導電性ロール及びその製造方法
【課題】導電性の樹脂製シャフトと十分に接着した導電性の弾性層を有する導電性ロール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、前記樹脂製シャフト上に設けられ導電性を有するシリコーンゴム層とを有し、前記樹脂シャフトと前記シリコーンゴム層が、前記プライマーを介して接着されている導電性ロールとする。
【解決手段】ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、前記樹脂製シャフト上に設けられ導電性を有するシリコーンゴム層とを有し、前記樹脂シャフトと前記シリコーンゴム層が、前記プライマーを介して接着されている導電性ロールとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に用いられる現像ロール、帯電ロール、転写ロールなど導電性ロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式画像形成装置の現像装置には、金属製のシャフトとこのシャフト上に形成された導電性の弾性層を有する現像ロールと、この現像ロールに当接した状態で保持されているトナー供給ロールと、現像ブレードとが組み込まれて使用されている。近年、カートリッジとして交換可能な現像装置が用いられるようになり、交換時の取り扱いの容易さを目的として、現像ロールの金属製のシャフトを樹脂製にして現像ロールを軽量化する方法が考えられ、導電性の樹脂製シャフトと導電性の弾性層とを有する現像ロールが特許文献１等に開示されている。このような導電性の樹脂製シャフトと導電性の弾性層を有するロールを、あらかじめチューブ状に成型した導電性の弾性層に、チューブ内径よりも外径が大きい導電性の樹脂製シャフトを圧入する方法で作成すると、圧入時の歪みが弾性層に残り、弾性層内の部分的な抵抗値のばらつきや弾性層表面のへこみが発生するという問題が生じる。ここで、金属製のシャフトを用いる場合、未硬化の導電性の弾性材料を注型又は被覆した後、硬化させると共に金属製のシャフトと導電性の弾性層を接着させる方法で、抵抗値のばらつきと表面のへこみの発生という問題を解決している。
【０００３】
しかし、この金属製のシャフトと同様の方法を樹脂製シャフトに適用した場合は、弾性層に導電性のシリコーンゴムを用いると、導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層との間に接着剤層を有したとしても、導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層との接着が不十分なため、導電性の樹脂製シャフトから導電性のシリコーンゴム層が剥れてしまうことで、ロールの抵抗値のばらつきが生じたり、ロールから導電性のシリコーンゴム層がちくわ状にぬけてしまうという、樹脂製シャフト特有の新たな問題が発生した。なお、このような導電性の樹脂製シャフトから導電性のシリコーンゴム層が剥れてしまうという問題は、上記現像ロールだけではなく、例えば、導電性の樹脂製シャフトの上に導電性のシリコーンゴム層を設けた構成の帯電ロール、転写ロールなどの導電性ロールにおいても同様に存在する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９５６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑み、導電性の樹脂製シャフトと十分に接着した導電性のシリコーンゴムからなる弾性層を有する導電性ロール及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、導電性の樹脂製シャフト（芯体）がガラス繊維を含有し、このシャフトと導電性のシリコーンゴムからなる弾性層とがシランカップリング剤を含むプライマーを用いて接着されている導電性ロールとすることで、上記課題が達成されることを見いだし、本発明を完成した。
【０００７】
かかる本発明の第１の態様は、ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、前記樹脂製シャフト上に設けられ導電性を有するシリコーンゴム層とを有し、前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴム層が、前記プライマーを介して接着されていることを特徴とする導電性ロールにある。
【０００８】
本発明の第２の態様は、前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする第１の態様に記載の導電性ロールにある。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする第１又は２の態様に記載の導電性ロールにある。
【００１０】
本発明の第４の態様は、前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする第３の態様に記載の導電性ロールにある。
【００１１】
本発明の第５の態様は、現像ロールであることを特徴とする第１〜４の何れかの態様に記載の導電性ロールにある。
【００１２】
本発明の第６の態様は、ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトの外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布した後、前記樹脂製シャフトの外周面に未硬化の導電性のシリコーンゴムを注型又は被覆して、前記シリコーンゴムを硬化させると共に前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴムを前記プライマーを介して接着させることを特徴とする導電性ロールの製造方法にある。
【００１３】
本発明の第７の態様は、前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする第６の態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【００１４】
本発明の第８の態様は、前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする第６又は７の態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【００１５】
本発明の第９の態様は、前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする第８の態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【００１６】
本発明の第１０の態様は、現像ロールであることを特徴とする第６〜９の何れかの態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、樹脂製シャフト上に設けられた導電性のシリコーンゴム層とを有し、樹脂製シャフトとシリコーンゴム層がプライマーを介して接着されている導電性ロールとしたので、導電性の樹脂製シャフトと十分に接着した導電性のシリコーンゴム層を有する導電性ロールを得ることができ、画像形成装置に用いられる現像ロール、帯電ロール、転写ロール等として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る導電性ロールの断面を概略的に示す図である。図１に示すように、導電性ロール１は、円柱状で導電性の樹脂製シャフト２と、この導電性の樹脂製シャフト２の面長部の外周面を実質的に全面的に覆うように設けられた導電性のシリコーンゴム層３とを具備する。
【００１９】
導電性の樹脂製シャフト２に用いる樹脂としては、汎用樹脂、汎用エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック等の合成樹脂が挙げられ、特に汎用エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックが好ましく、その種類としてはポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等が挙げられる。ポリアミド、例えばポリアミド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、三菱エンジニアリングプラスチック社製）が、現像ローラとしての強度やコストの観点から特に好ましい。そして、導電性の樹脂製シャフト２はガラス繊維４を含有する。導電性の樹脂製シャフト２に含有されるガラス繊維の含有量は特に限定されないが、例えば導電性の樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部とすることが好ましい。１０質量部より少ないと導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３との接着性が不充分になり、また、３００質量部より多いと導電性の樹脂製シャフト２として比重が重くなり、軽量化の目的を達せられない。また、ガラス繊維は、直径１〜５０μｍ、長さは０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。これに、導電性の樹脂製シャフトとするために、必要に応じてカーボンブラック、金属粉末等の導電性付与剤を配合する。例えば現像ロールとする場合、導電性の樹脂製シャフト２が１０５Ω・ｃｍ以下の体積抵抗値を示すような割合で、樹脂に導電性付与剤を配合することが好ましい。また、導電性の樹脂製シャフト２は曲げ強度が２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。このように、導電性の樹脂製シャフト２がガラス繊維４を含有することにより、詳しくは後述するが、導電性の樹脂製シャフト２にプライマーを介して導電性のシリコーンゴム層３が強固に接着され、また、導電性の樹脂製シャフト２の強度も向上する。
【００２０】
導電性のシリコーンゴム層（弾性層）３は、カーボンブラック、金属粉末等の導電性付与剤を配合した未硬化の導電性のシリコーンゴムにより形成される。また、導電性付与剤は、導電性のシリコーンゴム層３が１０2 〜１０10Ω・ｃｍの体積抵抗値を示すような割合でシリコーンゴム材料に配合することが好ましい。
【００２１】
そして、この導電性のシリコーンゴム層３は、カップリング剤を含むプライマーを介して上記導電性の樹脂製シャフト２上に接着されている。カップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤等が挙げられる。これらのカップリング剤と、塗膜形成剤（樹脂成分）と、溶剤と、必要に応じて添加する触媒や顔料等の添加剤とを含有したものが、カップリング剤を含むプライマーである。なお、本発明において、カップリング剤を含むプライマーは、未硬化のシリコーンゴムを硬化させる際にシリコーンゴムを樹脂製シャフトに接着するものであり、あらかじめ硬化させたチューブ状のシリコーンゴムに、外周面に接着剤を塗布した樹脂製シャフトを挿入するなどして接着する通常の接着剤とは異なる。
【００２２】
導電性のシリコーンゴム層３を導電性の樹脂製シャフト２に極めて強く接着させるためには、これらのカップリング剤の中で、シランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤、すなわちＹ〜ＣＨ２ＳｉＸ３の一般式をもつ化合物（Ｘはアルコキシ基やハロゲンなどの加水分解性の置換基で、Ｙはメチル基等のアルキル基、フェニル基、ビニル基など有機質と反応しやすい置換基である）を含有するプライマーとしては、例えばＤＹ３９−０６７（東レ・ダウコーニング社製）等が挙げられる。このようなシランカップリング剤を含むプライマーを導電性の樹脂製シャフト２と未硬化の導電性のシリコーンゴムとの間に薄く均一に塗布した後、未硬化の導電性のシリコーンゴムを硬化すると共にプライマーと導電性の樹脂製シャフト２と未硬化の導電性のシリコーンゴムとを反応させることにより、導電性のシリコーンゴム層３は導電性の樹脂製シャフト２上に強固に接着される。なお、プライマーに有機チタン等の触媒を含有させると、導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３との接着性が更に向上するため好ましい。
【００２３】
ここで、このようなシランカップリング剤を用いた場合を例にして、ガラス繊維４を含有する導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３とが接着する機構を以下に説明する。プライマー中のシランカップリング剤の加水分解性の置換基が空気中の水分により加水分解して水酸基となり、この水酸基と導電性の樹脂製シャフト２中のガラス繊維４が表面に有している水酸基とが結合する。また、プライマー中のシランカップリング剤のメチル基等のアルキル基、フェニル基、ビニル基など有機質と反応しやすい置換基がシリコーンゴムの架橋点と結合する。このような反応により、導電性のシリコーンゴム層３が導電性の樹脂製シャフト２に強固に接着されるものと推測される。一方、導電性の樹脂製シャフト２がガラス繊維４を含まない場合は、導電性の樹脂製シャフト２の表面に水酸基が少ないために、プライマーの水酸基との結合が少ないので導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３の接着が弱くなると推測される。なお、一般的な接着剤や、カップリング剤を含まないプライマーを用いた場合は、後述する比較例に示すように、接着されなかったり、シリコーンゴムの硬化を阻害する等の不都合が生じてしまい、本発明のように導電性のシリコーンゴム層３が導電性の樹脂製シャフト２上に強固に接着した導電性ロールを得ることはできない。
【００２４】
なお、導電性のシリコーンゴム層３の表面には、図示しない被覆層が設けられていてもよい。かかる被覆層は、例えば、イソシアネート化合物と、反応性シリコーンオイルと、ポリオールとを反応させて得られるポリウレタン−シリコーンなどから形成される。また、被覆層は、１００％以上、好ましくは１３０％以上の破断点伸びを有するのが好ましい。被覆層が１００％以上の破断点伸びを有することにより、中速以上の速度での使用に際しても、被覆層は、下地の導電性のシリコーンゴム層３の変形に追従することができ、例えば現像ロールとして使用した場合にトナー漏れを効果的に防止することができるからである。
【００２５】
このような導電性の樹脂製シャフト２上に導電性のシリコーンゴム層３が接着されている導電性ロール１の製造方法は特に限定されないが、例えば、ガラス繊維４を含む導電性の樹脂製シャフト２の外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布した後、当該導電性の樹脂製シャフト２の外周面に未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆して硬化することにより製造することができる。
【００２６】
ガラス繊維４を含む導電性の樹脂製シャフト２の製造方法は特に限定されないが、例えば、ポリアミド等の樹脂と、ガラス繊維と、必要に応じて導電性付与剤とを混合し、これを溶融したものを金型に充填することにより製造できる。
【００２７】
導電性の樹脂製シャフト２の外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布する方法としては、刷毛塗り法、スプレー法、浸漬法、ロールコータ法等により薄く塗布すればよい。その後、カップリング剤を含むプライマーを塗布した導電性の樹脂製シャフト２の面長部の外周面に未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆する。未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆する方法は特に限定されないが、例えば、金型内に導電性の樹脂製シャフト２を配置してこの金型に未硬化の液状シリコーンゴムを充填する注型法や、押出し機により導電性の樹脂製シャフト２に未硬化でミラブルのシリコーンゴムを被覆する押出し法等が挙げられる。そして、未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆した後、加熱硬化することにより、本発明の導電性ロールを製造することができる。
【００２８】
このようにして製造された導電性ロールは、ガラス繊維４を有する導電性の樹脂製シャフト２にカップリング剤を含むプライマーを塗布した後、未硬化のシリコーンゴムを硬化して導電性のシリコーンゴム層３を形成しているため、導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３とがカップリング剤を含むプライマーを介して強固に接着された導電性ロール１となる。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る現像ロールを用いた現像装置の断面を概略的に示す図である。図２に示すように、現像装置１０は、トナー１１を内蔵したカートリッジタイプであり、カートリッジ本体１２の開口部１３に現像ロール２０を具備し、カートリッジ本体１２の内部には、現像ロール２０に当接した状態でトナー供給ロール３０と現像ブレード４０とが組み込まれている。現像ロール２０は本発明の一実施形態に係るものであり、円柱状で導電性の樹脂製シャフト２と、この導電性の樹脂製シャフト２の面長部外周面を実質的に全面的に覆うように設けられた導電性のシリコーンゴム層３とを具備し、導電性の樹脂製シャフト２はガラス繊維４を含有する。このような現像装置１０は、本発明の導電性ロールを現像ロールとして具備しているため、金属製シャフトを有する現像ロールを用いた場合よりも軽量であり且つ現像ロールの導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３とは強固に接着しているという効果を奏する。
【００３０】
なお、現像ロール２０は感光体ドラムやトナー規制部材とニップ部を形成して接触するので、導電性のシリコーンゴム層３の圧縮歪が大きいと、ニップ跡が現像ロール２０に残ってしまい、画像に悪影響を与える。したがって、現像ロール２０の導電性のシリコーンゴム層３を構成する材料は、２５％圧縮負荷の下に７０℃で２２時間置かれた後に、５％以下の圧縮永久歪を示すことが最も好ましいが、実用のレベルとして当該圧縮永久歪が１０％以下であれば支障なく使用することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はそれら実施例により限定されるものではない。
＜実施例１＞
（導電性の樹脂製シャフトの製造）
樹脂として三菱エンジニアリングプラスチック社製ポリアミドＭＸＤ６ １００質量部に対し、ガラス繊維として旭ファイバーグラス社製ＣＳ０３−ＪＡＦＴ２を１００質量部、カーボンブラックとして三菱化学社製＃３０５０Ｂを１２質量部を配合した導電性の樹脂製のシャフト材料を溶融させたものを金型に充填し、外径φ１４ｍｍ面長２３５ｍｍの導電性の樹脂製シャフトを作製した。なお、この導電性の樹脂製シャフトをアドバンテスト社製抵抗計Ｒ８３４０で２３℃、湿度５０％ＲＨの環境下で測定した体積抵抗率は１０３Ω・ｃｍであった。また、東洋精機製作所社製ストログラフＶ１０−Ｃで測定した曲げ強度は３５０ＭＰａであった。
【００３２】
（シランカップリング剤を含むプライマーの塗布）
シランカップリング剤を含むプライマー（東レ・ダウコーニング社製、ＤＹ３９−０６７）を、スプレー法により上記導電性の樹脂製シャフトの外周面に薄く均一に塗布し、乾燥させた。
【００３３】
（現像ロールの製造）
上記カップリング剤を含むプライマーを塗布した導電性の樹脂製シャフトを金型内に配置し、この金型にあらかじめカーボンブラックを配合させた未硬化の液状シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＤＹ３５−２１１６）を充填した後、加熱炉により１５０℃で４０分間加熱硬化させて、外径がφ２０ｍｍの導電性のシリコーンゴム層を有する現像ロールを作製した。
【００３４】
＜実施例２＞
導電性の樹脂製シャフトのガラス繊維を２０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３５】
＜比較例１＞
プライマー中にカップリング剤を含有させなかった以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３６】
＜比較例２＞
カップリング剤を含むプライマーのかわりに、アルファシアノアクリレート接着剤（コニシ株式会社製、アロンアルファ）を用い、ブレードコート法で塗布した以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３７】
＜比較例３＞
カップリング剤を含むプライマーのかわりに、エポキシ系接着剤（コニシ株式会社製、ボンドＥセット）を用い、ブレードコート法で塗布した以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３８】
＜比較例４＞
導電性の樹脂製シャフトにガラス繊維を含有させなかった以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。なお、比較例４の導電性の樹脂製シャフトの曲げ強度は、実施例１のガラス繊維を含有した導電性の樹脂製シャフトよりも顕著に弱く、１５０ＭＰａだった。
【００３９】
＜試験例＞
実施例１〜２及び比較例１〜４の各現像ロールについて、カッターナイフで導電性のシリコーンゴム層を導電性の樹脂製シャフトから剥ぎ取り爪でこすることにより、導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層との接着性を評価した。結果を表１に示す。
評価の判断基準：
○ 導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層とが強固に接着しており、導電性のシリコーンゴム層を剥がすことができなかった。
△ 導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層が、部分的には接着しているが、剥離する部分が多かった。
× 全く接着しておらず、すぐに剥れた。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、カップリング剤を含むプライマーを塗布した実施例１及び実施例２では導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層とが強固に接着していた。一方、カップリング剤を含まないプライマーを用いた比較例１や、アルファシアノアクリレート接着剤を用いた比較例２では、導電性の樹脂製シャフトから導電性のシリコーンゴム層が容易に剥れ、また、エポキシ系接着剤を用いた比較例３では、加熱後も導電性の樹脂製シャフト近傍のシリコーンゴムが未硬化であり良好な導電性のシリコーンゴム層を有する現像ロールが作製できなかった。また、導電性の樹脂製シャフトがガラス繊維を含有していない比較例４は、接着性が悪かった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施形態に係る導電性ロールの断面を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態に係る現像ロールを用いた現像装置の断面を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 導電性ロール
２ 導電性の樹脂製シャフト
３ 導電性のシリコーンゴム層
４ ガラス繊維
１０ 現像装置
１１ トナー
１２ カートリッジ本体
１３ 開口部
２０ 現像ロール
３０ トナー供給ロール
４０ 現像ブレード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置に用いられる現像ロール、帯電ロール、転写ロールなど導電性ロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真式画像形成装置の現像装置には、金属製のシャフトとこのシャフト上に形成された導電性の弾性層を有する現像ロールと、この現像ロールに当接した状態で保持されているトナー供給ロールと、現像ブレードとが組み込まれて使用されている。近年、カートリッジとして交換可能な現像装置が用いられるようになり、交換時の取り扱いの容易さを目的として、現像ロールの金属製のシャフトを樹脂製にして現像ロールを軽量化する方法が考えられ、導電性の樹脂製シャフトと導電性の弾性層とを有する現像ロールが特許文献１等に開示されている。このような導電性の樹脂製シャフトと導電性の弾性層を有するロールを、あらかじめチューブ状に成型した導電性の弾性層に、チューブ内径よりも外径が大きい導電性の樹脂製シャフトを圧入する方法で作成すると、圧入時の歪みが弾性層に残り、弾性層内の部分的な抵抗値のばらつきや弾性層表面のへこみが発生するという問題が生じる。ここで、金属製のシャフトを用いる場合、未硬化の導電性の弾性材料を注型又は被覆した後、硬化させると共に金属製のシャフトと導電性の弾性層を接着させる方法で、抵抗値のばらつきと表面のへこみの発生という問題を解決している。
【０００３】
しかし、この金属製のシャフトと同様の方法を樹脂製シャフトに適用した場合は、弾性層に導電性のシリコーンゴムを用いると、導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層との間に接着剤層を有したとしても、導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層との接着が不十分なため、導電性の樹脂製シャフトから導電性のシリコーンゴム層が剥れてしまうことで、ロールの抵抗値のばらつきが生じたり、ロールから導電性のシリコーンゴム層がちくわ状にぬけてしまうという、樹脂製シャフト特有の新たな問題が発生した。なお、このような導電性の樹脂製シャフトから導電性のシリコーンゴム層が剥れてしまうという問題は、上記現像ロールだけではなく、例えば、導電性の樹脂製シャフトの上に導電性のシリコーンゴム層を設けた構成の帯電ロール、転写ロールなどの導電性ロールにおいても同様に存在する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９５６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑み、導電性の樹脂製シャフトと十分に接着した導電性のシリコーンゴムからなる弾性層を有する導電性ロール及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、導電性の樹脂製シャフト（芯体）がガラス繊維を含有し、このシャフトと導電性のシリコーンゴムからなる弾性層とがシランカップリング剤を含むプライマーを用いて接着されている導電性ロールとすることで、上記課題が達成されることを見いだし、本発明を完成した。
【０００７】
かかる本発明の第１の態様は、ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、前記樹脂製シャフト上に設けられ導電性を有するシリコーンゴム層とを有し、前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴム層が、前記プライマーを介して接着されていることを特徴とする導電性ロールにある。
【０００８】
本発明の第２の態様は、前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする第１の態様に記載の導電性ロールにある。
【０００９】
本発明の第３の態様は、前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする第１又は２の態様に記載の導電性ロールにある。
【００１０】
本発明の第４の態様は、前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする第３の態様に記載の導電性ロールにある。
【００１１】
本発明の第５の態様は、現像ロールであることを特徴とする第１〜４の何れかの態様に記載の導電性ロールにある。
【００１２】
本発明の第６の態様は、ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトの外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布した後、前記樹脂製シャフトの外周面に未硬化の導電性のシリコーンゴムを注型又は被覆して、前記シリコーンゴムを硬化させると共に前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴムを前記プライマーを介して接着させることを特徴とする導電性ロールの製造方法にある。
【００１３】
本発明の第７の態様は、前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする第６の態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【００１４】
本発明の第８の態様は、前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする第６又は７の態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【００１５】
本発明の第９の態様は、前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする第８の態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【００１６】
本発明の第１０の態様は、現像ロールであることを特徴とする第６〜９の何れかの態様に記載の導電性ロールの製造方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、樹脂製シャフト上に設けられた導電性のシリコーンゴム層とを有し、樹脂製シャフトとシリコーンゴム層がプライマーを介して接着されている導電性ロールとしたので、導電性の樹脂製シャフトと十分に接着した導電性のシリコーンゴム層を有する導電性ロールを得ることができ、画像形成装置に用いられる現像ロール、帯電ロール、転写ロール等として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る導電性ロールの断面を概略的に示す図である。図１に示すように、導電性ロール１は、円柱状で導電性の樹脂製シャフト２と、この導電性の樹脂製シャフト２の面長部の外周面を実質的に全面的に覆うように設けられた導電性のシリコーンゴム層３とを具備する。
【００１９】
導電性の樹脂製シャフト２に用いる樹脂としては、汎用樹脂、汎用エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック等の合成樹脂が挙げられ、特に汎用エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックが好ましく、その種類としてはポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等が挙げられる。ポリアミド、例えばポリアミド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、三菱エンジニアリングプラスチック社製）が、現像ローラとしての強度やコストの観点から特に好ましい。そして、導電性の樹脂製シャフト２はガラス繊維４を含有する。導電性の樹脂製シャフト２に含有されるガラス繊維の含有量は特に限定されないが、例えば導電性の樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部とすることが好ましい。１０質量部より少ないと導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３との接着性が不充分になり、また、３００質量部より多いと導電性の樹脂製シャフト２として比重が重くなり、軽量化の目的を達せられない。また、ガラス繊維は、直径１〜５０μｍ、長さは０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。これに、導電性の樹脂製シャフトとするために、必要に応じてカーボンブラック、金属粉末等の導電性付与剤を配合する。例えば現像ロールとする場合、導電性の樹脂製シャフト２が１０５Ω・ｃｍ以下の体積抵抗値を示すような割合で、樹脂に導電性付与剤を配合することが好ましい。また、導電性の樹脂製シャフト２は曲げ強度が２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。このように、導電性の樹脂製シャフト２がガラス繊維４を含有することにより、詳しくは後述するが、導電性の樹脂製シャフト２にプライマーを介して導電性のシリコーンゴム層３が強固に接着され、また、導電性の樹脂製シャフト２の強度も向上する。
【００２０】
導電性のシリコーンゴム層（弾性層）３は、カーボンブラック、金属粉末等の導電性付与剤を配合した未硬化の導電性のシリコーンゴムにより形成される。また、導電性付与剤は、導電性のシリコーンゴム層３が１０2 〜１０10Ω・ｃｍの体積抵抗値を示すような割合でシリコーンゴム材料に配合することが好ましい。
【００２１】
そして、この導電性のシリコーンゴム層３は、カップリング剤を含むプライマーを介して上記導電性の樹脂製シャフト２上に接着されている。カップリング剤としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤等が挙げられる。これらのカップリング剤と、塗膜形成剤（樹脂成分）と、溶剤と、必要に応じて添加する触媒や顔料等の添加剤とを含有したものが、カップリング剤を含むプライマーである。なお、本発明において、カップリング剤を含むプライマーは、未硬化のシリコーンゴムを硬化させる際にシリコーンゴムを樹脂製シャフトに接着するものであり、あらかじめ硬化させたチューブ状のシリコーンゴムに、外周面に接着剤を塗布した樹脂製シャフトを挿入するなどして接着する通常の接着剤とは異なる。
【００２２】
導電性のシリコーンゴム層３を導電性の樹脂製シャフト２に極めて強く接着させるためには、これらのカップリング剤の中で、シランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤、すなわちＹ〜ＣＨ２ＳｉＸ３の一般式をもつ化合物（Ｘはアルコキシ基やハロゲンなどの加水分解性の置換基で、Ｙはメチル基等のアルキル基、フェニル基、ビニル基など有機質と反応しやすい置換基である）を含有するプライマーとしては、例えばＤＹ３９−０６７（東レ・ダウコーニング社製）等が挙げられる。このようなシランカップリング剤を含むプライマーを導電性の樹脂製シャフト２と未硬化の導電性のシリコーンゴムとの間に薄く均一に塗布した後、未硬化の導電性のシリコーンゴムを硬化すると共にプライマーと導電性の樹脂製シャフト２と未硬化の導電性のシリコーンゴムとを反応させることにより、導電性のシリコーンゴム層３は導電性の樹脂製シャフト２上に強固に接着される。なお、プライマーに有機チタン等の触媒を含有させると、導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３との接着性が更に向上するため好ましい。
【００２３】
ここで、このようなシランカップリング剤を用いた場合を例にして、ガラス繊維４を含有する導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３とが接着する機構を以下に説明する。プライマー中のシランカップリング剤の加水分解性の置換基が空気中の水分により加水分解して水酸基となり、この水酸基と導電性の樹脂製シャフト２中のガラス繊維４が表面に有している水酸基とが結合する。また、プライマー中のシランカップリング剤のメチル基等のアルキル基、フェニル基、ビニル基など有機質と反応しやすい置換基がシリコーンゴムの架橋点と結合する。このような反応により、導電性のシリコーンゴム層３が導電性の樹脂製シャフト２に強固に接着されるものと推測される。一方、導電性の樹脂製シャフト２がガラス繊維４を含まない場合は、導電性の樹脂製シャフト２の表面に水酸基が少ないために、プライマーの水酸基との結合が少ないので導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３の接着が弱くなると推測される。なお、一般的な接着剤や、カップリング剤を含まないプライマーを用いた場合は、後述する比較例に示すように、接着されなかったり、シリコーンゴムの硬化を阻害する等の不都合が生じてしまい、本発明のように導電性のシリコーンゴム層３が導電性の樹脂製シャフト２上に強固に接着した導電性ロールを得ることはできない。
【００２４】
なお、導電性のシリコーンゴム層３の表面には、図示しない被覆層が設けられていてもよい。かかる被覆層は、例えば、イソシアネート化合物と、反応性シリコーンオイルと、ポリオールとを反応させて得られるポリウレタン−シリコーンなどから形成される。また、被覆層は、１００％以上、好ましくは１３０％以上の破断点伸びを有するのが好ましい。被覆層が１００％以上の破断点伸びを有することにより、中速以上の速度での使用に際しても、被覆層は、下地の導電性のシリコーンゴム層３の変形に追従することができ、例えば現像ロールとして使用した場合にトナー漏れを効果的に防止することができるからである。
【００２５】
このような導電性の樹脂製シャフト２上に導電性のシリコーンゴム層３が接着されている導電性ロール１の製造方法は特に限定されないが、例えば、ガラス繊維４を含む導電性の樹脂製シャフト２の外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布した後、当該導電性の樹脂製シャフト２の外周面に未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆して硬化することにより製造することができる。
【００２６】
ガラス繊維４を含む導電性の樹脂製シャフト２の製造方法は特に限定されないが、例えば、ポリアミド等の樹脂と、ガラス繊維と、必要に応じて導電性付与剤とを混合し、これを溶融したものを金型に充填することにより製造できる。
【００２７】
導電性の樹脂製シャフト２の外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布する方法としては、刷毛塗り法、スプレー法、浸漬法、ロールコータ法等により薄く塗布すればよい。その後、カップリング剤を含むプライマーを塗布した導電性の樹脂製シャフト２の面長部の外周面に未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆する。未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆する方法は特に限定されないが、例えば、金型内に導電性の樹脂製シャフト２を配置してこの金型に未硬化の液状シリコーンゴムを充填する注型法や、押出し機により導電性の樹脂製シャフト２に未硬化でミラブルのシリコーンゴムを被覆する押出し法等が挙げられる。そして、未硬化のシリコーンゴムを注型又は被覆した後、加熱硬化することにより、本発明の導電性ロールを製造することができる。
【００２８】
このようにして製造された導電性ロールは、ガラス繊維４を有する導電性の樹脂製シャフト２にカップリング剤を含むプライマーを塗布した後、未硬化のシリコーンゴムを硬化して導電性のシリコーンゴム層３を形成しているため、導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３とがカップリング剤を含むプライマーを介して強固に接着された導電性ロール１となる。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る現像ロールを用いた現像装置の断面を概略的に示す図である。図２に示すように、現像装置１０は、トナー１１を内蔵したカートリッジタイプであり、カートリッジ本体１２の開口部１３に現像ロール２０を具備し、カートリッジ本体１２の内部には、現像ロール２０に当接した状態でトナー供給ロール３０と現像ブレード４０とが組み込まれている。現像ロール２０は本発明の一実施形態に係るものであり、円柱状で導電性の樹脂製シャフト２と、この導電性の樹脂製シャフト２の面長部外周面を実質的に全面的に覆うように設けられた導電性のシリコーンゴム層３とを具備し、導電性の樹脂製シャフト２はガラス繊維４を含有する。このような現像装置１０は、本発明の導電性ロールを現像ロールとして具備しているため、金属製シャフトを有する現像ロールを用いた場合よりも軽量であり且つ現像ロールの導電性の樹脂製シャフト２と導電性のシリコーンゴム層３とは強固に接着しているという効果を奏する。
【００３０】
なお、現像ロール２０は感光体ドラムやトナー規制部材とニップ部を形成して接触するので、導電性のシリコーンゴム層３の圧縮歪が大きいと、ニップ跡が現像ロール２０に残ってしまい、画像に悪影響を与える。したがって、現像ロール２０の導電性のシリコーンゴム層３を構成する材料は、２５％圧縮負荷の下に７０℃で２２時間置かれた後に、５％以下の圧縮永久歪を示すことが最も好ましいが、実用のレベルとして当該圧縮永久歪が１０％以下であれば支障なく使用することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はそれら実施例により限定されるものではない。
＜実施例１＞
（導電性の樹脂製シャフトの製造）
樹脂として三菱エンジニアリングプラスチック社製ポリアミドＭＸＤ６ １００質量部に対し、ガラス繊維として旭ファイバーグラス社製ＣＳ０３−ＪＡＦＴ２を１００質量部、カーボンブラックとして三菱化学社製＃３０５０Ｂを１２質量部を配合した導電性の樹脂製のシャフト材料を溶融させたものを金型に充填し、外径φ１４ｍｍ面長２３５ｍｍの導電性の樹脂製シャフトを作製した。なお、この導電性の樹脂製シャフトをアドバンテスト社製抵抗計Ｒ８３４０で２３℃、湿度５０％ＲＨの環境下で測定した体積抵抗率は１０３Ω・ｃｍであった。また、東洋精機製作所社製ストログラフＶ１０−Ｃで測定した曲げ強度は３５０ＭＰａであった。
【００３２】
（シランカップリング剤を含むプライマーの塗布）
シランカップリング剤を含むプライマー（東レ・ダウコーニング社製、ＤＹ３９−０６７）を、スプレー法により上記導電性の樹脂製シャフトの外周面に薄く均一に塗布し、乾燥させた。
【００３３】
（現像ロールの製造）
上記カップリング剤を含むプライマーを塗布した導電性の樹脂製シャフトを金型内に配置し、この金型にあらかじめカーボンブラックを配合させた未硬化の液状シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＤＹ３５−２１１６）を充填した後、加熱炉により１５０℃で４０分間加熱硬化させて、外径がφ２０ｍｍの導電性のシリコーンゴム層を有する現像ロールを作製した。
【００３４】
＜実施例２＞
導電性の樹脂製シャフトのガラス繊維を２０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３５】
＜比較例１＞
プライマー中にカップリング剤を含有させなかった以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３６】
＜比較例２＞
カップリング剤を含むプライマーのかわりに、アルファシアノアクリレート接着剤（コニシ株式会社製、アロンアルファ）を用い、ブレードコート法で塗布した以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３７】
＜比較例３＞
カップリング剤を含むプライマーのかわりに、エポキシ系接着剤（コニシ株式会社製、ボンドＥセット）を用い、ブレードコート法で塗布した以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。
【００３８】
＜比較例４＞
導電性の樹脂製シャフトにガラス繊維を含有させなかった以外は実施例１と同様の方法で、現像ロールを作製した。なお、比較例４の導電性の樹脂製シャフトの曲げ強度は、実施例１のガラス繊維を含有した導電性の樹脂製シャフトよりも顕著に弱く、１５０ＭＰａだった。
【００３９】
＜試験例＞
実施例１〜２及び比較例１〜４の各現像ロールについて、カッターナイフで導電性のシリコーンゴム層を導電性の樹脂製シャフトから剥ぎ取り爪でこすることにより、導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層との接着性を評価した。結果を表１に示す。
評価の判断基準：
○ 導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層とが強固に接着しており、導電性のシリコーンゴム層を剥がすことができなかった。
△ 導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層が、部分的には接着しているが、剥離する部分が多かった。
× 全く接着しておらず、すぐに剥れた。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、カップリング剤を含むプライマーを塗布した実施例１及び実施例２では導電性の樹脂製シャフトと導電性のシリコーンゴム層とが強固に接着していた。一方、カップリング剤を含まないプライマーを用いた比較例１や、アルファシアノアクリレート接着剤を用いた比較例２では、導電性の樹脂製シャフトから導電性のシリコーンゴム層が容易に剥れ、また、エポキシ系接着剤を用いた比較例３では、加熱後も導電性の樹脂製シャフト近傍のシリコーンゴムが未硬化であり良好な導電性のシリコーンゴム層を有する現像ロールが作製できなかった。また、導電性の樹脂製シャフトがガラス繊維を含有していない比較例４は、接着性が悪かった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施形態に係る導電性ロールの断面を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態に係る現像ロールを用いた現像装置の断面を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 導電性ロール
２ 導電性の樹脂製シャフト
３ 導電性のシリコーンゴム層
４ ガラス繊維
１０ 現像装置
１１ トナー
１２ カートリッジ本体
１３ 開口部
２０ 現像ロール
３０ トナー供給ロール
４０ 現像ブレード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、前記樹脂製シャフト上に設けられ導電性を有するシリコーンゴム層とを有し、前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴム層が、前記プライマーを介して接着されていることを特徴とする導電性ロール。
【請求項２】
前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする請求項１に記載の導電性ロール。
【請求項３】
前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性ロール。
【請求項４】
前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする請求項３に記載の導電性ロール。
【請求項５】
現像ロールであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の導電性ロール。
【請求項６】
ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトの外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布した後、前記樹脂製シャフトの外周面に未硬化の導電性のシリコーンゴムを注型又は被覆して、前記シリコーンゴムを硬化させると共に前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴムを前記プライマーを介して接着させることを特徴とする導電性ロールの製造方法。
【請求項７】
前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする請求項６に記載の導電性ロールの製造方法。
【請求項８】
前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項６又７に記載の導電性ロールの製造方法。
【請求項９】
前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする請求項８に記載の導電性ロールの製造方法。
【請求項１０】
現像ロールであることを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載の導電性ロールの製造方法。
【請求項１】
ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトと、カップリング剤を含むプライマーと、前記樹脂製シャフト上に設けられ導電性を有するシリコーンゴム層とを有し、前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴム層が、前記プライマーを介して接着されていることを特徴とする導電性ロール。
【請求項２】
前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする請求項１に記載の導電性ロール。
【請求項３】
前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性ロール。
【請求項４】
前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする請求項３に記載の導電性ロール。
【請求項５】
現像ロールであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の導電性ロール。
【請求項６】
ガラス繊維を含み導電性を有する樹脂製シャフトの外周面に、カップリング剤を含むプライマーを塗布した後、前記樹脂製シャフトの外周面に未硬化の導電性のシリコーンゴムを注型又は被覆して、前記シリコーンゴムを硬化させると共に前記樹脂製シャフトと前記シリコーンゴムを前記プライマーを介して接着させることを特徴とする導電性ロールの製造方法。
【請求項７】
前記ガラス繊維の含有量は、前記樹脂製シャフト１００質量部に対して１０〜３００質量部であることを特徴とする請求項６に記載の導電性ロールの製造方法。
【請求項８】
前記カップリング剤が、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項６又７に記載の導電性ロールの製造方法。
【請求項９】
前記カップリング剤がシランカップリング剤であることを特徴とする請求項８に記載の導電性ロールの製造方法。
【請求項１０】
現像ロールであることを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載の導電性ロールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−８３４０８（Ｐ２００８−８３４０８Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６３４５９（Ｐ２００６−２６３４５９）
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００２２７４１２）シンジーテック株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（０００２２７４１２）シンジーテック株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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