JP3679780B2 - ローラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子複写機やレーザービームプリンタ（以下、ＬＢＰという）の定着部における加熱ローラや加圧ローラなどの定着ローラ、感光部の現像ローラや帯電ローラや転写ローラあるいは紙などの記録体搬送ローラなどに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子複写機やＬＢＰの定着部における定着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。また、このようなローラは、最近では、トナーなどによるローラ表面の汚れを回避するためや静電防止などを目的として感光部の現像ローラや帯電ローラや転写ローラあるいは紙などの記録体搬送ローラなどにも使用が広がりつつある。
【０００３】
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号公報に示されているように、円筒金型の内周面の内側に装填した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る。この一体成型法は主として付加型液状シリコーンゴムなどの粘度の低いゴムに適用されている製造方法である。
【０００４】
いまひとつのローラの製造方法は、例えば特開平６−２６６２５７号公報に示されているように、弾性体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、当該接着剤が被覆された芯金をスリーブ中に挿入し、加熱することによりスリーブを弾性体層が被覆された芯金に接着するという方法で、主として過酸化物で加硫するミラブル型シリコーンゴムやスポンジゴムは、この後被せ法で製造されている。後被せ法ではフッ素樹脂スリーブが熱収縮性を有するものが多く使用されているが、スポンジゴムなどゴム硬度が軟らかい素材では必ずしも熱収縮性を有することを必要としない。
【０００５】
これらローラの製造方法において一体成型法も後被せ法も、弾性体と安定した接着を得るためには、フッ素樹脂スリーブの内面を化学処理などでエッチィング処理する必要がある。
フッ素樹脂スリーブの素材としては、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）等が考えられるが、溶融押出が可能なこと、使用温度で充分な離型性を保つこと等の条件を考慮すると、一般的にも広く用いられている前記のテトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体（以下ＰＦＡという）に限定されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＦＡスリーブ内面の化学処理としては、特許第２７５６９１８号公報にて開示されているＳＮＴ法（金属ナトリウムとナフタレンをテトラヒドロフランなどの溶剤に溶解させた処理液による処理法）もしくはＳＡ法（液体アンモニア中に金属ナトリウムを溶解させた処理液による処理法）が一般に適用されている。しかしながら、これらのエッチング法で処理したＰＦＡスリーブを使用した定着ローラでは通常一般的には問題ないものの、シリコーンゴムの種類、特に熱伝導性を向上させたゴムや導電性カーボンを含有させたゴム材に対しての接着に選択性があり、成型時において全く接着しない場合があり、ローラの材料構成上制約があるという欠点を有していた。
【０００７】
そこで、上記の欠点を解消するために本発明者らは、処理液の濃度、処理後の洗浄方法、洗浄液の乾燥速度等、処理条件を変えることで一定の効果を得ていた。しかし、そのどれもが特定の条件下に限られる効果であり、広範囲の条件に対応できる方法を種々研究していた。
本発明は、これら上記の点に鑑みてなされたものであり、広範囲の条件下、すなわちゴムの種類や特徴に左右されることなく接着性が良好で耐久性も極めて優れた表面離型層付きローラを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るローラは、前記の目的を達成するために、使用するスリーブＰＦＡ原料はその製膜前のペレット状態での金属溶出量を３０ｎｇ／ｇ以下に低減したものである。 ここで言う溶出量は、１３．６％硝酸溶液４０ｍｌに試料ペレット５０ｇを入れて８０℃で２時間加熱し、溶出液３０ｍｌを蒸発乾固させ、残査を硝酸溶液に溶解して、溶液中の各元素をＩＣＰ−ＭＳ法にて定量することで求められる。
本発明者らは、以前からＰＦＡ樹脂中に混入している金属不純物が、内面処理後の均一性を損なうと考え研究した結果、ＰＦＡは不純物のないピュアなものほど安定した接着が得られることを発見し、これが金属溶出量として数値化できることを見出した。不純物の量が接着性に与える影響のメカニズムは明確には解明されていないが、処理或いは接着面に残った分子レベルの不純物が接着阻害の核になり易く、この接着阻害発生部位の周囲が他の部分と比較して接着力が低くなるものと推測できる。不純物を低減したＰＦＡを使用することにより、処理時の分子配列が揃い、結果安定した接着性が得られる。この金属不純物を低減したＰＦＡスリーブによれば、通常のＰＦＡとＳＡ法などの処理の組み合わせでは接着が困難であった、高熱伝導を有するシリコーンゴムや導電性シリコーンゴムとの接着性に優れたローラを製造できるものである。
【０００９】
本発明によれば、使用されるＰＦＡスリーブ中の金属量が低減されていることにより接着力が均一な面が得られるので、ゴムとＰＦＡスリーブとの接着剥がれがなく、かつ長期にわたる定着ローラとしての耐久性を有するローラを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、ＬＢＰ等の定着部等において適用される加圧ローラを示し、該ローラ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、さらにこの弾性体層３の外周にPＦＡからなるフッ素樹脂スリーブ４が被覆されている。
【００１１】
樹脂原料及びその製造工程から金属不純物の混入を防止して得られたＰＦＡ樹脂の一例は旭硝子株式会社の商標名Ｐ−８０２ＵＰがあり、従来非常に広く使われてきた三井・デュポンフロロケミカル株式会社の商標名ＰＦＡ３５０Ｊと比較して、金属溶出量が少なくなっている。測定できる金属は鉄、カルシウム、ナトリウム、カリウムなどであり、これらの総量が、Ｐ−８０２ＵＰでは８．５ｎｇ／ｇ、ＰＦＡ３５０Ｊでは７７．０ｎｇ／ｇ（いずれもペレット状態での測定値）である。
【００１２】
本発明の実施に形態におけるにおける弾性体層３には、定着ローラなどの使用目的、設計目的等に応じて、充填剤、増量充填剤、着色剤、導電性物質、耐熱剤、顔料等の種々の添加剤を添加することができる。
例えば、弾性体層３に使用されるシリコーンゴムでは対する充填材の配合処方は特に制限されるものではないが、通常はベースのガム１００重量部に対して補強性充填材および増量充填剤が１０〜３００重量部程度添加される。補強性充填材としてはカーボンブラックおよ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、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。
【００１３】
代表的な湿式シリカとしては、ニップシル（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）、ハイシル（Hisil） 223 （ＰＰＧ社（米国）製商品名）、ウルトラシル（Ultrasil） ＶＮ3 （デグッザ社（ドイツ）製商品名）、バルカシル（Vulkasil）Ｓ（バイエル社（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。
【００１４】
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ＳｉＯの空気酸化法、有機けい素化合物の熱分解法等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）、キャボシル（Cab-O-Sil） ＭＳ−５（キャボット社（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とを適時併用して使用してもよい。さら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、潤滑剤（ウエッタ）を添加してもよく、潤滑剤としては、シリコーンレジン類、アルコキシシランおよびシロキサン類、ヒドロキシシランおよびシロキサン類、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。
【００１５】
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３として機能上欠くべからざる特性を保持するために必要な成分であり、炭酸カルシウム、石英粉、けいそう土、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。
【００１６】
また、酸化セリウムのような耐熱剤を付加型シリコーンゴムに添加してもよい。通常、シリコーンゴムからなる定着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。ベンガラの種類としては、ＳＲＩＳ１１０８（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）のような平均粒径が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。
【００１７】
更に、弾性体層３の熱伝導度を上げる処方としては、ベースのガム１００重量部に対してアルミナ、シリカなどの熱伝導性の良い配合剤を３０重量部程度、或いはそれ以上を配合して弾性体層３の熱伝導率を０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とするのがよい。また、弾性体層３に導電性を付与させるためには、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１０^１２Ω・ｃｍ以下にするもので、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ごと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、導電性炭酸カルシウム、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】
本発明におけるＰＦＡスリーブ４とシリコーンゴムとの接着は、内面処理を施したＰＦＡスリーブ４の内面にケムロック６０７（ロード・ファー・イースト・インコーポレイテッド製商品名）のような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３と加硫することにより、シリコーンゴム層３とより強固に接着させ使用に供することができる。また、芯金２とシリコーンゴムからなる弾性体層３の接着は、例えばＤＹ−３９−０５１Ａ／Ｂ（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製商品名）やプライマーＮｏ．１０１Ａ／Ｂ（信越化学工業株式会社製商品名）のようなシリコーゴム系の接着剤を使用することによりより強固な接着を得ることができ、このとき金属芯金２は、予めサンドブラスト等で表面を活性化した後、メチレンクロライド等で脱脂した後、接着剤が塗布され、必要に応じて１３０℃で３０分程度、焼成して使用される。
【００１９】
本発明の実施の形態において使用される金型は、ハードクロムメッキなどを施して表面を不活性にすることが肝要で、モールドスパットＭＲ−Ｋ６８１（旭硝子株式会社製商品名）の如き離型剤とともに使用に供される。
【００２０】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明する。実施例１は、前記したＰ−８０２ＵＰを用い内径が２９ｍｍ、肉圧が５０μｍのPＦＡスリーブの内面をナトリウム１０ｇを液体アンモニア１リットルに溶解した溶液でエッチングし、純水で洗浄,乾燥した後、内面に接着剤を塗布して風乾し、このようにして得られたスリーブと、予め接着剤を塗布した金属芯金を同芯軸で金型に保持し、芯金とスリーブの間隙から付加型液状シリコーンゴムを注入した後、加熱してシリコーンゴムを加硫し、ローラを金型から脱型した後、ローラを２００℃で４時間二次加硫を施してローラを得た。そして、このローラは、外径３０ｍｍ、シリコーンゴムからなる弾性体層の肉厚４ｍｍ、弾性体層の長さ２２０ｍｍであり、その構成は、実施の形態で説明した図１と同様の構成を有するものである。
【００２１】
そして、本実施例１の弾性体層にはビ二ル基含有のポリオルガノシロキサンとハイドロジエンポリシロキサンからなる付加型シリコンゴムが使用されている。そして、本実施例おいては、シリコーンゴムを３種代えて実施した。シリコーンゴム１は、X−３４−９５１／B(信越化学工業株式会社製商品名)、シリコーンゴム２としてX−３４−９３６A／B(信越化学工業株式会社製商品名)、実施例３は、シリコーンゴム１の１００重量部に対し、アルミナ５０重量部を添加したものである。
【００２２】
実施例２はＰＦＡとして実施例１のＰ−８０２ＵＰの金属溶出量を変えたものであり、この金属溶出量を変えるには、ＰＦＡ原料の重合をはじめとする製造の各工程で原料が金属と接触しないように、例えば、重合の際の金属配管の内側にコーテング等を施して、原料が金属に触れないようにする等して実施することができる。この実施例２においてもローラの製作は実施例１と同様であり、また，シリコーンゴム１，２及び３も実施例１と同様である。
【００２３】
比較例１は、ＰＦＡ樹脂として前記した３５０Ｊを用い、また、比較例２及び３は、前記したＰ−８０２ＵＰと３５０Ｊとをブレンドして溶融製膜したもので、いずれもそのローラの製造及びシリコーンゴム１，２及び３は前記実施例１と同様である。
これら実施例１，２並びに比較例１，２，３の接着試験結果を表１に、弾性体層のシリコーンゴム１，２及び３の体積抵抗率、熱伝導率及びゴム硬度を表２に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
上記においてシリコーンゴムの接着性はローラの周方向に幅１０ｍｍのスリットを入れ、JIS Ｋ ６２５６の５．９０度はく離試験に準拠して行い、ゴム部の破損面積Ｒ（％）で評価した。Ｒ：１００％であれば接着性は良好であり、Ｒ：０％では全く接着しておらず全面はく離の状態である。したがって，Ｒ：０％であれば使用に供することはできない。この結果から、ＰＦＡの金属溶出量が略３０ｎｇ／ｇ以下であれば、高熱伝導や導電性を付与したシリコーンゴムに対しても、スリーブとシリコーンゴム間に安定した接着が得られることが分かった。
【００２７】
次に、Ｒ１００であった本実施例のＰＦＡスリーブの接着耐久性を調べるために、実際の定着器によるベンチ試験を該スリーブを被覆した加圧ローラを用いて実施した。ベンチ試験において接着剥がれが何時間で発生するかで評価した。この結果、実施例の加圧ローラにおいては３００時間の通紙試験の後も接着剥がれ発生しないことが分かった。これによって、実施例の加圧ローラは、マシンに組み込んだ場合でも充分な耐久性をを有することが分かった。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、必要に応じてへんこうすることもできるものである。
【００２８】
【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表面に接着被覆したスリーブの材料に金属不純物の少ないＰＦＡを用いることにより、通常では接着が困難とされる高熱伝導や導電性を特徴としたシリコーンゴムを使用しても、ＰＦＡスリーブと弾性体層との間に安定した接着力が得られ、耐久性も極めて優れたものとなる等の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のローラの１実施例を示す断面図
【符号の説明】
１ ローラ
２ 芯金
３ シリコーンゴム弾性体層
４ ＰＦＡスリーブ

Claims (1)

1. 芯金の外周に被覆した弾性体層の外周表面に、厚さ０．１５ｍｍ以下で内面をエッチングしたテトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体スリーブを接着被覆したローラにおいて、前記テトラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体は金属溶出量を３０ｎｇ／ｇ以下に低減したものであることを特徴とするローラ。

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