JPH05295254A - 複写機用耐熱ロール及びその製造に用いる被膜用ワニス並びにロールの製造方法 - Google Patents

複写機用耐熱ロール及びその製造に用いる被膜用ワニス並びにロールの製造方法

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JPH05295254A
JPH05295254A JP4124341A JP12434192A JPH05295254A JP H05295254 A JPH05295254 A JP H05295254A JP 4124341 A JP4124341 A JP 4124341A JP 12434192 A JP12434192 A JP 12434192A JP H05295254 A JPH05295254 A JP H05295254A
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roll
copying machine
heat
coating
varnish
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Kazuo Iura
一雄 井浦
Yasuhiko Onishi
靖彦 大西
Taku Ito
卓 伊藤
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ポリベンゾイミダゾールの重合
体を金属ロール上に塗布して耐熱性，耐磨耗性の優れた
被膜を形成できるようにすることを目的とする。 【構成】 外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍｍの円筒形ステ
ンレス製ロールを、円筒中心軸をセンターにして回転数
３００ｒｐｍ、塗布圧力０．５ｋｇ／ｃｍ2 で、ＰＢＩ
３０部と溶媒ＤＭＡ７０部にＡＩＢＮが０．１％に成る
様に調整されたワニスをロール表面上に均一に７μｍ塗
布し、５分間、６００℃で焼き付けてＰＢＩ被覆複写機
用超耐熱ロールを得た。 【効果】 これにより、耐熱軟化温度４５０℃、磨耗試
験に関し４５回（加重４Ｎ；ＪＡＳＯ Ｄ６１１）とい
う優れた耐熱性，耐磨耗性の被膜を有するロールを得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は金属ロール上にポリベ
ンゾイミダゾールの重合体をコーティングしてなる複写
機用耐熱ロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱転写方式の複写機の分野では、カラー
・トナーを定着するカラー複写機が増加する傾向にあ
り、そのためにはトナーの定着性を考慮するべく３００
℃近辺の定着温度が定着ロールに求められているが、従
来この種の３００℃常用超耐熱性ロールは存在せず、従
来のテフロン製熱定着ロールではせいぜい常用２００℃
近辺である。
【０００３】この様にトナーを印刷する物に熱定着する
ロールは、これがトナーを溶解し複写物の鮮明度・出来
栄えを左，右する為、複写機において大変重要な位置を
しめている。一方、これら複写機の一般的傾向としては
カラー複写機化以外に小型化や高性能化（高速プリント
化）を求められている為、さらに耐熱性や耐磨耗性を要
求される場合が多くなってきた。現在のロールにコーテ
ィングされたテフロン膜では耐磨耗性が不十分である
為、せいぜい２０μｍ程度にしか薄く出来ず、また従来
溶着を熱により行なっており、膜厚が厚くなると伝熱効
率が著しく悪くなるため、１分間の枚数取りが落ちてし
まう事になる。
【０００４】その結果、高速回転型の大型複写機の開発
に限界を与えることとなり、一方、通常スタンドアロー
と言われる複写機の小型機種の場合、２０万枚複写する
と従来のテフロン製ロールでは簡単に磨耗する為ロール
を交換する必要があり、交換作業員をユーザー側の現場
に張り付けなければならず、膨大な経費を要し、相対的
な複写機のコスト増の要因と成っている。この為にも熱
定着ロールのコーティング層には耐熱性と同様、良好な
耐磨耗性も求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ポリベンゾ
イミダゾール（ＰＢＩ）は米国アリゾナ州立大の故マー
ベル教授等のグループにより開発された物であるが、そ
の合成の初期の仕事では架橋反応のため、溶剤可溶の高
重合体を得られなかったと言われている。
【０００６】一方、米国Ｈセラニーズ社ではこれらの架
橋反応を抑制する事により高重合体セラゾールを得てお
り、これは現在ＰＩ（ポリイミド）を抜いて最も高い耐
熱特性を有しており、熱変形温度は４３５℃、酸素指数
は５８％、大気中において不燃焼で、７６０℃の高温か
ら−２００℃の低温まで物性を維持し、絶縁破壊電圧は
２０．９ＫＶ／ｍｍとなっており、大気中では燃えない
ことを示している。
【０００７】また、中低重合度の時、特に塩基性溶媒に
可溶であるため、ロール被覆材としてコーティングが可
能で大変有望であるが、現在まで溶剤キャスト法による
被膜形成能や、実際にそのＰＢＩを用いてロールにコー
ティングしてその被膜特性など調べるに至った報告はな
く、これはＰＢＩを用いたコーティング等ＰＢＩ被膜形
成に関する研究はＰＢＩの被膜形成能に問題があること
に起因しており、被膜形成の困難性から各社で開発が断
念された経緯がある。
【０００８】詳細には、ＰＢＩのガラス転移温度（Ｔ
ｇ）が４２７℃である事から、被膜形成には４１０℃以
上の焼成温度で焼成する必要があり、即ちそれ以上の温
度でないと架橋は進まないが、高温領域では架橋反応が
酸化分解との競争になっているため、反応をコントロー
ルする事は困難であり、つまり焼成のみでは被膜の強度
を上げる事は極めて困難であり、ＰＢＩの被膜形成は相
当な困難が予想される。
【０００９】そこでこの発明は、上記にような問題点を
解消するためになされたもので、ポリベンゾイミダゾー
ルの重合体を金属ロール上に塗布して耐熱性，耐磨耗性
の優れた被膜を容易に形成できるようにすることを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明における複写機
用耐熱ロールは、ポリベンゾイミダゾールを母体とする
ワニスを、複写機用金属ロール表面に加圧，回転塗布し
てなることを特徴としている。
【００１１】また、この発明における複写機用耐熱ロー
ルの被膜用ワニスは、複写機用金属ロール表面にポリベ
ンゾイミダゾールを母体とするワニス材料を加圧，回転
塗布して得られたポリベンゾイミダゾールの重合体から
なることを特徴としている。
【００１２】また、このワニスにおいて、ラジカル重合
開始剤を添加することも効果的である。
【００１３】一方、複写機用耐熱ロールを製造する際
に、少なくとも塗布圧力を０．０１〜数１０ｋｇ／ｃｍ
2 とするのが有効であり、ラジカル重合開始剤を添加す
るのもよい。
【００１４】
【実施例】いま、ＰＢＩの３０％ＤＭＡ溶液をさらにＤ
ＭＡで薄め５％前後の溶液にしてガラス上及びアルミニ
ウム板上に塗布し熱ランプで３時間乾燥し、１３０℃で
さらに４時間乾燥し、これを電気炉にて３５０℃で８０
分焼成して被膜を形成したがその強度は不十分であっ
た。さらに４５０℃で６０分焼成すると、今度は被膜が
分解し、このＰＢＩのガラス上に焼成した被膜を反射型
ＦＴ−ＩＲを用いて分析したところ、波数が１１００ｃ
ｍ-1付近に観察されるＰＢＩの架橋反応によるＣ−Ｎ−
Ｃの吸収が弱く、被膜は形成できたが強度が不十分であ
ることの原因は、上記の条件では架橋が不十分のためと
考えられる。
【００１５】このようなＰＢＩ被膜形成能の試験が旨く
いかなかった原因として、ＰＢＩ溶媒として使用された
ＤＭＡに添加されていると思われる重合禁止剤の影響で
あると考えられ、即ちＰＢＩの被膜形成はそのイミダゾ
ール部分の分子間架橋反応によると考えられるため、そ
の解決策としてアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢ
Ｎ）等のラジカル重合開始剤にて中和するなどの方法が
有効と思われる。
【００１６】この為上記と同様にＰＢＩの３０％ＤＭＡ
溶液を使用し、その被膜形成特性を詳細に調べ、まずＤ
ＭＡで薄め５％前後の溶液にするに際して０．１％にな
る様にＡＩＢＮを添加しガラス上に塗布する以外同様に
操作し、３５０℃で８０分焼成して被膜を形成したとこ
ろ、このものは強度十分であった。
【００１７】つぎに、４５０℃で６０分焼成すると、被
膜は分解せず、このＰＢＩのガラス上に焼成した被膜を
反射型ＦＴ−ＩＲを用いて同様に分析したところ、波数
が１１００ｃｍ-1付近に観察されるＰＢＩの架橋反応に
よるＣ−Ｎ−Ｃの吸収がはっきりと観察され、これは従
来の強度不十分の被膜形成において、ＡＩＢＮが上記し
た条件において架橋反応を十分に進行させたためと考え
られる。
【００１８】このとき、ラジカル重合開始剤が禁止剤の
中和の役割だけに作用しているとすれば焼成温度を高く
すれば良く、Ｔｇが４２７℃である事から、４５０℃前
後の温度で焼成するだけで良いと考えられるが、上記し
た結果からラジカル重合開始剤は禁止剤の中和の役割だ
けに作用しているとは考えられない。
【００１９】一方、逆にＰＢＩの熱架橋反応時、酸化分
解反応や副反応を抑制する為にＰＢＩ重合時に使用して
いるリン系の熱安定剤を添加することも考えられるが、
これらリン系安定剤は架橋反応も抑制する傾向があり、
リン系安定剤の使用は困難である。
【００２０】従って、ラジカル重合開始剤の架橋反応促
進作用は、被膜形成の為のＰＢＩ架橋反応によるＰＢＩ
コーティングにおいて極めて有効である。
【００２１】ここで用いられるラジカル重合開始剤とし
てはつぎの様な物が可能であると考えられる。例えば過
酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジ−ｔ−ブチロ過
酸化フタレート、アゾビスイソブチロニトリル、フェニ
ルアゾアリルスルホン酸、Ｎ−ニトロソ−Ｎ−アシル化
合物などであり、溶剤塗料の金属ロール上への塗装・焼
付けは一般に、塗料塗布→焼付け→塗布を繰返すことに
よりなされるが、本発明では特別な工夫をしており、即
ちＰＢＩが塗布される金属ロールの材質はアルミニウ
ム、鋼材、ステンレス、銅、黄銅、ニッケル、クローム
などあらゆる金属が可能であるが、この金属ロールを数
ｒｐｍから数千ｒｐｍの回転速度で回転しつつ、所定圧
力による加圧の下でゲル状態および溶液状態のＰＢＩを
塗布しており、その時の溶媒としてジメチルアセトアミ
ド（ＤＭＡ）、ジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）、ピ
リジン等の塩基性溶媒やジメチルスルフォオキサイド
（ＤＭＳＯ）等の水素結合遮断溶媒を純品のままあるい
は混合して適宜使用する。
【００２２】また、塗布圧力は０．０１ｋｇ／ｃｍ2 か
ら数１０ｋｇ／ｃｍ2 が適切であるが、望ましくは０．
２ｋｇ／ｃｍ2 から５ｋｇ／ｃｍ2 が最適であり、この
ように金属ロールを回転しつつ、適切な均一圧力でＰＢ
Ｉを金属ロールに塗布することもＰＢＩコーティングに
おいて極めて有効である。
【００２３】これはＰＢＩ溶液の特性である非ニュート
ン流体性を応用しているためであり、、加圧時の粘弾性
によりＰＢＩ溶液は濡れ易く流動性も増し、塗布性能が
飛躍的に向上するものと成り、この様に塗布圧力、ロー
ル回転数が適切な場合は上記したラジカル重合開始剤を
用いなくともＰＢＩの金属ロール上への塗布・コーティ
ングが可能となる。
【００２４】さらに、塗布する回数は必要は膜厚に応じ
て決定され、一回から数千回まで適宜選択できるが、ロ
ール上への塗布の場合には、最終的な膜厚からしては数
回から３０回が適当であり、このとき使用する塗装炉は
一般的な横型炉や堅型炉でよいが、横型炉や堅型炉を使
用目的にあわせて用いてもよく、又焼き付ける塗料の種
類、焼付け炉のタイプによって、塗布する回数、焼付け
温度、塗装速度などを変えてもよいのは通常の焼付け塗
装と同様である。
【００２５】一方、ワニスの溶媒として塩基性溶媒や水
素結合遮断溶媒を適宜使用し、そのときのワニス濃度と
して１％から８０％の範囲で選択すればよいが、５％か
ら７０％が適当と考えられる。焼付け温度は室温から１
０００℃の範囲で選択すればよいが、焼付け温度は定着
ロールのトナー離けい性に微妙に影響し、ＰＢＩ単体の
場合は出来るだけ高温が望ましいが、逆に温度が高過ぎ
ると炭化の恐れがあるため、５００℃から８００℃が適
当である。
【００２６】さらに、トナー離けい性を改善するため
に、、適当な離けい性剤をこのＰＢＩワニス中に添加し
てもよく、例えばテフロン、窒化ホウ素などを１部から
８０部加えるとよい。
【００２７】また、焼付け時間は焼付け温度を考慮して
設定し、数秒から数十時間の範囲で選択すればよいが、
焼付け温度が高い場合は短く、焼付け温度が低い場合は
長くに調整するのがよい。
【００２８】以下に、上記した諸条件を適宜組み合わせ
て金属ロールにＰＢＩ被膜を形成した時の具体的な結果
について説明する。
【００２９】（実施例１）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数３００ｒｐｍ、塗布圧力０．５ｋｇ／ｃ
ｍ2 で、ＰＢＩ３０部と溶媒ＤＭＡ７０部にＡＩＢＮが
０．１％に成る様に調整されたワニスをロール表面上に
均一に７μｍ塗布し、５分間、６００℃で焼き付けてＰ
ＢＩ被覆複写機用超耐熱ロールを得た。
【００３０】（実施例２）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数３００ｒｐｍ、塗布圧力０．５ｋｇ／ｃ
ｍ2 で、ＰＢＩ３０部と溶媒ＤＭＡ６０部・ＤＭＳ１０
部にＡＩＢＮが０．１％に成る様調整されたワニスをロ
ール表面上に均一に８μｍ塗布し、５分間、６００℃で
焼き付けてＰＢＩ被覆複写機用超耐熱ロールを得た。
【００３１】（実施例３）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数３００ｒｐｍ、塗布圧力０．５ｋｇ／ｃ
ｍ2 で、ＰＢＩ２０部と溶媒ＤＭＡ８０部からなるワニ
スをロール表面上に均一に９μｍ塗布し、５分間、７０
０℃で焼き付けてＰＢＩ被覆複写機用超耐熱ロールを得
た。
【００３２】（実施例４）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数５００ｒｐｍ、塗布圧力０．３ｋｇ／ｃ
ｍ2 で、ＰＢＩ１８部，ＰＴＦＥ８部と溶媒ＤＭＡ７４
部にＡＩＢＮが０．１％に成る様調整されたワニスをロ
ール表面上に均一に９μｍ塗布し、５分間、７００℃で
焼き付けてＰＢＩ被覆複写機用超耐熱ロールを得た。
【００３３】（実施例５）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数５００ｒｐｍ、塗布圧力０．４ｋｇ／ｃ
ｍ2 で、ＰＢＩ１７部，ＰＴＦＥ１７部と溶媒ＤＭＡ６
６部から成るワニスを、ロール表面上に均一に９μｍ塗
布し、５分間、６００℃で焼き付けてＰＢＩ被覆複写機
用超耐熱ロールを得た。
【００３４】（実施例６）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数３００ｒｐｍ、塗布圧力０．４ｋｇ／ｃ
ｍ2 で、ＰＢＩ１４部，ＰＴＦＥ３２部と溶媒ＤＭＡ５
４部から成るワニスを、ロール表面上に均一に１２μｍ
塗布し、５分間、６００℃で焼き付けてＰＢＩ被覆複写
機用超耐熱ロールを得た。
【００３５】（実施例７）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数１０００ｒｐｍ、塗布圧力０．５ｋｇ／
ｃｍ2 で、ＰＢＩ２０部と溶媒ＤＭＡ８０部にＡＩＢＮ
が０．１％に成る様調整されたワニスをロール表面上に
均一に４μｍ塗布し、５分間、６００℃で焼き付け、こ
れを２回繰返してＰＢＩ被覆複写機用超耐熱ロールを得
た。
【００３６】（実施例８）外径３０ｍｍ／長さ２８０ｍ
ｍの円筒形ステンレス製ロールを、円筒中心軸をセンタ
ーにして回転数１０００ｒｐｍ、塗布圧力０．５ｋｇ／
ｃｍ2 で、ＰＢＩ５部と溶媒ＤＭＡ９５部にＡＩＢＮが
０．１％に成る様調整されたワニスを、ロール表面上に
均一に２μｍ塗布し、５分間、６００℃で焼き付け、こ
れを７回繰返してＰＢＩ被覆複写機用超耐熱ロールを得
た。
【００３７】（実施例の効果）各実施例１〜８の評価サ
ンプルについての特性を表１，表２に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】従って、表１，表２に見られる様に、上記
各条件下で得られた複写機用超耐熱ロールは常用３５０
℃以上の超耐熱性を有し、かつ優秀な耐磨耗性を有する
ことが明らかである。
【００４１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、超耐
熱性を有する複写機用超耐熱ロールを提供することがで
きる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリベンゾイミダゾールを母体とするワ
    ニスを、複写機用金属ロール表面に加圧，回転塗布して
    なることを特徴とする複写機用耐熱ロール。
  2. 【請求項２】 複写機用金属ロール表面にポリベンゾイ
    ミダゾールを母体とするワニス材料を加圧，回転塗布し
    て得られたポリベンゾイミダゾールの重合体からなるこ
    とを特徴とする複写機用耐熱ロールの被膜用ワニス。
  3. 【請求項３】 複写機用金属ロール表面に加圧，回転塗
    布される複写機用耐熱ロールの被膜用ワニスであって、
    ポリベンゾイミダゾールとポリテトラフルオロエチレン
    との混合物からなることを特徴とする複写機用耐熱ロー
    ルの被膜用ワニス。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の複写機用耐熱ロールの被
    膜用ワニスにおいて、 前記ポリベンゾイミダゾールの
    単位の式が 【化１】 【化２】 で示され、架橋により（化１）・（化２）なる式で構成
    されるポリベンゾイミダゾールの重合体からなることを
    特徴とする複写機用耐熱ロールの被膜用ワニス。
  5. 【請求項５】 請求項２ないし４記載の複写機用耐熱ロ
    ールの被膜用ワニスにおいて、 ラジカル重合開始剤を添加したことを特徴とする複写機
    用耐熱ロールの被膜用ワニス。
  6. 【請求項６】 ポリベンゾイミダゾールを母体とするワ
    ニスを複写機用金属ロール表面に加圧，回転塗布して複
    写機用耐熱ロールを製造する際に、少なくとも塗布圧力
    を０．０１〜数１０ｋｇ／ｃｍ2 としたことを特徴とす
    る複写機用耐熱ロールの製造方法。
  7. 【請求項７】 ポリベンゾイミダゾールを母体とするワ
    ニスを複写機用金属ロール表面に加圧，回転塗布して複
    写機用耐熱ロールを製造する際に、ラジカル重合開始剤
    を添加したことを特徴とする複写機用耐熱ロールの製造
    方法。
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