JP2895599B2 - フッ素樹脂チューブ被覆ゴムローラの製造方法 - Google Patents

フッ素樹脂チューブ被覆ゴムローラの製造方法

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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電子複写機の熱定着装置に用いられる加圧
ローラなどに好適な、フッ素樹脂チューブを被覆したシ
リコーンゴムローラに関する。
(従来の技術) 従来より、表面層にフッ素樹脂チューブ層を設けてな
るローラの製造方法として種々の方法が開発されている
が、そのなかで代表的なものとしては次の3つの方法が
あげられる。
まず第一の方法は、芯軸上にゴム層を設けて所定のロ
ーラ寸法に研磨した後接着剤などを塗布し、その上にPF
A(パーフルオロアルコキシ樹脂)などのフッ素樹脂か
らなる収縮チューブを被覆し、収縮させて接着させると
いう方法である。
第二の方法は、フッ素樹脂チューブを予め内部に嵌挿
した円筒状金型を用いて、液状シリコーンゴムを射出成
型するという方法である。
そして第三の方法は、第一の方法と同様に芯軸上にゴ
ム層を設けて所定のローラ寸法に研磨し接着剤などを塗
布した後、減圧容器内にたとえば非収縮PFAチューブな
どのフッ素樹脂チューブでローラ外径より小径のチュー
ブを拡開した状態で配置し、そのチューブ内に研磨済み
のローラを挿入し、しかるのちに常圧に復してチューブ
をローラ表面に密着させるというものである。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述のいずれの方法も一長一短である
ため、フッ素樹脂チューブ被覆ローラの製造方法は、現
在のところ未だ確立されてはいないようである。
たとえば、フッ素樹脂の熱収縮チューブを被覆し収縮
させて接着させるという第一の方法においては、通常20
0〜700μmの厚さのチューブが使用されているが、この
ように比較的肉厚のチューブが被覆される結果、シリコ
ーンゴム本来の弾性が失われローラの硬度が高くなって
ニップ幅が取りにくくなるという難点があった。また、
収縮チューブの厚さをこれ以下に薄くすると、収縮率が
低下してゴム層との密着性が悪くなり耐久性が低下する
とともに、収縮の際にしわが発生し膜厚が不均一になる
という問題も生じていた。
第二の方法は、先に述べたようにフッ素樹脂チューブ
を予め内部に嵌挿した円筒状金型を用いて、液状シリコ
ーンゴムを射出成型するという方法である。この方法に
おいては、第一の方法に比べてフッ素樹脂チューブ肉厚
を薄くできるうえに研磨工程を必要としないという長所
があるものの、研磨工程がないためにローラ外径寸法の
精度を上げにくいという短所があった。さらには、シリ
コーンゴムを金型に注入した後の気泡抜きがむずかしい
こと、ローラのサイズや形状に応じて個別に金型を用意
しなければならないこと、ゴム層とフッ素樹脂チューブ
との密着性が十分とはいえないこと、成型後のローラを
金型から抜き取る作業が容易でないことなどの難点もあ
った。
第三の方法は、先に述べたように、減圧容器内にたと
えば非収縮PFAチューブなどのフッ素樹脂チューブでロ
ーラ外径より小径のチューブを拡開した状態で配置し、
そのチューブ内に研磨済みのローラを挿入し、しかるの
ちに常圧に復してチューブをローラ表面に密着させると
いうものである。この方法においては、十分に薄い肉厚
のフッ素樹脂チューブを被覆することが可能であり、金
型からの気泡抜き・製品の取り出しなど射出成型方法に
ともなう煩わしさもなく、研磨することによりローラ寸
法の精度も高くできるなどの長所を有する。しかしなが
ら、第二の方法と同様にゴム層とフッ素樹脂チューブと
の密着性が十分とはいえないという難点があった。
本発明はこのような従来の方法の難点を解消すべくな
されたものであり、肉厚の薄いフッ素樹脂チューブを被
覆することが可能で、しかもゴム層とフッ素樹脂チュー
ブとの密着性も十分なフッ素樹脂チューブ被覆ゴムロー
ラの製造方法を提供することをその目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、シリコーンゴム材料のもつマイナス約100
℃から300℃もの広い温度範囲にわたるすぐれた耐熱性
と大きな熱膨張係数とを利用して、ゴム層とフッ素樹脂
チューブとを強固に密着させようとしたものである。
本発明においては、フッ素樹脂チューブを被覆すべき
シリコーンゴムローラのゴム層肉厚と、それを挿入すべ
き円筒状金型の内径との関係が重要であり、円筒状金型
内への挿入時にはチューブ内面を傷付けぬようローラ外
径は小さくなる必要があり、膨脹時にはアルミ芯軸が損
傷を受けるほどには大きすぎずにチューブとゴム層とが
強固に密着するのに十分大になる必要がある。
このようなことから、フッ素樹脂チューブ被覆シリコ
ーンゴムローラの膨脹時の外径と円筒状金型の大きさと
の関係について、代表的な材料および形状からなるモデ
ルを用いて検討をすすめた。
その結果、フッ素樹脂チューブを被覆した芯軸外径数
十mmゴム厚数mm程度の一般的な加圧ローラの製造におい
ては、膨脹時のローラ外径よりゴム層肉厚の約10%程度
減じた大きさの内径を有する円筒状金型を使用し、シリ
コーンゴムの耐熱温度範囲内で加熱し膨脹させるととも
に、その膨脹圧がローラの半径方向にのみ働くようバネ
などを用いてローラの長手方向に押圧することにより、
フッ素樹脂チューブとシリコーンゴム層とを強固に接着
させることが可能であることが判明した。
すなわち本発明のフッ素樹脂チューブ被覆ローラは、
円筒状金型内に、その内径より小径のフッ素樹脂チュー
ブを挿入して前記フッ素樹脂チューブの両端を拡開して
前記円筒状金型に固定し、前記円筒状金型内壁と前記フ
ッ素樹脂チューブ外面との間隙を減圧状態にして前記金
型内壁に前記フッ素樹脂チューブを密接固定させたの
ち、前記フッ素樹脂チューブ内面に接着剤を塗布し、つ
いで前記フッ素樹脂チューブ内に、芯軸上に加硫され表
面を研磨されたシリコーンゴム層を有し、かつ前記円筒
状金型内径より膨脹時には大きく収縮時には小さくなる
ような外径を有するゴム被覆ローラを、収縮した状態で
挿入する一方、前記円筒状金型の両端に上下一対の栓体
を嵌合させて、前記ゴム被覆ローラを前記フッ素樹脂チ
ューブ内に同心状に固定するとともに前記ローラの長手
方向に押圧し、しかるのち前記シリコーンゴム層を膨脹
させて前記フッ素樹脂チューブと密着せしめた後、前記
シリコーンゴム層を収縮させて前記円筒状金型より脱型
して得られることを特徴とする。
なお、本発明において円筒状金型内にローラがたやす
く挿入可能な程度にローラ外径が細い場合には、常温で
挿入したのち所定の温度に加熱すればよい。しかし、ゴ
ム層の厚さが薄い場合には加熱によるゴム層の厚さの変
化量が小さいため、予め冷却して温度差を大きくしてお
くと挿入が容易になる。
したがって本発明はゴム層が比較的厚い加圧ローラに
対してだけではなく、薄いゴム層を有する熱定着ローラ
に対しても適用が可能である。また、PFA以外のフッ素
樹脂チューブであっても適用が可能である。
(作用) 本発明者らは、フッ素樹脂チューブ被覆シリコンゴム
ローラの形状と円筒状金型の大きさとの関係を導くにあ
たり、代表的な材料および形状からなるモデルを用いて
検討をすすめた。
まず、シリコーンゴムローラを金型にいれず、拘束さ
れない状態で加熱して膨脹させた際の外径変化を調べ
た。モデルとしては、第2図に略図を示すように、t℃
において、 シリコーンゴム層1の内径すなわちアルミ芯軸2の外
径:φ=2×r1(t)、 シリコーンゴム層1の外径:φ=2×r2(t)、 長さ:L で表されるシリコーンゴムローラに、PFAチューブ3を
被覆したものを用いた。
このローラが加熱されたときには、アルミ芯軸2は自
由膨脹すると考えられるため、アルミニウムの線膨脹率
をβとすると 体膨脹率:α=3β で表される。
また、PFAチューブ3は、アルミ芯軸2とシリコーン
ゴム層1に比較して厚さが微小であるので、膨脹による
変化は無視できるものとする。
一方、シリコーンゴム層1はアルミ芯軸2により長手
方向が拘束されるため、その膨脹は自由膨脹ではなく、
シリコーンゴムの線膨脹率をβとすると 体膨脹率:α=2β と考えられる。
このようなローラが25℃からt℃にまで加熱されたと
きの、外径変化を調べる。t℃に加熱されたときのアル
ミ芯軸2の外径φ1(t)は、先に述べたように自由膨脹で
あるので、 φ1(t)=φ1(25)×{1+β(t−25)} を表すことができる。
そして、t℃におけるシリコーンゴム層1の体積V(t)
は、次の式で示される。
V(t)=V(25)×{1+2β(t−25)} =π(r2(t) 2−r1(t) 2)×L … なお、式の右辺中π(r2(t) 2−r1(t) 2)は、第2図
における斜線部分の面積を表す。
ところで、 V(25)=π(r2(25) 2−r1(25) 2)×L であるから、これを式に代入すると、 V(t)=π(r2(25) 2−r1(25) 2)×L ×{1+2β(t−25)} =π(r2(t) 2−r1(t) 2)×L となる。
これより、次の式が導かれる。
r2(t) 2=(r2(25) 2−r1(25) 2) ×{1+2β(t−25)}+r1(t) 2 … したがって、t℃におけるシリコーンゴム層1の外径
φ2(t)は、式の右辺をAとすると次のように表され
る。
φ2(t)=r2(t)×2=A1/2×2 … 以上の考案から、ローラの常温における外径の大きさ
から、金型に入れずに膨脹させた場合の外径が算出され
る。そしてその値に、芯軸の耐え得る膨脹圧の大きさ、
およびシリコーンゴムの耐熱性を考え合わせることによ
り、本発明におけるローラ仕上がり径と円筒状金型内径
との関係を導くことができた。
(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
実施例 第1図は、本発明に係わる金型の断面を示す概略図で
ある。
外径30mmのアルミ芯軸2上に常法に従い肉厚5mmのHTV
シリコーンゴム層1を設けた外径40mmのゴムローラ4
(数値は25℃における値)に、PFAチューブ3を被覆す
るにあたって、先の式にしたがって非拘束状態のロー
ラ外径を算出した。その結果、250℃におけるローラ外
径はφ2(250)=41.3であった。そこで、この値より0.4m
m小さい内径を有する内径40.9mmの円筒状金型5および
これに嵌合する栓体6、6を使用し以下の手順により作
業を行った。
まず、厚さ50μmのPFAチューブ(非収縮タイプ)3
を円筒状金型5内に挿入してPFAチューブ3の両端を拡
開して外側に折り返しゴムパッキンで円筒状金型5に固
定した。そして円筒状金型5の壁面に取り付けた吸引装
置7により、円筒状金型5の内壁とPFAチューブ3外面
との間隙を減圧状態にして、円筒状金型5内壁にPFAチ
ューブ3を密着固定させた。そしてPAFチューブ3内面
に接着剤を塗布し常法にしたがって乾燥させた。
ついで、このPFAチューブ3内に、上述したシリコー
ンゴムローラ4を常温で挿入する一方、円筒状金型5の
両端に上下一対の栓体6,6を嵌合させてローラ4をPFAチ
ューブ3内に同心状に固定した。さらにこれを恒温槽に
入れて250℃に加熱してシリコーンゴム層を膨脹させてP
FAチューブ3と密着させ硬化させるとともに、この膨脹
圧以上の圧力で栓体6、6をローラの長手方向に押圧
し、ローラの半径方向にのみ膨脹圧が有効に働くように
した。次にこれを常温まで冷却してから金型から抜き出
して本発明のローラを得た。
得られたローラは、ゴム層とPFAチューブとが強固に
密着しており、第3図に示す耐熱経時変化試験結果によ
っても明らかなように、200℃において100時間以上経過
後もピーリング値0.3kg/cmを維持するというすぐれたピ
ーリング特性を示した。
また、このローラを加圧ローラとして使用した熱定着
装置も、表面のPFAチューブとゴム層との密着性が十分
でありチューブの剥がれ、浮きなどの発生もみられず、
良好な定着性能を発揮した。
比較例1 ゴム層を膨脹させるにあたって200℃に加熱した以外
は、実施例と同様にしてローラを製造したところ、ゴム
層とPFAチューブの接着は良好であったがゴム層の一部
に破壊が見られた。
なお、200℃における本比較例のローラの非拘束状態
における外径を先の式にしたがって算出すると、φ
2(200)=41.0であり、円筒状金型内径はこの値より0.1m
m小であった。
比較例2 ゴム層を膨脹させるにあたって150℃に加熱した以外
は、実施例と同様にしてローラを製造したところ、ゴム
層とPFAチューブとは接着されなかった。
なお、150℃における本比較例のローラの非拘束状態
における外径を先の式にしたがって算出すると、φ
2(150)=40.8であり、円筒状金型内径はこの値より0.1m
m大であった。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、シリコンゴムロ
ーラの表面に薄い肉厚のPFAチューブが強固に接着され
たローラを容易に得ることが可能であり、そのようなロ
ーラを使用することにより、すぐれた性能を有する熱定
着装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる金型の断面を示す概略図、第2
図は本発明に係わる金型内径を算出するにあたり使用し
たフッ素樹脂被覆ゴムローラのモデルの斜視図、第3図
は本発明のローラの200℃における耐熱経時変化試験結
果をしめす図である。 1……シリコーンゴム層 2……アルミ芯軸 3……PFAチューブ 4……ゴムローラ 5……円筒状金型 6、6……栓体 7……吸引装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B29K 27:12 審査官 増山 剛 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29D 31/00 G03G 15/20 B32B 1/08 F16C 13/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円筒状金型内に、前記円筒状金型の内径よ
    りより小径のフッ素樹脂チューブを挿入して前記フッ素
    樹脂チューブの両端を拡開して前記円筒状金型に固定
    し、前記円筒状金型内壁と前記フッ素樹脂チューブ外面
    との間隙を減圧状態にして前記金型内壁に前記フッ素樹
    脂チューブを密接固定させたのち、前記フッ素樹脂チュ
    ーブ内面に接着剤を塗布し、ついで前記フッ素樹脂チュ
    ーブ内に、芯軸上に加硫され表面を研磨されたシリコー
    ンゴム層を有し、かつ前記円筒状金型内径より膨脹時に
    は大きく収縮時には小さくなるような外径を有するゴム
    被覆ローラを、収縮した状態で挿入する一方、前記円筒
    状金型の両端に嵌合する一対の栓体により、前記ゴム被
    覆ローラを前記フッ素樹脂チューブ内に同心状に固定す
    るとともに、シリコーンゴム層の膨脹圧以上の圧力で前
    記ローラを長手方向に押圧し、しかるのち前記シリコー
    ンゴム層を膨脹させて前記フッ素樹脂チューブと密着せ
    しめた後、前記シリコーンゴム層を収縮させて前記円筒
    状金型より脱型することを特徴とするフッ素樹脂チュー
    ブ被覆ゴムローラの製造方法。
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