JP2004085928A

JP2004085928A - 定着部材

Info

Publication number: JP2004085928A
Application number: JP2002247304A
Authority: JP
Inventors: Katsushige Nagayama; 長山　勝重; Hiroshi Yomogida; 蓬田　浩; Hiroaki Taira; 平　浩明
Original assignee: Kinyosha Co Ltd
Current assignee: Kinyosha Co Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】本発明は、弾性層として低硬度のゴムを用いた場合でも、弾性層の破壊が起こりにくく、充分な弾性があり、良好な画質が得られ、かつ寿命の長いことを課題とする。
【解決手段】ロール状芯金又は円筒状フィルムの基材１上にシリコーンゴム層２を介してフッ素ゴム及びフッ素樹脂の塗料を塗布した後、加硫叉は焼成して形成した被覆層６を備えた定着部材であり、前記被覆層６は、前記シリコーンゴム層側より順に、フッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層３、官能基含有フッ素樹脂層４、及びフッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層５を重ねて形成された層であることを特徴とする定着部材。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを利用した複写機、プリンター等の機器の定着装置に使用される定着部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プロセスを利用した複写機、プリンター等の機器の定着装置に使用される定着部材として、ロール状芯金や円筒状フィルムの基材上にフッ素樹脂あるいはシリコーンゴムを被覆した定着ロールや定着ベルトの定着部材が実用化されている。
【０００３】
しかし、基材上にフッ素樹脂を被覆した定着部材では弾性に乏しいため、モノクローム画像では定着画像に不要の光沢が発生し、カラー画像ではトナーの溶融不足による発色不良等の画質上の問題があった。また、シリコーンゴムを被覆した定着部材では画質は良好になるけれども、定着部材用として実用化されているシリコーンゴムは物理的強度に劣り、定着部材の寿命が短いという欠点があった。
【０００４】
そこで、これらの欠点を解消すべく、ゴム層上にフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料による被覆層を設けたロール（特開昭５８−５７７０号公報）、あるいはゴム層上にフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料を塗布し、更にその表面にフッ素樹脂層を設けたロール（特開昭５９−２１７０１０号公報）の定着部材が提案されている。
【０００５】
特開昭５９−２１７０１０号では特開昭５８−５７７０号公報の問題点として、ロール使用時の耐久性を挙げており、その改良としてフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料による被覆層上にフッ素樹脂層を設けることで、耐久性の改善を図っている。即ち、ロール表面のフッ素樹脂層厚みを厚くすることで、使用時におけるフッ素樹脂の摩耗に対してロール表面にフッ素樹脂が保持されている期間が長くなりトナー離型性を長時間保てるため、ロールの耐久性が改善されている。
【０００６】
一方、最近の定着部材設計の傾向として、定着装置の小型化に伴う定着ロールの小径化が挙げられる。この場合、定着に必要な熱と圧力を得るためのニップ巾を確保するため、弾性層のゴムは硬度の低い方が望ましい。また、省エネルギー化を目的として、定着ロールの基材である芯金の厚みを薄くし、熱容量を小さくする傾向もある。この場合も低い圧力でニップ巾が得られるよう弾性層のゴムは硬度の低い方が望ましい。
【０００７】
また、カラー画像の増加に伴い定着部材としてロール、ベルトを問わず、表層にフッ素樹脂を用いても充分な弾性が得られるよう弾性層のゴムはますます硬度の低いものが望まれてきている。
【０００８】
特開昭５９−２１７０１０号では、フッ素樹脂層の形成方法として、ディスパージョン又は粉体の塗布、あるいはフッ素樹脂の熱収縮チューブの装着が挙げられている。
【０００９】
しかしながら、ディスパージョン又は粉体の塗布においてその厚みが数μｍ未満のように薄い特別な場合を除き、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料による被覆層を一旦焼成し、ディスパージョン叉は粉体を塗布後更に焼成するため、使用するフッ素樹脂の融点以上の高温で二度の焼成が必要である。そのため、弾性層として用いたゴムは二度の焼成により熱劣化を受け、特に元々の強度があまり高くない低硬度のシリコーンゴムを用いた場合は、更に熱劣化で強度が下がるため、弾性層の破壊が起こりやすく、ロールとしての耐久性が劣る。
【００１０】
ディスパージョン又は粉体の塗布においてその厚みが数μｍのように薄い場合は一度の焼成でも可能であるが、厚みが数μｍ未満であるため、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料による被覆層だけの場合に比べ、フッ素樹脂の厚み増加はわずかであり耐久性向上には限界があった。フッ素樹脂のチューブを装着する場合、その厚みが３０μｍ以下のような薄い場合、その取り扱いの点で困難さがあり、厚い場合はロールの表面が硬くなってしまうため、画質が悪くなる問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、弾性層として低硬度のゴムを用いた場合でも、弾性層の破壊が起こりにくく、充分な弾性があり、良好な画質が得られ、かつ寿命の長い新規な定着部材を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロール状芯金叉は円筒状フィルムの基材上にシリコーンゴム層を介してフッ素ゴム及びフッ素樹脂の塗料を塗布した後、加硫叉は焼成して形成した被覆層を備えた定着部材であり、前記被覆層は、前記シリコーンゴム層側より順に、フッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層、官能基含有フッ素樹脂層、及びフッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層を重ねて形成された層であることを特徴とする定着部材である。
【００１３】
本発明において、前記官能基含有フッ素樹脂層は、２００℃以下で乾燥又は／及び焼成して形成することが好ましく、特に常温で乾燥することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る定着部材について更に詳しく説明する。
本発明において、ロール状芯金又は円筒状フィルムの基材としては、定着ロール用として鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の芯金、あるいは定着ベルト用として円筒状ポリイミドフィルムや円筒状ステンレススチールのスリーブ等が挙げられる。これらの基材のうち芯金上にシリコーンゴム弾性層を形成するには、公知の方法が適用できる。定着ベルト用には例えばシリコーンゴム原料をトルエン等の溶剤で希釈し、スプレー塗装等で基材上にコートし、溶剤を乾燥させた後、加熱、加硫して形成することができる。
【００１５】
本発明において、シリコーンゴム層の硬さ（ＪＩＳ・Ｋ６２４９　タイプＡ　デュロメータ）は、充分な弾性を得るために、４０以下が好ましく、２０以下がより好ましい。前記シリコーンゴム層の外周には、フッ素ゴム及びフッ素樹脂の塗料を塗布、焼成して被覆層を形成するが、その被覆層を複数の層から構成する。そのうちシリコーンゴム層側より順に、フッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層、官能基含有フッ素樹脂層、フッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層を重ねて形成する。
【００１６】
シリコーンゴム層側のフッ素ゴム層、最外層のフッ素樹脂層の厚みは、夫々５〜５０μｍであることが好ましい。ここで、厚みが５μｍ未満の場合均一な層を形成することが難しいとともに各層の効果が発揮されにくい。また、厚みが５０μｍを超えると、定着部材の硬度が上がり、必要な弾性がえられなくなってしまう。
【００１７】
フッ素ゴム層と最外層のフッ素樹脂層間の官能基含有フッ素樹脂層は機能的には接着剤であるため、その厚みはあまり厚くする必要はなく、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。
【００１８】
シリコーンゴム層側のフッ素ゴム層はフッ素ゴムの塗料を塗布した後、その後の官能基含有フッ素樹脂塗料や、フッ素樹脂の塗料を塗布する前に予め加熱し、加硫フッ素ゴム層とすることが好ましいが、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の場合のようにフッ素樹脂の融点以上の高温で加熱する必要はない。
【００１９】
このシリコーンゴム層側のフッ素ゴム層は、その後の官能基含有フッ素樹脂塗料や、フッ素樹脂塗料の焼成時の熱や副生成物からシリコーンゴム層を保護する役割を果たしていると推定される。更に定着部材としての使用中もこのフッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層が補強層的な働きをし、フッ素樹脂層を割れにくくする。また、このフッ素ゴム層は、その後の官能基含有フッ素樹脂塗料やフッ素樹脂塗料の焼成時に、弾性層のシリコーンゴムからの揮発分が最外層のフッ素樹脂表面に出てきて、トナー離型性を妨げることを防止する効果がある。
【００２０】
前記官能基含有フッ素樹脂塗料としては、例えばヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基等の官能基を含有する塗料が挙げられ、国際公開公報「ＷＯ９８／５０２２９」中の製造例１や２に記載のものが挙げられる。
【００２１】
前記官能基含有フッ素樹脂塗料は、シリコーンゴム弾性層の熱劣化を防止するために２００℃以下で乾燥叉は／及び焼成することが好ましく、特に常温で乾燥することがより好ましい。ここで、常温で乾燥とは、特に加熱処理せずに自然の状態で乾燥することを言い、０〜４０℃の範囲で乾燥して官能基含有フッ素樹脂の層を形成する。
【００２２】
上記国際公開公報「ＷＯ９８／５０２２９」では、弾性層にシリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムを適用することが開示されているが、フッ素ゴムの場合、低硬度のゴムを得ることができず、本発明のように良好な画質を得るために充分な弾性が必要な場合は適さない。また、シリコーンゴムの場合、この官能基含有フッ素樹脂塗料のみでは定着部材として耐久性が不充分であり、さらにその表面にフッ素樹脂塗料を用いて重ねて形成しようとすると、その焼成時の熱により、シリコーンゴムが酸化劣化し、簡単に割れてしまい実用化できない。
【００２３】
本発明は、最外層であるフッ素樹脂層の焼成による弾性層のシリコーンゴムに対する悪影響をシリコーンゴム層側に形成するフッ素ゴム層で防止し、これらフッ素ゴム層とフッ素樹脂層間に比較的低温で適用できる官能基含有フッ素樹脂塗料を接着剤として用いた点で新規なものであり、上記国際公開公報「ＷＯ９８／５０２２９」とは別のものである。
【００２４】
本発明において、最外層として用いるフッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層のフッ素樹脂としては、定着部材用としてのトナー離型性や耐熱性の点から、ポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）及びテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＦＥＰ）のいずれか一つを主成分とすることが挙げられる。
【００２５】
また、フッ素ゴムとしては、例えばビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとプロピレンの共重合体等が挙げられ、このような共重合体の原料ゴムに加硫剤、加硫促進剤、補強剤、加工助剤等を適量添加して用いることは公知の通りである。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の各実施例及び比較例に係る定着部材について、その製造方法を併記して説明する。
（実施例１）
図１を参照する。
まず、外径３５ｍｍのアルミニウム製の芯金１に硬さ５（ＪＩＳ　Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ）のシリコーンゴム弾性層２を直径４０ｍｍに成型した。つづいて、そのシリコーンゴム弾性層２の外周に接着剤を介してフッ素樹脂を含まないフッ素ゴムのラテックス状の塗料（商品名：ダイエルＧＬ１５２、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥した後、１５０℃で加硫した。つづいて、２００℃の二次加硫を行なって、厚さ２５μｍのフッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層３を形成した。
【００２７】
次に、フッ素ゴム層３上に官能基としてヒドロキシル基を含有するＰＦＡ塗料を厚さ２μｍ塗布し、１５０℃で焼き付け、官能基含有フッ素樹脂層（以下、中間層と呼ぶ）４を形成した。つづいて、最外層としてフッ素ゴムを含まないフッ素樹脂塗料，即ちＰＦＡの塗料（商品名：テフロン５００ＣＬ、デュポン株式会社製）を塗布、乾燥して厚さ１０μｍのフッ素樹脂層とした後、３６０℃で１５分焼成して、フッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層（以下、フッ素樹脂最外層と呼ぶ）５を形成した。ここで、前記フッ素ゴム層３、中間層４及びフッ素樹脂最外層５を総称して被覆層６と呼ぶ。
【００２８】
このようにして製造した実施例１に係る定着ロール（定着部材）は、芯金１上にシリコーンゴム弾性層２を介して被覆層６を形成した定着部材であり、前記被覆層６は、シリコーンゴム弾性層２上に順次形成されたフッ素ゴム層３、中間層４及びフッ素樹脂最外層５から構成されている。こうした構成の定着ロールには、外観上異常は見られなかった。電子写真プロセスの定着装置を改造し、同じ構成のロール２本を組み込み、ロール表面温度１８０℃、圧力２００Ｎ、回転数４０ｒｐｍで回転試験を行なった。これらのロールは５００時間まで異常は見られなかった。
【００２９】
（実施例２）
図２を参照する。まず、
フッ素ゴム（商品名：ダイエルＧ５０１、ダイキン工業株式会社製）　　　１００重量部
酸化マグネシウム（商品名：キョーワマグ３０、協和化学工業株式会社製）　　１５重量部
カーボンブラック（商品名：サーマックスＭＴ、ヴァンデルビルト社製）　　２０重量部
加硫剤（商品名：Ｖ−３、ダイキン工業株式会社製）　　　　　　３重量部
を混合した後、メチル・エチル・ケトンで溶解し、固形分１５％のフッ素ゴム溶液を塗料として準備した。
【００３０】
次に、外径３５ｍｍのアルミニウム製の芯金１１に、硬さ１０（ＪＩＳ　Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ）のシリコーンゴム弾性層１２を直径４０ｍｍに成型した。つづいて、そのシリコーンゴム弾性層１２の外周に接着剤を介して先に準備したフッ素ゴム溶液の塗料を塗布、乾燥し、更に１５０℃で加硫した後、２００℃の二次加硫を行なって厚さ３０μｍのフッ素樹脂を含まない加硫フッ素ゴム層（フッ素ゴム層）１３を形成した。
【００３１】
次に、フッ素ゴム層１３上に、官能基としてヒドロキシル基を含有するＰＦＡ塗料を厚さ２μｍに塗布し、２３℃の実験室において常温で乾燥し、中間層１４を形成した。つづいて、中間層１４上に、最外層としてＰＦＡの粉体塗料（商品名：テフロンＭＰ−１０２、デュポン株式会社製）を塗布し、３６０℃で１５分間焼成して厚さ３０μｍのフッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層（フッ素樹脂最外層）１５を形成した。ここで、前記フッ素ゴム層１３、中間層１４及びフッ素樹脂最外層１５を総称して被覆層１６と呼ぶ。
【００３２】
実施例２に係る定着ロール（定着部材）は、芯金１１上にシリコーンゴム弾性層１２を介して被覆層１６を形成した定着部材であり、前記被覆層１６は、シリコーンゴム弾性層１２上に順次形成されたフッ素ゴム層１３、中間層１４及びフッ素樹脂最外層１５から構成されている。こうした構成の定着ロールには、外観上異常は見られなかった。また、実施例２で製作したロール２本を実施例１と同様に回転試験機に組み込み、ロール表面温度１８０℃、圧力２００Ｎ、回転数４０ｒｐｍで回転試験を行なった。これらのロールは６００時間まで異常は見られなかった。
【００３３】
（比較例１）
フッ素樹脂を含まないフッ素ゴムのラテックス状の塗料（商品名：ダイエルＧＬ１５２、ダイキン工業株式会社製）によるフッ素ゴム層を形成せず、ヒドロキシル基を含有するＰＦＡ塗料を厚さ２μｍに塗布、１５０℃で焼き付けてシリコーンゴムとフッ素樹脂の接着剤として使用したこと以外は、実施例１と同様にして定着ロールを製作した。
この定着ロールには外観上異常は見られなかったが、実施例１と同様の回転試験では５０時間でフッ素樹脂最外層に異常はなかったものの、シリコーンゴム弾性層に多数の亀裂が発生した。
【００３４】
（比較例２）
フッ素樹脂を含まないフッ素ゴムの塗料を用いず、また官能基含有ＰＦＡ塗料を用いず、代わりにフッ素ゴムとフッ素樹脂（ＰＦＡ）の混合物の塗料（商品名：ダイエルＧＬ２２３、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥後、３５０℃で焼成し厚み２５μｍのフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層を設けた以外は、実施例２と同様にして定着ロールを製作した。この定着ロールには外観上異常は見られなかったが、実施例１と同様の回転試験では２００時間でシリコーンゴム弾性層より破壊した。
【００３５】
下記表１は、上記各実施例１，２及び比較例１，２におけるシリコーンゴム弾性層のゴム硬さ、被覆層を形成する各層の材料，厚み、回転試験結果を示したものである。
【００３６】
【表１】

【００３７】
（実施例３）
上記実施例１，２は定着ロールの製作について説明したが、本実施例３は定着ベルトに適用した場合を示す。具体的には、次のようにして製作する。図３を参照する。
【００３８】
まず、外径４０ｍｍ、厚み５０μｍの円筒状ステンレススチールのスリーブ２１をシリコーンゴム用接着剤で処理した。つづいて、硬さ５（ＪＩＳ　Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ）の付加反応型液状シリコーンゴム原料をトルエン溶剤で希釈した。次に、これをスプレー塗装で前記スリーブ２１上にコートし、溶剤を乾燥させた後、加熱、加硫して厚み１５０μｍのシリコーンゴム弾性層２２を形成した。更に、実施例２と同様にして、順次、フッ素ゴム層２３、中間層２４、フッ素樹脂最外層２５を形成し、焼成して定着ベルト２７を製作した。なお、前記フッ素ゴム層２３、中間層２４及びフッ素樹脂最外層２５を総称して被覆層２６と呼ぶ。
【００３９】
実施例３に係る定着ベルト２７は、スリーブ２１上にシリコーンゴム弾性層２２を介して被覆層２６を形成した定着部材であり、前記被覆層２６は、シリコーンゴム弾性層２２上に順次形成されたフッ素ゴム層２３、中間層２４及びフッ素樹脂最外層２５から構成されている。こうした構成の定着ベルトについても上記実施例１，２と同様な効果が得られることは、当業者にとって明らかであろう。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、弾性層として低硬度のゴムを用いた場合でも、弾性層の破壊が起こりにくく、充分な弾性があり、良好な画質が得られ、かつ寿命の長い新規な定着ロールや定着ベルトのような定着部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１にかかる定着ロールの断面図。
【図２】本発明の実施例２に係る定着ロールの断面図。
【図３】本発明の実施例３に係る定着ベルトの断面図。
【符号の説明】
１，１１…芯金、
２，１２，２２…シリコーンゴム弾性層、
３，１３，２３…フッ素ゴム層、
４，１４，２４…中間層、
５，１５，２５…フッ素樹脂最外層、
６，１６，２６…被覆層、
２１…スリーブ、
２７…定着ベルト。

Claims

ロール状芯金又は円筒状フィルムの基材上にシリコーンゴム層を介してフッ素ゴム及びフッ素樹脂の塗料を塗布した後、加硫叉は焼成して形成した被覆層を備えた定着部材であり、
前記被覆層は、前記シリコーンゴム層側より順に、フッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層、官能基含有フッ素樹脂層、及びフッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層を重ねて形成された層であることを特徴とする定着部材。
前記官能基含有フッ素樹脂層は、２００℃以下で乾燥又は／及び焼成して形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着部材。
前記官能基含有フッ素樹脂層は、常温で乾燥して形成された層であることを特徴とする請求項１記載の定着部材。
フッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層のフッ素樹脂は、ポリテトラフロオロエチレン、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及びテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体のいずれか一つを主成分とする請求項１乃至３いずれか記載の定着部材。