(57)【要約】【課題】ローラ本体において軸と嵌合する孔部形状を改良することで、簡易な製造が可能であって、かつ、軸ぶれなどの問題のない高精度の導電性ローラを提供する。【解決手段】軸２と、軸の外周に担持されたローラ本体１とを備え、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る。ローラ本体が主として樹脂材料と導電剤とからなる。ローラ本体の、軸を担持する孔部３の内面が凹凸を有し、かつ、軸とローラ本体とが、孔部内面に周方向に等間隔に設けられた３箇所以上の凸部３Ａにおいて嵌合している。【選択図】図１
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【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、
前記ローラ本体の、前記軸を担持する孔部内面が凹凸を有し、かつ、該軸とローラ本体とが、該孔部内面に周方向に等間隔に設けられた３箇所以上の凸部において嵌合していることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記凸部の断面形状が、略半円形である請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記凸部が、前記ローラ本体の長手方向端部間にわたり延在する請求項１または２記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記凸部が、前記ローラ本体の長手方向両端のみに設けられている請求項１または２記載の導電性ローラ。
【請求項５】
前記ローラ本体が単一の部材からなる請求項１〜４のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項６】
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る請求項１〜４のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【請求項７】
前記ローラ本体が中空構造を有する請求項１〜６のうちいずれか一項記載の導電性ローラ。
【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】
また特に、ローラ本体を樹脂材料により形成した場合には、ローラ剛性を高める目的で、ローラ本体を長手方向に嵌通する軸を用いることが一般的である。この場合、ローラ本体に軸に対応する孔を設けて、この孔に軸を嵌合させることにより、軸に対しローラ本体を組み付ける。従って、軸の断面形状とローラ本体に設ける孔の断面形状とは、通常、互いに嵌合し合う形状となる（例えば、丸形−丸形、多角形−多角形、凹形−凸形等）。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】実公平７−５４１９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０６１０号公報
【特許文献３】特願２００４−２９６９８１
【特許文献４】特願２００５−３１０２０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、軸に対しローラ本体を組み付けるに際してローラ本体に設ける孔部の形状は、軸に対応した嵌合可能な形状に形成することが一般的である。中でも、軸とローラ外周との位置精度を求めた場合、双方の断面形状を丸形−丸形とすることが理想的であるが、この場合、ローラ本体を樹脂の射出成形により作製しようとすると、孔部の真円度の高精度化を図ることが困難であり、孔部２０の形状に歪が生じてしまう場合があるとともに（図３参照）、外径との位置精度の調整（金型調整）が困難となるという問題があった。これは多角形−多角形や凹形−凸形等の断面形状の場合も同様であり、金型を高精度で作製しても、リブの影響やゲート配置、成形条件などの影響により成形形状に歪が生ずる場合があるため、ローラ本体の孔部を高精度化することは極めて困難となっていた。
【０００７】
そこで本発明の目的は、ローラ本体において軸と嵌合する孔部の形状を改良することで、簡易な製造が可能であって、かつ、軸ぶれなどの問題のない高精度の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、従来のローラ本体−軸間の嵌合構造では、軸を担持する孔部の内面が軸を全面で受ける構造となっているために、孔部の高精度化が困難となっていることを見出した。そこで、本発明者はさらに検討した結果、ローラ本体に設ける孔部の断面形状を改良して、孔部の内面が軸を、全周ではなく周方向の複数箇所で受ける構造とすることで、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、
前記ローラ本体の、前記軸を担持する孔部内面が凹凸を有し、かつ、該軸とローラ本体とが、該孔部内面に周方向に等間隔に設けられた３箇所以上の凸部において嵌合していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明において、前記凸部の断面形状は、好適には略半円形とすることができる。また、前記凸部は、前記ローラ本体の長手方向端部間にわたり延在させてもよく、また、前記ローラ本体の長手方向両端のみに設けてもよい。さらに、前記ローラ本体は、単一の部材からなるものとしてもよく、長手方向に結合された複数の部材から構成されるものとしてもよく、好適には、中空構造を有するものとする。
【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、孔部の真円度を考慮しなくても、凸部の凸量の調整のみで軸とローラ外周との位置調整を図ることが可能となり、これにより、簡易な製造が可能であって、かつ、軸ぶれなどの問題のない高精度の導電性ローラを実現することが可能となった。  
【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。
本発明の導電性ローラは、軸と、その外周に担持されたローラ本体とを備え、その外周に弾性層が形成されてなるものであり、ローラ本体は、主として樹脂材料と導電剤とからなる。
【００１３】
図１（ａ）は、かかる本発明のローラのローラ本体のみを取り出して示す部分斜視図である。図示するように、本発明のローラにおいては、ローラ本体１の、軸を担持する孔部３の内面が凹凸を有しており、かつ、同図（ｂ）の断面図に示すように、軸２とローラ本体１とが、孔部３の内面に周方向に等間隔に設けられた３箇所以上、図示する例では３箇所の凸部３Ａにおいて嵌合している。
【００１４】
即ち、従来のように軸をローラ本体の孔部の内面全周で受けるものとすると、成形品の高精度化を図ることが必要となり、そのため金型や成形に関する技術的ハードルが高くなってしまうが、本発明においては、上記凸部３Ａのみで軸２を受ける構造としたため、かかる凸部３Ａの凸量の調整のみにより、容易に軸とローラ外周との位置調整を行うことが可能となった。
【００１５】
本発明に係る凸部３Ａの断面形状は、図１に示すように略半円形とすることが好ましいが、軸２を確実に保持できるものであればこれには限定されず、楔形（図２（ａ））や、軸の外周に応じた凹部形（図２（ｂ））等に形成してもよい。また、凸部３Ａは、図１（（ａ）に示すように、ローラ本体１の長手方向端部間にわたり延在する稜線状に形成することが好ましいが、これには限られず、ローラ本体１の長手方向の複数箇所、例えば、両端のみに設けてもよい。但し、凸部３Ａは、軸２を確実に保持できるだけの強度を確保できるように形成することが重要である。
【００１６】
さらに、凸部３Ａは、周方向に等間隔に３箇所以上にて設けることが必要であるが、軸２を確実に保持しつつ容易に位置調整できる点から、好適には３箇所にて設ける。さらにまた、凸部３Ａの凸量、即ち、孔部３内面からの突出高さは、孔部３内面の凸部３Ａ以外の部分が軸２に接触して、ローラ自体の精度に悪影響を及ぼさない程度であればよいので、大きく取る必要はなく、例えば、０．１〜２ｍｍ程度とすることができる。
【００１７】
凸部３Ａの形成方法としては、例えば、ローラ本体１の長手方向端部間にわたり延在する形状とする場合には、円筒に凹溝を設けた形状の金型（図２（ｃ））、また、ローラ本体１の長手方向の複数箇所に設ける場合には、円筒に適宜凹穴を設けた形状の金型（図２（ｄ））を用いればよく、いずれの場合も、凸部形状を容易に加工調整することができる。
【００１８】
本発明においては、ローラ本体１の孔部３の内面に上記凸部３Ａを設け、この凸部３Ａにおいて軸２とローラ本体１とが嵌合しているものであればよく、これにより本発明の所期の効果を得ることができ、それ以外の具体的なローラ構造や材質等については特に制限されるものではない。
【００１９】
例えば、本発明においてローラ本体１は、単一の部材からなるものとしてもよいが、長手方向に結合された複数の部材から構成されるものとすることもできる。また、ローラ本体１は、中実構造または中空構造のいずれであってもよいが、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。
【００２０】
また、ローラ本体の外形は、図示する円柱形状には限られず、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。この場合、ローラ本体は複数の部材からなるものとすることが好ましく、これ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。
【００２１】
本発明においてローラ本体１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。
【００２２】
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。
【００２３】
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１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。
【００２４】
ローラ本体１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。
【００２５】
また、軸２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。
【００２６】
弾性層の材料としては、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。
【００２７】
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、ローラ本体と弾性層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、ローラ本体と弾性層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。
【００２８】
なお、弾性層に添加する導電剤としては、ローラ本体１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。
【００２９】
弾性層の体積抵抗率は、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。
【００３０】
本発明のローラにおける軸２とローラ本体１との間の結合は、単一または複数の部材からなるローラ本体１をオーブン等により加熱して、これらを熱膨張させた状態で軸２を嵌通させ、その後冷却して部材を収縮させることで軸２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１との結合手段として、軸２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２とローラ本体１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２の空転を防止することができる。
【００３１】
本発明のローラにおいては、ローラ本体１上に設ける弾性層により、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により調整可能であるので、複数の部材によりローラ部材１を構成する場合の各部材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】
【００３２】
以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
（比較例）
軸（材質：ＳＵＭ，軸径φ５．５，長さ２７０ｍｍ）と、４個の部材からなるローラ本体（厚み６ｍｍ，長さ４×６０ｍｍ，内径φ５．５ｍｍ）とを備え、その外周に弾性層（厚み１．３ｍｍ）が形成されてなる、比較例の導電性ローラを作製した。ローラ本体については下記表１に示す配合材料を用い、また、弾性層の材料としては、ポリエーテルポリオール（エクセノール８５１、旭硝子（株）製）１００．０質量部、ジブチルスズジラウレート０．００２質量部およびイオン導電剤（ＭＰ−１００、昭島化学工業（株）製）２．８質量部を攪拌機にて液温２５℃、６０回転／分で１０分間攪拌混合し、得られた混合液をＡ液、イソシアネート（スミジュールＰＦ、住化バイエルウレタン（株）製）をＢ液として、Ａ液１０２．８０２質量部とＢ液８．５質量部とを攪拌混合して得られたウレタン樹脂原料を用い、これを、軸とローラ本体とを装填した状態のローラ成型金型内に注入し、１００℃で１時間加熱硬化させることにより弾性層を形成した。軸とローラ本体との嵌合は、ローラ本体を１２０℃に加熱して熱膨張させた状態で軸を嵌通させ、その後冷却することにより行った。
【００３３】
【表１】
2007248814.tif 000003
＊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
【００３４】
（実施例）
ローラ本体の内径をφ５．５ｍｍとして、図１に示すように、その孔部３内面に、周方向に等間隔に３箇所の凸部３Ａ（凸量：０．５ｍｍ，断面略半円形）を、ローラ本体１の長手方向端部間にわたり延在するよう設けた以外は比較例と同様にして、実施例の導電性ローラを作製した。
【００３５】
比較例および実施例の各ローラにつき、内径と外径との同心度を測定した結果を、下記の表２に示す。なお、同心度の測定には、（株）東京精密製のＲＯＮＤＣＯＭ４１Ａを用いた。
【００３６】
【表２】
2007248814.tif 000004
【００３７】
上記表２の結果から分かるように、ローラ本体の孔部内面に凸部を設けて、この凸部により軸を担持するものとした実施例のローラにおいては、孔部内面の全周で軸を担持する比較例のローラに比し、極めて高い同心度が得られることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る導電性ローラの、（ａ）はローラ本体のみを取り出して示す部分斜視図であり、（ｂ）は軸とローラ本体との嵌合状態を示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る凸部の他の形成例を示す断面図であり、（ｃ），（ｄ）は、本発明に係る凸部の形成に用いる金型を示す部分斜視図である。
【図３】ローラ本体の孔部に歪が生じた状態を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ローラ本体
２  軸
３  孔部
３Ａ  凸部
【図１】
2007248814.tif 000005
【図２】
2007248814.tif 000006
【図３】
2007248814.tif 000007