JP2021157030A

JP2021157030A - 弾性ローラ

Info

Publication number: JP2021157030A
Application number: JP2020056447A
Authority: JP
Inventors: 拓弥松本; Takuya Matsumoto
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-10-07

Abstract

【課題】耐久性が高い弾性ローラを提供する。【解決手段】軸体２と、軸体２の外周に形成された発泡弾性層３とを備えた弾性ローラ１であって、発泡弾性層３が、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤のうち少なくとも未膨張マイクロバルーンを含むゴム組成物を発泡及び硬化させてなり、ゴム組成物中の未膨張マイクロバルーンの含有量が、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤の合計１００質量％に対し５０質量％以上１００質量％以下であり、ポアスキャン装置により測定したときの、発泡弾性層３のセル径の面積平均Ｌａが５０μｍ以上２００μｍ以下であり、標準偏差が２０μｍ以上７０μｍ以下である弾性ローラ１とする。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性ローラに関する。

レーザープリンター及びビデオプリンター等のプリンター、複写機、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置には、シャフトの外周面に形成された発泡弾性層を有する各種ローラが装着されている。各種ローラとしては、例えば、クリーニングローラ、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、加圧ローラ、紙送り搬送ローラ、及び定着ローラ等が挙げられる。

各種ローラは、対向するローラ又は感光体に対して圧接状態に装着され、連続的又は断続的に回転することで機能を発揮するため、特に熱や摩擦による負荷がかかりやすく、より優れた耐久性が求められている。耐久性向上のために、例えば、特許文献１には、定着及び加圧ローラの弾性層に、弾性層を補強するために補強性充填材を含有させることが開示されている。

特開２００５−２９２２１８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性が高い弾性ローラを提供することを目的とする。

本発明は、軸体と、軸体の外周に形成された発泡弾性層とを備えた弾性ローラであって、発泡弾性層が、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤のうち少なくとも未膨張マイクロバルーンを含むゴム組成物を発泡及び硬化させてなり、ゴム組成物中の未膨張マイクロバルーンの含有量が、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤の合計１００質量％に対し５０質量％以上１００質量％以下であり、ポアスキャン装置により測定したときの、発泡弾性層のセル径の面積平均Ｌａが５０μｍ以上２００μｍ以下であり、標準偏差が２０μｍ以上７０μｍ以下である弾性ローラである。

発泡弾性層のセル径の面積平均Ｌａは５０μｍ以上１４０μｍ以下であり、セル径の標準偏差は２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

発泡弾性層はシリコーンゴムからなることが好ましい。

本発明によれば、耐久性が高い弾性ローラを得ることができる。

本発明の弾性ローラを示す斜視図である。発泡剤全量に占める未膨張マイクロバルーンの割合とセル径の面積平均との関係を示すグラフである。発泡剤全量に占める未膨張マイクロバルーンの割合とセル径の標準偏差との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、以下の実施形態は例示の目的で提示するものであり、本発明は、以下に示す実施形態に何ら限定されるものではない。

［弾性ローラ］
本発明の弾性ローラ１は、図１に示すように、軸体２と、軸体２の外周に形成された発泡弾性層３をこの順に備えた弾性ローラ１である。
本発明の弾性ローラ１の発泡弾性層３は、化学発泡剤及び未膨張マイクロバルーンのうち少なくとも未膨張マイクロバルーンを含むゴム組成物を発泡及び硬化させてなるものである。
以下、本発明の弾性ローラ１の詳細について図１を参照しながら説明する。

（軸体）
軸体２は、好ましくは、導電性を有する、従来公知の現像ローラに用いられる軸体を用いることができる。軸体２は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、及び真鍮からなる群より選択される少なくとも１種の金属で構成されていることが好ましい。このような金属で構成される軸体２は、一般に、「芯金」の名称でも知られている。

軸体２は、絶縁性樹脂を含むものであってもよい。絶縁性樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよい。軸体２は、例えば、絶縁性樹脂からなる芯体と、この芯体上に設けられたメッキ層と、を備えるものであってよい。このような軸体２は、例えば、絶縁性樹脂からなる芯体にメッキを施して導電化することにより得ることができる。
軸体２は、良好な導電性を得るために、芯金であることが好ましい。

軸体２の形状は、例えば、棒状、管状等であることが好ましい。軸体２の断面形状は、例えば、円形、楕円形であってもよく、多角形等の非円形であってもよい。軸体２の外周面には、発泡弾性層３との接着性を向上させるため、洗浄処理、脱脂処理、プライマー処理等の処理が施されていてもよい。

軸体２の軸線方向の長さは特に限定されず、設置される画像形成装置の形態に応じて適宜調整してもよい。例えば、印字対象がＡ４サイズである場合、軸体２の軸線方向の長さは２５０ｍｍ以上３２０ｍｍ以下であることが好ましく、２６０ｍｍ以上３１０ｍｍ以下であることがより好ましい。また、軸体２の直径（外接円の直径）も特に限定されず、設置される画像形成装置の形態に応じて適宜調整すればよい。例えば、軸体２の外径（外接円の直径）は、４ｍｍ以上１４ｍｍ以下であることが好ましく、６ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。

（発泡弾性層）
発泡弾性層３は、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤のうち少なくとも未膨張マイクロバルーンを含むゴム組成物を発泡及び硬化させてなる。
発泡弾性層３のゴムとしては、例えば、シリコーン又はシリコーン変性ゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム（エチレンプロピレンジエンゴムを含む。）、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。シリコーン若しくはシリコーン変性ゴム又はウレタンゴムであるのが好ましく、シリコーン又はシリコーン変性ゴムが、圧縮永久歪を低減することができるとともに、低温環境下における柔軟性に優れる点、さらには、耐熱性及び帯電特性等に優れる点で、特に好ましい。シリコーンゴムとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン等のオルガノポリシロキサンの架橋物が挙げられる。

シリコーンゴムを形成するゴム組成物としては、例えば、付加硬化型ミラブルシリコーンゴム組成物、及び付加硬化型液状シリコーンゴム組成物等が挙げられる。以下に付加硬化型ミラブルシリコーンゴム組成物の一例を示す。

付加硬化型ミラブルシリコーンゴム組成物は、例えば、（Ａ）オルガノポリシロキサン、（Ｂ）発泡剤を含有するものである。

（Ａ）ポリオルガノポリシロキサン
（Ａ）オルガノポリシロキサンは、下記平均組成式（１）で示される。
Ｒ^１ _ｎＳｉＯ_{（４−ｎ）／２} …（１）
式（１）中、ｎは１．９５以上２．０５以下の正数を示す。また、Ｒ^１は、同一又は異なっていてよい、置換又は非置換の一価の炭化水素基を示す。炭化水素基の炭素原子数は、好ましくは１以上１２以下であり、より好ましくは１以上８以下である。

Ｒ^１としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基及びドデシル基等のアルキル基、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、ブテニル基及びヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基及びトリル基等のアリール基、β−フェニルプロピル基等のアラルキル基などが挙げられる。また、Ｒ^１は、これらの炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部が置換基で置換された基であってもよい。置換基は、例えばハロゲン原子、シアノ基等であってよい。置換基を有する炭化水素基としては、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る。

（Ａ）オルガノポリシロキサンは、分子鎖末端が、トリメチルシリル基等のトリアルキルシリル基、ジメチルビニルシリル基等のジアルキルアラルキルシリル基、ジメチルヒドロキシシリル基等のジアルキルヒドロキシシリル基、トリビニルシリル基等のトリアラルキルシリル基などで封鎖されていることが好ましい。

（Ａ）オルガノポリシロキサンは、分子中に２つ以上のアルケニル基を有することが好ましい。（Ａ）オルガノポリシロキサンは、Ｒ^１のうち０．００１モル％以上５モル％以下（より好ましくは０．０１モル％以上０．５モル％以下）のアルケニル基を有することが好ましい。（Ａ）オルガノポリシロキサンが有するアルケニル基としてはビニル基が特に好ましい。

（Ａ）オルガノポリシロキサンは、例えば、オルガノハロシランの１種若しくは２種以上を共加水分解縮合することによって、又は、シロキサンの３量体若しくは４量体等の環状ポリシロキサンを開環重合することによって得ることができる。（Ａ）オルガノポリシロキサンは、基本的には直鎖状のジオルガノポリシロキサンであってよく、一部分岐していてもよい。また、（Ａ）オルガノポリシロキサンは、分子構造の異なる２種又はそれ以上の混合物であってもよい。

（Ａ）オルガノポリシロキサンは、２５℃における動粘度が１００ｃＳｔ以上であることが好ましく、１０００００ｃＳｔ以上１０００００００ｃＳｔ以下であることがより好ましい。
また、（Ａ）オルガノポリシロキサンの重合度は、例えば１００以上であることが好ましく、３０００以上１００００以下であることがより好ましい。

本発明におけるミラブル型シリコーンゴムは、例として、信越化学工業株式会社製のＫＥ−５７１−Ｕ、ＫＥ−１５７１−Ｕ、ＫＥ−９５１−Ｕ、ＫＥ−５４１−Ｕ、ＫＥ−５５１−Ｕ、ＫＥ−５６１−Ｕ、ＫＥ−９６１Ｔ−Ｕ、ＫＥ−１５４１−Ｕ、ＫＥ−１５５１−Ｕ、ＫＥ−９４１−Ｕ、ＫＥ−９７１Ｔ−Ｕ等を使用することができる。また、導電性付与剤を含有しているミラブル型シリコーンゴムとしては、ＫＥ−８７Ｃ−４０ＰＵ等を使用することができる。

（Ｂ）発泡剤
本発明の発泡弾性層３は、発泡剤として、化学発泡剤及び未膨張マイクロバルーンのうち少なくとも未膨張マイクロバルーンを含む。未膨張マイクロバルーンの含有量は、化学発泡剤と未膨張マイクロバルーンの合計１００質量％に対して５０質量％以上１００質量％以下含む。

（Ｂ１）未膨張マイクロバルーン
（Ｂ１）未膨張マイクロバルーンとして、樹脂マイクロバルーンを挙げることができる。樹脂マイクロバルーンとしては、外殻に熱可塑性樹脂を用いたものが好ましく用いられる。外殻を構成する熱可塑性樹脂としては、塩化ビニリデン／アクリロニトリル共重合体、メチルメタクリレート／アクリロニトリル共重合体、メタアクリロニトリル／アクリロニトリル共重合体等を挙げることができる。シリコーンゴムの硬化温度に合わせて、外殻となる樹脂の軟化温度が適当な範囲内にある樹脂マイクロバルーンを用いることが好ましい。また、内包される蒸発性物質としては、ブタン、イソブタン等の炭化水素を挙げることができる。未膨張マイクロバルーンの配合量は、ゴム組成物１００質量部に対して０．１質量部以上５質量部以下であることが好ましい。
未膨張マイクロバルーンの平均粒子径は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。

本発明に好適な未膨張マイクロバルーンは、「マツモトマイクロスフェアーＦシリーズ」（松本油脂製薬株式会社製）、「エクスパンセルシリーズ」（エクスパンセル社製）等として市販されている。この発明に好適な未膨張の樹脂マイクロバルーンは、弾性層を形成するのに使用される化学発泡剤の分解温度よりも高い温度で膨張する機能を有する樹脂マイクロバルーンから選択される。

（Ｂ２）化学発泡剤
（Ｂ２）化学発泡剤としては、従来、弾性層の形成に用いられる化学発泡剤であればよく、例えば、無機系発泡剤として、重炭酸ソーダ、炭酸アンモニウム等が挙げられ、有機系発泡剤として、ジアゾアミノ誘導体、アゾニトリル誘導体、アゾジカルボン酸誘導体等の有機アゾ化合物等が挙げられる。有機アゾ化合物の中でも、アゾジカルボン酸アミド、アゾビス−イソブチロニトリル等が好適に使用される。特に、アゾビス−イソブチロニトリルが好適に使用できる。化学発泡剤の配合量は、ゴム組成物１００質量部に対して０．０５質量部以上５質量部以下であることが好ましい。

付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物は、（Ａ）及び（Ｂ）以外の添加剤を更に含有していてよい。添加剤としては、例えば、導電材、助剤（鎖延長剤、架橋剤等）、触媒、分散剤、老化防止剤、酸化防止剤、顔料、着色剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、乳化剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導性向上剤、離型剤、溶剤等が挙げられる。

発泡弾性層３は、公知の成形方法によって、加熱硬化と成形とを同時に又は連続して行い、軸体２の外周面に形成される。ゴム組成物の硬化方法はゴム組成物の硬化に必要な熱を加えられる方法であればよい。また、発泡弾性層３の成形方法も、押出成形による連続加硫、プレス、インジェクションによる型成形等、特に制限されるものではない。例えば、押出成形等を選択することができる。また、軸体２上に形成された発泡弾性層３を研削又は研磨等してもよい。

ゴム組成物を硬化させる際の加熱温度は、１００℃以上５００℃以下が好ましく、１２０℃以上３００℃以下がより好ましい。加熱時間は数秒以上１時間以下が好ましく、１０秒以上３５分以下がより好ましい。また、必要に応じ、二次加硫してもよい。また、ゴム組成物は既知の方法で発泡硬化させることにより、気泡を有する発泡弾性層３を容易に形成することもできる。

−セル径の面積平均Ｌａ−
発泡弾性層３のセル径の面積平均Ｌａは、５０μｍ以上２００μｍ以下であり、５０μｍ以上１４０μｍ以下であることが好ましい。

−セル径の標準偏差−
発泡弾性層３のセル径の標準偏差は、２０μｍ以上７０μｍ以下であり、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
セル径の面積平均Ｌａ及びセル径の標準偏差が上記範囲であることにより、セルが均一に形成されているため、発泡弾性層３にかかる応力を均一に分散することができ、耐久性が高い弾性ローラ１を得ることができる。

なお、セル径の面積平均Ｌａ及びセル径の標準偏差は、ウレタンフォーム・エラストマー用試験機「ＰＯＲＥ！ＳＣＡＮ」（商品名、Goldlucke GmbH社製）により測定した値である。測定方法は、後述の実施例に記載する。

本発明の弾性ローラ１は、発泡弾性層３のセルの大きさ及び形状が均一に形成されているため、発泡弾性層３にかかる応力を均等に分散することができるので、耐久性が高い。

以上、本発明を、実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に記載の発明の範囲には限定されないことは言うまでもなく、上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた発明も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

以下、本発明について、実施例を挙げて詳細に説明する。
［実施例１］
（発泡弾性層の形成）
ミラブル型シリコーンゴムを以下の材料で調製した。
（Ａ）オルガノポリシロキサン１００質量部
（Ｂ１）未膨張マイクロバルーン０．２６質量部
（Ｂ２）化学発泡剤０．２５質量部
無電解ニッケルメッキ処理が施された軸体（ＳＵＭ２２製、直径１０ｍｍ、長さ２７５ｍｍ）をエタノールで洗浄し、その表面にシリコーン系プライマー（商品名「プライマーＮｏ．１６」、信越化学工業株式会社製）を塗布した。プライマー処理した軸体を、ギヤオーブンを用いて、１５０℃の温度にて１０分焼成処理した後、常温にて３０分以上冷却し、軸体の外周面にプライマー層を形成した。

次いで、プライマー層を形成した軸体とシリコーンゴム組成物とを押出成形機にて一体分出し、赤外線加熱炉（ＩＲ炉）を用いて上記混合物を２２５℃で１７分間加熱することにより１次加硫し、その後、熱風乾燥炉において、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、株式会社水口製作所製の研磨機により金属砥石による高速研磨を行い、外径１３ｍｍのトナー供給ローラを作製した。

［実施例２〜９、比較例１、２］
未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤を、表１に記載の配合に変えた以外は、実施例１と同様に作製した。表１中「未膨張マイクロバルーン／発泡剤全量」は、未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤との合計量に対する未膨張マイクロバルーン割合を百分率で示したものである。

［評価］
上記実施例及び比較例について、下記の評価を行った。評価結果を表１に示す。
なお、表１中の、未膨張マイクロバルーン／発泡剤全量とは、未膨張マイクロバルーン／（未膨張マイクロバルーン＋化学発泡剤）を意味する。
また、セル径、セルの標準偏差については、ウレタンフォーム・エラストマー用試験機「ＰＯＲＥ！ＳＣＡＮ」（商品名、Goldlucke GmbH社製）で測定した。

（セル径の面積平均Ｌａ）
ウレタンフォーム・エラストマー用試験機「ＰＯＲＥ！ＳＣＡＮ」（商品名、Goldlucke GmbH社製）で、セル径の面積平均Ｌａを測定した。
数値は表１に示し、図２に、発泡剤全量に占める未膨張マイクロバルーンの割合とセル径の面積平均Ｌａとの関係を示す。

（セル径の標準偏差）
ウレタンフォーム・エラストマー用試験機「ＰＯＲＥ！ＳＣＡＮ」（商品名、Goldlucke GmbH社製）で、セル径の標準偏差を測定した。
数値は表１に示し、図３に、発泡剤全量に占める未膨張マイクロバルーンの割合とセル径の標準偏差との関係を示す。

（耐久性評価）
耐久性評価として、以下の評価方法により硬度低下量を測定した。
シャフト径φ１２．０ｍｍを用いて製品径φ２５．０ｍｍのローラを作製した。そのローラをφ４０．０ｍｍの金属ローラに、ゴム厚の３０％相当を圧縮し固定した。その状態で１８０℃の温度を与えながら、１００時間回転させ、その前後で硬度を測定した。

図２及び図３に示すように、未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤との合計１００質量％に対して未膨張マイクロバルーンを５０質量％以上１００質量％以下含むゴム組成物を発泡及び硬化させてなることにより、セル径の面積平均Ｌａを５０μｍ以上２００μｍ以下、かつ標準偏差を２０μｍ以上７０μｍ以下にすることができる。
上記範囲の面積平均Ｌａと標準偏差であることは、セルの大きさ及び形状、並びにセル壁の厚さが均一に形成されていることを示すものであり、発泡弾性層にかかる応力を均一に分散することができるので、耐久性が高い弾性ローラ１を得ることができる。

１弾性ローラ
２軸体
３発泡弾性層

Claims

軸体と、該軸体の外周に形成された発泡弾性層とを備えた弾性ローラであって、
前記発泡弾性層が、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤のうち少なくとも前記未膨張マイクロバルーンを含むゴム組成物を発泡及び硬化させてなり、前記ゴム組成物中の前記未膨張マイクロバルーンの含有量が、前記未膨張マイクロバルーン及び前記化学発泡剤の合計１００質量％に対し５０質量％以上１００質量％以下であり、
ポアスキャン装置により測定したときの、前記発泡弾性層のセル径の面積平均Ｌａが５０μｍ以上２００μｍ以下であり、標準偏差が２０以上７０μｍ以下である弾性ローラ。
前記発泡弾性層のセル径の面積平均Ｌａが５０μｍ以上１４０μｍ以下であり、セル径の標準偏差が２０μｍ以上５０μｍ以下である請求項１記載の弾性ローラ。
前記発泡弾性層がシリコーンゴムからなる請求項１又は２記載の弾性ローラ。