(57)【要約】【課題】フッ素樹脂チューブ層とゴム層などとの接着性に優れ、しかも、従来のような、環境汚染や安全上の問題が発生することのない定着部材を得る。【解決手段】金属心軸１１などの基材外周にフッ素樹脂層１３を有する定着部材のフッ素樹脂層１３を、トリメチルボロンガスまたは硼酸水溶液２１の存在下、光を照射することにより表面処理された内面を有するフッ素樹脂チューブ１３Ａにより形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材外周にフッ素樹脂層を有する定着部材であって、
前記フッ素樹脂層は、トリメチルボロンガスまたは硼酸水溶液の存在下、光を照射することにより表面処理された内面を有するフッ素樹脂チューブにより形成されていることを特徴とする定着部材。
【請求項２】
前記フッ素樹脂層は、基材外周にゴム層を介して設けられていることを特徴とする請求項１記載の定着部材。
【請求項３】
表面処理された前記フッ素樹脂層の内面にさらに接着剤層が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の定着部材。
【請求項４】
前記基材は、金属芯軸、耐熱性樹脂スリーブまたは金属スリーブであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着部材。
【請求項５】
基材外周にフッ素樹脂層を有する定着部材の製造方法であって、
トリメチルボロンガスまたは硼酸水溶液の存在下、光を照射することにより表面処理された内面を有するフッ素樹脂チューブにより前記フッ素樹脂層を形成する工程を含むことを特徴とす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、電子写真複写機などの熱定着部で使用される定着部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタなどの複写・印刷機器においては、電子写真、静電記録、磁気記録などの画像形成プロセスにより、加熱溶融性の樹脂などからなるトナーの画像を記録紙上に形成し、これを熱により定着させる熱定着方式が一般に採用されている。
【０００３】
このような熱定着方式で使用される定着部材として、金属芯軸上に直接もしくはシリコーンゴムなどからなるゴム層を介して、フッ素樹脂チューブ層を形成したもの、あるいは、ポリイミドなどの耐熱性樹脂からなるスリーブ上に、直接もしくはシリコーンゴムなどからなるゴム層を介して、フッ素樹脂チューブ層を形成したものが知られており、一般に、次のような方法により製造されている。
【０００４】
（１）金属芯軸もしくはスリーブ上に熱収縮性のフッ素樹脂チューブを被せ、加熱により収縮させて被着させる。ゴム層を設ける場合には、金属芯軸もしくはスリーブ上にゴム層を形成し、表面を研削して所定の外径に成形した後、そのゴム層上に熱収縮性のフッ素樹脂チューブを被せ、被着させる。
（２）予めフッ素樹脂チューブを固定しておいた円筒状の金型内に、金属芯軸もしくはスリーブを挿入し、同心的に保持した後、これらのフッ素樹脂チューブと金属芯軸もしくはスリーブとの間隙に液状のゴムを注入し硬化させる。
【０００５】
ところで、表層として形成されるフッ素樹脂チューブ層は、主としてトナーによる汚れを防止するために設けられるものである。すなわち、フッ素樹脂はトナーに対する離型性がシリコーンゴムなどに比べて優れており、表層としてフッ素樹脂からなる層を設けることによりトナーの付着を防止することができる。
【０００６】
しかしながら、その優れた離型性のために、フッ素樹脂チューブ層は基層のゴム層などから剥がれやすいという問題があった。
【０００７】
そこで、この問題に対し、従来より様々な対策が講じられており、その代表的なものとして、フッ素樹脂チューブの内面をナトリウムエッチング（液体アンモニアに金属ナトリウムを溶解した溶液などで処理）で表面処理することにより、表面を化学的に活性化する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
具体的には、前記（１）の方法の場合、例えば、ゴム層上に未加硫のゴムを塗付し、その上に、内面をエッチング処理したフッ素樹脂チューブを被せて加熱処理を行い、フッ素樹脂チューブとゴム層とを接着させる。また、前記（２）の方法の場合、例えば、予め内面をエッチング処理したフッ素樹脂チューブを円筒状の金型内に固定し、このフッ素樹脂チューブと金属芯軸もしくはスリーブとの間隙に液状のゴムを注入し硬化させる。いずれの場合も、フッ素樹脂チューブの内面にエッチング処理を施したことにより、未処理の場合に比べてフッ素樹脂チューブ層とゴム層との接着強度が向上する。
【０００９】
しかしながら、このような従来の方法においては、処理液が環境を汚染するおそれがあるうえ、金属ナトリウムの反応性が高いために処理液の取り扱いに危険を伴うという問題があった。また、処理後の洗浄が不十分であると金属ナトリウムが残渣として残り、接着性を妨げるおそれがあった。さらに、処理液と洗浄液が反応して固形物が生成され、その固形物がフッ素樹脂チューブの内面に付着して同様に接着性を妨げるおそれがあった。
【特許文献１】特開２００３−１３１５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような従来技術の課題に対処してなされたもので、フッ素樹脂チューブ層とゴム層などとの接着性に優れ、しかも、従来のような、環境汚染や安全上の問題が発生することのない定着部材、および、そのような定着部材を製造することができる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】
【００１１】
本発明の一態様によれば、基材外周にフッ素樹脂層を有する定着部材であって、前記フッ素樹脂層は、トリメチルボロンガスまたは硼酸水溶液の存在下、光を照射することにより表面処理された内面を有するフッ素樹脂チューブにより形成されていることを特徴とする定着部材が提供される。
【００１２】
また、本発明の他の態様によれば、基材外周にフッ素樹脂層を有する定着部材の製造方法であって、トリメチルボロンガスまたは硼酸水溶液の存在下、光を照射することにより表面処理された内面を有するフッ素樹脂チューブにより前記フッ素樹脂層を形成する工程を含むことを特徴とする定着部材の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様による定着部材および他の態様による定着部材の製造方法によれば、フッ素樹脂チューブ層とゴム層などとの接着性に優れ、しかも、従来のような、環境汚染や安全上の問題が発生することのない定着部材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、以下では本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に何ら限定されるものではない。
【００１５】
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るフッ素樹脂被覆ゴムローラを示す断面図である。
【００１６】
図１において、１１は、アルミ、鉄、ステンレス鋼などからなる金属芯軸であり、この金属芯軸１１上には、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどからなるゴム層１２が被覆され、さらに、その外周にはフッ素樹脂層１３が順に被覆されている。そして、本発明においては、フッ素樹脂層１３が、次述するような、内面に特定の表面処理が施されたフッ素樹脂チューブ１３Ａにより形成されている。
【００１７】
すなわち、図２は、上記フッ素樹脂層１３に使用されるフッ素樹脂チューブ１３Ａの表面処理方法の一例を説明するための図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。これらの図２（ａ）および（ｂ）に示すように、フッ素樹脂チューブ１３Ａ内を硼酸水溶液（Ｂ（ＯＨ）３）２１で満たすとともに、その外周に配置した複数（図面の例では、４本）の紫外線ランプ２２から波長３５０ｎｍ以下、好ましくは１９５ｎｍ以下の紫外線を照射する。これにより、その内面において、炭素原子に結合したフッ素原子が脱離し、官能基（ＯＨ基）が導入されたフッ素樹脂チューブ１３Ａが形成される。すなわち、紫外線照射によって、フッ素樹脂チューブ１３Ａ内面のフッ素樹脂の炭素原子に結合したフッ素原子が励起され、同時に光解離した硼酸水溶液２１中のホウ素原子と結合してＢＦ３を生成する一方、フッ素原子が脱離した炭素原子に、ともに光解離した硼酸のＯＨ基が結合する。
【００１８】
なお、本発明においては、図２に示すように、フッ素樹脂チューブ１３Ａ内部に光を反射する円筒状もしくは円柱状（図面の例では、円筒状）の反射部材２３を挿入するようにしてもよい。このような反射部材２３を配置することにより、フッ素樹脂チューブ１３Ａ内面への紫外線の照射効率が向上し、フッ素原子の脱離および官能基（ＯＨ基）の導入が促進される。
【００１９】
本発明においては、上記硼酸水溶液２１に代えてトリメチルボロンガス（Ｂ（ＣＨ３）３）を使用してもよい。この場合には、図３に示すように、円筒型２４内にフッ素樹脂チューブ１３Ａを挿入し、フッ素樹脂チューブ１３Ａと円筒型２４間の気密性が保持されるように固定した後、フッ素樹脂チューブ１３Ａ内に紫外線ランプ２２を挿入し、トリメチルボロンガス（Ｂ（ＣＨ３）３）雰囲気下、紫外線を照射する方法を採ることも可能である。この例では、その内面において、炭素原子に結合したフッ素原子が脱離し、官能基（ＣＨ３基）が導入されたフッ素樹脂チューブ１３Ａが形成される。
【００２０】
ここで、フッ素樹脂チューブ１３Ａを構成するフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などが挙げられる。
【００２１】
また、フッ素樹脂チューブ１３Ａの厚さは、通常１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜７０μｍである。
【００２２】
次に、図１に示す第１の実施の形態のフッ素樹脂被覆ゴムローラの製造方法の一例を図４を参照しながら説明する。
まず、本方法に使用される円筒状金型４０について説明する。
【００２３】
図４に示すように、円筒状金型４０は、直立保持された円筒型４１と、この円筒型４１の上部および下部にそれぞれ嵌合された上部栓体４２および下部栓体４３とから構成されている。上部栓体４２および下部栓体４３の各内側には、アルミ、鉄、ステンレス鋼などからなる金属芯軸１１を、円筒型４１内に同心的に保持するための芯軸保持孔４４、４５が設けられている。また、下部栓体４３には、材料注入孔４６が設けられ、上部栓体４２には、材料逃げ孔４７が設けられている。
【００２４】
本方法では、このように構成された円筒状金型４０の円筒型４１を直立保持し、その内側に、外径が円筒型４１の内径よりやや小径の上記フッ素樹脂チューブ１３Ａを挿通させ、その両端を折り曲げて固定する。フッ素樹脂チューブ１３Ａの内面には、上記したように、炭素原子に結合したフッ素原子が脱離して官能基（ＯＨ基またはＣＨ３基）が導入される表面処理が施されているが、かかる表面処理後、さらに、プライマーを塗布乾燥する処理を予め施しておいてもよい。これにより、ゴム層１２に対する接着強度をさらに高めることができる。
【００２５】
なお、フッ素樹脂チューブ１３Ａ内面の表面処理を、この工程で行うことも可能である。すなわち、円筒型４１に固定したフッ素樹脂チューブ１３Ａ内に、図３に示したように、紫外線ランプ２２を挿入し、これをトリメチルボロンガス（Ｂ（ＣＨ３）３）雰囲気中に置き、紫外線を照射するようにしてもよい。
【００２６】
次いで、このフッ素樹脂チューブ１３Ａ内に、アルミ、鉄、ステンレス鋼などからなる金属芯軸１１を挿入し、円筒型４１の上部および下部に上部栓体４２および下部栓体４３を嵌合させて同心的に保持する。金属芯軸１１の表面にも、予めプライマーを塗布乾燥する処理を施しておいてもよい。
【００２７】
なお、フッ素樹脂チューブ１３Ａおよび金属芯軸１１は、フッ素樹脂チューブ１３Ａを予め金属芯軸１１に被嵌させておき、これを円筒型４１の内部に挿入し、固定するようにしてもよい。
【００２８】
続いて、金属芯軸１１とフッ素樹脂チューブ１３Ａとの間隙に、液状シリコーンゴムなどのゴム材料１２Ａを注入し、加硫して、ゴム層１２を形成する。加硫条件は、使用するゴム材料の種類によって適宜選択され、ゴム材料として液状付加反応型（ＬＴＶ）シリコーンゴムを使用した場合には、熱加硫を行う。
【００２９】
ゴム材料の加硫後、必要ならば常温にまで冷却し、上部栓体４２および下部栓体４３を取り外し、フッ素樹脂チューブ１３Ａおよびゴム層１２とともに金属芯軸１１を円筒型４１から引き抜く。この結果、図１に示すような、金属芯軸１１上にゴム層１２およびフッ素樹脂チューブ１３Ａからなるフッ素樹脂層１３が順に被覆された３層構造のローラを得ることができる。
【００３０】
このようにして得られるフッ素樹脂被覆ゴムローラは、その内面において、炭素原子に結合したフッ素原子が脱離し、官能基（ＯＨ基またはＣＨ３基）が導入されたフッ素樹脂チューブ１３Ａによりフッ素樹脂層１３が形成されているので、フッ素樹脂層１３とゴム層１２の接着強度が高いうえに、従来の金属ナトリウムを含有する処理液により処理したフッ素樹脂チューブを用いた場合のような、接着性の低下や安全性などの問題が生じることもない。すなわち、本発明において使用される硼酸水溶液およびトリメチルボロンガスは、いずれも従来の金属ナトリウムを含有する処理液に比べ、安全性が高く、環境に及ぼす影響も少ない。また、トリメチルボロンガスでは、処理後の洗浄処理は不要であり、一方、硼酸水溶液も、洗浄は必要であるものの、金属ナトリウムを含有する処理液に比べ洗浄は容易であり、万一、表面に処理液が残存することがあっても、接着性を低下させることはない。さらに、洗浄液と反応して接着性を損なうような生成物を生ずることもない。
【００３１】
（第２の実施の形態）
以上説明した第１の実施の形態は、基材として金属芯軸１１を用いた例であるが、基材は耐熱性樹脂や金属からなるスリーブであってもよい。その場合には、スリーブ基材内に上記金属芯軸１１のような硬質の支持体を挿入して、成型を行うことが好ましい。以下、スリーブ基材を用いた本発明の第２の実施形態について、図５および図６を参照しながら、既に説明した第１の実施の形態からの変更点を中心に説明する。
【００３２】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るフッ素樹脂・ゴム被覆スリーブを示す断面図、図６はその製造方法の一例を示す断面図であり、それぞれ図１および図４に共通する部分には同一符号を付してある。
【００３３】
図５に示すように、本発明の第２の実施形態に係るフッ素樹脂・ゴム被覆スリーブは、スリーブ基材１４上に、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどからなるゴム層１２が被覆され、さらに、その外周に前述したフッ素樹脂チューブ１３Ａからなるフッ素樹脂層１３が被覆されている。
【００３４】
スリーブ基材１４を構成する耐熱性樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ポリベンズオキサゾール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などが挙げられ、なかでも、ポリイミド樹脂が好ましい。ポリイミド樹脂からなるスリーブ基材を使用する場合、円筒状また円柱状の芯体上に、ポリイミド前駆体溶液を塗布し、加熱して溶媒を除去するとともにポリイミド前駆体をイミド化して成形されるシームレスポリイミドスリーブ基材が、特に好ましい。また、スリーブ基材１４を構成する金属材料としては、鉄、ニッケル、これらの合金などが挙げられる。スリーブ基材１４としては、この他、耐熱性樹脂からなるスリーブの外周面に、めっき、溶射、塗布などの方法によりニッケルなどの金属層を被覆したものも用いることができる。
【００３５】
本実施形態に係るフッ素樹脂・ゴム被覆スリーブを製造するにあたっては、例えば、図６に示すように、耐熱性樹脂または金属からなるスリーブ基材１４内に、支持体としてプライマー処理が施されていない金属芯軸１１を挿入し、これを、円筒型４１内に挿通させ、円筒型４１の上部および下部に上部栓体４２および下部栓体４３を嵌合させて同心的に保持する。この後、前述した第１の実施の形態の場合と同様に、スリーブ基材１４と離型性樹脂チューブ１３Ａとの間隙に、ゴム材料１２Ａを注入し、加硫して、ゴム層１２を形成する。加硫後、必要ならば常温にまで冷却し、上部栓体４２および下部栓体４３を取り外し、フッ素樹脂チューブ１３Ａ、ゴム層１２およびスリーブ基材１４とともに金属芯軸１１を円筒型４１から引き抜く。その後、金属芯軸１１をスリーブ基材１５内から引き抜く。この結果、図５に示すような、スリーブ基材１４上にゴム層１２およびフッ素樹脂チューブ１３Ａからなるフッ素樹脂層１３が順に被覆された３層構造のスリーブを得ることができる。
【００３６】
このようにして得られるフッ素樹脂・ゴム被覆スリーブにおいても、その内面において、炭素原子に結合したフッ素原子が脱離し、官能基（ＯＨ基またはＣＨ３基）が導入されたフッ素樹脂チューブ１３Ａによりフッ素樹脂層１３が形成されているので、フッ素樹脂層１３とゴム１２層の接着強度が高いうえに、従来の金属ナトリウムを含有する処理液により処理したフッ素樹脂チューブを用いた場合のような、接着性の低下や安全性などの問題が生じることもない。すなわち、本発明において使用している硼酸水溶液およびトリメチルボロンガスは、いずれも従来の金属ナトリウムを含有する処理液に比べ、安全性が高く、環境に及ぼす影響も少ない。また、トリメチルボロンガスでは、処理後の洗浄処理は不要であり、一方、硼酸水溶液も、洗浄は必要であるものの、金属ナトリウムを含有する処理液に比べ洗浄は容易であり、万一、表面に処理液が残存することがあっても、接着性を低下させることはない。さらに、洗浄液と反応して接着性を損なうような生成物を生ずることもない。
【００３７】
なお、以上説明した実施の形態では、いずれも、製造方法として、いわゆる一体成型法と称する方法を用いているが、金属芯軸などの基材上にゴム層を形成し、表面を研削した後、接着剤または未加硫のゴム材を被覆し、その上に前述した内面をトリメチルボロンガスまたは硼酸水溶液と光照射により表面処理したフッ素樹脂チューブ、あるいは、表面処理後、さらにプライマーの塗付乾燥処理を行ったフッ素樹脂チューブを被せ、被着させるようにしてもよい。しかしながら、ゴム層の研削が必要であるうえ、工程数も多くなることから、前述したような一体成型法を用いることが好ましい。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明の具体的な実施例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００３９】
実施例１
図２に示す方法で、外径３９ｍｍ、長さ３８０ｍｍ、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブ１３Ａの内面に硼酸水溶液および光照射による表面処理を施した後、イオン交換水で処理面を洗浄し、乾燥後、さらに、汎用のプライマーを塗布し乾燥させた。なお、光照射には、波長１７２ｎｍの紫外線ランプを用いた。また、ＰＦＡチューブ１３内には、反射部材２３として、石英ガラス上に金属酸化物を多層蒸着させたコールドミラーを配置した。
【００４０】
上記ＰＦＡチューブ１３Ａを、図４に示すように、内径４０ｍｍの鉄製パイプからなる円筒型４１内に挿通し、両端を円筒型４１上に折り曲げて固定した後、その内部に、外周面にプライマー＃１０１（信越化学工業社製  商品名）を塗布した外径３６ｍｍのアルミからなる金属芯軸１１を挿入し、円筒型４１の上部および下部にそれぞれ上部栓体４２および下部栓体４３を嵌合させて同心的に保持した後、金属芯軸１１とＰＦＡチューブ１３Ａとの間隙に液状ＬＴＶシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング社製社製  商品名 Ｇ９０Ｍ）１２Ａを注入した。
【００４１】
注入後、１２０℃まで昇温させ、６０分間加熱して、液状ＬＴＶシリコーンゴム１２Ａを硬化させた後、室温にまで冷却し、脱型したところ、図１に示すような、ゴム層厚１．５ｍｍのＰＦＡチューブ被覆シリコーンゴムローラが得られた。
【００４２】
実施例２
ＰＦＡチューブ１３Ａ内面の表面処理を、図３に示す方法で行った以外は、実施例１の場合と同様にしてＰＦＡチューブ被覆シリコーンゴムローラを得た。光照射には、波長１７２ｎｍの紫外線ランプ１本をＰＦＡチューブ１３Ａに挿入して行った。
【００４３】
上記各実施例で得られたＰＦＡチューブ被覆シリコーンゴムローラについて、下記のような接着性試験（初期および２２０℃×５００時間加熱後）を実施したところ、いずれも良好な結果（ゴム層で凝集破壊）が得られた。
［接着性試験］
軸方向に幅１０ｍｍ間隔で２本のスリットを入れ、表層のチューブの一部を引張って剥離し、この部分を引張試験機にクランプして９０度剥離テストを実施した。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る定着部材を示す断面図である。
【図２】本発明に使用されるフッ素樹脂チューブにおける表面処理方法の一例を説明するための図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図３】本発明に使用されるフッ素樹脂チューブにおける表面処理方法の他の例を説明するための縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る定着部材の製造方法の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る定着部材を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る定着部材の製造方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１…金属心軸、１２…ゴム層、１３…フッ素樹脂層、１３Ａ…フッ素樹脂チューブ、１４…スリーブ基材、２１…硼酸水溶液、２２…紫外線ランプ、２４、４１…円筒型
【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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【図６】
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