导电辊的制作方法

专利名称：导电辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在电子照相装置或静电记录装置等成像设备例如复印机、打印机等中使用的导电辊，尤其涉及一种能够提高其制造生产率同时又降低成本的导电辊。
背景技术：
在采用如复印机、打印机等电子照相系统的成像设备中，使用各种导电辊，其中的例子包括用于向如感光鼓等潜像承载体提供电荷的充电辊、用于向潜像承载体供给非磁性显影剂(调色剂)以使潜像显现在潜像承载体上的显影辊、用于向显影辊供给调色剂的调色剂供给辊、用于把潜像承载体上的调色剂转印到如纸等的记录介质上的转印辊、用作调色剂的媒介的中间转印辊、用于除去残留在潜像承载体上的调色剂的清洁辊、用于驱动或驱动支撑在成像设备中使用的导电带的带驱动辊等。
作为这种导电辊，迄今为止一直使用通过在导电轴构件的外周上形成导电弹性层、或者如果需要则进一步在弹性层的外周上形成涂布层的膜而形成的辊，该弹性层由通过与导电剂混合而具有导电性的导电橡胶、高分子量弹性体、高分子量泡沫等制成。
作为形成弹性层的一种方法，因为需要较高精度的圆周尺寸，所以通常采用把材料注入具有高精度的模具并使其固化在模具中的成形法。
专利文献1日本特开2004-150610号公报

发明内容
本发明要解决的问题然而，在采用模具的方法中，如果想要增加产量，就需要采用多个昂贵的模具，因此设备费用巨大，这妨碍了产品成本的降低。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种不需要牺牲外周尺寸精度就能够便宜地形成弹性层以大幅降低生产成本的导电辊。
解决问题的方法<1>一种制造导电辊的方法，该导电辊包括在长度方向的两个端部轴向支持的轴构件和布置在轴构件的径向外侧的一个或多个弹性层，该方法包括向轴构件的外侧上涂布通过电子束照射或紫外线照射固化形成弹性体的化合物，以形成弹性涂布层，然后通过电子束或紫外线照射固化弹性涂布层，以形成弹性层。
<2>根据项目<1>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，在转动轴构件的同时，通过模压涂布机(die coater)的排出头(discharge head)将化合物排出到轴构件上，以形成弹性涂布层。
<3>根据项目<2>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，模压涂布机具有长度比弹性涂布层的长度短的排出头，并且使排出头和轴构件中的至少一个沿轴构件的长度方向相对移位，以形成弹性涂布层。
<4>根据项目<2>或<3>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，使轴构件和层调节部件中的至少一个沿轴构件的长度方向相对移位，以将弹性涂布层的厚度和表面光滑度调整到预定值，其中，层调节部件用于在转动轴构件的同时，通过与模压涂布机形成的固化前的弹性涂布层的接触来调节该弹性涂布层。
<5>根据项目<4>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，在通过模压涂布机的排出头排出化合物而在全长上形成弹性涂布层之后，层调节部件是处于停止排出化合物状态下的排出头，并且层调节部件和轴构件中的至少一个沿轴构件的长度方向相对移位，以将弹性涂布层的厚度和表面光滑度调整到预定值。
<6>根据项目<4>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，层调节部件是安装到排出头的部件。
<7>根据项目<4>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，层调节部件是与排出头分开布置的部件，并且随着轴构件的转动，连续地进行弹性涂布层的形成和形成的弹性涂布层的层调节。
<8>根据项目<1>～<7>中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，当通过照射电子束或紫外线固化弹性涂布层时，在转动轴构件的同时，使用于照射电子束或紫外线的设备沿长度方向相对于轴构件相对移位，以半固化弹性涂布层，然后，在形成弹性涂布层的步骤之后的步骤中，使弹性涂布层完全固化，在转动轴构件的同时，随着弹性涂布层的涂布，连续地进行弹性涂布层的半固化。
<9>根据项目<1>～<8>中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，向弹性涂布层的表面上涂布通过电子束照射或紫外线照射固化的涂料，以形成涂覆涂布层，并且电子束或紫外线被照射到涂覆涂布层，以形成固化的涂布层。
<10>根据项目<9>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，在向涂覆辊的周面上供给涂料的同时，通过以辊涂布机的涂覆辊与成形过程中的导电辊二者的周面互相接触或接近的姿势使辊以包含90°的预定角度相交，以及在转动涂覆辊和成形过程中的导电辊二者的同时，使涂覆辊和成形过程中的导电辊中的至少一个沿导电辊的长度方向相对于另一个相对移位，来形成涂覆涂布层。
<11>根据项目<10>所述的制造导电辊的方法，其特征在于，凹版辊被用作涂覆辊。
<12>根据项目<9>～<11>中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，当通过照射电子束或紫外线固化涂覆涂布层时，在使成形过程中的导电辊转动的同时，使用于照射电子束或紫外线的设备沿长度方向相对于成形过程中的导电辊相对移位，以半固化涂覆涂布层，然后，在形成涂覆涂布层的步骤之后的步骤中，使涂覆涂布层完全固化，在转动轴构件的同时，随着涂覆涂布层的涂布，连续地进行涂覆涂布层的半固化。
<13>根据项目<1>～<12>中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，金属管、或者包含导电剂的树脂的中空筒状体或实心柱状体被用作所述轴构件。
本发明的效果根据项目<1>，通过电子束照射或紫外线照射固化形成弹性体的化合物被涂布到轴构件的外侧上，以形成弹性涂布层，然后弹性涂布层通过电子束或紫外线的照射固化，以形成弹性层，因此，无需使用妨碍降低成本的模具，而且无需进行在采用不包含紫外线固化树脂的涂料的情况下所需要的干燥步骤，这可以有助于大大降低生产成本。
根据项目<2>，采用仅通过轴构件的至少一个转动就能够形成层的模压涂布机，因此可以有效地形成具有期望厚度的弹性涂布层，并且可以使层的厚度均匀。
根据项目<3>，采用具有长度比弹性涂布层的长度短的排出头的模压涂布机，并且使排出头沿长度方向相对于轴构件相对移位，以形成弹性涂布层，因此，可以将化合物螺旋状地涂布到轴构件上。如果采用具有长度比弹性涂布层的长度长的排出头的模压涂布机，以不用沿长度方向相对于轴构件相对移位，则当设置有弹性涂布层的导电辊与排出头分离时的脱离线残留在弹性涂布层上，因此，层厚变得不均匀。
根据项目<4>，层调节部件沿轴构件的长度方向相对移位，因此，可以将弹性涂布层的厚度和表面光滑度调整到预定值，其中，该层调节部件在转动轴构件的同时，通过与模压涂布机形成的固化前的弹性涂布层的接触来调节该弹性涂布层。
根据项目<5>，处于停止排出状态的排出头被用作层调节部件，因此，不需要投入用于调节层的新设备。
根据项目<6>，安装到排出头的部件被用作层调节部件，因此，不用布置用于使排出头和层调节部件沿辊的长度方向移位的新的往复移位设备，因此可以简化设备。
根据项目<7>，与排出头分开布置的部件被用作层调节部件，以在转动轴构件的同时，连续地进行弹性涂布层的形成和形成的弹性涂布层的层调节，因此，可以有效地进行弹性涂布层的形成和形成的弹性涂布层的层调节。
根据项目<8>，在转动轴构件的同时，使用于照射电子束或紫外线的设备沿长度方向相对于轴构件相对移位，以半固化弹性涂布层，然后，在形成弹性涂布层的步骤之后的步骤中，使弹性涂布层完全固化，因此，导电辊的形状可以在早期稳定，并且可以完全实现其固化，而且在转动轴构件的同时，随着弹性涂布层的涂布，连续地进行弹性涂布层的半固化，因此，可以有效地进行半固化。
根据项目<9>，通过涂布涂料形成在弹性层上的涂覆涂布层通过照射电子束或紫外线固化，因此无需使用妨碍降低成本的模具，而且无需进行干燥步骤，这更加有助于降低生产成本。
根据项目<10>，在向涂覆辊的周面上供给涂料的同时，通过转动辊涂布机的涂覆辊和成形过程中的导电辊形成涂覆涂布层，因此，可以有效地进行成形步骤而不会浪费涂料。另外，在涂覆辊与成形过程中的导电辊以包含90°的预定角度相交且所述辊的周面互相接触或接近的姿势下，使涂覆辊和成形过程中的导电辊中的至少一个沿导电辊的长度方向相对于另一个相对移位，因此，当涂覆辊与成形过程中的导电辊涂料分离时，可以抑制脱离线的形成，并且可以防止由于该脱离线而引起的表面不均匀状态。
根据项目<11>，用于容纳形成在周面上的凹部中的涂料并转移该涂料的凹版辊被用作涂覆辊，因此，即使涂料的粘度有些改变，也可以使周面上保持的涂料的量恒定，因此，可以使涂覆涂布层的厚度均匀。
根据项目<12>，在涂覆涂布层被半固化之后，在形成涂覆涂布层的步骤之后的步骤中完全固化涂覆涂布层，在转动轴构件的同时，随着涂覆涂布层的涂布，可以连续地进行涂覆涂布层的半固化，因此，导电辊的形状可以在早期稳定，并且如前关于弹性层所述的那样，可以完全实现固化。
根据项目<13>，金属管、或者包含导电剂的树脂的中空筒状体或实心柱状体被用作轴构件，因此，可以减轻导电辊的重量。


图1是根据本发明的导电辊的一个实施例的剖视图。
图2是导电辊的另一个实施例的剖视图。
图3是导电辊的再一个实施例的剖视图。
图4是导电辊的又一个实施例的立体图。
图5是形成中空筒状体的模具的剖视图。
图6是具有不同结构的端部的轴构件的侧视图。
图7是图解轴部、轴承部和齿轮部的形状变形例的立体图。
图8是导电辊的又一个实施例的立体图。
图9是图8的导电辊中的轴构件的立体图。
图10是筒状体的立体图和剖视图。
图11是图解图9所示的轴构件的变形例的立体图。
图12是图解图9所示的轴构件的另一个示例的立体图。
图13是图解连接筒状体的一种方法的立体图。
图14是通过模压涂布(die coating)法形成层时的成形过程中的导电层的立体图。
图15是图解模压涂布机的另一个实施例的侧视图。
图16是图解通过辊涂布(roll coating)法形成层时的成形过程中的导电辊的平面图和局部图。
图17是凹版辊的平面图和剖视图。
图18是图解由凹版辊凹版印刷的图案的示例的示意图。
附图标记说明1 导电辊2 轴构件3 弹性层4 涂布层5 实心柱状体6 轴部7 齿轮部8 轴容纳孔部11 导电辊
12 轴构件13 中空筒状体13a 筒状部13b 底部14 帽构件14a 盖部21 导电辊22 轴构件23 中空筒状体23a 筒状部23b 底部24 帽构件24a 盖部30 模具31 筒状模具段32 芯模具段33 浇道(runner)模具段34 第二直浇道(spray)35 型腔36 第一直浇道37 横浇道51 导电辊52 轴构件53 中空筒状体54 筒状构件55 加强肋56 金属轴
57 齿轮部61A 筒状构件的端部61B 筒状构件的另一端部62 凸部63 转动停止销65 凹部66 转动停止孔70 模压涂布机71 上模头72 下模头73 供给管74 排出头76 定容量泵77 开口部78 紫外线照射部件或电子束照射部件79，79A 层调节部件80 辊涂布机81 涂覆辊(凹版辊)81a 凹版辊的周面81b 凹版辊的两个端部81c 凹版辊的凹部82 涂料箱84 辊驱动电动机86 刮料板(doctor blade)88 紫外线照射部件或电子束照射部件
具体实施例方式
下面将对本发明的实施例进行详细说明。图1是由根据本发明的导电辊的制造方法形成的导电辊的剖视图。导电辊1包括形成在轴构件2外侧的弹性层3，并且优选包括进一步形成在弹性层上的涂布层4。
下面首先说明轴构件2。因为轴构件2是由树脂制成的，所以可以增大轴构件2的直径而不会引起重量明显增加。而且，因为树脂包含导电剂，所以轴构件2具有良好的导电性，这可以向导电辊1的表面提供期望的电位。
用于轴构件2的树脂材料没有特别地限制，只要它具有适当的强度并可以通过注塑成型或其类似方法来成型即可，并可以适当地选自通用树脂和工程塑料。作为工程塑料，可以具体提及聚缩醛、聚酰胺树脂(如聚酰胺6、聚酰胺6，6、聚酰胺12、聚酰胺4，6、聚酰胺6，10、聚酰胺6，12、聚酰胺11、聚酰胺MXD6(由间苯二甲胺(methaxylylene diamine)和己二酸得到的聚酰胺)或其类似物)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚(polyphenyleneoxide)、聚苯醚(polyphenylene ether)、聚苯硫醚、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二酯、聚芳酯、液晶聚合物、聚四氟乙烯等等。作为通用树脂，提及聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、聚苯乙烯、聚乙烯等等。另外，也可以使用三聚氰胺树脂、酚醛树脂、硅酮树脂等。这些树脂可以单独使用或以两种或多种组合使用。
其中，优选工程塑料，进一步优选聚缩醛、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚(polyphenylene ether)、聚苯硫醚、聚碳酸酯等，这是考虑到它们是热塑性的且可成型性和机械强度优良。特别优选聚酰胺6，6、芳族聚酰胺、聚酰胺6，12、聚对苯二甲酸丁二醇酯和其混合树脂。尽管使用热固性树脂是允许的，但考虑到回收性质，优选使用热塑性树脂。
作为导电剂，可以使用各种导电剂，只要它们可以均匀地分散在树脂材料中即可，但优选使用炭黑粉末、石墨粉末、碳纤维、金属如铝、铜、镍或其类似物的粉末、金属氧化物如氧化锡、氧化钛、氧化锌或其类似物的粉末、以及粉状的导电剂如导电玻璃粉末或其类似物。它们可以单独使用或以两种或多种组合使用。根据定为目标的导电辊的应用和条件，可以选择所加入的导电剂的量以提供适当的电阻值，且无特别地限制，但通常是基于轴构件2的全部材料的5-40重量％，优选5-20重量％。
可以根据上述辊的应用等适当地选择轴构件2的体积电阻率，但是通常是1×100～1×1012Ω·cm，优选的是1×102～1×1010Ω·cm，更优选的是1×105～1×1010Ω·cm。
如果需要，轴构件2的材料可以与用于加强、增加重量等目的的各种导电或不导电的纤维材料、须晶(whisker)、铁氧体(ferrite)等混合。作为纤维材料，可以提及的是如碳纤维、玻璃纤维等纤维。作为须晶，可以提及的是钛酸钾等无机须晶。它们可以单独使用，也可以两个或多个组合使用。可以根据所使用的纤维材料或须晶的长度和尺寸、主要树脂材料的种类、定为目标的辊强度等适当地选择混和量，但是通常是基于全部材料的5～70重量％，特别的是10～20重量％。
因为轴构件2构成导电辊1的芯部，所以需要具有足够的强度以稳定地发挥作为辊的良好性能。根据JIS K7171的弯曲强度通常不低于80MPa，特别的不低于130MPa，由此可以确保在很长一段时间发挥良好性能。另外，弯曲强度的上限不受特别限制，但是通常不高于约500MPa。
尽管图1示出作为轴构件2的实心柱状体5，但是图2是使用由树脂的中空筒状体13制成的轴构件12代替轴构件2的导电辊11的剖视图。导电辊11和导电辊1的相同之处在于弹性层3和涂布层4按所述顺序形成在轴构件12的外侧。通过粘附等将中空筒状体13结合到帽构件14形成轴构件12，其中，中空筒状体13包括筒状部13a、底部13b和轴部6，帽构件14包括盖部14a和轴部6。两个轴部6在安装状态下都是由未示出的电子照相设备的辊支撑部支持的。
通过使用中空轴构件12代替轴构件2，可以大大降低导电辊11的重量。特别地，当导电辊的外径超过12mm时，优选具有中空结构。
另外，图3是使用轴构件22代替轴构件12的导电辊21的剖视图，图4是其立体图。通过粘附等将中空筒状体23结合到帽构件24形成轴构件22，其中，中空筒状体23包括筒状部23a、底部23b、齿轮部7和轴容纳孔部8，帽构件24包括与导电辊11中相同的盖部24a和轴部6。
轴部6和轴容纳孔部由未示出的电子照相设备的辊支撑部支持，导电辊的转动驱动力通过齿轮部7直接传递到轴构件22。即使在具有这种齿轮部7的中空筒状体23中，轴构件22由树脂构成，并且可通过注塑成形等形成为一体，从而与由金属制成轴构件22并且齿轮部是分离构件的情况相比，可以降低轴构件22的成本。而且，即使齿轮部7是正齿轮或螺旋齿轮，齿轮部7也可以一体形成。
此外，考虑到降低重量，只要强度足够，中空筒状体13a或23a的厚度优选是薄的。其厚度可以是0.3～3mm，优选为1～2mm。
用包括上述的树脂材料、导电剂等的混合材料形成轴构件2、12、22的方法不受特别限制，可以根据树脂材料种类等从众所周知的成形方法中适当地选择，但是通常采用使用模具的注塑成形法。
图5是在关闭状态下形成中空筒状体23的模具30的剖视图。模具30包括筒状模具段31、芯模具段32和浇道模具段33。模具的开启和关闭是通过沿筒状模具段31的长度方向使这些模具段互相分离和接近来实现的。在模具30的关闭状态下，树脂通过横浇道37和第二直浇道34从第一直浇道36注入由筒状模具段31和芯模具段32限定的型腔35中，然后，树脂在模具30中冷却并凝固，从而形成中空筒状体23。此外，可以通过使用热浇道系统简洁地利用横浇道37中的材料。
此时，筒状模具段31和芯模具段32具有不沿圆周方向分割的结构，因此，可以使中空筒状体23在圆周方向上均匀。此外，可以由引入的惰性气体压力代替使用芯模具段32来形成中空部。
图6是具有不同端部结构的轴构件的侧视图，其中，图6(a)和6(b)是两个端部都由轴部6构成的示例，图6(c)是两个端部都由轴容纳孔部8构成的示例，图6(d)和6(e)是两个端部中的一个由轴部6构成而另一个由轴容纳孔部8构成的示例。此外，图6(b)～6(e)的示例示出一个端部设置有齿轮部7的示例。另外，齿轮部7可以布置在两个端部上，在这种情况下，轴构件起支持动力传递媒介的功能。在任何情况下，齿轮部7都可以与筒状部或柱状部一体形成。
图6(a)所示的轴构件对应于轴构件2或12，图6(d)所示的轴构件对应于轴构件22。
此外，图6所示的轴构件2、12的轴部6具有如图7(a)的立体图所示的最简单的筒状形状。可以替换的是，也可以使用图7(b)所示的锥状部、图7(c)所示的D切削(D-cut)加工部、图7(d)所示的棱柱形部、图7(e)所示的尖顶部、图7(f)所示的含环状槽部、图7(g)所示的台阶部、图7(h)所示的在其外周面上具有花键或齿轮用外齿的部分等。类似地，作为轴容纳孔部8，可以使用图7(i)的立体图所示的简单圆形孔部、图7(j)所示的D形截面孔部、图7(k)所示的椭圆形截面孔部、图7(l)所示的方形孔部、图7(m)所示的在其内周面具有花键或齿轮用内齿的部分、图7(n)所示的锥孔部、图7(o)所示的键槽圆形孔部等。
另外，可以使用图7(p)所示的台阶部、图7(q)所示的带凸缘部等代替图7(r)的立体图所示的齿轮部7。
图8是使用轴构件52代替图2所示的轴构件12的导电辊51的立体图，图9是轴构件52的立体图。轴构件52包括中空筒状体53和金属轴56。中空筒状体53设置有沿径向从外周面向内延伸的加强肋55。此外，通过沿长度方向互相连接多个筒状构件54构成中空筒状体53。由此，中空筒状体53包括多个筒状构件54并且被沿长度方向分割，所以，与传统的由金属管和树脂形成的一体成形品的情况相比，每个构件的长度变短，因此，不但可以提高加工精度，而且可以使每个构件的加工容易，有利于提高生产率。
在中空筒状体53的径向中心，布置穿过中空筒状体的金属轴56，加强肋55的径向内端由金属轴56支撑，因此，可以增强辊的刚度，以增加其弯曲强度。
用于使筒状构件54互相连接的部件不受特别限制，但是图10所示的结构可以作为示例，可以通过其端部之间的装配进行结合。图解的筒状构件54在其一个端部61A侧具有凸部62和转动停止销63(图10(a))，在其另一个端部61B侧具有凹部65和转动停止孔66(图10(b))。图10(c)是筒状构件54的剖视图。可以通过在转动筒状构件以使凸部62装配到凹部65中并使转动停止销63装配到转动停止孔66中的同时，使端部61A装配到处于相对状态的端部61B中，来使具有这种结构的筒状构件54分别互相牢固地结合。因为是在转动下使用辊，因此构件之间的连接部件优选具有转动防止机构。而且，对凸部62和凹部65进行锥状加工，以在图解的筒状构件54中进行定位(positioning)。
在本发明中，轴构件52本身的形状不受特别限制，可以采用适当的期望形状。例如，在与长度方向上的构件端部对应的构件上形成的齿轮部57(参见图11)或如D切削形状等适当形状的轴部、或者仅齿轮部构件与辊主体形成后的端部接合，由此可以在轴构件52的长度方向的端部设置这些功能零件的形状。因此，可以获得以下优点分开使用轴或者进行复杂的轴加工变得多余，并且功能零件的定位变得容易。
此外，轴构件52的外形不局限于图9等所示的筒状形状，而是可以具有如图12所示的从长度方向的端部朝向中心部直径增大的鼓(crown)形状。在传统的由金属管和树脂构成的一体成形品的情况下，辊主体的外形通常是直筒形状，因为需要用以较高生产成本制备的模具进行成形或研磨弹性层3或控制涂布层4形成(浸渍等)时的厚度，所以难以处理中心部直径比端部直径大的鼓形状。在本实施例中，中空筒状体53沿长度方向被分成多个构件，以降低每个构件的加工难度，因此，可以容易地处理鼓形状等，也可以很好地确保加工精度。而且，构成辊主体的构件的数量不受特别限制，可以从强度、节约成本等方面考虑来适当地确定。
作为形成中空筒状体53的材料，可以使用与先前在轴构件2中说明的相同的材料。例如，作为金属轴56，可以使用硫化处理碳钢、镀镍或锌的铝、不锈钢等。
中空筒状体53和金属轴56之间的结合不受特别限制，通常通过使用传统的粘合剂等来实现。例如，可以采用以下这种方法在使金属轴56贯通中空构件54的同时，在加热炉等中加热中空构件54，然后冷却以使中空构件54的树脂材料收缩并固定到金属轴56。另外，作为结合部件，优选的是在金属轴56中形成槽、D形切口等(未示出)。在后面的结合部件中，优选的是与上述构件相同，具有转动防止机构，这可以防止金属轴56在使用中空转。
可以通过沿长度方向互相连接多个筒状构件54以形成轴构件52，然后在轴构件的外周上形成弹性层3来制成导电辊51。由筒状构件54形成中空筒状体53的过程不受特别限制，但是在筒状构件54具有如图10所示的装配结构的情况下，这些构件可以直接互相结合以形成中空筒状体53。如果构件不具有该装配结构，则如图13(a)～(c)所示，可以采用在金属轴56顺次穿过这些筒状构件54之后，用粘合剂等将筒状构件54互相固定的方法。
在使用金属制成的轴构件的情况下，考虑到减轻重量，优选的是如图2所示的中空筒状体。作为金属材料，可以以从铝、不锈钢、铁以及包含它们中任一种的合金中选择的金属为例。
下面将说明弹性层3。弹性层3是由包括导电剂和紫外线聚合引发剂的紫外线固化型树脂或包括导电剂的电子束固化型树脂制成的，并且通常具有不高于-40℃的玻璃转变点。通过在轴构件的外侧上涂覆通过由电子束照射或紫外线照射固化形成弹性体的化合物以形成弹性涂布层，然后通过电子束或紫外线照射固化弹性涂布层来进行弹性层3的形成。
图14(a)是当通过模压涂布法形成弹性层3时的成形过程中的导电辊1的立体图。图14(b)是图14(a)的侧视图。这种方法包括以下的步骤在转动轴构件2的同时，从模压涂布机70的排出头74将经由电子束照射或紫外线照射固化形成弹性体的化合物排出到轴构件2上，以形成弹性涂布层3R，然后通过电子束或紫外线的照射固化弹性涂布层3R，从而形成弹性层3。模压涂布机70具有排出头74，该排出头74包括分开的上模头71和下模头72，其中，上述化合物的进给路径形成在上模头71和下模头72之间，并且该路径的顶部设置有以狭缝形式开口的开口部77。模压涂布机70以使开口部77指向轴构件2的轴线方向的姿势固定。在这样布置的模压涂布机70中，涂料通过进给管73从定容量泵76供应到位于上下模头71、72之间的进给路径，然后从开口部77排出到轴构件2的周面上。
此外，用作调节与由模压涂布机70形成的固化前的弹性涂布层接触的层调节部件的刮板79和紫外线照射部件或电子束照射部件78与模压涂布机70并行设置。
在形成弹性层3时，在使模压涂布机70固定在预定位置的状态下，通过未示出的方式支持轴构件2的两端，同时在由如电动机等驱动部件以预定转速转动(箭头B)两端中的一端时，使整个轴构件2沿长度方向(箭头A)移位，由此在转动轴构件2的同时，螺旋状涂布上述化合物以在轴构件2的全长上形成弹性涂布层3R，在形成弹性涂布层3R之后，通过照射部件78照射电子束或紫外线固化弹性涂布层3R。因此，转动的轴构件2沿长度方向相对于固定的模压涂布机70和照射部件78移位，由此可以用节约空间的设备简单地形成弹性层3。
而且，轴构件2相对于模压涂布机70和照射部件78的移动是相对的即是足够的。在图解实施例中，使轴构件2沿长度方向移位。可以替换的是，或除此之外，可以使模压涂布机70和照射部件78沿轴构件的长度方向移位。
此外，在形成弹性涂布层3R之后，通过紫外线照射或电子束照射的弹性涂布层3R的固化不是完全的固化反应，而被固化到不会在向随后步骤转移时垂下的程度的半固化状态即足够了。在这种情况下，具有半固化弹性涂布层3R的成形过程中的导电辊被转移到随后步骤，在该步骤通过用另一个照射设备照射紫外线或电子束而将弹性涂布层3R完全固化。
通过以较高的精度控制从模压涂布机70的排出头74排出的化合物的量，可以以较高的精度控制弹性涂布层3R的厚度。然而，通过模压涂布机70一旦形成层就刮该层的表面来实现层调节，由此，可以提高弹性涂布层的厚度的精度或者可以使层的表面性能达到预定值。为此，与排出头74分开布置的刮板79(参见图14(a)、(b))可被用作例如如图14(a)、(b)所示的层调节部件。在这种情况下，可以在转动轴构件2的同时，通过连续进行由模压涂布机70形成弹性涂布层3R和形成的弹性涂布层3R的层调节，来有效地实现层调节。
作为层调节部件的另一个实施例，停止化合物排出状态的排出头74可以被用作层调节部件。在这种情况下，在通过从模压涂布机70的排出头74排出化合物而在全长上形成弹性涂布层后，停止从排出头排出化合物，停止排出状态的排出头作为层调节部件沿长度方向(A方向或与A相反的方向)相对于轴构件2相对移位，由此，弹性涂布层的厚度和表面光滑度可以被调整到期望值。
另外，如图15所示，可以代替刮板79使用一体地安装到排出头74的一体式刮板79A。在这种情况下，从排出头74排出的化合物在排出之后，立即对其进行层调节。
为了将导电性给予弹性层3，将导电剂加入通过经由电子束照射或紫外线照射固化形成弹性体的化合物中。作为导电剂，可以使用任何电子导电剂和离子导电剂。在电子导电剂的情况下，就很少加入量可以提供高电导率而言，优选碳基导电剂。作为碳基导电剂，优选使用科琴黑(Ketjenblack)和乙炔黑，但也可以使用用于橡胶的炭黑如SAF，ISAF，HAF，FEF，GPF，SRF，FT，MT等、用于墨的炭黑如氧化炭黑等、热解炭黑、石墨等等。
作为不同于碳基材料的电子导电剂，可以提及金属氧化物如ITO、氧化锡、氧化钛、氧化锌或其类似物的细颗粒；金属如镍、铜、银、锗或其类似物的氧化物；透明须晶如导电性氧化钛须晶、导电性钛酸钡须晶或其类似物；等等。
作为电子导电剂，可以提及有机离子导电剂例如铵如四乙铵、四丁铵、十二烷基三甲基铵如月桂基三甲基铵或其类似物、十六烷基三甲基铵、十八烷基三甲基铵如硬脂基三甲基铵或其类似物、苄基三甲基铵、改性的脂族二甲基乙基铵等等的高氯酸盐、盐酸盐、硼酸盐、碘酸盐、硼氟水合物(borofluorohydrate)、硫酸盐、烷基硫酸盐、羧酸盐、磺酸盐等；和无机离子导电剂例如碱(alkali)金属或碱土金属如锂、钠、钙、镁或其类似物的高氯酸盐、盐酸盐、硼酸盐、碘酸盐、硼氟水合物、三氟甲基硫酸盐、磺酸盐等。
作为导电剂，可以混合两种或多种。在这种情况下，即使施加的电压变化或环境改变，也可以稳定地发挥导电性。作为混合的示例，可以提及的是除了碳基材料或离子导电剂之外的碳基导电剂与电子导电剂的混合物。
作为构成根据本发明的弹性层并通过电子束或紫外线照射而固化的化合物，提及聚酯树脂、聚醚树脂、氟树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸类树脂、丙烯酸氨基甲酸酯树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、硅酮树脂、聚乙烯缩丁醛树脂、乙烯基醚树脂、乙烯基酯树脂。它们可以单独使用或以两种或多种组合使用。
另外，可以使用通过向上述树脂中引入特定的官能团形成的改性树脂。此外，优选的是引入具有用于提高树脂层4的力学强度和耐环境性的交联结构(crosslinking structure)的团。
在上述化合物中，尤其优选含有(甲基)丙烯酸酯低聚物的基于(甲基)丙烯酸酯的组合物。
作为(甲基)丙烯酸酯低聚物，可以提及基于氨基甲酸酯的(甲基)丙烯酸酯低聚物、基于环氧的(甲基)丙烯酸酯低聚物、基于醚的(甲基)丙烯酸酯低聚物、基于酯的(甲基)丙烯酸酯低聚物、基于聚碳酸酯的(甲基)丙烯酸酯低聚物、氟基(甲基)丙烯酸酯低聚物、基于硅酮的(甲基)丙烯酸酯低聚物等等。
上述(甲基)丙烯酸酯低聚物可以通过将化合物如聚乙二醇、聚氧化丙二醇、聚四亚甲基醚二醇、双酚A型环氧树脂、可溶可熔酚醛型环氧树脂、多元醇和ε-己内酯或其类似物的加成产物与(甲基)丙烯酸反应，或者通过氨基甲酸酯化多异氰酸酯化合物和具有羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物来合成。
基于氨基甲酸酯的(甲基)丙烯酸酯低聚物可以通过氨基甲酸酯化多元醇、异氰酸酯化合物和具有羟基的(甲基)丙烯酸酯化合物而获得。
作为基于环氧的(甲基)丙烯酸酯低聚物，可以是具有缩水甘油基的化合物和(甲基)丙烯酸的任何反应产物。其中，优选具有环结构如苯环、萘环、螺环、双环戊二烯、三环癸烷或其类似结构并从具有缩水甘油基的化合物和(甲基)丙烯酸获得的反应产物。
另外，基于醚的(甲基)丙烯酸酯低聚物、基于酯的(甲基)丙烯酸酯低聚物和基于聚碳酸酯的(甲基)丙烯酸酯低聚物可以通过各自的多元醇(聚醚多元醇、聚酯多元醇和聚碳酸酯多元醇)和(甲基)丙烯酸反应而获得。
如果需要，该化合物可以与具有可聚合双键的反应性稀释剂配混以调整粘度。作为反应性稀释剂，可以使用例如具有(甲基)丙烯酸键合至氨基酸的单官能、双官能或多官能可聚合化合物或者通过酯化或酰胺化的具有羟基的化合物。这些稀释剂优选通常以每100重量份的(甲基)丙烯酸酯低聚物10-200重量份的量使用。
当通过紫外线照射固化的化合物被用作构成弹性层3的树脂时，在成形阶段，紫外引发剂被包含在化合物中，用于促进树脂固化反应开始。
当碳基导电剂被用作用于控制弹性层3的导电性的导电剂时，用于固化的紫外线照射可能被导电剂阻碍而不能到达层的背面，因此，紫外引发剂不能充分发挥其功能，并且固化反应不能充分进行。
为了吸收能够透过该层背面的长波紫外线，作为紫外引发剂，优选使用在紫外线吸收波长区域的最大波长不小于400nm的化合物。作为这样的紫外引发剂，可以使用α-氨烷基苯酮(aminoalkyl phenone)、酰基氧化膦、thioxthantone等。作为具体的引发剂的实例，可以提及双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦或2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-吗啉丙烷-1-酮。
此外，除了具有在紫外线吸收波长区域的最大波长不小于400nm的长波长化合物外，优选的是包括具有在紫外线吸收波长区域的最大波长小于400nm的短波长化合物。在这种情况下，如果使用碳基导电剂，则固化反应不仅能在层的背面很好地进行，而且也能在层的表面附近很好地进行。
作为具有这样的短波长吸收区域的紫外引发剂，可以提及2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙烷-1-酮、1-羟基-环己基-苯基酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮等。
而且，如果不使用碳基材料作为导电剂，则可以独立于紫外线吸收波长区域中的最大波长选择紫外引发剂。例如，可以从前述的那些中进行选择。
配混的紫外引发剂的量优选每100重量份例如(甲基)丙烯酸酯低聚物0.1-10重量份。
在本发明中，如果需要，除用于促进与上述引发剂的聚合反应的上述组分之外，通过紫外线固化的化合物可以加入叔胺如三乙胺、三乙醇胺或其类似物、基于烷基膦的光聚合促进剂如三苯基膦或其类似物，基于硫醚的光聚合促进剂如对-硫二甘醇或其类似物等等。所加入的这些化合物的量优选通常每100重量份的(甲基)丙烯酸酯低聚物0.01-10重量份。
如果需要，在通过紫外线或电子束固化的化合物中，除了导电剂外，还包括反应稀释剂。
因为与感光体、分层刮板等直接接触或经由涂布层4间接接触地使用弹性层3，所以即使将硬度设定为低水平，也优选使永久压缩应变尽可能的小，具体来说，使其不超过20％。
如上所述，弹性层3由紫外线固化型树脂或电子束固化型树脂构成。也就是说，弹性层3是通过涂布涂料而不使用模具形成的，其设计目的是使干燥步骤无用以降低设备成本。为此，需要使用无溶剂或低溶剂的涂料，并且可以仅通过紫外线或电子束照射固化。在这种情况下，涂料的粘度必然变高。
因此，作为形成弹性层3的方法，需要采用能够以高精度涂布具有这种高粘度的涂料的方法。为此，前面所述的模压涂布法变成优选的。
下面说明涂布层4。涂布层4可以由各种树脂制成，但是考虑到可以降低设备成本，优选的是由含有导电剂和紫外引发剂的紫外线固化型树脂或含有导电剂的电子束固化型树脂制成。作为形成涂布层4的方法，优选的是将由上述树脂制成的涂料涂布到设置有弹性层3的导电辊的周面上，以形成涂覆涂布层，然后，通过照射电子束或紫外线固化涂覆涂布层，由此可以不需要用于形成涂布层4的模具和干燥设备。
图16(a)是当通过辊涂布法形成涂布层4时的成形过程中的导电辊的立体图，图16(b)是从图16(a)中的导电辊的轴线方向看的层调节刮板的局部图。辊涂布机80包括浸在储存在涂料箱82中的涂料中的涂覆辊81和用于转动(E方向)涂覆辊81的辊驱动电动机84，同时通过未示出的部件在两端支持设置有弹性层3的导电辊1A，并且该导电辊1A被构造成在由驱动电动机等以预定转速转动(箭头D)两端中的一端时，使整个导电辊1A沿轴线方向(箭头F)移位。另外，紫外线照射部件或电子束照射部件88与辊涂布机80并行地固定设置。
涂覆辊81的表面与成形过程中的导电辊1A的周面直接接触或者通过预定间隙d与成形过程中的导电辊1A的周面接近，由涂覆辊81的周面汲取的涂料被转移到导电辊1A的周面上，由此可以形成涂覆涂布层4R。此时，涂覆辊81的轴线布置成相对于导电辊1A的轴线以角度θ倾斜，并且导电辊1A转动并沿轴线方向(长度方向)移位，由此，涂料被螺旋状涂布以在设置有弹性层3的导电辊1A的整个周面上形成涂覆涂布层4R，同时在刚形成涂布层4之后，可以在转动导电辊1A的同时通过照射部件78连续固化涂覆涂布层4R。在这种情况下，也可以使用于形成弹性层3的设备变得简单、节省空间和便宜。
如果涂布层4是薄层，则通过照射部件78固化涂覆涂布层4R可以实现完全固化，但是当仅在这一步固化不充分时，可以分开设置用于完全固化的步骤。而且，仅在这一步，完成向随后步骤转移所需程度的固化，从而不会引起如在转移途中变形等问题。
通过使涂覆辊81的轴线相对于导电辊1A的轴线倾斜角度θ，可以防止当卷轴和辊平行设置和彼此分开时形成的脱离线的出现。此外，调节由涂覆辊81汲取的涂料的量的刮料板86布置在辊涂布机80中，由此可以以较高精度控制形成在导电辊1A上的涂覆涂布层4R的厚度。另外，在涂覆辊81的周面形成凹版状不平，由此可以确保汲取的涂料的量，也可以以高精度控制涂布到轴构件2上的涂料的量。
图17是图解在周面上具有凹版状不平的涂覆辊81(以下称作凹版辊)的图，其中，图17(a)是正视图，图17(b)是沿图17(a)的箭头C-C截取的剖视图。凹版辊81是由如铁等金属制成的辊，并且在两个长度方向的端部81b支持凹版辊81的同时使凹版辊81转动。在从涂料箱82中汲取涂料并转移该涂料到周面81a上，形成凹版印刷凹部81c，由周面81a汲取的涂料被刮料板86刮掉。决定由凹版辊81转移的涂料的量的主要因素是凹部81c的转数和总容积，与应用没有凹部81c的平坦辊的情况相比，这可以使精度较高。
当由凹部81c保持的涂料被转移到成形过程中的导电辊1A的周面上时，转移量受涂料的粘度影响，但是主要是由凹部81c的形状决定的。即使这样，与使用平坦辊的情况相比，仍可以以较高的精度在弹性层3上形成涂布层4。
在图18中，示意性示出凹版印刷图案的示例。可以提及的图案有按顺序在图18(a)-(e)中示出的格子型、角锥型、斜线型、龟甲型和TF型，在这些类型中，优选使用格子型、角锥型和斜线型。例如，当使用格子型的凹版印刷图案时，为了高精度地确保厚度，优选格子密度为10～300格/英寸、深度为20～650μm、凹部容积为5～400cm3/m2。
当涂布层4由含有导电剂和紫外引发剂的紫外线固化型树脂或含有导电剂的电子束固化型树脂制成时，可以使用与在弹性层3中描述的相同的树脂、导电剂和紫外引发剂。
此时，为了得到期望的表面性能如保证承载在显影辊的外周面上的调色剂向潜像承载体等的转移力，可以通过使微粒分散到任一层中而在导电辊1的周面上形成不平。然而，当微粒被分散到最外层中时，微粒直接与感光鼓等接触，由此可能引起微粒磨损或微粒性能改变，因此微粒优选被分散到邻近最外层的内侧层。因此，在具有一个涂布层3的导电辊1中，优选的是将微粒布置在最外弹性层3中。
而且，当弹性层的总厚度大时，优选的是将弹性层划分成多个层，并且微粒仅布置在划分的最外层中，由此可以抑制微粒分散对弹性层的固有特性的不利影响。
作为微粒，优选橡胶或合成树脂微粒和炭微粒。具体地，优选硅橡胶、丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂、丙烯酸/苯乙烯共聚物、氟树脂、聚氨酯弹性体、氨基甲酸酯丙烯酸酯、三聚氰胺树脂、环氧树脂、酚醛树脂和氧化硅的一种或多种微粒。
所加入的微粒的量优选每100重量份树脂0.1-100重量份，特别是5-80重量份。
工业应用性根据本发明的导电辊通过安装在如普通纸复印机、普通纸传真机、激光束打印机、彩色激光束打印机、调色剂喷注打印机等成像设备中，优选用作充电辊、导电辊、转印辊、导电辊、中间转印辊、调色剂供给辊、清洁辊、带驱动辊、以及供纸辊等。
权利要求
1.一种制造导电辊的方法，所述导电辊包括在长度方向的两个端部轴向支持的轴构件和布置在所述轴构件的径向外侧的一个或多个弹性层，所述方法包括向所述轴构件的外侧上涂布通过电子束照射或紫外线照射固化形成弹性体的化合物，以形成弹性涂布层，然后通过电子束或紫外线照射固化所述弹性涂布层，以形成弹性层。
2.根据权利要求1所述的制造导电辊的方法，其特征在于，在转动所述轴构件的同时，通过模压涂布机的排出头将所述化合物排出到所述轴构件上，以形成所述弹性涂布层。
3.根据权利要求2所述的制造导电辊的方法，其特征在于，所述模压涂布机具有长度比所述弹性涂布层的长度短的排出头，并且使所述排出头和所述轴构件中的至少一个沿所述轴构件的长度方向相对移位，以形成所述弹性涂布层。
4.根据权利要求2或3所述的制造导电辊的方法，其特征在于，使所述轴构件和层调节部件中的至少一个沿所述轴构件的长度方向相对移位，以将所述弹性涂布层的厚度和表面光滑度调整到预定值，其中，所述层调节部件用于在转动所述轴构件的同时，通过与所述模压涂布机形成的固化前的所述弹性涂布层的接触来调节所述弹性涂布层。
5.根据权利要求4所述的制造导电辊的方法，其特征在于，在通过所述模压涂布机的所述排出头排出所述化合物而在全长上形成所述弹性涂布层之后，所述层调节部件是处于停止排出所述化合物状态下的排出头，并且所述层调节部件和所述轴构件中的至少一个沿所述轴构件的长度方向相对移位，以将所述弹性涂布层的厚度和表面光滑度调整到预定值。
6.根据权利要求4所述的制造导电辊的方法，其特征在于，所述层调节部件是安装到所述排出头的部件。
7.根据权利要求4所述的制造导电辊的方法，其特征在于，所述层调节部件是与所述排出头分开布置的部件，并且随着所述轴构件的转动，连续地进行所述弹性涂布层的形成和形成的所述弹性涂布层的层调节。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，当通过照射所述电子束或所述紫外线固化所述弹性涂布层时，在转动所述轴构件的同时，使用于照射所述电子束或所述紫外线的设备沿所述长度方向相对于所述轴构件相对移位，以半固化所述弹性涂布层，然后，在形成所述弹性涂布层的步骤之后的步骤中，使所述弹性涂布层完全固化，在转动所述轴构件的同时，随着所述弹性涂布层的涂布，连续地进行所述弹性涂布层的半固化。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，向所述弹性涂布层的表面上涂布通过所述电子束照射或所述紫外线照射固化的涂料，以形成涂覆涂布层，并且所述电子束或所述紫外线被照射到所述涂覆涂布层，以形成固化的涂布层。
10.根据权利要求9所述的制造导电辊的方法，其特征在于，在向涂覆辊的周面上供给所述涂料的同时，通过以辊涂布机的涂覆辊与成形过程中的导电辊二者的周面互相接触或接近的姿势使所述辊以包含90°的预定角度相交，以及在转动所述涂覆辊和所述成形过程中的导电辊二者的同时，使所述涂覆辊和所述成形过程中的导电辊中的至少一个沿所述导电辊的长度方向相对于另一个相对移位，来形成所述涂覆涂布层。
11.根据权利要求10所述的制造导电辊的方法，其特征在于，凹版辊被用作所述涂覆辊。
12.根据权利要求9～11中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，当通过照射所述电子束或所述紫外线固化所述涂覆涂布层时，在使所述成形过程中的导电辊转动的同时，使用于照射所述电子束或所述紫外线的设备沿所述长度方向相对于所述成形过程中的导电辊相对移位，以半固化所述涂覆涂布层，然后，在形成所述涂覆涂布层的步骤之后的步骤中，使所述涂覆涂布层完全固化，在转动所述轴构件的同时，随着所述涂覆涂布层的涂布，连续地进行所述涂覆涂布层的半固化。
13.根据权利要求1～12中任意一项所述的制造导电辊的方法，其特征在于，金属管、或者包含导电剂的树脂的中空筒状体或实心柱状体被用作所述轴构件。
全文摘要
一种导电辊(1)，通过以下方法形成在轴构件(2)的外侧涂布当通过电子束或紫外线照射固化时形成弹性体的化合物，以形成弹性涂布层(3R)，然后通过电子束或紫外线照射固化弹性涂布层以形成弹性层。因此可以在不牺牲圆周尺寸精度的情况下便宜地形成弹性层，由此可以大大降低导电辊的生产成本。
文档编号G03G15/02GK101048708SQ20058003712
公开日2007年10月3日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年9月22日
发明者赤间秀洋, 安西弘行, 兼杉浩之, 高木光治 申请人:株式会社普利司通