JP2004133286A

JP2004133286A - トナー定着部材

Info

Publication number: JP2004133286A
Application number: JP2002299038A
Authority: JP
Inventors: Osamu Saotome; 五月女　修
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】シリコーンゴム層の上にフッ素樹脂層が積層されてなるトナー定着部材において、シリコーンゴム層が硬化前のシリコーンゴム材料中のシロキサンに基づく水素原子のモル数とビニル基のモル数の比（Ｈ／Ｖｉ）が１．０未満であるシリコーンゴムからなるときの、架橋反応度の小ささから生じるトナー定着部材としての不具合を解決し、耐久性の向上を図る。
【解決手段】シリコーンゴム層の最外層側から１０〜１００μｍの部分のシリコーンゴム材料のＨ／Ｖｉを１．０以上としたものを用いる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコーンゴム上に薄層のフッ素樹脂を配した部材に関する。特に、電子写真方式のコピー機やプリンターのトナー定着に用いられるローラやベルト部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスのトナー定着において、最外層としてトナー離型の良好なフッ素樹脂を形成した定着部材が広く利用されている。中でも、高画質化や高機能化の要求から、シリコーンゴムのような柔軟な弾性材料からなる弾性層上に、直接または間接的にフッ素樹脂の最外層を形成した定着部材が様々なバリエーションで用いられている。
【０００３】
このような定着部材では、シリコーンゴムとフッ素樹脂という異種材料による層形成や層間接着に関する技術について様々な改良が行われている。
【０００４】
例えば、フッ素樹脂成形体の層界面側にプライマー処理やエッチング処理を施し、シリコーンゴムの加硫接着を利用して層形成する技術（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）や、接着中間層としてフッ素ゴムとフッ素樹脂の混合材料からなる層を介在させる技術（例えば、特許文献４、特許文献５参照）などが知られている。
【０００５】
また、ここで用いられる接着剤やプライマー剤については、フッ素樹脂、アミノシラン化合物及び該フッ素樹脂と親和性のある耐熱性樹脂からなるプライマー（特許文献６特公平０８−０２３７２５）や、シランカップリング剤に代表されるような反応性官能基を有する有機ケイ素化合物を利用したプライマー（例えば、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１参照）等が知られている。
【０００６】
この他にも、弾性層のシリコーンゴムに接着成分を配合して形成するもの（例えば、特許文献１２参照）や、弾性層のシリコーンゴムにフッ素樹脂成分を配合して形成するもの（例えば、特許文献１３参照）など、弾性層であるシリコーンゴムに特殊な成分を配合して層形成する技術に関する発明も知られている。
【０００７】
一方で、弾性層に用いられるシリコーンゴム材料は、更なる低硬度化、高熱伝導化、高耐久化を同時に満足する材料が望まれている。例えば、付加反応型のシリコーンゴムの架橋反応度を小さくしたシリコーンゴムが知られている（例えば、特許文献１４、特許文献１５参照）。
【０００８】
このような、架橋反応度を小さくしたシリコーンゴムは一般的に、架橋結合を形成する、ビニル基に代表されるポリシロキサンに結合した不飽和炭化水素官能基のモル数（Ｖｉ）と、ポリシロキサンに結合した水素原子のモル数（Ｈ）において、その比率（Ｈ／Ｖｉ）を、通常安定的に使用されるＨ／Ｖｉ＝１．０以上という反応当量範囲から、Ｈ／Ｖｉを１未満という小さな値に配合設計することにより、比較的に架橋反応度を小さくしたシリコーンゴムを得る、といった技術である。
【０００９】
【特許文献１】
特登録０２８９５５９９号公報
【特許文献２】
特登録０２６５２１６１号公報
【特許文献３】
特開平１０−３１１３２８号公報
【特許文献４】
特開平０４−０１９６８６号公報
【特許文献５】
特開平１０−０９１０２４号公報
【特許文献６】
特公平０８−０２３７２５号公報
【特許文献７】
特開平１１−２３１７０６号公報
【特許文献８】
特登録０２９２２７１２号公報
【特許文献９】
特公平０７−０５３４３２号公報
【特許文献１０】
特登録０２９７０３１１号公報
【特許文献１１】
特開平０６−０９１７８３号公報
【特許文献１２】
特開平１１−０１２４７１号公報
【特許文献１３】
特公平０２−０６０８８８号公報
【特許文献１４】
特開平０９−０７７９８０号公報
【特許文献１５】
特開平１１−０４５０２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｈ／Ｖｉが１．０未満であるシリコーンゴムを用いた場合に、架橋反応度の小ささから生じる定着部材としての各種の課題解決、特に耐久性の向上を目的とする。
【００１１】
本出願に係る発明は、少なくとも、２００μｍ以上の厚みの付加反応型シリコーンゴムからなる弾性層と、３０μｍ以下の厚みのフッ素樹脂からなる最外層とを有するトナー定着部材であり、かつこのシリコーンゴムは、硬化前のシリコーンゴム材料においてシロキサン結合の水素原子のモル数と、シロキサン結合のビニル基のモル数の比率（Ｈ／Ｖｉ）において１．０未満のシリコーン材料を硬化せしめたシリコーンゴムによって構成されるトナー定着部材において、定着部材としての各種の課題解決、特に耐久性の向上を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、少なくとも、２００μｍ以上の厚みの付加反応型シリコーンゴムからなる弾性層と、３０μｍ以下の厚みのフッ素樹脂からなる最外層とを有するトナー定着部材であり、かつこのシリコーンゴムは、硬化前のシリコーンゴム材料においてシロキサン結合の水素原子のモル数と、シロキサン結合のビニル基のモル数の比率（Ｈ／Ｖｉ）において１．０未満のシリコーン材料を硬化せしめたシリコーンゴムによって構成されるトナー定着部材において、シリコーンゴムの少なくとも最外層側から１０〜１００μｍの厚み範囲において、このシリコーンゴム材料のＨ／Ｖｉを１．０以上に配合した材料を硬化したシリコーンゴムに相当する架橋度を有するようにする、という手段によって目的を達成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を図１により説明する。
【００１４】
図１は本発明のトナー定着部材の１例の模式断面図である。
【００１５】
アルミ等の金属からなる基層１１の上に、硬化前のシリコーンゴム材料でのシロキサン結合の水素原子のモル数とシロキサン結合のビニル基のモル数の比率（Ｈ／Ｖｉ）が１．０未満シリコーンゴム層（弾性層）１２が厚み２００μｍ以上で形成され、その表層部１０〜１００μｍの部分１２ａが該Ｈ／Ｖｉが１．０以上であるシリコーンゴム材料を硬化させてなり、その上にフッ素ゴムとフッ素樹脂からなる接着中間層１３が必要により設けられ、最外層１４に厚み３０μｍ以下のフッ素樹脂層が形成されている。
【００１６】
本発明のトナー定着部材は、ローラやベルト等、公知の形態の部材において実施可能であり、加熱加圧用の部材としても適用可能である。少なくとも最外層１４はフッ素樹脂であり、弾性層１２はシリコーンゴムからなるトナー定着部材であり、層構成は公知の形態をとることができる。
【００１７】
例えば、最外層１４と弾性層１２の間には、接着を目的としたプライマー層や、フッ素ゴム及び／またはフッ素樹脂の混合／単一層を中間層１３として設けても良い。また、弾性層１２は、金属又は耐熱性樹脂の基材（基層１１）上に形成して用いることができる。
【００１８】
基層１１は、金属又は耐熱性樹脂といった材料を選択して用いることができる。金属としては、アルミニウムやステンレスやニッケル合金などの公知な材料を例示でき、また、耐熱性樹脂としては、ポリイミドといった公知な材料を例示できる。また、基層１１は、ローラやベルト等、公知の形態が例示できる。
【００１９】
フッ素樹脂の種類は、公知である種類の材料から選択して用いることができ、特に限定されない。一般によく知られる、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）等の一種または二種以上の材料を用いることが好ましい。
【００２０】
最外層であるフッ素樹脂の厚みは、３０μｍ以下とする。これは、トナー定着後の画質を考慮して、期待する画質を得るため、目的とする柔軟性を損なわない程度の薄さを求めるものである。厚みの下限は特に限定しないが、機械的強度を考えると、１μｍ以上、特に１０μｍ以上が好適である。
【００２１】
シリコーンゴムの種類は、架橋反応の形態として付加反応型の反応を主とするものを用いる。一般に、付加反応型シリコーンゴムは、取り扱いが比較的容易で、反応副生成物も少なく、シリコーンゴムの弾性体としての特性も制御容易で、弾性層の材料として好んで用いられる。
【００２２】
また、シリコーンゴムは官能基の種類が様々に知られているが、公知の種類の官能基を有したシリコーンゴムを用いることができる。特に、メチル基のみを有したジメチルシリコーンゴムや、フェニル基を有したメチルフェニルシリコーンゴム／フェニルシリコーンゴムが一般に良く知られ、好んで用いられる。
【００２３】
シリコーンゴムには、耐熱、伝熱、補強あるいは増量等を目的として、無機系の粉末状の充填剤を配合しても良い。無機系充填剤は公知のものを用いることができる。例えば、結晶性シリカ、煙霧状シリカ、酸化鉄、アルミナなどが好ましい。好ましくは、これらの無機充填剤をシリコーンゴム１００重量部に対して、０．１〜１００重量部配合して用いる。
【００２４】
この他、シリコーンゴムには各種特性の調整のために公知の配合剤を加えることができる。
【００２５】
付加反応型シリコーンゴムは、一般に、主剤としてビニル基含有のオルガノポリシロキサン、架橋剤としてハイドロジェンオルガノポリシロキサンを原料としてなり、白金触媒下で主剤のビニルと架橋剤のＳｉ結合水素がヒドロシリル化反応を起こし、架橋を生じてゴム化する。この架橋反応は、理想的にはビニル１モルと、Ｓｉ結合水素１モルが反応する。通常は、架橋反応の反応率を考慮して、Ｓｉ結合水素が過剰になるように配合する。つまり、ビニル基のモル数をＶｉ、Ｓｉ結合水素のモル数をＨとしたとき、ＨのＶｉに対するモル比（Ｈ／Ｖｉ）を、１よりも大きくなるよう配合する。しかしながら、本発明では、このＨ／Ｖｉを１未満に配合して架橋させるシリコーンゴムを用いる。これは、シリコーンゴムの架橋度を意図的に小さくし、比較的硬度の低いシリコーンゴムを自在に機能化し得るための配合である。下限は特に限定しないが、機械的強度等との兼ね合いから、Ｈ／Ｖｉを０．５以上とすることが好ましい。
【００２６】
弾性層であるシリコーンゴムの厚みは２００μｍ以上とする。これは、弾性層として十分な弾性効果を期待しうる厚みを求めるものである。厚みの上限は特に限定しないが、熱伝導や得られる効果との兼ね合いから３ｍｍ程度以下、より好ましくは２ｍｍ程度以下とするのが好ましい。
【００２７】
このシリコーンゴムの少なくとも最外層側から１０〜１００μｍの厚み範囲において、このシリコーンゴム材料のＨ／Ｖｉを１．０以上に配合した材料を硬化したシリコーンゴムに相当する架橋度に構成する。この厚み範囲が１００μｍより大きい場合には、弾性層により期待する本来の効果を妨げる要因となるので好ましくない。また、効果を十分に発揮するため、厚み範囲を１０μｍ以上とすることが好ましい。
【００２８】
Ｈ／Ｖｉ値を１．０以上にした材料を硬化したシリコーンゴムに相当する架橋度に構成する手段としては、Ｈ／Ｖｉ値を１．０以上にした材料をスプレーやロールコートやディップなどの公知の塗布方法により形成することが可能である。また、弾性層の材料を形成し、硬化前に架橋剤成分を浸透させるよう塗布し形成することも可能である。その他、架橋度を高める手段となりうる公知の手法により、本発明を実施することが可能である。なお、Ｈ／Ｖｉ値としてはあまりに大きくなると架橋しない成分が発生し、シリコーンゴムの耐性が劣ることとなるので、通常、４以下とすることが好ましい。
【００２９】
本発明において使用したシリコーンゴムは、材料硬度と引っ張り強度と熱伝導率を指定して入手したものである。Ｈ／Ｖｉ値の特定には、原液の^１Ｈ−ＮＭＲ分析により、ビニル起因のスペクトル強度と、Ｓｉ結合水素起因のスペクトル強度を測定し、定量分析を適用し、モル換算としてその比を計算する。
【００３０】
ここで、シリコーンゴム層は２層に形成されているが、Ｈ／Ｖｉ値が１．０以上である層が上記厚み範囲にあるならば基層から順に大きくなるようになっていてもよく、全体として、このシリコーンゴム層のＨ／Ｖｉ値が１．０未満とすることが肝要である．
【００３１】
【実施例】
本発明の効果を実証するため、ベルトによるテストを行った。
【００３２】
（シリコーンゴム材料）
シリコーンゴムＡ−１：硬化後のＪＩＳ−Ａ硬さ（ＪＩＳ　Ｋ６３０１）が１０°であり、熱伝導率が０．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］であり、ＪＩＳ　Ｋ６３０１に基づく測定での引っ張り強度が１．０ＭＰａであり、原液のＨ／Ｖｉ値が０．６である。
シリコーンゴムＡ−２：シリコーンゴムＡ−１の架橋剤成分を増量し、原液のＨ／Ｖｉ値を１．４とした材料である。
【００３３】
（ベルトテスト）
テストには図２に示す装置を用いた。ベルト２１は、以下の実施例の方法により作成した。ローラ２２は外径がφ３０ｍｍであり、中空のアルミ芯金の上に汎用の耐熱性シリコーンゴムを１ｍｍの厚みに形成したローラである。このローラの中空部位には、ハロゲンヒータ（不図示）を配し、ローラ表面の温度検知センサー（不図示）により表面温度が１９０℃になるように制御した。ローラ２２は、ベルト２１にたわみがなくなる程度の距離を保つように配し、ひとつのローラに駆動モータ（不図示）を配して、１２０ｒｐｍの回転速度でローラを回転して、ベルトを駆動した。この装置を用いて、１日６時間テストし、冷却・停止、と繰り返し、それぞれ作成したベルトを経時で目視により観察した。
【００３４】
実施例１
φ６０ｍｍで厚み５０μｍのアルミ製ベルトを用意し、表面を、シリコーン用のプライマーでプライマー処理し、次いでシリコーンゴムＡ−１原料を４８０μｍの厚みになるよう溶媒希釈液のスプレーコートにより形成した。
その上に、シリコーンゴムＡ−２原料を２０μｍの厚みになるように同様にスプレーコートにより形成した。
なお、シリコーンゴム層全体のＨ／Ｖｉ値は０．６３２であった。
その後に１３０℃の温度条件で熱硬化反応を３０分間行い、次いで２００℃の温度条件に４時間置き、自然冷却した。
次いでその表面を、フッ素用プライマー（商品名：ダイエルラテックスＧＬＰ−１０３ＳＲ、ダイキン工業株式会社）によりプライマー処理し、フッ素ゴムとフッ素樹脂の混合層（商品名：ダイエルラテックスＧＬＳ−２１３、ダイキン工業株式会社）を２０μｍの厚みに、スプレーコートした後に所定の方法で熱加硫し、接着中間層を形成した。
次いで、ＰＦＡ分散液（商品名：ネオフロンＡＤ−２ＣＲ、ダイキン工業株式会社）を１５μｍの厚みに、スプレーコートし、その後所定の方法で焼成し成膜した。
得られたベルトを用いて、上記ベルトテストを行った結果、９０時間に達しても初期の状態との違いは観察されなかった。
【００３５】
比較例１
実施例１において、シリコーンゴムＡ−２を全く使用せず、代わりにシリコーンゴムＡ−１を５００μｍの厚みとする以外は実施例１と同様にベルトサンプルを作成した。
このベルトを用いて、上記ベルトテストを行ったところ、６０時間を越える頃から複数の亀裂が観察された。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、少なくとも、２００μｍ以上の厚みの付加反応型シリコーンゴムからなる弾性層と、３０μｍ以下の厚みのフッ素樹脂からなる最外層とを有するトナー定着部材であり、かつこのシリコーンゴムは、硬化前のシリコーンゴム材料においてシロキサン結合の水素原子のモル数と、シロキサン結合のビニル基のモル数の比率（Ｈ／Ｖｉ）において１．０未満のシリコーン材料を硬化せしめたシリコーンゴムによって構成されるトナー定着部材において、定着部材としての各種の課題を解決すること、特に耐久性の向上を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー定着部材の１例の模式断面図である。
【図２】ベルトテスト装置の該略図である。
【符号の説明】
１１　　基層
１２　　シリコーンゴム層（弾性層）
１２ａ　Ｈ／Ｖｉが１．０以上のシリコーンゴム層
１３　　中間層（接着中間層）
１４　　最外層（フッ素樹脂層）
２１　　テスト用ベルト
２２　　ローラ

Claims

少なくとも、２００μｍ以上の厚みの付加反応型シリコーンゴムからなる弾性層と、３０μｍ以下の厚みのフッ素樹脂からなる最外層と、を有するトナー定着部材であり、
かつ、このシリコーンゴムは、硬化前のシリコーンゴム材料においてシロキサン結合の水素原子のモル数と、シロキサン結合のビニル基のモル数の比率（Ｈ／Ｖｉ）において１．０未満のシリコーン材料を硬化せしめたシリコーンゴムによって構成されるトナー定着部材において、
このシリコーンゴムの少なくとも最外層側から１０〜１００μｍの厚み範囲において、このシリコーンゴム材料のＨ／Ｖｉを１．０以上に配合した材料を硬化したシリコーンゴムに相当する架橋度を有する
ことを特徴としたトナー定着部材。