(57)【要約】１．１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向収縮率が２〜８％であるフッ素チューブ。２．１５０℃加熱時の軸方向膨張率が０．５〜４％、径方向収縮率が１〜６％であるフッ素チューブ。３．１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向膨張率が１〜４％であるフッ素チューブ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着回転部材の離型層用フッ素チューブであって、１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向収縮率が２〜８％であるフッ素チューブ。
【請求項２】
弾性層の外側にフッ素樹脂層を有する材料を有する定着回転部材であって、弾性層の硬度が１０°以下、弾性層の厚さが５ｍｍ以下であり、１５０℃加熱時のフッ素樹脂層の軸方向収縮率が１〜８％、径方向収縮率が２〜８％である定着回転部材。
【請求項３】
弾性層の厚さが２ｍｍ超かつ５ｍｍ以下である請求の範囲２に記載の定着回転部材。
【請求項４】
定着回転部材の離型層用フッ素チューブであって、１５０℃加熱時の軸方向膨張率が０．５〜４％、径方向収縮率が１〜６％であるフッ素チューブ。
【請求項５】
弾性層の外側にフッ素樹脂層を有する材料を有する定着回転部材であって、弾性層の硬度が１０°以下、弾性層の厚さが２ｍｍ以下であり、１５０℃加熱時のフッ素樹脂層の軸方向膨張率が０．５〜４％、径方向収縮率が１〜６％である定着回転部材。
【請求項６】
定着回転部材の離型層用フッ素チューブであって、１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向膨張率が１〜４％であるフッ素チューブ。
【請求項７】
弾性層の外側にフッ素樹脂層を有する材料を有する定着回転部材であって、弾性層の硬度１０°以下、弾性層の厚さが２ｍｍ以下であり、１５０℃加熱時のフッ素樹脂層の軸方向収縮率が１〜８％、径方向膨張率が１〜４％である定着回転部材。
【発明の詳細な説明】
技  術  分  野
本発明は複写機、プリンター等の画像形成装置における、定着ロール又は定着ベルト等の定着回転部材のうち、特に弾性層の外側にフッ素樹脂層を有する定着用回転部材に関する。
本発明はまた、定着回転部材の弾性層の外側に離型層としてのフッ素樹脂層を形成するためのフッ素チューブに関する。
背  景  技  術
従来の画像形成装置における定着用回転部材では、フッ素系ゴム又はシリコーン系ゴムやスポンジ層からなる弾性層の表面にフッ素樹脂チューブやフッ素系ディスパージョンからなる離型層が設けられている。これら定着用回転部材に用いるロールのうち、カラーコピー又はカラープリンターに用いられる場合には近年の画質向上に従いカラートナーの発色性及び定着性を向上させるためロール硬度を低くする必要があり、同時に消費電力の低減の為弾性層を薄くする必要もある。これらを両立させるため、より弾性層の硬度を低くかつ薄くした柔らかいロールが多用されるようになっている。
しかし弾性層の硬度が低くなる結果、定着ロールと加圧ロール間のニップによる弾性層の変形が大きくなり、ロール表面の離型層として用いられるフッ素樹脂がロールの変形に十分追随することができず、リング状及び軸方向のしわやクラックが発生するという問題がある。
さらに、弾性層の硬度が低くなる結果、ロール成型時の熱による弾性層の膨張が大きくなり、成型直後、又は実機にて使用されるきわめて初期に軸方向の縦しわが発生するという問題がある。また、弾性層が薄い場合、軸方向及び径方向とも収縮するチューブでは定着時に十分なニップ幅が確保できずオフセットが発生するという問題がある。
発  明  の  開  示
本発明の主な目的は、カラー機に用いられる低硬度の定着ロール又は定着ベルト表面の離型層に発生するしわやクラックを解消するために、これら離型層に用いるフッ素樹脂チューブに最適な変化率を持つ収縮性を与える点にある。
また本発明の主な目的は、カラー機に用いられる低硬度、薄肉の定着ロール又はベルト表面の離型層に発生するしわやクラック及びオフセットを解消するために、これら離型層に用いるフッ素樹脂チューブに最適な変化率を持つ収縮及び膨張性を同時に与える点にある。
本発明は、以下の第１発明（項１〜項３）、第２発明（項４〜項５）及び第３発明（項６〜項７）に関する。
項１．  定着回転部材の離型層用フッ素チューブであって、１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向収縮率が２〜８％であるフッ素チューブ。
項２．  弾性層の外側にフッ素樹脂層を有する材料を有する定着回転部材であって、弾性層の硬度が１０°以下、弾性層の厚さが５ｍｍ以下であり、１５０℃加熱時のフッ素樹脂層の軸方向収縮率が１〜８％、径方向収縮率が２〜８％である定着回転部材。
項３．  弾性層の厚さが２ｍｍ超かつ５ｍｍ以下である項２に記載の定着回転部材。
項４．  定着回転部材の離型層用フッ素チューブであって、１５０℃加熱時の軸方向膨張率が０．５〜４％、径方向収縮率が１〜６％であるフッ素チューブ。
項５．  弾性層の外側にフッ素樹脂層を有する材料を有する定着回転部材であって、弾性層の硬度が１０°以下、弾性層の厚さが２ｍｍ以下であり、１５０℃加熱時のフッ素樹脂層の輔方向膨張率が０．５〜４％、径方向収縮率が１〜６％である定着回転部材。
項６．  定着回転部材の離型層用フッ素チューブであって、１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向膨張率が１〜４％であるフッ素チューブ。
項７．  弾性層の外側にフッ素樹脂層を有する材料を有する定着回転部材であって、弾性層の硬度１０°以下、弾性層の厚さが２ｍｍ以下であり、１５０℃加熱時のフッ素樹脂層の軸方向収縮率が１〜８％、径方向膨張率が１〜４％である定着回転部材。
第１発明は、定着回転部材の弾性層にリング状及び軸方向の両方のしわが発生しやすい場合に関する。
弾性層の厚みが５ｍｍ以下の比較的厚い弾性層を有する場合は、特に弾性層にリング状及び軸方向の両方のしわが発生しやすい。
このしわはロール又はベルトを成型する際の低硬度弾性層の大きな熱膨張により、成型直後に発生する場合と、実際に定着装置として使用する際に定着の為の熱及びニップ圧による大変形により発生する場合がある。
リング状及び軸方向の両方に発生したしわは、軸方向及び径方向の両方に熱収縮性を有するフッ素チューブ、特に、１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向収縮率が２〜８％であるフッ素チューブを、弾性層の外側に装着することにより解消される。
本発明において、軸方向収縮率および径方向収縮率を１５０℃加熱時の値として定義したのは、ゴムを加硫する際の最終加硫温度が約１５０℃であり、定着温度も１５０℃±２０℃程度であるためである。
一方、第２発明及び第３発明に関連し、厚み２ｍｍ以下の比較的薄い弾性層は、リング状のしわ、或いは、軸方向のしわの一方のみが通常発生する。弾性層にリング状のしわが発生するか、軸方向のしわが発生するかは、定着回転部材を備えたカラーコピーおよびカラープリンターの種類、各機種により異なり、各機器において実験的に確認することができる。
第２発明は、定着回転部材の弾性層に軸方向のしわが発生し、リング状のしわは発生しない場合に関連する。
軸方向に発生したしわは、径方向に収縮し軸方向に膨張するフッ素チューブ、特に、１５０℃加熱時の軸方向膨張率が０．５〜４％、径方向収縮率が１〜６％であるフッ素チューブを弾性層の外側に装着することにより解消される。
第３発明は、定着回転部材の弾性層にリング状のしわが発生し、軸方向のしわは発生しない場合に関連する。
リング状に発生したしわは、径方向に膨張し軸方向に収縮するフッ素チューブ、特に、１５０℃加熱時の軸方向収縮率が１〜８％、径方向膨張率が１〜４％であるフッ素チューブを弾性層の外側に装着することにより解消される。
第１〜第３発明において、フッ素樹脂は、四フッ化エチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、六フッ化エチレンプロピレン樹脂（ＦＥＰ）などが用いられ、チューブの肉厚は０．０１〜０．１５ｍｍ程度である。
第１発明において、１５０℃加熱時のフッ素チューブの軸方向収縮率は通常１〜８％、好ましくは２〜５％であり、径方向収縮率は通常２〜８％、好ましくは４〜６％である。
第２発明において、１５０℃加熱時のフッ素チューブの軸方向膨張率は通常０．５〜４％、好ましくは１〜３％であり、径方向収縮率は通常１〜６％、好ましくは２〜４％である。
第３発明において、１５０℃加熱時のフッ素チューブの軸方向収縮率は通常１〜８％、好ましくは２〜５％であり、径方向膨張率は通常１〜４％、好ましくは１〜３％である。
第１〜第３発明において、軸方向にＸ％収縮させるためには、連続延伸の際のチューブ巻出し側と引き取り側の速度差を、巻出し側を２Ｘ％遅い設定とすればよい。また、軸方向にＸ％膨張させるためには、連続延伸の際のチューブ巻出し側と引き取り側の速度差を、巻出し側を２Ｘ％速い設定とすればよい。巻出し側を２Ｘ％「速い」または「遅い」設定とするのは、軸方向に与えた膨張または収縮設定の約５０％は延伸直後にゴム弾性的にキャンセルされるためである。
・第１発明のフッ素チューブの製造
第１発明のフッ素チューブは、フッ素樹脂を、環状ダイスを吐出口に有するスクリュー式１軸押出機にて溶融押出し、これをダイス先端に設置された冷却用ダイスに挿通して冷却を行いながら引き取り、その後、チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ（径）方向に３〜６％延伸、ＭＤ（軸）方向に４〜８％延伸される設定とし、速度２〜４ｍ／ｍｉｎで連続して延伸を行うことにより得ることができる。フッ素チューブの径は、特に限定されないが、２０〜５０ｍｍ程度である。
・第２発明のフッ素チューブの製造
第２発明のフッ素チューブは、フッ素系樹脂を、環状ダイスを吐出口に有するスクリュー式１軸押出機にて溶融押出し、これをダイス先端に設置された冷却用ダイスに挿通して冷却を行いながら引き取り、その後、チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ（径）方向に１〜３％延伸、ＭＤ（軸）方向に１〜２％膨張となる設定とし、速度２〜４ｍ／ｍｉｎで連続して延伸を行うことにより得ることができる。
・第３発明のフッ素チューブの製造
第３発明のフッ素チューブは、フッ素系樹脂を、環状ダイスを吐出口に有するスクリュー式１軸押出機にて溶融押出し、これをダイス先端に設置された冷却用ダイスに挿通して冷却を行いながら引き取り、その後、チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ（径）方向に１〜３％膨張、ＭＤ（軸）方向に３〜５％延伸される設定とし、速度２〜４ｍ／ｍｉｎで連続して延伸を行うことにより得ることができる。
第１〜第３発明においてフッ素樹脂のＭＦＲは１．８〜２．２であるのが好ましい。
第１〜第３発明のフッ素チューブにおいて、充填材の添加については特に制限しない。充填材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラックなどの導電性カーボンブラックが例示される。
・第１〜第３発明の定着回転部材の製造
第１〜第３発明のフッ素チューブを、中心部に芯金が配置された筒状成型体の内表面に該内表面とチューブの外表面が接触するように配置し、かつチューブの内表面と前記予め配置された芯金とが間隔を有するように構成しておき、前記した間隔にシリコーン系の未加硫ゴム、シリコーン系の発泡スポンジなどの弾性層の素材を流し込み、該素材として未加硫ゴムを用いた場合には加硫した後に筒状成型体を取り去ることにより第１〜第３発明の定着回転部材を得ることができる。
弾性層の厚みは、第１発明では５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ超かつ５ｍｍ以下、さらに好ましくは３〜４ｍｍであり、第２及び第３発明では２ｍｍ以下、好ましくは０．１〜１ｍｍである。
弾性層の硬度は０〜４０°、好ましくは０〜１０°である。
定着回転部材の硬度は５〜６０°、好ましくは５〜４０°である。
フッ素チューブの内表面は、予めエッチング処理やプライマー処理を施してもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明をより詳しく説明するため実施例を挙げるが、本発明は之等に限定されない。
（１）第１発明
実施例１Ａ
フッ素系樹脂（ＰＦＡ；三井・デュポンフロロケミカル製；ＭＦＲ＝１．９）を、環状ダイスを吐出口に有するスクリュー式１軸押出機にて溶融押出し、これをダイス先端に設置された冷却用ダイスに挿通して、冷却を行いながら引き取った。
その後、チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分で、ＴＤ（径）方向に４％／ＭＤ（軸）方向に８％延伸される設定とし、速度３ｍ／ｍｉｎで連続して延伸を行った。ここで上記方法にて製膜した原管は、未延伸の状態でも径方向に約１％の収縮性を持つ為、延伸加工時には径方向に４％の収縮設定として、延伸後の径が原管径より４％大きい設定とした。また、軸方向に与えた収縮設定の約５０％は延伸直後にゴム弾性的にキャンセルされる為、８％の収縮設定を与えるよう、連続延伸の際のチューブ巻出し側と引き取り側の速度差を、巻出し側を８％遅い設定とした。その結果、軸方向収縮率４％、径方向収縮率５％である径４３．５ｍｍ、厚５０μｍの第１発明のフッ素チューブを得た。
比較例１Ａ
チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ方向、ＭＤ方向に延伸を行わなかった他は、実施例１Ａと同様にして、熱収縮性を有しないフッ素チューブ（径４３．５ｍｍ、厚５０μｍ）を得た。
実施例２Ａ及び比較例２Ａ
実施例１Ａ及び比較例１Ａで得たフッ素チューブを、中心部に芯金が配置された筒状成型体の内表面に該内表面とチューブの外表面が接触するように配置し、かつチューブの内表面と前記予め配置された芯金とが間隔を有するように構成しておき、前記した間隔にシリコーン系の未加硫ゴムを流し込み、１５０℃前後で加硫した後に筒状成型体を取り去ることにより、本発明にかかる径が４６ｍｍ、弾性層厚みが３ｍｍとなる定着用加圧ゴムロールを得た。
この際チューブの内表面は、ゴム部分と接触しやすいよう予めエッチングによる内面処理が施され、更にその上にプライマー処理が施されたものであった。この時弾性層の形成に使用したシリコーンゴムのアスカーＣ硬度は１０°であった。
加硫時にはフッ素チューブとゴムは接着しているので、加硫時の熱でチューブは収縮力を発現しているが収縮はしない。このまま収縮力を維持しているため、定着時の変形ひずみに対して塑性変形を抑える働きをしているものと考えられる。
また、ロール成型時にフッ素チューブの径は実施例１Ａ及び比較例１Ａの４３．５ｍｍから実施例２Ａ及び比較例２Ａの４６ｍｍに延伸されている。このようなロール成型時の延伸もチューブのしわの発生を抑える原因の１つと考えられる。
試験例１Ａ
本発明の軸方向及び径方向の両方に収縮性を持つ実施例１Ａで得られたフッ素チューブを表面離型層とした定着用ゴムロールを用いた定着ユニットは、成型時のひずみと通紙時の弾性体の変形に十分追随するため１０万枚の連続使用に対しても良好な表面状態を保ち、トナーの加熱溶融も均一にできるため、高画質が得られた。これに対し、比較例１Ａで得た非収縮性フッ素チューブを用いて得た定着ユニットでは、弾性体の変形にフッ素チューブが追随できず、わずか５千〜１万枚の連続使用で表面にしわが発生し、均一な溶融加熱ができず良好な画質が得られなかった。
（２）第２発明
実施例１Ｂ
フッ素系樹脂（ＰＦＡ；三井・デュポンフロロケミカル製；ＭＦＲ＝１．９）を、環状ダイスを吐出口に有するスクリュー式１軸押出機にて溶融押出し、これをダイス先端に設置された冷却用ダイスに挿通して冷却を行いながら引き取った。
その後、チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ（径）方向に２％延伸／ＭＤ（軸）方向に１％膨張となる設定とした。ここで上記方法にて製膜した原管は未延伸の状態でも径方向に約１％の収縮性を持つ為延伸加工時には径方向に１％の収縮設定として延伸後の径が原管径より１％大きい設定とした。また、軸方向には連続延伸の際のチューブ巻出し側と引き取り側の速度差を、巻出し側を２％速い設定とした。このような各膨張、収縮設定の下に、速度３ｍ／ｍｉｎで連続して延伸を行った結果、軸方向膨張率１％、径方向収縮率２％の径４４．５ｍｍ、厚５０μｍの第２発明のフッ素チューブを得た。
比較例１Ｂ
チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ方向、ＭＤ方向に延伸を行わなかった他は、実施例１Ａと同様にして、熱収縮性を有しないフッ素チューブ（径４４．５ｍｍ、厚５０μｍ）を得た。
実施例２Ｂ
実施例１Ｂ及び比較例１Ｂで得たフッ素チューブを、中心部に芯金が配置された筒状成型体の内表面に該内表面とチューブの外表面が接触するように配置し、かつチューブの内表面と前記予め配置された芯金とが間隔を有するように構成しておき、前記した間隔にシリコーン系の未加硫ゴムを流し込み、１５０℃で加硫した後に筒状成型体を取り去ることにより、本発明にかかる径が４６ｍｍ、弾性層厚みが１ｍｍとなる定着用加圧ゴムロールを得た。この際チューブの内表面はゴム部分と接触しやすいよう予めエッチングによる内面処理が施され、さらにその上にプライマー処理が施されたものであった。この時弾性層の形成に使用したシリコーンゴムのアスカーＣ硬度は１０°であった。
試験例１Ｂ
第２発明の熱変化性を持つフッ素チューブを表面離型層に用いて成型した定着用低硬度ゴムロールはロール成型後にしわなど発生せず、実機においても弾性体の変形に十分追随するため１０万枚の連続使用に対しても良好な表面状態を保ち、かつニップ幅も確保できるためトナーの加熱溶融も均一にでき、高画質が得られた。
これに対し、比較例１Ａのフッ素チューブを表面離型層に用いて成型した定着用低硬度ゴムロールは、ロール成型後から軸方向の縦しわが発生し、実機においても弾性体の変形にチューブが追随できず、縦しわが深くなり良好な画像を得られなかった。
（３）第３発明
実施例１Ｃ
フッ素系樹脂（ＰＦＡ；三井・デュポンフロロケミカル製；ＭＦＲ＝１．９）を、環状ダイスを吐出口に有するスクリュー式１軸押出機にて溶融押出し、これをダイス先端に設置された冷却用ダイスに挿通して冷却を行いながら引き取った。
その後、チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ（径）方向に２％膨張／ＭＤ（軸）方向４％延伸される設定とした。ここで上記方法にて製膜した原管は未延伸の状態でも径方向に約１％の収縮性を持つ為延伸加工時には径方向に３％の膨張設定として延伸後の径が原管径より３％小さい設定とした。また、軸方向に与えた収縮設定の約５０％は延伸直後にゴム弾性的にキャンセルされる為、８％の収縮設定を与える設定となるよう、連続延伸の際のチューブ巻出し側と引き取り側の速度差を巻出し側を８％遅い設定とした。このような各膨張、収縮設定の下に速度３ｍ／ｍｉｎで連続して延伸を行った結果、軸方向収縮率４％、径方向膨張率２％である径３３．５ｍｍ、厚３０μｍの第３発明のフッ素チューブを得た。この時弾性層の形成に使用したシリコーンゴムのアスカーＣ硬度は１０°であった。
比較例１Ｃ
チューブ温度が１００〜１５０℃となる部分でＴＤ方向、ＭＤ方向に延伸を行わなかった他は実施例１Ａと同様にして、熱収縮性を有しないフッ素チューブ（径３３．５ｍｍ、厚５０μｍ）を得た。
実施例２Ｃ
実施例１Ｃ及び比較例１Ｃで得たフッ素チューブを、中心部に芯金が配置された筒状成型体の内表面に該内表面とチューブの外表面が接触するように配置し、かつチューブの内表面と前記予め配置された芯金とが間隔を有するように構成しておき、前記した間隔にシリコーン系の未加硫ゴムを流し込み、加硫した後に筒状成型体を取り去ることにより、本発明にかかる径が３８ｍｍ、弾性層厚みが０．５ｍｍとなる定着用加圧ゴムロールを得た。この際チューブの内表面はゴム部分と接触しやすいよう予めエッチングによる内面処理が施され、更にその上にプライマー処理が施されたものであった。
なお、実施例１Ｃで得られたフッ素チューブは径方向膨張率２％であるが、実施例２Ｃで得られた定着用加圧ゴムロールは径が３３．５ｍｍから３８ｍｍに延伸されている。このロール成型時の延伸により径方向に収縮力が発生しているため、フッ素チューブの径方向膨張率２％は弱められる。ゴムロールに接着固定されたフッ素チューブはある力でゴムロールを締め付けており、本発明によりこの収縮バランスを変化させることで、締め付け力を変化させ、しわ等の発生を防止していると推測される。
試験例１Ｃ
第３発明の熱変化性を持つフッ素チューブを表面離型層に用いて成型した定着用低硬度ゴムロールは、ロール成型後にしわなど発生せず、実機においても弾性体の変形に十分追随するため１０万枚の連続使用に対しても良好な表面状態を保ち、かつニップ幅も確保できるためトナーの加熱溶融も均一にでき、高画質が得られた。
これに対し、比較例１Ａのフッ素チューブを表面離型層に用いて成型した定着用低硬度ゴムロールは、ロール成型後からリング状のしわが発生し、実機においても弾性体の変形にチューブが追随できず、リング状しわが深くなり良好な画像を得られなかった。
産業上の利用の可能性
本発明の熱変化性を持つチューブを使用する定着用ゴムロールを用いた定着ユニットは、従来の定着ユニットと比較して、長期間の連続使用においても高画質が得られた。
第１発明では、弾性層が厚い分だけ変形量も大きく“リング状及び軸方向のしわ”が発生するが、第１発明のフッ素チューブはこの両方向のしわに対しての効果がある。“ＭＤ収縮ＴＤ膨張”もしくは“ＭＤ膨張ＴＤ収縮”というような収縮／膨張逆方向となるチューブでは両方向しわは解消できない。
第２発明では、弾性層が比較的薄い為、“軸方向”しわが発生し、このしわに対して“ＭＤ膨張ＴＤ収縮”というような収縮／膨張逆方向となるチューブで効果がある。両方向収縮（ＭＤ／ＴＤ収縮）チューブを使った場合には、チューブ締め付けの力による弾性率上昇が大きく、ロールが硬くなる為定着部分のニップ幅が小さくなり、十分にトナーに熱が伝わらない為オフセットが発生することになる。
第３発明では、弾性層が比較的薄い為、“リング状”しわが発生し、このしわに対して“ＭＤ収縮ＴＤ膨張”というような収縮／膨張逆方向となるチューブで効果がある。両方向収縮（ＭＤ／ＴＤ収縮）チューブを使った場合には、チューブ締め付けの力による弾性率上昇が大きく、ロールが硬くなる為定着部分のニップ幅が小さくなり、十分にトナーに熱が伝わらない為オフセットが発生することになる。
【国際調査報告】
2003012555.tif 000002
2003012555.tif 000003
2003012555.tif 000004
2003012555.tif 000005