(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状媒体に担持された現像剤を該現像剤側から前記シート状媒体側に向けて加熱、加圧して該現像剤を前記シート状媒体に固定する定着部材が円筒体で構成され、この円筒体の前記現像剤に接触する側の表面が、ラメラ構造の結晶形態を有する離型性のフッ素樹脂皮膜であり、前記ラメラ構造の長軸が前記円筒体の周方向と平行に配列されている定着部材の製造方法であって、
フッ素樹脂皮膜を有する円筒体を粉体静電塗装後、あるいは湿式塗装後に、加熱融解した後の冷却時に該円筒体の軸方向に圧力をかけて前記配列のラメラ構造を形成する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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置に採用されている電子写真方式による画像形成法では、感光体に原稿のパターンを電荷の高低差であらわした潜像を形成し、この潜像にトナーと呼ばれる現像剤（電荷担持体）を静電気的に付着させて可視像化し、この電荷担持体を複写紙やＯＨＰ用紙等のシート状媒体からなる被転写体へ転写し、最終的にシート状媒体に付着した現像剤をシート状媒体から脱落しないように固定するプロセスが行われる。
【０００３】
定着方式には様々な方法があるが、一番多く用いられる方法はトナーの軟化温度以上にトナーを加熱して被転写体へ固着させる方法で熱定着方式と呼ばれる。熱定着方式では、具体的には熱をかけるための加熱ローラと反対側から圧力をかける加圧ローラが用いられ、加熱ローラや加圧ローラに代えてベルトで構成することもできる。
【０００４】
しかるに、定着プロセスにおいて、加熱部材や加圧部材がトナーを固着すると被転写体へのトナーの固定が不十分になり、再生した画像品質が不良になるばかりでなく、さらに次の被転写体へ付着して汚れを生じることもある。さらに甚だしい場合は被転写体である転写紙が巻き付いていわゆるジャム現象が発生する。
【０００５】
故に、こうした加熱部材や加圧部材には離型性の良好な材質であるＰＦＡ（四フッ化エチレン・パ―フルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）やＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂）が用いられる。
【０００６】
このように、シート状媒体に担持された現像剤を該現像剤側から前記シート状媒体側に向けて加熱、加圧して該現像剤を前記シート状媒体に固定する手段として定着部材を用い、この定着部材の前記現像剤に接触する側の表面を離型性のフッ素樹脂皮膜で構成している定着部材が知られている。
【０００７】
例えば、次の開示技術がある。
▲１▼特開平１０−９１０２０号公報に開示された技術では、フッ素含有炭素化合物を使用しているが、分散剤としての使用であり、主成分の構成要素ではない。また、構造がラメラとしているものの分散した後の構造がどうなっているか明確に記載していない。結晶形態は原材料の形態がそのまま保存されるものではなく、その後の熱処理によって変化することがあり、最終形態でラメラと開示されていないので論外と判断される。
【０００８】
▲２▼特開２０００−１０４３０号公報に開示された技術では、フッ素樹脂の結晶化度３０％以上と規定しているが、結晶形態には、多結晶では球晶とラメラがある。チューブ使用ではあるが、ラメラを利用する意図はない。
【０００９】
▲３▼特公平６−８０４７３号公報に開示された技術では、フッ素樹脂を融点Ｔｍ３２７°Ｃでの融解後の冷却凝固では、大気圧中での結晶は一般的には球晶の結晶状態となる。結晶状態の意図的なコントロールはなされていない。
【００１０】
▲４▼特開２０００−３２１９０８号公報に開示された技術では、結晶性含フッ素セグメントに関し、結晶状態の意図的なコントロールはなされていない。
【００１１】
▲５▼特開平８−１００１４６号公報に開示された技術では、フッ素樹脂系のコーティング剤を開示したものでその域を出ていない。
【００１２】
以上、結晶か非結晶および結晶形態の中では球晶に関して論じたものはあるが、ラメラ構造を意図的かつ積極的に利用した従来技術はなく、こうした離型性が良好といわれるフッ素樹脂でも製造過程や条件でトナーの固着性に差異や変動があった。
【００１３】
また、高分子の結晶は通常、溶融状態から冷却凝固や溶液からの析出では球晶の形態になるが、球晶からなる高分子の結晶状態を平面図的に見た図６及び、図６におけるＸ―Ｘライン上で紙面に対して垂直に切断したときの断面を示した図７からわかるように、球晶の形態では結晶塊が界面となり、面粗度が大きくなり、面粗度が大きいとトナーや紙紛が付着し離型性が劣化する。
【００１４】
上記▲２▼特開平１２−０１０４３０号公報には４０μｍ以下の微細球晶形態にする方法が提案されているが、球晶を持つ限り粒界の凹凸は避けられず改善には限度がある。
【００１５】
また結晶性分子は溶融状態から急冷することで非晶質（アモルファス）状態にすることができ、この形態では面粗度は良好であるが、上記▲５▼特開平０８−１００１４６号公報中に述べられているように摩擦係数が増大して紙紛の固着等が発生するのみならず、定着で使用する場合は加熱することで再結晶化する危険性があり安定して同じ状態で使用することはできない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、良好な離型性を保つことにより良好な画質の画像を得ることができる定着部材の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するため以下の構成とした。
（１）．  シート状媒体に担持された現像剤を該現像剤側から前記シート状媒体側に向けて加熱、加圧して該現像剤を前記シート状媒体に固定する定着部材が円筒体で構成され、この円筒体の前記現像剤に接触する側の表面が、ラメラ構造の結晶形態を有する離型性のフッ素樹脂皮膜であり、前記ラメラ構造の長軸が前記円筒体の周方向と平行に配列されている定着部材の製造方法であって、
フッ素樹脂皮膜を有する円筒体を粉体静電塗装後、あるいは湿式塗装後に、加熱融解した後の冷却時に該円筒体の軸方向に圧力をかけて前記配列のラメラ構造を形成することとした（請求項１）。
【００１８】
【発明の実施の形態】
結晶性の高分子やカルコゲナイド系の無機高分子は結晶化すると一般的に球晶と呼ばれる一点を中心として放射状に多結晶が成長して球形の結晶形態になるが、圧力を掛けるとその垂直方向に層状折り畳まれたように並ぶラメラ（葉状）構造と呼ばれる結晶形態が発生することが知られている。
【００１９】
このラメラ構造は層間の結合力が弱いので潤滑剤的な役割を果たして、接触部材に対して滑り性が良くなることも知られている。結晶形態により物理的な特性は異なり、球晶では等方的であるが、ラメラ構造は様々な特性において極めて異方性を示す。例えば引っ張り強度については、ラメラの折り畳み構造の方向では原寸法の４倍以上伸びでも破断することがないが直角方向では１ｋｇ／２×０．０７ｃｍ２程度以上では破断してしまう。
【００２０】
ラメラ形態の結晶は高分子の鎖状分子が規則正しく折り畳まれるのであるが、結晶間では不規則な形態のいわゆる非晶質領域が発生する。本発明ではこの特徴を積極的に活用して、定着部材による現像剤の定着性を安定化、向上させるものである。
［１］請求項１に対応する例離型性が良好なフッ素樹脂は結晶性高分子である。結晶性高分子は、結晶晶系は同じでも製造条件により球晶やラメラ構造の形態をとる。ラメラ構造では層間の結合力が小さいので、摩擦係数も小さく、離型性も大きい。
【００２１】
請求項１記載の発明のように、定着部材の表面離型層をラメラ構造にすることで定着部材に対する現像剤、つまり、トナーの固着を少なくすることができる。特に定着部材をローラやベルト形状等の円筒体とした場合、この円筒体の円周方向に結晶の長軸が平行となるようにして定着部材を構成することで回転方向での離型性を向上することができる。
【００２２】
定着部材の現像剤に接触する側の表面をラメラ構造の結晶形態にするには、定着部材の当該表面を粉体静電塗装後、あるいは湿式塗装（ディスパージョン塗布液塗布）後に、加熱融解した後の冷却時に円筒状を有する定着部材の軸方向（円筒の軸方向）に圧力をかけて形成する。
【００２３】
或は、フッ素樹脂からなる素材を加熱融解した後の冷却時に押し出し加工により成形することにより形成する。
【００２４】
ラメラ構造の形成のメカニズムを模式的に示す。
図１に示すように、フッ素樹脂を加熱融解した後、冷却時に何ら外力が作用しない場合、一点を中心として放射状に多結晶が成長して球形の結晶形態になる。このような球形の結晶に対して、図２に白抜きの矢印で示すように圧力をかけると、この圧力が作用した表面部分について、圧力の向きと垂直方向に結晶が層状に折り畳まれたように並ぶラメラ（葉状）構造と呼ばれる結晶形態が発生する。
【００２５】
押し出し加工により円筒形状の定着部材を成形する場合を図３に例示している。図３において、円筒状の定着部材１の外径と同径の内径を有する押出しダイ２の中心部には定着部材１の中空部の肉厚を形成するための固定ピン３が固定されている。固定ピン３は識別容易なように便宜上ハッチングで示している。
【００２６】
押出しダイ２の内径部と固定ピン３の外径との筒上の隙間を、加熱溶解後、冷却されつつ、フッ素樹脂で成形された定着部部材１が矢印４で示す軸方向に加圧されて押し出されつつある。図３において、円筒状をした定着部材１の外表面部Ｆが、現像剤に接触する側の表面に相当し、離型性のフッ素樹脂皮膜で構成され、このフッ素樹脂皮膜の少なくとも表面部はラメラ構造の結晶形態を有する構成トなっている。
【００２７】
図３に示した定着部材１、押出しダイ２及び固定ピン３の一部を模式的に拡大して示した図４、及び３において、定着部材１の形状である円筒体の円周方向を符号Ｙ―Ｙで示すと、円周方向Ｙ―Ｙは円筒体の軸方向を示す矢印方向４と直交する関係になっており、ラメラ構造の長軸は円周方向Ｙ―Ｙと平行となっている。
【００２８】
このように、軸方向４に圧力をかけて押し出すことにより、円筒体からなる定着部材１の円周方向にラメラ構造の結晶の長軸が平行となるように定着部材１を形成することができ、円周方向は定着部材の回転方向であるので、回転方向での離型性を向上することができる。なお、請求項１において、粉体静電塗装後、あるいは湿式塗装後に、加熱融解した後の冷却時に軸方向に圧力をかける場合も上記に準ずる方法で加圧してラメラ構造を得ることができる。
【００２９】
このようにして得られるラメラ構造の表面は前記図７に示したような球晶ではないので、界面の凹凸が小さくなり、面粗度が小さく、トナーや紙紛が付着し難く、離型性が一層向上した状態なる。
［２］参考例
以下に、条件を異にして製造したいくつかの定着部材のサンプルの性能を比較した例を示す。実施例と表現した例は良好な結果を含む例であり、比較例と表現した例は好ましくない結果を含む例である。
【００３０】
実施例１
予め、ＰＦＡ樹脂を３５０°Ｃ以上で溶融して押し出し成形機で押し出しながら３０μm厚みの円筒形に定着部材を形成した。熱分析による結晶化度は５０％であった。次に、アルミ芯金にこのＰＦＡチューブを外挿し、定着部材としての定着ローラを製作した。この定着ローラの面租度は１μｍ以下であった。このランプルをサンプルＮｏ１として表１に示す。
【００３１】
比較例１
前記実施例１における芯金にＰＦＡ樹脂をスプレー塗布して、その後３５０℃で焼成して３０μｍの肉厚の定着ローラを製作した。このサンプルをサンプルＮｏ２として表１に示す。
【００３２】
比較例２
前記比較例１で製作した定着ローラの表面は、面粗さが５〜６μｍ以上あったのでバフ研磨して面粗さを１μｍ以下に加工して定着ローラとした。このサンプルをサンプルＮｏ３で示す。
【００３３】
実施例２
前記実施例１におけると同様に、予めＰＦＡ樹脂を３５０°Ｃ以上で溶融して押し出し成形機で押し出しながら肉厚３０μｍのチューブを形成した。一方、ポリイミド樹脂からなるベルト状の円筒体（リング状のもの）を形成し、この円筒体の上にシリコンゴムの弾性層を２００μm設け、このシリコンゴムの弾性層の上に当該ＰＦＡ樹脂によるチューブを被せて、定着ベルトを形成した。このサンプルをサンプルＮｏ４として表１に示す。
【００３４】
比較例３
前記実施例２におけるシリコンゴムの弾性層からなるベルト状の円筒体の上にＰＦＡ粉体を静電塗装で塗布し、その後３５０℃で焼成して冷却後、バフ研磨して３０μｍの厚みの定着ベルトを製作した。このサンプルをサンプルＮｏ５として表１に示す。
【００３５】
実施例３
前記比較例３における弾性層を設けたベルト状の円筒体の上に、溶媒に分散させたＰＦＡをスプレー塗布してその後３５０℃で焼成して溶融し、冷却時にベルト表面を軸方向（前記図３における矢印４相当方向）に押し当て、こてにより圧力をかけながら凝固点以下まで冷却し、表層３０μｍの肉厚の定着ベルトを形成した。その際に、押し当てこての温度を変化させ、冷却速度を徐冷から急冷まで変化させて、いくつかのサンプルを作成した。これらのサンプルを表２にサンプルＮｏ６乃至サンプルＮｏ１１で示す。
【００３６】
また、これらのサンプルの表面離型層フッ素樹脂を剥がして熱分析で結晶化度を調べ表２に併記した。またＳＥＭ観察で結晶はラメラであることが判った。急冷をすると結晶化度が低下するが表２のように、結晶化度が大きい方が離型性は良好であることが判る。
【００３７】
比較例４
前記実施例３や前記比較例３において、弾性層を設けたベルト状の円筒体の上に、溶媒に分散させたＰＦＡをスプレー塗布してその後３５０℃で焼成して溶融し冷却後、オートクレーブ内で再溶融し、圧力を掛けて凝固点以下まで冷却し、表層３０μｍの肉厚の定着ベルトを形成した。このサンプルを表２にサンプルＮｏ１２で示す。このサンプル１２の表面を観察すると、ラメラ構造が観察されたが、方向は軸方向や周方向ランダムであった。
【００３８】
前記した各実施例や各比較例をＳＥＭ観察すると実施例では周方向に鳥の羽のような規則正しい模様が観察されたが、比較例では円形もしくは六角形の粒形の境界が観察された。
【００３９】
実施例と比較例の定着ローラ及び定着ベルトをリコー製の画像形成装置の定着ユニットに組み込み搭載して、低温オフセットと高温オフセットの出ない範囲の温度幅（各表では固着なし温度幅と表示）を評価した。
【００４０】
低温オフセットは主にトナーそのものの性質によるが、高温オフセットは定着部材の高温での表面離型性が寄与してくるので、この両オフセットが起こらない温度幅が大きい方が離型性として良好であり、望ましい特性である。各表中、〇印は評価が良好、◎印はさらに良好、△印は、評価が不良、×印はさらに不良を示す。以上より、表１のようになり、ラメラ構造の方がトナーの離型性には良好であることが判明した。
【００４１】
【表１】
0004695292.tif 000002
【００４２】
【表２】
0004695292.tif 000003
【００４３】
［３］参考例
本例は、前記したラメラ構造の表面部分を有する定着部材を有する画像形成装置に関する。図５（ａ）はデジタル式の画像形成装置の主要部断面を示す。図５（ａ）において、ドラム状をした回転体からなる感光体１５０の周面部は被走査面１０５を構成している。
【００４４】
この感光体１５０のまわりには、矢印で示す時計回りの向きの回転方向順に、帯電ローラからなる帯電装置１５１、光書込み手段としての光走査装置１０、現像ローラ１５２を具備した現像手段１５３、シート状媒体からなる記録媒体１５４を保持して搬送する転写搬送ベルト１５５、感光体１５０の周面に摺接するブレード１５６を具備したクリーニング手段１５７などが配置されている。
【００４５】
感光体１５０上であって帯電装置１５１と現像ローラ１５２との間の位置には光走査装置１０から光ビームＬｂが感光体１５０に向けて照射され軸方向の主走査方向に走査されるようになっている。この光ビームＬｂの照射位置を露光部１５８と称する。
【００４６】
転写搬送ベルト１５５は無端状のベルトであって、２つの支持ローラ１５９、１６０に支持されている。これら支持ローラ１５９、１６０により支持された転写搬送ベルト１５５の中間の位置には感光体１５０の下面が接している。この接している部位が転写部１６１であり、この転写部１６１における転写搬送ベルト１５５の裏側には転写バイアスを印加する転写手段としての転写ローラ１６２が設けられている。
【００４７】
転写搬送ベルト１５５は矢印で示すように反時計回りの向きに回転駆動されるようになっている。該転写搬送ベルト１５５について上側ベルト部の上流端さらに上流側の位置には一対のレジストローラ１６３が設けられている。このレジストローラ１６３に向けて、図示しない搬送ガイドに案内されて図示しない給紙トレイに収納された記録媒体１５４が給紙コロ１６４から送り出されるようになっている。
【００４８】
転写搬送ベルト１５５の上側ベルト部下流端よりもさらに下流の位置には、定着装置１６５が配置されている。定着装置１６５において、符号２０は本発明にかかる定着ローラを示し、内部にはハロゲンランプ３０が設けられていて矢印の向きに回転している。この定着ローラ２０に対して下から上向きに加圧ローラ１５１が加圧されつつ定着ローラと同じ周速で回転している。
【００４９】
加圧ローラ４０と定着ローラ２０との圧接部が定着ニップ部であり、定着ローラ２０の表面であって加圧ローラ４０との接触面部が現像に際してトナーに接触する側の表面であり、この部分がラメラ構造の結晶形態を有している。
【００５０】
定着ローラ２０の外周部には温度管理用のサーミスタ５０が設けられている。定着ローラ２０の回転方向上、加圧ローラとのニップ部より下流の位置には分離爪６０が接離自在に設けられている。
【００５１】
転写搬送ベルト１５５の上側ベルト部の上流端部において該転写搬送ベルト１５５を支持している支持ローラ１６０の上方には、該転写搬送ベルト１５５に当接するようにして吸着手段としてのブラシローラ１６６が矢印で示す時計回りの向きに回転駆動されるようにして設けられている。
【００５２】
ブラシローラ１６６が回転すると、ブラシは転写搬送ベルト１５５に摺接する。このブラシローラ１６６には図示しないバイアス印加手段により、記録媒体１５４を転写搬送ベルト１５５に吸着する極性のバイアス電流を印加するための電位が与えられるようになっている。
【００５３】
この画像形成装置において、画像形成は次のようにして行われる。
感光体１５０が回転を始め、この回転中に感光体１５５が暗中において帯電装置１５１により均一に帯電され、光ビームＬｂが露光部１５８に照射、走査されて作成すべき画像に対応した潜像が形成される。この潜像は感光体１５０の回転により現像装置１５３に至り、ここでトナーにより可視像化されてトナー像が形成される。
【００５４】
一方、給紙コロ１６４により給紙トレイ上の記録媒体１５４の送給が開始され、破線で示す搬送経路を経て一対のレジストローラ１６１の位置で一旦停止し、感光体１５０上のトナー像と転写部１６１で合致するように送り出しのタイミングを待つ。かかる好適なタイミングが到来するとレジストローラ１６１に停止していた記録媒体１５４はレジストローラ１６１から送り出される。
【００５５】
レジストローラ１６１から送り出された記録媒体１５４は転写搬送ベルト１５５とブラシローラ１６６との間にくわえられ、バイアスによる静電気力およびブラシの弾性力により押されて転写搬送ベルト１５５に吸着され、転写搬送ベルト１５５の移動と共に転写部１６１に向けて搬送される。
【００５６】
感光体１５０上のトナー像と記録媒体１５４とは、転写部１６１で合致し、転写ローラ１６２により転写搬送ベルト１５５に印加されたバイアスと感光体１５０との電位差から形成される電界により、トナー像は記録媒体１５４上に転写される。
【００５７】
こうして感光体１５０まわりの画像形成部でトナー像を担持した記録媒体１５４は転写搬送ベルト１５５と共に搬送され、やがて該転写搬送ベルト１５５の上側部の下流端部で転写搬送ベルト１５５から分離されて定着装置１６５に向けて送り出される。記録媒体１５４上の未定着トナー像６'は定着装置１６５を通過する間に当該記録媒体１５４に固定、定着されて定着済みトナー像６となり、図示省略の排紙部に排紙される。
【００５８】
一方、転写部１６１で転写されずに感光体１５０上に残った残留トナーは感光体１５０の回転と共にクリーニング装置１５７に至り、該クリーニング装置１５７を通過する間に清掃されて次の画像形成に備えられる。
【００５９】
図５（ｂ）は定着ベルトにより構成した定着装置１７０の例である。本発明にかかる定着ベルト２０３は、内部にヒータ２０５を具備した加熱ローラ２０１とローラ２０２間に掛け回されている。加熱ローラ２０１はローラ２０２から離間する向きにばね２１１により付勢されていて定着ベルト２０３に対して定着に適する一定の張力を与えている。また、加熱ローラ２０１に掛けられた定着ベルト２０３の温度を管理するためサーミスタ２０７が設けられている。
【００６０】
ローラ２０２には加圧ローラ２０４がばね２１０の弾力により圧接させられている。加圧ローラ２０４とローラ２０２に掛けられた定着ベルト２０３との圧接部が定着ニップ部であり、定着ベルト２０３の表面であって加圧ローラ２０４との接触面部が現像に際してトナーに接触する側の表面であり、この部分がラメラ構造の結晶形態を有している。本例では、破線で示す搬送経路に沿って入り口ガイド板２０６に案内されて、図５（ｂ）に示した例におけるように未定着トナー像を担持した記録媒体が定着ニップ部に導かれ、定着が行なわれる。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、粉体静電塗装や湿式塗装後に圧力がかからないで焼成した場合でも、再溶融時に圧力をかけることでラメラ構造結晶を形成することができ、さらに、円筒の軸方向に圧力をかけることで円周方向のラメラ構造の成長を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】球形の結晶を模視的に示した図である。
【図２】球形の結晶に圧力を加えることにより形成されるラメラ構造を模視的に示した図である。
【図３】押し出し加工による円筒状の定着部材を示した斜視図である。
【図４】ラメラ構造の長軸の方向と円周方向との関係を説明した図である。
【図５】図５（ａ）は画像形成装置の要部構造を説明した図、図５（ｂ）は定着ベルトにより構成された定着装置の正面図である。
【図６】球晶からなる高分子の結晶の集合状態を模視的に示した平面図である。
【図７】図６におけるＸ―Ｘライン上で紙面に対して垂直に切断した状態を示した高分子の結晶の集合状態の断面図である。
【符号の説明】
１  定着部材
２０  定着ローラ
２０３  定着ベルト
【図１】
0004695292.tif 000004
【図２】
0004695292.tif 000005
【図３】
0004695292.tif 000006
【図４】
0004695292.tif 000007
【図５】
0004695292.tif 000008
【図６】
0004695292.tif 000009
【図７】
0004695292.tif 000010