JP2012133355A

JP2012133355A - フューザー部材および組成物

Info

Publication number: JP2012133355A
Application number: JP2011269470A
Authority: JP
Inventors: Moorlag Carolyn; キャロライン・ムーアラグ; Chi Yu; ユー・チ; Zhang Qi; チー・ツァン; Shin Hu Nung; ナン−シン・フー; I Halfyard Kurt; カート・アイ・ハーフヤード; Mihai Nicoleta; ニコレッタ・ミハイ; Gordon Sisler; ゴードン・シスラー; Song Guiqin; グーチン・ソン; G Zaltz Edward; エドワード・ジー・ザルツ; T Brian Mcaneney; ティー・ブライアン・マックアニー
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-07-12
Also published as: RU2011150892A; US20120156481A1; DE102011088947A1

Abstract

【課題】剥離剤／フューザー油を用いないフューザー部材を提供する。
【解決手段】このフューザーは、特定の分子構造の、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーの層を含む。
【選択図】なし

Description

本出願は、本件と同時に出願され、本明細書に参考として組み込まれる、同一出願人による同時係属中の出願番号（案件番号２０１００６３５−ＵＳ−ＮＰ、ＸＲＸ−００２７）、ＦＵＳＥＲＭＥＭＢＥＲに関する。

本開示は、一般的に、デジタル、多重画像型などを含む電子写真用画像形成装置で有用なフューザー部材に関する。さらに、本明細書に記載のフューザー部材を、固体インクジェット印刷機の転写固定装置で用いることもできる。

電子写真式印刷プロセスにおいて、トナー画像は、フューザーローラーを用いて支持板（例えば、紙シート）に固定されてもよく、融合されてもよい。従来の融合技術は、フューザーローラーからの良好な剥離性を維持するために、融合操作中にフューザーローラーに剥離剤／フューザー油を塗布する。例えば、油を用いた融合技術は、エントリーモデルの製品およびカラー製品の市場におけるすべての高速製品で用いられている。

油を用いない融合技術を、画質、部品のコスト、信頼性、構成要素の寿命が長いことなどのような一連の厳しいシステム要求事項を満たしつつ、例えば、毎分１００ページ（ｐｐｍ）またはこれ以上の高速プリンターに拡張することには、依然として技術的な課題がある。

優れた剥離性を得るために、フューザーローラーおよびフューザーベルトの多くのトップコート配合物でペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）が現時点で用いられているが、表面の割れ、へこみ、剥離といった問題が、ＰＦＡローラーおよびＰＦＡベルトの寿命を制限している。優れた剥離性を付与しつつ、表面の割れ、へこみ、剥離を低減したフューザーローラーおよびフューザーベルトのための材料の組み合わせを見つけることが望ましいだろう。それに加え、ＰＦＡ外側層を用いるとき、中間層と外側層との接着性が問題となる場合もある。接着層またはプライマー層を必要としない材料の組み合わせを見つけることが望ましいだろう。

一実施形態によれば、フューザー部材が提供される。フューザー部材は、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーの層を備えている。

別の実施形態によれば、末端がシロキサンのフルオロカーボンおよび溶媒の溶液中で反応させ、網目構造のシロキシフルオロカーボンを作成することを含む、ポリマーを製造する方法が開示されている。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、フッ素含有量が約３０重量％〜約７０重量％である。

別の実施形態によれば、フューザー部材が提供される。フューザー部材は、基板と、基板に配置される弾性層とを備える。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを含む接着層が、弾性層に配置されている。フルオロポリマーを含む剥離層が、接着層に配置されている。

図１は、本教示にかかる円柱状基板を備える例示的なフュージング部材を示す。図２は、本教示にかかるベルト基板を備える例示的なフュージング部材を示す。図３Ａは、本発明の教示にかかる、図１に示したフューザーローラーを用いた例示的なフュージング構造を示す。図３Ｂは、本発明の教示にかかる、図１に示したフューザーローラーを用いた例示的なフュージング構造を示す。図４Ａは、本発明の教示にかかる、図２に示したフューザーベルトを用いた別の例示的なフュージング構造を示す。図４Ｂは、本発明の教示にかかる、図２に示したフューザーベルトを用いた別の例示的なフュージング構造を示す。図５は、転写固定装置を用いる例示的なフューザー構造を示す。

固定部材は、その上に１つ以上の機能性層が形成された基板を備えていてもよい。基板としては、例えば、円柱またはベルトを挙げることができる。１つ以上の機能性層は、ケイ素で加工された特徴を作成することによって、疎水性および／または撥油性；超疎水性および／または超撥油性；または非常に優れた疎水性および／または非常に優れた撥油性である表面濡れ性を有する、最も外側または上側がケイ素加工された表面を備えている。画像支持材料（例えば、紙のシート）の上にある融合したトナー画像からのトナー剥離性が良好であり、この性質を維持し、さらに、紙をはがしやすくするために、このような固定部材を、高速高品質の電子写真印刷のための油を用いないフュージング部材として用いてもよい。別の実施形態では、ケイ素で加工された表面によって、油を用いない固定プロセスのための、油を用いない（例えば、ワックスを用いない）トナーを設計することができる。

種々の実施形態では、固定部材は、例えば、その上に１つ以上の機能性中間層が形成された基板を備えていてもよい。基板は、例えば、図１および図２に示されるように、特定の構造に依存して、非導電性または導電性の適切な材料を用い、円柱（例えば、円筒管）、円柱状のドラム、ベルト、または膜のような種々の形状で作成されてもよい。

特定的には、図１は、本教示にかかる円柱状基板１１０を備える例示的な固定部材またはフュージング部材１００を示し、図２は、本教示にかかるベルト基板２１０を備える、別の例示的な固定部材またはフュージング部材２００を示す。図１に示されている固定部材またはフュージング部材１００および図２に示されている固定部材またはフュージング部材２００は、一般化された概略をあらわしており、他の層／基板を加えてもよく、存在する層／基板を除去するか、または代えてもよいことは、当業者には容易に明らかになるはずである。

図１において、例示的な固定部材１００は、その上に１つ以上の機能性層１２０と外側層１３０とが形成された円柱状基板１１０を備えるフューザーローラーであってもよい。種々の実施形態では、円柱状基板１１０は、円筒管の形（例えば、内部に加熱ランプを備える中空構造を有するもの、または中身が詰まった円筒状のシャフト）をしていてもよい。図２において、例示的な固定部材２００は、その上に１つ以上の機能性層（例えば、２２０）と外側表面２３０とが形成されたベルト基板２１０を備えていてもよい。ベルト基板２１０および円柱状基板１１０は、当業者には知られているように、剛性および構造保全性を維持するために、例えば、ポリマー材料（例えば、ポリイミド、ポリアラミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリフタルアミド、ポリアミド−イミド、ポリケトン、ポリフェニレンスルフィド、フルオロポリイミドまたはフルオロポリウレタン）、金属材料（例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼）から作られていてもよい。

機能性層１２０および２２０の例としては、フルオロシリコーン、シリコーンゴム、例えば、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンゴム、高温加硫（ＨＴＶ）シリコーンゴム、低温加硫（ＬＴＶ）シリコーンゴムが挙げられる。これらのゴムは既知であり、商業的に簡単に入手可能であり、例えば、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３５ブラックＲＴＶおよびＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３２ＲＴＶ（いずれもＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ製）；１０６ＲＴＶＳｉｌｉｃｏｎｅＲｕｂｂｅｒおよび９０ＲＴＶＳｉｌｉｃｏｎｅＲｕｂｂｅｒ（いずれもＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ製）；ＪＣＲ６１１５ＣＬＥＡＲＨＴＶおよびＳＥ４７０５ＵＨＴＶシリコーンゴム（ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇＴｏｒａｙＳｉｌｉｃｏｎｅｓ製）である。他の適切なシリコーン材料としては、シロキサン（例えば、ポリジメチルシロキサン）；フルオロシリコーン（例えば、ＳｉｌｉｃｏｎｅＲｕｂｂｅｒ５５２）（ＳａｍｐｓｏｎＣｏａｔｉｎｇ（リッチモンド、バージニア）から入手可能））；液体シリコーンゴム、例えば、ビニル架橋した熱硬化性ゴム、またはシラノールを室温で架橋した材料などが挙げられる。別の特定の例は、ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇＳｙｌｇａｒｄ１８２である。市販のＬＳＲゴムとしては、ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ製のＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇＱ３−６３９５、Ｑ３−６３９６、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９０ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９１ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９５ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９６ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９８ＬＳＲが挙げられる。機能性層は、弾力性を付与し、必要な場合には、例えば、ＳｉＣまたはＡｌ_２Ｏ_３のような無機粒子と混合してもよい。

また、機能性層１２０および２２０の例としては、フルオロエラストマーも挙げられる。フルオロエラストマーは、（１）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのうち、２つのコポリマー；（２）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのターポリマー；（３）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、キュアサイトモノマーのテトラポリマーといった種類に由来する。これらのフルオロエラストマーは、種々の名称、例えば、ＶＩＴＯＮＡ（登録商標）、ＶＩＴＯＮＢ（登録商標）、ＶＩＴＯＮＥ（登録商標）、ＶＩＴＯＮＥ６０Ｃ（登録商標）、ＶＩＴＯＮＥ４３０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ９１０（登録商標）、ＶＩＴＯＮＧＨ（登録商標）；ＶＩＴＯＮＧＦ（登録商標）；ＶＩＴＯＮＥＴＰ（登録商標）で商業的に知られている。ＶＩＴＯＮ（登録商標）という名称は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃの商標である。キュアサイトモノマーは、４−ブロモペルフルオロブテン−１，１，１−ジヒドロ−４−ブロモペルフルオロブテン−１，３−ブロモペルフルオロプロペン−１，１，１−ジヒドロ−３−ブロモペルフルオロプロペン−１、または任意の他の適切な既知のキュアサイトモノマー（例えば、ＤｕＰｏｎｔから市販されているもの）であってもよい。他の市販されているフルオロポリマーとしては、ＦＬＵＯＲＥＬ２１７０（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ２１７４（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ２１７６（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ２１７７（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬＬＶＳ７６（登録商標）が挙げられ、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）は、３ＭＣｏｍｐａｎｙの登録商標である。さらなる市販材料としては、ＡＦＬＡＳ^ＴＭというポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン）、ＦＬＵＯＲＥＬＩＩ（登録商標）（ＬＩＩ９００）というポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレンビニリデンフルオリド）（これらも、３ＭＣｏｍｐａｎｙから入手可能）、ＦＯＲ−６０ＫＩＲ（登録商標）、ＦＯＲ−ＬＨＦ（登録商標）、ＮＭ（登録商標）ＦＯＲ−ＴＨＦ（登録商標）、ＦＯＲ−ＴＦＳ（登録商標）、ＴＨ（登録商標）、ＮＨ（登録商標）、Ｐ７５７（登録商標）ＴＮＳ（登録商標）Ｔ４３９（登録商標）、ＰＬ９５８（登録商標）、ＢＲ９１５１（登録商標）、ＴＮ５０５（登録商標）として特定されるＴｅｃｎｏｆｌｏｎｓ（Ａｕｓｉｍｏｎｔから入手可能）が挙げられる。

３種類の既知のフルオロエラストマーの例は、（１）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのうち、２つのコポリマー類、例えば、ＶＩＴＯＮＡ（登録商標）として商業的に知られているもの；（２）ＶＩＴＯＮＢ（登録商標）として商業的に知られている、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのターポリマー類；（３）ＶＩＴＯＮＧＨ（登録商標）またはＶＩＴＯＮＧＦ（登録商標）として商業的に知られている、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、キュアサイトモノマーのテトラポリマー類である。

フルオロエラストマーであるＶＩＴＯＮＧＨ（登録商標）およびＶＩＴＯＮＧＦ（登録商標）は、フッ化ビニリデンの量が比較的少ない。ＶＩＴＯＮＧＦ（登録商標）およびＶＩＴＯＮＧＨ（登録商標）は、約３５重量％のフッ化ビニリデンと、約３４重量％のヘキサフルオロプロピレンと、約２９重量％のテトラフルオロエチレンと、約２重量％のキュアサイトモノマーとを有している。

ローラー構造の場合、機能性層の厚みは、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ、または約１ｍｍ〜約８ｍｍ、または約２ｍｍ〜約７ｍｍであってもよい。ベルト構造の場合、機能性層は、約２５μｍ〜約２ｍｍ、または約４０μｍ〜約１．５ｍｍ、または約５０μｍ〜約１ｍｍであってもよい。

剥離層１３０または２３０の例示的な実施形態は、フルオロポリマー粒子を含む。本明細書に記載の配合物で使用するのに適したフルオロポリマー粒子は、フッ素含有ポリマーを含む。これらのポリマーは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル、およびこれらの混合物からなる群から選択されるモノマー繰り返し単位を含むフルオロポリマーを含む。フルオロポリマーは、直線または分枝したポリマー、架橋したフルオロエラストマーを含んでいてもよい。フルオロポリマーの例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）；ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）；テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマー；ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦまたはＶＦ２）とのコポリマー；テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー；テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＦ２）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のテトラポリマー、およびこれらの混合物が挙げられる。フルオロポリマー粒子は、化学薬品および熱に安定であり、表面エネルギーが低い。フルオロポリマー粒子は、融点が約２５５℃〜約３６０℃、または約２８０℃〜約３３０℃である。これらの粒子が融解して剥離層を形成する。

フューザー部材２００の場合、外側表面層または剥離層２３０の厚みは、約１０μｍ〜約１００μｍ、または約２０μｍ〜約８０μｍ、または約４０μｍ〜約６０μｍであってもよい。

添加剤およびさらなる導電性フィラーまたは非導電性フィラーが、中間層の基板層１１０および２１０、中間層２２０および２３０、剥離層１３０および２３０中に存在していてもよい。種々の実施形態では、他のフィラー材料または添加剤（例えば、無機粒子を含む）を、コーティング組成物に用いてもよく、その後に形成される表面層に用いてもよい。本明細書で用いられる導電性フィラーとしては、カーボンブラック、グラファイト、フラーレン、アセチレンブラック、フッ素化カーボンブラックなどのようなカーボンブラック；カーボンナノチューブ；金属酸化物およびドープされた金属酸化物、例えば、酸化スズ、二酸化アンチモン、アンチモンがドープされた酸化スズ、二酸化チタン、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウムがドープされた三酸化スズなど、およびこれらの混合物を挙げることができる。特定のポリマー、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ピロール、ポリインドール、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリ（フッ素）、ポリナフタレン、有機スルホン酸塩、リン酸エステル、脂肪酸エステル、アンモニウム塩またはホスホニウム塩、およびこれらの混合物を、導電性フィラーとして用いてもよい。種々の実施形態では、当業者に知られている他の添加剤を入れ、開示されているコンポジット材料を作成することもできる。

場合により、任意の既知の接着層および入手可能な適切な接着層が、外側層または外側表面、機能性層、基板の間に配置されていてもよい。接着層は、約２ｎｍ〜約１０，０００ｎｍ、または約２ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、または約２ｎｍ〜約５０００ｎｍの厚みで基板または外側層にコーティングされてもよい。接着剤を、スプレーコーティングまたはワイピングを含む既知の任意の適切な技術によってコーティングしてもよい。

図３Ａ〜４Ｂおよび図４Ａ〜４Ｂは、本発明の教示にかかる融合プロセスのための例示的なフュージング構造を示す。図３Ａ〜３Ｂに示されているフュージング構造３００Ａ〜Ｂ、および図４Ａ〜４Ｂに示されているフュージング構造４００Ａ〜Ｂが、一般化された模式的な図を示しており、他の部材／層／基板／構造を追加してもよく、または、すでに存在している部材／層／基板／構造を取り除くか、または変えてもよいことが当業者には容易に明らかになるはずである。本明細書では電子写真式プリンターを記載しているが、開示されている装置および方法を、他の印刷技術に応用してもよい。例としては、オフセット印刷およびインクジェット機および固体転写固定機が挙げられる。

図３Ａ〜３Ｂは、本教示にかかる、図１に示されるフューザーローラーを用いたフュージング構造３００Ａ〜Ｂを示す。構造３００Ａ〜Ｂは、フューザーローラー１００（すなわち、図１の１００）を備えていてもよく、このローラーは、加圧機構３３５（例えば、図３Ａの加圧ローラーまたは図３Ｂの加圧ベルト）とともに、画像支持材料３１５のためのフューザー用爪を形成する。種々の実施形態では、加圧機構３３５を、加熱ランプ３３７と組み合わせて用い、トナー粒子を画像支持材料３１５の上で融合させるプロセスのために圧力と熱を両方加えてもよい。それに加え、構造３００Ａ〜Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂに示されているように、１つ以上の外部熱ローラー３５０を、例えば、クリーニングウェブ３６０とともに備えていてもよい。

図４Ａ〜４Ｂは、本教示にかかる、図２に示されるフューザーベルトを用いたフュージング構造４００Ａ〜Ｂを示す。構造４００Ａ〜Ｂは、フューザーベルト２００（すなわち、図２の２００）を備えていてもよく、このベルトは、加圧機構４３５（例えば、図４Ａの加圧ローラーまたは図４Ｂの加圧ベルト）とともに、媒体基板４１５のためのフューザー用爪を形成する。種々の実施形態では、加圧機構４３５を、加熱ランプと組み合わせて用い、トナー粒子を媒体基板４１５の上で融合させるプロセスのために圧力と熱を両方加えてもよい。それに加え、構造４００Ａ〜Ｂは、フューザーベルト２００を動かし、媒体基板４１５の上でトナー粒子を融合させ、画像を作成するような機械システム４４５を備えていてもよい。機械システム４４５は、１つ以上のローラー４４５ａ〜ｃを備えていてもよく、必要な場合には、これらを加熱ローラーとして用いてもよい。

図５は、ベルト、シート、膜などの形態であってもよい、転写固定部材７の一実施形態の図を示す。転写固定部材７は、上述のフューザーベルト２００と似た構成である。現像した画像１２が中間転写体１の上にあり、ローラー４および８を介して転写固定部材７と接触し、転写固定部材７に転写される。ローラー４および／またはローラー８は、これらに関連して熱を帯びていてもよいし、帯びていなくてもよい。転写固定部材７は、矢印１３の方向に進む。複写基板９がローラー１０と１１との間を進むにつれて、現像した画像が複写基板９に転写され、融合する。ローラー１０および／または１１は、これらに関連して熱を帯びていてもよいし、帯びていなくてもよい。

本明細書には、上述のいずれかの層に網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを含むフューザー部材が開示されている。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、ゾルゲル化学によって作られる。シロキシフルオロカーボンモノマーは、ゾルゲル化学によって架橋され、アルコキシド基またはヒドロキシド基の加水分解および縮合が起こり、高温で硬化させると、融合表面で用いられるコーティングが生じる。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、中間層、外側層または接着層のうち１つ以上に存在していてもよい。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、高温状態でも溶融したり分解したりせずに耐えることができ、融合条件下で機械的に剛性であり、融合条件で良好な剥離性を示す。網目構造のシロキシフルオロカーボン（ＳＦＣ）ポリマーは、フューザーローラーまたはフューザーベルトのための接着層として役立たせるのに十分に適している。網目構造のＳＦＣポリマー層は、シリコーンゴムおよびフュージングトップコートと結合する。ＳＦＣを接着層として用いると、剥離による欠陥の発生率が低下し、シリコーンゴムの周囲に網目構造の強化層を作成することによって、処理中に生じる欠陥を抑制する。

一官能、二官能または三官能のシラン末端基を用い、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを調製してもよい。シロキシフルオロカーボンモノマーは、以下の構造によってあらわされ、

式中、Ｃ_ｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり；Ｌは、Ｃ_ｎＨ_２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜約１０の数であり；Ｘ_１、Ｘ_２およびＸ_３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、炭素原子が約１〜約１０個の非反応性脂肪族官能基、炭素原子が約１〜約１０個の非反応性芳香族官能基である。

上に列挙したモノマーに加え、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを、以下の構造を有するモノマーを用いて調製してもよく、

式中、Ｃ_ｆは、フルオロカーボン鎖をあらわし、このフルオロカーボン鎖は、脂肪族、芳香族であってもよく、脂肪族フルオロカーボン鎖または芳香族フルオロカーボン鎖の混合物を含んでいてもよく；Ｌは、Ｃ_ｎＨ_２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜約１０の数であり（最もありそうなのは０〜２）；Ｘ_１、Ｘ_２およびＸ_３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、または非反応性官能基（脂肪族炭化水素または芳香族炭化水素）であってもよい。

上に列挙したモノマーに加え、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを、ケイ素テトラアルコキシドおよび分岐ペンタシリルクロリドからなる群から選択されるフッ素化していないシランモノマーを含むモノマーを用いて調製してもよい。ケイ素テトラアルコキシドおよび分岐ペンタシリルクロリドは、それぞれの構造によってあらわされる。

網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、フッ素含有量が約３０重量％〜約７０重量％、または約４０重量％〜約７０重量％、または約５０重量％〜約７０重量％である。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー中の重量基準でのケイ素含有量は、ケイ素が約１重量％〜約２０重量％、または約１．５重量％〜約１５重量％、または約２重量％〜約１０重量％である。

モノマーは、硬化したコーティング中、酸化ケイ素結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を介してすべてのモノマーが分子単位で結合しているような網目構造である。したがって、このコーティングは、１つの系になるように架橋しているため、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーとしての分子量を得ることはできない。

シロキシフルオロカーボン前駆体のゾルゲル処理および層のコーティングに用いられる溶媒としては、有機炭化水素溶媒、フッ素化溶媒が挙げられる。溶液中でゾルゲル反応を促進するために、典型的には、メタノール、エタノール、イソプロパノールのようなアルコールが用いられる。溶媒のさらなる例としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトンが挙げられる。溶媒の混合物を用いてもよい。溶媒系は、少量の水を加えることを含み、例えば、シロキシフルオロカーボン前駆体または末端がシロキサンのフルオロカーボンに対し、約１モル当量〜約１０モル当量、または約２モル当量〜約４モル当量の水を加えることを含んでいた。

ゾルゲル前駆体の溶液に水を加えると、アルコキシ基が水と反応し、縮合して、部分的に網目構造になった凝集物を形成し、これをゾルと呼ぶ。部分的に網目構造のゾルを基板にコーティングすると、乾燥時にゲルを生成し、その後に加熱処理すると、完全に網目構造のＳＦＣコーティング（網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー）が基板表面（フューザー基板）上に生成する。

溶媒（例えば、ケトン、塩素化溶媒、エーテルなど）にさらしても、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは溶解せず、３５０℃までの温度では分解せず、系によってはもっと高温でも安定である。網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーは、トナーまたは他の混入物質にさらされると、良好な剥離性を示し、その結果、トナーおよび他の印刷に関連する物質は、フュージング部材に付着しない。

セラミック材料は、その強度および耐久性から、よく知られている。しかし、セラミック材料は弾性がなく、脆い傾向がある。したがって、セラミック単独ではフュージング材料として用いるのに理想的ではない。金属アルコキシドゾルゲル要素を用いることで、セラミック領域をハイブリッド系に化学的に組み込むことができる。系に柔軟性を導入し、かつ、良好な剥離性のために高いフッ素含有量を維持するために、ゾルゲル要素とフルオロカーボン鎖とをカップリングすることが望ましい。

一実施形態では、フルオロカーボン鎖の間の架橋要素として金属アルコキシド（Ｍ＝Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉなど）官能基を用いてもよい。コンポジット全体に効率よく架橋させるために、二官能フルオロカーボン鎖を用いる。フッ素含有量を高めるために、一官能フルオロカーボン鎖を加えてもよい。末端がＣＦ_３の鎖は、融合表面に整列し、表面エネルギーを下げ、剥離性を高める。

コンポジット系を生成するのに使用可能な前駆体の例としては、ケイ素テトラアルコキシドおよび末端がシロキサンのフルオロカーボン鎖が挙げられ、これらを以下に示す。シロキサン系のゾルゲル前駆体は、市販されている。ケイ素テトラアルコキシド（例えば、以下のケイ素テトラアルコキシド）を加えると、材料に過剰の架橋が導入され、剛性になるが、ゾルゲル／フルオロカーボンコンポジット系を作成するのに必須ではない。

フルオロカーボン鎖としては、容易に入手可能なジアルケン前駆体が挙げられ、この前駆体をヒドロシリル化によってシランに変換することができる（反応１）。一官能フッ素化シロキサン鎖は、メチルシロキサンまたはエチルシロキサンとして市販されており、または、クロロシラン前駆体またはジアルケン前駆体から変換してもよい。

反応１：フルオロカーボン鎖／ケイ素アルコキシド前駆体の調製

以下に示すのは、市販されているいくつかのフッ素化前駆体およびシロキサン前駆体である。フルオロカーボン材料およびシロキサン材料は、Ｇｅｌｅｓｔ、Ｓｙｎｑｕｅｓｔ、ＡｐｏｌｌｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、Ｆｌｕｏｒｏｃｈｅｍ、ＴＣＩＡｍｅｒｉｃａ、Ａｎａｃｈｅｍｉｃａ、ＬａｎｃａｓｔｅｒＳｙｎｔｈｅｓｉｓＩｎｃ．、ＰｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓＩｎｃを含む種々の業者から入手可能である。

一官能および二官能のフッ素化シロキサン鎖を組み込んだ、架橋したコンポジット系の代表例を、構造１に示す。この実施例では、機械特性およびフッ素含有量を、一官能前駆体と二官能前駆体の比率を調節することによって変えることができる。

構造１：ゾルゲル／フルオロカーボンコンポジット系の代表例

有機−無機ハイブリッド材料は、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．２００８、１８、５７９−５８５に記載される三官能シロキサン基、フッ素化ビス−フェノール−Ａを用い、可とう性光導波路用途のために調製されてきた。得られた材料は、硬いが柔軟性があり、欠けがないことが報告された。この種のハイブリッド材料は、フッ素化材料の望ましい屈折率の特性と、セラミックの機械強度をあわせもつために、光導波路用途で引用されることが多い。しかし、これらの材料は、機械強度、可とう性、低い表面エネルギーが必要なフューザー用途には適していない。

シリコーン基板上の、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー：ジシロキシペルフルオロヘキサントップコート
網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーのコーティングを、シリコーンゴム基板の上にプライマーを用いずに直接塗布した。ジシロキシペルフルオロヘキサン（ＳＦＣ）の構造を以下に示す。

２グラムのＳＦＣをエタノール１２ｍＬに溶解し（濃度０．２６８Ｍ）、０．１７４グラムのＨ_２Ｏと７ミリグラムのＮａＯＨを加えてトップコート層溶液を調製した。

フローコーティングプロセスにおいて、１通過分のＳＦＣトップコート層溶液をむき出しのＯｌｙｍｐｉａローラーに加え、風乾した。２１８℃までの温度で熱処理を行い、トップコート層を確実に網目構造にした。

外側のＳＦＣトップコートは、スパチュラを用いてもこすり落とすことができず、シリコーンゴム表面からはがすこともできなかった。それに対して、プライマーを用いたＯｌｙｍｐｉａコントロールローラーのＰＦＡトップコートは、シリコーン基板からはがすことができる。それに加え、スパチュラまたは硬い先端で押しても、ＰＦＡトップコートについて観察される程度の、取り扱い中に生じるであろう表面損傷を模倣するような圧縮された領域は生じなかった。ＳＦＣトップコートを用いて行った融合試験から、ワックスを含むトナーを用いると、トップコート層とトナー／紙表面との間を油の障壁で補助する必要なく、トナーの剥離が起こることが示される。

ある割合のシロキシ官能基が、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー内で結合し、さらに、トナーを剥離することができる程度まで他のフュージング層に結合してもよく、残りのシロキシ官能基は、表面汚染が生じないような少量で存在する。

冷オフセット温度および熱オフセット温度のような融合の測定値は、シロキシフルオロカーボントップコートのフルオロカーボン鎖の長さや、フッ素含有量によって影響を受ける。熱オフセット温度は、ＳＦＣ網目構造ポリマーに組み込まれている（ＣＦ_２）_ｎフルオロカーボン鎖のｎが大きくなるにつれて、高くなる。

ＰＦＡテフロントップコートを有する、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマー：ジシロキシペルフルオロヘキサンプライマー層
１０重量％の網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを含むペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）のコーティングを、網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーで構成されるプライマー層の上に塗布した。ジシロキシペルフルオロヘキサン（ＳＦＣ）の構造を以下に示す。

１．１７グラムのＳＦＣをエタノール７ｍＬに溶解し（濃度０．２６８Ｍ）、０．１０２グラムのＨ_２Ｏと４ミリグラムのＮａＯＨを加えてプライマー層溶液を調製した。２．１６グラムのＰＦＡと８．６４グラムのエタノールをはげしく撹拌してＰＦＡトップコート分散物を調製し、１．２ｍＬのプライマー溶液を加え、ＰＦＡトップコート分散物中に１０重量％ＳＦＣを含有するものを得た。

フローコーティングプロセスにおいて、１通過分のプライマー層溶液をむき出しのＯｌｙｍｐｉａローラーに加え、風乾した。直後に、４回通過分のＰＦＡトップコート分散物を、通過と通過の間を５分あけて表面に塗布した。２１８℃までの温度で熱処理を行い、プライマー層を確実に網目構造にした後、３５０℃の乾燥機で１５分間熱処理し、ＰＦＡトップコートを硬化させた。

外側のＰＦＡコーティングは、スパチュラを用いてもこすり落とすことができず、シリコーンゴム表面からはがすこともできなかった。それに対して、プライマーを用いたＯｌｙｍｐｉａコントロールローラーのＰＦＡトップコートは、シリコーン基板からはがすことができる。外側ＰＦＡトップコートの割れは見られなかった。

１０重量％のＳＦＣを含むＰＦＡトップコートは、ＳＦＣプライマー層を加えないと、シリコーンゴムに強く付着しないだろう。２５重量％ＳＦＣ／７５重量％ＰＦＡのコンポジットコーティングは、力を加えるとシリコーン基板からはがすことができることが示された。１０重量％のＳＦＣのみを含むＰＦＡにＳＦＣプライマーを加えると、強く結合するトップコートが製造された。

プライマー層への接着性を高めるために、少量のＳＦＣ網目構造ポリマーをトップコート配合物に加えてもよい。ＳＦＣは、約０．１重量％〜約１０重量％、または約１重量％〜約５重量％、または約２重量％〜約４重量％の量で加えられてもよい。フローコーティングされたＳＦＣ（ジシロキシペルフルオロヘキサン）の表面エネルギーは、表１に示されており、この値は、Ｖｉｔｏｎの表面エネルギーに匹敵する値であり、少量でトナーの剥離に影響を与えるはずはない。

接着層の塗布は、スプレーコーティング、フローコーティング、または他のコーティング方法によって行われてもよい。典型的には、３〜４当量の水と、触媒量の酸または塩基を加え、ＳＦＣ材料をエタノールまたは別のアルコール、またはアルコールを含有する混合物に溶かした溶液を調製し、網目構造の形成を開始させてもよい。風乾後、トップコート層を塗布してもよい。ＳＦＣプライマー層は、熱処理によって、完全に網目構造にすることができ、シリコーンおよびトップコート層の両方に接着させることができる。

Claims

網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーの層を含む、フューザー部材。
前記網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーが、以下の構造によってあらわされるシロキシフルオロカーボンモノマーから作られ、
式中、Ｃ_ｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり；Ｌは、Ｃ_ｎＨ_２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜約１０の数であり；Ｘ_１、Ｘ_２およびＸ_３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、炭素原子が約１〜約１０個の非反応性脂肪族官能基、炭素原子が約１〜約１０個の非反応性芳香族官能基である、請求項１に記載のフューザー部材。
フッ素含有量が約３０重量％〜約７０重量％の網目構造のシロキシフルオロカーボンポリマーを含む、ポリマー。
末端がシロキサンのフルオロカーボンおよび溶媒の溶液中で反応させ、網目構造のシロキシフルオロカーボンを作成することによって作られ、この末端がシロキサンのフルオロカーボンが、以下の構造によってあらわされ、
式中、Ｃ_ｆは、脂肪族または芳香族のフルオロカーボン鎖であり；Ｌは、Ｃ_ｎＨ_２ｎリンカー基であり、ｎは、０〜約１０の数であり；Ｘ_１、Ｘ_２およびＸ_３は、反応性ヒドロキシド官能基、反応性アルコキシド官能基、炭素原子が約１〜約１０個の非反応性脂肪族官能基、炭素原子が約１〜約１０個の非反応性芳香族官能基である、請求項３に記載のポリマー。