JP6118580B2 - 導電性ローラ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、導電性ローラ及び画像形成装置に関し、さらに詳しくは、初期の硬度・抵抗値はもちろん経時的にも安定した硬度・抵抗値を有する導電性ローラ及び高品質の画像を長期間にわたって形成できる画像形成装置に関する。

レーザープリンター及びビデオプリンター等のプリンター、複写機、ファクシミリ、これらの複合機等には、電子写真方式を利用した各種の画像形成装置が採用されている。電子写真方式を利用した画像形成装置は多種多様の各種ローラを備えている。このような各種ローラとして、例えば、導電性又は半導電性を有する導電性ローラ、比較的低硬度の弾性ローラ等が挙げられる。前記導電性ローラとしては、具体的には、感光体等の像担持体を一様に帯電させる帯電ローラ、現像剤を担持搬送して像担持体に供給する現像ローラ、現像ローラに現像剤を帯電させつつ供給する現像剤供給ローラ、像担持体又は各種ベルトに残存する現像剤を除去するクリーニングローラ等が挙げられる。

導電性ローラとして、特許文献１には「導電性芯体の外周面にゴム硬度１８°Ｈｓ〜３６°Ｈｓ（ＪＩＳＡ）の範囲内の絶縁性シリコーンゴム発泡体層が形成され、さらにその外周面に導電性シリコーンゴム層が形成された２層構造のシリコーンゴムロールであって、前記絶縁性シリコーンゴム発泡体層の両端面に接して、かつ該絶縁性シリコーンゴム発泡体層よりも両端面が張り出し形成された前記導電性シリコーンゴム層の張り出し部の内周面と前記導電性芯体の外周面との間に、前もって成形された厚さ５ｍｍ〜１０ｍｍの一対のリング状の半導電性シリコーンゴムが一体に形成され、平均抵抗値の最大値／最小値が１．１〜１．２の範囲内であることを特徴とする半導電性シリコーンゴムロール」が記載されている。

画像形成装置に装着される各種ローラは、それが圧接する部材との圧接幅（ニップ幅とも称する。）を確保するため、低硬度化されることがある。このようなローラとして、例えば特許文献２及び特許文献３に記載された定着装置用のローラが挙げられる。具体的には、特許文献２には「中心部の芯金から表層に向かって順次シリコーンゴム層、シリコーンスポンジ層、フッ素樹脂チューブ層の順に多層に積層して構成し、前記シリコーンゴム層とシリコーンスポンジ層との肉厚比が２：１〜７：１の範囲であることを特徴とする加圧ローラ」が、特許文献３には「芯金の外周に非発泡シリコーンゴム層を被覆し、さらに該非発泡シリコーンゴム層を発泡シリコーンゴム層で被覆して２層被覆構造としたことを特徴とする定着用ロール」が記載されている。

特許第３７６５４３１号公報 実開平５−５９４７４号公報 特開２００２−１５６８５７号公報

ところで、画像形成装置に装着されるローラの硬度の低硬度化、および硬度・抵抗値変化の軽減は導電性ローラにも求められる。その理由は、接触するトナーへの影響を軽減することにより、より良い印字画質を得ることにある。

特に導電性ローラの低硬度化には定着装置用のローラと同様に弾性層を発泡体で構成することが有効である。

ところが、特許文献１の０００７欄に記載されているように、弾性層を発泡体で構成すると「ただでさえロールの抵抗値をこの半導電性領域に調整するには、導電性カーボンブラック等の導電性フィラーの添加量の調整が非常に難しい上に、特にこれをスポンジロールにすると発泡により抵抗値の上昇をきたし、その上昇率が発泡倍率により、大きく変動してしまい、半導電性領域での抵抗値の制御が非常に難しくなってしまう」ことが一般的である。

さらに、発泡体で構成された弾性層は物理的影響を受けやすく、その結果硬度低下を招き初期の半導電領域の抵抗値から変動してしまうことも一般的である。なお、特許文献２及び特許文献３の定着装置用のローラは通常導電性を有していないから当然に抵抗値を調整する必要はない。

画像形成装置に装着される導電性ローラは、通常、他の部材に接触又は圧接した状態に配置されるので、導電性ローラ自体の抵抗値はもちろん導電性ローラの軸線方向の端部と中央部との抵抗値を略同一に調整しにくいことがあった。特に、導電性ローラは、他の部材に接触又は圧接した状態に装着されると、経時的に抵抗値が変動して初期の抵抗値を均一に調整しても次第に抵抗値の均一性が損なわれる傾向が強く、画像形成装置で形成される画像の品質を低下させる大きな要因となっていた。

したがって、この発明は、初期の硬度、抵抗値はもちろん経時的にも安定した硬度と抵抗値を有し、かつ弾性を長期間維持できる導電性ローラを提供することを目的とする。

また、この発明は、高品質の画像を長期間にわたって形成できる画像形成装置を提供することを、目的とする。

前記課題を解決するための手段は、
（１） 軸体の外周面に配置された中央部、及び前記中央部の軸線方向における両端それぞれに半径方向に突出するように形成された環状鍔部を有する非発泡導電性弾性層と、前記非発泡導電性弾性層の外周面であって前記環状鍔部との間で前記中央部を被覆するように形成され、前記環状鍔部よりも大きな外側半径を有する発泡導電性弾性層とを備えた導電性ローラであって、
前記環状鍔部の外側半径と前記中央部の外側半径との寸法差Ａの、発泡導電性弾性層の厚さＣに対する割合が２５％以上９５％以下であり、前記中央部はその厚さＢが０．５ｍｍ以上である導電性ローラであり、
（２） 前記非発泡導電性弾性層は、カーボンブラックを含有し、電気抵抗値が１×１０^４〜１×１０^８Ωであり、
前記発泡導電性弾性層は、カーボンブラックを含有し、電気抵抗値が１×１０^５〜１×１０^９Ωである前記（１）に記載の導電性ローラであり、
（３） 前記発泡導電性弾性層は、その両端部それぞれに各端縁に向かって外側半径が徐々に小さくなる環状テーパ部を有している前記（１）又は（２）に記載の弾性ローラであり、
（４） 前記非発泡導電性弾性層はＪＩＳ Ａ硬度で２０〜７０であり、前記発泡導電性弾性層はアスカーＦ硬度で４５〜７０かつアスカーＣ硬度で５０以下である前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の弾性ローラであり、
（５） 帯電ローラ、現像ローラ、現像剤供給ローラ及びクリーニングローラからなる群より選択される少なくとも１つのローラとして前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の導電性ローラを備えている画像形成装置である。

この発明に係る導電性ローラは、軸体の外周面に配置され、軸線方向の両端部それぞれに半径方向に突出する環状鍔部を有する非発泡導電性弾性層と、この非発泡導電性弾性層の外周面であって環状鍔部との間に配置され、環状鍔部よりも大きな外側半径を有する発泡導電性弾性層とを備えているから、発泡導電性弾性層の両端部それぞれが非発泡導電性弾性層の環状鍔部で軸線方向への過度の変形が抑えられる。その結果、発泡導電性弾性層の両端部は過度の変形及び経時による発泡構造の破壊が低減又は防止され、発泡導電性弾性層内でのカーボンブラック同士のネットワークが長期間にわたって保持される。

また、この発明に係る画像形成装置は帯電ローラ、現像ローラ、現像剤供給ローラ及びクリーニングローラからなる群より選択される少なくとも１つのローラとしてこの発明に係る導電性ローラを備えているから少なくとも１つのローラが安定した電気的特性を発揮する。

したがって、この発明によれば、初期の硬度、抵抗値はもちろん経時的にも安定した硬度と抵抗値を有する導電性ローラ、及び、高品質の画像を長期間にわたって形成できる画像形成装置を提供できる。

図１は、この発明に係る導電性ローラの一例の導電性ローラを示す概略断面図である。 図２は、この発明に係る導電性ローラの別の一例の導電性ローラを示す概略断面図である。 図３は、この発明に係る定着装置及びこの発明に係る画像形成装置を示す概略説明図である。

この発明に係る導電性ローラは、画像形成装置に装着される導電性ローラ、例えば帯電ローラ、現像ローラ、現像剤供給ローラ及びクリーニングローラとして採用される導電性ローラであって、軸体の外周面に配置された非発泡導電性弾性層とこの非発泡導電性弾性層の外周面に配置された発泡導電性弾性層とを備えている。そして、非発泡導電性弾性層は軸線方向の両端部それぞれに半径方向に突出する環状鍔部を有しており、発泡導電性弾性層は環状鍔部よりも大きな外側半径を有し、環状鍔部の間に配置されている。この発明に係る導電性ローラは、前記構成を有していればよく、非発泡導電性弾性層及び発泡導電性弾性層に加えて接着剤層、表面層等を備えていてもよい。

この発明に係る導電性ローラは、導電性、特に半導電性を有しており、この発明において「半導電性」とは後述する電気抵抗値（１００Ｖ）が１×１０^４〜１×１０^９Ωの範囲内にある電気的特性をいう。

この発明に係る導電性ローラの一例としての導電性ローラ１は、図１に示されるように、軸体２と、軸体２の外周面に配置された非発泡導電性弾性層３と、非発泡導電性弾性層３の外周面に配置された発泡導電性弾性層４とを備えている。

軸体２は、良好な導電特性を有していればよく、通常、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で構成された所謂「芯金」と称される軸体である。また、軸体２は、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂等の絶縁性芯体にメッキを施して導電化した軸体であってもよく、さらには、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂等に導電性付与剤としてカーボンブラック又は金属粉体等を配合した導電性樹脂で形成された軸体であってもよい。

非発泡導電性弾性層３は、軸体２の外周面に形成され、軸線方向の両端部それぞれに半径方向に突出する環状鍔部５を有している。具体的には、非発泡導電性弾性層３は、軸線方向に延在し、一定の外側半径Ｂを有する円柱状の中央部６と、中央部６の端部それぞれに好ましくは一体的に連設され、中央部６の外周面から半径方向に突出する環状鍔部５とを有する、軸線を含む断面形状が幅広の略Ｈ状になっている。このように非発泡導電性弾性層３は両端部に環状鍔部５を有する管体状に形成されている。

図２（ａ）に示されるように、環状鍔部５の中央部６に向かう内端面７と中央部６の外周面８とは、略垂直に接続していてもよい（換言すると、内端面７が中央部６の外周面８から直角に半径方向に立ち上がっていてもよい）が、ローラを対象物に圧接した際にかかる圧力を緩和、かつ均一化する点で、図２（ｂ）に示されるように、内端面７から外周面８に連続する曲面で環状鍔部５から中央部６へと連続的に形成されているのがよく、又は、図示しないが、内端面７と外周面８とが鋭角に交差する面を介して接続されているのがよい。このような曲面として、例えば非発泡導電性弾性層３の軸線を含む断面におけるＲ面等が挙げられる。また、鋭角に交差する面として、例えば、非発泡導電性弾性層３の軸線を含む断面において内端面７の外周面８側近傍及び外周面８の内端面７側近傍に配置された傾斜面例えばＣ面等が挙げられる。ここで、Ｒ面の曲率半径は特に限定されず、製造される導電性ローラの外側半径や、発泡導電性弾性層と発泡弾性層トータルの厚さにより任意に変更される。

この発明に係る導電性ローラにおける非発泡導電性弾性層は、上記したように、また図２（ａ）及び（ｂ）に示されるだけではなく、本発明の課題を達成することができる限り、以下に示すような形態を取り得る。図２（ｃ）に示されるように、環状鍔部５の中央部６に向かう内端面７が、軸線を通る断面において緩傾斜の直線で示されような、円錐台周面であってもよく、また、図２（ｄ）に示されるように、環状鍔部５の内端面７と外端面９とに挟まれた外周面１０が、内端面７から外端面９へと傾斜する円錐台周面に形成されていても良い。

非発泡導電性弾性層３は、その内部及び外表面に開口する中空部を実質的に有していない弾性層、所謂「ソリッド弾性層」である。ここで、「実質的に有していない」とは発泡剤の発泡により形成される中空部及び中空充填剤の存在による中空部を積極的に有していなことであり、不可避的に存在する中空部までをも有していないことではない。

非発泡導電性弾性層３は、発泡導電性弾性層４の発泡構造の破壊を大幅又は高度に低減又は防止できる点で、２０〜７０のＪＩＳ Ａ硬度を有しているのが好ましく、３０〜６０のＪＩＳ Ａ硬度を有しているのが特に好ましい。ＪＩＳ Ａ硬度はＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して複数箇所を測定し、測定値を算術平均した値とする。

非発泡導電性弾性層３は、電気抵抗値（１００Ｖ）が１×１０^４〜１×１０⁸Ωであるのが好ましく、１×１０^５〜５×１０^７Ωであるのが特に好ましい。非発泡導電性弾性層３の電気抵抗値が前記範囲内にあると、導電性ローラ１の電気抵抗値を半導電性の領域に容易に調整できると共に、発泡導電性弾性層の抵抗値を１×１０^４〜１×１０⁸Ωにすると、相乗効果で長時間通電時の発泡弾性層への影響を軽減できるという効果が得られる。非発泡導電性弾性層３の電気抵抗値は、温度２０℃、相対湿度５０％の環境下で、例えば電気抵抗計（商品名：ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ Ｒ８３４０Ａ、株式会社アドバンテスト製）を用いて測定できる。具体的には、下記にて詳細に説明する方法において、発泡導電性弾性層を被覆する前に、製造した非発泡導電性弾性層のみの状態で、環状鍔部径に研削したローラ全体を載せることのできる長さを有する金メッキ製板を電極とし、５００ｇの荷重を導電性ローラ１における軸体２の両端それぞれに支持させた状態（合計荷重１０００ｇ）にして、軸体２と電極との間にＤＣ１００Ｖを印加し、１秒後の電気抵抗計の値を読み取り、この値を電気抵抗値とする方法に準拠して、測定する。非発泡導電性弾性層３の電気抵抗値はカーボンブラックの含有量等によって調整できる。

非発泡導電性弾性層３は、用途に応じて任意の長さ及び厚さに調整されるが、以下に記載される寸法乃至形状を有しているのが好ましい。

環状顎部５は、発泡導電性弾性層４の端部の変形を高度に防止できる点で、軸線方向の長さが１．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であるのが好ましく、２．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるのが特に好ましい。また、その形状については、発泡導電弾性層側、およびその外側にかかわらず、垂直にこだわらず、傾斜していても良い。

非発泡導電性弾性層３における一対の環状鍔部５の間に形成されている円柱状の中央部６の好ましい最小厚さＢは、０．５ｍｍである。中央部６の厚さＢが０．５ｍｍ以上であると、端部の変形を高度に防止できると言った利点がある。

非発泡導電性弾性層３における一対の環状鍔部５の外側半径と前記中央部６の外側半径との寸法差Ａの、発泡導電性弾性層４の厚さＣに対する割合が２５％以上９５％以下であるのが好ましい。寸法差Ａが前記範囲にあることは、発泡導電性弾性層の外側半径が環状鍔部の外側半径よりも大きいことを示し、端部の変形を高度に防止できるといった利点がある。

非発泡導電性弾性層３は、ゴムと導電性付与剤と所望により各種添加剤とを含有している。前記ゴムは、例えば、シリコーン若しくはシリコーン変性ゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム（エチレンプロピレンジエンゴムを含む。）、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、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、ウレタンゴム、フッ素ゴム等のゴムが挙げられるが、シリコーン若しくはシリコーン変性ゴム又はウレタンゴムであるのが好ましく、シリコーン若しくはシリコーン変性ゴムが、耐熱性及び帯電特性等に優れる点で、特に好ましい。これらのゴムは、液状型であってもミラブル型であってもよい。

導電性付与剤は、導電性粉末、イオン導電性物質等が挙げられる。導電性粉末としては、具体的には、例えば、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の他に、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン類、また酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属等が挙げられる。イオン導電性物質としては、例えば、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム等の無機イオン性導電物質等が挙げられる。

導電性付与剤は１種単独で又は２種以上を組み合わせて、非発泡導電性弾性層３が前記範囲の電気抵抗値となるように適宜の含有量で添加される。例えば、導電性付与剤の含有量はゴム１００質量部に対して２〜８０質量部に範囲内に設定される。

前記添加剤としてはゴム組成物又は樹脂組成物等に含有される各種の添加剤、例えば、鎖延長剤及び架橋剤等の助剤、触媒、分散剤、発泡剤、老化防止剤、酸化防止剤、充填材、顔料、着色剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、乳化剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導性向上剤、離型剤、溶剤等が挙げられる。これらの各種添加剤は、通常用いられる添加剤であってもよく、用途に応じて特別に用いられる添加剤であってもよい。

非発泡導電性弾性層３を形成するゴム組成物は、ゴムと導電性付与剤と所望により各種添加剤とを含有する組成物であればよく、例えば、発泡導電性弾性層４を形成する発泡ゴム組成物のうち発泡剤を除去したゴム組成物を好適に使用することができる。

発泡導電性弾性層４を形成する発泡ゴム組成物のうち発泡剤を除去したゴム組成物として、導電性シリコーンゴム系組成物及び発泡導電性ウレタンゴム系組成物等が好ましい。

前記導電性シリコーンゴム系組成物として、例えば付加反応型発泡導電性シリコーンゴム組成物が特に好ましい。

付加反応型発泡導電性シリコーンゴム組成物は、ビニル基含有シリコーン生ゴムと、シリカ系充填材と、付加反応架橋剤と、付加反応触媒と、反応制御剤と、導電性付与剤とを含有し、所望により、さらに、有機過酸化物架橋剤と耐熱性向上剤（前記導電性付与剤として機能するものを除く。）と各種添加剤とを含有している。

前記ビニル基含有シリコーン生ゴムは、例えば、ミラブル型シリコーンゴム、熱架橋シリコーンゴム（ＨＴＶ：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚｉｎｇ）等が挙げられる。これらのビニル基含有シリコーン生ゴムは、後工程で発泡剤及び付加反応架橋剤等をロールミル等で容易に混練りすることができるという特性を有し、一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。前記ビニル基含有シリコーン生ゴムとして、例えば、信越化学工業株式会社製の商品名「ＫＥ−７７ＶＢＳ」等が挙げられる。

シリカ系充填材は、補強性を有する煙霧質シリカ又は沈降性シリカ等が挙げられ、一般式がＲＳｉ（ＯＲ’）_３で示されるシランカップリング剤で表面処理された、補強効果の高い表面処理シリカ系充填材が好ましい。ここで、前記一般式におけるＲは、グリシジル基、ビニル基、アミノプロピル基、メタクリロキシ基、Ｎ−フェニルアミノプロピル基又はメルカプト基等であり、前記一般式におけるＲ’はメチル基又はエチル基である。前記一般式で示されるシランカップリング剤は、例えば、信越化学工業株式会社製の商品名「ＫＢＭ１００３」及び「ＫＢＥ４０２」、並びに、東新化成株式会社製の商品名「セライトスーパーフロス」等として、容易に入手することができる。このようなシランカップリング剤で表面処理されたシリカ系充填材は、定法に従って、シリカ系充填材の表面を処理することにより、得られる。シリカ系充填材の配合量は、前記ビニル基含有シリコーン生ゴム１００質量部に対して、４０〜１００質量部であるのが好ましく、４５〜７０質量部であるのがより一層好ましく、５０〜６０質量部であるのが特に好ましい。シリカ系充填材は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。

付加反応架橋剤は、例えば、一分子中に二個以上のＳｉＨ基（ＳｉＨ結合）を有する付加反応型の架橋剤として公知のオルガノハイドロジェンポリシロキサンが好適に挙げられる。付加反応架橋剤は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。付加反応架橋剤の配合量はビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材との合計１００質量部に対して０．０１〜２０質量部であるのがよい。

付加反応触媒は、シリコーン生ゴムの付加反応に通常用いられる触媒であればよく、例えば、周期律表第９属又は第１０属の金属単体及びその化合物が挙げられる。付加反応触媒の配合量は、非発泡導電性弾性層の硬度に影響し、前記ビニル基含有シリコーン生ゴムと前記シリカ系充填材との合計１００質量部に対して、０．４０〜０．７質量部であると非発泡導電性弾性３のアスカーＦ硬度、その硬度比を前記範囲内に調整できる。付加反応触媒は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。

反応制御剤は、公知の反応制御剤を特に制限されることなく用いることができ、例えば、メチルビニルシクロテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイド等が挙げられる。反応制御剤の配合量は、前記ビニル基含有シリコーン生ゴムと前記シリカ系充填材との合計１００質量部に対して０．１〜２質量部であるのがよい。反応制御剤は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。

導電性付与剤は前記した通りであり、一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。導電性付与剤の配合量は前記ビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材との合計１００質量部に対して５〜５０質量部であるのがよい。

有機過酸化物架橋剤は、単独でビニル基含有シリコーン生ゴムを架橋させることも可能であるが、付加反応架橋剤の補助架橋剤として併用すれば、シリコーンゴムの強度、歪み等の物性がより向上する。有機過酸化物架橋剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ビス−２,４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等が挙げられる。有機過酸化物架橋剤の配合量は、ビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材との合計１００質量部に対して０．３〜１０質量部であるのがよい。有機過酸化物架橋剤は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。

耐熱性向上剤は、前記導電性付与剤以外で発泡弾性層３の耐熱性を向上させる化合物であればよく、例えば、酸化鉄（ベンガラとも称する。）、酸化セリウム及び水酸化セリウム等が挙げられる。これらは一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。

前記ビニル基含有シリコーン生ゴム、前記シリカ系充填材及び前記各種添加剤を含有するシリコーンゴム組成物として、例えば、信越化学工業株式会社製の商品名「ＫＥシリーズ」及び「ＫＥＧシリーズ」等を容易に入手することができる。

ゴム組成物は、二本ロール、三本ロール、ロールミル、バンバリーミキサ、ドウミキサ（ニーダー）等のゴム混練り機等を用いて、均一に混合されるまで、例えば、数分から数時間、好ましくは５分以上１時間以下にわたって常温又は加熱下で混練して、得られる。

発泡導電性弾性層４は、中央部６の外周面８上に環状鍔部５で挟まれるように配置されている。発泡導電性弾性層４は、その内部及び／又は外表面に開口する中空部（セルとも称する。図１において図示しない。）を有している。発泡導電性弾性層４が有するセルは、発泡導電性弾性層４を形成する後述のゴム組成物に含有される発泡剤若しくは気体の発泡又は分解等によって生じる中空領域、及び、発泡ゴム組成物に含有される中空充填材等に由来する中空領域等をいう。このセルは、他のセルに接することのない又は連通することのない独立状態にある独立セルと、近傍に存在する他のセルに接し又は連通している連続セルとを有している。この連続セルは発泡導電性弾性層４内で３次元的な連通路を形成しているのがよい。個々のセルの形状は、特に限定されず、例えば、略球状であってもよく、また楕円体形、不定形であってもよく、また、複数のセルが連通した管状であってもよい。セルの平均セル径は５０〜４００μｍであるのが好ましい。平均セル径は、発泡導電性弾性層４の表面又は任意の面で切断したときの切断面において、約２０ｍｍ^２の領域を電子顕微鏡等で観察し、観察視野内に存在する各セルにおける開口部の最大長さを測定して、測定された最大長さを算術平均して得られた平均長さとして、求める。

発泡導電性弾性層４は、画像形成装置に装着されたときに所定のニップ幅を確保すると共に、用途によってはトナーを搬送したり、除去したりする効果が得られるである点で、アスカーＦ硬度で４０以上かつアスカーＣ硬度で５０以下の硬度を有しているのが好ましい。具体的には、発泡導電性弾性層４は、アスカーＦ硬度で４０以上８０以下の範囲又はアスカーＣ硬度で１０以上５０以下の範囲に含まれる硬度を有している。発泡導電性弾性層４の硬度は用途により好ましくはアスカーＦ硬度では４５〜７０であり、アスカーＣ硬度では２５〜４５である。アスカーＣ硬度（１．０ｋｇ荷重）は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して測定できる。またアスカーＦ硬度は、例えば高分子計器株式会社製「アスカーゴム硬度計Ｆ型」を用いて、導電性ローラ１の湾曲した外表面すなわち発泡導電性弾性層４の外周面に硬度計の押圧子の中心部を押し付け、かつ基準面が導電性ローラ１の外表面に接触した瞬間の目盛りを読み取ることで得られる値である。発泡導電性弾性層４の硬度は複数箇所を測定した測定値を算術平均した値とする。

発泡導電性弾性層４は、電気抵抗値（１００Ｖ）が１×１０^５〜１×１０^９Ωであるのが好ましく、１×１０^６〜１×１０^８Ωであるのが特に好ましい。発泡導電性弾性層４の電気抵抗値が前記範囲内にあると、非発泡導電弾性層との相乗効果で長時間通電時の発泡弾性層への影響を軽減できるという効果が得られる。発泡導電性弾性層４の電気抵抗値は、温度２０℃、相対湿度５０％の環境下で、例えば電気抵抗計（商品名：ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ Ｒ８３４０Ａ、株式会社アドバンテスト製）を用いて測定できる。具体的には、導電性ローラ１を水平に置き、この導電性ローラ１の発泡導電性弾性層４全体を載せることのできる長さを有する金メッキ製板を電極とし、５００ｇの荷重を導電性ローラ１における軸体２の両端それぞれに支持させた状態（合計荷重１０００ｇ）にして、軸体２と電極との間にＤＣ１００Ｖを印加し、１秒後の電気抵抗計の値を読み取り、この値を電気抵抗値とする方法に準拠して、測定する。発泡導電性弾性層４の電気抵抗値はカーボンブラックの含有量等によって調整できる。

図１に示されるように、発泡導電性弾性層４は、軸線方向に一定の外側半径であって環状鍔部５の外側半径よりも大きな外側半径を有し、環状鍔部５よりも突出している。この発泡導電性弾性層３の外側半径は環状鍔部５の外側半径よりも大きければよく、環状鍔部５よりも０．２５ｍｍ以上突出する厚さであるのが好ましい。発泡導電性弾性層３の外側半径及び厚さが前記範囲内にあると、発泡導電性弾性層の変形を軽減できるという効果が得られる。

発泡導電性弾性層４は、ゴムと導電性付与剤と所望により各種添加剤とを含有している。ゴム、導電性付与剤及び各種添加剤は前記した通りである。

発泡導電性弾性層４を形成する発泡ゴム組成物は、ゴムと導電性付与剤と発泡剤と所望により各種添加剤とを含有する組成物であればよく、非発泡導電性弾性層３を形成するための前記ゴム組成物に発泡剤を加えてなる発泡ゴム組成物を好適例として挙げることができる。

発泡剤としては、従来、発泡ゴムに用いられる発泡剤であればよく、例えば、前記無機系発泡剤及び前記有機系発泡剤等が挙げられる。この発明においては、発泡弾性層３を容易に形成することができる点で、発泡剤は有機系発泡剤であるのがよく、具体的には、例えば、アゾジカルボン酸アミド、アゾビス−イソブチロニトリル等のアゾ化合物が好適に使用される。特に、ジメチル−１，１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）が好適に使用できる。発泡剤の配合量は、例えば、前記ビニル基含有シリコーン生ゴムと前記シリカ系充填材との合計１００質量部に対して、０．１〜１０質量部、特に０．５〜８質量部であるのがよい。発泡剤は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。

この発明に係る導電性ローラの別の一例としての導電性ローラ１は、図２（ｅ）に示されるように、軸体２と、軸体２の外周面に配置された非発泡導電性弾性層３と、非発泡導電性弾性層３の外周面に配置された発泡導電性弾性層４とを備えている。この導電性ローラ１は発泡導電性弾性層４の形態が異なること以外は図２（ｄ）に示される導電性ローラ１と基本的に同様である。

図２（ｅ）に示される発泡導電性弾性層４は、軸線方向に延在し、一定の外側半径を有する中央部４ａと、中央部４ａの端部それぞれに好ましくは一体的に連設され、各端縁に向かって外側半径が徐々に小さくなる環状テーパ部４ｂとを有している。この環状テーパ部４ｂそれぞれは、中央部４ａ側から各端縁に向かって外側半径が小さくなるように配置された円錐台状をなしており、その最大外側半径は中央部４ａと同じで最少外側半径は環状鍔部５の内端面７の外側半径と同じになっている。このように環状テーパ部４ｂは発泡導電性弾性層４の中央部４ａから非発泡導電性弾性層３の環状鍔部５へと連続している。

この発明に係る導電性ローラは、軸体の外周面に非発泡導電性弾性層を形成した後に、非発泡導電性弾性層の外周面に発泡導電性弾性層を形成することで、製造できる。

非発泡導電性弾性層は、非発泡ゴム組成物を軸体の外周面に配置した後に加硫して、形成される。例えば、外側半径が一定の非発泡弾性体を形成した後に、その両端部を残して中央部を切削又は研削する方法、両端に半径方向に凹設された環状凹部を備えた管状キャビティを有する成形金型を用いて成形する方法、予め形成した中央部６の両端部に環状端部１３を接着する方法等が挙げられる。

発泡導電性弾性層は、非発泡導電性弾性層の中央部６及び環状鍔部５で囲繞された凹部に発泡ゴム組成物等を配置した後に加硫して、形成される。所望により、環状テーパ部２４は中央部２３と共に一体成形してもよく、また外側半径が一定の発泡弾性体の端部を研削加工又は研磨加工等によって形成できる。

所望により、このようにして形成された発泡導電性弾性層をセレーション加工することもできる。

また、所望により、このようにして形成された発泡導電性弾性層の外周面に表面層等を形成して導電性ローラ１が製造される。

この発明に係る画像形成装置の一例を、図３を参照して、説明する。

この発明に係る画像形成装置３０は、静電潜像が形成される回転可能な像担持体３１例えば感光体と、前記像担持体３１の周囲に配置された、帯電手段３２例えばこの発明の導電性ローラで形成された帯電ローラ、露光手段３３、現像手段４０、転写手段３４例えばこの発明の導電性ローラで形成された転写ローラ及びクリーニング手段３７と、記録体の搬送方向下流側に定着装置３５とを備えている。この現像手段４０は、従来の現像手段と基本的に同様に形成され、具体的には、図２に示されるように、現像剤収納部４１と、像担持体３１に現像剤４２を供給する現像剤担持体４４と、現像剤担持体４４に現像剤４２を供給する現像剤供給手段４３と、現像剤４２を帯電させる現像剤規制部材４５とを備えている。

前記定着装置は、アスカーＣ硬度（荷重１．０Ｋｇ）は２０〜３５の範囲にある低硬度の定着ローラ５３と、低硬度の加圧ローラ５６とを有する加熱定着装置である。すなわち、この定着装置３５は、記録体３６を通過させる開口５２を有する筐体５０内に、この発明の導電性ローラで形成された定着ローラ５３と、定着ローラ５３の近傍に配置された無端ベルト支持ローラ５４と、定着ローラ５３及び無端ベルト支持ローラ５４に巻回された無端ベルト５５と、無端ベルト５５を介して定着ローラ５３に圧接する加圧ローラ５６と、無端ベルト５５に非接触となるように配置され、無端ベルト５５を介して外部から定着ローラ５３を加熱する加熱手段５７とを備え、無端ベルト５５を介して定着ローラ５３と加圧ローラ５６とが互いに当接又は圧接するように回転自在に支持されて成る圧力熱定着装置である。

無端ベルト支持ローラ５４は、画像形成装置に通常用いられるローラであればよく、例えば、弾性ローラ等が用いられる。無端ベルト５５は、例えば、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂により、無端状に形成されたベルトであればよく、その厚さ等も適宜定着装置３５に適合するように調整することができる。加圧ローラ５６はスプリング等の付勢手段（図示しない。）によって無端ベルト５５を介して定着ローラ５３に圧接している。この定着装置３５においてこの発明に係る加圧ローラが加圧ローラ５６として装着されている。前記加熱手段５７は、ハロゲンヒーター及び反射板等を用いた輻射加熱方法、加熱器等を直接接触させて加熱する直接接触加熱方法、並びに、誘導加熱方法等が採用される。この加熱手段５７は、定着ローラ５３における軸線方向の長さとほぼ同じ長さを有する部材であり、定着装置３５のいずれに配置されてもよいが、定着ローラ５３の表面より一定の間隔を隔てて定着ローラ５３に略並行に配置されるのがよい。前記誘導加熱方法には加熱用コイルが用いられ、この加熱用コイルは、通常、フェライト等の強磁性体で、スイッチング電源用として用いられている代表的な形状であるＩ型、Ｅ型及びＵ型等に形成され、導線が巻かれて成る。無端ベルト５５と加圧ローラ５６との圧接された間を記録体３６が通過することにより、加圧と同時に加熱され、記録体３６に転写された現像剤４２（静電潜像）を定着させることができる。

この発明に係る画像形成装置３０は、次のように作用する。まず、画像形成装置３０において、帯電手段３２により像担持体３１が一様に帯電され、露光手段３３により像担持体３１の表面に静電潜像が形成される。次いで、現像手段４０から現像剤４２が像担持体３１に供給されて静電潜像が現像され、この現像剤像が像担持体３１と転写手段３４との間に搬送される記録体３６上に転写される。この記録体３６は定着装置３５に搬送され、現像剤像が永久画像として記録体３６に定着される。このようにして、記録体３６に画像を形成することができる。

この発明に係る定着装置３５及び画像形成装置３０は、加圧ローラ５６としてこの発明に係る加圧ローラが採用されているから、現像剤を記録体に定着させる定着性に優れると共に消費電力が小さい。

この発明に係る画像形成装置は、前記した実施例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

画像形成装置３０は、電子写真方式の画像形成装置とされているが、この発明において、画像形成装置は、電子写真方式には限定されず、例えば、静電方式の画像形成装置であってもよい。また、画像形成装置３０は、現像手段４０に単色の現像剤４２のみを収容するモノクロ画像形成装置とされているが、この発明において、画像形成装置は、モノクロ画像形成装置に限定されず、カラー画像形成装置であってもよい。カラー画像形成装置としては、例えば、像担持体上に担持された現像剤像を中間転写体に順次一次転写を繰り返す４サイクル型カラー画像形成装置、各色の現像手段を備えた複数の像担持体を中間転写体や転写搬送ベルト上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置等が挙げられる。画像形成装置３０は、例えば、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置とされる。

また、定着装置３５及び画像形成装置３０において、現像剤４２は、一成分系の現像剤が有利に用いられるが、トナーと、鉄、ニッケル等のキャリアとを含む二成分系の現像剤も使用することができる。

導電性ローラ１は、画像形成装置に装着したときに鍔状端部１３の周側面が像担持体に接触してもよく、この場合は導電性ローラ１の両端部からの現像剤漏れ等を防止できる。

この発明に係る導電性ローラ、定着装置及び画像形成装置は、前記した例に限定されることはなく、本願発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

導電性ローラ１は、非発泡導電性弾性層３の外周面に直接発泡導電性弾性層４が配置されているが、この発明において、発泡導電性弾性層は接着剤層又はプライマー層を介して非発泡導電性弾性層の外周面に形成されていてもよい。

（実施例１）
無電解ニッケルメッキ処理が施された軸体２（直径６ｍｍ×長さ２５０ｍｍ、ＳＵＭ２２）をトルエンで洗浄し、プライマー「Ｎｏ．１０１Ａ／Ｂ」（信越化学工業株式会社製：商品名）を塗布した。プライマー処理した軸体２をギアーオーブンを用いて１５０℃の温度にて３０分焼成処理した後、常温にて３０分以上冷却し、プライマー層を形成した。

次いで、ビニル基含有シリコーン生ゴムとシリカ系充填材との混合物（信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物「ＫＥ−９４１０Ｕ」）とビニル基含有シリコーン生ゴムとカーボンブラックとの混合物（信越化学工業株式会社製のシリコーンゴム組成物「ＫＥ−３５０２Ｕ」）を所定の抵抗値になるように混合させたシリコーンゴム組成物１００質量部、付加反応架橋剤「Ｃ−１５３Ａ」（信越化学工業株式会社製：商品名）２．０質量部と、付加反応触媒としての白金触媒適量と、反応制御剤「Ｒ−１５３Ａ」（信越化学工業株式会社製：商品名）０．５質量部とを、二本ロールで十分に混練して、付加反応型非発泡導電性シリコーンゴム組成物を調製した。

次いで、プライマー層を形成した軸体２と付加反応型非発泡導電性シリコーンゴム組成物とを押出成形機にて一体分出し、赤外線加熱炉（ＩＲ炉）を用いて付加反応型非発泡導電性シリコーンゴム組成物を３５０℃で５分間加熱して架橋させた。その後、さらに、ギアーオーブンを用いて、２００℃で４時間にわたって架橋後の付加反応型非発泡導電性シリコーンゴム組成物を二次加熱し、常温にて１時間以上放置した。その後、まず円筒研削機で外側半径が６．９ｍｍとなるように研削し、次いで、両端部それぞれ５．０ｍｍを残して外側半径が３．７５ｍｍとなるように研削した。このようにして外側半径が３．７５ｍｍで軸線長さが２２０ｍｍの中央部６とその両端部に外径が６．９ｍｍで軸線長さが各５ｍｍの環状鍔部５とを有する非発泡導電性弾性層３を一体形成した。なお、中央部の厚さＢは０．７５ｍｍである。このようにして作製された軸体２と一体に形成された非発泡導電性弾性層１１の電気抵抗値及びＪＩＳ Ａ硬度を前記方法に従って測定したところ、それぞれ７．４１×１０^５Ω及び４５であった。

次いで、付加反応型非発泡導電性シリコーンゴム組成物に有機系発泡剤「アゾビス−イソブチロニトリル」２．０質量部を混合して調製した付加反応型発泡導電性シリコーンゴム組成物を非発泡導電性弾性層３の中央部６の外周面８及び環状鍔部５の内端面７で囲繞される領域に、押出成形機にて一体分出しして、２５０℃で１０分間加熱して架橋させた。その後、さらに、ギアーオーブンを用いて２００℃で７時間にわたって架橋後の付加反応型発泡導電性シリコーンゴム組成物を二次加熱し、常温にて１時間以上放置した。その後、円筒研削機で外側半径を９ｍｍ（環状鍔部５からの突出量２．１ｍｍ）研削して軸線長さ２２０ｍｍの発泡導電性弾性層４を形成し、導電性ローラ１を製造した。このようにして製造された導電性ローラ１における発泡導電性弾性層２１の電気抵抗値及びアスカーＣ硬度を前記方法に従って測定したところ、それぞれ１．０２×１０^７Ω及び１５であった。

また、環状鍔部１３の外側半径と前記中央部１２の外側半径との寸法差Ａは、発泡導電性弾性層の厚さＣに対して６０％であった。

（実施例２〜７）
寸法差Ａ、中央部の厚さＢ、発泡導電性弾性層の外側半径と内側半径との差Ｃ及び発泡導電性弾性層の外側半径と環状鍔部の外側半径との差Ｄが表１に示す値となるように、実施例１と同様にして導電性ローラを製造した。製造した各種導電性ローラにおける発泡導電性弾性層のアスカーＣ硬度、及び非発泡性導電性弾性層のＪＩＳ Ａ硬度及び電気抵抗値は表１に示す通りであった。また、実施例２〜７の導電性ローラにおいて、非発泡導電性弾性層３及び発泡導電性弾性層４の電気抵抗値、及び硬度の測定結果を表１に示す。

（参考例、比較例１〜２）
寸法差Ａ、中央部の厚さＢ、発泡導電性弾性層の外側半径と内側半径との差Ｃ及び発泡導電性弾性層の外側半径と環状鍔部の外側半径との差Ｄが表２に示す値となるように、実施例１と同様にして導電性ローラを製造した。なお、比較例１は環状鍔部を形成されていない導電性ローラである。製造した各種導電性ローラにおける発泡導電性弾性層のアスカーＣ硬度、及び非発泡性導電性弾性層のＪＩＳ Ａ硬度及び電気抵抗値は表２に示す通りであった。また、参考例及び比較例１の導電性ローラにおいて、非発泡導電性弾性層１１及び発泡導電性弾性層２１の電気抵抗値、及び硬度の測定結果を表２に示す。

（荷重通電耐久試験方法、および評価基準）
前記作成した導電ローラの両端シャフト露出部分に各２個のベアリングで回転できるように設定する。ついでφ４０長さ２４０ｍｍ（両端１０ｍｍφ８）のＳＵＳ３０３製シャフトの両端部にベアリング、歯車を装着し、歯車側に駆動ベルトを付け、電動モーターにて５０ｒｐｍ、２５時間、１０００Ｖ印加、総重量２．５ｋｇ荷重に調整した試験を実施した。実施例１〜７の試験結果を表１に、また、参考例及び比較例１の試験結果を表２に示す。

なお、荷重通電耐久試験後における発泡導電性弾性層のアスカーＣ硬度の低下量が３未満かつ抵抗値変化量が３Ｌｏｇ以内を「○」、それ以外を「×」とした。

表１に示されるように実施例の各導電性ローラは電気抵抗値の差が小さく、製造初期の電気抵抗値が耐久性試験後であってもほとんど変動がなく経時的に安定しているうえ、中央部と端部との電気抵抗値の差も小さく均一性の高い電気抵抗値を有していることが分かった。また、実施例の各導電性ローラは端部のセル破壊が実質的に確認できなかった。したがって、実施例の各導電性ローラは画像形成装置に装着されたときに、硬度及び帯電特性並びに現像剤搬送量及び現像剤除去機能が経時的に変化しにくく、またフィルミングの発生を著しく抑制できる。

表２に示されるように、比較例の導電性ローラはいずれも耐久性試験後に電気抵抗値が大きく低下して安定せず、かつ中央部と端部との電気抵抗値の差も大きく均一性に劣る電気抵抗値を有していることが分かった。また、比較例の各導電性ローラは端部のセル破壊が確認できた。

１ 弾性ローラ
２ 軸体
３ 非発泡導電性弾性層
４ 発泡導電性弾性層
５ 環状鍔部
６ 中央部
７ 内端面
８ 外周面
９ 外端面
１０ 外周面
３０ 画像形成装置
３１ 像担持体
３２ 帯電手段
３３ 露光手段
３４ 転写手段
３５ 定着装置
３６ 被転写体
３７ クリーニング手段
４０ 現像手段
４１ 現像剤収納部
４２ 現像剤
４３ 現像剤供給手段
４４ 現像剤担持体
４５ 現像剤規制部材
５０ 筐体
５２ 開口
５３ 定着ローラ
５４ 無端ベルト支持ローラ
５５ 無端ベルト
５６ 加圧ローラ
５７ 加熱手段

Claims (5)

1. 軸体の外周面に配置された中央部、及び前記中央部の軸線方向における両端それぞれに半径方向に突出するように形成された環状鍔部を有する非発泡導電性弾性層と、前記非発泡導電性弾性層の外周面であって前記環状鍔部との間で前記中央部を被覆するように形成され、前記環状鍔部よりも大きな外径を有する発泡導電性弾性層とを備えた導電性ローラであって、
   前記環状鍔部の外側半径と前記中央部の外側半径との寸法差Ａの、発泡導電性弾性層の厚さＣに対する割合が２５％以上９５％以下であり、前記中央部はその厚さＢが０．５ｍｍ以上である導電性ローラ。
2. 前記非発泡導電性弾性層は、カーボンブラックを含有し、電気抵抗値が１×１０^４〜１×１０^８Ωであり、
   前記発泡導電性弾性層は、カーボンブラックを含有し、電気抵抗値が１×１０^５〜１×１０^９Ωである請求項１に記載の導電性ローラ。
3. 前記発泡導電性弾性層は、その両端部それぞれに各端縁に向かって外側半径が徐々に小さくなる環状テーパ部を有している請求項１又は２に記載の弾性ローラ。
4. 前記非発泡導電性弾性層はＪＩＳ Ａ硬度で２０〜７０であり、前記発泡導電性弾性層はアスカーＦ硬度で４５〜７０かつアスカーＣ硬度で５０以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性ローラ。
5. 帯電ローラ、現像ローラ、現像剤供給ローラ及びクリーニングローラからなる群より選択される少なくとも１つのローラとして請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性ローラを備えている画像形成装置。

Images