JP2007264542A - 定着用回転体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥後のフッ素樹脂層にマッドラックが発生せず、焼成後のクラックが無い平滑な厚さ２０μｍ以下のフッ素樹脂層を持ち得る加工性に優れた定着用回転体及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】最外層にフッ素樹脂層を被覆した定着用回転体であって、該フッ素樹脂層は第１の平均粒径を有する小粒子フッ素樹脂群と、第２の平均粒径を有する大粒子フッ素樹脂群が含有され前記第１の平均粒径が0.5μｍ〜２μｍ、前記第２の平均粒径が５μｍ〜３０μmである塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設けた、定着用回転体。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子複写機やレーザービームプリンターの定着部に用いられている定着用回転体に関する。

従来、電子複写機やレーザービームプリンターの定着部に用いられている定着用回転体は、トナーとの離型性を高めるために、その表面に離型層としてフッ素樹脂層を設けて用いられている。このようなフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレンや、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体等を用いることが知られている（特許文献１)。

この定着用回転体である定着ローラや定着ベルトは、その基体として用いる芯金やベルト基体表面にプライマーを介してフッ素樹脂塗料を塗布し、加熱焼成してフッ素樹脂層を設けている。そして、耐屈曲性や表面平滑性の向上のため、芯金やベルト基体表面にメルトフローレートの異なる２種類のフッ素樹を含むフッ素樹脂塗料を塗布し、加熱焼成して３０μｍ程度の厚さのフッ素樹脂層を設ける方法が用いられている（特許文献２）。

しかし、ウォーミングアップ時間の短縮の要求があり、定着ローラのフッ素樹脂層の厚さを２０μｍ以下と薄くしてウォーミングアップ時間の短縮が行われるようになった。しかし、フッ素樹脂塗料でフッ素樹脂層を２０μｍ以下の厚さとすると、乾燥後のフッ素樹脂層の表面にマッドクラックと呼ばれる大きなひび割れが発生し、このフッ素樹脂層を加熱焼成させてもにひび割れが埋まることなく、焼成後のフッ素樹脂層にクラックと呼ばれるひび割れが残るという問題が生じた。そのため、フッ素樹脂層を３０μｍ程度の厚さに設けた後に、研磨加工によって大きく削り込み、厚さ２０μｍ以下のフッ素樹脂層を持つ定着ローラを得ていた。

特開平９−１１３６２号公報 特開２００５−３０１１９９号公報

そのため、フッ素樹脂層を厚さ３０μｍ程度とした後に研磨加工によってフッ素樹脂層を２０μｍ以下とする加工工程を行うことなく、表面が平滑な厚さ２０μｍ以下のフッ素樹脂層を持つ定着ローラとその製造方法が必要とされた。

従って、本発明の目的は、乾燥後のフッ素樹脂層にマッドラックが発生せず、焼成後のクラックが無い平滑な厚さ２０μｍ以下のフッ素樹脂層を持ち得る加工性に優れた定着用回転体及びその製造方法を提供することである。

本願発明者らは、鋭意研究の結果、マッドクラックが生じる主な原因は、均一な粒子径を有するフッ素樹脂粒子が乾燥時に強く凝集することによるものであることを見出した。そして、フッ素樹脂粒子として、特定の平均粒径を有するより大きな粒径の粒子を共存させることにより、乾燥時の粒子の凝集力が小さくなり、クラックの発生を抑制できることを見出し本発明を完成した。

すなわち、本発明は、最外層にフッ素樹脂層を被覆した定着用回転体であって、該フッ素樹脂層は第１の平均粒径を有する小粒子フッ素樹脂群と、第２の平均粒径を有する大粒子フッ素樹脂群が含有され前記第１の平均粒径が0.5μｍ〜２μｍ、前記第２の平均粒径が５μｍ〜３０μmである塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設けた、定着用回転体を提供する。また、本発明は、媒体中にフッ素樹脂粒子を含む塗料であって、前記フッ素樹脂粒子として第１の平均粒径を有する小粒子群と、第２の平均粒径を有する大粒子群が含有され、前記第１の平均粒径が0.5μｍ〜２μｍ、前記第２の平均粒径が５μｍ〜３０μmである塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設ける、定着用回転体の製造方法を提供する。

本発明に用いる定着用回転体はクラックが発生しない厚さ２０μｍ以下の加工性に優れたフッ素樹脂層を形成することが可能であるため、電子複写機やレーザービームプリンターの定着ロールや定着ベルトに用いる事ができる。

上記の通り、本発明に用いるフッ素樹脂塗料は、媒体中に、平均粒径の異なる、小粒子群と大粒子群のフッ素樹脂粒子を含むことを特徴とする。小粒子群の平均粒径（直径）は、0.5μｍ〜２μｍ、好ましくは、0.8μm〜1.5μmであり、大粒子群の平均粒径は５μｍ〜３０μｍ、好ましくは６μm〜２５μｍである。なお、平均粒径は、各粒子の粒径を単純平均した数平均粒径である。小粒子群及び大粒子群のいずれにおいても、平均粒径が上記の範囲に入るならば、粒度分布のピークの異なる２種以上の粒子群を混合して用いてもよい。ただし、その場合でも、各粒子群の粒度分布のピークは、小粒子群の場合には0.5μｍ〜２μｍ、大粒子群の場合には５μｍ〜３０μｍの範囲内にあることが好ましい。

前記大粒子群の含有量は、全粒子の合計含有量の３重量％〜４０重量％であることが好ましい。大粒子群の含有量が３重量％未満であると、マッドクラックの抑制が不十分になりやすく、４０重量％を超えるとマッドクラックの発生は抑制されるものの、焼成時にクラックが生じやすくなる。

従来のフッ素樹脂塗料は、平均粒径１μｍ程度の微粒子を含んでいるから、本発明に用いるフッ素樹脂塗料は、従来の塗料に、大粒子群を添加したものに相当する。大粒子群の添加によりマッドクラックが抑制される原理を図１に基づいて説明する。

図１の上段は、従来のフッ素樹脂塗料を模式的に示したものであり、粒径が小さくて均一なフッ素樹脂粒子を含む。左側が乾燥前の状態、右側が乾燥後の状態を模式的に示している。乾燥して媒体が蒸発すると、粒子は図１の上段右側の図のように、ぎっしりと整列し、強い凝集力が生じる。乾燥した表面のみが強い凝集力を生じ、未乾燥の内部では媒体が存在するために凝集がまだ生じていないので、表面部と内部の間で応力が生じ、これが原因となってマッドクラックが生じる。これに対し、本発明のように小粒子群の中に大粒子群が共存すると、図１の下段右側の図のように、大きな粒子によって小さな粒子の整列が妨げられ、粒子の凝集力が小さくなり、その結果、発生する応力も小さくなり、マッドクラックが生じにくくなる。

本願発明者らは、上記したマッドクラックが生じる原因及びその解決策を初めて明らかにしたものであり、上記のマッドクラック防止策は、フッ素樹脂の種類に関係なく適用可能である。

本発明に用いるフッ素樹脂塗料中のフッ素樹脂は、特に限定されるものではなく、従来から定着用回転体の表面に被膜を形成するために用いられているいずれのフッ素樹脂であってもよく、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(PFA)を好ましく用いることができる。もっとも、上記したとおり、本発明の原理は、フッ素樹脂粒子の種類に関係なく適用可能であることから、フッ素樹脂はPFAに限定されるものではない。

本発明に用いる塗料中の小粒子群の含有量は、従来の塗料と同程度でよく、通常、１０重量％〜６０重量％である。

小粒子群のフッ素樹脂粒子を含む塗料は広く市販されている。また、大粒子群のフッ素樹脂粒子も市販されている。従って、本発明のフッ素樹脂粒子含有塗料は、周知の市販のフッ素樹脂粒子含有塗料に、市販の大粒子群のフッ素樹脂粒子を添加することにより容易に調製することができる。すなわち、本発明の塗料は、市販品の混合により調製することができる。

本発明において、「定着用回転体」とは、電子複写機やレーザービームプリンターの定着部に用いられている回転する部材を意味し、定着ロール及び加圧ロールのような定着用ロール並びに定着ベルトを意味する。これらのうち、加熱部材としての定着ロールや定着ベルトが好ましい。上記塗料を塗布、乾燥した場合、マッドクラックが公知の塗料よりも生じにくく、平滑なフッ素樹脂被膜が得られるので、本発明の定着用回転体優れた性能を発揮する。

定着用回転体は、芯金又はベルトにプライマーを塗布し、その上に上記塗料を塗布し、乾燥し、焼成することにより製造することができる。塗料の塗布は、プライマーを塗布した芯金又はベルト基体に塗料をスプレー塗装や浸漬すること等の常法により行うことができる。該塗料を塗布後、乾燥、焼成を行なう。乾燥条件は、特に限定されず、塗料媒体の種類等に応じて適宜設定されるが、通常、８０℃〜１２０℃で１５分〜１時間程度でよい。また、焼成は、フッ素樹脂の種類等に応じて適宜設定されるが、通常、３５０℃〜４２０℃程度で、２０分〜９０分程度である。なお、被膜の膜厚は、特に限定されないが、焼成後の膜厚で通常、３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下である。被膜の膜厚の下限は、特に限定されないが、通常、５μm程度である。５μｍ以下の場合、耐久性が十分でない恐れがある。

上記の方法により製造した、フッ素樹脂被膜で被覆された回転体は、乾燥時におけるマッドクラックの発生が抑制されているため、焼成後のクラックも抑制され、平滑なものである。従って、定着強度が高く、優れた印刷性能が発揮される。また、このフッ素樹脂皮膜表面を研磨等により、所定の表面粗さに調整することもできる。

以下、本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

PFA樹脂粒子含有塗料の調製
市販のPFA塗料（三井デュポンフロロケミカル社製EN-513GL)からPFA粒子を除いた組成の溶液を調製し、これに平均粒径が１μｍのPFA粒子（三井デュポンフロロケミカル社製EN-513GL中の粒子を採取）に、平均粒径が約７μｍのPFA粒子（三井デュポンフロロケミカル社製MP-102)、平均粒径が約２０μｍのPFA粒子（三井デュポンフロロケミカル社製MP-102)又は上記平均粒径が約７μｍと約２０μｍのＰＦＡ粒子を混合して平均粒径を１３μｍとしたＰＦＡ粒子をそれぞれ下記表１に示す割合で、ＰＦＡ粒子の合計が３５重量％となるように添加し、混合して各種塗料を得た。なお、平均粒径約７μｍの粒子と、平均粒径約２０μｍの粒子は、同一の市販のPFA樹脂粒子（三井デュポンフロロケミカル社製MP-102)を篩い分けして調製した。なお、下記表１中の添加量は、全粒子の合計重量に対する、添加した平均粒径約７μｍ、１３μｍ又は約２０μｍの粒子の重量％を示す。

PFA被膜を有する定着用ロールの製造及び評価
直径30mmで長さ330mmの芯金にプライマー（三井デュポンフロロケミカル社製PRM-049)を塗布し、その表面に、実施例１で作製した塗料をスプレーと層にて塗布した。100℃で30分間乾燥した後、乾燥した表面を顕微鏡で観察し、クラックの状態を目視により評価した。次にロールを395℃で40分間焼成し、PFA被膜を有するロールを得た。焼成後の膜厚は、18μmであった。焼成後のPFA被膜の状態を顕微鏡観察した。

結果を下記表１に示す。表１に示すように、平均粒径が７μｍ、１３μｍ又は２０μｍの大粒子群を添加した場合には、乾燥時のクラックが軽減された。また、添加量が、平均粒径１μｍの粒子に対して５重量％から３７重量％の場合、焼成後のクラックも生じなかった。

×：マッドクラックが発生し、焼成後もクラックあり
○：マッドクラックがほとんど発生せず、焼成後のクラックもなし
△：マッドクラックは×と比べて軽減されたが、焼成後にクラックが発生

大粒子群の添加によりクラックが抑制される原理を説明する図である。

Claims (12)

1. 最外層にフッ素樹脂層を被覆した定着用回転体であって、該フッ素樹脂層は第１の平均粒径を有する小粒子フッ素樹脂群と、第２の平均粒径を有する大粒子フッ素樹脂群が含有され前記第１の平均粒径が0.5μｍ〜２μｍ、前記第２の平均粒径が５μｍ〜３０μmである塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設けた、定着用回転体。
2. 前記大粒子群と前記小粒子群の合計含有量に対し、前記大粒子群の含有量が３重量％〜４０重量％である請求項１記載の回転体。
3. 前記大粒子群は、平均粒径が５μｍ〜３０μmの範囲内にある、複数の粒子群の混合物である請求項１又は２記載の回転体。
4. 前記フッ素樹脂が、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請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転体。
5. 前記フッ素樹脂層の厚さが２０μｍ以下である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転体。
6. 定着用ロールである請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転体。
7. 定着ロールである請求項６記載の回転体。
8. 媒体中にフッ素樹脂粒子を含む塗料であって、前記フッ素樹脂粒子として第１の平均粒径を有する小粒子群と、第２の平均粒径を有する大粒子群が含有され、前記第１の平均粒径が0.5μｍ〜２μｍ、前記第２の平均粒径が５μｍ〜３０μmである塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設ける、定着用回転体の製造方法。
9. 前記大粒子群と前記小粒子群の合計含有量に対し、前記大粒子群の含有量が３重量％〜４０重量％である請求項８記載の方法。
10. 前記大粒子群は、平均粒径が５μｍ〜３０μmの範囲内にある、複数の粒子群の混合物である請求項８又は９記載の方法。
11. 前記フッ素樹脂が、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請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記定着用回転体が定着用ロールである請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
    
    

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