JP5849128B2 - 熱定着用ゴムローラの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機の熱定着部などで使用されるゴムローラの製造方法、およびそのような方法で製造される熱定着用ゴムローラに関する。

電子写真複写機やレーザビームプリンタなどの画像形成装置においては、電子写真、静電記録、磁気記録などの画像形成プロセスにより、加熱溶融性の樹脂などからなるトナーの画像を記録紙上に形成し、これを熱により定着させる熱定着方式が一般に採用されている。

このような熱定着方式では、従来、アルミなどの金属芯軸上に、シリコーンゴムなどからなるゴム層を設け、さらに、このゴム層上にトナーとの離型性の良い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）やポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂層を形成したローラが、定着ローラあるいは加圧ローラとして多用されている。そして、特に近年は、ニップ幅の確保、省エネルギー、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の削減などの観点から、ゴム層を発泡ゴム（スポンジゴム）、特に連続気泡の発泡ゴムで形成したローラの使用が増してきている。連続気泡とするのは、空気の透過性を高め、使用時の昇温によって外径や表面硬度が変化するのを防止するためである。表面硬度や外径の変化は定着画像の変化、紙送りスピードの変化などをもたらす。

ゴムの発泡、すなわちスポンジ化の方法としては、（ｉ）加熱型発泡剤を使用する方法、（ii）中空フィラーを使用する方法、および（iii）溶出法が知られている。
これらの方法のうち、（ｉ）の方法は、ゴムを架橋させる段階で発泡剤を分解ガス化させ、気泡を発生させてスポンジ化する方法であるが、発泡剤の分解ガスの臭いや安全性に問題がある。また、ゴム材として白金系触媒を硬化触媒とする付加反応型シリコーンゴムを使用した場合に、発泡剤による硬化阻害が生じるという問題がある。

また、中空フィラーを使用する（ii）の方法は、中空フィラーとシリコーンゴムの密度差が大きいため、均一なセル（気泡）構造の形成が難しいという問題がある。また、中空フィラーという特殊な材料を使用するため、製造コストが高くなるという問題もある。

これに対し、（iii）の溶出法は、特許文献１などに記載されているように、水溶性粉末をゴムに混合し、ゴムを架橋させた後に、水または温水中にて水溶性粉末を溶出させてスポンジ化する方法であるが、（ｉ）の方法のような加熱型発泡剤に伴う問題はなく、また（ii）の方法のような特殊な材料を使用することもないため、安価に製造することができる。しかしながら、従来の溶出法では、水溶性粉末の粒子間にゴムのスキン層（薄層）が形成されやすく、水溶性粉末が十分に溶出されず、熱定着用途に要求されるような、均一で連泡率の高いスポンジを形成することが困難であった。

特開平１１−１９８２５０号公報

本発明は上記従来技術の課題に対処してなされたもので、溶出法により均一で連泡率の高い発泡ゴムを形成でき、これにより良好な定着性を有する熱定着用ゴムローラを安価に、かつ安定して製造することができる方法、およびそのような方法で製造されたゴムローラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は下記［１］〜［８］の実施形態を有する。
［１］金属芯軸外周に、水溶性の糖粉末およびトリエチレングリコールを含有するシリコーンゴム組成物からなるゴム層を形成する工程と、前記ゴム層を加硫した後、前記糖粉末およびトリエチレングリコールを溶出し除去して発泡ゴム層を形成する工程とを含むことを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。

［２］［１］記載の熱定着用ゴムローラの製造方法において、前記発泡ゴム層の連泡率が９０％以上であることを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。

［３］［１］または［２］記載の熱定着用ゴムローラの製造方法において、前記糖粉末の粒径が１〜１０００μｍであることを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。

［４］［１］乃至［３］のいずれかに記載の熱定着用ゴムローラの製造方法において、前記糖粉末の粒径が１０〜４００μｍであることを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。

［５］［１］乃至［４］のいずれかに記載の熱定着用ゴムローラの製造方法において、
前記シリコーンゴム組成物は、シリコーンゴム１００質量部に対し、前記糖粉末を５０〜２００質量部、前記トリエチレングリコールを１〜５０質量部含有することを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。

［６］［１］乃至［５］のいずれかに記載の熱定着用ゴムローラの製造方法において、
前記糖粉末が、グルコース、ラクトース、スクロース、トレハロース、フルクトース、砂糖、グラニュー糖および粉糖からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。

［７］［１］乃至［６］のいずれか１項記載の熱定着用ゴムローラの製造方法において、
前記シリコーンゴムが、液状付加反応型シリコーンゴムであることを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。

［８］［１］乃至［７］のいずれかに記載の熱定着用ゴムローラの製造方法により得られたことを特徴とする熱定着用ゴムローラ。

本発明によれば、溶出法により均一で連泡率の高い発泡ゴムを形成でき、これにより良好な定着性を有するゴムローラを安価に、かつ安定して製造することができる方法、およびそのような方法で製造された熱定着用ゴムローラを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱定着用ゴムローラの製造過程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態により製造される熱定着用ゴムローラの一例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例により製造される熱定着用ゴムローラの例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱定着用ゴムローラの製造過程を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図面は単に図解のために提供されるものであり、本発明は図面により何ら限定されるものではない。また、図面は概略的なものであり、厚みと平面寸法との関係、厚みの比率などは実際のものとは異なることに留意されたい。さらに、以下の説明において、同一もしくは略同一の機能および構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る熱定着用ゴムローラの製造過程を示す断面図である。

まず、本実施形態に使用される円筒状金型について説明する。

図１に示すように、本実施形態に使用される円筒状金型１１０は、直立保持された円筒型１１１と、この円筒型１１１の上部および下部にそれぞれ嵌合された上部栓体１１２および下部栓体１１３とから構成されている。上部栓体１１２および下部栓体１１３の各内側には、基材であるアルミ、鉄、ステンレス鋼などからなる金属芯軸１２１を、円筒型１１１内に同心的に保持するための芯軸保持孔１１５、１１６が設けられている。また、下部栓体１１３には、材料注入孔１１７が設けられ、上部栓体１１２には、材料逃げ孔１１８が設けられている。

本実施形態では、このように構成された円筒状金型１１０の円筒型１１１を直立保持する。円筒型１１１の内面には、予め離型剤（例えば、ダイフリーＧＡ−６０１０（ダイキン工業（株）製 商品名）など）を塗布するなどの離型処理を施しておいてもよい。

次いで、この円筒型１１１内に、アルミ、鉄、ステンレス鋼などからなる金属芯軸１２１を挿入し、円筒型１１１の上部および下部に上部栓体１１２および下部栓体１１３を嵌合させて同心的に保持する。金属芯軸１２１の表面には、予めプライマーを塗布乾燥する処理を施しておいてもよい。

次いで、金属芯軸１２１と円筒型１１１との間隙に、水溶性の糖粉末およびトリエチレングリコールを含有する硬化性のシリコーンゴム組成物１２３Ａを注入し、一次加硫を行い、シリコーンゴム層を形成する。

水溶性の糖粉末およびトリエチレングリコールを含有する硬化性のシリコーンゴム組成物１２３Ａのベースとして使用されるシリコーンゴムは、常温で液状を呈し、硬化してゴム状弾性体となるものであればよく、付加反応型液状シリコーンゴム（ＬＴＶシリコーンゴム）であっても縮合硬化型液状シリコーンゴムであってもよい。本実施形態においては、シリコーンゴムとして、８０〜１５０℃程度の温度で硬化する付加反応型液状シリコーンゴムが特に好適である。

糖粉末としては、グルコース、ラクトース、スクロース、トレハロース、フルクトース、砂糖、グラニュー糖、粉糖などが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。糖粉末としては、なかでも、水への溶解度の点などから、グラニュー糖、粉糖がより好ましい。

これらの糖粉末は、粒径が１〜１０００μｍであることが好ましい。粒径が１μｍ未満では、溶出に時間を要する上、ゴム中に残存するおそれがある。また、粒径が１０００μｍを超えると、ゴム強度が低下し、ローラの耐久性が低下する。粒径が１〜１０００μｍの糖粉末を得るためには、篩により分級する方法などを用いることができる。糖粉末の粒径は、１０〜４００μｍであることがより好ましく、１０〜１００μｍであることがより一層好ましい。

また、糖粉末のシリコーンゴム組成物中の含有量は、ベースのシリコーンゴム１００質量部あたり、５０〜２００質量部が好ましく、１００〜１５０質量部がより好ましい。ベースのシリコーンゴム１００質量部あたりの糖粉末の含有量が５０質量部未満では、連続気泡を有する発泡ゴムの形成が困難である。逆に、２００質量部を超えると、ゴム強度が低下し、ローラの耐久性が低下する。

糖粉末とともにシリコーンゴム組成物中に含有させるトリエチレングリコールは、加硫後のゴム層からの糖粉末の溶出を容易にし、連泡率の高い発泡ゴム層を形成するための成分である。すなわち、トリエチレングリコールはシリコーンゴムと相溶性が悪く、糖粉末とは相溶性が良いため、シリコーンゴムに糖粉末とともにトリエチレングリコールを混合すると、トリエチレングリコールは相溶性の良好な糖粉末の周りに層を形成して、糖粉末と糖粉末の間にシリコーンゴムのスキン層が形成されるのを抑制する。その結果、加硫後のシリコーンゴム層からの糖粉末の溶出が容易となり、トリエチレングリコール自身もシリコーンゴム層から容易に溶出されるため、連泡率の高い発泡ゴム層を形成することができる。

なお、水溶性で、シリコーンゴムと相溶性が悪く、かつ糖粉末と相溶性が良い材料は、エチレングリコールなど、トリエチレングリコールの他にも種々存在するが、特にトリエチレングリコールを使用した場合に、糖粉末との組み合わせで、熱定着用ゴムローラに好適な連泡化を図ることができる。エチレングリコールは、トリエチレングリコールの併用成分として、シリコーンゴム組成物中に含有させてもよい。そのような併用可能な成分としては、エチレングリコールの他、グリセリン、プロピレングリコール、ペンタエリスリトールおよびグリセリン−α−モノクロロヒドリン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリグリセリンなどが挙げられる。

トリエチレングリコールのゴム材料中の含有量は、ベースのシリコーンゴム１００質量部あたり１〜５０質量部が好ましく、５〜５０質量部がより好ましく、２０〜３０量部がより一層好ましい。ベースのシリコーンゴム１００質量部あたりのトリエチレングリコールの含有量が１質量部未満では、十分な連泡率が得られず、逆に、５０質量部を超えると、それ以上の効果は見られず、ブリードなどの問題を生ずるおそれがある。

一次加硫温度は、使用するシリコーンゴムの種類によって適宜設定される。例えばベースのシリコーンゴムとしてＬＴＶシリコーンゴムを使用した場合、８０〜１５０℃の範囲から選択することが好ましく、１００〜１３０℃の範囲がより好ましい。

シリコーンゴム組成物の一次加硫後、円筒状金型１１０を開放し、シリコーンゴム層が形成された金属芯軸１２１を取り出す。すなわち、上部栓体１１２および下部栓体１１３を取り外し、シリコーンゴム層とともに金属芯軸１２１を円筒型１１１から引き抜く。次いで、引き抜いた金属芯軸１２１を水中に浸漬する。浸漬にともない水がシリコーンゴム層内に浸透し、この浸透した水にゴム層内部に分散している糖粉末およびトリエチレングリコールが溶解し、水とともにゴム層外へ排出される。このようなゴム層からの糖粉末およびトリエチレングリコールの溶出を促進するため、水は、例えば６０〜９０℃程度の温水とすることが好ましい。浸漬する時間は、ゴム層の厚さや浸漬する水の温度にもよるが、通常、１〜８時間程度である。浸漬槽として、水を連続的もしくは間歇的に供給し排出させる機構を備えたものを使用すると、糖粉末およびトリエチレングリコールの溶出をより促進することができる。

この後、糖粉末およびトリエチレングリコールを溶出させたシリコーンゴム層を備えた金属芯軸１２１を水中から引き上げ、二次加硫を施す。この二次加硫の際の温度も、一次加硫の場合と同様、使用するシリコーンゴムの種類によって適宜設定される。使用するゴム材料の種類によって適宜設定される。具体的には、例えばベースのシリコーンゴムとしてＬＴＶシリコーンゴムを使用した場合、１８０〜２３０℃の範囲で選択することが好ましく、２００〜２２０℃の範囲がより好ましい。なお、前工程で排出されずにゴム層内部に残留したトリエチレングリコールの少なくとも一部は、この二次加硫の過程で排出される。

この結果、例えば図２に示すような、金属芯軸１２１上に、糖粉末およびトリエチレングリコールの溶出により内部に連続気泡が形成された発泡シリコーンゴム層１２３を備えた熱定着用ゴムローラを得ることができる。

このような方法においては、糖粉末とともにトリエチレングリコールをシリコーンゴム組成物中に配合したことにより、シリコーンゴム層内部に分散する糖粉末の外部への排出が促進され、９０％以上という高い連泡率を有する発泡シリコーンゴム層を形成することができる。このような連泡率の高い発泡シリコーンゴム層を備えた熱定着用ゴムローラは、使用時の昇温による外径や表面硬度の変化が少なく、良好な定着画像を安定して得ることができ、また、熱伝導率が低いため、電力消費を少なくすることができる。

なお、以上説明した実施形態では、シリコーンゴム組成物の一次加硫後、円筒状金型を開放し、内部のシリコーンゴム層が形成された金属芯軸を取り出して、水に浸漬しているが、場合により、円筒状金型を開放せず、そのまま水に浸漬するようにしてもよい。

また、本発明においては、図３に示すように、上記のように形成した発泡シリコーンゴム層１２３上に、フッ素樹脂などの離型性樹脂からなる層１２５を設けることができる。離型性樹脂層１２５の形成方法は特に限定されるものではなく、発泡シリコーンゴム層上に離型性樹脂からなるチューブを装着する方法、離型性樹脂を含有するディスパージョンを塗布し焼成する方法などを用いることができる。離型性樹脂層１２５の厚さは、通常、約１０〜１００μｍである。

離型性樹脂としては、フッ素樹脂の他、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられるが、一般には、フッ素樹脂が使用される。フッ素樹脂としては、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）、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・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などが挙げられる。

離型性樹脂層の形成に離型性樹脂チューブを用いる場合、発泡シリコーンゴム層の外径の約９０〜１００％の内径を有するチューブを用いることが発泡シリコーンゴム層との密着性を高める観点から好ましい。また、発泡シリコーンゴム層との接着性を高めるため、発泡シリコーンゴム層の外周面に予め接着剤を塗布したり、あるいは離型性樹脂チューブの内面に予めプライマーを塗布する処理や、化学エッチングなどの粗面化処理を施しておくことが好ましい。

（第２の実施形態）
図３に図示したような、金属芯軸１２１上に、発泡シリコーンゴム層１２３および離型性樹脂チューブからなる離型性樹脂層１２５が順に被覆された３層構造のローラは、前述した図１に示した円筒状金型１１０を用いて製造することができる。以下、第２の実施形態として、図４を参照しながら、既に説明した第１の実施形態からの変更点を中心に説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る離型性樹脂被覆を備えた熱定着用ゴムローラの製造過程を示す断面図であり、図１と共通する部分には同一符号を付してある。

図４に示すように、本実施形態においては、直立保持した円筒状金型１１０の円筒型１１１の内側に、離型性樹脂チューブ１２５Ａを挿通させ、その両端を折り曲げて固定する。次いで、この離型性樹脂チューブ１２５Ａ内に、金属芯軸１２１を挿入し、円筒型１１１の上部および下部に上部栓体１１２および下部栓体１１３を嵌合させて同心的に保持する。次いで、金属芯軸１２１と離型性樹脂チューブ１２５Ａとの間隙に、水溶性の糖粉末およびトリエチレングリコールを含有する硬化性のシリコーンゴム組成物１２３Ａを注入し、一次加硫を行い、シリコーンゴム層を形成する。一次加硫後、円筒状金型１１０をそのまま水中に浸漬し、シリコーンゴム層内部に分散する糖粉末およびトリエチレングリコールを水に溶解させて、シリコーンゴム層外へ排出させる。その後、円筒状金型１１０を水中から引き上げ、上部栓体１１２および下部栓体１１３を取り外し、離型性樹脂チューブ１２５Ａおよびシリコーンゴム層とともに金属芯軸１２１を円筒型１１１から引き抜き、二次加硫を施す。この結果、図３に示すような、金属芯軸１２１上に、発泡シリコーンゴム層１２３および離型性樹脂層１２５が順に被覆された３層構造の熱定着用ゴムローラを得ることができる。

このような方法においては、連泡率の高い発泡シリコーンゴム層を備え、かつその上に離型性樹脂層が形成された、定着性能に優れる熱定着用ゴムローラを効率よく製造することができる。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上記記載内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態でいずれも、シリコーンゴム層の形成にあたって、金型に液状のシリコーンゴム組成物を注入し加硫させる方法を適用しているが、このような方法に代えて、固体状のシリコーンゴムに糖粉末およびトリエチレングリコールを混合して得たゴム混和物からシートを作製し、このシートを金属芯軸に巻き付けた後、加熱加硫する方法、同様に調製したゴム混和物を押出機を用いて中空円筒状に押出し、金属芯軸上に嵌挿させた後、加熱加硫する方法など、従来よりローラの成形方法として一般に知られる方法を用いることもできる。

次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

実施例
図１に示すように、円筒型１１１内に、外周面にプライマー＃１０１（信越化学工業社製 商品名）を塗布した外径１８ｍｍのアルミからなる金属芯軸１２１を挿入し、円筒型１１１の上部および下部にそれぞれ上部栓体１１２および下部栓体１１３を嵌合させて同心的に保持した。

また、市販のグラニュー糖を粉砕し、篩により分級して得た粒子径１０〜２００μｍのグラニュー糖粉末１３０質量部にトリエチレングリコール２５質量部を混合し、この混合物にＬＴＶシリコーンゴム（信越化学工業社製社製 商品名 Ｇ９１Ｓ）１００質量部を加え、攪拌機で３０分間混合してシリコーンゴム組成物を調製した。

このシリコーンゴム組成物を真空脱泡後、円筒型１１１内に注入した。注入後、１２０℃まで昇温し、３０分間加熱して、シリコーンゴムを硬化させた。硬化後、円筒状金型１１０を開放して、内部のシリコーンゴム層を形成した金属芯軸１２１を取り出し、８０℃の温水中に浸漬した。２時間後、温水中から取り出し、２２０℃で４時間加熱してシリコーンゴムを後硬化（二次加硫）させ、発泡シリコーンゴムローラを得た。

得られた発泡シリコーンゴムローラにおける発泡シリコーンゴム層の連泡率を、下記に示す方法で測定したところ、９５％であった。
連泡率の測定：
発泡シリコーンゴム層の原料のシリコーンゴム組成物の比重（ＯＧ）、および発泡後のシリコーンゴム層の比重（ＦＧ）および重量（ＤＷ）を測定する。また、発泡シリコーンゴム層を真空容器内に置いた容器中の水に沈め、真空容器内を１０ｍｍＨｇ以下に減圧した後、常圧に戻し、５分間放置してシリコーンゴム層に水を吸収させ、吸水後のシリコーンゴム層の重量（ＷＷ）を測定する。これらの測定値から、次式により連泡率を算出する。
連泡率（％）
＝［（ＷＷ−ＤＷ）／水の比重（１．００）］／［（１−（ＦＧ／ＯＧ））×（ＤＷ／ＦＧ）］×１００］

この後さらに、上記発泡シリコーンゴムローラのゴム層表面に、接着剤（信越化学工業（株）社製 商品名 ＫＥ−１８８０）を塗布した後、外径２５ｍｍ、長さ２２７ｍｍ、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ（三井デュポンフロロケミカル社製 商品名 ４５１ＨＰＪ）を嵌挿させ、１２０℃で１時間加熱して、ＰＦＡチューブ被覆シリコーンゴムローラを得た。
得られたローラを密閉容器に入れ、真空状態にしてローラ外径の変化を調べたところ、ローラ外径に変化はなく、十分に連泡化された発泡シリコーンゴム層を備えたローラであることが確認された。

比較例
トリエチレングリコールをシリコーンゴム組成物中に未配合とした以外は実施例と同様にして、シリコーンゴムを成型し、水中にて糖分を溶出させようとしたが、糖分が溶出せず、スポンジ状のゴムローラを得ることができなかった。

１１０…円筒状金型、１１１…円筒型、１２１…金属芯軸、１２３Ａ…糖粉末およびトリエチレングリコールを含有するシリコーンゴム組成物、１２３…発泡シリコーンゴム層、１２５Ａ…離型性樹脂チューブ、１２５…離型性樹脂層。

Claims (7)

1. 金属芯軸外周に、水溶性の糖粉末およびトリエチレングリコールを含有するシリコーンゴム組成物からなるゴム層を形成する工程と、
   前記ゴム層を加硫した後、前記糖粉末およびトリエチレングリコールを溶出し除去して発泡ゴム層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする熱定着用ゴムローラの製造方法。
2. 前記発泡ゴム層の連泡率が９０％以上であることを特徴とする請求項１記載の熱定着用ゴムローラの製造方法。
3. 前記糖粉末の粒径が１〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の熱定着用ゴムローラの製造方法。
4. 前記糖粉末の粒径が１０〜４００μｍであることを特徴とする請求項３記載の熱定着用ゴムローラの製造方法。
5. 前記シリコーンゴム組成物は、シリコーンゴム１００質量部に対し、前記糖粉末を５０〜２００質量部、前記トリエチレングリコールを１〜５０質量部含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の熱定着用ゴムローラの製造方法。
6. 前記糖粉末が、グルコース、ラクトース、スクロース、トレハロース、フルクトース、砂糖、グラニュー糖および粉糖からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の熱定着用ゴムローラの製造方法。
7. 前記シリコーンゴムが、液状付加反応型シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の熱定着用ゴムローラの製造方法。

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