(57)【要約】【課題】ゴムずれの発生がなく、表面平滑性および耐久性に優れ、しかも電子写真装置の定着装置に適した安価なクラウン形状のフッ素ゴム被覆ローラを提供する。【解決手段】  芯金４１は正クラウン形状のクラウン形状部４２を有していて、このクラウン形状部４２の外周にほぼ肉厚が一定のフッ素ゴム被覆層４０が接着形成されている。フッ素ゴム被覆層４０と芯金４１との周方向における剥離強度が０．３０Ｎ／ｍｍ以上、フッ素ゴム被覆層４０の表面粗さのＲａが２．５μｍ以下で且つＲｍａｘが１２．０μｍ以下であることを特徴とする。【選択図】  図３
2005077571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正クラウン形状をなす芯金の外周面にその長手方向に沿って芯金と略相似形状に単層のフッ素ゴムが接着形成されているフッ素ゴム被覆ローラにおいて、
フッ素ゴム被覆層と芯金との周方向における剥離強度が０．３０Ｎ／ｍｍ以上であるとともに、フッ素ゴム被覆層の表面粗さの平均値であるＲａが２．５μｍ以下で且つ表面粗さの最大突起高さであるＲｍａｘが１２．０μｍ以下であることを特徴とするフッ素ゴム被覆ローラ。
【請求項２】
上記フッ素ゴム被覆層と芯金との周方向における剥離強度は、ローラの長手方向中央部と長手方向両端部の少なくとも三箇所の平均値であることを特徴とする請求項１に記載のフッ素ゴム被覆ローラ。
【請求項３】
上記フッ素ゴム被覆層のクラウン量が０．７ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載のフッ素ゴム被覆ローラ。
【請求項４】
上記フッ素ゴム被覆層を形成している加硫済みフッ素ゴムのＪＩＳ  Ａ硬度が６０°〜９０°の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフッ素ゴム被覆ローラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のフッ素ゴム被覆ローラを製造する方法であって、
未加硫フッ素ゴムを押出機にて単純な中空円筒状に押出しながら引取機によって長手方向に延伸し、急速に冷却した後に所定の長さに裁断する工程と、
裁断後の未加硫フッ素ゴムに予め接着剤が塗布された正クラウン形状の芯金を圧入し、ゴム両端をクランプした上で加圧状態での加硫を施す工程と、
芯金を被覆している加硫済みのフッ素ゴム被覆層の表面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とするフッ素ゴム被覆ローラの製造方法。
【請求項６】
芯金の周囲にゴムが接着形成されたゴム被覆ローラが組み込まれていて、そのゴム被覆ローラが未定着のトナー像が転写された用紙と直接的または間接的に接触して回転することでトナー像を用紙に定着させると共に用紙を搬送する定着装置を有する電子写真装置において、
上記ゴム被覆ローラが請求項１〜４のいずれかに記載のフッ素ゴム被覆ローラであることを特徴とする電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成技術を利用した複写機やプリンタなどの電子写真装置の定着装置に使用されるフッ素ゴム被覆ローラとその製造方法及びそのローラを用いた電子写真装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真装置に使用されるローラとしては、例えば芯金の周りにシリコーンゴムを接着し、その外周を極めて薄いフッ素樹脂円筒体で被覆したり、あるいはフッ素系樹脂をコーティングするなど、いわゆる表層部にフッ素系ポリマーを使用したものが用いられている。この構造では、フッ素樹脂を被覆する際に皺が発生しやすいほか、フッ素系樹脂のコーティング層が薄いためローラの耐久性が劣るといった問題点がある。
【０００３】
また、用紙を搬送するローラには用紙の剥離性及びカール防止を考慮して通常クラウン形状のローラが使用されている。このクラウン形状のローラを作製するには、円筒状のゴムからＮＣ研削盤等でゴム外周をクラウン形状に研削する方法があるが、端部と中央部とで削代が異なるために寸法精度の向上に限界があるほか、研磨工程を粗研磨工程や仕上げ研磨工程などの何段階かの工程に分けて作業することになり、工程数の増加により著しいコストアップを招くことになる。
【０００４】
その解決策として特許文献１には、未加硫ゴム組成物を押出機で予め略クラウン形状の中空体として押出し、この中空体を加硫した後に予め接着剤を塗布した芯金を内周に圧入し、加熱接着した後に外周面を研磨する方法が開示されている。この方法によれば、ゴム層そのものを予めクラウン形状のものとすることができるため、粗研磨が不要となって加工コストおよび材料コストの低減は図れるとされている。
【特許文献１】特開２００２−３５５８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に開示された製造方法によれば、ゴム組成物をクラウン形状に押出すための押出機のヘッド構造が複雑になる上、押出し速度を検知するためのセンサーや、マンドレルの位置を制御するサーボモーターなどの付帯設備が必要となり、設備コストが上がってしまうという問題点がある。また特許文献１の製造方法でフッ素ゴムを芯金に接着させようと試みても、フッ素ゴムは元来接着性が悪い材料であることから、加硫すると更に芯金と密着し難い材料になってしまい、芯金とフッ素ゴムとの接着が不十分な状態となる。接着が不十分な状態では、研磨作業中に芯金とゴムとの接着面がずれることによって砥石の送り縞がゴム表面に残存するといった品質欠陥が発生するおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、従来のローラと比べて加工コスト及び設備コストを上げることもなく、電子写真装置の定着装置に適した正クラウン形状で且つ芯金とゴム層が強固な接着力を有するフッ素ゴム被覆ローラと、そのフッ素ゴム被覆ローラの製造方法及びそのフッ素ゴム被覆ローラを使用した電子写真装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、正クラウン形状をなす芯金の外周面にその長手方向に沿って芯金と略相似形状に単層のフッ素ゴムが接着形成されているフッ素ゴム被覆ローラにおいて、フッ素ゴム被覆層と芯金との周方向における剥離強度が０．３０Ｎ／ｍｍ以上であることを特徴としている。
【０００８】
上記の剥離強度を満たさないローラを、例えば電子写真装置の定着装置における加圧ローラや加熱ローラとして使用した場合には、短期間でローラ表層部分に剥離現象を起こす可能性があり実用的ではない。
【０００９】
また、請求項１に記載の発明は、フッ素ゴム被覆層の表面粗さの平均値であるＲａが２．５μｍ以下で且つ表面粗さの最大突起高さであるＲｍａｘが１２．０μｍ以下であることを特徴としている。
【００１０】
上記の表面粗さよりも粗いローラを上記と同様に定着装置の加圧ローラや加熱ローラとして使用した場合は、用紙との圧接にむらが発生し、未定着トナーを用紙に定着させることが困難となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記フッ素ゴム被覆層と芯金との周方向における剥離強度は、ローラの長手方向中央部と長手方向両端部の少なくとも三箇所の平均値であることを特徴としている。つまり請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の測定位置及び測定回数をより具体的に特定した上での剥離強度の大きさを示しているものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、上記フッ素ゴム被覆層のクラウン量が０．７ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲にあることを特徴とし、請求項４に記載の発明は、上記フッ素ゴム被覆層を形成している加硫済みフッ素ゴムのＪＩＳ  Ａ硬度が６０°〜９０°の範囲にあることを特徴としている。
【００１３】
上記の条件を満たさないローラを例えば電子写真装置の定着装置における加圧ローラや加熱ローラとして使用した場合、定着装置における用紙の的確な送り姿勢を維持することは困難となる。すなわち用紙搬送性は上記のクラウン量及びＪＩＳ  Ａ硬度で決定されるので、クラウン量及びＪＩＳ  Ａ硬度が上記の範囲になければ用紙搬送性を維持できないことになる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のフッ素ゴム被覆ローラを製造する方法として、未加硫フッ素ゴムを押出機にて単純な中空円筒状に押出しながら引取機によって長手方向に延伸し、急速に冷却した後に所定の長さに裁断する工程と、裁断後の未加硫フッ素ゴムに予め接着剤が塗布された正クラウン形状の芯金を圧入し、ゴム両端をクランプした上で加圧状態での加硫を施す工程と、芯金を被覆している加硫済みのフッ素ゴム被覆層の表面を研磨する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１５】
上記の冷却手段としては、例えば水またはその他の冷媒を使用する。
【００１６】
したがって、請求項５に記載の発明では、芯金の周囲に接着形成されているフッ素ゴムを単層にし且つ研磨前よりフッ素ゴム被覆層を正クラウン形状にすることによって、フッ素樹脂円筒体を被覆することやフッ素系樹脂をコーティングする工程の省略及び研磨工程の研磨回数を減少することを可能にしている。
【００１７】
請求項６の発明は、芯金の周囲にゴムが接着形成されたゴム被覆ローラが使用され、未定着のトナー像が転写された用紙と直接的または間接的に接触して回転することでトナー像を用紙に定着させると共に用紙を搬送する定着装置を有する電子写真装置において、上記ゴム被覆ローラが請求項１〜４のいずれかに記載のフッ素ゴム被覆ローラであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、２に記載の発明によれば、フッ素ゴム被覆ローラを例えば電子写真装置の定着装置における加圧ローラもしくは加熱ローラとして使用した場合に、経年使用によるフッ素ゴム被覆層が芯金の長手方向にずれるゴムずれ現象を改善することができるほか、用紙との圧接むらを発生させずに未定着トナーをむら無く用紙に定着させ、良好な印刷画質を得ることができる。
【００１９】
請求項３、４に記載の発明によれば、上記フッ素ゴム被覆ローラのクラウン量およびＪＩＳ  Ａ硬度を特定の範囲に設定することによって、電子写真装置の定着装置において加圧ローラもしくは加熱ローラとして使用した場合に定着装置の用紙搬送性を長期にわたって維持することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、単層のフッ素ゴム被覆層と芯金との剥離強度が向上し、研磨工程でのゴムずれ現象を発生させることなく１回で仕上げ研磨することができることから製造コストが安価にできる。また、従来の複層構造のローラに比べて製造工程を減少させることが可能になるため、製造コストが安価になり、同時に耐久性も向上させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、電子写真装置の定着装置において上記フッ素ゴム被覆ローラを加圧ローラもしくは加熱ローラとして使用しているため、用紙搬送性、ローラの耐久性および印刷画質に優れた定着装置を有する電子写真装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１、２は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、図１はフッ素ゴム被覆ローラが使用される電子写真装置の概略断面図を、図２は同電子写真装置の定着装置の拡大図をそれぞれ示している。
【００２３】
図１に示すように、電子写真装置の装置中央部に中間転写装置２が配置されており、中間転写装置２の周辺には感光装置３、転写装置４、用紙剥離手段５及び中間転写装置清掃手段６が配置されている。また感光装置３の周辺には帯電器７、感光体清掃手段８及び残像除去手段９が配置されている。感光装置３の鉛直部位に接触するように４色の異なる色の微小着粉体であるトナーを封入した現像装置１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃが重ねられて配置されており、その下方には露光手段１１、更にその下方には用紙を貯蓄しておく用紙保持手段１２及び用紙供給装置１３が配置されている。電子写真装置上部には定着装置１及び用紙排出装置１４が配置されている。
【００２４】
このような構成において、印刷が行われる場合には、帯電器７が感光装置３の表面を一様に帯電させ、次にパソコン（パーソナルコンピュータの略）、イメージスキャナ等による画像、文字の情報を露光手段１１によりドット単位で露光を行い、感光装置３の表面に静電画像を形成させる。その後、静電画像は、現像装置１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃのいずれかによりトナーが供給され現像されることにより、トナー像として可視化され、第一転写位置Ｔ１へ搬送される。第一転写位置Ｔ１では図示しない電源から供給される感光装置３と中間転写装置２との電位差により、トナー像が中間転写装置２の表面へ転写される。第一転写位置Ｔ１を通過した後、感光装置３の表面は残像除去手段９による光照射で電位を一定以下に落とされ、静電画像が消去される。また、感光体清掃手段８により第一転写位置Ｔ１にて転写されずに残量した表面の残トナーが清掃され、次のトナー像の形成が可能な状態になる。上記工程を各現像装置１０Ｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃによって必要数繰り返すことにより、中間転写装置２の表面には画像、文字の情報に見合うトナー像が形成される。その後、トナー像は第二転写位置Ｔ２で転写装置４によって、用紙供給装置１３により用紙保持手段１２から供給された用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、用紙剥離手段５により中間転写装置２より剥離され、定着装置１に運ばれ、トナー像を用紙に定着し、用紙排出装置１４にて排出される。
【００２５】
図２は図１における定着装置１の拡大略図である。
【００２６】
定着装置１は主に加熱ローラ２１、加圧ベルト２２、入り口ガイド２３、剥離ガイド２４及び側板３２から構成される。
【００２７】
加熱ローラ２１は、例えば厚さ１ｍｍのパイプ状のアルミニウム製芯金２１ａの表面を、厚さ０．８ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０°のシリコーンゴム層２１ｂで被覆した外径φ４０．４ｍｍの弾性ローラであり、その表面はトナーとの離型性を確保するために厚さ３０μｍのＰＦＡ（四弗化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）で被覆されている。また、内部にはヒータ２５を有しており、この熱によってトナーを溶解する。さらに、加熱ローラ２１は後述する転がり軸受けにより側板３２に回転可能に支持されており、図示しないギヤにより矢印Ａ方向へ回転駆動される。
【００２８】
加圧ベルト２２は厚さ８０μｍ、内径φ３０ｍｍ程度のシームレスのポリイミドベルトであり、その表面にはトナーとの離型性を確保するため、厚さ３０μｍのＰＦＡがコーティングされている。また、加圧ベルト２２は加圧部材２６ａ、２６ｂ及び後述するクラウン形状の加圧ローラ２６ｃから成る加圧手段２６によって懸架され、加圧アーム２７と加圧ばね（圧縮コイルスプリング）２８によって加熱ローラ２１に巻付き角度θで当接し、トナー２９を溶融するための接触部ｈを形成している。さらには、加圧部材２６と加圧ベルト２２の摺動グリースとして、カルボン酸変性フッ素オイルの混合物が用いられている。また、加熱ローラ２１の周囲には加熱ローラ２１の表面温度を検知してヒータ２５の発熱を制御するサーミスタ３０と加熱ローラ２１の異常温度を検知するためのサーモスタット３１を設けている。
【００２９】
この構成により、未定着のトナー２９が転写された用紙３３は矢印Ｂ方向へ搬送され、加熱ローラ２６と接触部ｈで当接し、そこでトナー２９が用紙３３に溶融定着されたのち、剥離ガイド２４により加熱ローラ１から剥離されて排出されて、一連の画像形成工程を完了させる。
【００３０】
上記のような装置構成において、本発明のフッ素ゴム被覆ローラとしてのクラウン形状の加圧ローラ２６ｃには、トナー２９を用紙３３に溶融定着させる時のむらを無くすため表面が可能なかぎり平滑であることと、用紙３３を的確な姿勢で剥離ガイド２４に搬送する用紙搬送性とが要求される。
用紙搬送性を良好なものにするには、加熱ローラ２１もしくは加圧ローラ２６ｃのローラの硬度とクラウン量を調整することが効果的であるが、加熱ローラ２１は内部にヒータを有する非常に複雑なローラであるため、本実施の形態においては加圧ローラ２６ｃの硬度とクラウン量を調整することで用紙搬送性を確保する。
【００３１】
上記クラウン形状の加圧ローラ２６ｃの詳細を図３〜５に示す。
【００３２】
図３は加圧ローラ２６ｃの断面図を、図４は同ローラの長手方向中央部での断面図すなわち図４のＡ−Ａ線に沿う断面図を、図５は同ローラの端部での拡大図をそれぞれ示している。なお、図３ではクラウン形状の度合いを誇張して描いてある。
【００３３】
図３に示すフッ素ゴム被覆ローラとしての加圧ローラ２６ｃは、長尺な段付き丸棒状（鋼棒）である芯金４１のうち長手方向両端部の小径な軸受支持部４３を除いた中央のクラウン形状部４２の全外周面を、その長手方向に沿ってフッ素ゴムにて連続的に被覆したものであって、そのフッ素ゴム被覆層４０の長手方向中央部を最大直径部とし長手方向両端部を最小直径部とする左右対称ないわゆる正クラウン形状をなしている。このフッ素ゴム被覆層４０のクラウン形状は芯金４１の形状に依存するもので、芯金４１のクラウン形状部４２が予め正クラウン形状に形成されているため、フッ素ゴム被覆層４０の厚みは長手方向でほぼ均一なものとなっている。
【００３４】
より詳しくは、肉厚が均一な未加硫のフッ素ゴムのチューブを押出成形して、このチューブに対し予め正クラウン形状に形成した芯金４１に接着剤を塗布した上で圧入して加硫処理を施すことにより、芯金４１の表面にフッ素ゴム被覆層４０をさらに接着形成したもので、仕上げ加工としてフッ素ゴム被覆層４０の表面には研磨が施されているものである。なお、接着剤は市販のシランカップリング剤を使用している。
【００３５】
ここで、芯金４１の全長は例えば２７０mm程度に設定されていて、そのうち両端の軸受支持部４３を除いたおよそ２３０mmのクラウン形状部４２の範囲がフッ素ゴム被覆層４０で被覆されている。また、クラウン形状部４２の長手方向両端部の直径はφ５．８mm程度、同じくその長手方向中央部の直径はφ７．５mm程度にそれぞれ設定されていて、クラウン形状部４２が予め左右対称な正クラウン形状のものとして形成されているが故に、これに追従するかたちでフッ素ゴム被覆層４０もまたクラウン形状部４２と略相似形状となる正クラウン形状に形成されている。
【００３６】
すなわち、フッ素ゴム被覆層４０の長手方向両端部の直径はφ７．０mm程度、同じく長手方向中央部の直径はφ８．５mm程度であって、フッ素ゴム被覆層４０の肉厚は長手方向および円周方向のいずれでもおよそ１ｍｍ程度の均一なものとなっている。その結果として、加圧ローラ２６ｃにおけるフッ素ゴム被覆層４０の表面でのクラウン量Ｃは０．７５ｍｍ程度となっている。なお、このクラウン量Ｃは０．７ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲内であれば機能上許容される。また、芯金４１のクラウン形状部４２の表面での曲率半径Ｒ１を例えば７５７９．５mm程度とすれば、フッ素ゴム被覆層４０のクラウン形状の表面での曲率半径Ｒ２は例えば９１６８．７mm程度となっている。
【００３７】
次に、本発明のフッ素ゴム被覆ローラである加圧ローラ２６ｃの製造方法についての詳細を説明する。
【００３８】
図６は押出機５０を主体とする押出ラインの概略を示しており、未加硫のフッ素ゴム組成物はフィーダーと呼ばれる材料供給口５０ａから図示しないスクリューによって押出機５０の内部に噛み込まれ、さらにスクリューの回転によって押出機５０のヘッド５０ｂ、口金５０ｃへと順次搬送されるようになっている。この時、押出機５０の内部の温度は未加硫のフッ素ゴム組成物の粘度を適度に下げ、押出機５０の負荷を軽減するため、５０℃〜８０℃程度に加温されていることが望ましい。
【００３９】
口金５０ｃには円形の孔が設けられており、その孔の中心部には押出物を中空に形成するための円柱形芯材が同心円位置に設置されている。この口金５０ｃから未加硫のフッ素ゴム組成物が単純な中空円筒状すなわちチューブ状のものとして約３．０m／minの速度で押出され、押出されたフッ素ゴム長尺チューブ５５はベルトコンベアー等の搬送手段５１によって引取機５２まで搬送される。搬送中のフッ素ゴム長尺チューブ５５の表面温度は４０℃〜７０℃程度である。さらにフッ素ゴム長尺チューブ５５は引取機５２の上下の駆動ベルト５２ａ、５２ｂに挟み込まれ、３．２m／min程度の速さで引き取られるようになっている。ここで、口金５０ｃからの押出し速度と引取機５２でのフッ素ゴム長尺チューブ５５の搬送速度が異なるのは、駆動ベルト５２ａ、５２ｂの引取力により同チューブ５５を延伸させ、口金５０ｃから押出されたときよりもフッ素ゴム長尺チューブ５５の断面積を結果的に小さくするためである。引取機５２を通過したフッ素ゴム長尺チューブ５５は、冷却槽５３に入り冷媒である水で急冷される。このとき冷却槽５３の水温が３０℃を超えるような場合は、フッ素ゴム長尺チューブ５５の急冷には不十分であるため、チラー等を用いて２０℃前後に保つことが好ましい。
【００４０】
冷却槽５３を出たフッ素ゴム長尺チューブ５５は裁断機５４で等速引取りをしながら、約２６０mmの長さのフッ素ゴムチューブ５６に裁断される。裁断後のフッ素ゴムチューブ５６の内径は約φ５．２mm，肉厚は約１．０５mmの均等厚みである。
【００４１】
次に図７に示すように、先に図３〜５に基づいて説明した正クラウン形状の芯金４１を用意し、そのクラウン形状部４２の外周面に接着剤を均一に塗布した上でフッ素ゴムチューブ５６の内周部に圧入する。この場合、先に説明したように芯金４１の長手方向中央部の直径がφ７．５mmであり、同直径がフッ素ゴムチューブ５６の内径約φ５．２ｍｍよりも大きいため、圧縮空気をフッ素ゴムチューブ５６の内周部に吹き込み、内径を拡張しながら芯金４１を圧入する。フッ素ゴムは未加硫状態でも十分な機械的強度を持ち、なおかつ自己潤滑性を有しているため芯金４１の圧入が円滑にでき、圧入後も形状が復元する特性を利用したものである。なお、芯金４１に塗布した接着剤は市販のシランカップリング剤を使用し、予め１２０℃×１０minの乾燥を施している。
【００４２】
またフッ素ゴムチューブ５６の長さは芯金４１のクラウン形状部４２の長さより予め長く設定されており、したがって芯金４１にフッ素ゴム被覆層４０としてのフッ素ゴムチューブ５６が正確に圧入された状態では、フッ素ゴムチューブ５６は芯金４１のクラウン形状部４２だけでなく両端の軸受支持部４３の一部までも被覆してしまうことになる。
【００４３】
次いで、図８の（Ａ）に示すように、芯金４１を圧入後のフッ素ゴムチューブ５６の両端をクランプ冶具５８ａ、５８ｂを用いて芯金４１に固定して中間成形体５９とする。すなわち、フッ素ゴムチューブ５６の端部の全外周面を拘束可能とする略コレットチャック状のクランプ冶具５８ａ、５８ｂを用意し、芯金４１のうちクラウン形状部４２のみならずその両端の軸受支持部４３まで被覆しているフッ素ゴムチューブ５６の両端をクランプ冶具５８ａ、５８ｂでクランプして両端の軸受支持部４３と共締め固定する。この場合、フッ素ゴムチューブ５６の端部の拡大図である図８の（Ｂ）に示すようにクランプ冶具５８ａ、５８ｂがフッ素ゴムチューブ５６のうち、クラウン形状部４２を被覆している部分（最終製品形状部）にまで及ばないようにすることが重要である。以上をもってフッ素ゴムチューブ５６の両端内周面をその全面をもって芯金４１の軸受支持部４３の両端外周面と密着させる。
【００４４】
未加硫のフッ素ゴムチューブ５６の両端にクランプを施すのは、加硫を目的とした後工程にて圧力釜の高温にさらした時のフッ素ゴムチューブ５６の形状復元作用を接着に利用するためである。押出し時に延伸されその状態で急冷されたフッ素ゴムチューブ５６は、一種の形状記憶ポリマーであり、再加熱されると内部歪みを消去するために、長手方向に収縮すると同時に径方向には拡張する現象が瞬時に起こる。この挙動のためにクランプ無しではフッ素ゴムチューブ５６の長さが不足したり、芯金４１とフッ素ゴムチューブ５６の接着力が低下するといった不具合が生じる。両端をクランプすることによって、フッ素ゴムチューブ５６の長手方向の収縮を強制的に止めると、フッ素ゴムチューブ５６は逆に径方向に収縮することになり、芯金４１との接着力はより強固なものとなる。
【００４５】
特にクラウン形状の芯金４１を使用する場合は径方向の収縮は重要であり、芯金４１をフッ素ゴムチューブ５６に圧入したときに、クラウン形状部４２の最大直径部の通過に伴い拡張されたフッ素ゴムチューブ５６も上記の径方向の収縮によって芯金４１との密着性が強まり、クラウン形状部４２全面において接着が効果的に行われる。またクランプの方法も重要であり、クランプするフッ素ゴムチューブ５６の両端部が隙間なく均一に芯金４１に押さえつけられるようにしなければならない。例えば洗濯ばさみ状の冶具でフッ素ゴムチューブ５６の両端部を２方向からから挟むような方法で固定してしまうと、クランプ冶具におさえつけられていない部分のフッ素ゴムチューブ５６の長手方向に芯金４１から浮く部分が発生するようになる。その浮いた部分が接着剤の塗布された部分に至ると接着不良が発生する。またクランプ工程では、図８の（Ｂ）に示すようにクランプ冶具５８ａ、５８ｂの挟み位置５７がクラウン形状部４２まで及ばないようにすることが重要であるが、これはクラウン形状部４２にクランプ跡が残存すると、後の研磨工程にて研磨を行っても痕跡が除去しきれないおそれがあるためである。
【００４６】
次に、図９のようにフッ素ゴムチューブ５６の両端をクランプした状態のままの中間成形体５９を、図９に示す圧力釜６１に投入して、１５０℃×２５ｍｉｎ、内部圧力約０．５ＭＰａの条件で１次加硫を行う。
【００４７】
１次加硫終了後、圧力釜６１から中間成形体５９を取り出し、図示しないギアーオーブンを用いて、内部圧力約０．１ＭＰａ、１５０℃×２ｈの条件で２次加硫を行い、その後、室温になるまで自然冷却させる。通常フッ素ゴムの成形の際には２次加硫を行って永久歪み等の物性の改善を図るが、１次加硫のみで要求物性を満たす場合は２次加硫を省略することも可能である。
【００４８】
図８のクランプ治具５８ａ，５８ｂを外して、室温に８ｈ以上放置して冷却した後、フッ素ゴム被覆層４０としてのフッ素ゴムチューブ５６のうち芯金４１の両端の軸受支持部４３を被覆している部分を切り落として除去した後、図１０のように芯金４１の両端の軸受支持部４３をＮＣ研磨機６３のヘッドストック６２ａとテールストック６２ｂで両持ち支持した上で、芯金４１を回転させながら砥石６５でフッ素ゴムチューブ５６の表面を芯金４１のクラウン形状部４２に倣うように正クラウン形状に研磨する。このときの砥石６５の回転数は１０００ｒｐｍ、砥石送り速さは２０ｍｍ／ｍｉｎであり、また芯金４１はフッ素ゴムチューブ５６とともに砥石６５の回転方向とは逆方向に３００ｒｐｍで回転させる。
【００４９】
以上により、図３に示したフッ素ゴム被覆ローラとしての加圧ローラ２６ｃを得ることができる。
【００５０】
このようにして得られたフッ素ゴム被覆ローラとしての加圧ローラ２６ｃの評価結果、すなわち押出し時のゴム延伸の有無、剥離強度、外観、表面粗さ、印刷品質、耐久試験等の結果を比較例１〜比較例４とともに表１に示す。なお、本実施の形態で得られたフッ素ゴム被覆ローラとしての加圧ローラ２６ｃを実施例１としている。
【００５１】
上記剥離強度の測定方法を図１１に示す。
【００５２】
先ず、図示外の未研磨である加圧ローラ２６ｃのフッ素ゴム被覆層４０の円周方向に、カッターで幅１０ｍｍの２本の切り込み７０ａを入れた後、長手方向にも１本切り込み７０ｂを入れて、切り込み７０ａ、７０ｂの交差部をわずかに剥がして掴み部分７０ｃを作る。なお、切り込み７０ａ、７０ｂはいずれも芯金４１に達している。次に、図１１に示すように芯金４１の両端の軸受支持部４３を、支持体７４に設置されている軸受け７１ａ、７１ｂにて両持ち支持する。そして、フッ素ゴム被覆層４０の掴み部分７０ｃをチャック７２で挟み、１ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で加圧ローラ２６ｃを支持体７４ごとを同図の下方向に引張り、フッ素ゴム被覆層４０の一部である切り込み７０ａ、７０ｂを入れた部分が芯金４１から剥離する際の強度を、チャック７２側に接続されたロードセル７６で検出した。剥離強度はフッ素ゴム被覆層４０の一部が芯金４１から剥離し始めた時を起点とし、それを含めた剥離強度のピーク値の３〜５点の平均値と定義した。なお、剥離強度の測定は、１本のローラにつきクラウン形状部の長手方向中央部及び長手方向両端部の合計３箇所で実施した。
【００５３】
また、耐久評価試験は、図２に示した定着装置の評価ユニットに該当ローラを組み込んで実用試験で１０００００枚の用紙を挿通させ、そのときの芯金４１に対するフッ素ゴム被覆層４０のずれ、すなわちいわゆるゴムずれの発生の有無を目視にて評価した。
【００５４】
【表１】
2005077571.tif 000003
【００５５】
表１から明らかなように、本発明の実施の形態である実施例１のフッ素ゴム被覆層４０の長手方向中央部と長手方向両端部での芯金４１との円周方向における剥離強度の平均値が０．３０Ｎ／ｍｍ以上であり、研磨工程では一回の砥石送りで平滑な表面肌（Ｒａ＝２．５μｍ、Ｒｍａｘ＝１２．０μｍ）が得られた。フッ素ゴム被覆層４０が平滑な面になったことによって印刷画質も良好になり、またフッ素ゴム被覆層４０と芯金４１との接着力が強固になったことにより、耐久試験においてもゴムずれ現象等の異常は発生しなかった。
【００５６】
比較例１は、図６に示した押出しラインでの引取機５２の引取速度を押出機５０の押出し速度と同調させ、未加硫フッ素ゴムをほとんど延伸せずに押出した場合であって、それ以外は実施例１と同じ条件としてある。比較例１では、１次加硫時の長手方向の収縮効果がほとんど得られず、クランプしても径方向の収縮が少ないためにフッ素ゴム被覆層の長手方向両端での接着力が充分でなく、表１のように剥離強度が低下していることがわかる。特に芯金の圧入を開始した側の端部の接着強度ひいては剥離強度の低下が著しく、一部が未接着で浮いている状態が確認された。これは芯金を圧入した際に、クラウン形状部の最大直径部の通過に伴い拡張されたままで形状復元しないためと推測される。また、この部分は研磨を行っても正確に研磨することができず、研磨残りが生じることが確認された。
【００５７】
比較例２は、１次加硫の際にクランプを行わなかった場合で、それ以外は実施例１と同じ条件としてある。比較例２ではフッ素ゴム被覆層の長手方向両端が全く接着せず、完全に浮いている状況であった。これは前述したように１次加硫時にフッ素ゴム被覆層が長手方向へ収縮してしまったためである。これらの結果から、未加硫フッ素ゴムの押出し時の延伸と１次加硫前のクランプとが剥離強度向上の上できわめて重要な前処理工程であることがわかる。
【００５８】
比較例３は、１次加硫に圧力釜に代えてほぼ大気圧のギアーオーブンを使用した場合であり、それ以外は実施例１と同じ条件としてある。この比較例３では、１次加硫時にゴムや接着剤から発生するガスが芯金とフッ素ゴム被覆層の間に溜まり、大きな膨れが発生し、研磨ができるような状態ではなかった。
【００５９】
比較例４は、未加硫のフッ素ゴムチューブの内径にほぼ等しい外径を有する単純な円筒状のマンドレルをそのフッ素ゴムチューブに挿入した上で両端をクランプして、１５０℃×２５min、０．５ＭＰａの条件で加圧下での１次加硫を施した。次いでマンドレルを抜き取った後に、実施例１と同様に接着剤が塗布されたクラウン形状の芯金を圧入して再加熱を施したものである。この比較例４では、芯金とフッ素ゴム被覆層は全く接着しなかった。これは加硫後フッ素ゴムの接着性の悪さを示すものであり、１次加硫前に接着剤を塗布した芯金を圧入していなければならないことがわかる。
【００６０】
したがって、正クラウン形状のフッ素ゴム被覆ローラである加圧ローラを製造する場合には、本実施の形態の製造方法とすることで、フッ素ゴム被覆層と芯金との全接着界面にわたり強固な接着力ひいてはより高い剥離強度が得られるようになり、研磨時や定着装置への組み込み後のゴムずれ現象が発生せず、その結果として印刷画質や耐久性に優れた加圧ローラが得られるようになる。
【００６１】
次に用紙搬送性については、図２における加圧ローラ２６ｃのクラウン量Ｃ及びゴム硬度の相関として、図１の電子写真装置の定着装置１で的確な姿勢で用紙を搬送できるか否かを評価した。その結果を表２，３に示す。
【００６２】
【表２】
2005077571.tif 000004
【００６３】
表２は、フッ素ゴム被覆層４０のＪＩＳ  Ａ硬度を７４°で一定とした上で、フッ素ゴム被覆層４０のクラウン量Ｃを変化させた場合の用紙搬送性の評価結果である。なお、評価は秤量５５ｇ／ｍ2程度のＸＥＲＯＸ社製Ｓ紙を用い、画像はブルーの全面ベタとした。表２において、クラウン量０．６ｍｍの場合で用紙搬送性が×となっているのは、図１の電子写真装置における用紙排出装置１４で用紙が搬送できなかったためである。この現象は、以下のとおりである。図２において加圧ローラ２６ｃが、長手方向の軸たわみに対して両端のクラウン量が小さいため、加熱ローラ２１に対する両端部の当接圧力が大きくなり、その結果、定着後の用紙の両端部のカールが増大するために、用紙排出装置１４で用紙が搬送されなかったと考えられる。
【００６４】
一方、クラウン量１．２ｍｍの場合は、定着後の用紙の両端部先端が、図２の定着装置における剥離ガイド２４の先端部に引っ掛かり、用紙ジャムが生じた。この現象は、以下のとおりである。加圧ローラ２６ｃの両端部のクラウン量が大きいため、すなわち両端部の径が小さいため、加熱ローラ２１に対する両端部の当接圧力が小さくなり、その結果、定着後の用紙の両端部が、加熱ローラ２１から剥離できなかったためである。したがって、同表２から明らかなように、クラウン量Ｃが０．７ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲でなければ用紙搬送性が確保できないことがわかる。
【００６５】
【表３】
2005077571.tif 000005
【００６６】
表３は、フッ素ゴム被覆層４０のクラウン量Ｃを０．９ｍｍで一定とした上で、フッ素ゴム被覆層４０のＪＩＳ  Ａ硬度を変化させた場合の用紙搬送性の評価結果である。なお、評価は表２の結果と同様、秤量５５ｇ／ｍ2程度のＸＥＲＯＸ社製Ｓ紙を用い、画像はブルーの全面ベタとした。表３において、ゴム硬度５０°では、定着後の用紙の両端部先端が図２の定着装置における剥離ガイド２４の先端部に引っ掛かり、用紙ジャムが生じている。
【００６７】
一方、ゴム硬度９５°では、定着後の用紙の両端部のカールが増大するために、用紙搬出装置１４で用紙が搬送されなかった。これらの現象は、以下のとおりである。
【００６８】
ゴム硬度が低いと加熱ローラ２１と加圧ローラ２６ｃの当接圧力が小さくなり、その結果、用紙が加熱ローラ２１から剥離できなくなるためである。またその反対に、ゴム硬度が高いと、加熱ローラ２１と加圧ローラ２６ｃの当接圧力が過大となり、その結果、加熱ローラ２１の表層の弾性層が凹状に大きく変形して、定着後の用紙の両端部のカールが増大するためである。したがって、同表３から明らかなようにＪＩＳ  Ａ硬度が６０°〜９０°の範囲でなければ用紙搬送性を確保できないことがわかる。
【００６９】
ただし、未加硫ゴムの押出し時の形状保持性と押出し機の負荷軽減を考慮すると、加硫後のフッ素ゴムのＪＩＳ  Ａ硬度は６５°〜８０°が好ましい。
【００７０】
上記の表２，３の結果より、用紙搬送性を確保するためには研磨後のフッ素ゴム被覆層４０のクラウン量Ｃが０．７ｍｍ〜１．１ｍｍで且つＪＩＳ  Ａ硬度が６０°〜９０°、望ましくはクラウン量Ｃが０．７ｍｍ〜１．１ｍｍで且つＪＩＳ  Ａ硬度が６５°〜８０°であることがわかる。
【００７１】
このように本実施の形態のフッ素ゴム被覆ローラである加圧ローラ２６ｃを電子写真装置の定着装置１に使用することによって、優れた印刷画質、耐久性、及び用紙搬送性を得ることができる。また本実施の形態のフッ素ゴム被覆ローラの製造方法によれば、安価な製造コストで、芯金４１との強固な接着力を有し且つ平滑性に優れたフッ素ゴム被覆層４０を有するフッ素ゴム被覆ローラたる加圧ローラ２６ｃを得ることができる。
【００７２】
ここで、本実施の形態では、図２に示した加圧ローラ２６ｃを例にとって説明したが、本発明のフッ素ゴム被覆ローラ及びその製造方法は同じく図２に示した加熱ローラ２１にも同様に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のフッ素ゴム被覆ローラが使用される電子写真装置の概略断面図である。
【図２】図１の電子写真装置の一部を構成する定着装置の拡大断面図である。
【図３】本発明に係るフッ素ゴム被覆ローラの好ましい実施の形態として、図２の定着装置で使用される加圧ローラの断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。
【図５】図３のＢ部拡大図である。
【図６】本発明に係るフッ素ゴム被覆ローラの製造方法の好ましい実施の形態として、押出しラインの概略構成を示す説明図である。
【図７】同じく本発明であるフッ素ゴムチューブと芯金との圧入工程を示す説明図である。
【図８】（Ａ）は芯金圧入後のフッ素ゴムチューブのクランプ工程を示す説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＤ部拡大図である。
【図９】フッ素ゴムチューブの１次加硫工程を示す説明図である。
【図１０】フッ素ゴムチューブの研磨工程を示す説明図である。
【図１１】剥離強度測定方法の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…定着装置
２６ｃ…加圧ローラ
４０…フッ素ゴム被覆層
Ｃ…クラウン量
４１…芯金
４２…クラウン形状部
４３…軸受支持部
５０…押出機
５２…引取機
５３…冷却槽
５４…裁断機
５５…長尺フッ素ゴムチューブ
５６…フッ素ゴムチューブ（フッ素ゴム被覆層）
５７…挟み位置
５８ａ、５８ｂ…クランプ冶具
６５…砥石
７０ａ、７０ｂ…切り込み
７０ｃ…掴み部分
【図１】
2005077571.tif 000006
【図２】
2005077571.tif 000007
【図３】
2005077571.tif 000008
【図４】
2005077571.tif 000009
【図５】
2005077571.tif 000010
【図６】
2005077571.tif 000011
【図７】
2005077571.tif 000012
【図８】
2005077571.tif 000013
【図９】
2005077571.tif 000014
【図１０】
2005077571.tif 000015
【図１１】
2005077571.tif 000016