(57)【要約】【課題】高い寸法精度を有すると共に、同質の電気抵抗特性を有するものを連続して多数製造することができ、しかも、各ローラ本体内の電気抵抗のばらつきが小さい帯電ローラを提供する。【解決手段】導電性を有する芯材１１の外周に成形用材料を射出成形してローラ本体１２を形成した帯電ローラ１０において、成形用材料をＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する芯材の外周に成形用材料を射出成形してローラ本体を形成した帯電ローラであって、
上記成形用材料は、メルトフローレートが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなることを特徴とする帯電ローラ。
【請求項２】
請求項１に記載された帯電ローラにおいて、
上記ローラ本体は、いずれの部位においても体積抵抗率が１０４〜１０９Ω・ｃｍの範囲内にあり且つ体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下であることを特徴とする帯電ローラ。
【請求項３】
請求項１に記載された帯電ローラにおいて、
上記成形用材料は、見掛け粘度の常用対数の変化量に対する体積抵抗率の常用対数の変化量の比が０．３以下であることを特徴とする帯電ローラ。
【請求項４】
請求項１に記載された帯電ローラにおいて、
上記比表面積の大小異なる２種の導電性材料はいずれもカーボンブラックであることを特徴とする帯電ローラ。
【請求項５】
請求項４に記載された帯電ローラにおいて、
上記成形用材料は、上記比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックが上記硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して５〜３０質量部混合されていることを特徴とする帯電ローラ。
【請求項６】
請求項４に記載された帯電ローラにおいて、
上記カーボンブラックのうち比表面積の大きい方は、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上である一方、比表面積の小さい方は、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ２／ｇ以下であることを特徴とする帯電ローラ。
【請求項７】
射出成形用金型内に導電性を有する芯材をセットするステップと、
ＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなる成形用材料を溶融させるステップと、
上記溶融させた成形用材料を上記射出成形用金型内に射出することにより上記芯材の外周にローラ本体を成形して帯電ローラを形成するステップと、
上記射出成形用金型から上記帯電ローラを取り出すステップと、
を備えたことを特徴とする帯電ローラの製造方法。
【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、プリンタ等において感光体を帯電させるために用いられる帯電ローラ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、感光体ドラム方式の複写機２０の構造を示す。この種の複写機２０では、光源２１から原稿２２に光が当てられて、原稿２２に表された像がミラー２３ａ〜２３ｄ及びレンズ２４を経て感光体ドラム２５に伝搬される。そして、回転する感光体ドラム２５では、帯電したドラム表面に伝搬された原稿２２の像が露光されてその像に対応した帯電状態が形成され、その帯電部分に現像装置２６でトナー２７が付着して現像され、転写装置２８でトナー２７が記録紙２９に転写分離された後、ブラシ３０及びブレード３１でドラム表面のクリーニングが行われると共に除電装置３２で除電が行われる。トナー２７が転写された記録紙２９は熱ローラ３３と加圧ローラ３４との間に挟持送りされてトナー２７の定着が図られる。
【０００３】
ここで、従来は感光体ドラム表面をコロナ放電により非接触で帯電させていたが、放電の際に発生するオゾンが周囲に悪影響を及ぼすことから、近年では図６に示すように帯電ローラ３５により接触帯電させるようになってきている。この帯電ローラ３５は、一般的には、導電性の芯材（芯金）の外周にゴム製のローラ本体が設けられたもので構成されている。そして、かかるゴム製の帯電ローラ３５には、芯材及び材料ゴムを個々に金型にセットして所定時間をかけて加硫成形されるものであるため製造コストが高い、また、ローラ本体表面にトナー２７が付着し易い、さらには、ローラ本体を構成するゴムに含まれるオイルが滲み出て感光体ドラム２５の表面を汚染する、といった問題が指摘されている。
【０００４】
そこで、硬質熱可塑性樹脂にカーボンブラック等の導電性材料を混合してなる成形用材料でローラ本体を形成することが考えられる。かかる樹脂製の帯電ローラでは、製造コストを低くすることができ、また、ローラ本体表面へのトナーの付着や感光体ドラムを汚染する物質の放出を抑止することができる。
【０００５】
ところが、樹脂製の帯電ローラは、ゴム製のものに比べてローラ表面の弾性が乏しく、感光体ドラムとの均一な接触を実現するためには極めて高い寸法精度が要求される。この問題は、高い寸法精度での成形が可能な射出成形によりローラ本体を形成することで解決されるが、射出成形の場合、ローラ本体の成形工程で射出速度に変動が生じることにより、製造される各帯電ローラ毎に導電性材料の分散構造が異なるものとなり、そのために電気抵抗特性の同質なものを連続して多数製造することができず、また、同一の射出速度で溶融した成形用材料を射出しても、射出速度が大きいために金型内の各部位毎で成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なり、各部位毎に見掛け粘度が異なることとなって導電性材料の分散構造が異なるものとなり、そのために各帯電ローラのローラ本体の電気抵抗のばらつきが大きくなるという新たな問題を生じる。
【０００６】
なお、ばらつきのない均一な半導電性が付与された成形品を得ることができる技術として、下記特許文献１には、ＤＢＰ吸油量が２００〜７００ｍｌのカーボンブラック、ＤＢＰ吸油量が３０〜１８０ｍｌのカーボンブラック及び熱可塑性樹脂からなる均一半導電性組成物が開示されている。
【０００７】
また、導電性、成形加工性、衝撃強度等の機械的性質、及び外観が優れる成形品を得るための技術として、下記特許文献２には、熱可塑性樹脂、ＢＥＴ式比表面積が８５０ｍ２／ｇ以上のカーボンブラック及びＢＥＴ式比表面積が１００ｍ２／ｇ以下のカーボンブラックからなる導電性樹脂組成物が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−８５７２２号公報
【特許文献２】
特開昭６０−１２４６５４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本出願の課題は、高い寸法精度を有すると共に、同質の電気抵抗特性を有するものを連続して多数製造することができ、しかも、各ローラ本体内の電気抵抗のばらつきが小さい帯電ローラ及びその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ローラ本体を射出成形するための成形用材料を高粘度の硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなるものとすることにより、溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動させることにより見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗の差を小さくしたものである。
【００１１】
具体的には、本発明は、導電性を有する芯材の外周に成形用材料を射出成形してローラ本体を形成した帯電ローラを前提とする。そして、成形用材料は、メルトフローレート（以下「ＭＦＲ」という）が３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、射出成形によりローラ本体が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。また、ローラ本体を形成する成形用材料としてＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、高粘度であることから溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動させることができ、しかも、それに比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合されているので、射出速度差や金型内での溶融した成形用材料の流動速度差に起因して各箇所の見掛け粘度が異なっても電気抵抗差が小さく抑えられ、それによって同質なものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合することにより成形用材料の見掛け粘度によらず電気抵抗が一定化される理由については明らかではないが、ローラ本体の成形工程で射出速度に変動が生じたり、あるいは、成形用材料を金型内に射出充填する際に各部位毎に成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なることにより、主として電気抵抗の調整を図るための比表面積の大きな導電性材料の分散状態に粗密が生じても、比表面積の小さな導電性材料がその粗密を補うように分散することによって全体として導電性材料の均一分散化が図られるためであると考えられる。なお、ＭＦＲは、ＪＩＳ　Ｋ７２１０「熱可塑性プラスチックの流れ試験方法」に基づいて計測されるものである。
【００１３】
そして、このような帯電ローラは、
射出成形用金型内に導電性を有する芯材をセットするステップと、
硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合してなる成形用材料を溶融させるステップと、
溶融させた成形用材料を射出成形用金型内に射出することにより芯材の外周にローラ本体を成形して帯電ローラを形成するステップと、
射出成形用金型から帯電ローラを取り出すステップと、
を備えた帯電ローラの製造方法により製造することができる。
【００１４】
本発明によれば、ローラ本体のいずれの部位においても体積抵抗率が１０４〜１０９Ω・ｃｍの範囲内にあり且つ体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下である構成が実現可能であり、かかる構成によれば、体積抵抗率の高さ及びそのばらつきの小ささが適正であるので、複写機等の感光体を一様に帯電させるのに好都合となる。
【００１５】
また、本発明は、成形用材料の見掛け粘度の常用対数の変化量に対する体積抵抗率の常用対数の変化量の比が０．３以下程に小さいと特に有効である。
【００１６】
比表面積の大小異なる２種の導電性材料はいずれもカーボンブラックである構成であってもよい。かかる構成によれば、入手容易なカーボンブラックにより本発明の帯電ローラを構成することができる。
【００１７】
その場合、成形用材料は、比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックが硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して５〜３０質量部混合されている構成であってもよい。かかる構成によれば、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。本発明は、特に、カーボンブラックの混合量が樹脂１００質量部に対して１５質量部以下である場合のような、カーボンブラックの混合量が比較的少なく射出成形での均一な分散が困難な場合に特に有効である。
【００１８】
また、カーボンブラックのうち比表面積の大きい方は、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上である一方、比表面積の小さい方は、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ２／ｇ以下である構成であってもよい。かかる構成によれば、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、射出成形によりローラ本体が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。
【００２０】
また、ローラ本体を形成する成形用材料としてＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、しかも、それに比表面積の大小異なる２種の導電性材料を少なくとも混合されているので、同質のものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る帯電ローラ１０を示す。この帯電ローラ１０は、複写機内に設けられ、感光体ドラム表面を帯電させるものである。
【００２３】
この帯電ローラ１０は、導電性を有する芯材（芯金）１１と、芯材１１の外周を被覆するように一体に設けられたローラ本体１２とからなる。
【００２４】
芯材１１は、アルミニウム、鉄等の導電性を有する円柱金属棒からなる。
【００２５】
ローラ本体１２は、硬質熱可塑性樹脂に比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合してなる成形用材料で形成されている。なお、第３の導電性材料を混合するようにしてもよい。この成形用材料は、見掛け粘度の常用対数の変化量に対する体積抵抗率の常用対数の変化量の比が０．３以下である。
【００２６】
硬質熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ＰＢＴ、ポリアミド樹脂（ナイロン樹脂）等のＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎのものが用いられる。ここで、硬質の熱可塑性樹脂を用いたのは、トナーが付着しにくく、油分が滲み出て感光体を汚染しにくいからである。また、「硬質」とは、感光体に押し当てても潰れない、すなわち、ゴム弾性を示さないことを意味する。その中でも耐クリープ性（長時間の加圧で変形しない）の高いエンジニアリングプラスチック類が好ましく、特に、ＡＢＳやＰＰＥが好適である。
【００２７】
導電性材料としては、例えば、カーボンブラック、金属粉、カーボンファイバ等が用いられるが、かかる用途に汎用であることからカーボンブラックが好適に用いられる。
【００２８】
導電性材料のうち比表面積の大きいものは主として電気抵抗の調整を図る機能を果たす一方、比表面積の小さいものはそれらの間に介在することにより全体としての導電性材料の分散状態を均一化して電気抵抗の安定化を図る機能を果たす。
【００２９】
導電性材料をカーボンブラックとした場合、比表面積の大小異なる２種の導電性材料であるカーボンブラックは、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に５〜３０質量部混合するようにするのがよい。そうすることによってローラ本体１２の成形時において、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず成形品の固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。かかる作用効果は、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に１５質量部以下の少ない導電性材料を混合した成形用材料のように射出成形での電気抵抗の均一化が困難である場合に特に顕著となる。また、比表面積の大きいカーボンブラック及び比表面積の小さいカーボンブラックの混合量としては、硬質熱可塑性樹脂１００質量部に対して前者が１〜４質量部で且つ後者が４〜１質量部、或いは、前者が１〜２９質量部で且つ後者が２９〜１質量部とするのが好適であり、どちらの混合量が多くてもよい。
【００３０】
また、比表面積の大きいカーボンブラックとしては、ＢＥＴ式による比表面積が８００ｍ２／ｇ以上であるもの（例えば、三菱化学社製　商品名：ケッチェンブラック等）、比表面積の小さいカーボンブラックとしては、ＢＥＴ式による比表面積が１００ｍ２／ｇ以下であるもの（例えば、アセチレンブラック等）が好適である。そうすることによってローラ本体１２の成形時において、溶融した成形用材料の見掛け粘度によらず固化後の電気抵抗が一定化されるという作用効果が適正に営まれることとなる。なお、前者は、ＤＢＰ吸油量が概ね３００ｍｌ／１００ｇ以上及びポアエリア（空孔度）が概ね８０ｍ２／ｇ以上にそれぞれ相当する一方、後者は、ＤＢＰ吸油量が概ね２５０ｍｌ／１００ｇ以下及びポアエリア（空孔度）が概ね２０ｍ２／ｇ以下にそれぞれ相当する。なお、ＢＥＴ式による比表面積はカーボンブラック表面の細孔部も含んだ表面積を表したものであり、ＤＢＰ吸油量はカーボンストラクチャー（カーボンブラック粒子が連鎖して繋がった状態）の発達性の指標であり、ポアエリアはＢＥＴ式による比表面積とカーボンブラック粒子の細孔部の表面積を含まないＣＴＡＢ表面積との差であって、カーボンブラック粒子の形状の指標である。
【００３１】
そして、ローラ本体１２は、芯材１１の外周に成形用材料を射出成形により形成されたものであり、いずれの部位の体積抵抗率も１０４〜１０９Ω・ｃｍの範囲内にあり且つ体積抵抗率の最大値が最小値の５倍以下となっている。
【００３２】
この帯電ローラ１０の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、帯電ローラ成形用の射出成形用金型内に芯材１１をセットし、金型を射出成形機に装着する。それと共に、射出成形機のホッパから上記の成形用材料を投入し、シリンダ内で加熱溶融させると共にスクリューで混練する。
【００３４】
次いで、溶融させた成形用材料を射出成形用金型内に射出し、芯材１１の外周にローラ本体１２を成形して帯電ローラ１０を形成させて冷却する。
【００３５】
しかる後、射出成形用金型を開き、帯電ローラ１０を取り出す。
【００３６】
以上の構成の帯電ローラ１０によれば、射出成形によりローラ本体１２が形成されているので、その寸法精度を極めて高いものとすることができる。
【００３７】
また、ローラ本体１２を形成する成形用材料としてＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、高粘度であることから溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動させることができ、しかも、それに比表面積の大小異なる少なくとも２種の導電性材料が混合されているので、射出速度差や金型内での溶融した成形用材料の流動速度差に起因して各箇所の見掛け粘度が異なっても電気抵抗差が小さく抑えられ、それによって同質なものを連続して多数製造することができるのに加えて、個々のローラ本体１２の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。
【００３８】
【実施例】
（試験評価サンプル）
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎ、１００ｇ／１０ｍｉｎ及び３５０ｇ／１０ｍｉｎの分子量の異なる３種のＡＢＳをそれぞれ準備し、以下の各例に係る成形用材料を調整した。
【００３９】
−例１−
ＭＦＲが１００ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ２／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製　商品名：ケッチェンブラックを８質量部と、比表面積７０ｍ２／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例１とした。
【００４０】
−例２−
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ２／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製　商品名：ケッチェンブラックを５質量部と、比表面積７０ｍ２／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例２とした。
【００４１】
−例３−
ＭＦＲが３５０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ２／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製　商品名：ケッチェンブラックを８質量部と、比表面積７０ｍ２／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を５質量部とを混合した成形用材料を例３とした。
【００４２】
−例４−
ＭＦＲが３５０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積７０ｍ２／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を１５質量部混合した成形用材料を例４とした。
【００４３】
−例５−
ＭＦＲが３５０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ２／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製　商品名：ケッチェンブラックを８質量部混合した成形用材料を例５とした。
【００４４】
−例６−
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積７０ｍ２／ｇのカーボンブラック（電気化学工業社製、アセチレンブラック）を１５質量部混合した成形用材料を例６とした。
【００４５】
−例７−
ＭＦＲが８０ｇ／１０ｍｉｎのＡＢＳ１００質量部に、比表面積１０００ｍ２／ｇのカーボンブラック（三菱化学社製　商品名：ケッチェンブラックを８質量部混合した成形用材料を例７とした。
【００４６】
（試験評価方法）
キャピラリーレオメータ（東洋精機社製キャピログラフ）を用い、例１〜７のそれぞれについて、キャピラリーダイスから成形用材料を押し出し、そのときの溶融した成形用材料の見掛け粘度を測定した。それぞれについて押出速度を２〜３水準変量した。
【００４７】
キャピラリーレオメータから押し出された樹脂ロッドを表面抵抗計（三菱化学社製　商品名：ハイレスタ）を用いて表面抵抗を測定し、それにロッドの厚さを乗して体積抵抗率に換算した。
【００４８】
（試験評価結果）
例１〜７のそれぞれの見掛け粘度と体積抵抗率との関係を図２に示す。また、それぞれについての各見掛け粘度での体積抵抗率を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2004144834.tif 000003
【００５０】
図２によれば、ＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎであるＡＢＳに比表面積の大小異なる２種のカーボンブラックを混合した例１及び２では、見掛け粘度に差があっても体積抵抗率差が非常に小さいことが分かる。これに対して、ＭＦＲが大きい例３〜５及び比表面積の大きいカーボンブラック又は小さいカーボンブラックのみを混合した例６，７では、見掛け粘度に差があると体積抵抗率差が大きいことが分かる。具体的には、図２に示される例１〜７のそれぞれの回帰直線の傾きの大きさが、例１及び２では０．３以下であり、例３〜７では０．３より大きい。
【００５１】
これは、例１及び２では、ＭＦＲが３０〜１５０ｇ／１０ｍｉｎの硬質熱可塑性樹脂が用いられており、高粘度であることから溶融した成形用材料を構造変化が少ない状態で流動するので、見掛け粘度が異なっても電気抵抗差が小さく抑えられるためであると考えられる。また、比表面積の大小異なる２種の導電性材料を混合することにより成形用材料の見掛け粘度によらず電気抵抗が一定化される理由は、成形用材料を金型内に射出充填する際に各部位毎に成形用材料の流動速度（剪断流動の大きさ）が異なることにより、主として電気抵抗の調整を図るための比表面積の大きな導電性材料の分散状態に粗密が生じても、比表面積の小さな導電性材料がその粗密を補うように分散することによって全体として導電性材料の均一分散化が図られるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る帯電ローラの斜視図である。
【図２】例１〜７それぞれの見掛け粘度と体積抵抗値との関係を示すグラフ図である。
【図３】複写機の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０　帯電ローラ
１１　芯材（芯金）
１２　ローラ本体
２０　複写機
２１　光源
２２　原稿
２３ａ〜３３ｄ　ミラー
２４　レンズ
２５　感光体ドラム
２６　現像装置
２７　トナー
２８　転写装置
２９　記録紙
３０　ブラシ
３１　ブレード
３２　除電装置
３３　熱ローラ
３４　加圧ローラ
３５　帯電ローラ
【図１】
2004144834.tif 000004
【図２】
2004144834.tif 000005
【図３】
2004144834.tif 000006