CN103676582A - 定影辊/定影带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种定影辊/定影带，具有在基材上依次形成的弹性层和表层，其中所述表层是通过使PFA管热收缩而形成的层，所述表层和所述弹性层通过含有PFA的粘合材料而粘合在一起。特别是，本发明提供这样一种定影辊/定影带，其中PFA管的热收缩率为3%到20%。另外，还提供这样一种定影辊/定影带，其中在所述含有PFA的粘合材料中，PFA的含量范围为20重量%到30重量%。

Description

定影辊/定影带及其制造方法

本申请是申请日为2008年4月11日、申请号为200880011009.5、发明名称为“定影辊/定影带及其制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于复印机等的定影辊/定影带，及其制造方法。

背景技术

通常，用于复印机等的定影辊/定影带的结构如下：管状基体上形成有作为弹性层的橡胶层，以及形成于该弹性层上的、由诸如四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）或聚四氟乙烯（PTFE）之类的氟树脂制成的表层。这里，所述定影辊/定影带是用作复印机中的定影部件的辊或带。专利文献1中已经说明了这种定影辊/定影带的制造方法的例子。在以下的说明中，以PFA作为用于表层的氟树脂的例子。

即，在管状基体的表面上涂布粘合剂，并使该粘合剂与形成于其上的橡胶层（如硅基橡胶）粘合在一起。此外，在环状模具（管）的内周面上涂布PFA，烘烤后，从环状模具中取出呈管状的PFA。将管状PFA的内径设计为比环状橡胶层的外径稍小。此外，为了提高管状PFA对下述的表层用粘合剂的粘合力，对管状PFA的内周面进行处理（等离子处理、化学刻蚀等）。

然后，使管状PFA径向扩张以增大其内径，并将其强制插套在具有橡胶层的管状基体上，所述橡胶层的外周面上已预先涂覆了表层用粘合剂（硅基橡胶）。将表层用粘合剂涂布得相对较厚，使其同时具有润滑功能，以便于PFA能顺利地插套在橡胶层外。然后，挤压管状PFA的表面，以除去在管状PFA与橡胶层之间的过多的表层用粘合剂，并消除管状PFA的皱褶、松弛等、以及在将管状PFA插套在管状基体上时在管状PFA与橡胶层之间所产生的气泡，从而使管状PFA的周面变得平整且光滑。此外，通过在220℃下加热预定长的时间，使管状PFA的内周面和橡胶层的外周面通过表层用粘合剂而粘合在一起，从而形成PFA层。

专利文献2中说明了一种将氟树脂层包覆于在管状基体上形成的弹性层上以使所述氟树脂层成为表层的技术。该技术如下所述：弹性层和氟树脂层的外侧被已加热收缩的热收缩管包覆，然后将氟树脂层加热烘烤，从而使热收缩管的内面形状转印到氟树脂层的表面。在该技术中，在热收缩管的内面形状转印到氟树脂层表面后将热收缩管除去。

专利文献3中说明了这样一种技术，将由氟树脂（PFA）制成的热收缩管包覆在预先经底漆处理的柱状体上，使热收缩管在低于其熔点的温度（80℃到250℃）下收缩以进行固定，并在高于其熔点的温度（330℃到400℃）下将其加热粘结到所述柱状体上。

[专利文献1]：日本专利申请公开No.2004-276290

[专利文献2]：日本专利申请公开No.H10-142988

[专利文献3]：日本专利申请公开No.S64-1534

发明内容

本发明待解决的问题

近年来，OA设备的使用环境越来越苛刻，同时对OA设备的小型化以及降低成本的要求也日益强烈。

如上所述，对于专利文献1中的定影辊/定影带，在将管状PFA包覆在橡胶层上之后，需要进行挤压管状PFA表面的工序，但是该工序很复杂，并且是使制造成本增加的一个原因。

此外，专利文献1中的定影辊/定影带需要对管状PFA的内周面进行处理（等离子处理、化学刻蚀等），以提高其对表层用粘合剂的粘合力。因此需要保证内表面处理用夹具（jig）插入所需的空间，所以难以减小PFA管的内径。因此难以制造小直径的定影辊或定影带。在这一方面，作为内表面处理，可以采用激光蚀刻来对小直径PFA管（口径为18mm或更小）进行内表面处理；然而其问题是工艺成本高。

定影辊/定影带被用来对转印至记录纸上的调色剂进行定影，因此定影辊/定影带内装有加热器，并且在以该加热器加热的条件下使用。对于高速复印的复印机，由于大量的记录纸带走了定影辊/定影带的热量，因此使定影辊/定影带的温度趋于降低。所以必须使定影辊/定影带的厚度更薄，从而使加热器的热量能够有效传输，并且不会使定影辊/定影带的温度降低。

然而，对于专利文献1中的定影辊/定影带，在所述橡胶层的外周面上涂布有表层用粘合剂，该表层用粘合剂涂布得相对较厚，以增强在将管状PFA插套在具有橡胶层的管状基体上时该表层用粘合剂所展示出的润滑性。因此，PFA层和橡胶层之间的粘合剂层变得较厚（通常为约15μm）。这样，由于安装在定影辊/定影带内的加热器的热量不能有效扩散，从而造成了非常可观的热量损失。

另外，由插入管状PFA之后进行的烘烤处理所引起的橡胶层的热降解也是不可避免的。此外，专利文献2和3中技术的缺陷在于，高于PFA熔点的烘烤温度和长时间的烘烤会使橡胶层劣化。

因此，本发明的目的是提供这样一种定影辊/定影带，其既不需要挤压工序也不需要PFA的内表面处理，而且其表层和弹性层之间的粘合剂层的厚度更小，因此不但能够减小直径、降低成本，还可以减少热损失和弹性层的劣化。本发明的另一个目的是提供一种制造这种定影辊/定影带的方法。

解决所述问题的方法

本发明人经过深入调查研究发现，如果使用不对其内周面进行内表面处理的热收缩性PFA，并设计出一种通过使用含有PFA的粘合材料作为表层和弹性层之间的粘合剂，从而将表层和弹性层粘合在一起的方法，上述问题就很容易解决，从而完成本发明。下面，将参照各方面对本发明进行解释说明。

第1方面所述的本发明是这样一种定影辊/定影带，在该定影辊/定影带中，弹性层和表层按照先弹性层而后表层的顺序形成于基材上，其中所述表层是通过使PFA管热收缩而形成的层，并且PFA管的内周面未经内表面处理。

根据该方面的本发明，能够提供一种低成本、小直径的定影辊/定影带，由于其采用了其内周面未经内表面处理的热收缩性PFA管作为表层材料，因而该定影辊/定影带的热量损失低且弹性层的劣化较轻。

第2方面所述的本发明是如第1方面所述的定影辊/定影带，其中弹性层和表层按照先弹性层而后表层的顺序形成于基材上，其中所述表层是通过使PFA管热收缩而形成的层，并且所述表层和弹性层通过含有PFA的粘合材料而粘合在一起。

根据该方面的本发明，具有热收缩性的PFA管被用作表层材料，并且含有PFA的粘合材料被用作用以粘合表层和弹性层的表层用粘合剂。因此，由于在将弹性层与表层粘合在一起时，通过在高于PFA熔点的温度下进行加热，从而使用于形成表层的PFA管与表层用粘合剂中的PFA在熔点温度下发生粘合，因此在表层和粘合剂之间获得了高粘合强度。所以不需要对PFA管的内周面进行处理（等离子处理、化学刻蚀等），而这种处理在之前是必须的。此外，由于不需要在PFA管内插入内表面处理用的夹具，因此可减小PFA管的口径，从而可以获得小直径的定影辊/定影带。另外，加热时间可以很短，这样可以抑制橡胶层的劣化。

在该方面所述的本发明中，采用PFA作为氟树脂是因为：当使用PTFE时，其熔点高于PFA的熔点，因此需要在更高的温度下进行弹性层和表层之间的粘合处理，而这会导致橡胶层的劣化。

从耐热性和机械强度的观点来看，耐热树脂和金属可用作基体材料。耐热树脂的例子包括聚酰亚胺树脂和聚酰胺-酰亚胺树脂，金属的例子包括不锈钢、铝和铁。

第3方面所述的本发明是第1或2方面所述的定影辊/定影带，其中用于形成所述表层的PFA管的热收缩率为3%到20%。

根据该方面的本发明，由于所述PFA管的热收缩率为3到20%，因此PFA管的内径可以设计得比弹性层的外周的直径稍大，这样便可将具有弹性层的基体顺利地插入到PFA管中。此外，加热使PFA管收缩，从而使其以适度的压力（应力）包覆在弹性层上。具有热收缩性的PFA管的例子是SMT，其由Gunze Limited公司生产。SMT是一种当加热温度为180℃到200℃时，径向收缩率为5%到10%的PFA管。

第4方面所述的本发明是第1到3方面中任意一项所述的定影辊/定影带，其中在所述含有PFA的粘合材料中，PFA的含量范围为20重量%到30重量%。

根据该方面的本发明，由于在所述表层用粘合材料中，PFA的含量范围为20重量%到30重量%，因此表层中的PFA和粘合材料中的PFA在熔点温度下必然能够熔融粘合，因此使表层和粘合材料牢固地粘合在一起。优选地，粘合材料是一种水性分散体（通过将微小的PFA颗粒分散在水中而制成），这是因为其可以在喷雾条件下使用、并且适于形成薄膜。此类材料的例子是PR-990CL，其由DuPont-Mitsui Fluorochemicals株式会社生产。这种粘合材料含有20重量%到30重量%的PFA，其熔点为300℃到310℃（PFA）。

优选的是，表层和粘合材料的粘合温度为300℃到320℃。如果该温度低于300℃，则不利于熔点下的粘合。另一方面，如果粘合温度超过320℃，则会使弹性体发生分解，从而导致粘合工序的失败。

第5方面所述的本发明是如第1到4方面中任意一项所述的定影辊/定影带，其中所述弹性层是硅基橡胶。

在该方面所述的本发明中，橡胶被用作弹性层的材料。特别是，通过采用硅基橡胶，能够获得具有优异的耐热性和弹性的弹性层。

第6方面所述的本发明是一种制造定影辊/定影带的方法，其中弹性层和表层按照先形成弹性层而后形成表层的顺序在基材上形成。所述方法包括：在形成于基材上的弹性层的外周面上涂布含PFA的粘合材料；将基材插入具有热收缩性的PFA管中；然后在高于PFA熔点的温度下加热PFA管使PFA管收缩，通过所述含有PFA的粘合材料使弹性层的外周面和PFA管的内周面粘合，在弹性层上形成PFA表层。

根据该方面的本发明，由于在加热收缩处理之前，具有热收缩性的PFA管的内径稍大于弹性层的外周的直径，因此能够顺利地将PFA管插套在其上形成有弹性层的基材上。

因此，不要求用以将PFA管和弹性层粘合在一起的表层用粘合材料具有润滑功能，因而表层用粘合材料的厚度可以更薄（5μm或更薄）。这样，定影辊/定影带内设置的加热器的热量可以更有效地扩散，从而减少了热损失。

另外，在该方面所述的方法中，通过在高于PFA熔点的温度下加热，使PFA管发生热收缩，并且PFA管与表层用粘合材料中的PFA熔融结合为一体，从而使弹性层的外周面与PFA管的内周面在熔点温度下通过表层用粘合材料而粘合在一起。因此，能够在弹性层上形成具有平滑的外周面的PFA层，使得PFA管与弹性层之间几乎没有多余的表层用粘合材料；而且在插入基材时，原本会在PFA管与橡胶层之间产生的气泡也不会出现，并且也不容易使PFA管出现皱褶和松弛。这样，便可以省略或简化挤压PFA管表面的工序，从而实现了定影辊/定影带的低成本生产。

另外，为了达到在熔点温度下进行粘合的目的，需在高于PFA熔点的温度下进行加热，如加热温度可以是310℃，并且加热时间可以缩短。由于可进行这种低温、短时间的粘合，因此无需进行专利文献3中所说明的长时间、高温（330℃到400℃）下的加热粘合，这样能够抑制橡胶弹性层的热劣化。

本发明的有益效果

根据本发明，能够提供一种小直径定影辊/定影带、及其制造方法，该定影辊/定影带既不需要PFA的内表面处理也不需要挤压工序，并且其中表层和弹性层之间的粘合剂层的厚度较薄，从而使热量损失变小，并且弹性层的分解变少。

附图说明

图1是本发明实施方案的定影辊/定影带剖面的概念性示意图。

图2是本发明实施方案的定影辊/定影带的制造步骤的流程图。

图3是说明弹性层形成方法的概念性透视图。

图4是说明表层形成方法的概念性透视图。

标号的说明：

1 管状基体；2 弹性层；2a 液态硅橡胶；3 表层；3a PFA管；4 弹性层用粘合层；5 表层用粘合层

具体实施方式

以下，将基于最佳实施方式对本发明进行说明。但是，本发明不局限于以下实施方式，可以在本发明的范围或等同范围内对以下的实施方案进行各种修改。

图1是本发明实施方案的定影辊/定影带剖面的概念性示意图。在图1中，1是基材（下文中也指管状基体）；2是弹性层；3是表层；4是弹性层用粘合层；并且5是表层用粘合层。该定影辊/定影带具有这样的结构，其中弹性层用粘合层4、弹性层2、表层用粘合层5和表层3依次层叠在基材1上。

当管状基体1为定影辊时，其呈圆柱状，而当其为定影带时，其呈环形带状。尽管未示出，但是在圆筒状圆柱体和环状带中设置有加热器或类似物。耐热性聚酰亚胺树脂或聚酰胺-酰亚胺树脂，或诸如不锈钢、铝或铁之类的金属被用作管状基体1的材料。在为定影辊的情况下，例如，铝或铁被用作管状基体1，其厚度为0.5mm到3mm。在为定影带的情况下，例如，不锈钢或聚酰亚胺树脂可以用作管状基体1，其厚度为10μm到100μm（通常，当为不锈钢时，厚度为约30μm，当为聚酰亚胺树脂时，厚度为约50μm）。

对于弹性层2，诸如硅基橡胶之类的具有耐热性的耐热橡胶被用作其材料，其厚度为150μm到1mm（通常为约200μm）。这里所用的耐热橡胶是指能够经受在定影温度下的持续使用的、具有耐热性的橡胶。更具体而言，耐热橡胶的例子包括硅橡胶，如二甲基硅橡胶、氟硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、乙烯基硅橡胶等。

对于表层3，具有热收缩性的PFA管被用作其材料，其厚度为10μm到50μm（通常为约15μm到30μm）。PFA管的热收缩率优选为3%到20%，以确保其对弹性层2形成均匀的压力。

用于将弹性层2和管状基体1粘合在一起的粘合剂层4的厚度为1μm到20μm（通常为约3μm到5μm）。

用于将弹性层2和表层3粘合在一起的表层用粘合剂层5的厚度为1μm到30μm（通常为5μm或更小）。从确保形成表层3的PFA管与粘合剂层5中的PFA发生在熔点温度下的粘合的角度来说，在弹性层用粘合材料中，PFA的含量范围为20重量%到30重量%。

由上述构件构成的定影辊/定影带可以通过如图2的流程图中所示的方法来制造。

首先，在步骤S1中准备管状基体1。例如，按照下述方法制得聚酰亚胺管状基体1。即，将聚酰亚胺清漆涂布在具有给定外径和长度的鼓形模具表面，加热模具以进行酰亚胺化反应（imide reaction），从而制得聚酰亚胺管状基体1，其在模具表面上的厚度为约50μm。

接下来，在步骤S2中，将弹性层用粘合剂以薄膜的形式涂布在管状基体1上，从而形成弹性层用粘合剂层4。为了提高管状基体1与弹性层用粘合剂层4之间的粘合强度，可以按照如下方式形成弹性层用粘合剂层4：在管状基体1的外周面上形成极薄的二氧化硅层，然后将弹性层用粘合剂涂布在二氧化硅层的外周面上。

接下来，在步骤S3中，在弹性层用粘合剂层4上形成弹性层2。即，如图3所示，在管状基体1沿圆周方向转动的同时，从分配器11的供料部件12的出口处将液态硅橡胶2a连续不断地涂布到弹性层用粘合剂层4上。随着分配器11的供料部件12沿着管状基体1的旋转轴连续不断地移动，液态硅橡胶2a以螺旋式涂布在弹性层用粘合剂层4的表面上。随着相邻硅橡胶2a的融合，并在重力或离心力的作用下进一步变得平整，从而形成均匀的液体表面，使得如此以螺旋式涂布的液态硅橡胶2a形成为光滑的涂布层。随后，通过热处理使液态硅橡胶2a硬化，从而形成弹性层2。

接下来，在步骤S4中，将表层用粘合材料以薄膜的形式涂布在弹性层2上，以形成表层用粘合剂层5。作为表层用粘合材料，可使用前述得自Dupont-Mitsui Fluorochemicals株式会社生产的PR-990CL。由于不要求表层用粘合材料具有润滑功能，因此可以将其制成具有较薄的厚度（5μm或更小）。因此，设置于定影辊/定影带中的加热器的热量可以有效地扩散，从而使热损失减少。

接下来，在步骤S5中，在表层用粘合剂层5上形成表层3。即，如图4所示，将管状基体1插入PFA管3a中，从而使具有热收缩性的PFA管3a包覆在表层用粘合剂层5上。对于PFA管3a，使用GunzeLimited生产的SMT。PFA管3a的内径设计得比弹性层2的外周直径稍大，从而使得在其外周面上形成有弹性层2的管状基体1能够顺利地插入到PFA管3a中。

随后，通过在高于PFA熔点的温度下加热，使得PFA管3a发生热收缩，并且PFA管3a中的PFA和表层用粘合剂层5中的PFA融合，从而使得弹性层2的外周面和PFA管3a的内周面在PFA的熔点温度下通过表层用粘合剂层5而粘合在一起。因此，能够在弹性层2上形成具有光滑的外周面的表层3。这样，可以省略或简化挤压PFA管3a表面的工序，从而能够获得低成本的定影辊/定影带。

虽然为了达到熔点温度下的粘合，需要在高于PFA熔点的温度下进行加热，但是该温度为310℃，并且加热时间短。由于可进行这种低温粘合，因此能够抑制弹性层2的硅基橡胶的热劣化。

以下，参照实施例和对比例对本发明进行说明。

（实施例1）

首先，在步骤S1中，准备内径为24mm、壁厚为30μm、并且长度为279.5mm的不锈钢圆筒作为管状基体。

接下来，在步骤S2中，以薄膜状涂布作为弹性层用粘合剂的X-33-173（单体(树脂)）（由Shin-Estu Chemical株式会社生产）并随后将其干燥，从而在管状基体上形成厚度为3μm的弹性层用粘合剂层。在这种情况下，根据所期望的特性，可预先在管状基体的外周面上适当地形成极薄的二氧化硅层，然后将弹性层用粘合剂涂布在二氧化硅层的外周面上，从而形成弹性层用粘合剂层。

接下来，在步骤S3中，通过如下方式形成厚度为275μm的弹性层：将导热率为0.3W/m·K至0.4W/m·K的低导热率通用树脂（Shin-Etsu Chemical株式会社：X-34-2008）用填料（例如，氧化铝）进行填充以提高其导热率，从而制得导热率为1.1W/m·K的硅橡胶，并用分配器将其涂布在弹性层用粘合剂层表面上，之后进行加热处理。

接下来，在步骤S4中，将得自Du Pont-Mitsui Fluorochemicals株式会社的、含有PFA的PR-990CL作为表层用粘合剂进行涂布，从而在弹性层上形成厚度为3μm的表层用粘合剂层。

接下来，在步骤S5中，将其上形成有表层用粘合剂层的管状基体插入具有热收缩性的、内径为25mm的PFA管（Gunze Limited生产：SMT）中。此时，由于PFA管的内径大于弹性层的外周直径，因此可以实现顺利的插入。在这种情况下，将PFA管在290℃到300℃的气氛中放置4分钟，以使其热收缩13%到15%，从而使其以紧密附着的方式包覆在弹性层上。然后，进一步加热至高于PFA熔点的温度，使得PFA管中的PFA和表层用粘合剂层中的PFA融合，从而使弹性层的外周面和PFA管的内周面在熔点温度下通过表层用粘合剂而粘合在一起，这样便在弹性层上形成厚度为20μm的表层。这样就制得实施例1的定影带。由此制得的定影带外周面光滑且平整，并且在PFA管上看不到皱褶、松弛等。

（实施例2）

本实施例制造了具有更高导热率的弹性层的定影带。更具体而言，实施例2的定影带按照与实施例1相同的方式获得，不同之处在于：其中在步骤S3中，使用导热率为1.3W/m·K的硅橡胶来形成弹性层，其中所述硅橡胶是通过对导热率为0.3W/m·K至0.4W/m·K的低导热率通用树脂（Shin-Etsu Chemical株式会社制造：X-34-2008）进行填料（例如，氧化铝）的填充而制得的。

（对比例1）

对比例1按照常规方法制造定影带，其中使用非收缩性的PFA管作为表层。更具体而言，首先形成与实施例1中相同的弹性层。接下来，在弹性层的外周面上涂布厚度为275μm的、由Shin-EstuChemical株式会社生产的硅橡胶以作为表层粘合剂。然后，使内径为23mm的非热收缩性的PFA管（Kurabo Industries Ltd.生产：Kuranfron）扩张，将其上涂布有表层用粘合剂的管状基体强制性地插入PFA管中。随后，通过挤压PFA管的表面，以除去多余的表层用粘合剂、PFA管的皱褶和松弛、以及在插入管状基体时在PFA管和弹性层之间产生的气泡，从而使PFA管的外周面平整且光滑。随后在220℃下加热120分钟，通过表层用粘合剂在弹性层上形成厚度为20μm的表层，从而获得对比例1的定影带。

（对比例2）

该比较例是通过与实施例2相对应的常规方法而制造的定影带。更具体而言，对比例2的定影带按照与对比例1相同的方式制造，不同之处在于：与实施例2一样，所用硅橡胶是通过对导热率为0.3W/m·K至0.4W/m·K的低导热率通用树脂（Shin-Etsu Chemical株式会社制造：X-34-2008）进行填料（例如，氧化铝）的填充而制得的具有较高导热率的硅橡胶，其导热率为1.3W/m·K。

（性能评价）

使用各个实施例和对比例中的定影带，对其粘合强度、定影性能和定影温度进行评价。具体评价结果如下所述。

(1)粘合强度

对各定影带进行1cm宽的90°剥离试验，用弹簧秤测量粘合强度，从而测得每个定影带的弹性层与表层间的粘合强度。将待测件于210℃的环境下放置300小时以进行热处理，并在进行热处理之前（初期）和之后分别进行粘合强度的测量。

(2)定影性能

借助定影设备以形成图像，并对定影部分进行擦拭，从而评价各定影带的定影性能。

(3)定影温度

使用各定影带来测量定影温度。评价结果以相对于对比例的定影温度的温度变化率（%）的形式表示。评价的结果如表1所示。

表1

如表1所示，在热处理（210℃×300小时）后和在初期，与用非热收缩性管来形成表层的常规定影带（对比例1和2）相比，用热收缩性管来形成表层的定影带（实施例1和2）的弹性层和表层间的粘合强度优异。

对于实施例1和2，定影性能也优于对比例，认为这是由于加热器的热量能够有效且均匀地通过表面扩散。

此外，定影温度降低了5%，因此能够更快启动，从而实现了能量的节约。

Claims (2)

1.一种制造定影辊/定影带的方法，所述定影辊/定影带具有在基材上依次形成的弹性层用粘合层、弹性层、表层用粘合层和表层，所述弹性层用粘合层的厚度为1μm到20μm，并且所述表层用粘合剂层的厚度为1μm到5μm，该方法包括：

将含有PFA的粘合材料涂布于在所述基材上形成的弹性层的外周面上，其中在所述含有PFA的粘合材料中，PFA的含量为20重量%到30重量%；将所述基材插入具有热收缩性的PFA管中，所述PFA管的内周面没有经过内表面处理；然后在高于PFA熔点的温度下加热所述PFA管以使所述PFA管收缩，使得所述弹性层的外周面和所述PFA管的内周面通过所述含有PFA的粘合材料而粘合在一起，从而在所述弹性层上形成作为所述表层的PFA层，

其中所述弹性层是硅基橡胶。

2.权利要求1所述的制造定影辊/定影带的方法，其中用于形成所述表层的所述PFA管的热收缩率为3%到20%。

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