专利名称：成像辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及复印机、打印机、传真机等的基于电子照像方式的图像形成装置的成像部分使用的成像辊，尤其涉及具有树脂类轴的成像辊。
背景技术：
在复印机、打印机、传真机等的基于电子照像方式的图像形成装置的成像部分，使用转印辊、供墨辊、显像辊、清洁辊等涉及成像的成像辊。现有的这样的成像辊通过在金属制的轴的外周设置导电性弹性层构成，但近年来，针对图像形成装置的小型化、轻型化等的要求，尝试着以树脂组合物形成轴。例如，在日本特开2001-215780号公报和日本特开2003-195601号公报中，公开了由含有聚酰胺等合成树脂及导电剂、和根据需要含有纤维的树脂组合物组成的非磁性显像辊。此外，在日本特开2002-40798号公报中公开了具有由含有聚酰胺树脂和导电性材料的导电性树脂组合物构成的轴的显像辊。
但是，本发明人发现，现有的树脂类轴，如上述日本特开2003-195601号公报所述，仅通过在配置有树脂类轴的模具内使导电性弹性材料发泡，或仅通过将发泡的导电性弹性材料成型为规定形状后，将其粘合在树脂类轴上设置导电性弹性层时，和如日本特开2002-40798号公报中所述，仅通过在树脂类轴上涂敷半导电性材料设置半导电性层时没有问题，但由挤出在树脂类轴的外周覆盖导电性弹性材料后，以树脂类轴的轴颈部支承轴，研磨覆盖的导电性弹性材料，形成导电性弹性层的情况下，在研磨时，树脂类轴在轴颈部被破坏，会产生不能制作成像辊的问题。
与此有别的是，在树脂类轴上设置导电性弹性层时，现有是通过挤出或模具成型在树脂轴的周围设置未固化的橡胶材料，将其供作固化用。但是，因为树脂类材料的玻璃化转移点比橡胶材料的固化温度低，所以，树脂类轴产生变形、尺寸精度下降。
与此相对，如在金属类轴上设置导电性弹性层时，采用将轴压入预先固化的弹性橡胶管中的方法(例如，参照日本特公平6-55457号公报)，可以消除由上述树脂轴的高温加热产生的变形问题。
但是，此时，若相对树脂类轴的外径，弹性橡胶管的内径过大，可知在以后进行管研磨时，管相对树脂类轴会产生滑动，管外径尺寸精度会带来偏差精度下降。此外，弹性橡胶管的内径过小，在将轴压入管中时产生的变形会残留在管中，带来管外径偏差精度的下降。其结果会在得到的图像上产生斑点。
发明内容
因此，本发明的第一目的在于提供一种具有树脂类轴，同时不会由导电性弹性材料的研磨加工带来破损的成像辊。
本发明的第二目的在于提供一种可以消除通过在固化的弹性橡胶管中压入树脂类轴设置导电性弹性层时的问题，提供没有斑点的图像的成像辊。
根据本发明的第一方面，由下述成像辊达成上述第一目的具备轴；和以覆盖该轴的外周的方式设置的、表面被研磨加工的导电性弹性层，上述轴由含有芳香族聚酰胺、玻璃纤维及导电材料的树脂组合物形成，上述轴显示出250MPa以上的弯曲强度及15GPa以上的弯曲弹性率。
根据本发明的第二方面，由下述成像辊达成上述第二目的具备由树脂类材料构成的轴，和以覆盖该轴外周的方式设置的、表面被研磨加工的导电性弹性层，上述导电性弹性层由预固化的导电性橡胶管构成，上述管内径de与上述轴的外径ds之比de/ds为0.75～0.97；或具备由树脂类材料构成的轴，和以覆盖该轴外周的方式设置的、被研磨加工的导电性弹性层，上述导电性弹性层由预固化的导电性橡胶管构成，上述轴的外径ds和上述管内径de之差ds-de为0.3mm以上、2.5mm以下。
具体实施例方式
首先，说明本发明的第一侧面的成像辊。
本发明的第一侧面的成像辊，具有由含有芳香族聚酰胺、玻璃纤维及导电材料粒子的树脂组合物形成的轴，在该轴的外周设置有导电性弹性层。
本发明的第一侧面的成像辊的树脂类轴，具有250MPa以上的弯曲强度和15GPa以上的弯曲弹性率。弯曲强度和弯曲弹性率小于这些值，在轴上设置导电性橡胶等导电性弹性层后，以磨石等研削、研磨该导电性弹性层时就会产生裂痕。弯曲强度通常是500MPa以下，弯曲弹性率通常是30GPa以下。
本发明的第一侧面的成像辊的轴，还优选具有70℃以上的玻璃化转移点。成像辊通常作为单元(unit)被组装，多以外加应力的状态在60℃左右保存。此外，有时轴颈部的切削加工时被加热到60℃左右的温度。玻璃化转移点小于70℃，在上述保存时就有产生弯曲的可能性，此外，在上述切削加工时可能变形，使表面精度下降。玻璃化转移点通常在100℃以下。
此外，本发明的第一侧面的成像辊的轴，还优选具有1.8以下的比重。比重大于1.8，就有可能不符合轻量化的要求。比重通常在1.0以上。
再者，本发明的第一侧面的成像辊的轴，还优选具有1×105Ω·cm以下的体积电阻率。体积电阻率超过1×105Ω·cm，高于设置在轴外周的导电性弹性层必须的电阻值，有可能对印字带来不好的影响。体积电阻率通常在1×100Ω·cm以上。
具有上述物性的轴，如上所述，是由含有芳香族聚酰胺、玻璃纤维及导电材料粒子、还含有脂肪族聚酰胺的树脂组合物形成。
芳香族聚酰胺是主链上具有芳香族基的聚酰胺，是间二甲苯二胺与己二酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸等的α，ω-脂肪族二羧酸的缩聚反应得到的聚酰胺。由间二甲苯二胺和己二酸得到的芳香族聚酰胺，已知为聚酰胺MXD6。
脂肪族聚酰胺，具有己二胺等的聚亚甲基二胺和脂肪族二羧酸的缩聚物的结构，包含聚酰胺6、聚酰胺6,6等。
作为玻璃纤维，可以使用其本体已知的纤维。玻璃纤维的直径优选1～50μm，此外，其长度优选0.1～10mm。
作为导电材料，可以适宜地使用槽黑、炉黑、热黑、灯黑、科琴黑(ketjen black)、乙炔炭黑等的碳黑、碳纤维等。碳纤维的直径，优选为1～50μm，此外，其长度优选为0.1～10mm。作为导电材料，可以并用碳黑和碳纤维。
为了使轴具有上述物性，相对于100质量份的芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的合计量，上述树脂组合物优选含有10～300质量份比例的玻璃纤维、0.1～20质量份比例的导电材料。芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的质量比优选为100∶0～50∶50。
本发明的第一侧面的成像辊的轴，可以通过注射模塑法等的方法成型。注射模塑后，通过切削加工轴颈部进行精加工。即，更详细地说，本发明的成像辊的轴具有轴本体和在轴本体的两端分别一体设置的轴颈部。
在轴本体的外周设置的导电性弹性层，可以以硅橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶等的橡胶材料作为基材，由配合有赋予其导电性的碳黑或金属粉等的导电物质的导电性橡胶材料形成。导电性弹性层，可以在轴本体的外周覆盖导电性橡胶材料后，通过通法以磨石等研磨、研削形成。或者，也可以在轴本体的外周粘合由导电性弹性材料形成的管体，通过通法研磨、研削管体，形成导电性弹性层。在任意情况下，以两轴颈部支承设置在本体外周的具有导电性弹性材料的轴，边旋转轴边进行研磨。从研磨精度的观点出发，最终的导电性弹性层(研磨后)的厚度，优选为0.2mm以上。研磨后的导电性弹性层的厚度，通常在10mm以下。
导电性弹性层的外周上，可以设置在日本特开平11-242383号公报中公开的微多孔质覆盖层。该微多孔质覆盖层是将含有包含多元醇、异氰酸酯化合物及挥发性硅油的气孔形成剂的反应混合物供给到多元醇和异氰酸酯化合物的反应条件中得到的覆盖层。该微多孔质覆盖层是不伴随发泡现象形成的覆盖层，因此，不需要通常发泡中必须的模型。在上述反应混合物中，也可以含有具有活性氢的反应性硅油。通过设置此微多孔质覆盖层，将本发明的第一侧面的成像辊制成显像辊时，可以更有效地防止感光鼓的污染和负的重像的产生。
接着，说明本发明的第二侧面的成像辊。
本发明的第二侧面的成像辊，具备由树脂类材料构成的轴；和以覆盖该轴的外周的方式设置的、被研磨加工的导电性弹性层。导电性弹性层由预固化的导电性橡胶管构成。上述管内径de与上述轴外径ds之比de/ds为0.75～0.97，和/或上述轴外径ds和上述管内径de的差ds-de在0.3mm以上、2.5mm以下。
本发明的第二侧面的成像辊中使用的树脂类轴，可以由聚酰胺，例如间二甲苯二胺和己二酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸等的α，ω-脂肪族二羧酸的缩聚反应得到的芳香族聚酰胺(从间二甲苯二胺和己二酸得到的芳香族聚酰胺，已知为聚酰胺MXD6)、己二胺等的聚亚甲基二胺和脂肪族二羧酸的缩聚物的聚酰胺6、聚酰胺6,6等的脂肪族聚酰胺、聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫、聚苯氧、聚醚砜、聚碳酸酯、聚砜、聚醚醚酮等的树脂构成。
在形成第二侧面的成像辊的轴的树脂类材料中，除了上述树脂材料以外，为了赋予导电性还含有导电材料。作为此类导电材料，可以使用在上述本发明的第一侧面中说明的材料。相对于100质量份树脂，可以以0.1～20质量份的比例使用导电材料。
树脂类材料可以含有玻璃纤维。作为玻璃纤维，可以使用在上述本发明的第一侧面中说明的玻璃纤维。
本发明的第二侧面中，在树脂类轴中设置的导电性弹性层，由预固化的导电性橡胶管组成。这样的橡胶管，可以以硅橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶等的橡胶材料为基材，由赋予配合有导电性的碳黑或金属粉等的导电物质的导电性橡胶材料形成。将未固化的导电性橡胶材料挤出为管状，使其固化。这里，管根据其构成材料，有只进行一次固化就充分的情况，和优选进行一次固化和二次固化的情况。例如，丙烯腈-丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶，在80℃～180℃只进行5分钟～24小时的一次固化就充分。另一方面，硅橡胶优选以100℃～400℃、1分钟～10小时的条件进行一次固化后，以150℃～250℃、1小时～24小时的条件进行二次固化。此外，乙丙橡胶，优选以80℃～180℃、5分钟～24小时的条件进行一次固化后，以70℃～150℃、1小时～6小时的条件进行二次固化。
边以压缩空气扩径由此得到的固化橡胶管，边将树脂类轴压入其中。此后，通过通法以磨石等研磨、研削固化橡胶管(导电性弹性层)。从研磨精度的观点出发，最终的导电性弹性层(研磨后)的厚度，优选为0.2mm以上、10mm以下。树脂类轴外周与管内周之间不需要设置粘合剂、底层涂料等，可以使树脂类轴的外周和管的内周直接接触。
如上所述，相对树脂类轴的外径，弹性橡胶管的内径过大，在以后进行管研磨时，管相对树脂类轴产生滑动，管外径尺寸精度下降，导致偏差精度下降，另一方面，弹性橡胶管的内径过小，会在管中残留将轴压入管中时产生的变形，带来管外径精度的下降。
因此，为了消除这个问题，在本发明的第二侧面，将固化导电性树脂管得内径de与树脂类轴外径ds之比de/ds设定为0.75～0.97，和/或将树脂类轴外径ds和固化导电性橡胶管内径de的差ds-de设定为0.3mm以上、2.5mm以下。
由于树脂类轴外径ds和管内径de具有这样的关系，固化管研磨时，管相对树脂类轴不产生滑动，此外，在管中不会残留将轴压入管时产生的变形，可以得到尺寸精度优异的成像辊。比de/ds优选为0.8～0.95。此外，差ds-de优选为0.5～2.5mm。
本发明的第二侧面的成像辊的树脂类轴，优选与第一侧面的成像辊的树脂类轴具有同样的弯曲强度和弯曲弹性率。
本发明的第二侧面的成像辊的树脂类轴，优选与第一侧面的成像辊的树脂类轴具有同样的玻璃化转移点。
此外，本发明的第二侧面的成像辊的树脂类轴，还优选与第一侧面的成像辊的树脂类轴具有同样的比重。
再者，本发明的第二侧面的成像辊的树脂类轴，还优选与第一侧面的成像辊的树脂类轴具有同样的体积电阻率。
为了使树脂类轴具有上述物性，第二侧面的成像辊的树脂类轴，优选与第一侧面的成像辊的树脂类轴由同样的树脂组合物形成。
此外，即使在本发明的第二侧面的成像辊中，也可以与第一侧面同样，在设置在树脂类轴周边的导电性弹性层(固化管)的外周设置上述微多孔质覆盖层。
本发明的第二侧面的成像辊的树脂轴，可以由与本发明的第一侧面的成像辊的树脂类轴同样的方法成型。同样地，在注射模塑后可以通过切削加工来精加工轴颈部。
此外，本发明的第二侧面特别有利的是适用于玻璃化转移点100℃以下的树脂类轴。因为具有这样低的玻璃化转移点的树脂类轴，在进行上述一次固化、二次固化的高温下特别容易变形。
本发明的成像辊，无论哪一种，除显像辊之外，还可以作为转印辊、供墨辊、清除辊等提供。
以下，一并说明本发明的实施例和比较例，但本发明不受这些例子的限制。
实施例1～4、比较例1～3使用三菱瓦斯化学株式会社(Mitsubishi gas Chemical Company，Inc.)生产的聚酰胺MXD6作为芳香族聚酰胺，使用三菱工程塑料株式会社生产的Novamid(注册商标)1007J作为脂肪族聚酰胺，使用AsahiFiber-Glass Co.Ltd生产的CS03-JAFT2作为玻璃纤维，使用三菱化学社生产的#3050B作为碳黑，从下述表1所示组成的树脂组合物注射模塑直径14mm、面长(橡胶加工部分)235mm的轴，通过切削加工精加工轴颈部，得到可以作为Brother Industries，Ltd.生产的PrinterHL-1850用显像辊使用的树脂类轴。测定得到的轴的弯曲弹性率、弯曲强度、玻璃化转移点、比重、表面电阻。结果示于表2。此外，分别用东洋精机制作所社生产的strograph V10-C测定弯曲弹性率与弯曲强度，由岛津制作所社生产的热分析装置DSC-60测定玻璃化转移点，由Alfa Mirage Co.，Ltd.生产的电子比重计MD-200S测定比重，由Advantest Corporation生产的电阻计R8340测定体积电阻率。
再由通法测定各轴的偏差。即，以轴颈部支承轴，使用激光光学地测定使轴旋转时的轴长度方向中心部分的轴位移的最大值和最小值，求出其差作为轴的偏差。结果(高温放置前)一并示于表2。此外，也测定高温放置后的旋转轴的偏差。即，以轴颈部支承轴，在轴的中央部加1kg负荷，在55℃下放置5日后，通过上述方法测定轴的偏差。结果(高温放置后)一并示于表2。
接着，在各轴外周覆盖体积电阻率为106Ω·cm、JIS A硬度为45°的导电性硅橡胶，将其研磨，制作外径为20mm的橡胶覆盖辊。
以上述方法测定研磨上述硅橡胶层后的轴的偏差。结果一并示于表2。研磨该硅橡胶层时，具有比较例1的轴的橡胶覆盖辊，不论研磨条件如何，轴本体都会产生裂痕，由于轴的弯曲无法均匀研削橡胶层，无法得到显像辊。此外，比较例2的轴，通过极大的改变研磨条件可以勉强进行研磨，但研磨后的偏差非常大，为0.2mm(参照表2)。
其次，在100重量份的含氟多元醇(Daikin Industries，Ltd生产的Zeffle)和5重量份的导电性碳黑(Cabot Japan生产)中加入300重量份乙酸丁酯，用分散机使之分散。在该分散物中加入5重量份挥发性硅油(信越化学工业社生产的KF96L)，搅拌，作为主剂。在该主剂中，以使得主剂中的羟基当量和固化剂中的异氰酸酯基的当量成为1∶1的方式配合作为固化剂的氨基甲酸乙酯改性1，6-己二异氰酸酯(旭化成工业社生产的Duranate)，配制涂敷材料A。在上述各橡胶覆盖辊上以使得厚度成为10μm的方式喷涂该涂敷材料A，风干后，在160℃加热40分钟，形成期望的微多孔质覆盖层，得到显像辊。
将得到的显像辊组装在Brother Industries，Ltd.生产的PrinterHL-1850中，进行3000张的走纸试验，评价图像。结果一并示于表2。
由表2所示结果的可知，实施例1～4的轴显示出15GPa以上的弯曲弹性率和250MPa以上的弯曲强度，研磨覆盖橡胶层后的偏差小，可以提供具有清晰图像的显像辊，此外，高温放置后的偏差也小。
表1
表2
实施例5～9、比较例4～6除了树脂类轴外径(直径)ds为10mm以外，与实施例1进行相同操作，制作树脂类轴。
另一方面，将配合有碳黑的未固化硅橡胶材料(Dow CorningCorporation生产的DY32-4036)挤出成型为管状，使之在400℃固化2分钟(一次固化)后，切断为规定的长度，在200℃使之固化4小时(二次固化)，得到内径de为6.5～9.9mm(表3)、外径为20.6mm的管。边以压缩空气扩径该管，边将上述轴压入其中后，研磨表面，得到外径为20mm的成像辊。导电性硅橡胶的体积电阻率是106Ω·cm、JIS A硬度是45°。
然后，与实施例1进行相同操作，形成微多孔质覆盖层，得到显像辊。
将得到的现象辊组装在Brother Industries，Ltd.生产的printerHL-1850中，进行10张的走纸试验，以以下的标准评价图像。
无图像斑点...○；略有图像斑点、但在实用上没有问题...△；有图像斑点、不能实用...×。
结果一并示于表3。
表3
比较例4的显像辊，在固化硅橡胶的研削加工时，由于旋转扭矩产生滑动，研磨精度下降，如表3所示，产生图像斑点。此外，比较例5和6的显像辊，在管中残留有向树脂类辊的固化硅橡胶管中压入时的变形，如在表1所示，会产生图像斑点。与此相对，如表3所示，本发明的实施例5～9的显像辊都给出了没有斑点的清晰图像。
实施例10～12除了由在实施例2～3中使用的聚酰胺树脂类组合物形成树脂类轴之外，与实施例5～9进行相同的操作，制作显像辊。
这些显像辊，分别与实施例5～9同样，进行图像的评价，可以得到与实施例5～9同样的结果。
权利要求
1.一种成像辊，具有轴；和以覆盖该轴的外周的方式设置的、表面被研磨加工的导电性弹性层，其中，所述轴由含有芳香族聚酰胺、玻璃纤维、导电材料和任意的脂肪族聚酰胺的树脂组合物形成，具有250MPa以上的弯曲强度和15GPa以上的弯曲弹性率。
2.如权利要求1所述的成像辊，其特征在于所述轴还具有70℃以上的玻璃化转移点。
3.如权利要求1所述的成像辊，其特征在于所述轴还具有1.8以下的比重。
4.如权利要求1所述的成像辊，其特征在于所述轴还具有1×105Ω·cm以下的体积电阻率。
5.如权利要求1所述的成像辊，其特征在于所述导电材料含有碳黑。
6.如权利要求1所述的成像辊，其特征在于相对合计100质量份的所述芳香族聚酰胺和所述脂肪族聚酰胺，所述树脂组合物含有10～300质量份比例的所述玻璃纤维，0.1～20质量份比例的所述导电材料，所述芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的质量比为100∶0～50∶50。
7.如权利要求1所述的成像辊，其特征在于所述导电性弹性层，作为弹性材料，含有选自硅橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶和乙丙橡胶的橡胶材料。
8.一种成像辊，具有由树脂类材料构成的轴；和以覆盖该轴外周的方式设置的、表面被研磨加工的导电性弹性层，其中，所述导电性弹性层由预固化的导电性橡胶管构成，所述管的内径(de)与所述轴的外径(ds)之比(de/ds)为0.75～0.97，和/或所述轴外径(ds)和所述管的内径(de)的差(ds-de)为0.3mm以上、2.5mm以下。
9.如权利要求8所述的成像辊，其特征在于所述轴的外周和所述管的内周直接接触。
10.如权利要求8所述的成像辊，其特征在于所述轴由含有芳香族聚酰胺、玻璃纤维、导电材料和任意的脂肪族聚酰胺的树脂组合物形成，具有250MPa以上的弯曲强度和15GPa以上的弯曲弹性率。
11.如权利要求10所述的成像辊，其特征在于相对合计100质量份的所述芳香族聚酰胺和所述脂肪族聚酰胺，所述树脂组合物含有10～300质量份比例的所述玻璃纤维、0.1～20质量份比例的所述导电材料，所述芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的质量比为100∶0～50∶50。
12.如权利要求8所述的成像辊，其特征在于所述导电性弹性层，作为弹性材料，含有选自硅橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶和乙丙橡胶的橡胶材料。
全文摘要
本发明提供的一种成像辊，具有轴；和以覆盖该轴的外周的方式设置的、被研磨加工的导电性弹性层。所述轴由含有芳香族聚酰胺、玻璃纤维、导电材料和任意的脂肪族聚酰胺的树脂组合物形成，具有250MPa以上的弯曲强度和15GPa以上的弯曲弹性率。
文档编号G03G15/08GK1818807SQ20061000329
公开日2006年8月16日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年2月8日
发明者长谷川裕一, 长泽润二 申请人:日东工业株式会社, 阿克伦橡胶株式会社