KR101798284B1

KR101798284B1 - 정착 부재 제조 장치

Info

Publication number: KR101798284B1
Application number: KR1020150088230A
Authority: KR
Inventors: 아케시 아사카; 슈이치 다무라; 히로토 스기모토; 신스케 다카하시; 시게아키 다카다; 다케시 스즈키; 준 미우라; 유타카 아라이
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2017-11-15
Also published as: US9701053B2; EP2960724A1; EP2960724B1; PH12015000209A1; CN105291346A; RU2626853C2; JP2016026916A; JP6544993B2; RU2015123688A; KR20150146451A; CN105291346B; US20150367544A1; SG10201504953XA; PH12015000209B1; MY184963A

Abstract

정착 부재를 제조하는 제조 장치는, 상기 정착 부재의 기재를 내부에 보유 지지할 수 있는 금속 몰드와, 상기 기재가 보유 지지된 상기 금속 몰드 내에 바늘 형상 필러를 함유하는 액상 고무를 주입하기 위한 개구군을 포함하는 주입 부재를 포함한다. 상기 주입 부재는, 상기 금속 몰드의 내면과 상기 기재의 외면의 둘레 길이 합에 대한 상기 개구군의 총 둘레 길이의 비가 1.3 이상 3.3 이하가 되도록 구성된다.

Description

정착 부재 제조 장치{FIXING MEMBER MANUFACTURING APPARATUS}

본 발명은 복사기, 프린터 또는 팩시밀리 기기 등의 화상 형성 장치에 탑재되는 정착 장치에서 사용되는 정착 부재의 제조 장치에 관한 것이다.

전자사진 방식의 화상 형성 장치는, 기록재(이하, 용지라고 한다)에 형성된 토너상을 가열, 가압함으로써 기록재에 토너상을 정착시키는 정착 장치를 포함한다. 이러한 정착 장치는 가열 롤러(가열 벨트) 또는 가압 롤러(가압 벨트) 등의 정착 부재를 포함하고, 이들 롤러(벨트)가 서로 압접된 위치에서 정착 처리가 행해지는 구성을 가진다.

이러한 정착 장치에서, 장치에서 사용가능한 최대 폭(사이즈)의 용지보다 폭이 작은 용지(소사이즈 용지)가 장치를 연속해서 통과하면, 정착 부재의 용지 비통과 영역이 온도가 과도하게 증가하는 것(이하, 용지 비통과부 승온이라고 한다)이 알려져 있다.

이러한 용지 비통과부 승온은 화상 형성 장치의 처리 속도(프로세스 속도)가 빨라질수록 발생하기 쉽다. 이것은, 고속화에 수반하여 용지가 정착 닙부를 통과하는 시간이 짧아지므로, 토너상을 용지에 정착하기 위한 열량을 증가시킬 필요가 있기 때문이다.

이와 같이, 용지 비통과부 승온이 발생하면, 온도가 정착 장치를 구성하고 있는 각 부재의 내열 온도를 초과하기 때문에, 처리 속도가 저하된다. 즉, 용지 비통과부 승온은 화상 형성의 생산성의 저하를 초래한다.

이러한 생산성 저하를 억제하기 위해, 일본 특허 출원 공개 제2002-351243호 공보에 기재된 장치에서는, 가압 롤러의 축선 방향의 열 전도율을 개선시키려고 한다.

구체적으로는, 가압 롤러를 구성하는 고무층에 열 전도성이 높은 바늘 형상 필러를 분산시킨다.

또한, 일본 특허 출원 공개 평4-158011호 공보에는, 가열 롤러의 고무층을 성형하는 방법이 개시되고 있다. 구체적으로는, 이 방법은, 금속 몰드 내에 코어 금속을 세트하고, 그 후에 금속 몰드 내면과 코어 금속 외면의 사이에 액상 고무를 주입하는 방법 이다 (이하, 주형법이라고 한다).

그러나, 본 발명자들의 연구에 따르면, 이 주형법을 사용해서 바늘 형상 필러가 분산된 액상 고무를 금속 몰드 내에 주입할 경우, 문제가 발생할 수 있음이 판명되었다. 즉, 금속 몰드 내에 액상 고무를 주입할 수 있기 위한 개구를 구비한 주입 부재의 구성에 따라서는, 바늘 형상 필러가 상정된 방식대로 액상 고무의 주입 방향을 따라 배향하지 않음이 판명되었다.

일본 특허 출원 공개 제2002-351243호 공보 일본 특허 출원 공개 평4-158011호 공보

본 발명의 일 측면에 따르면, 정착 부재를 제조하는 제조 장치로서, 상기 정착 부재의 기재를 내부에 보유 지지할 수 있는 금속 몰드와, 상기 기재가 보유 지지된 상기 금속 몰드 내에 바늘 형상 필러를 함유하는 액상 고무를 주입하도록 구성되는 개구군을 포함하는 주입 부재를 포함하고, 상기 주입 부재는, 상기 금속 몰드의 내면과 상기 기재의 외면의 둘레 길이의 합에 대한 상기 개구군의 총 둘레 길이의 비가 1.3 이상 3.3 이하가 되도록 구성되는 제조 장치가 제공된다.

본 발명의 이러한 목적, 특징 및 이점과, 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면과 함께 아래의 본 발명의 바람직한 실시 형태의 설명을 고려할 때에 보다 명확해질 것이다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 정착 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도.
도 2에서, (a)는 가압 롤러의 전반적인 구성을 도시하는 사시도, (b)는 그 롤러의 피측정 시료의 설명도.
도 3에서, (a) 및 (b)는 금속 몰드의 구성의 설명도.
도 4에서, (a) 및 (b)는 일 단부측 피스 몰드에 구비된 주입 구멍(삽입 몰드)을 도시하는 도면.
도 5에서, (a) 내지 (c)는 금속 몰드 내의 롤러 기재의 배치 방식을 설명하는 도면.
도 6은 주형 공정의 설명도.
도 7은 일 단부측 피스 몰드에 구비된 주입 구멍의 다른 예의 설명도.
도 8은 일 단부측 피스 몰드에 구비된 주입 구멍의 또 다른 설명도.
도 9는 전자사진 화상 형성 장치의 일례의 개략 구성도.

<실시 형태>

도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명한다. 먼저, 본 실시 형태에 따른 정착 장치에 대해서 도 1의 개략 단면도를 사용해서 설명한다. 본 발명에 따른 정착 부재로서, 정착 장치에 사용되는 가압 롤러를 일례로 들어 상세하게 설명한다.

전자사진 화상 형성 장치로서, 도 9에 도시된 것과 같은 장치가 사용된다. 이 장치는, 회전하는 감광체(101), 잠상 형성 수단인 대전 수단(102) 및 상 노광 수단(103), 감광체 상에 형성된 잠상을 토너로 현상하는 현상 수단(104)을 포함한다. 또한, 잠상을 현상하여 취득된 토너상을 전사하는 전사 수단(105), 토너상 전사 후의 감광체면을 클리닝하는 클리닝 수단(106) 및 기록재 상의 토너상을 정착하는 정착 수단으로서의 정착 장치(10) 등을 포함한다.

[정착 장치]

도 1에 도시하는 정착 장치(10)는, 가열체로서의 세라믹 히터(1), 가열체 지지 부재로서의 히터 홀더(2), 정착 부재로서의 정착 벨트(3) 및 탄성 롤러로서의 가압 롤러(4)를 포함한다.

히터(1)는 도시하지 않은 전력 공급 수단에 의해 전력이 공급됨으로써 발열하는 발열 저항 등의 발열원을 포함하고, 전력의 공급에 의해 온도가 급격하게 상승한다. 히터의 온도는 도시하지 않은 온도 검지 수단에 의해 검지되고, 검지된 온도 정보는 도시하지 않은 제어 수단에 입력된다. 제어 수단은, 온도 검지 수단으로부터 검지 온도가 입력되도록 전력 공급 수단으로부터 발열원으로의 공급 전력을 제어해서 히터(1)의 온도를 미리 정해진 온도로 온도 제어한다.

히터(1)는 강성을 갖는 내열성 재료에 의해 단면의 형상이 실질적으로 반원 형상으로 형성되는 히터 홀더(2)에 의해 고정 지지된다. 구체적으로는, 홀더(2)의 아래 면에는, 홀더 길이 방향(도 1의 도면 용지의 앞쪽 및 뒤쪽 방향)을 따라 홈부(2a)가 설치되고, 히터(1)가 이 홈부(2a)에 감입(결합)되어 있다.

정착 벨트(3)는, 내측으로부터 외측으로, 환상의 기재(3a), 벨트 탄성층(3b)(여기에서는, 후술하는 가압 롤러(4)의 탄성층(4b)과 구별하기 위해서 벨트 탄성층으로 칭한다) 및 표면층(3c)을 포함한다. 정착 벨트(3)는 히터(1) 및 홀더(2)가 미끄러지는 내주면을 가지는 무단 벨트이며, 히터(1)를 지지하는 홀더(2)의 외주 주위에 둘레 길이의 여유를 갖게 해서 끼워져 있다.

후술하는 바와 같이, 히터(1)와 가압 롤러(4)는 정착 벨트(3)에 압접하고 있어, 정착 벨트(3)와 가압 롤러(4)의 사이에 정착 닙부 N이 형성된다. 정착 벨트(3)는, 가압 롤러(4)를 모터 등의 회전 구동 장치 M에 의해 화살표 R4의 반시계 방향으로 미리 정해진 주속으로 회전 구동함으로써, 그 내면에서 히터 표면에 밀착되고, 히터 표면 상에서 미끄러지면서 홀더(2)의 주위의 가압 롤러(4)의 회전에 의해 화살표 R3의 시계 방향으로 회전한다.

홀더(2)는 히터(1)의 보유 지지 부재로서 기능함과 함께, 정착 벨트(3)의 회전 가이드 부재로서도 기능한다. 정착 벨트(3)의 내주면에는, 히터(1) 및 홀더(2)와의 미끄러짐 특성을 확보하기 위해서 윤활제(그리스)가 도포된다. 또한, 본 명세서에서, 벨트는 막 형상의 부재를 포함한다.

정착 부재로서의 가압 롤러(4)는, 내측으로부터 외측으로, 기재(코어 금속)(4a), 탄성층(고무층)(4b) 및 이형층(4c)을 포함한다. 가압 롤러(4)는 회전 구동 장치 M에 의한 사용 중에 회전 구동된다. 이 때문에, 기재(4a)는 베어링 부재를 개재해서 정착 장치(10)의 프레임 등의 도시하지 않은 고정 부분에 의해 회전가능하게 지지되고 있다.

가압 롤러(4)는 홀더(2)에 의해 지지된 히터(1)와 정착 벨트(3)를 개재하여 대향하는 위치에 설치된다. 또한, 도시하지 않은 가압 기구에 의해 가압 롤러(4)와 정착 벨트(3)에 미리 정해진 압력을 부여함으로써, 가압 롤러(4)와 정착 벨트(3)가 서로 압접되어 각각의 탄성층(3b, 4b)이 탄성 변형된다. 이에 의해, 가압 롤러(4)와 정착 벨트(3)의 사이에는 기록재 반송 방향(용지 반송 방향)에 대하여 미리 정해진 폭을 갖는 정착 닙부 N이 형성된다.

가압 롤러(4)가 회전 구동 장치 M에 의해 회전 구동되면, 가압 롤러(4)는 그 자신과, 가압 롤러(4)에 의해 회전하는 정착 벨트(3)의 사이의 정착 닙부 N에서 용지(기록재) P를 끼움 지지하면서 용지 P를 반송한다. 또한, 정착 벨트(3)는 히터(1)에 의해 표면 온도가 미리 정해진 온도(예를 들어, 200°C)에 도달할 때까지 가열된다. 이러한 상태에서, 미정착 토너 T에 의해 미정착 토너상이 형성된 용지 P가 정착 닙부 N을 통해 끼움 지지되어 반송되면, 용지 P 상의 미정착 토너 T는 가열, 가압된다. 그 후에, 미정착 토너 T는 용융되고 혼색되므로, 그 후에 미정착 토너 T가 냉각됨으로써, 미정착 토너상이 정착상으로서 용지 P 상에 정착된다.

[정착 벨트]

정착 벨트(3)에 대해서 설명한다. 정착 벨트(3)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기재(3a)의 외주 상에 벨트 탄성층(3b)이, 벨트 탄성층(3b)의 외주 상에 표면층(3c)이 설치된다. 기재(3a)는 내열성 및 내굴곡성을 필요로 하는 것을 감안하여, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 등의 내열성 수지 재료가 사용된다.

열 전도성 또한 고려하면, 기재(3a)로는, 내열성 수지 재료보다 열 전도율이 더 높은 스테인레스강(SUS), 니켈(Ni) 또는 니켈 합금 등의 금속 재료가 사용될 수도 있다. 또한, 기재(3a)로는, 열 용량을 감소시키면서 기계적 강도를 증가시킬 필요가 있으므로, 기재(3a)의 두께는 바람직하게 5μm 내지 10μm, 바람직하게는 20μm 내지 85μm이다.

벨트 탄성층(3b)은 기재(3a)의 외주를 피복하는 실리콘 고무층이다. 벨트 탄성층(3b)은 용지 P가 정착 닙부 N을 통과할 때에 용지 P 상의 미정착 토너 T를 에워싸도록 미정착 토너 T에 대하여 균일하게 열을 부여한다. 벨트 탄성층(3b)이 이렇게 기능함으로써, 고광택이며, 정착 불균일이 없는 양질의 화상이 얻어질 수 있다.

그러나, 벨트 탄성층(3b)이 얇으면 충분한 탄성이 얻어질 수 없어, 양질의 화상이 얻어질 수 없다. 반대로, 벨트 탄성층(3b)이 두꺼우면 열 용량이 커져, 가열에 의해 미리 정해진 온도에 도달하는 데에 많은 시간이 걸린다. 그로 인해, 벨트 탄성층(3b)의 두께는 바람직하게 30μm 내지 500μm, 바람직하게 100μm 내지 300μm이다.

벨트 탄성층(3b)은 특별히 한정되지 않지만, 가공이 용이하고, 높은 치수 정밀도로 벨트 탄성층(3b)이 가공될 수 있으며, 가열 경화 중에 반응 부생성물이 발생하지 않는 등의 다양한 이유로부터, 부가 반응 가교형의 액상 실리콘 고무가 사용되는 것이 바람직하다. 부가 반응 가교형의 액상 실리콘 고무는, 예를 들어 오르가노폴리실록산 및 오르가노히드로겐폴리실록산을 포함하고, 촉매 및 다른 첨가물을 더 포함하여도 된다. 오르가노폴리실록산은 출발 물질로서의 실리콘 고무로부터 얻어지는 베이스 중합체이며, 수 평균 분자량이 5,000 내지 100,000이고, 중량 평균 분자량이 10,000 내지 50,000인 오르가노폴리실록산을 사용하는 것이 바람직하다.

액상 실리콘 고무는 실온에서 유동성을 갖는 중합체이지만, 가열에 의해 경화되고, 경화 후에는 적절하게 저경도를 가지며, 충분한 내열성과 변형 회복력을 갖는다. 그로 인해, 액상 실리콘 고무는 벨트 탄성층(3b)뿐만 아니라, 후술하는 가압 롤러(4)의 탄성층(4b)에 사용하기에도 적합하다.

그런데, 벨트 탄성층(3b)이 실리콘 고무 단체에 의해 형성되면, 벨트 탄성층(3b)의 열 전도율은 낮아진다. 벨트 탄성층(3b)의 열 전도율이 낮으면 히터(1)에 의해 발생된 열이 정착 벨트(3)를 개재해서 용지 P에 전해지기 어려워지므로, 용지 P에 토너가 정착될 때에 열이 부족하게 되어 정착 불균일 등의 화상 불량이 발생할 수 있다.

따라서, 벨트 탄성층(3b)의 열 전도율을 증가시키기 위해서, 벨트 탄성층(3b)에는, 예를 들어 높은 열 전도성을 갖는 입상의 고 열 전도성 필러가 혼입 및 분산된다. 입상의 고 열 전도성 필러로는, 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 알루미나(Al₂O₃), 질화알루미늄(AlN), 산화마그네슘(MgO), 카본 블랙 등이 사용된다.

또한, 목적에 따라, 입상의 고 열 전도성 필러가 아니라 바늘 형상의 고 열 전도성 필러 등을 사용해도 된다. 즉, 고 열 전도성 필러의 형상으로서, 입상 및 바늘 형상 이외에도, 분쇄 형상, 판 형상, 휘스커 형상 등의 형상이 있고, 벨트 탄성층(3b)에는 이들 형상 중 어떤 형상을 가지는 재료를 사용해도 된다. 또한, 이들 재료를 단독으로 사용해도 되고, 또는 2종류 이상을 혼합해서 사용해도 된다. 또한, 고 열 전도성 필러가 벨트 탄성층(3b)에 함유되어 있어서, 벨트 탄성층(3b)에 전기 전도성도 부여될 수 있다.

표면층(3c)은 벨트 탄성층(3b)의 외주를 피복하는 불소계 수지층이다. 표면층(3c)은 정착 벨트(3)에 토너가 부착되기 어렵게 하기 위해서 설치된다. 표면층(3c)에는, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(수지 재료)(PFA), 테트라플루오로에틸렌 수지 재료(PTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(수지 재료)(FEP) 등의 불소계 수지 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 표면층의 두께는 1μm 내지 50μm인 것이 바람직하고, 바람직하게는 8μm 내지 25μm이다. 또한, 표면층(3c)은, 불소계 수지 튜브를 벨트 탄성층(3b)의 외주 상에 피복하거나, 불소계 수지 재료로 이루어지는 도료를 벨트 탄성층의 외주 상에 도포함으로써, 벨트 탄성층의 외주에 형성되어 있기만 하면 된다.

[가압 롤러]

가압 롤러(4)에 대해서 설명한다. 도 2에서, (a)는 탄성 롤러인 가압 롤러(4)의 사시도이다. 가압 롤러(4)는 원통 형상의 기재(4a)의 외주에, 기재(4a)와 동심 형상으로 형성된 탄성층(4b) 및 탄성층(4b)의 외주에 피복된 이형층(4c)을 포함하는 복층 구조로 형성된다. 또한, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 이하에서는, 가압 롤러(4)의 둘레 방향을 "x" 방향으로 표시하고, 가압 롤러(4)의 축선 방향을 "y" 방향으로 표시하며, 가압 롤러(4)의 두께 방향(직경 방향)을 "z" 방향으로 표시한다.

<기재>

원통 형상의 기재(4a)는, 니켈 또는 크롬으로 도금된 SUM재(황 또는 황 복합 쾌삭강재) 등의 강재를 포함하는 스테인레스 스틸, 인청동 또는 알루미늄 등을 사용해서 형성되는 축심재 또는 코어 금속이다. 기재(4a)의 외경은 4mm 내지 80mm이기만 하면 된다. 소직경 축부(4a-1, 4a-2)는 기재(4a)의 일 단부 측과 타 단부 측에 각각 기재(4a)와 동심이 되도록 설치된다. 이 일 단부 측과 타 단부 측에 설치되는 소직경 축부(4a-1, 4a-2)는 각각 정착 장치(10)의 프레임 등의 도시하지 않은 고정 부분에 의해 회전가능하게 지지되는 부분이다.

<탄성층>

탄성층(4b)은 기재(4a)의 외주를 피복하는 고무이다. 탄성층(4b)은 정착 벨트(3)의 벨트 탄성층(3b)과 마찬가지로 실리콘 고무를 사용하는 것이 바람직하다.

탄성층(4b)은 층 두께 방향(z 방향)의 단열성을 개선하기 위해서 기포(셀)나 물이 분산된, 소위, 다공질의 탄성층(발포 스펀지 고무)로서 형성되어도 된다. 또한, 탄성층을 형성할 때, 액상 재료로서 액상 고무에 바늘 형상 필러가 분산된 액상 고무 혼합물을 사용한다. 바늘 형상 필러는 고 열 전도성 필러이며, 탄성층 내에 분산됨으로써 열 유로를 형성할 수 있다.

또한, 바늘 형상의 고 열 전도성 필러를, 상술한 경화 전의 부가 반응 가교형의 액상 실리콘 고무에 혼련시키는 경우, 고 열 전도성 필러는 가늘고 긴 섬유 형상을 하고 있기 때문에, 고 열 전도성 고무 탄성층을 성형할 때의 액상 고무의 흐름의 방향을 따라서 배향하기 쉽다. 그로 인해, 탄성층 나아가서는 탄성 롤러 내의 열의 흐름을 증가시키고자 하는 방향으로 액상 고무를 흘려서 성형함으로써, 그 방향(y 방향)에서의 열의 흐름을 다른 방향에서의 열의 흐름보다 크게 할 수 있다.

본 실시 형태의 목적은, 탄성 롤러의 기록재 방향과 직교하는 방향, 즉 축선 방향(y 방향)의 열 전도율을 향상시키는 것이다. 그로 인해, 고무층을 성형할 때의 액상 고무의 주입 방향을 기재(4a)의 길이 방향(y 방향)과 동일하게 함으로써, 바늘 형상 필러의 배향 방향을 y 방향으로 통일시키려고 한다. 그 결과, 소사이즈 용지가 정착 장치(10)를 통과할 때에, 용지 비통과부인 회전 부분의 온도가 과도하게 증가하는 것을 억제할 수 있게 된다. 즉, 롤러의 용지 비통과부가 온도가 상승하는 경우에도, 상대적으로 온도가 낮은 용지 통과부 또는 롤러의 축선 방향의 단부를 향해 열이 흐르기 쉬워진다. 즉, 롤러의 용지 통과부 또는 롤러의 단부를 향해 열이 효율적으로 소멸된다.

탄성층(4b)의 두께는, 탄성층 전체가 정착 벨트(3)와 접촉해서 탄성 변형했을 때에, 기록재 반송 방향으로 원하는 폭을 가지는 정착 닙부 N이 형성될 수 있는 정도의 두께라면 특별히 한정되지 않지만, 2.0mm 내지 10.0mm인 것이 바람직하다. 탄성층(4b)의 경도는, 원하는 폭을 가지는 닙부 N을 확보하는 관점에서, 20° 이상 70° 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 탄성층(4b)에는 바늘 형상 필러가 혼재되고 있다. 이 바늘 형상 필러는, 예를 들어 원통 형상 또는 다각 프리즘 형상의 형상을 가지는 막대 형상 부재이며, 직경에 대한 길이의 비가 큰, 즉, 애스펙트 비가 큰 부재이다. 애스펙트 비는, 4.5 내지 200인 것이 바람직하다. 바늘 형상 필러로서는, 필러 길이 방향의 열 전도율이 500W/ (m·K) 이상의 피치계 탄소 섬유를 사용한다.

피치계 탄소 섬유는 석유 정제 부산물 혹은 석탄 건류 부산물인 "피치"로부터 제조된 탄소 섬유이며, 방사에 제공하는 피치의 결정 상태에 의해, 메소페이즈 피치계와 등방성 피치계로 분류된다. 특히, 광학적 이방성을 나타내는 메소페이즈 피치를 처리하여 얻어지는 메소페이즈 피치계 탄소 섬유는, 섬유가 높은 열 전도율 및 탄성률을 갖는 한편, 열팽창 계수가 매우 작은 특징을 갖는다.

탄성층(4b)에 혼재되는 바늘 형상 필러로서 사용하는 피치계 탄소 섬유는, 평균 직경이 5μm 내지 11μm 정도이고, 평균 길이가 50μm 내지 1000μm 정도인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 평균 길이가 50μm보다 짧으면, 탄성층(4b)의 열 전도율에 이방성 효과(열 전도 이방성)가 용이하게 나타나지 않기 때문이다. 한편, 이것은, 평균 길이가 1000μm보다 길면, 섬유를 탄성층(4b) 내에 분산시키는 것이 어려워지기 때문이다.

또한, 탄성층(4b) 내의 바늘 형상 필러의 분산 함유량은 체적비 5% 내지 40%인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 바늘 형상 필러의 분산 함유량이 체적비 5% 미만인 경우에는, 열 전도율이 향상될 수 없으며, 용지 비통과부의 승온의 발생을 억제하기에 충분한 열 전도율이 얻어질 수 없기 때문이다. 한편, 바늘 형상 필러의 분산 함유량이 체적비 40%를 초과하는 경우, 액상 고무의 유동성이 저하되어서 탄성층의 가공 및 성형이 어려워지고, 경도가 증가해서 탄성층으로서의 기능이 소실되기 때문이다.

<이형층>

이형층(4c)은 불소계 수지층이다. 이형층(4c)은, 탄성층(4b)의 외주에, 예를 들어 퍼플루오로알콕시알칸(PFA) 수지 튜브를 피복함으로써 형성된다. 또는, 이형층(4c)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등의 불소계 수지로 이루어지는 도료를 탄성층(4b)의 외주에 도포함으로써 형성해도 된다. 이형층(4c)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 15μm 내지 80μm정도이면 된다. 이 이형층(4c)은 가압 롤러(4)에 토너가 부착되기 어렵게 하기 위해서 설치된다.

또한, 탄성층(4b)과 이형층(4c)의 사이에는 전력 공급 등의 목적에 따라 프라이머층(접착층)이 설치되어도 된다.

[탄성 롤러의 제조 방법]

이하에서, 상기의 가압 롤러(4)로서 사용되는 데에 적합한, 원통 형상의 기재(4a)와 상기 기재(4a)와 동심 형상으로 성형되고, 바늘 형상 필러를 포함하는 고무층(4b)을 포함하는 가압 롤러(탄성 롤러)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

<금속 몰드>

도 3에서, (a)는 본 실시 형태에서 가압 롤러의 주형 제조에 사용하는 금속 몰드(11)의 분해 사시도이다. 금속 몰드(11)는, 원통 형상의 성형 공간(이하, 캐비티라고 한다)(53)을 갖는 중공의 금속 몰드(중공 원통 형상 금속 몰드, 원동 형상 몰드)(5)와, 이 중공 금속 몰드(5)의 일 단부측 개구(51)와 타 단부측 개구(52)에 각각 장착(접속)되는 일 단부측 피스 몰드(삽입 몰드)(6) 및 타 단부측 피스 몰드(7)를 포함한다. 도 3에서, (b)는 상기 중공 금속 몰드(5), 일 단부측 피스 몰드(6) 및 타 단부측 피스 몰드(7)의 종단면도이다.

일 단부측 피스 몰드(6)는 중공 금속 몰드(5)의 캐비티(53) 내에 액상 고무를 주입할 수 있게 하기 위한 피스 몰드(주입 부재)이다. 타 단부측 피스 몰드(7)는 캐비티(53) 내로의 액상 고무의 주입에 따라 캐비티(53) 내부로부터 압출되는 공기의 배출을 허용하는 피스 몰드(배출 부재)이다.

도 4에서, (a)는 일 단부측 피스 몰드(6)의 평면도(캐비티 측의 단부 면의 도면)이고, (b)는 일 단부측 피스 몰드(6)의 저면도(캐비티로부터 반대 측의 단부 면의 도면)이다. 평면도에서 일 단부측 피스 몰드(6)의 중앙부에는 기재(4a)의 일단측의 소직경 축부(4a-1)가 삽입되는 기재 보유 지지부로서의 중앙 구멍(6c)이 설치된다. 또한, 저면 측에는 원주 구멍(중공, 오목부)(6a)이 설치된다. 또한, 원주 구멍(6a)에는, 원주 구멍(6a)의 원주를 따라 상면 측으로부터 저면 측으로 배치된 복수의 액상 고무 주입 구멍(6b)이 설치된다.

또한, 타 단부측 피스 몰드(7)의 상면 중앙부(캐비티 측의 단부면 중앙부)에는 기재(4a)의 타 단부측 소직경 축부(4a-2)가 삽입되는 기재 보유 지지부로서의 중앙 구멍(7c)이 설치된다. 그리고, 상면 측으로부터 저면 측으로 복수의 배기 구멍(7b)이 배치된다.

일 단부측 피스 몰드(6)는 상면 측으로부터 일 단부측 개구(51) 내로 결합되고, 상면 측의 원주 테두리부가 개구의 내주면의 환형 단차부(51a)에 대하여 부딪쳐서 수용될 때까지 충분히 삽입됨으로써, 일 단부측 피스 몰드(6)가 중공 금속 몰드(5)의 일 단부측에 장착된다. 또한, 타 단부측 피스 몰드(7)는 상면 측으로부터 타 단부 측 개구(52) 내로 결합되고, 상면 측의 원주 테두리부가 개구의 내주면의 환형 단차부(52a)에 대하여 부딪쳐서 수용될 때까지 충분히 삽입됨으로써, 일 단부측 피스 몰드(6)가 중공 금속 몰드(5)의 타 단부 측에 장착된다.

<금속 몰드의 기재의 설치>

기재(4a)에는, 고무 탄성층(4b)이 형성되는 부분에 미리 실리콘 고무용 프라이머를 도포하고, 내부 열풍 순환식 오븐에서 베이킹 처리했다.

도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 중공 금속 몰드(5)에 일 단측 개구(51)에 대하여 일 단부측 피스 몰드(6)를 장착한다. 이어서, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기의 기재(4a)가 일 단부측 소직경 축부(4a-1) 측으로부터 타 단부측 개구(52)를 통해 중공 금속 몰드(5) 내로 삽입되고, 그 후에, 일 단부측 피스 몰드(6)의 상면측 중앙 구멍(6c)에 대하여 소직경 축부(4a-1)가 삽입되어 보유 지지된다.

이어서, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 타 단부측 피스 몰드(7)는, 기재(4a)의 타 단부측 소직경 축부(4a-2)가 상면측 중앙 구멍(7c)에 대하여 삽입되어 지지된 상태로, 타 단부측 개구(52)를 통해서 중공 금속 몰드(5) 내에 장착된다.

이에 의해, 기재(4a)는, 일 단부측과 타단부 측의 소직경 축부(4a-1, 4a-2)가 일 단부측 및 타 단부측 피스 몰드(6, 7)의 중앙 구멍(6c, 7c)에 의해 각각 지지된 상태로 금속 몰드(5)의 원통 형상의 캐비티(53)의 원통 중앙부에 동심으로 위치결정되어 보유 지지된다. 그리고, 원통 형상의 캐비티(53)의 원통 성형면(내주면)(53a)과 기재(4a)의 외면(외주면)(4a-3)의 사이에는 기재(4a)의 외주 둘레에 미리 정해진 두께의 고무 탄성층(4b)의 주형 성형을 허용하기 위한 간극(스페이싱)(8)이 형성된다.

또한, 금속 몰드(11)의 캐비티(53) 내의 기재(4a)의 설치는 상기의 수순에 한정되지 않는다. 중공 금속 몰드(5), 기재(4a), 일 단부측 피스 몰드(6) 및 타 단부측 피스 몰드(7)가 최종적으로 도 5의 (c)에 도시된 것과 같이 조립되기만 하면 된다.

<액상 고무의 주형>

상기와 같이 캐비티(53) 내에 기재(4a)를 설치한 금속 몰드(11)를, 도 6에 도시한 바와 같이, 일 단부측 피스 몰드(6)측을 중력 방향 하측으로 하고, 타 단부측 피스 몰드(7)측을 중력 방향 상측으로 하여, 서로 대향하는 하측 지그(12)와 상측 지그(13)의 사이에 세로 자세로 눌러서 고정시킨다. 금속 몰드(11)의 일 단부측 피스 몰드(이하, 하부 피스 몰드라고 한다)(6)는 하측 지그(12)의 수용 구멍(12a)에 결합되어 수용된다. 금속 몰드(11)의 타 단부측 피스 몰드(이하, 상부 피스 몰드라고 한다)(7)는 상측 지그(13)의 수용 구멍(13a)에 대하여 결합되어 수용된다.

즉, 금속 몰드(11)는, 원통 형상의 캐비티(53)의 원통 축선이 세로로 향하고, 주입 구멍(개구)(6b)가 배치되고 있는 측을 하측으로 한 자세 상태에서 하측 지그(12)와 상측 지그(13)의 사이에 보유 지지되어서 주형 공정이 행하여진다. 또한, 금속 몰드(11)는, 몇 가지 분할된 금속 몰드를 성형 시에 조합하여 사용하는 구성을 가져도 된다.

하측 지그(12)의 수용 구멍(12a)의 중앙부에는 액상 고무 주입구(12b)가 배치되고 있다. 액상 고무 주입구(12b)에는 외부의 액상 고무 공급 장치(14)의 액상 고무 공급관(14a)이 접속되고 있다. 상측 지그(13)의 수용 구멍(13a)의 중앙부에는 배기구(13b)가 배치되고 있다.

액상 고무 공급 장치(14)가 구동됨으로써, 액상 고무가 액상 고무 공급관(14a)을 통과해서 주입구를 통해 수용 구멍(12a)에 들어가서, 액상 고무가 수용 구멍(12a)과 하부 피스 몰드(6)의 저면측의 원주 구멍(6a)에 의해 구성되는 공간부에 충전된다.

계속되는 액상 고무의 공급에 따라, 충전된 액상 고무가 원주 구멍(6a)의 원주를 따라 배치되고 있는 복수의 액상 고무 주입 구멍(6b)을 통과해서 하부 피스 몰드(6)의 저면 측으로부터 상면 측으로 흐른다. 그리고, 캐비티(53)의 원통 성형면(53a)과 기재(4a)의 외면(4a-3)의 사이에 형성되는 간극(8)에 액상 고무가 주입된다. 더 계속되는 액상 고무의 공급에 따라, 간극(8)에의 액상 고무의 주입은 중력 방향 하방으로부터 상방으로 진행한다. 간극(8)에 존재하고 있는 공기는 간극(8)으로의 하방으로부터 상방으로의 액상 고무의 주입에 의해 간극(8)의 하방으로부터 밀려올려져서, 액상 고무가 간극(8)으로부터 상부 피스 몰드(7)의 배기 구멍(7b) 및 상측 지그(13)의 배기구(13b)를 통해서 금속 몰드(11)의 밖으로 나간다.

하부 피스 몰드(6)의 각 액상 고무 주입 구멍(6b)을 통한 간극(8)에의 액상 고무의 주입은 간극(8)의 원주 방향에 대하여 평균적으로 이루어진다. 또한, 기재(4a)는, 기재(4a)가 상부 및 하부 부재(7, 6)에 의해 캐비티(53)의 원통 중앙부에 동심으로 고정된 상태이며, 액상 고무가 주입에 의해 이동하지 않으므로, 간극(8)은 두께 편차(불균일)를 발생시키지 않고 적절하게 액상 고무로 충전될 수 있다.

이때, 캐비티(53)와 기재(4a)에 의해 생성된 간극(8)에서의 기재(4a)의 축 방향을 따른 액상 고무의 유동은, 주입 구멍(6b)의 형상에 따라 변화한다. 이 액상 고무의 축 방향 유동이 간극(8)의 직경 방향 및 원주 방향에서 균일할수록, 액상 고무에 분산된 바늘 형상 필러가 액상 고무의 흐름에 따라 균일하게 배향하기 때문에, 축 방향의 열 전도율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

금속 몰드(11)에의 액상 고무의 주입은, 적어도 간극(8)이 액상 고무로 충분하게 충전될 때까지 행해진다. 상부 피스 몰드(7)의 배기 구멍(7b)은 액상 고무로 충분히 충만될 필요가 없다. 액상 고무의 주입 후에(주입 공정의 종료 후에), 금속 몰드(11)를 상측 및 하측의 지그(12, 13)로부터 분리한다. 이때, 액상 고무가 하부 피스 몰드(6) 및 상부 피스 몰드(7)의 외부 개구를 통해 유출되지 않도록, 하부 피스 몰드(6) 및 상부 피스 몰드(7)의 외부 개구는 블라인드 플레이트의 설치에 의해 밀폐한다. 그리고, 전체 금속 몰드(11)를 내부 열풍 순환식의 오븐 내에 두거나, 금속 몰드(11)를 둘러싸는 가열 플레이트 등에 의해 금속 몰드(11) 내의 액상 고무를 경화시킨다(금속 몰드(11)를 가열해서 금속 몰드 내의 액상 고무를 경화시키는 고무 경화 공정).

고무의 경화 후, 금속 몰드(11)를 적절히 냉각시킨(수냉 혹은 공냉). 그 후, 중공 금속 몰드(5)로부터 하부 피스 몰드(6) 및 상부 피스 몰드(7)을 제거하고, 중공 금속 몰드(5)로부터 기재(4a) 상에 탄성층(4b)이 적층된 롤러를 탈형한다(고무 경화 공정의 종료 후에 금속 몰드 내의 탄성층을 탈형하는 탈형 공정).

고무 경화 후의 탈형에 관해서, 중공 금속 몰드(5)로부터의 하부 피스 몰드(6) 및 상부 피스 몰드(7)의 제거는, 일 단부측 개구(51)와 타 단부측 개구(52)로부터 각각 부재(7, 8)를 직접 인발하거나, 혹은 개구(51, 52)를 따라 피스 몰드(7, 8)를 비틀어 돌리면서 인발함으로써 행해진다. 이러한 제거는, 중공 금속 몰드(5) 내의 탄성 롤러의 경화 고무층의 단부면과, 하부 피스 몰드(6) 및 상부 피스 몰드(7) 내의 히트(6b, 7b) 내의 경화 고무층의 사이의 결합부(연결부)의 결합 강도에 저항해서 이루어진다.

그리고, 중공 금속 몰드(5)로부터 탈형된 탄성 롤러에 대해서, 필요에 따라, 탄성층(4b)의 일 단부측 및 타 단부측에 잔존하는 버(burr) 및 부정부(irregularity portion)를 제거하는 정형 처리를 한다.

<이형층(4c)의 형성>

접착제를 사용하여, 탄성층(4b) 상에 이형층(4c)인 불소계 수지제 튜브를 피복하고, 일체화한다(이형층 형성 공정). 접착제를 사용하지 않고 탄성층(4b)과 이형층(4c)이 서로 층간 접착된 경우에는, 접착제를 사용하지 않아도 된다.

이형층(4c)은 반드시 공정의 마지막에 형성하여야 하는 것은 아니고, 미리 중공 금속 몰드(5)의 캐비티의 내벽면에 튜브를 설치하고, 그 후에 액상 고무를 주형하는 방법에 의해서 적층할 수도 있다.

즉, 상기한 주형 공정에서, 중공 금속 몰드(5)의 캐비티(53)의 원통 성형면(53a)에 고무 탄성층(4b)의 외주면을 피복하는 이형층(4c)을 구성하는 수지 튜브를 미리 설치한다. 그리고, 수지 튜브의 내주면과 기재(4a)의 외면(4a-3)의 사이에 형성되는 간극(8)에 액상 고무를 주입한다. 주형 공정의 종료 후에 금속 몰드(11)를 가열해서 금속 몰드(11) 내의 액상 고무를 경화시키는 고무 경화 공정과, 고무 경화 공정의 종료 후에 금속 몰드 내의 탄성 롤러를 탈형하는 탈형 공정을 행한다.

또한, 탄성층(4b)을 형성한 후에, 불소계 수지재의 피복 등의 공지의 방법에 의해 이형층(4c)을 형성하는 것도 가능하다.

여기서, 하부 피스 몰드(6)와 상부 피스 몰드(7)의 각각의 액상 접촉면 상에 미리 이형제를 도포해 두고, 탈형 후에 각 피스 몰드에 남은 액상 고무를 제거하고, 그 후에 각각의 피스 몰드를 재사용한다. 이형제를 미리 도포해 두면, 관련된 피스 몰드 상에 남은 경화 고무의 제거가 용이하다. 중공 금속 몰드(5)의 성형면(53a) 상에도 이형제를 도포함으로써, 고무 경화 후의 탈형이 용이하게 된다.

[가압 롤러의 평가]

이하, 상기한 탄성 롤러의 제조 방법에 의해 형성되는 가압 롤러(4)의 평가에 대해서, 후술하는 실시예 1 내지 실시예 3과, 비교예 1 내지 비교예 3을 사용해서 설명한다. 본 실시예에서는, 평가를 위해서 각각의 열 전도율을 구하고 있다.

<열 전도율>

본 실시 형태에서는, 평가를 위해서 열 전도율을 구한다. 열 전도율은 열 확산율로부터 환산한다. 열 확산율의 계측에는 온도 가변형의 열파 분석법(thermal-wave analytical method)에 의해 열 확산율을 측정하는 방식의 장치를 사용했다. 이러한 타입의 장치로서, "ai-Phase Mobile 2" (상품명, 아이 페이즈 사 제조) 등의 열 확산율 측정 장치가 사용된다.

이 장치를 사용하여, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같은 가압 롤러(4)의 둘레 방향(x 방향), AD(y 방향) 및 두께 방향(z 방향)에 대해서, 가압 롤러(4)의 열 확산율을 측정했다. 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 둘레 방향(x 방향)의 열 확산율 측정에는, 가압 롤러(4)를 x 방향의 두께가 1mm 이하가 되도록 yz 평면을 따라 절단하여 피측정 시료 S로서 사용하였다. 축 방향(y 방향)의 열 확산율의 측정에는, 가압 롤러(4)를 y 방향의 두께가 1mm 이하가 되도록 zx 평면을 따라 절단하여 피측정 시료 S로서 사용하였다. 두께 방향(z 방향)의 열 확산율의 측정에는, 가압 롤러(4)를 z 방향의 두께가 1mm 이하로 되도록 xy 평면을 따라 절단하여 피측정 시료 S로서 사용하였다. 그리고, 이들 피측정 시료 S를 사용해서, 설정 온도 50°C 에서, 각 방향마다 열 확산율 측정을 5회씩 행하고, 5회 측정된 값의 평균값을 각각 둘레 방향 열 확산율, 축 방향 열 확산율 및 두께 방향 열 확산율로서 사용했다.

열 확산율을 열 전도율로 환산하기 위해서, 밀도와 비열 용량의 값을 사용할 필요가 있다. 밀도의 측정을 위하여, "Accupyc 1330"(상품명, 시마즈 사 제조) 등의 건식 자동 밀도계를 사용한다. 또한, 비 열용량의 계측에는 "DSC823" (상품명, 메틀러-토레도 인터내셔날 사 제조) 등의 시차 주사형 열량 측정 장치를 사용한다. 이 경우, 비열 용량을 비교하기 위한 기준으로 사용하는 기지의 비열 용량을 가지는 물질로는 사파이어를 사용했다.

이 측정 장치에 의한 비열 용량의 측정을 5회 행하고, 5회 측정된 값의 평균을 비열 용량으로 사용했다. 열 전도율 λ는 상기와 같이 얻어진 밀도와 상기와 같이 얻어진 비열 용량을 승산하고, 또한 그 결과 값에 상술한 열 확산율을 승산해서 구했다.

<축 배향성의 지표>

탄성층(4b) 내에서의 바늘 형상 필러의 축 방향을 따른 배향의 정도를 평가하기 위하여, 축 배향율(%λy)를 사용했다. 축 배향율(%λy)은 이하의 수학식 1에 의해 구해진다.

[수학식 1]

축 배향율(%λy)=λy×100/(λx+λy+λz)(%)

여기서, λx는 탄성층(4b)의 둘레 방향의 열 전도율, λy는 탄성층(4b)의 축 방향의 열 전도율, λz는 탄성층(4b)의 두께 방향의 열 전도율이다. 이 축 배향율(%λy)이 높을수록, 탄성층(4b) 내에서 많은 양의 바늘 형상 필러가 축 방향으로 배향되고 있다고 말할 수 있다.

<화상 평가>

액상 고무의 주형 시에 발생한 용착 라인에 의해, 가압 롤러(4)의 회전 방향, 즉 용지 반송 방향에서 주기적으로 발생할 수 있는 화상 줄무늬의 평가는 다음과 같이 행해졌다. 상기의 정착 장치(10)에서, 정착 벨트(3)의 표면 온도가 180℃에 도달한 후에 미정착 토너상이 배치된 A4 사이즈의 코팅지(상품명: "OK 톱코트", 84.9g/m², 오지 홀딩스 사 제조)를 정착 장치(10)를 장변 반송 방식(long edge feeding manner)으로 통과시켰다. 얻어진 토너 정착상을 사용하여, 육안에 의해 반송 방향에 대한 주기적인 화상 줄무늬의 유무를 판정했다.

<평가 결과>

후술하는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 3의 가압 롤러에 대하여 평가를 행했다. 평가 항목은 이하와 같다.

Sb는 피스 몰드(6)에 형성된 주입 구멍(6b)이 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적(mm²/mm)이다. 즉, 도 2의 z-x 면을 따른 부재(6)의 부분(주입 방향의 최하류 단부)의 단면도를 보았을 때의, 주입 구멍(개구)(6b)군의 합산값(총 둘레 길이)이다.

Sa는 금속 몰드(5) 내에서 액상 고무에 접촉하는 기재(4a)의 표면과 원통 형상 금속 몰드(5)의 내면의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적(mm²/mm)이다. 즉, 금속 몰드(5)의 내면의 둘레 길이와 기재(4a)의 외면의 둘레 길이 합이다.

Sb/Sa는 상기의 Sb와 Sa로부터 구할 수 있다. 또한, Sb/Sa는, 바꾸어 말하면, 금속 몰드(5)의 내면의 둘레 길이와 기재(4a)의 외면의 둘레 길이 합에 대하여, 주입 구멍(개구)(6b)군의 총 둘레 길이의 비이다. 즉, 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 피스 몰드(6)의 주입 방향 최하류 단부에서, 액상 고무가 피스 몰드(6)와 접촉하는 부위를 증가시키기 위해, Sb/Sa를 1.3 이상으로 설정하고 있다.

λy는 탄성층(4b)의 축선 방향에서의 열 전도율(W/(m·K))이다.

%λy는 축 배향율(%)이다.

화상 줄무늬는 후술하는 요인에 의해 발생하는 문제이다.

즉, 성형할 고무층의 두께가 두꺼워지면, 즉 간극의 폭이 커짐에 따라, 액상 고무의 흐름이 난류가 되어, 바늘 형상 필러의 배향이 불균일해 진다. 이때, 금속 몰드의 성형 공간부의 표면의 근방 및 코어 금속의 외표면 근방에는 액상 고무에 가해지는 전단 응력이 크기 때문에, 유동 방향으로 바늘 형상 필러가 배향하기 쉽지만, 간극의 중앙 부근에서는, 난류에 의해 배향이 흐트러진다.

그 결과, 바늘 형상 필러가 배향된 부분과 바늘 형상 필터가 배향되지 않은 부분 간에 배향 상태가 상이하여, 액상 고무를 경화시킨 후의 고무층의 표면 경도에 불균일이 발생한다. 이러한 상태의 가압 롤러를 사용한 경우, 표면 경도의 불균일에 의해, 주기적인 화상 줄무늬가 나타난다.

상기의 결과는 표 1에서 요약된다.

*1: "SaA"는 금속 몰드 내의 층 접촉 표면적.

*2: "SbA"는 주입 구멍의 층 접촉 표면적.

*3: "SAR"은 표면적비.

*4: "TC"는 축 방향에 대한 열 전도율.

*5: "AOR"은 축 배향율.

*6: "IS"는 화상 줄무늬.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 가압 롤러는 모두 공통으로, 기재(4a)로서 외경 24mm의 철제의 코어 금속을 사용했다. 코어 금속의 둘레면에 도포하는 프라이머는 "DY39-051" (상품명, 다우 코닝 도레이 사 제조)을 사용했다. 프라이머는 코어 금속 둘레 면에 도포한 후, 내부 열풍 순환식 오븐에서 180°C로 30분간 베이킹했다.

코어 금속 둘레 면에 형성하는 탄성층(4b)용의 액상 고무 혼합물로서는, 바늘 형상 필러로서, 평균 섬유 직경 9μm, 평균 섬유 길이 250μm, 열 전도율 900W/(m·K)의 피치계 탄소 섬유 "GRANOC Milled Fiber XN-100-25 M" (상품명, 니폰 그래파이트 파이버 사 제조)을 사용하고, 이것을 중량 평균 분자량 50,000의 부가 반응 가교형 액상 실리콘 고무에 체적비 10%의 비율로 혼합 분산한 것을 사용하였다.

이형층(4c)으로서, 내경 29.5mm의 불소계 수지(PFA) 튜브를 사용하고, 내경 30.2mm의 중공 금속 몰드(5) 내에 삽입한 불소계 수지 튜브의 양 단부를 중공 금속 몰드(5)의 외벽면을 향하여 미리 뒤로 접어서, 원통 형상 금속 몰드의 내벽면에 설치했다.

원통 형상 금속 몰드의 내벽에 설치된 불소계 수지 튜브의 내면에는 프라이머 "DY39-067" (상품명, 다우 코닝 도레이 사 제조)를 도포하고, 그 후에 내부 열풍 순환식 오븐에서 70℃에서 20분간 건조했다. 프라이머 처리(도포)된 후의 코어 금속을 중공 금속 몰드(5) 내에 동심으로 설치하고, 중공 금속 몰드(5)의 하부 및 상부 단부에 피스 몰드(6, 7)를 결합하고, 그 후에 중공 원통형 금속 몰드와 양단의 위치의 피스 몰드를 지그에 의해 가압함으로써, 중공 원통형 금속 몰드 내에 코어 금속을 동심으로 고정해서 배치했다.

상기의 바늘 형상 필러를 혼합 배치한 액상 고무 혼합물을, 금속 몰드 내벽에 배치한 불소계 수지 튜브와 코어 금속 사이에 주입하고, 금속 몰드 단부의 피스 몰드를 밀폐한다. 그리고, 전체 몰드를 내부 열풍 순환식 오븐 내에서 200°C 에서 4시간 방치하여, 액상 고무 혼합물을 경화함과 함께, 코어 금속, 고무 및 튜브를 접착, 일체화시켰다. 금속 몰드를 수냉한 후, 금속 몰드로부터 튜브 피복 롤러를 탈형했다.

이상의 공정을 거쳐, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 가압 롤러를 얻었다. 기재(4a), 탄성층(4b) 및 이형층(4c)인 가압 롤러 각각의 외경은 30mm이고, 탄성층(4b)의 두께는 3.0mm이었다.

(실시예 1)

실시예 1에서는, 액상 고무 주입 측의 하부 피스 몰드(6)로서, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 원주 방향을 따라 2열로 36 군데에 설치된 각각 내경 2mm의 주입 구멍(6b)을 가지는 피스 몰드가 사용되었다. 그리고, 금속 몰드 내벽에 설치된 불소계 수지 튜브와, 금속 몰드와 동심으로 배치된 코어 금속 사이에 액상 고무 혼합물을 주입했다.

이 주입 구멍(6b)의 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적 Sb는, 원통 형상 금속 몰드 내의 액상 고무와 접촉하는 코어 금속 표면과, 원통 형상 금속 몰드 내면의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적 Sb의 1.3배이었다.

(실시예 2)

실시예 2에서는, 액상 고무 주입 측의 하부 피스 몰드(6)로서, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 각각 직경 방향으로 폭이 1.3mm인 직경 방향으로 2개의 군으로 분할되고, 각각 120°의 등간격으로 원주 방향에 대하여 3개의 부분으로 분할된 주입 구멍(원주 구멍)(6b)을 가지는 피스 몰드를 사용했다. 그리고, 금속 몰드 내벽에 설치된 불소계 수지 튜브와 금속 몰드와 동심으로 배치된 코어 금속 사이에 액상 고무 혼합물을 주입했다.

이 주입 구멍(6b)의 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향의 단위 길이당의 표면적 Sb는, 원통 형상 금속 몰드 내에서 액상 고무와 접촉하는 코어 금속 표면과 원통 형상 금속 몰드 내면의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적 Sb의 2.0배이었다.

(실시예 3)

실시예 3에서는, 액상 고무 주입 측의 하부 피스 몰드(6)로서, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 주입 구멍 내벽이 피스 몰드의 접선 방향과 30°의 각도를 이루도록 각각 설치된 48개의 분할된 주입 구멍(원주 구멍)(6b)을 갖는 피스 몰드를 사용했다. 그리고, 금속 몰드 내벽에게 설치된 불소계 수지 튜브와, 금속 몰드와 동심으로 배치한 코어 금속 사이에 액상 고무 혼합물을 주입했다.

이 주입 구멍(6b)의 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향의 단위 길이당의 표면적 Sb는, 원통 형상 금속 몰드 내에서 액상 고무와 접촉하는 코어 금속 표면과 원통 형상 금속 몰드 내면의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적 Sb의 3.3배이었다.

(비교예 1)

비교예 1에서는, 액상 고무 주입 측의 하부 피스 몰드(6)로서, 도 4에 도시된 피스 몰드의 변형 타입이며, 원주 방향을 따라 12 군데에서 하나의 열로 설치된 각각 내경이 2.5mm인 주입 구멍(6b)을 가지는 피스 몰드를 사용했다. 그리고, 금속 몰드 내벽에 설치된 불소계 수지 튜브와, 금속 몰드와 동심으로 배치된 코어 금속 사이에 액상 고무 혼합물을 주입했다.

이 주입 구멍(6b)의 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향의 단위 길이당의 표면적 Sb는, 원통 형상 금속 몰드 내에서 액상 고무와 접촉하는 코어 금속 표면과 원통 형상 금속 몰드 내면의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적 Sb의 0.6배이었다.

(비교예 2)

비교예 2에서는, 액상 고무 주입 측의 하부 피스 몰드(6)로서, 도 7에 도시된 피스 몰드의 변형 타입이고, 원주 방향에 대하여 등간격 120°로 3개의 부분으로 분할된 직경 방향으로 각각 3.1mm의 폭을 가지는 주입 구멍(원주 구멍)(6b)을 가지는 피스 몰드를 사용했다. 그리고, 금속 몰드 내벽에 설치된 불소계 수지 튜브와, 금속 몰드와 동심으로 배치된 코어 금속 사이에 액상 고무 혼합물을 주입했다.

이 주입 구멍(6b)의 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향의 단위 길이당의 표면적 Sb는, 원통 형상 금속 몰드 내에서 액상 고무와 접촉하는 코어 금속 표면과 원통 형상 금속 몰드 내면의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적 Sb의 1.1배이었다.

(비교예 3)

비교예 3에서는, 액상 고무 주입 측의 하부 피스 몰드(6)로서, 도 8에 도시된 피스 몰드의 변형 타입이며, 원주 방향을 따른 432 군데에 6개의 열로 설치된 각각 내경 0.5mm인 주입 구멍(원주 구멍)(6b)을 가지는 피스 몰드를 사용했다. 그리고, 금속 몰드 내벽에 설치된 불소계 수지 튜브와, 금속 몰드와 동심으로 배치된 코어 금속 사이에 액상 고무 혼합물을 주입했다.

이 주입 구멍(6b)의 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향의 단위 길이당의 표면적 Sb는, 원통 형상 금속 몰드 내에서 액상 고무와 접촉하는 코어 금속 표면과 원통 형상 금속 몰드 내면의 주입 방향에 대한 단위 길이당의 표면적 Sb의 4.0배이었다.

실시예 1 내지 3의 가압 롤러는 각각 축 방향의 열 전도율 "λy"가 3.0W/(m·K) 이상이고, 축 배향율 "%λy"가 70% 이상이다. 축 방향의 열 전도율이 3.0W/(m·K) 이상이면, 용지 비통과부 승온의 발생의 억제에 충분한 열 전도율을 부여할 수 있다. 또한, 축 배향율이 50% 이상이면, 축 방향의 열 전도성이 높은 탄성층을 갖는 탄성 롤러의 제조 방법으로서, 의도한대로 축선 방향으로 효과적으로 바늘 형상 필러를 배향시킬 수 있다고 할 수 있다.

또한, 실시예 1 내지 3에서, 상기의 표면적에 대한 상기의 표면적 Sb의 비율(이하, 층 접촉 면적비 Sb/Sa라고 한다)이 클수록, "λy" 및 "%λy"가 커지는 경향이 있다.

즉, 주입 구멍(6b)의 수, 형상에 의해 액상 고무 주입 시의 층 접촉 면적을 크게 함으로써, 원통 형상 금속 몰드 내에서의 액상 고무에 가해지는 주입 방향, 즉 축 방향의 전단 응력이 직경 방향 및 원주 방향에 걸쳐 균일하게 커질 수 있다. 그로 인해, 액상 고무에 분산된 바늘 형상 필러도 균일하게 축 방향으로 배향되게 된다. 또한, 토너 정착 화상에서도, 가압 롤러에 의한 주기적인 화상 줄무늬는 보이지 않았다. 이러한 결과로부터도, 가압 롤러의 직경 방향 및 원주 방향에 걸쳐 불균일하지 않게 바늘 형상 필러가 축 방향으로 균일하게 배향되고 있다고 할 수 있다.

한편, 비교예 1, 2 각각은 축 방향의 열 전도율 "λy"가 3.0W/(m·K) 미만이고, 축 배향율이 50% 미만이다. 이것은, 이들 값은 용지 비통과부 승온의 발생의 억제에 불충분할뿐만 아니라, 축 방향으로 효과적으로 바늘 형상 필러를 배향시킬 수 없다는 것을 의미한다.

또한, 비교예 1에서는, 토너 정착 화상에서, 가압 롤러 회전 방향에서의 가압 롤러의 일주 내에 12개의 주기적인 줄무늬 형태의 농도 불균일이 보였다. 비교예 2에서도, 가압 롤러의 일주 내에 3개의 주기적인 줄무늬 형태의 농도 불균일이 보였다. 이것은 이하의 이유에 기인한다. 바늘 형상 필러의 배향 상태는, 인접하는 주입 구멍의 중간 위치 부근의 위상에 형성되는 용착 라인과 용착 라인이 없는 부분 간에 상이하다. 이러한 배향 상태의 둘레 방향 위상에 의한 차이는, 주입 구멍(6b)의 접촉 면적 비율 Sb/Sa가 작기 때문에, 탄성 롤러의 표면 경도 불균일로서 현저하게 나타난다.

한편, 비교예 3에서는, 축 배향율 "%λy"는 70% 이상이지만, 열 전도율 "λy"가 3.0W/(m·K) 미만이다. 이것은, 층 접촉 면적 비율 Sb/Sa가 지나치게 크기 때문에, 바늘 형상 필러가 주입 구멍(6b)를 통과할 수 없고, 주입 구멍(6b) 앞에서 체류하기 때문이다. 즉, 주입 구멍(6b)의 층 접촉 면적 비율 Sb/Sa를 지나치게 크게 하면, 이러한 비율 Sb/Sa는 바늘 형상 필러의 축 방향으로의 배향에는 효과적이나, 바늘 형상 필러의 유동 손실에 의해 원하는 열 전도율을 얻을 수 없다.

이상과 같이, 중공 원통 금속 몰드의 액상 고무 주입 측의 단부에 설치되는 부재(6)에 배치하는 주입 구멍(6b)의 층 접촉 면적 비율 Sb/Sa를, 필러의 막힘 등의 문제가 없는 범위에서 가능한 한 큰 값으로 설정하였다.

보다 구체적으로는, 표 1에 요약한 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3의 결과로부터 다음과 같은 기술적 사항이 도출되었다. 주입 구멍(6b)의 액상 고무에 접촉하는 부분의 주입 방향의 단위 길이당의 표면적은 Sb이다. 또한, 간극(8)에서 액상 고무와 접촉하는 성형 공간부(53)의 원통 성형면과 기재(4a)의 외면의 주입 방향의 단위 길이당의 표면적은 Sa이다. 이 표면적 Sb와 표면적 Sa 간의 층 접촉 면적 비율 Sb/Sa에 관해서, 표면적 Sb가 표면적 Sa의 1.3배 이상 33배 이하의 관계로 표면적 Sb 및 Sa를 설정한다.

바꾸어 말하면, 금속 몰드(5)의 내면과 기재(4)의 외면의 둘레 길이의 합에 대한 주입 구멍(개구)(6b)군의 총 둘레 길이의 비가 1.3배 이상 3.3배 이하로 되도록, 피스 몰드(6)의 주입 구멍의 수, 사이즈 및 형상을 설정한다. 금속 몰드(5)의 내면과 기재(4)의 외면의 둘레 길이 합은, 금속 몰드(5)(가압 롤러)의 길이 방향의 어느 쪽의 위치에서도 실질적으로 동일한 값이 되고 있다. 또한, 금속 몰드(5)의 내면과 기재(4)의 외면의 둘레 길이의 합 Sa가 금속 몰드(5)의 길이 방향에서 균일하지 않을 경우, 금속 몰드(5)의 길이 방향에서 다점 측정을 행하고, 측정값의 평균값을 Sa로서 채용한다.

이에 의해, 주입 구멍(6b)을 통해 주입된 액상 고무 혼합물이, 금속 몰드(5)의 내부에서 흐트러지지 않고 직경 방향 및 원주 방향에 걸쳐 균일하게 다른 기재(4a)의 축선 방향(금속 몰드(5)의 길이 방향)를 따르는 방향으로 배향한다. 이렇게 해서, 바늘 형상 필러가 고무층 내에서 축선 방향으로 배향하고, 고 열 전도율을 갖는 가압 롤러를 형성할 수 있다.

여기서, 금속 몰드(5)은 수평(횡방향) 자세 또는 상하 역방향 자세를 취하여도 된다. 단, 횡방향 자세 또는 상하 역방향 자세에서는, 액상 고무 주입 시에 공기가 포함될 우려가 있기 때문에, 주입 측을 하측에 배치하는 자세가 바람직하다.

또한, 상술한 실시예에서는, 가압 롤러를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 정착 롤러에도 적용할 수 있다. 혹은, 본 발명은 폴리이미드, 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 에테르 케톤 등의 기재, 혹은 스테인리스 강 또는 니켈 등의 얇은 금속으로 이루어지는 기재를 포함하는 가압 벨트 및 정착 벨트에도 적용가능하다.

본 발명이 본 명세서에 개시된 구성을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 여기에 개시된 세부 사항에 한정되지 않으며, 본 출원은 아래의 청구 범위의 개선의 목적 또는 그 범위 내에 놓이는 모든 변경 또는 변화를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

정착 부재를 제조하는 제조 장치로서,
상기 정착 부재의 기재(base material)를 내부에 보유 지지할 수 있는 금속 몰드와,
상기 기재가 보유 지지된 상기 금속 몰드 내에 바늘 형상 필러를 함유하는 액상 고무를 주입하기 위한 개구군을 포함하는 주입 부재를 포함하고,
상기 주입 부재는, 상기 금속 몰드의 내면과 상기 기재의 외면의 둘레 길이 합에 대한 상기 개구군의 총 둘레 길이의 비가 1.3 이상 3.3 이하가 되도록 구성되는 제조 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 주입 부재는, 상기 금속 몰드의 중력 방향의 하방에 접속되는 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 몰드 내의 상기 액상 고무를 경화하기 위해서 상기 금속 몰드를 가열하는 가열 장치를 더 포함하는 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 몰드로부터 취출된 경화된 고무의 외주면에 불소계 수지 재료의 층을 형성하는 장치를 더 포함하는 제조 장치.
제5항에 있어서, 상기 불소계 수지 재료는 PFA 수지 재료인 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 몰드의 내면에 불소계 수지 튜브를 보유 지지하는 보유 지지 장치를 더 포함하고,
상기 액상 고무는 상기 불소계 수지 튜브의 내면과 상기 기재의 외면의 사이에 주입되는 제조 장치.
제7항에 있어서, 상기 불소계 수지 튜브는 PFA 수지 튜브인 제조 장치.
제7항에 있어서, 상기 금속 몰드 내의 상기 액상 고무를 경화시키기 위해서 상기 금속 몰드를 가열하는 가열 장치를 더 포함하는 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 몰드에 접속되고, 상기 액상 고무의 주입에 수반하여 상기 금속 몰드로부터 공기의 배출을 허용하기 위한 배출 부재를 더 포함하는 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 바늘 형상 필러의 애스펙트비는 4.5 이상 200 이하인 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 바늘 형상 필러는 길이 방향의 열 전도율이 500W/(m·K)인 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 바늘 형상 필러는 피치계(pitch-based) 탄소 섬유인 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 기재는 원통 형상의 코어 금속인 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 정착 부재는 가압 롤러인 제조 장치.