導電性ローラ
【課題】 金属軸によるロール強度を維持したまま、軽量化を安価に実現することのできる導電性ローラを提供する。
【解決手段】 合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に弾性層次いで塗膜層を順に形成したロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸とを有する導電性ローラにおいて、前記金属軸の少なくとも一方の端部の機能部分を、金属軸に取り付けた合成樹脂製部品とする。
【解決手段】 合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に弾性層次いで塗膜層を順に形成したロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸とを有する導電性ローラにおいて、前記金属軸の少なくとも一方の端部の機能部分を、金属軸に取り付けた合成樹脂製部品とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置に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、種々の導電性ローラが用いられており、感光ドラム等の潜像保持体に電荷を付与するための帯電ローラ、潜像保持体上の潜像を可視化させるため非磁性現像剤（トナー）を潜像保持体に供給する現像ローラ、このトナーを現像ローラに供給するトナー供給ローラ、潜像保持体上のトナーを紙等の記録媒体に転写するのに用いられる転写ローラ、トナーの仲介を司る中間転写ローラ、潜像保持体上に残ったトナーを除去するクリーニングローラ、さらには、画像形成装置に用いられる導電性ベルトを走行可能に駆動もしくは従動支持するベルト駆動ローラ等が、その例である。
【０００３】
従来、これらの導電性ローラとしては、合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に、導電剤を配合することにより導電性を付与した導電性のゴムや高分子エラストマー、高分子フォーム等からなる導電性の弾性層を形成し、その外周にさらに樹脂層などの塗膜層を形成してなるロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属または合成樹脂からなる軸とを有するものが、一般に使用されている。
【０００４】
かかる軸の端部は、ローラを回転するための駆動伝達系を構成するギアや円弧部分を削除したＤカット部、或いはＥリング溝、駆動伝達ベルトに設けられたリブを支持するガイド溝になるのが通例であり、それぞれの形状に応じて機能を発現する部分となっている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、現像ローラのギア部について記載されている。
また、特許文献２には、樹脂ローラにおいて、その芯体の軸端部にＤカット部を設けることが記載されている。
【特許文献１】特開平１１−３０３９７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２１９４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したギアやＤカット部の機能部分は、軸が金属製の場合は、該金属軸の端部を機械加工、主に切削加工して形成されるが、その加工に多大なコストを要することが問題である。また、軸をロール本体に貫通させる関係から、貫通部分の軸径を機能部分の軸径より小さくすることが難しく、従って軸重量が嵩むために、導電性ロールの軽量化の要求に答えられないという不利がある。なお、貫通部分の軸中間部のみを切削加工することは可能であるが、この加工には多大なコストを要するため実際的ではない。
【０００７】
また、軸が合成樹脂製の場合は、機能部分も軸とともに成形することが可能であり、安価に軽量化を達成できるが、ロールに荷重が加わった際にロールに撓みが生じやすく、導電性ロールの機能が阻害されるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、金属軸によるロール強度を維持したまま、軽量化を安価に実現することのできる導電性ローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨は、次の通りである。
（１）合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に弾性層次いで塗膜層を順に形成したロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸とを有する導電性ローラにおいて、
前記金属軸の少なくとも一方の端部に機能部分を有し、該機能部分は金属軸に取り付けた合成樹脂製部品であることを特徴とする導電性ローラ。
【００１０】
（２）前記合成樹脂製部品は、肉厚が0.8mm以上である上記（１）に記載の導電性ローラ。
【００１１】
（３）前記合成樹脂製部品は、その金型成形時に該金型内において金属軸と一体化して成形したものである上記（１）または（２）に記載の導電性ローラ。
【００１２】
（４）前記金属軸は、5.0ないし7.5mmの径を有する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の導電性ローラ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属軸を採用する一方、軸端側の機能部分については軸とは別体の合成樹脂製部品にて形成したため、金属軸に対して機能形状を与える加工を行う必要がなく、機能部分を安価かつ簡便に作製できる。
【００１４】
また、機能部分が合成樹脂製部品であることから、機能部分の重量を減量し、ひいては導電性ロールの軽量化に寄与する。
【００１５】
さらに、ロール本体に金属軸を挿入配置してから、該金属軸の端部に合成樹脂製部品を取り付ける製造手順を踏めるため、金属軸の径は機能部分に影響を受けることなく決定できる。従って、金属軸の小径化も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明に従う導電性ローラを示す斜視図である。この導電性ローラ１は、合成樹脂製の中空（または中実）の円柱体２ａの周面に弾性層２ｂ次いで塗膜層２ｃを順に形成したロール本体２と、このロール本体２を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸３とを有する。
【００１７】
この金属軸３の少なくとも一方の端部、通常は両方の端部に、機能部分４を設ける。図示の機能部分４は、製品機能上必要とされる、図示しないスナップフィットやギヤ等の機能部品に組み付けるための形状を有し、固定、位置決め、回り止め等の役目を担うものである。
【００１８】
ここで、機能部分４は、機能形状に従って成形された合成樹脂製部品５を金属軸３に取り付けて構成することが肝要である。合成樹脂製部品５は、脱落防止溝部５ａ及びＤカット部５ｂの組み合わせになり、Ｄカット部５ｂの内部には金属軸３の挿入孔５ｃを有するものである。
【００１９】
かような複雑な形状になる機能部分４は、金属を切削加工して形成するには多大なコストを要するが、合成樹脂製部品５とすることによって、例えば射出成形によって簡便かつ低コストで作製することができる。その射出成形工程を図２に示すように、金属の切削加工と異なり、所望の形状に簡便に成形することができるため、結果として機能部分４を軽量かつ安価に仕上げられる利点がある。
【００２０】
図２は、合成樹脂製部品５を成形する金型１０を、閉止した状態において示す断面図であり、金型１０は筒型１１、コア型１２、およびランナ型１３よりなり、これらの型を、筒型１１の軸方向に相互に離隔接近させることにより、金型の開放および閉止を行うよう構成される。この金型１０を閉止した状態において、筒型１１とコア型１２とで形成されるキャビティ１４に、ランナ１５を介して合成樹脂を注入し、その後、金型１０内でこれを冷却固化させることによって合成樹脂製部品５を成形することができる。また、ホットランナ方式を用いることによりランナ１５中の材料を無駄なく利用することもできる。
ちなみに、合成樹脂製部品５の素材としては、後述するロールの円柱体２ａと同様の素材を用いることができる。
【００２１】
かくして成形された合成樹脂製部品５は、図３に示すように、ロール本体２の中心軸線上を貫通した金属軸３の先端部を、挿入孔５ｃ内に挿入し、例えば接着剤を介して挿入孔５ｃ内に固定して取り付ける。従って、ロール本体２にまずは金属軸３を挿入すればよいので金属軸の径は機能部分４に影響されることなく任意に決定できる。例えば、軸径を半分にすると、軸重量は半分未満となるため、軽量化には極めて有効な手立てとなる。
さらに、図示はしないが、金属軸３の後端部についても同様に、合成樹脂製部品５を挿入孔５ｃ内の接着剤の介在下に取り付けるのが通例である。
【００２２】
また、円柱体２ａと金属軸３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、円柱体２ａをオーブン等で加熱した状態で金属軸３を通し、その後冷却することにより、円柱体２ａの合成樹脂材料を収縮させて金属軸３に対し固定する方法を用いることもできる。
【００２３】
なお、図３には、複数の円柱体２ａを結合してロール本体２とする分割型の例を示したが、一体のロール本体２を用いることができるのは勿論である。ここで、複数の円柱体２ａを結合する手順としては、特に制限されるものではないが、例えば、円柱体２ａの端面に凹凸嵌合構造を有する場合には、円柱体２ａ同士を直接結合してロール本体２とすることもでき、また、嵌合構造を有しない場合には、金属軸３を個々の円柱体２ａに順次挿通した後、接着剤等により互いに固定してローラ形状とする方法を用いてもよい。
【００２４】
また、合成樹脂製部品５を成形するに当り、肉厚を0.8mm以上にすることが好ましい。例えば、図示の合成樹脂製部品５において肉厚が薄くなる部分は、挿入孔５ｃを区画する側壁部分であるから、この側壁部分の厚みを0.8mm以上にする。なぜなら、肉厚が0.8mm未満では、金属軸３の挿入に当って必要とされる締結力が不足してクラックが発生し易くなると共に、前述した回り止め等の目的に対しては十分な剛性を確保できなくなる、おそれがあるからである。
【００２５】
さらに、合成樹脂製部品５は図２に示したように単体で作製してもよいが、図４に示すように、金属軸３と一体に射出成形することも可能である。このような成形を行うことによって、合成樹脂製部品５を金属軸３と一体化することができ、しかも金型内で両者を結合するため、部品５と金属軸３とを同軸上で結合することが可能であり、高い精度の製品が得られる。
【００２６】
このように合成樹脂製部品５と金属軸３とを一体化した場合は、図５に示すように、合成樹脂製部品５が装着されていない金属軸３の端部側から、該金属軸３をロール本体２の中心軸線上に貫通させたのち、金属軸３の先端部を挿入孔５ｃ内に挿入し、例えば接着剤を介して挿入孔５ｃ内に固定して取り付ける。
【００２７】
ここに、金属軸３は、5.0ないし7.5mmの径を有することが好ましい。すなわち、金属軸３の径が5.0mm未満であると、軸に撓みが発生しロールにおいても撓みが発生し易くなって、導電性ロールとしての性能を確保することが難しくなる。一方、金属軸３の径が7.5mmを超えると、撓みの抑制作用は飽和するため、7.5mmを超えて太径にしても意味がない。
【００２８】
なお、金属軸３は断面が円形のものを図示したが、本発明では、例えば駆動系との連結は合成樹脂製部品５が担うため、軸の形状は特に制限されることはなく、断面が楕円形や多角形のものを用いることもできる。
【００２９】
この金属軸３には、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。中でも、ニッケルめっきを施した硫黄快削鋼が加工性および材料調達性の観点から推奨される。
【００３０】
一方、ロール本体２の核となる円柱体２ａは、導電剤を含有する合成樹脂とすることによって良好な導電性を示し、その結果、導電性ローラ１の表面に所望の電位を付与することができる。
【００３１】
円柱体２ａに用いる合成樹脂材料としては、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、汎用の合成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、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、通常は円柱体２ａの材料全体に対して５〜４０質量％、特には、５〜２０質量％とすることが好ましい。
【００３４】
この円柱体２ａの周面上に形成する弾性層２ｂは、導電剤を含有するシリコーンゴムもしくはウレタンゴムよりなり、これらのゴムは、円柱体２ａの周面に導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料よりなる塗料をスプレー塗装して形成することができる。
【００３５】
導電剤は、弾性層２ｂの導電性を制御する目的で配合される。導電剤として電子導電剤およびイオン導電剤のいずれを用いてもよく、電子導電剤の場合、カーボン系導電剤は、少量の添加で高い導電性を得ることができる点において好ましい。カーボン系導電剤としては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックを用いるのが好ましいが、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボンブラック、酸化カーボンブラック等のインク用カーボンブラック，熱分解カーボンブラック、グラファイト等も用いることができる。
【００３６】
カーボン系以外の電子導電剤としては、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物の微粒子；、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属の酸化物；導電性酸化チタンウイスカー、導電性チタン酸バリウムウイスカーのような透明なウィスカー；などを例示することができる。
【００３７】
イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ラウリルトリメチルアンモニウム等のドデシルトリメチルアンモニウム，ヘキサデシルトリメチルアンモニウム，ステアリルトリメチルアンミニウム等のオクタデシルトリメチルアンモニウム，ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウム等のアンモニウムの過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，硫酸塩，アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩などの有機イオン導電剤；リチウム，ナトリウム，カルシウム，マグネシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩，スルホン酸塩などの無機イオン導電剤を例示することができる。
【００３８】
導電剤として、２種類以上のものを混合して用いてもよく、この場合、印可される電圧の変動や環境の変化に対しても安定して導電性を発現することができる。混合例としては、カーボン系導電剤に、カーボン系以外の電子導電剤やイオン導電剤を混合したものをあげることができる。
【００３９】
弾性層２ｂの硬度は、特に制限されるものではないが、導電性ローラ１を現像ローラとして用いた場合、アスカーＣ硬度で８０度以下、特に３０〜７０度とすることが好ましい。この場合、硬度が８０度を超えると、導電性ローラやトナーに加わる応力を緩和するという、弾性層本来の機能を発現しえなくなり、例えば、導電性ローラと潜像保持体との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがある。更に、トナーに損傷を与え感光体や成層ブレードへのトナー固着などが発生して画像不良となりやすい。逆に、あまり低硬度にすると感光体や成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッターなどの画像不良が発生する虞がある。
【００４０】
この弾性層２ｂは、感光体や成層ブレードなどに当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には２０％以下とすることが好ましい。また、その厚みは、0.5ないし3.0mmとすることが好ましい。なぜなら、0.5 mm未満では基材となる円柱体２ａの高い真円度や低い表面粗さが必要になると共に、ニップ幅を稼ぐために低硬度の基材が必要になる事態をまねき、好ましくない。一方、3.0mmを超えると、重量増に伴うコスト増や形状精度の低下をまねくことになる。さらに望ましくは、1.0ないし2.0mmである。
【００４１】
弾性層３の表面粗さは、特に制限されるものではないが、導電性ローラ１を現像ローラとして用いた場合、ＪＩＳ１０点平均粗さで１５μｍＲｚ以下、特に１〜１０μｍＲｚとすることが好ましい。表面粗さが１５μｍＲｚを超えると一成分現像剤（トナー）のトナー層の層厚や帯電の均一性が損なわれる場合があるが、１５μｍＲｚ以下とすることにより、トナーの付着性を向上させることができると共に、長期使用時でのローラの摩耗による画像劣化をより確実に防止し得る。
【００４２】
弾性層２ｂの半径方向外側に、導電性ローラの表面性状改質や耐久性向上のために塗膜層２ｃを設けることができ、弾性層２ｂと塗膜層２ｃとの相溶性を増加させるため、弾性層２ｂにシリコーンゴムを用いた場合、塗膜層２ｃの主剤をウレタン変性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、アルキッドメラミン樹脂で構成することが好ましく、また、弾性層２ｂとしてウレタンゴムを用いた場合には、塗膜層２ｃの主剤をポリウレタン樹脂とするのが好ましく、このことによって、弾性層２ｂ中の未反応物質と塗膜層２ｃとの反応、例えば未反応のイソシアネート等との反応等が起こり易くなるために、塗膜層２ｃの成長を促進することができる。
【００４３】
塗膜層２ｃに配合される導電剤としては、弾性層２ｂに配合される導電剤と同じものを用いることができる。また、塗膜層２ｃに所望の表面粗さを付与する目的で球状ウレタン、アクリル、シリコン、ＰＥ、ＰＡおよびメラミン等の樹脂や粒子を添加することができる。
なお、塗膜層２ｃの厚みは、0.005ないし0.050mmとすることが好ましい。なぜなら、0.005 mm未満ではローラとしての十分な導電性を得ることが難しくなるとともに、上述の表面粗さを制御する粒子が脱落しやすい。一方、0.050mmを超えると、塗料の増加に伴うコスト増および上述の表面粗さを制御する粒子が埋没してしまい所望の表面粗さを得られない、おそれがある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る導電性ローラは、普通紙複写機、普通紙ファクシミリ機、レーザビームプリンタ、カラーレーザビームプリンタ、トナージェットプリンタなどの画像形成装置に、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、現像ローラ、中間転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラ、ベルト駆動ローラ、給紙ローラ等として装着して好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る導電性ローラを示す斜視図である。
【図２】合成樹脂製部品を形成する金型を示す断面図である。
【図３】導電性ローラの作製過程を示す斜視図である。
【図４】合成樹脂製部品を形成する金型を示す断面図である。
【図５】導電性ローラの作製過程を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 導電性ローラ
２ ロール本体
２ａ 円柱体
２ｂ 弾性層
２ｃ 塗膜層
３ 金属軸
４ 機能部分
５ 合成樹脂製部品
５ａ 脱落防止溝部
５ｂ Ｄカット部
５ｃ 挿入孔
１０ 金型
１１ 筒型
１２ コア型
１３ ランナ型
１４ キャビティ
１５ ランナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置に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、種々の導電性ローラが用いられており、感光ドラム等の潜像保持体に電荷を付与するための帯電ローラ、潜像保持体上の潜像を可視化させるため非磁性現像剤（トナー）を潜像保持体に供給する現像ローラ、このトナーを現像ローラに供給するトナー供給ローラ、潜像保持体上のトナーを紙等の記録媒体に転写するのに用いられる転写ローラ、トナーの仲介を司る中間転写ローラ、潜像保持体上に残ったトナーを除去するクリーニングローラ、さらには、画像形成装置に用いられる導電性ベルトを走行可能に駆動もしくは従動支持するベルト駆動ローラ等が、その例である。
【０００３】
従来、これらの導電性ローラとしては、合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に、導電剤を配合することにより導電性を付与した導電性のゴムや高分子エラストマー、高分子フォーム等からなる導電性の弾性層を形成し、その外周にさらに樹脂層などの塗膜層を形成してなるロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属または合成樹脂からなる軸とを有するものが、一般に使用されている。
【０００４】
かかる軸の端部は、ローラを回転するための駆動伝達系を構成するギアや円弧部分を削除したＤカット部、或いはＥリング溝、駆動伝達ベルトに設けられたリブを支持するガイド溝になるのが通例であり、それぞれの形状に応じて機能を発現する部分となっている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、現像ローラのギア部について記載されている。
また、特許文献２には、樹脂ローラにおいて、その芯体の軸端部にＤカット部を設けることが記載されている。
【特許文献１】特開平１１−３０３９７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２１９４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したギアやＤカット部の機能部分は、軸が金属製の場合は、該金属軸の端部を機械加工、主に切削加工して形成されるが、その加工に多大なコストを要することが問題である。また、軸をロール本体に貫通させる関係から、貫通部分の軸径を機能部分の軸径より小さくすることが難しく、従って軸重量が嵩むために、導電性ロールの軽量化の要求に答えられないという不利がある。なお、貫通部分の軸中間部のみを切削加工することは可能であるが、この加工には多大なコストを要するため実際的ではない。
【０００７】
また、軸が合成樹脂製の場合は、機能部分も軸とともに成形することが可能であり、安価に軽量化を達成できるが、ロールに荷重が加わった際にロールに撓みが生じやすく、導電性ロールの機能が阻害されるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、金属軸によるロール強度を維持したまま、軽量化を安価に実現することのできる導電性ローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の要旨は、次の通りである。
（１）合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に弾性層次いで塗膜層を順に形成したロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸とを有する導電性ローラにおいて、
前記金属軸の少なくとも一方の端部に機能部分を有し、該機能部分は金属軸に取り付けた合成樹脂製部品であることを特徴とする導電性ローラ。
【００１０】
（２）前記合成樹脂製部品は、肉厚が0.8mm以上である上記（１）に記載の導電性ローラ。
【００１１】
（３）前記合成樹脂製部品は、その金型成形時に該金型内において金属軸と一体化して成形したものである上記（１）または（２）に記載の導電性ローラ。
【００１２】
（４）前記金属軸は、5.0ないし7.5mmの径を有する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の導電性ローラ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属軸を採用する一方、軸端側の機能部分については軸とは別体の合成樹脂製部品にて形成したため、金属軸に対して機能形状を与える加工を行う必要がなく、機能部分を安価かつ簡便に作製できる。
【００１４】
また、機能部分が合成樹脂製部品であることから、機能部分の重量を減量し、ひいては導電性ロールの軽量化に寄与する。
【００１５】
さらに、ロール本体に金属軸を挿入配置してから、該金属軸の端部に合成樹脂製部品を取り付ける製造手順を踏めるため、金属軸の径は機能部分に影響を受けることなく決定できる。従って、金属軸の小径化も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明に従う導電性ローラを示す斜視図である。この導電性ローラ１は、合成樹脂製の中空（または中実）の円柱体２ａの周面に弾性層２ｂ次いで塗膜層２ｃを順に形成したロール本体２と、このロール本体２を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸３とを有する。
【００１７】
この金属軸３の少なくとも一方の端部、通常は両方の端部に、機能部分４を設ける。図示の機能部分４は、製品機能上必要とされる、図示しないスナップフィットやギヤ等の機能部品に組み付けるための形状を有し、固定、位置決め、回り止め等の役目を担うものである。
【００１８】
ここで、機能部分４は、機能形状に従って成形された合成樹脂製部品５を金属軸３に取り付けて構成することが肝要である。合成樹脂製部品５は、脱落防止溝部５ａ及びＤカット部５ｂの組み合わせになり、Ｄカット部５ｂの内部には金属軸３の挿入孔５ｃを有するものである。
【００１９】
かような複雑な形状になる機能部分４は、金属を切削加工して形成するには多大なコストを要するが、合成樹脂製部品５とすることによって、例えば射出成形によって簡便かつ低コストで作製することができる。その射出成形工程を図２に示すように、金属の切削加工と異なり、所望の形状に簡便に成形することができるため、結果として機能部分４を軽量かつ安価に仕上げられる利点がある。
【００２０】
図２は、合成樹脂製部品５を成形する金型１０を、閉止した状態において示す断面図であり、金型１０は筒型１１、コア型１２、およびランナ型１３よりなり、これらの型を、筒型１１の軸方向に相互に離隔接近させることにより、金型の開放および閉止を行うよう構成される。この金型１０を閉止した状態において、筒型１１とコア型１２とで形成されるキャビティ１４に、ランナ１５を介して合成樹脂を注入し、その後、金型１０内でこれを冷却固化させることによって合成樹脂製部品５を成形することができる。また、ホットランナ方式を用いることによりランナ１５中の材料を無駄なく利用することもできる。
ちなみに、合成樹脂製部品５の素材としては、後述するロールの円柱体２ａと同様の素材を用いることができる。
【００２１】
かくして成形された合成樹脂製部品５は、図３に示すように、ロール本体２の中心軸線上を貫通した金属軸３の先端部を、挿入孔５ｃ内に挿入し、例えば接着剤を介して挿入孔５ｃ内に固定して取り付ける。従って、ロール本体２にまずは金属軸３を挿入すればよいので金属軸の径は機能部分４に影響されることなく任意に決定できる。例えば、軸径を半分にすると、軸重量は半分未満となるため、軽量化には極めて有効な手立てとなる。
さらに、図示はしないが、金属軸３の後端部についても同様に、合成樹脂製部品５を挿入孔５ｃ内の接着剤の介在下に取り付けるのが通例である。
【００２２】
また、円柱体２ａと金属軸３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、円柱体２ａをオーブン等で加熱した状態で金属軸３を通し、その後冷却することにより、円柱体２ａの合成樹脂材料を収縮させて金属軸３に対し固定する方法を用いることもできる。
【００２３】
なお、図３には、複数の円柱体２ａを結合してロール本体２とする分割型の例を示したが、一体のロール本体２を用いることができるのは勿論である。ここで、複数の円柱体２ａを結合する手順としては、特に制限されるものではないが、例えば、円柱体２ａの端面に凹凸嵌合構造を有する場合には、円柱体２ａ同士を直接結合してロール本体２とすることもでき、また、嵌合構造を有しない場合には、金属軸３を個々の円柱体２ａに順次挿通した後、接着剤等により互いに固定してローラ形状とする方法を用いてもよい。
【００２４】
また、合成樹脂製部品５を成形するに当り、肉厚を0.8mm以上にすることが好ましい。例えば、図示の合成樹脂製部品５において肉厚が薄くなる部分は、挿入孔５ｃを区画する側壁部分であるから、この側壁部分の厚みを0.8mm以上にする。なぜなら、肉厚が0.8mm未満では、金属軸３の挿入に当って必要とされる締結力が不足してクラックが発生し易くなると共に、前述した回り止め等の目的に対しては十分な剛性を確保できなくなる、おそれがあるからである。
【００２５】
さらに、合成樹脂製部品５は図２に示したように単体で作製してもよいが、図４に示すように、金属軸３と一体に射出成形することも可能である。このような成形を行うことによって、合成樹脂製部品５を金属軸３と一体化することができ、しかも金型内で両者を結合するため、部品５と金属軸３とを同軸上で結合することが可能であり、高い精度の製品が得られる。
【００２６】
このように合成樹脂製部品５と金属軸３とを一体化した場合は、図５に示すように、合成樹脂製部品５が装着されていない金属軸３の端部側から、該金属軸３をロール本体２の中心軸線上に貫通させたのち、金属軸３の先端部を挿入孔５ｃ内に挿入し、例えば接着剤を介して挿入孔５ｃ内に固定して取り付ける。
【００２７】
ここに、金属軸３は、5.0ないし7.5mmの径を有することが好ましい。すなわち、金属軸３の径が5.0mm未満であると、軸に撓みが発生しロールにおいても撓みが発生し易くなって、導電性ロールとしての性能を確保することが難しくなる。一方、金属軸３の径が7.5mmを超えると、撓みの抑制作用は飽和するため、7.5mmを超えて太径にしても意味がない。
【００２８】
なお、金属軸３は断面が円形のものを図示したが、本発明では、例えば駆動系との連結は合成樹脂製部品５が担うため、軸の形状は特に制限されることはなく、断面が楕円形や多角形のものを用いることもできる。
【００２９】
この金属軸３には、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。中でも、ニッケルめっきを施した硫黄快削鋼が加工性および材料調達性の観点から推奨される。
【００３０】
一方、ロール本体２の核となる円柱体２ａは、導電剤を含有する合成樹脂とすることによって良好な導電性を示し、その結果、導電性ローラ１の表面に所望の電位を付与することができる。
【００３１】
円柱体２ａに用いる合成樹脂材料としては、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、汎用の合成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、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、通常は円柱体２ａの材料全体に対して５〜４０質量％、特には、５〜２０質量％とすることが好ましい。
【００３４】
この円柱体２ａの周面上に形成する弾性層２ｂは、導電剤を含有するシリコーンゴムもしくはウレタンゴムよりなり、これらのゴムは、円柱体２ａの周面に導電剤を含有するシリコーンゴム材料もしくはウレタンゴム材料よりなる塗料をスプレー塗装して形成することができる。
【００３５】
導電剤は、弾性層２ｂの導電性を制御する目的で配合される。導電剤として電子導電剤およびイオン導電剤のいずれを用いてもよく、電子導電剤の場合、カーボン系導電剤は、少量の添加で高い導電性を得ることができる点において好ましい。カーボン系導電剤としては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックを用いるのが好ましいが、ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボンブラック、酸化カーボンブラック等のインク用カーボンブラック，熱分解カーボンブラック、グラファイト等も用いることができる。
【００３６】
カーボン系以外の電子導電剤としては、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物の微粒子；、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属の酸化物；導電性酸化チタンウイスカー、導電性チタン酸バリウムウイスカーのような透明なウィスカー；などを例示することができる。
【００３７】
イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ラウリルトリメチルアンモニウム等のドデシルトリメチルアンモニウム，ヘキサデシルトリメチルアンモニウム，ステアリルトリメチルアンミニウム等のオクタデシルトリメチルアンモニウム，ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウム等のアンモニウムの過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，硫酸塩，アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩などの有機イオン導電剤；リチウム，ナトリウム，カルシウム，マグネシウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩，スルホン酸塩などの無機イオン導電剤を例示することができる。
【００３８】
導電剤として、２種類以上のものを混合して用いてもよく、この場合、印可される電圧の変動や環境の変化に対しても安定して導電性を発現することができる。混合例としては、カーボン系導電剤に、カーボン系以外の電子導電剤やイオン導電剤を混合したものをあげることができる。
【００３９】
弾性層２ｂの硬度は、特に制限されるものではないが、導電性ローラ１を現像ローラとして用いた場合、アスカーＣ硬度で８０度以下、特に３０〜７０度とすることが好ましい。この場合、硬度が８０度を超えると、導電性ローラやトナーに加わる応力を緩和するという、弾性層本来の機能を発現しえなくなり、例えば、導電性ローラと潜像保持体との接触面積が小さくなり、良好な現像が行えなくなるおそれがある。更に、トナーに損傷を与え感光体や成層ブレードへのトナー固着などが発生して画像不良となりやすい。逆に、あまり低硬度にすると感光体や成層ブレードとの摩擦力が大きくなり、ジッターなどの画像不良が発生する虞がある。
【００４０】
この弾性層２ｂは、感光体や成層ブレードなどに当接して使用されるため、硬度を低硬度に設定する場合でも、圧縮永久歪をなるべく小さくすることが好ましく、具体的には２０％以下とすることが好ましい。また、その厚みは、0.5ないし3.0mmとすることが好ましい。なぜなら、0.5 mm未満では基材となる円柱体２ａの高い真円度や低い表面粗さが必要になると共に、ニップ幅を稼ぐために低硬度の基材が必要になる事態をまねき、好ましくない。一方、3.0mmを超えると、重量増に伴うコスト増や形状精度の低下をまねくことになる。さらに望ましくは、1.0ないし2.0mmである。
【００４１】
弾性層３の表面粗さは、特に制限されるものではないが、導電性ローラ１を現像ローラとして用いた場合、ＪＩＳ１０点平均粗さで１５μｍＲｚ以下、特に１〜１０μｍＲｚとすることが好ましい。表面粗さが１５μｍＲｚを超えると一成分現像剤（トナー）のトナー層の層厚や帯電の均一性が損なわれる場合があるが、１５μｍＲｚ以下とすることにより、トナーの付着性を向上させることができると共に、長期使用時でのローラの摩耗による画像劣化をより確実に防止し得る。
【００４２】
弾性層２ｂの半径方向外側に、導電性ローラの表面性状改質や耐久性向上のために塗膜層２ｃを設けることができ、弾性層２ｂと塗膜層２ｃとの相溶性を増加させるため、弾性層２ｂにシリコーンゴムを用いた場合、塗膜層２ｃの主剤をウレタン変性アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、アルキッドメラミン樹脂で構成することが好ましく、また、弾性層２ｂとしてウレタンゴムを用いた場合には、塗膜層２ｃの主剤をポリウレタン樹脂とするのが好ましく、このことによって、弾性層２ｂ中の未反応物質と塗膜層２ｃとの反応、例えば未反応のイソシアネート等との反応等が起こり易くなるために、塗膜層２ｃの成長を促進することができる。
【００４３】
塗膜層２ｃに配合される導電剤としては、弾性層２ｂに配合される導電剤と同じものを用いることができる。また、塗膜層２ｃに所望の表面粗さを付与する目的で球状ウレタン、アクリル、シリコン、ＰＥ、ＰＡおよびメラミン等の樹脂や粒子を添加することができる。
なお、塗膜層２ｃの厚みは、0.005ないし0.050mmとすることが好ましい。なぜなら、0.005 mm未満ではローラとしての十分な導電性を得ることが難しくなるとともに、上述の表面粗さを制御する粒子が脱落しやすい。一方、0.050mmを超えると、塗料の増加に伴うコスト増および上述の表面粗さを制御する粒子が埋没してしまい所望の表面粗さを得られない、おそれがある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る導電性ローラは、普通紙複写機、普通紙ファクシミリ機、レーザビームプリンタ、カラーレーザビームプリンタ、トナージェットプリンタなどの画像形成装置に、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、現像ローラ、中間転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラ、ベルト駆動ローラ、給紙ローラ等として装着して好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る導電性ローラを示す斜視図である。
【図２】合成樹脂製部品を形成する金型を示す断面図である。
【図３】導電性ローラの作製過程を示す斜視図である。
【図４】合成樹脂製部品を形成する金型を示す断面図である。
【図５】導電性ローラの作製過程を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 導電性ローラ
２ ロール本体
２ａ 円柱体
２ｂ 弾性層
２ｃ 塗膜層
３ 金属軸
４ 機能部分
５ 合成樹脂製部品
５ａ 脱落防止溝部
５ｂ Ｄカット部
５ｃ 挿入孔
１０ 金型
１１ 筒型
１２ コア型
１３ ランナ型
１４ キャビティ
１５ ランナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に弾性層次いで塗膜層を順に形成したロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸とを有する導電性ローラにおいて、
前記金属軸の少なくとも一方の端部に機能部分を有し、該機能部分は金属軸に取り付けた合成樹脂製部品であることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記合成樹脂製部品は、肉厚が0.8mm以上である請求項１に記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記合成樹脂製部品は、その金型成形時に該金型内において金属軸と一体化して成形したものである請求項１または２に記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記金属軸は、5.0ないし7.5mmの径を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の導電性ローラ。
【請求項１】
合成樹脂製の中空または中実の円柱体の周面に弾性層次いで塗膜層を順に形成したロール本体と、このロール本体を貫通してその中心軸線上に配置される金属軸とを有する導電性ローラにおいて、
前記金属軸の少なくとも一方の端部に機能部分を有し、該機能部分は金属軸に取り付けた合成樹脂製部品であることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記合成樹脂製部品は、肉厚が0.8mm以上である請求項１に記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記合成樹脂製部品は、その金型成形時に該金型内において金属軸と一体化して成形したものである請求項１または２に記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記金属軸は、5.0ないし7.5mmの径を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の導電性ローラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−５７５６０（Ｐ２００７−５７５６０Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３９６０９（Ｐ２００５−２３９６０９）
【出願日】平成１７年８月２２日（２００５．８．２２）
【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３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２２日（２００５．８．２２）
【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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