(57)【要約】【課題】被覆層のみでは改善不可能な、経時的に生じるロールの抵抗変動に対処することができる導電性ロールおよびそれに用いる芯金を提供する。【解決手段】芯金と、その外周に形成された被覆層４とを備えた導電性ロールであって、上記芯金が、円筒状の導電性スリーブ３と、上記スリーブ３の両端開口を塞ぐ左右一対の絶縁性軸受２と、上記両軸受２を挿通し上記スリーブ３と軸受２とを同軸回転させる導電性シャフト１と、によって形成され、かつ上記スリーブ３とシャフト１とが、所定の電気抵抗を有する電気抵抗体５によって連結されている。そして、上記導電性ロールに用いる芯金とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金と、その外周に形成された被覆層とを備えた導電性ロールであって、上記芯金が、円筒状の導電性スリーブと、上記スリーブの両端開口を塞ぐ左右一対の絶縁性軸受と、上記両軸受を挿通し上記スリーブと軸受とを同軸回転させる導電性シャフトと、によって形成され、かつ上記スリーブとシャフトとが、所定の電気抵抗を有する電気抵抗体によって連結されていることを特徴とする導電性ロール。
【請求項２】
上記電気抵抗体が、上記絶縁性軸受と一体化した状態で設けられている請求項１記載の導電性ロール。
【請求項３】
上記電気抵抗体が、その抵抗値が可変自在となる構造を備えている請求項１または２記載の導電性ロール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の導電性ロールに用いることを特徴とする芯金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機，プリンター，ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる帯電ロール等の導電性ロールおよびそれに用いる芯金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンター等の電子写真複写機による複写はつぎのようにして行われる。すなわち、軸中心に回転する感光ドラムに原稿像を静電潜像として形成し、これにトナーを付着させてトナー像を形成し、このトナー像を複写紙に転写することにより複写を行うものである。この場合において、上記感光ドラム表面に対して静電潜像を形成させるためには、予め感光ドラム表面を帯電させ、この帯電部分に対して原稿像を光学系を介して投射し、光の当たった部分の帯電を打ち消すことにより静電潜像をつくるといったことが行われる。そして、上記静電潜像の形成に先立って感光ドラム表面を帯電させる方式としては、最近では、導電性ロールの一種である帯電ロールを、感光ドラム表面に直接接触させる方式（接触帯電方式）が採用されている。
【０００３】
上記プリンター等の電子写真装置に用いられる導電性ロールには、上記帯電ロール以外にも、現像ロール、転写ロール等がある。そして、これら導電性ロールとしては、例えば、金属製の中実体からなる芯金の外周面に、導電性を有する樹脂層やゴム層を被覆形成してなる、多層構造のロールが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２９７７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記例示のロールも含め、現行の導電性ロールの多くは、上記樹脂層やゴム層といった被覆層の形成材料中に添加するカーボンブラック等の電子導電剤や、第四級アンモニウム等のイオン導電剤によって、そのロール自体の電気特性を適宜調整している。そして、上記各導電剤の種類やその配合量を適宜調整したり、各層の構成を適宜変更することにより、ロールの使用環境や使用条件に起因し経時的に生じる抵抗変動を抑止し、機能上の不具合が起こらないようにしている。
【０００５】
しかしながら、上記被覆層中の導電剤により電気特性を調整した導電性ロールは、例えば、下記（Ａ）あるいは（Ｂ）のような場合、その被覆層での解決に限界が生じる。
（Ａ）長期使用による電気劣化に対する導電剤の使用量増量。
（Ｂ）イオン導電をメインにした系での環境依存性克服。
【０００６】
すなわち、上記（Ａ）の場合、導電剤の使用量を増量すると、ロールの耐久寿命が延びるといった利点があるものの、初期的な電気特性を満たせなくなるおそれがあるからである。また、導電剤の増量は、ブルーム発生やコストアップにもつながる。一方、上記（Ｂ）の場合、イオン導電剤のみでは温度・湿度に対する環境依存性が大きいことから、これを解消するため、通常、カーボンブラック等の電子導電剤との併用がなされる。ところが、環境依存性が克服されるまで電子導電剤を使用すると、加工性においてデメリットを生じるおそれがある。
【０００７】
また、上述のように、現行の導電性ロールは、芯金の外周に被覆形成される被覆層により電気抵抗値が設定されていることから、製品（ロール）完成後は、その電気抵抗を調整することは不可能である。そのため、長期使用等によりロールの抵抗変動が顕著になったら、通常、廃棄処分して新品に交換するしかなかった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、被覆層のみでは改善不可能な、経時的に生じるロールの抵抗変動に対処することができる導電性ロールおよびそれに用いる芯金の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は、芯金と、その外周に形成された被覆層とを備えた導電性ロールであって、上記芯金が、円筒状の導電性スリーブと、上記スリーブの両端開口を塞ぐ左右一対の絶縁性軸受と、上記両軸受を挿通し上記スリーブと軸受とを同軸回転させる導電性シャフトと、によって形成され、かつ上記スリーブとシャフトとが、所定の電気抵抗を有する電気抵抗体によって連結されている導電性ロールを第１の要旨とし、上記導電性ロールに用いる芯金を第２の要旨とする。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、ロールの芯金部を、ロールの抵抗調整に関与させることを想起した。すなわち、ロールの抵抗調整は、従来では、被覆層のみによって行われ、芯金部は殆ど関与していなかったが、芯金部の構成を工夫することにより、被覆層のみでは改善不可能な、経時的に生じるロールの抵抗変動に対処することができるのではないかと考えた。そして、上記芯金部について研究を重ねた結果、円筒状の導電性スリーブと、上記スリーブの両端開口を塞ぐ左右一対の絶縁性軸受と、上記両軸受を挿通し上記スリーブと軸受とを同軸回転させる導電性シャフトと、によって芯金を形成し、かつ上記スリーブとシャフトとを、所定の電気抵抗を有する電気抵抗体によって連結するといった構成とすると、上記シャフト端部から電流を供給した際に、電気抵抗体によって制限された電流がスリーブへ流れるようになることから、上記電気抵抗体の抵抗値を適宜設定することにより、ロール全体の抵抗値を調整することができることを見いだし、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように、本発明の導電性ロールは、その芯金が、円筒状の導電性スリーブと、上記スリーブの両端開口を塞ぐ左右一対の絶縁性軸受と、上記両軸受を挿通し上記スリーブと軸受とを同軸回転させる導電性シャフトと、によって形成され、かつ上記スリーブとシャフトとが、所定の電気抵抗を有する電気抵抗体によって連結されている。これにより、ロール全体の抵抗値を任意に決めることができ、芯金の外周に形成される被覆層のみでは改善不可能な、経時的に生じるロールの抵抗変動に対処することができる。
【００１２】
特に、上記電気抵抗体が、上記絶縁性軸受と一体化した状態で設けられていると、芯金の構成が簡素化されるとともに、上記電気抵抗体の断線が生じにくく、耐久性の点でより優れる。
【００１３】
また、上記電気抵抗体が、その抵抗値が可変自在となる構造を備えていると、ロール抵抗の環境変化や経時劣化に容易に対応することができ、その抵抗値を一定に保つことが容易となる。
【００１４】
そして、上記導電性ロールに用いる芯金は、その電気抵抗体の特性によって、適宜、電流の制限が可能であることから、通常の導電性ロールへの使用はもとより、特に、被覆層のみでは改善不可能な、経時的な抵抗変動を生じやすい導電性ロールへの使用に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１６】
本発明の導電性ロールは、例えば、図１に示すように、特殊な芯金と、その外周に形成された被覆層４とを備えている。上記芯金は、円筒状の導電性スリーブ３と、上記導電性スリーブ３の両端開口を塞ぐ左右一対の絶縁性軸受２と、上記両軸受２を挿通し上記導電性スリーブ３と絶縁性軸受２とを同軸回転させる導電性シャフト１と、によって形成され、かつ上記導電性スリーブ３と導電性シャフト１とが、所定の電気抵抗を有する電気抵抗体５によって、はんだ付け等を用い連結されている。このように、上記導電性スリーブ３と導電性シャフト１とは、電気抵抗体５を介し、導通するようになっている。
【００１７】
上記導電性シャフト１としては、特に限定されるものではなく、例えば、ステンレス、アルミニウム、鉄等からなる非磁性の金属シャフトがあげられる。
【００１８】
上記一対の絶縁性軸受２としては、先述の導電性スリーブ３の両端開口を塞ぐことができ、かつ、上記導電性シャフト１の端部を挿通させ固定させ得るものであれば、特に限定はなく、例えば、導電性シャフト１を挿通固定するための孔部を中央に設けた円形蓋体等があげられる。また、上記絶縁性軸受２の形成材料としては、特に限定されるものではないが、なかでも、ポリプロピレン，ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），エンジニアリングプラスチック等が、強度および絶縁性に優れることから好ましい。
【００１９】
上記導電性スリーブ３としては、例えば、アルミニウム，ニッケル，チタン，鉄，銅等の金属からなる円筒体で、均一な厚みを有し、剛性に優れるものが用いられる。
【００２０】
上記導電性スリーブ３と導電性シャフト１とを連結する電気抵抗体５としては、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すような、銅線等によって形成されたコイル状のものや、市販の抵抗器があげられる。なお、上記電気抵抗体５は、図示のような態様で連結する以外にも、例えば、上記導電性スリーブ３内部に形成された空隙（上記導電性スリーブ３と導電性シャフト１との間の空隙）に電気抵抗体５を設け、両者を連結するようにしてもよい。ところで、上記電気抵抗体５が、図１と異なり、上記絶縁性軸受２と一体化した状態で設けられていると、芯金の構成を簡素化できるとともに、上記電気抵抗体５の断線が生じにくく、耐久性の点でより優れるようになる。ここで、上記「一体化」とは、上記絶縁性軸受２に電気抵抗体５が接着あるいは埋設されている場合以外にも、上記絶縁性軸受２自体が、電気抵抗体としての機能を備えているような場合も含まれる。
【００２１】
また、上記電気抵抗体５は、必要に応じ、他の異なる抵抗値を有する電気抵抗体と交換自在とすると、ロール抵抗の環境変化や経時劣化に対応することができ、その結果、ロールの寿命をより延ばすことができる。さらに、上記電気抵抗体５が、その抵抗値が可変自在となる構造を備えていると、環境変化等に容易に対応することができるため、好ましい。このようなものとしては、例えば、図２に示すような構造のものがあげられる。すなわち、図において、５ａ，５ｂ，５ｃは、それぞれ異なる抵抗値を有する電気抵抗体であり、これらは、その一端が導電性シャフト１に導通し、かつ、絶縁性軸受２と一体化した状態で、導電性スリーブ３の内部空間内に設置されている。そして、上記導電性スリーブ３に対し、導電性シャフト１をクリック的に回し、これと連動する３種類の電気抵抗体（５ａ，５ｂ，５ｃ）のなかから、最も適した抵抗値を有するものを、上記導電性スリーブ３内周面に形成された接点３ａと接触させ（カチッという音等で確認できる）導通させることにより、所望の電気抵抗を有するロールとすることができる。
【００２２】
上述のような特殊な芯金の外周に形成される被覆層４の材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ），エピクロルヒドリンゴム，アクリルゴム，エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ），水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ），スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），ブタジエンゴム（ＢＲ），イソプレンゴム（ＩＲ），天然ゴム（ＮＲ）等のゴムや、ポリアミド系樹脂，フッ素樹脂，アクリル樹脂，メラミン樹脂，フェノール樹脂，エポキシ樹脂，ウレタン樹脂，シリコーン樹脂等の樹脂があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。また、導電性付与のため、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、ｃ−ＴｉＯ2 、ｃ−ＺｎＯ、ｃ−ＳｎＯ2 、イオン導電剤（第四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、界面活性剤等）等の従来公知の導電剤が、上記材料中に適宜添加される。さらに、必要に応じて、発泡剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、加工助剤、オイル等を適宜添加してもよい。
【００２３】
本発明の導電性ロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。すなわち、まず、図１に示すように、導電性シャフト１と、一対の絶縁性軸受２と、導電性スリーブ３と、電気抵抗体５とから、芯金を作製する。一方で、上記被覆層４の材料を調製し、これを、押出機を用いて押出成形し、１６０〜２００℃で１〜２時間程度熱処理し、加硫させることにより、被覆層４となるチューブを作製する。そして、上記芯金の外周面に、必要に応じ接着剤を塗布した後、上記チューブ内に芯金を圧入し、芯金の外周を上記チューブで被覆することにより、目的とする導電性ロールを得ることができる。
【００２４】
また、上記導電性ロールの製造は、つぎのようにして行うこともできる。すなわち、まず、電気抵抗体５を除いた構成部品で芯金を作製した後、その外周面に、必要に応じ接着剤を塗布する。ついで、上記芯金とともに被覆層４の材料を押出し、芯金上に被覆層（未加硫）を捲き付かせ、芯金ごと被覆層（未加硫）を、１６０〜２００℃で１〜２時間程度熱処理し、加硫させることにより、芯金の外周に被覆層４を形成する。そして、最後に、電気抵抗体５を、図１に示すように取り付けることにより、目的とする導電性ロールが得られる。
【００２５】
さらに、上記被覆層４は、上記のような押出成形以外にも、例えば、その材料を、ＭＥＫ等の有機溶剤に溶解し、サンドミル等で分散することにより、コーティング液とし、これをロールコーティング法、スプレーコーティング法、ディッピング法等により芯金の外周面に塗布し、乾燥した後、所定の条件で加熱加硫を行うことにより形成することもできる。
【００２６】
このようにして得られる本発明の導電性ロールにおいて、上記芯金の寸法は、特に限定されるものではないが、通常、直径５〜８ｍｍの導電性シャフトと、内径１１〜１５ｍｍで、厚み０．３〜１．５ｍｍ程度の導電性スリーブによって構成されたものが用いられる。また、上記芯金の外周に形成される被覆層の厚みは、特に限定はないが、通常、０．３〜１．５ｍｍの範囲内に設定され、好ましくは０．５〜１．２ｍｍの範囲内である。
【００２７】
なお、本発明の導電性ロールにおいて、例えば、長期の通電等に起因する電気劣化は、導電性スリーブと導電性シャフトとを連結する電気抵抗体を、抵抗値の低いものに替えることにより、対処することができる。また、例えば、先の〔発明が解決しようとする課題〕の欄において述べた、（Ａ）の、導電剤の使用量を増量したような場合では、その被覆層の電気抵抗を可能な限り低めに設定し、さらに可変式の電気抵抗体を組合わせ、初期においては、その抵抗値を高く設定し、徐々に低く可変させることにより、初期と同様の抵抗値を維持することができる。さらに、同欄に記載の、（Ｂ）の、イオン導電をメインにした系での環境依存性は、感温式の電気抵抗体を組合わせたり、抵抗値の異なる抵抗体を複数セットし任意に切り替えることにより、克服することができる。すなわち、低温低湿環境下では、電気抵抗体の抵抗値を小さくするよう抵抗体を交換等し、逆に、高温高湿環境下では、電気抵抗体の抵抗値を大きくするよう抵抗体を交換等することにより、一定のロール抵抗を維持することができ、プリント画像の濃度むらを抑えることができる。
【００２８】
また、本発明の導電性ロールは、その芯金の構成が最大の特徴であることから、芯金の外周に形成される被覆層は、特に限定されるものではなく、さらに、図１に示したような単層構造にも限定されない。したがって、必要に応じ、上記被覆層を、２層以上の積層構造としても差し支えない。
【００２９】
そして、本発明の導電性ロールは、電子写真複写機、プリンター、ファクシミリ等のＯＡ機器の帯電ロールに好適に用いられるほか、現像ロール、転写ロール等にも適用することができる。
【００３０】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【実施例１】
【００３１】
〔被覆層用材料の調製〕
エピクロルヒドリンゴム１００重量部（以下、「部」と略す）と、アルキルトリメチルアンモニウムパークロライド１部と、シリカ５０部と、硫黄２部と、ジベンゾチアゾールジスルフィド５部と、酸化亜鉛１０部と、ステアリン酸１部とを配合し、ロールを用いて混練して、被覆層用材料を調製した。
【００３２】
〔導電性ロールの作製〕
ＳＵＭ２２製シャフト（直径６ｍｍ、長さ２９３ｍｍ）と、アルミ製スリーブ（内径１２ｍｍ、長さ２７３ｍｍ、厚み１ｍｍ）と、一対のポリプロピレン製円形軸受（直径６ｍｍ）と、銅製の電気抵抗体（０．８ＭΩ）とを準備し、これらを用いて図１に示すような芯金を作製した。なお、シャフトとスリーブに対する電気抵抗体の結合は、はんだ付けにより行った。一方で、上記調製の被覆層用材料を、押出機を用いて押出成形し、１８０℃×１時間熱処理し加硫させることにより、厚み１ｍｍのチューブを作製した。そして、上記芯金の外周面に、接着剤を塗布した後、上記チューブ内に芯金を圧入し、芯金の外周を上記チューブで被覆することにより、目的とする、単層構造の導電性ロールを得た（図１参照）。
【００３３】
上記のようにして得られた実施例の導電性ロールに対し、常温常湿（２３℃，５３％ＲＨ）環境下で−３００Ｖの電圧を印加すると、そのときの抵抗値は１．０×１０6 Ωを示した。そして、このロールを、帯電ロールとして電子写真プリンターに組み込んで画像出しを行ったところ、画像むらは全く見られなかった。一方、上記抵抗値の測定を、低温低湿（１５℃，１０％ＲＨ）環境下で行ったところ、その抵抗値は１．０×１０6 Ωを下回ったが、芯金の電気抵抗体を、低抵抗のもの（０Ω）に交換することにより、上記抵抗値を１．０×１０6 Ωに設定することができた。他方、上記抵抗値の測定を、高温高湿（３２℃，８５％ＲＨ）環境下で行ったところ、その抵抗値は１．０×１０6 Ωを上回ったが、芯金の電気抵抗体を、高抵抗のもの（１ＭΩ）に交換することにより、上記抵抗値を１．０×１０6 Ωに設定することができた。そして、このように設定されたロールを、各環境条件に適合するよう用い、上記方法に準じて画像出しすることにより、環境条件に左右されずに画像むらのない画像出しを行うことができた。
【実施例２】
【００３４】
図２に示すような、３種類の電気抵抗体（０Ω，０．８ＭΩ，１ＭΩ）が切り換え自在の芯金を用い、実施例１に準じ、導電性ロールを作製した。そして、この導電性ロールは、実施例１と同様の結果が得られたとともに、電気抵抗体が切り換え自在であることから、実施例１よりも、環境変化等に容易に対応することができた。
【００３５】
〔比較例〕
芯金として、直径６ｍｍの中実体からなる金属シャフト（ＳＵＭ２２製）を用いた。これ以外は、実施例１と同様にして、単層構造の導電性ロールを得た。
【００３６】
上記のようにして得られた比較例の導電性ロールに対し、低温低湿（１５℃，１０％ＲＨ）環境下で−３００Ｖの電圧を印加すると、そのときの抵抗値は１．０×１０6 Ωを示した。そして、このロールを、帯電ロールとして電子写真プリンターに組み込んで画像出しを行ったところ、画像むらは全く見られなかった。ところが、上記抵抗値の測定を、常温常湿（２３℃，５３％ＲＨ）環境下で行ったところ、そのときの抵抗値は１．７×１０5 Ωを示し、さらに、高温高湿（３２℃，８５％ＲＨ）環境下で行ったところ、その抵抗値は３．５×１０4 Ωを示した。そのため、このロールを用い、常温常湿および高温高湿環境下で画像出しすると、画像むらが生じた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の導電性ロールの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の導電性ロールの他の例を示す断面図（軸中心の断面図）である。
【符号の説明】
【００３８】
１    導電性シャフト
２    絶縁性軸受
３    導電製スリーブ
４    被覆層
５    電気抵抗体
【図１】
2005133832.tif 000003
【図２】
2005133832.tif 000004