JP6900258B2 - 定着用部材の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下、本発明に係る定着用部材として、画像定着装置に用いられる多孔質弾性ローラとしての加圧ローラを例に詳細に説明する。
図9は画像形成装置の一例の概略構成模式図である。この画像形成装置は電子写真方式の画像形成装置であり、回転する電子写真感光体101を有する。感光体101に対する静電潜像形成手段としての帯電装置102と像露光手段103、感光体101上の静電潜像をトナー像(現像剤像)として現像する現像手段104を有する。感光体101上のトナー像をシート状の記録材(以下、紙または用紙と記す)Pに転写する転写手段105を有する。トナー像転写後の感光体101面を清掃するクリーニング手段106、用紙P上のトナー像Tを定着する定着手段としての定着装置10等を有する。
図2は本実施形態における定着装置10の概略構成を示す横断面模式図である。以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、軸方向とは用紙の面において用紙搬送方向と直交する方向である。長さとは軸方向の寸法である。
定着ベルト3について説明する。定着ベルト3は、図2に示すように、基材3aの外周にベルト弾性層3bが、該ベルト弾性層3bの外周に表層3cが設けられている。基材3aは耐熱性及び耐屈曲性を必要とすることに鑑みて、例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の耐熱性樹脂を用いる。
加圧ローラ4について説明する。図3の(a)はニップ部形成部材である弾性加圧ローラ4の斜視図である。加圧ローラ4は、基体4aの外周に、基体4aと同心にローラ状に形成された弾性層4bと、該弾性層4bの外周に被覆された離型層4cと、を有する複層構造に形成されている。なお、図3の(a)に示すように、以下では、加圧ローラ4の周方向(用紙搬送方向)を「x」方向、加圧ローラ4の長手方向(軸線方向)を「y」方向、加圧ローラ4の構成層の厚み方向(層厚方向)を「z」方向と表す。
基体4aは、ニッケルやクロムをメッキしたSUM材(硫黄および硫黄複合快削鋼鋼材)等の鋼材を含むステンレススチール、リン青銅、アルミニウムなどを用いて形成されている軸芯体あるいは芯金である。基4aの外径は、4mm〜80mmであればよい。
弾性層4bは、基体4aの外周を被覆するシリコーンゴム層である。弾性層4bは、定着ベルト3のベルト弾性層3bと同様に液状シリコーンゴムを用いるのが好ましい。図3の(b)は加圧ローラ4の弾性層4bから切り出したサンプルSの拡大斜視模式図である。この模式図に示すように、弾性層4bには、針状(細長い繊維形状)の高熱伝導性フィラー4b2(以下、単に針状フィラー4b2と記す)が軸方向(y方向)及び周方向(x方向)に配向された状態に混入、分散されている。
離型層4cは、フッ素樹脂層である。離型層4cは、弾性層4bの外周に例えば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)チューブ(フッ素系樹脂チューブ:PFA樹脂チューブ)を被覆することにより形成される。
次に、弾性層4bの形成方法及び離型層4cの形成方法について説明する。
針状フィラー4b2と吸水性ポリマーに水分を含ませた含水ゲルとを、液状シリコーンゴム(未架橋)に混合して液状ゴム混合物(液状シリコーンゴムおよび水を含有するエマルジョン組成物)を生成する。この液状ゴム混合物を生成するには、液状シリコーンゴムと針状フィラー4b2と含水材料の各々を所定量ずつ秤量して、これらを遊星式の万能混合攪拌機など公知のフィラー混合撹拌手段を用いて攪拌すればよい。
(2−1)金型
注型製造を例に弾性層4bの形成方法について説明する。図5は金型11を構成している、中空金型5と、その一端側の内駒型6及び外駒型12と、他端側の内駒型7及び外駒型13の縦断面図である。この金型11は定着用部材としての加圧ローラ4の基体4aを内部(成形空間)に保持可能な金型である。
基体4aは、ゴム弾性層4bが形成される部分にあらかじめシリコーンゴム用プライマーを塗布し熱風循環式オーブンで焼付処理した。図7の(a)のように、中空金型5の一端側開口部51に対して一端側内駒型6を装着する。次に、(b)のように、中空金型5の他端側開口部52から上記の基体4aを、一端側の小径軸部4a−1の側を先にして挿入し、一端側駒型6の内面側の中央穴6cに対して小径軸部4a−1を差し込んで支持させる。
上記のようにキャビティ53内に基体4aを設置した金型11を、図8のように、一端側内駒型6側を下側とし他端側内駒型7を上側として、対向する下側外駒型12と上側外駒型13との間に縦姿勢の状態で押さえ込ませて固定して保持させる。金型11の一端側内駒型(以下、下側内駒型と記す)6側は下側外駒型12の受け穴12aに嵌入して受け止められている。金型11の他端側駒型(以下、上側内駒型と記す)7側は上側外駒型13の受け穴13aに嵌入して受け止められている。
液状ゴム混合物の注型後(注型工程の終了後)、金型11内の注型液状ゴムが下部駒型6や上部駒型7の外側開口部から流出しないように下側内駒型6と上側内駒型7の外側開口部(12a、13a)を盲板や止めネジなどの取り付けにより密閉する。そして、金型11を密閉した状態で加熱する。
上記架橋硬化処理後に、金型5の両端から下部駒型6,12および上部駒型7,13を外して金型5の両端部を開放した状態にする。この状態において、さらに金型5ごと所定の高温まで加熱して内部の成形弾性ローラを加熱する。
加熱した金型5を水冷方式や空冷方式によって冷却した後に、金型5から成形された多孔質弾性ローラ4を脱型する。そして、中空金型5から脱型した多孔質弾性ローラ4について、必要に応じて、弾性層4bの一端側端面と他端側端面に残存するバリや不整部を除去する整形処理をする。この多孔質弾性ローラ4を200℃の熱風循環式オーブン中で4時間放置して弾性層4bを二次硬化させた。
離型層4cは、弾性層4bにフッ素樹脂製チューブを被覆することにより形成される。フッ素樹脂製チューブを被覆するには、一般的に接着剤を用いる。ただし、接着剤を用いずとも弾性層4bとフッ素樹脂製チューブとを層間接着できる場合があり、そうした場合には接着剤を用いなくてもよい。また、離型層4cは、弾性層4b外周にフッ素樹脂からなる塗料を塗布するなどして形成してもよい。
以下、上記のチューブ被覆弾性ローラの製造方法によって形成される加圧ローラ4の評価について、後述する実施例1乃至実施例2、比較例1乃至比較例3を用いて説明する。
1)予め乳化剤としてポリエーテル変性シリコーン(商品名:FZ−2233、東レ・ダウコーニング株式会社製)を配合させた付加反応架橋型の液状シリコーンゴム「DY35−2083」(商品名、東レ・ダウコーニング株式会社製)100質量部
2)含水ゲルを100質量部
の割合で混合したものを使用した。
まず、上下両端駒部12,13の外壁に90℃に温調設定された加熱金属盤15aを接触させて、3分間加熱した。次いで、中空金型5の外壁も同様にして90℃の加熱金属盤15bを接触させることにより加熱を開始した。このとき、上下両端駒部12,13は引き続き加熱されたままである。
加熱金属盤15の設定温度を70℃にして、実施例1と同様の工程にて金型内部の液状ゴム混合物を硬化させた。まず、上下両端駒部12,13の外壁に加熱金属盤15aを接触させて、40分間加熱した。次いで、中空金型5の外壁も同様にして70℃の加熱金属盤15bを接触させることにより加熱を開始した。
加熱金属盤15の設定温度を90℃にして、上下両端駒部12,13及び中空金型5の外壁に同時に加熱金属盤15a,15bを同時に接触させることにより加熱を開始した。加熱開始から10分経過した後に、加熱金属盤15a,15bを金型外壁から離して加熱を終了した。以上の加熱工程の後、実施例1と同様の工程を経て、比較例1の加圧ローラを得た。
加熱金属盤15の設定温度を70℃にして、上下両端駒部12,13及び中空金型5の外壁に同時に加熱金属盤15a,15bを同時に接触させることにより加熱を開始した。加熱開始から100分経過した後に、加熱金属盤15a,15bを金型外壁から離して加熱を終了した。以上の加熱工程の後、実施例1と同様の工程を経て、比較例2の加圧ローラを得た。
液状シリコーンゴム混合物を注入後密閉・押圧保持された金型を、予め90℃に設定された熱風循環式オーブンの中に投入して加熱を開始した。加熱開始から60分経過した後に、金型を熱風循環式オーブンから取り出して加熱を終了した。以上の加熱工程の後、実施例1と同様の工程を経て、比較例3の加圧ローラを得た。
(1)上述した実施例では加圧ローラを例に説明したがこれに限らない。例えば、フッ素樹脂チューブを離型層として備えた定着ローラにも適用することができる。あるいは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン等の基体、もしくはステンレスやニッケル等の薄肉金属からなる基体とフッ素樹脂チューブを離型層として備えた加圧ベルトや定着ベルトにも適用可能である。
Claims (15)
- 画像定着装置において用いられる定着用部材の基体を内部に保持可能な金型を用い、前記基体が保持された前記金型の内部へ水を含有する液状のゴム組成物を注入し前記金型を加熱して前記ゴム組成物を加熱硬化させた後、前記金型の一端側と他端側に装着されている金型端末部材を外して前記金型の両端部を開放した状態で前記金型を加熱することで前記ゴム組成物から水を蒸発させて前記加熱硬化しているゴム組成物の内部に空孔部を形成することによって製造される、空孔部を有するゴム弾性体からなる弾性層と基体とを有する定着用部材の製造方法において、
前記金型を加熱して前記ゴム組成物を加熱硬化させる際、前記金型の一端側と他端側の金型端末部材の間の金型部分よりも先に一端側及び他端側の金型端末部材を加熱することを特徴とする定着用部材の製造方法。 - 前記一端側と他端側の金型端末部材を水の沸点以下の所定温度で所定時間加熱した後、その加熱は続行させたまま、前記一端側と他端側の金型端末部材の間の金型部分を水の沸点以下の所定温度で所定時間加熱することを特徴とする請求項1に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記水を含有する液状のゴム組成物は液状シリコーンゴムおよび水を含有するエマルジョン組成物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記液状のゴム組成物に占める水の割合が40体積%以上60体積%以下であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記液状のゴム組成物が針状フィラーを含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記針状フィラーのアスペクト比は4.5倍以上200倍以下であることを特徴とする請求項5に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記針状フィラーはその長手方向の熱伝導率が500W/(m・K)以上であることを特徴とする請求項5又は6に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記針状フィラーがピッチ系炭素繊維であることを特徴とする請求項5乃至7の何れか一項に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記空孔部が互いに連結された連続多孔質構造であることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記弾性層に占める前記連続多孔質構造の空孔部の割合が40体積%以上60体積%以下であることを特徴とする請求項9に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記金型の内面にフッ素系樹脂チューブを装着し、前記フッ素系樹脂チューブの内面と前記基体の外面との間に前記液状のゴム組成物を注入することにより、前記弾性層の外周面に前記フッ素系樹脂チューブからなる離型層を具備させることを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記フッ素系樹脂チューブはPFA樹脂チューブであることを特徴とする請求項11に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記フッ素系樹脂チューブの内面と前記基体の外面との間に前記液状のゴム組成物を注入する前に、前記金型の内面と前記フッ素系樹脂チューブの外面と間を減圧吸引することにより、前記フッ素系樹脂チューブを前記金型の内面に密着させることを特徴とする請求項11又は12に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記基体は円筒状または円柱状の芯金であることを特徴とする請求項1乃至13の何れか一項に記載の定着用部材の製造方法。
- 前記定着用部材は加圧ローラであることを特徴とする請求項1乃至14の何れか一項に記載の定着用部材の製造方法。
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