(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が１００００ｐｐｍ以上のシリコーンゴムを発泡させてシリコーンゴムスポンジを形成する発泡工程と、
低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が５００ｐｐｍ以下になるように、前記シリコーンゴムスポンジを大気圧下で加熱処理する加熱工程と、
を具備することを特徴とするシリコーンゴムスポンジローラの製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程における加熱処理温度が１８０℃〜２３０℃であることを特徴とする請求項１記載のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法。
【請求項３】
前記シリコーンゴムスポンジの発泡倍率が１．５〜２．５倍で平均セル径が１５０〜３００μｍでアスカーＣ硬度が２０°〜６０°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スポンジローラの製造方法。
【請求項４】
前記シリコーンゴムスポンジをチューブ状に成形する成形工程を更に具備することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法。
【請求項５】
前記加熱処理工程終了後、前記シリコーンゴムスポンジチューブを芯金の外周に被覆する被覆工程を更に具備することを特徴とする請求項４に記載のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法。
【請求項６】
最外層に離型層を被覆する離型層被覆工程を更に具備することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法。
【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、ファクシミリ、レーザービームプリンタ等の静電写真方式を利用した装置に使用されるシリコーンゴムスポンジローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電写真方式を利用した複写機等の画像形成装置のプロセス機器は、感光体を帯電させる帯電装置、感光体上に形成された静電潜像に応じてトナーを付着させる現像装置、トナー像を記録媒体である紙等に転写させる転写装置から形成されている。
【０００３】
そして、これら画像形成装置である帯電装置、現像装置、転写装置には、それぞれに感光体と直接接触する帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラといったゴムローラが使用されている。
【０００４】
これらの画像形成装置に用いられるゴムローラは、直接感光体と接触するため、感光体に対する非汚染性、耐環境変化安定性、耐歪み性等の厳しい条件が要求されている。そして、このような厳しい条件を満足するものとして、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム等が知られている。
【０００５】
これらゴムの中で特に耐環境変化安定性、耐歪み性に優れているシリコーンゴムが、画像形成装置用のローラ材料として注目され、検討が行われているが、シリコーンゴム中には感光体を汚染する低重合のシロキサンが含有されているため、画像形成装置のゴムローラとして使用するためには、特開平６−２５４３１号に記載されているように、シリコーンゴムコンパウンド中の低重合シロキサン及び無官能シリコーンオイルの濃度が５０００ｐｐｍ以下である材料を成形し、更に真空加熱処理や溶剤抽出を行い、シリコーンゴム中の感光体汚染物質を除去しなければならず、このような処理を行わないと感光体の汚染等が発生するため、特別なシリコーンゴムコンパウンドを使用して、更に特殊な低分子成分の除去処理を行わなければならず、シリコーンゴムは画像形成装置用のローラとして使用するのは難しかった。
【０００６】
また、これらの画像形成装置用のローラは、シリコーンゴムの単層ローラではなく、２層、３層の多層構造を持つ複合ローラとして、内層にシリコーンゴムを使用することも有るが、このような複合ローラの場合でも、シリコーンゴム中の低分子成分が複合ローラの表面にブリードしてくるため、単層で使用する場合と同様に、特別な材料を使用し、特殊な処理を行い、低分子成分を除去しなければ、複合ローラの内層の材料として使用できなかった。
【０００７】
また、このような低分子成分を除去した、感光体汚染のないシリコーンゴムローラを製造しようとすると、シリコーンゴムコンパウンド中の低重合シロキサン及び無官能シリコーンオイルの濃度が５０００ｐｐｍ以下である、特別に配合したシリコーンゴムコンパウンドを使用しなければならないが、このようなシリコーンゴムコンパウンドは、減圧蒸留で低分子を除去しやすいように、ゴムの流動性を良くする等、通常の市販のシリコーンゴムと違った、低分子の除去が効率よくできる、特殊な組成となっている。
【０００８】
そのため、このようなシリコーンゴムは低分子除去を最優先として組成が決められるために、通常のローラ用のシリコーンゴムと比較すると、可塑度が低いため加工性が悪く、ゴムだれがしやすい等の問題が有り、ローラとしての成形加工が考慮された材料とは言えなかった。
【０００９】
また、このような低分子除去を行ったシリコーンゴムコンパウンドをローラに成形後、更に真空加熱処理や、トルエン、アセトン、ヘキサン等の有機溶剤による低分子の抽出除去といった特殊な処理が必要なため、特別な製造設備が必要となり、作業工程も複雑となってしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記問題を解決し、生産時に特別な低分子成分の除去等を行っていない、低重合シロキサンおよび無官能シリコーンオイルの濃度が１００００ｐｐｍ以上含まれている、加工性の優れた、通常の市販品のシリコーンゴムコンパウンドを使用して、特開平６−２５４３１号では不可能とされていた、感光体を汚染することのない、シリコーンゴムローラとその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するために、本発明のシリコーンゴムスポンジローラは、請求項１の記載によれば、芯金と、この芯金の外周に配設され、低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が１００００ｐｐｍ以上のシリコーンゴムを発泡させた後、低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が５００ｐｐｍ以下になるように加熱処理されたシリコーンゴムスポンジとを具備することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラは、請求項２の記載によれば、前記加熱処理温度が１８０℃〜２３０℃であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラは、請求項３の記載によれば、前記加熱処理されたシリコーンゴムスポンジは、チューブ状に形成されて、前記加熱処理後に前記芯金の外周に被覆されていることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラは、請求項４の記載によれば、発泡倍率が１．５〜２．５倍で平均セル径が１５０〜３００μｍでアスカーＣ硬度が２０゜〜６０゜であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラは、請求項５の記載によれば、最外層に配設された離型層を更に具備することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法は、請求項６の記載によれば、低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が１００００ｐｐｍ以上のシリコーンゴムを発泡させてシリコーンゴムスポンジを形成する発泡工程と、低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が５００ｐｐｍ以下になるように、前記シリコーンゴムスポンジを加熱処理する加熱工程とを具備することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法は、請求項７の記載によれば、前記加熱処理工程における加熱処理温度が１８０℃〜２３０℃であることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法は、請求項８の記載によれば、前記シリコーンゴムスポンジの発泡倍率が１．５〜２．５倍で平均セル径が１５０〜３００μｍでアスカーＣ硬度が２０゜〜６０゜であることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法は、請求項９の記載によれば、前記シリコーンゴムスポンジをチューブ状に成形する成形工程を更に具備することを特徴としている。
【００２０】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法は、請求項１０の記載によれば、前記加熱処理工程終了後、前記シリコーンゴムスポンジチューブを芯金の外周に被覆する被覆工程を更に具備することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明のシリコーンゴムスポンジローラの製造方法は、請求項１１の記載によれば、最外層に離型層を被覆する離型層被覆工程を更に具備することを特徴としている。
【００２２】
【発明の概要】
本願発明者は、シリコーンゴム中の低分子環状シロキサンの除去について、各種の検討を行った結果、シリコーンゴム中の低分子環状シロキサンを加熱処理によって除去する場合、ゴムの厚みが低分子の除去に大きく関わっている事を発見した。そして、シリコーンゴムを発泡させて、シリコーンゴム全体を薄い隔壁と気泡の連続体とすれば、低分子シロキサンは薄い隔壁を簡単に通り抜けてしまうので、従来のゴムローラでは、ゴムの中から除去することができなかった低分子シロキサンを簡単に除去することができると考えた、そして、市販の低分子シロキサンを多量に含有したシリコーンゴムを、特定の条件のスポンジに成形し、熱処理を行うことで、感光体を汚染することがない、シリコーンゴムスポンジローラとその製造技術を発明した。
【００２３】
本発明について具体的に述べると、本発明に使用するシリコーンゴムは、スポンジ成形する事を考慮すると、可塑度が２４０〜３００のシリコーンゴムコンパウンドが望ましい。可塑度が低いとゴムコンパウンドが柔らかいため、押し出し成形後にゴムだれが発生し、加硫発泡前の成形品が変形してしまうのであまり望ましくない。特に可塑度が２００以下と低くなると、ゴムだれの問題のほかに、スポンジのセルが大きくなりやすい傾向があり、均一で細かいセルを持ったスポンジへの加工が難しくなる。また、可塑度があまり高いと、ゴムコンパウンドが硬いために、押出成形時に成形品の表面が粗くなったり、押出加工を行った時に、設定どうりの押出寸法にならなかったりするので、あまり可塑度が高いゴムも望ましくない。
【００２４】
また、画像形成装置用のゴムローラは、通常は導電性なので、導電性のゴムコンパウンドで、抵抗値として１０２〜１０１０Ωの範囲のものが必要となるが、装置によって必要とする抵抗値が違ってくるので、導電性のコンパウンドと絶縁性のコンパウンドを配合したり、導電性の充填剤を添加して適切な抵抗値となるように調整をする必要がある。
【００２５】
そして、上記のように、可塑度と抵抗値を調整したシリコーンゴムコンパウンドで、以下に述べる特定の条件で発泡させる事のできるものであれば、従来では汚染の問題で使用することができなかった、低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が１００００ｐｐｍ以上のシリコーンゴムコンパウンドでも、本発明においては問題なく使用することができる。
【００２６】
このようなゴムコンパウンドを一次加硫で発泡させて、スポンジを成形するが、ここで、低分子を除去しやすいスポンジにするためには、スポンジの発泡倍率（発泡前と発泡後の径の比率）、平均セル径、アスカーＣ硬度が規定の数値を満足する必要がある。発泡倍率は１．５〜２．５倍が好ましい。発泡倍率は１．５倍より小さくなるとスポンジ内部の隔壁が厚くなり、低分子シロキサンがうまく抜けなくなってしまうし、発泡倍率が２．５倍をこえるとスポンジとしての強度が不足し、セル破壊が発生し、ロールとしての性能を満足できなくなるので好ましくない。
【００２７】
スポンジの平均セル径は１５０〜３００μｍが好ましく、１５０μｍ以下ではスポンジ内部の隔壁が厚くなり、低分子シロキサンがうまく抜けなくなってしまうし、３００μｍをこえるとスポンジとしての強度が不足して、セル破壊が発生し、ロールとしての性能を満足できなくなるので好ましくない。
【００２８】
スポンジの硬度は、アスカーＣ硬度で２０゜〜６０゜が好ましい。硬度が２０゜より低いとスポンジとしての強度が不足するので、セル破壊が発生してしまうし、硬度が６０゜をこえるとローラとして感光体接触する部分のニップ幅が充分にとれなくなるので、ローラとしての使用上好ましくない。
【００２９】
上記のような条件を満たすように、一次加硫を終了したスポンジは、一般に二次加硫として行われている加熱処理の２〜３倍の時間にあたる、２４時間程度の加熱処理を行うことで、低分子シロキサンによる感光体汚染のないスポンジとなる。
【００３０】
例えば、基になるゴムコンパウンド中の低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量が約３００００ｐｐｍの場合、一次加硫後の低分子シロキサンの量は約２００００ｐｐｍ程度となり、二次加硫をかねた２１０℃の２４時間の加熱処理で、低分子環状シロキサンの量を５００ｐｐｍ以下とすることができる。
【００３１】
二次加硫をかねた加熱処理の温度としては、１８０℃〜２３０℃が好ましい。１８０℃より低いと、一次加硫の際にシリコーンゴム中で発生した、発泡剤や加硫剤の副生成物の除去が充分にできず、ゴム中に残留してしまったり、二次加硫が不十分となり、耐歪み性が悪くなる等の不具合が発生するので好ましくない。また、２３０℃より高いと、シリコーンゴムの熱劣化がおきるので、２３０℃より高温での加熱処理は好ましくない。
【００３２】
シリコンゴムスポンジローラの成形方法としては、芯金に押出成形で、ゴムコンパウンドを被覆して、金型に組込んで一次加硫した後、二次加硫としての熱処理を行う方法や、金型に組込まずに一次加硫した後に、二次加硫としての熱処理を行っても良く、一般のスポンジローラの加工法を用いることができる。
【００３３】
そして、これら各種の成形法の中で、低分子シロキサンを最も効率よく除去できる成形法は、押出成形でスポンジチューブを製造し、スポンジチューブの状態で二次加硫としての熱処理まで行ってから、スポンジチューブに芯金を挿入する方法である。
【００３４】
なぜならば、低分子シロキサンは、一次加硫や二次加硫の時に、芯金付きのスポンジローラの場合は、ローラの外周面からしか揮発しないが、スポンジチューブの場合は、チューブの外周面と内周面の両方から揮発するので、芯金付きのスポンジローラより短時間で、低分子シロキサンが除去できる。また、揮発面までの距離を考えると、外周面からしか揮発しない場合より、外周面と内周面の両方から揮発する場合は、揮発面から最も遠い低分子シロキサンまでの距離が半分となるので、より確実な低分子シロキサンの除去ができる。
【００３５】
そして、このようにして、作成されたシリコーンゴムスポンジロールは、画像形成装置用のシリコーンゴム単層ローラとして用いても良いし、表層にウレタン樹脂、ウレタンゴム、ナイロン樹脂等を被覆した、複合ロールの内層として使用しても良い。
【００３６】
なお、本発明中で行っている、環状低分子シロキサンの４〜２０量体の測定は、シリコーンゴムを細かく切断し、四塩化炭素で２４時間抽出し、ｎ−ウンデカンを内部標準物質として加えたサンプルを、検出器がＦＩＤのガスクロマトグラフィーで、昇温分析して測定したものである。
【００３７】
【発明を実施する形態】
以下に本発明の実施例と比較例を具体的に説明する。
【００３８】
実施例１
環状低分子シロキサンの４〜２０量体の総量が１３５２０ｐｐｍである、導電性のシリコーンゴムコンパウンド（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製ＤＹ３２−５０４８Ｕ）１００部に、加硫剤のＲＤ−２４を３部、発泡剤のＭＲ−３４を1部を混合した、次に外径が１０ｍｍの芯金に押出成形で、外径が１７ｍｍとなるようにシリコーンゴムコンパウンドを被覆した。そして２００℃で６０分間の一次加硫を行い、外径２１ｍｍのシリコーンゴムスポンジローラを得た。
【００３９】
実施例２
実施例１のゴム配合の発泡剤のＭＲ−３４の量を２部に変更し、次に外径が１０ｍｍの芯金に押出成形で外径が１５．５ｍｍとなるようにシリコーンゴムコンパウンドを被覆した。そして２００℃で６０分間の一次加硫を行い、外径２１ｍｍのシリコーンゴムスポンジローラを得た。
【００４０】
実施例３
実施例１のゴム配合の発泡剤のＭＲ−３４の量を3部に変更し、次に外径が１０ｍｍの芯金に押出成形で外径が１５ｍｍとなるようにシリコーンゴムコンパウンドを被覆した。そして２００℃で６０分間の一次加硫を行い、外径２１．５ｍｍのシリコーンゴムスポンジローラを得た。
【００４１】
実施例４
実施例１のゴム配合を利用して、押出成形で内径が１０ｍｍで、外径が１７ｍｍのシリコーンチューブを押出て、２００℃で６０分間の一次加硫を行い、内径が９ｍｍで、外径２１ｍｍのシリコーンゴムスポンジチューブを得た。
【００４２】
実施例５
実施例２のゴム配合を利用して、押出成形で内径が１０ｍｍで、外径が１５．５ｍｍのシリコーンチューブを押出て、２００℃で６０分間の一次加硫を行い、内径が９ｍｍで、外径２１ｍｍのシリコーンゴムスポンジチューブを得た。
【００４３】
実施例６
実施例３のゴム配合を利用して、押出成形で内径が１０ｍｍで、外径が１５ｍｍのシリコーンチューブを押出て、２００℃で６０分間の一次加硫を行い、内径が９ｍｍで、外径２１．５ｍｍのシリコーンゴムスポンジチューブを得た。
【００４４】
上記の実施例１〜６のローラとスポンジチューブの一次加硫後と、２１０℃で二次加硫としての加熱処理を行った時の、１０時間後、２４時間後、４８時間後の、低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量の測定結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
0004062457.tif 000002
【００４６】
また、上記の実施例１〜６のローラとスポンジチューブを、２１０℃で２４時間の２次加硫としての加熱処理をした後、スポンジを輪切りにして、断面の顕微鏡写真を撮影して、スポンジ内部の平均セル径を測定した。また、アスカ−Ｃ硬度計の５００ｇ加重で測定した硬度の測定結果を、発泡倍率とともに表２に示す。
【００４７】
【表２】
0004062457.tif 000003
【００４８】
表１の結果より、スポンジローラはスポンジチューブにくらべて、芯金が有るため、低分子環状シロキサンの抜ける速度が遅いので、二次加硫まではスポンジチューブで行い。二次加硫後にスポンジチューブに芯金を挿入して、ローラを成形する方が、低分子環状シロキサンを除去するのには有利なことがわかる。
【００４９】
感光体の汚染との関係を調べるために、実施例１〜６のローラとスポンジチューブを２１０℃で２４時間、４８時間の２種類の二次加硫を行った後に、実施例４〜６のスポンジチューブに芯金を挿入して、すべてのローラの外径を２０ｍｍに研削して、計１２本のスポンジローラを作製した。そして、キャノン社製のレーザーショットプリンタＡ３０９Ｇ〓の感光体にスポンジローラを圧着して、３５℃で湿度８５％の恒温恒湿槽に１６８時間入れて、感光体表面に汚染が生じるかをテストした。そして汚染がないものは○、少しでも表面に汚染があるものは×として感光体表面の汚染性を評価し、結果を表３に示す。
【００５０】
【表３】
0004062457.tif 000004
【００５１】
表３の結果より、低分子環状シロキサンの４量体〜２０量体の総量が、５００ｐｐｍ以下になれば、感光体の汚染を生じないことがわかる。なお、この低分子環状シロキサンの４量体〜２０量体の総量が５００ｐｐｍ以下というのは、シリコーンゴム中の低分子シロキサン成分全体の中で、低分子環状シロキサンの４量体〜２０量体の総量を、シリコーンゴム中の低分子シロキサンの総量の代替え値としてとらえているものなので、４量体〜２０量体だけが除去できれば、感光体が汚染されないという意味ではなく、４量体〜２０量体の総量を５００ｐｐｍ以下にすれば、シリコーンゴム中に残っている直鎖や環状の低分子シロキサンの総量が感光体を汚染しない範囲まで除去できたるいう意味である。
【００５２】
実施例７
環状低分子シロキサンの４〜２０量体の総量が多い場合を調べるため、４〜２０量体の総量が３３８６０ｐｐｍである、絶縁性のシリコーンゴムコンパウンド（信越化学工業社製ＫＥ９０４ＦＵ）１００部に、加硫剤のＣ−２を０．６部、Ｃ−３を３部、発泡剤のＫＥＰ−１３を２．２部を混合した、次に外径が１０ｍｍの芯金に押出成形で、外径が１５．５ｍｍとなるようにシリコーンゴムコンパウンドを被覆した。そして２００℃で４０分間の一次加硫を行い、外径２１ｍｍのシリコーンゴムスポンジローラを得た。
【００５３】
実施例８
実施例７のゴム配合を利用して、押出成形で内径が１０ｍｍで、外径が１５．５ｍｍのシリコーンチューブを押出て、２００℃で４０分間の一次加硫を行い、内径が９ｍｍで、外径２１ｍｍのシリコーンゴムスポンジチューブを得た。
【００５４】
比較例
実施例７のゴム配合から発泡剤のＫＥＰ−１３を抜いて、次に外径が１０ｍｍの芯金に押出成形で、外径が２１ｍｍとなるようにシリコーンゴムコンパウンドを被覆した。そして２００℃で４０分間の一次加硫を行い、外径２１ｍｍで、ＪＩＳ  Ａ  硬度が４７゜のシリコーンゴムローラを得た。
【００５５】
上記の実施例７のローラと、比較例のローラと、実施例８のスポンジチューブの一次加硫後と、２１０℃で二次加硫としての加熱処理を行った時の、１０時間後、２４時間後、４８時間後の、低分子環状シロキサンの４〜２０量体の総量の測定結果を表４に示す。
【００５６】
【表４】
0004062457.tif 000005
【００５７】
また、上記の実施例７のローラと実施例８のスポンジチューブを、２１０℃で２４時間の２次加硫としての加熱処理をした後、スポンジを輪切りにして、断面の顕微鏡写真を撮影して、スポンジ内部の平均セル径を測定した。また、アスカ−Ｃ硬度計の５００ｇ加重で測定した硬度の測定結果を、発泡倍率とともに表５に示す。
【００５８】
【表５】
0004062457.tif 000006
【００５９】
表４の結果より、ゴムコンパウンド中に４〜２０量体の低分子環状シロキサンが３００００ｐｐｍ以上含まれていると、スポンジローラは芯金が有るために、４８時間の熱処理でも充分に低分子シロキサンが除去できなかったが、スポンジチューブは２４時間で感光体の汚染が発生しない量まで除去できた。また、比較例として発泡させず、通常のゴムローラとして加硫させた結果、４８時間の二次加硫を行っても９０００ｐｐｍの環状シロキサンが残っており、特定の条件で発泡させることが、低分子シロキサンの除去に絶大な効果があることがわかる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ゴムコンパウンド中に４〜２０量体の低分子環状シロキサンが３００００ｐｐｍ以上含まれていても、それを特定条件のスポンジに加工して、熱処理することで、簡単に低分子シロキサンを除去することができるため、従来から使用されていた、低分子シロキサンを除去したゴムコンパウンドを使用する必要がなく、低分子シロキサンの含有量の問題で、従来では使えなかったシリコーンゴムコンパウンドが自由に使用できるので、各種ゴムコンパウンドを選択配合することで、スポンジローラにさまざまな特性をもたすことができる。また、低分子の除去が熱処理だけでできるので、真空加熱処理や溶剤抽出等の特殊な設備も必要とせずに、単層ローラや複合ロールの内層に使用しても、感光体を汚染することのないシリコーンゴムスポンジローラを製造する技術が提供されることになる。