金屬帶和塗覆帶的製作方法

2023-04-28 04:40:51

專利名稱：金屬帶和塗覆帶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種環形金屬帶以及通過對該金屬帶進行塗覆而得到的塗覆帶，它們可用於成像裝置，例如複印機、傳真機和雷射印表機。
背景技術：
為了滿足成像裝置微型化、降低能源消耗、並且提高其列印和複印速度的要求，一直採用帶式定影方法，其中驅動環形定影帶(環形帶或管)而非定影輥旋轉。定影帶的優點是縮短了打開電源之後的等候時間，因為通過加熱設備與定影帶內表面的接觸，僅插入一薄帶即可使轉移元件上的調色劑圖像幾乎被直接加熱和定影。
在此定影帶中，通過在環形金屬帶基材上直接塗覆或插入彈性層後塗覆形成脫模層。在大多數情況下，脫模層由具有良好耐熱和脫模性能的耐熱樹脂、例如氟塑料製成。由於耐熱樹脂製成的脫模層缺乏彈性，在大多數情況下將彈性層置於金屬帶基材和脫模層之間，以改善定影性能和圖像質量。如果脫模層為具有彈性和脫模性能的橡膠層、例如矽橡膠層，則可省略中間的彈性層。所用的轉移帶、負荷帶和傳送帶是環形帶，其可單獨由金屬帶基材製成，或由金屬帶基材和脫模層製成。
USP 6,564,033，特開2002-241984和特開2002-148975公開了一種利用電鑄形成作為金屬帶基材的環形鎳帶。
USP 6,564,033公開了一種電鑄鎳帶，其中面(200)優先生長，其中電鑄鎳的晶體取向比I(200)/I(111)為3或更高，優選8或更高，並且電鑄鎳的碳含量不超過0.08wt％。
特開2002-241984公開了一種電鑄鎳帶，其含至少一種選自鉈、鉛、鉍、錫、鈣、鋅、鋁、矽和銻的添加元素。
特開2002-148975公開了一種電鑄鎳帶，其碳含量為0.01至0.1wt％。
但是，常規的鎳帶在高溫下沒有足夠的疲勞強度並且缺乏耐用性。在帶式定影方法中，隨著帶自身的旋轉，帶在其定影接口(nip)部分以及其內部和外部被重複彎曲，由於圓周速度的差異而在帶上產生扭轉。因此，帶傾向於機械疲勞，在耐熱和耐用方面存在問題。例如，提高定影溫度，就會降低其耐用時間。具體地說，由於高速印表機的定影接口部分很寬且具有較高的壓力，從而增加了施加於帶的機械力，並且使得定影溫度較高。因此，常規的帶傾向於在相對短的時間內斷裂，必須頻繁更換。
另外，在碳含量高的帶中，鍍膜的內應力增強。因此，脫模性能降低，電鑄產品不易從基體中去除，並且由於過高的內應力使得在電解過程中部分電鑄產品可與基體分開。

發明內容
本發明的目的是提供一種長效的金屬帶和塗覆帶，它們具有優異的耐用性，其電鑄產品可易於從電鑄基體上去除，並且也防止了與基體的部分分離。
金屬帶通過電鑄形成主要含鎳的金屬環形帶，其中該帶所包含的晶體取向中，其晶體取向比I(200)/I(111)不小於80並且不大於250。
定影帶的必要性能就是諸如對最高加熱溫度的耐熱性和機械強度的基本性能。另外，為了進一步提高耐用性，要求定影帶在高溫下具有良好的疲勞強度。在本發明的金屬帶中，面(200)優先生長，從而提高了抗疲勞性，即高溫耐用性。通過晶體中的面(200)優先生長而得到的帶即使經受高溫也能阻止其撓性和強度的變劣，這作為高溫使用的定影帶是有利的。
本發明中，「面(200)優先生長」的意思是指晶體優先向平行於基體表面的面(200)生長。晶體取向比I(200)/I(111)的定義是，通過寬角X射線衍射測得的表面(111)的峰強度與面(200)的峰強度的比值(峰強度比)。面(200)的d值是0.17620nm，並且面(111)的d值是0.20340nm。
另外，在本發明中，晶體取向比I(200)/I(111)設定為80至250，包括80和250，從而能夠保證高溫加熱循環中的足夠耐用性。本發明的發明人努力研究了晶體取向比I(200)/I(111)對帶耐用性的影響，獲得了如圖3和表1所示的二者之間相互關係的新信息。依據此信息，通過熱疲勞測試獲得的樣品帶H和I的重複耐用次數為130,000，其中帶的晶體取向比I(200)/I(111)均小於50，該帶未達到200,000次的可接受質量水平。但是，晶體取向比I(200)/I(111)分別為113、114、132、147、169、198和246的樣品A-G的重複耐用次數大大超過200,000次的可接受質量水平。
晶體取向比I(200)/I(111)受各種參數的影響，例如作為原料的鎳顆粒的組成、鎳鍍液的組成和溫度、電流密度和基體表面的狀態等。因此，在現有技術中，很難在製造過程中有意地將晶體取向比設定至理想值。如果晶體取向比I(200)/I(111)小、具體地說為50或更小，則帶傾向於因循環加熱而疲勞，並且沒有足夠的耐用性。有專利文獻報導，電解液中增亮劑產生的硫和有機物質與生長的晶體鎳共沉積為共析物，這造成帶的高溫耐用性不好。另外，電鑄鎳傾向於具有微晶結構，因而硬度很高，這意味著可造成帶的彈性問題。本發明的發明人推斷出晶體取向比I(200)/I(111)小的晶體結構易於因熱而變劣。
在本發明中，主要包含鎳的金屬帶的碳含量為0.03至0.10wt％。通過將碳含量限制在上述範圍，可更容易獲得硬度和強度不因熱老化而變劣的電鑄鎳帶，同時可維持環形金屬帶基材所需要的標準硬度。如果碳含量小於0.03wt％，則晶體取向比降低，耐用性降低。超過0.10wt％的碳含量提高了鍍膜的內應力，降低了脫模性能。因此，可能很難從基體上去除電鑄產品，或在電解過程中部分電鑄產品與基體分離。但是，如果進一步改進基體脫模技術，則認為可製備出碳含量達到約0.14wt％的帶。如果碳含量超過0.14wt％，則不能較好地形成鍍膜本身。碳含量和重複耐用次數之間的相互關係見下面所示的圖4和表1。
另外，碳含量與晶體取向比之間的相互關係見圖5和表1。晶體取向比很大程度上取決於碳含量。如圖5所示，在碳含量為0.06wt％的點附近處存在晶體取向比的最高值(計算出的最高值為約250，實際測量的最高值為246)。當碳含量是最高值以外的任何其它值時，晶體取向比降低。如果帶具有遠大於0.10wt％的過高碳含量，則認為晶體取向比小於80。而且，如果碳含量超過0.10％，則提高了內應力，出現裂紋，從而部分產物與基體分離。因此，不能期望穩定的晶體生長。
本發明金屬帶(或金屬基材)基本不含錳(0.00wt％，小於檢測限)。這是因為含有錳抑制了晶體取向比和高溫熱循環抗疲勞性的提高，但此原因尚不清楚。
金屬帶通常含雜質，例如由鎳鍍液組分產生的硫、鈷和碳。如果帶中含有大量雜質例如硫和鈷，則很難在鍍覆的有序層中生長鎳晶體，並且降低了晶體取向比。調整每種雜質的含量可進一步提高金屬帶的性能。
優選將金屬帶的硫含量調整為小於0.03wt％。更優選硫含量為0.01wt％或更小。如果硫含量太高，則在連續加熱條件下硫會沉積在鎳的晶界，造成硬度和強度的降低。儘管硫含量的下限為0wt％(0.00wt％，小於檢測限)，但在使用含硫化合物(例如，主增亮劑)作為鎳鍍液的成分時，硫含量通常為0.01至0.09wt％，如果儘可能地降低亦可為0.001至0.009wt％。在使用沒有增亮劑的氨基磺酸電解液時，硫含量為0.0001至0.0009wt％。
通過降低含硫化合物例如增亮劑的使用量來降低硫含量。儘管金屬帶中的硫是降低電沉積應力和提高製備精確性的必要成分，但其在高溫下也可破壞撓性和彈性，並對因金屬疲勞導致的損壞有嚴重影響。如果帶中含有大量的硫，則高溫下硫可能在鎳晶界周圍形成薄而脆的膜，並使得電鑄鎳的晶界不連續。在此情況下，帶可能會出現脆裂。同時，如果硫含量太低，則可能會降低從基體上的脫模性能和帶的強度。通常硫含量的下限為0.001至0.009wt％。
碳含量和硫含量分別落入上述範圍、並且基本上不含無法避免的雜質元素錳和鈷的鎳和鎳合金傾向於具有這樣的晶體結構，其中在電鑄鎳的晶體生長中面(200)優先生長，並且晶體取向比I(200)/I(111)為100或更高。另外，如果硫含量低，則晶體生長更可能優先生長面(200)。
其他無法避免雜質的含量通常為0.01wt％或更小。在本發明中，除了鎳以外，優選不可避免雜質的含量儘可能降低。如果晶體取向比I(200)/I(111)太低，則耐用性趨於降低。
使用不鏽鋼等基體作為陰極，通過電鑄方法來製備金屬帶。在此方法中，使用公知的鎳電解液例如氨基磺酸液作為電解液，可向鍍液中添加添加劑例如pH調節劑、凹陷抑制劑和增亮劑。鎳電解液的一個實例是含作為主成分的氨基磺酸鎳、且含0-30g/l氯化鎳或溴化鎳和30-45g/l硼酸的鎳電解溶液。根據目的可選擇低濃度至高濃度的氨基磺酸鎳。450g/l的四水硫酸鎳被稱為標準鍍液，600g/l的被稱為鎳的增速鍍液，即高濃度鍍液。也可使用低於或高於上述濃度的溶液。
通過控制電解液的溫度和陰極電流密度等，可獲得由理想的鎳或鎳合金製成的電鑄鎳。儘管可根據所使用的電解液來改變電鑄工藝，但優選在電解液溫度為約45至60℃、陰極電流密度為約1至10A/dm2的條件下進行。可將包括糖精、苯磺酸鈉和萘磺酸鈉等的主增亮劑(應力降低劑)和包括2-丁炔-1，4-二醇、香豆素、二乙基三胺等的輔助增亮劑加入電解液中。從而，降低了電鑄鎳的電沉積應力，提高了模鑄的精確性。通過調整此方法中添加劑的加入量，可以將電鑄鎳中的硫含量和碳含量設定在上述範圍內。利用工藝條件例如鍍液中主和輔助增亮劑的濃度、電流密度以及鍍液溫度來調整沉積的硫和碳的含量。
為了提高晶體取向比I(200)/I(111)，需要使用特定的鍍液組合物以及特定的製備方法。含預定量主增亮劑和輔助增亮劑的特定鍍液組合物基本上不含錳，並且限制不可避免的雜質鈷的含量小於5mg/l。在製備過程中，適當地調整電鑄的電流密度，從而使面(200)優先生長，並且增強了通過X射線衍射測得的面(200)的最大強度。
金屬帶的厚度大於下面式子所表示的透入深度，優選為1μm至100μm。利用頻率f(Hz)、磁滲透性μ和激勵電路的比電阻ρ(Ωm)用下式來表達透入深度σ[m]σ[m]＝503×(ρ/fμ)1/2這表示電磁感應中所用的電磁波的吸收深度。深部電磁波的強度不超過1/e。而達到此深度時大多數能量被吸收。如果帶的厚度小於1μm，則帶不能完全吸收大部分電磁能，並且效率降低。
同時，厚度大於100μm的金屬帶具有較高的硬度和很低的撓性，因此很難用作旋轉元件。如果將帶用於使用陶瓷加熱器的帶式定影方法中，優選帶的厚度不超過100μm，更優選不超過50μm，最優選不超過20μm，以降低熱容並提高其快速啟動性能。
通過觀察研磨後的蝕刻表面，可證明金屬帶的晶體隨加熱溫度和加熱時間的變化而變化。如果晶體取向比高，則晶體變得很難改變，硬度不易變化，並且強度不易降低。晶體的更大變化和高溫條件下硬度的變化變劣了耐疲勞性。
塗覆帶本發明的塗覆帶是通過電鑄形成的晶體取向比I(200)/I(111)為80至250且包括80和250的環形帶，該塗覆帶包括主要含鎳的金屬基材、形成在該金屬基材外圓周上的脫模層以及插入二者之間的至少一層彈性層。該金屬基材還包括0.03至0.10wt％的碳。
作為脫模層，優選為氟碳樹脂，例如PFA(四氟乙烯/全氟烷基醚共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)、FEP(四氟乙烯/六氟丙烯共聚物)、有機矽樹脂、氟矽橡膠、氟橡膠和矽橡膠。特別優選PFA。根據需要，脫模層可含數量不超過脫模層的10wt％的導電劑，例如碳和氧化錫等。
優選脫模層的厚度為1μm至100μm。如果脫模層的厚度小於1μm，則可能由於塗覆層的不規則塗覆導致產生了差的脫模部分並且耐用性不夠。同時，如果脫模層的厚度大於100μm，則會出現熱傳導率變劣的情形。具體地說，在樹脂基的脫模層中，硬度的提高使得下面描述的彈性層不起作用。
如果利用公知的方法來製備脫模層，例如，若其由氟碳樹脂基材料形成，則可以利用分散塗覆氟碳樹脂粉末並且對其進行烘乾、焙燒的方法，或利用事先壓制(tubed)的氟碳樹脂塗覆並且使其粘附的方法。可以通過如下方法形成橡膠材料的脫模層向模中注入液體材料並通過加熱使其固化的方法；壓出之後通過加熱固化液體材料的方法；或注射成型之後利用加熱進行固化的方法等。
另外，通過使用下面的方法可同時形成彈性層和脫模層將具有底漆處理內表面的管和具有底漆處理表面的電鑄鎳帶放入圓柱模中，在試管和電鑄鎳帶間的縫隙注入液體矽橡膠，通過加熱使橡膠固化和粘接。
儘管彈性層並非是本發明不可或缺的組成部分，但優選提供彈性層以保證一定量的接口寬度和熱容。優選矽橡膠、氟橡膠和氟矽橡膠，尤其是矽橡膠作為彈性層的材料。用於彈性層的矽橡膠的例子為聚二甲基矽氧烷、聚甲基三氟丙基矽氧烷、聚甲基乙烯基矽氧烷、聚三氟丙基乙烯基矽氧烷、聚甲基苯基矽氧烷、聚苯基乙烯基矽氧烷和上述聚矽氧烷的共聚物。因特殊場合的需要，彈性層還可含有增強填料，例如幹二氧化矽和溼二氧化矽、碳酸鈣、石英粉、矽酸鋯、粘土(矽酸鋁)、滑石(水合矽酸鎂)、鋁土(氧化鋁)以及鐵丹(氧化鐵)等。
由於有助於獲得良好的定影圖像質量，彈性層的厚度不小於10μm、優選不小於50μm，並且不大於1000μm，優選不大於500μm。如果列印彩色圖像，尤其是照片圖像，則在轉移元件的很寬區域內形成固體圖像。在此情形下，如果加熱表面(脫模層)不能吻合轉移元件的不平坦性或調色劑層的不平坦性，則將造成不規則的加熱，並且在熱傳輸多或少的部分圖像上出現亮度的不規則性。具體地說，熱傳輸多的部分亮度高，而熱傳輸少的部分亮度低。如果彈性層太薄，由於加熱表面不能完全吻合轉移元件或調色劑層的不平坦性，則可出現圖像亮度的不規則性。另外，如果彈性層太厚，則彈性層的熱阻提高，很難獲得快速啟動。
儘管滑動層並非本發明不可或缺的組成部分，但優選提供該滑動層以降低運行定影儀器的驅動轉矩。滑動層材料的例子為聚醯亞胺樹脂、聚醯胺-醯亞胺樹脂、酚樹脂、氟碳樹脂、PEEK(聚醚醚酮樹脂)樹脂、PES(聚醚碸)樹脂、PPS(聚亞苯基硫化物)樹脂、PFA(四氟乙烯/全氟烷基醚共聚物)樹脂、PTFE(聚四氟乙烯)樹脂、FEP(四氟乙烯/六氟丙烯共聚物)樹脂和LCP(液晶聚酯)樹脂等。因特殊場合的需要，滑動層可包括滑性劑，例如氟碳樹脂粉、石墨和二硫化鉬。例如，可以通過塗覆、乾燥和固化液體材料的方法，或粘結壓制材料的方法來形成滑動層。滑動層可提供熱絕緣，以防止在作為生熱層的金屬基材上生成的熱傳遞到帶的內部，而不會太多地提高塗覆帶的熱容。因此，與沒有滑動層的情形相比，提高了向轉移元件一側的供熱效率，降低了能量消耗。而且，可能會縮短上升時間。
優選滑動層的厚度為5μm至100μm。如果滑動層的厚度小於5μm，則耐用性可能不充分。如果滑動層的厚度超過100μm，則可能會提高帶的熱容和上升時間。
附圖簡單說明

圖1為本發明塗覆帶的橫截面圖。
圖2為說明用於對本發明金屬帶進行評價測試的試樣的圖。
圖3為說明本發明金屬帶中晶體取向比和重複耐用次數之間關係的特徵圖。
圖4為說明本發明金屬帶中碳含量和重複耐用次數之間關係的特徵圖。
圖5為說明本發明金屬帶中碳含量和晶體取向比I(200)/I(111)之間關係的特徵圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖來描述本發明各種優選實施例。
在電鑄工藝中，使用具有導電率的基體(電鑄版模，模子)例如由不鏽鋼製成的圓柱基體作為陰極，利用鎳電鍍液對基體進行電鍍而在其表面形成鎳電鍍膜。從基體上剝離(去除)電鍍膜作為產品。如果基體由金屬製成，則對其進行用於剝離的表面處理。如果基體由非金屬製成，則對其進行用於電鍍的導電化處理。
如圖1所示，塗覆帶10具有複合結構，它包括用作基體層的環形金屬帶製成的金屬基材1、位於基材1外表面的彈性層2、覆蓋在彈性層2外表面的脫模層3和覆蓋在基材1內表面的滑動層4。在塗覆帶10中，滑動層4位於內表面側(導向帶的表面側)，脫模層3位於外表面側(壓輥的表面側)。提供底漆層(未示出)以用於金屬基材1和彈性層2之間、彈性層2和脫模層3之間、或金屬基材1和滑動層4之間的粘合。可以使用公知的材料例如矽樹脂、環氧樹脂和聚醯胺-醯亞胺作為底漆層，並且底漆層的厚度約1至30μm。
金屬帶金屬基材金屬基材1相當於本發明的金屬帶。通過電鑄使所形成的基材1為環形，它具有晶體取向特性，其中晶體取向比I(200)/I(111)為80至250，包括80和250，並且面(200)優先生長。另外，金屬基材1的含碳量為0.03至0.10wt％。儘管金屬基材1可單獨用作定影帶，但通常使用通過直接在基材1的外圓周表面上形成由氟碳樹脂及其類似物製成的脫模層3而製成的塗覆帶10，或者在二者之間插入矽橡膠彈性層2及其類似物製成的塗覆帶10。可根據用途設定金屬帶的厚度、寬度和內徑，但不局限於特定值。通常厚度為10至1000μm，優選15至500μm，更優選為20至100μm。考慮到熱容、熱傳導率、機械強度和撓性等之間的平衡，最優選厚度為30至80μm。如果將金屬帶用作電子照相複印機的定影帶或傳輸帶等，可根據傳輸材料例如傳輸紙的寬度來決定帶的寬度。
通常將增亮劑分為主增亮劑和輔助增亮劑。為了獲得高亮度，經常二者一起使用。其中，主增亮劑為具有＝C-SO2-結構的有機化合物，其例子是磺酸鹽(芳香磺酸鹽，例如1，3，6-萘-三磺酸三鈉鹽)、磺醯亞胺(例如，糖精)、磺醯胺和亞磺酸等。其中優選使用芳香磺酸鹽。
輔助增亮劑的例子為具有選自C＝O、C＝C、C≡N、C＝N、C≡C、N-C＝S、N＝N、-CH2-CH-O-及其類似結構的有機化合物。其中，代表性的化合物為炔二醇例如2-丁炔-1，4-二醇以及香豆素。在本發明中，通過向氨基磺酸鎳電鍍液中添加炔二醇可將環形金屬帶的晶體取向比I(200)/I(111)限制在理想範圍內。更具體的說，有一種通過使用例如芳香磺酸鹽作為主增亮劑和使用炔二醇例如2-丁炔-1，4二醇作為輔助增亮劑來調節晶體取向比的方法。但是，本發明不局限於特定方法，可採納能將晶體取向比I(200)/I(111)限制在上述範圍內的任何方法。為了將金屬基材的碳含量限制在理想範圍內，優選使用調節增亮劑種類和添加量的方法。
製備方法通過電鑄工藝來形成金屬帶，該工藝使用鎳電鍍液，例如主要含有硫酸鎳和氯化鎳的Watt液以及主要含有氨基磺酸鎳的氨基磺酸鹽鍍液。電鑄是一種在基體表面提供厚的鍍層並且將其從基體上剝離成為產品的方法。為了得到金屬帶，採用由不鏽鋼、青銅或鋁等製成的圓柱體作為基體，通過使用鎳電鍍液在基體的表面形成鎳鍍膜。
如果基體是絕緣體例如矽樹脂和石膏，則使用石墨、銅粉、銀鏡和濺射等對其進行導電化處理。在金屬基體的電鑄過程中，為了便於鎳電鍍膜的脫離，優選在基體的表面進行脫離處理，例如形成脫離膜，例如氧化物膜、化合物膜和施用石墨粉的膜。
鎳電鍍液包括鎳離子源、陽極溶劑、pH緩衝劑和其它添加劑。鎳離子源的例子包括氨基磺酸鎳、硫酸鎳和氯化鎳。在Watt液中，氯化鎳作為陽極溶劑，氯化銨和溴化鎳用作其它鎳鍍液中使陽極溶解的溶劑。
通常在3.0至6.2的pH範圍內進行鎳電鍍。為了將pH調到理想範圍，使用pH緩衝劑例如硼酸、甲酸和醋酸鎳。為了起到光滑、防止凹陷、細化晶體和減少殘餘應力的目的，使用增亮劑、凹陷阻止劑和內應力減少劑作為其它的添加劑。
關於鎳電鍍液的組合物，例如，氨基磺酸鹽鍍液組合物包括300-600g/l氨基磺酸鎳、0-30g/l氯化鎳、20-40g/l硼酸、適量的表面活性劑和適量的增亮劑。優選鍍液的pH為3.5至4.5，優選鍍液的溫度為40至60℃。優選電流密度為0.5至15A/dm2，高濃度鍍液中為3至40A/dm2。
脫模層通常脫模層3是由具有脫模性能的耐熱樹脂例如氟碳樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺-醯亞胺樹脂製成。如果需要，它也可以是具有脫模性能和彈性的橡膠層或橡膠組合物層，例如矽橡膠、氟樹脂或氟樹脂和氟碳樹脂的混合物、以及矽橡膠和氟碳樹脂的混合物。在採用後者的情況下，由於脫模層具有彈性，從而可省略彈性層。
如果脫模層為耐熱樹脂層，此層的厚度通常為0.1至150μm，優選1至100μm，更優選5至50μm。如果脫模層為具有彈性的橡膠層，其厚度為10μm至5mm，優選20μm至3mm。可根據帶的用途來設定塗覆帶的寬度和外徑。
如上所述，通常脫模層是由具有脫模性能的耐熱樹脂例如氟碳樹脂製成。如果需要，它也可以是具有脫模性能和彈性的橡膠層或橡膠組合物層，例如矽橡膠、氟橡膠或氟橡膠和氟碳樹脂的混合物、以及矽橡膠和氟碳樹脂的混合物。
作為耐熱樹脂，優選耐熱樹脂具有即使在150℃或更高溫度下連續使用也不熔化或軟化並且基本不變劣的耐熱性。假如本發明塗覆帶用作高溫條件下的定影帶等，更優選耐熱樹脂為具有耐熱性並能在200℃或更高溫度下持續使用的合成樹脂。此耐熱樹脂的例子為氟碳樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醯胺-醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、聚醚酮樹脂、聚苯並咪唑樹脂、聚苯並噁唑樹脂、聚亞苯基硫化物樹脂、二馬來醯亞胺樹脂。其中，特別優選具有優越耐熱性和脫模性能的氟碳樹脂。
氟碳樹脂的例子是聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯/全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)、乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)、多氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯/氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)等。
可單獨使用每種氟碳樹脂，或組合使用它們的至少兩種。如果塗覆帶用作定影帶或唱片帶(pressing belt)，考慮到耐熱性，優選氟碳樹脂中的PTFE和PFA。而且更優選PFA，因為其在熔融態具有流動性，並且易於獲得具有良好表面光滑度的氟碳樹脂層。
儘管氟碳樹脂可以液體氟碳樹脂塗料的形式使用，但優選以粉末形式(粉末塗料)使用，以提高可成形性和脫模性能。雖然沒有特別限制氟碳樹脂粉末的平均粒徑，但優選不超過10μm，以利用粉末塗層法形成厚度均勻的薄塗層。通常其平均粒徑的下限是約1μm。具體地說，優選平均粒徑為10μm或更小的PFA粉末。各種通用的粉末塗覆方法適用於塗覆氟碳樹脂粉末。其中，優選使用帶電粉末的靜電塗覆(靜電粉末噴霧)，這是因為它能形成均勻和穩固的粉末塗層。
將氟碳樹脂塗覆於環形金屬帶基材，然後利用公知的方法進行焙燒。如果在氟碳樹脂層和環形金屬帶之間放置了彈性層，在彈性層形成於環形金屬帶基材或內表面預先被塗覆的環形金屬帶之上以後，可以塗覆和焙燒氟碳樹脂。但是，在優選方法中，將內表面預先被處理(改善其粘結性)的薄(不超過30μm)氟碳樹脂管裝入圓柱形模中使其不起皺，將彈性層形成於其上的環形金屬帶基材或內表面被塗覆的環形金屬帶放入筒形或圓柱形模的孔中，並插入氟碳樹脂管內。然後，將粘合劑(液體矽橡膠)注入管和彈性層的間隙中，使其平整並加熱之。焙燒後氟碳樹脂塗層的厚度通常為0.1至150μm，優選1至100μm，更優選5至50μm。如果將彈性層置於脫模層之下，氟碳樹脂塗層的厚度可設定為30μm或更小，以充分利用彈性層的柔韌性。
通過使用管狀氟碳樹脂可形成具有優越表面平整性和脫模性能的氟碳樹脂層。
彈性層彈性層2是本發明非必需的可選擇組成部分。因此，塗覆帶10可以有三層結構脫模層3/金屬基材1/滑動層4，或有兩層結構脫模層3/金屬基材1。具體地說，如果帶用於單色圖像的加熱和定影，其中位於轉移元件之上的調色劑的量很少，調色劑層的不均勻性相對低，則塗覆帶可有三層或兩層結構，而無彈性層2。
如果提供彈性層2，則一層彈性層就足夠，根據需要可提供兩層或更多的彈性層。彈性層2的材料優選為具有良好耐熱性的橡膠材料，例如矽橡膠和氟橡膠。也可以使用氟碳樹脂與橡膠例如矽橡膠和氟橡膠混合獲得的橡膠組合物。使用此材料使得許多彈性層彼此間粘合的更緊密。
根據用途設定彈性層2的厚度(如果有兩個或更多的彈性層，為其總厚度)，不局限於特定值。如果用於圖像形成儀器的定影帶及其類似物，厚度通常為20至1000μm，優選150至450μm。
用於形成彈性層2的橡膠材料為耐熱性極好的橡膠，例如矽橡膠和氟橡膠。如果將塗覆帶用作定影帶和唱片帶，術語「耐熱橡膠」指的是具有足夠耐熱性並在定影溫度下能經受連續使用的橡膠。具體地說，優選橡膠即使在150℃或更高溫度下連續使用既不熔化，也不軟化，並且基本上沒有變劣。
優選橡膠材料為可軋的或液體矽橡膠、氟橡膠、或其混合物，這是因為它們具有特別優異的耐熱性。橡膠材料的例子是矽橡膠例如二甲基矽橡膠、氟矽橡膠、甲基苯基矽橡膠和乙烯基矽橡膠；氟橡膠例如亞乙烯氟橡膠、四氟乙烯-丙烯橡膠、四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚橡膠、膦嗪基氟橡膠和氟聚醚橡膠。其中，優選使用易於注入模中的液體矽橡膠。可單獨使用這些橡膠，或組合使用兩種或更多的橡膠。
滑動層如果滑動層4形成於帶的內圓周表面上，則向環形金屬帶基材的內表面塗覆聚醯亞胺底漆。晾乾後，加熱底漆從而脫氫並且使環封閉(醯亞胺化)。如果耐熱樹脂為熱塑性樹脂，則塗覆其溶液並烘乾。優選以與脫模層3相同的方式調節滑動層4的厚度。滑動層4的厚度優選為5μm至100μm，尤其優選10μm至60μm。如果滑動層4過薄，則其耐用性可能不夠。如果滑動層4過厚，則增加上升時間。根據需要，滑動層可含滑性劑例如氟碳樹脂粉末、石墨和二硫化鉬。
實施例1製備了圖1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品A作為實施例1的金屬基材。然後，將用作300μm厚彈性層2的矽橡膠、以及用作30μm厚脫模層3的PFA管在基材上形成疊層，層之間塗入底漆。另外，還在基材上形成10μm厚的聚醯亞胺樹脂層作為滑動層4，從而得到塗覆帶。
在製備金屬基材(金屬帶)時，首先製備含500g/l四水氨基磺酸鎳和35g/l硼酸的水溶液鍍液作為電解液。然後，對水溶液進行低電流的電解精煉，同時使用充滿活性碳的容器內的0.5μm過濾器進行過濾。接著，從容器中去除活性碳，向溶液中添加必需量的凹陷抑制劑，然後向溶液中添加作為主增亮劑的0.3g/l的1，3，6-萘-三磺酸三鈉鹽和作為輔助增亮劑的100mg/l的2-丁炔-1，4-二醇。
通過使用所獲得的電解液，在預定的鍍液溫度和10.5A/dm2的電流密度下進行電鑄，使用未生鏽的基體作陰極，從而形成了內徑為34mm、厚度為50μm的電沉積元件。通過純水洗滌之後，從基體上去除電沉積元件，並將該元件用作金屬基材。
利用RIGAKU DENKI公司製造的X射線衍射儀「RINT2100Ultima+/PC(分析軟體JADE)」(商品名)，通過寬角X射線衍射法測量面(200)(d值＝0.17620nm)和面(111)(d值＝0.20340nm)的X射線衍射強度，並獲得它們總強度的比率，從而獲得所得到的金屬帶(樣品A)的晶體取向比I(200)/I(111)。
通過氧氣流中高頻加熱和燃燒/紅外輻射的方法測定金屬帶的碳含量和硫含量。氧氣流中高頻加熱和燃燒/紅外輻射的方法如下在氧氣流中加熱並氧化樣品，使得樣品中的碳氧化成二氧化碳和一氧化碳，樣品中的硫氧化成二氧化硫，以固定的流速將氣流引入紅外檢測儀內，根據所測到的二氧化碳和一氧化碳的量來計算樣品中的碳含量，根據所測到的二氧化硫的量來計算硫含量。通過測量空白和參照材料形成標準曲線。實施例1樣品A的碳含量為0.030wt％，其晶體取向比為113。
表1

SN四水氨基磺酸鎳BA硼酸主增光劑1，3，6-萘-三磺酸三鈉鹽輔助增光劑2-丁炔-1，4-二醇實施例2製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品B作為實施例2的金屬基材。
除了輔助增亮劑的添加量以外，金屬帶的製備條件與實施例1相同。在製備樣品B時，添加120mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑。樣品B的碳含量為0.034wt％，其晶體取向比為132。
實施例3製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品C作為實施例3的金屬基材。
除了輔助增亮劑的添加量以外，金屬帶的製備條件與實施例1相同。在製備樣品C時，添加180mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑。樣品C的碳含量為0.049wt％，其晶體取向比為169。
實施例4製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品D作為實施例4的金屬基材。
除了輔助增亮劑的添加量和電流密度以外，金屬帶的製備條件與實施例1相同。在製備樣品D時，添加180mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑。電流密度設定為8.9A/dm2。樣品D的碳含量為0.061wt％，其晶體取向比為246。
實施例5製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品E作為實施例5的金屬基材。
除了輔助增亮劑的添加量和電流密度以外，金屬帶的製備條件與實施例1相同。在製備樣品E時，添加180mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑。電流密度設定為7.9A/dm2。樣品E的碳含量為0.070wt％，其晶體取向比為198。
實施例6
製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品F作為實施例6的金屬基材。
除了輔助增亮劑的添加量和電流密度以外，金屬帶的製備條件與實施例1相同。在製備樣品F時，添加180mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑。電流密度設定為5.8A/dm2。樣品F的碳含量為0.084wt％，其晶體取向比為147。
實施例7製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品G作為實施例7的金屬基材。
除了輔助增亮劑的添加量和電流密度以外，金屬帶的製備條件與實施例1相同。在製備樣品G時，添加180mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑。電流密度設定為5.3A/dm2。樣品G的碳含量為0.088wt％，其晶體取向比為114。
對比實施例1製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品H作為對比實施例1的金屬基材。在對比實施例1中，未添加輔助增亮劑2-丁炔-1，4-二醇。其它的條件與實施例1相同。樣品H的碳含量為0.0076wt％，其晶體取向比為15。
對比實施例2製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品I作為對比實施例2的金屬基材。在對比實施例2中，添加60mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑。其它的條件與實施例1相同。樣品I的碳含量為0.019wt％，其晶體取向比為59。
對比實施例3製備了表1所示的內徑為34mm、厚度為50μm的金屬帶樣品J作為對比實施例3金屬基材。在對比實施例3中，添加180mg/l的2-丁炔-1，4-二醇作為輔助增亮劑，電流密度設定為0.5A/dm2。對比實施例3未形成完好的電沉積元件，所以不能測量樣品J的晶體取向比。樣品J的碳含量為0.14wt％。
圖2所示的試樣20選自如上所述獲得的每個環形金屬帶，對每個試樣進行耐用性測試。使用日本工業標準JIS Z2201規定的13B號試樣作為用於金屬材料張力測試的試樣20。下面是試樣20的每部分尺寸。
平行部分的寬度W112.5mm平行部分的長度L60mm標線間距50mm肩部(shoulder)半徑R20mm接合部分寬度W220mm耐用性測試的條件如下最大交變載荷550N/mm2最小交變載荷80N/mm2環境溫度250℃交變周期15Hz如圖3和表1所示，通過高溫疲勞測試獲得了每個樣品的重複耐用次數。對比實施例1和2的樣品H和I的晶體取向比I(200)/I(111)小於50，其重複耐用次數約130,000，太少而不能達到可接受的水平200,000次。同時，實施例1-7的樣品A-G的晶體取向比I(200)/I(111)分別為113、132、169、246、198、147和114，其重複耐用次數分別為約250,000、390,000、不低於1,000,000、不低於1,000,000、不低於1,000,000、不低於1,000,000和不低於1,000,000，耐用次數高於可接受的水平200,000次。晶體取向比在100左右的樣品傾向於具有可變化的重複耐用次數。當帶的晶體取向比增加時，其重複耐用次數傾向於增加並且不易變化。由於樣品J沒有很好地形成膜，所以不能測量對比實施例3中樣品J的晶體取向比。
如圖4和表1所示，在實施例1-7中，樣品A、B、C、D、E、F和G的碳含量(wt％)分別為0.030、0.034、0.049、0.061、0.070、0.084和0.088。如上所述，這些樣品的重複耐用次數很好。
另外，如圖5和表1所示的有關碳含量和取向比之間的關係，在實施例1-4(樣品A、B、C和D)中，當碳含量(wt％)逐漸增加時，即為0.030、0.034、0.049和0.061時，晶體取向比逐漸增加，即113、132、169和246。但是，在實施例5-7(樣品E、F和G)中，當碳含量(wt％)進一步增加時，即為0.070、0.084和0.088時，晶體取向比逐漸下降，即198、147和114。
同時，對比實施例1和2(樣品H和I)的碳含量分別為0.0076％和0.019％，它們的晶體取向比很小，分別為15和50。對比實施例3的碳含量(wt％)為0.14％，不能測得其晶體取向比。
在如上所述的實施例1-7中，發現重複耐用次數大大超過允許水平200,000次，碳含量和取向比之間存在著明顯的相關性。
以上為對金屬帶進行的評價測試結果。可以利用相同的測試來評價以金屬帶作為金屬基材的塗覆帶。
由於本發明帶的晶體取向比I(200)/I(111)為80至250且包括80和250，並且面(200)優先生長，所以其具有優異的耐用性和較長的壽命。另外，由於將本發明帶的碳含量設定在特定的範圍內，帶具有優異的耐用性，使得易於從基體去除其電鑄產品，避免出現電鑄產品從基體部分剝離。因此，本發明的金屬帶和塗覆帶適用作成像裝置中的定影帶，例如電子照相複印機。
權利要求
1.一種通過電鑄形成環形並且主要含鎳的金屬帶，其特徵在於所述帶(1)的晶體取向比I(200)/I(111)不低於80且不超過250。
2.根據權利要求1所述的金屬帶，其特徵在於該帶的晶體取向比I(200)/I(111)為100或更高。
3.根據權利要求1所述的金屬帶，其特徵在於該帶的碳含量為0.03至0.10wt％。
4.根據權利要求1所述的金屬帶，其特徵在於該帶基本上不含錳。
5.一種塗覆帶，其特徵在於它包括金屬基材(1)，該基材是通過電鑄形成的環形基材，其晶體取向比I(200)/I(111)不低於80且不超過250，並且主要含鎳；和脫模層(3)，該層直接形成於金屬基材的外圓周上，或在它們之間插入至少一個彈性層(2)。
6.根據權利要求5所述的塗覆帶，其特徵在於該金屬基體的晶體取向比I(200)/I(111)為100或更高。
7.根據權利要求5所述的塗覆帶，其特徵在於該金屬基體(1)的碳含量為0.03至0.10wt％。
8.根據權利要求5所述的塗覆帶，其特徵在於該金屬基體(1)基本上不含錳。
全文摘要
通過電鑄形成本發明的環形金屬帶(1)，其晶體取向比I(200)/I(111)不低於80且不超過250，它主要含鎳並且具有優異的耐用性。
文檔編號G03G15/20GK1512280SQ200310116958
公開日2004年7月14日 申請日期2003年12月2日 優先權日2002年12月2日
發明者高木正夫, 犬飼剛貴, 貴 申請人:日東工業株式會社