成像輥的制作方法

專利名稱：成像輥的制作方法
技術領域：
本發明涉及復印機、打印機、傳真機等的基于電子照像方式的圖像形成裝置的成像部分使用的成像輥，尤其涉及具有樹脂類軸的成像輥。
背景技術：
在復印機、打印機、傳真機等的基于電子照像方式的圖像形成裝置的成像部分，使用轉印輥、供墨輥、顯像輥、清潔輥等涉及成像的成像輥。現有的這樣的成像輥通過在金屬制的軸的外周設置導電性彈性層構成，但近年來，針對圖像形成裝置的小型化、輕型化等的要求，嘗試著以樹脂組合物形成軸。例如，在日本特開2001-215780號公報和日本特開2003-195601號公報中，公開了由含有聚酰胺等合成樹脂及導電劑、和根據需要含有纖維的樹脂組合物組成的非磁性顯像輥。此外，在日本特開2002-40798號公報中公開了具有由含有聚酰胺樹脂和導電性材料的導電性樹脂組合物構成的軸的顯像輥。
但是，本發明人發現，現有的樹脂類軸，如上述日本特開2003-195601號公報所述，僅通過在配置有樹脂類軸的模具內使導電性彈性材料發泡，或僅通過將發泡的導電性彈性材料成型為規定形狀后，將其粘合在樹脂類軸上設置導電性彈性層時，和如日本特開2002-40798號公報中所述，僅通過在樹脂類軸上涂敷半導電性材料設置半導電性層時沒有問題，但由擠出在樹脂類軸的外周覆蓋導電性彈性材料后，以樹脂類軸的軸頸部支承軸，研磨覆蓋的導電性彈性材料，形成導電性彈性層的情況下，在研磨時，樹脂類軸在軸頸部被破壞，會產生不能制作成像輥的問題。
與此有別的是，在樹脂類軸上設置導電性彈性層時，現有是通過擠出或模具成型在樹脂軸的周圍設置未固化的橡膠材料，將其供作固化用。但是，因為樹脂類材料的玻璃化轉移點比橡膠材料的固化溫度低，所以，樹脂類軸產生變形、尺寸精度下降。
與此相對，如在金屬類軸上設置導電性彈性層時，采用將軸壓入預先固化的彈性橡膠管中的方法(例如，參照日本特公平6-55457號公報)，可以消除由上述樹脂軸的高溫加熱產生的變形問題。
但是，此時，若相對樹脂類軸的外徑，彈性橡膠管的內徑過大，可知在以后進行管研磨時，管相對樹脂類軸會產生滑動，管外徑尺寸精度會帶來偏差精度下降。此外，彈性橡膠管的內徑過小，在將軸壓入管中時產生的變形會殘留在管中，帶來管外徑偏差精度的下降。其結果會在得到的圖像上產生斑點。

發明內容
因此，本發明的第一目的在于提供一種具有樹脂類軸，同時不會由導電性彈性材料的研磨加工帶來破損的成像輥。
本發明的第二目的在于提供一種可以消除通過在固化的彈性橡膠管中壓入樹脂類軸設置導電性彈性層時的問題，提供沒有斑點的圖像的成像輥。
根據本發明的第一方面，由下述成像輥達成上述第一目的具備軸；和以覆蓋該軸的外周的方式設置的、表面被研磨加工的導電性彈性層，上述軸由含有芳香族聚酰胺、玻璃纖維及導電材料的樹脂組合物形成，上述軸顯示出250MPa以上的彎曲強度及15GPa以上的彎曲彈性率。
根據本發明的第二方面，由下述成像輥達成上述第二目的具備由樹脂類材料構成的軸，和以覆蓋該軸外周的方式設置的、表面被研磨加工的導電性彈性層，上述導電性彈性層由預固化的導電性橡膠管構成，上述管內徑de與上述軸的外徑ds之比de/ds為0.75～0.97；或具備由樹脂類材料構成的軸，和以覆蓋該軸外周的方式設置的、被研磨加工的導電性彈性層，上述導電性彈性層由預固化的導電性橡膠管構成，上述軸的外徑ds和上述管內徑de之差ds-de為0.3mm以上、2.5mm以下。
具體實施例方式
首先，說明本發明的第一側面的成像輥。
本發明的第一側面的成像輥，具有由含有芳香族聚酰胺、玻璃纖維及導電材料粒子的樹脂組合物形成的軸，在該軸的外周設置有導電性彈性層。
本發明的第一側面的成像輥的樹脂類軸，具有250MPa以上的彎曲強度和15GPa以上的彎曲彈性率。彎曲強度和彎曲彈性率小于這些值，在軸上設置導電性橡膠等導電性彈性層后，以磨石等研削、研磨該導電性彈性層時就會產生裂痕。彎曲強度通常是500MPa以下，彎曲彈性率通常是30GPa以下。
本發明的第一側面的成像輥的軸，還優選具有70℃以上的玻璃化轉移點。成像輥通常作為單元(unit)被組裝，多以外加應力的狀態在60℃左右保存。此外，有時軸頸部的切削加工時被加熱到60℃左右的溫度。玻璃化轉移點小于70℃，在上述保存時就有產生彎曲的可能性，此外，在上述切削加工時可能變形，使表面精度下降。玻璃化轉移點通常在100℃以下。
此外，本發明的第一側面的成像輥的軸，還優選具有1.8以下的比重。比重大于1.8，就有可能不符合輕量化的要求。比重通常在1.0以上。
再者，本發明的第一側面的成像輥的軸，還優選具有1×105Ω·cm以下的體積電阻率。體積電阻率超過1×105Ω·cm，高于設置在軸外周的導電性彈性層必須的電阻值，有可能對印字帶來不好的影響。體積電阻率通常在1×100Ω·cm以上。
具有上述物性的軸，如上所述，是由含有芳香族聚酰胺、玻璃纖維及導電材料粒子、還含有脂肪族聚酰胺的樹脂組合物形成。
芳香族聚酰胺是主鏈上具有芳香族基的聚酰胺，是間二甲苯二胺與己二酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸等的α，ω-脂肪族二羧酸的縮聚反應得到的聚酰胺。由間二甲苯二胺和己二酸得到的芳香族聚酰胺，已知為聚酰胺MXD6。
脂肪族聚酰胺，具有己二胺等的聚亞甲基二胺和脂肪族二羧酸的縮聚物的結構，包含聚酰胺6、聚酰胺6,6等。
作為玻璃纖維，可以使用其本體已知的纖維。玻璃纖維的直徑優選1～50μm，此外，其長度優選0.1～10mm。
作為導電材料，可以適宜地使用槽黑、爐黑、熱黑、燈黑、科琴黑(ketjen black)、乙炔炭黑等的碳黑、碳纖維等。碳纖維的直徑，優選為1～50μm，此外，其長度優選為0.1～10mm。作為導電材料，可以并用碳黑和碳纖維。
為了使軸具有上述物性，相對于100質量份的芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的合計量，上述樹脂組合物優選含有10～300質量份比例的玻璃纖維、0.1～20質量份比例的導電材料。芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的質量比優選為100∶0～50∶50。
本發明的第一側面的成像輥的軸，可以通過注射模塑法等的方法成型。注射模塑后，通過切削加工軸頸部進行精加工。即，更詳細地說，本發明的成像輥的軸具有軸本體和在軸本體的兩端分別一體設置的軸頸部。
在軸本體的外周設置的導電性彈性層，可以以硅橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠等的橡膠材料作為基材，由配合有賦予其導電性的碳黑或金屬粉等的導電物質的導電性橡膠材料形成。導電性彈性層，可以在軸本體的外周覆蓋導電性橡膠材料后，通過通法以磨石等研磨、研削形成。或者，也可以在軸本體的外周粘合由導電性彈性材料形成的管體，通過通法研磨、研削管體，形成導電性彈性層。在任意情況下，以兩軸頸部支承設置在本體外周的具有導電性彈性材料的軸，邊旋轉軸邊進行研磨。從研磨精度的觀點出發，最終的導電性彈性層(研磨后)的厚度，優選為0.2mm以上。研磨后的導電性彈性層的厚度，通常在10mm以下。
導電性彈性層的外周上，可以設置在日本特開平11-242383號公報中公開的微多孔質覆蓋層。該微多孔質覆蓋層是將含有包含多元醇、異氰酸酯化合物及揮發性硅油的氣孔形成劑的反應混合物供給到多元醇和異氰酸酯化合物的反應條件中得到的覆蓋層。該微多孔質覆蓋層是不伴隨發泡現象形成的覆蓋層，因此，不需要通常發泡中必須的模型。在上述反應混合物中，也可以含有具有活性氫的反應性硅油。通過設置此微多孔質覆蓋層，將本發明的第一側面的成像輥制成顯像輥時，可以更有效地防止感光鼓的污染和負的重像的產生。
接著，說明本發明的第二側面的成像輥。
本發明的第二側面的成像輥，具備由樹脂類材料構成的軸；和以覆蓋該軸的外周的方式設置的、被研磨加工的導電性彈性層。導電性彈性層由預固化的導電性橡膠管構成。上述管內徑de與上述軸外徑ds之比de/ds為0.75～0.97，和/或上述軸外徑ds和上述管內徑de的差ds-de在0.3mm以上、2.5mm以下。
本發明的第二側面的成像輥中使用的樹脂類軸，可以由聚酰胺，例如間二甲苯二胺和己二酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸等的α，ω-脂肪族二羧酸的縮聚反應得到的芳香族聚酰胺(從間二甲苯二胺和己二酸得到的芳香族聚酰胺，已知為聚酰胺MXD6)、己二胺等的聚亞甲基二胺和脂肪族二羧酸的縮聚物的聚酰胺6、聚酰胺6,6等的脂肪族聚酰胺、聚縮醛、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫、聚苯氧、聚醚砜、聚碳酸酯、聚砜、聚醚醚酮等的樹脂構成。
在形成第二側面的成像輥的軸的樹脂類材料中，除了上述樹脂材料以外，為了賦予導電性還含有導電材料。作為此類導電材料，可以使用在上述本發明的第一側面中說明的材料。相對于100質量份樹脂，可以以0.1～20質量份的比例使用導電材料。
樹脂類材料可以含有玻璃纖維。作為玻璃纖維，可以使用在上述本發明的第一側面中說明的玻璃纖維。
本發明的第二側面中，在樹脂類軸中設置的導電性彈性層，由預固化的導電性橡膠管組成。這樣的橡膠管，可以以硅橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠等的橡膠材料為基材，由賦予配合有導電性的碳黑或金屬粉等的導電物質的導電性橡膠材料形成。將未固化的導電性橡膠材料擠出為管狀，使其固化。這里，管根據其構成材料，有只進行一次固化就充分的情況，和優選進行一次固化和二次固化的情況。例如，丙烯腈-丁二烯橡膠、聚氨酯橡膠，在80℃～180℃只進行5分鐘～24小時的一次固化就充分。另一方面，硅橡膠優選以100℃～400℃、1分鐘～10小時的條件進行一次固化后，以150℃～250℃、1小時～24小時的條件進行二次固化。此外，乙丙橡膠，優選以80℃～180℃、5分鐘～24小時的條件進行一次固化后，以70℃～150℃、1小時～6小時的條件進行二次固化。
邊以壓縮空氣擴徑由此得到的固化橡膠管，邊將樹脂類軸壓入其中。此后，通過通法以磨石等研磨、研削固化橡膠管(導電性彈性層)。從研磨精度的觀點出發，最終的導電性彈性層(研磨后)的厚度，優選為0.2mm以上、10mm以下。樹脂類軸外周與管內周之間不需要設置粘合劑、底層涂料等，可以使樹脂類軸的外周和管的內周直接接觸。
如上所述，相對樹脂類軸的外徑，彈性橡膠管的內徑過大，在以后進行管研磨時，管相對樹脂類軸產生滑動，管外徑尺寸精度下降，導致偏差精度下降，另一方面，彈性橡膠管的內徑過小，會在管中殘留將軸壓入管中時產生的變形，帶來管外徑精度的下降。
因此，為了消除這個問題，在本發明的第二側面，將固化導電性樹脂管得內徑de與樹脂類軸外徑ds之比de/ds設定為0.75～0.97，和/或將樹脂類軸外徑ds和固化導電性橡膠管內徑de的差ds-de設定為0.3mm以上、2.5mm以下。
由于樹脂類軸外徑ds和管內徑de具有這樣的關系，固化管研磨時，管相對樹脂類軸不產生滑動，此外，在管中不會殘留將軸壓入管時產生的變形，可以得到尺寸精度優異的成像輥。比de/ds優選為0.8～0.95。此外，差ds-de優選為0.5～2.5mm。
本發明的第二側面的成像輥的樹脂類軸，優選與第一側面的成像輥的樹脂類軸具有同樣的彎曲強度和彎曲彈性率。
本發明的第二側面的成像輥的樹脂類軸，優選與第一側面的成像輥的樹脂類軸具有同樣的玻璃化轉移點。
此外，本發明的第二側面的成像輥的樹脂類軸，還優選與第一側面的成像輥的樹脂類軸具有同樣的比重。
再者，本發明的第二側面的成像輥的樹脂類軸，還優選與第一側面的成像輥的樹脂類軸具有同樣的體積電阻率。
為了使樹脂類軸具有上述物性，第二側面的成像輥的樹脂類軸，優選與第一側面的成像輥的樹脂類軸由同樣的樹脂組合物形成。
此外，即使在本發明的第二側面的成像輥中，也可以與第一側面同樣，在設置在樹脂類軸周邊的導電性彈性層(固化管)的外周設置上述微多孔質覆蓋層。
本發明的第二側面的成像輥的樹脂軸，可以由與本發明的第一側面的成像輥的樹脂類軸同樣的方法成型。同樣地，在注射模塑后可以通過切削加工來精加工軸頸部。
此外，本發明的第二側面特別有利的是適用于玻璃化轉移點100℃以下的樹脂類軸。因為具有這樣低的玻璃化轉移點的樹脂類軸，在進行上述一次固化、二次固化的高溫下特別容易變形。
本發明的成像輥，無論哪一種，除顯像輥之外，還可以作為轉印輥、供墨輥、清除輥等提供。
以下，一并說明本發明的實施例和比較例，但本發明不受這些例子的限制。
實施例1～4、比較例1～3使用三菱瓦斯化學株式會社(Mitsubishi gas Chemical Company，Inc.)生產的聚酰胺MXD6作為芳香族聚酰胺，使用三菱工程塑料株式會社生產的Novamid(注冊商標)1007J作為脂肪族聚酰胺，使用AsahiFiber-Glass Co.Ltd生產的CS03-JAFT2作為玻璃纖維，使用三菱化學社生產的#3050B作為碳黑，從下述表1所示組成的樹脂組合物注射模塑直徑14mm、面長(橡膠加工部分)235mm的軸，通過切削加工精加工軸頸部，得到可以作為Brother Industries，Ltd.生產的PrinterHL-1850用顯像輥使用的樹脂類軸。測定得到的軸的彎曲彈性率、彎曲強度、玻璃化轉移點、比重、表面電阻。結果示于表2。此外，分別用東洋精機制作所社生產的strograph V10-C測定彎曲彈性率與彎曲強度，由島津制作所社生產的熱分析裝置DSC-60測定玻璃化轉移點，由Alfa Mirage Co.，Ltd.生產的電子比重計MD-200S測定比重，由Advantest Corporation生產的電阻計R8340測定體積電阻率。
再由通法測定各軸的偏差。即，以軸頸部支承軸，使用激光光學地測定使軸旋轉時的軸長度方向中心部分的軸位移的最大值和最小值，求出其差作為軸的偏差。結果(高溫放置前)一并示于表2。此外，也測定高溫放置后的旋轉軸的偏差。即，以軸頸部支承軸，在軸的中央部加1kg負荷，在55℃下放置5日后，通過上述方法測定軸的偏差。結果(高溫放置后)一并示于表2。
接著，在各軸外周覆蓋體積電阻率為106Ω·cm、JIS A硬度為45°的導電性硅橡膠，將其研磨，制作外徑為20mm的橡膠覆蓋輥。
以上述方法測定研磨上述硅橡膠層后的軸的偏差。結果一并示于表2。研磨該硅橡膠層時，具有比較例1的軸的橡膠覆蓋輥，不論研磨條件如何，軸本體都會產生裂痕，由于軸的彎曲無法均勻研削橡膠層，無法得到顯像輥。此外，比較例2的軸，通過極大的改變研磨條件可以勉強進行研磨，但研磨后的偏差非常大，為0.2mm(參照表2)。
其次，在100重量份的含氟多元醇(Daikin Industries，Ltd生產的Zeffle)和5重量份的導電性碳黑(Cabot Japan生產)中加入300重量份乙酸丁酯，用分散機使之分散。在該分散物中加入5重量份揮發性硅油(信越化學工業社生產的KF96L)，攪拌，作為主劑。在該主劑中，以使得主劑中的羥基當量和固化劑中的異氰酸酯基的當量成為1∶1的方式配合作為固化劑的氨基甲酸乙酯改性1，6-己二異氰酸酯(旭化成工業社生產的Duranate)，配制涂敷材料A。在上述各橡膠覆蓋輥上以使得厚度成為10μm的方式噴涂該涂敷材料A，風干后，在160℃加熱40分鐘，形成期望的微多孔質覆蓋層，得到顯像輥。
將得到的顯像輥組裝在Brother Industries，Ltd.生產的PrinterHL-1850中，進行3000張的走紙試驗，評價圖像。結果一并示于表2。
由表2所示結果的可知，實施例1～4的軸顯示出15GPa以上的彎曲彈性率和250MPa以上的彎曲強度，研磨覆蓋橡膠層后的偏差小，可以提供具有清晰圖像的顯像輥，此外，高溫放置后的偏差也小。
表1

表2

實施例5～9、比較例4～6除了樹脂類軸外徑(直徑)ds為10mm以外，與實施例1進行相同操作，制作樹脂類軸。
另一方面，將配合有碳黑的未固化硅橡膠材料(Dow CorningCorporation生產的DY32-4036)擠出成型為管狀，使之在400℃固化2分鐘(一次固化)后，切斷為規定的長度，在200℃使之固化4小時(二次固化)，得到內徑de為6.5～9.9mm(表3)、外徑為20.6mm的管。邊以壓縮空氣擴徑該管，邊將上述軸壓入其中后，研磨表面，得到外徑為20mm的成像輥。導電性硅橡膠的體積電阻率是106Ω·cm、JIS A硬度是45°。
然后，與實施例1進行相同操作，形成微多孔質覆蓋層，得到顯像輥。
將得到的現象輥組裝在Brother Industries，Ltd.生產的printerHL-1850中，進行10張的走紙試驗，以以下的標準評價圖像。
無圖像斑點...○；略有圖像斑點、但在實用上沒有問題...△；有圖像斑點、不能實用...×。
結果一并示于表3。
表3

比較例4的顯像輥，在固化硅橡膠的研削加工時，由于旋轉扭矩產生滑動，研磨精度下降，如表3所示，產生圖像斑點。此外，比較例5和6的顯像輥，在管中殘留有向樹脂類輥的固化硅橡膠管中壓入時的變形，如在表1所示，會產生圖像斑點。與此相對，如表3所示，本發明的實施例5～9的顯像輥都給出了沒有斑點的清晰圖像。
實施例10～12除了由在實施例2～3中使用的聚酰胺樹脂類組合物形成樹脂類軸之外，與實施例5～9進行相同的操作，制作顯像輥。
這些顯像輥，分別與實施例5～9同樣，進行圖像的評價，可以得到與實施例5～9同樣的結果。
權利要求
1.一種成像輥，具有軸；和以覆蓋該軸的外周的方式設置的、表面被研磨加工的導電性彈性層，其中，所述軸由含有芳香族聚酰胺、玻璃纖維、導電材料和任意的脂肪族聚酰胺的樹脂組合物形成，具有250MPa以上的彎曲強度和15GPa以上的彎曲彈性率。
2.如權利要求1所述的成像輥，其特征在于所述軸還具有70℃以上的玻璃化轉移點。
3.如權利要求1所述的成像輥，其特征在于所述軸還具有1.8以下的比重。
4.如權利要求1所述的成像輥，其特征在于所述軸還具有1×105Ω·cm以下的體積電阻率。
5.如權利要求1所述的成像輥，其特征在于所述導電材料含有碳黑。
6.如權利要求1所述的成像輥，其特征在于相對合計100質量份的所述芳香族聚酰胺和所述脂肪族聚酰胺，所述樹脂組合物含有10～300質量份比例的所述玻璃纖維，0.1～20質量份比例的所述導電材料，所述芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的質量比為100∶0～50∶50。
7.如權利要求1所述的成像輥，其特征在于所述導電性彈性層，作為彈性材料，含有選自硅橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、聚氨酯橡膠和乙丙橡膠的橡膠材料。
8.一種成像輥，具有由樹脂類材料構成的軸；和以覆蓋該軸外周的方式設置的、表面被研磨加工的導電性彈性層，其中，所述導電性彈性層由預固化的導電性橡膠管構成，所述管的內徑(de)與所述軸的外徑(ds)之比(de/ds)為0.75～0.97，和/或所述軸外徑(ds)和所述管的內徑(de)的差(ds-de)為0.3mm以上、2.5mm以下。
9.如權利要求8所述的成像輥，其特征在于所述軸的外周和所述管的內周直接接觸。
10.如權利要求8所述的成像輥，其特征在于所述軸由含有芳香族聚酰胺、玻璃纖維、導電材料和任意的脂肪族聚酰胺的樹脂組合物形成，具有250MPa以上的彎曲強度和15GPa以上的彎曲彈性率。
11.如權利要求10所述的成像輥，其特征在于相對合計100質量份的所述芳香族聚酰胺和所述脂肪族聚酰胺，所述樹脂組合物含有10～300質量份比例的所述玻璃纖維、0.1～20質量份比例的所述導電材料，所述芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的質量比為100∶0～50∶50。
12.如權利要求8所述的成像輥，其特征在于所述導電性彈性層，作為彈性材料，含有選自硅橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、聚氨酯橡膠和乙丙橡膠的橡膠材料。
全文摘要
本發明提供的一種成像輥，具有軸；和以覆蓋該軸的外周的方式設置的、被研磨加工的導電性彈性層。所述軸由含有芳香族聚酰胺、玻璃纖維、導電材料和任意的脂肪族聚酰胺的樹脂組合物形成，具有250MPa以上的彎曲強度和15GPa以上的彎曲彈性率。
文檔編號G03G15/08GK1818807SQ20061000329
公開日2006年8月16日 申請日期2006年2月8日 優先權日2005年2月8日
發明者長谷川裕一, 長澤潤二 申請人:日東工業株式會社, 阿克倫橡膠株式會社