１１１ 攪拌板
１１２ トナータンク
１１３ トナー
１１４ 廃トナータンク
１１５ 装置外装
１１６ 給紙コロ
１１７ 転写紙
２００ 定着ローラの表層
２０１ 定着ローラの芯金
２０２ 定着ローラの発熱体
２０３ 加圧ローラの表層
２０４ 加圧ローラの芯金
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金とその周囲の円筒状の発泡体で構成される発泡ローラの製造方法において、前記発泡体は、未加硫未発泡原材料組成物と未反応物質を混合し、混練、成形、発泡加硫、研削工程を経て作成され、前記発泡体のセル径が前記未反応物質の外径より小さいことを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質を含有させた未加硫未発泡原材料組成物をシート形状に成形後、芯金に巻きつけることを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発泡ローラの製造方法において、前記芯金は前記未加硫未発泡原材料組成物のシート形状物を１０周以上巻きつけることができる構成を備えていることを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質の外径が前記シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×０．３より小さいことを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質は、シート形状物内で、芯金に近い部分の含有量に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその含有量が多く、芯金に近い部分の外径に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその外径が大きいことを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記発泡体が導電性であることを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項１】
芯金とその周囲の円筒状の発泡体で構成される発泡ローラの製造方法において、前記発泡体は、未加硫未発泡原材料組成物と未反応物質を混合し、混練、成形、発泡加硫、研削工程を経て作成され、前記発泡体のセル径が前記未反応物質の外径より小さいことを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質を含有させた未加硫未発泡原材料組成物をシート形状に成形後、芯金に巻きつけることを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発泡ローラの製造方法において、前記芯金は前記未加硫未発泡原材料組成物のシート形状物を１０周以上巻きつけることができる構成を備えていることを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質の外径が前記シート形状の未加硫未発泡原材料組成物の厚さ×０．３より小さいことを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記未反応物質は、シート形状物内で、芯金に近い部分の含有量に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその含有量が多く、芯金に近い部分の外径に対して発泡ローラの表面付近に相当する個所ではその外径が大きいことを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の発泡ローラの製造方法において、前記発泡体が導電性であることを特徴とする発泡ローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１７０５７９（Ｐ２００７−１７０５７９Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７０６９１（Ｐ２００５−３７０６９１）
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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