WO2019181796A1 - 定着部材、定着装置及び電子写真画像形成装置 - Google Patents

定着部材、定着装置及び電子写真画像形成装置 Download PDF

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陽平 宮内
康晴 能登屋
吉村 公博
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キヤノン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fixing member, a fixing device, and an electrophotographic image forming apparatus.
  • a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a laser printer
  • image forming apparatus a pair of heated rollers and rollers, a film and rollers, a belt and rollers, a belt and belts
  • a rotating body such as is pressed.
  • a recording medium such as paper holding an image formed with unfixed toner is introduced into a pressure contact portion (hereinafter referred to as a “fixing nip portion”) formed between the rotating bodies, and the unfixed toner is removed.
  • a fixing nip portion a pressure contact portion
  • a rotating body that contacts an unfixed toner image on a recording medium is called a fixing member, and is called a fixing roller, a fixing film, or a fixing belt depending on the form.
  • a fluororesin specifically, a surface layer (hereinafter referred to as “surface layer”) that constitutes an outer surface in contact with the toner is used to suppress adhesion of the toner.
  • a surface layer containing a copolymer of tetrafluoroethylene (—C 2 F 4 —) and perfluoroalkyl vinyl ether (—CF 2 —CF (ORf) —) (hereinafter also referred to as “PFA”).
  • PFA perfluoroalkyl vinyl ether
  • Rf represents a perfluoroalkyl group.
  • PFPE perfluoropolyether
  • a fixing member for electrophotography having a base layer and a surface layer provided directly or via a primer layer on the outer surface of the base layer,
  • the surface layer consists of a single layer;
  • the surface layer includes a fluororesin and a fluoro oil having a perfluoropolyether structure, and the fixing member is provided with a fixing member that satisfies the requirements (i) and (ii): (I) For a measurement sample including the entire thickness portion of the surface layer collected from the fixing member, after cleaning a predetermined position on the first surface opposite to the side facing the base layer, A unit area of the detection surface when a process of pressing the detection surface of the quartz crystal microbalance (QCM) sensor at a temperature of 180 ° C.
  • QCM quartz crystal microbalance
  • the mass P11 of the deposit containing the fluorine oil having a perfluoropolyether structure attached to (1 cm 2 ) is 1.0 ⁇ 10 2 ng or more and 1.0 ⁇ 10 4 ng or less;
  • the mass P12 of the deposit containing the fluorine oil having a ratio of 0.5 ⁇ P11 or more and 1.2 ⁇ P11 or less.
  • a fixing member for electrophotography having a base layer and a surface layer provided directly or via a primer layer on the outer surface of the base layer,
  • the surface layer consists of a single layer;
  • the surface layer includes a fluororesin and a fluoro oil having a perfluoropolyether structure,
  • the fixing member is a quartz crystal micro-microscope with respect to a first surface opposite to the side facing the base layer of a measurement sample including the entire thickness portion of the surface layer collected from the fixing member.
  • the detection surface of the quartz crystal microbalance (QCM) sensor is set to a pressure of 0.4 MPa at a temperature of 180 ° C. for 50 msec.
  • the fixing member satisfying P21> P11 is obtained.
  • a fixing device including the above-described fixing member and a heating unit for the fixing member.
  • an electrophotographic image forming apparatus provided with the above fixing device.
  • a fixing member that can maintain excellent toner releasability even during long-term use.
  • a fixing device that contributes to stable formation of a high-quality electrophotographic image can be obtained.
  • an electrophotographic image forming apparatus that can stably form a high-quality electrophotographic image over a long period of time can be obtained.
  • FIG. 3 is a fixing member surface observation image described in Example 1; 10 is a fixing member surface observation image described in Comparative Example 4; FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a fixing belt which is an example of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a fixing device using a fixing belt according to the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional schematic view showing one embodiment of an electrophotographic image forming apparatus of the present invention. It is a cross-sectional schematic diagram of the fixing member according to the present invention. It is a schematic diagram of the amount of fluorine oil of the surface layer according to the present invention.
  • the present inventors used the fixing member according to Patent Document 1 for heat fixing under a condition that the surface temperature is as high as 200 ° C. It has been found that toner releasability is reduced and hot offset may occur. Such a decrease in toner releasability over time is considered to be due to long exposure to a high temperature state. That is, the chemical bonding portion between the fluororesin and the compound having a perfluoropolyether chain or perfluoroalkyl chain that contributes to the improvement in toner releasability is decomposed, so that these compounds are fixed on the outer surface of the fixing member.
  • the present inventors have studied for the purpose of obtaining a fixing member that can maintain excellent toner releasability even after long-term use. As a result, it has been found that the fixing member according to the above-described embodiment can achieve such an object well.
  • the fixing member according to each aspect will be described in detail.
  • the fixing member includes a base layer and a surface layer provided directly or via a primer layer on the outer surface of the base layer.
  • the surface layer is composed of a single layer, and the surface layer includes a fluororesin and a fluoro oil having a perfluoropolyether structure. Further, the fixing member satisfies the requirement (i) and the requirement (ii). Requirement (i): For a measurement sample including the entire thickness portion of the surface layer collected from the fixing member, a predetermined position on the first surface opposite to the side facing the base layer is cleaned. .
  • the mass P12 of the deposit containing fluorine oil adhering to the unit area (1 cm 2 ) of the detection surface is 0.5 ⁇ P11 or more and 1.2 ⁇ P11 or less.
  • the treatment specified in the above requirement (i) may be referred to as the first surface of the surface layer opposite to the side facing the base layer (hereinafter referred to as the “outer surface”). ). That is, the pressing conditions (pressure, temperature, pressurization time) on the outer surface in the treatment specified in (i) above are the outer surface of the surface layer of the fixing member in the fixing nip during thermal fixing in the electrophotographic image forming process. Is set to correspond to the conditions applied to Further, the amount of fluorine oil present on the outer surface of the fixing member can be measured using a crystal resonator.
  • the crystal resonator has a sensitivity capable of measuring a mass on the order of nanograms.
  • a crystal resonator has a structure in which both surfaces of a crystal plate of crystal are sandwiched between metal electrodes.
  • the crystal resonator vibrates at a constant frequency (resonance frequency) due to a reverse voltage drop of the crystal.
  • the resonance frequency decreases in proportion to the amount of adhesion.
  • the amount of change in the frequency of the crystal resonator and the mass of the adhering substance on the metal electrode are in accordance with the following Sauerbrey formula (formula (a)).
  • ⁇ F frequency change
  • ⁇ m mass change amount
  • F 0 fundamental frequency
  • ⁇ Q crystal density
  • ⁇ Q shear stress of crystal
  • A electrode area
  • cleaning according to the above requirement (i) means that a non-woven fabric soaked with ethanol is placed at the position, and a load of 20 kPa is applied on the non-woven fabric and the position is reciprocated 10 times. Subsequently, toluene is impregnated with the nonwoven fabric placed at this position, and a load of 20 kPa is applied on the nonwoven fabric to reciprocate the position 10 times. Thereby, the fluorine oil which exists on an outer surface is removed mechanically. On the other hand, since ethanol and toluene do not dissolve PFPE, PFPE present in the surface layer is not eluted.
  • the above requirement (i) is such that the amount of the fluorine oil that has existed in the surface layer by the pressing treatment specified in the requirement (i) oozes out to the first surface of the surface layer is 1.0. It means that it is not less than ⁇ 10 2 ng and not more than 1.0 ⁇ 10 4 ng.
  • P11 By setting P11 within the above numerical range, it is possible to significantly suppress toner adhesion to the outer surface of the fixing member during thermal fixing. As a result, it is possible to prevent occurrence of toner offset at the time of heat fixing, and it is also possible to prevent occurrence of offset due to toner cohesive failure due to the viscosity of the fluorine oil.
  • P11 is more preferably 1.0 ⁇ 10 2 ng or more and 5.0 ⁇ 10 3 ng or less.
  • a preparation method of a measurement sample including the entire thickness portion of the surface layer from the fixing member for example, when the fixing member has a configuration in which a primer layer and a surface layer are sequentially laminated on a base layer, Examples include a method of cutting out a laminate of a primer layer and a surface layer and removing the primer layer from the laminate. The primer layer can be removed from the laminate by peeling the primer layer from the interface with the surface layer using a knife, or by dissolving the resin component in the primer layer without dissolving the fluororesin in the surface layer.
  • a method of dissolving and removing only the primer layer using a simple solvent for example, when the primer layer contains silicone rubber, only the primer layer can be dissolved and removed from the laminate by using a resin solubilizer (trade name: eSolve 21RS, manufactured by Kaneko Chemical Co., Ltd.).
  • a resin solubilizer trade name: eSolve 21RS, manufactured by Kaneko Chemical Co., Ltd.
  • the treatment according to the above requirement (ii) is the requirement (i) for the measurement sample in which the fluoro oil contained in the surface layer is transferred to the first surface of the surface layer by the treatment according to the requirement (i).
  • the cleaning which removes the fluorine oil which transferred to this 1st surface by the process which concerns on is performed.
  • it is a process for transferring fluorine oil from the inside of the measurement sample to the first surface.
  • cleaning refers to the same operation as “cleaning” in requirement (i).
  • the fixing member according to this aspect is configured such that when the mass of the adhering material including fluorine oil adhering to the unit area of the detection surface of the QCM sensor when performing the processing according to the requirement (ii) is P12, It is 0.5 times or more and 1.2 times or less of P11. This is because the first surface of the surface layer has an appropriate amount so that excellent toner releasability can be exhibited even after the fluorine oil transferred to the outer surface by the treatment according to the above requirement (i) is removed. It means that the fluorine oil can migrate from the inside of the surface layer to the outside surface.
  • the fixing member satisfying the requirements (i) and (ii) is supplied with fluorine oil from the inside of the surface layer to the outer surface even if the outer surface fluorine oil is once consumed in one thermal fixing step.
  • High toner releasability can be maintained over a long period of time.
  • a tack tester (trade name: TAC-1000, manufactured by Resca) can be used.
  • a crystal resonator is placed on the stage unit of the testing machine.
  • the measurement sample including the entire thickness portion of the surface layer collected from the fixing member is fixed to the probe of the test machine so that the first surface of the measurement sample faces the crystal resonator.
  • the pressing conditions are as follows. ⁇ Pressure: 0.4 MPa, ⁇ Pressing time: 50 msec, ⁇ Push-in constant mode, ⁇ Pressing and lifting speed: 1.0 mm / sec, Probe set temperature: 180 ° C.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an aspect of the fixing member according to the present invention.
  • FIG. 3 shows a fixing member having an endless belt shape (hereinafter also referred to as “fixing belt 11”).
  • the fixing member according to FIG. 3 includes a base layer 12 and a surface layer 13 that covers the outer surface thereof.
  • the surface layer 13 may be provided on the outer surface of the base layer 12 via a primer layer (not shown).
  • FIG. 6A shows the base layer 12, the surface layer 13, and the surface layer 13 of the fixing member according to this embodiment, and the first surface (outer surface) 13a opposite to the side facing the base layer and the base layer. It is sectional drawing which shows the relationship with the 2nd surface 13b of a side.
  • FIG. 6B shows that, in the surface layer 13, when the mass P11 of the fluorine oil on the first surface is compared with the mass P21 of the fluorine oil on the second surface, P21 is larger than P11.
  • Base layer As the material of the base layer 12, a metal and an alloy such as aluminum, iron, stainless steel, nickel, and a heat resistant resin such as polyimide are used. In the fixing belt 11, a base material having an endless belt shape may be used as the base layer 12. Examples of the material of the base layer 12 in this case include materials having excellent heat resistance such as nickel, stainless steel, and polyimide.
  • the thickness of the base layer 12 is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less from the viewpoint of strength, flexibility, and heat capacity, for example.
  • the outer surface of the base layer 12 may be subjected to a surface treatment in order to impart adhesion with the surface layer 13.
  • primer treatment physical treatment such as blast treatment, lapping treatment, and polishing, oxidation treatment, coupling agent treatment, and chemical treatment such as primer treatment can be used singly or in combination.
  • the primer used for the primer treatment include a paint in which a coloring agent such as a silane coupling agent, a silicone polymer, a hydrogenated methylsiloxane, an alkoxysilane, a reaction promoting catalyst, or a bengara is appropriately blended and dispersed in an organic solvent. It is done.
  • the surface layer 13 contains a fluororesin and a fluoro oil having a perfluoropolyether (PFPE) structure.
  • the surface layer satisfies the requirements (i) and (ii) described above.
  • the fixing member satisfying the requirements (i) and (ii) can be achieved, for example, by a surface layer containing a larger amount of fluoro oil on the base layer side than on the outer surface side in the thickness direction of the surface layer.
  • the detection surface of the quartz crystal microbalance (QCM) sensor with respect to the second surface on the side facing the base layer Is pressed at a pressure of 0.4 MPa at a temperature of 180 ° C.
  • P21 and P11 are related by the following formula (1).
  • the fixing member showing can satisfy the requirements (i) and (ii). P21> P11 (1) Since both the fluororesin and the fluoro oil have low surface free energy, it may be difficult to interact without causing phase separation. However, the present inventors phase-separate the fluoro oil from the fluororesin in the surface layer by bringing the fluoro oil into contact with the outer surface of the surface layer at a temperature near the melting point of the fluororesin in the surface layer.
  • fluorine oil when fluorine oil is contained in the surface layer by such a method, the fluorine oil penetrates to the vicinity of the interface with the base layer in the surface layer in the thickness direction of the surface layer, and the direction near the interface. However, the fluorine oil concentration was higher than that of the first surface side of the surface layer. The reason why the fluorine oil concentration is higher on the side of the surface layer closer to the base layer is not clear, but is presumed as follows. First, the fluoro oil is brought into contact with the vicinity of the melting point of the fluororesin so that the fluoro oil quickly diffuses in the fluororesin and reaches the vicinity of the interface with the base layer.
  • the concentration of the fluorine oil in the surface layer is considered to be higher on the interface side with the base layer than on the first surface side of the surface layer. Then, such a fluorine oil concentration gradient is formed in the surface layer, so that the surface layer functions as a fluorine oil reservoir.
  • the difference in the concentration of the fluorine oil on the first surface side and the interface side (second surface side) with the base layer in the thickness direction of the surface layer can be easily confirmed by, for example, measuring by infrared spectroscopy. be able to.
  • any method can be used as long as the fluorine oil containing the PFPE structure can be contact impregnated at a temperature near the melting point of the fluororesin contained in the surface layer.
  • the surface layer to be contacted with the fluorine oil may be a surface layer in a fixing member in which a base layer and a surface layer are laminated in advance.
  • the surface layer is a copolymer (PFA) of tetrafluoroethylene (—C 2 F 4 —) and perfluoroalkyl vinyl ether (—CF 2 —CF (ORf) —) as a fluororesin.
  • Step a) A preliminary fixing member on which a base layer and a resin layer containing PFA are laminated is attached to a dipping device.
  • Step b) The preliminary fixing member is immersed in a fluorine oil bath that has been heated in the vicinity of the melting point of PFA (300 ° C. ⁇ 50 ° C.) in advance and left for 5 minutes.
  • Step c) After removing the preliminary fixing member from the fluoro oil bath, the PFPE adhering to the outer surface of the resin layer is removed and cooled to room temperature.
  • the temperature of the fluorine oil bath in step b) has a correlation with the amount of fluorine oil impregnated into the resin layer, and the amount of impregnation increases as the temperature increases.
  • the contact time may be from several minutes to several tens of minutes.
  • a method for removing an excessive amount of PFPE adhering to the surface is not particularly limited, and examples thereof include a method of cleaning with a fluorine solvent and a method of removing with air.
  • the method for supplying the fluorine oil to the outer surface of the resin layer is not limited to the dipping method described above.
  • a known coating method such as a method of supplying fluorine oil to the outer surface of the resin layer.
  • the fluororesin is not particularly limited, and specifically, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), Crystals of polychlorotetrafluoroethylene (PCTFE), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), etc.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • FEP tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer
  • PCTFE polychlorotetrafluoroethylene
  • ETFE tetrafluoroethylene-
  • PFA perfluoroalkyl vinyl ether
  • TFE tetrafluoroethylene
  • PAVE perfluoromethyl vinyl ether
  • CF 2 ⁇ CF—O—CF 2 CF 3 perfluoroethyl vinyl ether
  • CF 2 ⁇ CF—O—CF 2 CF 3 perfluoropropyl vinyl ether
  • PFA A commercially available product can be used as the PFA, and specific examples are given below.
  • "451HP-J”, “959HP-Plus”, “350-J”, “950HP-Plus” both trade names, manufactured by Mitsui-Kemers Fluoro Products
  • "P-66P”, “P-66PT”, “P-802UP” all trade names, manufactured by AGC
  • AP-230 "AP-231SH”, etc.
  • 6502N trade name, manufactured by 3M
  • the amount of impregnation of PFPE has a correlation with the PAVE content ratio in PFA, and the impregnation amount increases as the PAVE content ratio increases.
  • the content ratio of PAVE in PFA is preferably 1 mol% or more and 5 mol% or less in the molecular chain, and particularly preferably 3 mol% or more and 5 mol% or less.
  • the PAVE content ratio can be calculated by measuring 19 F NMR.
  • “451HP-J”, “959HP-Plus”, “950HP-Plus”, “P-66P”, “P-66PT”, “AP-231SH” “6502N”, “AW-” The PAVE content ratio of “5000 L” is shown in Table 1.
  • Fluorine oil has a perfluoropolyether structure, and specific examples include perfluoropolyether (PFPE) having a structure represented by the following structural formula (1). Among such PFPEs, those that are oily at the melting point of the fluororesin are preferably used.
  • PFPE perfluoropolyether
  • a, b, c, d, e, and f are each independently 0 or a positive integer, satisfy 1 ⁇ a + b + c + d + e + f ⁇ 600, and at least of a, b, c, and d One is a positive integer.
  • the order of existence of each repeating unit in the structural formula (1) is not limited to the order described in the structural formula (1).
  • each repeating unit may be present at a plurality of positions in the PFPE represented by the structural formula (1). That is, the PFPE represented by the structural formula (1) may be a block copolymer or a random copolymer.
  • the molecular weight of PFPE is preferably 5,000 or more, particularly 7,000 or more, as the number average molecular weight, from the viewpoint of heat resistance. Further, from the viewpoint of easy interaction with the fluororesin at the time of contact, it is preferably 100,000 or less, particularly preferably 30,000 or less.
  • the PFPE having the above molecular weight is less than 1% in weight loss even when heated in air at 350 ° C. for 30 minutes, and there is very little thermal decomposition even at a temperature near the melting point of the fluororesin.
  • the content of PFPE in the surface layer is preferably 1.0% by mass or more and 25% by mass or less with respect to the total amount of the fluororesin and PFPE.
  • the release property of the surface layer can be improved by setting it to 1% by mass or more. Moreover, by setting it as 25 mass% or less, it is hard to supply excess PFPE to a nip part, and it can suppress generation
  • PFPE having a structure included in the structure represented by the structural formula (1) are given below.
  • -PFPE having a structure represented by the structural formula (2) for example, “Demnum S200”, “Demnum S100” (both trade names; manufactured by Daikin Industries, Ltd., referred to as “Demnum type”):
  • n an integer of 1 or more.
  • PFPE having a structure represented by the structural formula (3) for example, “Krytox GPL107”, “Krytox GPL106”, “Krytox 143AD”, “Krytox VPF16256”, “Krytox XHT-500”, “Krytox XHT-750” , “Krytox XHT-1000” (all trade names; manufactured by Chemers Inc., referred to as “Krytox type”):
  • n an integer of 1 or more.
  • PFA represented by structural formula (4) for example, “Fomblin M60”, “Fomblin M30” (both trade names, manufactured by Solvay, Inc., referred to as “Fomblin type”):
  • n and n each independently represent an integer of 1 or more.
  • the amount of perfluoropolyether impregnation is correlated with the solubility parameter. Specifically, it can be controlled by the SP value difference ( ⁇ HSP value) between the fluororesin and the perfluoropolyether calculated from the Hansen solubility parameter (HSP value).
  • ⁇ HSP value the SP value difference between the fluororesin and the perfluoropolyether calculated from the Hansen solubility parameter
  • HSP value Hansen solubility parameter
  • the ⁇ HSP value can be calculated using 3rd Edition 3.1.14 of calculation software “HSPiP” with a database developed and sold by the Hansen Group.
  • the thickness of the surface layer 13 is 3.0 ⁇ m or more, more preferably 5.0 ⁇ m or more, and particularly preferably 10 ⁇ m or more, from the viewpoint of suppressing surface wear when the fixing member is used. Further, from the viewpoint of suppressing a decrease in thermal conductivity in the thickness direction as a fixing member, it is preferably 50 ⁇ m or less, particularly preferably 40 ⁇ m or less.
  • a thermal fixing device includes a heating rotator, and a pressing rotator disposed so as to form a fixing nip portion with the heating rotator.
  • Examples of the combination of the heating rotator and the pressure rotator include, for example, a heating roller and an elastic pressure roller disposed opposite to the heating roller, and a heating film and the heating film. Mention may be made of elastic pressure rollers.
  • the heating belt and the elastic pressure roller disposed in contact with the heating belt, and the heating belt and the heating belt are disposed in contact with the heating belt. Examples thereof include an elastic pressure belt.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the heat fixing apparatus including the fixing belt 11 for heating and the elastic pressure roller 19.
  • the fixing belt 11 is a fixing belt according to one embodiment of the present invention.
  • the fixing belt 11 is loosely fitted on the belt guide member 16.
  • the pressurizing rigid stay 18 is inserted inside the belt guide member 16.
  • the belt guide member 16 is made of, for example, a resin having heat resistance and heat insulation.
  • a ceramic heater 17 serving as a heat source is provided at a position where the belt guide member 16 and the inner surface of the fixing belt 11 are in contact with each other.
  • the ceramic heater 17 is fitted in and fixed to a groove provided along the longitudinal direction of the belt guide member 16.
  • the ceramic heater 17 is energized by means (not shown) to generate heat.
  • the elastic pressure roller 19 is provided with an elastic layer 19b containing a cured silicone rubber, for example, on the peripheral surface of a stainless steel core 19a. Moreover, the surface layer 19c containing a fluororesin is provided on the surrounding surface of the elastic layer 19b. The thickness of the surface layer 19c is, for example, 50 ⁇ m.
  • a pressing force is applied to the pressurizing rigid stay 18 by contracting a pressurizing spring (not shown) between both ends of the pressurizing rigid stay 18 and a spring receiving member (not shown) on the apparatus chassis side. ing.
  • the lower surface of the ceramic heater 17 disposed on the lower surface of the belt guide member 16 and the upper surface of the elastic pressure roller 19 are pressed against each other with the fixing belt 11 interposed therebetween to form a predetermined fixing nip portion N. That is, the lower surface of the ceramic heater 17 is disposed in contact with the inner peripheral surface of the fixing belt 11.
  • the recording medium P which is an object to be heated, on which an image is formed with the unfixed toner G in the fixing nip portion N is nipped and conveyed at a conveyance speed V.
  • the toner image is heated and pressurized.
  • the toner image is melted and mixed, and then cooled to fix the toner image on the recording medium P.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a laser printer 40 according to one embodiment of the present invention.
  • the laser printer 40 shown in FIG. 5 includes an electrophotographic photosensitive drum 39 (hereinafter referred to as “photosensitive member”) that rotates at a constant speed for each color of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K). And an image forming unit having a drum 39 ").
  • the image forming unit further includes an intermediate transfer member 38 that holds the color image that has been developed and transferred in a multiple manner and further transfers the color image to the recording medium P fed from the feeding unit.
  • the photosensitive drum 39 (39Y, 39M, 39C, 39K) is rotationally driven counterclockwise as shown in FIG. 5 by a driving means (not shown).
  • a charging device 21 (21Y, 21M, 21C, 21K) for uniformly charging the surface of the photosensitive drum 39 in order according to the rotation direction, and a laser beam are irradiated on the periphery of the photosensitive drum 39 based on image information.
  • a scanner unit 22 (22Y, 22M, 22C, 22K) for forming an electrostatic latent image on the photosensitive drum 39, and a developing unit 23 (23Y, 23M, for developing a toner image by attaching toner to the electrostatic latent image.
  • 23C, 23K a primary transfer roller 24 (24Y, 24M, 24C, 24K) for transferring the toner image on the photosensitive drum 39 to the intermediate transfer member 38 at the primary transfer portion T1, and remains on the surface of the photosensitive drum 39 after transfer.
  • a cleaning unit 25 (25Y, 25M, 25C, 25K) having a cleaning blade for removing residual transfer toner is disposed. .
  • a belt-like intermediate transfer member 38 stretched around rollers 26, 27, and 28 rotates and each color toner image formed on each photosensitive drum 39 is superimposed on the intermediate transfer member 38 to be primary. By being transferred, a color image is formed.
  • the recording medium P is conveyed to the secondary transfer portion T2 by the conveying means so as to be synchronized with the primary transfer to the intermediate transfer member 38.
  • the conveying means includes a feeding cassette 29 that stores a plurality of recording media P, a feeding roller 30, a separation pad 31, and a registration roller pair 32.
  • the feeding roller 30 is driven and rotated in accordance with the image forming operation to separate the recording media P in the feeding cassette 29 one by one, and the registration roller pair 32 performs a secondary operation in synchronization with the image forming operation. It is conveyed to the transfer unit T2.
  • a movable secondary transfer roller 33 is disposed in the secondary transfer portion T2. The secondary transfer roller 33 can move substantially in the vertical direction.
  • the secondary transfer roller 33 is pressed against the intermediate transfer member 38 via the recording medium P with a predetermined pressure.
  • a bias is applied to the secondary transfer roller 33 and the toner image on the intermediate transfer member 38 is transferred to the recording medium P.
  • the intermediate transfer member 38 and the secondary transfer roller 33 are respectively driven, the recording medium P sandwiched between them is transported at a predetermined transport speed V in the left arrow direction shown in FIG.
  • the belt 34 is conveyed to the fixing unit 35 for the next process.
  • heat and pressure are applied, and the transferred toner image is fixed on the recording medium P.
  • the recording medium P is discharged onto a discharge tray 37 on the upper surface of the apparatus by a discharge roller pair 36. 4 is applied to the fixing unit 35 and the secondary transfer roller 33 of the electrophotographic image forming apparatus illustrated in FIG. 5, so that the image quality is excellent and the image quality is excellent.
  • An image forming apparatus capable of providing a clear image can be obtained.
  • the fixing member was manufactured using the following fluororesin and fluoro oil.
  • PFA-1 “959HP-Plus” (trade name, manufactured by Mitsui Chemers Fluoro Products)
  • PFA-2 “451HP-J” (trade name, manufactured by Mitsui Chemers Fluoro Products)
  • PFA-3 “950HP-Plus” (trade name, manufactured by Mitsui Chemers Fluoro Products)
  • PFA-4 “P66P” (trade name, manufactured by AGC)
  • PFA-5 “AW-5000L” (trade name, manufactured by Daikin Industries, Ltd.)
  • PFPE-1 “Krytox GPL107” (trade name, manufactured by Chemers)
  • PFPE-2 “Krytox GPL106” (trade name, manufactured by Chemers)
  • PFPE-3 “Demnum S200” (trade name, manufactured by Daikin Industries, Ltd.)
  • PFPE-4 “Krytox 143AD” (trade name, manufactured by
  • Example 1 Preparation of preliminary fixing belt
  • a base layer As a base layer, a base layer having an endless belt shape made of nickel electroforming having an inner diameter of 30 mm, a width of 400 mm, and a thickness of 40 ⁇ m was prepared.
  • Addition-curing silicone rubber adhesive (trade name: SE1819CV, equal mixture of “A liquid” and “B liquid” manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) as a primer on the outer peripheral surface of this base layer is about 20 ⁇ m in thickness.
  • a fluororesin tube (PFA-1, 20 ⁇ m thickness, melting point 296 ° C.) whose inner surface has been subjected to a hydrophilic treatment is covered, and the belt surface is uniformly treated from above the fluororesin tube, thereby adding excessive amount.
  • the curable silicone rubber adhesive was handled from between the base layer and the fluororesin tube.
  • the base layer formed by covering the peripheral surface with the fluororesin tube is put in an electric furnace set at a temperature of 200 ° C., and heated for 1 hour to cure the addition-curable silicone rubber adhesive, and the fluororesin tube is attached to the base layer. It fixed on the outer peripheral surface through the primer layer (hardened
  • both ends were cut to obtain a preliminary fixing belt having a width of 343 mm.
  • PFPE-1 Contact impregnation with fluorine oil
  • PFPE-1 Perfluoropolyether
  • a heating wire covered with a heat insulating material was wound around the entire graduated cylinder, and the PFPE temperature was heated to 285 ° C.
  • the prepared preliminary fixing belt was attached to a dipping device, and the entire fixing belt was immersed in heated PFPE. After 5 minutes, the preliminary fixing belt was taken out. Thereafter, the preliminary fixing belt was immersed in a graduated cylinder containing a separately prepared fluorinated solvent (trade name: Novec 7300, manufactured by 3M) to remove excess PFPE adhering to the surface of the fixing belt. After the fluorinated solvent is dried, the fixing belt no.
  • a separately prepared fluorinated solvent trade name: Novec 7300, manufactured by 3M
  • Fixing belt No. 1 prepared 2 sets in order to use for evaluation mentioned later.
  • the fixing belt No. The photograph which observed the 1st 1st surface with SEM is shown in FIG. The state in which PFPE aggregated was not observed, suggesting that PFA and PFPE are compatible.
  • a nonwoven fabric soaked with ethanol was placed on the first surface, and a load of 20 kPa was applied on the nonwoven fabric to reciprocate the position 10 times.
  • the surface was impregnated with toluene and a non-woven fabric was placed thereon, and the position was reciprocated 10 times by applying a load of 20 kPa on the non-woven fabric.
  • a crystal resonator is placed on the stage part of a tack tester (trade name: TAC-1000, manufactured by Reska Co., Ltd.), while the measurement sample is placed on the probe part of the tack tester, the first surface is It was attached so as to face the crystal unit.
  • the pressing conditions are as follows. ⁇ Pressure: 0.4 MPa, ⁇ Pressing time: 50 msec, ⁇ Push-in constant mode, ⁇ Pressing and lifting speed: 1.0 mm / sec, Probe set temperature: 180 ° C.
  • the crystal resonator “6A202PN” (trade name, manufactured by Piezo Parts Co., Ltd.) having a fundamental frequency of 6 MHz was used.
  • the frequency characteristics before and after the adhesion were measured by using a QCM-D intermolecular interaction analysis system (Biolin Scientific AB) to measure changes in the series resonance frequency Fs before and after pressing and the frequency Fw representing the loss of vibration energy. From the formula (a), the adhesion amount P11 of fluorine oil per unit area (1 cm 2 ) of the crystal resonator was calculated. Immediately after the pressing process was completed, the measurement sample was removed from the probe, and the first surface was cleaned in the same manner as described above. Next, after placing the measurement sample in an environment of 180 ° C. for 120 seconds, the measurement sample was again attached to the probe and pressed against the crystal resonator under the same pressing conditions as described above. Then, changes in the series resonance frequency Fs and the frequency Fw representing the loss of vibration energy were measured, and the fluorine oil adhesion amount P12 per unit area (1 cm 2 ) of the crystal resonator was calculated from the equation (a).
  • PFPE Peak appearing only PFPE
  • Demnum type 1010 cm -1
  • Fomblin type 1052cm -1
  • the PFPE relative quantity ratio was calculated by dividing the peak ratio calculated from the measurement result on the second expression side by the peak ratio calculated from the measurement result on the first surface side.
  • Fixing belt No. No. 1 was attached to an electrophotographic image forming apparatus (trade name: imageRUNNER-ADVANCE C5051; manufactured by Canon Inc.) having an adjusted angle of paper separation claws. Then, an image forming process for forming a 10 cm ⁇ 10 cm cyan solid image on A4 size paper (International Paper, basis weight 75 g / m 2 ) was performed.
  • the fixing temperature was 180 ° C., and the paper conveyance speed was 300 mm / sec.
  • Example 2 to 18 In the same manner as in Example 1 except that the fluororesin type used for the surface layer, the fluoro oil type, and the fluoro oil temperature at the time of contact are changed as shown in Table 1, the fixing belt No. 2 to 18 were produced.
  • Example 19 In Example 1, the fixing belt No. 1 was changed in the same manner as in Example 1 except that the contact time between the fixing member and the fluorine oil was 1 minute. 19 was prepared and used for Evaluation 1 to Evaluation 5.
  • Example 20 In Example 1, a solution obtained by diluting PFPE with a fluorine-based solvent (trade name: Novec 7300, manufactured by 3M) was spray-coated on the surface of the fixing member, and then put into a drying furnace and heated at 285 ° C. for 5 minutes. In the same manner as in Example 1, the fixing belt No. 20 was produced.
  • a fluorine-based solvent trade name: Novec 7300, manufactured by 3M
  • Example 1 A preliminary fixing belt was prepared by the method described in Example 1, and this was used as a fixing belt No. 1 according to this comparative example. C-1.
  • Example 3 The fixing belt No. 1 was changed in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the fluorine oil brought into contact with the outer surface of the preliminary fixing belt was 210 ° C. C-3 was produced.
  • Comparative Example 4 A primer-treated base layer was prepared by the method described in Example 1. The surface of the base layer was treated with excimer UV. Next, two spray guns were prepared. One spray gun was filled with an aqueous dispersion paint of PFA particles (trade name: AW-5000 L, manufactured by Daikin Industries, Ltd., melting point 300 ° C.). The other spray gun was filled with a solution obtained by dissolving PFPE-1 in a fluorine-based solvent (trade name: Novec 7300, manufactured by 3M).
  • the aqueous dispersion paint of PFA and PFPE were apply
  • the application amount of the spray gun was adjusted so that the content of PFPE-1 in the coating film was 2.0% by mass.
  • the coating film was heated at a temperature of 350 ° C. for 15 minutes to melt the PFA particles in the coating film to form a surface layer.
  • C-4 was produced.
  • Fixing belt No. 2 to 20 and fixing belt No. C-1 to C-4 were subjected to Evaluation 1 to Evaluation 5.
  • Fixing belt No. 1 to 20 and fixing belt No. Tables 2 and 3 show the evaluation results of C-1 to C-4.
  • Table 3 shows the results of using the fixing members prepared in Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 7 for Evaluation 1 and Evaluation 2.
  • the fixing member according to this embodiment can maintain excellent toner releasability even after long-term use, and as a result, a high-quality electrophotographic image can be formed.
  • the present application is Japanese Patent Application Japanese Patent Application No. 2018-055190 filed on March 22, 2018, Japanese Patent Application Japanese Patent Application No. 2018-055191 filed on March 22, 2018, and Japanese Patent Application filed on February 20, 2019. Claiming priority based on Japanese Patent Application No. 2019-028560, Japanese Patent Application No. 2019-028564 filed on Feb. 20, 2019, and Japanese Patent Application No. 2019-031702 filed on Feb. 25, 2019. The entire contents of which are incorporated herein by reference.

Abstract

長期の使用によっても優れたトナー離型性を有する電子写真用の定着部材の提供。 該定着部材は、基層と該基層の外表面上に直接又はプライマー層を介して設けられた表面層と、を有し、該表面層は単一の層からなり、該表面層はフッ素樹脂と、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルと、を含み、該表面層から採取した測定サンプルについて、所定の処理(i)を施したときのQCMセンサの検出面の単位面積に付着した該フッ素オイルを含む付着物の質量P11が、1.0×102ng以上、1.0×104ng以下であり、所定の処理(ii)を施したときのQCMセンサの検出面の単位面積に付着した該フッ素オイルを含む付着物の質量P12が、0.5×P11以上、1.2×P11以下である。

Description

定着部材、定着装置及び電子写真画像形成装置
 本発明は、定着部材、定着装置、及び電子写真画像形成装置に関する。
 複写機やレーザープリンタといった電子写真画像形成装置(以下、「画像形成装置」とも称する。)に用いられる定着装置では、一対の加熱されたローラとローラ、フィルムとローラ、ベルトとローラ、ベルトとベルト、といった回転体が圧接されている。そして、この回転体間に形成された圧接部位(以下、「定着ニップ部」と称する。)に、未定着トナーによって形成された画像を保持した紙の如き記録媒体を導入し、未定着トナーを加熱し、溶融させることにより、記録媒体に画像を定着させる。記録媒体上の未定着トナー画像が接する回転体は定着部材と称され、その形態に応じて定着ローラ、定着フィルム、定着ベルトと呼称される。
 電子写真用の定着部材において、トナーと接触する外表面を構成する表面層(以下、「表面層」と称する。)には、トナーの付着を抑制するために、フッ素樹脂、具体的には、例えば、テトラフルオロエチレン(-C-)と、パーフルオロアルキルビニルエーテル(-CF-CF(ORf)-)との共重合体(以下、「PFA」とも称する。)を含む表面層が用いられることがある。ここで、「Rf」は、パーフルオロアルキル基を表す。
 近年、商業印刷用の電子写真画像形成装置においては、プロセススピードのより一層の高速化を達成するために、トナーの熱定着温度をより高くすることが提案されている。この場合において、従来の定着部材は、トナー離型性が不十分であり、ホットオフセットが生じることがあった。
 ここで、特許文献1には、パーフルオロポリエーテル(以下、「PFPE」とも称する。)構造またはパーフルオロアルキル基を有する化合物を共有結合させた、PFAの如きフッ素ポリマーを含む層を最表面に有する撥液膜、及び該撥液膜を備えた定着部材が開示されている。
特開2018-22056号公報
「日本接着協会誌」、日本接着学会、1972年、第8巻、第3号、p.131-141
 本発明の一態様は、高いトナー離型性を長期に亘り維持することのできる定着部材の提供に向けたものである。また、本発明の他の態様は、高品位な電子写真画像の長期に亘る安定形成に資する定着装置の提供に向けたものである。さらに、本発明の他の態様は、高品位な電子写真画像を長期に亘って安定に形成することができる電子写真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、基層と、該基層の外表面上に直接又はプライマー層を介して設けられた表面層と、を有する電子写真用の定着部材であって、
該表面層は、単一の層からなり、
 該表面層は、フッ素樹脂と、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルと、を含み、該定着部材は、要件(i)及び要件(ii)を満たす定着部材が提供される:
(i)該定着部材から採取した該表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルについて、該基層に対向していた側とは反対側の第1の表面の所定の位置を清浄化した後、該位置に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧する処理を行ったときに、該検出面の単位面積(1cm)に付着するパーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量P11が、1.0×10ng以上、1.0×10ng以下である;
(ii)該要件(i)で規定した処理に供した該測定サンプルについて、該位置を清浄化した後、温度180℃の環境に120sec間置き、次いで、該位置に、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧する処理を行ったときに、該検出面の単位面積(1cm)に付着するパーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量P12が、0.5×P11以上、1.2×P11以下である。
 また、本発明の他の態様によれば、基層と、該基層の外表面上に直接又はプライマー層を介して設けられた表面層と、を有する電子写真用の定着部材であって、
 該表面層は、単一の層からなり、
 該表面層は、フッ素樹脂と、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルと、を含み、
 該定着部材は、該定着部材から採取した該表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルについて、該基層に対向していた側とは反対側の第1の表面に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧したときに該検出面の単位面積(1cm)に付着する、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量をP11(ng)とし、
 該測定サンプルの該基層に対向していた側の第2の表面に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧したときに該検出面の単位面積(1cm)に付着する、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量をP21(ng)としたとき、P21>P11である定着部材が提供される。
 さらに、本発明の他の態様によれば、上記の定着部材と、該定着部材の加熱手段と、を備える定着装置が提供される。
 さらにまた、本発明の他の態様によれば、上記の定着装置を備える電子写真画像形成装置が提供される。
 本発明の一態様によれば、長期の使用においても、優れたトナー離型性を維持し得る定着部材を得ることができる。また、本発明の別の態様によれば、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を得ることができる。さらにまた、本発明の他の態様によれば、高品位な電子写真画像を長期に亘って安定に形成することができる電子写真画像形成装置を得ることができる。
実施例1に記載の定着部材表面観察画像である。 比較例4に記載の定着部材表面観察画像である。 本発明の一例である定着ベルトの断面模式図である。 本発明に係る定着ベルトを用いた定着装置の断面模式図である。 本発明の電子写真画像形成装置の一態様を示す概略断面模式図である。 本発明に係る定着部材の断面模式図である。 本発明に係る表面層のフッ素オイル量の模式図である。
 本発明者等の検討によれば、特許文献1に係る定着部材は、優れたトナー離型性を有することを確認した。そこで、本発明者等は、特許文献1に係る定着部材を、表面温度が200℃の如き高温となるような条件で熱定着に供したが、長期に亘る使用により、定着部材の外表面のトナー離型性が低下し、ホットオフセットを生じる場合があることがわかった。
 このような経時的なトナー離型性の低下は、高温の状態に長く曝されたことによると考えられる。すなわち、トナー離型性の向上に寄与しているパーフルオロポリエーテル鎖またはパーフルオロアルキル鎖を有する化合物と、フッ素樹脂との化学結合部分が分解したことにより、これらの化合物が定着部材の外表面から失われたためであると考えられる。そこで、本発明者等は、長期の使用によっても優れたトナー離型性を維持し得る定着部材を得ることを目的として検討を重ねた。その結果、上記した態様に係る定着部材が、かかる目的を良く達成しうることを見出した。以下、各態様に係る定着部材について詳述する。
 本発明の一態様に係る定着部材は、基層と、該基層の外表面上に直接又はプライマー層を介して設けられた表面層と、を有する。該表面層は単一の層からなり、該表面層は、フッ素樹脂と、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルと、を含む。さらに、該定着部材は、要件(i)及び要件(ii)を満たす。
 要件(i):該定着部材から採取した該表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルについて、該基層に対向していた側とは反対側の第1の表面の所定の位置を清浄化する。その後該位置に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間押圧する処理を行う。そのときに該検出面の単位面積(1cm)に付着するフッ素オイルを含む付着物の質量P11が、1.0×10ng以上、1.0×10ng以下である。
 要件(ii):上記要件(i)で規定した処理に供した該測定サンプルについて、該位置を清浄化したのち、温度180℃の環境に120sec間置く。次いで、該位置に、QCMセンサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間押圧する処理を行う。そのときに該検出面の単位面積(1cm)に付着するフッ素オイルを含む付着物の質量P12が、0.5×P11以上、1.2×P11以下である。
 上記要件(i)にて規定した処理は、表面層内部に含まれるフッ素オイルを表面層の基層に対向する側とは反対側の第1の表面(以降、「外表面」と称する場合がある)に移行させる処理と位置づけられる。すなわち、上記(i)に規定した処理における外表面に対する押圧条件(圧力、温度、加圧時間)は、電子写真画像形成プロセスにおける熱定着の際に、定着ニップにおいて定着部材の表面層の外表面に加わる条件に相当するものとして設定したものである。
 また、定着部材の外表面に存在するフッ素オイルの量は、水晶振動子を用いて測定することができる。水晶振動子は、ナノグラムのオーダーの質量を測定可能な感度を有する。水晶振動子は、水晶の結晶板の両側表面を金属電極で挟んだ構造を有し、両側の金属電極に交流電場を印加すると水晶の逆電圧降下により一定の周波数(共振周波数)で振動する。そして、金属電極上に微量の物質が付着すると、その付着量に比例して共振周波数が減少する。この現象を利用することで、水晶振動子を微量天秤として利用することができる。
 水晶振動子の周波数の変化量と金属電極上の付着物質の質量は、以下のSauerbreyの式(式(a))に従う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
(式(a)中、ΔF:周波数変化、Δm:質量変化量、F:基本周波数、ρ:水晶の密度、μ:水晶のせん断応力、A:電極面積)。
 この測定方法は、水晶振動子マイクロバランス(Quartz Crystal Microbalance:QCM)法とも称される。 
 さらに、上記要件(i)に係る「清浄化」とは、エタノールを染み込ませた不織布を該位置におき、該不織布上に20kPaの荷重をかけて該位置を10往復させる。引き続いて、トルエンを染み込ませ不織布を該位置におき、該不織布上に20kPaの荷重をかけて該位置を10往復させる操作である。これにより、外表面上に存在しているフッ素オイルは機械的に除去される。一方、エタノールおよびトルエンは、PFPEを溶解しないため、表面層中に存在するPFPEを溶出させることはない。
 従って、上記要件(i)は、要件(i)で規定した押圧処理によって、表面層内部に存在していたフッ素オイルが、該表面層の第1の表面に浸み出す量が、1.0×10ng以上、1.0×10ng以下であることを意味する。そして、P11を上記数値範囲内とすることで、定着部材の外表面への、熱定着の際のトナーの付着を有意に抑制できる。その結果、熱定着の際のトナーオフセットの発生を防止でき、また、フッ素オイルの粘性に起因したトナーの凝集破壊によるオフセットの発生も防止できる。また、P11は、より好ましくは、1.0×10ng以上5.0×10ng以下である。
 なお、定着部材からの、該表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルの調製方法としては、例えば、定着部材が、基層上にプライマー層と表面層とが順次積層された構成を有する場合、プライマー層と表面層の積層体を切り出し、該積層体からプライマー層を除去する方法が挙げられる。積層体からプライマー層を除去する方法としては、プライマー層を、表面層との界面部分からナイフで剥離する方法や、表面層中のフッ素樹脂は溶解せず、プライマー層中の樹脂成分を溶解可能な溶剤を用いてプライマー層のみを溶解除去する方法が挙げられる。例えば、プライマー層がシリコーンゴムを含む場合、樹脂溶解剤(商品名:eソルブ21RS、カネコ化学社製)を用いることで積層体からプライマー層のみを溶解除去することができる。
 次に、上記要件(ii)に係る処理は、要件(i)に係る処理によって表面層内に含まれるフッ素オイルを表面層の第1の表面に移行させた該測定サンプルについて、要件(i)に係る処理によって該第1の表面に移行したフッ素オイルを除去する清浄化を行う。次いで、所定の環境下においた後に、該測定サンプルの内部から第1の表面にフッ素オイルの移行させるための処理である。ここで、「清浄化」とは、要件(i)における「清浄化」と同じ操作を指す。そして、本態様に係る定着部材は、要件(ii)に係る処理を行ったときのQCMセンサの検出面の単位面積に付着するフッ素オイルを含む付着物の質量をP12としたとき、P12が、P11の0.5倍以上、1.2倍以下である。このことは、上記要件(i)に係る処理によって外表面に移行したフッ素オイルを除去したのちにも、表面層の第1の表面が、優れたトナー離型性を発現し得る程度の適量のフッ素オイルが、表面層内部から外表面に移行し得ることを意味する。
 すなわち、上記要件(i)及び要件(ii)を満たす定着部材は、1回の熱定着工程において外表面のフッ素オイルが一旦消費されても、表面層内部からフッ素オイルが外表面に供給され、高いトナー離型性を長期に亘って維持し得るものとなる。
 上記要件(i)及び(ii)に係る押圧処理には、たとえば、タック試験機(商品名:TAC-1000、レスカ社製)を用いることができる。具体的には、当該試験機のステージ部に水晶振動子を載置する。一方、定着部材から採取した表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルを、該測定サンプルの第1の表面が、該水晶振動子と対向するように当該試験機のプローブに固定する。次いで、プローブをステージ部に接近させて測定サンプルの第1の表面を該水晶振動子に押圧させる。押圧条件は下記の通りとする。
 ・圧力:0.4MPa、
 ・押付時間:50msec、
 ・押し込み量一定モード、
 ・押付および引き上げ速度:1.0mm/sec、
 ・プローブ設定温度:180℃。
1.定着部材
 図3は、本発明に係る定着部材の態様を示す断面図である。図3は、エンドレスベルト形状(以下、「定着ベルト11」とも称する。)を有する定着部材を示す。
 図3に係る定着部材は、基層12と、その外表面を被覆してなる表面層13とを有する。なお、表面層13は、基層12の外表面に不図示のプライマー層を介して設けられていてもよい。
 図6Aは、本態様に係る定着部材の基層12、表面層13、および、表面層13の、基層に対向する側とは反対側の第1の表面(外表面)13aと、基層に対向する側の第2の表面13bとの関係を示す断面図である。図6Bは、表面層13において、第1の表面におけるフッ素オイルの質量P11と第2の表面におけるフッ素オイルの質量P21とを比較したときに、P11よりもP21が大きいことを示す。
(1)基層
 基層12の材質としては、アルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケルの如き金属及び合金、並びに、ポリイミドの如き耐熱性樹脂が用いられる。
 定着ベルト11において、基層12としては、エンドレスベルト形状を有する基材を用いてもよい。この場合の基層12の材質としては、例えば、ニッケル、ステンレス、ポリイミドの如き耐熱性に優れるものが挙げられる。かかる基層12の厚さとしては、特に限定されるものではないが、例えば、強度、柔軟性、熱容量の観点から、20μm以上、100μm以下とすることが好ましい。
 基層12の外表面には、表面層13との接着性を付与するために表面処理を施してもよい。表面処理には、ブラスト処理、ラップ処理、研磨の如き物理的処理、酸化処理、カップリング剤処理、プライマー処理の如き化学的処理を、一つ又は複数種類組み合わせて用いることが可能である。プライマー処理に用いるプライマーとしては、例えば、有機溶剤中に、シランカップリング剤、シリコーンポリマー、水素化メチルシロキサン、アルコキシシラン、反応促進触媒、ベンガラの如き着色剤が、適宜配合分散された塗料が挙げられる。
(2)表面層
 表面層13は、フッ素樹脂と、パーフルオロポリエーテル(PFPE)構造を有するフッ素オイルを含む。そして、該表面層は、前記した要件(i)及び要件(ii)を満たす。
 要件(i)及び要件(ii)を満たす定着部材は、例えば、表面層の厚み方向において、外表面側よりも基層側に多くの量のフッ素オイルを含むような表面層によって達成し得る。
 例えば、定着部材から採取した該表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルについて、該基層に対向していた側の第2の表面に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間押圧する。このときに該検出面の単位面積(1cm)に付着する、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量P21(ng)としたときP21及びP11が下記式(1)の関係を示す定着部材は、要件(i)及び要件(ii)を達成し得る。
P21>P11    (1)
 フッ素樹脂及びフッ素オイルは、共に表面自由エネルギーが小さいため、相分離させることなく相互作用させることは困難かとも思われた。しかしながら、本発明者等は、表面層中のフッ素樹脂の融点近傍の温度で、該表面層の外表面にフッ素オイルを接触させることによって、表面層中に、フッ素オイルをフッ素樹脂と相分離することなく含有させ得ることを見出した。また、このような方法によって表面層中にフッ素オイルを含有させたところ、該表面層の厚み方向において、フッ素オイルが該表面層における基層との界面近傍まで浸透し、かつ、該界面近傍の方が該表面層の第1の表面側よりもフッ素オイル濃度が高かった。
 フッ素オイルの濃度が、該表面層の基層に近い側で高くなっている理由は定かではないが以下のように推測している。まず、フッ素オイルをフッ素樹脂の融点付近で接触させることで、フッ素オイルがフッ素樹脂中を速やかに拡散していき、基層との界面近傍にまで到達する。次いで、表面層がフッ素樹脂の融点付近から室温に冷却される過程では、表面層中のフッ素樹脂の分子収縮が生じ、第1の表面側から表面層の第1表面にフッ素オイルが放出される。その結果、表面層中のフッ素オイルの濃度が、表面層の第1の表面側よりも、基層との界面側で高くなるものと考えられる。
 そして、表面層中にこのようなフッ素オイルの濃度勾配が形成されることで、表面層がフッ素オイルのリザーバとして機能する。そのため、熱定着時に表面層の第1の表面上のフッ素オイルが消費されても、物質拡散の原理により表面層中のフッ素オイルが、第1の表面に継続的に供給され、長期の使用においても定着部材の外表面のトナー離型性が維持されると考えられる。
 なお、表面層の厚み方向における第1の表面側及び基層との界面側(第2の表面側)のフッ素オイルの濃度差については、例えば、赤外分光法で測定することによって簡易に確認することができる。
 本態様に係る定着部材の作製は、PFPE構造を含むフッ素オイルを、表面層に含まれるフッ素樹脂の融点近傍の温度で接触含浸させ得る限り、いかなる方法も用いることができる。フッ素オイルと接触させる表面層としては、事前に基層、表面層を積層した定着部材における表面層であってもよい。また、接触方法としては例えばディッピング法により作製することができる。
 具体的には、例えば、表面層が、フッ素樹脂としてテトラフルオロエチレン(-C-)と、パーフルオロアルキルビニルエーテル(-CF-CF(ORf)-)との共重合体(PFA)を含む場合、以下の工程a)~工程c)を経て得ることができる。
 工程a)基層、及び、PFAを含む樹脂層が積層された予備定着部材をディッピング装置に取付ける。
 工程b)事前にPFAの融点近傍(300℃±50℃)に加熱したフッ素オイル浴に予備定着部材を浸漬し、5分間放置する。
 工程c)予備定着部材をフッ素オイル浴から取り出した後、樹脂層の外表面に付着したPFPEを除去し、室温まで冷却する。
 工程b)におけるフッ素オイル浴の温度は、樹脂層中へのフッ素オイルの含浸量と相関があり、温度が高いほど含浸量が増加する。また、接触時間については数分~数十分でよい。表面に付着した過剰量のPFPEを除去する方法は特に制限はないが、例えば、フッ素溶剤で洗浄する、エアで除去するといった方法が挙げられる。
 なお、樹脂層の外表面へのフッ素オイルの供給方法としては、上記したディッピング法に限られない。例えば、樹脂層の外表面へフッ素オイルを供給する方法としては、スプレー塗布、ロール塗布、及び、ビーム塗布の如き公知の塗布方法を用い得る。
<フッ素樹脂>
 フッ素樹脂としては特に制限はなく、具体的には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)、ポリクロロテトラフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体(ETFE)、クロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)等の結晶性フッ素樹脂、また環状パーフルオロポリエーテル構造を有する非晶性フッ素樹脂が挙げられる。特に耐熱性、機械強度、加工性の観点からPFAを好適に用いることができる。
 PFAはパーフルオロアルキルビニルエーテル(以下、「PAVE」と称する。)とテトラフルオロエチレン(以下、「TFE」と称する。)の共重合体であり、PAVEは、パーフルオロメチルビニルエーテル(CF=CF-O-CF)、パーフルオロエチルビニルエーテル(CF=CF-O-CFCF)及びパーフルオロプロピルビニルエーテル(CF=CF-O-CFCFCF)から選択される。 
 PFAとしては、市販のものを用いることができ、以下に具体例を挙げる。
 ・「451HP-J」「959HP-Plus」「350-J」「950HP-Plus」(いずれも商品名、三井・ケマーズ フロロプロダクツ社製);
 ・「P-66P」、「P-66PT」、「P-802UP」(いずれも商品名、AGC社製);
 ・「AP-230」「AP-231SH」等(いずれも商品名、ダイキン工業社製);・「6502N」(商品名、スリーエム社製)。
 PFAに関して、PFPEの含浸量は、PFA中のPAVE含有割合と相関があり、PAVE含有割合が大きくなると含浸量が増加する。これは、フッ素オイルが分子運動性の高いPFAの非晶部と相互作用しやすいためであると考えられる。PFA中におけるPAVEの含有割合としては、分子鎖中に1モル%以上5モル%以下が好ましく、特には、3モル%以上5モル%以下が好ましい。なお、PAVE含有割合は19F NMRを測定することにより算出することができる。
 上記した市販のPFAのうち、「451HP-J」、「959HP-Plus」、「950HP-Plus」、「P-66P」、「P-66PT」、「AP-231SH」「6502N」、「AW-5000L」のPAVE含有割合を表1に記す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
<フッ素オイル>
 フッ素オイルはパーフルオロポリエーテル構造を有するものであり、具体的には、下記構造式(1)で示される構造を有するパーフルオロポリエーテル(PFPE)が挙げられる。かかるPFPEの中でも、フッ素樹脂の融点でオイル状となるものが、好適に用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 構造式(1)中、a、b、c、d、e、及びfは、それぞれ独立に0又は正の整数であり、1≦a+b+c+d+e+f≦600を満たし、a、b、c、及びdの少なくとも1つは正の整数である。
 また、構造式(1)中の各繰り返し単位の存在順序は、構造式(1)における記載の順序に限定されるものではない。さらに、各繰り返し単位は、構造式(1)で表されるPFPE中の複数個所に存在してもよい。すなわち、構造式(1)で表されるPFPEはブロックコポリマーであってもよく、ランダムコポリマーであってもよい。
 PFPEの分子量としては、耐熱性の観点から、数平均分子量として、5,000以上、特には、7,000以上とすることが好ましい。また、接触時のフッ素樹脂との相互作用しやすさの観点から100,000以下、特には、30,000以下とすることが好ましい。上記分子量のPFPEは、空気中、350℃で30分加熱しても重量減少は1%未満であり、フッ素樹脂の融点近傍温度においても熱分解は極めて少ない。
 表面層中におけるPFPEの含有量は、フッ素樹脂及びPFPEの合計量に対して、1.0質量%以上、25質量%以下が好ましい。1質量%以上とすることで表面層の離型性を向上させることができる。また、25質量%以下とすることで、ニップ部に過剰のPFPEが供給されにくく、トナーオフセットの発生をより良く抑制し得る。
 構造式(1)で示される構造に包含される構造を有するPFPEの具体例を以下に挙げる。一例としては、構造式(2)~(4)からなる群より選択される少なくとも1種の化学構造を有するものを挙げることができる。
・構造式(2)で示される構造を有するPFPE(例えば、「Demnum S200」、「Demnum S100」(いずれも商品名;ダイキン工業社製。「Demnum型」と称す)):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
構造式(2)中、nは、1以上の整数を表す。
・構造式(3)で表される構造を有するPFPE(例えば、「Krytox GPL107」、「Krytox GPL106」、「Krytox 143AD」、「Krytox VPF16256」、「Krytox XHT-500」、「Krytox XHT-750」、「Krytox XHT-1000」(いずれも商品名;ケマーズ社製。「Krytox型」と称す)):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
構造式(3)中、nは、1以上の整数を表す。
・構造式(4)で表されるPFA(例えば、「Fomblin M60」、「Fomblin M30」(いずれも商品名、ソルベイ社製。「Fomblin型」と称す)): 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
構造式(4)中、m及びnは、それぞれ独立に、1以上の整数を表す。
 パーフルオロポリエーテルの含浸量は溶解度パラメータと相関がある。具体的には、ハンセンの溶解度パラメータ(HSP値)より算出される、フッ素樹脂とパーフルオロポリエーテルのSP値差(ΔHSP値)で制御することができる。2成分間のΔHSP値が小さいと、両者は溶解しやすい、すなわち、より混和しやすく、含浸量が多くなる。
 ΔHSP値はハンセングループが開発、販売しているデータベース付き計算ソフト「HSPiP」の3rd Edition 3.1.14を使用して、算出することができる。本発明者等がPFAとPFPEのΔHSP値を計算したところ、Krytox型=2.8、Demnum型=3.6、Fomblin型=5.4で、PFPEの化学構造によりPFAとの親和性が異なることが分かった。すなわち、同一条件で各化学構造のPFPEをPFAと接触させた場合、Krytox型が最もPFAと相溶しやすい。
 表面層13の厚みとしては、定着部材の使用時の表面の摩耗の抑制の観点から、3.0μm以上、より好ましくは5.0μm以上、特に好ましくは10μm以上が挙げられる。また、定着部材としての厚み方向の熱伝導性の低下の抑制の観点から、50μm以下、特には、40μm以下が好ましい。
2.熱定着装置
 本発明の一態様に係る熱定着装置は、加熱用の回転体と、該加熱用の回転体と定着ニップ部を形成するように配置されてなる加圧用の回転体とを具備する。加熱用の回転体と加圧用の回転体との組み合わせの例としては、例えば、加熱ローラと該加熱ローラに対向配置されてなる弾性加圧ローラ、加熱フィルムと該加熱フィルムに当接配置された弾性加圧ローラを挙げることができる。加熱用の回転体と加圧用の回転体との組み合わせの他の例としては、加熱ベルトと該加熱ベルトに当接配置された弾性加圧ローラ、加熱ベルトと該加熱ベルトに当接配置された弾性加圧ベルト等を挙げることができる。
 図4は、加熱用の定着ベルト11及び弾性加圧ローラ19を具備する熱定着装置の長手方向に直交する方向の断面図である。
 定着ベルト11は、本発明の一態様に係る定着ベルトである。定着ベルト11はベルトガイド部材16にルーズに外嵌させてある。加圧用剛性ステイ18はベルトガイド部材16の内側に挿通してある。ベルトガイド部材16は、例えば、耐熱性・断熱性を有する樹脂によって形成されている。
 ベルトガイド部材16と定着ベルト11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17を具備する。セラミックヒータ17はベルトガイド部材16の長手方向に沿って設けられている溝部に嵌入され、固定されている。セラミックヒータ17は、不図示の手段によって通電され発熱する。
 弾性加圧ローラ19は、例えば、ステンレス製の芯金19aの周面に、硬化シリコーンゴムを含む弾性層19bが設けられている。また、弾性層19bの周面上に、フッ素樹脂を含む表層19cが設けられている。表層19cの厚さは、例えば、50μmである。
 加圧用剛性ステイ18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18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16の下面に配設したセラミックヒータ17の下面と弾性加圧ローラ19の上面とが定着ベルト11を挟んで圧接して所定の定着ニップ部Nが形成される。すなわち、セラミックヒータ17の下面は、定着ベルト11の内周面に接して配置されている。
 この定着ニップ部Nに未定着トナーGによって画像が形成された、被加熱体となる記録媒体Pを搬送速度Vで挟持搬送させる。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上にトナー像が定着される。
3.画像形成装置
 画像形成装置としては、電子写真方式を用いた複合機、コピー、ファックス、プリンタなどがある。ここではカラーレーザープリンタを例に用い、画像形成装置の全体構成について概略説明する。
 図5は、本発明の一様態に係るレーザープリンタ40の概略断面図である。図5に示したレーザープリンタ40は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の色毎に一定速度で回転する電子写真感光体ドラム39(以下、「感光体ドラム39」と称する。)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38を有する。
 感光体ドラム39(39Y、39M、39C、39K)は、駆動手段(不図示)によって、図5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39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39表面を均一に帯電する帯電装置21(21Y、21M、21C、21K)、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39上に静電潜像を形成するスキャナユニット22(22Y、22M、22C、22K)、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23(23Y、23M、23C、23K)、感光体ドラム39上のトナー像を一次転写部T1で中間転写体38に転写させる一次転写ローラ24(24Y、24M、24C、24K)、転写後の感光体ドラム39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クリーニングユニット25(25Y、25M、25C、25K)が配置されている。
 画像形成に際しては、ローラ26、27及び28に張架されたベルト状の中間転写体38が回転すると共に各感光体ドラム39に形成された各色トナー像が前記中間転写体38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。
 前記中間転写体38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29、給送ローラ30、分離パッド31、レジストローラ対32を有する。画像形成時には給送ローラ30が画像形成動作に応じて駆動回転し、給送カセット29内の記録媒体Pを一枚ずつ分離し、該レジストローラ対32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33が配置されている。二次転写ローラ33は、略上下方向に移動可能である。そして、像転写に際して、二次転写ローラ33は記録媒体Pを介して中間転写体38に所定の圧で押しつけられる。この時同時に二次転写ローラ33にはバイアスが印加され中間転写体38上のトナー像は記録媒体Pに転写される。
中間転写体38と二次転写ローラ33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5に示す左矢印方向に所定の搬送速度Vで搬送され、さらに搬送ベルト34により次工程のために定着部35に搬送される。定着部35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36によって装置上面の排出トレイ37上へ排出される。
 そして、図4に例示した本態様に係る定着装置を、図5に例示した電子写真画像形成装置の定着部35及び二次転写ローラ33に適用することにより、画像の均一性に優れた高品位な画像を提供可能な画像形成装置を得ることができる。
 以下に、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
 本実施例では、以下のフッ素樹脂、及びフッ素オイルを用いて定着部材の作製を行った。
(フッ素樹脂)
PFA-1:「959HP-Plus」(商品名、三井・ケマーズ フロロプロダクツ社製)
PFA-2:「451HP-J」(商品名、三井・ケマーズ フロロプロダクツ社製)
PFA-3:「950HP-Plus」(商品名、三井・ケマーズ フロロプロダクツ社製)
PFA-4:「P66P」(商品名、AGC社製)
PFA-5:「AW-5000L」(商品名、ダイキン工業社製)
(フッ素オイル)
PFPE-1:「Krytox GPL107」(商品名、ケマーズ社製)
PFPE-2:「Krytox GPL106」(商品名、ケマーズ社製)
PFPE-3:「Demnum S200」(商品名、ダイキン工業社製)
PFPE-4:「Krytox 143AD」(商品名、ケマーズ社製)
PFPE-5:「Krytox VPF16256」(商品名、ケマーズ社製)
PFPE-6:「Krytox XHT-1000」(商品名、ケマーズ社製)
PFPE-7:「Fomblin M60」(商品名、ソルベイ社製)
(実施例1)
(予備定着ベルトの作製)
 基層として、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形状を有する基層を用意した。この基層の外周面にプライマーとして、付加硬化型シリコーンゴム接着剤(商品名:SE1819CV、東レ・ダウコーニング社製の「A液」及び「B液」を等量混合)を厚さがおよそ20μm程度になるように略均一に塗布した。
 次に、表面層として、内面を親水処理したフッ素樹脂チューブ(PFA-1、20μm厚、融点296℃)を被せ、該フッ素樹脂チューブの上からベルト表面を均一に扱くことにより、過剰の付加硬化型シリコーンゴム接着剤を基層とフッ素樹脂チューブの間から扱き出した。
 そして、温度200℃に設定した電気炉に、周面にフッ素樹脂チューブを被覆してなる基層を入れ、1時間加熱して、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を硬化させてフッ素樹脂チューブを基層の外周面上にプライマー層(付加硬化型シリコーンゴム接着剤の硬化物)を介して固定した。最後に、両端を切断して、幅が343mmの予備定着ベルトを得た。
(フッ素オイルの接触含浸)
 パーフルオロポリエーテル(PFPE-1)を硼珪酸ガラス製メスシリンダに入れた。メスシリンダ全体に、断熱材でカバーされた電熱線を巻き、PFPE温度が285℃になるように加熱した。作製した予備定着ベルトをディッピング装置に取付け、加熱したPFPE中に、定着ベルト全体を浸けた。5分間後、予備定着ベルトを取出した。その後、別途用意したフッ素系溶剤(商品名:Novec7300、スリーエム社製)を入れたメスシリンダに予備定着ベルトを浸漬し、定着ベルト表面に付着した過剰のPFPEを除去した。フッ素系溶剤を乾燥させて、本実施例に係る定着ベルトNo.1を作製した。定着ベルトNo.1は、後述する評価に供するため、2セットを用意した。
 また、定着ベルトNo.1の第1の表面をSEMで観察した写真を図1に示す。PFPEが凝集している様子は観察できず、PFAとPFPEが相溶していることが示唆された。
<評価>
 評価1~評価3に用いる測定サンプルを以下のようにして3セット調製用意した。
(測定サンプルの調製)
 定着ベルトNo.1から、プライマー層と表面層との積層体(直径10mm)を切り出した。次いで、該積層体を、プライマー層の溶解剤((商品名:eソルブ21RS、カネコ化学社製)に浸漬してプライマー層中のシリコーンゴムを溶解させることにより、積層体からプライマー層を除去し、表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルを調製した。
(評価1:フッ素オイル付着量P11、P12及びP21の測定)
 測定サンプルの基層に対向していた側とは反対側の第1の表面に清浄化した。すなわち、第1の表面上に、エタノールを染み込ませた不織布を置き、該不織布上に20kPaの荷重をかけて該位置を10往復させた。引き続いて、該表面にトルエンを染み込ませ不織布を置き、該不織布上に20kPaの荷重をかけて該位置を10往復させた。
 次いで、タック試験機(商品名:TAC-1000、株式会社レスカ製)のステージ部に水晶振動子を載せ、一方、タック試験機のプローブ部には、測定サンプルを、第1の表面が、該水晶振動子と対向するように取り付けた。次いで、該プローブを該ステージに接近させ、該測定サンプルの第1の表面に水晶振動子に押し付けた。押圧条件は下記の通りとする。
・圧力:0.4MPa、
・押付時間:50msec、
・押し込み量一定モード、
・押付および引き上げ速度:1.0mm/sec、
・プローブ設定温度:180℃。
 水晶振動子は基本周波数6MHz付近の「6A202PN」(商品名、ピエゾパーツ社製)を用いた。付着前後の周波数特性測定はQCM-D分子間相互作用解析システム(Biolin Scientific AB)を用いて、押圧前後の直列共振周波数Fsおよび振動エネルギーの喪失を表す周波数Fwの変化を測定した。前記式(a)より水晶振動子の単位面積(1cm)あたりのフッ素オイルの付着量P11を算出した。
 上記押圧処理の完了直後に、該プローブから測定サンプルを取り外し、第1の表面を上記と同様にして清浄化した。次いで、該測定サンプルを温度180℃の環境に120sec間置いた後、再び、該測定サンプルをプローブに取り付け、上記と同じ押圧条件にて水晶振動子に押し付けた。そして、直列共振周波数Fsおよび振動エネルギーの喪失を表す周波数Fwの変化を測定し、前記式(a)より水晶振動子の単位面積(1cm)あたりのフッ素オイルの付着量P12を算出した。
(評価2:表面層のフッ素オイル含有量)
 別の測定サンプルの第1の表面、及び第2の表面を清浄化した。次いで、この測定サンプルについて、熱重量分析装置(TGA)を用いて以下の条件で測定を行って、表面層に対するフッ素オイルの含有割合(質量%)を算出した。
 装置:TGA851(メトラー・トレド(METTLER TOLEDO)社製);
 雰囲気:空気中;
 温度:425℃。
 上記熱重量分析によって得られた、測定時間―重量減少率のプロファイルにおいて、傾きが一定となり、PFAのみが減少している領域(具体的には測定時間3000sec以降)から線形最小二乗近似式を求めた。該線形最小二乗近似式の切片を、PFA量(質量%)とし、PFPE含有量(質量%)=100-PFA量として算出した。
(評価3:表面層の第1の表面側、及び第2の表面側のPFPE量の相対比)
 更に別の測定サンプルの第1の表面、及び第2の表面を清浄化した。次いでこの測定サンプルについて、赤外分光装置(商品名:Frontier MIRNIR、パーキンエルマー社製)を用いて、第1の表面側及び第2の表面側からATR法で測定し、PFPE量の相対比(以下、「PFPE相対量比」と称する)を算出した。
 具体的には、赤外分光分析によって得られた各々のプロファイルから、PFPEにのみ出現するピーク(Krytox型:986cm-1、Demnum型:1010cm-1、Fomblin型:1052cm-1)の高さを、PFAにのみ出現するピーク(1146cm-1)の高さで除することにより、ピーク比を算出した。次いで、第2の表現側の測定結果から算出したピーク比を、第1の表面側の測定結果から算出したピーク比で除することにより、PFPE相対量比を算出した。
(評価4:トナーオフセットの有無の評価)
 定着ベルトNo.1を、紙の分離爪の角度を調製した電子写真画像形成装置(商品名:imageRUNNER-ADVANCE C5051;キヤノン社製)に装着した。
 そして、A4サイズの紙(International Paper社製、坪量75g/m)上に10cm×10cmのシアン色のベタ画像を形成する画像形成プロセスを実施した。なお、定着温度は、180℃、紙の搬送速度は、300mm/secとした。
 そして、シアンのベタ画像の形成枚数が1枚、100枚、100,000枚に達した各々の時点で、A4サイズの普通紙薄紙(商品名:CS-520、坪量52g/m、キヤノン社製)を1枚通紙して、10cm×10cmのシアン色のベタ画像を形成した。この普通紙薄紙に形成したベタ画像について、目視および顕微鏡で観察し、以下の基準で評価した。
(評価基準)
 ランクA:トナーオフセットおよびトナー欠落が共にない。
 ランクB:トナーオフセットおよびトナー欠落が微量確認される
 ランクC:トナーオフセットおよびトナー欠落が共に確認される。
 ランクD:普通紙薄紙が定着ベルトに貼りついた。
(評価5:表面自由エネルギーの測定)
 評価4において、普通紙薄紙へのベタ画像形成直前における定着ベルトNo.1の外表面の表面自由エネルギーを、非特許文献1に記載されている「北崎・畑の方法」で算出した。具体的には、定着ベルトNo.1の外表面について、水、n-ヘキサデカン、及びジヨードメタンの接触角を測定した(測定環境:温度23℃、相対湿度55%)。
 次いで、各接触角の測定結果を用いて、非特許文献1の第131ページの「2.Forks式の拡張」~「3.高分子固体の表面張力とその成分」の記載に従って、「拡張Fowkesの式」から表面自由エネルギーを求めた。
 接触角の測定には接触角計(商品名:DM-501、協和界面科学社製)を使用し、表面自由エネルギー解析には解析ソフトウェア(商品名:FAMAS、協和界面科学社製)を使用した。
(実施例2~18)
 表面層に用いるフッ素樹脂種、フッ素オイル種及び接触時のフッ素オイル温度を表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして各実施例に係る定着ベルトNo.2~18を作製した。
(実施例19)
 実施例1において、定着部材とフッ素オイルの接触時間を1分とした以外は、実施例1と同様にして定着ベルトNo.19を作製し、評価1~評価5に供した。
(実施例20)
 実施例1において、PFPEをフッ素系溶剤(商品名:Novec7300、スリーエム社製)で希釈した溶液を定着部材表面にスプレー塗布した後、乾燥炉に入れて285℃で5分間加熱した以外は、実施例1と同様にして定着ベルトNo.20を作製した。
(比較例1)
 実施例1に記載した方法によって、予備定着ベルトを作製し、これを本比較例に係る定着ベルトNo.C-1とした。
(比較例2)
 定着ベルトNo.C-1の外表面に、ナトリウムナフタレン(商品名:テトラエッチ、潤工社 社製)を塗布し、外表面を化学的に親水化させた。
 次いで、分子末端をアルコキシシラン変性したPFPE(商品名:オプツールDSX、ダイキン工業社製)をフッ素系溶剤(商品名:Novec7300、スリーエム社製)に溶解し、該溶液を、親水化した外表面に塗布した。その後、120℃に加熱した乾燥炉の中で1時間焼成して、PFPEを化学的に固定した。その後、PFPEが化学的に固定された外表面を、上記フッ素系溶剤で洗浄して、本比較例に係る定着ベルトNo.C-2を作製した。
(比較例3)
 予備定着ベルトの外表面に接触させるフッ素オイルの温度を210℃とした以外は、実施例1と同様にして定着ベルトNo.C-3を作製した。
(比較例4)
 実施例1記載の方法で、プライマー処理した基層の作製を行った。該基層の表面をエキシマUVで処理した。
 次いで、2つのスプレーガンを用意した。一方のスプレーガンにはPFA粒子の水系分散塗料(商品名:AW-5000L、ダイキン工業社製、融点300℃)を充填した。他方のスプレーガンには、PFPE-1をフッ素系溶剤(商品名:Novec7300、スリーエム社製)に溶解した溶液を充填した。そして、これらのスプレーガンを用いて、基層の表面に、PFAの水系分散塗料とPFPEとを塗布し、PFA粒子とPFPEとを含む、厚さ20μmの塗膜を形成した。このとき、塗膜中のPFPE-1の含有量が2.0質量%となるようにスプレーガンの塗布量を調整した。
 次いで、該塗膜を温度350℃で15分間加熱し、該塗膜中のPFA粒子を溶融せしめて、表面層を形成して比較例4に係る定着ベルトNo.C-4を作製した。定着ベルトNo.C-4の表面層の第1表面側のSEM画像を図2に示す。図2から、PFPEが凝集している様子が観察でき、PFAとPFPEが相溶していないことがわかる。
 定着ベルトNo.2~20、及び定着ベルトNo.C-1~C-4を評価1~評価5に供した。定着ベルトNo.1~20、及び定着ベルトNo.C-1~C-4の評価結果を表2、及び表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 表3に実施例1~20、比較例1~7で作製した定着部材を評価1、及び評価2に供した結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 表3から、長期使用によっても本態様に係る定着部材が、優れたトナー離型性を維持することができ、その結果、高品位な電子写真画像を形成できることが分かった。
 本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
 本願は、2018年3月22日提出の日本国特許出願特願2018-055190、2018年3月22日提出の日本国特許出願特願2018-055191、2019年2月20日提出の日本国特許出願特願2019-028560、2019年2月20日提出の日本国特許出願特願2019-028564、及び2019年2月25日提出の日本国特許出願特願2019-031702を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。
11 定着ベルト
12 基層
13 表面層


 

Claims (14)

  1.  基層と、該基層の外表面上に直接又はプライマー層を介して設けられた表面層と、を有する電子写真用の定着部材であって、
     該表面層は、単一の層からなり、
     該表面層は、フッ素樹脂と、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルと、を含み、
     該定着部材は、要件(i)及び要件(ii)を満たすことを特徴とする定着部材:
    (i)該定着部材から採取した該表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルについて、該基層に対向していた側とは反対側の第1の表面の所定の位置を清浄化した後、該位置に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧する処理を行ったときに、該検出面の単位面積(1cm)に付着するパーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量P11が、1.0×10ng以上、1.0×10ng以下である;
    (ii)該要件(i)で規定した処理に供した該測定サンプルについて、該位置を清浄化した後、温度180℃の環境に120sec間置き、次いで、該位置に、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧する処理を行ったときに、該検出面の単位面積(1cm)に付着するパーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量P12が、0.5×P11以上、1.2×P11以下である。
  2.  基層と、該基層の外表面上に直接又はプライマー層を介して設けられた表面層と、を有する電子写真用の定着部材であって、 
     該表面層は、単一の層からなり、
     該表面層は、フッ素樹脂と、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルと、を含み、
     該定着部材から採取した該表面層の全厚さ部分を含む測定サンプルについて、該基層に対向していた側とは反対側の第1の表面に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧したときに該検出面の単位面積(1cm)に付着する、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量をP11(ng)とし、
     該測定サンプルの該基層に対向していた側の第2の表面に対して、水晶振動子マイクロバランス(QCM)センサの検出面を0.4MPaの圧力で、温度180℃にて、50msec間、押圧したときに該検出面の単位面積(1cm)に付着する、パーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルを含む付着物の質量をP21(ng)としたとき、P21>P11であることを特徴とする定着部材。
  3.  前記表面層中のパーフルオロポリエーテル構造を有するフッ素オイルの含有量が、前記表面層の1.0質量%以上、25質量%以下である、請求項1または2に記載の定着部材。
  4.  前記P11が、1.0×10ng以上、5.0×10ng以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の定着部材。
  5.  前記フッ素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1~4のいずれか1項に記載の定着部材。
  6.  前記表面層の厚さが、5.0μm以上、50μm以下である請求項1~5のいずれか1項に記載の定着部材。
  7.  前記フッ素オイルがパーフルオロポリエーテルである、請求項1~6のいずれか1項に記載の定着部材。
  8.  前記パーフルオロポリエーテルが構造式(1)で表される化学構造を有する請求項1~7のいずれか1項に記載の定着部材:
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (構造式(1)中、a、b、c、d、e、及びfは、それぞれ独立に0又は正の整数であり、1≦a+b+c+d+e+f≦600を満たし、a、b、c、及びdの少なくとも1つは正の整数を表す。)。
  9.  前記パーフルオロポリエーテルが構造式(2)~(4)から選択される少なくとも1種の化学構造を有する請求項1~8いずれか1項に記載の定着部材。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
    (構造式(2)~(4)中、m及びnは、それぞれ独立に1以上の整数を表す。)
  10.  前記パーフルオロポリエーテルが式(2)の化学構造であり、前記P11が、1.0×10ng以上、5.0×10ng以下であり、前記表面層中の含有量が、前記表面層の1.0質量%以上、25質量%以下である、請求項9に記載の定着部材。
  11.  前記定着部材が、エンドレスベルト形状を有する定着ベルトである、請求項1~8のいずれか1項に記載の定着部材。
  12.  請求項1~11のいずれか1項に記載の定着部材と、該定着部材の加熱手段と、を備えていることを特徴とする定着装置。
  13.  前記定着部材が、エンドレスベルト形状を有する定着ベルトであり、前記加熱手段が、該定着ベルトの内周面に接して配置されているヒータである請求項12に記載の定着装置。
  14.  請求項12又は13に記載の定着装置を備えていることを特徴とする電子写真画像形成装置。
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