JP6366662B2 - 定着部材、定着装置、画像形成装置および定着部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真画像形成装置の定着装置に用いられる定着部材および画像形成装置に関する。

プリンタ、コピー機、ファクシミリ等の電子写真画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」と称す）の定着装置には、フィルム形状やローラ形状の定着部材が用いられている。これら定着部材として、耐熱樹脂製或いは金属製のフィルム形状或いはローラ形状の基材上に、耐熱ゴムを含有する弾性層が形成され、そしてその弾性層上に、トナーに対して優れた離型性を有するフッ素樹脂を含む表層（以下、「フッ素樹脂層」と称すことがある）が形成されたものが知られている。

特許文献１〜３には、定着部材として、表面にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と、ＰＴＦＥと比較して離型性に優れる、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）および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）の如き他のフッ素樹脂との分散液の塗膜を焼成することによって形成されてなるフッ素樹脂層を表層として有する定着部材が開示されている。

特開２００９−１５１３７号公報 特開２０１１−１７５２１８号公報 特開平１０−１４２９９０号公報

近年、画像形成装置における印刷スピードの高速化に伴い、フッ素樹脂を含む表層の更なる耐久性の向上が求められている。表層の耐久性（耐摩耗性）の向上には、上記のようなＰＴＦＥとその他のフッ素樹脂とを混合したフッ素樹脂においては、フッ素樹脂中におけるＰＴＦＥの配合比率を高めることが有効であると考えられる。しかし、ＰＴＦＥと他のフッ素樹とを含む表層において、単にＰＴＦＥの配合比率を高めると、相対的にフッ素樹脂中のその他のフッ素樹脂の配合比率が低下し、他のフッ素樹脂に由来する機能、例えば、表層の表面の離型性を維持することが困難となる場合があった。

そこで、本発明者らは、ＰＴＦＥと他のフッ素樹とを含む表層におけるＰＴＦＥの配合比率を高める以外の方法で該表層の耐摩耗性を向上させるための技術開発が必要であるとの認識を得るに至った。

本発明の一態様は、耐摩耗性に優れる定着部材およびその製造方法の提供に向けたものである。また、本発明の他の態様は、高品位な画像を安定的に得ることができる定着装置および画像形成装置の提供に向けたものである。

本発明の一態様によれば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と、ＰＴＦＥよりも低い融点を有するフッ素樹脂とを含む表層を備えている定着部材であって、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、該表層のサンプルを昇温速度２０℃／分で昇温させたときに得られるＤＳＣ（吸熱）曲線において、
３３０℃以上３４０℃以下の温度範囲にピークトップを有する吸熱ピーク１、および、
該吸熱ピーク１よりも低い温度範囲にピークトップを有する吸熱ピーク２が存在し、
該吸熱ピーク１に基づく融解熱量と該吸熱ピーク２に基づく融解熱量との和ΔＨが、４０Ｊ／ｇ以上５５Ｊ／ｇ以下である定着部材が提供される。

また、本発明の他の態様によれば、定着部材と、該定着部材と対向するように配置された加圧部材とを備える定着装置であって、該定着部材が上記の定着部材である定着装置が提供される。

また、本発明の他の態様によれば、記録材上の未定着のトナー画像を定着する定着手段を有する画像形成装置であって、該定着手段が上記定着装置を備えている画像形成装置が提供される。

また、本発明の更に他の態様によれば、弾性層と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とＰＴＦＥよりも低い融点を有するフッ素樹脂とを含む表層と、を備えている定着部材の製造方法であって、
融点が３３０℃以上３４０℃以下であるＰＴＦＥと、該ＰＴＦＥよりも低い融点を有するフッ素樹脂とを、４０：６０〜５０：５０（質量比）の混合比で含む表層形成用塗料の塗膜を弾性層上に形成する工程と；該塗膜を、３１５℃以上、該ＰＴＦＥの融点未満の温度で加熱して、該表層を形成する工程と、を有する定着部材の製造方法が提供される。

本発明の一態様によれば、耐摩耗性に優れる定着部材およびその製造方法を得ることが可能である。また、本発明の他の態様によれば、高品位な電子写真画像を安定的に得ることができる定着装置および画像形成装置を得ることが可能である。

本発明の一態様に係る画像形成装置の一例の概略構成模式図である。 本発明の一態様に係る定着装置の一例の横断側面構成模式図である。 本発明の一態様に係る定着部材の一例の断面構成模式図である。 実施例４に係る表面層のＤＳＣ曲線である。

本発明者らは、フッ素樹脂を含む表層の耐摩耗性の向上の為に更なる検討を行った。その結果、表層に含まれるフッ素樹脂の結晶化度と表層の耐摩耗性とは密接に関連していることを見出した。具体的には、表面層中のフッ素樹脂の結晶化度を高めることによって、表層の表面の耐摩耗性を、より一層向上させ得ることを見出した。

本発明において、フッ素樹脂の結晶化度は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて昇温速度２０℃／分で昇温させたときの吸熱ピークに基づき算出される融解熱量ΔＨ（Ｊ／ｇ）によって表すこととする。

ここで本発明者らは、「重合上がり」のフッ素樹脂に着目した。フッ素樹脂は、フッ素原子を含む単量体を重合させて合成されるが、重合直後の状態を維持しているフッ素樹脂を「重合上がりのフッ素樹脂」と呼ぶ。

すなわち、重合上がりのフッ素樹脂は、分子鎖が緻密に配列しているため結晶化度が高い。しかし、重合上がりのフッ素樹脂を熔融させると、フッ素樹脂の分子鎖の緻密な配列が崩れ、重合上がりのフッ素樹脂に特有の、高い結晶状態は失われる。

そこで、本発明者らは、重合上がりのＰＴＦＥと、ＰＦＡやＦＥＰの如き、ＰＴＦＥ以外の他のフッ素樹脂と、を含む混合物の熔融物を含む表層を形成する場合において、ＰＴＦＥの融点が、他のフッ素樹脂よりも高いことに着目し、他のフッ素樹脂を熔融させつつ、ＰＴＦＥを熔融させない温度域で加熱することによって、重合上がりのＰＴＦＥの特性を、表層中においても維持せしめることを検討した。すなわち、表面層中のＰＴＦＥに、重合上がりのＰＴＦＥに特有の高結晶化度を維持させることで、表面層のより一層の耐摩耗性の向上を図れるものと考えた。

重合上がりのＰＴＦＥの特性を失ったＰＴＦＥの融点は３２５℃である。これに対して、重合上がりのＰＴＦＥの融点は３３０℃以上である。そこで、重合上がりのＰＴＦＥと、その他のフッ素樹脂との分散液の塗膜を、重合上がりのＰＴＦＥの融点未満の温度で焼成してフッ素樹脂を含む表層を形成した。その結果得られた表層中のＰＴＦＥの融点が３３０℃以上であり、重合上がりの状態を維持していることを確認することができた。また、当該表層中のフッ素樹脂のΔＨは、４０Ｊ／ｇ以上であり、高い結晶化度を有することを見出した。

すなわち、ＰＴＦＥと他のフッ素樹脂とを含む分散液の塗膜を焼成して表層を形成する際に、「重合上がり」のＰＴＦＥを用いると共に、表層中においても、ＰＴＦＥの「重合上がり」の状態を維持されるように表層を形成することによって、耐摩耗性に優れた表層を得られることを本発明者らは見出した。

その結果、ＰＴＦＥと他のフッ素樹とを含む表層中の、ＰＴＦＥ以外の他のフッ素樹脂の配合比率を減らさなくても、耐摩耗性に優れた表層を得ることができる。

以下、本発明の一態様に係る定着部材とその製造方法について具体的に説明する。

（定着部材の構成）
図３は、本発明の一態様に係る、エンドレスベルト形状を有する定着部材（以下、「定着ベルト」ともいう）２３の部分断面図である。図３において、定着ベルト２３は、エンドレスベルト形状の基材２３１の外周面上に、弾性層２３２、および表層２３３がこの順に積層されている。

なお、定着部材は、基材２３１上に表層２３３が形成され、弾性層２３２を有さない層構成のものや、弾性層２３２が複層構成のものであってもよい。また、定着部材の形状はベルト形状に限定されるものではなく、ローラ形状であってもよい。

＜表層＞
表層２３３は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、該表層のサンプルを昇温速度２０℃／分で昇温させたときに得られるＤＳＣ（吸熱）曲線において、３３０℃以上３４０℃以下の温度範囲にピークトップを有する吸熱ピーク１、および、該吸熱ピーク１よりも低い温度範囲にピークトップを有する吸熱ピーク２が存在し、該吸熱ピーク１に基づく融解熱量と該吸熱ピーク２に基づく融解熱量との和ΔＨが、４０Ｊ／ｇ以上５５Ｊ／ｇ以下である。

吸熱ピーク１は、表層に含まれるＰＴＦＥに起因するものであり、吸熱ピーク２は、ＰＴＦＥよりも低い融点を有するフッ素樹脂に起因するものである。重合上がり状態のＰＴＦＥの融点は、３３０℃以上３４０℃以下である。一方、重合上がりのＰＴＦＥが、一旦熔融させられた場合、重合上がりのＰＴＦＥに特有の重合状態を失い、その融点が３３０℃未満となる。

吸熱ピークのピークトップとは、示差走査熱量計を用いて昇温速度２０℃／分で昇温させながら測定したＤＳＣ曲線における、融解ピークの頂点（融点）である。ＤＳＣ曲線は、ＪＩＳ Ｋ７１２１−１９８７に準拠して得る。具体的には、表層のサンプル（約５ｍｇ）精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、温度範囲５０℃〜４００℃で測定する。

また、表層２３３のサンプルのＤＳＣ曲線において、吸熱ピーク１に基づく融解熱量と吸熱ピーク２に基づく融解熱量との和ΔＨが、４０Ｊ／ｇ以上５５Ｊ／ｇ以下である。ΔＨが４０Ｊ／ｇ以上であると、表層は高い結晶化度を有するため耐摩耗性に優れる。また、ΔＨが５５Ｊ／ｇを超える高い結晶化度を達成するには、重合上がりのＰＴＦＥを含んでいたとしても、ＰＴＦＥの含有量を多くする必要がある。その結果、表層中のフッ素樹脂における、ＰＴＦＥ以外の他のフッ素樹脂の含有量を相対的に少なくする必要がある。したがって、優れた耐摩耗性を維持しつつも、定着部材に求められる高い離型性を併せ持つためには、ΔＨを上記した範囲にすることが好ましい。ΔＨはより好ましくは４３Ｊ／ｇ以上５５Ｊ／ｇ以下である。

ΔＨは、上記で得られたＤＳＣ曲線において、吸熱ピーク１および吸熱ピーク２を含むＤＳＣ曲線とベースラインとで囲われた面積とする。

ＰＴＦＥとしては、ΔＨを上記範囲にするために、重合上がりのＰＴＦＥを用いる。重合上がりのＰＴＦＥとは、重合後に一度も熔融された履歴を有しないＰＴＦＥである。重合上がりのＰＴＦＥは、例えば、「ＫＴＬ−５００Ｆ」（商品名、（株）喜多村社製）として市販されている。

ＰＴＦＥより融点が低いフッ素樹脂（以下、「他のフッ素樹脂」ともいう）の具体例としては、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）、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）が挙げられる。これらの中でも、表層の外表面に対して優れたトナー離型性を付与し得るため、ＰＦＡが特に好適に用いられる。

また、他のフッ素樹脂は、比較的高い結晶化度を有することが好ましい。具体的には、他のフッ素樹脂としてＰＦＡを用いる場合、融点、すなわち、ＤＳＣにおける吸熱ピーク２のピークトップの温度が、３００℃以上３１５℃以下であるＰＦＡを用いることが好ましい。また、ＰＦＡ自体の融解熱量が２０Ｊ／ｇ以上、特には２０Ｊ／ｇ以上３０Ｊ／ｇ以下であることが好ましい。このようなＰＦＡの市販品としては、例えば、「テフロン（登録商標）ＰＦＡ ３５０−Ｊ」（三井・デュポンフロロケミカル社製）が挙げられる。

ＰＴＦＥと、他のフッ素樹脂との配合量は、表層のΔＨの値に影響を与え得る。すなわち、ＰＴＦＥは、他のフッ素樹脂と比較してその単体のΔＨが高いため、フッ素樹脂中におけるＰＴＦＥの含有量を単に増やせばΔＨは高い値となり得る。しかし、ＰＴＦＥの含有量を増やすと相対的に他のフッ素樹脂の含有量が減るため、他のフッ素樹脂によってもたらされる機能、例えば、離型性を十分に担保することが困難となり得る。

したがって、フッ素樹脂中のＰＴＦＥと、他のフッ素樹脂との混合比率（ＰＴＦＥ：他のフッ素樹脂）は、４０：６０〜５０：５０（質量比）であることが好ましい。混合比率を上記範囲とすることで、融点が３３０℃以上３４０℃以下のＰＴＦＥを用いた場合において、ΔＨを４０Ｊ／ｇ以上５５Ｊ／ｇ以下の範囲に適切に制御することが可能である。

表層２３３の厚さは、耐摩耗性や伝熱性の観点から１０μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。表層２３３には、カーボン、炭化物、金属、金属酸化物のようなフィラーを含んでいてもよい。

＜基材＞
基材２３１の材質としては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）といった樹脂材料、ステンレスやニッケルといった金属材料を用い得る。また、熱容量を小さくし、定着装置６としてのクイックスタート性を向上させるために、その厚みは、２０μｍ以上１００μｍ以下、特には、２０μｍ以上６０μｍ以下とすることが好ましい。

＜弾性層＞
弾性層２３２の材料としては、公知の弾性材料を使用することができる。具体的には、シリコーンゴム、フッ素ゴムが用いられる。これらの中でも、シリコーンゴムを使用することが好ましい。

シリコーンゴムの原料は、室温で流動性を持つポリマーであって、加熱により硬化が進行する液状シリコーンゴムであることが好ましい。かかる液状シリコーンゴムによって形成される弾性層２３２は、適度に低硬度であり、定着装置６で用いるのに十分な耐熱性と変形回復力を有する。特に、加工性が良好で寸法精度の安定性が高く、かつ、硬化反応時に反応副生成物が発生しないことから、生産性に優れるため、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムを用いることが好ましい。

付加反応架橋型の液状シリコーンゴム組成物は、基本的な構成成分として下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含む。
（ａ）不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン；
（ｂ）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；
（ｃ）ヒドロシリル化触媒。

上記（ａ）成分である、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンとしては以下のものが挙げられる。
・分子両末端がＲ１_２Ｒ２ＳｉＯ_１／２で表され、中間単位がＲ１２ＳｉＯおよびＲ１Ｒ２ＳｉＯで表される直鎖状オルガノポリシロキサン
・分子両末端がＲ１_２Ｒ２ＳｉＯ_１／２で表され、中間単位にＲ１ＳｉＯ_３／２および／または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、Ｒ１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の炭化水素基を表す。具体例は、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基）、アリール基（フェニル基、ナフチル基）、置換炭化水素基（例えば、クロロメチル基、３−クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、３−シアノプロピル基、３−メトキシプロピル基）が挙げられる。

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、Ｒ１の５０％以上がメチル基であることが好ましく、すべてのＲ１がメチル基であることがより好ましい。

また、Ｒ２はケイ素原子に結合した不飽和脂肪族基を表す。Ｒ２としては、ビニル基、アリール基、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、合成や取扱いが容易でシリコーンゴムの架橋反応も容易に行われることから、特にビニル基が好ましい。

また、上記（ａ）成分であるオルガノポリシロキサンの数平均分子量は５０００以上１０万以下が好ましく、質量重量平均分子量は１万以上５０万以下が好ましい。

上記（ｂ）成分である、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、上記（ａ）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。

上記（ｂ）成分において、ケイ素原子に結合した水素原子の数は、１分子中に平均して３個を越える数であることが好ましい。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Ｒ１と同じ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、上記（ｂ）成分の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以下の範囲である。粘度が１０ｍｍ^２／ｓ以上であると、該オルガノポリシロキサンが保存中に揮発しにくく、得られるシリコーンゴムにおいて所望の架橋度や物性を得ることができる。また、粘度が１００，０００ｍｍ^２／ｓ以下であると、該オルガノポリシロキサンの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。

上記（ｂ）成分のシロキサン骨格は、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。特に合成の容易性の観点から、直鎖状のものが好ましい。

また、上記（ｂ）成分において、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、Ｒ１_２ＨＳｉＯ_１／２単位のように、オルガノポリシロキサンの分子末端に存在することが好ましい。

更に、上記（ａ）成分および上記（ｂ）成分は、付加硬化型シリコーンゴム組成物において、ケイ素原子数に対する不飽和脂肪族基数の割合が、０．００１以上０．０２０以下、特には０．００２以上０．０１０以下となるように配合されることが好ましい。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以下となるように配合されていることが好ましい。不飽和脂肪族基数に対する活性水素数の割合が０．３以上であると、硬化後のシリコーンゴムにおいて安定して所望の硬度を得ることができる。また、不飽和脂肪族基数に対する活性水素数の割合が０．８以下であると、シリコーンゴムの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（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不飽和脂肪族基数および活性水素数を定量して算出することができる。

上記（ｃ）成分としては、白金化合物およびロジウム化合物の如き公知の物質が挙げられる。

また、上記した成分（ａ）〜（ｃ）の他に、反応制御剤（阻害剤）を含んでもよい。反応制御剤としては、メチルビニルテトラシロキサン、アセチレンアルコール類、シロキサン変性アセチレンアルコール、ハイドロパーオキサイドの如き公知の物質を用いることができる。

また、弾性層２３２の熱伝導率を上げるために、弾性層２３２を構成するシリコーンゴム中に高熱伝導性フィラー（以下「フィラー」と称する）を混入させることが好ましい。フィラーとしては、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、カーボンを用いることができる。また、これらのフィラーは単一で用いても良く、２種類以上を混合物として使用してもよい。なお、これらのフィラーを弾性層２３２に混入させることで、弾性層２３２に導電性を付与することも可能である。

弾性層２３２の厚みとしては、３０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以上３００μｍ以下とすることが望ましい。弾性層２３２の厚みを上記範囲内とすることによって、弾性層の弾性を十分に発揮させ得るため、高い光沢を有し、かつ、定着ムラの少ない良質な画像を、より得やすくなる。また、定着部材の熱容量が大きくなり過ぎることによる定着装置６のクイックスタート性の低下を、より有効に抑制し得る。

（表層の形成方法）
表層２３３の形成方法としては、下記（ｉ）および（ｉｉ）の方法が知られている：
（ｉ）弾性層２３２の表面に、フッ素樹脂粒子を水系の分散媒に分散させてなるフッ素樹脂ディスパージョンの塗膜を形成し、該塗膜を焼成して、フッ素樹脂粒子の少なくとも一部を熔融せしめてフッ素樹脂膜からなる表層を形成する方法（以下、「コート法」ともいう）、および、
（ｉｉ）フッ素樹脂の熔融物を円筒状に押出成形して得たフッ素樹脂チューブで、弾性層２３２の表面を被覆して固定する方法（以下、「チューブ被覆法」ともいう）。

ここで、コート法は、表層の形成過程を通じて、重合上がりのＰＴＦＥの重合上がりの状態を維持し易い。そのため、本実施態様においては、表層の形成方法としては、コート法を採用することがより好ましい。なお、弾性層上に、コート法によって表層を形成してなる定着部材は、弾性層と表層とが直接接している構成を有するものとなる。

以下に、コート法による表層の形成方法を詳細に説明する。
（１）塗膜を形成する工程
まず、表層形成用塗料として、ＰＴＦＥの粒子と、ＰＴＦＥより融点の低い他のフッ素樹脂の粒子とを、水系の分散媒に分散させてなるフッ素樹脂ディスパージョンを用意する。次いで、この表層形成用塗料を、弾性層２３２の表面に塗布し、フッ素樹脂を含む塗膜（以下、単に「塗膜」と称す）を形成する。

ここで、表層形成用塗料には、フッ素樹脂に加えて、成膜剤、界面活性剤、粘度調整剤を含有させてもよい。

表層形成用塗料中に含まれるフッ素樹脂（ＰＴＦＥ、および、他のフッ素樹脂）は、粒子形状であることが好ましい。フッ素樹脂粒子の平均粒径（体積平均粒径）は、０．１μｍ以上、５μｍ以下であることが好ましい。フッ素樹脂粒子の体積平均粒径は、光散乱法で測定したときの、体積平均粒径である。

ＰＴＦＥとしては、高い結晶化度を達成するために、重合上がりのＰＴＦＥを用いる。重合上がりＰＴＦＥ粒子は、重合反応により形成された後、ＰＴＦＥの融点以上の温度での加熱処理が加えられていないものであることが重要である。

なお、表層形成用塗料を塗布する前に、弾性層２３２と表層２３３との接着性を高めるために、弾性層２３２に表面処理を行ってもよい。該表面処理としては、具体的には、シランカップリング剤の塗布、紫外線（ＵＶ）照射、プラズマ処理やフレーム処理が挙げられる。なお、紫外線照射処理の後にシランカップリング剤を塗布するなど、複数の表面処理を組み合わせて用いてもよい。
（２）塗膜を加熱して表層を形成する工程
続いて、弾性層２３２上の塗膜を加熱溶融し、表層２３３を形成する。

重合上がりのＰＴＦＥの融点は３３０℃以上３４０℃以下であり、それに対して一般的なＰＦＡやＦＥＰのような他のフッ素樹脂の融点は、温度３１５℃以下である。そこで、塗膜の加熱温度を３１５℃以上、ＰＴＦＥの融点未満とすることで、重合上がり状態のＰＴＦＥを融解させずに、他のフッ素樹脂を溶融して表層２３３を形成することができる。塗膜の加熱温度は、より好ましくは、３１５℃以上３３０℃未満である。

また、塗膜の加熱時間は、弾性層２３２の熱劣化を抑制するため、１分以上、３０分以下とすることが望ましく、さらに好適には１５分以下とすることが望ましい。

装置としては、オーブン、マッフル炉、赤外線ランプ加熱装置、管状炉が挙げられるが、必ずしもこれらの手段に限定されるものではない。

（画像形成装置全体の構成）
図１は本発明の一態様に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例の概略構成模式図である。この画像形成装置は電子写真式のレーザービームプリンタ（以下、プリンタと記す）である。

図１に示すプリンタは、像担持体として回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１８を有する。

感光ドラム１８は、プリント指令に応じて矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）にて回転される。そしてこの回転過程で感光ドラム１８の外周面（表面）が帯電手段としての帯電ローラ１７により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。その感光ドラム１８の表面の一様帯電面に対してレーザービームスキャナ３から出力される、画像情報に応じて変調制御（ＯＮ／ＯＦＦ制御）されたレーザービームＬＢによる走査露光がなされる。これによって感光ドラム１８の表面に目的の画像情報に応じた静電潜像が形成される。この潜像が現像手段としての現像装置４によりトナーＴＯを用いてトナー画像として現像され可視化される。

一方、給送ローラ８の駆動により給送カセット９内に積載収納されている記録材Ｐが一枚ずつ繰り出されガイド１０を有するシートパスを通ってレジストローラ１１に搬送される。レジストローラ１１は、この記録材Ｐを感光ドラム１８の表面と転写ローラ５の外周面（表面）との間の転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送する。この記録材Ｐは転写ニップ部で挟持搬送され、この搬送過程において転写ローラ５に印加される転写バイアスによって感光ドラム１８の表面のトナー画像が順次に記録材Ｐの面に転写されていく。これによって記録材Ｐは未定着のトナー画像を担持する。

未定着トナー画像（未定着画像）を担持した記録材Ｐは感光ドラム１８の表面から順次に分離して転写ニップ部から排出され、搬送ガイド１２を通じて、定着手段としての定着装置６のニップ部に導入される。この記録材Ｐは定着装置６のニップ部で熱と圧力を受けることによってトナー画像が記録材Ｐの面に加熱定着される。定着装置６を出た記録材Ｐは、搬送ローラ１３とガイド１４と排出ローラ１５とを有するシートパスを通って、排出トレイ１６にプリントアウトされる。また記録材分離後の感光ドラム１８の表面は、クリーニング手段としてのクリーニング装置７により転写残りトナーのような付着汚染物の除去処理を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。

（定着装置の構成）
以下の説明において、定着装置およびこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは、記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。

図２は本発明の一態様に係る定着部材を有する定着装置６の横断側面構成模式図である。この定着装置６は、フィルム加熱方式の定着装置である。

フィルムガイド２１は横断面略半円弧状の樋型に形成されたフィルムガイドである。フィルムガイド２１は、図面に対し垂直な方向を長手方向とする横長の部材である。ヒータ２２はこのフィルムガイド２１の下面の略中央に長手方向に沿って形成された溝内に収容支持されている加熱体である。

定着ベルト２３は、本発明の一態様に係る定着部材であって、ここでは、エンドレスベルト形状（円筒状）を有している。定着ベルト２３は、加熱体２２を支持させたガイド２１にルーズに外嵌されている。ガイド２１の材料は、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。

ヒータ２２は、薄板状のアルミナ製のヒータ基板２２１を有している。そしてこのヒータ基板２２１の表面（後述のニップ部Ｎ側の面）には、ヒータ基板２２１の長手方向に沿って線状あるいは細帯状のＡｇ／Ｐｄといった通電によよって発熱する発熱体２２２が形成されている。この発熱体２２２は、例えば、ガラス質の材料を含む表面保護層２２３で被覆され、保護されている。ヒータ基板２２１の裏面（ニップ部Ｎ側の面とは反対側の面）には、温度検知部材としてサーミスタ２２４が設けられている。

加圧ローラ２４はローラ形状を有する加圧部材である。加圧ローラ２４は、定着ベルト２３の下方に、定着ベルト２３と対向配置されている。加圧ローラ２４は、不図示の加圧機構によって、定着ベルト２３を挟んで、ヒータ２２に対して加圧させられている。そして、加圧ローラ２４の外周面（表面）と定着ベルト２３の外周面（表面）とが接触し、加圧ローラ２４が弾性変形する。これによって加圧ローラ２４の表面と、定着ベルト２３の表面との間に、所定の幅のニップ部Ｎ（定着ニップ部）が形成される。

＜定着装置の加熱定着動作＞
プリント指令に応じて駆動源としての定着モータＭが回転駆動されると、この定着モータＭの回転力が動力伝達機構（不図示）を介して加圧ローラ２４に伝達される。これにより加圧ローラ２４は矢印方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転される。この加圧ローラ２４の回転はニップ部Ｎを通じて定着ベルト２３表面に伝わり、定着ベルト２３は加圧ローラ２４の回転に従動して矢印方向に回転する。

（実施例１）
定着ベルトの基材として、外径３０ｍｍ、肉厚４０μｍ、軸方向の長さ４００ｍｍのエンドレスベルト形状を有するステンレス鋼製の基材を用意した。

この基材の外周面に、付加硬化型シリコーンゴムを含む液状シリコーンゴム混合物（商品名：ＸＥ１５−Ｂ９２３６、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製）を、塗布し、液状シリコーンゴム混合物の塗膜を形成した。この塗膜の厚さは３００μｍであった。次いで、該塗膜を２００℃に加熱し、塗膜中の付加硬化型シリコーンゴムを反応させ、シリコーンゴムを含む弾性層を形成した。

次に、弾性層の表面に対してＵＶ処理を行った。なお、ＵＶ処理は必須ではないが、ＵＶ処理を行うことで、シリコーンゴム弾性層表面のタック性が低下し、かつ、シリコーンゴム弾性層の表面を親水性にすることができる。

次に、シランカップリング剤である３−アミノプロピルトリエトキシシラン（商品名：ＫＢＥ−９０３、信越シリコーン社製）を、エタノールを用いて重量比で５倍に希釈した液を弾性層の表面にスプレー塗布し、室温にて自然乾燥させた。乾燥後のシランカップリング剤の塗膜の膜厚が１．０μｍであった。次いで、シランカップリング剤の塗膜の表面に、プライマー（商品名：ＥＫ−１９０９Ｓ２１Ｌ、ダイキン工業株式会社製）を、乾燥膜厚が２μｍとなるように均一にスプレーコートし、乾燥させた。

次に、ＰＦＡ（商品名：テフロン（登録商標）ＰＦＡ ３５０−Ｊ、三井・デュポンフロロケミカル社製、体積平均粒径：０．１μｍ）５０質量部と、重合上がりのＰＴＦＥの微粉末（商品名：ＫＴＬ−５００Ｆ、（株）喜多村製、体積平均粒径：０．３μｍ）５０質量部とを、フッ素樹脂固形分が、４０質量％となるように水に分散させてなる表層形成用塗料を調製した。

この表層形成用塗料を、プライマー層の表面に、焼成後の膜厚が１５μｍとなるようにスプレーコートした。次いで、当該塗膜の温度を、３１５℃に１５分間維持し、塗膜中のＰＦＡ粒子を溶融させ、塗膜中の重合上がりのＰＴＦＥ微粉末は、熔融させなかった。その後、得られたベルトに温度２５℃の冷風を吹き付けて冷却した。こうして、ステンレス鋼製の基材の外周面上に、シリコーンゴムを含む弾性層およびフッ素樹脂層が積層された、エンドレスベルト形状の定着ベルトを得た。

（実施例２）
塗膜の加熱温度を３２０℃とした以外は実施例１と同様にして定着ベルトを作製した。

（実施例３）
塗膜の加熱温度を３２５℃とした以外は実施例１と同様にして定着ベルトを作製した。

（実施例４）
表層形成用塗料中の、ＰＦＡとＰＴＦＥとの質量比（ＰＦＡ：ＰＴＦＥ）を、６：４とした以外は、実施例１と同様にして表層形成用塗料を調製した。この表層形成用塗料を用い、かつ、表層形成用塗料の塗膜の加熱温度を、３２５℃とした。これら以外は、実施例１と同様にして定着ベルトを作製した。

（比較例１）
塗膜の加熱温度を３１０℃とした以外は実施例１と同様にして定着ベルトを作製した。

（比較例２）
塗膜の加熱温度を３５０℃とした以外は実施例１と同様にして定着ベルトを作製した。

（比較例３）
表層形成用塗料中の、ＰＦＡとＰＴＦＥとの質量比（ＰＦＡ：ＰＴＦＥ）を、４：６とした以外は、実施例１と同様にして表層形成用塗料を調製した。この表層形成用塗料を用い、かつ、表層形成用塗料の塗膜の加熱温度を、３２５℃とした。これら以外は、実施例１と同様にして定着ベルトを作製した。

（比較例４）
塗膜の加熱温度を３５０℃とした以外は比較例３と同様にして定着ベルトを作製した。

実施例１〜４および比較例１〜４にて作製した定着ベルトを下記の評価に供した。

（１）定着ベルト表層の融解熱量、融点の測定
上記各定着ベルトの表層から、５ｍｇのサンプルを取り、示差走査熱量計（ＤＳＣ）（メトラートレド社製、「ＤＳＣ８２３ｅ」、ソフト：「ＳＴＡＲｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ」で、前記した方法に従って、昇温速度２０℃／分で昇温させた時の融解熱量ΔＨ（Ｊ／ｇ）と融点を測定した。融点は、温度の高いピークを吸熱ピーク１、温度の低いピークを吸熱ピーク２としてそれぞれ求めた。図４に実施例４に係る表層から得たサンプルのＤＳＣ曲線を示す。

（２）定着ベルトの耐久試験
上記各定着ベルトについて、表層の耐摩耗性を評価するために以下に示す耐久試験を行った。まず、図２に示す構成を有する定着装置に各定着ベルトを装着し、この定着装置を、６０枚／分（プロセススピード３５０ｍｍ／ｓｅｃ）の高速定着が可能なレーザービームプリンタに組み込み、連続通紙モードでＡ４サイズの紙を連続して３０万枚通紙した。定着時の各定着ベルトの表面温度は２００℃に設定し、通紙は温度１５℃、湿度２０％の環境下で行った。そして、連続通紙後に定着ベルトを取り外し、該定着ベルトの表面を目視で観察し、下記基準にて評価した。
ランク「Ａ」：表層の剥離が見られない。
ランク「Ｂ」：表層の紙のエッジが当接する部位（紙コバ部）に剥離が認められる。

（３）定着ベルトのオフセット評価
上記各定着ベルトを、図２に示す構成を有する定着装置に装着し、この定着装置を、６０枚／分（プロセススピード３５０ｍｍ／ｓｅｃ）の高速定着が可能なレーザービームプリンタに組み込んだ。記録材として、坪量７５ｇ／ｃｍ^２のレターサイズのラフ紙（フォックスリバーボンド、Ｆｏｘ Ｒｉｖｅｒ Ｐａｐｅｒ社製）を用い、５ｍｍ角の黒およびハーフトーン（灰色）パターンが１枚の紙上に、それぞれ９か所形成された画像を、連続で２５０枚出力した。画像出力中の定着ベルトの表面温度は２００℃になるように設定した。また、画像の出力は、温度１５℃、相対湿度／２０％の環境下で行った。

そして、２５０枚目の画像においてオフセットによる画像不良が見られるか否かを確認した。
ランク「Ａ」：オフセットにより画像不良が見られない
ランク「Ｂ」：オフセットにより画像不良が見られる
上記各実施例と比較例の結果を表１に示す。

表１の結果において、実施例１〜４に係る定着ベルトの表層は、３３０℃以上３４０℃以下の温度範囲にピークトップ（融点）が存在し、かつ、ΔＨが４０Ｊ／ｇ以上と高い結晶化度を達成している。塗膜の加熱温度が３１５℃以上３３０℃以下であるため、ＰＴＦＥの重合上がりの状態が維持されていると考えられる。

一方、比較例１では、加熱温度が３１０℃と低いため、ＰＦＡが溶融せず、フッ素樹脂を膜化することができなかった。

なお、比較例１における吸熱ピーク２のピークトップ温度が、３１５℃であり、実施例１〜４におけるそれらの温度（温度３００℃または３０１℃）に比して高い。その理由は、実施例１〜４に係る表層中のＰＦＡが、熔融後のＰＦＡであるのに対して、比較例１に係る表層中のＰＦＡが未熔融であることによるものと考えられる。

比較例２においては、ΔＨが、３２Ｊ／ｇであり、表層の結晶化度が低かった。そのため、耐摩耗性の評価ランクが「Ｂ」となっている。これは、比較例２においては、表層形成用塗料の塗膜の加熱温度が３５０℃と高く、塗膜中のＰＦＡだけでなく、重合上がりのＰＴＦＥまで溶融しているものと考えられる。そのため、比較例２に係る表層では、重合上がりのＰＴＦＥに特有の高い結晶化度が失われており、表層の結晶化度が低くなっているものと考えられる。

また、比較例２に係る表層のサンプルから得られたＤＳＣ曲線においては、１つの吸熱ピークしか観察されなかった。その理由は、比較例２においては、表層形成用塗料の塗膜の焼成を、３５０℃という高温で行ったため、重合上がりのＰＴＦＥおよびＰＦＡが共に熔融し、表層中においてはＰＴＦＥとＰＦＡとが相溶しているためであると考えられる。

比較例３では、表層中のＰＴＦＥは、重合上がりの状態を維持しているため、表層中のフッ素樹脂の結晶化度は高い。しかしながら、フッ素樹脂に占める重合上がりのＰＴＦＥの割合が多いため、ＰＦＡに依拠している、表層のトナー離型性が低下している。その結果、オフセットの評価ランクが「Ｂ」となっている。

比較例４では、表層形成用塗料の塗膜の加熱温度が３５０℃と高かったため、表層中の、ＰＴＦＥは、重合上がりのＰＴＦＥに特有の高い結晶状態が維持できていない。そのうえで、ΔＨが４０Ｊ／ｇ以上となるようにＰＴＦＥを多量に含有させた結果、表層中のフッ素樹脂に占めるＰＦＡの割合が相対的に低下した。その結果、表層の表面のトナー離型性が低下し、オフセットの評価ランクが「Ｂ」となっている。

また、比較例４に係る表層のサンプルから得られたＤＳＣ曲線において、１つの吸熱ピークしか観察されなかった理由は、比較例２の場合と同様と考えられる。

６ 定着装置
２３ 定着ベルト（定着部材）
２３１ 基材
２３２ 弾性層
２３３ 表層

Claims (13)

1. ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と、ＰＴＦＥよりも低い融点を有するフッ素樹脂とを含む表層を備えている定着部材であって、
   示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、該表層のサンプルを昇温速度２０℃／分で昇温させたときに得られるＤＳＣ曲線において、
   ３３０℃以上３４０℃以下の温度範囲にピークトップを有する吸熱ピーク１、および、
   該吸熱ピーク１よりも低い温度範囲にピークトップを有する吸熱ピーク２が存在し、
   該吸熱ピーク１に基づく融解熱量と該吸熱ピーク２に基づく融解熱量との和ΔＨが、４０Ｊ／ｇ以上５５Ｊ／ｇ以下であることを特徴とする定着部材。
2. 前記吸熱ピーク１が前記ＰＴＦＥに起因するものである請求項１に記載の定着部材。
3. 前記ΔＨが４３Ｊ／ｇ以上５５Ｊ／ｇ以下である請求項１または２に記載の定着部材。
4. 前記ＰＴＦＥよりも低い融点を有する樹脂が、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（ＰＦＡ）である請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着部材。
5. 前記吸熱ピーク２のピークトップの温度が３００℃以上３１５℃以下である請求項４に記載の定着部材。
6. 前記定着部材が、基材と、弾性層と、前記表層とをこの順に有している請求項１〜５の何れか一項に記載の定着部材。
7. 前記基材がエンドレスベルト形状の基材であって、該基材の外周面に前記弾性層および前記表層がこの順に積層されている請求項６に記載の定着部材。
8. 前記表層と前記弾性層とが直接接している請求項７に記載の定着部材。
9. 定着部材と、該定着部材と対向するように配置された加圧部材とを備える定着装置であって、該定着部材が請求項１〜８のいずれか一項に記載の定着部材であることを特徴とする定着装置。
10. 記録材の上の未定着のトナー画像を定着する定着手段を有する画像形成装置であって、該定着手段が請求項９に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
11. 弾性層と、
    ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とＰＴＦＥよりも低い融点を有するフッ素樹脂とを含む表層と、を備えている定着部材の製造方法であって、
    融点が３３０℃以上３４０℃以下であるＰＴＦＥと、該ＰＴＦＥよりも低い融点を有するフッ素樹脂とを、４０：６０〜５０：５０（質量比）の混合比で含む表層形成用塗料の塗膜を弾性層上に形成する工程と；
    該塗膜を、３１５℃以上、該ＰＴＦＥの融点未満の温度で加熱して、該表層を形成する工程と、を有することを特徴とする定着部材の製造方法。
12. 前記塗膜の加熱温度が、３１５℃以上、３３０℃未満である請求項１１に記載の定着部材の製造方法。
13. 前記ＰＴＦＥよりも低い融点を有する樹脂が、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（ＰＦＡ）である請求項１１または１２に記載の定着部材の製造方法。

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