JP4210085B2

JP4210085B2 - ゴム状発泡弾性体、および該ゴム状発泡弾性体を配した定着用加圧ローラ

Info

Publication number: JP4210085B2
Application number: JP2002231610A
Authority: JP
Inventors: 俊二白尾; 実杉山
Original assignee: Nissei Electric Co Ltd
Current assignee: Nissei Electric Co Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004070159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム状発泡弾性体、さらにはプリンターや複写機等の画像定着用の熱定着部に用いられる定着用加圧ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型化の進むプリンターや転写機における画像定着用の熱定着部に用いられる定着用加圧ローラ（以下、単に“ローラ”と言うことがある）は十分なニップ幅を確保する為、その外層ゴム部は低硬度であることが望ましい。このため、該ゴム部にはゴム状発泡弾性体（以下、単に“発泡体”と言うことがある）が数多く使用されてきた（特開２００２−１４８９８８号および特開２００２−１４８９９０号公報など）。しかし、従来の発泡体の各気泡は独立気泡であるため、ローラが現実に使用される高温下では各気泡中の空気が膨張してしまう。この熱膨張は、ローラ外径の不本意な増加、さらには破泡に因る発泡体の硬度低下を惹起し、その結果、ローラの送り速度にバラツキが生じるといった致命的不具合が発生していた。
一方、特開平６−３３７６０４号公報や特開平８−２７２２０９号公報では、発泡体内部の熱気が逃げやすくして該発泡体の熱膨張や硬度低下を抑える視点から、７０％以上の連続気泡（以下“連泡”）構造の発泡体が開示されている。前者には、その具体的製造例については記載されていないが、後者では、連泡発生剤としてグラファイトが用いられている（【００１７】）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、水を発泡剤として、連泡構造のゴム状弾性発泡体を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、硬化剤および発泡剤として水を含むシリコーンゴム組成物を特定の工程に付するとき、高度の連泡・吸水構造が得られることを究明した。
【０００５】
かくして、本発明によれば、液状シリコーンベースポリマー１００重量部に対して、吸水性ポリマーを０．１〜２０重量部、水を１０〜２００重量部、そして硬化触媒を添加した組成物と、液状シリコーンベースポリマー１００重量部に対して、吸水性ポリマーを０．１〜２０重量部、水を１０〜２００重量部、そして架橋剤を添加した組成物とを等量配合して得られる配合物を、第１加熱段階が１００℃以下で１０〜３０時間の加熱による、ゴム硬化が起こらず且つ水を蒸発させない型成型工程、第２加熱段階が１２０℃〜２５０℃で１〜５時間の加熱による、水を蒸発させる連続気泡構造への転化工程、そして、第３加熱段階が１８０℃〜３００℃で２〜８時間の加熱による、連続気泡構造の発泡体の硬化工程に順次付して得られたゴム状発泡弾性体であって、その連続気泡率が９０％以上で吸水率が４０％以上であるような連続気泡構造を有することによって特徴づけられる、定着用加圧ローラに用いられるゴム状発泡弾性体が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
図１は、本発明に係るゴム状発泡弾性体を円筒状芯金の外周に配してなる定着用ローラの一例を示す縦断面図である。
該図において、（１）は鉄やアルミニウム等からなる円筒状芯金、（２）は該円筒状芯金の外周に設けられた発泡体（シリコーンスポンジ）である。
上記のローラの外層ゴムとして、連泡率が９０％以上且つ吸水率が４０％以上の発泡体が用いられる。連泡率が９０％以上であるような連泡構造にあっては、発泡体中の気泡が連続していることから、高温下にあっても気泡中の熱気が連続的に外部に逃げる為、気泡の熱膨張や破泡を生じることなく安定な発泡状態を維持する。
そして、上記の発泡体が、９０％以上の連泡率に加えて４０％以上の吸水率を併有するとき、該発泡体の特性が最大限に発揮される。４０％以上という吸水率の意味するところは、発泡体中に多くの気泡が存在しているということであり、従って該発泡体の弾力性がより増加することになる。これは、十分なニップ圧とニップ幅とを確保するのに極めて有効である。
さらに、上記のゴム状発泡弾性体は、ロール用に供される場合の要求特性として、硬度が３０°〜６０°（アスカーＣ）、および熱伝導率が、０．１４６Ｗ／ｍ・Ｋ以下の物性を有していることが好ましい。
以上に述べた連泡構造の発泡体は、硬化剤および発泡剤として水を含むシリコーンゴム組成物を、３段階の特殊な加熱工程に付することにより、連泡率が９０％以上、そして吸水率が４０％以上の連泡構造として得られる。
先ず、液状シリコーンベースポリマー１００重量部に対して、吸水性ポリマーを０．１〜２０重量部、水を１０〜２００重量部、そして白金化合物のような硬化触媒を添加した組成物と、液状シリコーンベースポリマー１００重量部に対して、吸水性ポリマーを０．１〜２０重量部、水を１０〜２００重量部、そしてＳｉＨポリマーのような架橋剤を添加した組成物とを等量配合して十分に攪拌脱泡させて得られる配合物を準備する。そして、この組成物を、 3 段階に分けて加熱する。
その際、第１段階では、上記の攪拌混合された配合物を、シリコーンベースポリマーの実質的な硬化が起こらず、しかも水分が蒸発しない１００℃以下、好ましくは５０〜８０℃のもとで１０〜３０時間加熱して型成型する。次いで第２段階では、該型成形物を１２０〜２５０℃、好ましくは１２０〜１８０℃で１〜５時間加熱して、含まれている水及び水を含んだ不純物中の水分を蒸発させる。この水分が蒸発する際に、独立した各気泡が連続気泡構造に転化される。ここで肝要なことは、シリコーンベースポリマーに架橋による実質的硬化が生じないように細心の注意を払って加熱処理条件を設定することである。そして、最後の第３段階では、得られた発泡体を１８０〜３００℃、好ましくは２００℃〜２５０℃で２〜８時間加熱して、はじめて硬化させることにより、所望の発泡体を完成させる。
本発明で用いる液状シリコーンゴムは、「ＸＥ１５−Ｂ７５０３Ａ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）、「ＸＥ１５−Ｂ７５０３Ｂ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）、「ＤＹ３９−１１１９Ａ」（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）、さらには「ＤＹ３９−１１１９Ｂ」（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）の商品名で流通しており、容易に入手できる。また、吸水性ポリマーは、高分子の分野では周知のものであり、例えばアクリル酸ないしメタアクリル酸のアルカリ金属塩の重合体、ポリアルキレングリキール、特にポリエチレングリコール類をグラフトしたアクリル酸ないしメタアクリル酸の重合体、ポリアルキレングリキール、特にポリエチレングリコール類をブレンドないしは共重合したポリエステルやポリアミド、Ｎ−ビニールカルボン酸アミド系の架橋重合体などが挙げられる。現実には、液状シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、および硬化触媒を添加した組成物として、例えば、「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ａ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）が、また、液状シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、および架橋剤を添加した組成物として、例えば、「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ｂ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）が流通しているので、これらを利用するのが効率的である。
【０００７】
以上、本発明の発泡体を定着用加圧ローラに適用した場合について説明したが、この他に本発明の発泡体は、例えば、スポンジローラ一般、クッション、防振材、パッキン、ガスケット、および気密シール材などにも有用に採用される。
【０００８】
【実施例】
以下、実施例ならびに比較例をあげて、本発明をより具体的に説明する。尚、実施例中の「部」は重量部を示す。
【０００９】
ａ．実施例１
φ１４ｍｍのアルミニウム製芯金の外周に、発泡体層を以下のようにして形成した定着用加圧ローラを作成した。
シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、白金触媒が添加された「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ａ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）１００部と、ベースポリマーに吸水性ポリマー、水、架橋剤が添加された「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ｂ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）１００部を用意し、これら２液を混合して攪拌・脱泡させた。次に、この配合物を上記芯金の外周に３．１５ｍｍの厚さの外層ゴムを、６０℃×２４時間で型成型した後（第１段階の加熱）、１５０℃×２時間で気泡中の水分を蒸発させて連泡構造を形成し（第２段階の加熱）、最後に２００℃×４時間で硬化を行った（第３段階の加熱）。
【００１０】
ｂ−１．比較例１
φ１４ｍｍのアルミニウム製芯金の外周に、以下の処方で得られた発泡体の層（いわゆるスポンジ部）を３．１５ｍｍの厚さで形成した定着用加圧ローラを作成した。
シリコーンゴムＫＥ９０４ＦＵ１００部、高温加硫剤Ｃ−３３．５部、低温加硫剤Ｃ−２３Ｎ２．０部（以上信越化学工業株式会社製）、発泡剤ＭＲ３４（東レ・ダウコーニング株式会社製）５．０部、顔料ＫＥｃｏｌｏｒＢＲ（信越化学工業株式会社製）０．５部を射出成型機にて混合し、加熱硬化して形成した発泡体。
【００１１】
ｂ−２．比較例２
間隔を１７±０．２ｍｍに設定したゴム練用のローラ２本を用意し、その隙間に、比較例１で作成した定着用加圧ローラを同じ側面が２本のローラに当たらないように２回投入して強制的に気泡を破泡させた。
【００１２】
ｂ−３．比較例３
比較例２において、加圧ローラの投入回数を４・８・１６回と増やしていった。
【００１３】
ｃ−１．評価方法１
１．実施例１ならびに比較例１〜３の各スポンジ部（発泡体層）を加圧ローラより切り取り、その質量（Ｗ１：単位はｇ）・密度（Ｇ１：単位はｇ／ｃｍ^３）を測定する。ここで、切り取った各スポンジの体積（Ｖ１：単位はｃｍ^３）は、Ｖ１＝Ｗ１／Ｇ１として求められる。
２．上記１で得た各スポンジを、水の入ったデシケーター内に浮き上らないようにして水中に沈める。
３．水中から気泡がなくなるまで真空ポンプで減圧する。
４．気泡が出なくなったら開放し、各スポンジが水を吸って元の状態に戻るまで（２４時間以上）放置する。
５．各スポンジを取り出し、表面の水滴を軽く拭き取ってから、水を吸収した各スポンジの質量（Ｗ２：単位はｇ）を測定する。ここで、各スポンジが吸収した水の質量（Ｗ３：単位はｇ）は、Ｗ３＝Ｗ２−Ｗ１として求められ、従って、各スポンジの吸水率（Ｋ：単位は％）は、Ｋ＝Ｗ３／Ｗ２×１００として求められる。また、材料であるベースポリマー混合体あるいはシリコーンゴムの密度をＧ２（単位はｇ／ｃｍ^３）とすると、その体積（Ｖ２：単位はｃｍ^３）はＶ２＝Ｗ１／Ｇ２で求められ、形成された気泡の全体の体積（Ｖ３：単位はｃｍ^３）は、Ｖ３＝Ｖ１−Ｖ２として求められる。さらに、吸収した水の体積（Ｖ４：単位はｃｍ^３）は、水の密度を１（ｇ／ｃｍ^３）とすると、Ｖ４＝Ｗ３となり、連泡率（Ｃ：単位は％）はＣ＝Ｖ４／Ｖ３×１００＝Ｗ３／Ｖ３×１００として求められる。
【００１４】
ｃ−２．結果１
上記の試験結果を表１に示す。
【表１】

表１に示した結果より、実施例１の本発明によるスポンジは、連泡率が９０％を超え、また吸水率も４０％以上の特性を有していることが分かる。
【００１５】
ｃ−３．評価方法２
１．実施例１ならびに比較例１〜３のスポンジの外周面に、接着剤としてＲＴＶ（品名：ＴＳＥ３２２ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）を塗布してから、ＰＦＡ（ポリ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）樹脂）チューブ（品名：ＳＣＦＴ日星電気株式会社製）を被覆してスポンジ層とＰＦＡチューブとを接着する。（各ｎ＝１）
２．レーザー外径測定器にて常温下での各ローラ中央部外径（Ｒ１：単位はｍｍ）を測定する。
３．各ローラを２００℃雰囲気中に２時間放置してから取り出した後、レーザー外径測定器にてローラ中央部外径（Ｒ２：単位はｍｍ）を測定した。ここで、温度によるローラ外径変化量（ΔＲ：単位はｍｍ）は、ΔＲ＝｜Ｒ２−Ｒ１｜として求められる。尚、この測定時の表面温度（Ｔ：単位は℃）を放射温度計にて測定した。
４．次に、各ローラの硬度（Ｈ１：単位°アスカーＣ）を硬度計を用いて測定した。
５．さらに、定着温度１８０℃、ローラ荷重１４ｋｇ、ローラ回転速度１２０ｍｍ／ｓｅｃにて３００時間回転試験を行った後、再び硬度（Ｈ２：単位は°アスカーＣ）を測定した。ここで、硬度変化量（ΔＨ：単位は°アスカーＣ）は、ΔＨ＝｜Ｈ２−Ｈ１｜として求められる。
６．その後、実機プリンター（品名：ｈｐＬａｓｅｒｊｅｔ１２００ｓｅ
ｐｒｉｎｔｅｒＨｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄＣｏｍｐａｎｙ製）を使用し、実際にＡ４サイズの紙を１０００枚連続通紙し、搬送性の確認を行った。
【００１６】
ｃ−２．結果２
上記評価の結果を表２および３に示す。
【表２】

【表３】

表２および表３の結果より、ＯＡ機器の定着用ローラにおいて、スリップ、斜行等の搬送特性を長時間に亘って維持できるシリコーンゴムスポンジローラは、そのスポンジ特性として吸水率が４０％以上、そして連泡率が９０％以上であるとき、最良の機能を呈することが分かる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る発泡体は、既に述べた特殊な３工程を経てその連泡率が９０％以上且つ吸水率が４０％以上の連泡構造として得られるので、高温下においても気泡が膨張する懸念がない。従って、この連泡構造体を定着用加圧ローラのスポンジ層として配しても、ローラ外径の膨張や破泡による硬度低下が可及的に軽減され、その結果、従来から未解決のまま放置されていたローラの送り速度のバラツキの問題が大幅に解消される。また、連泡構造体には、より多くの気泡が形成されているので、スポンジの弾力性が増し、十分なニップ幅を確保するのに極めて有効である。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着用加圧ローラの縦断面図である。
【符号の説明】
１円筒状芯金
２ゴム状発泡弾性体（シリコーンスポンジ）

Claims

液状シリコーンベースポリマー１００重量部に対して、吸水性ポリマーを０．１〜２０重量部、水を１０〜２００重量部、そして硬化触媒を添加した組成物と、液状シリコーンベースポリマー１００重量部に対して、吸水性ポリマーを０．１〜２０重量部、水を１０〜２００重量部、そして架橋剤を添加した組成物とを等量配合して得られる配合物を、第１加熱段階が１００℃以下で１０〜３０時間の加熱による、ゴム硬化が起こらず且つ水を蒸発させない型成型工程、第２加熱段階が１２０℃〜２５０℃で１〜５時間の加熱による、水を蒸発させる連続気泡構造への転化工程、そして、第３加熱段階が１８０℃〜３００℃で２〜８時間の加熱による、連続気泡構造の発泡体の硬化工程に順次付して得られたゴム状発泡弾性体であって、その連続気泡率が９０％以上で吸水率が４０％以上であるような連続気泡構造を有することによって特徴づけられる、定着用加圧ローラに用いられるゴム状発泡弾性体。
請求項１に記載のゴム状発泡弾性体を円筒状芯金の外周に配してなることを特徴とする定着用加圧ローラ。