专利名称：辊套的制作方法
技术领域：
本发明涉及在复印机或打印机等中例如作为热定影辊或加压辊等使用的辊所用的辊套。
背景技术：
复印机或打印机等中，设置有进行调色剂的加热定影的热辊压型定影装置，该定影装置中设有例如热定影辊或被压向该热定影辊的加压辊等(以下称为“辊”)。这样的辊主要由圆棒状的辊主体和被覆其外周面的管状辊套构成，该辊套与辊主体的外周面接合。
该辊套的外周面要求与调色剂或规定用纸等记录介质的不粘接性，所以作为该辊套的材料，适合使用具有耐热性、不粘接性等特性的含氟聚合物，采用由含氟聚合物形成的管体作为辊套。但是，通常的含氟聚合物的导电性低，所以如果将由通常的含氟聚合物形成的辊套用于复印机或打印机等，则容易产生如污损后续的图像等由静电引起的粘辊(offset)现象。因此，有时使用使含氟聚合物中含有导电性填料的具有导电性的含氟聚合物(以下称为“导电性含氟聚合物”)，例如日本专利特开2003-208033号公报中揭示了由导电性含氟聚合物形成的圆筒形状部件(辊)。
作为获得导电性含氟聚合物的方法，有使含氟聚合物中含有例如炭黑等导电性填料的方法，但为了获得适合于上述辊套的导电性，需要含有大量的炭黑。但是，如果将含有大量炭黑的含氟聚合物用于辊套，则辊套变硬，而且辊套的表面被炭黑被覆，所以通常的含氟聚合物所具有的脱模性和表面清洁性受损，不适合作为辊套。另外，近年来打印机和复印机不断彩色化和高速化，增加定影辊和加压辊的辊隙的必要性提高，要求辊的柔软性，但如果辊套硬，则无法确保辊的足够的柔软性，难以获得足够的辊隙。
此外，上述日本专利特开2003-208033号公报中记载的圆筒形状部件的特征在于，由设置于支承体上的导电性弹性层和设置于该导电性弹性层上的表层构成，该表层为以导电性树脂预先成形的套筒构件(辊套)。由此，可以提高比较容易制造、且具有低硬度和高尺寸精度、也可使体积电阻系数的调整比较容易的圆筒形状部件。该日本专利特开2003-208033号公报中记载的圆筒形状部件中，以导电性弹性层和表层(套筒构件)确保导电性(另外，表层的体积电阻系数比导电性弹性层的体积电阻系数大)，但如果要以导电性弹性层来确保导电性，则需要使其含有大量的炭黑，套筒构件进一步硬化，而且套筒构件的表面被炭黑被覆。因此，无法确保圆筒形状部件的柔软性，而且表层的脱模性和表面清洁性也受损。
本发明是鉴于上述的各种课题而完成的，本发明的目的在于提供不仅维持含氟聚合物所具有的柔软性、脱模性、表面清洁性等且有效地防止静电引起的粘辊现象的辊套。
发明的揭示为了实现上述目的，本发明的辊套为被覆圆棒状或圆筒状的辊主体、由热塑性含氟聚合物形成的管状辊套，其特征在于，前述热塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳纳米管。
由此，前述热塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳纳米管，所以本发明的辊套可以确保必需的导电性，即静电的带电性低，可以确保良好的除电性，防止静电引起的粘辊现象的发生，而且可以良好地维持通常的含氟聚合物所具有的柔软性、脱模性、表面清洁性等。
此外，本发明的辊套的特征在于，前述热塑性含氟聚合物为含有碳纳米管的四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。由此，可以进一步提供不粘接性、耐热性良好的辊套。
附图的简单说明
图1为包含本发明的辊套的辊的一部分的立体图。
图2为实施例5的电子显微镜照片。
图3为比较例2的电子显微镜照片。
实施发明的最佳方式以下，对本发明的辊套的一种实施方式进行说明。
另外，以下说明的实施方式并不限定权利要求书中涉及的发明，而且实施方式中说明的所有特征的组合并不是发明的解决方法所必需的。
首先，参照图1，对本发明的一种实施方式进行说明。图1为使用本发明的辊套30的辊100的一部分的立体图。
图1中简要表示的辊100为用于例如复印机或打印机等记录装置的热定影辊或被压向该热定影辊的加压辊等的辊，辊主体20上被覆有辊套30。
心轴10为例如由金属等材料形成的中空或实心的圆棒等，较好是由铝形成，但只要可作为支持辊100的芯部即可，可以是任意的材料。
辊主体20为接合心轴10的外周面形成的圆筒状的弹性体，较好是以有机硅树脂形成。但是，辊主体20并不局限于弹性体，也可以由金属等形成。另外，图1所示的形态中，辊主体20和心轴10分别构成，但也可以是将心轴10用作辊主体20的辊。
如图1所示，本发明的辊套30为形成于辊主体20(将心轴10用作辊主体20的辊的情况下，心轴10即为辊主体20)的外周的管体，与辊主体20的外周面接合。由此，心轴10、辊主体20、辊套30结合，形成辊100。
如前所述，辊100被用作例如记录装置的热定影辊或被压向该热定影辊的加压辊，辊100(辊套30)与规定用纸、片材等记录介质接触。即，在辊套30的外周而与记录介质接触的状态下，记录装置的热定影处理于高温下进行。因此，以往使用具有耐热性、不粘接性等特性的各种含氟树脂(以下称为“含氟聚合物”)作为辊套30的优选材料。另一方面，通常的含氟聚合物的导电性低，所以如果将由通常的含氟聚合物形成的辊套用于记录装置，则产生上述的由静电引起粘辊现象的问题，因此需要具有导电性的辊套。
作为导电性含氟聚合物，有使如炭黑等导电性填料含于含氟聚合物中的材料，为了获得作为辊套30理想的导电性，需要含有大量的炭黑。如果将含有大量炭黑的含氟聚合物用于辊套30，则辊套30硬化，辊100的柔软性受损，而且辊套30的表面被炭黑被覆，所以作为辊套30重要的脱模性和表面清洁性也受损。
基于这样的情况，本发明的发明者发现，由在热塑性含氟聚合物中混合0.5～5％碳纳米管而得到的材料形成的辊套30保有通常的含氟聚合物所具有的柔软性和脱模性，而且静电的带电性低，除电性也良好，从而完成了本发明。
作为本发明可使用的热塑性含氟聚合物，可以例举四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯/六氟丙烯共聚物(FEP)、乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。其中，从耐久性的角度来看，较好是四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)或乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)，如果再考虑到不粘接性、耐热性，最好是四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。
此外，作为本发明可使用的碳纳米管，对合成法没有特别限定，可以例举通过气相成长法、电弧放电法、激光蒸发法等合成的单层碳纳米管(SWCNT)或多层碳纳米管(MWCNT)。另外，对碳纳米管的直径(纤维直径)也没有特别限定，可以使用纤维直径1.5～200nm的碳纳米管。此外，对碳纳米管的长度(纤维长度)也没有特别限定，为了获得本发明的特征，较好是纵横比5以上的碳纳米管。
将这样的碳纳米管混合于上述热塑性含氟聚合物的比例(混合比例)为重量比0.5～5％。混合比例在0.5％以下时，静电的带电性和除电性与通常的未添加的含氟聚合物相同，混合比例在5％以上时，混合得到的热塑性聚合物变硬，辊的柔软性上出现问题。
此外，对将碳纳米管混合于热塑性含氟聚合物的方法也没有特别限定。可以采用将热塑性含氟聚合物的粉末或颗粒与碳纳米管混合后以单轴挤出机或双轴挤出机混炼的方法，或者在高功率炼胶机、班伯里混炼机内将两者混炼的方法等。此外，也可以在将碳纳米管混合于热塑性含氟聚合物时使用分散剂。例如，通过以氟类表面活性剂处理碳纳米管，可以提高对含氟聚合物的混合分散性。另外，在不损害本发明的特征的范围内，可以同时混合其它添加剂或填料。
将这样在热塑性含氟聚合物中混合碳纳米管得到的材料成形为管状来获得辊套30时，使用通常的挤出成形法，但也可以使用其它的方法。
辊套30的直径可以根据辊主体20的大小任意地进行调整。此外，辊套30的厚度可以根据辊100的使用方法任意地进行选择，一般较好是10～300μm，更好是20～150μm。
另外，辊套30可以是不会受热而沿径向和轴向收缩的类型，也可以是会受热而收缩的类型。此外，为了提高与辊主体20的接合性，可以进行辊套的内表面处理，也可以不进行处理。
对使用该辊套30的辊100没有特别限定，可以在各种领域中使用，最适合用于记录装置的加热、加压定影部中所使用的辊或送纸部的辊等。
以下，对本发明的实施例和比较例进行说明。首先，制成如下所示的实施例1～7、比较例1～3的材料。
含有0.5％碳纳米管(直径100nm)的混合材料使5克碳纳米管(VGCF-S(注册商标)，管径100nm，昭和电工株式会社制)和995克颗粒状含氟聚合物(特富龙(注册商标)PFA 9738J，三井デユポンフロロケミカル株式会社制)在不锈钢容器内充分混合，用双轴挤出机(KZW20-25G，テクノベル株式会社制)熔融混炼并挤出成条状，将得到的条状物在水槽中冷却，用造粒机制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。另外，双轴挤出机设定为筒温350℃，模温350℃，螺杆转速70rpm。
含有1％碳纳米管(直径100nm)的混合材料使用10克与实施例1同样的碳纳米管和990克与实施例1同样的颗粒状含氟聚合物，以与实施例1同样的方法和条件制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。
含有1.5％碳纳米管(直径100nm)的混合材料使用15克与实施例1同样的碳纳米管和985克与实施例1同样的颗粒状含氟聚合物，以与实施例1同样的方法和条件制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。
含有2％碳纳米管(直径100nm)的混合材料使用20克与实施例1同样的碳纳米管和980克与实施例1同样的颗粒状含氟聚合物，以与实施例1同样的方法和条件制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。
含有3％碳纳米管(直径100nm)的混合材料使用30克与实施例1同样的碳纳米管和970克与实施例1同样的颗粒状含氟聚合物，以与实施例1同样的方法和条件制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。
含有1％碳纳米管(直径20nm)的混合材料将0.9克碳纳米管(CNT20，管径20nm，株式会社カ一ボン·ナノテク·リサ一チ·インステイチユ一ト制)和89.1克颗粒状含氟聚合物(特富龙(注册商标)PFA 451HPJ，三井デユポンフロロケミカル株式会社制)加入ラボプラストミル(株式会社东洋精机制作所制)的60cc混合机中，以350℃、20rpm混合20分钟，取出后通过热压加工成板状，以粉碎机制成约2mm见方的颗粒。以上的操作重复10次，得到900克混合材料。
含有5％碳纳米管(直径150nm)的混合材料将50克碳纳米管(VGCF(注册商标)，管径150nm，昭和电工株式会社制)和相对于碳纳米管5％(2.5克)的全氟丁基磺酸钾在甲醇中混合后，在110℃干燥。接着，与947.5克颗粒状含氟聚合物(特富龙(注册商标)PFA 9738J，三井デユポンフロロケミカル株式会社制)在不锈钢容器内充分混合，用双轴挤出机(KZW20-25G，テクノベル株式会社制)熔融混炼并挤出成条状，将得到的条状物在水槽中冷却，用造粒机制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。另外，双轴挤出机设定为筒温370℃，模温370℃，螺杆转速50rpm。
不含碳纳米管的热塑性含氟聚合物将现有的含氟聚合物(特富龙(注册商标)PFA 451HPJ，三井デユポンフロロケミカル株式会社制)直接作为辊套30的材料。
含有8.5％炭黑的混合材料使85克炭黑(乙炔炭黑，电气化学工业株式会社制)和915克粉状含氟聚合物(特富龙(注册商标)PFA 350J，三井デユポンフロロケミカル株式会社制)在不锈钢容器内充分混合，用双轴挤出机(KZW20-25G，テクノベル株式会社制)熔融混炼并挤出成条状，将得到的条状物在水槽中冷却，用造粒机制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。另外，双轴挤出机设定为筒温365℃，模温365℃，螺杆转速80rpm。
含有7％碳纳米管(直径150nm)的混合材料使70克碳纳米管(VGCF(注册商标)，管径150nm，昭和电工株式会社制)和930克粉状含氟聚合物(特富龙(注册商标)PFA 345J，三井デユポンフロロケミカル株式会社制)在不锈钢容器内充分混合，用双轴挤出机(KZW20-25G，テクノベル株式会社制)熔融混炼并挤出成条状，将得到的条状物在水槽中冷却，用造粒机制成直径1.5mm、长2mm的颗粒。另外，双轴挤出机设定为筒温370℃，模温370℃，螺杆转速50rpm。
将实施例1～7、比较例1～3中得到的材料使用筒径30mm的单轴挤出机成形为直径30mm、厚50μm的辊套(管体)。对于各辊套(以下称为“试样管体”)进行以下的评价试验1～4。
1.静电带电特性的评价(评价1)对长550mm的各试样管体的中央部以1秒的间隔分别施加15kV、30kV的电压10次，在15秒后和120秒后分别测定各试样管体的加压部分所带的电压。另外，对各试样管体的电压施加使用试验机(静电放电测试机ESD-300型，三基电子工业株式会社制)，所带电压的测定使用测定器(静电电位测定器STATIRON-DZ3，シシド静电株式会社制)。
2.静电带电特性的评价(评价2)将各试样管体切成40×40mm的试验片，按照JIS L1094半衰期测定法(其中，施加电压不为+10kV，而设为-10kV)，测定初始带电压和到减半为止的时间。另外，120秒后带电压也未减半的试样管体测定120秒后的带电压。
3.柔软性的评价(评价3)将各试样管体沿径向切成宽5mm、长20mm的矩形，使用热分析器TMA，在夹具间距15mm、230℃的条件下求得形变5％的拉伸割线弹性模量，作为柔软性的指标。
4.脱模性的评价(评价4)将各试样管体在扫描型电子显微镜下放大，通过观察表面状态，进行脱模性的评价。
评价试验1～3的评价结果示于表1。
[评价结果]
*(半衰期秒)如表1所示，实施例1～7中任一个与比较例1(不含碳纳米管的热塑性含氟聚合物)相比，初始带电压都低，120秒后的带电压也低，表现出容易除电的特性，对于静电引起的粘辊现象是有效的。此外，实施例1～7中任一个与比较例2(含有8.5％炭黑的混合材料)、比较例3(含有7％碳纳米管(直径150nm)的混合材料)相比，230℃下的弹性模量都低，表现出打印机和复印机等的定影部温度附近的高柔软性。
以下，参照实施例5(含有3％碳纳米管(直径100nm)的混合材料)和比较例2(含有8.5％炭黑的混合材料)的电子显微镜照片，对试样管体的表面状态进行说明。由表1所示的评价1、2的结果可知，实施例5和比较例2的试样管体具有大致相同的静电带电特性。这样表现出大致相同的静电带电特性的结果的实施例5的试样管体和比较例2的试样管体的电子显微镜照片分别示于图2、图3。
图3所示的比较例2的试样管体的表面被炭黑被覆，不仅含氟聚合物的脱模性受损，而且由于其凹凸部中容纳污垢，可能导致印刷品质进一步下降。与之相对，图2所示的实施例5的试样管体的表面几乎被含氟聚合物占据，含氟聚合物的脱模性得到维持。另外，由于表面平滑，几乎没有污垢附着，含氟聚合物原有的表面清洁性也保持良好。
以上，对本发明的实施方式和实施例进行了说明，本发明的辊套30为覆盖圆棒状或圆筒状的辊主体20、由热塑性含氟聚合物形成的管状辊套30，其特征在于，热塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳纳米管。由此，热塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳纳米管，所以本发明的辊套30可以确保必需的导电性，防止静电引起的粘辊现象的发生，而且可以良好地维持通常的含氟聚合物所具有的柔软性、脱模性、表面清洁性等。
此外，本发明的辊套30的特征在于，前述热塑性含氟聚合物为含有碳纳米管的四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。由此，可以进一步提供不粘接性、耐热性良好的辊套30。
另外，本发明的范围并不局限于上述的实施方式和实施例，只要不与权利要求书的记载相背，可以使用其它各种实施方式。例如，本发明的辊套30具有导电性和静电特性等良好的电特性，所以可以广泛用于要求这样的电特性的例如电子电气仪器等。
产业上利用的可能性本发明的辊套可以用于复印机和打印机等的加热、加压定影部等中所使用的辊以及其它各种领域中所使用的辊。
权利要求
1.辊套，它是被覆圆棒状或圆筒状的辊主体、由热塑性含氟聚合物形成的管状辊套，其特征在于，前述热塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的辊套，其特征在于，前述热塑性含氟聚合物为四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。
全文摘要
本发明的辊套为被覆圆棒状或圆筒状的辊主体、由热塑性含氟聚合物形成的管状辊套，其特征在于，热塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳纳米管。由此，热塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳纳米管，所以本发明的辊套可以确保必需的导电性，即静电的带电性低，可以确保良好的除电性，防止静电引起的粘辊现象的发生，而且可以良好地维持通常的含氟聚合物所具有的柔软性、脱模性、表面清洁性等。
文档编号F16C13/00GK101069136SQ20058003718
公开日2007年11月7日 申请日期2005年10月25日 优先权日2004年10月29日
发明者五色庆悟 申请人:株式会社润工社