JP2007047624A - 導電性ローラおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度や剛性等のローラ性能に優れるとともに、軽量かつ低コストであって、画像形成装置における各種ローラ部材として好適に適用可能な導電性ローラおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ローラ本体１１と、ローラ本体１１の外周に担持された弾性層１２とを備える導電性ローラである。ローラ本体１１が、周方向に結合された複数の部材１０からなる。上記導電性ローラの製造方法である。複数の部材１０を周方向に結合してローラ本体１１を形成した後、形成されたローラ本体１１の外周に弾性層１２を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は導電性ローラおよびその製造方法（以下、単に「ローラ」および「製造方法」とも称する」に関し、詳しくは、複写機やプリンタ等の画像形成装置において各種ローラ部材として用いられる導電性ローラ、およびその製造方法に関する。

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、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、ベルト駆動ローラ等の、導電性を付与した導電性ローラが用いられている。

かかる導電性ローラとしては、一般に、（１）金属軸３１と金属パイプ３２とを組み合せてその外周に弾性層３３を設けたもの（図１２（ａ））、（２）金属軸３１の外周に弾性層３４を成形したもの（この場合、弾性層表面の切削、研磨が必要となる）（図１２（ｂ））、（３）導電性樹脂の一体成形品からなるローラ本体３５の外周に弾性層３６を設けたもの（図１２（ｃ））などが知られている（例えば、特許文献１に記載）。また、ローラ部材に係る改良技術としては、別分野で用途は異なるが、金属板により形成した円筒体を複数つなげて溶接しロールとしたものや（特許文献２）、複数の円筒部材に分割した弾性体により成る外周面部材が設けられたバックアップローラ（特許文献３）なども公知である。
特開２００４−１５０６１０号公報 特公平７−５４１９８号公報 特許第２５５９１５２号公報

しかしながら、上記（１）金属軸と金属パイプとを組み合せた導電性ローラは、ベースとなるローラ本体が金属製であるために、精度や剛性に関して低価格機（装置）に使用するには過剰品質となり、コスト高となる難点があった。また、重量が嵩むため、駆動系に高負荷がかかり、周辺機器を大きくせざるを得ないため、省エネ化、ダウンサイズ化を妨げる要因ともなっていた。

また、上記（２）金属軸の外周に弾性層を成形したローラは、金属パイプを用いたものより軽量ではあるが、弾性体の成形および成形後処理に複雑かつ多くの工程を要することから、生産性の低下が生じ、やはりコスト高となっていた。さらに、上記（３）導電樹脂の一体成形品を用いたローラは、上記（１）、（２）のローラよりも軽量かつ安価であるが、装置搭載時に高加重が加えられると、剛性が不足する場合があった。

さらにまた、上記特許文献２に記載の技術は、上記（１）のローラと比較しても重量が重く、精度が悪く、高価格となると考えられ、上記特許文献３に記載の技術は、ローラに荷重が加えられた際に分割部に隙間が生じるため問題であるなど、いずれも不十分な点を有するものであった。

そこで本発明の目的は、精度や剛性等のローラ性能に優れるとともに、軽量かつ低コストであって、画像形成装置における各種ローラ部材として好適に適用可能な導電性ローラおよびその製造方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、ローラ本体を、所定の部材が複数組み合わされてなる構成とすることで、上記問題を解消できることを見出して、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の導電性ローラは、ローラ本体と、該ローラ本体の外周に担持された弾性層とを備える導電性ローラにおいて、前記ローラ本体が、周方向に結合された複数の部材からなることを特徴とするものである。

本発明においては、前記部材が、主として樹脂材料と導電剤とからなることが好ましい。また、本発明の導電性ローラは、好適には、前記ローラ本体を長手方向に嵌通する軸を備える。さらに、前記ローラ本体は、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ができ、その長手方向端部にギヤ部または軸部を備えていてもよい。

前記複数の部材は、例えば、周方向側面部同士の接着または溶着により結合されてなるものとすることができ、また、周方向側面部同士の嵌合により結合する方法、前記複数の部材を前記軸に接着する方法、長手方向端部で結合部材を介して結合する方法、外周に被覆されたシュリンクチューブにより結合する方法なども好適である。

また、本発明の導電性ローラの製造方法は、上記導電性ローラの製造方法であって、前記複数の部材を周方向に結合して前記ローラ本体を形成した後、形成された該ローラ本体の外周に弾性層を設けることを特徴とするものである。

本発明の導電性ローラによれば、ローラ本体を複数の部材の結合からなるものとしたことで、その材質によらず、精度や剛性等のローラ性能を良好に確保することが可能となった。特に、ローラ本体の材質として樹脂材料を用いれば、ローラの軽量化および低コスト化をも図ることができ、より大きなメリットを得ることができる。また、本発明の製造方法によれば、ローラ本体の表面形状によらず、所望の表面物性を備えるローラの製造を容易に行うことが可能である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１に、本発明の一実施の形態に係る導電性ローラの斜視図を示す。図示するように、本発明の導電性ローラは、ローラ本体１１と、その外周に担持された弾性層１２とを備えている。本発明においては、ローラ本体１１が、周方向に結合された複数の部材からなる点に特徴を有する。

図２に、弾性層１２を形成する前の導電性ローラ（図１参照）の構成を示す。図示するローラ本体１１は、４個の部材１０が周方向に結合されてなる。ローラ本体１１を複数の部材１０からなるものとし、いわば周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形状が簡易になるため、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。

本発明の導電性ローラは、図示するように、ローラ本体１１を長手方向に嵌通する軸１３を備えることが好ましい。ローラ本体１１、即ち、導電性ローラを長手方向に嵌通する軸１３を備えるものとすることで、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。

部材１０の形状、構造については、特に制限されるものではないが、部材としての強度や軽量性等を考慮して設計することが必要であり、例えば、図示するように、断面略コ字状に形成することが好適である。また、部材同士の結合手段についても、特に制限されるものではない。例えば、図３に拡大して示すように、部材１０の、互いに接触する周方向側面部１００に接着剤や粘着テープ等を適用して、周方向側面部１００同士を接着することにより結合する方法を用いることができ、この場合、部材の形状を簡易にすることができるため、加工性の点で好適である。また、部材１０（ローラ本体）の材料として熱可塑性樹脂を用いて、周方向側面部１００同士を溶着させることもでき、溶着には、レーザ溶着やリメルト成形の手法を用いることができる。なお、導電性ローラが軸１３を備える場合には、図４に示すように、複数の部材１０を、表面に塗布した接着剤２０などを介して軸１３に直接接着することで、ローラ本体１１を形成することもできる。

また、図５〜７に示すように、複数の部材を、周方向側面部同士の嵌合により結合することもできる。図５に示す場合には、一対の部材１０Ａ、１０Ｂの周方向側面部に、互いに嵌合可能な凹凸構造（スナップフィット）１００ａ，１００ｂを設けて、これらの嵌合により部材同士を結合している。なお、凹凸構造の個数は嵌合が確実に行えるものであれば特に制限はない。図６に示す場合も、一対の部材１０Ｃの周方向側面部に互いに嵌合可能な凹凸構造１００ｃ−１，１００ｃ−２を設けた例であるが、この場合、部材１０Ｃ同士を長手方向にスライドさせて凹凸構造１００ｃ−１，１００ｃ−２同士を嵌合させる。また、図７に示す場合においては、一対の部材１０Ｄの周方向側面部に凹部１００ｄを設け、別途この凹部に対応する凸形状を有する補助部材３０を作製して、この補助部材３０を介して部材１０Ｄ間を結合するものであり、この場合も、部材１０Ｄ間で補助部材３０を長手方向にスライドさせることにより、３つの部材を互いに嵌合させることができる。

さらに、図８に示すように、ローラ本体とした際にその長手方向端部が小径となるよう形成された部材１０Ｅを用いて、これら部材１０Ｅ間を、長手方向端部で結合部材４０を介して結合することもできる。この場合、部材１０Ｅ同士を組み合わせた後、長手方向端部の小径部に結合部材４０を嵌め込んで、圧入または螺子止め等により（図示せず）、固定すればよい。同様に長手方向端部で結合させるバリエーションとして、図９に示すように、複数の部材１０Ｅを、長手方向端部において結合部材としての粘着テープ（フィルム）５０の巻回により結合させることもできる。さらにまた、図１０に示すように、複数の部材１０を、外周にシュリンクチューブ６０を被覆することで結合してもよい。

本発明においては、ローラ本体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。部材およびその結合方法の選択にもよるが、例えば、各部材の長手方向端部にギヤ部（図１２（ｃ）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などにより、ローラ本体１１の長手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も可能である。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、ローラ本体の外形は、図２等に示す円柱形状には限られず、図１１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、弾性層の研磨、塗工（ディップ等）等が必要であった。本発明においては、ローラ本体を複数の部材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、本発明において、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。

本発明におけるローラ本体１１、即ち、部材の材質としては、特に制限されるものではなく、従来ローラ材料として用いられている各種金属材料や樹脂材料を適宜用いることができるが、好ましくは、樹脂材料を用いる。樹脂材料はコスト的に安価で軽量であり、また、形状の自由度が高いため、ローラ本体１１の材質として樹脂材料を用いたことで、前述したように優れたローラ性能を確保することができるとともに、ローラの軽量化および低コスト化をも図ることが可能となる。

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。具体的には例えば、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。

また、樹脂材料中には、導電剤を添加して導電性を調整する。かかる導電剤としては、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、目的とする導電性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、通常はローラ本体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。

ローラ本体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。

樹脂材料中には、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。

また、弾性層１２の材料としては、エラストマー単体かまたはそれを発泡させたフォーム体に導電剤を添加して導電性を付与した弾性体を用いることができる。ここで使用し得るエラストマーには、特に制限はなく、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム等が例示され、これらを単独であるいは２種以上組み合わせて用いることができる。本発明においては、これらのうち、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムが好ましく用いられ、また、これらと他のゴム材料との混合物も好適である。特に、本発明においては、ウレタン結合を有する樹脂が好ましく用いられる。

また、これらエラストマーを、発泡剤を用いて化学的に発泡させるか、または、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させたフォーム体としても用いることができる。本発明においては、ローラ本体１１と弾性層１２との一体化を行う成形工程で、いわゆるＲＩＭ成形法、即ち、弾性層１２の原料成分を構成する２種のモノマー成分を筒状型内に混合射出して、重合反応させることにより、ローラ本体１１と弾性層１２とを一体化する手法を用いてもよい。これにより、原料の注入から脱型までの所要時間６０秒程度で弾性層１２の成形工程を行うことができるので、生産コストを大幅に削減することが可能となる。

弾性層１２に添加する導電剤としては、ローラ本体１１に関して挙げた導電剤と同じものを用いることができる。

弾性層１２の体積抵抗率は、ローラの用途に応じて適宜設定すればよく、特に制限されるものではないが、例えば、現像ローラとして用いる場合には、体積抵抗率１×１０³〜１×１０¹⁰Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０⁴〜１×１０⁸Ω・ｃｍ程度となるように調整する。抵抗値が１０³Ω・ｃｍ未満であると電荷が潜像保持体等にリークしたり、電圧によりローラ自体が破壊したりする場合があり、一方、１０¹⁰Ω・ｃｍを超えると十分な現像バイアスを稼ぐことができず、地かぶりが発生しやすくなる。

軸１３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。

ローラ本体１１と軸１３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、ローラ本体１１を樹脂材料により形成した場合には、ローラ本体１１をオーブン等で加熱した状態で軸１３を通し、その後冷却することにより、ローラ本体１１の樹脂材料を収縮させて軸１３に対し固定する方法を用いることもできる。また、ローラ本体１１との結合手段として、軸１３に溝やＤカット等を設けることも好ましい（図示せず）。なお、この場合の結合手段は、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軸１３の空転を防止することができる。

本発明の導電性ローラは、複数の部材を周方向に結合してローラ本体１１を形成した後、その外周に弾性層を設けることにより製造することができる。

本発明のローラにおいては、ローラ本体１１上に設ける弾性層１２により、ローラの表面粗さや硬度、導電性等を適宜調整することができる。また、ローラ外形についても弾性層１３により調整可能であるので、本発明に係る部材間の繋ぎ目は、必ずしも平滑でなくてもよく、即ち、繋ぎ目においてある程度の段差が生じていてもよい。ある程度の段差は、その上に弾性層１３を設けることで、吸収することが可能である。また、弾性層表面を切削、研磨等により加工することで、用途により求められる表面精度を出すこともでき、逆に、弾性層表面を粗く形成して、駆動、従動ローラ等として用いることも可能である。従って、本発明の導電性ローラは、画像形成装置において使用されるいかなるローラ部材としても使用可能であり、適用範囲が広いものである。

本発明の一実施の形態に係る導電性ローラの斜視図である。 図１の導電性ローラの弾性層形成前の状態を示す斜視図である。 本発明に係る部材の一好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明に係る部材の他の好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明に係る部材のさらに他の好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明に係る部材のさらに他の好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明に係る部材のさらに他の好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明に係る部材のさらに他の好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明に係る部材のさらに他の好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明に係る部材のさらに他の好適結合方法を示す部分斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る導電性ローラの弾性層形成前の状態を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は従来例の導電性ローラの部分斜視図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 部材
１１ ローラ本体
１２ 弾性層
１３ 軸
２０ 接着剤
３０ 補助部材
４０ 結合部材
５０ 粘着テープ（フィルム）
６０ シュリンクチューブ
１００ 周方向側面部
１００ａ，１００ｂ 凹凸構造（スナップフィット）
１００ｃ−１，１００ｃ−２ 凹凸構造
１００ｄ 凹部

Claims (11)

1. ローラ本体と、該ローラ本体の外周に担持された弾性層とを備える導電性ローラにおいて、前記ローラ本体が、周方向に結合された複数の部材からなることを特徴とする導電性ローラ。
2. 前記部材が、主として樹脂材料と導電剤とからなる請求項１記載の導電性ローラ。
3. 前記ローラ本体を長手方向に嵌通する軸を備える請求項１または２記載の導電性ローラ。
4. 前記ローラ本体が、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請求項１〜３のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
5. 前記ローラ本体が、長手方向端部にギヤ部または軸部を備える請求項１〜４のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
6. 前記複数の部材が、周方向側面部同士の接着または溶着により結合されてなる請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
7. 前記複数の部材が、周方向側面部同士の嵌合により結合されてなる請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
8. 前記複数の部材が、前記軸に接着されている請求項３〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
9. 前記複数の部材が、長手方向端部で結合部材を介して結合されている請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
10. 前記複数の部材が、外周に被覆されたシュリンクチューブにより結合されている請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか一項記載の導電性ローラの製造方法であって、前記複数の部材を周方向に結合して前記ローラ本体を形成した後、形成された該ローラ本体の外周に弾性層を設けることを特徴とする導電性ローラの製造方法。

Images