(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯体と、該芯体の周囲に設けられた弾性層とを具備し、定着装置の定着部に用いられる定着・加圧ロールの製造方法であって、
化学発泡剤を配合した未加硫シリコーンゴムであって、可塑度が１５０以上２５０未満である未加硫シリコーンゴムを成形し、成形後、前記未加硫シリコーンゴムの可塑度を調整して２５０〜４５０とした後、発泡硬化させ、平均セル径が５０μｍ〜１５０μｍである前記弾性層を製造することを特徴とする定着・加圧ロールの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する定着・加圧ロールの製造方法において、
さらに、前記弾性層の表面に離型層を設けることを特徴とする定着・加圧ロールの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する定着・加圧ロールの製造方法で製造した定着・加圧ロールを用いて定着装置を製造することを特徴とする定着装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着・加圧ロールの製造方法及び定着装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンターの定着部に使用されるローラは、鉄、アルミ等の金属製芯金、弾性層（シリコーンゴム）で構成されたローラ（以下、定着ローラ）や、芯金、弾性層、離型層（フッ素樹脂チューブ）で構成されたローラ（以下、加圧ローラ）等がある。このような定着・加圧ロールにおいては、弾性層には低硬度で定着幅を広く確保し、対向する定着ローラや定着ベルトに内蔵される熱源から熱を奪い難い、低熱容量の発泡シリコーンゴムが広く用いられている。
【０００３】
発泡シリコーンゴムの多くは、ベースとなるゴムに予め発泡剤を配合し加熱によるガス化で発泡させる化学発泡を用いているが、硬化させる際に発泡の制御が困難であり形状や大きさが不均一なセルが形成されるという問題が生じている。このことが原因で、セルの破壊(破泡)が進行して硬度低下が生じ、十分な耐久性が得られないという問題が生じている。また、近年トナーの小粒径化が進む中で、印字品質の向上や高解像度化の要求に応じて十分に対応できておらず対策が求められている。
【０００４】
そこで、二酸化炭素等の気体を臨界圧力以上に加圧することでゴム中に分散させ、急減圧により気泡を得る工法で微細セルとする方法が提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００５】
しかしながら、未加硫ゴム内に発生した気泡は時間の経過と共に抜けていくため、硬化までの時間及び硬化条件の設定、管理が困難であり、場合によっては気泡がほとんど消失するという難点がある。
【０００６】
対策として、反応温度の異なる硬化剤を二種類以上入れ、一方を硬化させた半加硫状態で加圧する等の方法が提案されているが、この場合、硬化済み部分には気泡が残らないため低硬度・低熱容量化が困難となる。
【０００７】
そこで、セル径の小径化と低硬度化の両立を得るため、未加硫ゴムの可塑度を調整する方法が提案されている（特許文献３、４参照）。
【０００８】
しかしながら、可塑度を調整した未加硫ゴムは成形が困難になり、また、硬化速度や有機発泡剤の分解速度を高度に調整することが必要となっている。
【０００９】
このような背景から発泡シリコーンゴムの成形を容易に行うことができ、微細なセルを低硬度・低熱容量で形成する手法が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５０６５４３号公報
【特許文献２】特許第３６４２８９０号公報
【特許文献３】特許第４３４２２２９号公報
【特許文献４】特開２００３−３４５１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、比較的容易に成形でき、低硬度及び低熱容量の定着・加圧ロールを得ることができる定着・加圧ロールの製造方法及び定着装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様は、芯体と、該芯体の周囲に設けられた弾性層とを具備し、定着装置の定着部に用いられる定着・加圧ロールの製造方法であって、化学発泡剤を配合した未加硫シリコーンゴムであって、可塑度が１５０以上２５０未満である未加硫シリコーンゴムを成形し、成形後、前記未加硫シリコーンゴムの可塑度を調整して２５０〜４５０とした後、発泡硬化させ、平均セル径が５０μｍ〜１５０μｍである前記弾性層を製造することを特徴とする定着・加圧ロールの製造方法にある。
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する定着・加圧ロールの製造方法において、さらに、前記弾性層の表面に離型層を設けることを特徴とする定着・加圧ロールの製造方法にある。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載する定着・加圧ロールの製造方法で製造した定着・加圧ロールを用いて定着装置を製造することを特徴とする定着装置の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐久性に優れ、低硬度及び低熱容量の定着・加圧ロール及び定着装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る加圧ロールの横断面図及び縦断面図。
【図２】実施形態１に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。
【図３】実施形態２に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。
【図４】実施形態３に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。
【図５】実施形態４に係る定着・加圧ロールを具備する定着装置の断面図である。
【図６】実施例及び比較例のマイクロスコープ観察写真である。
【図７】試験例２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本発明に係る定着・加圧ロールは、画像形成装置の定着部において未定着トナー像を熱と圧力で記録媒体に定着するために用いられるものであり、後述する加圧ロール及び定着ロール等が例示される。本実施形態では、定着・加圧ロールの一例として、加圧ロールを例示する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る加圧ロールの横断面図及び縦断面図である。加圧ロール１は、芯体１１と、芯体１１の周囲に設けられた弾性層１２と、弾性層１２の周囲に設けられた離型層１３とを具備する。
【００２２】
本発明に係る弾性層１２は、シリコーンゴム原料と、化学発泡剤とを混合した後、押し出し成形し、その後、可塑度を調整した後、シリコーンゴム原料を硬化することにより得られたシリコーンゴムで構成される。かかるシリコーンゴムは、化学発泡剤の配合と、可塑度の調整、及び加硫条件の調整により、平均セル径が５０μｍ〜１５０μｍと微細に調整されたものである。
【００２３】
ここで、平均セル径はサンプル断面をマイクロスコープで拡大観察し、計算から求めたものである。セル径の求め方はセルの縦長さ×セルの横長さの平方根である。今回の平均セル径は５０個の中央値である。
【００２４】
成形前に可塑度を高くすると、押し出し成形が困難となる。一方、所定の条件で化学発泡剤を配合し成形した未加硫シリコーンゴムは、成形後、所定条件で放置するだけで可塑度を高くなるように調整でき、且つ発泡状態も維持できる。放置する温度、湿度は特に限定されないが、発泡反応や加硫反応が進行しない条件で行うのが好ましく、例えば、５〜４０℃の条件下で行えばよい。
【００２５】
成形前の未加硫シリコーンゴムの可塑度を１５０以上２５０未満とし、成形後、２５０〜４５０とした後、発泡硬化するのがよい。
【００２６】
このように可塑度が調整された未加硫シリコーンゴムを一次加硫させ、さらに、その後、二次加硫させることにより、所定の弾性層１２となる。
【００２７】
一次加硫、二次加硫条件は、原材料によって異なり、特に制限されないが、セル径の平均が５０μｍ〜１５０μｍとなるような条件を選択する必要がある。
【００２８】
一次加硫条件は、例えば、１５０〜３００℃で１５〜９０分程度であり、二次加硫条件は例えば、２００〜２５０℃で５〜２０時間程度である。
【００２９】
加圧ロール１を構成する芯体１１は、金属又は樹脂材料からなる。金属又は樹脂材料は、加圧ロール１の芯体として用いることができるものであれば、特に制限はない。また、芯体１１の形状についても制限はなく、中空であっても、中空でなくてもよい。
【００３０】
弾性層１２を構成するシリコーンゴムは、加熱により硬化して弾性体を生成するシリコーンゴムであれば特に制限されない。具体的には、ミラブルシリコーンゴムを用いる。このようなシリコーンゴムは市販されているものを用いることができ、勿論、２種類以上を併用してもよい。
【００３１】
化学発泡剤は、特に限定されないが、例えば、１，１−アゾビス（シクロヘキサン−１−メチルカルボキシレート）を用いることができる。化学発泡剤の配合量は、特に限定されないが、例えば、未加硫ゴム原料１００質量部に対して、３〜８質量部配合すればよい。
【００３２】
本発明の弾性層１２は、成形後、所定の可塑度とした後、一次加硫するので、平均セル径で５０μｍ〜１５０μｍとの微細セルを有するものとすることができ、低硬度及び低熱容量の定着・加圧ロールとして有用なものとなる。
【００３３】
なお、弾性層１２の厚さは、例えば、０．５ｍｍ〜２０ｍｍであり、好ましくは、２ｍｍ〜６ｍｍである。これは、トナーの定着性を向上させ、画像の高画質化を図るためである。
【００３４】
離型層１３は、高い離型性の合成樹脂材料からなるのが好ましく、フッ素樹脂等を挙げることができる。フッ素樹脂としては、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（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）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等を挙げることができ、特にパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）が好ましい。
【００３５】
離型層１３の厚さは、定着・加圧ロールに高い離型性を付与できる厚さであれば、特に制限はないが、例えば、１０μｍ〜１００μｍであり、好ましくは、２０μｍ〜５０μｍである。なお、離型層は設けなくてもよい。
【００３６】
本発明に係る定着・加圧ロールによれば、ロール全体に亘り低硬度且つ軸方向の硬度のばらつきが少ない弾性層１２を具備するため、定着部での定着幅を広く確保でき、トナーの定着性を向上させることができる。
【００３７】
ここで、本発明の定着・加圧ロールを製造する方法について以下に説明する。
【００３８】
定着・加圧ロールを製造する場合は、ミラブル型シリコーンゴムに化学発泡剤と加硫剤、さらには必要な添加剤を加え、ミラブルシリコーンゴム組成物を調製する。この際には上述したような可塑度とする。
【００３９】
次に、例えば、ミラブルシリコーンゴム組成物を芯体１１の外周に押出し成形し、又は成形後、芯体１１を挿入した後、所定の条件下で放置などして、可塑度を上述した程度まで高め、その後、一次加硫して弾性層１２とする。さらに、ＰＦＡチューブ等からなる離型層１３を周囲に形成する。
【００４０】
また、離型層１３は、ＰＦＡチューブを用いる他、例えばコーティング液の塗布により形成してもよい。なお、弾性層と離型層を一体成形せずに、別工程で製造しても、ロール硬度が低く且つ軸方向の硬度のばらつきが少ない低熱容量の定着・加圧ロールを製造できることは言うまでもない。
【００４１】
次に、定着装置について説明する。
【００４２】
本発明に係る定着装置１０は、画像形成装置に搭載されるものであり、未定着トナー像を熱と圧力で記録媒体に定着させるものである。
【００４３】
図２は、本実施形態に係る定着装置を示す模式的断面図である。図２に示すように、定着装置１０は、実施形態１に係る加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト１４と、加圧ロール１に対向する位置で定着ベルト１４を内側から加圧ロール１に対して押圧して所定のニップ部を形成する押圧部材１５と、定着ベルト１４を所定温度まで加熱する加熱手段１６とを具備するものである。
【００４４】
定着ベルト１４は、対向する加圧ロール１との圧接により所定のニップ部を形成できるものであればよく、例えばシームレス電鋳ベルトを少なくとも一層有する金属基体と、金属基体の内周面に形成された摺動層と、金属基体の外周面に形成された弾性層と、弾性層の外周面に形成された離型層とからなる。
【００４５】
押圧部材１５は、ゴム等の弾性体及び樹脂、金属等から構成される。表面には、必要に応じてフッ素樹脂等からなる層が形成されたり、摺動シートや溝等が設けられることもある。また、摺動シートの表面に凹凸加工が施されていてもよい。
【００４６】
加熱手段１６は、定着ベルト１４を加熱できるものであればよく、定着ベルト１４の外側に設けられていてもよい。加熱手段１６としては、ハロゲンヒーター、電熱線ヒーター、赤外線ヒーター、励磁コイル（熱源）による電磁誘導発熱等を挙げることができる。なお、加熱手段１６は、押圧部材１５に内蔵されていてもよい。
【００４７】
本発明の定着装置１０は、ロール硬度が低く且つ軸方向の硬度のばらつきが少ない低熱容量の加圧ロール１を具備するものである。これにより、定着部において、定着幅を広く確保し、トナーの定着性を向上できる定着装置を実現することができる。
【００４８】
（実施形態２）
実施形態２では、定着・加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。なお、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４９】
図３は、実施形態２に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の模式的断面図である。図３に示すように、定着装置１０Ａは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト１４と、押圧部材の代わりに、定着ベルト１４を内側から加圧ロール１に対して押圧する定着ロール１Ａとを具備するものである。定着ロール１Ａには、図示されないが、加熱手段は外側に配置されている。本発明の定着・加圧ロールは、図４に示す定着ロール１Ａとしても、加圧ロール１としても使用することができる。
【００５０】
（実施形態３）
実施形態３では、定着・加圧ロールの一例として、インナーロール及び加圧ロールを例示する。なお、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
図４は、実施形態３に係るインナーロール及び加圧ロールを具備する定着装置の模式的断面図である。
【００５２】
図４に示すように、定着装置１０Ｂは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ベルト１４と、定着ベルト１４を内側から加圧ロール１に対して押圧するインナーロール１Ｂと、加熱手段を内蔵する加熱ロール１７とを具備するものである。定着ベルト１４の内側には、インナーロール１Ｂと加熱手段を内蔵する加熱ロール１７とが配置され、インナーロール１Ｂと加熱ロール１７とで定着ベルト１４を回転駆動するものである。本発明の定着・加圧ロールは、図４に示すインナーロール１Ｂとしても、加圧ロール１としても使用することができる。
【００５３】
（実施形態４）
実施形態４では、定着・加圧ロールの一例として、定着ロール及び加圧ロールを例示する。実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図５は、実施形態４に係る定着ロール及び加圧ロールを具備する定着装置の模式的断面図である。
【００５５】
図５に示すように、定着装置１０Ｃは、加圧ロール１と、加圧ロール１に対向して配置される定着ロール１Ｃとを具備するものである。定着ロール１Ｃには、図示されないが、加熱手段が内蔵されている。本発明の定着・加圧ロールは、図５に示す定着ロール１Ｃとしても、加圧ロール１としても使用することができる。
【００５６】
以下、実施例を参照しながら、本発明をさらに説明する。
【００５７】
（実施例１）
ミラブル型シリコーンゴムＸ−３０−４０３７−Ｕ（信越化学工業社製）１００質量部に、加硫剤Ｃ−２５Ｂ（信越化学工業社製）３質量部、触媒としてＣ−２５Ａ（信越化学工業社製）０．５質量部、発泡剤としてＫＥ−Ｐ−２６（信越化学工業社製）５質量部、着色剤０．５質量部を加えた未加硫シリコーンゴム原料を混練りローラで練る。一方、プライマーを塗布した、直径２０ｍｍの芯金を用意した。芯金を押し出し成形機にセットし、未加硫シリコーンゴムを芯金の周りに押し出し成形した。押し出す前の未加硫シリコーンゴムの可塑度は２０７であり、押し出した成形未加硫シリコーンゴムの直径は３４．５ｍｍである。
【００５８】
１２℃の冷蔵庫中で２４時間放置後、２００℃で１時間一次加硫し、次いで、２００℃で６時間二次加硫した。２４時間放置後、一次加硫前の可塑度は３２０であった。
【００５９】
二次加硫後、弾性体を軸方向の寸法カットと表面のゴム研磨を行って定着・加圧ロールとした。定着・加圧ロールの直径は、４０ｍｍであり、平均セル径は８８μｍであった。また、ゴム硬度はＡＳＫＥＲ  Ｃで３５度であった。
【００６０】
（実施例２）
シリコーンゴムをＫＥ−９５１−Ｕに変更した以外は、実施例１と同様とし、定着・加圧ロールを得た。この場合の混練り後の未加硫シリコーンゴムの可塑度は２０２であり、冷蔵庫中で放置後の可塑度は３１４であった。また、定着・加圧ロールの平均セル径は９１μｍであり、ゴム硬度はＡＳＫＥＲ  Ｃで３２度であった。
【００６１】
（比較例１）
冷蔵庫中で２４時間放置しない以外は、実施例１と同様にして定着・加圧ロールを得た。定着・加圧ロールの平均セル径は２３２μｍ、未加硫シリコーンゴムの可塑度は２０７であり、ゴム硬度はＡＳＫＥＲ  Ｃで２９度であった。
【００６２】
（比較例２）
冷蔵庫中で２４時間放置しない以外は、実施例２と同様にして定着・加圧ロールを得た。定着・加圧ロールの平均セル径は３２３μｍ、未加硫シリコーンゴムの可塑度は２０２であり、ゴム硬度はＡＳＫＥＲ  Ｃで２７度であった。
【００６３】
（まとめ）
可塑度が２０７又は２０２の比較例１，２では、平均セル径が２００μｍ以上、３００μｍ以上と大きくなったが、可塑度を３２０又は３１４と上げた後、発泡加硫した実施例１、２のものは、平均セル径が１００μｍ以下となり、微細セルになることがわかった。
【００６４】
（試験例１）
各実施例及び各比較例の切断面を５０倍で観察して結果を図６に示す。この結果、実施例のものはセルが微細で均一に揃っていることが明らかとなった。
【００６５】
（試験例２）
各実施例及び各比較例の定着・加圧ロールを定着ロール用の耐久試験機に取り付け、圧縮率３０％、回転数１５０ｍｉｍ−１、１８０℃の加熱条件下で、５６時間駆動し、そのときの反力を測定した。結果は図７に示す。
【００６６】
この結果、実施例１、２の平均セル径が５０μｍ〜１５０μｍのロールは、比較例１、２のものと比較して、反力の低下が極めて小さいことがわかった。
【符号の説明】
【００６７】
１    加圧ロール
１Ａ  定着ロール
１Ｂ  インナーロール
１Ｃ  定着ロール
１０  定着装置
１１  芯体
１２  弾性層
１３  離型層
１４  定着ベルト
１５  押圧部材
１６  加熱手段
１７  加熱ロール
【図１】
0006531891.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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