JP4033599B2

JP4033599B2 - 定着ローラ用断熱スリーブ

Info

Publication number: JP4033599B2
Application number: JP2000112887A
Authority: JP
Inventors: 雅之山▲崎▼
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: CN1318777A; JP2001296767A; CN1181408C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、レーザービームプリンター等の電子写真装置の定着ローラを回転自在に支持する軸受装置において、軸受とともに使用される樹脂成形体からなる定着ローラ用断熱スリーブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真装置は、光学装置で形成された静電潜像にトナーを付着させ、このトナー像をコピー用紙に転写し、さらに定着させるものであり、この定着工程では、ヒータを内蔵した定着ローラと加圧ローラとの間にトナー像を通過させる。これにより、トナー像からなる転写像がコピー用紙上に加熱融着によって定着される。
定着ローラは、線状ないし棒状のヒータを軸心部に内蔵した軟質の金属製であり、両端に小径の軸部が突出した円筒状に形成されている。定着ローラは、アルミニウム、またはアルミニウム合金（Ａ５０５６、Ａ６０６３等）等の熱伝導性に優れた金属材料からなり、旋削や研磨等で表面が仕上げられ、表面にはフッ素樹脂等の非粘着性の高い樹脂がコーティングしてある。定着ローラは、両端の軸部で深溝玉軸受からなる転がり軸受を介してハウジングに回転自在に支持されている。
【０００３】
転がり軸受と定着ローラの軸部との間には、定着ローラの加熱時に両端部の転がり軸受から熱が逃げて定着ローラの軸方向に沿う温度分布が不均一になるのを防止するのとともに、軸受の高温劣化を防止するために、合成樹脂等からなる断熱スリーブが介在させてある。
この断熱スリーブは、定着ローラの熱膨張などにより荷重を受けるため高強度が要求される。また、定着ローラは転がり軸受により回転自在に支持されており、断熱スリーブが回転することはなく、すべり性能は必要ないと思われていた。
一方、定着装置を内蔵する複写機、レーザービームプリンター等の電子写真装置は、高速化、軽量化、小型化といった機能、デザインの向上の他に静粛化が求められてきた。特に、家庭内での使用など使用場所の多様化とともに、この静粛化がますます求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子写真装置の高速化、軽量化、小型化を追及したところ、定着装置周辺から発生する僅かな異音を少なくすることが電子写真装置の静粛化にとって重要となってきた。また、定着ローラ部を電気的に接地する場合、断熱スリーブが介在することにより接地が困難であり、他の方法で接地を行なう必要があるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、定着装置周辺から発生する僅かな異音を少なくすることができ、また必要に応じて電気的な接地を可能とする定着ローラ用断熱スリーブを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、定着ローラと、この定着ローラを支持する軸受との間に介在する樹脂成形体からなる定着ローラ用断熱スリーブにおいて、上記樹脂成形体は樹脂組成物の成形体であり、該樹脂組成物は、ポリフェニレンサルファイド樹脂 56 〜 60 体積％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末 15〜20 体積％、炭素繊維 5〜9 体積％および硫酸カルシウム粉末 10〜15 体積％を樹脂組成物全体に対して配合してなることを特徴とする。
【０００７】
上記定着ローラの軸部が、アルミニウム合金で形成されてなることを特徴とする。
【０００８】
上記樹脂組成物は、さらにグラファイト 3〜5 体積％を樹脂組成物全体に対して配合してなることを特徴とする。
また、上記樹脂組成物は、さらに導電性カーボンブラック 3 〜 5 体積％を樹脂組成物全体に対して配合してなることを特徴とする。
【０００９】
また、導電性カーボンブラックを配合した上記樹脂成形体の体積固有抵抗値が 1×10⁶Ω・cm以下であることを特徴とする。
【００１０】
上記、異音について調査、分析したところ、その原因の一つとして、摺動しないと思われていた断熱スリーブが少なからず摺動しており、そのときの振動が原因になっていることが判明した。
従来、摺動しないことを前提にして、摩擦係数の大きい構造材が断熱スリーブに使われていたが、摺動抵抗が大きく、かつ不安定であったため、摺動部で微振動が発生していた。しかし、以前は周辺部品が肉厚で強度が充分あったため、共振などは発生せず問題とならなかった。ところが、近年の軽量化、小型化による部品の薄肉化に伴い、共振による異音が発生していることが判ったのである。
【００１１】
異音の発生は、摩擦係数を小さくして摺動抵抗を下げればよいが、断熱スリーブには強度も必要とされるので、その樹脂配合には制限がある。例えば、摺動抵抗を下げるためにポリテトラフルオロエチレンなどの固体潤滑剤を多量に添加すると、強度が極端に低下する。また、強度を上げるためにガラス繊維、炭素繊維を多量に配合すると、定着ローラの材質であるアルミニウム合金に対する攻撃性が大きくなる。このため、樹脂製断熱スリーブに要求される性質として、摩擦係数 0.25 以下、曲げ強度 40MPa以上、かつ、アルミニウム合金を激しく摩耗させないことが必要である。
本発明は、樹脂製断熱スリーブを、ポリフェニレンサルファイドを主成分とする樹脂にポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末、炭素繊維および硫酸カルシウム粉末を少なくとも配合してなる樹脂組成物の成形体とすることにより、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末および硫酸カルシウム粉末、グラファイトの配合で摩擦係数を低くすることができるとともに、炭素繊維およびグラファイトの配合で曲げ強度を高め、かつ、アルミニウム合金を攻撃しない樹脂組成物とすることができた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１および図２により説明する。図１は断熱スリーブの斜視図であり、図２は断熱スリーブが軸受に嵌合している状態を示す図であり、図２（ａ）は断面図を、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面図を、それぞれ示す。
断熱スリーブ１は、フランジ２つきの円筒３からなる。円筒３には、円周方向の一箇所にスリットを有していてもよい。この断熱スリーブ１は円筒３が転がり軸受４の内輪４ａに嵌合している。転がり軸受４は、内輪４ａと外輪４ｃとの間に介在される転動体４ｂおよび保持器とにより構成されているが、場合によっては保持器がなくともよい。
断熱スリーブ１により両端の軸部が支持された定着ローラ（図示省略）は、例えば鉄、アルミニウム、またはアルミニウム合金（Ａ５０５６、Ａ６０６３等）等の熱伝導性に優れた金属材料で該軸部が形成され、旋削や研磨等で表面が仕上げられている。
【００１３】
本発明に用いることができるポリフェニレンサルファイドを主成分とする樹脂は、ポリフェニレンサルファイド樹脂単独、あるいは耐熱性、成形性に優れたポリフェニレンサルファイド樹脂の特性を損なわない範囲で、例えば樹脂成分全体量に対して 40 重量％以下の範囲で他の樹脂を配合した樹脂である。配合できる樹脂の例としては、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。好ましい樹脂はポリフェニレンサルファイド樹脂単独である。
【００１４】
本発明に使用できるポリフェニレンサルファイド樹脂は、芳香族基がチオエーテル結合で連結された構造を有する樹脂をいい、代表的な繰り返し単位の一例を化１に示す。
【００１５】
【化１】

【００１６】
ポリフェニレンサルファイド樹脂は、樹脂中に架橋構造が全くないものから部分的架橋構造を有するものに至るまで各種重合度のものを使用できる。また、上記した以外に架橋構造をとらない直鎖状のポリフェニレンサルファイド樹脂を採用してもよい。また、ポリフェニレンサルファイド樹脂の末端にＳＨ基を導入した樹脂であってもよい。ポリフェニレンサルファイド樹脂の市販品としては、例えば東ソー社製、Ｂ１６０（商品名）、Ｂ０５４（商品名）、トープレン社製、Ｔ４ＡＧ（商品名）等が例示できる。
【００１７】
本発明に使用できるポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末は、テトラフルオロエチレン樹脂を平均粒径が 50 μm 以下、好ましくは 25 μm 以下となるように粉砕した粉末である。下限値は、配合する場合において凝集などを起こさず粉末状態を維持できる平均粒径であればよく、具体的には 1μm 以上が好ましい。平均粒径がこの範囲であると摺動性に優れる。
好ましいテトラフルオロエチレン樹脂粉末は、重合後あるいは熱処理後に粉砕し、さらに放射線処理を行なった樹脂粉末である。放射線処理を行なうことにより、テトラフルオロエチレン樹脂粉末が樹脂成形時のせん断力で繊維化されることを抑えることができる。
特に好ましいテトラフルオロエチレン樹脂粉末は、重合後のテトラフルオロエチレン樹脂を一般的な成形方法を用いて成形し、成形品、あるいはスクラップ品を粉砕し、さらに放射線処理を行ない、数平均分子量を 10 万、好ましくは 5万以下とした樹脂粉末である。
テトラフルオロエチレン樹脂粉末の市販品としては、喜多村社製、３００Ｈ（商品名）、ＫＴＬ８Ｎ（商品名）、ＫＴＬ４５０（商品名）、住友３Ｍ社製、ＴＦ９２０５（商品名）等が例示できる。
【００１８】
本発明に使用できる炭素繊維は、レーヨン系、ポリアクリロニトリル系、リグニンーポバール系混合物、ピッチ系など原料の種類の如何にかかわらず使用できる。
市販されているポリアクリロニトリル系炭素繊維の例としては、「ベスファイト」（東邦レーヨン社製商品名）シリーズ全般が挙げられ、その具体例としては、ベスファイトＨＭ３５Ｃ６Ｓ、ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ−００４０−Ｅ、ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ−０１６０−Ｅ、ベスファイトＨＴＡ−ＣＭＦ−１０００−Ｅ、ベスファイトＨＴＡ一Ｃ６−Ｅ等が挙げられる。また、「トレカ」（東レ社製商品名）シリーズ全般があり、トレカＭＬＤ−３００、トレカＭＬＤ−１０００等が挙げられる。
また、市販されているピッチ系炭素繊維の例としては、クレカチョップＭ１０１Ｓ、Ｍ１０７Ｔ、Ｍ２０７Ｓ（呉羽化学社製商品名）などの商品名「クレカ」、東燃社製商品名「フォルカ」、日本石油社製商品名「グラノック」、三菱化学社製商品名「ダイアリード」シリーズ全般が挙げられる。
【００１９】
本発明に使用できる硫酸カルシウム粉末は、特に制限なく市販工業薬品を使用できる。
【００２０】
本発明に使用できるグラファイトは、薄片状、鱗片状、球状、棒状等その形状は問わないが、低摩擦係数、耐摩耗性などの摺動特性を重視するのであれば、球状のものが好ましく、一方、曲げ強度向上、摺動特性と生産性、価格等とで、平均して総合的に優れるものを選ぶのであれば、薄片状、鱗片状を使用できる。
グラファイトの市販品としては、ロンザジャパン社製、ＫＳ１０（商品名）、日本黒鉛社製、ＡＣＰ（商品名）等が挙げられる。
【００２１】
本発明に使用できる導電性カーボンブラックは、 1〜7 体積％を配合することにより、樹脂成形体の体積固有抵抗値を 1×10⁶Ω・cm以下とすることができるカーボンブラックであれば使用できる。例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等が挙げられ、配合量が少なくて導電性を付与できるケッチェンブラックが好ましい。ケッチェンブラックの市販品としては、ライオン社製、ＥＣ−６００ＪＤ（商品名）が挙げられる。
【００２２】
樹脂組成物は、ポリフェニレンサルファイド樹脂 55〜65 体積％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末 15〜25 体積％、炭素繊維 5〜15 体積％および硫酸カルシウム粉末 5〜15 体積％を樹脂組成物全体に対して配合する。
また、グラファイトをさらに配合する樹脂組成物の場合、グラファイトは 3〜10 体積％を樹脂組成物全体に対して配合する。
さらに、導電性を付与するために導電性カーボンブラックを配合する樹脂組成物の場合、導電性カーボンブラックは 1〜7 体積％を樹脂組成物全体に対して配合する。
ポリフェニレンサルファイド樹脂が 55〜65 体積％の範囲であると、各種配合剤を配合しても断熱スリーブとしての優れた機械的強度および成形性を維持できる。また、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末等の配合割合が上記範囲であると、樹脂製断熱スリーブに要求される、摩擦係数 0.25 以下、曲げ強度 40MPa以上の特性を得ることができ、かつ定着ローラの軸芯であるアルミニウム合金を攻撃しない断熱スリーブが得られる。また、特に導電性カーボンブラックの配合量が上記範囲内であると、成形性を損なうことなく樹脂成形体の体積固有抵抗値を 1×10⁶Ω・cm以下とすることができる。
【００２３】
【実施例】
実施例および比較例に使用した原材料を一括して示すと次の通りである。なお、［］内に表１に記載した略号を示す。
（１）ポリフェニレンサルファイド樹脂［ＰＰＳ］：東ソー社製、Ｂ１６０
（２）ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末［ＰＴＦＥ］：喜多村社製、３００Ｈ
（３）硫酸カルシウム粉末［ＣａＳＯ₄］：ノリタケ社製、Ｄ１０１Ａ
（４）炭素繊維［ＣＦ］：呉羽化学社製、Ｍ１０１Ｓ
（５）グラファイト：ロンザジャパン社製、ＫＳ１０
（６）導電性カーボンブラック：ケッチェンブラック、ライオン社製、ＥＣ−６００ＪＤ
【００２４】
実施例１〜実施例５および比較例１〜比較例８
表１に示す割合で各原料を配合し、ヘンシェルミキサーで充分に混合したあと、二軸溶融押出機にてペレットにし、射出成形機に供給し、図１に示すフランジつきの円筒からなる断熱スリーブ形状に成形した。得られた断熱スリーブを用いて、実機で異音発生の有無、および定着ローラ軸芯のアルミ合金攻撃性について評価した。異音が発生しなかった場合を○で、異音の発生が認められた場合を×で評価した。同様に、実機による評価試験前後で定着ローラ軸芯に傷が認めらない場合を○で、傷が認められた場合を×で評価した。
また、ジャーナル型摩擦摩耗試験および曲げ強さ（ＡＳＴＭＤ７９０）測定用試験片も同様に成形し、摩擦係数および曲げ強さの試験を行なった。摩擦係数が 0.24 以上では異音が発生するおそれがあり、また曲げ強さが 40MPa以下では、使用中に破壊するおそれがある。
また射出成形機での成形性のよいものを○、成形性が悪く量産性のないものを×で判定した。
特に、導電性付与を目的とした材料については体積固有抵抗を測定した。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１の比較例１〜比較例８から明らかなように、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末の配合量が少ない場合は、摺動性に劣るため異音が発生し、多い場合は溶融粘度が上がるため成形性が悪くなる。また硫酸カルシウム粉末が少ない場合は摺動性に劣るため異音が発生し、多い場合は曲げ強さなどの物性の低下がみられる。また、炭素繊維が少ない場合は曲げ強さが低く、多い場合はアルミニウム合金に対して攻撃性が高まり異常摩耗状態となって異音が発生する。
それに対し、実施例１〜実施例５では、本発明の樹脂製断熱スリーブに要求される性質として、摩擦係数 0.25 以下、曲げ強度 40MPa以上、かつ、アルミニウム合金を激しく摩耗させない結果が得られており断熱スリーブ材料として適したものであった。なお、比較例７に示すようにグラファイトが多い場合は溶融粘度が上がるため成形性が悪くなる。実施例５および比較例８に示すように導電性カーボンブラックが少ない場合は導電性付与を目的とするときの必要な体積固有抵抗値が得られず、多い場合は溶融粘度が上がり成形性が悪くなる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、定着ローラと、この定着ローラを支持する軸受との間に介在する樹脂成形体からなる定着ローラ用断熱スリーブにおいて、上記樹脂成形体がポリフェニレンサルファイドを主成分とする樹脂にポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末、炭素繊維および硫酸カルシウム粉末を少なくとも配合してなる樹脂組成物の成形体であるので、低摩擦係数と高強度、アルミニウム合金に対する低攻撃性を高いレベルで共存させることができる。その結果、電子写真装置の高速化、軽量化、小型化に寄与できる。
【００２８】
また、樹脂組成物を所定の配合割合としたので、電子写真装置における異音の発生を、他の要求機能を犠牲にすることなく、より低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】断熱スリーブの斜視図である。
【図２】断熱スリーブが軸受に嵌合している状態を示す図である。
【符号の説明】
１断熱スリーブ
２フランジ
３円筒
４転がり軸受

Claims

定着ローラと、この定着ローラを支持する軸受との間に介在する樹脂成形体からなる定着ローラ用断熱スリーブにおいて、
前記樹脂成形体は樹脂組成物の成形体であり、該樹脂組成物は、ポリフェニレンサルファイド樹脂 56 〜 60 体積％、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末 15〜20 体積％、炭素繊維 5〜9 体積％および硫酸カルシウム粉末 10〜15 体積％を樹脂組成物全体に対して配合してなることを特徴とする定着ローラ用断熱スリーブ。
前記樹脂組成物は、さらにグラファイト 3〜5 体積％を樹脂組成物全体に対して配合してなることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ用断熱スリーブ。
前記樹脂組成物は、さらに導電性カーボンブラック 3 〜 5 体積％を樹脂組成物全体に対して配合してなることを特徴とする請求項１記載または請求項２記載の定着ローラ用断熱スリーブ。
前記樹脂成形体の体積固有抵抗値が 1×10⁶Ω・cm以下であることを特徴とする請求項３記載の定着ローラ用断熱スリーブ。
前記定着ローラの軸部が、アルミニウム合金で形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の定着ローラ用断熱スリーブ。