专利名称：图像定影装置和图像定影用循环薄膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像定影装置，用于在电子照相系统设备，如复印机、激光束打印机、传真机，以及类似设备中，对采用增色剂的未定影的图像定影，还涉及一种用于此图像定影装置中的循环定影薄膜。
在此之前，热卷筒定影是人们熟知的一种在电子照相系统装置中把图像定影在记录材料上的方法。如
图1所示，该系统所用的结构是，用卤素加热器作为热源12，一对卷筒中至少一个卷筒10的筒芯11中装有卤素加热器，而在筒芯11上至少包有一层耐热弹性体13。在该系统中，至少在一个卷筒10上包有一层弹性很好的弹性体13，这就赋予卷筒10有较高的挟送压力，由此扩大了对采用增色剂的未定影的图像5不粘连接触的挟送区域。但是，如果在高温下使用富有弹性的卷筒，同时又给卷筒施加高的挟送压力，这就发生了耐久性的问题，卷筒的弹性会败坏。而且，如果采用如系统所示的这一对卷筒，至少要在两个卷筒的一端装设驱动/从动控制机构(图上未示出)，使两个卷筒以同样的线速度旋转。这种控制机构给装置的小型化造成障碍。
因此，一种采用环状薄膜的定影系统已被开发出来，其目的是缩短等待时间、节省电力、缩小装置的尺寸。图2所示是这种定影系统的一个例子。如图2所示，无接缝环状薄膜2安装在支撑1的外侧。压力卷筒4被安装成面对装在支撑1内的加热器3。暂时附着在压力卷筒的带有增色剂未定影的图像5的记录材料6处于循环薄膜2和压力卷筒4之间而被送入。结果是带有增色剂未定影的图像5在通过循环薄膜2时被加热器3的热量熔化，于是形成定影的图像7。按照这个系统，可以把循环薄膜2做得薄些，用导热填料充入循环薄膜2内以增强其导热性。由此，加热器3的热可以通过循环薄膜2立即传送到记录材料。而且，与热卷筒定影系统相比，这种薄膜表面的温度可立即提高到预定值。因而这就有了等待时间可以缩短和电力消耗可以减少的优点。
对这种循环带定影系统中采用的这种循环薄膜，有一种复合的管状材料，它用耐热性很好和机械强度很高的聚酰亚胺耐热树脂配制成外层材料，涂复有高温特性和增色剂可分离性都很好的氟树脂制成的可分离的树脂外层。此外还有一种循环薄膜，它的薄膜刚度依靠内层耐热树脂中的导热微粒来改变定影时的导热性来进行控制，或由调整聚酰亚胺的单体成分来进行控制(见日本专利JP-A-8-80580和JP-A-7-186162)。在上述出版物中特别公开的那些循环薄膜中，没有充分考虑到可分离树脂外层的耐磨性。近年来已经发现，在高压高温并且印制速度提高的条件下，在定影时由于外层磨损而发生定影失效。
而另一方面，为了改善可分离树脂外层的耐磨性，想到具有不低于1×104泊的熔化粘度和比较高分子量的氟树脂用作外层树脂是更可取的。
根据发明者们的实验证明，当只是使用高分子量的氟树脂时，不可能获得耐磨性好，密度高、而且硬度高的涂层薄膜。即使在获得硬度高的涂层薄膜，例如，具有维氏硬度不低于12Hv的涂层薄膜情况下，亦已经证实，如果管状材料内层是高刚度的，对改善循环薄膜表面耐磨性的作用是微小的。这些问题是值得关注，因为，尤其是在通过薄膜加热的定影装置中大量如导热无机粉末的填充粉末与薄膜耐热树脂层相混和的情况下，薄膜的刚度会变高。
另一方面，如果循环薄膜的内层刚度较低，则低刚度对磨损有利。但是，需要设立一个构件(图上未示出)用来调节循环薄膜的边缘部分以便控制循环薄膜的Z字形(曲折形)运动，这样可缩小装置的尺寸。可是又产生了另一个问题，由于薄膜与附加构件的接触，会引起薄膜本身的失稳或弯曲以及传送特性的恶化。
本发明的目的是提供一种使用循环薄膜的定影装置，由于采用高硬度可分离树脂外层，使循环薄膜的耐磨性大为改善，这样，环状薄膜不仅具备了令人满意的耐磨性，而且还有了实用上令人满意的机械强度，由此，定影装置可以在长时期内获得清晰的图像；此外，还提供一种用于此定影装置内的定影用循环薄膜。
为了达到上述目的，除以上提到的研究成果外，本发明的发明者们还对循环薄膜表面的磨损原因以及应对磨损的措施进行了各种不同的研究。结果发现，不仅是材料的刚度而且管状材料的柔性对磨损产生重大影响，还进一步发现，当管状材料的柔性处于以抗压载荷表示的特定范围内时，与高硬度可分离树脂外层的作用相配合，才能获得令人满意的耐磨性。这样，本发明才得已完成。
也就是说，根据本发明的一个方面，提出了一种图像定影装置，它包括一个驱动卷筒和一个循环薄膜，薄膜面向驱动卷筒使之与驱动卷筒成外部接触状态，由此在它们之间形成一个挟送区段。其中，循环薄膜是一种薄管状材料，它包括含有导热微粒的耐热树脂管状内层和在耐热树脂管状内层的外表面上形成的可分离树脂外层；可分离树脂外层具有以维氏硬度表示的不低于12Hv的涂层硬度；最好为12-30Hv，最希望为20-25Hv；薄管状材料具有不小于6000牛顿/平方毫米的抗拉弹性模量，最好为6000到15000牛顿/平方毫米，最希望为6000到10000牛顿/平方毫米；而管状材料的抗压载荷不高于5.0克(4900达因)，最好为2.0到5.0克；抗压载荷是对40毫米长的管状材料竖向压缩至管状材料的垂直直径(h)变形到一半(h’=h/2)时所施加的载荷。
在上述图像定影装置中，最好把驱动卷筒用作压力卷筒；热源在循环薄膜的内部提供；而带有增色剂未定影的图像在通过驱动卷筒和循环薄膜之间形成的挟送区段时，被环状薄膜加热和定影。
另外，根据本发明的另一个方面，提出了一种定影循环薄膜，它由薄管状材料制成。这种薄管状材料包括含有导热微粒的耐热树脂管状内层，以及在耐热树脂管状内层的外表面上形成的可分离树脂外层。其中，可分离树脂外层具有以维氏硬度表示的不低于12 Hv的涂层硬度，最好为12-30Hv，最希望为20-25Hv；薄管状材料具有不小于6000牛顿/平方毫米的抗拉弹性模量，最好为6000到15000牛顿/平方毫米，最希望为6000到10000牛顿/平方毫米；以及管状材料的抗压载荷不高于5.0克，最好为2.0到5.0克；抗压载荷是在40毫米长的管状材料被竖向压缩至管状材料的垂直直径(h)变形到一半(h’=h/2)时所施加的载荷。
在根据本发明的图像定影装置中，虽然循环薄膜的抗拉弹性模量不小于6000牛顿/平方毫米，因为循环薄膜的抗压载荷不高于5.0克，在实用上保持令人满意的机械强度的情况下可以获得令人满意的耐磨性。这就是说，在循环定影式的定影装置中为了把装置做得紧凑采用的是小尺寸薄膜。从总体上来说，如果管状材料内层的刚度高，则管状材料柔性通常是降低的。因此，从外部与卷筒相接触的管状材料的接触区段较小，这样，区段的接触压力变高。在这种情况下，施加在管状材料与记录材料之间界面上的剪切应力也就相应变高，这就使可分离树脂外层表面的磨损往往会提前。但是，如果抗压载荷不高于5.0克，管状材料的柔性变好，施加在界面上的剪切应力因而会变低。因此，只要与具有不低于12Hv维氏硬度的外层相互作用配合，管状材料的耐磨性就能达到良好。而且，即使柔性高，可是运送特性或类似的特性是很难象前面所叙述的那样恶化的，这是因为抗拉弹性模量不小于6000牛顿/平方毫米。因此，由于采用的循环薄膜具有实用上令人满意的机械强度并具有令人满意的耐磨性，才能制造出可以长时期获得清晰图像的定影装置。从而，如上面所叙述的那样，可以达到图像定影系统的缩小及其速度提高的目的。
在把驱动卷筒用作压力卷筒以及在循环薄膜内部提供热源，从而在驱动卷筒与循环薄膜之间形成一个挟送区段的情况下，以及在未定影的增色剂通过循环薄膜被加热和定影的情况下，由于采用如上面叙述的耐磨循环薄膜，解决了由于界面上的剪切应力而容易产生的薄膜磨损问题，这样，本发明的作用就格外显著。
另一方面，如上所述，在根据本发明的图像定影循环薄膜中，循环薄膜的抗压载荷不高5.0克，虽然其抗拉弹性模量不小于6000牛顿/平方毫米。当保持实用上令人满意的机械强度，并同时与不低于12Hv维氏硬度的外层的作用配合，可以获得令人满意的耐磨性。
图1是剖视图，显示发明背景中介绍的现有技术的图像定影装置采用的热卷筒定影系统；图2是剖视图，显示根据本发明的一个图像定影装置实施例，和图3是示意图，用于说明测量抗压载荷的方法。
下面参照附图介绍一个本发明的实施例。图2是剖视图，显示根据本发明的一个图像定影装置实施例。
根据本发明的定影装置可以做成任何结构，只要循环薄膜2(稍后介绍)与相对于薄膜2的驱动卷筒4形成外部接触，这样可在它们之间形成一个挟送区段。最好采用把驱动卷筒4用作压力卷筒，而且热源3是在环状薄膜2的内部提供的结构，这样在驱动卷筒4与环状薄膜2之间形成一个挟送区段。
特别是，如图2所示，循环薄膜2(稍后介绍)装在支撑1的外侧上。压力卷筒4安装成面向加热器3，这是一个装在支撑1内的陶瓷加热器。这样，在压力卷筒4和环状薄膜2之间形成一个挟送区段。暂时附着的带有未定影增色剂的图像5的记录材料于是被送入环状薄膜2与压力卷筒4之间的挟送区段。由此，带未定影增色剂的图像5当通过环状薄膜2时被加热器3加热和熔化。于是一个定影后的图像7也就形成。
在这种情况下，循环薄膜2是通过压力卷筒4的旋转来驱动，这样就把记录材料6送入。有时候，可以在支撑1的端部装一个构件，用来调整循环薄膜2的边缘部分，这是为了防止循环薄膜2的Z字形(曲折)运动。
根据本发明制作的循环薄膜是适用于上述图像定影装置的。循环薄膜是一种薄管状材料，它有耐热树脂的管状内层和可分离树脂的外层。耐热树脂的管状内层含有导热微粒。可分离树脂的外层形成耐热树脂管状内层的外表面。内外两层的各自厚度可作适当的确定。内层厚度最好选定在30至100微米的范围内，而外层厚度最好选定在5至30微米的范围内。如果外层薄于5微米，那么当记录纸送入时出现偏离的时间往往会缩短。
耐热树脂管状内层含有作为树脂成分的、其形状在定影温度下能保持不变的耐热树脂。例如，可以采用如像聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚-乙醚-酮、聚亚苯基硫化物、聚苯并咪唑，或类似的耐热树脂。尤其是，机械特性、耐热性和弯曲特性极好的聚酰亚酸最为可取。例如，聚酰亚酸树脂可以进行如下的配制。四羧二酐作为一种酸性成分，近似相等克分子的二胺是胺成分，把它们放在适当的溶剂中溶解使其互相反应，这样就配制成聚酰胺酸溶液。在溶剂被分离后，聚酰胺酸溶液在高温下进一步聚合反应(转换成酰亚胺)。这样，聚酰亚胺树脂就可以得到。芳香族聚酰亚胺被优先用作聚酰亚胺。待用的羧基二酐和二胺的种类、克分子比，等等，都可进行调配以获得适中的刚度。当具有高弯曲特性的单体成分以高克分子比进行共聚合时内层的刚度可能降低。这种规律也适用于其它的树脂。
当需要时，功能性的填料，如像导热微粒、导电微粒、能改善滑动性的微粒，或其它同类的微粒等，可以混和到耐热树脂管状内层中去。尤其是当热源被布置在构成挟送区段的循环薄膜内侧时，加入导热微粒是更可取的，这是为了通过薄膜导热。同样的，如果把鳞片状或纤维状的氮化硼用作导热微粒，导热性将可大大改善。管状加热内层最好含有数量为20-50重量百分比的导热微粒。在本发明中，必须注意的是下面要提到的压缩载荷范围，这是为了即使在如前所述的混合功能性填料的情况下也能够得到足够的柔性。
另一方面，可分离树脂外层可以用氟树脂制成，诸如聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚(PFA)，或其它同类产品。氟树脂是一种分子量可调整的材料，可以把涂层的硬度调到不低于维氏硬度12Hv，最好不低于13Hv。在380℃时熔化粘度为5×104泊的氟树脂通常是最可取的，因为这种氟树脂具有不低于12Hv的足够的涂层强度。如果涂层强度低于12Hv，那么本发明的目标所要求的可分离树脂外层的耐磨性就不可能达到。有时，从提高维氏硬度的观点出发，乐于采用基本粒度小的氟树脂，可以通过加热使涂层足够的密实。
有时，测得的维氏硬度的压痕深度的范围从1至2微米，是在下压速度为21毫微米/秒钟，使用装有80°锥角的三角形压头的维氏硬度计(MH-400，NEC公司制造)条件下进行。
可分离树脂外层还可以用适当的填料填充，诸如导电材料，精细的无机微粒，或其它类似材料，这是为了增色剂的印刷特性和耐磨性的双重目的，这并不脱离本发明的范围。有时，耐热树脂管状内层的外表面最好进行适当的表面处理，如像底层处理，这是为了增强可分离树脂外层的结合力。底层可以含有导电材料。
还有，在本发明中，重要的是管状材料的抗拉弹性模量不小于6000牛顿/平方毫米以及它的抗压载荷不高于5.0克。如果管状材料的抗拉弹性模量小于6000牛顿/平方毫米，就可能发生循环薄膜边缘部分弯曲或薄膜的失稳，这是由于循环薄膜接触装在循环薄膜边缘部分的移位调整构件所引起的。有时，遇到循环薄膜具有普通的厚度、通常的外径，等等，最好是在把抗压载荷调正到上述范围之内后使管状材料的弹性抗拉模量小于6800牛顿/平方毫米。
如果抗压载荷高于5.0克，就会有接触表面不能得到均匀的接触压力的危险，可分离树脂层的磨损往往会像上面叙述的那样提前到来，因为管状材料的柔性正在变坏。从这一观点出发，最好把抗压载荷选择在不高于4.0克。
如图3所示，抗压载荷的测量是当长度40毫米的管状材料被竖向压缩至管状材料的垂直直径(h)被压缩到一半(h’=h/2)时所施加的载荷。有时，抗拉模量弹性是用按照日本工业标准JISK-7127(1999)在管状材料纵向上测得值来进行计算的。
抗压载荷主要受耐热树脂管状内层的厚度和弯曲刚度的影响，也受循环薄膜外径的影向而起变化。因此，抗压载荷作为一种用于评定循环薄膜总体柔性的物理性能是特别有用的，以及作为不同于在此之前用作循环薄膜刚度指标的抗拉弹性模量的一种指标，也是特别有用的。
下面将要介绍一些专门说明本发明结构和作用的示例以及一些比较示例。有时，上面的用来测量物理性能的方法被应用于一些示例和比较示例中。
示例1在791.6克N-甲基-2-吡咯烷酮中，放入按重量100份的聚酰亚胺树脂固体含量和按重量30份(49.4克)的六方晶系氮化硼进行混合搅拌。然后放入117.6克的3,3’,4,4’-联苯基四羧二酐、21.6克的P-亚苯基二胺和40.0克的4,4’-二氨基二苯乙醚继续一起混合。在室温下在氮气氛围中搅拌7小时混合料即聚合完成。这样，聚酰胺酸溶液已配制好。在以上的介绍中，p-亚苯基二胺(显示刚度的二胺)与4,4’-二氨基二苯乙醚(显示柔性的二胺)的克分子比是5比5。
聚酰胺酸溶液置于内径30毫米和长500毫微米的圆筒形模具的内圆周表面上。一个子弹形状的运动体靠其本身的重量往下移动并以1500转/分钟的转速旋转10分钟，由此获得一个均匀的涂层厚度。然后，薄膜在150℃的温度下加热约60分钟直至薄膜本身能保持牢固。随后除去部分转换成酰亚胺的溶剂。薄膜从模具中脱出。把由此制成的环状薄膜装到一根管子上。在环状薄膜的外表面上用喷涂方法把导电底层和熔化粘度为3×105泊的氟树脂(PFA，杜邦-三井合成化学品股份有限公司制造)喷涂在表面。然后把底层和氟树脂逐渐加热到350℃并在350℃保温20分钟，同时进行底层和氟树脂烧结，把由于进行闭环脱水所产生的水和残余溶剂去除，以及完成酰亚胺转换的反应。这样，具有约50微米厚的聚酰亚胺组合层和约12微米厚的氟树脂层的薄管状材料制成。管状材料的抗拉弹性模量按照日本工业标准JISK-7127(1999)测量。结果是，平均抗拉弹性模量是6600牛顿/平方毫米。另一方面，管状材料的抗压载荷是3.3克，它的维氏硬度是13Hv。
管状材料装于图像定影装置(定影温度约200℃)内，装置的形式如图2所示，它每分钟能定影15页。复印试验是在定影装置连续工作的条件下进行的。结果表明，甚至经过3星期后，在可分离树脂表面没有看到磨损。而且，定影后的图像是如此清晰，说明装置的定影特性极佳。
示例2薄管状材料用示例1中的相同方法制造，但不同的是在喷涂后，350℃的保温时间是40分钟。也就是说，制成的薄管状材料具有约50微米的聚酰亚胺组合层和约12微米的氟树脂层。管状材料的抗拉弹性模量按照日本工业标准JISK-7127(1999)测量。结果是，平均抗拉弹性模量是6500牛顿/平方毫米。另一方面，管状材料的抗压载荷是3.5克，它的维氏硬度是16Hv。复印试验采用示例1中同样方法在装置连续工作的条件下进行。结果表明，甚至经过3星期之后，在可分离树脂表面没有看到磨损。而且，定影后的图像是如此清晰，说明装置的定影特性极佳。
比较示例1薄管状材料用示例1中相同的方法制造，除了显示刚度的二胺与显示柔性的二胺的克分子比选用8比2。管状材料的抗拉弹性模量按照日本工业标准JISK-7127(1999)进行测量。结果所示，平均抗拉弹性模量是7300牛顿/平方毫米。此外，管状材料的抗压载荷是5.4克，它的维氏硬度是13Hv。复印试验采用示例1中的同样方法在定影装置连续工作的条件下进行的。结果表明，经过约2星期之后，在可分离树脂表面到处可以看到显然由于弹性构件与记录材料之间接触应力造成的磨损痕迹。而且，与示例1和示例2相比，在与磨损痕迹相应的部位上图像的清晰度已经变坏。
比较示例2薄管状材料用示例1中相同的方法制造，除了喷涂在环状薄膜外表面上的氟树脂改用熔化粘度为1×104泊的氟树脂(PFA，大金工业株式会社制造)。管状材料的抗拉弹性模量按照日本工业标准JISK-7127(1999)进行测量。结果是，平均抗拉弹性模量是6500牛顿/平方毫米。此外，管状材料的抗压载荷是3.5克，它的维氏硬度是11Hv。
复印试验采用示例1中的同样方法在管状材料连续工作的条件下进行的。结果表明，经过约2星期之后，在可分离树脂表面到处可以看到显然由于弹性构件与记录材料之间接触应力造成的磨损痕迹。而且，与示例1和示例2相比，在与磨损痕迹相应的部位上图像的清晰度已经变坏。
比较示例3薄管状材料用示例1中的相同方法制造，除了显示刚度的二胺与显示柔性的二胺的克分子比选用8比2。管状材料的抗拉弹性模量按照日本工业标准JISK-7127(1999)进行测量。结果表明，平均抗拉弹性模量是5500牛顿/平方毫米。此外，管状材料的抗压载荷是2.8克，它的维氏硬度是13Hv。复印试验采用示例1中的同样方法在定影装置连续工作的条件下进行的。结果是，一星期内管状材料即发生弯曲，已不可能继续进行任何定影作业。
权利要求
1．一种定影装置，包括一个驱动卷筒，以及面向驱动卷筒的循环薄膜，以便与所述驱动卷筒相接触，并在所述驱动卷筒与所述循环薄膜之间形成一个挟送区段；其中所述循环薄膜是一种薄管状材料，它包括含有导热微粒的耐热树脂管状内层，以及在耐热树脂管状内层的外表面上形成的可分离树脂外层；所述可分离树脂外层具有以维氏硬度表示的不低于12Hv的涂层硬度；所述薄管状材料具有不小于6000牛顿/平方毫米的抗拉弹性模量，以及所述管状材料具有不高于5.0克的抗压载荷，抗压载荷是在40毫米长的管状材料被竖向压缩至管状材料的垂直直径(h)变形到一半(h’=h/2)时所施加的载荷。
2．根据权利要求1所述的图像定影装置，其特征在于，所述驱动卷筒被用作压力卷筒，热源布置在所述循环薄膜的内侧，未定影的带有增色剂的图像在通过位于所述驱动卷筒与所述循环薄膜之间形成的挟送区段的循环薄膜时被加热而定影。
3．一种图像定影循环薄膜，是一种薄管状材料，包括含有导热微粒的耐热树脂管状内层，以及在所述耐热树脂管状内层外表面上形成的可分离树脂外层，其中所述可分离树脂外层具有以维氏硬度表示的不低于12Hv的涂层硬度；所述薄管材料具有不小于6000牛顿/平方毫米的抗拉弹性模量；以及所述管状材料具有不高于5.0克的抗压载荷，抗压载荷是在40毫米长的管状材料被竖向压缩至管状材料的垂直直径(h)变形到一半(h’=h’2)时所施加的载荷。
全文摘要
一种使用循环薄膜的图像定影装置,其中由于采用高硬度可分离树脂外层,使循环薄膜的耐磨性大为改善,不仅使循环薄膜具有令人满意的耐磨性,而且具有实用上令人满意的机械强度。由此,图像定影装置能长时间提供清晰的图像。本发明还提供了用于图像定影装置的图像定影循环薄膜。
文档编号F16C13/00GK1312492SQ0111120
公开日2001年9月12日 申请日期2001年3月6日 优先权日2000年3月6日
发明者石崎哲, 高山嘉也 申请人:日东电工株式会社