JP2006018139A - 画像形成装置用の回転体 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のプライマー処理に付随して生じていた、多くの工程の必要性と、設備コスト、ランニングコストのコスト高が生ぜず、溶剤による環境汚染の防止の対策が不要で、かつ、従来のプライマー処理では充分な接着強度が得られない基材と被覆層との組合せであっても、基体と被覆層との間に高い接着強度が得られる画像形成装置用の回転体を提供する。
【解決手段】基体と、該基体表面上に被覆された被覆層とを有し、該基体の表面がケイ酸化炎による活性化処理によって処理されている画像形成装置用の回転体。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる画像形成装置用の回転体に関する。

画像形成装置に用いられる、ロール、エンドレスベルト、スリーブなどの回転体は、金属、セラミック等の無機材料、あるいは、合成樹脂などの有機材料からなる基体の表面に、接着性向上のためにプライマー層を設けた後、弾性層や離型層などの被覆層を設けて形成される（特開２００２−３３７１６１号公報（特許文献１））。

しかしながら、接着性はプライマー処理によりある程度向上するものの、多くの問題が派生する。すなわち、第１の問題点はプライマー処理ではプライマー層を金属または合成樹脂などの有機材料の基体の表面に形成するために、プライマーを塗布した後に、加熱乾燥、冷却の工程が必要となることである。

第２の問題点としては、基体表面が鉄などの金属からなる場合はプライマーとの接着性を向上させるために、プライマー処理に先立ち金属基体の表面に対するサンドブラスト等による前処理及びその後の洗浄工程及び乾燥工程が必要となることである。

さらに、金属製の芯金を用いる場合、金属の種類によってはプライマーとの接着性が劣るために、防錆性に優れたステンレス、あるいはニッケル等の金属を用いることができず、例えば、基体全体を鉄で形成し、露出部分（被覆層により被覆されない部分）の錆を予防するために、上記特開平２００２−３３７１６１号公報中に従来技術として記載されているように、クロム含有量が１０％以下の鋼材で覆う対策を施す必要があった。また、露出部分にニッケルめっきを施すことによる錆防止処理も可能ではあるものの、その場合には、被覆層形成前の段階にしかめっき処理は行えず、しかも、被覆層形成部へのめっきを防ぐ効果的なマスキング方法がないため、一旦、芯金全体にニッケルめっきを施し、その後、被覆層を形成する部分のめっき層を研削、研磨等により除去する等の手間が必要であった。

第３の問題点としては、プライマー処理に用いるプライマー処理剤が溶剤を成分として含む場合、この溶剤を乾燥させるための乾燥炉が必要となり、溶剤およびその蒸気の回収、精製ないし処分が必要となることであり、また、同時に作業雰囲気及び周囲環境の汚染の可能性を否めない上に、溶剤乾燥に時間がかかることである。

このように、プライマー処理を行うと、それに付随して多くの工程が必要となると共に、設備コスト、ランニングコストも高くなり、環境汚染の防止の対策まで必要となっていた。
特開２００２−３３７１６１号公報

本発明は、上記した従来の問題点を改善する、すなわち、従来プライマーを用いる場合に必要であった、多くの工程の必要性と、設備コストやランニングコストのコスト高が生ぜず、溶剤による環境汚染の防止の対策が不要で、かつ、従来のプライマー処理では充分な接着強度が得られない、基材と被覆層との組合せであっても、基体と被覆層との間に高い接着強度が得られる画像形成装置用の回転体を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置用の回転体は上記課題を解決するため、請求項１に記載の通り、基体と、該基体表面上に形成された被覆層とを有し、該基体の表面がケイ酸化炎による活性化処理によって処理されていることを特徴とする画像形成装置用の回転体である。

本発明の画像形成装置用の回転体によれば、上記特有の構成により、従来のプライマー処理では充分な接着強度が得られない基材と被覆層との組合せであっても、基体と被覆層との間に高い接着強度が得られ、かつ、製造時にプライマー処理が不要となるため、従来必要であった塗布、加熱乾燥、冷却工程も不要になるとともに、溶剤を含むプライマー処理剤を用いた場合に必要となっていた、溶剤及びその蒸気の精製あるいはその処分が不要となり、低コストとなり、かつ、環境にも悪影響を及ぼすおそれがない。

さらに、ケイ酸化炎による活性化処理における、基体表面の特定の箇所への必要処理積分時間は極めて短く、例えば１秒以下でも充分であるため、耐熱性が低い素材に対しても処理することができ、そのため、塗布、加熱乾燥、冷却が必要であった従来のプライマー処理に比べて、極めて大幅に時間の短縮が可能となる。

また、従来の金属の基体に対してのプライマー処理で、プライマー処理に先立ち、行われていたサンドブラスト等の前処理が不要となり、その後の洗浄工程及び乾燥工程を省くことができ、製造コストや設備コストを低減する効果が得られる。

本発明における基体としては、画像形成装置用の回転体の基体として用いられるものを用いることができる。すなわち、ロール芯金状基体、エンドレスベルト状基体、あるいは、スリーブ状基体（柔軟性を有する円筒状基体）などである。これら基体は、有機材料、無機材料（金属・合金を含む）、あるいはこれらの複合材料から形成される。基体は、表面と内部とが違った素材からなっていても良く、少なくとも表面が金属からなっていても良く、あるいは、少なくとも表面が合成樹脂から形成されていてもよい。

このうちロールの基体、すなわち、ロール用芯金としては、例えば、ロール用芯金として求められる剛性を有する無機材料、特に金属、その中でも鉄（ステンレスなどの鉄合金を含む）、表面に防錆などの目的でニッケルなどのめっきを施した鉄（鉄合金を含む）、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）、ニッケル、銅（銅合金を含む）などが挙げられる。

一方、エンドレス状に形成された、柔軟牲を有するベルトであるエンドレスベルト（スリーブ、フィルムとも表現されることがある）の基体として、例えば、ステンレスやニッケルなどの比較的薄い金属や、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルサルホンなどの耐熱合成樹脂やポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂を用いることができる。なお、これらの基体には必要に応じ、合成樹脂、セラミックなどの被覆層が形成されていても良い。

本発明において、上記のような基体の表面にケイ酸化炎による活性化処理を行う。この活性化処理により、プライマーを用いることなく、充分な強度を有する基体と被覆層と接着が可能となる。

ここで上記活性化処理により、基体表面に活性基が形成ないし付与される。ここで、形成ないし付与される活性基とはカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、シラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）、水酸基（−ＯＨ）基などが挙げられる。なお、本発明において水酸基はカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）やシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）等にも含まれているとする、広義の水酸基を意味する。

このような活性化処理としては、基体の表面に対するケイ酸化炎処理が挙げられる。具体的には、基体表面付近に形成した燃焼炎中でケイ素化合物を反応させる方法である。

ケイ素化合物としてはテトラメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン等のアルコキシシラン類などの有機ケイ素化合物が挙げられる。

燃焼炎は、例えば、これら有機ケイ素化合物の蒸気や噴霧した液気混合物を燃焼させてもよいが、通常は、プロパンガス、ブタンガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）等の可燃性のガスを燃焼させて形成し、また、同時に酸素ガスや空気を供給し、このように形成した炎中に、有機ケイ素化合物の蒸気を供給したり、あるいは噴霧するなどの方法で、ケイ酸化炎を形成する。

活性化処理はこのようにして形成したケイ酸化炎により行う。ここで、活性化処理では基体表面の特定の箇所に対する必要処理積分時間は極めて短く、例えば１秒以下でも充分であり、また、炎の熱による基体の変形、劣化を防ぐために、通常、基体表面の特定の箇所に対して、炎を手早く移動させながら基体表面を炙るようにして、基体の温度（基体表面の特定の箇所の温度）が高くなりすぎないようにして行う。

このように、実際に炎に基体表面の特定の箇所が晒される時間としては１秒以下、０．１秒ないし０．５秒程度であり、観察者から見ると一瞬に見える。このため、基体が合成樹脂のような有機材料であっても炎の熱による影響は全く生じていないように観察される。

このようなケイ酸化炎処理によって基体表面の少なくとも一部分に二酸化ケイ素が形成されるので（ＦＴ−ＩＲによりＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合の１２３２ｃｍ^-1及び８０４ｃｍ^-1の吸収ピークと、Ｓｉ−ＯＨ結合の９３２ｃｍ−１の吸収ピークとの存在により確認でき、これらの吸収ピークの強度の比によってケイ酸化炎による処理の強さの目安とすることができる）、燃焼を伴う化学気相蒸着（ＣＶＤ）として、本発明では燃焼化学気相蒸着法とも云う。ここで、さらに具体的なケイ酸化炎処理方法としては、特開２００２−５３９８２号記載の印刷性向上のための燃焼化学気相蒸着法技術を応用して行うことが挙げられる。

このようなケイ酸化炎処理は１回だけ行っても良いが、効果をより確実にするために複数回行っても良い。

なお、上記ケイ酸化炎処理に先立ち、基体表面を酸化炎で少なくとも1回、処理する、酸化炎処理を施すことが本発明の効果をより高めることができるので好ましい。ここで、酸化炎処理とは、燃料ガスなどから形成される燃焼炎のうちの酸化炎部分で基体表面を処理することで、このときも基体への熱の悪影響を防ぐため、上記ケイ酸化炎処理同様に炎を手早く移動させながら基体表面を炙るようにして、基体の温度（基体表面の特定の箇所の温度）が高くなりすぎないようにして行う。

このようにケイ酸化炎で処理した基体表面に直接、被覆層を形成することが良好な接着性を得るために必要である。被覆層としては、画像形成装置用の回転体の被覆層として一般的なものを選択する。すなわち、ゴム層（シリコーンゴム、ウレタンゴム、ＥＰ（エチレン−プロピレンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）等及びこれらの発泡体。発泡体は連続あるいは／及び独立気泡を有するものであってもよい。）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレンなどの合成樹脂などが挙げられる。

本発明の画像形成装置用の回転体は、画像形成装置に用いられる、ロール、エンドレスベルト、スリーブなどの回転体として好適に用い得ることができるが、特に、加熱して用いられる画像形成装置内の定着装置の定着用回転体であると特に効果的である。

すなわち、本発明によれば、画像形成装置に用いられる回転体のうち、例えば定着用回転体、すなわち定着ロール、定着ベルト、あるいは定着スリーブ等の、比較的高温で用いられる回転体であって被覆層としてシリコーンゴム層を有する回転体の場合、従来のプライマー層を介した接着では加熱下でのプライマーの熱劣化により、回転体としての寿命が短いものであったが、本発明によれば、プライマーを用いていないので熱劣化が生ぜず、加熱下での使用であっても良好な耐久性が得られるので、特に定着用回転体に適している。

図１に本発明の画像形成装置用の回転体の一例（ロールに応用した例）についてモデル断面図を示した。図１では表面がケイ酸化炎によって活性化処理された基体１の表面が被覆層２により被覆されている。

以下に本発明の画像形成装置用の回転体の実施例について具体的に説明する。

＜実施例１＞
基体として、水で前洗浄した後、乾燥させたポリイミド製ベルト（内径：６０ｍｍ、厚さ：９０μｍ、長さ（幅）：３３０ｍｍ。グンゼ社製エンドレスベルト）を用い、基体の外側面に、処理なし（比較例１）、プライマー処理あり（東レ・ダウコーニングシリコーン社製ＤＹ３９−０４２を用いたプライマー処理（プライマー剤塗布工程、加熱乾燥工程及び冷却工程からなる処理）を行ったもの）（比較例２）、及び、ケイ酸化炎処理（テトラメトシキシランを酸素ガスと液化天然ガスとで形成される炎の中に導入しながら燃焼させた炎で表面を素早く（基材に熱による影響が見られない程度の短時間）、かつ、均一に走査する処理）を行って活性化処理を行ったもの（実施例１）の、３種の中間サンプルを得て、これら表面にシリコーンゴム（東レ・ダウコーニングシリコーン社製ＤＹ３５−７９６）を用いて、１３０℃・２５分の加熱処理を行って、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度が２４度で、ゴム肉厚が１ｍｍのシリコーンゴム層を被覆層として有する３種類のベルトを得た。

これら被覆層について、クロスカット試験による接着性の評価を行った。すなわち、形成されたゴム層の１ｃｍ×１ｃｍの領域にそれぞれ１ｍｍ角となるよう「田」字形にナイフで切れ目を入れて、手でそれぞれの四角部の剥離を試みたところ、比較例１では１箇所も残留せずに容易に剥がしとれ、比較例２及び実施例１では１箇所も剥がれなかった。

これにより、本発明に係る実施例１では少なくとも従来のプライマー処理ありの場合と同等以上の接着強度が得られることが判った。なお、上記の実施例１、比較例１及び比較例２において、シリコーンゴムを被覆する前までの各工程の処理時間（分）を表１中「ポリイミド製ベルト」として示した。

表１より、ケイ酸化炎処理を行う本発明に係るポリイミド製ベルトにより接着性向上処理において、従来のプライマーと比して、処理時間の大幅な減縮が可能となることが判る。

＜実施例２＞
水で前洗浄した後、乾燥させた直径３６ｍｍの金属製芯金（アルミニウム製）を基材として用い、この基材表面に対して、未処理のもの（比較例３）、プライマー（東レ・ダウコーニングシリコーン社製ＤＹ３９−０４２を用いた処理）塗布後、加熱乾燥させ、さらに、冷却したもの（比較例４）、サンドブラスト処理及び水洗浄、加熱乾燥を行った後にプライマー（東レ・ダウコーニングシリコーン社製ＤＹ３９−０４２を用いた処理）を塗布後に苛烈乾燥させ、さらに冷却したもの（比較例５）、サンドブラスト処理を行わずにケイ酸化炎処理（テトラメトシキシランを酸素ガスと液化天然ガスとで形成される炎の中に導入しながら燃焼させた炎で表面を素早く走査する処理）を行って活性化処理を行ったもの（実施例２）の、計４種の中間サンプルを得て、これらに被覆層としてシリコーンゴム（東レ・ダウコーニングシリコーン社製ＤＹ３５−７９６）を用いて、１３０℃・２５分の加熱処理を行って、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度が２４度で、ゴム肉厚が２ｍｍのシリコーンゴム層を被覆層として有する４種類のロールを得た。

これらについてやはり、クロスカット試験による接着性の評価を行った。すなわち、これらゴム層の表面９ｍｍ×９ｍｍの領域にそれぞれ３ｍｍ角となるよう「田」字形にナイフで切れ目を入れて、９個の四角形を形成し、その後、手でこれら９個の四角形の剥離を試みたところ、比較例４では１つも残留せずに容易に剥がし取れた。しかし、比較例５に係るロールでは一部の四角形の角が芯金表面から剥離したものの完全に剥がし取れたものは１つもなく、また、比較例５及び実施例２に係るロールでも１つも剥がれ取れたものはなく、かつ、部分的に剥離したものもなかった。

また、上記の実施例２及び比較例３〜５の各工程の処理時間（分）を表１中「アルミニウム製芯金」として示した。表１より、本発明によればやはり、被覆層を形成する前までの、接着性向上処理において処理時間の大幅な減縮が可能となることが判る。

上記結果より、本発明に係る実施例１のロールではサンドブラスト処理後にプライマー処理を行ったものと同等以上の接着強度が得られ、かつ、サンドブラスト処理を行わずにプライマー処理を行ったものよりも高い接着強度が得られることが判り、サンドブラスト処理工程、及びそれに伴うその後の洗浄、乾燥工程の省略が可能であることが判り、大幅な製造時間、コストの削減の可能性が示唆された。

本発明によれば、従来のプライマー処理に付随して生じていた、多くの加工工程が不要となるため、設備コスト及びランニングコストが低減され、溶剤による環境汚染の防止の対策が不要で、かつ、従来のプライマー処理では充分な接着強度が得られない基材と被覆層との組合せであっても、基体と被覆層との間に高い接着強度が得られるので、画像形成装置用の回転体としての耐久性を著しく高めることができ、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の回転体として好適に使用し得る。

本発明に係る画像形成装置用の回転体の構成を示すモデル断面図である。

符号の説明

１ 表面がケイ酸化炎によって活性化処理された基体
２ 被覆層

Claims (12)

1. 基体と、該基体表面上に形成された被覆層とを有し、該基体の表面がケイ酸化炎による活性化処理によって処理されていることを特徴とする画像形成装置用の回転体。
2. 前記活性化処理が、基体表面付近に形成した燃焼炎中でケイ素化合物を反応させる、ケイ素酸化炎処理であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置用の回転体。
3. 前記活性化処理は、前記基体表面に活性基として水酸基を形成ないし付与するものであることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置用の回転体。
4. 前記活性化処理が、燃焼化学気相蒸着法を用いて、前記基体表面上に酸化ケイ素を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置用の回転体。
5. 前記活性化処理が、前記基体に対して少なくとも１回の酸化炎処理を施した後に、行われていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像形成装置用の回転体。
6. 前記基体の少なくとも表面が、金属または合成樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置用の回転体。
7. 前記金属が、鉄、アルミニウム、ステンレス、ニッケルまたは銅から選ばれたものであることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置用の回転体。
8. 前記合成樹脂がポリイミドであることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置用の回転体。
9. 前記基体が、芯金またはエンドレスベルトであることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の画像形成装置用の回転体。
10. 前記被覆層が弾性体からなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の画像形成装置用の回転体。
11. 前記弾性体がシリコーンゴムであることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置用の回転体。
12. 上記画像形成装置用の回転体が定着装置用の定着用回転体であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の画像形成装置用の回転体。

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