JP6124705B2 - 定着部材、像加熱定着装置および電子写真画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着部材、これを用いた像加熱定着装置および電子写真画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真画像形成装置には、像加熱定着装置が具備されているものがある。
ここで、像加熱定着装置とは、画像を担持した記録材を熱と圧力により加熱処理する装置である。そのような像加熱定着装置としては、記録材上の未定着トナー像を加熱処理して定着或いは仮定着させる定着装置が挙げられる。また、記録材に定着された画像を加熱処理して画像の光沢を増大させる光沢増大化装置、インクジェットで画像形成された記録材を加熱処理して乾燥させる装置等が挙げられる。
そして、像加熱定着装置には、シリコーンゴムと該シリコーンゴムに分散させられた熱伝導性フィラーを含む弾性層を有する定着部材が設けられている。定着部材としては定着ローラ、定着フィルム、加圧ローラなどが挙げられる。

熱伝導性フィラーとしては、アルミナや酸化亜鉛がよく用いられているが、これらの熱伝導性フィラーはいずれも不純物としてアルカリ金属イオンを含んでいる。
像加熱定着装置内の定着部材は、高温（一般的には、温度２００℃〜２５０℃程度）に加熱れる。このときに弾性層中にシリコーンゴムと共にアルカリ金属イオン、特には、ナトリウムイオンが存在していると、シリコーンゴムの耐熱性に悪影響を与えることが知られている（特許文献１）。具体的には、シリコーンゴムの架橋部分の切断、および、切断部分の再結合などにより、シリコーンゴムの硬度が大きく変化してしまう。特に、弾性層の熱伝導性を高めるために、弾性層中におけるシリコーンゴムに対する熱伝導性フィラーの添加量を多くした場合に、弾性層の硬度の不安定性がより顕著となる。
特許文献１では、かかる課題に対して、ナトリウム含有量が少ない平均粒子径が１〜５０μｍの酸化亜鉛を熱伝導性フィラーとして配合することを提案している。

特開２００６−３３６６６８号公報

しかしながら、特許文献１に提案されているような熱伝導性フィラーの使用はコストアップの原因となっていた。また、使用できる熱伝導性フィラーが限定されるという課題があった。
そこで、本発明の目的は、長期の使用によっても硬度が変化し難く、高い耐久性を有する定着部材を提供することにある。
また、本発明は、熱定着性が長期に亘って安定している像加熱定着装置、および、それを用いた電子写真画像形成装置を提供することにある。

本発明によれば、基材、弾性層及び表層をこの順に有し、該弾性層が、シリコーンゴムと、アルカリ金属イオンを含む熱伝導性フィラーと、リン酸基を分子内に有する化合物と、を含む定着部材が提供される。
また、本発明によれば、上記の定着部材と、該定着部材の加熱手段と、該定着部材に対向して配置された加圧部材とを具備している像加熱定着装置が提供される。
さらに、本発明によれば、上記の像加熱定着装置を具備している電子写真画像形成装置が提供される。

本発明によれば、シリコーンゴムの熱劣化が生じにくく、高い耐久性を示す定着部材を得ることができる。また、本発明によれば、安定した熱定着性能を長期に亘って発揮し得る像加熱定着装置および電子写真画像形成装置を得ることができる。

本発明に係る定着部材の一態様である定着ベルトの概略断面図である。 本発明に係る像加熱定着装置の概略断面図である。 本発明に係る電子写真画像形成装置の概略断面図である。

シリコーンゴムと、アルカリ金属イオンを含む熱伝導性フィラーとを含む弾性層を備えた定着部材を長期に亘って使用した場合に、該弾性層の硬度が変化し、ひいては定着性能が変化してしまう原因は、以下のようなものであると考えられる。
すなわち、熱伝導性フィラー中に不純物として含まれているアルカリ金属イオン、具体的には、ナトリウムイオンは、高温に加熱された弾性層中で移動することによって、シリコーンゴムの分子鎖を切断し、弾性層中のシリコーンゴムを低分子化させる。一方、シリコーンゴムの分子鎖の切断がある程度進行すると、弾性層中では、切断されたシリコーンゴム同士が再結合する。このような、シリコーンゴムの低分子化と、低分子のシリコーンゴムの再結合とが、加熱された弾性層中で競争的に進行するため、弾性層の硬度が経時的に変動するものと考えらえる。
ここで、本発明者らは、弾性層中において、アルカリ金属イオンがシリコーン分子鎖と接する機会を減らすことで、弾性層中のアルカリ金属イオンの量を減らさなくても、シリコーンゴムの架橋構造を形成している分子鎖の切断を抑制できることを見出した。
具体的には、弾性層中にアルカリ金属イオンの捕捉サイトを設け、当該捕捉サイトにアルカリ金属イオンを捕捉させて、アルカリ金属イオンとシリコーンゴムとの接触機会を低減せしめることによって、シリコーンゴムの熱劣化を抑制できることを見出した。

（１）定着部材の構成;
図１は、本発明に係る定着部材の一態様である定着ベルトの概略断面図である。図１において、１は基材、２は基材１の周面を被覆している硬化シリコーンゴム弾性層、３はフッ素樹脂表層である。なお、本発明に係る定着部材は、定着ローラや加圧部材においても同様に適用可能である。
（２）基材;
基材としては、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケルなどの金属や合金、ポリイミドなどの耐熱性樹脂が用いられる。定着部材がベルト形状を有する場合には、例えば電鋳ニッケルベルトやポリイミドなどからなる耐熱樹脂ベルト、ステンレス等からなる金属または合金ベルトが挙げられる。定着ローラや加圧ローラのように定着部材がローラ形状を有する場合には、芯金が用いられる。芯金の材質としては、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレスなどの金属や合金が挙げられる。また、硬化シリコーンゴム弾性層との接着のために、硬化シリコーンゴム弾性層形成に先立って、プライマー処理を施しても良い。

（３）弾性層およびその製造方法;
弾性層は、定着の際に、紙上のトナーを過度に押しつぶすことが無いように、定着部材に柔軟性を持たせるための機能を有する。そして、弾性層の主たる構成成分としては、耐熱性に優れたシリコーンゴムが用いられる。一方、弾性層には、基材から表層に向かってより良く熱を伝えるために、高い熱伝導性を有することが求められる。そのため、弾性層には、熱伝導性フィラーが含有させられている。
そして、弾性層の形成には、付加硬化型シリコーンゴム混合物が好適に用いられる。後述するフィラーの種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、弾性を調整することができるからである。

（３−１）付加硬化型シリコーンゴム混合物;
一般的に、付加硬化型シリコーンゴム混合物には、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンと、ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン、および架橋触媒として白金化合物が含まれている。不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンの具体例としては以下のものが挙げられる。
・分子両末端が、（Ｒ^１）_２Ｒ^２ＳｉＯ_１／２で表され、中間単位が、（Ｒ^１）_２ＳｉＯ_２／２またはＲ^１Ｒ^２ＳｉＯ_２／２の少なくとも一方で表される構造を有する直鎖状オルガノポリシロキサン；
・分子両末端が、（Ｒ^１）_２Ｒ^２ＳｉＯ_１／２で表され、中間単位が、Ｒ^１ＳｉＯ_３／２またはＳｉＯ_４／２の少なくとも一方で表される構造を有する分岐状ポリオルガノシロキサン。

ここでＲ^１はケイ素原子に結合した、脂肪族不飽和基を含まない１価の非置換または置換炭化水素基を表す。Ｒ^１の具体例を以下に挙げる。
・アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル等）;
・アリール基（フェニル基等）；
・置換炭化水素基（例えば、クロロメチル、３−クロロプロピル、３，３，３−トリフルオロプロピル、３−シアノプロピル、３−メトキシプロピル等）。
特に、合成や取扱いが容易で、優れた耐熱性が得られることから、Ｒ^１の５０％以上がメチル基であることが好ましく、すべてのＲ^１がメチル基であることが特に好ましい。また、Ｒ^２はケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を表しており、ビニル、アリル、３−ブテニル、４−ペンテニル、５−ヘキセニルが例示され、合成や取扱いが容易で、架橋反応も容易に行われることから、ビニルが好ましい。

また、ケイ素原子に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンは、白金化合物の触媒作用により、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン成分のアルケニル基との反応によって架橋構造を形成させる架橋剤である。ケイ素原子に結合した水素原子の数は、１分子中に平均３個を越える数である。ケイ素原子に結合した有機基としては、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン成分のＲ^１と同じ範囲である非置換または置換の１価の炭化水素基が例示される。特に、合成および取扱いが容易なことから、メチル基が好ましい。
ケイ素原子に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンの分子量は特に限定されない。また、当該オルガノポリシロキサンの温度２５℃における動粘度は、好ましくは１０ｍｍ^２／ｓ以上１００，０００ｍｍ^２／ｓ以下、さらに好ましくは１５ｍｍ^２／ｓ以上１，０００ｍｍ^２／ｓ以下の範囲である。保存中に揮発して所望の架橋度や成形品の物性が得られないということがなく、また合成や取扱いが容易で、系に容易に均一に分散させることができるからである。

シロキサン骨格は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでも差支えなく、これらの混合物を用いてもよい。特に合成の容易なことから、直鎖状のものが好ましい。Ｓｉ−Ｈ結合は、分子中のどのシロキサン単位に存在してもよいが、少なくともその一部が、Ｒ^１ _２ＨＳｉＯ_１／２単位のような分子末端のシロキサン単位に存在することが好ましい。付加硬化型シリコーンゴム混合物としては、不飽和脂肪族基の量が、ケイ素原子１モルに対して０．１モル％以上２．０モル％以下、特には、０．２モル％以上１．０モル％以下が好ましい。

また、不飽和脂肪族基に対する活性水素の数の割合が、０．３以上０．８以下となるような割合で配合されていることが好ましい。上記数値範囲内とすることで、硬化後のシリコーンゴム弾性層の硬度を安定なものとでき、また、硬度の過度の上昇を抑えられる。
不飽和脂肪族基に対する活性水素の数の割合は水素核磁気共鳴分析（例えば、^１Ｈ−ＮＭＲ（商品名：ＡＬ４００型 ＦＴ−ＮＭＲ；日本電子株式会社製）を用いた測定により定量・算出することができる。

（３−２）フィラー；
本発明に係る弾性層は、弾性層に熱伝導性を付与するための熱伝導性フィラーを含む。また、本発明の効果を阻害しない限り、補強フィラー、加工性向上剤、耐熱剤、難燃剤、低硬度化剤等も含むことが出来る。

（３−２−１）熱伝導性フィラー
熱伝導性フィラーとしては、例えば、アルミナおよび酸化亜鉛のいずれか一方または両方を用いることができる。ここで、これらの熱伝導性フィラーは、不純物としてアルカリ金属イオン、特には、ナトリウムイオンを含む。これは製造段階で不可避的に含まるものである。
そして、このような熱伝導性フィラーを用いたシリコーンゴムとしては、ナトリウムイオン含有量はｐｐｍオーダーのものが一般的である。高熱伝導シリコーンゴム中のアルカリ金属イオンの含有量は、たとえば試験サンプルを熱湯中に入れて、溶けだしたイオンを液体クロマトグラフィーにより定量的に求めることができる。

熱伝導性フィラーの平均粒径は取り扱い上、および分散性の観点から１μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。また、形状は球状、粉砕状、針状、板状、ウィスカ状などが用いられるが、分散性の観点から球状のものが好ましい。ここで平均粒径とは、透過電子顕微鏡像から任意の熱伝導性フィラー４００個の粒子径を実測し、個数平均径を算出したものである。粒子径としては、粒子の長軸を測定し、長軸/短軸比が２以上の場合にはその平均値をもって測定値とし、これらの値から算出する。
前記高熱伝導シリコーンゴムにおける熱伝導性フィラーの含有量は、その目的を充分に達成させるために、硬化シリコーンゴム弾性層基準で３５体積％以上６０体積％以下の範囲で含有させることが好ましい。

（３−２−２）その他のフィラー
フィラーとしては、上記成分以外にもその目的に応じて従来から一般的に用いられているものを、本発明の効果が損なわれない範囲で添加することができる。そのようなフィラーの例を以下に挙げる。
粉砕石英、珪藻土などのシリカ系充填剤や加工性向上のための加工助剤；
各種添加剤；
金属酸化物（例えば、酸化チタン、酸化鉄、酸化セリウム、酸化バナジウム、酸化クロム等）；
顔料、耐熱剤、難燃剤、ジメチルシリコーンオイルなどの低硬度化剤等。

（３−３）リン酸基を分子内に有する化合物；
本発明に係る弾性層は、硬化したシリコーンゴムが、弾性層中に含まれるアルカリ金属イオンの作用によって熱劣化することを抑制するために、リン酸基を分子内に有する化合物（以降、単に「リン酸化合物」ともいう）を更に含む。リン酸化合物が、弾性層中のアルカリ金属イオン、特には、ナトリウムイオンを捕捉し、ナトリウムイオンによるシリコーンゴムの分子鎖の切断を抑制する。
定着時の弾性層の温度は、２００℃以上となる。従って、本発明に係るリン酸化合物は、温度２２０℃以上、好ましくは温度２５０℃以上に加熱された場合にも分解しないものが好ましい。このようなリン酸化合物としては、リン酸ジルコニウム、および、リン酸基が結合したフッ素樹脂が挙げられる。
リン酸基が結合したフッ素樹脂とは、リン酸基を含む基が結合したフッ素樹脂のことであり、特表２００２―５１４１８１号公報、特許第２８８２５７９号公報、特開２００５―２１２３１８号公報に例示されるものである。

フッ素樹脂の例としては、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と少なくとも１種のフッ素置換コモノマーとを、従来公知の方法で共重合させて得られる共重合体を挙げることができる。フッ素置換コモノマーとしては、炭素原子数が３以上８以下のパーフルオロアルキルビニル、及びアルキル基の炭素原子数が１以上５以下のパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＡＶＥ）を挙げることができる。

リン酸基を有するフッ素樹脂は、たとえば重合によってフッ素樹脂を製造する際に、官能基単位を含有するペンダント型側基を有するフッ素化モノマーを共重合させることによって得ることができる。リン酸基を有するフッ素化モノマーの好ましい例として、トリフルオロビニルエーテル基を有するリン酸二水素エステル化合物を挙げることができる。
その具体例として、リン酸二水素２，２，３，３，５，６，６，８，９，９−デカフルオロ−５−トリフルオロメチル−４，７−ジオキサノナ−８−エン−１−イル（ＥＶＥ−Ｐ）を挙げることができる。また、リン酸二水素２，２，３，３，４，４，６，７，７−ノナフルオロ−５−オキサヘプタ−６−エン−１−イルを挙げることができる。
本発明にかかるリン酸基を有するフッ素樹脂は、前記リン酸基を有するフッ素化モノマーと、ＴＦＥと、少なくとも１種のフッ素置換コモノマーとを、従来公知の方法で共重合させて得ることができる。
なお、リン酸基を有するＴＦＥと、少なくとも１種のフッ素置換コモノマーとを、従来公知の方法で共重合させて得ることもできる。特に、リン酸基を有する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は、耐熱性に優れることから好適に用いられる。

リン酸基を有するフッ素樹脂の融点は温度２２０〜３００℃、好ましくは温度２５０〜３００℃である。そのために、アルキルビニルエーテル成分又はアルキルビニル成分の割合は共重合体樹脂に対して３モル％以上１２モル％以下、好ましくは３モル％以上１０モル％以下の範囲にある。またリン酸基の量は混合物に対して０．０２モル％以上５モル％以下、好ましくは０．１モル％以上２．５モル％以下のものが使用される。配合量としては、その目的を充分に達成するためには高熱伝導シリコーンゴム中に０．２質量％以上１０質量％以下、好ましくは０．５質量％以上５質量％以下入れることが望ましい。

（３−４）弾性層の厚さ；
定着部材が定着ベルトである場合には、表面硬度への寄与、及び定着時の未定着トナーへの熱伝導の効率から、硬化シリコーンゴム弾性層の厚みは１００μｍ以上５００μｍ以下、特には２００μｍ以上４００μｍ以下が好ましい。
定着部材が定着ローラである場合には、トナーを定着させるために十分なニップ幅を得るローラ硬度への寄与、及び未定着トナーへの熱伝導の効率から、硬化シリコーンゴム弾性層の厚みは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下、特には２ｍｍ以上４ｍｍ以下が好ましい。
定着部材が加圧ローラである場合には、トナーを定着させるために十分なニップ幅を得ることができれば任意の厚みで良く、一般的には０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。

（３−５）弾性層の製法；
硬化シリコーンゴム弾性層は、公知の方法で形成することができる。リングコート法や注型法等によって、基材上に塗膜を形成し、電気炉などの加熱手段によって一定時間加熱して、架橋反応を進行させることにより、硬化シリコーンゴム弾性層とすることができる。

（４）表層
（４−１）フッ素樹脂プライマー
フッ素樹脂を含む表層と硬化シリコーンゴム弾性層の接着のために、この２層の間にプライマー層を設けても良い。さらに、フッ素樹脂プライマー塗布に先だって、硬化シリコーンゴム弾性層表面にＵＶ処理やシランカップリング剤処理をおこなうこともできる。

（４−２）表層
フッ素樹脂を含む表層は公知の方法で形成することができる。具体的には、以下の方法が挙げられる。
・押し出し成型によって形成したフッ素樹脂チューブで、基材としての軸芯体の周面に形成した弾性層の周面を被覆する方法；
・フッ素樹脂粒子をスプレー等で塗布して弾性層の表面に付着させ、該フッ素樹脂粒子を熔融させて膜化する方法。
フッ素樹脂としては、例えば、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）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）等を用いることができる。上記例示列挙した材料中、成形性やトナー離型性の観点からＰＦＡが好ましい。また、上記列挙した材料を２種類以上ブレンドして使用しても良く、本発明の効果を阻害しない限り、添加物を加えても良い。
表層の厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下、より望ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下とするのが好ましい。

（５）像加熱定着装置
図２は、本発明に係る定着部材を用いた像加熱定着装置の断面概略構成図である。図２の４はシームレス形状の定着ベルトである。
この定着ベルト４を保持するために耐熱性・断熱性の樹脂によって成型された、ベルトガイド部材５が形成されている。このベルトガイド部材５と定着ベルト４の内面とが接触する位置に熱源としてのセラミックヒータ６を具備する。セラミックヒータ６はベルトガイド部材５の長手方向に沿って成型具備された溝部に嵌入して固定支持されており、不図示の手段によって通電され発熱する。定着ベルト４はベルトガイド部材５にルーズに外嵌させてある。加圧用剛性ステイ７はベルトガイド部材５の内側に挿通してある。

加圧部材としての弾性加圧ローラ８はステンレス芯金８ａにシリコーンゴムの弾性層８ｂを設けて表面硬度を低下させたものである。芯金８ａの両端部を不図示の手前側と奥側のシャーシ側板との間に回転自由に軸受け保持させて、定着部材に対向して配設してある。弾性加圧ローラ８は、表面性及び離型性を向上させるために表層８ｃとして、５０μｍのフッ素樹脂チューブが被覆されている。
加圧用剛性ステイ７の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材（不図示）との間にそれぞれ加圧バネ（不図示）を縮設することで、加圧用剛性ステイ７に押し下げ力を付与している。これによってベルトガイド部材５の下面に配設した加熱手段であるセラミックヒータ６の下面と弾性加圧ローラ８の上面とが定着ベルト４を挟んで圧接して所定の定着ニップ部９が形成される。この定着ニップ部９に、未定着トナーＴによって画像が形成された、被加熱体となる記録媒体Ｐを挟持搬送させる。これにより、トナー像を加熱、加圧する。その結果、トナー像は溶融・混色、その後、冷却されることによって記録媒体Ｐの上にトナー像が定着される。

（６）電子写真画像形成装置
電子写真画像形成装置の全体構成について概略説明する。図３は本発明に係る電子写真画像形成装置の一形態に係るカラーレーザープリンタの概略断面図である。図３に示したカラーレーザープリンタ（以下「プリンタ」と称す）１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色ごとに一定速度で回転する電子写真感光体ドラム（以下「感光体ドラム」と称す）を有する画像形成部を有する。
また、画像形成部で現像され多重転写されたカラー画像を保持し、給送部から給送された記録媒体Ｐにさらに転写する中間転写体１０を有する。感光体ドラム１１（１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ）は、駆動手段（不図示）によって、図３に示すように反時計回りに回転駆動される。

感光体ドラム１１の周囲には、その回転方向にしたがって順に、感光体ドラム１１の表面を均一に帯電する帯電装置１２（１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ）、画像情報に基づいてレーザービームを照射し、感光体ドラム１１の上に静電潜像を形成するスキャナユニット１３（１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ）、静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像ユニット１４（１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ）、感光体ドラム１１の上のトナー像を一次転写部Ｔ１で中間転写体１０に転写させる一次転写ローラ１５（１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ）、転写後の感光体ドラム１１の表面に残った転写残トナーを除去するクリーニングブレードを有するユニット１６（１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ）が配置されている。

画像形成に際しては、ローラ１７，１８，１９に張架されたベルト状の中間転写体１０が回転するとともに各感光体ドラムに形成された各色トナー像が前記中間転写体１０に重畳して一次転写されることでカラー画像が形成される。
中間転写体１０への一次転写と同期するように搬送手段によって記録媒体Ｐが二次転写部Ｔ２へ搬送される。搬送手段は複数枚の記録媒体Ｐを収納した給送カセット２０、給送ローラ２１、分離パッド２２、レジストローラ対２３を有する。画像形成時には給送ローラ２１が画像形成動作に応じて駆動回転し、給送カセット２０の中の記録媒体Ｐを一枚ずつ分離し、前記レジストローラ対２３によって画像形成動作とタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ搬送する。

二次転写部Ｔ２には移動可能な二次転写ローラ２４が配置されている。二次転写ローラ２４は、略上下方向に移動可能である。そして、像転写に際しては記録媒体Ｐを介して中間転写体１０に所定の圧で押しつけられる。このとき同時に二次転写ローラ２４にはバイアスが印加され中間転写体１０の上のトナー像は記録媒体Ｐに転写される。
中間転写体１０と二次転写ローラ２４とはそれぞれ駆動されているため、両者に挟まれた状態の記録媒体Ｐは、図３に示す左方向に所定の速度で搬送され、更に搬送ベルト２５により次工程である定着部２６に搬送される。定着部２６では熱及び圧力が印加されて転写トナー像が記録媒体Ｐに定着される。その記録媒体Ｐは排出ローラ対２７によって装置上面の排出トレイ２８の上へ排出される。
そして、図２に示した、本発明に係る定着装置を、図３に示した電子写真画像形成装置の定着部２６に適用することにより、電子写真画像の品質維持に好適な電子写真画像形成装置を得ることができる。

実施例を用いてより具体的に本発明を説明する。なお、以下の実施例で使用した定着部材とは図２に示したような定着ベルトである。
（実施例１）
下記の材料（ａ）および（ｂ）を配合し、触媒量の白金化合物を加えて、液状の付加硬化型シリコーンゴム混合物を得た。
（ａ）１分子中にビニル基を少なくとも２個以上有する、ビニル化ポリジメチルシロキサン（質量平均分子量１０００００（ポリスチレン換算））；
（ｂ）１分子中にＳｉ−Ｈ結合を少なくとも２個以上有する、ハイドロジェンオルガノポリシロキサン（質量平均分子量１５００（ポリスチレン換算））。

（１）リン酸基を有するフッ素樹脂の調製；
容積４リットル、横型攪拌羽根が取り付けられたステンレス製の重合容器に、パーフルオロオクタン酸アンモニウム４．９ｇを加えた純水２．２Ｌを入れた。重合容器内から酸素を除去し、また、重合容器内の温度を８５℃に維持した。この重合容器内に容器内圧力に対して差圧（pressure difference）０．０３ＭＰａでエタンを加えた。次にプレチャージ分としてパーフルオロエチルビニルエーテルを１０４ｇ加え、テトラフルオロエチレンを加えて重合容器内の圧力を２．０６ＭＰａに上昇させた。
ここに過硫酸アンモニウム６９ｍｇを水に溶かして加えた。圧力が０．０３ＭＰａ低下したところから、テトラフルオロエチレンで２．０６ＭＰａに保ちつつ過硫酸アンモニウムとパーフルオロエチルビニルエーテルを重合容器に連続的に注入しながら重合反応を進行させた。
重合は、温度８５℃、圧力２．０６ＭＰａの下で行った。反応開始から１１０分経過後、０．６質量％のリン酸二水素２，２，３，３，５，６，６，８，９，９−デカフルオロ−５−トリフルオロメチル−４，７−ジオキサノナ−８−エン−１−イルの水溶液（以下、「ＥＶＥ−Ｐ水溶液」ともいう。）を２６ｍｌ／ｍｉｎ．の速度で１０分間加えた。ＥＶＥ−Ｐ水溶液を加え終わると同時に攪拌を停止し、反応を終了させた。
反応中に追加した過硫酸アンモニウムは１００ｍｇ、パーフルオロエチルビニルエーテルは８４ｇであった。
重合容器内から重合残ガスを除去後、重合容器を開き、約３０質量％の固形分を含む白濁分散液を得た。この白濁分散液に含まれる固体を凍結凝集させた後、水およびアセトンで洗浄し、乾燥してリン酸基が結合したＰＦＡを得た。
（２）シート形状のシリコーンゴム硬化物の調製；
この付加硬化型シリコーンゴム混合物１００質量部に対し、熱伝導性フィラーとして真球状アルミナ（商品名：アルナビーズＣＢ−Ａ１０Ｓ、昭和電工（株）社製、ナトリウム濃度＝４００ｐｐｍ）を３００質量部、上記（１）で調製した、リン酸基を有するＰＦＡを１６質量部配合し、混練した。これを、弾性層形成用原料混合物１と称する。
この弾性層形成用原料混合物１を、温度１３０℃、１５分間の条件下で、厚さ２ｍｍのシートにプレス成型し、その後、温度２００℃に設定した電気オーブン中で４時間加熱し、厚さ２ｍｍのシート形状のシリコーンゴム硬化物を得た。こうして得たシリコーンゴム硬化物を、以下、「シート形状のシリコーンゴム硬化物」とも記載する。シート形状のシリコーンゴム硬化物を用いて以下の評価試験１を行った。
（２）定着ベルトの調製；
基材として、内径３０ｍｍ、幅４００ｍｍ、厚さ４０μｍのニッケル電鋳製のエンドレスベルトを用意した。このエンドレスベルトの外周面をプライマーで処理した、
エンドレスベルトのプライマーで処理した外周面に、上記（１）で調製した弾性層形成用原料混合物１を、リングコート法を用いて、厚さ３００μｍに塗布した。
次いで、当該エンドレスベルトを、温度１３０℃に設定した電気炉中で１５分間加熱した。引き続いて、温度２００℃に設定した電気炉中で４時間加熱して、付加硬化型シリコーンゴム混合物中のオルガノポリシロキサンを反応させて、シリコーンゴム弾性層を形成した。
その後、シリコーンゴム弾性層の表面に、フッ素樹脂プライマーを塗布し、次いで、内面をエッチング処理した厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを被せた。そして、該フッ素樹脂プライマーを硬化させて本実施例に係る定着ベルトを調製した。

＜評価試験１；密封老化試験＞
本評価試験においては、定着部材の弾性層の熱による劣化の状況を、上記（１）で調製したシート形状のシリコーンゴム硬化物を用いて評価した。
ところで、基材、弾性層および表層がこの順に積層されてなる定着部材における弾性層は、像加熱定着装置に組み込まれて稼働している状態においては、基材と表層とに挟まれている。そのため、酸素の供給が制限された環境下で、２００℃以上に加熱された状態が長期に亘って継続する。
ここで、酸素は、シリコーンゴムの架橋構造の切断部分に入り込むことで、切断されたシリコーンゴムの架橋構造の再生に寄与する。従って、酸素の供給が制限された状態で加熱されるシリコーンゴム弾性層は、酸素原子の入り込みによる新たな架橋構造の形成が生じにくいため、硬度の変化が特に大きくなる。
そこで、シリコーンゴム弾性層に対する酸素の供給が制限されることとなる実使用時におけるシリコーンゴム弾性層の硬度変化を評価する。そのために、本評価試験においては、弾性層から切り出したシリコーンゴム硬化物のサンプルをアルミ箔にて包み、空気の流入を制限した状態にて高温環境下に暴露することとした。
具体的には、先に調製したシート形状のシリコーンゴム硬化物から、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍのサイズにカットし、２枚に重ねた評価サンプルを多数用意した。これらの各々を、厚さ２０μｍのアルミ箔を用いて密封した。これを温度２３０℃に設定した電気オーブン中に入れて加熱し、加熱時間に応じて、各評価サンプルのマイクロ硬度を、マイクロゴム硬度計（商品名：ＭＤ−１ ｃａｐａ タイプＣ；高分子計器株式会社製）を用いて測定した。なお、マイクロ硬度の測定は、電気オーブン投入（加熱）前、電気オーブン投入後１時間、５時間、１０時間、２０時間、３０時間、５０時間、７０時間、１００時間、１５０時間、２００時間、２５０時間の各評価サンプルのものに対して行った。
その結果、加熱による軟化は、電気オーブン投入直後から顕著に表れ、概ね１００時間以内にもっとも硬度が低くなった。その後は、架橋構造の切断部分同士の結合による硬化が優勢に進行し、マイクロ硬度は上昇に転じた。
本評価においては、電気オーブン投入前の評価サンプルの値（初期値）と、マイクロ硬度の値が最も低い評価サンプルの値とを用いて、下記計算式に従って、最大硬度低下率を算出した。結果を、表２にまとめて示す。
最大硬度低下率＝［（加熱前のマイクロ硬度―加熱後のマイクロ硬度）／加熱前のマイクロ硬度］×１００

＜評価試験２：定着部材としての耐久試験＞
本評価試験は、上記（２）で調製した定着ベルトを電子写真画像形成装置に装着して、当該定着ベルトの耐久性を評価するものである。
上記（２）で得た定着ベルトを組み込んだ、図２に示す像加熱定着装置を、白黒レーザープリンタ（商品名：Ｌａｓｅｒｊｅｔ
Ｐ４５１５、ＨＰ社製）に装着した。このレーザープリンタを用いて、Ａ４サイズの紙（商品名：ＰＢ ＰＡＰＥＲ ＧＦ−５００、キヤノン株式会社製、６８ｇ／ｍ^２）上に、ハーフトーン画像を連続出力した。なお、画像の解像度は６００ｄｐｉとした。また、ここで出力したハーフトーン画像は、感光体の回転方向に直交する方向に幅１ドット、間隔２ドットの横線を形成したものである。そして、評価は、得られたハーフトーン画像について、目視で、定着ベルトの表面に生じたしわ等に起因する濃度ムラの有無を観察し、当該画像ムラが最初に発現したハーフトーン画像の枚数を記録した。
その結果、本実施例においては、１万５０００枚の画像形成後においても、定着ベルトの表面に「しわ」の発生は認めらえず、それに起因するハーフトーン画像への濃度ムラの発生は認められなかった。

（実施例２）
弾性層形成用原料混合物中のリン酸基が結合したフッ素樹脂の添加量を８質量部に変えたこと以外は、実施例１と同様にして弾性層形成用原料混合物２を調製した。
この弾性層形成用原料混合物２を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。結果を表２にまとめて示す。
また、弾性層形成用原料混合物２を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。
その結果、１万５０００枚の画像形成後においても、定着ベルトの表面に「しわ」の発生は認めらえず、また、ハーフトーン画像への濃度ムラ等の発生も認められなかった。

（実施例３）
リン酸基が結合したフッ素樹脂をリン酸ジルコニウム（商品名：ＩＸＥ−１００、東亜合成（株）社製）に変えたこと以外は実施例１と同様にして弾性層形成用原料混合物３を調製した。
この弾性層形成用原料混合物３を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。結果を表２にまとめて示す。
また、弾性層形成用原料混合物３を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。その結果、１万５０００枚の画像形成後においても、定着ベルトの表面に「しわ」の発生は認めらえず、また、ハーフトーン画像への濃度ムラの発生も認められなかった。

（実施例４）
リン酸ジルコニウムの添加量を６質量部に変えたこと以外は実施例１と同様にして弾性層形成用原料混合物４を得た。
この弾性層形成用原料混合物４を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。結果を表２にまとめて示す。
また、弾性層形成用原料混合物４を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。その結果、１万５０００枚の画像形成後においても、定着ベルトの表面に「しわ」の発生は認めらえず、また、ハーフトーン画像への濃度ムラ等の発生も認められなかった。

（比較例１）
リン酸化合物を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして弾性層形成用原料混合物Ｃ−１を得た。
この弾性層形成用原料混合物Ｃ−１を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。結果を表２にまとめて示す。
また、弾性層形成用原料混合物Ｃ−１を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。その結果、７０００枚目頃から定着ベルトの表面にしわの発生認められ、当該しわに起因する濃度ムラがハーフトーン画像に現われ始めた。

（比較例２）
リン酸基が結合したフッ素樹脂を、該リン酸基が結合したフッ素樹脂と同じ真密度であるフッ素樹脂（ＰＦＡ）粉を１６質量部配合したこと以外は実施例１と同じにして弾性層形成用原料混合物Ｃ−２を調製した。
この弾性層形成用原料混合物Ｃ−２を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。結果を表２にまとめて示す。
また、弾性層形成用原料混合物Ｃ−２を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。その結果、７０００枚目頃から定着ベルトの表面にしわの発生認められ、当該しわに起因する濃度ムラがハーフトーン画像に現われ始めた。

（実施例５）
アルミナの代わりに、ナトリウム含有量が５５０ｐｐｍである酸化亜鉛を３２０質量部配合したこと以外は実施例１と同じにして弾性層形成用原料混合物５を得た。
この弾性層形成用原料混合物５を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。その結果を表２に示す。
また、弾性層形成用原料混合物５を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。その結果、１万５０００枚の画像形成後においても、定着ベルトの表面に「しわ」の発生は認めらえず、また、ハーフトーン画像への濃度ムラの発生も認められなかった。

（実施例６）
リン酸基が結合したフッ素樹脂の添加量を８質量部にしたこと以外は実施例５と同様にして弾性層形成用原料混合物６を得た。
この弾性層形成用原料混合物６を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。その結果を表２に示す。
また、弾性層形成用原料混合物６を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。その結果、１万５０００枚の画像形成後においても、定着ベルトの表面に「しわ」の発生は認めらえず、また、ハーフトーン画像への濃度ムラの発生も認められなかった。

（比較例３）
リン酸化合物を用いなかったこと以外は実施例５と同様にして弾性層形成用原料混合物Ｃ−３を得た。
この弾性層形成用原料混合物Ｃ−３を用いたこと以外は、実施例１の（１）と同様にして、シート形状のシリコーンゴム硬化物を調製し、評価試験１に供した。その結果を表２に示す。
また、弾性層形成用原料混合物Ｃ−３を用いたこと以外は、実施例１の（２）と同様にして定着ベルトを形成し、評価試験２に供した。その結果、６０００枚目頃から定着ベルトの表面にしわの発生認められ、当該しわに起因する濃度ムラがハーフトーン画像に現われ始めた。
上記実施例１〜５および比較例１〜３に係る熱伝導性フィラーおよびリン酸化合物について、表１にまとめた。

実施例１〜５および比較例１〜３に係るシート形状のシリコーンゴム硬化物についての評価試験１の結果を表２に示す。

以上の結果が示すように、各実施例ではその比較例よりも最大硬度低下率が抑制され、実機（カラーレーザービームプリンタ）に組み入れて使用した場合に画像不良やしわが発生していなかった。一方比較例では最大硬度低下率が大きく、実機における耐久試験で画像不良やしわが発生していた。これは密封老化試験の最大硬度低下率が大きいと、実機に入れて使用した場合、すなわち硬化シリコーンゴム弾性層においても硬度の低下率が大きいため、変形により定着ベルト表面にしわが入り、画像不良が発生したと考えられる。

１ 基材
２ 硬化シリコーンゴム弾性層
３ フッ素樹脂表層
４ 定着ベルト
８ 弾性加圧ローラ
２６ 定着部
１００ プリンタ

Claims (11)

1. 基材、弾性層及び表層をこの順に有する定着部材であって、
   該弾性層は、
   シリコーンゴムと、
   アルカリ金属イオンを含む熱伝導性フィラーと、
   リン酸基を分子内に有する化合物と、を含むことを特徴とする定着部材。
2. 前記アルカリ金属イオンがナトリウムイオンである請求項１に記載の定着部材。
3. 前記リン酸基を分子内に有する化合物が、リン酸ジルコニウムである請求項１又は２に記載の定着部材。
4. 前記リン酸基を分子内に有する化合物が、リン酸基が結合してなるフッ素樹脂である請求項１又は２に記載の定着部材。
5. 前記リン酸基が結合してなるフッ素樹脂が、リン酸基を有する、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４に記載の定着部材。
6. 前記弾性層中における前記リン酸基を分子内に有する化合物の含有量が、前記弾性層中の前記シリコーンゴムに対して０．２質量％以上１０質量％以下である請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着部材。
7. 前記熱伝導性フィラーが、アルミナおよび酸化亜鉛のいずれか一方または両方である請求項１〜６のいずれか一項に記載の定着部材。
8. 前記弾性層中における前記熱伝導性フィラーの含有量が、該弾性層に対して３５体積％以上６０体積％以下である請求項１〜７のいずれか一項に記載の定着部材。
9. 前記表層が、フッ素樹脂を含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の定着部材。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の定着部材と、該定着部材を加熱する加熱手段と、該定着部材に対向して配置された加圧部材とを具備していることを特徴とする像加熱定着装置。
11. 請求項１０に記載の像加熱定着装置を具備していることを特徴とする電子写真画像形成装置。