專利名稱：輥套的制作方法
技術領域：
本發明涉及在復印機或打印機等中例如作為熱定影輥或加壓輥等使用的輥所用的輥套。
背景技術：
復印機或打印機等中，設置有進行調色劑的加熱定影的熱輥壓型定影裝置，該定影裝置中設有例如熱定影輥或被壓向該熱定影輥的加壓輥等(以下稱為“輥”)。這樣的輥主要由圓棒狀的輥主體和被覆其外周面的管狀輥套構成，該輥套與輥主體的外周面接合。
該輥套的外周面要求與調色劑或規定用紙等記錄介質的不粘接性，所以作為該輥套的材料，適合使用具有耐熱性、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體作為輥套。但是，通常的含氟聚合物的導電性低，所以如果將由通常的含氟聚合物形成的輥套用于復印機或打印機等，則容易產生如污損后續的圖像等由靜電引起的粘輥(offset)現象。因此，有時使用使含氟聚合物中含有導電性填料的具有導電性的含氟聚合物(以下稱為“導電性含氟聚合物”)，例如日本專利特開2003-208033號公報中揭示了由導電性含氟聚合物形成的圓筒形狀部件(輥)。
作為獲得導電性含氟聚合物的方法，有使含氟聚合物中含有例如炭黑等導電性填料的方法，但為了獲得適合于上述輥套的導電性，需要含有大量的炭黑。但是，如果將含有大量炭黑的含氟聚合物用于輥套，則輥套變硬，而且輥套的表面被炭黑被覆，所以通常的含氟聚合物所具有的脫模性和表面清潔性受損，不適合作為輥套。另外，近年來打印機和復印機不斷彩色化和高速化，增加定影輥和加壓輥的輥隙的必要性提高，要求輥的柔軟性，但如果輥套硬，則無法確保輥的足夠的柔軟性，難以獲得足夠的輥隙。
此外，上述日本專利特開2003-208033號公報中記載的圓筒形狀部件的特征在于，由設置于支承體上的導電性彈性層和設置于該導電性彈性層上的表層構成，該表層為以導電性樹脂預先成形的套筒構件(輥套)。由此，可以提高比較容易制造、且具有低硬度和高尺寸精度、也可使體積電阻系數的調整比較容易的圓筒形狀部件。該日本專利特開2003-208033號公報中記載的圓筒形狀部件中，以導電性彈性層和表層(套筒構件)確保導電性(另外，表層的體積電阻系數比導電性彈性層的體積電阻系數大)，但如果要以導電性彈性層來確保導電性，則需要使其含有大量的炭黑，套筒構件進一步硬化，而且套筒構件的表面被炭黑被覆。因此，無法確保圓筒形狀部件的柔軟性，而且表層的脫模性和表面清潔性也受損。
本發明是鑒于上述的各種課題而完成的，本發明的目的在于提供不僅維持含氟聚合物所具有的柔軟性、脫模性、表面清潔性等且有效地防止靜電引起的粘輥現象的輥套。
發明的揭示為了實現上述目的，本發明的輥套為被覆圓棒狀或圓筒狀的輥主體、由熱塑性含氟聚合物形成的管狀輥套，其特征在于，前述熱塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳納米管。
由此，前述熱塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳納米管，所以本發明的輥套可以確保必需的導電性，即靜電的帶電性低，可以確保良好的除電性，防止靜電引起的粘輥現象的發生，而且可以良好地維持通常的含氟聚合物所具有的柔軟性、脫模性、表面清潔性等。
此外，本發明的輥套的特征在于，前述熱塑性含氟聚合物為含有碳納米管的四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。由此，可以進一步提供不粘接性、耐熱性良好的輥套。
附圖的簡單說明
圖1為包含本發明的輥套的輥的一部分的立體圖。
圖2為實施例5的電子顯微鏡照片。
圖3為比較例2的電子顯微鏡照片。
實施發明的最佳方式以下，對本發明的輥套的一種實施方式進行說明。
另外，以下說明的實施方式并不限定權利要求書中涉及的發明，而且實施方式中說明的所有特征的組合并不是發明的解決方法所必需的。
首先，參照圖1，對本發明的一種實施方式進行說明。圖1為使用本發明的輥套30的輥100的一部分的立體圖。
圖1中簡要表示的輥100為用于例如復印機或打印機等記錄裝置的熱定影輥或被壓向該熱定影輥的加壓輥等的輥，輥主體20上被覆有輥套30。
心軸10為例如由金屬等材料形成的中空或實心的圓棒等，較好是由鋁形成，但只要可作為支持輥100的芯部即可，可以是任意的材料。
輥主體20為接合心軸10的外周面形成的圓筒狀的彈性體，較好是以有機硅樹脂形成。但是，輥主體20并不局限于彈性體，也可以由金屬等形成。另外，圖1所示的形態中，輥主體20和心軸10分別構成，但也可以是將心軸10用作輥主體20的輥。
如圖1所示，本發明的輥套30為形成于輥主體20(將心軸10用作輥主體20的輥的情況下，心軸10即為輥主體20)的外周的管體，與輥主體20的外周面接合。由此，心軸10、輥主體20、輥套30結合，形成輥100。
如前所述，輥100被用作例如記錄裝置的熱定影輥或被壓向該熱定影輥的加壓輥，輥100(輥套30)與規定用紙、片材等記錄介質接觸。即，在輥套30的外周而與記錄介質接觸的狀態下，記錄裝置的熱定影處理于高溫下進行。因此，以往使用具有耐熱性、不粘接性等特性的各種含氟樹脂(以下稱為“含氟聚合物”)作為輥套30的優選材料。另一方面，通常的含氟聚合物的導電性低，所以如果將由通常的含氟聚合物形成的輥套用于記錄裝置，則產生上述的由靜電引起粘輥現象的問題，因此需要具有導電性的輥套。
作為導電性含氟聚合物，有使如炭黑等導電性填料含于含氟聚合物中的材料，為了獲得作為輥套30理想的導電性，需要含有大量的炭黑。如果將含有大量炭黑的含氟聚合物用于輥套30，則輥套30硬化，輥100的柔軟性受損，而且輥套30的表面被炭黑被覆，所以作為輥套30重要的脫模性和表面清潔性也受損。
基于這樣的情況，本發明的發明者發現，由在熱塑性含氟聚合物中混合0.5～5％碳納米管而得到的材料形成的輥套30保有通常的含氟聚合物所具有的柔軟性和脫模性，而且靜電的帶電性低，除電性也良好，從而完成了本發明。
作為本發明可使用的熱塑性含氟聚合物，可以例舉四氟乙烯/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，從耐久性的角度來看，較好是四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)或乙烯/四氟乙烯共聚物(ETFE)，如果再考慮到不粘接性、耐熱性，最好是四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。
此外，作為本發明可使用的碳納米管，對合成法沒有特別限定，可以例舉通過氣相成長法、電弧放電法、激光蒸發法等合成的單層碳納米管(SWCNT)或多層碳納米管(MWCNT)。另外，對碳納米管的直徑(纖維直徑)也沒有特別限定，可以使用纖維直徑1.5～200nm的碳納米管。此外，對碳納米管的長度(纖維長度)也沒有特別限定，為了獲得本發明的特征，較好是縱橫比5以上的碳納米管。
將這樣的碳納米管混合于上述熱塑性含氟聚合物的比例(混合比例)為重量比0.5～5％。混合比例在0.5％以下時，靜電的帶電性和除電性與通常的未添加的含氟聚合物相同，混合比例在5％以上時，混合得到的熱塑性聚合物變硬，輥的柔軟性上出現問題。
此外，對將碳納米管混合于熱塑性含氟聚合物的方法也沒有特別限定。可以采用將熱塑性含氟聚合物的粉末或顆粒與碳納米管混合后以單軸擠出機或雙軸擠出機混煉的方法，或者在高功率煉膠機、班伯里混煉機內將兩者混煉的方法等。此外，也可以在將碳納米管混合于熱塑性含氟聚合物時使用分散劑。例如，通過以氟類表面活性劑處理碳納米管，可以提高對含氟聚合物的混合分散性。另外，在不損害本發明的特征的范圍內，可以同時混合其它添加劑或填料。
將這樣在熱塑性含氟聚合物中混合碳納米管得到的材料成形為管狀來獲得輥套30時，使用通常的擠出成形法，但也可以使用其它的方法。
輥套30的直徑可以根據輥主體20的大小任意地進行調整。此外，輥套30的厚度可以根據輥100的使用方法任意地進行選擇，一般較好是10～300μm，更好是20～150μm。
另外，輥套30可以是不會受熱而沿徑向和軸向收縮的類型，也可以是會受熱而收縮的類型。此外，為了提高與輥主體20的接合性，可以進行輥套的內表面處理，也可以不進行處理。
對使用該輥套30的輥100沒有特別限定，可以在各種領域中使用，最適合用于記錄裝置的加熱、加壓定影部中所使用的輥或送紙部的輥等。
以下，對本發明的實施例和比較例進行說明。首先，制成如下所示的實施例1～7、比較例1～3的材料。
含有0.5％碳納米管(直徑100nm)的混合材料使5克碳納米管(VGCF-S(注冊商標)，管徑100nm，昭和電工株式會社制)和995克顆粒狀含氟聚合物(特富龍(注冊商標)PFA 9738J，三井デユポンフロロケミカル株式會社制)在不銹鋼容器內充分混合，用雙軸擠出機(KZW20-25G，テクノベル株式會社制)熔融混煉并擠出成條狀，將得到的條狀物在水槽中冷卻，用造粒機制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。另外，雙軸擠出機設定為筒溫350℃，模溫350℃，螺桿轉速70rpm。
含有1％碳納米管(直徑100nm)的混合材料使用10克與實施例1同樣的碳納米管和990克與實施例1同樣的顆粒狀含氟聚合物，以與實施例1同樣的方法和條件制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。
含有1.5％碳納米管(直徑100nm)的混合材料使用15克與實施例1同樣的碳納米管和985克與實施例1同樣的顆粒狀含氟聚合物，以與實施例1同樣的方法和條件制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。
含有2％碳納米管(直徑100nm)的混合材料使用20克與實施例1同樣的碳納米管和980克與實施例1同樣的顆粒狀含氟聚合物，以與實施例1同樣的方法和條件制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。
含有3％碳納米管(直徑100nm)的混合材料使用30克與實施例1同樣的碳納米管和970克與實施例1同樣的顆粒狀含氟聚合物，以與實施例1同樣的方法和條件制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。
含有1％碳納米管(直徑20nm)的混合材料將0.9克碳納米管(CNT20，管徑20nm，株式會社カ一ボン·ナノテク·リサ一チ·インステイチユ一ト制)和89.1克顆粒狀含氟聚合物(特富龍(注冊商標)PFA 451HPJ，三井デユポンフロロケミカル株式會社制)加入ラボプラストミル(株式會社東洋精機制作所制)的60cc混合機中，以350℃、20rpm混合20分鐘，取出后通過熱壓加工成板狀，以粉碎機制成約2mm見方的顆粒。以上的操作重復10次，得到900克混合材料。
含有5％碳納米管(直徑150nm)的混合材料將50克碳納米管(VGCF(注冊商標)，管徑150nm，昭和電工株式會社制)和相對于碳納米管5％(2.5克)的全氟丁基磺酸鉀在甲醇中混合后，在110℃干燥。接著，與947.5克顆粒狀含氟聚合物(特富龍(注冊商標)PFA 9738J，三井デユポンフロロケミカル株式會社制)在不銹鋼容器內充分混合，用雙軸擠出機(KZW20-25G，テクノベル株式會社制)熔融混煉并擠出成條狀，將得到的條狀物在水槽中冷卻，用造粒機制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。另外，雙軸擠出機設定為筒溫370℃，模溫370℃，螺桿轉速50rpm。
不含碳納米管的熱塑性含氟聚合物將現有的含氟聚合物(特富龍(注冊商標)PFA 451HPJ，三井デユポンフロロケミカル株式會社制)直接作為輥套30的材料。
含有8.5％炭黑的混合材料使85克炭黑(乙炔炭黑，電氣化學工業株式會社制)和915克粉狀含氟聚合物(特富龍(注冊商標)PFA 350J，三井デユポンフロロケミカル株式會社制)在不銹鋼容器內充分混合，用雙軸擠出機(KZW20-25G，テクノベル株式會社制)熔融混煉并擠出成條狀，將得到的條狀物在水槽中冷卻，用造粒機制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。另外，雙軸擠出機設定為筒溫365℃，模溫365℃，螺桿轉速80rpm。
含有7％碳納米管(直徑150nm)的混合材料使70克碳納米管(VGCF(注冊商標)，管徑150nm，昭和電工株式會社制)和930克粉狀含氟聚合物(特富龍(注冊商標)PFA 345J，三井デユポンフロロケミカル株式會社制)在不銹鋼容器內充分混合，用雙軸擠出機(KZW20-25G，テクノベル株式會社制)熔融混煉并擠出成條狀，將得到的條狀物在水槽中冷卻，用造粒機制成直徑1.5mm、長2mm的顆粒。另外，雙軸擠出機設定為筒溫370℃，模溫370℃，螺桿轉速50rpm。
將實施例1～7、比較例1～3中得到的材料使用筒徑30mm的單軸擠出機成形為直徑30mm、厚50μm的輥套(管體)。對于各輥套(以下稱為“試樣管體”)進行以下的評價試驗1～4。
1.靜電帶電特性的評價(評價1)對長550mm的各試樣管體的中央部以1秒的間隔分別施加15kV、30kV的電壓10次，在15秒后和120秒后分別測定各試樣管體的加壓部分所帶的電壓。另外，對各試樣管體的電壓施加使用試驗機(靜電放電測試機ESD-300型，三基電子工業株式會社制)，所帶電壓的測定使用測定器(靜電電位測定器STATIRON-DZ3，シシド靜電株式會社制)。
2.靜電帶電特性的評價(評價2)將各試樣管體切成40×40mm的試驗片，按照JIS L1094半衰期測定法(其中，施加電壓不為+10kV，而設為-10kV)，測定初始帶電壓和到減半為止的時間。另外，120秒后帶電壓也未減半的試樣管體測定120秒后的帶電壓。
3.柔軟性的評價(評價3)將各試樣管體沿徑向切成寬5mm、長20mm的矩形，使用熱分析器TMA，在夾具間距15mm、230℃的條件下求得形變5％的拉伸割線彈性模量，作為柔軟性的指標。
4.脫模性的評價(評價4)將各試樣管體在掃描型電子顯微鏡下放大，通過觀察表面狀態，進行脫模性的評價。
評價試驗1～3的評價結果示于表1。
[評價結果]
*(半衰期秒)如表1所示，實施例1～7中任一個與比較例1(不含碳納米管的熱塑性含氟聚合物)相比，初始帶電壓都低，120秒后的帶電壓也低，表現出容易除電的特性，對于靜電引起的粘輥現象是有效的。此外，實施例1～7中任一個與比較例2(含有8.5％炭黑的混合材料)、比較例3(含有7％碳納米管(直徑150nm)的混合材料)相比，230℃下的彈性模量都低，表現出打印機和復印機等的定影部溫度附近的高柔軟性。
以下，參照實施例5(含有3％碳納米管(直徑100nm)的混合材料)和比較例2(含有8.5％炭黑的混合材料)的電子顯微鏡照片，對試樣管體的表面狀態進行說明。由表1所示的評價1、2的結果可知，實施例5和比較例2的試樣管體具有大致相同的靜電帶電特性。這樣表現出大致相同的靜電帶電特性的結果的實施例5的試樣管體和比較例2的試樣管體的電子顯微鏡照片分別示于圖2、圖3。
圖3所示的比較例2的試樣管體的表面被炭黑被覆，不僅含氟聚合物的脫模性受損，而且由于其凹凸部中容納污垢，可能導致印刷品質進一步下降。與之相對，圖2所示的實施例5的試樣管體的表面幾乎被含氟聚合物占據，含氟聚合物的脫模性得到維持。另外，由于表面平滑，幾乎沒有污垢附著，含氟聚合物原有的表面清潔性也保持良好。
以上，對本發明的實施方式和實施例進行了說明，本發明的輥套30為覆蓋圓棒狀或圓筒狀的輥主體20、由熱塑性含氟聚合物形成的管狀輥套30，其特征在于，熱塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳納米管。由此，熱塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳納米管，所以本發明的輥套30可以確保必需的導電性，防止靜電引起的粘輥現象的發生，而且可以良好地維持通常的含氟聚合物所具有的柔軟性、脫模性、表面清潔性等。
此外，本發明的輥套30的特征在于，前述熱塑性含氟聚合物為含有碳納米管的四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。由此，可以進一步提供不粘接性、耐熱性良好的輥套30。
另外，本發明的范圍并不局限于上述的實施方式和實施例，只要不與權利要求書的記載相背，可以使用其它各種實施方式。例如，本發明的輥套30具有導電性和靜電特性等良好的電特性，所以可以廣泛用于要求這樣的電特性的例如電子電氣儀器等。
產業上利用的可能性本發明的輥套可以用于復印機和打印機等的加熱、加壓定影部等中所使用的輥以及其它各種領域中所使用的輥。
權利要求
1.輥套，它是被覆圓棒狀或圓筒狀的輥主體、由熱塑性含氟聚合物形成的管狀輥套，其特征在于，前述熱塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳納米管。
2.如權利要求1所述的輥套，其特征在于，前述熱塑性含氟聚合物為四氟乙烯/全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)。
全文摘要
本發明的輥套為被覆圓棒狀或圓筒狀的輥主體、由熱塑性含氟聚合物形成的管狀輥套，其特征在于，熱塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳納米管。由此，熱塑性含氟聚合物含有重量比0.5～5％的碳納米管，所以本發明的輥套可以確保必需的導電性，即靜電的帶電性低，可以確保良好的除電性，防止靜電引起的粘輥現象的發生，而且可以良好地維持通常的含氟聚合物所具有的柔軟性、脫模性、表面清潔性等。
文檔編號F16C13/00GK101069136SQ20058003718
公開日2007年11月7日 申請日期2005年10月25日 優先權日2004年10月29日
發明者五色慶悟 申請人:株式會社潤工社