WO2006046727A1

WO2006046727A1 - ロールカバー

Info

Publication number: WO2006046727A1
Application number: PCT/JP2005/019946
Authority: WO
Inventors: Keigo Goshiki
Original assignee: Junkosha Inc.
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2006-05-04
Also published as: KR20070062581A; TW200619878A; JP2006126595A; US20090117303A1; CN101069136A; DE112005002584T5; JP4963008B2

Abstract

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、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。

Description

明細書口一ノレカノく¹ ~

技術分野

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口一ルカバーに関する。

背景技術

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、熱定着ロールゃ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口一ルカバーで略構成され、該ロ一ルカバーは口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、特開 2 0 0 3 _ 2 0 8 0 3 3号公報には、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。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一二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つてきているが、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、十分な二ップ幅を得ることが困難になる。

また、上記特開 2 0 0 3 - 2 0 8 0 3 3号公報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一ブ部材（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。この特開 2 0 0 3 - 2 0 8 0 3 3号公報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ょうとすれば多量の力一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、表面タ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。発明の開示

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一であって、前記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、前記熱可塑性フッ素ポリマーが重量比 0 . 5〜5 %の力一ボンナノチューブを含有するので、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、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ブルォロエチレンノパーフルォロアノレキルビニルエーテル共重合体（P F A)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。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明に係るロールカバーを含んだロールの一部を示す斜視図である。

第 2図は、実施例 5の電子顕微鏡写真を示す。第 3図は、比較例 2の電子顕微鏡写真を示す。発明を実施するための最良の形態

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レ、。

はじめに、本発明の一の実施形態について第 1図を参照しながら説明する。第 1図は、本発明に係るロールカバー 3 0を用いたロール 1 0 0 の一部を示す斜視図である。

第 1図にその概略を示すロール 1 0 0は、例えば、複写機やプリンタ等の記録装置の熱定着口一ルゃ該熱定着口一ルに押圧される加圧口ール等に利用されるロールであって、ロール本体 2 0にロールカバー 3 0を被覆させたものである。

芯金 1 0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、ローノレ 1 0 0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 2 0は芯金 1 0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 2 0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レ、。なお、第 1図に示す形態では、ロール本体 2 0と芯金 1 0とがそれぞれ構成されているが、芯金 1 0をロール本体 2 0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 3 0は、第 1図に示すように、ロール本体 2 0 (芯金 1 0をロール本体 2 0として利用するロールの場合には芯金 1 0がロール本体 2 0となる）の周りに形成された管体であって、ロール本体 2 0の外周面と接着されている。これにより、芯金 1 0、ロール本体 2 0、ロールカバー 3 0は結合され、ロール 1 0 0を形成する。ロール 1 0 0は、前述したように、例えば、記録装置の熱定着ロールゃ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、ローノレ 1 0 0 (ロールカバー 3 0 ) 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 3 0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、ロール力バー 3 0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、「フッ素ポリマ一」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一からなる口一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 3 0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 3 0に用いると、ロールカバー 3 0は硬化してロール 1 0 0の柔軟性が損なわれ、また、ロールカバー 3 0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 3 0として重要な離型性や表面クリーユ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口ールカバー 3 0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、テトラフルォロエチレンパーフルォロアノレキノレビニルエーテル共重合体 (P F A) 、テトラフルォロエチレンノへキサフルォロプロピレン共重合体（FE P) エチレンテトラフルォ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ォロエチレン ^ /パーフルォロアルキルビュルエーテル共重合体（PFA) 又はエチレンテトラフルォ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ォロェチレンパーフルォ口アルキルビニルエーテル共重合体（P FA) が最も好ましい。

また、本発明に使用可能な力一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〜 200 n m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、ァスぺクト比が 5以上のカーボンナノチューブ力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ゃ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、他の添加剤ゃフイラ一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 3 0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 3 0の直径は、ロール本体 2 0の大きさによって任意に調整することができる。また、ロールカバ一 3 0の厚さは、ロール 1 0 0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 1 0〜3 0 0 μ mが好ましく、更に 2 0〜： 1 5 0 mがより好ましレヽ。

なお、ロールカバー 3 0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 2 0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。

このロールカバ一 3 0を用いたロール 1 0 0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 l O O n m) 0 . 5 %含有混合材料 5019946

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 100 nm、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） PFA 9738 J、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、ペレタイザ一で直径 1. 5 m m、長さ 2 mm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°C、ダイ温度を 350°C、スクリュー回転数を 70 r p m に設定した。

[実施例 2] カーボンナノチューブ（径 100 nm) 1 %含有混合材料

実施例 1と同じカーボンナノチューブ 1 0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 2 mm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 100 nm) 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 1 5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と同じ方法及ぴ条件で、直径 1. 5mm、長さ 2 mm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 100 nm) 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 2 mm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 100 nm) 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 2 mm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 20 nm) 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 20 nm、（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一（テフロン（登録商標） PFA 45 1 HP J、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 60 c cミキサーにいれ、 350°C、 20 r p m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 2 mm角のペレットを作成した。以上の操作を 1 0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 1 50 nm) 5 %含有混合材料

50グラムの力一ボンナノチューブ（VGCF (登録商標）、チューブ径 1 50 nm、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、 1 10°C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） PFA 9738 J、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、ペレタイザ一で直径 1. 5mm、長さ 2 mm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°C、ダイ温度を 370°C、スクリユー回転数を 50 r p m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ナチュラルのフッ素ポリマー（テフロン（登録商標） P FA 4 5 1 HP J、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一 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

8 5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 9 1 5グラムの粉状フッ素ポリマー（テフロン（登録商標) P FA 3 5 0 J、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（KZW2 0— 25 G、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、ペレタイザ一で直径 1. 5 mm, 長さ 2 mm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 3 6 5°C、ダイ温度を 3 6 5°C、スクリユー回転数を 8 0 r pmに設定した。

[比較例 3] カーボンナノチューブ（径 1 5 0 nm) 7 %含有混合材料

70グラムのカーボンナノチューブ（VGC F (登録商標）、チューブ径 1 5 0 nm、昭和電工（株）製）と 9 30グラムの粉状フッ素ポリマー (テフロン（登録商標） P FA 34 5 J、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— 2 5 G、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、ペレタイザ一で直径 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 3 7 0°C、ダイ温度を 3 7 0°C、スクリュー回転数を 5 0 r pm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、シリンダ一径 3 0m _mの単軸押出機を用いて、直径 30mm、厚さ 50 μ m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 J 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 550 mmの各試料管体の中央部に 1 5 k V、 30 k Vの各電圧を 1秒間隔で 10回印加し、 15秒後と 1 20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 ^E l e c t r o s t a t i c D i s c h a r g e T e s t e r Mo d e l E S D— 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 STAT I RON — DZ 3、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 X 4 Ommの試験片に切断し、 J I S L I 094 半減期測定法（但し、印加電圧は + 10 k Vではなく、一 10 k V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、 1 20秒たつても帯電圧が半減しない試料管体は 1 20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 5 mm、長さ 20 mm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 1 5mm、 230°C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】

[ 評価結果 ]

* (半滅期秒) 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、 1 2 0秒後の帯電圧も低く、除電しゃ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 1 5 0 n m) 7 %含有混合材料）に比べ 2 3 0 °Cでの弾性率が低く、プリンタゃ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 l O O n m) 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第 2図、第 3図に示す。第 3図に示す比較例 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つそう印刷品質の低下を招く虞がある。これに対し、第 2図に示す実施例 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 3 0は、丸棒状又は円筒状のロール本体 2 0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 3 0であつて、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 3 0は必要な導電性を確保し静電気によるォ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 —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一 3 0は、前記熱可塑性フッ素ポリマ一が力一ボンナノチューブを含有するテトラフルォロエチレンパーフルォロアルキルビエルエーテル共重合体（P F A)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 3 0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 3 0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。産業上の利用可能性

本発明に係るロールカバーは、コピー機やプリンタ一等の加熱、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める。

Claims

請求の範囲

1 . 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、前記熱可性フッ素ポリマ一が重量比 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するローノレカノく一。

2 . 前記熱可塑性フッ素ポリマーがテトラフルォロエチレン/パーフルォ口アルキルビュルエーテル共重合体（P F A)であることを特徴とする請求項 1に記載の口一ルカバー。