(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に硬さ（ＪＩＳ  Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ）１０以下のシリコーンゴム弾性層を介してフッ素ゴム及び／又はフッ素樹脂の塗料を塗布、加硫又は焼成して形成した被覆層を備えた定着部材であり、
前記被覆層は、シリコーンゴム弾性層上に形成された、フッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層と、このフッ素ゴム層上に形成された、フッ素ゴムとフッ素樹脂の一層以上の混合物層と、この混合物層上に形成された、フッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層とから構成され、前記フッ素樹脂はテトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体であることを特徴とする定着部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを利用した複写機、プリンター等の機器の定着装置に使用される定着ローラや定着ベルト等の定着部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プロセスを利用した複写機、プリンター等の機器の定着装置に使用される定着部材として、ローラ状芯金や円筒状フィルムの基材上にフッ素樹脂あるいはシリコーンゴムを被覆した定着ローラや定着ベルトの定着部材が実用化されている。
【０００３】
しかし、基材上にフッ素樹脂を被覆した定着部材は弾性に乏しいため、モノクローム画像では定着画像に不要の光沢が発生し、カラー画像ではトナーの溶融不足による発色不良が生じる等画像上の問題があった。また、シリコーンゴムを被覆した定着部材では画質は良好になるけれども、定着部材用として実用化されているシリコーンゴムは物理的強度に劣り定着部材の寿命が短いという欠点があった。
【０００４】
そこで、これらの欠点を解消すべく、ゴム層上にフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料による被覆層を設けたローラ（特開昭５８−５７７０号公報）、あるいはゴム層上にフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料を塗布し、更にその表面にフッ素樹脂塗料による被覆層を設けたローラ（特開昭５９−２１７０１０号公報）の定着部材が提案されている。
【０００５】
一方、最近の定着部材設計の傾向として、定着装置の小型化に伴なう定着ローラの小径化が上げられる。この場合、定着に必要な熱と圧力を得るためのニップ巾を確保するため、弾性層のゴムは硬度の低い方が望ましい。また、省エネルギー化を目的として、定着ローラの基材である芯金の厚みを薄くし、熱容量を小さくする傾向もある。この場合も低い圧力でニップ巾が得られるよう弾性層のゴムは硬度の低い方が望ましい。
【０００６】
また、カラー画像の増加に伴い定着部材としてローラ、ベルトを問わず、表層にフッ素樹脂を用いても十分な弾性が得られるよう弾性層のゴムはますます硬度の低いものが望まれてきている。
【０００７】
定着部材用として必要な特性をもち、弾性層として硬度の低いものが得られるのはシリコーンゴムであるが、このような最近の傾向に対応すべく硬度の低いシリコーンゴムを用いて、前述の提案を試みると、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の被覆層、あるいは更にその表面のフッ素樹脂層の焼成時にこれらの被覆層が割れやすいという問題があった。また、焼成時に被覆層が割れずにすんだものでも、定着部材としての使用に伴い、割れあるいは表層の剥離が発生し、寿命が短いという欠点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、弾性層として低硬度のゴムを用いた場合でも、被覆層の割れ、剥離が起こりにくく、充分な弾性があり、良好な画像が得られ、寿命の長い定着部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明に係る定着部材は、基材上に硬さ（ＪＩＳ  Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ）１０以下のシリコーンゴム弾性層を介してフッ素ゴム及び／又はフッ素樹脂の塗料を塗布、加硫又は焼成して形成した被覆層を備えた定着部材であり、前記被覆層は、シリコーンゴム弾性層上に形成された、フッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層と、このフッ素ゴム層上に形成された、フッ素ゴムとフッ素樹脂の一層以上の混合物層と、この混合物層上に形成された、フッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層とから構成され、前記フッ素樹脂はテトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明において、前記シリコーンゴム弾性層の硬さ（ＪＩＳ  Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ）は、４０以下であることが好ましいが、更に好ましくは硬さ１５以下である。これは、硬さが４０を超えると、充分な弾性を持つことができず、良好な画質とすることができないからである。
【００１２】
本発明において、前記基材は、定着ローラ用芯金と定着ベルト用スリーブの場合に分けられるが、芯金の材質としては例えば鉄、ステンレススチール、アルミニウムが挙げられ、スリーブとしては例えば円筒状ポリイミドフィルムや円筒状ステンレススチールが挙げられる。ここで、基材上にシリコーンゴム弾性層を形成するには、定着ローラ用としては公知の方法が適用できる。定着ベルト用には、例えばシリコーンゴム原料をトルエン等の溶剤で希釈し、スプレー塗装等で基材上にコートし、溶剤を乾燥させた後、加熱、加硫して形成することができる。
【００１３】
本発明において、シリコーンゴム弾性層の外周に、フッ素ゴム及び／又はフッ素樹脂からなる層（被覆層）を複数層形成するが、具体的には、シリコーンゴム弾性層側から順にフッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層（中間層）、フッ素ゴムを含まないフッ素樹脂層(最外層)とする。ここで、前記混合物層は一層でもよいが、フッ素ゴム層及びフッ素樹脂層との層間接着を考慮して、フッ素ゴムとフッ素樹脂との混合比率や、被覆層の強度を保つために加硫剤、補強剤等のフッ素ゴム配合内容を変えた複数層とすることが好ましい。このような混合比率や混合内容を変えた数種類の塗料で複数の被覆層を形成するためには、複数のスプレーガンのような塗布手段を備えた自動塗布機を用いることが好ましい。
【００１４】
前記フッ素ゴム層、中間層及び最外層の夫々の厚みは５〜５０μｍである事が好ましい。この理由は、厚みが５μｍ未満の場合、均一な層を形成することが難しいとともに各層の効果が発揮されにくく、厚みが５０μｍを超えると、定着部材の硬度が上がり、必要な弾性が得られないからである。
【００１５】
被覆層の製造方法としては、各層を夫々塗布、焼成する方法や、各層の材料、厚み、焼成条件によっては各層を塗布し被覆層全体を一度に焼成することもできるが、前記フッ素ゴム層は、フッ素ゴムの塗料を塗布した後、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物及びフッ素樹脂の塗料を塗布する前に予め焼成し、加硫フッ素ゴム層とすることがより好ましい。前記加硫フッ素ゴム層は、その後のフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物及びフッ素樹脂の塗料の焼成時の熱や副生成物からシリコーンゴム層を保護する役割を果たしていると推定される。
【００１６】
また、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料中のフッ素ゴムとフッ素樹脂は、本来夫々の相溶性が充分でなく、焼成完了前の塗膜はストレスにより割れやすい状態にある。従って、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物の塗料を低硬度シリコーンゴム上に直接塗布した場合、その焼成時の熱による熱膨張により、割れが発生しやすい。しかし、低硬度シリコーンゴム弾性層側にフッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層を設けることにより、割れにくくなる。更に、定着部材としての使用中もこのフッ素樹脂を含まないフッ素ゴム層が補強層的な働きをし、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層やフッ素樹脂層を割れにくくする。
【００１７】
本発明において、前記フッ素樹脂としては、定着部材用としてのトナー離型性や耐熱性の点から、例えばポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体、及びテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体などが挙げられる。また、前記フッ素ゴムとしては、例えばビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンの共重合体、テトラフルオロエチレンとプロピレンの共重合体等が挙げられ、このような共重合体の原料ゴムに加硫剤、加硫促進剤、補強剤、加工助剤等を適量添加して用いることは公知の通りである。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の各実施例及び比較例に係る定着部材について、その製造方法を併記して説明する。
（実施例１）
図１を参照する。
まず、外径３５ｍｍのアルミニウム製の芯金１に硬さ５(ＪＩＳ  Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ)のシリコーンゴム弾性層２を直径４０ｍｍに成型した。つづいて、そのシリコーンゴム弾性層２の外周に接着剤を介してフッ素樹脂を含まないフッ素ゴムのラテックス状の塗料（商品名：ダイエルＧＬ１５２、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥し、厚さ１５μｍのフッ素ゴム層３を形成した。
【００１９】
次に、フッ素ゴム層３上にフッ素ゴムとフッ素樹脂（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）の混合物の塗料（商品名：ダイエルＧＬＳ２１３、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥して厚さ２５μｍのフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層４を形成した。
【００２０】
次に、混合物層４の上に、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体の塗料（商品名：テフロン８５６−２００、デュポン株式会社製）を塗布、乾燥して、厚さ８μｍのフッ素樹脂層（最外層）５を形成した後、３００℃で１５分間焼成して被覆層６を形成した。ここで、上記フッ素ゴム層３と混合物層４とフッ素樹脂層５を総称して被覆層６と呼ぶ。
【００２１】
このようにして製造した実施例１に係る定着ローラ(定着部材)は、芯金１上にシリコーンゴム弾性層２を介して被覆層６を形成した定着部材であり、前記被覆層６は、シリコーンゴム弾性層２上に形成されたフッ素ゴム層３と、このフッ素ゴム層３上に形成された、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層４と、この混合物層４上に形成されたフッ素樹脂層５とから構成されている。こうした構成の定着ローラには、外観上異常は見られなかった。電子写真プロセスの定着装置を改造し、同じ構成のローラ２本を組み込み、ローラ表面温度１７０℃、圧力２００Ｎ、回転数４０ｒｐｍで回転試験を行なった。これらのローラは５５０時間まで異常は見られなかったが、６００時間では最外層の部分的剥離が見られた。
【００２２】
（比較例１）
フッ素樹脂を含まないフッ素ゴムのラテックス状の塗料(商品名：ダイエルＧＬ１５２、ダイキン工業株式会社製)を塗布しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてローラを製造した。このローラには外観上異常は見られなかったが、実施例１と同様の回転試験では１５０時間でローラ表面に割れが発生した。
【００２３】
（実施例２）
図２を参照する。まず、
0004820497.tif 000002
を混合した後、メチル・エチル・ケトンで溶解し、固形分１５％のフッ素ゴム溶液を塗料として準備した。次に、外径３５ｍｍのアルミニウム製の芯金１１に、硬さ１０(ＪＩＳ  Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ)のシリコーンゴム弾性層１２を直径４０ｍｍに成型した。つづいて、そのシリコーンゴム弾性層１２の外周に接着剤を介して先に準備したフッ素ゴム溶液の塗料を塗布、乾燥し、更に１６０℃で加硫して厚さ２０μｍのフッ素ゴム層１３を形成した。
【００２４】
次に、フッ素ゴム層１３上にフッ素ゴムとフッ素樹脂（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体）の混合物の塗料（商品名：ダイエルＧＬＳ２２３、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥して厚さ２５μｍのフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層１４を形成した。
【００２５】
次に、混合物層１４の上に、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体の塗料（商品名：ネオフロンＡＤ−２ＣＲ、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥して、厚さ８μｍのフッ素樹脂層（最外層）１５を形成した後、３５０℃で１５分間焼成して、被覆層１６を形成した。ここで、上記フッ素ゴム層１３と混合物層１４とフッ素樹脂層１５を総称して被覆層１６と呼ぶ。
【００２６】
このようにして製造した実施例２に係る定着ローラ(定着部材)は、芯金１１上にシリコーンゴム弾性層１２を介して被覆層１６を形成した定着部材であり、前記被覆層１６は、シリコーンゴム弾性層１２上に形成されたフッ素ゴム層１３と、このゴム層１３上に形成された、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層１４と、この混合物層１４上に形成されたフッ素樹脂層１５とから構成されている。
【００２７】
上記定着ローラには、外観上、異常は見られなかった。また、実施例１と同様の回転試験機に実施例２で製作したローラ２本を組み込み、ローラ表面温度１８０℃、圧力３００Ｎ、回転数４０ｒｐｍで回転試験を行ったところ、これらのローラは５００時間まで異常は見られなかったが、５５０時間では最外層の部分的剥離が見られた。
【００２８】
（実施例３）
図３を参照する。但し、図２と同部材は同符号を付して説明を省略する。
まず、実施例２と同様にしてシリコーンゴム弾性層１２の外周に厚さ２０μｍのフッ素ゴム層１３を形成した。次に、フッ素ゴム層１３上にフッ素ゴムとフッ素樹脂（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体）の混合物の塗料（商品名：ダイエルＧＬＳ２２３、ダイキン工業株式会社製）を塗布し、つづけてダイエルＧＬＳ２２３にフッ素樹脂の塗料であるネオフロンＡＤ−２ＣＲを５％添加してフッ素樹脂比率を増加した塗料を塗布した後、乾燥して厚さ２５μｍの２層からなるフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層１７を形成した。更に、実施例２と同様に、混合物層１７の上に、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体の塗料（商品名：ネオフロンＡＤ−２ＣＲ、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥して厚さ８μｍのフッ素樹脂層（最外層）１５を形成した後、３５０℃で１５分間焼成して、被覆層１８を形成した。ここで、上記フッ素ゴム層１３と混合物層１７とフッ素樹脂層１５を総称して被覆層１８と呼ぶ。
【００２９】
このようにして製造した実施例３に係る定着ローラ（定着部材）は、芯金１１上にシリコーンゴム弾性層１２を介して被覆層１８を形成した定着ローラであり、前記被覆層１８は、シリコーンゴム弾性層１２上に形成されたフッ素ゴム層１３と、このゴム層１３上に形成された、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合比率の異なる２層からなる混合物層１７と、この混合物層１７上に形成されたフッ素樹脂層１５とから構成されている。
【００３０】
こうした構成の定着ローラには、外観上異常は見られなかった。また、実施例２と同様の回転試験では、これらのローラは試験時間７００時間までも、割れ、剥離等の異常は見られなかった。
【００３１】
（比較例２）
フッ素ゴム溶液の塗料によるフッ素ゴム層を設けなかったこと以外は、実施例２と同様にしてローラを製作した。このローラ表面には焼成後すでに多数の割れが発生しており、使用できるものではないことが確認された。
【００３２】
（実施例４）
図４を参照する。まず、定着ベルト用として外径４０ｍｍ、厚み５０μｍの円筒状のステンレススチールのスリーブ（基材）２１をシリコーンゴム用接着剤で処理した。つづいて、硬さ５(ＪＩＳ  Ｋ６２４９、タイプＡデュロメータ)の付加反応型液状シリコーンゴム原料をトルエン溶剤で希釈し、スプレー塗装で基材２１上にコートし、溶剤を乾燥させた後、加熱、加硫して厚み１５０μｍのシリコーンゴム弾性層２２を形成した。つづいて、そのシリコーンゴム弾性層２２の外周に接着剤を介して実施例２で準備したフッ素ゴム溶液の塗料を塗布、乾燥し、更に１６０℃で加硫して厚さ２０μｍのフッ素ゴム層２３を形成した。次に、フッ素ゴム層２３上にフッ素ゴムとフッ素樹脂（テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体）の混合物の塗料（商品名：ダイエルＧＬＳ２２３、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥して厚さ２５μｍのフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層２４を形成した。
【００３３】
次に、混合物層２４の上に、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体の塗料（商品名：ネオフロンＡＤ−２ＣＲ、ダイキン工業株式会社製）を塗布、乾燥して、厚さ８μｍのフッ素樹脂層（最外層）２５を形成した後、３５０℃で１５分間焼成して被覆層２６を形成した。ここで、上記フッ素ゴム層２３と混合物層２４とフッ素樹脂層２５を総称して被覆層２６と呼ぶ。
【００３４】
このようにして製造した実施例４に係る定着ベルト(定着部材)は、スリーブ２１上にシリコーンゴム弾性層２２を介して被覆層２６を形成した定着ベルトであり、前記被覆層２６は、シリコーンゴム弾性層２２上に形成されたフッ素ゴム層２３と、このゴム層２３上に形成された、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合物層２４と、この混合物層２４上に形成されたフッ素樹脂層２５とから構成されている。このように製造した定着ベルトには、割れ、剥離等の異常は見られなかった。
【００３５】
（比較例３）
フッ素ゴム溶液の塗料によるフッ素ゴム層を設けなかった以外は、実施例４と同様にして定着ベルトを製造した。この定着ベルトの表面には、焼成後すでに多数の割れが発生しており、使用できるものではないことが確認された。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、弾性層として低硬度のゴムを用いた場合でも、被覆層の割れ、剥離が起こりにくく、充分な弾性があり、良好な画像が得られ、寿命の長い定着部材及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る定着ローラの断面図。
【図２】本発明の実施例２に係る定着ローラの断面図。
【図３】本発明の実施例３に係る定着ローラの断面図。
【図４】本発明の実施例４に係る定着ベルトの断面図。
【符号の説明】
１，１１…芯金（基材）、
２，１２，２２…シリコーンゴム弾性層、
３，１３，２３…フッ素ゴム層、
４，１４，１７，２４…混合物層、
５，１５，２５…フッ素樹脂層（最外層）、
６，１６，１８，２６…被覆層、
２１…スリーブ（基材）。
【図１】
0004820497.tif 000003
【図２】
0004820497.tif 000004
【図３】
0004820497.tif 000005
【図４】
0004820497.tif 000006