JP6439917B2 - 定着・加圧ロールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、定着・加圧ロールの製造方法に関する。

複写機、プリンターの定着部に使用されるローラは、鉄、アルミ等の金属製芯金、弾性層（シリコーンゴム）で構成されたローラ（以下、定着ローラ）や、芯金、弾性層、離型層（フッ素樹脂チューブ）で構成されたローラ（以下、加圧ローラ）等がある。このような定着加圧ローラにおいては、弾性層には低硬度で定着幅を広く確保し、対向する定着ローラや定着ベルトに内蔵される熱源から熱を奪い難い、低熱容量の発泡シリコーンゴムが広く用いられている。

例えば、熱硬化型シリコーンゴム組成物（ミラブルシリコーンゴム）に、加硫剤としての過酸化物パラメチルベンゾイルパーオキサイド及び発泡剤としてのアゾビスイソブチロニトリルを配合し、加硫、発泡成形させてなるシリコーンスポンジ層を有する加圧ローラが提案されている（特許文献１参照）。

このような発泡シリコーンゴムは、ベースとなるゴムに予め発泡剤を配合し加熱によるガス化で発泡させる化学発泡を用いているが、成形、加硫工程で種々の問題が生じる。すなわち、未加硫シリコーンゴムを押し出し成形した後、一次加硫、二次加硫を行うが、芯金近傍に大きな気泡が発生し、界面剥離やゴムの強度低下が生じるという問題がある。これは押し出し成形後、一次加硫までの時間が長いと顕著に表れる現象である。すなわち、製造工程の状態で、成形後の放置時間にはばらつきがでる可能性があるが、これにより、発泡の状態が大きく変化するという問題があった。

一方、未加硫ゴムの混練り押し出しを減圧下で行うベント式押し出し機を用いて押出し成形直後に一次加硫を行うと、化学発泡剤による発泡が生じないという問題がある。

このような背景から発泡シリコーンゴムの成形を容易に行うことができる手法が求められる。

特開２００３−３４５１５８号公報

本発明は、このような事情に鑑み、比較的容易に定着・加圧ロールを得ることができる定着・加圧ロールの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明の第１の態様は、化学発泡剤を配合した未加硫シリコーンゴムを減圧状態で成形する成形工程と、前記成形工程後、常温〜４０℃の温度で３時間〜２４時間放置する放置工程と、前記放置工程後、前記未加硫シリコーンゴムを加硫して発泡シリコーンゴムからなる弾性層とする加硫工程とを具備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。

第１に記載する定着・加圧ロールの製造方法において、前記弾性層の表面に離型層を設ける離型層形成工程を具備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。

本発明によれば、比較的容易に芯金界面に異常発泡を来たさない定着・加圧ロールを製造できる定着・加圧ロールの製造方法が実現される。

実施形態１に係る加圧ロールの横断面図及び縦断面図である。 実施形態１に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。 実施形態２に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。 実施形態３に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。 実施形態４に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。 実施例及び比較例の芯金界面の観察写真である。

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）
本発明で製造される定着・加圧ロールの構成について説明する。かかる定着・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１１と、芯体１１の周囲に設けられた弾性層１２と、弾性層１２の周囲に設けられた離型層１３とを具備する。

本発明に係る弾性層１２は、シリコーンゴム原料と、化学発泡剤とを混合した後、減圧下で押し出し成形し、その後、所定時間放置した後、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。

加圧ロール１を構成する芯体１１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１１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１２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、ミラブルシリコーンゴムを用いる。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。

化学発泡剤は、特に限定されないが、例えば、１，１−アゾビス（シクロヘキサン−１−メチルカルボキシレートを用いることができる。化学発泡剤の配合量は、特に限定されないが、例えば、未加硫ゴム原料１００質量部に対して、３〜８質量部配合すればよい。

離型層１３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１３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、１０μｍ〜１００μｍであり、好ましくは、２０μｍ〜５０μｍである。なお、離型層は設けなくてもよい。

本発明に係る定着・加圧ロールによれば、ロール全体に亘り低硬度且つ軸方向の硬度のばらつきが少ない弾性層１２を具備するため、定着部での定着幅を広く確保でき、トナーの定着性を向上させることができる。

ここで、本発明に係る定着・加圧ロールの製造方法について説明する。

本発明の定着・加圧ロールの製造方法は、化学発泡剤を配合した未加硫シリコーンゴムを減圧状態で成形する成形工程と、前記成形工程後、所定時間放置する放置工程と、前記放置工程後、未加硫シリコーンゴムを加硫して発泡シリコーンゴムからなる弾性層とする発泡硬化工程とを具備する。

未加硫シリコーンゴムは、ミラブル型シリコーンゴムに化学発泡剤と加硫剤、さらには必要な添加剤を加えて調製する。このようなミラブル型未加硫シリコーンゴムを減圧状態で成形する。

この成形工程後、所定時間放置する放置工程と、放置工程後、未加硫シリコーンゴムを発泡硬化させて発泡シリコーンゴムからなる弾性層とする発泡硬化工程とを具備する。

上述したように、常圧下で押し出し成形した場合、その後、長時間放置すると、特に、芯金との界面付近に気泡が発生し、その後、発泡硬化しても、均一な発泡体が製造できなくなる。一方、減圧状態、すなわち、例えば、ベント成形機を用いて押し出し成形すると、化学発泡剤が発泡しなくなるが、その後の所定時間放置することにより、発泡が可能となる。なお、減圧条件は、例えば、−０．０９ＭＰａとすればよい。

このように本発明では、減圧状態で成形した未加硫シリコーンゴムは、所定時間放置した後、加硫すると、所定時間放置しないものと比較して、正常に発泡し、微細化したセルを有する発泡体が成形できることが初めて知見された。

すなわち、成形後の放置工程の放置時間は、化学発泡の発泡が可能になるまでである。また、放置する温度は特に限定されないが、加硫反応が進行しない条件で行うのが好ましく、例えば、５〜４０℃の条件下で、３時間以上行えばよい。

このように減圧状態で成形した後、所定時間放置した未加硫シリコーンゴムは一次加硫させ、さらに、その後、二次加硫させることにより、所定の弾性層１２となる。

一次加硫、二次加硫条件は、原材料によって異なり、特に制限されない。

一次加硫条件は、例えば、１５０〜３００℃で１５〜９０分程度であり、二次加硫条件は例えば、２００〜２５０℃で５〜２０時間程度である。

本発明の弾性層１２は、減圧成形後、所定時間放置後、発泡すると共に一次加硫するので、定着・加圧ロールとして有用なものとなる。

なお、弾性層１２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。

次に、弾性層１２の周囲に、ＰＦＡチューブ等からなる離型層１３を周囲に形成する。離型層１３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、弾性層と離型層を一体成形せずに、別工程で製造しても、ロール硬度が低く且つ軸方向の硬度のばらつきが少ない低熱容量の定着・加圧ロールを製造できることは言うまでもない。

次に、本発明の製造方法で製造された定着・加圧ロールが用いられる定着装置について説明する。

かかる定着装置１０は、画像形成装置に搭載されるものであり、未定着トナー像を熱と圧力で記録媒体に定着させるものである。

図２は、本実施形態に係る定着装置を示す模式的断面図である。図２に示すように、定着装置１０は、実施形態１に係る加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト１４と、加圧ロール１に対向する位置で定着ベルト１４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部を形成する押圧部材１５と、定着ベルト１４を所定温度まで加熱する加熱手段１６とを具備するものである。

定着ベルト１４は、対向する加圧ロール１との圧接により所定のニップ部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１５は、ゴム等の弾性体及び樹脂、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たり、摺動シートや溝等が設けられることもある。また、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１６は、定着ベルト１４を加熱できるものであればよく、定着ベルト１４の外側に設けられていてもよい。加熱手段１６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１６は、押圧部材１５に内蔵されていてもよい。

本発明の定着装置１０は、ロール硬度が低く且つ軸方向の硬度のばらつきが少ない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、定着部において、定着幅を広く確保し、トナーの定着性を向上できる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３は、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模式的断面図である。図３に示すように、定着装置１０Ａ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１４と、押圧部材の代わりに、定着ベルト１４を内側から加圧ロール１に対して押圧する定着ロール１Ａとを具備するものである。定着ロール１Ａには、図示されないが、加熱手段は外側に配置されている。本発明の定着・加圧ロールは、図４に示す定着ロール１Ａ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、インナー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は、実施形態３に係るインナーロール及び加圧ロールを具備する定着装置の模式的断面図である。

図４に示すように、定着装置１０Ｂ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１４と、定着ベルト１４を内側から加圧ロール１に対して押圧するインナーロール１Ｂと、加熱手段を内蔵する加熱ロール１７とを具備するものである。定着ベルト１４の内側には、インナーロール１Ｂと加熱手段を内蔵する加熱ロール１７とが配置され、インナーロール１Ｂと加熱ロール１７とで定着ベルト１４を回転駆動するものである。本発明の定着・加圧ロールは、図４に示すインナーロール１Ｂ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５は、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模式的断面図である。

図５に示すように、定着装置１０Ｃ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１Ｃとを具備するものである。定着ロール１Ｃには、図示されないが、加熱手段が内蔵されている。本発明の定着・加圧ロールは、図５に示す定着ロール１Ｃ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、実施例を参照しながら、本発明をさらに説明する。

（実施例１）
ミラブル型シリコーンゴムＸ−３０−４０３７−Ｕ（信越化学工業社製）１００質量部に、加硫剤Ｃ−２５Ｂ（信越化学工業社製）３質量部、触媒としてＣ−２５Ａ（信越化学工業社製）０．５質量部、発泡剤としてＫＥ−Ｐ−２６（信越化学工業社製）５質量部、着色剤０．５質量部を加えた未加硫シリコーンゴム原料を混練りローラで練る。一方、プライマーを塗布した、直径２０ｍｍの芯金を用意した。芯金をベント押し出し成形機にセットし、未加硫シリコーンゴムを芯金の周りに押し出し成形した。ベント押し出し成形機の減圧状態はゲージ圧読みで−０．１ＭＰａであり、押し出した成形未加硫シリコーンゴムの直径は３４．５ｍｍである。

常温（２５℃）で６時間放置後、２５０℃で１時間一次加硫し、次いで、２１０℃で１０時間二次加硫した。

二次加硫後、弾性体を軸方向の寸法カットと表面のゴム研磨を行って定着・加圧ロールとした。定着・加圧ロールの直径は、４０ｍｍであった。

（実施例２）
常温（２５℃）で２４時間放置した以外は、実施例１と同様にして定着・加圧ロールを得た。

（実施例３）
常温（２５℃）で７２時間放置した以外は、実施例１と同様にして定着・加圧ロールを得た。

（実施例４）
４０℃環境下に２４時間放置した以外は、実施例１と同様にして定着・加圧ロールを得た。

（実施例５）
４０℃環境下に７２時間放置した以外は、実施例１と同様にして定着・加圧ロールを得た。

（比較例１）
室温（２５℃）で３時間放置した以外は、実施例１と同様にして定着・加圧ロールを得た。

（比較例２）
ノンベント押し出し成形機を用いて成形した以外は、実施例１と同様にして定着・加圧ロールを得た。

（試験例）
実施例、比較例の定着・加圧ロールを軸に沿って切断し、断面を観察したところ、実施例１〜５の定着・加圧ロールは、軸に直交する方向、軸方向に亘って均一なセルを有するものであった。実施例１の芯金界面付近の断面観察写真を図６（ａ）に示す。

一方、比較例１の定着・加圧ロールは、化学発泡剤が正常に発泡しておらず、発泡体ではなかった。また、比較例２の定着・加圧ロールは、芯金近傍に大きな気泡が多く存在し、問題があるものであった。比較例２の芯金界面付近の断面写真を図６（ｂ）に示す。

１ 加圧ロール
１Ａ 定着ロール
１Ｂ インナーロール
１Ｃ 定着ロール
１０ 定着装置
１１ 芯体
１２ 弾性層
１３ 離型層
１４ 定着ベルト
１５ 押圧部材
１６ 加熱手段
１７ 加熱ロール

Claims (2)

1. 化学発泡剤を配合した未加硫シリコーンゴムを減圧状態で成形する成形工程と、前記成形工程後、常温〜４０℃の温度で３時間〜２４時間放置する放置工程と、前記放置工程後、前記未加硫シリコーンゴムを加硫して発泡シリコーンゴムからなる弾性層とする発泡硬化工程とを具備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、
   前記弾性層の表面に離型層を設ける離型層形成工程を具備することを特徴とする定着・加圧ロールの製造方法。