JP4307323B2 - Conductive roll and method for producing the same - Google Patents

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本発明は、導電性を付与した低硬度ゴムからなり且つ低圧縮永久ひずみに優れる導電性ロール、並びにこれを安価かつ容易に製造するための製造方法に関するものであり、プリンターなどの電子写真装置における現像ロール、帯電ロール、転写ロールなど感光体と圧接して用いられ、シャフトにバイアス電位を印加して使用される部材に用いて好適なものである。   The present invention relates to a conductive roll made of a low hardness rubber imparted with conductivity and excellent in low compression set, and a manufacturing method for manufacturing the same inexpensively and easily in an electrophotographic apparatus such as a printer. It is used in contact with a photosensitive member such as a developing roll, a charging roll, or a transfer roll, and is suitable for a member that is used by applying a bias potential to a shaft.

従来より、ゴムに導電性を付与する手段として導電性微粉末を添加することが一般に行われている。導電性微粉末として、炭素(カーボンブラック)、金属、金属酸化物などが一般に用いられる。   Conventionally, conductive fine powder is generally added as a means for imparting conductivity to rubber. As the conductive fine powder, carbon (carbon black), metal, metal oxide and the like are generally used.

一方、電子写真装置におけるバイアス印加ロールは感光体およびトナーへの非汚染性が要求される。物理的、化学的、電気的な汚染を防ぐため、ゴムロール表層にポリアミド(ナイロン)やアルキッド樹脂などの導電性コーティングを施すことが一般的に行われている(特許文献1、特許文献2、特許文献3など参照)。   On the other hand, the bias application roll in the electrophotographic apparatus is required to be non-staining to the photoreceptor and toner. In order to prevent physical, chemical, and electrical contamination, a conductive coating such as polyamide (nylon) or alkyd resin is generally applied to the rubber roll surface layer (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent). Reference 3 etc.).

しかしながら、このような構造を採用すると、工程が複雑となり製造コストが増大するという欠点を有している。   However, when such a structure is adopted, there is a disadvantage that the process becomes complicated and the manufacturing cost increases.

これらの問題点を簡便に解決する手段として、ロール表面の内側を化学的に処理する方法が提案されている(特許文献4参照)。   As a means for easily solving these problems, a method of chemically treating the inside of the roll surface has been proposed (see Patent Document 4).

この処理方法は効果的なものであるが、基材の表面抵抗の影響を受けやすいという問題点がある。基材の電気抵抗がイオン導電により制御されている場合はミクロ領域においても電気抵抗のばらつきは認められないが、温湿度などの環境により電気抵抗が変化するという問題点がある。   Although this treatment method is effective, there is a problem that it is easily affected by the surface resistance of the substrate. When the electric resistance of the substrate is controlled by ionic conduction, variation in electric resistance is not recognized even in the micro region, but there is a problem that the electric resistance changes depending on the environment such as temperature and humidity.

一方、基材の抵抗値がカーボンブラックなどの導電性微粒子の分散により制御されている場合には、温湿度などの環境による変動は少ないものの、導電性微粒子の分散に起因するばらつきが問題となる。この影響は、低解像度の領域では重視されなかったが、プリンター、複写機など電子写真装置の高画質化に伴い改善が要求されるようになった。   On the other hand, when the resistance value of the substrate is controlled by the dispersion of conductive fine particles such as carbon black, the variation due to the dispersion of the conductive fine particles becomes a problem, although the fluctuation due to the environment such as temperature and humidity is small. . This effect was not emphasized in the low-resolution area, but improvement has been demanded as the image quality of electrophotographic apparatuses such as printers and copiers is improved.

電子写真装置に組み込まれる画像形成にかかわる機能性ロールに共通して要求される特性として、圧縮永久ひずみが小さいことが挙げられる。特に現像ロールは感光体および現像ブレードに対する接圧の安定性が要求されるため、低圧縮永久ひずみは重要な要求特性となっている。   A characteristic that is commonly required for a functional roll related to image formation incorporated in an electrophotographic apparatus is that the compression set is small. In particular, since the developing roll is required to have stable contact pressure with respect to the photoreceptor and the developing blade, low compression set is an important required characteristic.

実際に必要とされる特性は永久ひずみとは少し異なる。ゴムロールを用いる利点として製品への組み込み時における機械的なばらつきなどを吸収できることが挙げられる。これは、ゴムが外力を受けると容易に変形し、しかも外力が取り除かれると瞬時にもとの形状に復元できる特性を利用したものである。現像ロールを例にとると、感光体および現像ブレードと圧接されており、変形された状態になっている。休暇明けなど長期間変形を受けた状態から、装置を起動させたとき所定の時間内に変形が回復しないと画像ムラを生じる。すなわち、永久変形が直接の尺度ではなく、短時間(数秒以内)で元の形状に戻るかが実用上問題となる。したがって、JISで規定しているゴムの圧縮永久ひずみ試験法(JIS K6262)は必要条件であるが十分条件とは限らない。最近の高画質プリンターでは、JISに準じた測定では圧縮永久ひずみは測定できないレベル(具体的には0.5%未満:JISでは測定値は1%単位に四捨五入となっている)が要求されている。   The properties actually required are slightly different from permanent set. An advantage of using a rubber roll is that it can absorb mechanical variations during incorporation into a product. This utilizes the characteristic that rubber is easily deformed when it receives an external force and can be instantly restored to its original shape when the external force is removed. Taking the developing roll as an example, it is in pressure contact with the photoreceptor and the developing blade, and is in a deformed state. When the apparatus is started from a state where it has been deformed for a long time, such as after a holiday, if the deformation does not recover within a predetermined time, image unevenness occurs. That is, it is practically a problem whether permanent deformation is not a direct measure but returns to the original shape in a short time (within several seconds). Therefore, the rubber compression set test method (JIS K6262) defined by JIS is a necessary condition but is not necessarily a sufficient condition. Recent high-quality printers are required to have a level at which compression set cannot be measured by measurement according to JIS (specifically, less than 0.5%: in JIS, measured values are rounded to the nearest 1%). Yes.

ポリウレタンは分子設計が容易であることから比較的低圧縮永久ひずみの低硬度ゴムを作製可能である。また、特許文献5には、硬度(ショアーA)30度程度で圧縮永久ひずみ1.2〜1.5%のカーボン導電ポリウレタンが開示されている。   Since polyurethane has a molecular design that is easy, it can produce a low hardness rubber with a relatively low compression set. Patent Document 5 discloses a carbon conductive polyurethane having a hardness (Shore A) of about 30 degrees and a compression set of 1.2 to 1.5%.

特開昭64−066674号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-066674 特開平4−67067号公報JP-A-4-67067 特開平7−020684号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-020684 特開平5−158341号公報JP-A-5-158341 特開平3−249675号公報JP-A-3-249675

以上を総括すると、高画質電子写真装置における画像形成にかかわるバイアス印加ゴムロールには、表面から接触部材に対してミクロ的(トナー粒径以下)に均一な導電性を有し、トナーおよび感光体に対する汚染性がなく、圧接部材からの変形が短時間で回復するという特性をすべて具備することが要求される。   In summary, the bias-applied rubber roll involved in image formation in a high-quality electrophotographic apparatus has a microscopic (toner particle size or less) uniform conductivity from the surface to the contact member. It is required to have all the characteristics that there is no contamination and the deformation from the pressure contact member is recovered in a short time.

しかしながら、このような特性を全て満足する単層の導電性ロールを容易に製造できる製造方法は実現されていない。   However, a production method that can easily produce a single-layer conductive roll satisfying all of these characteristics has not been realized.

本発明は、このような事情に鑑み、従来のチューブ被覆あるいはコーティングなどの複層構造を用いることなく、実質的に単層なロールであっても上述した特性を有する導電性ロール、並びにこれを安価に製造することができる導電性ロールの製造方法を提供することを課題とする。   In view of such circumstances, the present invention provides a conductive roll having the above-described characteristics even in a substantially single-layer roll without using a conventional multilayer structure such as tube coating or coating, and the like. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a conductive roll that can be manufactured at low cost.

前記課題を解決するため、本発明者らは検討を重ねた結果、基材を熱硬化性ポリウレタンとし、導電性を付与するカーボンの添加量を2.5wt%以上5wt%以下とし、ポリウレタンを構成するポリオールを2.5官能以上のポリエーテルとし、2官能より大きいイソシアネート化合物で、NCO/OHを1未満として硬化させることにより、歪回復性にきわめて優れた無可塑剤低硬度導電性ロールとなることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have repeatedly studied, and as a result, the base material is a thermosetting polyurethane, and the addition amount of carbon imparting conductivity is 2.5 wt% or more and 5 wt% or less to constitute the polyurethane. It becomes a non-plasticizer low-hardness conductive roll with extremely excellent strain recovery by curing the polyol to be a polyether having a functionality of 2.5 or more and an isocyanate compound having a functionality greater than 2 and NCO / OH being less than 1. As a result, the present invention has been completed.

本発明の第の態様は、カーボン微粉末を熱硬化性エラストマーに分散してなる導電性弾性層を芯金上に成形する導電性ロールの製造方法において、前記熱硬化性エラストマーが1分子あたりの平均官能基数が2.5以上であるポリエーテル系ポリオールと平均官能基数が2より大きいポリイソシアネート化合物とをNCO/OHのモル比が1未満で反応させることにより得られるポリウレタンであり、当該熱硬化性エラストマーにカーボン微粉末を2.5〜8重量%混合して成形材料とし、成形キャビティを画成する成形部材の周りに当該成形部材を加熱する加熱手段を設け、熱伝導率が5W/m・K以下の低熱伝導性層となる厚さが0.05〜1.00mmである樹脂製チューブを当該加熱手段と前記成形キャビティ内の成形材料との間に少なくとも1層介在させ、前記成形部材を100℃以上に加熱して前記低熱伝導性層を介して前記成形材料を加熱することにより、カーボン微粒子が再凝集を起こすまでの初期反応を70℃以下の低温下で反応させ、その後の成形材料の温度が上昇して反応することにより再凝集したカーボン微粒子を固定化することにより、圧縮永久ひずみが1%以下であり、10〜10Ωcmの範囲の電気抵抗値を有すると共に当該電気抵抗値の軸方向及び周方向のばらつきが1桁以内である導電性ロールを得ることを特徴とする導電性ロールの製造方法にある。 According to a first aspect of the present invention, in the method for producing a conductive roll in which a conductive elastic layer formed by dispersing fine carbon powder in a thermosetting elastomer is formed on a core metal, the thermosetting elastomer per molecule. A polyurethane obtained by reacting a polyether polyol having an average functional group number of 2.5 or more with a polyisocyanate compound having an average functional group number greater than 2 at an NCO / OH molar ratio of less than 1. A curable elastomer is mixed with 2.5 to 8% by weight of carbon fine powder to form a molding material. A heating means for heating the molding member is provided around the molding member defining the molding cavity, and the thermal conductivity is 5 W / Between the heating means and the molding material in the molding cavity, a resin tube having a thickness of 0.05 to 1.00 mm which becomes a low thermal conductivity layer of m · K or less At least one layer is interposed, and the molding member is heated to 100 ° C. or higher and the molding material is heated via the low thermal conductivity layer, whereby an initial reaction until carbon fine particles reaggregate is 70 ° C. or lower. By fixing the carbon fine particles re-aggregated by reacting at a low temperature and then reacting by raising the temperature of the molding material, the compression set is 1% or less, and the range of 10 4 to 10 8 Ωcm. In addition, the present invention provides a method for producing a conductive roll, characterized in that a conductive roll having an electrical resistance value of not more than one digit in the axial and circumferential variations of the electrical resistance value is obtained.

本発明の第の態様は、第の態様において、前記低熱伝導性チューブの熱伝導率が0.1W/m・K〜5W/m・Kであることを特徴とする導電性ロールの製造方法にある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the heat conductivity of the low thermal conductivity tube is 0.1 W / m · K to 5 W / m · K. Is in the way.

本発明は、導電性を付与するカーボンの添加量を2.5wt%以上8wt%以下、好ましくは2.5wt%以上5wt%以下とし、ポリウレタンを構成するポリオールを2.5官能以上のポリエーテルとし、2官能より大きいイソシアネート化合物で、NCO/OHを1未満として、カーボンが均一に分散した状態で硬化させることにより、歪回復性にきわめて優れた無可塑剤低硬度導電性ロールとするというものである。   In the present invention, the amount of carbon imparting conductivity is 2.5 wt% or more and 8 wt% or less, preferably 2.5 wt% or more and 5 wt% or less, and the polyol constituting the polyurethane is a 2.5 or more functional polyether. It is an isocyanate compound larger than bifunctional, NCO / OH is less than 1, and is cured in a state where carbon is uniformly dispersed, thereby producing a non-plasticizer low-hardness conductive roll with extremely excellent strain recovery. is there.

すなわち、本発明の導電性ロールは、いわゆる導電性カーボンといわれるカーボンを2wt%以下などと少量添加したものとは異なり、また、導電性が大きくないカーボンを5wt%を遙かに超えて10wt%程度あるいはそれ以上添加して安定した導電性を得ようとするものとも異なる。   That is, the conductive roll of the present invention is different from the one in which carbon called so-called conductive carbon is added in a small amount such as 2 wt% or less, and more than 5 wt% of carbon that is not highly conductive is 10 wt%. It is different from the one that is added to the extent or more to obtain stable conductivity.

カーボンブラックは種々の性質を持ったものが市販されており、用途に応じて選択されている。例えば比表面積および吸油量が大きい導電性カーボン(例えばケッチェンブラックEC;ライオン社製)を用いる場合、2wt%以下でも電子写真用画像形成ロールとして必要な導電性を付与することが可能であるが、本発明はこれとは異なる。なお、この場合、分散したカーボンが再凝集する際、ミクロなネットワーク構造を形成するためと推定されるが、カーボンの添加量が2.5wt%未満では、導電性のミクロ的なばらつきを制御することが困難である。また、比表面積の小さいカーボンブラックは比較的大量に配合することができ、ばらつきの小さな製品の場合には、導電性が発現する状態で5wt%を超えると圧縮永久ひずみが1%より大きくなり、これも本発明とは異なる。なお、この場合の圧縮永久ひずみはマトリックスであるポリマーによるものではなく、カーボンブラックのマクロ的な連鎖構造が可逆的に回復しないためと考えられる。   Carbon black having various properties is commercially available and is selected according to the application. For example, when conductive carbon having a large specific surface area and oil absorption (for example, Ketjen Black EC; manufactured by Lion Corporation) is used, it is possible to impart conductivity necessary for an electrophotographic image forming roll even at 2 wt% or less. The present invention is different from this. In this case, it is presumed that a micro-network structure is formed when the dispersed carbon re-aggregates. However, if the amount of carbon added is less than 2.5 wt%, the microscopic variation in conductivity is controlled. Is difficult. In addition, carbon black having a small specific surface area can be blended in a relatively large amount, and in the case of a product with small variation, if it exceeds 5 wt% in a state where conductivity is developed, the compression set becomes larger than 1%, This is also different from the present invention. Note that the compression set in this case is not due to the polymer as a matrix, and it is thought that the macroscopic chain structure of carbon black does not reversibly recover.

また、本発明ではカーボンの分散性を著しく向上させることができる。この場合には今までと比較して導電性が発現し難い傾向となるので、この場合にはカーボンを8重量%程度まで添加してもよい。なお、カーボンの分散性が良好な場合には、圧縮永久ひずみが大きくなり難く、また、このようにカーボンを多量に添加する場合には、圧縮永久ひずみに影響を与え難い、例えば、吸油量が小さいもの、粒径が大きいもの、ストラクチャーを形成し難いものなどを用いるのが好ましい。   In the present invention, the dispersibility of carbon can be remarkably improved. In this case, the conductivity is less likely to be exhibited as compared with the conventional case. In this case, carbon may be added up to about 8% by weight. In addition, when the dispersibility of carbon is good, the compression set is difficult to increase, and when adding a large amount of carbon in this way, the compression set is hardly affected. It is preferable to use a small size, a large particle size, or a material that is difficult to form a structure.

マトリックスとして用いるポリウレタンについて検討した結果、限定された分子構造を選択することにより電子写真用画像形成ロールとして要求される硬度60度程度(JISA)以下の低硬度で圧縮永久ひずみがほとんど観察されない基材を作製する手法を見出した。さらに、上述のカーボン量を選択することにより、カーボンによる導電性を発現した状態においても圧縮永久ひずみ1%以下という従来にない特性を有する材料となることがわかった。さらにこの材料は、永久ひずみに優れるだけではなく、ひずみからの瞬時の回復性そのものに優れるため、高速起動性を要求される用途に好適である。   As a result of examining polyurethane used as a matrix, a base material in which compression set is hardly observed at a low hardness of about 60 degrees (JISA) or less required as an image forming roll for electrophotography by selecting a limited molecular structure. We found a technique to make Furthermore, it has been found that by selecting the above-mentioned amount of carbon, it becomes a material having an unprecedented characteristic of 1% or less compression set even in a state where conductivity by carbon is expressed. Furthermore, this material is not only excellent in permanent strain, but also excellent in instantaneous recovery from strain itself, and thus is suitable for applications requiring high-speed start-up properties.

すなわち、本発明で用いるマトリックスは、ポリエーテル系ポリオールを主体とするポリウレタンであり、好ましくは、1分子あたりの平均官能基数が2.5以上であるポリエーテル系ポリオールと平均官能基数が2より大きいポリイソシアネートとをNCO/OHのモル比が1未満で反応させて得られる熱硬化性ポリウレタンである。   That is, the matrix used in the present invention is a polyurethane mainly composed of a polyether-based polyol, preferably a polyether-based polyol having an average number of functional groups per molecule of 2.5 or more and an average number of functional groups greater than 2. It is a thermosetting polyurethane obtained by reacting a polyisocyanate with an NCO / OH molar ratio of less than 1.

本発明のゴム弾性層として好適に用いられるエーテル系ポリウレタンは、エーテル系ポリオールを主体とするポリオールとポリイソシアネートとを反応することにより得られる、いわゆる注型タイプのポリウレタンである。これは圧縮永久ひずみを小さくするためである。なお、エーテル系ポリウレタンでもミラブルタイプとすると圧縮永久ひずみを十分に小さくすることができない。一方、エステル系ポリウレタンを用いた場合には、加水分解特性が悪く、長期に亘って安定して使用できない。   The ether-based polyurethane suitably used as the rubber elastic layer of the present invention is a so-called cast type polyurethane obtained by reacting a polyol mainly composed of an ether-based polyol with a polyisocyanate. This is to reduce the compression set. If ether type polyurethane is a millable type, the compression set cannot be sufficiently reduced. On the other hand, when ester polyurethane is used, the hydrolysis characteristics are poor and it cannot be used stably over a long period of time.

一方、ポリオールと反応させるイソシアネートとしては、例えば、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニール)チオホスフェート、ビシクロヘプタントリイソシアネートなどの3官能イソシアネート単体、ヘキサメチレンジイソシアネートのヌレート変性ポリイソシアネート(3量体:3官能、5量体:4官能)やポリメリックMDIなどの混合物を用いることができる。また、これらの3官能以上のポリイソシアネートと、一般的な2官能イソシアネート化合物との混合物としても良い。2官能イソシアネート化合物の例として、2,4−トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、3,3−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアネート(TODI)、及びこれらのイソシアネートを両末端に有するプレポリマー等の変性体や多量体などを挙げることができる。   On the other hand, as the isocyanate to be reacted with the polyol, for example, trifunctional isocyanate alone such as triphenylmethane triisocyanate, tris (isocyanate phenyl) thiophosphate, bicycloheptane triisocyanate, nurate-modified polyisocyanate of hexamethylene diisocyanate (trimer: Mixtures such as trifunctional, pentamer: tetrafunctional) and polymeric MDI can be used. Moreover, it is good also as a mixture of these polyfunctional isocyanates more than trifunctional and a general bifunctional isocyanate compound. Examples of the bifunctional isocyanate compound include 2,4-toluene diisocyanate (TDI), 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), paraphenylene diisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), 3,3- Examples include dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI), and modified products and multimers such as prepolymers having these isocyanates at both ends.

また、電子写真用画像形成ロールにおける電気的特性として電気抵抗値の安定性が要求される。特に写真階調を表現する現像ロールでは、部分的な抵抗ばらつきとして1桁以内が要求される。固有抵抗として0.1〜10Ωcm程度を示すカーボンブラックを絶縁体ともいえるエラストマー(1012〜1016Ωcm)に分散させて10〜10Ωcmの中抵抗領域を安定に形成することは、非常に困難である。画像を形成する最小単位は数ミクロンの大きさのトナーである。 In addition, stability of an electric resistance value is required as an electrical characteristic in an electrophotographic image forming roll. In particular, in a developing roll expressing photographic gradation, a partial resistance variation is required within one digit. It is very difficult to stably form a medium resistance region of 10 4 to 10 8 Ωcm by dispersing carbon black having a specific resistance of about 0.1 to 10 Ωcm in an elastomer (10 12 to 10 16 Ωcm) that can be called an insulator. It is difficult to. The smallest unit for forming an image is a toner having a size of several microns.

この領域における抵抗値が安定しているものは、分子レベルでの分散が期待できるイオン導電など限られているが、本発明では、カーボンの分散状態を保持したまま、加熱硬化させることにより、成形体全体において電気抵抗値の安定性が確保出来ることを見いだした。重要なポイントは、ポリウレタン原料に分散しているカーボンが再凝集する過程と、液状のポリウレタン原料が反応するに従い増粘してカーボンが動けなくなる過程を制御することにある。   What has a stable resistance value in this region is limited to ionic conduction that can be expected to be dispersed at the molecular level, but in the present invention, it is formed by heating and curing while maintaining the dispersed state of carbon. It was found that the stability of the electrical resistance value can be secured in the whole body. The important point is to control the process in which the carbon dispersed in the polyurethane raw material is re-agglomerated and the process in which the liquid polyurethane raw material reacts to increase the viscosity and the carbon cannot move.

従来フォーム系を除くポリウレタンエラストマーでは熱媒体と連結した100℃程度以上の高温の金属製金型に原料を注入することにより成形が行われている。これは原料を素早く加熱することにより、反応を進めるためであり、熱硬化性エラストマーの硬化処方としては極めて一般的な方法である。しかしながら、このように急激な熱勾配が生じると粘度が低下した金型表面近傍でカーボン凝集が加速し、ミクロ的な電気抵抗がばらつくことがわかった。   Conventional polyurethane elastomers other than foam systems are molded by injecting raw materials into a metal mold having a high temperature of about 100 ° C. or higher connected to a heat medium. This is to advance the reaction by quickly heating the raw material, and is a very general method for curing the thermosetting elastomer. However, it has been found that when such a rapid thermal gradient occurs, carbon aggregation accelerates near the mold surface where the viscosity has decreased, and the microscopic electrical resistance varies.

本発明は、成形部材内に充填されたカーボン分散原料を、カーボンの局部的な凝集を起こすことなく硬化させるもので、従来と同様の硬化時間を維持するために考案されたものである。すなわち、本発明では、マトリックス中にカーボン微粉末を分散させた状態で、最初はカーボン微粉末の流動が阻害される程度の粘度を保つ状態で比較的低温、例えば70℃以下でポリウレタン生成の初期反応を行い、カーボンの再凝集が固定化される領域まで反応が進んだ後、ゆっくりと加熱することにより、電気抵抗値の安定性を得ている。金型温度を制御するとこのような反応制御が可能であるが、エネルギー的に非効率的であり、装置も大掛かりなものとなってしまう。   The present invention cures the carbon-dispersed raw material filled in the molded member without causing local agglomeration of carbon, and has been devised to maintain the same curing time as before. That is, in the present invention, in the state where the fine carbon powder is dispersed in the matrix, the initial stage of polyurethane production is relatively low, for example, 70 ° C. or lower, while maintaining the viscosity to the extent that the flow of the fine carbon powder is inhibited. After the reaction is performed and the reaction proceeds to a region where the reaggregation of carbon is fixed, the resistance is stabilized by heating slowly. Such reaction control is possible by controlling the mold temperature, but it is inefficient in energy and the apparatus becomes large.

本発明では、従来と同様の定温制御金型を用いても、金型に注入された原料の初期温度が一定時間上昇しにくいよう考案されたもので、熱硬化性エラストマー原料と成形金型などの加熱手段との間に熱伝導率が小さい部材、例えば、5W/m・K以下の低熱伝導性層を少なくとも1層配置した状態でその外から加熱して粘度が低下しないように硬化させるものである。   In the present invention, even if a constant temperature control mold similar to the conventional one is used, the initial temperature of the raw material injected into the mold is devised so as not to rise for a certain period of time, such as a thermosetting elastomer raw material and a molding die. A member having a low thermal conductivity between the heating means, for example, a material having at least one low thermal conductive layer of 5 W / m · K or less, which is heated from the outside and cured so as not to lower the viscosity It is.

すなわち、カーボン微粉末を熱硬化性エラストマーに分散してなる導電性弾性層を芯金上に成形する導電性ロールの製造方法において、成形キャビティを画成する成形部材の周りに当該成形部材を加熱する加熱手段を設け、熱伝導率が5W/m・K以下の低熱伝導性層を当該加熱手段と前記成形キャビティ内の成形材料との間に少なくとも1層介在させて成形するものである。   That is, in a method for manufacturing a conductive roll in which a conductive elastic layer formed by dispersing carbon fine powder in a thermosetting elastomer is formed on a cored bar, the molded member is heated around a molded member that defines a molding cavity. And a low thermal conductivity layer having a thermal conductivity of 5 W / m · K or less is interposed between the heating means and the molding material in the molding cavity for molding.

ここで、熱伝導率が5W/m・K以下の低熱伝導性層とは、例えば、熱伝導率が小さい部材として、成形金型と比較して熱伝導率が1桁以上低い低熱伝導性チューブを成形部材として用いて成形するのが好ましい。さらに好ましいのは、2桁以上低い樹脂性チューブである。金型に使用される金属の熱伝導率を例示すると、炭素鋼で48.5W/m・K、鉄で72W/m・K、アルミニウムで240W/m・Kである(100℃における熱伝導率:理科年表2001年度版より引用)。   Here, the low thermal conductivity layer having a thermal conductivity of 5 W / m · K or less is, for example, a low thermal conductivity tube having a thermal conductivity that is one digit or more lower than that of a molding die as a member having a small thermal conductivity. It is preferable to mold using as a molding member. Further preferred is a resinous tube that is two orders of magnitude lower. Examples of the thermal conductivity of the metal used in the mold are 48.5 W / m · K for carbon steel, 72 W / m · K for iron, and 240 W / m · K for aluminum (thermal conductivity at 100 ° C. : Quoted from the 2001 scientific chronology).

ここで、低熱伝導性チューブとしては、一般的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレンなどの各種樹脂製チューブを用いることができる。また、低熱伝導性チューブの厚さは、例えば、0.05〜1.00mmであり、低熱伝導性チューブの熱伝導率は、0.1W/m・K〜5W/m・Kである。樹脂単体の熱伝導率は、0.2〜0.4程度であり、金属と比較して、2−3桁低い。また、樹脂を発泡させることによりさらに1桁熱伝導率は低下する。   Here, as the low thermal conductivity tube, various resin tubes such as polyethylene, polypropylene, polyamide, and polytetrafluoroethylene can be generally used. Further, the thickness of the low thermal conductivity tube is, for example, 0.05 to 1.00 mm, and the thermal conductivity of the low thermal conductivity tube is 0.1 W / m · K to 5 W / m · K. The thermal conductivity of the single resin is about 0.2 to 0.4, which is 2-3 orders of magnitude lower than that of metal. In addition, the thermal conductivity is further reduced by an order of magnitude by foaming the resin.

また、このような低熱伝導性チューブを成形部材として用いた場合、上述したように加熱手段として成形金型を成形部材に密着させて配置してもよいが、成形部材と成形金型との間に空気層を介在させてもよく、この場合、空気層も低熱伝導性層として機能する。さらに、このような空気層を設けた場合、成形部材を支持するために、成形部材と間欠的に点又は線で接触する支持部材を設けてもよい。なお、このような支持部材の形状、材質は特に限定されない。例えば、材質は、金属でも低熱伝導性の材質でもよい。   Further, when such a low thermal conductivity tube is used as a molding member, the molding die may be disposed in close contact with the molding member as a heating means as described above, but between the molding member and the molding die. In this case, the air layer also functions as a low heat conductive layer. Furthermore, when such an air layer is provided, in order to support the molded member, a support member that intermittently contacts the molded member with points or lines may be provided. Note that the shape and material of such a support member are not particularly limited. For example, the material may be a metal or a low thermal conductivity material.

さらに、成形部材を金属などの材質で形成してもよい。但し、この場合には、成形部材の外側に少なくとも1層の低熱伝導性層を介在させる必要がある。このような低熱伝導性層としては、空気層や樹脂層などを例示できる。   Furthermore, you may form a shaping | molding member with materials, such as a metal. However, in this case, it is necessary to interpose at least one low thermal conductivity layer outside the molded member. Examples of such a low thermal conductivity layer include an air layer and a resin layer.

また、加熱手段としては、成形金型を例示したが、成形部材を電熱炉などの中で加熱してもよく、この場合には電熱炉が加熱手段となる。   In addition, although a molding die is exemplified as the heating means, the molded member may be heated in an electric furnace or the like. In this case, the electric furnace serves as the heating means.

本発明によると、従来では達成困難であった成形体全体における電気抵抗値が安定したカーボン導電低硬度エラストマーを提供することができる。成形体表面近傍まで抵抗値が安定しており、かつ抵抗ばらつきの小さい導電性ロールを提供することが可能となった。抵抗ばらつきの尺度として、幅2mmの電極を用い、周方向、軸方向での多点測定における最大抵抗値と最低抵抗値の比を用いると、最大抵抗値/最低抵抗値の比で10以下の導電性ロールを容易に調整することが可能である。   According to the present invention, it is possible to provide a carbon conductive low-hardness elastomer having a stable electric resistance value in the entire molded body, which has been difficult to achieve conventionally. It has become possible to provide a conductive roll having a resistance value that is stable up to the vicinity of the surface of the molded body and a small resistance variation. Using a 2 mm wide electrode as a measure of resistance variation, and using the ratio of the maximum resistance value to the minimum resistance value in multipoint measurement in the circumferential direction and the axial direction, the ratio of maximum resistance value / minimum resistance value is 10 or less. It is possible to easily adjust the conductive roll.

このように抵抗ばらつきの少ない基材は導電性を厳密に調整されたコーティング層を必要としないため、イソシアネート化合物などにより基材内部を処理する表面硬化処理を効果的に活用することができる。表面硬化処理により、感光体、およびトナーに対するエラストマーロールの汚染は回避される。   Thus, since the base material with little variation in resistance does not require a coating layer whose conductivity is strictly adjusted, it is possible to effectively utilize the surface hardening treatment for treating the inside of the base material with an isocyanate compound or the like. By the surface curing treatment, contamination of the elastomer roll with respect to the photoreceptor and the toner is avoided.

また、表層の抵抗をさらに安定させるため表面硬化処理液にカーボンを添加するのが好ましい。また、この場合、カーボンの結着剤として少量のバインダー樹脂を添加すると好適である。この場合、バインダー樹脂は、ロールより発生する汚染物質の移行を防止する機能を付与する必要がないため、選択の条件は緩和される。したがって、耐汚染性ではなく、トナーの帯電性を考慮した材質の中から選定することができる。   Moreover, it is preferable to add carbon to the surface hardening treatment liquid in order to further stabilize the resistance of the surface layer. In this case, it is preferable to add a small amount of a binder resin as a carbon binder. In this case, since the binder resin does not need to be provided with a function of preventing the migration of contaminants generated from the roll, the selection conditions are relaxed. Therefore, it is possible to select from materials considering not the stain resistance but the chargeability of the toner.

特に現像ロールに使用する場合、トナー電荷漏洩防止のため吸水率が低く、さらにトナーを安定に帯電させるための原子団を有するポリマーが好適に選択される。溶解性の良好なバインダー樹脂として変性アクリルポリマーが挙げられる。特に、およびフッ素樹脂あるいはシリコーン樹脂で変性したアクリル系ポリマーが好適に用いられる。   Particularly when used for a developing roll, a polymer having a low water absorption rate for preventing toner charge leakage and further having an atomic group for stably charging the toner is suitably selected. Examples of the binder resin having good solubility include modified acrylic polymers. In particular, an acrylic polymer modified with a fluorine resin or a silicone resin is preferably used.

ここで、本発明の導電性ロールを成形するための金型の一例を図1に示す。   Here, an example of the metal mold | die for shape | molding the electroconductive roll of this invention is shown in FIG.

金型30は、内径が高精度に規定された金属製のパイプ部材からなる円筒型31と、芯金11の両端を保持するコマ32とを具備し、円筒型31とコマ32とは、同芯状態となるように、割型である押さえ金型33により保持されるようになっている。また、円筒型31内には、低熱伝導性チューブ34が配置されている。   The mold 30 includes a cylindrical mold 31 made of a metal pipe member whose inner diameter is defined with high accuracy, and a top 32 that holds both ends of the core metal 11. The cylindrical mold 31 and the top 32 are the same. It is held by a pressing mold 33 that is a split mold so as to be in a core state. A low thermal conductivity tube 34 is disposed in the cylindrical mold 31.

このような金型30を100℃程度に加熱しておき、低熱伝導性チューブ34内に、60℃程度に調整されたポリウレタン原料にカーボンを分散させた混合物40を注入する。最初の段階では、低熱伝導性チューブ34があるので、局部的な熱拡散による不均一なカーボン凝集が妨げられる。熱的に均一な状態で初期反応を行った後、原料は低熱伝導性チューブの存在によりゆっくりと加熱され硬化反応は速やかに進行する。   Such a mold 30 is heated to about 100 ° C., and a mixture 40 in which carbon is dispersed in a polyurethane raw material adjusted to about 60 ° C. is injected into the low thermal conductivity tube 34. In the first stage, the low thermal conductivity tube 34 prevents uneven carbon aggregation due to local thermal diffusion. After the initial reaction is performed in a thermally uniform state, the raw material is slowly heated by the presence of the low thermal conductivity tube, and the curing reaction proceeds quickly.

なお、上述した金型30では、円筒型31として金属製のパイプ部材を用いたが、これを用いなくてもよく、また、円筒型31の外側から熱風で直接加熱するようにしてもよく、円筒型31を省いて低熱伝導性チューブ34の外側から直接熱風で加熱するようにしてもよく、金型構造は特に限定されない。   In addition, in the metal mold | die 30 mentioned above, although the metal pipe member was used as the cylindrical mold 31, it is not necessary to use this, and you may make it heat directly with a hot air from the outer side of the cylindrical mold 31, The cylindrical mold 31 may be omitted and heated with hot air directly from the outside of the low thermal conductivity tube 34, and the mold structure is not particularly limited.

このように製造された導電性ロールは、成形されたロールの表面近傍でも実質的にカーボンの凝集が生じないので、実質的に表面研磨することなく使用することができる。すなわち、従来技術に係る通常の製造方法で製造した場合には、表面近傍ではカーボンの凝集が生じるので、表面近傍を最低でも3〜4mm程度研磨しないと、安定した表面抵抗値が得られなかったが、本発明の導電性ロールでは、実質的に研磨しなくてもよく、好ましくは0.5〜2mmと従来に比べて表層のみを研磨するだけで、安定した表面抵抗値が得られる。なお、一般的には、外径寸法及び外径の長手方向のばらつきを調整するために外径研磨が行われ、そのために1〜2mmの表面研磨は必要である。   The conductive roll manufactured in this manner can be used without substantially polishing the surface because carbon agglomeration does not substantially occur even near the surface of the molded roll. That is, when the conventional manufacturing method according to the prior art is used, agglomeration of carbon occurs in the vicinity of the surface. Therefore, unless the vicinity of the surface is polished at least about 3 to 4 mm, a stable surface resistance value cannot be obtained. However, in the conductive roll of the present invention, it is not necessary to substantially polish, and a stable surface resistance value can be obtained only by polishing only the surface layer of 0.5 to 2 mm as compared with the conventional one. In general, outer diameter polishing is performed to adjust the outer diameter dimension and the longitudinal variation of the outer diameter, and surface polishing of 1 to 2 mm is necessary for this purpose.

本発明の導電性ロールは、研磨した後、コーティング層を設けてもよいが、表面状態を維持し且つ所定の摩擦係数及び摩擦帯電を行うことができる表面処理を施すのが好ましい。   The conductive roll of the present invention may be provided with a coating layer after being polished, but is preferably subjected to a surface treatment capable of maintaining a surface state and performing a predetermined friction coefficient and friction charging.

ここで、表面処理とは、イソシアネート化合物を含浸させて硬化させたイソシアネート処理をいう。使用する表面処理液は、イソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させたもの、さらには、これにカーボンブラックを添加したものを用いることができる。また、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも1種のポリマーと、導電性付与剤と、イソシアネート成分とを含有する表面処理液を用いることもできる。   Here, the surface treatment refers to an isocyanate treatment in which an isocyanate compound is impregnated and cured. As the surface treatment liquid to be used, a solution obtained by dissolving an isocyanate compound in an organic solvent, or a solution obtained by adding carbon black to this can be used. In addition, a surface treatment liquid containing at least one polymer selected from an acrylic fluorine-based polymer and an acrylic silicone-based polymer, a conductivity imparting agent, and an isocyanate component can also be used.

表面処理液に用いるイソシアネート化合物としては、2,4−トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)及び3,3−ジメチルジフェニル−4,4′−ジイソシアネート(TODI)および前記記載の多量体および変性体などを挙げることができる。   Examples of the isocyanate compound used in the surface treatment liquid include 2,4-toluene diisocyanate (TDI), 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), paraphenylene diisocyanate (PPDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), and 3,4. Examples thereof include 3-dimethyldiphenyl-4,4′-diisocyanate (TODI) and the above-described multimers and modified products.

ここで、このように導電性ロールの表面にイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層が設けられた場合には、この表面処理により、所定の表面状態と摩擦係数が得られると共に、電気抵抗値のバラツキが小さくなり、所定の電気抵抗値を有する導電性ロールを得られるようになるという効果も奏する。   Here, when the surface treatment layer surface-treated with the surface treatment liquid containing isocyanate is provided on the surface of the conductive roll as described above, a predetermined surface state and a friction coefficient are obtained by this surface treatment. Further, the variation in electric resistance value is reduced, and there is also an effect that a conductive roll having a predetermined electric resistance value can be obtained.

以上説明したように、本発明は、基材を熱硬化性ポリウレタンとし、導電性を付与するカーボンの添加量を2.5wt%以上5wt%以下とし、ポリウレタンを構成するポリオールを2.5官能以上のポリエーテルとし、2官能より大きいイソシアネート化合物で、NCO/OHを1未満として硬化させることにより、歪回復性にきわめて優れた無可塑剤低硬度導電性ロールを提供するという効果を奏する。   As described above, in the present invention, the base material is thermosetting polyurethane, the amount of carbon imparting conductivity is 2.5 wt% or more and 5 wt% or less, and the polyol constituting the polyurethane is 2.5 functional or more. When the NCO / OH is less than 1 and is cured with an isocyanate compound having a functionality greater than 2 and a non-plasticizer low-hardness conductive roll having an extremely excellent strain recovery property, an effect is provided.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to this.

(実施例1)
〈ロールの製法〉3官能ポリエーテル系ポリオールであるGP−3000(三洋化成社製)100重量部に、トーカブラック#5500(東海カーボン社製)を5重量部添加し、粒度が10μm以下となる程度まで分散させ、60℃に温調し、A液を得た。一方、2官能でNCO濃度4.2%のプレポリマーアジプレンL100(ユニロイヤル社製)70重量部に、平均3.7官能でNCO濃度21.3%のコロネートC−HX(日本ポリウレタン社製)30重量部を添加・混合し、60℃に温調してB液を得た。B液の平均官能基数は2.9であり、NCO濃度は9.3%である。このA液とB液とを105:36(NCO/OH=0.8)の重量比率で混合し、あらかじめシャフト(φ:8mm、l:270mm)が配置されると共に内壁面に密着するようにポリプロピレン製押出しチューブ(外径23mm、厚さ0.2mm)が挿入してあり、110℃に予熱されたφ23mmの鉄製パイプ金型に注入し、110℃にて120分間加熱し、両端部を除くシャフト表面に導電性ポリウレタン層が形成されたロールを得た。カーボンブラックの濃度は3.5wt%である。
Example 1
<Method for producing roll> To 100 parts by weight of GP-3000 (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.), which is a trifunctional polyether-based polyol, 5 parts by weight of Toka Black # 5500 (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) is added, and the particle size becomes 10 μm or less. Disperse to the extent that the temperature was adjusted to 60 ° C. to obtain Liquid A. On the other hand, 70 parts by weight of bifunctional prepolymer adiprene L100 (made by Uniroyal Corporation) with an NCO concentration of 4.2% was added to coronate C-HX (made by Nippon Polyurethane Co., Ltd.) with an average of 3.7 functionalities and an NCO concentration of 21.3%. 30 parts by weight were added and mixed, and the temperature was adjusted to 60 ° C. to obtain a liquid B. The average functional group number of B liquid is 2.9, and NCO density | concentration is 9.3%. This liquid A and liquid B are mixed at a weight ratio of 105: 36 (NCO / OH = 0.8) so that the shaft (φ: 8 mm, l: 270 mm) is arranged in advance and is in close contact with the inner wall surface. A polypropylene extruded tube (outer diameter 23 mm, thickness 0.2 mm) is inserted, poured into a φ23 mm steel pipe mold preheated to 110 ° C., heated at 110 ° C. for 120 minutes, and both ends are removed. A roll having a conductive polyurethane layer formed on the shaft surface was obtained. The concentration of carbon black is 3.5 wt%.

この導電性ロールの表面を1.5mm研磨し、外径を20mmに調整したものを実施例1の導電性ロールとした。   The conductive roll of Example 1 was prepared by polishing the surface of this conductive roll for 1.5 mm and adjusting the outer diameter to 20 mm.

また、硬度(JIS K6253)および圧縮永久ひずみ(JIS K6262)を測定するため、φ30mm、高さ13mmの内容積を有する金型に注入し、同様の条件で加熱硬化を行った。   Moreover, in order to measure hardness (JIS K6253) and compression set (JIS K6262), it injected into the metal mold | die which has an internal volume of (phi) 30mm and height 13mm, and heat-hardened on the same conditions.

(実施例2)
実施例1の未研磨状態の導電性ロールを、酢酸エチル100重量部、アセチレンブラック(電気化学社製)4重量部、及びアクリルシリコーンポリマー(モディパーFS700;日本油脂社製)2重量部をボールミルで3時間分散混合した後、イソシアネート化合物(MDI)20重量部添加混合溶解させた表面処理液を用いて表面処理を行い、表面処理層を形成した。すなわち、表面処理液を23℃に保ったままゴムロールを30秒浸漬し、その後120℃に保持されたオーブンで1時間加熱することにより表面処理層を形成したものを実施例2の導電性ロールとした。
(Example 2)
In a ball mill, 100 parts by weight of ethyl acetate, 4 parts by weight of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku), and 2 parts by weight of an acrylic silicone polymer (Modiper FS700; manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd.) were used. After dispersing and mixing for 3 hours, surface treatment was performed using a surface treatment liquid in which 20 parts by weight of an isocyanate compound (MDI) was added, mixed and dissolved to form a surface treatment layer. That is, the conductive roll of Example 2 was formed by immersing the rubber roll for 30 seconds while maintaining the surface treatment liquid at 23 ° C., and then forming the surface treatment layer by heating in an oven maintained at 120 ° C. for 1 hour. did.

(実施例3)
実施例1のロールの表面を実施例2と同様に処理して実施例3の導電性ロールとした。
(Example 3)
The surface of the roll of Example 1 was treated in the same manner as in Example 2 to obtain a conductive roll of Example 3.

(実施例4)
〈ロールの製法〉3官能ポリエーテル系ポリオールであるGP−3000(三洋化成社製)100重量部に、トーカブラック#5500(東海カーボン社製)を4重量部およびVULCAN XC305(キャボット社製)3重量部を添加し、粒度が10μm以下となる程度まで分散させ、60℃に温調し、C液を得た。一方、実施例1と同様のB液を調整し、このC液とB液とを105:36(NCO/OH=0.85)の重量比率で混合したのち、120℃に予熱された内径28mm深さ350mmの穴加工を施されたアルミ製金型に挿入され、あらかじめシャフト(φ:8mm、l:270mm)が中央に配置されるようポリプロピレン製樹脂キャップでシャフト両端部を固定したポリプロピレン製押出しチューブ(外径24mm、厚さ0.3mm)に注入し、120℃にて120分間加熱し、両端部を除くシャフト表面に導電性ポリウレタン層が形成されたロールを得た。また実施例1と同様に硬度および永久圧縮ひずみ測定用サンプルを作製した。カーボンブラックの濃度は5.2wt%である。
(Example 4)
<Production Method of Roll> 4 parts by weight of Toka Black # 5500 (manufactured by Tokai Carbon Co.) and 100 parts by weight of GP-3000 (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.), a trifunctional polyether polyol, and VULCAN XC305 (manufactured by Cabot) 3 Part by weight was added and dispersed until the particle size became 10 μm or less, and the temperature was adjusted to 60 ° C. to obtain liquid C. On the other hand, the same B liquid as in Example 1 was prepared, and this C liquid and B liquid were mixed at a weight ratio of 105: 36 (NCO / OH = 0.85), and then preheated to 120 ° C. with an inner diameter of 28 mm. Inserted into an aluminum mold with a hole depth of 350 mm, and extruded with polypropylene with both ends of the shaft fixed with a polypropylene resin cap so that the shaft (φ: 8 mm, l: 270 mm) is placed in the center in advance. It was poured into a tube (outer diameter 24 mm, thickness 0.3 mm) and heated at 120 ° C. for 120 minutes to obtain a roll having a conductive polyurethane layer formed on the shaft surface excluding both ends. A sample for measuring hardness and permanent compression strain was prepared in the same manner as in Example 1. The concentration of carbon black is 5.2 wt%.

この導電性ロールの表面を1.5mm研磨し、外径を20mmに調整したものの表面を実施例2と同様に処理して実施例4の導電性ロールとした。   The surface of this conductive roll was polished 1.5 mm and the outer diameter was adjusted to 20 mm, and the surface was treated in the same manner as in Example 2 to obtain a conductive roll of Example 4.

(比較例1)
実施例1で用いた鉄パイプ金型の内壁面のポリプロピレン製押出しチューブを用いないで、離型層としてシリコーン系離型剤を塗布した以外は、実施例1と同様に製造し、表層を約1.5mmの厚さで研磨加工し、外径を20mmに調整したものを比較例1の導電性ロールとした。
(Comparative Example 1)
Production was carried out in the same manner as in Example 1 except that a polypropylene-based extruded tube on the inner wall surface of the iron pipe mold used in Example 1 was used and a silicone release agent was applied as the release layer. The conductive roll of Comparative Example 1 was polished to a thickness of 1.5 mm and the outer diameter was adjusted to 20 mm.

(比較例2)
比較例1の未研磨状態のロールの表面を実施例2と同様に処理して比較例2の導電性ロールとした。
(Comparative Example 2)
The surface of the unpolished roll of Comparative Example 1 was treated in the same manner as in Example 2 to obtain a conductive roll of Comparative Example 2.

(比較例3)
比較例1のロールの表面を実施例2と同様に処理して比較例3の導電性ロールとした。
(Comparative Example 3)
The surface of the roll of Comparative Example 1 was treated in the same manner as in Example 2 to obtain a conductive roll of Comparative Example 3.

(比較例4)
比較例1の未研磨品を比較例4の導電性ロールとした。
(Comparative Example 4)
The unpolished product of Comparative Example 1 was used as the conductive roll of Comparative Example 4.

(比較例5)
実施例1の未研磨品を比較例5の導電性ロールとした。
(Comparative Example 5)
The unpolished product of Example 1 was used as the conductive roll of Comparative Example 5.

(試験例1)
実施例1および実施例2において作製したテストピースの硬度は51度および53度(デュロメーターA)、25%70℃に72時間放置後の圧縮永久ひずみは0.3%および0.4%であった。JIS K6262では、平均値をJIS Z8401によって丸め、整数位で表すことになっている。本実施例により、ほぼ完全に復元する低硬度エラストマー材質が得られていることがわかった。
(Test Example 1)
The hardness of the test pieces prepared in Example 1 and Example 2 was 51 degrees and 53 degrees (durometer A), and the compression set after standing at 25% 70 ° C. for 72 hours was 0.3% and 0.4%. It was. In JIS K6262, the average value is rounded by JIS Z8401 and expressed in integers. According to this example, it was found that a low-hardness elastomer material that was almost completely restored was obtained.

(試験例2)
電気抵抗値のばらつきについて評価を行った。ロール1本内における軸方向および周方向のばらつきを評価するため、図2に示すように、導電性ロールの弾性層12の表面に電極の幅を2mmとしたステンレス電極51を密着し、芯金11との間のロールを回転させながらその位置における抵抗値を測定した。これを長手方向の6箇所で測定した。この結果を表1に示す。
(Test Example 2)
Evaluation was made for variations in electrical resistance values. In order to evaluate the variation in the axial direction and the circumferential direction in one roll, as shown in FIG. 2, a stainless steel electrode 51 having an electrode width of 2 mm is adhered to the surface of the elastic layer 12 of the conductive roll, and the core metal The resistance value at that position was measured while rotating the roll between the two. This was measured at six locations in the longitudinal direction. The results are shown in Table 1.

Figure 0004307323
Figure 0004307323

各測定位置における抵抗値の最大値(Rmax)、最小値(Rmin)および最大値と最小値の比(Rmax/Rmin)を示す。従来から行われている金属製金型により成形されたロールは研磨(比較例1,3)および表面処理(比較例4)により電気抵抗値のばらつきは小さくなるものの、成形体表面では非常にばらつきが大きいことがわかった。一方、熱伝導率の小さいPPチューブを挿入して成形したロールは抵抗値のばらつきが非常に小さく、未研磨状態(比較例5)でも非常にばらつきが小さく、表層のみ研磨することにより(実施例1)、電気抵抗値のばらつきが1桁以内となった。また、このロール基材を用いると、導電性の調整されたコーティング剤を塗布する従来法を用いることなく、より簡便で低コストな表面硬化処理を用いても電気抵抗値のばらつきが1桁以内のロールを得ることができ(実施例3、4)、この場合には未研磨状態でも電気抵抗値のばらつきが1桁以内に入ることがわかった(実施例2)。 The maximum value (R max ), the minimum value (R min ) of the resistance value at each measurement position, and the ratio between the maximum value and the minimum value (R max / R min ) are shown. Conventionally formed rolls made of metal molds have a small variation in electrical resistance values due to polishing (Comparative Examples 1 and 3) and surface treatment (Comparative Example 4), but very large variations on the surface of the molded body. Was found to be large. On the other hand, a roll formed by inserting a PP tube having a low thermal conductivity has a very small variation in resistance value. Even in an unpolished state (Comparative Example 5), the variation is very small. By polishing only the surface layer (Example) 1) The variation of the electric resistance value was within one digit. Moreover, when this roll base material is used, even if a simpler and lower-cost surface hardening treatment is used without using a conventional method of applying a coating agent with adjusted conductivity, the variation in electric resistance value is within one digit. (Examples 3 and 4), and in this case, it was found that even in an unpolished state, the variation in electric resistance value was within one digit (Example 2).

(試験例3)
熱硬化過程における原料温度の経時変化を測定した結果を図3に示す。測定は実施例4および比較例1で行い、測定位置はシャフト中央部、外径20mmの地点である。
(Test Example 3)
FIG. 3 shows the results of measuring the change over time in the raw material temperature during the thermosetting process. The measurement is performed in Example 4 and Comparative Example 1, and the measurement position is a point at the center of the shaft and an outer diameter of 20 mm.

シリコーン系離型剤を介して鉄パイプ金型と直接接触する比較例1では1分以内に液温が100℃に達するのに対し、実施例4では3分以上を要していることが確認された。   In Comparative Example 1 in direct contact with the iron pipe mold via the silicone mold release agent, the liquid temperature reached 100 ° C. within 1 minute, whereas in Example 4 it was confirmed that 3 minutes or more were required. It was done.

一実施形態にかかる導電性ロールの一製造例を説明する図である。It is a figure explaining one manufacture example of the electroconductive roll concerning one Embodiment. 一実施形態にかかる導電性ロールの電気抵抗値の測定の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the measurement of the electrical resistance value of the electroconductive roll concerning one Embodiment. 一実施形態にかかる導電性ロールにおける原料温度の経時変化を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the time-dependent change of the raw material temperature in the electroconductive roll concerning one Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11 芯金
12 弾性層
30 金型
31 円筒型
34 低熱伝導性チューブ
11 Core 12 Elastic layer 30 Mold 31 Cylindrical 34 Low thermal conductivity tube

Claims (2)

カーボン微粉末を熱硬化性エラストマーに分散してなる導電性弾性層を芯金上に成形する導電性ロールの製造方法において、前記熱硬化性エラストマーが1分子あたりの平均官能基数が2.5以上であるポリエーテル系ポリオールと平均官能基数が2より大きいポリイソシアネート化合物とをNCO/OHのモル比が1未満で反応させることにより得られるポリウレタンであり、当該熱硬化性エラストマーにカーボン微粉末を2.5〜8重量%混合して成形材料とし、成形キャビティを画成する成形部材の周りに当該成形部材を加熱する加熱手段を設け、熱伝導率が5W/m・K以下の低熱伝導性層となる厚さが0.05〜1.00mmである樹脂製チューブを当該加熱手段と前記成形キャビティ内の成形材料との間に少なくとも1層介在させ、前記成形部材を100℃以上に加熱して前記低熱伝導性層を介して前記成形材料を加熱することにより、カーボン微粒子が再凝集を起こすまでの初期反応を70℃以下の低温下で反応させ、その後の成形材料の温度が上昇して反応することにより再凝集したカーボン微粒子を固定化することにより、圧縮永久ひずみが1%以下であり、10〜10Ωcmの範囲の電気抵抗値を有すると共に当該電気抵抗値の軸方向及び周方向のばらつきが1桁以内である導電性ロールを得ることを特徴とする導電性ロールの製造方法。 In the method for producing a conductive roll in which a conductive elastic layer formed by dispersing carbon fine powder in a thermosetting elastomer is formed on a core metal, the average number of functional groups per molecule of the thermosetting elastomer is 2.5 or more. Is a polyurethane obtained by reacting a polyisocyanate compound having a mean number of functional groups of greater than 2 with an NCO / OH molar ratio of less than 1, and 2 carbon fine powders are added to the thermosetting elastomer. A low thermal conductive layer having a thermal conductivity of 5 W / m · K or less provided with a heating means for heating the molded member around the molded member that defines a molding cavity by mixing 5 to 8% by weight to form a molding material At least one layer of a resin tube having a thickness of 0.05 to 1.00 mm is interposed between the heating means and the molding material in the molding cavity. By heating the molding material to 100 ° C. or higher and heating the molding material through the low thermal conductivity layer, the initial reaction until the carbon fine particles re-aggregate is allowed to react at a low temperature of 70 ° C. or lower. Then, by fixing the carbon fine particles that have been re-aggregated by reacting with the temperature of the subsequent molding material rising, the compression set is 1% or less, and the electric resistance value is in the range of 10 4 to 10 8 Ωcm. And a conductive roll having a variation in the axial direction and the circumferential direction of the electrical resistance value within one digit. 請求項において、前記低熱伝導性チューブの熱伝導率が0.1W/m・K〜5W/m・Kであることを特徴とする導電性ロールの製造方法。 The method of manufacturing a conductive roll according to claim 1 , wherein the low thermal conductivity tube has a thermal conductivity of 0.1 W / m · K to 5 W / m · K.
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