(57)【要約】【課題】均一な帯電性を実現でき、しかも電気抵抗が小さく、印刷速度が速くても帯電不良を生じにくく、それらに加えて水や液体の染み出しのおそれがなく、しかも大がかりな装置が不要な導電ローラと、その導電ローラを容易に得られる製造方法を提供する。【解決手段】導電性のシャフト１１と、前記シャフトの外周に装着されたローラ本体２１とよりなる導電ローラ１０Ａにおいて、前記ローラ本体２１が、ヒドロゲルが混在する弾性多孔体からなる基体２２と、前記基体２２の表面に形成された防湿層２３とからなる。前記防湿層２３により水分の染み出しや蒸発が抑えられ、長期に渡って均一な帯電性が得られる。また、前記防湿層２３の外周面には、平滑樹脂層２４が形成されていてもよい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のシャフト（１１）と、前記シャフトの外周に装着されたローラ本体（２１）とよりなる導電ローラにおいて、
前記ローラ本体（２１）が、ヒドロゲルの混在する弾性多孔体からなる基体（２２）と、前記基体（２２）の表面に形成された防湿層（２３）とからなることを特徴とする導電ローラ。
【請求項２】
前記防湿層（２３）の外周面に平滑樹脂層（２４）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導電ローラ。
【請求項３】
導電性のシャフト（１１）の外周に弾性多孔体を装着し、前記弾性多孔体をローラ形状に加工する弾性多孔体加工工程と、
前記弾性多孔体内にヒドロゲル形成原料溶液を分散させた後ゲル化させて、ヒドロゲルが混在する弾性多孔体からなる基体（２２）を形成するヒドロゲル混在工程と、
前記基体（２２）の表面に防湿層（２３）を形成する防湿層形成工程とよりなることを特徴とする導電ローラの製造方法。
【請求項４】
導電性のシャフト（１１）の外周に弾性多孔体を装着し、前記弾性多孔体をローラ形状に加工する弾性多孔体加工工程と、
前記弾性多孔体内にヒドロゲル形成原料溶液を分散させた後ゲル化させてヒドロゲルが混在する弾性多孔体からなる基体（２２）を形成するヒドロゲル混在工程と、
前記基体（２２）の表面に防湿層（２３）を形成すると共に前記防湿層（２３）の外周面に平滑樹脂層（２４）を形成する防湿層及び平滑樹脂層形成工程とよりなることを特徴とする導電ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導電ローラ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザープリンタや複写機などには、導電性のシャフトの外周に弾性体を設けた導電ローラが広く用いられている。前記導電ローラにおいては、弾性体に導電性を付与して、前記シャフトから弾性体内部を経て弾性体表面に至る導通路を確保していた。
【０００３】
また、水を含浸した吸水性のスポンジローラで構成された導電ローラもある（特許文献１参照。）。この吸水性のスポンジローラで構成された導電ローラは、均一な帯電性を実現でき、しかも電気抵抗が小さく、さらには印刷速度が速くても帯電不良を生じにくいという利点がある。その他、画像形成表面と接触する接触部材にイオン伝導性液体を運搬して、前記イオン伝導性液体で接触部材を湿潤させるようした帯電装置も知られている（特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２３９５３６号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１８９９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記吸水性のスポンジローラを用いるものや接触部材にイオン伝導性液体を運搬して湿潤させるものにあっては、水やイオン伝導性液体がローラから染み出して記録紙やトナーを濡らすおそれがあるため、記録紙やトナーと直接触れない帯電装置の部分に用途が限定されてしまう。また、感光体に撥水処理が必要となる問題もある。さらに、水分やイオン伝導性液体の蒸発によりローラの電気抵抗値や帯電装置の寸法に経時変化を生じるため、それを防ぐために水分やイオン伝導性液体の連続供給装置が必要となり、装置が大がかりになる問題がある。
【０００６】
この発明は、前記の点に鑑みなされたもので、均一な帯電性を実現でき、しかも電気抵抗が小さく、印刷速度が速くても帯電不良を生じにくく、それらに加えて水や液体の染み出しのおそれがなく、しかも大がかりな装置が不要な導電ローラと、その導電ローラを容易に得られる製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、導電性のシャフトと、前記シャフトの外周に装着されたローラ本体とよりなる導電ローラにおいて、前記ローラ本体が、ヒドロゲルの混在する弾性多孔体からなる基体と、前記基体の表面に形成された防湿層とからなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記防湿層の外周面に平滑樹脂層が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、導電性のシャフトの外周に弾性多孔体を装着し、前記弾性多孔体をローラ形状に加工する弾性多孔体加工工程と、前記弾性多孔体内にヒドロゲル形成原料を分散させた後ゲル化させて、ヒドロゲルが混在する弾性多孔体からなる基体を形成するヒドロゲル混在工程と、前記基体の表面に防湿層を形成する防湿層形成工程とよりなることを特徴とする導電ローラの製造方法に係る。
【００１０】
請求項４の発明は、導電性のシャフトの外周に弾性多孔体を装着し、前記弾性多孔体をローラ形状に加工する弾性多孔体加工工程と、前記弾性多孔体内にヒドロゲル形成原料溶液を分散させた後ゲル化させてヒドロゲルが混在する弾性多孔体からなる基体を形成するヒドロゲル混在工程と、前記基体の表面に防湿層を形成すると共に前記防湿層の外周面に平滑樹脂層を形成する防湿層及び平滑樹脂層形成工程とよりなることを特徴とする導電ローラの製造方法に係る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。図１に示すこの発明の第一実施形態に係る導電ローラ１０Ａは、導電性のシャフト１１と、前記シャフト１１の外周に設けられた弾性のあるローラ本体２１とからなり、プリンタや複写機等に使用されるものである。
【００１２】
前記導電性のシャフト１１は、前記導電ローラ１０Ａの回転軸となるもので、金属等のような導電性を有する材質からなり、用途に応じたサイズとされる。前記導電性のシャフト１１は前記導電ローラ１０Ａの軸中心に位置し、接着剤により前記ローラ本体２１と一体化されている。接着剤は、公知のものが用いられる。
【００１３】
前記ローラ本体２１は、ヒドロゲルが混在する弾性多孔体からなる基体２２と、前記基体２２の表面に形成された防湿層２３とからなる。
前記ヒドロゲルは、水を分散媒とするゾルがジェリー状に固化したもので、３次元固層の骨組みの間隙に水を含む。前記ヒドロゲルは、一般的に、ゼラチン、寒天、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、アルギン酸塩、ポリエチレンオキサイド等の水溶性高分子を、水を主体とする溶液中で架橋させることにより得られる。この発明において前記弾性多孔体に混在するヒドロゲルは、水を主体とする溶液に前記水溶性高分子と適宜架橋剤を分散させたヒドロゲル形成原料溶液を、スプレーや浸漬により弾性多孔体内に分散させ、その状態で化学架橋やイオン架橋等を行うことにより形成される。
【００１４】
前記化学架橋は、水を主体とする溶液に、カルボキシル基、アミノ基、水酸基などの反応性官能基を有する水溶性高分子と、これらの官能基と反応する官能基を持つ架橋剤（エチレングリコールグリジジルエーテル、メラミン樹脂、ホルムアルデヒド、グリオキサールなど）とを共存させたヒドロゲル形成原料溶液に対し、加熱などの活性化処理を施すことにより、前記水溶性高分子を架橋によりゲル化させてヒドロゲルを形成する方法である。それに対し、前記イオン架橋は、アニオン性水溶性高分子がカルシウムやバリウムなどの二価の金属イオンと不溶性の塩を形成してゲル化することを利用してヒドロゲルを形成する方法である。
【００１５】
前記弾性多孔体は、種々の材質のものを使用することができるが、密度１０〜５００ｋｇ／ｍ３、セル数２５〜５０００／２５ｍｍ（ＪＩＳ　Ｋ　６４０１：１９９７規格準拠）のものが好ましい。この範囲の弾性多孔体を用いれば、前記ヒドロゲル形成原料溶液を弾性多孔体内に容易に浸透させることができ、しかも後述の防湿層２３形成時に前記弾性多孔体内に防湿層２３形成用の液状高分子組成物を含浸し難くでき、前記液状高分子組成物の含浸によって前記弾性多孔体の弾性が大きく低下するのを防ぐことができる。前記弾性多孔体としては、ウレタンフォームやゴムスポンジ等を挙げることができる。さらに、前記ウレタンフォームの場合、公知の溶解処理等によってセル膜除去されたものが好ましい。
【００１６】
前記防湿層２３は、前記基体２２の弾性多孔体に含まれているヒドロゲルの水分が蒸発するのを抑えるために、前記基体２２の表面全体を覆って設けられる。
前記防湿層２３は、前記基体２２の弾性を損なわないものが好ましく、ラテックス等の合成樹脂エマルジョンから形成された樹脂層、あるいは金属蒸着により形成された金属蒸着層等を挙げることができる。前記合成樹脂エマルジョンとしては、塩化ビニリデン共重合体ラテックス、ＯＨ基，ＣＯＯＨ基，ＣＯＮＨ基を含むラジカル重合性単量体を共重合した塩化ビニリデン共重合体ラテックス、プロピレン系重合体を含むエマルジョン、ステアリン酸エステルを含むエマルジョン、脂肪族共役ジオレフィンや芳香族ビニル各モノマーを含む共重合体エマルジョンなどがある。
【００１７】
前記導電ロール１０Ａの製造方法について説明する。前記製造方法は、弾性多孔体加工工程と、ヒドロゲル混在工程と、防湿層形成工程とからなる。
【００１８】
弾性多孔体加工工程では、前記導線性シャフト１１の外周にローラ形状の弾性多孔体を形成する。例えば、前記導電性のシャフト１１の外周面に接着剤を塗布し、前記ウレタンフォーム等の弾性多孔体に前記シャフト１１を挿通し、その後に前記弾性多孔体に対してカットや研磨（研削）等を行うことにより、所要サイズのローラ形状（筒状）をした弾性多孔体を得る。
【００１９】
次のヒドロゲル混在工程では、前記弾性多孔体にヒドロゲルを混在させる。例えば、前記弾性多孔体の表面に前記ヒドロゲル形成原料溶液をスプレー塗布することにより、あるいは、前記弾性多孔体を前記ヒドロゲル形成原料溶液に浸す（ディッピングあるいは含浸とも称される。）ことにより、前記弾性多孔体内に前記ヒドロゲル形成原料溶液を分散させ、続いて前記化学架橋あるいはイオン架橋によって、前記ヒドロゲル形成原料溶液を架橋させ、ゲル化させてヒドロゲルとし、前記ヒドロゲルが混在した弾性多孔体からなる基体２２を得る。なお、前記ヒドロゲル形成原料溶液のスプレー塗布は、作業が容易で、しかも前記弾性多孔体内へのヒドロゲル形成原料溶液の分散量制御が容易なため、特に好適な方法である。
【００２０】
続く防湿層形成工程では、前記基体２２の表面に前記防湿層２３を設けて前記導電ローラ１０Ａを得る。例えば、前記基体２２の表面に前記合成樹脂エマルジョンをスプレー塗布することにより、あるいは、前記基体２２を前記合成樹脂エマルジョンに浸す（ディッピングあるいは含浸とも称される。）ことにより、前記基体２２の表面に合成樹脂エマルジョンを付着させ、その後加熱乾燥させることにより前記防湿層２３を形成する。また、前記防湿層２３を金属蒸着により形成してもよい。なお、前記防湿層２３は、前記基体２２の全表面を覆うようにして設けるのが、前記基体２２表面の防湿性を高めるために好ましい。
【００２１】
図２はこの発明の第二実施形態に係る導電ロール１０Ｂの断面図である。なお、この第二実施形態において、前記第一実施形態と同一部分については、前記第一実施形態で用いた符号と同一の符号を用いて示す。また同一部分の具体的な構成は、前記第一実施形態で述べたとおりであるため、再度の説明を省略する。
【００２２】
前記第二実施形態の導電ロール１０Ｂは、前記防湿層２３の外周面に平滑樹脂層２４が形成されている点で前記第一実施形態の導電ロール１０Ａと相違し、他の構成は前記第一実施形態の導電ロール１０Ａと同じである。
【００２３】
前記平滑樹脂層２４は、前記基体２２の弾性多孔体における表面の気孔に起因する導電ローラ１０Ｂの表面凹凸をより少なく、あるいは無くして、前記導電ローラ１０Ｂを、表面の平滑性が要求される用途、例えば帯電ローラ、現像ローラ等に最適なものにするために設けられる。前記平滑樹脂層２４における表面の平滑性は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：１９９４に規定される十点平均粗さ（ＲｚＪＩＳ９４）の値が１０μｍ以下であるのが好ましい。前記平滑樹脂層２４としては、エラストマー樹脂やゴムなどからなるものが挙げられ、特には前記エラストマー樹脂やゴムをチューブ状にして前記基体２２の防湿層２３外周面に装着したものが好適である。
【００２４】
前記第二実施形態の導電ローラ１０Ｂの製造方法は、弾性多孔体加工工程と、ヒドロゲル混在工程と、防湿層及び平滑樹脂層形成工程とよりなる。
【００２５】
前記弾性多孔体加工工程、前記ヒドロゲル混在工程は、前記第一実施形態の場合と同様であり、再度の記載を省略する。
【００２６】
前ヒドロゲル形成工程に続く防湿層及び平滑樹脂層形成工程では、前記ヒドロゲル混在弾性多孔体からなる基体２２の表面に前記防湿層２３を形成すると共に、前記防湿層２３の外周面に前記平滑樹脂層２４を形成する。例えば、前記基体２２の表面に前記合成樹脂エマルジョンをスプレー塗布することにより、あるいは、前記基体２２を前記合成樹脂エマルジョンに浸す（ディッピングあるいは含浸とも称される。）ことにより、前記基体２２の表面に合成樹脂エマルジョンを付着させ、続いて前記基体２２の表面の合成樹脂エマルジョンが未乾燥の状態で、前記基体２２の外周にゴム製等のチューブを被せて前記チューブと基体２２との間に前記合成樹脂エマルジョンの層を介在させ、その後加熱乾燥させる。前記加熱乾燥により、前記合成樹脂エマルジョンが前記防湿層２３になると共に前記チューブからなる平滑樹脂層２４が前記防湿層２４と結合し、前記第二実施形態の導電ロール１０Ｂが得られる。前記防湿層２３と前記平滑樹脂層２４が結合しているため、前記導電ローラ１０Ｂの回転時に、前記平滑樹脂層２４がずれなくなる。
【００２７】
なお、前記防湿層及び平滑樹脂層形成工程は、前記第一実施形態における防湿層形成工程で前記防湿層２３を形成した後に、前記ゴム製等のチューブを前記防湿層２３に被せて前記平滑樹脂層２４を形成してもよい。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）
ニッケルメッキが施された鉄製シャフト１１（外径６ｍｍ、長さ２５０ｍｍ）の外周面に、ホットメルト接着剤を厚さ２０μｍ程度で塗布する。また、溶解処理の施されたポリエステル系ウレタンフォーム（密度３０ｋｇ／ｍ３、セル数５０個／２５ｍｍ、商品名：ＭＦ−５０、イノアックコーポレーション製）を厚さ１８ｍｍ、幅１８ｍｍ、長さ２４０ｍｍに加工し、このものに直径５ｍｍの貫通孔を形成し、前記貫通孔に前記導電性のシャフト１１を挿通して接着させ、その後、前記ポリエステル系ウレタンフォームを研削して外径１０ｍｍ、ローラ面長２２５ｍｍの弾性多孔体を前記シャフト１１の外周面に形成した。
【００２９】
次に、イソブチレン−マレイン酸共重合体（商品名：イソバン１０、クラレイソプレンケミカル製、ナトリウム塩）の８％水溶液と、ポリエチレングリコールジグシジルエーテル（商品名：エポライト４００Ｅ、共栄社油脂化学工業製）の８％水溶液を等量混合して調整したヒドロゲル形成原料溶液に、前記弾性多孔体を浸漬し、前記ヒドロゲル形成原料溶液の付着量が２０ｇとなるように絞り、その後７０℃、９５％ＲＨの恒温恒室槽中で３０分間処理し、前記ヒドロゲル形成原料溶液をゲル化させて前記基体２２を形成した。
【００３０】
次に、塩化ビニリデン系共重合体ラテックス（商品名：サランラテックスＬ５２９Ｂ、４９％固形分、旭化成製）を、原液のまま、ギヤポンプ（ＲＩＦ−０．５−０２、ランズバーグ・インダストリー社製）を用いた精密スプレー塗布装置で、前記基体２２の外周面、端面及び前記端面とシャフト外周面との境界に塗布して３．０ｇ塗着させ、その後６０℃で２時間熱風循環乾燥炉により乾燥させて、実施例１の前記導電ローラ１０Ａを得た。
【００３１】
（実施例２）
実施例１と同様にして弾性多孔体を前記シャフト１１の外周面に形成した後、ポリエチレンオキサイド（商品名：Ｒ−４００、明成化学工業製）の８％水溶液１００重量部とホルマリン（３７％、一級試薬、関東化学製）１重量部とを混合して調整したヒドロゲル形成原料溶液を、ギヤポンプ（ＲＩＦ−０．５−０２、ランズバーグ・インダストリー社製）を用いた精密スプレー塗布装置で、塗着量が３．０ｇとなるようにスプレー塗布し、その後７０℃、９５％ＲＨの恒温恒室槽中で３０分間処理し、前記ヒドロゲル形成原料溶液をゲル化させて前記基体２２を形成した。
【００３２】
次に、塩化ビニリデン系共重合体ラテックス（商品名：サランラテックスＬ５２９Ｂ、４９％固形分、旭化成製）を、原液のまま、ギヤポンプ（ＲＩＦ−０．５−０２、ランズバーグ・インダストリー社製）を用いた精密スプレー塗布装置で、前記基体２２の外周面、端面及び前記端面とシャフト外周面との境界に塗布して３．０ｇ塗着させ、その後６０℃で２時間熱風循環乾燥炉により乾燥させて、実施例２の前記導電ローラ１０Ａを得た。
【００３３】
（実施例３）
実施例１におけるシャフト１１の外径を９ｍｍにした以外実施例１と同様にして、外径１０ｍｍ、ローラ面長２２５ｍｍの弾性多孔体を前記シャフト１１の外周面に形成した。
【００３４】
次にアクリル酸重合体（商品名：Ａ７１００、東亜合成化学製、ナトリウム塩）の８％水溶液からなるヒドロゲル形成原料溶液を、前記弾性多孔体の表面に、ギヤポンプ（ＲＩＦ−０．５−０２、ランズバーグ・インダストリー社製）を用いた精密スプレー塗布装置で、塗着量が２．５ｇとなるようにスプレー塗布し、次いで、炭酸バリウムの１％水溶液を約１．０ｇ、前記精密スプレー塗布装置で重ねてスプレー塗布し、その後７０℃、９５％ＲＨの恒温恒室槽中で３０分間処理し、前記ヒドロゲル形成原料溶液をゲル化させて前記基体２２を形成した。
【００３５】
次に、塩化ビニリデン系共重合体ラテックス（商品名：サランラテックスＬ５２９Ｂ、４９％固形分、旭化成製）を、原液のまま、ギヤポンプ（ＲＩＦ−０．５−０２、ランズバーグ・インダストリー社製）を用いた精密スプレー塗布装置で、前記基体２２の外周面、端面及び前記端面とシャフト外周面との境界に塗布して３．０ｇ塗着させ、未乾燥状態のまま、チューブ長さ２２５ｍｍ、外径１０ｍｍ、厚さ５００μｍのエピクロロヒドリンゴム（ダイソー製エピクリマーＣＧ−１０２の１００重量部に２−メルカプトイミダゾリンの２重量部を混練したもの）製の押出成形チューブを前記基体２２に被せ、６０℃で２時間熱風循環乾燥炉により乾燥させて、前記基体２２上に防湿層２３と平滑樹脂層２４を形成し、実施例３の前記導電ローラ１０Ｂを得た。
【００３６】
（比較例）
実施例１と同様にしてシャフト外周に弾性多孔体を形成した後、アクリル系ラテックス（商品名：ＡＥ３３６、ＪＳＲ製、固形分４５％）１００重量部に、カーボンブラック分散液（不揮発分３８％）５０重量部と、純水５０重量部を配合してなる導電性ラテックス配合液を、塗着量が１．８ｇとなるように前記弾性多孔体表面にスプレー塗布した。次いでポリアミド１２樹脂の１００重量部に導電性カーボンブラック（商品名：ＴＢ＃４５０１、東海カーボン製）１０重量部を配合して押し出した、長さ２２５ｍｍ、外径１０ｍｍ、厚さ１５０μｍのチューブを前記弾性多孔体表面に被せ、７０℃１時間熱風循環乾燥炉で処理して比較例の導電ローラを得た。
【００３７】
前記実施例及び比較例の導電ローラに対して、シャフトの両端に５０ｇずつの荷重をかけ、金属電極を前記ローラ本体２１の中央部外周面と当接させ、前記シャフトと金属電極の間に１００Ｖの電圧を印可しての電気抵抗値を測定した。その際、シャフトを１０°ピッチで回転させて電極に当接する位置を変えながら、電気抵抗を測定し、電気抵抗の統計データを得た。測定環境は２３℃、５５ＲＨである。
【００３８】
表１は、各実施例と比較例から１本ずつサンプルを取り上げ、前記測定値から抵抗平均値と標準偏差を求めた結果である。表１からわかるように、実施例１〜３の導電ローラは、比較例の導電ローラよりもばらつきが小さい。
【００３９】
【表１】
2004133347.tif 000003
【００４０】
表２は、前記実施例１〜３及び比較例より各２０本の導電ローラを抽出し、前記測定値から抵抗平均値の平均と標準偏差を算出した結果である。この表２から理解されるように、実施例１〜３の導電ローラは、比較例の導電ローラよりもローラ間のばらつきが小さい。
【００４１】
【表２】
2004133347.tif 000004
【００４２】
また、前記実施例１〜３及び比較例より各１本の導電ローラを選び、１５℃、１０％ＲＨの恒温恒湿槽中に４週間放置処理後、再度２３℃、５５％ＲＨ下で前記のように電気抵抗を測定した。表３には処理前と処理後の抵抗平均値とその差を示す。表３に示す通り、実施例１〜３の導電ローラは、比較例の導電ローラに比べてやや大きな抵抗上昇を示すが、前記防湿層２３が効果を発揮しており、標準偏差程度の変化であるため、十分実用性がある。
【００４３】
【表３】
2004133347.tif 000005
【００４４】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、この発明の導電ローラによれば、ヒドロゲルの混在する弾性多孔体からなる基体の表面が防湿層で覆われてローラ本体が構成されているため、水や液体の染み出し、蒸発が抑えられ、長期に渡って均一かつ良好な導電性が得られ、しかも水分供給等ための大がかりな装置も不要になる。さらに、ローラ本体の弾性多孔体に混在するヒドロゲルの存在により、均一な帯電性を実現でき、電気抵抗も小さく、印刷速度が速くても帯電不良を生じにくく、さらに環境依存性が少なく、低温下においても低抵抗が期待できる。また、この発明における導電ローラの製造方法によれば、前記効果のある導電ローラを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施形態に係る導電ローラの断面図である。
【図２】この発明の第二実施形態に係る導電ローラの断面図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ　導電ローラ
１１　シャフト
２１　ローラ本体
２２　基体
２３　防湿層
２４　平滑樹脂層
【図１】
2004133347.tif 000006
【図２】
2004133347.tif 000007