CN102713767A

CN102713767A - 滑动构件及其制造方法

Info

Publication number: CN102713767A
Application number: CN2010800609876A
Authority: CN
Inventors: 橘俊光; 塚本克己
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-11-11
Also published as: US8920916B2; JP2011158886A; EP2523049B1; KR20120115540A; KR101750582B1; WO2011083526A1; EP2523049A4; CN102713767B; US20130011170A1; EP2523049A1; JP5519475B2

Abstract

本发明提供适合作为图像形成装置内的转印垫使用并且具有优良的密合性和滑动性的滑动构件。本发明的滑动构件10包含作为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粒子的烧结体的多孔体1，并具备多孔体1的表面作为滑动面5，其中，使滑动面5的粒子占有率为50%以下，使表面粗糙度Ra为2.0μm以下。滑动构件10可以通过对UHMWPE粒子的烧结体切削加工得到的多孔体进行加热以使滑动面5比加热前平滑而得到。

Description

滑动构件及其制造方法

技术领域

本发明涉及滑动构件，特别是涉及在电子照相方式的图像形成装置内使用的滑动构件。

背景技术

近年来，伴随着以电子设备领域为代表的各领域中的技术革新，对滑动构件的要求日益多样化。例如，在印刷领域，要求以更高的精度进行高速印刷。为了满足这些要求，广泛采用使用中间转印带的带转印方式的印刷。电子照相方式的图像形成装置中，最初在感光鼓等感光体上记录静电潜像。接着，通过使调色剂附着到感光体上而形成调色剂图像。然后，将调色剂图像转印到中间转印带上。最后，将调色剂图像转印到纸上。

在将感光体上的调色剂图像转印到中间转印带上时以及将转印在中间带上的调色剂图像转印到纸上时，需要对调色剂图像可靠地进行转印。为了辅助调色剂图像的可靠转印，进行了各种研究。例如，在专利文献1中，公开了通过从中间转印带的背面侧按压作为滑动构件的转印垫而使中间转印带与纸密合的技术。这样，通过使中间转印带与纸密合来进行可靠的转印。该转印通过对表面进行含氟树脂涂布而使滑动性提高。

超高分子量聚乙烯具有耐磨损性优良、即使磨损也不易产生粉体的特性。专利文献2中，公开了有效利用超高分子量聚乙烯的表面的平滑性而得到的明信片。另外，专利文献3中，公开了使用超高分子量聚乙烯粒子的烧结体的滑动构件。该滑动构件配置在旋转的记录介质(例如MO)与其支撑体之间来使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-311907号公报

专利文献2：日本实公平4-7169号公报

专利文献3：日本特开2004-310943号公报

发明内容

发明所要解决的问题

专利文献1这样的用含氟树脂对表面进行涂布而得到的转印垫存在如下问题：在转印垫和中间转印带磨损时，涂布材料或垫的一部分脱落。专利文献3中公开的使用超高分子量聚乙烯的烧结体的滑动构件具有低摩擦系数，滑动性优良。但是，根据本发明人研究的结果，该滑动构件不适合作为在图像形成装置内使用的滑动构件。这是因为，滑动构件的表面的凹凸过大，因此，不能充分地使中间转印带与纸密合。

用于解决问题的手段

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供使用超高分子量聚乙烯粒子的烧结体并且具有良好的密合性和滑动性的滑动构件。

本发明提供一种滑动构件，包含作为超高分子量聚乙烯粒子的烧结体的多孔体，并具备上述多孔体的表面作为滑动面，其中，距上述多孔体的最表面的深度为20μm的上述多孔体的内部面的粒子占有率为50%以下，上述多孔体的最表面由上述超高分子量聚乙烯粒子的顶部规定，并且上述表面的表面粗糙度Ra为2.0μm以下。

发明效果

根据本发明，能够得到具有耐磨损性并且与对象材料的接触面具有良好的密合性和滑动性的滑动构件。将本发明的滑动构件用于图像形成装置的转印垫时，能够实现图像的可靠转印。

附图说明

图1是表示本发明的滑动构件的一个实施方式的截面图。

图2是表示本发明的滑动构件的另一实施方式的截面图。

具体实施方式

以下，将超高分子量聚乙烯记为UHMWPE。

本发明的滑动构件包含作为UHMWPE粒子的烧结体的多孔体，该多孔体的表面形成与中间转印带等接触构件产生滑动的滑动面。该滑动面的粒子占有率为50%以下，表面粗糙度Ra为2.0μm以下。粒子占有率是粒子在滑动构件的表面附近(具体而言为距表面的深度为20μm的多孔体的内部面)占有的面积比率，可以通过对拍摄表面而得到的图像进行二值化处理来测定。表面粗糙度Ra由JIS B0601规定。粒子占有率超过50%时，滑动构件与接触构件(对象材料)接触的面积变得过大，从而无法得到良好的滑动性。另外，滑动面的表面粗糙度Ra超过2.0μm时，虽然滑动性良好，但面的凹凸变得过大，从而无法得到对接触构件的充分的密合性。

滑动面的粒子占有率优选为20%以上且50%以下，更优选为25%以上且45%以下。滑动面的表面粗糙度Ra优选为1.0μm以上且2.0μm以下，更优选为1.0μm以上且1.8μm以下。

本发明的滑动构件中，为了降低带电性，优选作为UHMWPE粒子的烧结体的多孔体进一步包含以炭黑为代表的导电性微粒。具体而言，滑动面的表面电阻率优选为1×10⁶Ω/□以下，更优选为1×10⁵Ω/□以下。滑动面的表面电阻率大时，不能有效地减少由滑动构件与中间转印带的摩擦而产生的带电，从而使带电状态变得不稳定。如果带电状态变得不稳定，则在将调色剂图像转印到中间转印带上时，有时调色剂会发生飞溅而使印刷物产生污渍。

在向UHMWPE粒子中添加炭黑作为导电性微粒的情况下，炭黑的添加量以质量基准计相对于UHMWPE粒子100份，优选为0.5份以上且10份以下，更优选为1份以上且5份以下。炭黑的添加量低于0.5份时，难以在滑动面上得到期望的表面电阻率。另一方面，超过10份时，容易引起炭黑从滑动构件上脱落。

需要说明的是，由于UHMWPE粒子的烧结体为多孔体，与无孔时相比表面积更大，因此可有效地保持所添加的炭黑。即，通过将作为多孔体的UHMWPE粒子的烧结体与作为微粒的炭黑组合，能够兼具由UHMWPE带来的耐磨损性、密合性和滑动性以及由炭黑带来的防带电性等两种材料的优点。

另外，为了减少滑动构件的带电，可以在向UHMWPE粒子中添加导电性微粒的同时使滑动构件的滑动面上存在表面活性剂，或者，使滑动构件的滑动面上存在表面活性剂来代替向UHMWPE粒子中添加导电性微粒。

图1是表示本发明的滑动构件的一例的截面图。滑动构件10由单一的UHMWPE多孔片1构成，该片1的表面形成滑动面5。但是，本发明的滑动构件10也可以为两片以上的UHMWPE多孔片1层叠而成的层叠体。

滑动构件10(UHMWPE多孔片1)的厚度优选为0.1mm以上且3.0mm以下，更优选为0.15mm以上且2.0mm以下。过薄时，作为片的刚性(弹性)变得过低，可能难以得到与对象材料的密合性，过厚时，作为片的刚性相反地变得过高，片发生变形，有时难以得到跟随对象材料的密合性。

图2是表示本发明的滑动构件的另一例的截面图。滑动构件11为UHMWPE多孔片1、阻挡层3和粘合层2依次层叠而成的层叠体，配置在该层叠体的最外层的UHMWPE多孔片1的表面形成滑动面5。粘合层2发挥将滑动构件11固定在其他构件上的作用。阻挡层3防止在长期使用中构成粘合层2的粘合剂通过多孔片1内的孔隙而渗出到滑动面5上。粘合层2可以使用丙烯酸类、有机硅类等各种粘合剂来构成。阻挡层3可以使用各种树脂片材，如专利文献3所述，优选由熔融粘度为5kPa·s~500kPa·s的热塑性树脂特别是交联聚乙烯构成的树脂片材。多孔片1与阻挡层3通过例如热粘接而一体化即可。但是，在不需要防止粘合剂渗出的使用方式下，可以将粘合层2直接层叠到UHMWPE多孔片1上。

如图2所示，滑动构件只要以UHMWPE多孔片成为最外层的方式进行配置，则也可以进一步包含其他层或构件。

用于同时调节滑动面的粒子占有率和表面粗糙度Ra的手段之一是适当选择烧结体制造中使用的UHMWPE粒子的粒径。但是，批量生产的UHMWPE粒子的尺寸是受限的。另外，UHMWPE粒子直接烧结成的表面具有凹凸变得过大的倾向，因而具有密合性不足的倾向。基于上述情况，为了使滑动面的粒子占有率与表面粗糙度Ra均处于期望的范围内，优选实施对UHMWPE粒子的烧结体进行切削加工而得到片状成形体的工序，并且实施通过对片状成形体进行加热而使其表面进一步平滑的工序。

基于以上观点，从另一侧面，本发明提供以下的制造方法作为适于制造本发明的滑动构件的方法。即，本发明的滑动构件的制造方法，用于制造包含作为UHMWPE粒子的烧结体的多孔体并具备上述多孔体的表面作为滑动面的滑动构件，所述制造方法包括如下工序：第一工序，对UHMWPE粒子群进行烧结而得到上述UHMWPE粒子的烧结体；第二工序，对上述烧结体进行切削加工而形成作为上述滑动面的表面并且得到具备该表面的多孔体；第三工序，对上述多孔体进行加热而使作为该多孔体的上述滑动面的表面比加热前平滑。

优选通过上述第二工序得到的多孔体的上述粒子占有率为50%以下。但是，这种多孔体的表面粗糙度Ra多超过2.0μm。这种情况下，通过上述第三工序使表面粗糙度Ra降至2.0μm以下。第三工序中的平滑化通常会使粒子占有率增加。因此，第三工序优选在使粒子占有率维持在50%以下并且使表面粗糙度Ra降至2.0μm以下的条件下实施。第三工序中的加热温度优选为110℃以上且160℃以下，施加到片状成形体上的压力优选为0.05MPa以上且0.8MPa以下。

对多孔体的表面进行平滑化时，与平滑化之前相比，表面的表面粗糙度Ra降低，从而容易得到密合性优良的多孔体。需要说明的是，本说明书中，具体而言，“平滑化”作为表示表面粗糙度Ra的值降低的术语来使用。

上述第一工序中UHMWPE粒子群的烧结优选使用水蒸气烧结。水蒸气烧结可以通过如下方法来实施：将要烧结的UHMWPE粒子群配置在容器内，然后，对该容器内进行减压，在导入有水蒸气的状态下对上述粒子群进行烧结而使其一体化。进行水蒸气烧结时，容易得到具有均匀的多孔结构的大型成形体，通过对所得到的大型成形体进行切削加工，能够精度良好地得到任意厚度的片材。

上述第二工序中，使烧结体切开而形成的表面形成为滑动面。在要使该表面显著平滑化的情况下，在上述第三工序中，使多孔体的表面与金属板等构件(以下称为“平滑化构件”)的表面接触、优选施加压力而进行按压，同时进行加热即可。平滑化构件优选为具有比所接触的多孔体的表面平滑的表面作为接触多孔体的表面、并且由具有高于多孔体的加热温度的熔点的材料构成的构件，具体而言，优选：1)铝板、不锈钢板等金属板；2)由熔点高于UHMWPE的树脂(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚酰亚胺(PI))构成的树脂板。即，作为多孔体的滑动面的表面优选通过在与金属板或树脂板的表面接触的同时进行加热来进行平滑化。

但是，作为平滑化构件，也可以使用UHMWPE的片状成形体(多孔体)。具体而言，第三工序可以通过在根据需要对UHMWPE的多孔体的层叠体加压的同时进行加热来实施。即，与多孔体的表面接触的树脂板可以为由UHMWPE构成的树脂板。

构成UHMWPE粒子群的UHMWPE粒子的平均粒径优选为100μm以上且160μm以下。需要说明的是，本说明书中，平均粒径使用利用激光衍射法而得到的测定值。

作为上述模具，为了提高煅烧时的导热性，优选使用不锈钢或铝等金属制的金属模具。另外，优选通过对模具的内壁实施镜面加工等而预先使表面平滑化。

实施例

(实施例1)

以质量基准计，相对于UHMWPE粒子(平均粒径为130μm)100份，以3份的比例搅拌混合炭黑(Cabot公司制造的Vulcan XC72R)粉末，得到着色成黑色的粉体。将该黑色粉体填充到外径为500mm、高度为600mm的金属模具中。将该金属模具放入金属制耐压容器内，将容器内减压至1000Pa。然后，向容器内导入加热的水蒸气，在165℃下加热6小时。然后，将容器内缓慢冷却，得到圆筒形烧结体。使用切削加工厚度设定为0.21mm的车床对该烧结体进行切削加工，得到作为多孔体的片状成形体。片状成形体的厚度为0.21mm。接着，将片状成形体裁切成200mm×200mm。将10片裁切而成的片材层叠，得到层叠体。以2.5kgf/cm²对层叠体进行加压，同时在120℃下加热120分钟。加热后，从构成层叠体的片材中除最外层的两片以外的片材中取出一片片材，得到由厚度为0.2mm的UHMWPE多孔片构成的滑动构件。

(实施例2)

在200mm×200mm、厚度为1mm的铝板上层叠两片与实施例1同样得到的加热前的片状成形体。在其上配置相同尺寸的铝板，进一步在其上层叠两片片状成形体。重复同样的操作，得到表面和背面为铝板、片状成形体共计为10片、铝板共计为6片的层叠体。对该层叠体施加2.5kgf/cm²的压力，并在120℃下加热120分钟。加热后，从构成层叠体的10片片材中取出1片片材，得到由厚度为0.2mm的UHMWPE多孔片构成的滑动构件。需要说明的是，将与所得到的滑动构件的铝板接触的面作为下述评价的对象即滑动面。

(实施例3)

除了不向UHMWPE粒子中添加炭黑的粉末、并且增加将最终得到的UHMWPE多孔片的烧结体浸渍于表面活性剂水溶液中并进行干燥的工序以外，通过与实施例1同样的方法得到由厚度为0.2mm的UHMWPE多孔片构成的滑动构件。

(比较例1)

使用切削加工厚度设定为0.2mm的车床对实施例1中的圆筒形烧结体进行切削加工，得到由厚度为0.2mm的UHMWPE多孔片构成的滑动构件。

(比较例2)

相对于实施例1的UHMWPE粒子100份，添加15份(质量基准)的炭黑的粉末，得到着色成黑色的粉体。将该黑色粉体8g填充到底面积为200mm×200mm、具有3mm的深度的不锈钢制金属模具中。然后，从其上方放上199mm×199mm×1mm的不锈钢板，在180℃下加热15分钟，得到UHMWPE粒子的烧结体。将该烧结体在10kgf/cm²、200℃的条件下加压10分钟，重复两次该工序，形成厚度为0.22mm的无孔UHMWPE片材，将其作为滑动构件。

(比较例3)

在200mm×200mm、厚度为1mm的铝板上层叠一片与实施例1同样地得到的加热前的片状成形体。在其上配置相同尺寸的铝板，进一步在其上层叠一片片状成形体。重复同样的操作，得到表面和背面为铝板、片状成形体共计为10片、铝板共计为11片的层叠体。利用10kgf/cm²的压力对该层叠体进行压制，同时在130℃下加压240分钟，取出最外层的UHMWPE多孔片(厚度为0.19mm)，作为滑动构件。

(比较例4)

除了使用UHMWPE粒子(平均粒径为160μm)来代替比较例1的UHMWPE粒子(平均粒径为130μm)、并且将比较例1中向容器内导入加热的水蒸气时的加热温度从165℃变更为160℃以外，通过与比较例1同样的方法得到由厚度为0.2mm的UHMWPE多孔片构成的滑动构件。

以如下方式考察实施例1~3和比较例1~4的片材的表面的粒子占有率、表面粗糙度、表面电阻率、动摩擦系数和密合状态。

[粒子占有率]

首先，利用三维光学轮廓仪对所得片材的表面进行拍摄。然后，利用图像分析软件“ImageJ,Igor”对拍摄到的图像进行图像处理(二值化处理)。接着，从二值化处理后的图像提取出粒体部分。使用最后提取出的粒体部分的面积通过下式计算出所得片材的表面的粒子占有率。需要说明的是，提取出的粒体部分的面积相当于距表面的深度为20μm处的粒子的占有面积。

α=S1/S0

α：所得片材的粒子占有率(%)

S1：表示二值化处理后的粒体部分的部分面积(m²)

S0：总测定面积(m²)

[表面粗糙度]

使用触针式表面粗糙度测量仪(株式会社东京精密制造，サ一フコム550A)，对所得片材的表面的由JIS B0601规定的表面粗糙度Ra进行测定。测定条件设定为前端径为250μm、速度为0.3mm/秒、测定长度为4mm。

[表面电阻率]

使用Loresta低电阻率测试仪(三菱化学制造，MCP-T610型)，通过基于JIS K7194的方法测定所得片材的表面的表面电阻率。条件分别设定为限幅电压：90V、测定时间：10秒、测定探针：ASP，利用四端子四探针法进行测定。

[动摩擦系数]

使用摩擦系数测定仪(Bowden-Leben型摩擦系数测定装置；“剥离/滑动/划伤测试仪HEIDEN-14”，HEIDEN公司制造)进行测定。首先，从市售的厚度为25μm的聚酰亚胺薄膜上切下3mm×20mm，借助双面胶带将切下的聚酰亚胺薄膜的表面胶粘到10mmφ的钢球的表面上。接着，将所得的片材配置在平台上。然后，在配置于平台上的所得片材上放置胶粘有聚酰亚胺薄膜的铁球。通过胶粘有聚酰亚胺薄膜的铁球，在与所得片材的表面正交的方向上对所得片材施加200g的载荷，并且使其在与所得片材的表面平行的方向上、在冲程长度为50mm、移动速度为600m/分钟的条件下在所得片材上往复运动。测定此时与移动方向相反的方向上承受的摩擦力。然后，通过下式计算出动摩擦系数。

μ=F/N

μ：动摩擦系数

F：摩擦力(g)

N：载荷(g)

[密合状态的确认]

在所得片材的表面上放置厚度为20μm的铝箔，使它们从在1kgf/cm²×2m/分钟的条件下加压旋转的涂布有硅橡胶的夹辊之间通过。通过目视确认此时因片材的表面形状而导致的凹凸是否被转印到铝箔上，将未观察到转印痕迹的状态判定为密合性良好，将明显确认到转印痕迹的状态判定为密合不良。

将以上述方式对实施例1~3和比较例1~4的片材测定表面的粒子占有率、表面粗糙度Ra、表面电阻率、动摩擦系数和密合状态而得到的结果示于表1中。

表1

将表面的粒子占有率为100%的比较例2与具有多孔体结构且表面的粒子占有率为50%以下的实施例1~3的动摩擦系数进行比较时，比较例2的动摩擦系数显示出高于实施例1~3的动摩擦系数的值。另外，虽然具有多孔体结构、但表面的粒子占有率高的比较例3的动摩擦系数也显示出高于实施例1~3的动摩擦系数的值。即，可知实施例1~3的片材具有良好的滑动性。

另外，通过作为密合状态判断指标的试验，对表面的粒子占有率低、但表面粗糙度Ra大的比较例1和4与表面粗糙度Ra为2.0μm以下的实施例1~3的密合状态进行了比较。在使用比较例1和4的片材的情况下，与使用实施例1~3的片材时相比，对铝箔面的密合性变差。即，可知实施例1~3的片材具有良好的密合性。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供具有滑动性高于现有的滑动构件并且密合性高的滑动面的滑动构件。本发明的滑动构件作为图像形成装置的转印垫特别有用。该转印垫具备本发明的滑动构件，为了使中间转印带的一个面与图像保持介质(例如纸)接触从而将中间转印带负载的调色剂图像转印到图像保持介质的表面上，该滑动构件的滑动面从中间转印带的另一面侧对移动的中间转印带进行按压。但是，本发明的滑动构件也可以活用为将未转印到纸上而残留在中间带上的调色剂除去的刮刀等。

Claims

1.一种滑动构件，包含作为超高分子量聚乙烯粒子的烧结体的多孔体，并具备所述多孔体的表面作为滑动面，其中，

距所述多孔体的最表面的深度为20μm的所述多孔体的内部面的粒子占有率为50%以下，所述多孔体的最表面由所述超高分子量聚乙烯粒子的顶部规定，并且

所述表面的表面粗糙度Ra为2.0μm以下。

2.如权利要求1所述的滑动构件，其中，

所述表面的粒子占有率为20%以上且50%以下，

所述表面的表面粗糙度Ra为1.0μm以上且2.0μm以下。

3.如权利要求1所述的滑动构件，其中，

所述多孔体包含导电性微粒，

所述滑动面的表面电阻率为1×10⁶Ω/□以下。

4.一种转印垫，配置在图像形成装置的内部，其中，

具备权利要求1所述的滑动构件，

为了使中间转印带的一个面与图像保持介质接触从而将所述中间转印带负载的调色剂图像转印到所述图像保持介质的表面上，所述滑动构件的滑动面从所述中间转印带的另一面侧对移动的所述中间转印带进行按压。

5.一种滑动构件的制造方法，所述滑动构件包含作为超高分子量聚乙烯粒子的烧结体的多孔体，并具备所述多孔体的表面作为滑动面，所述制造方法包括如下工序：

第一工序，对超高分子量聚乙烯粒子群进行烧结而得到所述超高分子量聚乙烯粒子的烧结体；

第二工序，对所述烧结体进行切削加工而形成作为所述滑动面的表面并且得到具备该表面的多孔体；

第三工序，对所述多孔体进行加热而使作为该多孔体的所述滑动面的表面比加热前平滑。

6.如权利要求5所述的滑动构件的制造方法，其中，对所述超高分子量聚乙烯粒子群进行水蒸气烧结而得到所述烧结体。

7.如权利要求5所述的滑动构件的制造方法，其中，构成所述超高分子量聚乙烯粒子群的超高分子量聚乙烯粒子的平均粒径为100μm以上且160μm以下。

8.如权利要求5所述的滑动构件的制造方法，其中，通过在使作为所述多孔体的所述滑动面的表面与金属板或树脂板的表面接触的同时进行加热来进行平滑化。