(57)【要約】【課題】フッ素樹脂粒子を加熱溶融させた後においても部材の表面硬度を低硬度にすることが可能な電子写真用部材の製造方法を提供する。【解決手段】基体と、該基体上に設けられたシリコーンゴムを含む弾性層と、該弾性層上に設けられたフッ素樹脂層を有する電子写真用部材の製造方法であって、フッ素樹脂粒子を表面に付着させた弾性層を過熱水蒸気雰囲気下に置き、該フッ素樹脂粒子を熔融させることによって該弾性層上にフッ素樹脂層を形成する工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、該基体上に設けられたシリコーンゴムを含む弾性層と、該弾性層上に設けられたフッ素樹脂層を有する電子写真用部材の製造方法であって、
フッ素樹脂粒子を表面に付着させた弾性層を過熱水蒸気雰囲気下に置き、該フッ素樹脂粒子を熔融させることによって該弾性層上にフッ素樹脂層を形成する工程を有することを特徴とする電子写真用部材の製造方法。
【請求項２】
前記弾性層が無機フィラーを含む請求項１に記載の電子写真用部材の製造方法。
【請求項３】
前記弾性層が無機フィラーを含む付加硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物である請求項１または２に記載の電子写真用部材の製造方法。
【請求項４】
前記無機フィラーがアルミナ、炭化ケイ素および金属ケイ素からなる群から選択される少なくとも１つである請求項２または３に記載の電子写真用部材の製造方法。
【請求項５】
前記フッ素樹脂粒子が、四フッ化エチレン樹脂、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樹脂、及び四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン樹脂から選ばれる少なくとも１種のフッ素樹脂を含む粒子である請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子写真用部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコーンゴムを含む弾性層の表面にフッ素樹脂がコーティングされてなる電子写真用部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、レーザービームプリンター、ファックス等に使用する部材として、シリコーンゴムを含む弾性層の上にフッ素樹脂層を積層した部材が使用されている。
シリコーンゴムは、耐熱性、圧縮永久歪みなどが他のゴム材料に比較して優れている。また、アルミナ、金属ケイ素、炭化ケイ素、カーボン類などの無機フィラーを添加・分散することにより、伝熱特性や導電性の向上・制御を図ることができる。このような特性から、シリコーンゴムは弾性層の材料として広く用いられている。
フッ素樹脂は、耐熱性、トナー成分に対する離型性に優れることや、オイル成分の透過を抑制することから、耐熱性、離型性、オイル浸透抑制等の目的で弾性層表面のコーティング材料として広く用いられている。
【０００３】
近年、機器の高速化に伴い、電子写真用部材の紙凹凸に対する接触追従性能を更に増大させるために、電子写真用部材表面の低硬度化が求められている。電子写真用部材表面の低硬度化により、例えば定着部材の場合には定着加圧（ニップ）時間の短縮が期待でき、転写部材の場合には画像の中抜けがなく、トナーのベルト上の飛び散りを抑制したトナー像転写が期待できる。
シリコーンゴムを含む弾性層の上にフッ素樹脂層を積層形成する方法として、フッ素樹脂粒子を弾性層の表面に付着させて、後に加熱溶融させることで、弾性層の表面をフッ素樹脂層でコーティングする方法が挙げられる。
この製造方法は、フッ素樹脂粒子を付着させる厚さによりフッ素樹脂層の厚さを自由に調整可能であることから、特にフッ素樹脂層の厚さを２０μｍ以下に形成するような場合において、有効である。
【０００４】
電子写真用部材の製造方法において、フッ素樹脂を、シリコーンゴムを含む弾性層の表面にコーティングする際には、基体の表面上にシリコーンゴムを含む弾性層を形成してから、フッ素樹脂粒子を弾性層の表面に付着させた後に、フッ素樹脂粒子を融点以上に加熱溶融させてフッ素樹脂層を形成するのが一般的である。
しかし、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）などに代表されるフッ素樹脂の融点は、いずれも高温である。すなわち、ＰＴＦＥは温度３２７℃以上、ＰＦＡは温度３１０℃以上、ＦＥＰは温度２７５℃以上といずれも融点が高温であり、フッ素樹脂粒子を加熱溶融させるには、前記の各材料融点に加えて１０℃〜３０℃高い温度で加熱する必要がある。
このような高温環境でフッ素樹脂粒子が加熱されたときに、高温状態の前後で弾性層の硬度が著しく変化して、その結果、部材を所望の低硬度に維持することが難しい場合があった。
こうした課題に対して、特許文献１のように、弾性層中に酸化鉄等の耐熱性を向上させる添加剤を添加することで弾性層の耐熱性を向上させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０６０９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者の検討の結果、電子写真用部材の低硬度化を目指す場合において、従来の方法では解決が困難な問題が発生することが判った。
すなわち、電子写真用部材の低硬度化のためには、フッ素樹脂層の膜厚を薄く形成することが好ましい。それと同時に、フッ素樹脂層の薄層化に伴って低下する耐久性を補う目的で、より高融点のフッ素樹脂をコーティングすることが好ましい。
しかしながら、弾性層上に付着させたフッ素樹脂粒子を加熱溶融させてフッ素樹脂層を形成する場合、加熱溶融温度が高くなる程、また加熱時間が長くなる程、弾性層の硬度が上昇し、その変化量も大きくなる傾向があることが判明した。また、フッ素樹脂層が２０μｍ以下の薄厚である場合は、従来の３０μｍを超える厚さの場合には問題とならない程度の弾性層の硬度の上昇量であっても、部材の表面硬度が大きく上昇してしまうことが判った。
【０００７】
更には、弾性層の単体をフッ素樹脂の融点程度の高温で加熱した場合と比較して、弾性層の表面にフッ素樹脂粒子を付着させた部材を高温に加熱してフッ素樹脂層を形成する場合に、より顕著に弾性層の硬度が上昇してしまうことが判った。
この現象に係るメカニズムは明らかにはなっていないが、弾性層がフッ素樹脂層に覆われた状態で高温で加熱されることで、シリコーンゴムの酸化や熱による分解と最結合による硬化劣化が加速されるためと推測される。
【０００８】
加えて、弾性層への無機フィラー添加量を増加させることで機能を高めようとする場合にも問題が発生することが判った。
すなわち、弾性層への無機フィラー添加量を増加させると同時に弾性層の硬度を低下させる場合、無機フィラーの体積分率増大による硬度増加分に対して、ベースとなるシリコーンゴムポリマーの硬度を更に低減させる必要がある。
このような弾性層においては、ベースのシリコーンゴムポリマーは低硬度化により更に耐熱性に劣るものとなっているため、前述の耐熱性を向上させる添加剤の添加効果をもってしても耐熱性向上効果が十分に得られ難いことが判った。更に前述のフッ素樹脂層の薄層化の効果も相まって、高温加熱後の部材の表面硬度は著しく上昇してしまい、部材が低硬度化できないという問題が明らかになった。
更に、定着部材などの弾性層の場合、高熱伝導フィラーとして、アルミナ、炭化ケイ素、金属ケイ素などの無機フィラーが高い体積充填割合で添加される。よってこれらの無機フィラーが添加されたシリコーンゴムを用いた部材においては、高熱伝導化と低硬度化の両立が非常に困難となることが明らかになった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高温加熱後においても部材の表面硬度を低硬度にすることが可能な電子写真用部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、基体と、該基体上に設けられたシリコーンゴムを含む弾性層と、該弾性層上に設けられたフッ素樹脂層を有する電子写真用部材の製造方法であって、フッ素樹脂粒子を表面に付着させた弾性層を過熱水蒸気雰囲気下に置き、該フッ素樹脂粒子を熔融させることによって該弾性層上にフッ素樹脂層を形成する工程を有する電子写真用部材の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フッ素樹脂層を加熱溶融により形成した後においても部材の表面硬度を低硬度にすることが可能な電子写真用部材の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の製造方法を用いて製造される定着ベルトの断面図、及びその要部拡大図である。
【図２】本発明の製造方法を用いて定着ベルトを製造するために弾性層を形成する方法を示した断面模式図。
【図３】本発明の製造方法を用いて定着ベルトを製造するためにフッ素樹脂粒子を付着させる方法を示した模式図。
【図４】本発明の製造方法を用いて定着ベルトを製造するために弾性層上に付着せしめたフッ素樹脂粒子を過熱水蒸気雰囲気下で加熱溶融する方法を示した断面模式図。
【図５】本発明の製造方法を用いて製造された定着ベルトを有する像加熱定着装置を示した断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に基づき、本発明を詳細に説明する。  図１に示すように、定着ベルト１は、エンドレスなベルト状の基体２の上に、弾性層３及びフッ素樹脂層４を順次積層した構成を備える。
＜基体＞
基体２は、耐熱性材料から成り、耐熱性材料としては、ステンレス、ニッケル等の金属材料、もしくはポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂が好適である。
＜弾性層＞
弾性層３には熱伝導率を向上させる観点から、アルミナ、炭化ケイ素、金属ケイ素からなる群から選択される少なくとも１つの無機フィラーが添加された付加硬化型シリコーンゴム組成物の硬化物で構成することが好ましい。
＜フッ素樹脂層＞
フッ素樹脂層４には、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、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樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン樹脂（ＦＥＰ）からなる群から選ばれる少なくとも１種のフッ素樹脂を用いることが好ましい。
【００１４】
＜弾性層の形成＞
図２に示すように、保持部材１２は、円筒状のリング塗布中子１３を挿入した基体２と、シリコーンゴムを吐出する環状のリング塗布ヘッド１０とをそれぞれ同軸上に保持する。リング塗布ヘッド１０は、基体２の表面上を矢印方向に移動しながらシリコーンゴム供給部１１からシリコーンゴムを吐出して、基体２の外表面にシリコーンゴムを塗布することで、シリコーンゴム塗布膜１５を形成する。
基体２の外周にシリコーンゴム塗布膜１５が形成された後に、図示しない加熱炉等の加熱手段によりシリコーンゴム塗布膜１５を架橋することで、該基体上にシリコーンゴムを含む弾性層を形成する。
尚、弾性層の形成方法は、必ずしも上述したリング塗布法に限られるものではなく、材料粘度や弾性層の厚さ等によって適宜好適な手段を選定すればよい。一般的に、弾性層の厚さが薄い場合にはリング塗布法による形成が金型等を用いる必要が無くコストの面でも有効である。
【００１５】
＜フッ素樹脂粒子の付着＞
図３に示すように、シリコーンゴム被覆基材２４に挿入された円筒状のスプレー中子２３の両端を回転駆動可能な塗布装置軸２２により把持する。シリコーンゴム被覆基材２４とは、基体２の外周面に弾性層３が形成されたものである。塗布装置（不図示）には、フッ素樹脂粒子をスプレー塗布するスプレー塗布ヘッド２１が、塗布装置軸２２の長軸方向と平行な方向に移動可能に設置される。スプレー中子２３を挿入したシリコーンゴム被覆基材２４を、塗布装置軸２２の回転駆動により回転させる。このとき、スプレー塗布ヘッド２１を移動させながらシリコーンゴム被覆基材２４の外周面にフッ素樹脂粒子を吹き付けることで、弾性層表面にフッ素樹脂粒子を付着させる。
尚、フッ素樹脂粒子の塗布方法は、必ずしも上述したスプレー塗布法に限られるものではなく、例えばディッピング塗布法、ビーム塗布法、粉体付着法など、フッ素樹脂粒子を弾性層上に均一に薄厚で付着せしめる方法であればよい。
【００１６】
＜フッ素樹脂層の形成＞
図４に示すように、過熱水蒸気雰囲気炉３０は、加熱炉３１と、過熱水蒸気発生機３４（アクアスチームヒーターＡＳＨ２７、新熱工業株式会社製）と、ボイラー３３（ＮＢＣ−１３５０Ｒ、直本工業株式会社製）とにより構成される。ボイラー３３は、過熱水蒸気発生機３４に水蒸気を供給する。加熱炉３１の内部には、炉内空間を加熱するためのカートリッジヒーター３２と、過熱水蒸気発生機３４から供給される過熱水蒸気を噴射する過熱水蒸気噴射ノズル３５と、被加熱物近傍の雰囲気温度を計測する温度計測センサー３６が配置されている。
加熱炉３１の内部は、温度計測センサー３６により常に温度が計測・制御されている。すなわち、被加熱物の投入・排出などに伴う温度変化に対応してカートリッジヒーター３２と過熱水蒸気発生機３４により生成される過熱水蒸気の温度とを調整することで、加熱炉３１の内部の雰囲気温度を一定温度に制御している。
前工程で弾性層上にフッ素樹脂粒子を付着せしめた積層部材３７を、該フッ素樹脂の融点温度以上の所望温度に予め調整・制御された加熱炉３１の中に投入する。投入後、所定の時間加熱保持して過熱水蒸気雰囲気下に置くことで弾性層表面のフッ素樹脂粒子が溶融して膜となる。所定の加熱時間経過後に、積層部材３７を庫外にとりだして冷却することで、電子写真用部材の一態様である定着ベルト１が得られる。
【００１７】
＜像加熱定着装置＞
図５に示すように、定着ベルト１は定着ベルト１の内面に樹脂製の横長ステー４１とヒーター４２が配されるオンデマンドフューザー定着装置に用いる定着ベルトである。紙４４と紙４４の上に配置された未定着画像Ｔは、加圧ローラー４３と、定着ベルト１とで挟持形成される定着ニップに侵入する。加圧ローラー４３は、図示しない軸受により両端を回転可能に保持され、図示しない駆動モーターと接続される。定着ベルト１は、図示しないバネ部材で加圧ローラー４３に向かって加圧され、加圧ローラー４３の回転駆動に従動回転可能に保持される。
定着ニップでは定着ベルト１の内面に当接配置されるヒーター４２より発生された熱が定着ベルト１を介してトナーと紙４４に伝わり、トナーが加圧・溶融されて紙に定着する。このとき定着ベルト１の表面の硬度が低いと、紙表面とトナーにより形成される凹凸に対し、より追従して変形しやすくなることから、紙及びトナーへの接触伝熱量が大きくなりトナーの溶融が早まることで定着性が向上すると考えられる。
定着ニップを通過した後の紙４４の上には定着されたトナー像Ｓが形成される。
【実施例】
【００１８】
＜実施例１＞
電子写真方式のプリンターに用いる定着ベルトを製造した。定着ベルトの基体には、直径３０ｍｍ、長さ２４０ｍｍ、厚さ３０±５μｍに塑性加工成形されたステンレス材（ＳＵＳ３０４）を用いた。
表１の付加型液状シリコーンゴム原液５０体積部と、表１の無機フィラー３０体積部とを均一に混合してシリコーンゴム組成物（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３Ａ準拠デュロメータ硬度３０゜）を得た。得られたシリコーンゴム組成物を基体外周面に、３００μｍの厚さでリング塗布法により塗布した後に加熱硬化して弾性層を形成した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
続いて、前記弾性層上にスプレー塗布により、表２のＰＦＡ水系プライマーを２μｍの厚さで塗布した後に、表２のＰＦＡ水系塗料を１２μｍの厚さで塗布して弾性層の表面にフッ素樹脂粒子を塗布した積層部材を得た。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
続いて、庫内温度を３７０℃に調整した過熱水蒸気雰囲気炉に該積層部材を投入し、５分間保持してフッ素樹脂粒子を熔融せしめた。その後に、該積層部材を過熱水蒸気雰囲気炉より取り出して冷却して、弾性層上にフッ素樹脂層を形成した定着ベルトを得た。得られた定着ベルトについて、表面硬度をタイプＡマイクロ硬度計（商品名：ＭＤ−１  ｃａｐａタイプＡ；高分子計器株式会社製）により計測したところ、６３°であった。
【００２３】
＜実施例２＞
実施例１記載の弾性層の無機フィラーを、金属ケイ素（ＭＳｉ、株式会社関東金属製）としたシリコーンゴム組成物（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３Ａ準拠デュロメータ硬度２０゜）に変えた以外は実施例１と同じ手順により定着ベルトを製造した。得られた定着ベルトについて、表面硬度をタイプＡマイクロ硬度計により計測したところ、５６°であった。
【００２４】
＜実施例３＞
実施例１記載の弾性層の無機フィラーを、高純度真球状アルミナ（商品名：アルナビーズＣＢ−Ａ２０Ｓ；昭和タイタニウム（株）製）としたシリコーンゴム組成物（ＪＩＳ  Ｋ  ６２５３Ａ準拠デュロメータ硬度２５゜）に変えた以外は実施例１と同じ手順により定着ベルトを製造した。得られた定定着ベルトについて、表面硬度をタイプＡマイクロ硬度計により計測したところ、７６°であった。
【００２５】
＜比較例１＞
実施例１記載の熔融する工程を、過熱水蒸気雰囲気炉に替えて熱風炉（スーパーテンプオーブン、エスペック株式会社製）を用いて、庫内温度３７０℃、庫内保持時間５分とした以外は実施例１と同じ手順により、定着ベルトを得た。
得られた定着ベルトについて、表面硬度をタイプＡマイクロ硬度計により計測したところ、６８°であった。
実施例１と比較すると、ベルト表面硬度が５°高くなった。
【００２６】
＜比較例２＞
実施例２記載の熔融する工程を、過熱水蒸気雰囲気炉に替えて熱風炉（スーパーテンプオーブン、エスペック株式会社製）を用いて、庫内温度３７０℃、庫内保持時間５分とした以外は実施例２と同じ手順により、定着ベルトを得た。
得られた定着ベルトについて、表面硬度をタイプＡマイクロ硬度計により計測したところ、６５°であった。
実施例２と比較して、ベルト表面硬度が９°高くなった。
【００２７】
＜比較例３＞
実施例３記載の熔融する工程を、過熱水蒸気雰囲気炉に替えて熱風炉（スーパーテンプオーブン、エスペック株式会社製）を用いて、庫内温度３４０℃、庫内保持時間１５分とした以外は実施例３と同じ手順により、定着ベルトを得た。
得られた定着ベルトについて、表面硬度をタイプＡマイクロ硬度計により計測したところ、８２°であった。
実施例３と比較すると、ベルト表面硬度が６°高くなった。
表３に、実施例１〜３及び比較例１〜３における無機フィラーとフッ素樹脂粒子の加熱溶融条件による表面硬度の差を比較した確認結果を示す。
【００２８】
【表３】
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【符号の説明】
【００２９】
１        定着ベルト
２        基体
３        弾性層
４        フッ素樹脂層
１０        リング塗布ヘッド
１１        シリコーンゴム供給部
１２        保持部材
１３        リング塗布中子
１５        シリコーンゴム塗布膜
２１        スプレー塗布ヘッド
２２        塗布装置軸
２３        スプレー中子
２４        シリコーンゴム被覆基材
３０        過熱水蒸気雰囲気炉
３１        加熱炉
３２        カートリッジヒーター
３３        ボイラー
３４        過熱水蒸気発生機
３５        過熱水蒸気噴射ノズル
３６        温度計測センサー
３７        積層部材
４１        樹脂製の横長ステー
４２        ヒーター
４３        加圧ローラー
４４        紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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