(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材であって、
前記定着部材は、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、
前記バリア層の酸素濃度は、前記シリコーンゴムの酸素濃度に対して２０％以上の酸素富化であり、
前記バリア層は１μｍ以下の深さの溝を有する、定着部材。
【請求項２】
請求項１に記載の定着部材を有する定着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の定着装置を有する画像形成装置。
【請求項４】
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、前記バリア層の酸素濃度は、前記シリコーンゴムの酸素濃度に対して２０％以上の酸素富化であり、前記バリア層は１μｍ以下の深さの溝を有する、定着部材の製造方法であって、
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面をプラズマ処理する工程を含む、離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材の製造方法。
【請求項５】
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、前記バリア層の酸素濃度は、前記シリコーンゴムの酸素濃度に対して２０％以上の酸素富化であり、前記バリア層は１μｍ以下の深さの溝を有する、定着部材の製造方法であって、
シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面を紫外線照射処理する工程を含む、離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着部材、定着装置、画像形成装置及び定着部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、記録媒体に転写したトナー像を定着する定着装置を備える。定着装置は、記録媒体上のトナー像を加熱する加熱手段と、トナー像を記録媒体上に定着させる定着部材と、定着部材と定着ニップを形成する加圧部材とを備え、これによりトナー像を加熱、加圧して記録媒体上に定着させる。
【０００３】
定着部材としては、ベルト形状又はローラ形状などのものが知られており、基体となる金属ローラ又は樹脂製や金属製のシームレスベルトの上に、耐熱性ゴムなどから成る弾性層及び／又は離型層を設けたものなどが用いられる。
【０００４】
しかしながら、定着部材は、加熱され溶融状態となったトナー像と接触するため、トナー像の一部が定着部材の表面に転移することがある。また、定着時に溶融下トナーによって、記録媒体が定着部材へ巻き付きことも問題となる。そのため、定着部材とトナーとの離型性及び定着画像の分離性を向上させる技術が開発されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、定着ローラの表面離型層に記録媒体の移動方向に沿った細溝を設けることで、離型剤を分散させ、トナーを定着ローラの表面に貼り付くことを防ぐ技術が開示されている。
【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、特許文献１の表面離型層は、カーボンが分散されたフッ素樹脂を使用している。フッ素樹脂は、硬度が高く、トナーを記録媒体に定着させる際に、記録媒体表面の凹凸に追従しにくい。そのため、得られる定着画像は、その光沢にムラが生じるという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、本発明では、柔軟性を有するシリコーンゴムを使用して、トナー離型性が優れた定着部材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】
【０００８】
本発明によると、
離型剤を含むトナー粒子で形成されたトナー画像の定着に用いる定着部材であって、
前記定着部材は、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムの表面に、離型剤に対するバリア層を有し、前記バリア層の酸素濃度は、前記シリコーンゴムの酸素濃度に対して２０％以上の酸素富化であり、前記バリア層は１μｍ以下の深さの溝を有する、定着部材が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、柔軟性を有するシリコーンゴムを使用して、トナー離型性が優れた定着部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、表面処理を施していないシリコーンゴムの一例の表面写真である。
【図２】図２は、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムの一例の表面写真である。
【図３】図３は、図２の３次元表示画像である。
【図４】図４は、表面処理を施していないシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真の例である。
【図５】図５は、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真の例である。
【図６】図６は、本発明の定着部材を有するローラ定着装置の一例を示す断面概略図である。
【図７】図７は、本発明の定着部材を有する画像形成装置の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を、図面を参照することにより、具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で、変更及び／又は改良することができる。
【００１２】
［定着部材］
本発明の定着部材に用いるシリコーンゴムは、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムを使用することができる。シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムであれば、側鎖は特に限定されず、例えば、ジメチルシリコーンゴムや、フロロシリコーンゴムを使用することができる。
【００１３】
本発明は、上述のシリコーンゴムに、下記に詳述する表面処理を施すことで、酸素富化層（トナーに対するバリア層）を有する定着部材を作成する。通常、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムは、ノルマルオクタンなどの離型剤（ワックス）による膨潤性が高い。しかしながら、シリコーンゴムの表面を、下記に詳述する表面処理を施すことにより、ワックスに対するバリア層を形成できる。同時に、シリコーンゴムの表面に溝を作成することができ、これによりワックスを広く表面に分布させることができるため、ワックスに対する離型性がさらに向上する。
【００１４】
溝を有するバリア層を含む定着部材を作成するための表面処理としては、例えば、プラズマ処理、紫外線（オゾン）処理、又は電子線処理等が挙げられる。
【００１５】
プラズマ処理の方法としては、例えば、プラズマリアクター（ＰＲ５００；ヤマト科学社製）を用いて、出力：１００Ｗ、処理時間：６０秒、反応ガス：アルゴン９９．９９９％、反応圧力：１０Ｐａなどで行うことができる。本発明は上述のプラズマ処理条件に限定されないが、プラズマ処理条件を制御することにより、バリア層の溝の深さを１μｍ以下とすることが好ましく、０．３μｍ以下とすることがより好ましい。バリア層の溝の深さが１μｍ以下の場合、紙への追従性も高く、高画質、高光沢の画質が得られる定着部材となる。一方、バリア層の溝の深さが１μｍを超える場合、シリコーンゴムの弾性が失われることがある。また、バリア層の溝の内部にワックスが入り込むことがある。
【００１６】
また、バリア層の溝の間隔の平均値は、トナーの体積平均粒径の２倍よりも小さいことが好ましい。バリア層の溝の間隔の平均値は、トナーの体積平均粒径の２倍よりも小さくすることにより、定着時にトナーがつぶれた際に、トナーの下にワックスが入り込むための溝が存在することで、トナーの離型性が向上すると考えられる。なお、トナーの体積平均粒径は、コールターカウンター［ＴＡーＩＩ］型（アパーチャー径：５０μｍ、コールター社製）等を用いて測定できる。
【００１７】
バリア層の溝の間隔は、例えば、下記の方法で決定することができる。バリア層における長手方向中央部において、レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製；ＶＫ９５００）等により、９０°ごとに４点画像を測定する。得られた画像に対して、例えば、１００μｍの縦線２本、横線２本の測定線を選択する。測定線上の溝間隔を測定し、平均する。
【００１８】
紫外線処理の方法としては、例えば、紫外線照射装置（ＵＳＨＩＯ製；ＵＶＣ−０２５１６Ｓ１ＡＢ０１（灯具  ＵＶＨ−０２５２Ｃ−２２００  ランプＵＶＬ−４００１Ｍ３−Ｎ１））を用いて、照射電力１２０Ｗ、処理時間は１０秒で行うことができる。本発明は上述の紫外線照射条件に限定されないが、紫外線照射条件を制御することにより、バリア層の溝の深さを１μｍ以下とすることが好ましく、０．３μｍ以下とすることがより好ましい。
【００１９】
また、紫外線照射により溝を有するバリア層を含む定着部材を作成する場合、均一に紫外線を照射するために、シリコーンゴムを回転させながら照射することが好ましい。
【００２０】
バリア層における酸素濃度は、例えば、ＸＰＳを用いたＣ６０イオンエッチングによる深さ方向分析により、測定することができる。バリア層における酸素濃度は、元のシリコーンゴムに対して２０％以上の酸素富化であることが、トナーに対する離型性が優れるため好ましい。
【００２１】
図１に、表面処理を施していないシリコーンゴムの表面写真を示し、図２に、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムの表面写真を示す。また、図３に、図２の３Ｄ表示画像を示す。なお、図１及び図２の表面写真は、レーザー顕微鏡（キーエンス社製；ＶＫ９５００）を用いて撮影したものである。また、図１及び図２のシリコーンゴムは、７０μｍのポリイミド基板上に、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング社製；ＤＹ３５−２０８３）をブレード塗装により２００μｍ塗装し、１５０℃で３０分加熱後、２００℃で４時間２次加熱したものを使用した。さらに、プラズマ処理は、プラズマリアクター（ＰＲ５００；ヤマト科学社製）を用いて、出力：１００Ｗ、処理時間：６０秒、反応ガス：アルゴン９９．９９９％、反応圧力：１０Ｐａで行った。
【００２２】
図１からわかるように、プラズマ処理を施していないシリコーンゴムは、表面が滑らかである。一部、シリコーンゴム内に分散された粒子が観察されるが、これは表面の粗さには実質的に影響を与えない。一方、図２では、概ね１０μｍ以下程度の間隔で溝が観察される。また、図３からわかるように、溝の深さは、０．１〜０．２μｍ程度である。
【００２３】
図４に、表面処理を施していないシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真を示し、図５に、プラズマ処理による表面処理後のシリコーンゴムに、ワックス押しつけ試験を施した後の表面写真を示す。なお、ここで言うワックス押し付け試験の手順は、下記の通りである。サンプルをφ１０ｍｍに打ち抜き、φ１０ｍｍの金属円柱に常温で接着する。次に、１４５℃に加熱したホットプレート上にスライドガラスを乗せ、少量のカルナバワックスを溶かし、薄く広げる。このワックス上に１０００ｇｆの荷重で５０ｍ秒押しつけて、離し、すぐに冷却する。
【００２４】
図４からわかるように、表面処理を施していないシリコーンゴムでは、浸透し切れなかったと考えられるワックスが、部分的に球状で残存している。一方、図５では、形成された溝に従ってワックスが分布している。即ち、プラズマ処理により、ワックスが広範囲に展開している。
【００２５】
本発明の定着部材は、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムに、表面処理を施し、溝を有するバリア層を形成させれば、形状は限定されず、例えば、ローラ状、ベルト状又はシート状等の、公知の形状で構わない。また、公知の芯材の表面に、シロキサン結合を主鎖とするシリコーンゴムに、表面処理を施し、溝を有するバリア層を形成させても良い。
【００２６】
［定着装置］
図６に、本発明の定着部材を有するローラ定着装置の例の断面概略図を示す。ローラ定着装置２０は、本発明の定着部材の一例である、定着ローラ２１の内部に、加熱手段であるハロゲンヒータ２２を含む。定着ローラ２１には、温度センサー２３が配置されている。また、ローラ定着装置２０は、加圧ローラ２４を含む。加圧ローラ２４は、定着ローラ２１に圧接されており、記録媒体Ｐが通過してトナー像Ｔが定着されるニップ部を形成している。定着ローラ２１は、基材である芯金２５の表面に弾性層２６が形成される構造である。加圧ローラ２４は、芯金２７の表面に、耐熱性ゴムで形成された弾性層２８と離型層２９とが順次積層されている。
【００２７】
ローラ定着装置２０は、本発明に係る定着部材（定着ローラ２１）を使用しているので、トナーの離型性が良好であり、高画質の定着画像が得られる。また、定着部材（定着ローラ２１）は、紙表面との密着性が高い。そのため、離型層２９とトナーとの間の空隙による熱抵抗が低く、定着温度を下げることもできる。
【００２８】
［画像形成装置］
図７に、本発明の定着部材を有する画像形成装置の例の概略図を示す。画像形成装置３０は、トナー像を形成して記録媒体に転写する画像形成部と、記録媒体に転写された画像を定着させる定着装置３９とを有する。画像形成部は、静電潜像が形成される像担持体３１、像担持体３１に接触して帯電処理を行う帯電ローラ３２、レーザービーム等の露光装置３３、像担持体３１上に形成された静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ３４、帯電ローラ３２にＤＣ電圧を印加するための電源３５、像担持体３１上のトナー像を記録媒体Ｐに転写処理する転写ローラ３６、転写処理後の像担持体３１をクリーニングするためのクリーニング装置３７、像担持体３１の表面電位を測定する表面電位計３８等を備える。また、定着装置３９は、本発明の定着部材の一例である、内部に加熱手段を含む定着ローラ４０と加圧ローラ４１とから構成される。
【００２９】
画像形成装置３０を用いた画像形成方法を簡単に説明するが、本発明はこれに限定されず、他の公知の画像形成方法を使用することができる。画像形成装置３０では、回転する像担持体３１の感光層を、帯電ローラ３２により、一様に帯電させた後に、レーザービーム等の露光装置３３で露光して静電潜像を形成する。この静電潜像に現像ローラ３４によってトナーを付着させて現像し、トナー像として記録媒体Ｐ上に転写する。そして、転写されたトナー像を有する記録媒体Ｐを、定着ローラ４０及び加圧ローラ４１からなる定着装置３９のニップ部で圧接する。記録媒体Ｐ上に付着したトナー像を、定着ローラ４０の熱により軟化させつつ加圧することで、記録媒体Ｐ上に定着させ、排紙部へと排紙する。なお、上述のように、図７の構成概略図では、定着部材はローラ形状であるが、ベルト形状又はシート状でも良い。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００３１】
［プラズマ処理による定着部材（定着ローラ）の作成］
環状の補強リブにより補強された、厚さ０．４ｍｍの芯金（アルミニウム製）の表面に、シリコーンゴム用プライマーを、厚さが０．５μｍとなるように塗工した。このプライマー処理した芯金を、マンドレルに固定し、シリコーン（東レ・ダウコーニング社製：ＤＹ３５−２０８３）をブレード塗装にて２ｍｍ塗装した。その後、１５０℃、３０分間で加熱後、２００℃４時間で二次加熱した。得られたシリコーンゴム表面に、プラズマ処理を行った。なお、各実施例（実施例１〜４）及び各比較例（比較例１〜２）では、プラズマ発生時の投入電力及び処理時間を変更することにより、バリア層の溝深さの平均値及び溝間隔の平均値を制御した。この時、比較例２の処理条件では、溝は観察されなかった。
【００３２】
プラズマ処理後のシリコーンゴムに、オルトケイ酸テトラエチル（和光純薬工業（株）製）をディッピング塗布し、湿度９０％温度６０℃の環境下で３０分以上保持した。その後、１５０℃で１０分間乾燥し、定着ローラを得た。
【００３３】
得られた定着ローラの表面を、ＸＰＳを用いてＣ６０イオンエッチングによる深さ方向分析を行った。その結果、実施例1〜４及び比較例１で得られた膜における１μｍ以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し２０％以上の酸素富化部分を有することを確認した。一方、比較例２で得られた膜における１μｍ以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し１５％の酸素富化であった。
【００３４】
実施例１〜４及び比較例１〜２の処理条件及び酸素富化量を表1に示す。
【００３５】
【表１】
0005830934.tif 000002
［紫外線照射処理による定着部材（定着ローラ）の作成］
実施例１において、シリコーンゴムのプラズマ処理を、下記の紫外線照射装置を用いた紫外線照射処理に変更した以外は、同様の工程により、実施例５の定着部材を得た。
【００３６】
紫外線照射処理は、紫外線照射装置（ＵＳＨＩＯ製；ＵＶＣ−０２５１６Ｓ１ＡＢ０１（灯具  ＵＶＨ−０２５２Ｃ−２２００  ランプＵＶＬ−４００１Ｍ３−Ｎ１））を用いて、ローラを回転させながら照射した。紫外線照射処理条件は、照射電力１２０Ｗ、処理時間は１０秒で行った。
【００３７】
また、実施例６〜９及び比較例３〜４では、実施例５における、紫外線照射時の投入電力及び処理時間を変更することにより、バリア層の溝深さの平均値及び溝間隔の平均値を制御した。この時、比較例４の処理条件では、溝は観察されなかった。
【００３８】
得られた定着ローラの表面を、ＸＰＳを用いてＣ６０イオンエッチングによる深さ方向分析を行った。その結果、実施例５〜９及び比較例３で得られた膜における１μｍ以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し２０％以上の酸素富化部分を有することを確認した。一方、比較例４で得られた膜における１μｍ以下の厚さ部分は、元のシリコーンゴムに対し１４％の酸素富化であった。
【００３９】
実施例５〜９及び比較例３〜４の処理条件及び酸素富化量を表２に示す。
【００４０】
【表２】
0005830934.tif 000003
各実施例及び比較例で得られた定着ローラは、下記の方法により平均溝間隔及び平均溝深さを算出した。長手方向中央部において、９０°ごとに４点画像を、レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製；ＶＫ９５００）により測定する。得られた画像に対して、１００μｍの測定線を決め、任意に選択した縦横各２本計４線上の溝間隔を測定し、平均した。また、溝深さについては、レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製；ＶＫ９５００）の３次元画像から算出し、平均した。
【００４１】
［評価］
また、下記の市販の画像形成装置の定着ユニットの定着ローラと交換し、定着ローラのトナーに対する離型性（耐トナーオフセット性）と定着画像の光沢ムラの評価を行った。なお、評価結果は、表１及び表２に示した。
【００４２】
定着ローラのトナーに対する離型性（耐トナーオフセット性）と定着画像の光沢ムラの評価における、評価条件は以下の通りである。
トナー画像形成装置：ＲＩＣＯＨ  ｉｍａｇｉｏ  ＭＰ  Ｃ４５００（株式会社リコー製）
トナーの体積平均粒径：６．０μｍ
画像形成原稿：ベタ画像（ブラック、６００ｄｐｉ、１００％）
記録媒体：再生紙、マイリサイクルペーパーＧＰ、Ａ４サイズ（株式会社リコー製）
定着装置：ＲＩＣＯＨ  ｉｍａｇｉｏ  ＭＦ４５７０の定着ユニット（株式会社リコー製）
定着枚数：１０，０００枚とした。
【００４３】
（耐トナーオフセット性）
定着ローラの耐トナーオフセット性の評価の基準を下記に示す。定着装置における定着枚数が１０、０００枚に達した時点で、定着ローラの表面を目視により観察して、トナーオフセットの有無を確認した。また、定着装置に白紙を通紙し、定着ローラ表面から白紙に転写されたトナーの有無を、目視により確認した。
判定基準：
◎      トナーオフセット及び白紙上に転写されたトナーがともにない；
○      トナーオフセット及び白紙上に転写されたトナーがいずれか一方に微量確認される；
×      トナーオフセット及び白紙上に転写されたトナーがともに確認される；
とした。
【００４４】
（画像の光沢ムラ）
定着画像の光沢ムラの評価は、定着枚数１０，０００枚目のベタ定着画像の光沢ムラを目視により確認し、下記の基準で評価した。
◎      光沢ムラなし；
○      光沢ムラわずかにあり；
×      光沢ムラあり；
とした。
【符号の説明】
【００４５】
Ｔ      トナー像
Ｐ      記録媒体
２０    ローラ定着装置
２１    定着ローラ
２２    ハロゲンヒータ
２３    温度センサー
２４    加圧ローラ
２５    芯金（基体）
２６    弾性層（定着部材）
２７    芯金（基体）
２８    弾性層
２９    離型層
３０    画像形成装置
３１    像担持体
３２    帯電ローラ
３３    露光装置
３４    現像ローラ
３５    電源
３６    転写ローラ
３７    転写媒体
３８    クリーニング装置
３９    定着装置
４０    定着ローラ
４１    加圧ローラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４６】
【特許文献１】特開２００３−２９５６６３号公報
【図６】
0005830934.tif 000004
【図７】
0005830934.tif 000005
【図１】
0005830934.tif 000006
【図２】
0005830934.tif 000007
【図３】
0005830934.tif 000008
【図４】
0005830934.tif 000009
【図５】
0005830934.tif 000010