JP2006220742A - 作像ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂系シャフトを有しながら、導電性弾性材料の研磨加工によって破損することのない作像ローラを提供する。
【解決手段】シャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備え、前記シャフトは、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、および導電材を含む樹脂組成物で形成され、前記シャフトは、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度および１５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を示すことを特徴とする作像ローラ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式に基づく画像形成装置の作像部に使用される作像ローラに係り、特に、樹脂系シャフトを備える作像ローラに関する。

複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式に基づく画像形成装置の作像部には、転写ローラ、トナー供給ローラ、現像ローラ、クリーニングローラ等作像に関与する作像ローラが使用されている。従来、そのような作像ローラは、金属製のシャフトの外周に導電性弾性層を設けた構成のものであるが、近年、画像形成装置の小型化、軽量化等の要請により、シャフトを樹脂組成物で形成することが試みられている。例えば、特許文献１および特許文献２には、ポリアミド等の合成樹脂および導電剤と、場合により繊維を含む樹脂組成物からなる非磁性現像ローラが開示されている。また、特許文献３には、ポリアミド樹脂と導電性材料を含む導電性樹脂組成物からなるシャフトを備える現像ローラが開示されている。
特開２００１−２１５７８０号公報 特開２００３−１９５６０１号公報 特開２００２−４０７９８号公報

しかしながら、従来の樹脂系シャフトは、上記特許文献２に記載されているように、樹脂系シャフトを配設した金型内で導電性弾性材料を発泡させることだけか、発泡させた導電性弾性材を所定形状に成形した後、これを樹脂系シャフトに接着することだけにより導電性弾性層を設ける場合や、特許文献３に記載されているように、樹脂系シャフトに半導電性材をコーティングするだけにより半導電性層を設ける場合には、問題はないが、樹脂系シャフトの外周に導電性弾性材料を押し出し等により被覆した後、樹脂系シャフトのジャーナル部でシャフトを支持し、被覆した導電性弾性材料を研磨して導電性弾性材料を形成する場合には、研磨の際に樹脂系シャフトがジャーナル部で破壊してしまい、作像ローラを作成できないという問題が生じることが本発明者らによって明らかとなった。

したがって、本発明は、樹脂系シャフトを有しながら、導電性弾性材料の研磨加工によって破損することのない作像ローラを提供することを目的とする。

本発明によれば、シャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備え、前記シャフトは、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、および導電材粒子を含む樹脂組成物で形成され、前記シャフトは、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度および１５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を示すことを特徴とする作像ローラが提供される。

本発明によれば、樹脂系シャフトを有しながら、導電性弾性材料の研磨加工によって破損することのない作像ローラが提供される。

以下、本発明をより詳しく説明する。

本発明の作像ローラは、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、および導電材粒子を含む樹脂組成物から形成されたシャフトを有し、このシャフトの外周に導電性弾性層が設けられている。

本発明の作像ローラのシャフトは、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度および１５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を示す。曲げ強度および曲げ弾性率がこれら値未満であると、シャフトに導電性ゴム等の導電性弾性層を設けた後、その導電性弾性層を砥石等で研削・研磨する際に割れ等が発生し得る。

本発明の作像ローラのシャフトは、さらに、７０℃以上のガラス転移点を示すことが好ましい。作像ローラは、通常、ユニットとして組み立てられ、応力のかかった状態で６０℃程度で保存されることが多い。また、ジャーナル部の切削加工時に６０℃程度の温度に加熱されることがある。ガラス転移点が７０℃未満であると、上記保存時にたわみが発生する可能性があり、また上記切削加工時に変形し、表面精度が低下するおそれがある。

また、本発明の作像ローラのシャフトは、さらに、１．８以下の比重を示すことが好ましい。比重が１．８を超えると、軽量化の要請に十分に応えることができないおそれがある。

さらに、本発明の作像ローラのシャフトは、１×１０⁵Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率を示すことが好ましい。１×１０⁵Ω・ｃｍを超える体積抵抗率は、シャフトの外周に設けられる導電性弾性層に必要な抵抗値よりも高くなり、印字に悪影響を及ぼす恐れがある。

上記物性を示すシャフトは、上述のように、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、および導電材粒子を含み、脂肪族ポリアミドをさらに含み得る樹脂組成物から形成されるものである。

芳香族ポリアミドは、主鎖に芳香族基を有するポリアミドであり、メタキシリレンジアミンと、アジピン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸等のα，ω−脂肪族ジカルボン酸との重縮合反応により得られるものである。メタキシリレンジアミンとアジピン酸とから得られる芳香族ポリアミドは、ポリアミドＭＸＤ６として知られている。

脂肪族ポリアミドは、ヘキサメチレンジアミン等のポリメチレンジアミンと脂肪族ジカルボン酸との重縮合物の構造を有し、ポリアミド６、ポリアミド６，６等が含まれる。

ガラス繊維としては、それ自体既知のものを用いることができる。ガラス繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。

導電材としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックや、炭素繊維等を好適に用いることができる。炭素繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。導電材としては、カーボンブラックと炭素繊維を併用することができる。

上記樹脂組成物は、シャフトに上記物性をもたらすために、芳香族ポリアミドと脂肪族ポリアミドとの合計１００重量部に対し、ガラス繊維を１０〜３００質量部、導電材を０．１〜２０質量部の割合で含有する。芳香族ポリアミドと脂肪族ポリアミドの質量比は、１００：０〜５０：５０であることが好ましい。

本発明の作像ローラのシャフトは、射出成形等の方法により成形することができる。射出成形後、ジャーナル部を切削加工で仕上げることができる。すなわち、より詳しくは、本発明の作像ローラは、ローラ本体と、ローラ本体の両端に一体的に設けられたジャーナル部を有する。

シャフト本体の外周に設ける導電性弾性層は、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴム材料をベースとし、これに導電性を付与するためにカーボンブラックや金属粉等の導電物質を配合した導電性ゴム材料で形成することができる。導電性弾性層は、導電性ゴム材料をシャフト本体の外周に被覆した後、常法により砥石等で研磨・研削することによって形成される。あるいは、導電性弾性材料で形成されたチューブ体をシャフト本体の外周に接着させ、チューブ体を常法により研磨・研削することによっても導電性弾性層を形成することができる。いずれの場合にも、研磨は、本体の外周に設けられた導電性弾性材料を有するシャフトを両ジャーナル部で支持し、シャフトを回転させながら行う。最終の導電性弾性層（研磨後）の厚さは、研磨精度の観点から、０．２ｍｍ以上である。研磨後の導電性弾性層の厚さは、通常１０ｍｍ以下である。

導電性弾性層の外周には、特開平１１−２４２３８３号公報に開示された微多孔質被覆層を設けることができる。この微多孔質被覆層は、ポリオール、イソシアネート化合物、および揮発性シリコーン油を包含する気孔形成剤を含有する反応混合物を、ポリオールとイソシアネート化合物との反応条件に供して得られるものである。この微多孔質被覆層は、発泡現象を伴わずに形成されるものであり、従って通常の発泡に必要な型を必要としない。上記反応混合物には、活性水素を有する反応性シリコーン油を含めることもできる。このような微多孔質被覆層を設けることにより、本発明の作像ローラを現像ローラとした場合に、感光ドラムの汚染やネガゴーストの発生をより一層効果的に防止することができる。

本発明の作像ローラは、現像ローラのほか、転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラ等として提供され得る。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はそれらの実施例により限定されるものではない。

実施例１〜４、比較例１〜３
芳香族ポリアミドとして三菱ガス化学社製ポリアミドＭＸＤ６を、脂肪族ポリアミドとして三菱エンジニアリングプラスチック社製ノバミッド（登録商標）１００７Ｊを、ガラス繊維として旭ファイバーグラス社製ＣＳ０３−ＪＡＦＴ２を、カーボンブラックとして三菱化学社製＃３０５０Ｂを用い、下記表１に示す組成の樹脂組成物から直径１４ｍｍ、面長（ゴム加工部）２３５ｍｍのシャフトを射出成形し、ジャーナル部を切削加工で仕上げ、ブラザー工業社製プリンターＨＬ−１８５０用現像ローラとして用いられる樹脂系シャフトを得た。得られたシャフトの曲げ弾性率、曲げ強度、ガラス転移点、比重、表面抵抗を測定した。結果を表２に示す。なお、曲げ弾性率および曲げ強度は、東洋精機製作所社製ストログラフＶ１０−Ｃにより、ガラス転移点は、島津製作所社製熱分析装置ＤＳＣ−６０により、比重は、アルファミラージュ社製電子比重計ＭＤ−２００Ｓにより、体積抵抗率は、アドバンテスト社製抵抗計Ｒ８３４０により、それぞれ測定した。

さらに、各シャフトの振れを常法により測定した。すなわち、シャフトをジャーナル部で支持し、シャフトを回転させたときのシャフトの長手方向中心部でのシャフトの変位の最大値と最小値をレーザーを用いて光学的に測定し、その差をシャフトの振れとして求めた。結果（高温放置前）を表２に併記する。また、高温放置後のシャフトの振れも測定した。すなわち、各シャフトをジャーナル部で支持し、シャフトの中央部に１ｋｇの荷重を掛け、５５℃で５日間放置した後、上記方法によりシャフトの振れを測定した。結果（高温放置後）を表２に併記する。

次に、各シャフト外周に体積抵抗率が１０⁶ Ω・ｃｍでＪＩＳ Ａ硬度が４５゜の導電性シリコーンゴムを被覆し、これを研磨し、外径が２０ｍｍのゴム被覆ローラを作製した。

上記シリコーンゴム層の研磨後のシャフトの振れを上記方法で測定した。結果を表２に併記する。このシリコーンゴム層の研磨の際、比較例１のシャフトを有するゴム被覆ローラは、研磨条件如何に拘わらずシャフト自体の割れが生じたり、シャフトのたわみによりゴム層が均一に研削できなかったりして、現像ローラを得ることができなかった。また、比較例２のシャフトは、研磨条件を大きく変更することによりなんとか研磨することができたが、研磨後の振れは、０．２ｍｍと非常に大きなものとなった（表２参照）。

次に、フッ素含有ポリオール（ダイキン工業社製ゼッフル）１００重量部と導電性カーボンブラック（キャボット社製）５重量部に酢酸ブチル３００重量部を加え、分散機を用いて分散させた。この分散物に揮発性シリコーン油（信越化学工業社製ＫＦ９６Ｌ）５重量部を加え、攪拌し主剤とした。この主剤に硬化剤としてウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート（旭化成工業社製デュラネート）を主剤中のヒドロキシル基の当量と、硬化剤中のイソシアネート基の当量とが１：１となるように配合してコーティング材Ａを調製した。このコーティング材Ａを前記各ゴム被覆ローラに厚さが１０μｍとなるようにスプレー塗装し、風乾した後、１６０℃で４０分加熱して所望の微小多孔質被覆層を形成し、現像ローラを得た。

得られた現像ローラをブラザー工業社製プリンターＨＬ−１８５０に組み込み、３０００枚の通紙試験を行い、画像を評価した。結果を表２に併記する。

表２に示す結果から明らかなように、実施例１〜４のシャフトは、１５ＧＰａ以上の曲げ弾性率、および２５０ＭＰａ以上の曲げ強度を示すことにより、被覆ゴム層を研磨後の振れも小さく、鮮明な画像を与える現像ローラを提供することができ、また高温放置後の振れも小さい。

Claims (7)

1. シャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備え、前記シャフトは、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、および導電材を含む樹脂組成物で形成され、前記シャフトは、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度および１５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を示すことを特徴とする作像ローラ。
2. 前記シャフトが、７０℃以上のガラス転移点をさらに示すことを特徴とする請求項１に記載の作像ローラ。
3. 前記シャフトが、１．８以下の比重をさらに示すことを特徴とする請求項１または２に記載の作像ローラ。
4. 前記シャフトが、１×１０⁵Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率をさらに示すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作像ローラ。
5. 前記導電材が、カーボンブラックを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の作像ローラ。
6. 前記樹脂組成物が、脂肪族ポリアミドをさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の作像ローラ。
7. 前記導電性弾性層は、弾性材料として、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴムおよびエチレンプロピレンゴムからなる群の中から選ばれるゴム材料を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の作像ローラ。