JP4963008B2

JP4963008B2 - ロールカバー

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Publication number: JP4963008B2
Application number: JP2004316126A
Authority: JP
Inventors: 慶悟五色
Original assignee: Junkosha Co Ltd
Current assignee: Junkosha Co Ltd
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: KR20070062581A; TW200619878A; JP2006126595A; US20090117303A1; CN101069136A; DE112005002584T5; WO2006046727A1

Description

本発明は、複写機やプリンタ等で、例えば、熱定着ロールや加圧ロール等として使用されるロールに用いられるロールカバーに関する。

複写機やプリンタ等には、トナーの加熱定着を行う熱ロール型定着装置が設けられており、当該定着装置には、例えば、熱定着ロールや該熱定着ロールに押圧される加圧ロール等（以下、「ロール」という）が配設されている。このようなロールは、丸棒状のロール本体とその外周面を被覆する管状のロールカバーで略構成され、該ロールカバーはロール本体の外周面に接着されている。

該ロールカバーの外周面はトナーあるいは用紙等の記録媒体との非粘着性が求められるので、当該ロールカバーの材料としては、耐熱性、非粘着性等の特性を有するフッ素ポリマーが適しており、フッ素ポリマーからなる管体がロールカバーとして利用されている。しかし、通常のフッ素ポリマーは導電性が低いので、通常のフッ素ポリマーからなるロールカバーを複写機やプリンタ等に用いると、後続の画像を汚すような静電気によるオフセット現象が生じ易くなる。そこで、フッ素ポリマーに導電性フィラーを含有させた導電性を有するフッ素ポリマー（以下、「導電性フッ素ポリマー」という）を用いることがあり、例えば、特許文献１には、導電性フッ素ポリマーにより形成された円筒形状部材（ロール）が開示されている。

特開２００３−２０８０３３号公報

導電性フッ素ポリマーを得る方法として、例えばカーボンブラックのような導電性フィラーをフッ素ポリマーに含有させる方法があるが、上述したロールカバーに適した導電性を得るためには、多量のカーボンブラックを含有させる必要がある。しかし、多量のカーボンブラックを含有させたフッ素ポリマーをロールカバーに用いると、ロールカバーは硬くなり、また、ロールカバーの表面がカーボンブラックで覆われるので、通常のフッ素ポリマーが有する離型性や表面クリーニング性が損なわれてしまい、ロールカバーとして適さなくなる。さらに近年、プリンタやコピー機のカラー化や高速化が進み、定着ロールと加圧ロールとのニップ幅を広げる必要性が高まり、ロールの柔軟性が求められるようになってきているが、ロールカバーが硬いとロールの十分な柔軟性が確保できなくなり、十分なニップ幅を得ることが困難になる。

また、上記特許文献１に記載された円筒形状部材は、支持体上に設けられた導電性弾性層と、この導電性弾性層上に設けられた表層とからなり、該表層は導電性樹脂で予め成形されたスリーブ部材（ロールカバー）であることを特徴とする。これにより、比較的容易に製造でき、且つ低硬度と高寸法精度であり、体積抵抗値の調整も比較的容易にできる円筒形状部材を提供することが可能となっている。この特許文献１に記載の円筒形状部材では、導電性弾性層と表層（スリーブ部材）とで導電性を確保（なお、表層の体積抵抗値が導電性弾性層の体積抵抗値より大きい）しているが、スリーブ部材で導電性を確保しようとすれば多量のカーボンブラックを含有させる必要があり、スリーブ部材は更に硬化し、またスリーブ部材の表面がカーボンブラックで覆われてしまう。このため、円筒形状部材の柔軟性が確保できず、また、表層の離型性や表面クリーニング性も損なわれてしまう。

本発明は、上記のような種々の課題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、フッ素ポリマーが有する柔軟性、離型性、表面クリーニング性等を維持しつつ、静電気によるオフセット現象の発生を効果的に防止するロールカバーを提供することにある。

上記目的達成のため、本発明のロールカバーは、丸棒状又は円筒状のロール本体を被覆し、熱可塑性フッ素ポリマーにより形成される管状のロールカバーであって、前記熱可塑性フッ素ポリマーにフッ素系の界面活性剤で処理された重量比０．５〜５％のカーボンナノチューブを混合したことを特徴としている。

このように、前記熱可塑性フッ素ポリマーにフッ素系の界面活性剤で処理された重量比０．５〜５％のカーボンナノチューブを混合したので、本発明のロールカバーは必要な導電性を確保、換言すると、静電気の帯電性が低く、良好な除電性を確保し静電気によるオフセット現象の発生を防止することができ、更に、通常のフッ素ポリマーが有する柔軟性、離型性、表面クリーニング性等を良好に維持することが可能である。また、カーボンナノチューブがフッ素系の界面活性剤で処理されたものであるので、カーボンナノチューブのフッ素ポリマーへの混合分散性を高めることができる。

また、本発明のロールカバーは、前記熱可塑性フッ素ポリマーがカーボンナノチューブを含有する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(ＰＦＡ)であることを特徴としている。これにより、更に、非粘着性、耐熱性に優れたロールカバーを提供することが可能となる。

以下、本発明に係るロールカバーの一の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

はじめに、本発明の一の実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るロールカバー３０を用いたロール１００の一部を示す斜視図である。

図１にその概略を示すロール１００は、例えば、複写機やプリンタ等の記録装置の熱定着ロールや該熱定着ロールに押圧される加圧ロール等に利用されるロールであって、ロール本体２０にロールカバー３０を被覆させたものである。

芯金１０は、例えば、金属等の材料からなる中空又は中実の丸棒等であって、好適にはアルミニウムにより形成されるが、ロール１００を支える芯部となるものであればどのようなものであってもよい。

ロール本体２０は芯金１０の外周面に接着して形成された円筒状の弾性体であって、好適にはシリコン樹脂で形成されている。しかし、ロール本体２０は弾性体に限定されず、金属等により形成されていてもよい。なお、図１に示す形態では、ロール本体２０と芯金１０とがそれぞれ構成されているが、芯金１０をロール本体２０として利用するロールであってもよい。

本発明に係るロールカバー３０は、図１に示すように、ロール本体２０（芯金１０をロール本体２０として利用するロールの場合には芯金１０がロール本体２０となる）の周りに形成された管体であって、ロール本体２０の外周面と接着されている。これにより、芯金１０、ロール本体２０、ロールカバー３０は結合され、ロール１００を形成する。

ロール１００は、前述したように、例えば、記録装置の熱定着ロールや該熱定着ロールに押圧される加圧ロールとして利用され、ロール１００（ロールカバー３０）は用紙、シート等の記録媒体と接触する。すなわち、ロールカバー３０の外周面が記録媒体と接触した状態で、記録装置の熱定着処理が高温の下で行われる。このため、従来から、ロールカバー３０の好適な材料として、耐熱性、非粘着性等の特性を有する各種のフッ素樹脂（以下、「フッ素ポリマー」という）が用いられてきた。一方、通常のフッ素ポリマーは導電性が低いので、通常のフッ素ポリマーからなるロールカバーを記録装置に用いると、上述した静電気によるオフセット現象の問題が生じていたので、導電性を有するロールカバーが求められていた。

導電性フッ素ポリマーとして、カーボンブラックのような導電性フィラーをフッ素ポリマーに含有させたものがあるが、ロールカバー３０として好ましい導電性を得るためには多量のカーボンブラックを含有させる必要があった。多量のカーボンブラックを含有させたフッ素ポリマーをロールカバー３０に用いると、ロールカバー３０は硬化してロール１００の柔軟性が損なわれ、また、ロールカバー３０の表面がカーボンブラックで覆われてしまうのでロールカバー３０として重要な離型性や表面クリーニング性も損なわれてしまっていた。

このような状況のもと、本発明の発明者は、熱可塑性フッ素ポリマーにカーボンナノチューブを０．５〜５％混合させた材料からなるロールカバー３０が、通常のフッ素ポリマーが有する柔軟性と離型性を維持して、更に静電気の帯電性が低く、除電性にも優れていることを見出して本発明をなし得たものである。

本発明に使用可能な熱可塑性フッ素ポリマーとして、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（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を挙げることができる。この中で、耐久性の観点から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（ＰＦＡ）又はエチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）が好ましく、更に、非粘着性、耐熱性の観点を加味すると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（ＰＦＡ）が最も好ましい。

また、本発明に使用可能なカーボンナノチューブとしては、特に合成法に制限はなく、気相成長法、アーク放電法、レーザー蒸発法等で合成された単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）又は多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）が挙げられる。なお、カーボンナノチューブの直径（繊維径）にも特に制限はなく、繊維径１．５〜２００ｎｍのものを使用することができる。また、カーボンナノチューブの長さ（繊維長）にも特に制限はないが、アスペクト比が５以上のカーボンナノチューブが、本発明の特徴を得るのに好適である。

このようなカーボンナノチューブを上述した熱可塑性フッ素ポリマーに混合する比率（混合比率）は重量比０．５〜５％が好ましい。混合比率が０．５％以下の場合は静電気の帯電性や除電性が通常の無添加のフッ素ポリマーと同じであり、混合比率が５％以上の場合は混合された熱可塑性フッ素ポリマーは硬くなりロールの柔軟性に問題が生じる。

また、カーボンナノチューブを熱可塑性フッ素ポリマーに混合する方法にも特に制限はない。熱可塑性フッ素ポリマーの粉やペレットとカーボンナノチューブとを混ぜた後に、単軸押出機や２軸押出機で混練する方法や、インテンシブミキサー、バンバリミキサー内で両者を混練する方法等を用いることができる。また、カーボンナノチューブを熱可塑性フッ素ポリマーに混合する際に、分散剤を用いることもできる。例えば、カーボンナノチューブをフッ素系の界面活性剤で処理することにより、フッ素ポリマーへの混合分散性を高めることができる。更に、本発明の特徴を阻害しない範囲で、他の添加剤やフィラーを併用混合してもさしつかえない。

このように熱可塑性フッ素ポリマーにカーボンナノチューブを混合させて得られた材料を管状に成形してロールカバー３０を得る際は、通常の押出成形法を用いるが、それ以外の方法であっても良い。

ロールカバー３０の直径は、ロール本体２０の大きさによって任意に調整することができる。また、ロールカバー３０の厚さは、ロール１００の使用方法によって任意に選ぶことができるが、一般的には１０〜３００μｍが好ましく、更に２０〜１５０μｍがより好ましい。

なお、ロールカバー３０は、熱によって径方向や軸方向に収縮しないタイプであっても収縮するタイプであっても良い。また、ロール本体２０との接着性を向上させるためにロールカバーの内面処理を行っても良いし行わなくても良い。

このロールカバー３０を用いたロール１００に特に制限はなく、種々の分野で利用が可能であるが、記録装置の加熱、加圧定着部で使用されているロールや紙送り部のロールなどへの利用が最も適している。

次に、本発明の実施例と比較例について説明する。はじめに、以下に記す実施例１〜７、比較例１〜３の材料を作成した。

［実施例１］カーボンナノチューブ（径１００ｎｍ）０．５％含有混合材料
５グラムのカーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ−Ｓ（登録商標）、チューブ径１００ｎｍ、昭和電工（株）製）と９９５グラムの顆粒状フッ素ポリマー（テフロン（登録商標）ＰＦＡ９７３８Ｊ、三井デュポンフロロケミカル（株）製）とをステンレス容器内で十分に混合させ、２軸押出機（ＫＺＷ２０−２５Ｇ、テクノベル（株）製）でストランド状に溶融混練押出ししたものを水槽で冷却し、ペレタイザーで直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットを作成した。なお、２軸押出機はシリンダー温度を３５０℃、ダイ温度を３５０℃、スクリュー回転数を７０ｒｐｍに設定した。

［実施例２］カーボンナノチューブ（径１００ｎｍ）１％含有混合材料
実施例１と同じカーボンナノチューブ１０グラムと、実施例１と同じ顆粒状フッ素ポリマー９９０グラムとを用いて、実施例１と同じ方法及び条件で、直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットを作成した。

［実施例３］カーボンナノチューブ（径１００ｎｍ）１．５％含有混合材料
実施例１と同じカーボンナノチューブ１５グラムと、実施例１と同じ顆粒状フッ素ポリマー９８５グラムとを用いて、実施例１と同じ方法及び条件で、直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットを作成した。

［実施例４］カーボンナノチューブ（径１００ｎｍ）２％含有混合材料
実施例１と同じカーボンナノチューブ２０グラムと、実施例１と同じ顆粒状フッ素ポリマー９８０グラムとを用いて、実施例１と同じ方法及び条件で、直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットを作成した。

［実施例５］カーボンナノチューブ（径１００ｎｍ）３％含有混合材料
実施例１と同じカーボンナノチューブ３０グラムと、実施例１と同じ顆粒状フッ素ポリマー９７０グラムとを用いて、実施例１と同じ方法及び条件で、直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットを作成した。

［実施例６］カーボンナノチューブ（径２０ｎｍ）１％含有混合材料
０．９グラムのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ２０、チューブ径２０ｎｍ、（株）カーボン・ナノテク・リサーチ・インスティチュート製）と８９．１グラムのペレット状フッ素ポリマー（テフロン（登録商標）ＰＦＡ４５１ＨＰＪ、三井デュポンフロロケミカル（株）製）をラボプラストミル（（株）東洋精機製作所製）の６０ｃｃミキサーにいれ、３５０℃、２０ｒｐｍで２０分間混合し、取り出した後、熱プレスで板状に加工し、粉砕機で約２ｍｍ角のペレットを作成した。以上の操作を１０回繰り返し９００グラムの混合材料を得た。

［実施例７］カーボンナノチューブ（径１５０ｎｍ）５％含有混合材料
５０グラムのカーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ（登録商標）、チューブ径１５０ｎｍ、昭和電工（株）製）とカーボンナノチューブあたり５％（２．５グラム）のパーフロロブタンスルホン酸カリウムをメタノール中で混合した後、１１０℃で乾燥させた。続いて、９４７．５グラムの顆粒状フッ素ポリマー（テフロン（登録商標）ＰＦＡ９７３８Ｊ、三井デュポンフロロケミカル（株）製）とステンレス容器内で十分に混合させ、２軸押出機（ＫＺＷ２０−２５Ｇ、テクノベル（株）製）でストランド状に溶融混練押出ししたものを水槽で冷却し、ペレタイザーで直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットを作成した。なお、２軸押出機はシリンダー温度を３７０℃、ダイ温度を３７０℃、スクリュー回転数を５０ｒｐｍに設定した。

［比較例１］カーボンナノチューブを含まない熱可塑性フッ素ポリマー
ナチュラルのフッ素ポリマー（テフロン（登録商標）ＰＦＡ４５１ＨＰＪ、三井デュポンフロロケミカル（株）製）をそのままロールカバー３０の材料とした。

［比較例２］カーボンブラック８．５％含有混合材料
８５グラムのカーボンブラック（アセチレンブラック、電気化学工業（株）製）と９１５グラムの粉状フッ素ポリマー（テフロン（登録商標）ＰＦＡ３５０Ｊ、三井デュポンフロロケミカル（株）製）とをステンレス容器内で十分に混合させ、２軸押出機（ＫＺＷ２０−２５Ｇ、テクノベル（株）製）でストランド状に溶融混練押出したものを水槽で冷却し、ペレタイザーで直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットに加工した。なお、２軸押出機はシリンダー温度を３６５℃、ダイ温度を３６５℃、スクリュー回転数を８０ｒｐｍに設定した。

［比較例３］カーボンナノチューブ（径１５０ｎｍ）７％含有混合材料
７０グラムのカーボンナノチューブ（ＶＧＣＦ（登録商標）、チューブ径１５０ｎｍ、昭和電工（株）製）と９３０グラムの粉状フッ素ポリマー（テフロン（登録商標）ＰＦＡ３４５Ｊ、三井デュポンフロロケミカル（株）製）とをステンレス容器内で十分に混合させ、２軸押出機（ＫＺＷ２０−２５Ｇ、テクノベル（株）製）でストランド状に溶融混練押出したものを水槽で冷却し、ペレタイザーで直径１．５ｍｍ、長さ２ｍｍのペレットに加工した。なお、２軸押出機はシリンダー温度を３７０℃、ダイ温度を３７０℃、スクリュー回転数を５０ｒｐｍに設定した。

［ロールカバーの製作］
実施例１〜７、比較例１〜３で得られた材料を、シリンダー径３０ｍｍの単軸押出機を用いて、直径３０ｍｍ、厚さ５０μｍのロールカバー（管体）に成形した。それぞれのロールカバー（以下、「試料管体」という）に関して、以下の評価試験１〜４を行った。

［評価試験］
１．静電気帯電特性の評価（評価１）
長さ５５０ｍｍの各試料管体の中央部に１５ｋＶ、３０ｋＶの各電圧を１秒間隔で１０回印加し、１５秒後と１２０秒後に各試料管体の印加部に帯電している各電圧を測定した。なお、各試料管体への電圧印加は試験機（ＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅＴｅｓｔｅｒＭｏｄｅｌＥＳＤ−３００、三基電子工業（株）製）を使用し、帯電している電圧の測定は測定器（静電電位測定器ＳＴＡＴＩＲＯＮ−ＤＺ３、シシド静電気（株）製）を使用した。

２．静電気帯電特性の評価（評価２）
各試料管体を４０×４０mmの試験片に切断し、ＪＩＳＬ１０９４半減期測定法（但し、印加電圧は＋１０ｋＶではなく、−１０ｋＶとした）に従って、初期帯電圧と半減するまでの時間を測定した。なお、１２０秒たっても帯電圧が半減しない試料管体は１２０秒後の帯電圧を測定した。

３．柔軟性の評価（評価３）
各試料管体を径方向に幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍの短冊状に切断し、熱分析器ＴＭＡを使用して、チャック間距離１５ｍｍ、２３０℃で歪み５％の引張割線弾性率を求め柔軟性の指標とした。

４．離型性の評価（評価４）
各試料管体を走査型電子顕微鏡で拡大し、表面状態を観察することによって離型性の評価を行った。

［試験結果］
評価試験１〜３の評価結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜７は、いずれも比較例１（カーボンナノチューブを含まない熱可塑性フッ素ポリマー）に比べ初期帯電圧が低く、１２０秒後の帯電圧も低く、除電しやすいことを示しており、静電気によるオフセット現象に対して有効である。また、実施例１〜７はいずれも比較例２（カーボンブラック８．５％含有混合材料）、比較例３（カーボンナノチューブ（径１５０ｎｍ）７％含有混合材料）に比べ２３０℃での弾性率が低く、プリンタやコピー機等の定着部温度付近での柔軟性が高いことを示している。

次に、実施例５（カーボンナノチューブ（径１００ｎｍ）３％含有混合材料）と比較例２（カーボンブラック８．５％含有混合材料）の電子顕微鏡写真を参照して試料管体の表面状態について説明する。表１に示す評価１、２の結果より、実施例５及び比較例２の試料管体はほぼ同じ静電気帯電特性を有することが判る。このように、ほぼ同じ静電気帯電特性の結果を示す実施例５の試料管体と比較例２の試料管体との電子顕微鏡写真をそれぞれ図２、図３に示す。

図３に示す比較例２の試料管体の表面は、カーボンブラックで覆われ、フッ素ポリマーの離型性が損なわれているだけでなく、その凸凹部に汚れが取り込まれることでよりいっそう印刷品質の低下を招く虞がある。これに対し、図２に示す実施例５の試料管体の表面は、ほとんどがフッ素ポリマーで占められており、フッ素ポリマーの離型性が維持されている。更に、表面が平滑なため汚れの付着がほとんどないので、フッ素ポリマーが本来有する表面クリーニング性も良好に維持されている。

以上、本発明の実施形態と実施例について説明したが、本発明に係るロールカバー３０は、丸棒状又は円筒状のロール本体２０を被覆し、熱可塑性フッ素ポリマーにより形成される管状のロールカバー３０であって、熱可塑性フッ素ポリマーが重量比０．５〜５％のカーボンナノチューブを含有することを特徴としている。これにより、熱可塑性フッ素ポリマーが重量比０．５〜５％のカーボンナノチューブを含有するので、本発明に係るロールカバー３０は必要な導電性を確保し静電気によるオフセット現象の発生を防止することができ、更に、通常のフッ素ポリマーが有する柔軟性、離型性、表面クリーニング性等を良好に維持することが可能である。

また、本発明に係るロールカバー３０は、前記熱可塑性フッ素ポリマーがカーボンナノチューブを含有する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 (ＰＦＡ)であることを特徴としている。これにより、更に、非粘着性、耐熱性に優れたロールカバー３０を提供することが可能となる。

なお、本発明の範囲は上述した実施形態や実施例に限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に反しない限り、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、本発明に係るロールカバー３０は、導電性及び静電気特性等の優れた電気的特性を有するので、このような電気的特性が求められる、例えば、電子電気機器等に広く利用される。

本発明に係るロールカバーは、コピー機やプリンター等の加熱、加圧定着部で使用される他、種々の分野で使用されるロールに適用が可能である。

本発明に係るロールカバー３０を含んだロール１００の一部を示す斜視図である。実施例５の電子顕微鏡写真を示す。比較例２の電子顕微鏡写真を示す。

符号の説明

１０芯金、２０ロール本体、３０ロールカバー、１００ロール

Claims

丸棒状又は円筒状のロール本体を被覆し、熱可塑性フッ素ポリマーにより形成される管状のロールカバーであって、
前記熱可塑性フッ素ポリマーにフッ素系の界面活性剤で処理された重量比０．５〜５％のカーボンナノチューブを混合したことを特徴とするロールカバー。
前記熱可塑性フッ素ポリマーが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(ＰＦＡ)であることを特徴とする請求項1に記載のロールカバー。