JP2017090891A - スポンジローラ、スポンジローラの製造方法及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 軸体とその軸体の外周面に形成された弾性層とを有するスポンジローラであって、
前記弾性層が、ミラブル型シリコーンゴムと未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤とから形成され、弾性層断面において未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤によるセル面積比が95対5〜50対50の関係を有することを特徴とするスポンジローラであり、
(2) 前記弾性層の比重が0.9〜0.3であり、未膨張マイクロバルーンによって形成された平均セル径が150μm以下、かつ化学発泡剤によって形成された平均セル径が300μm以下の複合セルを有する前記(1)に記載のスポンジローラであり、
(3) 前記弾性層は25%圧縮永久歪みが15%以下であり、かつ25%圧縮耐久試験における硬度低下が15%以下である前記(1)又は(2)に記載のスポンジローラであり、
(4) 前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のスポンジローラを備えて成ることを特徴とする画像形成装置である。
この発明によると、弾性層が未膨張マイクロバルーンによって形成された平均セル径が150μm以下、かつ化学発泡剤によって形成された平均セル径が300μm以下のセルを合わせ持つので、圧縮永久歪みが小さく、かつ繰り返し圧縮による硬度低下が少なくて表面平滑性に優れて、画像形成装置に用いると高品質の画像を形成することのできるスポンジローラを提供することができる。この発明によると、前記優れた特性を有するスポンジローラを製造する方法を提供することができる。そして、この発明によると、この発明に係るスポンジローラを採用し、組み込むことによって画像品質の良好な画像形成装置を提供することができる。
(A)下記平均組成式(I)
R1 aSiO(4-a)/2 (I)
(式中、R1は同一又は異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基を示し、aは1.95〜2.05の正数である。)
で表される重合度が100以上のオルガノポリシロキサン、
(B)BET吸着法による比表面積が50m2/g以上の補強性シリカ、
(C)下記一般式(II)
R2mSi(OR3)4-m (II)
(式中、R2は独立に水素原子又は非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、R3は同
一又は異種の非置換もしくは置換のアルキル基であり、mは0,1,2又は3である。)
で示されるアルコキシシラン、
(D)水、
(E)下記一般式(III)
R4 3SiNHSiR4 3 (III)
(式中、R4は同一又は異種の一価炭化水素基を示す。)
で示されるヘキサオルガノジシラザンを含有してなる。
前記オルガノポリシロキサンを示す式(I)におけるR1は、炭素数1〜12、特に炭素数1〜8のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基等のアルケニル基、シクロアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基、あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、塩素等のハロゲン原子もしくはシアノ基などで置換した、例えばクロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられ、メチル基、ビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基が好ましく、特にメチル基、ビニル基が好ましい。
特に、(A)成分としてのオルガノポリシロキサンは、1分子中に2個以上、通常、2〜50個、特に2〜20個程度のアルケニル基、シクロアルケニル基等の脂肪族不飽和基を有するものが好ましく、特にビニル基を有するものであることが好ましい。この場合、全R1中0.01〜20モル%、特に0.02〜10モル%が脂肪族不飽和基であることが好ましい。なお、この脂肪族不飽和基は、分子鎖末端でケイ素原子に結合していても、分子鎖の途中(分子鎖非末端)のケイ素原子に結合していても、その両方であってもよいが、少なくとも分子鎖末端のケイ素原子に結合していることが好ましい。
特に、(A)成分としてのオルガノポリシロキサンは、1分子中に2個以上、通常、2〜50個、特に2〜20個程度のアルケニル基、シクロアルケニル基等の脂肪族不飽和基を有するものが好ましく、特にビニル基を有するものであることが好ましい。この場合、全R1中0.01〜20モル%、特に0.02〜10モル%が脂肪族不飽和基であることが好ましい。なお、この脂肪族不飽和基は、分子鎖末端でケイ素原子に結合していても、分子鎖の途中(分子鎖非末端)のケイ素原子に結合していても、その両方であってもよいが、少なくとも分子鎖末端のケイ素原子に結合していることが好ましい。
また、aは1.95〜2.05、好ましくは1.98〜2.02、より好ましくは1.99〜2.01の正数である。また、全R1中90モル%以上、好ましくは95モル%以上、更に好ましくは脂肪族不飽和基を除く全てのR1がアルキル基、特にはメチル基であることが望ましい。
(A)成分であるオルガノポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、又は一部分岐構造を有する直鎖状であることが好ましい。具体的には、該オルガノポリシロキサンの主鎖を構成するジオルガノシロキサン単位(R1 2SiO2/2、R1は上記と同じ、以下同様)の繰り返し構造が、ジメチルシロキサン単位のみの繰り返しからなるもの、又はこの主鎖を構成するジメチルシロキサン単位の繰り返しからなるジメチルポリシロキサン構造の一部として、フェニル基、ビニル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基等を置換基として有するジフェニルシロキサン単位、メチルフェニルシロキサン単位、メチルビニルシロキサン単位、メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシロキサン単位等のジオルガノシロキサン単位を導入したもの等が好適である。
また、分子鎖両末端は、例えば、トリメチルシロキシ基、ジメチルフェニルシロキシ基、ビニルジメチルシロキシ基、ジビニルメチルシロキシ基、トリビニルシロキシ基等のトリオルガノシロキシ基(R1 3SiO1/2)やヒドロキシジメチルシロキシ基等のヒドロキシジオルガノシロキシ基(R1 2(HO)SiO1/2)などで封鎖されていることが好ましい。
(A)成分のオルガノポリシロキサンは、上述したように、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基(R1 3SiO1/2)又はヒドロキシジオルガノシロキシ基(R1 2(HO)SiO1/2)で封鎖され、主鎖がジオルガノシロキサン単位(R1 2SiO2/2)の繰り返しからなる直鎖状のものを好ましく挙げることができる。特に好ましいものとしては、分子中の置換基(即ち、ケイ素原子に結合する非置換又は置換の一価炭化水素基)の種類として、メチルビニルポリシロキサン、メチルフェニルビニルポリシロキサン、メチルトリフルオロプロピルビニルポリシロキサン等を挙げることができる。
このようなオルガノポリシロキサンは、例えば、オルガノハロゲノシランの1種又は2種以上を(共)加水分解縮合することにより、あるいは環状ポリシロキサン(シロキサンの3量体、4量体等)をアルカリ性又は酸性の触媒を用いて開環重合することによって得ることができる。
なお、上記オルガノポリシロキサンの重合度は100以上(通常、100〜100,000)、好ましくは1,000〜100,000、より好ましくは2,000〜50,000、特に好ましくは3,000〜20,000であり、室温(25℃)において自己流動性のない、いわゆる生ゴム状(非液状)であることが好ましい。重合度が小さすぎるとコンパウンドとした際に、ロール粘着等の問題が生じ、ロール作業性が悪化する。なお、この重合度は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析によるポリスチレン換算の重量平均重合度として測定することができる。
(A)成分は、1種を単独で用いても、分子量(重合度)や分子構造の異なる2種又は3種以上の混合物であってもよい。
(B)成分の補強性シリカは、機械的強度の優れたシリコーンゴム組成物を得るために添加される充填剤であり、この目的のためには比表面積(BET吸着法)が50m2/g以上であることが必要であり、好ましくは100〜450m2/g、より好ましくは100〜300m2/gである。比表面積が50m2/g未満だと、硬化物の機械的強度が低くなってしまう。
このような補強性シリカとしては、例えば煙霧質シリカ(ヒュームドシリカ)、沈降シリカ(湿式シリカ)等が挙げられ、またこれらの表面をクロロシランやヘキサメチルジシラザン等で疎水化処理したものも好適に用いられる。このなかでも動的疲労特性に優れる煙霧質シリカが好ましい。(B)成分は1種又は2種以上を併用してもよい。
(B)成分の補強性シリカの配合量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対して5〜100質量部であり、10〜50質量部であることが好ましい。(B)成分の配合量が少なすぎる場合には補強効果が得られず、多すぎる場合には加工性が悪くなり、また機械的強度が低下してしまい、動的疲労耐久性も悪化してしまう。
前記式(II)で示される(B)成分のアルコキシシランとしては、オルガノトリアルコキシシラン、ジオルガノジアルコキシシラン、トリオルガノアルコキシシラン等のオルガノアルコキシシランや、m=1で、かつR2が水素原子であるトリアルコキシシラン、m=0のテトラアルコキシシランが例示できる。
ここで、R2は水素原子、又は同一もしくは異種の非置換もしくは置換の一価炭化水素基であり、非置換もしくは置換の一価炭化水素基としては、前記(A)成分の式(I)中のR1と同様のものが挙げられるが、通常、炭素数1〜8、特に炭素数1〜4のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基等のアルケニル基、シクロヘキセニル基等のシクロアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基等のアラルキル基、あるいはこれらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、塩素、臭素などのハロゲン原子もしくはシアノ基等で置換したクロロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、2−シアノエチル基などが挙げられ、メチル基、ビニル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基が好ましく、特にメチル基、ビニル基、フェニル基が好ましい。また(A)成分のオルガノポリシロキサンとの相溶性の点から(A)成分の非置換もしくは置換の一価炭化水素基R1と同一であることが好ましい。
R3の非置換又は置換のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の、通常、炭素数1〜4程度のアルキル基や、メトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基等のアルコキシ置換アルキル基が例示されるが、加水分解性等の点からメチル基、エチル基が好ましい。式中のmは0,1,2又は3であり、好ましくは1又は2である。
このようなアルコキシシランとしては、例えば、ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジエトキシジエチルシラン、ジメトキシメチルビニルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、トリメトキシメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリメトキシビニルシラン、トリメトキシフェニルシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等を挙げることができるが、m=2であるジアルキルジアルコキシシラン等のジオルガノジアルコキシシランが好ましく、特にジメトキシジメチルシランが好ましい。
これらアルコキシシランは比較的安価であり、これを出発原料として用いることは経済的に極めて有利である。上述したアルコキシシランは単独又は2種以上の組み合わせで使用できる。ただし複数のアルコキシシランを混ぜて使用する場合には、両者の加水分解速度が異なるため、均一に反応しない可能性があるので注意が必要である。
(C)成分の使用量は、上記(A)成分100質量部に対して0.1〜20質量部であり、好ましくは1〜15質量部である。アルコキシシランの使用量が少なすぎるとコンパウンドの可塑度が高くなりすぎ、また可塑戻り(クリープハードニング)が大きくなり、多すぎるとコンパウンドの可塑度が低くなりすぎ、ロールミル等の混練手段においてロール粘着性が発生してロール作業性が悪化する。
(D)成分である水のpHは特に限定されないが、pHが高すぎたり、低すぎたりすると、配合時に使用する装置が腐食してしまうため、pHは1.0〜12.0であることが好ましく、より好ましくは2.0〜10.0、更に好ましくは2.0〜7.0である。
ここで、(D)成分の水は、上記範囲のpHとするために、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、及び蟻酸、酢酸等の有機酸を用いて調整した酸性水溶液や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水等を用いて調整した塩基性水溶液として用いることも可能である。
また用いる水の量は、前記アルコキシシランのアルコキシ基に対して0.3〜10倍モル、特に0.5〜2.0倍モル、とりわけ1.0〜1.5倍モルが好ましい。この量が上記範囲よりも少ないと、アルコキシ基が完全に加水分解せず、わずかしか水酸基が生成しないといった問題が生じる。多く添加しても、過剰の水を除去する必要がある。
前記(E)成分であるヘキサオルガノジシラザンを示す式(III)において、R4としては、前記(A)成分におけるR1と同様のものが挙げられるが、特にメチル基、エチル基等の炭素数1〜6程度のアルキル基が好ましく、また分子中にビニル基等のアルケニル基を有していても構わない。
(E)成分としては、ヘキサメチルジシラザン、1−ビニルペンタメチルジシラザン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザン、1,3−ジメチル−1,1,3,3−テトラビニルジシラザン等が例示されるが、ヘキサメチルジシラザン、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザンが好ましく、ヘキサメチルジシラザンがより好ましい。
(E)成分としては、上記のヘキサオルガノジシラザンの他にアンモニア水を用いることができる。アンモニア水の濃度は特に限定されないが、通常1〜30質量%、好ましくは10〜28質量%、より好ましくは15〜28質量%程度のものを用いることができる。
(E)成分の配合量は、(A)成分のオルガノポリシロキサン100質量部に対してヘキサオルガノジシラザンの場合には、0.01〜1質量部、好ましくは0.02〜1質量部、より好ましくは0.05〜0.5質量部であり、アンモニア水の場合には、0.01〜1質量部、好ましくは0.05〜1質量部、より好ましくは0.1〜1質量部である。(E)成分の配合量が少なすぎる場合には、配合時間の短縮効果が少なく、また耐圧縮永久歪、動的疲労耐久性向上の効果が得られず、多すぎる場合には、得られるゴムの硬度が高くなりすぎ、また経済的にも好ましくない。
(E)成分の添加は、(C)成分のアルコキシシランと(D)成分の水とによる加水分解が充分に行われた後に添加することが必要であり、具体的には、組成物の製造過程において各成分を均一に混合、混練する際に、(A)、(C)、(D)成分に、(B)成分を必要添加量の25質量%以上(25〜100質量%)、好ましくは50〜100質量%添加して、均一に混合したあとに、(E)成分を添加することが必要である。
(C)成分のアルコキシシランと(D)成分の水とによる加水分解が不充分な時点で(E)成分が添加されると、硬化前の耐可塑戻り特性や硬化後の耐圧縮永久歪特性に劣った組成物となる。
図2に示されるように、スポンジローラ1の上下を鉄板20で挟み、万力で固定する。その際、上下の鉄板20の間にスペーサー21を挟み、鉄板の間隔が一定の距離を保つように調整する。その状態のまま、180℃の乾燥機中で5時間放置する。その後、スポンジローラ1を挟んでいた鉄板を外し、室温で16時間放置する。そのスポンジローラ1の直径を測定し、以下の式で圧縮永久歪みを計算する。
試験前のスポンジローラ1の直径 D1
試験後のスポンジローラ1の直径 D2
芯金の直径 L
スペーサー21の高さ H
圧縮永久歪み(%)= ( D1 - D2 )/( D1 - H )×100
圧縮率(%) = ( D1 - H )/( D1 - L )×100
前記硬度低下は、25%圧縮耐久試験法により測定することができる。この発明の弾性層は、25%圧縮耐久試験法により測定される硬度低下が15%以下、特に15〜3%であることが好ましい。硬度低下が、上記数値範囲内にあると、得られるスポンジローラを用いた画像形成装置が、長期にわたって安定した画像形成が可能になって好ましい。
実施例1〜7及び比較例1〜4にあっては、表1に示されるベースゴム材料と、表1に示される架橋剤と、表1に示される触媒と、表1に示される未膨張マイクロバルーンと、表1に示される化学発泡剤とを、表1に示される配合量をもって、二本ロールで十分に混練して混合物を得た。
次いで、プライマー層を形成した軸体と前記混合物とを押出成形機にて一体分出し、実施例1〜7及び比較例1〜4にあっては、赤外線加熱炉(IR炉)を用いて前記混合物を225℃で17分間加熱することにより1次加硫し、その後、熱風乾燥炉で225℃で7時間にわたって2次加硫することにより発泡ローラ原体を作製した。この発泡ローラ原体の円周面を、金属砥石による高速研磨を株式会社水口製作所製の研磨機により行った。
(耐久性試験)
このようにして製造されたスポンジローラ及び図4に示された耐久性試験装置70を用いて、各スポンジローラの耐久性試験を実施して硬度の低下状況を評価した。具体的には、この耐久性試験装置70は、筐体内部の下面に固定され、内部ヒータ72を備えた加熱ローラ71と、この加熱ローラ71の軸方向に沿って、その両側に設けられた保温材73と、加熱ローラ71と対向するように、筐体内部の上面に上下動可能に設けられた試験ローラ装着部74と、試験ローラ装着部74を上下に移動可能な押圧力調整手段75、例えば、押圧調整用マイクロメータとを備えている。なお、加熱ローラ71として、直径20mmの金属(ステンレス鋼、SUS304)製ローラを用いた。
製品外径φ30、シャフト外径φ14、肉厚 8mm
圧縮率25% → 2mm押込み
2 軸体
3 発泡弾性層
4 シリコーンコート層
6 セル
30 画像形成装置
31 像担持体
32 帯電手段
33 露光手段
34 転写手段
35 定着手段
36 被転写体
37 クリーニング手段
40 現像手段
41 現像剤収納部
42 現像剤
43 現像剤供給手段
44 現像剤担持体
45 現像剤規制部材
50 筐体
52 開口
53 定着ローラ
54 無端ベルト支持ローラ
55 無端ベルト
56 加圧ローラ
20 鉄板
21 スペーサー
70 耐久性試験装置
71 加熱ローラ
72 内部ヒータ
73 保温材
74 試験ローラ装着部
75 押圧力調整手段
(1) 軸体とその軸体の外周面に形成された弾性層とを有するスポンジローラであって、
前記弾性層が、ミラブル型シリコーンゴムと未膨張マイクロバルーンのセルと化学発泡剤のセルとから形成されたことを特徴とするスポンジローラであり、
(2) 前記弾性層の比重が0.9〜0.3である前記(1)に記載のスポンジローラであり、
(3) 前記弾性層が、未膨張マイクロバルーンによって形成された平均セル径が150μm以下、かつ化学発泡剤によって形成された平均セル径が300μm以下の複合セルを有する前記(1)又は(2)に記載のスポンジローラであり、
(4) 前記弾性層は25%圧縮永久歪みが15%以下であり、かつ25%圧縮耐久試験における硬度低下が15%以下である前記(1)〜(3)に記載のスポンジローラであり、
(5) 前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のスポンジローラを備えて成ることを特徴とする画像形成装置である。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
[付記]
[請求項1]
軸体とその軸体の外周面に形成された弾性層とを有するスポンジローラであって、
前記弾性層が、ミラブル型シリコーンゴムと未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤とから形成され、弾性層断面において未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤によるセル面積比が95対5〜50対50であることを特徴とするスポンジローラ。
[請求項2]
前記弾性層の比重が0.9〜0.3であり、未膨張マイクロバルーンによって形成された平均セル径が150μm以下、かつ化学発泡剤によって形成された平均セル径が300μm以下の複合セルを有する前記請求項1に記載のスポンジローラ。
[請求項3]
前記弾性層は25%圧縮永久歪みが15%以下であり、かつ25%圧縮耐久試験における硬度低下が15%以下である前記請求項1又は2に記載のスポンジローラ。
[請求項4]
ミラブル型シリコーンゴムと、前記未膨張マイクロバルーンおよび前記化学発泡剤と、架橋剤とを混合して混合物を調整し、前記混合物を、軸体の外側表面に押出成形し、次いで加熱硬化することを特徴とするスポンジローラの製造方法。
[請求項5]
請求項1〜3のいずれか一項に記載のスポンジローラを備えて成ることを特徴とする画像形成装置。
Claims (4)
- 軸体とその軸体の外周面に形成された弾性層とを有するスポンジローラであって、
前記弾性層が、ミラブル型シリコーンゴムと未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤とから形成され、弾性層断面において未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤によるセル面積比が95対5〜50対50であることを特徴とするスポンジローラ。 - 前記弾性層の比重が0.9〜0.3であり、未膨張マイクロバルーンによって形成された平均セル径が150μm以下、かつ化学発泡剤によって形成された平均セル径が300μm以下の複合セルを有する前記請求項1に記載のスポンジローラ。
- 前記弾性層は25%圧縮永久歪みが15%以下であり、かつ25%圧縮耐久試験における硬度低下が15%以下である前記請求項1又は2に記載のスポンジローラ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のスポンジローラを備えて成ることを特徴とする画像形成装置。
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