JP2008257098A - フッ素樹脂被覆ローラ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最外層に極薄のフッ素樹脂チューブの被覆層が形成され、被覆性と耐久性とが高度にバランスされ、電子写真方式の画像形成装置における各種ベルト部材またはローラ部材として配置したときに、優れた機能を発揮することができるフッ素樹脂被覆ローラを提供すること。
【解決手段】ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラにおいて、該フッ素樹脂層が、１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有するフッ素樹脂チューブの被覆層であるフッ素樹脂被覆ローラとその製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、フッ素樹脂被覆ローラとその製造方法に関し、さらに詳しくは、ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラとその製造方法に関する。本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、電子写真方式による画像形成装置の各部に配置される機能部材として利用することができる。本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、電子写真方式による画像形成装置の定着ユニットに配置される定着用ベルトとして特に好適である。

本発明において、フッ素樹脂被覆ローラとは、ローラ基材が円筒状または円柱状の成形体であるローラ部材に限定されず、ローラ基材がエンドレスベルト型の金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブであるベルト部材を含むものとする。

電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンタなどの画像形成装置において、一般に、感光体ドラムを一様かつ均一に帯電する帯電工程；像露光を行って感光体ドラム上に静電潜像を形成する露光工程；静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像工程；感光体ドラム上のトナー像を紙や合成樹脂シートなどの被転写材上に転写する転写工程；被転写材上の未定着トナー像を定着させる定着工程；感光体ドラム上の残留トナーを除去するクリーニング工程；などの各工程によって、画像が形成されている。

上記各工程では、例えば、帯電用ベルト若しくはローラ、転写用ベルト若しくはローラ、現像用ベルト若しくはローラ、定着用ベルト若しくはローラ、加圧用ベルト若しくはローラなどの如き各種ベルト部材またはローラ部材が用いられている。これらの部材には、それぞれの用途に適合した各種機能を有することが求められている。それらの中でも共通する機能としては、トナー離型性に優れており、その表面にトナーが付着したり、トナーフィルミングが形成されたりしないことが要求されている。

例えば、定着工程では、一般に、未定着トナー像を載せた被転写材を、定着用ベルト若しくはローラと加圧用ベルト若しくはローラとの間を通過させて、加圧すると同時に、定着用ベルト若しくはローラの内側に配置されている加熱手段によって加熱して、未定着トナー像を被転写材上に定着させている。

そのため、画像形成装置における各種部材の中でも、定着ユニットに配置される定着用ベルト若しくはローラには、（１）表面のトナー離型性に優れており、被転写材上の未定着トナーが付着しないこと、（２）熱伝導性に優れており、未定着トナー像を被転写材上に効率よく定着できること、（３）耐久性に優れており、長期間にわたって安定した機能を発揮できることが求められている。

従来、特開平１１−３３６７４２号公報（特許文献１）には、ローラ状またはチューブ状の基体上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に形成された回転体において、該ゴム層が硬度の異なる２種類のゴム層から形成されている回転体が提案されている。

ゴム層の上にフッ素樹脂層を形成する方法として、ゴム層の上にフッ素樹脂塗料を塗布し焼成する方法を採用すると、フッ素樹脂の焼成温度が高いため、焼成時にゴム層が劣化する。そこで、特許文献１記載の製造方法では、筒状金型の内面にフッ素樹脂塗料を塗布し焼成し、次いで、筒状金型の内面に形成されたフッ素樹脂層の表面に高硬度のゴム材料の被膜を形成し加硫して、高硬度のゴム層を形成している。その後、基体を筒状金型の軸心に装入し、該基体と高硬度ゴム層との間の空隙に低硬度のゴム材料を注入し加硫して、低硬度のゴム層を形成している。

特許文献１に開示されている回転体は、トナー離型性、定着性、及び耐久性に優れている。しかし、特許文献１に記載の製造方法は、操作が煩雑であること、高価な金型を必要とすること、脱型時に筒状金型内面に付着したフッ素樹脂層に剥がれが生じる場合のあることなどの難点がある。また、筒状金型の内面にフッ素樹脂の塗布層を形成する方法では、均一な厚みを有するフッ素樹脂層を形成するのが困難であり、フッ素樹脂層の厚みを極薄にすることも困難である。

特開２００４−２７６２９０号公報（特許文献２）には、ローラ基材の外径より小さな内径を有するフッ素樹脂チューブの内周面及び／または該ローラ基材の外周面に低粘度の接着剤を塗布し、次いで、該フッ素樹脂チューブの一端でその径を拡げながら該ローラ基材を被覆し、この被覆時に該接着剤を潤滑剤として利用するフッ素樹脂被覆ローラの製造方法が提案されている。特許文献２に記載の方法によれば、フッ素樹脂チューブの被覆という比較的簡単な操作によって、最外層に離型性に優れたフッ素樹脂層を形成することができる。

特許文献２には、フッ素樹脂チューブの材質として、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が例示されており、その実施例でもＰＦＡチューブが用いられている。特許文献２には、フッ素樹脂チューブの厚みについて、５０μｍ以下であることが好ましく、これより厚いと剛性が大きくなってチューブが変形しにくくなって挿入し難くなることが記載されている。他方、特許文献２には、フッ素樹脂チューブの厚みの下限について、成形性やローラとしての使用時の性能の点で、２０μｍ以上であるのが好ましいと記載されており、具体的に、ゴムローラ上に厚みが３０μｍのＰＦＡチューブを被覆して、フッ素樹脂被覆ローラを製造した実施例が示されている。

近年、電子写真方式の画像形成装置において、印字（印刷、複写）の高速化、画像のフルカラー化、及び省エネルギー化の要求が高まっている。印字の高速化を図るには、定着ユニットの加熱効率を高めて、高速で未定着トナー像を被転写材上に定着させることが必要である。

フルカラー画像の形成では、現像工程において、シアン、マゼンタ、イエローなどの各色のカラートナーを用いて順次現像を行い、転写工程において、各色のカラートナー像を順次積み重ねるように被転写材上に転写する。定着工程では、単色のトナー像に比べて厚みの大きな未定着トナー像を加熱加圧し、シャープに溶融させて、被転写材上に定着させる必要がある。そのために、定着ユニットの加熱効率を高めることが必要である。

画像形成装置では、定着ユニットでのエネルギー消費が大きい。そこで、省エネルギー化を図るには、定着ユニットでの加熱に必要な電力を節減したり、定着時の加熱効率を向上させたりする方法を採用することが望ましい。定着ユニットでの加熱効率を高めることができれば、電力の節減にもつながることになる。

定着ユニットでの加熱効率を高める方法として、定着用ベルト若しくはローラの熱伝導性を向上させる方法がある。定着工程では、一般に、被転写材上の未定着トナー像を加熱加圧することによって、被転写材上に定着させている。従来の定着ユニットでは、対向して配置されている定着用ローラと加圧用ローラとの間に、未定着トナー像を載せた被転写材を通過させて、未定着トナー像を加熱加圧し、被転写材上に定着させている。定着用ローラは、その内部に電熱ヒータなどの加熱手段を内蔵しており、それによって、定着用ローラ表面の温度を制御している。したがって、現像時の加熱効率を高めるには、定着用ローラの熱伝導性を向上させることが望ましい。

定着用ベルトを用いた定着方法として、図３に断面図を示すように、加熱手段３２を、回転可能に支持した定着用ベルト３１を介して、加圧用ローラ３６と対向させた定着ユニットを用いる方法がある。定着用ベルト３１と加圧用ローラ３６との間に未定着トナー像３３を載せた被転写材３４を通過させると、比較的薄い定着用ベルト３１を介して、加熱手段３２による熱が未定着トナー像３３に加わるため、電源投入後、僅かの待ち時間を必要とするだけで定着ユニットの稼動が可能となり、定着トナー像３５を形成することができる。

定着用ベルトとして、エンドレスベルト型のポリイミドチューブや金属チューブからなる基体の表面に、ゴム層を介してフッ素樹脂層を配置した構造のものが知られている。加圧用ローラとしては、円柱状または円筒状の芯金からなるローラ基材上に比較的厚いゴム層を形成し、該ゴム層の上にフッ素樹脂層を形成したものが用いられている。

上記の如き定着ユニットを小型化または軽量化し、さらには加圧用ローラによる蓄熱を防ぐために、定着用ベルト内の加熱手段に対向して、小さな径の棒状の加圧用ローラを、加圧用ベルトを介して配置した構造の定着ユニットも開発されている。

定着用ベルトまたは定着用ローラの熱伝導性を高めるには、ゴム層に熱伝導性の高い無機フィラー（以下、「熱伝導性フィラー」と略記）を含有させる方法が有効であると考えられる。しかし、トナー離型性のために、ゴム層の上にフッ素樹脂層やシリコーンゴム層を形成すると、これらの層の熱伝導率が著しく低いため、印字の高速化などの高い要求水準に十分に対処することが困難となる。

前記特許文献２に開示されているフッ素樹脂被覆ローラは、フッ素樹脂チューブからなる被覆層の厚みが３０μｍ（実施例）と比較的大きいため、ゴム層に熱伝導性フィラーを含有させたとしても、印字の高速化に十分に対応することが困難である。

ゴム層に多量の熱伝導性フィラーを含有させると、ゴム層の熱伝導率を高めることができるものの、弾力性が低下する。定着用ベルトまたはローラの熱伝導性を向上させるために、中間のゴム層を省略すると、定着用ベルトまたはローラが被転写材上の未定着トナー像を包み込むようにして定着させることができないため、トナーの定着性が不十分となり、特に厚みの大きなフルカラートナー像の定着性が低下する。

特開平１１−３３６７４２号公報 特開２００４−２７６２９０号公報

本発明の課題は、ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順で形成されたフッ素樹脂被覆ローラであって、最外層に極薄のフッ素樹脂チューブの被覆層が形成されたフッ素樹脂被覆ローラを提供することにある。

具体的に、本発明の課題は、被覆性と耐久性とが高度にバランスされ、電子写真方式の画像形成装置における各種ベルト部材またはローラ部材として配置したときに、優れた機能を発揮することができるフッ素樹脂被覆ローラを提供することにある。

特に、本発明の課題は、電子写真方式の画像形成装置における定着ユニットに組み込むのに適しており、高速印字やフルカラー印字での定着性に優れ、耐久性が良好な定着用ベルト若しくはローラとして好適なフッ素樹脂被覆ローラを提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラにおいて、フッ素樹脂層として、極薄のフッ素樹脂チューブの被覆層を形成する方法に想到した。

本発明者らは、定着用ベルトまたはローラの熱伝導性を向上させるには、最外層のフッ素樹脂層の厚みを薄くすることが効果的であると考えた。作業性の観点からは、ゴム層上にフッ素樹脂チューブを被覆してフッ素樹脂層を形成する方法が好ましい。しかし、従来、フッ素樹脂チューブの厚みは、２０μｍ以上であることが、該フッ素樹脂チューブの製造条件として必要であり、かつ、ゴム層上への被覆作業上も必要であると考えられていた。特に、厚みが２０μｍ未満の極薄のフッ素樹脂チューブを用いて、破れやシワが生じないようにゴム層上に被覆することは、極めて困難であると考えられていた。また、フッ素樹脂チューブの厚みを薄くしすぎると、フッ素樹脂被覆ローラの耐久性や離型性が低下すると予測されていた。

ところが、フッ素樹脂チューブの厚みが２０μｍ未満、さらには１８μｍ以下の極薄であっても、均一な厚みのフッ素樹脂チューブを製造することが可能であることが判明した。本発明者らは、極薄のフッ素樹脂チューブを用いた場合であっても、ゴム層の外径とフッ素樹脂チューブの内径との関係、被覆時における接着剤の使用などの諸条件を制御することにより、破れやシワを生じることなく、フッ素樹脂チューブをゴム層上に被覆できることを見出した。フッ素樹脂チューブとして、ゴム層の外径より小さな内径を有する極薄のフッ素樹脂チューブを使用し、被覆時に拡径させてゴム層上に被覆し密着させる。

本願発明のフッ素樹脂被覆ローラは、熱伝導性と離型性に優れており、ゴム層による弾力性も有しているため、高速印字型の画像形成装置（高速機）の定着ユニットに定着用ベルトまたはローラとして組み込むと、十分な定着性を達成することができる。該定着用ベルトまたはローラは、フルカラートナー像の定着性にも優れており、かつ、耐久性についても従来品に比べて遜色がない。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。

本発明によれば、ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラにおいて、該フッ素樹脂層が、１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有するフッ素樹脂チューブの被覆層であることを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラが提供される。

また、本発明によれば、ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラの製造方法において、
（１）ローラ基材上にゴム層を形成する工程１；
（２）１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有し、かつ、該ゴム層の外径より小さな内径を有するフッ素樹脂チューブを準備する工程２；
（３）該ゴム層の外周面または該フッ素樹脂チューブの内周面若しくはこれらの両方に、接着剤を塗布する工程３；及び
（４）該フッ素樹脂チューブの一端を拡径させながら、該フッ素樹脂チューブを該ゴム層上に被覆する工程４；
からなる各工程を含むことを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラの製造方法
が提供される。

本発明によれば、ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順で形成されたフッ素樹脂被覆ローラであって、最外層に極薄のフッ素樹脂チューブの被覆層が形成されたフッ素樹脂被覆ローラを提供することができる。

本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、被覆性と耐久性が良好で、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットに定着用ベルトまたはローラとして配置することにより、印字の高速化、画像のフルカラー化、省エネルギー化、軽量化などに対応することができる。本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、画像形成装置のその他の各種機能部材として使用することができるほか、画像形成装置以外の各種装置の部材としても使用することができる。

本発明では、フッ素樹脂被覆ローラのローラ基材として、円筒状または円柱状の成形体、及びエンドレスベルト（シームレスベルトともいう）型の金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブを使用することができる。

円筒状または円柱状の成形体は、一般に、熱伝導性の良好なアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどの金属；アルミナ、炭化ケイ素などのセラミックス；などから形成された円柱状または円筒状成形体である。円筒状または円柱状の成形体は、フッ素樹脂被覆ローラの用途によって、内部が中空であっても、中実であってもよい。円筒状または円柱状の成形体は、両端に軸受け部を有するシャフト形状であってもよい。円筒状または円柱状の成形体が金属製である場合、一般に芯金と呼ばれている。

金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブなどのチューブ状の基材は、金属及び耐熱性樹脂から形成されたチューブであり、一般に、エンドレスベルト型の成形体である。金属チューブの材質としては、例えば、鉄、ニッケル、これらの合金などが挙げられる。定着用ベルトの加熱に電磁誘導加熱方式を採用する場合は、金属チューブの材質として、鉄、ニッケル、これらの合金、フェライト系ステンレスなどが好ましい。定着用ベルトのように、ベルト部材全体を効率よく加熱する必要がある場合には、金属チューブとして、熱容量が小さく、電磁誘導加熱により更にヒートアップが早いニッケルベルトやステンレスベルトを用いることが好ましい。

耐熱性樹脂チューブの材質としては、熱容量が小さく、使用時にヒーターの加熱により急速に昇温するものが好ましく、一般に、融点、熱変形温度、熱分解温度などの耐熱温度が２５０℃以上の耐熱性樹脂が使用される。

耐熱性樹脂の具体例としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾールなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性と耐久性の観点から、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾールが好ましく、ポリイミドがより好ましく、熱硬化型ポリイミドが特に好ましい。

ローラ基材の厚み、径、長さなどは、フッ素樹脂被覆ローラの用途に応じて適宜選択される。例えば、フッ素樹脂被覆ローラが定着用ベルトまたはローラとして用いられる場合、基材の長さは、被転写材の幅に応じて定められる。ローラ基材の直径は、フッ素樹脂被覆ローラの用途や画像形成装置の機種などによって適宜定めることができるが、定着用ベルトまたはローラの場合、通常１０〜１５０ｍｍφ、好ましくは１３〜１００ｍｍ、より好ましくは１５〜４０ｍｍの範囲から選ばれることが多い。ローラ基材の厚みは、定着用ベルトの場合、通常２０〜１００μｍ、好ましくは２５〜８０μｍの範囲から選ばれる。基材の形状は、長さ方向に径が均一なもの以外に、クラウン状、逆クラウン状、テーパー状などであってもよい。

耐熱性樹脂チューブが熱硬化型ポリイミドチューブの如き耐熱性樹脂チューブである場合、必要に応じて、無機フィラーを含有させることができる。無機フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、チタンカーバイド、タングステンカーバイド、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、マイカ、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、タルクが挙げられる。これらの中でも、高熱伝導率を有する点で、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、及び窒化ホウ素が好ましい。

耐熱性樹脂チューブに無機フィラーを含有させる場合、通常５０容量％以下、多くの場合４０容量％以下の割合で使用される。その下限値は、多くの場合５容量％である。無機フィラー含有熱硬化型ポリイミドチューブを作製するには、無機フィラーを分散させたポリイミド前駆体ワニスを使用して、円柱状または円筒状金型の表面に塗膜を形成し、加熱してイミド化することによりチューブを成形する。

ゴム層は、ローラ基材上に形成される。ゴム層の材質としては、耐熱性ゴムが好ましい。耐熱性ゴムとは、ゴム層を配置したフッ素樹脂被覆ローラを定着ユニットに配置した場合、定着温度での連続使用に耐えるだけの耐熱性を有するものをいう。耐熱性ゴムとしては、シリコーンゴム及びフッ素ゴムが好ましい。これらの耐熱性ゴムは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。ゴム層は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムのそれぞれの単層だけではなく、例えば、シリコーンゴム層とフッ素ゴム層を積層したものであってもよい。

耐熱性ゴムとしては、耐熱性が特に優れている点で、ミラブルまたは液状のシリコーンゴム、フッ素ゴム、またはこれらの混合物が好ましい。具体的には、ジメチルシリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、ビニルシリコーンゴムなどのシリコーンゴム；フッ化ビニリデンゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレンゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテルゴム、ホスファゼン系フッ素ゴム、フルオロポリエーテルなどのフッ素ゴム；などが挙げられる。これらのゴムは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。シリコーンゴムとフッ素ゴムとをブレンドして用いてもよい。

これらの中でも、液状のシリコーンゴム及びフッ素ゴムは、熱伝導性フィラーを高充填して、熱伝導率が高いゴム層を形成することが容易であるため、好ましい。液状シリコーンゴムとしては、縮合型液状シリコーンゴム及び付加型液状シリコーンゴムがある。これらの中でも、付加型液状シリコーンゴムが好ましい。

付加型液状シリコーンゴムは、ビニル基を有するポリシロキサンとＳｉ−Ｈ結合を持つポリシロキサンとを、白金触媒を用いて付加反応させることにより、シロキサン鎖を架橋させる機構を用いたものである。白金触媒の種類や量を変えたり、反応抑制剤（遅延剤）を使用したりすることにより、硬化速度を自由に変えることができる。２成分型で室温での速いものが室温硬化型であり、白金触媒量を調整したり、反応抑制剤を使用したりして、１００〜２００℃の温度で加熱硬化させるようにしたものが加熱硬化型であり、さらにそれらの抑制作用を強くして、１成分に混合しておいても低温で保管している限り液状を保っており、使用時に加熱して硬化させるとゴム状になるものが１成分加熱型（以下、「１成分付加型液状シリコーンゴム」という）である。これらの付加型液状シリコーンゴムの中でも、熱伝導性フィラーとの混合作業やゴム層形成作業の容易さ、層間接着性などの観点から、１成分付加型液状シリコーンゴムが好ましい。

ゴム層には、熱伝導性フィラーを含有させて熱伝導率を高めることができる。フッ素樹脂被覆ローラを定着ユニットに配置する定着ベルトまたはローラとして使用する場合、ゴム層の熱伝導率を、通常０．６〜４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、好ましくは０．９〜３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、より好ましくは１．０〜２．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とする。特に高熱伝導率のゴム層が必要とされる場合には、ゴム層の熱伝導率を、好ましくは１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、より好ましくは１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることが望ましい。

ゴム層の熱伝導率を高くするには、シリコーンゴム及びフッ素ゴムからなる群より選ばれる少なくとも一種の耐熱性ゴムに熱伝導性フィラーを配合したゴム組成物を用いて、ゴム層を形成する方法を採用することが好ましい。ゴム層の熱伝導率が低すぎると、フッ素樹脂被覆ローラを定着用ベルトまたはローラとして使用したときに、加熱効率が低下し、高速印字やフルカラー印字における定着性を十分に向上させることが困難になる。ゴム層の熱伝導率が高すぎると、熱伝導性フィラーの配合割合が高くなりすぎて、ゴム層の機械的強度や弾力性が低下するおそれがある。

熱伝導性フィラーとしては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸カリウム、マイカ、シリカ、酸化チタン、タルク、炭酸カルシウムなどの電気絶縁性の無機フィラーが挙げられる。これらの熱伝導性フィラーは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、炭化ケイ素、ボロンナイトライド、アルミナ、窒化アルミニウムが好ましい。

熱伝導性フィラーの平均粒子径は、通常０．５〜１５μｍ、好ましくは１〜１０μｍである。平均粒子径は、島津製作所製「島津レーザ回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−３０００」を用いて測定することができる。熱伝導性フィラーの平均粒子径が小さすぎると、熱伝導性の向上効果が不十分となりやすい。熱伝導性フィラーの平均粒子径が大きすぎると、ゴム層の表面に凹凸が生じて、その上のフッ素樹脂層の表面平滑性が低下することがある。

ゴム組成物中の熱伝導性フィラーの配合割合は、組成物全量基準で、通常５〜６０容量％、好ましくは１０〜５０容量％、より好ましくは１５〜４５容量％である。熱伝導性フィラーの配合量が少なすぎると、ゴム層の熱伝導率を十分に高くすることが困難になる。熱伝導性フィラーの配合量が多すぎると、ゴム層の機械的強度や弾力性が低下傾向を示す。

熱伝導性フィラーを含有するゴム組成物は、ゴム材料に熱伝導性フィラーを配合して調製してもよいが、必要に応じて、市販品を用いてもよい。このような市販品としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの熱伝導性フィラーを含有する１成分付加型液状シリコーンゴム（信越化学社製Ｘ３２−２０２０）が例示される。

ゴム層の厚みは、フッ素樹脂被覆ローラの用途や形状（ベルト部材またはローラ部材）などに応じて適宜定めることができるが、通常、１０μｍ以上５ｍｍ以下、好ましくは５０μｍ以上３ｍｍ以下である。フッ素樹脂被覆ローラが、金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブを基材とするベルト部材である場合には、基材自体の弾力を考慮すると、ゴム層の厚みは、好ましくは１０μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましくは５０〜９００μｍ、特に好ましくは１００〜８００μｍであり、多くの場合、２００〜３５０μｍで満足できる結果が得られる。フッ素樹脂被覆ローラが、円筒状または円柱状の成形体を基材とするローラ部材である場合には、基材が硬いため、ゴム層の厚みは、好ましくは５０μｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは９００μｍ以上３ｍｍ以下である。

フッ素樹脂被覆ローラを定着用ベルトまたはローラとして使用する場合、弾力性を付与するために、ゴム層の硬度は、低いことが望ましい。ゴム層の硬度（ＪＩＳ Ｋ６３０１に規定するスプリング式固さ試験Ａ形により測定した硬度；ＪＩＳ−Ａ硬度という）は、好ましくは１００未満、より好ましくは２０〜９０、さらに好ましくは２０〜７０、特に好ましくは２０〜６０である。

ゴム層の厚みが薄すぎたり硬度が高すぎたりすると、定着用ベルトまたはローラが未定着トナーを包み込むようにして溶融することができなくなり、定着性が低下する。特に、カラートナーを用いた場合に、定着不良を起こしやすくなる。ゴム層の厚みが厚すぎたり、硬度が低すぎたりすると、耐久性に問題が生じるおそれがある。

図１に断面図を示すように、本発明のフッ素樹脂被覆ローラ１は、ローラ基材２上にゴム層３が形成され、その最外層にフッ素樹脂チューブの被覆層５が形成された層構成を有するものである。ゴム層３とフッ素樹脂チューブの被覆層５との間に、接着剤層４を設けることが好ましい。

フッ素樹脂層を最外層に配置することにより、トナー離型性、耐熱性、耐久性を向上させることができる。フッ素樹脂被覆ローラを定着用ベルトまたはローラとして用いる場合、フッ素樹脂層を最外層に配置することにより、シリコーンオイル等の離型オイルを塗布する必要がないか、あるいは少量の離型オイルの塗布で、十分なトナー離型性を得ることができる。

本発明で用いるフッ素樹脂チューブは、一般に、押出成形により製造することができる。フッ素樹脂チューブの材質としては、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）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。これらの中でも、押出成形性、耐熱性、トナー離型性などの点で、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）が好ましい。

フッ素樹脂チューブの厚み（平均厚み）は、１０μｍ以上２０μｍ未満、好ましくは１２〜１９μｍ、より好ましくは１３〜１８μｍである。フッ素樹脂チューブの厚みが薄すぎると、製造時の押出成形性に劣ることに加えて、ゴム層上への被覆作業性、耐久性、トナー離型性などが不十分となりやすい。フッ素樹脂チューブの厚みが厚すぎると、フッ素樹脂被覆ローラを定着用ベルトまたはローラとして用いた場合、熱伝導性が不十分となり、高速印字やフルカラー印刷での定着性が低下する。

本発明で使用するフッ素樹脂チューブは、１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有し、かつ、該ゴム層の外径より小さな内径を有するものである。換言すれば、使用するフッ素樹脂チューブの内径よりもゴム層の外径が小さくなるように、ゴム層を形成する。このフッ素樹脂チューブは、熱収縮性チューブではない。

本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラであり、該フッ素樹脂層が１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有するフッ素樹脂チューブの被覆層である。該フッ素樹脂チューブは、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）チューブであることが好ましい。

該ゴム層上に、接着剤層を介して、該フッ素樹脂チューブが被覆されていることが好ましい。該ゴム層は、シリコーンゴム及びフッ素ゴムからなる群より選ばれる少なくとも一種の耐熱性ゴムと熱伝導性フィラーとを含有するゴム組成物から形成されたものであって、０．６〜４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する熱伝導性ゴム層であることが好ましい。該ローラ基材として、エンドレスベルト型の金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブを用いて得られたフッ素樹脂被覆ローラは、電子写真方式の画像形成装置における定着ユニットに配置される定着用ベルトまたはローラとして好適である。

本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、下記工程１〜４：
（１）ローラ基材上にゴム層を形成する工程１；
（２）１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有し、かつ、該ゴム層の外径より小さな内径を有するフッ素樹脂チューブを準備する工程２；
（３）該ゴム層の外周面または該フッ素樹脂チューブの内周面若しくはこれらの両方に、接着剤を塗布する工程３；及び
（４）該フッ素樹脂チューブの一端を拡径させながら、該フッ素樹脂チューブを該ゴム層上に被覆する工程４；
を含む製造方法により製造することができる。

前記工程１では、シリコーンゴム及びフッ素ゴムからなる群より選ばれる少なくとも一種の耐熱性ゴムと熱伝導性フィラーとを含有するゴム組成物を用いて、０．６〜４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する熱伝導性ゴム層を形成することが、熱伝導性に優れたフッ素樹脂被覆ローラを得る上で好ましい。

ローラ基材上にゴム層を形成する方法としては、金型を用いたプレス加硫法；ディスペンサーにより液状ゴムをローラ基材上に供給して塗布層を形成し、加硫する方法；などが好ましい。ローラ基材が金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブの場合、プレス加硫法を採用するには、金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブを円筒状または円柱状の支持体に挿入してからプレス加硫を行うことが好ましい。

ディスペンサー法を採用する場合には、（１）基材を回転させながら、基材の表面に、先端に液吐出口を有する供給部を備えたディスペンサーにより液状ゴムを連続的に供給し、その際、ディスペンサーの供給部を基材の回転軸方向に沿って連続的に移動させることにより、液吐出口から供給した液状ゴムを基材の表面に螺旋状に巻回して液状ゴムの塗布層を形成する工程、及び（２）塗布した液状ゴムを硬化（加硫）して、基材上にゴム層を形成する工程の各工程により、ローラ基材上にゴム層を形成する。液状ゴムの２５℃で測定した粘度は、通常１〜１，５００Ｐａ・ｓ、好ましくは５〜１，０００Ｐａ・ｓである。液状ゴムには、熱伝導性フィラーを含有させることができる。

これら以外の方法として、例えば、円筒状金型内の軸心位置にローラ基材を配置し、該円筒状金型内面とローラ基材の外周面との間の空隙にゴム材料を注入してゴム層を形成してもよい。また、ゴム層の加硫は、フッ素樹脂チューブを被覆してから行うこともできる。例えば、フッ素樹脂チューブとゴム層との間に接着剤層を配置する場合には、接着剤層の硬化時に、ゴム層の加硫を行ってもよい。

前記工程２で準備するフッ素樹脂チューブは、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）チューブであることが好ましい。本発明で使用するフッ素樹脂チューブは、１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有し、かつ、該ゴム層の外径より小さな内径を有するものである。

本発明で使用するフッ素樹脂チューブは、熱収縮性チューブではない。熱収縮性のフッ素樹脂チューブをゴム層上に被せて熱収縮させる方法を採用すると、極薄のフッ素樹脂チューブの被覆層にシワが発生しやすくなる。そのため、本発明の製造方法では、フッ素樹脂チューブの一端を拡径しながら、ゴム層の上に被覆する。

フッ素樹脂チューブは、ゴム層の外径をｄ_１とし、フッ素樹脂チューブの内径をｄ_２としたとき、式「Ｄ＝〔（ｄ_１−ｄ_２）／ｄ_１〕×１００」により算出される径差Ｄが、好ましくは０％超過１０％以下、より好ましくは１〜８％、特に好ましくは２〜５％の範囲を満足することが望ましい。この径差Ｄが大きすぎると、ゴム層上への被覆によって、フッ素樹脂チューブの塑性変形が生じやすく、被覆作業性、フッ素樹脂被覆ローラの耐久性、トナー離型性などが低下する。この径差が小さすぎると、ゴム層とフッ素樹脂チューブとの密着性が低下する。ゴム層が形成されたローラ基材（以下、「ゴムローラ」ということがある）の直径が例えば１５〜５０ｍｍφである場合、フッ素樹脂チューブの内径は、１４〜４９ｍｍであることが好ましい。

前記工程３では、２５℃で測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以下の接着剤を使用することが好ましい。常温で低粘度の接着剤をゴム層の外周面及び／またはフッ素樹脂チューブの内周面に塗布することにより、ゴム層上へのフッ素樹脂チューブの被覆時に、該接着剤が潤滑剤として作用するため、被覆作業を円滑に行うことができる。接着剤の２５℃での粘度は、７Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、その下限値は、０．１Ｐａ・ｓ程度である。接着剤の粘度を調整するために、必要に応じて、溶媒により希釈してもよい。ただし、接着剤の塗布層がフッ素樹脂チューブの被覆作業性に支障を生じない限り、その粘度が上記範囲外であってもよい。

接着剤としては、シリコーン系接着剤、イミド系接着剤などの耐熱性に優れた接着剤が好ましい。接着剤の具体例としては、東芝シリコーン社製の商品名ＴＳＥ３２２、ＴＳＥ３２２１、ＴＳＥ３２２１Ｓ；信越化学社製の商品名ＫＥ１８２５、Ｘ３２−１９６４；などが挙げられるが、これらに限定されない。

フッ素樹脂チューブの内周面は、エッチング処理やプラズマ処理などにより表面改質することが好ましい。このような表面改質処理を行うことによって、フッ素樹脂チューブ内面の接着剤に対する接着性が高まり、ゴム層との密着性が向上する。フッ素樹脂チューブ内面の表面改質は、紫外線照射、電子線照射、イオン照射、レーザー照射、コロナ放電などによって行うこともできる。

前記工程４では、フッ素樹脂チューブの一端を拡径させながら、該フッ素樹脂チューブをゴム層上に被覆する。フッ素樹脂チューブの径の拡張率は、前記径差Ｄの値にもよるが、好ましくは１〜１５％、より好ましくは２〜１０％であり、３〜８％程度でも良好な結果が得られる。

フッ素樹脂チューブの拡径は、ゴム層上への被覆に先立って一度に行う方法；被覆時にゴム層との接触により拡径させる方法；ゴム層上への被覆前にある程度の範囲で拡径し、さらにその後のゴム層との接触により拡径させる段階的な拡径方法；などにより行うことができる。

フッ素樹脂チューブの被覆方法の一つの態様について、図２を参照しながら説明する。図２に示すように、フッ素樹脂チューブ２４の一端部（開口端部）において、周方向に均等となるように、その端部２５に４個のチャック２６を取り付ける。フッ素樹脂チューブ２４の他端側は、拘束せずにフリーな状態とする。

フッ素樹脂チューブ２４の一端部に対向して、ローラ基材２２上にゴム層２３を形成したゴムローラ２１の一端部を配置する。ゴム層の外周面及び／またはフッ素樹脂チューブの内周面には、予め接着剤を塗布しておく。フッ素樹脂チューブ２４の一端部２５に取り付けた４個のチャック２６を径方向に拡張するように均等に引っ張り、直ちに、該フッ素樹脂チューブ２４の内周面とゴムローラ２１の外周面とを接触させ、フッ素樹脂チューブ２４の径を拡張させながら、フッ素樹脂チューブ２４の一端部からゴムローラ２１を挿入する。

フッ素樹脂チューブのゴムローラへの挿入時の挿入力は、好ましくは１〜２０ｋｇ、より好ましくは２〜１０ｋｇである。被覆に際し、ゴムローラ２１の軸線方向の両側にフッ素樹脂チューブの余長部分が配置されるようにフッ素樹脂チューブを被覆し、その後、余長部分を切断除去することが好ましい。

常温かつ圧力無負荷の常圧の条件下で、フッ素樹脂チューブをゴム層の上に被覆した後、１５０〜２５０℃で１〜３時間の条件で加熱することにより、接着剤を硬化させる。ゴム層が未加硫の状態である場合には、接着剤の硬化時に、ゴム層の加硫を行ってもよい。加熱処理後、フッ素樹脂チューブの軸線方向両側の余長部分をカットし、フッ素樹脂チューブの軸線方向の長さをゴムローラの長さと同一にする。

以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。各物性及び特性の評価方法は、次のとおりである。

（１）被覆性
ゴム層を形成したローラ基材（ゴムローラ）にＰＦＡチューブを被覆し、その際、以下の基準で被覆性を評価した。
Ａ：円滑に被覆して、均一な厚みの被覆層を形成することができる、
Ｂ：被覆層の表面外観が悪い、
Ｃ：均一な厚みの被覆層を形成することが困難である。

（２）定着性
実施例及び比較例で作製した定着用ベルトを、市販の電子写真複写機の定着ユニットに組み込んだ。定着ユニットは、図３に断面図を示すように、加熱手段３２を、回転可能に支持した定着用ベルト３１を介して、加圧用ローラ３６と対向させた構造を有するものである。定着用ベルトに対向して配置する加圧用ローラとしては、円筒状芯金上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順で形成された構造のものである。定着用ベルトのフッ素樹脂層の表面温度が１９０℃になるように定着温度を設定した。電子写真複写機として、印字速度が３０枚／分の高速機を用いた。黒色トナーを用いて被転写紙上に未定着トナー像を形成し、これを定着ユニットに通し、加熱加圧して５万枚の連続印字を行った。印字速度による影響を調べるために、印字速度が１５枚／分の中速機を用いて、同様に評価した。

定着性は、５万枚の連続印字後、被転写紙上に形成された定着画像の上にシルボン紙を置き、その上から５ｃｍ角の２００ｇのおもりを載せて５回こすった。こする前後の定着画像を色差計で測定し、画像濃度の減少率を測定した。

（３）耐久性
前記のとおり、実施例及び比較例で作製した定着用ベルトを、市販の電子写真複写機の定着ユニットに組み込み、そして、定着温度を１９０℃に保持し、３０枚／分の印字速度で黒色トナーを２０万枚連続印字した。定着用ベルトの耐久性は、以下の基準で評価した。
Ａ：２０万枚の連続印字後にも定着用ベルトに異常がない、
Ｂ：オフセットが発生するか、被転写紙にシワが入る、
Ｃ：定着用ベルトのフッ素樹脂チューブ被覆層に割れや破れが生じる。

［実施例１］
厚みが４０μｍ、長さが２４０ｍｍ、外径が２３．７ｍｍのステンレスチューブ上に、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング社製、商品名ＳＥ６９２０）に対して、アルミナ粉を２０容量％の割合で混合したゴム組成物を、１７０℃で３０分間金型プレスして、ゴム層を形成した。ゴム層の表面を研磨して、ゴム層の外径を２４ｍｍに調整した。フッ素樹脂チューブとして、厚みが１５μｍで、内径が２３ｍｍのＰＦＡチューブを準備した。

ゴム層の表面に、東芝シリコーン社製の接着剤ＴＳＥ３２２１を、溶媒（信越化学製、シリコーン用希釈剤）で希釈して２５℃での粘度を５Ｐａ・ｓに調整した接着剤を塗布した。図２に示す方法により、ＰＦＡチューブの一端部において、周方向に均等となるように、４個のチャックを取り付けた。ＰＦＡチューブの一端部に対向して、前記で作製したゴムローラの一端部を配置し、ＰＦＡチューブ一端部に取り付けた４個のチャックを径方向に拡張しながら、直ちに、ＰＦＡチューブの内周面とゴムローラの外周面とを接触させ、ＰＦＡチューブ２４の一端部からゴムローラを挿入した。その後、２００℃に加熱して接着剤を硬化させた。被覆したＰＦＡチューブの余長部分をカットして、定着用ベルトを作製した。結果を表１に示す。

［比較例１］
厚みが１５μｍのＰＦＡチューブに代えて、厚みが３０μｍのＰＦＡチューブを用いたこと以外は、実施例と同様にして、定着用ベルトを作製した。結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、厚みが１５μｍの極薄の非熱収縮性ＰＦＡチューブを用いた場合であっても（実施例１）、被覆作業性に優れており、耐久性も良好である。しかも、厚みが３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した定着用ベルト（比較例１）に比べて、厚みが１５μｍのＰＦＡチューブを被覆した定着用ベルトは、印字枚数が３０枚／分の高速機での高速印字に十分に対応できることが分かる。

本発明のフッ素樹脂チューブの被覆層を有するフッ素樹脂被覆ローラは、例えば、電子写真方式の画像形成装置における定着用ベルトまたはローラとして利用することができる。本発明のフッ素樹脂被覆ローラは、トナー離型性などの機能を必要とする画像形成装置の各種機能部材としても利用することが可能である。

本発明のフッ素樹脂被覆ローラの断面図である。 ゴムローラへのフッ素樹脂チューブの被覆方法の一例を示す説明図である。 定着用ベルトと加圧用ローラを用いた定着ユニットの一例の断面図である。

符号の説明

１ フッ素樹脂被覆ローラ
２ ローラ基材
３ ゴム層
４ 接着剤層
５ フッ素樹脂チューブの被覆層
２１ ゴムローラ
２２ ローラ基材
２３ ゴム層
２４ フッ素樹脂チューブ
２５ フッ素樹脂チューブの一端部
２６ チャック
３１ 定着用ベルト
３２ 加熱手段
３３ 未定着トナー像
３４ 被転写材
３５ 定着トナー像
３６ 加圧用ローラ

Claims (9)

1. ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラにおいて、該フッ素樹脂層が、１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有するフッ素樹脂チューブの被覆層であることを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラ。
2. 該フッ素樹脂チューブが、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）チューブである請求項１記載のフッ素樹脂被覆ローラ。
3. 該ゴム層上に、接着剤層を介して、該フッ素樹脂チューブが被覆されている請求項１または２記載のフッ素樹脂被覆ローラ。
4. 該ゴム層が、シリコーンゴム及びフッ素ゴムからなる群より選ばれる少なくとも一種の耐熱性ゴムと熱伝導性フィラーとを含有するゴム組成物から形成された０．６〜４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する熱伝導性ゴム層である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフッ素樹脂被覆ローラ。
5. 該ローラ基材が、エンドレスベルト型の金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブである請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフッ素樹脂被覆ローラ。
6. ローラ基材上にゴム層とフッ素樹脂層とがこの順に設けられた層構成を有するフッ素樹脂被覆ローラの製造方法において、
   （１）ローラ基材上にゴム層を形成する工程１；
   （２）１０μｍ以上２０μｍ未満の厚みを有し、かつ、該ゴム層の外径より小さな内径を有するフッ素樹脂チューブを準備する工程２；
   （３）該ゴム層の外周面または該フッ素樹脂チューブの内周面若しくはこれらの両方に、接着剤を塗布する工程３；及び
   （４）該フッ素樹脂チューブの一端を拡径させながら、該フッ素樹脂チューブを該ゴム層上に被覆する工程４；
   からなる各工程を含むことを特徴とするフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
7. 該フッ素樹脂チューブが、該ゴム層の外径をｄ_１とし、該フッ素樹脂チューブの内径をｄ_２としたとき、式
   Ｄ＝〔（ｄ_１−ｄ_２）／ｄ_１〕×１００
   により算出される径差Ｄが０％超過１０％以下の範囲を満足するものである請求項６記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
8. 前記工程３において、２５℃で測定した粘度が１０Ｐａ・ｓ以下の接着剤を使用する請求項６または７記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。
9. 該ローラ基材が、エンドレスベルト型の金属チューブまたは耐熱性樹脂チューブである請求項６乃至８のいずれか１項に記載のフッ素樹脂被覆ローラの製造方法。

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