(57)【要約】【課題】  金属シャフトを用いた半導電性ローラは重量が重く、また高コストとなっている場合がある。【解決手段】  「樹脂と導電性付与剤とを含む混合物によりシャフトを成形する工程を含む製造方法で得られうる半導電性ローラにおいて、上記シャフトの成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の導電性樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら形成した導電性樹脂シャフトを用いたことを特徴とする半導電性ローラ。」で解決する。また、「上記シャフト成形後、弾性層の成形空間を可動金型により最小にしておき、溶融状態の弾性層樹脂の流動圧力によって前記可動金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら弾性層を形成した前記の半導電性ローラ」で解決する。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と導電性付与剤とを含む混合物によりシャフトを成形する工程を含む製造方法で得られうる、少なくとも導電性樹脂シャフトを備える半導電性ローラであって、該工程が、該シャフトの成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の導電性樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら該導電性樹脂シャフトを形成することを特徴とする半導電性ローラ。
【請求項２】
前記の導電性樹脂シャフト成形後、弾性層の成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の弾性層樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら弾性層を形成する工程を含む製造方法で得られうることを特徴とする、少なくとも導電性樹脂シャフトの外周に弾性層を備える請求項１記載の半導電性ローラ。
【請求項３】
前記シャフトおよび弾性層成形後、表面層の成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の表面層樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら表面層を形成する工程を含む製造方法で得られうることを特徴とする、少なくとも導電性樹脂シャフトの外周に弾性層を備え該弾性層の外周に表面層を備える請求項１または２に記載の半導電性ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に組み込まれる現像ローラ、転写ローラ、帯電ローラ、定着ローラ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の複写機、プリンタ、ファクシミリ等における粉末トナーを用いた画像形成装置に組み込まれる現像ローラは、次のように構成されている。
【０００３】
（１）金属製シャフトの外側に加流成形した弾性層と、更に外側にスプレー塗装により表面層を形成した現像ローラである。（特許文献１）
（２）金属からなるローラ芯軸上に加流成形により導電性ゴム弾性層を形成し、その外側に表面粗さが５〜３０μｍのフッ素樹脂チューブを被覆し形成した現像ローラである。（特許文献２）
【特許文献１】特開平８−１９２４７５号公報。
【特許文献２】特開平９−９０７３５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２は、軸部に金属製シャフトを用いているため、重量が重くなったり、価格が高くなったり、また、軸部外周に形成する弾性層等との密着性が悪くなる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、鋭意検討の結果、従来技術の問題点・課題を、下記のように新たに捉えなおした。「従来技術では、金属製シャフトを使用することにより、安定した導通は確保できるが、軽量化、低コスト化ができない。」と、原因に関する推定をし、その原因を解決するための手段を検討した。結果、下記の発明を完成するに至った。
【０００６】
本発明の第１は、
「樹脂と導電性付与剤とを含む混合物によりシャフトを成形する工程を含む製造方法で得られうる、少なくとも導電性樹脂シャフトを備える半導電性ローラであって、該工程が、該シャフトの成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の導電性樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら該導電性樹脂シャフトを形成することを特徴とする半導電性ローラ。」、である。
【０００７】
本発明は、また、
「前記の導電性樹脂シャフト成形後、弾性層の成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の弾性層樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら弾性層を形成する工程を含む製造方法で得られうることを特徴とする、少なくとも導電性樹脂シャフトの外周に弾性層を備える半導電性ローラ。」である。
【０００８】
本発明は、また、
「前記シャフトおよび弾性層成形後、表面層の成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の表面層樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら表面層を形成する工程を含む製造方法で得られうることを特徴とする、少なくとも導電性樹脂シャフトの外周に弾性層を備え該弾性層の外周に表面層を備える半導電性ローラ。」、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明（請求項１）により、体積抵抗値が安定した導電性樹脂シャフトが得られ、半導電性ローラが軽量化され、かつ低コストにできる。
【００１０】
本発明（請求項２）により、体積抵抗値が安定した弾性層が得られ、半導電性ローラが軽量化され、かつ低コストにできる。
【００１１】
本発明（請求項３）により、体積抵抗値が安定した表面層が得られ、半導電性ローラが軽量化され、かつ低コストにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１は、
「樹脂と導電性付与剤とを含む混合物によりシャフトを成形する工程を含む製造方法で得られうる、少なくとも導電性樹脂シャフトを備える半導電性ローラであって、該工程が、該シャフトの成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の導電性樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら該導電性樹脂シャフトを形成することを特徴とする半導電性ローラ。」
である。
【００１３】
本発明は、また、
「前記の導電性樹脂シャフト成形後、弾性層の成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の弾性層樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら弾性層を形成する工程を含む製造方法で得られうることを特徴とする、少なくとも導電性樹脂シャフトの外周に弾性層を備える半導電性ローラ。」
である。
【００１４】
本発明は、また、
「前記シャフトおよび弾性層成形後、表面層の成形空間をスライド金型により最小にしておき、溶融状態の表面層樹脂の流動圧力によって前記スライド金型を移動させ、成形空間を徐々に増大させながら表面層を形成する工程を含む製造方法で得られうることを特徴とする、少なくとも導電性樹脂シャフトの外周に弾性層を備え該弾性層の外周に表面層を備える半導電性ローラ。」
である。
【００１５】
なお、本発明でいうスライド金型とは、可動金型のことである。
【００１６】
シャフト用の材料は、樹脂としてポリアミド樹脂を８５重量％（滑剤、安定剤等含む）、導電性付与剤としてカーボンブラックを１５重量％とし、これらを混合して溶融混練し、ペレット状にする。このペレットを溶融状態にして、図１のような成形装置において、まず、スライド金型により成形空間が最小となるようにし、注入口から溶融導電性樹脂材料を成形空間に注入し、該樹脂材料の流動圧力によりスライド金型を後退させ、成形空間を増大させながらシャフトを成形し、図２のような導電性樹脂シャフトを得る。また、樹脂材料の流動圧力だけではなく、アクチュエーター等の付勢手段を用いてスライド金型を後退させてもよい。
【００１７】
樹脂材料（滑剤、安定剤等含む）と導電付与剤との重量割合は任意でよいが、
樹脂材料：導電付与剤＝９０〜５０重量％：１０〜５０重量％とするのが好ましい。樹脂材料が９０重量％を超えると相対的に導電付与剤が減り、体積抵抗値が安定せず、また、該抵抗値が高くなりすぎる場合がある。また、樹脂材料が５０重量％未満となると、流動性が低下し、成形できなくなる場合がある。
【００１８】
樹脂材料としては、特に制限されるものではなく、射出成形等で成形できるものであればよく、熱可塑性樹脂であるエチレンエチルアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスフィド）、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）、ＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合体）及びＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などの１種類または２種類以上、もしくは、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及びポリイミド樹脂などの１種類または２種類以上を混合して用いることができる。
【００１９】
導電付与剤としては、特に制限されるものではなく、上記樹脂中に均一の混合分散できるものであればよい。例えば、カーボンブラック、グラファイト、金属粉であるアルミ、ステンレス、銅、チタン、ニッケル等、金属酸化物粉末である、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等、また、イオン導電剤である塩化リチウム、臭化リチウム、過塩素酸ナトリウムなどの無機ハロゲン化物、第４級アンモニウム塩、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸エステル基などを有する有機化合物もしくは重合体、ポリオキシエチレンを含有する化合物、または高分子化合物などの帯電防止剤といった化合物などが挙げられ、これらを１種類または２種類以上を混合して用いることができる。
【００２０】
更に、強度補強等のため、繊維状物あるいはウィスカーを５〜４０重量％添加してもよい。繊維状物あるいはウィスカーの具体例としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カルウム等が挙げられる。上記繊維状物あるいはウィスカーの添加量を５重量％未満にすると、強度補強等の効果が現れず、４０重量％を超えると流動性が低下し、成形性が悪化する場合がある。
【００２１】
シャフト形状は制限されるものではなく、図２で示したストレートのシャフトや、弾性層及び表面層部に相当するシャフト部の外径を両端軸部外径より太くしてもよい。弾性層及び表面層部に相当するシャフト部の外径を太くすることにより、シャフト強度、振れ精度が向上するとともに、弾性層あるいは表面層の層厚が薄くでき、コスト低下にもつながる。
【００２２】
上記で成形されたシャフトは、後加工が不要となり、低コストで高寸法精度かつ導電性をもつシャフトが得られる。
【００２３】
弾性層の材料として、ポリエーテル樹脂に、導電性付与剤を添加し、攪拌混合し、体積抵抗値が１０3Ω・ｃｍ〜１０6Ω・ｃｍの範囲に入るように導電性付与剤の添加量を調整したたものを用いた。また、硬化剤、硬化促進剤等を添加してもよい。上記弾性層材料を、図３のように、上記シャフトをインサートした金型の成形空間に注入し、シャフトの外周に弾性層を形成した。体積抵抗値が１０3Ω・ｃｍ未満となると感光体へのリーク電流が発生し、１０6Ω・ｃｍを超えると導電性が悪化し、トナー帯電量が所望値とならず、画質が低下する場合がある。
【００２４】
弾性層の樹脂材料としては、特に制限されるものではないが、射出成形、押出成形、圧縮成型、注型成形、等が可能であればよく、ポリウレタン、シリコーンゴム、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレン系ゴム、天然ゴム、アクリルゴム、などが挙げられ、これらを１種類または２種類以上を混合して用いることができる。
【００２５】
導電付与剤としては、特に制限されるものではなく、上記樹脂中に均一の混合分散できるものであればよい。例えば、イオン導電剤である塩化リチウム、臭化リチウム、過塩素酸ナトリウムなどの無機ハロゲン化物、第４級アンモニウム塩、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸エステル基などを有する有機化合物もしくは重合体、ポリオキシエチレンを含有する化合物、または高分子化合物などの帯電防止剤といった化合物や、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉であるアルミ、ステンレス、銅、チタン、ニッケル等、金属酸化物粉末である、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等、であり、これらを１種類または２種類以上を混合して用いることができる。
【００２６】
更に、表面層の材料として、ウレタン樹脂に導電性付与剤を添加し、攪拌混合し、体積抵抗値が１０4Ω・ｃｍ〜１０10Ω・ｃｍの範囲に入るように導電性付与剤の添加量を調整したたものを用いた。また、必要の応じて皮膜性を改善するために、レベリング剤等の各種添加剤を用いてもよい。体積抵抗値が１０4Ω・ｃｍ未満となると現像ローラ表面からリーク電流が生じ、画像を乱す場合があり、１０10Ω・ｃｍを超えると、トナーフィルミングが生じ、画質が低下する場合がある。
【００２７】
本発明の一態様としては、導電性樹脂シャフトの外周に弾性層を形成したものの外周に、ディッピング方式にて上記半導電性表面材料を塗布して半導電性ローラを形成した。表面層の厚みに特に制限はないが、１〜１００μｍが好ましい。表面層の厚みが１μｍ未満になると、耐摩耗性が低下し、長期間画質安定しない場合がある。１００μｍを超えると弾性層との線膨張率の差に起因して、しわが発生しやすくなり、画質低下する場合がある。
【００２８】
表面層を形成する方法は、ディッピング方式以外でもよく、スプレー方式、ロールコーター方式等を用いることができる。
【００２９】
表面層の材料として、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネイト骨格を有する樹脂を主な組成とするウレタン樹脂組成物からなることが好ましく、これらはポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、ポリカーボネイトのブレンド樹脂、あるいは１分子中にウレタン結合とポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネイト、ポリシロキサンからなる群から選べばよい。
【００３０】
また、別の表面層の材料として、スチレン系熱可塑性エラストマーがあり、具体例としては、スチレン・ブタジエンの共重合体及びその水素添加物、スチレン・イソプレンの共重合体及びその水素添加物、スチレン・２−メチルプロペンの共重合体、スチレン・ブタジエン・イソプレンの共重合体及びその水素添加物、及びこれらの重合体にエチレンを共重合したものなどが挙げられる。更に、オレフィン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・１−ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・１−ブテン共重合体、エチレン−ヘキセン共重合体、エチレン・プロピレン・５−エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・ジシクロペンタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・１,４−ヘキサジエン共重合体が挙げられる。これらの共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体のどれでもよく、硫黄、過酸化物等により架橋しても構わない。
【００３１】
導電付与剤としては、特に制限されるものではなく、上記樹脂中に均一の混合分散できるものであればよい。例えば、カーボンブラック、グラファイト、金属粉であるアルミ、ステンレス、銅、チタン、ニッケル等、金属酸化物粉末である、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等、であり、これらを１種類または２種類以上を混合して用いることができる。
【００３２】
また、弾性層の成形は、上記に示したように金型に注入（注型）ではなく、シャフト成形と同様に、図４に示すような金型にてカウンター成形にて形成してもよい。
まず、スライド金型で成形空間が最小となるようにし、注入口から溶融導電性弾性層用樹脂材料を成形空間に注入し、該樹脂材料の流動圧力によりスライド金型を後退させ、成形空間を増大させながら弾性層を成形し、図５のような導電性樹脂シャフトの外周に導電性弾性層を形成したものを得る。また、樹脂材料の流動圧力だけではなく、アクチュエーター等の付勢手段を用いてスライド金型を後退させてもよい。
【００３３】
更に、表面層の成形は、上記に示したようにディッピングではなく、シャフト成形と同様に、図６に示すような金型にてカウンター成形にて形成してもよい。
【００３４】
まず、スライド金型で成形空間が最小となるようにし、注入口から溶融半導電性表面層用樹脂材料を成形空間に注入し、該樹脂材料の流動圧力によりスライド金型を後退させ、成形空間を増大させながら表面層を成形し、図７のような導電性弾性層の外周に表面層を形成したものを得る。また、樹脂材料の流動圧力だけではなく、アクチュエーター等の付勢手段を用いてスライド金型を後退させてもよい。
【００３５】
シャフト成形、弾性層成形、表面層成形は、上記で示した成形方法において、種々の組合せが考えられるが、成形タクト、同軸度、コスト、等の観点からすると、すべて同一の金型で行うのが好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下に本発明を実施例および比較例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
図２の導電性樹脂シャフト用樹脂材料として、カーボンを含有しているグレードの改質ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂（カネカ製ハイパーライト９２００ＳＥＢ  Ｚ−２）を用い、溶融混練し、ペレット状にする。このペレットを溶融状態にして、図１のような成形装置おいて、まず、スライド金型によりシャフト成形空間が最小となるようにし、注入口から溶融導電性樹脂材料を成形空間に注入し、該樹脂材料の流動圧力によりスライド金型を後退させ、成形空間を増大させながらシャフトを成形し、図２のような導電性樹脂シャフトを得る。シャフト外径はφ８、全長は２５０ｍｍとした。
上記シャフトを、体積抵抗測定器（アドバンテスト社製Ｒ８３４０Ａ）を用いて、軸方向５箇所の体積抵抗値を測定し、結果を表１に示した。
【００３８】
【表１】
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弾性層の材料として、アリル末端ポリオキシプロピレン（カネカ製ＡＣＸ００４−Ｎ）４９５ｇに対して、カーボンブラック（三菱化学製＃３０３０Ｂ）７０ｇを混練した混合物に、硬化剤としてポリオルガノハイドロジェンシロキサン（カネカ製ＣＲ１００）を２１ｇ、ビス（１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン）白金錯体触媒
（白金含有量３ｗｔ％、キシレン溶液）を４８０μＬ、マレイン酸ジメチルを２４０μＬ
、アリルグリシジルエーテル５ｇを均一混合した。該硬化性組成物を真空脱泡攪拌装置（シーテック製）で９０分間脱泡を行った。
【００３９】
図３のように、導電性樹脂シャフトをインサートした金型に、上記硬化性組成物を成形空間に注入し、シャフトの外周部に導電性弾性層（層厚４ｍｍ）を形成した。
上記の状態（導電性樹脂シャフトの外周に弾性層が形成された状態）で、体積抵抗測定器を用いて、軸方向５箇所の体積抵抗値を測定し、結果を表１に示した。
【００４０】
次に、ＭＥＫ１５０ｇに対して、カーボンブラック（三菱化学製＃３０３０Ｂ）１２ｇを混練した混合物に、ウレタン樹脂溶液（大日精化製ハイムレンＹ−２５８）を１００ｇ、ＤＭＦを３００ｇに調整し、表面層塗布液を得た。該塗布液をディッピング方式で上記弾性層の外周部に塗布し、表面層（２０μｍ）を形成し、半導電性ローラを形成した。
上記の状態（半導電性ローラの完成状態）で、体積抵抗測定器を用いて、軸方向５箇所の体積抵抗値を測定し、結果を表１に示した。
また、得られた半導電性ローラの重量を測定し、結果を表１に示した。
【００４１】
（実施例２）
弾性層を図４に示すような金型にてカウンター成形して形成する以外はすべて実施例１と同様に行った。
各測定結果を表１に示した。
【００４２】
（実施例３）
表面層を図６に示すような金型にてカウンター成形して形成する以外はすべて実施例２と同様に行った。
各測定結果を表１に示した。
【００４３】
（実施例４）
シャフト形状を、弾性層及び表面層に相当する部分のみシャフト外径をφ１０とし、両端軸部のみφ８とする以外はすべて実施例１と同様に行った。
（ただし、シャフト外径をφ１０とすることにより、弾性層の層厚は３ｍｍとし、表面層の層厚は２０μｍとした）
各測定結果を表１に示した。
【００４４】
（比較例１）
シャフト材質としてＳＵＭ２２に無電解ニッケルメッキを施したものを用いる以外はすべて実施例１と同様に行った。
各測定結果を表１に示した。
【００４５】
（比較例２）
図８に示すような金型で、通常の射出成形にて導電性樹脂シャフトを成形する以外はすべて実施例１と同様に行った。
各測定結果を表１に示した。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の導電性樹脂シャフトを成形する装置（金型）
【図２】本発明の導電性樹脂シャフトの斜視図
【図３】弾性層を成形する装置（金型）
【図４】弾性層をカウンター成形法で成形する装置（金型）
【図５】導電性樹脂シャフトの外周部に弾性層を形成した図
【図６】表面層をカウンター成形法で成形する装置（金型）
【図７】導電性樹脂シャフトの外周部に弾性層および表面層を形成した図
【図８】従来の成形方法で導電性樹脂シャフトを成形する装置（金型）
【符号の説明】
【００４７】
１    成形空間（シャフト）
２    注入口
３    可動側金型
４    固定側金型
５    スライド金型
６    導電性樹脂シャフト
７    弾性層成形空間
８    弾性層成形用金型
９    注入口
１０  スライド金型（弾性層の成形空間を形成する）
１１  注入口
１２  固定側金型
１３  可動側金型
１４  弾性層
１５  弾性層
１６  スライド金型（表面層の成形空間を形成する）
１７  注入口
１８  固定側金型
１９  可動側金型
２０  表面層
２１  成形空間（導電性樹脂シャフト）
２２  注入口
２３  固定側金型
２４  可動側金型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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