(57)【要約】  【課題】  熱膨張率が小さく、熱劣化が少ない他、安定したシートの搬送能力を維持することができるようにローラ表面の摩擦力が一定の範囲にあるシリコーン発泡体と、このシリコーン発泡体を用いた定着ローラ、及びこの定着ローラを内蔵した電子写真画像形成装置の定着装置を提供する。    【解決手段】  シリコーンゴムを発泡加硫してなる発泡体のシリコーンゴムが、シリコーンゴムコンパウンド１００質量部に、細孔容積０．３ｍｌ／ｇ以上の多孔質フィラーを５〜５０質量部含有し、熱膨張率が６％以下となるように設定する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーンゴムを発泡加硫してなる発泡体であって、該シリコーンゴムは、シリコーンゴムコンパウンド１００質量部に、細孔容積０．３ｍｌ／ｇ以上の多孔質フィラーを５〜５０質量部含有し、熱膨張率が６％以下であることを特徴とするシリコーンゴム発泡体。
【請求項２】
前記多孔質フィラーがゼオライト、シリカ、珪藻土、カーボンのうちの少なくとも１種類からなることを特徴とする請求項１に記載のシリコーンゴム発泡体。
【請求項３】
前記シリコーンゴムの発泡剤として有機アゾ化合物を使用し、該有機アゾ化合物が、ジメチル−１，１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコーンゴム発泡体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載のシリコーンゴム発泡体を用いた定着用ローラ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載のシリコーンゴム発泡体を用いた定着用ローラを用いた電子写真画像形成装置における定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、ファクシミリ又はレーザープリンタ等の電子写真方式の電子写真画像形成装置において、シート上の未定着トナーを溶融圧着し、このシートに定着させるために使用される定着装置と、この定着装置において使用される定着用ローラ及びその原材料であるシリコーンゴム発泡体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子写真方式の電子写真画像形成装置の定着装置としては、発熱源を内蔵した定着ローラと、この定着ローラに所定圧力で圧接する加圧ローラの２本のローラを備えたいわゆる一対のローラ構造が採用されており、定着ローラと加圧ローラを総称して定着用ローラと呼ばれている。
【０００３】
これら定着用ローラは、未定着トナーをシート上に溶融圧着するため一般に１８０〜２００℃の高温下で一定の圧力で圧接された状態で使用される。そのため、定着用ローラには、熱膨張率が小さいこと、熱劣化が少ないことが要求される他、一定したシートの搬送能力を維持するために表面の摩擦力が一定の範囲にあることが要求される。
【０００４】
また、シートの搬送力を得るために、定着ローラと加圧ローラとの転接部に所定幅のニップ部を確保しようとすると、加圧ローラの表面に高いゴム弾性層を備えていることが要求される（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００５】
そこで、従来、円筒状芯金の外周に、吸水率が全体の４０％以上で、連続気泡率が９０％以上である連続気泡構造を有するシリコーンのゴム状弾性体を設けた定着用加圧ローラが提案されている。
【０００６】
この定着用加圧ローラは、高温下にあってもその連泡構造により、内部の蒸気が逃げ、熱膨張によるローラ外径の増加や発泡体の硬度低下が低減され、さらには十分なニップ幅を確保し得る柔軟性が高いとされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【特許文献１】特開２００２−６６６６号公報
【特許文献２】特開２００４−７０１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の発明ではゴム発泡体の熱容量を小さくし、もってウオーミングアップ時間を短縮することが発明の主たる目的であり、その副次的効果として通紙時において安定的に良好な定着動作を達成することができると記載されているが、ゴム発泡体の熱膨張率と安定的な定着動作の関係については何等の認識もない。
【０００８】
特許文献２記載の発明は、定着用ローラ外周のゴム発泡体が９０％以上の連続気泡率構造を有し、更に当該構造に４０％以上の吸水率を併有させることにより、ゴム発泡体の熱膨張によるローラ外径の増加拡大や硬度低下を軽減し、もってローラの送り速度のバラツキの問題を解決して定着動作の安定を図っている。ゴム発泡体の熱膨張に着目する点では本発明とも共通するが、９０％以上の連泡構造を有する所望のゴム発泡体を得るため、３段階の加熱処理を経て発泡と硬化を行う必要があり、加熱操作が煩雑でありかつ加熱条件の変動により連泡構造が変化し  熱膨張が一定に管理されたゴム発泡体の生産が困難であった。
【０００９】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決し、細孔容積０．３ｍｌ／ｇ以上の多孔質フィラーの補強作用と気体吸着作用の相乗効果により、定着用ローラの温度が常温から連続使用時の温度まで昇温しても熱膨張率が小さく、熱膨張による容積変化が一定の範囲にある、シリコーンゴム発泡体を提供し、このシリコーンゴム発泡体を採用した定着ローラ、及びこの定着ローラを内蔵した電子写真画像形成装置の定着装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、上記課題を実現するために、請求項１に記載のシリコーンゴム発泡体は、シリコーンゴムを発泡加硫してなる発泡体であって、該シリコーンゴムは、シリコーンゴムコンパウンド１００質量部に、細孔容積０．３ｍｌ／ｇ以上の多孔質フィラーを５〜５０質量部含有し、熱膨張率が６％以下であることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載のシリコーンゴム発泡体は、請求項１の構成に加えて、前記多孔質フィラーがゼオライト、シリカ、珪藻土、カーボンのうちの少なくとも１種類からなることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載のシリコーンゴム発泡体は、請求項１又は２の構成に加えて、前記シリコーンゴムの発泡剤として有機アゾ化合物を使用し、該有機アゾ化合物が、ジメチル−１,１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）であることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の定着用ローラは、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のシリコーンゴム発泡体を用いて形成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載の電子写真画像形成装置における定着装置は、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のシリコーンゴム発泡体を用いた定着用ローラを用いていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１又は２に記載のシリコーンゴム発泡体によれば、熱膨張率が小さい、熱劣化の少ないシリコーンゴム発泡体が提供できる。
【００１６】
請求項３に記載のシリコーンゴム発泡体によれば、熱膨張率が小さく、更に高いゴム弾性と柔軟性を備えた、熱劣化の少ないシリコーンゴム発泡体が提供できる。
【００１７】
請求項４に記載の定着用ローラによれば、請求項１乃至３に記載のシリコーンゴム発泡体によって形成されているので、通紙時において安定したシートの搬送能力を維持することができ、良好な定着動作を示す定着用ローラが提供できる。
【００１８】
請求項５に記載の電子写真画像形成装置の定着装置によれば、請求項１乃至３に記載のシリコーンゴム発泡体を用いた請求項４に記載の定着用ローラが組み込まれているので、連続運転の際のシート搬送能力が安定し、定着不良の発生がきわめて少ない電子写真画像形成装置の定着装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
本発明のシリコーンゴムを発泡加硫してなる発泡体の基材は、ビニル基含有ジメチルシリコーン生ゴム、ビニル基含有フェニルシリコーン生ゴム、ビニル基含有フルオロシリコーン生ゴム等、またはこれらの変性物に必要に応じて煙霧質シリカ、沈降性シリカ等の補強性シリカ充填材を添加してなるものである。
【００２１】
加硫処理に用いる付加反応用架橋剤としては、一分子中に２個以上のＳｉＨ基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが用いられ、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、直鎖状、環状、分枝状のいずれであってもよく、付加反応硬化型シリコーンゴム組成物の硬化剤として公知なオルガノハイドロジェンポリシロキサンを使用することができる。オルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、シリコーンゴムコンパウンド成分のオルガノポリシロキサン１００質量部に対して０．０１〜２０質量部配合することが好ましい。さらに、加硫補助剤として有機過酸化物を併用すれば、ゴムの強度や歪み等の物性向上に効果が有り、これにはベンゾイルパーオキサイド、ビス２,４ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等が例示される。また、耐熱性向上剤や硬度を調整するために非補強性シリカを添加してもよい。
【００２２】
さらに、この付加反応による架橋反応を用いるシリコーンゴム発泡体には、メチルビニルシクロテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイド等の公知の白金触媒抑制剤を添加するのが好ましい。
【００２３】
付加反応触媒としては、従来より知られているいずれのものでもよく、具体的には白金族の金属単体及びその化合物を用いることができる。例えば、シリカ、アルミナ又はシリカゲルのような担体上に吸着された微粒子状白金金属、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸６水塩とオレフィン又はジビニルジメチルポリシロキサンとの錯体、塩化白金酸６水塩のアルコール溶液等の白金系触媒、パラジウム触媒、ロジウム触媒などが挙げられる。これら触媒の添加量は触媒量であり、通常、白金系金属量に換算して１〜１，０００ｐｐｍの範囲で使用されるが、好ましくは１０〜５００ｐｐｍの範囲が適当である。１ｐｐｍより少ないと架橋反応が十分促進されず、硬化が不十分となる場合があり、１，０００ｐｐｍより多く加えても反応性に対する影響も少なく、また不経済である。
【００２４】
発泡剤としては、従来より知られているいずれのものでもよく、具体的には、アゾジカルボンアミド、アゾビス−イソブチロニトリルなどの有機アゾ化合物が好適に使用される。特に、ジメチル−１,１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）が好適に使用できるが、これに限定するものではない。
【００２５】
本発明に使用される多孔質フィラーの添加量は、シリコーンゴムコンパウンド１００質量部に対し５質量部未満では十分な補強作用が得られず、低熱膨張率を維持できない、また、５０質量部を越えると加工性が悪くなり、得られるシリコーンゴムの物理特性が低下するので、好ましくは１０〜４０質量部である。
【００２６】
多孔質フィラーとして、例えば水銀圧入法等（この方法に用いる装置を例示すると自動比表面積測定装置「ＧＥＭＩＮＩ２３７５」（商品名、（株）島津製作所製）にて積算細孔容積を測定したときに０．３ｍｌ／ｇ以上の細孔容積を有する無機多孔質充填材なら用いることができる、具体的には、合成ゼオライトフィラーであるゼオスター「ＣＡ−１００Ｐ」（商品名、日本科学工業（株）製）、シリカフィラー「ＳＵＮＳＰＨＥＲＥ  Ｈ３３」（商品名、旭硝子（株）製）が例示される。
【００２７】
本発明のシリコーンゴムを発泡加硫してなる発泡体には、必要に応じて粉砕石英、珪藻土等の非補強性シリカ、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック、炭酸カルシウム等の充填剤、着色剤、耐熱向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導向上剤等の添加剤や離型剤、アルコキシシラン、ジフェニルシランジオール、カーボンファンクショナルシラン、両末端シラノール基封鎖低分子シロキサン等の分散剤などを添加してもよい。
【００２８】
本発明のためのシリコーンゴム配合物は、上記した成分を２本ロール、バンバリーミキサー、ドウミキサー（ニーダー）などのゴム混練り機を用いて均一に混合することにより得ることができる。
【００２９】
このようにして調製されたシリコーンゴム配合物は、加熱発泡硬化させることにより容易に熱膨張率が６％以下であることを特徴とするシリコーンゴム発泡体を得ることができる。その硬化発泡方法は発泡剤の分解及びシリコーンゴムの加硫に十分な熱をかけられる方法であればよく、またその成形法も押出成形による連続加硫、プレス、インジェクションによる型成形等、特に制限されるものではない。この場合、加熱温度は１００〜５００℃、特に２００〜４００℃、加熱時間は数秒〜１時間、特に１０秒〜３０分であることが好ましい。また、必要に応じて１８０〜２５０℃で１〜１０時間程度２次加硫してもよい。
【００３０】
次に、本発明の定着ローラと定着用ローラの実施の形態について図を用いて詳細に説明する。図１は定着ローラの一実施例の構成を示した斜視図であり、図２は定着用ローラとして一対のローラ構造としたときの要部横断面図である。
【００３１】
本発明の定着ローラＡの基本構成は、金属製軸体１とその外側のシリコーンゴム発泡体２とからなり、図１に示す如く配置される。図１の金属製軸体１は、加工に先立ち上記シリコーンゴム発泡体２との密着性を向上するため、有機溶剤等で洗浄して油分を除去し、プライマー処理しておくことが好ましい。プライマー処理としては、具体的には「プライマーＮｏ．１０１Ａ／Ｂ」（商品名、信越化学工業（株）製）を塗布し、オーブンにて焼成処理をしたが、このプライマー剤及びこの処理方法に限られるものではない。
【００３２】
本発明のシリコーンゴム配合物と上記金属製軸体は、押出成型機にて一体押出しした後、赤外線オーブンにて焼成処理し、図１の定着ローラ実施例に示したような円筒形状に円筒研削盤にて外径を研磨した。  金属製軸体１とシリコーンゴム発泡体２が密着し、かつ、図１に示すような円筒形の外観形状が得られる方法であれば、当該方法に限られるものではなく、シリコーンゴム発泡体２のみを先に発泡形成しておき、後で金属製軸体１と接着するような方法でもよい。
【００３３】
定着ローラＡは未定着トナーを溶融圧着するため発熱できることが必要であり、図１の定着ローラＡに用いる金属製軸体１は、発熱源を内蔵している。定着ローラの発熱には電磁誘導加熱（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｔｉｎｇ）等も用いられ、その場合は、金属製軸体１は無垢の金属棒でも良い。ＩＨ加熱方式では、磁力線を発生させるためのＩＨコイルが金属製軸体１の周囲に配置される。
【００３４】
図２の加圧ローラＢは、シート上の未定着トナーを溶融圧着するに際して、シートを定着ローラに押し付ける役目を担うものであり、加圧ローラＢ自体には発熱機能は無くても良い。
【００３５】
本発明の定着ローラを用いた場合の定着不良の発生有無を調べるに際しては、上記の如く作成した定着ローラＡを上側、加圧ローラＢを下側にして、定着ローラＡと加圧ローラＢの転接部に所定幅のニップ部が確保できる程度の圧力をかけて、図２に示す構成で実際の定着装置に組み込み、評価専用パターンの連続印字試験を行い、目視評価にて印字品質の評価をした。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を挙げてこの発明をより具体的に説明するが、この発明の主旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
【００３７】
シリコーンゴムコンパウンド「ＫＥ−５５１Ｕ」（商品名、信越化学工業（株）製）１００質量部に対して、多孔質フィラーとして、合成ゼオライトフィラーであるゼオスター「ＣＡ−１００Ｐ」（商品名、日本化学工業（株）製）３０質量部、オルガノハイドロジエンポリシロキサン２質量部、発泡剤ジメチル−１，１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）５質量部、触媒として塩化白金酸を加え、シリコーンゴム配合物を調製した。また、金属製軸体（直径１４ｍｍ×３５０ｍｍ、ＳＵＳ２２に無電解ニッケルメッキを施したもの）をトルエン洗浄し、プライマーとして「プライマーＮｏ．１０１Ａ／Ｂ」（商品名、信越化学工業（株）製）を塗布する。  
【００３８】
さらに、プライマー処理した金属製軸体を、ギヤオーブンにて１８０℃の温度にて３０分間焼成処理し、常温にて３０分間以上冷却し、プライマー処理した金属製軸体とシリコーンゴム配合物とを、押出成形機にて一体押出し、それをＩＲ炉にて焼成処理して、スポンジロール原形を形成する。それをさらにギヤオーブンにて２００℃の温度にて７時間焼成処理し、常温にて１時間放置した後、円筒研削盤にて外径研削し、２０℃の恒温室にて保管し、端部から１０ｍｍの部位と中央部の計３点について、製品外径測定を行った。
【００３９】
こうして得られたロールを１８０℃にて２時間加熱し、製品の温度が１８０±５℃の時の製品外径を２０℃の時と同様に測定した。こうして得られたデータを元に２０〜１８０℃のスポンジ層の以下の熱膨張率の計算式を用いて算出した。
【００４０】
【数１】
2006178128.tif 000002
【００４１】
また、このような構成として得られた加圧ローラを定着装置に組み込んで、定着不良の発生有無を調べるため実際に実機に組み込みＡ４普通紙を用いて５％印字を３００００枚行った。その後、専用評価パターンを用いて目視にて印字評価を行った。◎は問題なし、×は印字かすれや白抜けといった重大な問題となり得る事象の発生、○は通常の文章印刷では問題ないが、グラフや写真を印刷する場合には多少の難があるという評価レベルを示している。
【００４２】
また、フィラーの細孔容積は、自動非表面積測定装置「ＧＥＭＩＮＩ２３７５」（商品名、（株）島津製作所製）を用いて確認した。
【００４３】
これらのデータを表１に示す。
［実施例２］
【００４４】
実施例１の多孔質フィラーをシリカフィラー「ＳＵＮＳＰＨＥＲＥ  Ｈ３３」（商品名、旭硝子（株）製）３０質量部とした以外は、実施例１と同様にスポンジローラを成形した。得られたロールについて、実施例１と同様の方法に熱膨張率及び定着性の確認を行った。これらのデータを表１に示す。  
［実施例３］
【００４５】
実施例１の発泡剤をジメチル−１，１’−アゾ−ビスイソブチルニトリル５質量部とした以外は、実施例１と同様にスポンジローラを成形した。得られたロールについて、実施例１と同様の方法に熱膨張率及び定着性の確認を行った。これらのデータを表１に示す。
［比較例１］
【００４６】
実施例１のフィラーを非孔質フィラー「ＳＵＮＳＰＨＥＲＥ  ＮＰ−３０」（商品名、旭硝子（株）製）３０質量部とした以外は、実施例１と同様にスポンジローラを成形した。得られたロールについて、実施例１と同様の方法に熱膨張率及び定着性の確認を行った。これらのデータを表１に示す。
【００４７】
【表１】
2006178128.tif 000003
【００４８】
実施例１及び２は、細孔容積０．３ｍｌ／ｇ以上の多孔質フィラー及びジメチル−１,１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）発泡剤を用いた場合であり、請求項３に対応する実施例である。得られた定着ロールの熱膨張率は６％以下であり、専用評価パターンを用いた定着性評価では、極めて良好な定着性の結果が得られた。
【００４９】
実施例３は、発泡剤をシリコーンゴム発泡用に一般に用いられる発泡剤とした場合であり、請求項２に対応する実施例である。定着ロールの熱膨張率は実施例１及び２の場合より若干大きいが６％以下が得られ、またグラフや写真印刷のような使用条件でない限り、定着性評価の結果も概ね良好であった。この結果より細孔容積０．３ｍｌ／ｇ以上の多孔質フィラーを含有すれば、本発明の効果が得られることが分かる。
【００５０】
比較例１は本発明に拠らない、細孔容積０．０５ｍｌ／ｇの非孔質フィラー及び発泡剤にジメチル−１,１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボキシレート）を用いた場合である。定着ロールの熱膨張率は７．５％となり、定着性評価中に白抜けなどが観察される等、重大な問題となり得る事象の発生が認められた。この結果より発泡剤の選定のみでは所望の効果は得られず、細孔容積０．３ｍｌ／ｇ以上の多孔質フィラーを含有せしめることが有効であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の定着ローラ実施例の斜視図である。
【図２】定着用ローラとして一対のローラ構造としたときの要部横断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  金属製軸体
２  シリコーンゴム発泡体
Ａ  定着ローラ
Ｂ  加圧ローラ  
【図１】
2006178128.tif 000004
【図２】
2006178128.tif 000005