JP3691758B2

JP3691758B2 - 熱定着用シリコーンゴムローラの製造方法

Info

Publication number: JP3691758B2
Application number: JP2000388034A
Authority: JP
Inventors: 信男平井; 幸樹太田代
Original assignee: ジーイー東芝シリコーン株式会社
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002189366A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は熱定着部に使用されるシリコーンゴムローラの製造方法に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景とその問題点】
乾式電子写真法において転写ドラムから紙等の支持体上に転写されるトナー粉末像を支持体上に定着させる方法としては、支持体を加熱ローラと加圧ローラとの間に通してトナー粉末像を支持体上に加熱、加圧することにより定着させる方法が採用されている。この方法においては、未定着のトナー粉末が加圧ローラに付着しやすいことから、トナー粉末との離型性のよい加圧ローラが要求されており、従来、このような加圧ローラのゴム層としてシリコーンゴムが使用されている。
【０００３】
このシリコーンゴム製ローラは、比較的非粘着性（離型性）に優れているが、紙送りの回数の増加に伴って、トナーなどによってロール表面が汚れ、それが画質にも悪影響を及ぼすという欠点があった。このような欠点を解消するため、シリコーンゴムの表面にフッ素樹脂を被覆する方法がとられているが、この種のロールにおいては、紙送りの回数増加に伴い、シリコーンゴムとフッ素樹脂とが剥離するという致命的欠点があった。
【０００４】
この問題を解決し、加熱硬化型シリコーンゴム成形体よりなる内層と、該内層の外周を被覆するフッ素樹脂製チューブよりなる外層との間の接着性を高め、耐久性に優れた熱定着用シリコーンゴムローラを提供するために、本願出願人は、内層と外層との間に特定のシリコーンゴム層を介在させることを提案した（特開平５−２９７７４７号公報、特開平６−９５５４５号公報）。これらのシリコーンゴムローラは優れた性能を有するものであるが、近年、ローラの高寿命化が望まれており、それに伴い、内層と外層との間のより一層の接着耐久性の向上が望まれている。
上記公報にも記載されているように、接着耐久性の向上には、フッ素樹脂製チューブ表面のエッチング処理、プライマーの使用が考えられるが、その効果は十分とは言えない。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記問題を解決し、ローラ芯軸に外周に設けられたシリコーンゴム成形体よりなる内層と、該内層の外周を被覆するフッ素樹脂製チューブよりなる外層とを具備する熱定着用シリコーンゴムローラにおいて、上記内層と外層との間の接着性を高め、耐久性に優れた熱定着用シリコーンゴムローラを提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の構成】
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、内層であるシリコーンゴム層の構成について鋭意検討した結果、特定の構成からなるシリコーンゴム層の使用が極めて有効であることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
即ち本発明は、
ローラ芯軸の外周に少なくとも以下の（Ａ）〜（Ｆ）を含むシリコーンゴム組成物からなる内層を設け、該内層の上にフッ素樹脂製チューブを被覆し、加熱処理を施すことを特徴とする熱定着用シリコーンゴムローラの製造方法である。
【０００８】
（Ａ）一般式
【０００９】
【化３】

【００１０】
（式中、R¹はビニル基を表し、R²は脂肪族不飽和結合を含まない置換または非置換の１価の炭化水素基を表し、ａは１または２を表し、ｂは０、１または２を表す。ただし、ａ＋ｂは１〜３である）
で示される構成単位を分子中に少なくとも２個有し、25℃における粘度が500 〜500,000cP であるポリオルガノシロキサン；100重量部
（Ｂ）一般式
【００１１】
【化４】

【００１２】
（式中、R³は置換または非置換の１価の炭化水素基を表し、ｃは０、１または２を表し、ｄは１または２を表す。ただし、ｃ＋ｄは１〜３である）で示される構成単位からなり、ケイ素原子に結合した水素原子を分子中に少なくとも３個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン；成分（Ａ）中のR¹１個に対してケイ素原子に結合した水素原子の個数が 0.5〜5.0 になる量
（Ｃ）白金系化合物；（Ａ）成分に対して白金原子として１〜100ppmとなる量
（Ｄ）結晶性シリカ；10〜150重量部
（Ｅ）酸化鉄；0.2〜30重量部
（Ｆ）１−オクタノール、２−オクタノール、エチレングリコール、ｔ−ブチルアルコール、１−デカノール及び酢酸エチルより選ばれる分子中に少なくとも1個のOH基を有する分子量200未満の飽和炭化水素系アルコール化合物、または、分子中にCOO結合を有する分子量242未満の飽和炭化水素系エステル化合物；0.005〜0.2重量部
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱定着用シリコーンゴムローラの構成について説明する。本発明のシリコーンゴムローラは、内層のシリコーンゴムに特徴を有し他の基本的構造は従来のものと同様である。
【００１４】
本発明で使用するフッ素樹脂の例としては、四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられ、熱収縮チューブ、フィルムなどの形で入手できる。フッ素樹脂製チューブにおいては、その内面をナトリウム・ナフタレン法、スパッタエッチング法、コロナ放電処理法などにより処理されたものがシリコーンゴムとの接着をより強固にし、有用であり、なかでも四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体からなるものが、接着性、耐熱性に優れており、有用である。
【００１５】
本発明のローラは、例えば以下の工程により製造される。まず、円筒状金型内に予めプライマー処理された金属芯金とフッ素樹脂製チューブをセットし、前記の成分（Ａ）〜（Ｆ）からなるシリコーンゴム組成物を注入し、加熱処理を施すことにより目的とするローラが得られる。このときフッ素樹脂製チューブはプライマー処理されたものであってもよい。
【００１６】
本発明に用いる成分（Ａ）のポリオルガノシロキサンは、ケイ素原子に結合したビニル基R¹を含有する式（Ｉ）で示される構成単位を１分子中に少なくとも２個有するものである。かかるポリオルガノシロキサンとしては、直鎖状若しくは分岐状のいずれも用いることができ、またこれらの混合物を用いることもできる。
【００１７】
脂肪族不飽和結合を含まない置換または非置換の１価の炭化水素基R²としては、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、ドデシルなどのアルキル基；フェニルのようなアリール基；β−フェニルエチル、β−フェニルプロピルのようなアラルキル基；更には、クロルメチル、３，３，３−トリフルオロプロピルなどの置換炭化水素基を挙げることができる。これらの基のうち、ポリオルガノシロキサンの合成が容易で、しかも硬化後に良好な物理的性質を保つ上で必要な重合度を与え、かつ硬化前においては低い粘度を与えるという点から、炭化水素基R²としてはメチル基が最も好ましい。このような式（Ｉ）で示される構成単位は、ポリオルガノシロキサンの分子鎖末端または分子鎖中のいずれに存在していてもよいが、硬化物に優れた機械的特性を付与するためには、少なくとも一方の分子鎖末端に存在することが好ましい。
【００１８】
また成分（Ａ）のポリオルガノシロキサンは、25℃における粘度が 500〜500,000cP であり、特に1,000 〜200,000cP であることが好ましい。粘度が500cP 未満の場合は、硬化物に十分な伸びや弾性を付与することが困難であり、また500,000cP を超える場合は成形加工時における作業性の低下を来す。
【００１９】
本発明で用いる成分（Ｂ）のポリオルガノハイドロジェンシロキサンは、上記一般式（II）で示される構成単位からなり、ケイ素原子に結合した水素原子を分子中に少なくとも３個有するものである。式中、R³としては、例えば上記した一般式（Ｉ）中のR²において例示したものと同様なものを挙げることができるが、合成の容易さの点からメチル基が最も好ましい。また、このポリオルガノハイドロジェンシロキサンは、合成の容易さや、取り扱いの容易さから25℃における粘度が１〜10,000cPであることが好ましい。このようなポリオルガノハイドロジェンシロキサンとしては、直鎖状、分岐状若しくは環状の重合体またはこれらの混合物を用いることができるが、加熱硬化型シリコーンゴム成形体をフッ素樹脂と強固に接着せしめるという点で、以下のａ，ｂで示される化合物が好ましい。
【００２０】
ａ．次式：
【００２１】
【化５】

【００２２】
（ただし、ｐは３〜100 、ｑは０〜100 の整数を示す）
で表され、ケイ素原子に結合した水素原子の含有量が分子量の 0.05〜 1.6重量％の範囲である直鎖状ポリオルガノハイドロジェンシロキサン。
【００２３】
ｂ．次式：
【００２４】
【化６】

【００２５】
（ただし、ｐは１〜100 、ｑは０〜100 の整数を示す）
で表され、ケイ素原子に結合した水素原子の含有量が分子量の 0.05〜 1.6重量％の範囲である直鎖状ポリオルガノハイドロジェンシロキサン。
【００２６】
本発明の組成物における成分（Ｂ）の配合量は、成分（Ａ）中のビニル基１個に対して、成分（Ｂ）中のケイ素原子に結合した水素原子の数が 0.5〜5.0個、好ましくは1.0 〜3.0 個となるような量である。水素原子の数が0.5 個未満である場合は、組成物の硬化が十分に進行せずに、硬化後の硬度が低下し、また水素原子の数が5.0 個を超える場合には、硬化後の硬化物の物理的性質が低下する。
【００２７】
本発明で用いる成分（Ｃ）の白金系化合物は、成分（Ａ）中のビニル基と、成分（Ｂ）中のヒドロシリル基との間の付加反応を促進させる触媒成分である。このような白金系化合物としては、例えば白金単体や塩化白金酸、白金−オレフィン錯体または白金−アルコール錯体などの白金配位化合物などを挙げることができる。
【００２８】
成分（Ｃ）の配合量は、成分（Ａ）に対して白金原子として１〜100ppmであり、好ましくは２〜50ppm である。配合量が１ppm 未満の場合は、ゴムの十分な硬化を達成することができず、また100ppmを超えて配合してももはやそれ以上の硬化速度の効果的な向上は得られない。
【００２９】
本発明で用いる成分（Ｄ）の結晶性シリカ（石英粉）は、フッ素性樹脂チューブとの接着性には必須成分であり、各種市販品を用いることができる。その平均粒径は１〜30μm が好ましく、効果の面で10μm 以下のものが特に好ましい。その配合量は（Ａ）成分100重量部に対し10〜150重量部であることが好ましい。
【００３０】
本発明で用いる成分（Ｅ）の酸化鉄は、成分（Ｄ）との組合せにより接着性を更に助長するものである。酸化鉄も各種市販品を用いることができ、その平均粒径は１μm 以下であることが好ましく、0.2μm 以下であることが特に好ましい。その配合量は（Ａ）成分100重量部に対し0.2〜30重量部であることが好ましい。
【００３１】
本発明で用いる成分（Ｆ）は、フッ素性樹脂チューブとの接着耐久性を向上させる成分であり、分子中に少なくとも1個のOH基を有する分子量200未満の飽和炭化水素系アルコール化合物、または、分子中にCOO結合を有する分子量242未満の飽和炭化水素系エステル化合物であり、その配合量は（Ａ）成分100重量部に対し0.005〜0.2重量部である。アルコール化合物の構造は分子量200未満であれば直鎖状でも分岐状でもよい。また、エステル化合物の構造も、直鎖状でも分岐状でもよい。
【００３２】
このような飽和炭化水素系アルコール化合物としては、１−オクタノール、２−オクタノール、エチレングリコール、ｔ−ブチルアルコール、１−デカノール等が好ましいものとして例示され、エステル化合物としては酢酸エチルが好ましいものとして例示される。
【００３３】
尚、上記（Ｄ）の結晶性シリカは比較的比重が大きく、配合量を多くした場合に沈降しやすい傾向にあるため、その一部をヒュームドシリカで代替することもできる。フームドシリカとしてはAerosilR8200、Aerosil200、AerosilR972（Degussa社製）などが例示される。
【００３４】
更に、本発明を構成するシリコーン組成物を実用に使用するにあたり、硬化時間の調整を必要とする場合はビニルシクロテトラシロキサンのようなビニル基含有オルガノポリシロキサン、アセチレン化合物、マレイン酸ジアリル、トリアリルイソシアヌレート、ニトリル化合物、または有機過酸化物のような硬化遅延剤を用いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のローラは、内層のシリコーンゴムと外層のフッ素樹脂製チューブとの接着耐久性に優れるため、熱定着用ローラとして有用である。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって更に詳しく説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【００３７】
なお、実施例中の「部」は「重量部」を表し、また粘度は25℃における値を表す。
＜調製例１＞
粘度が10,000cPの分子鎖両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖されたポリジメチルシロキサンベースオイル 100部、両末端がトリメチルシリル基で封鎖されたケイ素原子に結合した水素含有量が0.90重量％で粘度25cpの直鎖状ポリメチルハイドロジェンシロキサン３部、塩化白金酸とテトラメチルテトラビニルシロキサンを加熱して得られるビニルシロキサン−白金錯体を白金原子としてベースオイルに対して20ppm、結晶性シリカとして平均粒子径1.5μmのクリスタライト5X（商品名、(株）龍森製）30部、酸化鉄としてSR-530（商品名、利根産業（株）製）２部、１−オクタノール0.04部、フュームドシリカとしてAerosilR8200（商品名、Deguusa社製）１０部、硬化遅延剤として２−メチル−３−ブチン−２−オール0.05部を混合し、均一に分散させて、シリコーンゴム組成物１を調製した。
＜調製例２＞
調製例１において、アルコール化合物として１−オクタノールの代わりに２−オクタノール0.04部用いる以外は同様にしてシリコーンゴム組成物２を調製した。
＜調製例３＞
調製例１において、アルコール化合物として１−オクタノールの代わりにエチレングリコール0.04部用いる以外は同様にしてシリコーンゴム組成物３を調製した。
＜調製例４＞
調製例１において、アルコール化合物として１−オクタノールの代わりにｔ−ブチルアルコール0.04部用いる以外は同様にしてシリコーンゴム組成物４を調製した。
＜調製例５＞
調製例１において、アルコール化合物として１−オクタノールの代わりに１−デカノール0.04部用いる以外は同様にしてシリコーンゴム組成物５を調製した。＜調製例６＞
調製例１において、アルコール化合物である１−オクタノールの代わりにエステル化合物である酢酸エチル0.04部用いる以外は同様にしてシリコーンゴム組成物６を調製した。
＜調製例７＞
調製例１において、アルコール化合物である１−オクタノールを使用しない以外は同様にしてシリコーンゴム組成物７を調製した。
実施例１
直径８mm×長さ300mm のアルミニウムシャフト上に付加反応型液状シリコーンゴム用プライマーME151（商品名、ＧＥ・東芝シリコーン（株）製）を塗布し、さらに、プライマーXP81-B0061（商品名、ＧＥ・東芝シリコーン（株）製）で処理した四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体のフッ素製樹脂チューブをロール外径28mm×長さ250mm の円筒に備え、この中に調製例１で調整したシリコーン組成物を充填し、 150℃で30分間加熱硬化させ、ロールを作製した。更に、200℃で４時間ポストキュアーし熱定着用シリコーンゴムロールを得た。
【００３８】
このロールの実装試験を行うために、このものをＰＰＣ複写機の定着ロールとして組み込み、ロール間圧力３kgf/cm²で８万枚の複写を行ったところ、ロール自身になんの異常もみられず、良好な複写物が得られた。
実施例２〜６
実施例１と同様に調製例２〜６で得たシリコーンゴム組成物２〜６でロールを作成し、実施例１と同様に実装試験を行ったところ、調製例２で作成したロールを使用したものは１０万枚の良好な複写物が得られた。調製例３で作成したロールを使用したものは５万枚の良好な複写物が得られた。調製例４で作成したロールを使用したものは４万枚の良好な複写物が得られた。調製例５で作成したロールを使用したものは４万枚の良好な複写物が得られた。
比較例１
実施例１において、調製例１で得たシリコーンゴム組成物１の代わりに調製例７で得たシリコーンゴム組成物７を用いる以外は、同様にしてロールを作製、実装試験を行ったところ、８千枚目で異常音とともに紙づまりが発生した。ロール自身、表面のフッ素チューブが大部分剥離していた。

Claims

ローラ芯軸の外周に少なくとも以下の（Ａ）〜（Ｆ）を含むシリコーンゴム組成物からなる内層を設け、該内層の上にフッ素樹脂製チューブを被覆し、加熱処理を施すことを特徴とする熱定着用シリコーンゴムローラの製造方法。
（Ａ）一般式

（式中、R¹はビニル基を表し、R²は脂肪族不飽和結合を含まない置換または非置換の１価の炭化水素基を表し、ａは１または２を表し、ｂは０、１または２を表す。ただし、ａ＋ｂは１〜３である）で示される構成単位を分子中に少なくとも２個有し、25℃における粘度が500 〜500,000cP であるポリオルガノシロキサン；100重量部
（Ｂ）一般式

（式中、R³は置換または非置換の１価の炭化水素基を表し、ｃは０、１または２を表し、ｄは１または２を表す。ただし、ｃ＋ｄは１〜３である）で示される構成単位からなり、ケイ素原子に結合した水素原子を分子中に少なくとも３個有するポリオルガノハイドロジェンシロキサン；成分（Ａ）中のR¹１個に対してケイ素原子に結合した水素原子の個数が 0.5〜5.0 になる量
（Ｃ）白金系化合物；（Ａ）成分に対して白金原子として１〜100ppmとなる量
（Ｄ）結晶性シリカ；10〜150重量部
（Ｅ）酸化鉄；0.2〜30重量部
（Ｆ）１−オクタノール、２−オクタノール、エチレングリコール、ｔ−ブチルアルコール、１−デカノール及び酢酸エチルより選ばれる分子中に少なくとも1個のOH基を有する分子量200未満の飽和炭化水素系アルコール化合物、または、分子中にCOO結合を有する分子量242未満の飽和炭化水素系エステル化合物；0.005〜0.2重量部
フッ素樹脂製チューブが、四フッ化エチレン−パーフルオロビニルエーテル共重合体からなる請求項１記載の熱定着用シリコーンゴムローラの製造方法。