CN1955852A - 导电辊 - Google Patents

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Abstract

提供一种导电辊，该导电辊具有由树脂制成且重量轻精度高的辊主体，其中，辊主体由沿纵向彼此结合的多个中空构件构成，并且该辊主体具有即使在释放沿纵向的压缩力的情况下仍保持中空构件的结合的结合手段。

Description

导电辊
技术领域
本发明涉及一种导电辊，尤其涉及一种在如复印机、打印机等的成像装置中用作各种辊构件的导电辊。
背景技术
在如复印机、打印机等的成像装置中，在成像步骤使用各种具有导电性的导电辊，如转印辊、图像显影辊、调色剂供给辊、充电辊、清洁辊、中间转印辊、带驱动辊等。
作为这种导电辊，提出一种辊，其中导电弹性层形成在用作轴构件的辊主体外表面上，并且该辊主体由中空管构件构成，该中空管构件由含有导电剂的树脂制成，以降低导电辊的重量(例如，参见日本特开2004-150610号公报)。
然而，在上述文献中公开的辊主体具有沿辊主体的纵向在两端之间存在单一管构件的构造。在制造这种树脂管构件时，考虑在连续管构件用模具中注塑树脂的方法和加工树脂杆的方法。因为当将后种方法应用到如导电辊的批量生产中时需要巨额成本，所以该方法是不现实的方法。另一方面，就成本而言，前种方法是有利的，但因为在纵向上难以将辊主体精加工到所需的均匀尺寸，所以这种方法在精度上存在问题。
发明内容
本发明的目标是解决上述问题并提供一种具有重量轻、精度高的辊主体的导电辊。
根据本发明，提供一种导电辊，该导电辊包括辊主体和弹性层，该辊主体主要由树脂材料和导电剂制成，该弹性层被承载在辊主体的外周上，其中，辊主体由沿其纵向彼此结合的多个中空构件构成，并且辊主体具有即使在释放沿纵向的压缩力的情况下仍保持中空构件的结合的结合手段。
在本发明的优选实施例中，辊具有沿纵向穿通辊主体的轴。
在本发明的另一优选实施例中，辊具有沿其纵向从每个端部向中央部直径增大的鼓形状(crown form)。
根据本发明，辊主体由树脂制成的中空构件构成，从而可降低导电辊的重量，此外，由于中空构件的长度短，所以可高精度地均匀制备中空构件，从而可通过将这些中空构件彼此结合来使整个辊主体的精度更高。此外，辊具有即使在释放沿纵向的压缩力的情况下仍保持中空构件的结合的结合手段，从而在组装或用于维护的替换时中空构件的结合不会松散，因此可使组装或维护作业容易，并且可缩短其所需时间。
根据第一优选实施例，辊主体具有沿纵向穿通其中的轴，可提高辊的刚度以增加抗弯强度。
根据第二优选实施例，辊主体被构造成具有沿纵向从每个端部向中央部直径增大的鼓形状，从而即使以一定厚度形成弹性层，也可容易地制造具有中央部直径大的鼓形状的导电辊。由于导电辊具有这种鼓形状，因此即使将辊安装在成像装置上且通过沿其纵向推压两端部而与例如感光鼓接触，也可获得沿纵向均匀的接触压力，这可防止如果导电辊为平坦的圆筒形状，则在纵向上的中央部浮起以及在纵向上中央处接触压力变低的问题。
附图说明
将参照附图来说明本发明，其中：
图1是根据本发明一个实施例的导电辊的透视图；
图2是图1的导电辊中的辊主体的透视图；
图3是通过结合手段的第一实施例彼此结合的中空构件的截面图；
图4是通过结合手段的第二实施例彼此结合的中空构件的截面图；
图5是通过结合手段的第三实施例彼此结合的中空构件的截面图；
图6是通过结合手段的第四实施例彼此结合的中空构件的截面图；
图7是通过结合手段的第五实施例彼此结合的中空构件的截面图；
图8是具有各种结构的端部的辊主体的侧视图；
图9是轴部、轴孔部以及齿轮部的形状的变形例的透视图；
图10是辊主体的变形例的透视图；以及
图11是辊主体的另一变形例的透视图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明一个实施例的导电辊的透视图。如图1所示，根据本发明的导电辊包括辊主体11和被承载在该辊主体11的外周上的弹性层12。在本发明中，辊主体11由沿其纵向彼此结合的多个中空构件10组成，其中，即使在不受外力的状态下这些构件的结合也被保持。
在图2中示出弹性层12形成之前导电辊(参见图1)的构造。图示的辊主体11由例如沿纵向彼此结合的八个构件10组成。由于辊主体11由在纵向上分开的多个中空构件10构造，因此与传统的金属管或单件树脂产品相比，构件沿纵向的长度变短，因此不仅可提高加工精度，而且各构件的加工变得容易，这有利于生产率的提高。
根据本发明的导电辊优选具有如图所示的沿纵向穿通辊主体11的轴。通过将轴13布置成沿纵向穿通辊主体11或导电辊可提高辊的刚度，从而提高抗弯强度。
作为即使在释放沿纵向的压缩力的情况下仍保持中空构件10的结合的结合手段可举例说明如下。结合手段的第一实施例为通过粘接或熔接的结合手段。在粘接的情况下，如图3(a)的截面图所示，在待结合的中空构件的一个或两个端面10s上涂布粘接剂、或对该端面进行热熔处理、或将双面胶带粘附到该端面上，其后通过推压使构件10如图3(b)所示彼此结合。在构件10之间熔接的情况下，在图3(a)所示的状态下将激光或超声波施加到端面10s，以使端面的表面熔化，其后通过推压使构件的端面10s如图3(b)所示彼此结合。此外，作为同时进行熔化和推压的手段是用于使端面熔化的旋转熔接(spin weld)，其中，待结合的端面彼此相对并彼此加压，并且在该状态下使其中一个构件10旋转，其间端面通过摩擦产生的热熔化以将它们彼此结合。
结合手段的第二实施例是通过将每个中空构件10固定到轴13而使中空构件10彼此间接结合的手段，其中，与第一实施例一样，即使在释放沿纵向的压缩力的情况下仍可保持中空构件10的结合。图4是根据第二实施例的辊主体的截面图。在该情况下，一个中空构件10A处于固定到轴13的状态，而另一中空构件10B处于通过以超过150℃的温度来加热构件10B而在中空构件10B的内周面与轴13的外周面之间形成间隙δ的状态或者处于构件10B与轴13二者未被彼此固定的状态。其后，在保持构件10B沿纵向的位置的同时使构件10B的温度下降至不高于120℃，由此构件10B被收缩装配到轴13上，以进行构件10B与轴13之间的固定。
结合手段的第三实施例为通过压配合结合相邻中空构件10D的手段。如图5(a)所示，在构件10D的外圆筒的端部形成台阶周面15c、15d，其中，一个端部向其径向内侧凸，而另一端部向其径向外侧凸，且使作为外周面的台阶周面15c的直径d1大于作为内周面的另一台阶周面15d的直径d2，然后可以通过如图5(b)所示的压配合使这些中空构件10D彼此固定。
在结合手段的第四实施例中，如图6所示，中空构件10E的端面彼此接触，且在包含其结合部的外周面的周围缠绕粘接胶带18，由此中空构件10E通过粘接胶带18彼此结合。
在图7中示出使用结合手段的第五实施例的辊主体的截面图，其中，相邻中空构件10F通过螺纹彼此结合。在该情况下，构件10F的外圆筒16在其一端具有外螺纹部16f而在其另一端具有内螺纹部16g，具有这种结构的构件10F彼此螺纹结合。
中空构件10中使用的树脂材料可适当地选择通用树脂和工程塑料，只要其具有适当的强度并且可通过注塑法等成形，而不特别受限制。至于提到的工程塑料，例如，聚缩醛、聚酰胺树脂(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(从间二甲苯二胺和已二酸获得的聚酰胺)等)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚(polyphenylene oxide)、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、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯丙基化物、液晶聚合物、聚四氟乙烯等。至于提到的通用树脂，如聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、聚苯乙烯、聚乙烯等。同样，可使用三聚氰胺树脂、酚醛树脂、硅酮树脂等。这些树脂可单独使用或者两种或多种结合使用。
其中，特别优选地是工程塑料。此外，就其热塑性以及优良的可成形性和机械强度这一点，优选地为聚缩醛、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚碳酸酯等。特别地，优选聚酰胺-6，6、聚酰胺MXD6、聚酰胺-6，12、聚对苯二甲酸丁二醇酯或其混合物。此外，允许使用热固化性树脂，但是考虑回收利用特性优选使用热塑性树脂。
关于导电剂，可能使用各种导电剂，只要其可在树脂材料中均匀分散，但是优选地使用粉状导电剂，如炭黑粉、石墨粉、碳纤维、如铝、铜、镍等金属粉、如氧化锡、氧化钛、氧化锌等金属氧化物粉、导电玻璃粉等。它们可单独使用或者两种或多种结合使用。选择被混合的导电剂的量，使得根据目标导电辊的应用或状态来提供合适的电阻值，但是优选地在中空构件10中通常占全部材料的5-40wt％、特别地占5-20wt％。
根据辊的应用等来适当地设定中空构件10的体积电阻率，但是通常为1×100-1×1012Ω·cm，优选1×100-1×106Ω·cm，更优选1×100-1×103Ω·cm。
为了强化、增重等，若需要，中空构件10的材料可与各种导电或非导电纤维物质、须晶、铁氧体等混合。所提到的纤维物质如碳纤维、玻璃纤维等。须晶可以提及钛酸钾的无机须晶等。它们可单独使用或者两种或多种结合使用。可根据所使用的纤维物质或须晶的长度和直径、作为主要成分的树脂材料的种类、目标辊的强度等来适当地选择混合的量，但是通常占全部材料的5-70wt％、特别地占10-20wt％。
关于轴13，可使用如加硫碳钢、铝、不锈钢或者经镀镍、镀锌等的类似物。
由于辊主体11构成导电辊的芯部，因此需要使其具有足以稳定地发挥作为辊的良好性能的强度。为此，作为根据JIS K7171的抗弯强度，辊主体优选具有不低于的80Mpa的强度、尤其优选不低于130Mpa，这可确保在整个长时间周期发挥良好的性能。此外，抗弯强度的上限没有特别地限制，但通常为大约500Mpa。
图8是具有各种结构的端部的辊主体的侧视图，其中，图8(a)和图8(b)示出两端部由轴部6构成的实例，图8(c)示出两端部由轴孔部8构成的实例，图8(d)和图8(e)分别示出两个端部中的一个由轴部6构成、而另一个由轴孔部8构成的实例。此外，图8(b)～图8(e)分别示出齿轮部7被布置在一个端部上的实例。此外，齿轮部7可被布置在两个端部上，其中，辊主体11起到进行动力传递的作用。在任何情况下，齿轮部7可与圆筒部或圆柱部一体地形成。
图8所示的辊主体11的轴部6为如图9(a)的透视图所示的最简单形状的圆筒柱状。此外，可使用如图9(b)所示的具有锥状部的圆柱、如图9(c)所示的受到D切削(D-cut)加工的圆柱、如图9(d)所示的具有棱柱的圆柱、如图9(e)所示的具有尖顶端部的圆柱、如图9(f)所示的具有环状槽的圆柱、如图9(g)所示的具有肩部的圆柱、以及如图9(h)所示的在外周面上具有用于齿轮连接的花键或外齿部的圆柱等。关于轴孔部8，可使用如图9(i)的透视图所示的简单圆孔形状、如图9(j)所示的D型截面形状、如图9(k)所示的椭圆截面形状、如图9(l)所示的方孔形状、如图9(m)所示的在内周面中形成的用于齿轮连接的花键或内齿部、如图9(n)所示的锥孔部、以及如图9(o)所示的具有键槽的圆孔等。
此外，可使用如图9(p)所示的在末端具有肩部的端部、如图9(q)所示的在末端具有凸缘部的端部、以及如图9(r)所示的在末端具有齿轮部的端部等。
在本发明中，不特别地限制辊主体11本身形状，而可适当地采用需要的形状。例如，在沿纵向与辊主体的端部对应的构件中形成如齿轮部7(参见图10)、D切削形状等适宜形状的轴部，或者如果需要，在形成辊主体之后将仅由齿轮部构成的构件结合至端部，由此可使辊主体11沿纵向的端部具有这种功能零件。因而，不需单独地使用轴或对轴进行复杂的加工，且功能零件的对中也变得容易。
此外，辊主体11的外形不限于如图2中所示的沿纵向延伸的直筒形状等，而可采用如图11所示的沿纵向从每个端部向中央部直径增大的鼓形状。在传统的金属管或单件树脂产品的情况下，辊主体的外形通常是直柱状，难以与中央部直径大于端部直径的鼓形状对应，需要使用昂贵的模具成形、或控制弹性层3的研磨和树脂层4的涂布(浸渍等)厚度等。在本发明的实施例中，中空构件10沿纵向彼此结合，从而每个构件的加工难度低且加工鼓形状等容易，可以充分确保加工精度。此外，构成辊主体11的构件的数量不受特别地限制，而是可从强度和成本的角度来适当地确定。
根据本发明的导电辊可通过沿纵向将多个中空构件10彼此结合以形成辊主体11、然后在该辊主体11的外周上形成弹性层12来制造。
通过将导电剂添加到其弹性体或泡沫体形成的具有导电性的可用作弹性体的弹性层12的材料。要使用的弹性体不特别地受限制，但包括丁腈橡胶、乙烯-丙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、天然橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸类橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、表氯醇橡胶等。这些橡胶可单独使用或者两种或多种组合使用。其中，优选乙烯-丙烯橡胶、丁二烯橡胶、硅橡胶和聚氨酯橡胶，且同样与其它橡胶材料的混合是合适的。在本发明中，特别地优选使用具有氨基甲酸酯键的树脂。
同样，上述弹性体可通过用发泡剂化学发泡、或者通过如传统聚氨酯泡沫中的机械吹入空气而被用作泡沫体。在本发明中，可使用所谓的RIM成型方法，其中作为构成弹性层12的起始材料的两种单体成分被混合注入圆筒模具中，以在将辊主体11与弹性层12结合成整体的步骤中进行聚合作用。在所述情况下，从灌注起始材料到从模具分离所需约60秒的时间来进行弹性层12的形成，从而可以大量地降低生产成本。
添加到弹性层12的导电剂可与上述关于辊主体11的导电剂相同。
在根据本发明的导电辊中，可通过形成在辊主体11上的弹性层12适当地调整辊的表面粗糙度、硬度、电导率等。此外，可通过弹性层12调整辊的外形，从而根据本发明的中空构件之间的结合部不必是平滑的。也就是说，即使在结合部中产生一定的台阶差，也可以通过在结合部上形成弹性层12来吸收该差异。此外，可通过使弹性层表面受到如切削、研磨等加工来提供根据应用场合所需要的表面精度。相反地，可通过粗化弹性层的表面来将辊用作驱动辊、从动辊等。因此，根据本发明的导电辊可被用作成像装置中所使用的任何辊构件，其应用范围广。

Claims (3)

1.一种导电辊，其包括辊主体和弹性层，所述辊主体主要由树脂材料和导电剂制成，所述弹性层被承载在所述辊主体的外周上，其中，所述辊主体由沿其纵向彼此结合的多个中空构件构成，并且所述辊主体具有即使在释放沿纵向的压缩力的情况下仍保持所述中空构件的结合的结合手段。
2.根据权利要求1所述的导电辊，其特征在于，所述辊具有沿纵向穿通所述辊主体的轴。
3.根据权利要求1或2所述的导电辊，其特征在于，所述辊具有沿其纵向从每个端部向中央部直径增大的鼓形状。
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