(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テトラフルオロエチレン単位とパーフルオロアルキルビニルエーテル単位を含有するフッ素樹脂を含む熱可塑性フッ素樹脂系成形材料からインフレーション成形により得られるチューブをチューブラー延伸して得られる加熱定着ロール被覆のための熱収縮性チューブであって、平均厚みが２０μｍ以下であり、しかも２９０℃の雰囲気に３分間保った後の収縮率が、縦方向で５〜８％、横方向で５〜１５％であることを特徴とする加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブ。
【請求項２】
前記収縮率が、横方向で６〜８％であることを特徴とする加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブ。
【請求項３】
チューブの周方向の厚みを長さ方向に沿って測定した値の平均値をｔ、標準偏差をσとした場合、下式で求められる両側規格値Ｃpが１．３３以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブ。
Ｃp＝２×０．４ｔ／６σ
【請求項４】
ロールとこれを被覆する熱収縮性チューブとを備え、前記熱収縮性チューブが、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブであり、前記ロールの外径をｄとした場合、チューブの内径が、０．９５ｄ〜１．０５ｄの範囲にあることを特徴とする加熱定着ロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱定着ロールの製造に用いられる加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写機等の電子写真式画像形成装置は、感光ドラム上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成するための現像ユニットと、感光ドラム上に形成されたトナー像を記録紙に転写させるための転写ユニットと、記録紙上に転写されたトナー像を記録紙に定着させるための定着ユニットを備える。定着ユニットは、加圧ロールと加熱定着ロールとの間に未定着トナー像を担持する記録紙を挿通させ、加圧下に加熱定着ロールから熱を付与してトナー像を定着させる。
【０００３】
この定着の際のトナーは、粘着性を帯びているので、トナーと接する定着ロールの表面には、トナーが付着するのを防止する目的で、トナー離脱性に優れたフッ素樹脂を被覆することが一般的に行われている。かかるフッ素樹脂被覆は、フッ素樹脂の粉体塗料やディスパージョン塗料をロール表面に塗布した後、焼成することによって形成される。しかしながら、フッ素樹脂粉体塗料をロールに適用するには静電吹き付け法が用いられるが、塗料の塗着率が低くなり、また、ディスパージョン塗料は分散液を揮発させるための工程が必要となり、生産性が低下する。
【０００４】
これに対し、フッ素樹脂製の熱収縮性チューブをロールに被覆し、これを収縮させてロールに密着させた後、焼成するという方法も知られている。ここで用いられる熱収縮性チューブは、厚みが５０μｍ程度で、横方向に１０％程度収縮するというものである。これらの熱収縮性チューブに用いられるフッ素樹脂としては、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との共重合体（以下、ＰＦＡ樹脂と称することがある）が好ましく用いられる。同樹脂は連続使用可能温度が２６０℃と他の熱可塑性フッ素樹脂に比べ高く、また、高温での耐クリープ性にも優れている。
【０００５】
ところで、電子写真式画像形成装置に要求される性能の一つとして、電源を投入してから加熱定着ロール表面が所定温度となるまでの時間、いわゆるウォームアップ時間がより短いということが挙げられる。加熱定着ロール表面を被覆する樹脂層の厚みはウォームアップ時間に大きな影響を与えており、いうまでもなく、薄く、伝熱距離が短い樹脂層ほどウォームアップ時間は短縮される。さらに、樹脂層が薄いほど、熱定着ロール表面を温度制御するにあたりオーバーシュートを少なくでき電力消費量を削減できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは上記したような状況の下、ＰＦＡ樹脂からなり、厚みが薄い熱収縮性チューブを得ようと検討を重ねた。しかしながら、熱収縮性チューブの厚みを薄くすると、結晶化度が高いというＰＦＡ樹脂の特性によるものか、厚みの厚い熱収縮性チューブを用いた場合には発生しなかったような欠陥が発生するようになった。すなわち、薄い熱収縮性チューブは、これを熱収縮させる際に、エアーを噛み込んだり、皺が入ったり、また裂けを生じるという問題が生じた。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、厚みが十分に薄い故に得られる加熱定着ロールのウォームアップ時間を短縮し得、しかも厚みが十分に薄いにも拘わらず欠陥の発生が最小限に抑制された加熱定着ロールを与えることができる加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、ＰＦＡ樹脂からなる熱収縮性チューブの収縮率を横方向ばかりでなく、縦方向においても制御することにより、２０μｍ以下と非常に薄いものでありながら、欠陥の発生を最小限に抑制し得る熱収縮性チューブが得られることを見いだした。本発明は、この知見に基づく。
【０００９】
すなわち、本発明は、テトラフルオロエチレン単位とパーフルオロアルキルビニルエーテル単位を含有するフッ素樹脂を含む熱可塑性フッ素樹脂系成形材料からインフレーション成形により得られるチューブをチューブラー延伸して得られる加熱定着ロール被覆のための熱収縮性チューブであって、平均厚みが２０μｍ以下であり、しかも２９０℃の雰囲気に３分間保った後の収縮率が、縦方向で５〜８％、横方向で５〜１５％であることを特徴とする加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブを提供する。
【００１０】
本発明において、被覆すべきロールの外径をｄとした場合、本発明のチューブの内径は、０．９５ｄ〜１．０５ｄの範囲にあることが好ましい。これにより、ロールとこれを被覆する熱収縮性チューブとを備え、前記熱収縮性チューブが、本発明の加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブであり、前記ロールの外径をｄとした場合、チューブの内径が、０．９５ｄ〜１．０５ｄの範囲にあることを特徴とする加熱定着ロールが提供される。
【００１１】
また、本発明のチューブは、その周方向の厚みを長さ方向に沿って測定した値の平均値をｔ、標準偏差をσとした場合、下式：
Ｃp＝２×０．４ｔ／６σ
で求められる両側規格値Ｃpが１．３３以上であることが好ましい。
【００１２】
本発明の特に好ましい態様において、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との共重合体からインフレーション成形および延伸加工を経て形成され、平均厚みが１０〜２０μｍであり、２９０℃の空気雰囲気中に３分間保持した後の収縮率が、縦方向で５〜８％であり、横方向で６〜８％であることを特徴とする加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブが提供される。
【００１３】
このように本発明により特定のフッ素樹脂系成形材料からなる加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブの縦方向、横方向の熱収縮性を特定範囲内に設定することにより、従来の厚みの厚いＰＦＡ樹脂製加熱定着ロール被覆用チューブを用いた場合に比べ格段に欠陥率が高かった厚みの薄い熱収縮性チューブを用いて加熱定着ロールを製造する際に、欠陥率が大幅に低下するのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブは、テトラフルオロエチレン単位とパーフルオロアルキルビニルエーテル単位を含有するフッ素樹脂を含む熱可塑性フッ素樹脂系成形材料をインフレーション成形したチューブを延伸加工して得られるものである。
【００１５】
本発明で使用するテトラフルオロエチレン単位とパーフルオロアルキルビニルエーテル単位を含有するフッ素樹脂（以下、ＰＦＡ系樹脂という）には、ＰＦＡ樹脂やその不安定末端基を−ＣＦ3 基に変換した変性ＰＦＡ樹脂が含まれる。これらＰＦＡ系樹脂は、三井・デュポンフロロケミカル（株）からテフロンＰＦＡ３５０−Ｊ、テフロンＰＦＡ４４０ＨＰ−Ｊ、テフロンＰＦＡ４５０ＨＰ−Ｊ、テフロンＰＦＡ４４１ＨＰ−Ｊ、テフロンＰＦＡ４５１ＨＰ−Ｊという商品名で市販されている。これら樹脂は連続使用可能温度が２６０℃と他の熱可塑性フッ素系樹脂に比べ高く、また、高温での耐クリープ性に優れている。従って、加熱定着ロール等高温で使用されるロールの被覆材として最適なものである。
【００１６】
本発明で使用する熱可塑性フッ素樹脂系成形材料は、上記ＰＦＡ系樹脂からなることが好ましいが、ＰＦＡ系樹脂に加えて、本発明の目的を損なわない範囲で、他の熱可塑性フッ素系合成樹脂や導電性フィラー、その他の添加剤を配合してもよい。他の熱可塑性フッ素系合成樹脂の例を挙げると、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）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等である。導電性フィラーの例を挙げると、カーボンブラック、グラフト化カーボンブラック、有機導電剤等である。他の熱可塑性フッ素樹脂は、これを用いる場合、ＰＦＡ系樹脂の重量に対して、通常、１０重量％以下の割合で使用することができる。導電性フィラーは、これを用いる場合、ＰＦＡ系樹脂の重量に対して、通常、１０重量％以下の割合で使用することができる。
【００１７】
本発明の加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブは、平均厚みが２０μｍ以下であるが、より好ましくは、１０〜２０μｍの厚さを有する。このように薄い平均厚みを有することにより、本発明の加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブを用いて製造される加熱定着ロールはウォームアップ時間が大きく短縮され得るのみならず、電力消費量を削減できるものとなる。
【００１８】
また、本発明の加熱定着ロール被覆用チューブは、２９０℃の雰囲気に３分間保った後の収縮率が縦方向（以下、ＭＤと称することがある）で２〜１０％、横方向（以下、ＴＤと称することがある）で５〜１５％の範囲内にあるように設定されている。ここで、収縮率の測定は、２００ｍｍの長さのチューブを長手方向に切り開いて矩形のフィルムとし、これを２９０℃のオーブンに３分間保った後に取り出し、ＭＤとＴＤの寸法変化を測定することによって求めるものである。すなわち、各方向の熱収縮前の寸法をＬ0、熱収縮後の寸法をＬ1としたとき、収縮率（ＳＦ）（％）は、式：
ＳＦ＝［（Ｌ0−Ｌ1）／Ｌ0］×１００
で求められる。オーブン中の雰囲気は、通常、空気である。
【００１９】
ＭＤの収縮率が２％未満であると、熱収縮時にチューブの縦方向にたるみを生じ、この結果、ロール表面に形成されるチューブ層にリング状の皺が現れるようになり好ましくなく、逆にＭＤの収縮率が１０％を超えると、熱収縮時にチューブとロール端部との間で摩擦を伴う滑りを生じ、この部分で細かいエアー溜まりが形成されたり傷を生じる結果、ロール端部に形成されるチューブ層においてエアーを噛み込んだ部分が生じたり、傷が残存するという問題（ロール端部欠陥）があり好ましくない。他方、ＴＤの収縮率が５％未満であるとロール表面に形成されるチューブ層にリング状の皺が現れるようになり好ましくなく、逆にＴＤの収縮率が１５％を超えるとロール表面に形成されるチューブ層に裂けを生じやすくなり好ましくない。本発明において、ＭＤの収縮率は、３〜８％であることが好ましく、５〜８％であることが特に好ましい。また、ＴＤの収縮率は、６〜１０％であることが好ましく、６〜８％であることが特に好ましい。収縮率を本発明の範囲内に設定することにより、平均厚みが２０μｍ以下と非常に薄いにも拘わらず、加熱定着ロールを被覆した際に、欠陥が最小限に抑制されるという予想外の効果が得られる。
【００２０】
本発明の加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブを製造するには、まず本発明の熱可塑性フッ素樹脂系成形材料をインフレーション押出成形し、未延伸チューブを得る。ついで、この未延伸チューブをチューブラー延伸装置を用いて延伸する。これらの成形および延伸の操作は連続して行ってもよいし、別途に行ってもよい。また、チューブラー延伸は同時二軸延伸であってもよいし、逐次二軸延伸であってもよい。これらの延伸操作を行う装置としては、特公昭４４−２１６７９号公報、特公昭５６−５１８９２号公報等に記載された公知の装置が使用可能である。このような装置を用いて未延伸チューブをチューブラー延伸し、前記したような特性を有する加熱定着ロール被覆用チューブを製造する。
【００２１】
チューブラー延伸に際し、チューブが所定の収縮率を有するようにするために、チューブラー延伸の条件を設定する。具体的には、ＭＤの収縮率は、延伸部に導入する未延伸チューブの速度と延伸部から離脱してゆく延伸チューブの速度の比（縦方向延伸倍率）で制御するようにする。前記した収縮特性を有する加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブを得るためには、縦方向延伸倍率を０．９８〜１．０５倍、より好ましくは１．０１〜１．０４倍の範囲内に設定することが望ましい。他方、ＴＤの収縮率は、未延伸チューブの径と、延伸チューブの径の比（横方向延伸倍率）で制御するようにする。前記した収縮特性を有する加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブを得るためには、横方向延伸倍率を１．０５〜１．１５倍、より好ましくは１．０６〜１．０９倍の範囲内に設定することが望ましい。なお、チューブラー延伸を行う雰囲気温度はＰＦＡ系樹脂が急激に弾性率を低下させる温度から同樹脂の結晶化温度までの範囲内に設定される。通常、延伸温度は、１８０℃から２８０℃までの範囲内である。
【００２２】
また、本発明の加熱定着ロール被覆用チューブの内径は、被覆すべきロールの外径をｄとしたとき、好ましくは０．９５ｄ〜１．０５ｄの範囲内に、より好ましくは０．９６ｄ〜１．１ｄの範囲内に、さらに好ましくは０．９７ｄ〜１．００ｄの範囲内にあることが望ましい。加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブの内径と被覆すべきロールの外径がこの関係であると、チューブを熱収縮させる際に、チューブとロールとが十分な力で密着するため、ロールとチューブの間にエアーを噛み込んでしまうことによる欠陥が発生することをより効果的に防止できる。
【００２３】
さらに、本発明の加熱定着ロール被覆用チューブは、チューブの周方向の厚みを長さ方向に沿って測定した値の平均値をｔ、標準偏差をσとした場合、下式：
Ｃp＝２×０．４ｔ／６σ
で求められる両側規格値Ｃpが１．３３以上であることが望ましい。Ｃpが１．３３以上であることにより、チューブを熱収縮させる際、チューブに割れ等の欠陥が発生する割合がより一層低減される。
【００２４】
なお、チューブの厚みは、チューブの周方向の厚みを５ｍｍ以内の間隔で測定し、さらにこれをチューブの長さ方向に２０ｍｍ以内の間隔毎に繰り返すことにより求める。
【００２５】
本発明の熱収縮性チューブにより被覆される加熱定着ロールは、電子写真式画像形成装置における通常の加熱定着ロールであり得、ヒータ等の加熱手段を内蔵している。そのような加熱定着ロールは、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属からなる円筒体であり、この金属円筒体の表面に合成ゴム被覆層が設けられていることもある。いずれの場合にも、本発明の熱収縮性チューブは、得られる加熱定着ロールの最外層を構成する。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、ＰＦＡ樹脂としては、三井・デユポンフロロケミカル株式会社製の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であるテフロンＰＦＡ３５０−Ｊ（商品名）を用いた。また、チューブの収縮率は次のようにして求めた。
【００２７】
２００ｍｍに切り出したチューブを矩形に開き、ＭＤとＴＤの寸法Ｌ0をそれぞれ測定する。次いでこれを、２９０℃のオーブンに３分間保った後取り出し、ＭＤとＴＤの熱収縮後の寸法Ｌ1をそれぞれ測定する。そして、ＭＤとＴＤの収縮率を算式：［（Ｌ0−Ｌ1）／Ｌ0］×１００により求める。
【００２８】
また、両側規格値Ｃpは、２００ｍｍに切り出したチューブを矩形に開き、チューブの周方向の厚みを５ｍｍの間隔で測定し、さらにこれをチューブの長さ方向に２０ｍｍの間隔毎に繰り返すことによって測定した厚みのデータを集計して厚み平均値ｔ、標準偏差σを求め、算式Ｃp＝２×０．４ｔ／６σから算出する。
【００２９】
実施例１〜４、比較例０〜３
φ２５ｍｍのサーキューラーダイスを備えたφ２５ｍｍの押出機のホッパーからＰＦＡを投入し、加工温度３７０℃で成形し、表１に示された内径を有し、厚みが約１７μｍのチューブを押出すとともに、１８０℃に加温された延伸炉に導入し、表１に示す条件でチューブラー延伸を行った。
【００３０】
このようにして得られた加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブを、フッ素樹脂塗料用プライマーにより表面処理されたφ６０ｍｍ、長さ３００ｍｍのロールに各々５０本被覆し、３００℃で熱収縮させた。次いで、３８０℃に保たれた電気炉内で焼成した。このようにして得られたロールを目視により検品し、欠陥率を求めた。この結果を表１に併記する。
【００３１】
【表１】
0004410918.tif 000002
【００３２】
なお、表１において、リング状の皺とは、熱収縮時にチューブの縦方向にたるみを生じ、この結果、ロール表面形成されるＰＦＡ樹脂層にリング状の皺が現れる欠陥であり、ロール端部欠陥とは、熱収縮時にチューブとロール端部との間で摩擦を伴う滑りを生じ、この部分で細かいエアー溜まりが形成されたり傷を生じる結果、ロール端部に形成されるＰＦＡ樹脂層においてエアーを噛み込んだ部分が生じたり、傷が残存するという欠陥であり、裂けとは、熱収縮時にチューブに亀裂が入る欠陥である。
【００３３】
表１より、本発明で示された熱収縮特性を有する実施例１〜４の加熱定着ロール被覆用チューブは、ロールへの被覆、熱収縮、焼成の各工程を経た後に欠陥の発生する率が少ないことが明らかである。これに対して、ＴＤの収縮率が１６．５％と本発明で示された値よりも大きい比較例１のチューブは裂けを生じ易く欠陥率が大きなものとなっている。逆に、ＴＤの収縮率が４．４％と本発明で示された値よりも小さい比較例２のチューブは、ロールの周方向にリング状の皺を生じ易く欠陥率が大きなものとなっている。
【００３４】
一方、ＭＤの収縮率が１．０％と本発明で示された値よりも小さい比較例３のチューブは、ロールの周方向にリング状の皺を生じ易く欠陥率が大きなものとなっている。
【００３５】
参考例１
実施例１で得られた加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブ（内径φ５９ｍｍ）をフッ素樹脂塗料用プライマーにより表面処理されたφ５０ｍｍ、長さ３００ｍｍのロールに各々５０本被覆し、３００℃で熱収縮させた。次いで、３８０℃に保たれた電気炉内で焼成した。このようにして得られたロールを目視により検品し、欠陥率を求めた。この結果欠陥率は１０％であった。欠陥内容は、収縮させる際に噛み込んだエアーに起因する皺がほとんどであった。
【００３６】
外径φ６０mmのロールに内径φ５９mmの加熱定着ロール被覆用チューブ実施例１と、参考例１との比較により、被覆すべきロールの径をｄとしたとき、０．９５ｄ〜１．１０ｄの範囲の内径を有する加熱定着ロール被覆用チューブを用いることが不良率の低減という意味からより好ましいことがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウォームアップ時間を短縮し得る加熱定着ロールを欠陥の発生を最小限に抑制しつつ製造することができる加熱定着ロール被覆用熱収縮性チューブが提供される。本発明の加熱定着ロール被覆用チューブは、このような特長を生かして加熱定着ロールの表面被覆のために好適に用いられるものである。