(57)【要約】画像形成装置のローラ、ベルトにおいて、基材（ＰＩ）と弾性層（シリコーンゴム）との接着性を改善する。基材と、基材の外周面に形成された酸化ケイ素層と、酸化ケイ素層の外周に形成されたプライマー層と、プライマー層の外周に形成された弾性層を有している画像形成装置用のローラまたはベルト。基材は、ポリイミド製である画像形成装置用のローラまたはベルト。プライマー層は、シランカップリング剤が含有されたプライマーよりなる画像形成装置用のローラまたはベルト。弾性層は、シリコーンゴム製である画像形成装置用のローラまたはベルト。弾性層の外周側に、バインダー層を介してフッ素樹脂層を有していることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルト。
2008087695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の外周面に形成された酸化ケイ素層と、
前記酸化ケイ素層の外周に形成されたプライマー層と、
前記プライマー層の外周に形成された弾性層を有していることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項２】
前記基材は、ポリイミド製であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項３】
前記プライマー層は、シランカップリング剤が含有されたプライマーよりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項４】
前記弾性層は、シリコーンゴム製であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項５】
前記弾性層は、シリコーンゴム製であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項６】
前記弾性層の外周側に、バインダー層を介してフッ素樹脂層を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項７】
前記弾性層の外周側に、バインダー層を介してフッ素樹脂層を有していることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項８】
前記弾性層の外周側に、バインダー層を介してフッ素樹脂層を有していることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項９】
前記弾性層の外周側に、バインダー層を介してフッ素樹脂層を有していることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置用のローラまたはベルト。
【請求項１０】
基材と酸化ケイ素層とプライマー層と弾性層を有している画像形成装置用のローラまたはベルトの製造方法であって、
前記基材の外周面をケイ酸化炎に晒して酸化ケイ素層を形成するケイ酸化炎処理ステップと、
前記形成された酸化ケイ素層の外周にプライマー層を形成するプライマー層形成ステップと、
前記形成されたプライマー層の外周に弾性層を形成する弾性層形成ステップを有していることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置用のローラおよびベルト、並びにそれらの製造方法、特に基材の外周にケイ酸化炎処理を施し、さらにプライマー処理を施した後弾性層を形成している画像形成装置用のローラおよびベルト、並びにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー複写機、カラーレーザープリンター等の画像形成装置においては、感光ドラム上に形成された赤、青、黄、黒の４色のトナーからなる像が転写ベルトにより転写材（紙）に転写され、さらに定着ローラや定着ベルト（いわゆるエンドレスベルト）によって加熱しつつ押圧されることにより転写材に定着される（特許文献１の図６、図７）。
この際、鮮明なカラー画像を形成するためには、４色のトナーを充分に熱溶融させ、混色し、中間色や濃淡を綺麗に表示する必要がある。【０００３】
このため、画像形成装置の定着ローラや定着ベルト等には高度の離型性（トナーの離脱性、広義には他の物質との非接着性）と共に適度の弾性が要求される。そこで、定着ローラや定着ベルト等の基材｛基体。カラー用の定着ローラであれば、円筒形のポリイミド（以下、原則として「ＰＩ」と記す）。定着ベルトであれば、ベルトとしての強度を受持つベルト状のＰＩ｝の外周にシリコーンゴム層からなる弾性層を形成し、さらにその外周に高度の離型性を有するフッ素樹脂層を形成することが行なわれている。【０００４】
ここに、基材として通常ＰＩが使用されるのは、繰返し加わる引張強度、引裂き強度のみならず耐熱性にも優れているからであり、また弾性層としてシリコーンゴムを用いるのは、耐熱性に優れているからである。【０００５】
画像形成装置の回転体やベルトは、前記のごとくトナーを転写材に良好に転写し、定着させるため、１００℃以上の高温と押圧力や引張り力等に繰返し晒されるため、ローラやベルトのＰＩ製の基材とシリコーンゴム層の接着は、強固かつ耐久性が要求される。しかし、イミド化したＰＩとシリコーンゴムの何れもが化学的に安定していることもあり、ＰＩとシリコーンゴムは、そのままでは接着性が良くない。
このため、ＰＩの外周に予めプライマー処理によりプライマー層を形成して、シリコーンゴム層との接着性を改善することがなされている（特許文献１の段落５７から５９）。【０００６】
さらにまた別の方法として、ケイ酸（珪酸）化炎による活性化処理が提案されている。これは、燃焼化学気相蒸着により、弾性層を外周に形成する前の基材の外周を超薄膜酸化ケイ素（珪素）で被覆する処理であり（特許文献２）、前記プライマー処理等に換えて行なわれる方法である。
【特許文献１】特開２００４−２５５８２８号公報
【特許文献２】特開２００６−１８１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年のユーザの製品の信頼性に対する要求は厳しいものがある。特に、カラーファクシミリ等の画像形成装置は、各家庭にまで設置されはじめているため、長年月に渡って故障せず、使用可能であることという要求は極めて高度になってきている。
かかる高度の信頼性の要求に照らした場合、前記各方法で行なった基材と弾性層との接着性は、特にＰＩ製基材とシリコーンゴム製の弾性層との接着性は、必ずしも充分とは言い難くなりはじめている。【０００８】
また、イミド化したＰＩは化学的に安定であることと、ポリイミドの表面でプライマーが弾かれ易いため、ＰＩと液状のプライマーの相性が良くない。【０００９】
これらのため、これら従来から採用されている方法に比べて遙に耐久性を有しかつ効率的に、基材に弾性層を、特にＰＩ製の基材にシリコーンゴム製の弾性層を接着させることができる技術の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、画像形成装置用の定着ローラや定着ベルト等の基材の表面にケイ酸化炎処理を施し、さらにプライマー処理を施してから弾性層を形成する様にしたものである。以下、各請求項の発明を説明する。【００１１】
請求項１に記載の発明は、
基材と、
前記基材の外周面に形成された酸化ケイ素層と、
前記酸化ケイ素層の外周に形成されたプライマー層と、
前記プライマー層の外周に形成された弾性層を有していることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトである。【００１２】
本請求項の発明においては、基材の外周に酸化ケイ素層が形成されているため、基材の表面濡れ性が改善され、プライマーとの接着性、接着後の耐久性とも大きく改善される。またこのため、基材へのプライマー剤のはけ塗り、浸漬塗装が容易となり、さらにはプライマー層を介しての弾性層と基材との接着性（接着強度）と接着の耐久性も大きく改善され、従来から採用されている方法に比べて遙に確実かつ効率的に、弾性層を画像形成装置用のローラやベルトの基材に接着させることができる。
また、酸化ケイ素層があるため、基材へのプライマー層の形成も容易となる。
その結果、トナーの離型性、耐久性共優れた画像形成装置用のローラやベルトを提供できる。【００１３】
なおここに、「ローラ」とは、画像形成装置に使用されているローラであり、トナーを使用する画像形成装置の性能発揮のため基材の外周に弾性層を形成している限り、転写ローラ等をも含み、定着ローラに限定されず、さらにドラム状の物を含む。さらに、ローラの最外周には、トナーとの離型性を改善するためにフッ素樹脂層が形成されたりしている。また、実際の画像装置の回転体においては、トナーに対する離型性を一層改善するために、弾性層の外周にバインダー層を形成する等の何らかの接着性改善処理を施してフッ素樹脂層が形成されたりする。【００１４】
また、「ベルト」は、画像形成装置に使用されているベルトであり、画像の、特にカラー画像の形成性改善のために、基材の外周（トナー側の面）に弾性層を形成している限り、転写ベルト等をも含み、定着ベルトに限定されない。
なお、ベルトは、動作中にローラに比較して変形等が大きく、一層厳しい条件で使用されるため、本発明の効果が一層発揮されることとなる。
また、実際の画像装置のベルトにおいては、トナーに対する離型性を一層改善するために、弾性層の外周にバインダー層を形成する等の何らかの接着性改善処理を施してフッ素樹脂層が形成されたりする。
また、「画像形成装置」とは、カラー用に限定されず、モノクロ用を含む。【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記の画像形成装置用のローラまたはベルトであって、
前記基材は、ポリイミド製であることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトである。【００１６】
本請求項の発明においては、基材が機械的、化学的、電気的特性に優れたポリイミドである場合に、請求項１の発明の効果が最も良く発揮される。即ち、基材がＰＩであり、その外周に弾性層が強固に接着されているため、優れた画像形成装置用のローラまたはベルトとなる。
なおここに、「基材は、ポリイミド製」とは、ローラの中心側は金属であり（本来基材は金属であり）、その外周面にポリイミド層が形成されている場合を含む。【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記の画像形成装置用のローラまたはベルトであって、
前記プライマー層は、シランカップリング剤が含有されたプライマーよりなることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトである。【００１８】
本請求項の発明においては、シランカップリング剤中のＳｉＯ２等の珪素化合物とケイ酸化炎処理により形成された酸化ケイ素層との接着性が良好であるため、基材と弾性層との接着性、接着の耐久性共大きく改善される。【００１９】
請求項４および請求項５に記載の発明は、前記の画像形成装置用のローラまたはベルトであって、
前記弾性層は、シリコーンゴム製であることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトである。【００２０】
本請求項の発明においては、弾性層が耐熱性、弾性等に優れたシリコーンゴムであるため、請求項１の発明の効果が最も良く発揮される。即ち、基材と弾性層のシリコーンゴムとが強固に接着されているため、耐久性、特にカラー用のトナーを使用する画像の形成性とも優れた画像形成装置用のローラやベルトとなる。【００２１】
請求項６ないし請求項９に記載の発明は、前記の画像形成装置用のローラまたはベルトであって、
前記弾性層の外周側に、バインダー層を介してフッ素樹脂層を有していることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトである。【００２２】
本請求項の発明においては、弾性層の外周にバインダー層を介してトナーの離型性が優れたフッ素樹脂層が形成されているため、弾性層とフッ素樹脂層の接着性が良好となり、その結果耐久性に優れ、またカラー用のトナーを使用する画像の形成性にも優れた画像形成装置用のローラやベルトとなる。
なお、バインダー層としては、ケイ酸化炎処理により形成された酸化ケイ素層、変性フッ素樹脂層、プライマー層等が挙げられる。
また、フッ素樹脂層としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）から選ばれる少なくとも１種、またはこれらの２種あるいは３種の混合物を挙げられる。【００２３】
請求項１０に記載の発明は、
基材と酸化ケイ素層とプライマー層と弾性層を有している画像形成装置用のローラまたはベルトの製造方法であって、
前記基材の外周面をケイ酸化炎に晒して酸化ケイ素層を形成するケイ酸化炎処理ステップと、
前記形成された酸化ケイ素層の外周にプライマー層を形成するプライマー層形成ステップと、
前記形成されたプライマー層の外周に弾性層を形成する弾性層形成ステップを有していることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトの製造方法である。【００２４】
本請求項の発明は、物の発明である請求項１を、方法の発明として捉えたものである。【００２５】
請求項１１に記載の発明は、前記の画像形成装置用のローラまたはベルトの製造方法であって、
前記プライマー層形成ステップは、液状のプライマーを付着させる工程を有していることを特徴とする画像形成装置用のローラまたはベルトの製造方法である。【００２６】
本請求項の発明においては、基材の外周に酸化ケイ素層が形成されているため、基材とバインダー剤との相性（濡れ性）が悪くても、バインダー層を形成するために液状のバインダー剤をはけ塗り、浸漬塗布等することが可能となる。その結果、基材と弾性層との接着性が大きく改善されるだけでなく、必要なバインダー剤の量が減少し、製品のコストダウンにつながる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明においては、基材の表面濡れ性が改善され、プライマー層との接着性、接着後の耐久性とも大きく改善される。このため、プライマー層を介しての基材と弾性層との接着性（接着強度）と接着の耐久性も改善され、従来から採用されている方法に比べて遙に確実かつ効率的に、弾性層を画像形成装置用のローラやベルトの基材に接着させることができる。
また、酸化ケイ素層に加えてプライマー層があるため、弾性層と基材との接着性が大きく改善される。
その結果、画像の、特にカラー画像の形成性、耐久性とも優れた画像形成装置用のローラやベルトを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施の形態の定着ローラの製造工程の進捗に伴って、基材の外周に各種の層が順に形成されていく様子を概念的に示す図である。
【図２】第２の実施の形態のベルトの製造工程の進捗に伴って、基材の外周に各種の層が順に形成されていく様子を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    基材
２０    酸化ケイ素層
３０    プライマー層
４０    シリコーンゴム層
５０    第２の酸化ケイ素層
６０    変性フッ素樹脂層
７０    フッ素樹脂層
９０    金型
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、基材がＰＩ製のモノクロ用の定着ローラの場合である。以下、本実施の形態を、図１を参照しつつ説明する。【００３１】
図１は、製造中の定着ローラの回転軸に直交する断面を示す図であり、図１の（１）〜（４）に製造工程の進捗に伴って金属製の基材の外周に各種の層が順に形成されていく様子を概念的に示す。
図１において、１０はＰＩ製の基材であり、２０は酸化ケイ素層であり、３０はプライマー層であり、４０はシリコーンゴム層である。【００３２】
図１の（１）に示すＰＩ製の基材１０の外周に、前記特許文献２に記載されている様に、プロパンガスを３Ｌ／分で燃焼させ、さらに空気を５５Ｌ／分の流量で供給して形成した燃焼ガス中に、有機ケイ素化合物の蒸気を１．０Ｌ／分の流量で供給したり、噴霧したりして、ケイ酸化炎を形成し、そのケイ酸化炎に基材１０の表面全体を０．５秒〜１秒晒し、表面に極く薄い酸化ケイ素層２０を形成する。この状態を、図１の（２）に示す。
なおこの処理の際、ケイ酸化炎に晒す時間が短いため、熱による基材１０の劣化や損傷の恐れは皆無である。【００３３】
次いで、プライマー処理として、酸化ケイ素層２０の外周に、信越化学製のプライマーＮｏ．４をはけ塗りし、１５分間１５０℃に保持して乾燥させ、厚さ５μｍ以下のシランカップリング剤を含有するプライマー層３０を形成する。この状態を、図１の（３）に示す。
なおこの際、ＰＩとプライマー液とは必ずしも相性が良くないが、予めＰＩの表面にケイ酸化炎処理を施しているため、ＰＩの外周にプライマー液をはけ塗りすることが容易となる。【００３４】
シリコーンゴム層を形成するため、東レダウコーニング製ＳＥ６９２０をビーム塗工法にて基材外周面に塗布し、１２０℃で２５分加熱して、厚さ０．３ｍｍのシリコーンゴム層４０をプライマー層３０の外周に形成した。この状態を、図１の（４）に示す。【００３５】
比較例として、基材の外周に（１）ケイ酸化炎処理のみ施しプライマー処理は施さない、（２）ケイ酸化炎処理を施さずプライマー処理のみ施す、（３）何れの処理も施さない、の３種の回転体を製造した。そして、実施の形態の回転体と共に高温（２１０℃）環境下で放置した場合に、基材とシリコーンゴム層との接着力がどの様に変化（劣化）するかを調べた。その結果、ケイ酸化炎処理とプライマー処理を施した前記実施の形態の定着ローラは、前記（１）から（３）の比較例の定着ローラに比較して、耐久性が非常に優れていた。従って、温度が低い実際の仕様環境では、非常に優れた耐久性を発揮するものと思われる。  【００３６】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、物はベルトであり、その基材はＰＩ製層の表面にシリコーンゴム層が形成されている半製品のベルトである点が第１の実施の形態と異なる。なお、最終製品としてのベルトは、シリコーンゴム層の表面にケイ酸化炎処理、次いでプライマー処理を施し、最後にフッ素樹脂層が形成されることなる。以下、本実施の形態を、図２を参照しつつ説明する。【００３７】
図２は、各製造工程中のベルトの回転方向に直交する断面を示す図であり、図２の（１）〜（４）に製造工程の進捗に伴って基材の外周に各種の層が順に形成されていく様子を概念的に示す。
図２において、１０は基材の強度を受持つＰＩ層であり、２０は酸化ケイ素層であり、３０はプライマー層であり、４０はシリコーンゴム層であり、９０は円筒状の金型である。【００３８】
図２の（１）は、円筒状の金型９０の外周に形成されたＰＩ層１０からなる、そして半製品の状態のベルトである。なお、ＰＩ層１０の厚さは５０μｍであり、シリコーンゴム層４０の厚さは０．３ｍｍであり、ベルトの内径は６０ｍｍであり、ベルトの全長は３２０ｍｍである。なお、前記半製品のベルトは、例えば、ドラム状の金型を回転させながら、その外側にポリイミドワニスを塗布し、その後全体を加熱してイミド化反応を行わせることにより製造される。【００３９】
第１の実施の形態と同様の方法により、ＰＩ層１０の外表面に、ケイ酸化炎処理により極く薄い酸化ケイ素層２０を形成する。この状態を、図２の（２）に示す。
形成する方法は先の第１の実施の形態と同じであり、プロパンガス等の可燃性ガスを燃焼させ、さらに空気を５５Ｌ／分の流量で供給して形成した燃焼ガス中に、有機ケイ素化合物の蒸気を１．０Ｌ／分の流量で供給したり、噴霧したりしてケイ酸化炎を形成し、そのケイ酸化炎に基材１０の表面全体を０．５〜１秒晒す。なおこの際も、ケイ酸炎に晒される時間が１秒以下と短く、さらにＰＩは３５０℃以上の耐熱性を有しているため、ケイ酸炎処理の際の熱による劣化、変質はない。【００４０】
酸化ケイ素層２０の外周に、厚さ５μｍ以下のプライマー層３０を形成する。この状態を、図２の（３）に示す。
プライマー層３０の形成（処理）は、ケイ酸炎処理した後、数日以内に信越化学製のシランカップリング剤を含むプライマーＮｏ．４をはけ塗りし、１５分間１５０℃に保持して乾燥させることにより行なう。【００４１】
プライマー層３０の外周に、シリコーンゴム層４０を形成する。この状態を、図２の（４）に示す。
シリコーンゴム層４０の形成は、東レダウコーニング製ＳＥ６９２０をビーム塗工法にて基材外周面に塗布し、１２０℃で２５分加熱することにより行なう。【００４２】
比較例として、基材の外周に（１）ケイ酸化炎処理のみ施しプライマー処理は施さない、（２）ケイ酸化炎処理を施さずプライマー処理のみ施す、（３）何れの処理も施さない、の３種のベルトを製造した。そして、実施の形態のベルトと共に高温（２１０℃）環境下で放置した場合に、基材とシリコーンゴム層との接着力がどの様に変化（劣化）するかを調べた。比較結果を、表１に示す。【００４３】
【表１】
2008087695.tif 000003
【００４４】
試験は、いわゆる加速試験であり、実際の仕様状態よりも高温の環境に一定時間晒した後の接着力の変化（劣化）を検査するものである。
表１において、耐久性欄の○印は接着性が良好なことを示し、△印は必ずしも良好とはいえないことを示し、×は不十分であることを示し、−は好ましくないことが自明であるため試験を行なっていないことを示す。【００４５】
ケイ酸化炎処理のみ施しプライマー処理を施していないベルトは、２００時間までは接着が充分であったが、３００時間以上４００時間では必ずしも良好とは言えなくなり、５００時間以上では不十分となった。
ケイ酸化炎処理を施さずプライマー処理のみ施したベルトは、２００時間までは接着が充分であったが、３００時間以上では必ずしも良好とは言えなくなり、４００時間以上では不十分となった。
ケイ酸化炎処理もプライマー処理も施していないベルトは、最初から接着性は不十分であった。【００４６】
一方、ケイ酸化炎処理およびプライマー処理を施した実施の形態の定着ベルトは、６００時間を経過しても接着性が良好であり、優れた耐久性を有していた。【００４７】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、最終製品としての定着ローラ及びベルトに関する。
第１の実施の形態の回転体の外周のシリコーンゴム層に、ケイ酸化炎処理を施してケイ酸層をごく薄く形成し、さらにその外周に変性フッ素樹脂層を薄く形成した。次いで、変性フッ素樹脂層の外周にフッ素樹脂膜を塗布、焼成して画像形成装置用の定着ローラを完成させる。
この定着ローラは、画像形成能力、トナーの離型性、耐久性とも優れていた。
【図１】
2008087695.tif 000004
【図２】
2008087695.tif 000005
【国際調査報告】
2008087695.tif 000006
2008087695.tif 000007
2008087695.tif 000008