導電性ローラ
【課題】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した導電性ローラにおいて、高温環境下での使用後に常温に戻った際にもローラ本体に隙間が生ずることがなく、これに起因する性能不良の問題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であって、ローラ本体が主として樹脂材料と導電剤とからなる。ローラ本体が長手方向に結合された複数の部材１２から構成され、かつ、部材の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足する。
【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であって、ローラ本体が主として樹脂材料と導電剤とからなる。ローラ本体が長手方向に結合された複数の部材１２から構成され、かつ、部材の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。これら特許文献３，４に開示された技術では、通常、長手方向に嵌通する軸を用いて複数の部材を一体化させることによりローラを形成する。
【特許文献１】実公平７−５４１９８公報
【特許文献２】特開２００４−１５０６１０公報
【特許文献３】特願２００４−２９６９８１号公報
【特許文献４】特願２００５−３１０２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、導電性ローラについては、これまでに軽量化や剛性、精度等の観点から、種々検討が重ねられてきている。しかしながら、上記特許文献３，４に開示されているように、ローラ本体を樹脂材料からなる複数の部材で構成し、これらを長手方向に嵌通する軸により担持させる構成のローラでは、図３に示すように、高温環境下においてローラ部材を構成する複数の部材２０が膨張し、互いに押圧し合うことにより（図中の（ａ））、常温に戻って各部材が収縮した際に、部材２０間に隙間が生じてしまう場合があった（図中の（ｂ））。
【０００６】
これに対し、特許文献４においては、結合手段により各部材間を結合させることが開示されているが、これは組立てや交換時における作業性の向上を意図したものであり、実使用時における環境変化に伴うローラの性能不良の問題を解消しうるものではなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、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した導電性ローラにおいて、高温環境下での使用後に常温に戻った際にもローラ本体に隙間が生ずることがなく、これに起因する性能不良の問題のない導電性ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意検討した結果、ローラ本体の構成材料の線膨張係数を抑えて、高温環境下における各部材の収縮率を所定範囲内とすることで、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。
【０００９】
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、
前記ローラ本体が長手方向に結合された複数の部材から構成され、かつ、前記部材の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、前記部材が中空構造を有することが好ましい。また、本発明においては、前記ローラ本体が無機充填剤、特には、ガラス繊維を含有することが好ましく、前記ローラ本体における無機充填剤の含有量が、５〜７０重量％の範囲内であることも好ましい。さらに、前記ローラ本体は、好適には、２〜３０個の部材から構成されてなるものとする。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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記構成としたことにより、ローラ本体を構成する部材が高温環境下での使用時にも長手方向に膨張することがないため、その後常温に戻った際においてモローラ本体に隙間が発生しない導電性ローラを実現することが可能となった。即ち、本発明のローラにおいては、高温から常温への環境変動によっても部材間の結合部にズレが生ずることがなく、従って、これに起因するローラの性能不良の問題の発生をも防止することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、同図（ｂ）に示すように、長手方向に結合された複数の部材１２から構成されている。
【００１３】
本発明においては、ローラ本体２が主として樹脂材料と導電剤とからなり、部材１２の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足する点が重要である。部材１２の長手方向長さｘに対して、かかる部材１２の収縮率ｙをｙ≦１２ｘ-1の範囲に抑制することで、１００℃の高温環境下から２５℃の常温環境下に戻った際の部材１２間における隙間の発生を防止することができる。これにより、本発明の導電性ローラは、１００℃までの高温環境下における使用に耐え得る優れた耐環境性を有するものである。
【００１４】
本発明において、上記収縮率ｙを得るための手法としては、部材１２、即ち、ローラ本体２の構成材料中に、樹脂材料および導電剤に加えて、無機充填剤を添加することが挙げられる。無機充填剤を添加することにより、上記収縮率ｙを上記範囲内抑制することができ、上記式を満足できるローラを得ることができる。
【００１５】
かかる無機充填剤としては、特に制限されるものではなく、例えば、炭素繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）などの繊維状物、チタン酸カリウムやワラストナイトなどの無機ウィスカー、フェライト等を用いることができ、これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。本発明においては、中でも特に、ガラス繊維を好適に用いることができる。ローラ本体２における無機充填剤の含有量は、上記範囲を満足する収縮率が得られるものであれば特に制限されないが、好適には５〜７０重量％の範囲内である。無機充填剤の含有量が多すぎると、混合物の流動性が低下して成形性が悪化する傾向がある。
【００１６】
本発明においては、ローラ本体を構成する部材１２の長手方向長さおよび収縮率に関して上記関係を満足するものであれば、それ以外のローラの構造および材質については、特に制限されるものではなく、所望に応じ適宜決定することが可能である。例えば、ローラ本体２を構成する部材１２の数は、２個以上であれば特に制限はなく、強度やコスト性の観点から適宜定めることができるが、好適には２〜３０個程度とする。部材１２の数が多すぎると組立性、組立精度の悪化が起こるため好ましくない。なお、一般に、ローラの全長を考慮すると、部材１２の長手方向長さｘはｘ≦１５０を満足する。
【００１７】
また、ローラ本体２、即ち、部材１２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。
【００１８】
さらに、ローラ本体２の外形は、図示する円柱形状には限られず、図２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。これに対し本発明においては、ローラ本体を長手方向に分割すること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。
【００１９】
本発明においてローラ本体２、即ち、部材１２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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
本発明のローラ１０における軸１とローラ本体２を構成する部材１２との間の結合は、特に制限されるものではないが、部材１２をオーブン等により加熱して、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１２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。
【００２９】
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、ローラ部材２を構成する各部材１２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。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
図１（ａ）に示すような、軸１（材質：ＳＵＭ，軸径φ５．５，長さ２７０ｍｍ）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が形成されてなり、ローラ本体２が長手方向に結合された複数の部材１２から構成される導電性ローラ１０を、ローラ本体２（部材１２）の構成材料の配合を下記表１に示すように変えて作製した。ローラ本体２の全長は２４０ｍｍ、部材１２の長さ（ｘ）は６０ｍｍ、部材の個数は４個とした。
【００３１】
【表１】
＊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
【００３２】
各部材１２の、長手方向長さｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率ｙ（％）の測定結果、および、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの部材１２間における隙間の発生の有無を、各部材１２におけるガラス繊維配合量とともに、下記の表２中に示す。また、図４に、長手方向長さｘを横軸に、長手方向収縮率ｙを縦軸にとったグラフを示す。なお、隙間の発生の有無の判断基準としては、０．０２ｍｍ以上である場合を「あり」とし、０．０２ｍｍ未満である場合を「なし」とした。
【００３３】
【表２】
【００３４】
上記表２に示すように、部材の長手方向長さｘと長手方向収縮率ｙとがｙ≦１２ｘ-1を満足する実施例のローラにおいては、高温環境下での使用後に常温に戻した際にも隙間を生ずることがなく、良好な耐環境性を有することが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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２】本発明の他の実施の形態に係る導電性ローラの斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、高温環境下から常温に戻ることにより各部材が膨張、収縮して部材間に隙間が生じた状態を示す概略説明図である。
【図４】実施例に係る長手方向長さｘと長手方向収縮率ｙとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 導電性ローラ
１ 軸
２ ローラ本体
３ 弾性層
１２ 部材
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。これら特許文献３，４に開示された技術では、通常、長手方向に嵌通する軸を用いて複数の部材を一体化させることによりローラを形成する。
【特許文献１】実公平７−５４１９８公報
【特許文献２】特開２００４−１５０６１０公報
【特許文献３】特願２００４−２９６９８１号公報
【特許文献４】特願２００５−３１０２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、導電性ローラについては、これまでに軽量化や剛性、精度等の観点から、種々検討が重ねられてきている。しかしながら、上記特許文献３，４に開示されているように、ローラ本体を樹脂材料からなる複数の部材で構成し、これらを長手方向に嵌通する軸により担持させる構成のローラでは、図３に示すように、高温環境下においてローラ部材を構成する複数の部材２０が膨張し、互いに押圧し合うことにより（図中の（ａ））、常温に戻って各部材が収縮した際に、部材２０間に隙間が生じてしまう場合があった（図中の（ｂ））。
【０００６】
これに対し、特許文献４においては、結合手段により各部材間を結合させることが開示されているが、これは組立てや交換時における作業性の向上を意図したものであり、実使用時における環境変化に伴うローラの性能不良の問題を解消しうるものではなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、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した導電性ローラにおいて、高温環境下での使用後に常温に戻った際にもローラ本体に隙間が生ずることがなく、これに起因する性能不良の問題のない導電性ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意検討した結果、ローラ本体の構成材料の線膨張係数を抑えて、高温環境下における各部材の収縮率を所定範囲内とすることで、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。
【０００９】
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、
前記ローラ本体が長手方向に結合された複数の部材から構成され、かつ、前記部材の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、前記部材が中空構造を有することが好ましい。また、本発明においては、前記ローラ本体が無機充填剤、特には、ガラス繊維を含有することが好ましく、前記ローラ本体における無機充填剤の含有量が、５〜７０重量％の範囲内であることも好ましい。さらに、前記ローラ本体は、好適には、２〜３０個の部材から構成されてなるものとする。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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記構成としたことにより、ローラ本体を構成する部材が高温環境下での使用時にも長手方向に膨張することがないため、その後常温に戻った際においてモローラ本体に隙間が発生しない導電性ローラを実現することが可能となった。即ち、本発明のローラにおいては、高温から常温への環境変動によっても部材間の結合部にズレが生ずることがなく、従って、これに起因するローラの性能不良の問題の発生をも防止することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、同図（ｂ）に示すように、長手方向に結合された複数の部材１２から構成されている。
【００１３】
本発明においては、ローラ本体２が主として樹脂材料と導電剤とからなり、部材１２の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足する点が重要である。部材１２の長手方向長さｘに対して、かかる部材１２の収縮率ｙをｙ≦１２ｘ-1の範囲に抑制することで、１００℃の高温環境下から２５℃の常温環境下に戻った際の部材１２間における隙間の発生を防止することができる。これにより、本発明の導電性ローラは、１００℃までの高温環境下における使用に耐え得る優れた耐環境性を有するものである。
【００１４】
本発明において、上記収縮率ｙを得るための手法としては、部材１２、即ち、ローラ本体２の構成材料中に、樹脂材料および導電剤に加えて、無機充填剤を添加することが挙げられる。無機充填剤を添加することにより、上記収縮率ｙを上記範囲内抑制することができ、上記式を満足できるローラを得ることができる。
【００１５】
かかる無機充填剤としては、特に制限されるものではなく、例えば、炭素繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）などの繊維状物、チタン酸カリウムやワラストナイトなどの無機ウィスカー、フェライト等を用いることができ、これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。本発明においては、中でも特に、ガラス繊維を好適に用いることができる。ローラ本体２における無機充填剤の含有量は、上記範囲を満足する収縮率が得られるものであれば特に制限されないが、好適には５〜７０重量％の範囲内である。無機充填剤の含有量が多すぎると、混合物の流動性が低下して成形性が悪化する傾向がある。
【００１６】
本発明においては、ローラ本体を構成する部材１２の長手方向長さおよび収縮率に関して上記関係を満足するものであれば、それ以外のローラの構造および材質については、特に制限されるものではなく、所望に応じ適宜決定することが可能である。例えば、ローラ本体２を構成する部材１２の数は、２個以上であれば特に制限はなく、強度やコスト性の観点から適宜定めることができるが、好適には２〜３０個程度とする。部材１２の数が多すぎると組立性、組立精度の悪化が起こるため好ましくない。なお、一般に、ローラの全長を考慮すると、部材１２の長手方向長さｘはｘ≦１５０を満足する。
【００１７】
また、ローラ本体２、即ち、部材１２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。
【００１８】
さらに、ローラ本体２の外形は、図示する円柱形状には限られず、図２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。これに対し本発明においては、ローラ本体を長手方向に分割すること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。
【００１９】
本発明においてローラ本体２、即ち、部材１２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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
本発明のローラ１０における軸１とローラ本体２を構成する部材１２との間の結合は、特に制限されるものではないが、部材１２をオーブン等により加熱して、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１２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。
【００２９】
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、ローラ部材２を構成する各部材１２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。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
図１（ａ）に示すような、軸１（材質：ＳＵＭ，軸径φ５．５，長さ２７０ｍｍ）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が形成されてなり、ローラ本体２が長手方向に結合された複数の部材１２から構成される導電性ローラ１０を、ローラ本体２（部材１２）の構成材料の配合を下記表１に示すように変えて作製した。ローラ本体２の全長は２４０ｍｍ、部材１２の長さ（ｘ）は６０ｍｍ、部材の個数は４個とした。
【００３１】
【表１】
＊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
【００３２】
各部材１２の、長手方向長さｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率ｙ（％）の測定結果、および、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの部材１２間における隙間の発生の有無を、各部材１２におけるガラス繊維配合量とともに、下記の表２中に示す。また、図４に、長手方向長さｘを横軸に、長手方向収縮率ｙを縦軸にとったグラフを示す。なお、隙間の発生の有無の判断基準としては、０．０２ｍｍ以上である場合を「あり」とし、０．０２ｍｍ未満である場合を「なし」とした。
【００３３】
【表２】
【００３４】
上記表２に示すように、部材の長手方向長さｘと長手方向収縮率ｙとがｙ≦１２ｘ-1を満足する実施例のローラにおいては、高温環境下での使用後に常温に戻した際にも隙間を生ずることがなく、良好な耐環境性を有することが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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２】本発明の他の実施の形態に係る導電性ローラの斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、高温環境下から常温に戻ることにより各部材が膨張、収縮して部材間に隙間が生じた状態を示す概略説明図である。
【図４】実施例に係る長手方向長さｘと長手方向収縮率ｙとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 導電性ローラ
１ 軸
２ ローラ本体
３ 弾性層
１２ 部材
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記ローラ本体が長手方向に結合された複数の部材から構成され、かつ、前記部材の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足することを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記部材が中空構造を有する請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記ローラ本体が無機充填剤を含有する請求項１または２記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記ローラ本体における無機充填剤の含有量が、５〜７０重量％の範囲内である請求項３記載の導電性ローラ。
【請求項５】
前記無機充填剤がガラス繊維である請求項３または４記載の導電性ローラ。
【請求項６】
前記ローラ本体が２〜３０個の部材から構成されてなる請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項７】
現像ローラとして用いられる請求項１〜６のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項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、
前記ローラ本体が長手方向に結合された複数の部材から構成され、かつ、前記部材の、長手方向長さをｘ（ｍｍ）、１００℃で１２時間放置後２５℃で２４時間放置したときの長手方向収縮率をｙ（％）としたとき、ｙ≦１２ｘ-1を満足することを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記部材が中空構造を有する請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記ローラ本体が無機充填剤を含有する請求項１または２記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記ローラ本体における無機充填剤の含有量が、５〜７０重量％の範囲内である請求項３記載の導電性ローラ。
【請求項５】
前記無機充填剤がガラス繊維である請求項３または４記載の導電性ローラ。
【請求項６】
前記ローラ本体が２〜３０個の部材から構成されてなる請求項１〜５のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項７】
現像ローラとして用いられる請求項１〜６のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２４８８１３（Ｐ２００７−２４８８１３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７２２６９（Ｐ２００６−７２２６９）
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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