JP2004276290A - フッ素樹脂被覆ローラの製造方法及びフッ素樹脂被覆ローラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゴムローラ2の外径D2より小さな内径D3を有するフッ素樹脂チューブ3の内周面3aあるいは/及びゴムローラ2の外周面2aに低粘度の接着剤を塗布し、フッ素樹脂チューブ3の径を拡張させて、フッ素樹脂チューブ3をゴムローラ2に被覆していき、被覆時にフッ素樹脂チューブ3の内周面3aとゴムローラ2の外周面2aとの間の接着剤を潤滑剤としている。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素樹脂被覆ローラの製造方法及びフッ素樹脂被覆ローラに関し、詳しくは、電子写真装置の定着機構の定着加圧用ローラ等に用いられるフッ素樹脂被覆ローラを容易かつ高品質で得るものである。
【0002】
【従来の技術】
プリンター、コピー機、ファクシミリ等の電子写真装置の画像形成機構において、紙等の被転写体上の未定着トナー像を定着させる際に、一般に定着加圧用のローラが用いられている。このような定着機構では、未定着のトナー像が転写された被転写体を2つの圧接した定着加圧用のローラ間に通し、加熱することにより、トナー像を被転写体上に定着させている。
【0003】
従来、上記定着加圧用のローラは、主にシリコンゴム等の耐熱ゴムからなるゴムローラが使用されるが、紙に対するトナーの定着不良を防止するために、その表面側にはフッ素樹脂層が設けられ、離型性が付与されている。このようなフッ素樹脂層を有するゴム弾性ローラの製造方法としては、以下のような方法が挙げられる。
【0004】
例えば、金型の内面に液状フッ素樹脂塗料を塗布・焼成して、金型内面にフッ素樹脂からなる筒状の硬化膜を形成させた後、金型の軸心にローラ芯金を挿入すると共に、硬化膜と芯金との間に液状ゴムを注入し、ゴムの熱加硫を行うことによりフッ素樹脂層を有するゴム弾性ローラを製造する方法。
金属製の芯金上にゴム層等を形成したローラの表面にフッ素樹脂チューブを被覆し、該フッ素樹脂チューブを加熱収縮させることによりローラとチューブとを密着させ、フッ素樹脂層を設ける方法。
金属製芯金上にゴム層等を形成したローラの表面に液状フッ素樹脂塗料を塗布・焼成することによりフッ素樹脂層を形成する方法等が挙げられる。
【0005】
しかしながら、上記した液状フッ素樹脂の塗布方法では、フッ素樹脂の焼成温度がゴム層の耐熱温度より高いため、ゴム層が劣化する場合がある。
また、上記した金型を用いる方法では、金型からローラを脱型する際に、フッ素樹脂層の一部が剥がれたり、フッ素樹脂層にしわが発生することがある。また、金型を用いると製造コストも高くなるという問題がある。
さらに、上記した加熱収縮による方法では、フッ素樹脂チューブの加熱収縮時にしわが発生しやすかったり、フッ素樹脂層を薄膜化しにくいことがある。
【0006】
従って、ローラの要求性能等に応じて、上記方法以外にも、種々の提案がなされており、例えば、特公平8−15758号公報(特許文献1)では、減圧容器内にPFAチューブの一端を保持して懸吊する一方、他端側から減圧容器内のガスを吸引しつつ、前記チューブの内径より僅かに外径が大きく外周面に接着剤が塗布されたゴムローラを挿入し、ゴムローラとチューブを一体化するチューブの嵌込み方法が提案されている。
【0007】
また、特開平10−244590号公報(特許文献2)では、挿入型内にPFAチューブの一端部を保持して懸吊した状態で配置し、前記PFAチューブより僅かに外径を大きく設定された外周面に接着剤を塗布したゴムローラを、該PFAチューブの前記一端部の周縁に密着した状態で当接させ、前記ゴムローラを加圧容器で気密状態で覆い、前記加圧容器内を加圧して前記ゴムローラを前記PFAチューブ内に挿入し、前記接着剤を硬化させることを特徴とするPFAチューブ被覆ローラの製造方法が提案されている。
【0008】
【特許文献1】
特公平8−15758号公報
【0009】
【特許文献2】
特開平10−244590号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平8−15758号のチューブの嵌込み方法、及び特開平10−244590号のPFAチューブ被覆ローラの製造方法では、ローラ外面とチューブ内面との滑りが悪いため、スムーズにゴムローラを挿入することができず、ゴムローラ挿入時にPFAチューブがゴムローラによって引っ張られ、チューブが破損したり、部分的に厚さが異なったり、チューブにしわが生じるという問題がある。また、減圧容器や加圧容器を用いるため、複雑な装置が必要であり、製造に手間とコストがかかるという問題もある。
【0011】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、フッ素樹脂層にしわが生じることがなく、均一な厚みとされると共に、非常に高品質なフッ素樹脂被覆ローラを容易に製造することができるフッ素樹脂被覆ローラの製造方法を提供することを課題としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ローラ基材の外径より小さな内径を有するフッ素樹脂チューブの内周面あるいは/及び上記ローラ基材の外周面に、低粘度の接着剤を塗布し、
上記フッ素樹脂チューブの径を拡張させて、該フッ素樹脂チューブを上記ローラ基材に被覆していき、該被覆時にフッ素樹脂チューブの内周面とローラ基材の外周面との間の上記接着剤を潤滑剤としていることを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラの製造方法を提供している。
【0013】
このように、フッ素樹脂チューブの内周面あるいは/及びローラ基材の外周面に低粘度の接着剤を塗布し、該接着剤の潤滑作用によりフッ素樹脂チューブとローラ基材間の流動性を高めている。このため、ローラ基材の外周面とフッ素樹脂チューブの内周面とが接触し、チューブの内径がローラ基材の外径と同じになるように、チューブを径方向に拡張させて、ローラ基材を滑らせながらチューブを容易に被覆することができる。よって、ローラ基材の挿入時にチューブが破損することもなく、均一な厚みでフッ素樹脂チューブをローラ基材の外周面上に被覆することができる。
【0014】
また、ローラ基材の外径より小さな内径を有するフッ素樹脂チューブを拡張させて被覆するため、チューブにしわが生じることがない上に、フッ素樹脂チューブとローラ基材とを確実に密着させることができる。さらに、押出成形等により得られたフッ素樹脂チューブに折れ目が存在する場合であっても、チューブの拡張により、その折れ目をなくすことができる。従って、非常に高品質なフッ素樹脂被覆ローラを、減圧・加圧装置等を用いずに圧力無負荷の常圧条件下でも極めて容易に製造することができる。
【0015】
上記フッ素樹脂チューブの径は2%〜20%の範囲で拡張させ、この拡張は、上記フッ素樹脂チューブを上記ローラ基材への被覆時にローラ基材との接触により拡張させ、あるいは被覆前と被覆時とで段階的に拡張させている。このように、ローラ基材への被覆時にローラ基材との接触によりチューブ径を一度に拡張させても良いし、被覆前に段階的にチューブ径を拡張してから接着剤を潤滑剤としてチューブを被覆しても良い。
【0016】
上記フッ素樹脂チューブの径を2%〜20%の範囲で拡張させて、該フッ素樹脂チューブを上記ローラ基材に被覆している。これにより、スムーズな挿入性を保持しながら、挿入時に良好な密着性を得ることができる。
上記範囲としているのは、チューブ径の拡張が2%より小さくなるような場合には、チューブの内径とローラ基材の外径がほぼ同寸法となり、チューブとローラ基材との間の密着性が不十分な場合があるためである。一方、チューブ径の拡張が20%より大きくなるような場合には、引張伸びが大きいためにチューブにしわが発生したり破断する場合があるためである。
さらにはチューブの径は5%〜15%の範囲で拡張させるのが好ましい。
【0017】
上記接着剤の粘度は10000cps以下であり、上記ローラ基材はゴム製、樹脂製、あるいは金属製としている。これは、接着剤の粘度が10000cpsより大きいと、ローラ基材の材質がゴム、樹脂等の挿入しにくいものである場合に、スムーズにローラ基材を挿入(チューブを被覆)しにくくなるためである。接着剤の粘度は好ましくは7000cps以下が良い。
なお、粘度はできる限り小さい方が好ましいが、接着性能等の他の性能との両立の点より1000cps以上が良い。
【0018】
具体的には、シリコン系、イミド系等の接着剤を用いることができる。
具体的には、東芝シリコン(株)製のシリコン系接着剤 TSE−3221等が挙げられる。
接着剤は、PFA等のフッ素樹脂チューブの表面をローラやヘラでしごく事により接着剤の層を薄く均一にすることが有効である。
【0019】
本発明に用いられる接着剤は、加熱硬化型接着剤が好ましく、常温下でチューブをローラ基材に被覆した後に、加熱して接着剤を硬化させることによりチューブとローラ基材とを接着することができる。なお、接着剤を塗布後は、乾燥させずにできるだけ早くフッ素樹脂チューブを被覆することが好ましい。
【0020】
ローラ基材の挿入性を高めるためには、フッ素樹脂チューブの内周面とローラ基材の外周面の両面の全面に渡って接着剤を塗布することが好ましいが、どちらか片面のみの塗布とすることもできる。また、場合によっては、部分的に接着剤を塗布することも可能である。接着剤の塗布状況は、接着剤の種類や、ローラ基材の材質等により適宜設定することができる。なお、ローラ基材は円柱状の成形体が好ましい。
【0021】
上記フッ素樹脂チューブは、押出成形により得られたものであり、フッ素樹脂チューブの材質は、耐熱性等の点よりテトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)が好ましい。その他、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の種々のフッ素樹脂を1種あるいは複数種の組み合わせ等により用いることができる。また、押出成形によれば、連続的に長尺なチューブを安定して得ることができる。
【0022】
上記フッ素樹脂チューブの厚みは50μm以下であるのが好ましい。これは、50μmより大きいと剛性が大きくなりチューブが変形しにくくなって挿入し難くなるためである。また、成形性やローラとしての使用時の性能等の点より20μm以上であるのが好ましい。なお、チューブの内径は10mm〜200mmが好ましい。
【0023】
上記ローラ基材挿入時の挿入力が2kg〜20kgの範囲であるのが好ましい。これにより、ローラ基材の挿入作業をよりスムーズに行うことができる。
これは、上記範囲より小さいとチューブの径を拡張させながら挿入しにくくなると共に、挿入にも時間を要するためである。一方、上記範囲より大きいとローラ基材を軸方向への挿入長さの調整が難しく、チューブを所望の位置に被覆しにくくなる場合があるためである。
【0024】
上記フッ素樹脂チューブの引張強度は200kgf/cm2以上、好ましくは250kgf/cm2以上とするのが良い。これは、引張強度が上記値よりも小さいと、ローラ基材挿入時にしわや破れ等が生じ易くなるためである。なお、他の要求特性を満たせば引張強度は大きいほど良い。
【0025】
上記フッ素樹脂チューブの引張伸びは200%〜400%とするのが良い。これにより、ローラ基材の挿入をより容易に行うことができる。
【0026】
上記フッ素樹脂チューブの軸線方向の長さは、チューブ被覆時に軸線方向に余分の長さが生じるように設定し、上記ローラ基材の軸線方向の両側にチューブの余長部分が配置されるようにチューブを被覆し、該余長部分をチャックした状態で上記接着剤を加熱硬化していることが好ましい。チューブをローラ基材に被覆後、軸線方向に余分の長さを有しているチューブの両端をチャックし、接着剤を硬化させることにより、密着性を高めることができる。特に、ローラ基材の軸線方向の端部における接着性を高めることができる。なお、チューブとローラ基材とを予め略同一長さに設定することもでき、被覆時にローラ基材の外表面をチューブが完全に被覆していれば良い。
【0027】
上記フッ素樹脂チューブの内周面は、エッチング処理あるいはプラズマ処理等が施され、化学的に表面改質されていることが好ましい。これにより、フッ素樹脂の濡れ性を高めることができ、接着剤との接着性が高まり、ローラ基材との良好な密着性を得ることができる。上記以外にも、紫外線照射、電子線照射、イオン照射、レーザー照射、コロナ放電等の他の表面改質法により表面処理を行うこともできる。
【0028】
また、本発明のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法により製造されることを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラを提供している。
本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、上記のように、フッ素樹脂層の厚みが均一であり、破れや傷等もないため、非常に高品質なものとすることができる。このように、フッ素樹脂層が高精度で表面に被覆されているため、電子写真装置の定着機構における定着加圧用ローラとして特に好適に用いることができる。
【0029】
フッ素樹脂が被覆されるローラ基材は、ゴム製以外にも、アルミニウム・SUS等の金属製、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリベンゾイミダゾール等の樹脂製等とすることができる。また、仮軸芯が装着された筒状の無端ベルト状の部材の表面にフッ素樹脂を被覆することもできる。ポリイミド樹脂製等の筒状の無端ベルトの内周面側に仮軸芯を装着してローラ状部材とし、該ローラ状部材の表面にフッ素樹脂を被覆した後に、仮軸芯を抜き取ることにより、フッ素樹脂が被覆された無端ベルトを得ることもできる。
【0030】
また、ローラ基材をゴムローラとする場合、耐熱性に優れたシリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いるのが好ましく、その他、種々のゴム成分等を適宜混合して用いることができる。必要に応じて各種添加剤が配合されても良く、発泡ゴムとすることもできる。発泡ゴムとする場合には、加硫時に発泡させても良いし、発泡後に加硫しても良い。また、ゴムの加硫は、チューブ被覆後でも被覆前でも良い。なお、ゴムローラの軸心にはアルミニウム、アルミニウム合金、SUS、鉄等の金属あるいはセラミック製等のシャフトが装着されていることが好ましい。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明のフッ素樹脂被覆ローラ10を示す。フッ素樹脂被覆ローラ10は、アルミニウム製のシャフト1が装着されたシリコーンゴムを主成分とするゴムローラ2からなるローラ基材と、フッ素樹脂チューブ3からなるフッ素樹脂層とを備え、電子写真装置の定着機構における定着加圧用ローラとして好適に用いられるものである。
【0032】
以下、フッ素樹脂被覆ローラ10の製造方法について詳述する。
まず、図2(A)(B)に示すように、ゴムローラ2の外径D2より小さな内径D3を有するフッ素樹脂チューブ3の内周面3a及びゴムローラ2の外周面2aの全面に渡って、低粘度の接着剤(図示せず)を塗布して潤滑剤としている。接着剤として、加熱硬化型接着剤(東芝シリコン(株)製のTSE−3221)を用い、希釈してその粘度を5000cpsに調整した。接着剤の潤滑作用によりフッ素樹脂チューブ3の内周面3aとゴムローラ2の外周面2aとの間の流動性を高めている。
【0033】
円筒状のフッ素樹脂チューブ3の内径D3は32mm、軸線方向の長さL3は350mmとし、円柱状のゴムローラ2の外径D2は35mm、軸線方向の長さL2は240mm、シャフト1の外径D1は15mm、軸線方向の長さはL1は280mmとしている。フッ素樹脂チューブ3は、押出成形により得られたPFAチューブ((株)グンゼ製)であり、厚みが30μm、引張強度が280kgf/cm2、引張伸びが300%である。
【0034】
接着剤を塗布した後、図3(A)に示すように、フッ素樹脂チューブ3(以下、単にチューブとも称す)の一端側において、周方向に均等となるように、その端部3bに4個のチャック5を取り付ける。なお、チューブ3の他端側はフリーな状態としている。
【0035】
チューブ3に取り付けた4個のチャック5を径方向に均等に引っ張り、被覆前の状態から一気にチューブ3の内周面3aとゴムローラ2の外周面2aとを接触させ、チューブ3の径を拡張させながら、チューブ3の一端側からゴムローラ2をチューブ内に挿入することで、図3(B)に示すように、ゴムローラ2の外周面2a上にチューブ3を被覆する。ゴムローラ2の軸線方向の両側にチューブ3の余長部分3cが配置されるようにチューブ3を被覆している。
【0036】
具体的には、ゴムローラ2の外周面2aとチューブ3の内周面3aとが接触し、チューブ3の内径D3がゴムローラ2の外径D2と同じになるように、チューブ3を拡張させながら、ゴムローラ2を接着剤の潤滑作用により滑らせてチューブ3内に挿入し、チューブ3をゴムローラ2の外周面2aの全面を覆うように完全に被覆する。即ち、チューブ3の径は、約9.4%拡張させており、ゴムローラ2の挿入時の挿入力は2kgとしている。
【0037】
上記のように常温、圧力無負荷の常圧の条件下でチューブ3をゴムローラ2に被覆した後に、図4(A)に示すように、軸線方向の両端側に余分の長さを有しているチューブ3の余長部分3cの両端をチャックし、その後、150℃〜250℃、1時間〜3時間の条件で加熱することにより、接着剤を硬化させると共に、ゴムの加硫を行う。
【0038】
加熱後、図4(B)に示すように、軸線方向両側の余長部分3cをカットし、チューブ3の軸線方向の長さをゴムローラ2の長さと同一にし、フッ素樹脂被覆ローラ10を得ている。
【0039】
このように、チューブ3の内周面3a及びゴムローラ2の外周面2aに低粘度の接着剤を塗布し、接着剤の潤滑作用によりチューブ3とゴムローラ2間の流動性を高めているため、チューブ3を拡張させながら、ゴムローラ2をチューブ3内に非常にスムーズに挿入することができる。よって、挿入時にチューブ3が破損することもなく、均一な厚みでフッ素樹脂チューブ3を被覆することができる。
【0040】
また、ゴムローラ2の外径D2より小さな内径D3を有するフッ素樹脂チューブ3を拡張させながら上記の方法により被覆するため、チューブ3にしわが生じることがない上に、フッ素樹脂チューブ3とゴムローラ2とを確実に密着させることができる。従って、非常に高品質なフッ素樹脂被覆ローラ10を容易に製造することができる。
【0041】
フッ素樹脂チューブの内周面は、接着力の向上を図るため、エッチング処理あるいはプラズマ処理等が施されている必要がある。また、接着剤の塗布は、チューブ側あるいはローラ側のいずれか片面でも良い。なお、部分的に接着剤を塗布することもできる。チューブ3の拡張は、被覆前と被覆時とで段階的に拡張させて行うこともできる。
【0042】
上記実施形態では、ローラ基材は、ゴム製のゴムローラとしているが、金属製、樹脂製等とすることもできる。なお、ローラ基材としては、ポリイミド樹脂製あるいはニッケル、鉄等の金属製等の筒状の無端ベルトも含まれ、仮軸芯の外周面上に無端ベルトを装着させることにより、ローラ状とし、チューブを被覆することができる。また、フッ素樹脂チューブ、ローラ等の各寸法は、要求される性能等に応じて適宜設定可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、フッ素樹脂チューブの内周面あるいは/及びローラ基材の外周面に低粘度の接着剤を塗布し、該接着剤の潤滑作用によりフッ素樹脂チューブとローラ基材間の流動性を高めている。このため、ローラ基材の外周面とフッ素樹脂チューブの内周面とが接触し、チューブの内径がローラ基材の外径と同じになるように、チューブを径方向に拡張させながら、ローラ基材を滑らせてチューブ内に容易に挿入することができる。その結果、挿入時にチューブが破損したり、しわが発生することもなく、均一な厚み及び良好な密着性でフッ素樹脂チューブを被覆することができる。
【0044】
また、押出成形等により得られたフッ素樹脂チューブには、搬送時等に扁平形状に折り畳まれて、チューブの長手方向に折れ目が存在する場合があるが、本発明によれば、チューブの拡張により、このような折れ目跡をもなくすことができ、定着加圧用ローラとして用いた時に良好な画像を得ることができる。
【0045】
さらに、減圧装置や加圧装置等の大掛かりな装置を用いることなく、チューブを容易に被覆することができる。従って、非常に高品質なフッ素樹脂被覆ローラを非常に、容易かつ安価に製造することができる。以上より、本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、電子写真装置の画像形成機構における定着加圧用ローラとして、特に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフッ素樹脂被覆ローラの概略斜視図である。
【図2】(A)はフッ素樹脂チューブ、(B)はゴムローラの概略斜視図である。
【図3】(A)はゴムローラへのチューブの被覆状況の説明図であり、(B)はチューブが完全に被覆された状態を示す図である。
【図4】(A)(B)はフッ素樹脂被覆ローラの製造工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
1 シャフト
2 ゴムローラ(ローラ基材)
2a 外周面
3 フッ素樹脂チューブ(チューブ)
3a 内周面
D2 外径
D3 内径
Claims (9)
- ローラ基材の外径より小さな内径を有するフッ素樹脂チューブの内周面あるいは/及び上記ローラ基材の外周面に、低粘度の接着剤を塗布し、
上記フッ素樹脂チューブの径を拡張させて、該フッ素樹脂チューブを上記ローラ基材に被覆していき、該被覆時にフッ素樹脂チューブの内周面とローラ基材の外周面との間の上記接着剤を潤滑剤としていることを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。 - 上記フッ素樹脂チューブの径は2%〜20%の範囲で拡張させ、この拡張は、上記フッ素樹脂チューブを上記ローラ基材への被覆時にローラ基材との接触により拡張させ、あるいは被覆前と被覆時とで段階的に拡張させている請求項1に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
- 上記接着剤の粘度が10000cps以下であり、上記ローラ基材はゴム製、樹脂製、あるいは金属製である請求項1または請求項2に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
- 上記フッ素樹脂チューブは、押出成形により得られたPFAチューブであり、厚みが50μm以下である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
- 上記ローラ基材挿入時の挿入力が2kg〜20kgである請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
- 上記フッ素樹脂チューブの内周面は、エッチング処理あるいはプラズマ処理が施されている請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
- 上記フッ素樹脂チューブの軸線方向の長さは、チューブ被覆時に軸線方向に余分の長さが生じるように設定し、上記ローラ基材の軸線方向の両側にチューブの余長部分が配置されるようにチューブを被覆し、該余長部分をチャックした状態で上記接着剤を加熱硬化している請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法により製造されることを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラ。
- 電子写真装置の定着機構における定着加圧用ローラとして用いられる請求項8に記載のフッ素樹脂被覆ローラ。
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