JP6289274B2 - 電子写真用部材及び加熱定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンターなどの電子写真画像形成装置の加熱定着装置の定着部材等に用いられる電子写真用部材、及び電子写真画像形成装置に用いられる加熱定着装置に関する。

近年の事務機器分野では消費電力の少ない製品が望まれている。電子写真方式の複写機やレーザービームプリンター等の画像形成装置では、消費電力を抑える手段として加熱定着器の低熱容量化が進められている。このようなオンデマンドタイプの加熱定着器として、下記（１）及び（２）に記載したものが知られている。
（１）フィルム状の回転体の内部に配置されたセラミックヒータと、フィルム状の回転体を介してセラミックヒータと協働して加熱ニップ部を形成する加圧ローラとを有し、ニップ部でセラミックヒータの熱により記録材上の画像を加熱する加熱定着器。
（２）フィルム状の回転体、あるいは定着ローラ自体が発熱する電磁誘導加熱タイプの加熱定着器。

そのような中で、近年はファーストプリントタイムの高速化、省エネルギー化が更に進み、それに伴って定着装置の加熱立ち上げ時間の短縮、消費電力の低減が特に望まれるようになってきた。そのため、加熱定着装置で使用される加圧ローラに求められる特性として、「高い断熱性」が望まれてきている。これは加圧ローラの弾性層の熱伝導度を低下させることにより、加熱定着装置の作動開始時に加熱体が加圧ローラによって奪われる熱量を小さく抑え、加圧ローラと接触するフィルム状の回転体あるいは定着ローラの温度上昇速度を向上させるという発想である。

加圧ローラの弾性層の低熱伝導化の為には、弾性層中に空隙を設ける方法が一般的である。そして、その材料の１つとして樹脂マイクロバルーンを利用する方法が知られている。ここで、加圧ローラの外径変化を抑制するためには弾性層中の空隙が連泡化かつ外部へ開放されていることが重要である。空隙が連泡化されていない場合、或いは外部へ開放されていない場合、加熱時に空隙内部の気体が膨張して加圧ローラの外径を変化させる。加圧ローラの外径変化は加圧ローラの表面温度上昇に対して遅れて生じるため、一般的な加圧温度検出素子などを用いても加圧ローラ駆動の場合、紙搬送制御が不安定になる。

そこで、連泡化した空隙を有する弾性層を、樹脂マイクロバルーンの凝集体によって形成する場合、液状ゴム組成物中で樹脂マイクロバルーンを凝集させる必要がある（特許文献１）。

一方、樹脂マイクロバルーンで形成された空隙を有する弾性層を有するローラにおいて、弾性層の電気抵抗値を低下させる目的で電子導電剤（カーボンブラック）を添加することが提案されている（特許文献２）。

また、加圧ローラと対をなす定着ローラとの摩擦或いは紙との摩擦により加圧ローラの表面が帯電し、加圧ローラに紙が巻き付くこと、或いは静電的に紙上のトナーを飛び散らせる所謂静電オフセット画像が発生することがある。これを抑制するために、弾性層を導電化することが提案されている（特許文献３）。

特許第３９６９９４２号 特許第４００３０４２号 特開平７−１２９００８号

本発明者らは、加圧ローラにおいて、樹脂マイクロバルーンの凝集体によって形成された、連泡化した空隙を有する弾性層の導電化を図るべく、樹脂マイクロバルーン及び凝集化剤を含む液状ゴム組成物にカーボンブラック等の導電剤を添加することを試みた。その結果、当該導電化剤が、凝集化剤と相互作用して、樹脂マイクロバルーンの凝集を阻害することがあった。

導電化剤が樹脂マイクロバルーンの凝集に与える影響は、これまで認識されていない新たな課題であり、高い断熱性能と導電性とを備えた弾性層を有する定着部材を得るうえでは、上記課題はぜひとも解決すべき課題であると本発明者らは認識した。

すなわち、本発明の目的は、高い断熱性と優れた寸法安定性を有する導電性の弾性層を備えた電子写真用部材の提供にある。

また、本発明の他の目的は、紙等の記録材上のトナー像を安定して加熱定着させることのできる電子写真画像形成装置に用いられる加熱定着装置の提供にある。

本発明によれば、弾性層を有し、該弾性層は、互いに連結され、開放されている、樹脂マイクロバルーン由来の複数の空隙を有し、かつ、イオン導電剤を含有している電子写真用部材が提供される。

また、本発明によれば、加熱手段と該加熱手段に対向して配置されている加圧部材とを具備し、該加熱手段と該加圧部材との間に、未定着のトナー像を表面に担持した記録材を導入することにより該トナー像を該記録材に定着させる加熱定着装置であって、該加圧部材が上記の電子写真用部材である加熱定着装置が提供される。

本発明によれば、樹脂マイクロバルーンの凝集体に由来する連泡化した空隙を有し、かつ、導電性を備えた弾性層を有する電子写真用部材を得ることができる。すなわち、加熱された際にも、空孔の膨張に伴う外径変化を抑制しつつ、紙や対向部材と摩擦されることによって生じる電荷を逃がし、部材の表面の帯電を抑えることのできる有用な電子写真用部材を提供することが可能となる。

本発明に係る定着装置の概略構成模式図である。 一次架橋後のゴム成形物の断面拡大模式図である。 本発明に係る弾性層の断面拡大模式図である。 本発明に係る弾性層の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。 弾性層の厚みの増加量を測定するための装置の一例である。

〔加熱定着装置〕
図１は本発明にかかる加熱定着装置１の概略構成模式図である。本発明に係る加熱定着装置は、特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報、同４−２０４９８０〜２０４９８４号公報等に記載されている、いわゆる、テンションレスタイプのフィルム加熱方式・加圧回転体（加圧ローラ）駆動方式の加熱定着装置である。

符号２は横断面略半円弧状・樋型で、図面に垂直方向を長手とする横長のフィルムガイド部材（ステー）である。符号３はこのフィルムガイド部材２の下面の略中央部に長手に沿って形成した溝内に収容保持させた横長の加熱体（ヒータ）である。また、符号４はこの加熱体付きのフィルムガイド部材にルーズに外嵌させたエンドレスベルト状（円筒状）の耐熱性フィルム（可撓性フィルム）である。図１に係る加熱定着装置においては、フィルムガイド部材２、加熱体３、及び耐熱性フィルム４が加熱手段を構成している。

符号５は加熱手段の一部を為す耐熱性フィルム４に当接されている、加圧部材としての加圧ローラである。この圧接によって加圧ローラ５の弾性層が弾性変形し、加圧ローラ５と加熱体３との間に圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎが形成される。加圧ローラ５は駆動源Ｍの駆動力が不図示のギア等の動力伝達機構を介して伝達されて所定の周速度で矢印ｂの方向（反時計方向）に回転駆動される。

フィルムガイド部材２は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）や液晶ポリマー等の耐熱性樹脂の成形品である。

加熱体３は低熱容量のセラミックヒータである。このセラミックヒータは、アルミナ、ＡｌＮ等の横長・薄板状の基板３ａ、その表面側（フィルム摺動面側）に長手に沿って形成具備させた線状あるいは細帯状のＡｇ／Ｐｄなどの通電発熱体（抵抗発熱体）３ｂ、ガラス層等の薄い表面保護層３ｃ、基板３ａの裏面側に配設したサーミスタ等の検温素子３ｄ等からなる。そして、このセラミックヒータは通電発熱体３ｂに対する電力供給により迅速に昇温した後、検温素子３ｄを含む電力制御系により所定の定着温度（制御温度）を維持するように制御される。

耐熱性フィルム４は、熱容量を小さくして装置のクイックスタート性を向上させるために、膜厚を例えば総厚４００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以上３００μｍ以下とした複合層フィルムである。耐熱性フィルム４の基層は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ等の金属部材を単独ないし複合して形成される。基層の上には、トナー定着性能を良化させるための弾性層を形成しても良く、弾性層の材料としては、熱伝導フィラー、補強材等が添加されたシリコーンゴム、フッ素ゴム等が好適に用いられる。

基層の上、或いは基層の上に弾性層が形成される場合は弾性層の上に、離型層を形成することが好ましい。離型層中には、例えば、以下のフッ素樹脂を含有させることができる。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（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）など。また、これらのフッ素樹脂は、単独で、或いは２種以上を組み合わせて使用することができる。上記フッ素樹脂の中でも、成形性、耐熱性及び耐屈曲性に優れたＰＦＡが特に好適に用いられる。

前記離型層には必要に応じてカーボンブラック、イオン導電性物質等の導電性部材を含有させても良い。

加圧ローラ５は、鉄やアルミニウム等の材質の基材５ａと、ゴム弾性層５ｂ、離型層５ｃ等からなる。

耐熱性フィルム４は、画像形成時に加圧ローラ５が矢印ｂの方向（反時計方向）に回転駆動されることで、加圧ローラ５の回転に従動する。つまり、加圧ローラ５を駆動すると定着ニップ部Ｎにおいて加圧ローラ５と耐熱性フィルム４の外面との摩擦力で耐熱性フィルム４に回転力が作用する。耐熱性フィルム４が回転している際には、耐熱性フィルム４の内面が定着ニップ部Ｎにおいて加熱体３の表面である下面（表面保護層３ｃ）に密着して摺動する。この場合、耐熱性フィルム４の内面とこれが摺動する加熱体３の下面である表面保護層３ｃとの摺動抵抗を低減するために、両者間に耐熱性に優れた潤滑剤を介在させるとよい。

また、静電オフセットの発生を抑制させるために加圧ローラ５に電圧印加回路Ｖを用いて電圧を印加することが好ましい。加圧ローラ５の弾性層５ｂが導電性或いは帯電防止性能を有する場合は離型層の直下までの電位を制御しやすくなる。トナーの帯電極性に合わせてトナーを紙に引き付ける極性の電圧を印加すれば良い。加圧ローラ５への電気的な接点は特に制約されることはないが、基材５ａに接点を設ける方式が導通安定性の点で好ましい。

定着ニップ部Ｎに導入された記録材Ｐは、加熱手段と加圧ローラとで挟持され、搬送される。このとき、記録材Ｐ上の未定着のトナー像は加熱手段によって加熱され、記録材Ｐに定着される。そして、定着ニップ部Ｎを通った記録材Ｐは耐熱性フィルム４の外面から分離されて搬送される。

本例のようなフィルム加熱方式の定着装置は、熱容量が小さく昇温の速い加熱体を用いることができ、加熱体が所定の温度に達するまでの時間を大きく短縮できる。常温からでも容易に高温に立ち上げることができるため、非プリント時に装置が待機状態にあるときのスタンバイ温調をする必要がなく省電力化できる。

また、回転する耐熱性フィルムには定着ニップ部以外には実質的にテンションが作用しておらず、フィルム寄り移動規制手段としては耐熱性フィルムの端部を単純に受け止めるだけのフランジ部材のみを配設している。

〔電子写真用部材〕
本発明に係る電子写真用部材は、加熱定着装置における加圧ローラ、定着ローラ及び耐熱性フィルム等として用いることができる。代表例である加圧ローラについて、その構成材料、成型方法等を以下に詳細に説明する。

〔加圧ローラ〕
図１に示される加圧ローラ５は、基材５ａの外周に少なくとも、弾性層５ｂ及び離型層５ｃを積層した構成である。弾性層５ｂは、例えば、シリコーンゴムに代表されるような柔軟で耐熱性のある材料を含む、導電性を有し、帯電防止性能に優れた層である。離型層５ｃは、例えば、フッ素樹脂またはフッ素ゴムに代表されるような加圧ローラの表面に好適な材料からなる層である。

［基材］
基材５ａの材質としては、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼などの金属や合金が挙げられる。基材の形状としては、例えば、中空の円筒形状や中実の円柱形状等が挙げられる。基材が、中空の円筒形状の場合には内部に熱源を設けることも可能である。また、円柱形状や円筒形状の基材の外周面には、基材と弾性層との接着性向上等のための機能層（不図示）を更に設けることができる。

一般に基材の長手方向の片端部または両端部には、回転駆動力を付与するためのギアやギアを取り付けるための切り欠きが形成されることがある。また必要に応じて回転時のトルクを下げるためのベアリングや軸受がセットされることもある。

［弾性層］
弾性層を構成する材料は、樹脂マイクロバルーン、イオン導電剤および該樹脂マイクロバルーン用の凝集化剤を含む弾性層形成用ゴム組成物の硬化物であることが好ましい。弾性層は、例えば、以下の手順で形成することができる。先ず、ベースゴム材料として未架橋状態の液状ゴムを用い、この中に樹脂マイクロバルーンと該樹脂マイクロバルーン用の凝集化剤及びイオン導電剤を加え、混合撹拌して弾性層形成用ゴム組成物を得る。次いで、一次架橋温度にて液状ゴムを架橋反応させることにより、図２に示すようにベースゴム材料６の中で樹脂マイクロバルーン７が、凝集化剤８を介して、所謂数珠つなぎ状に凝集化分散された状態のゴム成形物を得る。その後、このゴム成形物を樹脂マイクロバルーンの分解温度以上の温度で加熱し、樹脂マイクロバルーンを破泡させ、収縮させる。その結果、図３に示すような、互いに連結され、解放されている複数の空隙９を有し、且つイオン導電剤を含有する弾性層を得ることができる。図３において符号１０は、樹脂マイクロバルーンが破泡して形成されたシェルの残渣であり、耐熱性ゴム１６中には、この残渣の収縮物が、破泡後に形成された空隙９の壁面付近に存在する。図４に弾性層の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例を示す。

＜凝集化剤＞
樹脂マイクロバルーン用の凝集化剤としては樹脂マイクロバルーンとの親和性が良く、ベースゴム材料などの液状ゴムとの親和性が悪い物質であることが肝要である。これにより、凝集化剤が樹脂マイクロバルーンの表面に付着した状態で液状ゴム中に分散するため、樹脂マイクロバルーン同士を互いにつなぎ合わせる作用を発現する。その結果、図２のような数珠つなぎ状に樹脂マイクロバルーンがベースゴム材料中に分散配置される。液状ゴムを架橋反応させて得られた耐熱性ゴム中においても、樹脂マイクロバルーンは数珠つなぎ形態を保つので、弾性層中には、互いに連結され、開放されている、樹脂マイクロバルーン由来の複数の空隙が形成される。

ここで用いられる凝集化剤は、樹脂マイクロバルーンとの親和性の観点から、ポリオールが好ましく、代表的なものとしては以下のものが挙げられる。エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、グリセリン、ペンタエリストール等。

また、この際、イオン導電剤として特定のイオン液体を加えることにより、凝集化剤としての機能を兼ねることも可能である。ここで用いる特定のイオン液体としては、アニオンとして炭素数４以上１０以下のパーフルオロアルキルスルホン酸イオン、及び、炭素数１以上４以下のパーフルオロアルキルスルホンイミドイオンの少なくとも一方であることが好ましい。このようなアニオン種を有するイオン液体は、樹脂マイクロバルーンとの親和性が高く、液状ゴムとの親和性が悪いため、凝集化剤としての機能も有する。

＜樹脂マイクロバルーン＞
樹脂マイクロバルーンとしては、アクリロニトリル樹脂マイクロバルーン、塩化ビニリデン樹脂マイクロバルーン、フェノール樹脂マイクロバルーン等が例示されるが、分散性の観点からアクリロニトリル樹脂マイクロバルーンが好ましい。樹脂マイクロバルーンはこれらの樹脂で形成されたシェルの内部に炭化水素等のガスが封入された構造を有しており、未膨張状態のものと既膨張状態のものが上市されている。ベースゴム材料中に分散させて使用する際においては既膨張状態のものを用いることが成形時の寸法安定性の観点から好ましい。

樹脂マイクロバルーンは、用いるゴムの架橋温度に応じて、適当な分解温度を備えたものを適宜選択することが好ましい。例えば、弾性層形成用ゴム組成物中のベースゴム材料として付加硬化型の液状シリコーンゴムを用いる場合、液状シリコーンゴムの一次架橋温度（１００℃程度）では破泡せず、二次架橋温度（２００℃程度）では破泡する樹脂マイクロバルーンが好適に用いられる。

樹脂マイクロバルーンの平均粒径は１０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下である。前記範囲内の樹脂マイクロバルーンを用いることでゴム弾性とゴム強度を良好に保つことができる。ここで、平均粒径とは、顕微鏡観察により視野内の無作為に選択した１００個の樹脂マイクロバルーンバルーンの［（長径＋短径）／２］の算術平均値をいう。

樹脂マイクロバルーンの配合量は、弾性層形成用ゴム組成物に対して１０体積％以上、６０体積％以下となるように含有させることが好ましい。前記範囲の配合量とすることでゴム弾性とゴム強度を良好に保つことができる。

＜イオン導電剤＞
本発明で用いられるイオン導電剤としては、リチウム塩やイオン液体が好適に用いられる。中でも、液状ゴム中での分散性に優れ、効率的に弾性層を導電化できることからイオン液体が特に好ましく用いられる。また、ゴムの二次架橋後も安定に存在することが望ましいため、２００℃以上の分解温度を有するイオン導電剤が好ましい。

リチウム塩としてはＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＳＯ_３Ｆ_４Ｆ_９、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_４Ｆ_９）_２等が例示される。

また、イオン液体とは、液体で存在する塩（えん）であり、通常、１００℃以下の融点を有するものをいう。かかる塩を構成するイオン種に比較的大きな有機イオンを用いることにより、比較的低温下においても液体状態で存在可能となる。イオン液体はカチオン種とアニオン種の組み合わせで多くの種類が存在するため、ここではそれらをそれぞれ例示する。

イオン液体に含まれるカチオン種としては、イミダゾリウム系イオン、ピリジニウム系イオン、アンモニウム系イオンが一般的に用いられる。

イミダゾリウム系イオンの例としては、以下のものが挙げられる。下記式（１）で示される１−アルキル−３−メチルイミダゾリウムイオン（ＲＭＩ）（例えば、１−エチル−３メチルイミゾリウムイオン（ＥＭＩ）、１−ブチル−３−メチルイミゾリウムイオン（ＢＭＩ）、１−ヘキシル−３メチルイミゾリウムイオン（ＨＭＩ）等）；下記式（２）で示される１−アルキル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン（ＲＤＭＩ）（例えば１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン（ＥＤＭＩ）、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン（ＢＤＭＩ）、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオン（ＨＤＭＩ）等）。尚、式（１）及び（２）において、Ｒはアルキル基を示す。

ピリジニウム系イオンの例としては、以下のものが挙げられる。下記式（３）で示される１−アルキルピリジニウムイオン（ＲＰｙ）（例えば、１−エチルピリジニウムイオン（ＥｔＰｙ）、１−ブチルピリジニウムイオン（ＢｕＰｙ）、１−ヘキシルピリジニウムイオン（ＨｅｘＰｙ）等）；下記式（４）で示される１−アルキル−３−メチルピリジニウムイオン（ＲＭｅＰｙ）（例えば、１−エチル−３−メチルピリジニウムイオン（ＥｔＭｅＰｙ）、１−ブチル−３−メチルピリジニウムイオン（ＢｕＭｅＰｙ）等）。尚、式（３）及び（４）において、Ｒはアルキル基を示す。

アンモニウム系イオンには、非対称の第四級アンモニウム塩が多く用いられ、例としては、以下のものが挙げられる。下記式（５）で示されるＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウムイオン（ＴＭＰＡ）；下記式（６）で示されるＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウムイオン；下記式（７）で示される１−メチル−１−プロピルピロリジニウムイオン（Ｐ１．３）；下記式（８）で示される１−メチル−１−ブチルピロリジニウムイオン（Ｐ１．４）；下記式（９）で示されるＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムイオン（ＰＰ１．３）等。

また、イオン液体に含まれるアニオン種としては、無機イオンと有機イオンが用いられることがあり、無機イオンとしては、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＨＳＯ_３ ⁻が広く用いられている。

有機イオンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
下記式（１０）で示されるアルキルスルフェートイオン（例えば、メチルスルフェートイオン、エチルスルフェートイオン等）；
下記式（１１）で示されるパーフルオロアルキルスルホン酸イオン（例えば、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（ＥＦ１１）、パーフルオロエタンスルホン酸イオン（ＥＦ２１）、パーフルオロプロパンスルホン酸イオン（ＥＦ３１）、パーフルオロブタンスルホン酸イオン（ＥＦ４１）、パーフルオロヘキサンスルホン酸イオン（ＥＦ６１）、パーフルオロオクタンスルホン酸イオン（ＥＦ８１）、パーフルオロデカンスルホン酸イオン（ＥＦ１０１）等）；
下記式（１２）で示されるパーフルオロアルキルスルホンイミドイオン（例えば、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（Ｎ１１１）、ビス（パーフルオロエタンスルホニル）イミドイオン（Ｎ２２１）、ビス（パーフルオロプロパンスルホニル）イミドイオン（Ｎ３３１）、ビス（パーフルオロブタンスルホニル）イミドイオン（Ｎ４４１）、トリフルオロメタンスルホニル−パーフルオロプロパンスルホニル−イミドイオン（Ｎ１３１）、トリフルオロメタンスルホニル−パーフルオロブタンスルホニル−イミドイオン（Ｎ１４１）等）。
尚、式（１０）においてＲはアルキル基を示し、式（１１）においてＲ_ｆはパーフルオロアルキル基を示す。式（１２）において、Ｒ_ｆ１及びＲ_ｆ２はそれぞれ独立のパーフルオロアルキル基を示す。

上記した「凝集化剤」の項において記載したように、アニオンとして炭素数４以上１０以下のパーフルオロアルキルスルホン酸イオン（例えば、ＥＦ４１、ＥＦ６１、ＥＦ８１，ＥＦ１０１等）、及び、炭素数１以上４以下のパーフルオロアルキルスルホンイミドイオン（例えば、Ｎ１１１、Ｎ２２１、Ｎ３３１、Ｎ４４１、Ｎ１３１、Ｎ１４１等）を有するイオン液体は、凝集化剤としての機能を示すことが発明者らの検討により明らかとなった。

＜ベースゴム材料＞
弾性層５ｂは、対向部材と圧接することにより定着ニップを形成可能な弾性を定着部材に担持させる層として機能する。かかる機能を発現させる上で、ベースゴム材料としてシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴムを用いることが好ましく、中でも付加硬化型のシリコーンゴムが好ましい。付加硬化型のシリコーンゴムは硬化前の段階では液体状態のものが多いため、ベースゴム材料中に樹脂マイクロバルーン、イオン導電剤、凝集化剤を分散させやすく、また、その架橋度を調整することで、弾性層の弾性を調整することができるからである。

一般に、付加硬化型のシリコーンゴムには、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例として以下の（１）及び（２）等が挙げられる。
（１）分子両末端がＲ^１ _２Ｒ^２ＳｉＯ_１／２で表され、中間単位がＲ^１ _２ＳｉＯおよびＲ^１Ｒ^２ＳｉＯで表される直鎖状オルガノポリシロキサン、
（２）中間単位にＲ^１ＳｉＯ_３／２乃至ＳｉＯ_４／２が含まれ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。具体例として、以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）等が挙げられる。
（ｉ）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）；
（ｉｉ）アリール基（フェニル等）；
（ｉｉｉ）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、ビニル基、アリル基、３−ブテニル基、４−ペンテニル基、５−ヘキセニル基が例示されるが、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、ビニル基が好ましい。

また、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個を超える数である。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２５℃における粘度は、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以下の範囲内である。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。

付加硬化型のシリコーンゴムとしては、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％以下であるものが好ましい。特には、０．２モル％以上、１．０モル％以下である。

［離型層］
離型層５ｃを構成する材料としては、トナーの離型性の観点から、フッ素ゴムやフッ素樹脂が挙げられ、中でもフッ素樹脂が好ましい。フッ素樹脂としては、例えば、以下に例示列挙する樹脂が用いられる。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（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。

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、離型層中には成形性や離型性を損なわない範囲において、熱物性を制御する目的でフィラーを含有しても良い。

フッ素樹脂製の離型層の厚みは、１０μｍ以上、１００μｍ以下とするのが好ましい。離型層の厚みをこの範囲内とすることで、基材及び弾性層の熱膨張によっても亀裂等が生じ難く、また、加圧ローラの硬度を過度に上昇させることも避け得る。

［加圧ローラの製法］
ローラの成形方法、製造方法は広く知られており、本発明の要件に反しない限り公知の方法で加圧ローラを形成可能である。

弾性層は金型成型法や、ブレードコート法、ノズルコート法、リングコート法等の加工法が、特開２００１−６２３８０号公報や特開２００２−２１３４３２号公報等において広く知られている。これらの方法により基材上に担持された混和物を加熱し架橋することで弾性層を形成することができる。中でも成形時に寸法変化の影響を受けにくく、離型層を一体成型することも可能なことから、金型成形法が好ましい。金型としては割り金型や筒状金型が利用できるが、成形時のパーティングラインが発生しない筒状金型の方が適している。

筒状金型を用いる場合には、予め接着処理等を施した円筒形状または円柱形状の基材を筒状金型の内部に挿入し、注入口や流出口を有する基材を保持するための駒を両端部にセットする。離型層を一体成型する場合においては駒のセットに先立って筒状金型の内面に別途成形され内面を接着処理されたフッ素樹脂チューブを張架しても良い。

その後、注入口側から筒状金型内に、樹脂マイクロバルーン、イオン導電剤、凝集化剤等を予め混練した弾性層形成用ゴム組成物を圧入する。この際、金型を密閉構造とすると注型圧により樹脂マイクロバルーンが圧縮されて変形してしまうことがあるため、流出口を開放した状態で注型することが好ましい。弾性層形成用ゴム組成物が流出口から出てくるのを確認したのち残圧がほぼ生じない状態で注入口と流出口を閉じ、金型を熱盤や電気炉などを用いて、ゴムの一次架橋温度まで加熱する。

ゴムの一次架橋が完了したのち、筒状金型の両端にセットされた駒を外し、金型からローラを脱型する。脱型されたローラをゴムの二次架橋温度で加熱することで、樹脂マイクロバルーンが加熱によって破泡するため、樹脂マイクロバルーンによって形成された空隙が繋がった状態となり、連泡化が可能となる。

離型層を弾性層と一体成型しない場合においては、二次架橋後に接着剤等を介して離型層を形成しても良い。

以下に、実施例を用いてより具体的に本発明を説明する。なお、本発明の内容は下記実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
［１．加圧ローラの製造］
市販の付加硬化型液状シリコーンゴム原液（商品名：ＳＥ１７４０；東レ・ダウコーニング株式会社製）１００質量部に対し、樹脂マイクロバルーンとして既膨張アクリロニトリル系コポリマー樹脂マイクロバルーン（商品名：マツモトマイクロスフェアー Ｆ−８０ＤＥ；松本油脂製薬株式会社製）を２質量部、更にイオン導電剤兼凝集化剤としてイオン液体であるパーフルオロブタンスルホン酸−１−エチル−３メチルイミダゾリウム（ＥＭＩ−ＥＦ４１）をシリコーンゴム原液に対し０．２ｍｏｌ／Ｋｇの割合になるように配合した。そして、十分に混合し撹拌することで弾性層形成用ゴム組成物を得た。

なお、ここで用いた既膨張アクリロニトリル系コポリマー樹脂マイクロバルーン（商品名：マツモトマイクロスフェアー Ｆ−８０ＤＥ；松本油脂製薬株式会社製）は、付加固化型液状シリコーンゴムの一次架橋温度（１００℃程度）では破泡せず、二次架橋温度（２００℃）では破泡するものである。また、得られた弾性層形成用ゴム組成物に対する樹脂マイクロバルーンの体積割合は、４０体積％である。

一方、内面接着処理済みの３０μｍのフッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブを内面に張架した、内径２０ｍｍのステンレス鋼製の円筒状金型を用意した。そして、当該円筒状金型の内部に、接着処理を施した外径１３ｍｍのアルミニウム製の中実の円柱形状の基材を挿入し、両端に注入口と流出口をそれぞれ有する駒をセットして、ローラの注型成形用金型を作成した。

次いで、その注型成形用金型を注入口が下になるように固定し、先に用意した弾性層形成用ゴム組成物を注入口から圧入せしめた。そして、注型成形用金型の上に位置する流出口から弾性層形成用ゴム組成物が排出されたタイミングで注入口を閉じ、残圧が抜けるまでしばらく放置した後、流出口を閉じた。この状態で１２０℃に温調された熱盤に注型成形用金型をセットし、３０分間一次架橋を行なった。次いで室温まで冷却し、両端の駒を外して、基材の外周部に一次架橋されたゴム層が形成されたローラを注型成形用金型から脱型した。

次いで、このローラを２００℃に温調された電気炉内にて４時間加熱することで二次架橋を行い、本発明に係る電子写真用の加圧ローラＮｏ．１を得た。

［２．加圧ローラの性能評価］
得られた加圧ローラは、下記の評価に供した。なお、加圧ローラＮｏ．１の評価結果は表１に示す。

（２−１．帯電防止性能の評価）
加圧ローラの弾性層の帯電防止性能は画像形成装置の通紙による静電オフセット画像の評価で確認できる。加圧ローラの弾性層の帯電防止性能が低い場合、加圧ローラの離型層と加圧ローラと対をなす定着フィルムとの摩擦、或いは紙との摩擦により加圧ローラ表面が帯電し、静電的に紙上のトナーを飛び散らせる静電オフセット画像が発生する。一方、加圧ローラの弾性層の帯電防止性能が高い場合、加圧ローラの弾性層の離型層近傍まで電位制御ができるために静電オフセット画像の発生を抑制できる。

具体的な評価手順は以下の通りである。前記加圧ローラＮｏ．１を取り付けた定着器を、ＬＢＰ（レーザービームプリンター、Ａ４、３５枚／分）に組み込み、Ｎｅｅｎａｈ Ｐａｐｅｒ社製のＮｅｅｎａｈ Ｂｏｎｄ ６０ｇ／ｍ^２紙を低温低湿環境（温度１５℃、相対湿度１０％）に放置し、ハーフトーン画像パターンを連続５０枚通紙して静電オフセットを評価した。なお、本評価に用いたトナーはマイナス極性に帯電する特性を持つネガトナーであり、加圧ローラの基材に＋５００Ｖを印加した。評価結果は、以下の基準でランク付けした。
Ａ：静電オフセット画像は全く発生しない。
Ｂ：静電オフセット画像は極稀に部分的に発生するが使用上問題無い。
Ｃ：醜い静電オフセット画像が発生する。

（２−２．連泡化の評価）
加圧ローラの弾性層の連泡化は加圧ローラを真空中に放置したときの外径変動により測ることが出来る。弾性層の連泡化が悪い加圧ローラは真空中に放置した場合、膨張し、内部の気体の抜けが遅いために、その外径が増加した状態が長時間維持される。連泡化が良好な加圧ローラの場合は、外径が一旦増加するが、内部の気体の抜けが速いために外径の戻りも早い。連泡化が悪い加圧ローラは、内部の気体の熱膨張の影響が直接反映される為、温度変化による外形変動が大きいものとなる。

そこで、加圧ローラを真空チャンバー内に置いて、減圧前、減圧中及び減圧後の弾性層の厚みを連続的に測定する。減圧前の弾性層の厚みに対する減圧後（減圧中）の弾性層の厚みの増加量をΔｔで表す。

なお、周囲の温度変化に対する外径の変動が小さい加圧ローラとしては、以下の条件を満たすものであることが好ましい。すなわち、大気圧から２分以内に０．００１ＭＰａに達する真空チャンバー内に加圧ローラを置き、減圧開始から１０分後の弾性層の厚みの増加量Δｔ（１０）が、減圧開始から１０分後までの間における弾性層の厚みの増加量の最大値Δｔ（ｍａｘ）の２／３以下となる回復を示す気体透過性を有するものとすることが好ましい。この比が２／３以下であると、弾性層内の空隙の十分な連泡化が図られているものと考えられる。そして、このような加圧ローラは、その実使用時において、温度変化に対する外径変化が、より確実に抑制されたものとなる。

なお、真空チャンバーについては特に制限はなく、上記測定ができるものであればよい。図５に弾性層の厚みの増加量を測定するための装置の一例の概念図を示した。符号１１はアクリル樹脂製等の真空チャンバー、符号１２は加圧ローラ５をセットするための支持台、符号１３は変位量測定センサプローブ（外径変化センサプローブ）、符号１４は変位量の変化をモニタするＰＣである。変位量測定センサプローブにより加圧ローラの弾性層の厚み変化を測定することができる。一般的に弾性層以外の層の厚さは減圧により変化しないため、本測定により弾性層の厚み変化を測定することができる。

具体的な評価手順は以下の通りである。加圧ローラを真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内の圧力を、減圧を開始して２分以内に０．００１ＭＰａ以下にし、減圧開始から１０分間、０．００１ＭＰａ以下に保持した。その際、減圧前と減圧開始から１０分後までの間において弾性層の厚さの変化を測定した。評価結果は、以下の基準でランク付けした。
Ａ：Δｔ（１０）／Δｔ（ｍａｘ）が２／３以下である。
Ｃ：Δｔ（１０）／Δｔ（ｍａｘ）が２／３より大きい。

（２−３．耐久性の評価）
加圧ローラの加熱耐久試験を行う際に、加圧ローラの弾性層に添加した各種材料の影響により、弾性層と離型層との接着が阻害されることが稀に生じる。この評価は、導電剤及び凝集化剤による加圧ローラの弾性層と離型層との接着性への影響を確認するための通紙耐久評価である。

具体的な評価手順は以下の通りである。前記ＬＢＰの定着装置内のセラミックヒータの加熱温度を２００℃にして、ＬＴＲ縦サイズ紙（７５ｇ／ｍ^２）を３５枚／分にて２５万枚通紙を行い、加圧ローラの離型層の剥がれの確認を目視にて行った。評価結果は、以下の基準でランク付けした。
Ａ：２５万枚まで全く問題ない。
Ｂ：２０万枚まで全く問題ない。２５万枚で一部剥がれがあるが、実使用上問題ない。

〔実施例２〜８〕
表１に示すようにイオン導電剤の種類を変更した以外には実施例１と同様の手順で、加圧ローラＮｏ．２〜８を得た。実施例１と同様にして加圧ローラの評価を行った。評価結果を表２に示す。尚、表１中のアニオン種、カチオン種の各記号が表すアニオン名およびカチオン名を表３に示す。

〔実施例９〜１５〕
表１に示すようにイオン導電剤の種類を変更し、さらに凝集化剤としてトリエチレングリコール（ＴＥＧ）を５質量部配合したこと以外は、実施例１と同様にして弾性層形成用ゴム組成物を得た。そのあとの工程は実施例１と同様の手順で、加圧ローラＮｏ．９〜１５を得た。実施例１と同様にして加圧ローラの評価を行った。評価結果を表２に示す。尚、表１中のアニオン種、カチオン種の組み合わせは、表４に示すイオン液体を意味する。

〔比較例１〕
表１に示すように、イオン導電剤を配合せずに、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）を５質量部配合したこと以外は実施例１と同様にして弾性層形成用ゴム組成物を得た。そのあとの工程は実施例１と同様の手順で、加圧ローラＣ１を得た。評価結果を表２に示す。

〔比較例２〕
表１に示すように、イオン導電剤としてビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド−リチウム（Ｌｉ−Ｎ１１１）をシリコーンゴム原液に対し０．２ｍｏｌ／Ｋｇの割合になるように配合した以外は実施例１と同様の手順で、加圧ローラＣ２を得た。評価結果を表２に示す。

〔比較例３〕
表１に示すように、イオン導電剤の代わりにカーボンブラック（商品名：デンカブラック粒状品；電気化学工業株式会社製）をシリコーンゴム原液に対し１０質量部配合した以外は実施例９と同様の手順で、加圧ローラＣ３を得た。評価結果を表２に示す。

１・・定着装置
２・・フィルムガイド部材
３・・加熱体
４・・耐熱性フィルム
５・・加圧ローラ
６・・ベースゴム材料
７・・樹脂マイクロバルーン
８・・凝集化剤
９・・空隙
１０・・樹脂マイクロバルーンが破泡して形成されたシェルの残渣
１１・・真空チャンバー
１２・・加圧ローラ支持台
１３・・変位量測定センサプローブ
１４・・ＰＣ
１６・・耐熱性ゴム
Ｐ・・記録材
Ｎ・・定着ニップ部
Ｖ・・電圧印加回路

Claims (13)

1. 弾性層を有する電子写真用部材であって、該弾性層は、互いに連結され、開放されている、樹脂マイクロバルーン由来の複数の空隙を有し、かつ、イオン導電剤を含有していることを特徴とする電子写真用部材。
2. 前記イオン導電剤が、イオン液体である請求項１に記載の電子写真用部材。
3. 前記イオン液体のアニオンが、炭素数４以上１０以下のパーフルオロアルキルスルホン酸イオン、及び、炭素数１以上４以下のパーフルオロアルキルスルホンイミドイオンの少なくとも一方である請求項２に記載の電子写真用部材。
4. 前記弾性層が、基材上に設けられてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
5. 前記弾性層が、シリコーンゴムを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
6. 前記弾性層の上に離型層が設けられてなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
7. 前記離型層が、フッ素ゴムまたはフッ素樹脂を含む請求項６に記載の電子写真用部材。
8. 前記弾性層が、樹脂マイクロバルーン、イオン導電剤および該樹脂マイクロバルーン用の凝集化剤を含む弾性層形成用ゴム組成物の硬化物である請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
9. 前記弾性層形成用ゴム組成物が、付加硬化型の液状シリコーンゴムを更に含む請求項８に記載の電子写真用部材。
10. 前記樹脂マイクロバルーンが、１００℃に加熱されたときには破泡せず、２００℃に加熱されたときには破泡するものである請求項８または９に記載の電子写真用部材。
11. 前記樹脂マイクロバルーンが、アクリロニトリル樹脂で形成されたシェルの内部にガスが封入されたアクリロニトリル樹脂マイクロバルーン、塩化ビニリデン樹脂で形成されたシェルの内部にガスが封入された塩化ビニリデン樹脂マイクロバルーン、及び、フェノール樹脂で形成されたシェルの内部にガスが封入されたフェノール樹脂マイクロバルーンから選択される少なくとも１つである請求項８〜１０のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
12. 前記凝集化剤がポリオールである請求項８〜１１のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
13. 加熱手段と該加熱手段に対向して配置されている加圧部材とを具備し、該加熱手段と該加圧部材との間に、未定着のトナー像を表面に担持した記録材を導入することにより該トナー像を該記録材に定着させる加熱定着装置であって、該加圧部材が、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電子写真用部材であることを特徴とする加熱定着装置。