JP4823210B2 - ダイヤモンド充填剤をもつ定着部材 - Google Patents

Description

例示的な実施形態は、定着部材に関する。本実施形態は、フルオロエラストマー又は熱可塑性ハロポリマーのようなハロポリマーを含み、ダイヤモンド粒子が分散された、剥離層をもつ定着部材に関連して、特定の用途を見出す。

コピー機又はプリンタのような典型的な電子写真印刷装置においては、光導電性の絶縁部材は一様な電位に帯電させられ、その後、複製される原稿文書の光像に露光される。露光は、光導電性の絶縁表面の露光領域又は背景領域を放電し、部材上に、文書内に含まれる画像領域に対応する静電潜像を生じさせる。その後、光導電性の絶縁表面上の静電潜像は、現像材料を用いて画像を現像することにより、目に見えるようにされる。一般に、現像材料は、キャリア顆粒に摩擦電気的に付着するトナー粒子を含む。現像された画像は、その後、紙などの印刷媒体に転写される。トナーを紙に定着させることは、一般に、加熱した定着部材を用いてトナーに熱を加え、圧力を加えることによって達成される。

ロール又はベルトの形態の定着部材は、定着に用いられる高温と両立性のある、適合性のある材料で形成された外側層又は剥離層を有することが多い。剥離層を形成するための例示的なコーティングは、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン共重合体、フルオロシリコーンゴム、フルオロエラストマーなどのハロポリマーを含む。定着部材の良好な剥離特性を保証して維持するために、定着動作の間に剥離剤を定着部材に適用することが通例となっている。トナーのオフセットを最小にするために、これらの材料は、典型的に、例えばシリコン・オイルのような薄膜として適用される。

例えばフルオロエラストマーでコーティングされた定着部材は、時間の経過に従い、むらのあるコーティングの磨耗に起因して、例えば光沢の変動といった、明らかに目立つ印刷欠陥を有するコピーを生成する傾向がある。特に、特定の寸法の紙を長期にわたり使用することで、縁部の磨耗がもたらされる。紙領域の外側にある定着部材の部分は、内側にある部分とは異なる速度で磨耗する。異なる寸法の紙が用いられるときには、元の紙の寸法の跡が定着されたシート上に現れる傾向がある。過去には、磨耗を分散させることで、定着ロールの寿命をある程度延長することが実現された。例えば、定着ロールの磨耗寿命の向上は、表面に接触するセンサ及びフィンガに対して非常に低い負荷力を用いて、及びストリッパ・フィンガのような伸縮可能な部材を用いて、紙の縁部又は付属部分をローラに対して移動させることにより達成された。

しかしながら、優れた機械的特性を有する静電写真機械で用いられる定着部品に対する必要性が残る。さらに、汚染、スクラッチ、及び他の損傷の影響の受けやすさが低減された定着コーティングに対する必要性が残る。加えて、より長い寿命を有する定着部品に対する必要性が残る。さらにまた、定着装置内の媒体又は他のハードウェアによって表面が磨耗してもなお高光沢を保持する定着部品に対する必要性が残る。

例示的な実施形態の１つの態様によれば、現像された画像をコピー基材に固定するための定着部材が提供される。定着部材は、基材と、基材の上にある外側層とを含む。外側層は、ハロポリマーと充填剤粒子とを含み、充填剤粒子はダイヤモンドを含む。

定着部材において、ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、主としてダイヤモンドから形成することができる。ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、少なくとも６０重量％の天然ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンドとすることができる。ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、少なくとも９０重量％の天然ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンドとすることができる。

ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、モース硬度計で少なくとも９．５の硬度を有することができる。

ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、１マイクロメートルより少ない粒子平均寸法を有することができる。ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、２００ナノメートルより少ない粒子平均寸法を有することができる。

ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、少なくとも０．１重量パーセントの量で外側層に存在することができる。

ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、少なくとも約１重量パーセントの量で外側層に存在することができる。ダイヤモンドを含む充填剤粒子は、２０重量パーセントを超えない量で外側層に存在することができる。

定着部材は、さらに、ダイヤモンドより少ない硬度を有する、ダイヤモンドを含まない充填剤粒子を含むことができる。

定着部材において、ハロポリマーは、ハロエラストマー及び熱可塑性ハロポリマーのうちの少なくとも一方を含むことができる。ハロエラストマーは、ａ）フッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレンと、テトラフルオロエチレンとの共重合体、ｂ）フッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレンと、テトラフルオロエチレンとの三元重合体、ｃ）フッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレンと、テトラフルオロエチレンと、硬化サイトモノマーとのテトラポリマー、ｄ）体積グラフト化フルオロエラストマー、及びその組み合わせ、から成る群から選択されたフルオロエラストマーを含むことができる。

熱可塑性ハロポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化エチレンプロピレン共重合体、ポリフルオロアルコキシ・ポリテトラフルオロエチレン、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン、エチレン塩化三フッ化エチレン、ポリテトラフルオロエチレン・ペルフルオロメチルビニルエーテル共重合体、及びその組み合わせから成る群から選択することができる。

定着部材は、さらに、基材と外側層との間に配置された少なくとも１つの中間層を含むことができる。

定着部材の外側層は、動作中に液体剥離剤によってコーティングされる定着部材表面を定めることができる。

定着部材は、円筒形ロール形態とすることができる。

画像レンダリング装置は、画像をコピー基材に適用するための画像適用部品と、適用された画像をコピー基材に固定するための定着装置と、を含むことができ、定着装置は上述された定着部材を含む。例示的な実施形態の別の態様によれば、画像レンダリング装置は、画像をコピー基材に適用するための画像適用部品と、画像適用部品からの画像が適用されたコピー基材を受け取って、適用された画像をより恒久的にコピー基材に固定する定着装置と、を含む。定着装置は、中を通してコピー基材を受け取るためのニップを間に定める定着部材と圧力部材とを含む。定着部材と圧力部材のうちの少なくとも一方は、マトリクス材料と、そこに散布された充填剤とを含んだ外側層を含む。充填剤はダイヤモンドで形成された粒子を含む。

画像レンダリング装置において、画像適用部品は、静電潜像を受け取るための電荷保持表面と、静電潜像を現像するために電荷保持表面にトナーを適用する現像部品と、現像されたトナー画像を電荷保持表面からコピー基材に転写するための転写部品とを含む電子写真画像適用部品を含むことができる。

定着装置は、外面を加熱する加熱器を含むことができる。

例示的な実施形態の別の態様によれば、定着部材を形成する方法は、基材を提供し、基材の上に、ハロポリマーと、ダイヤモンドを含む充填剤粒子とを含む外側層を形成する、ことを含む。

本方法においては、外側層を形成するステップは、マトリクス材料と充填剤粒子とを含むコーティングを基材又は基材上に形成された中間層に適用することを含むことができる。

本例示的な実施形態は、現像された画像をコピー基材に固定するための定着装置を含む画像レンダリング装置に関する。定着装置は、基材を含み、その上に、フルオロカーボンポリマーのようなポリマー材料と、中にダイヤモンドが組み入れられた充填剤粒子とを含む層を含む。種々の実施形態においては、充填剤粒子を含む層は、定着部材の最も外側の層である。画像レンダリング装置はプリンタ、コピー機、製本機、又は多機能装置とすることができる。例示的な定着部材は、例えば、電子写真印刷プロセスのような静電写真における使用に適しており、特にこれに関して説明される。

図１を参照すると、典型的な静電写真画像レンダリング装置において、コピーされるオリジナルの光像は静電潜像の形態で感光部材上に記録され、その後、潜像は、一般にトナーと呼ばれる検電性の熱可塑性樹脂粒子を適用することによって可視化される。具体的には、図示される画像レンダリング装置は、シートなどのコピー基材に画像を適用するための画像適用部品と、例えば画像をコピー基材に、より恒久的に定着させるように固定するための例示的な定着部材を組み入れる定着装置とを含む。コピー基材は、シートであってもよいし、又は紙、プラスチック、又は他の一般に可撓性の材料を延ばしたウェブであってもよい。

図示される画像適用部品１は、電源１４から電圧が供給される帯電器１２によって、その表面が帯電される感光体１０を含む。次いで、感光体は、レーザ及び発光ダイオードのような光学系又は画像入力装置１６からの光により画像露光されて、その上に静電潜像を形成する。一般に、静電潜像は、現像ステーション１８からのトナー粒子を含む現像剤混合物をそれに接触させることによって現像される。現像は、磁気ブラシ、粉体クラウド、又は他の既知の現像方法を用いることにより行うことができる。液体トナーのような液体マーキング材料もまた考慮される。

画像構成において、トナー粒子が光導電性表面に付着された後で、これらは転写コロトロンのような転写装置２２によりコピー・シート２０に転写される。代替的に、現像された画像を中間転写部材に転写して、その後で、コピー・シートに転写することもできる。

現像された画像の転写が完了した後で、コピー・シート２０は、定着装置２４に進む。図１に示す定着装置は、作動中にコピー・シートの移動方向に対して概ね直角である長手方向軸線の周りで回転するロール２６、２８を含むものとして示される。ロール２６は定着部材、ロール２８は圧力部材の役目を果たし、その間にニップ３０を定める。

現像された画像は、コピー・シートを定着部材２６と圧力部材２８との間のニップ３０に通すことによって、コピー・シート２０に定着され、それにより、恒久的な画像が形成されるようになる。感光体１０は、転写に続いて、清掃ステーション３２に進み、そこではブレード、ブラシ、又は他の清掃装置を用いて、感光体１０に残されたあらゆるトナーが清掃される。定着装置２４において、定着部材はロール２６、圧力部材はローラ２８として示されるが、定着及び／又は圧力部材は、さらに、ベルト、シート、フィルム、又は他の同様の定着部材の形態であってもよい。

図２を参照すると、定着ロール２６は、例えばアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、鋼、ニッケル、銅、又は材料の組み合わせといったいずれかの好適な剛性材料から製造された円筒形中空部材即ちコア４０を含む基材を含む。コア４０は、例えば円筒と実質的に同一の広がりをもつコアの中空部分に配置された抵抗ヒータ又はヒートパイプといった加熱要素４２により、一般に内部から加熱することができる。しかしながら、外部ヒータもまた考慮される。コア４０の上に配置され、これと実質的に同一の広がりをもつ、ダイヤモンド含有ポリマー層４４は、表面４６を定める。示される実施形態では、層４４は、定着部材２６の最も外側の層を形成する。しかしながら、層４４上に、これと実質的に同一の広がりをもち、且つ、層４４より実質的に小さい厚さとすることができるさらに別のポリマー層（図示せず）を形成できることも考慮される。

種々の実施形態においては、定着部材２６は、コア４０及び層４４のうちの一方又は両方と接触することができ、且つ、これと実質的に同一の広がりをもつ、コア４０と層４４との間に付加的な層４８を含んでもよい。例えば、中間層４８は、コア４０と外側層４４との間に位置決めされた、接着剤層、クッション層、又は他の好適な層のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。

バックアップ即ち圧力ロール２８は、定着ロール２６と協働してニップ即ち接点アーク３０を形成し、コピー紙又は他の基材２０はそこを通過することにより、その上のトナー画像５０が定着ロール２６のポリマー面４６と接触するようになる。示される実施形態においては、定着ロールはニップ形成定着ロールであり、即ち、その表面は圧力ロール２８の表面に比べて一般により適合性がある。

１つの実施形態においては、液体剥離剤の層が表面４６に送給される。例えば、剥離剤送給システム５２は、室温では固体であっても液体であってもよいが、作動温度においては流体となるポリマー剥離剤５６を収容するサンプ５４を含む。示される実施形態においては、流体５６は、回転するピックアップ・ロール５８に運ばれ、その後、表面４６と接触する回転可能な送給ロール６０に運ばれるが、表面４６上に剥離剤を適用するための他の装置もまた考慮される。

一般に、剥離剤５６は、厚さ１マイクロメートル未満から数マイクロメートルまでの範囲にわたる制御された厚さで適用することができ、例えば厚さ約０．１マイクロメートルから約２マイクロメートル又はそれ以上の厚さの剥離流体をポリマー層４４の表面に適用してもよい。

圧力部材２８は、ばねなどの圧縮装置によって、定着ロール２６と接触するように付勢することができる。１つの実施形態においては、圧力ロール２８は、基材４０のアルミニウム又は同様の材料でできた円筒の上に、テフロン（登録商標）又は他のフルオロポリマーといった適合性のある材料でできた外側層６２を含むことができる。１つの実施形態においては、圧力ロール２８の外側層６２を層４４のっように構成することができる。しかしながら、一般には、定着ロール２６のみが層４４のように構成された層を有する。１つの実施形態においては、圧力ロール２８は、加熱要素を含むことができる。

例示的な本実施形態による定着部材２６は、いかなる好適な構成であってもよい。例えば、定着部材は、シート、フィルム、ウェブ、ホイル、ストリップ、コイル、シリンダ、ドラム、ローラ、エンドレス・ストリップ、円盤、エンドレス・ベルトを含むベルト、エンドレス・シームつき可撓性ベルト、エンドレス・シームなし可撓性ベルト、パズル・カット・シームを有するエンドレス・ベルトなどの形態を取ることができる。

図３を参照すると、層４４は、ダイヤモンド含有粒子７２（縮尺通りではない）を含む充填剤が分散されたポリマー・マトリクス７０を含む。図３は、マトリクス７０の全体にわたって粒子７２が比較的一様に分散しているように示すが、ダイヤモンド含有充填剤粒子が主として表面４６に近い領域に存在するような非均質な分散を形成できることも考慮される。認識されるように、定着部材２６及び層４４は、図３に示されるように平坦であってもよいし、又は、図２に示されるように円筒形であってもよい。本開示による定着部材は図３に示される二層構成に限定されず、例えば図４に図示されるように、基材と外側層との間には任意数の中間層及び／又は接着層の配置が考慮されることがさらに認識されるであろう。

ベルトのような可撓性の定着部材に適した基材４０は、高い作動温度（即ち約８０°Ｃを上回り、一般に２００°Ｃを上回る）を可能にするのに適しており、高い機械的強度を示すことができる高温プラスチックを含む。種々の態様において、プラスチックは約２，０００，０００ｐｓｉから約３，０００，０００ｐｓｉまでの曲げ強度を有し、約２５，０００ｐｓｉから約５５，０００ｐｓｉまでの曲げ弾性率を有する。上記の特性を有し、定着部材の基材としての使用に適したプラスチックは、エポキシと、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ社から入手可能でありＦＯＲＴＲＯＮ（登録商標）という商標名のもとで販売されるもの、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ社から入手可能なＲＹＴＯＮ Ｒ−４（登録商標）、及び、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社から入手可能なＳＵＰＥＣ（登録商標）といったポリフェニレン・スルフィドと、Ａｍｏｃｏ社から入手可能でありＴＯＲＬＯＮ（登録商標）７１３０という商標名のもとで販売されるポリアミドイミドのようなポリイミドと、Ａｍｏｃｏ社から入手可能でありＫＡＤＥＬ（登録商標）Ｅ１２３０という商標名のもとで販売されるもの、Ｖｉｃｔｒｅｘ社製のＰＥＥＫ４５０ＧＬ３０という商標名のもとで販売されるポリエーテル・エーテル・ケトン、ポリアリルエーテルケトンなどのポリケトンと、Ａｍｏｃｏ社から入手可能なＡＭＯＤＥＬ（登録商標）という商標名のもとで販売されるポリフタルアミドのようなポリアミドと、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリルエーテルケトンなどのポリエーテルと、ポリパラバン酸などと、Ａｍｏｃｏ社から入手可能な液晶樹脂（ＸＹＤＡＲ（登録商標））と、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社から入手可能なＵＬＴＥＭ（登録商標）と、ＢＡＳＦ社から入手可能なＵＬＴＲＡＰＥＫ（登録商標）などと、その混合物とを含む。他の好適な基材材料は、ＤｕＰｏｎｔ社からＶＩＴＯＮ（登録商標）という商標名のもとで販売されるもの、シリコーンゴム、及び他のエラストマー性材料のようなフルオロエラストマーを含む。基材は、さらに、上記の材料のいずれかの混合物を含むこともできる。実施形態においては、基材は、アルミニウムを含む。フィルム、シート、ベルトなどとしての基材は、約２５マイクロメートルから約２５０マイクロメートルまでの厚さを有することができ、又は約６０マイクロメートルから約１００マイクロメートルまでの厚さを有することができる。

外側層４４のマトリクス材料７０は、熱硬化性エラストマーのようなエラストマー、又は熱可塑性材料を含むことができる。どちらの場合においても、ポリマーはフルオロカーボンポリマーのようなハロポリマーを含むことができる。ハロゲン含有モノマーから導出することができる好適なエラストマーの例は、クロロエラストマー、フルオロエラストマーなどを含む。フルオロエラストマーの例は、エチレン不飽和フルオロエラストマーと、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンの共重合体及び三元重合体を含むフルオロエラストマーと、を含むが、これらに限定されるものではない。３つの既知のフルオロエラストマーは、（１）商業的にはＶＩＴＯＮ Ａ（登録商標）として知られるフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンの共重合体のクラス、（２）商業的にはＶＩＴＯＮ Ｂ（登録商標）として知られるフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンの三元重合体のクラス、及び、（３）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及び硬化サイトモノマーのテトラポリマーのクラス、であり、これらのポリマーは、例えばＶＩＴＯＮ ＧＦ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ａ（登録商標）、及びＶＩＴＯＮ Ｂ（登録商標）を含む。別の実施形態においては、フルオロエラストマーは、比較的低量のフッ化ビニリデンを有するテトラポリマーである。

フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンの共重合体及び三元重合体を含む例示的なフルオロエラストマーは、ＶＩＴＯＮ Ａ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｂ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｅ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｆ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｅ６０Ｃ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｅ４５（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｅ４３０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｂ ９１０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ ＧＨ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｂ５０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｅ４５（登録商標）、及び、ＶＩＴＯＮ ＧＦ（登録商標）という名称のもとで市販されている。ＶＩＴＯＮ（登録商標）という名称は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ， Ｉｎｃ．の登録商標である。

例えば、ＶＩＴＯＮ ＧＦ（登録商標）ポリマーは、３５重量パーセントのフッ化ビニリデンと、３４重量パーセントのヘキサフルオロプロピレンと、２９重量パーセントのテトラフルオロエチレンとを有し、２重量パーセントの硬化サイトモノマーを伴う。硬化サイトモノマーは、４−ブロモペルフルオロブテン−１，１，１−ジヒドロ−４−ブロモペルフルオロブテン−１、３−ブロモペルフルオロプロペン−１，１，１−ジヒドロ−３−ブロモペルフルオロプロペン−１といったＤｕＰｏｎｔ社から入手可能なものとしてもよいし、又はいずれかの他の好適な既知の市販の硬化サイトモノマーとしてもよい。

他の好適な市販のフルオロエラストマーは、ＡＦＬＡＳ（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）Ｉ、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）ＩＩ、ＴＥＣＨＮＯＦＬＯＮ（登録商標）などを含むが、これらに限定されるものではない。

層４４を形成するのに適した熱可塑性ハロポリマーの例は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフルオロアルコキシ・ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡテフロン（登録商標））、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（ＥＣＴＦＥ）、エチレン・テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン・ペルフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）などのようなフルオロポリマーを含む。

層４４は、少なくとも１ミクロンの厚さとすることができる。種々の態様においては、層４４は、少なくとも５ミクロンの厚さであり、幾つかの態様においては、少なくとも１５ミクロンの厚さである。幾つかの態様においては、層４４は、例えば約２５０ミクロンまで、又は約１５０ミクロンまでといった約５００ミクロンまでの厚さである。幾つかの態様においては、外側層の厚さは約５ミクロンから約２５０ミクロンまでである。他の態様においては、外側層の厚さは約１５ミクロンから約１５０ミクロンまでである。さらに他の態様においては、外側層の厚さは約２０ミクロンから約８０ミクロンまでである。

マトリクス材料７０は少なくとも６０重量％の割合を占めることができ、１つの実施形態においては、層４４の重量の少なくとも約８０％、又は少なくとも約９０％を占めることができる。充填剤粒子７２は、層４４の重量の少なくとも約０．１％とすることができ、幾つかの実施形態においては、層４４の重量の少なくとも０．５％、又は少なくとも１％とすることができる。種々の実施形態においては、粒子７２は、層４４の約１０重量％又はそれより少ないなどの２０％までの重量で層４４に存在することができる。通常は、粒子７２は、重量で表される、ゴム１００部あたり約０．１部（ｐｐｈ）から２０部までの量で層４４に存在することができ、ここで「ゴム」とは層のポリマー性部分を構成するものである。例えば、ダイヤモンド含有充填剤は、ゴムの約１ｐｐｈ、５ｐｐｈ、又は１０ｐｐｈで添加することができる。

層４４の粒子７２を含む充填剤は、約１マイクロメートルに満たない平均粒子寸法を有することができる。別の実施形態においては、充填剤は、約０．５マイクロメートルに満たない平均粒子寸法を有し、幾つかの実施形態においては２００ナノメートルを下回る。さらに別の実施形態においては、充填剤は、少なくとも１ｎｍの、例えば約５ｎｍから約１００ｎｍまでの範囲の平均粒子寸法を有する。さらに別の実施形態においては、充填剤は、約１０ｎｍから約８０ｎｍまでの範囲の粒子寸法を有する。ここで用いられる平均粒子寸法という用語は、例えば、重量による粒径の中央値（ｄ₅₀）のような、充填剤粒子形状に基づくいずれかの特徴的な充填剤粒子寸法の平均的な大きさを指す。例えば、平均粒子寸法は、ほぼ球形である粒子の直径に関して与えることができ、又は不規則な形状の粒子に対しては呼び径を与えることができる。さらに、充填剤粒子の形状は、いかなる形にも限定されることはない。

粒子７２の平均寸法が大きすぎる場合には、粒子はマトリクス７０中に留まることができずにマトリクスの引裂きを生じさせることがある。それらは、さらに、層４４の剥離特性に干渉することもある。例示的な実施形態の寸法範囲では、粒子はマトリクスに残って、層４４の耐摩耗性を増加させる。

一般に、粒子７２は、モース硬度計で少なくとも約９の粒子硬度を有し、幾つかの実施形態においては、少なくとも９．７、又は純ダイヤモンドの場合にはモース硬度計で最大値である１０の粒子硬度を有する。ダイヤモンドは小寸法でマトリクス７０を通して（又は少なくとも層４４の表面４６に隣接する部分に）かなり均等に分散して存在するときに、特に有効な充填剤であることが見出された。ダイヤモンド粒子は非常に高い硬度を有する（定着部材に用いられる通常の充填剤より遥かに硬い）が、粒子はそれほどの損傷をコピー・シートにもたらさず、圧力ロールに磨耗をもたらさず、又は定着部材に損傷をもたらさない。

９を超えるモース硬度を有することに加えて、ダイヤモンド粒子は、層４４を通る熱の移動を助ける熱伝導性を有する。具体的には、ダイヤモンド粒子を持たない層と比較して、ダイヤモンド含有粒子は層の熱伝導性を増加させる。熱伝導性とは、温度勾配のみに熱伝達が左右されるときに、単位温度勾配に起因して、一定の条件下で単位時間に単位面積の表面に対して垂直方向に伝達される熱の量である。従来の定着部材の層に比べて層４４の熱伝導性が増加することは、定着部材２６のより急速な暖機運転を可能にする。

シリコーンゴム及びテフロン（登録商標）は、典型的には、約０．００２Ｗ／ｃｍ−Ｋの比較的低い熱伝導性を有する。ダイヤモンドの熱伝導性は、純度に応じて、室温で約６Ｗ／ｃｍ−Ｋから約５０Ｗ／ｃｍ−Ｋまで変わり得る。ダイヤモンド粒子が層４４の熱伝導性を高める量は、充填剤の濃度と、粒子寸法、及び粒子の純度とに左右され得る。重量比によれば、小さい粒子は、大きい粒子よりも大きい熱伝導性の増加を層４４に与える傾向がある。層４４の熱伝導性は、同様の装填量及び粒子寸法の従来の材料の粒子が用いられる比較層に比べて増加させることができる。

ダイヤモンド含有粒子は、天然ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンド、又はその組み合わせから形成することができる。天然ダイヤモンドは、典型的には、炭素原子が４面体に結合した面心立方結晶構造を有する。天然ダイヤモンドの密度は、約３．５２ｇ／ｃｍ³である。

合成ダイヤモンドとは、化学気相堆積法のような化学的プロセス、又は高圧法のような物理的プロセスによって形成される、工業生産されたダイヤモンドである。これは天然産のダイヤモンドと同様に立体的な炭素結晶から構成される。合成ダイヤモンドは、炭素の非晶形態であるダイヤモンド状炭素と同じものではない。例示的な実施形態において有用となり得る合成ダイヤモンドの例は、多結晶ダイヤモンド、及び金属結合ダイヤモンドを含む。多結晶ダイヤモンドは、化学気相堆積法により、約５ｍｍまでの厚さと約３０ｃｍまでの直径の平坦なウェハとして成長させることができ、幾つかの場合においては、三次元形状として成長させることができる。多結晶ダイヤモンドは、ポップコーン状の構造を有することができる。ダイヤモンドは通常、黒色であるが、完全に透明にすることも可能である。結晶構造は８面体となることがある。

合成ダイヤモンドの金属結合形態は、黒鉛と金属粉との混合物を高圧で長時間プレスすることによって形成することができる。例えば、ニッケル／鉄をベースとする金属結合ダイヤモンドは、黒鉛とニッケル鉄の配合粉末を、天然ダイヤモンドを模倣した生成物が形成されるのに十分な時間だけ高圧高温（ＨＰＨＴ）プレス機にかけることで製造される。コバルトのような他の金属を用いることもできる。プレス機から取り出した後、ダイヤモンドにはミリング工程が行われる。化学的清掃法又は熱的清掃法を用いて表面を磨くことができる。次いで所望の寸法範囲が得られるようにこれを微粉化することができる。このようにして形成された粒子は、一貫した形状を持たないフレーク又は極めて小さい破片となることがある。結晶構造は、天然ダイヤモンドのように単結晶となることがある。

充填剤粒子７２は主としてダイヤモンドから形成され、即ち、粒子７２は、少なくとも６０％のダイヤモンドであり、一般には少なくとも８０％又は少なくとも９０％のダイヤモンドであり、幾つかの実施形態においては、少なくとも９５％のダイヤモンドであり、他の実施形態においては、純ダイヤモンドのように９９％より大きいダイヤモンドである。具体的には、充填剤粒子は、少なくとも６０重量％の結晶性炭素を含むことができ、幾つかの実施形態においては、少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％の結晶性炭素を含むことができる。

いずれの特定の理論にも縛られることなく、フルオロエラストマー又は他のフルオロカーボンのようなハロポリマーと充填剤とを含み、充填剤は主としてダイヤモンドを含んでおり、約１ミクロンより少ない粒子寸法を有する外側層を含む定着器は、定着器が磨耗しても高い光沢を示す。定着器が磨耗するに伴い、表面は比較的高い光沢のまま残り、磨耗した表面域と磨耗していない表面域との表面テクスチャの違いは比較的小さいため、デルタ光沢不良モードは低減でき、又は幾つかの場合においてはなくすことができる。従って、このような外側層の使用は定着部品の寿命を効果的に延長する。さらに、磨耗領域の光沢は、粒子寸法、粒子硬度、及び充填剤濃度によって影響を受ける。よって、光沢は、粒子寸法、粒子の形状、及び／又は粒子硬度、及び／又は充填剤濃度を、ロール表面の光沢と一致するように変えることで、調整することができる。

粒子７２に加えて、層４４は、ゴムの約０．１ｐｐｈから約４０ｐｐｈまでの量で層４４に存在することができる、カーボンブラックのようなより軟らかい充填剤材料の粒子などの他の材料の粒子を含むことができる。層４４には他の材料が存在することができる。１つの実施形態においては、層４４は解こう剤を含む。このような解こう剤の例は、ＢＹＫ Ｃｈｅｍｉｅから入手可能なＤｉｓｐｅｒｂｙｋポリマー組成物と、ポリメタクリル酸とを含む。解こう剤は、ポリマーの約０．１重量パーセントから約１０重量パーセントまでの量で存在することができる。

随意的に、外側層４４組成物は、マトリクスに対する充填剤粒子の接着を助けることができる接着促進剤を含む。例示的な接着促進剤は、アミノプロピルトリエトキシシラン（ウェスト・ヴァージニア州フレンドリー所在のＯＳＩ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社からのＡ１１００）のようなアミンで修飾されたシランであり、ゴムの約０．０１ｐｐｈから約１０ｐｐｈまでで存在することができる。

外側層４４組成物は、随意的に、界面活性剤を含むことができる。外側層４４において界面活性剤として用いるのに適した材料の例は、３Ｍ社製のＦＣ４３０のようなフルオロ−界面活性剤を含むが、これに限定されるものではない。別の実施形態においては、外側層は実質的に界面活性剤がない。

層４４には、また、アルカリ金属酸化物及び／又は水酸化物のような分散剤が存在することもできる。例示的な分散剤は、水酸化カルシウムと酸化マグネシウムとを単独で又は組み合わせて含む。

図４に示される定着部材の別の実施形態においては、基材４０と外側層４４との間に位置決めされる層４８を位置決めすることができる。中間層において用いるのに適した材料は、シリコーンゴム、フルオロエラストマーのようなエラストマー、フルオロシリコーン、エチレン・プロピレン・ジエン・ゴム、フルオロシリコーンのようなシリコーンゴム、フェニル・シリコーン、シリコーン配合物などを含む。中間層として有用な付加的なポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフルオロアルコキシ・ポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡテフロン（登録商標））、エチレン・クロロトリフルオロ・エチレン（ＥＣＴＦＥ）、エチレン・テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン・ペルフルオロメチルビニルエーテル共重合体（ＭＦＡ）などのようなフルオロポリマーを含む。これらのポリマー、及びその組み合わせを、接着剤と併せて、中間層などとして含むことができる。種々の実施形態においては、中間層は適合性があり、約５０マイクロメートルから約１２００マイクロメートルまでの厚さであるか、又は、約１００マイクロメートルから約６５０マイクロメートルまでの厚さである。

中間層４８として用いるのに適した接着剤の例は、アミノ・シラン（例えばウェスト・ヴァージニア州フレンドリー所在のＯＳＩ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社からのＡ１１００）、チタン酸塩、ジルコン酸塩、アルミン酸塩といったシラン、及びその組み合わせを含む。１つの実施形態においては、約０．２５パーセントから約１０パーセントまでの溶液中の接着剤を基材４０上に塗布してもよい。接着剤層は、基材上又は別の中間層上に、約２ナノメートルから約２，０００ナノメートルまで、又は約２ナノメートルから約５００ナノメートルまでの厚さでコーティングしてもよい。接着剤は、スプレー・コーティング又はワイピングを含むいずれかの好適な公知の技術でコーティングしてもよい。

基材４０と随意的な中間層４８は、さらに、内部に分散された充填剤を含むこともできる。基材及び／又は随意的な中間層の中の充填剤は重要ではなく、いかなる形でも限定されず、粒子寸法又は硬度に関して限定されることはない。例えば、基材及び／又は随意的な中間層は、約３ミクロンに満たない粒子寸法と、モース硬度計で少なくとも約３の粒子硬度とを有する充填剤粒子を含むことができる。基材及び／又は随意的な中間層に適した充填剤の例は、米国特許第６，８２９，４６６号及び米国特許第６，８３８，１４０号に記載されるものを含む。

本開示によるハロポリマーと充填剤粒子とを含むコーティング組成物は、ロール・ミルにおいて、ハロポリマーを、充填剤及び随意的に硬化剤と共にミリングすることによって調製することができる。次いで、材料を成形する、即ちロール／ベルト上に押し出すことができる。代替的に、配合材料をロール・ミル上でミリングし、ＭＥＫ、ＭＩＢＫ、アセトンなどの好適な溶剤に溶解することができる。代替的に、材料の一部をロール・ミル上でミリングし、他の部分を直接溶剤に加えることができる。さらに他の実施形態においては、ハロポリマー及び充填剤のミリングは、例えばペブル・ミル又はブラベンダー型混合器を用いて、溶剤の中で行うことができる。「溶解された」材料は、次いで、スプレー、ディッピング、リング・コーティング、又はフロー・コーティングにより、組成物にコーティングすることができる。

以下の実施例は、本開示による定着部品をさらに説明する目的のためのものである。実施例は単に例示的なものであり、本開示による定着部品を、本明細書に示される材料、条件、又はプロセス・パラメータに限定することを意図するものではない。特に指定のない限り、全ての部は容量によるゴムの百分率である。

ベース・コーティングは、以下の成分を、ロール・ミルを用いて互いににミリングすることによって調製される。
Ｖｉｔｏｎ ＧＦ １００部（Ｄｏｗ−ＤｕＰｏｎｔ）
充填剤 ５０ｎｍの天然ダイヤモンド粒子又は２５ｎｍの金属ダイヤモンド粉末といった１部又は１０部のナノダイヤモンド粒子
Ｃａ（ＯＨ）₂ ６部
ＭａｇＯ ３部
ＶＣ５０ ５部（Ｄｏｗ−ＤｕＰｏｎｔ）
シラン １部

次いで、配合材料は、加熱プレスにより、３５０°ＦのＡＳＴＭゴムパッドで成形することができる。パッドを離型し、１８時間の後硬化処理を行ってもよい。

代替的に、ＭＥＫ又はＭＩＢＫと混合することにより、コーティングを形成することができ、コーティングはシリコーンゴムの層に適用することができる。

例えば２００°Ｃ±７°Ｃまで加熱し、その上で、１５０ｇの荷重下で、８．７３ｍｍの球状圧子の下で５分間、紙を動かすことなどにより、パッド部分を摩擦することで、コーティング組成物の光沢測定を行うことが可能である。結果として得られる磨耗痕は、光沢計、又は主観的な視覚観察尺度を用いて評価することが可能である。

例示的な実施形態の１つの態様による定着装置を含む静電写真装置形態の画像レンダリング装置の概略正面図である。 例示的な定着部材を組み入れた定着装置の概略正面図である。 例示的な実施形態の１つの態様によるダイヤモンド含有充填剤を含むコーティング形態の外側層を含む定着部材の一部の概略断面図である。 例示的な実施形態の別の態様によるダイヤモンド含有充填剤を含むコーティング形態の外側層を含む定着部材の一部の概略断面図である。

符号の説明

２０：基材
２４：定着装置
２６：定着ロール
２８：圧力ロール
３０：ニップ
４０：コア
４２：加熱要素
４４：ダイヤモンド含有ポリマー層
４６：表面
４８：中間層
５０：トナー画像
５２：送給システム
５４：サンプ
５６：ポリマー剥離剤
５８：ピックアップ・ロール
６０：送給ロール
６２：外側層

Claims (4)

1. 現像された画像をコピー基材に固定するための定着部材であって、
   基材と、
   フルオロエラストマーと、５ナノメートルから１００ナノメートルの平均粒子寸法を有するダイヤモンドを含む充填剤粒子とを含む、前記基材の上の外側層と、を含むことを特徴とする定着部材。
2. 前記フルオロエラストマーは、エチレン不飽和フルオロエラストマー、又は、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンの共重合体及び三元重合体を含むフルオロエラストマーであることを特徴とする請求項１に記載の定着部材。
3. 画像レンダリング装置であって、
   画像をコピー基材に適用するための画像適用部品と、
   前記画像適用部品からの画像が適用された前記コピー基材を受け取り、前記適用された画像をより恒久的に前記コピー基材に固定する定着装置と、
   を含み、前記定着装置は、中を通して前記コピー基材を受け取るためのニップを間に定める定着部材と圧力部材とを含み、前記定着部材及び前記圧力部材のうちの少なくとも一方は、フルオロエラストマーを含むマトリクス材料と、そこに散布された充填剤とを含んだ外側層を含み、前記充填剤は５ナノメートルから１００ナノメートルの平均粒子寸法を有するダイヤモンドで形成された粒子を含む、
   ことを特徴とする画像レンダリング装置。
4. 定着部材を形成する方法であって、
   基材を提供し、
   前記基材の上に、フルオロエラストマーと、５ナノメートルから１００ナノメートルの平均粒子寸法を有するダイヤモンドを含む充填剤粒子とを含む外側層を形成する、
   ことを含むことを特徴とする方法。

Images