JPH07302011A - 加圧ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フッ素樹脂スリーブ４と弾性体層３との密着
性が著しく向上し、長期にわたる加圧ローラとしての耐
久性を維持する。 【構成】 金属芯金２の外周に複覆した弾性体層３の外
周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブ４を被覆し
た加圧ローラ１において、弾性体層４がビニル基を含有
するオルガノポリシロキサン 100重量部に対して、湿式
シリカを 3〜50重量部、増量充填材を 3〜 150重量部添
加したシリコーンゴム組成物からなることを特徴として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子複写機やＬＢＰ
（レーザービームプリンター）の定着部における加圧ロ
ーラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子複写機やＬＢＰの定着部にお
ける加圧ローラとしてトナーの離型性を良くするため
に、芯金入りゴムローラの 外周にふっ素樹脂スリーブ
を複覆したローラが知られている。

【０００３】そして、従来のこの種のローラは、円筒金
型の内周面の内側に装填した円筒金型内径より外径の小
さいふっ素樹脂スリーブの両端を、芯金を保持する側型
に固定し、この状態で芯金とスリーブ間の環状空間内に
ゴム材料を高圧で注入充填し、その充填圧力でスリーブ
を拡張させながら円筒金型の内周面に密着させると共
に、ゴム材料にスリーブを一体化させるという方法で製
造されている。（特公昭５０−７０９７号公報、特公昭
５１−２７２７６号）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような方法で製造
される従来の加圧ローラにおいては、特に肉厚が 0.1mm
以下の薄肉フッ素樹脂スリーブを用いる場合、スリーブ
の引っ張り応力が低いためにスリーブとゴム材料との密
着性が充分ではなく、スリーブとゴム層との間でしばし
ば剥離を生じ、加圧ローラとしての寿命が短いという欠
点があった。

【０００５】近年、フッ素樹脂スリーブの内面のエッチ
ング処理をテトラＨ（商品名、潤工社製）で代表される
金属ナトリウムとナフタレンをテトラヒドロフランもし
くはエチレングリコールジメチルエーテルに溶解された
処理液による処理法（以下ＳＮＴ法という）から、液体
アンモニア中に金属ナトリウムと溶解させた処理液によ
る処理法（以下、ＳＡ法という）に変更することによ
り、スリーブとゴム層の接着耐久が飛躍的に増大するの
で、かかる液安法によってフッ素樹脂スリーブ内面を処
理した加圧ローラが多用されつつある。

【０００６】しかしながら、上記ＳＡ法により内面処理
されたフッ素樹脂スリーブを使用してもシリコーンゴム
の種類により接着耐久が全くない場合があり、この傾向
は特に付加型シリコーンゴムよりも熱加硫型シリコーン
ゴムにおいて著るしい。

【０００７】従来のＳＮＴ法で処理されたふっ素樹脂ス
リーブではシリコーンゴムの種類ではあまり選択性がな
かったのと対称的であり、ＳＡ法で処理されたフッ素樹
脂スリーブを使用した場合には耐久性のよい加圧ローラ
を安定供給できない場合があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は前記従来の課
題を解決するために、金属芯金２の外周に複覆した弾性
体層３の外周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブ
４を被覆した加圧ローラ１において、弾性体層４がビニ
ル基を含有するオルガノポリシロキサン 100重量部に対
して、湿式シリカを 3〜50重量部、増量充填材を 3〜 1
50重量部添加したシリコーンゴム組成物からなる加圧ロ
ーラを提案するものである。

【０００９】

【作用】金属芯金２の外周に被覆する弾性体層３として
ビニル基を含有するオルガノポリシロキサン 100重量部
に対して、湿式シリカ 3〜50重量部、好ましくは 5〜45
重量部、増量充填材を 3〜 150重量部、好ましくは 5〜
100重量部添加したシリコーンゴム組成物を使用するこ
とにより、フッ素樹脂スリーブ４と弾性体層３との密着
性が著しく向上し、長期にわたる加圧ローラとしての耐
久性を有する。

【００１０】

【実施例】加圧ローラ１はその金属芯金２の外周にシリ
コーンゴムからなる弾性体層３が被覆され、さらにこの
弾性体層３の外周に内面をＳＡ法で処理した厚さ 0.1mm
以下のふっ素樹脂スリーブ４が被覆されている。

【００１１】弾性体層３には、ビニル基を含有するオル
ガノポリシロキサン、湿式シリカ及び増量充填材からな
るシリコーンゴム組成物が使用されている。

【００１２】このようなシリコーンゴムからなる弾性体
層３を用いたローラ（実施例１〜６）と、湿式シリカま
たは増量充填材を用いたシリコーンゴムからなる弾性体
層３を用いた加圧ローラ（比較例１〜３）及び湿式シリ
カを用いず乾式シリカなどを用いたシリコーンゴムから
なる弾性体層３を用いたローラ（比較例４〜６）とにつ
いてスリーブ４と弾性体層３の接着剥離テストを行っ
た。

【００１３】スリーブ４と弾性体層３の接着剥離テスト
としては、試料の軸方向10mm間隔で２本のスリットを入
れ、表層のスリーブ４の一部を引張って剥離し、この部
分を引張試験機にクランプして90度剥離テストを行い、
製造初期状態（イニシャル）の各試料のローラーと230
℃で70時間加熱後の各試料のローラについて剥離面のゴ
ム残率と接着強度を調べた。

【００１４】実験に用いた弾性体層３のシリコーンゴム
材料の配合と物性を表１に、また接着剥離テストの効果
を表２に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】表２の結果から、イニシャルでは実施例１
〜６共に接着力は良好であるが、比較例１〜３ではやや
ゴム残率が低いことが分かった。

【００１８】しかしながら、230℃で70時間加熱後（表
２では単に加熱後と表示した）の接着テストでは、湿式
シリカと増量充填材を使用した実施例の材質のみが接着
強度を保持し、比較例１〜６ではいずれも接着強度を失
うことが分かった。

【００１９】次に、上記各試料の耐久性を評価するため
に複写機による通紙テストを行い、表３の効果を得た。

【００２０】この通紙テストにおける耐久性の評価方法
としては、加熱ローラの直径50mm、その表面温度200
℃、ニップ重量 60kgf/total、周速 250mm/secの仕様
で、白紙を50枚／分の速度で定着ローラ間を通過させ、
スリーブ４と弾性体層３の剥離の発生を寿命として評価
した。

【００２１】なお、評価方法における加圧ローラとして
は、外径50mm、シリコーンゴムからなる弾性体層の肉厚
5mm、フッ素樹脂スリーブの肉厚50μm、弾性体層の長
さ 340mmのローラを用いた。

【００２２】

【表３】

【００２３】表３の効果から分かるように、この発明の
ローラはフッ素樹脂スリーブと弾性体層の密着性が極め
て良好で長期にわたる耐久性を有しており、しかも耐久
終了後も画像形成上不具合となるような定着ムラ、紙シ
ワ、カール等は発生しなかった。

【００２４】本発明において、シリコーンゴムからなる
弾性体層３のゴム硬度は特に制限されるものではなく、
JISAで 2〜55度の範囲で任意に選定できる。またベース
のビニル基を含有したオルガノポリシロキサンとして
は、メチルビニルポリシロキサンが一般的であるが、メ
チルフェニルビニルポリシロキサンなども使用できる。

【００２５】弾性体層３の充填剤の配合処方は本発明に
おいて肝要となるもので、ビニル基を含有したオルガノ
ポリシロキサン 100重量部に対して、湿式シリカ 3〜50
重量部、好ましくは 5〜45重量部の添加は必須成分であ
る。

【００２６】3重量部より少ないと補強効果が出ず、50
重量部以上ではゴム硬度が高くなる上に加工性が悪くな
る。

【００２７】本発明でいう湿式シリカとは、二酸化けい
素（SiO2）からなる補強性シリカのことで、製造方法と
しては、けい酸ナトリウムを直接硫酸で分解する直接法
やけい酸ナトリウムを塩類と反応させてけい酸塩を生成
させ、次に硫酸または炭酸ガスで分解する間接法など種
々の方法があるが、反応上このシリカには硫酸ナトリウ
ムや硫酸マグネシウムなどが不純物として含まれる。

【００２８】本発明において、接着耐久が向上する理由
は不明であるが、一般に乾式シリカを用いたシリコーン
ゴム組成物のほうが湿式シリカを用いたシリコーンゴム
組成物よりも、可塑度の経時変化が大きい。

【００２９】これは乾式シリカの表面に存在する独立し
た水酸基とシリコーンポリマーとの間に水素結合を形成
するためで、湿式シリカではこのポリマーの水素結合が
少ないため接着性が安定していると考えられる。

【００３０】湿式シリカとしては、 NipsilVN3（日本シ
リカ工業製商品名）、カープレックスCS-5（シオノギ製
薬製商品名）、スターシル S（神島化学製商品名）、ト
クシールUS（トクヤク製薬商品名）、シルトン R-2（水
沢化学製商品名）、Hisil223（PPG製商品名）、 Ultras
ilVN3（Degussa製商品名）、VulkasilS（Bayer製商品
名）などが例示され、平均粒経が30μm以下、好ましく
は 5μm以下のグレードが使用される。

【００３１】なお本発明において、必要に応じて、アエ
ロジル 200（日本アエロジル製商品名）、Cab-OーSilMSー
5（Cabot製商品名）の如き乾式シリカを適時併用使用し
てもよい。

【００３２】さらにシリカ表面の活性による二次結合の
防止を目的として、湿潤剤（ウエッター）を添加しても
よく、これら湿潤剤としては、シリコーンレジン類、ア
ルコキシシランおよびシロキサン類、ヒドロキシシラン
およびシロキサン類、シラザン類、有機酸エステル類、
多価アルコール類などが例示される。

【００３３】本発明で使用される増量充填剤は、シリコ
ーンゴムの機械特性、すなわち物理強度、ゴム硬度、圧
縮永久歪みなど弾性体層３として機能上欠くべからざる
特性を保持するのに必要な成分で、また、耐熱性、熱伝
導性寸法安定性などの機能を付与されるためにも使用さ
れるものであって、その添加量は充填材の種類により異
なるが、オルガノポリシロキサン 100重量部に対して 3
〜 150重量部、好ましくは 5〜 100重量部添加される。

【００３４】なお、増量充填材が 3重量部より少ない
と、増量充填材としての機能が発揮しえず、また 200重
量部より多いとゴム硬度が高くなり、加工性が悪くなる
ので実用上使用は困難となる。

【００３５】また本発明において、増量充填材を湿式シ
リカと併用添加することにより、シリコーンゴムとPFA
との接着耐久が飛躍的に増大する。おそらくこの理由
は、シリコーンゴムの場合には乾式シリカや湿式シリカ
粒子表面にシリコーンゴム分子の吸着層ができ、ゴム分
子とシリカ表面のシラノール基との間に若干の化学結合
ができていると考えられるが、増量充填材が組成物中に
入り込むことにより、オルガノポリシロキサンのシリカ
粒子による凝集点での拘束が解除されるため、シロキサ
ンポリマーの自由度が広がり、よりPFAとの接着点が多
くなるので接着耐久が伸びると考えられる。

【００３６】特にセライトやラジオライトなどのけい藻
土や石英粉などの準補強性シリカはオルガノポリシロキ
サン分子の長さと同程度の粒径である 1μm程度のシリ
カであり、補強性効果がほとんどないことからゴム分子
とシラノール基との間の化学結合がなく、かつ化学構造
的には補強性シリカと同じ二酸化けい素であるためにシ
リコーンゴム組成物への分散が容易であるので本発明に
おける効果が大きいと考えられる。

【００３７】増量充填材としては、炭酸カルシウム、石
英粉、けい藻土、ノバキュライト（けい質砂岩）、けい
酸ジルコニウム、クレー（けい酸アルミニウム）、タル
ク（含水けい酸マグネシウム）、ウォラストナイト（メ
タけい酸カルシウム）、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マ
グネシウム、アルミナ（酸化アルミニウム）、酸化クロ
ム、ベンガラ（酸化鉄）、硫酸アルミニウム、硫酸バリ
ウム、リトポン、二硫化モリブデン、マイカ（雲母
粉）、グラファイトなどが例示される。

【００３８】また、弾性体層３に導電性を付与されるた
めに、充填剤として各種の導電性付与剤を使用して体積
固有抵抗を1011Ω cm以下にしてもよく、これら導電性
付与剤としてはアセチレンブラックやケッチェンブラッ
クの如きカーボンブッラック、グラファイト、銀、銅、
ニッケルなどの金属粉、導電性亜鉛華、カーボン繊維な
どが例示されるがカーボンブッラックが一般的である。

【００３９】本発明において、酸化セリウムの如き耐熱
剤を添加してもよいが、本発明における加圧ローラは、
ダイエルラテックス GLS-213（ダイキン工業製商品名）
の如きフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物からなるラテッ
クスをシリコーンゴムローラの外周にコーティングする
タイプではないので、 300〜 320℃程度の温度で焼成す
る必要がなく、そのため酸化セリウムのような耐熱助剤
をかならずしも添加する必要はない。

【００４０】通常、シリコーンゴムからなる加圧ローラ
はベンガラ色に着色して供給されることが多く、この場
合には着色剤としてベンガラを使用するのが一般的であ
る。

【００４１】ベンガラの種類としては、SRIS1108（日本
ゴム協会標準規格）に規定されたゴム用ベンガラが適用
でき、加工時のゴム内における配向性に留意する必要が
ある場合には、バイフェロックス130M（バイエル製商品
名）の如き平均粒径が 0.3μm以下の球状のグレードを
シリコーンゴムに対して 0.2〜 2重量％程度添加させれ
ばよい。

【００４２】最近では分散性や飛散防止を考慮して、 C
P-21（トーレ、ダウコーニング・シリコーン製商品名）
の如き含有量が50％程度のシリコーンマスターバッチを
0.3〜 4重量％程度添加する例が多い。

【００４３】本発明における加硫剤としては、熱加硫型
シリコーンゴムの場合には、通常にシリコーンゴム用の
有機過酸化物が使用でき、ベンゾイルパーオキサイド、
ビス２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジク
ミルパーオキサイド、ジ・ターシャリーブチルパーオキ
サイド、ターシャリーブチルパーベンゾエート、パラモ
ノクロルベンゾイルパーオキサイド、２，５−ジメチル
ー２，５−ジ−（ターシャリーブチルパーオキシ）−ヘ
キサン、ターシャリーブチルクミルパーオキサイド、タ
ーシャリーブチルパーオキシイソプロピルカーボネー
ト、１，３−ビス（ターシャリーブチルパーオキシ）−
３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ターシャリー
ブチルパーオキシ３，５，５−ヘキサノエートなどが例
示されるが、ジクミルパーオキイドもしくは２，５−ジ
メチル２，５−ジ−（ターシャリーブチルパーオキシ）
−ヘキサンの使用が一般的である。

【００４４】また、本発明においては、加硫剤としてこ
のような有機過酸化物を用いた熱加硫型ではなく、白金
触媒の存在下で、ビニル基含有ポリシロキサンとハイド
ロポリシロキサンとからなる付加型としてもよい。

【００４５】本発明に使用するふっ素樹脂スリーブの素
材としては、厚さ 0.1mm以下のPFA（テトラフルオロエ
チレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合
体）が一般的である。

【００４６】また必要に応じてこの PFAにカーボンブラ
ックなどの導電性付与剤を添加して体積固有抵抗が1011
Ω cm以下の導電PFAとし、加圧ローラを形成してもよ
い。

【００４７】本発明においては内面処理を施したふっ素
樹脂スリーブの内面にケムロック607（ロード社製商品
名）の如きシリコーン系プライマーを塗布し、シリコー
ンゴムからなる弾性体層３と加硫することにより、弾性
体層３と接着させ使用に供することができる。

【００４８】また、金属芯金２と弾力体層３の接着は、
例えばプライマー No.16（信越化学製商品名）の如きシ
リコーン系のプライマー使用することにより対応するこ
とができ、このとき金属芯金２は予めサンドブラスト等
で表面を活性化した後、メチレンクロライドなどで脱脂
した後、プライマーが塗布され、必要に応じて 130℃で
30分程度、熱成して使用される。

【００４９】なお本発明で使用したシリコーンゴム組成
物は主としてＳＡ法で内面処理されたフッ素樹脂スリー
ブとの接着に検討したものであるが、従来のＳＮＴ法で
内面処理されたフッ素樹脂スリーブとの接着にも用いら
れることは勿論である。

【００５０】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、ふっ素樹脂
スリーブの接着耐久に極めて優れた加圧ローラを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

この発明に係わる加圧ローラの構造を示す縦断面図。

【符号の説明】

１ 加圧ローラ ２ 金属芯金 ３ 弾性体層 ４ フッ素樹脂層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】近年、フッ素樹脂スリーブの内面のエッチ
ング処理をテトラＨ（商品名、潤工社製）で代表される
金属ナトリウムとナフタレンをテトラヒドロフランもし
くはエチレングリコールジメチルエーテルに溶解された
処理液による処理法（以下ＳＮＴ法という）から、液体
アンモニア中に金属ナトリウムと溶解させた処理液によ
る処理法（以下、ＳＡ法という）に変更することによ
り、スリーブとゴム層の接着耐久が飛躍的に増大するの
で、かかるＳＡ法によってフッ素樹脂スリーブ内面を処
理した加圧ローラが多用されつつある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】また、弾性体層３に導電性を付与されるた
めに、充填剤として各種の導電性付与剤を使用して体積
固有抵抗を１０^１１Ω・ｃｍ以下にしてもよく、、これ
ら導電性付与剤としてはアセチレンブラックやケッチェ
ンブラックの如きカーボンブラック、グラファイト、
銀、銅、ニッケルなどの金属粉、導電性亜鉛華、カーボ
ン繊維などが例示されるがカーボンブラックが一般的で
ある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】また必要に応じてこのＰＦＡにカーボンブ
ラックなどの導電性付与剤を添加して体積固有抵抗が１
０^１１Ω・ｃｍ以下の導電ＰＦＡとし、加圧ローラを形
成してもよい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【表１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 27:12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属芯金の外周に複覆した弾性体層の外
   周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブを被覆した
   加圧ローラにおいて、前記弾性体層がビニル基を含有す
   るオルガノポリシロキサン 100重量部に対して、湿式シ
   リカを 3〜50重量部、増量充填材を 3〜 150重量部添加
   したシリコーンゴム組成物からなることを特徴とする加
   圧ローラ。
2. 【請求項２】 金属芯金の外周に複覆した弾性体層の外
   周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブを被覆した
   加圧ローラにおいて、前記弾性体層がビニル基を含有す
   るオルガノポリシロキサン 100重量部に対して、湿式シ
   リカを 3〜50重量部、増量充填材としてけい藻土を 3〜
   150重量部添加したシリコーンゴム組成物からなること
   を特徴とする加圧ローラ。
3. 【請求項３】 金属芯金の外周に複覆した弾性体層の外
   周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブを被覆した
   加圧ローラにおいて、前記弾性体層がビニル基を含有す
   るオルガノポリシロキサン 100重量部に対して、湿式シ
   リカを 3〜50重量部、増量充填材として石英粉を 3〜 1
   50重量部添加したシリコーンゴム組成物からなることを
   特徴とする加圧ローラ。
4. 【請求項４】 金属芯金の外周に複覆した弾性体層の外
   周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブを被覆した
   加圧ローラにおいて、前記弾性体層がビニル基を含有す
   るオルガノポリシロキサン 100重量部に対して、湿式シ
   リカを 5〜45重量部、増量充填材を 5〜 100重量部添加
   したシリコーンゴム組成物からなることを特徴とする加
   圧ローラ。
5. 【請求項５】 金属芯金の外周に複覆した弾性体層の外
   周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブを被覆した
   加圧ローラにおいて、前記弾性体層がビニル基を含有す
   るオルガノポリシロキサン 100重量部に対して、湿式シ
   リカを 5〜45重量部、増量充填材としてけい藻土を 5〜
   100重量部添加したシリコーンゴム組成物からなること
   を特徴とする加圧ローラ。
6. 【請求項６】 金属芯金の外周に複覆した弾性体層の外
   周に、厚さ 0.1mm以下のふっ素樹脂スリーブを被覆した
   加圧ローラにおいて、前記弾性体層がビニル基を含有す
   るオルガノポリシロキサン 100重量部に対して、湿式シ
   リカを 5〜45重量部、増量充填材として石英粉を 5〜 1
   00重量部添加したシリコーンゴム組成物からなることを
   特徴とする加圧ローラ。