JPH10513581A - 導電性熱収縮性筒表面を備えた導電ローラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子印刷に使用される導電性フォームセルラーエラストマーローラーに、導電性熱収縮筒体の利用を通じて非常に滑らかな表面が提供される。このローラーの導電性は温度や湿度の変化に影響を受けない。このように滑らかな表面を有したローラーは電子印刷の画質を高める。

Description

【発明の詳細な説明】 導電性熱収縮性筒表面を備えた導電ローラー 発明の背景 １．発明の分野 本発明は導電性エラストマーフォームローラー（electrically conductive el astomeric roller）に関する。さらに特定すれば、本発明は導電性エラストマー フォームローラーの表面をさらに滑らかにする新規な方法に関する。本発明の方 法により提供されるローラーの電気特性は温度や湿度の変化に影響を受けにくい 。このような導電性セルラー（発泡性）エラストマーローラーは電子（静電）印 刷（electrophotographic printing）において特に有用である。電子印刷は適正 に機能する非常に滑らかな表面を必要とする。本発明は、滑らかな表面を必要と する導電性エラストマーフォームローラーを利用したいかなる形態の適用に対し ても利用が可能である。 ２．従来技術の簡単な説明 従来式の電子印刷プロセスにおいては、適量のトナーがトナーカートリッジか ら光導電（ＰＣ）ドラム上に供給され、そのＰＣドラム上で静電潜像（latent e lectrostatic image）が形成される。さらにトナーは紙あるいは他の印刷媒体上 に送られて固定される。電子印刷プロセスの各ステップはその静電荷量の正確な 制御を必要とする。中央ＰＣドラム周囲にて実行されるステップとは、ドラム荷 電、露光（exposing）／現像（developing）、ドラムから印刷媒体（通常は紙） へのトナーの移動、並びにドラムクリーニングである。露光以外のこれら各ステ ップは導電性のエラストマーローラー、ベルトあるいは他の部材を使用すること ができる。これらの導電特性はその実行される機能と機械設計とによって決定さ れるものである。この導電性は通常、１ｘ１０³から１ｘ１０¹⁰オーム−ｃｍの 範囲の体積抵抗率を有したエラストマー材料を必要とする。 荷電、トナー移動及びクリーニングを含むこれら機能のいくつかは、導電性エ ラストマーフォーム部材の使用を通じて向上する。エラストマーフォームは、低 圧力でＰＣドラムに対してさらに大きなフットプリントを提供する高コンプライ アンス（低デュロメータハードネス(durometer hardness)、あるいは低コンプレ ッションフォースデフレクション(compression force deflection)）と、非フォ ーム（ソリッド）エラストマーよりも低い摩耗性を提供する。さらに、高コンプ ライアンスのエラストマーフォームローラーは振動を隔絶し、電子印刷機の作動 ノイズを減少させる。低モジュラス（高コンプライアンス）フォームローラーは トナー供給ローラーとしても活用できる。トナー供給ローラーはＰＣドラム現像 システムの一部である。 電子複写機とプリンターに使用される荷電ローラーは通常は多層構造を有して いる。この導電ローラーは導電性エラストマー層が金属シャフトの外周上に同軸 的に形成されているものである。このエラストマー層の機能は、ローラーシャフ トを介してプリンターあるいは複写機の電力源から電荷を荷電ローラーの外側に 移動させることである。この導電弾性層は、ＥＰＤＭあるいはシリコンラバーの ごとき合成ゴムと、カーボンブラック、金属粉等の導電性粉末との混成体として 一般的に形成される。通常の電子印刷機に使用される導電性エラストマーフォー ムの適例は１９９５年９月１日に出願された米国出願第６０／００３，１９６号 （本出願人に譲渡）に開示されたものである。開示されたフォーム材はこのよう なローラーにおいては適切なものであり、代表的なものではあるが、前述の電子 印刷機において最良に機能するのに必要とされる表面の滑らかさに欠けたローラ ーしか製造できないという欠点を有している。 使用されるラバーのタイプと、希望するレベルの導電性を達成させるのに必要 なフィラーの量にもよるが、ソリッドタイプのエラストマー荷電ローラーの弾性 層は典型的にはオイルのごとき柔軟剤の適量を含んでいる。柔軟剤を含ませる目 的は適当な柔軟さをローラーに与え、ローラーの全長にわたって均等なニップ幅 でＰＣドラムと接触させるためである。しかしながら、使用されるオイルあるい は他の柔軟剤は時間の経過とともにローラーのゴムからにじみ出て、ＰＣドラム の表面を汚すことが確認されている。この現象を防止するため、従来式の荷電ロ ーラーには弾性層上にバリヤ層が設けられている。典型的には、このバリヤ層は 導電性フィラーを拡散させたＮメトキシメチル化ナイロン樹脂（N-methoxy meth ylated nylon resin）で形成される。 従来技術による別形態では、導電性弾性層とバリヤ層との間に中間層が形成さ れている。この中間層は時に”抵抗調整”層とも呼称される。この中間層は典型 的には高められた体積抵抗率を有した薄い（５０−２００μｍ）ポリマー層であ り、弾性層の外側に提供される。この中間層の目的はローラーの抵抗率を望む最 終抵抗値に調整することである。荷電ローラーの抵抗値が高すぎるときにはＰＣ ドラムに不適当な荷電が発生し、高バックグラウンド（background）あるいはゴ ーストの原因ともなる。荷電ローラーの抵抗値が低すぎれば、光導電ドラム面の ピンホール等の欠陥を通じて荷電ローラーから高電流が流れ、接触領域の残り部 分から静電荷を奪うことになるであろう。ニップに沿ったこのような電荷の欠乏 は光導電ドラムの１回転ごとに反復的に現れる黒線の原因ともなるであろう。 このタイプのローラーの１例はイナミ他に付与された米国特許第５，５４３， ８９９号に記載されている。この特許は金属芯に導電性フォーム層を同軸的に被 覆させたローラーを開示している。その１実施例においては、ＥＰＤＭあるいは ポリウレタンと導電性粉末とを含む導電性層が導電フォーム層上に同軸的に提供 され、エピクロロヒドリンゴムを含む抵抗層がその導電層に同軸的に提供されて いる。別な実施形態は、エピクロロヒドリン抵抗層上に同軸的に形成されたＮメ トキシメチルナイロン保護層をさらに含んでいる。 しかし、この抵抗調整層がウレタンあるいはエピクロヒドリンゴムで成型され ているとき、このローラーは周囲の空気温度と湿度の変化に伴ってその体積抵抗 率を大きく変動させる。従って、その抵抗調整層の抵抗値は、たとえ一定の周囲 条件（例えば、５０％ＲＨ、２３℃）でのローラー作用に合わせて選択されてい たとしても、その条件の変動に従ってその抵抗調整層の抵抗値も変化し、ローラ ー自体の抵抗値を変動させることになる。荷電ローラーの抵抗値の変動に対処す るため、複写機やレーザープリンターの設計者は、適正な電荷レベルを維持し、 荷電ローラーに適用される電圧を自動的に調整できるような高価な電力源を利用 せざるを得なかった。極端な場合には、周囲湿度と温度の変化に起因する荷電ロ ーラーの抵抗値の変動は劣悪な荷電作用の原因となり、そのような高価な電力供 給源の存在にもかかわらずプリントの質を悪くする。 従って、周囲の温度や湿度の変動に影響されないで高品質の印刷を達成させる 滑らかな導電性表面を経済的に製造する方法に対する要望が存在した。このこと は、フォームセルラーエラストマーが荷電ローラーや現像ローラーに使用される とき、ＰＣドラムあるいはローラーに対して低圧にて大きなフットプリントを提 供するという顕著な利点を有する理由により特に望ましい。 発明の概要 従来技術に関する前述及び他の問題と欠点とは、本発明の導電性ローラー用の 導電性熱収縮性筒表面によって克服あるいは軽減される。本発明の特に好適な実 施例においては、この熱収縮筒体の導電性は周囲の温度と湿度の変化に影響を受 けない。本発明によれば、導電性熱収縮性筒体は導電性セルラーフォームエラス トマーローラー上に提供される。電子印刷に使用されるとき、得られた滑らかな 表面を有するローラーは最良の機能を提供するのに必要な滑らかさを提供する。 １好適実施例においては、荷電あるいは現像ローラーは従来技術に従って製造 される。この導電性セルラーエラストマー表面の外側は従来技術に従って研磨あ るいは加工され、導電性ポリオレフィンコポリマーのごとき熱収縮筒体を受け入 れられるような適切な表面が提供される。この熱収縮筒体は表面加工された荷電 あるいは現像ローラー上にスライド式に装着される。適当な熱源を使用してこの 熱収縮性筒体を収縮させ、荷電あるいは現像ローラーの外側表面と一体的な滑ら かな表面を形成させる。このようにして提供された表面は充分に滑らかであり、 高品質のプリントを提供する。オプションとして接着剤を使用し、この熱収縮性 筒体をローラーのフォーム体上に接着固定させることもできる。 本発明の前述及び他の特徴並びに利点は、以下の詳細な説明と図面とから同業 者であれば容易に理解するであろう。 図面の簡単な説明 図１は従来式電子印刷機に利用される金属芯と導電性エラストマーフォームと を有した従来の荷電あるいは現像ローラーの斜視図である。 図２は本発明によって提供される滑らかな表面を有したフォーム製荷電ローラ ーの斜視図である。 図３は本発明による導電性フォームローラーに装着された導電性熱収縮筒体を 示す一部断面側面図である。 図４は図２に示すローラーの側面図である。 図５は図４の５−５線に沿った断面図である。 図６は本発明に従って接着剤でフォームローラーに固定された熱収縮筒体の断 面図である。 好適実施例の説明 図１には電子印刷機に使用される従来式の導電性ローラー１６が示されている 。このような電子印刷機に使用される導電性エラストマーフォームローラーの１ 例は前述の米国出願第６０／００３，１９６号に開示されている。導電性ローラ ー １６はシャフト２０上に装着された、モールド成型、押し出し成型または他の手 法によって成型された導電性エラストマー（好適にはポリウレタン）フォーム体 １８の筒層を含んでいる。このようなローラー１６は印刷機で適正に作動するも のの、さらに高い品質の印刷を達成させるためにフォーム体１８の外側にさらに 滑らかな表面を有し、温度と湿度の変化に対しても安定したローラーに対する需 要が存在している。 安定性と滑らかさに関する前述の問題は図２から図６にかけて示す本発明のロ ーラーによって容易に、しかも経済的に解消される。この導電性ローラーは本発 明による導電性熱収縮筒体をさらに含んでいる。この導電性熱収縮筒体２２はエ ラストマーフォーム体１８の表面２４上にスライド式にフィットするサイズで提 供される。好適には、このエラストマーフォーム体１８の外面２４を従来技術に よって適切に研磨あるいは仕上げ加工し、導電性熱収縮筒体２２を滑らかに受け 入れられるような適切な表面を提供する。このように仕上げられた表面は、熱収 縮筒体２２が収縮した後に非常に滑らかな外面を提供する。好適にはこの仕上げ は５μｍＲｚ以下である。 導電性接着剤２６を選択的に使用し、熱収縮筒体２２をさらに堅牢に保持させ ることが可能である。熱収縮筒体２２がローラー上にスライド式に装着される以 前に接着剤２６を別ステップでローラー表面２４に提供する。別実施例では、こ の熱収縮筒体には共に押し出し成型された導電性ホットメルト接着剤の内側層が 提供され、筒体２２をローラーにさらに堅牢に接着させる。 導電性熱収縮筒体２２を準備されたエラストマーフォームローラーの表面２４ に装着した後、ヒートガンのごとき適当な熱源（図示せず）によって、あるいは ローラー／シャフト構造体と導電性熱収縮筒体２２とを適当なオーブン（好適に はカ氏３００度で１分間）に入れて筒体２２を収縮させる。 この収縮加工によって導電性熱収縮筒体２２の内側面はフォーム体１８の外側 面２４と密着する。この結果、非常に滑らかで物理的に一体化したローラー構造 体３２が提供される。このプロセスの最終ステップは導電性フォーム体１８の端 部２８、３０（図４参照）から余剰の熱収縮筒体２２を切り取ることである。こ の方法は、パッド、ローラーあるいはベルトのごとき電子印刷機の他の部材の製 造にも採用できる。 前述の方法は、製造が単純で経済的であるという利点を提供する。従来では多 層であったものが１層のみで代用できる。フォーム層を最初に製造し、次に熱収 縮筒体を被覆させるだけである。（例えば、イナミ他の米国特許第５，５４３， ８９９号のごとき従来方法は、多層の外側層内部にフォーム体を形成させるもの である。）荷電ローラーあるいは他の部材を、熱収縮筒体を装着する以前に研磨 あるいは他の手法でさらに正確なサイズに製造することが可能である。 好適には、この導電性熱収縮筒体２２は１ｘ１０²から１ｘ１０¹⁰オーム−ｃ ｍの範囲、最適には１ｘ１０⁶から１ｘ１０⁷オーム−ｃｍの範囲の体積抵抗率を 有している。適した導電性熱収縮筒体２２はカルフォルニア州メンロパークのレ イケム社から入手されたものであり、導電性ポリオレフィンコポリマー製である 。 理論上はともかく、ポリオレフィン熱収縮筒体はバイアス荷電ローラー用に特 に適すると推定される。なぜなら、湿気の影響を受けないからである。湿気抵抗 力は広範囲な温度と湿度にわたって安定した体積抵抗率を提供する。従って、熱 収縮性であって、導電性であり、湿気抵抗性でさえあれば他の材料であっても本 発明には適していよう。 好適には、この導電性フォーム体１８は１ｘ１０¹から１ｘ１０⁷オーム−ｃｍ の範囲の体積抵抗率を有している。フォーム体用の適当な材料は、塩化ポリビニ ールポリマー、ポリウレタン、ブタジエンゴムポリマー、エチレンプロピレンゴ ム、エチレンプロピレンジエンモノマーポリマー、アクリル系ポリマー等である が、これらには限定されない。本発明のフォーム体１８は前記の米国出願第６０ ／００３，１９６号の導電性繊維拡散フォーム体でも、導電性微粒子フィラーが 拡散された膨張ゴムであってもよい。導電性微粒子フィラーの例は、グラファイ ト、ニッケル、アルミニウム、ステンレススチール、金属コーティングされたガ ラス等である。あるいは、フォーム体１８は、導電性繊維に加えて、あるいはそ れに代用してイオン性添加物を含むこともでき、使用されるイオン性添加物単独 の場合よりも優れた、電圧、温度、湿度の変動に対する体積抵抗率の安定性を提 供することもできよう。このようなイオン性添加物は、全成分の０．５から１０ 重量部の範囲で存在する４次構造アンモニウム塩等（quarternary ammonium sal ts）等であるが、限定はされない。あるいは、本発明のフォーム体は微粒子フィ ラーをも含むことができる。 本発明を以下の非限定例によってさらに詳しく説明する。 例 構造 荷電ローラーは従来方法によって、まずウレタンフォームと、カーボンブラッ ク、カーボンファイバー、及び／又は金属フレーク等の充分に導電性を有するフ ィラーとで１ｘ１０⁴オーム−ｃｍの体積抵抗率を有するように一体成型させる 。成型されたフォーム体を導電性接着剤を使用して高導電性のスチールシャフト 上に装着する。このシャフトは多様な金属で製造することが可能であり、例えば 、ニッケルメッキした冷延伸スチールあるいはステンレススチールが好適である 。このシャフトは直径が６ｍｍで長さが２５０ｍｍ（Ａ４サイズ）である。その 後にこのフォーム体の外側面は約１２ｍｍとなるように研磨加工された。次に導 電性接着剤がフォーム表面に塗布され、導電性熱収縮ポリオレフィンスリーブが このフォーム表面に被覆された。組み立てられたローラーは次にオーブン内に入 れられてカ氏３００度で１分間加熱処理された。このスリーブは収縮してフォー ム表面に密着した。この熱収縮処理後、スリーブ／フォーム体の端部は各シャフ ト の端部から約１０ｍｍだけ切り取られた。 試験 このローラーはアップル社のＬＡＳＥＲＷＲＩＴＥＲ３６０レーザープリンタ ーに設置された。繊細な収束線、ハーフトーン、オールブラック、オールホワイ トページを含めていくつかのテストパターンがプリントアウトされた。いずれの 場合にも欠陥現象は現れなかった。このローラーはプリンター内に残され、約２ ０，０００ページ（全部で４個のトナーカートリッジを使用）がプリントされた が、画質の劣化現象は見られなかった。このプリンターは１０℃、１５％ＲＨで あるチャンバー内に入れられ、数百ページがプリントされたが、画質に劣化は見 られなかった。さらにこのプリンターは３０℃、８５％ＲＨの条件のチャンバー 内に入れられ、数百ページがプリントされたが、画質の劣化はなかった。 このローラーはアップル社のＬＡＳＥＲＷＲＩＴＥＲ３６０のＰＣドラムと接 触状態にて、３０℃、８５％ＲＨの条件下で１カ月据え置かれた。このドラム表 面に汚れ等の現象は皆無であった。 荷電ローラーの表面の電荷リークを検査するため、このローラーはアップル社 のＬＡＳＥＲＷＲＩＴＥＲ３６０プリンターに入れられた。このＰＣドラムのコ ーティングは直径１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍのピンホール欠陥を有してい るものであった。プリントされたページにはこれらピンホール欠陥に起因する黒 線は現れなかった。この試験の結果は電荷リークが本発明のローラーには発生し ないことを証明している。 上記の手法により提供されるローラーの体積抵抗率は、そのローラーを平坦な アルミプレート上に置き、１Ｋｇの垂直荷重をかけることでテストされた。ＨＰ 高抵抗メータ（high resistance meter）４２３９Ａの正リード（positive lead ）が荷電ローラーの金属シャフトに取り付けられ、負リード（negative lead） がア ルミプレートに取り付けられた。１００ＶＤＣがこの荷電ローラーに適用され、 ５秒後に抵抗率が測定された。このテストは１０℃、１５％ＲＨ；２３℃、５０ ％ＲＨ；及び３０℃、８５％ＲＨで実施されたが抵抗率に変化は観測されなかっ た。８ｘ１０⁵オームのニップ抵抗が各々の場合に測定された。 本発明に基づいて製造された荷電ローラーの体積抵抗率は、ＨＰ５Ｓｉレーザ ープリンターカートリッジから得られたフォーム製荷電ローラーの体積抵抗率と 比較された。分析によれば、ＨＰ５Ｓｉフォームローラーはスチールシャフト（ 直径８ｍｍ、長さ３４０ｍｍ、Ａ３サイズ）と、このスチールシャフトと同軸的 に提供された導電性シリコンフォーム体とを含むものである。このフォームロー ラーはさらに、このフォーム体上に同軸的に提供された約３３０μｍの厚みのシ リコン含有抵抗層と、この抵抗層上に同軸的に提供された追加ナイロン含有外側 保護層とを含んでいると信じられる。テストは前述と同様に実施されたが、ＨＰ ５Ｓｉ荷電ローラーの導電性がさらに高く、ＨＰ高抵抗メーターがＨＰ５Ｓｉ荷 電ローラーを１００ＶＤＣでテストすることを妨害する電流制限特性を有してい るのでさらに低い試験電圧が要求された。従って、このテストは２０ＶＤＣで実 施され、ニップ抵抗として以下の結果が観測された。 １０℃、１５％ＲＨ：３．７ｘ１０⁷オーム（Ｌｏｇ＝７．６） ２３℃、５０％ＲＨ：２．２ｘ１０⁶オーム（Ｌｏｇ＝６．３） ３０℃、８５％ＲＨ：２．１ｘ１０⁵オーム（Ｌｏｇ＝５．３） この結果から明らかなように、ＨＰ５Ｓｉローラーは温度と湿度の変化は体積 抵抗率（ｌｏｇオーム差(log ohms difference)２．３、(2.3 orders of magnit ude change)）の変動をもたらすが、本発明のローラーは温度と湿度の変化にも 体積抵抗率の変動をもたらさない。 この電気抵抗率の安定性は従来のローラーにはない本発明のローラーの大きな 特徴である。前述のテストからさらに理解されようが、本発明の長期にわたって 欠陥のないローラープリントは、ＰＣドラムのピンホールにも影響されない。し かも、これらローラーの製造は経済的であって単純である。 以上、好適実施例に基づいて本発明を説明してきたが、本発明の精神とスコー プとから逸脱せずにそれら実施例に多様な改良と変更とを施すことが可能であろ う。従って、それら実施例は、本発明の限定の意図ではなく、説明のためのみに 供されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電子印刷に利用される導電性荷電ローラーであって、 シャフトと、 そのシャフトの少なくとも一部を被覆する導電性エラストマーフォーム層と 、 そのフォーム層上に提供され、滑らかな表面を提供する導電性熱収縮筒体と 、 を含んでいることを特徴とする荷電ローラー。 ２．前記導電性エラストマーフォームは、 エラストマーフォームと、 そのエラストマーフォーム内に拡散され、そのエラストマーフォームを導電 性とする適量の導電性繊維と、 を含んでいることを特徴とする請求項１記載の荷電ローラー。 ３．前記エラストマーフォームは、 塩化ポリビニルポリマー、ポリウレタン、ブタジエンゴムポリマー、エチレ ンプロピレンゴム、エチレンジエンモノマーポリマー、及びアクリルポリマーと で成る群から選択されていることを特徴とする請求項１記載の荷電ローラー。 ４．前記エラストマーフォームはポリウレタンフォームを含んでいることを特 徴とする請求項１記載の荷電ローラー。 ５．前記ポリウレタンフォームは、少なくとも１種のポリヒドロキシル化合物 と、少なくとも１種のポリイソシアン酸塩化合物と、触媒と、フォーム安定界面 活性剤とを含んだフォーム性ポリウレタン混合物から合成されていることを特徴 とする請求項４記載の荷電ローラー。 ６．前記導電性繊維の適量とは、全組成物に対して約５重量％から約３０重量 ％の範囲であることを特徴とする請求項２記載の荷電ローラー。 ７．前記熱収縮筒体の導電性は湿度の変化に影響を受けないものであることを 特徴とする請求項１記載の荷電ローラー。 ８．前記フォーム層と前記熱収縮筒体とに挟まれて同軸的に提供された接着剤 層をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の荷電ローラー。 ９．前記熱収縮筒体は、その内側面に提供されたホットメルト共押し出し成型 接着剤をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の荷電ローラー。 １０．前記熱収縮筒体はポリオレフィンコポリマーを含んでいることを特徴とす る請求項１記載の荷電ローラー。 １１．電子印刷装置に利用する導電性部材であって、 導電性エラストマーフォームと、 そのフォーム上に被覆され、滑らかな表面を提供する導電性熱収縮筒体と、 を含んでいることを特徴とする導電性部材。 １２．前記エラストマーフォームは、パッド、ローラー、あるいはベルトとして 形状化されていることを特徴とする請求項１１記載の導電性部材。 １３．前記熱収縮筒体の導電性は湿度の変化に影響を受けないものであることを 特徴とする請求項１１記載の導電性部材。 １４．前記熱収縮筒体はポリオレフィンコポリマーを含んでいることを特徴とす る請求項１１記載の導電性部材。 １５．前記フォームと前記熱収縮筒体とに挟まれて提供された接着剤層をさらに 含んでいることを特徴とする請求項１１記載の導電性部材。 １６．前記熱収縮筒体は、その内側面に提供されたホットメルト共押し出し成型 接着剤をさらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の導電性部材。 １７．電子印刷に利用される導電性ローラーを製造する方法であって、 エラストマーフォームローラーを形成するステップと、 そのフォームローラー上に導電性熱収縮筒体を装着し、その熱収縮筒体を加 熱して収縮させ、滑らかなローラー表面を提供するステップと、 を含んでいることを特徴とするローラー製造方法。 １８．前記熱収縮筒体の導電性は湿度の変化に影響を受けないものであることを 特徴とする請求項１７記載のローラー製造方法。 １９．前記熱収縮筒体はポリオレフィンコポリマーを含んでいることを特徴とす る請求項１７記載のローラー製造方法。 ２０．前記熱収縮筒体を前記エラストマーフォームローラー上に装着させるステ ップ以前にそのローラーのフォーム上に接着剤を塗布するステップをさらに含ん でいることを特徴とする請求項１７記載のローラー製造方法。 ２１．前記熱収縮筒体は、少なくともその１面上に提供されたホットメルト共押 し出し成型接着剤をさらに含んでいることを特徴とする請求項１７記載のローラ ー製造方法。