JP2006205151A - 複合管状物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】未焼成フッ素樹脂コーティング管状物を中空の状態でフッ素樹脂の融点以上の温度で焼成する。
【選択図】図2
Description
このような問題を解決するために、近年、ベルト定着方式の開発が活発に行われ、成功を収めている。ベルト定着方式では、例えば、図1に示すように、ポリイミド樹脂あるいはステンレス等の管状耐熱性基材の外面にフッ素樹脂などの離型層が形成された2層構造の定着ベルト11の内側にベルトガイド12およびセラミックヒーター13を配置し、セラミックヒーター13に定着ベルト11を介して加圧ロール14を圧接させて、定着ベルト11と加圧ロール14との間に、トナー像8が形成されている複写紙7を順次送り込みながらトナーを加熱溶融させて複写紙上に熱定着させている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、離型層にマッドクラックがなく平滑であり、高い画質の画像が得られ、耐久性の優れた複合管状物とその製造方法を提供することを課題とする。
第3発明に係る複合管状物の製造方法は、第1発明または第2発明に係る複合管状物の製造方法であって、未焼成フッ素樹脂液には、成膜剤が含まれる。
第5発明に係る複合管状物の製造方法は、第3発明または第4発明に係る複合管状物の製造方法であって、未焼成フッ素樹脂液中の成膜剤の混合量は、2重量%〜20重量%の範囲である。
第7発明に係る複合管状物の製造方法は、第1発明から第6発明のいずれかに係る複合管状物の製造方法であって、焼成工程では、未焼成フッ素樹脂コーティング管状物が、フッ素樹脂の融点よりも少なくとも30℃〜150℃高い温度で焼成される。
第9発明に係る複合管状物は、基層管状物、弾性層、および離型層を備える。基層管状物は、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)成分とパラフェニレンジアミン(PPD)成分とを少なくとも80モル%以上含むポリイミド樹脂、または、ステンレスおよびニッケルのいずれか1つ、または、ポリイミド樹脂、ステンレス、およびニッケルより成る群から選択される少なくとも2つの材料の積層体から構成される。弾性層は、基層管状物の外面に設けられ、シリコーンゴム、フッ素ゴムのいずれか1つ、またはこれらの混合物から構成され、JIS A硬度が3度以上50度以下であり、厚みが30μm以上1000μm以下である。離型層は、弾性層の外面に設けられ、融点が250℃〜315℃の範囲であるテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)から構成され、表面粗度(中心線平均粗さ:Ra)が1.0μm以下である。
本発明では、ポリイミド前駆体が有機極性溶媒に溶解している組成物(原料)を用い管状物を作製する。有機極性溶媒としては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、フェノール、o−,m−,p−クレゾール、などが挙げられる。これらの有機極性溶媒にはキシレン、ヘキサン、トルエンなどの炭化水素類(ハイドロカーボン)などを混合することもできる。また、ポリイミド前駆体溶液の中には窒化ホウ素、金属粉末、カーボンファイバーなどの熱伝導性を改良するための材料、あるいは帯電を防止するためのカーボンブラックなどを混合しても良い。
本発明においては離型層がフッ素樹脂であってポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂(FEP)から選ばれる少なくとも一つ、又はこれらの混合物であることが離型性、耐熱性に優れ好ましい。より好ましい離型性材料はPFA樹脂である。PFA樹脂は熱可塑性フッ素樹脂であり、またフッ素樹脂の中では比較的硬い樹脂であるため、紙詰まりなどのトラブルに対しても、傷の発生が少なく好ましい材料である。フッ素樹脂層にはオフセット防止のためにカーボン粉末や帯電防止剤あるいは耐摩耗性の向上ために酸化チタン粉末など、さらに熱伝導性を改善するためにカーボンファイバー、窒化ホウ素粉末などを離型性に影響を及ぼさない範囲で添加することができる。
以下、実施例を用いてさらに具体的に説明する。
本発明の複合管状物の表面粗度(Ra)(JIS−B0601)は、全長233mmの管状物を長さ方向に3等分し、各ゾーンの周方向で任意の3点を測定し、合計9点の測定値を平均することにより求めた。なお、測定器としては小阪研究所製 Sorfcorder ES−3Hを用いた。また、融点等の熱分析には、TG−DTAやDSCを用いた。TG−DTAとしてはDTG−60(島津製作所製)を、DSCとしてはDSC−60(島津製作所製)を使用した。
外径18mm、長さ500mmの金型を用意し、金型の外面を研磨加工した後にその金型に酸化珪素コーティング剤をディッピング法によりコーティングし、加熱して焼き付け、その金型を酸化珪素膜で被覆した。JIS−B0601に基づいて表面粗度測定を行った結果、この金型の表面粗度(Rz)は0.5μmであった。次いで、1200ポイズのポリイミド前駆体溶液((株)IST社製商品名“RC5063PyreMLワニス”)を選択し、その溶液中に窒化ホウ素(BN)(三井化学社製)をポリイミド前駆体溶液の固形分に対して30重量%となるように均一に混合した。次いで、そのポリイミド前駆体溶液の中に金型を400mm部分まで浸漬してポリイミド前駆体溶液を塗布した後、内径19mmのリング状外金型(ダイス)を金型の上部から挿入し、自重で走行させて金型の表面に500μmの厚みのポリイミド前駆体溶液を塗布した。そして、その金型を温度120℃のオーブンに入れ、60分間乾燥後、200℃の温度まで40分間で昇温させ、同温度で20分間保持した。そして、200℃から400℃まで30分間で昇温し、400℃で20分間保持した。その後、オーブンから取出し、常温まで冷却した。ポリイミド管状物は、厚みが50μm、内径が18mmであった。
ポリイミド管状物の外面にプライマー(GE東芝シリコーン社製商品名“XP81−405”)を均一に刷毛塗りし、常温で30分乾燥した後に150℃の温度で15分乾燥させた。その後、液状シリコーンゴム“XE15-B9055”(GE東芝シリコーン社製商品名)を塗布した後、内径18.5mmのリング状外金型(ダイス)をポリイミド管状物の上部から挿入し、自重で走行させてポリイミド管状物の表面に所定厚みの液状シリコーンゴムを塗布した。そして、これを150℃の温度で15分間一次加硫した後に200℃の温度で4時間二次加硫を行い、ポリイミド管状物の外面に200μm厚みのシリコーンゴム層が形成された2層構造の管状物を得た。また、同一条件で作製した厚み6mmのテストピースのゴム硬度は32度であった。
次いで、コロナ放電表面改質装置(信光電気計装社製)を用いて、2層構造の管状物のシリコーンゴム表面の改質処理を行った後、シリコーンゴム表面に液状プライマー(三井デュポンフロロケミカル社製PR−990CL)を2〜3μmの厚みになるように塗布し、室温で15分乾燥した。
フッ素樹脂として、固形分濃度43%、粘度200センチポイズに調整したPFA樹脂ディスパーション(デュポン社製商品名PFA920HP Plus:EN−560CL)を選択し、その液中に2層構造管状物を浸漬し、最終の厚さが20μmになるようにその2層構造管状物を所定の速度で引き上げてフッ素樹脂をコーティングし、室温で20分乾燥した。その後、金型から管状物を取り外し、その管状物のポリイミド基層部分(図3のポリイミド層11の部分)を保持しながら320℃の温度に設定したオーブンに挿入し、中空状態で管状物を実質的に直接加熱した。そして、挿入から10分後にオーブンから取り出し、目的とする複合管状物を得た。なお、EN−560CLディスパージョンには、成膜剤としてDSC分析による分解開始温度が242℃の水溶性アクリル樹脂を全量に対して10重量%となるように添加した。
外径24mm、長さ500mmの金型を用意し、金型の外面を研磨加工した後にその金型に酸化珪素コーティング剤をディッピング法によりコーティングし、加熱して焼き付け、その金型を酸化珪素膜で被覆した。JIS−B0601に基づいて表面粗度測定を行った結果、この金型の表面粗度は(Rz)は0.5μmであった。次いで、1100ポイズのポリイミド前駆体溶液((株)IST社製商品名“RC5063PyreMLワニス”)を選択し、その溶液中に窒化ホウ素(BN)(三井化学社製)をポリイミド前駆体溶液の固形分に対して25重量%となるように均一に混合した。次いで、そのポリイミド前駆体溶液の中に金型を400mm部分まで浸漬してポリイミド前駆体溶液を塗布した後、内径25.5mmのリング状外金型(ダイス)を金型の上部から挿入し、自重で走行させて金型の表面に750μmの厚みのポリイミド前駆体溶液を塗布した。そして、その金型を温度120℃のオーブンに入れ、60分間乾燥後、200℃の温度まで40分間で昇温させ、同温度で20分間保持した。そして、200℃から400℃まで30分間で昇温し、400℃で20分間保持した。その後、オーブンから取出し、常温まで冷却した。ポリイミド管状物は、厚みが65μm、内径が24mmであった。
ポリイミド管状物を金型に保持した状態で、フッ素樹脂プライマー液(固形分濃度:35重量%)(855−003:デュポン社製)を、最終の厚みが4〜5μmとなるようにポリイミド管状物にスプレー塗装した後、150〜170℃のドライヤーで熱風乾燥した。その後、さらに、フッ素樹脂ディスパージョン液(855−510デュポン社製 固形分濃度:50重量%)にケッチンブラック(W−310Aライオン社製)を、全量に対して0.6wt%となるように混合したものを、焼成後の厚みが20μmになるようにプライマー塗装表面にスプレー塗装した後に150℃の温度で乾燥した。
その後、金型からフッ素樹脂塗装ポリイミド管状物を取り外し、そのフッ素樹脂塗装ポリイミド管状物のみを350℃のオーブンに入れて中空状態で実質的に直接加熱した。そして、オーブンに入れてから10分後にフッ素樹脂塗装ポリイミド管状物を取り出し、ポリイミド管状物にフッ素樹脂が被覆された2層構造ポリイミド管状物を得た。この2層構造ポリイミド管状物は、内径が24mm、長さが310mm、ポリイミド樹脂層が65μm、フッ素樹脂層が20μmであった。なお、フッ素樹脂塗装ポリイミド管状物を350℃のオーブンに挿入した時点からフッ素樹脂の融点327℃に達するまでの時間は18秒であり、昇温速度は18.2℃/秒であった。この複合管状物を、モノクロプリンタの定着機に装着し、24枚/分の速度で定着を行った結果、紙汚れやオフセットのない良質な画像が得られた。
(比較例)
実施例1と同一条件で未焼成フッ素樹脂をコーティングした管状物を得た。その後、その管状物を、外径18mm長さ350mmのアルミニウム金型が挿入された状態で350℃のオーブンに入れて20分間焼成した。フッ素樹脂層が融点に達する間での時間は6分間であり、昇温速度は0.9℃/秒であった。管状物をオーブンに挿入してから20分後に管状物を取り出し、室温まで自然冷却させた後に、その管状物を金型から取り外した。なお、この複合管状物の十点平均表面粗さ及び中心線平均粗さ(Ra)は1.1μmであった。また、この複合管状物のフッ素樹脂層は、曇ったような濁りがあり、被膜中には微細なクラックが発生し、定着ベルトとして使用することはできなかった。
2 ベルトガイド
3 セラミックヒーター
4 加圧ローラ
5 サーミスタ
6 加圧ロール芯金
N ニップ部分
7 複写紙
8 未定着トナー像
9 定着トナー像
11 基層管状物
12 弾性層
13 離型層
Claims (9)
- 管状物の外面に未焼成フッ素樹脂液をコーティングして未焼成フッ素樹脂コーティング管状物を作製するコーティング工程と、
前記未焼成フッ素樹脂コーティング管状物を中空の状態でフッ素樹脂の融点以上の温度で焼成する焼成工程と、
を備える、複合管状物の製造方法。 - 前記管状物は、基層管状物と、前記基層管状物の外面に設けられる弾性層とから成る、
請求項1に記載の複合管状物の製造方法。 - 前記未焼成フッ素樹脂液には、成膜剤が含まれる、
請求項1または2に記載の複合管状物の製造方法。 - 前記未焼成フッ素樹脂液は、フッ素樹脂の固形分濃度が30重量%〜60重量%であって、粘度が200±100センチポイズである、
請求項3に記載の複合管状物の製造方法。 - 前記未焼成フッ素樹脂液中の前記成膜剤の混合量は、2重量%〜20重量%の範囲である、
請求項3または4に記載の複合管状物の製造方法。 - 前記成膜剤は、水溶性アクリル系樹脂である、
請求項3から5のいずれかに記載の複合管状物の製造方法。 - 前記焼成工程では、前記未焼成フッ素樹脂コーティング管状物が、フッ素樹脂の融点よりも少なくとも30℃〜150℃高い温度で焼成される、
請求項1から6のいずれかに記載の複合管状物の製造方法。 - 管状物の外面に未焼成フッ素樹脂液をコーティングして未焼成フッ素樹脂コーティング管状物を作製するコーティング工程と、前記未焼成フッ素樹脂コーティング管状物を中空の状態でフッ素樹脂の融点以上の温度で焼成する焼成工程とを備える複合管状物の製造方法によって得られる、
複合管状物。 - ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)成分とパラフェニレンジアミン(PPD)成分とを少なくとも80モル%以上含むポリイミド樹脂、または、ステンレスおよびニッケルのいずれか1つ、または、前記ポリイミド樹脂、前記ステンレス、および前記ニッケルより成る群から選択される少なくとも2つの材料の積層体から構成される基層管状物と、
前記基層管状物の外面に設けられ、シリコーンゴム、フッ素ゴムのいずれか1つ、またはこれらの混合物から構成され、JIS A硬度が3度以上50度以下であり、厚みが30μm以上1000μm以下である弾性層と、
前記弾性層の外面に設けられ、融点が250℃〜315℃の範囲であるテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)から構成され、表面粗度(中心線平均粗さ:Ra)が1.0μm以下である離型層と、
を備える、複合管状物。
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