JP2017068034A - 電子写真用部材、定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一実施形態に係る電子写真用部材は、ベルト形状またはローラ形状を有する。
接着層2はポリイミドシリコーンを含み、弾性率が0.3MPa以上、110MPa以下である。接着層2の弾性率が0.3MPa以上であると、接着層2は十分に高い強度を有する。また、接着層2の弾性率が110MPa以下であると、接着層2の弾性率が表面層1および弾性層3の弾性率と十分に近くなり、電子写真用部材において良好な接着性を得ることができる。より良好な接着性を得るためには、接着層2の弾性率が3MPa以上、4MPa以下であることが好ましい。
弾性層3はシリコーンゴムを含む。弾性層3は、特には、付加反応型液状シリコーンゴムの硬化物であることが好ましい。
表面層1は、フッ素ゴムをバインダーとして含むものである。フッ素ゴムとしては、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの二元共重合体、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンの三元共重合体、エーテル基を有するビニリデンフルオライドとテトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの三元共重合体を挙げることができる。これらの中でも、フッ素ゴムとしては、エーテル基を有するフッ素ゴムであることが好ましい。
(i)下記式(7)で表されるようなジメチルポリシロキサン骨格の側鎖にポリオキシアルキレンが結合した構造からなる側鎖変性型
HLB値=20×(親水基の質量%)・・・(A)
このようなシリコーン系界面活性剤としては、東レ・ダウコーニング社製の「FZ−2203」(粘度4500mm2/s、HLB値1)、「FZ−2207」(粘度3500mm2/s、HLB値3)、「FZ−2208」(粘度20000mm2/s、HLB値7)および「FZ−2154」(粘度110mm2/s、HLB値8)が挙げられる。
電子写真用部材は、例えば次のように製造することができる。
本発明の一実施形態に係る定着装置は、定着部材および該電子写真用部材に対向配置されている加圧部材を有する定着装置であって、該定着部材および該加圧部材から選択されるいずれか一方、または両方が前述した電子写真用部材であるものである。定着部材および加圧部材は、ローラ形状またはベルト形状のいずれの形態を有するものであってもよい。
図3は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例として、上記した定着装置114を、記録材上の未定着トナー像を加熱処理して定着する定着装置として搭載した画像形成装置100の概略断面構成図である。この画像形成装置100は電子写真方式を用いたカラープリンタである。
〔定着ローラの作製〕
内面を離型剤(ダイキン工業(株)製ダイフリーME−313の水希釈液)であらかじめ処理した内径80mmの円筒状の金型内の中央部に、接着剤を塗布した外径77mmのアルミニウム製の中空円筒状の芯金を配置し、その外周に付加反応型の液状シリコーンゴムを注入して、温度130℃で1時間加熱した。その後に脱型して、温度200℃で4時間二次架橋し、厚み1.5mmの、シリコーンゴムを含む弾性層を芯金の外周部に形成した。
接着力の測定は、日本工業規格(JIS) K 6854−1:1999で規定される90°はく離接着強さ試験に準じて行った。
まず、接着層評価用のサンプルを作製した。外径80mmのアルミニウム製の中空円筒状の芯金の外周面にSUS製の箔を巻き付け、そのさらに外周面に、熱硬化前のシリコーン化率の高いポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液(商品名:SMP−4001、信越化学工業株式会社製)を、乾燥後の膜厚が3〜4μmとなるようにスプレーコ−ティングし、該塗工液の塗膜を形成した、その後、この塗膜を100℃において加熱乾燥させた。次いで、この塗膜の表面に厚み50μmのポリイミドシートを貼り付けた。次いで、ローラを300rpmで回転させながら、酸素濃度10ppmの窒素雰囲気下で、ポリイミドシートの表面に対して、加速電圧150kV、照射電流15mA、ワーク搬送スピード0.5m/minで電子線を照射して(電子線照射装置:岩崎電気(株)製)、塗膜中のポリイミドシリコーンを一次架橋させた。次いで、温度180℃のオーブン中で24時間加熱して二次架橋させて接着層を形成した。その後、表面のポリイミドシートを剥がすことで、SUS製箔上に接着層が形成された接着層評価用のサンプルを作製した。ポリイミドシートを貼り付けて電子線照射しているのは、表面層の密度とほぼ同じ密度(約1.4g/cm3)であるポリイミドを表面層のかわりとして接着層上に貼り付けることで、接着層上に表面層がある場合と電子線照射条件を略同一にするためである。
測定温度 室温
Surface Approach Velocity(測定点の表面近傍における圧子のアプローチスピード) 10nm/s
Depth Limit(最大押し込み深さ) 2000nm
Strain Rate Target(歪速度一定の定数) 0.05 1/s
Harmonic Displacement Target(変位振幅の目標値) 1nm
Frequency Target(振動周波数) 75Hz
Surface Approach Distance(圧子が高速でアプローチするサンプル表面までの距離) 1000nm
Poisson Ratio(ポアソン比) 0.25。
接着層評価用のサンプルを、XPS(ULVAC PHI社製、Quantum2000、測定エリアφ:100μm、励起条件:25W×15kV、検出器角度:45°)にて分析した。検出された各元素の存在割合(atomic%)を求め、イミド結合に基づく窒素の元素存在割合に対するシリコーンに基づくケイ素の元素存在割合の比(Si/N)を算出し、シリコーン化率とした。評価結果を表3に示す。
作製した定着ローラの表面の10か所において、接着層の弾性率の測定と同様にHardnessを測定し、その平均値を表面層の弾性率(MPa)とした。評価結果を表3に示す。
作製した定着ローラの長手方向中央において、定着ローラの表面の縦横10〜30mm四方、定着ローラの厚さ方向全厚さのサンプルを切り出した。このサンプルの表面から表面層と接着層とを除去し、弾性層の表面を露出させた。表面層と接着層の除去には、ラッピングフィルムでの研磨、イオンミリング法やミクロトーム法のような手法を単独でまたは組み合わせて用いることができる。このサンプルの表面の10か所において、接着層の弾性率の測定と同様にHardnessを測定し、その平均値を弾性層の弾性率(MPa)とした。弾性層の弾性率は0.35MPaであった。
熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液を別の塗工液(商品名:SMP−5005−PGMEA、信越化学工業株式会社製)にしたこと以外は実施例1と同様にして定着ローラおよび接着層評価用サンプルを作製した。これらについて実施例1と同様に評価した。評価結果を表3に示す。
表面層形成用塗料の材料を表1に示す4種類の材料に変更したこと以外は、塗料No.1と同様にして塗料No.2を調製した。表面層形成用塗料として塗料No.2を用いたこと以外は実施例1と同様にして定着ローラを作製し、評価に供した。評価結果を表3に示す。
熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液を別の塗工液(商品名:SMP−5005−PGMEA、信越化学工業株式会社製)にしたこと以外は実施例3と同様にして定着ローラを作製し、評価に供した。
表面層形成用塗料の材料を表1に示す2種類の材料に変更したこと以外は、塗料No.1と同様にして塗料No.3を調製した。表面層形成用塗料として塗料No.3を用いたこと以外は実施例1と同様にして定着ローラを作製し、評価に供した。評価結果を表3に示す。
熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液を別の塗工液(商品名:SMP−5005−PGMEA、信越化学工業株式会社製)にしたこと以外は実施例5と同様にして定着ローラを作製し、評価に供した。評価結果を表3に示す。
〔定着ローラの作製〕
表面層形成用塗料の材料を表1に示す4種類の材料に変更したこと以外は、塗料No.1と同様にして塗料No.4を調製した。
外径80mmのアルミニウム製の中空円筒状の芯金の外周面にSUS製の箔を巻き付け、そのさらに外周面に、熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液(商品名:SMP−5005−PGMEA、信越化学工業株式会社製)を、乾燥後の膜厚が3〜4μmとなるようにスプレーコ−ティングし、該塗工液の塗膜を形成した。その後、個の塗膜を100℃において加熱乾燥させた。次いで、乾燥後のローラを酸素濃度10ppmの窒素雰囲気下で、150℃で1時間加熱して、塗膜中のポリイミドシリコーンを一次架橋させた。次いで、温度180℃のオーブン中で24時間加熱して二次架橋を行って接着層を形成し、SUS製箔上に接着層が形成された接着層評価用サンプルを作製した。この接着層評価用サンプルについて実施例1と同様に弾性率およびシリコーン化率を測定した。評価結果を表3に示す。
熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液を別の塗工液(商品名:SMP−5005−PGMEA、信越化学工業株式会社製)にしたこと以外は実施例7と同様にして定着ローラおよび接着層評価用サンプルを作製した。これらについて実施例1と同様に評価した。評価結果を表3に示す。
表面層形成用塗料の材料を表1に示す4種類の材料に変更したこと以外は、塗料No.1と同様にして塗料No.5を作製した。表面層形成用塗料として塗料No.5を用いたこと以外は実施例1と同様にして定着ローラを作製し、評価に供した。評価結果を表3に示す。
熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液を別の塗工液(商品名:SMP−5005−PGMEA、信越化学工業株式会社製)にしたこと以外は実施例9と同様にして定着ローラを作製し、評価に供した。評価結果を表3に示す。
熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液を、熱硬化前のポリイミドシリコーンとしてシリコーン化率の低いものが溶解された塗工液(商品名:SMP−2003−PGMEA、信越化学工業株式会社製)にしたこと以外は実施例1と同様にして定着ローラおよび接着層評価用サンプルを得た。これらについて実施例1と同様に評価した。評価結果を表3に示す。
熱硬化前のポリイミドシリコーンが溶剤に溶解された塗工液の替わりに、シランカップリング剤が主成分である塗工液(商品名:MEGUM W3295、ROHM AND HAAS社製)を使用したこと以外は実施例1と同様にして定着ローラおよび接着層評価用サンプルを得た。これらについて実施例1と同様に評価した。評価結果を表3に示す。
実施例1、2、7および比較例1、2に係る接着層評価用サンプルについては、さらに、以下のIR分析およびXPS分析、ならびにSEM観察およびEDS分析を行った。
接着層評価用のサンプルのATR測定(全反射吸光度測定)を、分解能4cm−1、積算回数4回の条件で行った。測定装置としては、株式会社パーキンエルマージャパン製のPerkin Elmer Frontier FTIR分光光度計を用いた。
実施例1に係る接着層のIR分析結果を図5に、実施例2に係る接着層のIR分析結果を図6に、実施例7に係る接着層のIR分析結果を図7に、比較例1に係る接着層のIR分析結果を図8に、比較例2に係る接着層のIR分析結果を図9にそれぞれ示した。
表面層サンプルの分散状態を走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製JSM−5600LV、高真空モード、加速電圧:15kV、測定倍率:1000倍)を用いて観察した。また、エネルギー分散形X線分析装置(日本電子(株)製JED−2200、ミニカップ形EDS検出器)でケイ素の元素マッピングを行うことによりも調べた。
また実施例1〜10と比較例1の接着層のSEM観察結果では、接着層に相分離構造がみられず、EDS分析結果からケイ素の偏在も認められなかった。そのため、ポリイミドシリコーンにおいて、ポリイミド構造とジメチルシロキサン構造は別分子として存在しているのではなく、同一分子内に存在していると考えられる。
2 接着層
3 弾性層
4 基材
5 定着ローラ
6 加圧ベルト
Claims (10)
- 基材と、
該基材の上の、シリコーンゴムを含む弾性層と、
該弾性層の上の表面層と、を有し、
該表面層が少なくともフッ素ゴムをバインダーとして含む電子写真用部材であって、
該表面層と該弾性層とが、ポリイミドシリコーンを含む接着層を介して接着されており、
該接着層の弾性率が0.3MPa以上、110MPa以下であることを特徴とする電子写真用部材。 - 前記表面層の弾性率が10MPa以下である請求項1に記載の電子写真用部材。
- 前記弾性層の弾性率が0.3以上、1MPa以下である請求項1または2に記載の電子写真用部材。
- 前記ポリイミドシリコーンが、ポリイミド構造とジメチルシロキサン構造を分子内に有するものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
- 前記ポリイミドシリコーンのシリコーン化率が4以上、20以下である請求項4に記載の電子写真用部材。
- 前記接着層の弾性率が3MPa以上、4MPa以下である請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子写真用部材。
- 前記表面層が、前記フッ素ゴムを含むマトリックスと、シリコーン系界面活性剤を含むドメインとを有する請求項6に記載の電子写真用部材。
- 前記シリコーン系界面活性剤が、ジメチルポリシロキサン構造とポリオキシアルキレン構造とを有する請求項7に記載の電子写真用部材。
- 定着部材および該定着部材に対向配置されている加圧部材を有する定着装置であって、該定着部材および該加圧部材から選択されるいずれか一方、または両方が、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電子写真用部材であることを特徴とする定着装置。
- 記録材に未定着のトナー画像を形成する画像形成部と、該トナー画像を定着する定着装置とを有する画像形成装置であって、該定着装置が請求項9に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
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