JP2005163837A - フッ素樹脂被覆ゴムローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 複写機などの定着装置に用いられる加圧ローラに適した、用紙搬送力が向上し、且つ柔軟性が増し耐久性に優れたフッ素樹脂被覆ゴムローラを提供すること。
【解決手段】 動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による１００℃での貯蔵弾性率（Ｇ‘）測定値が６０ＭＰａ以下であり、パーフルオロアルキルビニルエーテルの含有量が６〜２５重量％である、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からなる、厚さ０．０１〜０．１５ｍｍのチューブにより被覆されてなるフッ素樹脂被覆ゴムローラ、及び該ゴムローラからなる加圧ローラ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、オフィスオートメーション機器（ＯＡ機器）、例えば複写機などの定着装置に用いられる加圧ローラにおいて、用紙搬送力の向上と同時にローラ表面硬度の柔軟性を向上させた耐久性に優れたフッ素樹脂被覆ゴムローラに関する。

複写機などの定着装置に用いられる加圧ローラとして、従来より主としてゴムローラが採用されている。こうしたゴムローラは、その表面にシリコンコーティング、或いはフッ素樹脂塗料によるコーティングが施されていたが、これらは耐久性の面で問題があるため、最近ではフッ素樹脂系チューブにより被覆されたゴムローラが多用されるようになった。用いられるフッ素樹脂系チューブとしては、耐久性、耐熱性等に優れた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（以下、ＰＦＡという）製チューブが多用される傾向にある。しかしながら、これらＰＦＡ製チューブで被覆されたゴムローラは滑り性が良すぎるため、特にオンデマンド方式による定着装置に用いると、ゴムローラと用紙との間において必要とする用紙搬送力が得られずに用紙が滑ってしまい、その進行を妨げるという問題が生じていた。（特許第２９４４４５７号公報）

また、最近ではカラープリンターの普及に伴い、画像鮮明性の観点から加圧ローラとして柔軟性に富むゴムローラが求められ、内層のシリコンゴム自体も柔軟性が増して来ている。しかしながら、ゴムローラの表層に使用されているフッ素樹脂層と下層の弾性体層の硬度差が大きいと、ローラ定着方式及びフィルム定着方式による定着装置の何れにおいても画像不良を引き起こすという問題が生じていた。

特許第２９４４４５７号公報

本発明は、複写機などの定着装置に用いられる加圧ローラとして、用紙搬送力が向上し、かつ柔軟性が増し耐久性に優れたフッ素樹脂被覆ゴムローラを提供することを目的とする。

樹脂個々の柔軟性の尺度として動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による貯蔵弾性率を指標に用いた。この貯蔵弾性率の数値が小さいほど柔軟性があると解釈できる。またローラ成形体の柔軟性はローラ表面硬度としてデュロメータ（タイプC）硬度測定器にて求めた。この場合でも数値が小さい程柔軟性が高いことを示している。

通常のＰＦＡにおいてはコモノマーとしてＰＰＶＥ（パーフルオロプロピルビニルエーテル）が３〜４重量％含まれており、その貯蔵弾性率は１００℃において約７０ＭＰａであり、下地のシリコーン樹脂に柔軟性を持たせて、その貯蔵弾性率を約１ＭＰａと小さくしても、ＰＦＡ樹脂がシリコーン樹脂に比較して高い弾性を持つためにロール自体を柔らかくすることが困難であった。その解決手段の一つとしてＰＦＡ樹脂の厚さを薄くするという方法も考えられるが、薄いＰＦＡ樹脂膜製作にも自ずと限界があり、また薄くしすぎると膜強度及び耐久性上の問題も生じてくる。

本発明は、動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による１００℃での貯蔵弾性率（Ｇ‘）測定値が６０ＭＰａ以下であり、パーフルオロアルキルビニルエーテルの含有量が６〜２５重量％である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からなる、厚さ０．０１〜０．１５ｍｍのチューブにより被覆されてなることを特徴とするフッ素樹脂被覆ゴムローラを提供する。

前記ＰＡＶＥが、パーフルオロエチルビニルエーテル（ＰＥＶＥ）である前記フッ素樹脂被覆ゴムローラは、本発明の好ましい態様である。

前記フッ素樹脂被覆ゴムローラが、オフィスオートメーション機器の定着部に用いられるゴムローラであることは、本発明の好ましい態様である。

本発明によれば、特定の性質を有するテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）の共重合体からなる、厚さ０．０１〜０．１５ｍｍのチューブによりゴムローラが被覆されることにより、用紙搬送力が向上し、かつ柔軟性が増し耐久性、耐熱性、離型性に優れたフッ素樹脂被覆ゴムローラを得ることができる。

更に、本発明のフッ素樹脂チューブで被覆されたゴムローラは、チューブ表層が細かな凹凸に追従するため、トナー粒子の大小に係わらず均一に加熱溶融することができ、カラープリンター、複写機などに応用することにより、高画質の画像が得られる。
即ち、本発明の弗素樹脂被覆ゴムローラは、複写機などの定着装置に用いられる加圧ローラ或いは定着ローラとして有用であり、特にオンデマンド方式による定着装置に有用である。

本発明は、動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による１００℃での貯蔵弾性率（Ｇ‘）測定値が６０ＭＰａ以下であることを特徴とするテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）共重合体（ＰＦＡ）からなる、厚さ０．０１〜０．１５ｍｍのチューブにより被覆されてなることを特徴とするフッ素樹脂被覆ゴムローラを提供する。

本発明のフッ素樹脂被覆ゴムローラは、用紙搬送力が向上し、かつ柔軟性が増し、耐久性、耐熱性、離型性に優れたフッ素樹脂被覆ゴムローラである。

本発明におけるテトラフルオロエチレン（以下、ＴＦＥという）・パーフルオロアルキルビニルエーテル（以下、ＰＡＶＥという）共重合体（以下、ＰＦＡという）は、ＰＡＶＥを６〜２５重量％、好ましくは６〜２０重量％含有する物が好ましい。本発明のＰＦＡの柔軟性はＰＡＶＥの含有量に比例して向上するが、ＰＡＶＥの含有量が６重量％未満である場合には十分な柔軟性が得られないため好ましくなく、２５重量％を越える場合には機械的特性が極端に低下するため好ましくない。

本発明におけるＰＡＶＥとしては、パーフルオロエチルビニルエーテル（ＰＥＶＥ）であることが好ましい。前記ＰＡＶＥが、パーフルオロエチルビニルエーテル（ＰＥＶＥ）である前記フッ素樹脂被覆ゴムローラは、本発明の好ましい態様である。

コモノマーがＰＥＶＥの場合には、ＰＥＶＥのＴＦＥに対する反応性が高いために均質性良くコモノマー含有量の高いポリマーを得ることができる。ＰＡＶＥがパーフロロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）である場合は、ＰＰＶＥのＴＦＥに対する反応性がＰＥＶＥと比べて乏しいため、通常行なわれているＰＦＡの重合条件で、コモノマー含有量の高いポリマーを均質性高く得ることは、ＰＥＶＥと比べて難しくなる傾向がある。

本発明におけるテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）共重合体（ＰＦＡ）は、主成分であるＴＦＥにコモノマーとしてＰＡＶＥを加え、重合圧１．０〜４．０ＭＰａ、 重合温度５０℃〜１２０℃の重合条件のもと、公知の重合法により、ＰＡＶＥの分布が均質な重合体として得ることができる。

重合により得られたＰＦＡは、非粘着性、耐熱性、耐油性、耐薬品性、及びトナーに対する離型性向上の観点から、ポリマー鎖末端の反応性官能基である不安定末端基をフッ素化等によりトリフロロメチル基（−ＣＦ_３）に変換することが好ましい。より好ましくは、１０^６個の炭素中に−ＣＯＦ、−ＣＯＯＨ、或いは−ＣＯＮＨ_２等の不安定末端基の数が０個、多くとも１５個である。

フッ素化は、通常大気圧あるいは０．０〜１ＭＰａ（ゲージ圧）の範囲で、通常５０℃〜２５０℃、好ましくは２００℃までの温度のフッ素ガスに、ＰＦＡを１〜２０時間接触させることにより行う。用いるフッ素ガスは純粋なフッ素ガスを用いてもよいが、安全性の面から窒素ガス、ヘリウムガス、及びアルゴンガス等の不活性ガスで２〜５０容量％に希釈されたフッ素ガスを用いることが好ましい。接触させるＰＦＡの形状は、特に限定されず、粉末状、ペレット状、フレーク状等のいずれの形状であってもよい。

フッ素化によって樹脂中の比較的低分子量ポリマーは除去されるが、更に除去したい場合には、フッ素化後、ＰＦＡを融点付近以下の温度で加熱処理する、あるいは再押出しを行なうとよい。このことによってＰＦＡ樹脂の非粘着性、耐熱性、耐油性、耐薬品性、及びトナーに対する離型性をより一層向上させることもできる。

本発明におけるＰＦＡは、動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による１００℃での貯蔵弾性率（Ｇ‘）測定値が６０ＭＰａ以下である。貯蔵弾性率は樹脂の柔軟性を示し、貯蔵弾性率の値が小さくなるにつれ共重合体の柔軟性が増すことを示している。

従来のＰＦＡ（パーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）を３〜４重量％含む）の貯蔵弾性率(Ｇ‘)が、１００℃において７０〜８０ＭＰａ, ２００℃において２６〜３１ＭＰａであるのに対し、本発明のＰＦＡは、１００℃では６０ＭＰａ以下、２００℃では２０ＭＰａ以下であり、加温領域では従来のＰＦＡより柔軟性に富み、複写機などの定着装置に用いられる加圧ローラとしての使用温度領域１００〜２００℃の温度領域において柔らかくシリコンゴムの柔軟性を損なわないものが得られる。このような樹脂としては本出願人による先の出願（特願２００２−３３０６１７）に記載された樹脂が好ましい。

因みに、表１にＰＡＶＥの一種としてＰＥＶＥを用いた場合のＰＥＶＥ含有量と温度に対する貯蔵弾性率の変化を、ＰＰＶＥを３〜４重量％含有する従来品のＰＦＡ（ＰＦＡ３５０−Ｊ）と比較して表１に例示する。

本発明におけるＰＦＡからなるチューブは、通常の溶融押出成形法により筒状に成形され、成形方法については特に限定されるものではない。筒状に成形されたチューブは熱収縮性を有するものであっても良く、必要に応じて延伸されたものであってもよい。
また、本発明におけるＰＦＡからなるチューブは、本発明におけるＰＦＡのみから成形されてもよいが、必要に応じＰＦＡに、チューブの特性を著しく損なわない範囲で他の成分、例えば公知の添加剤を含んで成形されてもよい。また、フッ素樹脂チューブがゴムローラ表面と接着し易いように、フッ素樹脂チューブの内表面に予め公知の方法に従ってエッチング処理および／またはプライマー処理などを施しておいてもよい。

本発明におけるＰＦＡからなるチューブの厚さは、０．０１〜０．１５ｍｍであることが好ましい。チューブの厚さが０．０１ｍｍ未満である場合には十分な耐久性が得られず、０．１５ｍｍを越える場合にはチューブが硬くなるため好ましくない。

本発明におけるゴムローラは、芯金にゴムが付設されてなるものである。用いられるゴムとしては特に制限は無く、シリコン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどを例示することができる。また、その硬度について特に制限はないが、デュロメータ硬度（タイプＣ）により約１０〜３０度のゴム硬度を有するものが、通常最も好ましい用紙搬送力を示すため好ましい。

本発明のフッ素樹脂被覆ゴムローラは、公知のフッ素樹脂被覆ゴムローラの製造方法により製造することができる。例えば、まず芯金と本発明におけるＰＦＡからなるチューブとを筒状成型棒の内部に隙間をあけて配置し、かつ筒状成型棒の内表面と該チューブの外表面とが接触するように配置した後、該隙間に生ゴム、ラテックス、あるいはエラストマーなどを流し込み、必要に応じて加硫することにより得ることができる。あるいは、予めゴムローラを作製しておき、その表面に本発明にかかるチューブを被覆してもよい。この際用いられるチューブとしては、熱収縮性を有するものが好ましい。

本発明のフッ素樹脂被覆ゴムローラは画像鮮明性が向上するため、複写機などの定着装置に用いられる加圧ローラとして有用であり、特にオンデマンド方式による定着装置に有用である。

本発明のフッ素樹脂被覆ゴムローラが、オフィスオートメーション機器の定着部に用いられるゴムローラであることは、本発明の好ましい態様である。
即ち、オフィスオートメーション、例えば、複写機、カラープリンターなど、の定着部は通常１００℃〜２００℃の温度がかかった条件で使用されており、本発明のフッ素樹脂被覆ゴムローラは、従来のフッ素樹脂被覆ローラとしての特性、例えは、トナーに対する離型性、耐熱性などを損なうことなく、使用温度条件における柔軟性を向上させ、そのことによって用紙搬送能力を向上させるという特徴を有する。このことにより、プリンター或いは複写機としての高速化が可能となり、また用紙とコピーローラとの間の滑りが小さくなるために画像鮮明性の向上に繋がる物として期待される。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
ＰＥＶＥ含有量、メルトフローレイト、貯蔵弾性率、用紙搬送力、耐久性、及び表面硬度の測定方法を下記に示す。

＜ＰＥＶＥ含有量（重量％）＞
測定サンプルとして、ＰＥＶＥを含むフッ素樹脂を３５０℃にて圧縮成形した後水冷して得られる厚さ約５０μmのフィルムを使用した。
赤外吸収測定装置として、ＰＥＲＫＩＮ ＥＬＭＥＲ製 ＦＴ−ＩＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＳＰＥＣＴＲＵＭ １０００）を用い、窒素雰囲気下に赤外吸収スペクトルの測定を行い、サンプルフィルムの２７５０〜２１００ｃｍ^−１の領域にあるピークの吸光度（Ａｂｓ１）と１１０５〜１０６７ｃｍ^−１の領域にあるピークの吸光度（Ａｂｓ２）から吸光度の比を求め、下式に従ってＰＥＶＥ含有量を求めた。
ＰＥＶＥ（重量％）＝｛１．２７９７×［（Ａｂｓ２）／（Ａｂｓ１）］｝+０．７５０６８

＜メルトフローレイト（ＭＦＲ）＞
ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に準じて行った。東洋精機製メルトインデクサーを使用し、５ｇの試料を３７２±１℃に保持された内径９．５３ｍｍのシリンダーに充填して５分間保持した後、４９．０３Ｎの荷重（ピストン及び重り）下に内径２．１ｍｍ、長さ８ｍｍのオリフィスを通して押し出し、この時の押し出し速度（ｇ／１０分）をＭＦＲとして求めた。

＜貯蔵弾性率（Ｇ‘）＞
３５０℃で圧縮成形し、厚み０．８〜２．０ｍｍのシートを測定用資料として作製した。その一部を縦４５ｍｍ×横１２．５ｍｍに切り取り、動的粘弾性測定用試料とした。動的粘弾性測定装置（通称ＡＲＥＳ：Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｆ．Ｅ．社製）を用いて室温〜２００℃温度における貯蔵弾性率（Ｇ‘）を求めた。

＜用紙搬送力＞
オンデマンド方式による定着装置（ローラ外径２５ｍｍ）におけるポリイミド系耐熱性ベルトと、各例で得られた定着用加圧ゴムローラとの間にコピー用紙を置き、この状態で用紙を引っ張ったときの力を（ｇ）で表す。

＜耐久性＞
上記定着装置をニップ幅５．０ｍｍ、ローラ温度で連続運転した時のフッ素樹脂被覆ゴムローラの連続稼動時間数と、その時のローラ状態の肉眼所見を表す。

＜表面硬度＞
フッ素樹脂被覆ゴムローラを室温下、及び１００℃に保った各々の恒温槽中に１時間放置し、デュロメーター（タイプＣ）硬度測定器を用いてローラ表面硬度を測定した。

（実施例１）
パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）として、パーフルオロエチルビニルエーテル（ＰＥＶＥ）を６．７重量％含むＰＦＡ［貯蔵弾性率（Ｇ‘）：1００℃で４７．７ＭＰａ、２０℃で２４４．１ＭＰａ、ＭＦＲ：２．４ｇ／１０ｍｉｎ（３７２℃）］を、環状ダイを用いて溶融押出し、径２４ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのチューブを得た。得られたチューブの内面はエッチングによる内面処理後、プライマー処理が施された。中心部に芯金が配置された筒状成型棒の内表面に、筒状成型棒の内表面と該チューブの外表面とが接触するように配置し、かつ該チューブの内表面と前記予め配置された芯金とが隙間を有するように配置し、該隙間にシリコーン系の未加硫ゴムを流し込み加硫した後、筒状成型棒を取り去ることによりフッ素樹脂被覆ゴムローラを得た。得られたゴムローラの用紙搬送力、耐久性、及び表面硬度を、各々表２、表３および表４に示す。

（比較例１）
ＰＡＶＥとして、パーフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）を３．３重量％含む市販のＰＦＡ［三井・デュポンフロロケミカル社製、テフロン（登録商標）ＰＦＡ３５０−Ｊ、貯蔵弾性率（Ｇ‘）：1００℃で７２．９ＭＰａ、２０℃で２４８．７ＭＰａ、ＭＦＲ：１．９ｇ／１０ｍｉｎ（３７２℃）］を用いる以外は、実施例１と同様にしてフッ素樹脂被覆ゴムローラを得た。得られたゴムローラの用紙搬送力、耐久性、及び表面硬度を、各々表２、表３および表４に示す。

（比較例２）
チューブを被覆しない他は実施例１と同様にしてゴムローラを得た後、得られたゴムローラの表面にプライマー処理を施し、その上に４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体系のフッ素樹脂塗料による厚さ０．０１５ｍｍのコーティングを施し、フッ素樹脂被覆ゴムローラを得た。得られたゴムローラの用紙搬送力および耐久性を、各々表２および表３に示す。

（実施例２）
カラーレーザープリンター（キャノン製）による印刷を行い、夫々の画像を目視にて評価した結果、表５に示すように、画像鮮明性、しっとり感、光沢、トナー離型性の各項目の総合評価において従来のトナー定着用加圧ゴムローラよりも明らかに優れた結果を示した。

以上の結果から、本発明におけるフッ素樹脂被覆ゴムローラが良好な用紙搬送力、柔軟性、及び適度な耐久性の全てを兼ね備えたものであるのに対し、比較例１は用紙搬送力が実用域において不十分であり、比較例２は耐久性が悪く、ゴムローラとして問題があることが明らかである。よって、本発明におけるフッ素樹脂被覆ゴムローラは実用性の高いものであることが分かる。

Claims (3)

1. 動的粘弾性測定装置（ＡＲＥＳ）による１００℃での貯蔵弾性率（Ｇ‘）測定値が６０ＭＰａ以下であり、パーフルオロアルキルビニルエーテルの含有量が６〜２５重量％である、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からなる、厚さ０．０１〜０．１５ｍｍのチューブにより被覆されてなるフッ素樹脂被覆ゴムローラ。
2. 前記パーフルオロアルキルビニルエーテルが、パーフルオロエチルビニルエーテルであることを特徴とする請求項１に記載のフッ素樹脂被覆ゴムローラ。
3. フッ素樹脂被覆ゴムローラが、オフィスオートメーション機器の定着部に用いられるゴムローラである請求項１〜３記載のフッ素樹脂被覆ゴムローラ。