JPH0776856B2 - 融着部材 - Google Patents
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Description
るための融着部材に関する。特に、本発明は官能基を有
する高分子剥離剤と共に使用するのに適した長寿命の融
着部材に関する。
ジナルの光像が感光部材上に静電潜像の形態で記録さ
れ、次いで、その潜像はトナーと呼ばれている検電性の
熱可塑性樹脂粒子の適用によつて可視化される。可視ト
ナー像はゆるい粉末の形態であるので容易に乱されたり
壊されたりすることがある。通常、トナー像は感光部材
自体でもよいし又は普通紙のような他の支持シートでも
よい支持体上に定着または融着される。
使用することは周知である。熱によつて検電性トナーを
支持体表面上に永久に融着させるためには、トナー材料
の温度をトナー材料の成分が凝集し粘着になる温度まで
上昇させる必要がある。この加熱はトナーを支持体の繊
維または孔の中に或る程度流れ込ませる。その後、トナ
ー材料が冷却すると、トナー材料の固化によつてトナー
材料が支持体にしつかり結合する。
る具体的樹脂の軟化温度範囲に依存して約90℃〜約160
℃またはそれ以上の温度に加熱されることによつて基体
へ融着される。しかしながら、基体の温度を実質的に約
200℃より高い温度に上昇させることは望ましくない。
何故ならば、そのような高温では基体が変色する傾向が
あるからである。特に、基体が紙である場合にはそうで
ある。
る。これ等方法は、加圧接触下に維持されたロール対;
ロールと加圧接触されたベルト部材;および類似の手段
などのような様々な手段によつて熱と圧力を実質的に同
時に適用することを伴う。熱は一方または両方のロー
ル、プレート部材、またはベルト部材を加熱することに
よつて適用される。トナー粒子の融着は熱と圧力と接触
時間とが適切に組み合わされたときに起こる。これ等パ
ラメーターをトナー粒子の融着をもたらすようにバラン
スさせることは周知であり、それ等は具体的複写機また
はプロセス条件に適するように調節できる。
適用されるところの融着装置の操作中に、ロール対また
はプレートもしくはベルト部材の間に形成されたニツプ
にトナーと支持体の両方が通される。ニツプ中で同時に
行われる熱伝達と加圧が支持体上へのトナー像の融着を
生じさせる。融着プロセスでは正常な操作中に支持体か
ら融着部材へのトナー粒子のオフセツトが起こらないと
いうことが重要である。融着部材上にオフセツトされた
トナー粒子は後で複写機のその他の部分に又は後続の複
写サイクルの支持体上に転写されるので、カブリを増大
させたり又はそこに複写されているものを妨害したりす
る。「ホツトオフセツト」と称されるものは融着操作中
にトナー粒子が液状化し溶融トナーが分裂してその一部
が融着部材上にとどまるような温度にまでトナーの温度
が上昇したときに起こる。ホツトオフセツト温度または
ホツトオフセツト温度の低下は融着ロールの剥離状の尺
度であり、従つて、必要な剥離性をもたらすために低い
表面エネルギーを有する融着用表面を提供することが望
ましい。融着ロールの良好な剥離性を確保および維持す
るために、融着部材に剥離剤を適用して融着操作中の融
着ロールからトナーが完全に剥離されることを確実にす
ることが慣用されるようになつた。代表的には、これ等
剥離剤は薄膜として、例えばシリコーン油が薄膜とし
て、適用されてトナーオフセツトを防止する。
はLentz等の米国特許第4,264,181号、Lentzの米国特許
第4,257,699号、およびSeanorの米国特許第4,272,179号
に記載されている。これ等特許は本願の譲受人に譲渡さ
れている。これ等特許には、官能基を有する高分子剥離
剤が融着部材の表面に適用されるような融着部材および
それを用いた熱可塑性樹脂トナー像の融着方法が記載さ
れている。融着部材は基礎部材と、その上に設けられ
た、金属含有充填剤が入つており求核付加硬化剤によつ
て硬化されたものであるエラストマー製表面とからな
る。かかる融着部材の例はアルミニウム製基礎部材と、
その上に設けられた、酸化鉛充填剤が分散されており、
剥離剤としてメルカプト官能性ポリオルガノシロキサン
油を利用する、ビスフエノール硬化剤によつて硬化され
たポリ(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレ
ン)共重合体の層とからなるものである。それ等融着方
法においては、高分子剥離剤は熱可塑性樹脂トナーを剥
離せしめるための、かつ熱可塑性樹脂トナーがエラスト
マー材料自体と接触するのを防止せしめるための熱的に
安定なフイルムを形成するように、融着部材表面のエラ
ストマーまたは樹脂状物質の中に分散されている金属含
有充填剤と相互作用するところの官能基(化学的に反応
性の官能基としても表される)を有している。融着部材
表面上でエラストマーまたは樹脂の中に分散されている
金属酸化物、金属塩、金属合金、またはその他の適する
金属化合物充填剤は高分子剥離剤の官能基と相互作用す
る。好ましくは、金属含有充填剤は官能基を有する高分
子剥離剤を分解させたり又はそれに悪影響を与えたりし
ないものである。金属含有充填剤と官能基含有高分子剥
離剤との間のこの反応によつて、高速静電複写機でも優
れた剥離および高品質コピーの作成が得られる。
ないが、金属酸化物、金属塩、金属合金、またはその他
の金属化合物が分散されているエラストマー製表面を有
する融着部材のその表面に、官能基を有する特定の高分
子剥離剤が適用されたときには、液体または流体の形態
の官能基含有高分子剥離剤は剥離のための優れた表面を
融着部材の表面上にそこにとどまる優れた性向をもたせ
て提供するように、エラストマー中の充填剤の金属と官
能基を有する高分子流体との間に相互作用(化学反応、
配位錯体、水素結合、またはその他のメカニズム)が生
じる。メカニズムに関係なく、エラストマーの組成とも
官能基を有する高分子剥離剤の組成とも異なつたフイル
ムがエラストマー表面上に形成されるようである。しか
しながら、このフイルムはトナーに対してよりも金属化
合物含有エラストマーに対してより大きな親和性を有す
るので、エラストマー表面上に優れた剥離性被覆が付与
される。この剥離性被覆の凝集力は加熱されたトナーと
それが適用される基体との間の接着力およびトナーの凝
集力よりも小さい。高分子剥離剤の官能基と金属含有エ
ラストマーの金属との間の相互作用は金属含有充填剤中
の金属の臨界的な即ち高い表面エネルギーを総合的に減
少に導く。
そして最も好ましいフルオロエラストマーはコモノマー
としてヘキサフルオロプロピレンおよびテトラフルオロ
エチレンを含有するフツ化ビニリデン系フルオロエラス
トマーである。最も好ましい2種類のフルオロエラスト
マーは(1)ビトン(Viton)Aとして商業上知られて
いるフツ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン共重
合体のクラス、および(2)ビトンBとして商業上知ら
れているフツ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン
−テトラフルオロエチレン三元共重合体のクラスであ
る。ビトンAおよびビトンBおよびその他のビトン名称
はE.I.デユポン・ドヌムール社の商標である。その他の
商業的に入手できる材料は3M社製のフルオレル(Fluore
l)、ビトンGH、ビトンE60C、およびビトンE430などで
ある。好ましい硬化用系は共重合体の塩基性脱フツ化水
素の後の加熱によつて形成される共有結合的交叉結合の
網状重合体を生じさせるためのビスフエノール交叉結合
剤を有する求核系である。求核硬化系は有機ホスホニウ
ム塩促進剤も包含する。求核系によつて硬化されること
ができる市販のいくつかをフルオロエラストマー重合体
はビトンE60C、ビトンB910、ビトンE430、ビトンA、ビ
トンBである。米国特許第4,264,181号および第4,272,1
79号の実施例4はどちらもビトンB、すなわち、ポリ
(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テト
ラフルオロエチレン)のエラストマーの具体例であり、
それは銅粒子を有しており、メルカプト官能性ポリオル
ガノシロキサン油と共に使用されたときに熱可塑性樹脂
トナーの優れた剥離を示す。米国特許第4,257,699号の
実施例3はビスフエノール硬化系による同様の結果を有
している。米国特許第4,264,181号および第4,272,179号
の実施例7および米国特許第4,257,699号の実施例6で
は、ビトンGH、すなわち、共重合された硬化部位モノマ
ーを有するポリ(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプ
ロピレン−テトラフルオロエチレン)三元共重合体であ
つて微量の金属含有充填剤を含有しているものを脂肪族
過酸化物硬化剤によつて硬化したが、それは満足な融着
結果を達成しなかつた。米国特許第4,272,179号の実施
例12および米国特許第4,257,699号の実施例13は通常の
脂肪族過酸化物硬化剤によつて硬化され酸化鉛をかなり
の量含有している類似の融着ロールを示している。
する熱安定性で更新性の自己クリーニング性の層を形成
するように融着部材と相互作用する官能基を有する高分
子剥離剤を使用することはImperial等の米国特許第4,02
9,827号、Strella等の米国特許第4,101,686号、およびS
trella等の米国特許第4,185,140号に記載されている。
これ等特許は本願の譲受人に譲渡されている。特に、米
国特許第4,029,827号はメルカプト官能基を有するポリ
オルガノシロキサンを剥離剤として使用することに関す
る。米国特許第4,101,686号および第4,185,140号は剥離
液としての、カルボキシ、ヒドロキシ、エポキシ、アミ
ノ、イソシアネート、チオエーテル、およびメルカプト
基のような官能基を有する高分子剥離剤に関する。これ
等融着装置のいくつかはかなり商業的に応用されてい
る。例えば、酸化鉛を充填されたビトンE45(フツ化ビ
ニリデン77モル%とヘキサフルオロプロピレン23モル%
の共重合体)から成る融着ロールはメルカプト官能性ポ
リオルガノシロキサン剥離剤を使用する融着装置に成功
裡に使用されている。
るが、それ等は特定の用途にはやはり困難性を示す。例
えば、上記のビトンE45と酸化鉛から成りメルカプト官
能性ポリオルガノシロキサンと共に使用される融着ロー
ルでは、剥離剤は通常、8−1/2″×11″のコピー当り
約8μの量で適用される。場合によつては、これでは
コピーシート上に乗る油量が過剰になり、その場合に
は、後でシートにタイプすることが難しくなる。個々の
文字がコピーシートに付着しないからである。また、一
般的には、単にコピーコストを全体的に軽減する手段と
して、コピーシート上に乗る剥離剤の量を減少させるこ
とが望ましい。さらに、融着ロール中の酸化鉛充填剤は
実際に官能性剥離剤に対する固定部位として機能して官
能性剥離剤と共に界面層を形成するけれども、酸化鉛は
強塩基でもあるのでエラストマーに対する硬化剤として
も作用する。時間的経過と共に、酸化鉛はビトンと反応
して交叉結合密度を増大させ、その結果、より硬い融着
ロールになり、それは光沢の高い像を生じさせる。ま
た、求核硬化はフルオロエラストマーと共に使用されて
きたが、フルオロエラストマーの或るものは通常、過酸
化物によつて硬化される。しかしながら、かかる硬化系
は融着部材がエラストマーの溶剤溶液を基体上に吹き付
けて被覆を形成することによつて製造されるような場合
には使用することが非常に難しい。この困難性は無酸素
雰囲気を獲得することにある。無酸素雰囲気が得られな
い場合には、過酸化物がフルオロエラストマーと反応す
るよりも優先して酸素が過酸化物と反応するので、適切
な硬化を生じない。困難性はまた、交叉結合を抑制する
連鎖移動反応を避けるために溶剤を完全に除去すること
にある。従つて、融着部材がエラストマーの溶剤溶液の
吹き付けによつて製造される場合には、求核硬化系を使
用することが好ましい。しかしながら、通常、かかる求
核硬化系は分子のフツ化ビニリデン部分を脱フツ化水素
して後続の交叉結合ための反応性部位になる二重結合を
生成させるように作用する無機塩基を比較的多量に使用
している。その結果、過剰の塩基は初期の脱フツ化水素
の後でもフルオロエラストマーと反応し続け、追加の二
重結合を発生させることによつてフルオロエラストマー
を崩壊させ、その二重結合は酸化することによつて表面
エネルギーを増大させ剥離特性を低下させる。
電荷を効率的に帯びさせるために帯電向上用添加剤を少
量含有している。特に有効な帯電向上用添加剤はHoffen
d等の米国特許第4,560,635号に記載されているようなジ
ステアリルジメチルアンモニウムメチルスルフエート
(DDAMS)である。かかる帯電向上用添加剤を含有する
トナーが上記のようなフルオロエラストマーを用いた融
着装置で使用される場合には、帯電向上用添加剤の塩基
的性質がフルオロエラストマー中に二重結合を生じさ
せ、その二重結合が融着部材を硬質化させることがあ
り、また後からの酸化が融着部材の表面エネルギーを増
大させ融着表面の不規則な磨滅を生じさせることが本発
明者等によつて解明された。
くする、フルオロエラストマーと金属酸化物と硬化剤の
系との間の独特の組み合わせを解明した。より詳しく
は、本発明者等は、フツ化ビニリデンが40モル%未満の
量で存在するポリ(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロ
プロピレン−テトラフルオロエチレン)からなる融着用
表面であつて、そこには、このエラストマーとは実質的
に非反応性である金属酸化物が官能基含有高分子剥離剤
と相互作用して融着用表面と基体との間に界面バリヤ層
を付与するのに十分な量で存在しており、そしてこのエ
ラストマーがその無水溶剤溶液から、その溶液に可溶性
の求核硬化剤によつて、かつ、フツ化ビニリデンを少な
くとも部分的に脱フツ化水素するのに有効である無機塩
基4重量部未満(重合体100重量部当り)の存在下で硬
化されたことを特徴とする、前記融着用表面を用いるこ
とによつて効果的に長い寿命の融着部材が提供されるこ
とを見出した。
ラストマーは一般にかなりの量のフツ化ビニリデン単量
体を含有している。例えば、ビトンE45はフツ化ビニリ
デン77モル%とヘキサフルオロプロピレン23モル%を含
有しており、三元共重合体ビトンB50はフツ化ビニリデ
ン61%と、ヘキサフルオロプロピレン17%と、テトラフ
ルオロエチレン22%を含有している。かかるかなりの量
のフツ化ビニリデンの存在は脱フツ化水素および二重結
合の生成のための部位を豊富に提供する。適切な交叉結
合のためには或る程度の脱フツ化水素が必要であるが、
フツ化ビニリデンの存在は官能基を含有する高分子剥離
剤と共に界面層を形成するために使用されている金属酸
化物や、求核硬化系の中に使用されている塩基や、トナ
ー中に存在してもよい塩基性添加剤などのようなその他
の強塩基性物質による後からの攻撃のための追加部位を
提供する。かかる攻撃はエラストマーの脱フツ化水素お
よび二重結合の生成を生じさせ、二重結合は縮合して追
加の交叉結合を形成してエラストマー表面の硬質化を導
き、また金属酸化物充填剤によつて触媒された残留二重
結合の後続酸化で表面エネルギーを増大させる。これ等
はいずれも望ましくない。塩基性物質による後からの脱
フツ化水素を回避するには、エラストマーを可能な限り
完全にフツ素化しておくことが望ましい。他方、単量体
が完全にフツ素化された場合には、必要な交叉結合を生
成することが非常に困難になる。従つて、フツ素化度と
交叉結合能力との間のバランスをとらなければならな
い。
させるために、本発明者等はエラストマーとは実質的に
非反応性であるが界面バリヤ層を供給するように高分子
剥離剤とは十分に相互作用する充填剤を選択した。本発
明者等はエラストマーの溶剤溶液からの吹き付けによつ
て融着部材を製造することを推奨するので、本発明者等
は重合体の遊離基硬化に関連する課題(例えば、ラジカ
ルが溶剤に連鎖移動して消耗されて交叉結合密度の低下
を生じる又は場合によつては可溶性重合体を生じること
さえあるようなことがないように、溶剤を無くすこと)
を回避するために求核硬化系を使用した。しかも、本発
明者等は他の或る種の求核硬化系とは対照的に、エラス
トマーの溶剤溶液中に可溶性である硬化剤を使用した。
溶剤溶液に可溶性であることによつて、交叉結合剤は活
性化された交叉結合性部位に極く近接することが確実に
なる。通常、求核硬化は重合体100重量部当り8〜10重
量部の塩基の存在下で行われる。しかしながら、過剰塩
基と硬化エラストマーとの間の脱フツ化水素および二重
結合(後で酸化して表面エネルギーを増大させ剥離特性
を低下させる)の生成を通しての継続反応を最小にする
ために、本発明者等は無機塩基の量を重合体100重量部
当り4重量部に制限した。
いることと融着部材に適するように十分に交叉結合可能
であることとの間で良好にバランスされているフツ化ビ
ニリデン含量を有しており、かつ、官能性剥離剤とは相
互作用性であつて固定部位を付与するがエラストマーと
は非反応性である充填剤を含有している融着部材をここ
に提供する。さらに、このエラストマーはDDAMSなどの
塩基性物質による攻撃に対してより抵抗性であり、そし
てこのエラストマーは硬化剤がエラストマーの溶剤溶液
に可溶性であるので硬化剤が活性化された交叉結合性部
位に近接できる求核硬化系から吹き付けによつて製造さ
れることができる。その上、無機塩基の量は交叉結合の
ための活性部位を生成するように、しかし表面エネルギ
ーを十分に実質的に増加させる程多量に存在しないよう
に制御されている。
(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テト
ラフルオロエチレン)からなる融着用表面であつて、そ
こには、このエラストマーとは実質的に非反応性である
金属酸化物が官能基含有高分子剥離剤と相互作用して融
着用表面と基体との間に界面バリヤ層を付与するのに十
分な量で存在しており、そしてこのエラストマーがその
溶剤溶液から、その溶液に可溶性の求核性付加硬化剤に
よつて、かつ、フツ化ビニリデンを少なくとも部分的に
脱フツ化水素するのに有効である無機塩基4重量部未満
(重合体100重量部当り)の存在下で硬化されたことを
特徴とする、前記融着用表面によつてもたらされる。
表的な融着部材を記載する。第1図において、数字1を
引用されている融着ロールは金属酸化物充填剤(図示さ
れていない)が分散されているエラストマー製表面2を
適当な基礎部材4の上に有して成り、基礎部材はアルミ
ニウム、陽極酸化アルミニウム、鋼、ニツケル、銅など
のような適切な金属から製造された中空部シリンダーま
たはコアであり、その中空部にシリンダーと同一の広が
りをもつて配置された適切な加熱素子6を有している。
バツクアツプロールまたは加圧ロール8は融着ロール1
と共働してニツプまたは接触弧10を形成し、そのニツプ
間をコピー用紙またはその他の基体12がその上のトナー
像が融着ロール1のエラストマー製表面2と接触するよ
うに通過する。第1図に示されているように、バツクア
ツプロール8は硬質スチール製コア16の上にエラストマ
ー製表面または層18を有している。溜め20には、エラス
トマー製表面2の中に分散されている金属酸化物充填剤
と相互作用可能な化学反応性官能基を有する高分子剥離
剤22が収容されている。官能基を有する高分子剥離剤22
は室温では固体であつてもよいし又は液体であつてもよ
いが、操作温度では液体である。好ましい態様において
は、溜め20の中の高分子剥離剤22の化学反応性基はメル
カプト、カルボキシ、ヒドロキシ、イソシアネート、エ
ポキシ、およびアミノである。本発明に従つて使用され
る最も好ましい官能基含有高分子剥離剤はメルカプト官
能性ポリオルガノシロキサンである。
をエラストマー製表面2に適用するために、支持された
方向に回転するように装着された2個の剥離剤分配用デ
リバリロール17および19が剥離剤22を溜め20からエラス
トマー製表面へ運ぶために設けられている。第1図に示
されているように、ロール17は溜め20の中に部分的に漬
かつており、そしてその表面上で剥離剤を溜めからデリ
バリロール19へと運ぶ。計量ブレード24を使用すること
によつて、高分子剥離液の層は剥離剤のサブミクロンの
厚さから数ミクロンの厚さまでの範囲に制御された厚さ
でまずデリバリロール19に次いでエラストマー2に適用
される。こうして計量器24によつて約0.1〜2ミクロン
またはそれ以上の厚さの剥離液をエラストマー2の表面
へ適用できる。
拡大された本発明の融着部材の部分の断面が図示されて
いる。第2図において、上にエラストマーが適用されて
いる基礎部材またはその他の固体構造物は数字70を引用
されている。エラストマー64は金属酸化物充填剤66を含
有するエラストマー64を基礎部材70に直接吹き付けるこ
とによる等の適当な方法によつて基礎部材70の上に適用
される。第2図に示されている金属酸化物充填剤粒子66
は不規則な形状な有する如く図示されているが、粉末、
フレーク、板、球、繊維、卵状粒子などのあらゆる形態
の金属酸化物がエラストマー64の中に使用できる。官能
基を有する高分子剥離剤のフイルムはエラストマー64の
表面上に図示されており、数字60を引用されている。
本発明の実施においては臨界的ではない。一般に、融着
部材が内部手段によつて加熱される場合には、金属酸化
物充填剤を含有するエラストマーの厚さは融着部材の内
側から金属酸化物充填剤を有するエラストマーからなる
一番外側の層まで放射する熱に対して最小の熱障壁を構
成するようなものである。推奨される厚さは一般に0.5
ミル(0.00127cm)より大きいが、1ミル(0.0025cm)
〜約200ミル(0.5cm)であつてもよく、最も好ましい範
囲は約4ミル(0.01cm)〜約100ミル(0.25cm)であ
る。好ましい厚さは融着部材の構成および融着部材と共
に使用される具体的なバツクアツプ部材または加圧部材
(硬い又は順応性の)に依存する。
間に中間層68が配置されているような別の態様の融着部
材の部分断面図である。第3図に示されているように、
中間層は充填剤を充填されていなくてもよいし、また、
第4図に示されているように、中間エラストマー層68は
金属酸化物充填剤72を充填されていてもよい。中間層は
適当な方法によつて基礎部材70の上に配置されることが
できる。中間層はバツクアツプロールまたは加圧ロール
と組み合わせて使用するときの強度および順応性または
圧縮性を向上させるために任意に使用できる。
リロールの配置が図示されているが、官能基を有する高
分子剥離剤はジエツトまたはその他のオリフイスから吹
き付けることによつて;布、スポンジ、またはその他の
適当な材料からなる平坦な、輪郭に合つた、またはその
他の形状のパツドからパツデイングすることによつて;
ベルトによつて;剥離剤からなる固体のバーまたはブレ
ードで融着部材を拭うことによつて;またはその他の適
切なアプリケーター手段または装置によつて適用でき
る。金属酸化物充填剤が分散されているエラストマー製
表面を有するアプリケーターロールまたはアプリケータ
ーベルトも官能基含有高分子剥離剤の適用のために使用
できる。
可塑性樹脂粉末を基体に融着または定着させるために必
要な温度に依存して一般に約90℃〜約200℃またはそれ
以上の高温に耐えることができる熱安定化されたエラス
トマー樹脂材料でなければならない。本発明に使用され
るエラストマーは溶融されたプラスチツク樹脂粉末すな
わちトナーの融着部材からの剥離を促進するために使用
されている特殊な官能基含有高分子剥離剤による劣化ま
たは攻撃に抵抗しなければならない。好ましいエラスト
マーはフツ化ビニリデンが40モル%未満の量で存在する
ポリ(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−
テトラフルオロエチレン)である。フツ化ビニリデンの
含量を制限することによつて、三元共重合体または四元
共重合体が比較的高いフツ素含量を有すると、脱フツ化
水素、二重結合の生成(融着用表面層の後からの表面硬
質化および表面エネルギーの増大につながる)に利用で
きる部位が少なくなる。一般に、市販の材料は過酸化物
硬化性であるので、脂肪族過酸化物の系による硬化性を
向上させるために導入された遊離基攻撃に敏感な硬化部
位単量体を有している。代表的な単量体はブロモトリフ
ルオロエチレン、1−ブロモ−2,2−ジフルオロエチレ
ン、3−ブロモ−テトラフルオロプロペン−1、4−ブ
ロモ−1,1,3−トリフルオロブテン、および4−ブロモ
−3,3,4,4−テトラフルオロプロペン−1である。比較
的低量のフツ化ビニリデンを有する市販のフルオロエラ
ストマーはE.I.デユポン・ドヌムール社製のビトンGFな
どである。ビトンGFはフツ化ビニリデン35モル%とヘキ
サフルオロプロピレン34モル%とテトラフルオロエチレ
ン29モル%と硬化部位単量体2モル%を有する。ビトン
GFは一般に通常の脂肪族過酸化物硬化剤によつて硬化さ
れる。しかしながら、本発明では、後で論じられている
ように、ビトンGFは比較的低温の無機塩基物質の存在下
で、求核硬化系によつて硬化される。
金属酸化物は高分子剥離剤の官能基と相互作用して、熱
可塑性樹脂トナーを剥離させ熱可塑性樹脂トナーとエラ
ストマー材自体との接触を防止させる熱安定性フイルム
を形成することができるということが重要である。ま
た、金属酸化物はエラストマーと実質的に非反応性であ
るということも重要である。エラストマーと実質的に非
反応性であるということは、重合体中のフツ化ビニリデ
ンに実質的に脱フツ化水素を生じさせるような金属酸化
物とエラストマーとの間の有意な相互作用が存在しない
ということを意味することを意図している。また、時間
の経過と共に金属酸化物は組成物を硬質化するよりも軟
質化するので、望ましくない硬質化およびその結果のコ
ピー質の悪化すなわち光沢のある広域画像の出現を回避
できる。従つて、金属酸化物の選択は従来の実施による
酸化鉛の使用とは全く対照的である。何故ならば、高分
子剥離剤の官能基に対する固定部位として機能する酸化
鉛は強い塩基でもあるので、フツ化ビニリデンに対して
脱フツ化水素を生じさせるように作用し、そのことは後
の酸化のための二重結合を発生させるからである。本発
明者は酸化第二銅が弱い塩基であるので本発明の実施に
は非常に有効であることを発見した。酸化第二銅は時間
の経過と共にエラストマーを硬質化させるよりも軟質化
させるので、エラストマーを硬質化させて劣つたコピー
質をもたらす酸化鉛とは対照的に良好なコピー質を維持
させる。金属酸化物な量は官能性剥離剤と共にエラスト
マー表面と熱可塑性樹脂トナーとの間に熱安定性の界面
フイルムを形成するのに十分な量が存在する限り、どの
ような量で使用されてもよい。代表的には、金属酸化物
が重合体100重量部当り約5〜30重量部の量で存在する
が、約10〜20重量部の金属酸化物を有することが好まし
い。金属酸化物の粒子サイズは重合体の硬化を妨げる程
小さくなく、かつ良好な剥離性のためにエラストマー表
面全体に分散される粒子の数を不十分にするほど大きく
ないようにすべきであると言うことが重要である。代表
的には、粒子サイズは約4〜8μ、好ましくは6μであ
る。
る。代表的な高分子剥離剤は剥離剤としてのポリオルガ
ノシロキサン流体を記載している米国特許第4,101,686
号に開示されている。このポリオルガノシロキサン流体
および官能基を有するその他の流体は融着部材中の金属
酸化物粒子と相互作用して融着部材の表面に界面バリヤ
を形成すると共に、未反応のままの低表面エネルギーの
剥離液が最も外側の層として残る。官能基を有するその
他の具体的な高分子剥離剤は米国特許第4,046,795号、
第4,029,827号、および第4,011,362号に記載されてい
る。官能基を有する高分子剥離剤は室温では液体または
固体であつてもよいが、操作温度では流体である。好ま
しい態様においては、高分子剥離剤の化学反応性基はメ
ルカプト、カルボキシ、ヒドロキシ、イソシアネート、
エポキシ、およびアミノである。本発明に従つて使用さ
れる最も好ましい官能基含有高分子剥離剤は米国特許第
4,101,686号および第4,029,827号に記載されているメル
カプト官能性ポリオルガノシロキサンである。
填剤もエラストマーの一体性や金属酸化物と官能基含有
高分子剥離剤との間の相互作用に影響を与えず又はエラ
ストマーの適切な交叉結合を妨げない限り導入可能であ
る。エラストマーの配合物中に通常導入されるかかる充
填剤は着色剤、補強充填剤、交叉結合剤、処理助剤、促
進剤、および重合開始剤などである。
を有する求核硬化系は米国特許第4,272,179号に記載さ
れている。しかしながら、本発明によれば、求核硬化系
(交叉結合剤と促進剤)は重合体の溶剤溶液の中に可溶
性であり、重合体100重量部当り4重量部未満の無機塩
基の存在下で使用される。通常、フツ化ビニリデンとヘ
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
元共重合体および四元共重合体は過酸化物によつて硬化
される。しかしながら、先に述べたように、融着部材に
とつて好ましい製造法は重合体の溶剤溶液を基体上に吹
き付けることであるので、空気中での過酸化物による硬
化は困難である。過酸化物は重合体を硬化するよりも空
気中の酸素と優先的に反応するからである。好ましい別
の硬化剤はビスフエノール交叉結合剤と有機ホスホニウ
ム塩促進剤のような求核硬化系である。代表的には、硬
化プロセスは重合体100重量部当り8〜10重量部の無機
塩基の存在下で行われる。無機塩基は重合体中のフツ化
ビニリデンを脱フツ化水素して、交叉結合のための反応
性部位として作用する二重結合を発生させる。しかしな
がら、過度の塩基の存在は長期にわたつてエラストマー
の崩壊をもたらし、そして過度の塩基がフツ化ビニリデ
ンの脱フツ化水素を生じさせ続けて融着部材を硬質化さ
せる二重結合を発生させる場合には、後で酸化されたと
きに表面エネルギーを増大させ剥離性能を劣化させる。
従つて、フツ化ビニリデンの反応性を制御するためには
比較低レベルの塩基で重合体を硬化することが好まし
い。ビスフエノールAF約50重量%とポリ(フツ化ビニリ
デン−ヘキサフルオロプロピレン)50重量%であるビト
ンキユラテイブNo.30や、トリフエニルベンジルホスホ
ニウムクロリド約1/3とポリ(フツ化ビニリデン−ヘキ
サフルオロプロピレン)約2/3であるビトンキユラテイ
ブNo.20(どちらも、E.I.デユポン・ドヌムール社から
入手できる)のような代表的な硬化剤は低塩基レベルで
は硬化剤として機能しない。この正確な理由は明らかで
ないが、少なくともその一因はキユラテイブNo.20が重
合体の溶剤溶液に可溶性でないのでフツ化ビニリデンの
脱フツ化水素によつて遂行される交叉結合のための少数
の反応性部位の多くに極く近接することができないとい
う事実のためであると考えられる。キユラテイブNo.20
および30は低塩基レベルで有効に機能しないが、驚くべ
きことには、本発明者等は通常高塩基レベルで使用され
ているやはりE.I.デユポン・ドヌムール社から入手でき
る別のビトンキユラテイブすなわちキユラテイブNo.50
が通常の塩基レベルの1/2未満の即ち重合体100重合部当
り約4重量部未満の塩基の存在下でポリ(フツ化ビニリ
デン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチ
レン)を硬化するのに使用できることを発見した。キユ
ラテイブNo.50は低塩基レベルで重合体の溶剤溶液に可
溶性であるので交叉結合のための反応性部位で容易に利
用可能である。ビトンキユラテイブNo.50は単一の硬化
性の系の中に促進剤(第四ホスホニウム塩またはそれ等
の混合物)と交叉結合剤すなわちビスフエノールAFを組
み入れる。
ましくは、金属酸化物充填剤が分散されているエラスト
マーの薄い被覆1層または複数層を被覆されるべき表面
に1回または複数回適用することによつて製造されたも
のである。被覆は充填剤を含有しているエラストマーの
溶液または均質懸濁液の吹き付けや浸漬などによつて最
も便利に行われる。成形、押出、および巻付け法も使用
できる代替手段であるが、本発明者等は重合体と金属酸
化物との溶剤溶液を被覆されるべき表面に逐次吹き付け
適用することを推奨する。この目的のために使用される
代表的な溶剤はメチルエチルケトン、メチルイソブチル
ケトンなどである。被覆されるべき表面に逐次適用が行
われる場合には、一般に、フイルム中に含有されている
溶剤を飛ばすのに十分な温度にフイルム被覆表面に加熱
することが必要である。例えば、融着ロールが金属酸化
物を含有するエラストマー層で被覆される場合には、金
属酸化物が分散されているエラストマーがロールに薄い
被覆で逐次適用され、そして各適用の間にロール上の被
覆フイルムの中の溶剤の蒸発が少なくとも25℃から約90
℃までまたはそれ以上の温度で行われてフイルム中に含
有されていた溶剤の大部分が飛ばされる。所望の厚さの
被覆が得られたときに、その被覆物は硬化され、それに
よつてロール表面に結着する。
し、そして本発明の好ましい態様を説明するものであ
る。別に特定されていない限り、部およびパーセントは
全て重量による。なお、実施例1、2、3、および4は
本発明に従うものであり、比較例1〜5は本発明によつ
て達成される改善を例証するための比較例である。
礎部材すなわち直径3インチ×長さ17インチのコアを使
用して製造される。このコアを脱脂し、グリツトブラス
ト処理し、脱脂し、そしてエポキシ接着剤Thixon300/30
1で被覆した。Thixonはデイトン・ケミカル・プロダク
ツ・ラボラトリーズの商標である。このコアに、50/50w
/wのメチルエチルケトン/メチルイソブチルケトンの中
の100重量部のビトンE60C、30部のカーボンブラツク、1
5部の酸化マグネシウムの溶剤溶液/分散液を吹き付け
ることによつて中間層を形成した。ビトンE60Cはフツ化
ビニリデン77モル%とヘキサフルオロプロピレン23モル
%の共重合体プラス十分なキユラテイブ20および30であ
る。コアに被覆されたエラストマーをホツトエアオーブ
ンで77℃で1時間次いで177℃で1時間硬化した後、表
面をサンド処理して公称厚さ5ミルにした。それから、
この多層被覆された銅製ロール上に、メチルエチルケト
ンとメチルイソブチルケトンの混合液中に100重量部の
ビトンE45(フツ化ビニリデン77モル%とヘキサフルオ
ロプロピレン23モル%の共重合体)、15部の酸化鉛、1.
4部のキユラテイブNo.20、および2.8部のキユラテイブN
o.30を含有する溶剤溶液/分散液を3〜5ミルの厚さに
吹き付けて融着用表面層を形成した。このフルオロエラ
ストマーをオーブンで75℃で1時間、次いで175℃で1
時間、次いで230℃で16時間硬化した後、冷却し、そし
てサンド処理した。この融着ロールをゼロツクス9500複
写機に使用し、メルカプト官能性ポリオルガノシロキサ
ン剥離剤を8−1/2×11インチのコピー当り8μの平
均量で適用する融着装置で試験した。トナーはDDAMSを
含有していなかつた。コピーシート上のトナー像を融着
するのに100,000を越すロールが使用され、物理的損傷
や、ロール離れ不良や、光沢コピーを生成するロールの
硬質化など様々な理由による欠陥を伴つて数百万コピー
の平均寿命を体現した。
当り約3〜4μの量すなわち比較例1の量の約1/2の
量で適用した以外は比較例1の手順を繰り返した。数本
のロールを試験したが、どの場合も200,000番目のコピ
ー以前にロール離れ不良を体験した。ロール離れ不良は
反射濃度1.3〜1.4の巾1/2インチのベタ像が先端に位置
するコピー100枚をロールから連続して剥がす能力がな
くなることによつて決定される。
(比較例3)および45重量部(比較例4)で置き換えた
2本のロールに対して比較例2の手順を繰り返した。さ
らに、溶剤溶液/分散液にする前にビトンに水酸化カル
シウム1部と酸化マグネシウム2部を添加した。両ロー
ルに対して例2に規定されているロール離れ不良につい
て試験したところ、両ロールとも約500,000コピーでロ
ール離れ不良を体験した。
の手順を繰り返した。試験は反転現像になるように改造
したゼロツクス9500で行い、反射濃度1.0のバンド領域
で用紙の90%を覆う1インチ像バンドを有するコピー25
0,000枚を連続複写した。試験開始時にフエデラル・サ
ーフアナライザー1200で測定したときの初期表面荒さは
20μインチであつた。250,000コピー後の表面荒さは100
μインチであつた。この表面荒さの顕著な増加はエラス
トマーがDDAMSと反応して表面層が表面から不規則に浸
食された結果不規則な融着性能およびコピー質欠陥すな
わち光沢や斑点を生じることを意味している。
ヘキサフルオロプロピレン34モル%と、テトラフルオロ
エチレン29モル%と、共重合された硬化部位単量体2モ
ル%との共重合体)で置き換えて比較例3の手順を繰り
返した。キユラテイブ20および30を5重量部のビトンキ
ユラテイブ50で置き換え、そして重合体(100重量部当
り2重量部の酸化マグネシウム(イリノイ州シカゴ在の
C.P.ホールから入手できるマグライトD)および1重量
部の水酸化カルシウムを使用した。溶剤溶液/分散液を
多層被覆銅製ロールの上に約3〜5ミルの厚さに吹き付
け、そしてこの被覆された融着部材を空気中で95℃で2
時間、次いで150℃で2時間、175℃で2時間、205℃で
2時間、さらに230℃で16時間、多段階加熱することに
よつて硬化した。硬化された融着ロールをゼロツクス95
00でトナー像を融着することによつて試験した。これ等
2本のロールに対する比較例2に規定されているロール
離れ不良は少なくとも百万コピーが満足に融着され剥離
されるまで体験されなかつた。
1の手順を繰り返した。比較例5に記載されているよう
に改造されたゼロツクス9500で、比較例5に記載されて
いるのと同じ試験を250,000コピーで行つた。表面荒さ
は初期の20μインチから250,000コピー後の40μインチ
に変化したが、コピー質の欠陥は認められなかつた。
順を繰り返した。ゼロツクス9500マシンに似た融着装置
を有するマシン構造で5本のロールを試験した。ロール
欠陥は一般に中間層の離層によるものであり、400,000
〜800,000コピー後にもロール離れ不良は生じなかつ
た。コピー質の悪化もなかつた。
on300/301を被覆した円筒状アルミニウムコアの上に、
メチルイソブチルケトン中の100部のビトンGF、30部の
カーボンブラツク(コネチカツト州ノーウオーク在のR.
T.バンダービルト社から入手できるThermax N880)、1
5部の酸化マグネシウム(C.P.ホールから入手できるマ
グライトY)、および5部のデユポンキユラテイブNo.5
0の溶剤溶液/分散液を吹き付けることによつて中間層
を形成して、実施例3の手順を繰り返した。その中間層
を空気中で38℃で2時間、次いで77℃で4時間、さらに
177℃で2時間加熱することによつて多段階硬化させた
後、サンド処理して最終的に約5ミルの厚さにした。そ
の後、実施例1に従つて融着用表面層を適用した。2本
のロールを実施例3のマシン構造で走行させたところ、
2本のロールとも中間層の離層またはロール離れ不良な
しで百万コピーの寿命に達した。
び融着装置が提供された。特に、官能性油の減少された
レベルで非常に長い寿命を有しDDAMSによる攻撃にも耐
える融着部材を用いた融着装置が提供された。これはポ
リ(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テ
トラフルオロエチレン)のフツ化ビニリデン含量を、重
合体ができる限り完全にフツ素化されているがなお十分
に交叉結合されることができるようにバランスをとるよ
うに制御される。さらに、エラストマーと実質的に非反
応性である金属酸化物を選択し、そしてそれを官能基含
有高分子剥離剤と相互作用して融着表面と基体との間に
界面バリヤ層を付与するのに十分な量で存在させること
によつて、後からの硬質化および表面エネルギーの増加
および剥離性の減少が回避される。さらに、驚くべきこ
とには、ポリ(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロ
ピレン−テトラフルオロエチレン)を、比較的低い塩基
レベルで、重合体の溶剤溶液に可溶性の求核硬化系によ
つて硬化することによつて、その与えられた無機塩基の
量は交叉結合のための活性部位を生成するのには十分で
あるが、融着部材の硬質化を生じさせたり後からの酸化
によつて表面エネルギーを増大させ剥離性の劣化を起こ
させたりするような追加の活性部位を発生させる後から
のフツ化ビニリデンの脱フツ化水素を生じさせるには不
十分なものになる。
細書中に参考のために組み入れられる。
が、様々な変更または変形が可能であろう。例えば、本
発明は融着ロールをもつて説明したが、ロールと加圧接
触される平坦な又は湾曲したプレート部材のようなその
他の融着部材にも同様に応用できることが理解されよ
う。当業者にとつて容易なかかる変更または変形は全て
本願発明の範囲に包含される。
着装置の断面図である。 第2図は本発明の融着部材の一態様の部分断面図であ
る。 第3図は本発明の融着部材の別の態様の部分断面図であ
る。 第4図は本発明の融着部材のさらに別の態様の部分断面
図である。 1……融着ロール、2……エラストマー製表面、 4……基礎部材、 8……バツクアツプ(または加圧)ロール、 12……コピー用紙またはその他の基体、 14……トナー像、 17,19……デリバリロール、 20……溜め、22……高分子剥離剤、 24……計量ブレード、 60……官能基含有高分子剥離剤のフイルム、 64……エラストマー、 66,72……金属酸化物充填剤粒子、 68……中間(エラストマー)層、 70……基礎部材。
Claims (20)
- 【請求項1】官能基を有する高分子剥離剤が融着部材の
表面に適用される方式の融着装置において熱可塑性樹脂
トナー像を基体に融着させるために使用される融着部材
であつて基礎部材とエラストマー製融着用表面とを含
み、エラストマー製融着用表面はフツ化ビニリデンが40
モル%未満の量で存在するポリ(フツ化ビニリデン−ヘ
キサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン)か
らなり、そこには、前記エラストマーとは実質的に非反
応性である金属酸化物が官能基含有高分子剥離剤と相互
作用して前記融着用表面と前記トナーとの間に界面バリ
ヤ層を付与するのに十分な量で存在しており、そして前
記エラストマーはその溶剤溶液から、その溶液に可溶性
の求核硬化剤によつて、かつ、フツ化ビニリデンを少な
くとも部分的に脱フツ化水素するのに有効である無機塩
基が重合体100重量部当り4重量部未満存在する下で硬
化されたことを特徴とする、前記融着部材。 - 【請求項2】求核硬化剤がビフエノール交叉結合剤であ
る、請求項(1)の融着部材。 - 【請求項3】求核硬化剤がさらに、有機ホスホニウム塩
促進剤を含む、請求項(2)の融着部材。 - 【請求項4】金属酸化物が、重合体100重量部当り約5
〜30重量部の量で存在する酸化第二銅である、請求項
(1)の融着部材。 - 【請求項5】酸化第二銅粒子が約4〜8μの直径を有す
る、請求項(4)の融着部材。 - 【請求項6】エラストマーが、共重合された硬化部位単
量体を含有している、請求項(1)の融着部材。 - 【請求項7】基礎部材が円筒状であり、かつ、エラスト
マー製融着用表面がロールを形成する前記基礎部材上の
円筒外層であり、前記外層が前記溶剤溶液を吹き付ける
ことによつて形成されたものである、請求項(1)の融
着部材。 - 【請求項8】さらに、前記基礎部材と前記外層との間に
少なくとも一つのエラストマー層を包含する、請求項
(7)の融着部材。 - 【請求項9】前記少なくとも一つのエラストマー層はフ
ツ化ビニリデンが40モル%未満の量で存在するポリ(フ
ツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフ
ルオロエチレン)である、請求項(8)の融着部材。 - 【請求項10】熱可塑性樹脂トナー像を基体に融着させ
る方法であつて、加熱融着部材の表面に、官能基を有す
る高分子剥離剤のフイルムを形成させ、前記基体上のト
ナー像と加熱エラストマー表面とを、トナーを軟化させ
るのに充分な時間接触させ、次いでトナーを冷却するこ
とから成り、かつ前記融着部材が、基礎部材とエラスト
マー製融着用表面とを含み、エラストマー製融着用表面
はフツ化ビニリデンが40モル%未満の量で存在するポリ
(フツ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テト
ラフルオロエチレン)からなり、そこには、前記エラス
トマーとは実質的に非反応性である金属酸化物が官能基
含有高分子剥離剤と相互作用して前記融着用表面と前記
トナーとの間に界面バリヤ層を付与するのに十分な量で
存在しており、そして前記エラストマーはその溶剤溶液
から、その溶液に可溶性の求核硬化剤によつて、かつ、
フツ化ビニリデンを少なくとも部分的に脱フツ化水素す
るのに有効である無機塩基が重合体100重量部当り4重
量部未満存在する下で硬化される、前記方法。 - 【請求項11】前記トナーが、帯電向上用添加剤とし
て、ジステアリルジメチルアンモニウムメチルサルフエ
ートを含有している、請求項(10)の方法。 - 【請求項12】前記融着部材が円筒状ロールであり、か
つ前記フイルムが、剥離剤を約μ以下の平均で8−1/
2×11インチ基体の表面に転写する量において、融着用
表面に適用することによつて融着用表面に形成される、
請求項(10)の方法。 - 【請求項13】求核硬化剤がビフエノール交叉結合剤で
ある、請求項(10)の方法。 - 【請求項14】求核硬化剤がさらに、有機ホスホニウム
塩促進剤を含む、請求項(13)の方法。 - 【請求項15】金属酸化物が、重合体100重量部当り約
5〜30重量部の量で存在する酸化第二銅である、請求項
(10)の方法。 - 【請求項16】酸化第二銅粒子が約4〜8μの直径を有
する、請求項(15)の方法。 - 【請求項17】重合体が、共重合された硬化部位単量体
を含有している、請求項(10)の方法。 - 【請求項18】基礎部材が円筒状であり、かつ、エラス
トマー製融着用表面がロールを形成する前記基礎部材上
の円筒外層である、請求項(10)の方法。 - 【請求項19】さらに、前記基礎部材と前記外層との間
に少なくとも一つのエラストマー層を包含する、請求項
(18)の方法。 - 【請求項20】官能基を有する高分子剥離剤が、メルカ
プト官能性ポリオルガノシロキサンである、請求項(1
0)の方法。
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