JP6331015B2 - 定着加圧ロールの製造方法及び定着装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、定着加圧ロールの製造方法及び定着装置の製造方法に関し、画像形成装置に搭載して好適に用いられる。

複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンター等の画像形成装置には定着装置が搭載されている。定着装置の定着機構では、加熱された定着ロール等の定着部材がこれと対向する加圧ロールの回転によって従動回転される。このような定着機構では通紙時に圧力と熱によってトナーを固着させるため、加圧ロールと定着部材との間のニップを大きく設けることが必要であり、加圧ロールに低硬度のシリコーンゴムを用いることで定着幅を広く確保することができる。このため、加圧ロールには、低硬度で且つ熱源からの熱を失いにくい低熱容量の発泡シリコーンゴムが用いられている。

このような発泡シリコーンゴムを更に低硬度化する手法として、シリコーンゴムに樹脂バルーンと揮発成分とを配合し、シリコーンゴムの硬化時に、樹脂バルーンの破壊や揮発成分の気化でセル同士の間に孔道を形成する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、揮発成分の気化でセル同士の間に孔道を形成する手法では、孔道の分散具合がばらつき、十分な低硬度化を実現できないという問題がある。

他方、定着装置で通紙していない時の加圧ロールは、定着部材に押し当てられたまま停止しているため、ゴム厚の大きい加圧ロールでは、押し当てられた部分が変形してしまい、再稼動時に定着不具合を生じてしまうという問題がある。このため、シリコーンゴムは、低硬度及び低熱容量であるだけでなく、圧縮永久歪に優れていることが重要となる。

特許第３９６９９４２号公報

本発明は、このような事情に鑑み、圧縮永久歪に優れ、低硬度及び低熱容量の定着加圧ロールの製造方法及び定着装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、定着装置の定着部に用いられ、芯体と、該芯体の周囲に設けられた弾性層とを具備する定着加圧ロールの製造方法であって、前記弾性層は、シリコーンゴム原料と、マイクロ樹脂バルーンと、水とを混合した後、前記シリコーンゴム原料を一次硬化及び二次硬化することにより形成され、前記一次硬化されたシリコーンゴムを加圧する工程、前記一次硬化と同時にシリコーンゴムを加圧する工程及び前記二次硬化されたシリコーンゴムを加圧する工程の少なくとも一方を含み、前記加圧により前記マイクロ樹脂バルーンの破壊で形成された空隙と、前記水の蒸発で形成された空隙とを含む前記弾性層を具備する定着加圧ロールとすることを特徴とする定着加圧ロールの製造方法にある。

かかる発明によれば、圧縮永久歪に優れ、低硬度及び低熱容量の定着加圧ロールを得ることができる。

ここで、前記加圧は、水圧であることが好ましい。

これによれば、マイクロ樹脂バルーンを確実に割ることにより破壊させることができ、定着加圧ロールをさらに低硬度化することができる。

ここで、前記弾性層の周囲に設けられた離型層を具備することが好ましい。

これによれば、定着性に優れた信頼性の高い定着加圧ロールとなる。

本発明の他の態様は、前記何れかの態様に記載する定着加圧ロールを具備することを特徴とする定着装置にある。

かかる発明によれば、圧縮永久歪に優れ、低硬度及び低熱容量の定着加圧ロールを具備するため、耐久性に優れた信頼性の高い定着装置となる。

本発明によれば、圧縮永久歪に優れ、低硬度及び低熱容量の定着加圧ロール及び定着装置が実現される。

実施形態１に係る加圧ロールの横断面図及び縦断面図。 水圧でマイクロ樹脂バルーンが破壊される工程を説明するための概念図。 実施形態１に係る加圧ロールを具備する定着装置の断面図。 実施形態２に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図。 実施形態３に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図。 実施形態４に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図。 実施例１及び比較例１の弾性体の断面写真。 実施例１及び比較例３の弾性体の断面写真。 実施例１、比較例２の加圧ロール及び実施例２の定着ロールの熱膨張率と時間の関係を示すグラフ。 実施例１の加圧ロールの反力及び熱膨張率と時間の関係を示すグラフ。 実施例２の定着ロールの反力及び熱膨張率と時間の関係を示すグラフ。

以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
本発明に係る定着加圧ロールは、画像形成装置の定着部において未定着トナー像を熱と圧力で記録媒体に定着するために用いられるものであり、後述する加圧ロール及び定着ロール等が例示される。本実施形態では、定着加圧ロールの一例として、加圧ロールを例示する。

図１は、本実施形態に係る加圧ロールの横断面図及び縦断面図である。加圧ロール１は、芯体１０と、芯体１０の周囲に設けられた弾性層１１と、弾性層１１の周囲に設けられた離型層１２とを具備する。

本発明に係る弾性層１１は、シリコーンゴム原料と、マイクロ樹脂バルーンと、水とを混合した後、シリコーンゴム原料を硬化することにより得られたシリコーンゴムで構成される。かかるシリコーンゴムは、加圧によるマイクロ樹脂バルーンの破壊で形成された空隙と、水の蒸発で形成された空隙とを含む。具体的に、弾性層１１は、マイクロ樹脂バルーンと水とが混合されたシリコーンゴム原料を加熱（一次硬化）してシリコーンゴムとし、このシリコーンゴムを加圧して、含有されるマイクロ樹脂バルーンを破壊させ、さらにシリコーンゴムを加熱（二次硬化）することにより得られる。

ここで、加圧とは、マイクロ樹脂バルーンを破壊するためにシリコーンゴムに圧力をかけることを言う。破壊とは、通常は、マイクロ樹脂バルーンが割れた状態になることを言うが、例えば、ひび割れる又は収縮する等、加圧によりシリコーンゴムを硬化する前の状態とは異なった状態になることも含む。本発明では、加圧によりマイクロ樹脂バルーンを破壊させることで、マイクロ樹脂バルーンの多くを割れた状態にすることができる。

マイクロ樹脂バルーンが破壊すると、マイクロ樹脂バルーンが存在していた部分は空隙となる。即ち、マイクロ樹脂バルーンの破壊で形成された空隙とは、シリコーンゴムを加圧する前にはマイクロ樹脂バルーンが存在し、加圧した後にマイクロ樹脂バルーンが破壊されることで形成される空間をいう。

水は、シリコーンゴムを水の蒸発温度以上で加熱（一次硬化、二次硬化）することにより蒸発され、水が存在していた部分は空隙となる。即ち、水の蒸発で形成された空隙とは、水が蒸発してできた空間（気泡）をいう。

本発明では、シリコーンゴム原料に水を混合することにより、シリコーンゴムからマイクロ樹脂バルーンが剥がれやすくなり、加圧によりマイクロ樹脂バルーンが割れることによる破壊が一層促進される。即ち、水は、マイクロ樹脂バルーンとシリコーンゴムとの接着力を弱める作用を有する。さらに、水は、シリコーンゴムを二次硬化する際に、加熱により過熱水蒸気となり、破壊されたマイクロ樹脂バルーンの炭化を促進し、このマイクロ樹脂バルーンの炭化により隣接する空隙間を連通化していく。また、水は、加圧によりシリコーンゴム中に均等に分散されるため、マイクロ樹脂バルーンの炭化及び空隙間の連通化は、弾性層全体に亘って均等に生じる。これにより、弾性層１１は、弾性層全体に亘って連泡化される。このような連泡化により、弾性層１１は低硬度及び低熱容量となり、弾性層１１を具備する加圧ロール１は圧縮永久歪が優れたものとなる。

加圧ロール１を構成する芯体１０は、金属又は樹脂材料からなる。金属又は樹脂材料は、加圧ロール１の芯体として用いることができるものであれば、特に制限はない。また、芯体１０の形状についても制限はなく、中空であっても、中空でなくてもよい。

弾性層１１を構成するシリコーンゴムは、加熱により硬化して弾性体を生成するシリコーンゴムであれば特に制限されない。具体的には、液状シリコーンゴムやミラブル型シリコーンゴムが挙げられるが、液状シリコーンゴムが好ましい。このようなシリコーンゴムは市販されているものを用いることができ、勿論、２種類以上を併用してもよい。

マイクロ樹脂バルーンは、液化ガス又はガスを熱可塑性高分子殻で包み込んだものである。本実施形態で用いるマイクロ樹脂バルーンは、シリコーンゴム原料を一次硬化した後、シリコーンゴムを加圧することにより、マイクロ樹脂バルーンの熱可塑性高分子殻が破壊され、空隙を形成する。

加圧の強さは、マイクロ樹脂バルーンを破壊できる強さであれば特に制限はなく、マイクロ樹脂バルーンの種類等により適宜選択することができる。具体的に、加圧力は、５ＭＰａ〜３０ＭＰａが好ましく、１０ＭＰａ〜２５ＭＰａがより好ましい。加圧方法としては、水、油等の液体による加圧や、空気、ヘリウム、窒素、二酸化炭素、水素及び酸素等の気体による加圧が挙げられる。これらの中でも液体による加圧が好ましく、特に水圧が好ましい。本実施形態では、水圧によりマイクロ樹脂バルーンを破壊する。

マイクロ樹脂バルーンの平均粒径は、未膨張のものは約６μｍ〜４５μｍ、既膨張のものは、約２０μｍ〜１３０μｍの範囲にある。マイクロ樹脂バルーンの破壊により形成された空隙の内径は、既膨張のマイクロ樹脂バルーンを用いた場合、破壊前の平均粒径と同程度となることが好ましい。例えば、平均粒径４０μｍ〜６０μｍの既膨張のマイクロ樹脂バルーンを用いた場合、破壊後の空隙の内径は、２０μｍ〜８０μｍの範囲で分布されることが好ましく、３０μｍ〜７０μｍの範囲で分布されることがより好ましい。

未膨張のマイクロ樹脂バルーンを用いた場合、破壊後の空隙の内径は、通常は破壊前の平均粒径より数倍〜数十倍大きくなる。例えば、平均粒径１０μｍ〜１６μｍの未膨張のマイクロ樹脂バルーンを用いた場合、破壊後の空隙の内径は、２０μｍ〜２００μｍの範囲で分布されることが好ましく、５０μｍ〜１００μｍの範囲で分布されることがより好ましい。

なお、本実施形態におけるマイクロ樹脂バルーンの平均粒径とは、レーザー回折散乱式粒度分布計により測定されたメジアン径（Ｄ５０）の値のことである。内径の分布とは、電子顕微鏡写真に基づき、マイクロ樹脂バルーン毎の空隙の内径を測定し、算出した範囲をいう。上述したマイクロ樹脂バルーンは、既膨張のものでも未膨張のものでも用いることができる。また、これらのマイクロ樹脂バルーンは、市販されているものを用いることができ、２種類以上を併用してもよい。なお、シリコーンゴム原料として液状シリコーンゴムを用いる場合は既膨張のマイクロ樹脂バルーンを用いるのが好ましく、ミラブル型シリコーンゴムを用いる場合は混練時にバルーンが破壊しにくい未膨張のマイクロ樹脂バルーンを用いるのが好ましい。

マイクロ樹脂バルーンの配合量は、水の配合量に応じて適宜選択することができる。通常、シリコーンゴム１００質量部に対して、１質量部〜１０質量部が好ましく、１質量部〜３質量部がより好ましい。これは、弾性層１１中でマイクロ樹脂バルーンが均一に安定して分散できる量である。なお、マイクロ樹脂バルーンの配合量が少なすぎると十分な耐久性が得られず、多すぎると粘度が上昇し成型が不可能になる。

シリコーンゴム原料に含有される水は、特に制限されず、例えば、精製水、蒸留水、イオン交換水及び水道水等を用いることができる。混合時の水の温度についても制限はない。水の配合量は、マイクロ樹脂バルーンの配合量に応じて適宜選択することができる。通常、シリコーンゴム１００質量部に対して、５質量部〜１００質量部が好ましい。これは、加圧によりマイクロ樹脂バルーンの割れが促進される量である。なお、水の配合量が少なすぎると、加圧によるマイクロ樹脂バルーンの割れや、割れたマイクロ樹脂バルーンの炭化が促進されず、水の配合量が多すぎるとシリコーンゴムが脆くなる原因となる。

弾性層１１の厚さは、例えば、０．５ｍｍ〜２０ｍｍであり、好ましくは、２ｍｍ〜６ｍｍである。これは、トナーの定着性を向上させ、画像の高画質化を図るためである。

離型層１２は、高い離型性の合成樹脂材料からなるのが好ましく、フッ素樹脂等を挙げることができる。フッ素樹脂としては、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（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）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等を挙げることができ、特にパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）が好ましい。離型層１２の厚さは、定着加圧ロールに高い離型性を付与できる厚さであれば、特に制限はないが、例えば、１μｍ〜１００μｍであり、好ましくは、３０μｍ〜７０μｍである。なお、離型層１２は設けなくてもよい。離型層１２を設けない場合は、例えば、後述する実施形態３に示すような定着ベルト２０の定着ロール３０Ａとして用いることが好ましい（図５参照）。

本発明によれば、マイクロ樹脂バルーンを加圧により破壊させることで、その多くを割れた状態に破壊させることができる。マイクロ樹脂バルーンの割れた状態への破壊は、シリコーンゴム中に含有される水の存在により、一層促進される。さらに、水は、二次硬化の際、水の加熱で発生する過熱水蒸気により、破壊されたマイクロ樹脂バルーンの炭化を促進し、隣接する空隙間を連通化していく。これにより、弾性層１１は、層全体に亘って連泡化され、低硬度及び低熱容量となり、加圧ロール１の圧縮永久歪は優れたものとなる。

次に、本実施形態の加圧ロールを製造する方法について以下に説明する。

本実施形態では、シリコーンゴム原料として液状シリコーンゴムを用いて加圧ロール１を製造する場合について例示する。まず、液状シリコーンゴムに、マイクロ樹脂バルーンと水とを混合して分散させ、シリコーンゴム組成物を調製する。

次に、金型に芯体１０を配置し、芯体１０の周りにシリコーンゴム組成物を充填し、シリコーンゴム組成物を加熱する（一次硬化）。具体的には、液状シリコーンゴムの硬化温度以上で、マイクロ樹脂バルーン殻、即ち、熱可塑性高分子の軟化温度以下で加熱し、マイクロ樹脂バルーンを破壊させずに、シリコーンゴム組成物を硬化させてシリコーンゴムとする。

次いで、シリコーンゴムを圧力容器に入れて水圧をかけて、マイクロ樹脂バルーンの多くを割れた状態に破壊させる。

ここで、水圧によるマイクロ樹脂バルーンの破壊工程について説明する。図２に、マイクロ樹脂バルーンが破壊される工程を説明するための概念図を示す。まず、一次硬化後のシリコーンゴム１０１を圧力容器１０２に入れ、圧力容器１０２を水で満たす（図２（ａ））。次に、圧力容器１０２内を水圧で加圧する。この水圧処理により、シリコーンゴム１０１は圧縮され、マイクロ樹脂バルーン１０３の多くが割れて空隙となる（図２（ｂ））。次に、圧力容器１０２を大気圧に戻し、水を抜く（図２（ｃ））。次いで、圧力容器１０２内からシリコーンゴム１０１を取り出し、恒温槽１０４にて加熱することで、圧縮されたシリコーンゴム１０１を元の状態に戻す（図２（ｄ））。シリコーンゴム１０１が元の状態に戻される際、マイクロ樹脂バルーン１０３が割れてできた空隙１０５は、膨張し、水圧がかけられる前にマイクロ樹脂バルーン１０３が存在していた部分は、図２（ｂ）に示す空隙よりも大きな空隙１０５となる。（図２（ｅ））。このようにしてシリコーンゴム１０１中のマイクロ樹脂バルーン１０３の多くを割れた状態に破壊させて空隙１０５を形成する。その後、シリコーンゴム１０１をさらに加熱する（二次硬化）。

次に、弾性層１１の周囲に離型層１２を形成する。離型層１２は、ＰＦＡチューブを用いる他、例えばコーティング液の塗布により形成してもよい。なお、一次硬化後のシリコーンゴム上に離型層１２を形成した後に、水圧処理及び二次硬化を行ってもよい。

水圧処理は、一次硬化後のシリコーンゴムに行うのが好ましいが、シリコーンゴム組成物の硬化（一次硬化）と同時、又は二次硬化後に行っても良い。また、水圧時の加圧条件及び加圧回数を適宜調整することにより、マイクロ樹脂バルーンの破壊のタイミングや破壊の状態を制御することが可能である。このように加圧方法及び加圧回数は制限されない。

次に、定着装置について説明する。図３に、本実施形態に係る定着装置の断面図を示す。図３に示すように、定着装置２は、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト２０と、加圧ロール１に対向する位置で定着ベルト２０を内側から加圧ロール１に対して押圧して所定のニップを形成する押圧部材２１と、定着ベルト２０を所定温度まで加熱する加熱手段２２とを具備するものである。

定着ベルト２０は、対向する加圧ロール１との圧接により所定のニップを形成できるものであればよく、例えば、シームレス電鋳ベルトを少なくとも一層有する金属基体と、金属基体の内周面に形成された摺動層と、金属基体の外周面に形成された弾性層と、弾性層の外周面に形成された離型層とからなる。

押圧部材２１は、ゴム等の弾性体、樹脂及び金属等から構成される。表面には、必要に応じてフッ素樹脂等からなる層が形成されることや、摺動シートや溝等が設けられることもある。なお、摺動シートの表面に凹凸加工が施されていてもよい。

加熱手段２２は、定着ベルト２０を加熱できるものであればよく、定着ベルト２０の外側に設けられていてもよい。加熱手段２２としては、ハロゲンヒーター、電熱線ヒーター、赤外線ヒーター、励磁コイル（熱源）による電磁誘導発熱等を挙げることができる。なお、加熱手段２２は、押圧部材２１に内蔵されていてもよい。

本実施形態に係る定着装置２は、圧縮永久歪に優れ、低硬度及び低熱容量の加圧ロール１を具備するものである。これにより、耐久性に優れた信頼性の高い定着装置を実現することができる。

（実施形態２）
実施形態２では、定着加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。なお、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に、実施形態２に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図を示す。図４に示すように、定着装置２Ａは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト２０と、押圧部材の代わりに、定着ベルト２０を内側から加圧ロール１に対して押圧する定着ロール３０とを具備する。定着ロール３０には、図示されない加熱手段が外側に配置されている。本実施形態の定着加圧ロールは、図４に示す定着ロール３０としても、加圧ロール１としても使用することができる。

（実施形態３）
実施形態３では、定着加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。なお、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に、実施形態３に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図を示す。図５に示すように、定着装置２Ｂは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト２０と、定着ベルト２０を内側から加圧ロール１に対して押圧する定着ロール３０Ａと、加熱手段２２を内蔵する加熱ロール２３とを具備する。定着ベルト２０の内側には、定着ロール３０Ａと加熱ロール２３とが配置され、これらの定着ロール３０Ａと加熱ロール２３とで定着ベルト２０を回転駆動するものである。本実施形態の定着加圧ロールは、図５に示す定着ロール３０Ａとしても、加圧ロール１としても使用することができる。

（実施形態４）
実施形態４では、定着加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に、実施形態４に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の断面図を示す。図６に示すように、定着装置２Ｃは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ロール３０Ｂとを具備する。定着ロール３０Ｂには、図示されない加熱手段が内蔵されている。本実施形態の定着加圧ロールは、図６に示す定着ロール３０Ｂとしても、加圧ロール１としても使用することができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明を限定するものではない。
（実施例１）
以下の手順で、加圧ロール１を製造した。液状シリコーンゴム（東レダウコーニング製：ＤＹ３５−７９６）１００質量部に、マイクロ樹脂バルーン（松本油脂製薬製：Ｆ−６５ＤＥ、既膨張、平均粒径４０〜６０μｍ）２質量部と、精製水３０質量部とを混合し、ホバートミキサーにて３分間×２回攪拌して脱泡し、シリコーンゴム組成物を調製した。

次に、液状シリコーンゴム用プライマー（モメンティブ製：ＸＰ８１−４０５）を塗布乾燥した直径１８ｍｍの鉄製芯体を下フランジに立て、金型と上フランジを載せ固定した。その後、下フランジ側から注型機にて調製したシリコーンゴム組成物を金型に注ぎ込み、９０℃の恒温槽に１．５時間入れて加熱し、シリコーンゴムを作製した（一次硬化）。その後、冷却して脱型した。脱型したシリコーンゴムを圧力容器に入れ、圧力容器を水で満たし、２０ＭＰａの水圧で１０分間圧縮した後、水を除いて大気圧に戻した。次いで、シリコーンゴムをさらに２３０℃の恒温槽で８時間加熱した（二次硬化）。その後、シリコーンゴムの表面を研磨して形状を整え、接着剤（信越化学工業製：ＫＥ−１８８０）を押上げ塗装にて塗布し、金型にて拡張したＰＦＡチューブを被覆した後、１５０℃×３０分、２００℃×４時間加熱し、寸法カットを行った。これにより、芯体１０と、シリコーンゴムからなる弾性層１１と、ＰＦＡチューブからなる離型層１２とを備えた外径φ３０ｍｍの加圧ロール１を得た。

また、加圧ロール１の作製と共に、以下の手順でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。実施例１と同様の手順で調製したシリコーンゴム組成物を、１２ｍｍ厚のテストピース型に流し込み、９０℃の恒温槽に１．５時間入れて加熱し、テストピースを作製した（一次硬化）。その後、脱型したテストピースを圧力容器に入れ、圧力容器を水で満たし、２０ＭＰａの水圧で１０分間圧縮した後、水を除いて大気圧に戻した。次いで、２３０℃の恒温槽で８時間加熱した（二次硬化）。

（実施例２）
実施例２では、離型層１２を設けない以外は実施例１と同様の工程で定着ロールを作製した。

（実施例３）
実施例３では、精製水５０質量部を混合した以外は実施例１と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（実施例４）
実施例４では、マイクロ樹脂バルーン３質量部を混合した以外は実施例１と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（実施例５）
実施例５では、マイクロ樹脂バルーン１質量部と精製水１０質量部とを混合した以外は実施例１と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（実施例６）
実施例６では、精製水６０質量部を混合した以外は実施例５と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（比較例１）
比較例１では、水圧処理を行わない以外は実施例４と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（比較例２）
比較例２では、精製水を混合しない以外は実施例４と同様の工程で加圧ロール１及びシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（比較例３）
比較例３では、水圧処理を行わず、精製水を混合しない以外は実施例４と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（比較例４）
比較例４では、水圧処理を行わない以外は実施例５と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（比較例５）
比較例５では、マイクロ樹脂バルーン５質量部を混合し、水圧処理を行わない以外は実施例４と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（比較例６）
比較例６では、マイクロ樹脂バルーン５質量部と精製水６０質量部を混合し、水圧処理を行わない以外は実施例４と同様の工程でシリコーンゴムからなるテストピースを作製した。

（試験例１）
実施例１，３〜６、比較例１〜６に基づき作製したテストピース（以下、「弾性体」と言う。）の圧縮永久歪（Ｃ／Ｓ）、アスカーＣ硬度及び比重を測定した。また、弾性体の割れの有無を目視で確認した。

圧縮永久歪は、下記式１を使用して、１８０℃×２２時間、２５％圧縮した後解放し、３０分経過後の寸法変化から算出した。

［式１］
（試験片（弾性体）の元の厚さ−試験後の試験片の厚さ）／（試験片の元の厚さ−スペーサの厚さ）

アスカーＣ硬度の測定はアスカーＣ硬度計（高分子計器社製）を用いて行った。比重の測定は電子比重計ＭＤ−２００Ｓ（Ａ＆Ｄ製）を用いて行った。弾性体の比重は、液状シリコーンゴム及びマイクロ樹脂バルーンの重量と容積をそれぞれ算出し、単位容積あたりの重量として算出した。

表１に、実施例１，３〜６、比較例１〜６の弾性体の構成、圧縮永久歪、アスカーＣ硬度及び比重の測定結果、弾性体の割れの有無の結果を示す。弾性体の割れは、割れが発生しなかった場合を○、発生した場合を×とした。

実施例１，３〜６の弾性体は、いずれも割れが発生せず、加工性に優れたものであることがわかった。また、実施例１，３〜６の弾性体は、いずれも圧縮永久歪及び硬度が低くなった。詳述すると、実施例４と比較例１の比較から、水圧処理を行うことで圧縮永久歪及び硬度が共に低くなった。同様に、実施例５と比較例４の比較から、水圧処理を行うことで硬度が低くなった。これは、水圧処理によりマイクロ樹脂バルーンの多くが割れた状態に破壊されたためである。

また、実施例４と比較例２の比較から、精製水を含有することにより、圧縮永久歪及び硬度はより一層低くなることがわかった。具体的には、実施例４の弾性体の圧縮永久歪は、比較例２と比べて、約１／３、硬度は１／２以下に小さくなった。これは、精製水の存在により、マイクロ樹脂バルーンがシリコーンゴムから剥がれやすくなり、割れた状態への破壊が一層促進されたためである。さらに、二次硬化の際に精製水から発生した過熱水蒸気がマイクロ樹脂バルーンの炭化を促進し、隣接する空隙間を連通化した結果、圧縮永久歪及び硬度が一層低下したものと考えられる。なお、マイクロ樹脂バルーンの炭化は、後述する試験例２のマイクロスコープの観察で確認されている。

また、実施例１，３，４，６の弾性体の比重については、比較例１〜３，６と比べて、大きな差は認められなかったが、いずれの弾性体も、加圧ロールとしての定着性能を十分に発現できる程、比重が低いことが確認された。実施例５の弾性体については、比重が若干大きくなったが、割れが発生せず、圧縮永久歪（６％）が極めて優れたものとなった。

（試験例２）
実施例１及び比較例１の弾性体の断面を観察した。また、実施例１及び比較例３の弾性体については、断面をマイクロスコープで観察した。図７（ａ），（ｂ）に、実施例１及び比較例１の弾性体の断面写真を示し、図８（ａ），（ｂ）に、実施例１及び比較例３の弾性体の断面写真を示す。

図７（ａ）に示すように、精製水を含有し、且つ水圧処理を行った実施例１の弾性体は、断面の色が均一であり、均質な層が形成されていることが確認された。このような均質な層の形成は、水圧処理により、シリコーンゴム中の精製水が均一に分散され、マイクロ樹脂バルーンの炭化及び空隙間の連通化が均等に生じたことに起因すると考えられる。一方、精製水を含有するが、水圧処理を行わなかった比較例１の弾性体は、図７（ｂ）に示すように、断面の色がまだらであり、均質な層が形成されていないことがわかった。

図８（ａ）に示すように、実施例１の弾性体は、マイクロ樹脂バルーンの多くが割れた状態に破壊されていることがわかった。また、割れた状態に破壊されてできた空隙は均等に分散され、これらの空隙間が水の蒸発による微細な空隙によって連通化されている様子が確認された。また、黒点が数多く観察出来たことから、マイクロ樹脂バルーンが炭化されていることが確認された。

一方、精製水を含有せず、且つ水圧処理を行わなかった比較例３の弾性体は、図８（ｂ）に示すように、マイクロ樹脂バルーンが破壊されずにそのままの状態で分散され、マイクロ樹脂バルーンの間は連通化されていないことがわかった。また、黒点はほとんど認められなかった。

以上の結果から、シリコーンゴムに精製水を含有し、且つ水圧処理を行うことにより、弾性体は連通化され、低硬度及び低熱容量となることがわかった。また、試験例１の結果と併せると、このような連通化により圧縮永久歪を向上できることがわかった。

（試験例３）
実施例１、比較例２の加圧ロール及び実施例２の定着ロールについて、初期の熱膨張率を測定した。熱膨張率の測定は、実施例１、比較例２の加圧ロール及び実施例２の定着ロールを評価機に取り付け、圧縮率４０％、１５０℃に加熱した状態で線速３００ｍｍ／ｓｅｃで、５５分間、回転させることにより行った。図９に、実施例１、比較例２の加圧ロール及び実施例２の定着ロールの熱膨張率と時間との関係を示す。図９に示すように、離型層を有する実施例１の加圧ロール及び離型層がない実施例２の定着ロールは、どちらも弾性層１１中のマイクロ樹脂バルーンの破壊でできた空隙間が連通化しているため、試験開始時の初期の熱膨張率が、実施例１では１５％未満、実施例２では１０％未満と小さい値となった。一方、精製水を混合せず、空隙間が連通化していない比較例２の加圧ロールでは、僅か２０分程で熱膨張が２０％と大きくなった。

以上の結果から、精製水を混合し、空隙間が連通化している実施例１の加圧ロール及び実施例２の定着ロールは、初期の熱膨張率をそれぞれ１５％未満、１０％未満に抑制でき、加熱によるロール外径変化を小さくできることがわかった。

（試験例４）
実施例１の加圧ロール及び実施例２の定着ロールについて、反力及び熱膨張率を測定した。反力及び熱膨張率の測定は、実施例１では測定時間を４２０時間とし、実施例２では測定時間を５００時間とした以外は試験例３と同様に行った。図１０に、実施例１の加圧ロールの反力及び熱膨張率と時間との関係を示し、図１１に、実施例２の定着ロールの反力及び熱膨張率と時間との関係を示す。

離型層を有する実施例１の加圧ロールは、４２０時間経過後も反力変化が少なかった。また、熱膨張率は、試験開始時の初期から４２０時間経過後も１５％未満のままであった。これにより、加熱によるロール外径変化を長時間小さくできることがわかった。

離型層がない実施例２の定着ロールは、実施例１の加圧ロールよりも反力及び熱膨張率がさらに優れたものとなった。具体的には、実施例２の定着ロールは、５００時間経過後も反力変化が少なく、熱膨張率は、試験開始時の初期から５００時間経過後も僅か１０％未満のままであった。

以上の結果から、精製水を混合し、空隙間が連通化している加圧ロール及び定着ロールは、長時間経過しても反力が低下せず、加熱による外径変化もないため、高い耐久性を備えた優れた材料からなることがわかった。

１ 加圧ロール
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 定着装置
１０ 芯体
１１ 弾性層
１２ 離型層
２０ 定着ベルト
２１ 押圧部材
２２ 加熱手段
２３ 加熱ロール
３０，３０Ａ，３０Ｂ 定着ロール
１０１ シリコーンゴム
１０２ 圧力容器
１０３ マイクロ樹脂バルーン
１０４ 恒温槽
１０５ 空隙

Claims (5)

1. 定着装置の定着部に用いられ、芯体と、該芯体の周囲に設けられた弾性層とを具備する定着加圧ロールの製造方法であって、
   前記弾性層は、シリコーンゴム原料と、マイクロ樹脂バルーンと、水とを混合した後、前記シリコーンゴム原料を一次硬化及び二次硬化することにより形成され、
   前記一次硬化されたシリコーンゴムを加圧する工程、前記一次硬化と同時にシリコーンゴムを加圧する工程及び前記二次硬化されたシリコーンゴムを加圧する工程の少なくとも一方を含み、前記加圧により前記マイクロ樹脂バルーンの破壊で形成された空隙と、前記水の蒸発で形成された空隙とを含む前記弾性層を具備する定着加圧ロールとすることを特徴とする定着加圧ロールの製造方法。
2. 請求項１に記載する定着加圧ロールの製造方法において、
   前記加圧は、水圧であることを特徴とする定着加圧ロールの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載する定着加圧ロールの製造方法において、
   前記弾性層の周囲に設けられた離型層を具備する定着加圧ロールとすることを特徴とする定着加圧ロールの製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載する定着加圧ロールの製造方法において、
   前記一次硬化の温度が、前記シリコーンゴム原料の硬化温度以上で、前記マイクロ樹脂バルーンの殻の軟化温度以下であることを特徴とする定着加圧ロールの製造方法。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載する定着加圧ロールの製造方法を具備することを特徴とする定着装置の製造方法。