JP3720193B2 - ゴムローラおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザープリンターまたはファクシミリの受信装置などの画像形成装置において、電子写真装置に組み込まれる現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラなどのローラおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真装置の画出し工程は、光導電性を有する感光体の表面を一様に帯電させる帯電工程、この感光体の表面に画像光を露光させ静電潜像を形成する露光工程、この静電潜像に着色樹脂粉（トナー）を静電吸着させて現像し、トナー像として顕在化させる現像工程、このトナー像を用紙上に転写させる転写工程、およびその転写像を用紙上に圧力や熱により定着させる定着工程などを備えている。転写工程後の感光体表面は、残留トナーを掻き落とされるなどによりクリーニングされ、再度、帯電、露光、現像などの各工程が繰り返される。前記帯電工程においては帯電ローラ、現像工程においては現像ローラ、転写工程においては転写ローラなどが用いられる。これら各種ローラは、ＳＵＳやアルミニウム合金、導電性樹脂などからなる導電性芯体の周りに弾性体層を形成したゴムローラから構成され、もしくは、必要に応じてこのゴムローラの外周に抵抗調整層や保護層などを被覆して構成される。
【０００３】
図８を参照しながら、そのようなゴムローラの一般的な製造方法を以下に説明する。図８は、筒状金型を備えた射出成形用金型の断面を示す模式図である。射出成形用金型７０は、筒状金型７１と、この筒状金型７１の上下両端に内嵌され、導電性芯体９１の支持用軸部９２ａ，９２ｂを保持する芯体保持部材７２ａ，７２ｂと、これら芯体保持部材７２ａ，７２ｂを外装した状態で、筒状金型７１の外周面に螺合するカバー部材７３ａ，７３ｂとを備えて構成される。支持用軸部９２ａ，９２ｂは、電子写真装置に装着される際には、電子写真装置に設けられた軸受によって保持される。この射出成形用金型７０によるゴムローラの作製は、以下のように行われる。先ず、導電性芯体９１を筒状金型７１の内部に配置し、その上下の支持用軸部９２ａ，９２ｂを軸端保持孔７４ａ，７４ｂに挿入し保持する。次に、カバー部材７３ａ，７３ｂを、芯体保持部材７２ａ，７２ｂを外装した状態で、筒状金型７１と螺合させ、続いて、下部カバー部材７３ｂに開設された射出ノズル取付孔７５から圧入された材料樹脂を、下部芯体保持部材７２ｂに開設された樹脂注入孔７６を通して弾性体層成形空間７７へ充填成形し、導電性芯体の外周面上に弾性体層を形成する。その後、その成形体を金型とともに所定の温度まで冷却し、筒状金型から軸方向に離型して、最終的に、図７に示すような断面形状を有する最終成形体であるゴムローラ９０が作製される。図７において、符号９１は導電性芯体、９２ａ，９２ｂは支持用軸部、９３はこの導電性芯体の外周に成形された弾性体層である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の成形方法では、軸端保持孔７４ａ（または７４ｂ）と支持用軸部９２ａ（または９２ｂ）との間、および芯体本体の端面９４ａ（または９４ｂ）と芯体保持部材７２ａ（または７２ｂ）との間には、５〜３０μｍ程度のクリアランスを設ける必要があった。
【０００５】
このようなクリアランスを設ける理由は、主に以下の（１），（２）による。（１）材料樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、金型内に熱硬化性樹脂を充填し、金型とともに高温で加熱し硬化させる。前記のクリアランスがほとんど無い状態で加熱すると、支持用軸部９２ａ，９２ｂが径方向に熱膨張し軸端保持孔７４ａ，７４ｂに強固に保持されると同時に、導電性芯体９１も軸方向に熱膨張するため、導電性芯体９１に軸方向の圧縮応力が加わり、たわみ変形が生じる。この変形が生じた状態で、導電性芯体９１の外周面上に弾性体層を成形すると、導電性芯体の軸芯に対して著しく偏心した弾性体層が成形されることとなり、ゴムローラの寸法精度が著しく低下する。（２）前記のクリアランスがほとんど無い状態では、導電性芯体を金型内に挿入配置する際または成形体を離型する際に、上下の支持用軸部９２ａ，９２ｂを軸端保持孔７４ａ，７４ｂへスムーズに挿入しまたは軸端保持孔７４ａ，７４ｂからスムーズに分離できなくなる。
【０００６】
しかしながら、前記のクリアランスを設けると、材料樹脂を金型内に圧入する際に、この材料樹脂がクリアランスを通して支持用軸部に漏出し硬化して、薄い皮膜が形成される。この皮膜が支持用軸部の軸受により保持される面範囲に形成されると、ゴムローラを現像ローラ、帯電ローラなどとして電子写真装置に装着する際の障害となる。したがって、その皮膜を機械的研磨などの仕上げ加工により除去する必要があるが、この仕上げ加工は、製造コスト上昇の一因となっていた。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、前記の皮膜形成を防止し、その皮膜を除去する仕上げ加工を不要とすることで、簡易な製造工程と低コスト化を可能とするゴムローラおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のゴムローラは、外周面上に弾性体層が成形された芯体本体部の両端に支持用軸部が設けられ、前記芯体本体部における弾性体層の成形終端位置から、前記支持用軸部が軸受により保持される範囲に至る経路上の外周面に単または複数の溜め溝が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
ここで、前記芯体本体部と支持用軸部間に１以上の段差を設けて、その段差面に単または複数の溜め溝を設けることができる。
【００１０】
また、前記溜め溝の断面形状をＶ字形状または矩形状とすることもできる。
【００１１】
このようなゴムローラの製造方法としては、芯体本体部の弾性体層成形予定範囲の終端位置から、支持用軸部の外周面のうち軸受により保持される範囲に至る経路上の芯体外周面に単または複数の溜め溝を形成し、前記支持用軸部を金型に設けられた軸端保持孔に挿入し保持して、密封した金型内に芯体を設置し、前記金型の一端に設けた注入部から材料樹脂を圧入し、前記弾性体層成形予定範囲を超えて漏出した材料樹脂を前記溜め溝に止めつつ、芯体外周面上に弾性体層を成形し、金型の一端または両端を開放して成形体を開放端側から軸方向へ離型させ、最終成形体を得るという方法を用いることができる。このように、芯体の外周面に設けた溜め溝は、樹脂溜めの機能を果たす。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る代表的な種々の実施の形態を説明する。本発明に係るゴムローラは、ＳＵＳ、アルミニウム合金または導電性樹脂などからなる直径１〜１２ｍｍ程度の導電性芯体と、この導電性芯体の外周面上に成形された弾性体層とを備えて構成される。このゴムローラを現像ローラや帯電ローラ、転写ローラなどとして電子写真装置に装着する際には、各ローラの要求される特性に応じて、その弾性体層の外周面上に、さらに弾性体層を被覆したり、抵抗調整層や保護層などを被覆したりする場合がある。
【００１３】
図１は、本発明に係るゴムローラの第１実施例の断面を示す模式図である。
本実施例のゴムローラ１は、芯体本体部３およびこの芯体本体部３の両端に設けられた支持用軸部４ａ，４ｂからなる導電性芯体２と、芯体本体部３の外周面上に被覆された弾性体層５とから構成される。支持用軸部４ａ，４ｂは、電子写真装置に装着される際には、電子写真装置に設けられた軸受によって保持される。また、その導電性芯体２の外周面においては、弾性体層５の終端位置６ａ（または６ｂ）から支持用軸部４ａ（または４ｂ）へ至る経路上に、溜め溝７ａ（または７ｂ）が、周方向に沿って全周にわたり連続的に形成されている。後述するように、これら溜め溝７ａ，７ｂは、ゴムローラの製造過程において、支持用軸部４ａ，４ｂの軸受保持範囲（軸受により保持される面範囲）に樹脂皮膜が生じることを防ぐものである。
【００１４】
本発明に係る他の実施例としては、図２〜図５に示すゴムローラが挙げられる。図２に示す第２実施例のゴムローラ１０は、両端部を段差を以て縮径し、支持用軸部１２ａ，１２ｂと芯体本体部１３とが形成された導電性芯体１１と、支持用軸部１２ａ，１２ｂの外周面に形成された溜め溝１４ａ，１４ｂと、芯体本体部１３の外周面上に成形された弾性体層１５とから構成されている。また、溜め溝１４ａ，１４ｂは、断面をＶ字形状にして、支持用軸部１２ａ，１２ｂの外周面に周方向に沿って連続的に形成されている。
【００１５】
また、図３に示す第３実施例のゴムローラ２０では、前記第２実施例のゴムローラ１０とは、溜め溝の形成位置が異なる。本実施例では、断面がＶ字形状の溜め溝２１ａ，２１ｂは、芯体本体部２２と支持用軸部２３ａ，２３ｂとの間の段差面２４ａ，２４ｂにおいて、軸芯に対して同心円状に形成されている。
【００１６】
また、図４に示す第４実施例のゴムローラ３０は、前記第２実施例と第３実施例の溜め溝を同一の導電性芯体に形成したものである。本実施例では、上記した実施例に比べると、１端部に複数の溜め溝３１ａ，３２ａ（または３１ｂ，３２ｂ）が形成されているので、支持用軸部３３ａ，３３ｂの軸受保持範囲における樹脂皮膜の形成をより確実に防止することができる。
【００１７】
そして、図５に示す第５実施例のゴムローラ４０は、支持用軸部４１ａ，４１ｂへとつながる芯体本体部４２の端部４３ａ，４３ｂのテーパ形状である外周面に、断面がＶ字形状の溜め溝４４ａ，４４ｂが形成されたものである。これら溜め溝４４ａ，４４ｂは、テーパ形状の端部４３ａ，４３ｂの外周面において周方向に沿って全周にわたり連続的に形成されている。
【００１８】
以上、本発明に係るゴムローラの種々の実施の形態について説明した。上記実施例の何れにおいても、溜め溝は、導電性芯体の外周面において、弾性体層終端位置から支持用軸部の軸受保持範囲に至る経路上に形成されている。
【００１９】
また、上記の実施例では、溜め溝の断面形状はすべてＶ字形状であり、また、溜め溝は、導電性芯体の外周面に周方向に沿って連続的に形成されるものであったが、本発明ではこれらに限らず、溜め溝の断面形状は、たとえば矩形状でも良く、また、溜め溝は、１周上または複数の周上に断続的に複数個形成されても良く、さらには螺旋状に形成されても良い。また、上記溜め溝の形成方法にはとくに制限がなく、既知の切削加工などを用いることができる。
【００２０】
このようなゴムローラの代表的な製造方法を、図６を参照しながら以下に説明する。但し、本発明に用いる射出成形用金型は、以下に示す射出成形用金型に何ら限定されるものではない。図６は、筒状金型５１を備えた射出成形用金型５０に、前記第２実施例の導電性芯体１１を挿入した状態を示す断面模式図である。射出成形用金型５０は、筒状金型５１と、この筒状金型５１の上下両端に内嵌され、導電性芯体１１の支持用軸部１２ａ，１２ｂを保持する芯体保持部材５２ａ，５２ｂと、この芯体保持部材５２ａ，５２ｂを外装した状態で、筒状金型５１の外周面に螺合するカバー部材５３ａ，５３ｂとを備えて構成される。
【００２１】
先ず、導電性芯体１１は、この射出成形用金型５０に挿入される前に、上記した溜め溝１４ａ，１４ｂを形成される。次に、この導電性芯体１１を筒状金型５１の内部に挿入配置し、その上下の支持用軸部１２ａ，１２ｂを、上下の芯体保持部材に形成されている軸端保持孔５４ａ，５４ｂに挿入し保持する。次に、カバー部材５３ａ，５３ｂを、芯体保持部材５２ａ，５２ｂを外装した状態で、筒状金型５１と螺合させる。ここで、軸端保持孔５４ａ（または５４ｂ）と支持用軸部１２ａ（または１２ｂ）間、および、芯体本体部端面１６ａ（または１６ｂ）と芯体保持部材５２ａ（または５２ｂ）間には、上述の理由により成形体の寸法精度を良好にすべく、５〜３０μｍのクリアランスを設けている。このクリアランスの数値範囲は、導電性芯体および金型の寸法精度を考慮して両者を設計する際に定められる。
【００２２】
続いて、下部カバー部材５３ｂに開設された射出ノズル取付孔５６から圧入された材料樹脂を、下部芯体保持部材５２ｂに開設された樹脂注入孔５７を通して弾性体層成形空間５８へ充填成形し、芯体本体部１３の周りに弾性体層を形成する。このとき、充填された材料樹脂の一部は、弾性体層成形空間５８から前記クリアランスへ漏出するが、支持用軸部１２ａ，１２ｂの軸受保持範囲に漏出する前に、溜め溝１４ａ，１４ｂによって止められる。その後、その成形体を金型とともに所定の温度まで冷却し、筒状金型５１から軸方向に離型して、最終的に、図２に示したゴムローラ１０が作製される。
【００２３】
上記の如く、クリアランスに漏出した材料樹脂は、樹脂溜めの機能を果たす溜め溝によって止められるので、ゴムローラの支持用軸部の軸受保持範囲において樹脂皮膜の形成が防止される。
【００２４】
なお、前記の筒状金型はシームレスパイプ形状とし、成形体の離型性を良好にする観点から、その内面にフッソ樹脂コーティングや無電解メッキ処理を施すことが好ましい。また、導電性芯体と弾性体層との接着力を高めるべく、弾性体層成形前に、導電性芯体の外周面にプライマーを塗布することも好ましい。また、前記の射出成形用金型は縦置き型のものであったが、本発明では横置き型のものでもよい。
【００２５】
次に、本発明に係る弾性体層を構成する樹脂組成物について、以下説明する。その樹脂組成物としては、その主成分がオキシアルキレン系、飽和炭化水素系、ウレタン系およびシロキサン系などの樹脂であって、硬化反応により液状物から固化する反応性有機材料を含むものが挙げられる。その硬化反応としては、ウレタン化反応、ウレア化反応などのイソシアネート基に起因する反応、ヒドロシリル化反応もしくは加水分解縮合反応が挙げられる。また、他の樹脂組成物として、熱可塑性樹脂、たとえば、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＥＰＤＭなどのエチレン−プロピレン系ゴムや、ミラブル型シリコーンゴムを用いることもできる。
【００２６】
これら樹脂組成物の中でも、弾性体層成形の際の硬化収縮が比較的小さいため成形体の寸法安定性が良く、また、硬化時間が短いので生産性が良いなどの理由からは、
（Ａ）分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する繰り返し単位が主にオキシアルキレン単位または飽和炭化水素系単位からなる重合体と、
（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む硬化剤と、
（Ｃ）ヒドロシリル化触媒と、
（Ｄ）導電性付与剤と、
を主成分とする硬化性組成物の反応物を用いることが望ましい。
【００２７】
この硬化性組成物における（Ａ）成分の重合体は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化する。（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点から少なくとも１個以上必要であるが、充分なゴム弾性を得るという点からは、直鎖状分子の場合、分子の両末端に２個のアルケニル基が存在し、分岐のある分子の場合、分子末端に２個以上のアルケニル基が存在することが望ましい。（Ａ）成分の主鎖を構成する主な繰り返し単位は、オキシアルキレン単位または飽和炭化水素単位である。
【００２８】
まず、（Ａ）成分の主鎖を構成する主な繰り返し単位がオキシアルキレン単位からなる重合体の場合について説明する。このとき、硬化物に（Ｄ）成分である導電性付与剤を適量添加し、硬化物の体積抵抗率を１０3 〜１０10Ωｃｍ、特には１０8 Ωｃｍ〜１０9 Ωｃｍとすることが好ましい。また硬化物の低硬度化の観点から、前記繰り返し単位がオキシアルキレン単位であるオキシアルキレン系重合体、さらには、前記繰り返し単位がオキシプロピレン単位であるオキシプロピレン系重合体が望ましい。
【００２９】
ここで、前記オキシアルキレン系重合体とは、主鎖を構成する単位のうち３０％以上、好ましくは５０％以上がオキシアルキレン単位からなる重合体をいう。オキシアルキレン単位以外に含有される単位は、重合体製造時の出発物質として使用される、活性水素を２個以上有する化合物、例えば、エチレングリコール、ビスフェノール系化合物、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどからなる単位などである。なお、前記繰り返し単位がオキシプロピレン系の場合、エチレンオキシド、ブチレンオキシドなどからなる単位との共重合体（グラフト共重合体を含む）であってもよい。
【００３０】
このようなオキシアルキレン系重合体の分子量は、反応性および低硬度化のバランスをよくする観点から、数平均分子量（Ｍｎ）で５００〜５０，０００、さらには１，０００〜４０，０００であることが好ましい。特に、数平均分子量が５，０００以上のもの、さらには５，０００〜４０，０００であるものが好ましい。数平均分子量が５００未満の場合、この硬化性組成物を硬化させたときに充分な機械的特性（ゴム硬度、伸び率）などが得られにくくなる。一方、数平均分子量があまり大きくなると、分子中に含まれるアルケニル基１個あたりの分子量が大きくなったり、立体障害で反応性が落ちたりするため、硬化が不充分になることが多く、また、粘度が高くなりすぎて加工性が悪くなる傾向にある。
【００３１】
なお、前記オキシアルキレン系重合体が有するアルケニル基に特に制限はないが、下記の一般式（１）で示されるアルケニル基が、硬化性に優れる点で特に好ましい。
【００３２】
Ｈ2 Ｃ＝Ｃ（Ｒ1 ） （１）
（式中、Ｒ1 は水素原子またはメチル基）
【００３３】
また、この硬化性組成物の特徴の１つは、低硬度化に設定しやすいことであり、この特徴を発揮させるには、アルケニル基の数は分子末端に２個以上存在することが好ましい。但し、（Ａ）成分の分子量に比してアルケニル基の数が多くなりすぎると剛直になり、良好なゴム弾性が得られにくくなる。
【００３４】
次に、（Ａ）成分が、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の場合について説明する。この重合体は低吸水率であり、電気抵抗の環境変動が小さい硬化物を得られるという点で好ましいものとなる。また、前記オキシアルキレン系重合体の場合と同様に、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化するものである。さらに、（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点から少なくとも１個必要であるが、良好なゴム弾性を得るという点から、直鎖状分子の場合は、分子の両末端に２個存在することが好ましく、分岐を有する分子の場合は、分子末端に２個以上存在することが好ましい。
【００３５】
前記主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の代表例としては、イソブチレン系重合体、水添イソプレン系重合体、水添ブタジエン系重合体が挙げられる。これら重合体は、共重合体などの他成分の繰り返し単位を含むものであっても構わないが、少なくとも飽和炭化水素単位を５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上含有することが、飽和炭化水素系の、吸水率が低いという特徴を損なわないようにする上で重要である。
【００３６】
この主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である（Ａ）成分の重合体の分子量としては、数平均分子量（Ｍｎ）で５００〜５０，０００程度、さらには１，０００〜１５，０００程度であって、常温において液状物で流動性を有するものが、取り扱い易さ、加工性の点で好ましい。
【００３７】
このような飽和炭化水素系重合体に導入されるアルケニル基については、前記オキシアルキレン系重合体と同様である。したがって、（Ａ）成分としての、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の好ましい具体例としては、両末端にアルケニル基を２個有し、直鎖状の数平均分子量（Ｍｎ）が２，０００〜１５，０００で、Ｍｗ／Ｍｎが１．１〜１．２のポリイソブチレン系、水添ポリブタジエン系、水添ポリイソプレン系重合体などが挙げられる。ここで、Ｍｗは、重量平均分子量である。
【００３８】
また、硬化性組成物中の（Ｂ）成分は、分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を有する化合物である限り特に制限はないが、分子中に含まれるヒドロシリル基の数が多すぎると、硬化後も多量のヒドロシリル基が硬化物中に残存し易くなり、ボイドやクラックの原因となるため、分子中に含まれるヒドロシリル基の数は５０個以下がよい。さらにはこの数は、硬化物のゴム弾性のコントロールや貯蔵安定性の点から、２〜３０個、より好ましくは２〜２０個であることが好ましく、さらには、硬化時の発泡を容易に防ぐ点では、２０個以下、そしてヒドロシリル基が失活しても硬化不良が発生しにくい点では３個以上が好ましく、最も好ましい範囲は３〜２０個である。
【００３９】
なお、本発明では、前記ヒドロシリル基を１個有するとは、Ｓｉに結合するＨを１個有することをいい、ＳｉＨ2 の場合には、ヒドロシリル基を２個有することを意味するが、Ｓｉに結合するＨは異なるＳｉに結合する方が、硬化性やゴム弾性の点から好ましい。
【００４０】
（Ｂ）成分の分子量は、（Ｄ）成分である導電性付与剤を添加する場合の分散性やローラ加工性などの点から、数平均分子量（Ｍｎ）で３０，０００以下にあることが好ましく、さらには２０，０００以下、特には１５，０００以下が好ましい。（Ａ）成分との反応性や相溶性まで考慮すると、数平均分子量が３００〜１０，０００であることが好ましい。
【００４１】
この（Ｂ）成分に関しては、（Ａ）成分の凝集力が（Ｂ）成分の凝集力に比べて大きいために、相溶性の点でフェニル基含有変性が重要であり、（Ａ）成分との相溶性、入手のし易さの点でスチレン変性体などが好ましく、貯蔵安定性の点でα−メチルスチレン変性体が好ましい。
【００４２】
また、（Ｃ）成分であるヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシリル化触媒として使用しうるものである限り特に制限はなく、白金単体、アルミナなどの単体に固体白金を担持させたもの、塩化白金酸（アルコールなどの錯体も含む）、白金の各種錯体、ロジウム、ルテニウム、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属の塩化物などが挙げられる。これらの中でも、触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体が望ましい。これらの触媒は、単独で使用してもよく、２種以上で併用してもよい。
【００４３】
以上のような硬化性組成物中の（Ａ）成分に対する（Ｂ）成分の使用割合として、（Ａ）成分中のアルケニル基１モル当り、（Ｂ）成分中のヒドロシリル基が０．２〜０．５モル、さらには０．４〜２．５モル存在するように設定されると、良好なゴム弾性を得る点から好ましい。
【００４４】
また、（Ｃ）成分の使用量としては、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して１０-1〜１０-8モル、特に１０-3〜１０-6モルの範囲で用いるのが好ましい。（Ｃ）成分の使用量が１０-8モルに満たないと反応が進行しない。一方でヒドロシリル化触媒は、一般に高価で、また腐食性を有し、しかも水素ガスが大量に発生して硬化物が発泡してしまう性質を有しているので、１０-1モルを超えて用いない方が好ましい。
【００４５】
さらに、上記硬化性組成物に、（Ｄ）成分である導電性付与剤を添加して導電性組成物とすれば、現像ローラとして好適である。この（Ｄ）成分の導電性付与剤としては、カーボンブラックや、金属微粉末、さらには第４級アンモニウム塩基、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、エーテルエステルアミド、もしくはエーテルイミド重合体、エチレンオキサイド−エピハロヒドリン共重合体、メトキシポリエチレングリコールアクリレートなどで代表される導電性ユニットを有する化合物、または高分子化合物などの帯電防止剤などの、導電性を付与できる化合物などを挙げることができる。これらの導電性付与剤は、単独で使用しても、２種以上を併用しても構わない。
【００４６】
なお、（Ｄ）成分である導電性付与剤の添加量は、（Ａ）〜（Ｃ）成分の合計量に対して３０重量％以下とすることが、ゴム硬度を上げない点から好ましい。一方、均一な体積抵抗を得るには、この添加量が１０重量％以上であるのが好ましく、さらに硬化物の体積抵抗率が１０3 〜１０10Ωｃｍとなるように、添加量を定めることが好ましい。
【００４７】
さらに、上記硬化性組成物には、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、貯蔵安定性改良剤、たとえば、脂肪族不飽和結合を有する化合物、有機リン化合物、有機硫黄化合物、チッ素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物などを加えても良い。その具体例としては、例えば、ベンゾチアゾール、チアゾール、ジメチルマレート、ジメチルアセチレンカルボキシレート、２−ペンテンニトリル、２，３−ジクロロプロペン、キノリンなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの中では、ポットライフおよび速硬化性の両立という点から、チアゾール、ジメチルマレートが特に好ましい。なお、前記貯蔵安定性改良剤は、単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。
【００４８】
また、上記硬化性組成物には、加工性やコストを改善するという点から、充填剤、保存安定剤、可塑剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料などを添加してもよい。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明に係るゴムローラのより具体的な実施例と比較例を示し、両者を比較する。
【００５０】
（弾性体層）
弾性体層は、以下に示す（Ａ）〜（Ｄ）の配合および成形条件により、図６に示した射出成形用金型と同種の金型を用いて、実施例および比較例の導電性芯体の外周面上に成形された。
（Ａ）末端アリル化ポリオキシプロピレン系重合体（数平均分子量（Ｍｎ）８，０００；分子量分布２）の１００重量部に対して、
（Ｂ）ポリシロキサン系硬化剤（１００ｇ当たりのＳｉＨ価０．３６モル）：６．６重量部、
（Ｃ）塩化白金酸の１０％イソプロピルアルコール溶液：０．０６重量部、
（Ｄ）カーボンブラック（三菱化学社製の商品名「３０３０Ｂ」）：６重量部、を混合し、１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間減圧脱泡して得られた樹脂組成物を、射出成形用金型内に圧入し、金型内１２０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ弾性体層を成形した。この弾性体層の日本工業規格（ＪＩＳ）Ａ硬度は、１５°であった。
【００５１】
（実施例１）
図１の断面形状を有するゴムローラを作製し、実施例１とした。そのＳＵＳ製の導電性芯体（支持用軸部の径８ｍｍ；本体中央部の径８ｍｍ）の支持用軸部４ａ，４ｂにおいては、周方向に沿って全周に深さ０．６ｍｍ、幅（Ｗ1 ）１．０ｍｍのＶ字形状の溝部７ａ，７ｂを形成した。また芯体本体部３の外周面上には、厚み３ｍｍ、全長（Ｌ1 ）２３０ｍｍの弾性体層５を成形している。
【００５２】
（実施例２）
図２の断面形状を有するゴムローラを作製し、実施例２とした。そのＳＵＳ製の導電性芯体（支持用軸部の径５ｍｍ；本体中央部の径８ｍｍ）の支持用軸部１２ａ，１２ｂにおいて、周方向に沿って全周に深さ０．６ｍｍ、幅（Ｗ2 ）１．０ｍｍのＶ字形状の溝部１４ａ，１４ｂを形成した。また芯体本体部１３の外周面上には、厚み３ｍｍ、全長（Ｌ2 ）２３０ｍｍの弾性体層１５を成形している。
【００５３】
（実施例３）
図３の断面形状を有するゴムローラを作製し、実施例３とした。そのＳＵＳ製の導電性芯体（支持用軸部の径５ｍｍ；本体中央部の径８ｍｍ）の支持用軸部２３ａ，２３ｂと芯体本体部２２との間の段差面２４ａ，２４ｂには、軸芯から半径（Ｒ）３．２５ｍｍの位置に、深さ０．５ｍｍ、幅（Ｗ3 ）１．０ｍｍ、同心円状の溜め溝２１ａ，２１ｂを形成した。また芯体本体部２２の外周面上には、厚み３ｍｍ、全長（Ｔ3 ）２３０ｍｍの弾性体層２５を成形している。
【００５４】
（実施例４）
図４に示すような、実施例２および実施例３を組み合わせたゴムローラを作製し、実施例４とした。
【００５５】
（比較例１）
溜め溝を形成しない導電性芯体を用いる他は、前記の実施例１と同じ構成のゴムローラを作製し、比較例１とした。
【００５６】
上記の実施例１〜４および比較例１のゴムローラを、それぞれ１００本作製し、各ゴムローラの支持用軸部における樹脂皮膜の形成状態を目視で観察した。その結果、除去が必要な樹脂皮膜が認められたのは、実施例１の場合は５本、実施例２の場合は４本、実施例３の場合は３本、実施例４の場合は２本であって、比較例１の場合は１００本全てであった。
【００５７】
【発明の効果】
上述の如く、本発明のゴムローラは、芯体本体部における弾性体層の成形終端位置から支持用軸部の軸受保持範囲に至る経路上の芯体外周面に単または複数の溜め溝が設けられるものであるから、本発明のゴムローラの製造過程において、弾性体層成形空間から漏出した材料樹脂を前記溜め溝に止めることができるので、前記溜め溝が樹脂溜めの機能を果たし、支持用軸部の軸受保持範囲に樹脂皮膜が形成されるのを防止することができる。従って、その樹脂皮膜を除去する仕上げ加工が不要となるので、低価格のゴムローラを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゴムローラの第１実施例を示す模式図である。
【図２】本発明に係るゴムローラの第２実施例を示す模式図である。
【図３】本発明に係るゴムローラの第３実施例を示す模式図である。
【図４】本発明に係るゴムローラの第４実施例を示す模式図である。
【図５】本発明に係るゴムローラの第５実施例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る導電性芯体を射出成形用金型に挿入した状態を示す模式図である。
【図７】従来のゴムローラの断面を示す模式図である。
【図８】従来の射出成形用金型を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ゴムローラ ２ 導電性芯体
３ 芯体本体部 ４ａ，４ｂ 支持用軸部
５ 弾性体層 ６ａ，６ｂ 弾性体層終端位置
７ａ，７ｂ 溜め溝 １０ ゴムローラ
１１ 導電性芯体 １２ａ，１２ｂ 支持用軸部
１３ 芯体本体部 １４ａ，１４ｂ 溜め溝
１５ 弾性体層 １６ａ，１６ｂ 芯体本体部端面
２０ ゴムローラ ２１ａ，２１ｂ 溜め溝
２２ 芯体本体部 ２３ａ，２３ｂ 支持用軸部
２４ａ，２４ｂ 段差面 ２５ 弾性体層
３０ ゴムローラ
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 溜め溝
４０ ゴムローラ ４１ａ，４１ｂ 支持用軸部
４２ 芯体本体部 ４３ａ，４３ｂ 芯体本体部端部
４４ａ，４４ｂ 溜め溝 ５０ 射出成形用金型
５１ 筒状金型 ５２ａ，５２ｂ 芯体保持部材
５３ａ，５３ｂ カバー部材 ５４ａ，５４ｂ 軸端保持孔
５６ 射出ノズル取付孔 ５７ 樹脂注入孔
５８ 弾性体層成形空間 ５９ ガス抜き孔
６０ 孔部 ６１ 孔部を閉じるピン
７０ 射出成形用金型 ７１ 筒状金型
７２ａ，７２ｂ 芯体保持部材
７３ａ，７３ｂ カバー部材
７４ａ，７４ｂ 軸端保持孔
７５ 射出ノズル取付孔 ７６ 樹脂注入孔
７７ 弾性体層成形空間 ７８ ガス抜き孔
７９ 孔部 ８０ 孔部を閉じるピン
９０ ゴムローラ ９１ 導電性芯体
９２ａ，９２ｂ 支持用軸部 ９３ 弾性体層
９４ａ，９４ｂ 芯体本体端面
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザープリンターまたはファクシミリの受信装置などの画像形成装置において、電子写真装置に組み込まれる現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラなどのローラおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真装置の画出し工程は、光導電性を有する感光体の表面を一様に帯電させる帯電工程、この感光体の表面に画像光を露光させ静電潜像を形成する露光工程、この静電潜像に着色樹脂粉（トナー）を静電吸着させて現像し、トナー像として顕在化させる現像工程、このトナー像を用紙上に転写させる転写工程、およびその転写像を用紙上に圧力や熱により定着させる定着工程などを備えている。転写工程後の感光体表面は、残留トナーを掻き落とされるなどによりクリーニングされ、再度、帯電、露光、現像などの各工程が繰り返される。前記帯電工程においては帯電ローラ、現像工程においては現像ローラ、転写工程においては転写ローラなどが用いられる。これら各種ローラは、ＳＵＳやアルミニウム合金、導電性樹脂などからなる導電性芯体の周りに弾性体層を形成したゴムローラから構成され、もしくは、必要に応じてこのゴムローラの外周に抵抗調整層や保護層などを被覆して構成される。
【０００３】
図８を参照しながら、そのようなゴムローラの一般的な製造方法を以下に説明する。図８は、筒状金型を備えた射出成形用金型の断面を示す模式図である。射出成形用金型７０は、筒状金型７１と、この筒状金型７１の上下両端に内嵌され、導電性芯体９１の支持用軸部９２ａ，９２ｂを保持する芯体保持部材７２ａ，７２ｂと、これら芯体保持部材７２ａ，７２ｂを外装した状態で、筒状金型７１の外周面に螺合するカバー部材７３ａ，７３ｂとを備えて構成される。支持用軸部９２ａ，９２ｂは、電子写真装置に装着される際には、電子写真装置に設けられた軸受によって保持される。この射出成形用金型７０によるゴムローラの作製は、以下のように行われる。先ず、導電性芯体９１を筒状金型７１の内部に配置し、その上下の支持用軸部９２ａ，９２ｂを軸端保持孔７４ａ，７４ｂに挿入し保持する。次に、カバー部材７３ａ，７３ｂを、芯体保持部材７２ａ，７２ｂを外装した状態で、筒状金型７１と螺合させ、続いて、下部カバー部材７３ｂに開設された射出ノズル取付孔７５から圧入された材料樹脂を、下部芯体保持部材７２ｂに開設された樹脂注入孔７６を通して弾性体層成形空間７７へ充填成形し、導電性芯体の外周面上に弾性体層を形成する。その後、その成形体を金型とともに所定の温度まで冷却し、筒状金型から軸方向に離型して、最終的に、図７に示すような断面形状を有する最終成形体であるゴムローラ９０が作製される。図７において、符号９１は導電性芯体、９２ａ，９２ｂは支持用軸部、９３はこの導電性芯体の外周に成形された弾性体層である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の成形方法では、軸端保持孔７４ａ（または７４ｂ）と支持用軸部９２ａ（または９２ｂ）との間、および芯体本体の端面９４ａ（または９４ｂ）と芯体保持部材７２ａ（または７２ｂ）との間には、５〜３０μｍ程度のクリアランスを設ける必要があった。
【０００５】
このようなクリアランスを設ける理由は、主に以下の（１），（２）による。（１）材料樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、金型内に熱硬化性樹脂を充填し、金型とともに高温で加熱し硬化させる。前記のクリアランスがほとんど無い状態で加熱すると、支持用軸部９２ａ，９２ｂが径方向に熱膨張し軸端保持孔７４ａ，７４ｂに強固に保持されると同時に、導電性芯体９１も軸方向に熱膨張するため、導電性芯体９１に軸方向の圧縮応力が加わり、たわみ変形が生じる。この変形が生じた状態で、導電性芯体９１の外周面上に弾性体層を成形すると、導電性芯体の軸芯に対して著しく偏心した弾性体層が成形されることとなり、ゴムローラの寸法精度が著しく低下する。（２）前記のクリアランスがほとんど無い状態では、導電性芯体を金型内に挿入配置する際または成形体を離型する際に、上下の支持用軸部９２ａ，９２ｂを軸端保持孔７４ａ，７４ｂへスムーズに挿入しまたは軸端保持孔７４ａ，７４ｂからスムーズに分離できなくなる。
【０００６】
しかしながら、前記のクリアランスを設けると、材料樹脂を金型内に圧入する際に、この材料樹脂がクリアランスを通して支持用軸部に漏出し硬化して、薄い皮膜が形成される。この皮膜が支持用軸部の軸受により保持される面範囲に形成されると、ゴムローラを現像ローラ、帯電ローラなどとして電子写真装置に装着する際の障害となる。したがって、その皮膜を機械的研磨などの仕上げ加工により除去する必要があるが、この仕上げ加工は、製造コスト上昇の一因となっていた。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、前記の皮膜形成を防止し、その皮膜を除去する仕上げ加工を不要とすることで、簡易な製造工程と低コスト化を可能とするゴムローラおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のゴムローラは、外周面上に弾性体層が成形された芯体本体部の両端に支持用軸部が設けられ、前記芯体本体部における弾性体層の成形終端位置から、前記支持用軸部が軸受により保持される範囲に至る経路上の外周面に単または複数の溜め溝が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
ここで、前記芯体本体部と支持用軸部間に１以上の段差を設けて、その段差面に単または複数の溜め溝を設けることができる。
【００１０】
また、前記溜め溝の断面形状をＶ字形状または矩形状とすることもできる。
【００１１】
このようなゴムローラの製造方法としては、芯体本体部の弾性体層成形予定範囲の終端位置から、支持用軸部の外周面のうち軸受により保持される範囲に至る経路上の芯体外周面に単または複数の溜め溝を形成し、前記支持用軸部を金型に設けられた軸端保持孔に挿入し保持して、密封した金型内に芯体を設置し、前記金型の一端に設けた注入部から材料樹脂を圧入し、前記弾性体層成形予定範囲を超えて漏出した材料樹脂を前記溜め溝に止めつつ、芯体外周面上に弾性体層を成形し、金型の一端または両端を開放して成形体を開放端側から軸方向へ離型させ、最終成形体を得るという方法を用いることができる。このように、芯体の外周面に設けた溜め溝は、樹脂溜めの機能を果たす。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る代表的な種々の実施の形態を説明する。本発明に係るゴムローラは、ＳＵＳ、アルミニウム合金または導電性樹脂などからなる直径１〜１２ｍｍ程度の導電性芯体と、この導電性芯体の外周面上に成形された弾性体層とを備えて構成される。このゴムローラを現像ローラや帯電ローラ、転写ローラなどとして電子写真装置に装着する際には、各ローラの要求される特性に応じて、その弾性体層の外周面上に、さらに弾性体層を被覆したり、抵抗調整層や保護層などを被覆したりする場合がある。
【００１３】
図１は、本発明に係るゴムローラの第１実施例の断面を示す模式図である。
本実施例のゴムローラ１は、芯体本体部３およびこの芯体本体部３の両端に設けられた支持用軸部４ａ，４ｂからなる導電性芯体２と、芯体本体部３の外周面上に被覆された弾性体層５とから構成される。支持用軸部４ａ，４ｂは、電子写真装置に装着される際には、電子写真装置に設けられた軸受によって保持される。また、その導電性芯体２の外周面においては、弾性体層５の終端位置６ａ（または６ｂ）から支持用軸部４ａ（または４ｂ）へ至る経路上に、溜め溝７ａ（または７ｂ）が、周方向に沿って全周にわたり連続的に形成されている。後述するように、これら溜め溝７ａ，７ｂは、ゴムローラの製造過程において、支持用軸部４ａ，４ｂの軸受保持範囲（軸受により保持される面範囲）に樹脂皮膜が生じることを防ぐものである。
【００１４】
本発明に係る他の実施例としては、図２〜図５に示すゴムローラが挙げられる。図２に示す第２実施例のゴムローラ１０は、両端部を段差を以て縮径し、支持用軸部１２ａ，１２ｂと芯体本体部１３とが形成された導電性芯体１１と、支持用軸部１２ａ，１２ｂの外周面に形成された溜め溝１４ａ，１４ｂと、芯体本体部１３の外周面上に成形された弾性体層１５とから構成されている。また、溜め溝１４ａ，１４ｂは、断面をＶ字形状にして、支持用軸部１２ａ，１２ｂの外周面に周方向に沿って連続的に形成されている。
【００１５】
また、図３に示す第３実施例のゴムローラ２０では、前記第２実施例のゴムローラ１０とは、溜め溝の形成位置が異なる。本実施例では、断面がＶ字形状の溜め溝２１ａ，２１ｂは、芯体本体部２２と支持用軸部２３ａ，２３ｂとの間の段差面２４ａ，２４ｂにおいて、軸芯に対して同心円状に形成されている。
【００１６】
また、図４に示す第４実施例のゴムローラ３０は、前記第２実施例と第３実施例の溜め溝を同一の導電性芯体に形成したものである。本実施例では、上記した実施例に比べると、１端部に複数の溜め溝３１ａ，３２ａ（または３１ｂ，３２ｂ）が形成されているので、支持用軸部３３ａ，３３ｂの軸受保持範囲における樹脂皮膜の形成をより確実に防止することができる。
【００１７】
そして、図５に示す第５実施例のゴムローラ４０は、支持用軸部４１ａ，４１ｂへとつながる芯体本体部４２の端部４３ａ，４３ｂのテーパ形状である外周面に、断面がＶ字形状の溜め溝４４ａ，４４ｂが形成されたものである。これら溜め溝４４ａ，４４ｂは、テーパ形状の端部４３ａ，４３ｂの外周面において周方向に沿って全周にわたり連続的に形成されている。
【００１８】
以上、本発明に係るゴムローラの種々の実施の形態について説明した。上記実施例の何れにおいても、溜め溝は、導電性芯体の外周面において、弾性体層終端位置から支持用軸部の軸受保持範囲に至る経路上に形成されている。
【００１９】
また、上記の実施例では、溜め溝の断面形状はすべてＶ字形状であり、また、溜め溝は、導電性芯体の外周面に周方向に沿って連続的に形成されるものであったが、本発明ではこれらに限らず、溜め溝の断面形状は、たとえば矩形状でも良く、また、溜め溝は、１周上または複数の周上に断続的に複数個形成されても良く、さらには螺旋状に形成されても良い。また、上記溜め溝の形成方法にはとくに制限がなく、既知の切削加工などを用いることができる。
【００２０】
このようなゴムローラの代表的な製造方法を、図６を参照しながら以下に説明する。但し、本発明に用いる射出成形用金型は、以下に示す射出成形用金型に何ら限定されるものではない。図６は、筒状金型５１を備えた射出成形用金型５０に、前記第２実施例の導電性芯体１１を挿入した状態を示す断面模式図である。射出成形用金型５０は、筒状金型５１と、この筒状金型５１の上下両端に内嵌され、導電性芯体１１の支持用軸部１２ａ，１２ｂを保持する芯体保持部材５２ａ，５２ｂと、この芯体保持部材５２ａ，５２ｂを外装した状態で、筒状金型５１の外周面に螺合するカバー部材５３ａ，５３ｂとを備えて構成される。
【００２１】
先ず、導電性芯体１１は、この射出成形用金型５０に挿入される前に、上記した溜め溝１４ａ，１４ｂを形成される。次に、この導電性芯体１１を筒状金型５１の内部に挿入配置し、その上下の支持用軸部１２ａ，１２ｂを、上下の芯体保持部材に形成されている軸端保持孔５４ａ，５４ｂに挿入し保持する。次に、カバー部材５３ａ，５３ｂを、芯体保持部材５２ａ，５２ｂを外装した状態で、筒状金型５１と螺合させる。ここで、軸端保持孔５４ａ（または５４ｂ）と支持用軸部１２ａ（または１２ｂ）間、および、芯体本体部端面１６ａ（または１６ｂ）と芯体保持部材５２ａ（または５２ｂ）間には、上述の理由により成形体の寸法精度を良好にすべく、５〜３０μｍのクリアランスを設けている。このクリアランスの数値範囲は、導電性芯体および金型の寸法精度を考慮して両者を設計する際に定められる。
【００２２】
続いて、下部カバー部材５３ｂに開設された射出ノズル取付孔５６から圧入された材料樹脂を、下部芯体保持部材５２ｂに開設された樹脂注入孔５７を通して弾性体層成形空間５８へ充填成形し、芯体本体部１３の周りに弾性体層を形成する。このとき、充填された材料樹脂の一部は、弾性体層成形空間５８から前記クリアランスへ漏出するが、支持用軸部１２ａ，１２ｂの軸受保持範囲に漏出する前に、溜め溝１４ａ，１４ｂによって止められる。その後、その成形体を金型とともに所定の温度まで冷却し、筒状金型５１から軸方向に離型して、最終的に、図２に示したゴムローラ１０が作製される。
【００２３】
上記の如く、クリアランスに漏出した材料樹脂は、樹脂溜めの機能を果たす溜め溝によって止められるので、ゴムローラの支持用軸部の軸受保持範囲において樹脂皮膜の形成が防止される。
【００２４】
なお、前記の筒状金型はシームレスパイプ形状とし、成形体の離型性を良好にする観点から、その内面にフッソ樹脂コーティングや無電解メッキ処理を施すことが好ましい。また、導電性芯体と弾性体層との接着力を高めるべく、弾性体層成形前に、導電性芯体の外周面にプライマーを塗布することも好ましい。また、前記の射出成形用金型は縦置き型のものであったが、本発明では横置き型のものでもよい。
【００２５】
次に、本発明に係る弾性体層を構成する樹脂組成物について、以下説明する。その樹脂組成物としては、その主成分がオキシアルキレン系、飽和炭化水素系、ウレタン系およびシロキサン系などの樹脂であって、硬化反応により液状物から固化する反応性有機材料を含むものが挙げられる。その硬化反応としては、ウレタン化反応、ウレア化反応などのイソシアネート基に起因する反応、ヒドロシリル化反応もしくは加水分解縮合反応が挙げられる。また、他の樹脂組成物として、熱可塑性樹脂、たとえば、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＥＰＤＭなどのエチレン−プロピレン系ゴムや、ミラブル型シリコーンゴムを用いることもできる。
【００２６】
これら樹脂組成物の中でも、弾性体層成形の際の硬化収縮が比較的小さいため成形体の寸法安定性が良く、また、硬化時間が短いので生産性が良いなどの理由からは、
（Ａ）分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する繰り返し単位が主にオキシアルキレン単位または飽和炭化水素系単位からなる重合体と、
（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を含む硬化剤と、
（Ｃ）ヒドロシリル化触媒と、
（Ｄ）導電性付与剤と、
を主成分とする硬化性組成物の反応物を用いることが望ましい。
【００２７】
この硬化性組成物における（Ａ）成分の重合体は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化する。（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点から少なくとも１個以上必要であるが、充分なゴム弾性を得るという点からは、直鎖状分子の場合、分子の両末端に２個のアルケニル基が存在し、分岐のある分子の場合、分子末端に２個以上のアルケニル基が存在することが望ましい。（Ａ）成分の主鎖を構成する主な繰り返し単位は、オキシアルキレン単位または飽和炭化水素単位である。
【００２８】
まず、（Ａ）成分の主鎖を構成する主な繰り返し単位がオキシアルキレン単位からなる重合体の場合について説明する。このとき、硬化物に（Ｄ）成分である導電性付与剤を適量添加し、硬化物の体積抵抗率を１０3 〜１０10Ωｃｍ、特には１０8 Ωｃｍ〜１０9 Ωｃｍとすることが好ましい。また硬化物の低硬度化の観点から、前記繰り返し単位がオキシアルキレン単位であるオキシアルキレン系重合体、さらには、前記繰り返し単位がオキシプロピレン単位であるオキシプロピレン系重合体が望ましい。
【００２９】
ここで、前記オキシアルキレン系重合体とは、主鎖を構成する単位のうち３０％以上、好ましくは５０％以上がオキシアルキレン単位からなる重合体をいう。オキシアルキレン単位以外に含有される単位は、重合体製造時の出発物質として使用される、活性水素を２個以上有する化合物、例えば、エチレングリコール、ビスフェノール系化合物、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどからなる単位などである。なお、前記繰り返し単位がオキシプロピレン系の場合、エチレンオキシド、ブチレンオキシドなどからなる単位との共重合体（グラフト共重合体を含む）であってもよい。
【００３０】
このようなオキシアルキレン系重合体の分子量は、反応性および低硬度化のバランスをよくする観点から、数平均分子量（Ｍｎ）で５００〜５０，０００、さらには１，０００〜４０，０００であることが好ましい。特に、数平均分子量が５，０００以上のもの、さらには５，０００〜４０，０００であるものが好ましい。数平均分子量が５００未満の場合、この硬化性組成物を硬化させたときに充分な機械的特性（ゴム硬度、伸び率）などが得られにくくなる。一方、数平均分子量があまり大きくなると、分子中に含まれるアルケニル基１個あたりの分子量が大きくなったり、立体障害で反応性が落ちたりするため、硬化が不充分になることが多く、また、粘度が高くなりすぎて加工性が悪くなる傾向にある。
【００３１】
なお、前記オキシアルキレン系重合体が有するアルケニル基に特に制限はないが、下記の一般式（１）で示されるアルケニル基が、硬化性に優れる点で特に好ましい。
【００３２】
Ｈ2 Ｃ＝Ｃ（Ｒ1 ） （１）
（式中、Ｒ1 は水素原子またはメチル基）
【００３３】
また、この硬化性組成物の特徴の１つは、低硬度化に設定しやすいことであり、この特徴を発揮させるには、アルケニル基の数は分子末端に２個以上存在することが好ましい。但し、（Ａ）成分の分子量に比してアルケニル基の数が多くなりすぎると剛直になり、良好なゴム弾性が得られにくくなる。
【００３４】
次に、（Ａ）成分が、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の場合について説明する。この重合体は低吸水率であり、電気抵抗の環境変動が小さい硬化物を得られるという点で好ましいものとなる。また、前記オキシアルキレン系重合体の場合と同様に、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応して硬化する成分であり、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を有するため、ヒドロシリル化反応が起こって高分子状になり硬化するものである。さらに、（Ａ）成分に含まれるアルケニル基の数は、（Ｂ）成分とヒドロシリル化反応するという点から少なくとも１個必要であるが、良好なゴム弾性を得るという点から、直鎖状分子の場合は、分子の両末端に２個存在することが好ましく、分岐を有する分子の場合は、分子末端に２個以上存在することが好ましい。
【００３５】
前記主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の代表例としては、イソブチレン系重合体、水添イソプレン系重合体、水添ブタジエン系重合体が挙げられる。これら重合体は、共重合体などの他成分の繰り返し単位を含むものであっても構わないが、少なくとも飽和炭化水素単位を５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上含有することが、飽和炭化水素系の、吸水率が低いという特徴を損なわないようにする上で重要である。
【００３６】
この主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である（Ａ）成分の重合体の分子量としては、数平均分子量（Ｍｎ）で５００〜５０，０００程度、さらには１，０００〜１５，０００程度であって、常温において液状物で流動性を有するものが、取り扱い易さ、加工性の点で好ましい。
【００３７】
このような飽和炭化水素系重合体に導入されるアルケニル基については、前記オキシアルキレン系重合体と同様である。したがって、（Ａ）成分としての、分子中に少なくとも１個のアルケニル基を含み、主鎖を構成する主な繰り返し単位が飽和炭化水素単位である重合体の好ましい具体例としては、両末端にアルケニル基を２個有し、直鎖状の数平均分子量（Ｍｎ）が２，０００〜１５，０００で、Ｍｗ／Ｍｎが１．１〜１．２のポリイソブチレン系、水添ポリブタジエン系、水添ポリイソプレン系重合体などが挙げられる。ここで、Ｍｗは、重量平均分子量である。
【００３８】
また、硬化性組成物中の（Ｂ）成分は、分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を有する化合物である限り特に制限はないが、分子中に含まれるヒドロシリル基の数が多すぎると、硬化後も多量のヒドロシリル基が硬化物中に残存し易くなり、ボイドやクラックの原因となるため、分子中に含まれるヒドロシリル基の数は５０個以下がよい。さらにはこの数は、硬化物のゴム弾性のコントロールや貯蔵安定性の点から、２〜３０個、より好ましくは２〜２０個であることが好ましく、さらには、硬化時の発泡を容易に防ぐ点では、２０個以下、そしてヒドロシリル基が失活しても硬化不良が発生しにくい点では３個以上が好ましく、最も好ましい範囲は３〜２０個である。
【００３９】
なお、本発明では、前記ヒドロシリル基を１個有するとは、Ｓｉに結合するＨを１個有することをいい、ＳｉＨ2 の場合には、ヒドロシリル基を２個有することを意味するが、Ｓｉに結合するＨは異なるＳｉに結合する方が、硬化性やゴム弾性の点から好ましい。
【００４０】
（Ｂ）成分の分子量は、（Ｄ）成分である導電性付与剤を添加する場合の分散性やローラ加工性などの点から、数平均分子量（Ｍｎ）で３０，０００以下にあることが好ましく、さらには２０，０００以下、特には１５，０００以下が好ましい。（Ａ）成分との反応性や相溶性まで考慮すると、数平均分子量が３００〜１０，０００であることが好ましい。
【００４１】
この（Ｂ）成分に関しては、（Ａ）成分の凝集力が（Ｂ）成分の凝集力に比べて大きいために、相溶性の点でフェニル基含有変性が重要であり、（Ａ）成分との相溶性、入手のし易さの点でスチレン変性体などが好ましく、貯蔵安定性の点でα−メチルスチレン変性体が好ましい。
【００４２】
また、（Ｃ）成分であるヒドロシリル化触媒としては、ヒドロシリル化触媒として使用しうるものである限り特に制限はなく、白金単体、アルミナなどの単体に固体白金を担持させたもの、塩化白金酸（アルコールなどの錯体も含む）、白金の各種錯体、ロジウム、ルテニウム、鉄、アルミニウム、チタンなどの金属の塩化物などが挙げられる。これらの中でも、触媒活性の点から塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−ビニルシロキサン錯体が望ましい。これらの触媒は、単独で使用してもよく、２種以上で併用してもよい。
【００４３】
以上のような硬化性組成物中の（Ａ）成分に対する（Ｂ）成分の使用割合として、（Ａ）成分中のアルケニル基１モル当り、（Ｂ）成分中のヒドロシリル基が０．２〜０．５モル、さらには０．４〜２．５モル存在するように設定されると、良好なゴム弾性を得る点から好ましい。
【００４４】
また、（Ｃ）成分の使用量としては、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して１０-1〜１０-8モル、特に１０-3〜１０-6モルの範囲で用いるのが好ましい。（Ｃ）成分の使用量が１０-8モルに満たないと反応が進行しない。一方でヒドロシリル化触媒は、一般に高価で、また腐食性を有し、しかも水素ガスが大量に発生して硬化物が発泡してしまう性質を有しているので、１０-1モルを超えて用いない方が好ましい。
【００４５】
さらに、上記硬化性組成物に、（Ｄ）成分である導電性付与剤を添加して導電性組成物とすれば、現像ローラとして好適である。この（Ｄ）成分の導電性付与剤としては、カーボンブラックや、金属微粉末、さらには第４級アンモニウム塩基、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、エーテルエステルアミド、もしくはエーテルイミド重合体、エチレンオキサイド−エピハロヒドリン共重合体、メトキシポリエチレングリコールアクリレートなどで代表される導電性ユニットを有する化合物、または高分子化合物などの帯電防止剤などの、導電性を付与できる化合物などを挙げることができる。これらの導電性付与剤は、単独で使用しても、２種以上を併用しても構わない。
【００４６】
なお、（Ｄ）成分である導電性付与剤の添加量は、（Ａ）〜（Ｃ）成分の合計量に対して３０重量％以下とすることが、ゴム硬度を上げない点から好ましい。一方、均一な体積抵抗を得るには、この添加量が１０重量％以上であるのが好ましく、さらに硬化物の体積抵抗率が１０3 〜１０10Ωｃｍとなるように、添加量を定めることが好ましい。
【００４７】
さらに、上記硬化性組成物には、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、貯蔵安定性改良剤、たとえば、脂肪族不飽和結合を有する化合物、有機リン化合物、有機硫黄化合物、チッ素含有化合物、スズ系化合物、有機過酸化物などを加えても良い。その具体例としては、例えば、ベンゾチアゾール、チアゾール、ジメチルマレート、ジメチルアセチレンカルボキシレート、２−ペンテンニトリル、２，３−ジクロロプロペン、キノリンなどが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの中では、ポットライフおよび速硬化性の両立という点から、チアゾール、ジメチルマレートが特に好ましい。なお、前記貯蔵安定性改良剤は、単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。
【００４８】
また、上記硬化性組成物には、加工性やコストを改善するという点から、充填剤、保存安定剤、可塑剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料などを添加してもよい。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明に係るゴムローラのより具体的な実施例と比較例を示し、両者を比較する。
【００５０】
（弾性体層）
弾性体層は、以下に示す（Ａ）〜（Ｄ）の配合および成形条件により、図６に示した射出成形用金型と同種の金型を用いて、実施例および比較例の導電性芯体の外周面上に成形された。
（Ａ）末端アリル化ポリオキシプロピレン系重合体（数平均分子量（Ｍｎ）８，０００；分子量分布２）の１００重量部に対して、
（Ｂ）ポリシロキサン系硬化剤（１００ｇ当たりのＳｉＨ価０．３６モル）：６．６重量部、
（Ｃ）塩化白金酸の１０％イソプロピルアルコール溶液：０．０６重量部、
（Ｄ）カーボンブラック（三菱化学社製の商品名「３０３０Ｂ」）：６重量部、を混合し、１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間減圧脱泡して得られた樹脂組成物を、射出成形用金型内に圧入し、金型内１２０℃の環境下で３０分間静置して硬化させ弾性体層を成形した。この弾性体層の日本工業規格（ＪＩＳ）Ａ硬度は、１５°であった。
【００５１】
（実施例１）
図１の断面形状を有するゴムローラを作製し、実施例１とした。そのＳＵＳ製の導電性芯体（支持用軸部の径８ｍｍ；本体中央部の径８ｍｍ）の支持用軸部４ａ，４ｂにおいては、周方向に沿って全周に深さ０．６ｍｍ、幅（Ｗ1 ）１．０ｍｍのＶ字形状の溝部７ａ，７ｂを形成した。また芯体本体部３の外周面上には、厚み３ｍｍ、全長（Ｌ1 ）２３０ｍｍの弾性体層５を成形している。
【００５２】
（実施例２）
図２の断面形状を有するゴムローラを作製し、実施例２とした。そのＳＵＳ製の導電性芯体（支持用軸部の径５ｍｍ；本体中央部の径８ｍｍ）の支持用軸部１２ａ，１２ｂにおいて、周方向に沿って全周に深さ０．６ｍｍ、幅（Ｗ2 ）１．０ｍｍのＶ字形状の溝部１４ａ，１４ｂを形成した。また芯体本体部１３の外周面上には、厚み３ｍｍ、全長（Ｌ2 ）２３０ｍｍの弾性体層１５を成形している。
【００５３】
（実施例３）
図３の断面形状を有するゴムローラを作製し、実施例３とした。そのＳＵＳ製の導電性芯体（支持用軸部の径５ｍｍ；本体中央部の径８ｍｍ）の支持用軸部２３ａ，２３ｂと芯体本体部２２との間の段差面２４ａ，２４ｂには、軸芯から半径（Ｒ）３．２５ｍｍの位置に、深さ０．５ｍｍ、幅（Ｗ3 ）１．０ｍｍ、同心円状の溜め溝２１ａ，２１ｂを形成した。また芯体本体部２２の外周面上には、厚み３ｍｍ、全長（Ｔ3 ）２３０ｍｍの弾性体層２５を成形している。
【００５４】
（実施例４）
図４に示すような、実施例２および実施例３を組み合わせたゴムローラを作製し、実施例４とした。
【００５５】
（比較例１）
溜め溝を形成しない導電性芯体を用いる他は、前記の実施例１と同じ構成のゴムローラを作製し、比較例１とした。
【００５６】
上記の実施例１〜４および比較例１のゴムローラを、それぞれ１００本作製し、各ゴムローラの支持用軸部における樹脂皮膜の形成状態を目視で観察した。その結果、除去が必要な樹脂皮膜が認められたのは、実施例１の場合は５本、実施例２の場合は４本、実施例３の場合は３本、実施例４の場合は２本であって、比較例１の場合は１００本全てであった。
【００５７】
【発明の効果】
上述の如く、本発明のゴムローラは、芯体本体部における弾性体層の成形終端位置から支持用軸部の軸受保持範囲に至る経路上の芯体外周面に単または複数の溜め溝が設けられるものであるから、本発明のゴムローラの製造過程において、弾性体層成形空間から漏出した材料樹脂を前記溜め溝に止めることができるので、前記溜め溝が樹脂溜めの機能を果たし、支持用軸部の軸受保持範囲に樹脂皮膜が形成されるのを防止することができる。従って、その樹脂皮膜を除去する仕上げ加工が不要となるので、低価格のゴムローラを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゴムローラの第１実施例を示す模式図である。
【図２】本発明に係るゴムローラの第２実施例を示す模式図である。
【図３】本発明に係るゴムローラの第３実施例を示す模式図である。
【図４】本発明に係るゴムローラの第４実施例を示す模式図である。
【図５】本発明に係るゴムローラの第５実施例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る導電性芯体を射出成形用金型に挿入した状態を示す模式図である。
【図７】従来のゴムローラの断面を示す模式図である。
【図８】従来の射出成形用金型を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ゴムローラ ２ 導電性芯体
３ 芯体本体部 ４ａ，４ｂ 支持用軸部
５ 弾性体層 ６ａ，６ｂ 弾性体層終端位置
７ａ，７ｂ 溜め溝 １０ ゴムローラ
１１ 導電性芯体 １２ａ，１２ｂ 支持用軸部
１３ 芯体本体部 １４ａ，１４ｂ 溜め溝
１５ 弾性体層 １６ａ，１６ｂ 芯体本体部端面
２０ ゴムローラ ２１ａ，２１ｂ 溜め溝
２２ 芯体本体部 ２３ａ，２３ｂ 支持用軸部
２４ａ，２４ｂ 段差面 ２５ 弾性体層
３０ ゴムローラ
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 溜め溝
４０ ゴムローラ ４１ａ，４１ｂ 支持用軸部
４２ 芯体本体部 ４３ａ，４３ｂ 芯体本体部端部
４４ａ，４４ｂ 溜め溝 ５０ 射出成形用金型
５１ 筒状金型 ５２ａ，５２ｂ 芯体保持部材
５３ａ，５３ｂ カバー部材 ５４ａ，５４ｂ 軸端保持孔
５６ 射出ノズル取付孔 ５７ 樹脂注入孔
５８ 弾性体層成形空間 ５９ ガス抜き孔
６０ 孔部 ６１ 孔部を閉じるピン
７０ 射出成形用金型 ７１ 筒状金型
７２ａ，７２ｂ 芯体保持部材
７３ａ，７３ｂ カバー部材
７４ａ，７４ｂ 軸端保持孔
７５ 射出ノズル取付孔 ７６ 樹脂注入孔
７７ 弾性体層成形空間 ７８ ガス抜き孔
７９ 孔部 ８０ 孔部を閉じるピン
９０ ゴムローラ ９１ 導電性芯体
９２ａ，９２ｂ 支持用軸部 ９３ 弾性体層
９４ａ，９４ｂ 芯体本体端面
Claims (4)
- 外周面上に弾性体層が成形された芯体本体部の両端に支持用軸部が設けられ、前記芯体本体部における弾性体層の成形終端位置から、前記支持用軸部が軸受により保持される範囲に至る経路上の外周面に単または複数の溜め溝が設けられていることを特徴とするゴムローラ。
- 前記芯体本体部と支持用軸部間に１以上の段差が設けられ、その段差面に単または複数の溜め溝が設けられる請求項１記載のゴムローラ。
- 前記溜め溝の断面形状がＶ字形状または矩形状である請求項１または請求項２記載のゴムローラ。
- 外周面上に弾性体層が成形された芯体本体部の両端に支持用軸部が設けられたゴムローラの製造方法において、芯体本体部の弾性体層成形予定範囲の終端位置から、支持用軸部の外周面のうち軸受により保持される範囲に至る経路上の芯体外周面に単または複数の溜め溝を形成し、前記支持用軸部を金型に設けられた軸端保持孔に挿入し保持して、密封した金型内に芯体を設置し、
前記金型の一端に設けた注入部から材料樹脂を圧入し、前記弾性体層成形予定範囲を超えて漏出した材料樹脂を前記溜め溝に止めつつ、芯体外周面上に弾性体層を成形し、金型の一端または両端を開放して成形体を開放端側から軸方向へ離型させ、最終成形体を得ることを特徴とするゴムローラの製造方法。
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