CN102057334B - 热定影辊以及制备热定影辊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热定影辊，其包括管状基体构件、以及直接或通过粘结层而设置在该基体构件外周面上的氟树脂层，所述热定影辊的特征在于：所述氟树脂层包含掺磷氧化锡。所述热定影辊的表面电阻能够稳定有效地防止静电偏移的发生，并且该热定影辊还具有优异的防粘性。本发明还提供了制备所述热定影辊的方法，其特征在于包括以下步骤：将含有掺磷氧化锡的水分散液的氟树脂分散体涂覆于管状基体构件上或者涂覆于设置在该管状基体构件外周面上的粘结层上，然后烧结该氟树脂。

Description

热定影辊以及制备热定影辊的方法

技术领域

本发明涉及一种热定影辊以及这种热定影辊的制备方法，其中该热定影辊包括管状基体构件以及设置在该基体构件外周面上的氟树脂层，并且其在复印机或打印机中用于将形成于复印纸上的调色剂图像定影。 

背景技术

在复印机和激光打印机中广泛采用了这样的方法：其中，其上形成有调色剂图像的复印纸从内部设置有加热源的热定影辊与压力辊之间穿过，由此未定影调色剂被加热熔化，调色剂图像被定影于纸上。作为这种热定影辊，广泛使用了这样的辊：其包括由金属管或耐热塑料管(如聚酰亚胺管)构成的基体构件、以及用以防止熔化的调色剂发生粘附的氟树脂层(防粘层)，该氟树脂层设置在基体构件的外周面上。 

近年来，随着复印速度的提高，因静电的产生而导致复印纸上的调色剂图像飞散、以及静电偏移这些问题愈加明显。静电偏移分为2种：整个表面偏移(total surface offset)和剥落偏移(peeling offset)。当防粘层的表面电阻低时，易于发生整个表面偏移，而当表面电阻高时容易发生剥落偏移。为了抑制这两种偏移，可接受的表面电阻范围必须非常窄。因此，为了防止上述问题的发生，需要在热定影辊中非常精确地控制氟树脂层(防粘层)的表面电阻。 

为了降低热定影辊的表面电阻，构想了这样一种方法：其中，将诸如碳黑、金属粉末或石墨之类的导电性材料加入到防粘层中(专利文献1)。然而，该方法存在如下问题：当使用金属粉末时，由于在用以形成氟树脂层(防粘层)的分散体(涂料)中会与水发生反应，并且会在氟树脂层(防粘层)的形成过程中因高温烧结而发生氧化等， 从而使得诸如氟树脂的防粘性之类的物理性质发生劣化。另一方面，在使用碳黑或石墨时，所述分散状态容易改变并容易发生聚集(渗透作用)。因此，难以稳定地获得所需的表面电阻，由此难以满足近年来的要求。 

作为一种防止碳黑或石墨发生聚集的方法，已知的是，将作为电位稳定剂的半导电性无机物与碳黑或石墨一起使用。专利文献1公开了将约0.3重量％至8重量％的诸如碳黑或石墨之类的导电性良好的物质(导电材料)与5重量％至50重量％的半导电性无机物(如氧化钛、氧化铁、氢氧化铝、滑石粉、钛酸钡、氧化锑、氧化硅或碳酸钙)组合使用，通过这种组合使用方式，在一定程度上防止了碳黑、石墨等的聚集(专利文献1，第0024段)。 

专利文献1：日本未审查的专利申请公开No.2001-125404 

发明内容

本发明要解决的问题 

然而，若要通过将半导电性无机物与碳黑、石墨等一同使用以防止碳黑、石墨等的聚集，则需要添加上述数量的半导电性无机物，即约5重量％至50重量％的半导电性无机物。这样会存在如下问题：氟树脂层(防粘层)中的半导电性无机物的混合量增加，从而降低了氟树脂的防粘性。 

本发明的一个目的是提供一种热定影辊以及制备这种热定影辊的方法，其中这种热定影辊的表面电阻处于可接受的控制范围内，即其表面电阻能够稳定有效地防止静电偏移的发生，并且这种热定影辊还具有出色的防粘性。 

解决该问题的方法 

本发明人为了解决上述问题而进行了深入的研究，最终发现：通过使用掺磷氧化锡的水分散液作为加入到氟树脂层(防粘层)中的导电材料，则可以容易地获得稳定的表面电阻(充电特性)，并且由于无需一同使用大量的半导电性无机物，因而可以制得具有出色的防粘 性的热定影辊。由此完成了本发明。 

即，根据第一方面，本发明提供一种热定影辊，包括管状基体构件、以及直接或通过粘结层而设置在该基体构件外周面上的氟树脂层，所述热定影辊的特征在于：所述氟树脂层包含掺磷氧化锡。 

与复印机或打印机中常规使用的热定影辊一样，该热定影辊包括管状基体构件、以及直接或通过粘结层而设置在该基体构件外周面上的氟树脂层，所述热定影辊的特征在于：所述氟树脂层包含掺磷氧化锡作为导电材料。 

由于掺磷氧化锡具有良好的分散性，并且其聚集程度低于碳黑或石墨，因此易于获得具有稳定的表面电阻(充电特性)的辊。由此，本发明热定影辊的表面电阻可以位于非常窄的可接受的控制范围内，这是近年来所需求的。因此，可同时抑制表面偏移和剥落偏移。 

此外，由于不需要大量的半导电性无机物等来防止聚集，因此可降低半导电性无机物的含量，并且可抑制由于添加半导电性无机物而造成的防粘性降低。因此，在所述热定影辊中，静电偏移的发生被抑制，可获得高速且出色的复印效果，并且可显示出优异的机械特性(如耐磨性)。 

尽管掺锑氧化锡等也是已知的(日本未审查的专利申请公开No.2007-253425)，但是其存在环境问题。然而，掺磷氧化锡不存在环境问题，并且与使用纯氧化锡作为导电材料的情况相比，掺磷氧化锡可具有更好的导电性能。 

构成氟树脂层的氟树脂的实例包括：聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)以及乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)。这些氟树脂可以单独使用或混合使用。 

可使用如下方法来形成氟树脂层，在该方法中，将含有氟树脂或氟树脂分散体的清漆涂敷于上述所制得的基体构件(聚酰亚胺管)上或该涂敷在形成于基体构件上的后述粘结层上，并随后进行烧结。本发明的特征在于：氟树脂层含有掺磷氧化锡，并且可通过将掺磷氧化锡的水分散液(水溶胶)添加到含有氟树脂或氟树脂分散体的清漆中 从而引入掺磷氧化锡。 

根据第二方面，本发明涉及根据第一方面所述的热定影辊，其特征在于：所述氟树脂层的表面电阻率在1×10⁹Ω/□到1×10¹⁶Ω/□的范围内。可通过添加掺磷氧化锡来调节氟树脂层的表面电阻率，氟树脂层的表面电阻率优选位于上述范围内。通过将表面电阻率设定在该范围内，可以防止因产生静电而导致调色剂图像在复印纸上飞散，并且可以同时抑制整个表面偏移和剥落偏移。所述表面电阻率更优选为1×10¹⁰Ω/□到1×10¹⁶Ω/□，进一步更优选为1×10¹⁰Ω/□到1×10¹⁵Ω/□。当使用诸如碳黑或石墨之类的导体时，难以将表面电阻率调节至如此狭窄的范围内。然而，通过使用掺磷氧化锡作为导体，则易于将表面电阻率精确地调节至该范围内。 

所述掺磷氧化锡为含有磷的氧化锡，例如，可使用市售可得的掺磷氧化锡，如商品名为CELNAX CX-S301H(由日产化学工业株式会社生产)。例如，可以通过溶胶-凝胶法来生产掺磷氧化锡的水分散液(水溶胶)。由溶胶-凝胶法制得的水分散液(水溶胶)具有优异的分散性，因此是优选使用的。掺磷氧化锡的水分散液中氧化锡的含量通常为约30重量％，但并不局限于此范围。对氧化锡的粒径没有特别的限定，但通常为5nm至20nm。 

根据第三方面，本发明涉及根据第一方面或者第二方面所述的热定影辊，其特征在于：所述氟树脂层中掺磷氧化锡的含量为3重量％到50重量％。优选的是，所述掺磷氧化锡的含量范围可使得氟树脂层的表面电阻率位于上述范围内。尽管掺磷氧化锡的优选范围取决于氧化锡中所掺杂的磷的量等因素，而当使用诸如CELNAX CX-S301H之类的市售可得的掺磷氧化锡时，氟树脂层中掺磷氧化锡的含量优选为3重量％至50重量％、更优选为4重量％至30重量％、进一步更优选为5重量％至15重量％。 

如权利要求4所述，本发明涉及权利要求1至3中任意一项所述的热定影辊，其特征在于：所述氟树脂层的厚度在5微米至20微米的范围内。当氟树脂层的厚度小于5μm时，辊的耐久性方面容易发生问题。另一方面，当厚度大于20μm时，则聚酰亚胺管辊整体的导 热性降低，从而在定影性能方面容易出现问题(即，难以进行正常的定影)。 

构成本发明所述热定影辊的管状基体构件的实例包括：由诸如金属管或耐热塑料管构成的基体构件；以及其中在管(如金属管或耐热塑料管)的外周面上设置有弹性层(如橡胶层)的基体构件。如权利要求5所述，本发明涉及权利要求1至4中任意一项所述的热定影辊，其特征在于：所述管状基体构件是由金属管或耐热塑料管构成的基体构件，或者是由涂覆有弹性层的金属管或耐热塑料管构成的基体构件。 

作为金属管，可以使用(例如)SUS管。耐热塑料管的实例包括聚酰亚胺管。在这些管中，聚酰亚胺管是优选的，这是因为它在耐热性、尺寸稳定性、化学性质以及机械性能方面均胜过其他管。如权利要求6所述，本发明涉及权利要求1至4中任意一项所述的热定影辊，其特征在于：所述管状基体构件是由聚酰亚胺管构成的基体构件，或者是由涂覆有弹性层的聚酰亚胺管构成的基体构件。 

所述聚酰亚胺管为由聚酰亚胺树脂组合物构成的管状制品。例如，可以使用通过采用日本未审查专利申请公开No.7-76025等中所述的制备方法制得的聚酰亚胺管。聚酰亚胺管的厚度等可以根据所需的机械强度、用途等进行适当地选择，但是当聚酰亚胺管用于常规复印机时，为了获得耐热性、尺寸稳定性、化学性质以及机械性能，其厚度优选为约20μm到500μm。 

也存在这样的情况：管子上所设置的层并不是弹性层。例如，当基体构件中的管子上覆盖有弹性层的情况下，也可在弹性层和金属管或耐热塑料管之间设置粘合剂层。 

所述氟树脂层可直接形成于基体构件上。或者，可设置作为中间层的粘结层，以改善基体构件与氟树脂层之间的粘合性，并在粘结层上形成氟树脂层。从耐热性的角度来看，粘结层优选由耐热性树脂构成。作为构成粘结层的树脂，例如，优选使用(但不仅限于)氟树脂和聚酰胺-酰亚胺树酯的混合物、氟树脂和聚醚砜树酯的混合物等。粘结层的厚度通常为0.1μm到20μm、优选为约1μm到10μm。 

可通过如下方法制备本发明的热定影辊，该方法包括如下步骤：将含有掺磷氧化锡的水分散液的氟树脂分散体施加到管状基体构件上或者施加到设置在管状基体构件外周面上的粘结层上，然后将分散体中的氟树脂烧结。如权利要求7所述，本发明也提供了该制备方法。 

所述管状基体构件和粘结层可由已知方法制备，如日本未审查的专利申请公开No.7-76025中所述的方法。例如可通过如下方法施加氟树脂分散体：将管状基体构件或者其外周面上设置有粘结层的管状基体构件浸入在氟树脂分散体中，然后从分散体中取出。作为氟树脂分散体，可使用通过将氟树脂颗粒分散于分散介质中而制得的分散体，其中分散介质是通过将少量有机溶剂混合在水中而获得的。 

有益效果 

本发明的热定影辊的表面电阻可稳定有效地防止静电偏移的发生，并且在防粘性和耐磨性方面具有优势。此外，本发明的热定影辊可由本发明的制备方法容易地制得，这种热定影辊不会出现诸如防粘性和耐磨性发生劣化之类的问题。 

附图简要说明： 

[附图]附图为示出本发明热定影辊实例的剖视图。 

附图标记： 

11基体构件 

12粘结层 

13氟树脂层 

本发明的最佳实施方式 

下面将对本发明的最佳实施方式进行描述。然而，应当理解到，本发明的范围不仅局限于所述最佳方式。 

附图为示出本发明热定影辊实例的剖视图，其中氟树脂层13通过粘结层12而形成于基体构件11的外周面上，其中基体构件11由聚酰亚胺树脂(聚酰亚胺管)构成。此外，还可另外设置除所述粘结 层之外的其它树脂层、或者橡胶层作为中间层。 

作为构成基体构件11的聚酰亚胺树脂，可以使用已知的热塑性聚酰亚胺树脂或热固性聚酰亚胺树脂。例如，可通过使芳香族四羧酸二酐与芳香族二胺成分在极性有机溶剂中反应而获得聚酰亚胺树脂。芳香族四羧酸的例子包括：均苯四酸二酐、3，3′，4，4′-联苯四羧酸二酐、3，3′，4，4′-二苯酮四羧酸二酐、2，3，4，4′-联苯四羧酸二酐、2，3，6，7-萘四甲酸二酐、1，2，5，6-萘四甲酸二酐以及2，2-双(3，4-二羧基苯基)醚二酐。或者，可以使用其四羧酸酯以及上述四羧酸的混合物。同时，芳香族二胺成分的例子包括：对苯二胺、间苯二胺、4，4′-二氨基二苯醚、4，4′-二氨基苯甲烷、联苯胺、3，3′二氨基二苯甲烷、3，3′-二甲氧基联苯胺、4，4′-二氨基二苯基丙烷以及2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷。 

在聚酰亚胺树脂为热固性聚酰亚胺树脂的情况下，首先合成聚酰亚胺前体(也被称为“聚酰胺酸”(polyamide acid或polyamic acid))。将聚酰亚胺前体的有机溶剂溶液(聚酰亚胺清漆)涂敷于圆柱形芯材的外表面或内表面上，待干燥后，加热至最高温度为约350℃至450℃。聚酰胺酸经加热发生脱水闭环反应，从而形成聚酰亚胺，然后将其固化。由此获得管状基体构件(聚酰亚胺管)。 

可以使用的极性有机溶剂的例子包括：二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、苯酚、以及邻甲酚、间甲酚和对甲酚。可将碳氢化合物(如二甲苯、己烷或甲苯)与这些极性有机溶剂混合。此外，可将热传导改善剂(如氮化硼、碳粉或金属粉末)引入到聚酰亚胺前体溶液中。 

作为粘结层12，可使用由上述材料构成的树脂层。此外，当将导电填料引入到粘结层12时，防止定影带内表面摩擦带电的作用以及外表面的抗静电作用得以增强，因此可以更有效地抑制偏移，因而这种情况是优选的。作为用于粘结层的导电填料，可使用与外层中所用相同的导电填料。导电填料的加入量通常为0.5重量％至10重量％，优选为约1重量％至5重量％。 

氟树脂层13由上面列举的氟树脂构成、并且含有掺磷氧化锡。氟树脂层13中还可以引入：导电性碳黑，例如Ketjenblack；导电填 料，例如金属粉末(例如，铝)；以及半导电性无机物，例如氧化钛、氧化铁、氢氧化铝、滑石、钛酸钡、氧化锑、氧化硅或者碳酸钙。然而，在本发明中，可以减少半导电性无机物的添加量，由此可以避免防粘性降低的问题。 

在热定影辊具有粗糙表面的情况下，则易于出现所谓的白斑现象，即未被固定的调色剂从复印纸上脱落下来，由此使图像质量降低。因此容易发生诸如照片图像清晰度降低或图像质量变差的问题。因此，氟树脂层13的表面粗糙度优选较小，具体来说，表面粗糙度(Rz)优选为3.5μm以下。这样，引入到氟树脂层13中的掺磷氧化锡和填料(半导电性无机物、导电性良好的物质等)，其平均粒径优选为3μm以下。 

实施例

实施例1至8以及比较例1至4 

作为聚酰亚胺前体清漆(其为基体构件的原料)，使用通过将“U-Varnish S-301”(比重1.446，由日本宇部兴产株式会社生产)溶于溶剂(N-甲基吡咯烷酮)中而制得的浓度为18％的清漆(下文中简称为“U varnish S”)。 

使位于分配器的给料部分的喷嘴(排料口)与由铝制圆筒(外径为20mm)构成的芯体的外表面相接触，该芯体的外表面覆盖有陶瓷。当旋转该芯体并且沿着该芯体的旋转轴方向以恒定的速度移动喷嘴时，U varnish S连续地从分配器给料部分处的喷嘴供出，从而将聚酰亚胺前体清漆施加于芯体的外表面上。作为分配器给料部分处的喷嘴，使用了由PTFE制成的管，该管的内径为2mm、外径为4mm。使喷嘴从距离芯体右侧末端20mm处的位置(给料开始的时候)移动至距离芯体左侧末端20mm处的位置(给料结束的时候)。施加完毕后，在旋转芯体的同时逐步地加热至400℃，随后冷却固化。这样便获得了具有由聚酰亚胺树脂构成的基体构件的管状体。所述基体构件的厚度为80μm，外径为24.2mm，长度为233mm。 

将如此获得的管状体浸入氟树脂底漆液(855-040CONDUCTIVE PRIMER BLACK，由E.I.du Pont de Nemours公司制造)中以进行包覆。随后，在200℃的温度下加热30分钟以形成厚度达为4μm的粘结层。将设置有粘结层的管状体浸入到按照如下方式获得的氟树脂分散体中，然后从分散体中取出，并将氟树脂烧结以形成氟树脂层。 

[氟树脂分散体] 

将掺磷氧化锡水溶胶(由日产化学工业株式会社生产，CELNAXCX-S301H)按表I或表II所示比例添加到氟树脂(PTFE：由DuPont Fluorochemical Company生产，EMX-62-1)中，必要时按表I或表II所示比例添加填料(碳黑：LION PASTE 310A，Lion Corporation生产；或氧化钛：Tayca Corporation生产，TITANIX JR-600A)，然后进行混合，由此获得各氟树脂分散体。在比较例中，获得了如下氟树脂分散体：其中，加入了未掺杂磷的纯氧化锡以替代掺磷氧化锡水溶胶(比较例3和比较例4)；还获得了未添加掺磷氧化锡水溶胶的氟树脂分散体(比较例1和比较例2)。 

对于所获得的管状体(其表面上均具有氟树脂层)，用下述方法测量表面电阻率及其变化量，并进行定影性能实验和偏移实验。结果示于表I和表II中。 

(1)表面电阻率的测量 

使用超高电阻/微安培表(由Advantest Corporation制造的R8340A)以及双环状电极作为探针，在外加电压为50V的条件下进行测量。 

(2)表面电阻变化量的测量 

测量10个样品的表面电阻率，将最大值和最小值之差定义为变化量。 

(3)定影性能实验 

将上述管状体(下文中简称为“管状体”)固定于铝盘上。接下来，用调色剂覆盖该管状体，并进行加热直至样品温度达到150℃。然后，将纸张压向调色剂并摩擦5次，然后将纸张移开。检查调色剂是否转移至纸张上，根据下述标准进行评估： 

◎：调色剂完全转移至纸上 

○：大部分的调色剂转移至纸上 

×：大量的调剂色残留在管状体上 

(4)偏移实验 

将管状体安装于定影单元中，根据如下标准来评估有无发生偏移： 

○：未发生偏移。 

×：有偏移发生。 

[表I] 

[表II] 

在实施例1～8中，将掺磷氧化锡加入到氟树脂层中，获得了适当的表面电阻，并且表面电阻率的变化量小。这表明获得了优异的定影性能，并且可稳定地抑制静电偏移。 

另一方面，在比较例1中，加入了碳黑和半导电填料(氧化钛)以代替氧化锡，并且填料的加入量大，比较例1的防粘性降低，并且发生了静电偏移。在比较例2中，加入了碳黑和半导电填料(氧化钛)以代替氧化锡，但填料的加入量小，结果表明，尽管静电偏移的发生被抑制了，但是表面电阻率的变化量大，因此不能稳定地获得能够抑制静电偏移的表面电阻率。在比较例3中，使用纯氧化锡来代替掺磷氧化锡，不能获得合适的表面电阻率，因而发生了静电偏移。此外，在比较例4中，使用纯氧化锡来代替掺磷氧化锡，纯氧化锡的量增加，使得防粘性降低，并且发生了静电偏移。 

Claims (7)

1.一种热定影辊，包括管状基体构件、以及直接或通过粘结层而设置在该基体构件外周面上的氟树脂层，其中该氟树脂层包含掺磷氧化锡。

2.根据权利要求1所述的热定影辊，其中所述氟树脂层的表面电阻率在1×10⁹Ω/□到1×10¹⁶Ω/□的范围内。

3.根据权利要求1所述的热定影辊，其中所述氟树脂层中掺磷氧化锡的含量为3重量％到50重量％。

4.根据权利要求1所述的热定影辊，其中所述氟树脂层的厚度在5微米至20微米的范围内。

5.根据权利要求1所述的热定影辊，其中所述管状基体构件为由金属管或耐热塑料管构成的基体构件，或者为由涂覆有弹性层的金属管或耐热塑料管构成的基体构件。

6.根据权利要求1所述的热定影辊，其中所述管状基体构件为由聚酰亚胺管构成的基体构件，或者为由涂覆有弹性层的聚酰亚胺管构成的基体构件。

7.一种制备热定影辊的方法，包括以下步骤：将含有掺磷氧化锡的水分散液的氟树脂分散体涂覆于管状基体构件上、或者涂覆于设置在该管状基体构件外周面上的粘结层上，然后烧结该氟树脂。

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