JP2010181621A - Non-rotary pressure member having cross-linked fluororesin layer and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基材上に架橋フッ素樹脂層が形成された非回転加圧部材、及びその製造方法に関する。本発明の非回転加圧部材は、架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性が顕著に優れるため、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットにおいて、定着ローラまたは定着ベルトに対向・圧接して配置される非回転加圧部材として好適に利用することができる。 The present invention relates to a non-rotating pressure member having a cross-linked fluororesin layer formed on a substrate, and a method for producing the same. The non-rotating pressure member of the present invention has a markedly excellent abrasion resistance of the cross-linked fluororesin layer, and therefore is disposed facing and pressed against the fixing roller or the fixing belt in the fixing unit of the electrophotographic image forming apparatus. It can be suitably used as a non-rotating pressure member.
電子写真方式(静電記録方式を含む)の複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンタなどの画像形成装置においては、一般に、感光体の表面を一様かつ均一に帯電する帯電工程;像露光を行って、感光体上に静電潜像を形成する工程;静電潜像にトナー(現像剤)を付着させて、トナー像を形成する現像工程;感光体上のトナー像を、紙やOHP(オーバーヘッドプロジェクタ)シートなどの記録媒体上に転写する転写工程;及び記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着工程;を含む一連の工程によって、画像を形成している。 In image forming apparatuses such as electrophotographic (including electrostatic recording) copying machines, facsimiles, and laser beam printers, generally, a charging process for uniformly and uniformly charging the surface of a photoconductor; image exposure is performed. A process of forming an electrostatic latent image on the photoreceptor; a developing process of attaching a toner (developer) to the electrostatic latent image to form a toner image; The image is formed by a series of processes including a projector) a transfer process for transferring onto a recording medium such as a sheet; and a fixing process for fixing an unfixed toner image on the recording medium.
定着工程では、一般に、記録媒体上の未定着トナー像を加熱・加圧して、該記録媒体上に定着している。定着工程では、通常、電熱ヒータなどの加熱手段を内蔵する定着ローラと、該定着ローラに対向して配置された加圧ローラとからなるローラ対を備えた定着ユニット(「定着装置」と呼ぶことがある)を使用している。両ローラを圧接して形成したニップ部に、未定着トナー像を形成した記録媒体を通過させて、加熱・加圧して、未定着トナー像を記録媒体上に定着させる。 In the fixing step, generally, an unfixed toner image on a recording medium is heated and pressurized to be fixed on the recording medium. In the fixing process, a fixing unit (referred to as a “fixing device”) is generally provided with a roller pair including a fixing roller having a built-in heating means such as an electric heater, and a pressure roller disposed opposite to the fixing roller. Is using). A recording medium on which an unfixed toner image is formed is passed through a nip portion formed by pressing both rollers, and the unfixed toner image is fixed on the recording medium by heating and pressing.
前記の定着ユニットでは、定着ローラと加圧ローラとからなるローラ対を、それぞれ回転自在に支持し、かつ、同期して回転させる必要があるため、装置の構造が複雑となる上、装置の小型化が困難である。定着ローラは、内蔵する加熱手段によって、その表面温度を定着温度にまで上昇させるのに時間がかかるため、画像形成装置への電源投入から運転可能となるまでの待ち時間が長くなる。これらの問題の一部または全部を解決するために、様々な構造を有する定着ユニットが提案されている。 In the above-described fixing unit, it is necessary to rotatably support a pair of rollers including a fixing roller and a pressure roller, and to rotate them in synchronization with each other, which complicates the structure of the apparatus and reduces the size of the apparatus. Is difficult. Since it takes time to raise the surface temperature of the fixing roller to the fixing temperature by the built-in heating means, the waiting time until the image forming apparatus can be operated after the power is turned on becomes long. In order to solve some or all of these problems, fixing units having various structures have been proposed.
例えば、特開2000−194210号公報(特許文献1)には、フィルム加熱方式の加熱装置、及び定着ユニットとして該加熱装置を備えた画像形成装置が開示されている。図1に断面略図を示すように、該加熱装置は、固定された加熱体5、該加熱体5の表面を摺動するエンドレスベルト状のフィルム4、及び該フィルム4を介して該加熱体5に対向・圧接してニップ部を形成する非回転加圧部材3を有している。加熱体5は、フィルム4内で、加熱体保持部材6により保持されている。非回転加圧部材3は、保持部材2上に固定されている。加圧部材3に隣接して、小型の回転加圧部材1が配置されている。この回転加圧部材1が駆動ローラとなり、フィルム4を回動させる。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-194210 (Patent Document 1) discloses a film heating type heating apparatus and an image forming apparatus including the heating apparatus as a fixing unit. As shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 1, the heating device includes a fixed heating body 5, an endless belt-like film 4 that slides on the surface of the heating body 5, and the heating body 5 through the film 4. And a
非回転加圧部材3は、例えば、図2に示すように、断熱性が良好な耐熱性の弾性材料から形成されたパッド状押圧部材21上に、フッ素樹脂から形成された離型層22を設けた構造を有している。弾性材料としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、発泡シリコーンゴム、ポリウレタンスポンジなどが用いられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(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(PFA)、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(FEP)などが用いられる。
For example, as shown in FIG. 2, the
回動するフィルム4の外周面は、非回転加圧部材3の面に対して摺動する。被加熱材として、未定着トナー像8を載せた記録媒体7を加熱装置に搬送すると、該記録媒体7は、回動するフィルム4と小型の回転加圧部材1とによって、フィルム4と回転加圧部材1及び非回転固定部材3とがそれぞれ圧接する2つのニップ部に搬送され、そこで加熱・加圧される。その結果、未定着トナー像8が記録媒体7上に定着される。
The outer peripheral surface of the rotating film 4 slides with respect to the surface of the
特許文献1に開示されている加熱装置は、セラミックヒータなどの低熱容量の加熱体5を用いることができ、かつ、伝熱部材として薄肉の低熱容量のフィルム4を用いることができるため、短時間で加熱体5の温度が上昇し、フィルム4と非回転加圧部材3とは圧接するニップ部を所定の定着温度に迅速に昇温することができる。非回転加圧部材3を用いることにより、ニップ部の幅を広くすることができるため、大型の加圧ローラを使用する必要がなくなる。そのため、大型の加圧ローラを用いた場合に、該加圧ローラ側に奪われる熱量を低減することができる。
The heating device disclosed in
特開平8−115003号公報(特許文献2)には、内部にヒータランプと反射板とを配置した金属製の弾性変形可能な円筒状の耐熱性ベルトを、平板状の案内板と対向させて配置し、耐熱性ベルトが案内板に圧接するときの半径方向の弾性変形により、未定着トナー像を形成した記録紙を加熱・加圧する定着装置が開示されている。平板状の案内板は、断熱部材上に配置されている。断熱部材は、偏心カムによって上下方向に移動させることができる。平板状の案内板は、固定されており、非回転加圧部材としての役割を果たすものである。この定着ユニットを用いると、円筒状の耐熱性ベルトと案内板との間に形成されるニップ幅を可変自在とすることができる。案内板の摩擦係数を小さくし、離型性を向上させるために、案内板の表面をPTFEなどのフッ素樹脂で被覆する。 In JP-A-8-11503 (Patent Document 2), a metal heat-resistant cylindrical heat-resistant belt having a heater lamp and a reflector disposed therein is opposed to a flat guide plate. A fixing device is disclosed that heats and presses a recording sheet on which an unfixed toner image is formed by elastic deformation in the radial direction when the heat resistant belt is pressed against a guide plate. The flat guide plate is disposed on the heat insulating member. The heat insulating member can be moved in the vertical direction by an eccentric cam. The flat guide plate is fixed and serves as a non-rotating pressure member. When this fixing unit is used, the nip width formed between the cylindrical heat-resistant belt and the guide plate can be made variable. In order to reduce the friction coefficient of the guide plate and improve the releasability, the surface of the guide plate is covered with a fluororesin such as PTFE.
特開平8−241000号公報(特許文献3)には、定着ローラと、該定着ローラの外周面に圧接して配置された加圧部材とを備え、定着ローラと加圧部材との間に未定着トナー像を有する記録材を搬送することにより、該記録材に未定着トナー像を定着させる定着装置において、定着ローラと加圧部材との間にガラス繊維を基材とする耐熱シートを配置した定着装置が開示されている。耐熱シートは、ガラス繊維基材に、PFA、PTFEなどのフッ素樹脂を被覆または含浸して形成したものである。耐熱シートは、非回転の固定加圧シートである。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-241000 (Patent Document 3) includes a fixing roller and a pressure member disposed in pressure contact with the outer peripheral surface of the fixing roller, and is not yet determined between the fixing roller and the pressure member. In a fixing device for fixing a non-fixed toner image on a recording material by conveying a recording material having a contact toner image, a heat-resistant sheet based on glass fiber is disposed between a fixing roller and a pressure member. A fixing device is disclosed. The heat-resistant sheet is formed by coating or impregnating a glass fiber base material with a fluororesin such as PFA or PTFE. The heat resistant sheet is a non-rotating fixed pressure sheet.
特開平9−179422号公報(特許文献4)には、特許文献3に記載の定着装置と同様の構造を有し、PTFEにポリイミドを含有させた合成樹脂材料から形成された耐熱シートを用いた定着装置が開示されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 9-179422 (Patent Document 4) uses a heat-resistant sheet having the same structure as the fixing device described in
特開平9−179441号公報(特許文献5)及び特許第3158030号公報(特許文献6)には、特許文献3に記載の定着装置と同様の構造を有し、PFA、PTFEなどのフッ素樹脂に耐熱性フィラーを混入した合成樹脂材料から形成された耐熱シートを用いた定着装置が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-179441 (Patent Document 5) and Japanese Patent No. 3158030 (Patent Document 6) have the same structure as the fixing device described in
特開平8−69189号公報(特許文献7)には、定着ローラを、該定着ローラの外周面に配置した耐熱性部材に圧接させた構造を有する定着装置が開示されている。定着ローラは、薄肉アルミニウム製円筒体の表面にシリコーンゴムの被覆層を設けたものであり、その軸芯部には、ヒーターランプが挿入されている。耐熱性部材は、耐熱性の弾性部材からなり、その表面には、摩擦係数が小さく、耐熱性を有するフッ素樹脂の被覆層が設けられている。耐熱性部材は、フレームに固定されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-69189 (Patent Document 7) discloses a fixing device having a structure in which a fixing roller is pressed against a heat-resistant member disposed on the outer peripheral surface of the fixing roller. The fixing roller has a thin aluminum cylindrical body provided with a silicone rubber coating layer, and a heater lamp is inserted into the shaft core. The heat-resistant member is made of a heat-resistant elastic member, and the surface thereof is provided with a fluororesin coating layer having a small friction coefficient and heat resistance. The heat resistant member is fixed to the frame.
特開2004−246132号公報(特許文献8)には、定着ローラと非回転の固定加圧シート部材とを備えた定着装置が開示されている。非回転の固定加圧シートを定着ローラに圧接させて、その間に未定着トナー像を形成した要旨を搬送させて定着を行う。非回転の固定加圧シート部材は、ポリイミドシートの表面に、PTFEを被覆したものである。 Japanese Patent Laying-Open No. 2004-246132 (Patent Document 8) discloses a fixing device including a fixing roller and a non-rotating fixed pressure sheet member. A non-rotating fixed pressure sheet is brought into pressure contact with the fixing roller, and the gist of the unfixed toner image formed therebetween is conveyed and fixed. The non-rotating fixed pressure sheet member is obtained by coating the surface of a polyimide sheet with PTFE.
特許文献1〜8に開示されている定着装置は、装置の小型化、省エネルギー化などに寄与することができる。定着ローラに代えて定着ベルト(エンドレスベルト状のフィルム)を用いた定着装置は、画像形成装置の立ち上がり時間を大幅に短縮させることができる。しかし、これらの定着装置は、非回転加圧部材の耐久性が不十分であるという問題があった。
The fixing devices disclosed in
具体的に、引用文献1に開示されている非回転の加圧部材は、パッド状押圧部材上にフッ素樹脂からなる離型層を設けた構造を有している。この離型層の表面に、エンドレスベルト状のフィルムを圧接させながら摺動させる。離型層とフィルムとの間には、未定着トナー像を形成した記録媒体を搬送して、加熱・加圧する。フッ素樹脂から形成された離型層は、摩擦係数が小さく、トナー離型性に優れるものの、耐摩耗性が十分ではない。
Specifically, the non-rotating pressure member disclosed in the cited
定着ローラと加圧ローラを対向・圧接させて、両ローラを回転させても、加圧ローラ表面に設けたフッ素樹脂層が早期に摩耗することはない。これに対して、定着ローラまたは定着ベルトを非回転加圧部材の表面に摺動させる方式では、摺動による強い摩擦力が非回転加圧部材のフッ素樹脂層に加わることになり、フッ素樹脂層の摩耗が進行しやすくなる。そのため、上記構造の加熱装置(定着ユニット)は、画像形成を繰り返して行うにしたがって、非回転加圧部材上のフッ素樹脂からなる離型層が、フィルムとの摺動などによる摩擦を受けて早期に摩耗してしまう。 Even if the fixing roller and the pressure roller face each other and are pressed against each other and the rollers are rotated, the fluororesin layer provided on the surface of the pressure roller does not wear quickly. On the other hand, in the method in which the fixing roller or the fixing belt is slid on the surface of the non-rotating pressure member, a strong frictional force due to sliding is applied to the fluororesin layer of the non-rotating pressure member. The wear of the steel tends to progress. Therefore, in the heating device (fixing unit) having the above structure, as the image formation is repeated, the release layer made of the fluororesin on the non-rotating pressure member receives friction due to sliding with the film and the like. Will wear out.
フッ素樹脂の被覆層を形成した平板状の案内板(特許文献2)、フッ素樹脂を被覆または含浸したガラス繊維基材からなる耐熱シート(特許文献3)、PTFEにポリイミドを含有させた合成樹脂材料から形成された耐熱シート(特許文献4)、フッ素樹脂に耐熱性フィラーを混入した合成樹脂材料から形成された耐熱シート(特許文献5及び6)、弾性部材の表面にフッ素樹脂の被覆層を形成した耐熱性部材(特許文献7)、及びポリイミドシートの表面にPTFEを被覆した非回転の固定加圧シート部材(特許文献8)でも、フッ素樹脂の摩耗による耐久性不足の問題が存在している。 A flat guide plate having a fluororesin coating layer (Patent Document 2), a heat-resistant sheet made of a glass fiber base material coated or impregnated with a fluororesin (Patent Document 3), and a synthetic resin material containing PTFE containing polyimide Heat-resistant sheet (Patent Document 4), heat-resistant sheet (Patent Documents 5 and 6) formed from a synthetic resin material in which a heat-resistant filler is mixed in a fluororesin, and a fluororesin coating layer is formed on the surface of the elastic member The non-rotating fixed pressure sheet member (Patent Document 8) in which the surface of the polyimide sheet is coated with PTFE and the non-rotating fixed pressure sheet member (Patent Document 8) still have a problem of insufficient durability due to wear of the fluororesin. .
フッ素樹脂からなる離型層が早期に摩耗すると、回転若しくは回動する定着ローラまたは定着ベルトと非回転加圧部材との間に、記録媒体を円滑に通過させることができなくなる。フッ素樹脂層の厚みを増せば、早期の摩滅を防ぐことができるものの、フッ素樹脂層の不均一な摩耗に起因する定着不良や画質の低下、基材からのフッ素樹脂層の剥離などの問題が生じやすくなる。そのため、フッ素樹脂層を有する非回転加圧部材を用いた定着ユニットの実用化に当って、非回転式加圧部材の耐久性の飛躍的な向上が強く求められている。 If the release layer made of fluororesin is worn at an early stage, the recording medium cannot be smoothly passed between the rotating or rotating fixing roller or fixing belt and the non-rotating pressure member. Increasing the thickness of the fluororesin layer can prevent premature wear, but there are problems such as poor fixing due to uneven wear of the fluororesin layer, degradation of image quality, and peeling of the fluororesin layer from the substrate. It tends to occur. Therefore, in the practical use of a fixing unit using a non-rotating pressure member having a fluororesin layer, a dramatic improvement in the durability of the non-rotating pressure member is strongly demanded.
フッ素樹脂に電子線やγ線などの放射線を照射して架橋させると、機械特性、耐クリープ性、耐放射線性、耐摩耗性、他材に対する密着性などの特性が向上することが知られている。フッ素樹脂は、化学的に安定であり、常温で放射線を照射すると容易に分解する。フッ素樹脂に、酸素不存在下、その融点以上の温度で電子線やγ線などの放射線を照射すると、網目状の架橋構造を導入することができる。 It is known that when fluororesin is irradiated with a radiation such as electron beam or γ-ray and cross-linked, properties such as mechanical properties, creep resistance, radiation resistance, wear resistance, and adhesion to other materials are improved. Yes. A fluororesin is chemically stable and easily decomposes when irradiated with radiation at room temperature. When a fluororesin is irradiated with radiation such as an electron beam or γ-ray at a temperature equal to or higher than its melting point in the absence of oxygen, a network-like crosslinked structure can be introduced.
例えば、特開2002−225204号公報(特許文献9)には、基材表面をフッ素樹脂で被覆し、次いで、フッ素樹脂被膜の表面に無酸素雰囲気下で電離性放射線を照射することにより、フッ素樹脂の架橋反応とフッ素樹脂と基材表面との化学反応を同時に生じさせ、それによって、両者の強固な接着を達成する改質フッ素樹脂被覆材の製造方法が開示されている。 For example, in JP-A-2002-225204 (Patent Document 9), the surface of a base material is coated with a fluororesin, and then the surface of the fluororesin film is irradiated with ionizing radiation in an oxygen-free atmosphere. There has been disclosed a method for producing a modified fluororesin coating material in which a cross-linking reaction of a resin and a chemical reaction between a fluororesin and a substrate surface are caused simultaneously, thereby achieving strong adhesion between the two.
従来、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットに配置される非回転加圧部材に、離型層として、放射線の照射により架橋された架橋フッ素樹脂層を設けることは提案されていない。さらに、従来法によれば、未架橋フッ素樹脂層に比べて耐摩耗性が向上した架橋フッ素樹脂層を形成することができるものの、定着ユニットの非回転加圧部材の離型層に要求される高度の耐摩耗性を達成することは極めて困難な課題であった。 Conventionally, it has not been proposed to provide a non-rotating pressure member disposed in a fixing unit of an electrophotographic image forming apparatus with a cross-linked fluororesin layer cross-linked by radiation irradiation as a release layer. Furthermore, according to the conventional method, although a crosslinked fluororesin layer having improved wear resistance compared to the uncrosslinked fluororesin layer can be formed, it is required for the release layer of the non-rotating pressure member of the fixing unit. Achieving a high degree of wear resistance has been an extremely difficult task.
本発明の課題は、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットに配置される非回転加圧部材であって、耐摩耗性が顕著に優れた架橋フッ素樹脂層を離型層として有する非回転加圧部材とその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is a non-rotating pressure member disposed in a fixing unit of an electrophotographic image forming apparatus, which has a cross-linked fluororesin layer having a remarkably excellent wear resistance as a release layer. It is in providing a pressure member and its manufacturing method.
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、基材上に未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成した後、該フッ素樹脂の融点以上の温度で焼成し、次いで、焼成した未架橋フッ素樹脂層を、特定の酸素濃度の雰囲気下、特定の範囲内の温度で、かつ、特定の照射線量の放射線を照射する方法により、耐摩耗性が顕著に改善された架橋フッ素樹脂層を備えた複合材料の得られることを見出した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors formed an unfired and uncrosslinked fluororesin layer on the substrate, and then fired at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin, Next, the wear resistance was remarkably improved by the method of irradiating the fired uncrosslinked fluororesin layer with a specific irradiation dose at a temperature within a specific range in an atmosphere having a specific oxygen concentration. It has been found that a composite material having a cross-linked fluororesin layer can be obtained.
このような選択された複数の条件の組み合わせを採用することによって、フッ素樹脂を劣化させることなくフッ素樹脂層の架橋を効果的に生じさせ、耐摩耗性が顕著に向上した架橋フッ素樹脂層を形成することができる。本発明の製造方法により得られた複合材料は、その架橋フッ素樹脂層が非回転加圧部材に求められる高度の耐摩耗性を発揮するものである。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。 By adopting such a combination of multiple selected conditions, the fluororesin layer is effectively cross-linked without deteriorating the fluororesin, and a cross-linked fluororesin layer with significantly improved wear resistance is formed. can do. In the composite material obtained by the production method of the present invention, the crosslinked fluororesin layer exhibits a high degree of wear resistance required for a non-rotating pressure member. The present invention has been completed based on these findings.
本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットに配置される非回転加圧部材であって、該非回転加圧部材は、基材上に架橋フッ素樹脂層が形成された架橋フッ素樹脂複合材料であり、かつ、該架橋フッ素樹脂層は、本明細書に開示されている回転摩耗試験法に従って、架橋フッ素樹脂層上に、ナイロン不織布に研磨砥粒を均一に塗布し接着させた3次元構造を持ち、直径75mmφの断面円形の研磨材と2kgfの重りをこの順で載せて、該研磨材と重りの両者からなる回転体を200rpmで回転させたとき、10万回の積算回転数での摩耗減量が10μm以下の架橋フッ素樹脂層であることを特徴とする非回転加圧部材が提供される。 According to the present invention, there is provided a non-rotating pressure member disposed in a fixing unit of an electrophotographic image forming apparatus, the non-rotating pressure member having a crosslinked fluorine resin layer formed on a substrate. The cross-linked fluororesin layer is a resin composite material, and the abrasive grains were uniformly applied and bonded to the nylon nonwoven fabric on the cross-linked fluororesin layer in accordance with the rotational abrasion test method disclosed in the present specification. A three-dimensional structure, circular abrasive with a diameter of 75 mmφ and a weight of 2 kgf are placed in this order, and a rotating body consisting of both the abrasive and the weight is rotated at 200 rpm, 100,000 cumulative rotations A non-rotating pressure member is provided which is a cross-linked fluororesin layer having a weight loss by number of 10 μm or less.
また、本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットに配置される非回転加圧部材の製造方法であって、
(1)基材上に、未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成する工程1;
(2)該フッ素樹脂層を、該フッ素樹脂の融点(Tm)から該融点より150℃高い温度(Tm+150℃)までの範囲内の温度に加熱して焼成する工程2;
(3)焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)より50℃低い温度(Tm−50℃)から該融点より50℃高い温度(Tm+50℃)までの範囲内の温度に調整する工程3;及び
(4)温度調整した該未架橋フッ素樹脂層に、酸素濃度が0.1〜1000ppmの雰囲気下、照射線量が1〜1000kGyの範囲内の放射線を照射して、未架橋フッ素樹脂を架橋する工程4;
により、架橋フッ素樹脂層を形成する工程を含む非回転加圧部材の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a non-rotating pressure member disposed in a fixing unit of an electrophotographic image forming apparatus,
(1)
(2)
(3) The temperature of the fired uncrosslinked fluororesin layer is within the range from a temperature (Tm-50 ° C) lower by 50 ° C than the melting point (Tm) of the fluororesin to a temperature (Tm + 50 ° C) higher by 50 ° C than the melting point.
By this, the manufacturing method of the non-rotating pressure member including the process of forming a crosslinked fluororesin layer is provided.
本発明によれば、耐摩耗性が顕著に向上した架橋フッ素樹脂層を有する非回転加圧部材が提供される。フッ素樹脂層の耐摩耗性は、後記の回転摩耗試験により評価することができる。本発明の製造方法により得られた架橋フッ素樹脂層を有する非回転加圧部材は、研磨材と重りの両者からなる回転体を200rpmで回転させたとき、その積算回転数を10万回とした場合でも、摩耗減量が極めて低い値を示す。本発明の架橋フッ素樹脂層を有する非回転加圧部材は、耐摩耗性が顕著に優れる上、架橋フッ素樹脂層にクラックの発生がなく、架橋フッ素樹脂層と基材との間の密着性にも優れている。 According to the present invention, a non-rotating pressure member having a crosslinked fluororesin layer with significantly improved wear resistance is provided. The abrasion resistance of the fluororesin layer can be evaluated by a rotational wear test described later. The non-rotating pressure member having a cross-linked fluororesin layer obtained by the production method of the present invention has a cumulative number of rotations of 100,000 when a rotating body composed of both an abrasive and a weight is rotated at 200 rpm. Even in this case, the wear loss is very low. The non-rotating pressure member having a cross-linked fluororesin layer of the present invention is notably excellent in wear resistance, and there is no cracking in the cross-linked fluororesin layer, and adhesion between the cross-linked fluororesin layer and the substrate is improved. Is also excellent.
本発明で使用するフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(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(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(FEP)が挙げられる。これらのフッ素樹脂は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the fluororesin used in the present invention include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). Can be mentioned. These fluororesins can be used alone or in combination of two or more.
これらのフッ素樹脂の中でも、耐熱性と耐摩耗性の観点から、PTFE、PFA、及びこれらの混合物が好ましく、PTFE単独、及びPTFEとPFAとの混合物がより好ましい。高度の耐摩耗性を有する架橋フッ素樹脂層を形成するには、PTFE単独の使用が特に好ましい。PTFEとPFAを組み合わせて使用する場合、両者の質量比は、好ましくは10:90〜90:10、より好ましくは30:70〜70:30、特に好ましくは40:60〜60:40の範囲内である。 Among these fluororesins, PTFE, PFA, and a mixture thereof are preferable from the viewpoint of heat resistance and wear resistance, and PTFE alone or a mixture of PTFE and PFA is more preferable. In order to form a crosslinked fluororesin layer having a high degree of wear resistance, it is particularly preferable to use PTFE alone. When PTFE and PFA are used in combination, the mass ratio of the two is preferably in the range of 10:90 to 90:10, more preferably 30:70 to 70:30, particularly preferably 40:60 to 60:40. It is.
フッ素樹脂としては、基材上への塗工性の観点から、水系媒体中にフッ素樹脂粒子がコロイド状に分散しているPTFEディスパージョン、PFAディスパージョン、FEPディスパージョンなどのディスパージョンの形態で用いることが好ましい。これらのフッ素樹脂ディスパージョンは、2種以上のフッ素樹脂を含有するものであってもよい。フッ素樹脂として、所望により、粉体塗料を使用することもできる。 As the fluororesin, in the form of dispersion such as PTFE dispersion, PFA dispersion, and FEP dispersion in which fluororesin particles are colloidally dispersed in an aqueous medium, from the viewpoint of coating properties on a substrate. It is preferable to use it. These fluororesin dispersions may contain two or more fluororesins. As the fluororesin, a powder coating can be used if desired.
フッ素樹脂としては、未焼成かつ未架橋のものを使用する。フッ素樹脂の融点は、示差走査熱量計(DSC)を用いて、10℃/分の昇温速度で昇温したときに融解ピークとして検出される結晶融点(Tm)を意味する。各フッ素樹脂の代表的な融点は、以下の通りである。PTFEの融点は、327℃である。PFAの融点は、310℃である。FEPの融点は、275℃である。 As the fluororesin, an unfired and uncrosslinked one is used. The melting point of the fluororesin means a crystalline melting point (Tm) detected as a melting peak when the temperature is raised at a rate of temperature rise of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC). The typical melting point of each fluororesin is as follows. The melting point of PTFE is 327 ° C. The melting point of PFA is 310 ° C. The melting point of FEP is 275 ° C.
各フッ素樹脂が少量の第二成分または第三成分を共重合成分として含む共重合体である場合には、その融点は、上記の代表的な融点の値から変動することがある。本発明において、2種以上のフッ素樹脂を組み合わせて用いる場合、その融点は、それらのフッ素樹脂の融点の中で最も高い融点を意味する。例えば、PTFEとPFAとの混合物からなるフッ素樹脂を用いる場合、フッ素樹脂の融点とは、PTFEの融点(Tm=327℃)を意味するものとする。 When each fluororesin is a copolymer containing a small amount of the second component or the third component as a copolymer component, the melting point thereof may vary from the above-mentioned typical melting point value. In the present invention, when two or more kinds of fluororesins are used in combination, the melting point means the highest melting point among those melting points. For example, when a fluororesin composed of a mixture of PTFE and PFA is used, the melting point of the fluororesin means the melting point of PTFE (Tm = 327 ° C.).
本発明において、フッ素樹脂の融点(Tm)とは、出発原料として使用する未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂の融点として定義される。フッ素樹脂は、焼成や架橋などによって、その融点が変動することがあるが、焼成温度及び照射温度を決定する際の融点とは、原料として使用する未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂の融点を意味するものとする。 In the present invention, the melting point (Tm) of a fluororesin is defined as the melting point of an unfired and uncrosslinked fluororesin used as a starting material. The melting point of fluororesin may fluctuate due to firing or crosslinking, but the melting point when determining the firing temperature and irradiation temperature means the melting point of the unfired and uncrosslinked fluororesin used as a raw material. It shall be.
フッ素樹脂には、所望により、有機または無機の充填剤、着色剤、可塑剤、安定剤などの添加剤成分を含有させることができる。充填剤としては、例えば、ガラス繊維、ボロンナイトライド、炭化ケイ素、アルミナなどを挙げることができる。フッ素樹脂に、ボロンナイトライドや炭化ケイ素などの熱伝導性フィラーを充填すると、非回転加圧部材が蓄熱するため、エネルギー効率を高めることができる。ボロンナイトライドや炭化ケイ素などの熱伝導性フィラーをカプセル化したフッ素樹脂粉体を用いることもできる。フッ素樹脂の非粘着性、ノンブリード性、耐薬品性、耐熱性などの特性を維持しながら、架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性を大幅に向上させる観点からは、添加剤成分を含有しないフッ素樹脂を用いることが好ましい。 If desired, the fluororesin can contain additive components such as organic or inorganic fillers, colorants, plasticizers, and stabilizers. Examples of the filler include glass fiber, boron nitride, silicon carbide, and alumina. When the fluororesin is filled with a heat conductive filler such as boron nitride or silicon carbide, the non-rotating pressure member stores heat, so that energy efficiency can be improved. A fluororesin powder encapsulating a thermally conductive filler such as boron nitride or silicon carbide can also be used. From the viewpoint of greatly improving the abrasion resistance of the cross-linked fluororesin layer while maintaining the non-adhesiveness, nonbleeding, chemical resistance, heat resistance, etc. of the fluororesin, the fluororesin does not contain any additive component Is preferably used.
基材としては、一般に、フッ素樹脂の焼成温度と照射温度で熱的安定性を示す材質からなるものが用いられる。基材を構成する材質としては、アルミニウム、鉄、銅、ステンレスなどの金属;酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、タングステンカーバイトなどのセラミックス;ガラス;ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などの耐熱性合成樹脂;などが挙げられる。金属は、合金であってもよい。ステンレスとしては、磁性または非磁性のステンレスを用いることができる。 As the base material, a material made of a material that exhibits thermal stability at the firing temperature and irradiation temperature of the fluororesin is generally used. Materials constituting the substrate include metals such as aluminum, iron, copper, and stainless steel; ceramics such as aluminum oxide, silicon nitride, silicon carbide, and tungsten carbide; glass; polyimide resin, polyamideimide resin, and polyetheretherketone resin Heat-resistant synthetic resins such as; The metal may be an alloy. As the stainless steel, magnetic or nonmagnetic stainless steel can be used.
本発明の製造方法によれば、照射温度をフッ素樹脂の融点未満の温度とすることが可能であり、かつ、短時間の照射工程を採用することができるため、基材の材質として、フッ素ゴム、シリコーンゴム、熱可塑性エラストマーなどのゴム材料を用いることもできる。 According to the production method of the present invention, the irradiation temperature can be set to a temperature lower than the melting point of the fluororesin, and a short irradiation process can be employed. Rubber materials such as silicone rubber and thermoplastic elastomer can also be used.
基材の形状は、特に限定されず、例えば、板、フィルム(シートを含む)、ブロックなど、各種定着装置において非回転加圧部材として使用可能な形状であればよい。基材としては、金属板、合成樹脂板、合成樹脂フィルム、ガラス繊維シート、及び弾性部材(例えば、パッド状弾性部材)であることが好ましい。基材は、単層であっても、それぞれ材質の異なる複数の層を有する多層であってもよい。多層基材としては、例えば、アルミニウム/ステンレスの層構成を持つ複合基材などを挙げることができる。 The shape of the substrate is not particularly limited, and may be any shape that can be used as a non-rotating pressure member in various fixing devices such as a plate, a film (including a sheet), and a block. As a base material, it is preferable that they are a metal plate, a synthetic resin board, a synthetic resin film, a glass fiber sheet, and an elastic member (for example, pad-shaped elastic member). The substrate may be a single layer or a multilayer having a plurality of layers each having a different material. Examples of the multilayer substrate include a composite substrate having an aluminum / stainless layer structure.
基材は、表面処理を行うことなく使用することができる。基材と架橋フッ素樹脂層との間の密着性を高めるために、基材の表面をエッチング処理またはサンドブラスト処理することができる。化学的または電気化学的なエッチング処理により、基材の表面に微細な凹凸を形成して、未架橋フッ素樹脂層及び架橋フッ素樹脂層と基材との間の密着性を高めることができる。 The substrate can be used without performing a surface treatment. In order to improve the adhesion between the substrate and the cross-linked fluororesin layer, the surface of the substrate can be etched or sandblasted. By chemical or electrochemical etching treatment, fine irregularities can be formed on the surface of the substrate, and the adhesion between the uncrosslinked fluororesin layer and the crosslinked fluororesin layer and the substrate can be improved.
金属基材は、その表面にエッチング処理することが好ましいことが多い。例えば、アルミニウム基材を用いる場合、該アルミニウム基材を陽極とし、塩化アンモニウム水溶液中で通電することにより、電気化学的エッチング処理を行うことができる。基材の表面処理法として、サンドブラスト処理法を採用することができる。表面処理に代えて、基材の表面にプライマーを塗布することによっても、基材と架橋フッ素樹脂層との間の密着性を高めることができる。ただし、高度の耐熱性が求められる技術分野では、プライマー処理は適していない。 In many cases, the metal substrate is preferably etched on its surface. For example, when an aluminum substrate is used, an electrochemical etching process can be performed by using the aluminum substrate as an anode and energizing in an aqueous ammonium chloride solution. As a surface treatment method for the substrate, a sandblast treatment method can be employed. The adhesion between the substrate and the cross-linked fluororesin layer can also be improved by applying a primer to the surface of the substrate instead of the surface treatment. However, primer treatment is not suitable for technical fields that require high heat resistance.
表面処理によって、基材の表面粗さが過度に大きくなると、架橋フッ素樹脂層の表面粗さが大きくなりすぎて、非粘着性が低下する。他方、架橋フッ素樹脂層の表面粗さが小さすぎると、ニップ部における記録媒体(転写紙)の円滑な通過が阻害されることがある。架橋フッ素樹脂層の表面粗さRa(JIS B 0601)は、通常0.08μm以上、好ましくは0.45μm以上、より好ましくは1.0μm以上とすることが望ましい。架橋フッ素樹脂層の表面粗さRaの上限値は、通常5μm、多くの場合3μm程度である。基材の表面粗さは、架橋フッ素樹脂層に望まれる表面粗さを達成できるように調整することが好ましい。 If the surface roughness of the substrate is excessively increased by the surface treatment, the surface roughness of the cross-linked fluororesin layer is excessively increased and the non-adhesiveness is lowered. On the other hand, if the surface roughness of the crosslinked fluororesin layer is too small, the smooth passage of the recording medium (transfer paper) in the nip portion may be hindered. The surface roughness Ra (JIS B 0601) of the crosslinked fluororesin layer is usually 0.08 μm or more, preferably 0.45 μm or more, more preferably 1.0 μm or more. The upper limit of the surface roughness Ra of the cross-linked fluororesin layer is usually 5 μm, and in many cases about 3 μm. It is preferable to adjust the surface roughness of the substrate so that the surface roughness desired for the crosslinked fluororesin layer can be achieved.
本発明の非回転加圧部材の製造方法は、以下の工程1乃至4:
(1)基材上に、未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成する工程1;
(2)該フッ素樹脂層を、該フッ素樹脂の融点(Tm)から該融点より150℃高い温度(Tm+150℃)までの範囲内の温度に加熱して焼成する工程2;
(3)焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)より50℃低い温度(Tm−50℃)から該融点より50℃高い温度(Tm+50℃)までの範囲内の温度に調整する工程3;及び
(4)温度調整した該未架橋フッ素樹脂層に、酸素濃度が0.1〜1000ppmの雰囲気下、照射線量が1〜1000kGyの範囲内の放射線を照射して、未架橋フッ素樹脂を架橋する工程4;
を含むものである。
The method for producing a non-rotating pressure member of the present invention includes the following
(1)
(2)
(3) The temperature of the fired uncrosslinked fluororesin layer is within a range from a temperature (Tm-50 ° C) lower by 50 ° C than the melting point (Tm) of the fluororesin to a temperature (Tm + 50 ° C) higher by 50 ° C than the melting point.
Is included.
工程1では、基材上に、未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成する。基材上にフッ素樹脂層を形成するには、通常、フッ素樹脂ディスパージョンをディッピング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法などにより基材上に塗工し、乾燥する方法が採用される。基材上にフッ素樹脂の粉体塗料を塗工する方法によっても、フッ素樹脂層を形成することができる。粉体塗料の塗工法としては、静電塗装法や流動浸漬法などが挙げられる。均一で薄い塗膜を形成しやすい点で、フッ素樹脂ディスパージョンの塗工法を採用することが好ましい。
In
フッ素樹脂層の厚みは、電子線などの放射線が透過して均一な架橋構造を形成することができる範囲内とすることが好ましい。フッ素樹脂層の厚みは、架橋フッ素樹脂層を有する非回転加圧部材に必要とされる耐摩耗性、機械物性などの特性を十分に発揮し得る範囲内とすることが望ましい。該フッ素樹脂層の厚みは、通常1〜200μm、好ましくは3〜150μm、より好ましくは4〜100μm、特に好ましくは5〜50μmの範囲内である。放射線の照射によって架橋したフッ素樹脂層は、耐摩耗性に優れるため、その厚みを薄くすることができる。多くの場合、フッ素樹脂層の厚みを5〜30μmの範囲内とすることによって、良好な結果を達成することができる。 The thickness of the fluororesin layer is preferably within a range where a uniform cross-linked structure can be formed through transmission of radiation such as an electron beam. The thickness of the fluororesin layer is preferably within a range in which characteristics such as wear resistance and mechanical properties required for a non-rotating pressure member having a cross-linked fluororesin layer can be sufficiently exhibited. The thickness of the fluororesin layer is usually 1 to 200 μm, preferably 3 to 150 μm, more preferably 4 to 100 μm, and particularly preferably 5 to 50 μm. Since the fluororesin layer crosslinked by irradiation with radiation is excellent in wear resistance, the thickness thereof can be reduced. In many cases, good results can be achieved by setting the thickness of the fluororesin layer within the range of 5 to 30 μm.
工程2では、基材上のフッ素樹脂層を、該フッ素樹脂の融点(Tm)から該融点より150℃高い温度(Tm+150℃)までの範囲内の温度に加熱して焼成する。この温度は、焼成温度と呼ばれる。
In
焼成温度は、Tm〜(Tm+150℃)、好ましくは(Tm+5℃)〜(Tm+135℃)、より好ましくは(Tm+10℃)〜(Tm+125℃)の範囲内である。フッ素樹脂がPTFE(Tm=327℃)である場合、該焼成温度は、327〜477℃、好ましくは332〜462℃、より好ましくは337〜452℃の範囲内である。焼成温度が低すぎると、均一で平坦なフッ素樹脂層を形成することが困難となり、架橋フッ素樹脂層にクラックが生じるおそれもある。他方、焼成温度が高すぎると、フッ素樹脂の熱劣化が生じやすくなる。 The firing temperature is in the range of Tm to (Tm + 150 ° C), preferably (Tm + 5 ° C) to (Tm + 135 ° C), more preferably (Tm + 10 ° C) to (Tm + 125 ° C). When the fluororesin is PTFE (Tm = 327 ° C.), the firing temperature is 327 to 477 ° C., preferably 332 to 462 ° C., more preferably 337 to 452 ° C. If the firing temperature is too low, it is difficult to form a uniform and flat fluororesin layer, and cracks may occur in the crosslinked fluororesin layer. On the other hand, if the firing temperature is too high, thermal degradation of the fluororesin tends to occur.
焼成時間は、焼成温度にもよるが、通常、1〜60分間、好ましくは5〜40分間、より好ましくは10〜30分間の範囲内である。焼成時間が短すぎると、厚みが均一で、表面が平坦なフッ素樹脂層を形成することが困難となる。焼成時間が長すぎると、フッ素樹脂が熱劣化することに加えて、生産効率やエネルギー効率が低下する。焼成により、照射工程後、耐摩耗性と基材に対する密着性に優れた架橋フッ素樹脂層を形成することができる。 The firing time is usually in the range of 1 to 60 minutes, preferably 5 to 40 minutes, more preferably 10 to 30 minutes, depending on the firing temperature. If the firing time is too short, it becomes difficult to form a fluororesin layer having a uniform thickness and a flat surface. If the firing time is too long, the fluororesin is thermally deteriorated, and the production efficiency and energy efficiency are lowered. By calcination, a crosslinked fluororesin layer having excellent wear resistance and adhesion to the substrate can be formed after the irradiation step.
焼成は、未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成した基材を、焼成温度に保持した加熱炉内に保持する方法により、バッチ式で行うことができる。フッ素樹脂層を形成した基材をホットプレート上に載置し、所定温度で所定時間加熱する方法により、焼成してもよい。フッ素樹脂層が形成された基材を、該基材側でホットプレート上に載せて、ホットプレートに内蔵した加熱ヒータに通電するか、外部の加熱手段によってホットプレートを加熱する。ホットプレートを用いることにより、フッ素樹脂層の温度を所望の範囲内に正確に設定することができる。 Firing can be performed batchwise by a method in which the base material on which the unfired and uncrosslinked fluororesin layer is formed is held in a heating furnace maintained at the firing temperature. The base material on which the fluororesin layer is formed may be placed on a hot plate and fired by a method of heating at a predetermined temperature for a predetermined time. The base material on which the fluororesin layer is formed is placed on the hot plate on the base material side, and a heater built in the hot plate is energized, or the hot plate is heated by an external heating means. By using a hot plate, the temperature of the fluororesin layer can be accurately set within a desired range.
焼成を連続的工程で行う場合には、未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成した基材をコンベアベルトに載せて走行させながら、加熱炉(焼成炉)内の加熱ゾーンを通過させる方法を採用することができる。加熱ゾーンとしては、上下に対向して配置した加熱ヒータのセットを、コンベアベルトの走行方向に沿って複数個配置した構造のものを例示することができる。フッ素樹脂層が形成された基材をホットプレート上に載せて、これを更にコンベアベルトに載せて走行させる方法を採用することもできる。 When firing is performed in a continuous process, a method of passing a heating zone in a heating furnace (baking furnace) while a base material on which an unfired and uncrosslinked fluororesin layer is formed is placed on a conveyor belt and travels. Can be adopted. Examples of the heating zone include a structure in which a plurality of sets of heaters arranged so as to face each other in the vertical direction are arranged along the running direction of the conveyor belt. It is also possible to adopt a method in which a base material on which a fluororesin layer is formed is placed on a hot plate, and this is further placed on a conveyor belt for running.
工程3では、前記工程2で焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)より50℃低い温度(Tm−50℃)から該融点より50℃高い温度(Tm+50℃)までの範囲内の温度に調整する。この温度は、照射温度と呼ばれる。すなわち、工程3は、焼成後の未架橋フッ素樹脂層を所定の照射温度に設定するための工程である。
In
照射温度は、(Tm−50℃)〜(Tm+50℃)の範囲内であるが、耐摩耗性の観点から、好ましくは(Tm−35℃)〜(Tm+35℃)、より好ましくは(Tm−30℃)〜(Tm+30℃)の範囲内である。照射温度が低すぎると、架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性が不十分となりやすい。照射温度が高すぎると、熱劣化が生じるおそれがある上、耐摩耗性が低下傾向を示す。 The irradiation temperature is in the range of (Tm−50 ° C.) to (Tm + 50 ° C.), but from the viewpoint of wear resistance, it is preferably (Tm−35 ° C.) to (Tm + 35 ° C.), more preferably (Tm−30 ° C.). ° C) to (Tm + 30 ° C). If the irradiation temperature is too low, the abrasion resistance of the crosslinked fluororesin layer tends to be insufficient. If the irradiation temperature is too high, thermal degradation may occur, and the wear resistance tends to decrease.
フッ素樹脂がPTFEの場合、照射温度は、277〜377℃、好ましくは292〜362℃、より好ましくは297〜357℃の範囲内である。フッ素樹脂がPTFEとPFAとの混合物である場合も、上記範囲内の照射温度とすることが好ましい。 When the fluororesin is PTFE, the irradiation temperature is in the range of 277 to 377 ° C, preferably 292 to 362 ° C, more preferably 297 to 357 ° C. Even when the fluororesin is a mixture of PTFE and PFA, the irradiation temperature is preferably within the above range.
焼成後の未架橋フッ素樹脂層は、既に融点以上の高温で焼成されているため、照射温度を高くすると、熱劣化を生じるおそれがある。このような場合、本発明の製造方法では、前記工程3において、焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)より35℃低い温度(Tm−35℃)から該融点未満までの範囲内の温度に調整することが好ましく、(Tm−30℃)から融点未満の範囲内の温度に調整することがより好ましい。このように、照射温度を低く抑えることにより、未架橋フッ素樹脂層の熱劣化を抑制し、エネルギーコストも低減することができる。
Since the uncrosslinked fluororesin layer after firing is already fired at a high temperature equal to or higher than the melting point, if the irradiation temperature is increased, thermal degradation may occur. In such a case, in the production method of the present invention, the temperature of the uncrosslinked fluororesin layer baked in
照射温度をフッ素樹脂の融点(Tm)以上の温度とする場合も、前記工程3において、焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)から該融点より35℃高い温度(Tm+35℃)までの範囲内の温度に調整することが好ましく、融点から(Tm+30℃)の範囲内の温度に調製することがより好ましく、融点から(Tm+25℃)の範囲内の温度に調整することが特に好ましい。このように、照射温度を低く抑えることにより、未架橋フッ素樹脂層の熱劣化を抑制し、エネルギーコストも抑制しながら、耐摩耗性に優れた架橋フッ素樹脂層を形成することができる。
Even when the irradiation temperature is set to a temperature equal to or higher than the melting point (Tm) of the fluororesin, the temperature of the uncrosslinked fluororesin layer baked in the
焼成した未架橋フッ素樹脂層を照射温度に調整するには、未架橋フッ素樹脂層が形成された基材(複合材料)を所定の温度に維持した加熱炉内で保持するか、基材側でホットプレート上に載せて、ホットプレートに内蔵した加熱ヒータに通電するか、外部の加熱手段によってホットプレートを加熱する。ホットプレートを用いると、未架橋フッ素樹脂層の温度を所望の範囲内の照射温度に正確に設定することができる。 In order to adjust the fired uncrosslinked fluororesin layer to the irradiation temperature, the substrate (composite material) on which the uncrosslinked fluororesin layer is formed is held in a heating furnace maintained at a predetermined temperature, or on the substrate side. The hot plate is placed on the hot plate and energized by a heater built in the hot plate, or the hot plate is heated by an external heating means. When a hot plate is used, the temperature of the uncrosslinked fluororesin layer can be accurately set to an irradiation temperature within a desired range.
焼成した未架橋フッ素樹脂層を連続的な工程で照射温度に調整するには、焼成した未架橋フッ素樹脂層が形成された基材をコンベアベルトに載せて走行させながら、加熱炉内の加熱ゾーンを通過させる方法を採用することができる。加熱ゾーンとしては、上下に対向して配置した加熱ヒータのセットを、コンベアベルトの走行方向に沿って複数個配置した構造のものを例示することができる。この連続的な加熱工程は、前記の連続的な焼成工程に続く工程として配置することが好ましい。この場合、加熱炉内の加熱ゾーンの前半部分の加熱ヒータの温度を焼成温度に設定し、後半部分の加熱ヒータの温度を照射温度に設定する。未架橋フッ素樹脂層が形成された基材をホットプレート上に載せて、これを更にコンベアベルトに載せて走行させる方法を採用することもできる。 To adjust the calcined uncrosslinked fluororesin layer to the irradiation temperature in a continuous process, while the substrate on which the calcined uncrosslinked fluororesin layer is formed is placed on a conveyor belt and travels, the heating zone in the heating furnace It is possible to adopt a method of passing the filter. Examples of the heating zone include a structure in which a plurality of sets of heaters arranged so as to face each other in the vertical direction are arranged along the running direction of the conveyor belt. This continuous heating step is preferably arranged as a step following the continuous baking step. In this case, the temperature of the heater in the first half of the heating zone in the heating furnace is set to the firing temperature, and the temperature of the heater in the second half is set to the irradiation temperature. It is also possible to adopt a method in which a base material on which an uncrosslinked fluororesin layer is formed is placed on a hot plate, and this is further carried on a conveyor belt.
焼成した未架橋フッ素樹脂層は、既に高温に加熱された状態にあるため、照射温度に調整する時間を短くすることができる。照射温度に調整する時間は、未架橋フッ素樹脂層の厚みや焼成温度、照射温度、放射線の種類などにもよるが、通常、3〜60秒間、好ましくは5〜40秒間、より好ましくは10〜30秒間の範囲内である。このように、照射温度に調整する時間は、短くすることができ、かつ、短いほど効率的であるが、所望により、その上限を5分間または30分間程度にすることができる。 Since the baked uncrosslinked fluororesin layer is already heated to a high temperature, the time for adjusting to the irradiation temperature can be shortened. The time for adjusting the irradiation temperature depends on the thickness of the uncrosslinked fluororesin layer, the firing temperature, the irradiation temperature, the type of radiation, etc., but is usually 3 to 60 seconds, preferably 5 to 40 seconds, more preferably 10 to 10 seconds. Within 30 seconds. As described above, the time for adjusting to the irradiation temperature can be shortened and is more efficient as it is shorter, but the upper limit can be set to about 5 minutes or 30 minutes as desired.
工程4では、温度調整した該未架橋フッ素樹脂層に、酸素濃度が0.1〜1000ppmの雰囲気下、照射線量が1〜1000kGyの範囲内の放射線を照射して、未架橋フッ素樹脂を架橋する。この工程4によって、放射線の照射により架橋されたフッ素樹脂を含有する架橋フッ素樹脂層を形成する。 In step 4, the uncrosslinked fluororesin layer is crosslinked by irradiating the temperature-adjusted uncrosslinked fluororesin layer with radiation having an irradiation dose of 1 to 1000 kGy in an atmosphere having an oxygen concentration of 0.1 to 1000 ppm. . By this step 4, a cross-linked fluororesin layer containing a fluororesin cross-linked by radiation irradiation is formed.
放射線としては、α線(α崩壊を行う放射性核種から放出されるヘリウム−4の原子核の粒子線)、β線(原子核から放出される陰電子及び陽電子)、電子線(ほぼ一定の運動エネルギーを持つ電子ビーム;一般に、熱電子を真空中で加速してつくる)などの粒子線;γ線(原子核、素粒子のエネルギー準位間の遷移や素粒子の対消滅、対生成などによって放出・吸収される波長の短い電磁波)などの電離放射線を用いることができる。 Examples of radiation include α rays (particle beams of helium-4 nuclei emitted from radionuclides that undergo α decay), β rays (negative electrons and positrons emitted from nuclei), and electron beams (almost constant kinetic energy). Particle beam such as electron beam, generally generated by accelerating thermionic electrons in vacuum; gamma ray (emitted and absorbed by transitions between energy levels of nuclei and elementary particles, pair annihilation of elementary particles, pair production, etc.) Ionizing radiation such as an electromagnetic wave having a short wavelength).
これらの放射線の中でも、架橋効率や操作性の観点から、電子線及びγ線が好ましく、電子線がより好ましい。特に電子線は、電子線照射装置が入手しやすいこと、照射操作が簡単であること、連続的な照射工程を採用することができることなどの利点を有している。 Among these radiations, from the viewpoint of crosslinking efficiency and operability, electron beams and γ rays are preferable, and electron beams are more preferable. In particular, an electron beam has advantages such as easy availability of an electron beam irradiation apparatus, simple irradiation operation, and the ability to employ a continuous irradiation process.
焼成後の未架橋フッ素樹脂層の温度を照射温度にまで調整した後、直ちに放射線を照射することが、熱劣化を避け、エネルギー効率を高める上で好ましい。放射線の照射線量は、1〜1000kGyの範囲内である。照射線量は、耐摩耗性の観点から、好ましくは50〜1000kGy、より好ましくは65〜1000kGy、特に好ましくは70〜1000kGyの範囲内である。未架橋フッ素樹脂層の厚みが比較的薄い場合には、照射線量の上限値を、好ましくは250kGy、より好ましくは200kGyにまで下げることができる。 After adjusting the temperature of the uncrosslinked fluororesin layer after firing to the irradiation temperature, it is preferable to irradiate the radiation immediately in order to avoid thermal degradation and increase energy efficiency. The radiation dose is in the range of 1-1000 kGy. From the viewpoint of wear resistance, the irradiation dose is preferably in the range of 50 to 1000 kGy, more preferably 65 to 1000 kGy, and particularly preferably 70 to 1000 kGy. When the thickness of the uncrosslinked fluororesin layer is relatively thin, the upper limit of the irradiation dose can be lowered to preferably 250 kGy, more preferably 200 kGy.
照射線量は、引張破断伸びが大きく、可撓性に優れた架橋フッ素樹脂層を得る観点からは、好ましくは65〜250kGy、より好ましくは70〜200kGyの範囲内の低水準とすることが望ましい。照射線量は、顕著に優れた耐摩耗性を有する架橋フッ素樹脂層を得る観点からは、その下限値を、好ましくは80kGy、より好ましくは90kGy、特に好ましくは100kGyとすることが望ましい。 From the viewpoint of obtaining a cross-linked fluororesin layer having a high tensile elongation at break and excellent flexibility, the irradiation dose is preferably set to a low level in the range of 65 to 250 kGy, more preferably 70 to 200 kGy. From the viewpoint of obtaining a cross-linked fluororesin layer having remarkably excellent wear resistance, the lower limit of the irradiation dose is preferably 80 kGy, more preferably 90 kGy, and particularly preferably 100 kGy.
照射線量が少なすぎると、架橋密度を十分に高くすることができないため、架橋フッ素樹脂層の基材に対する密着性や耐摩耗性を十分に向上させることが困難となる。照射線量が多すぎると、架橋フッ素樹脂層の基材に対する密着性や耐摩耗性は向上するものの、架橋フッ素樹脂層の伸びが低下して、クラックが発生するおそれがある。 If the irradiation dose is too small, the crosslinking density cannot be sufficiently increased, and it becomes difficult to sufficiently improve the adhesion and wear resistance of the crosslinked fluororesin layer to the substrate. When the irradiation dose is too large, the adhesion of the cross-linked fluororesin layer to the base material and the wear resistance are improved, but the elongation of the cross-linked fluororesin layer may be reduced and cracks may occur.
放射線の照射領域の雰囲気を、酸素濃度が0.1〜1000ppmの雰囲気とする。従来、フッ素樹脂の照射架橋は、酸素不存在下または無酸素雰囲気下に行うことが必要であると考えられていた。本発明者らの研究結果によれば、酸素濃度を一定の範囲内に調整することが、むしろ架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性の向上に寄与することが判明した。放射線の照射領域の酸素濃度は、耐摩耗性の観点から、好ましくは1〜100ppm、より好ましくは2〜50ppm、特に好ましくは3〜20ppmの範囲内である。 The atmosphere in the irradiation region is an atmosphere having an oxygen concentration of 0.1 to 1000 ppm. Conventionally, it has been considered that irradiation cross-linking of a fluororesin needs to be performed in the absence of oxygen or in an oxygen-free atmosphere. According to the research results of the present inventors, it has been found that adjusting the oxygen concentration within a certain range rather contributes to improving the wear resistance of the crosslinked fluororesin layer. From the viewpoint of wear resistance, the oxygen concentration in the radiation irradiation region is preferably 1 to 100 ppm, more preferably 2 to 50 ppm, and particularly preferably 3 to 20 ppm.
放射線の照射領域の酸素濃度を上記範囲内に保持するには、例えば、照射領域を密閉して真空引きするか、照射領域に窒素ガスなどの不活性ガスを流すか、あるいは照射領域の空気を真空引きして除いた後、不活性ガスを流す方法を採用することができる。不活性ガスとしては、酸素濃度が低い窒素ガスを用いることが効率的で、コスト面でも有利である。 In order to maintain the oxygen concentration in the irradiation region within the above range, for example, the irradiation region is sealed and evacuated, or an inert gas such as nitrogen gas is allowed to flow in the irradiation region, or air in the irradiation region is supplied. After removing by evacuation, a method of flowing an inert gas can be employed. As the inert gas, it is efficient to use nitrogen gas having a low oxygen concentration, which is advantageous in terms of cost.
より具体的に、放射線の照射領域の酸素濃度を上記範囲内に保持する方法としては、上面にチタン箔からなる照射窓を設けたチャンバーを用いて、該チャンバー内を真空引きして空気を除去する方法;該チャンバー内を真空引きした後に、不活性ガスを流す方法;該チャンバー内に不活性ガスを流す方法;などを挙げることができる。不活性ガスを流しながら、チャンバー内に被照射物(焼成後、照射温度に加熱した未架橋フッ素樹脂層を有する基材)を連続的に搬送して、電子線を照射すれば、連続的工程で照射架橋を行うことができる。被照射物を連続的に搬送するには、コンベアベルトを用いることができる。被照射物をホットプレート上に載置して、照射温度に精密に制御しながら、コンベアベルトで順次搬送する方法を採用することもできる。 More specifically, as a method of maintaining the oxygen concentration in the radiation irradiation region within the above range, a chamber having an irradiation window made of titanium foil on the upper surface is used, and the inside of the chamber is evacuated to remove air. A method of flowing an inert gas after evacuating the chamber; a method of flowing an inert gas into the chamber; and the like. A continuous process can be performed by continuously transporting an object to be irradiated (a substrate having an uncrosslinked fluororesin layer heated to an irradiation temperature after firing) and irradiating it with an electron beam while flowing an inert gas. Irradiation crosslinking can be performed. A conveyor belt can be used to continuously convey the irradiated object. It is also possible to adopt a method in which an object to be irradiated is placed on a hot plate and sequentially conveyed by a conveyor belt while precisely controlling the irradiation temperature.
連続的な工程で照射を行う他の方法としては、連続焼成炉を用いる方法を挙げることができる。連続焼成炉としては、上下に対向して配置した加熱ヒータのセットを、コンベアベルトの走行方向に沿って複数個配置した構造のものを例示することができる。加熱ゾーンの前半部分の加熱ヒータ温度を焼成温度に設定し、後半部分の加熱ヒータ温度を照射温度に設定する。加熱ゾーンの終端に照射装置を配置する。照射装置の後には、冷却部を設ける。 As another method of performing irradiation in a continuous process, a method using a continuous firing furnace can be exemplified. As a continuous baking furnace, the thing of the structure which has arrange | positioned several sets of the heater arrange | positioned facing up and down along the running direction of a conveyor belt can be illustrated. The heater temperature in the first half of the heating zone is set to the firing temperature, and the heater temperature in the second half is set to the irradiation temperature. An irradiation device is arranged at the end of the heating zone. A cooling unit is provided after the irradiation device.
加熱ゾーン、照射領域、及び冷却部の全体をハウジングまたはチャンバーで囲み、その内部に不活性ガスを流しながら、焼成工程と照射工程を連続的に実施する。照射領域では、チタン箔からなる照射窓を配置して、外部の空気が流れ込まないようにする。 The entire heating zone, irradiation region, and cooling unit are surrounded by a housing or chamber, and the firing step and the irradiation step are continuously performed while an inert gas is allowed to flow through the inside. In the irradiation region, an irradiation window made of titanium foil is arranged so that outside air does not flow.
照射領域を密閉しても、外部から微量の空気が混入する。ガスボンベから酸素濃度が低い窒素ガスなどの不活性ガスを流し続け、かつ、外部環境からの微量の空気の混入を考慮して、照射領域の酸素濃度を精密に制御することが望ましい。そのため、照射領域の酸素濃度は、使用する不活性ガス中の酸素濃度と照射領域での酸素濃度の実測値に基づいて制御することが好ましい。照射領域の酸素濃度は、架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性と必ずしも比例関係にはない。照射領域の酸素濃度が高すぎても低すぎても、耐摩耗性が低下傾向を示す。照射温度をフッ素樹脂の融点未満の温度に制御すると、架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性は、照射領域の酸素濃度に対する依存性を低くすることができる。 Even if the irradiation area is sealed, a small amount of air is mixed from the outside. It is desirable to continue to flow an inert gas such as nitrogen gas having a low oxygen concentration from the gas cylinder and to precisely control the oxygen concentration in the irradiation region in consideration of a small amount of air from the external environment. Therefore, it is preferable to control the oxygen concentration in the irradiation region based on the oxygen concentration in the inert gas to be used and the actually measured value of the oxygen concentration in the irradiation region. The oxygen concentration in the irradiated region is not necessarily proportional to the wear resistance of the crosslinked fluororesin layer. If the oxygen concentration in the irradiated region is too high or too low, the wear resistance tends to decrease. When the irradiation temperature is controlled to a temperature lower than the melting point of the fluororesin, the wear resistance of the crosslinked fluororesin layer can be less dependent on the oxygen concentration in the irradiated region.
基材が、フィルムやシート、板などの平坦な形状以外の立体的な形状を持つものである場合には、例えば、基材を回転させながら、電子線などの放射線を未架橋フッ素樹脂層全体に均一に照射することが望ましい。照射時間は、走査型電子線照射装置を用いると、実質的に瞬時である。 When the substrate has a three-dimensional shape other than a flat shape such as a film, sheet, or plate, for example, while rotating the substrate, radiation such as an electron beam is irradiated on the entire uncrosslinked fluororesin layer. It is desirable to irradiate uniformly. The irradiation time is substantially instantaneous when a scanning electron beam irradiation apparatus is used.
本発明の非回転加圧部材は、架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性が顕著に優れる上、架橋フッ素樹脂層の耐クラック性、基材と架橋フッ素樹脂層との間の密着性にも優れている。そのため、架橋フッ素樹脂層にクラックが発生したり、架橋フッ素樹脂層が剥離したりすることがない。 The non-rotating pressure member of the present invention is remarkably excellent in wear resistance of the cross-linked fluororesin layer, and also excellent in crack resistance of the cross-linked fluororesin layer and adhesion between the substrate and the cross-linked fluororesin layer. Yes. Therefore, a crack does not generate | occur | produce in a crosslinked fluorine resin layer, or a crosslinked fluorine resin layer does not peel.
基材と架橋フッ素樹脂層との間の密着性は、碁盤目試験〔JIS K 5400(1998年版)〕によって評価することができる。碁盤目試験は、フッ素樹脂層に1mm角の大きさの貫通傷を付けて、100個の碁盤目を作製し、その上に粘着テープを貼り付けて、剥がす操作を行う試験である。本発明の架橋フッ素樹脂複合材料は、碁盤目試験を300回繰り返しても、100個の碁盤目が剥離することがない。 The adhesion between the substrate and the cross-linked fluororesin layer can be evaluated by a cross-cut test [JIS K 5400 (1998 edition)]. The cross cut test is a test in which 100 mm cross cuts are made by making a 1 mm square penetrating flaw on the fluororesin layer, and an adhesive tape is attached thereon and peeled off. The cross-linked fluororesin composite material of the present invention does not peel 100 cross-cuts even when the cross-cut test is repeated 300 times.
架橋フッ素樹脂層の耐摩耗性は、回転摩耗試験により評価することができる。回転摩耗試験は、複合材料の基材を固定し、架橋フッ素樹脂層の上に3M社製のスコッチブライト(登録商標)#3000(直径75mmφ)と2kgfの重りをこの順で載せ、スコッチブライト#3000と重りとからなる回転体を200rpmで回転させて、積算回転数(回)と摩耗による膜厚減少量(摩耗減量)との関係を測定する試験法である。スコッチブライトとは、ナイロン不織布に研磨砥粒(酸化アルミニウムまたはシリコンカーバイト)を均一に塗布し接着させた3次元構造を持つ研磨材である。 The abrasion resistance of the crosslinked fluororesin layer can be evaluated by a rotational abrasion test. In the rotational wear test, a composite base material was fixed, and a 3M Scotch Bright (registered trademark) # 3000 (75 mm diameter) and a 2 kgf weight were placed in this order on the cross-linked fluororesin layer. This is a test method in which a rotating body consisting of 3000 and a weight is rotated at 200 rpm, and the relationship between the total number of revolutions (times) and the film thickness reduction due to wear (wear loss) is measured. Scotch Bright is an abrasive having a three-dimensional structure in which abrasive grains (aluminum oxide or silicon carbide) are uniformly applied and bonded to a nylon nonwoven fabric.
本発明の架橋フッ素樹脂層は、回転摩耗試験での積算回転数を10万回とした場合でも、架橋フッ素樹脂層の膜厚減少量(摩耗減量)が、10μm以下、好ましくは8.0μm以下、より好ましくは5.0μm以下、特に好ましくは4.0μm以下であり、優れた耐摩耗性を示す。照射架橋条件を制御することにより、架橋フッ素樹脂層の摩耗減量を3.0μm以下、さらには2.0μmまたは1.0μm以下にまで低下させることができる。 The cross-linked fluororesin layer of the present invention has a film thickness reduction amount (wear loss) of 10 μm or less, preferably 8.0 μm or less, even when the cumulative number of rotations in the rotational wear test is 100,000. More preferably, it is 5.0 μm or less, particularly preferably 4.0 μm or less, and exhibits excellent wear resistance. By controlling the irradiation crosslinking conditions, the wear loss of the crosslinked fluororesin layer can be reduced to 3.0 μm or less, and further to 2.0 μm or 1.0 μm or less.
本発明の架橋フッ素樹脂層は、基材との間の密着性に優れる上、照射条件を選択することによって、架橋フッ素樹脂層が剥離したり、クラックが発生したりするのを防ぎつつ、耐摩耗性を顕著に高めることができる。 The cross-linked fluororesin layer of the present invention is excellent in adhesion to the base material, and by selecting the irradiation conditions, the cross-linked fluororesin layer is prevented from peeling or cracking while being resistant. Abrasion can be remarkably increased.
照射条件としては、前記工程3において、焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)より35℃低い温度(Tm−35℃)から該融点未満までの範囲内の温度に調整し、次いで、前記工程4において、温度調整した該未架橋フッ素樹脂層に、酸素濃度が1〜100ppmの範囲内の雰囲気下、照射線量が65〜1000kGyの範囲内の放射線を照射して、未架橋フッ素樹脂を架橋する方法を挙げることができる。
As the irradiation condition, the temperature of the uncrosslinked fluororesin layer baked in the
前記の照射条件において、照射温度は、(Tm−30℃)から融点未満までの範囲内の温度とすることがより好ましい。酸素濃度は、より好ましくは2〜50ppm、特に好ましくは3〜20ppmの範囲内である。照射線量の下限値は、好ましくは70kGy、特に好ましくは100kGyである。 In the irradiation conditions described above, the irradiation temperature is more preferably a temperature within a range from (Tm-30 ° C.) to less than the melting point. The oxygen concentration is more preferably in the range of 2 to 50 ppm, particularly preferably 3 to 20 ppm. The lower limit of the irradiation dose is preferably 70 kGy, particularly preferably 100 kGy.
他の好ましい照射条件としては、該工程3において、焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)から該融点より35℃高い温度(Tm+35℃)までの範囲内の温度に調整し、次いで、該工程4において、温度調整した該未架橋フッ素樹脂層に、酸素濃度が1〜100ppmの範囲内の雰囲気下、照射線量が65〜1000kGyの範囲内の放射線を照射して、未架橋フッ素樹脂を架橋する方法を挙げることができる。
As other preferable irradiation conditions, the temperature of the uncrosslinked fluororesin layer baked in
前記の照射条件において、照射温度は、より好ましくは融点から(Tm+30℃)、特に好ましくは融点から(Tm+25℃)の範囲内の温度とすることが望ましい。酸素濃度は、より好ましくは2〜50ppm、特に好ましくは3〜20ppmの範囲内である。照射線量の下限値は、好ましくは70kGy、特に好ましくは100kGyである。 In the irradiation conditions described above, the irradiation temperature is more preferably from the melting point to (Tm + 30 ° C.), particularly preferably from the melting point to (Tm + 25 ° C.). The oxygen concentration is more preferably in the range of 2 to 50 ppm, particularly preferably 3 to 20 ppm. The lower limit of the irradiation dose is preferably 70 kGy, particularly preferably 100 kGy.
本発明の非回転加圧部材の具体例としては、アルミニウム合金やステンレスなどの金属板上に架橋フッ素樹脂層を形成したプレート状の非回転加圧部材(非回転加圧プレート);ポリイミドフィルム等の合成樹脂フィルム上に架橋フッ素樹脂層を形成した非回転加圧部材;ガラス繊維シート上に架橋フッ素樹脂層を形成した非回転加圧部材;弾性部材(例えば、パッド状弾性部材)上に架橋フッ素樹脂層を形成した非回転加圧部材;などが挙げられる。 Specific examples of the non-rotating pressure member of the present invention include a plate-like non-rotating pressure member (non-rotating pressure plate) in which a cross-linked fluororesin layer is formed on a metal plate such as an aluminum alloy or stainless steel; a polyimide film, etc. Non-rotating pressure member having a cross-linked fluororesin layer formed on a synthetic resin film; Non-rotating pressure member having a cross-linked fluororesin layer formed on a glass fiber sheet; Cross-linking on an elastic member (for example, a pad-like elastic member) And a non-rotating pressure member having a fluororesin layer formed thereon.
本発明の非回転加圧部材が配置される定着ユニットとしては、例えば、以下の構造を有するものを挙げることができるが、これらに限定されない。 Examples of the fixing unit in which the non-rotating pressure member of the present invention is disposed include, but are not limited to, those having the following structure.
1)加熱手段を内蔵する定着ローラ、及び該定着ローラに対向・圧接してニップ部を形成する非回転加圧部材を備え、回転する該定着ローラと固定した該非回転加圧部材との間の該ニップ部に、未定着トナー像を形成した記録媒体を搬送し、加熱・加圧して、該未定着トナー像を該記録媒体上に定着させる定着ユニット。 1) A fixing roller including a heating unit, and a non-rotating pressure member that forms a nip portion so as to face and press against the fixing roller, and between the rotating fixing roller and the fixed non-rotating pressure member A fixing unit that transports a recording medium on which an unfixed toner image is formed to the nip portion, and heats and pressurizes the recording medium to fix the unfixed toner image on the recording medium.
上記定着ユニットでは、定着ローラを駆動させることにより、回転する定着ローラと固定した非回転加圧部材との間のニップ部に、未定着トナー像を形成した記録媒体を搬送し、加熱・加圧する。定着ローラは、通常、アルミニウム、鉄、ステンレス(SUS)などからなる中空円筒状芯金の表面に、直接または必要に応じてシリコーンゴムなどの耐熱性ゴム層を介して、フッ素樹脂層を形成したものである。非回転加圧部材としては、プレート基材上に架橋フッ素樹脂層を設けた非回転加圧プレートが代表的なものであるが、架橋フッ素樹脂層を形成したフィルム(シートを含む)を支持体上に固定した構造のものなど、他の構造を有するものであってもよい。 In the fixing unit, by driving the fixing roller, the recording medium on which the unfixed toner image is formed is conveyed to the nip portion between the rotating fixing roller and the fixed non-rotating pressure member, and heated and pressed. . For the fixing roller, a fluororesin layer is usually formed on the surface of a hollow cylindrical cored bar made of aluminum, iron, stainless steel (SUS) or the like via a heat-resistant rubber layer such as silicone rubber, if necessary. Is. A typical example of the non-rotating pressure member is a non-rotating pressure plate having a cross-linked fluororesin layer provided on a plate substrate, but a film (including a sheet) on which a cross-linked fluororesin layer is formed is supported. It may have other structures such as a structure fixed on top.
2)固定された加熱体、内側に該加熱体が配置された定着ベルト、該定着ベルトに対向・圧接する駆動ローラ、及び該定着ベルトに対向・圧接してニップ部を形成する非回転加圧部材を備え、該駆動ローラによって回動する該定着ベルトと固定した該非回転加圧部材との間の該ニップ部に、未定着トナー像を形成した記録媒体を搬送し、加熱・加圧して、該未定着トナー像を該記録媒体上に定着させる定着ユニット。 2) A fixed heating body, a fixing belt having the heating body disposed therein, a driving roller that faces and presses against the fixing belt, and a non-rotating pressurization that faces and presses against the fixing belt to form a nip portion. A recording medium on which an unfixed toner image is formed is conveyed to the nip portion between the fixing belt rotated by the driving roller and the fixed non-rotating pressure member, and heated and pressurized, A fixing unit for fixing the unfixed toner image on the recording medium;
上記定着ユニットでは、駆動ローラにより、定着ベルトを回動させる。定着ベルトは、ポリイミドフィルムや薄肉SUSスリーブなどのフレキシブルチューブの表層に、直接またはシリコーンゴムなどの耐熱性ゴム層を介して、フッ素樹脂層を形成したものである。加熱体は、定着ベルトの内側に配置されており、定着ベルトの内周面に摺動するものではない。加熱体として、電熱ヒータであっても、ヒーターランプと反射板との組み合わせであってもよい。 In the fixing unit, the fixing belt is rotated by the driving roller. The fixing belt is formed by forming a fluororesin layer directly on a surface layer of a flexible tube such as a polyimide film or a thin SUS sleeve, or via a heat resistant rubber layer such as silicone rubber. The heating element is disposed inside the fixing belt and does not slide on the inner peripheral surface of the fixing belt. The heating element may be an electric heater or a combination of a heater lamp and a reflector.
3)固定された加熱体、内周面で該加熱体と摺動する定着ベルト、該定着ベルトを介して該加熱体の一部に対向・圧接しニップ部を形成する駆動ローラ、及び該定着ベルトを介して該加熱体の一部に対向・圧接しニップ部を形成する非回転加圧部材を備え、該駆動ローラによって該定着ベルトを回動させるとともに、該2つのニップ部に、未定着トナー像を形成した記録媒体を搬送し、加熱・加圧して、該未定着トナー像を該記録媒体上に定着させる定着ユニット。 3) A fixed heating body, a fixing belt that slides against the heating body on the inner peripheral surface, a driving roller that faces and presses a part of the heating body via the fixing belt to form a nip portion, and the fixing A non-rotating pressure member that forms a nip portion by facing and press-contacting a part of the heating body via a belt is formed, the fixing belt is rotated by the driving roller, and unfixed in the two nip portions. A fixing unit that transports a recording medium on which a toner image has been formed, heats and pressurizes the recording medium, and fixes the unfixed toner image on the recording medium.
上記定着ユニットには、図1に示す構造のものが含まれる。小型の駆動ローラによって定着ベルトを回動させる。ニップ部は、加熱体と非回転加圧部材(例えば、非回転加圧プレート)との間、及び加熱体と駆動ローラとの間の2箇所にある。 The fixing unit includes the structure shown in FIG. The fixing belt is rotated by a small driving roller. There are two nip portions between the heating body and a non-rotating pressure member (for example, a non-rotating pressure plate) and between the heating body and the driving roller.
4)定着ローラ、該定着ローラに対向・圧接してニップ部を形成する非回転加圧部材、及び該非回転加圧部材と一体化した加熱手段を備え、回転する該定着ローラと固定した該非回転加圧部材との間の該ニップ部に、未定着トナー像を形成した記録媒体を搬送し加熱・加圧して、該未定着トナー像を該記録媒体上に定着させる定着ユニット。 4) The non-rotating fixed member, which includes a fixing roller, a non-rotating pressure member that faces and presses against the fixing roller to form a nip portion, and a heating unit integrated with the non-rotating pressure member and is fixed to the rotating fixing roller A fixing unit that transports, heats and presses a recording medium on which an unfixed toner image is formed to the nip portion between the pressing member and fixes the unfixed toner image on the recording medium.
上記定着ユニットにおいて、定着ローラは、加熱手段を内蔵したものであっても、内臓していないものであってもよい。加熱手段には、基材の表面に架橋フッ素樹脂層を設けたプレートまたはフィルム(シートを含む)を固定する。加熱手段の形状によっては、定着ローラに対向・圧接する箇所に、直接、架橋フッ素樹脂層を形成したものであってもよい。この定着ユニットでは、転写紙などの記録媒体の裏面から加熱する。 In the fixing unit, the fixing roller may include a heating unit or may not include a heating unit. A plate or film (including a sheet) provided with a cross-linked fluororesin layer on the surface of the substrate is fixed to the heating means. Depending on the shape of the heating means, a cross-linked fluororesin layer may be directly formed at a location facing and pressed against the fixing roller. In this fixing unit, heating is performed from the back surface of a recording medium such as transfer paper.
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。各種物性及び特性の測定法と評価法は、下記のとおりである。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. The measurement methods and evaluation methods for various physical properties and characteristics are as follows.
(1)クラック
放射線の照射によって架橋した架橋フッ素樹脂層を目視で観察し、クラックの発生の有無を評価した。未架橋のフッ素樹脂層についても同様に評価した。
(1) Cracks Cross-linked fluororesin layers crosslinked by irradiation with radiation were visually observed to evaluate the presence or absence of cracks. An uncrosslinked fluororesin layer was also evaluated in the same manner.
(2)碁盤目試験
日本工業規格のJIS K 5400(1998年版)の規定に従って、碁盤目試験を行った。基材上の架橋フッ素樹脂層に1mm角の大きさの貫通傷を付けて100個の碁盤目を作製し、その上に粘着テープ〔ニチバン(株)製CT405AP−18〕を貼り付け、剥がす操作を行った。各試料毎に粘着テープの貼付と剥離の操作を300回行い、300回目の碁盤目の残存枚数(枚/100)を調べた。
(2) Cross cut test A cross cut test was performed in accordance with the provisions of JIS K 5400 (1998 edition) of Japanese Industrial Standards. An operation of making 100 cross-cuts with a 1 mm square penetrating scratch on the cross-linked fluororesin layer on the substrate, and sticking an adhesive tape [CT405AP-18 manufactured by Nichiban Co., Ltd.] on it and peeling it off Went. For each sample, the operation of applying and peeling the adhesive tape was performed 300 times, and the remaining number of sheets of the 300th grid (sheet / 100) was examined.
(3)回転摩耗試験
図3に示す方法により、回転摩耗試験を行った。基材31上に架橋フッ素樹脂層32を形成した複合材料を、該基材31側で固定部材33の上にビス止めした。固定部材33と基材31と架橋フッ素樹脂層32とで固定部37を構成する。架橋フッ素樹脂層32の上に、直径75mmφ、厚み8mmで、重さ1.8gfの断面円形の研磨材35〔3M社製スコッチブライト#3000(登録商標)〕と2kgの重り34をこの順に載せる。研磨材35と重り34とで回転部36を構成する。回転部36を200rpm(毎分回転数)で回転させる。積算回転数が各所定値となった時点で架橋フッ素樹脂層の厚みの減少量を測定した。架橋フッ素樹脂層の厚みの減少量(摩耗減量)は、0.1μmの厚みの変化を検知し得る渦電流式デジタル式膜厚計〔(株)サンコウ電子研究所製EDY−II〕を用いて測定した。未架橋フッ素樹脂層の場合も同様に評価した。
(3) Rotational wear test A rotational wear test was performed by the method shown in FIG. The composite material in which the
[実施例1]
基材として、アルミニウム合金(JIS−3003;Al−Mn系合金)から形成された直径360mm、厚み1.7mmの円板を用いた。アルミニウム円板を陽極とし、塩化アンモニウム水溶液中、25クーロン/cm2の電気量で電気化学的エッチングを行い、アルミニウム円板の表面に微細な凹凸を形成させた。
[Example 1]
As a base material, a disk having a diameter of 360 mm and a thickness of 1.7 mm formed from an aluminum alloy (JIS-3003; Al—Mn alloy) was used. An aluminum disk was used as an anode, and electrochemical etching was performed in an aqueous ammonium chloride solution with an electric quantity of 25 coulomb / cm 2 to form fine irregularities on the surface of the aluminum disk.
表面処理したアルミニウム円板上に、PTFEディスパージョン(ダイキン社製D−10FE)をスピンコートし、乾燥して、厚み11μmの未焼成かつ未架橋のPTFE層を形成した。この未架橋PTFE層を有する複合材料を、410℃に保持した加熱炉内で20分間保持して焼成した。 A PTFE dispersion (D-10FE, manufactured by Daikin) was spin-coated on the surface-treated aluminum disc and dried to form an unfired and uncrosslinked PTFE layer having a thickness of 11 μm. The composite material having the uncrosslinked PTFE layer was baked by being held in a heating furnace maintained at 410 ° C. for 20 minutes.
焼成した未架橋PTFE層を有する基材をホットプレート上に載置し、300℃の温度に調整した。このホットプレートをコンベアベルトにより、NHVコーポレーション社製コンベア式電子線照射装置の照射領域に搬送した。電子線照射装置のチャンバー内は、酸素濃度0.1ppmの窒素ガスを流して、照射領域の酸素濃度を3.4ppmに維持させた。加速電圧1.16MeVの電子線を、照射線量が100kGyとなるように、未架橋PTFE層上から照射してPTFEを架橋した。このようにして得られた複合材料の架橋PTFE層の厚みは、11μmであった。結果を表1に示す。 The base material having the fired uncrosslinked PTFE layer was placed on a hot plate and adjusted to a temperature of 300 ° C. This hot plate was conveyed by the conveyor belt to the irradiation area | region of the conveyor type | formula electron beam irradiation apparatus by NHV Corporation. In the chamber of the electron beam irradiation apparatus, nitrogen gas having an oxygen concentration of 0.1 ppm was flowed to maintain the oxygen concentration in the irradiation region at 3.4 ppm. PTFE was crosslinked by irradiating an electron beam with an acceleration voltage of 1.16 MeV from above the uncrosslinked PTFE layer so that the irradiation dose was 100 kGy. The thickness of the crosslinked PTFE layer of the composite material thus obtained was 11 μm. The results are shown in Table 1.
[実施例2〜8、及び比較例1〜3]
PTFE層の厚みと照射温度を表1及び2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、基材上に架橋フッ素樹脂層を形成した複合材料を作製した。結果を表1及び2に示す。
[Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 3]
A composite material in which a crosslinked fluororesin layer was formed on a substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the PTFE layer and the irradiation temperature were changed as shown in Tables 1 and 2. The results are shown in Tables 1 and 2.
(考察)
表1及び2の結果から以下のことが分かる。
(Discussion)
From the results of Tables 1 and 2, the following can be understood.
(1)フッ素樹脂層を照射架橋しなかった場合(比較例1)には、積算回転数が25,000回での摩耗減量が10μmを超えており、耐摩耗性が悪く、非回転加圧部材として耐久性が不足する複合材料である。 (1) In the case where the fluororesin layer was not irradiated and crosslinked (Comparative Example 1), the wear loss at an accumulated rotational speed of 25,000 times exceeded 10 μm, the wear resistance was poor, and non-rotating pressure was applied. It is a composite material that lacks durability as a member.
(2)照射温度が低すぎる場合(比較例2及び3)は、積算回転数が50,000回または75,000回の時点で、摩耗量が10μmを超えており、非回転加圧部材としての耐久性と耐摩耗性が不十分な複合材料である。 (2) When the irradiation temperature is too low (Comparative Examples 2 and 3), the wear amount exceeds 10 μm at the time when the cumulative number of revolutions is 50,000 times or 75,000 times, and the non-rotating pressure member Is a composite material with insufficient durability and wear resistance.
(3)実施例1〜5に示されるように、照射温度がPTFEの融点(327℃)未満であっても、該フッ素樹脂の融点(Tm)より50℃低い温度(Tm−50℃)から該融点未満まで、好ましくは該フッ素樹脂の融点(Tm)より35℃低い温度(Tm−35℃)から該融点未満までの範囲内の温度に調整し、次いで、酸素濃度を好ましくは1〜100ppm、より好ましくは2〜50ppm、特に好ましくは3〜20ppmの範囲内に制御した雰囲気下に、照射架橋することにより、積算回転数を100,000回としても、摩耗減量を3.0μm以下、さらには2.0μmまたは1.0μm以下にまで低下させることができる。 (3) As shown in Examples 1 to 5, even when the irradiation temperature is lower than the melting point (327 ° C.) of PTFE, from a temperature (Tm-50 ° C.) lower by 50 ° C. than the melting point (Tm) of the fluororesin. The temperature is adjusted to below the melting point, preferably 35 ° C. lower than the melting point (Tm) of the fluororesin (Tm−35 ° C.) to below the melting point, and then the oxygen concentration is preferably 1 to 100 ppm. More preferably, the amount of wear loss is 3.0 μm or less even when the cumulative number of revolutions is 100,000 by irradiation crosslinking in an atmosphere controlled within the range of 2 to 50 ppm, particularly preferably 3 to 20 ppm. Can be reduced to 2.0 μm or 1.0 μm or less.
(4)実施例5〜8に示されるように、照射温度がPTFEの融点(327℃)以上の温度であっても、該融点より50℃高い温度(Tm+50℃)までの範囲内の温度に調整することにより、積算回転数を100,000回としても、摩耗減量が10μm以下の複合材料を得ることができる。摩耗減量を好ましくは8.0μm以下、より好ましくは5.0μm以下、特に好ましくは4.0μm以下とするには、照射温度を、より好ましくは融点から(Tm+30℃)、特に好ましくは融点から(Tm+25℃)の範囲内の温度とすることが望ましいことが分かる。この照射温度でも、酸素濃度を好ましくは1〜100ppm、より好ましくは2〜50ppm、特に好ましくは3〜20ppmの範囲内に制御した雰囲気下に、照射架橋することが望ましい。 (4) As shown in Examples 5 to 8, even when the irradiation temperature is higher than the melting point (327 ° C.) of PTFE, the temperature is within the range of 50 ° C. higher than the melting point (Tm + 50 ° C.). By adjusting, a composite material having a wear loss of 10 μm or less can be obtained even when the cumulative number of revolutions is 100,000. In order to reduce the wear loss preferably to 8.0 μm or less, more preferably 5.0 μm or less, and particularly preferably 4.0 μm or less, the irradiation temperature is more preferably from the melting point (Tm + 30 ° C.), particularly preferably from the melting point ( It can be seen that it is desirable to set the temperature within the range of (Tm + 25 ° C.). Even at this irradiation temperature, it is desirable to carry out irradiation crosslinking in an atmosphere in which the oxygen concentration is preferably controlled within the range of 1 to 100 ppm, more preferably 2 to 50 ppm, and particularly preferably 3 to 20 ppm.
[実施例9]
基材として、アルミニウム合金(JIS−3003;Al−Mn系合金)から形成された直径360mm、厚み1.7mmの円板を用いた。アルミニウム円板を陽極とし、塩化アンモニウム水溶液中、25クーロン/cm2の電気量で電気化学的エッチングを行い、アルミニウム円板の表面に微細な凹凸を形成させた。
[Example 9]
As a base material, a disk having a diameter of 360 mm and a thickness of 1.7 mm formed from an aluminum alloy (JIS-3003; Al—Mn alloy) was used. An aluminum disk was used as an anode, and electrochemical etching was performed in an aqueous ammonium chloride solution with an electric quantity of 25 coulomb / cm 2 to form fine irregularities on the surface of the aluminum disk.
表面処理したアルミニウム円板上に、PTFEディスパージョン(ダイキン社製D−10FE)をスピンコートし、乾燥して、厚み11μmの未焼成かつ未架橋のPTFE層を形成した。この未架橋PTFE層を有する複合材料を、410℃に保持した加熱炉内で20分間保持して焼成した。 A PTFE dispersion (D-10FE, manufactured by Daikin) was spin-coated on the surface-treated aluminum disc and dried to form an unfired and uncrosslinked PTFE layer having a thickness of 11 μm. The composite material having the uncrosslinked PTFE layer was baked by being held in a heating furnace maintained at 410 ° C. for 20 minutes.
焼成した未架橋PTFE層を有する基材をホットプレート上に載置し、300℃の温度に調整した。このホットプレートをコンベアベルトにより、NHVコーポレーション社製コンベア式電子線照射装置の照射領域に搬送した。電子線照射装置のチャンバー内は、酸素濃度0.1ppmの窒素ガスを流して、照射領域の酸素濃度を3.4ppmに維持させた。加速電圧1.16MeVの電子線を、照射線量が60kGyとなるように、未架橋PTFE層上から照射してPTFEを架橋した。架橋PTFE層の厚みは、12μmであった。結果を表3に示す。 The base material having the fired uncrosslinked PTFE layer was placed on a hot plate and adjusted to a temperature of 300 ° C. This hot plate was conveyed by the conveyor belt to the irradiation area | region of the conveyor type | formula electron beam irradiation apparatus by NHV Corporation. In the chamber of the electron beam irradiation apparatus, nitrogen gas having an oxygen concentration of 0.1 ppm was flowed to maintain the oxygen concentration in the irradiation region at 3.4 ppm. PTFE was crosslinked by irradiating an electron beam with an acceleration voltage of 1.16 MeV from above the uncrosslinked PTFE layer so that the irradiation dose was 60 kGy. The thickness of the crosslinked PTFE layer was 12 μm. The results are shown in Table 3.
[実施例10〜16]
照射線量を表3に示すように変更したこと以外は、実施例9と同様にして、基材上に架橋PTFE層を形成した複合材料を作製した。結果を表3に示す。
[Examples 10 to 16]
A composite material in which a crosslinked PTFE layer was formed on a substrate was produced in the same manner as in Example 9 except that the irradiation dose was changed as shown in Table 3. The results are shown in Table 3.
(考察)
表3の結果から、照射線量を1000kGyまで増大させても、耐摩耗性が顕著に優れた架橋フッ素樹脂層を形成できることがわかる。照射線量は、引張破断伸びが大きく、可撓性に優れた架橋フッ素樹脂層を得る観点からは、好ましくは65〜250kGy、より好ましくは70〜200kGyの範囲内の低水準とすることが望ましい。照射線量は、顕著に優れた耐摩耗性を有する架橋フッ素樹脂層を得る観点からは、その下限値を、好ましくは80kGy、より好ましくは90kGy、特に好ましくは100kGyとすることが望ましい。
(Discussion)
From the results in Table 3, it can be seen that even when the irradiation dose is increased to 1000 kGy, a crosslinked fluororesin layer with significantly excellent wear resistance can be formed. From the viewpoint of obtaining a cross-linked fluororesin layer having a high tensile elongation at break and excellent flexibility, the irradiation dose is preferably set to a low level in the range of 65 to 250 kGy, more preferably 70 to 200 kGy. From the viewpoint of obtaining a cross-linked fluororesin layer having remarkably excellent wear resistance, the lower limit of the irradiation dose is preferably 80 kGy, more preferably 90 kGy, and particularly preferably 100 kGy.
本発明の架橋フッ素樹脂層を有する非回転加圧部材は、電子写真方式の画像形成装置の定着ユニットに配置して利用することができる。 The non-rotating pressure member having the crosslinked fluororesin layer of the present invention can be used by being disposed in a fixing unit of an electrophotographic image forming apparatus.
1 小型の回転加圧部材
2 保持部材
3 非回転加圧部材
4 フィルム
5 加熱体
6 加熱体保持部材
7 記録媒体
8 未定着トナー像
21 パッド状押圧部材(基材)
22 離型層
31 基材
32 架橋フッ素樹脂層
33 固定部材
34 重り
35 研磨材
36 回転部
37 固定部
DESCRIPTION OF
22
Claims (10)
該非回転加圧部材は、基材上に架橋フッ素樹脂層が形成された架橋フッ素樹脂複合材料であり、かつ、
該架橋フッ素樹脂層は、本明細書に開示されている回転摩耗試験法に従って、架橋フッ素樹脂層上に、ナイロン不織布に研磨砥粒を均一に塗布し接着させた3次元構造を持ち、直径75mmφの断面円形の研磨材と2kgfの重りをこの順で載せて、該研磨材と重りの両者からなる回転体を200rpmで回転させたとき、10万回の積算回転数での摩耗減量が10μm以下の架橋フッ素樹脂層である
ことを特徴とする非回転加圧部材。 A non-rotating pressure member disposed in a fixing unit of an electrophotographic image forming apparatus,
The non-rotating pressure member is a crosslinked fluororesin composite material in which a crosslinked fluororesin layer is formed on a substrate, and
The crosslinked fluororesin layer has a three-dimensional structure in which abrasive grains are uniformly applied to and bonded to a nylon nonwoven fabric on the crosslinked fluororesin layer in accordance with the rotational abrasion test method disclosed in the present specification, and has a diameter of 75 mmφ. When an abrasive material having a circular cross section and a weight of 2 kgf are placed in this order and a rotating body composed of both the abrasive material and the weight is rotated at 200 rpm, the wear loss at an accumulated number of revolutions of 100,000 is 10 μm or less. A non-rotating pressure member characterized by being a crosslinked fluororesin layer.
(1)基材上に、未焼成かつ未架橋のフッ素樹脂層を形成する工程1;
(2)該フッ素樹脂層を、該フッ素樹脂の融点(Tm)から該融点より150℃高い温度(Tm+150℃)までの範囲内の温度に加熱して焼成する工程2;
(3)焼成した未架橋フッ素樹脂層の温度を、該フッ素樹脂の融点(Tm)より50℃低い温度(Tm−50℃)から該融点より50℃高い温度(Tm+50℃)までの範囲内の温度に調整する工程3;及び
(4)温度調整した該未架橋フッ素樹脂層に、酸素濃度が0.1〜1000ppmの雰囲気下、照射線量が1〜1000kGyの範囲内の放射線を照射して、未架橋フッ素樹脂を架橋する工程4;
により、架橋フッ素樹脂層を形成する工程を含む非回転加圧部材の製造方法。 A method of manufacturing a non-rotating pressure member disposed in a fixing unit of an electrophotographic image forming apparatus,
(1) Step 1 of forming an unfired and uncrosslinked fluororesin layer on the substrate;
(2) Step 2 of heating and baking the fluororesin layer to a temperature in the range from the melting point (Tm) of the fluororesin to a temperature 150 ° C higher than the melting point (Tm + 150 ° C);
(3) The temperature of the fired uncrosslinked fluororesin layer is within a range from a temperature (Tm-50 ° C) lower by 50 ° C than the melting point (Tm) of the fluororesin to a temperature (Tm + 50 ° C) higher by 50 ° C than the melting point. Step 3 for adjusting the temperature; and (4) Irradiation with an irradiation dose in the range of 1 to 1000 kGy is applied to the temperature-adjusted uncrosslinked fluororesin layer in an atmosphere with an oxygen concentration of 0.1 to 1000 ppm, Step 4 of crosslinking the uncrosslinked fluororesin;
The manufacturing method of the non-rotating pressurization member including the process of forming a bridge | crosslinking fluororesin layer by this.
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