JP2010125634A - 熱収縮性フッ素樹脂チューブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融押出成形において１段の操作により成形され、外径のばらつきが低減される熱収縮性のフッ素樹脂チューブ等を提供する。
【解決手段】溶融したフッ素樹脂材料を金型２０によりチューブ状に押し出す押出工程と、金型から押し出されたチューブ状のフッ素樹脂材料を一定の引き取り速度で連続的に引き取りつつ、金型の近傍においてチューブ状のフッ素樹脂材料の内周面を円筒形状の冷却部材３０の外周面に接触させて、チューブ状のフッ素樹脂材料Ｆを１７０℃以下の温度に冷却する冷却工程により、フッ素樹脂チューブを製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、フッ素樹脂被覆ロールの離型層の形成等に使用される熱収縮性フッ素樹脂チューブの製造方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、一般に、熱圧力定着方式によって、用紙等の記録材上に形成したトナー像が記録材上に定着される。熱圧力定着方式に使用する定着ロールや加圧ロールの表面は、通常、熱収縮性のフッ素樹脂チューブを用いて形成された離型層が設けられている。

このような熱収縮性のフッ素樹脂チューブは、通常、押出成形機を用いる溶融押出成形により成形される。例えば、特許文献１には、押出成形機により押し出された樹脂系材料を径方向に膨張させ、その後、冷却する工程を有する熱収縮チューブの製造方法が記載されている。

特開２００５−００１３３９号公報

ところで、フッ素樹脂等の熱収縮性チューブは、押出成形機にセットされた金型からチューブ状に押し出された溶融樹脂材料を連続的に引き取りつつ冷却し（第１段階）、その後、径方向に拡張する（第２段階）という２段階により製造されている。

これにより、成形されたチューブの内部に残留応力が残るため、かかる熱収縮性チューブは、チューブが再び加熱により熱収縮する性質を利用し、定着ロール等の表面離型層の形成に用いられている。

しかし、溶融押出成形において前記した２段階の操作により熱収縮性チューブを成形すると、製造プロセスが複雑であるため熱収縮性チューブのコストが高いという問題がある。また、成形される熱収縮性チューブの外径のばらつきが大きくなるという問題もある。

本発明の目的は、溶融押出成形において１段階の操作により成形され、外径のばらつきが低減される熱収縮性のフッ素樹脂チューブ等を提供することにある。

（第１発明）
第１発明に係るフッ素樹脂チューブの製造方法は、溶融したフッ素樹脂材料を金型によりチューブ状に押し出す押出工程と、金型から押し出されたチューブ状のフッ素樹脂材料を一定の引き取り速度で連続的に引き取りつつ、金型の近傍においてチューブ状のフッ素樹脂材料の内周面を円筒形状の冷却部材の外周面に接触させて、チューブ状のフッ素樹脂材料を１７０℃以下の温度に冷却する冷却工程とからなるものである。

かかる構成により、チューブ状のフッ素樹脂材料の内周面を直接冷却部材に接触させるので、フッ素樹脂材料を短時間で冷却する（フッ素樹脂材料を急冷する）ことができる。このため、チューブ状のフッ素樹脂材料に応力を残留させることができるので、冷却後にフッ素樹脂チューブを径方向に拡張する必要が無い。

また、チューブ状のフッ素樹脂材料の内周面が円筒形状の冷却部材の外周面に直接接触するので、チューブ状のフッ素樹脂材料の形状を整えることができ、径方向の精度が均一でバラツキの少ないフッ素樹脂チューブを製造することができる。

さらに、冷却後にフッ素樹脂チューブを径方向に拡張する工程を無くすことができ、押し出し工程と冷却工程という単純な工程（１段階）でフッ素樹脂チューブを製造できるので、フッ素樹脂チューブの製造コストを大幅に下げることができる。

（第２発明）
第２発明に係るフッ素樹脂チューブの製造方法は、第１発明において、冷却工程は、冷却装置の外周面に接触したチューブ状のフッ素樹脂材料を、さらに外側からも冷却するものである。

かかる構成により、前記した第１発明と同様な効果が得られるだけではなく、より短時間で、径方向の精度が高い（内径および外径が略均一な）フッ素樹脂チューブを製造することができるという効果を奏する。

押し出し工程と冷却工程という単純な工程で、径方向の精度が高度なフッ素樹脂チューブを安価に製造できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。尚、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを現すものではない。

〔溶融押出成形装置〕
図１は、溶融押出成形装置を説明する図（断面図）である。
図１に示す溶融押出成形装置は、フッ素樹脂材料を溶融状態に調製する一軸押出機１０と、一軸押出機１０の先端に取り付けられた金型（ダイ）２０と、金型２０から外部にチューブ状に押し出されたフッ素樹脂材料Ｆの内周面を外周面に接触させて冷却する冷却部材（サイジングイダイ）３０と、冷却部材３０により冷却・固化されたチューブ状のフッ素樹脂材料Ｆを、テンションロール４０を介し一定の速度でＡ方向に引き取る引取り機５０と、引取り機５０により引き取られたチューブ状のフッ素樹脂材料Ｆを連続的に巻き取る巻取り機６０とを備えている。

ここで、フッ素樹脂材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、フッ化エチレン−プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル樹脂等が挙げられる。これらの中でも、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）が好ましい。

（一軸押出機）
一軸押出機１０は、複数のヒータ（図示せず）を備えた加熱シリンダー１２と、フッ素樹脂材料のペレットＰの投入口であるホッパー１１と、加熱シリンダー１２の内部に設けられたスクリュー１３とを有している。ホッパー１１から加熱シリンダー１２内に投入されたフッ素樹脂材料のペレットＰは、フッ素樹脂の融点以上の温度（通常、３５０〜４５０℃）に加熱されて溶融状態になる。

（金型）
図２は、一軸押出機１０の先端に取り付けられた金型２０と冷却部材３０とを説明する図（断面図）である。図２に示すように、金型２０の本体２１には、一軸押出機１０から押し出された溶融状態のフッ素樹脂材料ＭＰが通過する流動体流路２２と、溶融状態のフッ素樹脂材料ＭＰをチューブ状に押し出すための環状（円形状）の出口孔２３が形成されている。

（冷却部材）
また、冷却部材３０は、円筒形状であり、本体２１に環状に形成された出口孔２３の中央部を貫通し、本体２１の下部に突出するように設けられている。本実施例においては、冷却部材３０の直径（外径）ｂを２５ｍｍとした。この冷却部材の直径ｂは、製造しようとするフッ素樹脂チューブの直径の狙い値に応じて決定される。

本実施例では、後述するように、金型２０の出口孔２３から外径ａを有するチューブ状に押し出されたフッ素樹脂材料は、一定速度でＡ方向に引き取られつつ、円筒形状の冷却部材３０の外周面と接触し、内径ｂの断面形状を有するチューブ状になるように冷却され縮径する。

図３は、冷却部材３０の冷却方法を説明する図である。
図３に示すように、冷却部材３０の内部には、市販の冷却機Ｒと接続された冷媒流路３１が設けられている。冷媒としては特に限定されず、例えば、冷却水、エチレングリコール又はプロピレングリコールの水浴液（ブライン）等が挙げられる。本実施例では水を使用している。金型２０の内径ａの出口孔２３から押し出されたフッ素樹脂材料は、冷却部材３０により、１７０℃以下に冷却される。

（引取り機）
図１に示すように、引取り機５０は、所定の間隔を設けて配置された一対のロールと、これらの一対のロール間に掛け回された１本の無端ベルトとからそれぞれ構成される２組の回転体が、それぞれの無端ベルトの表面を接するように配置された構造を有している。

冷却部材３０により冷却されたフッ素樹脂材料Ｆは、テンションロール４０を介して引取り機５０を構成する２組の回転体のそれぞれの無端ベルトが接する部分に挟まれ、図１において上側に配置された回転体がＢ方向に回転し、下側に配置された回転体がＣ方向に回転することにより一定の速度で引き取られる。

（巻取り機）
巻取り機６０は、引取り機５０により引き取られるフッ素樹脂材料Ｆを所定の速度で巻き取るものであり、公知の回転体を使用することができ特に限定されない。

〔熱収縮性フッ素樹脂チューブの製造方法〕
図１に示すように、押出成形機１０のホッパー１１から投入されたフッ素樹脂材料のペレットＰは、加熱シリンダー１２に備えられた複数のヒータ（図示せず）によりフッ素樹脂材料の融点以上の温度（通常、３５０〜４５０℃）に加熱されて溶融状態になる。溶融状態のフッ素樹脂材料ＭＰは、加熱シリンダー１２の内部に設けられたスクリュー１３の回転により、加熱シリンダー１２の先端に取り付けられた金型２０の本体２１内部に押し出される。

次に、溶融状態のフッ素樹脂材料ＭＰは、金型２０の本体２１の出口孔２２から外部に押し出され（押出工程）、引取り機５０によりＡ方向に一定の引き取り速度で連続的に引き取られながら、出口孔２２の近傍に設けた冷却部材３０の外周面に接触することにより冷却・固化される（冷却工程）。その後、冷却・固化したフッ素樹脂材料のチューブは、引取り機５０により引き取られ、巻取り機６０により連続的に巻き取られる。

本実施例では、図１に示すように、金型２０の出口孔２２から外部に押し出されたフッ素樹脂材料Ｆを一定の引き取り速度で連続的に引き取りつつ冷却部材３０により冷却固化し、熱収縮性を有するフッ素樹脂チューブが成形される。

また、本実施例では、金型２０の出口孔２２から外部に押し出されたフッ素樹脂材料Ｆを冷却部材３０により冷却する温度は、１７０℃以下にする必要がある。このような冷却温度の範囲により金型２０から押し出されたフッ素樹脂材料Ｆを溶融温度から１７０℃まで急冷することができ、成形後の収縮率Ｙが５％以上である熱収縮性のフッ素樹脂チューブを成形することができる。

表１に、以下の４種類のフッ素樹脂材料（ａ〜ｄ）を溶融押出成形により成形して得た外径２５ｍｍ、膜厚２０μｍのそれぞれのフッ素樹脂チューブについて、冷却部材３０の冷却温度Ｘ（℃）と成形後のフッ素樹脂チューブの収縮率Ｙ（％）との関係を示した。

フッ素樹脂ａ：三井・デュポン・フロロケミカル株式会社製３５０−Ｊ
フッ素樹脂ｂ：三井・デュポン・フロロケミカル株式会社製４５０ＨＰ−Ｊ
フッ素樹脂ｃ：三井・デュポン・フロロケミカル株式会社製４５１ＨＰ−Ｊ
フッ素樹脂ｄ：旭硝子株式会社製Ｐ−６６Ｐ

さらに、表２に、膜厚と外径が異なる４種類のフッ素樹脂チューブについて、冷却部材の温度＝冷却温度Ｘ（℃）と成形後のフッ素樹脂チューブの収縮率Ｙ（％）との関係を示す。

図４は、表１及び表２の結果に基づく冷却温度Ｘと収縮率Ｙを示すグラフである。図４に示すように、本実施の形態では、金型２０（図１参照）から溶融状態で押し出されたフッ素樹脂材料は、冷却温度Ｘが低いほど収縮率Ｙが増大し、冷却温度Ｘと収縮率Ｙとは、前述した式（１）の関係を満たしていることが分かる。これは、複数（フッ素樹脂ａ〜フッ素樹脂ｄ）のフッ素樹脂材料について同様な結果が得られており、さらに、フッ素樹脂チューブの外径及び膜厚を変化させた場合においても同様な結果が得られることが分かる。

つまり、溶融状態で押し出されたフッ素樹脂材料を冷却部材（サイジングダイ）３０により急冷すると、内部に応力が残留したまま成形され、この残留応力の存在により熱収縮性が発揮されるのである。

次に、本実施の形態では、図１に示すように、金型（ダイ）２０の出口孔２２から外部に押し出されたフッ素樹脂材料Ｆを一定の引き取り速度で連続的に引き取りつつ冷却部材３０により冷却固化している。

この場合、冷却工程において、金型２０の外部に押し出されたフッ素樹脂材料を引取り速度Ｚ（ｍｍ／秒）で連続的に引き取る際に、引取り速度Ｚ（ｍｍ／秒）と収縮率Ｙとが下記式（２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｙ＝０．７Ｚ×１０^−３＋０．０２５１ （２）

図５は、冷却工程におけるフッ素樹脂材料の引取り速度Ｚとフッ素樹脂チューブの収縮率Ｙとの関係を示すグラフである。尚、このときの溶融押出成形の条件は、金型温度３７０℃、冷却温度３５℃である。また、成形後のフッ素樹脂チューブは、外径２５ｍｍ、膜厚２０μｍである。

図５に示すように、本実施の形態では、金型２０（図１参照）から溶融状態で押し出されたフッ素樹脂材料は、引取り速度Ｚが大きいほど収縮率Ｙが増大し、引取り速度Ｚと収縮率Ｙとは、前述した式（２）の関係を満たしていることが分かる。これは、金型２０（図１参照）から押し出されたフッ素樹脂材料が冷却部材３０により冷却されるまでの時間が短縮されることによりフッ素樹脂材料の温度低下が低減し、そのため、冷却部材３０における急冷効果が増大することによると考えられる。

このように、本実施の形態では、フッ素樹脂材料の溶融押出成形において、金型２０から押し出された溶融状態のフッ素樹脂材料を冷却部材３０により冷却固化するという１段の操作を行うことにより、外径のばらつきが低減された熱収縮性のフッ素樹脂チューブを成形することができる。

〔フッ素樹脂被覆ロール〕
図６は、熱収縮性のフッ素樹脂チューブを被覆したフッ素樹脂被覆ロールの製造方法を説明する図である。ここでは、例えば、熱圧力定着方式に使用する定着ロールを例に挙げて説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、ＨＴ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｎｓｉｌｅ）鋼またはアルミニウムを主成分とする芯金７１の表面に、接着剤としてのプライマーを塗布してプライマー層７３を形成したロール７０を準備する。プライマーとしては、通常、加熱溶融形接着剤が使用される。

次に、図６（ｂ）に示すように、ロール７０の軸方向中心位置と、熱縮性フッ素樹脂チューブ８０の軸方向中心位置とを略一致させ、ロール７０をフッ素樹脂チューブ８０内に通して配置する。フッ素樹脂チューブ８０は、上述した溶融押出成形により得られたものである。

続いて、図６（ｃ）に示すように、フッ素樹脂チューブ８０を加熱して熱収縮させることにより、フッ素樹脂チューブ８０を径方向に縮径させ、芯金７１の表面にプライマー層７３を介してフッ素樹脂チューブ８０を被覆接着したフッ素樹脂被覆ロール９０が形成される。

実施例１に記載した溶融押出成形装置および製造方法を用いて製造した膜厚３０μｍ、狙い値φ２６ｍｍのフッ素樹脂チューブの径方向の精度を測定したデータを図８に示す。縦軸がフッ素樹脂チューブの直径（外径）、横軸がフッ素樹脂チューブの長手方向の位置である。図８に示すように、データは、フッ素樹脂チューブの長手方向において８ｍに渡り採取した。

尚、用いたフッ素樹脂材料はフッ素樹脂ｃ（三井・デュポン・フロロケミカル株式会社製４５１ＨＰ−Ｊ）、金型温度は３７０℃、引き取り速度は７０ｍｍ／ｓ、冷却部材３０の冷却温度は１７０℃である。

図８に示すように、本発明に係る製造方法で製造したフッ素樹脂チューブの直径は、最大値が２５．９９ｍｍ、最小値が２５．９２ｍｍ、平均値が２５．９６ｍｍで、標準偏差が０．０２であった。同等品の従来のフッ素樹脂チューブの直径は、最大値２６．１１ｍｍ、最小値２５．５４ｍｍ、平均値２６．００ｍｍ、標準偏差が０．１５であるので、従来の同等品と比較して高精度なフッ素樹脂チューブを得られたことがわかる。
尚、フッ素樹脂チューブの外径の測定は、フッ素樹脂チューブを長手方向にカッターで切り開き、板状になったフッ素樹脂チューブにおける一方のカッターの切り口から他方のカッターの切り口までの距離を測定することにより行なった。

実施例１に記載した溶融押出成形装置および製造方法を用いて製造した膜厚２０μｍ、狙い値φ２６ｍｍのフッ素樹脂チューブの径方向の精度を測定したデータを図９に示す。縦軸がフッ素樹脂チューブの直径（外径）、横軸がフッ素樹脂チューブの長さ方向の位置である。図９に示すように、データは、フッ素樹脂チューブの長さ方向において８ｍに渡り採取した。

尚、用いたフッ素樹脂材料はフッ素樹脂ｃ（三井・デュポン・フロロケミカル株式会社製４５１ＨＰ−Ｊ）、金型温度は３７０℃、引き取り速度は７０ｍｍ／ｓ、冷却部材３０の冷却温度は１００℃である。

図９に示すように、本発明に係る製造方法で製造したフッ素樹脂チューブの直径は、最大値が２６．０１ｍｍ、最小値が２５．９１ｍｍ、平均値が２５．９７ｍｍで、標準偏差が０．０２であった。同等品の従来のフッ素樹脂チューブの直径は、最大値２６．１８ｍｍ、最小値２５．６１ｍｍ、平均値２６．０１ｍｍ、標準偏差が０．１５であるので、従来の同等品と比較して高精度なフッ素樹脂チューブを得られたことがわかる。

実施例１に記載した溶融押出成形装置および製造方法を用いて製造した膜厚３０μｍ、狙い値φ２５．５ｍｍのフッ素樹脂チューブの径方向の精度を測定したデータを図１０に示す。縦軸がフッ素樹脂チューブの直径（外径）、横軸がフッ素樹脂チューブの長さ方向の位置である。図１０に示すように、データは、フッ素樹脂チューブの長さ方向において８ｍに渡り採取した。

尚、用いたフッ素樹脂材料はフッ素樹脂ｃ（三井・デュポン・フロロケミカル株式会社製４５０ＨＰ−Ｊ）、金型温度は３７０℃、引き取り速度は７０ｍｍ／ｓ、冷却部材３０の冷却温度は５０℃である。

図１０に示すように、本発明に係る製造方法で製造したフッ素樹脂チューブの直径は、最大値が２５．５１ｍｍ、最小値が２５．４５ｍｍ、平均値が２５．４７ｍｍで、標準偏差が０．０２であった。同等品の従来のフッ素樹脂チューブの直径は、最大値２５．８０ｍｍ、最小値２５．４８ｍｍ、平均値２５．８０ｍｍ、標準偏差が０．０８であるので、従来の同等品と比較して高精度なフッ素樹脂チューブを得られたことがわかる。

実施例１に記載した溶融押出成形装置および製造方法を用いて製造した膜厚３０μｍ、狙い値φ３０ｍｍのフッ素樹脂チューブの径方向の精度を測定したデータを図１１に示す。縦軸がフッ素樹脂チューブの直径（外径）、横軸がフッ素樹脂チューブの長さ方向の位置である。図１１に示すように、データは、フッ素樹脂チューブの長さ方向において８ｍに渡り採取した。

尚、用いたフッ素樹脂材料はフッ素樹脂ｃ（三井・デュポン・フロロケミカル株式会社製４５１ＨＰ−Ｊ）、金型温度は３７０℃、引き取り速度は７０ｍｍ／ｓ、冷却部材３０の冷却温度は０℃である。

図１１に示すように、本発明に係る製造方法で製造したフッ素樹脂チューブの直径は、最大値が３０．７０ｍｍ、最小値が３０．５７ｍｍ、平均値が３０．６３ｍｍで、σ＝０．０３であった。同等品の従来のフッ素樹脂チューブの直径は、最大値３０．８９ｍｍ、最小値３０．５７ｍｍ、平均値３０．６２ｍｍ、σ＝０．０７であるので、従来の同等品と比較して高精度なフッ素樹脂チューブを得られたことがわかる。

前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、明細書及び図面の記載から当事者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更、削除および付加が可能である。

例えば、図７に示すように、冷却工程を、冷却部材の外周面に接触したチューブ状の前記フッ素樹脂材料を、さらに外側からも冷却するようにしても良い。かかる冷却方法であっても、実施例２〜５と同様な効果が得られるだけではなく、より短時間で、径方向の精度が高いフッ素樹脂チューブを得ることができる。

尚、前記した実施例２乃至５において、冷却部材の温度を１７５℃以上とした場合は、外径のバラツキの大きいフッ素樹脂チューブしか製造できなかった。

溶融押出成形装置を説明する図である。 一軸押出機の先端に取り付けられた金型（ダイ）と冷却部材（サイジングダイ）とを説明する図である。 冷却部材（サイジングダイ）の冷却方法を説明する図である。 表１及び表２の結果に基づく冷却温度Ｘと収縮率Ｙを示すグラフである。 冷却工程におけるフッ素樹脂材料の引取り速度Ｚとフッ素樹脂チューブの収縮率Ｙとの関係を示すグラフである。 熱収縮性のフッ素樹脂チューブを被覆したフッ素樹脂被覆ロールの製造方法を説明する図である。 一軸押出機の先端に取り付けられた金型（ダイ）と冷却部材（サイジングダイ）とを説明する図である。 フッ素樹脂チューブの外径を測定したデータである。 フッ素樹脂チューブの外径を測定したデータである。 フッ素樹脂チューブの外径を測定したデータである。 フッ素樹脂チューブの外径を測定したデータである。

符号の説明

１０ 一軸押出成形機
１１ ホッパー
１２ 加熱シリンダー
１３ スクリュー
２０ 金型（ダイ）
２１ 本体
２２ 流動体流路
２３ 出口孔
３０ 冷却部材（サイジングダイ）
３１ 冷媒流路
４０ テンションロール
５０ 引取り機
６０ 巻取り機
７０ ゴムロール
７１ 芯金
７３ プライマー層
８０ フッ素樹脂チューブ
９０ フッ素樹脂被覆ロール
Ｐ 樹脂ペレット
ＭＰ、Ｆ フッ素樹脂材料

Claims (2)

1. 溶融したフッ素樹脂材料を金型によりチューブ状に押し出す押出工程と、
   該金型から押し出されたチューブ状の該フッ素樹脂材料を一定の引き取り速度で連続的に引き取りつつ、前記金型の近傍においてチューブ状の該フッ素樹脂材料の内周面を円筒形状の冷却部材の外周面に接触させて、チューブ状の該フッ素樹脂材料を１７０℃以下に冷却する冷却工程と、からなる熱収縮性フッ素樹脂チューブの製造方法
2. 前記冷却工程は、前記冷却部材の外周面に接触したチューブ状の前記フッ素樹脂材料を、さらに外側からも冷却する請求項１に記載の熱収縮性フッ素樹脂チューブの製造方法

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