(57)【要約】【課題】発泡弾性体を設けた加圧ローラに要求される恒久的耐久性を確保することにより、不変的な定着性と加圧力とを呈する定着用ロールを提供すること。【解決手段】芯金（１）の外周に中空円筒状シリコーンゴム発泡体（内層）（２）と中空円筒状シリコーンゴム発泡体（外層）（３）との２層被覆構造に形成するとともに、該発泡体間の界面にはスキン層（４）を介在させる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の外周に中空円筒状のシリコーンゴム発泡体が少なくとも２層の被覆構造に形成され、その際、該発泡体間の界面にはスキン層が介在していることを特徴とする定着用ロール。
【請求項２】
該スキン層の厚さが０．１ｍｍ〜３．０ｍｍである、請求項１に記載の定着用ロール。
【請求項３】
内層側のシリコーンゴム発泡体の硬度が外層側のシリコーンゴム発泡体のそれより大きい、請求項１または２に記載の定着用ロール。
【請求項４】
該外層側のシリコーンゴム発泡体の外周に、さらにフッ素樹脂からなる離型層を設けた、請求項１〜３のいずれかに記載の定着用ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機等の定着部に使用される定着用ロール、就中、加圧（プレス）ロールの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、定着用ロール系の一方を形成する加熱ロール（ヒートロール）の薄形肉厚化に伴い、他方を形成する加圧ローラの加圧力の低減化が要求されてきている。そこで、芯金の外周に発泡度が１５０％〜２００％の中空円筒状のシリコーンゴム発泡体（発泡弾性体あるいはスポンジ状弾性体とも言われる）を単体で被覆することにより、該加圧力の低減化が図られてきた（特開平９−２１２０２５号公報）。
また、別の方策としては、芯金の外周に発泡性シリコーンゴム等のゴム材料を単体で成型後、さらに加硫・熱処理して発泡させて発泡弾性体の被覆層を形成することにより、該加圧力の低減化が図られてきた（実開平２−１１９６６２号公報）。
ところで、上記のような単層の発泡弾性体で構成された加圧ローラは加熱ロールと圧接した状態で使用されるため、回転時の加圧ロールには加熱ロールからの押圧力のみならず軸回転力（トルク）が作用する。
このため、硬度上、加熱ロールより低硬度である加圧ローラの硬度は益々低下し、併せて、ロール表面には亀裂が発生して必要な加圧力が確保できなくなり、その結果、画像の定着性が悪化するという問題が生じていた。この硬度低下の主な理由は、スポンジ構造の破壊、すなわち“破泡”に起因している。そして、この破泡が、応力が集中しやすい芯金との界面付近で生じると、極端な場合にはロール自体が使用不能となってしまうという耐久性の問題もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、発泡弾性体を設けた加圧ローラに要求される恒久的耐久性を確保することにより、不変的な定着性と加圧力とを呈する定着用ロールを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、芯金の外周に形成される中空円筒状のシリコーンゴム発泡体の内部に同心円状のスキン層が存在するとき、発泡体全体としての強度が相対的に増加し且つ加熱ロールからの軸回転力が該発泡体内で分散され、その結果、定着性の悪化と加圧力低下の問題を一挙に解消できることを究明した。
【０００５】
かくして、本発明によれば、芯金の外周に中空円筒状のシリコーンゴム発泡体が少なくとも２層の被覆構造に形成され、その際、該発泡体間の界面にはスキン層が介在していることを特徴とする定着用ロールが提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明について説明する。
図１は、本発明の定着用ロールの縦断面図である。
図２は、図１の横断面図である。
図３は、本発明の別の態様を示す定着用ロールの縦断面図である。
図１〜図２において、（１）は芯金、（２）は芯金（１）の外周に被覆した中空円筒状のシリコーンゴム発泡体（以下、“内層”と略記する）、（３）は該内層（２）の外周に被覆した中空円筒状のシリコーンゴム発泡体（以下、“外層”と略記する）、（４）は該内層（２）の外周面または該外層（３）の内周面（中空部内壁面）に形成されたスキン層である。さらに、図３において、（１）〜（４）の符号は図１〜２の場合と同じであり、（５）はフッ素樹脂からなる離型層である。
【０００７】
本発明で特徴的なことは、図１〜図３からも明らかなように、芯金（１）上に被覆する発泡弾性体を内層（２）と外層（３）からなる、少なくとも２層構造に構成し、且つ層間の界面にスキン層（４）を介在させた点にある。
こうすることにより、加熱ロールから加圧ローラの外層（３）に作用した軸回転力はスキン層（４）で一旦堰止められてから、内層（２）に分散される。つまり、該軸回転力は、直接的に内層（２）、さらには芯金との界面まで波及することがないので、内層（２）および　外層（３）に亘って軸回転力という形での応力集中が回避される。その結果、“破泡”等に因る発泡弾性体の硬度低下が防止されるので、不変的な加圧力ひいては画像の鮮明な定着性が確保される。同時に、上記の堅固なスキン層の介在により、発泡体全体としての強度も相対的に増加するので、発泡体表面に亀裂が発生することもない。
ここで、内層（２）の厚さは、一般にはロール外径の１０％〜８０％に相当するのが適当である。具体的には、この厚さは１．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、特に２．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にあるのが好ましい。この厚さが　１．０ｍｍより薄過ぎると、前述の軸回転力の分散効果がなくなる。逆に、この厚さが３ｍｍを超えると、相対的に外層（３）の厚さを薄くせざるを得なくなり、その結果、スキン層（４）が過度の応力を受け、内層（２）と外層（３）との間の界面剥離が起こる懸念が生じる。また、この内層（２）の発泡度は１２０％〜３００％が好ましく、さらに好ましい範囲は１５０％〜２００％である。
これに対して、外層（３）の厚さはロール外径の１０％〜８０％に相当するのが適当である。具体的には、この厚さは１．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、特に２．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にあるのが好ましい。この厚さが　１．０ｍｍより薄過ぎると、同様に軸回転力の分散効果がなくなり、逆に、この厚さが３ｍｍを超えると、相対的に内層（３）の厚さを薄くせざるを得なくなり、この場合にもやはり内層（２）と外層（３）と間で界面剥離が起こり易くなる。この外層（３）の発泡度は、要求される硬度に応じて選択されるが、通常は２００％〜３５０％が好ましい範囲である。そして、上記軸回転力の分散化の点からは、外層（３）の発泡度が内層（２）のそれより大きいほうが好ましく、具体的には、発泡度の差が５０％〜２３０％、特に１００％〜１５０％の範囲にあるのが好ましい。これに伴い、内層（２）の硬度（アスカーＣ）は、外層（３）のそれより大きくなる。
本発明において、内層（２）と外層（３）との界面にスキン層（４）を介在させる手段としては、種々の選択肢がある。例えば、外周面にスキン層（４）を設けた内層（２）と内周面（内壁面）がスポンジ面である外層（３）とで界面を構成したり、逆に、外周面がスポンジ面である内層（２）と内周面にスキン層（４）を設けた外層（３）とで界面を構成してもよい。これらの界面は、接着剤で固着されるが、このとき、表面積の大きいスポンジ面がアンカー効果を如何なく発揮して内層（２）と外層（３）との界面の接着強度を格段に向上させる。
このスキン層（４）の厚さは０．１ｍｍ〜３．０ｍｍが望ましい。なぜなら、スキン層の厚さが薄すぎると、界面の接着強度が不足し、逆に厚すぎると、ロール全体の硬度が変化してしまうからである。
なお、スキン層とは、通常は発泡していない、すなわち発泡度にして１００％の状態を言うが、本発明が意図する、加熱ロールからの軸回転力の堰止め効果の面からみると、発泡度が１２０％未満、好ましくは１１５％程度までの層はスキン層として供し得る。
また、芯金の材料としてはアルミニウムが最適であり、芯金自体のサイズは、軸方向の長さが２５０ｍｍ〜４００ｍｍ、外径が６ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものが用いられる。この芯金の外周に、予めサンドブラスト等の粗面化処理を施してから、接着剤、例えば「ＴＳＥ３２２」（ＧＥ東芝シリコーン（株）製）などの接着剤を塗布しておくと、内層（２）との安定な界面接着性が確保される。
以上の説明では、中空円筒状のシリコーンゴム発泡体を内層（２）と外層（３）に配した２層被覆構造の例について説明したが、これらの層は、必要に応じて３層以上、したがってスキン層（３）を２箇所以上に設けてもよい。また、ロール表面の離型性を更に向上させる目的で、図３に示すように、外層（３）の外周に、フッ素樹脂チューブを被覆あるいは塗布して、離型層（５）を設けた構造にしてもよい。
【０００８】
以下、本発明の定着用ロールの製造方法について、一例を挙げて説明する。
本発明では、予め加硫剤と発泡剤とを添加したシリコーンゴム材料を中空円筒状に押出成形する。次に、この押出成形品を常温にて放置あるいは低温熟成する。その後、該成形品を雰囲気中に曝した状態で一次加硫・発泡処理を施すと、該成形品の内周面および外周面にスキン層が形成された中空円筒状発泡体が得られる。この場合、加硫温度は１５０℃〜３００℃、加硫時間は５分から６０分程度であればよい。
次に、該発泡体中の低分子成分あるいは残渣除去のため、２次加硫を行う。この２次加硫の条件は、加硫温度が１８０℃〜２２０℃で加硫時間は４時間以上であればよい。
その後、この中空円筒状発泡体を必要な長さに切断し、接着剤（「ＴＳＥ３２２」（ＧＥ東芝シリコーン（株）製）を塗布した芯金（１）の外周に被覆して内層（２）を形成する。この状態でさらに、加熱温度８０℃〜２００℃、加熱時間１時間〜１２時間の条件にて加熱・硬化処理を行い、内層（２）と芯金（１）との界面接着性を強固にする。この加熱・硬化処理の前あるいは後で、内層（２）の外表面を研磨して、予めスキン層を除去することによりスポンジ状表面を露出させる。内層（２）の外周にはさらに外層（３）が被覆されるが、この外層（３）を形成する中空円筒状発泡体も、上記の内層（２）用の製造工程と同様の工程で作成される。得られる中空円筒状発泡体の内周面および外周面にはスキン層が形成されている。そして、この外層（３）用中空円筒状発泡体を真空引きにて内径を拡開した状態で、その内側に、内層（２）の外周面に接着剤（「ＴＳＥ３２２」（ＧＥ東芝シリコーン（株）製）を塗布した芯金（１）−内層（２）の複合体を挿入後、真空を解除すると、内層（２）の外周に外層（３）が被覆され、本発明の定着ロールが完成する。このロールの内層（２）と外層（３）との接着界面においては、内層（２）のスポンジ状外周面と外層（３）のスキン層からなる内壁面とが接合され、図２に示すように、同心円状のスキン層（４）が介在している。このスキン層（４）は、内層（２）の外表面を研磨することなくスキン層の状態のままで、外層（３）の内壁面を研磨して得たスポンジ面とを接合して形成してもよい。
その後、必要に応じて、上記のロールには表面研磨を施したり、さらには、表面の離型性をより良くするため、外層（３）の外周に、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）樹脂あるいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂等からなるフッ素樹脂チューブを離型層（５）として被覆してもよい。
以上の説明では、芯金（１）の外周に内層（２）を被覆してから、さらにその外周に外層（３）を被覆する例を挙げたが、本発明は必ずしもこの方法に限定されるものではない。他の態様にあっては、予め芯金（１）の外周に内層（２）を同時押出成形してから、外層（３）用の中空円筒状発泡体を被覆する等、各種の被覆手段が選択される。
【０００９】
【実施例】
ａ．芯金（１）の準備
サンドブラスト処理を施した外周面に、接着剤として「ＴＳＥ３２２」（ＧＥ東芝シリコーン（株）製）を塗布した、外径２８ｍｍ、長さ３１５ｍｍのアルミニウム芯金（１）を用意した。
ｂ．内層（２）用の中空円筒状発泡体の準備
未加硫の「シリコーンゴムＫＥ９０４ＦＵ」（信越化学工業（株）製）１００部に発泡剤として「ＫＥ−Ｐ−１３」（信越化学工業（株）製）を後述するように種々変更して、加硫剤として「Ｃ−２３」（信越化学工業（株）製）１．２部と「Ｃ−３」（信越化学工業（株）製）３．５部を添加してなる発泡性シリコーンゴム材料を押出成形して、中空円筒状成形体を得た。次いで、この成形体を加熱温度２００℃、加熱時間１ｈｒで一次加硫・熱処理して発泡させた後、さらに、該発泡体のゴム物性を増強させる目的で、加熱温度２００℃、加熱時間４ｈｒの２次加硫を経て、表１に示すように、硬度がそれぞれ４０度（発泡剤の添加量：３．２部、発泡度：１２０％）および２０度（発泡剤の添加量：５．５部、発泡度：２３０％）で、それぞれについて厚みを変えた内層（２）用の中空円筒状発泡体を得た。次に、この中空円筒状発泡体を３５０ｍｍに切断し、ａ項で用意したアルミニウム芯金（１）の外周に被覆して、内層（２）を形成した。さらに、この状態にて、加熱温度１２０℃、加熱時間１ｈｒの条件にて加熱・硬化させてから、表面研磨にて内層（２）の外周面に形成されたスキン層を除去し、所定の厚みとし、露出したスポンジ状表面に接着剤として「ＴＳＥ３２２」（ＧＥ東芝シリコーン（株）製）を塗布した。
ｃ．外層（３）用の中空円筒状発泡体の準備
未加硫の「シリコーンゴムＫＥ９０４ＦＵ」（信越化学工業（株）製）１００部に発泡剤として「ＫＥ−Ｐ−１３」（信越化学工業（株）製）を後述するように種々変更して、加硫剤として「Ｃ−２３」（信越化学工業（株）製）１．２部と「Ｃ−３」（信越化学工業（株）製）３．５部を添加してなる発泡性シリコーンゴム材料を押出成形して、中空円筒状成形体を得た。次いで、この成形体に、上記ｂ項で述べた一次加硫並びに二次加硫を施して、表１に示すように、硬度が３０度（発泡剤の添加量：４．２部、発泡度：１７０％、スキン層の厚さ：０．４ｍｍ）および２０度（発泡剤の添加量：５．５部、発泡度：２３０％、スキン層の厚さ：０．２ｍｍ）で、それぞれについて厚みを変えた外層（３）用の中空円筒状発泡体を得た。次に、表面研磨にて内層（２）の外周面に形成されたスキン層を除去し、所定の厚みとした。
ｄ．定着用ロールの完成
上記ｃ項で得た外層（３）用の中空円筒状シリコーンゴム発泡体のそれぞれを６．７×１０−１Ｐａで真空引きして内径を拡開した状態で、上記ｂ項で準備した芯金（１）−内層（２）の複合体を挿入した後、真空を解除し、内層（２）の外周面に外層（３）を接着・被覆して２層構造の発泡層が形成された定着ローラを得た。
ｅ．定着ローラの評価
得られた定着ローラの硬度変化を評価するため、複写機による空廻しテストを行った。
評価方法は、加圧ローラの外径４０ｍｍ、芯金２８ｍｍ、定着温度２３０℃、ニップ荷重４２０Ｎ／ｔｏｔａｌ、周速３００ｍｍ／ｓｅｃの仕様で５００時間経過後のローラ表面硬度を測定した。結果を表１に示す。
【表１】
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表１の実施例１〜４からも明らかなように、本発明の定着用ロールの硬度変化（低下）は２〜５度の範囲に収まっており、５００時間後でもほとんど硬度変化が無いことが実証された。ちなみに、実用上許容される硬度変化は３〜６度の範囲である。
これに対し、同表の比較例に示すように、発泡体が単層被覆の場合の硬度変化は９度にも及び、硬度劣化が顕著に生じることが確認された。
さらに、芯金（１）と外層（３）間に総圧１２０Ｎの系分布荷重を掛け、周速度１００ｍｍ／ｓｅｃ，で２００℃、１５００ｈｒの空廻し試験後でも、十分な接着強度（外層−内層界面）とも１０００ｇｆ／ｃｍ２以上を維持していた。外層（３）の内部に、何ら亀裂は見られなかった。
ちなみに、上記例において、外層（３）を省略し、内層（２）の厚さを６ｍｍにする以外は同様の操作（単層被覆ロールの例）と空廻し試験を行った所、内層（２）の内部には、無数の微細な亀裂が生じているのが確認された。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、芯金（１）上に被覆する発泡弾性体を内層（２）と外層（３）からなる、少なくとも２層構造に構成し、且つ層間の界面にスキン層（４）を介在させることで、発泡体全体の強度が相対的に増加し、且つ加熱ロールから外層（３）に加わる軸回転力がスキン層（４）を介して内層に（２）分散されるので、発泡弾性体からなる内層（２）−外層（３）に恒久的な耐久性が確保され、したがって不変的な定着性と加圧力とを呈する定着用加圧ロールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着用ロールの縦断面図である。
【図２】図１の横断面図である。
【図３】本発明の別の態様を示す定着用ロールの縦断面図である。
【符号の説明】
１　　　芯金
２　　　中空円筒状シリコーンゴム発泡体（内層）
３　　　　中空円筒状シリコーンゴム発泡体（外層）
４　　　スキン層
５　　　　離型層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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