JP5853124B2

JP5853124B2 - 導電性シャフトおよびそれを用いたｏａ機器用導電性ロール、並びに導電性シャフトの製法

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Publication number: JP5853124B2
Application number: JP2015520760A
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Inventors: 直樹小柳津; 幸治水谷; 鈴木　淳一朗; 淳一朗鈴木; 片山　和孝; 和孝片山; 日比野　委茂; 委茂日比野
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Publication date: 2016-02-09
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Description

本発明は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）からなる導電性シャフトおよびそれを用いたＯＡ機器用導電性ロール、並びに上記導電性シャフトの製法に関するものである。

電子写真複写機、プリンター、ファクシミリ等のＯＡ（オフィス・オートメイション：Office Automation）機器用の、導電性ロール（帯電ロール、現像ロール等）には、通常、鉄等の金属製の軸体（シャフト）が用いられる。また、上記軸体には、通常、腐食防止のためのめっき処理が施されている。上記のように導電性ロールに金属製の軸体が用いられる理由は、高精度の加工性や、帯電機構に伴う導電性が要求されるからである。

しかしながら、シャフトに施しているめっきは、輸送時の軸体同士の擦れや研磨粉による擦れなどで剥がれやすく、その結果、シャフトの腐食に至る懸念がある。

また、輸送しやすいよう、シャフトの軽量化が求められており、さらには、空輸に際し飛行機の計器に悪影響を与えないよう、シャフトの非磁性化も求められている。さらに、めっきに微量含まれる環境負荷物質をできるだけ少なくしたいといった環境面の要望もある。

以上のことから、近年、金属製シャフトに代えて、樹脂製シャフトを軸体に用いた導電性ロールが提案されている（特許文献１参照）。すなわち、樹脂製であるため、重金属などは含まず、錆びることもなく、しかも軽量であることから、上記金属製シャフトの問題を解消することが可能である。

特開２００３−１９５６０１号公報

しかしながら、樹脂製シャフトは、強度や剛性の点で問題があり、しかも金属性シャフトと比較して導電性が低く、電気ロスが大きいことから、導電性ロールの軸体としての実用に耐えないといった問題がある。また、樹脂製シャフトに導電性を付与する場合、通常、その材料である樹脂組成物にカーボンブラック等の導電性フィラーを添加して導電性を高くする手法が用いられるが、導電性を高めるためにその添加量を多くすると、樹脂組成物の粘度が増加して成形困難となるといった問題が生じる。特に、特許文献１に開示のシャフトのように射出成形によって製造する場合、カーボンブラックを多量に添加すると、射出成形が困難なほど樹脂組成物の粘度が極端に上昇することから、カーボンブラックの多量添加による導電性の発現は困難である。また、カーボンブラックは、導電性フィラーのなかでも安価なため、コストメリットが高いが、他の導電性フィラーと比較して粒子が小さく表面積が大きいことから凝集・再凝集が生じやすく、結果、導電性が発現しにくいといった問題もある。

そこで、本発明者らは、補強材として、導電性を有する炭素繊維（ＣＦ）のみを用いた、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製のシャフトを検討してみた。しかしながら、炭素繊維（ＣＦ）は非常にコストが高く、そのため、製品単価に大きく影響するといった問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、軽量で、強度が高く、導電性に優れ、しかも安価である、導電性シャフトおよびそれを用いたＯＡ機器用導電性ロール、並びに導電性シャフトの製法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、シャフトの長手方向に平行に連続ガラス繊維束が埋設された繊維強化樹脂製のシャフトであって、そのマトリックス樹脂が、下記の（Ａ）を主成分とし下記の（Ｂ）〜（Ｄ）成分を含有する樹脂組成物からなり、上記（Ｂ）成分が、粒子状でかつ連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って分布している導電性シャフトを第一の要旨とし、上記導電性シャフトを軸体とするＯＡ機器用導電性ロールを第二の要旨とする。
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）カーボンブラック。
（Ｃ）塩基性官能基を有する分散剤。
（Ｄ）（Ａ）成分の硬化剤。

また、本発明は、上記導電性シャフトの製法であって、連続ガラス繊維を束ねた状態で、下記の（Ａ）を主成分とし下記の（Ｂ）〜（Ｄ）成分を含有する樹脂組成物の入った槽に引き込み、連続ガラス繊維を樹脂組成物に含浸させた後、金型に引き込み熱硬化させ、それにより得られた長尺の繊維強化樹脂成形品を、所定の長さに切断する導電性シャフトの製法を第三の要旨とする。
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）カーボンブラック。
（Ｃ）塩基性官能基を有する分散剤。
（Ｄ）（Ａ）成分の硬化剤。

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、本発明者らは、シャフトを繊維強化樹脂製にし、その補強材となる繊維に、炭素繊維（ＣＦ）よりもコストメリットの高いガラス繊維（ＧＦ）からなる連続繊維束を用い、シャフトの長手方向に平行に連続ガラス繊維束が埋設されるようにし、かつ、導電性付与のため、そのマトリックス樹脂中にカーボンブラックを含有させることを検討した。しかしながら、カーボンブラックを用いた場合、先に述べたような成形性や導電性付与に関する問題を解決する必要がある。そこで、本発明者らが、さらに研究を重ね、マトリックス樹脂組成物を、熱硬化性樹脂（Ａ）を主成分とし、塩基性官能基を有する分散剤（Ｃ）を含有するものとしたところ、上記分散剤（Ｃ）の塩基性官能基がカーボンブラック（Ｂ）の酸性官能基と相互作用し、カーボンブラック（Ｂ）の分散性が改善されて、カーボンブラック（Ｂ）が連続ガラス繊維束の間に入り込んで配列するようになることを突き止めた。これにより、カーボンブラック（Ｂ）が、粒子状でかつ連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って分布するようになり、少ないカーボンブラック量で組成物の粘度を上げずに電気パスルートをつくることができ、その結果、所期の目的が達成できる導電性シャフトが得られることを見いだし、本発明に到達した。

なお、上記のように少ないカーボンブラック量で電気パスルートをつくるには、従来のような射出成形では困難である。そこで、連続ガラス繊維を束ねた状態で、前記マトリックス樹脂組成物の入った槽に引き込み、連続ガラス繊維を樹脂組成物に含浸させた後、金型に引き込み熱硬化させ、それにより得られた長尺の繊維強化樹脂成形品を、所定の長さに切断するといった特殊な製法を適用したところ、上記の問題は解消され、先に述べたような特殊な導電性シャフトを良好に製造することができるようになることを、本発明者らは突き止めた。

以上のように、本発明の導電性シャフトは、シャフトの長手方向に平行に連続ガラス繊維束が埋設された繊維強化樹脂製のシャフトであって、そのマトリックス樹脂が、熱硬化性樹脂（Ａ）を主成分とし、カーボンブラック（Ｂ）、特定の分散剤（Ｃ）および硬化剤（Ｄ）を含有する樹脂組成物からなり、上記カーボンブラック（Ｂ）が、粒子状でかつ連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って分布している。そのため、軽量で、強度が高く、導電性に優れ、しかも安価な導電性シャフトとすることができる。また、上記導電性シャフトを用いたＯＡ機器用導電性ロールは、従来の金属製シャフトを用いたものと同様、優れたロール性能を発現するとともに、軽量化等の、上記導電性シャフトを用いたことによる作用効果を得ることができる。

また、連続ガラス繊維を束ねた状態で、上記樹脂組成物の入った槽に引き込み、連続ガラス繊維を樹脂組成物に含浸させた後、金型に引き込み熱硬化させ、それにより得られた長尺の繊維強化樹脂成形品を、所定の長さに切断するといった特殊な製法により、少ないカーボンブラック量で電気パスルートをつくることができ、本発明の導電性シャフトを良好に製造することができる。

本発明の導電性シャフトの断面状態を示した模式図である。比較用シャフトの断面状態を示した模式図である。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

本発明の導電性シャフトは、先に述べたように、シャフトの長手方向に平行に連続ガラス繊維束が埋設された繊維強化樹脂製のシャフトであって、そのマトリックス樹脂が、熱硬化性樹脂（Ａ）を主成分とし、カーボンブラック（Ｂ）、特定の分散剤（Ｃ）および硬化剤（Ｄ）を含有する樹脂組成物からなり、上記カーボンブラック（Ｂ）が、粒子状でかつ連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って分布している。ここで、上記樹脂組成物の「主成分」とは、その組成物全体の特性に大きな影響を与えるもののことであり、本発明においては、全体の５０重量％以上を意味する。また、「上記カーボンブラック（Ｂ）が、粒子状でかつ連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って分布している。」とは、カーボンブラックの凝集がみられず、連続ガラス繊維に沿ってカーボンブラックによる電気パスルートができており、それによりシャフトの導電性が確保された状態を意味する。これを模式的に示すと、図１に示すようになる。図において、１はシャフト、２はガラス繊維束、２ａはそれを構成するガラス繊維、３はカーボンブラック、４はマトリックス樹脂である。このカーボンブラックの分布状態は、導電性シャフトの断面を電子顕微鏡観察することにより確認することが可能であるが、通常、上記マトリックス樹脂の材料である樹脂組成物中のカーボンブラックの配合割合が後記に示す範囲内で、かつその導電性シャフトの電気抵抗値が後記のように低い値を示すものであれば、カーボンブラックが上記のような分布状態となっているとみなすことができる。なお、図２は、比較用の図であり、カーボンブラックが上記のような分布状態となっておらず凝集している様子を示すものである。

本発明の導電性シャフトにおいて、ガラス繊維は、上記のように、強度や剛性の観点から連続繊維である必要があり、それが、上記のように束になっている。なお、以下の計算式（１）で求められる、本発明の導電性シャフトにおけるガラス繊維含有率（Ｖｆ値）は、好ましくは４０〜７０％であり、より好ましくは５５〜６５％である。すなわち、Ｖｆ値が少な過ぎると、成形収縮がひどく、表面平滑性のない製品となるおそれがあり、逆にＶｆ値が多過ぎると、樹脂量が少なくなり、導電性が確保できなくなるおそれがあるからである。

また、本発明の導電性シャフトにおいて、前記マトリックス樹脂の材料である樹脂組成物を構成する熱硬化性樹脂（Ａ）としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。なかでも、ガラス繊維との密着性の観点から、不飽和ポリエステル樹脂が好ましい。

上記熱硬化性樹脂（Ａ）の硬化剤（Ｄ）としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂には、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ターシャリーブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキサイド、ターシャリーブチルパーベンゾエート、ジクミルパーオキサイド等の有機過酸化物が用いられ、エポキシ樹脂には、ビスフェノールＡ、テトラブロモビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＦ、ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，３，３−トリメチル−１−ｍ−ヒドロキシフェニルインダン−５−オール、１，３，３−トリメチル−１−ｍ−ヒドロキシフェニルインダン−７−オール、１，３，３−トリメチル−１−ｐ−ヒドロキシフェニルインダン−６−オール、レゾルシン、ハイドロキノン、カテコール、ナジク酸，マレイン酸，フタル酸，メチル−テトラヒドロフタル酸，メチルナジク酸等のポリカルボン酸とその無水物、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルエーテル、フェニレンジアミン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、キシリレンジアミン、トルエンジアミン、ジアミノジシクロシクロヘキサン、ジクロロ−ジアミノジフェニルメタン（異性体を含む）、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のポリアミン化合物、ジシアンジアミド、テトラメチルグアニジン、エポキシ基と反応可能な活性水素含有化合物等が用いられ、フェノール樹脂には、ヘキサメチレンテトラミン、メチロールメラミンおよびメチロール尿素等が用いられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。上記樹脂組成物における硬化剤（Ｄ）の割合は、その硬化性の観点から、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し、好ましくは０．５〜１５重量部の範囲であり、より好ましくは１〜１０重量部の範囲である。

上記熱硬化性樹脂（Ａ）とともに用いられるカーボンブラック（Ｂ）としては、樹脂の濡れ性の観点から、その平均粒径（一次粒子径）が、好ましくは１８〜１２２ｎｍ、より好ましくは２７〜４３ｎｍのものが用いられる。また、上記カーボンブラック（Ｂ）は、導電性（電気パスルート形成）の観点から、そのＤＢＰ吸油量が、好ましくは４２〜４９５ｍ²／ｇ、より好ましくは１６０〜３６０ｍ²／ｇのものが用いられる。なお、上記ＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳＫ６２１７に規定されており、上記のようなカーボンブラックは、具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。なかでも、樹脂の濡れ性および導電性（電気パスルート形成）の観点からアセチレンブラックが好ましい。

上記樹脂組成物におけるカーボンブラック（Ｂ）の割合は、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し、好ましくは５〜１５重量部の範囲である。すなわち、上記カーボンブラック（Ｂ）の配合量が少なすぎると、充分な導電性が得られず、逆に上記カーボンブラック（Ｂ）の配合量が多すぎると、樹脂組成物の粘度が高くなり、繊維束中に樹脂組成物が含浸しきらず、成形性の低下や導電性への悪影響がみられるからである。

上記熱硬化性樹脂（Ａ）、カーボンブラック（Ｂ）とともに用いられる、特定の分散剤（Ｃ）としては、塩基性官能基を有する分散剤が用いられる。ここで、本発明における「分散剤」とは、カーボンブラック（Ｂ）の表面に吸着することで熱硬化性樹脂（Ａ）への分散性を向上させると共に、経時によるカーボンブラック（Ｂ）の再凝集を抑制するものが用いられる。上記分散剤における塩基性官能基としては、カーボンブラック（Ｂ）に作用しやすいことから、例えば、アミノ基、アミン基等があげられる。

また、上記分散剤（Ｃ）が、さらに熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有することが、カーボンブラック（Ｂ）の分散安定性をより高める観点から好ましい。なお、上記「熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造」とは、熱硬化性樹脂（Ａ）の種類によって異なるものであり、例えば、熱硬化性樹脂（Ａ）として不飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂を用いるときは、上記分散剤（Ｃ）として、ホウ酸エステル、ポリカルボン酸のアルキルアンモニウム塩、不飽和ポリカルボン酸ポリマー、不飽和脂肪酸ポリアミンアミドと酸性エステル等の高分子ポリマー成分を有するものを用いる。また、熱硬化性樹脂（Ａ）としてエポキシ樹脂およびフェノール樹脂を用いるときは、上記分散剤（Ｃ）として、ポリカルボン酸のアルキルアンモニウム塩、不飽和ポリカルボン酸ポリマー、不飽和脂肪酸ポリアミンアミドと酸性エステル等の高分子ポリマー成分を有するものを用いる。

なお、上記分散剤（Ｃ）が、熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有さない場合であっても、別途、熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有する分散剤（（Ｃ）に該当しない分散剤）を、上記分散剤（Ｃ）と併用することで、上記と同様の効果（カーボンブラック（Ｂ）の分散安定効果）を得ることができる。なお、この分散剤を用いる場合、その割合は、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し１．４５〜３．７８重量部の範囲であることが好ましい。

そして、上記分散剤（Ｃ）は、市販品では、例えば、ＢＹＫ社製のＢＹＫ−９０７６（アルキルアンモニウム塩）、日本ルーブリゾール社製のＳＯＬＳＰＥＲＳＥ５０００（銅フタロシアニンスルホン酸アンモニウム塩）等があげられる。

また、熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有するが塩基性官能基を有しない分散剤は、市販品では、例えば、日本ルーブリゾール社製のＳＯＬＳＰＥＲＳＥ８８０００等があげられる。

前記樹脂組成物における上記分散剤（Ｃ）の割合は、単独で用いる場合は、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し５〜１５重量部の範囲であることが好ましいが、上記のように、熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有するが塩基性官能基を有しない分散剤と併用する場合、分散剤（Ｃ）の割合は、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し１．４５〜３．７８重量部の範囲であることが好ましい。すなわち、上記分散剤（Ｃ）の配合量が少なすぎると、樹脂組成物の粘度が高くなりカーボンブラック（Ｂ）の充分な分散安定性が得られず、所望の導電性を発現できないからであり、逆に上記分散剤（Ｃ）の配合量が多すぎると、カーボンブラック（Ｂ）に作用しない余剰の分散剤が存在することとなり、繊維束に沿って分布する粒子状のカーボンブラック同士の間隔が広がり過ぎ、所望の導電性を発現できないからである。

なお、上記樹脂組成物には、必要に応じて、硬化(架橋)促進剤、硬化(架橋)促進助剤、助剤、可塑剤、老化防止剤、収縮防止剤、オゾン劣化防止剤、消泡剤、垂れ止め剤、有機溶剤、無機充填剤（タルク、マイカ、炭酸カルシウム、カオリン、ワラストナイト、ミルドファイバー）等を適宜添加してもよい。

つぎに、本発明の導電性シャフトは、例えば以下のようにして作製される。

すなわち、連続ガラス繊維を束ねた状態で、熱硬化性樹脂（Ａ）を主成分とし、その硬化剤（Ｄ）、カーボンブラック（Ｂ）、および特定の分散剤（Ｃ）を含有する樹脂組成物の入った槽に引き込み、連続ガラス繊維を樹脂組成物に含浸させた後、金型に引き込み熱硬化させ、それにより得られた長尺の繊維強化樹脂成形品を、所定の長さに切断する。また、連続ガラス繊維を樹脂組成物に含浸させた後、金型に引き込む際に、繊維の表面への露出を抑えるために不織布（材質としては、ポリエステル系、ガラス系、アラミド系がある）を設定しても良い。このような特殊な製法により、少ないカーボンブラック量で電気パスルートをつくることができ、目的とする本発明の導電性シャフトを良好に製造することができる。

特に、上記含浸処理に用いる樹脂組成物を、三本ロールにより混練処理することが、カーボンブラックの凝集がより解消され、得られる導電性シャフトの導電性をより高めることができることから、好ましい。なお、上記混練処理は、硬化剤を加える前に行い、硬化剤を加えた後に再度混練を行うが、このときの混練は、硬化剤が樹脂組成物中に混ざればよいため、手撹拌、羽撹拌およびロールによる混練のうち、いずれかの処理で構わない。その中でも、羽撹拌が簡便で好ましい。

また、上記含浸処理に用いる樹脂組成物の粘度を、０．５〜６０Ｐａ・ｓの範囲にすることが、上記特殊な製法を良好に行うことができることから、好ましい。なお、上記粘度は、硬化剤を添加する前に測定したものであり、ＪＩＳＫ７１１７に準拠し、Ｂ型粘度計を用いて、温度：室温（２８℃〜３５℃）で測定した値である。

上記含浸処理した樹脂組成物の、金型内での熱硬化は、１００〜１６０℃で、１〜１５分間程度の熱処理で行われる。

上記金型内での熱硬化により得られた長尺の繊維強化樹脂成形品は、切断機等により所定の長さに切断され、目的とする導電性シャフトとなる。

なお、上記一連の製法は、一般的な引抜成形機を用いて行うことも可能である。

また、上記シャフトの表面には、適宜、金属めっき、金属粉またはグラファイトからなる導電コーティング層を形成することが好ましい。すなわち、上記のように導電コーティング層を形成すると、シャフトの表面に連続ガラス繊維が露出するおそれが解消され、シャフト表面の導電性が発現しやすくなり、さらに、シャフトの曲げ剛性が向上するようにもなるからである。また、上記導電コーティング層によってシャフトの導電性を補うことにより、シャフト作製時における連続ガラス繊維の含浸処理に用いる樹脂組成物のカーボンブラック量をより抑えることができる。その結果、上記樹脂組成物の高粘度化を抑えることができ、シャフトの引抜成形がより行いやすくなるため、シャフトの生産性をより向上させることができる。なお、上記導電コーティング層は、シャフト外周面（側面）のみに対し形成されていてもよいが、シャフトの端部表面、つまりシャフトの切断面に対しても形成されていたほうがよい。すなわち、このようにシャフト端部表面にも導電コーティング層が形成されていると、シャフトの端部と外周面との間の導電性が良好に発現されるようになるからである。ところで、上記シャフト表面とは、シャフト外周面とシャフト端部表面との両方を含む趣旨である。

上記導電コーティング層を、金属めっきにより形成する場合、例えば、亜鉛ニッケルめっき，ニッケルめっきといった、電解めっきあるいは無電解めっきを、常法に従いシャフト表面に施すことにより、形成することができる。また、上記導電コーティング層を、金属粉やグラファイトにより形成する場合、例えば、ＳＵＳ，アルミニウム等からなる金属粉やグラファイト粉末を有機溶媒に分散させた塗工液を、シャフト表面に塗工し、乾燥させることにより、上記導電コーティング層の施工を行うことができる。なお、上記金属粉とグラファイト粉末とを混合分散させた塗工液で、上記のように導電コーティング層を形成してもよい。また、上記塗工液には、塗膜強度を高める観点から、適宜、ウレタン、エポキシ、アクリル、ポリエステル等の樹脂バインダーを含有させてもよいが、導電性の点では、このような樹脂バインダーを含有させないほうが好ましい。また、上記コーティング前のシャフト表面を、予めエッチング処理により粗化し、上記導電コーティング層の定着性を高めるようにしてもよい。上記エッチング処理は、アルカリ溶液、ふっ酸溶液等による化学的処理や、ウェットブラスト等による物理的処理により行われる。

上記のようにして得られた本発明の導電性シャフトは、その電気抵抗値が１×１０⁶Ω未満であることが、ＯＡ機器用導電性ロールの軸体としての機能を充分に発揮することができるため、好ましい。

そして、本発明の導電性シャフトを軸体とするＯＡ機器用導電性ロールは、その軸体の性能に起因し、ＯＡ機器用導電性ロール（特に、帯電ロールや現像ロール）として優れた機能を発揮することができる。

なお、本発明の導電性シャフトは、帯電ロールや現像ロールの他、トナー供給ロール、給紙ロール、転写ロール、クリーニングロール等のＯＡ機器用ロールの軸体としても、優れた性能を発揮することができる。その他にも、本発明の導電性シャフトは、防塵ロール、彫刻ロールなど産業用ロールの軸体や、さらに、各種製品の構造部材等としても用いることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、これら実施例に限定されるものではない。

まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す材料を準備した。

〔熱硬化性樹脂（Ａ１）〕
不飽和ポリエステル樹脂（ユピカ３１４０、日本ユピカ社製）

〔カーボンブラック（Ｂ１）〕
デンカブラック（平均粒径３５ｎｍ、ＤＢＰ吸油量１６０ｍｌ／１００ｇ）、デンカ社製

〔カーボンブラック（Ｂ２）〕
シーストＴＡ（平均粒径１２２ｎｍ、ＤＢＰ吸油量４２ｍｌ／１００ｇ）、東海カーボン社製

〔分散剤（Ｃ１）〕
アルキルアンモニウム塩（ＢＹＫ−９０７６、ＢＹＫ社製）

〔分散剤（Ｃ２）〕
銅フタロシアニンスルホン酸アンモニウム塩（ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ５０００、日本ルーブリゾール社製）

〔分散剤（Ｃ３）〕
ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ８８０００、日本ルーブリゾール社製

〔分散剤（Ｃ４）（比較例用）〕
酸基をもつコポリマー（ＢＹＫ−Ｗ９０１０、ＢＹＫ社製）

〔分散剤（Ｃ５）（比較例用）〕
球状構造のブロック共重合体（ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ−２１５５、ＢＹＫ社製）

〔硬化剤（Ｄ１）〕
パーロイルＴＣＰ、日油社製

［実施例１〜９、比較例１〜３］
上記熱硬化性樹脂と分散剤とを配合し、羽撹拌を行った後、カーボンブラックを加え、三本ロールにて混練した。その後、硬化剤を加え羽撹拌を行い、樹脂組成物を調製した。なお、上記各成分の配合割合、上記混練時の三本ロール間隙は、後記の表１および表２に示す通りとした。

続いて、連続ガラス繊維を束ねた状態で、上記調製の樹脂組成物の入った槽に引き込み、連続ガラス繊維を樹脂組成物に含浸させた後、金型に引き込み熱硬化させ、それにより得られた長尺の繊維強化樹脂成形品を切断し、直径６ｍｍ、長さ３００ｍｍのシャフトを作製した。なお、以下の計算式（１）で求められるシャフトのガラス繊維含有率（Ｖｆ値）が、後記の表１および表２に示す通りとなるようシャフトを作製した。

このようにして得られた実施例および比較例のシャフトに関し、下記の基準に従い各特性を測定し、評価を行った。その結果を、後記の表１および表２に併せて示した。

〔粘度測定〕
三本ロールにて混練した後の樹脂組成物の粘度（硬化剤を添加する前の粘度）を下記の条件で測定した。
・装置：ＴＯＫＩＳＡＮＧＹＯ社製、ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲＴＶＢ−１０（ＴＶＲ）・ローター種：Ｈ７
・回転数：６０ｒｐｍ
・測定環境：室温（２８℃〜３５℃）

〔電気抵抗値測定〕
電気抵抗値は、評価対象の形状(断面積と長さ)により数値が異なる。そのため、シャフトの形状を、直径６ｍｍ、長さ３００ｍｍに統一して、その電気抵抗値を、テスター（ＭＯＤＥＬ３０２１、ＨＩＯＫＩ社製）を用いて測定した。測定は、上記形状のシャフトの端部断面に計測針を当てて測定を行った。そして、その電気抵抗値が１×１０³Ω未満であったものを◎、１×１０³Ω以上１×１０⁶Ω未満であったものを○、１×１０⁶Ω以上を×と評価した。

上記結果より、実施例１〜９のシャフトは、比較例のシャフトに比べ、電気抵抗値が低く、導電性に優れていることがわかる。なお、比較例において、さらにカーボンブラックの配合量を高めたところ、樹脂組成物の粘度の急激な上昇（６０Ｐａ・ｓ以上）がみられ、実施例や比較例の成形方法を適用してシャフトを製造することができなかった。

［実施例１０］
実施例１と同様にして作製したシャフトの表面全面に、下記のコーティング処理１により、導電コーティング層の形成を行った。
〔コーティング処理１〕
まず、シャフトを、２００ｇ／ＬのＮａＯＨ水溶液を用いて、温度４０℃で１０分間エッチング処理した。ついで、上記シャフトを、Ｐｄ触媒付与剤（ＯＰＣ−５０インデューサー、奥野製薬工業社製）に４０℃で５分間浸漬し、表面にＰｄ触媒を付与した。続いて、上記シャフトを、活性化剤（ＯＰＣ−１５０クリスター、奥野製薬工業社製）に２５℃で５分間浸漬し、Ｐｄイオンを金属化させた（活性化処理）。このようにして、シャフトの表面全面にめっき前処理を行った後、上記シャフトを無電解ニッケルめっき液（ＴＭＰ化学ニッケルＨＲＴ、奥野製薬工業社製）に４０℃で１０分間浸漬し、厚み０．５μｍの無電解ニッケルめっき層（導電コーティング層）を形成した。

［実施例１１］
実施例４と同様にして作製したシャフトの表面全面に、上記コーティング処理１により、導電コーティング層の形成を行った。

［実施例１２］
実施例６と同様にして作製したシャフトの表面全面に、上記コーティング処理１により、導電コーティング層の形成を行った。

［実施例１３］
実施例６と同様にして作製したシャフトの表面全面に、下記のコーティング処理２により、導電コーティング層の形成を行った。
〔コーティング処理２〕
シャフトの表面全面に、イソプロパノール、ジメチルエーテル等の有機溶剤にグラファイト粉末が分散されたスプレー剤（グラファイトスプレー、ファインケミカルジャパン社製）をスプレーし、室温で１時間ほど乾燥させた後、さらに６０℃で乾燥させ、導電コーティング層を形成した。

［実施例１４］
実施例６と同様にして作製したシャフトの表面全面に、下記のコーティング処理３により、導電コーティング層の形成を行った。
〔コーティング処理３〕
シャフトの表面全面に、トルエン、ジメチルエーテル等の有機溶剤にＳＵＳ粉末が分散されたスプレー剤（ステンレススプレー、ファインケミカルジャパン社製）をスプレーし、室温で１時間ほど乾燥させた後、さらに６０℃で乾燥させ、導電コーティング層を形成した。

［実施例１５］
実施例６と同様にして作製したシャフトの表面全面に、下記のコーティング処理４により、導電コーティング層の形成を行った。
〔コーティング処理４〕
シャフトの表面全面に、トルエン、ジメチルエーテル等の有機溶剤にアルミニウム粉末が分散されたスプレー剤（ファイン・ヒートリフレクター、ファインケミカルジャパン社製）をスプレーし、室温で１時間ほど乾燥させた後、さらに６０℃で乾燥させ、導電コーティング層を形成した。

［実施例１６］
実施例６と同様にして作製したシャフトの表面全面に、下記のコーティング処理５により、導電コーティング層の形成を行った。
〔コーティング処理５〕
シャフトの表面全面に、ブタン、プロパノール等の有機溶剤にグラファイト粉末とアルミニウム粉末が混合分散されたスプレー剤（ノンシーズ、ファインケミカルジャパン社製）をスプレーし、室温で１時間ほど乾燥させた後、さらに６０℃で乾燥させ、導電コーティング層を形成した。

上記結果より、実施例１０〜１６のシャフトは、実施例１〜９のシャフトよりも、さらに電気抵抗値が低く、より導電性に優れていることがわかる。

一方、下記の基準に従い、シャフトの曲げ弾性率の測定を行ったところ、実施例１の曲げ弾性率が４３ＧＰａであったのに対し、実施例１０の曲げ弾性率が４６ＧＰａであり、実施例４の曲げ弾性率が４３ＧＰａであったのに対し、実施例１１の曲げ弾性率が４６ＧＰａであり、さらに、実施例６の曲げ弾性率が５２ＧＰａだったのに対し、実施例１２の曲げ弾性率が５６ＧＰａであった。このように、導電コーティング層の形成により、曲げ弾性率の向上効果が認められた。
〔曲げ弾性率〕
直径６ｍｍ、長さ１２５ｍｍに統一したシャフトのサンプルに対して、ＪＩＳＫ７０１７に準拠し、２５℃温度下で、シャフトの三点曲げ試験（圧子半径：５ｍｍ、支持台の半径：２ｍｍ、支点間距離：１００ｍｍ、試験速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ）を行い、その曲げ弾性率（ＧＰａ）を測定した。

なお、上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、本発明の範囲内であることが企図されている。

本発明の導電性シャフトは、軽量で、強度が高く、導電性に優れ、しかも安価である。そのため、ＯＡ機器用導電性ロールの軸体として好ましく用いられるが、その他にも、導電性を要求されないＯＡ機器用ロールの軸体や、防塵ロール、彫刻ロールなど産業用ロールの軸体、さらには、各種製品の構造部材等としても用いることができる。

１シャフト
２ガラス繊維束
２ａガラス繊維
３カーボンブラック
４マトリックス樹脂

Claims

シャフトの長手方向に平行に連続ガラス繊維束が埋設された繊維強化樹脂製のシャフトであって、そのマトリックス樹脂が、下記の（Ａ）を主成分とし下記の（Ｂ）〜（Ｄ）成分を含有する樹脂組成物からなり、上記（Ｂ）成分が、粒子状でかつ連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って分布していることを特徴とする導電性シャフト。
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）カーボンブラック。
（Ｃ）塩基性官能基を有する分散剤。
（Ｄ）（Ａ）成分の硬化剤。
上記分散剤（Ｃ）が、さらに熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有するものである請求項１記載の導電性シャフト。
上記熱硬化性樹脂（Ａ）が、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つである請求項１または２記載の導電性シャフト。
上記樹脂組成物におけるカーボンブラック（Ｂ）の割合が、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し５〜１５重量部の範囲である請求項１〜３のいずれか一項に記載の導電性シャフト。
上記樹脂組成物における分散剤（Ｃ）の割合が、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し５〜１５重量部の範囲である請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電性シャフト。
上記樹脂組成物が、さらに、熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有するが塩基性官能基を有しない分散剤を含有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の導電性シャフト。
上記樹脂組成物が、さらに、熱硬化性樹脂（Ａ）と親和性のある構造を有するが塩基性官能基を有しない分散剤を含有し、かつ、上記樹脂組成物における分散剤（Ｃ）の割合が、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し１．４５〜３．７８重量部の範囲である請求項１〜４のいずれか一項に記載の導電性シャフト。
上記導電性シャフトの表面に、さらに、金属めっき、金属粉またはグラファイトからなる導電コーティング層が形成されてなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の導電性シャフト。
電気抵抗値が１×１０⁶Ω未満である請求項１〜８のいずれか一項に記載の導電性シャフト。
ＯＡ機器用導電性ロールの軸体である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の導電性シャフト。
請求項１０記載の導電性シャフトを軸体とするＯＡ機器用導電性ロール。
帯電ロールまたは現像ロールに用いられる請求項１１記載のＯＡ機器用導電性ロール。
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の導電性シャフトの製法であって、連続ガラス繊維を束ねた状態で、下記の（Ａ）を主成分とし下記の（Ｂ）〜（Ｄ）成分を含有する樹脂組成物の入った槽に引き込み、連続ガラス繊維を樹脂組成物に含浸させた後、金型に引き込み熱硬化させ、それにより得られた長尺の繊維強化樹脂成形品を、所定の長さに切断することを特徴とする導電性シャフトの製法。
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）カーボンブラック。
（Ｃ）塩基性官能基を有する分散剤。
（Ｄ）（Ａ）成分の硬化剤。
上記含浸処理に用いる樹脂組成物が、三本ロールにより混練処理したものである請求項１３記載の導電性シャフトの製法。
上記含浸処理に用いる樹脂組成物の粘度が０．５〜６０Ｐａ・ｓの範囲である請求項１３または１４記載の導電性シャフトの製法。