KR20070021147A - 탄성 부재, 토너 정착부체 및 정착 장치, 및 탄성 부재의제조 방법 - Google Patents

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니뽄 고어-텍스 인크.
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Abstract

본 발명의 이형성이 우수한 탄성 부재는 이형층, 탄성층 및 기재층을 구성층에 포함한다. 상기 이형층은 불소 수지 필름이고, 상기 탄성층은 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체가 충전되어 이루어지는 것이고, 상기 이형층은 최표층이고, 또한 상기 탄성층과 접해 있는 것이다. 이와 같은 탄성 부재에 따르면, 종래 이상으로 탄성층의 박막화를 가능하게 하면서, 탄성층과 이형층의 접합력을 높이고, 전력 절약화 및 고화질 출력화를 달성할 수 있다.
이형층, 탄성층, 기재층, 탄성 부재, 이형성, 불소 수지 필름

Description

탄성 부재, 토너 정착부체 및 정착 장치, 및 탄성 부재의 제조 방법{ELASTIC MEMBER, ARTICLE FOR FIXING TONER AND DEVICE FOR FIXING TONER, AND METHOD FOR MANUFACTURING ELASTIC MEMBER}
본 발명은 이형성이 우수한 탄성 부재에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서는 본 발명의 탄성 부재의 주요한 용도인 토너 정착부체를 중심으로 설명하는데, 본 발명의 탄성 부재의 용도가 토너 정착부체에 한정되는 것은 아니다.
전자 사진 복사기나 레이저 빔 프린터 등의 화상 정착 장치에 이용되는 토너 정착부체로서는, 금속제의 롤이나 수지제 또는 금속제의 벨트로 이루어진 기체에, 불소 수지 등의 토너 이형 성능을 갖는 내열성의 표층(이형층)을 형성하는 구성이 적용되고 있다.
최근의 토너 정착부체에서는, 2가지의 큰 과제를 해결하기 위해서 기술 개발이 이루어지고 있다. 제1 과제는 소비 전력의 저감화이다. 근년의 에너지 절약 추세에 따라, 복사기나 프린터의 소비 전력 저감화에 대한 요구도 증가하고 있다.
열 정착 방식의 복사기나 프린터의 전체 소비 전력 중, 정착 장치의 소비 전력이 차지하는 비율은 50％ 이상이라고 알려져 있고, 그 정착 장치의 소비 전력은 대기시의 예열에 의한 소비 전력이 대부분을 차지한다. 그래서, 소비 전력을 저감 하기 위해서, 대기시의 예열 온도를 낮게 억제하거나 전혀 예열을 행하지 않는 방법이 채택되고 있다. 그 때문에, 인쇄시에 정착부체를 예열하는 경우에는 예열 온도부터, 예열을 행하지 않는 경우에는 실온부터 정착이 가능한 온도까지 다시 따뜻하게 할 필요가 있고, 단시간에 사용 가능 상태까지 상승하는 퀵 스타트(quick-start)가 요구되기에 이르렀다. 이 퀵 스타트를 실현하기 위해서는, 정착부체의 열용량 저감이 중요하다.
열용량 저감을 달성할 수 있는 토터 정착부체의 구성의 하나로서, 박육화의 채택을 들 수 있다. 박육화에 의해 토너 정착부체를 저 열용량화할 수 있기 때문에, 승온 시간의 단축 및 승온에 필요한 열 에너지의 저감이 가능하게 된다.
제2 과제는 고화질 출력화이다. 최근에는, 출력 화상의 풀 컬러화나 고정세화에 대한 지향이 높고, 토너 입자 간의 광의 산란으로 인한 색 재현성의 저하를 방지할 필요가 있다. 이 때문에, 기체와 이형층의 사이에 탄성층을 형성하는 기술이 개발되어 있다. 고화질의 컬러 정착 화상을 얻기 위해서는, 토너의 유동성을 높이고, 토너 입자 사이의 공간을 가능한 한 없앨 필요가 있다. 따라서, 상기 탄성층을 형성함으로써, 토너에 가해지는 압력의 균일화를 도모하고, 이에 의해 토너를 더 균일하게 용융시켜서, 화질을 높이고 있는 것이다.
또한, 이들 2가지의 과제를 동시에 해결하기 위해서, 벨트 기체와 이형층 사이에 탄성층을 개재시킨 구성의 토너 정착부체(정착용 벨트)를 박육화하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 평9-244450호 공보, 일본 특허 공개 평10-111613호 공보, 일본 특허 공개 평11-15303호 공보, 일본 특허 공개 2002-91212 호 공보, 일본 특허 공개 2003-98871호 공보 등 참조). 이들 특허 문헌에 있는 바와 같이, 탄성층은 실리콘 고무로 형성되고 이형층은 불소 수지로 형성되는 것이 일반적이다.
그러나, 이들 특허 문헌에 개시된 기술에서는, 탄성층의 경도(특히 두께 방향의 경도)나 두께에 제약이 있어, 설계의 자유도가 매우 낮고, 또한 탄성층과 다른 층(특히 이형층)의 접합이 어렵다고 하는 문제가 있었다.
즉, 내구성을 중시하면, 가교 밀도가 높고 기계적 강도가 우수한 탄성체로 탄성층을 형성할 필요가 있기 때문에, 탄성층의 경도가 커지는 경향이 있어 고화질화로의 대응이 어려워진다. 한편, 인쇄 화상의 고화질화를 중시하면, 가교 밀도가 낮아, 경도가 작은 부드러운 탄성체로 탄성층을 형성하는 것이 바람직한데, 이러한 탄성층에서는 기계적 강도가 작아 충분한 내구성의 확보가 어려워지고, 이형층-탄성층 간의 접합도 불충분하게 되는 경향이 있다. 또한, 실리콘 고무로 구성되는 탄성층의 경우, 기체와 이형층의 사이에 탄성층의 두께에 부합한 틈을 형성시키고, 이 틈에 액상의 실리콘 수지를 주형한 후, 실리콘 수지를 가교시키는 수법이 일반적으로 채택되어 있는데, 이와 같은 수법에서는 균일한 박육의 실리콘 고무층을 형성하는 것이 어렵다.
경도나 두께의 설계 자유도가 높고, 상기 제1 과제 및 제2 과제 모두에 대응할 수 있는 구조의 탄성층으로서, 일본 특허 공개 평6-214479호 공보에 개시된 정착용 엔드리스 벨트를 위한 피복층을 들 수 있다. 이 피복층(즉 탄성층)은 다공질체와 엘라스토머의 복합체이다.
상기한 피복층에서, 다공질체는 엘라스토머를 보강하는 골격으로서 기능한다. 따라서, 예를 들면, 탄성이 낮은 연질의 탄성체를 이용하는 것도 가능하고, 고도의 박막화도 달성할 수 있기 때문에, 저 열용량화(즉, 소비 전력의 저감) 및 고화질 출력화 쌍방의 달성이 가능하다.
그런데, 이 일본 특허 공개 평6-214479호 공보에 개시된 기술에서도, 하기의 점에서 아직 개선의 여지를 남기고 있다. 일본 특허 공개 평6-214479호 공보에 개시된 정착용 엔드리스 벨트는, 상기 피복층의 표면 자체가 비교적 이형성이 우수하지만, 더욱 고화질의 출력화를 도모하기 위해서는, 더욱 고도의 이형성이 요구된다. 또한, 상기 피복층에 엘라스토머의 노출 부분이 있기 때문에, 인쇄시에 종이 등의 피정착재와의 마찰에 대한 내구성(내마모성)에 대해서도 개선의 여지가 있다. 따라서, 상기 피복층 표면에 불소 수지 등으로 구성되는 이형층을 형성하는 것이 바람직하다.
그러나, 피복층에 탄성이 낮은 연질의 탄성체를 이용한 경우에는, 상기 피복층과 이형층을 양호하게 접합시키는 것이 어렵다. 상기 피복층(탄성층)과 이형층의 접합력이 약한 경우에는, 토너 정착부체의 사용시에 이형층의 박리로 인한 문제 발생의 우려가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 종래 이상으로 탄성층의 박육화를 가능하게 하면서, 탄성층을 구성하는 탄성체의 본래의 기능을 유지하면서, 탄성층과 이형층의 접합력을 높이고, 전력 절약화 및 고화질 출력화를 달성할 수 있는 토너 정착부체의 제공을 가능하게 한 탄성 부재와 그 제법, 해당 탄성 부재로 구성되는 토너 정착부체, 나아가서는, 해당 토너 정착부체를 갖는 정착 장치를 제공하는 데 있다.
<발명의 개시>
상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 탄성 부재는, 이형층, 탄성층 및 기재층을 구성층에 포함하는 것으로서, 상기 이형층은 불소 수지 필름이고, 상기 탄성층은 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체가 충전되어 이루어지는 것이고, 상기 이형층은 최표층이고, 또한 상기 탄성층과 접해 있는 것인 점에 요지를 갖고 있고, 이형성이 우수하다. 상기 이형층을 구성하는 불소 수지 필름과, 상기 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름은 열 융착에 의해 접착되어 있는 것이 바람직하다.
상기 이형층을 구성하는 불소 수지 필름은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름인 것이, 나아가서는 다공질 PTFE의 압밀화체인 것이 바람직하다.
또한, 상기 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름은 다공질 PTFE 필름인 것이 바람직하고, 상기 탄성층을 구성하는 탄성체는 실리콘 고무가 바람직하다.
상기 이형층은 두께가 1 내지 30㎛이지만, 또한, 상기 탄성층은 두께가 10 내지 1000㎛인 것이 추장된다.
상기 기재층은 금속 또는 내열성 수지로 구성된 것이 바람직하고, 그 형상은 벨트 형상 또는 롤 형상인 것이 바람직하다.
본 발명의 탄성 부재의 제조 방법은, 상기한 탄성 부재를 제조할 때에 상기 이형층을 구성하는 불소 수지 필름과 상기 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필 름을 열 융착한 후에, 해당 다공질 불소 수지 필름의 세공에 다공질 불소 수지 필름측부터 액상의 실리콘 고무를 충전하고, 그 후 해당 실리콘 고무를 가교시키는 점에 요지가 존재한다.
또한, 상기 탄성 부재를 갖는 토너 정착부체, 및 해당 토너 정착부체를 갖는 정착 장치도 본 발명에 포함된다.
또한, 본 명세서에서 「필름」은, 소위 시트, 막을 포함하는 개념이다.
도 1은 실험 1에서 제작한 탄성 부재의 단면 구조를 도시한 모식도이다.
도 2는 실험 2에서 제작한 탄성 부재의 단면 구조를 도시한 모식도이다.
도 3은 실험 3에서 실시한, 스테인리스 강관과 기재층용 금속관의 사이에 실리콘 고무를 주입하는 방법을 설명하기 위한 단면 모식도이다.
도 4는 실험 3에서 제작한 탄성층과 기재층의 적층체의 단면 구조를 도시한 모식도이다.
도 5는 실험 3 및 실험 4에서 제작한 탄성 부재의 단면 구조를 도시한 모식도이다.
도 6은 실험 5에서 제작한 탄성 부재의 단면 구조를 도시한 모식도이다.
도 7은 실험 6에서 제작한 적층 부재의 단면 구조를 도시한 모식도이다.
본 발명의 탄성 부재에서는, 불소 수지 필름으로 구성되는 이형층과 세공 내에 탄성체가 충전된 다공질 불소 수지 필름으로 구성되는 탄성층의 형성 방법을 개량함으로서, 이형층-탄성층 간의 접합력을 높이는 것에 성공하고, 소비 전력의 저감과 고화질 출력화를 고도로 달성하면서, 이형층의 박리에 의한 문제도 회피한 토너 정착부체의 제공을 가능하게 하였다. 이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
<이형층>
본 발명에 관한 이형층은 불소 수지 필름으로 구성된다. 토너 정착부체의 이형층에 요구되는 특성으로서는 내열성, 내마모성, 토너에 대한 이형성, 이형 오일이나 왁스에 대한 배리어성 또는 비팽윤성 등을 들 수 있다. 내열성이 요구되는 것은, 토너 정착부체의 사용 환경이 비교적 고온(예를 들면 100 내지 230℃)이기 때문이고, 내마모성이 요구되는 것은, 종이나 토너 정착부체와 상대하는 가압부체 등과의 접촉에 의해 이형층이 마모하기 때문이고, 토너에 대한 이형성이 요구되는 것은, 이형층이 피정착재 표면(즉, 토너 도포면)과 접촉하기 때문이다. 또한, 토너 정착부체에서는, 피정착재로부터의 이형성 확보의 관점으로부터, 이형 오일이 이용되거나, 토너 중에 왁스가 첨가되거나 한다. 따라서, 토너 정착부체의 최표층에 닿는 이형층에는, 이형 오일이나 왁스에 의해 이형층 밑의 탄성층이 팽윤하거나, 이형층 자체가 팽윤하는 것을 방지할 수 있는 것이 요구된다. 이러한 이형층에 요구되는 특성을 확보 가능한 소재로서, 불소 수지를 들 수 있다. 또한, 정착 장치에서, 토너 정착부체와 상대하는 가압부체 등, 토너 정착부체와 맞닿는 각 부체에 대한 공격성이 적은 점에서도, 불소 수지는 바람직하다.
이형층에 관한 불소 수지 필름을 구성하는 불소 수지로서는, PTFE, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 내열성, 유연성 등의 점에서, PTFE가 바람직하다. PTFE 필름은, 다른 불소 수지 필름(PFA 필름 등)에 비하여 유연성이 양호하기 때문에 탄성층의 탄성을 충분히 이용할 수 있고, 또한 이형층에 주름이 생기기 어렵기 때문에 고화질의 인쇄가 가능하게 된다.
또한, 불소 수지 필름에는, 유전성 부여나 열전도성 향상을 목적으로, 카본 입자(카본 블랙 등)나 금속분 등을 함유시켜도 된다.
하기에 상세하게 기재될 것이지만, 이형층을 구성하는 불소 수지 필름을 위한 불소 수지와, 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름을 위한 불소 수지는 동일한 것이 바람직하다.
PTFE 필름의 제조 방법은, 충실 구조(실질적으로 공공을 함유하지 않는 구조)의 PTFE 필름을 얻어지는 방법이면 되고, PTFE의 봉재 등을 얇게 깍아 내는 소위 스카이빙(skiving)법이나, PTFE 수지 입자의 분산액을 스프레이 코팅하는 코팅법 등, 종래 공지의 방법을 채택할 수 있고, 특별히 제한되지는 않지만, PTFE의 압밀화체가 두께가 얇은 PTFE 필름을 제조할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, PTFE의 압밀화체는, 후기하는 바와 같이 다공질의 PTFE 필름을 원료로 하기 때문에, 면 방향·두께 방향 모두에 강도가 큰 필름으로 하는 것이 용이하다.
PTFE의 압밀화체란 연신 다공질 PTFE 필름에 프레스 등을 실시함으로써, 공공을 찌부러뜨려서 공공률이 매우 작거나, 또는 실질적으로 공공을 함유하지 않는 구조로 한 것이다.
여기서, 연신 다공질 PTFE 필름이란, PTFE의 미분(결정화도 90％ 이상)을 성형 조제와 혼합하여 얻어지는 페이스트를 성형하고, 해당 성형체로부터 성형 조제를 제거한 후, 고온[PTFE의 융점(약 327℃) 미만의 온도, 예를 들면 300℃ 정도] 고속도로 연신, 또한 경우에 따라서는 소성함으로써 얻어지는 것이다.
연신시, MD 방향(연신 다공질 PTFE 필름 제조시의 길이 방향) 또는 TD 방향(MD 방향에 직교하는 방향)의 일축 방향으로만 연신하면, 일축 연신 다공질 PTFE 필름이 얻어지고, MD 방향 및 TD 방향의 이축 방향으로 연신하면 이축 연신 다공질 PTFE 필름이 얻어진다.
일축 연신 다공질 PTFE 필름에서는, 노드(절첩 결정)가 연신 방향에 직각으로 좁은 섬 형상으로 되어 있고, 이 노드가 이어지도록 발 형상으로 피브릴(절첩 결정이 연신에 의해 풀려서 꺼내진 직쇄상의 분자 다발)이 연신 방향으로 배향하고 있다. 그리고, 피브릴 사이, 또는 피브릴과 노드로 구획되는 공간이 공공으로 된 섬유질 구조로 되어 있다. 또한, 이축 연신 다공질 PTFE 필름에서는, 피브릴이 방사상으로 퍼지고, 피브릴을 연결하는 노드가 섬 형상으로 점재하고 있어서, 피브릴과 노드로 구획된 공간이 다수 존재하는 거미집 모양의 섬유질 구조로 되어 있다.
상기 압밀화체에서는, 이축 연신 다공질 PTFE 필름을 원료로 사용하는 것이 바람직하다. 이축 연신 다공질 PTFE 필름은 이축 방향(MD 방향 및 TD 방향)으로 연신되어 있기 때문에, 일축 연신 필름보다 이방성이 작고, MD 방향 및 TD 방향 모두에서 우수한 특성(강도 등)을 확보할 수 있고, 또한 광폭의 필름을 생산할 수 있기 때문에 비용면에서 유리하다.
상기 연신 다공질 PTFE 필름에서는, 그 공공률이 5 내지 95％인 것이 바람직하고, 40 내지 90％인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 명세서에서 말하는 공공률은, JIS K 6885의 규정에 준하여 측정되는 다공질 필름의 겉보기 밀도(ρ1)(g/㎤)와 해당 필름을 구성하는 수지의 밀도(ρ0)(g/㎤)로부터, 하기 식을 이용하여 구해지는 값이다.
공공률(％)=100×(ρ0-ρ1)/ρ0
다공질 필름의 구성 수지가 PTFE인 경우에는, ρ0=2.2g/㎤로서 계산한다.
연신 다공질 PTFE 필름의 바람직한 두께는 상기 압밀화체의 원하는 두께나 연신 다공질 PTFE 필름의 공공률 등에 따라 변동하는데, 예를 들면, 3 내지 500㎛인 것이 바람직하고, 5 내지 200㎛인 것이 더 바람직하다. 또한, 본 명세서에서 말하는 각 필름의 두께는 다이얼 게이지(예를 들면, (주)테크록 제조 1/1000㎜ 다이얼 두께 측정기)로 측정한 평균 두께(본체 스프링 하중 이외의 하중을 가하지 않은 상태에서 측정한 값)이다.
연신 다공질 PTFE 필름으로부터 상기 압밀화체를 제조할 때에는, 우선 연신 다공질 PTFE 필름을 그 융점 미만의 온도에서 압축(가압)하여 압연 필름을 얻는다(제1 압축 공정). 이 경우의 압축 온도는, PTFE의 융점 미만이면 특별히 제한되지 않지만, 통상 융점으로부터 1℃ 이상 낮은 온도이고, 융점으로부터 100℃ 이상 낮은 온도가 더 바람직하다. 압축 온도가 PTFE의 융점 이상인 경우에는, 압밀화체의 수축이 커지기 때문에 바람직하지 못하다.
제1 압축 공정에서의 압축 조건은, 해당 공정 후의 압연 필름의 공공률이 압축 전의 연신 다공질 PTFE 필름의 50％ 이하, 바람직하게는 20％ 이하, 더욱 바람직하게는 10％ 이하로 되는 조건으로 한다. 압축력은, 통상 면압으로 0.5 내지 60N/㎟이고, 1 내지 50N/㎟인 것이 더 바람직하다. 이 공정에서 이용하는 압축 장치로서는, 필름을 압축할 수 있는 장치이면 특별히 한정되지 않지만, 캘린더 롤 장치나 벨트 프레스 장치 등, 롤 사이 또는 벨트 사이를 통과시켜서 압축하는 형식의 장치가 바람직하다. 이와 같은 장치를 이용하면, 연신 다공질 PTFE 필름이 롤 사이나 벨트 사이에 끼워 넣어질 때에, 해당 필름 내부나 해당 필름의 층간에 존재하는 공기(空氣)가 외부로 압출되기 쉽기 때문에, 얻어지는 압밀화체에서의 보이드(예를 들면, 주사형 전자현미경을 이용하여 2000배의 배율로 표면을 관찰하였을 때 확인할 수 있는 정도의 보이드)나 주름의 발생을 억제할 수 있다.
다음으로, 제1 압축 공정에서 얻어지는 압연 필름을 PTFE의 융점 이상의 온도에서 압축(가압)한다(제2 압축 공정). 이 경우의 압축 온도는 PTFE의 융점 이상이면 특별히 제한되지 않지만, 통상 융점보다 1 내지 100℃ 이상 높은 온도이고, 융점보다 20 내지 80℃ 높은 온도인 것이 더 바람직하다. 이와 같은 온도로 함으로써, 압밀화체의 표면 평활성을 높일 수 있다. 또한, 압축 온도는 압력을 개방하는 시점에서는, PTFE의 융점보다 낮은 온도까지 냉각되어 있는 것이 바람직하다. PTFE의 융점 이상의 온도에서 압력을 개방하면, 압밀화체의 수축이 커지는 것 외에, 주름이 들어가기 쉽기 때문에 바람직하지 못하다.
제2 압축 공정에서의 압축 조건으로서는, 얻어지는 불소 수지 필름의 공공률이 5％ 이하, 더 바람직하게는 1％ 이하로 되는 조건으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 압축력을 면압으로 0.01 내지 50N/㎟로 하는 것이 바람직하고, 0.1 내지 40N/㎟로 하는 것이 더 바람직하다. 이 공정에서 이용하는 압축 장치로서는, 필름을 끼워 넣어서 압축 가공할 수 있는 장치라면 특별히 한정되지 않지만, 일정 시간의 가열 및 가압이 가능한 핫 프레스 장치나 벨트 프레스 장치가 바람직하다.
또한, 상기 압밀화체를 이와 같은 수법으로 제작하는 경우에, 공공이 약간 잔존하는 경우도 있을 수 있는데, 이형층으로서 탄성 부재에 적용된 경우에 특성상 문제가 되지 않는 범위에서 공공이 잔존하고 있어도 된다. 구체적으로는, 상기한 바와 같이, 5％ 이하, 바람직하게는 1％ 이하의 공공이 잔존하고 있어도 상관없다. 공공률이 0％인 불소 수지 필름이 가장 바람직하다.
또한, 연신 다공질 PTFE 필름을 압축하면서 PTFE의 융점 이상의 온도를 가한 후, 압력을 유지한 상태에서, PTFE의 융점 이하의 온도까지 냉각하는 것이 가능한 장치를 이용하면, 단일 공정으로 상기 압밀화체를 얻을 수도 있다. 이 방법에 따르면, 압축 개시 시점부터, 연신 다공질 PTFE 필름에 PTFE의 융점 이상의 온도를 가해도, 연신 다공질 PTFE 필름에 가해진 압력이 개방되기 전에 PTFE의 융점보다 낮은 온도까지 냉각할 수 있기 때문에, 제조되는 압밀화체에서는 수축이 거의 일어나지 않는다. 예를 들면, 벨트 프레스 장치를 이용하면, 연신 다공질 PTFE 필름이 벨트 사이에서 압축된 상태에서, PTFE의 융점 이상의 온도를 가한 후, 해당 융점보다 낮은 온도까지 냉각함으로써, 수축을 억제하면서 압밀화체를 제조할 수 있다. 또한, 벨트 프레스 장치라면, 연신 다공질 PTFE 필름이 벨트 사이에 끼워 넣어질 때, 해당 필름 내부나 해당 필름의 층간에 존재하는 공기가 외부로 압출되기 때문에, 얻어지는 압밀화체에서의 보이드나 주름의 발생을 억제할 수도 있다. 또한 이 벨트 프레스 장치는 압밀화체의 연속 생산도 가능하게 하기 때문에, 바람직하게 채택할 수 있다.
상기 제1 압축 공정의 실시시에는, 압밀화체의 보이드를 적게 하기 위해서, 상기한 압축 조작을 2단계 이상으로 행하는 것도 바람직하다.
또한, 제2 압축 공정에서 핫 프레스 장치를 이용하는 경우, 표면이 평활한 내열성 필름을 열 프레스판과 압연 필름의 사이에 개재시켜 가열 압축하여도 된다. 벨트 프레스 장치를 이용할 때에도, 벨트와 필름(연신 다공질 PTFE 필름 또는 압연 필름)의 사이에 표면이 평활한 내열성 필름을 개재시켜 가열 압축할 수도 있다. 내열성 필름으로서는, 폴리이미드 필름 등이 바람직하다. 이 방법에 따르면, 압밀화체의 표면 조도(Ra)를 내열성 필름의 표면 조도(Ra)와 동등하게 할 수 있다. 따라서, 핫 프레스 장치의 열 프레스판 표면이나 벨트 프레스 장치의 벨트 표면을 그다지 평활하게 할 수 없는 경우에 유효하다.
전술한 열 프레스법에 의해 얻어지는 압밀화체라면, 스카이빙법에서는 어려운 박막화(예를 들면, 1 내지 30㎛ 정도)가 용이하다. 예를 들면, 공공률 80％ 및 두께 40㎛의 연신 다공질 PTFE 필름을, 캘린더 롤(롤 온도:70℃)에서 공공률 2％ 및 두께 12㎛까지 압연하고(제1 압축 공정), 그 후 벨트 프레스 장치로, 프레스판 온도 320 내지 400℃, 압력 10N/㎟, 이송 속도 0.5 내지 2.0m/분, 프레스 시간 0.5 내지 10분의 조건으로 프레스(제2 압축 공정)함으로써, 공공률 0％ 및 두께 8㎛의 압밀화체를 얻을 수 있다. 또한, 공공률 85％ 및 두께 9㎛의 연신 다공질 PTFE 필름에 대하여, 상기와 마찬가지의 가공을 행함으로써, 공공률 0％ 및 두께 1㎛의 압밀화체를 얻을 수 있다.
또한, 상기 열 프레스법에서는, 1매의 연신 다공질 PTFE 필름으로부터 단독의 압밀화체를 얻을 수 있는 것 외에, 2 내지 100매, 바람직하게는 2 내지 20매의 연신 다공질 PTFE 필름을 적층하여 적층형의 압밀화체로 할 수도 있다.
이와 같이 하여 얻어지는 PTFE 압밀화체는, 비중이 2.0 이상이고, 주사형 전자 현미경에 의한 표면 관찰(배율:2000배)에서는 보이드, 핀 홀, 피브릴 구조가 관찰되지 않는다. 또한 이 압밀화체의 육안에 의한 외관은 균일한 투명 필름이고, 보이드, 핀 홀, 피브릴 구조의 존재에 기인하는 백색 불투명부나 흰 줄 등은 관찰되지 않는다.
이형층에 이용하는 불소 수지 필름의 형태는, 탄성 부재를 제조할 때에 편리한 형태이면 되고, 특별히 제한되지 않지만, 평판상(시트 형상) 외에, 튜브 형상 등도 들 수 있다. 또한, 이들 불소 수지 필름은, 박육의 불소 수지 필름 2매 이상을 적층한 적층 필름이어도 된다.
튜브상체의 경우에는, 예를 들면 불소 수지 필름을 금속관 등에 권회하고, 불소 수지의 융점 이상의 온도에서 단부를 열 융착시킴으로써 얻어진다. 또한, 적층 필름으로 하는 경우에는, 박육의 불소 수지 필름을 적층하고(튜브상체의 경우에는, 금속관 등에 권회 적층하고), 불소 수지의 융점 이상의 온도에서 계면을 열 융착시키는 방법 등도 채택할 수 있다.
또한, 튜브상체의 경우에는, 권회 단부에서 부분적인 두께 차가 발생하기 때문에, 출력 화상에 영향을 미치는 경우가 있다. 이것을 회피하기 위해서는, 필름의 권회 개시단과 종료단에서, 두께 방향으로 각도를 갖게 해서 비스듬하게 재단해 두고, 이 비스듬하게 재단한 면끼리 맞춰서 열 융착하는 방법; 필름의 권회단의 방향이 튜브의 축 방향(탄성 부재를 토너 정착부체에 이용한 경우, 토너 정착부체의 회전 축 방향)에 평행하게 되지 않도록 권회하는 방법; 권회 적층하는 필름의 두께를 얇게 하여, 상기 두께 차를 화상에 영향이 미치지 않을 정도로 작게 하는 방법 등을 들 수 있다.
이형층의 두께는, 예를 들면 1㎛ 이상, 더 바람직하게는 5㎛ 이상이며, 30㎛ 이하, 더 바람직하게는 20㎛ 이하이다. 두께가 지나치게 얇으면, 기계적 강도가 작아져서 실용성이 저하하는 경향이 있다. 한편, 두께가 지나치게 두꺼우면, 탄성 부재의 열용량이 커지기 때문에, 정착부체를 실온부터 정착 가능 온도까지 승온하는 데 걸리는 시간과, 토너 정착에 필요한 열량(전기량)이 증대하는 경향이 있다. 또한, 두께가 두꺼운 경우에는, 이형층의 하층에 닿는 탄성층의 탄성이 충분히 발휘되지 않아서, 화질이 저하하는 경우가 있다. 이형층을 구성하는 불소 수지 필름의 두께는, 이형층의 두께로부터 적절히 결정하면 된다. 불소 수지 필름을 적층(튜브상체의 경우에는 권회 적층)하여 이용하는 경우에는, 이형층의 두께를 불소 수지의 적층 수로 나눈 값이 대략 불소 수지 필름의 두께가 된다.
또한, 튜브상체의 경우, 권회 적층하는 필름의 두께를 얇게 하여 상기 두께 차를 작게 하는 방법에서는, 불소 수지 필름의 바람직한 두께는 사용하는 토너의 종류나 입경 등에 따라 변동하는데, 예를 들면, 10㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 5㎛ 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
탄성층과의 접착성을 향상시키는 관점, 및 이형층을 불소 수지 필름의 적층체로 하는 경우에 적층하는 필름끼리의 접착성을 향상시키는 관점으로부터, 이형층에 이용하는 불소 수지 필름에 면 개질 처리를 실시하는 것도 바람직하다. 표면 개질 처리 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 화학적 에칭이나 물리적 에칭 등의 각종 방법을 채택할 수 있다. 예를 들면, 코로나 방전 처리, 엑시머 레이저 처리, 샌드블라스트 처리, 공지의 개질제[예를 들면, 금속 나트륨, 불소 수지 표면 처리제((주)쥰코샤의 「테트라 H」 등) 등]를 이용하는 수법 등을 들 수 있다. 또한, 탄성층에 이용하는 탄성체와의 접착성을 높이기 위해 프라이머를 도포하는 것도 바람직하다.
또한, 이형층에 이용하는 불소 수지 필름으로서는, 상기한 바와 같은 개별로 존재하는 필름 외에, 탄성층의 표면에 불소 수지 입자의 분산액을 스프레이 코팅하고, 이것을 소성하여 제조된 필름상을 들 수 있다.
<탄성층>
본 발명의 탄성 부재에 있어서 탄성층은, 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체가 충전되어 이루어지는 것이다. 탄성체가 탄성층의 탄성을 확보하는 역할을 하고, 다공질 불소 수지 필름은 탄성체를 유지·보강하는 골격으로서의 역할을 한다. 이와 같은 구성을 채택함으로써, 경도가 매우 작고, 기계적 강도가 매우 작은 탄성체도 사용 가능하고, 더욱 고화질의 출력화가 가능하게 됨과 함께, 종래의 탄성체만으로 구성되는 탄성층에 비하여, 두께를 저감할 수 있기 때문에, 탄성 부재의 저 열용량화가 가능하게 되고, 승온 시간의 단축 및 승온에 필요한 열 에너지의 저감도 달성할 수 있다. 다시 말하면, 탄성체의 기계적 강도 등, 탄성 부재의 내구성에 영향을 미치는 탄성체의 특성에 관한 제약이 줄기 때문에, 탄성체의 선택의 폭이 넓어진다.
다공질 불소 수지 필름을 구성하는 불소 수지로서는, 예를 들면, 이형층의 불소 수지 필름의 구성 소재(불소 수지)로서 예시한 각종 수지를 들 수 있다. 그 중에서도, 고 공공률 구조로 하는 것이 가능하고, 탄성체의 기능 저하도 적다는 점에서, PTFE가 바람직하다.
또한, 본 발명의 탄성 부재에서는, 이형층과 탄성층의 다공질 불소 수지 필름을 열 융착법에 의해 접합한다(상세하게 후술함). 따라서, 접합 강도를 더 높이는 관점으로부터, 다공질 불소 수지 필름을 구성하는 불소 수지와 이형층의 불소 수지 필름을 구성하는 수지를 동일한 종류의 것으로 하는 것이 바람직하다.
일반적으로 불소 수지는 분자간 응집력이 작기 때문에, 실용적인 기계적 강도를 확보하기 위해서 분자량을 상당히 높여서 이용되고 있다(예를 들면, 아이소토프법 등의 간접적인 측정법에서는, PTFE에서 대략 500만 내지 800만 정도). 그 때문에, 이러한 불소 수지를 융점 이상으로 승온하였다고 하더라도, 그 점도가 높고(예를 들면 PTFE에서 1010 내지 1012 푸아즈 정도), 일반적인 용융 성형이 어렵게 되어 있다. 한편, 예를 들어 불소 수지 필름을 해당 불소 수지의 융점 이상의 온도, 또한 열 분해 개시 전의 온도(시간)에서 압력을 가해 두면, 불소 수지 필름 사이에 융착하는 것이 알려져 있다. 이 열 융착에 의해 얻어지는 층간 접착력은 강고한 것으로서, 예를 들면, 종래의 탄성층(탄성체만으로 이루어진 층)과 불소 수지 필름(이형층)을 프라이머 등을 통해 접착한 경우와 동등하거나 또는 그 이상의 접착력이 얻어진다. 또한, 불소 수지의 융점 및 열 분해 개시 온도(나아가서는, 융착에 사용되는 온도에서의 열 분해 개시 시간)는 불소 수지의 종류, 등급, 가공 조건(가공 환경 등)에 따라 다르기 때문에, 미리 DSC(시차주사 열량계)나 TG(열 중량 분석계) 등을 이용하여 파악해 둘 필요가 있다.
이상의 측면으로부터, 본 발명에서는 이형층이 PTFE 필름으로 구성되고, 탄성층을 위한 다공질 불소 수지 필름이 다공질 PTFE 필름인 양태가 특히 바람직하다.
다공질 불소 수지 필름으로서는, 특정 용매에 가용성인 물질(수지 분말 등)을 불소 수지 분말에 혼합한 혼합 분말을 성형하고, 그 후 해당 특정 용매를 이용하여 해당 물질만을 용출 제거한 필름; 미립자(무기 미립자나 유기 미립자)를 함유시킨 불소 수지 필름을 성형하고, 이것을 연신함으로써, 미립자를 중심으로 크랙을 발생시켜 다공화한 필름; 이형층을 구성하는 PTFE의 압밀화체의 원료 필름으로서 나타낸 연신 다공질 PTFE 필름 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 다공질 필름 자체가 유연하고 또한 충분한 고 공공률 구조를 확보할 수 있고, 기계적 강도도 우수한 연신 다공질 PTFE 필름이 바람직하다. 연신 다공질 PTFE 필름에서는, 기계적 강도의 이방성이 작은 점, 광폭의 필름을 생산할 수 있기 때문에 비용면에서 유리한 점 등으로부터, 이축 연신 다공질 PTFE 필름이 특히 바람직하다. 이러한 연신 다공질 PTFE 필름으로서는, 니뽄 고어텍스(주)로부터 시판되고 있는 「고어텍스(등록 상표)」 등을 들 수 있다.
또한, 다공질 불소 수지 필름의 공공률은 40％ 이상, 더 바람직하게는 50％ 이상이며, 98％ 이하, 더 바람직하게는 95％ 이하인 것이 바람직하다. 공공률이 지나치게 작으면, 탄성체를 충전할 수 있는 공간이 적어지기 때문에 탄성을 충분히 확보할 수 없는 경우가 있다. 또한, 공공률이 지나치게 크면, 기계적 강도가 불충분하게 되는 경우가 있다. 다공질 불소 수지 필름의 최대 세공 직경은, 충전해야 할 탄성체[또는 탄성체를 형성하기 위한 비가교 고무 등(상세하게 후술함)]의 특성(충전의 용이함) 등을 고려하여 적절히 설정하면 되는데, 통상적으로는 0.01㎛ 이상, 더 바람직하게는 0.1㎛ 이상이며, 20㎛ 이하, 더 바람직하게는 10㎛ 이하이다. 최대 세공 직경이 지나치게 작으면 탄성체의 충전이 어렵다. 또한, 최대 세공 직경이 지나치게 크면, 기계적 강도가 불충분해지는 경우가 있다. 또한, 여기서 말하는 「최대 세공 직경」은 ASTM F316-86의 규정에 준하여 측정되는 값이다.
탄성층을 구성하는 탄성체는, 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 침입하여 탄성을 부여할 수 있는 것이라면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 천연 고무; 이소프렌 고무, 클로로프렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴 고무, 아크릴 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 플루오로실리콘 고무, 술피드 고무, 우레탄 고무, 포스파진 고무 등의 합성 고무; 열가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 예를 들어 토너의 정착 온도(100 내지 230℃ 정도)에 견딜 수 있는 정도의 내열성을 갖는 탄성체이다. 구체적으로는, 실리콘 고무, 불소 고무, 플루오로실리콘 고무 등을 들 수 있다.
실리콘 고무로서는, 예를 들면, 메틸-규소 골격을 갖는 오르가노폴리실록산의 가교체(메틸실리콘 고무 등), 방향족 탄화수소-규소 골격을 갖는 오르가노폴리실록산의 가교체(페닐실리콘 고무 등)를 들 수 있다. 불소 고무로서는, 예를 들면, 수소원자가 잔존하고 있어도 좋은 폴리플루오로메틸렌의 가교체(플루오로 고무), 모든 수소원자가 불소 원자에 치환되어 있는 폴리플루오로메틸렌의 가교체(퍼플루오로 고무)를 예시할 수 있다. 플루오로실리콘 고무로서는, 예를 들면, 플루오로알킬기-규소 골격을 갖는 오르가노폴리실록산의 가교체[플루오로실리콘 고무;예를 들면, 디메틸실록산과 메틸트리플루오로프로필실록산의 결합 구조를 갖는 고무, 불소화 폴리에테르 골격이 실리콘 가교되어 있는 고무(예를 들면, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조의 상품명「SIFEL」등)]를 들 수 있다.
특히 바람직한 탄성체는 액상의 실리콘 고무이다. 액상의 실리콘 고무란, 비가교 상태에서 액상이고, 가교 반응시킴으로써 고형상의 탄성체로 되는 것이다. 따라서, 액상일 때에 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 침입시키고, 그 후 가교 반응시켜 탄성체로 하는 제조 방법을 채택할 수 있다. 가교 반응의 타입으로서는, 공기 중의 습기에 의해 발생하는 축합 반응형, 귀금속 촉매에 의해 발생하는 부가 반응형 등이 있다. 양산성을 등을 고려하면, 부가 반응형의 것이 더 바람직하다.
액상의 실리콘 고무(비가교)의 점도는 다공질 불소 수지 필름의 세공으로 침입할 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않지만, 다공질 불소 수지 필름의 세공으로의 침입의 용이함을 고려하면, 25℃에서 1000푸아즈 이하, 더 바람직하게는 200푸아즈 이하이다. 점도가 지나치게 크면, 다공질 불소 수지 필름의 세공 내로의 침입이 어려워진다. 또한, 여기서 말하는 점도는, JIS K 7117-1에 기재된 방법에 의해 토키산교(주) 제조의 B형 점도계 「BH형」을 이용하여 측정되는 값이다.
탄성체에는, 기계적 강도의 향상, 도전성의 부여, 열전도성의 제어 등을 목적으로 하여, 카본(카본 블랙 등), 금속 미립자, 그 외의 무기 분체 등을 탄성층에 요구되는 특성이 손상되지 않는 범위에서 함유시켜도 된다.
토너 정착부체로서 사용한 경우의 고화질 출력화 달성의 관점으로부터, 탄성층은 연질일수록 바람직하다. 탄성층이 연질이면, 정착 닙부에서 토너 및 피정착재(종이 등)에 부여되는 열과 압력의 균일성이 향상된다.
탄성층의 경도는 탄성체의 경도에 의해 조정할 수 있다. 예를 들면, 탄성체의 경도는 듀로미터 A 경도로 80 이하, 더 바람직하게는 60 이하이다. 탄성체의 경도가 지나치게 크면, 탄성층을 형성하는 것에 의한 효과(고화질 출력화)를 충분히 확보할 수 없는 경우가 있다. 여기서 말하는 탄성체의 듀로미터 A 경도는, JIS K 6253의 규정에 준하여 20℃ 및 55％ RH(상대 습도)의 조건에서 측정한 값이다. 또한, 탄성층을 위한 탄성체는, 인장 강도가 0.1㎫ 이상, 더 바람직하게는 0.3㎫ 이상이다. 탄성체의 인장 강도가 지나치게 작으면, 탄성층의 기계적 강도가 약해지기 때문에, 이형층과 탄성층의 기계적 강도 차가 커지는 경우가 있고, 이형층-탄성층 사이에서의 접합 강도가 지나치게 저하하는 등, 탄성 부재의 내구성이 불충분하게 되는 경우가 있다. 여기서 말하는 탄성체의 인장 강도는, JIS K 6249의 규정에 준하여 측정한 값이다.
탄성층에 이용하는 다공질 불소 수지 필름의 형태로서는, 평판상(시트 형상) 외에, 튜브 형상 등도 들 수 있다. 또한, 이들 다공질 불소 수지 필름은, 박육의 다공질 불소 수지 필름 2매 이상을 적층한 적층 필름이어도 된다. 이들 다공질 불소 수지 필름의 적층체나 튜브상체(튜브상의 적층체를 포함함)의 형성 방법은, 이형층용의 불소 수지 필름의 적층체나 튜브상체의 형성법으로서 전술한 각 방법과 동일한 방법을 채택할 수 있다. 또한, 튜브상체로 하는 경우, 권회 단부에서의 부분적인 두께 차가 출력 화상에 미치는 영향의 회피 수단도, 이형층용의 불소 수지 필름에 대하여 전술한 각 회피 수단을 채택할 수 있다.
탄성층의 두께는, 바람직하게는 10㎛ 이상, 더 바람직하게는 20㎛ 이상이며, 바람직하게는 1000㎛ 이하, 더 바람직하게는 200㎛ 이하이다. 탄성층의 두께가 지나치게 두꺼우면, 탄성 부재의 열용량 증대를 일으키기 때문에 소비 전력 저감의 요청에 충분히 부응할 수 없는 경우가 있고, 두께가 지나치게 얇으면, 기계적 강도가 지나치게 작아지는 경우가 있는 것 외에, 탄성층의 탄성이 불충분하게 되어, 고화질 출력화의 요청에 충분히 부응할 수 없는 경우가 있다. 다공질 불소 수지 필름의 두께는 탄성층의 두께로부터 적절히 결정하면 된다. 다공질 불소 수지 필름을 적층(튜브상체의 경우에는 권회 적층)하여 이용하는 경우에는, 탄성층의 두께를 다공질 불소 수지의 적층 수로 나눈 값이 대략 다공질 불소 수지 필름의 두께가 된다.
또한, 튜브상체의 경우에 권회 적층하는 필름의 두께를 얇게 하여 상기 두께 차를 작게 하는 방법에서, 해당 필름의 바람직한 두께는 사용하는 토너의 종류나 입경 등에 따라 변동하지만, 예를 들면, 40㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 20㎛ 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
탄성층에 이용하는 다공질 불소 수지 필름에는, 이형층과의 접착성을 향상시키는 관점으로부터 표면 개질 처리를 실시하는 것도 바람직하다. 표면 개질 처리 방법은 이형층과 마찬가지의 수법을 채택할 수 있다.
<기재층>
본 발명의 탄성 부재에 있어서 기재층은 그 용도에 맞게 적절히 선택하면 되며, 예를 들어 토너 정착부체용의 경우에는, 토너 정착부체에 적용 가능한 롤, 벨트 등, 회전체로서 이용되는 형상의 것을 들 수 있다. 그 사이즈는 토너 정착부체가 이용되는 정착 장치의 구성 등에 따라 변동하는데, 예를 들면, 외경은 20 내지 100㎜이고 폭(롤 폭 또는 벨트 폭)은 200 내지 450㎜ 정도이다. 단, 중간 전사 벨트를 겸하거나, 토너 정착부체 외부에 배치하는 열원과 팽팽하게 걸치게 하는 경우 등에서는, 더 큰 외경으로 하는 경우도 있다.
두께는, 특히 토너 정착부체로 사용되는 경우의 저 열용량화(소비 전력의 저감)를 고려하면, 기계적 강도를 확보할 수 있는 한 얇은 편이 열 전도나 열 손실 측면에서 바람직하고, 예를 들면, 0.02 내지 3㎜ 정도인 것이 바람직하다.
기재층의 소재도 탄성 부재의 용도에 맞게 적절히 선택하면 된다. 예를 들면, 토너 정착부체용의 경우에는, 토너 정착에 필요한 온도에 견딜 수 있는 정도의 내열성과, 토너 정착시에 부하되는 압력에 견딜 수 있는 정도의 내압성이 확보 가능한 소재이면 된다. 구체적으로는, 스테인리스 강, 니켈, 알루미늄, 철 등의 금속류; 유리 섬유 등의 무기류; 폴리이미드 등의 내열성 수지 등을 들 수 있다. 섬유상의 소재(유리 섬유 등) 경우에는, 클로스(cloth)상으로 성형하여 기재층으로 하면 된다.
기재층에는, 탄성층과의 접착성을 향상시키는 관점으로부터, 표면 개질 처리를 실시하는 것도 바람직하다. 표면 개질 처리 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 화학적 에칭이나 물리적 에칭 등의 각종 방법을 채택할 수 있다. 예를 들면, 이형층용의 불소 수지의 표면 개질 처리 방법으로서 전술한 각종 수법 등을 들 수 있다. 또한, 탄성층에 이용하는 탄성체와의 접착성을 높일 수 있는 프라이머를 도포하는 것도 바람직하다.
<탄성 부재의 제조 방법>
탄성 부재의 제조 방법으로서는, 이형층, 탄성층, 기재층의 순으로 적층되어 있는 구성을 얻을 수 있는 수법이라면 특별히 한정되지 않고, 탄성층을 어느 쪽의 층과 먼저 적층할지에 대해서도 제한은 없다. 또한, 각 층간의 고정(접착)도 각 층의 적층마다 행하여도 되고, 모든 층을 적층한 후에 일괄하여 행하여도 상관없다.
또한, 본 발명의 탄성 부재에서는, 이형층을 구성하는 불소 수지 필름과 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름이 열 융착되어 있는 양태가 바람직하기 때문에, 이것을 달성할 수 있는 수법을 채택하는 것이 바람직하다.
이형층을 구성하는 불소 수지 필름과 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름의 열 융착은, 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체가 충전되기 전에 행하여도 되고, 충전된 후에 행하여도 상관없다.
이형층을 구성하는 불소 수지 필름과 탄성층을 구성하는 불소 수지 필름의 열 융착은, 예를 들면 이들 불소 수지가 PTFE인 경우에는 327℃(융점) 내지 380℃(열 분해가 시작된다고 여겨지는 온도)의 사이에서, PFA인 경우에는 302∼310℃(융점) 내지 320∼340℃(열 분해가 시작된다고 여겨지는 온도)의 사이에서 행하면 된다.
상기 열 융착은 이와 같이 고온에서 실시되기 때문에, 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에는 탄성체가 충전되지 않은 상태에서 열 융착하고, 그 후 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체를 충전하는 수법을 채택하는 것이 바람직하다. 이 수법에 따르면, 탄성체의 열 열화의 우려가 없기 때문에, 이형층-탄성층 간의 접합 강도를 더 높이는 것이 가능하게 됨과 함께, 탄성체에 대해서는 탄성 부재를 사용할 때 요구되는 온도(예를 들면, 토너 정착부체의 경우에는 토너 정착에 필요한 100 내지 230℃ 정도)에 견딜 수 있는 온도의 내열성을 갖는 것을 채택할 수 있기 때문에, 탄성체의 선택의 폭이 넓어지는 이점도 있다.
한편, 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체가 충전된 후에, 상기 열 융착을 행하는 경우에는, 탄성체의 열 열화를 방지하는 연구가 필요하다. 또한, 이형층을 구성하는 불소 수지 필름과, 탄성층을 구성하는 불소 수지 필름의 열 융착을 기재층 등의 다른 부재도 형성한 상태에서 행하는 경우에, 해당 기재층 등의 다른 부재의 내열성이 불소 수지에 비하여 낮은 때에는, 이들 다른 부재의 열 열화도 방지할 필요가 있다. 탄성체나 상기 다른 부재의 열 열화를 방지하는 수단으로서는, 열 융착 조건의 저온도화·단시간화 외에, 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기 하(무산소 내지 극저 산소 분위기 하)에서 열 융착을 행하는 방법이나, 국소적으로 열 융착하는 부분만을 가열하는 방법 등을 채택할 수 있다.
탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체를 충전하는 방법으로서는, 탄성체를 형성하기 위한 비가교 고무나 열가소성 엘라스토머를 유동 가능한 상태(액상 등)로서 세공 내에 함침시켜 충전하고, 그 후 고화시키거나 가교시키거나 하는 방법을 채택할 수 있다. 비가교 고무나 열가소성 엘라스토머를 유동 가능한 상태로 하기 위해서는, 가열하는 방법이나, 용매에 용해 또는 분산시키는 방법을 들 수 있다. 상온에서 액상의 고무(더 바람직하게는, 액상의 실리콘 고무)를 이용하는 것도 바람직하다. 비가교(미가황) 고무의 경우에는, 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 충전 후 가교시킬(가황할) 필요가 있는데, 열가소성 엘라스토머를 이용하는 경우에는 가교의 필요는 없다.
유동 가능한 상태에 있는 비가교 고무나 열가소성 엘라스토머(이하, 「유동 가능한 고무 등」이라고 함)를 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 충전하는 방법으로서는, 유동 가능한 고무 등을 함유하는 욕 중에 다공질 불소 수지 필름을 침지하는 방법, 유동 가능한 고무 등을 다공질 불소 수지 필름에 도포하는 방법 등을 채택할 수 있다. 또한, 다공질 불소 수지 필름에 부착한 잉여의 유동 가능한 고무 등은 필요에 따라 긁어 떨어뜨리는 것이 바람직하다.
탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름과, 이형층을 구성하는 불소 수지 필름을 열 융착한 후에, 해당 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체를 충전할 때에는, 탄성체의 충전은 해당 다공질 불소 수지 필름측부터 행한다.
탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름과 기재층을 적층한 후에 해당 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체를 충전하는 경우, 기재층이 실질적으로 공공을 갖지 않는 것인 때에는, 탄성체를 해당 다공질 불소 수지 필름측부터 충전한다. 한편, 기재층이 한쪽 면부터 다른 쪽 면까지 연통하는 공공을 갖는 경우(예를 들면, 다공질상이나 메시상, 네트상 등)에는, 탄성체를 다공질 불소 수지 필름측부터 충전하여도 되고, 기재층측부터 충전하여도 상관없다.
또한, 이형층을 구성하는 불소 수지 필름과 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름의 열 융착, 나아가서는 해당 다공질 불소 수지 필름과 기재층의 적층을 행한 후에, 해당 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체를 충전하는 경우 기재층이 실질적으로 공공을 갖지 않는 것인 때에는, 다공질 불소 수지 필름의 측면측부터 충전을 행한다. 한편, 기재층이 한쪽 면부터 다른 쪽 면까지 연통하는 경우에는, 탄성체를 기재층측부터 충전할 수도 있다.
탄성층과 기재층의 고정은, 탄성체의 접착력을 이용하는 방법; 프라이머를 개재시키면서 탄성체의 접착력을 이용하는 방법; 접착제를 이용하는 방법 등을 들 수 있다. 프라이머나 접착제는 특별히 한정되지 않고, 공지의 것으로부터, 탄성 부재로 채택하는 기재층이나 탄성층의 소재에 따라, 탄성 부재의 용도에 요구되는 특성(내열성 등)을 만족할 수 있는 것을 선택하여 이용하면 된다.
또한, 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체를 충전한 후에, 기재층과 적층하는 방법은, 예를 들어, 벨트 형상의 탄성 부재를 제조하는 경우, 탄성층이 원통 형상으로 형성되고, 또한 비교적 유연한 벨트 형상의 기재층을 채택하는 경우에, 기재층을 유연하게 변형시킴으로써 용이하게 원통 형상의 탄성층의 내측에 삽입하여 일체화할 수 있기 때문에, 제조가 용이하여 바람직하다.
이상 상세하게 설명한 본 발명의 탄성 부재는, 탄성층의 박육화와 이형층-탄성층 계면의 접합 강도 향상의 쌍방을 동시에 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 탄성 부재를 이용한 토너 정착부체를 구성 요소로 하는 화상 정착 장치는, 이형층의 박리를 고도로 억제하면서, 소비 전력의 저감과 고화질 출력화를 고도로 달성할 수 있다.
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 상기 또는 하기에 기재한 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 실시를 하는 것은, 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실험 1
<이형층용 PTFE 필름의 제작>
이축 연신 다공질 PTFE 필름(니뽄 고어텍스(주) 제조 「고어텍스」, 단위 면적당 중량:4.4g/㎡, 공공률:90％, 두께:20㎛, 폭:500㎜)을 외경 300㎜, 폭 600㎜ 및 내압연반력 1MN(최대)의 캘린더 롤 장치를 이용하여, 롤 온도 70℃, 선압 8N/㎟ 및 이송 속도 6m/분의 조건으로 압축하여, 폭 500㎜, 길이 500㎜, 공공률 5％ 및 두께 2.1㎛의 백탁색 압연 필름을 얻었다. 이 압연 필름을 2매의 폴리이미드 필름(우베고산(주) 제조 「유피렉스20S」)의 사이에 끼우고, 프레스 사이즈 750㎜×750㎜ 및 최대 가압력 2MN의 핫 프레스 장치를 이용하여, 프레스판 온도 400℃ 및 면압 10N/㎟의 조건에서 5분 가열 프레스한 후, 면압을 유지한 상태에서 60분에 걸쳐 서서히 프레스판 온도를 25℃까지 냉각하여, 폭 500㎜, 길이 500㎜, 공공률 0％, 두께 2㎛의 투명성이 높고 표면 광택이 우수한 PTFE 필름을 얻었다.
상기한 PTFE 필름의 한쪽 면에, 코로나 방전 표면 처리 장치를 이용하여 50W/㎡·분의 조건으로 코로나 방전 처리를 실시하여, 이형층용 PTFE 필름을 제조하였다.
<탄성층용 다공질 PTFE 필름과 이형층용 PTFE 필름의 적층>
이축 연신 다공질 PTFE 필름(탄성층용 다공질 PTFE 필름, 니뽄 고어텍스(주) 제조 「고어텍스」, 단위 면적당 중량:6.6g/㎡, 공공률:85％, 두께:20㎛)을 440㎜(폭)×213㎜(깊이)의 사이즈로 재단하고, 이것을 외경 34㎜ 및 길이 520㎜의 스테인리스 강관에, 필름 폭 방향이 스테인리스 강관의 축 방향으로 되도록, 또한 필름 폭 방향의 중앙부가 스테인리스 강관의 축 방향의 거의 중앙부에 위치하도록, 2회 상당 권회하였다.
이형층용 PTFE 필름을 500㎜(폭)×430㎜(깊이)의 사이즈로 재단하고, 코로나 방전 처리면을 내측으로 하여, 탄성층용 다공질 PTFE 필름을 권회한 상기 스테인리스 강관의 해당 탄성층용 다공질 PTFE 필름 상에, 필름 폭 방향이 스테인리스 강관의 축 방향으로 되도록, 또한 필름 폭 방향의 중앙부가 스테인리스 강관의 폭 방향 의 거의 중앙부에 위치하도록 권회하였다. 또한, 이형층용 PTFE 필름의 권회는, 그 방향을 탄성층용 다공질 PTFE 필름의 권회 방향과 동일하게 하고, 또한 탄성층용 다공질 PTFE 필름의 권회 종료단과 이형층용 PTFE 필름의 권회 개시단을 맞추도록 하고, 권회 수를 4회 상당으로 하였다.
스테인리스 강관에 권회한 탄성층용 다공질 PTFE 필름과 이형층용 PTFE 필름을, 강제 열풍 순환·환기 방식의 고온 항온기(에스페크(주) 제조「STPH-201」)를 이용하여 375℃ 및 30분의 조건에서 열 융착 처리하였다. 그 후, 열 융착한 필름을, 권회 시종부 부근에서 스테인리스 강관의 축방향에 평행하게 절단하여 해당 관으로부터 꺼내고, 탄성층용 다공질 PTFE 필름과 이형층용 PTFE 필름이 적층되어 있는 부분을 400㎜ 폭으로 잘라내어, 총 두께 48㎛(이형층 두께:8㎛, 탄성층용 다공질 PTFE 필름 두께:40㎛), 폭 400㎜ 및 깊이 107㎜의 적층 필름을 얻었다.
<기재층용 금속관의 준비>
내경이 22㎜, 양단부의 외경이 25.4㎜, 한쪽 단부로부터 36㎜ 내지 329㎜ 부분의 외경이 26.5㎜이고, 전체 길이가 411.1㎜인 금속관(알루미늄제)을 준비하였다. 이 금속관의 외경이 26.5㎜인 영역의 표면에, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조의 「실리콘 고무용 프라이머 A」를 솔로 도포하고, 풍건시켰다.
<탄성층용 탄성체의 충전 및 기재층의 적층>
열 융착 후의 상기 적층 필름을, 폭 329㎜ 및 깊이 83.3㎜의 사이즈로 재단하였다. 또한, 재단시에 폭 방향에 평행한 단부의 잘라낸 면이 필름 평면에 대하여 60°의 각도를 갖게 하였다. 재단 후의 적층 필름을, 탄성층용 다공질 PTFE 필 름측이 위로 향하게 하여 평판 상에 놓고, 액상의 실온 경화형 실리콘 고무(신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조 「KE1031」, 듀로미터 A 경도:22) 1.5g을 탄성층용 다공질 PTFE 필름 면에 고무 주걱으로 도포하고, 세공 내에 함침시켰다. 잉여의 실리콘 고무는 고무 주걱으로 긁어 떨어뜨렸다.
탄성층용 다공질 PTFE 필름 세공 내에 실리콘 고무를 함침시킨 상기 적층 필름을 해당 탄성층용 다공질 PTFE 필름측을 내측으로 하여, 상기 금속관의 외경이 26.5㎜인 영역에, 공기가 들어가지 않도록 하면서, 적층 필름의 단부가 맞도록 신속하게 권회하였다. 그 후, 적층 필름을 권회한 금속관에 대하여, 실리콘 고무의 가교 및 적층 필름-금속관 사이의 접합을 강제 열풍 순환·환기 방식의 고온 항온기(에스페크(주) 제조 「STPH-201」)를 이용하여 70℃ 및 120분의 조건에서 행하여, 도 1에 도시한 바와 같은 단면 구조를 갖는 롤 형상의 탄성 부재를 얻었다.
도 1에서, (10)은 탄성 부재, (11)은 이형층, (12)는 탄성층, (13)은 기재층이다. 또한, 도 1의 (a)는 탄성 부재의 단면도이고, (b)는 상기 적층 필름(이형층 및 탄성층) 단부의 접합 부분을 확대한 것이다. 도 1(b)에서, (14)는 적층 필름(이형층 및 탄성층) 단부끼리의 접합면이다. 또한, 도 1에서 구조의 이해를 용이하게 하기 위해서, 각 층의 두께 비율이 실제로 제작한 것과 동일한 것은 아니다(후기하는 도 2∼도 7에 대해서도 동일함). 얻어진 탄성 부재는, 이형층의 두께 8㎛, 탄성층의 두께 40㎛, 이형층 부분의 외경 26.6㎜, 이형층 부분의 길이 329㎜, 전체 길이 411.1㎜이었다. 이 탄성 부재에 대하여 하기의 평가를 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[실장 평가]
상기 탄성 부재를, 후지제록스(주) 제조의 풀 컬러 레이저 빔 프린터 「Docuprint-C2220」의 정착부의 정착 롤과 치환하였다. 이 프린터를 이용하여, 시판의 컬러 카피 용지(코쿠요(주) 제조 「KB-F259」, A4 사이즈)의 한쪽 면(인쇄면)의 5％에 해당하는 면적 부분에 컬러 문자 화상 차트를 연속 인쇄하는 급지 시험을, 복사지 5만매에 대하여 실시하였다. 이 연속 급지 시험에서, 1매째, 1만매째, 2만매째, 3만매째, 4만매째, 5만매째에 대해서 적색 단색으로 한쪽 면 전체 면을 인쇄하여, 출력 상태, 화상 광택도, 및 토너 정착부체의 표면 상태를 평가하였다.
화상 광택도는 핸디 광택도계((주)호리바세이사쿠쇼 제조 「IG-330」)를 이용하여 측정하고, 60° 입사각으로 광을 입사한 경우의 반사율을 각 출력지마다 3회 측정하여 그 평균값으로 평가하였다. 이 화상 광택도는, 측정 화상에 상기 입사각으로 광을 입사한 경우의 경면 반사 광속을, 기준으로 되는 경면 반사 광속을 100％로 하여 백분율로 나타낸 것이다. 일반적으로 컬러 사진 등의 컬러 그래픽 화상 등에서는 토너의 광택도의 편차가 작고, 또한 그 값이 클수록 광택 얼룩이 없고 고광택으로 양호한 화상임을 나타낸다.
또한, 출력 상태 및 토너 정착부체의 표면 상태를 육안으로 평가하였다.
평가 항목 출력 매수
1매째 1만매째 2만매째 3만매째 4만매째 5만매째
출력 상태 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력
화상 광택도 16 15 15 16 15 16
토너 정착부체 표면 상태 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
표 1에 나타낸 바와 같이, 실험 1의 탄성 부재에서는, 연속 급지 시험을 개시하여 종료할 때까지, 출력 상태, 화상 광택도, 토너 정착부체(탄성 부재) 표면 상태 모두 안정되게 양호하고, 고화질을 달성할 수 있고, 또한, 이형층-탄성층 간의 접합도 양호하였다. 또한, 탄성층의 박육화도 달성할 수 있었던 것 외에, 매우 경도가 작은 탄성체를 이용하여도, 양호한 내구성을 확보할 수 있었다.
실험 2
<이형층용 적층 필름의 제작>
외경 34㎜ 및 길이 520㎜의 스테인리스 강관에, 실험 1과 마찬가지로 하여 얻어진 이형층용 PTFE 필름을 500㎜(폭)×430㎜(깊이)의 사이즈로 재단하고, 코로나 방전 처리면을 내측으로 하여, 필름 폭 방향이 스테인리스 강관의 축 방향으로 되도록, 또한 필름 폭 방향의 중앙부가 스테인리스 강관의 축 방향의 거의 중앙부에 위치하도록, 4회 상당 권회하였다.
스테인리스 강관에 권회한 이형층용 PTFE 필름을, 강제 열풍 순환·환기 방식의 고온 항온기(에스페크(주) 제조 「STPH-201」)를 이용하여, 375℃ 및 30분의 조건으로 열 융착 처리하였다. 그 후, 열 융착 후의 필름을, 권회 시종부 부근에서, 스테인리스 강관의 축 방향에 평행하게 절단하여 해당 관으로부터 떼어내고, 두께 8㎛, 폭 500㎜, 깊이 107㎜의 적층 필름(이형층용 필름)을 얻었다. 이 적층 필름의 코로나 방전 처리면에, (주)쥰코샤 제조의 불소 수지 표면 처리제 「테트라 H」를 이용하여 표면 개질 처리를 행하였다. 처리 방법으로서는, (주)쥰코샤 발행의 테트라 H 카탈로그[01.6.1000/D(GK)/P(SHU)]에 기재된 방법을 채택하였다. 구체적으로는 메틸에틸케톤으로 에칭면을 탈지 세정 후, 배트에 전개한 테트라 H에, 5 내지 10초간, 해당 에칭 표면을 접촉시킨 후, 메탄올, 물의 순으로 에칭 표면을 세정하고, 풍건하였다.
<기재층용 금속관의 준비>
내경이 22㎜, 양단부 외경이 25.4㎜, 한쪽 단부로부터 36㎜ 내지 329㎜ 부분의 외경이 26.6㎜이고, 전체 길이가 411.1㎜인 금속관(알루미늄제)을 준비하였다. 이 금속관의 외경이 26.6㎜인 영역의 표면에, 세메다인(주) 제조의 난접착재료용 프라이머 「PRX-3」을 솔로 도포하고, 풍건시켰다.
<이형층과 기재층의 적층>
상기한 이형층용 적층 필름을, 폭 329㎜ 및 깊이 83.3㎜의 사이즈로 재단하였다. 또한, 재단시에는, 폭 방향에 평행한 단부의 잘라낸 면이 필름 평면에 대하여 60°의 각도를 갖게 하였다. 상기 금속관의 외경이 26.6㎜인 영역의 표면(세메다인(주) 제조의 난접착재료용 접착제 「PRX」를 도포한 면)에, 재단 후의 적층 필름을, 표면 개질 처리면을 내측으로 하여, 공기가 들어가지 않도록 하면서, 적층 필름의 단부가 맞도록 신속하게 권회하여 도 2에 도시한 바와 같은 단면 구조를 갖는 롤 형상의 적층 부재를 얻었다.
도 2에 있어서, (20)은 적층 부재, (21)은 이형층, (23)은 기재층이다. 또한, 도 2의 (a)는 적층 부재의 단면도이고, (b)는 상기 적층 필름(이형층) 단부의 접합 부분을 확대한 것이다. 도 2(b)에서, (24)는 적층 필름(이형층) 단부끼리의 접합면이다. 얻어진 적층 부재는, 이형층의 두께 8㎛, 외경 26.6㎜, 이형층 부분의 길이 329㎜, 전체 길이 411.1㎜이었다. 이 탄성 부재에 대하여, 실험 1과 동일한 평가를 행하였으나, 탄성층을 갖고 있지 않았기 때문에, 급지 1매째에서 카피 용지가 정착 롤(적층 부재)에 감겨서, 화상 출력이 불가능하였다.
실험 3
<이형층용 적층 필름의 제작>
실험 2와 마찬가지로 하여, 한쪽 면이 코로나 방전 처리 및 불소 수지 표면 처리제로 표면 개질 처리된 이형층용 적층 필름을 제작하였다.
<기재층용 금속관의 준비>
실험 1과 마찬가지로 하여, 외경이 26.5㎜인 영역의 표면에 실리콘 고무용 프라이머를 도포·풍건시킨 기재층용 금속관을 준비하였다.
<탄성층의 형성 및 기재층과의 적층>
외경 32㎜, 내경 26.6㎜, 길이 440㎜이고, 내벽면이 경면 가공된 스테인리스 강제 파이프와, 상기한 기재층용 금속관을 해당 스테인리스 강제 파이프의 내측에 동심원으로 배치할 수 있고, 또한 해당 스테인리스 강제 파이프 내부와 기재층용 금속관의 내부를 동시에 밀폐 가능한 스테인리스 강제의 볼록상 뚜껑을 2개 준비하였다. 또한, 상기 스테인리스 강제 파이프는, 축 방향의 양단부로부터 각 10㎜ 부근의 위치에, 외면부터 내면까지 관통하는 외경 3㎜의 구멍을 1개씩 형성하였다.
상기 스테인리스 강제 파이프 및 2개의 스테인리스 강제의 볼록상 뚜껑의 내벽면에, 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조의 실리콘 고무용 이형제 「KM722A」를 솔로 도포하였다.
이어서, 상기 스테인리스 강제 파이프의 내측에 상기 기재층용 금속관을 넣고, 동심원으로 배치하면서, 상기 스테인리스 강제 볼록상 뚜껑을 해당 스테인리스 강제 파이프의 양단에 끼우고, 해당 스테인리스 강제 파이프와 해당 기재층용 금속관을 고정·밀폐하였다(이하, 고정·밀폐 후의 스테인리스 강제 파이프와 기재층용 금속관을 「조립체」라고 함).
상기한 조립체를, 스테인리스 강제 파이프의 축 방향이 연직 방향으로 되도록 배치하였다. 그리고, 듀로미터 A 경도가 22인 액상의 실온 경화형 실리콘 고무(시에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조 「KE1031」)를, 상기 조립체의 스테인리스 강제 파이프 내벽면과 기재층용 금속관 외벽면의 사이에 주입하였다. 실리콘 고무의 주입 방법을, 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은 상기 조립체의 단면도이고, (30)은 조립체, (31)은 스테인리스 강제 파이프, (32)는 기재층용 금속관, (33)은 스테인리스 강제 볼록상 뚜껑, (34a)는 조립체 하부의 관통공, (34b)는 조립체 상부의 관통공, (35)는 액상의 실리콘 고무이다. 기재층용 금속관(32)의 외벽면에는 실리콘 고무용 프라이머가 도포되어 있다(도시하지 않음). 스테인리스 강제 파이프(31)에 형성한 상기 관통공 중, 하부에 위치하는 관통공(34a)으로부터 시린지를 이용하여 2g/분의 속도로 액상의 실리콘 고무를 주입하고(도 3 중 하측의 화살표), 상부에 위치하는 관통공(34b)으로부터 해당 실리콘 고무가 넘쳐흐를(도 3 중 상측의 화살표) 때까지 주입을 계속하였다.
상기 실리콘 고무의 주입 후, 상기 조립체를 스테인리스 강제 파이프의 축 방향이 연직 방향으로 되도록 유지한 상태에서, 강제 열풍 순환·환기 방식의 고온 항온기(에스페크(주) 제조 「STPH-201」)를 이용하여, 70℃ 및 120분의 조건으로 해당 실리콘 고무의 가교(탄성층의 형성) 및 기재층의 접착을 행하였다.
그 후, 탄성층이 형성된 기재층용 금속관을 상기 조립체로부터 꺼내고, 해당 금속관의 외경이 26.5㎜인 영역 이외에 부착된 가교 실리콘 고무를 제거하여, 탄성층과 기재층의 롤상 적층체를 얻었다. 도 4에 롤상 적층체의 단면도를 도시한다. (40)이 롤상 적층체, (42)가 가교 실리콘 고무층(탄성층), (43)이 기재층(기재층용 금속관)이다.
<이형층의 적층>
상기한 이형층용 적층 필름을, 폭 329㎜ 및 깊이 83.5㎜의 사이즈로 재단하였다. 또한, 재단시에는, 폭 방향에 평행한 단부의 잘라낸 면이 필름 평면에 대하여 60°의 각도를 갖게 하였다.
상기한 롤상 적층체의 탄성층 표면에 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조의 「실리콘 고무용 프라이머 A」를 솔로 도포하고, 풍건시켰다.
이어서, 탄성층에 이용한 것과 동일한 액상의 실온 경화형 실리콘 고무(신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조 「KE1031」, 듀로미터 A 경도:22)를 탄성층 표면(상기 프라이머 도포면)에 도포하였다. 또한, 도포는 주걱을 이용하고, 또한 유리판 상에서 롤상 적층체를 굴림으로써, 잉여의 실리콘 고무를 긁어 떨어뜨리면서 행하였다.
그 후, 롤상 적층체의 실리콘 고무 도포면에 상기 이형층용 적층 필름을, 표면 개질 처리면을 내측으로 하여, 공기가 들어가지 않도록 하면서, 해당 적층 필름의 단부가 맞도록 신속하게 권회하였다. 다시 그 후, 강제 열풍 순환·환기 방식의 고온 항온기(에스페크(주) 제조「STPH-201」)를 이용하여, 70℃ 및 120분의 조건에서 탄성층 표면에 도포한 실리콘 고무의 가교(이형층과 탄성층의 접착)를 행하여, 도 5에 도시한 단면 구조의 롤상 탄성 부재를 얻었다. 도 5에서, (50)은 탄성 부재, (51)은 이형층, (52)는 실리콘 고무층(탄성층), (53)은 기재층이다. 또한, 도 5(a)는 탄성 부재의 단면도이고, (b)는 상기 적층 필름(이형층)의 접합 부분을 확대한 것이다. 도 5(b)에서, (54)는 적층 필름(이형층) 단부끼리의 접합면이다. 얻어진 탄성 부재는, 이형층의 두께 8㎛, 탄성층의 두께 40㎛, 외경 26.6㎜, 이형층 부분의 길이 329㎜, 전체 길이 411.1㎜이었다. 이 탄성 부재에 대하여 실험 1과 동일한 평가를 행하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
평가 항목 출력 매수
1매째 1만매째 2만매째
출력 상태 양호하게 출력 양호하게 출력, 화상에 얼룩 있음 1만매를 초과한 시점에서, 용지가 정착 롤에 감겨서 출력 불능
화상 광택도 16 15 15
토너 정착부체 표면 상태 이상 없음 탄성층과 이형층의 계면 부근에서, 탄성층의 응집 파괴에 의한 박리 발생 이형층-탄성층 계면의 박리가 대규모로 진행
표 2에 나타낸 바와 같이, 실험 3의 탄성 부재에서, 연속 급지 시험을 개시(1매째)할 때는, 출력 상태, 화상 광택도, 토너 정착부체 표면의 상태 모두가 양호하였지만, 탄성층에 이용한 탄성체의 경도가 작고, 탄성층의 내구성 및 탄성층과 이형층의 접합 강도가 부족하여 급지 1만매째에서 이미 문제가 발생하였다.
실험 4
탄성층의 형성 및 탄성층과 이형층의 접착에 이용하는 액상의 실온 경화형 실리콘 고무를 토레·다우코닝·실리콘(주) 제조의 「SE4410」(듀로미터 A 경도:87)으로 변경한 것 외에는, 실험 3과 마찬가지로 하여 롤상 탄성 부재를 얻었다. 이 탄성 부재에 대하여 실험 1과 동일한 평가를 행하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
평가 항목 출력 매수
1매째 1만매째 2만매째 3만매째 4만매째 5만매째
출력 상태 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력
화상 광택도 10 10 11 10 10 11
토너 정착부체 표면 상태 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
표 3에 나타낸 바와 같이, 실험 4의 탄성 부재에서는, 연속 급지 시험을 개시하여 종료할 때까지, 출력 상태, 토너 정착부체(탄성 부재) 표면 상태 모두가 안정되고 양호하였으나, 탄성층에 이용한 탄성체의 경도가 매우 크기 때문에, 화상 광택도가 실험 1의 탄성 부재에 비하면 떨어져 있고, 고화질 출력이 충분히 달성되어 있지 않다.
실험 5
<탄성층용 다공질 PTFE 필름과 이형층용 PTFE 필름의 적층>
이축 연신 다공질 PTFE 필름(탄성층용 다공질 PTFE 필름, 니뽄 고어텍스(주) 제조 「고어텍스」, 단위 면적당 중량:2.5g/㎡, 공공률:85％, 두께:10㎛)을 280㎜(폭)×301㎜(깊이)의 사이즈로 재단하고, 이것을 필름 폭 방향이 스테인리스 강관의 축 방향으로 되도록, 또한 필름 폭 방향의 중앙부가 스테인리스 강관의 축 방향의 거의 중앙부에 위치하도록, 외경 24mm 및 길이 300 mm의 스테인리스 강관에 4회 상당 권회하였다.
실험 1과 마찬가지로 하여 얻어진 이형층용 PTFE 필름을 300㎜(폭)×430㎜(깊이)의 사이즈로 재단하고, 코로나 방전 처리면을 내측으로 하여, 탄성층용 다공질 PTFE 필름을 권회한 상기 스테인리스 강관의 해당 탄성층용 다공질 PTFE 필름 상에, 필름 폭 방향이 스테인리스 강관의 축 방향으로 되도록, 또한 필름 폭 방향의 중앙부가 스테인리스 강관의 축 방향의 거의 중앙부에 위치하도록 권회하였다. 또한, 이형층용 PTFE 필름의 권회는, 그 방향을 탄성층용 다공질 PTFE 필름의 권회 방향과 동일하게 하고, 또한 탄성층용 다공질 PTFE 필름의 권회 종료단과 이형층용 PTFE 필름의 권회 개시단을 맞추도록 하여 권회 수를 4회 상당으로 하였다.
스테인리스 강관에 권회한 탄성층용 다공질 PTFE 필름과 이형층용 PTFE 필름을, 강제 열풍 순환·환기 방식의 고온 항온기(에스페크(주) 제조「STPH-201」)를 이용하여 375℃ 및 30분의 조건에서 열 융착 처리하였다. 그 후, 열 융착한 필름을 스테인리스 강관으로부터 떼어내고, 탄성층용 다공질 PTFE 필름과 이형층용 PTFE 필름이 적층되어 있는 부분을 240㎜ 폭으로 잘라내어, 총 두께 48㎛(이형층 두께:8㎛, 탄성층용 다공질 PTFE 필름 두께:40㎛) 및 외경 24.1㎜ 상당의 원통상 적층 필름을 얻었다.
<기재층용 금속 벨트의 준비>
외경 24㎜ 상당, 두께 30㎛, 전체 길이 240㎜의 니켈제 금속 벨트((주)디무코 제조)를 준비하였다. 이 금속 벨트의 외표면에 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조의 「실리콘 고무용 프라이머 A」를 솔로 도포하고, 풍건시켰다.
<탄성층용 탄성체의 충전 및 기재층의 적층>
열 융착 후의 상기 원통상 적층 필름의 탄성층용 다공질 PTFE 필름 면에, 액상의 실온 경화형 실리콘 고무(신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조 「KE1031」, 듀로미터 A 경도:22) 1.5g을 고무 주걱으로 도포하고, 다공질 PTFE 필름의 세공 내에 함침시켰다. 잉여의 실리콘 고무는 고무 주걱으로 긁어 떨어뜨렸다.
탄성층용 다공질 PTFE 필름 세공 내에 실리콘 고무를 함침시킨 상기 원통상 적층 필름의 내측에 상기 기재층용 금속 벨트를 삽입하고, 공기가 들어가지 않도록 하면서, 적층·고정하였다. 그 후, 이 적층물에 대하여, 실리콘 고무의 가교 및 적층 필름-금속 벨트 간의 접합을, 강제 열풍 순환·환기 방식의 고온 항온기(에스페크(주) 제조 「STPH-201」)를 이용하여, 70℃ 및 120분의 조건에서 행하여, 도 6에 도시한 바와 같은 단면 구조를 갖는 벨트 형상의 탄성 부재를 얻었다.
도 6에서, (60)은 탄성 부재, (61)은 이형층, (62)는 탄성층, (63)은 기재층이다. 얻어진 탄성 부재는, 이형층의 두께 8㎛, 탄성층의 두께 40㎛, 총 두께 78㎛, 내경 24㎜, 전체 길이(폭) 240㎜이었다. 이 탄성 부재에 대하여 하기의 평가를 행하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.
[실장 평가]
상기 탄성 부재를, 캐논(주) 제조의 풀 컬러 레이저 빔 프린터 「LBP-2410」의 정착부의 정착 벨트와 치환하였다. 이 프린터를 이용하여, 시판의 컬러 카피 용지(코쿠요(주) 제조 「KB-F259」, A4 사이즈)의 한쪽 면(인쇄면) 전체 면을 적색 단색으로 인쇄(5매)하여, 출력 상태 및 화상 광택도를 실험 1과 동일한 방법으로 평가하였다.
실험 6
<이형층용 적층 필름의 제작>
실험 2와 마찬가지로 하여, 한쪽 면이 코로나 방전 처리 및 불소 수지 표면 처리제로 표면 개질 처리된 이형층용 적층 필름을 제작하였다.
<기재층용 금속 벨트의 준비>
실험 5에서 이용한 것와 동일한 니켈제의 원통상 금속 벨트의 외표면에, 세메다인(주) 제조의 난접착재료용 프라이머 「PRX-3」을 솔로 도포하고, 풍건시켰다.
<이형층과 기재층의 적층>
상기한 이형층용 적층 필름을, 폭 240㎜ 및 깊이 75㎜의 사이즈로 재단하였다. 또한, 재단시에, 폭 방향에 평행한 단부의 잘라낸 면이 필름 평면에 대하여 60°의 각도를 갖게 하였다. 상기 금속 벨트의 외표면(세메다인(주) 제조의 난접착재료용 접착제 「PRX」를 도포한 면)에, 재단 후의 적층 필름을, 표면 개질 처리면을 내측으로 하여, 공기가 들어가지 않도록 하면서, 적층 필름의 단부가 맞도록 신속하게 권회하여, 도 7에 도시한 바와 같은 단면 구조를 갖는 벨트 형상의 적층 부재를 얻었다.
도 7에 있어서, (70)은 적층 부재, (71)은 이형층, (73)은 기재층이다. 얻어진 적층 부재는, 이형층의 두께 8㎛, 총 두께 38㎛, 내경 24㎜, 전체 길이(폭) 240㎜이었다. 이 적층 부재에 대하여 실험 5와 동일한 평가를 행하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.
평가 항목 출력 매수
1매째 2매째 3매째 4매째 5매째
실험 5 출력 상태 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력
화상 광택도 8 7 8 7 7
실험 6 출력 상태 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력 양호하게 출력
화상 광택도 4 5 4 5 4
표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 바람직한 구성을 갖는 실험 5의 탄성 부재는, 화상의 출력 상태가 양호하고, 또한 탄성층을 갖고 있지 않은 실험 6의 적층 부재에 비하여 화상 광택도가 우수하고, 고화질 출력화를 달성할 수 있었다. 또한, 이형층-탄성층 간의 접합도 양호하였다. 또한, 탄성층의 박육화도 달성할 수 있었던 것 외에, 매우 경도가 작은 탄성체를 이용하여도 양호한 내구성을 확보할 수 있었다.
본 발명의 탄성 부재의 주요한 용도로서는, 토너 정착부체를 들 수 있다. 본 발명의 탄성 부재를 그대로 종래의 토너 정착부체(정착 롤이나 정착 벨트)와 마찬가지로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 탄성 부재는 이형층 표면의 이형성이 매우 우수한 것과 동시에, 탄성층의 존재에 의해 적당한 탄성을 확보할 수 있다. 따라서, 이형성이 요구되는 위치에 적용되어 있는 종래의 탄성 부재를 치환함으로써, 더 유효한 이형성과 탄성을 발휘할 수 있다. 예를 들면, 다소의 점착성을 갖는 제품 또는 중간품(예를 들면, 떡, 햄버거용 패티 등의 식품용 재료나, 건재 등 의 산업 자재, 정밀 기기 관련 재료, 부품 등)의 제조 라인에서, 해당 제품 또는 중간품을 반송하는 벨트 컨베이어용 벨트 등에도 적합하다.

Claims (13)

  1. 이형층, 탄성층 및 기재층을 구성층에 포함하는 탄성 부재로서,
    상기 이형층은 불소 수지 필름이고,
    상기 탄성층은 다공질 불소 수지 필름의 세공 내에 탄성체가 충전되어 이루어지는 것이고,
    상기 이형층은 최표층이고, 또한 상기 탄성층과 접해 있는 것을 특징으로 하는 이형성이 우수한 탄성 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이형층을 구성하는 불소 수지 필름과, 상기 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름이, 열 융착에 의해 접착되어 이루어지는 것인 탄성 부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이형층을 구성하는 불소 수지 필름이 폴리테트라플루오로에틸렌 필름인 탄성 부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 필름이 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌의 압밀화체인 탄성 부재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름이 다공질 폴리테트라플루오로에틸렌 필름인 탄성 부재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탄성층을 구성하는 탄성체가 실리콘 고무인 탄성 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이형층의 두께가 1 내지 30㎛인 탄성 부재.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탄성층의 두께가 10 내지 1000㎛인 탄성 부재.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기재층이 금속 또는 내열성 수지로 구성된 것인 탄성 부재.
  10. 제1항에 있어서, 상기 기재층이 벨트 형상 또는 롤 형상인 탄성 부재.
  11. 제1항의 탄성 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 토너 정착부체.
  12. 제11항의 토너 정착부체를 갖는 것을 특징으로 하는 정착 장치.
  13. 이형층을 구성하는 불소 수지 필름과 탄성층을 구성하는 다공질 불소 수지 필름을 열 융착한 후에, 상기 다공질 불소 수지 필름의 세공에 다공질 불소 수지 필름측부터 액상의 실리콘 고무를 충전하고, 그 후 상기 실리콘 고무를 가교시키는 것을 특징으로 하는 제1항 기재의 탄성 부재의 제조 방법.
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