专利名称：定影转动体的制作方法
技术领域：
本发明涉及覆盖有氟树脂的定影转动体，其用于在对复印机、传真机、激光打印机等的未定影调色图像进行定影的定影装置中使用的加热辊或环形定影带。
背景技术：
以往，复印机或激光打印机等，在定影装置中的由加热辊和加压辊形成的辊隙部，通过加热和加压对在纸张等记录媒介上形成的未定影调色剂图像进行定影。因此，为了防止因调色剂而产生的偏差，与调色剂直接接触的加热辊的表面覆盖有全氟烷氧基树脂(以下简称为PFA)或聚四氟乙烯(以下简称为PTFE)等氟树脂。
但是，氟树脂由于与加热辊的芯棒所使用的金属的接合困难，所以，必需涂上底涂层。因此，由于加热辊在金属芯棒的表面上设有5-10μm的底涂层，再设置20-30μm的氟树脂层，之后，进行研磨，以便对氟树脂层的表面粗糙度进行调整，因而，加热辊的总膜厚约为20-30μm。
但是，近些年来，为了节约能源，仅在定影时才对卤素灯通电以使加热辊达到必需的定影温度，因此要求加热辊的导热性能良好。但是，以往的加热辊，由于在芯棒上覆盖了总膜厚为20-30μm的导热性不好的氟树脂层和底涂层，因此，会产生以下问题，即卤素灯的热量不能有效地传送到加热辊的表面，加热辊达到使调色剂在记录媒介上定影所需要的表面温度的时间(以下，简称为升温时间)会延迟。为了解决所述加热辊的升温时间延迟的问题，必需使加热辊的总膜厚在20μm以下，最好在17μm以下。
因此，这一问题可以虽然采取对加热辊的氟树脂层进行研磨以使总膜厚在20μm以下的方法来解决，但是，如果要求进一步缩短升温时间，那么仅仅使总膜厚在20μm以下则难以解决这一问题，因此，可以采用使加热辊芯棒的厚度变薄的方法来解决这一问题。但是，如果对使用了这种薄的芯棒的加热辊进行研磨，则将会出现芯棒变形的新问题，要将总膜厚研磨到20μm以下是非常困难的。
因此，作为不必研磨就被覆总膜厚在20μm以下的氟树脂层方法，提出了使用含有粘结成份(下面，简称为粘结剂)、无需底涂层的涂料(下面，简称为单涂层涂料)进行浸渍涂敷的方法(专利文献1)。通过该方法，可以获得在减小了厚度的芯棒上具有总膜厚在20μm以下的氟树脂混合被覆层(以下，简称为“被覆层”)的加热辊。
这种单涂层涂料所使用的氟树脂可以使用PTFE。
但是，虽然PTFE的耐磨性能好，但由于其熔融粘度高且树脂粒子之间的熔结不充分，因此，在被覆层中会产生很多1-3μm的小孔，熔融调色剂和纸粉等会进入这些小孔中，从而会产生辊污染以及偏差的问题。
另一方面，作为用于单涂层涂料的氟树脂，还有PFA。由于PFA的熔融粘度低，树脂粒子之间可以充分熔结，因而被覆层的表面平滑，脱模性好。但是，由于其耐磨性能差，因此，因接触的分离爪及纸的端部而产生磨损划痕，从而会出现所谓将划痕转印到图像上的图像不良的问题。
另外，在单涂层涂料的情况下，如果增加涂料中的粘结剂以提高被覆层与芯棒的接合强度，那么将会降低被覆层的脱模性。另一方面，如果减少涂料中的粘结剂以提高被覆层的脱模性，则会降低被覆层与芯棒的接合强度，因此，如何保持氟树脂与粘结剂的平衡也是一个难题。
这样，在以往的使用了单涂层涂料的加热辊中，虽然可以使被覆层的厚度在20μm以下，但是在实际使用时的耐磨性或脱模性不良，因此，希望能够同时满足耐磨性和脱模性。
近些年来，在全彩色的复印机、打印机中，由于在以往的辊定影时达到定影温度的升温时间过长，因此，作为缩短所述升温时间的定影装置，提出了使用环形定影带的带式定影装置。但是，由于存在进一步缩短升温时间、走纸速度的高速化以及定影带的高耐久性的要求，因此，对于定影带表面的氟树脂层也存在与加热辊同样的课题，有待于解决。
特开平11-194640号公报发明的内容本发明用于解决上述问题，提供一种定影转动体，其在作为加热辊基体的芯棒或环形定影带基体的表面上具有总膜厚薄且导热性良好的氟树脂被覆层，并具有良好的耐磨性和脱模性。
本发明涉及一种定影转动体，其特征在于不需要底涂层，将主要成份为由60-90％重量的PFA及40-10重量％的PTFE[即，PFA+PTFE＝100重量％]组成的氟树脂以及粘结剂的混合物覆盖在基体的表面。
作为上述定影转动体，可采用加热辊或环形定影带。
并且，在上述定影转动体中，上述粘结剂可以从聚酰胺、聚酰胺一酰亚胺以及聚酰亚胺中选择出的至少一种，其含量相对于上述100重量％的混合物优选为7-11重量％。
进而，上述定影转动体基体表面的氟树脂与粘结剂的混合物被覆层的厚度优选为5-20μm。
进而，氟树脂与粘结剂的混合物向基体上的被覆优选采用浸渍涂敷或喷涂涂敷。
由于定影转动体基体表面被覆层的厚度薄，因此，本发明的定影转动体，导热性能好，节能效果优良。而且，将包含在被覆层中的氟树脂之中的PFA与PTFE的配比设定在一定范围内，使其同时兼具PTFE良好的耐磨性和PFA良好的脱模性。
图1为用于探讨粘结剂比率的定影转动体的剖面图。
图2为显示粘结剂比率与接合强度的关系的曲线图。
图3为显示氟树脂中PFA的比率与磨损量的关系的曲线图。
图4为显示在脱模性比较试验中使用的偏差温度范围测定卡。
具体实施例方式
本发明中使用的PFA，是四氟乙烯与全氟烷基乙烯醚的共聚物，优选使用通过乳化聚合等获得的悬浮液。
PFA可以使用市场销售的涂料，如聚全氟乙丙稀PFA(ダイキン公司生产)、特氟隆PFA(デユポン公司生产、三井デユポンフロロケミカル公司生产)等。
另一方面，在本发明中，PTFE优选使用通过乳化聚合等产生的悬浮液。
PTFE可以使用市场销售的涂料，作为具体的例子，可以采用聚四氟乙烯合成树脂TFE(ダイキン公司生产)、氟纶(ICI公司生产)、特氟隆PTFE(デコポン公司生产、三井フロロケミカル公司生产)等。
在本发明中，氟树脂中的PFA与PTFE的比例为60-90重量％的PFA及40-10重量％的PTFE[即，PFA+PTFE＝100重量％]。
它们的比例是固体成份换算值。如果PFA不足60重量％，则高温时的脱模性差，另一方面，如果PFA超过90重量％，则耐磨性不充分。
在本发明中，作为粘结剂使用的树脂可采用聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺以及聚酰亚胺等。这些树脂可以单独使用，也可以2种以上组合使用。
对于100重量％的主要成分为氟树脂和粘结剂的混合物(固体成份换算)，通常掺有7-11重量％的这种粘结剂。如果配合量不足7重量％或超过11重量％，则粘结力不足。优选为7.5-11重量％，更优选为7.5-10重量％。
此外，作为防止定影转动体的静电偏差的对策，可以根据需要在上述氟树脂与粘结剂的混合物中含有碳等导电物质，作为导电性涂料使用。
在本发明中，由于使用了单涂层涂料作为被覆层，因而不必在定影转动体的基体上涂敷底涂层。因此，可以减小定影转动体被覆层的厚度。被覆层的厚度优选为5-20μm，更优选为8-17μm。如果不足5μm，则会降低关系到作为耐久性问题的耐磨性的可靠性，另一方面，如果超过20μm，那么升温时间延迟，故不理想。
作为本发明的定影转动体，可采用加热辊和环形定影带等。
作为加热辊的芯棒，使用铝制或者铁制的中空圆筒管状物。芯棒的外径为12-30mm，芯棒的厚度为0.2-1mm左右。如果太薄，则加热辊的强度不足，如果太厚，则热容量大且升温时间长，故不理想。
将在上述氟树脂中添加粘结剂以及根据需要添加其它成份混合而成的单涂层涂料涂敷到所述芯棒上。涂敷方法可以是浸渍涂敷、喷涂涂敷等方法。
浸渍涂敷是将芯棒竖直沉入装有涂料的容器中，再以一定速度提起的涂敷方法，如果涂料的比重和涂料的液体粘度以及芯棒的提起速度是一定的，则可以制作任意多根被覆层的膜厚和表面状态一定的辊，是辊加工的理想方法。
浸渍涂敷时芯棒的提起速度通常在0.5-10mm/sec的范围内进行，优选的条件为4-8mm/sec左右。如果太快，则涂料不能均匀涂敷，因此快于10mm/sec是不好的，而如果太慢，则将影响批量生产，因此慢于0.5mm/sec是不好的。
单涂层涂料的粘度可以在50-300cp的范围内，最好为100-200cp。若粘度高于300cp，则被覆层会太厚，如果低于50cp，则将得不到所需的被覆层的厚度。
进行喷涂涂敷，可以采用将芯棒横放，使其沿圆周方向旋转，然后一边使喷枪与芯棒平行移动，一边以雾状喷射出涂料以进行涂敷等方法。在这种情况下，单涂层涂料的粘度可以采用50-300cp，最好为100-200cp左右。如果粘度高于300cp，则涂料雾化不均匀，涂料不能够均匀地附着在芯棒上，另一方面，如果低于50cp，则不能获得所需要的被覆层的厚度。
对这种涂敷后但未煅烧的被覆层的煅烧条件是在350-400℃进行。在不到350℃的条件下，由于氟树脂没有充分熔融，因此，将造成被覆层的强度和被覆层与芯棒的接合不充分。另一方面，如果超过400℃，则氟树脂将开始热分解，故也不理想。
由此获得的加热辊，虽然表面不必进行研磨就可以使用，但是也可根据目的对表面进行研磨后使用。
在作为定影带使用的情况下，作为树脂带基体，可以使用聚酰亚胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚醚磺树脂等耐热性和强度均优良的树脂。作为金属带基体，可以使用镍电铸带、不锈钢带等。单涂层涂料的涂敷可以以与上述芯棒的情况相同的方式进行。
虽然，下面采用实施例对本发明进行说明，但是，本发明不应局限于这些实施例。在实施例中的％如果没有特别说明，均为重量基准。
试验例<氟树脂与粘结剂的混合比率的探讨>
作为决定氟树脂与粘结剂的最佳混合比率的试验，利用改变了混合比率的单涂层涂料制作覆盖了氟树脂混合物的定影转动体(以下，简称为“转动体”)，测定该氟树脂混合物被覆层的接合强度，由此决定粘结剂与氟树脂的最佳混合比率。在该试验中，作为氟树脂使用了PFA(ダイキン公司生产，AW-5000)。另外，作为粘结剂使用了聚酰胺-酰亚胺(日立化成公司生产，HI-400)。
准备外径为20mm、芯棒厚度为0.7mm的铝(A5052)制中空管状芯棒，进行脱脂、喷砂、洗涤，以使芯棒的表面粗糙度达到Rz8μm。之后，按照表1所示的粘结剂比率混合上述PFA与聚酰胺-酰亚胺的量，使用粘度达到150cp的涂料，采用浸渍涂敷涂布15μm，在此基础上采用喷涂涂敷法涂敷35μm，共计涂敷50μm，之后，利用电炉以400℃进行30分钟的煅烧，从而制造成No.1-6所示的6种辊12。此处，为了进行用于探讨粘结剂比率的接合强度试验，涂膜的厚度涂敷得比本发明的定影转动体的被覆层要厚。这是因为对于由浸渍涂敷形成的厚度为15μm的被覆层而言，不能从芯棒剥离被覆层，不能测定接合强度。
如图1所示，该辊12由芯棒12A和直接在该芯棒12A的整个外周面(即无底涂层地)涂敷的用于接合强度试验的厚被覆层12B组成。
沿圆周方向、在该辊12的3处切出10mm宽的切口，剥离被覆层的一部分，安装到株式会社岛津制作所制作的万能精密材料试验机(S-100)中，以50mm/min的拉伸速度进行剥皮试验，测定被覆层的接合强度(kgf/cm)。测定结果如表1、图2所示。图2为显示粘结剂比率与接合强度关系的曲线图。
从图中可以看出，粘结剂比率为7-11％时接合强度的值较大，从而提高接合性。
表中的粘结剂比率按以下的公式计算。粘结剂比率的PFA量为PFA的固体成份的量。
粘结剂比率(％)＝[粘结剂量/(粘结剂量+PFA量)]×100[表1]
<耐磨性能的评价>
相对于氟树脂(固体成份换算)，将粘结剂的比率固定为10％，使用改变了PFA与PTFE混合比的氟树脂制作单涂层涂料，进行被覆层的耐磨性的评价。在该试验中，氟树脂使用了PFA(ダイキン公司生产，AW-5000)、PTFE(ダイキン公司生产，EK-4800CR)。并且，粘结剂使用了聚酰胺-酰亚胺(日立化成公司生产，HI-400)。
使用直径120mm、厚度2mm的铝(A5052)的圆盘作为耐磨性评价用试验片，进行脱脂、喷砂、洗涤，使试验片的表面粗糙度达到Rz8μm。之后，使聚酰胺-酰亚胺达到10％，按表2所示那样改变PTFE与PFA的混合比，利用粘度为150cp的单涂层涂料通过浸渍涂敷涂布15μm的膜厚，并以400℃用电炉进行30分钟的煅烧，制造出No.11-16所示的7种氟树脂覆盖试验片。
对于所获得的试验片，在以下所示的条件下进行泰伯(テ一バ一、Taber)磨损试验(依照JIS K 7204)，从磨损试验前后的重量计算出磨损量，评价耐磨性。结果如表2及图3所示。在表2及图3中，PFA比率为涂料的氟树脂中含有PFA的比率，并且显示了该PFA比率与磨损量的关系。
从表2及图3中可以看出，如果由PFA与PTFE构成的氟树脂中的PFA的量在90％以下(PTFE在10％以上)，则能提高耐磨性。
泰伯磨损试验泰伯试验机(株)东洋精机制作所ROTARY ABRASIONTESTER磨损轮CS-10转速60rpm转数1000载重500g[表2]
<脱模性比较试验>
相对于氟树脂的比率，将粘结剂固定为10％，通过浸渍涂敷、喷涂涂敷，将采用改变了PFA与PTFE混合比率的氟树脂的单涂层涂料制作成覆盖氟树脂的加热辊(下面，简称为辊)。之后，使用实际机器，以各种温度设定这些辊的表面温度，通过偏差温度范围测定卡获取影印图表，确认是否产生偏差，进行因PFA与PTFE混合比率不同造成的脱模性比较试验。在该试验中，氟树脂使用了PFA(ダイキン公司生产，AW-5000)、PTFE(ダイキン公司生产，EK-4800CR)。另外，粘结剂使用了聚酰胺-酰亚胺(日立化成公司生产，HI-400)。
准备一根外径为30mm，芯棒厚度为0.7mm的铝(A5052)制成的中空管状芯棒，以进行脱脂、喷砂、洗涤，使芯棒表面粗糙度达到Rz8μm。之后，使聚酰胺-酰亚胺为10％，按照表3所示那样改变PFA与PTFE的混合比率，以涂料粘度为150cp的单涂层涂料进行浸渍涂敷及喷涂涂敷。浸渍涂敷使用浸渍涂敷机，以8mm/sec的提起速度涂敷15μm，喷涂涂敷使用喷涂机涂敷15μm。涂敷后，以400℃、利用电炉进行30分钟的煅烧，制造出PFA与PTFE的混合比率和涂敷方法不同的8种辊。分别利用实际机器在各个辊上，将辊的表面控制在试验温度，同时，按以下显示进行因PFA与PTFE混合比率不同所导致的辊的脱模性的评价。结果如表3所示。表3中PFA比率显示氟树脂中含有PFA的比率，其为固体成份换算。
从表3中可以看出，当氟树脂中的PFA量为60-100％时脱模性效果良好。另外，还可以看出，在超过通常使用温度范围的150-240℃的广泛温度范围内，浸渍涂敷、喷涂涂敷均具有充分的脱模性。而且，在浸渍涂敷时，即使比喷涂涂敷再高10℃，仍具有充分的脱模性。
脱模性评价方法通过偏差温度范围测定试验进行。
试验顺序1.在定影器中装入辊。
2.在实际机器主体中安装定影器。
3.从外部提供定影电热丝的电源，可以控制辊的表面温度。
4.在从150℃上升到250℃每5℃为单位地改变辊表面温度的同时，进行温度控制，将图4所示的偏差温度范围测定卡作为原稿，分别走纸3张。
5.由走纸获得的影印卡确认是否产生偏差，确认产生偏差的温度范围。
判断标准利用图4所示的偏差温度范围测定卡获取图像卡，并利用视觉观察是否产生偏差。如果发现3张中有1张产生偏差，则认为产生偏差。
试验机ミノルタ公司生产 Di250机(#1164)辊规格30 A3尺寸ET墨盒规格(打印机用)用纸XEROX纸 4200[表3]
从以上结果可以看出，氟树脂中PFA的量为60-90％、PTFE的量为40-10％(即，PFA+PTFE＝100％)的本发明的辊，与采用浸渍涂敷还是喷涂涂敷的涂敷方法无关，均可获得良好的耐磨性和脱模性。
本发明的定影转动体可用作加热辊、环形定影皮带等。由于膜厚较薄，因而导热性能良好，节能效果优异，而且，还具有良好的耐磨性和脱模性，非常适合复印机、传真机、激光打印机等对未定影调色图像进行定影的定影装置。
权利要求
1.一种定影转动体，其特征在于将主要成份为由60-90重量％的全氟烷氧基树脂(PFA)及40-10重量％的聚四氟乙烯(PTFE)[即，PFA+PTFE＝100重量％]组成的氟树脂及粘结剂的混合物直接覆盖在基体的表面。
2.根据权利要求1所述的定影转动体，其特征在于其为加热辊。
3.根据权利要求1所述的定影转动体，其特征在于其为环形定影带。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的定影转动体，其特征在于所述粘结剂为从聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺以及聚酰亚胺中选择出的至少一种，其含量相对于上述100重量％的混合物为7-11重量％。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的定影转动体，其特征在于基体表面的上述混合物被覆层的厚度为5-20μm。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的定影转动体，其特征在于利用浸渍涂敷覆盖所述混合物。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述的定影转动体，其特征在于利用喷涂涂敷覆盖所述混合物。
全文摘要
本发明提供了一种向氟树脂表面的热传递不易出现问题且耐磨性和脱模性优良的定影转动体。在这种定影转动体中，不需要底涂层，将主要成分为由60－90重量％的全氟烷氧基树脂(PFA)及40－10重量％的聚四氟乙烯(PTFE)[即，PFA+PTFE＝100重量％]组成的氟树脂及粘结剂的混合物覆盖在基体的表面。
文档编号F16C13/00GK1828452SQ200510052439
公开日2006年9月6日 申请日期2005年2月28日 优先权日2004年3月11日
发明者铃木幸太郎 申请人:日东工业株式会社