JP4233277B2

JP4233277B2 - フッ素樹脂チューブ状物

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Publication number: JP4233277B2
Application number: JP2002191221A
Authority: JP
Inventors: 信郎大山; 裕康菊川
Original assignee: W.L.Gore&Associates G.K.; W.L.Gore&Associates,Co.,LTD.; Japan Gore Tex Inc
Current assignee: W.L.Gore&Associates G.K.; W.L.Gore&Associates,Co.,LTD.; Japan Gore Tex Inc
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: WO2003056396A1; US20050064122A1; EP1469361A1; EP1469361A4; JP2003254324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素樹脂からなるチューブ状物と該チューブ状物を用いた定着ロール及び定着ベルトと、さらにそれらの定着ロール又は定着ベルトを用いた定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機あるいはレーザービームプリンター等の画像形成装置においては、感光体ドラムを均一に帯電する帯電工程、感光体ドラムに静電潜像を形成する露光工程、トナーによって静電潜像を可視化する現像工程、感光体ドラム上のトナーを転写材に転写する転写工程、転写材とトナーを定着させる定着工程、及び転写工程後に感光体ドラム上に残ったトナーを清掃するクリーニング工程を経て画像を形成している。
近年、電子写真方式の画像形成装置において、資源の有効利用を図るうえで、装置の安定性の向上、高信頼性の確保、ランニングコストの低減が求められている。この対策の一つとしてワックストナーを使うことによる定着ロールや定着ベルト等の定着部材表面への離型オイルの供給をなくすことが検討されているが、離型オイルの供給をなくすと、ペーパーエッジや温度センサー当接による定着部材の表層摩耗の進行がはやくなる問題がある。また、複写機・レーザープリンターの高速化に伴い、定着部材への負荷も高まっており、この理由からも定着部材寿命の確保が難しくなっている。
特にカラー画像定着において用いられるソフトロールは、摩耗に対する離型剤の効果が顕著であり、離型剤を供給しないとシリコーンゴムやフッ素ゴムのソフトロール表層は数百枚のプリント程度で傷や摩耗が発生する場合がある。このためソフトロールの最外層には、電子写真学会第３３巻第１号（１９９４）、あるいは特公昭５８−４３７４０号公報に記載されているような芯金の回りにシリコーンゴム弾性体を形成した後、その上に耐摩耗性を備えた離型層としてＰＦＡチューブを被覆した定着部材が提案されている。しかしながら、このＰＦＡチューブについても近年の電子写真装置の高速化、オイルレス定着化に伴って要求される耐摩耗性を満足しているとはいえず、定着部材寿命を長くするために表層離型層をより厚くする必要がある。
【０００３】
他方、高画質のカラー定着画像を得るには、定着ロール表面が記録用紙表面の凹凸に追従し、未定着トナー画像全体に渡り均一に接触することが重要である。定着ロール表面が均一に接触しないと、未定着トナー画像内でトナー溶融の程度に不均一が生じ、定着画像の光沢ムラが発生し画質が低下する。ＰＦＡ等のフッ素樹脂は、シリコーンゴムやフッ素ゴムに比べ弾性率が小さく歪が生じにくいため、記録用紙表面の凹凸に追従しにくい。そこで最外層をフッ素樹脂で構成するときはなるべく薄層にしてロール表面が記録用紙表面の凹凸に追従し易くすることが重要である。
また、高速でカラー画像の画像定着を行い、かつ消費電力を低く抑えるためにはロールの熱容量を小さくするほうが良く、また熱伝導性が良いことが要求される。このような観点からもフッ素樹脂層はなるべく薄いほうが良い。
また、薄い金属やポリイミド等の耐熱性樹脂からなるベルト上に離型層を形成した定着ベルトを用い、比較的長い定着ニップ部を有するベルト式定着装置を用いる場合も、ベルトの熱容量が小さい方が良く、又熱伝導が良いことが要求される。このため、このような定着ベルトにフッ素樹脂層を形成する場合にも、なるべく薄層にすることが重要になる。
しかしながら、一般に定着ロールと定着ベルトの表層として使用されているＰＦＡあるいはＰＴＦＥから成るフッ素樹脂チューブの層厚は、成形上２５μｍ以下にすることが極めて困難である。このため更なる高画質化、省エネルギー化のためには、厚み２５μｍ以下のフッ素樹脂離型層が望まれている。また、チューブ径についても一般に成形上φ５０ｍｍ以上のものは製造できないため、大径ロールに適用できない問題もある。
このように高画質化・省エネルギー化の観点からは定着部材における離型表層の厚みを薄くすることが有利に作用するが、他方、表層寿命確保の観点からみると現状の離型表層では厚みを厚くする必要がある。近年、これら相反する要求を同時に満たす離型表層が求められてきた。
【０００４】
フッ素樹脂チューブの製造方法については、これまでにもいくつか提案されているが、前記要望に応えるものは未だ開発されていない。例えば、ＰＴＦＥ製チューブは、フッ素樹脂チューブの中でも耐熱性、離型性に特に優れており、前記離型表層として最適であるが、ＰＴＦＥは溶融粘度が高く、一般の熱可塑性樹脂のように溶融押出し成形ができないため、一般にＰＴＦＥ粉末とナフサ、キシレンのような液状潤滑剤を均一に混和し、得られたペースト状混和物をチューブ状に押出し、次いで液状潤滑剤を抽出あるいは乾燥により除去するという、ペースト押出法により成形されている。しかしながら、このペースト押出法による場合、チューブを薄肉化しようとすると押出圧力が大きくなり、変肉が生じたり、外観が悪化したりするため、薄肉化に限界があった。
特開昭５０−１３６３６７号公報には、金属線状体上にフッ素樹脂塗料を塗布して焼付け、皮膜を形成させたのち、この皮膜線状体を少なくともフッ素樹脂皮膜が該線状体への密着性を失うまで引伸ばし、しかるのちに金属線状体を引抜くことを特徴とする薄肉のフッ素樹脂チューブの製造方法が開示されている。しかしこの方法によれば、肉厚の均一性が得られにくいこと、得られたチューブの耐摩耗性や強度、表面の平滑性等が不十分であるという問題があった。
特開平４−２９６３３２号公報には、０．０２〜０．４重量％のパーフルオロアルキルビニルエーテル又はヘキサフルオロプロピレンを含む変性ＰＴＦＥからなり、内径寸法を肉厚寸法で除した値が３００以上であることを特徴とする薄肉のフッ素樹脂チューブが開示されている。しかしこの方法でも、肉厚を薄くするほどピンホールの発生や強度の低下が顕著であり、実質的に肉厚４０μｍ以下のチューブを得ることが困難であること、内径６０ｍｍ以上の大口径チューブの製造が困難であること、又ＰＴＦＥを変性させることにより耐熱性が低下するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電子写真用の定着ロールや定着ベルトの表層として好適なフッ素樹脂チューブ状物、それを表層として用いた定着ロール及び定着ベルト、さらにそれらの定着ロールや定着ベルトを用いた定着装置を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、以下に示すチューブ状物、電子写真用定着ロール及び定着ベルト、さらに定着装置が提供される。
（１）充実フッ素樹脂膜を巻回積層接着して形成されたチューブ状物であって、該膜の巻回数が２以上であることを特徴とするフッ素樹脂チューブ状物。
（２）該膜の厚みが２０μｍ以下であることを特徴とする前記（１）に記載のフッ素樹脂チューブ状物。
（３）該膜が充実ポリテトラフルオロエチレンからなることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のフッ素樹脂チューブ状物。
（４）該チューブ状物の最大肉厚が２〜３００μｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物。
（５）該チューブ状物の最大肉厚が２〜９０μｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物。
（６）該チューブ状物の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物。
（７）該チューブ状物の引張強度が８０Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物。
（８）該チューブ状物の波長５００ｎｍの光に対する光線透過率が３５〜９５％であることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物。
（９）前記（１）〜（８）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物の内面に接着性向上のためにの表面処理を施したことを特徴とするフッ素樹脂チューブ状物。
（１０）前記（１）〜（９）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物であって、該膜の厚みが０.１〜２０μｍで該チューブ状物の最大肉厚が２〜９０μｍであるものを表層に用いたことを特徴とする定着ロール。
（１１）前記（１）〜（９）のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物であって、該膜の厚みが０.１〜２０μｍで該チューブ状物の最大肉厚が２〜９０μｍであるものを表層に用いたことを特徴とする定着ベルト。
（１２）前記（１０）に記載の定着ロールを用いたことを特徴とする定着装置。
（１３）前記（１１）に記載の定着ベルトを用いたことを特徴とする定着装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のチューブ状物は、充実構造のフッ素樹脂膜を素材として用い、これを巻回積層接着することにより製造される。このフッ素樹脂膜としては、充実構造を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）膜、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）膜、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）膜等が用いられる。ＰＦＡとＦＥＰについては熱溶融性であるため押出しインフレーション法、キャスティング法等により厚み１０μｍ以下の薄膜を製造することが容易にでき、得られたフッ素樹脂膜は充実構造と、高い平滑性（Ｒａが０．５μｍ以下）を有する。ＰＴＦＥについては、ＰＴＦＥ膜の製法として一般に用いられているスカイビング法では厚み５０μｍ以下の膜を製造することは極めて困難であるが、延伸多孔質ＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）フィルムを熱プレスして製造する方法により、厚み１０μｍ以下の充実薄膜を製造することが可能である。この方法により製造された充実ＰＴＦＥ膜は延伸工程を経ているため、スカイビング法等により製造されたＰＴＦＥ膜と比較して引張り強度が大きく、耐摩耗性に優れるとともに、高い表面平滑性、高い光線透過率（透明性が高い）等の優れた特徴を有する。
本発明に用いられるフッ素樹脂膜としては、前記ｅＰＴＦＥフィルムを熱プレスして製造される充実ＰＴＦＥ膜が耐熱性、離型性、強度、耐摩耗性等に優れているため特に好ましい。
【０００８】
ここで、ｅＰＴＦＥフィルムとは、ＰＴＦＥのファインパウダーを成形助剤と混合することにより得られるペーストの成形体から、成形助剤を除去した後、高温高速度で延伸、さらに必要に応じて焼成することにより得られるもので、一軸延伸の場合、ノード（折り畳み結晶）が延伸方向に直角に細い島状となっていて、このノード間を繋ぐようにすだれ状にフィブリル（折り畳み結晶が延伸により解けて引出された直鎖状の分子束）が延伸方向に配向している。そして、フィブリル間、又はフィブリルとノードとで画される空間が空孔となった繊維質構造となっている。また、二軸延伸の場合には、フィブリルが放射状に広がり、フィブリルを繋ぐノードが島状に点在して、フィブリルとノードとで画された空間が多数存在するクモの巣状の繊維質構造となっている。
【０００９】
このｅＰＴＦＥフィルムは、１軸延伸ｅＰＴＦＥフィルムであってもよいし、２軸延伸ｅＰＴＦＥフィルムであってもよいが、好ましくは２軸延伸ｅＰＴＦＥフィルムである。２軸延伸されたｅＰＴＦＥフィルムは、２軸方向に延伸されているため、１軸延伸されたｅＰＴＦＥフィルムよりも異方性が低く、ＴＤ方向（フィルム幅方向）、ＭＤ方向（フィルム長さ方向）ともに高い強度のＰＴＦＥ膜を得ることができる。
本発明で好ましく用いられるｅＰＴＦＥフィルムにおいて、その空孔率は１０〜９５％、好ましくは４０〜９０％でる。
空孔率は、ＪＩＳＫ６８８５の見掛け密度測定に準拠し、測定した見掛け密度（ρ）より次式で計算して求めた値である。（以下同じ。）
空孔率（％）＝(２．２−ρ)／２．２×１００（ａ）
また、そのＴＤ方向の延伸倍率は、１００〜５０００％、好ましくは１００〜２０００％であり、そのＭＤ方向の延伸倍率は、１００〜５０００％、好ましくは１００〜２０００％である。このｅＰＴＦＥフィルムにより得られる充実膜の縦方向と横方向の引張強度比率は、ｅＰＴＦＥフィルムにおけるそのＴＤ方向とＭＤ方向の延伸倍率で調節することができる。例えば、ＴＤ方向の延伸倍率：１２００％、ＭＤ方向の延伸倍率：６００％の条件で製造されたｅＰＴＦＥフィルムを原料フィルムとして用いて作製した充実膜において、そのｅＰＴＦＥフィルムのＴＤ方向に相当する方向の引張強度は、原料フィルムのＭＤ方向に相当する方向の引張強度の約２倍となる。
【００１０】
本発明のチューブ状物形成用の素材フィルムとなる充実ＰＴＦＥ膜を製造するには、先ず、前記ｅＰＴＦＥフィルムを、第１圧縮工程において、その融点未満の温度で圧縮（加圧）して圧延フィルムを得る。この場合、その圧縮温度は、ＰＴＦＥの融点よりも低い温度であれば特に制約されないが、通常１℃以上、好ましくは１００℃以上低い温度である。圧縮温度が融点以上になると充実フィルムの収縮が大きくなる。その圧縮条件は、得られるフィルムの空孔率が５０％以下、好ましくは２０％以下、より好ましくは１０％以下となるような条件である。圧縮力は、面圧で通常０．５〜６０Ｎ／ｍｍ²、好ましくは１〜５０Ｎ／ｍｍ²である。圧縮装置としては、フィルムを圧縮することができる装置であれば特に制約されないが、カレンダーロール装置やベルトプレス装置等、ロール間、又はベルト間を通して圧縮するタイプの装置が好ましく用いられる。カレンダーロール装置やベルトプレス装置を用いれば、ロール間、又はベルト間にフィルムが挟み込まれる際に、ｅＰＴＦＥフィルム内部に含まれる空気やｅＰＴＦＥフィルムの層間に存在する空気が、ｅＰＴＦＥフィルム外部へ押出され易いため、ボイド（走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面観察（倍率：２０００倍）で確認できるもの。以下同じ。）や皺の無い充実膜が得られる。
ｅＰＴＦＥフィルムの厚さは、所望する膜の厚さ及びｅＰＴＦＥフィルムの空孔率等にもよるが、通常３〜５００μｍ、好ましくは５〜２００μｍである。
厚みは、テクノロック製、１／１０００ｍｍダイヤルシックネスゲージを用い、本体バネ荷重以外の荷重をかけない状態で測定した値である。（以下同じ。）
【００１１】
次に、前記第１圧縮工程において得られる圧延フィルムを、第２圧縮工程において、ＰＴＦＥの融点以上の温度で圧縮（加圧）する。この場合、その圧縮温度は、ＰＴＦＥの融点以上の温度であればよく、特に制約されないが、通常、その融点よりも１〜１００℃、好ましくは２０〜８０℃高い温度である。ｅＰＴＦＥフィルムを融点以上に加熱することにより、充実膜表面の平滑性を高めることができる。圧縮温度は、圧力を開放する時点で融点よりも低い温度まで下げられていることが好ましい。融点以上の温度で圧力を開放すると、充実フィルムの収縮が大きくなり、又皺が入り易くなる。圧縮条件は、得られる充実フィルムの空孔率が１０％以下、好ましくは１％以下となるような条件である。その圧縮力は、面圧で、通常０．１〜１００Ｎ／ｍｍ²、好ましくは１〜３０Ｎ／ｍｍ²程度である。圧縮装置としては、フィルムを挟み込んで圧縮加工できる装置であれば特に制約されないが、一定時間、温度と圧力をかけられるホットプレス装置、又はベルトプレス装置を用いるのが好ましい。
ｅＰＴＦＥフィルムを圧縮しながらＰＴＦＥの融点以上の温度をかけた後、圧力を保持した状態でＰＴＦＥの融点以下の温度まで冷却することができる装置であれば、１パスで充実膜を製造することができる。この方法によれば、ｅＰＴＦＥフィルムに圧縮開始時点からＰＴＦＥの融点以上の温度をかけても、ｅＰＴＦＥフィルムにかけられた圧力が開放される前にＰＴＦＥの融点より低い温度まで冷却されるため、得られる充実膜に収縮がほとんど起こらない。
例えば、ベルトプレス装置を用いれば、ｅＰＴＦＥフィルムがベルト間で圧縮された状態で、ＰＴＦＥの融点以上の温度をかけた後、融点より低い温度まで冷却することにより、収縮の小さい充実膜を得ることができる。しかもこの方法によれば、充実膜を連続生産することができるため好ましい。
【００１２】
前記のようにして得られる充実構造のＰＴＦＥ膜の厚みは、用途によって適宜選択されればよく特に制約されないが、本発明のチューブ状物を定着ロールや定着ベルトの表層として用いる場合、その厚みは、０．１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍであり、その表面粗さ（Ｒａ）（ＪＩＳＢ０６０１により測定した値）は０．１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下である。このＰＴＦＥ膜は、引張強度（ＪＩＳＫ７１２７により測定した値；試験片は２号試験片、試験速度は５０ｍｍ／ｍｉｎ、タテ・ヨコの平均値）に優れており、通常、８０Ｎ／ｍｍ²以上、好ましくは１００Ｎ／ｍｍ²以上の引張強度を有する。
このＰＴＦＥ膜は、充実構造と高い表面平滑性を兼ね備えているため、優れた光線透過性を有し、その波長５００ｎｍの光に対する光線透過率（分光光度計；島津製作所製、ＵＶ−２４０）により波長５００ｎｍの可視光の透過率を測定した値は８０％以上、特に９０％以上と高いものである。
【００１３】
前記第１圧縮工程を実施する場合、得られるフィルムのボイドを少なくするために、その圧縮操作は、２段階以上で行なうこともできる。また、第２圧縮工程においては、ホットプレス装置を用いる場合、熱プレス板を用いて圧縮する際に、表面平滑な耐熱性フィルムを熱プレス板とフィルムの間に介挿して加熱圧縮してもよい。ベルトプレス装置を用いる場合も、金属製ベルトとフィルムの間に表面平滑な耐熱性フィルムを介挿して加熱圧縮してもよい。この場合、そのフィルムとしては、耐熱性のポリイミドフィルム等を用いることができる。この方法によれば、得られる充実構造のＰＴＦＥ膜の表面粗さ（Ｒａ）は耐熱性フィルムの表面粗さ（Ｒａ）と同等とすることが可能で、熱プレス板や金属製ベルト表面の表面平滑性を高く取れない場合に有効である。
【００１４】
前記の方法によれば、スカイビング法では困難であった５０μｍ以下の透明ＰＴＦＥ薄膜を容易に得ることができる。例えば、空孔率８０％、厚み４０μｍのｅＰＴＦＥフィルムをカレンダーロール（ロール温度７０℃）で、空孔率２％、厚み１２μｍまで圧縮した後、ベルトプレス装置でプレス板温度３２０〜４００℃、圧力１０．０Ｎ／ｍｍ²、送り速度０．５〜２．０ｍ／ｍｉｎ、プレス時間０．５〜１０ｍｉｎの条件でプレスすることにより、空孔率０％、厚み１０μｍの薄膜を得ることができる。また、空孔率８５％、厚み９μｍのｅＰＴＦＥフィルムに対し、同様の加工を行なうことにより、空孔率０％、厚み２μｍの薄膜を得ることができる。
【００１５】
前記のようにして、得られるＰＴＦＥ膜の表面粗さ（Ｒａ）は、第２圧縮工程でプレス板を用いて熱プレスを行うときにはそのプレス板の表面粗さ（Ｒａ）で決まり、また、第１圧縮工程で得られた圧延フィルムを耐熱性フィルム間に挟み、熱プレス板で圧縮するときには、主にその耐熱性フィルムの表面粗さ（Ｒａ）で決まる。例えば、表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下の鏡面処理をしたプレス板を加熱プレス時に用いるときには、得られるＰＴＦＥ膜の表面粗さ（Ｒａ）も０．１μｍ以下のものとなる。同様に、表面平滑性高いポリイミドフィルム（Ｒａは０．０１μｍ）を第１圧縮工程で得られた圧延フィルムの上下に挟むための離型フィルムとして使用した場合においては、得られるＰＴＦＥ膜の表面粗さ（Ｒａ）も約０．０１μｍのものとなる。
【００１６】
前記方法によれば、薄膜に限らず、厚肉の透明性ＰＴＦＥ膜を得ることができる。この方法においては、原料であるｅＰＴＦＥフィルムを前記と同様にして、第１圧縮工程で圧縮した後、第２圧縮工程で圧縮する。この場合、ｅＰＴＦＥフィルムとしては、前記したｅＰＴＦＥフィルムと同様の性状を有し、その厚みが厚肉のもの、例えば４００μｍを超えるもの、通常、４００μｍ〜１ｍｍのものが用いられる。また、この原料フィルムは、単独のフィルムであることができる他、２〜１００枚、好ましくは２〜２０枚を積層した積層フィルムであることができる。
この厚肉のｅＰＴＦＥフィルムから、その厚みが２０μｍを超える透明性の良い充実構造のＰＴＦＥ膜を得ることができる。例えば、空孔率７０％で厚み１５０μｍのｅＰＴＦＥフィルムを３枚積層した総厚み４５０μｍの積層フィルムから、空孔率０％、厚み５０μｍの透明性に優れ、表面に光沢のあるＰＴＦＥ膜を得ることができる。このＰＴＦＥ膜において、その光線透過率は８０％以上、好ましくは８５％以上であり、その空孔率は１０％以下、好ましくは２％以下である。また、その表面粗さ（Ｒａ）は、通常、０．１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以下である。この膜は、その高い透明性と大きな引張強度を有するＰＴＦＥ膜であることから、耐熱性、耐候性、耐薬品性、耐摩耗性、高離型性のＰＴＦＥフィルムとして各種の用途、例えば建材用保護フィルム等に適用することができる。
【００１７】
前記の方法においては、引張強度の大きいｅＰＴＦＥフィルムを用いることにより、高い引張強度のＰＴＦＥ膜を得ることができる。例えば、引張強度が１０〜１００Ｎ／ｍｍ²のｅＰＴＦＥフィルムを用いることにより、５０〜２００Ｎ／ｍｍ²の引張強度を有するＰＴＦＥ膜を得ることができる。従来のスカイビング法によるＰＴＦＥ切削フィルムの引張強度は、通常２０〜５０Ｎ／ｍｍ²であり、又ＰＴＦＥキャストフィルムの引張強度は約２０〜４０Ｎ／ｍｍ²であるが、これら従来のＰＴＦＥフィルムに比べると、前記のようにして得られる充実ＰＴＦＥ膜の引張強度は非常に大きなものである。
【００１８】
前記ＰＴＦＥ膜についてさらに詳述すると、その膜の比重は、２．０以上であり、その走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による表面観察（倍率：２０００倍）では、ボイド、ピンホール、フィブリル構造は観察されない。この膜は、目視による外観においても均一な透明フィルムであり、ボイド、ピンホール、フィブリル構造が残存することにより生じる白色不透明部、白筋等は観察されない。
このＰＴＦＥ膜は、非常に高い透明性を有し、意匠性において優れたものであるが、従来のＰＴＦＥフィルムでは、このような高い透明性を有するものはなかった。
【００１９】
本発明のチューブ状物は、前記した充実構造のフッ素樹脂膜を巻回積層接着させることによって製造される。このチューブ状物において、その巻回積層間の接着は熱融着であることができるし、接着剤層を介しての接着であることができる。本発明のチューブ状物は、例えば、ＳＵＳ製円柱の周りにフッ素樹脂膜を所定回数巻回した後、該フッ素樹脂の融点以上で加熱焼成して、そのフッ素樹脂膜の巻回積層間を熱融着させ、その後、そのＳＵＳ製円柱を取外すことによって製造することができる。また、本発明のチューブ状物は、例えば、ＳＵＳ製円柱の周りに片面に接着剤を塗布したフッ素樹脂膜を所定回数巻回して、必要に応じて加熱し、そのフッ素樹脂膜の巻回積層間を接着させ、その後、そのＳＵＳ製円柱を取外すことによっても製造することができる。巻回方法は、フッ素樹脂膜をチューブ状に積層できる方法であれば特に制約されないが、例えばのり巻き状に巻回してもよいし、帯状のフッ素樹脂膜を螺旋状に巻回してもよい。
図１に帯状のフッ素樹脂膜を螺旋状に巻回する方法の説明図を示す。
図１において、１は帯状フッ素樹脂膜を示し、２は芯金（芯棒）を示し、３は芯金に対する巻回相当長さを示し、その長さを芯金の外径で徐した値が巻回数となる。
図１に示すように、帯状フッ素樹脂膜２を、芯金２に対して傾斜した状態において、該芯金に巻回することにより、フッ素樹脂膜を螺旋巻して形成したチューブ状物を得ることができる。
また、複数のフッ素樹脂膜を順次巻回してもよい。例えば1枚目のフッ素樹脂膜を芯金に1回以上巻回した後、重ねて２枚目のフッ素樹脂膜を１回以上巻回してもチューブ状物を得ることができる。
このチューブ状物において、その巻回積層接着を接着剤で行うときには、そのフッ素樹脂膜の内面に接着剤を塗布すればよい。一方、その巻回積層接着を熱融着で行うときには、その巻回終了後にそのフッ素樹脂の融点以上の温度で加熱焼成すればよい。
【００２０】
前記のようにしてフッ素樹脂膜を巻回積層接着してチューブ状物を製造する場合、得られるチューブ状物の外表面には、最外層を形成する膜の端部が存在し、この膜端部で段差が生じる。また、膜の巻き初め端部（先端部）と巻き終わり端部（終端部）の位置が完全に重なる位置になければ、膜端部を境にして膜の厚み差が生じる。例えば、フッ素樹脂膜を［ｎ〜ｎ＋１］の巻回数で巻回した場合、チューブ外面を形成する最外層のフッ素樹脂膜の端部の位置を境にして、チューブ肉厚がｎ層分の領域（薄肉部）とｎ＋１層分の領域（厚肉部）が形成される。この膜の厚み差は、先端部と終端部の位置を完全に合わせることができればなくすことができるが、実際の生産ではバラツキにより先端部と終端部の位置ずれが発生し、厚み差が生じる。
【００２１】
本発明者らの研究によれば、前記段差や厚み差が大きい場合には、得られるチューブは、定着ロールや定着ベルトの表層材料としては不満足のもので、このチューブを表層にした定着ロールや定着ベルトの場合、実際の電子写真装置における定着工程時に、その薄肉部と厚肉部との間の表面温度の差が大きくなり、印刷画像において目視で確認できるほどの色差あるいは光沢差を生じることが判明した。これに対し、膜の巻回数が２以上、好ましくは３以上のときには、前記薄肉部と厚肉部との間の温度差が小さくなり、印刷画像における色差・光沢差は目視で確認できないレベルまで減少することが確認された。
本発明においては、前記巻回数は２以上、好ましくは３以上であり、その上限値は、特に制約されないが、１００程度である。
【００２２】
また、チューブ外面のフッ素樹脂膜端部にある膜厚み分の段差の跡についても印刷画像にライン状に発生する。このライン跡の発生を減少させるためには、フッ素樹脂膜の厚みを薄くすることが効果的である。フッ素樹脂膜の厚みが２０μｍ超の時、印刷画像にははっきりライン跡が発生するが、それ以下、通常、１５μｍ以下、特に１０μｍ以下になると、かなりライン跡が減少する。膜厚２μｍ以下においては目視ではほとんど確認できなくなる。膜厚を薄くした場合は、巻回数を増加させ、チューブ肉厚を増加させることで定着材寿命を確保することができる。例えばＰＴＦＥ膜厚６μｍ、巻回数３．５のＰＴＦＥ膜チューブ（肉厚約１８−２４μｍ）とＰＴＦＥ膜厚さ１．７μｍ、巻回数１２．５のＰＴＦＥ膜チューブ（肉厚約２０．４−２１．３μｍ）はほぼ同等の耐久性をもつ。フッ素樹脂膜の巻回数については、少ない方が製造コスト的には有利である。
例えば、ｅＰＴＦＥフィルムを熱プレスして製造されるＰＴＦＥ膜の場合、厚さは１〜５００μｍまで製造可能であり、巻回数も１００ラップ程度までは可能である。このため本発明におけるＰＴＦＥ膜チューブは上記ＰＴＦＥ膜の厚みと巻回数を任意に組合せた仕様が可能である。
【００２３】
本発明のチューブ状物を定着ロールや定着ベルトの表層として用いる場合、その巻回するフッ素樹脂膜の厚みは、０．１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍ、より好ましくは１．５〜６μｍである。また、膜の巻回数は、２〜５０、好ましくは３〜３０、より好ましくは３〜２０である。チューブの肉厚は、その定着装置のスピードやニップ圧力等の条件によって要求される耐摩耗性や熱容量等の要求特性に応じて適宜定めればよいが、その肉厚部の厚み（最大厚み）で、２〜９０μｍ、好ましくは４〜５０μｍ、より好ましくは５〜３０μｍである。最大厚みが２μｍ未満では十分な強度が得られず、製造時の取扱いも困難であり、最大厚みが９０μｍを超えると記録用紙表面の凹凸に追従しにくくなり、又定着ロールの熱容量が大きくなる。
チューブ表面の表面粗さ（Ｒａ）（ＪＩＳＢ０６０１により測定した値；以下同じ。）は０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下、更に好ましくは０．２μｍ以下である。Ｒａが０．５μｍ以上ではトナーの離型性が十分でなく、又トナーに対して圧しムラが発生するため、画質が低下してしまう。また、チューブ壁内にボイド（気泡）が残存しているとロール表面の温度ムラが発生するため画質が低下してしまう。このため定着ロール表層に用いられるチューブとしては、表面平滑性が高く、且つボイドを含まない充実構造のものが好ましく、結果として光線透過率の優れたチューブが望まれる。
本発明によるフッ素樹脂チューブ状物として、前記ｅＰＴＦＥフィルムを熱プレスして製造されたＰＴＦＥ充実膜を用いた充実ＰＴＦＥチューブ状物の場合は、引張強度（ＪＩＳＫ７１２７により測定した値；試験片は２号試験片（チューブを切り開いて試験片を作成）、試験速度は５０ｍｍ／ｍｉｎ、タテ・ヨコの平均値；以下同じ。）に優れており、通常、８０Ｎ／ｍｍ²以上、好ましくは１００Ｎ／ｍｍ²以上の引張強度を有する。また、この充実ＰＴＦＥチューブ状物は、充実構造と高い表面平滑性を兼ね備えているため、優れた光線透過性を有し、その波長５００ｎｍの光に対する光線透過率（分光光度計；島津製作所製、ＵＶ−２４０）により波長５００ｎｍの可視光の透過率を測定した値（以下同じ）は３５〜９５％と高いものである。光線透過率が３５％未満では、充実ＰＴＦＥ膜がボイドを含んでいる場合があり、このボイドの存在により画像定着時の熱伝導ムラが生じるため、トナーの溶融ムラの原因となってしまう。また、光線透過率が３５％未満では、ボイドや表面の皺に起因してチューブ表面のＲａが０．５μｍを超えてしまうため、トナーの離型性が不十分となり、又トナーに対して圧しムラが発生するため、画質が低下してしまう。
【００２４】
本発明のチューブ状物は、前記のように、定着ロールや定着ベルトの表層材料として好ましく適用されるが、必ずしもこのような用途に限られるものではなく、それ以外の各種の用途、例えば、内視鏡案内管や、カテーテル、気液分離膜、絶縁ケーブル被覆材、ホース、人口血管、気体圧送工法用光ファイバー、液体輸送管等に適用することができる。本発明のチューブ状物を定着ロールや定着ベルト以外の用途に適用する場合、その肉厚は特に制約されず、その用途に応じて適宜の肉厚が採用される。一般的には、チューブ状物の肉厚は、最大厚みで２〜３００μｍ、好ましくは５〜１００μｍである。そのチューブ状物の内径も、その用途に応じて適宜定められるが、一般的には５〜１５０ｍｍ、好ましくは２０〜７０ｍｍである。
本発明のチューブ状物を定着ロールの表層材料として用いる場合、その内径は、通常２０〜７０ｍｍ程度である。その最大肉厚は２〜９０μｍ、好ましくは４〜５０μｍ、より好ましくは５〜３０μｍである。
本発明のチューブ状物を定着ベルトの表層材料として用いる場合、その内径は、通常３０〜１５０ｍｍ程度である。その最大肉厚は、２〜９０μｍ、好ましくは４〜５０μｍ、より好ましくは５〜３０μｍである。
【００２５】
本発明により充実構造のフッ素樹脂膜からなるチューブ状物を製造する場合、充実構造のフッ素樹脂膜をチューブ状に巻回積層接着するが、例えば、充実ＰＴＦＥ膜の場合、ＰＴＦＥ膜をチューブ状に巻回積層接着する好ましい方法としては、金属製円柱の周りにＰＴＦＥ膜を複数回巻回した後、この巻回物をオーブンにてＰＴＦＥの融点以上の温度で加熱した後、空冷してから金属製円柱の周りについているＰＴＦＥ膜を取り外す方法がある。この方法により、のり巻き状の層構造をもつ充実ＰＴＦＥチューブを得ることができる。この際、円柱の表面はＰＴＦＥチューブとの剥離性を向上させるために、あらかじめサンドブラス加工等により粗面化しておいてもよい。得られたＰＴＦＥチューブには各層間に空気の噛み込み等はなく、完全に各層どうしが接着した状態になっており、その接着強度は層間剥離時にはＰＴＦＥ膜の凝集破壊がおこる程度である。また、あらかじめＰＴＦＥ膜の片面あるいは両面に従来公知のコロナ放電処理やケミカルエッチング処理、エキシマレーザー処理等の表面処理を施すことにより、より少ない加熱時間で十分な層間接着強度を得ることができ、ＰＴＦＥ膜の熱劣化を低減することができる。通常のプラスチックフィルムにおいて同様の方法でチューブ形態に成形した場合、巻回されたフィルム間に若干の空気のかみ込みが発生するため、加熱処理後において層間接着のムラが発生したり、層間に隙間が残る問題がある。また、通常の熱溶融性プラスチックの場合、融点以上に熱すると溶融流動するため、厚みムラや火脹れ状の凹凸が発生し易くなり、また芯の金属円柱に付着して取り外しにくくなる。このため熱溶融性のフッ素樹脂であるＰＦＡ、ＦＥＰ等に比較して、ＰＴＦＥの方が成形を容易におこなえる。ＰＴＦＥ膜は、▲１▼ＰＴＦＥの融点においてもほとんど流動がない、▲２▼気体透過性があるという二点の特徴がある。このため、金属製円柱に巻いてＰＴＦＥの融点以上の高温にすると、厚みムラやフィルム間接着ムラを発生することなくフィルム層間にかみ込んだ空気が抜け、容易に完全に各層が密着したチューブに成形できることを本発明者らは見いだした。
本発明による充実ＰＴＦＥチューブ状物は、ＰＴＦＥチューブの内面を接着性向上のために、従来公知のコロナ放電処理やケミカルエッチング処理、エキシマレーザー処理等の表面処理を施すことができる。例えば、テトラＨ（潤工社製）を用いてケミカルエッチングした後に、常法に従ってＰＴＦＥチューブ表層の定着ロール又は定着ベルトとすることができる。ケミカルエッチングが施されたチューブ処理面は着色と微細なヒビ割れ構造が発生する場合があるが、定着ロール表層として使用するにあたり、支障にはならない。
【００２６】
定着ロールの回転方向に対する本発明によるフッ素樹脂チューブの取り付け方向は、厚肉部から薄肉部への順番でニップ部に入っていく方向と薄肉部から厚肉部の順番でニップ部に入っていく方向の二種類がある。印刷画像に発生するシームライン跡、あるいは定着ロール表層の薄肉部と厚肉部に対応する色差、光沢差については、どちらの方向についてもほぼ同等のレベルで発生するが、表層のめくれに対する有利性より、厚肉部から薄肉部の順番でニップに入っていく方向のほうが好ましい。
【００２７】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳述する。
実施例１
片面にコロナ放電処理を施した充実ＰＴＦＥ膜（厚み１０μｍ、幅５５０ｍｍ×長さ１７５ｍｍ）を、コロナ処理面が内側にくるようにＳＵＳ製円柱（外径φ２６．５ｍｍ、幅５００ｍｍ）にのり巻き状に２．１ラップ巻き付ける。この際長さ方向に巻いてゆき、ＳＵＳ製円柱軸方向に収縮しないようにフィルム端部をリング状ストッパーで固定する。ついで４００℃オーブン中で３０ｍｉｎ焼成し、空冷後にストッパーを外し、ＳＵＳ製芯金からＰＴＦＥチューブ状物を取り外して、最大厚み３０μｍ（二層部分厚み２０μｍ、三層部分厚み３０μｍ）、φ２６．５ｍｍの充実ＰＴＦＥチューブ状物を得た。この充実ＰＴＦＥチューブ状物のＲａは０．３４０μｍ、引張強度は１２０Ｎ／ｍｍ²、波長５００ｎｍの光に対する光線透過率は７５％だった。
【００２８】
実施例２
片面にコロナ放電処理を施した充実ＰＴＦＥ膜（厚み４μｍ、幅５５０ｍｍ×長さ５４０ｍｍ）を、コロナ処理面が内側にくるようにＳＵＳ製円柱（外径φ２６．５ｍｍ、幅５００ｍｍ）にのり巻き状に６．５ラップ巻き付ける以外は実施例１と同様にして、最大厚み２８μｍ、φ２６．５ｍｍの充実ＰＴＦＥチューブ状物を得た。この充実ＰＴＦＥチューブ状物のＲａは０．２００μｍ、引張強度は１３０Ｎ／ｍｍ²、波長５００ｎｍの光に対する光線透過率は８０％だった。
【００２９】
実施例３
片面にコロナ放電処理を施した充実ＰＴＦＥ膜（厚み１．７μｍ、幅５５０ｍｍ×長さ１２９０ｍｍ）を、コロナ処理面が内側にくるようにＳＵＳ製円柱（外径φ２６．５ｍｍ、幅５００ｍｍ）にのり巻き状に１５．５ラップ巻き付ける以外は実施例１と同様にして、最大厚み２７μｍ、φ２６．５ｍｍの充実ＰＴＦＥチューブ状物を得た。この充実ＰＴＦＥチューブ状物のＲａは０．０８０μｍ、引張強度は１５０Ｎ／ｍｍ²、波長５００ｎｍの光に対する光線透過率は８０％だった。
【００３０】
実施例４
片面にコロナ放電処理を施した充実ＰＴＦＥ膜（厚さ１．７μｍ、幅５５０ｍｍ×長さ２９１ｍｍ）を、コロナ処理面が内側にくるようにＳＵＳ製円柱（外径φ２６．５ｍｍ、幅５００ｍｍ）にのり巻き状に３．５ラップ巻き付ける以外は実施例１と同様にして、最大厚み７μｍ、φ２６．５ｍｍの充実ＰＴＦＥチューブ状物を得た。この充実ＰＴＦＥチューブ状物のＲａは０．０８０μｍ、引張強度は１４０Ｎ／ｍｍ²、波長５００ｎｍの光に対する光線透過率は８８％だった。
【００３１】
実施例５
片面にコロナ放電処理を施した充実ＰＴＦＥ膜（厚み１．７μｍ、幅５５０ｍｍ×長さ２１９０ｍｍ）を、コロナ処理面が内側にくるようにＳＵＳ製円柱（外径φ４５ｍｍ、幅５００ｍｍ）にのり巻き状に１５．５ラップ巻き付ける以外は実施例１と同様にして、最大厚み２７μｍ、φ４５ｍｍの充実ＰＴＦＥチューブ状物を得た。この充実ＰＴＦＥチューブ状物のＲａは０．１００μｍ、引張強度は１５０Ｎ／ｍｍ²、波長５００ｎｍの光に対する光線透過率は８０％だった。
【００３２】
実施例６
片面にコロナ放電処理を施した充実ＰＴＦＥ膜（厚さ１．７μｍ、幅７７７ｍｍ×長さ８００ｍｍ）の長辺をＳＵＳ製円柱（外径φ１００ｍｍ、幅５００ｍｍ）の円柱軸と膜の長さ方向を４５°にした状態で巻回して３．５ラップ巻き付ける以外は実施例１と同様にして、最大厚み７μｍ、φ１００ｍｍの充実ＰＴＦＥチューブ状物を得た。この充実ＰＴＦＥチューブ状物のＲａは０．２５０μｍ、引張強度は１４０Ｎ／ｍｍ²、波長５００ｎｍの光に対する光線透過率は８８％だった。
【００３３】
実施例７
実施例１で作製したＰＴＦＥチューブの内面に、２５℃のＮａ／ナフタレン錯塩溶液（潤工社製、商品名：テトラＨ）を含浸させた後に、メタノール、水、メタノールの順に各１０秒ずつ浸漬し、さらに内外面にエアを吹き付けて乾燥させた。この後、得られたチューブ内面にプライマー（東レダウコーニング製、商品名：ＤＹ３９−０５１）を塗布し、内径２７．５ｍｍのロール成形用金型の内壁に添装するとともに、その中心にアルミ芯軸（外径２５ｍｍ、胴長３２０ｍｍ）を保持し、これらのチューブとアルミ芯軸との間にシリコーンゴムを注入し、１５０℃で３０分間熱硬化させた後、２００℃で４時間、２次加硫を行い充実ＰＴＦＥ膜表層の定着ロールを得た。
【００３４】
実施例８
実施例２で作製したＰＴＦＥチューブを用いた以外は実施例７と同様にして充実ＰＴＦＥ膜表層の定着ロールを得た。
【００３５】
実施例９
実施例３で作製したＰＴＦＥチューブを用いた以外は実施例７と同様にして充実ＰＴＦＥ膜表層の定着ロールを得た。
【００３６】
実施例１０
実施例４で作製したＰＴＦＥチューブを用いた以外は実施例７と同様にして充実ＰＴＦＥ膜表層の定着ロールを得た。
【００３７】
比較例１
厚み３０μｍのＰＦＡチューブ（グンゼ製、ＳＴＭ）を用いた以外は実施例７と同様にして定着ロールを得た。
【００３８】
比較例２
片面にコロナ放電処理を施した充実ＰＴＦＥ膜（厚み１０μｍ、幅５５０ｍｍ×長さ１２５ｍｍ）を、コロナ処理面が内側にくるようにＳＵＳ製円柱（外径φ２６．５ｍｍ、幅５００ｍｍ）にのり巻き状に１．５ラップ巻き付ける以外は実施例１と同様にして、最大厚み２０μｍ、φ２６．５ｍｍの充実ＰＴＦＥチューブ状物を得た。得られたチューブ状物を用いて、実施例７と同様にして充実ＰＴＦＥ膜表層の定着ロールを得た。
【００３９】
実施例７から１０及び比較例１、２で得られた定着ロールを電子写真プリンター（富士ゼロックス製ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ２２２０）に搭載して通紙評価を行い、表層の破れ発生を比較した。その結果を表１に示す。本発明の実施例による充実ＰＴＦＥチューブ状物を定着ロール表層に用いた場合、従来のＰＦＡチューブを用いた場合の比較例１と比較して、格段に耐摩耗性が優れていることが分かる。
【００４０】
【表１】

【００４１】
実施例７〜１０及び比較例２で得られた定着ロールを電子写真プリンター（富士ゼロックス製ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ２２２０）に搭載し画像出力を行い、画像に発生する表層フィルム端部跡（ライン状）の比較を行った。その結果を表２に示す。本発明による充実ＰＴＦＥチューブ状物を定着ロール表層に用いた場合、巻回積層に使用した充実ＰＴＦＥフィルムの厚みが薄いほど、表層フィルム端部跡が発生しにくいことが分かる。
【００４２】
【表２】

【００４３】
実施例７〜１０及び比較例２で得られた定着ロールを電子写真プリンター（富士ゼロックス製ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ２２２０）に搭載し画像出力を行い、画像に発生する表層フィルム端部跡を境にして光沢差評価を行った。その結果を表３に示す。本発明による充実ＰＴＦＥチューブ状物を定着ロール表層に用いた場合、巻回積層に使用した充実ＰＴＦＥフィルムの巻数が１．５では、表層フィルム端部跡を境にした光沢差が発生することが分かる。これは、巻数が２未満では、充実ＰＴＦＥチューブ状物の厚み差が大きくなり、その結果トナーの溶融の程度に不均一が生じるためである。
【００４４】
【表３】

【００４５】
実施例７〜１０及び比較例１、２で得られた定着ロールを電子写真プリンター（富士ゼロックス製ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ２２２０）に搭載し画像出力を行い、ベタ画像の光沢ムラを比較した。その結果を表４に示す。定着ロールの表層に用いたチューブ状物の厚みが薄いと、ベタ画像における光沢ムラが発生しにくいことが分かる。
【００４６】
【表４】

【００４７】
【発明の効果】
以上説明してきた本発明によれば、従来では困難であった、耐久性が優れ、かつ高画質と消費熱量の低減を達成する電子写真用定着部材に好適なチューブ状物を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】芯金に対して帯状フッ素樹脂膜を螺旋状に巻回する方法の説明図を示す。
【符号の説明】
１帯状フッ素樹脂膜
２芯金
３巻回相当長さ

Claims

厚みが２０μｍ以下の充実延伸ポリテトラフルオロエチレンフィルムを２回以上巻回積層して接着しており、引張強度が８０Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする最大肉厚が２〜５０μｍのフッ素樹脂チューブ状物。
内径が２０〜７０ｍｍである請求項１に記載のフッ素樹脂チューブ状物。
該チューブ状物の波長５００ｎｍの光に対する光線透過率が３５〜９５％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフッ素樹脂チューブ状物。
該チューブ状物の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物。
請求項１〜４のいずれかに記載のフッ素樹脂チューブ状物の内面に接着性向上のための表面処理を施したことを特徴とするフッ素樹脂チューブ状物。