专利名称：定影构件和定影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电子照相图像的热定影的定影构件及其制造方法，和定影设备。
背景技术：
在电子照相图像形成设备中获得的调色剂图像形成在各种记录材料上。它们中，最常用作记录材料的纸张由于在其表面上的纸纤维而存在凹凸，并且调色剂图像形成在凹凸上。形成于纸张上的未定影调色剂颗粒在通过定影构件压制时通过加热粉碎，从而在纸表面上定影。在定影构件的表面层是硬的情况下，在纸表面的凸部上存在的调色剂良好地粉碎。然而，在纸表面的凹部上存在的调色剂通过定影构件不充分地压制，因此，在调色剂保持颗粒形状的情况下，会产生缺乏光泽的部分。结果，在一张纸张上形成的定影的调色剂图像包括高光泽部分和低光泽部分。另ー方面，因为表面层良好地追随纸表面的凹部，具有软表面的定影构件与位于纸表面的凹部中的调色剂颗粒良好地接触并能够施加力以压制调色剂颗粒。作为具有软表面层的定影构件，专利文献I公开了具有调色剂脱模层的定影 构件，所述调色剂脱模层包括在其分子中具有醚键的氟橡胶和具有聚醚结构的聚硅氧烷表面活性剤。引用列表专利文献PTL I :日本专利申请特开2007-05819
发明内容
_6] 发明要解决的问题
然而，作为通过本发明人进行研究的結果，已获得以下发现。更具体地，通过软化定影构件的表面层而对纸张凹部的追随性越高，压制在纸凸部存在的调色剂颗粒的カ越不充分，并保持调色剂颗粒的颗粒形状。因而，在纸表面的凸部上的调色剂图像的光泽会不充分。因此，本发明g在提供能够施加充分カ以压制在纸表面的凸部上的调色剂颗粒同时还維持作为包括软橡胶层的表面层优势的对纸表面的凹部良好的追随性的定影构件。另外，本发明g在提供能够形成显示均匀光泽的高质量电子照相图像的定影设备。用于解决问题的方案根据本发明的一方面，提供包括具有以下表面的表面层的定影构件所述表面包括含有氟橡胶的海相和含有具有交联结构的硅酮化合物的岛相，其中构造所述表面层，以致在表面层的应力-应变曲线中，在0. 25-0. 8的应变范围中，作为应カ-应变曲线斜率的切线弹性模量随着应变增加而增加。根据本发明的另一方面，提供具有上述定影构件的定影设备。发明的效果根据本发明，其中调色剂维持颗粒形状的部分不易于在纸张凹部作为定影图像而产生，并且能够提供能够获得高光泽图像的包括橡胶表面层的定影构件。另外，根据本发明，能够提供能够获得较高光泽定影图像的定影构件。另外，根据本发明，能够提供能够生产其中维持调色剂的颗粒形状的部分不易于在纸张的凹部产生的高光泽定影图像的定影设备。
图I为根据本发明表面层橡胶的应力-应变曲线。图2为根据本发明表面层橡胶的切线弹性模量-应变曲线。图3为根据本发明表面层与凹凸压接时橡胶的截面图。图4为根据本发明的定影构件的截面图。
图5为其中设置根据本发明定影构件的定影设备的ー个实施方案的结构图。图6为其中设置根据本发明定影构件的定影设备的另一实施方案的结构图。图7A为示出实施例和比较例的应力-应变曲线的图。图7B为示出比较例的应力-应变曲线的图。图8A为示出实施例和比较例的切线弹性模量-应变曲线的图。图SB为示出比较例的切线弹性模量-应变曲线的图。附图标记列表I根据本发明的橡胶表面层2包括硅酮橡胶的热传导层3 基材
具体实施例方式根据本发明的定影构件包括具有包含以下表面的表面层所述表面包括含有氟橡胶的海相和含有具有交联结构的硅酮化合物的岛相。此外，构造表面层，以致在表面层的应力-应变曲线中，在0. 25-0.8的应变范围中，切线弹性模量，应力-应变曲线斜率，随着应变增加而增加。这里，值"0. 25"，应力-应变曲线中应变数值范围的下限，是在使用包括含橡胶的表面层的定影构件使调色剂定影的情况下在表面层中不可避免产生的应变的值。另夕卜，因为应变即使在通常使用的定影条件的高压下也不可能超过0. 8，所以将0. 8设定为上限。此外，在0.25-0. 8的应变范围内，通过使用具有其中切线弹性模量随着应变增加而增加的表面层的定影构件，能够获得高光泽调色剂定影图像同时维持作为橡胶表面层优势的对纸张凹部良好的追随性。在纸表面上的凹凸由纸纤维阵列造成，并且凹凸的高度在一定范围内变化。換言之，在纸张表面上具有各种高度的凹凸。因此，当定影构件通过压カ与纸表面接触吋，定影构件的表面层橡胶的应变也不是均匀的，并且各种应变在压カ接触面中局部产生。在根据本发明的表面层中，如图I和图2所示，在表面层的应力-应变曲线中，在0. 25-0. 8的应变范围内，切线弹性模量，曲线的斜率，随着应变增加而增加。一定应变的切线弹性模量表示在一定应变时的橡胶硬度。更具体地，根据本发明的表面层具有橡胶的硬度依赖于应变的幅度而变化的特性，当应变小时橡胶相对软，而当应变大时橡胶相对硬。因此，如图3中示意性示出的，与根据本发明表面层的纸表面的凹部接触的部分具有相对小的应变。另ー方面，与纸张的凸部接触的部分具有相对大的应变(參考图3)。換言之，与凹部接触的部分是相对软的。因此，表面层能够追随在凹部中的未定影调色剂颗粒并充分地施加カ以压制调色剂颗粒。另外，与凸部接触的表面层相对硬。因此，在凸部上存在的未定影调色剂颗粒良好地粉碎。结果，能够获得具有均匀光泽的电子照相图像。如前所述，因为在纸表面上存在凹凸的变化，不仅是表面层的大和小的应变两种类型，各种应变部分地产生。因此，随着应变增加，其中切线弹性模量，曲线的斜率，均匀增加的表面层能够良好地满足对凹部的追随性和调色剂的粉碎二者。根据通过本发明人进行的研究，获得以下发现在普通橡胶中，与根据本发明的表面层正相反，切线弹性模量随着应变增加而降低。更具体地，当应变小时橡胶相对硬，而当应变大时橡胶相对软。因此，认为包括含普通橡胶的表面层的定影构件对获得高光泽图像是不利的，同时其中调色剂维持颗粒形状的部分減少。另外，当应变-应カ的关系是线性吋，即使应变改变硬度也是相同的。因此，认为难以满足其中调色剂在纸张的凹部维持颗粒形状的部分减少和光泽提闻~■者。
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在普通电子照相图像的定影条件中，表面层的应变不可能超过0.8。这里的定影条件是在定影辊隙部的压カ条件。当压カ取决于定影単元的设定而不同吋，即使在将高压设定在实用范围内吋，表面层的应变也不可能超过0.8。这里提及的表面层的应变是在橡胶沿拉伸方向和垂直方向不受约束的状态下在单轴拉伸中拉伸长度/初始长度。橡胶的泊松比接近0.5，且体积几乎不改变。在实际的定影辊隙部中，当将通纸(threading)方向定义为拉伸方向时，认为沿辊隙的纵向即通纸方向的垂直方向也是受约束的。因此，认为在本发明中具有0. 8应变的表面层的状态对应于例如在具有平滑表面的涂布纸情况下表面层在定影辊隙部中沿厚度方向压缩约44%的状态。其中表面层的应变超过0. 8的定影条件在实用上是不可能的，因为其对应于表面层沿厚度方向的进ー步压缩并且很可能引起表面层耐久性的问题。另外，本发明中具有0. 25应变的表面层的状态对应于例如在具有平滑表面的涂布纸情况下表面层在定影辊隙部中沿厚度方向压缩约20%的状态。在0.8以下的应变范围中，例如，在普通氟橡胶中，切线弹性模量随着应变增加而降低。普通氟橡胶是指多胺交联的、多元醇交联的或过氧化物交联的橡胶。上述氟橡胶通常通过添加交联所需的各种配混剂和加热而进行交联反应。促进交联反应的能量是热，并且交联反应通常在最高温度200°C以下进行。能量小于最大的lOOkcal/mol。然而，即使热交联的氟橡胶，在应变超过0. 8的非常大的范围中，切线弹性模量也随着应变增加而增加。不像如上所述通常使用的热交联方法，在0.8以下的应变范围中，其中切线弹性模量随着应变增加而增加的表面层能够通过电子束照射而形成。更具体地，当物质用电子照射时，照射物质的电子与物质中的核外电子相互作用，从而产生二次电子。二次电子的平均能量认为是2，600kcal/mol左右，显著高于热交联的能量，并且通过这些二次电子进行交联反应。认为出于该原因交联反应比常规热交联更多进行，并且交联密度増加，因而，即使在0.8以下的应变范围中切线弹性模量也随着应变增加而增加。电子束可以定向至已进行热交联反应的表面层或定向至未进行热交联反应的表面层。期望的是电子束照射的氛围是惰性气体氛围，优选氧浓度为20ppm以下的氮气氛围。通过减少氧浓度抑制表面层橡胶的氧化，并且能够抑制橡胶的表面能量的増加。結果，能够良好地抑制调色剂脱模性的恶化或纸张中包含的填料的附着。另外，电子束的加速电压可根据表面层的厚度适当设定。当改变加速电压时，从表面层的表面至内部方向电子能够到达的深度改变。因此，加速电压要求根据表面层的厚度设定。例如，在表面层的厚度为30 y m的情况下，加速电压期望为SOkV以上。另外，橡胶表面层的交联程度能够通过改变诸如照射电流值和照射时间的条件而改变。根据本发明的表面层具有包括含有氟橡胶的海相和含有具有交联结构的硅酮化合物的岛相的海-岛结构。构成海相的氟橡胶聚合物(含氟聚合物)的具体实例列举如下。偏ニ氟こ烯和六氟丙烯的ニ元共聚物，偏ニ氟こ烯、六氟丙烯和四氟こ烯的三元共聚物，以及各自具有醚基的偏ニ氟こ烯、四氟こ烯和全氟烷基こ烯基醚的三元共聚物。在分子中具有碘或溴作为反应点的偏ニ氟こ烯、四氟こ烯和全氟甲基こ烯基醚的三元共聚物能够根据已知的方法来合成。此外，此类三元共聚物是商购可得的。具体实例列举如下。"Daiel LT-302" (Daikin Industries, Ltd.制)。"Viton GLT"、 "Viton GLT-305"、 "Viton GLT-505"、 "Viton GFLT"、 "VitonGFLT-300"、"Viton GFLT-301 "、"Viton GFLT-501 "和"Viton GFLT-600" (DuPont DowElastomers Japan K. K.制)。 从调色剂脱模性的观点，优选构成岛相的硅酮化合物是包括以下结构的聚硅氧烷表面活性剂(硅酮表面活性剤)所述结构包括为亲水性基团的聚氧化烯和为疏水性基团的ニ甲基聚硅氧烷。取ニ甲基聚硅氧烷作为实例，聚硅氧烷表面活性剂能够分类为以下三种结构。(I)包括其中聚氧化烯与ニ甲基聚硅氧烷骨架的侧链结合的结构的侧链改性型；(2)包括其中聚氧化烯与ニ甲基聚硅氧烷骨架末端结合的结构的末端改性型；和(3)包括其中二甲基聚硅氧烷和聚氧化烯彼此交替而重复地结合的结构的共聚合型。它们中，从在氟橡胶中具有最优良分散性的观点，特别优选上述共聚合型(3)。另夕卜，聚硅氧烷表面活性剂的添加量期望为40质量份以上至60质量份以下，基于100质量份氟橡胶聚合物。氟橡胶聚合物优选为在分子链末端或侧链引入碘或溴的类型。通过电子束照射的交联考虑通过碘原子或溴原子的提取反应和交联助剂的烯丙基的自由基反应来进行。交联助剂的实例包括氰脲酸三烯丙酯和异氰脲酸三烯丙酯等，特别优选使用异氰脲酸三烯丙酷。另外，优选在分子链两末端具有碳-碳不饱和键的聚硅氧烷表面活性剤。通过电子束照射的交联考虑通过不饱和键的自由基反应、交联助剂的烯丙基的自由基反应或在ニ甲基硅氧烷部分的树脂化来进行。此外，认为通过自由基反应的交联也在作为海相的氟橡胶聚合物和作为岛相的聚硅氧烷表面活性剂之间的界面处发生。根据本发明的定影构件的结构包括以下结构。-具有形成在金属或树脂制的基材上的表面层的结构；-具有形成在基材上的热传导性硅酮橡胶层和形成在热传导性硅酮橡胶层的外周面上的表面层的结构；和-具有形成在基材上的热传导性硅酮橡胶层、形成在热传导性硅酮橡胶层的外周面上的中间层和形成在中间层外周面上的表面层的结构。然而，本发明的定影构件不限于这些结构，并且可以为五层以上的结构。特别地，在四层结构的情况下，中间层优选由比基层和表面层硬的树脂制成。当基层和表面层由橡胶制成时，中间层优选由耐热性树脂制成。此类结构抑制对纸纤维的过度追随同时维持橡胶表面层的优势，由此能够获得更高光泽的图像。例如，根据本发明的定影构件能够如下制造。首先，将优选具有醚基的含氟聚合物、优选具有醚结构的聚硅氧烷表面活性剂和作为交联助剂的异氰脲酸三烯丙酯溶解在酮类溶剂中，良好搅拌该溶液。定影构件能够通过其后涂布该溶液至辊或带的外表面上，干燥所得基材和随后通过电子束照射进行一次交联以及在普通加热炉中的二次交联和通过在惰性气体中加热的二次交联之ー的步骤来制造。作为涂布方法，可以使用已知的方法如喷涂、狭缝涂布、刮涂、辊涂和浸涂。所測量的表面层的厚度为10 y m以上至500 u m以下，以高水平地满足充分的耐擦伤性、耐磨耗性和优良的热传导性全部。 另外，在其中形成热传导性硅酮橡胶层的情况下，热传导性硅酮橡胶层可以通过已知的方法来生产，例如，其中将硅酮橡胶材料注入成型模具中、加热和固化的方法，或其中硅酮聚合物层通过涂布形成并在加热炉中固化的方法。从确保对记录材料如纸的追随性的原因，硅酮橡胶层的厚度优选为50i!m以上，并且从热传导性的观点，优选为5mm以下。可如上所述制造的定影构件的截面层结构示于图4中。图4中，示出包括氟橡胶作为海相和具有交联结构的娃酮化合物作为岛相的表面层I、包括娃酮橡胶的热传导层2和基材3。通过设置根据本发明的表面层1，其中维持调色剂颗粒形状的部分不可能产生，并且能够提供可获得高光泽图像的定影构件。本发明的定影构件可以为定影带、定影辊、加压带和加压辊的任何构造。<定影设备>根据本发明的定影设备描述如下。根据本发明的定影设备是用于电子照相图像形成设备的定影设备，其中设置上述本发明的定影构件作为定影带和定影辊之一，和/或加压带和加压辊之一。电子照相图像形成设备的实例包括包含以下単元的电子照相图像形成设备感光构件、潜像形成単元、用调色剂使形成的潜像显影的単元、转印显影的调色剂图像至记录材料的単元和使调色剂图像定影在记录材料上的単元。示出根据本发明定影设备的ー个实施方案的截面图示于图5中。定影辊4和加压带5设置在定影设备中。本发明的定影构件至少用于定影辊4。定影辊4用设置在定影辊4内部的卤素加热器6来加热。加压带5通过入口辊7、分离辊8和转向辊9以拉伸的状态挂起。分离辊8通过加压使得加压带5与定影辊4接触。转向辊9是可移动的并且修正加压带5的偏置。另外，加压垫10设置在入口辊7和分离辊8之间。加压垫10通过加压使得加压带5与定影辊4接触。定影辊4通过未示出的驱动源以预定的圆周速度沿箭头方向旋转，伴随着其，カロ压带5也沿箭头方向旋转。定影温度通过基于通过热敏电阻11测量的定影辊4的表面温度来控制卤素加热器6的输出而維持在设定温度下。定影辊4的表面温度(定影温度)不特别限定，通常为约130°C -220°C。将形成在记录材料如纸上的调色剂图像夹入并进给至定影辊4和加压带5之间，通过来自卤素加热器6的热以及定影辊4和加压带5的压カ来定影。该定影单元是高压定影単元。
将根据本发明定影设备的另ー实施方案的截面图示于图6中。图6中，环带形式的定影带12以相对于带导向构件13和支撑物14具有间隙(clearance)的圆周长度内接。加热构件15包括其中通过施加电流而产生热的电阻材料如银钯(Ag/Pd)以线性形式或带形式通过丝网印刷等涂布在氧化铝或陶瓷制的加热构件基板上的层。此外，厚度约IOym的玻璃涂布层顺次形成在该涂布层上以确保电阻材料的保护和绝缘性。另外，热敏电阻与加热构件基板背侧接触，并且可以通过根据借助该热敏电阻检测的温度来控制施加至电阻材料的电カ来保持定影带的表面温度在能够定影的温度下。加压辊16经由定影带12通过加压与加热构件接触，并通过加压辊驱动单元来旋转和驱动。旋转并驱动加压辊16，接着定影带12旋转。高电压施加在加压辊16的芯金属上，并且定影带的内表面经由金属制的支撑物14接地。将具有形成于其上的未定影图像的记录材料如纸夹入并进给至定影带12和加压辊16之间，由此加热未定影图像并定影在记录材料上。该定影単元是低压定影单元。这里，列举定影辊和加压带的定影设备以及定影带和加压辊的定影设备作为实例。然而，根据本发明的定影设备可包括本发明的定影构件作为定影带和定影辊之一，和/或加压带和加压辊之一。
实施例下文中，本发明将通过实施例详细描述。(应カ-应变曲线的测定)表面层的应力和应变之间的关系測定如下。根据各实施例和比较例的定影辊的表面层切割为如下表I示出的样品尺寸，并且应力和应变之间的关系使用动态粘弾性测量设备(商品名Rheogel-E4000, UBM Co. , Ltd.制)来測定。测定条件不于下表I中。表I
样品尺寸宽度5mm、长度20mm、厚度50um 卡盘间距离 10mm 氛围温度 IWc 拉伸速度设定为0. 055nun/sec此外，基于测定结果，作出应力-应变曲线。本发明中的应カ是通过将载荷除以样品的初始截面积而得到的公称应カ(nominal stress)。应变是通过将拉伸量除以样品的初始长度而得到的公称应变(nominal strain)。因此，根据本发明的应力-应变曲线是公称应カ-公称应变曲线。0. 8的应变值是指样品拉伸至18mm即是初始长度IOmm的I. 8倍的状态。另外，切线弹性模量-应变曲线通过借助上述方法得到的应力-应变曲线的多项式近似出阶)并且将所得多项式通过应变变量微分获得。(光泽度评价)调色剂定影后图像的光泽度评价如下进行。调色剂定影后图像的光泽用手持光泽计(商品名PG-1M, HORIBA, Ltd.制)在60。光泽值下来评价。(定影构件对纸表面的追随性的评价)定影构件对纸张凹部的追随性如下评价。调色剂定影后的图像在聚焦显微镜(Lasertec Corporation制)以10倍的放大倍率来观察,从而获得灰度级观察图像。该观察图像使用图像处理软件(商品名Image-Pro Plus, Media Cybernetics, Inc.制)ニ值化为其中调色剂不维持颗粒形状的部分和其中调色剂维持颗粒形状的部分。此外，获得其中调色剂不维持颗粒形状的部分与观察视野总面积的面积比(%)。(表面层的应变)在各实施例和比较例的定影过程中表面层的应变值如下评价。首先，用于在各实施例和比较例中图像形成的A4尺寸普通纸(商品名PB PAPER GF-500, Canon Inc.制)的表面在聚焦显微镜(Lasertec Corporation制)下以10倍的放大倍率观察。纸的最大凹凸高度Rz通过所得观察图像得到为17u m。此外，对于纸张的表面粗糙度，计算纸纤维的短周期(pitch)凹凸(截止值8 ii m和80 ii m)和纸纤维的长周期凹凸(截止值80iim和800 ym)。将粗糙度曲线要素的平均长度(RSm)的值定义为凹凸周期，并且获得粗糙度曲线要素的平均高度(Re)的值作为凹凸高度。结果，纸表面凹凸用RSm为25 iim和Re为5 iim 的短周期凹凸和RSm为200 ii m和Re为12 ii m的长周期凹凸的合成波模型化。基于上述纸表面的凹凸模型，当根据各实施例和各比较例的定影辊以预定压カ压制时表面层的应变根据通过有限元法的静态结构分析计算来得到。具体地，上述纸表面的凹凸模型和各定影构件的截面模型使用3D CAD/CAE软件(商品名NX，Siemens ProductLifecycle Management Software Inc.制)来制作并以 0. 5mm 周期划分要素(element)。随后，静态结构分析计算使用分析程序(商品名ABAQUS，SIMULIA Inc.制)来进行。对于表面层的性质，各表面层的应力-应变曲线通过超弾性3D0GDEN模型来近似(泊松比为0. 48)。另外，纸的性质使用线性弹性模量150MPa和泊松比0. 4来计算。另外，对于用于比较例4的硅酮橡胶层的性质的计算，使用通过超弹性2D约化多项式模型近似(泊松比为
0.48)的硬度为10°的产品(JIS A)的应力-应变曲线。(实施例I)将加成反应型液态硅酮橡胶通过环涂法涂布在外径为80mm的不锈钢中空圆筒状芯金属的外周面上并在200°C温度下加热4小时,从而形成厚度为500 u m的由娃酮橡胶制成的弹性材料层。底漆(商品名MEGUM3290，Chemetall Inc.制)施涂至弹性材料层的外周面上以具有厚度为2 u m并干燥。另ー方面，将如下表2中的材料溶解在900g甲基异丁基酮中，从而制备表面层形成用溶液。表权利要求
1.一种定影构件，其包括具有包含以下构成的表面的表面层 包括氟橡胶的海相，和 包括具有交联结构的硅酮化合物的岛相， 其中构造所述表面层，以致在所述表面层的应力-应变曲线中，在0. 25-0. 8的应变范围中，作为所述应力-应变曲线斜率的切线弹性模量随着应变增加而增加。
2.根据权利要求I所述的定影构件，其中所述表面层通过以下方式来形成 用电子束照射表面层形成用溶液的涂膜，所述溶液包括含氟聚合物和硅酮表面活性齐U，和 其后加热以进行二次交联。
3.根据权利要求2所述的定影构件，其中所述溶液包括 含氟聚合物，所述含氟聚合物为偏二氟乙烯、四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚的三元共聚物，并且在分子中具有碘或溴作为反应点， 共聚合型硅酮表面活性剂，在所述共聚合型硅酮表面活性剂中，二甲基聚硅氧烷和聚氧化烯彼此交替且重复地结合，和异氰脲酸三烯丙酯。
4.一种定影设备，其包括根据权利要求1-3任一项所述的定影构件。
全文摘要
本发明公开一种定影构件，其具有由柔软的橡胶层构成的表面层，并且用该定影构件可施加充分的压力至纸表面凸部上存在的调色剂颗粒，同时维持对纸表面凹部的令人满意的追随性，这是所述表面层的优点。所述定影构件具有要与调色剂接触的表面层。所述表面层具有海-岛结构，所述海-岛结构由含有氟橡胶的海相和含有具有交联结构的硅酮化合物的岛相构成。所述表面层给出应力-应变曲线，其中在0.25-0.8的应变范围中，作为曲线斜率的切线弹性模量随着应变增加而增加。
文档编号G03G15/20GK102713768SQ20108006062
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年1月5日
发明者北野祐二, 阿部胜也 申请人:佳能株式会社