(57)【要約】【課題】導電性弾性層を、上記樹脂系シャフトを硬化弾性ゴム材料のチューブに圧入することにより設ける際の問題点を解消し、ムラのない画像を与える作像ローラを提供すること。【解決手段】樹脂系材料で構成されたシャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備え、前記導電性弾性層は、予め硬化させた導電性ゴムチューブにより構成され、前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの比ｄｅ／ｄｓが０．７５〜０．９７であるか、前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの差ｄｓ−ｄｅが０．３ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下であることを特徴とする作像ローラ。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂系材料で構成されたシャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備え、前記導電性弾性層は、予め硬化させた導電性ゴムチューブにより構成され、前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの比ｄｅ／ｄｓが０．７５〜０．９７であることを特徴とする作像ローラ。
【請求項２】
樹脂系材料で構成されたシャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備え、前記導電性弾性層は、予め硬化させた導電性ゴムチューブにより構成され、前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの差ｄｓ−ｄｅが０．３ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下であることを特徴とする作像ローラ。
【請求項３】
前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの比ｄｅ／ｄｓが０．７５〜０．９７であることを特徴とする請求項２に記載の作像ローラ。
【請求項４】
前記シャフトの外周と前記チューブの内周とが直接接触していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の作像ローラ。
【請求項５】
前記シャフトは、芳香族ポリアミド、ガラス繊維、および導電材を含む樹脂組成物で形成され、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度および１５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を示すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の作像ローラ。
【請求項６】
前記導電性弾性層は、弾性材料として、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴムおよびエチレンプロピレンゴムからなる群の中から選ばれるゴム材料を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の作像ローラ。
【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方式に基づく画像形成装置の作像部に使用される作像ローラに係り、特に、樹脂系シャフトを備える作像ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式に基づく画像形成装置の作像部には、転写ローラ、トナー供給ローラ、現像ローラ、クリーニングローラ等作像に関与する作像ローラが使用されている。従来、そのような作像ローラは、金属製のシャフトの外周に導電性弾性層を設けた構成のものであるが、近年、画像形成装置の小型化、軽量化等の要請により、シャフトを樹脂組成物で形成することが試みられている。例えば、特許文献１および特許文献２には、ポリアミド等の合成樹脂および導電剤と、場合により繊維を含む樹脂組成物からなる非磁性現像ローラが開示されている。また、特許文献３には、ポリアミド樹脂と導電性材料を含む導電性樹脂組成物からなるシャフトを備える現像ローラが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２１５７８０号公報
【特許文献２】特開２００３−１９５６０１号公報
【特許文献３】特開２００２−４０７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、樹脂系シャフトに導電性弾性層を設ける場合、従来、押出しまたは型成形により未硬化ゴム材料を樹脂シャフトの周りに設け、これを硬化に供している。しかしながら、樹脂系材料のガラス転移点は、ゴム材料の硬化の温度よりも低いため、樹脂系シャフトが変形し、寸法精度が低下してしまう。
【０００４】
これに対し、金属系シャフトに導電性弾性層を設ける場合に行われているように、予め硬化させた弾性ゴムチューブにシャフトを圧入するという方法（例えば、特公平６−５５４５７号公報参照）を採用すると、上記樹脂シャフトの高温加熱による変形の問題を解消することができる。
【０００５】
しかしながら、その場合、樹脂系シャフトの外径に対し、弾性ゴムチューブの内径が過大であると、後に行われるチューブの研磨の際に、樹脂系シャフトに対しチューブの滑りが発生し、チューブの外径寸法精度は、振れ精度の低下を招くことがわかった。また、弾性ゴムチューブの内径が過小であると、シャフトをチューブに圧入する際に発生する歪がチューブ中に残留し、チューブ外径振れ精度の低下を招くこともわかった。その結果、得られる画像にムラが生じてしまう。
【０００６】
したがって、本発明は、導電性弾性層を、上記樹脂系シャフトを硬化した弾性ゴムチューブに圧入することにより設ける際の問題点を解消し、ムラのない画像を与える作像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】
【０００７】
本発明によれば、樹脂系材料で構成されたシャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備え、前記導電性弾性層は、予め硬化させた導電性ゴムチューブにより構成される作像ローラが提供される。本発明の第１の側面によると、前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの比ｄｅ／ｄｓが０．７５〜０．９７である。本発明の第２の側面によると、前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの差ｄｓ−ｄｅが０．３ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、樹脂系シャフトを導電性弾性層である硬化弾性ゴムチューブに圧入しても、画像ムラのない作像ローラが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１０】
本発明の作像ローラは、樹脂系材料で構成されたシャフトと、このシャフトの外周を覆って設けられ、研磨加工された導電性弾性層とを備える。導電性弾性層は、予め硬化させた導電性ゴムチューブにより構成される。そして、前記シャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの比ｄｅ／ｄｓが０．７５〜０．９７であり、および／またはシャフトの外径ｄｓと前記チューブの内径ｄｅとの差ｄｓ−ｄｅが０．３ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下である。
【００１１】
本発明の作像ローラに用いられる樹脂系シャフトは、ポリアミド、例えばメタキシリレンジアミンと、アジピン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸等のα，ω−脂肪族ジカルボン酸との重縮合反応により得られる芳香族ポリアミド（メタキシリレンジアミンとアジピン酸とから得られる芳香族ポリアミドは、ポリアミドＭＸＤ６として知られている）、ヘキサメチレンジアミン等のポリメチレンジアミンと脂肪族ジカルボン酸との重縮合物であるポリアミド６、ポリアミド６，６等の脂肪族ポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂により構成することができる。
【００１２】
作像ローラのシャフトを形成する樹脂系材料には、上記樹脂材料に加えて、導電性を付与するために導電材が含まれる。そのような導電材としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックの粒子状導電材や、炭素繊維等を好適に用いることができる。炭素繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。導電材としては、カーボンブラックと炭素繊維を併用することができる。導電材は、樹脂１００質量部に対し、０．１〜２０質量部の割合で用いることができる。
【００１３】
樹脂系材料は、ガラス繊維を含有することができる。ガラス繊維としては、それ自体既知のものを用いることができる。ガラス繊維の直径は、１〜５０μｍであることが好ましく、またその長さは、０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
上記樹脂系シャフトに設けられる導電性弾性層は、予め硬化させた導電性ゴムチューブからなる。かかるチューブは、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴム材料をベースとし、これに導電性を付与するためにカーボンブラックや金属粉等の導電物質を配合した導電性ゴム材料で形成することができる。チューブは、未硬化の導電性ゴム材料をチューブ状に押出し、これを硬化させる。ここで、チューブは、その構成材料により、一次硬化のみで十分な場合と、一次硬化と二次硬化を行う方が好ましい場合がある。例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴムは、８０℃〜１８０℃で５分〜２４時間で硬化させる一次硬化のみで十分である。他方、シリコーンゴムは、１００℃〜４００℃で１分〜１０時間の条件で一次硬化を行った後、１５０℃〜２５０℃で１時間〜２４時間の条件で二次硬化を行うことが好ましい。また、エチレンプロピレンゴムは、８０℃〜１８０℃で５分〜２４時間の条件で一次硬化を行った後、７０℃〜１５０℃で１時間〜６時間の条件で二次硬化を行うことが好ましい。
【００１５】
こうして得られた硬化ゴムチューブを圧縮空気で拡径しながら、これに樹脂系シャフトを圧入する。その後、硬化ゴムチューブ（導電性弾性層）を常法により砥石等で研磨・研削する。最終の導電性弾性層（研磨後）の厚さは、研磨精度の観点から、０．２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましい。樹脂系シャフトの外周とチューブの内周との間に接着剤、プライマー等を設けることは不要であり、樹脂系シャフトの外周とチューブの内周とを直接接触させることができる。
【００１６】
上に述べたように、樹脂系シャフトの外径に対し、弾性ゴムチューブの内径が過大であると、後に行われるチューブの研磨の際に、樹脂系シャフトに対しチューブの滑りが発生し、チューブの外径寸法精度は、振れ精度の低下を招く一方、弾性ゴムチューブの内径が過小であると、シャフトをチューブに圧入する際に発生する歪がチューブ中に残留し、チューブ外径振れ精度の低下を招く。
【００１７】
そこで、この問題を解消するために、本発明では、樹脂系シャフトの外径ｄｓと硬化導電性ゴムチューブの内径ｄｅとの比ｄｅ／ｄｓを０．７５〜０．９７設定し、および／またはシャフトの外径ｄｓと硬化導電性ゴムチューブの内径ｄｅとの差ｄｓ−ｄｅを０．３ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下に設定する。
【００１８】
このような樹脂系シャフトの外径ｄｓとチューブの内径ｄｅとの関係を有することにより、チューブの研磨の際に、樹脂系シャフトに対しチューブの滑りが発生せず、またシャフトをチューブに圧入する際に発生する歪がチューブ中に残留することがなく、寸法精度に優れた作像ローラが得られる。比ｄｅ／ｄｓは、０．８〜０．９５であることが好ましい。また、差ｄｓ−ｄｅは、０．５〜２．５であることが好ましい。
【００１９】
ところで、作像ローラを樹脂系シャフトのジャーナル部でシャフトを支持し、導電性弾性材料を研磨して導電性弾性層を形成する場合、研磨の際に樹脂系シャフトがジャーナル部で破壊してしまい、作像ローラを作製できないという問題が生じることがある。この問題を解決するために、樹脂系シャフトを上記芳香族ポリアミド、上記ガラス繊維、および上記導電材粒子を含むポリアミド樹脂系組成物で形成することが好ましい。このポリアミド樹脂系組成物は、上記脂肪族ポリアミドを含むことができる。
【００２０】
本発明の作像ローラの樹脂系シャフトは、２５０ＭＰａ以上の曲げ強度および１５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を示すことが好ましい。曲げ強度および曲げ弾性率がこれら値未満であると、シャフトに導電性ゴム等の導電性弾性層を設けた後、その導電性弾性層を砥石等で研削・研磨する際にシャフトに割れ等が発生し得る。曲げ強度は、通常、５００ＭＰａ以下であり、曲げ弾性率は、通常、３０ＧＰａ以下である。
【００２１】
本発明の作像ローラの樹脂系シャフトは、さらに、７０℃以上のガラス転移点を示すことが好ましい。作像ローラは、通常、ユニットとして組み立てられ、応力のかかった状態で６０℃程度で保存されることが多い。また、ジャーナル部の切削加工時に６０℃程度の温度に加熱されることがある。ガラス転移点が７０℃未満であると、上記保存時にたわみが発生する可能性があり、また上記切削加工時に変形し、表面精度が低下するおそれがある。ガラス転移点は、通常、１００℃以下である。
【００２２】
また、本発明の作像ローラのシャフトは、さらに、１．８以下の比重を示すことが好ましい。比重が１．８を超えると、軽量化の要請に十分に応えることができないおそれがある。比重は、通常、１．０以上である。
【００２３】
さらに、本発明の作像ローラの樹脂系シャフトは、１×１０5Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率を示すことが好ましい。１×１０5Ω・ｃｍを超える体積抵抗率は、シャフトの外周に設けられる導電性弾性層に必要な抵抗値よりも高くなり、印字に悪影響を及ぼす恐れがある。体積抵抗率は、通常、１×１０0Ω・ｃｍ以上である。
【００２４】
上記ポリアミド樹脂系組成物は、シャフトに上記物性をもたらすために、芳香族ポリアミドと脂肪族ポリアミドとの合計１００質量部に対し、ガラス繊維を１０〜３００質量部、導電材を０．１〜２０質量部の割合で含有する。芳香族ポリアミドと脂肪族ポリアミドの質量比は、１００：０〜５０：５０であることが好ましい。
【００２５】
本発明の作像ローラの樹脂系シャフトは、射出成形等の方法により成形することができる。射出成形後、ジャーナル部を切削加工で仕上げることができる。すなわち、より詳しくは、本発明の作像ローラは、ローラ本体と、ローラ本体の両端に一体的に設けられたジャーナル部を有する。
【００２６】
なお、本発明は、ガラス転移点が１００℃以下の樹脂系シャフトに適用することが特に有利である。このように低いガラス転移点を有する樹脂系シャフトは、上記一次硬化、二次硬化が行われるような高温で特に変形しやすいからである。
【００２７】
導電性弾性層の外周には、特開平１１−２４２３８３号公報に開示された微多孔質被覆層を設けることができる。この微多孔質被覆層は、ポリオール、イソシアネート化合物、および揮発性シリコーン油を包含する気孔形成剤を含有する反応混合物を、ポリオールとイソシアネート化合物との反応条件に供して得られるものである。この微多孔質被覆層は、発泡現象を伴わずに形成されるものであり、従って通常の発泡に必要な型を必要としない。上記反応混合物には、活性水素を有する反応性シリコーン油を含めることもできる。このような微多孔質被覆層を設けることにより、本発明の作像ローラを現像ローラとした場合に、感光ドラムの汚染やネガゴーストの発生をより一層効果的に防止することができる。
【００２８】
本発明の作像ローラは、現像ローラのほか、転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラ等として提供され得る。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はそれらの実施例により限定されるものではない。
【００３０】
実施例１〜５、比較例１〜３
芳香族ポリアミド（三菱ガス化学社製ポリアミドＭＸＤ６）１００質量部、ガラス繊維（旭ファイバーグラス社製ＣＳ０３−ＪＡＦＴ２）１００質量部、およびカーボンブラック（三菱化学社製＃３０５０Ｂ）１２質量部からなるポリアミド樹脂系組成物から外径ｄｓが１０ｍｍ、面長（ゴム加工部）が２３５ｍｍのシャフトを射出成形し、ジャーナル部を切削加工で仕上げ、ブラザー工業社製プリンターＨＬ−１８５０用現像ローラとして用いられる樹脂系シャフトを得た。得られた樹脂系シャフトの曲げ弾性率および曲げ強度を東洋精機製作所社製ストログラフＶ１０−Ｃにより、ガラス転移点を島津製作所社製熱分析装置ＤＳＣ−６０により、比重をアルファミラージュ社製電子比重計ＭＤ−２００Ｓにより、体積抵抗率をアドバンテスト社製抵抗計Ｒ８３４０により、それぞれ測定した。その結果、曲げ弾性率は、２０ＧＰａであり、曲げ強度は３５０ＭＰａであり、ガラス転移点は８０℃であり、比重は１．５であり、体積抵抗率は５×１０2であった。
【００３１】
さらに、上記樹脂系シャフトの振れを常法により測定した。すなわち、樹脂系シャフトをジャーナル部で支持し、シャフトを回転させたときのシャフトの長手方向中心部でのシャフトの変位の最大値と最小値をレーザーを用いて光学的に測定し、その差をシャフトの振れとして求めたところ、０．０３（高温放置前）であった。また、高温放置後のシャフトの振れも測定した。すなわち、シャフトをジャーナル部で支持し、シャフトの中央部に１ｋｇの荷重を掛け、５５℃で５日間放置した後、上記方法によりシャフトの振れを測定したところ、０．０３（高温放置後）であった。
【００３２】
他方、カーボンブラックが配合された未硬化シリコーンゴム材料（東レ・ダウコーニング社製ＤＹ３２−４０３６）をチューブ状に押出し成形し、４００℃で２分間硬化（一次硬化）させた後、所定の長さに切断し、２００℃で４時間硬化（二次硬化）させて、内径ｄｅが６．５〜９．９ｍｍ（表１）で外径が２０．６ｍｍのチューブを得た。このチューブを圧縮空気で拡径しながら、これに上記シャフトを圧入した後、表面を研磨し、外径が２０ｍｍの作像ローラを作製した。導電性シリコーンゴムの体積抵抗率は１０6 Ω・ｃｍでり、ＪＩＳ  Ａ硬度は４５゜であった。
【００３３】
次に、フッ素含有ポリオール（ダイキン工業社製ゼッフル）１００質量部と導電性カーボンブラック（キャボット社製）５質量部に酢酸ブチル３００質量部を加え、分散機を用いて分散させた。この分散物に揮発性シリコーン油（信越化学工業社製ＫＦ９６Ｌ）５質量部を加え、攪拌し主材とした。この主材に硬化剤としてウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート（旭化成工業社製デュラネート）を主材中のヒドロキシル基の当量と、硬化剤中のイソシアネート基の当量とが１：１となるように配合してコーティング材Ａを調製した。このコーティング材Ａを前記各ゴム被覆ローラに厚さが１０μｍとなるようにスプレー塗装し、風乾した後、１６０℃で４０分加熱して所望の微小多孔質被覆層を形成し、現像ローラを得た。
【００３４】
得られた現像ローラをブラザー工業社製プリンターＨＬ−１８５０に組み込み、１０枚の通紙試験を行い、画像を以下の基準で評価した。  
画像ムラなし…○；画像ムラややあるが実用上問題ない…△；画像ムラあり実用に耐えない…×。  
結果を表１に併記する。
【表１】
2007148299.tif 000002
【００３５】
比較例１の現像ローラは、硬化シリコーンゴムの研削加工時に回転トルクにより滑りが生じ、研磨精度が低下し、表１に示すように、画像ムラを発生させた。また、比較例２および３の現像ローラは、樹脂系シャフトの硬化シリコーンゴムチューブへの圧入時の歪がチューブに残留し、表１に示すように画像ムラを発生させた。これに対し、表１に示すように、本発明に係る実施例１〜５の現像ローラは、いずれも、ムラのない鮮明な画像を与えた。
【００３６】
実施例６〜８
樹脂系シャフトを、下記表１に示す組成のポリアミド樹脂系組成物形成した以外は、実施例１〜５と同様にして現像ローラを作製した。なお、実施例６および７で用いた脂肪族ポリアミドは、三菱エンジニアリングプラスチック社製ノバミッド（登録商標）１００７Ｊであった。
【表２】
2007148299.tif 000003
【００３７】
これらの現像ローラに関し、それぞれ、実施例１〜５と同様にして画像の評価を行ったところ、実施例１〜５と同様の結果が得られた。