JP2015190575A - Conductive shaft, conductive roll for oa equipment using conductive shaft and process for manufacture of conductive shaft - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a conductive shaft made of fiber reinforced resin (FRP), a conductive roll for OA equipment using the same, and a method for producing the conductive shaft.
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。 For conductive rolls (charging rolls, developing rolls, etc.) for OA (Office Automation) equipment such as electrophotographic copying machines, printers, facsimiles, etc., usually a shaft made of metal such as iron (shaft) ) Is used. Further, the shaft body is usually subjected to a plating treatment for preventing corrosion. The reason why the shaft made of metal is used for the conductive roll as described above is that high-precision workability and conductivity associated with the charging mechanism are required.
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。 However, the plating applied to the shaft is likely to be peeled off due to rubbing between shaft bodies during transportation or rubbing with abrasive powder, and as a result, there is a concern that the shaft may be corroded.
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。 In addition, the weight of the shaft is required to be easily transported, and further, the shaft is required to be non-magnetic so as not to adversely affect the aircraft instrument during air transportation. Furthermore, there is an environmental demand for reducing the amount of environmentally hazardous substances contained in the plating as much as possible.
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。 From the above, in recent years, a conductive roll using a resin shaft as a shaft instead of a metal shaft has been proposed (see Patent Document 1). That is, since it is made of resin, it does not contain heavy metals, does not rust, and is lightweight, so it is possible to solve the above-mentioned problem of the metal shaft.
しかしながら、樹脂製シャフトは、強度や剛性（曲げ弾性率）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。このことから、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。 However, resin shafts have problems in terms of strength and rigidity (flexural modulus), and also have low electrical conductivity and large electrical loss compared to metallic shafts. There is a problem that it cannot be put into practical use. In addition, when imparting conductivity to a resin shaft, usually, a method of increasing the conductivity by adding a conductive filler such as carbon black to the resin composition that is the material is used. If the amount of addition is increased, the viscosity of the resin composition increases, which makes it difficult to mold. In particular, in the case of producing by injection molding like the shaft disclosed in Patent Document 1, when a large amount of carbon black is added, the viscosity of the resin composition extremely increases as the injection molding becomes difficult. For this reason, it is difficult to develop conductivity by adding a large amount of carbon black.
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。 Therefore, the present inventors examined a shaft made of fiber reinforced resin (FRP) using only conductive carbon fiber (CF) as a reinforcing material. However, carbon fiber (CF) is very expensive, and therefore has a problem of greatly affecting the unit price of products.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、軽量で、強度および剛性が高く、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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a lightweight shaft having high strength and rigidity, excellent conductivity, and inexpensive, and a conductive roll for OA equipment using the same, and The purpose is to provide a method for producing a conductive shaft.
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）および（Ｃ）成分を含有する樹脂組成物からなり、上記（Ｂ）成分が、連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って配向した状態で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）カーボンミルドファイバー。
（Ｃ）（Ａ）成分の硬化剤。
In order to achieve the above object, the present invention is a fiber-reinforced resin shaft in which a continuous glass fiber bundle is embedded in parallel to the longitudinal direction of the shaft, and the matrix resin is composed mainly of the following (A): And a resin composition containing the following components (B) and (C), wherein the component (B) is distributed in a state of being oriented along the continuous glass fibers constituting the continuous glass fiber bundle. A shaft is a first gist, and a conductive roll for office automation equipment having the conductive shaft as a shaft is a second gist.
(A) Thermosetting resin.
(B) Carbon milled fiber.
(C) Curing agent for component (A).
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）および（Ｃ）成分を含有する樹脂組成物の入った漕に引き込み、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）カーボンミルドファイバー。
（Ｃ）（Ａ）成分の硬化剤。
Moreover, this invention is a manufacturing method of the said electroconductive shaft, Comprising: The resin composition containing the following (A) as a main component and the following (B) and (C) component in the state which bundled the continuous glass fiber After being drawn into a basket containing glass fiber and impregnated with continuous glass fiber in a resin composition, it is drawn into a mold and thermally cured, and the resulting long fiber reinforced resin molded product is cut into a predetermined length. A method for producing a conductive shaft is a third aspect.
(A) Thermosetting resin.
(B) Carbon milled fiber.
(C) Curing agent for component (A).
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（ＦＲＰ）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導電性フィラーを含有させることを検討した。しかしながら、例えば、上記導電性フィラーとしてカーボンブラックのみを用いた場合、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。また、ガラス繊維のＦＲＰ（ＧＦＲＰ）からなるシャフトは、曲げ弾性率が低いことから、ＯＡ機器用導電性ロールの軸体として適用すると、ロールの印字性能等が損なわれるおそれもある。しかも、導電性ロールに関し、そのゴム層成形時の熱により、ＦＲＰシャフトが変形するおそれもあることから、ＦＲＰシャフトの高温時の曲げ弾性率の保持性を向上させたいとの要望もある。これらのことに鑑み、本発明者らが更なる研究を重ねた結果、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とするＧＦＲＰ製シャフトとし、かつ、そのシャフトに埋設された連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って配向した状態でカーボンミルドファイバー（Ｂ）を分布させた（図１参照）ところ、少ない導電性フィラー（カーボンミルドファイバー）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ることを見いだした。さらに、同じガラス繊維量であっても、上記のようにカーボンミルドファイバーを分布させることにより、ポリマー自身が補強されることから、本発明のＧＦＲＰ製シャフトは、特に高温度域下での曲げ弾性率の保持性向上が図られ、所期の目的が達成できることを見いだし、本発明に到達した。 That is, the present inventors have intensively studied to solve the above problems. In the course of the research, the present inventors made the shaft made of fiber reinforced resin (FRP), and the reinforcing fiber is made of continuous glass fiber (GF) that has higher cost merit than carbon fiber (CF). Using a fiber bundle, a continuous glass fiber bundle was embedded in parallel to the longitudinal direction of the shaft, and the inclusion of a conductive filler in the matrix resin for the purpose of imparting conductivity was studied. However, for example, when only carbon black is used as the conductive filler, it is necessary to solve the problems related to formability and conductivity imparting as described above. In addition, since a shaft made of glass fiber FRP (GFRP) has a low flexural modulus, if it is applied as a shaft body of a conductive roll for OA equipment, the printing performance of the roll may be impaired. In addition, regarding the conductive roll, there is a possibility that the FRP shaft may be deformed by heat at the time of molding the rubber layer, and therefore there is a demand for improving the retention of the flexural modulus at high temperatures of the FRP shaft. In view of the above, as a result of further studies by the present inventors, a continuous glass fiber bundle comprising a continuous glass fiber bundle embedded in the shaft is formed as a GFRP shaft using a thermosetting resin as a matrix resin. When the carbon milled fiber (B) is distributed in a state of being oriented along the fiber (see FIG. 1), an electric path route can be formed without increasing the viscosity of the composition with a small amount of conductive filler (carbon milled fiber). I found what I could do. Furthermore, even if the amount of glass fiber is the same, the polymer itself is reinforced by distributing the carbon milled fiber as described above, so that the GFRP shaft of the present invention is particularly flexible in the high temperature range. It was found that the retention of the rate was improved and the intended purpose could be achieved, and the present invention was achieved.
なお、上記のように少ないカーボンミルドファイバー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、熱硬化性樹脂（Ａ）を主成分としカーボンミルドファイバー（Ｂ）および硬化剤（Ｃ）を含有する樹脂組成物の入った漕に引き込み、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。 In addition, it is difficult for conventional injection molding to produce an electric path route with a small amount of carbon milled fiber as described above. Therefore, in a state where the continuous glass fibers are bundled, the continuous glass fibers are drawn into a basket containing a resin composition containing the thermosetting resin (A) as a main component and the carbon milled fiber (B) and the curing agent (C). Is impregnated into the resin composition, and then drawn into a mold and thermally cured, and when applying a special manufacturing method such as cutting the long fiber reinforced resin molded product obtained to a predetermined length, the above The present inventors have found that the above problem has been solved and that the special conductive shaft as described above can be manufactured satisfactorily.
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、カーボンミルドファイバー（Ｂ）および硬化剤（Ｃ）を含有する樹脂組成物からなり、上記カーボンミルドファイバー（Ｂ）が、連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って配向した状態で分布している。そのため、軽量で、強度および剛性が高く、特に高温度域下での曲げ弾性率の保持性向上が図られ、さらに、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。 As described above, the conductive shaft of the present invention is a fiber-reinforced resin shaft in which a continuous glass fiber bundle is embedded in parallel to the longitudinal direction of the shaft, and the matrix resin is a thermosetting resin (A). And a resin composition containing carbon milled fiber (B) and a curing agent (C), and the carbon milled fiber (B) is oriented along the continuous glass fibers constituting the continuous glass fiber bundle. Distributed by state. Therefore, it is lightweight, has high strength and rigidity, improves the retention property of the bending elastic modulus particularly under a high temperature range, and can be made into a conductive shaft that is excellent in conductivity and inexpensive. Moreover, the conductive roll for OA equipment using the said conductive shaft used the said conductive shaft like the weight reduction etc. while exhibiting the outstanding roll performance similarly to what used the conventional metal shaft. The effect by this can be obtained.
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漕に引き込み、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、少ないカーボンミルドファイバー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。 Further, in a state where continuous glass fibers are bundled, they are drawn into the basket containing the resin composition, impregnated with the continuous glass fibers into the resin composition, then drawn into a mold and thermally cured, and the long length obtained thereby. By using a special manufacturing method such as cutting the fiber reinforced resin molded product into a predetermined length, an electric path route can be formed with a small amount of carbon milled fiber, and the conductive shaft of the present invention can be manufactured satisfactorily.
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
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、カーボンミルドファイバー（Ｂ）および硬化剤（Ｃ）を含有する樹脂組成物からなり、上記カーボンミルドファイバー（Ｂ）が、連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って配向した状態で分布している。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、「上記カーボンミルドファイバー（Ｂ）が、連続ガラス繊維束を構成する連続ガラス繊維に沿って配向した状態で分布している。」とは、カーボンミルドファイバーの凝集がみられず、連続ガラス繊維に沿って配向した状態でカーボンミルドファイバー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はカーボンミルドファイバー、４はマトリックス樹脂である。このカーボンミルドファイバーの分布状態は、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ミルドファイバー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、カーボンミルドファイバー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、比較用シャフトの断面状態を示した模式図であり、本発明の導電性シャフトにおけるカーボンミルドファイバー（Ｂ）と同程度の量でカーボンブラック５のみを分布させた状態を示すものであるが、凝集がみられ、電気パスルートができていないことがわかる。 As described above, the conductive shaft of the present invention is a fiber-reinforced resin shaft in which a continuous glass fiber bundle is embedded in parallel to the longitudinal direction of the shaft, and the matrix resin is a thermosetting resin ( It consists of a resin composition containing A) as a main component and containing carbon milled fiber (B) and a curing agent (C), and the carbon milled fiber (B) is along the continuous glass fibers constituting the continuous glass fiber bundle. Distributed in an oriented state. Here, the “main component” of the resin composition has a great influence on the properties of the entire composition, and means 50% by weight or more of the total in the present invention. Further, “the carbon milled fiber (B) is distributed in a state of being oriented along the continuous glass fibers constituting the continuous glass fiber bundle.” Means that the agglomeration of the carbon milled fibers is not observed and the continuous glass An electrical path route by the carbon milled fiber is formed in a state of being oriented along the fiber, which means a state in which the conductivity of the shaft is secured. This is schematically shown in FIG. In the figure, 1 is a shaft, 2 is a glass fiber bundle, 2a is a glass fiber constituting it, 3 is a carbon milled fiber, and 4 is a matrix resin. The distribution state of the carbon milled fiber can be confirmed by observing the cross section of the conductive shaft with an electron microscope. Usually, the mixing ratio of the carbon milled fiber in the resin composition that is the material of the matrix resin is used. Is within the range shown below and the electrical resistance value of the conductive shaft shows a low value as shown below, it can be considered that the carbon milled fiber is in the distribution state as described above. . FIG. 2 is a schematic view showing a cross-sectional state of the comparative shaft, and shows a state in which only carbon black 5 is distributed in an amount similar to that of the carbon milled fiber (B) in the conductive shaft of the present invention. Although it is agglomerated, it can be seen that agglomeration is observed and an electric path route is not formed.
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。 In the conductive shaft of the present invention, the glass fiber needs to be a continuous fiber from the viewpoint of strength and rigidity as described above, and is bundled as described above. In addition, the glass fiber content rate (Vf value) in the electroconductive shaft of this invention calculated | required by the following formulas (1) becomes like this. Preferably it is 40 to 70%, More preferably, it is 55 to 65%. That is, if the Vf value is too small, there is a risk that the product will have severe molding shrinkage and there will be no surface smoothness. Conversely, if the Vf value is too large, the amount of resin will decrease and the conductivity may not be ensured. Because.
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。 In the conductive shaft of the present invention, examples of the thermosetting resin (A) constituting the resin composition that is the material of the matrix resin include unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, epoxy resins, and phenol resins. It is done. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, unsaturated polyester resins are preferred from the viewpoint of adhesion to glass fibers.
上記熱硬化性樹脂（Ａ）の硬化剤（Ｃ）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（Ｃ）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。 As the curing agent (C) of the thermosetting resin (A), for example, unsaturated polyester resin and vinyl ester resin include methyl ethyl ketone peroxide, acetylacetone peroxide, benzoyl peroxide, tertiary butyl peroxide-2- Organic peroxides such as ethyl hexanoate, benzoyl peroxide, tertiary butyl perbenzoate and dicumyl peroxide are used. Epoxy resins include bisphenol A, tetrabromobisphenol A, bisphenol S, bisphenol F, bis ( 4-hydroxyphenyl) cyclohexane, bis (4-hydroxyphenyl) ethane, 1,3,3-trimethyl-1-m-hydroxyphenylindan-5-ol, 1,3,3-trimethyl-1-m-hydroxy Enylindane-7-ol, 1,3,3-trimethyl-1-p-hydroxyphenylindan-6-ol, resorcin, hydroquinone, catechol, nadic acid, maleic acid, phthalic acid, methyl-tetrahydrophthalic acid, methyl nadic acid, etc. Polycarboxylic acids and their anhydrides, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, diaminodiphenyl ether, phenylenediamine, diaminodicyclohexylmethane, xylylenediamine, toluenediamine, diaminodicyclocyclohexane, dichloro-diaminodiphenylmethane (including isomers), ethylenediamine Polyamine compounds such as hexamethylenediamine, dicyandiamide, tetramethylguanidine, active hydrogen-containing compounds capable of reacting with epoxy groups, etc. The Nord resin, hexamethylene tetramine, melamine and methylol urea, or the like is used. These may be used alone or in combination of two or more. The ratio of the curing agent (C) in the resin composition is preferably in the range of 0.5 to 15 parts by weight, more preferably 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermosetting resin (A), more preferably. Is in the range of 1 to 10 parts by weight.
上記熱硬化性樹脂（Ａ）とともに用いられるカーボンミルドファイバー（Ｂ）は、炭素繊維を粉砕したものを言い、一般的に、樹脂充填剤として使用される炭素繊維を特定の長さに切断した短繊維（チョップドファイバー）よりも、平均繊維長が短いものが多い。そして、上記カーボンミルドファイバー（Ｂ）としては、その平均繊維長が４０〜１５０μｍのものが好ましく、より好ましくは、その平均繊維長が１００μｍのものである。すなわち、上記平均繊維長が短すぎると、所望の補強効果や導電性が得られず、逆に、上記平均繊維長が長すぎると、樹脂との混合性に悪影響を及ぼすからである。なお、上記カーボンミルドファイバー（Ｂ）の平均繊維径は、通常、約７μｍである。そして、その平均繊維長および平均繊維径は、例えば、ＳＥＭ（電子顕微鏡）観察等により測定することができる。 The carbon milled fiber (B) used together with the thermosetting resin (A) refers to a pulverized carbon fiber, and is generally a short of a carbon fiber used as a resin filler cut to a specific length. Many fibers have a shorter average fiber length than fibers (chopped fibers). And as said carbon milled fiber (B), that whose average fiber length is 40-150 micrometers is preferable, More preferably, the average fiber length is 100 micrometers. That is, if the average fiber length is too short, the desired reinforcing effect and conductivity cannot be obtained, and conversely, if the average fiber length is too long, the miscibility with the resin is adversely affected. The average fiber diameter of the carbon milled fiber (B) is usually about 7 μm. And the average fiber length and average fiber diameter can be measured by SEM (electron microscope) observation etc., for example.
前記樹脂組成物におけるカーボンミルドファイバー（Ｂ）の割合は、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し、２０〜５０重量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは、３０〜４０重量部の範囲である。すなわち、上記カーボンミルドファイバー（Ｂ）の配合量が少なすぎると、充分な導電性が得られず、逆に上記カーボンミルドファイバー（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。 The proportion of the carbon milled fiber (B) in the resin composition is preferably in the range of 20 to 50 parts by weight, more preferably 30 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermosetting resin (A). Range. That is, if the amount of the carbon milled fiber (B) is too small, sufficient conductivity cannot be obtained. Conversely, if the amount of the carbon milled fiber (B) is too large, the viscosity of the resin composition is high. This is because the fiber bundle is not completely impregnated in the fiber bundle, and the moldability is deteriorated and the conductivity is adversely affected.
なお、上記樹脂組成物には、必要に応じて、カーボンブラック、タルク，マイカ等の無機フィラー、炭酸カルシウム，酸化マグネシウム等の収縮防止剤、難燃剤、分散剤、離型剤等を適宜添加してもよい。 In addition, an inorganic filler such as carbon black, talc and mica, an anti-shrinkage agent such as calcium carbonate and magnesium oxide, a flame retardant, a dispersant, a release agent, and the like are appropriately added to the resin composition as necessary. May be.
カーボンブラックを、カーボンミルドファイバー（Ｂ）と併用すると、より良好な導電性を得ることができるが、カーボンブラックの多量配合は、成形性等の点で問題となることから、本発明において、前記樹脂組成物におけるカーボンブラックの割合は、熱硬化性樹脂（Ａ）１００重量部に対し０．５〜５重量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは、１〜３重量部の範囲である。 When carbon black is used in combination with carbon milled fiber (B), better conductivity can be obtained. However, since a large amount of carbon black is problematic in terms of moldability, in the present invention, The proportion of carbon black in the resin composition is preferably in the range of 0.5 to 5 parts by weight, more preferably in the range of 1 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermosetting resin (A). .
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。 Next, the conductive shaft of the present invention is manufactured as follows, for example.
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（Ｃ）、カーボンミルドファイバー（Ｂ）、および必要に応じ他の添加剤を含有する樹脂組成物の入った漕に引き込み、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。 That is, a resin composition containing a thermosetting resin (A) as a main component in a state where continuous glass fibers are bundled, and containing the curing agent (C), carbon milled fiber (B), and other additives as required. Pulled into a bowl containing a product, impregnated with continuous glass fiber into the resin composition, then drawn into a mold and heat-cured, and cut the long fiber reinforced resin molded product thus obtained into a predetermined length To do. Also, after impregnating the continuous glass fiber into the resin composition, when pulling it into the mold, a nonwoven fabric (polyester, glass, and aramid types are available as materials) to suppress exposure to the fiber surface. May be set. By such a special manufacturing method, an electric path route can be formed with a small amount of carbon black, and the target conductive shaft of the present invention can be manufactured satisfactorily.
そして、上記含浸処理に用いる樹脂組成物は、三本ロールやビーズミルなどの混練機を用いることでカーボンミルドファイバー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。この中でも、フィラーの凝集を解くためにロールの間隙を簡便に調節して加工できる点から三本ロールが好ましい。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。 And the resin composition used for the said impregnation process can eliminate the aggregation of carbon milled fiber more by using a kneader such as a three-roll or bead mill, and can further increase the conductivity of the resulting conductive shaft. Among these, a three-roll is preferable because it can be processed by simply adjusting the gap between the rolls in order to release the filler aggregation. The kneading treatment is performed before the curing agent is added, and the kneading is performed again after the curing agent is added. At this time, kneading may be performed by hand stirring, feathering, or the like because the curing agent may be mixed in the resin composition. Any of agitation and kneading by rolls may be used. Among these, feather stirring is simple and preferable.
また、上記含浸処理に用いる樹脂組成物の粘度を、２．８〜２８．２Ｐａ・ｓの範囲にすることが、上記特殊な製法を良好に行う観点から好ましい。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、ＪＩＳ Ｋ ７１１７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。 In addition, it is preferable that the viscosity of the resin composition used for the impregnation treatment be in the range of 2.8 to 28.2 Pa · s from the viewpoint of favorably performing the special manufacturing method. In addition, the said viscosity is measured before adding a hardening | curing agent, and is a value measured by temperature: room temperature (28 to 35 degreeC) using the B-type viscosity meter based on JISK7117. .
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。 The resin composition subjected to the impregnation treatment is thermally cured in a mold at 100 to 160 ° C. by heat treatment for about 1 to 15 minutes.
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。 The long fiber-reinforced resin molded product obtained by thermosetting in the mold is cut into a predetermined length by a cutting machine or the like, and becomes a target conductive shaft.
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。 The series of manufacturing methods can be performed using a general pultrusion machine.
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１×１０4Ω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。 The conductive shaft of the present invention obtained as described above sufficiently exhibits the function as a shaft body of the conductive roll for OA equipment when its electric resistance value is less than 1 × 10 4 Ω. Is preferable.
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。 And the conductive roll for OA equipment which uses the conductive shaft of this invention as a shaft body originates in the performance of the shaft body, and has an excellent function as a conductive roll for OA equipment (especially a charging roll and a developing roll). It can be demonstrated.
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。 The conductive shaft of the present invention exhibits excellent performance as a shaft body for rolls for OA equipment such as a toner supply roll, a paper feed roll, a transfer roll, and a cleaning roll in addition to a charging roll and a developing roll. Can do. In addition, the conductive shaft of the present invention can be used as a shaft body for industrial rolls such as dustproof rolls and engraving rolls, and also as structural members for various products.
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。 Next, examples will be described together with comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded.
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。 First, prior to the examples and comparative examples, the following materials were prepared.
〔熱硬化性樹脂（Ａ１）〕
不飽和ポリエステル樹脂（ユピカ３５１２、日本ユピカ社製）
[Thermosetting resin (A1)]
Unsaturated polyester resin (Iupica 3512, manufactured by Nippon Iupika)
〔カーボンミルドファイバー（Ｂ１）〕
ＣＦＭＰ−１５０Ｘ（平均繊維長：１００μｍ）、日本ポリマー産業社製
[Carbon milled fiber (B1)]
CFMP-150X (average fiber length: 100 μm), manufactured by Nippon Polymer Sangyo Co., Ltd.
〔カーボンミルドファイバー（Ｂ２）〕
ＣＦＭＰ−３０Ｘ（平均繊維長：４０μｍ）、日本ポリマー産業社製
[Carbon milled fiber (B2)]
CFMP-30X (average fiber length: 40 μm), manufactured by Nippon Polymer Sangyo Co., Ltd.
〔カーボンミルドファイバー（Ｂ３）〕
ＣＦＭＰ−３００Ｘ（平均繊維長：１５０μｍ）、日本ポリマー産業社製
[Carbon milled fiber (B3)]
CFMP-300X (average fiber length: 150 μm), manufactured by Nippon Polymer Sangyo Co., Ltd.
〔カーボンブラック〕
デンカブラック（平均粒径３５ｎｍ）、デンカ社製
〔Carbon black〕
Denka Black (average particle size 35 nm), manufactured by Denka
〔分散剤（１）〕
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）
[Dispersant (1)]
Copper phthalocyanine sulfonate ammonium salt (SOLSPERSE 5000, manufactured by Nippon Lubrizol)
〔分散剤（２）〕
ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ８８０００、日本ルーブリゾール社製
[Dispersant (2)]
SOLPERSE 88000, manufactured by Nihon Lubrizol
〔硬化剤（Ｃ１）〕
パーロイルＴＣＰ、日油社製
[Curing agent (C1)]
Parroyl TCP, NOF Corporation
〔実施例１〜１４、比較例１〕
上記熱硬化性樹脂とカーボンミルドファイバー等（硬化剤を除く）とを配合し、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。
そして、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：ＴＯＫＩ ＳＡＮＧＹＯ社製、ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ ＴＶＢ−１０（ＴＶＲ）
・ローター種：Ｈ７
・回転数：６０ｒｐｍ
・測定環境：室温（２８℃〜３５℃）
[Examples 1 to 14, Comparative Example 1]
The thermosetting resin and carbon milled fiber (excluding the curing agent) were blended and kneaded with a three roll. Then, the hardening | curing agent was added and feather stirring was performed and the resin composition was prepared. The mixing ratio of the above components and the three-roll gap during the kneading were as shown in Tables 1 and 2 below.
And the viscosity (viscosity before adding a hardening | curing agent) of the resin composition after kneading | mixing with a three roll was measured on condition of the following.
・ Apparatus: manufactured by TOKI SANGYO, VISCOMETER TVB-10 (TVR)
・ Rotor type: H7
・ Rotation speed: 60rpm
・ Measurement environment: Room temperature (28 ℃ ~ 35 ℃)
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漕に引き込み、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。 Subsequently, in a state where the continuous glass fibers are bundled, the continuous glass fibers are drawn into a basket containing the resin composition prepared above, impregnated with the continuous glass fibers into the resin composition, and then drawn into a mold and thermally cured. The long fiber reinforced resin molded product was cut to produce a shaft having a diameter of 6 mm and a length of 300 mm.
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。 With respect to the shafts of Examples and Comparative Examples thus obtained, each characteristic was measured and evaluated according to the following criteria. The results are shown in Tables 1 and 2 below.
〔Ｖｆ値〕
以下の計算式（１）に従い、シャフトのガラス繊維含有率（Ｖｆ値）を求めた。
[Vf value]
According to the following calculation formula (1), the glass fiber content (Vf value) of the shaft was determined.
〔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１×１０4Ω未満であったものを「○」、１×１０4Ω以上を「△」と評価した。
(Electric resistance measurement)
The electrical resistance value varies depending on the shape (cross-sectional area and length) to be evaluated. Therefore, the shape of the shaft was unified to a diameter of 6 mm and a length of 300 mm, and the electric resistance value was measured using a tester (MODEL 3021, manufactured by HIoki Corporation). The measurement was performed by applying a measuring needle to the end section of the shaft having the above shape. Then, to evaluate what its electrical resistance was less than 1 × 10 4 Ω to as "○", more than 1 × 10 4 Ω "△".
〔曲げ弾性率〕
ＪＩＳ Ｋ７０１７ に準拠し、１８０℃温度下で、シャフトの三点曲げ試験（支点間距離：１００ｍｍ試験速度：５０ｍｍ/ｍｉｎ）を行った。そして、その曲げ弾性率が２９．０ＧＰａ以上であるものを「○」、２９．０ＧＰａ未満であるものを「×」と評価した。
(Flexural modulus)
Based on JIS K7017, a three-point bending test (distance between fulcrums: 100 mm test speed: 50 mm / min) of the shaft was performed at a temperature of 180 ° C. And the thing whose bending elastic modulus is 29.0GPa or more was evaluated as "(circle)", and the thing below 29.0GPa was evaluated as "x".
上記結果より、実施例のシャフトは、電気抵抗値が低く、導電性に優れているとともに、高温条件下での曲げ弾性率にも優れていることがわかる。これに対し、比較例のシャフトは、導電性に優れているものの、実施例のシャフトに比べ、曲げ弾性率が低いことがわかる。 From the above results, it can be seen that the shafts of the examples have low electrical resistance values, excellent conductivity, and excellent bending elastic modulus under high temperature conditions. On the other hand, although the shaft of the comparative example is excellent in conductivity, it can be seen that the flexural modulus is lower than that of the shaft of the example.
本発明の導電性シャフトは、軽量で、強度および剛性が高く、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。 The conductive shaft of the present invention is lightweight, high in strength and rigidity, excellent in conductivity, and inexpensive. Therefore, it is preferably used as a shaft body of a conductive roll for OA equipment, but in addition, a shaft body of a roll for OA equipment that does not require conductivity, a shaft body of an industrial roll such as a dustproof roll, an engraving roll, It can also be used as a structural member for various products.
１ シャフト
２ ガラス繊維束
２ａ ガラス繊維
３ カーボンミルドファイバー
４ マトリックス樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）カーボンミルドファイバー。
（Ｃ）（Ａ）成分の硬化剤。 A fiber-reinforced resin shaft in which a continuous glass fiber bundle is embedded in parallel to the longitudinal direction of the shaft, the matrix resin comprising the following (A) as a main component and the following (B) and (C) components: A conductive shaft comprising the resin composition contained therein, wherein the component (B) is distributed in a state of being oriented along the continuous glass fibers constituting the continuous glass fiber bundle.
(A) Thermosetting resin.
(B) Carbon milled fiber.
(C) Curing agent for component (A).
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）カーボンミルドファイバー。
（Ｃ）（Ａ）成分の硬化剤。 It is a manufacturing method of the electroconductive shaft as described in any one of Claims 1-8, Comprising: In the state which bundled continuous glass fiber, following (A) is a main component and the following (B) and (C) component Is drawn into a basket containing a resin composition containing the resin composition, impregnated with continuous glass fiber into the resin composition, and then drawn into a mold and thermally cured. A method for producing a conductive shaft, characterized by being cut into lengths.
(A) Thermosetting resin.
(B) Carbon milled fiber.
(C) Curing agent for component (A).
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