JP5080037B2

JP5080037B2 - 定着用回転体及びその製造方法

Info

Publication number: JP5080037B2
Application number: JP2006207627A
Authority: JP
Inventors: 正信石川; 哲哉森脇; 宗嗣松下
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008033086A

Description

本発明は、電子複写機やレーザービームプリンターの定着部に用いられている定着用回転体に関する。

従来、電子複写機やレーザービームプリンターの定着部に用いられている定着用回転体は、トナーとの離型性を高めるために、その表面に離型層としてフッ素樹脂層を設けて用いられている。このようなフッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレンや、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルビニルエーテル共重合体等を用いることが知られている（特許文献１)。

この定着用回転体である定着ローラや定着ベルトは、その基体として用いる芯金やベルト基体表面にプライマーを介してフッ素樹脂塗料を塗布し、加熱焼成してフッ素樹脂層を設けている。そして、耐屈曲性や表面平滑性の向上のため、芯金やベルト基体表面にメルトフローレートの異なる２種類のフッ素樹脂を含むフッ素樹脂塗料を塗布し、加熱焼成して３０μｍ程度の厚さのフッ素樹脂層を設ける方法が用いられている（特許文献２）。しかし、このようにメルトフローレートの大きなフッ素樹脂を被覆した定着ローラは、フッ素樹脂層の耐摩耗性などの耐久性が劣ることが知られている（特許文献６、７)。

一方、高耐久化や高速化の要求に対し、定着ローラのフッ素樹脂層の耐磨耗性の向上させるために、充填剤を配合する技術が知られている（特許文献３〜５)。

特開平９−１１３６２号公報特開２００５−３０１１９９号公報特開平０６−３４８１６５号公報特開平１１−１６１０６４号公報特開２００１-１８３９３５号公報特開平０８−２５８１８２号公報特開平２００３−１６７４６２号公報

そこで、メルトフローレートの異なる２種類のフッ素樹脂を含むフッ素樹脂塗料に充填剤を配合して、フッ素樹脂層の耐摩耗性を向上しようとした。しかし、このようなフッ素樹脂塗料を芯金に塗布すると、乾燥後のフッ素樹脂層の表面にマッドクラックと呼ばれる大きなひび割れが発生し、このフッ素樹脂層を加熱焼成させてもひび割れが埋まることなく、焼成後のフッ素樹脂層にクラックと呼ばれるひび割れが残るという問題が生じた。そのため、フッ素樹脂層を目的の厚さよりも１０μｍ以上も厚く設けた後に、研磨加工で大きく削り込み、目的の厚さのフッ素樹脂層を持つ定着ローラを得ていた。

しかし、所定の厚さよりもかなり厚いフッ素樹脂層を作製し、それを研磨加工で大きく削り込むことは、手間と時間がかかり、製造コストが高くなる。そのため、研磨加工を行うことなく、表面が平滑で耐磨耗性に優れたフッ素樹脂層を持つ定着ローラとその製造方法が必要とされた。

本発明の目的は、焼成後のクラックが無い平滑で耐磨耗性に優れたフッ素樹脂層を持ち得る加工性に優れた定着用回転体及びその製造方法を提供することである。

本願発明者らは、鋭意研究の結果、特定の異なるメルトフローレートを有する２種類のフッ素樹脂粒子と、充填剤としてのガラス粒子とを特定の含量比率で配合した塗料を用いることにより、焼成後のクラックがなく平滑で耐磨耗性に優れたフッ素樹脂層を形成できることを見出し本発明を完成した。

すなわち、本発明は、最外層にフッ素樹脂層を被覆した定着用回転体であって、該フッ素樹脂層は、メルトフローレートが１〜５g/分の第１のフッ素樹脂粒子と、メルトフローレートが１０〜２２g/分の第２のフッ素樹脂粒子と、充填剤とを含む塗料であって、前記第２のフッ素樹脂粒子の含量が、前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の１０〜５５重量％、前記充填剤の含量が前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の０．５〜３０重量％である塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設け、該フッ素樹脂層の焼成後の膜厚が２０μm以下であり、前記充填剤がガラス粒子である、定着用回転体を提供する。さらに、本発明は、媒体中にフッ素樹脂粒子を含む塗料であって、メルトフローレートが１〜５g/分の第１のフッ素樹脂粒子と、メルトフローレートが１０〜２２g/分の第２のフッ素樹脂粒子と、充填剤とを含む塗料であって、前記第２のフッ素樹脂粒子の含量が、前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の１０〜５５重量％、前記充填剤の含量が前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の０．５〜３０重量％である塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設け、該フッ素樹脂層の焼成後の膜厚が２０μm以下であり、前記充填剤がガラス粒子である、定着用回転体の製造方法を提供する。

本発明に用いる定着用回転体はクラックが発生しない耐磨耗性に優れ、加工性に優れたフッ素樹脂層を形成することが可能であるため、電子複写機やレーザービームプリンターの定着ロールや定着ベルトに用いる事ができる。

上記の通り、本発明に用いるフッ素樹脂塗料は、メルトフローレートが１〜５g/分の第１のフッ素樹脂粒子と、メルトフローレートが１０〜２２g/分の第２のフッ素樹脂粒子とを含む。第１のフッ素樹脂粒子のメルトフローレートは２〜４g/分が好ましく、第２のフッ素樹脂のメルトフローレートは１３〜２０g/分が好ましい。メルトフローレートが１〜５g/分の第１のフッ素樹脂粒子は、定着用回転体における最外層のフッ素樹脂層を形成するために従来から常用されているものである。本発明では、従来から常用されている第１のフッ素樹脂粒子に、さらに、メルトフローレートの高い第２のフッ素樹脂粒子を配合し、さらに後述する充填剤を配合することにより、上記本発明の目的を達成するものである。第２のフッ素樹脂粒子のメルトフローレートが１０g/分未満である場合には、焼成後のフッ素樹脂層にクラックが発生しやすい。また、第２のフッ素樹脂粒子のメルトフローレートが２２g/分を超えると、焼成後のフッ素樹脂層の耐摩耗性が不十分である。なお、第１及び第２のフッ素樹脂は、それぞれ１種類のフッ素樹脂粒子であってもよいし、メルトフローレートがそれぞれ上記範囲内に入る２種類以上のフッ素樹脂粒子を組み合わせて用いてもよい。

第２のフッ素樹脂粒子の含量は、第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の１０〜５５重量％であり、好ましくは２０〜５０重量％である。第２のフッ素樹脂粒子の含量が、第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の１０重量％未満である場合には、焼成後のフッ素樹脂層にクラックが発生しやすい。また、第２のフッ素樹脂粒子の含量が５５重量％を超えると焼成後のフッ素樹脂層の耐摩耗性が不十分である。

第１及び第２のフッ素樹脂粒子の平均粒径は特に限定されず、通常、両者とも平均粒径は0.1〜２０μm程度である。

本発明に用いられるフッ素樹脂塗料は、さらに充填剤を含む。充填剤の材質は、ガラスである。充填剤の含量は、第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の０．５〜３０重量％であり、１〜２０重量％が好ましい。充填剤の含量が０．５重量％未満の場合には、焼成後のフッ素樹脂層の耐摩耗性が不十分である。３０重量％を超えると焼成後のフッ素樹脂層にクラックが発生しやすい。充填剤は、粒子状であり、その平均粒径は、特に限定されないが、通常、２〜１０μｍ程度である。

本発明に用いるフッ素樹脂塗料中のフッ素樹脂は、特に限定されるものではなく、従来から定着用回転体の表面に被膜を形成するために用いられているいずれのフッ素樹脂であってもよく、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)を好ましく用いることができる。もっとも、フッ素樹脂はPFAに限定されるものではない。

本発明に用いる塗料中の第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計含有量は、従来の塗料と同程度でよく、通常、１０重量％〜６０重量％である。また、塗料の媒体としては、特に限定されず、通常、水が用いられる。塗料は、通常、上記各粒子を含む分散液の形態にある。塗料は、通常、上記媒体及び各粒子の他に、常用されているフッ素樹脂塗料と同様、分散剤や安定剤等の添加剤を含んでいてもよい。

第１のフッ素樹脂粒子を含む塗料は広く市販されている。また、第２のフッ素樹脂粒子も市販されている。さらに、ガラス粒子等の充填剤粒子も広く市販されている。従って、本発明のフッ素樹脂粒子含有塗料は、常用されている市販のフッ素樹脂粒子（第１のフッ素樹脂粒子）含有塗料に、市販の第２のフッ素樹脂粒子及び充填剤粒子を添加することにより容易に調製することができる。すなわち、本発明に用いられる塗料は、市販品の混合により調製することができる。

本発明において、「定着用回転体」とは、電子複写機やレーザービームプリンターの定着部に用いられている回転する部材を意味し、定着ロール及び加圧ロールのような定着用ロール並びに定着ベルトを意味する。これらのうち、加熱部材としての定着ロールや定着ベルトが好ましい。上記塗料を塗布、乾燥した場合、マッドクラックが公知の塗料よりも生じにくく、平滑なフッ素樹脂被膜が得られるので、本発明の定着用回転体は優れた性能を発揮する。

そして、定着用回転体の定着ロールは、芯金にプライマーを塗布し、その上に上記塗料を塗布し、乾燥し、焼成することにより製造することができる。塗料の塗布は、プライマーを塗布した芯金に塗料をスプレー塗装や浸漬すること等の常法により行うことができる。該塗料を塗布後、乾燥、焼成を行なう。乾燥条件は、特に限定されず、塗料媒体の種類等に応じて適宜設定されるが、通常、８０℃〜１２０℃で１５分〜１時間程度でよい。また、焼成は、フッ素樹脂の種類等に応じて適宜設定されるが、通常、３２０℃〜４２０℃程度で、２０分〜９０分程度である。なお、被膜の膜厚は、焼成後の膜厚で２０μｍ以下である。被膜の膜厚の下限は、特に限定されないが、通常、５μm程度である。５μｍ以下の場合、耐久性が十分でない恐れがある。更に、必要に応じて芯金とフッ素樹脂皮膜の間にシリコーンゴムなどからなる中間層を設けることが出来る。

また、定着ベルトは、樹脂又は金属のベルト基体にプライマーを塗布し、上記塗料を塗布し、乾燥し、焼成することにより製造することができる。そして、定着ロールと同様に、必要に応じて上記ベルト基体とフッ素樹脂皮膜の間にシリコーンゴムなどからなる中間層を設けることが出来る。

上記の方法により製造した、フッ素樹脂被膜で被覆された回転体は、焼成後のクラックが抑制され、平滑なものであり、焼成後のフッ素樹脂層の耐摩耗性も優れている。従って、定着強度が高く、優れた印刷性能が発揮される。また、このフッ素樹脂皮膜表面を研磨等により、所定の表面粗さに調整することもできる。

以下、本発明を定着ロールを用いて本実施例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

実施例１〜５、比較例１〜５
(1) PFA樹脂粒子含有塗料の調製
市販のPFA塗料（三井デュポンフロロケミカル社製EN-513GL)からPFA粒子を除いた組成の溶液を調製し、これにメルトフローレートが３g/分のPFA粒子（三井デュポンフロロケミカル社製350J、平均粒径１μｍ以下) （以下、「MFR3」と略記することがある）及びメルトフローレートが１３g/分のPFA粒子（三井デュポンフロロケミカル社製MP-102、平均粒径約７μｍ以下)（以下、「MFR13」と略記することがある）及び充填剤としてのガラス粒子（龍森社製、平均粒径約５μｍ）を添加してフッ素樹脂塗料を調製した。フッ素樹脂塗料中のフッ素樹脂粒子の合計含量は３５重量％であり、ガラス粒子の含量はフッ素樹脂粒子の合計含量を基準として５重量％であった。全フッ素樹脂粒子中のMFR13のPFA粒子の含量は下記表１に示す通りであった。

(2) 定着ロールの作製
芯金（コニカミノルタテクノロジーズ社製プリンターDi250機用の芯金、直径30mm、長さ320mm)にプライマー（三井デュポンフロロケミカル社製PRM-049)をコーティング後、上記(1)で調製した塗料を厚さ２０μｍとなるようにスプレーコーティングし、１００℃に設定した電気炉内で３０分間乾燥し、４００℃に設定した電気炉内で６０分間焼成し、最外層にフッ素樹脂層を有する定着ロールを作製した。

(3) PFA樹脂層の表面状態の評価
作製した定着ロールのフッ素樹脂層の表面状態を目視により評価した。評価基準は次の通りであった。
◎：乾燥塗膜のクラックはあるが焼成後に十分にメルティングして完全に補修され、クラックなし。
○：乾燥塗膜のクラックはあるが焼成後にほぼメルティングし、若干のクラックはあるが使用上問題なし
△：焼成後の表面の平滑性が不十分であるが使用可能
×：乾燥、焼成後の塗膜にクラック発生

(4) 耐摩耗性の評価
作製した定着ロールを、空回転加速試験機（ミノルタ社製Di250機の定着部を利用したもの）に実装し、空回転を行い、分離爪による爪傷の深さを測定することにより耐磨耗性を評価した。試験温度は２００℃、回転速度は180mm/秒、試験時間は２０時間であった。この条件で空回転を行い、終了後、３箇所の分離爪部の磨耗による凹み量を表面粗さ計（東京精密社製サーフコム1400D)にて測定した。その平均値（μm）を下記表１に記載した。表１中の評価基準は次の通りである。
○：凹み量が３箇所の平均で１μｍ未満
×：凹み量が３箇所の平均で１μｍ以上
なお、表１中、「−」は表面状態が悪く試験しなかったものである。

表１に示されるように、本発明の定着ロールでは、良好な表面状態と優れた耐磨耗性の両者を完備するものであった。これに対し、第２のフッ素樹脂粒子の含量が本発明で規定する範囲よりも少ない比較例１〜３では、焼成後のフッ素樹脂層にクラックが発生し、第２のフッ素樹脂粒子の含量が本発明で規定する範囲よりも多い比較例４、５では、耐磨耗性が劣っていた。

実施例６〜１０、比較例６〜９
全PFA粒子中のMFR3の含量を６０重量％とし、下記表２に示すメルトフローレート(MFR)を有する第２のPFA粒子を４０重量％配合したことを除き実施例１〜５と同様の操作を行い定着ロールを作製し、上記方法により表面状態及び耐磨耗性を試験した。結果を表２に示す。

表２に示されるように、本発明の定着ロールでは、良好な表面状態と優れた耐磨耗性の両者を完備するものであった。これに対し、第２のフッ素樹脂粒子のメルトフローレートが本発明で規定する範囲よりも小さい比較例６〜８では、焼成後のフッ素樹脂層にクラックが発生し、第２のフッ素樹脂粒子のメルトフローレートが本発明で規定する範囲よりも大きい比較例９では、耐磨耗性が劣っていた。

実施例１１〜１６、比較例１０〜１２
全PFA粒子中のMFR3の含量を６０重量％とし、MFR13を４０重量％配合し、ガラス粒子を下記表３に示す量（全PFA粒子に対する重量％）配合したことを除き実施例１〜５と同様の操作を行い定着ロールを作製し、上記方法により表面状態及び耐磨耗性を試験した。結果を表３に示す。

表３に示されるように、本発明の定着ロールでは、良好な表面状態と優れた耐磨耗性の両者を完備するものであった。これに対し、充填剤を含まない比較例１０では、耐磨耗性が劣り、一方、充填剤の含量が本発明で規定する範囲を超えている比較例１１及び比較例１２では、焼成後のフッ素樹脂層にクラックが発生した。

Claims

最外層にフッ素樹脂層を被覆した定着用回転体であって、該フッ素樹脂層は、メルトフローレートが１〜５g/分の第１のフッ素樹脂粒子と、メルトフローレートが１０〜２２g/分の第２のフッ素樹脂粒子と、充填剤とを含む塗料であって、前記第２のフッ素樹脂粒子の含量が、前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の１０〜５５重量％、前記充填剤の含量が前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の０．５〜３０重量％である塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設け、該フッ素樹脂層の焼成後の膜厚が２０μm以下であり、前記充填剤がガラス粒子である、定着用回転体。
前記第２のフッ素樹脂のメルトフローレートが１３〜２０g/分、その含量が前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の２０〜５０重量％である請求項１記載の回転体。
前記フッ素樹脂が、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である請求項１又は２記載の回転体。
定着用ロールである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転体。
媒体中にフッ素樹脂粒子を含む塗料であって、メルトフローレートが１〜５g/分の第１のフッ素樹脂粒子と、メルトフローレートが１０〜２２g/分の第２のフッ素樹脂粒子と、充填剤とを含む塗料であって、前記第２のフッ素樹脂粒子の含量が、前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の１０〜５５重量％、前記充填剤の含量が前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の０．５〜３０重量％である塗料を表面に塗布してフッ素樹脂層を設け、該フッ素樹脂層の焼成後の膜厚が２０μm以下であり、前記充填剤がガラス粒子である、定着用回転体の製造方法。
前記第２のフッ素樹脂のメルトフローレートが１３〜２０g/分、その含量が前記第１及び第２のフッ素樹脂粒子の合計量の２０〜５０重量％である請求項５記載の方法。
前記フッ素樹脂が、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である請求項５又は６記載の方法。
前記定着用回転体が定着用ロールである請求項５ないし７のいずれか１項に記載の方法。