JP2013015676A - 定着部材および定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、柔軟なゴム層からなる表面層の利点である紙表面凹部への追従性の良さを維持しつつ、紙表面の凸部のトナー粒子に対しても十分な押圧力を印加可能であり、かつ、表面に汚れが付着しにくく、定着性能が変化しにくい定着部材に関する。
【解決手段】 該定着部材は、トナーと接触する表面層を有し、該表面層はフッ素ゴムが海相、架橋構造を有するシリコーン化合物が島相の海島構造を有しており、該表面層の応力−歪み曲線が、歪み０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるにしたがって曲線の傾きである接線弾性係数が大きくなるように構成されてなり、かつ、イオン液体を含有している。
【選択図】 図８

Description

本発明は電子写真画像の熱定着に用いる定着部材および定着装置に関する。

電子写真画像形成装置で得られるトナー画像は様々な記録材上に形成される。中でも記録材として最もよく使用される紙は、表面に紙の繊維による凹凸が存在し、その凹凸の上にトナー像が形成される。かかる紙上に形成された未定着のトナー粒子は定着部材で押圧されつつ加熱されることで押し潰されて紙の表面に定着する。このとき、定着部材の表面層が硬い場合、紙表面の凸部に存在するトナーはよく押し潰される。しかしながら、紙表面の凹部に存在するトナーは、定着部材によって十分に押圧されないため、トナーが粒子形状を保ったままで光沢に乏しい部分が生じることがある。その結果として、１枚の紙上に形成された定着トナー像には高光沢の部分と、低光沢の部分とが混在することとなる。一方、表面が柔軟な定着部材は、表面層が紙の表面の凹部によく追従するため、紙の表面の凹部に位置するトナー粒子ともよく接触して当該トナー粒子に押圧力を印加することができる。柔軟な表面層を有する定着部材として、特許文献１には、分子内にエーテル結合を有するフッ素ゴムとポリエーテル構造を有するポリシロキサン系界面活性剤とを含むトナー離型層を有する定着用部材が開示されている。

特開２００７−０５８１９７号公報

しかしながら、本発明者等の検討の結果、以下のような知見を得た。すなわち、定着部材の表面層を柔軟化することで紙の凹部への追従性を高めれば高めるほど、紙の凸部に存在するトナー粒子に対する押圧力が不足し、当該トナー粒子の粒子形状が維持されてしまい、紙の表面凸部におけるトナー像の光沢が不十分となることがあった。また、定着部材に対しては、表面へのトナー等の付着の抑制が求められている。

そこで、本発明の目的は、柔軟なゴム層からなる表面層の利点である紙表面凹部への追従性の良さを維持しつつ、紙表面の凸部のトナー粒子に対しても十分な押圧力を印加可能であり、かつ、表面に汚れが付着しにくく、定着性能が変化しにくい定着部材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、均一な光沢感を示す、高品位な電子写真画像を安定して形成することのできる定着装置を提供することである。

本発明の一態様によれば、フッ素ゴムを含む海相と架橋構造を有するシリコーン化合物からなる島相とを含む表面を有する表面層を具備している定着部材であって、該表面層は、該表面層の応力−歪み曲線が、歪みが０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるに連れて該応力−歪み曲線の傾きである接線弾性係数が大きくなるように構成されてなり、かつ、イオン液体を含有する定着部材が提供される。

また、本発明の他の態様によれば、上記の定着部材を有する定着装置が提供される。

本発明によれば、高光沢な電子写真画像を安定して形成することに貢献し得る定着部材を提供することができる。

さらに本発明によれば、紙凹部でトナーの粒子形状を保ったままの部分が生じにくく、高光沢な定着画像を安定して形成することに貢献し得る定着装置を得ることができる。

本発明に係る表面層ゴムの応力−歪み曲線である。 本発明に係る表面層ゴムの接線弾性係数―歪み曲線である。 本発明に係る表面層ゴムの凹凸圧接時の断面図である。 本発明に係る定着部材の断面図である。 本発明に係る定着部材を配置した定着装置の一形態の構成図である。 実施例及び比較例の応力−歪み曲線を示すグラフである。 実施例及び比較例の接線弾性係数−歪み曲線を示すグラフである。 実施例３及び比較例１、３及び４に係る定着部材の歪みと体積抵抗値との関係を示すグラフである。 実施例および比較例に係る定着部材の歪みと体積抵抗値との関係を示すグラフである。 電子線照射によるシリコーン化合物の架橋反応の説明図である。

本発明に係る定着部材は、フッ素ゴムを含む海相と、架橋構造を有するシリコーン化合物からなる島相とを含む表面を有する表面層を具備している。そして、該表面層は、該表面層の応力−歪み曲線における、歪みが０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるに連れて該応力−歪み曲線の傾きである接線弾性係数が大きくなるように構成されている。更に、該表面層は、イオン液体を含有する。

ここで、応力―歪み曲線における歪みの数値範囲の下限値である「０．２５」なる値は、ゴムを含む表面層を備えた定着部材を用いてトナーを定着させる場合において、当該表面層に不可避的に生じる歪みの値である。また、歪みが０．８を超えることは通常使用される定着条件の高圧力下でも考えにくいことから、上限値として０．８を設定した。そして、歪みが０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるに連れて接線弾性係数が大きくなる表面層を有する定着部材とすることで、ゴム表面層の利点である紙凹部への追従性がよいことを維持しつつ、高光沢のトナー定着画像を得ることができる。紙の表面凹凸は、紙繊維の配列によるものであり、凹凸高さにはある範囲内でばらつきが存在する。つまり、１枚の紙表面に様々な表面凹凸高さが存在する。したがって、定着部材が紙表面に圧接する際、定着部材の表面層ゴムの歪みも一様ではなく、圧接面内において局所的に様々な歪みが生じることになる。

本発明に係る表面層は、図１及び図２に示すように、当該表面層の応力−歪み曲線の歪みが０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるに連れて、当該曲線の傾きである接線弾性係数が大きくなる。ある歪みにおける接線弾性係数は、その歪みにおけるゴムの硬さを表している。すなわち本発明に係る表面層は、歪みの大きさによってゴムの硬さが変化し、歪みが小さいときは相対的にゴムが軟らかく、歪みが大きいときはゴムが相対的に硬いという特性を有する。従って、図３に模式的に示したように、本発明に係る表面層の紙表面の凹部に接している部分は相対的に歪みが小さい。その一方で、紙凸部に接している部分は相対的に歪みが大きくなる（図３参照）。

つまり、凹部に接している部分は相対的に軟らかい。従って、表面層は凹部内の未定着トナー粒子に追従し、当該トナー粒子に対して押圧力を十分に印加できる。また、凸部に接している表面層は相対的に硬い。よって、凸部に存在する未定着トナー粒子は良く押し潰されることとなる。その結果として、均一な光沢感を有する電子写真画像を得ることができる。

先に述べたように、紙の表面の凹凸には、ばらつきが存在するため、表面層の歪みも大きいところと小さいところの２種類ではなく、部分的に様々な歪みが生じることになる。したがって、歪みが大きくなるにしたがって、曲線の傾きである接線弾性係数が一様に大きくなる表面層は、凹部に対する追従性とトナーを押し潰すこととをよく両立できる。

本発明者等の検討によれば、通常のゴムは、本発明に係る表面層とは逆に、歪みが大きくなるに従って接線弾性係数が小さくなるとの知見を得ている。すなわち、歪みが小さいほどゴムは相対的に硬く、歪みが大きいほどゴムは相対的に軟らかくなる。そのため、一般的なゴムを含む表面層を備えた定着部材は、トナーが粒子形状を保ったままの部分を少なくしつつ、高光沢の画像を得るには不利と考えられる。

また、歪み−応力の関係が線形のものは、歪みが変わっても、硬さは同じなので、紙凹部でトナーが粒子形状を保ったままの部分を少なくすることと、光沢を高くすることとを両立することは困難であると考えられる。

通常の電子写真画像の定着条件では、表面層の歪みが０．８を超えることは考えにくい。ここでの定着条件とは、定着ニップ部における圧力条件のことである。定着器の設定によって圧力は異なるが、実用範囲内の高圧設定でも、表面層の歪みが０．８を超えることは考えにくい。ここでいう表面層の歪みとは、単軸引張りにおける伸張長さ／初期長さのことであるが、引張り方向と垂直の方向にはゴムは拘束されていない状態である。ゴムのポアソン比は０．５に近く体積はほとんど変化しない。実際の定着ニップ部においては、通紙方向を引張り方向とすると通紙方向と垂直の方向であるニップ長手方向にも拘束されていると考えられる。したがって、本発明における表面層の歪み０．８の状態は、たとえば表面が平滑なコート紙の場合、定着ニップ部において表面層が厚み方向に約４４％圧縮されている状態に相当すると考えられる。表面層歪みが０．８を超える定着条件にすると、表面層が厚み方向にさらに圧縮されることに相当し、表面層の耐久性に問題が生じやすくなるので、実用上考えにくい。また、本発明における表面層歪み０．２５の状態は、たとえば表面が平滑なコート紙の場合、定着ニップ部において表面層が厚み方向に約２０％圧縮されている状態に相当する。

歪みが０．８以下の範囲において、例えば汎用のフッ素ゴムは、歪みが増加するにしたがって接線弾性係数は小さくなる。汎用のフッ素ゴムとは、ポリアミン架橋、ポリオール架橋、あるいはパーオキサイド架橋したものである。これらは通常、架橋させるのに必要な各種配合剤を添加し、加熱することで架橋反応させたものである。架橋反応を促進するエネルギーは熱であり、通常高温でも２００℃以下で行われる。エネルギーとしては大きくても１００ ｋｃａｌ／ｍｏｌ未満である。ただし、加熱架橋させたフッ素ゴムでも、歪みが０．８を超えて極端に大きい範囲では、歪みが大きくなるにしたがって接線弾性係数が大きくなる。

これらの従来から用いられている加熱架橋方法と異なり、歪みが０．８以下の範囲において、歪みが増加するにしたがって接線弾性係数が大きくなる表面層は、電子線の照射により形成することができる。すなわち、物質に電子を照射すると、照射された電子が物質中の核外電子と相互作用し、二次電子が発生する。二次電子の平均エネルギーは２６００ｋｃａｌ／ｍｏｌ程度といわれており、加熱架橋のエネルギーよりも格段に大きく、この二次電子により架橋反応が進行する。このため、従来の加熱架橋よりも架橋反応がさらに進行し、架橋密度が高くなることで、歪みが０．８以下の範囲においても、歪みが増加するにしたがって接線弾性係数が大きくなると考えられる。電子線は、加熱架橋反応をさせた表面層に照射してもよいし、加熱架橋反応をさせていない表面層に照射してもよい。

電子線を照射する雰囲気としては、不活性ガス雰囲気、好ましくは窒素ガス雰囲気で、酸素濃度が２０ｐｐｍ以下であることが望ましい。酸素濃度を低くすることで、表面層のゴムの酸化が抑えられ、ゴムの表面エネルギーが高くなることを抑制できる。その結果として、トナー離型性の悪化、あるいは紙に含まれている充填剤がゴムの表面に付着することをよく抑えることができる。また、電子線の加速電圧は、表面層の厚みによって適宜設定すればよい。加速電圧を変えると、表面層表面から内部方向への電子が到達できる深さが変わるので、表面層の厚みによって設定する必要がある。例えば、表面層厚みが３０μｍの場合、加速電圧は８０ｋＶ以上にすることが望ましい。また、照射電流値、照射時間などの条件を変更することにより、ゴム表面層の架橋程度を変えることができる。

本発明に係る表面層は、フッ素ゴムを含む海相と、架橋構造を有するシリコーン化合物からなる島相とを含む海島構造を有する。海相を構成するフッ素ゴムポリマー（フルオロポリマー）の具体例を以下に挙げる。ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの二元共重合体、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンの三元共重合体、エーテル基を有するビニリデンフルオライドと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三元共重合体。反応点として分子内にヨウ素または臭素を含有するビニリデンフルオライドとテトラフルオロエチレンとパーフルオロメチルビニルエーテルとの三元共重合体は公知の方法で合成できる。また、このような三元共重合体は市販されている。具体例を以下に挙げる。
「ダイエル ＬＴ−３０２」（ダイキン工業（株）製）。
「バイトン ＧＬＴ」、「バイトンＧＬＴ−３０５」、「バイトンＧＬＴ−５０５」、「バイトンＧＦＬＴ」、「バイトンＧＦＬＴ−３００」、「バイトンＧＦＬＴ−３０１」、「バイトンＧＦＬＴ−５０１」、「バイトンＧＦＬＴ−６００」（デュポン ダウ エラストマー ジャパン（株）製）。

島相を構成するシリコーン化合物は、親水基であるポリオキシアルキレンと疎水基であるジメチルポリシロキサンを含む構造よりなるポリシロキサン系界面活性剤（シリコーン系界面活性剤）であることがトナー離型性の観点から好ましい。ポリシロキサン系界面活性剤は、ジメチルポリシロキサンを例とすると下記の３種類の構造に分類することができる。
（１）ジメチルポリシロキサン骨格の側鎖にポリオキシアルキレンが結合した構造からなる側鎖変性型、
（２）ジメチルポリシロキサン骨格の末端にポリオキシアルキレンが結合した構造からなる末端変性型、
（３）ジメチルポリシロキサンとポリオキシアルキレンが交互に繰り返し結合した構造からなる共重合型。

中でも上記（３）の共重合型が、フッ素ゴムに対する分散性が最も優れているため、より好ましい。また、ポリシロキサン系界面活性剤の配合量は、フッ素ゴムポリマーを１００質量部とすると、フッ素ゴムポリマーのＦ含有率が低い場合は４０質量部以上６０質量部以下であることが望ましい。これに対してフッ素ゴムポリマーのＦ含有率が高い場合は２０質量部以上４０質量部以下であることが望ましい。

フッ素ゴムとしては、分子鎖末端又は側鎖にヨウ素または臭素を導入したタイプのものが好ましい。このようなフッ素ゴムにおいては、電子線照射によって、ヨウ素または臭素原子の引き抜き反応と架橋助剤のアリル基へのラジカル反応等により架橋が行われると考えられる。架橋助剤としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートなどを挙げることができ、特にトリアリルイソシアヌレートが好ましく用いられる。

また、ポリシロキサン系界面活性剤を含む島相に電子線を照射することにより生じると考えられる架橋反応の概略を図１０に示す。すなわち、電子線の照射によって、ポリシロキサン系界面活性剤中のジメチルシリコーン部分のＳｉ−ＣＨ_３の結合の一部が切断され（図１０（ｂ）、当該切断部分同士が酸素原子を介して再結合することでジメチルシリコーンの鎖同士が結合される（図１０（ｃ））。かかる結合の形成は、例えば、^１３Ｃ固体ＮＭＲによる分析で、通常の（ＣＨ_３）_２ＳｉＯ−由来の炭素原子の存在を示すピークよりも高磁場側に現れる、図１０（ｃ）の構造中に新たに存在することとなった下記化学式（３）に示す構造由来の炭素原子のピークにより確認することができる。

化学式（３）

また、本発明に係るポリシロキサン系界面活性剤としては、分子鎖両末端に炭素−炭素不飽和結合を有するものが好ましい。かかるポリシロキサン系界面活性剤の電子線照射による架橋は、ジメチルシロキサン部分でのレジン化に加えて、不飽和結合へのラジカル反応と、架橋助剤のアリル基へのラジカル反応により行われると考えられる。また、海相であるフッ素ゴムのポリマーと島相であるポリシロキサン系界面活性剤の界面においてもラジカル反応による架橋が起こっていると考えられる。

ところで、定着部材の表面へのトナー等の付着性を低減させるための一つの方法として、定着部材の表面層の体積抵抗を低くすることで、当該表面の帯電を抑制し、トナーおよび紙に含まれている充填剤等の静電的な付着を抑制する方法がある。

そこで、本発明者らは、フッ素ゴムを含む海相と、架橋構造を有するシリコーン化合物からなる島相とを含む海島構造を有し、かつ、応力−歪み曲線の歪みが０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるに連れて、当該曲線の傾きである接線弾性係数が大きくなるような特性を示す表面層にイオン導電剤を含有させ、その体積抵抗を低減させることを試みた。その結果、イオン導電剤の添加量に対する当該表面層の体積抵抗の低減効果が極めて小さい場合があることを見出した。以下にこの点について詳細に説明する。

即ち、本発明者は、上記の特性を有する表面層に、イオン導電剤として、ノナフルオロ−１−ブタンスルホン酸リチウムやトリフルオロメタンスルホン酸カリウム等を含有させたところ、表面層の体積抵抗は、約４．０〜６．０×１０^１１Ω・ｃｍ程度であった。また、表面層に加わる歪みの量に比例した体積抵抗値の上昇が観察された。

一方、加熱のみによって架橋させた表面層中に、同量の上記イオン導電剤を含有させた場合、その体積抵抗は約４．０〜６．０×１０^９Ω・ｃｍ程度であり、上記特性を示す表面層の体積抵抗値の約１％であった。また、表面層に加わる歪み量の変化に対する体積抵抗の顕著な上昇は認められなかった。

このことから、本発明に係る特性を示す表面層は、海相を構成しているフッ素ゴムが緻密に架橋しているためにイオンの移動が阻害され、また、当該表面層に加わる歪みの増加に連れて、イオンがより一層移動し難くなっていることが推測される。

そこで、本発明者らは、本発明に係る表面層に対して、十分な導電性を付与することについて検討を重ねた。その結果、本発明に係る表面層にイオン液体を含有させることによって、当該表面層の電気抵抗を十分に低下させることができることを見出した。

＜イオン液体（ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄｓ）＞
イオン液体とは、一般に２５℃〜１００℃の温度域でも液体状態で存在することのできる塩をいう。ＮａＣｌなどで代表される無機塩は、８００℃以上程度の高温でないと液体にはならない。これはイオンサイズが小さく、イオン間の相互作用が非常に強いためと考えられている。これに対してイオン液体は一般的な無機塩と比較して相対的にイオンサイズが大きく、その結果として、イオン間の相互作用が弱いため、比較的低い温度で液体状態になるものと考えられる。

イオン液体の例としては、イミダゾリウム塩、ピロリジニウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩などが挙げられる。

本発明においては、イミダゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、および、ピリジニウムイオンから選ばれる何れかのカチオンと、フルオロアルキル基を有するアニオンからなるイオン性液体が特に好適に用いられる。上記したような含窒素環を含むカチオンは、耐熱性が高いと考えられ、また、フッ化アルキル基を含むアニオンは、表面層の海相をなすフッ素ゴムへの分散性に優れると考えられるからである。以下に具体的なイオン液体の例を下記表１に示す。

本発明に係る表面層の導電化のためのイオン導電剤として、上記イオン液体Ｎｏ．２、３、５および６は、本発明に係る表面層中に含有させたときの、当該表面層に加わる歪み量に対する表面層の体積抵抗の変化が特に小さいため、好ましい。具体的には、上記イオン液体Ｎｏ．１、２および３を同量含有させた本発明に係る表面層の歪み量が０のときの体積抵抗値を基準としたときの、歪み量が０．４のときの体積抵抗値の変化率を下記表２に示す。

イオン液体４〜６についても同様の結果が得られた。このことから、本発明に係る表面層の導電化には、歪み量に対する体積抵抗の変化率が小さい上記イオン液体Ｎｏ．２、３、５および６が特に好ましいものである。

本発明に係る定着部材の構成としては以下の構成を挙げることができる。
・金属あるいは樹脂製の基材上に表面層を形成したもの；
・基材上に熱伝導性シリコーンゴム層を形成し、その外周面に表面層を形成したもの；
・基材上に熱伝導性シリコーンゴム層を形成し、その外周面に中間層を形成し、さらにその外周面に表面層を形成したもの。ただし、本発明の定着部材はこれらの構成に限られるものではなく、５層以上の構成でもよい。

特に４層構成の場合は、中間層が基層と表面層よりも硬い樹脂にすることが好ましい。基層と表面層はゴム製であるのに対し、中間層は耐熱樹脂製であることが好ましい。このような構成にすることで、ゴム表面層の利点を維持しつつ、紙繊維への過度の追従を抑制することで、さらに高い光沢の画像を得ることができる。

本発明に係る定着部材は、例えば次のように製造することができる。

まず、好ましくはエーテル基を有するフルオロポリマーと、好ましくはエーテル構造を有するポリシロキサン系界面活性剤と、架橋助剤としてのトリアリルイソシアヌレートと、イオン液体とを少なくともケトン系溶剤に溶解し、よく攪拌する。その後、ローラあるいはベルトの外表面にコーティングし、乾燥後、電子線照射による一次架橋、通常の加熱オーブン中における二次架橋、あるいは不活性ガス中での加熱による二次架橋の工程を経ることにより製造することができる。

コーティングの方法としては、スプレーコーティング、スリットコーティング、ブレードコーティング、ロールコーティング、ディップコーティング等の公知の方法を用いることができる。表面層の厚さの目安としては、１０μｍ以上、５００μｍ以下である。十分な耐キズ付き性、耐摩耗性と、優れた熱伝導性とを高いレベルで両立させられるためである。

また、熱伝導性シリコーンゴム層を形成する場合は、公知の方法、例えばシリコーンゴム材料を成形型内に注入し、加熱硬化する方法、あるいはコーティングによりシリコーンポリマー層を形成し、加熱オーブンなどで硬化させる方法等で作製すればよい。シリコーンゴム層の厚さは、紙などの記録材に対する追従性を確保するため等の理由から５０μｍ以上が好ましく、熱伝導性等の点から５ｍｍ以下であることが好ましい。

このようにして製造することができる定着部材の断面層構成を図４に示す。図４において、１は海相がフッ素ゴム、島相が架橋構造を有するシリコーン化合物からなる表面層であり、２はシリコーンゴムからなる熱伝導層、３は基材である。本発明に係る表面層１を設けることで、トナー粒子形状を保ったままの部分が生じにくく、高光沢な画像が安定して形成することに貢献し得る定着部材を提供することができる。

なお、本発明の定着部材は定着ベルト、定着ローラ、加圧ベルト、あるいは加圧ローラなどいずれの形態のものでもよい。

＜定着装置＞
本発明に係る定着装置について説明する。本発明に係る定着装置は、電子写真画像形成装置に用いる定着装置であって、前述のような本発明の定着部材が定着ベルトあるいは定着ローラ、および／または加圧ベルトあるいは加圧ローラとして配置されているものである。電子写真画像形成装置としては、感光体、潜像形成手段、形成した潜像をトナーで現像する手段、現像したトナー像を記録材に転写する手段、および、記録材上のトナー像を定着する手段等を有する電子写真画像形成装置が挙げられる。

本発明に係る定着装置の一実施態様を示す断面図を図５に示す。定着装置には、定着ローラ４および加圧ベルト５が配置されている。この定着ローラ４に本発明の定着部材が少なくとも用いられる。この定着ローラ４は内部に配置されているハロゲンヒーター６により加熱される。加圧ベルト５は入り口ローラ７、分離ローラ８、ステアリングローラ９により張架されている。分離ローラ８は加圧ベルト５を定着ローラ４に圧接している。ステアリングローラ９は移動可能となっていて、加圧ベルト５の寄りを修正している。また、入り口ローラ７と分離ローラ８の間には加圧パッド１０が配置されている。加圧パッド１０は加圧ベルト５を定着ローラ４に圧接している。

定着ローラ４は図示していない駆動源により、矢印方向に所定の周速度で回転し、加圧ベルト５もそれに合わせて矢印方向に回転する。定着温度は、定着ローラ４の表面温度をサーミスタ１１により測定された温度をもとに、ハロゲンヒーター６への出力が制御されることにより設定温度に保たれている。定着ローラ４の表面温度（定着温度）は特に限定されないが、通常、１３０℃〜２２０℃程度である。

そして、紙などの記録材上に形成されたトナー画像は、定着ローラ４と加圧ベルト５の間に挟持、搬送され、ハロゲンヒーター６からの熱と、定着ローラ４と加圧ベルト５との圧力により定着される。定着ローラ４の表面に付着したトナーあるいは紙充填剤等の汚れは金属製の回収ローラ１２の表面に移動し、ウェブローラ１３により回収ローラ１２に押し付けられているクリーニングウェブ１４によって拭き取られる。なお、この定着器は、高加圧力タイプの定着器である。なお、ここでは、定着ローラと加圧ベルトの定着装置を例として挙げたが、本発明に係る定着装置は、本発明の定着部材を定着ベルトあるいは定着ローラ、および／または加圧ベルトあるいは加圧ローラとして有していればよい。

以下に、実施例により本発明の詳細を説明する。

はじめに、各実施例および比較例に係る定着部材または表面層の評価、測定方法について説明する．
〔応力−歪み曲線測定〕
表面層の応力と歪みとの関係を以下のように測定した。各実施例および比較例に係る表面層のサンプルについて、歪と応力との関係を測定した。サンプルサイズおよび測定条件を下記表３に示す。また、測定には、動的粘弾性測定装置（商品名：Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００、株式会社ユービーエム製）を用いた。

そして、測定結果に基づき、応力−歪曲線を作成した。なお、本発明における応力は、荷重を試料の初期断面積で除した、公称応力（ｎｏｍｉｎａｌ ｓｔｒｅｓｓ）であり、また、歪は、伸びを試料の初期長さで除した、公称歪である。したがって、本発明に係る応力−歪曲線は、公称応力−公称歪み曲線である。また、歪みの値が「０．８」とは、初期長１０ｍｍに対して１．８倍の１８ｍｍに伸張された状態を意味する。また、試料が伸長された状態での厚みは、ゴムの体積が変わらないとした時の計算値を用いた。

更に、接線弾性係数−歪み曲線は、上述の方法で得られた応力−歪み曲線を多項式近似（６次数）し、得られた多項式を歪みの変数で微分することにより求めた。

〔電気抵抗値と歪みとの関係の測定〕
各実施例および比較例に係る表面層を、下記表２に示すサンプルサイズに切り出し、抵抗率計（商品名：ハイレスタＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０型）、三菱化学アナリテック社製）を用いて電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）と表面層の歪みとの関係を測定した。測定条件を下記表４に示す。

なお、歪は、伸びを試料の初期長さで除した、公称歪である。歪みの値が０．４とは、初期長４０ｍｍに対して１．４倍の５６ｍｍに伸張された状態を意味する。また、試料が伸長された状態での厚みは、ゴムの体積が変わらないとした時の計算値を用いた。

〔定着部材の評価方法〕
各実施例および比較例に係る定着部材を図５に示す定着装置に装着し、この定着装置をカラー複写機（商品名：イメージプレス（ＩｍａｇｅＰｒｅｓｓ）Ｃ１＋、キヤノン製）に組み込んだ。なお、上記カラー複写機においては、Ａ４サイズの紙が横方向に搬送される。また、上記カラー複写機は、図５に示した構造の定着器を具備している。

そして、上記のカラー複写機を用いて、Ａ４サイズの普通紙の短手方向を上にしたときの上半分にのみシアントナーのベタ画像（トナー載り量＝０．４ｍｇ／ｃｍ^２）が形成されるような画像のプリントを連続して１０００枚作成した。なお、定着条件は以下の通りとした。

＜定着条件＞
ニップ部のピーク加圧力：０．３ＭＰａ、
定着ローラの表面温度：１７０℃、
プロセススピード：３００ｍｍ／ｓｅｃ。

＜定着部材の紙の表面への追従性評価、および光沢度評価＞
定着部材の紙凹部への追従性を以下のように評価した。すなわち、１枚目のプリントの、シアントナーを定着させたベタ画像の部分を共焦点（コンフォーカル）顕微鏡（レーザーテック株式会社製）を用いて倍率１０倍にて観察し、グレースケールの観察像を得た。この観察像を画像処理ソフトウェア（商品名：Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）を用いて、トナーが粒子形状を保っていない部分とトナーが粒子形状を維持している部分とで２値化した。そして、観察視野の全面積に対する、トナーが粒子形状を保っていない部分の面積の比率（％）を求めた。この値が大きいほど、紙上のより多くのトナーが定着部材と接したこととなる。

また、上記１枚目のプリントのシアントナーを定着させたベタ画像部分の光沢度をハンディグロスメーター（商品名：ＰＧ−１Ｍ、堀場製作所製）により６０°グロス値で測定した。この値が大きいほど、紙上に乗せられたトナーがより良く定着されたこととなる。

＜定着部材表面への汚れ付着性評価＞
１０００枚のプリントを作成後の、上記カラー複写機の定着装置内の、定着部材のクリーニングウェブの表面を目視で観察し、その汚れの程度で定着部材の汚れ難さを評価した。すなわち、定着部材の表面が汚れやすい場合には、その汚れがクリーニングウェブによってクリーニングされることとなるため、クリーニングウェブの表面の汚れの付着の程度をみることで、定着部材の表面の汚れ難さを知ることができる．
なお、クリーニングウェブの観察部位は、上記のプリント形成の際に、紙上のシアントナーが乗った部分とは接しなかった定着部材の表面をクリーニングした部位とした。汚れ付着性の評価から、トナーの影響を排除するためである。

＜表面層の歪み＞
各実施例および比較例の定着過程における表面層の歪みの値を以下のように計算した。

まず、各実施例および比較例において画像形成に用いたＡ４サイズの普通紙（商品名：ＰＢ ＰＡＰＥＲ ＧＦ−５００、キヤノン製）の表面を共焦点（コンフォーカル）顕微鏡（レーザーテック株式会社製）により倍率１０倍にて観察した。得られた観察像から紙の最大凹凸高さＲｚを求めたところ、１７μｍであった。

また、紙の表面粗さについて、紙繊維による短い周期の凹凸（カットオフ値：８μｍおよび８０μｍ）と、紙繊維による長い周期の凹凸（カットオフ値：８０μｍおよび８００μｍ）を計測した。なお、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）の値を凹凸の周期とし、粗さ曲線要素の平均高さ（Ｒｃ）の値を凹凸の高さとして求めた。

その結果、ＲＳｍ＝２５μｍで、Ｒｃ＝５μｍの短い周期の凹凸、およびＲＳｍ＝２００μｍで、Ｒｃ＝１２μｍの長い周期の凹凸の合成波で紙の表面の凹凸をモデル化した。

上記の紙の表面の凹凸モデルに対して、各実施例および各比較例に係る定着ローラを所定の圧力で押圧したときの表面層の歪みを有限要素法による静的構造解析計算により求めた。具体的には、上記の紙の表面凹凸モデル、および、各々の定着部材の断面モデルを、３次元ＣＡＤ／ＣＡＥソフトウェア（商品名：ＮＸ、Ｓｉｅｍｅｎｓ ＰＬＭ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社製）を用いて作成し、０．５ｍｍピッチで要素分割した。次いで、解析ソルバー（商品名：ＡＢＡＱＵＳ、ＳＩＭＵＬＩＡ社製）を使用して静的構造解析計算を行った。このとき、表面層の物性は、各々の表面層の応力−歪み曲線を超弾性の３次ＯＧＤＥＮモデルで近似した（ポアソン比は０．４８）。また、紙の物性は、線形弾性率を１５０ＭＰａ、ポアソン比を０．４として計算した。

（実施例１）
外径７７ｍｍのアルミ製の中空円筒状の芯金の外周面に付加反応型の液状シリコーンゴムを金型で成形し、温度１３０℃で１時間加熱したあとに脱型して、温度２００℃で４時間二次架橋し、厚み１．５ｍｍのシリコーンゴムからなる弾性体層を形成した。該弾性体層の周面をプライマー（商品名：ＭＥＧＵＭ３２９０、Ｃｈｅｍｅｔａｌｌ社製）を厚み２μｍとなるように塗布し、乾燥させた。

一方、下記表５の材料を有機溶剤であるメチルエチルケトン１８６ｇに溶解し、表面層形成用の溶液を調製した。

プライマーを塗布し、乾燥させた弾性層の周面に、上記の表面層形成用の溶液を、乾燥膜厚が５０μｍとなるようにスプレーコートし、当該溶液の塗膜を形成した。次いで、１５０℃の窒素置換オーブン（イナートガスオーブン ＩＮＬ−６０、光洋サーモシステム（株）製）で１時間加熱することにより通常の架橋を行った後、この芯金を３００ｒｐｍで回転させながら、酸素濃度１０ｐｐｍの雰囲気下で、塗膜の表面に対して、加速電圧１１０ｋＶ、照射電流１０ｍＡで、１４秒間電子線を照射した（電子線照射装置：岩崎電気株式会社製、吸収線量２８０ｋＧｙ）。その後、温度１８０℃のオーブン中で２４時間加熱して二次架橋させて塗膜を硬化させて表面層を形成し、本実施例に係る定着ローラを得た。この定着ローラを前述の方法で評価した。

一方、上記で調製した表面層形成用の溶液を、外径８０ｍｍのアルミ製の中空円筒状の芯金の外周面に、乾燥膜厚が５０μｍとなるようにスプレーコ−トし、当該溶液の塗膜を形成した。次いで、１５０℃の窒素置換オーブン（イナートガスオーブン ＩＮＬ−６０、光洋サーモシステム（株）製）で１時間加熱することにより通常の架橋を行った後、この芯金を３００ｒｐｍで回転させながら、該塗膜の表面に対して上記と同じ条件で電子線を照射し、その後、二次架橋させて表面層を形成した。この表面層を用いて、本実施例に係る表面層の「応力−歪み曲線」、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を前述の方法で測定した。

なお、本実施例に係る定着ローラの表面層を^１３Ｃ固体ＮＭＲによって分析した結果、（ＣＨ_３）_２ＳｉＯ−由来の炭素原子のピークよりも高磁場側に前記化学式（３）で示される構造に由来する炭素原子のピークが存在していた。このことから、島相を構成してなるシリコーン系界面活性剤が架橋構造を有していることを確認した。ここで、１３ＣＮＭＲの分析条件は以下の通りである。

装置：Ｃｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｓ社製 「ＣＭＸ−３００」
温度：２５℃
基準物質：ＨＭＢ（外部基準：１７．３５ｐｐｍ）
測定核：^１３Ｃ核
パルス幅：４．５μｓｅｃ（９０°パルス）
パルス繰り返し時間：ＡＣＱＴＭ ３４．１３ｍｓｅｃ
ＰＤ＝５ｓｅｃ（ＣＰ／ＭＡＳ）
データ点：ＰＯＩＮＴ８１９２、ＳＡＭＰＯ １０２４
スペクトル幅：３０．０３ｋＨｚ
パルスモード：ＣＰ／ＭＡＳ
試料回転数：４ｋＨｚ
コンタクトタイム：１．５ｍｓｅｃ。

（実施例２）
下記表６に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（実施例３）
下記表７に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（実施例４）
下記表８に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（実施例５）
下記表９に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（実施例６）
下記表１０に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（比較例１）
下記表１１に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（比較例２）
プライマーを塗布し、乾燥させた弾性層の周面に、比較例１の表面層形成用の溶液を、乾燥膜厚が５０μｍとなるようにスプレーコートし、当該溶液の塗膜を形成した。次いで、１５０℃の窒素置換オーブン（イナートガスオーブン ＩＮＬ−６０、光洋サーモシステム（株）製）で１時間加熱することにより通常の架橋を行った後、温度１８０℃のオーブン中で２４時間加熱して二次架橋させて塗膜を硬化させ、表面層を形成し、本比較例に係る定着ローラを得た。

一方、上記で調製した表面層形成用の溶液を、外径８０ｍｍのアルミ製の中空円筒状の芯金の外周面に、乾燥膜厚が５０μｍとなるようにスプレーコ−トし、当該溶液の塗膜を形成した。次いで、１５０℃の窒素置換オーブン（イナートガスオーブン ＩＮＬ−６０、光洋サーモシステム（株）製）で１時間加熱することにより通常の架橋を行った後、二次架橋させて表面層を形成した。

上記の架橋条件以外は比較例１と同様にして定着部材を製造し、比較例１と同様にして評価した。また、比較例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（比較例３）
下記表１２に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

（比較例４）
下記表１３に記載の材料を１８６ｇのメチルエチルケトンに溶解して表面層形成用の溶液を調製した。

上記の表面層形成用の溶液を用いた以外は実施例１と同様にして定着部材を製造し、実施例１と同様にして評価した。また、実施例１と同様にして表面層の応力−歪み曲線、および電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）とゴム歪みとの関係を測定した。

実施例１〜６および比較例１と２の応力−歪み曲線を図６に示す。また、実施例１〜６および比較例１と２の接線弾性係数−歪み曲線のグラフを図７に示す。応力−歪み曲線と接線弾性係数−歪み曲線のグラフは、グラフの右側に、応力の大きい曲線から順に上からどの実施例あるいは比較例かを示した。なお、実施例３と６、実施例２と５、実施例１と４は各々ほぼ同じ曲線であり、比較例３と４の曲線は示していないが、実施例２と５の曲線に最も似たものであった。

次に、実施例３および比較例１、３〜４に係る表面層の電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）と歪みとの関係を図８に示す。また、実施例１〜３および比較例２に係る表面層の電気抵抗値（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）と歪みとの関係を図９（ａ）示す。更に、実施例４〜６および比較例２に係る表面層の電気抵抗（体積抵抗［Ω・ｃｍ］）と歪みとの関係を図９（ｂ）示す。

実施例１〜６および比較例１〜４の応力−歪み曲線、および体積抵抗値とゴム歪みとの関係の評価結果について以下説明する。

まず、イオン導電剤を配合していない比較例１と比較例２を比較すると、電子線を照射している比較例１は電子線を照射していない比較例２よりも体積抵抗値が１桁以上大きく、かつゴムが歪むことによりさらに体積抵抗値が大きくなることがわかる。これより電子線架橋することで、歪みが０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるに連れて応力−歪み曲線の傾きである接線弾性係数が大きくなる表層ゴムは、電子線照射していない表層ゴムよりも帯電しやすくなっていると考えられる。

これに対して本発明のイオン液体を配合している実施例１〜６では、電子線を照射していても、体積抵抗値が比較例２と同程度に小さくなっていることがわかる。これより、イオン液体を配合している表層ゴムは、電子線架橋していても、帯電しやすくなっていないと考えられる。

さらに、イオン液体のカチオン種が同じ実施例１〜３、および実施例４〜６をそれぞれ比較すると、イオン液体のアニオンのフッ化炭素数が多いものほど、体積抵抗値が小さく、かつゴムが歪んでも体積抵抗値が大きくなりにくくなっていることがわかる。この理由としては、応力−歪み曲線から、アニオンのフッ化炭素数の少ないものは電子線照射でゴムがより架橋していることが推察され、このことが影響してフッ化炭素数の多いものよりも体積抵抗値がやや大きくなっていると考えられる。

これらに対してアルカリ金属塩の一種であるリチウム塩を配合している比較例３と４は、イオン液体を配合している実施例に比べて体積抵抗値が大きく、かつゴムが歪むことで体積抵抗値が大きくなりやすいことがわかる。このことより本発明のイオン液体を配合している実施例の表層ゴムと比べると、リチウム塩を配合している表層ゴムは帯電しやすくなっていると考えられる。

次に、実施例１〜６および比較例１〜４に係る定着部材の評価結果について以下説明する。紙充填剤等付着汚れの評価結果を表１４に示す。また、定着後の画像の光沢度、定着後の画像における光沢部分の面積比率と、定着器における定着ローラ表面層の歪の量（紙の表面の凸部に当接している歪の大きい部分、および紙の凹部に当接している歪の小さい部分）を表１４に示す。

なお、表１４において、表面層の汚れ難さは、実施例１に係る定着部材を装着した定着装置のクリーニングウェブの汚れの程度の評価基準は以下の通りである．
Ａ１：クリーニングウェブに紙粉、紙の填料由来の汚れの付着が認められない。
Ａ２：Ａ１と比較すると、クリーニングウェブに紙粉、紙の填料由来の汚れの付着が多いと感じられる程度。
Ａ３：Ａ２と比較して、クリーニングウェブへの汚れの付着が多い。
Ａ４：Ａ３と比較して、クリーニングウェブへの汚れの付着が明らかに多い。

実施例１〜６、比較例１〜４に係る定着部材の、紙表面の凹凸に対する表面層の歪みは、歪みの小さい部分が０．０５〜０．２５、歪みの大きい部分が０．３〜０．５に相当するものであった。これは、合成波でモデル化した紙表面の凹凸に対して圧力０．３ＭＰａで定着部材を押し付けたときの接触構造解析による計算結果に基づく。

実施例１〜６は表層ゴム表面が帯電しにくくなっているために、紙成分が付着しにくくなっていると考えられる。また、実施例１〜６に係る定着部材によるシアントナーの定着画像の光沢度は全て９°以上で、紙の凹部への追従性を評価したトナー接触割合も全て８０％以上であり、総じて定着後画像の画質は良好であった。これに対して比較例１は、定着後画像の画質は良好だが、表層ゴム表面が帯電しやすいために、紙成分が付着しやすいと考えられる。また、比較例２は表層ゴム表面が帯電しにくいために、紙成分が付着しにくいが、定着後画像の画質は光沢度が低いものであった。比較例３と４は、定着後画像の画質は良好だが、表層ゴム表面がやや帯電しやすいために、紙成分がやや付着しやすくなっていると考えられる。

以上説明したように、本発明の定着部材は、ゴム表面層の利点である紙凹部への追従性を維持しつつ、高光沢のトナー定着画像を得るのに有利であり、かつ表面に汚れが付着しにくく、高画質な定着画像を安定して形成することに貢献し得る定着部材である。

１ 本発明に係るゴム表面層
２ シリコーンゴムからなる熱伝導層
３ 基材
４ 定着ローラ
５ 加圧ベルト
６ ハロゲンヒーター
７ 入り口ローラ
８ 分離ローラ
９ ステアリングローラ
１０ 加圧パッド
１１ サーミスタ
１２ 回収ローラ
１３ ウェブローラ
１４ クリーニングウェブ

Claims (5)

1. フッ素ゴムを含む海相と架橋構造を有するシリコーン化合物からなる島相とを含む表面を有する表面層を具備している定着部材であって、
   該表面層は、
   該表面層の応力−歪み曲線が、歪みが０．２５〜０．８の範囲において、歪みが大きくなるに連れて該応力−歪み曲線の傾きである接線弾性係数が大きくなるように構成されてなり、かつ、
   イオン液体を含有していることを特徴とする定着部材。
2. 前記イオン液体が、
   ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻、ＣＦ_３（ＣＦ_２）_３ＳＯ_３ ⁻、および（ＣＦ_３（ＣＦ_２）_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻からなる群から選ばれる何れかのアニオンと、
   下記化学式（１）および（２）からなる群から選ばれる何れかのカチオンとからなるものである請求項１に記載の定着部材：
   

   

   
   

   

   
   。
3. 前記表面層が、フルオロポリマーとシリコーン系界面活性剤と前記イオン性液体とを含む表面層形成用の溶液の塗膜に対して、電子線の照射および加熱によって該塗膜を硬化させることによって形成されたものである請求項１または２に記載の定着部材。
4. 前記溶液が、
   反応点として分子内にヨウ素または臭素を有するビニリデンフルオライドとテトラフルオロエチレンとパーフルオロメチルビニルエーテルの三元共重合体からなるフルオロポリマーと、
   ジメチルポリシロキサンとポリオキシアルキレンとが交互に繰り返し結合してなる共重合型のシリコーン系界面活性剤と、
   トリアリルイソシアヌレートと、
   前記イオン液体とを含む請求項３に記載の定着部材。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の定着部材を有することを特徴とする定着装置。
   

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