JP4136441B2

JP4136441B2 - Fixing roller, manufacturing method thereof, and heat fixing device

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Publication number: JP4136441B2
Application number: JP2002131700A
Authority: JP
Inventors: 正治田中; 智明菅原; 達哉佐藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: JP2003323070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式複写機やレーザプリンタ等の画像形成に用いられる、硬質で耐摩耗性・低摩擦性に優れ、かつ非粘着表面層を有する定着ローラ（特に加熱定着ローラ）、この定着ローラを備えた加熱定着装置および、前記定着ローラの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的な電子写真式複写機等の画像形成装置用の定着装置として、様々な定着方式のものが提案され、また実施されている。そのうちでローラ定着タイプのもの、特にローラ対の少なくとも一方が熱源によって加熱される加熱ローラ定着装置（ヒートロール定着方式）が主流をなしている。ここで一対のローラのうち、記録材の画像担持側の面に接するローラを定着ローラまたは加熱定着ローラと呼び、他方のローラを加圧ローラと呼ぶ。
【０００３】
ローラ定着タイプの定着装置において、定着ローラは記録材の画像担持面に直接に接触するため、記録材上の画像を構成している顕画剤、たとえばトナーの一部が該定着ローラの表面に粘着し、この付着トナーがローラの回転に伴い再び記録材上に転写される、いわゆる「オフセット現象」を発生しやすい。
【０００４】
そこで従来、このオフセット現象を防止する手段として、下記のような種々の手段が採用されている。
（ａ）定着ローラの外周面にポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと記す）などのフッ素樹脂や、シリコーンゴム等の高離型性材料（非粘着性材料）からなるオフセット防止被覆層を設けて、定着ローラ表層の離型性（非粘着性）を向上させる。
（ｂ）定着ローラの外周面にシリコーンオイル等の離型剤を塗布する手段を設ける。
（ｃ）定着ローラ外周面の汚染物を清掃除去するブレードやウェブ等の摺擦クリーニング手段を設ける。
（ｄ）定着ローラの芯金に、記録材上に担持させた未定着画像のトナーと同極性の直流バイアスを印加する。
（ｅ）上記（ａ）〜（ｄ）の手段の組み合わせ。
【０００５】
しかしながら、上記従来のオフセット防止手段（ａ）〜（ｅ）についても、下記のような問題点があった。
（１）上記（ａ）のオフセット防止被覆層の配設では、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂の被覆層を設けたローラは優れた非粘着性を示すが、トナー結着樹脂の種類によっては離型性の悪いものがあり、トナーの一部が粘着してローラ表面を汚染することがある。
【０００６】
また近年、低コスト化傾向、サービス性の向上、産業廃棄物の規制等から定着ローラ等の各種部品の高耐久化が強く求められているが、純粋なフッ素樹脂は表面の摩耗に対しては、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂の被覆層を設けた定着ローラの耐摩耗性は十分でなく寿命が短いという欠点を有する。定着ローラの表面はブレート等のクリーニング手段、離型剤塗布手段、記録材分離爪、温度検出素子、加圧ローラ等で摺擦を受けて摩耗する。また定着ローラと加圧ローラの間を通過する記録材の摺擦も受ける。そして大量の紙（記録材）を通した時、紙から紙粉が発生し定着ローラに付着する。この紙粉は定着ローラに当接させたクリーニングブレード等で除去されることになるが、特に紙のエッジ部では紙粉の発生が顕著であり、紙粉に含まれる種々の無機充填剤によりローラ表面は摩耗する。そして定着ローラは表面の摩耗により平滑性を失うことで、本来の離型性が低下する傾向が出てくる。
【０００７】
（２）純粋なフッ素樹脂の被覆層は一般に絶縁性もしくは高抵抗であるため、その表面が、記録材・加圧ローラ等の対ローラ当接部材との摺擦による摩擦帯電により大きく帯電し、記録材上のトナーが静電作用により定着ローラ表層に吸着されて、いわゆる「静電オフセット現象」が発生しやすくなる。また、フッ素樹脂は記録材等との摺擦により負（−）に大きく帯電する。トナーが正（＋）の極性を持つ場合、トナーは負帯電のフッ素樹脂被覆層の電界に引きつけられ、定着ローラ表面に静電オフセット現象で付着しやすくなる。
【０００８】
（３）一般にフッ素樹脂等の耐摩耗性はこれにガラス粉、シリカ、炭化ケイ素粉末、ダイヤモンド粉末、コランダム粉、ニッケルや鉄などの金属粉等の、比較的高い硬度をもつ無機充填剤を混入することにより向上させることができる。しかしながら、混合量が少ないと耐摩耗性向上の効果が十分でなく、混合量を増加していくと離型性が悪くなり、また定着ローラの表面性も悪くなり、オフセット防止効果が低下する。一般にこれらの充填剤はフッ素樹脂中への分散性が悪く、また分散できたとしても充填剤とフッ素樹脂との接着性が悪くなり、耐久等により（長期間の使用により）、定着ローラの被覆層を形成する充填剤の一部が離脱するなどの現象が生じる。
【０００９】
また、無機充填剤を分散配合した場合、分散が不良であると耐久により充填剤の少ない部分が先にスジ状あるいは、まだら状に削れ、この部分にトナーが埋め込まれ定着ローラの非粘着性の低下をきたす場合が多かった。また、充填剤が離脱した場合は、この離脱部分にトナーが埋まり込んだり、あるいは離脱した充填剤が逆に研摩剤として作用し、摩耗を加速させるなどの問題が生じていた。充填剤の粒径を細かくするなどの試みもなされたが、充填剤とフッ素樹脂との接着性が悪く、逆にフッ素樹脂層全面が摩耗するという結果となっていた。
【００１０】
（４）静電オフセット防止手段として、被覆層にカーボンブラック、金属粉、二酸化チタン等の低抵抗の微粉末、またはチタン酸カリウム等の導電化したウイスカー状単結晶繊維等の導電性充填剤を混入させることで被覆層を低抵抗化させ、被覆層の摩擦帯電を防止することにより、静電オフセット現象が防止できる。この場合、導電性充填剤に要求される性能は
・被覆層材料中への分散性が良好で均一であること、
・被覆層材料に対する接着性が良好であること
・被覆層の耐摩耗性が向上すること、
・被覆層に十分な導電性を付与できること、
・被覆層表面の平滑性が得られること、
等である。
【００１１】
しかしながら、従来の充填剤では上記のような性能をすべて満足させるのは難しかった。例えば、カーボンあるいは導電化したウイスカー状単結晶繊維の場合は、フッ素樹脂被覆層を強靭化し耐摩耗性をよくする効果はあまり認められず、長期間の使用により被覆層がスジ状に摩耗したりして表面平滑性が悪くなり、オフセット現象を生じたり、定着性が悪くなったりする場合あった。
【００１２】
カーボン等の微粉末の充填剤は粒径が微細で、樹脂を強化させるいわゆるフィラー効果がないからである。また、分散性が悪く２次凝集し易いという欠点をもち、耐静電オフセット性を満足させるためには必要以上の量を使用する必要があった。また、チタン酸カリウム等のウイスカー状単結晶繊維は比較的に比表面積が大であるために耐静電オフセット性は良好であるが、やはり耐摩耗性を向上させる効果は薄かった。これは、この材料がウイスカー状であるために比較的もろく、かつフッ素樹脂中で樹脂の強度を補強するため、要求される３次元橋かけ構造を取りにくいからと考察されている。
【００１３】
これに対し、近年では無定形シリカまたはシリカ含有物質を、アンチモン含量が酸化スズの１〜約３０重量％の範囲であるアンチモン含有酸化スズ結晶子の二次元ネットワークと共に包含する導電性組成物で、本物質がアンチモン含有酸化チタン結晶子の二次元ネットワークで表面被覆された、無定形シリカまたはシリカ含有物質の成形粒子、または無定形シリカ被覆もしくはシリカ含有被覆を有する不活性コア物質を包含する粒子を包含する粉末、さらに成形粒子が無定形シリカもしくはシリカ含有物質の中空シェルである、いわゆる中空二重殻導電性物質等、または表面を酸化スズもしくは三酸化アンチモン等で導電化処理したマイカ等が挙げられる（特開平３−１３０８４９号公報）。しかしながら、粒状の充填剤であることには変わりなく、耐摩耗性に関しては不充分な特性であった。
【００１４】
（５）一方、前記（ｂ）のシリコーンオイル等の離型剤塗布手段、（ｃ）の摺擦クリーニング手段および、（ｄ）のバイアス印加手段は、前記（ａ）のオフセット防止被覆層を形成した定着ローラの補助的なオフセット防止手段である。離型剤塗布手段により定着ローラ表面にオイルを供給することにより汚れは軽減するが、オイルのぬれ性が悪く、ツブツブになったり、まだら状になったりして、均一に塗布することが困難であった。従ってオイルの供給量を多くせざるを得なくなり、記録材へのオイルのボタ落ち、シミ等の問題が生じた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、記録材上の未定着画像を形成する顕画剤に対して非粘着性を実現するオフセット防止被覆層、いわゆる離型層について離型効果を失うことなく耐摩耗性を維持し、かつ定着ローラ表層を導電性に保持したまま静電オフセットの防止効果を持続し、定着ローラ最表層に対して耐摩耗性と低い表面自由エネルギーを維持する層を強固に付与することで、従来技術の問題点を抜本的に解決することを目的とする。
【００１６】
具体的には、
（１）定着ローラのオフセット防止被覆層についてトナー等の顕画剤の非付着、非粘着効果を維持したままローラ表面の摩擦摩耗による表面の形状変化、摩耗を防止するため最表面の耐摩耗性、潤滑性および低い表面自由エネルギーを持続させる手段を実現すること。
（２）定着ローラの静電オフセット防止のため、ローラ表面の導電性を維持したままトナー等の顕画剤の非付着、非粘着効果を持続せしめること。
（３）上記（１）の目的のため、定着ローラのオフセット防止被覆層の作用に加えて、最表層の潤滑性あるいは低い表面自由エネルギーを実現する付加層の付着性を改善し、これらの脱落防止をはかるためオフセット防止被覆層上に付加層を強固に形成し、耐久性の向上を図ること。
（４）定着ローラの使用環境あるいは定着ローラが組み込まれた電子写真式画像形成装置が置かれた環境の変動、すなわち、温度変化、湿度変化、浮遊する活性もしくは不活性な化学物質に強く、耐候性・耐食性に優れた定着ローラ表面を提供すること。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、電子写真式画像形成装置の定着装置に用いる定着ローラにおいて、芯金の外周面にオフセット防止被覆層と、該オフセット防止被覆層上に、これを完全に覆い尽くすことなく、かつ島状に形成された導電性保護層と、該導電性保護層上にバインダ層を介して形成された、硬質超微粒子の固定化層とを備えてなり、該固定化層は、硬質超微粒子の表面を撥水撥油層で被覆して形成されていることを特徴とする定着ローラである。
【００１８】
請求項２に係る発明は、導電性保護層が多数の導電性超微粒子からなる帯電防止膜であり、固定化層を形成する硬質超微粒子がシリコン酸化物の超微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の定着ローラである。請求項３に係る発明は、硬質超微粒子の表面を被覆する撥水撥油層が、フッ素含有シラン化合物の薄膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の定着ローラである。
【００１９】
請求項４に係る発明は、電子写真式画像形成装置の定着装置に用いる定着ローラにおいて、芯金の外周面にオフセット防止被覆層と、該オフセット防止被覆層上に、これを完全に覆い尽くすことなく、かつ島状に形成された導電性保護層と、該導電性保護層上に形成された酸化膜と、該酸化膜上に形成された離型層とを備えていることを特徴とする定着ローラである。請求項５に係る発明は、酸化膜上に有機フッ素化合物からなる離型層が、シロキサン結合を介して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の定着ローラである。請求項６に係る発明は、有機フッ素化合物からなる離型層が、有機フッ素化合物の蒸着処理で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の定着ローラである。請求項７に係る発明は、導電性保護層が硬質金属からなる薄膜であることを特徴とする請求項４に記載の定着ローラである。請求項８に係る発明は、酸化膜が硬質金属の酸化物からなることを特徴とする請求項７に記載の定着ローラである。
【００２０】
請求項９に係る発明は、オフセット防止被覆層がフッ素樹脂層であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の定着ローラである。請求項１０に係る発明は、オフセット防止被覆層が、潤滑性硬質粒子を分散させたニッケルめっき膜であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の定着ローラである。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、当該定着ローラが加熱ローラであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の定着ローラである。
【００２２】
請求項１２に係る発明は、請求項１〜１１のいずれかに記載の定着ローラを備えたことを特徴とする、電子写真式画像形成装置の加熱定着装置である。
【００２３】
請求項１３に係る発明は、請求項１に記載の定着ローラの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする定着ローラの製造方法である。
（１）金属芯金の外周面にプライマ層を形成する第１の工程、（２）前記プライマ層上にオフセット防止被覆層を形成する第２の工程、（３）前記オフセット防止被覆層表面の粗面化と、該粗面化表面の表面改質とを行う第３の工程、（４）第３の工程後のローラを、導電性微粒子およびバインダ剤を含む処理液に浸漬することにより、前記オフセット防止被覆層上に導電性保護層を形成する第４の工程、（５）第４の工程後のローラを、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）の微粒子および撥水撥油剤を含む処理液に浸漬することにより、前記導電性保護層上に固定化層を形成する第５の工程。
【００２４】
請求項１４に係る発明は、請求項４に記載の定着ローラの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする定着ローラの製造方法である。
（１）金属芯金の外周面にプライマ層を形成する第１の工程、（２）前記プライマ層上にフッ素樹脂からなるオフセット防止被覆層を形成する第２の工程、（３）前記オフセット防止被覆層表面の粗面化を行う第３の工程、（４）前記粗面化表面上に硬質金属からなる導電性保護層を、スパッタリングで形成する第４の工程、（５）前記導電性保護層上に硬質金属の酸化物からなる酸化膜を、反応性スパッタリングで形成する第５の工程、（６）前記酸化膜表面を活性化する第６の工程、（７）前記酸化膜上に有機フッ素化合物からなる離型層を、蒸着処理で形成する第７の工程。
【００２５】
請求項１５に係る発明は、請求項４に記載の定着ローラの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする定着ローラの製造方法である。
（１）金属芯金の外周面にオフセット防止被覆層として、固体潤滑剤を含有するＮｉ−Ｐマトリックスの分散めっき膜を無電解めっきで形成する第１の工程、（２）前記オフセット防止被覆層表面の粗面化を行う第２の工程、（３）前記粗面化表面上に硬質金属からなる導電性保護膜を、スパッタリングで形成する第３の工程、（４）前記導電性保護層上に硬質金属の酸化物からなる酸化膜を、反応性スパッタリングで形成する第４の工程、（５）前記酸化膜表面を活性化する第５の工程、（６）前記酸化膜上に有機フッ素化合物からなる離型層を、蒸着処理で形成する第６の工程。
【００２６】
請求項１６に係る発明は、請求項４に記載の定着ローラの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする定着ローラの製造方法である。
（１）金属芯金の外周面にオフセット防止被覆層として、固体潤滑剤を含有するＮｉ−Ｐマトリックスの分散めっき膜を無電解めっきで形成する第１の工程、（２）前記オフセット防止被覆層表面の粗面化を行う第２の工程、（３）前記粗面化表面上に硬質金属からなる導電性保護膜を、スパッタリングで形成する第３の工程、（４）前記導電性保護層表面に水のイオンビームを照射することにより、該導電性保護層表面を酸化して酸化膜を形成するとともに、該酸化膜の最表面に水酸基を形成する第４の工程、（５）前記酸化膜上に有機フッ素化合物からなる離型層を、蒸着処理で形成する第５の工程。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
第１の実施の形態
図１（ａ）は金属芯金の斜視図、同（ｂ）は金属芯金の表面（外周面）にオフセット防止被覆層を形成した状態の斜視図、同（ｃ）は完成した定着ローラの模式的断面図である。なお、この図１（ｃ）では説明の便宜上、金属芯金の表面を露出させた状態に示してあるが、実際は、金属芯金の表面全体にオフセット防止被覆層が形成されている（後記する図２〜図６についても同じ）。
【００２８】
この定着ローラは、金属芯金３の外周面にプライマ層（図略）と、該プライマ層上に形成されたオフセット防止被覆層４と、該オフセット防止被覆層４上に、これを完全に覆い尽くすことなく、かつ連続性を保って形成された導電性保護層５と、該導電性保護層５上にバインダ層６を介して形成された、硬質超微粒子７の固定化層８とを備えており、この固定化層８は、硬質超微粒子７の表面を撥水撥油層８ａで被覆して形成されている。
【００２９】
この定着ローラでは、アルミニウム合金Ａ５０５２等の金属芯金３の表面に、従来法に従ってＰＡＩ（ポリアミドイミド）等のプライマ層（図略）を塗布した後、その上にオフセット防止被覆層４が積層されている。このオフセット防止被覆層４は、フッ素樹脂の被膜でもよいし、潤滑性硬質粒子を分散させたニッケルめっき膜でもよく、いずれも非付着性表面を形成するものである。
【００３０】
具体的には、金属芯金３の表面を被覆するオフセット防止被覆層４上に導電性保護層５が、オフセット防止被覆層４表面のすべてを覆い尽くすことなく、かつ該表面の円周方向に連続的に形成されている。すなわち導電性保護層５は、オフセット防止被覆層４がトナー等の顕画剤の付着や固着滞留を防止する非粘着性を保ったまま、オフセット防止被覆層４の表面を保護する保護層としての機能を果たし、加えてこの保護層５が定着ローラ表面の導電性を実現する構造となっている。
【００３１】
ただし、導電性保護層５の表面がオフセット防止被覆層４の表面に比べて一般に表面自由エネルギーが大きくなるのを避けるため、硬質で低い表面自由エネルギーを実現する硬質超微粒子７による固定化層８が、バインダ層６を介して形成されている。硬質超微粒子７の表面には、薄膜状の撥水撥油性層８ａが形成され、硬質超微粒子７はバインダ層６によって固定化されている。導電性保護層５は多数の導電性超微粒子からなる帯電防止膜であること、また固定化層８を形成する硬質超微粒子７がシリコン酸化物の超微粒子であること、硬質超微粒子７の表面を被覆する撥水撥油層８ａが、フッ素含有シラン化合物の薄膜であることが、それぞれ好ましい。
【００３２】
第２の実施の形態
図２は定着ローラの模式的断面図である。図３はこの定着ローラにおける、酸化膜に対する離型層の結合状態を説明する図である。この定着ローラでは図１の定着ローラと同様に、導電性保護層９が、金属芯金３表面を被覆するオフセット防止被覆層４の表面のすべてを覆い尽くすことなく、かつオフセット防止被覆層４表面の円周方向の連続性を保った状態で形成されている。導電性保護層９は硬質金属の薄膜であり、この保護層表面には薄い酸化膜１０が形成され、図３に示すように、この酸化膜上にシロキサン結合を介して薄膜の離型層１１が形成されている。オフセット防止被覆層４はフッ素樹脂または、フッ素樹脂を主成分とする複合体からなる。また、離型層１１は有機フッ素化合物の蒸着処理で形成されており、低い表面自由エネルギーを実現している。
【００３３】
第３の実施の形態
図４は定着ローラの模式的断面図である。この定着ローラは図１の定着ローラにおいて、オフセット防止被覆層４に替えて、オフセット防止被覆層１２として潤滑性の硬質粒子を分散させたニッケルめっき膜（複合めっき膜）を設けたものである。その他の構成は図１の定着ローラと同様である。
【００３４】
第４の実施の形態
図５は定着ローラの模式的断面図である。この定着ローラは、図２の定着ローラにおいて、オフセット防止被覆層４に替えて、オフセット防止被覆層１２として潤滑性の硬質粒子を分散させたニッケルめっき膜（複合めっき膜）を設けたものである。その他の構成は図２の定着ローラと同様である。
【００３５】
図１、図２、図４及び図５に示す定着ローラの各構成は上述の通りであるが、基本的な動作については共通なので、代表として図１の定着ローラの場合について説明する。図１において、導電性保護層５は多数の導電性超微粒子からなる帯電防止膜であり、オフセット防止被覆層４の表面を活性化処理した後に高い密着力でこのオフセット防止被覆層４上に形成されている。また、この導電性保護層５上にはバインダ層６が形成され、これにより、撥水撥油性を持つ超微粒子７の膜（固定化層８）が、密着性よく導電性保護層５上に固定化されている。
【００３６】
図１の定着ローラのオフセット防止被覆層４上に形成された導電性保護層５と、さらにその表面に形成された撥水撥油性超微粒子７の層は、トナー等の顕画剤やこれらに含まれる硬質成分、紙粉等の異物、塵埃等の無機物、有機物微粒子、微粉体あるいは化学的に活性な電離ガス、物理的に付着しやすい帯電微粒子に対して非付着・非粘着・耐摩耗摩擦などの作用を果たし、本来離型性の高いオフセット防止被覆層４の摩耗しやすい欠点を補いながら潤滑性、低い表面自由エネルギーなどの物理的効果によって耐久性の高いローラ表面を実現している。
【００３７】
図６は図１に示す定着ローラの作用を説明する模式図である。この図において図１と同一の符号を付した構成要素は、図１のそれと同じものを指している。この定着ローラでは、溶融または固化した状態のトナーなどの顕画剤５１が導電性保護層５・５間の隙間５ａ（オフセット防止被覆層４のうち、導電性保護層５で被覆されていない個々の部位）に入っても、オフセット防止被覆層４の表面はそれ自体が離型作用を持つため非付着性・非粘着性を示す。この隙間５ａはトナー等の孤立体自体のサイズより狭く構成されており、トナー等が溶融固化して体積が大きくなった状態では、付着や粘着が非常に生じにくくなっている。また、紙中の添加剤の一つである炭酸カルシウムなどの無機性硬質異物５２がローラ表面に近寄ってきた場合において、摩擦や押し込み等の作用が生じたときにも、オフセット防止被覆層４表面の大部分が撥水撥油性を持つ硬質超微粒子に覆われており、潤滑作用や低い表面自由エネルギー面となっているため、オフセット防止被覆層４表面の変形や傷の発生、あるいは無機性硬質異物５２の付着が非常に起こりにくくなっている。
【００３８】
【実施例】
実施例１
図１（ｃ）に示す定着ローラを作製した。まず、アルミニウム合金Ａ５０５２等の金属芯金３の表面に、従来法に従ってＰＡＩ等のプライマ層を塗布した後、その上にオフセット防止被覆層４を概ね１８μｍの膜厚で積層した。このオフセット防止被覆層４を形成する樹脂材料としては、含フッ素樹脂のうち耐熱性や離型性に優れ、膜形成が行いやすいＰＦＡ（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）樹脂を採用したが、これに限定されるものではない。オフセット防止被覆層４は、微粉体材料を静電粉体塗装したり、水溶性ディスパージョンを塗布して、その後に焼成を行って固定化した。
【００３９】
また、この定着ローラでは、フッ素樹脂からなるオフセット防止被覆層４上に導電性保護層５とバインダ層６を同時に、ディップコート法（浸漬塗布法）によって形成した。これは、導電性保護層５のコストおよび、被処理物が円筒形状であることを考慮したものである。その後、同じくディップコート法により、バインダ層６上に固定化層８を形成した。導電性保護層５は、多数の導電性超微粒子からなる帯電防止膜である。すなわち導電性超微粒子として、平均粒径２０ｎｍ以下の酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）の超微粒子を用いたが、これに限定されるものではなく、酸化スズ（ＳｎＯ_２）やこれらの複合体でもよい。
【００４０】
導電性保護層５およびバインダ層６の同時成膜では、事前にオフセット防止被覆層４表面を、テープ研磨等で微細に粗面化（Ｒｚ１．０μｍ程度）した後、酸素プラズマエッチング等で表面改質を行った。これによって粗面化した凸部は、粗面化しない平滑面に比べ優先して表面改質されるため、フッ素樹脂からなるオフセット防止被覆層４表面は、導電性保護層５が付きやすい微細部分と、付きにくい微細部分とに分かれた。その後、洗浄液および純水で洗浄し、ローラ内周面をテープ等でマスキングした。導電性保護層５およびバインダ層６の同時成膜は以下の手順で行った。
【００４１】
上記導電性超微粒子をエタノール等の溶媒中に２〜３重量％の濃度で分散させた。この分散液に、バインダ層形成用のバインダ剤としてエチルシリケートＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４を、該シリケート（固形分）濃度が約１．０重量％となるように加えて混合した。さらに、前記超微粒子の分散性を良くするため、０．１Ｎ硝酸を微量添加し、ｐＨ調整を行って塗布液とした。この塗布液を使用し、図７に示す浸漬塗布装置により導電性保護層５およびバインダ層６を同時に成膜した。この場合、塗布槽１４に上記塗布液１５を満たし、これにローラ１３（オフセット防止被覆層を形成した金属芯金３）を浸漬した後、塗布液輸送ポンプ１７を作動させ、バルブ１６を開いて塗布液１５をゆっくりと塗布槽１４から排出した。この時の塗布液１５の排出速度（その液面降下速度）は、概ね１５ｍｍ／ｓとした。
【００４２】
その後、下記要領でバインダ層６上に固定化層８を積層した。平均粒径１５０ｎｍのＳｉＯ_２超微粒子をエタノールに５〜６重量％の濃度で分散させ、この分散液に、撥水撥油剤としてフルオロアルキルシラン化合物を０．０５〜０．１ｍｏｌ％添加して十分に攪拌しておき、この攪拌液に、エチルシリケートＳｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４を固形分濃度１重量％弱に調整したエタノール溶液を添加し、さらにこの液に、純水と０．１Ｎの硝酸を添加してｐＨを弱酸性に調整することにより撥水撥油処理液２０（図８）とした。なお、撥水撥油剤としてはフッ素含有シラン化合物、たとえばＣＦ_３（ＣＦ_２）_５ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３などのフルオロアルキルシラン化合物が有効であるが、この化合物の他にクロルシラン化合物、アルコキシシラン化合物が１種以上が含まれていても有効である。
【００４３】
図８に示すように、処理槽１９に撥水撥油処理液２０を満たし、上記した導電性保護層５およびバインダ層６を同時成膜したローラ１８を懸糸２２で吊して処理液２０に浸漬し、徐々にモータ２１によって引き上げて浸漬塗布を行った。引き上げ速度はおおむね３ｍｍ／ｓとした。このローラ１８を約２００℃の焼成炉に入れ、上記撥水撥油処理液を４０分間焼成した。これにより、撥水撥油処理液中の溶剤（エタノール）が蒸発・逸散し、前記フッ素含有シラン化合物がＳｉＯ_２の超微粒子およびバインダ層６に固く結合する（図１（ｃ）を参照）。
【００４４】
このようにして形成された固定化層８の構造は、図９に示すものとなった。ローラの基体２３のオフセット防止被覆層上に、導電性保護層２４が島状に形成され（図６の符号５を参照）、この島の上に撥水撥油処理層２５と、これにより撥水撥油処理された超微粒子２６とが固定化されている。なお、図７の浸漬塗布装置は、簡便な方法で塗布膜厚を均一にすることができる利点があり、図８の浸漬塗布装置には、ごく薄い塗膜を均一膜厚で形成することができる長所がある。
【００４５】
実施例２
図２に示す定着ローラを作製した。図１と同じ金属芯金３の表面に、従来法でＰＡＩ等のプライマ層を塗布した後、その上にオフセット防止被覆層４を概ね１８μｍの膜厚で積層した。オフセット防止被覆層４は、含フッ素樹脂のうち耐熱性や離型性に優れ、膜形成が行いやすいＰＦＡ樹脂で形成した。
【００４６】
ついで、オフセット防止被覆層４上に、硬質金属薄膜である導電性保護層９を０．４μｍの厚さで成膜した。この場合、あらかじめオフセット防止被覆層４を研磨紙やブラスト処理によって粗面化し、この上にスパッタリングによってクロムやニッケルの硬質金属薄膜を形成した。ついで、このスパッタリングの最終工程では、反応性スパッタリングを採用することにより、導電性保護層９上に膜厚約１０ｎｍの、硬質金属の酸化物からなる酸化膜１０を形成した。さらに、この酸化膜上に膜厚数ｎｍの超薄膜離型層１１を積層した。この離型層１１は、有機フッ素化合物（フルオロアルキルシラン）を蒸着処理することで形成した。
【００４７】
図３は、フルオロアルキルシランからなる図２の離型層１１の一部を拡大して示したものである。この離型層は薄い酸化膜１０をイオンビーム照射などで活性化処理した後に蒸着で成膜したため、酸化膜１０上に有機フッ素化合物の化学吸着サイトを高密度に形成できるうえ、蒸着を真空中で行ったので酸化膜１０の無機物表面の水酸基と化学反応を起こし、図３に示すようにシロキサン結合により、酸化膜１０表面に強固に結合することができた。このようにして形成された積層膜は図１０のようになっており、ローラの基体２７の上に導電性保護層２８が島状に形成され、薄い酸化膜２９上に有機フッ素化合物からなる超薄膜３０が形成されて離型作用を保持している。
【００４８】
実施例３
図４に示す定着ローラを作製した。図１に示すものと同じ金属芯金３の表面に、オフセット防止被覆層１２として硬質で潤滑性の高いめっき膜を形成した。この場合、金属芯金内面にマスキングを行い、無電解めっきによってＮｉ−Ｐマトリックス（微粒子）の分散めっき膜を形成した。そのための分散めっき液は、めっき膜の潤滑性を高め、低摩擦を確保するための固体潤滑剤（ＰＴＦＥ、グラファイト、ＭｏＳ_２など）と、還元剤として次亜リン酸ナトリウムとを混合して調製した。また、分散させた微粒子の粒径は数μｍとした。このような、次亜リン酸ナトリウムを用いたＮｉ−Ｐマトリックスの分散めっきは、Ｐの含有量を約９重量％とし、マトリックスをアモルファス構造としたため、その表面硬度はビッカースで５５０程度となった。その後、実施例２と同一の要領で、めっき膜１２上に導電性保護層５、バインダ層６および固定化層８（撥水撥油層８ａで被覆処理された硬質超微粒子７の層）を積層した。
【００４９】
実施例４
図５に示す定着ローラを作製した。金属芯金３は図２のものと同じであるが、オフセット防止被覆層１２はフッ素樹脂層ではなく、硬質で潤滑性の高いめっき膜として形成した。めっき膜の形成では、金属芯金の内面にマスキングを行い、実施例３と同様にして、無電解めっきによってＮｉ−Ｐマトリックスの分散めっきを行った。その後、めっき膜１２上に導電性保護層９と、この導電性保護層の表面を酸化して形成された、硬質金属の酸化物からなる薄い酸化膜１０および、有機フッ素化合物からなる離型層（超薄膜）１１を形成した。
【００５０】
図５の定着ローラを作製するに際し、酸化膜１０の形成および、この酸化膜１０上への有機フッ素化合物からなる超薄膜離型層１１の蒸着処理は、図１１に示す装置で行った。この図に記載された符号について説明すると、３１は真空容器、３２は主バルブ、３３は真空排気装置、３４はローラ（最上層として酸化膜１０を形成した金属芯金）、３５はローラ保持機構、３６はローラ回転機構、３７は制御系、３８は材料蒸発源、３９は制御電源、４０はイオンビーム源、４１はビーム制御系、４２は処理用のガス導入系、４３は不活性ガス導入系、４４は電源である。
【００５１】
図１１において真空容器３１は、ターボ分子ポンプまたはクライオポンプを主排気ポンプとして搭載した真空排気装置３３によって、主バルブ３２を介して真空排気され、到達圧力が１０^−５Ｐａ以下に維持できるようになっている。ローラ３４は、オフセット防止被覆層１２上に導電性保護層９が形成されたものである（図５を参照）。このローラ３４をローラ保持機構３５で真空容器３１内に保持し、ローラ回転機構３６で所定の速度で回転できるようにした。ローラ回転機構３６には回転速度を制御するための制御系３７を接続したが、この制御系には、ローラ３４に高電圧を印加しガス導入系４５からアルゴン等の不活性ガスを導入して逆スパッタリングを行う電源も含まれている。
【００５２】
真空容器３１内にセットしたローラ３４には約３０秒〜６０秒間、アルゴンガスを導入した１０^−１Ｐａ程度の真空中において、２００Ｗの高周波電力で逆スパッタリングをかけ、導電性保護層表面の汚染物を除去した。その後、バックグラウンド圧力まで真空排気し、イオンビーム源４０から水のイオンビームを照射した。イオンビーム源４０には、イオン発生・制御用のイオンビーム源電源、ビームの幅や方向を制御するビーム制御系４１、不活性ガス導入系４３および水などの処理用のガス導入系４２を配備し、混合した処理ガスをイオン化してビーム状にローラ表面近傍に照射した。水のイオンビーム照射は、イオンビーム源４０から照射したビームの強度をローラ表面でイオン照射量５×１０^１４ｉｏｎｓ／ｃｍ^２、加速電圧３８０Ｖとして約５０秒間行った。
【００５３】
このイオンビーム照射によって、ローラ３４の導電性保護層９の表面が薄い酸化膜１０に変化するとともに、この酸化膜上に強固に化学結合した水酸基が形成され、化学吸着サイトを高密度に形成することができた。すなわち、酸化膜１０は前記Ｎｉ−Ｐマトリックスの分散めっき膜の表面が、水のイオンビーム照射により酸化されて形成されたものである。
【００５４】
このイオンビーム照射処理の後、材料蒸発源３８を用いて真空蒸着法で有機フッ素化合物の離型層１１（超薄膜）を形成した。材料蒸発源３８は制御電源３９によって蒸発量をコントロールした。蒸着材料は無機微粉末やスチールウールなどの金属塊に有機フッ素化合物、たとえばフルオロアルキルシランを浸漬・固着させた蒸発体を加熱して真空中に加熱蒸発させた。加熱方法は抵抗加熱でもよいが、蒸発量の制御性が良く、汚染の少ない電子ビーム加熱がより望ましい。
【００５５】
また、材料としてはフルオロアルキルシランに限定されるものではなくクロル基、シアノ基、アミノ基等の官能基を有するフルオロアルキルシラン化合物等の有機フッ素化合物を用いることができる。これらの有機フッ素化合物は、ローラ３４の薄い酸化膜１０に強固に化学結合した水酸基と化学反応を起こし、シロキサン結合：Ｓ−ｉ−Ｏによって無機物表面に強固な結合を生じる。上記のように形成された、有機フッ素化合物からなる薄い離型層１１は、表面に−ＣＦ_３基が配向した構造となっている。この−ＣＦ_３基のようなフルオロカーボンは、フッ素Ｆが高い電気陰性度を有するため、Ｃ−Ｆ間の結合エネルギーが大きく、化学的な安定性も高いので、他の元素物質が化学結合を介して付着することがないことから、離型効果に優れている。
【００５６】
実施例５
下記する本発明の定着ローラ（Ａ）〜（Ｄ）を、電子写真方式のリコー製複写機ＭＦ４５７０の定着ユニットに搭載して加熱定着ローラとして使用し、その特性を、従来方法で作製した定着ローラ（Ｅ）と比較した。なお、定着ローラの金属芯金（素管）はいずれも同一材料・厚さのアルミニウム合金製である。
【００５７】
（Ａ）図１に示す定着ローラ。金属芯金表面に導電性ＰＦＡ樹脂を粉体塗装し、この塗膜を焼成した。この焼成膜を研磨加工した後、再焼成することによりオフセット防止被覆層４を形成した。このオフセット防止被覆層上に導電性保護膜５を形成し、さらにその上に撥水撥油性硬質超微粒子７を固定化（固定化層８を形成）した。
（Ｂ）図２に示す定着ローラ。金属芯金表面にオフセット防止被覆層４を（Ａ）と同様にように形成し、その上に導電性保護層９、酸化膜１０および、有機フッ素化合物からなる薄い離型層１１を形成した。
（Ｃ）図４に示す定着ローラ。金属芯金表面にオフセット防止被覆層１２として、潤滑性硬質粒子を分散させたニッケルめっき膜を形成し、この上に導電性保護膜５を形成し、さらにその上に撥水撥油性硬質超微粒子７を固定化（固定化層８を形成）した。
（Ｄ）図５に示す定着ローラ。金属芯金表面にオフセット防止被覆層１２として、潤滑性硬質粒子を分散させたニッケルめっき膜を形成し、この上に導電性保護膜９と、酸化膜１０と、有機フッ素化合物からなる薄い離型層１１とを形成した。
（Ｅ）金属芯金表面にＰＦＡを粉体塗装した後この塗膜を焼成し、この焼成膜を研磨加工した後、再焼成してオフセット防止被覆層を形成した（図略）。
【００５８】
定着ローラ（Ａ）〜（Ｅ）の評価結果を下記の表１に示す。評価基準は以下のとおりである。
◎：特に優れた特性を有する
○：優れた特性を有する
△：やや優れた特性を有する
×：特性が劣る
【００５９】
【表１】

【００６０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、以下の効果をもたらす定着ローラを提供することができる。
（１）オフセット防止被覆層や、その上の導電性保護層を本発明の形態で形成し、さらにその最表層を撥水撥油性硬質超微粒子を固定したり、有機フッ素からなる超薄膜の離型層を蒸着処理して形成した定着ローラを、実際の定着装置に使用することで、トナーなど顕画剤が溶融または固化した状態で導電性保護層の隙間に入っても、オフセット防止被覆層の表面はそれ自体が離型作用を持つため非付着、非粘着性を示す。この隙間（間隙）はトナー等の孤立体自体のサイズより狭く構成されており、トナー等が溶融固化して体積が大きくなった状態ではいっそう付着、粘着しづらい。また、紙の添加剤の一つである炭酸カルシウムなどの無機の硬質異物がローラ表面に来た場合では、摩擦や押し込み等の作用があっても、オフセット防止被覆層の大部分の面が撥水撥油性の表面を持った硬質超微粒子やごく薄い離型層に覆われており、潤滑作用や低い表面自由エネルギー面であるため表面の変形や傷の発生、付着が非常に起こりにくくなった。
【００６１】
（２）定着ローラのオフセット防止被覆層について、この被覆層のトナー等顕画剤の非付着、非粘着効果を維持したままローラ表面の摩擦摩耗による表面の形状変化、摩耗損を防止するため、導電性保護層および最表面の耐摩耗性・潤滑性および低い表面自由エネルギーを持続させることができ、定着ローラのトナー付着によるオフセット防止、紙端部による擦り摩耗や傷の発生を的確に防止することができる。また、オフセット防止被覆層の作用に加えて、最表層の潤滑性あるいは低い表面自由エネルギーを実現する超微粒子層の付着性を改善し、これらの脱落防止をはかるためオフセット防止被覆層上に強固に形成し、耐久性の向上を図ることができた。さらに、ローラ表面の導電性を維持したままトナー等の顕画剤の非付着、非粘着効果を持続することが可能となる。さらに、定着ローラのオフセット防止被覆層をフッ素樹脂の塗膜形成によらず、高温の加熱焼成が省略できる無電解めっき浴で簡便に形成できるため、省資源・省エネルギーとなる。
【００６２】
（３）定着ローラのオフセット防止被覆層についてこの被覆層のトナー等顕画剤の非付着、非粘着効果を維持したままローラ表面の摩擦摩耗による表面の形状変化、摩耗損を防止するため保護層および最表面の耐摩耗性、潤滑性および低い表面自由エネルギーを持続させることができ、定着ローラのトナー付着によるオフセット防止、紙端部による擦り摩耗や傷の発生が防止できた。定着ローラのオフセット防止被覆層の作用に加えて、最表層の潤滑性あるいは低い表面自由エネルギーを実現する超薄膜の離型層をローラ最表面にシロキサン結合を介して強固に形成できたため耐久性の向上を図ることができた。
【００６３】
（４）上記（３）と同様に、定着ローラの静電オフセット防止のため、ローラ表面の導電性を維持したままトナー等の顕画剤の非付着、非粘着効果を持続することが可能となった。定着ローラのオフセット防止被覆層をフッ素樹脂の塗膜形成によらず、高温の加熱焼成が省略できる無電解めっき浴で簡便に形成できるため省資源、省エネルギーとなる。
【００６４】
（５）定着ローラの導電性保護層最表面の薄い酸化物層に化学結合によって強固に結合した水酸基と化学反応を起こし、シロキサン結合：Ｏ−Ｓｉ−Ｏによって無機物表面に強固な結合を形成することができた。本発明の方法でできた有機フッ素化合物からなる薄い離型層は、特に真空中の蒸着処理をイオンビームによる前処理とともに行うことで、溶液やその他の処理に比較して有利に表面に−ＣＦ_３基が配向した構造となっており、−ＣＦ_３基のようなフルオロカーボンはフッ素Ｆの大きい電気陰性度でＣ−Ｆ間の結合エネルギーが大きく、化学的な安定性も高いので、他の元素物質が化学結合を介して付着することがないため、離型効果に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るもので、（ａ）は金属芯金の斜視図、（ｂ）は金属芯金表面にオフセット防止被覆層を形成した状態の斜視図、（c）は完成した定着ローラの模式的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る定着ローラの模式的断面図である。
【図３】図２の定着ローラにおける、酸化膜に対する離型層の結合状態を説明する図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る定着ローラの模式的断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る定着ローラの模式的断面図である。
【図６】図１に示す定着ローラの作用説明図である。
【図７】図１に示す定着ローラの製造方法に係るもので、導電性保護層とバインダ層を同時に形成する方法を示す説明図である。
【図８】図１に示す定着ローラの製造方法に係るもので、バインダ層上に固定化層を形成する方法を示す説明図である。
【図９】図１に示す定着ローラを構成する各層の形状・構造を示す説明図である。
【図１０】図２に示す定着ローラを構成する各層の形状・構造を示す説明図である。
【図１１】図５に示す定着ローラを製造するに際し、導電性保護層上に酸化膜と、該酸化膜上に有機フッ素化合物からなる離型層を形成するための蒸着装置の全体構造を示す説明図である。
【符号の説明】
３：金属芯金
４：オフセット防止被覆層
５：導電性保護層
５ａ：個々の部位（隙間）
６：バインダ層
７：硬質超微粒子
８：固定化層
８ａ：撥水撥油層
９：導電性保護層
１０：酸化膜
１１：離型層
１２：オフセット防止被覆層
（めっき膜）
１３：ローラ
１４：塗布槽
１５：塗布液
１６：バルブ
１７：塗布液輸送ポンプ
１８：ローラ
１９：処理槽
２０：撥水撥油処理液
２１：モータ
２２：懸糸
２３：基体
２４：導電性保護層
２５：撥水撥油処理層
２６：超微粒子
２７：基体
２８：導電性保護層
２９：酸化膜
３０：超薄膜
３１：真空容器
３２：主バルブ
３３：真空排気装置
３４：ローラ
３５：ローラ保持機構
３６：ローラ回転機構
３７：制御系
３８：材料蒸発源
３９：制御電源
４０：イオンビーム源
４１：ビーム制御系
４２：処理用のガス導入系
４３：不活性ガス導入系
４４：電源
４５：ガス導入系
５１：顕画剤
５２：無機性硬質異物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing roller (particularly a heat fixing roller) that is hard, excellent in wear resistance and low friction, and has a non-adhesive surface layer, which is used for image formation in electrophotographic copying machines, laser printers, and the like. The present invention relates to a heat fixing apparatus including a roller and a method for manufacturing the fixing roller.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various fixing methods have been proposed and implemented as fixing devices for image forming apparatuses such as general electrophotographic copying machines. Among them, a roller fixing type, in particular, a heating roller fixing device (heat roll fixing method) in which at least one of a pair of rollers is heated by a heat source has become mainstream. Here, of the pair of rollers, the roller that contacts the surface of the recording material on the image carrying side is called a fixing roller or a heat fixing roller, and the other roller is called a pressure roller.
[0003]
In the roller fixing type fixing device, since the fixing roller is in direct contact with the image carrying surface of the recording material, a part of the developer, for example, toner constituting the image on the recording material is placed on the surface of the fixing roller. A so-called “offset phenomenon” is likely to occur in which the adhered toner adheres and is transferred again onto the recording material as the roller rotates.
[0004]
Therefore, conventionally, various means as described below have been adopted as means for preventing this offset phenomenon.
(A) An offset prevention coating layer made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene resin (hereinafter referred to as PTFE) or a high releasable material (non-adhesive material) such as silicone rubber is provided on the outer peripheral surface of the fixing roller. Thus, the releasability (non-adhesiveness) of the surface layer of the fixing roller is improved.
(B) A means for applying a release agent such as silicone oil is provided on the outer peripheral surface of the fixing roller.
(C) A rubbing cleaning means such as a blade or web for cleaning and removing contaminants on the outer peripheral surface of the fixing roller is provided.
(D) A DC bias having the same polarity as the toner of the unfixed image carried on the recording material is applied to the core of the fixing roller.
(E) A combination of the above means (a) to (d).
[0005]
However, the conventional offset prevention means (a) to (e) have the following problems.
(1) In the arrangement of the anti-offset coating layer in (a) above, a roller provided with a fluororesin coating layer such as PTFE exhibits excellent non-adhesiveness, but releasability depends on the type of toner binder resin. In some cases, a part of the toner sticks to contaminate the roller surface.
[0006]
In recent years, there has been a strong demand for higher durability of various parts such as fixing rollers due to the trend toward lower costs, improved serviceability, and regulations on industrial waste. The fixing roller provided with a coating layer of fluororesin such as PTFE has a drawback that the wear resistance is not sufficient and the life is short. The surface of the fixing roller is worn due to rubbing by a cleaning means such as a blade, a release agent applying means, a recording material separating claw, a temperature detecting element, a pressure roller, and the like. Further, the recording material passing between the fixing roller and the pressure roller is also rubbed. When a large amount of paper (recording material) is passed, paper dust is generated from the paper and adheres to the fixing roller. This paper dust is removed by a cleaning blade or the like brought into contact with the fixing roller. However, the generation of paper dust is particularly remarkable at the edge portion of the paper, and the roller is formed by various inorganic fillers contained in the paper dust. The surface is worn. The fixing roller loses its smoothness due to surface wear, and the original releasability tends to decrease.
[0007]
(2) Since the coating layer of pure fluororesin is generally insulative or highly resistant, the surface thereof is greatly charged by frictional charging due to friction with the roller contact member such as a recording material and a pressure roller, The toner on the recording material is attracted to the surface of the fixing roller by electrostatic action, so that a so-called “electrostatic offset phenomenon” easily occurs. In addition, the fluororesin is largely negatively (−) charged by sliding with the recording material or the like. When the toner has a positive (+) polarity, the toner is attracted to the electric field of the negatively charged fluororesin coating layer and easily adheres to the surface of the fixing roller due to an electrostatic offset phenomenon.
[0008]
(3) Generally, wear resistance such as fluororesin is mixed with inorganic fillers with relatively high hardness such as glass powder, silica, silicon carbide powder, diamond powder, corundum powder, metal powder such as nickel and iron. This can be improved. However, if the mixing amount is small, the effect of improving the wear resistance is not sufficient, and if the mixing amount is increased, the releasability is deteriorated, the surface property of the fixing roller is also deteriorated, and the offset preventing effect is lowered. In general, these fillers have poor dispersibility in the fluororesin, and even if they can be dispersed, the adhesiveness between the filler and the fluororesin becomes poor. Phenomena such as separation of part of the filler forming the layer occur.
[0009]
In addition, when the inorganic filler is dispersed and blended, if the dispersion is poor, the portion with less filler is first striped or mottled due to durability, and the toner is embedded in this portion and the non-adhesiveness of the fixing roller. There were many cases that caused the decline. Further, when the filler is detached, there is a problem that the toner is embedded in the detached portion, or the detached filler acts as an abrasive to accelerate the wear. Although attempts have been made to reduce the particle size of the filler, the adhesiveness between the filler and the fluororesin is poor, and conversely, the entire surface of the fluororesin layer is worn.
[0010]
(4) As a means for preventing electrostatic offset, a conductive filler such as carbon black, metal powder, low-resistance fine powder such as titanium dioxide or conductive whisker-like single crystal fiber such as potassium titanate is used for the coating layer. By mixing, the resistance of the coating layer is reduced, and the electrostatic charging phenomenon can be prevented by preventing frictional charging of the coating layer. In this case, the performance required for the conductive filler is
-Dispersibility in the coating layer material is good and uniform,
-Good adhesion to the coating layer material
・ Improved wear resistance of the coating layer,
・ Enough conductivity can be given to the coating layer,
・ Smoothness of the surface of the coating layer is obtained,
Etc.
[0011]
However, it has been difficult for conventional fillers to satisfy all of the above performances. For example, in the case of carbon or conductive whisker-like single crystal fibers, the effect of strengthening the fluororesin coating layer and improving wear resistance is not recognized so much, and the coating layer wears in a streak shape after long-term use. As a result, the surface smoothness deteriorates, and an offset phenomenon may occur or the fixability may deteriorate.
[0012]
This is because a fine powder filler such as carbon has a fine particle size and does not have a so-called filler effect for strengthening the resin. In addition, it has a disadvantage of poor dispersibility and easy secondary aggregation, and it is necessary to use more than necessary to satisfy the electrostatic offset resistance. Moreover, whisker-like single crystal fibers such as potassium titanate have a relatively large specific surface area and thus have a good electrostatic offset resistance, but the effect of improving the wear resistance is still small. This is considered that this material is relatively brittle because it is whisker-like, and it is difficult to obtain the required three-dimensional bridge structure in order to reinforce the strength of the resin in the fluororesin.
[0013]
In contrast, in recent years, an electrically conductive composition comprising amorphous silica or a silica-containing material with a two-dimensional network of antimony-containing tin oxide crystallites having an antimony content ranging from 1 to about 30% by weight of the tin oxide, Amorphous silica or shaped particles of silica-containing material, surface coated with a two-dimensional network of antimony-containing titanium oxide crystallites, or particles comprising an inert core material having an amorphous silica coating or a silica-containing coating. Examples include powders to be included, and so-called hollow double-shell conductive materials whose molded particles are amorphous silica or a hollow shell of silica-containing material, or mica whose surface has been subjected to a conductive treatment with tin oxide or antimony trioxide. (Japanese Patent Laid-Open No. 3-130849). However, it was still a granular filler and was insufficient in terms of wear resistance.
[0014]
(5) On the other hand, the release agent coating means such as silicone oil of (b), the rubbing cleaning means of (c), and the bias applying means of (d) form the offset prevention coating layer of (a). This is an auxiliary offset prevention means for the fixing roller. Dirt is reduced by supplying oil to the surface of the fixing roller by the release agent application means, but the wettability of the oil is poor, and it becomes difficult to apply evenly because it becomes mottled and mottled. there were. Accordingly, the amount of oil to be supplied has to be increased, and problems such as oil dropping on the recording material and spots are caused.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and loses the release effect of an anti-offset coating layer that realizes non-adhesiveness to a developer that forms an unfixed image on a recording material, a so-called release layer. A layer that maintains wear resistance and maintains the surface of the fuser roller conductively while maintaining the effect of preventing electrostatic offset while maintaining wear resistance and low surface free energy relative to the outermost layer of the fuser roller. The object is to drastically solve the problems of the prior art by giving it firmly.
[0016]
In particular,
(1) The anti-offset coating layer of the fixing roller The outermost surface wear resistance in order to prevent surface shape change and abrasion due to frictional wear on the roller surface while maintaining the non-adhesion and non-adhesive effects of the developer such as toner. To achieve a means to sustain lubricity and low surface free energy.
(2) To prevent the electrostatic offset of the fixing roller, the non-adhesion and non-adhesive effects of the developer such as toner are maintained while maintaining the conductivity of the roller surface.
(3) For the purpose of the above (1), in addition to the action of the anti-offset coating layer of the fixing roller, the lubricity of the outermost layer or the adhesion of the additional layer realizing low surface free energy is improved, and these fall off In order to prevent this, an additional layer is firmly formed on the anti-offset coating layer to improve durability.
(4) It is resistant to changes in the usage environment of the fixing roller or the environment in which the electrophotographic image forming apparatus incorporating the fixing roller is placed, that is, temperature change, humidity change, floating active or inactive chemical substance, and weather resistance To provide a surface of a fixing roller with excellent corrosion resistance and corrosion resistance.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in the fixing roller used in the fixing device of the electrophotographic image forming apparatus, the offset preventing coating layer is completely covered on the outer peripheral surface of the core metal, and the offset preventing coating layer is completely covered. Not and Island The conductive protective layer is formed, and a hard ultrafine particle fixed layer formed on the conductive protective layer via a binder layer. The fixed layer has a surface of the hard ultrafine particle. The fixing roller is formed by covering with a water / oil repellent layer.
[0018]
The invention according to claim 2 is characterized in that the conductive protective layer is an antistatic film comprising a large number of conductive ultrafine particles, and the hard ultrafine particles forming the immobilization layer are silicon oxide ultrafine particles. The fixing roller according to claim 1. The invention according to claim 3 is the fixing roller according to

claim

1 or 2, wherein the water and oil repellent layer covering the surface of the hard ultrafine particles is a thin film of a fluorine-containing silane compound.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the fixing roller used in the fixing device of the electrophotographic image forming apparatus, the offset preventing coating layer is completely covered on the outer peripheral surface of the core metal, and the offset preventing coating layer is completely covered. Not and Island A fixing roller comprising: a formed conductive protective layer; an oxide film formed on the conductive protective layer; and a release layer formed on the oxide film. The invention according to claim 5 is the fixing roller according to claim 4, wherein a release layer made of an organic fluorine compound is formed on the oxide film via a siloxane bond. The invention according to claim 6 is the fixing roller according to claim 5, wherein the release layer made of the organic fluorine compound is formed by vapor deposition of the organic fluorine compound. The invention according to claim 7 is the fixing roller according to claim 4, wherein the conductive protective layer is a thin film made of a hard metal. The invention according to claim 8 is the fixing roller according to claim 7, wherein the oxide film is made of an oxide of a hard metal.
[0020]
The invention according to claim 9 is the fixing roller according to any one of claims 1 to 8, wherein the offset prevention coating layer is a fluororesin layer. The invention according to claim 10 is the fixing roller according to any one of claims 1 to 8, wherein the offset prevention coating layer is a nickel plating film in which lubricating hard particles are dispersed.
[0021]
Claim 11 The invention according to claim is characterized in that the fixing roller is a heating roller. Claims 1-10 The fixing roller according to any one of the above.
[0022]
Claim 12 The invention according to Claims 1-11 A heat fixing device for an electrophotographic image forming apparatus, comprising the fixing roller according to any one of the above.
[0023]
Claim 13 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a fixing roller according to claim 1, which includes the following steps.
(1) A first step of forming a primer layer on the outer peripheral surface of the metal core, (2) a second step of forming an offset prevention coating layer on the primer layer, (3) a surface of the offset prevention coating layer A third step of performing roughening and surface modification of the roughened surface; (4) immersing the roller after the third step in a treatment liquid containing conductive fine particles and a binder agent; A fourth step of forming a conductive protective layer on the anti-offset coating layer, (5) a roller after the fourth step is made of silicon dioxide (SiO 2); ₂ ) To form a fixed layer on the conductive protective layer by dipping in a treatment liquid containing fine particles and a water / oil repellent.
[0024]
Claim 14 The present invention according to claim 4 is the method for manufacturing a fixing roller according to claim 4, and includes the following steps.
(1) A first step of forming a primer layer on the outer peripheral surface of the metal core, (2) a second step of forming an offset prevention coating layer made of a fluororesin on the primer layer, and (3) the offset prevention. A third step of roughening the surface of the coating layer, (4) a fourth step of forming a conductive protective layer made of a hard metal on the roughened surface by sputtering, and (5) the conductive protection. A fifth step of forming an oxide film made of a hard metal oxide on the layer by reactive sputtering; (6) a sixth step of activating the surface of the oxide film; and (7) an organic layer on the oxide film. A seventh step of forming a release layer comprising a fluorine compound by vapor deposition;
[0025]
Claim 15 The present invention according to claim 4 is the method for manufacturing a fixing roller according to claim 4, and includes the following steps.
(1) A first step of forming a dispersion plating film of a Ni-P matrix containing a solid lubricant by electroless plating on the outer peripheral surface of a metal core as an offset prevention coating layer, (2) the offset prevention coating layer A second step of roughening the surface; (3) a third step of forming a conductive protective film made of a hard metal on the roughened surface by sputtering; and (4) on the conductive protective layer. A fourth step of forming an oxide film made of a hard metal oxide by reactive sputtering, (5) a fifth step of activating the surface of the oxide film, and (6) an organic fluorine compound on the oxide film. A sixth step of forming a release layer comprising:
[0026]
Claim 16 The present invention according to claim 4 is the method for manufacturing a fixing roller according to claim 4, and includes the following steps.
(1) A first step of forming a dispersion plating film of a Ni-P matrix containing a solid lubricant by electroless plating on the outer peripheral surface of a metal core as an offset prevention coating layer, (2) the offset prevention coating layer A second step of roughening the surface, (3) a third step of forming a conductive protective film made of a hard metal on the roughened surface by sputtering, and (4) a surface of the conductive protective layer. Irradiating the surface with an ion beam of water to oxidize the surface of the conductive protective layer to form an oxide film and to form a hydroxyl group on the outermost surface of the oxide film; (5) the oxide film A fifth step of forming a release layer made of an organic fluorine compound on the top by vapor deposition.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First embodiment
FIG. 1A is a perspective view of a metal core, FIG. 1B is a perspective view of a state where an offset prevention coating layer is formed on the surface (outer peripheral surface) of the metal core, and FIG. It is typical sectional drawing. In FIG. 1C, for convenience of explanation, the surface of the metal core bar is exposed, but in practice, an offset prevention coating layer is formed on the entire surface of the metal core bar (described later). The same applies to FIGS.
[0028]
This fixing roller completely covers a primer layer (not shown) on the outer peripheral surface of the metal core 3, an offset prevention coating layer 4 formed on the primer layer, and the offset prevention coating layer 4. The conductive protective layer 5 formed without being exhausted and maintaining continuity, and the fixed layer 8 of the hard ultrafine particles 7 formed on the conductive protective layer 5 via the binder layer 6 are provided. The fixing layer 8 is formed by coating the surface of the hard ultrafine particles 7 with a water / oil repellent layer 8a.
[0029]
In this fixing roller, a primer layer (not shown) such as PAI (polyamideimide) is applied to the surface of a metal core 3 such as an aluminum alloy A5052 in accordance with a conventional method, and then an offset prevention coating layer 4 is laminated thereon. ing. The offset prevention coating layer 4 may be a fluororesin coating or a nickel plating film in which lubricating hard particles are dispersed, both of which form a non-adhesive surface.
[0030]
Specifically, the conductive protective layer 5 does not cover the entire surface of the anti-offset coating layer 4 on the anti-offset coating layer 4 that covers the surface of the metal core 3, and in the circumferential direction of the surface. It is formed continuously. That is, the conductive protective layer 5 serves as a protective layer that protects the surface of the anti-offset coating layer 4 while maintaining the non-adhesiveness of the anti-offset coating layer 4 to prevent the adhesion of the developer such as toner and the retention of fixing. In addition, this protective layer 5 has a structure that realizes conductivity on the surface of the fixing roller.
[0031]
However, in order to avoid the surface free energy generally becoming larger on the surface of the conductive protective layer 5 than the surface of the anti-offset coating layer 4, the immobilization layer 8 made of hard ultrafine particles 7 that realizes a hard and low surface free energy. Is formed via the binder layer 6. A thin water- and oil-repellent layer 8 a is formed on the surface of the hard ultrafine particles 7, and the hard ultrafine particles 7 are fixed by the binder layer 6. The conductive protective layer 5 is an antistatic film composed of a large number of conductive ultrafine particles, the hard ultrafine particles 7 forming the immobilization layer 8 are silicon oxide ultrafine particles, and the surface of the hard ultrafine particles 7 It is preferable that each of the water and oil repellent layers 8a covering the film is a thin film of a fluorine-containing silane compound.
[0032]
Second embodiment
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fixing roller. FIG. 3 is a view for explaining the bonding state of the release layer to the oxide film in the fixing roller. In this fixing roller, similarly to the fixing roller of FIG. 1, the conductive protective layer 9 does not cover the entire surface of the offset prevention coating layer 4 that covers the surface of the metal core 3, and the surface of the offset prevention coating layer 4. It is formed in a state of maintaining the continuity in the circumferential direction. The conductive protective layer 9 is a hard metal thin film, and a thin oxide film 10 is formed on the surface of the protective layer. As shown in FIG. 3, a thin mold release layer 11 is formed on the oxide film via a siloxane bond. Is formed. The offset prevention coating layer 4 is made of a fluororesin or a composite containing a fluororesin as a main component. Moreover, the release layer 11 is formed by the vapor deposition process of the organic fluorine compound, and implement | achieves the low surface free energy.
[0033]
Third embodiment
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the fixing roller. This fixing roller is obtained by providing a nickel plating film (composite plating film) in which hard lubricating particles are dispersed as an offset prevention coating layer 12 instead of the offset prevention coating layer 4 in the fixing roller of FIG. Other configurations are the same as those of the fixing roller of FIG.
[0034]
Fourth embodiment
FIG. 5 is a schematic sectional view of the fixing roller. This fixing roller is provided with a nickel plating film (composite plating film) in which lubricating hard particles are dispersed as an offset prevention coating layer 12 instead of the offset prevention coating layer 4 in the fixing roller of FIG. . Other configurations are the same as those of the fixing roller of FIG.
[0035]
Each configuration of the fixing roller shown in FIGS. 1, 2, 4 and 5 is as described above, but since the basic operation is common, the case of the fixing roller of FIG. 1 will be described as a representative. In FIG. 1, a conductive protective layer 5 is an antistatic film made of a large number of conductive ultrafine particles, and is formed on the anti-offset coating layer 4 with high adhesion after activating the surface of the anti-offset coating layer 4. Has been. In addition, a binder layer 6 is formed on the conductive protective layer 5, whereby a film of ultrafine particles 7 having water and oil repellency (immobilized layer 8) is formed on the conductive protective layer 5 with good adhesion. It is fixed.
[0036]
A conductive protective layer 5 formed on the anti-offset coating layer 4 of the fixing roller of FIG. 1 and a layer of water- and oil-repellent ultrafine particles 7 formed on the surface of the conductive protective layer 5 are provided on a developer such as toner and the like. Non-adherent, non-adhesive, and abrasion-resistant friction on hard components, paper dust and other foreign substances, dust and other inorganic substances, organic fine particles, fine powder, chemically active ionized gas, and charged particles that are physically easy to adhere The surface of the roller having high durability is realized by physical effects such as lubricity and low surface free energy while compensating for the easily wearable defect of the offset prevention coating layer 4 that is originally highly releasable.
[0037]
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the fixing roller shown in FIG. In this figure, the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same elements as those in FIG. In this fixing roller, a developer 51 such as a toner in a melted or solidified state is provided with a gap 5a between the conductive protective layers 5 and 5 (in each of the offset prevention coating layers 4, each of which is not covered with the conductive protective layer 5). The surface of the anti-offset coating layer 4 exhibits a non-adhesiveness and non-adhesiveness because the surface of the anti-offset coating layer 4 itself has a releasing action. The gap 5a is configured to be narrower than the size of the isolated body itself such as toner, and when the toner is melted and solidified to increase the volume, adhesion and adhesion are hardly caused. Further, when an inorganic hard foreign matter 52 such as calcium carbonate, which is one of the additives in the paper, approaches the roller surface, the surface of the anti-offset coating layer 4 can also be used when an action such as friction or pushing occurs. Is covered with hard ultrafine particles having water and oil repellency, and has a lubricating action and a low surface free energy surface. The adhesion of the foreign matter 52 is very difficult to occur.
[0038]
【Example】
Example 1
A fixing roller shown in FIG. 1C was produced. First, a primer layer such as PAI was applied to the surface of a metal core 3 such as an aluminum alloy A5052 according to a conventional method, and then an offset prevention coating layer 4 was laminated thereon with a film thickness of approximately 18 μm. As the resin material for forming the offset prevention coating layer 4, a PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) resin, which is excellent in heat resistance and releasability among fluorine-containing resins and easily forms a film, is employed. However, the present invention is not limited to this. The offset prevention coating layer 4 was fixed by applying an electrostatic powder coating of a fine powder material or applying a water-soluble dispersion, followed by firing.
[0039]
In this fixing roller, the conductive protective layer 5 and the binder layer 6 were simultaneously formed on the offset prevention coating layer 4 made of a fluororesin by a dip coating method (dip coating method). This takes into consideration the cost of the conductive protective layer 5 and the fact that the object to be processed is cylindrical. Thereafter, the immobilization layer 8 was formed on the binder layer 6 by the same dip coating method. The conductive protective layer 5 is an antistatic film made of a large number of conductive ultrafine particles. That is, as the conductive ultrafine particles, indium oxide (In ₂ O ₃ However, the present invention is not limited to this, and tin oxide (SnO) is used. ₂ ) Or a complex thereof.
[0040]
In the simultaneous film formation of the conductive protective layer 5 and the binder layer 6, the surface of the anti-offset coating layer 4 is preliminarily roughened by tape polishing or the like (Rz: about 1.0 μm), and then the surface is modified by oxygen plasma etching or the like. Done quality. As a result, the surface of the convex portion roughened is preferentially surface-modified compared to a smooth surface that is not roughened, so that the surface of the offset-preventing coating layer 4 made of a fluororesin is easily attached to the conductive protective layer 5. It was divided into fine parts that were difficult to attach. Thereafter, the roller was washed with a cleaning solution and pure water, and the inner peripheral surface of the roller was masked with a tape or the like. The simultaneous deposition of the conductive protective layer 5 and the binder layer 6 was performed according to the following procedure.
[0041]
The conductive ultrafine particles were dispersed at a concentration of 2 to 3% by weight in a solvent such as ethanol. To this dispersion, ethyl silicate Si (OC) is used as a binder agent for forming a binder layer. ₂ H ₅ ) ₄ Was added and mixed so that the silicate (solid content) concentration was about 1.0% by weight. Furthermore, in order to improve the dispersibility of the ultrafine particles, a small amount of 0.1N nitric acid was added and the pH was adjusted to obtain a coating solution. Using this coating solution, the conductive protective layer 5 and the binder layer 6 were simultaneously formed by a dip coating apparatus shown in FIG. In this case, the coating tank 14 is filled with the coating solution 15 and the roller 13 (the metal core 3 with the offset preventing coating layer formed thereon) is immersed therein, and then the coating solution transport pump 17 is operated and the valve 16 is opened. The coating liquid 15 was slowly discharged from the coating tank 14. At this time, the discharging speed of the coating liquid 15 (the liquid level lowering speed) was approximately 15 mm / s.
[0042]
Thereafter, the immobilization layer 8 was laminated on the binder layer 6 in the following manner. SiO with an average particle size of 150 nm ₂ Ultrafine particles are dispersed in ethanol at a concentration of 5 to 6% by weight. To this dispersion, 0.05 to 0.1 mol% of a fluoroalkylsilane compound as a water and oil repellent agent is added and sufficiently stirred. To the stirring liquid, ethyl silicate Si (OC ₂ H ₅ ) ₄ Is added to an ethanol solution adjusted to a solid content concentration of slightly less than 1% by weight, and pure water and 0.1N nitric acid are added to this solution to adjust the pH to a weak acidity to thereby make the water / oil repellent treatment solution 20 (FIG. 8). As the water / oil repellent, a fluorine-containing silane compound such as CF ₃ (CF ₂ ) ₅ CH ₂ CH ₂ Si (OCH ₃ ) ₃ A fluoroalkylsilane compound such as is effective, but it is also effective if one or more chlorosilane compounds and alkoxysilane compounds are contained in addition to this compound.
[0043]
As shown in FIG. 8, the treatment tank 19 is filled with a water / oil repellent treatment liquid 20, and the roller 18 on which the conductive protective layer 5 and the binder layer 6 are simultaneously formed is suspended by a suspension 22 to treat the treatment liquid 20. Then, the film was gradually pulled up by the motor 21 to perform dip coating. The pulling speed was approximately 3 mm / s. The roller 18 was placed in a baking furnace at about 200 ° C., and the water / oil repellent treatment solution was baked for 40 minutes. As a result, the solvent (ethanol) in the water / oil repellent treatment liquid evaporates and dissipates, and the fluorine-containing silane compound becomes SiO 2. ₂ The ultrafine particles and the binder layer 6 are firmly bonded (see FIG. 1C).
[0044]
The structure of the immobilization layer 8 formed in this manner is as shown in FIG. A conductive protective layer 24 is formed in an island shape on the offset prevention coating layer of the roller base 23 (see reference numeral 5 in FIG. 6), and a water / oil repellent treatment layer 25 is formed on the island, thereby repelling it. The ultrafine particles 26 subjected to water / oil repellent treatment are fixed. The dip coating apparatus of FIG. 7 has an advantage that the coating film thickness can be made uniform by a simple method, and the dip coating apparatus of FIG. 8 can form a very thin coating film with a uniform film thickness. There are advantages.
[0045]
Example 2
The fixing roller shown in FIG. 2 was produced. A primer layer such as PAI was applied to the surface of the same metal core 3 as in FIG. 1 by a conventional method, and an offset prevention coating layer 4 was laminated thereon with a film thickness of about 18 μm. The offset prevention coating layer 4 was formed of a PFA resin that is excellent in heat resistance and releasability among the fluorine-containing resins and is easy to form a film.
[0046]
Next, a conductive protective layer 9, which is a hard metal thin film, was formed on the offset prevention coating layer 4 to a thickness of 0.4 μm. In this case, the offset-preventing coating layer 4 was previously roughened by polishing paper or blasting, and a hard metal thin film of chromium or nickel was formed thereon by sputtering. Next, in the final step of sputtering, reactive sputtering was employed to form an oxide film 10 made of a hard metal oxide having a thickness of about 10 nm on the conductive protective layer 9. Further, an ultrathin film release layer 11 having a thickness of several nm was laminated on the oxide film. This release layer 11 was formed by vapor-depositing an organic fluorine compound (fluoroalkylsilane).
[0047]
FIG. 3 is an enlarged view of a part of the release layer 11 of FIG. 2 made of fluoroalkylsilane. Since this release layer is formed by vapor deposition after the thin oxide film 10 is activated by ion beam irradiation or the like, the chemical adsorption sites of the organic fluorine compound can be formed on the oxide film 10 with high density, and the vapor deposition is performed in a vacuum. Thus, a chemical reaction was caused with the hydroxyl group on the inorganic surface of the oxide film 10, and as shown in FIG. 3, it could be firmly bonded to the surface of the oxide film 10 by a siloxane bond. The laminated film formed in this way is as shown in FIG. 10, in which a conductive protective layer 28 is formed in an island shape on a roller base 27, and a superoxide made of an organic fluorine compound is formed on a thin oxide film 29. A thin film 30 is formed to retain the releasing action.
[0048]
Example 3
The fixing roller shown in FIG. 4 was produced. On the surface of the same metal core 3 as shown in FIG. 1, a hard and highly lubricated plating film was formed as the offset prevention coating layer 12. In this case, the inner surface of the metal core was masked, and a Ni-P matrix (fine particle) dispersed plating film was formed by electroless plating. For this purpose, the dispersion plating solution is used to improve the lubricity of the plating film and to ensure low friction (solid lubricant (PTFE, graphite, MoS). ₂ Etc.) and sodium hypophosphite as a reducing agent. The particle diameter of the dispersed fine particles was several μm. Such Ni-P matrix dispersion plating using sodium hypophosphite has a P content of about 9% by weight and an amorphous structure of the matrix, and its surface hardness is about 550 Vickers. . Thereafter, in the same manner as in Example 2, the conductive protective layer 5, the binder layer 6 and the fixing layer 8 (the layer of the hard ultrafine particles 7 coated with the water / oil repellent layer 8a) are laminated on the plating film 12. did.
[0049]
Example 4
A fixing roller shown in FIG. 5 was produced. The metal core 3 is the same as that shown in FIG. 2, but the offset prevention coating layer 12 is not a fluororesin layer but a hard and highly lubricated plating film. In the formation of the plating film, the inner surface of the metal core was masked, and Ni—P matrix dispersion plating was performed by electroless plating in the same manner as in Example 3. Thereafter, the conductive protective layer 9 on the plating film 12, the thin oxide film 10 made of a hard metal oxide formed by oxidizing the surface of the conductive protective layer, and the release layer made of an organic fluorine compound (Ultrathin film) 11 was formed.
[0050]
When the fixing roller shown in FIG. 5 was produced, the oxide film 10 was formed and the ultrathin film release layer 11 made of an organic fluorine compound was deposited on the oxide film 10 by the apparatus shown in FIG. The symbols shown in this figure will be described. 31 is a vacuum vessel, 32 is a main valve, 33 is an evacuation device, 34 is a roller (a metal core having an oxide film 10 formed as the uppermost layer), and 35 is a roller holding mechanism. , 36 is a roller rotation mechanism, 37 is a control system, 38 is a material evaporation source, 39 is a control power source, 40 is an ion beam source, 41 is a beam control system, 42 is a gas introduction system for processing, and 43 is an inert gas introduction. The system 44 is a power source.
[0051]
In FIG. 11, a vacuum vessel 31 is evacuated through a main valve 32 by a vacuum evacuation device 33 equipped with a turbo molecular pump or a cryopump as a main evacuation pump. ^-5 It can be maintained below Pa. The roller 34 is obtained by forming the conductive protective layer 9 on the offset preventing coating layer 12 (see FIG. 5). The roller 34 is held in the vacuum container 31 by a roller holding mechanism 35 and can be rotated at a predetermined speed by a roller rotating mechanism 36. A control system 37 for controlling the rotation speed is connected to the roller rotation mechanism 36. In this control system, a high voltage is applied to the roller 34, and an inert gas such as argon is introduced from the gas introduction system 45. A power supply for reverse sputtering is also included.
[0052]
Argon gas was introduced into the roller 34 set in the vacuum vessel 31 for about 30 to 60 seconds. ^-1 In a vacuum of about Pa, reverse sputtering was performed with a high-frequency power of 200 W to remove contaminants on the surface of the conductive protective layer. Thereafter, the vacuum was evacuated to the background pressure, and an ion beam of water was irradiated from the ion beam source 40. The ion beam source 40 includes an ion beam source power source for generating and controlling ions, a beam control system 41 for controlling the width and direction of the beam, an inert gas introduction system 43, and a gas introduction system 42 for processing such as water. The mixed process gas was ionized and irradiated in the vicinity of the roller surface in the form of a beam. In the ion beam irradiation of water, the intensity of the beam irradiated from the ion beam source 40 is changed to an ion irradiation amount of 5 × 10 on the roller surface. ¹⁴ ions / cm ² The acceleration voltage was 380 V for about 50 seconds.
[0053]
By this ion beam irradiation, the surface of the conductive protection layer 9 of the roller 34 is changed to a thin oxide film 10 and a hydroxyl group that is chemically bonded to the oxide film is formed on the oxide film, thereby forming chemical adsorption sites at a high density. I was able to. That is, the oxide film 10 is formed by oxidizing the surface of the Ni-P matrix dispersion plating film by water ion beam irradiation.
[0054]
After this ion beam irradiation treatment, a release layer 11 (ultra-thin film) of an organic fluorine compound was formed by a vacuum evaporation method using a material evaporation source 38. The material evaporation source 38 controlled the evaporation amount by a control power source 39. The vapor deposition material was heated and evaporated in a vacuum by heating an evaporator in which an organic fluorine compound such as fluoroalkylsilane was immersed and fixed in a metal lump such as inorganic fine powder or steel wool. The heating method may be resistance heating, but electron beam heating with better controllability of evaporation and less contamination is more desirable.
[0055]
The material is not limited to fluoroalkylsilane, and organic fluorine compounds such as fluoroalkylsilane compounds having a functional group such as chloro group, cyano group, and amino group can be used. These organic fluorine compounds cause a chemical reaction with a hydroxyl group that is strongly chemically bonded to the thin oxide film 10 of the roller 34, and a strong bond is generated on the surface of the inorganic material by siloxane bond: SiO. The thin release layer 11 made of an organic fluorine compound formed as described above has -CF on the surface. ₃ The structure has an oriented group. This -CF ₃ Fluorocarbons such as groups have a high electronegativity of fluorine F, so that the bond energy between C-F is large and the chemical stability is high, so that other elemental substances are attached via chemical bonds. Since there is no, there is an excellent mold release effect.
[0056]
Example 5
The fixing rollers (A) to (D) of the present invention described below are mounted on a fixing unit of an electrophotographic Ricoh copier MF4570 and used as a heat fixing roller. Compared with (E). The metal cores (base tubes) of the fixing roller are all made of an aluminum alloy of the same material and thickness.
[0057]
(A) The fixing roller shown in FIG. Conductive PFA resin was powder coated on the surface of the metal core, and this coating film was baked. The fired film was polished and then fired again to form the offset preventing coating layer 4. A conductive protective film 5 was formed on the anti-offset coating layer, and water and oil repellent hard ultrafine particles 7 were fixed thereon (fixed layer 8 was formed).
(B) The fixing roller shown in FIG. An offset prevention coating layer 4 was formed on the surface of the metal core as in (A), and a conductive protective layer 9, an oxide film 10, and a thin release layer 11 made of an organic fluorine compound were formed thereon.
(C) The fixing roller shown in FIG. A nickel plating film in which lubricious hard particles are dispersed is formed as an offset prevention coating layer 12 on the surface of the metal core, and a conductive protective film 5 is formed thereon. Further, a water / oil repellent hard ultrafine particle is formed thereon. 7 was fixed (fixed layer 8 was formed).
(D) The fixing roller shown in FIG. A nickel plating film in which lubricating hard particles are dispersed is formed as an offset prevention coating layer 12 on the surface of the metal core, and a thin mold release made of a conductive protective film 9, an oxide film 10, and an organic fluorine compound is formed thereon. Layer 11 was formed.
(E) After coating the surface of the metal core with PFA powder, this coating film was baked, the fired film was polished, and then refired to form an offset preventing coating layer (not shown).
[0058]
The evaluation results of the fixing rollers (A) to (E) are shown in Table 1 below. The evaluation criteria are as follows.
A: Particularly excellent characteristics
○: Excellent characteristics
Δ: Slightly superior characteristics
×: Characteristics are inferior
[0059]
[Table 1]

[0060]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a fixing roller that provides the following effects can be provided.
(1) An anti-offset coating layer and a conductive protective layer thereon are formed in the form of the present invention, and the outermost layer is fixed with water- and oil-repellent hard ultrafine particles, or an ultra-thin film made of organic fluorine is separated. By using a fixing roller formed by vapor-depositing the mold layer in an actual fixing device, even if the developer such as toner is melted or solidified and enters the gap of the conductive protective layer, the offset prevention coating layer The surface of itself exhibits non-adhesiveness and non-adhesiveness because it has a releasing action. This gap (gap) is configured to be narrower than the size of the isolated body itself such as toner, and it is more difficult to adhere and stick when the toner is melted and solidified to increase its volume. In addition, when an inorganic hard foreign material such as calcium carbonate, which is one of the paper additives, comes to the roller surface, most of the surface of the anti-offset coating layer is repellent even if there is an effect such as friction or indentation. It is covered with hard ultrafine particles and a very thin release layer with a water / oil repellency surface, and it has a lubrication effect and low surface free energy surface, so surface deformation, scratches and adhesion are very difficult to occur. .
[0061]
(2) For the anti-offset coating layer of the fixing roller, in order to prevent the surface shape change due to frictional wear of the roller surface and wear loss while maintaining the non-adhesion and non-adhesive effect of the developer such as toner of this coating layer The conductive protective layer and the outermost surface wear resistance / lubricity and low surface free energy can be maintained, preventing offset caused by toner adhesion to the fixing roller, and accurately preventing scuffing and scratches from the paper edge. be able to. In addition to the action of the anti-offset coating layer, it improves the adhesion of the ultrafine particle layer that achieves the lubricity of the outermost layer or low surface free energy, and it is firmly on the anti-offset coating layer in order to prevent these from falling off. It was possible to improve durability. Furthermore, it is possible to maintain the non-adhesion and non-adhesion effects of the developer such as toner while maintaining the conductivity of the roller surface. Furthermore, the offset prevention coating layer of the fixing roller can be easily formed with an electroless plating bath that can omit high-temperature heating and baking, regardless of the formation of a fluororesin coating film, thus saving resources and energy.
[0062]
(3) About the anti-offset coating layer of the fixing roller Protective layer for preventing surface shape change due to frictional wear on the roller surface and wear loss while maintaining the non-adhesion and non-adhesive effect of the developer such as toner on this coating layer Further, the wear resistance, lubricity and low surface free energy on the outermost surface can be maintained, offset prevention due to toner adhesion to the fixing roller, and abrasion and scratches on the paper edge can be prevented. In addition to the action of the anti-offset coating layer of the fixing roller, the ultra-thin mold release layer that realizes the lubricity of the outermost layer or low surface free energy can be firmly formed on the outermost surface of the roller via a siloxane bond. We were able to improve.
[0063]
(4) As in (3) above, to prevent electrostatic offset of the fixing roller, it is possible to maintain the non-adhesion and non-adhesion effects of the developer such as toner while maintaining the conductivity of the roller surface. became. The offset prevention coating layer of the fixing roller can be simply formed with an electroless plating bath that can omit high-temperature heating and baking, regardless of the formation of a fluororesin coating film, thus saving resources and energy.
[0064]
(5) A chemical reaction is caused with a hydroxyl group firmly bonded to the thin oxide layer on the outermost surface of the conductive protective layer of the fixing roller by a chemical bond, and a strong bond is formed on the surface of the inorganic substance by siloxane bond: O—Si—O. I was able to. The thin release layer made of an organic fluorine compound made by the method of the present invention is advantageous in that the surface of the release layer can be advantageously formed on the surface in comparison with a solution or other processes by performing a vacuum deposition process together with a pretreatment by an ion beam. ₃ It has a structure in which groups are oriented, and —CF ₃ Fluorocarbons such as groups have a large electronegativity of fluorine F, a large bond energy between C-F, and high chemical stability, so that other elemental substances do not attach via chemical bonds. Excellent mold release effect.
[Brief description of the drawings]
1A is a perspective view of a metal core bar according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view of a state where an offset prevention coating layer is formed on the surface of the metal core metal; (C) is a schematic cross-sectional view of the completed fixing roller.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a fixing roller according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a bonding state of a release layer to an oxide film in the fixing roller of FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a fixing roller according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a fixing roller according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is an operation explanatory view of the fixing roller shown in FIG. 1. FIG.
7 is an explanatory diagram showing a method for forming a conductive protective layer and a binder layer at the same time, according to the method for manufacturing the fixing roller shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a method for forming a fixing layer on a binder layer according to the method for manufacturing the fixing roller shown in FIG. 1;
FIG. 9 is an explanatory view showing the shape and structure of each layer constituting the fixing roller shown in FIG. 1;
10 is an explanatory view showing the shape and structure of each layer constituting the fixing roller shown in FIG. 2. FIG.
11 shows the overall structure of a vapor deposition apparatus for forming an oxide film on a conductive protective layer and a release layer made of an organic fluorine compound on the oxide film when the fixing roller shown in FIG. 5 is manufactured. It is explanatory drawing.
[Explanation of symbols]
3: Metal cored bar
4: Offset prevention coating layer
5: Conductive protective layer
5a: Individual part (gap)
6: Binder layer
7: Hard ultrafine particles
8: Immobilization layer
8a: Water and oil repellent layer
9: Conductive protective layer
10: Oxide film
11: Release layer
12: Offset prevention coating layer
(Plating film)
13: Roller
14: Application tank
15: Coating liquid
16: Valve
17: Coating liquid transport pump
18: Laura
19: Treatment tank
20: Water and oil repellent treatment liquid
21: Motor
22: Suspension
23: Substrate
24: Conductive protective layer
25: Water and oil repellent treatment layer
26: Ultrafine particles
27: Substrate
28: Conductive protective layer
29: Oxide film
30: Ultra thin film
31: Vacuum container
32: Main valve
33: Vacuum exhaust device
34: Roller
35: Roller holding mechanism
36: Roller rotation mechanism
37: Control system
38: Material evaporation source
39: Control power supply
40: Ion beam source
41: Beam control system
42: Gas introduction system for processing
43: Inert gas introduction system
44: Power supply
45: Gas introduction system
51: Developer
52: Inorganic hard foreign matter

Claims

In a fixing roller used in a fixing device of an electrophotographic image forming apparatus,
An offset-preventing coating layer on the outer peripheral surface of the metal core, a conductive protective layer formed in an island shape on the offset-preventing coating layer without completely covering it, and a binder on the conductive protective layer Comprising a fixed layer of hard ultrafine particles formed through a layer,
The fixing roller, wherein the fixing layer is formed by coating the surface of hard ultrafine particles with a water / oil repellent layer.

2. The fixing according to claim 1, wherein the conductive protective layer is an antistatic film composed of a large number of conductive ultrafine particles, and the hard ultrafine particles forming the fixing layer are silicon oxide ultrafine particles. roller.

The fixing roller according to claim 1, wherein the water / oil repellent layer covering the surface of the hard ultrafine particles is a thin film of a fluorine-containing silane compound.

In a fixing roller used in a fixing device of an electrophotographic image forming apparatus,
An anti-offset coating layer on the outer peripheral surface of the cored bar, and on the anti-offset coating layer, a conductive protective layer formed in an island shape without completely covering it, and formed on the conductive protective layer A fixing roller, comprising: an oxide film formed on the oxide film; and a release layer formed on the oxide film.

The fixing roller according to claim 4, wherein a release layer made of an organic fluorine compound is formed on the oxide film via a siloxane bond.

The fixing roller according to claim 5, wherein the release layer made of an organic fluorine compound is formed by vapor deposition of an organic fluorine compound.

The fixing roller according to claim 4, wherein the conductive protective layer is a thin film made of a hard metal.

The fixing roller according to claim 7, wherein the oxide film is made of a hard metal oxide.

The fixing roller according to claim 1, wherein the offset prevention coating layer is a fluororesin layer.

The fixing roller according to claim 1, wherein the offset prevention coating layer is a nickel plating film in which lubricious hard particles are dispersed.

The fixing roller according to claim 1 , wherein the fixing roller is a heating roller.

A heat fixing device for an electrophotographic image forming apparatus, comprising the fixing roller according to claim 1 .

The method for manufacturing a fixing roller according to claim 1, comprising the following steps.
(1) a first step of forming a primer layer on the outer peripheral surface of the metal core;
(2) a second step of forming an anti-offset coating layer on the primer layer;
(3) a third step of roughening the surface of the anti-offset coating layer and modifying the surface of the roughened surface;
(4) A fourth step of forming a conductive protective layer on the anti-offset coating layer by immersing the roller after the third step in a treatment liquid containing conductive fine particles and a binder agent;
(5) A fixed layer is formed on the conductive protective layer by immersing the roller after the fourth step in a treatment liquid containing silicon dioxide (SiO ₂ ) fine particles and a water / oil repellent. Process.

The method for manufacturing a fixing roller according to claim 4, comprising the following steps.
(1) A first step of forming a primer layer on the outer peripheral surface of the metal core (2) A second step of forming an offset prevention coating layer made of a fluororesin on the primer layer,
(3) a third step of roughening the surface of the offset preventing coating layer;
(4) A fourth step of forming a conductive protective layer made of a hard metal on the roughened surface by sputtering,
(5) a fifth step of forming an oxide film made of a hard metal oxide on the conductive protective layer by reactive sputtering;
(6) a sixth step of activating the oxide film surface;
(7) A seventh step of forming a release layer made of an organic fluorine compound on the oxide film by vapor deposition.

The method for manufacturing a fixing roller according to claim 4, comprising the following steps.
(1) a first step of forming a dispersion plating film of a Ni-P matrix containing a solid lubricant by electroless plating as an offset prevention coating layer on the outer peripheral surface of a metal core;
(2) a second step of roughening the surface of the offset preventing coating layer;
(3) A third step of forming a conductive protective film made of a hard metal on the roughened surface by sputtering,
(4) a fourth step of forming an oxide film made of a hard metal oxide on the conductive protective layer by reactive sputtering;
(5) a fifth step of activating the oxide film surface;
(6) A sixth step of forming a release layer made of an organic fluorine compound on the oxide film by vapor deposition.

The method for manufacturing a fixing roller according to claim 4, comprising the following steps.
(1) a first step of forming a dispersion plating film of a Ni-P matrix containing a solid lubricant by electroless plating as an offset prevention coating layer on the outer peripheral surface of a metal core;
(2) a second step of roughening the surface of the offset preventing coating layer;
(3) A third step of forming a conductive protective film made of a hard metal on the roughened surface by sputtering,
(4) By irradiating the surface of the conductive protective layer with an ion beam of water, the surface of the conductive protective layer is oxidized to form an oxide film, and a hydroxyl group is formed on the outermost surface of the oxide film. The process of
(5) A fifth step of forming a release layer made of an organic fluorine compound on the oxide film by vapor deposition.