JP2957437B2 - ローラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子複写機やレーザー
ビームプリンタ（以下LBP と略称する）の感光体周りに
おける帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ及び定着部
における加圧ローラ等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子複写機やLBP の定着部におけ
る加圧ローラとしてトナーの離型性を良くするために、
芯金入りゴムローラの外周にフッ素樹脂スリーブを被覆
したローラが知られている。そして、従来のこの種のロ
ーラは、例えば特公昭50-7097号公報あるいは特公昭51-
27276号公報にみられるように、円筒金型の内周面の内
側に装填した前記円筒金型内径より外径の小さいフッ素
樹脂スリーブの両端を、芯金を保持する側型に固定し、
この状態で芯金とスリーブ間の環状空間内にゴム材料を
高圧で注入充填し、その充填圧力でスリーブを拡張させ
ながら円筒金型の内周面に密着させるとともに、ゴム材
料にスリーブを一体化させるという方法で製造されてい
た。

【０００３】また、弾性体層としてシリコーンスポンジ
ゴムからなる加圧ローラは特開平6-266257号公報にて開
示されるように、スポンジ層を被覆した芯金を付加型シ
リコーンゴム等の接着剤で被覆し、該接着剤が被覆され
た芯金をスリーブ中に挿入し、加熱することによってス
リーブを弾性体層が被覆された芯金に固定するという方
法で製造されている。

【０００４】また、電子複写機やLBP の感光体周りに
は、半導電性が要求される帯電ローラや現像ローラ、転
写ローラ等が配設されており、近年、これらのローラの
表層材として特に導電性を付与したフッ素樹脂スリーブ
を被覆したローラが採用されつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したような方法に
よって製造される従来の加圧ローラにおいては、特に肉
厚が0.1mm 以下の薄肉のテトラフルオロエチレンとヘキ
サフルオロプロピレンの共重合体（以下FEP と略称す
る）からなるフッ素樹脂スリーブを使用する場合、スト
レスと熱によりフッ素樹脂層でしばしばクラックが生
じ、加圧ローラとしての寿命が短いという問題があっ
た。

【０００６】そのため、特開平6-126896号公報では、ス
トレスクラック性を向上させるために、メルトフローレ
ート（試験方法：ASTM D 2116)が 2.0以下のFEP 樹脂を
被覆してなる弾性ローラを開示している。これは、FEP
の分子量を増大させることによりフッ素樹脂の結晶化度
が低下し、曲げ寿命（フレックスライフ）が向上すると
いう性質を応用したものである。しかしながら、安定し
たフレックスライフを得るためには、メルトフローレー
トが2.0 以下の高溶融粘度のFEP を使用する必要があ
り、これを使用した場合、スリーブを製造する際の押し
出し特性が劣るという問題点を有している。そこで、本
発明は、フッ素樹脂の押し出し特性を良好となすととも
にローラの耐久性を向上せしめたローラの提供を目的と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に係るロ
ーラは、前記の目的を達成するために、芯金の外周に被
覆した弾性体層の外周に、厚さ0.1mm 以下のフッ素樹脂
スリーブを被覆したローラにおいて、前記フッ素樹脂が
テトラフルオロエチレン，ヘキサフルオロプロピレン，
パーフルオロアルキルビニルエーテルの三元共重合体
（以下EPA と略称する）からなることをその特徴とする
ものである。そして、本発明においては、上記したよう
に、芯金の外周に被覆した弾性体層の外周に被覆する厚
さ0.1mm 以下のフッ素樹脂をEPA からなるフッ素樹脂ス
リーブを使用したので、該フッ素樹脂の押し出し特性は
良好で、かつフッ素樹脂スリーブの耐クラック性を著し
く向上せしめることができ、また、前記のフッ素樹脂ス
リーブに導電性を付与させることにより、導電ローラや
転写ローラ等にも適用できるものである。

【０００８】本発明における前記したEPA は、ネオフロ
ンEPA （ダイキン工業株式会社製商品名）として販売さ
れているもので、グレードとしてはSP-100（メルトフロ
ーレート20〜30），SP-120（メルトフローレート 4.0〜
10.0）が例示され、メルトフローレートの結果から上記
のSP-120の使用が好ましい。

【０００９】本発明において、弾性体層のゴム種は特に
制限されるものではないが、加圧ローラの場合にはビニ
ル基を含有したポリオルガノシロキサン、すなわちシリ
コーンゴムが一般的であり、シリコーンスポンジゴムも
必要に応じて使用される。そして、シリコーンゴムとし
ては、例えば 2,5−ジメチル− 2,5−ジ（ｔ−プチルパ
ーオキシ）ヘキサンのごとき従来の過酸化物により加硫
可能なものが用いられ、SH52U, SH831U, SH841U, SH851
U, SH861U, SH871U, DY32-152U, DY32-305U, DY32-310
U, DY32-315U, DY32-337U, DY32-338U, DY32-339U, DY3
2-420U, DY32-421U, DY32-422U, DY32-433U, DY32-474
U, DY32-475U, DY32-476U, DY32-522U, DY32-534U, DY3
2-540U, DY32-541U, DY32-542U, DY32-576U, DY32-580
U, DY32-623U, DY32-638U, DY32-643U, DY32-645U, DY3
2-663U, DY32-800U, DY32-802U, DY32-803U, DY32-839
U, DY32-903U,DY32-904U, DY32-910U, DY32-911U, DY32
-912U,DY32-913U,DY32-914U, DY32-915U, DY32-916U,
DY32-922U, DY32-923U, DY32-924U, DY32-925U, DY32-9
26U, DY32-927U, DY32-931U, DY32-932U, DY32-933, D
Y32-934U, DY32-935U, DY32-936U, DY32-946U, DY32-2
007U（以上、東レ・ダウンコーニング・シリコーン株式
会社製商品名）。

【００１０】KE152U, KE153U, KE167U, KE172U, KE174
U, KE520U, KE530U, KE540U, KE550U, KE552BU, K765U,
KE785U, KE850U, KE860U, KE870U, KE880U, KE931, KE
941U,KE951U, KE953U, KE954U, KE961U, KE966TU, KE97
1U, KE7001U, KE7002U, KE7003U, KE7004U, KE7005U, K
E7006U, KE7007U, KE7008U, KE7009U, KE7010U, KE7011
U, KE7012U, KE7013U, KE7014U, KE7015U, KE7016U, KE
7017UL KE7018U, KE7019U, KE7020U（以上、信越化学工
業株式会社製商品名）。

【００１１】TSU221-3U, TSE221-4U, TSE221-5U, TSE22
1-6U, TSE221-7U, TSE221-8U, TSE270-4U, TSE270-5U,
TSE270-6U, TSE270-7U, TSE270-8U, TSE2323-5U, TSE23
23-6U, TSE2323-7U （以上、東芝シリコーン株式会社製
商品名）。

【００１２】MM1300, MM1301, MM1351, MM1400, MM140
1, MM1414, MM1416, MM1500, MM1501, MM1502, MM1510,
MM1527, MM1535, MM1600, MM1601, MM1602, MM1609, M
M1623, MM1626, MM1700, MM1701, MM1711, MM1718, MM1
726, MM1729, MM1800, MM1801, MM1813, MM5203, MM525
1, MM5300, MM5305, MM5307, MM5308, MM5351, MM5355,
MM5400, MM5409, MM5412, MM5414, MM5416, MM5424, M
M5454, MM5500, MM5502, MM5503, MM5504, MM5508, MM5
600, MM5606N, MM5700, MM5701, MM4703, MM5800, MM64
00, MM6500, MM6501, MM6600, MM6700, MM6701, MM7553
（以上、ローヌ・プーラン・シリコーン株式会社製商
品名）などが例示される。

【００１３】また、シリコーンスポンジゴムとしてはKE
901U, KE903U, KE904FU （以上、信越化学工業株式会社
製商品名）。XE21-A9915（東芝シリコーン株式会社製商
品名）などが発泡剤とともに適宜使用される。帯電ロー
ラや現像ローラ、転写ローラにはウレタン、ネオプレン
ゴム、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、EPDM、NBR など
が一般的であり、これらの素材の発泡体も使用できる。

【００１４】弾性体層の充填剤の配合処方は特に限定さ
れるものではないが、通常はベースのゴム100 重量部に
対して補強性充填剤及び増量充填剤が10〜300 重量部程
度添加される。そして、前記の補強性充填剤としてカー
ボンブラック及び湿式シリカや乾式シリカ（煙霧状シリ
カ）が一般的である。ここでいう湿式シリカとは、二酸
化けい素（SiO₂) からなる補強性シリカのことであり、
製造方法としては、けい酸ナトリウムを直接硫酸で分解
する直接法やけい酸ナトリウムを塩類と反応させてけい
酸塩を生成させ、次に硫酸または炭酸ガスで分解する間
接法など種々の方法がある。代表的な湿式シリカとして
は、Nipsil VN3（日本シリカ工業株式会社製商品名）、
カープレックスCS-5（シオノギ製薬株式会社製商品
名）、スターシルＳ（神島化学工業株式会社製商品
名）、トクシールUS（株式会社トクヤマ製商品名）、シ
ルトンR-2 （水沢化学工業株式会社製商品名）、Hisil
223(PPG 社（米国）製商品名）、Ultrasil VN3(Degussa
社（ドイツ）製商品名）、VulkasilS(Bayer （ドイツ）
製商品名）などが例示され、平均粒径が30μm 以下、好
ましくは５μm 以下のグレードが使用される。

【００１５】乾式シリカは、ハロゲン化けい素の熱分解
法やけい砂を加熱還元し、気化したSiO₂ の空気酸化
法、有機けい素化合物の熱分解法などにより製造される
二酸化けい素からなる補強性シリカで、アエロジル200
やアエロジルR972（日本アエロジル株式会社製商品
名）、Cab-O-Sil MS-5(Cabot社（米国）製商品名）、レ
オロシールQS102 （株式会社トクヤマ製商品名）が例示
される。本発明においては必要に応じて湿式シリカと乾
式シリカを適宜併用して使用してもよく、更に、シリカ
表面の活性による二次結合の防止を目的として、湿潤剤
（ウエッター）を添加してもよく、これら湿潤剤として
は、シリコーンレジン類、アルコキシシラン及びシロキ
サン類、ヒドロキシシラン及びシロキサン類、シラザン
類、有機酸エステル類、多価アルコール類などが例示さ
れる。

【００１６】また、増量充填剤は、ゴムの機械特性、す
なわち物理強度、ゴム硬度、圧縮永久歪みなど弾性体層
として機能上欠くべからざる特性を保持するのに必要な
成分であり、炭酸カルシウム、石英粉、けいそう土、ノ
バキュライト（けい質砂岩）、けい酸ジルコニウム、ク
レー（けい酸アルミニウム）、タルク（含水けい酸マグ
ネシウム）、ウォラストナイト（メタけい酸カルシウ
ム）、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、アル
ミナ（酸化アルミニウム）、酸化クロム、ベンガラ（酸
化鉄）、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、リトポン、
二硫化モリブデン、マイカ（雲母粉）、グラファイトな
どが例示される。

【００１７】また、弾性体層に導電性を付与させるため
に、充填剤として各種の導電性付与剤を使用して体積固
有抵抗を10¹³Ω・cm以下にしてもよく、これら導電性付
与剤としてはアセチレンブラックやケッチェンブラック
の如き導電性カーボンブラック・グラファイト、銀、
銅、ニッケルなどの金属粉、導電性亜鉛華、カーボン繊
維などが例示されるがカーボンブラックが一般的であ
る。

【００１８】本発明においては、酸化セリウムの如き耐
熱剤を添加してもよいが、本発明における加圧ローラ
は、ダイエルラテックスGLS-213 （ダイキン工業株式会
社製商品名）の如きフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物か
らなるラテックスをシリコーンゴムローラの外周にコー
ティングするタイプではないので、 300〜320 ℃程度の
温度で焼成する必要がない。そのため、酸化セリウムの
ような耐熱助剤を必ずしも添加する必要はない。また、
帯電ローラや現像ローラ、転写ローラは感光体周りで使
用されるため耐熱性は必要としないものである。

【００１９】通常、シリコーンゴムからなる加圧ローラ
はベンガラ色に着色して供給されることが多く、この場
合には着色剤としてベンガラを使用するのが一般的であ
る。上記したベンガラの種類としては、SRIS 1108 （日
本ゴム協会標準規格）に規定されたゴム用ベンガラが適
用でき、加工時のゴム内における配向性に留意する必要
がある場合には、バイフェロックス130M（バイエル社
（ドイツ）製商品名）の如く平均粒径が 0.3μm 以下の
球状のグレードをシリコーンゴムに対して 0.2〜２重量
％程度添加させればよい。最近では、分散性や飛散防止
を考慮してCP-21（トーレ・ダウコーニング・シリコー
ン株式会社製商品名）の如き含有量が50％程度のシリコ
ーンマスターバッチを 0.3〜４重量％程度添加する例が
多くなっている。

【００２０】本発明における加硫剤としては、熱加硫型
シリコーンゴムの場合には、通常はシリコーンゴム用の
有機過酸化物が使用でき、ベンゾイルパーオキサイド、
ビス2,4 −ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミ
ルパーオキサイド、ジ・ターシャリーブチルパーオキサ
イド、ターシャリ−ブチルパーベンゾエート、パラモノ
クロルベンゾイルパーオキサイド、2,5 −ジメチル−2.
5 −ジ−（ターシャリーブチルパーオキシ）−ヘキサ
ン、ターシャリ−ブチルクミルパーオキサイド、ターシ
ャリーブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、
ターシャリーブチルパーオキシイソプロピルカーボネー
ト、1,3 −ビス（ターシャリーブチルパーオキシ）−3,
3,5 −トリメチルシクロヘキサン、ターシャリーブチル
パーオキシ3,5,5 −ヘキサノエートなどが例示される
が、ジクミルパーオキサイドもしくは2,5 −ジメチル2,
5 −ジ−（ターシャリーブチルパーオキシ）−ヘキサン
の使用が一般的である。

【００２１】また、本発明においては、加硫剤として上
記のような有機過酸化物を用いた熱加硫型ではなく、白
金触媒の存在下で、ビニル基含有ポリシロキサンとハイ
ドロポリシロキサンとからなる付加型としてもよいこと
は勿論である。

【００２２】本発明に使用するEPA に必要に応じてカー
ボンブラックなどの導電性付与剤を添加して体積固有抵
抗が10¹³Ωcm以下の導電性EPA とし、これを弾性体層の
外周に被覆してローラを形成してもよい。本発明におけ
るEPA からなるフッ素樹脂スリーブと弾性体層であるシ
リコーンゴムとの接着は、内面処理を施したフッ素樹脂
スリーブの内面にケムロック607（ロード・ファー・イ
ースト・インコーポレイテド製商品名）の如きシリコー
ン系プライマーを塗布し、シリコーンゴムからなる弾性
体層と加硫することにより、弾性体層と接着させ使用に
供することができる。

【００２３】上記したEPA からなるフッ素樹脂スリーブ
の内面処理方法としては、テトラH（株式会社潤工社製
商品名）のようなTHF もしくはエチレングリコールジメ
チルエーテルに金属ナトリウムとナフタリンを溶解させ
た溶液で化学処理する方法、液体アンモニアに金属ナト
リウムを溶解させた溶液で化学処理する方法、リチウム
のようなアルカリ金属の水銀アマルガムにより化学処理
する方法、電解還元法、コロナ放電処理法、ヘリウムや
アルゴンのような不活性ガスプラズマで処理する方法、
エキシマレーザーにより処理する方法などが例示され
る。

【００２４】また、芯金と弾性体層との接着は、例えば
プライマーNO.16 （信越化学工業株式会社製商品名）の
如きシリコーン系のプライマーを使用することにより対
応することができ、このとき金属芯金は、予めサンドプ
ラスト等で表面を活性化した後、メチレンクロライドな
どで脱脂した後、プライマーが塗布され、必要に応じて
130℃で30分程度、焼成して使用される。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を説明すると、図１に示すよ
うに、ローラ１は、金属芯金２の外周にシリコーンゴム
からなる弾性体層３が被覆され、更に該弾性体層３の外
周に厚さ 0.1mm以下のフッ素樹脂スリーブ４が被覆され
ている。そして前記の弾性体層３には、シリコーンゴム
としてDY32-542U （東レ・ダウコーニング・シリコーン
株式会社製商品名）を 100重量部、加硫剤としてRC-4
（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製商品
名）を 0.8重量部及び顔料（弁柄AB-20 ：日本弁柄工業
株式会社製商品名）を１重量部からなるシリコーンゴム
組成物が使用されている。

【００２６】本実施例においては、前記した弾性体層３
の外周に被覆される厚さ１mm以下のフッ素樹脂スリーブ
４の材質をEPA としたものであるが、このようなEPA か
らなるフッ素樹脂スリーブ４を被覆したローラの物性を
それぞれ変えた実施例１〜４と、低溶融粘度のEPA 及び
FEP からなるフッ素樹脂スリーブを被覆したローラを比
較例１〜４として実機耐久テストを行った。

【００２７】上記の実機耐久テストに用いたローラの弾
性体層３のシリコーンゴム材料の物性を表１に、また、
フッ素樹脂の物性を表２に示すが、該表２のメルトフロ
ーレートの試験方法はASTM D 2116 試験温度は 372℃で
あり、フレックスライフの試験方法はASTM D 2176 であ
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】上記した実機耐久テストとしては、前記の
各実施例及び比較例の試料の耐久性を評価するために複
写機による通紙テストを行い、表３の結果を得た。そし
て、上記の通紙テストにおける耐久性の評価方法として
は、加熱ローラの直径50mm、その表面温度 200℃、ニッ
プ荷重60kgf/total 、周速250mm/sec の仕様で、白紙を
50枚／分の速度で定着ローラ間を通過させ、フッ素樹脂
スリーブ４のクラックの発生を寿命として評価した。な
お、評価方法における加圧ローラとしては、外径50mm、
シリコーンゴムからなる弾性体層の肉厚５mm、フッ素樹
脂スリーブの肉厚50μm 、弾性体層の長さ340mm のロー
ラを用いた。

【００３１】

【表３】

【００３２】表３の結果から分かるように、本実施例の
ローラは、フッ素樹脂スリーブの耐クラック性は極めて
良好で長期にわたる耐久性を有しており、しかも、耐久
終了後も画像形成上不具合となるような定着ムラ、紙シ
ワ、カール等は発生しなかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係るローラは、芯金の外周に被
覆した弾性体層の外周に被覆される厚さ 0.1mm以下のフ
ッ素樹脂スリーブの材質としてテトラフルオロエチレ
ン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキル
ビニルエーテルの三元共重合体を用いたので、フッ素樹
脂の成形時における押し出し特性がよく、かつフッ素樹
脂の耐クラック性が著しく向上し、長期にわたり耐久性
に極めて優れたローラを得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のローラの断面図

【符号の説明】

１ ローラ ２ 芯金 ３ 弾性体層 ４ フッ素樹脂スリーブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 105:04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯金の外周に被覆した弾性体層の外周
   に、厚さ0.1mm 以下のフッ素樹脂スリーブを被覆したロ
   ーラにおいて、前記フッ素樹脂がテトラフルオロエチレ
   ン, ヘキサフルオロプロピレン, パーフルオロアルキル
   ビニルエーテルの三元共重合体からなることを特徴とす
   るローラ。
2. 【請求項２】 前記フッ素樹脂のメルトフローレート
   （試験方法ASTM D 2116）が7.0 以下4,0 以上である
   ことを特徴とする請求項１記載のローラ。
3. 【請求項３】 前記弾性体層がシリコーンゴムもしくは
   シリコーンスポンジゴムであることを特徴とする請求項
   １または２記載のローラ。