JP2006251035A - 導電性ローラおよびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産のための設備コストを抑制することのできる導電性ローラおよびそれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】導電性ローラ１は、導電剤を含有した樹脂製の中空円筒体もしくは中実円柱体よりなるシャフト部材２の半径方向外側に、導電剤を含有するシリコーンゴムもしくはウレタンゴムよりなる弾性層３の一層以上を配設してなり、弾性層３は、導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料よりなる塗料中にシャフト部材２を浸漬して形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置に用いられる導電性ローラと、この導電性ローラを用いた画像形成装置に関し、特に、導電性ローラを生産するためのコストを低減したものに関する。

複写機やプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、種々の導電性ローラが用いられており、感光ドラム等の潜像保持体に電荷を付与するための帯電ローラ、潜像保持体上の潜像を可視化させるため非磁性現像剤（トナー）を潜像保持体に供給する現像ローラ、このトナーを現像ローラに供給するトナー供給ローラ、潜像保持体上のトナーを紙等の記録媒体に転写するのに用いられる転写ローラ、トナーの仲介を司る中間転写ローラ、潜像保持体上に残ったトナーを除去するクリーニングローラ、さらには、画像形成装置に用いられる導電性ベルトを走行可能に駆動もしくは従動支持するベルト駆動ローラ等がその例である。

従来、これらの導電性ローラとしては、導電性のシャフト部材の外周に、導電剤を配合することにより導電性を付与した導電性のゴムや高分子エラストマー、高分子フォーム等からなる導電性弾性層を形成し、所望に応じその外周にさらに樹脂層などの塗膜を形成したものが使用されている。

かかるシャフト部材としては、例えば、硫黄快削鋼やアルミニウム、ステンレス鋼等に、ニッケル、亜鉛めっき等を施したもののほか、ローラを軽量化するため、導電剤を含有した樹脂製の中空円筒体もしくは中実円柱体よりなるものも用いられ、また、導電性弾性層を構成する母材としては、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）のほか、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム等が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

そして、これらの公知の文献には、シリコーンゴムよりなる弾性層の場合として、液状シリコーンゴム配合物を、導電性ローラの最終形状を決定する金型内に射出して加硫させる、いわゆるＬＩＭ成型（ｌｉｑｕｉｄＩｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ（リキッドインジェクションモールディング））、液状シリコーンゴム射出成型）の手法によって形成したものが示されており、また、ポリウレタンゴムよりなる弾性層の場合としては、導電性ローラの最終形状を決定する金型内に、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを混合射出して、反応、硬化させる、いわゆるウレタンＲＩＭ成型（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ（リアクションインジェクションモールディング、ウレタン反応射出成型））の手法を用いて形成したものが示されている。
特開２００４−１５０６１０号公報 特開２００４−１５１６１６号公報

しかしながら、弾性層にシリコーンゴムもしくはポリウレタンゴムよりなる弾性層を、ＬＩＭ成型あるいはＲＩＭ成型の手法により形成した場合には、高価な金型を数多く必要とし、設備に要するコストが膨大なものとなってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされてものであり、生産のための設備コストを抑制することのできる導電性ローラおよびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

＜１＞は、導電剤を含有した樹脂製の中空円筒体もしくは中実円柱体よりなるシャフト部材の半径方向外側に、導電剤を含有するシリコーンゴムもしくはウレタンゴムよりなる弾性層の一層以上を配設した導電性ローラにおいて、
前記弾性層を、導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料よりなる塗料中に前記シャフト部材を浸漬して形成してなる導電性ローラである。

＜２＞は、＜１＞において、前記弾性層の半径方向外側に樹脂層を配設し、この樹脂層を、弾性層が形成済みのシャフト部材を塗料中に浸漬して形成してなる導電性ローラである。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記シャフト部材の長さ方向片側端部に、ギヤを一体的に形成してなる導電性ローラである。

＜４＞は、＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、前記シャフト部材を形成する前記樹脂は、汎用樹脂，汎用エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチックよりなる群から選ばれた少なくとも一種の合成樹脂である導電性ローラである。

＜５＞は、＜４＞において、前記汎用エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリアセタール，ポリアミド６，ポリアミド６・６，ポリアミド１２，ポリアミド４・６，ポリアミド６・１０，ポリアミド６・１２，ポリアミド１１，ポリアミドＭＸＤ６，ポリブチレンテレフタレート，ポリフェニレンオキサイド，ポリフェニレンサルファイド，ポリフェニレンエーテル，ポリエーテルスルホン，ポリカーボネート，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエーテルイミド，ポリスルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエチレンテレフタレート，ポリアリレートポリテトラフルオロエチレン，又は液晶ポリマーである導電性ローラである。

＜６＞は、＜１＞〜＜５＞のいずれかにおいて、シャフト部材を形成する樹脂に含有される導電剤が、カーボンブラック，グラファイト，酸化スズ，酸化チタン，酸化亜鉛，ニッケル，アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた少なくとも一種である導電性ローラである。

＜７＞は、＜１＞〜＜６＞のいずれかにおいて、前記シャフト部材を中空円筒体よりなるものとし、中空円筒体に、その外周面から半径方向内側に向かって延在する補強用リブを設けてなる導電性ローラである。

＜８＞は、＜７＞において、前記シャフト部材に、前記中空円筒体の半径方向中心に配置され中空円筒体を嵌通する金軸を設け、金軸を前記補強リブの半径方向内側端を支持するよう構成してなる導電性ローラである。

＜９＞は、＜８＞において、前記中空円筒体を、複数の円筒部材を長さ方向に連結して構成してなる導電性ローラである。

＜１０＞は、＜１＞〜＜９＞のいずれかの導電性ローラを具えてなる画像形成装置である。

＜１＞によれば、前記弾性層を、導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料よりなる塗料中に前記シャフト部材を浸漬して形成したので、高価な金型を多数用いる必要はなく、簡易なディップ装置と乾燥装置だけで、これらのローラを生産することができ、設備に要するコストを大幅に低減することができる。

＜２＞によれば、樹脂層も、ディップ塗装により形成されるので、弾性層の形成に用いる設備を共用することができ、設備コストをなお一層低減することができる。

＜３＞によれば、シャフト部材の長さ方向片側端部に、ギヤを一体的に形成したので、電子写真装置に、導電性ローラを回転駆動するギヤを別途取り付ける必要がなく、電子写真装置としてのコストを低減することができる。

＜４＞によれば、前記シャフト部材を形成する前記樹脂を、汎用樹脂，汎用エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチックよりなる群から選ばれた少なくとも一種の合成樹脂からなるものとしたので、広く用いられている樹脂成型機により成形が可能なことにより安価に製造でき、また、成型品形状の自由度を高くすることができ、さらには、リサイクル性も高めることができる。

＜５＞によれば、汎用エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックを、ポリアセタール，ポリアミド６，ポリアミド６・６，ポリアミド１２，ポリアミド４・６，ポリアミド６・１０，ポリアミド６・１２，ポリアミド１１，ポリアミドＭＸＤ６，ポリブチレンテレフタレート，ポリフェニレンオキサイド，ポリフェニレンサルファイド，ポリフェニレンエーテル，ポリエーテルスルホン，ポリカーボネート，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエーテルイミド，ポリスルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエチレンテレフタレート，ポリアリレートポリテトラフルオロエチレン，又は液晶ポリマーから選ばれたものとしたので、これらの材料は、安価に、しかも簡易に材料を入手することができ、また、曲げ強さ、吸水変化が少ないこと、耐熱性等、導電性ローラに必要とされる特性を具えており、好ましい。

＜６＞によれば、シャフト部材を形成する樹脂に含有される導電剤を、カーボンブラック，グラファイト，酸化スズ，酸化チタン，酸化亜鉛，ニッケル，アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた少なくとも一種であるとしたので、導電性ローラに必要とされる体積抵抗率を付与させることができ、またこれらの材料は、流動性や曲げ強さに優れ、シャフト部材を形成するさいに有利なものなる。

＜７＞によれば、前記シャフト部材を中空円筒体よりなるものとし、中空円筒体に、その外周面から半径方向内側に向かって延在する補強用リブを設けて構成したので、感光ドラム等から受ける曲げに対する強度を上げ、その結果、印刷画像品質を向上させることができる。

＜８＞によれば、前記シャフト部材に、前記中空円筒体の半径方向中心に配置され中空円筒体を嵌通する金軸を設け、金軸を前記補強リブの半径方向内側端を支持するよう構成したので、シャフト部材の曲げに対する強度をなお一層向上させることができる。

＜９＞によれば、複数の円筒部材を長さ方向に連結して前記中空円筒体を構成したので、部材の長さが短くなることによって向上する加工精度と、加工の容易さにより、導電性ローラを高精度で低コストのものにすることができる。

＜１０＞の発明によれば、＜１＞〜＜９＞のいずれかの導電性ローラを具えるので、前述の通り、導電性ローラの生産にかかるコストを低減することができ、ひいては、画像形成装置のコストを低減することができる。

本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は、本実施形態の導電性ローラを示す断面図である。導電性ローラ１は、シャフト部材２の外周上に導電性の弾性層３を形成し、更にこの弾性層３上に導電性の樹脂層４を形成してなるが、樹脂層４は必須の構成ではない。シャフト部材２は、樹脂製の中実円柱体５、および、その両端に形成されたそれぞれの軸部６よりなり、これらの軸部６は、取付け状態において、図示していない、電子写真装置のローラ支持部に軸支される。

シャフト部材２は、樹脂製であるので、これを金属等で形成する場合に比して、重量の大幅な増加を招くことなくシャフト部材２の径を大きくすることができ、また、樹脂は導電剤を含有するので、シャフト部材２は良好な導電性を有し、このことにより、導電性ローラ１の表面に所望の電位を付与することができる。

シャフト部材２に用いる樹脂材料としては、適度の強度を有するとともに、射出成型等により成形可能なものであればよく、汎用樹脂やエンジニアリングプラスチックの中から適宜選定することができ、特に制限されるものではない。具体的には、エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアセタール、ポリアミド樹脂（例えば、ポリアミド６、ポリアミド６・６、ポリアミド１２、ポリアミド４・６、ポリアミド６・１０、ポリアミド６・１２、ポリアミド１１、ポリアミドＭＸＤ６（メタキシレンジアミンとアジピン酸とから得られるポリアミド）等）、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレンなどを挙げることができる。また、汎用樹脂としては、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンなどが挙げられる。その他、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等を用いることもできる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記の中でも、特にエンジニアリングプラスチックが好ましく、さらに、ポリアセタール、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネートなどが、熱可塑性で成形性に優れ、かつ、機械的強度に優れる点より、好ましい。特に、ポリアミド６・６、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６・１２、あるいはこれらの混合樹脂が好適である。なお、熱硬化性樹脂を用いることに差し支えはないが、リサイクル性を考慮すれば熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

導電剤としては、樹脂材料中に均一に分散することができるものであれば各種のものを使用することが可能であるが、カーボンブラック粉末、グラファイト粉末、カーボンファイバーやアルミニウム、銅、ニッケルなどの金属粉末、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物粉末、導電性ガラス粉末などの粉末状導電剤が好ましく用いられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。この導電剤の配合量は、目的とする導電ローラの用途や状況に応じて適当な抵抗値が得られるように選定すればよく、特に制限されるものではないが、通常はシャフト部材２の材料全体に対して５〜４０重量％、特には、５〜２０重量％とすることが好ましい。

シャフト部材２の体積抵抗率については、上述のようにローラの用途等に応じて適宜設定すればよいが、通常は１×１０⁰〜１×１０¹²Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０²〜１×１０¹⁰Ω・ｃｍ、より好ましくは１×１０⁵〜１×１０¹⁰Ω・ｃｍとする。

シャフト部材２の材料中には、必要に応じ補強や増量等を目的として各種導電性または非導電性の繊維状物やウィスカー、フェライトなどを配合することができる。繊維状物としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維などの繊維を挙げることができ、また、ウィスカーとしては、チタン酸カリウムなどの無機ウィスカーを挙げることができる。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの配合量は、用いる繊維状物やウィスカーの長さおよび径、主体となる樹脂材料の種類や目的とするローラ強度等に応じて適宜選定することができるが、通常は材料全体の５〜７０重量％、特には１０〜２０重量％である。

シャフト部材２は、導電性ローラ１の芯部を構成するものであるため、ローラとして良好な性能を安定的に発揮させるために十分な強度が必要であり、通常、ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠した曲げ強度で８０ＭＰａ以上、特に１３０ＭＰａ以上の強度を有することが好ましく、これにより良好な性能を長期にわたって確実に発揮することができる。なお、曲げ強度の上限については特に制限はないが、一般的には５００ＭＰａ以下程度である。

図１には、シャフト部材２として中実円柱体５よりなるものを示したが、シャフト部材２に代えて、中空円筒体１３よりなるシャフト部材１２を用いることもでき、図２は、シャフト部材１２を用いた導電性ローラ１１を示す断面図である。導電性ローラ１１は、シャフト部材１２の外側に弾性層３、樹脂層４をこの順に形成してなる点については導電性ローラ１と同様である。シャフト部材１２は、中空円筒体１３とキャップ部材１２とを接着等により接合して形成され、中空円筒体１３は、円筒部１３ａ、底部１３ｂおよび軸部６よりなり、また、キャップ部材１４は蓋部１４ａと軸部６とよりなる。両方の軸部６は、取付け状態において、図示しない、電子写真装置のローラ支持部に軸支される。

シャフト部材２に代えて、中空のシャフト部材１２を用いることによりシャフト部材をより一層軽量にすることができ、特に導電性ローラの外径が１２mmを越える場合には、中空の構造とするのが好ましい。

図３は、さらに、シャフト部材１２に代えてシャフト部材２２を用いた導電性ローラ２１を示す断面図であり、図４はその斜視図である。シャフト部材２２は、中空円筒体２３とキャップ部材２２とを接着等により接合して形成され、中空円筒体２３は、円筒部２３ａ、底部２３ｂ、ギヤ部７および軸穴部８よりなり、一方、キャップ部材２４は、導電性ローラ１１と同様に、蓋部２４ａと軸部６とよりなる。

軸部６と軸穴部８とが、図示しない、電子写真装置のローラ支持部に軸支され、また、導電性ローラの回転駆動力は、ギヤ部７を介して直接シャフト部材に伝達される。このようなギヤ部７を有する中空円筒体２３であっても、シャフト部材２２を樹脂製としたので、これを射出成形等により一体的に成型することができ、シャフト部材２２を金属よりなるものとした場合には、ギヤ部を別部材としなければならないのに対比して、シャフト部材のコストを低減することができる。なお、ギヤ部７は、平歯車であってもハズバ歯車であっても、一体的に成型することができる。

また、中空円筒部１３ａ、または２３ａの肉厚は、強度的に十分であるかぎり、軽量化の点で薄い方が好ましく、例えば、０．３〜３ｍｍとすることができるが、一層好ましくは、１〜２ｍｍとするのがよい。

上記樹脂材料および導電剤等からなる配合材料を用いてシャフト部材２、１２、２２を形成するための方法としては、特に制限はなく、樹脂材料の種類などに応じて、公知の成形法の中から適宜選定することができるが、一般的には金型を用いる射出成形法が適用される。

図５は、中空円筒体２３を成形する金型３０を、閉止した状態において示す断面図であり、金型３０は筒型３１、コア型３２、およびランナ型３３よりなり、これらの型を、筒型３１の長さ方向に相互に離隔接近させることにより、金型の開放および閉止を行うよう構成される。金型３０を閉止した状態において、筒型３１とコア型３２とで形成されるキャビティ３５に、第一スプルー３６から、ランナ３７および第二スプルー３４を介して樹脂を注入し、その後、金型３０内でこれを冷却固化させることによって中空円筒体２３を成形することができる。また、ホットランナ方式を用いることによりランナ３７中の材料を無駄なく利用することもできる。

ここで、筒型３１、コア型３２は周方向に分割されることのない構造を有するので、中空円筒体２３を周方向に均一なものとすることができる。また、コア型３２を用いる代りに、不活性ガスを導入し、このガスの圧力によって中空部を形成することもできる。

図６は、端部構造の異なるシャフト部材を示す側面図であり、図６（ａ）、図６（ｂ）は、端部の両方を軸部６で構成した例、図６（ｃ）は、端部の両方を軸穴部８で構成した例、図６（ｄ）、図６（ｅ）は、両端部の一方を軸部６で、他方を軸穴部８で構成した例をそれぞれ示す。また、図６（ｂ）〜図６（ｅ）の例は、一方の端部にギヤ部７を設けた例を示す。このほか、端部の両側にギヤ部７を設けることもでき、この場合、シャフト部材が動力伝達を仲介する機能を担うことになる。いずれの場合も、ギヤ部７は円筒部もしくは円柱部と一体的に形成することができる。

ここで、図６（ａ）に示したものは、シャフト部材２もしくは１２に対応し、図６（ｄ）に示したものはシャフト部材２２に対応する。

また、図６に示したシャフト部材２、１２の軸部６は、図７（ａ）に斜視図で示すように、最も単純な形状の円柱状をなすが、この代わりに、例えば、図７（ｂ）に示すテーパ部を有するもの、図７（ｃ）に示すDカット加工を施したもの、図７（ｄ）に示す角柱状
のもの、図７（ｅ）に示す先尖端部を有するもの、図７（ｆ）に示す環状溝を有するもの、図７（ｇ）に示す段付部を有するもの、図７（ｈ）に示す、外周面にスプラインもしくはギヤ用外歯部が形成されたもの等を用いることができ、同様に、軸穴部８として、図７（ｉ）に斜視図で示した単純な丸穴形状のものの外、図７（ｊ）に示すＤ型断面形状のもの、図７（ｋ）に示す小判状断面形状のもの、図７（ｌ）に示す角穴形状のもの、図７（ｍ）に示す、内周面にスプラインもしくはギヤ用内歯部が形成されたもの、図７（ｎ）に示すテーパ穴部を有するもの、図７（ｏ）に示すキー溝付丸穴のものなども用いることができる。

さらに、図７（ｒ）に斜視図で示したギヤ部７に代えて、図７（ｐ）に示す段付部や、図７（ｑ）に示すやフランジ部等を用いることもできる。

図８は、図２に示したシャフト部材１２に代えて、シャフト部材５２を用いた導電性ローラ５１を示す斜視図であり、図は、シャフト部材５２を示す斜視図である。シャフト部材５２は中空円筒体５３と金軸５６とよりなり、中空円筒体５３には、その外周面から半径方向内側に向かって延在する補強用リブ５５が設けられ、また、中空円筒体５３は、その長さ方向に、複数の円筒部材５４を連結して構成される。このように、中空円筒体５３を複数の円筒部材５４からなるものとし、いわば長さ方向に分割したことで、従来の金属パイプや樹脂一体成形品の場合に比し部材の長さが短くなるため、加工の精度を向上することができるとともに、個々の部材の加工が容易になり、これにより生産性の向上にも寄与することができる。

中空円筒体５３の半径方向中心に、中空円筒体を嵌通する金軸５６が配置され、金軸５６はそれらの補強リブ５５の半径方向内側端を支持するよう構成され、この構成により、ローラの剛性を向上して、曲げに対する強度を高めることができる。

円筒部材５４同士の連結手段としては、特に制限されるものではないが、例えば、図１０に示すような構造を例示することができ、その端部同士の嵌合により結合可能とすることができる。図示する円筒部材５４は、一方の端部６１Ａ側に凸部６２および回転止めピン６３を有し（図中の（ａ））、他方の端部６１Ｂ側に凹部６５および回転止め穴６６を有している（図中の（ｂ））。図中の（ｃ）は円筒部材５４の断面図である。このような構造を有する円筒部材５４同士を、端部６１Ａと端部６１Ｂとを対向させた状態で回転させながら嵌め合わせることで、凸部６２が凹部６５と、回転止めピン６３が回転止め穴６６と夫々嵌合して、互いに強固に結合することが可能となる。ローラは回転させて使用するものであるため、部材間の連結手段は、回転防止機構を備えていることが好適である。なお、図示する円筒部材５４においては、凸部６２および凹部６５において、芯出し用のテーパ加工が施されている。

本発明においては、シャフト部材５２自体の形状については特に制限されるものではなく、適宜所望の形状とすることができる。例えば、長手方向端部に当たる部材にギヤ部５７（図１１参照）やＤカット形状等の適宜形状の軸部などを形成しておくか、または、ギヤ部のみの部材をローラ本体形成後の端部に接合することで、シャフト部材５２の長さ方向端部に所望に応じこれら機能部品の形状を持たせることができる。これにより、軸を別途使用し、または、軸に複雑な加工をする必要がなくなり、また、機能部品の芯出しを行うことが容易となるメリットも得られる。

また、シャフト部材５２の外形は、図９等に示す円筒形状には限られず、図１２に示すような、長手方向両端部から中央部に向かい径大となるクラウン形状を有するものとすることもできる。従来のような金属パイプや樹脂一体成形品の場合、ローラ本体の外形はストレートな円柱形状とすることが一般的であり、中央部が両端部よりも径大であるクラウン形状などの対応は困難で、高額な金型製作による成形や、弾性層３の研磨、樹脂層４の塗工（ディップ等）の際の膜厚制御等が必要であった。本実施形態においては、中空円筒体５３を長さ方向に分割することにより、個々の部材の加工難易度を低くしているため、クラウン形状などにも容易に対応が可能となり、また、加工精度も良好に確保することが可能となる。なお、本実施形態において、ローラ本体を形成する部材の個数には特に制限はなく、強度やコスト性の観点から適宜定めればよい。

中空円筒体５３を形成する材料としては、先にシャフト部材２について説明したと同様のものを用いることができ、また、金軸５６としては、例えば、硫黄快削鋼やアルミニウム、ステンレス鋼等に、ニッケル、亜鉛めっき等を施したものを用いることができる。

中空円筒体５３と金軸５６との間の結合は、通常、慣用の接着剤等により行えばよく、特に制限されないが、例えば、中空部材５４をオーブン等で加熱した状態で金軸５６を通し、その後冷却することにより、中空部材５４の樹脂材料を収縮させて金軸５６に対し固定する方法を用いることもできる。また、この結合手段として、金軸５６に溝やＤカット等を設けることも好ましい（図示せず）。この場合の結合手段も、前述した部材の場合と同様に回転防止機構を備えていることが好ましく、これにより使用時における金軸５６の空転を防止することができる。

本実施形態の導電性ローラ５１は、複数の円筒部材５４を長さ方向に結合してシャフト部材５２を形成した後、その外周に弾性層３を設けることにより製造することができる。ここで、本実施形態に係る円筒部材５４により中空円筒体５３を形成する手順としては、特に制限されるものではないが、例えば、図１０に示すような嵌合構造を有する円筒部材５４の場合には、部材同士を直接結合して中空円筒体５３とすることもでき、また、嵌合構造を有しない場合には、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、金軸５６を個々の円筒部材５４に順次挿通した後、接着剤等により互いに固定してローラ形状とする方法を用いてもよい。

弾性層３は、導電剤を含有するシリコーンゴムもしくはウレタンゴムよりなり、これらのゴムは、導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料よりなる塗料中にシャフト部材２を浸漬して形成されていることが本発明の特徴である。

導電剤は、弾性層３の導電性を制御する目的で配合される。導電剤として電子導電剤およびイオン導電剤のいずれを用いてもよく、電子導電剤の場合、カーボン系導電剤は、少量の添加で高い導電性を得ることができる点において好ましい。カーボン系導電剤としては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックを用いるのが好ましいが、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボンブラック、酸化カーボンブラック等のインク用カーボンブラック，熱分解カーボンブラック、グラファイト等も用いることができる。

カーボン系以外の電子導電剤としては、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物の微粒子；、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属の酸化物；導電性酸化チタンウイスカー、導電性チタン酸バリウムウイスカーのような透明なウィスカー；などを例示することができる。

イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ラウリルトリメチルアンモニウム等のドデシルトリメチルアンモニウム，ヘキサデシルトリメチルアンモニウム，ステアリルトリメチルアンミニウム等のオクタデシルトリメチルアンモニウム，ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウム等のアンモニウムの過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，硫酸塩，アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩などの有機イオン導電剤；リチウム，ナトリウム，カルシウム，マグネシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩，スルホン酸塩などの無機イオン導電剤を例示することができる。

導電剤として、２種類以上のものを混合して用いてもよく、この場合、印可される電圧の変動や環境の変化に対しても安定して導電性を発現することができる。混合例としては、カーボン系導電剤に、カーボン系以外の電子導電剤やイオン導電剤を混合したものをあげることができる。

弾性層３の硬度は、特に制限されるものではないが、導電性ローラ１を現像ローラとして用いた場合、アスカーＣ硬度で８０度以下、特に３０〜７０度とすることが好ましい。この場合、硬度が８０度を超えると、導電性ローラやトナーに加わる応力を緩和するという、弾性層本来の機能を発現しえなくなり、例えば、導電性ローラと潜像保持体との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがある。更に、トナーに損傷を与え感光体や成層ブレードへのトナー固着などが発生して画像不良となりやすい。逆に、あまり低硬度にすると感光体や成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッターなどの画像不良が発生する虞がある。

この弾性層３は、感光体や成層ブレードなどに当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には２０％以下とすることが好ましい。

弾性層３の表面粗さは、特に制限されるものではないが、導電性ローラ１を、樹脂層４を具えない現像ローラとして用いた場合、ＪＩＳ１０点平均粗さで１５μｍＲｚ以下、特に１〜１０μｍＲｚとすることが好ましい。表面粗さが１５μｍＲｚを超えると一成分現像剤（トナー）のトナー層の層厚や帯電の均一性が損なわれる場合があるが、１５μｍＲｚ以下とすることにより、トナーの付着性を向上させることができると共に、長期使用時でのローラの摩耗による画像劣化をより確実に防止し得る。

弾性層３の半径方向外側に、導電性ローラの表面性状改質や耐久性向上のために樹脂層４を設けることができ、弾性層３と樹脂層４との相溶性を増加させるため、弾性層３にシリコーンゴムを用いた場合、樹脂層４の主材をウレタン変性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、アルキッドメラミン樹脂で構成することが好ましく、また、弾性層３としてウレタンゴムを用いた場合には、樹脂層４の主材をポリウレタン樹脂とするのが好ましく、このことによって、弾性層３中の未反応物質と樹脂層４との反応、例えば未反応のイソシアネート等との反応等が起こり易くなるために、樹脂層４の成長を促進することができる。

樹脂層４に配合される導電剤としては、弾性層３に配合される導電剤と同じものを用いることができる。

次に、導電性ローラ１の製造方法について説明する。図１４は、導電性ローラ１を製造するための工程を示す工程図であり、まず、シャフト部材準備工程７１で、外注先等から入手したシャフト部材を検査してこれを準備し、次いで、弾性層塗装工程７２で、シャフト部材２の半径方向外側に、弾性層３となる塗料をディップ塗装したあと、これを乾燥させる。（弾性層乾燥工程７３）

導電性ローラ１に樹脂層４を設ける場合には、弾性層乾燥工程７３に続いて、樹脂層塗装工程７４にて、樹脂層４をディップ塗装して形成したあと、樹脂層乾燥工程７５でこれを乾燥させ、導電性ローラ１の製造工程を完了する。

弾性層塗装工程７２では、図１５にディップ槽を模式図で示すように、ディップ槽１６に収容された塗料１５中に、シャフト部材２を浸漬したあとこれを塗料１５から引き上げて、シャフト部材２の外周に弾性層３を形成する。

弾性層塗装工程７２で用いる塗料１５としては、導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料を溶剤に溶解したものを用いるが、このための溶媒としては、
トルエン、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）を例示することができる。

ここで、シャフト部材２と弾性層３との接着性を向上させるため、シャフト部材２の表面にプライマを塗布しておくことが好ましく、プライマとしては、例えば、合成ゴム系、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、シリコーンレジン系等の各種プライマを１種もしくは２種以上混合して用いることができる。

樹脂層４を弾性層３の外側に形成する場合、ディップ塗装ではない方法によっても形成することができるが、弾性層３を形成する設備をそのまま樹脂層４の形成にも用いることができる点において、これをディップ塗装によって形成するのが好ましい。この場合、図１５に示すところにおいて、シャフト部材２の代わりに、弾性層３を形成済みのシャフト部材２を浸漬すればよく、また、この場合の塗料１５としては、導電剤を含有するポリウレタン樹脂やウレタン変成アクリル樹脂等を、ＭＥＫ、ＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）等の溶剤に溶解したものを用いればよい。

弾性層３は所望の弾性効果を得るため、厚膜に形成する場合が多いが、その場合には、次のようにしてディップ塗装するとよい。すなわち、シャフト部材２を、図１６（ａ）に示すように、円柱体５部分が全長にわたって浸漬されるよう塗料１５中にディップしたあと（工程Ａ）、図１６（ｂ）に示すように、円柱体５の全長の１／２以下の長さのみシャフト部材２の長さ方向に引き上げ（工程Ｂ）、次に、図１６（ｃ）に示すように、再び円柱体５を全長にわたって浸漬させ、この状態でシャフト部材２を塗料１５中に一定時間（静止）停止させてディップし（工程Ｃ）、そして最後に、図１６（ｄ）に示すように、シャフト部材２をその長さ方向に引き上げるが（工程Ｄ）、この際、ある一定点から徐々に遅く引き上げることにより達成することができる。

この製造方法において、工程Ａ及び工程Ｃは液だれ等による弾性層３の不均一化、特に上端部の厚みが下端部のそれに比べて薄くなる等の欠点を改善でき、また、工程Ｂでは、シャフト部材２を塗料１５中に停止（静止）させることによって、工程Ａにより得られた均一な塗膜を成長させることができ、この際の停止（静止）時間を調整することにより、弾性層３の厚さを自由に調整可能となる。

なお、工程Ｂにおけるシャフト部材２の引き上げ量は、円柱体５の全長により多少変化するが、一般にシャフト部材２の下端部の塗膜が厚くなることから円柱体５の全長の１／２以下の長さであることが好ましい。また、工程Ｄにおけるシャフト部材２の引き上げ速度は、所望の弾性層３の厚さ分布に応じて変化させればよく、例えば、ローラの中央部又は両端部のみを厚くするクラウン又は逆クラウン形状のローラも製造可能である。

本発明に係る導電性ローラは、普通紙複写機、普通紙ファクシミリ機、レーザビームプリンタ、カラーレーザビームプリンタ、トナージェットプリンタなどの画像形成装置に、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、現像ローラ、中間転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラ、ベルト駆動ローラ、給紙ローラ等として装着して好適に用いられる。

本発明に係る実施形態の導電性ローラを示す断面図である。 他の実施形態の導電性ローラを示す断面図である。 さらなる他の実施形態の導電性ローラを示す断面図である。 さらなる他の実施形態の導電性ローラを示す斜視図である。 異なる構造の端部を有するシャフト部材を示す側面図である。 中空円筒体を形成する金型を示す断面図である。 軸部、軸穴部、ギヤ部の形状変形例を示す斜視図である。 さらなる他の実施形態の導電性ローラを示す斜視図である。 図８に示した導電性ローラのシャフト部材を示す斜視図である。 円筒部材を示す斜視図および断面図である。 図９に示したシャフト部材の変形例を示す斜視図である。 図９に示したシャフト部材の他の変形例を示す斜視図である。 円筒部材の連結方法を例示する斜視図である。 本発明の導電ローラを製造する工程を示す工程図である。 ディップ塗装方法を示すディップ槽の模式図である。 ディップ工程を説明する模式図である。

符号の説明

１ 導電性ローラ
２ シャフト部材
３ 弾性層
４ 樹脂層
５ 中実円柱体
５ａ 金属製パイプの凸部
６ 軸部
６ａ 軸部
６ｂ 軸付きキャップの凹部
７ ギア部
８ 軸穴部
１１ 導電性ローラ
１２ シャフト部材
１３ 中空円筒体
１３ａ 円筒部
１３ｂ 底部
１４ キャップ部材
１４ａ 蓋部
１５ 塗料
１６ ディップ槽
２１ 導電性ローラ
２２ シャフト部材
２３ 中空円筒体
２３ａ 円筒部
２３ｂ 底部
２４ キャップ部材
２４ａ 蓋部
３０ 金型
３１ 筒型
３２ コア型
３３ ランナ型
３４ 第二スプルー
３５ キャビティ
３６ 第一スプルー
３７ ランナ
５１ 導電性ローラ
５２ シャフト部材
５３ 中空円筒体
５４ 円筒部材
５５ 補強用リブ
５６ 金軸
５７ ギヤ部
６１Ａ 円筒部材の一方の端部
６１Ｂ 円筒部材の他方の端部
６２ 凸部
６３ 回転止めピン
６５ 凹部
６６ 回転止め穴
７１ シャフト部材準備工程
７２ 弾性層塗装工程
７３ 弾性層乾燥工程
７４ 樹脂層塗装工程
７５ 樹脂層乾燥工程

Claims (10)

1. 導電剤を含有した樹脂製の中空円筒体もしくは中実円柱体よりなるシャフト部材の半径方向外側に、導電剤を含有するシリコーンゴムもしくはウレタンゴムよりなる弾性層の一層以上を配設した導電性ローラにおいて、
   前記弾性層を、導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料よりなる塗料中に前記シャフト部材を浸漬して形成してなる導電性ローラ。
2. 前記弾性層の半径方向外側に樹脂層を配設し、この樹脂層を、弾性層が形成済みのシャフト部材を塗料中に浸漬して形成してなる請求項１に記載の導電性ローラ。
3. 前記シャフト部材の長さ方向片側端部に、ギヤを一体的に形成してなる請求項１もしくは２に記載の導電性ローラ。
4. 前記シャフト部材を形成する前記樹脂は、汎用樹脂，汎用エンジニアリングプラスチック及びスーパーエンジニアリングプラスチックよりなる群から選ばれた少なくとも一種の合成樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ローラ。
5. 前記汎用エンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックが、ポリアセタール，ポリアミド６，ポリアミド６・６，ポリアミド１２，ポリアミド４・６，ポリアミド６・１０，ポリアミド６・１２，ポリアミド１１，ポリアミドＭＸＤ６，ポリブチレンテレフタレート，ポリフェニレンオキサイド，ポリフェニレンサルファイド，ポリフェニレンエーテル，ポリエーテルスルホン，ポリカーボネート，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエーテルイミド，ポリスルホン，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエチレンテレフタレート，ポリアリレートポリテトラフルオロエチレン，又は液晶ポリマーである請求項４に記載の導電性ローラ。
6. シャフト部材を形成する樹脂に含有される導電剤が、カーボンブラック、グラファイト、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、アルミニウム及び銅よりなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項１〜５のいずれかに記載の導電性ローラ。
7. 前記シャフト部材を中空円筒体よりなるものとし、中空円筒体に、その外周面から半径方向内側に向かって延在する補強用リブを設けてなる請求項１〜６のいずれかに記載の導電性ローラ。
8. 前記シャフト部材に、前記中空円筒体の半径方向中心に配置され中空円筒体を嵌通する金軸を設け、金軸を前記補強リブの半径方向内側端を支持するよう構成してなる請求項７に記載の導電性ローラ。
9. 前記中空円筒体を、複数の円筒部材を長さ方向に連結して構成してなる請求項８に記載の導電性ローラ。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の導電性ローラを具えてなる画像形成装置。

Images