JP2005202243A - 電子写真用導電ロール - Google Patents

Abstract

【課題】軸体の外周面に金型成形により形成される弾性層の両端部分を加工することなく、画像不具合の発生を充分に防止することができる電子写真用導電ロールを提供する。
【解決手段】軸体１の外周面に金型成形により弾性層２が形成され、この弾性層２の外周面が金型の型面の転写面になっており、感光ドラム表面の静電潜像非形成領域に対応する弾性層２の部分が、段状に縮径されているとともに、その縮径部分の軸方向両端近傍部の外径が、両端縁に向かって徐々に拡径され、その拡径部分における電子写真用導電ロールの最大径が、軸方向中央部分における電子写真用導電ロールの直径よりも小さく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機，プリンター等の電子写真機器において、感光ドラムに対峙して設けられる現像ロール，帯電ロール，転写ロール等の電子写真用導電ロールに関するものである。

複写機，プリンター等の電子写真機器では、感光ドラムに対峙して現像ロール，帯電ロール，転写ロール等の導電ロールが設けられている。これら導電ロールは、軸体の外周面にゴム等からなる弾性層が形成されており、その弾性層の表面に抵抗調整層や保護層等の薄い被覆層が１層または２層以上形成されている。

上記導電ロールの形成は、通常、円筒状金型を用いて成形される。すなわち、まず、軸体の外周面に接着剤等を塗布し、これを円筒状金型の中空部に同軸的に設置し、両端部を蓋体で密封した後、弾性層の形成材料を注入して成形し、ついで、オーブン加硫等により加硫し、上記弾性層を形成する。その後、脱型し、ロールコーティング法，スプレーコーティング法，ディッピング法等により、抵抗調整層や保護層等の形成材料を塗布等した後（各層の厚みは３〜５０μｍ程度）、乾燥や加熱処理等を行い、抵抗調整層や保護層等を形成する。

しかしながら、上記弾性層の形成において、脱型後は、残留応力（収縮応力）の作用により、弾性層が収縮する。この収縮は、弾性層の内周面部分は接着剤等で接着されているため軸方向には収縮しないが、弾性層の外周面部分は拘束されていないため軸方向に収縮する。このような収縮により、図５に示すように、弾性層５２の両端近傍では、跳ね上がったようになり、弾性層５２の外径が両端縁に向かって徐々に大きくなった形状になる。ただし、図５では、変形量を誇張して表示している。

このような導電ロールを、例えば、接触現像方式（感光ドラムと現像ロールとが接触して設けられている）の現像ロールとして用いると、その両端近傍では、感光ドラムとの接触圧力が高くなり、その部分が削れ、それによりリーク等が発生する。

一方、非接触現像方式を採用する電子写真装置では、図６に示すように、感光ドラム４０と現像ロール５０とが非接触状態であり、これら両者の間にバイアス電圧を印加することにより、現像ロール５０からトナーを飛翔させ、感光ドラム４０上でトナー像を形成している。しかしながら、その現像ロール５０として、上記のような、両端近傍が中間部よりも大径になっているものを用いると、図７に示すように、感光ドラム４０の表面と現像ロール５０の表面との間の距離は、両端近傍が中間部よりも小さくなるため、両端近傍で放電不良やリークが発生し、その結果、画像の不具合が発生する。

そこで、上記両表面間の距離を均一にするために、図５において、弾性層５２の両端近傍を面取り加工することや、大径になる部分に対応する軸体５１の部分を小径化すること等が行われている。しかしながら、これらの方法ではいずれも、加工等を要するため、ロット毎の加工寸法のばらつきが発生する。そこで、上記加工を不要にするために、弾性層を成形するための円筒状金型として、その両端近傍を両端縁に向かって徐々に小径化したものを用いることにより、弾性層の両端近傍も端縁に向かって徐々に小径になるようにする方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平８−２７６５１２号公報

上記特許文献１の方法では、脱型後の加工は不要になるものの、作製されるものは、弾性層の両端近傍が両端縁に向かって徐々に小径となるＲ面形状になったものとなる。このものを、接触現像方式に用いると、放電不良やリークが充分に防止され、画像不具合の発生も防止される。しかし、両端近傍のＲ面形状部では、感光ドラムとの間に隙間ができるため、その隙間からトナー漏れ等の不都合を生じる。一方、非接触現像方式では、トナー漏れを防止する目的で現像ロールの弾性層の両端近傍に、シール部材を嵌着等し、この部分を感光ドラムに圧接させることが行われるが、上記のように、弾性層の両端近傍が両端縁に向かって徐々に小径となっていると、シール部材における左右両端側のシール圧が弱くなるため、そのシール圧が弱くなったシール部分からトナーが漏れて機器の内部が汚れ、それが画像を汚す原因となる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、軸体の外周面に金型成形により形成される弾性層の両端部分を加工することなく、画像不具合の発生を充分に防止することができる電子写真用導電ロールの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の電子写真用導電ロールは、軸体と、この軸体の外周面に金型成形により形成される弾性層と、この弾性層の外周面に形成される被覆層とを備え、感光ドラムに対峙して設けられる電子写真用導電ロールであって、上記弾性層の外周面が金型の型面の転写面になっており、感光ドラム表面の静電潜像非形成領域に対応する弾性層の部分が、段状に縮径されているとともに、その縮径部分の軸方向両端近傍部の外径が、両端縁に向かって徐々に拡径され、その拡径部分における電子写真用導電ロールの最大径が、軸方向中央部分における電子写真用導電ロールの直径よりも小さく設定されているという構成をとる。

なお、本発明において、「感光ドラム表面の静電潜像非形成領域」は、感光ドラム表面の軸方向左右両端側に位置しており、それら非形成領域の間の領域が静電潜像形成領域となっている。また、電子写真用導電ロールの「軸方向中央部分」とは、感光ドラム表面の上記静電潜像形成領域に対応する部分である。

また、「拡径部分における電子写真用導電ロールの最大径が、軸方向中央部分における電子写真用導電ロールの直径よりも小さく設定されている」とは、電子写真用導電ロールを実機に組み付けた状態において、拡径部分における電子写真用導電ロールの最大径部分の表面と感光ドラム表面との間の距離が、軸方向中央部分における電子写真用導電ロール表面と感光ドラム表面との間の距離よりも大きく設定されていることを意味する。すなわち、電子写真用導電ロールは、全体が均一径の真円柱形状、軸方向の中央が大径で両端に向かって徐々に小径となるクラウン形状、またはそれとは逆の逆クラウン形状に形成されるが、いずれの形状であっても、接触式の場合は、電子写真用導電ロールの実機への組み付けにより、感光ドラムが電子写真用導電ロールの弾性表面に少し食い込み、電子写真用導電ロールの表面が若干変形する（その結果、直径は少し縮径する）が、上記「軸方向中央部分における電子写真用導電ロールの直径」とは、その変形（縮径）した状態の直径を意味する。なお、非接触式の場合は、感光ドラムに対しては、このような現象は生じないが、層形成ブレード，ブラシ，補給ロール等に対しては、接触して、その表面が若干変形する。この場合は、その変形した状態の直径を意味する。

ところで、本発明の電子写真用導電ロールは、弾性層の外周面が金型の型面の転写面になっているため、弾性層に対して面取り等の後加工を要しないという利点がある。そして、後加工を施していないため、弾性層の軸方向両端近傍部は、跳ね上がったように拡径するが、弾性層の軸方向左右両端部分（感光ドラム表面の静電潜像非形成領域に対応する部分）の形状寸法が、それを見越して予め段状に縮径されていることにより、上記拡径部分の電子写真用導電ロールの最大径は、軸方向中央部分における電子写真用導電ロールの直径よりも小さくなる。このため、接触式では、その両端近傍部の削れが生じなくなり、その削れによるリーク等が防止され、非接触式では、感光ドラム表面と電子写真用導電ロール表面との間の距離が、両端近傍部で軸方向中央部分よりも小さくなることがなく、両端近傍部での放電不良やリーク等が防止される。さらに、被覆層の形成の際には、弾性層の左右両端近傍部の上記跳ね上がった拡径部分が、軸方向端縁から軸方向外側への被覆層形成材料の液だれを防止して、段状縮径部分における被覆層の厚みを均一化し易くしている。このため、その段状縮径部分における被覆層の表面は、軸方向に略フラットとなり、非接触式では、その被覆層の表面において、トナー漏れ防止用のシール部材や感光ドラム表面との距離を保持するギャップテープ等が密着して安定化する。その結果、トナー漏れ防止や電子写真用導電ロールの保持が確実なものとなり、画像の汚れが防止される。

本発明の電子写真用導電ロールは、感光ドラム表面の静電潜像非形成領域に対応する弾性層の部分が、段状に縮径されているため、その縮径部分の軸方向両端近傍部の外径が、脱型後の収縮により両端縁に向かって徐々に拡径しても、軸方向両端近傍部の電子写真用導電ロールの最大径を、軸方向中央部分における電子写真用導電ロールの直径よりも小さくすることができる。これにより、両端近傍部での放電不良やリークの発生を防止することができ、画像不具合の発生を防止することができる。また、両端近傍部の弾性層の拡径部分は、被覆層形成材料の軸方向外側への液だれを防止することができるとともに、段状縮径部分における被覆層の表面を軸方向に略フラットにすることができる。このため、非接触式では、シール部材やギャップテープ等を密着させて安定化させることができ、その結果、トナー漏れ防止や電子写真用導電ロールの保持を確実なものとすることができ、画像の汚れを防止することができる。しかも、弾性層の外周面が金型の型面の転写面になっているため、弾性層は後加工が不要となり、ロット毎の寸法のばらつきが殆どない。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の電子写真用導電ロールの一実施の形態を示している。この実施の形態では、電子写真用導電ロールとして、感光ドラムに対峙して設けられる現像ロールについて説明する。この現像ロールは、軸体１の外周面に弾性層２が形成されており、軸方向両端側の弾性層２は、段状に縮径されて形成されている。その両端側の縮径部分は、感光ドラム表面の軸方向両端部の静電潜像非形成領域に対応する部分であり、上記両端側の縮径部分の間の部分が、感光ドラム表面の静電潜像形成領域に対応する部分となっている。また、上記弾性層２の外周面は、金型の型面の転写面になっており、上記脱型後は、上記弾性層２の外周面に面取り加工等が施されていない。このため、上記縮径部分は、軸方向両端近傍部の外径が、脱型後の収縮により両端縁に向かって徐々に拡径している。さらに、この実施の形態では、上記弾性層２の外周面に中間層（第１被覆層）３が形成され、その中間層の外周面に表層（第２被覆層）４が形成されている。そして、上記両端近傍部の拡径部分における現像ロールの最大径〔表層（第２被覆層）４の部分の最大径〕は、感光ドラム表面の静電潜像形成領域に対応する部分における現像ロールの直径〔表層（第２被覆層）４の部分の直径〕よりも小さく設定されている。これにより、上記電子写真用導電ロールを実機に組み付けた状態では、上記両端近傍部の拡径部分における表層（第２被覆層）４の表面と感光ドラム表面との間の距離が、上記静電潜像形成領域に対応する表層（第２被覆層）４の表面と感光ドラム表面との間の距離よりも大きくなるようになっている。

すなわち、図２に示すように、上記現像ロールと感光ドラム４０とが接触する接触現像方式では、その接触部分（静電潜像形成領域に相当）において、感光ドラム４０が弾性をもつ現像ロールの表面に少し食い込んだ状態となって、現像ロールの表面が若干変形（縮径）しているが、上記両端近傍部の拡径部分における表層（第２被覆層）４の表面は、最大径部分であっても、感光ドラム４０の表面に接触していない。

一方、図３に示すように、上記現像ロールと感光ドラム４０とが接触しない非接触現像方式では、現像ロールが真円柱形状，クラウン形状，または逆クラウン形状のいずれの形状であっても、軸方向中央部分（静電潜像形成領域に相当）は、現像ロール表面と感光ドラム４０の表面との距離が均一となっており、その均一距離よりも、両端近傍部の拡径部分における表層（第２被覆層）４の最大径部分の表面と感光ドラム４０の表面との間の距離の方が大きくなっている。そして、トナー漏れ防止用のシール部材１０や感光ドラム４０の表面との距離を保持するギャップテープは、両端側の上記段状縮径部分に嵌着されるようになっている。

したがって、上記現像ロールを実機に組み込むと、接触式では、その両端近傍部の削れが生じなくなり、その削れによるリーク等が防止され、非接触式では、感光ドラム４０の表面と電子写真用導電ロール表面との間の距離が、両端近傍部で軸方向中央部分よりも小さくなることがなく、両端近傍部での放電不良やリーク等が防止される。

上記現像ロールは、例えば、つぎのようにして作製される。すなわち、まず、図４に示すように、弾性層２を形成するための円筒状金型２０を準備する。この金型２０の内部の型面形状は、弾性層２の外周面形状に対応しており、軸方向両端側が段状に縮径されて形成され、それらの間の中間部分が、目的に応じた真円柱形状，クラウン形状，逆クラウン形状に形成されている（図４では、真円柱形状）。また、上記両端側の縮径部分は、通常、均一径に形成されるが、これに限定されるものではない。このような金型２０を用いて成形すると、脱型後の収縮により、図１に示すように、弾性層２の軸方向両端近傍部が跳ね上がったように拡径する。そして、上記形成された弾性層２の表面に、従来と同様にして、抵抗調整層や保護層等の中間層（第１被覆層）３および表層（第２被覆層）４を形成する。このようにして、上記現像ロールを作製することができる。

上記中間層（第１被覆層）３および表層（第２被覆層）４の形成において、各形成材料を塗布後に乾燥させる際には、各形成材料が軸方向端縁へ流れるが、弾性層２の上記跳ね上がった拡径部分が、軸方向端縁から軸方向外側への被覆層形成材料の液だれを防止して、段状縮径部分における中間層（第１被覆層）３および表層（第２被覆層）４の厚みを均一化し易くしている。その結果、上記段状縮径部分における表層（第２被覆層）４の表面は、軸方向に略フラットとなり、その表面では、上記シール部材１０やギャップテープ等が密着して安定化するようになる。その結果、トナー漏れ防止や現像ロールの保持が確実なものとなり、画像の汚れが防止される。

より詳しく説明すると、上記軸体１は、特に限定されるものではなく、中実でも中空でもよい。また、上記軸体１の材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄，鉄にめっきを施したもの，ステンレス，アルミニウム等があげられる。そして、上記軸体１の表面には、通常、接着剤やプライマー等が塗布される。さらに、上記接着剤やプライマー等は、必要に応じて、導電化してもよい。

上記弾性層２の形成材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン系エラストマー，エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ），スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），シリコーンゴム，アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ），水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）等があげられる。なかでも、低硬度でへたりが少ないという点から、導電性シリコーンゴムを用いることが好ましい。また、必要に応じて、導電剤，シリコーンオイル，加硫剤，加硫促進剤，滑剤，助剤等を適宜に添加してもよい。そして、上記弾性層２の厚みは、特に限定されないが、通常、０．５〜５ｍｍ程度に設定される。

上記中間層（第１被覆層）３の形成材料としては、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴム（水素化ニトリルゴム：Ｈ−ＮＢＲ），アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ニトリルゴム：ＮＢＲ），ポリウレタン系エラストマー，クロロプレンゴム（ＣＲ），天然ゴム，ブタジエンゴム（ＢＲ），アクリルゴム（ＡＣＭ），イソプレンゴム（ＩＲ），スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），ヒドリンゴム（ＥＣＯ，ＣＯ），ウレタンゴム，フッ素ゴム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、接着性およびコーティング液の安定性の点から、Ｈ−ＮＢＲが特に好ましい。

上記表層（第２被覆層）４の形成材料としては、下記の主材料に導電剤が含有されているものが用いられる。すなわち、その主材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ウレタン樹脂，ポリアミド樹脂，アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ブチラール樹脂（ＰＶＢ），アルキッド樹脂，ポリエステル樹脂，フッ素ゴム，フッ素樹脂，フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物，シリコーン樹脂，シリコーングラフトアクリルポリマー，アクリルグラフトシリコーンポリマー，ニトリルゴム，ウレタンゴム等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、耐摩耗性の点で、ウレタン樹脂が好ましい。

なお、上記実施の形態において、現像ロールをクラウン形状にする場合は、現像ロールを実機に組み付けると、その組み付け時の態様により、現像ロールが、軸方向の中央部が感光ドラム４０から離れるように反る場合である。これに対して、現像ロールを逆クラウン形状にする場合は、現像ロールを実機に組み付けると、その組み付け時の態様により、現像ロールが、軸方向の中央部が感光ドラム４０に近づくように反る場合である。

また、上記実施の形態では、特に、現像ロールについて説明したが、帯電ロールや転写ロールについても同様である。すなわち、上記実施の形態と同様にすることにより、帯電の際の帯電不良や転写の際の転写不良を防止することができ、画像不具合の発生も防止することができる。なお、上記帯電ロールや転写ロールの形成材料や製法等は、前記と同様とすることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〕
図１と同様の現像ロールを作製した。軸体として直径８ｍｍの鉄製の中実円柱状のものを用いた。弾性層の中間部分（感光ドラム表面の静電潜像形成領域に対応する部分）は、全体が均一径の真円柱形状とし、軸方向の長さ２５０ｍｍ、直径１６ｍｍ（厚み４ｍｍ）とした。また、弾性層の両端側の縮径部分（感光ドラム表面の静電潜像非形成領域に対応する部分）は、それぞれ軸方向の長さ１１ｍｍ、直径１５．６ｍｍ（厚み３．８ｍｍ）とし、その両端近傍部は、直径が拡径し最大径が１５．８７ｍｍになっていた。また、被覆層は、２層構造とし、内側に厚み１０μｍの中間層（第１被覆層）を形成し、外側に厚み１０μｍの表層（第２被覆層）を形成した。このような現像ロールの作製のために、下記の形成材料および円筒状金型を準備した。

〔弾性層の形成材料〕
導電性シリコーンゴム（ＫＥ１３５７ Ａ／Ｂ、信越化学工業社製）をニーダーを用いて混練することにより、弾性層の形成材料を調製した。

〔中間層（第１被覆層）の形成材料〕
Ｈ−ＮＢＲ（ゼットポール００２０、日本ゼオン社製）１００重量部に対して、ステアリン酸０．５重量部，亜鉛華（ＺｎＯ）５重量部，カーボンブラック（デンカブラックＨＳ−１００、電気化学工業社製）３０重量部，加硫促進剤（ＢＺ）１重量部，加硫促進剤（ＣＺ）２重量部，硫黄１重量部をニーダーを用いて混練した後、ＭＥＫ４００重量部を加えて混合，攪拌することにより、中間層（第１被覆層）の形成材料を調製した。

〔表層（第２被覆層）の形成材料〕
アクリルゴム１００重量部に対して、カーボンブラック（デンカブラックＨＳ−１００、電気化学工業社製）１０重量部をボールミルを用いて混練した後、ＭＥＫ４００重量部を加えて混合，攪拌することにより、表層（第２被覆層）の形成材料を調製した。

〔円筒状金型〕
上記弾性層を形成するための円筒状金型として、図４示す、両端側が縮径されたものを用いた。内部の型面形状の中間部分は、全体が均一径の真円柱形状とし、軸方向の長さ２５０ｍｍ、直径１６．６７ｍｍとした。また、その両端側の縮径部分も、全体が均一径の真円柱形状とし、それぞれ軸方向の長さ１１ｍｍ、直径１６．２７ｍｍとした。

〔ロール体の作製〕
上記実施の形態と同様にして、上記円筒状金型を用いて成形することにより、軸方向両端側に段状縮径部分を有する弾性層が形成されたロール体を作製した。なお、成形は１９０℃×３０分間とした。

〔被覆層の形成〕
上記ロール体の外周面に、中間層（第１被覆層）の形成材料をロールコーティング法により塗工した後、乾燥させ、中間層（第１被覆層）を形成した。その後、その中間層（第１被覆層）の外周面に、表層（第２被覆層）の形成材料をロールコーティング法により塗工した後、乾燥させ、表層（第２被覆層）を形成した。

〔比較例１〕
上記実施例１において、円筒状金型として、内部の円柱状型面の内径が軸方向全体に均一であるものを用いて、弾性層の両端が跳ね上がった（拡径した）ロール体を作製した。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

〔比較例２〕
上記比較例１により作製されたロール体は、弾性層の両端近傍が跳ね上がっている（拡径している）ため、その拡径部分を面取り加工し、弾性層の厚みを軸方向全体に略均一にした。それ以外は、上記比較例１と同様にした。

〔リーク評価〕
上記実施例１および比較例１，２の各現像ロールを、接触現像方式を採用するコピー機と非接触現像方式を採用するコピー機とにそれぞれ組み込み、画出しを行った。その結果、画像にすじが全く無いものはリークが発生していないとして○、画像に薄いすじが少しあるものを△、画像にすじが明確に確認できるものを×と評価し、下記の表１に併せて表記した。なお、この評価は、目視にて行った。

上記表１の結果より、実施例１の現像ロールは、比較例１，２と比較すると、接触現像方式でも非接触現像方式でも、リークが発生しないことがわかる。

本発明の電子写真用導電ロールの一実施の形態を示す説明図である。 上記電子写真用導電ロールを接触式に用いた状態を示す説明図である。 上記電子写真用導電ロールを非接触式に用いた状態を示す説明図である。 上記電子写真用導電ロールの弾性層の成形に用いる金型を示す説明図である。 従来の電子写真用導電ロールを示す説明図である。 非接触現像方式における感光ドラムと現像ロールを示す説明図である。 非接触現像方式における従来の現像ロールと感光ドラムとの間の一端近傍を示す拡大図である。

符号の説明

１ 軸体
２ 弾性層

Claims (1)

1. 軸体と、この軸体の外周面に金型成形により形成される弾性層と、この弾性層の外周面に形成される被覆層とを備え、感光ドラムに対峙して設けられる電子写真用導電ロールであって、上記弾性層の外周面が金型の型面の転写面になっており、感光ドラム表面の静電潜像非形成領域に対応する弾性層の部分が、段状に縮径されているとともに、その縮径部分の軸方向両端近傍部の外径が、両端縁に向かって徐々に拡径され、その拡径部分における電子写真用導電ロールの最大径が、軸方向中央部分における電子写真用導電ロールの直径よりも小さく設定されていることを特徴とする電子写真用導電ロール。