(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含フッ素シリコンオイルを塗布する手段を有する、表面にフッ素系樹脂を被覆してなる熱ローラを用いた定着装置において、
該含フッ素シリコンオイルの２００゜Ｃにおける熱減量が０．２重量％以下であり、該含フッ素シリコンオイルが以下の一般式で示される構造単位を有する、
ことを特徴とする定着装置。
【化１】
0003559074.tif 000007
〔ここで、Ｘは炭素数１〜４の飽和炭化水素基又はアリール基、Ｒｆは炭素数２〜１０のフッ化アルキル基、ｎは１〜４の整数〕
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は定着装置に関し、更に詳しくは画像形成装置等に用いられる定着装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置等で用いられる定着装置の定着方法としては、熱ローラを用いた熱ローラ定着装置が知られている。この方式は、現像剤（トナー）としての樹脂を熱で溶融させ、一対のローラの間を通過させることにより、紙等の記録媒体にトナー画像を定着させるものである。このため、樹脂が溶融した際に、熱ローラに接着（付着）するのを防ぐため、ローラ表面に表面張力を低下させるための樹脂を被覆することが知られており、特にフッ素系樹脂を用いることが提案されている。
【０００３】
しかしながら、この樹脂被覆のみでは、トナーがローラ表面に付着するのを防止することができない。そこで、表面張力を更に低下させるために、アルキルポリシロキサンよりなるシリコンオイルをローラ表面に塗布し、表面張力を低下させて記録媒体と定着ローラとの剥離性をよくすることが知られている。ところが、アルキルポリシロキサンよりなるシリコンオイルではフッ素系樹脂に対する親和性が低いために、均一にシリコンオイルを熱ローラ表面に付着させることが困難であり、必然的に多量のシリコンオイルを塗布することで均一にローラ表面にシリコンオイルを付着させていた。
【０００４】
近年、カラー画像の要求の拡大に伴い、フルカラー複写機やカラープリンタの要求が拡大してきている。カラー画像においては、色再現性及びオーバヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）用シートにおける透明性が要求されている。ＯＨＰでは、シートに現像された画像をスクリーンに映し出すものであるため、現像された画像の透明性が要求されるものである。
【０００５】
前述したように、多量のシリコンオイルを塗布する場合、熱ローラ定着において定着部で画像の表面にこのシリコンオイルが付着することがある。画像表面にシリコンオイルが付着すると、ＯＨＰで使用する場合、光の散乱が発生し、特に透明性が低下し、更に光透過画像に色むらが発生するという問題がある。このために、トナーがローラに付着するのを低下させるために用いられるシリコンオイルの熱ローラに対する付着量を低減することが望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した問題点を解決するためには、フッ素系樹脂を被覆した熱ローラに対して親和性の高いシリコンオイルを塗布すればよい。この目的のために、含フッ素シリコンオイルが提案されている（特開昭５２−１２４３３８号公報）。含フッ素シリコンオイルは、シリコンオイルに比較して熱ローラに対して親和性が高いため、塗布する量が少なくてすみ、従ってＯＨＰに現像する場合でも、画像表面にオイルが付着することがなくなる。
【０００７】
しかしながら、従来の含フッ素シリコンオイルでは、長期にわたって熱を付与すると、分解或いは揮発分の存在により不純物が熱ローラ表面に付着し、トナーの溶融防止効果が低下し、いわゆるオフセット現象が発生するという問題がある。更に、これら揮発分等が、現像器や感光体に付着し、感度の低下や黒スジ，白スジ等の画像不良が発生するという問題があり、透明性の高いカラー画像を形成することが困難であった。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、第１に特にカラー画像における透明性を向上させることができる定着装置を提供することを目的とし、第２にオイル供給手段の寿命を長くすることができる定着装置を提供することを目的とし、第３に長期にわたって安定した画像を形成することができる定着装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決する本発明は、含フッ素シリコンオイルを塗布する手段を有する、表面にフッ素系樹脂を被覆してなる熱ローラを用いた定着装置において、該含フッ素シリコンオイルの２００゜Ｃにおける熱減量が０．２重量％以下であり、後述する化３の（２）式の特定の構造式を有するものであることを特徴としている。
【００１０】
【作用】
本発明は、熱ローラ定着装置において発生する含フッ素シリコンオイルが有する問題の原因を解明し、その解決を図ることで達成されたものである。このため、含フッ素シリコンオイルが熱分解する現象，含フッ素シリコンオイル成分が揮発する現象を実験的に調べた結果、そのいずれによる悪影響も発生しない含フッ素シリコンオイルは２００゜Ｃの熱減量が０．２重量％以下のものであることが分かった。ここで、熱減量とは、熱により分解・蒸発して減った含フッ素シリコンオイル成分の割合（重量％）をいう。含フッ素シリコンオイルの熱分解，揮発による悪影響が発生しない結果、含フッ素シリコンオイルの特徴である定着画像表面にオイルが付着することがないという特性が生かせるので、カラー画像における透明性を向上することができる。
【００１１】
また、多量のオイルをローラ表面に供給する必要がないので、同一容量のオイル供給手段であれば、その寿命を長くすることができる。また、同一容量でない場合には、オイル供給手段の容積を小さくすることができるので、定着装置を小型化することができる。更に、含フッ素シリコンオイルの熱分解，揮発による悪影響が発生しない結果、感光体，帯電器等にオイル成分が付着することがなくなり、感度の低下や黒スジ，白スジ等の画像不良が発生せず、長期にわたって安定したカラー画像を形成することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の原理構成例を示す図である。図において、１は定着上ローラ、２はこれと対をなす定着下ローラである。これらローラ１，２の少なくとも一方には、その内部に加熱手段（図示せず）が設けられ、その表面を例えば２００゜Ｃ近辺まで加熱するようになっている。そして、これらローラ１，２はそれぞれ図に示す向きに回転する。１ａは定着上ローラ１の表面の層を形成するフッ素樹脂層である。なお、このフッ素樹脂層は、トナー画像と当接する側に設ければよいが、定着下ローラ２側にも設けてもよい。
【００１３】
３は記録紙，ＯＨＰシート等の記録媒体、４は該記録媒体３上に形成されたトナー画像である。５は定着上ローラ１の表面に含フッ素シリコンオイルを塗布する手段としてのオイル塗布ローラである。このオイル塗布手段の機構は、塗布ローラ５のようにローラ形状である必要はなく、オイルをローラ１表面に均一に塗布する機構のものであれば、どのようなものであってもよい。６，７は画像が定着された記録媒体３を排紙する排紙ローラである。８は定着ローラ１，２から排出されてくる記録媒体３を排紙ローラ６，７に導くガイドである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下のとおりである。
【００１４】
記録媒体３には、感光体に形成された静電潜像に応じたトナー画像４が現像器により現像されて定着装置に搬送機構より送られてくる。このトナー画像４は、モノクロトナー画像であっても、カラートナー画像であってもよい。定着装置では、定着上ローラ１，定着下ローラ２及びオイル塗布ローラ５が図に示す方向に回転している。
【００１５】
定着ローラ１，２に挟まれた記録媒体３は、この定着ローラ１，２を通過する間にトナー画像４が例えば２００゜Ｃ近辺で熱融着されて記録媒体３上に定着する。この時、定着ローラ１，２の表面層がフッ素樹脂層で構成されているので、表面層がシリコン等の材質よりなるローラよりも耐久性が高い。
【００１６】
定着ローラ１，２によるこのような定着動作において、オイル塗布ローラ５からは含フッ素シリコンオイルが絶えず定着上ローラ１に供給されている。この含フッ素シリコンオイルは、フッ素樹脂層１ａに対して親和性が高いので、定着上ローラ１の表面に均一にくまなく塗布される。従って、定着ローラ１，２から記録媒体３が排出される時の剥離性が極めてよくなる。
【００１７】
一方、ここで用いられる含フッ素シリコンオイルの２００゜Ｃにおける熱減量が０．２重量％以下のものを用いることにより、高熱で長時間使用しても、オイルの熱分解や揮発等が全く発生しない（詳細後述）。従って、記録媒体３上に白スジ，黒スジ等の画像品質を低下させる現象は発生しない。また、トナーの融着防止効果が低下することがないので、オフセットが発生することもない。また、記録媒体３としてＯＨＰシートを用いた場合でも、含フッ素シリコンオイルがフッ素樹脂層１ａと親和性がよく、このためローラ１の表面にオイルが薄くかつ均一に塗布されるので、オイルは少なくてすみ、ＯＨＰシート表面にオイルが付着して透明性が低下することもない。また、オイル塗布ローラ５から供給される含フッ素シリコンオイルは少なくてすむので、オイル塗布ローラ５の寿命も永くなる。
【００１８】
このようにして、定着ローラ１，２で良好な状態でトナー画像が定着された記録媒体はガイド８に沿って排紙ローラ６，７に送られ、排紙ローラ６，７から排出される。この排出された記録媒体３の画像は、感度の低下や白スジ，黒スジの発生がなく、かつ透明性の高い良好な画像となる。
【００１９】
以下に、本発明で用いる含フッ素シリコンオイルの製造方法について説明する。本発明で用いる含フッ素シリコンオイルは、熱で分解する成分がなく、熱を長期にわたって加えても安定であり、更に揮発成分がないことから、長期にわたり感光体，帯電器等に揮発して付着することがない。具体的には、含フッ素シリコンオイルの構造自体が熱で安定な構造を有している。しかしながら、含フッ素シリコンオイルを合成する段階で、未反応のフッ素系化合物の残留や低分子量成分が発生しやすい。この理由は、明確でないが、合成方法に起因するものと考えられる。即ち、本発明におけるフッ素系シリコンオイルの製造方法は、通常のシリコンオイルの製造方法と類似にジアルキル置換ジクロロシランを珪素と塩化アルキルとの反応で調整し、これを用いて加水分解することでシロキサンとなし、ついで環状オリゴマー或いは線状オリゴマーを形成した後に、これらを重合することで合成される。
【００２０】
本発明の化合物は、側鎖にフッ化アルキル基を有しているものであるが、この場合には塩化アルキルの代わりに末端にクロロ基を有するフッ素化合物、例えば下記一般式で示す構造のものを用いることで調整される。
【００２１】
Ｚ−（ＣＦ２  ）ｍ  （ＣＨ２  ）ｎ  Ｃｌ                        （１）
ここで、ｍは１〜１０の整数であり、ｎは１〜４の整数である。また、Ｚは水素又はフッ素元素を示す。クロロ基を有するフッ素化合物として具体的には以下に示す構造の化合物が挙げられる。
【００２２】
【化２】
0003559074.tif 000002
【００２３】
なお、塩化アルキルの例としては、塩化メチル，塩化エチル，塩化プロピル，塩化ブチル等が挙げられる。
本発明においては、このフッ化アルキル置換されたシリコンオイルを用いることで、フッ素系樹脂被覆された定着ローラに対する均一付着等の効果を発揮するためにはこのフッ素数が大きな効果を示すものである。この場合、フッ化アルキルの炭素数（ｍ）は２〜１０であり、珪素原子に直接結合する部分はメチレン鎖であることが好ましい。更に、好適な炭素数（ｎ）の範囲は２〜８である。このフッ化アルキル炭素数が過多となると、熱が加わった場合の流動特性に問題を生じる。また、フッ化アルキルを有しない場合には、フッ素系樹脂を被覆した熱ローラ表面に対する濡れ性の向上がなく、均一なオイル膜の形成ができない。
【００２４】
更に、末端基としては、メチル基やエチル基のような飽和炭化水素基或いはメチレン鎖で結合されたフッ化炭素基であることが好ましい。
また、本発明のシリコンオイルは、前述の繰り返し単位を有していることが必要であるが、ジメチルシリコンやフェニルメチルシリコン或いはジフェニルシリコン等との共重合体構造を有していてもよい。この場合、本発明の構造を２０ｍｏｌ％以上含んでいればよい。これよりも、少ない場合には、他の構成成分の影響が顕著となってしまう。本発明におけるシリコンオイルは、使用時において適度な粘度を有する液状のものであることが必須である。このため、本発明のシリコンオイルでは２５゜Ｃにおける粘度が２０〜１０００ｃｓ、好ましくは１００〜５００ｃｓの粘度を有するものがよい。この粘度の調整は、重合度を調整することで制御することができる。また、粘度は動的粘度を示し、ＡＳＴＭＤ  ４４５−４６７或いはＪＩＳ  Ｚ−８８０３に準拠し、ウッベローデ粘度計で測定される。
【００２５】
前記（１）式で示される化合物を用いた反応においては、通常のジメチルシリコン等の合成で用いる塩化アルキルや塩化アリール類とは異なり、フッ素置換アルキルの存在により、反応性が低くなっているものと考えられる。この結果、未反応の上記化合物或いは低分子量成分の存在が発生しやすくなっているものと推定される。このような成分がオイル中に存在することにより、熱を加えた時に揮発して、前述したような白スジ，黒スジ等が発生する画像不良の原因となる。
【００２６】
本発明では、この上記揮発分を除去し、熱的に安定なものとしたものを用いることで達成される。具体的には、含フッ素シリコンオイルを減圧下、熱を加えることで揮発分を除去することができる。この場合、熱を過多に加えると、分解自体が発生するために、減圧を行ない、加える熱を少なくすることが必要である。減圧条件としては、１００〜０．０１ｍｍＨｇ程度でよく、加える熱としては２００゜Ｃ以下、好ましくは室温〜１５０゜Ｃである。一方、クロマトグラフィー（液体クロマトグラフ・ゲルクロマトグラフ・カラムクロマトグラフ等）によって揮発成分や低分子量成分を除去する方法も好ましい方法である。
【００２７】
本発明に用いる含フッ素シリコンオイルの一般的な構造は下記構造を有するものである。
【００２８】
【化３】
0003559074.tif 000003
【００２９】
ここで、Ｘは炭素数１〜４の飽和炭化水素基又はアリール基を示し、Ｒｆは炭素数２〜１０のフッ化アルキル基を示し、ｎは１〜４の整数である。
【００３０】
以下に示す化３，化４は本発明による製造法で製造した（２）式に示す含フッ化シリコンオイルの具体的な構造例を示すものである。（２）から（１３）まで１２種類の含フッ化シリコンオイルの構造を示す。ここで、ａ及びｂは１以上の整数を示し、好ましくは１０〜２０００、更に好ましくは１００〜１０００である。
【００３１】
含フッ素シリコンオイルの熱分解挙動の測定方法は、熱天秤にて測定する方法を用いた。具体的には、熱天秤にて所定量の資料をセットし、ついで大気中にて熱を５゜Ｃ／ｍｉｎの条件で加える。２００゜Ｃにて分解し減量した量とセットした試料の量から減量（熱減量）を求めた。この減量が０．２重量％以上である場合には、揮発分の画像形成装置本体の感光体又は帯電器に拡散する量が過多となり、感光体又は帯電器への付着による画像不良が発生する。また、熱分解（熱減量）が発生する領域は１８０゜Ｃ以上であることが必要である。この理由としては、定着ローラ表面温度近傍以上の分解温度を有することが必要であるからである。この熱分解が発生する温度とは、熱天秤にて熱減量の発生が生じる温度である。
【００３２】
【化４】
0003559074.tif 000004
【００３３】
【化５】
0003559074.tif 000005
【００３４】
（製造例）
（１）製造例：
珪素とフッ素系化合物（Ｅ）及び塩化メチルと反応させ、ついで加水分解及び重合を行なうことにより本発明の含フッ素シリコンオイル（４）を得た。このシリコンオイルの粘度は２５゜Ｃで２００ｃｓであった。
（２）製造例：
珪素とフッ素系化合物（Ｉ）及び塩化メチルと反応させ、ついで加水分解及び重合を行なうことにより本発明の含フッ素シリコンオイル（５）を得た。このシリコンオイルの粘度は２５゜Ｃで３００ｃｓであった。
（３）製造例：
珪素とフッ素系化合物（Ｇ）及び塩化メチルと反応させ、ついで加水分解及び重合を行なうことにより本発明の含フッ素シリコンオイル（６）を得た。このシリコンオイルの粘度は２５゜Ｃで３７０ｃｓであった。
（４）製造例：
珪素とフッ素系化合物（Ｅ）及び塩化メチルと反応させ、ついで加水分解及び重合を行ない、更に末端にメトキシ基を有するジメチルシリコンオイルと反応させ、本発明の含フッ素シリコンオイル（８）を得た。このシリコンオイルの粘度は２５゜Ｃで１９０ｃｓであった。
【００３５】
ついで、減圧条件及び温度条件を制御することで以下の表１に示す熱減量量を有する含フッ素シリコンオイルを得た。
（実施例）
これら含フッ素シリコンオイルの熱減量と白スジが発生する枚数を実験に求めたところ、表１に示すようなものとなった。なお、表において、比較用含フッ素シリコンオイル１〜３は含フッ素シリコンオイル（４）の製造条件を制御することで熱減量を変化させたものである。
【００３６】
【表１】
0003559074.tif 000006
【００３７】
熱減量は、熱天秤（ＴＧＡ−５０  株式会社島津製作所製）を用い、大気中にて熱を５゜Ｃ／ｍｉｎの条件で加え、２００゜Ｃにて分解し減量した量とセットした試料の量から減量を求める方法により求めた。評価方法としては、図１に示す装置で、有機感光体を用いる。そして、コニカ株式会社製Ｕ−Ｂｉｘ３０３５を改造し、本発明並びに比較用含フッ素シリコンオイルを用いたもので、３３゜Ｃ／８０％ＲＨの条件下、５％の画素率の画像を連続で印字し、画像上に発生する白スジを見るものである。
【００３８】
表１の実験結果を検討してみると、含フッ素シリコンオイル（４），含フッ素シリコンオイル（５）と熱減量は増加し、白スジ発生枚数は減少していく。そして、含フッ素シリコンオイル（８）で、熱減量は０．１７、白スジ発生枚数は４．５万コピーである。これに対して、比較用の含フッ素シリコンオイルは、シリコンオイル１が熱減量が０．２５、白スジ発生枚数が３．５万コピーである。比較用シリコンオイル３の場合は、熱減量が０．５８、白スジ発生枚数が１．０万コピーで、本発明の含フッ素シリコンオイルよりも特性が悪化している。
【００３９】
また、コニカ株式会社製カラー複写機を改造し、上記定着装置を用いてＯＨＰ画像を印字した。結果として、本発明のフッ素シリコンオイルを用いた場合には、透明性の高い画像が得られた。しかしながら、比較用シリコンオイルを用いた場合には、スジが発生し、透明性に劣るものであった。
【００４０】
以上の比較結果によれば、熱減量が小さいほど、白スジ発生枚数は多い。つまり、熱減量が小さいということは、それだけ熱分解・揮発により、感光体ドラム，帯電器等に付着するオイルが少なくなり、従って、白スジ等の発生も起こりにくいといえる。この実験結果より、熱減量が０．２重量％以下の含フッ素シリコンオイルを用いれば、白スジ等が発生するまでに要するコピー枚数も多くなり、長期間安定して画像を形成できることが分かる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、含フッ素シリコンオイルを塗布する手段を有する、表面にフッ素系樹脂を被覆してなる熱ローラを用いた定着装置において、該含フッ素シリコンオイルの２００゜Ｃにおける熱減量が０．２重量％以下のものを用いることにより、以下のような効果が得られる。
▲１▼含フッ素シリコンオイルの熱分解，揮発が発生しない結果、含フッ素シリコンオイルの特徴である定着画像表面にオイルが付着することが少ないという特性が生かせるので、特にカラー画像における透明性を向上させることができる。
▲２▼多量のオイルをローラ表面に供給する必要がないので、オイル供給手段の寿命を長くすることができる。
▲３▼含フッ素シリコンオイルの熱分解，揮発が発生しない結果、感光体等にオイル成分が付着することが少なくなり、感度の低下や黒スジ，白スジ等の画像不良の発生が抑えられ、長期にわたって安定した画像を形成することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  定着上ローラ
１ａ  フッ素樹脂層
２  定着下ローラ
３  記録媒体
４  トナー画像
５  オイル塗布ローラ
６  排紙ローラ
７  排紙ローラ
８  ガイド
【図１】
0003559074.tif 000008