JP2011154369A - 電子写真装置の固定部材 - Google Patents

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Abstract

【課題】ポリマーベースで表面エネルギーの低い固定部材を提供することである。
【解決手段】固定部材１００Ａは、基材１１０と、基材１１０上に設けられた支持ポリマー１３０とを備え、支持ポリマー１３０は、テクスチャー表面を形成するための複数の表面の構造的特徴１３５を有し、テクスチャー表面は、フッ素ポリマー２２を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本教示は、電子写真装置に使用される固定部材に関し、より詳細には、表面エネルギーが小さなテクスチャー表面を有するポリマーベースの固定部材に関する。
フッ素エラストマーやフッ素樹脂を含むフッ素重合体のような高分子材料は、電子写真装置のフューザのトップコートとして用いられる。これらのトップコート材料は、溶融工程において、トナーをリリースするために必要な熱安定性と共に、低表面エネルギー及び／又は高耐薬品性を与える。フューザは、常に紙とトナーに接するため、従来のトップコート材料は劣化し易く、よってフューザの耐用年数が限定されていた。
芳香族ポリイミドは、機械的強度、摩耗耐久性、耐薬品性、熱安定性を有するため、耐久性のあるポリマーとして知られている。これらは、フューザのトップコートに望ましい性質である。しかしながら、ポリイミドは、高い表面エネルギーも有しており、これはフューザのトップコートには望ましくない。
即ち、本発明の目的は、上記課題を解決して、ポリマーベースで表面エネルギーの低い固定部材を提供することである。
本発明に係る固定部材は、基材と、前記基材上に設けられた支持ポリマーとを備え、前記支持ポリマーは、テクスチャー表面を形成するための複数の構造的特徴を有し、該テクスチャー表面は、フッ素ポリマーを含んで構成されることを特徴とする。
上記固定部材は、例えば、低表面エネルギーであるため、電子写真装置のフューザに好適であり、フューザの長寿命化を可能にする。
上記固定部材は、例えば、基材と、基材上にコーティングされ、凹凸が形成された表面構造を含む支持ポリマー層と、当該表面構造の少なくとも一部を被覆するフッ素ポリマーとで構成される。
上記フッ素ポリマーは、例えば、支持ポリマー層の凹凸表面の全体を被覆してもよいし、凸部上のみを被覆してもよい。特に、凸部上にフッ素ポリマーが存在することが好ましい。また、例えば、凹凸表面を被覆する薄膜コーティング層として形成されてもよい。
本発明の実施形態である固定部材の一部を示す図である。 本発明の実施形態である固定部材の他の例を示す図である。 本発明の実施形態である固定部材の製造方法を示す図である。 本発明の実施形態である固定部材の製造方法の他の例を示す図である。 本発明の実施形態である固定部材の製造方法の他の例を示す図である。 各サンプルの接触角を模式的に示す図である。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。
好ましい実施形態は、電子写真装置に用いられるポリマーベース材料及び関連した固定部材の材料及び方法を提供する。固定部材は、基材上に設けられた表面層を含むことができる。表面層は、支持層を組み込んだフッ素ポリマーを含むことができる。さらに、表面層は、フッ素ポリマーを少なくとも含み、テクスチャー表面を与える複数の構造的特徴（表面構造）を含むことができる。
例えば、テクスチャー表面とは、表面に凹凸が形成された凹凸表面であり、支持ポリマーで構成される支持層の表面に形成される。そして、当該凹凸表面の少なくとも一部、好ましくは凹凸表面の凸部をフッ素ポリマーが被覆する。
幾つかの実施形態では、フッ素ポリマーは、支持ポリマーの構造的特徴又は支持ポリマー中に分散又は組み込むことができる。ある実施形態では、フッ素ポリマーが支持ポリマーの表面に分散し、テクスチャー表面を形成することができる。また、別の実施形態では、支持ポリマーとともに（例えば、内部又は表面に分散して）組み込まれたフッ素ポリマーが熱的にアニールされることで、アニールされた構造的特徴を又はアニールテクスチャー表面を形成することができる。
つまり、支持ポリマーと、支持ポリマーの表面又は内部に分散されたフッ素ポリマーとを熱処理することで、熱処理を施した凹凸構造又は熱処理を施したテクスチャー表面を形成できる。
特に指定しない限り、本明細書において「固定部材」は、フューザ部材、圧力部材、加熱部材、及び／又はドナー部材（これらに限定されない）を含む、プリンタ（電子写真装置）に使用される部材を包含する。幾つかの実施形態においては、「固定部材」とは、例えば、ローラ、シリンダー、ベルト、プレート、フィルム、シート、ドラム、ドレルト（ベルトとドラムの中間物）の形態、又は固定部材として知られた他の形態を有することができる。
特に指定しない限り、本明細書において「フッ素ポリマー」とは、フッ素原子を含む任意のポリマーのことを指す。実施形態においては、フッ素含有量は、フッ素ポリマーの全体の重量に対して、少なくとも約３０％、少なくとも約５０％、又は少なくとも約８０％とすることができる。
フッ素ポリマーとしては、次のものが例示できる。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、例えば、デュポン社のテフロン（登録商標））、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ、例えば、デュポン社のテフロン）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ、例えば、デュポン社のテフロン）、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＰＥＴＦＥ、例えば、デュポン社のテフゼル（登録商標）、又は旭硝子株式会社のフルオン（登録商標））、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ、例えば、デュポン社によるテドラー（登録商標））、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＰＥＣＴＦＥ、例えば、ソルベイソレクシス社のヘイラー（登録商標））、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、例えば、アルケマ社のカイナー（登録商標））、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロ（エチルビニルエーテル）（ＰＥＶＥ）の共重合体、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）の共重合体、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦ又はＶＦ２）の共重合体、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー、及びＴＦＥ、ＶＦ２、ＨＦＰのテトラポリマーが例示できる。
実施形態では、フッ素ポリマーは、例えば、粒子、シャフト、ピラー（例えば、柱状）、ワイヤ、チューブ、ロッド、ニードル、ファイバ、スレッド、フレーク、コーティング層又はこれらの組み合わせの形態とすることができる。
同様の形態として、例えば、棒状、柱状、針状、糸状、薄膜状等が例示できる。例えば、フッ素ポリマーは、支持層の凹凸表面にコーティングされて、薄膜のコーティング層を形成することもできる。
実施形態では、フッ素ポリマーは、支持ポリマーの重量に対して、少なくとも約０．５％、又は約５％〜約５０％含有され、又は少なくとも約５％の含有量で支持ポリマー中に分散又は組み込まれる。
実施形態では、フッ素ポリマーが粒子状である場合、そのフッ素ポリマー粒子は少なくとも一次元の長さが、少なくとも約１ｎｍ、又は少なくとも約１０ｎｍ、又は約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲とすることができる。
実施形態では、フッ素ポリマーは、少なくとも約１ｎｍ、又は少なくとも約１０ｎｍ、又は約１０ｎｍ〜約１μｍの細長い構造とすることができる。そして、この細長いフッ素ポリマーのアスペクト比は、少なくとも約１、又は少なくとも約１０、又は約１００〜約１０００とすることができる。
実施形態において、フッ素ポリマーは、支持ポリマーの構造的特徴を少なくとも部分的に覆うように、支持ポリマーの表面上に設けることができる。この場合、フッ素ポリマーの面密度は、支持ポリマーのテクスチャー表面において、少なくとも約１０-6ｇ／ｃｍ2とすることができる。幾つかの実施形態では、このような面密度の範囲は、約１０-6ｇ／ｃｍ2〜約１０3ｇ／ｃｍ2、又は約１０-6ｇ／ｃｍ2〜約１０-3ｇ／ｃｍ2とすることができる。
支持ポリマーとしては、特に限定されず、例えば、以下のうち一又は複数のポリマーから形成することができる。例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミド−イミド、ポリケトン、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＰＥＴＦＥ）、そして、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロ（エチルビニルエーテル）（ＰＥＶＥ）の共重合体、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）の共重合体、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦ又はＶＦ２）の共重合体、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー、及びＴＦＥ、ＶＦ２、ＨＦＰのテトラポリマーが例示できる。
支持ポリマーとして、例えば、ポリイミド材料を用いることができる。実施形態として、使用されるポリイミド材料の数平均分子量は、例えば、約５０００〜約５０００００、又は約１００００〜約１０００００、又は約１５０００〜約２０００００とすることができる。一方、ポリイミドの重量平均分子量は、例えば、約５００００〜約５００００００とすることができ、さらなる例では、約１０００００〜約１００００００、又は約１５００００〜２００００００とすることができる。
ある実施形態では、フッ素エラストマーを支持ポリマーとして使用することができる。例えば、フッ素エラストマーは、限定されるものではないが、以下のものを含むモノマー繰り返し単位を有することができる。例えば、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びこれらの混合物が例示できる。さらに、フッ素エラストマーは、硬化部位モノマー（硬化剤）を含むことができる。
実施形態では、支持ポリマーは、公知の無機充填剤を含み、固定部材の基材上に表面層を形成することができる。
図１Ａ〜１Ｃ及び図２Ａ、２Ｂは、種々の好ましい実施形態である固定部材１００Ａ〜１００Ｃ、２００Ａ、２００Ｂの一部を示す。当業者によれば、これらの図において、各固定部材は一般化され模式的に表されており、他の構成要素／層／粒子を追加してもよく、又は、存在している構成要素／層／粒子は除去しても又は変更しても構わないことは直ちに明らかである。
図１Ａに示されているような一実施形態では、部材１００Ａは、基材１１０と、該基材１１０上に設けられた表面層を含むことができる。図１Ａの表面層は、一又は複数の表面の構造的特徴１３５（表面構造）を含む支持ポリマー１３０、及び該表面の構造的特徴１３５上に分散されたフッ素ポリマー２２を含むことができる。
つまり、例えば、表面層は、凹凸が形成された凹凸表面構造を含む支持ポリマー１３０層と、当該凹凸表面の凸部上に設けられたフッ素ポリマー２２とを含む。
図１、２においてフッ素ポリマー２２は、粒子状として描かれているが、ロッド、チューブ、フレーク、又はコーティング層（ただし、これらに限定されない）を含む他の適切な形態も、各種の実施形態に関して用いることが可能である。
図１Ｂに例示される形態では、部材１００Ｂは、例えば、フッ素ポリマー粒子又はフッ素ポリマーコーティングといったフッ素ポリマー２２が、構造的特徴１３５の表面を含む支持ポリマー１３０の表面（即ち、テクスチャー表面）の全体に分散される以外は、図１Ａに例示した構成と類似の構成を含むことができる。
図１Ｃに例示される形態では、部材１００Ｃは、図１Ａ、１Ｂの表面層をアニールした表面層によってオーバレイされた基材１１０を含むことができる。図１Ｃに例示される形態では、熱処理された表面の構造的特徴１３９は、図１Ａ、１Ｂの支持ポリマー１３０及び／又はフッ素ポリマー２２を熱処理することによって形成することができる。
図２Ａに例示される形態では、部材２００Ａは、基材１１０と、支持ポリマー１３０中に分散又は組み込まれたフッ素ポリマー２２を有する表面層とを含むことができる。この表面層は、構造的特徴２３２と、フッ素ポリマー２２を含むテクスチャー表面とを含むことができる。
図２Ｂに例示される形態では、部材２００Ｂは、基材１１０上に設けられたアニールされた表面層２２２を含むことができる。このアニールされたポリマーベースの表面層２２２は、例えば、支持ポリマー１３０中に分散したフッ素ポリマー２２を含み、例えば、図２Ａの表面層を熱でアニールしたものとすることができる。このアニールされたポリマーベースの表面層２２２は、したがって、フッ素ポリマー２２を含むテクスチャー表面を得るために、一又は複数のアニールされた構造的特徴２３９を有することができる。
実施形態においては、図１、２の基材１１０は、ローラ、ベルト、プレート、フィルム、シート、ドラム、ドレルト（ベルトとドラムの中間物）を含む固定部材とすることができる。幾つかの実施形態においては、基材１１０は、例えば、金属、金属合金、ゴム、ガラス、セラミック、プラスチック、繊維など、多様な種類の材料によって形成することができる。また、使用される金属は、アルミニウム、陽極酸化アルミ、鉄、ニッケル、銅、及びそれらの混合物を含むことができる。また、使用されるプラスチックは、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（アリーレンエーテル）、ポリアミド、及びそれらの混合物を含むことができる。
ある実施形態では、図１、２の基材１１０の厚みは、約５０μｍ〜約４００μｍ、又は約５０μｍ〜約１００μｍであるベルト状とすることができる。又は、基材１１０は、厚みが約２ｍｍ〜約２０ｍｍ、又は約３ｍｍ〜約１０ｍｍである円柱状又はロール状とすることができる。
幾つかの実施形態において、図１、２の基材１１０と表面層との間に、一又は複数の機能層を設けることができる。例えば、支持ポリマー１３０、２２２を、基材１１０上に設けることが可能な弾性層上に形成することができる。別の例では、弾性層と支持ポリマー１３０、２２２との間にさらに界面層を設けても良い。
実施形態では、基材と支持ポリマー又は表面層との間に設けられる弾性層は、例えば、シリコンエラストマー、ポリペルフルオロエーテルエラストマー、フッ素エラストマー、又はこれらの組み合わせを含む硬化ポリマーを含むことができる。
実施形態では、基材１１０上の表面層のテクスチャー表面は、例えば、図１、２の周期的及び／又は規則的ナノ、マイクロ、又はナノマイクロ表面の構造的特徴１３５、１３９、２３２、２３９のような種々の規則的又は非規則的な形状を有する、ナノ、又はマイクロレベルの表面を含むことができる。例えば、この構造的特徴は、所望の表面ぬれ性を与えるために規則的又は不規則的な突出又は窪んだ特長を有することができる。
実施形態においては、図１、２の構造的特徴１３５、１３９、２３２、２３９の断面形状は、例えば、円、長方形、楕円、正方形、三角形、多角形、又はこれらの組み合わせとすることができる。
実施形態においては、図１、２の各構造的特徴１３５、１３９、２３２、２３９の外周は、少なくとも約１０ｎｍ、又は少なくとも約１００ｎｍ、又は約１００ｎｍ〜約２００μｍの範囲とすることができる。
実施形態においては、図１、２の各構造的特徴１３５、１３９、２３２、２３９の深さは、少なくとも約１０ｎｍ、又は少なくとも約１００ｎｍ、又は約１００ｎｍ〜約５μｍの範囲とすることができる。
実施形態においては、図１、２の構造的特徴１３５、１３９、２３２、２３９は、周期的に整列された構造的特徴であり、アレイを形成することができる。この整列構造的特徴のアレイは、例えば、六角アレイ、正方アレイ、準結晶アレイ、線形アレイ、又はこれらの組み合わせを含むことができる。
実施形態においては、複数の周期的に整列された構造的特徴は、約１００ｎｍ〜約５００μｍの範囲を含む、少なくとも約１００ｎｍ、又は約５００μｍよりも大きい中心間距離を有することができる。
このようにして、図１、２に示されているように、固定部材は、例えば、増加した疎水性／疎油性、及び／又は減少した表面エネルギーを含む所望の表面特性を有することができる。
例えば、フッ素ポリマーを含む図１、２のテクスチャー表面は、少なくとも約９０°、又は少なくとも約１２０°の水接触角を有することができる。実施形態においては、図１、２の固定部材のテクスチャー表面は、少なくとも約１５０°の水接触角を有する超疎水性とすることができる。ある好ましい実施形態では、図１、２の固定部材のテクスチャー表面は、超疎水性であって水接触角が約１７０°以上（ハスの葉と同様）とすることができる。
ある実施形態においては、図１、２の固定部材のテクスチャー表面は、疎油性とすることができる。これは例えば、ヘキサデカン（又は、炭化水素、シリコンオイルなど）の接触角が約６０°以上、又は約９０°以上、又は約１２０°以上である。
実施形態においては、図１、２の固定部材のテクスチャー表面は、例えば約５０ｍＮ／ｍ以下、又は約３０ｍＮ／ｍ以下、又は約２０ｍＮ／ｍ以下（例えば、約５ｍＮ／ｍ〜約２０ｍＮ／ｍ）の低表面エネルギーを有することができる。
ある実施形態においては、図１、２の固定部材は、例えば、電子写真印刷工程におけるオイルレス運転のための溶融ローラ又は溶融ベルトとして用いることができる。
図３は、各種の実施形態に係る固定部材の製造方法３００を示す。本方法３００は、説明の便宜上、図１Ａ〜１Ｃに関して記載されるが、方法３００の工程は図１Ａ〜１Ｃに示された構成に限定されるものではない。
加えて、図３の方法３００は、連続した動作又は事象として以下に説明されるが、例示の動作又は事象の順番に限定されない。例えば、幾つかの複数の動作は、他の動作又は事象と異なった順番で及び／又は同時に生じ得る。また、本発明の一又は複数の側面又は実施形態に従った方法を実行するのに、説明される全てのステップが必要というわけではないかもしれない。また、本明細書において表現される一又は複数の動作を一又は複数の分離した動作及び／又は段階において実行しても良い。
図３の３０１においては、固定部材の基材（例えば、図１、２に示すような基材１１０）を選択する。
図３の３０３においては、支持ポリマー１３を基材１１０に適用する。支持ポリマーは、この段階では平滑な表面を有することができる。
好ましい実施形態では、支持ポリマーは、当業者に知られている「液体ポリイミド」、即ちポリアミド酸溶液から形成されるポリイミドベース層とすることができる。ある実施形態では、ポリイミドベース層は、例えば、ポリアミド酸溶液、及び任意で、有機極性溶媒中の熱伝導性種（例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）など）を含むコーティング溶液によって形成することができる。支持ポリマー層の形成には、例えば、スピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティングなど、公知のコーティング又は印刷技術を用いることができる。
図３の３０５では、一又は複数の構造的特徴１３５を、例えば、パターニング工程又は他の適切な技術によって、図１Ａ〜１Ｃに示されるような支持ポリマー層に設けることができる。実施形態においては、構造的特徴１３５は、各種の構造的アレイを形成する周期的整列構造的特徴とすることができる。つまり、例えば、支持ポリマー層は、周期的な凹凸が形成された表面構造を有する。実施形態において、パターニング工程は、例えば、インプリンティング、エンボシング、モールディング、ミクロ接触プリンティング、マイクロ機械加工、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、ソフトリソグラフィなどが例示できる。特に、モールディング技術は、例えば、レプリカモールディング、ミクロトランスファモールディング、微細毛細管モールディング、及び／又は溶媒補助ミクロモールディングを含むことができる。また、モールディング技術は、例えば、プラスチック産業において使用されている溶融押出又は注入モールド工程を含むことができる。
実施形態では、構造的特徴１３５は、例えば、パターニング工程及びエッチング工程を含むフォトリソグラフィを用いて、支持ポリマー１３０をパターニングすることで形成することができる。このエッチング工程には、例えば、ウェットエッチング、酸素エッチング、又はプラズマエッチングが含まれる。
好適なインプリンティング工程では、構造的特徴１３５（表面構造）を形成するために、型（スタンプ）を用いて支持ポリマー層にテクスチャー（表面凹凸）を付けることができる。実施形態では、この型は、支持ポリマー１３０において形成されるべき構造的特徴１３５の輪郭に合う対応した構造的特徴を有する。典型的な工程では、構造的特徴を有する型をモールドとして用い、支持ポリマー１３０に押圧することで構造的特徴１３５を形成することができる。
図３の３０７では、フッ素ポリマー２２、そして任意に、溶媒中のペルフルオロ界面活性剤を含む、分散フッ素ポリマーを準備する。
実施形態においては、フッ素ポリマー２２は、分散フッ素ポリマーの総重量に対して、約１０％〜約９０％、又は約１０％〜約８０％、又は約２０％〜約６０％の含有量とすることができる。
実施形態において、好適なペルフルオロ界面活性剤は、次のような化学式を有する。
Figure 2011154369
 ここで、ｍ及びｎはそれぞれ独立した約１〜約３００の整数を表し、ｐは約１〜約１００の整数を表し、ｆは約１〜約２０の整数を表し、ｉは約１〜約５００の整数を表す。実施形態では、他の適切なペルフルオロ界面活性剤も用いることができる。
溶媒は、例えば、水、炭化水素系溶媒、アルコール、ケトン、塩素系溶媒、エステル、エーテルなどを用いることができる。適切な炭化水素系溶媒は、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、ドデセン、テトラデセン、ヘキサデセン、ヘプタデセン、オクタデセン、テルピネン、イソパラフィン溶媒、及びそれらの異性体など、少なくとも５個〜約２０個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素が例示できる。また、例えば、トルエン、キシレン、エチルトルエン、メシチレン、トリメチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラヒドロナフタレン、エチルベンゼン、及びそれらの異性体及び混合物など、約７個〜約１８個の炭素原子を有する芳香族炭化水素を含むことができる。適切なアルコールとしては、少なくとも６個の炭素原子を持つことができ、例えば、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、テトラデカノール、及びヘキサデカノール、また、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオールなどのジオール、また、ファルネソール、デデカジエノール、リナロール、ゲラニオール、ネロール、ヘプタジエノール、テトラデセノール、ヘキサデセノール、フィトール、オレイルアルコール、デデセノール、デセノール、ウンデシレニルアルコール、ノネノール、シトロネロール、オクテノール、及びヘプテノールなどの不飽和二重結合を含むアルコール、また、メチルシクロヘキサノール、メントール、ジメチルシクロヘキサノール、メチルシクロヘキセノール、テルピネオール、ジヒドロカルベオール、イソプレゴール、クレゾール、トリメチルシクロヘキセノールなどの不飽和二重結合を有する又は有さない脂環式アルコールが例示できる。
図３の３０９では、分散フッ素ポリマーを、構造的特徴１３５を有するパターニングされた支持ポリマー１３０のテクスチャー表面に適用することができる。分散フッ素ポリマーの適用は、例えば、公知のコーティング又は印刷工程によって実行することができる。典型的なコーティング工程としては、スピンコーティング、ブレードコーティング、ロッドコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティングなどが挙げられる。典型的な印刷工程としては、インクジェット印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、ミクロ接触印刷などが挙げられる。
適用される分散フッ素ポリマーは、例えば、乾燥され、蒸発され、及び／又は熱せられることにより、フッ素ポリマー粒子２２が支持ポリマーの構造的特徴１３５の凸部の表面に（図１Ａ参照）、又は支持ポリマー１３０のテクスチャー表面全体に（図１Ｂ参照）分散する。
また、図１Ａ、１Ｂに示されるような固定部材を、熱によってアニールし、図１Ｃに示されるような固定部材１００Ｃを形成することもできる。実施形態においては、このアニーリングは、例えば、少なくとも１００℃で、又は約１５０℃〜約４００℃の範囲で、又は４００℃よりも高温で実施することができる。
図４Ａ〜４Ｃは、図１Ａ、１Ｂに示す固定部材の他の典型的な製造方法を示す。図４に示された方法は説明の便宜上、図１Ａ、１Ｂに関連して記載されるが、図４の工程は図１Ａ、１Ｂに示された構成に限定されるものではない。
図４Ａに示されるように、型４５０が使用できる。型４５０は、適切な構造的特徴４５５を与えることが可能な材料で構成される。実施形態では、型４５０は、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のようなポリシロキサン、ポリウレタン、ポリエステル、フッ素シリコン、又はこれらの混合物を含む、硬質の又は弾力性のある材料から形成することができる。型４５０の構造的特徴４５５は、図１Ａ、１Ｂに示されるような最終的な支持ポリマー１３０において構造的特徴１３５を形成するための輪郭を有する。
形成される構造的特徴１３５に対応して、型４５０の構造的特徴４５５は、正方形、長方形、円、三角形、及び／又は星形から成るグループから選択される断面形状を有する、一又は複数の突出又は窪んだ特徴を含むことができる。また、型の構造的特徴４５５は、周期的な整列構造又は周期的な階層構造を含むことができる。
また、図４Ａに示すように、分散フッ素ポリマー１４０は、構造的特徴４５５を有する型４５０に適用することができる。分散フッ素ポリマーの準備工程及び適用工程は、図３のステップ３０７及び３０９において記載されたものと同様とすることができる。例えば、フッ素ポリマー粒子を含む分散フッ素ポリマーを、構造的特徴４５５の表面上に、又は型４５０の表面全体に適用（例えば、コーティング、印刷、又はインプリント）することができる。
図４Ｂでは、平滑な表面を有する支持ポリマー１３０が基材１１０上に設けられ、図４Ａに示すような典型的な型によってパターニング又はインプリンティング工程が行われようとしている。
次いで、図４Ｃでは、平滑な表面を有する支持ポリマー１３０が、型４５０上に分散したフッ素ポリマーを有する構造４００Ａを用いてインプリントされ、型４５０の表面構造が支持ポリマー１３０の表面に複製され、構造的特徴１３５が形成される。このとき、フッ素ポリマーを、支持ポリマー１３０の構造的特徴１３５の凸部表面（図１Ａ参照）、又は支持ポリマー１３０のテクスチャー表面全体（図１Ｂ参照）に移すことができる。そして、例えば、フッ素ポリマー１４０を乾燥させて、固定部材１００Ａ、１００Ｂが形成される。
実施形態においては、図１Ｃの固定部材１００Ｃは、構造的特徴１３５と共に、又は支持ポリマー１３０の表面全体と共にフッ素ポリマーを熱でアニールして形成し、少なくとも一又は複数のアニールされた構造的特徴１３９を形成することができる。支持ポリマー１３０のアニーリング工程は、例えば、少なくとも１００℃で、又は約１５０℃〜約４００℃の範囲で、又は４００℃よりも高温で実施することができる。
図５は、実施形態に係る種々の固定部材を形成する他の典型的な方法を示している。本方法５００は、説明の便宜上、図１、２に関して記載されるが、方法５００は図１、２に示された構成に限定されない。
図５の５０１では、固定部材用の基材、例えば、図１、２の基材１１０を準備する。
図５の５０３では、表面層が基材に適用される。実施形態では、この表面層は、図１〜４に示すように、支持ポリマー１３０と、フッ素ポリマー２２、１４０とを含むことができる。
ある実施形態では、支持ポリマー及びフッ素ポリマーを含む表面層を、図２Ａ、２Ｂに示すように、支持ポリマー中にフッ素ポリマーを分散させて又は組み込んで、適用することができる。
例えば、表面層は、図３の３０７で同様に説明されたように、最初に分散フッ素ポリマーを準備して形成することができる。次いで、分散フッ素ポリマーは、支持ポリマーと混合され、コーティング剤を形成することができる。実施形態において、支持ポリマーは、フッ素エラストマーを架橋するための対応する硬化部位モノマーを有するビトン（登録商標）フッ素エラストマーを含むエラストマーとすることができる。
次いで、コーティング剤は、基材１１０に適用され、図２Ａに示すような構造的特徴２３２を有する表面層を形成する。実施形態において、コーティング剤は、公知のコーティング、プリンティング、又はインプリンティング技術を用いて基材１１０に適用することができる。
他の実施形態では、支持ポリマー及びフッ素ポリマーを含む表面層は、図１Ａ〜１Ｃに示すような少なくとも一部が支持ポリマーを覆うフッ素ポリマーに適用できる。
例えば、支持ポリマーは、最初に基材に適用することができる。次いで、フッ素ポリマーを、本明細書において開示されているように、フッ素ポリマー及び／又はペルフルオロ界面活性剤を含む分散フッ素ポリマーを用いて、支持ポリマーへ適用することができる。実施形態においては、支持ポリマー上にフッ素ポリマーを連続的にコーティングすることができる。
５０３でコーティングされた表面層、例えば、支持ポリマーとフッ素ポリマー（図２Ａ、２Ｂを参照）、及び／又は支持ポリマー上のフッ素ポリマー（図１Ａ〜１Ｃを参照）を含むコーティング剤は、次に、インプリンティング工程、モールディング工程、又はエッチング工程によってパターニングされる（図５の５０５）。このパターニング工程は、コーティング剤が適用された後であって、適用されたコーティング剤の乾燥工程（例えば、蒸発、及び／又は熱によるもの）の前に、又は適用されたコーティング剤の乾燥工程の後に実施することができる。
パターニング工程に続き、パターン付けされた表面層は、任意に、例えば、約１００℃で、又は約１５０℃〜約４００℃の範囲で、又は４００℃より高温でアニールされ、図１Ｃ及び図２Ｂの固定部材を形成することができる。
このようにして、図１、２に示されるような基材上の表面層のテクスチャー表面は、少なくともフッ素ポリマーを含む。
例１：バイナリ位相表面形態を有するＰＴＦＥ／ポリイミド系材料の作製
ポリイミド材料を４０００ｒｐｍで３０秒間の条件で、シリコン又はガラスの基材上にスピンコートし、平滑な表面を有するポリイミド層を形成した。
約１μｍの直径を有するＰＴＦＥ粒子を５重量％、ペルフルオロ界面活性剤（ＧＦ−４００、０．５重量％）を含むアルコール溶媒中に懸濁させた。この分散溶液を所望の凹凸構造が形成されたＰＤＭＳの型の上にスピンコートした。弾力性のあるＰＤＭＳ型上にＰＴＦＥを均一に堆積させた後、マイクロ／ナノインプリンティング工程を実行し、ポリイミド層の表面にＰＴＦＥ粒子を広く分散させた。以上のように、非破壊インプリンティング工程によってマイクロ／ナノ特徴を形成することができ、且つＰＴＦＥ粒子をポリイミド層に移すことができる。幾つかの実験では、ＰＴＦＥ型とＰＴＦＥ基材との接着も、インプリントされたポリイミド層の表面へのＰＴＦＥ粒子の移送のために制御された。
例２：ＰＦＡ／ポリイミド系材料
マイクロ／ナノインプリンティング工程を実行し、例１と同様にして、ポリイミド層の表面にＰＦＡ粒子を広く分散させた。次いで、インプリントされ、ＰＦＡを有するポリイミド層を約３５０℃の温度で熱アニールした。
マイクロ／ナノインプリンティング工程を実行し、例１と同様にして、インプリントされたポリイミド表面上にＰＦＡ繊維（テフロン繊維）を転写した。幾つかの実験では、テフロン繊維は、特定の方向において空間的に整列する。次いで、インプリントされ、ＰＦＡを有するポリイミド試料を約３５０℃の温度で熱処理した。
図６は、平滑なポリイミド表面６０３と、インプリントされてテクスチャーが形成されたポリイミド表面６０５と、該ポリイミド表面６０５上に連続的にテフロン繊維を有するテクスチャー表面６０９との接触角の比較を模式的に示している。接触角の測定は、脱イオン水を用いて行い、幾つかの測定の平均値を取った。
図６に示すように、インプリントされたポリイミド表面上にテフロン繊維が分散したテクスチャー表面６０９は、約１１５°の接触角を有し、これは、約９４°の接触角を持つインプリントされたポリイミド表面６０５よりも大きい。一方、インプリントされたポリイミド表面６０５は、接触角が約６７°である平滑なポリイミド表面６０３よりも大きな接触角を有する。水接触角が大きくなればなるほど、表面は疎水性となり、表面エネルギーが小さくなる。このように、表面エネルギーが小さいことは、高い機械的堅牢性、材料がすぐに入手できること、多用途のインプリンティングと印刷方法と相まって、固定の用途において多くの利点をもたらす。
２２ フッ素ポリマー、１００Ａ〜１００Ｃ，２００Ａ，２００Ｂ 固定部材、１１０ 基材、１３０ 支持ポリマー、１３５ 表面の構造的特徴（表面構造）、１３９ アニールされた表面の構造的特徴（熱処理された表面構造）。

Claims (5)

  1. 基材と、
    前記基材上に設けられた支持ポリマーと、
    を備え、
    前記支持ポリマーは、テクスチャー表面を形成するための複数の構造的特徴を有し、
    前記テクスチャー表面は、フッ素ポリマーを含んで構成されることを特徴とする固定部材。
  2. 請求項１に記載の固定部材において、
    前記フッ素ポリマーは、粒子、シャフト、ピラー、ワイヤ、ロッド、ニードル、ファイバ、スレッド、フレーク、コーティング層、及びこれらの組み合わせから選択される形状を有することを特徴とする固定部材。
  3. 請求項１に記載の固定部材において、
    前記フッ素ポリマーは、前記支持ポリマーの重量に対して約５％〜約５０％の含有量で、前記支持ポリマー中に分散している又は組み込まれていることを特徴とする固定部材。
  4. 請求項１に記載の固定部材において、
    前記フッ素ポリマーは、前記複数の構造的特徴を少なくとも部分的に被覆して、支持ポリマーのテクスチャー表面上に設けられていることを特徴とする固定部材。
  5. 請求項１に記載の固定部材において、
    前記テクスチャー表面は、約２０ｍＮ／ｍ以下の表面エネルギーを与えることを特徴とする固定部材。
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