CN102770814A - 办公自动化设备用辊的制造方法和办公自动化设备用辊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造办公自动化（OA）设备用辊的方法和OA设备用辊，该辊能够实现打印速度的增加并具有良好的脱模性。所述辊包括直接地或隔着中间层而设置在管状基材的外周面上的氟树脂层，所述方法包括以下步骤：制备四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）与聚四氟乙烯（PTFE）的含有比例为99:1至50:50（质量比）的氟树脂涂料；将该氟树脂涂料直接地或隔着中间层涂覆到管状基材的外周面上；在340℃或更高的温度下对氟树脂涂料进行烘烤，从而形成氟树脂层；烘烤之后，以20℃/min以下的冷却速度冷却所述氟树脂层。

Description

办公自动化设备用辊的制造方法和办公自动化设备用辊
技术领域
本发明涉及办公自动化（OA）设备用辊的制造方法和OA设备用辊，其中，在诸如复印机或打印机等OA设备中，该辊用于通过加热而将被转印到诸如记录纸等转印接收材料上的调色剂图像定影。
背景技术
在诸如复印机和激光束打印机等成像装置中进行打印或复印的最后阶段，一般采用热定影法，其中，将内部具有加热源的热定影辊在压力下与加压辊接触，并且使其上转印有调色剂图像的转印接收材料从热定影辊和加压辊之间通过，从而通过加热使未定影的调色剂熔融。
通常所使用的热定影辊的例子具有通过在由聚酰亚胺、金属等构成的筒状基材的外周面（与转印接收材料接触的表面）上直接地或隔着另一层形成氟树脂层而获得的结构。包括所述另一层的定影辊也被称为“定影套筒（fixing sleeve）”，该另一层由在弹性、脱模性、耐磨性等方面优异的橡胶等构成。为了令人满意地将调色剂定影，有必要防止所谓的偏移（offset），即调色剂残留在定影辊上，从而导致双重转印。因此，热定影辊的表面层需要具有使调色剂脱模的性质（即，脱模性）。另外，热定影辊的表面层还需要具有耐磨性，以便能经受住加压辊的压力。
例如，作为氟树脂，使用聚四氟乙烯（PTFE）、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）。氟树脂层通常是通过将含有这样的氟树脂的分散液（涂料）直接地或隔着另一层涂覆到基材上，然后将所得的膜烘烤而形成的。
作为氟树脂，通常使用相对廉价的PTFE。但是，随着定影辊所需求的诸如脱模性等性质的提高，已经使用将PFA和PTFE混合而获得的涂料，其中，PFA昂贵但分子量低，并且表现出优于PTFE的脱模性。例如，专利文献1记载了这样一种定影辊，其包括通过采用含有20重量%至97重量%的PFA和3重量%至80重量%的PTFE的氟树脂混合物而形成的氟树脂层。专利文献1记载了通过使用PFA和PTFE的混合物可以实现脱模性和耐磨性之间的平衡。所述氟树脂层是通过将涂料（氟树脂混合物）涂覆到基材表面，将所得的膜干燥，然后在350℃下对该膜烘烤20分钟而形成的（第0021段）。
另外，专利文献2公开了一种在其表面上具有由特定氟树脂构成的脱模层的定影带。专利文献2记载了所述氟树脂层优选这样形成：涂覆氟树脂涂料，在高于氟树脂熔点的温度下加热所得的膜，然后以10℃/min以上的冷却速度使该膜快速冷却（权利要求4和第0016段）。据记载，通过快速冷却该膜，脱模层（氟树脂层）的溶解热量可以被控制到一定值以下，并且可以形成难以结晶化且较硬的膜。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未经审查的专利申请公开No.10-142990
专利文献2：日本未经审查的专利申请公开No.2003-114585
发明内容
技术问题
氟树脂层是通过涂覆氟树脂涂料，然后对涂料进行烘烤而形成的。在现有技术中，如专利文献2所记载的那样，通过进行快速冷却，调色剂脱模性得到提高，从而防止氟树脂的结晶化。其原因如下：当氟树脂、特别是结晶化度高的PTFE缓慢冷却时，树脂的结晶化度会变高，从而在氟树脂层的表面上形成层状结构（纤维结构）。结果，氟树脂层的表面粗糙度增加，从而降低了脱模性。
随着成像装置的打印速度的提高，定影辊在脱模性和耐磨性方面需要进一步提高，因此有必要改善氟树脂层的脱模性。使用通过将PTFE和PFA混合而制备的涂料，使脱模性得到了一定程度的提高。但是，所要求的性能变得更加严格，于是期望脱模性得到进一步提高。
本发明的目的是提供一种制造OA设备用辊的方法和OA设备用辊，该辊能够实现打印速度的提高，并且具有良好的脱模性。
解决问题的方法
根据权利要求1的发明为一种办公自动化（OA）设备用辊的制造方法，该辊包括直接地或隔着中间层而设置在管状基材外周面上的氟树脂层，所述方法包括以下步骤：制备四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）和聚四氟乙烯（PTFE）的含有比例为99:1至50:50（质量比）的氟树脂涂料；将所述氟树脂涂料直接地或隔着中间层涂覆到管状基材的外周面上；在340℃或更高的温度下对所述氟树脂涂料进行烘烤，从而形成氟树脂层；烘烤之后，以20℃/min以下的冷却速度冷却所述氟树脂层。
本发明人对氟树脂的烘烤条件和结晶化进行了研究，发现在将PFA和PTFE混合而获得的涂料用作氟树脂的情况中，结晶化行为与PTFE的情况不同。不同于PTFE，PFA比PTFE难结晶化，因此难以形成层状结构。据发现，并不是如同现有技术那样通过进行快速冷却，而是通过以20℃/min以下的冷却速度来进行缓慢冷却以使PFA的结晶化度增加，从而可以使氟树脂层的脱模性得到改善。PTFE的结晶化容易进行，并且易于形成由层状结构造成的表面凹凸。但是，表面凹凸可以通过将PFA与PTFE的混合比控制在99:1至50:50而得到抑制。此外，在PFA和PTFE以上述比例混合的情况下，在冷却步骤中，PTFE实质上作为晶体成核剂而发挥作用，因此PFA的结晶化度能够进一步提高。
需要注意的是，具有其中将氟树脂层设置在由聚酰亚胺、金属等构成的基材上这样结构的辊可以被称为“管式辊（tube roller）”，而具有其中在基材和氟树脂层之间设置有橡胶弹性层这样结构的辊可以被称为“套筒辊（sleeve roller）”。在本说明书中，这些辊统称为“OA设备用辊”。
根据权利要求2的发明为根据权利要求1所述的制造OA设备用辊的方法，其中形成所述氟树脂层后的冷却速度为15℃/min以下。当冷却速度为15℃/min以下时，结晶化度进一步提高，从而能够提高OA设备用辊的脱模性。
根据权利要求3的发明为根据权利要求1或2所述的制造OA设备用辊的方法，其中所述管状基材是由聚酰亚胺管构成的基材，或者是使用弹性层覆盖聚酰亚胺管而获得的基材。优选聚酰亚胺，这是因为它在耐热性、尺寸稳定性、化学特性和机械强度方面优异。
根据权利要求4的发明为一种OA设备用辊，该辊包括直接地或隔着中间层而设置在管状基材外周面上的氟树脂层，其中所述氟树脂层是通过对四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）和聚四氟乙烯（PTFE）的含有比例为99:1至50:50（质量比）的氟树脂涂料进行烘烤而形成的，并且所述氟树脂层的差示扫描量热法（DSC）的吸热量为25mJ/mg或更大。DSC吸热量与氟树脂的结晶化度有关。吸热量越大，结晶化度越高，从而脱模性也进一步提高。需要注意的是，DSC吸热量是根据JIS K7121而测得的值。尽管DSC吸热量取决于PFA与PTFE的混合比（随着PTFE的混合比例增加，DSC吸热量也增加），但据认为只要PFA与PTFE的混合比在99:1至50:50（质量比）的范围内，则当DSC吸热量为25mJ/mg或更大时，氟树脂的结晶化度足以获得令人满意的脱模性。
发明的有益效果
根据本发明，可以制造出这样一种OA设备用辊，该辊具有脱模性良好的表面，并且即使当打印速度提高时，也不容易发生偏移。
附图简要说明
[图]附图为示出本发明的OA设备用辊的一个例子的示意性剖面图。
具体实施方式
附图为示出OA设备用辊的一个例子的示意性剖面图。在图（a）部分中，氟树脂层2形成在管状基材1的外周面上。在图（b）部分中，弹性层3覆盖了管状基材1的外部，并且氟树脂层2形成在弹性层3的外周面上。具有图（a）部分所示结构的辊被称为管式辊，而具有图（b）部分所示结构的辊被称为套筒辊。可以将底漆层设置在氟树脂层2和管状基材1之间，或者设置在氟树脂层2和弹性层3之间。通过设置底漆层，能够提高氟树脂层2和设置在其下面的层之间的粘附性。
对基材1的厚度没有特别限定，但是从耐久性和弹性的角度考虑，优选为30μm至80μm。例如，作为基材1的材料，使用聚酰胺或聚酰亚胺等耐热性树脂或者金属。考虑到强度、耐热性和成形性，优选使用聚酰亚胺。制造基材1的方法的例子包括：将聚酰亚胺前体（聚酰胺酸）的溶液（聚酰亚胺清漆）涂覆到金属制圆筒状芯体的外周面上，然后通过加热使该前体脱水并关环，从而得到聚酰亚胺管。聚酰亚胺的加热温度为350℃至450℃。
聚酰亚胺前体以溶液的形式使用，该溶液通过将聚酰亚胺前体溶解在诸如N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺等溶剂中来制备。例如，可以使用由Ube Industries公司生产的U-Varnish-S作为聚酰亚胺前体溶液（聚酰亚胺清漆）。为了提高基材的性质，可以将诸如热传导填料等添加物混合在聚酰亚胺清漆中。
通过在基材1的外部设置弹性层3，提高了辊的弹性，从而改善了调色剂的定影性。可以使用硅橡胶或氟橡胶等耐热橡胶作为弹性层3的材料。可以将热传导性填料等添加物混合在耐热橡胶中。弹性层3的厚度优选为20μm至100μm。弹性层可以通过将耐热橡胶材料涂覆到基材的外周面上，然后进行加热硫化来形成。
氟树脂层通过使用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）和聚四氟乙烯（PTFE）的含有比例为99:1至50:50（质量比）的氟树脂涂料来形成。PFA和PTFE均可以以分散液的形式使用，在所述分散液中，PFA或PTFE分散于水中。混合上述分散液使得PFA与PTFE的质量比落在上述范围内并加以使用。
除了氟树脂之外，可以将诸如氧化锡、氧化钛或氧化铝等无机填料、或者诸如炭黑或碳纳米管等导电性填料添加到氟树脂涂料中。
氟树脂层由下述方式形成。首先，将氟树脂涂料涂覆到基材的外周面上。对涂覆厚度没有特别限定，但是该厚度被确定为使得烘烤后的氟树脂层厚度优选为1μm至50μm，更优选为2μm至35μm。
将涂覆有氟树脂涂料的基材置于加热炉内。升高温度以使涂料中的溶剂蒸发并烘烤所述氟树脂涂料。优选的是，烘烤温度为300℃或更高，并进行5分钟或更长时间的加热。烘烤后，通过控制加热炉的温度来进行冷却，以使基材表面（氟树脂层）的温度以20℃/min以下的速度降低。优选以20℃/min以下的速度进行冷却，直到温度变为200℃以下，更优选为150℃以下。
优选在基材和氟树脂层之间或者在弹性层和氟树脂层之间形成底漆层，这是因为可以提高基材和氟树脂层之间的粘附性。对底漆层的材料没有特别限定。例如，可以使用橡胶基底漆材料或氟基底漆材料。可以将无机填料或导电性填料添加到底漆层中。
实施例
接下来，将基于实施例对本发明进行更详细地说明。但是，所述实施例并不限定本发明的范围。
（基材的制备）
通过分配器法在金属制圆筒状芯体的外周面上涂覆聚酰亚胺前体的有机溶剂溶液（由Ube Industries株式会社制造，商品名：U-Varnish-S），该溶液中含有适量的用于改善热传导性的填料。然后将该圆筒状芯体加热到约350℃至450℃。由此，将该前体脱水、关环从而获得聚酰亚胺。将得到的聚酰亚胺膜从圆筒状芯体上取下，从而制得管状基材。另外，该基材的尺寸为：厚50μm，内径26mm，长度24cm。
（氟树脂涂料）
氟树脂涂料是通过将填料（无机填料）与PFA的水分散液（DuPont-Mitsui Fluorochemicals株式会社制）和PTFE的水分散液（DuPont-Mitsui Fluorochemicals株式会社制）混合而制备的，相对于PFA和PTFE树脂总计100重量份，含有15重量份填料。将该氟树脂涂料涂覆到基材上，然后将基材置于加热炉内。将温度升高到400℃，然后在400℃下进行烘烤30分钟。烘烤之后，以表中所示冷却速度冷却到150℃，从而形成氟树脂层。氟树脂层具有12μm的厚度。
（DSC吸热量的测量）
只将氟树脂层从基材中分离，然后使用差示扫描量热仪DSC5200(Seiko Instruments株式会社制)根据JIS K7121对氟树脂层的DSC吸热量进行测量。
（接触角的测量）
对于所制备的管式辊，使用Kyowa Interface Science株式会社制的接触角测量仪并通过切线法对接触角进行测量。接触角越大，脱模性越好。
（图像质量的评价）
使用所制得的管式辊来实际印刷黑白图像，并进行评价。印刷时的表面温度为150℃，并且按压力被设置为6kg。关于印刷时的供纸条件，以25张/分钟的速度连续地印刷10张A4打印纸。通过目测观察来检查颜色不均的发生情况以及粗糙表面的形成情况。根据以下标准来评价结果：
⊙：没有观察到颜色不均和粗糙表面。
○：几乎观察不到颜色不均和粗糙表面。
Δ：观察到颜色不均和粗糙表面，但是都在可接受的范围内。
×：颜色不均和粗糙表面都超出可接受的范围。
[表]
Figure BDA00002047268300081
在各实施例1至5中，使用了PFA和PTFE的含有比例为99:1至50:50的氟树脂涂料。当冷却速度高于20℃/min时，DSC吸热量小于25mJ/mg，并且结晶化度低。另外，图像质量的评价结果也不好。相反，当冷却速度低于20℃/min时，DSC吸热量大于25mJ/mg，并且图像质量的评价结果良好。此外还发现，随着冷却速度的降低，接触角增加，从而改善了脱模性。
在各对比例1和2中，使用了PTFE的含量大于PFA的含量的氟树脂涂料。尽管接触角大并且可以获得良好的脱模性，但是图像质量不佳。据推测这是因为在表面上形成了由PTFE的结晶化所致的凹凸。
参考符号列表
1  基材
2  氟树脂层
3  弹性层

Claims (4)

1.一种制造办公自动化（OA）设备用辊的方法，所述辊包括直接地或者隔着中间层而设置在管状基材的外周面上的氟树脂层，所述方法包括下列步骤：
制备四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）与聚四氟乙烯（PTFE）的含有比例为99:1至50:50（质量比）的氟树脂涂料；
将所述氟树脂涂料直接地或者隔着中间层涂覆到管状基材的外周面上；
在340℃或更高的温度下对所述氟树脂涂料进行烘烤，从而形成氟树脂层；以及
在烘烤之后，以20℃/min以下的冷却速度冷却所述氟树脂层。
2.根据权利要求1所述的制造OA设备用辊的方法，其中形成所述氟树脂层后的冷却速度为15℃/min以下。
3.根据权利要求1或2所述的制造OA设备用辊的方法，其中所述管状基材为由聚酰亚胺管构成的基材。
4.一种OA设备用辊，该辊包括直接地或者隔着中间层而设置在管状基材的外周面上的氟树脂层，
其中所述氟树脂层是通过对四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）与聚四氟乙烯（PTFE）的含有比例为99:1至50:50（质量比）的氟树脂涂料进行烘烤而形成的，并且
所述氟树脂层的差示扫描量热法（DSC）吸热量为25mJ/mg或更大。
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