(57)【要約】【課題】高性能定着用途に使用される低オイル又はオイルレス機械のための、新規なトップコート材料を提供する。【解決手段】基材と、その上に、表面を有する外層ポリマーマトリックスとを含む自己剥離性定着器部材であって、外層ポリマーマトリックスがフルオロポリマー材料及びフッ化炭素鎖を含み、フッ化炭素鎖がフルオロポリマー材料に結合している、定着器部材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、その上に、表面を有する外層ポリマーマトリックスとを含む自己剥離性定着器部材であって、前記外層ポリマーマトリックスがフルオロポリマー材料及びフッ化炭素鎖を含み、前記フッ化炭素鎖が前記フルオロポリマー材料に結合している、定着器部材。
【請求項２】
基材と、その上に、互いに結合した下記構造を有するフルオロポリマー及びフッ化炭素鎖を含む、外層ポリマーマトリックスとを含む自己剥離性定着器部材であって、
【化１】
2010122680.tif 000013
上記式中、Ｘは、フッ素及び水素から成る群から選択され、Ｒ’は、約１から約２０個の炭素を有する脂肪族鎖であり、ｎは約１から約１０の数である、
定着器部材。
【請求項３】
記録媒体に画像を形成するためのオイルレス画像形成装置であって、静電潜像を受容するための電荷保持表面と、トナーを前記電荷保持表面に適用し、静電潜像を現像して前記電荷保持面に現像画像を形成するための現像構成部品と、前記現像画像を前記電荷保持面からコピー基材に転写するための転写構成部品と、前記現像画像をコピー基材に定着するための自己剥離性定着器部材とを含み、前記自己剥離性定着器部材は、基材と、その上に、表面を有する外層ポリマーマトリックスとを含み、前記外層ポリマーマトリックスは、フルオロポリマー材料とフッ化炭素鎖とを含み、前記フッ化炭素鎖は、前記フルオロポリマー材料に結合している、オイルレス画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
開示される実施態様は、一般に、静電写真式装置に有用な定着器部材に関する。実施態様において、定着器部材の外層はポリマーマトリックスを含み、このマトリックスは、フルオロポリマーと、このフルオロポリマーを下層として結合したフッ化炭素鎖とを有する。実施態様において、このフルオロポリマー層は、シロキサン硬化系により硬化されるフルオロエラストマーを含む。また、実施態様においては、ポリマーマトリックス層は、シロキサン終端されたフッ化炭素鎖を含み、このシロキサン終端されたフッ化炭素鎖は、シロキサン官能基を介してフルオロエラストマー又はフルオロポリマー層内に結合している。この外側層は、ローラ又はベルト用途に使用できる。この外層を製造するためのプロセスもまた本明細書に記載される。実施態様では、この外層は自己剥離性であり、定着オイルの必要性を低減し又は不要にする。
【０００２】
典型的な静電写真式印刷装置において、コピーされるべき元の光像は感光性部材上に静電潜像の形態で記録され、この潜像が続いて、一般にトナーと呼ばれる検電性熱可塑性樹脂粒子の適用により可視化される。このとき、可視化されたトナー像は不安定な粉末形態であり、簡単に乱れるか又は壊れてしまう。トナー像は通常、感光性部材自体であってもよい支持体又は普通紙のような支持体シート上に固定又は定着される。
【０００３】
トナー像を支持体部材上に固定するために熱エネルギーを使用することは周知である。検電性トナー材料を熱により永続的に支持体表面に定着させるためには、トナー材料の温度を、そのトナー材料の構成成分が融着し、粘着性になる温度にまで上昇させる必要がある。この加熱により、トナーが程度流動して支持体部材の繊維又は孔の中にある程度流れ込むようになる。その後、トナー材料が冷めるにつれて、トナー材料の固化により、トナー材料は支持体と堅く結合するようになる。
【０００４】
典型的には、熱可塑性樹脂粒子は、トナーに使用される特定の樹脂の軟化範囲に応じて約９０℃から約１６０℃又はそれ以上の温度に加熱することによって基材に定着される。しかし、基材の温度を約２００℃より実質的に高い温度に上げるのは望ましくないが、それは、基材は特に紙の場合には、そのような高温で変色する傾向があるためである。
【０００５】
先行技術には検電性トナー像を熱定着するためのいくつかの手法が記載されている。これらの方法は、圧力接触状態を維持したロール対、ロールと圧力接触したベルト部材などの種々の手段によって熱と圧力とを実質的に同時に適用することを含む。熱は、ロール、プレート部材又はベルト部材の１つ又は両方を加熱することによって適用することができる。トナー粒子の定着は、熱、圧力及び接触時間が適切に組み合わされた場合に生じる。トナー粒子の定着をもたらすためにこれらのパラメータのバランスをとることは当該技術分野において周知であり、それらは特定の機械又はプロセス条件に合うように調節することができる。
【０００６】
熱を適用してトナー粒子を支持体へ熱定着させる定着システムの動作中、トナー像及び支持体の両方が、ロール対間、又はプレート若しくはベルト部材間に形成されるニップに通される。ニップ内で同時に行われる熱伝導及び圧力適用が、支持体上へのトナー像の定着に作用する。定着プロセスでは、通常動作中に支持体から定着器部材へのトナー粒子のオフセットが起こらないことが重要である。定着器部材上にオフセットしたトナー粒子は、引き続き機械の他の部分に、又は次のコピーサイクルにおいて支持体上に転写されることがあるので、バックグラウンドを増大させ、又はそこにコピーされる題材に干渉する。いわゆる「ホットオフセット」は、トナー粒子が液状化する点までトナー温度が上昇し、定着動作中に溶融トナーの分裂が起こり、一部が定着器部材上に残ったときに生じる。ホットオフセット温度又はホットオフセット温度に対する劣化は、定着ロールの剥離特性の指標であり、従って必要な剥離を与えるように表面エネルギーが低い定着面を提供することが望ましい。定着ロールの良好な剥離特性を保証し、維持するために、定着動作中に定着ロールに剥離剤を塗布するのが通例になっている。通常、これらの材料は、例えばシリコーンオイルの薄膜として塗布され、トナーのオフセットを防止する。
【０００７】
最も初期の優れた定着システムの１つではシリコーンエラストマー定着面を使用することを必要とし、そのようなものとしてシリコーンエラストマー・ドナーロールから定着ロールに送給することができるシリコーンオイル剥離剤を伴ったロールがある。このようなシステムにおいて使用されるシリコーンエラストマー及びシリコーンオイル剥離剤は、多数の特許に記載されている。
【０００８】
これらのシステムは、表面エネルギーが非常に低い定着面を提供して優れた剥離特性を与え、トナーが定着動作中に定着ロールから完全に剥離することを確実にするという点では非常に成功を収めているが、定着環境において時間の経過とともに物理的特性が顕著に悪化する。特に、シリコーンオイル剥離剤は、シリコーンエラストマー定着器部材の表面に浸透する傾向があるので、エラストマー本体の膨潤が生じ、基材からエラストマーが剥がれたり、エラストマーが軟化して、その靭性が減少し、ちぎれたり崩れたりして、機械を汚し、剥離剤の均一な送給がなされないといった重大な機械的障害が生じることになる。さらに、特に高温での定着ロールの酸化架橋の結果として、シリコーンエラストマーの物理的特性のさらなる悪化が生じる。
【０００９】
定着及び固定ロール又はベルトは、好適な基材に１つ又はそれ以上の層を適用することによって調製することができる。例えば円筒状の定着及び固定ロールは、アルミニウムシリンダにエラストマー又はフルオロエラストマーを適用することによって調製することができる。コーティングされたロールは、エラストマーを硬化するために加熱される。
【００１０】
定着トップコートは、典型的には、低表面エネルギーのフルオロポリマー、例えばパーフルオロアルコキシ若しくはその他のＴＥＦＬＯＮ（登録商標）様フルオロポリマー、又はフルオロエラストマー、例えばＤｕＰｏｎｔ製の商標名ＶＩＴＯＮ（登録商標）エラストマーから製造される。これらの材料は、耐熱性及び耐摩耗性、順応性及び定着ニップにおける改善された剥離性を提供することが期待される。ＤｕＰｏｎｔ製のＶＩＴＯＮ（登録商標）材料のような既存の定着材料に関する現在の問題は、トナー及びその他の混入物質の剥離のためにＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）系定着オイルを必要とすることである。定着オイルは、結合、積層又は表面接着を必要とするその他のプロセスのような印刷材料の最終用途において問題を生じる。高性能定着用途に使用される低オイル又はオイルレス機械（剥離剤又は定着オイルを必要としない機械）のための、新規なトップコート材料が必要とされている。
【００１１】
フルオロポリマー材料及び化学的に付加された半フッ素化又はフッ素化炭素鎖を含むトップコートポリマーマトリックスは、定着面に高いフッ素化度を付与し、実施態様においては、少ない量の定着オイルの使用で、又は定着オイルの必要なしに、剥離を容易にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５，９４５，２２３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施態様は、基材と、その上に、表面を有する外層ポリマーマトリックスとを含む自己剥離性定着器部材を含み、その外層ポリマーマトリックスは、フルオロポリマー材料及びフッ化炭素鎖を含み、フッ化炭素鎖はフルオロポリマー材料に結合している。
【００１４】
実施態様はまた、基材と、その上に、互いに結合した下記構造を有するフルオロポリマー及びフッ化炭素鎖を含む、外層ポリマーマトリックスとを含む自己剥離性定着器部材を含み、
【００１５】
【化１】
2010122680.tif 000002
式中、Ｘは、フッ素及び水素から成る群から選択され、Ｒ’は、約１から約２０個の炭素を有する脂肪族鎖であり、ｎは約１から約１０の数である。
【００１６】
さらに、実施態様は、記録媒体上に画像を形成するためのオイルレス画像形成装置を含み、この装置は、その上に静電潜像を受容するための電荷保持面と、電荷保持面にトナーを適用し、静電潜像を現像して電荷保持面に現像画像を形成するための現像構成部品と、現像画像を電荷保持面からコピー基材に転写するための転写構成部品と、現像画像をコピー基材に定着するための自己剥離性定着器部材を含み、自己剥離性定着器部材は、基材と、その上に、表面を有する外層ポリマーマトリックスとを含み、この外層ポリマーマトリックスは、フルオロポリマー材料とフッ化炭素鎖とを含み、フッ化炭素鎖はフルオロポリマー材料に結合している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一般的な静電写真式装置の図である。
【図２】本明細書に開示される１つの実施態様による定着アセンブリの断面図である。
【図３】３層構成を有する定着ローラの断面図である。
【図４】フルオロポリマー材料３０を含むポリマーマトリックス外層２の側面図であり、フッ化炭素鎖２９はポリマーマトリックス外層２の中で配向している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書の実施態様は、一部又は全てがフルオロポリマー材料に化学的に結合しているフッ化炭素鎖を含むフルオロポリマー材料を含有するフッ素化ポリマーマトリックス層を含む、定着器部材コーティングについて記載する。フッ化炭素鎖は、半フッ素化又は完全フッ素化されている。外層ポリマーマトリックス内のフッ化炭素鎖は、反応性官能基によってフルオロポリマー材料に結合している。実施態様において、フッ化炭素鎖は、シロキサン終端されており、さらなるシロキサン官能基との反応により、フルオロポリマーマトリックス内で反応する。実施態様において、この組成物は、高いフッ素化度を定着面に付与し、それによって最少量の定着オイルで又は定着オイルを使用することなく剥離を促進する。これにより、印刷された基材上への定着オイルの転写が低減又は排除される。印刷基材に転写された定着オイルは、積層又は製本といった表面に対する接着を必要とする後続の用途に関して望ましくない問題を生じさせる。本明細書に記載される外層を有する定着器部材を含む機械の製造コストに関しても、オイルレス機械の場合には定着オイル溜め及び構成部品を必要としないので削減される。
【００１９】
図１を参照すると、典型的な静電写真式複写装置において、コピーされるべき元の光像が感光性部材上に静電潜像の形態で記録され、この潜像が続いて、一般にトナーと呼ばれる検電性熱可塑性樹脂粒子の適用により、可視化される。具体的には、感光体１０の表面が、電源１１から電圧が供給された帯電器１２により帯電される。感光体は次に、レーザ及び発光ダイオードのような光学系又は画像入力装置１３からの光により画像に合わせて露光されて、その上に静電潜像を形成する。一般に、静電潜像は、現像ステーション１４からの現像剤混合物を接触させることにより現像される。現像は、磁気ブラシ、パウダークラウド、又はその他の既知の現像プロセスを用いることにより行うことができる。乾式現像剤混合物は、通常、摩擦電気的に付着しているトナー粒子を有するキャリア粒を含む。トナー粒子はキャリア粒から潜像に引きつけられて、その上にトナー粉末画像を形成する。或いは、トナー粒子が中に分散した液体キャリアを含む液体現像剤材料を用いることもできる。液体現像剤材料は静電潜像と接触するように前方に送られ、潜像の上にトナー粒子を画像の形状で堆積させる。
【００２０】
トナー粒子は、画像形状で光導電性表面上に堆積された後、圧力転写又は静電転写とすることができる転写手段１５によりコピーシート１６に転写される。或いは、現像された画像を中間転写部材に転写して、その後にコピーシートに転写することができる。
【００２１】
現像された画像の転写が完了した後、コピーシート１６は、図１においては定着ロール及び圧力ロールとして示される定着ステーション１９に進み、ここで現像された画像は、コピーシート１６を定着器部材５と圧力部材６との間に通すことによりコピーシート１６に定着されて、これにより永続的な画像が形成されるようになる。感光体１０は、転写に続いて、クリーニングステーション１７に進み、ここで感光体１０上に残されたトナーが、ブレード（図１に示されるような）、ブラシ又はその他のクリーニング装置を用いることによりそこから清掃される。
【００２２】
図２において、定着ローラ５は、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、鋼、ニッケル、銅などといったいずれかの好適な金属から製造された中空シリンダ又はコアとすることができ、その中空部分内に配設され、シリンダと同じ長さに延びる好適な加熱要素８を有する。
【００２３】
バックアップ又は圧力ロール６は、定着ロール５と協働してニップ又は接触弧（contact arc）９を形成し、コピー紙又はその他の基材１６はそこを通過し、その上のトナー像２１が定着ロール５の表面２と接触する。図２に示されるように、バックアップロール６は、表面又は層１８を有する剛性の鋼コア７を有する。
【００２４】
定着構成部品は、少なくとも３つの異なる構成で構成することができる。１つの実施態様において、定着構成部品は、図２に示されるように、２層構成を有する。加熱要素８を有する定着器部材５は、基材４を含む。基材４の上に外層２が配置される。
【００２５】
図３は、３層構成を示し、ここで定着ローラ５は内部に加熱部材８を有し、その上に基材４を有し、基材４上に配置された中間層２６及び中間層２６の上に配置された外層２を有する。図３は、任意の充填剤３及び２８を示し、これらは同じであってもよく又は異なっていてもよく、任意に中間層２６に分散されてもよく、及び／又は任意に外層２に分散されてもよい。各層内には充填剤が全く存在しなくてもよく、１つ又は１つより多い種類の充填剤が提供されてもよい。
【００２６】
図４は、分散し、フルオロポリマー材料３０に化学的に結合したフッ化炭素鎖２９を中に有するトップコート又は外層ポリマーマトリックス２を上に有する中間層４の略側面図である。外層定着面１は、ａ）定着外層コートの上部において定着面１に向かって配向する、ｂ）定着面１の上部の外側に配向する、及びｃ）フルオロポリマー材料３０内で配向する、フッ化炭素鎖２９を含む。
【００２７】
実施態様において、定着器部材は、自己剥離性又は部分的に自己剥離性であり、剥離剤をほとんど又は全く必要としない。剥離剤が必要でない場合には、剥離剤溜め及び剥離剤ドナー部材も用いられることはない。フッ化炭素鎖は、フルオロポリマー材料に化学的に結合しており、ポリマーマトリックス層の表面に向かって配向するので、定着層の外側は主としてフッ素化炭素鎖で構成される。フッ素化炭素鎖は、定着面に高いフッ素化度を付与し、定着オイル又は剥離剤を必要とすることなく剥離性を促進する。定着剥離オイルを使用することなく、表面が、定着面と接触しているトナー、トナー添加剤及びその他の混入物質の剥離を促進する場合には、トップコートはそれ自体として「自己剥離性」である。定着剥離オイルは、通常、ポリジメチルシロキサン又はポリジメチルシロキサン誘導体を含む。実施態様はまた、部分的に自己剥離性であり、定着面において必要とされる性能仕様に適合するように最少量の定着オイルを必要とする定着器部材を含む。実施態様において、フッ化炭素鎖の反応性官能基はまた、互いの結合により自己架橋する。
【００２８】
外側剥離層を形成するフッ素化炭素鎖は、完全フッ素化又は半フッ素化されることができる。完全フッ素化鎖は、１つ又はそれ以上の付加された反応性官能基を除いて全体がフッ素化された炭素鎖である。フッ素化炭素鎖は、１つ又はそれ以上の反応性官能基を介してフルオロポリマー材料のポリマー鎖と直接結合するか、又は反応性末端官能基とリンカー基との反応により間接的に結合する。反応性官能基は、実施態様において、シロキシ官能基とすることができ、これはフルオロエラストマー材料内に架橋された対応するシロキシ官能基に結合する。フッ化炭素鎖の表面エネルギーが低いことは、高度にフッ素化された面を形成する外側定着層面をもたらす。定着面における高いフッ素化度は、自己剥離性のために望ましく、それは、高いフッ素化度を有する（Ｆ／Ｃ比は２に近い）ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）（ＰＦＡ）又はその他のＴＥＦＬＯＮ（登録商標）様フルオロポリマーのような材料を含有するフルオロポリマー外層において観察される。説明される新規な材料系は、定着のために望ましい機械的特性を与える商品名ＶＩＴＯＮ（登録商標）として販売されているもののようなフルオロエラストマーを組み入れることを含み、外層としてＴＥＦＬＯＮ（登録商標）（ＰＦＡ）のような既知のフルオロポリマーを用いた場合の処理及び堅牢性に関する問題を解消する。
【００２９】
実施態様において、フッ化炭素鎖は、存在する反応性官能基を除いて、鎖全体に沿ってフッ素化されるか、又は鎖に沿って部分的にフッ素化される。したがって、フッ化炭素鎖は、完全フッ素化（鎖全体に沿ってフッ素化）されているか、又は半フッ素化（鎖の一部に沿ってフッ素化される）されているかのいずれかである。フッ化炭素鎖は、フルオロエラストマーコーティングと直接反応する官能基、又は架橋剤のようなフルオロエラストマー材料に連結するセグメントを介して間接的に反応する官能基で終端される。フッ化炭素鎖に付加される反応性官能基の例としては、シロキシ、アミノ、ヒドロキシル、フェニルヒドロキシ、アルコキシ又は酸性基が挙げられる。この場合、こうした反応性官能基により形成される連結官能基は、シロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）、アミン（−ＮＨ−）、エーテル（Ｃ−Ｏ−Ｃ）、又はエステル（−ＣＯＯ−）を含み、より具体的には、反応性官能基は
【００３０】
【化２】
2010122680.tif 000003
【００３１】
から成る群から選択され、式中、Ｒ及びＲ’は、脂肪族鎖であり、同一又は異なり、約１から約２０個の炭素、又は約１から約６個の炭素を有する。実施態様において、Ｒ及びＲ’は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル又はイソブチルから成る群から選択される。
【００３２】
実施態様において、外層は、フルオロポリマーに結合した反応性フッ化炭素鎖を含むポリマーマトリックスを含む。フッ化炭素とフルオロポリマーとの間の結合は、下記一般式Ｉによって説明することができ、
Ａ−（Ｃ）r−Ｑ−Ｂ    （Ｉ）
式中、Ａはフルオロポリマーであり、Ｃは架橋剤であり、ＱはＢに付加された反応性官能基であり、Ｂはフッ化炭素鎖を含み、ｒは０又は１である。
【００３３】
完全フッ素化されたフッ化炭素鎖Ｂの例には、反応性官能基Ｑに付加されたいずれかの脂肪族又は芳香族フッ化炭素が含まれ、例としては、下記式ＩＩ又は式ＩＩＩを有するフッ化炭素鎖を含み、
ＣＦ3（ＣＦ2）n−Ｑ    （ＩＩ）
【化３】
2010122680.tif 000004
【００３４】
式中、ｎはフッ素化脂肪族繰り返し単位の数を表し、約０若しくは１から約４０まで、又は約０若しくは１から約２０まで、又は約０若しくは１から約１０までの数であり、ｍは、フッ素化芳香族繰り返し単位の数を表し、約０若しくは１から約２０まで、又は約０若しくは１から約１０まで、或いは約０又は１から約５までの数であり、Ｑは反応性官能基を表す。
【００３５】
半フッ素化フッ化炭素鎖Ｂの例には、反応性官能基Ｑに付加された部分的にフッ素化された脂肪族又は芳香族炭素が含まれ、例としては下記式ＩＶ又は式Ｖを有する半フッ素化鎖を含み
ＣＦ3（ＣＦ2）n−（ＣＨ2）pＱ    （ＩＶ）
【００３６】
【化４】
2010122680.tif 000005
（Ｖ）
【００３７】
式中、ｎはフッ素化脂肪族繰り返し単位の数を表し、約０若しくは１から約４０まで、又は約０若しくは１から約２０まで、又は約０若しくは１から約１０までの数であり、ｍは、フッ素化芳香族繰り返し単位の数を表し、約０若しくは１から約２０まで、又は約０若しくは１から約１０まで、又は約０若しくは１から約５までの数であり、ｐは、炭化水素繰り返し単位の数を表し、約１から約１０まで、又は約２から約５までの数であり、Ｑは反応性官能基を表す。
【００３８】
脂肪族の完全フッ素化又は半フッ素化フッ化炭素鎖の例としては、二重結合又は三重結合のような不飽和結合を含むもの、又は鎖のフッ素化部分若しくは非フッ素化部分に沿って分枝鎖を含むものが挙げられる。
【００３９】
実施態様において、フッ化炭素鎖は、上記式Ｉの反応性官能基Ｑを有する。実施態様において、フッ化炭素鎖は、フッ化炭素含有セグメント及び反応性官能基を含み、そこで、フッ化炭素含有セグメントは、１つ又はそれ以上の反応性官能基に付加する。好適な反応性官能基の例には、アミノ官能基及びシロキシ官能基が含まれる。反応性官能基の具体例としては、下記式ＶＩ、ＶＩＩ及び式ＶＩＩＩを有するものが挙げられ
Ｈ2Ｎ−ＣＨ2−ＣＨ2−  （ＶＩ）
【００４０】
【化５】
2010122680.tif 000006
（ＶＩＩ）
2010122680.tif 000007
（ＶＩＩＩ）
【００４１】
式中、Ｒ及びＲ’は脂肪族鎖であり、同一又は異なり、約１から約２０個の炭素を有し、又は約１から約６個の炭素を有する。実施態様において、Ｒ及びＲ’は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、又はイソブチルから成る群から選択される。
実施態様において、フッ化炭素鎖は半フッ素化され、下記式ＩＸにあるように反応性シロキシ官能基を有し、
【００４２】
【化６】
2010122680.tif 000008
（ＩＸ）
【００４３】
式中、ｎは、約０若しくは１から約４０まで、又は約０若しくは１から約２０まで、又は約０若しくは１から約１０までの数であり、Ｒは、約１から約２０個の炭素、又は約１から約６個の炭素を有する脂肪族鎖である。実施態様において、Ｒは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、又はイソブチルから成る群から選択される。
【００４４】
実施態様において、上記式Ｉにおけるフッ化炭素鎖Ｂは、反応性官能基Ｑを介して直接ポリマーマトリックス内のフッ化炭素鎖と結合する。フルオロポリマー又はフルオロエラストマーと直接結合する反応性官能基Ｑの例は、式ＶＩにおけるようなアミノ官能基である。
【００４５】
実施態様において、上記式Ｉにおけるフッ化炭素鎖Ｂは、官能基Ｑと架橋剤Ｃとの反応により、ポリマーマトリックス内のフルオロポリマー鎖に結合する。好適な架橋剤Ｃは、フルオロポリマー鎖とフッ化炭素鎖に付加された官能性末端基Ｑとの両方に結合することができる二官能性架橋剤である。好適な架橋剤の例としては、シロキサン架橋剤、例えばビスフェノールＡ（ＢＰＡ）シロキサン架橋剤、及びアミノシロキサン架橋剤、例えばＡＯ７００（Ｇｅｌｅｓｔ製のアミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン架橋剤）が挙げられる。ＢＰＡシロキサン架橋剤の例としては、下記式Ｘを有するものが挙げられ、アミノシロキサン架橋剤の例としては、下記式ＸＩを有するものが挙げられ、
【００４６】
【化７】
2010122680.tif 000009
（Ｘ）
2010122680.tif 000010
（ＸＩ）
【００４７】
式中、Ｘは水素又はフッ素であり、Ｒ及びＲ’は脂肪族鎖であり、同一又は異なり、約１から約２０個の炭素、又は約１から約６個の炭素を有し、ｎは、約１から約１０まで、又は約１から約５まで、又は約３から約４までの数である。実施態様において、Ｒ及びＲ’は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、又はイソブチルから成る群から選択される。
【００４８】
シロキサン含有架橋剤は、フルオロポリマーと反応するビスフェノール−Ａ又はアミンのような官能基を介してフルオロポリマー層材料内にグラフトされることができる。シロキシ官能基で修飾されたフッ化炭素鎖は、縮合によってシロキサン含有架橋剤と結合してシロキサン−シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を生成することができ、フッ化炭素鎖をフルオロポリマーマトリックス材料に化学的に結合させることができる。ポリマーマトリックス内で、シロキサン−シロキサン結合は、フルオロポリマー鎖間、フルオロポリマーとフッ化炭素鎖との間、及び任意にフッ化炭素鎖間に形成される。
【００４９】
実施態様において、フルオロポリマーとフッ化炭素鎖との架橋及び硬化は、同時に行うこともでき、又は段階的に行うこともできる。ＢＰＡ−シロキサン架橋剤をフルオロポリマー層に導入し、シロキシフッ化炭素鎖を付加させる提案例を以下に図示する。シロキシフッ化炭素鎖と組合せて、堆積させて複合層を形成する前に、ＢＰＡ−シロキサンをフルオロポリマー（例えばフルオロエラストマー）鎖にグラフトする。その後シロキサン−シロキサン結合が、縮合、架橋、及び硬化によって形成され、その結果として、硬化した複合コーティングが得られる。
シロキサン官能化フルオロポリマー
【００５０】
【化８】
2010122680.tif 000011
シロキサン結合を介してフルオロポリマーと結合するフルオロアルキル鎖
【００５１】
【化９】
2010122680.tif 000012
【００５２】
上記の式中、Ｘはフッ素又は水素であり、Ｒ及びＲ’は脂肪族鎖であり、同一でも又は異なっていてもよく、約１から約２０個の炭素、又は約１から約６個の炭素を有する。実施態様において、Ｒ及びＲ’は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、又はイソブチルから成る群から選択され、ｎは約１から約１０まで、又は約１から約５まで、又は約３から約４までの数である。
【００５３】
好適なフッ素化ポリマー層材料（式ＩにおけるＡ）の例としては、１）フッ化ビニリデン及びヘキサフルオロプロピレンのコポリマー（ＶＩＴＯＮ（登録商標）Ａとして商業的に既知）又はフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン及びテトラフルオロエチレンのうち２つのコポリマー、２）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンのターポリマー（ＶＩＴＯＮ（登録商標）Ｂとして商業的に既知）、及び３）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレン、及び架橋点（cure site）モノマーのテトラポリマー（ＶＩＴＯＮ（登録商標）ＧＨ及びＶＩＴＯＮ（登録商標）ＧＦとして商業的に既知）のような、フルオロポリマー及びフルオロエラストマーが挙げられる。市販のフルオロエラストマーの例としては、ＶＩＴＯＮ（登録商標）Ａ、ＶＩＴＯＮ（登録商標）Ｂ、ＶＩＴＯＮ（登録商標）Ｅ、ＶＩＴＯＮ（登録商標）Ｅ６０Ｃ、ＶＩＴＯＮ（登録商標）Ｅ４３０、ＶＩＴＯＮ（登録商標）９１０、ＶＩＴＯＮ（登録商標）ＧＨ、ＶＩＴＯＮ（登録商標）ＧＦ、及びＶＩＴＯＮ（登録商標）ＥＴＰなどの種々の名称で販売されているものが挙げられる。ＶＩＴＯＮ（登録商標）の名称は、Ｅ．Ｉ． ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ．の商標である。架橋点モノマーは、４−ブロモパーフルオロブテン−１，１，１−ジヒドロ−４−ブロモパーフルオロブテン−１、３−ブロモパーフルオロプロペン−１，１，１−ジヒドロ−３−ブロモパーフルオロプロペン−１、又はその他の好適な既知の架橋点モノマーのいずれかとすることができる。列挙したものは、ＤｕＰｏｎｔから市販されている。フルオロエラストマーＶＩＴＯＮ  ＧＨ（登録商標）及びＶＩＴＯＮ  ＧＦ（登録商標）は、相対的にフッ化ビニリデンの量が少ない。ＶＩＴＯＮ  ＧＦ（登録商標）及びＶＩＴＯＮ  ＧＨ（登録商標）は、約３５重量％のフッ化ビニリデン、約３４重量％のヘキサフルオロプロピレン、及び約２９重量％のテトラフルオロエチレンと、約２重量％の架橋点モノマーとを有する。
【００５４】
他の市販のフルオロポリマーとしては、ＦＬＵＯＲＥＬ  ２１７０（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ  ２１７４（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ  ２１７６（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ  ２１７７（登録商標）、及びＦＬＵＯＲＥＬ  ＬＶＳ  ７６（登録商標）が挙げられ、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）は、３Ｍ  Ｃｏｍｏｐａｎｙの商標である。さらなる市販材料としては、両方とも３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、ポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン）であるＡＦＬＡＳ（商標）及びポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレンフッ化ビニリデン）であるＦＬＵＯＲＥＬ  ＩＩ（登録商標）（ＬＩＩ９００）、並びに、Ｍｏｎｔｅｄｉｓｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、ＦＯＲ−６０ＫＩＲ（登録商標）、ＦＯＲ−ＬＨＦ（登録商標）、ＮＭ（登録商標）ＦＯＲ−ＴＨＦ（登録商標）、ＦＯＲ−ＴＦＳ（登録商標）、ＴＨ（登録商標）、及びＴＮ５０５（登録商標）として識別されるＴｅｃｎｏｆｌｏｎが挙げられる。
【００５５】
他のフルオロポリマーの例としては、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン樹脂、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、及びその他のＴＥＦＬＯＮ（登録商標）様材料及びそれらのポリマーのような、フルオロプラスチック又はフルオロポリマーが挙げられる。
【００５６】
外層溶液におけるフルオロエラストマーの溶液の量は、全固形物に対する重量パーセントで、全固形物の約１０から約２５重量％、又は約１６から約２２重量％である。本明細書で使用される全固形物には、ポリマー、脱フッ化水素剤（存在する場合）、及び任意に補助剤、添加剤、及び充填剤が含まれる。外層を形成するための溶液中のフッ化炭素鎖の量は、約３ｐｐｈから約５０ｐｐｈ（溶液中に存在するフルオロポリマーの重量と比較して百部あたりの部）又は約１０ｐｐｈから約３０ｐｐｈである。
本明細書の定着器部材の複合ポリマー表面外層の厚さは、約１０から約１００マイクロメートル、又は約１５から約３５マイクロメートルである。
【００５７】
任意に中間接着層及び／又は中間ポリマー層又はエラストマー層を本発明の所望の特性及び性能目的を達成するために適用することができる。中間層は、基材と外側ポリマー層との間に存在することができる。好適な中間層の例としては、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンゴム、高温加硫（ＨＴＶ）シリコーンゴム、及び低温加硫（ＬＴＶ）シリコーンゴムのようなシリコーンゴムが挙げられる。これらのゴムは既知のものであり、両方ともＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ製のＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３５ブラックＲＴＶ及びＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３２ＲＴＶ、及び両方ともＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ製の１０６ＲＴＶシリコーンゴム及び９０ＲＴＶシリコーンゴムのように、容易に商業的に入手可能である。他の好適なシリコーン材料としては、シロキサン（例えばポリジメチルシロキサン）、フルオロシリコーン、例えばヴァージニア州リッチモンドのＳａｍｐｓｏｎ  Ｃｏａｔｉｎｇｓから入手可能なＳｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ５５２、液体シリコーンゴム、例えばビニル架橋熱硬化性ゴム又はシラノール室温架橋材料などが挙げられる。別の具体例は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｓｙｌｇａｒｄ１８２である。接着性中間層は、例えばエポキシ樹脂及びポリシロキサンから選択することができる。
【００５８】
基材と中間層との間に接着層を設けることができる。中間層と外層との間にも接着層が存在してもよい。中間層がない場合には、ポリマー外層は接着層を介して基材に接合することができる。
中間層の厚さは、約０．５から約２０ｍｍ、又は約１から約５ｍｍである。
【００５９】
その他の充填剤が外側定着層内に存在してもよく、及び／又は中間層に含まれてもよい。充填剤としては、金属及び合金、金属酸化物、ポリマー充填剤、炭素充填剤など、及びこれらの混合物が挙げられる。金属酸化物の例としては、酸化銅、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジンウム、酸化インジウムスズなど、及びこれらの混合物が挙げられる。ポリマー充填剤の例としては、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン（polyphenelene）、ポリピロール、ポリテトラフルオロエチレンなど、及びこれらの混合物が挙げられる。好適な炭素充填剤の例としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フッ素化カーボンブラック、グラファイトなど、及びこれらの混合物が挙げられる。「導電性粒子状充填剤」という用語は、固有の導電性を有する充填剤を指す。
【００６０】
好適な基材材料の例としては、ローラ基材の場合には、アルミニウム、ステンレス鋼、鋼、ニッケルなどのような金属が挙げられる。フィルム状の基材の場合（基材が定着ベルト、フィルム、ドレルト（drelt）（ドラムとベルトとの中間のクロス）などの場合）には、好適な基材としては、高い動作温度（すなわち約８０℃より高い又は２００℃より高い）を可能にするのに適し、高い機械的強度を示すことができる、高温プラスチックが挙げられる。
【００６１】
外側材料組成物は、いずれかの好適な既知の方法により基材上にコーティングすることができる。こうした材料を強化部材上にコーティングするための典型的な技術としては、液体及び乾燥粉末噴霧コーティング、浸漬コーティング、巻線ロッドコーティング、流動床コーティング、粉末コーティング、静電噴霧、ソニックスプレー、ブレードコーティングなどが挙げられる。実施態様において、脂肪族材料コーティングは、基材に噴霧コーティング又は流しコーティングされる。流しコーティング手順の詳細は、特許文献１に見出すことができ、その開示は全体が本明細書に参考として組み入れられる。
【００６２】
実施態様において、外層は、サンダー仕上げ、研磨、研削、ブラスチング、コーティングなどのような既知のいずれかの技術によって改質することができる。実施態様において、フルオロポリマーマトリックス外層は、約０．０２から約１．５マイクロメートルまで、又は約０．３から約０．８マイクロメートルまでの表面粗さを有する。
特に示さない限り、全ての部及びパーセンテージは重量による。
【実施例１】
【００６３】
アミノシロキサン架橋剤で架橋されたパーフルオロクチルシロキサン／フルオロエラストマー複合体コーティング
【００６４】
室温にて１８時間かけてメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）中に溶解させた固形分１７重量％のＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦフルオロエラストマーを含有するフルオロポリマー分散体を調製し、５ｐｐｈ（ＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦの百重量部あたりの部）のＡＯ７００架橋剤（Ｇｅｌｅｓｔ製のアミノエチルアミノプロピルトリメトキシラン架橋剤）、５−２０ｐｐｈのパーフルオロオクチルシロキサン（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロ―オクチル―１−トリエトキシシラン）及び２４ｐｐｈのメタノールと合わせた。この分散体を、バーコータを用いてアルミニウム基材にコーティングし、このコーティングを空気中で乾燥させて、２５−３０μｍのフルオロエラストマー層を形成した。乾燥後、続けてコーティングを２４時間かけて４９℃から２１８℃のまでの間の温度で段階的に熱処理することにより硬化させた。得られたコーティングは、ＭＩＢＫを塗布して表面を金属器具で引っ掻いた場合の傷に対して堅牢性を示した。
【００６５】
コーティングを、Ｆｉｂｒｏｄａｔ＿ａｎａｌｙｚｅｒを用いて表面自由エネルギーについて特徴付けた。表面自由エネルギーは、３つの液体、すなわち、水、ホルムアミド、及びジヨードメタンの液滴の接触角によって測定され、複合コーティングの表面エネルギーは、フッ化炭素鎖を含有していない対照コーティングの２３ｍＮ／ｍ2から、複合コーティングでは１１−２３ｍＮ／ｍ2の範囲まで表面エネルギーが低下し、最低の表面エネルギーは１１ｍＮ／ｍ2であり、パーフルオロオクチルシロキサンの添加量が最大のときに観測された。
【００６６】
複合材料の厚いコーティング（１００〜２００μｍ）をさらに機械的特性について特徴付けた。Ｉｎｓｔｒｏｎ分析装置による引張試験は、５ｐｐｈ及び１０ｐｐｈのパーフルオロシロキサン添加量で試験した複合体の機械的特性が、定着用途に適した対照材料の場合と同等であることを示した。引張強度は〜１０００ｐｓｉ、引張歪は〜２３０％、靭性は〜８００ｉｎ＊ｌｂ／ｃｍ3、弾性率は〜７５０ｐｓｉであった。
【実施例２】
【００６７】
ＢＰＡ−シロキサン架橋剤で架橋されたパーフルオロオクチルシロキサン／フルオロエラストマー複合コーティング
【００６８】
パーフルオロオクチルシラン鎖及びＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦにＢＰＡ−シロキサン架橋剤を組み合わせて、複合コーティングを調製することができると予想される。２．０部のＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦの溶液を、７５部のメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）中に室温で１８時間かけて溶解することにより、溶解させる。次いで、０．０３１部のＭｇＯ及び０．０２１部のＣａ（ＯＨ）2を、２５部のＭＩＢＫ中に混合し、超音波処理して酸化物を分散させ、この混合物を上記溶液に添加する。次いで、０．３６２部のシラン架橋剤、ビスフェノール−ＡＦ−プロピルメチルジイソプロポキシシラン（式Ｘ参照、ここで、Ｘ＝Ｆ、ｎ＝３、Ｒ＝ＣＨ（ＣＨ3）2、Ｒ’＝ＣＨ3である）、及び０．０２８部の塩化トリフェニルベンジルホスホニウムを続けて添加し、懸濁した混合物を還流温度にて約２０時間攪拌する。混合物をろ過して懸濁した酸化物粒子を除去し、ろ液を過剰のイソプロパノールに滴下し、シラングラフト化フルオロポリマーを沈殿させる。過剰のシラン架橋剤（未反応有機グラフト）及び副生成物を、連続的にイソプロパノールで洗浄し、ポリマーから溶液をデカントすることによって除去する。シロキサングラフト化フルオロポリマー生成物を、イソプロパノールから沈殿させ、ＭＩＢＫに再溶解させ、推定固形分添加量１７．５％（ｗ／ｗ）で保存する。
【００６９】
シロキサングラフト化フルオロポリマー生成物に、５−２０ｐｐｈのパーフルオロオクチルシロキサン（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクチル−１−トリエトキシシラン、式ＩＸ参照、ここで、ｎ＝５、Ｒ＝ＣＨ2ＣＨ3である）及び２４ｐｐｈのメタノールを添加する。次いで分散体を、ケイ素、アルミニウム、ガラス又はその他の耐熱性基材のような基材に、バーコータ、フローコータ又はその他の好適なコーティング方法を用いて堆積させ、コーティングを空気乾燥させて、２５−３０μｍのフルオロポリマー層を形成する。乾燥後、続けてコーティングを２４時間かけて４９℃から２１８℃までの間の温度で段階的に熱処理することにより硬化させる。パーフルオロオクチルシロキサン鎖はグラフト化ＢＰＡ−シロキサン鎖に架橋し、したがってフルオロポリマーマトリックス内に結合することになると予想される。
【実施例３】
【００７０】
アミノシロキサン架橋剤で架橋したパーフルオロアルキルアミン／フルオロエラストマー複合コーティング
【００７１】
パーフルオロアルキルアミン鎖及びＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦにアミノシロキサン架橋剤を組み合わせて、複合コーティングを調製することができると予想される。室温で１８時間かけてメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）に溶解させた固形分１７重量％のＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦフルオロエラストマーを含有するフルオロポリマー分散液を調製し、５ｐｐｈ（ＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦの百重量あたりの部）ＡＯ７００架橋剤（Ｇｅｌｅｓｔ製のアミノエチルアミノプロピルトリメトキシシラン架橋剤、式ＸＩ参照、ここでｎ＝３、Ｒ＝ＣＨ3である）、５−２０ｐｐｈのパーフルオロアルキルアミン、例えばパーフルオロオクチルアミン（トリデカフルオロ−１−アミノ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクタン）、及び２４ｐｐｈのメタノールと合わせる。この分散体を、ケイ素、アルミニウム、ガラス又はその他の耐熱性基材のような基材に、バーコータ、フローコータ又はその他の好適なコーティング技術を用いて堆積させ、コーティングを空気乾燥させて、２５−３０μｍのフルオロポリマー層を形成する。乾燥後、続けてコーティングを２４時間かけて４９℃から２１８℃までの間の温度で段階的に熱処理することにより硬化させる。パーフルオロオクチルアミンは、アミノ結合によってフルオロポリマー鎖と直接結合し、一方、ＡＯ７００架橋剤はアミノ結合を介してフルオロポリマー鎖に直接結合すると共に、縮合とその後シロキサン−シロキサン結合の形成によって複合系を互いに結合させることが予想される。
【実施例４】
【００７２】
ビスフェノールＡＦ架橋剤で架橋されたパーフルオロアルキルアミン／フルオロエラストマー複合コーティング
【００７３】
パーフルオロアルキルアミン鎖及びＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦにビスフェノール−ＡＦ架橋剤を組み合わせて、複合コーティングを調製することができると予想される。ＶＩＴＯＮ（登録商標）−ＧＦを、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンの混合物に溶解させ、７重量ｐｐｈのＶＣ５０架橋剤（ＤｕＰｏｎｔ製のビスフェノール−ＡＦ架橋剤）、１．５重量ｐｐｈの酸化マグネシウム（マサチューセッツ州ＡｎｄｏｖｅｒのＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａｓｓから入手可能なＥｌａｓｔｏＭａｇ１７０Ｓｐｅｃｉａｌ）、０．７５重量ｐｐｈの水酸化カルシウム、０．７５重量ｐｐｈのカーボンブラック（Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ  Ｃｏ．から入手可能なＮ９９０）、０．４８９重量ｐｐｈのＮｏｖｅｃ（登録商標）ＦＣ−４４３０（３Ｍから入手可能）、及び０．８６重量ｐｐｈのＡＫＦ−２９０（Ｗａｃｋｅｒから入手可能）と混合する。溶液中の総固形分添加量は１７．５パーセントになる。この分散体に、５−２０ｐｐｈのパーフルオロアルキルアミン、例えばパーフルオロオクチルアミン（トリデカフルオロ−１−アミノ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクタン）を添加する。コーティング製剤を、ケイ素、アルミニウム、ガラス又はその他の耐熱性基材のような基材上に堆積させる。コーティングを架橋させ、１４９℃から２３２℃までの間の温度で４から１２時間かけて空気中で段階的に加熱することによって硬化させた。パーフルオロオクチルアミンは、アミノ結合によってフルオロポリマー鎖と直接結合し、一方、ＶＣ５０架橋剤はフルオロポリマー鎖を直接架橋させると予想される。
【符号の説明】
【００７４】
１：外層定着面
２：外層
３、２８：充填剤
４：基材
５：定着ロール
６：圧力ロール
７：コア
８：加熱要素
９：接触弧
１０：感光体
１６：コピーシート
１９：定着ステーション
２１：トナー像
２６：中間層
２９：フッ化炭素鎖
３０：フルオロポリマー材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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