JP6433320B2 - 定着部材とその製造方法、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真画像形成装置の加熱定着装置に用いられる定着部材とその製造方法、定着装置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の加熱定着装置に用いられる定着部材として、フィルム形状やローラ形状を有するものがある。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或いはローラ形状の基材上に、必要に応じて、耐熱ゴム等からなる弾性層が形成され、そして表層には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ものが知られている。ここで、表層に含有させるフッ素樹脂としては、耐熱性に優れる、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）が好ましく用いられる。

ところで、近年、印刷スピードの高速化に伴い、定着部材に求められる耐久性はさらに高くなる傾向にある。定着部材の表面に設けられたフッ素樹脂層は、紙との摩耗によって削れていくため、定着部材の耐久性はフッ素樹脂層の厚みによって担保されている。そのため、定着部材の耐久性を高めるために、フッ素樹脂層の耐摩耗性を向上させる検討が多くなされてきた。

そして、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットに配置される非回転加圧部材に係る発明が記載された特許文献１は、以下の工程１〜４を経て形成される架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性が顕著に向上することを開示している。

基材上に未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成する工程１、
該フッ素樹脂層を該フッ素樹脂の融点（Ｔｍ）から該融点より１５０℃高い温度（Ｔｍ＋１５０℃）までの範囲内の温度に加熱して焼成する工程２、
焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点より５０℃低い温度（Ｔｍ−５０℃）から該融点より５０℃高い温度（Ｔｍ＋５０℃）までの範囲内の温度に調整する工程３、
温度調整した該未架橋フッ素樹脂層に、酸素濃度が０．１〜１０００ｐｐｍの雰囲気下、照射線量が１〜１０００ｋＧｙの範囲内の放射線を照射して、未架橋フッ素樹脂を架橋する工程４。

そして、特許文献１では、フッ素樹脂の具体例として、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−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）が挙げられている。

特開２０１０−１８１６２１号公報

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）は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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）と並び、最も汎用的なフッ素樹脂の一つである。また、ＦＥＰは、ＰＴＦＥやＰＦＡと比較して価格が安く、融点及び溶融粘度が低いため扱いやすい材料と言える。しかしながら、ＦＥＰは、ＰＴＦＥやＦＥＰと比較して耐熱性が低いため、定着部材の表面層として使用した場合、定着使用温度域（例えば、１５０〜１９０℃）では、摩耗してしまう。加えて、ＦＥＰはＰＴＦＥやＰＦＡに比べ、トナーの離型性が相対的に劣る。これらの理由により、ＦＥＰは、定着部材の表層として採用し難い材料と言える。

このような状況の下、より低コストな定着部材を得るべく、ＦＥＰを定着部材の表層の構成材料として用いることを本発明者らは検討してきた。その過程において、本発明者らは、ＦＥＰを含む表層に対して、上記特許文献１の開示に基づき、酸素不在下で、融点近傍まで加熱して電離性放射線を照射する方法を適用した。その結果、表層の耐摩耗性は確かに向上するものの、表層の表面のトナーの離型性の向上は依然として満足し得るものではなかった。

そこで、本発明の目的は、耐摩耗性に優れ、かつ、トナーの離型性に優れたＦＥＰを含む表層を有する定着部材とその製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、高品位な電子写真画像の安定的な形成に資する定着装置および画像形成装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、基材、該基材の表面に設けられた弾性層、及び該弾性層の表面に設けられた表層を有する定着部材であって、該表層は、下記構造式（１）で示される部分構造を有しているＦＥＰを含み、かつ、ぬれ張力が３１．０ｍＮ／ｍであるぬれ張力試験用混合液に対する接触角が６５°以上である表面を有し、該部分構造は、未架橋の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を含む層に対して、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下で、該未架橋の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のガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満で電離性放射線を照射することによって、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中に形成された架橋構造であり、該表層は、該部分構造を有する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を含む層を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に調整することによって製造されたものである、定着部材が提供される：

。

また、本発明の他の態様によれば、上記の定着部材と、該定着部材の加熱装置と、該定着部材に対向して配置されている加圧部材とを有する定着装置が提供される。

更に、本発明の他の態様によれば、上記の定着装置を具備している画像形成装置が提供される。

更に、本発明の別の態様によれば、基材と、該基材の表面に設けられた弾性層と、下記構造式（１）で示される部分構造を有しているＦＥＰを含む表層とを有する定着部材の製造方法であって、下記工程（１）〜工程（３）を含む表層の形成工程を有する定着部材の製造方法が提供される：
工程（１）：該弾性層の表面に形成した、未架橋ＦＥＰを含む膜の温度を、該ＦＥＰのガラス転移点（Ｔｇ）以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の温度範囲に調整する工程、
工程（２）：該第一の工程にて温度調整した該未架橋ＦＥＰを含む膜の表面に、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下、電離性放射線を照射し、該ＦＥＰに、下記構造式（１）で示される部分構造を形成せしめる工程、
工程（３）該第二の工程によって得られた、下記構造式（１）で示される部分構造を有するＦＥＰを含む膜の温度を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に調整する工程：

本発明によれば、高い耐摩耗性を有し、かつ、トナーの離型性に優れた低コストな定着部材を提供することができる。また、本発明によれば、高品位な電子写真画像の安定的な提供に資する定着装置及び画像形成装置を提供することができる。

画像形成装置の一例の概略構成模式図である。 本発明に係る定着装置の横断側面構成模式図である。 本発明に係る定着部材の断面構成模式図である。

本発明によれば、基材、該基材の表面に設けられた弾性層、及び該弾性層の表面に設けられた表層を有する定着部材であって、該表層が、下記構造式（１）で示される部分構造を有しているＦＥＰを含み、かつ、ぬれ張力が３１．０ｍＮ／ｍであるぬれ張力試験用混合液に対する接触角が６５°以上である表面を有することによって、高い耐摩耗性を有し、かつ、トナーの離型性に優れた低コストな定着部材を得ることができる

また、上記定着部材を得るためには、下記第一〜第三の条件：
（１）未架橋の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）を含む膜の表面に、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下で、電離性放射線を照射する第一の条件、
（２）電離性放射線照射時の該膜の温度範囲が、該ＦＥＰのガラス転移点（Ｔｇ）以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の温度範囲である第二の条件、
（３）電離性放射線の照射によって得られた、上記構造式（１）で示される部分構造を有する架橋ＦＥＰを含む膜を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に再加熱する第三の条件、を満たせばよい。

未架橋のフッ素樹脂を含む膜に対して電離性放射線を照射した場合、分子鎖の切断と架橋が同時に起こることが一般的に知られている。また、特許文献１には、電離性放射線照射時のフッ素樹脂を含む膜の温度が該フッ素樹脂の融点近傍である場合には、分子鎖の切断よりも分子鎖の架橋が優位に働き、耐摩耗性が顕著に向上することが開示されている。

これに対し、本発明では未架橋のＦＥＰを含む膜に対して、特許文献１に記載の融点近傍ではなく、該ＦＥＰのガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の状態、かつ、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下で、電離性放射線を照射することで、該ＦＥＰを架橋できることを見出した。

ガラス転移点以上に調整したＦＥＰを含む膜に電離性放射線を照射することで、分子鎖が架橋した要因について本発明者らは以下のように考えている。

これまでのフッ素樹脂への電離性放射線の照射による架橋技術はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）での検討が多く、融点近傍での照射が一般的であった。これは、剛直で一本鎖に近い分子構造を取るＰＴＦＥを架橋させるためには、融点近傍加熱により、結晶を溶融させ、分子鎖が動きやすい状態で電離性放射線の照射を行う必要があったためである。しかしながらＰＴＦＥとは異なり、下記構造式（２）で示されるように、側鎖を持つことで柔軟な非晶部分を有するＦＥＰは、ガラス転移点以上で非晶部分が柔軟に動くことができるため、ガラス転移点以上で電離性放射線の照射による架橋が可能である：

電離性放射線の照射により得られた架橋ＦＥＰを含む膜は、架橋構造を持つことにより大幅に耐摩耗性が改善した。しかしながら、トナーの離型性については、電離性放射線を照射しなかった場合と比較して、低下或いは同等のままであった。

これは、電離性放射線の照射時に、一部のＦＥＰの分子鎖が切断されることで膜内に低分子量成分が生成し、表面エネルギーが高くなってしまうことが主要因だと考えられる。本発明者らはこの現象に対して、該架橋ＦＥＰを含む膜を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に維持し、架橋ＦＥＰに流動性を持たせることで分子の再配列を促し、表面エネルギーを十分に低下させることができることを見出した。

また、ガラス転移点以上の種々の温度で電離性放射線を照射し架橋させたＦＥＰを含む膜を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に調整して得た膜の表面の接触角を測定したところ、ガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満で架橋させたＦＥＰを含む膜については、融点近傍で架橋させたＦＥＰを含む膜よりも接触角が高くなり、低表面エネルギーであることが明らかとなった。

この原因について、本発明者らが検討したところ、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定したＦＥＰの融解熱量が接触角と相関があることがわかり、融解熱量が高い程、接触角も高くなる傾向であった。また、融解熱量はＦＥＰの結晶化度を表しており、融解熱量が高い程、結晶化度が高いと言える。

このため、ガラス転移点以上の種々の温度で電離性放射線を照射し架橋させたＦＥＰを含む膜の融解熱量をＤＳＣにより測定したところ、ガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満で電離性放射線を照射したＦＥＰを含む膜は、融点近傍で電離性放射線を照射したＦＥＰを含む膜よりも融解熱量が高い、すなわち結晶化度が高いという結果が得られた。

このような結果が得られた要因は次のように考えられる。融点近傍で電離性放射線を照射しＦＥＰを架橋させた場合には、ＦＥＰの結晶が溶融して分子鎖の切断、架橋、再配列が起こるため、架橋後のＦＥＰは結晶化度が低下してしまう。それに対し、ガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満で電離性放射線を照射しＦＥＰを架橋させた場合には、温度が低いために結晶部分を維持したまま、ガラス転移点以上で柔軟に動くことが可能な非晶質部分で分子鎖の切断、架橋、再配列が起こるため、結晶化度が高いと考えられる。

結晶部分では、ＦＥＰ中の−ＣＦ_２−基が密に規則配列されており、分子鎖が疎な配列をしている非晶部分より、表面エネルギーが低くなるものと考えられる。つまり、結晶部分を溶融させない条件であるガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満で電離性放射線を照射しＦＥＰを架橋させた場合には、結晶部分を維持したまま架橋が進行するため結晶化度が高い架橋ＦＥＰを得ることができる。そして、得られた結晶化度の高い架橋ＦＥＰを再加熱することで表面エネルギーを十分に低下させた架橋ＦＥＰを含む膜を得ることができる。

そうして得た架橋ＦＥＰを含む膜は、耐摩耗性とトナー離型性が共に優れた膜であった。

以下、本発明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。

（定着装置の構成）
以下の説明において、定着装置及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。記録材Ｐは矢印方向に搬送される。

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。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。

２３は本発明に係る定着部材、ここでは、エンドレスベルト形状（円筒状）を有している。定着部材２３は、加熱体２２を支持させたフィルムガイド２１にルーズに外嵌されている。フィルムガイド２１の材料は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）や液晶ポリマー等の耐熱性樹脂の成形品である。

定着装置において加熱装置を構成している加熱体２２は、全体に低熱容量で且つ長手方向に細長いセラミックス製のヒータである。このヒータ２２は、長手方向に細長い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（後述の定着ニップ部Ｎ側の面）には、ヒータ基板２２１の長手方向に沿って線状或いは細帯状のＡｇ／Ｐｄなどの通電発熱体（抵抗発熱体）２２２が形成されている。そしてこの通電発熱体２２２は、通電発熱体２２２を覆うように薄いガラス層等によって形成された表面保護層２２３によって保護されている。ヒータ基板２２１の裏面（定着ニップ部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等の検温素子２２４などが設けられている。

２４は加圧部材としての加圧ローラである。この加圧ローラ２４は、定着部材２３の下方に、定着部材２３と対向するように配置されている。そしてこの加圧ローラ２４を所定の加圧機構（不図示）により、定着部材２３を挟んでヒータ２２に対し所定の加圧力で加圧している。この加圧力に応じて加圧ローラ２４の外周面（表面）と定着部材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表面と定着部材２３表面との間に所定幅のニップ部Ｎ（定着ニップ部）を形成している。

（定着部材の構成）
図３は、定着部材２３の部分断面図である。図３において、２３１は基材、２３２は弾性層、２３３が表層を表す。

＜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）等の樹脂材料、ステンレスやニッケルなどの金属材料を用い得る。また、熱容量を小さくし、定着装置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、２０〜１００μｍ、特には、２０〜６０μｍ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でき、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が用いられる。

＜表層＞
表層２３３は、前記構造式（１）で示される部分構造、すなわち、架橋した部分を有するＦＥＰを含み、かつ、ぬれ張力が３１．０ｍＮ／ｍであるぬれ張力試験用混合液に対する静的接触角が６５°以上である。ここで、６５°という静的接触角の値は、トナー等の付着が抑制された、安定な表面を有する定着部材が有する値としては一般的な値である。しかしながら、架橋したＦＥＰを含む表層であって、かつ、静的接触角が少なくとも６５°であるような、安定な表面を有するものはこれまで存在していなかったものと本発明者らは認識している。

なお、本発明に係る静的接触角は、ぬれ張力が３１．０ｍＮ／ｍであるぬれ張力試験用混合液を用いて測定した。測定装置として、全自動接触角計（商品名：ＤＭ-５００、協和界面科学株式会社製）を用い、ぬれ張力試験用混合液の被測定表面への滴下量は１．２μｌとした。また、本発明に係る接触角の値は、５〜７回の測定値の算術平均値とした。

（定着部材の製造方法）
以下に本発明に係る定着部材の製造方法を具体的に説明する。

すなわち、本発明に係る定着部材は、基材と、該基材の表面に設けられた弾性層と、該弾性層の表面に設けられた、前記構造式（１）で示される部分構造を有しているＦＥＰを含む表層とを有する。

そして、係る定着部材の製造方法としては、下記工程（１）、工程（２）および工程（３）を含む表層の形成工程を有する。

工程（１）：該弾性層の表面に形成した、未架橋のＦＥＰを含む膜の温度を、該ＦＥＰのガラス転移点（Ｔｇ）以上、融点より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の温度範囲に調整する工程、
工程（２）：該工程（１）にて調整した温度範囲にある、該未架橋のＦＥＰを含む膜の表面に、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下、電離性放射線を照射し、該膜中のＦＥＰに前記構造式（１）で示される部分構造を形成せしめる工程、
工程（３）：該工程（２）によって得られた、前記構造式（１）で示される部分構造を有するＦＥＰ（以降、「架橋ＦＥＰ」ともいう）を含む膜の温度を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に調整する工程。

以下、各工程について詳述する。

〔工程（１）〕
まず、弾性層の表面に、未架橋のＦＥＰを含む膜を形成する。次いで、この膜の温度を、ＦＥＰのガラス転移点（Ｔｇ）以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の温度範囲に調整する。

ここで、本発明において表層の主たる材料として用いるフッ素樹脂であるＦＥＰは、ＰＴＦＥに比べ耐熱性は劣るが、融点及び溶融粘度が低いため、加工性や平滑性に優れ、価格も安い。ＦＥＰは、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体である。このため、ＦＥＰの融点は、重合比や重合度などによって変化するが、一般的には２５０℃〜２７０℃の範囲である。また、ＦＥＰのガラス転移点は一般的に８０℃〜１００℃の範囲内である。

ＦＥＰを含む多くのフッ素樹脂は、常温下での電離性放射線照射では分解反応しか起こらない分解型の樹脂である。しかし、ガラス転移点（Ｔｇ）以上、融点より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の温度範囲に加熱した状態で電離性放射線を照射すると、分解反応に加えて、架橋反応も起きる。そこで、後述する工程（２）としての電離性放射線照射工程に供する、未架橋のＦＥＰを含む膜の温度は、特には、９０〜２００℃の温度範囲に調整することが好ましい。

また、弾性層表面への、未架橋のＦＥＰ樹脂を含む膜の形成方法としては、例えば下記（１）〜（３）の方法が挙げられる。

（１）水系溶媒中に、未架橋のＦＥＰからなる粒子（以下、「未架橋ＦＥＰ粒子」ともいう）がコロイド状に分散しているディスパージョンを、公知の方法、例えば、スプレーコートやディップコートによって、弾性層の表面に当該ディスパージョンの塗膜を形成する。次いで、該塗膜の温度を、未架橋ＦＥＰの融点以上に調整し、未架橋ＦＥＰ粒子を溶融せしめて未架橋ＦＥＰを含む膜を形成する。

（２）未架橋ＦＥＰ粒子を静電塗装により弾性層の表面に付着させ、塗膜を形成する。次いで、該塗膜の温度を、未架橋ＦＥＰの融点以上に調整し、未架橋ＦＥＰ粒子を溶融せしめて未架橋ＦＥＰを含む膜を含む膜を形成する。

（３）押出成形によって未架橋ＦＥＰを含むチューブ（以下、「未架橋ＦＥＰチューブ」ともいう）を作製する。この未架橋ＦＥＰチューブを、弾性層の周囲に被覆することによって、弾性層の表面に未架橋ＦＥＰを含む膜を形成する。

〔工程（２）〕
本工程は、上記工程（１）にて調整した温度範囲にある、未架橋のＦＥＰを含む膜の表面に、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下、電離性放射線を照射して、該ＦＥＰに前記構造式（１）で示される部分構造を形成せしめる工程である。

本工程で用いる電離性放射線としては、γ線、電子線、Ｘ線、中性子線、或いは高エネルギーイオン等が挙げられる。中でも、装置の汎用性の観点から、電子線が好ましい。

電離性放射線の照射線量の目安としては、１〜１０００ｋＧｙ、特には、２００〜６００ｋＧｙの範囲内で、未架橋のＦＥＰに前記構造式（１）で示される架橋構造を形成させるに必要な量を適宜選択すればよい。照射線量を上記の範囲内で設定することで、ＦＥＰの分子鎖が切断されることによって生成する低分子量成分の揮発によるＦＥＰの重量減少を抑制することができる。

本工程に係る電離性放射線の照射は、未架橋のＦＥＰを含む膜を、酸素が実質的に不在の雰囲気下で行うことが必要である。具体的な雰囲気としては、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気が好ましい。酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下であれば、真空下、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行なってもよい。コスト面から、窒素雰囲気下が好ましい。

〔工程（３）〕
本工程では、上記工程（２）によって得られた、前記構造式（１）で示される部分構造、すなわち、架橋構造を有するＦＥＰを含む膜を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に調整する。この工程は、第二の工程を行った装置内において引き続いて、窒素雰囲気下で行ってもよく、また、大気中で行ってもよい。また、第二の工程を経た膜を、一旦常温に冷却した後に、再び、２９０℃以上３８０℃以下の温度に加熱してもよい。

この工程を経ることで、電離性放射線照射後の、架橋したＦＥＰを含む膜の表面のトナー離型性を改善することができる。

本工程における、２９０℃以上３８０℃以下という温度範囲は、少なくとも一部が架橋してなる架橋ＦＥＰの結晶が十分に流動し、かつ、架橋ＦＥＰの分解が実質的に生じない温度であると考えられる。

なお、本工程においては、架橋ＦＥＰを含む膜は、２９０℃以上３８０℃以下の温度範囲に、５分以上維持することが好ましく、特には、１０分以上維持することが好ましい。これによって、架橋ＦＥＰの分子鎖が流動し易くなり、電離性放射線の照射により得られた結晶部分の再配列が起こり、表面エネルギーの十分な低下を図ることができる。この温度範囲内に維持する時間の上限の目安としては、２０分以下とすることが好ましい。具体的には、この温度範囲内に１０分以上２０分以下維持することが好ましい。

（画像形成装置全体の構成）
図１は本発明に係る像加熱装置を定着装置（定着器）として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」という）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」という）１を有する。

感光ドラム１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１の外周面（表面）が帯電手段としての帯電ローラ２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１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１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１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１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）ｔを担持した記録材Ｐは感光ドラム１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を通じて定着装置６のニップ部Ｎに導入される。この記録材Ｐは定着装置６のニップ部Ｎ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１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等の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を通じてエンドレスベルト形状の定着部材（以下、定着ベルトともいう）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。

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。

（実施例１）
本発明に係る定着部材としての定着ベルトの基材として、外径３０ｍｍ、肉厚４０μｍ、軸方向の長さ４００ｍｍのステンレス製フィルムを用意した。

このステンレス製フィルム上に、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、リング形状の塗工ヘッドを用いて塗布し、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、弾性層の表面をエキシマＵＶで処理した後、プライマー（商品名：ＥＫ−１９０９Ｓ２１Ｌ、ダイキン工業株式会社製）を厚み２μｍとなるように均一にスプレーコートし、乾燥させた。

［工程（１）］
次いで、焼成後の厚みが２５μｍとなるように未架橋ＦＥＰ粒子の水系分散塗料（商品名：ＮＤ−１１０、ダイキン工業株式会社製）をスプレーコートして、未架橋ＦＥＰ粒子が分散されてなる塗膜を厚さ５０μｍに形成した。この塗膜を３５０℃に加熱し、この温度に１５分間維持して該塗膜中の未架橋ＦＥＰ粒子を溶融せしめて、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜とした。
ここで形成された、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の融点（Ｔｍ）は２４１℃、ガラス転移温度（Ｔｇ）は、９０℃であった。なお、未架橋ＦＥＰ樹脂の融点およびガラス転移温度は、以下の方法によって測定した。すなわち、融点（Ｔｍ）は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）（商品名：ＤＳＣ８２３、メトラー・トレド株式会社製）を用いて、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜から取り出した５ｍｇの試料を、昇温速度２０℃／分で加熱する。得られるチャートにおける最大吸熱ピークのピークトップ温度を、未架橋ＦＥＰの膜の融点とする。
また、ガラス転移点（Ｔｇ）は、動的粘弾性測定装置（ＤＭＡ）（商品名：Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００、株式会社ユービーエム製）を用いて、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜から取り出した５ｍｇの試料を、周波数１０Ｈｚ、昇温速度５℃／分で加熱する。得られるチャートにおけるｔａｎδの変曲点ピークのピークトップ温度をガラス転移点（Ｔｇ）とする。

［工程（２）］
こうして、弾性層と弾性層の表面に形成された未架橋ＦＥＰ樹脂の膜とがこの順に積層されたステンレス製フィルムを、酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下とした加熱炉に入れ、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の温度を１５０℃に維持しつつ、該ＦＥＰ樹脂の膜の表面に対して電子線を、照射線量が２００ｋＧｙとなるように照射して、ＦＥＰ樹脂を架橋させた。

［工程（３）］
電子線の照射が終了後、加熱炉から該ステンレス製フィルムを取り出し、大気雰囲気の別の加熱炉に入れて、大気雰囲気下で、架橋ＦＥＰ樹脂を含む膜（以降、「架橋ＦＥＰ樹脂の膜」とも称する）温度を３５０℃に再加熱して、１５分間当該温度を維持して、このＦＥＰ樹脂の膜を本発明に係る定着ベルトの表層とした。このようにして、得られた本発明に係る定着部材は、後述する評価１〜５に供した。

＜評価１＞ 第二の工程によって得られたＦＥＰ樹脂中の架橋構造の分析(架橋点ピークの有無の確認)
ＦＥＰ樹脂中の前記構造式（１）で示される構造の存在は、架橋構造の有無については、フッ素核を利用する核磁気共鳴分光法（１９Ｆ−ＮＭＲ）によって確認することができる。
フッ素樹脂は溶ける溶媒を持たないので、測定は固体状態のまま行われる。ＦＥＰは、下記構造式（２）で示されるように、主鎖は直鎖状であり、側鎖部分以外は分岐構造を持たないことが知られている：

ここで、低酸素雰囲気下で、ガラス転移点（Ｔｇ）以上に加熱したＦＥＰに対して電子線を照射すると、ＦＥＰの分子鎖の切断と、架橋が起こり、下記構造式（１）で示されるような分岐構造が新たに形成される：

このようにして新たに形成されてなる、上記構造式（１）で示される部分構造中に新たに形成される三級炭素の隣の炭素上のフッ素は、１９Ｆ−ＮＭＲスペクトルにおいて、−１０３ｐｐｍ付近にピークを持つ。従って、１９Ｆ−ＮＭＲスペクトルにおける、−１０３ｐｐｍ付近への新たなこのピーク（架橋点ピーク）の出現をもって、上記構造式（１）で示される部分構造がＦＥＰ中に存在することを確認することができ、架橋構造の有無を判別できる。また、このときの測定温度は２５０℃で、ピーク値は外部標準として六フッ化ベンゼンを用いて決定されている。

実施例１において、第二の工程によって得られた定着ベルトの表層中のＦＥＰの分子内に上記構造式（１）で示される部分構造が形成されていることを確認するために、表層の一部を切り出し、１９Ｆ−ＮＭＲ（商品名：Ｖａｒｉａｎ ＮＭＲ Ｓｙｓｔｅｍ ４００ＷＢ、Ｖａｒｉａｎ社製）で分析した。その結果、−１０３ｐｐｍ近傍に新たなピークの発現が認められた。

また、第三の工程を経て得られた定着ベルトの表層中のＦＥＰの分子内に上記構造式（１）で示される部分構造が維持されていることを確認するために、表層の一部を切り出し、１９Ｆ−ＮＭＲで分析した。その結果、−１０３ｐｐｍ近傍にピークの発現が認められた。

＜評価２＞ 表層の表面の接触角の測定
接触角の測定については、ぬれ張力が３１．０ｍＮ／ｍである、ぬれ張力試験用混合液（商品名：ぬれ張力試験用混合液Ｎｏ．３１．０、和光純薬工業株式会社製）を使用して行った。測定装置として、全自動接触角計（商品名：ＤＭ-５００、協和界面科学株式会社製）を用い、ぬれ張力試験用混合液の被測定表面への滴下量は１．２μｌとした。また、本発明に係る接触角の値は、５〜７回の測定値の算術平均値とした。

＜評価３＞ 表層の融解熱量の測定
融解熱量については、示差走査熱量計（ＤＳＣ）（商品名：ＤＳＣ８２３、メトラー・トレド株式会社製）を用いて、２０℃／分の昇温速度で昇温したときに、融解ピークとして検出されるピーク面積を測定した。

＜評価４＞ 表層のトナー離型性の評価
トナー離型性については、作製した定着フィルムをカラーレーザプリンタ（商品名：ＬＢＰ５９１０、キヤノン社製）の定着装置に組み込んだ。そして、このカラーレーザプリンタに、Ａ４サイズの普通紙（商品名：ＣＳ−８１４、キヤノン社製）を横送りで連続して通し、該普通紙上に電子写真画像を形成した。電子写真画像としては、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のラインパターンを形成するものとした。
そして、形成された電子写真画像におけるトナーのオフセットの有無を目視で観察し、トナーのオフセットが観察される電子写真画像が最初に出力された時の枚数を記録した。すなわち、このときの枚数までは、定着ベルトの表面が、良好なトナー離型性を維持したものとみなすことができる。
但し、１５０,０００（１５０Ｋ）枚の電子写真画像の連続出力によってもトナーのオフセットが生じた電子写真画像が観察されなかった場合には、その時点で電子写真画像の形成を終了した。

＜評価５＞ 表層の摩耗量の測定
表層の摩耗の評価は以下のようにして行った。すなわち、作製した定着フィルムを図２に示した構造の定着装置を備えたカラーレーザプリンタ（商品名：ＬＢＰ５９１０、キヤノン社製）の定着フィルムとして装着した。このカラーレーザプリンタに、Ａ４サイズの普通紙（商品名：ＣＳ−８１４、キヤノン社製）を横送りで連続して通し、当該普通紙上に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のラインパターンを印字した。
そして、上記評価４にて、トナー離型性の低下が最初に認められる電子写真画像が形成された時点で電子写真画像の形成を停止した。そして、この時点における定着ベルトの表層の表面の、当該普通紙の長手方向両端部が接触した部分の摩耗量（深さ）を、非接触式白色干渉計（商品名：ＶｅｒｔＳｃａｎ Ｒ３３００Ｈ、株式会社菱化システム製）を用いて測定した。この部分の摩耗量を測定した理由は、この部分が、普通紙の端部との摩擦によって最も摩耗する部分だからである。
また、表層の摩耗量の測定を、トナー離型性の低下、すなわち、トナーオフセットが初めて認められる電子写真画像が得られた時点における定着部材について行った理由は以下の通りである。すなわち、本発明者らは、トナーオフセットが生じた時点で、定着部材としての機能が低下したとみなし、機能低下が生じた定着部材の評価を引き続き行うことには意味がないと判断したため、この時点で表層の磨耗量の測定を行った。

（実施例２）
電子線の照射時に未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の温度を９０℃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、評価１〜５に供した。

（実施例３）
電子線の照射時に未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の温度を１８０℃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、評価１〜５に供した。

（比較例１）
電子線の照射時に未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の温度を２５０℃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、評価１〜５に供した。

（比較例２）
定着ベルトの基材として、外径３０ｍｍ、肉厚４０μｍ、軸方向の長さ４００ｍｍのステンレス製フィルムを用意した。
前記ステンレス製フィルム上に、厚み３００μｍのシリコーンゴムからなる弾性層を形成した。この弾性層の表面をエキシマＵＶで処理した後、プライマー（商品名：ＥＫ−１９０９Ｓ２１Ｌ、ダイキン工業株式会社製）を厚み２μｍとなるように均一にスプレーコートし、乾燥させた。
次いで、焼成後の厚みが２５μｍとなるように未架橋ＦＥＰ粒子の水系分散塗料（商品名：ＮＤ−１１０、ダイキン工業株式会社製）をスプレーコートして、未架橋ＦＥＰ粒子が分散されてなる塗膜を厚さ５０μｍに形成した。この塗膜を３５０℃に加熱し、この温度に１５分間維持して該塗膜中の未架橋ＦＥＰ粒子を溶融せしめて、未架橋ＦＥＰ樹脂からなる膜とした。
こうして、弾性層と弾性層の表面に未架橋ＦＥＰ樹脂の膜とがこの順に積層されたステンレス製フィルムを、酸素濃度を１０００ｐｐｍ以下とした加熱炉に入れ、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の温度を１５０℃に維持しつつ、該ＦＥＰ樹脂の膜の表面に対して電子線を、照射線量が２００ｋＧｙとなるように照射した。このようにして得られた定着ベルトは、前述する評価１〜５に供した。すなわち、本比較例では、電子線照射後のＦＥＰ樹脂の膜の再加熱を行わなかった。

（比較例３）
電子線の照射時に未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の温度を１８℃としたこと、および、電子線照射後の再加熱を行わなかったこと以外は比較例１と同様にして定着ベルトを作製した。得られた定着ベルトを、上記の評価１〜３に供した。
また、本比較例においては、評価４に先立って、評価５（摩耗量の測定）を行うこととした。その理由は、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜の温度を１８℃に維持した状態で、電子線の照射したため、ＦＥＰの架橋が進んでおらず、耐摩耗性が低いことが予測されたためである。
そして、評価５において、本比較例に係る定着ベルトは、３，０００枚の電子写真画像を形成した時点で、表面層の厚み分（２５μｍ）の摩耗が認められた。そのため、評価４（トナー離型性の評価）は行わなかった。

（比較例４）
定着ベルトの基材として、外径３０ｍｍ、肉厚４０μｍ、軸方向の長さ４００ｍｍのステンレス製フィルムを用意した。
前記ステンレス製フィルム上に、厚み３００μｍのシリコーンゴムからなる弾性層を形成した。この弾性層の表面をエキシマＵＶで処理した後、プライマー（商品名：ＥＫ−１９０９Ｓ２１Ｌ、ダイキン工業株式会社製）を厚み２μｍとなるように均一にスプレーコートし、乾燥させた。得られたフィルム上に、焼成後の厚みが２５μｍとなるように未架橋ＦＥＰ粒子の水系分散塗料（商品名：ＮＤ−１１０、ダイキン工業株式会社製）を均一にスプレーコートした後、３５０℃、１５分間焼成し、表層を形成して定着ベルトを作製した。すなわち、本比較例では、電子線照射を行わず、また、電子線照射後のＦＥＰ樹脂の膜の再加熱も行わなかった。こうして得られた本比較例に係る定着ベルトを、評価１〜３に供した。
また、比較例３と同様に、本比較例に関しても、本比較例に係る定着ベルトを、評価４に先立って、評価５に供した。その理由は、本比較例に係る表層は、未架橋ＦＥＰ樹脂の膜で構成されているため、耐摩耗性が低いことが予測されたためである。そして、評価５において、本比較例に係る定着ベルトは、２，０００枚の電子写真画像を形成した時点で、表面層の厚み分（２５μｍ）の摩耗が認められた。そのため、評価４は行わなかった。

上記実施例１〜３及び比較例１〜４について、評価結果を下記表１に示す。

※１：１５０，０００枚の電子写真画像を形成後の定着ベルトについて測定。
※２：１１２，０００枚の電子写真画像を形成後の定着ベルトについて測定。
※３：５２，０００枚の電子写真画像を形成後の定着ベルトについて測定。
※４：３０００枚の電子写真画像を形成後の定着ベルトについて測定。
※５：２０００枚の電子写真画像を形成後の定着ベルトについて測定。

ＮＭＲの結果から、ガラス転移点以上で電子線の照射を行った実施例１〜３、比較例２は架橋点ピークが観測された。すなわち、ガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の温度範囲に加熱した未架橋ＦＥＰ樹脂の膜に対する電子線の照射によって、ＦＥＰの少なくとも一部に架橋構造が形成されたことが分かる。

また、摩耗量の測定結果から、実施例１〜３については、１５０，０００枚（以降、「１５０Ｋ枚」と記載することがある）の連続した電子写真画像の形成後も目視では、表面層への摩耗は生じていなかった。一方、比較例４に係る定着ベルトは、電子写真画像を２０００枚連続して形成後には、既に表層に２５μｍの摩耗が生じていた。これらの結果の対比から、ＦＥＰの架橋により表層の耐摩耗性が向上したことが確認できた。

また、実施例１と比較例２について、評価２の結果の対比から、再加熱することで、接触角の値が上昇し、トナー離型性が向上していることがわかる。

さらに、実施例１〜３と比較例１について、評価２および評価４の結果の対比から、実施例１〜３の方が接触角の値が高く、トナー離型性も良いことがわかる。
さらにまた、評価３に係る融解熱量の値を比較すると、実施例１〜３の値が比較例１の値より大きく、結晶化度がより高いことがわかる。この結晶化度の高さが、評価４に係るトナー離型性の向上に寄与しているものと考えられる。

表１の「トナー離型性」の欄に示したように、接触角が６５°以上ある実施例１〜３については１５０，０００枚の電子写真画像の連続出力後もトナーのオフセットは確認されなかった。それに対し、接触角が６５°未満である比較例１、２においては、それぞれ、１１２，０００枚、５２，０００枚でトナーのオフセットが発生した。

これらの結果より、未架橋ＦＥＰに対し、該ＦＥＰのガラス転移点以上、該ＦＥＰの融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満においた状態かつ、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下での電子線照射により、ＦＥＰに架橋構造が形成され、耐摩耗性が向上することがわかる。
また、再加熱後の接触角の測定と、トナー離型性の測定から、架橋構造の形成後に、再加熱を行った該ＦＥＰ架橋膜は、ぬれ張力が３１．０ｍＮ／ｍであるぬれ張力試験用混合液に対する接触角が６５°以上であり、かつトナー離型性が十分にあることがわかる。

１：電子写真感光体
２：帯電ローラ
３：レーザービームスキャナ
４：現像装置
５：転写ローラ
６：定着装置
７：クリーニング装置
８：給送ローラ
９：給送カセット
１０：ガイド
１１：レジストローラ
１２：搬送ガイド
１３：搬送ローラ
１４：ガイド
１５：排出ローラ
１６：排出トレイ
ＬＢ：レーザービーム
ＴＯ：トナー
Ｐ：記録材
２１：フィルムガイド
２２：加熱体（ヒータ）
２２１：ヒータ基板
２２２：通電発熱体
２２３：表面保護層
２２４：検温素子
２３：定着ベルト
２４：加圧ローラ
ｔ：未定着トナー画像
Ｎ：ニップ部
Ｍ：定着モータ
２３１：基材
２３２：弾性層
２３３：表層

Claims (10)

1. 基材、該基材の表面に設けられた弾性層、及び表層を有する定着部材であって、
   該表層は、
   下記構造式（１）で示される部分構造を有している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を含み、かつ、
   ぬれ張力が３１．０ｍＮ／ｍである、ぬれ張力試験用混合液に対する接触角が６５°以上である表面を有し、
   該部分構造は、未架橋の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を含む層に対して、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下で、該未架橋の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のガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満で電離性放射線を照射することによって、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中に形成された架橋構造であり、
   該表層は、該部分構造を有する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を含む層を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に調整することによって製造されたものである、ことを特徴とする定着部材：
   

   
2. 前記弾性層が、シリコーンゴムを含む請求項１に記載の定着部材。
3. 前記基材が、ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリエーテルスルホンからなる群から選ばれる少なくとも１つの樹脂を含む請求項１または２に記載の定着部材。
4. 前記基材が、ニッケルまたはステンレスを含む請求項１または２に記載の定着部材。
5. 前記基材の厚みが２０〜６０μｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着部材。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着部材と、該定着部材の加熱装置と、該定着部材に対向して配置されている加圧部材とを有することを特徴とする定着装置。
7. 請求項６に記載の定着装置を具備していることを特徴とする画像形成装置。
8. 基材と、該基材の表面に設けられた弾性層と、下記構造式（１）で示される部分構造を有している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を含む表層とを有する定着部材の製造方法であって、
   下記の工程（１）〜工程（３）を含む表層の形成工程を有することを特徴とする定着部材の製造方法：
   工程（１）：該弾性層の表面に形成した、未架橋の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を含む膜の温度を、該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のガラス転移点以上、融点（Ｔｍ）より６０℃低い温度（Ｔｍ−６０℃）未満の温度範囲に調整する工程、
   工程（２）：該工程（１）にて調整した温度範囲にある、該未架橋の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を含む膜の表面に、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以下の雰囲気下、電離性放射線を照射し、該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に、下記構造式（１）で示される部分構造を形成せしめる工程、
   工程（３）：該工程（２）によって得られた、下記構造式（１）で示される部分構造を有する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を含む膜の温度を、２９０℃以上３８０℃以下の温度に調整する工程：
   

   
9. 前記工程（３）において、前記構造式（１）で示される部分構造を有する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を含む膜の温度を２９０℃以上３８０℃以下の温度に５分以上維持する請求項８に記載の定着部材の製造方法。
10. 前記工程（３）において、前記構造式（１）で示される部分構造を有する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を含む膜の温度を２９０℃以上３８０℃以下の温度に１０分以上２０分以下維持する請求項９に記載の定着部材の製造方法。

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