KR102666789B1 - 스폰지 롤러, 및 화상 형성 장치 - Google Patents

스폰지 롤러, 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의해, 축체와 그 축체의 외주면에 형성된 탄성층을 갖는 스폰지 롤러이며, 상기 탄성층이 미라블 (millable) 형 실리콘 고무와 미팽창 마이크로 벌룬 셀과 화학 발포제의 셀로부터 형성된 것을 특징으로 하는 스폰지 롤러, 및 이 스폰지 롤러를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치가 제공된다. 본 발명의 스폰지 롤러는 내구성이 높고 표면 평활성이 우수하고, 압축 영구 변형이 작다.

Description

스폰지 롤러, 및 화상 형성 장치
이 발명은, 스폰지 롤러, 및 화상 형성 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 내구성이 높고 표면 평활성(平滑性)이 우수하고, 압축 영구 변형이 작은 스폰지 롤러, 및 이 스폰지 롤러를 구비한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
다공질 구조를 가진 고무 스폰지는, 예를 들어, 화상 형성 장치용의 각종 롤러, 세정용 스폰지, 물, 기름 등의 유체 흡수용 스폰지, 도장 재료 등에 적합하게 이용되고 있다.
이러한 고무 스폰지는, 예를 들면, 발포제를 사용하는 발포 성형법, 중공 미립자등을 이용하는 방법, 미리 혼입된 용해성 입자를 용출시키는 용출법등에 의해, 제조할 수 있다. 예를 들면, 화상 형성 장치용의 화상 전사롤의「도전성 압축성 층 23 의 성형 방법」으로서, 특허 문헌 1에는「압축성 층을 형성하는 합성 고무 배합물중에 발포제를 배합해 두고, 고무의 가황(加硫)중에 발포시켜 셀을 갖는 압축성 층으로 하는 발포 성형법, 발포제 대신 중공 미소구(微小球)를 배합해 두고, 독립한 셀을 형성하는 중공 미소구 혼입법, 또는, 물, 메탄올 등의 용출액에 용출 가능한 분체, 예를 들면, 염화나트륨, 설탕 등을 합성 고무 배합물 중에 배합해 두고, 가황후에 상기 분체를 용출시킴으로써 셀을 갖는 압축성 층으로 하는 분체 용출법 등이 알려져 있다」는 것이 기재되어 있다.
보다 구체적으로는, 마이크로 벌룬을 이용하는 방법으로서, 특허 문헌 2에는「수지 마이크로 벌룬에 의해 형성된 공극부를 분산 함유하는 탄성층을 심금(芯金)(cored bar)의 주위로 갖는 가압 롤러」로서「당해 탄성층은 팽창시킨 수지 마이크로 벌룬을 포함하는 액상 실리콘 고무를 심금상에서, 당해 상기 수지 마이크로 벌룬의 연화점보다도 낮은 온도에서 가열하여 당해 액상 실리콘 고무를 경화한 후, 당해 수지 마이크로 벌룬을 파괴함으로써 당해 공극부를 생기게 하는 것을 특징으로 하는」것이 기재되어 있다 (청구항 1 등).
또는, 특허 문헌 3에는「발포 현상을 수반하지 않고 균일한 미세 셀 (기포) 를 갖는 실리콘 엘라스토머 다공질체를 생성할 수 있는 유중수형 에멀젼 조성물」을 사용하여「복사기, 레이저 프린터등의 작상(作像)부품 등」에 사용할 수 있는「실질적으로 독립 기포형 실리콘 엘라스토머 다공질체」가 기재되어 있다.
화상 형성 장치용 각종 롤러 이외에도 예를 들어 도장 재료(印材)로서의「스폰지 고무 인쇄체」에 관한 특허 문헌 4에는「고무, 수용성 미분말, 가황제, 충전제 및 섬유 길이 0.2 ~ 2mm 로한 유기계 합성 섬유의 스테이플을 혼련(混練)하여 마스터 배치(master batch)로 하고, 이를 가황한 후 수용성 미분말을 세제(洗除) 하여 얻어지는 연속 기포를 갖는 스폰지 고무 인쇄체」가 기재되어 있다 (청구항 1)
특허 문헌 5에는, 저분자량 실리콘 고무에 기팽창 수지 마이크로 벌룬을 혼합하여 얻어진 컴파운드 (compound)(화합물) A에, 고분자량 실리콘 고무를 혼합하여 이루어지는 실리콘 고무 컴파운드를, 상기 수지 마이크로 벌룬의 연화점보다도 낮은 온도에서 가열하여 실리콘 고무를 경화시켜 이루어지는 실리콘 고무 스폰지가 개시되어 있다 (청구항 1 참조).
일본 특허 공개 2005-24902호 공보 일본 특허 제3658305호 공보 일본 특허 제4638714호 공보 일본 특허 제3647110호 공보 WO2013/005613호 공보
이 발명은, 내구성이 높고 표면 평활성 및 압축 영구 변형에 우수한 스폰지 롤러, 및 이 스폰지 롤러를 구비한 화상 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단은, 하기의 (1) ~ (6) 이다.
(1) 축체와 그 축체의 외주면에 형성된 탄성층을 갖는 스폰지 롤러로서,
상기 탄성층이 미라블(millable) 형 실리콘 고무와 미팽창 마이크로 벌룬의 셀과 화학 발포제의 셀로 형성된 것을 특징으로 하는 스폰지 롤러.
(2) 축체와 그 축체의 외주면에 형성된 탄성층을 갖는 스폰지 롤러로서,
상기 탄성층이, 탄성층 단면에 있어서 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제에 의한 셀 면적비가 95 대 5 ~ 50 대 50 인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 스폰지 롤러.
(3) 상기 탄성층의 비중이 0.9 ~ 0.3 인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 스폰지 롤러.
(4) 상기 탄성층이, 미팽창 마이크로 벌룬에 의해 형성된 평균 셀 직경이 150㎛ 이하, 또한 화학 발포제에 의해 형성된 평균 셀 직경이 300㎛ 이하의 복합 셀을 갖는 상기 (1) ~ (3) 중 어느 한 항에 기재된 스폰지 롤러.
(5) 상기 탄성층은 25 % 압축 영구 변형이 15 % 이하이고, 또한 25 % 압축 내구 시험에 있어서의 경도 저하가 15 % 이하인 상기 (1) ~ (4) 중 어느 한 항에 기재된 스폰지 롤러.
(6) 상기 (1) ~ (5) 중 어느 한 항에 기재된 스폰지 롤러를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
본 발명에 따르면, 상기 탄성층이 미라블(millable)형 실리콘 고무와 미팽창 마이크로 벌룬 셀과 화학 발포제의 셀로 형성되기 때문에, 마이크로 벌룬에 의한 소경()셀의 표면 평활성과, 화학 발포제에 의한 대경()셀의 특성을 양립하는 우수한 스폰지 롤러를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 탄성층 단면에 있어서 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제에 의한 셀 면적비가 95 대 5 ~ 50 대 50 이기 때문에, 마이크로 벌룬에 의한 소경셀의 표면 평활성과, 화학 발포제에 의한 대경셀의 특성을 양립하는 우수한 스폰지 롤러를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄성층이 미팽창 마이크로 벌룬에 의해 형성된 평균 셀 직경이 150㎛ 이하이고, 또한 화학 발포제에 의해 형성된 평균 셀 직경이 300㎛ 이하의 셀을 겸비하기 때문에, 압축 영구 변형이 작고, 또한 반복 압축에 의한 경도 저하가 적고 표면 평활성이 우수하여, 화상 형성 장치에 이용하면 고품질의 화상을 형성할 수 있는 스폰지 롤러를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이 발명에 관한 스폰지 롤러를 채용하고, 장착함으로써, 화상 품질이 좋은 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.
[도 1] 도 1은, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 스폰지 롤러를 나타내는 설명도이다.
[도 2] 도 2는, 본 발명에 관한 스폰지 롤러의 압축 영구 변형을 측정하는 측정 장치를 나타내는 모식도이다.
[도 3] 도 3은, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 스폰지 롤러를 정착 장치에 장착하여 이루어지는 화상 형성 장치의 일례를 나타내는 설명도이다.
[도 4] 도 4는, 실시예에 있어서, 탄성 롤러의 내구성 시험을 실시하는데 적합하게 사용되는 내구성 시험 장치를 나타낸 모식도이다.
본 발명의 일례인 스폰지 롤러 1은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 심금(芯金)이라고도 불리는 축체 2와, 그 축체의 외주면에 형성된 탄성층 3 을 갖는다. 4는 탄성층 3의 표면에 형성된 불소 수지층이다.
상기 축체는, 통상, 철, 알루미늄, 스테인리스강, 놋쇠 등으로 형성된 이른바 심금이라 불리는 장척상() 원주체이다. 축체는 장착되는 화상 형성 장치에 따라 적절히 직경 및 축선 방향의 길이로 조정된다.
화상 형성 장치에 스폰지 롤러가 장착되는 경우, 이 축체는 통상 5.0 ~ 40mm의 직경을 가지며, 또는 일단으로부터 타단까지의 축 길이는, 통상 150 ~ 1000mm이다.
탄성층은, 미라블 (millable) 형 실리콘 고무와 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제로 형성된다. 상기 미라블 (millable) 형 실리콘 고무는, 경화하기 전의 상태가 천연 고무나 통상의 합성 고무의 미가황 배합 고무에 유사하고, 반죽 롤기 또는 밀폐식의 혼합기 등으로 가소화(可塑化)· 혼합할 수 있는 실리콘 고무 컴파운드(compound)이다.
적절한 미라블 (millable) 형 실리콘 고무는,
(A) 하기 평균 조성식 (I)
R1 aSiO (4-a) / 2 (I)
(식중, R1은 동일 또는 이종의 비치환 또는 치환의 일가 탄화수소기를 나타내고, a는 1.95 ~ 2.05의 정수이다.)
로 나타나는 중합도가 100 이상의 오르가노폴리실록산,
(B) BET 흡착법에 의한 비표면적이 50m2 / g 이상의 보강성 실리카,
(C) 하기 일반식 (II)
R2 mSi (OR3) 4- m (II)
(식중, R2는 독립적으로 수소 원자 또는 비치환 또는 치환의 일가 탄화수소기이며, R3는 동일 또는 이종의 비치환 또는 치환의 알킬기이고, m은 0,1,2 또는 3 이다.)로 표시되는 알콕시 실란,
（Ｄ）물、및
(E) 하기 일반식 (III)
R4 3SiNHSiR4 3 (III)
(식 중, R4는 동일 또는 이종의 일가 탄화수소기를 나타낸다.)
로 표시되는 헥사오르가노디실라잔(HexaOrganodisilazane)을 함유하여 이루어진다.
상기 오르가노폴리실록산을 나타내는 식 (I) 에 있어서 R1은, 탄소수 1 ~ 12, 특히 탄소수 1 ~ 8의 것이 바람직하다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기, 옥틸기 등의 알킬기, 시클로 펜틸기, 시클로 헥실기 등의 시클로 알킬기, 비닐기, 알릴기, 프로페닐기 등의 알켄닐기, 시클로 알켄닐기, 페닐기, 트릴기 등의 아릴기, 벤질기, 2- 페닐 에틸기 등의 아랄킬기등, 또는 이들기의 수소 원자의 일부 또는 전부를 불소, 염소 등의 할로겐 원자 또는 시아노기 등으로 치환한, 예를 들면 클로로 메틸기, 트리 플루오로 프로필기, 시아노 에틸기 등을 들 수 있고, 메틸기, 비닐기, 페닐기, 트리플루오로 프로필기가 바람직하고, 특히 메틸기, 비닐기가 바람직하다.
특히, (A) 성분으로서의 오르가노 폴리실록산은, 1 분자 중에 2 개 이상, 통상 2 ~ 50 개, 특히 2 ~ 20 개 정도의 알켄닐기, 시클로 알켄닐기 등의 지방족 불포화기를 갖는 것이 바람직하고, 특히 비닐기를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 전체 R1 중 0.01 ~ 20 몰 %, 특히 0.02 ~ 10 몰 %가 지방족 불포화기인 것이 바람직하다. 또한, 이 지방족 불포화기는, 분자 사슬 말단에서 규소 원자에 결합하고 있어도, 분자 사슬의 도중 (분자 사슬 비말단) 의 규소 원자에 결합하고 있어도, 그 양방이어도 좋지만, 적어도 분자 사슬 말단의 규소 원자에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
또는, a는 1.95 ~ 2.05, 바람직하게는 1.98 ~ 2.02, 보다 바람직하게는 1.99 ~ 2.01의 정수이다. 또한 전체 R1 중 90 몰 % 이상, 바람직하게는 95 몰 % 이상, 더욱 바람직하게는 지방족 불포화기를 제외한 모든 R1이 알킬기, 특히 메틸기인 것이 바람직하다.
(A) 성분인 오르가노 폴리실록산의 분자 구조는 직선 사슬형 () 또는 일부 분기 구조를 갖는 직선 사슬형인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 당해 오르가노 폴리실록산의 주사슬 (主鎖)을 구성하는 디오르가노 실록산 단위 (R1 2SiO2 / 2, R1은 상기와 동일하고, 이하 동일)의 반복 구조가, 디메틸 실록산 단위만을 반복하여 이루어진 것, 또는 이 주사슬(主鎖)을 구성하는 디메틸 실록산 단위의 반복으로 이루어지는 디메틸 폴리실록산 구조의 일부로서, 페닐기, 비닐기, 3,3,3- 트리 플루오로 프로필기등을 치환기로서 갖는 디페닐 실록산 단위, 메틸 페닐 실록산 단위, 메틸 비닐 실록산 단위, 메틸 -3,3,3- 트리플루오로프로필 실록산 단위 등의 디오르가노실록산 단위를 도입한 것 등이 적절하다.
또는, 분자 사슬 양 말단은, 예를 들어, 트리메틸실록시기, 디메틸페닐실록시기, 비닐디메틸실록시기, 디비닐메틸실록시기, 트리비닐실록시기 등의 트리오르가노 실록시기 (R1 3SiO1 / 2)나 히드록시디메틸실록시기등의 히드록시디오르가노 실록시기 (R1 2 (HO) SiO1 / 2) 등으로 봉쇄되어 있는 것이 바람직하다.
(A) 성분의 오르가노 폴리실록산은, 상술한 바와 같이, 분자 사슬 양말단이 트리 오르가노실록시기 (R1 3SiO1 / 2) 또는 히드록시디오르가노실록시기 (R1 2 (HO) SiO1 / 2)로 봉쇄된, 주 사슬이 디오르가노실록산단위 (R1 2SiO2 / 2)가 반복하면서 이루어진 직선 사슬형의 것을 바람직하게 들 수 있다. 특히 바람직한 것으로서는, 분자중의 치환기 (즉, 규소 원자에 결합하는 비치환 또는 치환의 일가 탄화수소기)의 종류로서, 메틸비닐폴리실록산, 메틸페닐비닐폴리실록산, 메틸트리플루오로 프로필비닐폴리실록산 등을 들 수 있다.
이와 같은 오르가노폴리실록산은, 예를 들면, 오르가노 할로실란 (halosilane) 의 1 종 또는 2 종 이상을 (공) 가수 분해 축합하여, 또는 환상 폴리실록산 (실록산의 3량체, 4량체 등)을 알칼리성 또는 산성 촉매를 사용하여 개환중합 (고리 열림 중합) 하여 얻을 수 있다.
또한, 상기 오르가노폴리실록산의 중합도는 100 이상 (통상, 100 ~ 100,000), 바람직하게는 1,000 ~ 100,000, 보다 바람직하게는 2,000 ~ 50,000, 특히 바람직하게는 3,000 ~ 20,000이며, 실온 (25℃) 에서 자기 유동성이 없는, 이른바 생고무 형상 (비액상) 인 것이 바람직하다. 중합도가 너무 작으면 컴파운드로 한 때에, 롤 점착 등의 문제가 발생하고, 롤작업 성이 악화된다. 또한, 이 중합도는 겔 침투 (gelpermeation) 크로마토 그래피 (GPC) 분석에 의한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 중합도로서 측정할 수 있다.
(A) 성분은, 1 종을 단독으로 사용해도, 분자량 (중합도) 이나 분자 구조가 다른 2 종 또는 3 종 이상의 혼합물이어도 좋다.
(B) 성분의 보강 실리카는, 기계적 강도가 우수한 실리콘 고무 조성물을 얻기 위해 첨가되는 충전제이며, 이를 위해서는 비표면적 (BET 흡착법)이 50m2 / g 이상인 것이 필요하며, 바람직하게는 100 ~ 450m2 / g, 보다 바람직하게는 100 ~ 300m2 / g이다. 비표면적이 50m2 / g 미만이면, 경화물의 기계적 강도가 낮아지게 된다.
이와 같은 보강성 실리카로서는, 예를 들어 연무질 실리카 (Fumed Silica), 침강 실리카 (습식 실리카) 등을 들 수 있으며, 또는 이들의 표면을 클로로실란이나 헥사메틸디실라잔 등으로 소수화 처리한 것도 적절하게 이용된다. 이 중에서도 동적 피로 특성이 뛰어난 연무질 실리카가 바람직하다. (B) 성분은 1 종 또는 2 종 이상을 병용해도 좋다.
(B) 성분의 보강 실리카의 배합량은, (A) 성분의 오르가노폴리실록산 100 질량부에 대하여 5 ~ 100 질량부이고, 10 ~ 50 질량부인 것이 바람직하다. (B) 성분의 배합량이 너무 적은 경우에는 보강 효과를 얻지 못하고, 너무 많은 경우에는 가공성이 나빠지게 되고, 또는 기계적 강도가 저하되어, 동적 피로 내구성도 악화되고 만다.
상기 식 (II)로 표시되는 (C) 성분의 알콕시실란으로서는, 오르가노트리알콕시실란, 디오르가노디알콕시실란, 트리오르가노알콕시실란 등의 오르가노알콕시실란이나, m = 1로, 또한 R2가 수소 원자인 트리알콕시실란, m = 0의 테트라알콕시실란을 예시할 수 있다.
여기서, R2는 수소 원자, 또는 동일 또는 이종의 비치환 또는 치환의 일가 탄화수소기이고, 비치환 또는 치환의 일가 탄화수소기로서는, 상기 (A) 성분의 식 (I) 중 의 R1과 같은 것을 들 수 있다. 통상, 탄소수 1 ~ 8, 특히 탄소수 1 ~ 4의 것이 바람직하며, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기, 옥틸기 등의 알킬기, 시클로 펜틸기, 시클로 헥실기 등의 시클로 알킬기, 비닐기, 알릴기, 프로페닐기 등의 알켄닐기, 시클로 헥센일기 등의 시클로 알켄닐기, 페닐기, 트릴기 등의 아릴기, 벤질기, 2- 페닐에틸기 등의 아랄킬기, 또는 이러한 기의 수소 원자의 일부 또는 전부를 불소, 염소, 브롬 등의 할로겐 원자 또는 시아노기 등으로 치환한 클로로 메틸기, 3,3,3- 트리플루오로프로필기, 2- 시아노 에틸기 등을 들 수 있고, 메틸기, 비닐기, 페닐기, 트리플루오로프로필기가 바람직하고, 특히 메틸기, 비닐기, 페닐기가 바람직하다. 또는 (A) 성분의 오르가노폴리 실록산과의 상용성면에서 (A) 성분의 비치환 또는 치환의 일가 탄화수소기 R1과 동일한 것이 바람직하다.
R3의 비치환 또는 치환 알킬기로서는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소 부틸기, tert- 부틸기 등의 통상, 탄소수 1 ~ 4 정도의 알킬기나, 메톡시메틸기, 메톡시에틸기, 에톡시메틸기, 에톡시에틸기 등의 알콕시 치환 알킬기가 예시되어 있지만, 가수 분해성 등의 점에서 메틸기, 에틸기가 바람직하다. 식 중 m은 0,1,2 또는 3이며, 바람직하게는 1 또는 2이다.
이러한 알콕시 실란으로서는, 예를 들어, 디메톡시디메틸실란, 디에톡시디메틸실란, 디메톡시디에틸실란, 디에톡시디에틸실란, 디메톡시메틸비닐실란, 디메톡시디페닐실란, 디메톡시메틸페닐실란, 트리메톡시메틸실란, 트리에톡시메틸실란, 트리메톡시비닐실란, 트리메톡시페닐실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란 등을 들 수 있지만, m = 2 인 디알킬디알콕시실란 등의 디오르가노디알콕시실란이 바람직하고, 특히 디메톡시디메틸실란이 바람직하다.
이들 알콕시 실란은 비교적 저렴하며, 이를 출발 원료로서 사용하는 것은 경제적으로 매우 유리하다. 상술한 알콕시 실란은 단독 또는 2 종 이상의 조합으로 사용할 수 있다. 단 복수의 알콕시 실란을 섞어서 사용하는 경우에는, 양자의 가수 분해 속도가 다르기 때문에, 균일하게 반응하지 않을 가능성이 있으므로 주의가 필요하다.
(C) 성분의 사용량은, 상기 (A) 성분 100 질량부에 대하여 0.1 ~ 20 질량부이며, 바람직하게는1 ~ 15 질량부이다. 알콕시 실란의 사용량이 너무 적으면 컴파운드의 가소도(可塑度)(degree of plasticity) 가 너무 높아져, 또는 가소복귀 (creep hardening) 가 너무 커지거나, 너무 많으면 컴파운드의 가소도가 너무 낮아져, 롤밀(roll mill) 등의 혼련(混練) 수단에 있어서 롤점착성이 발생하고 롤 작업성이 악화한다.
(D) 성분인 물의 pH는 특별히 한정되지 않지만, pH가 너무 높거나, 너무 낮거나 하면, 배합시에 사용하는 장치가 부식되어 버리기 때문에, pH는 1.0 ~ 12.0인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.0 ~ 10.0, 더욱 바람직하게는 2.0 ~ 7.0이다. 여기서, (D) 성분의 물은, 상기 범위의 pH로 하기 위해서, 염산, 황산, 질산 등의 무기산, 및개미산, 아세트산 등의 유기산을 이용하여 조정한 산성 수용액이나, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수 등을 이용하여 조정한 염기성 수용액으로서 이용하는 것도 가능하다.
또는 사용하는 물의 양은, 상기 알콕시 실란의 알콕시기에 대해서 0.3 ~ 10 배 몰, 특히 0.5 ~ 2.0 배 몰, 특히 1.0 ~ 1.5 배 몰이 바람직하다. 이 양이 상기 범위보다도 적으면, 알콕시기가 완전히 가수 분해하지 않고, 조금 밖에 수산기가 생성하지 않는 문제가 생긴다. 많게 첨가하면, 과잉의 물을 제거할 필요가 있다.
상기 (E) 성분인 헥사오르가노디실라잔을 나타내는 식(III)에 있어서, R4로서는, 상기 (A) 성분에 있어서 R1과 동일한 것을 들 수 있지만, 특히 메틸기, 에틸기 등의 탄소수 1 ~ 6 정도의 알킬기가 바람직하고, 또는 분자중에 비닐기 등의 알켄닐기를 가지고 있어도 상관없다.
(E) 성분으로서는, 헥사메틸디실라잔, 1- 비닐펜타메틸디실라잔, 1,3- 디비닐 -1,1,3,3- 테트라메틸디실라잔, 1,3- 디메틸 -1,1,3,3- 테트라비닐디실라잔 등이 예시되어 있지만, 헥사메틸디실라잔, 1,3- 디비닐 -1,1,3,3- 테트라메틸디실라잔이 바람직하고, 헥사메틸디실라잔이 보다 바람직하다.
(E) 성분으로서는, 상기 헥사오르가노디실라잔 외에 암모니아수를 사용할 수 있다. 암모니아수의 농도는 특별히 한정되지 않지만, 통상 1 ~ 30 질량 %, 바람직하게는 10 ~ 28 질량 %, 보다 바람직하게는 15 ~ 28 중량 % 정도의 것을 사용할 수 있다.
(E) 성분의 배합량은, (A) 성분의 오르가노 폴리실록산 100 질량부에 대하여 헥사 오르가노디실라잔의 경우에는, 0.01 ~ 1 질량부, 바람직하게는 0.02 ~ 1 질량부, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 0.5 질량부이며, 암모니아수의 경우에는, 0.01 ~ 1 질량부, 바람직하게는 0.05 ~ 1 질량부, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 1 질량부이다.
(E) 성분의 배합량이 너무 적은 경우에는, 배합 시간의 단축 효과가 적고, 또는 내압축 영구 변형, 동적 피로 내구성 향상의 효과를 얻지 못하고, 너무 많은 경우에는 얻어지는 고무 경도가 너무 높아져, 또는 경제적으로도 바람직하지 않다.
(E) 성분의 첨가는, (C) 성분의 알콕시 실란과 (D) 성분의 물에 의한 가수 분해가 충분히 진행된 후에 첨가하는 것이 필요하며, 구체적으로는, 조성물의 제조 과정에서 각 성분을 균일하게 혼합, 혼련할 때에, (A), (C), (D) 성분에, (B) 성분을 필요 첨가량의 25 질량 % 이상 (25 ~ 100 질량 %), 바람직하게는 50 ~ 100 질량 % 첨가하고, 균일하게 혼합한 후, (E) 성분을 첨가하는 것이 필요하다.
(C) 성분의 알콕시 실란과 (D) 성분의 물에 의한 가수 분해가 불충분한 시점에서 (E) 성분이 첨가되면, 경화전의 내가소복귀 특성이나 경화후의 내압축 영구 변형 특성이 열등한 조성물이 된다.
본 발명에 있어서 미라블 (millable) 형 실리콘 고무는, 상술한 (A) ~ (E) 성분의 소정량을, 소정의 배합 순서 (배합시기) 에서 두개의 롤 (롤밀), 니더(kneader), 반버리 믹서(Banbury mixer) 등으로 균일하게 혼련하거나, 혼합함으로써 얻을 수 있다.
즉, (B) 성분의 필요 첨가량의 25 ~ 100 질량 %, 바람직하게는 50 ~ 100 질량 % 와 (A), (C), (D) 성분을 혼합한다. 이 혼합시에 (C) 성분인 알콕시 실란과 (D) 성분인 물과 가수 분해 반응하고, 당해 가수 분해 반응물이 (B) 성분인 실리카의 웨터(Wetter)로서 작용하기 때문에, 혼합 시간이 단축된다. 이 경우, 여기에서의 혼합, 혼련은 (C) 성분의 (D) 성분에 의한 가수 분해 반응을 충분히 달성시키기 위해, 바람직하게는 0 ~ 100 ℃, 보다 바람직하게는 10 ~ 90 ℃, 더욱 바람직하게는 30 ~ 80 ℃에 있어서 바람직하게는 1 ~ 120 분, 보다 바람직하게는 10 ~ 60 분의 조건으로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 이와 같이 (C) 성분과 (D) 성분의 가수 분해 반응이 충분히 진행한 후에, (E) 성분인 헥사오르가노디실라잔 또는 암모니아수를 첨가한다. 이에 의해, 혼합 시간도 보다 단축된다. 또한, (B) 성분의 실리카 전량을 전의 혼합, 혼련 공정에서 사용하지 않는 경우는 (B) 성분의 실리카의 잔부는 이 혼합, 혼련 공정시에 첨가한다. 이 (E) 성분 및 (B) 성분의 잔량을 첨가하여, 혼합, 혼련할 때의 온도는 0 ~ 100 ℃, 특히 10 ~ 90 ℃, 특히 40 ~ 80 ℃가 바람직하고, 또한 혼합, 혼련 시간은 1 ~ 120 분, 특히 3 ~ 60 분으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (A) ~ (E) 성분의 총배합 시간은 5 분 ~ 5 시간, 보다 바람직하게는 10 분 ~ 3 시간으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 미라블 (millable) 형 실리콘 고무는、상술한 것 외에, 신에츠 화학 공업 주식회사제의 KE-571-U, KE-1571-U, KE-951-U, KE-541-U, KE-551- U, KE-561-U, KE-961T-U, KE-1541-U, KE-1551-U, KE-941-U, KE-971T-U를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서 미팽창 마이크로 벌룬은, 팽창하지 않은 수지 마이크로 벌룬을 들 수 있다.
수지 마이크로 벌룬으로서는, 외각에 열가소성 수지를 이용한 것이 바람직하게 사용된다. 외각을 구성하는 열가소성 수지로서는, 염화비닐리덴 / 아크릴로니트릴 공중합체, 메틸메타크릴레이트 / 아크릴로니트릴 공중합체, 메타아크릴로니트릴 / 아크릴로니트릴 공중합체 등을 들 수 있다. 액상 실리콘 고무의 경화 온도에 맞추어, 외각이 되는 수지의 연화 온도가 적당한 범위 내에 있는 수지 마이크로 벌룬을 이용하는 것이 바람직하다. 또는, 내포된 증발성 물질로서는, 부탄, 이소 부탄 등의 탄화수소를 들 수 있다.
본 발명에 적합한 미팽창 수지 마이크로 벌룬은「마츠모토 마이크로 스페아 -F 시리즈」(마츠모토유지제약사 제), 「엑스판셀 시리즈」(엑스판셀사 제) 등으로 시판되고 있다.
본 발명에 있어서 화학 발포제로서는, 종래, 탄성층의 형성에 사용되는 발포제면 좋고, 예를 들면, 무기계 발포제로서, 중탄산 소다, 탄산 암모늄 등을 들 수 있으며, 유기계 발포제로서, 디아조아미노(diazoamino)유도체, 아조니트릴 유도체, 아조 디카르복실산 유도체 등의 유기 아조 화합물 등을 들 수 있다. 유기 아조 화합물 중에서도, 아조디카르복실산아미드, 아조비스 - 이소부티로니트릴 등이 적합하게 사용된다. 특히 아조비스 - 이소부티로니트릴이 적합하게 사용 가능하다.
본 발명의 스폰지 롤러는 상기 미라블 (millable) 형 실리콘 고무와 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제로 형성된 탄성층을 갖는다. 이 탄성층의 중심축선에 직교하는 방향으로 탄성층을 절단한 때에 나타나는 탄성층의 단면은, 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제에 의해 형성된 셀의 면적비가 95 대 5 ~ 50 대 50 이며, 바람직하게는 90 대 10 ~ 55 대 45 이다. 상기 셀 면적비가 상기 범위내에 있으면, 미팽창 마이크로 벌룬의 영향으로 화학 발포제의 셀 직경이 과도하게 커지지 않고, 표면 평활성이 우수한 탄성층을 얻을 수 있다. 더욱이, 이 탄성층은, 미팽창 마이크로 벌룬에 의해 형성된 평균 셀 직경이 150㎛ 이하, 바람직하게는 150㎛ 이하 20㎛ 이상, 특히 바람직하게는 120㎛ 이하 30㎛ 이상인 셀과 화학 발포제에 의해 형성된 평균 셀 직경이 300㎛ 이하, 바람직하게는 300㎛ 이하 50㎛ 이상, 특히 바람직하게는 250㎛ 이하 60㎛ 이상인 셀과의 복합 셀을 갖는다. 또한, 본 발명에 있어서는, 화학 발포제에 의해 형성된 셀의 평균 셀 직경은 미팽창 마이크로 벌룬에 의해 형성된 셀의 평균 셀 직경보다도 크다. 미팽창 마이크로 벌룬에 의한 소경 셀은 반복 압축에 의한 경도 저하는 작지만, 압축 영구 변형이 크다. 한편, 화학 발포제에 의한 대경 셀은 압축 영구 변형은 작지만, 반복 압축에 의한 경도 저하가 크다. 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제와의 혼합 비율을 조정하여 상기 셀 면적비를 최적화함으로써, 반복 압축에 의한 경도 저하와 압축 영구 변형의 양방을 작게 할 수 있다.
셀 면적비는, 탄성층의 외표면에 있어서, 또는 임의의 방향면에서 절단했을 때의 절단면에 있어서, 광학 현미경으로 200 배 확대한 때, 마이크로 벌룬에 의한 셀의 합계 면적과, 화학 발포제에 의한 셀의 합계 면적과의 비이다. 평균셀 직경은, 탄성층의 외표면에 있어서, 또는 임의의 방향에서 절단했을 때의 절단면에서, 광학 현미경으로 100 배에서 200 배로 확대했을 때, 무작위로 선택한 셀 10 개의 평균값이다. 미팽창 마이크로 벌룬에 의한 셀의 식별은, 셀 내부에 마이크로 벌룬의 껍질 또는 껍질이 수축한 잔해가 있음에 따라 판단할 수 있다. 이 평균 셀 직경은, 탄성층을 형성하기 위한 미라블 (millable) 형 실리콘 고무 및 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제를 포함하는 혼합물의 가황 조건을 적절하게 설정함으로써, 조정할 수 있다.
화학 발포제를 함유함으로써 화학 발포제에 의해 생긴 셀을 갖지만, 미팽창 마이크로 벌룬을 함유하지 않음으로써 미팽창 마이크로 벌룬에 의한 셀을 가지지 않은 탄성층은, 셀 직경이 커지게 되고 표면 평활성이 저하한다. 본 발명의 스폰지 롤러에 있어서 탄성층은, 미팽창 마이크로 벌룬 유래의 셀에 의해 화학 발포제 유래의 셀이 커지는 것을 억제하고 있고, 이에 따라 스폰지 롤러의 표면 평활성이 향상하고 있다.
또는, 미팽창 마이크로 벌룬의 배합량 및 화학 발포제의 배합량을, 상기 제조 방법의 설명에서 기재한 것과 같은 양으로 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 압축 영구 변형은, 이하와 같이 평가할 수 있다.
<25 % 압축 영구 변형의 평가 방법>
도 2에 나타낸 바와 같이, 스폰지 롤러 1의 상하를 철판 20에 끼워, 바이스에 고정한다. 그 때, 상하 철판 20 사이에 스페이서 21 를 끼우고, 철판의 간격이 일정한 거리를 유지하도록 조정한다. 그 상태에서, 180 ℃의 건조기에서 5 시간 방치한다. 그 후, 스폰지 롤러 1을 사이에 둔 철판을 분리하여, 실온에서 16 시간 방치한다. 그 스폰지 롤러 1의 직경을 측정하고, 이하의 식으로 압축 영구 변형을 계산한다.
압축 영구 변형 (%) = (D1-D2) / (D1-H) × 100
압축율 (%) = (D1-H) / (D1-L) × 100
[식에서, 시험전의 스폰지 롤러 1 직경 D1
시험후의 스폰지 롤러 1 직경 D2
심금의 직경 L
스페이서 21 의 높이 H]
상기 경도 저하는, 25 % 압축 내구 시험법에 따라 측정할 수 있다. 본 발명의 탄성층은, 25 % 압축 내구 시험법에 의해 측정되는 경도 저하가 15 % 이하, 특히 15 ~ 3 % 인 것이 바람직하다. 경도 저하가, 상기 수치 범위내에 있으면, 얻어지는 스폰지 롤러를 이용한 화상 형성 장치가, 장기간에 걸쳐 안정된 화상 형성이 가능하게 되어 바람직하다.
또는, 상기 탄성층은 그의 아스카 C 경도가 20 ~ 60 인 것이 바람직하다. 또는, 본 발명에 관한 스폰지 롤러는, 탄성층 표면의 아스카 C 경도가, 축 방향에 있어서 양단의 차가 1 이하이다. 스폰지 롤러에 있어서 탄성층의 아스카 C 경도의 차이가 작은 것은, 가압된 탄성층이 균일하게 변형하고, 응력 분포의 편향이 작아지게 된다는 이점이 있어 유리하다.
상기 탄성층은, 상기 축체의 외주면에 원주상으로 형성된, 탄성층의 두께는 통상 0.5 ~ 30mm이며, 바람직하게는 1 ~ 15mm이다.
이 탄성층에는, 발명의 과제를 달성할 수 있는 한, 저분자 실록산에스테르, 실라놀,
예를 들어, 디페닐실란디올(Diphenylsilanediol)등의 분산제, 산화철, 산화 세륨, 옥틸산철 등의 내열성 향상제, 접착성이나 성형 가공성을 향상시키는 각종 카본 기능성 (functional) 실란, 난연성을 부여시키는 할로겐 화합물 등을 이 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 함유해도 좋다.
이 발명에 관한 스폰지 롤러는, 이하와 같이 하여 제조할 수 있다.
우선 미라블 (millable) 형 실리콘 고무와, 상기 미라블 (millable) 형 실리콘 고무 100 질량부에 대하여 미팽창 마이크로 벌룬 0.5 ~ 3.0 질량부와, 상기 미라블 (millable) 형 실리콘 고무 100 질량부에 대하여 화학 발포제 0.05 ~ 1.0 질량부와, 가교제를 배합한다.
상기 미팽창 마이크로 벌룬 및 화학 발포제의 종류 등에 대해서는 이미 설명했다. 상기 가교제로서는, 부가 반응 가교제, 및 유기 과산화물 가교제 등을 들 수 있다.
상기 부가 반응 가교제로서, 예를 들어, 한 분자중에 두 개 이상의 SiH 기 (SiH 결합)를 갖는 부가 반응형 가교제로서 공지의 오르가노하이드로겐폴리실록산 (OrganohydroGenpolysiloxane)을 적절하게 들 수 있다. 부가 반응 가교제는 1종 단독으로 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 부가 반응 가교제의 배합량은, 통상 미라블 (millable) 형 실리콘 고무 100 질량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 질량부이다.
이 부가 반응 가교제를 사용하는 경우, 상기 유기 과산화물 가교제는, 단독으로 미라블 (millable) 형 실리콘 고무를 가교시키는 것도 가능하지만, 부가 반응 가교제의 보조 가교제로서 병용하면, 얻어지는 스폰지 롤러의 강도, 변형 등의 물성을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 유기 과산화물 가교제로서는, 예를 들면, 벤조일과산화물, 비스-2,4-디클로로벤조일과산화물 (peroxide), 과산화디큐밀(dicumylperoxide), 디 - t - 부틸 과산화물, 2,5- 디메틸 -2, 5- 비스 (t- 부틸퍼옥시) 헥산 등을 들 수 있다. 유기 과산화물 가교제의 배합량은, 통상 미라블 (millable) 형 실리콘 고무 100 질량부에 대하여 0.1 ~ 5.0 질량부이다. 유기 과산화물 가교제는 1종 단독으로 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
부가 반응 가교제는, 부가 반응 촉매를 병용하는 것이 바람직하다. 부가 반응 촉매는 백금흑, 염화제이백금, 염화백금산, 염화 백금산과 일가알코올과의 반응물, 염화백금산과 올레핀류와의 착체, 백금 비스아세토아세테이트, 팔라듐계 촉매, 로듐계 촉매 등을 들 수 있다. 또한, 이 부가 반응 촉매의 배합량은 촉매량으로 하는 것이 가능하다.
혼합하는 방법은 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 상온 상압하에서, 미라블 (millable) 형 실리콘 고무에 미팽창 마이크로 벌룬, 화학 발포제, 및 가교제를 순차적으로, 또는 한번에 투입하여 교반기, 혼련기 등으로 균일하게 혼합시키는 방법등을 들 수 있다. 이와 같이 하여 혼합물을 조제하는 공정을 완수한다.
상기 혼합물에는, 각종 첨가제를 포함할 수 있다. 각종 첨가제로서, 예를 들면 사슬 연장제 및 가교제 등의 조제(), 촉매, 분산제, 발포제, 노화 방지제, 산화 방지제, 충전제, 안료, 착색제, 가공 조제, 연화제, 가소제, 유화제, 내열성 향상제, 난연성 향상제, 수산(受酸) 제, 열전도성 향상제, 이형제, 용제 등을 들 수 있다. 이러한 각종 첨가제는 통상적으로 사용되는 첨가제이어도 좋고, 용도에 따라 특별히 사용되는 첨가제 이어도 좋다.
상기 혼합물은 두개의 롤, 세개의 롤, 롤밀, 반버리 믹서(Banbury mixer), 도우 믹서(dough mixer) (니더) 등의 고무 혼련기 등을 이용하여, 균일하게 혼합될 때까지, 예를 들어, 수분에서 수시간, 바람직하게는 5 분 이상 1 시간 이하에 걸쳐 상온 또는 가열하에서 혼련함으로써 얻을 수 있다.
이어서, 얻어진 혼합물을, 스폰지 롤러를 구성하기 위한 축체의 외주면에, 압출 성형에 의한 연속 가열 성형, 프레스, 인젝션 (injection) 에 의한 형 성형 등에 의해, 가열 성형한다.
축체의 외주면에 혼합물을 원기둥상으로 형성한 후, 원기둥상의 혼합물, 다시 말하면, 원기둥상의 성형체를, 축체마다 가열하여 가황한다. 이 가열 가황을 행할 때의 조건 예를 들어 미팽창 마이크로 벌룬 및 화학 발포제의 종류와 그의 첨가량, 가교제의 종류와 첨가량, 가열 온도 등에 의해 발포후의 대경 셀의 평균 셀 직경 및 소경 셀의 평균 셀 직경을 소정의 범위로 조정할 수 있다.
상기 성형체를 가열하여 가황하는 때의 가열을 이하와 같이하면, 특히 바람직하다. 즉, 일차 가황으로서 100 ~ 300 ℃, 특히 150 ~ 250 ℃로 5 ~ 30 분간 가열하고, 다음으로, 이차 가황으로서 180 ~ 250 ℃, 특히 200 ~ 230 ℃에서 1 ~ 10 시간 동안 가열하는 것이 좋다. 이와 같이 복수의 횟수로 가열하면 미팽창 마이크로 벌룬의 팽창, 화학 발포제의 분해, 미라블 (millable) 형 실리콘 고무의 경화, 잔류하는 저분자 실록산의 배제, 팽창한 마이크로 벌룬의 열수축을 필요에 따라 컨트롤 가능하게 되어 바람직하다. 이와 같이 복수회의 가열 조작을 행함으로써, 미팽창 마이크로 벌룬 유래의, 평균 셀 직경이 150㎛ 이하인 소경 셀과, 화학 발포제 유래의, 평균 셀 직경이 300㎛ 이하인 대경 셀을 갖는 복합 셀에 조정할 수 있다. 또한, 대경 셀의 평균 셀 직경이 소경 셀의 평균 셀 직경보다도 작아지게 되는 일은 없다.
가황을 하는데 필요한 가열은, 적외선 가열로 또는 열풍로 등의 가열로, 건조기 등의 가열기 등으로 행할 수 있다.
이렇게 해서 얻어지는 스폰지 롤러를 재차 연마 공정에 제공해도 좋다. 연마 공정은 축체의 외주면에 형성된 스폰지 롤러의 형상을, 축체의 축선 방향에 있어서 스폰지 롤러의 두께를 축체의 중앙을 향하여 서서히 증가시켜, 축체의 중앙에서 축체의 선단을 향해 서서히 감소시키는 형상, 즉 크라운 형상, 혹은 축체의 중앙에서 축체의 양단을 향해 스폰지 롤러의 두께 증가시키는 형상, 즉 역 크라운 형상, 혹은 직선 형상으로 조정하는 공정이다.
또는, 상기 가황에 의해 얻어진 스폰지 롤러, 혹은 연마 공정에 의해 소정의 형상으로 조정된 스폰지 롤러의 외표면을, 튜브, 예를 들어 불소 수지 튜브로 피복하여도 좋다. 불소 수지 튜브에 의한 피복은、예를 들어, 가압하에서 스폰지 롤러를 압축하여 불소 수지 튜브에 삽입하는 가압 삽입법, 감압하에서 불소 수지 튜브를 압축하여 불소 수지 튜브에 삽입하는 감압 삽입법, 감압하에서 불소 수지 튜브를 반경 방향으로 확경시켜 스폰지 롤러를 그 내부에 삽입하는 감압 확경법 등에 의해 행할 수 있다.
본 발명에 따른 스폰지 롤러는 화상 형성 장치의 예를 들면 정착 장치에 장착할 수 있다. 다음으로, 본 발명에 관한 스폰지 롤러를 구비한 정착 장치를 내장하는 화상 형성 장치 (이하, 본 발명에 관한 화상 형성 장치라고 칭하는 경우가 있다.) 의 일례를, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화상 형성 장치 30 은, 정전 잠상이 형성되는 회전 가능한 상담지체()(IMAGE CARRIER) 31 예를 들면 감광체와, 상기 상담 지체 31 의 주위에 배치된, 대전 수단 32 예를 들면 대전 롤러, 노광 수단 33, 현상 수단 40, 전사 수단 34 예를 들어 전사 롤러 및 클리닝 수단 37 과, 기록체의 반송 방향 하류측에 정착 장치 35 를 구비하고 있다. 이 현상 수단 40 은, 종래의 현상 수단과 기본적으로 동일하게 형성되며, 구체적으로는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 현상제 수용부 41 과, 상담지체 31 에 현상제 42 를 공급하는 현상제 담지체 44 와, 현상제 담지체 44 에 현상제 42 를 공급하는 현상제 공급 수단 43 과, 현상제 42 를 대전시키는 현상제 규제 부재 45 를 구비하고 있다.
화상 형성 장치에 있어서 종래의 정착 장치는, 통상, 정착 롤러를 저경도로 하고, 가압 롤러를 고경도로 하여 닙 (nip) 폭 및 닙 (nip) 압을 확보하고 있지만, 본 발명에 있어서의 정착 장치는, 정착 장치 35 와 같이, 아스카 C 경도 (하중 1.0Kg)는 20 ~ 35의 범위에 있는 저경도의 정착 롤러 53 과, 저경도의 가압 롤러 56 를 갖는 가열 정착 장치이다. 즉, 이 정착 장치 35 는, 도 3 에 그의 단면이 표시되어 있는 것과 같이, 기록체 36 를 통과시키는 개구 52 를 갖는 케이스 50 내에, 정착 롤러 53 과, 정착 롤러 53 의 근방에 배치된 무단(無端)벨트 지지 롤러 54 와, 정착 롤러 53 및 무단 벨트지지 롤러 54 에 감긴 무단 (無端) 벨트 55와 무단 벨트 55를 개재하여 정착 롤러 53 에 압접하는 가압 롤러 56 과, 무단 벨트 55 에 비접촉이 되도록 배치되어, 무단 벨트 55 를 개재해 외부에서 정착 롤러 53 을 가열하는 가열 수단 57을 구비하고, 무단 벨트 55 를 개재해 정착 롤러 53 과 가압 롤러 56 이 상호 당접 또는 압접하도록 회전 가능하게 지지되어 이루어지는 압력열 정착 장치이다.
무단 (無端) 벨트 지지 롤러 54는, 화상 형성 장치에 통상적으로 사용되는 롤러이면 되고, 예를 들면, 탄성 롤러 등이 이용된다. 무단 (無端) 벨트 55는, 예를 들면, 폴리아미드, 폴리아미드이미드 등의 수지에 의해, 무단상으로 형성된 벨트이면 되고, 그 두께 등도 적절히 정착 장치 35 에 적합하도록 조정할 수 있다. 가압 롤러 56 는 스프링 등의 부세 수단 (도시 않음) 에 의해 무단 벨트 55 를 개재해 정착 롤러 53 에 압접하고 있다. 이 정착 장치 35 에 있어서, 본 발명에 관한 스폰지 롤러가 가압 롤러 56으로서 장착되어 있다. 상기 가열 수단 57 은, 할로겐 히터 및 반사판 등을 이용한 복사 가열 방법, 가열기 등을 직접 접촉시켜 가열하는 직접 접촉 가열 방법, 및, 유도 가열 방법 등이 채용된다. 이 가열 수단 57 은, 정착 롤러 53 에 있어서의 축선 방향의 길이와 거의 동일한 길이를 갖는 부재이며, 정착 장치 35 중 어느 하나에 배치 되어도 좋지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 정착 롤러 53 표면에서 일정한 간격을 두고 정착 롤러 53 에 대략 평행하게 배치되는 것이 좋다. 상기 유도 가열 방법에는 가열 코일이 사용되며, 이 가열용 코일은 통상, 페라이트 등의 강자성체에서, 스위칭 전원용으로서 사용되는 대표적인 형상인 I 형, E 형 및 U 형태 등으로 형성된, 도선이 감겨져 이루어진다. 무단 (無端) 벨트 55와 가압 롤러 56 과의 압접된 사이를 기록체 36 이 통과함에 따라, 가압과 동시에 가열되고, 기록체 36에 전사된 현상제 42 (정전 잠상) 를 정착시키는 것이 가능하다.
본 발명에 관한 화상 형성 장치 30 은, 다음과 같이 작용한다. 우선, 화상 형성 장치 30 에 있어서, 대전 수단 32 에 의해 상담지체 31 이 균일하게 대전되고, 노광 수단 33에 의해 상담지체 31 의 표면에 정전 잠상이 형성된다. 이어서, 현상 수단 40 에서 현상제 42 가 상담지체 31 에 공급되어 정전 잠상이 현상되고, 이 현상제 상이 상담지체 31 과 전사 수단 34 와의 사이에 반송되는 기록체 36 상에 전사된다. 이 기록체 36 은 정착 장치 35 로 반송되고, 현상제 상이 영구 화상으로서 기록체 36 에 정착된다. 이렇게 하여 기록체 36 에 화상을 형성할 수 있다.
이 정착 장치 35 및 이 화상 형성 장치 30 은, 가압 롤러 56 으로서 이 발명에 관한 스폰지 롤러가 채용되고 있기 때문에, 현상제를 기록체에 정착시키는 정착성이 우수함과 함께 소비 전력이 작다.
본 발명에 관한 스폰지 롤러, 및 화상 형성 장치는, 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 스폰지 롤러 1 에 있어서, 탄성층 3은, 단층 구조로 되어 있지만, 본 발명에 있어서는 두층 이상의 복층 구조로 되어 있어도 좋다.
화상 형성 장치 30 은, 전자 사진 방식의 화상 형성 장치로 되어 있으나, 본 발명에서, 화상 형성 장치는, 전자 사진 방식에는 한정되지 않고, 예를 들면, 정전 방식의 화상 형성 장치라도 좋다. 또는 화상 형성 장치 30 은, 현상 수단 40 에 단색 현상제 42 만을 수용하는 흑백 화상 형성 장치로 되어 있으나, 본 발명에서, 화상 형성 장치는 흑백 화상 형성 장치에 한정되지 않고, 컬러 화상 형성 장치라도 좋다. 컬러 화상 형성 장치로서는, 예를 들어, 상담지체 상에 담지된 현상제 상을 중간 전사체에 순차 일차 전사를 반복하는 4 사이클형 컬러 화상 형성 장치, 각색의 현상 수단을 구비한 복수의 상담지체를 중간 전사체나 전사 반송 벨트 상에 직렬로 배치한 탠덤 (tandem) 형 컬러 화상 형성 장치 등을 들 수 있다. 화상 형성 장치 30 은, 예를 들면, 복사기, 팩시밀리, 프린터 등의 화상 형성 장치로 된다.
또는, 정착 장치 35 및 화상 형성 장치 30 에 있어서, 현상제 42 는, 하나의 성분계의 현상제가 유리하게 이용되지만, 토너와, 철, 니켈 등의 캐리어를 포함하는 두 성분계의 현상제도 사용할 수 있다.
실시예
(실시예 1 ~ 7, 비교예 1 ~ 4)
실시예 1~7 및 비교예 1~4에 있어서는, 표 1에 나타난 베이스 고무 재료와, 표1에 기재된 가교제와, 표1에 기재된 촉매와, 표1에 기재된 미팽창 마이크로 벌룬과, 표 1에 나타난 화학 발포제를, 표 1에 나타난 배합량으로, 두 개의 롤로 충분히 혼련하여 혼합물을 얻었다.
또한, 실시예 1~7, 및 비교예 1~4에서 사용된 베이스 고무 재료는, 신에츠 화학 공업 주식회사제의 상품명 KE-551U인 미라블 (millable) 형 실리콘 고무이며, 표 1에 기재된 가교제는「부가 가교제」라고 기재된 신에츠 화학 공업 주식회사 제의 상품명 C-25B와「과산화물(peroxide) 가교제」라고 기재된 신에츠 화학 공업 주식회사제의 C-3과의 조합이다. 표 1에 기재된「촉매」는 신에츠 화학 공업 주식회사제의 상품명 C-25A 인 백금 촉매이며, 표 1에 기재된「화학 발포제」는 오츠카 화학 주식회사제의 상품명 AZO 시리즈의 AIBN이다. 표 1에 기재된 미팽창 마이크로 벌룬은 마츠모토 유지 제약 주식회사제의 상품명 마츠모토 마이크로 스피어이다.
또한, 비교예 1에 있어서는 화학 발포제가 배합되지 않고, 미팽창 마이크로 벌룬만이며, 비교예 4에 있어서는 미팽창 마이크로 벌룬이 배합되지 않고, 화학 발포제만이다. 이어서, 프라이머 층을 형성한 축체와 상기 혼합물을 압출 성형기에서 일체 분출하여, 실시예 1~7 및 비교예 1~4에 있어서는, 적외선 가열로 (IR로) 를 이용하여 상기 혼합물을 225 ℃에서 17 분간 가열하여 1 차 가황한 후, 열풍 건조로에서 225 ℃에서 7 시간에 걸쳐 2 차 가황함으로써 발포 롤러 원체를 제작하였다. 이 발포 롤러 원체의 원주면을, 금속 숫돌에 의한 고속 연마를 주식회사 미나구치 제작소제의 연마기에 의해 실시했다.
실시예 1~7 및 비교예 1~4에서 얻은 스폰지 롤러는 외경 30mm 및 축선 방향 길이 340mm의 직선 형상이다. 제조된 스폰지 롤러의 평균 셀 직경, 스폰지 비중, 연마후의 탄성층의 표면측 및 축체측의 경도 (아스카 C 경도) 를 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
또는, 스폰지 롤러의 내구성을, 이미 설명한 25 % 압축 영구 변형의 평가 방법, 및 이하의 내구성 시험에 의해 측정하고, 평가했다.
(내구성 시험)
이렇게 하여 제조된 스폰지 롤러 및 도 4에 도시된 내구성 시험 장치 70 을 이용하여, 각 스폰지 롤러의 내구성 시험을 실시하여 경도의 저하 상황을 평가했다. 구체적으로는, 이 내구성 시험 장치 70 은, 케이스 내부의 하면에 고정되고, 내부 히터 72 를 구비한 가열 롤러 71 과, 이 가열 롤러 71 의 축 방향을 따라, 그 양측에 설치된 보온재 73 과, 가열 롤러 71과 대향하도록, 케이스 내부 상면에 상하 이동 가능하게 설치된 시험 롤러 장착부 74 와, 시험 롤러 장착부 74 를 상하로 이동 가능한 가압력 조정 수단 75, 예를 들어, 가압 조정용 마이크로 미터를 구비하고 있다. 또한, 가열 롤러 71 로서, 직경 20mm의 금속 (스테인리스강 SUS304) 제 롤러를 사용하였다.
제조한 각 스폰지 롤러를, 시험 롤러 장착부 74 의 베어링에 장착하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 가압력 조정 수단 75를 조작하여, 장착한 탄성 롤러 (도 4에서「탄성 롤러 76」) 를 가열 롤러 71 에 압접하고, 가열 롤러 71과 탄성 롤러 76 과의 압접부에서 탄성 롤러 76 에 있어서 발포 탄성층이 내부에 2mm 오목하게 들어가도록 탄성 롤러 76 를 고정했다. (즉, 탄성 롤러 76의 반경과 가열 롤러 71 과의 반경의 합보다도 2mm 짧아지도록, 탄성 롤러 76 의 중심축과 가열 롤러 71 의 중심축과의 거리 d 를 조절했다.).
이어서, 내부 히터 72 를 기동하고, 가열 롤러 71 의 표면 온도를 180 ℃로 조절했다. 그 후, 시험 롤러 장착부 74에 장착된 구동 수단 (미도시) 에 의해, 회전 속도 180rpm에서 100 시간에 걸쳐 회전 구동시켰다. 탄성 롤러를 내구성 시험 장치 70 에서 분리하여, 아스카 C 경도를 측정했다. 또한, 아스카 C 경도의 측정 개소는, 축선 방향으로 3 개소, 원주 방향으로 4 개소으로 하고, 구체적으로는, 축선 방향의 3 개소는 발포 탄성체의 양단부에서 중앙을 향해 30mm 부분 및 축선 방향의 중앙 부분으로 하여, 원주 방향의 4 개소는 축선 방향의 3 개소 각각에 있어서 중심각이 90 °가 되는 원주 방향으로 등간격인 4 개소로 했다. 또한, 이 내구 시험의 결과로서, 경도 저하량이 15 % 이하를 OK 로 한다. 내구 시험 결과를「25 % 압축 내구 시험 후의 경도 변화 (%)」항목으로서, 표 1에 기재하였다.
내구 시험에 대해서
제품 외경 φ30, 샤프트 외경 φ14, 두께 8mm
압축율 25 % → 2mm 압입
* 1) 「/ 의 좌측 숫자」가 미팽창 마이크로 벌룬에 의한 셀의 평균 셀 직경이며,「/ 의 우측 숫자」가 화학 발포제에 의한 셀의 평균 셀 직경이다.
１　　스폰지 롤러
２　　축체
３　　탄성층
４　　불소 수지층
２０　철판
２１　스페이서
３０　화상 형성 장치
３１　상담지체
３２　대전 수단
３３　노광 수단
３４　전사 수단
３５　정착 장치
３６　기록체
３７　클리닝 수단
４０　현상수단
４１　현상제 수납부
４２　현상제
４３　현상제 공급 수단
４４　현상제 담지체
４５　현상제 규제 부재
５０　케이스
５２　개구
５３　정착 롤러
５４　무단 벨트 지지 롤러
５５　무단 벨트
５６　가압 롤러
７０　내구성 시험 장치
７１　가열 롤러
７２　내부 히터
７３　보온재
７４　시험 롤러 장착부
７５　가압력 조정 수단
７６　탄성 롤러

Claims (6)

  1. 축체와 그 축체의 외주면에 형성된 탄성층을 갖는 스폰지 롤러로서,
    상기 탄성층이 미라블 (millable) 형 실리콘 고무와 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제로 형성되고,
    탄성층 단면에 있어서 미팽창 마이크로 벌룬과 화학 발포제에 의한 셀 면적비가 95 대 5 ~ 50 대 50 인 것을 특징으로 하는 스폰지 롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성층의 비중이 0.9 ~ 0.3 이고,
    미팽창 마이크로 벌룬에 의해 형성된 평균 셀 직경이 150㎛ 이하, 또한 화학 발포제에 의해 형성된 평균 셀 직경이 300㎛ 이하의 복합 셀을 갖고, 상기 화학 발포제에 의해 형성된 평균 셀 직경은 상기 미팽창 마이크로 벌룬에 의해 형성된 평균 셀 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 스폰지 롤러.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄성층은 25 % 압축 영구 변형이 15 % 이하이고, 또한 25 % 압축 내구 시험에 있어서 경도 저하가 15 % 이하인 스폰지 롤러.
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 스폰지 롤러를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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