(57)【要約】【課題】充填剤に要求される樹脂からの離脱の防止を実現し、かつ導電性による静電オフセットの防止及び耐摩耗性の向上を実現し、良質な画像を安定して定着する。【解決手段】定着ローラ３１の円筒状の芯金３４の外周面に形成されたオフセット防止被覆層３６を、内周面をフッ素樹脂３７により被覆された中空ガラス繊維３８からなる充填剤３９を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成し、充填剤３９の脱離を抑制し、離型性と耐摩耗性を高める。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、
前記オフセット防止被覆層は、フッ素樹脂により被覆された中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂層を有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、
前記オフセット防止被覆層は、フッ素樹脂により被覆された多孔質中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂層を有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項３】
円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、
前記オフセット防止被覆層は、少なくとも内周面に、フッ素樹脂により被覆された中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成したフッ素樹脂層を有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項４】
円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、
前記オフセット防止被覆層は、少なくとも内周面に、フッ素樹脂により被覆された多孔質中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成したフッ素樹脂層を有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項５】
円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、
前記オフセット防止被覆層は、少なくとも内周面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層により被覆された中空ガラス繊維又は多孔質中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成したフッ素樹脂層を有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項６】
前記円筒状の芯金の外周面に弾性材料の層を形成し、弾性材料の層の表面にオフセット防止被覆層を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項７】
前記フッ素樹脂層は、最外周面を導電性物質により被覆されている請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項８】
前記フッ素樹脂層は、最外周面を導電性物質により被覆され、導電性物質の表面をさらに固体潤滑剤で被覆した請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項９】
前記中空ガラス繊維の中空部の平均孔径は記録材上の未定着画像を構成する顕画剤の体積平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項１０】
前記オフセット防止被覆層の表面に対して、作製の最終工程において、表面仕上げのための研磨処理を行わない請求項１乃至９のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の定着ローラを有することを特徴とする定着装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等で記録媒体に転写したトナー像を定着する定着ベルトと定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を使用した複写機等の画像形成装置で記録紙に転写したトナー像を定着する定着装置には熱ローラ方式の定着装置が多く用いられている。この定着装置は内部に熱源を有した定着ローラと加圧ローラを圧接回転させ、両ローラの圧接部をなすニップを通過する記録紙上の未定着トナー像を加熱加圧して定着する。この熱ローラ方式の定着装置において、定着ローラは記録紙のトナー像担持面に直接に接触するため、記録紙上のトナーの一部が定着ローラの表面に粘着して付着し、この付着トナーが定着ローラの回転に伴い再び記録紙に転写されるいわゆるオフセット現象を発生しやすい。
【０００３】
このオフセット現象を防止するために、従来から次に示すような種々の手段が採択されている。第１の方法は、定着ローラの外周面にポリテトラフロロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと記す）などのフッ素樹脂やシリコンゴム等の高離型性材料（非粘着性材料）のオフセット防止被覆層を設けて定着ローラ表層の離型性（非粘着性）を向上させるようにしている。第２の方法としては、離型剤塗布手段を設けて、定着ローラの外周面にシリコンオイル等の離型剤を塗布するようにしている。第３の手段としては、ブレードやウェブ等の摺擦クリーニング手段を設けて、定着ローラの外周面の汚染物を清掃除去するようにしている。第４の手段としては、定着ローラの芯金に記録紙上に担持させた未定着画像のトナーと同極性の直流バイアスを印加して、定着ローラにトナーが付着することを防止している。また、これらの方法を組み合わせてオフセット現象を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定着ローラの外周面にＰＴＦＥなどのオフセット防止被覆層を設けた場合、定着ローラは優れた非粘着性を示すが、トナー樹脂の種類によっては離型性の悪いものもあり、トナーの一部が粘着して定着ローラ表面を汚染することがある。また近年、低コスト化傾向、サービス性の向上、産業廃棄物の規制等から定着ローラ等の各種部品の高耐久化が強く求められているが、純粋なフッ素樹脂は耐摩耗性に関してはそれ程強靭さを備えておらず、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂の被覆層を設けた定着ローラの耐摩耗性は十分でなく寿命が短いという短所をゆうする。すなわち定着ローラの表面はブレート等のクリーニング手段や離型剤塗布手段や記録材分離爪，温度検出素子及び加圧ローラ等で摩擦を受けて摩耗する。また、定着ローラと加圧ローラの間を通過する記録紙により擦れる。そして大量の記録紙を通したとき、記録紙から紙粉が発生して定着ローラに付着する。この紙粉は定着ローラに接触させたクリーニングブレード等で除去されるが、特に記録紙のエッジ部では紙粉の発生が顕著であり、紙粉に含まれる種々の無機充填剤により定着ローラの表面は摩耗する。このように定着ローラの表面画磨耗すると、表面の平滑性を失い、本来の離型性が低下する傾向にある。
【０００５】
また、定着ローラの被覆層が高抵抗であるため、その表面が記録紙や加圧ローラ等との摩擦帯電により大きく帯電して記録紙上のトナーが静電作用により定着ローラ表層に吸着され、いわゆる静電オフセット現象が発生しやすい。フッ素樹脂は記録紙との摩擦により負極性に大きく帯電する。トナーが正極性を持つ場合、トナーは負帯電のフッ素樹脂被覆層の電界に吸引され、定着ローラ表面に静電オフセット現象で付着しやすくなる。
【０００６】
また、フッ素樹脂等の耐摩耗性は、これにガラス粉やシリカ，炭化ケイ素粉末，ダイヤモンド粉末，コランダム粉，ニッケルや鉄などの金属粉等の比較的高い硬度をもつ無機充填剤を混入することにより向上させることができるが、混合量が少ないと耐摩耗性向上の効果が十分でなく、混合量を増加していくと、離型性が悪くなり、かつ定着ローラの表面性も悪くなり、オフセット防止効果が低下する。また、これ等の充填剤はフッ素樹脂中への分散性が悪く、分散できたとしても充填剤とフッ素樹脂との接着性が悪く、長期間使用すると定着ローラ被覆層の充填剤の一部が離脱する等の現象が生じた。さらに、充填剤の分散が不良の場合は、長期間使用すると、充填剤の少ない部分が先にスジ状又はまだら状に削られ、削られた部分にトナーが埋め込まれ、定着ローラの非粘着性の低下をきたす場合が多かった。また、充填剤が離脱した場合は、離脱した部分にトナーが埋まり込んだり、あるいは離脱した充填剤が逆に研摩剤として作用し、摩耗を加速するなどの問題が生じた。これに対して充填剤の粒径を細かくする等の試みもされたが、充填剤とフッ素樹脂との接着性が悪く、逆にフッ素樹脂層全面が摩耗するという結果となった。
【０００７】
この静電オフセット防止手段として、被覆層にカーボンブラックや金属粉，二酸化チタン等の低抵抗の微粉末又はチタン酸カリウム等の導電性を有するウイスカー状単結晶繊維等の導電性充填剤を混入させることで被覆層を低抵抗化させて、被覆層の摩擦帯電を防止し、静電オフセット現象を防止できる。この場合、導電性充填剤に要求される性能は、被覆層材料中への分散性が良好で均一であることと、被覆層材料に対する接着性が良好であることと、被覆層の耐摩耗性が向上することと、被覆層に十分な導電性を付与できること及び被覆層表面の平滑性が得られること等である。しかしながら従来の充填剤は、このような性能をすべて満足させることは困難であった。
【０００８】
例えば、カーボンあるいは導電化したウイスカー状単結晶繊維の場合は、フッ素樹脂被覆層を強靭化し耐摩耗性をよくする効果はあまり認められず、長期間の使用により被覆層がスジ状に摩耗したりして表面平滑性が悪くなり、オフセット現象を生じたり、定着性が悪くなったりする場合があった。これはカーボン等の微粉末の充填剤は、粒径が微細で樹脂を強化させるいわゆるフィラー効果がないからである。また、分散性が悪く２次凝集し易いという欠点をもち、耐静電オフセット性を満足させるためには必要以上の量を使用する必要があった。
【０００９】
また、チタン酸カリウム等のウイスカー状単結晶繊維は比較的に比表面積が大であるために耐静電オフセット性は良好であったが、やはり耐摩耗性を向上させる効果は薄かった。これは、この材料がウイスカー状であるために比較的もろく、かつフッ素樹脂中で樹脂の強度を補強するために要求される３次元橋かけ構造を取りにくいからと考察されている。
【００１０】
これに対して、特開平３−１３０８４９号公報に示すように、充填剤として、無定形シリカ又はシリカ含有物質をアンチモン含量が酸化スズの１〜約３０重量％の範囲であるアンチモン含有酸化スズ結晶子の二次元ネットワークと共に包含する導電性組成物で、本物質がアンチモン含有酸化チタン結晶子の二次元ネットワークで表面被覆された無定形シリカ又はシリカ含有物質の成形粒子、又は無定形シリカ被覆もしくはシリカ含有被覆を有する不活性コア物質を包含する粒子を包含する粉末、さらに成形粒子が無定形シリカもしくはシリカ含有物質の中空シェルであるいわゆる中空二重殻導電性物質等や表面を酸化スズもしくは三酸化アンチモン等で導電化処理したマイカ等が挙げられている。しかしながら、これらも粒状の充填剤であることには変わりなく、耐摩耗性に関しては不充分な特性であった。
【００１１】
また、前記第２の方法から第４の方法のシリコンオイル等の離型剤塗布手段や摺擦クリーニング手段及びバイアス印加手段は、オフセット防止被覆層を形成した定着ローラの補助的なオフセット防止手段である。離型剤塗布手段により定着ローラ表面にシリコンオイル等を供給することにより汚れは軽減するが、シリコンオイル等のぬれ性が悪く、粒状になったり、まだら状になったりして、均一に塗布することが困難であった。このためシリコンオイル等の供給量を多くしなければならず、記録紙に対してオイルは落ちたりシミ等が生じるという問題があった。
【００１２】
この発明は係る短所を改善し、充填剤に要求される樹脂からの離脱の防止を実現し、かつ導電性による静電オフセットの防止及び耐摩耗性の向上を実現し、良質な画像を安定して定着することができる定着ローラと定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る定着ローラは、円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、前記オフセット防止被覆層は、フッ素樹脂により被覆された中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂層を有することを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る第２の定着ローラは、円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、前記オフセット防止被覆層は、フッ素樹脂により被覆された多孔質中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂層を有することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る第３の定着ローラは、円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、前記オフセット防止被覆層は、少なくとも内周面に、フッ素樹脂により被覆された中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成したフッ素樹脂層を有することを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る第４の定着ローラは、円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、前記オフセット防止被覆層は、少なくとも内周面に、フッ素樹脂により被覆された多孔質中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成したフッ素樹脂層を有することを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る第５の定着ローラは、円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層を有する定着ローラであって、前記オフセット防止被覆層は、表面と内周面のいずれか一方の面又は両方の面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層により被覆された中空ガラス繊維又は多孔質中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成したフッ素樹脂層を有することを特徴とする。
【００１８】
前記円筒状の芯金の外周面に弾性材料の層を形成し、弾性材料の層の外周面にオフセット防止被覆層を形成しても良い。
【００１９】
また、フッ素樹脂層は、最外周面を導電性物質により被覆したり、導電性物質の表面に、さらに固体潤滑剤で被覆することが望ましい。
【００２０】
また、中空ガラス繊維の中空部の平均孔径は記録材上の未定着画像を構成する顕画剤の体積平均粒径よりも小さくすることが望ましい。
【００２１】
さらに、オフセット防止被覆層の表面に対して、作製の最終工程において、表面仕上げのための研磨処理を行わないほうが良い。
【００２２】
この発明の定着装置は、前記定着ローラを有することを特徴とする。
【００２３】
この発明の画像形成装置は、前記定着装置を有することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明のデジタル複写機の構成図である。図に示すように、デジタル複写機１は複写機本体２と原稿自動送り装置（以下、ＡＤＦという）３と自動仕分け装置４とを有する。複写機本体２は原稿読取ユニット５と書込ユニット６とエンジン部７と給紙ユニット８を有する。原稿読取ユニット５は光源と複数のミラーを有するキャリッジ９とレンズ１０とＣＣＤ１１及びバッファ１２を有し、ＡＤＦ３で送られた原稿を走査して読み取る。書込ユニット６はレーザ光源やポリゴンミラー等を有し、画像情報を含むレーザビーム１３をエンジン部７に出射する。エンジン部７は、画像形成ユニット１４と１次転写ユニット１５と２次転写ユニット１６及び定着ユニット１７を有する。画像形成ユニット１４は、感光体１８の周囲に配置された帯電チャージャ１９と書込ユニット５からのレーザビーム１３の照射部とシアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）からなる回転式のカラー現像部２０及びドラムクリーニング部２１を有し、帯電チャージャ１９で帯電した感光体１８上にレーザビーム１３で静電潜像を形成し、形成した静電潜像をカラー現像部２０で可視化してトナー像を形成する。１次転写ユニット１５は中間転写ベルト２２と１次転写部２３とテンションローラ２４と２次転写ローラ２５とクリーニング部２６及び基準位置センサ２７を有し、感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。中間転写ベルト２２は、このデジタル複写機１における最大転写紙サイズであるＡ３よりも大きく形成されており、使用する転写紙がＡ４サイズ以下の場合には、２面分のトナー像を保持することができる。この中間転写ベルト２２は感光体１８上のトナー像を１次転写するとき以外は図示しない接離機構によって感光体１８表面から離れ、中間転写ベルト２２に画像を１次転写するときだけ感光体１８表面に圧接される。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像を記録紙に２次転写する。定着ユニット１７は記録紙に転写されたトナー像を熱と圧力で定着する。給紙ユニット８は複数の給紙カセット２８ａ〜２８ｃと手差トレイ２９を有し、記録紙を２次転写ユニット１６に送る。
【００２５】
ＡＤＦ３は読み取る原稿を原稿読取ユニット５に送り、原稿読取ユニット５で読み取った原稿を回収する。自動仕分け装置４は複数段の仕分けビン３０ａ〜３０ｎを有し、画像が形成された記録紙を仕分けして排出する。
【００２６】
このデジタル複写機１で原稿読取ユニット５で読み取った原稿の画像形成サイクルが始まると、形成する画像が１色の場合は、読み取った原稿の画像データにより感光体１８にトナー像を形成し、形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写する。トナー像を転写した記録紙は定着ユニット１７に送られ加熱，加圧して定着される。トナー像が定着された記録紙は自動仕分け装置４に排出される。また、中間転写ベルト２２に残留しているトナーはクリーニング部２６で回収する。
【００２７】
形成する画像が２色以上の場合は、中間転写ベルト２２に設けた基準マークを基準位置センサ２７で検出したことを基準にして原稿読取ユニッ５で原稿を読み取り、読み取った画像データを画像メモリに格納し、この画像データにより感光体１８に第１色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。引き続いて画像メモリに格納された画像データにより感光体１８に第２色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。この感光体１８に対する画像形成と中間転写ベルト２２に対する１次転写を各色毎に繰り返す。すなわち、２色の画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を２回転し、フルカラーの画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を４回転して、各回転毎に感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写して各色の画像を位置ずれなしに重ね合わせる。所定の色のトナー像を中間転写ベルト２２に転写したら、中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット１７で加熱，加圧して定着する。
【００２８】
また、基準サイズ例えばＡ４サイズで縦向きの原稿の画像のトナー像を２面分同時に中間転写ベルト２２に転写する２面取りモードのときは、１面目のトナー像を中間転写ベルト２２に転写してから中間転写ベルト２２の周長と原稿サイズで定まる所定のタイミングをおいて２面目のトナー像を中間転写ベルト２２に転写する。フルカラーの画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を４回転して、各回転毎に感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写して各色の画像を位置ずれなしに重ね合わせる。所定の色のトナー像を中間転写ベルト２２に転写したら、中間転写ベルト２２に転写された各トナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット１７で加熱，加圧して定着して、画像が形成された２枚の記録紙を連続的に排出する。このようにして画像形成効率を高めることができる。
【００２９】
このデジタル複写機１の定着ユニット１７は定着ローラ３１と加圧ローラ３２を有する。定着ローラ３１は、図２の断面図に示すように、ヒータ３３を内蔵し、加圧ローラ３２とのニップ部で記録紙に転写されたトナー像を、加熱加圧して記録紙に定着する。この定着ローラ３１はアルミニウム等の金属の芯金３４の表面にＰＡＩ等のプライマー層３５を塗布し、その上にオフセット防止被覆層３６を積層している。このオフセット防止被覆層３６は、図３の模式図に示すように、内周面をフッ素樹脂３７例えばＰＦＡにより被覆されてある中空ガラス繊維又は多孔質中空ガラス繊維（以下、中空ガラス繊維という）３８からなる充填剤３９にフッ素樹脂例えばＰＴＦＥやＰＦＡ等を塗布して焼成して形成する。
【００３０】
この定着ローラ３１を具体的に説明すると、例えば直径４０ｍｍのアルミニウムパイプを芯金３４とし、その外周面を例えば＃１００アルミナ粉でホーニング処理して粗面化し、導電性充填剤を配合したプライマー層３５を１０μｍ程度の厚さで塗布して１５０℃で１５分の乾燥を行なった後、図３の模式図に示すように、少なくとも内周面を例えばＰＦＡからなるフッ素樹脂３７により被覆されてある中空ガラス繊維３８からなる充填剤３９の中空ガラス繊維３８の表面にＰＦＡを４０μｍ程度の厚さに塗布して３８０℃で２０分焼成してオフセット防止被覆層３６を形成する。このオフセット防止被覆層３６に使用する中空ガラス繊維３８は平均内径３μｍ、平均外径１０μｍ、平均繊維長２０μｍであるものを使用する。このように中空ガラス繊維３８は平均内径３μｍにするとトナーの平均粒径の１／２〜１／３となり、充填剤３９が定着ローラ３１の表面に露出しても、トナーが入り込むことを防ぎ、露出した充填剤３９の部分がトナーで汚れることを防ぐことができる。
【００３１】
また、定着ローラ３１のオフセット防止被覆層３６に添加する充填剤３９として少なくとも内周面をフッ素樹脂３７により被覆されてある中空ガラス繊維３８を使用することにより、優れた耐摩耗性（耐久性）を満足することができる。すなわち、充填剤３９の内周面がフッ素樹脂３７で覆われているので、オフセット防止被覆層３６のＰＦＡが焼成時に溶融すると内周面のＰＦＡに濡れるため、充填剤３９の内周面全体に行き渡る。最終的にはオフセット防止被覆層３６のＰＦＡと内周面のＰＦＡは一体化した状態となり、内周面がＰＦＡで覆われていない場合に比べて極めて接着効果を上げることができ、亀裂のない均一な塗膜が形成でき、充填剤の脱離を抑制し耐摩耗性を向上させることができる。ここで中空ガラス繊維３８の内周面を被覆するフッ素樹脂３７はＰＦＡに限定されず、ＰＴＦＥやＦＥＰであってもオフセット防止被覆層３６のＰＦＡが焼成時に溶融すると内周面のフッ素樹脂に濡れるために接着効果を得ることができる。
【００３２】
また、オフセット防止被覆層３６がＰＴＦＥの如く熱溶融しない場合には、中空ガラス繊維３８の内周面を被覆するフッ素樹脂３７としてＰＦＡやＦＥＰの如く熱溶融可能な樹脂を使用することにより、焼成時に内周面を被覆するフッ素樹脂３７の方がオフセット防止被膜層３６側に染み出して濡れるために接着効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、中空ガラス繊維３８が有する長手方向の連続性により、球状の中空粒子やウィスカー形状に比べてもオフセット防止被覆層３６をより強靭にすることができる。
【００３４】
このように内周面をフッ素樹脂３７で被覆された中空ガラス繊維３８からなる充填剤は例えば次のようにして製造することができる。ここで中空ガラス繊維３８自体は特公昭５９−１５０９５公報や特公平３−９０５０号公報又は特公平３−４６４１２号公報等に記載されてある公知の技術で作製し、適宜の寸法に切断もしくは破砕することにより充填剤の形態とすることができる。この中空ガラス繊維３８をフッ素樹脂のディスパージョン液又はエナメル塗料に浸漬することににより、内周面をフッ素樹脂層３７で覆うことができる。このとき使用するフッ素樹脂のディスパージョン液又はエナメル塗料は、例えば３４４３−Ｊ（三井・デュポンフロロケミカル）、８５５−４００系塗料（三井・デュポンフロロケミカル）、５００系塗料（三井・デュポンフロロケミカル）、８５６−２００系塗料（三井・デュポンフロロケミカル）等を使用すれば良い。また、浸漬を減圧された密閉容器中で行えば、中空部分には気体が存在しないため確実に内周面をディスパージョン液等に接触させることができ、むらなく被覆することができる。そして浸漬後の中空ガラス繊維３８は乾燥された後、そのまま使用されるか又はさらに焼成された後に使用する。
【００３５】
前記説明では内周面をフッ素樹脂３７で覆った中空ガラス繊維３８を有する充填剤３９にＰＦＴ等のフッ素樹脂を塗布して焼成してオフセット防止被覆層３６を作製した場合について示したが、充填剤３９に溶媒可溶なフッ素樹脂層を形成してオフセット防止被覆層３６を作製しても良い。この溶媒可溶なフッ素樹脂としては、例えば下記一般式（Ａ）で表される溶媒可溶なフッ素樹脂（商品名：「サイトップ」、旭硝子（株）製）を用い、溶媒として、パーフルオロ（２−ブチルテトラヒドロフラン）（商品名：「アフルード」、旭硝子（株）製）を用い、１０重量％の濃度でフッ素樹脂溶液を調製したものや、一般式（Ｂ）で表される溶媒可溶なフッ素樹脂（商品名：「テフロン（登録商標）ＡＦ」、米国デュポン社製）を用い、溶媒として、パーフルオロトリブチルアミン（商品名：「フロリナート」、３Ｍ社製）を用い、１０重量％の濃度でフッ素樹脂溶液を調製したもの等が適用される。
【００３６】
【化１】
2004004410.tif 000003
【００３７】
また、充填剤３９の中空ガラス繊維３８の内周面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層で被覆しても良い。この内周面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層により被覆されている中空ガラス繊維３８からなる充填剤３９は、中空ガラス繊維３８をフッ素樹脂−ガラス間の接着層となる材料の溶液もしくは分散液に浸漬することにより、内周面を接着層で覆うことができる。
【００３８】
このとき使用する接着層の材料としては、例えば、三井デュポンフロロケミカル社製の型番ＭＰ−９１０ＢＫ、三井デュポンフロロケミカル社製の型番ＭＰ−９０２ＢＮ、ダイキン工業社製の型番ＥＫ−１９０８ＧＹ、デュポン社製の型番８５５−３００等のプライマーを使用すれば良い。そして中空ガラス繊維３８を上述のプライマーに浸漬した後、プライマーを８０℃〜１００℃の温度で２０分〜３０分程度のあいだ強制乾燥させることにより、内周面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層により被覆されてある中空ガラス繊維３８を作製することができる。
【００３９】
また、オフセット防止被覆層３６の充填剤３９の表面に溶媒可溶なフッ素樹脂層を形成した場合には、接着層材料としてプライマーに替えてカップリング剤を適用することも可能である。ここで、接着層材料としてカップリング剤を用いることは、結合エネルギの大きさの違いに注目するものであり、プライマーのような一部共有結合の接着もしくは水素結合や、ファンデアワールスカ等の弱い結合力の接着ではなく、共有結合の強い結合エネルギーを介して無機質と有機質の接着に使う点にある。例えば下記一般式（１）で表される構造を有するシランカップリング剤は、分子中に２個以上の異なった官能基（−ＯＲ１）をもち、有機材料と無機材料を化学的に結合させる働きがある。この接着のメカニズムは、シランカップリング剤のアルコキシ基が水あるいは湿気により、加水分解され水酸基（−ＯＨ）になる。この水酸基と無機材料表面との水酸基が脱水縮合反応により、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合を形成する。また、一方の官能基（−Ｘ）は、有機材料と結合あるいは相溶化し、結果的に無機材料と有機材料の両方を化学的に結合させることができる。
【００４０】
【化２】
2004004410.tif 000004
【００４１】
まや、カップリング剤としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｎ等の元素から成るカップリング剤を用いることもできるが、フッ素樹脂層と担体とを強固に接着させるには、反応性に優れていて種類も豊富である点から、Ｓｉを持ったシランカップリング剤が好ましく、その中でも前記一般式（１）で示されるシランカップリング剤が特に好ましい。ここで一般式（１）中、Ｒ１はメチル基、エチル基を表す。すなわち、一般式（１）中、無機材料側に結合する官能基（−ＯＲ１）としては、メトキシ基やエトキシ基等の反応性基が好適である。ｐは２〜４の整数を表す。Ｘは１価の有機基を表す。この１価の有機基とは、有機質材料と化学結合する反応性基又はフッ素樹脂と相容性のある官能基である。有機材料と化学結合する官能基（−Ｘ）としては、ビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、メルカプト基等が好適で、ＸとＳｉ原子の間には、アルキレン鎖（−（ＣＨ２）ｑ−：ｑは２以上の整数）等のスペーサーが介在しても良く、その場合の構造式としては、下記一般式（２）〜（８）に例示される構造式のものが挙げられる。なお、下記一般式（２）〜（８）中、ｑは０または１以上の整数を表す。
【００４２】
【化３】
2004004410.tif 000005
【００４３】
フッ素樹脂と相溶性のある官能基（−Ｘ）としては、フッ素を含有する官能基が挙げられ、例えば、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルキルエーテル基、パーフルオロアルコキシ基、パーフルオロビニル基が好適である。この場合には、ＸとＳｉ原子の間にスペーサーとしてアルキレン鎖（−（ＣＨ２）ｑ）等が介在するのが好ましい。パーフルオロアルキル基に関しては、ＣｎＦ２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の一般式で示される。直鎖構造あるいは分枝構造のどちらでもでも構わないが、直鎖構造のものが望ましく、炭素原子数が７以上、特に７〜２０の範囲のものが好適である。パーフルオロアルキル基とＳｉ原子の間にはスペーサーが介在するのが好ましく、その場合の好適な構造式としては、例えば下記一般式（９）に例示される構造式のものが挙げられる。なお、下記一般式（９）中、ｒは１以上の整数を表し、ｓは２以上の整数を表す。
【００４４】
【化４】
2004004410.tif 000006
【００４５】
パーフルオロアルキルエーテル基に関しては、−ＣＦ２Ｏ−、−ＣＦ２ＣＦ２Ｏ−、−ＣＦ（ＣＦ３）Ｏ−、等の繰り返し単位を少なくと１種以上含んでおり、直鎖構造あるいは分枝構造のどちらでもでも構わないが、直鎖構造のものが望ましく、炭素原子数が５以上、特に５〜２０の範囲のものが好適である。パーフルオロアルキルエーテル基とＳｉ原子の間にはスペーサーが介在するのが好ましく、その場合の好適な構造式としては、例えば下記一般式（１０）、（１１）に例示される構造式のものが挙げられる。なお、一般式（１０）および一般式（１１）中、ｒは１以上の整数を表し、ｓは２以上の整数を表す。
【００４６】
【化５】
2004004410.tif 000007
【００４７】
パーフルオロアルコキシ基に関しては、−ＯＣｎＦ２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）の一般式で表される。ＣｎＦ２ｎ＋１の部分については直鎖構造あるいは分枝構造のどちらでもでも構わないが、直鎖構造のものが望ましく、炭素原子数が７以上、特に７〜２０の範囲のものが好適である。パーフルオロアルコキシ基とＳｉ原子の間にはスペーサーが介在するのが好ましく、その場合の好適な構造式としては、例えば下記一般式（１２）に例示される構造式のものが挙げられる。なお、一般式（１２）中、ｒは１以上の整数を表し、ｓは２以上の整数を表す。
【００４８】
【化６】
2004004410.tif 000008
【００４９】
パーフルオロビニル基に関しては、末端部に二重結合を有するパーフルオロ基で、直鎖構造あるいは分枝構造のどちらでもでも構わないが、直鎖構造のものが望ましく、炭素原子数が７以上、特に７〜２０の範囲のものが好適である。パーフルオロビニル基とＳｉ原子の間にはスペーサーが介在するのが好ましく、その場合の好適な構造式としては、例えば下記一般式（１３）に例示される構造式のものが挙げられる。なお、一般式（１３）中、ｒは１以上の整数を表し、ｓは２以上の整数を表す。
【００５０】
【化７】
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【００５１】
カップリング剤の使用方法としては、担体をあらかじめカップリング剤で表面処理し、担体とフッ素樹脂との界面にカップリング剤を介在させる方法が、接着層が均質に形成され、カップリング剤を用いることによる結果が得やすい。特に湿式で処理した場合、処理効率が高く、均一な処理ができるため、広く工業的に利用されている。カップリング剤のプライマーとしては１種又は２種類のカップリング剤を組み合せ、溶剤で１〜２０重量％に希釈して使用することもできる。この時の溶剤としてはアルコール類、トルエン、キシレン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、アセトン又はアルコールと水の混合系などほとんどの有機溶剤を適用することができる。具体的なカップリング剤の適用例としては、例えばアミノ系シランカップリング剤である「ＫＢＭ９０３」（信越化学（株）製）を用い、これに担体として中空ガラス繊維を浸漬した後、温度１０５℃で５分で加熱乾燥させることにより、内周面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層により被覆されてある中空ガラス繊維３８を作製する。あるいは他のカップリング剤として、フッ素系シランカップリング剤である［２−（パーフルオロオクチル）エチル］トリメトキシシラン（下記化合物（１４））を用い、１０重量％の濃度でアセトン／メタノール混合溶媒（体積混合比＝１：１）に溶解し、これに担体として中空ガラス繊維を浸漬した後、温度１５０℃で６０分で加熱乾燥させさせることにより、内周面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層により被覆されてある中空ガラス繊維を作製する等の方法がある。
【００５２】
【化８】
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【００５３】
なお、浸漬を減圧された密閉容器中で行えば中空部分には気体が存在しないため確実に内周面を液に接触させることができ、むらなく被覆することができる。
【００５４】
また、定着ローラ３１のオフセット防止被覆層３６の充填剤３９の中空ガラス繊維３８の外周面を、図４の模式図に示すように、導電性物質４０で覆っても良い。このように中空ガラス繊維３８の外周面を導電性物質４０で覆うことにより、定着ローラ３１の静電オフセット防止性及び耐摩耗性（耐久性）を同時に満足することができる。
【００５５】
この中空ガラス繊維３８の外周面を導電性物質４０で覆った充填剤３９は例えば次のようにして製造することができる。図５の正面図に示す回転式バレル型スパッタリング装置５０を用いて導電性物質のスパッタリングを行なう。ターゲット５１には例えば金属や酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛等の導電性酸化物などを使用する。例えば金属で表面を被覆する場合には、内周面をフッ素樹脂３７で被覆した中空ガラス繊維３８を回転式バレル型スパッタリング装置５０に投入し、２．６６Ｐａに減圧した後、スパッタリング装置５０を回転しながら１００℃に加熱して、乾燥および脱ガスを行なう。その後、スパッタリング装置５０を回転しながらアルゴンガス２．６６Ｐａの減圧下でＤＣもしくはＲＦスパッタリングを行う。なお、導電性酸化物のスパッタリングを行う場合にはスパッタにより失われた酸素を補充するためにアルゴンガスに替えてアルゴンガスと酸素ガスの混合ガスを導入しても良い。ここでガス圧、スパッタ電力については適用する導電性物質により適宜設定される。導電性物質の粒子は、スパッタ処理が施されて飛散（スパッタ蒸発）するとともに、中空ガラス繊維３８の表面に付着して導電性被膜を形成する。なお、スパッタリングの際には充填剤表面には高エネルギのアルゴンイオンも入射するため密着性が良いが、スパッタリングを行う前に中空ガラス繊維３８表面にプラズマエッチング処理を施しておくと被膜との密着性をいっそう向上させ、定着ローラ３１の摩擦による膜剥がれを抑制することができる。
【００５６】
この中空ガラス繊維３８の表面に被覆した導電性物質４０が金属の場合、デジタル複写機１中の定着ローラ３１の周囲にはオゾンやＮＯｘや水分など金属を侵し易い雰囲気が存在するため、長期間の使用においては腐食により導電性が低下し初期に設定した抵抗値を維持できない場合がある。これに対してはＡｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ等の貴金属もしくはこれらの合金で導電性物質４０を構成することにより腐食を抑制することができる。
【００５７】
また、定着ローラ３１の表面はブレート等のクリーニング手段や離型剤塗布手段，記録材分離爪，温度検出素子，加圧ローラ３２が配置され、表面がこれらと摺動するとともに通過する記録紙によっても摩擦が生じ、表面が磨耗する。この磨耗により、充填剤３９が表面に露出した場合、定着ローラ３１のオフセット防止被覆層３６の潤滑性が低下すると、分離爪等によるキズが発生する場合がある。これに対しては、グラファイトやＷＳ２やＭｏＳ２，ＢＮ，、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の層状構造をとることによる自己潤滑性を有する物質で導電性物質４０を構成することにより充填剤３０が表面に露出した場合でも潤滑性を確保し分離爪等によるキズを抑止することができる。特に、ＰＴＦＥで被膜を形成した場合には、他の被膜に比べてより良好な離型性を同時に確保することができる。
【００５８】
さらに、定着ローラ３１の表面仕上げにおいて研磨処理が行われた場合、記録紙の微小成分が研磨痕凹部にトラップされ、そこを核としてトナーが付着してしまうことがオフセットの原因となることがある。また、定着ローラ３１の充填剤３９表面の導電性被膜や固体潤滑剤が記録紙に対しては充分耐摩耗性を有していたとしても、研磨される際に損傷する場合が有るため、当初の耐静電オフセット性や耐摩耗性が維持されないこともある。そのため定着ローラ３１は作製時の最終工程で表面仕上げのため研摩処理が行わないことが望ましい。なお、研磨を行わずに定着ローラ３１の表面を平滑化する手段としては、焼成後に金属コロの押し当てにより表面を平滑化する方法やあるいは焼成前に金属コロの押し当てによっても表面を平滑化することができる。
【００５９】
また、図６の断面図に示すように、定着ローラ３１の芯金３４の外周面にシリコンゴムやフッ素ゴム等の弾性材料で弾性層４１を形成し、弾性層４１の外周面にオフセット防止被覆層３６を積層しても良い。このように定着ローラ３１の芯金３４の外周面に弾性層４１とオフセット防止被覆層３６を積層することにより、加圧ローラ３２とのニップ部を安定に形成するとともに、トナーが定着ローラ３１の表面に付着することを防止できる。
【００６０】
【実施例】
例えば直径４０ｍｍのアルミニウムパイプを芯金３４とし、その外周面を例えば＃１００アルミナ粉でホーニング処理して粗面化し、導電性充填剤を配合したプライマー層３５を１０μｍ程度の厚さで塗布して１５０℃で１５分の乾燥を行なった後、少なくとも内周面を例えばＰＦＡにより被覆されてある中空ガラス繊維３８からなる充填剤３９の中空ガラス繊維３８の表面にＰＦＡを４０μｍ程度の厚さに塗布して３８０℃で２０分焼成してオフセット防止被覆層３６を形成した定着ローラ３１を使用した場合と、従来の充填剤を使用した定着ローラ３１を使用して、帯電電位とオフセット性及び耐久寿命について実機評価を行った結果を下記表に示す。ここで使用機種はＳｐｉｒｉｏ３５５０（（株）リコー）で、帯電電位は表面電位計により通紙中の定着ローラ表面を測定し、時間平均を算出し、オフセット性は罫線状チャートを連続１００枚複写して４段階評価した。また、耐久寿命は連続通紙し表面の削れ量により４段階評価した。温度分布は定着ローラ３１の軸方向の中央部と両端部の３個所にサーミスタを取り付け温度差を測定し４段階評価した。評価結果は２重丸印が良で、ばつ印が悪く、１重丸印と三角印はその中間を示す。なお、充填剤の含有量を増やすと帯電電位は低下し、耐久寿命は向上し、温度分布は均一化される傾向があるが、反面オフセットに対しては離型性が悪化してくるために悪化する傾向にある。したがって、単純に従来例の充填剤の量を増加させても本発明と同等の定着ローラとなるわけではない。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、円筒状の芯金の外周面にオフセット防止被覆層のフッ素樹脂層を、フッ素樹脂により被覆された中空ガラス繊維や多孔質中空ガラス繊維からなる充填剤を含有したフッ素樹脂を熱溶融して形成することにより、中空ガラス繊維の内周面のフッ素樹脂と外周のフッ素樹脂を一体化することができ、充填剤の脱離を抑制し離型性と耐摩耗性を向上させることができ、オフセット防止性能を著しく改善することができる。
【００６３】
また、充填剤として中空ガラス繊維を使用することにより、オフセット防止被覆層を強靭にすることができる。
【００６４】
また、中空ガラス繊維の内周面をフッ素樹脂−ガラス間の接着層により被覆することにより、オフセット防止被覆層をより強靭にすることができる。
【００６５】
また、前記円筒状の芯金の外周面に弾性層とオフセット防止被覆層を積層することにより、加圧ローラとのニップ部を安定に形成するとともにオフセット防止性能を改善することができる。
【００６６】
さらに、フッ素樹脂層の最外周面を導電性物質により被覆することにより、オフセット防止性能をより向上することができる。
【００６７】
また、導電性物質の表面に、さらに固体潤滑剤を被覆することにより、耐磨耗性を向上することができ、長期間安定して使用することができる。
【００６８】
また、中空ガラス繊維の中空部の平均孔径は記録材上の未定着画像を構成する顕画剤の体積平均粒径よりも小さくすることにより、長期間使用して充填剤が表面に露出しても、その部分が顕画剤で汚れずに、オフセット防止性能が低下することを防ぐことができる。
【００６９】
さらに、オフセット防止被覆層の表面に対して、作製の最終工程において、表面仕上げのための研磨処理を行わないことにより、表面に傷等のない定着ローラを作成することができる。
【００７０】
この定着ローラを有する定着装置を画像形成装置に使用することにより、長期間安定して記録媒体に画像を形成することができるとともに、良質な画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のデジタル複写機の構成図である。
【図２】定着ローラの構成を示す断面図である。
【図３】オフセット防止被覆層の充填剤の構成を示す模式図である。
【図４】オフセット防止被覆層の他の充填剤の構成を示す模式図である。
【図５】導電性物質で覆った充填剤を製造する回転式バレル型スパッタリング装置の構成図である。
【図６】芯金の外周面に弾性層とオフセット防止被覆層を積層した定着ローラの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１；デジタル複写機、２；複写機本体、３；ＡＤＦ、４；自動仕分け装置、
５；原稿読取ユニット、６；書込ユニット、７；エンジン部、
８；給紙ユニット、１７；定着ユニット、３１；定着ローラ、
３２；加圧ローラ、３３；ヒータ、３４；芯金、３５；プライマー層、
３６；オフセット防止被覆層、３７；フッ素樹脂、３８；中空ガラス繊維、
３９；充填剤、４１；弾性層。
【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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