(57)【要約】  【課題】  半導電性弾性体と表面抵抗調整層との十分な接着力を有し、電気抵抗の均一性の有する半導電性ローラと、この半導電性ローラを備えた電子写真装置を提供する。  【解決手段】  導電性軸体（回転軸体）１と該導電性軸体１に被覆した半導電性弾性体３と該半導電性弾性体３の表面の表面抵抗調整層４とが一体化された複写機、ＦＡＸ、プリンター等の電子写真装置に使用するローラの製造方法であって、半導電性弾性体３の表面にＳｉＯ２層５を形成する工程と、ＳｉＯ２層５の外側に表面抵抗調整層４を形成する工程とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸体と該回転軸体に被覆した半導電性弾性体と該半導電性弾性体の表面に形成した表面抵抗調整層とが一体化された複写機、ＦＡＸ、プリンター等の電子写真装置に使用するローラの製造方法であって、前記半導電性弾性体の表面にＳｉＯ２層を形成する工程と、前記ＳｉＯ２層の外側に前記表面抵抗調整層を形成する工程とを有していることを特徴とする半導電性ローラの製造方法。
【請求項２】
前記半導電性弾性体の表面にＳｉＯ２層を形成する工程として、スパッタリング法又は燃焼化学気相蒸着法を採用していることを特徴とする請求項１に記載の半導電性ローラの製造方法。
【請求項３】
前記回転軸体が、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮のいずれか一つの金属で構成される金属製の軸体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導電性ローラの製造方法。
【請求項４】
前記回転軸体が、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の芯体表面に金属皮膜がメッキ処理又は蒸着処理された軸体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導電性ローラの製造方法。
【請求項５】
前記回転軸体が、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に導電性付与剤としてカーボンブラックや金属粉末等を配合した樹脂組成物により形成した軸体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導電性ローラの製造方法。
【請求項６】
前記半導電性弾性体が、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ポリウレタン、クロロプレンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、若しくはこれらの混合物のゴム(エラストマー)により構成される熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に、カーボンブラック又は金属粉末等の導電性付与剤を配合した樹脂組成物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導電性ローラの製造方法。
【請求項７】
前記ＳｉＯ２層の層厚は１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導電性ローラの製造方法。
【請求項８】
前記ＳｉＯ２層の外側に、プライマー処理を施すことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の半導電性ローラの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の製造方法によって製造された半導電性ローラを備えていることを特徴とする電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、ＦＡＸ、プリンター等の電子写真装置に使用する回転軸体と弾性体とが一体化されたローラの製造方法に関し、特に、半導電性の円筒状の弾性体の外周に表面抵抗調整層を一体化した半導電性ローラの製造方法及びこの半導電性ローラを備えた電子写真装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、ＦＡＸ、プリンター等の電子写真装置において、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等の導電性軸体、円筒状の半導電性弾性体と表面抵抗調整層とが一体化した半導電性ローラが使用されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００３】
これらの半導電性ローラについては、近年、ムラのない画像高質化、印字速度の高速化に伴い、半導電性ローラの全体電気抵抗の均一性及び弾性体と表面樹脂層との接着性は益々高い性能が要求されている。
半導電性樹脂の体積抵抗率は、通常製品の安定性が得られるため、半導電性樹脂の体積抵抗は１０２〜１０６Ω・cmに設定している。一方、半導電性ローラとしての電気抵抗は１０４〜１０８Ωが要求されている。そこで、半導電性ローラの要求抵抗値に合わせるため、半導電性樹脂の厚み調整は可能だが、現在電子写真装置の小型化に薄肉ローラが要求されていることから、抵抗値は表面にコーティングする表面樹脂層で調整するのが現状である。
【０００４】
表面樹脂層は、半導電性ローラの電気抵抗を調整するために、樹脂自体の体積抵抗率が低くなければならない。体積抵抗率を低くするため、樹脂に添加する導電性材料の量を少なめに添加することは有効な方法であるが、添加量が少なくなるほど、均一に混合するのは難しくなる。具体的には、少量の導電性フィラーを樹脂に均一混合するのは困難であるのが現状である。
【０００５】
半導電性弾性体と表面樹脂層との接着性を得るため、通常、半導電性弾性体の表面にプライマーを塗布する工程と塗布したプライマーの加熱乾燥工程等が採用されている。しかし、プライマーを塗布する場合、層が薄いときにはプライマーの濡れ性により、均一に塗れないことがある。また、層が厚いときには接着界面でのプライマー層の破壊が発生し、十分な接着強度が得られない。
【０００６】
以上のようなことから、現在では、半導電性弾性体と表面樹脂層との十分な接着力を有する半導電性の電子写真装置に使用する各種ローラの簡易な製造方法が見当たらない。  
【特許文献１】特開２００４−１０９２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明は、以上のような従来の製造方法の問題点を解消すべく、半導電性弾性体と表面抵抗調整層との十分な接着力が得られる電子写真装置に使用される各種ローラの製造方法を提供することを課題としている。また、半導電性ローラの電気抵抗が均一な電子写真装置に使用される各種ローラの製造方法を提供することを課題としている。さらに、半導電性弾性体と表面抵抗調整層との十分な接着力を有し、電気抵抗の均一性の有する半導電性ローラを備えた電子写真装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような課題を実現するため、請求項１に係る半導電性ローラの製造方法は、複写機、ＦＡＸ、プリンター等の電子写真装置に使用する回転軸体と該回転軸体に被覆した半導電性弾性体と該半導電性弾性体の表面の表面抵抗調整層とが一体化されたローラの製造方法であって、前記半導電性弾性体の表面にＳｉＯ２層を形成する工程と、前記ＳｉＯ２層の外側に表面抵抗調整層を形成する工程とを有していることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記半導電性弾性体の表面にＳｉＯ２層を形成する工程として、スパッタリング法又は燃焼化学気相蒸着法を採用していることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記回転軸体が、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮のいずれか一つの金属で構成される金属製の軸体であることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記回転軸体が、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の芯体表面に金属皮膜がメッキ処理又は蒸着処理された軸体であることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記回転軸体が、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に導電性付与剤としてカーボンブラックや金属粉末等を配合した樹脂組成物により形成した軸体であることを特徴としている。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記半導電性弾性体が、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ポリウレタン、クロロプレンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、若しくはこれらの混合物のゴム(エラストマー)により構成される熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に、カーボンブラック又は金属粉末等の導電性付与剤を配合した樹脂組成物であることを特徴としている。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の構成に加え、前記ＳｉＯ２層の層厚は１００ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の構成に加え、前記ＳｉＯ２層の外側に、プライマー処理を施すことを特徴としている。
【００１６】
請求項９に記載の電子写真装置発明は、請求項１又は８のいずれか一つに記載の製造方法によって製造された半導電性ローラを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は以上のような構成を有するため、請求項１に記載の発明によれば、ＳｉＯ２層の存在により基材である半導電性弾性体の電気抵抗が大幅に増加することにより、表面抵抗調整層の固有体積抵抗率を大幅に下げ、樹脂に混合されている導電性フィラーの均一性は大幅に増え、電気抵抗の十分な均一性を有する半導電性ローラが得られる。また、ＳｉＯ２層の存在により基材である半導電性弾性体の表面エネルギーの増加、濡れ性の向上、弾性体表面に適合する化学的表面構造の形成等といった接着体と被接着体との密着性の向上及び表面抵抗調整樹層との化学的な結合が生じることにより、導電性の回転軸体と半導電性弾性体との接着性が十分に高い性能を有する半導電性ローラが得られる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、基材である半導電性弾性体の表面との高い密着性を有するＳｉＯ２層を形成することができる。
【００１９】
請求項３乃至５に記載の発明によれば、請求項１又は２に係る発明の効果に加えて、回転軸体が導電性を有するため電子写真装置の各種ローラとして使用できる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１又は２に係る発明の効果に加えて、
スパッタリング法又は燃焼化学気相蒸着法によってＳｉＯ２層が効率的に形成することができる樹脂組成物を半導電性弾性体の材料としているため、より実用的な電子写真装置のローラが得られる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の効果に加えて、極めて薄いＳｉＯ２層で半導電性弾性体と表面抵抗調整層とを高い接着性を実現できるため、より薄肉の半導電性ローラを完成することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、ＳｉＯ２層外側にプライマーを実施することにより、半導電性弾性体と表面抵抗調整層との接着性が十分に高い性能を有する半導電性ローラを完成することができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明によれば、半導電性弾性体と表面抵抗調整層との十分な接着力を有し、半導電性弾性体と表面抵抗調整層との十分な接着力が得られる半導電性ローラを備えた、ムラのない高画質な画像が高速に得られる電子写真装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施の形態について図面に従って説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００２５】
図１は、この発明の実施の形態の製造方法に係る半導電性ローラの斜視図である。
【００２６】
図中１は導電性軸体（回転軸体）であって、例えば、ＳＵＭ２２の金属材料に無電解ニッケルメッキを施した直径１０ｍｍ、長さ２７５ｍｍの棒状したものである。
【００２７】
導電性軸体１は、例えば、（１）鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で形成されたいわゆる芯金と称されている金属製の軸体の他、（２）熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の芯体表面に金属皮膜をメッキ処理した軸体、（３）熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の芯体表面に金属皮膜を蒸着処理した軸体、（４）熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に導電性付与剤としてカーボンブラックや金属粉末等を配合した樹脂組成物により一体に形成した軸体等、であればよい。なお、導電性軸体１は、中実又は中空のいずれでもよい。
【００２８】
そこで、導電性軸体１の表面にプライマー２を塗布し、半導電性弾性体３の原材料を導電性軸体１の外側に巻き付けて、仕上がりが直径１８ｍｍの半導電性弾性体３を加硫接着させて成形し、所定の二次加硫を経て導電性軸体１の外側に半導電性弾性体３が一体化した半製品の半導電性ローラを得る。
【００２９】
次に、この半製品の半導電性ローラの半導電性弾性体３の表面に１０〜２０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２層５を形成する。ＳｉＯ２層５は、有機ケイ素化合物と酸素と液化石油ガスとを混合し加熱・気化した酸化炎を吹き付けることでその表面での化学反応を利用してＳｉＯ２層５を被覆させる燃焼化学気相蒸着法や、真空中に不活性ガスを導入しながら基材である半導電性弾性体３とターゲット（被覆させる物質）間に直流高電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させてはじき飛ばされたターゲット物質を基材である導電性軸体１の表面にＳｉＯ２層５を被覆させるスパッタリング法を採用すればよい。
【００３０】
次に、必要に応じて、弾性半導電体３の表面に、プライマーを塗布した後、ウレタン系塗料に導電性フィラーを添加した塗布液をスプレーコーティングして、所定の温度条件で加熱硬化して表面抵抗調整層４を形成すれば、半導電性ローラ６の完成品ができあがる。
【００３１】
この発明に係る半導電性ローラ６は以上のような工程によって製造されたものであり、半導電性弾性体３と表面抵抗調整層４との間にＳｉＯ２層５が存在しているので、基材である半導電性弾性体３の表面エネルギーの増加、塗れ性の向上、表面抵抗調整層４に適合する化学的表面構造の形成等といった接着体と被接着体との密着性の向上が図られている。そのため、プライマーを塗布することなく、半導電性弾性体３と表面抵抗調整層４との接着性が十分に高いものが得られる。なお、より接着性を向上するために、ＳｉＯ２層５の表面にさらにプライマーを塗布してもよい。
【００３２】
半導電性弾性体３は、発泡していても発泡していなくともよく、電子写真装置の使用する箇所に応じて（要求される性能に応じて）、発泡体或いは非発泡体のいずれか一方、又は両方を組み合わせた多層構造としてもよい。
【００３３】
発泡している半導電性弾性体３としては、例えば、導電性フィラーを添加しているウレタンゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム等や、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合ゴムの発泡体を用いることができる。
【００３４】
発泡していない半導電性弾性体３としては、例えば、導電性フィラーを添加しているニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム等の通常のゴム、または、スチレン−ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＳ）若しくはその水添化物（ＳＥＢＳ）等の熱可塑性ゴム等を用いることができる。
【００３５】
例えば、転写ローラ或いは現像ローラ、帯電ローラに使用するローラの場合には、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム等のソリッド状の弾性体を用いるとよい。
【実施例】
【００３６】
以下、この発明の実施の形態の製造方法の実施例とその実施例を評価するための比較例を説明し、それらの製造方法によって完成した半導電性ローラ（試料）についての試験結果について説明する。
［実施例１］
【００３７】
まず、ＳＵＭ２２の金属材料に無電解ニッケルメッキを施した直径１０ｍｍ、長さ２７５ｍｍの棒状の導電性軸体１を製作し、その軸体の表面に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）製）を塗布し、その後ギヤオーブン中で１５０℃、１０分間焼き付け処理を施した。
【００３８】
他方、メチルビニルシリコーン生ゴム（商品名：ＫＥ−７８ＶＢＳ、信越化学工業（株）製）１００質量部に、ジメチルシリコーン生ゴム（商品名：ＫＥ−７６ＶＢＳ、信越化学工業（株）製）２０質量部にカーボンブラック（商品名：アサヒサーマル、旭カーボン（株）製）１０質量部、煙霧質シリカ系充填材（商品名：ＡＥＲＯＳＩＬ  ２００、日本アエロジル（株）製）１５質量部、白金触媒（商品名：Ｃ−１９Ａ、信越化学工業（株）製）０．５質量部、ハイドロジェンシロキサン（商品名：Ｃ−１９Ｂ、信越化学工業（株）製）２質量部を添加し、加圧ニーダーで混練して、半導電性弾性体３の原材料であるシリコーンゴム組成物を調整する。
【００３９】
次に、半導電性弾性体３の原材料であるシリコーンゴム組成物を押出機でクロスヘッドを介して一体化して分出し、ギヤオーブンで２５０℃、３０分間加熱し、直径１０ｍｍの導電性軸体１の外側に仕上がりが直径１８ｍｍの半導電性弾性体３を加硫接着させて成形する。  
【００４０】
その後、ギヤオーブン中で２００℃、４時間の条件で二次加硫を行って、導電性軸体１の外側に半導電性弾性体層３が一体化した半導電性ローラを得た。
【００４１】
出来上った半導電性ローラの電気抵抗測定結果は２×１０４Ωである。
【００４２】
半導電性弾性体３の表面に有機ケイ素化合物と酸素と液化石油ガスとからなる混合ガス（酸化炎）を吹き付ける燃焼化学気相蒸着法により、１０〜２０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２層５を形成する。
【００４３】
次に、弾性半導電体３の表面に、シリコーン系プライマー（商品名：プライマーＮｏ．１９、信越化学工業（株）製）を塗布後、ウレタン系塗料（商品名：ニッポラン５１９６、日本ポリウレタン（株）製）１００質量部に、煙霧質シリカ系充填材（商品名：ＡＥＲＯＳＩＬ  ２００、日本エアロジル（株）製）１０質量部、平均粒子０．２μｍの酸化チタン粉末の表面に酸化錫（酸化アンチモンドープ）をコーティングした導電性フィラー（商品名：Ｗ−１，三菱マテリアル（株）製）を２５部、ブロックイソシアネート系架橋剤１８質量部を添加した塗布液をスプレーコーティングで一回塗りして、１５０℃、３０分加熱硬化して表面抵抗調整層４を形成した。
【００４４】
表面抵抗調整層４をコーティングした完成品の半導電性ローラ６の電気抵抗は３．２×１０６Ωである。
［実施例２］
【００４５】
実施例２は実施例１と同様な製法であるが、ＳｉＯ２層５の厚さは燃焼化学気相蒸着法の蒸着時間及び蒸着量の調整によって約９０ｎｍの厚みを有するものを形成した。得られた実施例２の半導電性ローラ６の電気抵抗は１．３×１０８Ωである。
［実施例３］
【００４６】
実施例３では、スパッタリング法によるＳｉＯ２層５の厚みを１０〜２０ｎｍとした他は、実施例１と同じ方法で導電性軸体１の外側に半導電性弾性体層３を形成し、実施例３の半導電弾性体ローラ６を得た。得られた実施例２の半導電性ローラ６の電気抵抗は３．７×１０６Ωである。
［比較例１］
【００４７】
比較例１では、燃焼化学気相蒸着法によるＳｉＯ２層５を形成することなく、半導電性弾性体３の表面に直接プライマー及び表面抵抗調整層４を形成し、比較例１の半導電性ローラ６を得た。得られた実施例２の半導電性ローラ６の電気抵抗は８．７×１０４Ωである。
［比較例２］
【００４８】
比較例２では、実施例１と同様な製法であるが、ＳｉＯ２層５の厚さは燃焼化学気相蒸着法の蒸着時間及び蒸着量の調整によって約１１０ｎｍの厚みを有するものを形成した。得られた比較例２の半導電性ローラの電気抵抗は７．８×１０８Ωである。
［比較例３］
【００４９】
比較例３では、実施例１と同様な製法であるが、表面抵抗調整層４の樹脂に添加する導電性フィラーＷ−１の量は１５部である。その他は、実施例１と同じ方法で比較例３の半導電性弾性体ローラ６を得た。得られた実施例２の半導電性ローラ６の電気抵抗は２．８×１０６Ωである。
［接着性試験方法］
【００５０】
実施例１〜３及び比較例１〜３によって製作された半導電性ローラ（試料）について、図２に示したように、（１）ローラの表面に、直径８ｍｍのポンチを用いて、円形の傷（表層厚さ以上）７をつける。次に、（２）３０μｍのサンドペーパを半導電性ローラ６の表面の傷７に押付ける（押圧は０．２５ｋｇ／ｃｍ２）。（３）半導電性ローラ６を１０００ｒｐｍの回転速度で２分間を回転する。（４）表面層の剥離があれば、接着不良と判定する。
【００５１】
実際には、実施例１〜３及び比較例１〜３によって製作された半導電性ローラ６を各１００本用意し、そのうち界面剥離発生と判定された本数が何本かを比較することで、半導電性弾性体３と表面抵抗調整層４との接着性能を評価した。
［全体抵抗測定方法］
【００５２】
実施例１〜３及び比較例１〜３によって製作された半導電性ローラ（試料）６について、金属のシートに置き、半導電性ローラ６両端にそれぞれ５００ｇの荷重をかけ、１００Ｖの電圧で金属シートと半導電性ローラ６の導電性軸体１との間の抵抗を測定する。
［部分抵抗測定方法］
【００５３】
実施例１〜３及び比較例１〜３によって製作された半導電性ローラ（試料）６について、図３に示したように、表面抵抗調整層４の全長に渡って測定子９を当てることで部分抵抗を測定する。具体的には、一円周３６点、４０周を測定、その最大抵抗／最小抵抗で電気抵抗のバラツキを判断する。
［試験結果］
【００５４】
実施例１〜３及び比較例１〜３についての接着性能、全体抵抗及び部分抵抗のバラツキの試験結果は表１のとおりである。
【００５５】
【表１】
2006337622.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施の形態に係る半導電性ローラの一部を破断した斜視図である。
【図２】同実施の形態に係る半導電性ローラの接着性能試験方法を示した概念図である。
【図３】同実施の形態に係る半導電性ローラの電気抵抗試験方法を示した概念図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  導電性軸体（回転軸体）
２  プライマー
３  半導電性弾性体
４  表面抵抗調整層
５  ＳｉＯ２層
６  半導電性ローラ
【図１】
2006337622.tif 000004
【図２】
2006337622.tif 000005
【図３】
2006337622.tif 000006