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【発明の名称】 ゴムロール体の製造方法及びシリコンゴムロール並びに加熱定着用ローラ
【発明者】 【氏名】石井 進

【要約】 【課題】搬送ムラを生ずることがなく、紙送りその他のロール体を均質な層構造で、安価に製造することが可能なロール体の製造方法を提供する。

【構成】予め成形され上記回転軸を構成する軸芯部材と、予め成形され上記弾性層を構成する中空円筒形状の内筒スリーブ体と、予め成形され上記外周表面層を構成する中空円筒形状の外筒スリーブ体と、シリコンゴム素材を充填する中空円筒形状の成形型とを備える。そして上記成形型内に上記軸芯部材と上記内筒スリーブ体と上記外筒スリーブ体とを位置決め固定するセット工程と、このセット工程で固定された上記軸芯部材と上記内筒スリーブ体との間の空隙及び/又は上記内筒スリーブ体と上記外筒スリーブ体との間の空隙に未加硫状態の液状シリコンゴム素材を充填する充填工程と、この空隙に充填されたシリコンゴム素材を加熱して架橋する加熱工程とから構成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸と、
上記回転軸の周囲に形成されたシリコンゴムなどの弾性層と、
上記弾性層の周囲に形成された外周表面層と、を有するゴムロール体の製造方法であって、
予め成形され上記回転軸を構成する軸芯部材と、
予め成形され上記弾性層を構成する中空円筒形状の内筒スリーブ体と、
予め成形され上記外周表面層を構成する中空円筒形状の外筒スリーブ体と、
シリコンゴム素材を充填する中空円筒形状の成形型と、を備え、
上記成形型内に上記軸芯部材と上記内筒スリーブ体と上記外筒スリーブ体とを位置決め固定するセット工程と、
上記セット工程で固定された上記軸芯部材と上記内筒スリーブ体との間の空隙及び/又は上記内筒スリーブ体と上記外筒スリーブ体との間の空隙に未加硫状態の液状シリコンゴム素材を充填する充填工程と、
上記空隙に充填されたシリコンゴム素材を加熱して架橋する加熱工程と、
から成るゴムロール体の製造方法。
【請求項2】
前記内筒スリーブ体は押出し加工でチューブ状に成形されたシリコンゴムで構成され、
この内筒スリーブ体には複数の気泡が含有され、この複数の気泡は独立気泡又は互いに連通して連鎖する連続気泡で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のゴムロール体の製造方法。
【請求項3】
前記内筒スリーブ体は、前記軸芯部材の外周に嵌合することによって前記成形型内に位置決め固定され、この内筒スリーブ体と前記外筒スリーブ体との間の空隙に前記未加硫状態の液状シリコンゴム素材が充填されることを特徴とする請求項1又は2に記載のゴムロール体の製造方法。
【請求項4】
前記内筒スリーブ体は、前記外筒スリーブ体の内周に嵌合することによって前記成形型内に位置決め固定され、この内筒スリーブ体と前記軸芯部材との間の空隙に前記未加硫状態の液状シリコンゴム素材が充填されることを特徴とする請求項1又は2に記載のゴムロール体の製造方法。
【請求項5】
前記内筒スリーブ体は、前記成形型内にスリーブ固定部材で前記軸芯部材と前記外筒スリーブ体との間にそれぞれ空隙を形成するように位置決め固定され、このそれぞれの空隙に前記未加硫状態の液状シリコンゴム素材が充填されることを特徴とする請求項1又は2に記載のゴムロール体の製造方法。
【請求項6】
前記スリーブ固定部材は前記液状シリコンゴム素材の充填に伴って前記成形型から徐々に外部に引き出されることを特徴とする請求項5に記載のゴムロール体の製造方法。
【請求項7】
前記外筒スリーブ体は金属フィルム材若しくは金属フィルム材に樹脂コーティングした耐熱性材料で形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のゴムロール体の製造方法。
【請求項8】
金属その他の軸芯部材と、
上記軸芯部材の外周に層形成されたシリコンゴム層と、
上記シリコンゴム層の外周に層形成された外周表面層とを有するロールであって、
上記シリコンゴム層はスリーブ状に形成された多孔性弾性層と、この多孔性弾性層と上記
軸芯部材及び/又は上記外周表面層との間の空隙に充填された液状シリコンゴム層とで構成され、
上記軸芯部材と上記多孔性弾性層と上記外周表面層とは上記液状シリコンゴムの加熱加硫によって一体化されていることを特徴とするシリコンゴムロール。
【請求項9】
金属その他の軸芯部材と、
上記軸芯部材の外周に層形成されたシリコンゴム層と、
上記シリコンゴム層の外周に層形成された外周表面層とを有するロールであって、
上記シリコンゴム層はスリーブ状に形成された多孔性弾性層と、この多孔性弾性層と上記
軸芯部材及び/又は上記外周表面層との間の空隙に充填された液状シリコンゴム層とで構成され、
上記外周表面層は金属フィルム材若しくは金属フィルム材に樹脂コーティングした耐熱性素材で構成され、
上記軸芯部材と上記多孔性弾性層と上記外周表面層とは上記液状シリコンゴムの加熱加硫によって一体化されていることを特徴とする加熱定着用ローラ。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、各種紙送り装置などにおける紙葉物を搬送するローラ、或いは画像形成した紙葉物の画像を加熱定着する加熱定着ローラなどのゴムロール体の製造方法及びこれを用いたシリコンゴムロール、加熱定着用ローラに関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、各種紙送り装置に用いられているローラ体は、紙葉を搬送する目的、紙葉を搬送する過程で加熱圧着する目的に応じて種々の構造に構成されている。例えば紙葉を一枚ずつ分離する給紙装置に用いるローラ体は、その表面層を摩擦係数が高いゴム質材で構成し、トナーインクなどが付着された紙葉を加熱定着する定着用ローラ体は、その表面を金属などの耐熱性フィルム材で構成している。
【0003】
このような紙葉を搬送する過程で、紙葉の分離、インク定着などを行うローラ体は、回転軸を構成する軸芯部材とその周囲に弾性層を形成し、表面を高摩擦部材或いは高加熱部材で形成する層構造に形成されている。例えば特許文献1(特開平9−114281号公報)には定着ローラとして軸芯部材の周囲にシリコンゴムの弾性層を形成し、その表面にフッ素樹脂から成る耐熱離型層を形成している。また特許文献2(特開平4−177282号公報)には同様な定着ローラとして芯金の周囲にシリコンゴム層を形成し、その周囲に多孔性発泡スポンジ層を形成するロール構造がそれぞれ開示されている。
【0004】
従来このような搬送ローラ或いは定着ローラとしてシリコンゴムロールが多用されている。これはシリコンゴムが(1)耐熱性、耐薬品性に富んでいること、(2)摩擦特性、弾性特性に優れていること、(3)その弾性特性が経時的も、熱的に変化が少ないこと、などに原因している。
【0005】
そこで従来、このような多層構造のシリコンゴムロールを成型する場合、例えば特許文献3(特開昭58−71146号公報)には、シート状に成型したシリコンゴムシートを芯金に巻き付けてロール状に形成し、その後加熱加硫する成型方法が開示されている。また、シリコンゴムを成型する際に未架橋の液状素材を成形型に充填し、この成形型を例えば電気炉内で加熱加硫して固化する方法も知られている。
【0006】
一方、紙葉類の搬送、定着などに用いるローラ体を複数の層形状に構成する場合には、(1)形状寸法、特に真円度が一定に確保されバラツキが少ないこと、(2)紙葉に及ぼす圧接力及び摩擦力が一定であること、(3)経時的にも又温度環境において安定していること、(4)加工が容易で安価であること、などが要求されている。
【0007】
特に、加熱定着ローラとしては紙葉に及ぼす圧接力が変化しても摩擦力が変化しても画像の定着斑をもたらし、これが装置の高速化と小型化に伴い大きな問題となっている。例えば高速化のためにローラ表面の温度を高温に制御するとシリコンゴムなどの弾性層が熱によって膨張し、ロール表面の周速度が変化して定着した画像にブレ或いは歪みが生ずる原因となっている。
【0008】
そこで本発明者は軸芯部材の周囲にシリコンゴムでスポンジ状の多孔質層を形成することによって高温時の熱膨張と冷却時の熱収縮を多孔質スポンジ層で吸収するとの着想に至った。これによって温度変化でロール表面層の外径の変化或いは弾性特性が変化する問題の解決が可能であることを究明するに至った。
【特許文献1】特開平9−114281号公報
【特許文献2】特開平4−177282号公報
【特許文献3】特開昭58−71146号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述のように金属その他の軸芯部材(芯金)の周囲に多孔性弾性層を一層若しくは複数層形成し、その外周に外周表面層を形成する場合に次の問題が発生する。前掲特許文献3のように各弾性層をシート状の素材を巻回して形成する加工方法を採用するとシート端面の接合部に段差状の寸法差、或いは接着剤による弾性特性が変化することと、加工コストが高くなる問題がある。
【0010】
また、成形型内に例えば発泡剤を混合した未加硫状態の液状ゴム素材を注入して充填し、この型内で発泡反応と加硫反応を行って円筒状の弾性体を成形し、この円筒状弾性体に軸芯部材と別途成形した外周表面層を形成するスリーブ体を接着剤で接合する方法を従来のゴムロール体の層構造は採っている。このような注入型による成形は押し出し成形のように連続加工ではないため加工コストが高くなる欠点と、型成形した弾性体は加工精度が得られず弾性体の内周及び外周を研磨して寸法修正する2次加工を必要とするため更にコスト高となる問題がある。
【0011】
そして、上述の軸芯部材と円筒状弾性体と外周スリーブ体とを真円度を確保した上で各層の厚さが円周方向にバラつかないように一定に加工することは困難であり、それぞれ個別に成形した後、研磨などの2次加工で寸法調整しながら上記3者を一体化する作業は熟練を要し、製造コストが高くなる原因となっている。
【0012】
更に加熱定着ローラとしてシリコンゴムローラを使用する場合には次の要件が必要とされている。
(1)耐熱性・耐薬品性に富んでいること、
(2)熱伝導率が低く熱容量が小さいこと、
(3)高温及び低温時の温度変化によってシートの搬送斑、圧接力に変化が生じないこと、
(4)急激な昇温・冷却によってロール径が変化しないこと、
(5)層構造を構成するロール層の層厚さが均一で真円度が保たれ均質な弾性特性を備えていること、
(6)加工が容易で耐熱耐久性に富んでいること、
このような要件に対し、従来の定着ローラは温度変化によるロール径の変化、ロール層の真円度と層厚さのバラツキが問題となっている。
【0013】
そこで本発明は、搬送ムラを生ずることがなく、紙送りその他のロール体を均質な層構造で、安価に製造することが可能なロール体の製造方法の提供をその主な課題としている。更に、本発明は各種画像形成装置におけるシート搬送或いは定着に用いるロール体を、搬送ムラを生ずることなく、均一な押圧力を付与することが可能なシリコンゴムロール及び加熱定着ロールの提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を採用する。まず、本発明に係わるシリコンゴムロールの製造方法は、予め成形され上記回転軸を構成する軸芯部材と、予め成形され上記弾性層を構成する中空円筒形状の内筒スリーブ体と、予め成形され上記外周表面層を構成する中空円筒形状の外筒スリーブ体と、シリコンゴム素材を充填する中空円筒形状の成形型とを備える。そして上記成形型内に上記軸芯部材と上記内筒スリーブ体と上記外筒スリーブ体とを位置決め固定するセット工程と、このセット工程で固定された上記軸芯部材と上記内筒スリーブ体との間の空隙及び/又は上記内筒スリーブ体と上記外筒スリーブ体との間の空隙に未加硫状態の液状シリコンゴム素材を充填する充填工程と、この空隙に充填されたシリコンゴム素材を加熱して架橋する加熱工程とから構成する。
【0015】
これによって、それぞれ任意の方法で加工された軸芯部材と内筒スリーブ体と外筒スリーブ体とは順次嵌合され、これらの間に形成される空隙に未加硫状態の液状シリコンを充填して過熱加硫することによって3者を一体的に固着するため、軸芯部材と内筒スリーブ体及びこの内筒スリーブ体と外筒スリーブ体との間はシリコンゴムによって緊密に固着されることとなる。
【0016】
前記内筒スリーブ体は、例えば押出し加工でチューブ状に成形されたシリコンゴムで構成し、この内筒スリーブ体には複数の気泡を含有する。この場合に複数の気泡は独立気泡又は互いに連通して連鎖する連続気泡で構成する。特に内筒スリーブ体内に互いに連通する気泡の連鎖である連続気泡を含有させると表面層を加熱昇温しても弾性層の熱膨張は内部気泡で吸収されロール体の外周径を変化させることがない。
【0017】
そして前述の空隙内に液状シリコンゴム素材を注入して加熱加硫する際には次の第1、第2、第3のいずれかの方法を採る。まず第1の方法は、前記内筒スリーブ体を前記軸芯部材の外周に嵌合することによって前記成形型内に位置決め固定し、この内筒スリーブ体と前記外筒スリーブ体との間の空隙に前記未加硫状態の液状シリコンゴム素材を充填する。これによって内筒スリーブ体はその内周を金属その他の軸芯部材に形状規制され、同時に外周を前記外筒スリーブ体との間に充填されたシリコンゴムに形状規制されて均一厚さの弾性層を形成し、またその真円度も正確となる。
【0018】
第2の方法は、前記内筒スリーブ体を前記外筒スリーブ体の内周に嵌合することによって前記成形型内に位置決め固定し、この内筒スリーブ体と前記軸芯部材との間の空隙に前記未加硫状態の液状シリコンゴム素材を充填して、加硫硬化する。これによって内筒スリーブ体はその外周を金属フィルムなどの前記外筒スリーブ体に形状規制され、同時にその内周は敷く芯部材との間に充填されたシリコンゴムに形状規制されることとなり、均一厚さの弾性層を形成し、またその真円度も正確となる。
【0019】
第3の方法は、前記内筒スリーブ体を前記成形型内にスリーブ固定部材で前記軸芯部材と前記外筒スリーブ体との間にそれぞれ空隙を形成するように位置決め固定する。そしてそれぞれの空隙に前記未加硫状態の液状シリコンゴム素材を充填して加熱加硫する。このように内筒スリーブ体の内周と軸芯部材とを間に注入したシリコンゴム素材で固着し、その外周と前記外筒スリーブ体とを間に注入したシリコンゴム素材で固着することによって接着剤を用いることなく軸芯部材と内筒スリーブ体と外筒スリープ体とを確実に一体化することが出来る。
【0020】
尚、前記第3の方法の場合、前記スリーブ固定部材を前記液状シリコンゴム素材の充填に伴って成形型から徐々に外部に引き出すことによってより均一な厚さの弾性層を形成することが出来る。また、前記外筒スリーブ体は金属フィルム材若しくは金属フィルム材に樹脂コーティングした耐熱性材料で形成する。これによって好適な加熱定着ローラを構成することが出来る。
【0021】
次に本発明に係わるシリコンゴムロールは、金属その他の軸芯部材と、上記軸芯部材の外周に層形成されたシリコンゴム層と、上記シリコンゴム層の外周に層形成された外周表面層とを有するロールであって、上記シリコンゴム層をスリーブ状に形成された多孔性弾性層と、この多孔性弾性層と上記軸芯部材及び/又は上記外周表面層との間の空隙に充填された液状シリコンゴム層とで構成する。そしてこの液状シリコンゴム層は注入後の加熱加硫で固化されている。これによって軸芯部材と多孔性弾性層と外周表面層とは接着剤を用いることなく固着され一体化される。
【0022】
次に本発明に係わる定着ローラは、金属その他の軸芯部材と、上記軸芯部材の外周に層形成されたシリコンゴム層と、上記シリコンゴム層の外周に層形成された外周表面層とを有するロールであって、上記シリコンゴム層はスリーブ状に形成された多孔性弾性層と、この多孔性弾性層と上記軸芯部材及び/又は上記外周表面層との間の空隙に充填された液状シリコンゴム層とで構成する。そして上記外周表面層は金属フィルム材若しくは金属フィルム材に樹脂コーティングした耐熱性素材で構成し、上記軸芯部材と上記多孔性弾性層と上記外周表面層とは上記液状シリコンゴムの加熱加硫によって一体化する。
【発明の効果】
【0023】
本発明は、ロール体を軸心部材と、その周囲の弾性層と、外周の表面層とで構成する際に予め成形した軸芯部材と弾性層を構成する内筒スリーブ体と表面層を構成する外筒スリーブ体とを成形型内にそれぞれ真円度を保つように位置決め固定し、この3者の間に形成された空隙に未加硫状態の液状シリコンゴム素材を充填して加熱加硫するようにしたものであるから、軸芯部材と内筒スリーブ体と外筒スリーブ体とは緊密に固着され接着剤を用いることなく堅固に一体化される。
【0024】
従って、表面層と多孔性弾性層との間には接着剤が存在しないため表面層に印加した熱が熱伝導率の高い接着剤で外部に伝搬されることがない。これと同時に表面層の内側には多孔性弾性層に空気層(気泡)が形成されているため、この熱伝導率の最も低い空気層によって更に表面層からの熱伝搬を抑制し熱損失を低減することとなる。
【0025】
また、軸心部材と外周表面層との間に形成される多孔性弾性層は成形型内で位置決めされた状態で空隙に液状シリコンゴムが注入充填されるため、ロール層を構成するこれらの層部材の真円度は正確に確保される。このためシートを押圧する弾性特性はロール回転方向にバラつくことなく均質に保たれる。
【0026】
更に、外周表面層の内部にはシリコンゴムの多孔性弾性層が配置してあるから、ロール体自体の熱容量が小さく、またこのゴム層は加熱時の熱膨張及び冷却時の熱収縮を含有する気泡が吸収してロール径を肥大或いは緊縮することがなく安定したロール径でシート類を圧接搬送することが出来る。この場合弾性層内の気泡を連続気泡(互いに連通した気泡の連鎖)で構成すると熱膨張の際には気泡内の膨張空気を外部に排出し、冷却時には外部から空気を吸入するため、更に肥大、緊縮を軽減できる。
【0027】
また、多孔性弾性層は円筒形状の内筒スリーブを予め好適な加工方法で成形し、これを液状シリコンゴム素材の注入によって一体化してロール体を形成するものであるから、シリコンゴムの多孔性弾性層は、例えば、押出し成形などの連続加工で大量生産したものを用いることが可能となり、従来成形型内で個別に加硫成形していた場合に比べ製造コストを著しく低減することが出来る。本発明は上述の顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
以下図示の実施の態様に基づいて本発明を詳述する。図1は本発明に係わるシリコンゴムローラの構造を示す斜視図、図2乃至図4は、本発明に係わるロール体の製造方法の説明図である。図2は第1の実施形態の説明図であり、図3は第2の実施形態の説明図、図4は第3の実施形態の説明図である。図5は層断面構造を示す拡大断面図である。
【0029】
まず、図1に基づいて本発明に係わるシリコンゴムロールAの構造について説明する。シリコンゴムロールAは、軸芯部材1と、その外周の多孔性弾性層2と、その外周の外周表面層3とから構成される。軸芯部材1は、アルミ合金、SUS鋼材などの鉄鋼材で例えば引抜き加工によって円筒形状若しくは円柱形状に形成され、シリコンゴムロールAの回転軸を構成する。この軸芯部材1は円筒又は円柱形状で、その外径Dy1はローラ体全体を支持する機械的強度に耐えうる大きさに金属材料、合成樹脂材料などで構成する。この場合この軸芯部材は、加熱定着ローラとして使用する際には機械的強度に富み、同時に出来るだけ熱伝導率の小さい素材で構成することが好ましい。
【0030】
上記多孔性弾性層2は、シリコンゴム素材で中空円筒形状の内筒スリーブ体21で構成され、その中空内径Dx2は上記軸芯部材1と嵌合する寸法に、また外径Dy2は上記外周表面層3を形成する外筒スリーブ体31を嵌合する寸法に構成されている。この寸法関係については後述する。またこの内筒スリーブ体21は例えばケイ石(Sio2)を主成分とする有機化合物などのシリコンゴム素材に発泡剤、加硫剤を混入して発泡及び加硫成形する。その成形方法としては後述するインジェクション、コンプレッション、押出し成形などで上述の円筒形状に成形する。この場合、押出し成形でチューブ状に連続成形すると製造コストが安価となることは既に知られている。この為本発明の多孔性弾性層2は押出し成形したシリコンゴムチューブを所定長さに裁断して内筒スリーブ体21を作成することが好ましい。この他内筒スリーブ体21は適宜の加工方法で作成することも可能である。
【0031】
このような成形でシリコンゴムの内筒スリーブ体21内には発泡剤の発泡によって多数の内部気泡22が形成され、この気泡22はシリコンゴム内に独立した微細空洞が複数分布する単泡状弾性層(独立気泡)と、互いに連通する気泡が複数連鎖して分布する連泡状弾性層(連続気泡)が形成される。図5(a)に単泡弾性層の概念構造を示すがゴム層内に大小複数の気泡が含有され、内部には空気が密封されている。また同図(b)に連泡状弾性層の概念構造を示すがゴム層内に互いに連通して連鎖した状態で大小複数の気泡が含有され、内部の空気は外部に連なっている。
【0032】
上記外周表面層3は、外筒スリーブ体31で構成され、搬送ローラとして使用する場合は所定摩擦係数のゴム質材で形成され、定着ローラとして使用する場合は耐熱性素材で構成される。この定着ローラの場合、外周表面層3を金属フィルム材、例えばステンレス、ニッケル合金、銅合金などの基材フィルムをフッ素樹脂でコーティングしたスリーブ体が代表的な構成とされている。そして金属基材は加熱方法との関係で導電特性、電磁特性など電気的特性、機械的強度、熱伝導特性などから適宜の素材が選択される。また、表面素材はトナーなどの定着インクとの関係で選択され、フッ素樹脂はトナーインクの付着汚れが少ない材料として知られている。そしてこのような素材で構成された外筒スリーブ体31は前記内筒スリーブ体21の外周に嵌合する内径Dx3に形成され、その外径Dy3は所定のロール外径に形成されている。
【0033】
上述の軸芯部材1、多孔性弾性層2、外周表面層3は次のように一体化されシリコンゴムロールAを構成する。軸芯部材1は上述のように外径Dy1の円筒又は円柱形状に形成され、多孔性弾性層2は上述のように内径Dx2及び外径Dy2の中空円筒形状の内筒スリーブ体21で形成され、外周表面層3は内径Dx3及び外径Dy3の外筒スリーブ体31で形成されている。
【0034】
そこで成形型50内に軸芯部材1と内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31をそれぞれ位置決め固定し、この成形型50内に未架橋状態の液状シリコンゴム素材を注入する。これによって、軸芯部材1と内筒スリーブ体21との間に形成された空隙G1及び内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31との間に形成された空隙G2には液状シリコンゴム素材が充填される。この状態で加熱加硫すると充填されたシリコンゴム素材は硬化し軸芯部材1と内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31を緊密に固着し一体化したゴムロール体Aが形成される。
【0035】
以下その詳細について図7に示す工程説明図に従って、(A)軸芯部材1と内筒スリーブ体21との間にシリコンゴム充填層を形成する場合、(B)内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31との間にシリコンゴム充填層を形成する場合、(C)軸芯部材1と内筒スリーブ体21との間、及び内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31との間にシリコンゴム充填層を形成する場合、の各実施形態を説明する。
【0036】
(A)軸芯部材1と内筒スリーブ体21との間にシリコンゴム充填層を形成する実施形態について以下説明する。
図2に示すように成形型50内に軸芯部材1を固定する軸芯固定部材(軸固定凹溝;以下同様)51と外筒スリーブ体31を固定する外筒固定部材52を設ける。図示のものはキャップ部材53に軸固定凹溝を設け、キャップ部材53を成形型50にネジ溝で着脱自在に取付けてあり、外筒固定部材52は成形型50の内壁で構成している。
【0037】
一方内筒スリーブ体21の外径Dy2は外筒スリーブ体31の内径Dx3より大きく(Dy2>Dx3)形成し、外筒スリーブ体31に内筒スリーブ体21を圧入して両者を一体化するようになっている。この場合内筒スリーブ体21には成型時に表皮層(スキン層)が形成されているが、このスキン層を研磨などによって除去することが好ましい。その理由は後述する。また、内筒スリーブ体21の加工方法によって肉厚および真円度が正確でない場合には研磨加工で寸法精度を整える。
【0038】
上記研磨加工を施すか、若しくは研磨加工を施すことなく内筒スリーブ体21を外筒スリーブ体31に圧入して両者を一体化した後、成形型50の内壁(前述の外筒固定部材;以下同様)52に嵌合固定する。この成形型内壁52と軸固定凹溝51とは真円度が揃うように互いの円中心が一致するように構成されている。そこで軸固定凹溝51に軸芯部材1を、成形型内壁52に外筒スリーブ体31を固定する。
【0039】
次いで成形型50の充填口54から未加硫(未架橋)状態の液状シリコンを注入する。このときの注入圧は軸芯部材1の外周と内筒スリーブ体21の内空との間に形成される空隙G1にシリコンゴムが浸入する圧力に設定する。すると空隙G1にはシリコンゴム素材が充填される。次いで成形型50を所定温度に加熱して未架橋状態のシリコンゴム素材を加硫して硬化する。
【0040】
上述のように成形されたシリコンロールAは軸芯部材1、充填シリコンゴム層25、多孔性シリコンゴム層24及び外周表面層3の層構造に構成される。この状態で軸芯部材1と内筒スリーブ体21とは充填シリコンゴム層25で緊密に一体化され、またこの充填シリコンゴム層25によって互いに圧入固定した内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31とは更に緊密に固着される。従って軸芯部材1を回転軸として回転力を付与しても多孔性シリコンゴム層24及び外周表面層3が分離することも捩れることもない。また外周表面層3を高温加熱しても多孔性シリコンゴム層24内の気泡の作用でロール外径が変形することもない。
【0041】
前述の内筒スリーブ体21の成型時に形成される表皮(スキン層)を研磨などで除去する場合の熱伝導について説明すると、外周表面層3の熱は内側の多孔性弾性層2に熱伝導によって伝搬されるが、スキン層を除去することによって熱の伝搬を低く抑えることが可能となる。つまり外周表面層3を形成する外筒スリーブ体31と多孔性弾性層2を形成する内筒スリーブ体21とはロール体の表皮層(スキン層)を除去した状態で接着剤を用いることなく圧入固着されているから、多孔性弾性層2の表面は図5に示すスポンジ状凹凸面26で外周表面層3との間に気泡22aによって空気層が形成される。この空気層の存在で熱伝導率の最も小さい空気によって外周表面層3の熱が内部の多孔性弾性層2に伝搬されるのを抑えることとなる。従って前述の内筒スリーブ体21は成型時の表皮(スキン層)を研磨或いは剥離することによって除去することが好ましい。
【0042】
(B)内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31との間にシリコンゴム充填層を形成する実施形態について以下説明する。
図3に示すように成形型50内に軸芯部材1を固定する軸芯固定部材(軸固定凹溝)51と外筒スリーブ体31を固定する外筒固定部材(成形型内壁)52を前述と同様に設ける。図示のものはキャップ部材53に軸固定凹溝51と成形型内壁52で外筒固定部材を構成している。
【0043】
一方内筒スリーブ体21の内径Dx2は軸芯部材1の外径Dy1より小さく(Dx2<Dy1)形成し、軸芯部材1を内筒スリーブ体21に圧入して両者を一体化するようになっている。この場合内筒スリーブ体21の加工方法によって肉厚および真円度が正確でない場合には内筒スリーブ体21の内径寸法を研磨加工で整える。
【0044】
上記研磨加工を施すか、若しくは研磨加工を施すことなく軸芯部材1を内筒スリーブ体21に圧入して両者を一体化した後、成形型50内の軸固定凹溝(前述の軸芯固定部材)51に嵌合固定する。また外筒スリーブ体31を成形型の内壁52に固定する。次いで成形型50の充填口54から未加硫(未架橋)状態の液状シリコンを注入する。このときの注入圧は内筒スリーブ体21の外周と外筒スリーブ体31の内壁との間に形成される空隙G2にシリコンゴムが浸入する圧力に設定する。すると空隙G2にはシリコンゴム素材が充填される。次いで成形型50を所定温度に加熱して未架橋状態のシリコンゴム素材を加硫して硬化する。
【0045】
上述のように成形されたシリコンゴムロールAは軸芯部材1、多孔性シリコンゴム層24、充填シリコンゴム層25、及び外周表面層3の層構造に構成される。この状態で内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31とは充填シリコンゴム層25で緊密に一体化され、またこの充填シリコンゴム層25によって互いに圧入固定した軸芯部材1と内筒スリーブ体21とは更に緊密に固着される。従って軸芯部材1を回転軸として回転力を付与しても多孔性シリコンゴム層24及び外周表面層3が分離することも捩れることもない。また外周表面層3を高温加熱しても多孔性シリコンゴム層24内の気泡の作用でロール外径が変形することもない。
【0046】
(C)軸芯部材1と内筒スリーブ体21との間、及び内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31との間にシリコンゴム充填層を形成する実施形態について以下説明する。
図4に示すように成形型50内に軸芯部材1を固定する軸芯固定部材(軸固定凹溝)51と内筒スリーブ体21を固定するスリーブ固定部材52aと外筒スリーブ体31を固定する外筒固定部材を設ける。
【0047】
図示のものはキャップ部材53に軸固定凹溝51と成形型内壁52で外筒固定部材を構成し、スリーブ固定部材52aは内筒スリーブ体21を嵌合固定する筒状ホルダーで構成している。このスリーブ固定部材52aは成形型50に図示左右方向に移動自在に支持している。そして軸固定凹溝51とスリーブ固定部材52aと成形型内壁52とはそれぞれ支持する軸芯部材1と内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31の真円度が揃うように円中心を一致させてある。尚、内筒スリーブ体21の加工方法によって肉厚および真円度が正確でない場合には内筒スリーブ体21の内径寸法を研磨加工で整える。上記研磨加工を施すか、若しくは研磨加工を施すことなく、軸芯部材1を軸固定凹溝51に、内筒スリーブ体21をスリーブ固定部材52aに、外筒スリーブ体31を成形型内壁52にそれぞれ嵌合位置決めする。
【0048】
次いで成形型50の充填口54から未加硫(未架橋)状態の液状シリコンを注入する。このときの注入圧は軸芯部材1と内筒スリーブ体21との間に形成された空隙G1及び内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31との間に形成された空隙G2にシリコンゴムが浸入する圧力に設定する。すると空隙G1と空隙G2にはシリコンゴム素材が充填される。次いで成形型50を所定温度に加熱して未架橋状態のシリコンゴム素材を加硫して硬化する。
【0049】
上述のように成形されたシリコンゴムローラAは軸芯部材1、充填シリコンゴム層25a、多孔性シリコンゴム層24、充填シリコンゴム層25b、及び外周表面層3の層構造に構成される。この状態で軸芯部材1と内筒スリーブ体21とは充填シリコンゴム層25aで緊密に固着され、同様に内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31とは充填シリコンゴム層25bで緊密に一体化される。従って軸芯部材1を回転軸として回転力を付与しても多孔性シリコンゴム層24及び外周表面層3が分離することも捩れることもない。また表面層3を高温加熱しても多孔性シリコンゴム層24内の気泡の作用でロール外径が変形することもない。
【0050】
上述のようにそれぞれ積層状に一体化された軸芯部材1、多孔性弾性層2、外周表面層3及びこれらの層間に形成された充填シリコンゴム層とから構成されたシリコンゴムロールAは次のように加熱定着ローラとして用いられる。図6に示すように静電ドラム40などの印字部に給紙部からシートを給送し、静電ドラム40上にレーザ発光器41からレーザ光を照射して静電潜像を形成し、この潜像に現像器42でトナーインクを付着する。このドラム上に付着されたトナー像を転写チャージャ43でシート上に転写する。
【0051】
このようにシート上に転写されたトナー像は定着ローラ44で加熱圧着され定着する。定着ローラ44は一対の圧接ローラ44a、44bで構成され、各ローラの表面はトナーが付着しない前述のフッ素樹脂フィルムなどの外周表面層f1で形成される。そしてこの外周表面層f1の内部はシートを均一に圧接するため弾性層f2(前述の多孔性弾性層2)が設けられる。この弾性層f2には気泡(独立気泡若しくは連続気泡)を含有させることが後述の理由で好ましい。そして弾性層f2には回転軸f3を構成する軸芯部材が嵌合される。
【0052】
上記構成で互いに圧接した一対の圧接ローラ44a、44bは少なくとも一方に加熱手段45が装備される。加熱手段45の構成は例えば次の方法が採られる。第1の方法は上記弾性層f2と表面層f1との間に発熱層(図示せず)を設ける方法である。この発熱層に電流を供給して表面層を所定温度に昇温する。また、第2の方法は上記弾性層f2内に空洞部を形成し、この空洞部内にセラミックヒータなどの発熱素子を内蔵する方法である。
【0053】
また、第3の方法は誘導加熱方式であり、例えば圧接ローラの一方の表面層f1(前述の実施形態におけるスリーブ体)を鉄・ニッケル・SUSなどの導電性磁性材料から成る導電層とその表面をコーティングするフッ素樹脂層(例えばポリイミド樹脂など)で構成する。そしてこの圧接ローラの外周に励磁コイルを配置して加熱する。
【0054】
以上のように構成された定着ローラ44は、加熱手段45によって外周表面層f1を加熱昇温した場合に前述の内筒スリーブ体21と外筒スリーブ体31とは次の作用を果たす。
(1)昇温時間および冷却時間の短縮が可能(ウオーミングアップ時間の短縮)。
外周表面層3に印加された熱は、この外周表面層3内側の多孔性弾性層2に伝播される際の熱伝導率を低く抑えることが可能となる。つまり外周表面層3を形成する外筒スリーブ体31と多孔性弾性層2を形成する内筒スリーブ体21とは圧入固着若しくは充填シリコンゴム層25で接着剤を用いることなく固着されているから、多孔性弾性層2内の気泡22によって内筒スリーブ体21の熱伝導率を抑制し外周表面層3の熱が内筒スリーブ体21内に伝搬されるのを抑制する作用がある。
【0055】
また、内筒スリーブ体21に形成された成型時の表皮(スキン層)を除去する場合には、多孔性弾性層2の表面はスポンジ状凹凸面26で外周表面層3との間に気泡22aを形成する。このとき空気の熱伝導率はシリコンゴムより小さい為、外周表面層3と多孔性弾性層2との間に微細な気泡22aが多数形成され熱の伝搬を逓減する。特に、従来は弾性層に気泡を混在させても表皮層(スキン層)と接着剤層からロール体外周に熱伝達されロール体の最も熱伝導率の高い部分から軸芯部材を通じて外部に放出されるのに対し、接着剤層とスキン層が存在しないため熱の放出が著しく少なくなる。
【0056】
(2)急速加熱、急速冷却によるロール体の熱変形が改善される。
外周表面層3(外筒スリーブ体31)を急激に昇温及び冷却しても多孔性弾性層2(内筒スリーブ体21)の熱変形が少なく、常に一定の押圧力をシートに付与することが出来る。多孔性弾性層2に内部気泡22を形成することによってシリコンゴム層が熱膨張及び熱収縮しても外形形状の変化は軽減される。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】本発明に係わるシリコンゴムローラの構造を示す斜視図。
【図2】本発明に係わるロール体の製造方法を示し、同図はその第1実施形態の説明図。
【図3】図2と異なる製造方法の第2実施形態を示す説明図。
【図4】図2、3と異なる製造方法の第3実施形態を示す説明図。
【図5】図1のロール構造における層構造の説明図であり、(a)は単泡状気泡を弾性層に含有させた場合の断面構造、(b)は連泡気泡を弾性層に含有させた場合の断面構造を示す。
【図6】画像形成装置における定着ローラの概要説明図。
【図7】図2乃至図4に示す製造方法の工程説明図。
【符号の説明】
【0058】
A シリコンロール
Dx2 内筒スリーブ体21の内径
Dx3 外筒スリーブ体31の内径
Dy1 軸芯部材1の外径
Dy2 内筒スリーブ体21の外径
Dy3 外筒スリーブ体31の外径
1 軸芯部材
2 多孔性弾性層
3 外周表面層
21 内筒スリーブ体
22 内部気泡
22a 気泡
24 多孔性シリコンゴム層
25 充填シリコンゴム層
26 スポンジ状凹凸面
31 外筒スリーブ体
44 定着ローラ
45 加熱手段
50 成形型
51 軸芯固定部材(軸固定凹溝)
52 外筒固定部材(成形型内壁)
52a スリーブ固定部材
53 キャップ部材
54 充填口
【出願人】 【識別番号】595165047
【氏名又は名称】株式会社セーコウ
【出願日】 平成18年6月22日(2006.6.22)
【代理人】 【識別番号】100098589
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 善章

【識別番号】100097559
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 浩司

【識別番号】100101889
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 俊郎


【公開番号】 特開2008−969(P2008−969A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−172053(P2006−172053)