JP6748676B2

JP6748676B2 - 熱定着用ゴムローラ、および、その製造方法

Info

Publication number: JP6748676B2
Application number: JP2018129042A
Authority: JP
Inventors: 新司山崎; 祐司北嶋; 和久石川
Original assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Current assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: JP2020008683A

Description

本発明は、熱定着用ゴムローラ、および、その製造方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置（複写機、レーザビームプリンタなど）においては、一般に、転写材（普通紙、プラスチックフィルムなど）に転写されたトナーを定着させる定着方式として、熱定着方式が採用されている。熱定着方式においては、熱定着用ゴムローラが用いられており、トナー像の熱定着を行う際には、トナー像が転写された転写材に熱定着用ゴムローラのローラ面（外周面）がニップ部で接触する。

熱定着用ゴムローラは、円筒状の芯軸の外周面に、たとえば、弾性層と離型層とが順次設けられている。熱定着用ゴムローラにおいて、芯軸は、鉄、アルミニウムなどの金属材料で形成されている。弾性層は、十分な耐熱性の確保のために、たとえば、シリコーンゴムの多孔質体で形成されている。離型層は、トナーに対する離型性を備えるように、たとえば、フッ素樹脂で形成されている。

熱定着用ゴムローラにおいては、離型層が帯電することを防止するために、導電材料としてカーボンを離型層に添加することが提案されている。

特開平３−１６７５８４号公報特開２０１０−１３４２１３号公報

しかしながら、離型層にカーボンを添加した場合には、離型層の表面の平滑性が低下するため、トナーなどの物質が離型層の表面に汚れとして堆積しやすくなる。その結果、離型層の表面の汚れに起因して、転写材が汚れる場合がある。このため、離型層の帯電防止と、離型層の表面の汚れ防止との両者を十分に実現することが容易でない場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、離型層の帯電防止と、離型層の表面の汚れ防止との両者を容易に実現可能な、熱定着用ゴムローラ、および、その製造方法を提供することである。

本発明の熱定着用ゴムローラは、芯軸と、芯軸の外周面に設けられている弾性層と、芯軸の外周面に弾性層を介して設けられている離型層とを備える。離型層は、前記熱定着用ゴムローラの抵抗が１０ ^１２ Ω以下となるように５．０質量％より多く１０質量％以下のカーボンを含有する。離型層の外周面は、カットオフ波長λｃが３０μｍである条件で測定される算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下であると共に最大高さＲｚが０．３μｍ以下である。

本発明によれば、離型層の帯電防止と、離型層の表面の汚れ防止との両者を容易に実現可能な、熱定着用ゴムローラ、および、その製造方法を提供することができる。

図１は、実施形態に係る熱定着用ゴムローラを模式的に示す図である。図２は、実施形態に係る熱定着用ゴムローラを模式的に示す図である。

以下より、発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、発明は、図面の内容に限定されない。また、図面は、概略を示すものであって、各部の寸法比などは、現実のものとは必ずしも一致しない。その他、同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

［Ａ］構成
図１および図２は、実施形態に係る熱定着用ゴムローラを模式的に示す図である。図１は、熱定着用ゴムローラ１の側面を示しており、縦方向が熱定着用ゴムローラ１の回転軸ＡＸに沿った軸方向ｚである。図２は、図１に示す熱定着用ゴムローラ１においてＸ１−Ｘ１部分の断面を示しており、紙面に垂直な方向が軸方向ｚである。

図１および図２に示すように、熱定着用ゴムローラ１は、外形が円柱形状である加圧ローラ等であって、芯軸１０と弾性層３０と離型層４０とを有する。熱定着用ゴムローラ１を構成する各部について順次説明する。

［Ａ−１］芯軸１０
芯軸１０は、円筒形状の基材であって、金属材料で形成されている。ここでは、芯軸１０は、たとえば、鉄またはアルミニウムを用いて形成されている。

［Ａ−２］弾性層３０
弾性層３０は、芯軸１０の外周面に設けられており、シリコーンゴムを用いて形成されている。このシリコーゴムを用いた弾性層が多孔質であるかは特に問わないが、ここでは本実施形態として、弾性層３０は、シリコーンゴムを用いて形成された多孔質層であって、多数の孔を含んでいる。弾性層３０の厚みは、たとえば、１．０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下の範囲である。

［Ａ−３］離型層４０
離型層４０は、弾性層３０を介して芯軸１０の外周面を覆うように設けられている。離型層４０は、トナーに対する離型性を得るために、たとえば、フッ素樹脂などの離型性樹脂で形成されている。具体的には、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）などのフッ素樹脂が、離型性樹脂として好適に用いられる。離型層４０は、フッ素樹脂の他に、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂の離型性樹脂を用いて形成されていてもよい。離型層４０の厚みは、たとえば、１０μｍ以上、１００μｍ以下である。

本実施形態では、離型層４０は、４質量％以上１０質量％以下のカーボン（炭素の微粒子、つまり、カーボンブラック）を含有している。カーボンの含有割合が、上記範囲の下限値未満である場合には、一般的に導電領域とされる１０^１２Ω以下とする導電性が得られない。これに対して、カーボンの含有割合が、上記範囲の上限値を超える場合には、導電性は十分に得られるが、成型性が顕著に劣るだけでなく、表面平滑性が低下し、トナーなどの物質が離型層の表面に汚れとして堆積しやすくなる。

また、本実施形態では、離型層４０の外周面は、カットオフ波長λｃが３０μｍである条件で測定される算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下である。算術平均粗さＲａが上記の上限値を超えた場合には、トナーなどの物質が離型層４０の表面に汚れとして堆積しやすくなり、その結果、離型層４０の表面の汚れに起因して、転写材が汚れやすくなる。

これと共に、離型層４０の外周面は、カットオフ波長λｃが３０μｍである条件で測定される最大高さＲｚが０．３μｍ以下である。最大高さＲｚが上記の上限値を超えた場合には、表面平滑性が低下し、トナーなどの物質が離型層４０の表面に汚れとして堆積しやすくなる。

［Ｂ］製造方法
上記の熱定着用ゴムローラ１を製造するときに実行する各工程に関して、順次、説明する。

本実施形態において弾性層３０の形成を実行する際には、弾性層３０の原材料として、硬化性のシリコーンゴム組成物（たとえば、液状シリコーンゴム）を準備する。

つぎに、フッ素樹脂などの離型性樹脂を用いて押出成型で形成されたチューブを、円筒形状の金型（図示省略）の内面に装着する。そして、弾性層３０と離型層４０として機能するチューブとを接着させるために、接着剤をチューブの内周面に塗布する。

つぎに、芯軸１０を円筒形状の金型の内部に同軸に設置した後に、芯軸１０の外周面と離型層４０として機能するチューブの内周面との間に位置する空間に、上記のように準備したシリコーンゴム組成物を注入する。その後、シリコーンゴム組成物に関して硬化処理（１次加硫）を行うことによって、弾性層３０を形成する。そして、金型を冷却した後に、芯軸１０と弾性層３０と離型層４０とが一体となったワークを金型から取り出す。そして、そのワークに関して端面処理を行った後に、シリコーンゴムの圧縮永久歪を良化させるために、ワークについて２次加硫を行う。このようにして、熱定着用ゴムローラ１を作製する。

なお、チューブの内周面について、プライマーを塗布する処理、化学エッチングなどによる粗面化処理を施してもよい。その他、離型性樹脂で形成されたチューブを用いる場合の他に、離型性樹脂を塗布することによって、離型層４０の形成を行ってもよい。

つぎに、離型層４０の外周面について溶融処理を行う（溶融工程）。

溶融処理の方法として、例えば一つの方法としては、６００℃まで加熱可能な恒温槽に穴を空け、その恒温槽に穴から溶融処理前の熱定着用ゴムローラ１を挿入して、その熱定着用ゴムローラ１を回転しながら加熱する方式がある。また別の方法としては、弾性層３０へのダメージを出来るだけ低減し、高温短時間での処理が可能とする赤外線ランプによるイメージ炉にて加熱する方式がある。

本実施形態では、赤外線ランプによるイメージ炉にて加熱する方式にて溶融処理を行った。これは、カーボンが黒色であるため、赤外線をカーボンが吸収し易いので、弾性層３０に余計な熱を伝えることなく、離型層４０であるチューブを効率的に加熱するためである。本実施形態では、イメージ炉としては、たとえば、アドバンス理工株式会社製Ｐ６１６Ｃを用いる。加熱を周方向で均一に行う為、たとえば、溶融処理前の熱定着用ゴムローラ１を６０ＲＰＭで回転しながら加熱を行う。

本実施形態では、離型層４０の外周面について、カットオフ波長λｃが３０μｍである条件で測定される算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下であると共に最大高さＲｚが０．３μｍ以下になるように、溶融処理を行う。溶融処理の条件としては、２．０ｋＷ以上６．０ｋＷ以下の条件で、１０秒以上８０秒以下、溶融処理を実行することが好ましい。これは、離型層４０を構成するＰＦＡチューブの表面の温度が融点（３００℃）以上になるものの、離型層４０の外周側に位置する部分のみが溶融するように、溶融処理を実行することが可能とするためである。

上記条件の範囲を超えると、離型層４０全体が溶融するだけでなく、弾性層３０に余計な熱が伝わり特定の弾性が得られないものとなる。

つまり、上記条件の範囲にて溶融処理を行うことにより、弾性層３０の特性に影響を与えることなく、離型層４０の表面の平滑性を得ることが可能となる。

なお、６００℃まで加熱可能な恒温槽に穴を空け、その恒温槽に穴から溶融処理前の熱定着用ゴムローラ１を挿入して、その熱定着用ゴムローラ１を回転しながら加熱する方式の場合、離型層４０であるチューブの表面が、ＰＦＡの融点（３００℃）以上となる様に、４００℃以上８００℃以下の条件で、１０秒以上８０秒以下、溶融処理を実行することが好ましい。

［Ｃ］まとめ
詳細については後述の実施例等で説明するが、以上の実施形態では、離型層４０の帯電防止と、離型層４０の表面の汚れ防止との両者を容易に実現可能な、熱定着用ゴムローラ１、および、その製造方法を提供することができる。

以下より、熱定着用ゴムローラ１の実施例および比較例に関して表１を用いて説明する。表１では、実施例および比較例の概要を示している。なお、理解を容易にするため、実施例および比較例の説明では、上記の実施形態と同様に、各部に符号を付している。

［１］試料の作製
［１−１］実施例１
本例の熱定着用ゴムローラ１を作製する際には、まず、外径１３ｍｍの円筒形状の芯軸１０を準備した。

つぎに、芯軸１０の外周面に弾性層３０を形成した。ここでは、まず、硬化性のシリコーンゴム組成物である絶縁性ＬＴＶシリコーンゴム（メーカ：信越化学工業株式会社）を弾性層３０の原材料として準備した。

つぎに、離型層４０として、カーボン含有のＰＦＡ（メーカ：三井デュポンフロロケミカル社）を押出成形することで形成したＰＦＡチューブ（カーボン含有割合：５．８質量％）を、円筒形状の金型の内面に装着した。

そして、芯軸１０を円筒形状の金型の内部に同軸に設置した後に、芯軸１０の外周面とＰＦＡチューブの内周面との間に位置する空間に、その準備したシリコーンゴム組成物を注入した。その後、温度が１２０℃であって加熱時間が１時間である条件で、シリコーンゴム組成物に関して１次加硫（硬化）を行うことで、弾性層３０を形成した。そして、芯軸１０と弾性層３０と離型層４０とが一体となったワークを金型から取り出した後に、温度が２００℃であって加熱時間が４時間である条件で２次加硫を行った。

その後、離型層４０の外周面について溶融処理を行った。ここでは、表１に示す溶融処理条件で、溶融処理を実行した。

［１−２］その他の実施例、参考例、比較例
実施例２では、表１に示すように、溶融処理条件が異なる点を除き、実施例１と同様に、熱定着用ゴムローラ１の作製を実行した。参考例では、表１に示すように、カーボン含有割合および溶融処理条件が異なる点を除き、実施例１と同様に、熱定着用ゴムローラ１の作製を実行した。比較例１では、溶融処理を実行しない点を除き、実施例１と同様に、熱定着用ゴムローラ１の作製を実行した。比較例２および比較例３では、カーボン含有割合が異なる点を除き、実施例１と同様に、熱定着用ゴムローラ１の作製を実行した。

［２］結果
［２−１］算術平均粗さＲａ，最大高さＲｚの測定
各例の熱定着用ゴムローラ１を構成する離型層４０の外周面に関して、算術平均粗さＲａ、および、最大高さＲｚの測定を行った。ここでは、ＪＩＳＢ０６０１−２００１に基づいて、カットオフ波長λｃが３０μｍである下記条件で、算術平均粗さＲａ、および、最大高さＲｚの測定を行った。

［条件］
・測定ピッチ：０．２μｍ
・測定速度：５０μｍ／ｓｅｃ
・基準長さ：２５０．０μｍ
・区間数：５
・カットオフ波長λｃ：３０μｍ
・フィルタ：ガウシアン
・評価長さ：１２５０．０μｍ

表１に示すように、実施例１，２、参考例、および、比較例２の離型層４０の外周面は、カットオフ波長λｃが３０μｍである条件で測定される算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下であると共に最大高さＲｚが０．３μｍ以下であった。これに対して、比較例１，３の離型層４０の外周面は、カットオフ波長λｃが３０μｍである条件で測定される算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下でなく、最大高さＲｚが０．３μｍ以下でなかった。

［２−２］離型層４０の導電性に関する試験結果
上記した各例に関して、離型層４０の帯電に関する試験として、抵抗を測定した。

具体的には、２０ｍｍ幅の金属平板を２枚用意し、その２枚の金属平板を絶縁物の板の上に１８０ｍｍの間隔で離して配置する。デジタル高抵抗／微少電流計（株式会社アドバンテスト製，Ｒ８３４０Ａ）を２枚の金属平板に繋げる。そして、その２枚の金属平板上に測定対象として熱定着用ゴムローラ１を載せる。２枚の金属平板間に５００Ｖの電圧を印加して、各例の熱定着用ゴムローラ１に関して抵抗を測定した。

その結果、実施例１，２においては、ローラ抵抗が１Ｅ＋１２Ω以下（つまり、１０^１２Ω以下）であり、十分な導電性が得られることが判った。これに対して、比較例１から３のうち、比較例２に関しては、ローラ抵抗が１Ｅ＋１２Ωを超えており、導電性が不十分であった。

［２−３］離型層４０の表面の汚れに関する試験結果
上記した各例に関する離型層４０の表面の汚れに関する試験として、上記で作った熱定着用ゴムローラ１をマシンに組み込んだ状態で、連続通紙試験を行った。

具体的には、レーザープリンター（ＨＰＬＡＳＥＲＪＥＴＭ５０６）の中の加圧ローラを各例の熱定着用ゴムローラ１に入れ替えた。その状態のレーザープリンターにおいて連続的に５００００枚の通紙を行った。そして、通紙終了後の熱定着用ゴムローラ１の表面について、トナー汚れの有無を確認した。表１では、トナー汚れが有る場合をＮＧと示し、トナー汚れが無い場合を「ＯＫ」と示した。

その結果、表１に示すように、表面に光沢感が現れて、表面粗さの小さくなった実施例１，２、参考例、および、比較例２では、トナー汚れが無かった。これに対して比較例１および比較例３では、トナー汚れが有った。

１…熱定着用ゴムローラ、
１０…芯軸、
３０…弾性層、
４０…離型層、
ＡＸ…回転軸

Claims

芯軸と、
前記芯軸の外周面に設けられている弾性層と、
前記芯軸の外周面に前記弾性層を介して設けられている離型層と
を備える熱定着用ゴムローラであって、
前記離型層は、前記熱定着用ゴムローラの抵抗が１０ ^１２ Ω以下となるように５．０質量％より多く１０質量％以下のカーボンを含有し、
前記離型層の外周面は、カットオフ波長λｃが３０μｍである条件で測定される算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下であると共に最大高さＲｚが０．３μｍ以下である、
熱定着用ゴムローラ。
熱定着用ゴムローラの製造方法であって、
芯軸の外周面に弾性層を形成する弾性層形成工程と、
前記熱定着用ゴムローラの抵抗が１０ ^１２ Ω以下となるように５．０質量％より多く１０質量％以下のカーボンを含有する離型層を前記芯軸の外周面に前記弾性層を介して設ける離型層形成工程と、
赤外線ランプによるイメージ炉にて加熱する方式で、前記離型層の外周面について２．０ｋＷ以上６．０ｋＷ以下の条件で、１０秒以上８０秒以下溶融処理を行う溶融工程と
を有する熱定着用ゴムローラの製造方法。
熱定着用ゴムローラの製造方法であって、
芯軸の外周面に弾性層を形成する弾性層形成工程と、
前記熱定着用ゴムローラの抵抗が１０ ^１２ Ω以下となるように５．０質量％より多く１０質量％以下のカーボンを含有する離型層を前記芯軸の外周面に前記弾性層を介して設ける離型層形成工程と、
６００℃まで加熱可能な恒温槽に穴を空け、その恒温槽に穴から溶融処理前の前記熱定着用ゴムローラを挿入して、該熱定着用ゴムローラを回転しながら加熱する方式で、前記離型層の外周面について４００℃以上８００℃以下の条件で、１０秒以上８０秒以下溶融処理を行う溶融工程と
を有する熱定着用ゴムローラの製造方法。