特許 6594239 導電性ローラ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6594239

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】導電性ローラ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/00 20060101AFI20191010BHJP

【ＦＩ】

   G03G15/00 551

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-57327(P2016-57327)

(22)【出願日】2016年3月22日

(65)【公開番号】特開2017-173439(P2017-173439A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2018年9月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190116

【氏名又は名称】信越ポリマー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(72)【発明者】

【氏名】高梨 寛之

【審査官】 岡▲崎▼ 輝雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１６４８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４９８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０４２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１５７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３２１０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７８０２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｇ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸体と、
前記軸体の外周面上にシリコーン系プライマーによって接合されたシリコーン弾性層と、
を備え、
前記軸体は、前記シリコーン弾性層が設けられた領域において、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少しており、
前記シリコーン弾性層は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少しており、外周面における両端部間の距離が内周面における両端部間の距離より小さい、
導電性ローラ。

【請求項2】

両端部から中央部に向かって外径が漸次減少している領域を有する軸体の、前記領域をシリコーン系プライマーで表面処理する工程と、
前記軸体を、筒状の成形金型内に設置する工程と、
前記成形金型内に、シリコーンゴム組成物を充填する工程と、
前記シリコーンゴム組成物を硬化して、前記軸体の前記領域上にシリコーン弾性層を形成する工程と、
を備え、
前記シリコーン弾性層は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少しており、外周面における両端部間の距離が内周面における両端部間の距離より小さい、
導電性ローラの製造方法。

【請求項3】

前記シリコーン弾性層の外周面上に設けられた被覆層を更に備える、請求項１に記載の導電性ローラ。

【請求項4】

前記シリコーン弾性層の外周面上に被覆層を形成する工程を更に備える、請求項２に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導電性ローラ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プリンター、複写機、ファクシミリ、これらの複合機等には、例えば電子写真方式を利用した各種の画像形成装置が採用されている。また、近年、画像形成装置に用いられる導電性ローラにおいては、その位置によって外径が異なる変形ローラの使用が検討されている。例えば、特許文献１には、外径が両端部から中央部に向かって漸次増大するクラウン形状の芯金を用いて、クラウン形状の帯電ローラを製造する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６−２４２６５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載のような、加熱された弾性体材料を冷却して芯金の周囲に固着させる方法では、冷却の度合いによって弾性体材料の収縮速度が異なり、弾性層内に応力ひずみが生じて均一な弾性層を得ることが困難となる場合がある。また、芯金との接面において弾性体材料の収縮によって空隙が生じて、絶縁箇所が生じるおそれがある。

【0005】

また、円筒状のローラを研磨して外形差を設けることも考えられるが、この場合、弾性層表面の均一な仕上げが困難であったり、工程数の増加によて製造効率が低下する等の問題がある。

【0006】

本発明の目的の一つは、研磨等の加工によらず外形差を有する導電性ローラを製造する方法であって、軸体と弾性層との間に空隙が生じることを十分に防止し、均質な弾性層を得ることが可能な導電性ローラの製造方法を提供することにある。また、本発明の目的の一つは、上記製造方法によって製造される、高品質な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】

【0007】

本発明の一側面は、軸体と、軸体の外周面上にシリコーン系プライマーによって接合されたシリコーン弾性層と、を備える導電性ローラに関する。導電性ローラの一態様において、軸体は、シリコーン弾性層が設けられた領域において両端部から中央部に向かって外径が漸次減少している。また、導電性ローラの一態様において、シリコーン弾性層は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少しており、外周面における両端部間の距離が内周面における両端部間の距離より小さい。

【0008】

本発明の他の一側面は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少している領域を有する軸体の、上記領域をシリコーン系プライマーで表面処理する工程（前処理工程）と、軸体を、筒状の成形金型内に設置する工程（設置工程）と、成形金型内に、シリコーンゴム組成物を充填する工程（充填工程）と、シリコーンゴム組成物を硬化して、軸体の上記領域上にシリコーン弾性層を形成する工程（硬化工程）と、を備える、導電性ローラの製造方法に関する。導電性ローラの製造方法の一態様において、シリコーン弾性層は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少しており、外周面における両端部間の距離が内周面における両端部間の距離より小さい。

【0009】

従来の方法では、弾性体材料は、冷却による収縮を経て芯金の周囲に固着される。このとき、冷却度合いが均一でないと、過度に冷却された箇所の弾性体材料が収縮して周囲の弾性体材料を引き寄せてしまい、芯金との間に空隙を生じたり、弾性層の形成位置にずれが生じたりする場合がある。これに対して、上記製造方法では、硬化工程の初期において軸体とゴム材料とが接着するため、シリコーン弾性層が形成される過程で、軸体とゴム材料との界面に空隙が生じることが十分に防止される。また、ゴム材料の収縮応力がかかっても、シリコーン弾性層の位置ずれ等が生じることが避けられ、均質なシリコーン弾性層が得られる。

【0010】

また、上記製造方法で製造された導電性ローラにおいて、シリコーン弾性層は、ゴム材料の軸方向の収縮応力によって、外周面における両端部間の距離が、内周面における両端部間の距離より小さくなっている。シリコーン弾性層の内周面では、シリコーン系プライマーにより軸体と接合されているため、ゴム材料の軸方向の収縮応力がかかっても軸方向に収縮せずに両端部間の距離が維持される。一方、シリコーン弾性層の外周面では、ゴム材料の軸方向の収縮応力によって僅かに収縮し、両端部間の距離が短くなっている。このような導電性ローラでは、印字領域となる外周面中央部が安定し、画質が向上する傾向がある。

【0011】

一態様において、導電性ローラは、シリコーン弾性層の外周面上に設けられた被覆層を更に備えていてよい。

【0012】

また、一態様において、導電性ローラの製造方法は、シリコーン弾性層の外周面上に被覆層を形成する工程を更に備えていてよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、研磨等の加工によらず外形差を有する導電性ローラを製造する方法であって、軸体と弾性層との間に空隙が生じることを十分に防止し、均質な弾性層を得ることが可能な導電性ローラの製造方法が提供される。また、本発明によれば、上記製造方法によって製造される、高品質な導電性ローラが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、導電性ローラの一実施形態を示す正面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。

【図3】図３は、導電性ローラの製造方法の一実施形態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は理解を容易にするため一部を誇張して描いており、寸法比率等は図面に記載のものに限定されるものではない。

【0016】

図１は、本実施形態に係る導電性ローラの一態様を示す正面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。図１及び図２に示した導電性ローラ１は、軸体２と、軸体２の外周面上に設けられたシリコーン弾性層３とを備えている。また、導電性ローラ１においては、シリコーン弾性層３の外周面上に被覆層４が設けられている。導電性ローラ１において、軸体２とシリコーン弾性層３とはシリコーン系プライマーによって接合されている。導電性ローラ１は、軸体２とシリコーン弾性層３との間にシリコーン系プライマー由来の接着層（図示せず）を備えていてもよい。

【0017】

軸体２は、シリコーン弾性層３が設けられた領域において、軸方向の両端部から中央部に向かって外径が漸次減少している。軸体２は導電性を有することが好ましい。軸体２の構成材料は特に限定されず、例えば、軸体２は、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等の金属材料から構成された芯金であってよい。また、軸体２は、例えば、樹脂材料からなる芯体と、芯体上に設けられたメッキ層とを備えるものであってもよい。

【0018】

軸体２の外径及び軸方向の長さは、導電性ローラ１が装着される画像形成装置に応じて調整されてよい。軸体２の、シリコーン弾性層３が設けられた領域における最大外径は、例えば６〜１０ｍｍであってよく、７〜１０ｍｍであってよい。また、軸体２の、シリコーン弾性層３が設けられた領域における最小外径は、例えば４〜９ｍｍであってよく、５〜８ｍｍであってよい。軸体２の軸方向の長さは、例えば２２０〜３１０ｍｍであってよい。

【0019】

シリコーン弾性層３は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少している。シリコーン弾性層３の外径は、導電性ローラ１が装着される画像形成装置に応じて調整されてよい。シリコーン弾性層３の最小外径は、例えば１０〜２０ｍｍであってよく、１０〜１６ｍｍであってよい。シリコーン弾性層３の最大外径は、最小外径より大きければよい。例えば、シリコーン弾性層３における最大外径と最小外径との差は、１０μｍ以上であっても２０μｍ以上であってもよく、２００μｍ以下であっても１００μｍ以下であってもよい。

【0020】

シリコーン弾性層３は、シリコーンゴムの軸方向の収縮応力により、外周面における両端部間の距離Ｌ１が内周面における両端部間の距離Ｌ２より小さくなっている。距離Ｌ１と距離Ｌ２との差は、例えば１０〜１５０μｍであってよく、２０〜１２０μｍであってよい。

【0021】

シリコーン弾性層３は、シリコーンゴムを含むゴム材料で構成されていてよい。ゴム材料は、例えば、シリコーンゴム組成物の硬化物であってよい。シリコーンゴム組成物は、例えば、付加硬化型液状シリコーンゴム組成物、付加硬化型ミラブルシリコーンゴム組成物、付加反応型発泡シリコーンゴム組成物等であってよい。

【0022】

シリコーンゴム組成物は、シリコーン弾性層３に導電性を付与するための導電性付与剤を含んでいてよい。導電性付与剤としては、例えば、導電性カーボン、ゴム用カーボン類、金属、導電性ポリマー粒子等の導電性粉末が挙げられる。また、シリコーンゴム組成物は、各種添加剤をさらに含んでいてよい。添加剤としては、例えば、鎖延長剤及び架橋剤等の助剤、触媒、分散剤、発泡剤、老化防止剤、酸化防止剤、充填材、顔料、着色剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、乳化剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導性向上剤、離型剤、溶剤等が挙げられる。

【0023】

一態様において、シリコーンゴム組成物は付加硬化型液状シリコーンゴム組成物であることが好ましい。付加硬化型液状シリコーンゴム組成物の好適な一態様としては、一分子中にケイ素原子と結合するアルケニル基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサンと、一分子中にケイ素原子と結合する水素原子を少なくとも２個有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、を含むものが挙げられる。また、本態様において、付加硬化型液状シリコーンゴム組成物は、導電性付与剤を更に含んでいてよく、無機質充填材を更に含んでいてよく、付加反応触媒を更に含んでいてよい。無機充填材の平均粒径は、例えば１〜３０μｍであってよく、無機充填材の嵩密度は、例えば０．１〜０．５ｇ／ｃｍ^３であってよい。

【0024】

シリコーン弾性層３のＪＩＳ Ａ硬度は、例えば２０〜６０であってよく、２５〜５０であることが好ましい。本明細書中、ゴム材料のＪＩＳ Ａ硬度は、ＪＩＳ Ｋ６３０１ １９９５に準拠して測定される値を示す。

【0025】

シリコーン弾性層３の厚さは、軸方向に沿って変化していてよい。例えば、シリコーン弾性層３の厚さは、１〜８ｍｍの範囲であってよく、２〜４ｍｍの範囲であることが好ましい。

【0026】

シリコーン弾性層３は、軸体２とシリコーン系プライマーによって接合されている。導電性ローラ１は、軸体２とシリコーン弾性層３との間にシリコーン系プライマー由来の接着層（図示せず）を備えていてもよい。導電性ローラ１において、シリコーン系プライマーは、ゴム材料と一体になってシリコーン弾性層３を構成していてもよい。

【0027】

導電性ローラ１は、シリコーン弾性層３の外周面上に被覆層４を更に備えている。導電性ローラ１は被覆層４を必ずしも有している必要はなく、被覆層４は、導電性ローラ１が装着される画像形成装置の態様に応じて適宜形成されてよい。

【0028】

被覆層４は、例えばウレタン樹脂を含む層であってよい。このような被覆層４は、例えば、ポリオール成分及びポリイソシアネート成分を含有する塗布液をシリコーン弾性層３上に塗布し、硬化させることで形成できる。

【0029】

被覆層４は、上記のものに限定されず、例えば、ウレタンシリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ブチラール樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素ゴム、フッ素樹脂、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物、シリコーン樹脂、ニトリルゴム、ウレタンゴム等を含む層であってもよく、これらのうち２種以上を含む層であってもよい。

【0030】

また、被覆層４は、ローラ表面の粗面化のために、粗さ形成用粒子を更に含んでいてよい。粗さ形成用粒子としては、無機粒子、樹脂粒子等を用いることができ、樹脂粒子が特に好適である。樹脂粒子は、例えば、ウレタン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子等であってよく、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合せて用いてよい。

【0031】

被覆層４の厚さは、例えば０．１〜５０μｍであってよく、０．２〜４０μｍであってよい。

【0032】

導電性ローラ１において、シリコーン弾性層３は、ゴム材料の軸方向の収縮応力によって、外周面における両端部間の距離が、内周面における両端部間の距離より小さくなっている。シリコーン弾性層３の内周面では、シリコーン系プライマーにより軸体２と接合されているため、ゴム材料の軸方向の収縮応力がかかっても軸方向に収縮せずに両端部間の距離が維持される。一方、シリコーン弾性層３の外周面では、ゴム材料の軸方向の収縮応力によって僅かに収縮し、両端部間の距離が短くなっている。このようなシリコーン弾性層３は、内周面側が外周面側より拡がっていることから、軸方向へのせん断応力に対する耐久性が高く、長期使用による劣化が十分に抑制される。

【0033】

以下に、導電性ローラ１の製造方法の好適な一実施形態について説明する。図３は、導電性ローラの製造方法の一実施形態を示す概略図である。

【0034】

本実施形態に係る製造方法は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少している領域を有する軸体２の、前記領域をシリコーン系プライマーで表面処理する工程（前処理工程）と、軸体２を筒状の成形金型６内に設置する工程（設置工程）と、成形金型６内にシリコーンゴム組成物５を充填する工程（充填工程）と、シリコーンゴム組成物５を硬化して、軸体２上にシリコーン弾性層３を形成する工程（硬化工程）と、を備えている。また、本実施形態に係る製造方法は、シリコーン弾性層３の外周面上に被覆層４を形成する工程を更に備えていてもよい。

【0035】

本実施形態に係る製造方法において、前処理工程と設置工程の順番は特に制限されない。例えば、前処理工程を経た軸体２を設置工程に供して、成形金型６内に設置してよい。また、設置工程で成形金型６内に設置された軸体２に対して、前処理工程を実施してもよい。

【0036】

前処理工程では、シリコーン系プライマーによって軸体２を表面処理する。表面処理する領域は、シリコーン弾性層３が形成される領域であってよい。シリコーン系プライマーとしては、例えば、プライマーＮｏ．１６、プライマーＮｏ．１８Ｂ（いずれも信越化学工業株式会社製）等を好適に用いることができる。表面処理は、例えば、シリコーン系プライマーを軸体２上に塗布することによって実施してよい。表面処理によって、軸体２上にはシリコーン系プライマーを含むプライマー層１１が形成されていてよい。

【0037】

設置工程では、軸体２を成形金型６内に設置する。成形金型６は、円筒状の金型本体８と、金型本体８の上下で軸体２を保持する第一のフランジ７及び第二のフランジ９とから構成されている。また、成形金型６の第一のフランジ７には、シリコーンゴム組成物を注入するための注入口１０が設けられている。成形金型６により、軸体２の外周面に沿った円筒状の成形室が設けられ、ここにシリコーンゴム組成物５が注入されることで、シリコーン弾性層３が形成される。なお、本実施形態に係る製造方法において、成形金型は、軸体２の外周面に沿って円筒状の成形室を形成できるものであってよく、上記態様に限定されない。

【0038】

充填工程では、成形金型６内にシリコーンゴム組成物５が注入され、成形金型６内の円筒状の成形室がシリコーンゴム組成物５で充填される。シリコーンゴム組成物５の注入方法は特に限定されず、例えば注入ポンプ等により加圧して注入してよい。

【0039】

硬化工程では、成形金型６内に充填されたシリコーンゴム組成物５を硬化する。硬化工程は、例えば、シリコーンゴム組成物５を加熱して硬化させる工程であってよい。加熱温度は、シリコーンゴム組成物５の種類に応じて適宜調整してよく、例えば、１００〜２００℃であってよい。硬化工程において、プライマー層１１は、シリコーンゴム組成物５と反応してよく、シリコーンゴム組成物５の硬化物と一体となってシリコーン弾性層３を構成してよい。

【0040】

硬化工程では、シリコーンゴム組成物５の硬化により、シリコーン弾性層３が形成される。硬化工程では、シリコーンゴム組成物５の硬化によって収縮が生じ、成形金型６の成形室の形状より小さいシリコーン弾性層３が形成される。

【0041】

径方向において、軸体２の外径が大きい箇所はシリコーンゴム組成物５の量が相対的に少なく、軸体２の外径が小さい箇所はシリコーンゴム組成物５の量が相対的に多い。このため、軸体２の外径が大きい箇所より、軸体２の外径が小さい箇所でより硬化収縮による収縮量が大きくなる。これにより、上述したシリコーン弾性層３の外径形状が形成される。

【0042】

軸方向においては、外周面側ではゴム材料の収縮応力を受けて軸方向に縮むが、軸体２との接面ではシリコーン系プライマーによってシリコーンゴム組成物５の硬化物が軸体２と接合しているため、収縮応力を受けても殆ど縮まない。これによって、シリコーン弾性層３は、外周面における両端部間の距離Ｌ１が内周面における両端部間の距離Ｌ２より小さくなっている。

【0043】

本実施形態に係る製造方法によれば、硬化工程において軸体とゴム材料とがシリコーン系プライマーにより接着しているため、シリコーン弾性層が形成される過程で、軸体とゴム材料との界面に空隙が生じることが十分に防止される。また、ゴム材料の収縮応力がかかっても、シリコーン弾性層の位置ずれ等が生じることが避けられ、均質なシリコーン弾性層が得られる。また、上記製造方法で製造された導電性ローラにおいて、シリコーン弾性層は、ゴム材料の軸方向の収縮応力によって、外周面における両端部間の距離が、内周面における両端部間の距離より小さくなっている。シリコーン弾性層の内周面では、シリコーン系プライマーにより軸体と接合されているため、ゴム材料の軸方向の収縮応力がかかっても軸方向に収縮せずに両端部間の距離が維持される。一方、シリコーン弾性層の外周面では、ゴム材料の軸方向の収縮応力によって僅かに収縮し、両端部間の距離が短くなっている。このようなシリコーン弾性層では、内周面側が外周面側より拡がっていることから、軸方向へのせん断応力に対する耐久性が高く、長期使用による劣化が十分に抑制される。

【0044】

［確認試験１］
シリコーン弾性層が形成される領域の両端部の外径が８ｍｍ、該領域の中央部の外径が７ｍｍ、両端部及び中央部の中間における外径が７．２６ｍｍの軸体（ニッケルメッキ処理したＳＵＭ２２製の軸体、長さ２８０ｍｍ）を用意した。この軸体の表面をトルエンで洗浄し、シリコーン系プライマー（商品名「プライマーＮｏ．１６」、信越化学工業株式会社製）を塗布した。この軸体を、ギヤオーブンを用いて１５０℃の温度にて１０分間焼成処理した後、常温にて３０分以上冷却し、軸体の表面にプライマー層を形成した。

【0045】

次いで、両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン（重合度３００）１００質量部、ＢＥＴ比表面積が１１０ｍ^２／ｇである疎水化処理されたヒュームドシリカ（日本アエロジル株式会社製、Ｒ−９７２）１質量部、平均粒径６μｍ、嵩密度が０．２５ｇ／ｃｍ^３である珪藻土（オプライトＷ−３００５Ｓ、北秋珪藻土株式会社製）４０質量部、及び、アセチレンブラック（デンカブラックＨＳ−１００、電気化学工業株式会社製）５質量部をプラネタリーミキサーに入れ、３０分撹拌した後、３本ロールに１回通した。これを再度プラネタリーミキサーに戻し、架橋剤として、両末端及び側鎖にＳｉ−Ｈ基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン（重合度１７、Ｓｉ−Ｈ量０．００６０ｍｏｌ／ｇ）２．１質量部、反応制御剤としてエチニルシクロヘキサノール０．１質量部、及び、白金触媒（Ｐｔ濃度１％）０．１部を添加し、１５分撹拌して混練して、付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物を調製した。

【0046】

プライマー層を形成した軸体を成形金型内に設置し、付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物を成形金型内に充填した。その後、１０分間、１５０℃で加熱することにより、シリコーンゴム組成物を硬化した。成形金型を外して、軸体及び軸体上に形成されたシリコーン弾性層を備える導電性ローラを得た。

【0047】

得られた導電性ローラにおいて、シリコーン弾性層は、両端部から中央部に向かって外径が漸次減少していた。また、シリコーン弾性層は、外周面における両端部間の距離は、内周面における両端部間の距離より小さいものであった。導電性ローラは、軸体とシリコーン弾性層とが強固に接合しており、軸体とシリコーン弾性層との界面の空隙による導電不良等は認められなかった。

【0048】

［比較試験１］
軸体上にプライマー層を形成しなかったこと以外は、確認試験１と同様にして導電性ローラを形成した。得られた導電性ローラは、軸体とシリコーン弾性層と接合強度が劣り、軸体とシリコーン弾性層との間の界面には僅かな空隙が生じていた。

【0049】

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

【符号の説明】

【0050】

１…導電性ローラ、２…軸体、３…シリコーン弾性層、４…被覆層、５…シリコーンゴム組成物、６…成形金型。

【図1】

【図2】

【図3】