(57)【要約】【課題】耐リーク性に優れ、かつ従来よりも簡単に製造可能な帯電ローラ、ならびにその製造方法を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂を主体成分とするローラ本体と、結晶性樹脂からなる結晶性樹脂層と、金属芯とを基本的に備え、金属芯をローラ本体が被覆し、当該ローラ本体を結晶性樹脂層が被覆して構成されてなるものである帯電ローラ、ならびに熱可塑性樹脂と結晶性樹脂とを混合させた樹脂組成物を射出した後、徐冷することを特徴とする帯電ローラの製造方法。【選択図】　　図１
2004020584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を主体成分とするローラ本体と、結晶性樹脂からなる結晶性樹脂層と、金属芯とを基本的に備え、金属芯をローラ本体が被覆し、当該ローラ本体を結晶性樹脂層が被覆して構成されてなる帯電ローラ。
【請求項２】
結晶性樹脂層が、ポリアミド系重合体またはポリブチレンテレフタレート樹脂により形成されたものである、請求項１に記載の帯電ローラ。
【請求項３】
ローラ本体が導電性カーボンをさらに含むものである、請求項１または２に記載の帯電ローラ。
【請求項４】
結晶性樹脂層およびローラ本体全体の体積抵抗率が１×１０４Ω・ｃｍ〜１×１０９Ω・ｃｍである、請求項１〜３のいずれかに記載の帯電ローラ。
【請求項５】
熱可塑性樹脂と結晶性樹脂とを混合させた樹脂組成物を金属芯上に射出した後、徐冷することを特徴とする帯電ローラの製造方法。
【請求項６】
樹脂組成物が、熱可塑性樹脂１００重量部に対し５重量部〜１００重量部の結晶性樹脂を混合したものである、請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機およびプリンタに用いられる安定した電気特性を有する帯電ローラ、ならびにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、複写機やプリンタなどの電子写真装置における典型的な画像形成機構を模式的に示す図である。電子写真装置における画像形成では、図３に示すように、▲１▼感光体を均一に帯電させる帯電工程と、▲２▼帯電された感光体に露光して感光体表面に静電潜像を形成する露光工程と、▲３▼静電潜像の形成された感光体にトナーを付着させ、それを転写ローラにて紙上に転写してトナー像を形成する転写工程と、▲４▼加熱・加圧を施して紙上にトナー像を定着させる定着工程とを、基本的に含有する。これらの工程を経た後、感光体はブレードなどにより残存した廃トナーを除去するクリーニングを施され、除電されて、繰り返し▲１▼の帯電工程に供される。
【０００３】
従来、▲１▼の工程における感光体の帯電はコロナ放電により行われているのが一般的であったが、コロナ放電では発生するオゾンが周囲に悪影響を及ぼすため、近年では、図３に示すように接触型である帯電ローラを使用する方式が採用されるようになってきた。
帯電ローラを使用する方式においては、感光体を帯電させるために、ローラの体積抵抗率が１０４Ω・ｃｍ〜１０９Ω・ｃｍ程度であることが望まれる。上記体積抵抗率を得るべく、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴムなどのゴム材料に適宜の量の導電性カーボンを配合して得られた帯電ローラが使用されていたが、このような帯電ローラでは、感光体へのリークが起こり易いという問題があった。また近年の研究では、導電性カーボンの配合量を減らし、第四級アンモニウム塩に代表されるイオン導電剤を配合すると、所望の体積抵抗率および優れた耐リーク性を備える帯電ローラが得られることが判っているが、イオン導電剤は特性が環境に左右され易く、高温高湿になるほど抵抗が下がり、低温低湿になるほど抵抗が上がることから、それにより製造されたローラの特性が不安定である現象が指摘されている。またイオン導電剤は、使用中に帯電ローラ表面にブルームする性質があり、感光体を汚染してしまうという欠点も併せもっている。そのため最近では、イオン導電剤を配合してなる帯電ローラを使用する場合には、イオン導電剤を含まない最外層を設けてなる積層構造として、環境依存性およびブルームを防止する方式が採られている。しかしながらこのような積層構造の帯電ローラは、製造が煩雑であるとともに、寸法安定性が悪い、各層間の密着力が不安定といった問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、耐リーク性に優れ、かつ従来よりも簡単に製造可能な帯電ローラ、ならびにその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は以下のとおりである。
（１）熱可塑性樹脂を主体成分とするローラ本体と、結晶性樹脂からなる結晶性樹脂層と、金属芯とを基本的に備え、金属芯をローラ本体が被覆し、当該ローラ本体を結晶性樹脂層が被覆して構成されてなる帯電ローラ。
（２）結晶性樹脂層が、ポリアミド系重合体またはポリブチレンテレフタレート樹脂により形成されたものである、上記（１）に記載の帯電ローラ。
（３）ローラ本体が導電性カーボンをさらに含むものである、上記（１）または（２）に記載の帯電ローラ。
（４）結晶性樹脂層およびローラ本体全体の体積抵抗率が１×１０４Ω・ｃｍ〜１×１０９Ω・ｃｍである、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の帯電ローラ。
（５）熱可塑性樹脂と結晶性樹脂とを混合させた樹脂組成物を金属芯上に射出した後、徐冷することを特徴とする帯電ローラの製造方法。
（６）樹脂組成物が、熱可塑性樹脂１００重量部に対し５重量部〜１００重量部の結晶性樹脂を混合したものである、上記（５）に記載の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の好ましい一例の帯電ローラ１を簡略化して示す断面図である。本発明の帯電ローラ１は、熱可塑性樹脂を主体成分とするローラ本体２と、結晶性樹脂からなる結晶性樹脂層３と、金属芯４とを、基本的に備え、金属芯４をローラ本体２が被覆し、当該ローラ本体２を結晶性樹脂層３が被覆して構成されてなる。
ローラ本体２の主体成分となる熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、従来公知の種々の熱可塑性樹脂を使用できるが、成形が容易で長時間（３００００時間〜５００００時間程度）の使用後でも形状が変化しないことから、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂などが用いられるが、中でも耐衝撃性、耐クリープ性、温熱安定性、易成形性に優れる面から、ＡＢＳ樹脂を用いるのが好ましい。なお上記「主体成分」とは、ローラ本体のうち少なくとも４５重量％以上を熱可塑性樹脂が占めることを指す。
【０００７】
また上記ローラ本体２を被覆する結晶性樹脂層３を形成する結晶性樹脂としては、特に制限はなく、従来公知の種々の結晶性樹脂を使用できる。このような結晶性樹脂としては、具体的には、ポリアミド系重合体、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、シクロヘキシルジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂などが例示され、中でも結晶化速度が速く、耐熱性、機械的強度に優れる点でポリアミド系重合体またはポリブチレンテレフタレート樹脂が好ましい。ポリアミド系重合体として、例えば、ポリアミドエラストマーが挙げられる。
【０００８】
本発明における金属芯４の形成材料としては、当分野において金属芯材料として従来から使用されている鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属材料を特に制限なく用いることができる。中でも、強度、コスト、加工性の観点から、鉄または鉄合金（具体的には、炭素鋼、ステンレス鋼）製の金属芯を使用するのが好ましい。
【０００９】
本発明においては、上述してきたように金属芯４と、当該金属芯４を被覆する、熱可塑性樹脂を主体成分とするローラ本体２と、当該ローラ本体２を被覆する結晶性樹脂層３とを備えるので、環境依存性およびブルームが防止され、かつ優れた耐リーク性を有する帯電ローラを実現することができる。ここで「優れた耐リーク性」とは、絶縁破壊試験を行い、絶縁破壊が生じたときの電圧が１２００Ｖ以上であることをいう。
【００１０】
本発明の帯電ローラは、上述した構造を備えるものであるならば、その製造方法に特に制限はないが、たとえば、熱可塑性樹脂と結晶性樹脂とを含有する樹脂組成物を金属芯上に射出した後、徐冷する、という本発明の製造方法によって好適に製造することができる。図２は、本発明の帯電ローラの製造方法の好ましい一例を簡略化して段階的に示す図である。
【００１１】
本発明の製造方法によれば、まず、所望の長さ、外径（ローラ径）および内径（シャフト径）のローラに対応した金型１１の適宜の位置に、金属芯４を設置する（図２（ａ））。
【００１２】
次に、金属芯４を設置した金型内に、熱可塑性樹脂と結晶性樹脂とを混合させた樹脂組成物１２を射出し、成形する（図２（ｂ））。当該射出成形には、従来公知の適宜の射出成形機を使用することができる。また射出の条件に特に制限はないが、通常、１５０℃〜３００℃の温度（好ましくは、２００℃〜２５０℃）、１０ｍｍ／秒〜５００ｍｍ／秒の射出速度（好ましくは、５０ｍｍ／秒〜１５０ｍｍ／秒）の各範囲内で射出を行う。
【００１３】
上記樹脂組成物における熱可塑性樹脂と結晶性樹脂との混合割合に特に制限はないが、物性、電気特性とのバランスの観点からは、熱可塑性樹脂１００重量に対し５重量部〜１００重量部の結晶性樹脂を混合させるのが好ましく、１０重量部〜７０重量部の結晶性樹脂を混合させるのがより好ましい。熱可塑性樹脂１００重量部に対し５重量部未満の結晶性樹脂しか混合されていない樹脂組成物を用いると、充分な厚みの結晶性樹脂層を形成できない傾向にあるためであり、また熱可塑性樹脂１００重量部に対し１００重量部を超えて結晶性樹脂が混合された樹脂組成物を用いると、所望の電気特性が得られない傾向にあるためである。
【００１４】
射出後、金型１１中の樹脂組成物１２を徐冷する。本発明でいう「徐冷」とは、射出後、３分以上かけて射出温度よりも１５０℃〜２００℃低い温度まで冷却することをいう。このように射出後に徐冷を施すことで、その理由は明らかではないが、上記のように熱可塑性樹脂と結晶性樹脂とを混合した樹脂組成物は、その金型に接する外周側に結晶性樹脂が析出し、結晶化して層を形成する（図２（ｃ））。そうして金属芯４を被覆するようにして熱可塑性樹脂が円筒状に固化した部分がローラ本体２となり、上記外周側に析出し結晶化した層が結晶性樹脂層３となる。
【００１５】
上記徐冷後、成形物を金型１１から取り出すことで、図１に示したような熱可塑性樹脂を主体成分とするローラ本体２と、結晶性樹脂層３と、金属芯４とを備える本発明の帯電ローラ１を得ることができる（図２（ｄ））。
【００１６】
このような本発明の製造方法によれば、一度の射出成形にて上述した積層構造を有する帯電ローラを製造することができる。一般に、本発明のような抵抗の異なる樹脂材料で形成した層を積層させた構造のローラを製造するには、外側の円筒状物と内側の円筒状物とを別途に成形しこれを嵌め込んだり、内側の円筒状物に絶縁性樹脂塗料を塗布したりなどの方法があるが、いずれも煩雑な工程を経なければならない。たとえば、内側の円筒状物と外側の円筒状物とを別途に成形する方法では、成形自体が手間がかかることに加え、各円筒状物の内周面、外周面の平滑化や寸法合わせのための切削や研磨などの微調整の工程を要し、製造に手間およびコストがかかる。また、円筒状物を絶縁性樹脂塗料でコーティングする方法では、外径が安定しないため、実際に使用するには研削を行う必要があり、これも手間およびコストがかかる。
本発明の製造方法によれば、金型と同じ形状のローラを成形できることから、非常に平滑な外観形状および高い寸法精度とを有する帯電ローラを、従来よりも簡単に、かつ低いコストにて製造することができる。
【００１７】
なお熱可塑性樹脂と結晶性樹脂とを混合させた上記樹脂組成物は、バンバリミキサ、ロール混練機などの公知の混練機を用いて混練した後、射出に供するようにすればよい。
【００１８】
本発明の帯電ローラ１は、上述したように熱可塑性樹脂を主体成分とするローラ本体２と、結晶性樹脂層３と、金属芯４とを備えるならば、上記製造方法で製造されたものに限定されるものではない。
【００１９】
本発明の帯電ローラ１において、結晶性樹脂層３の厚みに特に制限はないが、電気特性の観点から、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍであるのが好ましく、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍであるのがより好ましい。結晶性樹脂層３の厚みが０．０１ｍｍ未満であると、耐リーク性に劣る傾向にあり、また結晶性樹脂層３の厚みが０．５ｍｍを超えると、抵抗が高くなり感光体を帯電することができない虞があるためである。
上記の本発明の製造方法にて帯電ローラ１を製造する場合には、結晶性樹脂層の厚みは、樹脂組成物において熱可塑性樹脂に混合させる結晶性樹脂の量や射出速度、冷却速度などによって調整することができる。
【００２０】
また本発明の帯電ローラ１において、ローラ本体の厚み（ローラ本体の内径と外径との差）にも特に制限はないが、電気特性の観点から、０．１ｍｍ〜５ｍｍであるのが好ましく、０．５ｍｍ〜３ｍｍであるのがより好ましい。当該ローラ本体２の厚みが０．１ｍｍ未満であると、電流値が大きくなり感光体が均一に帯電しない傾向にあるためである。
【００２１】
また本発明の帯電ローラ１においては、ローラ本体２が導電性カーボンをさらに含むものであるのが好ましい。ローラ本体２に導電性カーボンを含有させることで、帯電ローラ１全体の抵抗を下げることができ、帯電ローラ１が所期の体積抵抗率を有するように実現することが可能となる。用いる導電性カーボンの種類に特に制限はなく、たとえばケッチェンブラックやアセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラックが挙げられる。中でも少量の添加で高導電性が得られることから、ケッチェンブラックおよび／またはアセチレンブラックを使用するのが好ましい。
【００２２】
導電性カーボンの配合量は、特に制限はなく、その種類により適宜選択すればよいが、熱可塑性樹脂１００重量部に対し３重量部〜２０重量部であるのが好ましく、５重量部〜１５重量部であるのがより好ましい。導電性カーボンの配合量が熱可塑性樹脂１００重量部に対し３重量部未満であると、所望の導電性が得られない傾向にあるためであり、また導電性カーボンの配合量が熱可塑性樹脂１００重量部に対し２０重量部を超えると、耐リーク性が低下する傾向にあるためである。
【００２３】
上記範囲内で導電性カーボンをローラ本体２に含有させることで、体積抵抗率（結晶性樹脂層およびローラ本体全体の体積抵抗率）が１×１０４Ω・ｃｍ〜１×１０９Ω・ｃｍ、さらには１×１０５Ω・ｃｍ〜１×１０８Ω・ｃｍというような帯電ローラを実現することができる。上記体積抵抗率が１×１０４Ω・ｃｍ未満であると、帯電圧が高すぎて感光体を損傷する虞があり、また上記体積抵抗率が１×１０９Ω・ｃｍを超えると、帯電効率が低すぎて感光体を帯電することができない虞がある。
上記体積抵抗率は、たとえば、帯電ローラに金属箔を巻きつけ、帯電ローラの金属芯より直流電流を印加し、直列に接続した電流計の値の読みから計算して抵抗値を求め、金属箔の面積、ローラ厚（結晶性樹脂層およびローラ本体全体の厚み）から、体積抵抗率を換算する。
【００２４】
本発明の帯電ローラは、その長さ、シャフト径（内径）などに特に制限はなく、適用する複写機などに応じて適宜選択すればよい。
また、本発明の帯電ローラを形成するための組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で無機充填剤、酸化防止剤、相溶化剤などの適宜の添加剤が配合されていてもよい。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
実施例１
ＡＢＳ樹脂８５重量部、ポリアミドエラストマー１５重量部、カーボンブラック１０重量部を混合した樹脂組成物を、バンバリミキサで混練した後、図２に示したようにステンレス製の金属芯を予め配置した金型内に射出し、徐冷した。射出の条件は、２３０℃の温度、１００ｍｍ／秒の射出速度で行った。また射出後、１０分間かけて５０℃にまで冷却した。このようにして、ロール径１２ｍｍ（シャフト径：８ｍｍ、結晶性樹脂層３の厚み：０．１ｍｍ）、長さ３５０ｍｍの、ローラ本体とこれを被覆する結晶性樹脂層とを備える帯電ローラのサンプルを作製した。
【００２６】
実施例２
ＡＢＳ樹脂を９０重量部、ポリアミドエラストマーを１０重量部、カーボンブラックを１０重量部を混合した樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、帯電ローラのサンプルを作製した。
【００２７】
比較例１
ＡＢＳ樹脂を１００重量部、カーボンブラックを１０重量部を混合した樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、帯電ローラのサンプルを作製した。
【００２８】
比較例２
ＡＢＳ樹脂を１００重量部、カーボンブラックを５重量部を混合した樹脂組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして、帯電ローラのサンプルを作製した。
【００２９】
〔評価試験〕
上記で作製した実施例１、２、比較例１、２のサンプルについて、下記の手順にて測定した体積抵抗率およびリーク電圧の基準を両方満足するものを合格とし、どちらか１つでも満足しないものを不合格と総合判定した。
（１）体積抵抗率
各サンプルに金属箔を巻きつけ、金属芯から１００Ｖの直流電圧を印加し、直列に接続した電流計の値の読みから計算して抵抗値を求め、金属箔の面積、ローラ被覆厚（結晶性樹脂層およびローラ本体全体の厚み）から体積抵抗率を換算した。１．０×１０４Ω・ｃｍ〜１．０×１０９Ω・ｃｍの範囲であったものを合格とした。
（２）リーク電圧
各サンプルに２０ｍｍ長さの金属箔を巻きつけ、ＡＣ電圧発生装置と接続し、昇圧して絶縁破壊が生じたときの電圧を測定した。１２００Ｖ以上であれば合格とする。
結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2004020584.tif 000003
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、耐リーク性に優れ、かつ従来よりも簡単に製造可能な帯電ローラ、ならびにその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい一例の帯電ローラ１を簡略化して示す断面図である。
【図２】本発明の帯電ローラの製造方法の好ましい一例を段階的に簡略化して示す図である。
【図３】複写機やプリンタなどの電子写真装置における典型的な画像形成機構を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　帯電ローラ
２　　　　　ローラ本体
３　　　　　結晶性樹脂層
４　　　　　金属芯
【図１】
2004020584.tif 000004
【図２】
2004020584.tif 000005
【図３】
2004020584.tif 000006