帶有包含中空雙層導電材料的防偏移層的定影輥的製作方法

2023-11-04 09:07:42

專利名稱：帶有包含中空雙層導電材料的防偏移層的定影輥的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在諸如複印機或印表機等圖象形成裝置中對未定影的圖象進行定影的定影輥和定影裝置。
在傳統上，已為與諸如電-光圖形複印機的圖象形成裝置連用的常規定影裝置提供了多種定影方法，並已將其實施。在它們中主要採用的是輥定影式，尤其是熱輥定影法，使用這種方法，一對輥中的至少一個是被熱源加熱的加熱輥。
熱輥定影法中，典型的接觸式定影法，易產生所謂的「偏移現象」，其中調色劑粘附在加熱輥表面上，粘附的調色劑又隨輥的轉動被轉到記錄介質上。
為防止這種偏移現象，通常的做法是在定影輥的外彎曲表面上被覆一種高模可釋放(highlymoldreleasable)材料，如氟樹脂(諸如聚四氟乙烯樹脂，以下稱之為PTFE)或矽橡膠。
但是，可能由靜電原因引起的所謂靜電偏移，無法通過增大定影輥表面的釋放能力來防止。
這種靜電偏移是指定影輥的表面因摩擦起電而被充以靜電從而通過靜電吸引或排斥而吸收調色劑所造成的偏移。
由於與記錄介質的摩擦滑動，氟樹脂被允以大量的負(-)電荷。當調色劑極性為正(+)時，便被帶負電的氟樹脂被覆層的電場所吸引，並由於靜電偏移現象而更易附到定景影輥的表面上。
為防止靜電偏移，通過把諸如炭黑、金屬粉末或導電填料(如象二氧化鈦那樣的導電須狀單晶纖維)這樣的低阻細粉末混入表層，使表層具有低電阻，來防止表層的摩擦起電，從而避免靜電偏移現象。
在此情況下，導電填料應有下列特性a)能極好而均勻地分散到被覆層材料中;
b)能改善被覆層的耐摩損性;
c)能為被覆層提供足夠的導電能力;
d)為被覆層提供光滑的表面。
但是，傳統上使用的導電填料無法充分滿足這些特性。
例如，在碳或導電須狀單晶纖維的場合，沒有顯著增強氟樹脂被覆層的強度和耐磨性。另外，在長期使用中，有時被覆層會出現條形磨損，從而降低表面光滑度，這就造成了偏移現象，或降低定影能力。
這是由於碳這樣的細粉末填料的顆粒直徑很小，不具有加強樹脂的所謂填充效應。另外，這類填料的缺點還在於因其分散性差而易於造成二次聚集，因而要使用此增強抗靜電偏移所需的更多的量。
諸如鈦酸鉀之類的須狀單晶纖維有較大的表面積，因而其抗靜電偏移的性能很好，但它在改善耐磨性方面仍較差。這被認為是由於該材料因其須狀結構而較脆，並難於形成增強氟樹脂的樹脂強度所需的三維橋式結構。
本發明的一個目的是提供在表層中含有導電材料的定影輥。
本發明的另一個目的是提供具有優異的表面特性、耐磨損性和導電性的定影輥。
本發明的另一個目的是提供帶有包含中空雙層導電材料的防偏移層的定影輥及採用該定影輥的定影裝置。
從下面的描述，將會理解本發明的其他目的。


圖1是根據實施例1的裝置的結構示意圖。
圖2是中空雙層導電材料(顆粒)的結構模型圖。
圖3是根據實施例5的裝置的結構示意圖。
圖4是根據實施例6的裝置的結構示意圖。
圖5是根據實施例7的裝置的結構示意圖。
圖6是根據實施例7的裝置的結構示意圖。
圖7是根據實施例13的裝置的結構示意圖。
圖8是根據實施例15的裝置的結構示意圖。
圖9是根據實施例17的裝置的結構示意圖。
圖10是根據實施例18的裝置的結構示意圖。
圖11是根據實施例19的裝置的結構示意圖。
圖12是用於根據實施例22的裝置中的定影輥的芯金屬、底層和表層的連接結構的模型圖。
圖13是連接結構的模型圖，其中芯金屬易受腐蝕。
實施例1圖1是採用根據本發明的一實施例的定影輥的定影裝置的結構示意圖。
標號1、2表示大致彼此平行地豎直設置的定影輥，每個均在預定的壓力下接觸。標號1表示設在上側的定影輥，而標號2表示設在下側的壓輥。
標號3表示一熱源，如一設在定影輥1中的滷加熱器。它的激勵由包含定影輥溫度檢測元件(未示出)的溫度控制電路控制，從而使定影輥1的表面溫度維持在預定溫度。
定影輥1有一底層1b(如PAI)加在按常規工藝用諸如鋁等金屬製作的芯金屬1C表面上，其上疊加有防偏移被覆層1a。在此實施例中，防偏移被覆層1a是燒過的層，它由諸如PFA樹脂或PTFE樹脂之類的氟樹脂構成，含有作為填料的中空雙層導電材料，如下面所要描述的。
壓輥2有覆蓋在芯金屬2b表面上的矽橡膠層2a。
所述的一對輥1、2由驅動裝置(未示出)驅動，以按預定速度轉動。P是記錄介質，其上有由圖象形成裝置(未示出)形成的未定影的調色劑圖形T，該記錄介質被引入輥1、2之間的夾持部分N(定影輥隙，輥隙寬度5至6mm)，並在被傳過夾持部分的同時藉助加熱和壓力使調色劑圖象定影。
該實施例中的定影輥1的製作方式如下，芯金屬1C由直徑40mm的鋁管制成，其外彎曲表面用＃100鋁粉磨製，以使表面粗糙;把包含導電填料的底層1b加在其上，厚約10μm，隨即在150℃下乾燥15分鐘;形成防偏移被覆層1a，其中，用下述中空雙層導電材料作為填料加在混合比為70比30的PTFE樹脂和PFA樹脂的氟化樹脂上，厚約10μm，並在400℃下燒20分鐘，並在燒後用＃1000的砂紙把定影輥1拋光，以作為最後加工。
用於此實施例的中空雙層導電材料由中空的內層b和覆蓋內層b的表面並由基本上導電的氧化物組成的外層a組成，如圖2的模型圖所示。
在此實施例中，內層b由非晶二氧化矽製成，外層a由氧化錫和三氧化銻製成，各層的厚度為5至20nm。此材料為中空的平面或球狀顆粒，其顆粒直徑為1至幾十μm(在此實施例中平均顆粒直徑為3μm)，其密度低達0.3到0.4g/cc，且比表面(specific surface)高達40至60m2/g，並對氟樹脂化合物有良好的分散性。
製作了在防偏移被覆層1a中具有不同濃度(重量%)(5、10、15、20和25)作為填料的中空雙層導電材料的定影輥，並測定和算出下列項1)表面電阻(Ω/□)用Hylester(MitsubishiPetrochemicalCo.，Ltd製造)測量。
2)磨損(mg/1000次)用JIS.K7204的尖錐磨損測試儀測量測試條件1千克裝料量3)用實際的機器測算偏移和壽命用NP-4835複印機(佳能K.K製造)在四個階段測算(好◎→○→△→x差)通過把帶標線的圖表複印多達100次來測算偏移。
壽命根據紙連續通過機器後的表面劃傷量來測算。
4)總體評估四個階段的評估(好◎→○→△→x差)結果示於表1中。
為比較起見，作為比較例1，採用鈦化鉀的須狀單晶而不是用中空雙層導電材料作為填料混入定影輥的防偏移被覆層1a中，來製作具有不同含量(重量%)的定影輥，製成該定影輥的其他條件與本實施例中的相同。
按上述1)至4)項測定和評估該比較例1中的定影輥，其結果示於表1。
另外，作為比較例2，用碳粒填料(MitsubishiKaseiCorpora-tion製作的CB＃44)製成具有不同含量的定影輥5、15和25。製作定影輥的其他條件與本實施例的相同。
按上述1)至4)項測量和評估該比較例2的定影輥，其結果示於表1中。
在此實施例中，觀察到通過向防偏移被覆層1a中加中空雙層導電材料填料可使定影輥有優異的防偏移效果。另外還觀察到，在壽命方面，加入少量填料對改進耐磨性有充分的影響。
相反，當含量達到25重量%或更高時，觀測到有略微下降的傾向。
比較例1的定影輥表現出防止偏移的作用，但未改進耐磨性，故壽命短。
比較例2的定影輥沒有特別地呈現出防止偏移及耐磨性方面的改進。
現行機器的上述傾向很符合表面電阻測量和尖錐磨損測試所得的初步評估結論。
即，從上述結果的總體評價可看出，通過用中空雙層導電材料作為加入定影輥的防偏移被覆層1a中的填料，本實施例的定影輥能同時滿足優異的防靜電偏移性能和耐磨性。
實施例2本實施例所用的輥是把實施例1中的定影輥在作為最後處理的拋光之後再經過燒制處理而得到的。按1)至4)項對此定影輥進行測量和評估，其結果示於表2。
根據與實施例1的定影輥的對比可見，大大改善了防偏移特性。但壽命降低了一級。
對此，我們認為防偏移的改進是由於通過表面拋光而附在定影輥1的防偏移被覆層1a的氟樹脂表面上的細小拋光痕跡被再次燒制和熔化，從而使表面更光滑所致。而壽命的降低是由於氟樹脂易受加熱過程的影響，通過象在本實施例中這樣歷經兩次燒制過程而造成表面強度下降。
實施例3本實施例涉及一未經拋光的輥，其中，實施例1的定影輥未受到作為最後處理的拋光處理。按1)至4)項測量和評估該定影輥，其結果示於表2。
從與實施例2的定影裝置的評估結果的比較，可見壽命改善了一級，但防偏移效果降低了一級。這被認為是由於壽命象前述那樣得到了改善，且防偏移的下降是由於因定影輥在燒結後未得到拋光而造成其表面光滑度下降所致。
實施例4本實施例涉及一種輥，其中實施例1的定影輥在燒制防偏移被覆層1a之前經歷了用PTFE膜之類對防偏移被覆層1a的表面光滑處理(平整處理)，並隨後經過燒制處理，但沒有作為最後處理的拋光過程。按1)至4)項測量和評估此定影輥，結果示於表2。
從與實施例2和3的定影裝置評估結果的對比，可見在本實施例中防偏移效果和使用壽命均改進了一級。
本實施例可同時改進防偏移效果和壽命，因為在定影輥的平滑處理(拋光處理)後沒有進行燒制處理。
用上述實施例1至4中的定影裝置的定影輥可抑制定影輥的防偏移被覆層表面的摩擦起電，並通過把中空雙層導電材料填料加入氟樹防偏移被覆層1a而把帶起電特性(無論正或負)的調色劑所出現的偏移量減小到不太嚴重的水平。同時，該材料可使氟樹脂更結實，並在總體上顯著改進定影裝置的耐磨損性和使用壽命。
實施例5PTFE樹脂有良好的固體潤滑能力，但在膜中包含有大量針孔，且當混入填料時，在填料附近常出現裂縫。為防止出現這種裂縫，常用的作法是在其中混入有良好流動性的PFA樹脂，但此傳統填料在燒制後變得不那麼粘附，並且在冷卻在填料附近仍產生裂紋。
當所用的填料是基本上由導電氧化物製成的有中空的內層和覆蓋此內層表面的外層的中空雙層導電材料時，由於填料是中空的，所以體密度小且在樹脂中的散布性極佳。因而，它在樹脂中有三維橋式結構，且作為防偏移被覆層1a的氟樹脂層能夠變硬。
當採用這種填料時，在用作防偏移被覆層1a的氟樹脂層中未出現上述裂紋。
特別地，在PTFE樹脂和PFA樹脂的混合物中，PFA的混合比大於PTFE樹脂的時可形成均勻且平滑的膜，且在混合物形成的膜的表面上沒有任何裂縫。
這被認為是由於穿過填料的中空部分的、具有高流動性的一部分PFA樹脂將增強附著作用，從而形成了均勻的膜。有時，當PTFE為10%或更少時，膜的潤滑能力下降，形成分離爪(separationclaw)造成的裂紋。
如上所述，用於定影輥的防偏移被覆層1a用中空雙層導電材料作為填料，由PTFE樹脂和PFA樹脂組成的混合化合物構成，其中PFA樹脂的混合比大於PTFE樹脂，如此，可製成耐磨損性能極其優異的均勻、平滑的防偏移被覆層，從而可製成耐用性和非粘附性優異的定影裝置。
圖3是根據本實施例的定影裝置的結構示意圖。與圖1中相同的部件使用相同的標號，並省略了對它們的描述。
標號4表示一溫度檢測零元件，如與定影輥1的表面接觸的熱敏電阻。定影輥1的表面溫度由元件4檢測，且由一控制電路(未示出)根據此檢測信息控制熱源3以進行激勵，從而把定影輥1的表面溫度維持在預定溫度。
標號5表示作為定影輥1的供油部件及清潔部件的輥體。此輥體由芯金屬5a和浸油耐熱氈5b構成，並由偏心凸輪(未示出)等進行控制，以移向或脫離定影輥1。每次接觸的供油量為0.3至0.5mg。
標號6表示記錄介質分離爪，它受彈簧7的偏置與定影輥1接觸，其作用是把附在並包住定影輥1表面的記錄介質從表面分開。
本實施例中的定影輥1包括由受到＃100氧化鋁粉的噴砂處理的鐵或鋁製成的芯金屬1c、加在其上的厚約5至10μm、在150℃下乾燥了15分鐘的底層1b，和具有氟樹脂化合物的防偏移被覆層1a;所加的氟樹脂化合物厚為10至20μm、並在390至4000℃下燒制20分鐘。
氟樹脂成分a.混合比為45比55或30比70的PTFE樹脂和PFA樹脂組成的氟樹脂混合物b.填料中空雙層導電顆粒，包括非晶二氧化矽組成的中空內層和基本上由氧化錫(IV)和三氧化銻組成的外層，平均顆粒直徑為約3μm，體密度為0.3至0.4g/cc，且內層和外層的厚度分別為幾十nm至200nm。
製作了具有幾種按b的條件構成填料的輥，其填料含量為5重量%或15重量%，並就以下項目對之進行測量和評估。
1)表面電阻Ω/□與實施例1中的1)相同2)磨損mg/100次與實施例1中的2)相同3)用現行機器評估防偏移特性和壽命用NP-4080複印機(CanonK.K.製造)評估。
抗偏移…通過把刻線圖表及半色調圖表連續複印多達500張來評估
◎無問題○基本無問題，但在500張中有一或兩張中出現微小偏移△在500張中有幾至10張出現因偏移造成的輥的輕微汙染。
X在500張中有10%或更多的出現偏移造成的汙染。
使用壽命…用在紙張連續通過現行複印機後表面上出現的切口或裂紋來評估◎無問題○圖象沒問題，但在輥上可發現劃傷或裂紋△在半色調圖象上有輕微裂紋X在線狀圖象上可看到因裂紋而造成的缺陷，如圖象色線這些結果示於表3中。
作為比較例3，其定影輥具有與本實施例相同的結構，但PTFE樹脂與PFA樹脂的混合比為60比40，或包含更多PTFE樹脂，就項1)至4)對其進行測定和評估，結果示於表3。
另外，作為比較例4，利用平均顆粒直徑等於長度(5μm)×寬度(0.3μm)的須狀鈦酸鉀單晶及碳黑(CB＃44(MitsubishiKaseiCorporation製造)作填料的定影輥按1)至4)項進行測定，其結果示於表3。
把實施例5的結果與表3的比較例1和2進行比較可發現1)以中空雙層導電顆粒作為填料的、作為防偏移被覆層1a的氟樹脂層有優異的耐磨損和抗偏移性能;
2)當用中空雙層導電顆粒作填料時，若PTFE樹脂和PFA樹脂混合化合物中PFA的混合比增加，防偏移被覆層1a的耐磨損和抗偏移性能就得到改善;
3)若PTFE樹脂的混合比小於10%，由分離爪的撞擊而產生的裂紋就加重，因而需要10%或更多的PTFE;
4)當使用其他填料(如碳或須狀單晶)時，無法顯著觀測到增大PFA樹脂的混合比而造成的耐磨損性的改善。
本實施例涉及的定影裝置用圖4所示的帶式供油及清洗單元10取代了實施例5的定影裝置(圖3)中的輥式供油及清潔部件5;
標號11表示一浸油耐熱帶，標號12表示供帶輥，標號13表示卷帶輥，標號14表示一壓帶輥，如一耐熱矽酮海綿輥。
壓帶輥14把浸油帶11壓在定影輥1的表面上，其寬度為幾mm，以把諸如油這樣的釋放劑提供到定影輥1的表面上並在用定影輥1的表面定影之後除去輥表面上的汙染。
帶11根據記錄介質的尺寸沿定影輥1轉動的反方向饋送預定長度。
用傳統的定影裝置，帶的饋送是按每張A4記錄紙0.05mm的長度進行的。然而，對實施例5的定影裝置，用中空雙層導電材料作定影輥1的防偏移被覆層的填料，並使用PFA樹脂的混合比大於PTFE樹脂的PTFE樹脂和PFA樹脂的混合化合物，僅用上述供帶量的三分之一至四分之一就可得到充分的防偏移效果。
以此方式，可降低供帶量，並可改善定影輥1和帶11的壽命，從而可得到耐久性好且性能-價格比高的定影裝置。以低成本為目的的圖象形成裝置也可省去清潔系統。
實施例7(圖5)本實施例使用了耐熱氈墊15，其中浸有諸如油等釋放劑，用作定影裝置1的供油及清潔裝置，如圖5所示。
對於這種墊式供油及清潔裝置，也可以證實用於實施例5中的定影輥1的防偏移被覆層1a中的特殊填料及PFA樹脂的作用。
由於在墊式供油及清洗裝置中，部件與定影輥的表面接觸的一面不是新的面，與實施例5中的輥式單元5或實施例6中的帶式單元10不同，在該墊上會留有紙邊部分的紙末或一部分偏移的調色劑，這常常加速損壞定影輥。
但是，與實施例5的定影裝置一樣，對於定影輥1的防偏移被覆層1a，用中空雙層導電材料作填料並用PFA樹脂的混合大於PTFE樹脂的混合化合物可大大改善使用壽命和墊的壽命。
另外，在用傳統填料的定影輥中，經過一萬至兩萬張A4紙就會使墊表面受到汙染，造成定影輥的表面不那麼平滑，而在此實施例中耐久性可提高三倍以上。
圖6是定影裝置的定影輥1與清潔片16相接觸的示意圖。
實施例8在前面，待混入定影輥1的防偏移被覆層1a的填料是中空雙層導電材料，它包括由非晶二氧化矽或含二氧化矽的材料構成的中空內層及基本由氧化錫(IV)及三氧化銻構成的外層。在調色劑帶正電的情況下，定影輥表面的氟樹脂帶負電，造成很有害的靜電偏移。但在調色劑帶負電的場合，靜電偏移是有利的，因而不需要外層的導電材料。
以此方式，由非晶二氧化矽或含二氧化矽的材料形成的中空材料足以滿足本發明的目的，當然也可提供前述的各種作用和效果。
如上所述，對定影裝置的定影輥1的防偏移被覆層，利用中空雙層導電材料作填料，並且使用PFA樹脂的混合比大於PTFE樹脂的PTFE樹脂和PFA樹脂的混合化合物，得到了下列優點。
a.定影輥的抗偏移性能及耐磨損性得到了改善;
b.定影輥的供油部件和/或清潔部件的壽命可因此大大延長，並獲得高性能低成本的系統;
c.定影輥的壽命可以相當長，服務維修的間隔更大，且服務費用下降;以及d.由於定影輥性能和壽命的改進，可使用多種相應的材料範圍更寬的記錄介質。
即，可實現穩定、更長的壽命和更低的成本。
實施例9如上所述，作為待混入防偏移被覆層1a的填料的中空雙層導電材料在樹脂中有三維橋式結構，因為填料是中空的，體密度小且在樹脂中有極優異的散布性，因而定影輥的防偏移被覆層可做得更結實。
填料由具有中空的內部和充分多孔的表面的平面或球形顆粒組成。因此，發現一旦把諸如油之類的釋放劑加到具有這種顆粒的氟樹脂層表面，油成份可被保持在顆粒的內部，從而防偏移被覆層可長期呈現穩定的非粘附特性。
充分的非粘附特性可在定影輥上未施加額外的油的情況下得以保持，因為也許由於填料極優異的散布性，藉助保持在其內部的油，可使油的施加非常均勻。
如實施例5的圖3所示，在包括輥式供油及清潔部件5的定影裝置中，定影輥1的防偏移被覆層1a由具有下列成分的氟樹脂形成a.由混合比為70比30的PTFE樹脂和PFA樹脂組成的氟樹脂混合物。
b.填料與實施例5的b中的中空雙層導電材料相同。
定影輥的製作方法及定影裝置和其它部件的構造與實施例5的相同。並製作了幾種具有如上述b的構成的不同填料含量(5、15及25重量%)的輥，並按如實施例5中的各項測定並評估這幾種輥，但供油條件的改變除外。其結果示於表4。
另外，作為對比例5，在不向定影輥供油時進行相同的測定和評估。其結果示於表4。
另外，作為對比例6，用同樣的方式對利用平均顆粒直徑等於長度(5μm)×寬度(0.33μm)的鈦酸鉀須狀單晶及碳黑CB＃44(MitsubishiKaseiCorporation製造)作為填料的定影輥進行測定和評估，其結果示於表5。
將該實施例與表4和5中的比較例1和2進行比較，可見防偏移效果能達到操作上不出問題的程度，只要採用任一種填料的定影輥都充分導電，即使在開始時沒有加諸如油之類的釋放劑也行。
然而，在長期使用時，因為材料本身不夠結實，含在氟樹脂中的傳統填料(比較例2)會造成磨損，例如由於紙中含有的填料而在防偏移被覆層1a的表面上造成條狀裂紋，並同時會因平滑性差而產生偏移。
可以發現，本實施例的定影輥可維持足夠有效的油釋放能力，因為長期使用後的防偏移效果未因供油量大大減少而下降。
另外，還可以看到，該定影輥使用壽命很長，且可長期保持無裂紋的優異表面狀態。
即使從微觀角度來看，耐磨損性也是優異的，因為填料本身的散布性極好，且由於顆粒的形狀效應，填料保持油的能力很高(儘管填料本身的吸油能力很差)，從而極大地促成了耐磨損性的改善。
由上述，可見本實施例中所用的加油定影輥即使減少了供油量也可保持定影輥的釋放能力;這意味著油的利用率很高。即，即使提供了額外的油，它也不過是被記錄介質P帶走而已。因而實現了好的利用效率。
該定影系統延長了加油輥的使用壽命和服務間隔，而且可以說成本性能也是極好的。
實施例10本實施例涉及的定影輥用如圖4所示(實施例6)的供油量減少的帶式裝置取代了實施例9中用於定影輥的供油和清潔裝置。
以此方式，利用供油量減少的供油裝置，使定影輥的使用壽命延長了兩至三倍，且帶的壽命也延長了兩至三倍。
因此，通過把具有作為填料的中空雙層導電材料混入防偏移被覆層的定影輥與該供油裝置結合使用，可得到極耐用並有高成本性能的定影裝置。
另外，在此實施例中，若接通/打開送帶輥與定影輥之間的壓力接觸，則可在防止偏移/磨損性的允許範圍內延長帶的壽命。
實施例11本實施例涉及的定影輥用圖5所示的實施例7的墊式裝置取代了實施例9中用於定影輥的供油及清潔裝置。
在此情況下，可證實在常規情況下所見不到的抗偏移性能及更長的壽命，因為油的利用效率極佳，且定影輥表面本身有極好的耐磨損性。
即，在使用傳統填料時，供油及清潔氈導致氈表面汙染、輥表面不光滑、及在複印一萬至兩萬張A4低後表面上產生條形裂紋。
在本實施例中，已確認氈的壽命及輥的壽命可延長兩至三倍。
另外，在本實施例中，通過接通/斷開氈的壓力接觸可進一步延長氈的壽命，因為輥有極好的保持油的能力。即，可確定壽命能延至傳統壽命的三至四倍。
實施例12在前面，用於定影輥中的填料是中空雙層導電材料，它包括由非晶二氧化矽或含二氧化矽的材料製成的中空內層和基本由氧化錫(IV)和三氧化銻製成m外層。在調色劑帶正電時，定影輥的氟樹脂被充以負電，導致有害的靜電偏移;而在調色劑帶負電時，其靜電偏移是有利的，因而外層不必提供導電材料。以此方式，由非晶二氧化矽或含二氧化矽的材料組成的中空材料可充分滿足本發明的主要目的，當然也可得到上述的各種作用和效果。
如上所述，實施例9至12可達到與實施例5至8的a和b方面相同的效果，並可實現定影系統的穩定、更長的壽命及更低的成本。
實施例13(圖7)圖7是實施例13的定影裝置的結構示意圖。本實施例的裝置有DC電源20，用於施加極性與調色劑相同(在此實施例中為正)的DC偏壓，它使定影輥1的芯金屬1c上的圖象形成在記錄介質P上。
定影輥1和壓輥2的構成及該裝置的結構與實施例1(圖1)的相同。即定影輥1有防偏移被覆層1a，後者是由混合比為70比30的PTFE樹脂和PFA樹脂的混合樹脂構成的，並加有中空雙層導電材料作填料的施加及燒制層。
表6列出了評估結果，其中分別改變了填料的含量(重量%)及加到定影輥的芯金屬1c上的電壓。象實施例5中所述的那樣用現行機器測量表面電阻和評估定影輥1的磨損。
作為比較例7，在表6中列出了定影輥1的芯金屬1c上未加偏壓時的評估結果。
另外，作為比較例8，以同樣方式測定並評估了用具有平均顆粒直徑等於長度(5μm)×寬度(0.3μm)的鈦酸鉀須狀單晶和碳黑CB＃44(MitsubishiKaseiCorporstioon製造)作填料的定影輥，其結果示於表7。
在此實施例中，通過在定影輥1的氟樹脂中加入少量作為填料的中空雙層導電材料，並施加極性與所用調色劑相同的DC偏壓，可得到非常好的防偏移效果和使用壽命。
對於靜電偏移，對芯金屬施加+100V的DC偏壓可得到比比較例7和8更好的評估結果，利用+500V或更高的偏壓，可得到極其好的評估結果。
另外，在比較例8中，在連續通過幾千張紙後，輥表層發生磨損，同時防偏移性有嚴重下降的傾向，但在本實施例中，未見此傾向。
即，根據上述結果的總評估，發現根據本實施例的定影裝置通過在定影輥1的表層1a上採用含中空雙層導電材料的氟樹脂並施加極性與調色劑相同的DC偏壓，可同時滿足優異的防偏移性能和使用壽命。
即，由於中空雙層導電材料是中空的，因而體密度小、表面積大，導致在樹脂中極優異的散布性，並易於形成三維橋式結構。因此，定影輥的表面層1a可更結實，且電阻被大大降低。
因而，在定影輥的1a的芯金屬1c上加上具有與所用的調色劑極性相同的DC偏壓時，可得到對靜電偏移現象極優異的防止效果，且耐磨損性得到大大改善，因而成功地得到了抗偏移效果及優異的耐久性。
具體地說，通過把一小的DC偏壓加到芯金屬1C上就可得到優異的防偏移效果，因為該定影輥1的表面電阻被大大降低了。
實施例14本實施例涉及的定影輥對定影輥1的防偏移被覆層1a的PTFE樹脂和PFA樹脂的混合比按表8所列加以改變，對定影輥的評估結果示於表8。
在此實施例中，在不依賴氟樹脂的混合比的情況下得到了優異的評估結果。
實施例15以下述方式施加定影輥1的DC偏壓得到本實施例，即，在隨著與定影輥1的表面接觸的導電海綿輥21的轉動驅動定影輥1的同時，將來自電源20的DC偏壓加到此導電海綿輥21上，從而把極性與調色劑相同的DC偏壓直接加到定影輥1的表面層1a上。
本發明表現出了與實施例13和14相同的優異效果。
如上所述，通過採用帶有含在定影輥的防偏移被覆層1中的中空雙層導電顆粒的氟樹脂，並把極性與調色劑相同的DC偏壓加到輥上，第一，可顯著改善輥的耐磨損性，第二，可從開始到使用極限始終極好地防止偏移。
即，可在總體上顯著改善定影裝置的壽命。
實施例16如前所述，作為填料加入定影輥的防偏移被覆層中的中空雙層導電材料，可大大改善定影輥的耐久性和防偏移的效果。
本實施例中用的作為填料的雙層導電顆粒為中空的平面或球狀顆粒，其體平均顆粒直徑約為3μm。目前常用於電-光圖象裝置中的調色劑的平均顆粒直徑約為8至10μm，因此，本實施例中所用的填料的直徑是調色劑平均顆粒直徑的一半至三分之一。
覆有其中混有這類填料的氟樹脂的定影輥的使用壽命(經久的防偏移效果、抗磨損及抗裂紋能力)可達到覆有採用傳統填料的氟樹脂的定影輥使用壽命(約等於一萬張A4紙)的兩至三倍。
以此方式本發明所用的填料可提供具有優異的抗偏移能力和耐磨損性的定影輥，其理由如下(1)由於中空結構而體密度很小，且散布性很好;
(2)由於中空結構，耐磨損性和抗偏移性能優異，因為，把PFA樹脂用於氟樹脂時，PFA在燒制時由於其流動性高而部分地進入顆粒，從而增強填料與氟樹脂間的附著力，從而防止填料在長期使用中脫離;
(3)由於裂紋較少且附著性強即使填料脫離，由於填料的顆粒直徑小於調色劑的顆粒直徑，調色劑難於進入填料脫離處的氟樹脂縫隙部分;
(4)由於填料的體平均顆粒直徑小於調色劑顆粒直徑，調色劑難於進入中空部分，因而即使對於填料部分，輥的表層也不會被調色劑汙染。
象圖7中實施例13的裝置一樣，本實施例的定影裝置把一DC偏壓加到定影輥1的芯金屬1C上。本實施例中所用的調色劑為帶正電的調色劑，因而通過把正(+)偏壓加到定影輥1的芯金屬1C上就防止了靜電偏移。
定影輥1及壓輥2的構造和裝置的構造與實施例1中相同。即，定影輥1具有防偏移被覆層1a，後者是由具有混合比為70比30的PTFE樹脂和PFA樹脂的樹脂化合物組成的施加的燒制層，其中加有作為填料的中空雙層導電顆粒。
表9列出了當平均顆粒直徑、平均孔隙直徑、及作為填料的中空雙層導電顆粒的含量和調色劑顆粒直徑改變時用現行機器的耐用評估結果。
在現行機器測試中，並+500伏的DC偏壓加在定影輥的芯金屬1C上。用現行機器對定影輥1的表面電阻及磨損的測量和評估與實施例5中所述的相同。
另外，作為比較例9，當中空雙層導電顆粒的平均孔隙直徑大於調色劑的時，進行了評估，其結果示於表9。
另外，作為比較例10，用同樣的方式對用平均顆粒直徑等於長度(5μm)×寬度(0.3μm)的鈦酸鉀須狀單晶、碳化矽粉末和鎳粉作為填料的定影輥進行測量和評估，且結果示於表9。
從表9的結果，可發現(1)當所用的填料是中空雙層導電材料時，輥上的磨損及裂紋基本被評為優異，不論填料是大還是小，只要填料的混合此約為15%時，評估出的輥的磨損均為優異;
注意，當填料含量約為25%時，磨損增大，雖然在表9中沒有描述。
(2)以填料的平均孔隙直徑與調色劑的顆粒直徑之間的關係，當填料的孔隙直徑小於調色劑的顆粒直徑時，防偏移效果優異，且輥的汙染被評為優異;
(3)當填料為須狀時，因填料本身不結實而產生了大的磨損，因而開始時的防偏移性能可能優異，但在長期使用中防偏移性能及耐磨損性均下降。
另外，碳化矽粉末和鎳粉在長期使用中將產生條形切口(儘管此磨損較小)，用現行機器時在圖象中產生條形汙斑。另外，由於條形汙斑切口，調色劑更易存留，從而易造成偏移。
實施例17(圖9)把一DC偏壓加到實施例16的定影裝置的定影輥上，且提供用於施加諸如雙甲基矽油之類的釋放劑的輥22來實現本實施例。
輥22具有例如繞在雙層筒形芯金屬22a、22b上的耐熱墊22C(由杜邦製作的，商品名為Nomex)。芯金屬22b有一微小的開放孔隙，在芯金屬22a和22b之間有釋放劑。該釋放劑將一點一點地滲入耐熱墊22C，從而被加到定影輥1上。
在該定影裝置的情況下，進一步增強了實施例16的作用和效果，正如壽命可長達三萬張所表明的，抗偏移能力和使用壽命可得到很好的改善。
以此實施例，由於沒有調色劑留在填料的中空部分中，且脫離的填料較少，並由於釋放劑的附加作用，定影輥的清潔得以保持。
實施例18(圖10)用帶式裝置取代實施例17的定影裝置(圖9)中的釋放施加裝置來實現本實施例，標號23a是耐熱彈性輥，它以預定的輥隙與定影輥1接觸。23b是卷繞輥而23C是耐熱輥，浸油帶23d就繞在其上。
在此裝置中，帶23d每通過一次記錄介質就被繞過預定長度，且留在定影輥1上的調色劑或紙末可被此帶清除。
結果，定影輥1總能保持清潔。例如，即使有突出的填料混入防偏移被覆層1a的氟樹脂中，由於調色劑的顆粒直徑小於填料的中空部分的直徑，定影輥受的汙染也較小;而且由於定影輥1始終受到清潔帶23d的清洗，最大限度地防止了定影輥1被汙染，因而該定影輥的壽命為實施例16的定影輥的壽命的二至三倍。
實施例19(圖11)用墊式裝置24取代實施例17的定影裝置(圖9)中的釋放劑施加裝置，以實現本實施例。
標號24a是其中浸有油的耐熱氈墊，而24b是一支撐部件，其中墊24a藉助彈簧24c的偏置力與定影輥1相接觸。
可以同時滿足清潔部件和釋放劑的作用，從而使定影輥1的壽命比實施例16中的壽命延長了30%。
實施例20雖然在實施例16中，定影輥1的防偏移被覆層1a的氟樹脂由混合比為70比30的PTFE和PFA樹脂組成，該比值在本實施例中作了變動。
根據本發明人的檢測結果已確定，PFA樹脂的混合比越大，對紙這樣的摩擦部件的耐磨性就越高。但已證明，用較少量的PTFE樹脂，例如當定影輥與分離爪接觸時，可以減小定影輥被分離爪造成的裂縫，因而PTFE和PFA樹脂的混合物是很好的。
在此實施例中，用一定影輥進行了測試，其中中空雙層導電顆粒構成的填料被混入由混合比為30比70的PTFE樹脂和PFA樹脂組成的氟樹脂中，從而在防止分離爪造成的裂紋和紙劃出的裂紋方面均得到了優異的效果。
實施例21已描述過的實施例採用了由中空雙層導電材料構成的填料，但本實施例的特徵在於採用帶負電的調色劑。因此，即使定影輥1帶負電也不會有問題，從而證實了當填料是基本上由非晶二氧化矽或含二氧化矽的材料組成的中空材料時，可充分達到上述作用和效果。
一般來說，已知用較強的噴砂清理處理，或較粗糙的芯金屬表面，可獲得更好的效果。
另外，若底層中含有適當的導電材料，定影輥表層(底層加防偏移被覆層)的體電阻將隨耐久抗偏移性的增強而下降，但相反地，粘附性會降低。
另外，通過進行噴吵處理或確定底層16的厚度從而使受噴砂處理的定影輥1的芯金屬1c的表面1c′的頂點1c″位於底層1b之外或位於防偏移被覆層1a之內，且在底層中不含導電填料，則可降低表層的體電阻，這是一種已知的技術。
然而，按圖13的形式構成的定影輥的一個問題是芯金屬1c的侵蝕。即，象紙這樣的記錄介質通常由於吸收了一定程度的水份，而當其在定影輥與壓輥間的輥隙處被受熱時會產生很多水汽。
另一方面，由於定影輥有帶有達到防偏移被覆層1a的頂部1c″的以噴砂處理過的芯金屬1c，因此，一般由諸如PTFE樹脂這類氟樹脂製成的防偏移被覆層1a不是完全連續的膜，故噴砂處理過的芯金屬1c的頂部1c″總是暴露於穿過防偏移被覆層1a的水汽中。
這樣，噴砂處理過的頂部1c″逐步被侵蝕，並最終在防偏移被覆層1a上生成疣狀外來物質，並使定影輥無法使用。
實施例22(圖12)本實施例解決了如前面圖13中所述的定影輥1的芯金屬1c噴砂處理表面1c′的頂部1c″的侵蝕及定影輥表面不規則的問題。
即，如圖12的模型圖所示，使定影輥1的芯金屬1c的表面粗糙度的最大值Tmax小於底層1b的厚度t(平均膜厚)，或最好是0＜t-Rmax＜10μm。
在此實施例中，定影輥1用下列方式製造。直徑為40mm的鋁製定影輥的芯金屬1c的表面用＃120鋁粉進行噴砂處理，以提供Ra等於大約3至5μm的粗糙度的表面。
混有導電填料的底層(PAI型絕緣底層)被加到其上約10μm厚，以形成底層1b，從而使芯金屬1c的噴砂處理表面完全被底層所覆蓋，並在150℃下乾燥15分鐘，然後，在表面上施加10μm厚的混有作為填料的中空雙層導電材料的氟樹脂，並在400℃下燒制20分鐘，以形成防偏移被覆層1a。作為最後的處理，用＃1000砂紙進行打磨處理。
對具有不同填料含量(重量%)的定影輥用現行機器進行的評估、表面電阻率及體電阻率列於表10中。
作為比較例11，用＃100鋁粉對鋁製芯金屬1c的表面作噴砂處理，以使表面粗糙到Ra等於約8至10μm，把約8μm的底層加到粗糙化的表面上以形成底層1b，並在其上形成約10μm厚的防偏移被覆層1a，從而製成有圖13的橫截面模型圖所示的層構造的定影輥，並進行類似測量和評估，其結果列於表10。
實施例23本實施例中，不象實施例22那樣把填料加入定影輥1的防偏移被覆層1a的氟樹脂，而是使平均顆粒直徑為10μm的雲母表面層受到氧化錫和三氧化銻的導電處理。
本實施例得到了與實施例22相同的優異效果。
實施例24本實施例用鐵製成實施例22中的定象輥11的芯金屬1c。
一般，用鐵作芯金屬1c的定影輥的耐腐蝕性差，但本實施例中呈現出優異的特性。
實施例25本實施例省去了實施例22中作為定影輥1的最後處理的拋光處理。
本定影輥呈現與實施例22中相同的優異效果。
如上所述，通過使定影輥的芯金屬1c的噴砂表面處於底層1b中，並在表層1a中包含導電填料，即可防止偏移的出現及因芯金屬的腐蝕而引起的輥表層的疣狀突起。
即定影裝置的壽命可以大大改善。
下面描述的實施例26至28中的定影裝置有如下特徵。
即，如前所述，當把作為填料的碳黑或二氧化鈦細粉混入定影輥的防偏移被覆層的樹脂中以使防偏移被覆層電阻下降時，由於其材料質地較軟，改進耐磨損性的效果下降。
另外，當採用較硬的填料，如二氧化矽粉(莫氏硬度為7或更高)、碳化物、金剛石粉或剛玉粉(莫氏硬度為8或更高)時，在開始後的一定時期耐磨損特性優異，但其後由於填料脫離表層，在有些情況下表面被磨出顯著的裂紋。
實施例26本實施例中定影輥1和壓力輥2的構造及裝置結構與實施例1中的相同。
然而，加到防偏移被覆層1a中的填料平均顆粒直徑為3μm，是由莫氏硬度為7的非晶二氧化矽製成的內層和由氧化錫和三氧化銻製成的外層構成的中空雙層導電材料。
表11列出了對有不同填料混合比(重量%)的定影輥用實際機器得到的磨損和評估結果。該測量和評估與實施例5中所述的相同。
作為常規技術的例子，在表11中列出了對採用各種傳統填料的定影輥的測量和評估。
根據本實施例，可同時滿足防偏移性能和耐磨損性，並在總體上也是很優異的。
實施例27
本實施例中用於實施例26的定影輥的填料是由以氧化鈦(新莫式硬度＝6)製成的內層和以氧化錫及三氧化銻構成的外層組成的中空雙層導電材料。
對本實施例的定影輥的測量及評估結果列在表11中。此實施例可得到優異的評估結果。
實施例28本實施例用於實施例26的定影輥的填料是由非晶二氧化矽(新莫氏硬度級＝7)構成的中空材料。
對實施例定影輥的測量及評估結果列在表11中。在此實施例中可得到優異的評估結果。
以此方式，通過把新莫氏硬度為4至7的中空層材料填入定影輥的防偏移被覆層，就可提供有優異耐磨損性的定影輥並顯著地改善定影輥的壽命。
若新莫氏等級硬度為8或更高，表層可出現裂紋，就象在用粉末或顆粒填料時會發生的那樣;而當硬度3或更小時，改善耐磨性的作用很小。
現已描述了本發明的實施例，但本發明並不僅限於此，在本發明的技術範圍內可進行多種改變和修正。
權利要求
1.一種定影輥，包括基底部件；和包含中空雙層導電材料的防偏移被覆層；其中所述防偏移層在其表面的光滑化處理後經過燒制處理。
2.根據權利要求1的定影輥，其中，中空雙層導電材料包括中空內層和由覆蓋所述內層表面的導電氧化物構成的外層。
3.根據權利要求2的定影輥，其中，導電氧化物由氧化錫和三氧化銻構成。
4.根據權利要求2的定影輥，其中，中空內層由非晶二氧化矽和含二氧化矽的材料構成。
5.根據權利要求1的定影輥，其中，光滑化處理是研磨處理。
6.根據權利要求1的定影輥，其中，所述基底部件是導電的且所述防偏移層設在所述導電基底上。
7.根據權利要求1的定影輥，其中，燒制處理是製作定影輥表面的最後工藝。
8.根據權利要求1的定影輥，其中，所述定影輥是通過與一支撐部件形成輥隙來使用的，並且其內部有加熱器。
9.一種定影輥，包括一基底部件;以及一防偏移層，它包含中空雙層導電材料並由聚四氟乙烯和四氟乙烯與高氟烷基乙烯基乙醚(Perfluooroalkylvinylether)的共聚物的混合物組成;其中四氟乙烯與高氟烷基乙烯基乙醚的共聚物的混合比比聚四氟乙烯更大。
10.根據權利要求9的定影輥，其中，中空雙層導電材料包括中空內層和由覆蓋所述內層表面的導電氧化物構成的外層。
11.根據權利要求10的定影輥，其中，導電氧化物由氧化錫和三氧化銻構成。
12.根據權利要求10的定影輥，其中，中空內層由非晶二氧化矽及含二氧化矽的材料構成。
13.根據權利要求9的定影輥，其中，所述基底部件是導電的，且所述防偏移層設置在所述導電基底部件上。
14.根據權利要求9的定影輥，其中，所述定影輥通過與一支撐部件形成輥隙而使用且在其內有加熱器。
15.一種定影裝置，包括與未定影的圖象接觸的定影輥，所述定影輥有包含中空雙層導電材料的防偏移層;與所述定影輥開成一輥隙的支撐部件;用於把一釋放劑施加到所述定影輥上的施加裝置。
16.根據權利要求15的定影裝置，其中，中空雙層導電材料包括中空內層和由覆蓋所述內層表面的導電氧化物構成的外層。
17.根據權利要求16的定影裝置，其中，導電氧化物由氧化錫和三氧化銻構成。
18.根據權利要求16的定影裝置，其中，中空內層由非晶二氧化矽和含二氧化矽的材料構成。
19.根據權利要求15的定影裝置，其中，所述基底部件是導電的，且所述防偏移層被設在所述導電基底部件上。
20.根據權利要求15的定影裝置，其中，在所述定影輥的內部設有一加熱器。
21.一種定影裝置，包括與未定影的圖象接觸的定影輥，所述定影輥具有包含中空雙層導電材料的防偏移層;與所述定影輥形成一輥隙的支撐部件;以及偏壓施加裝置，用於把極性與未定影的圖象相同的偏置電壓加到所述定影輥上。
22.根據權利要求21的定影裝置，其中，中空雙層導電材料包括中空內層和由覆蓋所述內層表面的導電氧化物構成的外層。
23.根據權利要求22的定影裝置，其中，導電氧化物由氧化錫和三氧化銻構成。
24.根據權利要求22的定影裝置，其中，中空內層由非晶二氧化矽和含二氧化矽的材料構成。
25.根據權利要求21的定影裝置，其中，所述基底部件是導電的，且所述防偏移層設在所述導電基底部件上。
26.根據權利要求21的定影裝置，其中，在所述定影輥內部設有一加熱器。
27.根據權利要求21的定影裝置，其中，所述定影輥有一導電基底部件，所述偏壓施加裝置把一偏置電壓加到所述基底部件上。
28.一種定影裝置，包括一定影輥，具有包含中空雙層導電材料的防偏移層;以及用於與所述定影輥形成輥隙的支撐部件;其中，其上載有由調色劑顆粒構成的未定影圖象的記錄介質在通過所述輥隙時被定影，而且中空雙層導電材料內部的空間的平均孔隙直徑小於調色劑顆粒的體平均顆粒直徑。
29.根據權利要求28的定影裝置，其中，中空雙層導電材料包括中空內層和由覆蓋所述內層表面的導電氧化物構成的外層。
30.根據權利要求29的定影裝置，其中，導電氧化物由氧化錫和三氧化銻構成。
31.根據權利要求29的定影裝置，其中，中空內層由非晶二氧化矽及含二氧化矽的材料構成。
32.根據權利要求28的定影裝置，其中，所述基底部件是導電的，且所述防偏移層設在所述導電基底部件上。
33.根據權利要求28的定影裝置，其中，在所述定影輥內設有加熱器。
34.一種定影輥，包括一表面經過噴砂處理的導電芯部件;設在所述導電芯部件上的底層;以及附在所述底層上並包含傳導材料的防偏移層;其中，所述傳導芯部件的表面粗糙度的最大值Rmax小於所述底層的厚度。
35.根據權利要求34的定影輥，其中，O＜t-Rmax＜10μm(t所述底層的平均膜厚度)。
36.根據權利要求34的定影輥，其中，所述導電材料是中空雙層導電材料。
37.根據權利要求36的定影輥，其中，中空雙層導電材料包括中空內層和由覆蓋所述內層表面的導電氧化物構成的外層。
38.根據權利要求37的定影輥，其中，導電氧化物由氧化錫和三氧化銻構成。
39.根據權利要求37的定影輥，其中，中空內層由非晶二氧化矽及含二氧化矽的材料構成。
40.根據權利要求34的定影輥，其中，所述定影輥通過與一支撐部件形成輥隙而被使用並在其內部有一加熱器。
全文摘要
公開了一種定影輥和包括該定影輥的定影裝置。定影輥設有基底部件及由包括中空內層和一外層的中空雙層導電材料構成的防偏移層。該防偏移層在表面被光滑化之後受到燒制處理。本發明的定影輥可同時滿足防靜電偏移性能和耐磨性方面的要求。
文檔編號G03G15/20GK1086613SQ9311917
公開日1994年5月11日 申請日期1993年10月21日 優先權日1992年10月21日
發明者陣在誠, 高橋正義 申請人:佳能株式會社