JP2008241739A

JP2008241739A - 定着ローラおよびその製造方法

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Publication number: JP2008241739A
Application number: JP2007077651A
Authority: JP
Inventors: Wataru Nemoto; 亘根本
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: JP5019366B2

Abstract

【課題】フッ素樹脂チューブで覆われたシリコーンエラストマーの二次加熱時の破損を抑制して製造し得る、非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層を備える定着ローラを提供すること。
【解決手段】シャフト（１２）と、シャフトの外周面上に設けられ、それぞれシャフト（１２）の軸方向と交差する第１の端面（１４ａ）および第２の端面（１４ｂ）を有する弾性層（１４）と、弾性層の外周面を覆って設けられたフッ素樹脂チューブ（１８）を備え、弾性層（１４）は、非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質弾性体からなり、弾性層（１４）に、第１の端面（１４ａ）および第２の端面（１４ｂ）の少なくとも一方の端面に開口し、弾性層（１４）内に延びる少なくとも１つの孔（１６ａ）を設けたことを特徴とする定着ローラ。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンタ等の電子写真式画像形成装置のトナー画像定着ユニットに使用される定着ローラおよびその製造方法に係り、特に、シリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層とその外側に設けられたフッ素樹脂チューブを備える定着ローラおよびその製造方法に関する。

電子写真式画像形成装置のトナー画像定着ユニットに用いられる、シリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層を備える定着ローラは、多くの特許文献で既知である。かかる定着ローラに設けるシリコーンエラストマー多孔質体として、従来、主に、発泡現象を利用して独立気泡型の多孔質体が製造されている。しかし、発泡現象を利用してシリコーンエラストマー多孔質体を製造する方法では、シリコーンゴムの硬化と発泡を同時に行っているため、得られる多孔質体中のセル（気孔）のサイズが不均一で、セルの大きさがばらつくばかりでなく、例えば５０μｍ以下という微細なサイズのセルを形成させることが困難である。また、発泡剤を用いて製造されたシリコーンエラストマー多孔質体は、セルのサイズが大きく、しかも不均一あるため、加熱時の形状が安定しないとともに、トルクがかかったときにその力を均一に分散させることができず、破断しやすいという問題がある。また、発泡現象を利用して製造された多孔質体には、連続気泡型のものもあるが、独立気泡型のものより強度が弱く、破断しやすいという問題がある。

これに対し、特許文献１や特許文献２には、硬化してシリコーンエラストマーを生成する液状シリコーンゴム材、乳化剤、および水を含有する油中水型エマルジョン組成物をローラシャフトの外周に適用し、加熱することにより水を揮発させて多孔質体からなる弾性層を形成することが開示されている。特許文献１や特許文献２の手法では、得られる多孔質体は、発泡現象を伴わずに生成した非発泡型の独立気泡からなるため、均一な微細セル（気孔）を有するシリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層を形成することができるとともに、機械的強度にも優れている。

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示された非発泡型の多孔質体は、独立気泡型のものであるため、水の抜けが悪く、二次加熱で水を除去するときに水の蒸気圧で破損してしまうことが多いことが本発明者らにより見いだされた。特に、例えば、特許文献１に記載されているような多孔質体の外周をフッ素樹脂チューブで覆ったタイプの定着ローラにあっては、多孔質弾性体をフッ素樹脂チューブと一体化させて作製しようとする場合、二次加熱の際に、シャフト方向における中央部において、多孔質弾性体とともに、フッ素樹脂チューブが破損することがわかった。
特開２００５−６２５３４号公報特開２００５−１７１２２９号公報

したがって、本発明は、フッ素樹脂チューブで覆われたシリコーンエラストマーの二次加熱時の破損を抑制して製造し得る、非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層を備える定着ローラおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面によれば、シャフトと、シャフトの外周面上に設けられ、それぞれ前記シャフトの軸方向と交差する第１の端面および第２の端面を有する弾性層と、前記弾性層の外側に設けられたフッ素樹脂チューブを備え、前記弾性層は、非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質弾性体からなり、前記弾性層に、前記第１の端面および第２の端面の少なくとも一方の端面に開口し、前記弾性層内に延びる少なくとも１つの孔を設けたことを特徴とする定着ローラが提供される。
また、本発明の第２の側面によれば、フッ素樹脂チューブ内に定着ローラ用シャフトを同心的に配置し、前記フッ素樹脂チューブと前記シャフトとの間に、硬化してシリコーンエラストマーを生成する液状シリコーンゴム材、乳化剤および水を含有する油中水型エマルジョン組成物を導入し、これを一次加熱して一次硬化させることにより、前記フッ素樹脂チューブで外側が覆われた弾性層前駆体を形成するとともに、前記弾性層前駆体に、前記第１の端面および第２の端面の少なくとも一方の端面に開口し、前記弾性層前駆体内に延びる少なくとも１つの孔を設け、前記弾性層前駆体を二次加熱することによって二次硬化させるとともに、前記水の少なくとも一部を前記孔から除去して、独立気泡型多孔質弾性体からなる弾性層を形成することを含むことを特徴とする定着ローラの製造方法が提供される。

本発明によれば、外側をフッ素樹脂チューブで覆われた、発泡現象を伴わずに均一な微細セル（気泡）を有するシリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層を有する定着ローラを、二次加熱時の破損を抑制して製造することができる。

以下、本発明を種々の態様により説明する。

本発明に係る定着ローラは、（円筒状または円柱状）シャフトと、シャフトの外周面上に設けられ、それぞれシャフトの軸方向と交差する第１の端面および第２の端面を有する弾性層と、弾性層の外側に設けられたフッ素樹脂チューブを備える。弾性層は、非発泡型の（気孔（セル）の形成に発泡現象を利用しない）独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体からなる。そして、弾性層には、その第１の端面および第２の端面の少なくとも一方の端面に開口し、弾性層内に延びる少なくとも１つの孔が設けられている。

本発明の定着ローラにおける弾性層は、独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体からなり、この多孔質体は非発泡型のものである。すなわち、多孔質体の形成には、発泡剤（blowing agentまたはfoaming agent）を用いない。

かかる非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層は、硬化してシリコーンエラストマーを生成する液状シリコーンゴム材、乳化剤および水を含有する油中水型エマルジョン組成物から形成することが好ましい。

上記エマルジョン組成物における液状シリコーンゴム材は、加熱により硬化してシリコーンエラストマーを生成するものであれば特に制限はないが、いわゆる付加反応硬化型液状シリコーンゴムを使用することが好ましい。付加反応硬化型液状シリコーンゴムは、主剤となる不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンと架橋剤となる活性水素含有ポリシロキサンを含む。不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンにおいて、不飽和脂肪族基は、両末端に導入され、側鎖としても導入され得る。そのような不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンは、例えば、下記式（１）で示すことができる。

式（１）において、Ｒ¹は、不飽和脂肪族基を表し、各Ｒ²は、Ｃ₁〜Ｃ₄低級アルキル基、フッ素置換Ｃ₁〜Ｃ₄低級アルキル基、またはフェニル基を表す。ａ＋ｂは、通常、５０〜２０００である。Ｒ¹によって表される不飽和脂肪族基は、通常、ビニル基である。各Ｒ²は、通常、メチル基である。

活性水素含有ポリシロキサン（ハイドロジェンポリシロキサン）は、不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンに対し架橋剤として作用するものであり、主鎖のケイ素原子に結合した水素原子（活性水素）を有する。水素原子は、活性水素含有ポリシロキサン１分子当たり３個以上存在することが好ましい。そのような活性水素含有ポリシロキサンは、例えば、下記式（２）で示すことができる。

式（２）において、Ｒ³は、水素またはＣ₁〜Ｃ₄低級アルキル基を表し、Ｒ⁴は、Ｃ₁〜Ｃ₄低級アルキル基を表す。ｃ＋ｄは、通常、８〜１００である。Ｒ³およびＲ⁴で表される低級アルキル基は、通常、メチル基である。

これら液状シリコーンゴム材は、市販されている。なお、市販品では、付加反応硬化型液状シリコーンゴムを構成する不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンと活性水素含有ポリシロキサンとは別々のパッケージで提供され、以後詳述する両者の硬化に必要な硬化触媒は、活性水素含有ポリシロキサンに添加されている。

上記エマルジョン組成物における乳化剤は、エマルジョン中に水を安定に分散させるための分散安定剤として作用するものである。すなわち、乳化剤は、水に対し親和性を示すとともに、液状シリコーンゴム材に対しても親和性を示す。乳化剤には、アニオン系、カチオン系、両性イオン系及びノニオン系の界面活性剤が含まれる。アニオン系界面活性剤としては、例えば、高級脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、ポリエチレングリコール硫酸エステル塩類を挙げることができる。ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン類、脂肪酸モノグリセライド類を挙げることができる。カチオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン塩類、第４級アンモニウム塩類、アルキルピリジニウム塩類を挙げることができる。両性イオン系界面活性剤としては、カルボキシベタイン型、グリシン型のものが挙げられる。乳化剤は、エーテル基等の親水性基を有することが好ましい。また、乳化剤は、通常３〜１３、好ましくは４〜１１のＨＬＢ値を示す。より好ましくは、乳化剤として、ＨＬＢ値が３以上異なる２種類のエーテル変性シリコーンオイルを併用する。その場合、さらに好ましくは、７〜１１のＨＬＢ値を有する第１のエーテル変性シリコーンオイルと、４〜７のＨＬＢ値を有する第２のエーテル変性シリコーンオイルとを組み合わせて使用する。いずれのエーテル変性シリコーンオイルも、ポリシロキサンの側鎖にポリエーテル基を導入したものを用いることができ、例えば、下記式（３）で示すことができる。

式（３）において、Ｒ⁵は、Ｃ₁〜Ｃ₄低級アルキル基を表し、Ｒ⁶は、ポリエーテル基を表す。ｅ＋ｆは、通常、８〜１００である。Ｒ⁵で表される低級アルキル基は、通常、メチル基である。また、Ｒ⁶により表されるポリエーテル基は、通常、（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_x基、（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_y基、または（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_x（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_y基を含む。主に、ｘ、ｙの数により、ＨＬＢ値が決定される。これら界面活性作用を有するシリコーンオイル材は市販されている。

水は、いうまでもなく、上記油中水型エマルジョン組成物中において、粒子（水滴）の形態で不連続相として分散して存在する。後に詳述するように、この水粒子の粒径が、本発明の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体のセル（気孔）の径を実質的に決定する。水は、１〜８０μｍの平均粒径を有する粒子の形態で存在し得る。エマルジョン中の水粒子のサイズは、マイクロスコープ観察によって測定することができる。

上記油中水型エマルジョン組成物は、液状シリコーンゴム材を硬化させるために、硬化触媒を含有することができる。硬化触媒としては、それ自体既知のように、白金触媒を用いることができる。白金触媒の量は、白金原子として、１〜１００重量ｐｐｍ程度で十分である。硬化触媒は、シリコーンエラストマー多孔質体を製造するときに油中水型エマルジョンに添加してもよいが、エマルジョンを製造する際に配合することもできる。

上記油中水型エマルジョン組成物において、液状シリコーンゴム材１００重量部に対し、乳化剤を０．２〜５．５重量部の割合で、水を１０〜２５０重量部の割合で使用することが、水分散安定性に特に優れたエマルジョンを得る上で好ましい。乳化剤が、前記第１のエーテル変性シリコーンオイルと前記第２のエーテル変性シリコーンオイルとの組合せからなる場合、液状シリコーンゴム材１００重量部に対し、第１のエーテル変性シリコーンオイルを０．１５〜３．５重量部の量で、第２のエーテル変性シリコーンオイルを０．０５〜２重量部の量（合計０．２〜５．５重量部）で用いることが好ましい。また、液状シリコーンゴム材が不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンと活性水素含有ポリシロキサンとの組合せからなる場合、前者と後者の重量比は、６：４〜４：６であることが好ましい。

上記油中水型エマルジョン組成物は、種々の添加剤を含有することができる。そのような添加剤としては、着色料（顔料、染料）、導電性付与材（カーボンブラック、金属粉末等）、補強性フィラー（シリカ等）を例示することができる。さらに、油中水型エマルジョンは、例えば、脱泡を容易にすること等を目的としてエマルジョンの粘度を調整するために、分子量の低い、非反応性のシリコーンオイルを含有することができる。油中水型エマルジョンは、１ｃＳｔ〜２０万ｃＳｔの粘度を有すると、脱泡が容易に行え、取り扱いに都合がよい。

上記油中水型エマルジョン組成物は、種々の方法により製造することができる。一般的には、液状シリコーンゴム材、乳化剤、および水を、必要に応じてさらなる添加剤とともに混合し、十分に撹拌することによって製造される。液状シリコーンゴム材が、不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンと活性水素含有ポリシロキサンとの組合せにより提供される場合には、不飽和脂肪族基を有するポリシロキサンと界面活性作用を有するシリコーンオイル材の一部を混合・撹拌して第１の混合物を得、他方活性水素含有ポリシロキサンと乳化剤の残りを混合・撹拌して第２の混合物を得ることができる。ついで、第１の混合物と第２の混合物を混合・撹拌しながら、徐々に水を添加して、撹拌することにより所望のエマルジョンを得ることができる。いうまでもなく、上記油中水型エマルジョンの製造方法はこれに限定されるものではない。液状シリコーンゴム材、乳化剤、および水、並びに必要に応じて添加される添加剤の添加順序は、どのようなものでもよい。エマルジョンを形成させるための撹拌は、例えば、３００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの攪拌器回転速度で行うことができる。エマルジョン形成後、エマルジョンを、加熱することなく、例えば真空減圧機を用いて、脱泡処理に供してエマルジョン中に存在する空気を除去することができる。

本発明の定着ローラにおける弾性層は、後に詳述するように、上記油中水型エマルジョンの一次加熱による一次硬化（弾性層前駆体の形成）および二次加熱による脱水を経て、フッ素樹脂層と一体的に形成することができる。弾性層は、シャフトの軸方向と交差する（通常は、直交する）両端面（第１の端面および第２の端面）を有する。そして、弾性層には、その両端面の少なくとも一方の端面に開口し、弾性層内に延びる少なくとも１つの孔が設けられている。弾性層は、弾性を示すので、弾性層に設けられる孔の存在は、定着ローラにおける弾性層の性能に実質的に悪影響を及ぼさない。すなわち、本発明の定着ローラにおいて、孔を有する弾性層は、そのような孔を持たない対応の弾性層と同様の性能を示すことが確認されている。

水分の除去効率の観点から、弾性層に設ける孔の全長は、弾性層のシャフト方向の長さの５０％以上であることが好ましい。孔の全長とは、孔が１つの場合にはその孔の長さを意味し、孔が複数存在する場合には、各孔の長さの合計を意味する。弾性層の厚さは、通常、３〜１５ｍｍである。

さらに、シャフトは熱容量が大きく、熱伝導が大きいことからシャフト近傍には熱が過剰に供給され、蒸気圧の高まりが起き易いことと、孔が弾性層の外側領域に存在すると画像や紙搬送に影響を与える可能性がないとはいい得ないことから、いずれの孔も、全体が、弾性層の厚さ方向の中央からシャフトまでの、弾性層の内側領域内に存在するように設けることが好ましい。

また、水分の抜け易さと形成の容易さから、孔は、弾性層の一方の端面にのみ開口する非貫通孔であるよりも、弾性層の両端面に開口する貫通孔であることが好ましく、また孔は、シャフトの軸方向とほぼ平行に伸びることが好ましい。そして、孔は、好ましくは複数個、より好ましくは３つ以上設けられる。

孔の断面形状には特に制限はなく、円形、四角、三角等の多角形、星形等の孔を設けることができ、水分排出性の観点からは星型が好ましいが、弾性層の変形に対する影響を考慮すると、円形の孔が望ましい。また、水分排出の効率の観点から、１つの孔の開口面積は０．００８ｍｍ²以上であることが好ましい。孔の開口面積は、大きいほど水分排出効率が優れるが、弾性層の性能に対する影響を極力抑制するためには、３ｍｍ²以下であることが好ましい。

さらに、水分の排出を弾性層内で均一に排出させるために、孔は、複数個ある場合、シャフトの中心軸に対して等角度間隔で円周上に配列されていることが好ましい。

フッ素樹脂チューブは、トナーの転写性の向上、紙粉の付着防止、トナーに対するオフセットの防止等を目的として、弾性層の該周面を覆って設けられる。フッ素樹脂チューブは、熱収縮性であっても、非熱収縮性であってもよい。かかるフッ素樹脂チューブは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）、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）等のフッ素樹脂により形成することができる。フッ素樹脂チューブの厚さは、通常、０．０２ｍｍ〜０．１５ｍｍである。フッ素樹脂チューブと弾性層との接着性を向上させるために、フッ素樹脂チューブの内面を、あらかじめ、液体アンモニアと金属ナトリウムの溶液やナフタレンとテトラヒドロフランと金属ナトリウムの溶液で処理するか、エキシマレーザを照射すること等の一般的な方法を採用することができる。

なお、本発明の定着ローラにおいて、フッ素樹脂チューブは、定着ローラの最外層を構成する（すなわち、フッ素樹脂チューブの外表面は、露出している）。

次に、図面を参照して本発明のいくつかの態様を説明する。全図において、同様の要素には、同様の符号を付してある。

図１は、本発明の１つの態様に係る定着ローラ１０の一部破断縦断面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図を拡大して示す図である。

定着ローラ１０は、金属等からなる円柱状または円筒状シャフト１２を有する。シャフト１２は、弾性層が形成されるシャフト本体１２１とシャフト本体１２１の両側にシャフト本体と一体に形成されたジャーナル部１２２ａおよび１２２ｂを有する。シャフト本体１２１の外周全体を覆って、非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層１４が設けられている。この弾性層１４の外周を覆って、フッ素樹脂チューブ１８が設けられている。

弾性層１４は、それぞれシャフト１２の軸方向と交差する第１の端面１４ａおよび第２の端面１４ｂを有する。図１において、第１の端面１４ａおよび第２の端面１４ｂは、それぞれシャフト１２の軸方向と直交しており、シャフト本体１２１の両端面と同一平面を構成しているが、第１の端面１４ａおよび第２の端面１４ｂは、必ずしもシャフト本体１２１の両端面と同一平面を構成する必要はない。

弾性層１４には、弾性層１４の第１の端面１４ａおよび第２の端面１４ｂの少なくとも一方の端面に開口し、弾性層１４内に延びる少なくとも１つ（好ましくは、複数、例えば３つまたは４つ）の孔が設けられている。図１においては、弾性層１４の第１の端面１４ａおよび第２の端面１４ｂの両方において開口し、弾性層１４内をシャフト１２の軸方向と平行に延びる２つの貫通孔１６ａおよび１６ｂを見ることができる。

図２を参照すると、孔は、４つ存在する（孔１６ａ〜１６ｄ；孔１６ｃおよび１６ｄは、孔１６ａおよび１６ｂと同じ構造であり、貫通孔である）。孔１６ａ〜１６ｄのそれぞれは、全体が、弾性層１４の径方向厚さの半分の位置（弾性層１４の径方向の中央を結ぶ線（中央線）ＣＬ）から弾性層１４の外表面１４ｃまでの領域（外側領域）１４２内にあってもよいが、図２に示すように弾性層１４の中央線ＣＬからシャフト本体１２１までの領域（内側領域）１４１内に存在していることが、上記理由から、好ましい。

図２に示す孔１６ａ〜１６ｄは、シャフト（シャフト本体１２１）の中心軸ＣＡに対し等角度間隔で円周上に配置されている（中心軸ＣＡからの距離が等しい）。

図３は、孔の数が３個である以外は図１〜図２に示す定着ローラ１０と同様の構造の定着ローラ２０の断面を示す。定着ローラ２０において、図１〜図２に示す定着ローラ１０における孔１６ａ〜１６ｄと同様の３つの孔２２ａ、２２ｂおよび２２ｃのそれぞれは、全体が弾性層の内側領域１４１内に存在する。そして、孔２２ａ〜２２ｃは、シャフト（シャフト本体１２１）の中心軸ＣＡに対し等角度間隔で円周上に配置されている（中心軸ＣＡからの距離が等しい）。

本発明に係る定着ローラは、フッ素樹脂チューブ内に定着ローラ用シャフトを同心的に配置し、フッ素樹脂チューブとシャフトとの間に、非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質体の原料組成物（例えば、上記油中水型エマルジョン組成物）を導入し、これを一次加熱して一次硬化させることにより、フッ素樹脂チューブで外側が覆われた弾性層前駆体を形成するとともに、弾性層前駆体に、その両端面の少なくとも一方の端面に開口し、弾性層前駆体内に延びる少なくとも１つの孔を設け、弾性層前駆体を二次加熱することによって二次硬化させるとともに、水の少なくとも一部を孔から除去して、非発泡型の独立気泡型多孔質弾性体からなる弾性層を形成することによって製造することができる。その場合、少なくとも１つの孔の形成手段を有する円筒状成形型の内壁に接して前記フッ素樹脂チューブを配置するとともに、シャフトをフッ素樹脂チューブと同心的に配置し、前記油中水型エマルジョン組成物をフッ素樹脂チューブとシャフトとの間に導入し、前記油中水型エマルジョン組成物を一次加熱することにより一次硬化させた後、脱型を行うことにより弾性層前駆体内に前記孔を形成することができる。孔形成手段は、ピン、ワイヤ、糸、ひも等の線状体により構成することができる。しかる後、得られた一体構造物（シャフトと、その周りに形成され、孔を有する弾性層前駆体と、弾性層の外周に形成されたフッ素樹脂チューブからなる一体構造物）を二次加熱して二次硬化させて定着ローラを得ることができる。

例えば、図４に示すような成形型３０を用いることができる。成形型３０は、定着ローラ用のシャフト１２の本体よりも直径が大きく、軸方向長さの長い、金属等で形成された円筒体３２を備える。円筒体３２の両開放端は、それぞれ頭部３４１および３６１を有する栓体３４および３６の嵌め込みにより閉塞される。栓体３４および３６は、シャフト１２のジャーナル部１２２ａおよび１２２ｂを収容するための凹部３４２および３６２をそれぞれ有する。また、栓体３４および３６の先端面は、シャフト本体の端面とそれぞれ当接する。一方の栓体３４には、図１〜３に示す孔１６ａ〜１６ｄ、２２ａ〜２２ｄ等の水分を排出するための孔を形成する１またはそれ以上の線状体例えば、剛直なピン３８ａ、３８ｂがシャフト本体１２２の外周面から離間して、一端がねじ込み等により栓体３４に固定されている。ピン３８ａおよび３８ｂの他端は、それぞれ他方の栓体３６の先端面に当接する。また、栓体３４には、前記油中水型エマルジョン組成物を注入するための１つまたはそれ以上の注入口３４３、３４４が貫通している。

操作に当たり、円筒体３２の内壁に接してフッ素樹脂チューブ１８を配置し、シャフト１２を円筒体３２に収容し、円筒体の両端を栓体３４および３６で閉塞する。しかる後、上記油中水型エマルジョン組成物を注入口３４３、３４４から円筒体３２内に注入した後、注入口３４３、３４４を塞ぐ。ついで、エマルジョン組成物を一次加熱することにより一次硬化させてピン３８ａ、３８ｂに対応する孔を有する弾性層前駆体を樹脂チューブ１８とシャフトの間に生成させる。しかるのち、外周をフッ素チューブ１８で覆われた弾性層前駆体を有するシャフト１２を成形型から取り外し、二次加熱して、孔から脱水する。このように、本発明に従い弾性層（前駆体）に設ける孔は、水分の排出機能を果たすので、水分排出孔ということができる。

水分排出孔は、外周がフッ素樹脂チューブで覆われた弾性層前駆体を形成した後、その弾性層前駆体に比較的剛直な線状体を刺通することによっても形成することができる。例えば、円筒状成形型の内壁に接してフッ素樹脂チューブを配置するとともに、シャフトを同心的に配置し、前記油中水型エマルジョン組成物をフッ素樹脂チューブと前記シャフトとの間に導入し、前記油中水型エマルジョン組成物を一次加熱することにより一次硬化させた後、脱型し、外周がフッ素樹脂チューブで覆われた弾性層前駆体を有するシャフトを得る。しかる後、外周がフッ素樹脂チューブで覆われた弾性層前駆体内に孔を形成することができる。

上記一次加熱では、上記油中水型エマルジョン組成物中の水を揮散させることなく、液状シリコーンゴム材を加熱硬化させるために、１５０℃以下の加熱温度を用いることが好ましい。一次加熱の際の加熱温度は、通常、８０℃以上であり、加熱時間は、通常、５分〜１５０分程度である。この一次加熱により、液状シリコーンゴムが硬化し、エマルジョン中の水粒子をエマルジョン中の状態のまま閉じ込める。この一次硬化したシリコーンゴムは、以下述べる二次加熱による水分の蒸発の際の膨張力に耐える程度までに硬化する。

水粒子を閉じ込めた一次硬化シリコーンゴム（弾性層前駆体）から水分排出孔を通して水分を除去するための二次加熱は、７０℃〜３００℃の温度で行うことが好ましい。二次加熱温度が７０℃未満では水の除去に長時間を要し、加熱温度が３００℃を超えると、硬化したシリコーンゴムが劣化し得る。７０℃〜３００℃の加熱では、１時間〜２４時間で水分は揮発除去される。二次加熱により水分が水蒸気として揮発除去されるとともに、シリコーンゴム材の最終的な硬化も達成される。揮発除去された水分は、硬化したシリコーンゴム材（シリコーンエラストマー）中に、水粒子の粒径にほぼ等しい気孔径のセルを残す。弾性層前駆体は、外面をフッ素樹脂チューブで覆われているが、弾性層前駆体には水分排出孔が形成されているため、この二次加熱の際に弾性層が破損することが抑制される。

このように、上記油中水型エマルジョン組成物は、発泡現象を伴うことなくシリコーンエラストマーを生成させることができる。上記油中水型エマルジョン組成物中の水粒子は、一次加熱により硬化したシリコーンゴムに閉じ込められ、二次加熱の際には、単に揮発するだけである。こうして、非発泡型で、実質的に独立気泡型のシリコーンエラストマー多孔質体からなる弾性層が得られる。この多孔質体は、セル（気孔）が微細であり、しかもセルサイズの分布が狭く、均一性が高いものである。しかも、二次加熱の際、水分は水分孔を介して効率的に除去され、弾性層の裂け、破壊が抑制される。なお、上記独立気泡型のシリコーンエラストマー多孔質体は、特開２００５−２０６８８４号公報において定義された単泡率が８０％以上であり得る。また、上記独立気泡型のシリコーンエラストマー多孔質体は、非発泡型であるので、発泡体からなる多孔質体と比べてセル（気孔）の真球度が有意に高い。非発泡型とは、特開２００５−２０６８８４号公報において示される式（Ａ）で示される長径と短径との関係を満たすセル（気孔）が、全セル（気孔）数の５０％以上を占め、さらに特開２００５−２０６８８４号公報において示される式（Ｂ）によって与えられる条件をも満足するセル（気孔）が、全セル（気孔）数の８０％以上を占めるものであるといいかえることができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。

例１〜９
例１〜５では、液状シリコーンゴム材として、東レ・ダウコーニング社から入手した液状シリコーンゴム（商品名ＤＹ３５−７００２）を用いた。この液状シリコーンゴムは、活性水素含有ポリシロキサンと、ビニル基含有ポリシロキサンとが別々のパッケージとして提供され、ビニル基含有ポリシロキサンには、触媒量の白金触媒が添加されているものであった。以下、前者をシリコーンゴムＡ剤、後者をシリコーンゴムＢ剤と表示する。活性水素含有ポリシロキサンは、各Ｒ⁴がメチル基である上記式（２）の構造を有し、他方ビニル基含有シリコーンオイルは、各Ｒ¹がビニル基であり、各Ｒ²がメチル基である上記式（１）の構造を有する。

また、乳化剤として、２種のポリエーテル変性シリコーンオイル（信越化学社製ＫＦ−６１８（ＨＬＢ値：１１）および同社製ＫＦ−６０１５（ＨＬＢ値：４）を重量比１：１で混合したものを用いた。これらポリエーテル変性シリコーンオイルは、製品カタログによれば、いずれも、各Ｒ⁵がメチル基である上記式（３）の構造を有し、Ｒ⁶が、ポリエーテル基として、（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_x（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_y基を有するものである。

さらに、補強性フィラーとして通常用いられているシリカ粒子も用いた。

液状シリコーンゴム剤（シリコーンゴムＡ剤とＢ剤の配合重量比１：１）と水とシリカ粒子と乳化剤とを重量比１００：１００：３．７５：３．７５の割合で配合し、攪拌して油中水型エマルジョン組成物を調製した。

図４に示す成形型３０の円筒体（内径：２４．５ｍｍ）３２の内壁に、直径２３．５ｍｍ、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを固定し、鉄製シャフト（シャフト本体の外径：１０ｍｍ；シャフト本体（弾性層形成部）の長さ：２００ｍｍ）を配置し、断面円形の線状ピン体（外径：０．６ｍｍ）を有する栓体３４で円筒体３２の一端を密閉し、円筒体３２の他端を栓体３６で密閉した。栓体３４に設けられた注入口３４２、３４３から上記油中水型エマルジョン組成物を注入した。しかる後、この成形型を１５０℃で３５分間一次加熱した後、脱型した。得られた、外面がＰＦＡチューブで覆われた弾性層前駆体を有するシャフトを２４０℃まで昇温した後、同温度で１２時間二次加熱し、ＰＦＡチューブで覆われた弾性層を有する定着ローラを得た（各例につき、２個の定着ローラを作製）。このとき、定着ローラの弾性層における破損を目視観察し、各例で作製した全定着ローラ数に対する弾性層が破損した定着ローラ数の割合（破損率）を算出した。なお、ピン体のシャフトからの離間間隔は、表１に示すとおりであり、ピン体の半径方向においてシャフトに最も近いピン体円周上の点から半径方向におけるシャフト円周上の点まで距離である。

ピン体の数は、０（例１（比較例）、１（例２〜３）、２（例４；２つのピン体は、シャフト軸対称で同一円周上に配列）、３（例５：ピン体は、シャフトの中心軸に対して等角度間隔で同一円周上に配列）、４（例６〜９；ピン体は、シャフトの中心軸に対して等角度間隔で同一円周上に配列であった。なお、得られた弾性層の平均気孔サイズは、いずれも５０μｍであり、均一であった。結果を表１に示す。

表１に示す結果から、水分排出孔の開口面積は、０．００８ｍｍ²以上であることが好ましいことがわかる。

本発明の１つの態様に係る定着ローラを示す概略断面図。図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図。本発明の別の態様に係る定着ローラを示す概略断面図。成形型を説明するための断面図。

符号の説明

１０、２０…定着ローラ
１２…シャフト
１２１…シャフト本体
１２２ａ、１２２ｂ…シャフトのジャーナル部
１４…弾性層
１４ａ、１４ｂ…弾性層の端面
１４ｃ…弾性層の外表面
１８…フッ素樹脂チューブ
１４１…弾性層の内側領域
１４２…弾性層の外側領域
１６ａ〜１６ｄ、２２ａ〜２２ｃ…孔
３０…成形型
３２…円筒体
３４，３６…栓体
３４３，３４４…エマルジョン注入口
３８ａ，３８ｂ…ピン体
ＣＡ…シャフトの中心軸
ＣＬ…弾性層の中央線

Claims

シャフトと、シャフトの外周面上に設けられ、それぞれ前記シャフトの軸方向と交差する第１の端面および第２の端面を有する弾性層と、前記弾性層の外側に設けられたフッ素樹脂チューブを備え、前記弾性層は、非発泡型の独立気泡型シリコーンエラストマー多孔質弾性体からなり、前記弾性層に、前記第１の端面および第２の端面の少なくとも一方の端面に開口し、前記弾性層内に延びる少なくとも１つの孔を設けたことを特徴とする定着ローラ。
前記孔の全長が、前記弾性層のシャフト方向の長さの５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
１つの孔の開口面積が、０．００８ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の定着ローラ。
前記孔が、前記弾性層の厚さ方向の中央から前記シャフト側の領域内に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着ローラ。
前記孔が、前記第１の端面と第２の端面とに開口する貫通孔であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着ローラ。
前記孔が、複数設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着ローラ。
前記弾性層が、硬化してシリコーンエラストマーを生成する液状シリコーンゴム材、乳化剤および水を含有する油中水型エマルジョン組成物から形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着ローラ。
フッ素樹脂チューブ内に定着ローラ用シャフトを同心的に配置し、前記フッ素樹脂チューブと前記シャフトとの間に、硬化してシリコーンエラストマーを生成する液状シリコーンゴム材、乳化剤および水を含有する油中水型エマルジョン組成物を導入し、これを一次加熱して一次硬化させることにより、前記フッ素樹脂チューブで外側が覆われた弾性層前駆体を形成するとともに、前記弾性層前駆体に、前記第１の端面および第２の端面の少なくとも一方の端面に開口し、前記弾性層前駆体内に延びる少なくとも１つの孔を設け、前記弾性層前駆体を二次加熱することによって二次硬化させるとともに、前記水の少なくとも一部を前記孔から除去して、独立気泡型多孔質弾性体からなる弾性層を形成することを含むことを特徴とする定着ローラの製造方法。
少なくとも１つの孔の形成手段を有する円筒状成形型の内壁に接して前記フッ素樹脂チューブを配置するとともに、前記シャフトを同心的に配置し、前記油中水型エマルジョン組成物を前記フッ素樹脂チューブと前記シャフトとの間に導入し、前記油中水型エマルジョン組成物を一次加熱することにより一次硬化させた後、脱型を行うことにより前記弾性層前駆体内に前記孔を形成することを特徴とする請求項８に記載の定着ローラの製造方法。
円筒状成形型の内壁に接して前記フッ素樹脂チューブを配置するとともに、前記シャフトを同心的に配置し、前記油中水型エマルジョン組成物を前記フッ素樹脂チューブと前記シャフトとの間に導入し、前記油中水型エマルジョン組成物を一次加熱することにより一次硬化させた後、脱型し、しかる後前記弾性層前駆体内に前記孔を形成することを特徴とする請求項８に記載の定着ローラの製造方法。
前記孔の形成手段が、線状体により構成されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の定着ローラの製造方法。