(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置される弾性層と、
前記弾性層上に配置される外側層と、
を備え、
前記外側層が、フルオロポリマーと網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーとのコンポジットを含み、
前記網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーが、以下の構造を有し、式中、ｎは１〜２０である、フューザー部材。
【化１】
0005749146.tif 000006
【請求項２】
前記フルオロポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマー、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦまたはＶＦ２）とのコポリマー、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのターポリマー、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とフッ化ビニリデン（ＶＦ２）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＰＦ）とキュアサイトモノマーとのテトラポリマーから成る群から選択される、請求項１に記載のフューザー部材。
【請求項３】
末端がシロキサンのフルオロカーボン、フルオロポリマー粒子および溶媒の分散物を、フューザー部材の弾性表面にコーティングすることと、
この分散物を、前記フルオロポリマー粒子の融点よりも高い温度まで加熱して網目構造のシロキシフルオロカーボンを形成することと、
を含み、
前記網目構造のシロキシフルオロカーボンが、以下の構造を有し、式中、ｎは１〜２０である、フューザー部材を製造する方法。
【化２】
0005749146.tif 000007
【請求項４】
前記フルオロポリマー粒子が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマー、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦまたはＶＦ２）とのコポリマー、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのターポリマー、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とフッ化ビニリデン（ＶＦ２）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＰＦ）とキュアサイトモノマーとのテトラポリマーから成る群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フューザー部材を、１００℃〜２５０℃の範囲の第１温度に、２時間〜２０時間、加熱することと、
前記フューザー部材を、２００℃〜４００℃の範囲の第２温度に、５分〜３０分、加熱して、前記フルオロポリマー粒子を溶融することと、
を含む、請求項３又は４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本出願と同時に出願され、その全体が本明細書に参考として組み込まれる、同一出願人による同時係属中の出願番号第１２／９７４，８３６号（Ｄｏｃｋｅｔ  ２０１００６３４−ＵＳ−ＮＰ、２００８１６６９−ＵＳ−ＮＰ；ＸＲＸ−００３３）、ＦＵＳＥＲ  ＭＥＭＢＥＲ  ＡＮＤ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮに関する。
【０００２】
本開示は、一般的に、デジタル、多重画像型などを含む電子写真用画像形成装置で有用なフューザー部材に関する。さらに、本明細書に記載のフューザー部材を、固体インクジェット印刷機の転写固定装置で用いることもできる。
発明の分野
【背景技術】
【０００３】
電子写真式印刷プロセスにおいて、トナー画像は、フューザーローラーを用いて支持板（例えば、紙シート）に固定されてもよく、融合されてもよい。従来の融合技術は、フューザーローラーからの良好な剥離性を維持するために、融合操作中にフューザーローラーに対して剥離剤／フューザー油を適用する。例えば、油を用いた融合技術は、エントリーモデルの製品およびカラー製品の市場におけるすべての高速製品で用いられている。
【０００４】
優れた剥離性を得るために、フューザーローラーおよびフューザーベルトの多くのトップコート配合物でペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）が現時点で用いられているが、表面の亀裂、へこみ、剥離といった問題が、ＰＦＡローラーおよびＰＦＡベルトの寿命を制限している。優れた剥離性を付与しつつ、表面の亀裂、へこみ、剥離を低減したフューザーローラーおよびフューザーベルトのための材料の組み合わせを見つけることが望ましいだろう。
【０００５】
セラミック材料は、強度および耐久性という点でよく知られており、セラミック状の材料を高性能フルオロプラスチック（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））にフューザーローラーおよびフューザーベルトのトップコートとして組み込むことは、ある程度成功している企てである。油を用いない融合技術を、画質、部品のコスト、信頼性、構成要素の寿命が長いことなどのような一連の厳しいシステム要求事項を満たしつつ、例えば、毎分１００ページ（ｐｐｍ）またはこれ以上の高速プリンターに拡張することには、依然として技術的な課題がある。
【０００６】
それに加え、油を用いない融合において、トナー画像を剥離しやすくするために、ワックス状のトナーを用いることが多い。しかし、ワックスがフューザー表面（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標））に移動すると、従来のＰＴＦＥ表面を用いる場合、フューザー表面を汚染してしまうことがある。例えば、ＰＴＦＥの油を用いないフューザーについて、よく述べられる失敗の形態は、ワックスゴースティングと呼ばれる。ＰＴＦＥ上にあるワックスは、次の印刷の画質に影響を与える。この問題を防ぐための材料の組み合わせを有することが望ましいだろう。
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態によれば、フューザー部材が提供される。フューザー部材は、フルオロポリマーと、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーとのコンポジットを含む外側層を備えている。
【０００８】
別の実施形態によれば、フューザー部材を製造する方法が提供される。この方法は、末端がシロキサンのフルオロカーボンと、フルオロポリマー粒子と、溶媒との分散物をフューザー部材表面にコーティングすることを含む。この分散物を、フルオロポリマーの融点より高い温度まで加熱し、フルオロポリマーおよび網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーの外側層を作成する。
【０００９】
別の実施形態によれば、フューザー部材が提供される。フューザー部材は、基板と、基板に配置される弾性層と、弾性層に配置される外側層とを備える。外側層は、ポリテトラフルオロエチレンのフルオロポリマーと、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂と、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーとのコンポジットを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本教示にかかる円柱状基板を備える例示的なフュージング部材を示す。
【図２】図２は、本教示にかかるベルト基板を備える例示的なフュージング部材を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の教示にかかる、図１に示したフューザーローラーを用いた例示的なフュージング構造を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の教示にかかる、図１に示したフューザーローラーを用いた例示的なフュージング構造を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の教示にかかる、図２に示したフューザーベルトを用いた他の例示的なフュージング構造を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の教示にかかる、図２に示したフューザーベルトを用いた他の例示的なフュージング構造を示す。
【図５】図５は、転写固定装置を用いる例示的なフューザー構造を示す。
【図６】図６は、フューザー部材について、種々の液体に対する接触角を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
固定部材は、１つ以上の機能性層が形成された基板を備えていてもよい。基板としては、例えば、円柱またはベルトを挙げることができる。１つ以上の機能性層は、疎水性および／または撥油性である表面濡れ性を有する、網目構造のシロキシフルオロカーボン中にフルオロポリマーを含む最外層または表面層を備えている。画像支持材料（例えば、紙のシート）の上にある融合したトナー画像からのトナー剥離性が良好であり、この性質を維持し、さらに、紙をはがしやすくするために、このような固定部材を、高速高品質の電子写真印刷のための油を用いないフュージング部材として用いてもよい。
【００１２】
種々の実施形態では、固定部材は、例えば、１つ以上の機能性層が形成された基板を備えていてもよい。基板は、例えば、図１および図２に示されるように、特定の構造に依存して、非導電性または導電性の適切な材料を用い、円柱（例えば、円筒管）、円柱状のドラム、ベルト、ドレルト（ドラムとベルトの中間）または膜のような種々の形状で作成されてもよい。
【００１３】
特定的には、図１は、本教示にかかる円柱状基板１１０を備える固定部材またはフュージング部材１００の例示的な実施形態を示し、図２は、本教示にかかるベルト基板２１０を備える、別の例示的な固定部材またはフュージング部材２００を示す。図１に示されている固定部材またはフュージング部材１００および図２に示されている固定部材またはフュージング部材２００は、一般化された概略をあらわしており、他の層／基板を加えてもよく、存在する層／基板を除去するか、または変えてもよいことは、当業者には容易に明らかになるはずである。
【００１４】
図１において、例示的な固定部材１００は、１つ以上の機能性層１２０と外側層１３０とが形成された円柱状基板１１０を備えるフューザーローラーであってもよい。外側層１３０は、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーに分散したフルオロポリマーを含む。この外側層は、厚みが約５μｍ〜約２５０μｍ、または約１０μｍ〜約１５０μｍ、または約１５μｍ〜約５０μｍである。種々の実施形態では、円柱状基板１１０は、円筒管の形（例えば、内部に加熱ランプを備える中空構造を有するもの、または中身が詰まった円筒状のシャフト）をしていてもよい。図２において、例示的な固定部材２００は、１つ以上の機能性層（例えば、２２０）と外側表面２３０とが形成されたベルト基板２１０を備えていてもよい。外側表面２３０または外側層は、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーに分散したフルオロポリマーを含む。この外側層は、厚みが約５μｍ〜約２５０μｍ、または約１０μｍ〜約１５０μｍ、または約１５μｍ〜約５０μｍである。ベルト基板２１０および円柱状基板１１０は、当業者には知られているように、剛性および構造の完全性を維持するために、例えば、ポリマー材料（例えば、ポリイミド、ポリアラミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリフタルアミド、ポリアミド−イミド、ポリケトン、ポリフェニレンスルフィド、フルオロポリイミドまたはフルオロポリウレタン）、金属材料（例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼）から作られていてもよい。
【００１５】
機能性層１２０および２２０の例としては、フルオロシリコーン、シリコーンゴム、例えば、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンゴム、高温加硫（ＨＴＶ）シリコーンゴム、低温加硫（ＬＴＶ）シリコーンゴムが挙げられる。これらのゴムは既知であり、商業的に簡単に入手可能であり、例えば、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３５ブラックＲＴＶおよびＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３２  ＲＴＶ（いずれもＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ製）；１０６  ＲＴＶ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒおよび９０  ＲＴＶ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ（いずれもＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ製）；ＪＣＲ６１１５ＣＬＥＡＲ  ＨＴＶおよびＳＥ４７０５Ｕ  ＨＴＶシリコーンゴム（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｔｏｒａｙ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ製）である。他の適切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、Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ  ５５２（Ｓａｍｐｓｏｎ  コーティング（リッチモンド、バージニア）から入手可能））；液体シリコーンゴム、例えば、ビニル架橋した熱硬化性ゴム、またはシラノールを室温で架橋した材料などが挙げられる。別の特定の例は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｓｙｌｇａｒｄ  １８２である。市販のＬＳＲゴムとしては、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ製のＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｑ３−６３９５、Ｑ３−６３９６、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９０  ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９１  ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９５  ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９６  ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９８  ＬＳＲが挙げられる。機能性層は、弾力性を付与し、必要な場合には、例えば、ＳｉＣまたはＡｌ２Ｏ３のような無機粒子と混合してもよい。
【００１６】
また、機能性層１２０および２２０の例としては、フルオロエラストマーも挙げられる。フルオロエラストマーは、（１）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、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、テトラフルオロエチレンのターポリマー；（３）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、キュアサイトモノマーのテトラポリマーといった種類に由来する。これらのフルオロエラストマーは、種々の名称、例えば、ＶＩＴＯＮ  Ａ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ  Ｂ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ  Ｅ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ  Ｅ  ６０Ｃ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ  Ｅ４３０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ  ９１０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ  ＧＨ（登録商標）；ＶＩＴＯＮ  ＧＦ（登録商標）；ＶＩＴＯＮ  ＥＴＰ（登録商標）で商業的に知られている。ＶＩＴＯＮ（登録商標）という名称は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃの商標である。キュアサイトモノマーは、４−ブロモペルフルオロブテン−１，１，１−ジヒドロ−４−ブロモペルフルオロブテン−１，３−ブロモペルフルオロプロペン−１，１，１−ジヒドロ−３−ブロモペルフルオロプロペン−１、または任意の他の適切な既知のキュアサイトモノマー（例えば、ＤｕＰｏｎｔから市販されているもの）であってもよい。他の市販されている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）、ＦＬＵＯＲＥＬ  ＬＶＳ  ７６（登録商標）が挙げられ、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）は、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標である。さらなる市販材料としては、ＡＦＬＡＳＴＭというポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン）、ＦＬＵＯＲＥＬ  ＩＩ（登録商標）（ＬＩＩ９００）というポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレンビニリデンフルオリド）（これらも、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）、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）、ＮＨ（登録商標）、Ｐ７５７（登録商標）ＴＮＳ（登録商標）Ｔ４３９（登録商標）、ＰＬ９５８（登録商標）、ＢＲ９１５１（登録商標）、ＴＮ５０５（登録商標）として特定されるＴｅｃｎｏｆｌｏｎ（Ａｕｓｉｍｏｎｔから入手可能）が挙げられる。
【００１７】
３種類の既知のフルオロエラストマーの例は、（１）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのうち、２つのコポリマー類、例えば、ＶＩＴＯＮ  Ａ（登録商標）として商業的に知られているもの；（２）ＶＩＴＯＮ  Ｂ（登録商標）として商業的に知られている、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのターポリマー類；（３）ＶＩＴＯＮ  ＧＨ（登録商標）またはＶＩＴＯＮ  ＧＦ（登録商標）として商業的に知られている、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、キュアサイトモノマーのテトラポリマー類である。
【００１８】
フルオロエラストマーであるＶＩＴＯＮ  ＧＨ（登録商標）およびＶＩＴＯＮ  ＧＦ（登録商標）は、フッ化ビニリデンの量が比較的少ない。ＶＩＴＯＮ  ＧＦ（登録商標）およびＶＩＴＯＮ  ＧＨ（登録商標）は、約３５重量％のフッ化ビニリデンと、約３４重量％のヘキサフルオロプロピレンと、約２９重量％のテトラフルオロエチレンと、約２重量％のキュアサイトモノマーとを有している。
【００１９】
ローラー構造の場合、機能性層の厚みは、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ、または約１ｍｍ〜約８ｍｍ、または約２ｍｍ〜約７ｍｍであってもよい。ベルト構造の場合、機能性層は、約２５μｍ〜約２ｍｍ、または約４０μｍ〜約１．５ｍｍ、または約５０μｍ〜約１ｍｍであってもよい。
【００２０】
場合により、任意の既知の接着層および入手可能な適切な接着層が、外側表面層、機能性層および基板の間に配置されていてもよい。適切な接着剤の例としては、シラン、例えば、アミノシラン（例えば、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ製のＨＶ  Ｐｒｉｍｅｒ  １０）、チタネート、ジルコネート、アルミネートなど、およびこれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、約０．００１％〜約１０％溶液の状態の接着剤を、基板の上にワイピングしてもよい。接着層は、約２ｎｍ〜約２，０００ｎｍ、または約２ｎｍ〜約５００ｎｍの厚みで基板または外側層にコーティングされてもよい。接着剤を、スプレーコーティングまたはワイピングを含む既知の任意の適切な技術によってコーティングしてもよい。
【００２１】
図３Ａ〜３Ｂおよび図４Ａ〜４Ｂは、本教示にかかる融合プロセスのための例示的なフュージング構造を示す。図３Ａ〜３Ｂに示されているフュージング構造３００Ａ〜Ｂ、および図４Ａ〜４Ｂに示されているフュージング構造４００Ａ〜Ｂが、一般化された模式的な図を示しており、他の部材／層／基板／構造を追加してもよく、または、すでに存在している部材／層／基板／構造を取り除くか、または変えてもよいことが当業者には容易に明らかになるはずである。本明細書では電子写真式プリンターを記載しているが、開示されている装置および方法を、他の印刷技術に応用してもよい。例としては、オフセット印刷およびインクジェット機および固体転写固定機が挙げられる。
【００２２】
図３Ａ〜３Ｂは、本教示にかかる、図１に示されるフューザーローラーを用いたフュージング構造３００Ａ〜Ｂを示す。構造３００Ａ〜Ｂは、フューザーローラー１００（すなわち、図１の１００）を備えていてもよく、このローラーは、加圧機構３３５（例えば、図３Ａの加圧ローラーまたは図３Ｂの加圧ベルト）とともに、画像支持材料３１５のためのフューザー用爪を形成する。種々の実施形態では、加圧機構３３５を、加熱ランプ３３７と組み合わせて用い、トナー粒子を画像支持材料３１５の上で融合させるプロセスのために圧力と熱を両方加えてもよい。それに加え、構造３００Ａ〜Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂに示されているように、１つ以上の外部熱ローラー３５０を、例えば、クリーニングウェブ３６０とともに備えていてもよい。
【００２３】
図４Ａ〜４Ｂは、本教示にかかる、図２に示されるフューザーベルトを用いたフュージング構造４００Ａ〜Ｂを示す。構造４００Ａ〜Ｂは、フューザーベルト２００（すなわち、図２の２００）を備えていてもよく、このベルトは、加圧機構４３５（例えば、図４Ａの加圧ローラーまたは図４Ｂの加圧ベルト）とともに、媒体基板４１５のためのフューザー用爪を形成する。種々の実施形態では、加圧機構４３５を、加熱ランプと組み合わせて用い、トナー粒子を媒体基板４１５の上で融合させるプロセスのために圧力と熱を両方加えてもよい。それに加え、構造４００Ａ〜Ｂは、フューザーベルト２００を動かし、媒体基板４１５の上でトナー粒子を融合させ、画像を作成するような機械システム４４５を備えていてもよい。機械システム４４５は、１つ以上のローラー４４５ａ〜ｃを備えていてもよく、必要な場合には、これらを加熱ローラーとして用いてもよい。
【００２４】
図５は、ベルト、シート、膜などの形態であってもよい、転写固定部材７の一実施形態の図を示す。転写固定部材７は、上述のフューザーベルト２００と似た構成である。現像した画像１２が中間転写体１の上にあり、ローラー４および８を介して転写固定部材７と接触し、転写固定部材７に転写される。ローラー４および／またはローラー８は、これらに関連して熱を帯びていてもよいし、帯びていなくてもよい。転写固定部材７は、矢印１３の方向に進む。複写基板９がローラー１０と１１との間を進むにつれて、現像した画像が複写基板９に転写され、融合する。ローラー１０および／または１１は、これらに関連して熱を帯びていてもよいし、帯びていなくてもよい。
【００２５】
本明細書に記載のいくつかの実施形態では、図１および図２にそれぞれ示されているような高性能フュージングトップコートまたはフュージング表面層１３０または２３０を調製するために、優れた剥離性を有するＰＦＡまたは別のフルオロプラスチックのようなフルオロポリマーを、シロキシフルオロカーボン（ＳＦＣ）材料と合わせる。これらの材料の問題を軽減し、長寿命用途で優れた剥離性、ロバスト性、基板への接着性を有するトップコートを得るために、このコンポジットを、ゾルゲル合成によって処理された高性能フルオロカーボンと合わせる。また、この材料は、シリコーン基板に対し自己接着性であるため、処理が容易であり、プライマー層の必要がない。
【００２６】
セラミック材料は、強度および耐久性という点でよく知られており、セラミック状の材料を高性能フルオロプラスチックトップコート（例えば、Ｔｅｆｌｏｎ）に組み込むことは、材料のロバスト性を高めると予想される。末端がシロキサンのフルオロカーボン鎖で構成されるシロキシフルオロカーボン（ＳＦＣ）前駆体のゾルゲルプロセスをスキーム１に示す。シロキシ架橋した網目構造が調製される。ＳＦＣ前駆体は、得られた材料に、柔軟性および低表面エネルギーが加わっているフッ素化鎖を組み込むように設計される。ジアルコキシシランおよびトリアルコキシシラン、直鎖および分枝鎖のフルオロアルカン、フルオロアレンを含む、さまざまなシロキサン成分およびフルオロカーボン成分を含む種々のＳＦＣ前駆体を用い、コンポジットコーティングを調製してもよい。
【化１】
0005749146.tif 000002
スキーム１：網目構造のＳＦＣコーティングを調製するために用いられるＳＦＣ前駆体
【００２７】
ＳＦＣ前駆体は、炭化水素溶媒（例えば、エタノールまたはイソプロパノール）中でゾルゲルプロセスによって処理され、ここで、溶媒系は、少量の水を加えることを含み、例えば、シロキシフルオロカーボン前駆体または末端がシロキサンのフルオロカーボンに対し、約１モル当量〜約１０モル当量、または約２モル当量〜約４モル当量の水を加えることを含む。ゾルゲル前駆体の溶液に水を加えると、アルコキシ基が水と反応し、縮合して、部分的に網目構造になった凝集物を形成し、これをゾルと呼ぶ。部分的に網目構造のゾルを基板にコーティングすると、乾燥時にゲルを生成し、その後に加熱処理すると（典型的には約２００℃まで）、完全に網目構造のＳＦＣコーティング（網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー）が基板表面（フューザー基板）上に生成する。フルオロ炭素鎖の長さｎは、約１〜約２０、または約２〜約５、または約３〜約４の範囲である。
【００２８】
ＳＦＣとフルオロポリマーとのコンポジットは、ＳＦＣとフルオロポリマー粒子との溶液の組み合わせから製造され、次いで、ゾルゲルプロセスによって、網目構造のコンポジット材料が製造される。ＳＦＣ−フルオロポリマーを示す模式図は、スキーム２に示されている。フルオロポリマー粒子を加熱処理し、溶融した後、ＳＦＣ網目構造は、塊状のフルオロポリマーの機械的に丈夫な状態を強化する。
【化２】
0005749146.tif 000003
スキーム２：フルオロポリマー粒子の融点で熱処理する前および熱処理した後の、フルオロポリマー粒子と網目構造のＳＦＣ材料とのコンポジット系の簡単な模式図。フルオロポリマーと網目構造のシロキシフルオロカーボンとの重量比は、約９９：１〜約５０：５０、または約９０：１０〜約７０：３０、または約８５：１５〜約７５：２５である。
【００２９】
本明細書に記載される配合物で用いるのに適したフルオロポリマー粒子としては、フッ素含有ポリマーが挙げられる。これらのポリマーとしては、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル、およびこれらの混合物からなる群から選択されるモノマー繰り返し単位を含むフルオロポリマーが挙げられる。フルオロポリマーは、直鎖または分枝鎖のポリマー、架橋したフルオロエラストマーを含んでいてもよい。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（ＰＴＦＥ）；ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）；テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマー；ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦまたはＶＦ２）とのコポリマー；テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー；テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＦ２）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のテトラポリマー、およびこれらの混合物が挙げられる。フルオロポリマー粒子は、化学薬品および熱に安定であり、表面エネルギーが低い。フルオロポリマー粒子は、融点が約２００℃〜約４００℃、または約２５５℃〜約３６０℃、または約２８０℃〜約３３０℃である。
【００３０】
亀裂のないコーティングは、典型的には、ミリメートル範囲またはミクロン範囲に亀裂または欠陥がみられない平滑な表面を特徴としてもよい。また、非常に均一な表面が必要な場合、亀裂のないコーティングは、ナノメートル範囲に亀裂または欠陥がみられない平滑な表面を特徴としてもよい。シリコーン機能性層の上に、層として塗布されるＰＦＡのようなフルオロポリマーは、シリコーンからトップコート層に向かって気体または溶媒が放出されるため、亀裂が生じることがあり、これによって、熱処理および溶融中に生成するＰＦＡ表面に欠陥が生じることがある。ＰＦＡフルオロポリマー粒子の周囲にＳＦＣ網目構造が生成し、この構造がコーティングを強化し、シリコーン機能性層の上でコーティングを処理している間に、剥離層に亀裂が生じることを制限するような、丈夫な骨格が得られる。
【００３１】
亀裂のない表面は、剥離層表面にある小さな亀裂または欠陥にトナーが取り込まれるために起こる汚染が減るため、フューザー部材の寿命を延ばすだろう。また、亀裂を含む表面は、印刷した表面の画像に欠陥があらわれてしまうため、フューザー部材を使用することができなくなる場合がある。亀裂のない剥離層表面を信頼性よく作成することが可能な材料系は、フューザー部材を製造するのに有利である。
【００３２】
熱処理されたＳＦＣおよびフルオロポリマーのコンポジット剥離層は、ＳＦＣを含まないフルオロポリマー剥離層と比較して、表面損傷に対して丈夫である。この表面は、表面層よりも硬い材料片が、剥離層表面にわたって引きずられたときに、ひっかき傷ができにくい傾向がある。この表面は、表面から下に向かって加わる力によって生じるへこみまたは圧縮による欠陥が起こりにくい傾向がある。この種の損傷は、通常の取り扱いおよび使用の間にフューザー部材によくあるものであり、このような損傷は、フューザー部材の耐用期間を制限してしまう。フューザー部材の寿命を延ばすために、へこみまたは圧縮による欠陥に対して弾性がある剥離層表面を開発することが有利である。
【００３３】
熱処理されたＳＦＣおよびフルオロポリマーのコンポジット剥離層は、ＳＦＣがコンポジット層に組み込まれているため、機能性層（シリコーンまたはそれ以外）に対する接着性を高めることができる。ＳＦＣ要素中にシロキシ官能基が存在すると、剥離層の下にある層に対し、直接反応するか、または強く相互作用するか、またはこの両方が起こる。機能性層に接着したプライマー層に接着してもよく、または、機能性層に直接接着してもよい。一実施形態では、ＳＦＣおよびフルオロポリマーのコンポジット剥離層は、プライマー層を必要とせずに、機能性層に直接結合する。剥離層の接着性の測定は、アンダーコートからこの層を力をかけて引っ張り、この層が、アンダーコートに付着することなく、アンダーコートからきれいに引っ張られる場合、接着性は悪い。アンダーコートの付着性が大きいか、または、剥離層を引っ張ってはがすことができない場合、接着性が大きいことを示す。ＳＦＣおよびフルオロポリマーのコンポジット剥離層は、ＳＦＣを含まないフルオロポリマー剥離層と比較した場合、プライマー層または機能性層に対する接着性が高いことを示す。接着性は、コンポジットに含まれるＳＦＣの割合によって変わり、一般的に、組み込まれるＳＦＣの割合が増加するにつれて大きくなる。
【００３４】
添加剤およびさらなる導電性フィラーまたは非導電性フィラーが、フルオロポリマー粒子と網目構造のＳＦＣ材料とを含む上述の組成物中に存在していてもよい。種々の実施形態では、他のフィラー材料または添加剤（例えば、無機粒子を含む）を、コーティング組成物に用いてもよく、その後に形成される表面層に用いてもよい。本明細書で用いられる導電性フィラーとしては、カーボンブラック、グラファイト、フラーレン、アセチレンブラック、フッ素化カーボンブラックなどのようなカーボンブラック；カーボンナノチューブ；金属酸化物およびドープされた金属酸化物、例えば、酸化スズ、二酸化アンチモン、アンチモンがドープされた酸化スズ、二酸化チタン、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウムがドープされた三酸化スズなど、およびこれらの混合物が挙げられる。特定のポリマー、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ピロール、ポリインドール、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリ（フッ素）、ポリナフタレン、有機スルホン酸塩、リン酸エステル、脂肪酸エステル、アンモニウム塩またはホスホニウム塩、およびこれらの混合物を、導電性フィラーとして用いてもよい。種々の実施形態では、当業者に知られている他の添加剤を入れ、開示されているコンポジット材料を作成することもできる。フィラーは、約０重量％〜約１０重量％、または約０重量％〜約５重量％、または約１重量％〜約３重量％加えられてもよい。
【００３５】
トナーを剥離し、紙をはがしやすくし、トナーのデザインを改良するために、開示されている外側表面を、油を用いない融合プロセスで使用してもよい。
【００３６】
このような油を用いない融合は、多くのさらなる利点を与えることができる。例えば、フューザーシステムに完全な油輸送システムが備わっていなければ、製造コストが下がり、操作コスト（例えば、油の補充による）が下がり、サブシステムの設計が単純化し、軽量化することができる。それに加え、油を用いない融合プロセス／操作は、例えば、印刷縞および受け入れられない画質の欠陥を発生するフューザーの不均一な給油の問題、高い修理コストおよび顧客の不満足感をもたらす、ある種の機械信頼性の問題（例えば、頻繁な故障）を克服することができる。
【００３７】
ＳＦＣおよびフルオロポリマー粒子の溶液を任意の適切な既知の様式で基板にコーティングする。このような材料を基板層にコーティングする典型的な技術としては、フローコーティング、液体噴霧コーティング、浸漬コーティング、ワイヤ巻き付けロッドによるコーティング、流動床コーティング、粉末コーティング、静電噴霧、音波噴霧、ブレードコーティング、成形、積層などが挙げられる。この溶液をコーティングした後、網目構造のコンポジット材料を製造するためのゾルゲルプロセスがある。処理したコーティングを加熱し、網目構造のコーティングを硬化させ、フルオロポリマー粒子を溶融させる。
【００３８】
ＳＦＣおよびフルオロポリマーのコンポジットコーティングを２段階プロセスで加熱処理してもよく、この場合、コーティングを最初に約１００℃〜約２５０℃の温度まで約２〜約２０時間かけて熱処理する。また、熱処理は、温度を最終温度に到達するまで、高温まで時間をかけて除々に上げていくことによって、段階的に行ってもよい。熱処理の第１の工程は、ＳＦＣポリマーを完全に網目構造にし、コーティングとフルオロポリマー粒子とを固定し、ワイピングまたはブラッシングに耐性のある層が生成する。熱処理の第２の工程は、約２００℃〜約４００℃、または約２５５℃〜約３６０℃、または約２８０℃〜約３３０℃で約５分〜約３０分、または約７分〜約２０分、または約１０分〜約１５分の高温での熱処理である。熱処理の第２の工程は、フルオロポリマー粒子を溶融させ、融合用途に適した剥離層が生成する。
【００３９】
ＳＦＣおよびフルオロポリマーのコンポジットコーティングを１段階プロセスで処理してもよく、この場合、コーティングを約２００℃〜約４００℃、または約２５５℃〜約３６０℃、または約２８０℃〜約３３０℃で約５分〜約３０分、または約７分〜約２０分、または約１０分〜約１５分、直接熱処理する。
【００４０】
構造１に示されるようなＳＦＣ前駆体ジシロキシペルフルオロヘキサンを、エタノール中、種々の濃度で含むＯｌｙｍｐｉａローラーセグメントで試験コーティング剤を調製し、
【化３】
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これをエタノール中に分散したＰＦＡ（Ｍ−３２０ＰＦＡ粉末（粒径＞１５μｍ））と合わせた。この分散物をスプレーコーティングによってむき出しのシリコーン表面に直接塗布した。ＳＦＣを完全に架橋し、固定するための２１８℃までの最初の熱処理の後、３５０℃での高温処理を１０分間行ない、ＰＦＡを溶融させた。顕微鏡でみると、７５重量％および５０重量％のＰＦＡがＳＦＣ上にあり、別個の粒子が存在する粗い形態の表面が、融着した表面に変わっていた。表面の形態は均一であり、すべての場合に亀裂がなかった。
【００４１】
２５重量％のＳＦＣと７５重量％のＰＦＡのエタノール分散物をむき出しのＯｌｙｍｐｉａローラーでスプレーコーティングし、トナーの剥離性および融合許容範囲について試験した。結果を表１に示す。使用されるＳＦＣ材料は、ＰＦＡと比較して融合許容範囲が狭く、熱オフセット温度が低く、コンポジットＳＦＣ／ＰＦＡローラーは、融合許容範囲がＰＦＡコントロールとほぼ同じ幅であった。この材料は、ＰＦＡよりも高いロバスト性を示し、ＰＦＡではよく生じるような、スパチュラを用いたときにこすり落とされること、へこみ、傷がみられなかった。定性的に、このコンポジット材料は、ＰＦＡよりも固く、しかし柔軟性も維持している。
【表１】
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【００４２】
プライマー層を使用することなく、わずか２５重量％のＳＦＣ材料を含むトップコートは、シリコーン表面に十分に接着し、融合中に剥離しなかったことがわかった。この高いＰＦＡ含有量（７５重量％）では、コンポジットコーティングは、力をかけるとはがすことができ、これは、プライマー層を用いて接着したＰＦＡスリーブに匹敵するものであった。フルオロポリマーおよびＳＦＣのコンポジットコーティングは、プライマー層または接着層の必要がない。
【００４３】
５０重量％  ＳＦＣ／５０重量％  ＰＦＡの分散物を、むき出しのＯｌｙｍｐｉａローラーを用いて複数回フローコーティングし、熱処理し、固い外側層を作成した。ＰＦＡトップコートと比較すると、表面は、傷またはへこみに対して非常に丈夫である。このコンポジットは、シリコーン基板に強く結合し、力をかけてもシリコーン基板からこすり落としたり、はがしたりすることができなかった。上述のローラーでフローコーティングした材料の水、ホルムアミド、ジヨードメタンの接触角を試験し、これはＳＦＣの場合よりも大きかった（表２）。この結果は、予想されるように、コンポジットの表面エネルギーが、ＰＦＡとＳＦＣの中間であることを示している（図６）。
【００４４】
まとめると、スプレーコーティングおよびフローコーティングによる処理技術の両方によってＳＦＣ／フルオロポリマーコンポジットコーティングを詳しく調べる試験を行ない、これによりトナー剥離性が優れ、耐摩耗性に優れ、シリコーンへの付着性が優れた、亀裂のない表面コーティングを得た。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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