(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の離型層が、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンとプロピレンを主構成成分とし、テトラフルオロエチレンの含有量が、共重合体全重量の３０ｗｔ％以上である共重合体を含有して形成されたものであることを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
共重合体がシリコン系化合物と化学的に結合したものである請求項１記載の定着ローラ。
【請求項３】
シリコン系化合物が、下式（１）で表わされるものである請求項２記載の定着ローラ。
【化１】
0003555914.tif 000005
（式中、Ｒ１およびＲ２は水素、脂肪族基または芳香族基であり、互いに同一または相異なっていても良い。また、Ｒ１とＲ２は互いに結合して複素環基を形成することが可能である。ｎは２〜１００である。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真法、静電印刷法等において形成される静電潜像を現像するための定着ローラに関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に電子写真法、または静電記録法等においては、光導電性感光体または誘電体等よりなる潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するために、現像スリーブ等トナー供給ローラー上でブレード等によって薄層化され、かつ適当に帯電され微粉末化されたトナー、またはキャリアと混合され適当に帯電され微粉末化されたトナーを用いて現像し、必要に応じて紙等の転写材にトナー画像を転写した後、加熱圧力、溶剤蒸気等によって定着し、複写物を得るものである。
【０００３】
これらの現像法に適用するトナーの定着法としては種々あるが、熱効率が高いこと、および高速定着が可能であることから、熱ローラ定着方式が広く採用されている。この熱ローラ定着方式で高速定着を行う場合、トナーには良好な低温定着性（または、定着下限温度が低いこと）が要求される。また、このために結着樹脂としては低軟化樹脂を含有させると、定着時にトナー像の一部が熱ローラ表面に付着し、これがコピー用紙上に転移して地汚れを起こす、いわゆるホットオフセット現象やコピー用紙が熱ローラ表面に付着して巻き付く、いわゆる巻き付き現象（特に熱ローラ温度が低いとき、および画像密度が高いときに多い）が発生しやすくなる。
【０００４】
そこで、前記オフセット現象や巻き付き現象を防止する手段として、特開昭５１−１４３３３３号、同５７−１４８７５２号、同５８−９７０５６号、同６０−２４７２５０号等では離型剤として固形シリコーンワニス、高級脂肪酸、高級アルコール、各種ワックス等を添加することが提案されているが、いずれも良好な低温定着性を維持しながら、十分な耐オフセット性および耐巻き付き性を示すものは知られていない。具体的には従来の低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等のポリオレフィンワックスは耐オフセット性は良好であるが、低温定着性は十分ではなく、カルナウバワックス、キャンデリラワックス等の植物性ワックスは耐オフセット性及び低温定着性は良好であるが、耐巻き付き性が十分ではなく、また固形シリコーンワニス、固形シリコーンオイル、アミドワックス、高級脂肪酸、高級アルコール及びモンタン酸ワックスは低温定着性は良好であるが、耐オフセット性及び耐巻き付き性が十分でない。しかも従来の離型材料は、現像中、離型剤がトナーから遊離して感光体やキャリアに付着するいわゆるフィルミングやスペントが多く、長期にわたって安定して良質の画像を形成することは困難であった。
【０００５】
その他に定着温度を下げると同時に耐オフセット性や耐ブロッキング性の付与を目的として、組成や熱特性、分子量分布等を規定したものがある。例えば、特開平３−１３９６６３ではトナーの軟化温度等、特開平３−１５２５５８では分子量分布、特開平３−１４５６５４ではバインダー樹脂の架橋剤、特開平３−２０６４６５ではブロックポリマーで作製したバインダー樹脂、特開平３−２１９２６２では粘弾性特性、特開平３−１８８４６８ではポリマーの酸価／水酸基価、特開平３−２０３７４８、３−２２９２６４ではポリエステルの酸価、特開平３−２３１７５７、４−３５３８６６、５−１００４７７では粘弾性特性、特開平４−２０５１２、４−２３８１６、４−２３８１７、４−５０２１６ではスチレンアクリル系のブロック共重合体、特開平４−２６８５８、４−８１７６９、４−８１７７０では結晶性ポリエステルとビニル共重合体のブロックまたはグラフト共重合体、特開平４−８１８６３では分子量分布のピーク、特開平４−１９０２４２では分子量分布と定着方式、特開平４−２５４８６３ではポリエステルとスチレン／アクリル系ポリマーの分子量、特開平４−２６４５５９、４−２６４５６０、４−２７４２５３、５−１９５３１、５−１８８６３８では分子量分布、特開平４−２７７７５５ではブロック共重合体、特開平４−３０９９６２ではアイオノマーを規定したもの等多数見られるが、まだ前記目的を十分に達成したものはない。
【０００６】
また、定着温度を下げることを目的として、新規な材料を扱ったものとして、特開昭６０−３１１４６では光崩壊性カプセル、特開昭６２−１４８９６９では発熱性増幅材料、特開昭６３−２８１１６８ではサーモトロピック液晶高分子シェルを有するカプセルトナー、特開平１−１４９０６２では光照射によるカプセルの体積膨張、特開平２−２５１９７１では架橋サーモトロピック液晶ポリマー、特開平３−１１８５５０では発熱性物質含有トナー、特開平４−２５０４６０ではシクロヘキサン誘導体含有トナー、特開平４−２９１３５５ではビスフェノールＦ型エポキシ樹脂含有トナー、特開平４−３２９５５１では近赤外光吸収色素とエチレン系不飽和化合物含有トナー（近赤外光で硬化）、特開平４−１００４７５、４−１００４７６ではアゾ系高分子量開始剤を用いた熱分解性樹脂使用トナー、特開平５−１７３３６４ではシクロヘキサノン系ケトン樹脂含有トナー、特開平８−１５８９４では酸価または水酸基価を１以上のポリマーを使用し、トナー表面に金属アルコキシドを付着、特開平８−１５９０２ではカプセルトナーに使用するモノマーとして塩素含有モノマーを用いたもの等が見られるがこれらでは不充分であった。
【０００７】
近年ＯＡ機器の省エネルギー化がさけばれ、複写機やプリンターにおいても消費電力の大半を占める定着プロセスの改良が急務であるのが現状である。従来は前記のような観点から省エネルギー化を検討してきたが、今後はよりいっそう省エネルギー化のためのトナー低温定着化が重要となる。そのためには前記のこれまでの技術だけでは不充分であり、新規な技術を開発する必要がある。さらに、定着ローラを長期にわたり使用するため、定着ローラの経時的安定性が望まれている。従来の定着ローラは、粉体塗装や収縮チューブを用いて、ローラ表面の離型層を形成してきた。しかし、これらの方法で得られた定着ローラは、表面に微少な凹凸や研磨傷が多数存在して、複写を繰り返すことによりそれらの部分にトナーや紙粉が付着残存し、経時的な定着品質を劣化させ、オフセット現象等の市場問題が起きることが見られてきた。また、前記ローラ表面の凹凸や研磨傷を、最終工程で研磨することでこれらの凹凸や傷を少なくしていたが、これら処理には多くの費用が必要となり、コストアップの要因の１つになっていた。
【０００８】
特開平６−１６７９００では、定着ローラ表面に用いる離型材としてＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、商品名）を使用しているが、離型性が不十分である。また、特開平６−１６７９０１では導電性物質を分散したフッ素樹脂チューブを使用しているが、離型層最表面に導電性物質が現われる可能性があり、耐久性が十分とはいえない。またこれらの定着ローラを使用した場合、通常離型層の膜厚は２０〜５０μｍであるため熱効率が悪く、コピー機等の初期の立ち上がり時間は長時間を要し、熱ローラの表面温度は２００℃前後に設定する必要があるため、消費電力の増大は避けられないのが現状である。
【０００９】
【発明の目的】
本発明の目的は、定着時、オフセット現象や熱ローラへの巻き付き現象を発生することなく、低温定着が可能な上、経時的に安定した高画質な画像を得ることができる定着ローラの提供にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴の１つは、前記従来技術の課題を解決するために、表面の離型層が、少なくともテトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンとプロピレンを主構成成分とする共重合体を含有して形成されたものであることを特徴とする定着ローラを提供したことにある。
定着ローラの離型性は、一般的には表面エネルギーによりその特性を付与される。しかし、定着ローラの特性は、初期の状態が長期間にわたり保持する必要があり、初期特性だけ良ければ問題ないというものではない。つまり、経時的にわたり初期と同じ特性を発揮する必要がある。そのためには、表面エネルギーをある値に設定するだけでは不可能である。
例えば、表面エネルギーだけを付与するために、テトラフルオロエチレンのみを使用した定着ローラでは、強度の耐久性や、静電オフセット等の現象が見られ、十分な経時的安定性が得られなかった。
【００１１】
本発明者は、鋭意研究の結果、長期にわたる定着ローラの表面エネルギー特性を保持させることが、前記テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンとプロピレンを主構成成分とする共重合体で構成された定着ローラを用いることにより達成することを見い出し、本発明を完成することができた。
前記共重合体を含有して形成された本発明の定着ローラは、その表面エネルギー特性をテトラフルオロエチレンで付与され、膜強度および膜の凹凸性をフッ化ビニリデンとプロピレンにより付与される。
前記共重合体において、テトラフルオロエチレンの含有量は３０〜６０ｗｔ％が好ましい。テトラフルオロエチレンの含有量が３０ｗｔ％未満では十分な離型性が得られず、また６０ｗｔ％を越えると膜強度が低下する。
前記共重合体において、フッ化ビニリデンの含有量は、１０〜２０ｗｔ％が好ましく、１０ｗｔ％未満では表面平滑性が悪くなり、逆に２０ｗｔ％を越えると膜強度が低下する。
同様に、プロピレンの含有量は、３０〜６０ｗｔ％が好ましく、３０ｗｔ％未満では溶剤に不溶であり、逆に６０ｗｔ％を越えると離型性が悪くなる。
【００１２】
また、前記共重合体は、前記のような特性を損なわない限り、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデンおよびプロピレンの他に、他の共重合成分を含有した共重合体であっても良く、このような共重合成分としては、例えばクロロトリフルオロエチレン、３フッ化エチレン、２フッ化エチレン等のようなフッ素系モノマーあるいはこれらモノマーの混合物が挙げられ、その含有量は、例えば共重合体全重量の５〜２０ｗｔ％である。
さらに、前記フッ素モノマーは、１種類が重合したホモ重合体として、あるいは２種類以上が共重合した共重合体として、これら共重合体とテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデンおよびプロピレンよりなる共重合体と混合し、離型層を形成することができる。
【００１３】
前記テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンとプロピレンを主構成成分とする共重合体の分子量は、５万〜１００万の範囲が好ましく、分子量が５万未満では膜強度が弱く、また、１００万を越えるともろい膜となる。
さらに前記共重合体は、種々の重合形式のもの、例えばランダム重合体、ブロック重合体、グラフトおよびスター重合体等を使用することができる。
【００１４】
離型層が、前記共重合体に、さらにシリコン系化合物を化学的に結合したもので本発明の定着ローラを構成したものは、前記共重合体で構成されたものに比較して、さらに長期間の離型性の安定性を発揮でき、かつ表面の平滑性も優れたものが得られるので最終工程で研磨をする必要が無くなりコスト削減効果も得られる、という優れた効果を奏することができる。
前記シリコン系化合物は、離型層中に添加剤として存在するよりも、前記共重合体と共有結合のように化学的に結合して存在させることにより、前記のような効果を奏することができる。
このような共有結合としては、例えば無機触媒によるフッ素ポリマー主鎖の脱水素反応物とシリコン化合物のアミノ基の反応で生成するもの等が挙げられる。シリコン系化合物としては、例えば下式（１）で表わされるものが挙げられる。
【００１５】
【化２】
0003555914.tif 000002
（式中、Ｒ１およびＲ２は水素、脂肪族基または芳香族基であり、互いに同一または相異なっていても良い。また、Ｒ１とＲ２は互いに結合して複素環基を形
成することが可能である。ｎは２〜１００である。）
【００１６】
前式（１）のシリコン系化合物は、定着ローラの離型層を形成する前に、前記共重合体と化学的に結合させたものを使用しても良いし、あるいは前記（１）のシリコン系化合物と前記共重合体の混合物により定着ローラの離型層を形成し、離型層を形成した状態で、両者を化学的に結合させても良い。
以下、本発明の実施例を示す。
【００１７】
【実施例】
実施例１
３０ｍｍφ、ｔ（長さ）＝２ｍｍのアルミニウム製円筒形芯金ローラに、テトラフルオロエチレン：プロピレン：フッ化ビニリデン＝５０：３０：２０（重量％）の組成からなるコポリマーの塗料１００重量部に酸化マグネシウム（粒径３μｍ）８重量部を混合させたものをディップコーティングした後、２００℃で１時間乾燥を行い、前記アルミニウム製円筒形芯金ローラ上に、６μｍの膜厚でコートされた離型層を形成させた。
【００１８】
実施例２
テトラフルオロエチレン：プロピレン：フッ化ビニリデン＝７０：２０：１０（重量％）の組成からなるコポリマーの塗料１００重量部に酸化マグネシウム（粒径１μｍ）８重量部を混合させたものを実施例１と同様にしてアルミニウム製円筒型芯金ローラにコーティングした後、２００℃で１時間乾燥を行い、前記ローラ上に、７μｍの膜厚でコートされた離型層を形成させた。
【００１９】
実施例３
コポリマー組成がテトラフルオロエチレン：プロピレン：フッ化ビニリデン＝３０：２０：５０（重量％）である以外は実施例２と同様にして、ローラ上に１０μｍの膜厚でコートされた離型層を形成させた。
【００２０】
実施例４
実施例１で用いた塗料１００重量部に酸化マグネシウム（粒径０．５μｍ）１重量部および下式（２）の末端にアミノ基を有するシリコン化合物を４重量部加え、実施例１と同様にして、ローラ上に８μｍの膜厚でコートされた離型層を形成させた。
【化３】
0003555914.tif 000003
（式中、ｎは５０である。）
【００２１】
比較例１
３０ｍｍφ、ｔ（長さ）＝２ｍｍのアルミニウム製円筒形芯金ローラ上に、テトラフルオロエチレン：プロピレン：フッ化ビニリデン＝２０：３０：５０（重量％）の組成からなるコポリマーの塗料１００重量部に酸化マグネシウム（粒径１μｍ）８重量部を混合させたものをコーティングした後、２００℃で１時間乾燥を行い、前記アルミニウム製円筒型芯金ローラ上に１０μｍの膜厚でコートされた離型層を形成させた。
【００２２】
前記実施例１〜４および比較例１で作製した離型層が形成されたローラをリコー製複写機ＦＴ６５００に搭載し画像出しを行い、その結果を表１に示した。
【００２３】
【表１】
0003555914.tif 000004
オフセット：定着ローラに付着したトナー濃度を画像濃度で評価し、１００００枚後の値が０．５以上の場合×とした。
離型性    ：全面べた画像をコピーし、定着ローラに設置した分離爪に引っかかったあとの痕跡があるものを×とした。
耐久性    ：１００００枚コピーして、上記特性値に１つでも×のあるものを×とした。
【００２４】
【効果】
１．  耐久性を向上させ、ローラ表面へのトナーのオフセットを抑制することができた。
２．  共重合体がシリコン化合物と化学的に結合したものであるとすることにより、上記      １の効果を、さらに向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】定着ローラの断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線切断面を示す図である。
【符号の説明】
１  定着ローラ
２  離型層
３  金属製芯金ローラ
４  凹凸の少ない表面
【図１】
0003555914.tif 000006
【図２】
0003555914.tif 000007