色粉影象定影的直接加热 辊及其制造方法 本发明涉及色粉影象定影的直接加热辊和它的制造方法。
在传统的利用电子照相工艺的电子照相复印机、传真机、印制机和有关的机器中，当一充电辊旋转时，该充电辊通过施加高电压使光感受器鼓外缘上的光感受器均匀地充电。通过一激光扫描装置(LSU)扫描该光感受器表面在所述的鼓上形成静电潜影。然后，将色粉供应到该光感受器上已形成的所述的静电潜影上，通过一显影器显示出可见的影象。此后，在它们旋转的同时施加复制电压，将色粉形成的影象复制到在一复制辊与该光感受器鼓之间行进的纸上。
为了定影该色粉影象，传统地电子照相影象成形装置采用暂时熔融所累积色粉的方法，利用所述影象成形装置定影部中的一加热辊将热施加到所述的纸上。一般而言，一卤素灯，它作为在预定温度下加热所述加热辊的热源安装在该加热辊内。
传统的电子照相影象成形装置包括一纸的出口、一控制面板、一控制板盖、一上盖开启按钮、一纸显示窗、一纸通用馈送窗、一辅助盒、一纸张盒以及一辅助支架。
操作该装置时，色粉通过一色粉盒中的一搅拌器进行搅拌。一色粉调节刀片调节色粉的供应量，该色粉通过一供应辊而提供。一充电辊使一光感受器鼓表面的充电层均匀充电。一激光扫描装置在该光感受器鼓的表面形成静电潜影。一显影辊使在该光感受器鼓表面形成的静电潜影上的色粉显影。一复制辊将形成在该光感受器鼓表面上的色粉影象复制到一纸上。
此后，其上附着色粉的纸输送到一定影部。当该纸在一加热辊与一压力辊之间通过时，粉状的色粉影象被熔融，而定影在该纸上。换句话说，当电压施加到卤素灯上时，该加热辊发热。该色粉由于该定影辊的定影热而被熔融，并由于压力辊的压力而定影在纸上。一位于该加热辊上的热敏电阻通过传感该定影辊的温度，用来使其保持恒温。
采用卤素灯技术的缺点是功率消耗大。功率消耗大的一个原因在于该装置在该电子照相影象成形装置关断以后，当提供电源以形成影象时需要预定的加热时间。从提供电能开始到该加热辊达到所要求的目标定影温度必须经历预定时间，它可从几十秒到几十分钟。上述传统技术还要求，甚至在待机模式下提供电源，以保持辊子的恒温，这更增加了功率消耗。
另一个缺点是，当所述的加热辊接触到纸时发生的热损失而降低了辊子的温度，很难对其进行补偿。此外，为了印制下一个影象，需要经过预定的待机时间，因此，影象不能快速印制。
各种传统现有技术的加热辊，例如，一种色粉影象定影用的直接加热辊在美国专利US 4776070中有所描述。这种直接加热辊有一沉积在一辊子体上的粘合层，以及沉积在该粘合层上的下绝缘层。该下绝缘层在该辊子体与上面的数层之间提供电绝缘。一发热电阻层布置在所述的下绝缘层上，以及一上绝缘层布置在发热电阻层上。一防护层布置在该上绝缘层上，用来防止所述色粉影象发生偏移。两电极层布置在发热电阻层的轴端部，用来向该发热电阻层提供电能。
该发热电阻层用Ni-Cr化合物和由氧化铝陶瓷形成的陶瓷基体制成，用等离子弧喷射法来制造该发热层。所述的粘合层为Ni-Cr-Mo、Ni-Al或Ni-Cr合金，用等离子喷射，从而局部形成氧化物。
很明显，需要这一粘合层，以便使该辊子体与用在所述下绝缘层中的陶瓷粘结。然而，即便有了此粘合层，由于两层的温度特性不同，或由于施加的压力，各层之间可能发生分离。
基于对现有技术的阅览，本人认为，需要一种更好的用于电子照相装置中的直接加热辊。
因此，本发明的目的是提供一个色粉影象定影的直接加热辊以及制造方法。
本发明的又一个目的是提供一个升温时间短、功率消耗低以及结构简单的直接加热辊。
本发明还有一个目的是提供一个具有良好加热电阻和耐用的直接加热辊。
本发明也有一个目的是提供一个在该辊子上辊子体与绝缘层之间不遭受分离的直接加热辊。
本发明还有一个目的是提供一个制造费用低的直接加热辊。
为了实现上述这些目的，本发明提供一个色粉影象定影的直接加热辊，包括一个具有圆柱形横截面的导电辊子体；一在低于该辊子体弹性临界温度的第一温度下通过热处理而形成的绝缘层；一在低于第一温度的第二温度下通过热处理，在该绝缘层上形成的发热层；一在该发热层上形成的防护层；以及，在该发热层两端部形成的两电极。
本发明还提供一种制造色粉影象定影的直接加热辊的方法，包括制备一具有圆柱形横截面的导电辊子体；在该辊子体外表面上沉积一预定厚度的绝缘层涂胶；在低于该导电圆柱辊弹性临界温度的第一温度下通过加热该绝缘层涂胶形成一绝缘层；在该绝缘表面沉积一发热层涂胶；在低于所述第一温度的第二温度下通过加热该发热层涂胶形成一发热层；在该发热层上形成一防护层；以及，在该发热层两侧形成两电极。
本发明还提供一种色粉影象定影的直接加热辊，包括一具有圆柱形横截面的绝缘辊子体；在该辊子体上通过以一涂胶的形式沉积发热层涂胶，并在低于该辊子体弹性临界温度下，加热该沉积的发热层涂胶而形成的一发热层；一形成在该发热层上的防护层；以及，与该发热层两端部电接触的电极。
本发明提供一种用于色粉影象定影的直接加热辊子的制造方法，它包括：制备一具有圆柱形横截面的绝缘辊子体；在该辊子体表面上沉积均匀厚度的发热层涂胶；在预定温度下通过热处理该发热层涂胶而形成一发热层；在该发热层上形成一防护层；以及，在该发热层的两端形成电极。
如前所述，根据本发明的诸实施例，可在所述辊子的表面上形成一钌基发热层，并有可能使它瞬间达到定影温度。与传统的现有技术Ni-Cr基的电阻发热材料相比，它有可能利用较低的电功率而尽可能快的生成目标定影温度。此外，由于工艺过程可在低于700°、低于600℃，或者甚至低于550℃的温度下进行而形成钌基电阻发热层，于是该辊子体和该绝缘层材料可在较宽的范围内选择。因而，生产量可以提高，成本可以降低。此外，有可能制造具有均匀厚度的发热电阻层。而且，由于有可能整个、均匀地保持定影温度特性，因而，色粉定影特性可得到改进。
对本发明更全面的认识及其相伴的优点将结合诸附图(在诸附图中，相同的标号表示相同或相类似的零部件)，通过以下详细说明，会变得明显而更便于理解。其中：
图1为表示传统电子照相影象成形装置的透视图；
图2为表示传统电子照相影象成形装置内部结构的简图；
图3为表示安装在传统电子照相影象成形装置内的卤素灯加热辊子的截面图；
图4为表示安装在电子照相影象成形装置内的色粉影象定影直接加热辊的截面图；
图5为表示根据本发明第一结构实施例的电子照相影象成形装置的直接加热辊的截面图；
图6为根据本发明第一结构实施例与一加热辊一起安装的电子照相影象成形装置定影部的横截面图；
图7为表示根据本发明一实施例的直接加热辊制造方法的流程图；
图8a至图8e为表示根据本发明的一实施例的直接加热辊制造过程的透视图；
图9a至图9c为表示根据本发明一实施例的涂胶绢丝印制方法的横截面图；
图10为表示形成本发明一实施例的绝缘层的加热温度循环曲线图；
图11为表示本发明一实施例形成发热层的加热温度循环曲线图；
图12a至图12c为表示本发明一实施例的形成发热层机理的视图；
图13为本发明一实施例的直接加热辊的电子显微图片；
图14为表示本发明一实施例形成一绝缘层的加热温度循环曲线图；
图15为表示本发明一实施例形成一加热层的加热温度循环曲线图；
图16为表示本发明第二结构实施例的电子照相影象成形装置直接加热辊的截面图；
图17为表示本发明一实施例电子照相影象成形装置的定影部的横截面图；
图18为表示本发明一实施例直接加热辊制造方法的流程图；以及
图19a至图19d为表示本发明一实施例直接加热辊制造过程的透视图。
现参阅诸附图。图1表示上述传统的电子照相影象成形装置。如图1所述，该传统的电子照相影象成形装置包括一纸张出口101、一控制面板103、一控制板盖105、一上盖开启按钮107、一纸张显示窗、一纸张通用馈送窗111、一辅助盒113、一纸张盒115以及一辅助支架117。
图2表示该传统电子照相影象成形装置的内部结构，以及图3表示安装在该传统电子照相影象成形装置内的一卤素灯加热辊的布置。对表示在图2和图3中的装置进行操作时，色粉123通过一色粉盒121中的搅拌器125被搅拌。一色粉调节刀片129调节色粉供应量，于是，色粉123通过一供应辊127而提供。一充电辊137使一光感受器鼓135表面的充电层均匀充电。一激光扫描装置139在该光感受器鼓135的表面形成静电潜影。一显影辊131使该光感受器鼓135表面已形成静电潜影上的色粉123显影。一复制辊133将形成在该光感受器鼓135表面上的色粉影象124复制到一纸张141上。
此后，其上附着色粉的纸张141输送到一定影部，以及，当该纸张在一加热辊145与一压力辊143之间通过时，粉状的色粉影象被熔融，而定影在该纸张上。换句话说，当电压施加到该卤素灯151上时，该加热辊145发热。该色粉由于该定影辊145的定影热而被熔融，并由于该压力辊143的压力而定影在该纸张上。位于该加热辊145上的一热敏电阻147通过传感该定影辊145的温度，用来使其保持恒温。
上述色粉影象直接加热辊表示在图4中。参阅图4，该直接加热辊具有沉积在一辊子体161上的粘合层163，以及沉积在该粘合层上的一下绝缘层165。该下绝缘层165在该辊子体与上面诸层之间提供电绝缘。一发热电阻层167布置在所述的下绝缘层165上，以及，一上绝缘层169布置在该发热电阻层167上。一防护层171布置在该上绝缘层上，用来防止该色粉影象的偏移。两电极层173布置在该发热电阻层的两轴端部，用来向该发热电阻层提供电能。
本发明以下将参阅诸附图通过本发明的诸实施例进行详细地描述。
第一结构实施例
图5为本发明第一结构实施例，一电子照相影象成形装置直接加热辊的截面图。如图5所示，该直接加热辊213包括一电绝缘层202、一发热电阻层203，以及一防护层205，它们依次叠在一辊子体201上。如图所示，该辊子体通常为圆柱形，该绝缘层包覆该辊子体。该辊子体可以是空心圆柱，或为管子。该发热层203的中心部，即不包括该发热层的两轴端部的中间部由该防护层保护，以及通过该发热层203端部各一个电极的一对电极207向该发热层203提供电流。
图6为采用图5加热辊的电子照相影象成形装置的定影部。如图6所示，该电子照相影象成形装置的定影部包括一加热辊213和一压力辊211，该加热辊213对应于纸张219移动的方向而旋转，即，如图中顺时针方向旋转；而该压力辊211反时针方向旋转。一用来检测该加热辊213温度的热敏电阻或温度传感器217布置在该加热辊213上。
该加热辊213和压力辊211在该影象成影装置本体中定心旋转。该已安装的加热辊213和压力辊211通过布置在影象成形装置本体中的电动机(未在图6中表示)驱动而旋转。该加热辊213由于电能通过两电极207的供应向所述的发热层203提供电流而产生电阻热，借此，增加该加热辊的温度。该加热辊213的表面温度通过该热敏电阻217与该加热辊213表面的接触而检测，以及温度信息提供到该影象成形装置本体中的一电源控制器(未图示)。该电源控制器控制该加热辊213的表面温度在设定的加热温度范围。在纸张219上未定影的色粉影象215被该加热辊213和该压力辊211加热和加压，导致一稳定的色粉影象216。所以，根据本发明第一实施例的加热辊由于减少了加热时间而降低功率消耗。
图5所示该第一结构实施例的加热辊可用以下将描述的各种材料和工艺过程来实现。特别是，以下将描述的第一材料和工艺过程实施例包括奥氏体基不锈钢辊子体；第二材料和工艺过程实施例包括铁素体基不锈钢辊子体。
第一材料和工艺过程实施例
1．辊子体
一加热辊213的本体201用奥氏体基不锈钢制造，例如SUS 304系列，JIS标准或类似的材料。由于材料特性的变化，奥氏体基不锈钢在相继发生的工艺过程中可能会有温度的限制，限制在630℃以下。例如，如果温度超过弹性极限温度630℃，奥氏体基不锈钢可能会变形和扭曲。
该弹性临界温度定义如下。当物质受负荷时会变形。此后，如果去除负荷，该物质恢复原始状态。弹性极限定义为极限负荷，从而，当负荷去除以后，物质恢复到原始状态。
在这里，弹性临界温度为导电圆柱辊子体在工艺过程中由于加热不失去原始形状而维持其形状的最高温度，特别是在该圆柱辊子体上对将成为绝缘层或发热层的涂胶的热处理过程中。通常，当圆柱辊子体加热到弹性临界温度以上，该辊子体会扭曲或弯曲，由此，弹性变形辊子，由于色粉影象不均匀附着在纸上，不能在某一温度下完成色粉影象的定影。
2．绝缘层
采用一种厚膜沉积的方法将一种由玻璃原料、有机胶结剂、溶剂和添加剂的混合而制成的涂胶沉积在一辊子体201上，然后，在低于该辊子体201弹性临界温度大约630℃的温度下加热该涂胶而形成一电绝缘层202。该绝缘层具有厚度大约为50～300微米的均匀厚度。所述的玻璃原料具有以下配比：
PbO 40～60重量百分比
SiO2 20～40重量百分比
B2O3 10～20重量百分比
Al2O3 0～10重量百分比
TiO2 0～5重量百分比
该玻璃原料最佳配比为：PbO=559％、SiO2=28.9％、B2O3=8.1％、Al2O3=34.7％、TiO2=3.3％。所述的有机胶结剂由纤维素基树脂、丙烯酸基树脂、或类似成分组成，松油醇、BCR、BCA或类似成分用作溶剂，以及Al2O3、ZrO3或类似成分可作为热触变剂而添加。
3．发热电阻层
将粉状钌基化合物、粉状银化合物、含PbO的玻璃原料、有机胶结剂、溶剂和添加剂混合制作涂胶，然后采用厚膜沉积法将该涂胶沉积在一绝缘层202上，并大约在550℃的温度下加热该已沉积的涂胶而形成发热电阻层203。
用作本发明发热层涂胶导电材料的钌基粉和银基粉影响最终厚膜的电力特性和机械特性。所述的玻璃原料用来增加厚膜相对于基底的粘结性能，而有机胶结剂使导电材料和无机粘结剂扩散，并影响其后形成厚膜涂胶的性能。
用于发热电阻层涂胶组合物的组分描述如下：
(1)钌基粉
用于本发明发热材料电阻涂胶组合物的钌基粉为钌基金属粉或氧化钌粉。具有元素钌的各种化合物均可使用。可用于氧化钌粉的化合物包括RuO2、GdBiRu2O6-7、CO2Ru2O6、PbBiRu2O6、CuxBi2-xRu2O6-7(其中：0＜x＜1)、以及Bi2Ru2O6-7。至少可选用其中一种。这里，下标“x”和“2-x”表示基于变量x的范围，以及“6-7”表示范围6至7。也就是说，化合物可为具有诸元素比范围的任何系列的化合物。比表面积为单位重量的表面积。
要求钌基粉的比表面积范围为大约5m2/g至30m2/g，更好的范围为大约10m2/g至25m2/g。如果比表面积小于大约5m2/g，则微粒太大而不能获得均匀的厚膜。如果比表面积大于大约30m2/g，则粉末细而使印制特性下降，精度下降，从而烧结性能下降，很难获得精细的膜。
要求钌基粉的平均微粒直径范围大约为0.01μm至0.1μm，更好的范围大约为0.02μm至0.08μm。如果平均微粒直径小于大约0.01μm，则微粒精细，而印制特性下降，以及精度下降，从而烧结性能下降，很难获得精细的膜。如果平均微粒直径大于大约0.1μm，则微粒太大而不能获得均匀的厚膜。
所用钌基粉量的范围大约为5％组合物重量百分比至大约75％重量百分比，较好的范围为大约5％重量百分比至大约20％重量百分比。如果低于大约5％重量百分比，则很难使形成的电阻发热层具有大约0.1W至大约30W范围的低电阻。如果超过大约75％重量百分比，则膜的表面光滑度下降，这是不期望的。
(2)银基粉
发热材料的电阻涂胶组合物包括范围为大约5％重量百分比至大约75％重量百分比的银基粉，较好的范围大约20％重量百分比至大约40％的重量百分比。如果，银基粉呈现低于大约5％的重量百分比，则所形成的电力发热材料很难具有范围在大约0.1W至大约30W之间的低电阻；而如果超过大约75％的重量百分比，则电阻值低于大约0.1W，产生超过300℃的热，并可能损坏电阻厚膜。
用于本发明的银基粉可以是银金属粉，氧化银粉，例如Ag2O3、Ag合金粉，例如AgPd以及Ag0.1Pd0.9RhO2。银基粉可以是板状或片状。对于银基粉，要求微粒平均直径范围为大约0.1μm至3μm，最大微粒尺寸小于大约7μm。如果，微粒平均直径小于大约0.1μm，则微粒大，在烧结期间收缩率增加，而膜易于开裂，微粒易于凝结，很难在涂胶中获得扩散状态，以及印制特性下降。如果，微粒平均直径大于大约3μm，则涂胶沉积膜的表面变得粗糙，很难获得精细模式，以及烧结特性也下降，于是很难获得致密模式。
要求银基粉的表面积与重量之比，即比表面的范围为大约0.5m2/g至大约3.5m2/g，致密度范围为大约2.5g/cm3至大约6g/cm3。如果比表面积低于大约m2/g，则微粒大，沉积膜加热以后的光滑度下降；如果比表面大于大约3.5m2/g，则微粒细，而易于凝结，以及印制特性下降。如果致密度超范围，则印制特性也下降。
(5)玻璃原料
用于本发明涂胶组合物的玻璃原料起到钌基粉微粒相互之间的粘结作用，并改进涂胶与基底之间的粘合。同时，该玻璃原料的作用是在烧结期间通过软化使玻璃原料凝结到基底。
作为Littleton温度的玻璃原料软化点通过差动扫描量法(DSC)来测量，其要求的范围大约为400℃至550℃，较好的范围大约为420℃至500℃。如果软化点低于大约400℃，易于获得有机组分，以及，取决于有机组分的溶解，在涂胶的沉积膜中容易生成气泡。另一方面，如果软化点超过550℃，烧结到基底后膜的粘合强度下降。
作为在表3中的玻璃原料A和玻璃原料B混合物的玻璃原料可以被采用。对于玻璃原料A，可以使用含有Bi2O3的玻璃原料，要求含有大于如表3中90％重量百分比的组合物，表3描述了以氧化物转换量表示的组合物成分和含量；以及对于玻璃原料B，可以使用含有PbO的玻璃原料，要求含有如表4中大约90％重量百分比的组合物，表4描述了用氧化物转换量表示的组合物成分和含量。
表3玻璃原料A 组合物成分 含量(％重量百分比) Bi2O3 40～90 SiO2 5～30 B2O3 5～30 BaO 2～40
表4玻璃原料B 组合物成分 组分(％重量百分比) PbO 40～90 SiO2 10～40 B2O3 5～30 TiO2 0～10 Al2O3 0～20使用该玻璃原料，有可能在不影响玻璃基底的温度下附着涂胶。在玻璃原料A的组合物中，如果Bi2O3小于40％重量百分比，则在涂胶附着到玻璃基底期间，粘结强度的增强作用下降；以及，如果它超过大约90％重量百分比，则玻璃原料的软化点低，涂胶的流动性变坏，以及，与基底的粘合强度下降。要求Bi2O3的含量范围大约为50％至80％的重量百分比。
在玻璃原料A的组合物中，如果SiO2低于5％重量百分比，则玻璃原料稳定性下降，以及如果SiO2大于大约30％重量百分比，则热阻温度增加，以及很难在低于570℃的温度下附着到玻璃基底上。要求SiO2的范围大约5％～15％重量百分比。
在玻璃原料A的组合物中，添加B2O3用来控制玻璃基底上的固化温度，从而粘合特性和热膨胀系数优良。当B2O3低于5％重量百分比，则粘结强度下降，以及，如果B2O3超过30％重量百分比，则玻璃原料的稳定性下降。要求B2O3的范围为7％～20％重量百分比。
在玻璃原料A的组合物中，如果采用低于2％重量百分比浓度的BaO，则很难控制玻璃基底上的固化温度，以及，如果BaO的浓度超过40％重量百分比，则玻璃基底的稳定性下降。要求BaO2的范围大约为2％～30％重量百分比。
在玻璃原料B的组合物中，如果PbO的含量低于大约40％重量百分比，则在涂胶附着到玻璃基底期间的粘结强度的增强作用下降，以及，如果含量超过90％重量百分比，则玻璃原料的软化点低而涂胶流动性变坏，以及与基底的粘结强度下降。要求PbO的含量范围为大约50％～80％重量百分比。
在玻璃原料B的组合物中，如果SiO2的含量低于大约10％重量百分比，则稳定性下降，以及如果SiO2超过大约40％重量百分比，则热阻温度增加，而很难在低于570℃温度下附着到玻璃基底上。要求SiO2的含量范围大约为10％～30％重量百分比。
在玻璃原料B的组合物中，如果B2O3的含量低于大约5％重量百分比，则粘结强度下降，以及，如果超过大约30％重量百分比，则玻璃原料的稳定性下降。要求B2O3的含量范围大约为5％重量百分比～20％重量百分比。
在玻璃原料B的组合物中，如果TiO2的含量超过大约10％重量百分比，则玻璃原料B的稳定性下降，要求TiO2的含量大约为2％重量百分比～5％重量百分比。
在玻璃原料B的组合物中，添加Al2O3以增加组合物的变化温度并稳定玻璃组合物或即涂胶。如果A1O3超过大约20％重量百分比，则热电阻温度高而很难附着在玻璃基底上。要求含量范围为2～15％重量百分比。
此外，根据本发明，可以使用含有玻璃原料A和玻璃原料B的玻璃原料混合物作为玻璃原料，要求含有超过如表5中大约90％重量百分比的玻璃原料混合物，在表5中，描述了用氧化物转换量表示的组合物的组分和含量。
要求在玻璃原料A、玻璃原料B以及混合的玻璃原料中，微粒平均直径为大约0.2μm至5μm，最大尺寸小于10μm。如果微粒直径在此范围内，则在低温下与玻璃基底的粘结强度增加，可获得具有低电阻的致密膜，此外，对于薄膜的情况，膜不会发生分层现象。
表5混合玻璃原料 组合物成分 含量(％重量百分比) Bi2O3 40～90 PbO 40～90 SiO2 5～30 B2O3 5～30 BaO 2～40 TiO2 0～10 Al2O3 0～20
(4)有机胶结剂
可用于本发明发热材料电阻涂胶组合物中的有机胶结剂的成分为诸如乙基纤维素、甲基纤维素、硝化纤维素以及羧基甲基纤维素等纤维素衍生物和诸如丙烯脂、甲基丙酸烯脂、聚乙烯乙醇和聚乙烯缩丁醛等树脂成分。在这些成分中，较好地可使用丙烯树脂和乙基纤维素。
有机粘接剂在本发明中使用大约5％～45％重量百分比，如果粘接剂不在此范围，在形成发热层的加热时，不能完全熔化。
(5)有机溶剂
此外，在本发明的组合用中，可添加有机溶剂以溶解有机成分，并通过扩散细粉末和玻璃原料来控制粘度。作为有机溶剂，它们是texanol(2、2、4三甲基戊二醇单异丁酸酯)、乙烯乙二醇(烃烯)、丁基卡必醇、乙基溶纤素、乙基苯、异丙基苯、甲基乙基酮、二氧杂环己烷、丙酮、环己酮、环戊醇、异丁醇、二甲基亚砜、松油醇、松树油、聚乙烯缩丁醛、3-甲氧丁基醋酸酯、γ-丁丙酯以及邻苯二甲酸二乙酯。这些有机溶剂可以单独使用或混合二种以上成分使用。
(6)其它添加剂
在本发明的涂胶成分中，除了上述成分，为了在储藏期间具有稳定性和防止扩散、锯齿现象和厚度脱离，以及为了防止膜的破裂，涂胶中可含有诸如氢醌单甲基醚的防聚合剂；诸如聚丙烯酸酯和纤维素衍生物一类的分散剂；诸如硅烷偶合剂一类的粘结剂，以提高对材料的粘结性能；为提高沉积性能的消泡剂；为提高工作性能的诸如聚乙二醇和邻苯二甲酸二乙酯一类的增塑剂；表面活性剂；以及诸如触变剂一类的添加剂，上述诸添加剂可多达0.1％重量百分比至5.0％重量百分比，以不损坏本发明组合物的作用为限。
为了本发明的涂胶组合物，构成的组分的混合可使用任何已知的混合装置，例如具有三个辊子研磨辊、混合器或均质器。此外，为了具有适合于沉积的流动性，涂胶组合物的粘度在剪切率为4S-1的情况下应在大约70000厘泊至大约300000厘泊。在印制期间，沉积溶液的粘度应在大约100,000厘泊至大约200,000厘泊的范围内，最好控制在大约130000厘泊至大约180000厘泊的范围内。
制作发热层示范涂胶的具体成分描述如下：
示范涂胶1，示范涂胶1由10％重量百分比的Pb2Ru2O6，它具有平均微粒直径为0.05μm，比表面积为m2/g；13重量百分比的RuO2，它具有平均微粒直径为0.03μm，比表面积为23m2/g；20％重量百分比的银，它具有平均直径为1μm，最大直径为3μm；以及30％重量百分比的玻璃原料，它具有平均直径为1μm，最大直径为3.6μm等成分组成。所述的玻璃原料由68.9％的Bi2O3、10.0％的SiO2、11.8％的B2O3、6.5％的BaO和2.8％的Al2O3组成，具有460℃的软化点。上述粉末以92∶8的比例与乙基纤维素混合，以及，组合的粉末与松油醇混合，产生具有150000厘泊粘度的涂胶。
本发明发热层203的厚度在3μm至大约100μm的范围内。发热层203的厚度可低于大约15μm，例如，6、8、10或15μm。该发热电阻层203一般具有的电阻大约为5Ω至大约10Ω，用来施加110V的电压，当施加220V的电压时，要求其电阻产生的功率大约为15W至大约25W。这些电阻值可以改变，以根据系统的要求采用不同的电阻值。
4．防护层
一防护层205形成在所述的电阻发热层203上，它由含氟树脂组成。例如，聚四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂管(加热后)冷缩，并通过热力退火而压配。作为替换，该防护层材料可通过喷射工艺施加到所述的发热电阻层上。适合于该防护层的材料包括全氟烷基乙烯基醚树脂(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)以及聚四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂。该防护层205通过与印制纸张的直接接触形成色粉分层层。此外，该防护层205具有电绝缘性能，以防止电流从发热层流向外部。
5．电极
为了形成两个电极207，一银涂胶沉积在所述发热层203两轴端，在所述防护层205的两侧，于是，环状电极固定在各端。最终，该银涂胶硬化，从而形成两电极207。
如上构造的直接加热辊的功率消耗，在初始应用中大约为800W，在7～8秒内达到目标工作温度例如180℃-200℃。由于本发明的直接加热辊能快速达到设定温度，所以升温期间的功率消耗低。此外，在待机状态，无须对电子照相装置定影部的该加热辊施加电功率，借此在待机期间降低了功耗。
6．制造方法
图7表示本发明第一成分和工艺过程实施例的直接加热辊制造方法的程序，以及图8a至图8e表示本发明该实施例的直接加热辊的制造工艺过程。
参阅图7、图8a至图8e，通过对例如不锈钢金属材料的加工处理首先形成一管子或即圆柱形辊子体201(见图8a)。处理成的辊子体201采用超声波清洗去除杂质(步骤S301)。
采用绢丝印制法，将前述绝缘层涂胶沉积在该已被清洗的辊子体201表面上(S302)。
图9a至图9c表示本发明该实施例的绢丝印制法。如图9a所示，被印制板210的掩膜212用涂胶214覆盖。此后，与旋转轴固定的该辊子体218上升，与该掩膜212的底面接触。橡皮滚子或刀片216下降，与该掩膜212的上面接触。通过该辊子体218的反时针方向(如图中所示)旋转，在该印制板210向左移动期间，该涂胶214被压，以及，该掩膜212向下推进，从而，该涂胶通过该掩膜212网的网眼挤压。通过该掩膜212向下挤压的涂胶涂覆在旋转的辊子体212上。所涂覆的涂胶厚度由网的网眼尺寸和印制板移动速率来确定。形成的掩膜宽度等于该辊子体的周长。
涂胶的施加也可以采用其它替换的方法。例如，采用浸泡或喷射的方法来施加涂胶。
采用绢丝印制法(S302)涂覆的涂胶在恒温下干燥预定的时间，然后进行热处理(S304)。通过涂胶的沉积和干燥，可以防止膜的形成，防止裂缝的生成。沉积可以多次使用绢丝印制法来完成，以便获得一致的厚度，次数和沉积厚度可根据设计规范而改变。
图10为表示加热温度与加热时间之间关系的曲线。涂覆该绝缘层涂胶的辊子体置于一烧结炉中，然后进行加热过程大约45分钟。如图10所示，在时间间隔tg1与tg2之间，温度大约仅在15分钟内缓慢上升到大约620℃。在时间间隔tg2与tg3之间，620℃的温度保持大约10或15分钟。在时间间隔tg3与tg4之间，大约在15分钟之内温度缓慢下降。
至少重复一次印制和加热过程，该绝缘层202紧密粘结到该辊子体201上并固定，使其能承受外部的强力冲击，并具有良好的温度特性。在该实施例中，可获得大约70μm至120μm厚的玻璃绝缘层202(见图8b)。该绝缘层由在高于或等于发热层软化温度下而软化的绝缘层涂胶制成。这是因为，如果在加热发热层期间制备的钌化合物与从绝缘层扩散的铅的成分之间甚至在绝缘层中发生作用，则该绝缘层的绝缘性能会下降。
接着，如图9a至图9c所示，采用绢丝印制法(S306)将钌基发热层涂胶分二次沉积在所述的绝缘层202上。在空气加热炉、电加热器、红外线炉或其它类似的加热器中，在温度为大约80℃至120℃下干燥大约5或10分钟(S307)。干燥膜的厚度大约23μm。在上述干燥过程期间，防止沉积涂胶表面膜的形成和裂缝的发生。
如图8c所示，通过在预定的温度下加热已沉积的发热层涂胶，形成一发热层(S308)。
此后，描述一下电阻发热材料加热过程。图11为表示为形成本发明该实施例的发热层涂胶在加热温度与加热时间的关系曲线。
图12a至图12c表示形成本发明该最佳实施例的电阻发热层。
首先，一涂覆发热层涂胶的辊子体置于一烧结炉中并加热。当涂胶中所含有机材料，在时间间隔ta1与ta2之间，加热温度从Ta1上升到Ta2期间，开始燃烧，一些氧化钌分子粘到玻璃颗粒表面，于是，玻璃颗粒如图12a所示开始软化。
在时间间隔ta2与ta3之间，当加热温度从Ta2上升到Ta3时，玻璃颗粒开始进一步软化，于是，包括成分铅的部分开始向着诸颗粒的表面迁移。在时间间隔ta3与ta4之间，当加热温度从Ta3上升到Ta4时(如图12b所示)，从软化的玻璃颗粒迁移出来的诸铅离子与钌接触，从而在玻璃颗粒的表面产生焦氯油型的氧化钌(Rb2Ru2O6-7)。上述作用发生在时间范围和温度区中，上述作用过程的描述为了说明而简化了。涂胶中有机材料的燃烧，以及被玻璃软化的钌与成分铅之间的作用是逐步实现的。
如果，如图12c所示，在加热时间ta4与ta5之间，保持加热温度Ta4，则形成在表面的焦氯型氧化钌(Pb2Ru2O6-7)便扩散到玻璃颗粒中。
在加热时间ta5与ta6之间，在加热温度从Ta4下降期间，通过退火过程，使烧结组织的应力释放，并且，该组织变密。在典型的工艺过程中，温度从环境温度或室温斜升到最高温度Ta4。在本发明的一个实施例中，Ta4为550℃，该温度低于如图10所示用于制备电绝缘层的温度620℃。
在一个时间周期内维持最高温度，然后斜降到室温。在斜升到最高温度的期间内，典型的加热时间大约为15分钟。处于最高温度的时间(图中ta4与ta5之间)通常小于30分钟，大约接近10分钟。斜降到室温的时间通常约为15分钟。所以，总的加热时间小于大约45分钟。实际加热时间和温度特性对于特定的成分可以进一步优化。
通过这样的加热过程，诸微粒紧密和致密地相互附着在一起，成为具有均匀机械强度的稳定组织，从而形成发热层203。如图12c所示，电荷通过焦氯油(pyrochlore)型的氧化钌(Pb2Ru2O6-7)而移动。所获得的发热电阻层其厚度大约为5μm，单位面积的电阻大约为120hm/mm2。
如图8d所示，防护层205由四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚的共聚物树脂组成，管状厚度大约为50μm。所述的发热电阻层套装在该管状的防护层内(S309)。当该防护层热力退火时，它收缩并压紧发热电阻层。该防护层205具有对色粉的强电阻性能，并隔离发热电阻层，它也防护该发热电阻层与色粉分开。
如图8e所示，将银涂胶沉积到该防护层205两侧区域250的发热电阻层203上以后，固定一环状铜电极层207，然后该银涂胶在大约150℃的温度下硬化大约30分钟(S310)。
图13为本发明第一材料和工艺过程实施例直接加热辊横截面电子显微图。如图13所示，由于一绝缘层和一发热层通过加热过程形成在该辊子体上，并与其紧密地附着，它对温度特性和外部冲击具有很大的耐力。
第二材料和工艺过程实施例
1．辊子体
在本发明第二材料和工艺过程的实施例中，为了采用高温绝缘层涂胶和发热层涂胶，一辊子体由铁素体基不锈钢(SUS404系列)制成，它可忍受大约900℃以上临界弹性温度的高温。
2．绝缘层
为了形成一绝缘层，采用厚膜沉积术将一绝缘层涂胶沉积在该辊子体201上，然后，在低于该辊子体临界弹性大约900℃的温度下加热。该绝缘层的厚度约为50～300μm。该绝缘层例如可用杜邦公司的3500N珐琅质制作。
3．发热层
为了形成发热层，将一包括钌基化合物的发热层涂胶沉积到所述的绝缘层上，然后在低于第一温度的第二温度下加热。加热温度较好的应低于850℃。高温加热的发热层用杜邦公司的36xx-系列化合物制作。
4．防护层
与第一实施例相同
5．电极
与第一实施例相同
6．制造过程
首先，加工铁素体基不锈钢(SUS404)形成一管状或圆柱形辊子体。形成的辊子体用超声波清洗去除杂质。采用绢丝印制法将所述的绝缘层涂胶沉积在已清洗的辊子体上。在预定时间内以预定的温度干燥以后，辊子体得以热处理。通过涂胶的沉积和干燥，可防止膜的形成和裂缝的发生。采用绢丝印制法多次的沉积过程旨在获得均匀的厚度，执行沉积过程的次数和膜的厚度可根据设计目的而改变。
图14为表示用来制作绝缘层的加热温度与加热时间之间的关系曲线，它表示了绝缘层的加热温度特性。
具有绝缘层涂胶的辊子体放进一烧结炉中经历大约45分钟的加热时间。在加热时间tg1与tg2之间大约15分钟，温度缓慢上升，直到它达到Tg2加热温度大约900℃。在加热时间tg2与tg3之间大约10或15分钟，加热温度保持大约900℃。然后，在加热时间tg3与tg4之间大约15分钟，加热温度缓慢下降。
重复印制过程和加热过程至少一次，该绝缘层紧密粘合并固定在所述的辊子体上，产生对外部冲击的强劲耐力和良好的温度特性。在本发明第二最佳实施例中，获得厚度为70～120μm的玻璃绝缘层。作为该绝缘层，采用一绝缘层涂胶，它在高于一发热层软化点的温度下软化。这是因为，如果在加热该发热层期间形成的钌化合物与从绝缘层射出的铅成分之间甚至在该绝缘层发生作用，该绝缘层的绝缘性能会显著下降。
然后，该钌基发热层涂胶采用绢丝印制法二次沉积在该绝缘层上。此后，置于加热炉、电加热器或红外线炉内在大约80℃至120℃的温度下干燥大约5分或10分钟。干燥后膜的厚度大约23μm。这种干燥过程可防止在沉积的涂胶上膜的形成和裂缝的发生。
然后，通过在预定的温度下加热已沉积的发热层涂胶，形成一发热层。以下，描述一下电阻发热材料的加热过程。图15表示根据本发明最佳实施例形成一发热层涂胶的加热温度循环。
首先，将涂覆发热层涂胶的辊子体置于一烧结炉中并进行热处理。当该涂胶中所含的有机材料，在tb1与tb2之间的加热时间内、在加热温度从Tb1升至Tb2期间，开始燃烧时，氧化钌粘贴到诸玻璃颗粒周围，而玻璃颗粒开始变软。
在时间间隔tb2与tb3之间，温度从Tb2=500℃上升到Tb3=700℃，在此期间，诸玻璃颗粒进一步软化，含有铅成分的部分开始射出。在时间间隔tb3与tb4之间，温度从Tb3上升到Tb4，即从700℃到850℃，在此期间，从软化了的玻璃颗粒射出的铅与钌和焦氯油型的氧化钌(Pb2Ru2O6-7)起反应，开始生成在该玻璃颗粒表面上。这些反应实际上并不仅仅发生在这些特定时间和温度下，而这些时间和温度是可以改变的。为了便于说明，曲线分成几个反应过程，有机材料的燃烧，以及，被玻璃软化了的钌与铅成分的反应是逐步进行的。
如果在时间间隔tb4与tb5之间加热温度保持在Tb4或即850℃，则形成在表面的焦氯油型氧化钌(Pb2Ru2O6-7)扩散到玻璃颗粒中。
在时间间隔tb5与tb6之间温度从Tb4也即850℃下降期间，当烧结组织的应力通过退火处理而释放时，组织变得致密。
通常，加热时间大约为15分钟，在此期间，温度斜升到最大温度Tb4。在时间间隔tb4与tb5之间，保持最高温度通常小于30分钟，可保持最高温度大约10分钟。在时间间隔15分钟内，温度可斜降到室温。加热温度的设计可进一步优化。
通过加热过程，诸微粒相互紧密和致密地附着在一起，而成为具有均匀机械强度的稳定组织，从而形成一发热层。
至于防护层和电极的加工过程与本发明的第一最佳实施例的方法相同。
第二结构实施例
图16表示本发明第二结构实施例直接加热辊的结构。该实施例可用于电绝缘辊子体。一辊子体401用陶瓷或玻璃制成。该陶瓷与不锈钢比较承受机械冲击的性能较弱，但能耐受高温退火而不变形或不会改变物理性能。它允许采用较宽的温度范围进行热处理。它易于选择电阻涂胶的组分。而且，有可能加宽加热处理的温度工况。此外，由于陶瓷是一种绝缘材料，因此，可在该辊子体401的外表面直接形成一发热层，而无须形成电绝缘层的处理过程。该加热辊413包括一绝缘圆柱形辊子体401、一发热电阻层403、一防护层405和一电极407。
图17表示安装一加热辊的电子照相影象成形装置的定影部。在本发明的该实施例中，一定影部409包括一在纸张缩回(前进)方向旋转，即在图中顺针方向旋转旋转的加热辊413、以及一与该加热辊413接触时，反顺针方向旋转的压力辊411。一热敏电阻417布置在该加热辊413的表面。该电子照相影象成形装置定影部409的温度，当电流通过一电极407施加到一发热电阻层403时，由于电阻热而上升。所述的电敏电阻417检测该加热辊413的表面温度，以及，施加到该发热电阻层403的电流量相应于该热敏电阻检测到的信号进行控制。
纸419上未定影的色粉影象415通过该加热辊413和该压力辊411加热和加压，于是在该纸419上定影为稳定的色粉影象416。
第三材料和工艺过程实施例
本发明第二结构结构实施例加热辊的材料和工艺过程说明如下。
1．辊子体
一具有弹性临界温度600℃以上的陶瓷或玻璃。
2．发热层、防护层、电极
与第一材料和工艺过程实施例的相同。
3．制造方法
图18表示本发明第三材料和工艺过程实施例直接加热辊的制造方法。图19a至图19d表示本发明该实施例直接加热辊的制造过程。
参阅图19a，本发明直接加热辊形成管状或圆柱形辊子体401。该加工处理成的辊子体用超声波清洗，以去除杂质(S401)。
按照本发明第一最佳实施例的钌基发热层涂胶采用图9a至图9c所示的绢丝印制法至少一次沉积到该辊子体的表面(S402)。此后，在空气加热炉、电加热器或红外线炉中在大约80℃至120℃的温度下干燥大约5分钟或10分钟(S403)。
干燥了的发热层膜进行热处理(S308)。加热温度循环与本发明第一最佳实施例的低温发热层涂胶加热过程的加热温度循环相同。
通过上述加热工艺过程，诸微粒紧密和致密地相互附着在一起，变成具有均匀机械强度的稳定组织，借此形成如图19b所示的电阻发热层403。
如图19c所示，用四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂(PFA)制成一防护层405，它为管状，厚度大约50μm。前述发热电阻层403固定在该防护层405内(S405)。当该防护层管被插入而热退火时，该管子收缩并压缩。
如图19d所示，在该防护层405的两侧上的发热电阻层403的表面沉积银涂胶以后，二环状铜电极层407在其上固定，然后，该银涂胶在150℃温度下硬化大约30分钟(S410)。
第四材料和工艺过程实施例
现在描述一下第二结构实施例的第四材料和工艺过程实施例。
1．辊子体
一具有900℃以上弹性临界温度的绝缘陶瓷或玻璃。
2．发热层、防护层和电极
与第二实施例的相同。
3．制造方法
根据本发明这一实施例，形成一管状或圆柱形辊子体。加工成的辊子体通过超声波清洗以去除杂质(S401)。
根据本发明第二材料和工艺过程实施例，所述的钌基发热层涂胶采用图9a至图9c的绢丝印制法至少一至沉积在该辊子体的表面。此后，在一空气加热炉、一电加热器或一红外线炉中在大约80℃至120℃的温度下干燥大约5分钟或10分钟。
干燥了的该发热层膜被加热(S308)。加热温度循环与本发明第二最佳实施例的高温加热发热层涂胶的加热过程的加热温度循环相同。通过上述加热过程，诸微粒相同紧密和致密地附着在一起，并变成具有均匀机械强度的稳定组织，借此形成电阻发热层。
防护层和电极形成的方法与上述最佳实施相同。
如前述的本发明最佳实施例，有可能在该辊子的表面形成钌基发热层，使它即时达到一定影温度。与现有传统技术的Ni-Cr基电阻发热材料相比，它有可能用较少的电能较快产生目标定影温度。而且，在形成钌基电阻发热层过程中，由于，可在550℃的低温实现工艺过程，因而，辊子体和绝缘层所采用的材料范围可加宽。因此，产量提高，并可选择较廉价的材料以降低成本。此外，有可能制造具有均匀厚度的发热电阻层。再则，由于有可能保持整体上均匀的定影温度特性，于是，可改进色粉的定影特性。
本发明直接加热辊可与诸如打印机、复印机、传真机等任何类型的电子照相装置的定影装置相结合。采用本发明的电子照相装置为沿着纸张的路径输送待由本装置印制的薄片，一般需要附加旋转件。该直接加热辊要定位在所述纸张路径的一侧，而一压力辊要定位在另一侧，以便对该压力辊与该直接加热辊之间的一薄片施压。
本发明是参阅这些实施例进行特定的表示和描述的，而本技术领域的技术人员会明白，前述的以及其它的变型方案在不脱离本发明的精神和范围的前题下是可以轻易作出的。