JP2007248812A - 導電性ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】締めばめの手法により製造するに際し、軸の歪による振れの発生を抑制することができ、これに起因する画像不良の問題を生ずることのない導電性ローラを提供する。
【解決手段】軸１と、軸の外周に担持されたローラ本体２とを備え、ローラ本体の外周に弾性層３が形成されてなる導電性ローラ１０である。ローラ本体が主として樹脂材料と導電剤とからなる。ローラ本体の、軸を担持する孔部内面４が凹凸を有し、軸とローラ本体とが、少なくともローラ本体の長手方向の一部において接触しない部分２Ａを有し、かつ、少なくともローラ本体の長手方向両端２Ｂにおいて接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は導電性ローラ（以下、単に「ローラ」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は、一般に、支持体となるローラ本体の外周に導電性の弾性層を担持してなる構造を有しており、ローラ本体の材質としては、金属材料や樹脂材料が用いられている。また特に、ローラ本体を樹脂材料により形成した場合には、ローラ剛性を高める目的で、ローラ本体を長手方向に嵌通する軸を用いることが一般的である。

導電性ローラの構造の改良に係る技術として、例えば、特許文献１には、製造コストを低減するとともにローラの剛性を向上させることを目的として、円筒状に湾曲させた金属板とディスク状リブとを溶接およびボルト締めにより組合せて固定してなるものとした細長いローラが開示されている。

また、主として樹脂材料を用いたローラに係る改良技術として、例えば、特許文献２には、ローラ本体を樹脂材料により形成し、さらに、中空構造とすることが提案されている。さらに、より精度や剛性等に優れるとともに、軽量かつ低コストなローラを実現することを目的として、ローラ本体を長手方向に結合された複数の部材からなるものとする技術や（特許文献３）、樹脂材料と導電剤とからなるローラ本体を、長さ方向に結合された複数の中空部材で構成するとともに、これらの結合を保持させるための結合手段を設けた導電性ローラ（特許文献４）等も提案されている。
実公平７−５４１９８号公報 特開２００４−１５０６１０号公報 特願２００４−２９６９８１ 特願２００５−３１０２０８

ところで、樹脂材料からなるローラ本体を軸に対し固定するに際しては、ローラ本体を加熱して樹脂を熱膨張させた状態で軸を嵌通させ、その後ローラ本体を冷却して収縮させることにより軸に対し固定する、締めばめの手法が一般に用いられる。しかしながら、この締めばめの手法を用いた場合、図５の断面図に示すように、ローラ本体２が軸１に対し内周の全面で接するために、加熱後、温度が常温まで下がる際に、ローラ内径の精度やひずみに起因してローラ本体２が軸１を不均一に圧縮し、軸１を曲げて振れを悪化させてしまうという問題が生じていた。

特に、ローラの軽量化の目的でより径の細い軸を使用する場合（例えば、φ７．５→φ５．５）ほど、この触れの問題は深刻となる。ローラの触れが大きくなると製品精度が悪化して、実機において使用した際に画不良を生ずるおそれがあるため、この触れの問題を解消できる技術を実現することが望まれていた。

そこで本発明の目的は、締めばめの手法により製造するに際し、軸の歪による振れの発生を抑制することができ、これに起因する画像不良の問題を生ずることのない導電性ローラを提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、ローラ本体と軸との締めばめ部を、ローラ本体の内周の全面ではなく一部分、特には両端の２箇所に限定することで、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、軸と、該軸の外周に担持されたローラ本体とを備え、該ローラ本体の外周に弾性層が形成されてなる導電性ローラであって、前記ローラ本体が主として樹脂材料と導電剤とからなる導電性ローラにおいて、
前記ローラ本体の、前記軸を担持する孔部内面が凹凸を有し、該軸とローラ本体とが、少なくともローラ本体の長手方向の一部において接触しない部分を有し、かつ、少なくともローラ本体の長手方向両端において接触していることを特徴とするものである。

本発明においては、前記ローラ本体を単一の部材からなるものとする場合には、該部材と前記軸とが、該部材の長手方向両端のみで接触しているものとすることが好ましく、また、前記ローラ本体を長手方向に結合された複数の部材から構成されているものとする場合には、該複数の部材と前記軸とが、夫々該部材の長手方向両端のみで接触していることが好ましい。

また、本発明においては、前記軸と部材との接触部の占める割合が、前記部材の長さの５〜２０％の範囲内であることが好ましく、さらに、前記ローラ本体が中空構造を有することも好ましい。本発明の導電性ローラは、特に、現像ローラとして好適に用いることができる。

本発明によれば、上記構成としたことにより、締めばめの手法により製造するに際し、軸の歪に起因する振れの発生を抑制することができ、これに起因する画像不良の問題を生ずることのない導電性ローラを実現することが可能となった。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（ａ）に、本発明の一例の導電性ローラの概略斜視図を示す。図示するように、本発明の導電性ローラ１０は、軸１と、その外周に担持されたローラ本体２とを備え、その外周に弾性層３が形成されてなるものであり、ローラ本体２は、主として樹脂材料と導電剤とからなる。

図１（ｂ）は、かかる本発明のローラの長手方向断面図を示す。図示するように、本発明のローラにおいては、ローラ本体２の、軸２を担持する孔部内面４が凹凸を有しており、軸１とローラ本体２とが、少なくともローラ本体２の長手方向の一部において接触しない部分２Ａを有し、かつ、少なくともローラ本体２の長手方向両端２Ｂにおいて接触している。即ち、軸１とローラ本体２との締めばめを、ローラ本体２の内周の全面ではなく長手方向の一部、例えば図示するように、長手方向両端の２点において行うものとすることで、締めばめによる軸の曲げを抑えて、ローラ表面の振れを抑制することが可能となった。

本発明においては、軸１とローラ本体２とが、少なくとも長手方向の一部において非接触であって、かつ、少なくとも長手方向両端において接触しているものであれば、それ以外の具体的なローラ構造や材質等については、特に制限されるものではない。

例えば、本発明においてローラ本体２は、図１（ｂ）に示すように単一の部材からなるものとしてもよいが、図２に示すように、長手方向に結合された複数の部材１２から構成されるものとすることもできる。このうち前者の場合には、部材と軸１とを、部材の長手方向両端のみで接触させ（図１（ｂ））、また、後者の場合には、複数の部材１２と軸１とを、夫々部材１２の長手方向両端のみで接触させることで（図２）、本発明による振れ防止効果を最も良好に得ることができるが、図３（ａ），（ｂ）に示すように、接触部をより多く設けることもでき、特に制限されない。

また、本発明においては、上記いずれの場合であっても、軸１と部材との接触部の占める割合が、個々の部材について、その長さの５〜２０％の範囲内であることが好ましい。かかる接触部の占める割合がこの範囲よりも小さいと、軸１と部材との結合が不十分となり、使用時に軸１の空転等の不良を生ずる場合がある。一方、かかる接触部の占める割合がこの範囲よりも大きいと、本発明による振れ防止効果が十分得られず、画像不良等の問題を生ずるおそれがある。

なお、軸１とローラ本体２との非接触部については、締めばめ時においてローラ本体２が軸１を曲げないものであればよいので、軸１−ローラ本体２間において大きな隙間を設ける必要はなく、例えば、成形金型を予め所定の形状としておくなどにより、接触部よりも０．１〜２ｍｍ程度内径を大きくすることで、かかる非接触部を形成することができる。但し、この隙間が小さすぎても、成形精度によってはローラ本体２が軸１を押圧して、軸１の曲げを生ずる恐れがあるので、好ましくない。

本発明においては、ローラ本体２については、中実構造または中空構造のいずれであってもよいが、図１（ａ）に示すように、中空構造を有するよう形成することが、軽量化の観点からは有効である。

また、ローラ本体の外形は、図示する円柱形状には限られず、図４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。この場合、ローラ本体は、図示するように、複数の部材からなるものとすることが好ましく、これにより個々の部材の加工難易度が低くなるため、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。

本発明においてローラ本体２の母材となる樹脂材料としては、所望の強度を有し、射出成型等により成形可能なものであれば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汎用の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る。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（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）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（ＰＢＴ）、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（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、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（ＰＥＴ）、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（ＰＰ）、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（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）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、ＰＯＭ、ＰＡ樹脂、ＰＢＴ、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ＰＣ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、ＰＢＴ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、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２の構成材料全体に対して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１×１０⁰〜１×１０⁶Ω・ｃｍ、より好ましくは１×１０⁰〜１×１０³Ω・ｃｍとする。

また、軸１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好適に用いることができる。

弾性層３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することもできる。さらに、本発明においては、ローラ本体２と弾性層３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３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２と弾性層３とを一体化する手法を用いてもよく、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３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。

なお、弾性層３に添加する導電剤としては、ローラ本体２に関して挙げた導電剤と同様のものを用いることができる。

弾性層３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。

本発明のローラ１０における軸１とローラ本体２との間の結合は、前述したように、ローラ本体２を構成する単一または複数の部材をオーブン等により加熱して、これらを熱膨張させた状態で軸１を嵌通させ、その後冷却して部材を収縮させることで軸１に対し固定する締めばめの手法により好適に行うことができる。また、ローラ本体２との結合手段として、軸１に溝やＤカット等を設けることも好ましいが（図示せず）、いずれの結合手段を用いる場合においても、軸１と部材１２との間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軸１の空転を防止することができる。

本発明のローラにおいては、ローラ本体２上に設ける弾性層３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３により調整可能であるので、複数の部材によりローラ部材２を構成する場合の各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３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が、特には、現像ローラとして好適に用いられる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（実施例１）
軸（材質：ＳＵＭ，軸径φ５．５，長さ２７０ｍｍ）と、４個の部材からなるローラ本体（厚み６ｍｍ，長さ５８．９×４ｍｍ）とを備え、その外周に弾性層（厚み１．３ｍｍ）が形成されてなる導電性ローラを、軸と部材とが各部材の長手方向両端のみで接触するようにして作製した（図２参照）。接触部の長さは各部材の片側につき５ｍｍとし、ローラ全体で４０ｍｍであった。また、ローラ本体２については下記表１に示す配合材料を用い、軸とローラ本体との締めばめは、ローラ本体を１２０℃に加熱して熱膨張させた状態で軸を嵌通させ、その後冷却することにより行った。弾性層３の材料としては、ポリエーテルポリオール（エクセノール８５１、旭硝子（株）製）１００．０質量部、ジブチルスズジラウレート０．００２質量部およびイオン導電剤（ＭＰ−１００、昭島化学工業（株）製）２．８質量部を攪拌機にて液温２５℃、６０回転／分で１０分間攪拌混合し、得られた混合液をＡ液、イソシアネート（スミジュールＰＦ、住化バイエルウレタン（株）製）をＢ液として、Ａ液１０２．８０２質量部とＢ液８．５質量部とを攪拌混合して得られたウレタン樹脂原料を用い、これを、軸とローラ本体とを装填した状態のローラ成型金型内に注入し、１００℃で１時間加熱硬化させることにより弾性層３を形成した。

＊１）三菱レイヨン（株）製、タフペットＰＢＴ Ｎ２８００
＊２）三菱レイヨン（株）製、ＣＦカーボンファイバー パイロフィル
＊３）旭ファイバーグラス（株）製、ＧＦグラスファイバー チョップドストランド

（実施例２）
接触部２Ｂの長さを、各部材の片側につき１０ｍｍとした以外は実施例１と同様にして、実施例２の導電性ローラを作製した。

（比較例１）
軸１として軸径φ７．５のものを用い、図５に示すように、軸１とローラ本体２とがローラ本体２の内周の全面で接触するようにした以外は実施例１と同様にして、比較例１の導電性ローラを作製した。

（比較例２）
軸１として軸径φ５．５のものを用いた以外は比較例１と同様にして、比較例２の導電性ローラを作製した。

得られた各ローラの表面の最大振れ（軸の曲げ量）の大きさを、締めばめ後のローラ本体の中心部において測定した。その結果を、下記の表２中に示す。なお、軸単独での最大振れは、軸径φ５．５のとき０．００５ｍｍであり、軸径φ７．５のとき０．００５ｍｍであった。最大振れが０．０５ｍｍ以下であれば問題なく良好であり、０．０５ｍｍを超えると製品精度が悪化して、実機で使用した際に画像に悪影響が生ずる。

上記表２に示すように、軸とローラ本体とを、少なくとも長手方向の一部において接触しない部分を有し、かつ、少なくとも長手方向両端において接触するよう形成した各実施例のローラにおいては、軸径φ５．５の細い軸を用いた場合であってもローラの最大振れを良好な範囲に抑制することができ、これにより画像不良の発生を防止できることが確かめられた。

（ａ）は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り、（ｂ）はその軸とローラ本体との接触状態を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係るローラの軸とローラ本体との接触状態を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係るローラの軸とローラ本体との接触状態を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る導電性ローラを示す斜視図である。 従来の導電性ローラを示す斜視図である。

符号の説明

１０ 導電性ローラ
１ 軸
２ ローラ本体
２Ａ 非接触部
２Ｂ 接触部
３ 弾性層
４ 孔部内面
１２ 部材

Claims (6)

1. 軸と、該軸の外周に担持されたローラ本体とを備え、該ローラ本体の外周に弾性層が形成されてなる導電性ローラであって、前記ローラ本体が主として樹脂材料と導電剤とからなる導電性ローラにおいて、
   前記ローラ本体の、前記軸を担持する孔部内面が凹凸を有し、該軸とローラ本体とが、少なくともローラ本体の長手方向の一部において接触しない部分を有し、かつ、少なくともローラ本体の長手方向両端において接触していることを特徴とする導電性ローラ。
2. 前記ローラ本体が単一の部材からなり、かつ、該部材と前記軸とが、該部材の長手方向両端のみで接触している請求項１記載の導電性ローラ。
3. 前記ローラ本体が長手方向に結合された複数の部材から構成され、かつ、該複数の部材と前記軸とが、夫々該部材の長手方向両端のみで接触している請求項１記載の導電性ローラ。
4. 前記軸と部材との接触部の占める割合が、前記部材の長さの５〜２０％の範囲内である請求項２または３記載の導電性ローラ。
5. 前記ローラ本体が中空構造を有する請求項１〜４のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
6. 現像ローラとして用いられる請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。

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