JP3793869B2

JP3793869B2 - 表面平滑性フッ素系樹脂チューブ及び加圧ローラ

Info

Publication number: JP3793869B2
Application number: JP2000175314A
Authority: JP
Inventors: 敬南部; 正樹黒川
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2000-06-12
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2020-06-12
Also published as: JP2001356627A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置における定着部材、特に表面平滑性に優れたフッ素系樹脂層を有する定着回転部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から一般的な電子写真複写機等の定着用回転部材においてはその表面がフッ素系チューブにより被覆されていたり、フッ素系ディスパージョンによりコーティングが施されていたりする。
近年は高機能化及びコストダウンの為使用されるトナーの性能が変化し、また様々な性質の紙への対応も必要になっており、この回転部材においてこれまで以上に表面の離型性、耐オフセット性、耐久性等が優れる部材が要求されるようになっている。
【０００３】
フッ素樹脂層の表面を平滑にする方法として、シリコーンゴム弾性層上にフッ素樹脂を塗布して３４０℃で３０分間焼成後、サンドペーパーで研磨し、３２０℃・５分間の再焼成を行う方法（特開昭６２−２９１６８４号公報）、基材上に高分子量のＰＦＡ液を塗装後、２６０〜３６０℃程度で５分間から５時間程度加熱加圧処理する方法（特開平８−１１８５６１号公報）などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明の目的は、フッ素系樹脂チューブ表面を、フッ素系樹脂の融点よりも高温の加熱回転体に、短時間接触させることで、表面平滑性に優れるフッ素系樹脂チューブを提供することにある。また、フッ素系樹脂チューブを外嵌した加圧ローラの表面を加熱回転体に接触させることで表面が平滑化された加圧ローラを提供する。
本願発明の表面平滑性に優れたフッ素系樹脂チューブ又は加圧ローラは、表面の離型性、耐オフセット性、耐久性等が優れるため、画像形成装置の定着用回転部材に用いた際、白抜け、トナー汚れ等の画像不良の発生を抑制することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、以下の項より構成される。
項１）チューブ表面の任意断面において、中心線平均粗さ(Ｒａ)が１０ｎｍ以下であることを特徴とする表面平滑性フッ素系樹脂チューブ。
項２）チューブ表面の任意断面において、最大高さ（Ｒｍａｘ）が５０ｎｍ以下であることを特徴とする表面平滑性フッ素系樹脂チューブ。
項３）外表面を加熱回転体に接触させることを特徴とする項１又は２に記載の表面平滑性フッ素系樹脂チューブの製造方法。
項４）項３に記載の表面平滑性フッ素系樹脂チューブが外嵌された加圧ローラ。
項５）フッ素系樹脂チューブが外嵌された加圧ローラの表面を加熱回転体に接触させることで表面が平滑化された加圧ローラ。
項６）加圧ローラ表面の任意断面において、中心線平均粗さ(Ｒａ)が１０ｎｍ以下であることを特徴とする項５に記載の加圧ローラ。
項７）加圧ローラ表面の任意断面において、最大高さ（Ｒｍａｘ）が５０ｎｍ以下であることを特徴とする項５に記載の加圧ローラ。
項８）フッ素系樹脂チューブが外嵌された加圧ローラの表面を加熱回転体に接触させることを特徴とする加圧ローラの表面平滑化方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本願発明におけるフッ素系樹脂は、熱により可塑化して種々の形状に成形できるポリマーであるが、具体的には列挙すれば次の通りである。ポリビニリデンフルオライド、ポリフッ化ビニルなどの単独ポリマー、エチレンと４フッ化エチレンとの２元共重合体（以下ＥＴＦＥと略す）、エチレンと３フッ化塩化エチレンとの２元共重合体、４フッ化エチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの２元共重合体（以下ＰＦＡと略す）、４フッ化エチレンと６フッ化ポリプロピレンとの２元共重合体などである。なかでも成形性、耐熱性、耐屈曲性などの点からＰＦＡとＥＴＦＥとがより好ましい。
【０００７】
上記フッ素系樹脂は、チューブ、シート状フィルムなどに成形される。チューブに成形する場合は、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軸押出機に供給（バレル温度は約２００〜３５０℃、ダイス温度はバレルの先端温度と同じか若干低めに設定）し、該ダイスから溶融押出して、これを直ちに該ダイスの先端に併設された外部冷却用ダイスに挿通して冷却しつつ、実質的に延伸せず（送り速度と実質的に同速度）に引き取る。得られたチューブは延伸されても、熱収縮性を有するものであってもなくてもよい。シート状に成形したフィルムも、公知の方法により管状に成形し用いることができる。
【０００８】
本願発明におけるフッ素系樹脂チューブの厚みは、１０〜３００μｍのものが好ましく、より好ましくは３０〜１５０μｍである。
【０００９】
本願発明におけるフッ素系樹脂チューブの表面平滑化方法の特徴は、用いるフッ素系樹脂の融点より十分な高温で、短時間、接触加熱処理することである。十分な高温で接触加熱処理することで、フッ素系チューブ表面の微細な突起部位が溶融して、なだらかになり、表面の平滑性が得られるものと考えられる。一方、処理時間は、樹脂の熱分解を防ぐためにできる限り短時間であることが求められる。
【００１０】
本願発明におけるフッ素系樹脂チューブの表面平滑方法について詳述する。
まず、フッ素系樹脂チューブ内面に金属製の回転材を挿入し該チューブを支持固定する。これを加熱した金属製回転体に接触させ、該表面を平滑化する。金属製回転体の表面温度、接触させる際の圧力、金属製回転体の回転速度などは、チューブに用いられるフッ素樹脂によって最適条件が異なるため、予備試験を行い条件を設定する必要がある。
【００１１】
金属製回転体は、表面に鏡面仕上げ加工が施されたステンレス製ローラなどを用いることができ、その表面粗度は小さいほど好ましい。回転速度は６０〜２００ｒｐｍ程度である。
【００１２】
金属製回転体の表面温度は、用いるフッ素系樹脂の融点〜融点＋８０℃程度である。表面温度が融点未満では、樹脂の溶融が不十分となり平滑な表面が得られにくくなる。融点＋８０℃を越えると、加熱時間にもよるが、フッ素系樹脂の熱分解などが起こり不適当である。好ましくは、用いるフッ素系樹脂の融点＋１０℃〜融点＋６０℃程度である。特に好ましくは、用いるフッ素系樹脂の融点＋４０℃〜融点＋６０℃程度である。融点が３０７℃のＰＦＡを用いる場合は、金属製回転体の表面温度は３０７℃〜３８７℃の範囲で設定するとよい。
【００１３】
接触させる際の圧力は、金属製回転体の表面温度ほど厳密に特定されることはなく、線圧で１〜１０００μＮ／ｃｍの範囲であれば問題はない。１０００μＮ／ｃｍを越える圧力をかけると、フッ素系樹脂表面にムラが発生することがあり好ましくない。
【００１４】
フッ素系樹脂チューブの表面を加熱された金属製回転体に接触させる時間は、フッ素系樹脂チューブが１〜数回回転する程度の時間であり、特に限定はされない。樹脂の劣化を防ぐためにも、できるだけ短時間で処理することが好ましく、１０秒間を越えて接触させた場合は、フッ素系樹脂の熱分解が起こり不適である。
【００１５】
得られる表面平滑性フッ素系チューブの表面は、極めて平滑であり、表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、形状測定し、中心線平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｍａｘ）を測定する。Ｒａが１０ｎｍ以下、または、Ｒｍａｘが５０ｎｍ以下であれば、本願発明における表面平滑性の条件を満たしている。特に好ましくは、Ｒａが５ｎｍ以下、かつ、Ｒｍａｘが５０ｎｍ以下である。
Ｒａ及び／又はＲｍａｘが上記範囲になく、チューブの表面粗さが大きい場合は、白抜け、トナー汚れが発生しやすくなり不適である。
【００１６】
本願発明の表面平滑性フッ素系樹脂チューブを加圧ローラに用いる場合は、内表面にエッチング処理を施す。通常、フッ素系樹脂はその低密着性のため、そのままでは他の樹脂層などを接着することができない。そのため、金属ナトリウムナフタレン錯体、もしくは金属ナトリウム−液体アンモニアの溶液等を用いた化学的方法によりチューブ表面からフッ素原子を取り除き接着可能とすることが広く行なわれている。
【００１７】
本願発明の加圧ローラに用いる弾性体には、ビニル基を含有したポリオルガノシロキサン組成物、すなわちシリコーンゴムが一般的に使用でき、シリコーンスポンジゴムも必要に応じて使用される。シリコーンゴムとしては、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサンのように過酸化物により加硫可能なものが用いられる。
【００１８】
表面平滑化処理は、加圧ローラ成形後に行うこともできる。フッ素系樹脂チューブを外嵌した加圧ローラを、加熱された金属製回転体に接触させ上記の方法とほぼ同等の条件で加熱処理する。加圧ローラ成形後に、表面平滑化処理を行う場合は、加圧ローラの弾性体層の耐熱性を考慮する必要があるが、シリコーンゴム系の弾性体を用いる場合は上記の処理条件の範囲内で、表面平滑化処理が可能である。
【００１９】
他のフッ素系樹脂チューブの表面平滑化方法として、フッ素系樹脂チューブを２つの加熱された金属製回転体でピンチして表面平滑化処理を行う方法がある。この方法では、連続的に処理することが可能で、生産性の点で有利である。
【００２０】
本願発明の表面平滑性フッ素系樹脂チューブは、プリンター、複写機などの定着用ベルトとして、表面平滑性フッ素系樹脂チューブを最外層に有する加圧ローラは定着用ローラとして使用することができる。
【００２１】
本願発明の表面平滑化方法は、従来からある定着用ベルト、定着用ローラなどに適用することができる汎用性の高い優れた方法である。
【００２２】
【実施例】
実施例における測定方法、評価方法は以下の通りである。
（表面粗さの測定）
フッ素系樹脂チューブから５μｍ×５μｍサイズの試料を切り出し、平面板に貼り付け、試料の表面をセイコーインスツルメンツ製ＳＰＩ３８００Ｎにて形状測定（コンタクトモードＡＦＭ）し、任意断面において、中心線平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｍａｘ）を求めた。
（印刷試験）
白抜け：ＰＢ６０の用紙にベタ黒とハーフトーンで印刷を行い、白抜けの有無を目視で評価した。
汚れ：ローラ表面のトナー付着状態、クリーニング紙の汚れを目視で評価した。
【００２３】
（実施例１）
ＰＦＡ（融点３０７℃）を環状ダイスを用いて溶融押出し、内径２０ｍｍ、厚さ５０μｍｍのＰＦＡチューブを得た。このＰＦＡチューブ内面に金属製の回転材を挿入して支持固定した。一方、別途加熱したステンレス製回転体を準備しておき、前記ＰＦＡチューブを被覆した回転材が２、３回転する程度、ＰＦＡチューブ表面をステンレス製回転体と接触させた。ステンレス製回転体の表面温度は３７０℃で、１００ｒｐｍで回転させた。
こうしてＰＦＡチューブ表面の状態を改質させた後、被覆した回転材からチューブを抜き取り、表面平滑性ＰＦＡチューブを得た。
こうして得た表面平滑性ＰＦＡチューブの内表面を金属ナトリウム−液体アンモニアの溶液でエッチング処理した。
得られた表面平滑性ＰＦＡチューブを長さ２５０ｍｍに切断し、中心部に金属製芯金が配置された筒状成型体の内表面に、該内表面とＰＦＡチューブの外表面とが接触するように配置しかつＰＦＡ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、前記した間隔に未加硫のシリコーンゴムを流し込み、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加圧ローラを得た。
表面平滑性ＰＦＡチューブの表面粗さの測定結果を表１に、印刷試験の結果を表２に示した。
【００２４】
（実施例２）
ＰＦＡ（融点３０７℃）を環状ダイスを用いて溶融押出し、内径２０ｍｍ、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを得た。このＰＦＡチューブの内表面を金属ナトリウム−液体アンモニアの溶液でエッチング処理した。
該ＰＦＡチューブを長さ２５０ｍｍに切断し、中心部に金属製芯金が配置された筒状成型体の内表面に、該内表面とＰＦＡチューブの外表面とが接触するように配置しかつＰＦＡ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、前記した間隔に未加硫のシリコーンゴムを流し込み、加硫した後に筒状成型体を取り去ることにより加圧ローラを得た。
別途加熱したステンレス製回転体を準備しておき、得られた加圧ローラが２、３回転する程度、加圧ローラのＰＦＡ表面をステンレス製回転体と接触させ、表面平滑性に優れた加圧ローラを得た。ステンレス製回転体の表面温度は３７０℃で、１００ｒｐｍで回転させた。
ＰＦＡ表面層から試料を切り出して表面粗さを測定した結果を表１に、印刷試験の結果を表２に示した。
【００２５】
（実施例３）
ＰＦＡを環状ダイスを用いて溶融押出し、内径２０ｍｍ、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを得た。該チューブ外面を別途加熱した対のステンレス製回転体によりピンチすることにより加熱・接触させた。ステンレス製回転体の表面温度は３５０℃で、７０ｒｐｍで回転させた。
得られた表面平滑性ＰＦＡチューブに実施例１と同様、エッチング処理を施し、加圧ローラを得た。
表面平滑性ＰＦＡチューブの表面粗さの測定結果を表１に、印刷試験の結果を表２に示した。
【００２６】
（比較例１）
ＰＦＡを環状ダイスを用いて溶融押出した後、通常にＰＦＡチューブを成形し、表面平滑化処理を行わないこと以外は、実施例１と同様にして加圧ローラを得た。
ＰＦＡチューブの表面粗さの測定結果を表１に、印刷試験の結果を表２に示した。
【００２７】
（比較例２）
ＰＦＡチューブ表面を溶融させる際の条件として４０７℃（ＰＦＡ樹脂の融点＋１００℃）にて実施例１又は３の方法で表面処理を行ったが、いずれもチューブ自体が変形し、厚みバラツキが大きくローラ成形後の形状、チューブ厚みが規定の範囲を外れた。
【００２８】
（比較例３）
ＰＦＡチューブ表面を溶融させる際の条件として３００℃（ＰＦＡ樹脂の融点以下）にて実施例１〜３のいずれかの方法で表面処理を行ったが、いずれもＰＦＡチューブ表面が改質されず、効果が得られなかった。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、電子写真用回転部材に用いられる表面平滑性に優れたフッ素系樹脂チューブを提供できる。また、表面平滑性に優れ、白抜け、トナー汚れなどの発生しない加圧ローラを提供できる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例１の表面平滑化方法の模式図である。
【図２】本発明実施例２の表面平滑化方法の模式図である。
【符号の説明】
１フッ素系樹脂チューブ
２支持体
３加熱回転体

Claims

チューブ表面の任意断面において、中心線平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下であり、最大高さ（Ｒｍａｘ）が５０ｎｍ以下であって、該チューブの厚みが１０〜３００μｍであることを特徴とする、画像形成装置における定着部材用表面平滑性フッ素系樹脂チューブ。
芯金を有する筒状弾性体の外周に、チューブ表面の任意断面において中心線平均粗さ（Ｒａ）が５ｎｍ以下であり、最大高さ（Ｒｍａｘ）が５０ｎｍ以下であって、該チューブの厚みが１０〜３００μｍであることを特徴とするフッ素系樹脂チューブが外嵌された、画像形成装置における定着回転部材用加圧ローラ。
チューブの厚みが１０〜３００μｍであるフッ素系樹脂チューブの外表面を、表面温度がフッ素系樹脂の融点〜融点＋８０℃である加熱回転体に接触させて、チューブ表面の任意断面における中心線平均粗さ（Ｒａ）を５ｎｍ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ）を５０ｎｍ以下にすることを特徴とする、画像形成装置における定着部材用表面平滑性フッ素系樹脂チューブの製造方法。
画像形成装置における定着回転部材用加圧ローラの製造方法であって、以下、
（１）チューブの厚みが１０〜３００μｍであるフッ素系樹脂チューブの外表面を、表面温度がフッ素系樹脂の融点〜融点＋８０℃である加熱回転体に接触させて、チューブ表面の任意断面における中心線平均粗さ（Ｒａ）を５ｎｍ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ）を５０ｎｍ以下にする工程、及び
（２）前記フッ素系樹脂チューブを、芯金を有する筒状弾性体の外周に外嵌する工程
を含む定着回転部材用加圧ローラの製造方法。
画像形成装置における定着回転部材用加圧ローラの製造方法であって、以下、
（１）チューブの厚みが１０〜３００μｍであるフッ素系樹脂チューブを、芯金を有する筒状弾性体の外周に外嵌する工程、及び
（２）フッ素系樹脂チューブが外嵌された筒状弾性体の表面を、表面温度がフッ素系樹脂の融点〜融点＋８０℃である加熱回転体に接触させて、チューブ表面の任意断面における中心線平均粗さ（Ｒａ）を５ｎｍ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ）を５０ｎｍ以下にする工程
を含む定着回転部材用加圧ローラの製造方法。
請求項３の方法によって製造される、画像形成装置における定着部材用表面平滑性フッ素系樹脂チューブ。
請求項４又は５の方法によって製造される、画像形成装置における定着回転部材用加圧ローラ。
チューブの厚みが１０〜３００μｍであるフッ素系樹脂チューブが外嵌された加圧ローラの表面を、表面温度がフッ素系樹脂の融点〜融点＋８０℃である加熱回転体に接触させて、チューブ表面の任意断面における中心線平均粗さ（Ｒａ）を５ｎｍ以下、最大高さ（Ｒｍａｘ）を５０ｎｍ以下にすることを特徴とする、画像形成装置における定着回転部材用加圧ローラの表面平滑化方法。