JP2008019337A

JP2008019337A - シリコーンゴム発泡体およびシリコーンゴム発泡ｏａロール

Info

Publication number: JP2008019337A
Application number: JP2006191973A
Authority: JP
Inventors: Keitaro Yamaguchi; 圭太郎山口; Koichi Abiko; 孝一安孫子; Chie Hayashi; 智恵林
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】発泡剤や脱水素反応型シリコーンゴムを用いなくとも、低コストでセル径の揃ったシリコーンゴム発泡体及びシリコーンゴム発泡ＯＡロールを提供する。
【解決手段】電子写真装置用の部材に用いるシリコーンゴム発泡体を、空洞を有する無機粒子と、液状シリコーンゴムとを含有する前駆体組成物により形成する。また、電子写真装置に組み込まれる、発泡体構造の層を有するシリコーンゴム発泡ＯＡロールとして、通電性軸芯体上に、前記のシリコーンゴム発泡体の層を設けたシリコーンゴム発泡ＯＡロールを用いる。
【選択図】なし

Description

本発明はシリコーンゴム発泡体に係り、特には電子写真装置に組み込まれるシリコーンゴム発泡ＯＡロールに関する。

シリコーンゴム発泡体は、シリコーンゴムの特徴である耐熱性、耐寒性、電気絶縁性、難燃性、優れた圧縮永久歪み等の物性を有し、さらに発泡させたことにより軽量、低コスト化を実現した素材である。具体的には、各種シール材や断熱材、ＯＡ機器用ロールなどに用いられている。

シリコーンゴム発泡体を製造する方法としては、シリコーンゴムに発泡剤を加え、発泡剤が加熱によりガスを発生することにより発泡させる方法や、脱水素反応型シリコーンゴムを用い、シリコーンゴム硬化時に発生する水素ガスを利用して発泡させる方法がある。しかし発泡剤の使用は、硬化触媒に白金を用いている場合には、発泡剤が触媒毒となり硬化阻害を起こす恐れがある。

また、発泡剤や脱水素反応型シリコーンゴムを用いずに発泡させる方法として、気体を直接液状シリコーンゴムに巻き込み、このまま硬化させることでシリコーンゴム発泡体を得る方法もある。しかし、この方法は気泡セル径の制御が難しく、分布も不均一となるためあまり用いられていない。

特許文献１においては、（Ａ）熱硬化性液状シリコーンゴム組成物１００重量部および（Ｂ）熱により膨張するプラスチック微小中空体０．１〜３０重量部から成る発泡性シリコーン組成物が記載されている。この方法によれば、シリコーンゴムに対して硬化阻害を起こさず、硬化後は微小かつ均一なセルを有するシリコーンゴム発泡体になり得る発泡性シリコーンゴムを提供するとある。しかしながら、プラスチック微小中空体はコストが高く、シリコーンゴムを発泡化することによるコストダウンは期待できない。また、発泡倍率を高めようとすると、プラスチック微小中空体自体の強度は弱くなる。したがって、インジェクション成型を行なう場合には、成型体端部や嵌合部など局地的に高圧がかかるため、この部分でプラスチック微小中空体が破裂してしまう。また、このプラスチック微小中空体の内部に触媒毒となるようなガスが封入されていた場合、シリコーンゴムの硬化阻害を起こすことがある。

また、特許技術２においては、水溶性物質の粒粉物と水溶性有機物質の液状物とを均一混合し、硬化剤を加えた室温加硫型シリコーンゴムと均一混合して成形している。さらに、硬化後の成形体を水に浸漬して、前記水溶性物質と前記水溶性有機物質を流出せしめ、乾燥することで、連続多孔質成形体に形成したシリコーンゴム多孔質成形体が記載されている。この方法によれば、発泡剤を加えることなく、成形後の容積変化を伴うことなく、微細連続多孔質成形体に成形できるようにしたシリコーンゴム多孔質成形体を提供するとある。しかしながら、硬化後の成形体を水に浸漬して、水溶性物質と水溶性有機物質を流出せしめる工程に長い時間を要し、また流出処理後の水の処理に手間とコストがかかってしまう。
特開平５−２０９０８０号公報特開２００４−０８３８７６号公報

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、発泡剤や脱水素反応型シリコーンゴムを用いなくとも、低コストでセル径の揃ったシリコーンゴム発泡体及びシリコーンゴム発泡ＯＡロールを提供することを目的とする。

本発明により、電子写真装置用の部材に用いるシリコーンゴム発泡体において、空洞を有する無機粒子と、液状シリコーンゴムとを含有する前駆体組成物により形成されることを特徴とするシリコーンゴム発泡体が提供される。

また、前記空洞を有する無機粒子が、水または有機溶剤を吸収させたものであることを特徴とする前記のシリコーンゴム発泡体が提供される。

また、前記空洞を有する無機粒子が、ゼオライトであることを特徴とする前記のシリコーンゴム発泡体が提供される。

また、前記液状シリコーンゴムが、付加反応硬化型のものであることを特徴とする前記のシリコーンゴム発泡体が提供される。

また、電子写真装置に組み込まれる、発泡体構造の層を有するシリコーンゴム発泡ＯＡロールにおいて、通電性軸芯体上に、前記のシリコーンゴム発泡体の層を設けたことを特徴とするシリコーンゴム発泡ＯＡロールが提供される。

本発明によれば、発泡剤や脱水素反応型シリコーンゴムを用いなくとも、低コストでセル径の揃ったシリコーンゴム発泡体及びシリコーンゴム発泡ＯＡロールを提供できる。すなわち、空洞を有する無機粒子の空洞部分によって発泡体を形成し、また空洞部分に存在する空気等のガスが加熱によって膨張するため、シリコーンゴム材料の硬化特性と加熱条件を調整することによって発泡セルを形成させることもできる。

また、空洞を有する無機粒子に水や有機溶剤のような液体を吸収させることにより、前述の空洞部分に存在するガスの熱膨張よりも、液体の気化によって得られる体積膨張のほうが圧倒的に大きいため、より効果的にシリコーンゴム発泡体を得ることができる。

また、上記シリコーンゴム発泡体を電子写真装置に組み込まれるＯＡ部品の材料に用いることで、耐セット性などの物性を損なうことなく、発泡化を実現したＯＡ部品を得ることができる。

本発明は、空洞を有する無機粒子と、液状シリコーンゴムとを含有する前駆体組成物により形成されることを特徴とするシリコーンゴム発泡体である。

図１は、空洞を有する無機粒子と、液状シリコーンゴムを均一混合し、これを加熱、硬化させて得た、本発明のシリコーンゴム発泡体の断面図である。シリコーンゴム（１）中に空洞を有する無機粒子（２）がフィラーとして含まれている。さらに無機粒子の空洞部に存在していたガスが熱膨張したことによって、シリコーンゴムとの間に発泡セル（３）を作る場合もある。

図３は、空洞を有する無機粒子に、水や有機溶剤のような液体を吸収させ、シリコーンゴム中に均一混合し、これを加熱することにより、無機粒子中に含まれた液体が気化し、シリコーンゴム中に発泡セルが形成されたシリコーンゴム発泡体の断面図である。図１では空洞を有する無機粒子がフィラーとして存在することが特徴であり、その空洞部分に存在するガスの熱膨張により、僅かに発泡化するものであるが、図３では、無機粒子に液体を含ませることで、より発泡セルの発現を促進する効果がある。具体的には、加熱によってシリコーンゴムの硬化と無機粒子中に含まれた液体の気化反応が起こるわけだが、ここで気化反応によって生じたガスが液状シリコーンゴムを押しのけ、発泡セルを作り出す。この際、液体の気化反応とシリコーンゴムの架橋反応のバランスを取る必要があり、加熱条件や架橋反応遅延剤量などを調整して適切な発泡セルとする。

本発明のシリコーンゴム発泡体は、其の用途としては、種々考えられるが、電子写真用用途の中では、例えば、パッド状でクリーニング、帯電、転写に用いることができる。本発明の説明では、その特性を良く表すローラ形状での用途を例に説明する。

図６は本発明のシリコーンゴム発泡体をＯＡロールに用いた場合の概念的断面図である。図６に示したＯＡロールは、軸体（１１）上に弾性層（１２）を形成し、さらにその外周に被覆層（１３）を設けた構造を有している。本発明のシリコーンゴム発泡体は、主にＯＡロールの弾性層として用いられる。なお、シリコーンゴム発泡体は、図１、図３どちらの形態でも用いることができる。本発明のシリコーンゴム発泡体を利用したＯＡロールは、一般的なシリコーンゴムを用いたＯＡロール同様に耐セット性に優れている。さらに、十分な発泡セルを得ることにより、一般的なシリコーンゴムのみ用いた弾性層を有するＯＡロールに比べ、コスト面で有利となる。

ここでＯＡロールの説明を加えておく。ＯＡロールとは主に電子写真装置に組み込まれる、帯電、現像、転写、定着、加圧、トナー供給、紙搬送用途に使われるローラのことである。ＯＡロールの構成としては、金属、樹脂、その他材料による軸体（１１）の上に、ゴムや樹脂による弾性層（１２）を形成している。用途によりさらに被覆層（１３）を設ける場合もある。

軸体（１１）は、ＯＡロールの種類によって導電性、耐熱性、曲げ強度などが求められるが、主として金属が用いられることが多い。さらに防錆や耐傷性付与を目的として、これらの金属表面にメッキ処理などの被覆処理が施されても構わない。形状も円柱状や円筒状などが挙げられ、軸端部にはギアを取り付けるための溝が設けられる場合もある。

弾性層（１２）には、本発明である、空洞を有する無機粒子と、液状シリコーンゴムとを含有する前駆体組成物により形成されるシリコーンゴム発泡体を用いることができる。なお、液状シリコーンゴムとは、２５℃において液体のシリコーンゴムを言う。この液状シリコーンゴムは、取り扱いが容易で、副生成物の発生がない付加反応硬化型のものが好ましい。さらにＯＡロールの機能に応じて、液状シリコーンゴムにカーボンブラック、グラファイト及び導電性金属酸化物等の電子伝導機構を有する導電剤及びアルカリ金属塩や四級アンモニウム塩等のイオン伝導機構を有する導電剤を適宣添加することができる。

空洞を有する無機粒子には、例えば多孔質構造を有するゼオライトや、中空体粒子であるガラスバルーンやシラス粒子等が挙げられ、必要とする空洞の大きさ、発泡セルの大きさに応じて適宣選択することができる。中でも多孔質構造のゼオライトは、空洞占有率が大きく、水や有機溶剤といった液体の吸収量が多くなるため好適な材料である。

無機粒子の粒径は求めるシリコーンゴム発泡体により適宣調整すればよい。ただし、粒径が小さ過ぎる場合には、液状シリコーンゴムと混合した際に増粘の度合いが大きく、型を用いたインジェクション成形の場合には材料の流動性が低下し加工が困難になるので注意が必要である。また、無機粒子の空洞部分に液状シリコーンゴム中の成分であるシリコーンオイル等が吸収され空洞が消失することがある。さらに、空洞に液体を含浸させた場合には空洞部へのシリコーンオイルの混入により、予め空洞部に含ませた液体の割合が低下し、発泡の効果が得られなくなることがある。反対に粒径が大き過ぎる場合には、硬化させたシリコーンゴム成形体において、無機粒子の存在する部分では硬度が高く、それ以外の部分では比較的低硬度となる。例えばＯＡロールの弾性層にこのような成形体を用いた場合には、この微細な硬度ムラが、具体的には濃度ムラや砂地模様といった画像欠陥を引き起こす場合がある。

無機粒子の強度については、加工方法によって要求される強度は異なるが、インジェクション成形を例に挙げると、ミキサーやノズル部では液状シリコーンゴムに大きな圧力がかかるため、このような圧力に対して無機粒子が破壊されないことが必要である。圧力によって無機粒子が破壊されてしまった場合、所望の発泡体が得られなくなってしまうことがある。

空洞を有する無機粒子の添加量は、弾性層の反発弾性を損なわないという観点から、液状シリコーンゴムに対して２〜１０Ｖｏｌ．％とすることが好ましい。

また、空洞を有する無機粒子に、水や有機溶剤のような液体を吸収させることで、積極的に発泡セルを発生させることができる。この場合、用いることのできる有機溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンのケトン類；トルエン、キシレン等の芳香族類；酢酸エチル、ｎ−酢酸ブチル等のエステル類；テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ、テトラヒドロピラン等のエーテル類；が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。ただし、シリコーンゴムの硬化反応を阻害するような有機溶剤であってはならない。

被覆層（１３）はＯＡロールの種類によって、導電性や耐久性、離型性を付与するために必要に応じて形成される。被覆層形成材料の主原料としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＳＥＢＣ）又はオレフィン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合体（ＣＥＢＣ）等が用いられる。これらの主原料に静摩擦係数を小さくする目的で、グラファイト、雲母、二硫化モリブデン及びフッ素樹脂粉末等の固体潤滑材、或いはフッ素系界面活性剤、ワックス又はシリコーンオイル等を添加する場合もある。また、被覆層に導電性を持たせるために、導電性カーボン、グラファイト、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄粉又は金属酸化物である導電性酸化錫や導電性チタン等の各種導電剤が用いられる。さらに、耐磨耗性やトナー搬送性を得るために粗し粒子が加えられる場合もある。

これらの成分を含有する被覆層形成材料を塗工できる状態とするため、各種有機溶剤や水等が加えられる。有機溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンのケトン類；トルエン、キシレン等の芳香族類；酢酸エチル、ｎ−酢酸ブチル等のエステル類；テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ、テトラヒドロピラン等のエーテル類；が挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。上記材料を有機溶剤や水に分散し、塗工に適した粘度に調整する。このように粘度を調整された塗工液を用いて、ディップ、スプレーコート又はロールコート等の方法により弾性層上に塗工膜を形成し、熱硬化の工程を経て被覆層を得る。また別に、上記材料を基にチューブを作製し、これを弾性層上に被覆するという方法もある。

以下に具体的な実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

なお、以下の実施例では、ＯＡロール、中でも現像ロールを作製した結果を示すが、本発明の用途は現像ロールに限るものではなく、ＯＡロール全般およびその他の製品に対しても有効である。また、以下実施例において、空洞を有する無機粒子としてゼオライトを用いたが、使用できる無機粒子はこれに限るものではなく、例えばガラスバルーンのように、１粒の粒子に１つの中空体を有するような無機粒子であっても問題ない。

（実施例１）
下記の要領で現像ロールを作製した。

・弾性ロールの作製
液状付加型で導電性を有するシリコーンゴム（東レダウコーニング社製、体積固有抵抗１０⁷Ωｃｍ品）のＡ液及びＢ液それぞれ９０ｍｌずつと、ゼオライト粒子（商品名：ゼオラムＦ−９粉末品、東ソー社製）２０ｍｌとを、へらで十分練った。なお、ゼオライト粒子は、必要体積量を密度から換算して質量計量した。その後に、遠心攪拌脱泡器（商品名：ハイブリッドミキサーＨＭ−５００、キーエンス社製）で１０分間混合した。その後、外径φ８ｍｍの鉄製軸（導電性支持体）を内径φ１６ｍｍの円筒状金型内に同心となるように設置した現像ロール成形用金型へ、上記混合液を注型し、１３０℃のオーブンに入れ２０分間加熱成型した。脱型後、２００℃のオーブンで４時間二次硬化を行い、導電性弾性層厚み４ｍｍ、長さ２４０ｍｍの弾性ロールを得た。

・被覆層用塗料の調製
ポリウレタンポリオール１００質量部
（商品名：ニッポランＮ５０３３、日本ポリウレタン社製）
イソシアネート１０質量部
（商品名：コロネートＬ、日本ポリウレタン社製）
カーボンブラック２０質量部
（商品名：ＭＡ７７、三菱化学社製）
樹脂粒子６質量部
（商品名：アートパールＣ４００、根上工業社製）
上記原料にＭＥＫを加え、ビーズミルで十分分散した。分散後さらにＭＥＫを加え十分混合し、塗工液の粘度が測定温度２３±１℃にて、回転式粘度計（商品名：ＶＩＳＭＥＴＲＯＮＶＤＡ、芝浦システム社製）、Ｎｏ．１ロータ、回転速度６０ｒｐｍにて１５ｍＰａ・ｓになるよう粘度を調製した。

・被覆層の形成（塗工）
調製した塗工液を塗工槽に装入し、塗工液の液面に対して弾性ロールの導電性軸芯体の中心線が垂直になるように保持した。その状態で、塗工液の液面に向かって弾性ロールを垂直に降下し１０ｍｍ／ｓの速度で塗工液に浸漬してゆき、最下点まで降下してから１０秒間停止させた。後に引き上げることで、弾性ロールの導電性弾性層の外周面上に塗工層を形成した。なお、最下点は、導電性弾性層の外周面端部と塗工液の液面の高さが同じとなる位置とした。また、引き上げ時の速度は、引き上げ開始直後で５００ｍｍ／ｍｉｎ、導電性弾性層下端が塗工液液面から出た時点で２００ｍｍ／ｍｉｎとなるよう一次関数のプログラムを組んで調速した。このようにして形成した塗工層を室温にて３０分間風乾し、１５０℃のオーブンに入れ１時間加熱硬化して被覆層を形成、現像ロールを得た。

（実施例２）
実施例１で用いたゼオライト粒子２０ｍｌに水道水を２０ｍｌ加え、へらで十分混合した。これを実施例１で用いた導電性シリコーンゴムのＡ液及びＢ液各９０ｍｌと、へらで十分練った後、実施例１で用いた遠心攪拌脱泡器で１０分間混合した。この混合液を用いること以外は、実施例１と同様の方法により弾性ロールを得た。さらに実施例１同様に被覆層を形成し、現像ロールを得た。

（実施例３）
実施例１で用いたゼオライト粒子２０ｍｌにトルエンを２０ｍｌ加え、へらで十分混合した。これを実施例１で用いた導電性シリコーンゴムのＡ液及びＢ液各９０ｍｌと、へらで十分練った後、実施例１で用いた遠心攪拌脱泡器で１０分間混合した。この混合液を用いること以外は、実施例１と同様の方法により弾性ロールを得た。さらに実施例１同様に被覆層を形成し、現像ロールを得た。

（比較例）
実施例１で用いた導電性シリコーンゴムのＡ液及びＢ液各９０ｍｌとトルエン２０ｍｌとを、へらを用いて十分練った後、実施例１で用いた遠心攪拌脱泡器で１０分間混合した。この混合液を用いること以外は、実施例１と同様の方法により弾性ロールを得た。さらに実施例１同様に被覆層を形成し、現像ロールを得た。

（参考例）
実施例１で用いた導電性シリコーンゴムのＡ液及びＢ液各１００ｍｌを攪拌混合した。この混合液を用いること以外は、実施例１と同様の方法により弾性ロールを得た。さらに実施例１同様に被覆層を形成し、現像ロールを得た。

得られた現像ロールの導電性弾性層断面を顕微鏡（商品名：デジタルマイクロスコープＶＨ６２００、キーエンス製）により観察した。これらの結果をまとめると、以下のようになる。
（実施例１）・・・図１（模式図）及び図２（写真）に示すような状態。無機粒子のある部分に僅かに発泡セルと思われる微細な空間がある。
（実施例２）・・・図３（模式図）及び図４（写真）に示すような状態。発泡セルが確認できる。
（実施例３）・・・図３（模式図）及び図４（写真）に示すような状態。発泡セルが確認できる。
（比較例）・・・図５（写真）に示すような状態。空洞なし。参考例と全く同じ。
（参考例）・・・図５（写真）に示すような状態。

実施例１では大きな発泡セルは見られないものの、ゼオライト粒子が均一に分散され、また粒子の傍に僅かに空洞も観察された。

実施例２、実施例３ではゼオライト粒子に含ませた水道水やトルエンが気化したことでできたと思われる発泡セルが確認された。発泡セルができたことにより低比重化が達成され、また溶剤を加えたことを考慮しても、コストダウンが達成された。

対して比較例では、トルエンを入れた効果は見られず、シリコーンゴムのみで作製した導電性弾性層と同様のものとなった。この理由としては、シリコーンゴムとトルエンの相溶性が高く、均一に分散されてしまったためと考えられる。すなわち、発泡の核となるものが存在せず、トルエンを含浸したシリコーンゴムとして反応が完結してしまい、後にトルエンが揮発し、シリコーンゴムのみを硬化させたものと同様のものができてしまったものと考えられる。

なお、実施例２において、ゼオライト粒子からシラス粒子（商品名：ウインライトＭＳＢ−５０２１、（株）アクシーズケミカル製）に代えてサンプルを作製したところ、ゼオライト粒子を用いたときと同様に、発泡セルが現れた。

実施例１〜３及び参考例で作製した現像ロールをプリンタカートリッジに組み込み、温度２３℃、湿度５５％ＲＨの環境下において耐久試験用テストパターンを８，０００枚印刷し、画像評価を行なった。その結果、実施例１〜３で作製した現像ロールを用いても、参考例で作製した現像ロールに対して遜色のない画像を得た。

本発明に係る、空洞を有する無機粒子と、液状シリコーンゴムとを混合、硬化させて得たシリコーンゴム発泡体によって構成された現像ローラの弾性層の概念的断面図である。実施例１で作製した現像ローラの弾性層の断面写真である。本発明に係る、空洞を有する無機粒子に水や有機溶剤を吸収させ、これと液状シリコーンゴムとを混合、硬化させて得たシリコーンゴム発泡体によって構成された現像ローラの弾性層の概念的断面図である。実施例３で作製した現像ローラの弾性層の断面写真である。参考例で作製した、液状シリコーンゴムのみで構成された現像ローラの弾性層の断面写真である。本発明のシリコーンゴム発泡体によって構成されたＯＡロールの概念的断面図である。

符号の説明

１：シリコーンゴム
２：空洞を有する無機粒子
３：発泡セル（空洞）
１１：軸体
１２：弾性層
１３：被覆層

Claims

電子写真装置用の部材に用いるシリコーンゴム発泡体において、空洞を有する無機粒子と、液状シリコーンゴムとを含有する前駆体組成物により形成されることを特徴とするシリコーンゴム発泡体。
前記空洞を有する無機粒子が、水または有機溶剤を吸収させたものであることを特徴とする請求項１記載のシリコーンゴム発泡体。
前記空洞を有する無機粒子が、ゼオライトであることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコーンゴム発泡体。
前記液状シリコーンゴムが、付加反応硬化型のものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシリコーンゴム発泡体。
電子写真装置に組み込まれる、発泡体構造の層を有するシリコーンゴム発泡ＯＡロールにおいて、通電性軸芯体上に、請求項１乃至４のいずれかに記載のシリコーンゴム発泡体の層を設けたことを特徴とするシリコーンゴム発泡ＯＡロール。