JP6624516B2 - スポンジローラ、スポンジローラの製造方法及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、スポンジローラ、スポンジローラの製造方法、及び画像形成装置に関し、更に詳しくは、熱膨張率が低く抑えられたスポンジローラ、このスポンジローラの製造方法、及びこのスポンジローラを備えた画像形成装置に関する。

多孔質構造を持つゴムスポンジは、例えば、画像形成装置用の各種ローラ、洗浄用スポンジ、水、油等の流体吸収用スポンジ、印材等に好適に利用されている。

このようなゴムスポンジは、例えば、発泡剤を用いる発泡成形法、中空微粒子等を用いる方法、あらかじめ混入された溶解性粒子を溶出させる溶出法等によって、製造することができる。例えば、画像形成装置用の画像転写ロールの導電性圧縮性層の成形方法として、特許文献１には圧縮性層を形成する合成ゴム配合物中に発泡剤を配合しておき、ゴムの加硫中に発泡させてセルを有する圧縮性層とする発泡成形法、発泡剤に代えて中空微小球を配合しておき、独立したセルを形成する中空微小球混入法、あるいは、水、メタノール等の溶出液に溶出可能な粉体、例えば、塩化ナトリウム、砂糖等を合成ゴム配合物中に配合しておき、加硫後に粉体を溶出させることによってセルを有する圧縮性層とする粉体溶出法等が知られていることが記載されている。

より具体的には、マイクロバルーンを用いる方法として、特許文献２には樹脂マイクロバルーンにより形成された空隙部を分散含有する弾性層を芯金の周囲に有する加圧ローラであって該弾性層は、膨張せしめた樹脂マイクロバルーンを含む液状シリコーンゴムを芯金上で、該樹脂マイクロバルーンの軟化点よりも低い温度で加熱して該液状シリコーンゴムを硬化した後、該樹脂マイクロバルーンを破壊することによって該空隙部を生じさせたものであることを特徴とすることが記載されている。

また、特許文献３には、発泡現象を伴わずに均一な微細セル（気泡）を有するシリコーンエラストマー多孔質体を生成し得る油中水型エマルジョン組成物を用いて複写機、レーザプリンタ等の作像部品等に使用できる実質的に独立気泡型のシリコーンエラストマー多孔質体が記載されている。

画像形成装置用の各種ローラ以外にも、例えば印材としてのスポンジゴム印字体に関する特許文献４には、ゴム、水溶性微粉末、加硫剤、充填剤、及び、繊維長０．２ｍｍから２ｍｍとした有機系合成繊維のステープルを混練してマスターバッチとし、これを加硫したのち水溶性微粉末を洗除して得られる連続気泡を有するスポンジゴム印字体が記載されている。

特許文献５には、低分子量シリコーンゴムに既膨張樹脂マイクロバルーンを混合して得られたコンパウンドＡに、高分子量シリコーンゴムを混合してなるシリコーンゴムコンパウンドを、樹脂マイクロバルーンの軟化点よりも低い温度で加熱してシリコーンゴムを硬化してなるシリコーンゴムスポンジが開示されている。

特開２００５−２４９０２号公報 特許第３６５８３０５号公報 特許第４６３８７１４号公報 特許第３６４７１１０号公報 再公表特許ＷＯ２０１３/００５６１３号公報

ここで、特許文献１に記載されたスポンジローラのような、従来のスポンジローラでは、発泡剤としてマイクロバルーンのみを用いた場合には、平均セル径を小さくできるものの、熱膨張率が高くなるおそれがあり、発泡剤として化学発泡剤のみを用いた場合には、熱膨張率を低く抑えることができるものの、平均セル径が大きくなってしまうおそれがあった。また、発泡剤として、マイクロバルーンと化学発泡剤を併用した場合においても、熱膨張率が比較的大きくなる問題があった。したがって、本発明は、熱膨張率が低く抑えられたスポンジローラ、このスポンジローラの製造方法、及びこのスポンジローラを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った。その結果、ミラブル型シリコーンゴムと、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、多孔質充填剤と、から形成される弾性層を有するスポンジローラによれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は、以下のものを提供する。

（１）本発明の第１の態様は、軸体とその軸体の外周面に形成された弾性層とを有するスポンジローラであって、前記弾性層が、ミラブル型シリコーンゴムと、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、多孔質充填剤と、から形成され、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤により形成されたセルの平均セル径が１５０μｍ以下であり、スポンジローラを１８０℃に熱したオーブンに投入し、加熱開始から６０分経過後までの１０分毎にローラ外径を測定し、加熱前の弾性層の厚みから１０分毎に測定した弾性層の熱膨張率を算出した場合において、加熱開始１０分後の弾性層の熱膨張率から加熱開始６０分後の弾性層の熱膨張率を引いた値が−１．０以上２．０以下であることを特徴とするスポンジローラである。

（２）本発明の第２の態様は、（１）に記載のスポンジローラであって、弾性層の断面において、未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤とによるセル面積比（未膨張マイクロバルーン：化学発泡剤）が９５：５から１０：９０であることを特徴とするものである。

（３）本発明の第３の態様は、（１）又は（２）に記載のスポンジローラであって、弾性層中の多孔質充填剤の含有量が、０．０５質量％以上５０質量％以下であることを特徴とするものである。

（４）本発明の第５の態様は、ミラブル型シリコーンゴムと、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、多孔質充填剤と、を混合して混合物を調整し、前記混合物を、軸体の外側表面に押出成形し、次いで加熱硬化して、（１）から（３）のいずれかに記載のスポンジローラを製造することを特徴とするスポンジローラの製造方法である。

（５）本発明の第６の態様は、（１）から（３）のいずれかに記載のスポンジローラを備えてなることを特徴とする画像形成装置である。

本発明のスポンジローラは、弾性層の形成に、ミラブル型シリコーンゴムと、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、を用いており、さらに、これに加えて、多孔質充填剤を用いている。未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤とを併用することにより、平均セル径が比較的小さくなり、かつ弾性層の熱膨張率も調整されるが、これに加えて、多孔質充填剤を用いることにより、多孔質充填剤の表面の孔が、セル同士を連結する空気の通り道として働き、実質的な連泡率を向上させるため、スポンジローラの弾性層の熱膨張率が更に抑えられる。本発明によれば、熱による形状変化の抑えられたスポンジローラを提供することができる。

本発明の一実施例を示すスポンジローラを示す説明図である。 本発明に係るスポンジローラの圧縮永久歪みを測定する測定装置を示す模式図である。 本発明の一実施例を示すスポンジローラを定着装置に組み込んでなる画像形成装置の一例を示す説明図である。

＜スポンジローラ＞
本発明の一例であるスポンジローラ１は、図１に示されるように、芯金とも称される軸体２と、その軸体の外周面に形成された弾性層３とを有する。４は、弾性層３の表面に必要に応じて形成されるフッ素樹脂層である。

軸体は、通常、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で形成されたいわゆる芯金と称される長尺状円柱体である。軸体は装着される画像形成装置に応じて適切な直径及び軸線方向の長さに調整される。

画像形成装置にスポンジローラが組み込まれる場合、この軸体は通常５．０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の直径を有し、また、一端から他端までの軸長は、通常１５０ｍｍ以上１５００mm以下である。

［弾性層］
弾性層は、ミラブル型シリコーンゴムと、架橋剤と、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、多孔質充填剤と、で形成される。

（ミラブル型シリコーンゴム）
ミラブル型シリコーンゴムは、硬化する前の状態が天然ゴムや通常の合成ゴムの未加硫配合ゴムに類似していて、練りロール機あるいは密閉式の混合機等で可塑化・混合することができるシリコーンゴムコンパウンドである。

好適なミラブル型シリコーンゴムは、以下に示す成分（Ａ）から成分（Ｅ）を含有してなる。

（Ａ）下記平均組成式（Ｉ）で表される重合度が１００以上のオルガノポリシロキサン
Ｒ¹ _aＳｉＯ_(4-a)/2 （Ｉ）
（式中、Ｒ¹は同一又は異種の非置換若しくは置換の一価炭化水素基を示し、ａは１．９５から２．０５の正数である。）
（Ｂ）ＢＥＴ吸着法による比表面積が５０ｍ²／ｇ以上の補強性シリカ
（Ｃ）下記一般式（ＩＩ）で示されるアルコキシシラン
Ｒ²mＳｉ（ＯＲ³）_4-m （ＩＩ）
（式中、Ｒ²は独立に水素原子又は非置換若しくは置換の一価炭化水素基であり、Ｒ³は同
一又は異種の非置換若しくは置換のアルキル基であり、ｍは０，１，２又は３である。）
（Ｄ）水
（Ｅ）下記一般式（ＩＩＩ）で示されるヘキサオルガノジシラザン
Ｒ⁴ ₃ＳｉＮＨＳｉＲ⁴ ₃ （ＩＩＩ）
（式中、Ｒ⁴は同一又は異種の一価炭化水素基を示す。）

この発明におけるミラブル型シリコーンゴムとしては、上述したものの外に、信越化学工業株式会社製のＫＥ−５７１−Ｕ、ＫＥ−１５７１−Ｕ、ＫＥ−９５１−Ｕ、ＫＥ−５４１−Ｕ、ＫＥ−５５１−Ｕ、ＫＥ−５６１−Ｕ、ＫＥ−９６１Ｔ−Ｕ、ＫＥ−１５４１−Ｕ、ＫＥ−１５５１−Ｕ、ＫＥ−９４１−Ｕ、ＫＥ−９７１Ｔ−Ｕを使用することができる。

（未膨張マイクロバルーン）
本発明のスポンジローラにおいては、弾性層の形成に未膨張マイクロバルーンを用いる。本発明における未膨張マイクロバルーンは、膨張していない樹脂マイクロバルーンを挙げることができる。

樹脂マイクロバルーンとしては、外殻に熱可塑性樹脂を用いたものが好ましく用いられる。外殻を構成する熱可塑性樹脂としては、塩化ビニリデン／アクリロニトリル共重合体、メチルメタクリレート／アクリロニトリル共重合体、メタアクリロニトリル／アクリロニトリル共重合体等を挙げることができる。液状シリコーンゴムの硬化温度に合わせて、外殻となる樹脂の軟化温度が適当な範囲内にある樹脂マイクロバルーンを用いることが好ましい。また、内包される蒸発性物質としては、ブタン、イソブタン等の炭化水素を挙げることができる。

この発明に好適な未膨張の樹脂マイクロバルーンは、「マツモトマイクロスフェアーＦシリーズ」（松本油脂製薬社製）、「エクスパンセルシリーズ」（エクスパンセル社製）等として市販されている。

なお、未膨張マイクロバルーンについては、化学発泡剤の分解温度と同程度の温度で膨張する未膨張マイクロバルーンを使用することが好ましく、化学発泡剤として、アゾビス−イソブチロニトリルを使用する場合、未膨張マイクロバルーンの発泡開始温度は９０℃以下であることが好ましく、最大膨張温度は１１０℃前後であることが好ましい。

（化学発泡剤）
本発明のスポンジローラにおいては、弾性層の形成に化学発泡剤を用いる。本発明における化学発泡剤としては、従来、弾性層の形成に用いられる発泡剤であればよく、例えば、無機系発泡剤として、重炭酸ソーダ、炭酸アンモニウム等が挙げられ、有機系発泡剤として、ジアゾアミノ誘導体、アゾニトリル誘導体、アゾジカルボン酸誘導体等の有機アゾ化合物等が挙げられる。有機アゾ化合物の中でも、アゾジカルボン酸アミド、アゾビス−イソブチロニトリル等が好適に使用される。特に、アゾビス−イソブチロニトリルが好適に使用できる。

（多孔質充填剤）
本発明においては、スポンジローラの弾性層の形成に多孔質充填剤を用いる。多孔質充填剤を用いることにより、多孔質充填剤の表面の孔が、セル同士を連結する空気の通り道として働き、弾性層の実質的な連泡率を向上させるため、スポンジローラの弾性層の熱膨張率が更に抑えられる。

本発明において用いることができる多孔質充填剤としては、特に限定されるものではないが、ゼオライト、多孔質シリカ、珪藻土、多孔質カーボン粒子等を挙げることができる。これらの中でも、多孔質シリカ及びゼオライトを用いることが好ましい。多孔質充填剤としては、例えば、水銀圧入法等（この方法に用いる装置を例示すると自動比表面積測定装置「ＧＥＭＩＮＩ２３７５」（株式会社島津製作所製））にて積算細孔容積を測定したときに０．３ｍｌ／ｇ以上の細孔容積を有する無機多孔質充填材を用いることが好ましく、具体的には、合成ゼオライト（ゼオスター）である「ＣＡ−１００Ｐ」（日本化学工業株式会社製）、シリカフィラーである「サンスフェア Ｈ−３３」（ＡＣＧエスアイテック株式会社製）等を挙げることができる。

多孔質充填剤の含有量は、ミラブル型シリコーンゴム１００質量部に対して０．０５質量部以上５０質量部以下であることが好ましく、０．５質量部以上５．０質量部以下であることがより好ましい。上記の含有量で多孔質充填剤を配合することにより、シリコーンゴムの加工性を良好に維持しつつ、弾性層の熱膨張率を低く抑えることができる。

［セル面積比、平均セル径］
本発明のスポンジローラはミラブル型シリコーンゴムと、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、多孔質充填剤とから形成された弾性層を有する。この弾性層の中心軸線に直交する方向で弾性層を切断したときに現れる弾性層の断面は、未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤によって形成されたセルの面積比（未膨張マイクロバルーン：化学発泡剤）が、好ましくは９５：５から１０：９０であり、より好ましくは９０：１０から５０：５０、更に好ましくは９０：１０から５５：４５である。セル面積比が前記範囲内にあると、未膨張マイクロバルーンの影響で化学発泡剤のセル径が過度に大きくならず、表面平滑性に優れた弾性層を得ることができる。

さらに、本発明においては、弾性層において、未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤により形成されるセルの平均セル径が１５０μｍ以下であり、５０μｍ以上２５０μ以下であることが好ましい。本発明においては、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤を併用することにより、弾性層に形成されるセルの平均セル径が調整され、表面平滑性に優れたスポンジローラを提供することができる。

なお、弾性層は、未膨張マイクロバルーンによって形成された平均セル径が好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下、特に好ましくは３０μｍ以上１５０μｍ以下であるセルと化学発泡剤によって形成された平均セル径が好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上８０μｍ以下、特に好ましくは４０ｍ以上６０μｍ以下であるセルとの複合セルとなっている。

セル面積比は、弾性層の外表面において、又は任意の方向で切断したときの切断面において、光学顕微鏡で２００倍に拡大したとき、マイクロバルーンによるセルの合計面積と、化学発泡剤によるセルの合計面積との比である。平均セル径は、弾性層の外表面において、又は任意の方向で切断したときの切断面において、光学顕微鏡で１００倍から２００倍に拡大したとき、ランダムに選んだセル１０個の平均値である。未膨張マイクロバルーンによるセルの識別は、セル内部にマイクロバルーンの殻又は殻が収縮した残骸があることによって判断することができる。本発明において、この平均セル径は、弾性層を形成するためのミラブル型シリコーンゴム及び未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤とを含む混合物に、多孔質充填剤を添加することにより、調整することができる。

なお、化学発泡剤を含有することにより化学発泡剤により生じたセルを有するが、未膨張マイクロバルーンを含有しないことにより未膨張マイクロバルーンによるセルを有していない弾性層は、セル径が大きくなり表面平滑性が低下する。この発明のスポンジローラにおける弾性層は、未膨張マイクロバルーン由来のセルによって化学発泡剤由来のセルが大きくなることを抑制しており、これによってスポンジローラの表面平滑性が向上している。

また、未膨張マイクロバルーンの配合量及び化学発泡剤の配合量を、この発明に係る製造方法の説明にて記載したような量に調節するのが好ましい。

［熱膨張率］
本発明においては、弾性層の実質的な連泡率が高く維持されるため、スポンジローラが熱を帯びた際に、セル内部の空気が外部に放出されやすく、加熱による熱膨張が抑えられる傾向にある。一般に、連泡率の低いスポンジローラは、加熱の初期に体積増加がみられるものの、シリコーンゴム自体の通気性により、この体積増加は時間の経過とともに解消する傾向にある。本発明のスポンジローラは、実質的な連泡性が高いため、加熱の初期に、弾性層の大幅な体積増加が少なく、熱膨張率が低く抑えられている。

より具体的には、スポンジローラを１８０℃に熱したオーブンに投入し、加熱開始から６０分経過後までの１０分毎にローラ外径を測定し、加熱前の弾性層の厚みから１０分毎に測定した弾性層の熱膨張率を算出した場合において、加熱開始１０分後の弾性層の熱膨張率から加熱開始６０分後の弾性層の熱膨張率を引いた値が−１．０以上２．０以下であり、０以上２．０以下であることが好ましく、０以上１．０以下であることがより好ましい。熱膨張率が上記の範囲内のものとなることにより、加熱後の時間変化による体積変化が少ないことにより、定着時の紙シワを抑制することができる。

スポンジローラの熱膨張率は、以下のようにして測定する。まず、２３℃の常温下に放置されたローラを外径測定器で測定を行い、次いで１８０℃に熱したオーブン中にローラを投入し、１０分毎に取り出し２秒後に自動外径測定器によりロール外径３か所を測定し、測定直後に再度１８０℃のオーブンに投入する。自動外径測定機により３か所測定にかかる時間は、平均で２０秒である。この作業を１０分毎に繰り返し、６０分まで測定を行う。

測定結果を基に下記式から弾性層の熱膨張率の算出を行う。弾性層の厚みは自動外径測定で測定した値から芯金径を除いた値とする。

加熱前の弾性層厚み ＰＥ０
各々時間の弾性層厚み ＰＥ（T）
時間 T ＝ １０、２０、３０、４０、５０，６０
熱膨張率（Ｕ）＝（ＰＥ（T）−ＰＥ０）／ＰＥ０×１００

−１．０ ≦ U（１０）−Ｕ（６０） ≦ ２．０ であるスポンジローラを熱膨張率の低いロールとした。

［圧縮永久歪み、アスカーＣ硬度］
圧縮永久歪みは、以下のようにして評価することができる。

＜２５％圧縮永久歪みの評価方法＞
図２に示されるように、スポンジローラ１の上下を鉄板２０で挟み、万力で固定する。その際、上下の鉄板２０の間にスペーサー２１を挟み、鉄板の間隔が一定の距離を保つように調整する。その状態のまま、１８０℃の乾燥機中で５時間放置する。その後、スポンジローラ１を挟んでいた鉄板を外し、室温で１６時間放置する。そのスポンジローラ１の直径を測定し、以下の式で圧縮永久歪みを計算する。

試験前のスポンジローラ１の直径 Ｄ１
試験後のスポンジローラ１の直径 Ｄ２
芯金の直径 Ｌ
スペーサー２１の高さ Ｈ

圧縮永久歪み（％）＝ （ Ｄ１ − Ｄ２ ）／（ Ｄ１ − Ｈ ）×１００
圧縮率（％） ＝ （ Ｄ１ − Ｈ ）／（ Ｄ１ − Ｌ ）×１００

また、弾性層はそのアスカーＣ硬度が２０以上６０以下であるのが好ましい。この発明に係るスポンジローラでは、弾性層表面のアスカーＣ硬度が、軸方向において両端の差が１以下である。スポンジローラにおける弾性層のアスカーＣ硬度の差が小さいことは、加圧された弾性層が均一に変形し、応力分布の偏りが小さくなるという利点があって好ましい。

［弾性層の寸法等］
弾性層は、軸体の外周面に円柱状に形成され、弾性層の厚みは通常０．５ｍｍから３０ｍｍであり、好ましくは１ｍｍから１５ｍｍである。

［その他］
この弾性層には、この発明の課題を達成することができる限り、低分子シロキサンエステル、シラノール、例えば、ジフェニルシランジオール等の分散剤、酸化鉄、酸化セリウム、オクチル酸鉄等の耐熱性向上剤、接着性や成形加工性を向上させる各種カーボンファンクショナルシラン、難燃性を付与させるハロゲン化合物等をこの発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。

＜スポンジローラの製造方法＞
この発明に係るスポンジローラは、この発明に係る製造方法により製造することができる。

この発明に係る製造方法においては、まずミラブル型シリコーンゴムと、ミラブル型シリコーンゴム１００質量部に対して未膨張マイクロバルーン０．５質量部以上５．０質量部以下と、ミラブル型シリコーンゴム１００質量部に対して化学発泡剤０．１質量部以上２．０質量部以下と、ミラブル型シリコーンゴム１００質量部に対して多孔質充填剤０．０５質量部以上５０質量部以下と、架橋剤を配合する。

未膨張マイクロバルーン、化学発泡剤、多孔質充填剤の種類等については既に説明した。架橋剤としては、付加反応架橋剤、及び有機過酸化物架橋剤等を挙げることができる。

付加反応架橋剤としては、例えば、一分子中に二個以上のＳｉＨ基（ＳｉＨ結合）を有する付加反応型の架橋剤として公知のオルガノハイドロジェンポリシロキサンを挙げることができる。付加反応架橋剤は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。付加反応架橋剤の配合量は、通常、ミラブル型シリコーンゴム１００質量部に対して０．１質量部以上３．０質量部以下である。

この付加反応架橋剤を使用する場合、有機過酸化物架橋剤は、単独でミラブル型シリコーンゴムを架橋させることも可能であるが、付加反応架橋剤の補助架橋剤として併用すると、得られるスポンジローラの強度、歪み等の物性をより一層向上させることができる。有機過酸化物架橋剤としては、例えば、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−ｔ−ブチルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等を挙げることができる。有機過酸化物架橋剤の配合量は、通常、ミラブル型シリコーンゴム１００質量部に対して０．１質量部以上５．０質量部以下である。有機過酸化物架橋剤は一種単独で又は二種以上を混合して用いることができる。

付加反応架橋剤は、付加反応触媒を併用するのが好ましい。付加反応触媒としては白金黒、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等を挙げることができる。なお、この付加反応触媒の配合量は触媒量とすることができる。

混合する方法は特に限定されず、例えば、常温常圧下で、ミラブル型シリコーンゴムに未膨張マイクロバルーン、化学発泡剤、多孔質充填剤、及び架橋剤を順次に、又は一挙に投入して攪拌機、混練器等で均一に混合させる方法等が挙げられる。このようにして混合物を調製する工程が完遂する。

混合物には、各種の添加剤を含めることができる。各種の添加剤として、例えば鎖延長剤等の助剤、触媒、分散剤、発泡剤、老化防止剤、酸化防止剤、充填材、顔料、着色剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、乳化剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導性向上剤、離型剤、溶剤等が挙げられる。これらの各種添加剤は、通常用いられる添加剤であってもよく、用途に応じて特別に用いられる添加剤であってもよい。

前記混合物は、二本ロール、三本ロール、ロールミル、バンバリーミキサ、ドウミキサ（ニーダー）等のゴム混練り機等を用いて、均一に混合されるまで、例えば、数分から数時間、好ましくは５分以上１時間以下にわたって常温又は加熱下で混練することにより、得ることができる。

次いで、得られた混合物を、スポンジローラを構成するための軸体の外周面に、押出成形による連続加熱成形、プレス、インジェクションによる型成形等によって、加熱成形する。

軸体の外側表面に混合物を円柱状に形成した後に、円柱状の混合物、換言すると、円柱状の成形体を、軸体ごと加熱して加硫する（加熱硬化）。この加熱加硫を行う際の条件例えば未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤の種類とその添加量、架橋剤の種類と添加量、加熱温度等によって発泡後の大径セルの平均セル径及び小径セルの平均セル径を所定の範囲に調整することができる。

成形体を加熱して加硫するに際しての加熱を以下のようにすると、特に好ましい。すなわち、一次加硫として、１００℃から３００℃、特に１５０℃から２５０℃に５分から３０分間加熱し、次いで二次加硫として１８０℃から２５０℃、特に２００℃から２３０℃に、１時間から１０時間加熱するのがよい。このように複数の回数をもって加熱すると未膨張マイクロバルーンの膨張、化学発泡剤の分解、ミラブル型シリコーンゴムの硬化、残留する低分子シロキサンの排除、膨張したマイクロバルーンの熱収縮を必要に応じてコントロールすることが可能となって好ましい。このように複数回の加熱操作を行うことにより、未膨張マイクロバルーン由来の、平均セル径が１５０μｍ以下である小径のセルと、化学発泡剤由来の、平均セル径が３００μｍ以下である大径のセルとを有する複合セルに調整することができる。なお、大径のセルの平均セル径が小径のセルの平均セル径よりも小さくなることはない。

加硫をするに必要な加熱は、赤外線加熱炉又は熱風炉等の加熱炉、乾燥機等の加熱機等で行うことができる。

このようにして得られるスポンジローラを更に研磨工程に供してもよい。研磨工程は、軸体の外周面に形成されたスポンジローラの形状を、軸体の軸線方向においてスポンジローラの厚みを軸体の中央に向かって徐々に増大させ、軸体の中央から軸体の先端に向かって徐々に減少させる形状、つまりクラウン形状、あるいは軸体の中央から軸体の両端に向かってスポンジローラの厚み増加させる形状、つまり逆クラウン形状、あるいはストレート形状に調整する工程である。

また、前記加硫によって得られたスポンジローラ、あるいは研磨工程により所定の形状に調整されたスポンジローラの外表面を、チューブ、例えばフッ素樹脂チューブで被覆してもよい。フッ素樹脂チューブによる被覆は、例えば、加圧下でスポンジローラを圧縮してフッ素樹脂チューブに挿入する加圧挿入法、減圧下でフッ素樹脂チューブを圧縮してフッ素樹脂チューブに挿入する減圧挿入法、減圧下でフッ素樹脂チューブを半径方向に拡径させてスポンジローラをその内部に挿入する減圧拡径法等によって、行うことができる。

この発明に係るスポンジローラは画像形成装置の例えば定着装置に組み込むことができる。

次に、この発明に係るスポンジローラを備えた定着装置を内装する画像形成装置（以下、この発明に係る画像形成装置と称することがある。）の一例を、図３を参照して、説明する。

図３に示されるように、この発明に係る画像形成装置３０は、静電潜像が形成される回転可能な像担持体３１、例えば感光体と、前記像担持体３１の周囲に配置された、帯電手段３２、例えば帯電ローラ、露光手段３３、現像手段４０、転写手段３４、例えば転写ローラ及びクリーニング手段３７と、記録体の搬送方向下流側に定着手段３５とを備えている。この現像手段４０は、従来の現像手段と基本的に同様に形成され、具体的には、図３に示されるように、現像剤収納部４１と、像担持体３１に現像剤４２を供給する現像剤担持体４４と、現像剤担持体４４に現像剤４２を供給する現像剤供給手段４３と、現像剤４２を帯電させる現像剤規制部材４５とを備えている。

画像形成装置における従来の定着装置は、通常、定着ローラを低硬度にし、加圧ローラを高硬度にしてニップ幅及びニップ圧を確保しているが、この発明における定着装置は、定着手段３５のように、アスカーＣ硬度（荷重１．０Ｋｇ）は２０から３５の範囲にある低硬度の定着ローラ５３と、低硬度の加圧ローラ５６とを有する加熱定着装置である。すなわち、この定着手段３５は、図３にその断面が示されるように、記録体３６を通過させる開口５２を有する筐体５０内に、定着ローラ５３と、定着ローラ５３の近傍に配置された無端ベルト支持ローラ５４と、定着ローラ５３及び無端ベルト支持ローラ５４に巻回された無端ベルト５５と、無端ベルト５５を介して定着ローラ５３に圧接する加圧ローラ５６と、無端ベルト５５に非接触となるように配置され、無端ベルト５５を介して外部から定着ローラ５３を加熱する加熱手段とを備え、無端ベルト５５を介して定着ローラ５３と加圧ローラ５６とが互いに当接又は圧接するように回転自在に支持されてなる圧力熱定着装置である。

無端ベルト支持ローラ５４は、画像形成装置に通常用いられるローラであればよく、例えば、弾性ローラ等が用いられる。無端ベルト５５は、例えば、ポリアミド、ポリアミドイミド等の樹脂により、無端状に形成されたベルトであればよく、その厚さ等も適宜、定着手段３５に適合するように調整することができる。加圧ローラ５６はスプリング等の付勢手段（図示しない）によって無端ベルト５５を介して定着ローラ５３に圧接している。この定着手段３５においてこの発明に係るスポンジローラが加圧ローラ５６として装着されている。前記加熱手段は、ハロゲンヒーター及び反射板等を用いた輻射加熱方法、加熱器等を直接接触させて加熱する直接接触加熱方法、並びに、誘導加熱方法等が採用される。この加熱手段は、定着ローラ５３における軸線方向の長さとほぼ同じ長さを有する部材であり、定着手段３５のいずれに配置されてもよいが、図３に示されるように、定着ローラ５３の表面より一定の間隔を隔てて定着ローラ５３に略並行に配置されるのがよい。前記誘導加熱方法には加熱用コイルが用いられ、この加熱用コイルは、通常、フェライト等の強磁性体で、スイッチング電源用として用いられている代表的な形状であるＩ型、Ｅ型及びＵ型等に形成され、導線が巻かれてなる。無端ベルト５５と加圧ローラ５６との圧接された間を記録体３６が通過することにより、加圧と同時に加熱され、記録体３６に転写された現像剤４２（静電潜像）を定着させることができる。

この発明に係る画像形成装置３０は、次のように作用する。まず、画像形成装置３０において、帯電手段３２により像担持体３１が一様に帯電され、露光手段３３により像担持体３１の表面に静電潜像が形成される。次いで、現像手段４０から現像剤４２が像担持体３１に供給されて静電潜像が現像され、この現像剤像が像担持体３１と転写手段３４との間に搬送される記録体３６上に転写される。この記録体３６は定着手段３５に搬送され、現像剤像が永久画像として記録体３６に定着される。このようにして、記録体３６に画像を形成することができる。

この定着手段３５及びこの画像形成装置３０は、加圧ローラ５６としてこの発明に係るスポンジローラが採用されているから、現像剤を記録体に定着させる定着性に優れると共に消費電力が小さい。

この発明に係るスポンジローラ、及び画像形成装置は、以上の実施形態に限定されることはなく、この発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。

例えば、スポンジローラ１において、弾性層３は、単層構造とされているが、この発明においては二層以上の複層構造とされてもよい。

画像形成装置３０は、電子写真方式の画像形成装置とされているが、この発明において、画像形成装置は、電子写真方式には限定されず、例えば、静電方式の画像形成装置であってもよい。また、画像形成装置３０は、現像手段４０に単色の現像剤４２のみを収容するモノクロ画像形成装置とされているが、この発明において、画像形成装置は、モノクロ画像形成装置に限定されず、カラー画像形成装置であってもよい。カラー画像形成装置としては、例えば、像担持体上に担持された現像剤像を中間転写体に順次一次転写を繰り返す４サイクル型カラー画像形成装置、各色の現像手段を備えた複数の像担持体を中間転写体や転写搬送ベルト上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置等が挙げられる。画像形成装置３０は、例えば、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置とされる。

また、定着手段３５及び画像形成装置３０において、現像剤４２は、一成分系の現像剤が有利に用いられるが、トナーと、鉄、ニッケル等のキャリアとを含む二成分系の現像剤も使用することができる。

（実施例１から５、比較例１から４）
実施例１から５及び比較例１から４にあっては、表１に示されるベースゴム材料と、表１に示される付加反応架橋剤及び有機過酸化物架橋剤と、表１に示される触媒と、表１に示される未膨張マイクロバルーンと、表１に示される化学発泡剤と、表１に示される多孔質充填剤とを、表１に示される配合量をもって、二本ロールで十分に混練して混合物を得た。

なお、実施例１から５、及び比較例１から４で用いられたベースゴム材料は、信越化学工業株式会社製の商品名ＫＥ−５５１Ｕであるミラブル型シリコーンゴムであり、表１に記載された架橋剤は、「付加架橋」と記載された信越化学工業株式会社製の商品名Ｃ−２５Ｂと「パーオキサイド架橋」と記載された信越化学工業株式会社製の商品名Ｃ−３との組み合わせであり、表１に記載された「触媒」は信越化学工業株式会社製の商品名Ｃ−２５Ａである白金触媒であり、表１に記載された「化学発泡剤」は大塚化学株式会社製の商品名ＡＺＯシリーズのＡＩＢＮであり、表１に記載された多孔質充填剤は、「ゼオスター」と記載された日本化学工業株式会社製の商品名ＣＡ−１００Ｐ、又は「シリカフィラー」と記載されたＡＣＧエスアイテック株式会社製の商品名サンスフェア Ｈ−３３である。表１に記載された未膨張マイクロバルーンは松本油脂製薬株式会社製の商品名マツモトマイクロスフェアーである。

なお、比較例１では弾性層に多孔質充填剤を配合せず、比較例２では未膨張マイクロバルーンのみであり化学発泡剤が配合されていない。比較例３では化学発泡剤のみであり、未膨張マイクロバルーン及び多孔質充填剤が配合されていない。比較例４では多孔質充填剤、化学発泡剤は配合されているが、未膨張マイクロバルーンは配合されていない。

次いで、プライマー層を形成した軸体と前記混合物とを押出成形機にて一体分出し、実施例１から５及び比較例１から４にあっては、赤外線加熱炉（ＩＲ炉）を用いて前記混合物を２２５℃で１７分間加熱することにより１次加硫し、その後、熱風乾燥炉で２２５℃で７時間にわたって２次加硫することにより発泡ローラ原体を作製した。この発泡ローラ原体の円周面を、金属砥石による高速研磨を株式会社水口製作所製の研磨機により行った。

実施例１から５及び比較例１から４にて得られたスポンジローラは、外径３０ｍｍ及び軸線方向長さ３４０ｍｍのストレート形状であった。

製造されたスポンジローラの平均セル径、熱膨張率、研磨後の弾性層の表面側及び軸体側の硬度（アスカーＣ硬度）を測定し、その結果を表１に示した。

また、スポンジローラの耐久性を、既に説明した２５％圧縮永久歪みにより、評価した。

※熱膨張率について
加熱前の弾性層厚み ＰＥ０
各々時間の弾性層厚み ＰＥ（T）
時間 T ＝ １０、２０、３０、４０、５０，６０
熱膨張率（Ｕ）＝（ＰＥ（T）−ＰＥ０）／ＰＥ０×１００

−１．０ ≦ Ｕ（１０）−Ｕ（６０） ≦ ２．０

表１から明らかなように、本発明のスポンジローラでは、マイクロバルーン及び化学発泡剤が併用されていることにより、平均セル径が比較的小さなものとなる（実施例１から３及び比較例４）。さらに、本発明のスポンジローラでは、多孔質充填剤が用いられているため、熱膨張率も低く調整される（実施例５及び比較例１）。マイクロバルーン、化学発泡剤、及び多孔質充填剤の三者併用による熱膨張率の調整の効果は、マイクロバルーンと多孔質充填剤を併用した場合に比較しても好ましいものとなった（実施例１から３及び比較例２）。

１ スポンジローラ
２ 軸体
３ 弾性層
４ フッ素樹脂層
６ セル
２０ 鉄板
２１ スペーサー
３０ 画像形成装置
３１ 像担持体
３２ 帯電手段
３３ 露光手段
３４ 転写手段
３５ 定着手段
３６ 記録体
３７ クリーニング手段
４０ 現像手段
４１ 現像剤収納部
４２ 現像剤
４３ 現像剤供給手段
４４ 現像剤担持体
４５ 現像剤規制部材
５０ 筐体
５２ 開口
５３ 定着ローラ
５４ 無端ベルト支持ローラ
５５ 無端ベルト
５６ 加圧ローラ

Claims (5)

1. 軸体とその軸体の外周面に形成された弾性層とを有するスポンジローラであって、
   前記弾性層が、ミラブル型シリコーンゴムと、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、多孔質充填剤と、から形成され、
   未膨張マイクロバルーン及び化学発泡剤により形成されたセルの平均セル径が１５０μｍ以下であり、
   スポンジローラを１８０℃に熱したオーブンに投入し、加熱開始から６０分経過後までの１０分毎にローラ外径を測定し、加熱前の弾性層の厚みから１０分毎に測定した弾性層の熱膨張率を以下の式で算出した場合において、加熱開始１０分後の弾性層の熱膨張率Ｕ（１０）から加熱開始６０分後の弾性層の熱膨張率Ｕ（６０）を引いた値であるＵ（１０）−Ｕ（６０）が−１．０以上２．０以下であることを特徴とするスポンジローラ。
   熱膨張率（Ｕ）＝（ＰＥ（Ｔ）−ＰＥ０）／ＰＥ０×１００
   加熱前の弾性層厚み ＰＥ０
   各々時間の弾性層厚み ＰＥ（Ｔ）
   時間 Ｔ＝１０、２０、３０、４０、５０、６０
2. 弾性層の断面において、未膨張マイクロバルーンと化学発泡剤とによるセル面積比（未膨張マイクロバルーン：化学発泡剤）が９５：５から１０：９０であることを特徴とする請求項１に記載のスポンジローラ。
3. 弾性層中の多孔質充填剤の含有量が、前記ミラブル型シリコーンゴム１００質量部に対して０．０５質量部以上５０質量部以下である、請求項１又は２に記載のスポンジローラ。
4. ミラブル型シリコーンゴムと、未膨張マイクロバルーンと、化学発泡剤と、多孔質充填剤と、を混合して混合物を調整し、前記混合物を、軸体の外側表面に押出成形し、次いで加熱硬化して、請求項１から３のいずれかに記載のスポンジローラを製造することを特徴とするスポンジローラの製造方法。
5. 請求項１から３のいずれかに記載のスポンジローラを備えてなることを特徴とする画像形成装置。