JP5269546B2 - 導電性ローラ - Google Patents

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、軸の根元の強度を高め、軸の根元の折れを防止できる導電性ローラに関する。

一般に、複写機やプリンタ、ファクシミリ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、導電性を付与したローラが用いられている。

かかる導電性ローラとして、例えば、特許文献１には、複数の金属板をそれぞれ曲げ加工し、円筒状に湾曲し、その両側縁を開先加工し、開先溶接によって各金属板の両側縁間をした円筒状の導電性ローラが、開示されている。

また、特許文献２および３には、シャフト部材の外周上に導電性の弾性層を形成し、この弾性層上に導電性の樹脂層を形成し、シャフト部材が、樹脂製の中実円柱体およびその両端に形成されたそれぞれの軸部よりなる導電性ローラが、開示されている。

さらに、図７に示すように、円筒状基体３４の外周に弾性層３５を設けた構成を有しており、用途に応じて、金属製パイプの両端に軸部３２を形成したフランジ３１を嵌合して、その外周に弾性層３５を形成した構造や、芯金等のシャフトの外周に円筒状基体本体を設けて、その外周に弾性層３５を形成した構造の導電性ローラ３０が、知られている。
実公平７−５４１９８号公報 特開２００６−２５１００４号公報 特開２００６−２８５２０９号公報

しかしながら、特許文献１〜３等に記載の従来の導電性ローラは、図８に示すように、フランジ部３１と軸部３２との根元３６、あるいはジャーナルと軸部との接合部等の軸の根元が略直角に形成されているため、所定の強度がかかると軸の根元に応力が集中して破壊の起点となり、その結果、軸の根元が折れるという問題がある。また、軸の根元にＲを付けることで、上記折れの問題を解決できると考えられるが、フランジ部の軸受け支持部３１ａで軸受け部品を支持する制約があるため、軸の根元にＲを付けることができない。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、軸の根元の強度を高め、軸の根元の折れを防止できる導電性ローラを提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、フランジ部と軸部との根元の位置を規定し、該根元の外周側に肉盛部を形成することで、軸の根元の強度を高め、軸の根元の折れを防止できることを見出し、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、円筒状基体の端部に、フランジ部とローラ軸方向に延設した軸部とを備えた軸部材が取り付けられた導電性ローラにおいて、
前記フランジ部のローラ軸方向外側の端部の外周部に、ローラ軸方向に突出する軸受け支持部が形成され、
前記軸部の根元が、前記軸受け支持部の端面を基準にローラ軸方向内側にオフセットされた位置に形成され、
前記根元に、肉盛部が形成されてなることを特徴とするものである。

また、本発明の導電性ローラは、前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状における前記ローラ軸方向内側の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側の肉厚より厚くなることが好ましい。

さらに、本発明の導電性ローラは、前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側から前記ローラ軸方向内側に向かって、曲率半径Ｒ（ｍｍ）を有する形状で厚くなることが好ましく、前記曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．２〜２．０であることがより好ましい。

さらにまた、本発明の導電性ローラは、前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側から前記ローラ軸方向内側に向かって、傾斜をもった直線状に厚くなることが好ましい。

また、本発明の導電性ローラは、前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側から前記ローラ軸方向内側に向かって、ローラ軸の垂直方向に膨らんだ曲線状に厚くなることが好ましい。

さらにまた、本発明の導電性ローラは、前記軸受け支持部の端面を基準にローラ軸方向内側に０．２〜２．０ｍｍオフセットされた位置に、前記肉盛部を有することが好ましい。

本発明によれば、軸の根元の強度を高め、軸の根元の折れを防止できる導電性ローラを提供することが可能となった。

以下、本発明の好適実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの一例を示す図である。本発明の導電性ローラ１０は、円筒状基体４の端部に、フランジ部１とローラ軸方向に延設した軸部２とを備えた軸部材３が取り付けられたものである。また、円筒状基体４の外周に弾性層５を有している。

図２は、本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの端部の一例を示す図である。フランジ部１のローラ軸方向外側の端部の外周部に、軸受け支持部１ａが形成され、さらに、軸部２の根元６が、軸受け支持部１ａの端面を基準にローラ軸方向内側にオフセットされた位置に形成され、該根元６に肉盛部１ｂが形成されている。本発明においては、肉盛部１ｂが形成されているため、軸の根元６にかかる応力集中を緩和することができる。

図３は、軸受け支持部で軸受け部品を支持した一例を示す図である。肉盛部１ｂが、軸受け支持部１ａの端面を基準にローラ軸方向内側にオフセットされた位置に形成されているため、肉盛部１ｂを形成してもフランジ部１の軸受け支持部１ａで軸受け部品７を支持することができる。

本発明において、肉盛部１ｂの形状としては、根元６の外周側の肉厚を厚くでき、本発明の所期の効果が得られれば特に限定されないが、肉盛部１ｂのローラ軸方向の断面形状におけるローラ軸方向内側の肉厚が、軸受け支持部の端面側の肉厚より厚くなることが好ましい。ローラ軸方向内側の肉厚を厚くすることにより、軸の根元６にかかる応力集中をより緩和することができる。

図４は、肉盛部の形状の一例を示す拡大図である。図４中、矢印は、軸受け支持部１ａの端面側からローラ軸方向内側への方向を示す。本発明の導電性ローラは、図４（ａ）に示すように、肉盛部１ｂのローラ軸方向の断面形状の肉厚が、軸受け支持部１ａの端面側からローラ軸方向内側に向かって、曲率半径Ｒ（ｍｍ）を有する形状で厚くなることが、好ましい。肉盛部１ｂのローラ軸方向内側にＲ形状を設けることにより、根元６にかかる応力集中を緩和することができる。

また、本発明においては、曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．２〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．２ｍｍであることがより好ましい。曲率半径Ｒをかかる範囲とすることにより、成形も容易に本発明の所期の効果を得ることができる。

図５は、本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの端部の他の一例を示す図である。本発明においては、ローラ軸方向内側にＲ形状を設ける等肉盛部１ｂを有していれば、本発明の所期の効果が得られるため、他の部分の形状は特に限定されない。

また、本発明の導電性ローラは、図４（ｂ）に示すように、肉盛部１ｂのローラ軸方向の断面形状の肉厚が、軸受け支持部１ａの端面側からローラ軸方向内側に向かって、傾斜をもった直線状に厚くなることが好ましい。肉盛部１ｂのローラ軸方向内側に向かって、厚くなっているため、根元６にかかる応力集中を緩和することができる。

さらに、本発明の導電性ローラは、図４（ｃ）に示すように、肉盛部１ｂのローラ軸方向の断面形状の肉厚が、軸受け支持部１ａの端面側からローラ軸方向内側に向かって、ローラ軸の垂直方向に膨らんだ曲線状に厚くなることが好ましい。肉盛部１ｂがローラ軸の垂直方向に膨らんで全体的により厚くなっているため、根元６にかかる応力集中を緩和することができる。

また、本発明の導電性ローラは、軸受け支持部１ａの端面を基準にローラ軸方向内側に０．２〜２．０ｍｍオフセットされた位置に、肉盛部１ｂを有することが好ましく、０．５〜１．２ｍｍオフセットされた位置に、肉盛部１ｂを有することより好ましい。オフセット量をかかる範囲とすることにより、より容易に肉盛部１ｂを成形できる。

本発明において、円筒状基体４の本体部としては、金属製パイプを用いることができる。かかる金属製パイプの材質としては、良好な導電性を有する金属材料からなるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、鉄、ステンレススチール、アルミニウムやこれらを含む合金等を用いることができる。この金属製パイプの肉厚は、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、０．３〜２ｍｍである。

また、本発明において、フランジ部１および軸部２の材料としては、ローラの用途等に応じて、各種金属材料や樹脂材料等、いかなる材質のものを用いてもよいが、製造時の加工の容易性等の観点から、樹脂材料からなることが好適である。

フランジ部１および軸部２の樹脂材料としては、具体的には、エンジニアリングプラスチックの場合、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）、ポリオキシメチレン、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。

また、上記の中でも、エンジニアリングプラスチックが好ましく、特に、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で一層好ましい。特に、ポリアミド６・６、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６・１２、ポリブチレンテレフタレート、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。

フランジ部１および軸部２に導電性を具えさせる場合の導電剤としては、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、通常は材料全体に対して５〜４０質量％、特には、５〜２０質量％とすることが好ましい。

さらに、フランジ部１および軸部２の樹脂材料中には、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質量％、特には１０〜２０質量％である。

上記円筒状基体４の外周面に形成される弾性層５の材料としては、特に限定されず、例えば、紫外線硬化型樹脂または電子線硬化型樹脂を好適に用いることができる。かかる紫外線硬化型樹脂または電子線硬化型樹脂としては、具体的には例えば、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などが挙げられ、これらの１種または２種以上を混合して用いることができる。また、これらの樹脂に特定の官能基を導入した変性樹脂を用いてもよい。

上記の中でも、特に、（メタ）アクリレートオリゴマーを含む（メタ）アクリレート系樹脂組成物が好適である。このような（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、例えば、ウレタン系（メタ）アクリレートオリゴマー、エポキシ系（メタ）アクリレートオリゴマー、エーテル系（メタ）アクリレートオリゴマー、エステル系（メタ）アクリレートオリゴマー、ポリカーボネート系（メタ）アクリレートオリゴマー等、また、フッ素系、シリコーン系のアクリルオリゴマーなどを挙げることができる。

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、２および比較例１）
図１に示すような、金属製パイプ（材質：アルミＡ６０６３，長さ：２３０ｍｍ，厚み０．７ｍｍ，外径φ１８ｍｍ）の両端に軸部２を有するフランジ部１（材質：ＰＯＭ（ポリプラスチックス（株）製，ＥＢ−１０）、肉厚１．２ｍｍ）が嵌合されてなる円筒状基体４の外周面に、弾性層形成用塗料をダイコータで塗工することにより、膜厚７ｍｍにて、弾性層５の形成を行い、導電性ローラ１０を得た。

弾性層形成用塗料としては、ウレタン（メタ）アクリレートオリゴマーＵＶ３０００Ｂ（日本合成化学工業（株）製，官能基数：２，分子量：１８０００）６５質量部、（メタ）アクリレートモノマーＬ−Ａ（ラウリルアクリレート，共栄社化学（株）製，官能基数：１，Ｔｇ：−３℃）２５質量部およびＡ−ＳＡ（β−アクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート，新中村化学（株）製，官能基数：１，Ｔｇ：−１０℃）１０質量部、光重合開始剤ＩＲＧＡＣＵＲＥ１８４（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製）０．５質量部、並びに導電剤ＭＰ−１００（昭島化学工業（株）製）からなる混合物を、攪拌機にて、液温７０℃、６０回転／分で１時間攪拌混合し、ろ過して得られるＵＶ硬化樹脂原料を用いた。弾性層形成用塗料は、塗工しながらスポットＵＶ照射を施すことで形状を保てる程度まで硬化させた後、さらに、窒素雰囲気下で、回転させながらＵＶ照射強度７００ｍＷ／ｃｍ^２にて５秒間ＵＶ照射を施すことで硬化させ、弾性層５を形成した。

図６は、導電性ローラの端部の実施例を示す図である。図６中、軸部２の直径Ａ_１を７．５ｍｍ、端面の内径Ａ_２を１２．３ｍｍとし、肉盛部６の軸受け支持部の端面を基準にしたオフセット量Ｂ_１を１．２ｍｍとした。さらに、肉盛部６における曲率半径Ｒ（ｍｍ）を下記表１に示す条件に設定した。なお、肉盛部６を有しない場合を比較例１とし、その構造を図８に示す。

（評価）
各導電性ローラ１０において、矢印Ｃ方向に荷重を加え（図６参照）、軸部２が折れる折れ強度（Ｎ）を５回測定し、その平均値を求めた。結果を表１に併記する。

表１の結果から、実施例１および２では、比較例１より折れ強度が良好となっており、軸の根元の強度が高くなり、軸の根元の折れを防止できた。

本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの一例を示す図である。 本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの端部の一例を示す図である。 軸受け支持部で軸受け部品を支持した一例を示す図である。 肉盛部の断面形状の一例を示す拡大図である。 本発明の好適実施形態に係る導電性ローラの端部の他の一例を示す図である。 導電性ローラの端部の実施例を示す図である。 従来の導電性ローラを示す図である。 従来の導電性ローラの端部を示す図である。

符号の説明

１、３１ フランジ部
１ａ、３１ａ 軸受け支持部
１ｂ 肉盛部
２、３２ 軸部
３、３３ 軸部材
４、３４ 円筒状基体
５、３５ 弾性層
６、３６ 根元
７、３７ 軸受け部品
１０、３０ 導電性ローラ

Claims (7)

1. 円筒状基体の端部に、フランジ部とローラ軸方向に延設した軸部とを備えた軸部材が取り付けられた導電性ローラにおいて、
   前記フランジ部のローラ軸方向外側の端部の外周部に、ローラ軸方向に突出する軸受け支持部が形成され、
   前記軸部の根元が、前記軸受け支持部の端面を基準にローラ軸方向内側にオフセットされた位置に形成され、
   前記根元に、肉盛部が形成されてなることを特徴とする導電性ローラ。
2. 前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状における前記ローラ軸方向内側の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側の肉厚より厚くなる請求項１記載の導電性ローラ。
3. 前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側から前記ローラ軸方向内側に向かって、曲率半径Ｒ（ｍｍ）を有する形状で厚くなる請求項２記載の導電性ローラ。
4. 前記曲率半径Ｒ（ｍｍ）が、０．２〜２．０である請求項３記載の導電性ローラ。
5. 前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側から前記ローラ軸方向内側に向かって、傾斜をもった直線状に厚くなる請求項２記載の導電性ローラ。
6. 前記肉盛部のローラ軸方向の断面形状の肉厚が、前記軸受け支持部の端面側から前記ローラ軸方向内側に向かって、ローラ軸の垂直方向に膨らんだ曲線状に厚くなる請求項２記載の導電性ローラ。
7. 前記軸受け支持部の端面を基準にローラ軸方向内側に０．２〜２．０ｍｍオフセットされた位置に、前記肉盛部を有する請求項１〜６のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。

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