JP2004346137A - Elastic member and paper feed roller - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an elastic member which has a high frictional coefficient, holds the high frictional coefficient, and has high durability, and to provide a paper feed roller comprising the elastic member. <P>SOLUTION: This elastic member 10 is characterized by nano-dispersing a resin 12 having higher abrasion resistance than that of a matrix 11 in the matrix 11 comprising an elastomer, using the surface exposed portions of the matrix 11 as groove-forming portions 11A, when worn out, and using the resin 12 as frictional coefficient-maintaining portions 12A left as projections T. This paper feed roller comprises the elastic member 10 and is used for an image-forming apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性部材、該弾性部材からなる紙送りローラに関し、特に、弾性部材の摩耗時に生じる表面状態を改良して摩擦係数を維持できるようにし、インクジェットプリンター、複写機等の画像形成装置の紙送りローラとして用いた場合に紙粉の付着による摩擦係数低下を抑制するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットプリンタ、レーザープリンタ、静電気式複写機、普通紙ファクシミリ装置等のOA機器や自動預金支払機(ATM)等の紙送り機構において、紙やフィルム等の搬送物をピックアップし、分離する等の目的で紙送りローラが用いられている。
紙送りローラは、紙やフィルム等の搬送物を送るための搬送力を必要としており、ある一定以上の摩擦係数が要求されるが、搬送時に紙粉等の搬送物に起因する異物が付着し摩擦係数が低下する問題がある。
【0003】
よって、従来、搬送物から出る紙粉等の数nm程度の異物を、紙送りローラと搬送物との接触面へ付着させないために、深さ及び幅が数mm程度のローレット溝等の溝部を紙送りローラの外周面に設けることが行われている。しかし、紙送りローラの外周面に、幅が数mm程度の溝部を設けると、紙送りローラと搬送物の接触面積が大きく減少するため、摩擦係数が低下するという問題がある。また、摩耗により上記溝部の深さが浅くなり、繰り返しの使用により溝部が消滅すると、異物の付着を防止することができず摩擦係数が低下し、耐久性が劣る問題がある。 昨今、複写機、プリンタ等の画像形成装置の寿命が伸び、要求される耐久性のレベルが高くなっている上に、部品点数の削減によって高荷重下で使用されることが多くなっている。従って、紙送りローラの耐久性をさらに向上させることが要望されている。
【0004】
ゴムローラ等の形成材料は従来より研究開発され、ポリアミド系熱可塑性樹脂等の樹脂成分をマトリクスとし、ゴム成分を分散させたものが種々提案されている。
例えば、特開2000−129047号公報(特許文献1)に提案された熱可塑性エラストマー組成物では、ポリアミド系エラストマーがマトリクス相、エチレン−アクリル酸エステル共重合体ゴム成分が分散相としている。
また、特開平10−251452号公報(特許文献2)で提案されているゴム組成物では、水素添加NBRエラストマーマトリクス中にナイロンよりなる微粒子が分散して存在し、官能基含有エチレン系共重合体を含有させている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−129047号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平10−251452号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1の組成物は、ポリアミド系エラストマー又は熱可塑性樹脂がマトリクス相となり、ゴムが分散相となっているため、全体硬度が高くなり、摩擦係数が低下しやすく、良好な耐摩耗性を実現できないという問題がある。また、溶融プレスすることでポリアミド樹脂が流動し、相分離が進行してしまうという問題がある。特に、紙送りローラとして用いる場合には硬度が高くなりすぎて十分な搬送力が出ず、実用に適さないという問題がある。
【0008】
また、特許文献2の組成物は、組成物中にナイロンよりなる微粒子が分散しているものの、粒子の分散状況によっては耐摩耗性が悪くなるという問題がある。例えば、紙送りローラとして用いる場合には、十分な摩擦係数が得られず、十分な搬送力が出ないため、実用に適さないという問題がある。
【0009】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、摩擦係数が高く、その高い摩擦係数が保持されると共に、耐久性にも優れた弾性部材及び該弾性部材からなる紙送りローラを提供することを課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第1に、エラストマーからなるマトリクス中に、該マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂がナノ分散化され、上記マトリクスの表面露出部分は摩耗時に溝形成部分とされると共に上記樹脂は突起として残存して摩擦係数維持部分とされる構成よりなる弾性部材を提供している。
【0011】
即ち、 弾性部材の表面が摩耗された場合に、 ナノ分散させて配置した樹脂はマトリクス樹脂と比較して摩耗量が少ないことより、 マトリクス樹脂の部分が摩耗されて溝となり、 分散された樹脂は突起として残存する。
形成される溝は紙粉等の異物を取り込み、表面露出部分に異物が付着するのを防止できる一方、残存する樹脂が摩擦係数維持部分として機能させ、長期に渡って高摩擦係数を維持させて耐久性を高めることができる。
【0012】
また、弾性部材が摩耗により形成される溝や突起は、数nm〜数百nmのnmオーダーと非常に微小であるため、溝や突起の存在により摩擦対象物との接触面積が減少されることなく、摩擦係数を維持することができる。なお、この溝や突起は、摩耗の繰り返しによりその一部が消滅しても、さらなる摩耗により他の新たな溝や突起が形成されるため、摩擦係数の抑制効果を持続することができる。
かつ、本発明の弾性部材は、エラストマーがマトリクスであるために、良好な柔軟性を長期に渡って得ることができる。よって、初期状態のみならず、長期に渡って高摩擦係数と柔軟性の両立を実現することができる。
従って、本発明の弾性部材は、紙送りローラ、その他、摩耗しても常に高い摩擦係数を必要とされる用途、例えば、タイヤ等に使用することができる。
【0013】
マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂を、エラストマーからなるマトリクス中に、平均粒径1μm未満でナノ分散化させているのは、平均粒径が大きすぎると摩耗時にエラストマーと上記樹脂の界面にクラックが生じやすくなると共に、圧縮永久ひずみが大きくなってしまうためである。
なお、上記平均粒径とは、後述の方法により、走査型プローブ顕微鏡で評価して得た値である。
上記マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂としては高極性ポリアミド系熱可塑性樹脂が好ましく、引裂強度等の機械的強度に優れ、高摩擦係数が得られると共に、極性を有しているため、親和性にも優れた弾性部材とすることができる。
【0014】
エラストマーと、上記樹脂との体積比を(エラストマー:樹脂)=(99.9:0.1)〜(87.5:12.5)とすることにより、摩耗時の溝形成部分と摩擦係数維持部分のバランスを非常に良好なものとすることができ、摩耗の繰り返しにより溝や突起が良好な状態で形成され得る。
エラストマーの体積分率を上記範囲より少なくした場合、樹脂の分散相が密となる、あるいは、樹脂がマトリクス相となってしまい良好な柔軟性が得られないことに因る。一方、エラストマーの体積分率を上記範囲より多くした場合、エラストマーが多すぎて樹脂の分散によって生み出される特性が損なわれる。上記体積比は、より好ましくは(99.0:1.0)〜(92.0〜8.0)である。
エラストマーの体積とは、油展ゴムの場合は、ゴム及びその油展オイルの合計である。同様に、樹脂の体積とは、油展樹脂の場合は、樹脂及びその油展オイルの合計である。また、ゴム及び樹脂共に、その中に溶解する可塑剤、相容化剤を用いる場合には、それらを加えた合計の体積である。なお、樹脂の量が多くなるほど、粒径は大きくなりやすく、均一な微分散も行いにくくなる。
【0015】
また、本発明の弾性部材において、上記ナノ分散化される樹脂は、数十nmサイズの小ドメインと数百nmサイズの大ドメインとの二種類からなることが好ましい。
弾性部材の耐摩耗性試験の結果から考察した結果、数十nmサイズの小ドメインが耐摩耗性を向上させ、数百nmサイズの大ドメインが摩擦係数を向上させることが判明している。特に、数百nmサイズの大ドメインが突起として残存し摩擦係数維持部分とされると、引っ掻き効果がより高く、摩擦係数の維持性能がより高くなる。このように、大小2種類のドメインが混在することで、耐摩耗性を高めると共に、高摩擦係数を実現でき、両性能をバランス良く向上することができる。
【0016】
具体的には、平均粒径が数十nmの小ドメインは10nm〜100nm程度、平均粒径が数百nmの大ドメインとは100nm〜1000nm程度である。平均粒径が上記範囲であれば、球形、繊維形、柱形、楕円形等の形状は特定されない。またた、小ドメインと大ドメインは、各々が偏在せず均等に分散しているのが好ましい。
上記小ドメインと大ドメインの体積比は、(小ドメイン:大ドメイン)=(30:70)〜(70:30)であることが好ましい。
上記範囲としているのは、上記範囲より小ドメインが少ないと、耐摩耗性を向上させにくいためであり、一方、上記範囲よりる小ドメインが多いと、摩擦係数を向上させにくいためである。
【0017】
ポリアミド系熱可塑性樹脂としては、汎用樹脂で且つ比較的低コストである点と末端アミノ基を利用してマレイン酸変性ポリマーにグラフト化させて効率よく相容化できる点から、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12等のナイロン樹脂を好適に用いることができる。また、ブリードが発生しない範囲内で搬送力向上のためにポリアミド系熱可塑性樹脂を油展することもでき、油展する可塑剤の添加量は樹脂100重量部に対して5重量部以上150重量部以下、好ましくは10重量部以上100重量部以下であるのが良い。
【0018】
エラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂との相容化剤として、マレイン酸変性ポリマーを用いていることが好ましい。該相容化剤を用いることにより、通常、相容性の小さいジエン系ゴム、あるいはEPM、EPDM等のエラストマーと少量のポリアミド系熱可塑性樹脂とを効果的にアロイ化することができる。
特に、マレイン酸変性ポリマーを用いることにより、マレイン酸変性ポリマーの分子中に含む無水マレイン酸の部分が、ポリアミド系熱可塑性樹脂の末端のアミノ基と反応して、グラフト化した相容化剤をつくるため、非常に効率良く、ジエン系ゴム、あるいはEPM、EPDM等のエラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂を相容化することができる。
【0019】
マレイン酸変性ポリマーとしては、エチレンエチルアクリレート(EEA)のマレイン酸変性物、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム、マレイン酸変性エチレンプロピレンジエンゴム、マレイン酸変性スチレン系熱可塑性エラストマー等が挙げられ、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴムあるいはマレイン酸変性スチレン系熱可塑性エラストマーを用いると、物性の悪化が少なく、より良好な紙送りローラを作製できる。これらの中でも、特にマレイン酸変性エチレンプロピレンゴムが好適に用いられる。
【0020】
このように、エラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂との相容性を高めるために相容化剤が配合されると、架橋反応を伴う溶融プレス及び成形後もポリアミド系熱可塑性樹脂がナノ分散化する。よって、溶融プレスしてもポリアミド系熱可塑性樹脂が流動し相分離が進行することがなく、良好な分散状態を得ることができる。
【0021】
また、エラストマーと樹脂の界面で、相容化剤と樹脂が反応すると、グラフトポリマーを形成する。そして、その界面より引き抜かれたグラフトポリマーが数十nmサイズの小ドメインとなり、引き抜かれずに残った樹脂のドメインが数百nmサイズの大ドメインとなる。これにより、樹脂の平均粒径が数十nmサイズの小ドメインと数百nmサイズの大ドメインの2種類が混在することとなる。
【0022】
相容化剤は、ポリアミド系熱可塑性樹脂(油展樹脂の場合はオイルを除く樹脂分)の重量の0.1倍以上1.0倍以下の割合で配合されているのが良い。さらには、0.2倍以上0.7倍以下が好ましい。
上記範囲としているのは、上記範囲より少ないとポリアミド系熱可塑性樹脂の界面で反応する相容化剤の量が足りず、微分散されにくいためである。一方、上記範囲より多いと材料の特性(物性)が相容化剤の影響を受ける場合がある上に、相容化剤は高価な場合が多く、コスト高になりやすいためである。
【0023】
エラストマーとしては、従来公知のゴムあるいは/及び熱可塑性エラストマーを用いることができるが、ジエン系ゴム、あるいはEPM、EPDMから選択される1種以上のゴムを用いることが好ましい。
特に、エラストマーとしては、主鎖が飽和炭化水素からなり、主鎖に二重結合を含まないため、高濃度オゾン雰囲気、光線照射等の環境下に長時間曝されても、分子主鎖切断が起こりにくく、耐候性に優れるという理由からエチレンプロピレンジエン共重合体ゴム(EPDM)を用いることが好ましい。
その他、スチレンブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、天然ゴム(NR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、エチレンプロピレンゴム(EPR)等を1種または複数種用いることができる。なお、上記エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系等の各種熱可塑性エラストマーを用いても良い。
ジエン系ゴムあるいはEPM、EPDMを油展あるいは軟化剤と共に用いることにより、低硬度を実現し、高い搬送力を実現することができる。これらジエン系ゴムあるいはEPM、EPDMは、有機過酸化物等による架橋が容易である。
【0024】
硫黄架橋、過酸化物架橋、樹脂架橋から選択される少なくとも1種の架橋方法により架橋されている。なかでも、ブルームを起こし難く、圧縮永久歪みも小さくなるという理由から、過酸化物架橋又は樹脂架橋が好ましい。なお、硫黄架橋としても良い。
【0025】
過酸化物架橋に用いられる過酸化物としては、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)へキシン−3、ジクミルパーオキサイド、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロへキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)へキサン、ベンゾイルパーオキサイド、2−5ジメチル2−5ジ(ベンゾイルパーオキシ)へキサン、ジ−t−ブチルパーオキシ−m−ジイソプロピルベンゼン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシクメン、ジ−t−ブチルパーオキシド等が挙げられる。各種の過酸化物を、ポリアミド系熱可塑性樹脂等のポリアミド系熱可塑性樹脂の融点や軟化点,混練機内の滞留時間に応じて選択することができる。
通常、過酸化物の配合量は、エラストマー(油展ゴムの場合はオイルを除くゴム分)100重量部に対して0.1重量部以上30重量部以下が好ましく、0.5重量部以上10重量部以下が特に好ましい。
【0026】
過酸化物架橋を行う場合には、疲労特性等の各種機械的物性を改良、調整したり、架橋密度を向上させる目的で、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリアリルシアヌレート(TAC)、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)、エチレングリコールジメタクリレート(EDMA)、N−N’−m−フェニレンビスマレイミド等の多官能性モノマー等の架橋助剤を用いても良いし、必要に応じて、樹脂架橋や硫黄架橋と併用してもよい。
【0027】
樹脂架橋では樹脂架橋剤が用いられるが、樹脂架橋剤は加熱等によってゴムに架橋反応を起させる合成樹脂であり、硫黄と加硫促進剤とを併用した場合に生ずるブルームの問題が起らないので好ましい。特に、樹脂架橋剤としてフェノール樹脂を用いると給紙性能を高めることができる。その他の樹脂架橋剤としては、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、トリアジン・ホルムアルデヒド縮合物、へキサメトキシメチル・メラミン樹脂等が挙げられる。
通常、樹脂架橋剤の配合量は、エラストマー(油展ゴムの場合はオイルを除くゴム分)100重量部に対して1重量部以上50重量部以下が好ましく、6重量部以上15重量部以下が特に好ましい。
【0028】
本発明における架橋又は部分架橋(動的架橋)は、塩素、臭素、フッ素、ヨウ素等のハロゲンの存在下で行ってもよい。動的架橋時にハロゲンを存在させるには、ハロゲン化された樹脂架橋剤を用いるか、弾性部材中にハロゲン供与性物質を配合してもよい。ハロゲン化された樹脂架橋剤としては、上記の各付加縮合型樹脂がハロゲン化されたものが挙げられる。
また、架橋反応を適切に行うために架橋助剤(活性剤)を用いてもよい。架橋助剤としては金属酸化物が使用され、特に酸化亜鉛、炭酸亜鉛が好ましい。
【0029】
上記樹脂は、リアクティブブレンド手法によりアロイ化され微分散されていることが好ましい。リアクティブブレンド手法とは溶融混練と相容化を導く化学反応を同時に進行させる手法であり、優れた機械的特性が得られ、材料に新たな機能を付与することができる。
【0030】
本発明の弾性部材は、JIS6253のA型硬度計で測定した硬度が15度〜60度であることが好ましい。これにより、摩耗時に溝や突起が形成されやすく、柔軟性と高摩擦係数とを両立することができる。特に、紙送りローラとして用いた場合に、硬度が15度〜60度、好ましくは20度〜55度、さらに好ましくは20度〜50度の範囲であるのが良い。この範囲とすると、紙送りローラを比較的小さい圧接力で紙やフィルムに押付けても紙送りローラが充分に変形し、紙やフィルムとの間に大きい接触面積を得ることができる。
【0031】
軟化剤としてはオイル、可塑剤が挙げられるが、低極性のものが特に好適に用いられる。オイルとしては、例えばパラフィン系、ナフテン系、芳香族系等の鉱物油や炭化水素系オリゴマーからなるそれ自体公知の合成油、またはプロセスオイルを用いることができる。合成油としては、例えば、α−オレフィンとのオリゴマー、ブテンのオリゴマー、エチレンとα−オレフィンとの非晶質オリゴマーが好ましい。特にパラフィン系オイルは揮発性が小さいため取り扱いやすく定量した量を確実に添加することができるので好ましい。
可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート(DOP)、ジブチルフタレート(DBP)、ジオクチルセパケート(DOS)、ジオクチルアジペート(DOA)、トリクレジルフォスフェート等をゴムとの相溶性が悪化させない範囲で1種または複数種用いることができる。
【0032】
上記エラストマー100重量部に対して10重量部以上600重量部以下の軟化剤が配合されていることが好ましい。
具体的には、軟化剤がオイルである場合、ゴム100重量部に対して15重量部以上600重量部以下、好ましくは25重量部以上400重量部以下であるのが良い。
オイルが15重量部より小さいと硬度が高くなりすぎることがあり、例えば、紙送りローラ等としての適度な硬度を得にくくなるためである。一方、600重量部より大きいと、動的架橋物の表面からオイルがブリードしてきたり、あるいはオイルが架橋阻害を起こして、ゴム分が十分に架橋されず、物性が低下するという問題があるためである。
また、軟化剤が可塑剤である場合、ゴム100重量部に対して10重量部以上500重量部以下、好ましくは、15重量部以上400重量部以下であるのが良い。
【0033】
また、弾性部材中には上記の配合剤以外に、必要に応じて、老化防止剤、ワックス等を配合することができる。老化防止剤としては、例えば、2−メルカプトベンゾイミダゾールなどのイミダゾール類、フェニル−α−ナフチルアミン、N,N−ジ−β−ナフチル−P−フェニレンジアミン、N−フェニル−N’−イソプロピル−P−フェニレンジアミンなどのアミン類、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、スチレン化フェノールなどのフェノール類等が挙げられる。なお、複数種の老化防止剤を用いることが好ましい。
老化防止剤の配合量は、エラストマー(油展ゴムの場合はオイルを除くゴム分)100重量部に対して0.5重量部以上10重量部以下が好ましく、1重量部以上3重量部以下が特に好ましい。
【0034】
ゴムは油展ゴムで分子量が極力大きいものが好ましく、例えば、具体例として、住友化学工業株式会社製エスプレン670F、同じくエスプレン601F及び出光DMS社製ケルタン509×100等が挙げられる。
ゴムを油展する場合、油展されるオイルの添加量は、硬度と搬送力の観点より、ゴム100重量部に対して15重量部以上600重量部以下、好ましくは25重量部以上400重量部以下であるのが良い。
【0035】
弾性部材の機械的強度を向上させるために、必要に応じて、充填剤を配合することができる。充填剤としては、例えば、シリカ、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウム、二塩基性亜リン酸塩(DLP)、塩基性炭酸マグネシウム、アルミナ等の粉体を挙げることができる。充填剤を配合する場合、充填剤は弾性部材全体当たり30重量%以下とするのが好ましい。これは充填剤の配合はゴムの引っ張り強度及び引き裂き強度の改善には有効であるものの、余り多く配合するとゴムの柔軟性を大きく低下させるためである。
【0036】
また、エラストマーは、ゴム等と、可塑剤、その他必要に応じて相容化剤、老化防止剤等とを混練機等で混入したマスターバッチとして配合していることが好ましい。これにより、作業性が向上すると共に、分散性を高めることができる。なお、ポリアミド系熱可塑性樹脂についても同様に、マスターバッチとして配合することが好ましい。
【0037】
樹脂マスターバッチは、例えば、2軸押し出し機、ニーダー又はバンバリーミキサー等を用い、ポリアミド系熱可塑性樹脂等のポリアミド系熱可塑性樹脂中に相容化剤等を練り込み、160℃〜280℃、1分間〜20分間混練し、その後、通例の方法によりペレット化している。
ゴムマスターバッチは、例えば、2軸押し出し機、ニーダー又はバンバリーミキサー等を用い、ジエン系ゴム、あるいはEPM、EPDM等のゴム成分に必要に応じてパラフィンオイル等の可塑剤、相容化剤、老化防止剤、フィラー等を練り込み、20℃〜250℃、1分間〜20分間混練を、通例の方法によりペレット化している。
なお、相容化剤は樹脂マスターバッチの中に高温中で練り込んで、それがマレイン酸変性ポリマーの場合、先にポリアミド系熱可塑性樹脂の末端のアミノ基と反応させてから、ポリマーブレンドを行っても良いし、ポリマーブレンド時にゴムマスターバッチや樹脂マスターバッチにドライブレンドして加えても良い。
【0038】
本発明は、第2に、上記弾性部材からなり、画像形成装置に用いられる紙送りローラを提供している。
具体的には、略円筒状あるいは円柱状とされたローラの外周面が、紙送り時にドラムと摺接して摩耗するため、ローラの外周面においてマトリクスの表面露出部分が溝形成部分となり、樹脂がローラの外周面に残存した突起が摩擦係数維持部分となる。上記溝は樹脂分散形状にもよるが、摩耗方向と略平行な溝となる。
上記した紙送りローラは、高摩擦係数と低硬度を実現することができる上に、繰り返し使用後にも高摩擦係数が維持され、より高い搬送力が得られ、耐久性にも優れたものとなる。
【0039】
上記紙送りローラは、エラストマーの体積分率を87.5より少なくした場合、硬度が高くなりすぎて十分な搬送力が出ず、実用に適さない。他方、エラストマーの体積分率を99.9より多くした場合、ポリアミド系熱可塑性樹脂によって生み出された高搬送力の特性が損なわれる。
【0040】
紙送りローラは円筒状に成形した状態で、肉厚は0.5mm〜20mm、好ましくは1mm〜5mmとしている。これは、肉厚0.5mmより小さいと、紙送りローラが変形しても紙との間に大きな接触面積が形成され難い。一方、肉厚が20mmを越えると、ローラを変形させるために紙送りローラの紙への圧接力を大きくしなければならず、紙送りローラを紙に圧接させるための機構が大型化するためである。なお、紙送りローラの中空部には軸芯を圧入するか、あるいは接着剤で接合して固定している。
【0041】
上記紙送りローラの成形は、例えば、前記ゴムマスターバッチのペレット、樹脂マスターバッチのペレット、亜鉛華、老化防止剤、フィラー等の所要の添加剤を2軸押し出し機に投入し、160℃〜280℃で加熱しながら1分間〜20分間混練してエラストマーとポリアミド系熱可塑性樹脂をブレンドした後押し出す。次いで、この押し出した材料に架橋剤を、オープンロールによって混練した後、170℃〜230℃で熱プレス成形する。その後、所要寸法にカットを行い、紙送りローラとしている。なお、必要に応じて紙送りローラの表面を研磨して用いても良い。
【0042】
また、紙送りローラには、紙を送る目的で紙送りの方向に回転させて使うローラ(ナジャー(1本で使用)、フィード(後述するリタードと2本セットで使用))と、紙の重送を防止する目的で紙送りの方向と逆の方向にトルクをかけて使用するローラ(リタード)の三種類があるが、各種類のローラに使用することができる。なお、紙送りローラの形状は、円筒形状、その他D字形状等の異形ローラ等の種々の形状とすることができる。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1(A)は本発明の弾性部材10を用いて形成された円筒状の紙送りローラ1を示し、その中空部に軸芯2が圧入されて取り付けられている。
上記紙送りローラ1は図1(B)に示すように、プリンターの給紙機構にセットされる。該給紙機構は給紙トレイ3の上面に分離シート4を備え、該分離シート4の上部に給紙ローラ1が配置されると共にトレイ3の下面にバネ(図示せず)が当接され、分離シート4が給紙ローラ1に向けて付勢されている。分離シート4と給紙ローラ1との合いには紙Sの先端部分が挟まれ、給紙ローラ1が図中矢印R方向に回転することにより、紙Sが1枚づつが画像形成機構に向けて送り出される構成とされている。
よって、紙送りローラ1は、分離シート4に付勢されて紙送りローラ1側に押圧されながら搬送される紙と摺接し、この摺接の繰り返しにより、紙送りローラ1の表面が摩耗していくこととなる。
【0044】
図1は普通紙20000枚を通紙した後の紙送りローラ1の外周面である弾性部材10の摩耗面10aの拡大模式図である。
【0045】
上記紙送りローラ1を形成する弾性部材10は、エラストマーからなるマトリクス11中に、マトリクス11よりも耐摩耗性を有する樹脂12がナノ分散化されており、マトリクス11の表面露出部分は摩耗時に溝形成部分11Aとされると共に、樹脂12は突起Tとして残存して摩擦係数維持部分12Aとされる構成よりなる。
本実施形態では、エラストマーとして油展EPDM(ゴム:オイル=1:1)を用い、この油展EPDMからなるマトリクス中に、油展RPDMよりも耐摩耗性を有するポリアミド系熱可塑性樹脂である油展ナイロン樹脂を平均粒径1μm未満でナノ分散化させている。
【0046】
エラストマーからなる溝形成部分11Aは、ナノ分散化された上記樹脂以外の部分であるためランダムな箇所であるが、紙Sとの摩擦の繰り返えしで摩耗して形成される微細な溝Mは、主に摩耗方向Lである紙送りローラ1の回転方向と略平行で、かつ、摩耗面10aとなるローラ表面の全面にほぼ均等に形成される。溝Mの深さ、幅、長さは数nm〜数百nm程度のnmオーダーとされ、紙から発生する微小な異物である紙粉Saを取り込める深さ及び幅となっている。
摩擦係数維持部分12Aとなる突起Tは、摩耗面10aの全面にほぼ均等に点在するように形成され、摩耗面10aには溝Mと突起Tがバランス良く形成されることとなる。
【0047】
一方、ナノ分散化された樹脂12は、エラストマーよりは摩耗が遅れるため、微小な突起Tとして残存する。突起Tの高さ及び径は数nm〜数百nm程度のnmオーダーとされている。
樹脂12は、図2(D)に示すように、平均粒径が10nm〜100nm程度の数十nmサイズの小ドメイン12aと、平均粒径が100nm〜1000nm程度の数百nmサイズの大ドメイン12bの2種類からなり、マトリクス11中に各々偏在せず均等に分散している。また、小ドメイン12aと大ドメイン12bの体積比は、部分的な変動が少なくほぼ均一な値とし、(小ドメイン12a:大ドメイン12b)=(50:50)としている。
【0048】
本実施形態では、マトリクスとなるEPDMとポリアミド系熱可塑性樹脂の体積比は98.0:2.0とし、相容化剤としてマレイン酸変性ポリマーを用いている。相容化剤はポリアミド系熱可塑性樹脂の重量の0.25倍の重量で用いられ、リアクティブブレンド手法によりアロイ化され微分散させている。硬度は、JIS6253のA型硬度計で測定した硬度が26度である。
【0049】
上記弾性部材10より成形する紙送りローラ1は、以下の手法で作製している。 まず、ニーダーにより、油展EPDM中に相容化剤、老化防止剤等を練り込み、20℃〜250℃の温度で、1分間〜20分間混練を行う。その後、このゴム組成物を通例の方法によりペレット化し、ゴムマスターバッチのペレットを作製する。なお油展EPDM中のオイルとゴム分は重量比が1:1としている。
次にニーダーにより、油展ナイロン樹脂中に、相容化剤等を練り込み、160℃〜280℃の温度で、加熱しながら1分間〜20分間混練を行う。その後、該熱可塑性樹脂組成物を通例の方法によりペレット化し、樹脂マスターバッチのペレットを作製する。
【0050】
上記ゴムマスターバッチのペレット、樹脂マスターバッチのペレット、亜鉛華、老化防止剤、フィラー等の所要の添加剤を2軸押し出し機HTM38(アイベック(株)製)に投入し、160℃〜280℃の温度で加熱しながら1分間〜20分間混練してゴムと樹脂をブレンドした後押し出す。次いでこの押し出した混練ゴムに過酸化物架橋剤を、オープンロールによって混練した後、170℃〜230℃で熱プレス成形する。その後、所要寸法にカットを行い、紙送りローラ1としている。
【0051】
上記弾性部材10より形成した紙送りローラ1は、マトリクス11の表面露出部分が摩耗時に溝形成部分11Aとなり、ナノレベルの非常に微小な溝Mが摩耗時に摩耗面10aに形成されている。このため、摩擦係数低下の原因となる異物である紙粉Saが溝Mに取り込まれ、紙Sとの摺接面となる摩耗面10aから異物である紙粉Saを排除することができる。
また、マトリクス11中にナノ分散化された樹脂12が、摩耗時に摩擦係数維持部分12Aとされ、ナノレベルの非常に微小な突起Tが摩耗時に摩耗面10aに形成される。このため、突起Tが摩擦対象物に対して引っ掻き効果を発揮することとなり、摩擦対象物との接触面積を低減することなく、高い摩擦係数を実現することができる。紙送りローラが紙Sとの摺接を繰り返して摩耗しても、摩耗面10aには溝M及び突起Tが存在するため、摩擦係数の低下を抑制することができ、高摩擦係数を保持することができる。
このため、紙送りローラ1は、繰り返し使用した場合でも、高い搬送力と優れた耐久性を得ることができ、インクジェットプリンター、複写機等の画像形成装置の紙送りローラに好適に用いられる。
【0052】
上記実施形態以外にも、エラストマーとしては、EPM、ジエン系ゴム等の各種ゴム、あるいは、スチレン系、オレフィン系等の各種熱可塑性エラストマーを用いることもできる。また、ポリアミド系熱可塑性樹脂や相容化剤の配合種や配合量も適宜設定可能である。なお、樹脂架橋や硫黄架橋等により架橋しても良い。
【0053】
以下、本発明の弾性部材を用いた紙送りローラの実施例1〜実施例3、比較例1〜4について詳述する。
本発明の紙送りローラは、下記の表1、2に記載の各配合材料を用い、上記実施形態と同様の方法により熱プレスにより成形した後、外径19.7mm、内径10mm、幅10mmにカットし、円筒形の紙送りローラを作製した。
【0054】
【表1】

Figure 2004346137
【0055】
【表2】
Figure 2004346137
【0056】
表中の各配合の数値は重量部である。また、表中、ゴム1としては、100%油展EPDM200重量部(ゴム100重量部+オイル100重量部)を使用した。ポリアミド系樹脂としては、油展ナイロン11を使用した。
【0057】
(実施例1〜実施例3)
実施例1〜3は、エラストマーからなるマトリクス中に、マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂をナノ分散化し、マトリクスの表面露出部分が摩耗時に溝形成部分とされると共に樹脂は突起として残存して摩擦係数維持部分とされる構成とした。
具体的には、表1に示される様に、相容化剤と共に、マトリクスとなるエラストマーとして100%油展EPDMを、分散相となるポリアミド系熱可塑性樹脂としてポリアミド系熱可塑性樹脂である油展ナイロン11を、上記体積比で使用した。
【0058】
また、ポリアミド系熱可塑性樹脂の粒径の分布を以下に示す。いずれもリアクティブブレンドにより作製した。
実施例1は、小ドメイン(10〜100nm):大ドメイン(100〜1000nm)=40:60とした。
実施例2は、小ドメイン(10〜100nm):大ドメイン(100〜1000nm)=50:50とした。
実施例3は、小ドメイン(10〜100nm):大ドメイン(100〜1000nm)=60:40とした。
【0059】
(比較例1)
比較例1は、ポリアミド系熱可塑性樹脂を使用せず、実施例と同じ100%油展EPDMゴムのマトリクスのみとした。
(比較例2)
比較例2は、相容化剤を用いず、ポリアミド系熱可塑性樹脂を平均粒径1μm以上で分散させ、リアクティブブレンドしなかった。即ち、樹脂をナノ分散化しなかった。
【0060】
実施例1〜3、比較例1,2の紙送りローラについて後述する方法により、ポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子径、初期摩擦係数、3万枚通紙後の摩擦係数及び摩耗量、硬度及び圧縮永久歪みについての評価・測定を行った。結果は表1、2中に記載した。
【0061】
(ポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子径)
走査型プローブ顕微鏡SPM(Scanning Probe Microscope)を用いて、実施例1〜3、比較例2の紙送りローラを観察し、材料のモルフォロジー及びポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子径について評価した。また、実施例3について、0枚、10000枚、20000枚、30000枚通紙後のローラの外周面の断面も観察した。実施例3の通紙枚数毎の摩耗面の断面写真を図3に示す。一辺の長さは5μmである。実施例1〜3、比較例2の紙送りローラに用いたエラストマー材料のモルフォロジーを図4に示す。
【0062】
(通紙後のローラ外周面の観察)
実施例3、比較例1について、20000枚通紙後のローラの外周面を、走査型電子顕微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)で観察した。観察写真を図5に示す。
【0063】
(摩擦係数及び摩耗量の評価)
摩擦係数を図6に示す以下の方法で測定した。すなわち、紙送りローラ21とプレート(分離シート)23との間に、ロードセル25に接続したA4サイズのPPC用紙(富士ゼロックスオフィスサプライ(株)製)24をはさみ、図6中、黒矢印で示すように、紙送りローラ21の回転軸22に荷重W(W=250gf)を加え、紙送りローラ21をプレート23に圧接させた。次いで、温度22℃、湿度55%の条件下で、上記紙送りローラ21を図6中、実線の矢印aで示す方向に、周速300mm/秒で回転させ、通紙の前後において、図6中、白矢印で示す方向に発生した力F(gf)をロードセル25によって測定した。そして、この測定値F(gf)と荷重W(250gf)とから、下記の式より摩擦係数μを求めた。この摩擦係数の測定は、通紙開始(初期摩擦係数)と30000枚通紙終了後のそれぞれで行った。
また、30000枚通紙終了前後の各紙送りローラの重量を測定することにより、摩耗量(mg)を求めた。
上記測定による30000枚通紙後の摩擦係数の値は、1.7以上が優れており、1.5以上が適であり、1.5未満は不適である。
【0064】
(数式1)
μ=F(gf)/W(gf)
【0065】
(硬度の測定)
上記紙送りローラの硬度をJIS6253のA型硬度計で測定した。
【0066】
(圧縮永久歪みの測定)
紙送りローラの圧縮永久歪みをJIS−K6301の記載に従って測定した。数値単位は%とした。なお、圧縮永久歪みは0〜30であるのが好ましい。
【0067】
図3に示すように、実施例3は、通紙10000枚、20000枚、30000枚の拡大写真において、いずれも摩耗面30には、摩耗により局在化されたポリアミド系熱可塑性樹脂からなる微小な突起32が残存し摩擦係数維持部分として点在していた。よって、紙との接触によりローラの外周面が摩耗し、通紙により、摩耗面30であるローラの外周面に摩擦係数維持部分として突起32が形成されていることが確認できた。
なお、図3及び図4中、橙色部がEPDM相からなるマトリクスであり、黒色部がPA11相(ポリアミド系熱可塑性樹脂)からなる分散相である。
【0068】
また、図4の各写真において、海島構造のモルフォロジーが観察され、島状のポリアミド系熱可塑性樹脂の粒子が、海状のEPDMからなるマトリクス中に微分散していた。写真中、大きい分散粒子は数100nm程度であり、小さい分散粒子は数10nm程度である。一辺の長さは10μmである。
実施例1〜実施例3は、ポリアミド系熱可塑性樹脂からなる粒子が、数十nmサイズの小ドメインと数百nmサイズの大ドメインの2種類混在するモルフォロジィーを有していた。比較例2は、ポリアミド系熱可塑性樹脂がナノ分散化されておらず、平均粒径が1000nm以上と大きかった。
【0069】
さらに、図5に示すように、実施例3は、摩耗面50であるローラの外周面の溝形成部分に、摩耗面50の摩耗による複数の微細な溝51が形成されており、溝51は摩擦時に紙から発生する微小な異物である紙粉55を取り込める深さ及び幅であった。溝51に紙粉55が取り込まれ、摩耗面50には紙粉55が付着していなかった。よって、紙との擦動によりローラの外周面が摩耗し、摩耗面50であるローラの外周面の溝形成部分に、通紙により、主に摩耗方向と略平行な溝51が形成されていることが確認できた。
一方、比較例1は、摩耗面50に溝が形成されておらず、紙粉55が摩耗面の全体に付着していた。
【0070】
詳細には、表1及び表2に示すように、実施例1〜実施例3の紙送りローラは、比較例1と比べて初期摩擦係数はより高い上に、いずれも通紙を繰り返すことにより、摩耗時に摩耗面に微細な溝と微小な突起が形成されたため、通紙後においても、比較例1、2に比べ、その高い摩擦係数が保持された。また、耐摩耗性及び圧縮永久歪みは同等であった。
【0071】
一方、表2に示すように、比較例1、比較例2は、通紙により摩耗面であるローラの外周面に、微細な溝も微小な突起も形成されておらず、溝形成部分も摩擦係数維持部分も存在しなかったため、摩擦係数の低下を抑制できず、通紙前後の摩擦係数が不足し、紙送りローラとして不適であった。特に、比較例1は、ポリアミド系熱可塑性樹脂を用いなかったため、摩擦係数の低下が著しかった。また、比較例2は、通紙前後の摩擦係数が不足している上に、耐摩耗性及び圧縮永久歪みも悪く、紙送りローラとして不適であった。
【0072】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、マトリクスの表面露出部分が摩耗時に溝形成部分とされると共に、マトリクスよりも耐摩耗性を有しナノ分散化された樹脂が突起として残存して摩擦係数維持部分とされる。このため、摩擦係数低下の原因となる異物が、摩耗時に溝形成部分に形成される溝に取り込まれ、紙等との接触面において紙粉等の異物を排除することができる。また、摩耗時に摩擦係数維持部分として形成される突起が搬送される紙等に対して引っ掻き効果を発揮する。よって、摩擦係数の低下を抑制することができ、また、紙等との接触面積を低減することもなく、長期に渡って、高摩擦係数を保持し耐久性を高めることができる。
【0073】
従って、本発明の弾性部材は、紙送りローラ、その他、摩耗しても常に高い摩擦係数を必要とされる用途、例えば、タイヤ等に使用することができる。
【0074】
さらに、本発明の弾性部材を用いた紙送りローラは、摩擦係数が高く、かつ高摩擦係数を保持することができると共に、良好な柔軟性をも有しているため、搬送性や耐久性に優れており、画像形成装置の紙送り機構に好適に用いることができる。特に、薄い紙やフィルム等の搬送物をピックアップし分離しながら紙送りをする必要があるインジェクションプリンタ、レーザプリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、ATM等の画像形成装置の給紙機構における紙送りローラとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の実施形態の紙送りローラを示す斜視図、(B)は紙送りローラを給紙機構にセットした状態を示す概略図である。
【図2】上記紙送りローラの20000枚通紙後の摩耗面の拡大模式図であり、(A)は摩耗面の表面状態を示し、(B)(C)(D)は摩耗面の断面図である。
【図3】実施例3の通紙枚数毎の摩耗面のSPMによる断面写真である。
【図4】SPMによるモルフォロジー観察写真である。
【図5】実施例3、比較例1の20000枚通紙後の摩耗表面のSEMによる観察写真である。
【図6】紙送りローラの摩擦係数を測定するための装置の概略図である。
【符号の説明】
1 紙送りローラ
10 弾性部材
10a 摩耗面
11 マトリクス
11A 溝形成部分
12 樹脂
12A 摩擦係数維持部分
12a 小ドメイン
12b 大ドメイン
M 溝
T 突起
S 紙
Sa 紙粉(異物)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an elastic member, a paper feed roller including the elastic member, and more particularly, to improving a surface state generated at the time of wear of the elastic member so that a friction coefficient can be maintained, and for an image forming apparatus such as an ink jet printer and a copying machine. When used as a paper feed roller, a reduction in friction coefficient due to the adhesion of paper powder is suppressed.
[0002]
[Prior art]
Purpose of picking up and separating paper and film and other conveyed materials in OA equipment such as inkjet printers, laser printers, electrostatic copiers, plain paper facsimile machines, and paper feed mechanisms such as automatic teller machines (ATMs). And a paper feed roller is used.
The paper feed roller requires a conveying force for conveying a conveyed object such as paper or film, and requires a certain coefficient of friction or more.However, foreign matter due to the conveyed object such as paper dust adheres during conveyance. There is a problem that the friction coefficient decreases.
[0003]
Therefore, conventionally, in order to prevent foreign matter of about several nm such as paper dust coming out of the conveyed object from adhering to the contact surface between the paper feed roller and the conveyed object, a groove portion such as a knurled groove having a depth and width of about several mm is used. It is provided on the outer peripheral surface of the paper feed roller. However, if a groove having a width of about several millimeters is provided on the outer peripheral surface of the paper feed roller, there is a problem that the contact area between the paper feed roller and the conveyed material is greatly reduced, and the friction coefficient is reduced. Further, when the depth of the groove becomes shallow due to wear, and the groove disappears due to repeated use, adhesion of foreign matter cannot be prevented, the friction coefficient is reduced, and durability is deteriorated. In recent years, the life of image forming apparatuses such as copying machines and printers has been prolonged, the required level of durability has been increased, and moreover, the number of parts has been reduced and the number of parts has been increased so that they are often used under high loads. Therefore, there is a demand for further improving the durability of the paper feed roller.
[0004]
Materials for forming a rubber roller and the like have been researched and developed, and various materials in which a resin component such as a polyamide-based thermoplastic resin is used as a matrix and a rubber component is dispersed have been proposed.
For example, in a thermoplastic elastomer composition proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-129047 (Patent Document 1), a polyamide-based elastomer is used as a matrix phase, and an ethylene-acrylate copolymer rubber component is used as a dispersed phase.
In the rubber composition proposed in JP-A-10-251452 (Patent Document 2), fine particles made of nylon are dispersed in a hydrogenated NBR elastomer matrix, and a functional group-containing ethylene copolymer is present. Is contained.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-129047 A
[0006]
[Patent Document 2]
JP-A-10-251452
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the composition of Patent Document 1 has a high overall hardness, a low friction coefficient, and a good abrasion resistance because the polyamide-based elastomer or the thermoplastic resin forms a matrix phase and the rubber forms a dispersed phase. Cannot be realized. In addition, there is a problem that the polyamide resin flows by melt-pressing, and phase separation proceeds. In particular, when used as a paper feed roller, there is a problem that the hardness is too high and a sufficient conveying force cannot be obtained, which is not suitable for practical use.
[0008]
Further, although the composition of Patent Document 2 has fine particles made of nylon dispersed in the composition, there is a problem that abrasion resistance is deteriorated depending on the dispersion state of the particles. For example, when used as a paper feed roller, there is a problem that a sufficient coefficient of friction cannot be obtained and a sufficient conveying force cannot be obtained, which is not suitable for practical use.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides an elastic member having a high coefficient of friction, maintaining the high coefficient of friction, and having excellent durability, and a paper feed roller including the elastic member. That is the task.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention firstly provides a matrix made of an elastomer, in which a resin having wear resistance more than the matrix is nano-dispersed. In addition, the resin provides an elastic member having a configuration in which the resin remains as a protrusion and serves as a friction coefficient maintaining portion.
[0011]
In other words, when the surface of the elastic member is worn, the resin dispersed in the nano form has a smaller wear amount than the matrix resin, so that the matrix resin portion is worn to form a groove, and the dispersed resin is It remains as a projection.
The grooves formed take in foreign substances such as paper dust and prevent foreign substances from adhering to the exposed surface, while the remaining resin functions as a friction coefficient maintaining part, maintaining a high friction coefficient for a long time. Durability can be increased.
[0012]
Further, since the grooves and projections formed by the abrasion of the elastic member are very small, on the order of several nanometers to several hundreds of nanometers, the presence of the grooves and projections reduces the contact area with the friction object. And the friction coefficient can be maintained. Even if a part of the groove or projection disappears due to repeated wear, another new groove or projection is formed by further wear, so that the effect of suppressing the friction coefficient can be maintained.
Moreover, since the elastomer is a matrix, the elastic member of the present invention can obtain good flexibility over a long period of time. Therefore, it is possible to realize both a high friction coefficient and flexibility over a long period of time as well as the initial state.
Therefore, the elastic member of the present invention can be used for a paper feed roller and other applications that always require a high friction coefficient even when worn, for example, tires.
[0013]
The reason that the resin having more wear resistance than the matrix is nano-dispersed in the matrix composed of the elastomer with an average particle size of less than 1 μm is that if the average particle size is too large, the interface between the elastomer and the resin will crack at the time of wear. Is likely to occur, and the compression set becomes large.
In addition, the said average particle diameter is the value obtained by evaluating with a scanning probe microscope by the method mentioned later.
As a resin having abrasion resistance more than the above matrix, a high-polarity polyamide-based thermoplastic resin is preferable, and excellent in mechanical strength such as tear strength, a high coefficient of friction is obtained, and it has polarity, so that it has an affinity. The elastic member can also be excellent.
[0014]
By setting the volume ratio of the elastomer and the resin to (elastomer: resin) = (99.9: 0.1) to (87.5: 12.5), the groove forming portion and the friction coefficient are maintained during wear. The balance of the parts can be made very good, and grooves and projections can be formed in good condition by repeated wear.
If the volume fraction of the elastomer is less than the above range, the resin dispersed phase becomes dense, or the resin becomes a matrix phase, and good flexibility cannot be obtained. On the other hand, when the volume fraction of the elastomer is larger than the above range, the amount of the elastomer is too large, and the properties produced by the dispersion of the resin are impaired. The volume ratio is more preferably (99.0: 1.0) to (92.0 to 8.0).
In the case of oil-extended rubber, the volume of the elastomer is the sum of the rubber and the oil-extended oil. Similarly, in the case of an oil-extended resin, the volume of the resin is the sum of the resin and its oil-extended oil. In the case of using a plasticizer and a compatibilizer which are dissolved in both the rubber and the resin, the total volume is obtained by adding them. In addition, as the amount of the resin increases, the particle diameter tends to increase, and it becomes difficult to perform uniform fine dispersion.
[0015]
Further, in the elastic member of the present invention, it is preferable that the resin to be nano-dispersed is composed of two types: a small domain having a size of several tens nm and a large domain having a size of several hundred nm.
As a result of consideration from the results of the wear resistance test of the elastic member, it has been found that a small domain having a size of several tens nm improves the wear resistance, and a large domain having a size of several hundred nm improves the coefficient of friction. In particular, when a large domain having a size of several hundred nm remains as a projection and is used as a friction coefficient maintaining portion, the scratching effect is higher, and the performance of maintaining the friction coefficient is higher. As described above, when two types of domains, large and small, are mixed, wear resistance can be improved, a high coefficient of friction can be realized, and both performances can be improved in a well-balanced manner.
[0016]
Specifically, a small domain having an average particle size of several tens nm is about 10 nm to 100 nm, and a large domain having an average particle diameter of several hundred nm is about 100 nm to 1000 nm. If the average particle size is in the above range, shapes such as sphere, fiber, column, and ellipse are not specified. Further, it is preferable that the small domain and the large domain are uniformly distributed without being unevenly distributed.
The volume ratio of the small domain to the large domain is preferably (small domain: large domain) = (30:70) to (70:30).
The reason for setting the above range is that if there are fewer small domains than the above range, it is difficult to improve the wear resistance. On the other hand, if there are more small domains than the above range, it is difficult to improve the friction coefficient.
[0017]
Nylon 6, nylon 66 can be used as the polyamide-based thermoplastic resin because it is a general-purpose resin and relatively inexpensive, and can be efficiently made compatible by grafting to a maleic acid-modified polymer using a terminal amino group. Nylon resin such as nylon 11, nylon 12, and the like can be suitably used. Further, the polyamide thermoplastic resin may be oil-extended to improve the conveying force within a range in which bleed does not occur. The amount of the oil-extended plasticizer is 5 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin. Parts by weight, preferably 10 parts by weight or more and 100 parts by weight or less.
[0018]
It is preferable to use a maleic acid-modified polymer as a compatibilizer between the elastomer and the polyamide-based thermoplastic resin. By using the compatibilizing agent, usually, a diene rubber having a low compatibility or an elastomer such as EPM or EPDM and a small amount of a polyamide thermoplastic resin can be effectively alloyed.
In particular, by using the maleic acid-modified polymer, the portion of maleic anhydride contained in the molecule of the maleic acid-modified polymer reacts with the terminal amino group of the polyamide-based thermoplastic resin to form the grafted compatibilizer. For the production, it is possible to very efficiently compatibilize a diene rubber or an elastomer such as EPM or EPDM with a polyamide thermoplastic resin.
[0019]
Examples of the maleic acid-modified polymer include maleic acid-modified ethylene ethyl acrylate (EEA), maleic acid-modified ethylene propylene rubber, maleic acid-modified ethylene propylene diene rubber, and maleic acid-modified styrene-based thermoplastic elastomer. When an ethylene propylene rubber or a maleic acid-modified styrene-based thermoplastic elastomer is used, deterioration of physical properties is small, and a better paper feed roller can be manufactured. Among these, maleic acid-modified ethylene propylene rubber is particularly preferably used.
[0020]
As described above, when a compatibilizer is blended to enhance the compatibility between the elastomer and the polyamide-based thermoplastic resin, the polyamide-based thermoplastic resin becomes nano-dispersed even after the melt pressing and molding involving a crosslinking reaction. . Therefore, even if it is melt-pressed, the polyamide-based thermoplastic resin flows and the phase separation does not progress, and a good dispersion state can be obtained.
[0021]
Also, when the compatibilizer and the resin react at the interface between the elastomer and the resin, a graft polymer is formed. Then, the graft polymer extracted from the interface becomes a small domain having a size of several tens nm, and the domain of the resin remaining without being extracted becomes a large domain having a size of several hundred nm. As a result, two types of small domains having an average particle size of several tens of nanometers and large domains having a size of several hundreds of nanometers are mixed.
[0022]
The compatibilizer is preferably blended in a ratio of 0.1 to 1.0 times the weight of the polyamide-based thermoplastic resin (the resin component excluding oil in the case of an oil-extended resin). More preferably, it is 0.2 times or more and 0.7 times or less.
The reason for setting the above range is that if the amount is less than the above range, the amount of the compatibilizer that reacts at the interface of the polyamide-based thermoplastic resin is insufficient, and it is difficult to be finely dispersed. On the other hand, if the amount is larger than the above range, the properties (physical properties) of the material may be affected by the compatibilizer, and the compatibilizer is often expensive, which tends to increase the cost.
[0023]
As the elastomer, conventionally known rubbers and / or thermoplastic elastomers can be used, but it is preferable to use diene rubber or one or more rubbers selected from EPM and EPDM.
In particular, as the elastomer, the main chain is composed of a saturated hydrocarbon, and the main chain does not contain a double bond. Therefore, even when exposed to an environment such as a high-concentration ozone atmosphere or light irradiation for a long time, the molecular main chain is not cleaved. It is preferable to use ethylene propylene diene copolymer rubber (EPDM) because it hardly occurs and the weather resistance is excellent.
In addition, one or more of styrene butadiene rubber (SBR), isoprene rubber (IR), natural rubber (NR), butadiene rubber (BR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), ethylene propylene rubber (EPR) and the like may be used. it can. In addition, you may use various thermoplastic elastomers, such as a styrene type and an olefin type, as said elastomer.
By using a diene rubber or EPM or EPDM together with an oil extending or softening agent, a low hardness can be realized and a high conveying force can be realized. These diene rubbers, EPM and EPDM can be easily crosslinked with an organic peroxide or the like.
[0024]
Crosslinking is performed by at least one crosslinking method selected from sulfur crosslinking, peroxide crosslinking, and resin crosslinking. Of these, peroxide crosslinking or resin crosslinking is preferred because blooming is less likely to occur and the compression set is reduced. Note that sulfur crosslinking may be used.
[0025]
As the peroxide used for peroxide crosslinking, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexine-3, dicumyl peroxide, 1,1-bis (t-butyl) Peroxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, benzoyl peroxide, 2-5 dimethyl 2-5 di (benzoyl per Oxy) hexane, di-t-butylperoxy-m-diisopropylbenzene, t-butylperoxybenzoate, t-butylperoxycumene, di-t-butylperoxide and the like. Various peroxides can be selected according to the melting point and softening point of the polyamide thermoplastic resin such as the polyamide thermoplastic resin, and the residence time in the kneader.
Usually, the amount of the peroxide is preferably from 0.1 to 30 parts by weight, more preferably from 0.5 to 10 parts by weight, per 100 parts by weight of the elastomer (the rubber excluding oil in the case of oil-extended rubber). Particularly preferred is not more than parts by weight.
[0026]
When performing peroxide crosslinking, triallyl isocyanurate (TAIC), triallyl cyanurate (TAC), and triarylcyanurate (TAC) are used for the purpose of improving and adjusting various mechanical properties such as fatigue properties, and improving the crosslinking density. Cross-linking aids such as polyfunctional monomers such as methylolpropane trimethacrylate (TMPT), ethylene glycol dimethacrylate (EDMA), and N-N'-m-phenylenebismaleimide may be used. It may be used in combination with crosslinking or sulfur crosslinking.
[0027]
A resin cross-linking agent is used in resin cross-linking, but the resin cross-linking agent is a synthetic resin that causes a cross-linking reaction to rubber by heating or the like, and does not cause a problem of bloom caused when sulfur and a vulcanization accelerator are used in combination. It is preferred. In particular, when a phenol resin is used as the resin crosslinking agent, the paper feeding performance can be improved. Other resin crosslinking agents include melamine / formaldehyde resin, triazine / formaldehyde condensate, hexamethoxymethyl / melamine resin, and the like.
Usually, the compounding amount of the resin crosslinking agent is preferably 1 part by weight or more and 50 parts by weight or less, and more preferably 6 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the elastomer (in the case of oil-extended rubber, the rubber content excluding oil). Particularly preferred.
[0028]
The cross-linking or partial cross-linking (dynamic cross-linking) in the present invention may be performed in the presence of a halogen such as chlorine, bromine, fluorine and iodine. In order to make halogen present at the time of dynamic crosslinking, a halogenated resin crosslinking agent may be used, or a halogen-donating substance may be blended in the elastic member. Examples of the halogenated resin crosslinking agent include those obtained by halogenating each of the above addition condensation type resins.
In addition, a crosslinking aid (activator) may be used to appropriately perform a crosslinking reaction. A metal oxide is used as a crosslinking assistant, and zinc oxide and zinc carbonate are particularly preferable.
[0029]
The resin is preferably alloyed and finely dispersed by a reactive blending technique. The reactive blending technique is a technique for simultaneously proceeding a chemical reaction leading to melt-kneading and compatibilization, which can provide excellent mechanical properties and provide a new function to a material.
[0030]
The elastic member of the present invention preferably has a hardness of 15 to 60 degrees as measured by a JIS6253 A-type hardness tester. Thereby, grooves and projections are easily formed at the time of wear, and both flexibility and a high coefficient of friction can be achieved. In particular, when used as a paper feed roller, the hardness is preferably in the range of 15 to 60 degrees, preferably 20 to 55 degrees, and more preferably 20 to 50 degrees. Within this range, even if the paper feed roller is pressed against the paper or film with a relatively small pressing force, the paper feed roller is sufficiently deformed, and a large contact area with the paper or film can be obtained.
[0031]
Examples of the softener include oils and plasticizers, and those having low polarity are particularly preferably used. As the oil, for example, a mineral oil such as a paraffinic, naphthenic, or aromatic aromatic oil, or a known synthetic oil composed of a hydrocarbon oligomer or a process oil can be used. As the synthetic oil, for example, an oligomer of α-olefin, an oligomer of butene, and an amorphous oligomer of ethylene and α-olefin are preferable. In particular, paraffinic oil is preferable because it has low volatility and is easy to handle and can reliably add a fixed amount.
As the plasticizer, for example, dioctyl phthalate (DOP), dibutyl phthalate (DBP), dioctyl sepate (DOS), dioctyl adipate (DOA), tricresyl phosphate and the like can be used as long as the compatibility with the rubber is not deteriorated. One or more species can be used.
[0032]
It is preferable that 10 to 600 parts by weight of a softening agent is added to 100 parts by weight of the elastomer.
Specifically, when the softener is oil, the amount is preferably 15 parts by weight or more and 600 parts by weight or less, and more preferably 25 parts by weight or more and 400 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of rubber.
If the oil is less than 15 parts by weight, the hardness may be too high, for example, it is difficult to obtain an appropriate hardness as a paper feed roller or the like. On the other hand, if it is more than 600 parts by weight, oil bleeds from the surface of the dynamically cross-linked product, or the oil causes cross-linking inhibition, and there is a problem that the rubber component is not sufficiently cross-linked and physical properties are deteriorated. is there.
When the softener is a plasticizer, the amount is 10 parts by weight or more and 500 parts by weight or less, preferably 15 parts by weight or more and 400 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of rubber.
[0033]
Further, in addition to the above-mentioned compounding agents, an antioxidant, a wax and the like can be added to the elastic member, if necessary. Examples of the antioxidant include imidazoles such as 2-mercaptobenzimidazole, phenyl-α-naphthylamine, N, N-di-β-naphthyl-P-phenylenediamine, and N-phenyl-N′-isopropyl-P-. Examples include amines such as phenylenediamine, phenols such as di-t-butyl-p-cresol, and styrenated phenol. In addition, it is preferable to use a plurality of types of antioxidants.
The compounding amount of the anti-aging agent is preferably 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less, more preferably 1 part by weight or more and 3 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the elastomer (the rubber component excluding oil in the case of oil-extended rubber). Particularly preferred.
[0034]
The rubber is preferably an oil-extended rubber having a molecular weight as large as possible. Specific examples thereof include Esplen 670F manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Esplen 601F, and Keltan 509 × 100 manufactured by Idemitsu DMS.
When the rubber is oil-extended, the amount of oil to be oil-extended is from 15 parts by weight to 600 parts by weight, preferably from 25 parts by weight to 400 parts by weight, based on 100 parts by weight of the rubber, from the viewpoint of hardness and conveying force. It is good to be the following.
[0035]
In order to improve the mechanical strength of the elastic member, a filler can be added as needed. Examples of the filler include powders of silica, carbon black, clay, talc, calcium carbonate, dibasic phosphite (DLP), basic magnesium carbonate, alumina and the like. When a filler is blended, it is preferable that the filler be 30% by weight or less based on the entire elastic member. This is because although the compounding of the filler is effective for improving the tensile strength and the tearing strength of the rubber, if the compounding is too large, the flexibility of the rubber is greatly reduced.
[0036]
Further, the elastomer is preferably compounded as a master batch in which a rubber or the like, a plasticizer, and, if necessary, a compatibilizer, an antioxidant, and the like are mixed by a kneader or the like. Thereby, workability is improved and dispersibility can be improved. It is preferable that the polyamide-based thermoplastic resin is similarly compounded as a master batch.
[0037]
The resin masterbatch is kneaded with a compatibilizer or the like in a polyamide thermoplastic resin such as a polyamide thermoplastic resin using a twin-screw extruder, a kneader or a Banbury mixer, for example, at 160 ° C to 280 ° C. The mixture is kneaded for 20 minutes to 20 minutes, and then pelletized by a usual method.
For example, a rubber master batch is prepared by using a twin screw extruder, a kneader or a Banbury mixer, etc., and, if necessary, a diene rubber or a rubber component such as EPM, EPDM, etc., if necessary, a plasticizer such as paraffin oil, a compatibilizer, an aging agent. An inhibitor, a filler, and the like are kneaded and kneaded at 20 ° C. to 250 ° C. for 1 minute to 20 minutes, and pelletized by a usual method.
The compatibilizer is kneaded at a high temperature into the resin master batch, and when it is a maleic acid-modified polymer, it is first reacted with the terminal amino group of the polyamide-based thermoplastic resin, and then the polymer blend is mixed. It may be performed, or may be added by dry blending to a rubber masterbatch or a resin masterbatch during polymer blending.
[0038]
Secondly, the present invention provides a paper feed roller comprising the above elastic member and used in an image forming apparatus.
Specifically, since the outer peripheral surface of the roller having a substantially cylindrical shape or a cylindrical shape comes into sliding contact with the drum at the time of paper feeding and wears, the surface exposed portion of the matrix on the outer peripheral surface of the roller becomes a groove forming portion, and the resin is removed. The protrusion remaining on the outer peripheral surface of the roller serves as a friction coefficient maintaining portion. The above-mentioned groove is a groove substantially parallel to the wear direction, though it depends on the resin dispersion shape.
The above-described paper feed roller can realize a high coefficient of friction and low hardness, and also maintains a high coefficient of friction even after repeated use, provides a higher conveying force, and has excellent durability. .
[0039]
If the volume ratio of the elastomer is less than 87.5, the paper feed roller becomes too high in hardness to provide a sufficient conveying force, and is not suitable for practical use. On the other hand, when the volume fraction of the elastomer is more than 99.9, the characteristics of high conveying force generated by the polyamide-based thermoplastic resin are impaired.
[0040]
The paper feed roller is formed in a cylindrical shape, and has a thickness of 0.5 mm to 20 mm, preferably 1 mm to 5 mm. If the thickness is smaller than 0.5 mm, it is difficult to form a large contact area with the paper even if the paper feed roller is deformed. On the other hand, if the wall thickness exceeds 20 mm, the pressing force of the paper feed roller against the paper must be increased to deform the roller, and the mechanism for pressing the paper feed roller against the paper becomes large. is there. The shaft core is pressed into the hollow portion of the paper feed roller or fixed by bonding with an adhesive.
[0041]
For forming the paper feed roller, for example, a rubber masterbatch pellet, a resin masterbatch pellet, zinc white, an antioxidant, a filler, and other necessary additives are charged into a twin-screw extruder. The mixture is kneaded for 1 minute to 20 minutes while heating at a temperature of 0 ° C. to blend the elastomer and the polyamide-based thermoplastic resin and then extrude. Next, the extruded material is kneaded with a cross-linking agent by an open roll, and then subjected to hot press molding at 170 ° C. to 230 ° C. After that, the sheet is cut to a required size to form a paper feed roller. The surface of the paper feed roller may be polished and used as needed.
[0042]
The paper feed roller includes rollers (nudger (used as one), feed (used as a retard and a set of two described later)) which are rotated in the paper feed direction for the purpose of feeding paper, and weight of the paper. There are three types of rollers (retards) that are used by applying a torque in the direction opposite to the paper feeding direction for the purpose of preventing the paper feeding, but can be used for each type of roller. The shape of the paper feed roller can be various shapes such as a cylindrical shape and other irregularly shaped rollers such as a D-shape.
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A shows a cylindrical paper feed roller 1 formed using an elastic member 10 of the present invention, and a shaft core 2 is press-fitted into a hollow portion thereof.
The paper feed roller 1 is set in a paper feed mechanism of a printer as shown in FIG. The paper feed mechanism includes a separation sheet 4 on an upper surface of a paper feed tray 3, a paper feed roller 1 is disposed on the upper part of the separation sheet 4, and a spring (not shown) abuts on a lower surface of the tray 3. The separation sheet 4 is urged toward the paper feed roller 1. The leading end of the paper S is sandwiched between the separation sheet 4 and the paper feed roller 1, and the paper feed roller 1 is rotated in the direction of arrow R in the drawing, so that the paper S is directed toward the image forming mechanism one by one. And sent out.
Therefore, the paper feed roller 1 is urged by the separation sheet 4 and comes into sliding contact with the paper being conveyed while being pressed against the paper feeding roller 1 side. It will go.
[0044]
FIG. 1 is an enlarged schematic view of a wear surface 10a of an elastic member 10 which is the outer peripheral surface of the paper feed roller 1 after passing 20,000 sheets of plain paper.
[0045]
The elastic member 10 forming the paper feed roller 1 has a matrix 11 made of an elastomer, in which a resin 12 having a higher abrasion resistance than the matrix 11 is nano-dispersed. In addition to the formation portion 11A, the resin 12 remains as the protrusion T and serves as the friction coefficient maintaining portion 12A.
In the present embodiment, oil-extended EPDM (rubber: oil = 1: 1) is used as the elastomer, and an oil, which is a polyamide-based thermoplastic resin having more wear resistance than oil-extended RPDM, is contained in a matrix composed of the oil-extended EPDM. The expanded nylon resin is nano-dispersed with an average particle size of less than 1 μm.
[0046]
The groove-forming portion 11A made of an elastomer is a random portion because it is a portion other than the nano-dispersed resin, but the fine groove M formed by abrasion due to repeated friction with the paper S is formed. Is formed substantially parallel to the rotation direction of the paper feed roller 1 which is mainly the wear direction L, and is formed substantially evenly over the entire surface of the roller serving as the wear surface 10a. The depth, width, and length of the groove M are on the order of several nanometers to several hundreds of nanometers, and are depths and widths that can take in paper powder Sa, which is a minute foreign matter generated from paper.
The protrusions T which become the friction coefficient maintaining portions 12A are formed so as to be substantially uniformly scattered on the entire surface of the wear surface 10a, and the grooves M and the protrusions T are formed on the wear surface 10a in a well-balanced manner.
[0047]
On the other hand, the nano-dispersed resin 12 is left as minute projections T because the wear is delayed as compared with the elastomer. The height and diameter of the projection T are on the order of several nm to several hundred nm.
As shown in FIG. 2D, the resin 12 has a small domain 12a having an average particle size of about 10 nm to 100 nm and a size of several tens nm, and a large domain 12b having an average particle size of about 100 nm to 1000 nm and having a size of several hundred nm. And are uniformly distributed in the matrix 11 without being unevenly distributed. The volume ratio between the small domain 12a and the large domain 12b is almost uniform with little variation, and (small domain 12a: large domain 12b) = (50:50).
[0048]
In this embodiment, the volume ratio of EPDM to be a matrix and the polyamide-based thermoplastic resin is 98.0: 2.0, and a maleic acid-modified polymer is used as a compatibilizer. The compatibilizer is used in a weight 0.25 times the weight of the polyamide-based thermoplastic resin, and is alloyed and finely dispersed by a reactive blending technique. The hardness is 26 degrees as measured by a JIS6253 A-type hardness tester.
[0049]
The paper feed roller 1 formed from the elastic member 10 is manufactured by the following method. First, a compatibilizer, an antioxidant, and the like are kneaded in an oil-extended EPDM by a kneader, and kneaded at a temperature of 20 ° C to 250 ° C for 1 minute to 20 minutes. Thereafter, the rubber composition is pelletized by a usual method to produce a rubber masterbatch pellet. The oil and rubber components in the oil-extended EPDM have a weight ratio of 1: 1.
Next, a compatibilizing agent and the like are kneaded into the oil-extended nylon resin by a kneader, and kneaded at a temperature of 160 ° C to 280 ° C for 1 minute to 20 minutes while heating. Thereafter, the thermoplastic resin composition is pelletized by an ordinary method to prepare pellets of a resin master batch.
[0050]
The required additives such as the rubber masterbatch pellets, resin masterbatch pellets, zinc white, antioxidant, and filler are charged into a twin-screw extruder HTM38 (manufactured by Ibec Co., Ltd.). While heating at a temperature, the mixture is kneaded for 1 to 20 minutes to blend the rubber and the resin and then extrude. Next, a peroxide crosslinking agent is kneaded with the extruded kneaded rubber by an open roll, followed by hot press molding at 170 to 230 ° C. After that, the sheet is cut to a required size to form a paper feed roller 1.
[0051]
In the paper feed roller 1 formed by the elastic member 10, the surface exposed portion of the matrix 11 becomes a groove forming portion 11A when worn, and extremely minute grooves M on the nano level are formed on the worn surface 10a when worn. For this reason, paper dust Sa, which is a foreign substance causing a decrease in friction coefficient, is taken into the groove M, and the paper powder Sa, which is a foreign substance, can be removed from the abraded surface 10a that is in sliding contact with the paper S.
The resin 12 nano-dispersed in the matrix 11 is used as a friction coefficient maintaining portion 12A at the time of wear, and very minute projections T at the nano level are formed on the wear surface 10a at the time of wear. For this reason, the protrusion T exerts a scratching effect on the friction object, and a high friction coefficient can be realized without reducing the contact area with the friction object. Even if the paper feed roller wears repeatedly due to sliding contact with the paper S, the groove M and the protrusion T are present on the wear surface 10a, so that a decrease in the coefficient of friction can be suppressed and a high coefficient of friction can be maintained. be able to.
For this reason, the paper feed roller 1 can obtain high conveyance force and excellent durability even when used repeatedly, and is suitably used as a paper feed roller of an image forming apparatus such as an ink jet printer or a copying machine.
[0052]
In addition to the above embodiment, various elastomers such as EPM and diene rubber, or various thermoplastic elastomers such as styrene and olefin can be used as the elastomer. In addition, the blending type and blending amount of the polyamide-based thermoplastic resin and the compatibilizing agent can be appropriately set. In addition, you may bridge | crosslink by resin bridge | crosslinking, sulfur bridge | crosslinking, etc.
[0053]
Hereinafter, Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 of the paper feed roller using the elastic member of the present invention will be described in detail.
The paper feed roller of the present invention was formed by using the respective compounding materials shown in the following Tables 1 and 2 by hot pressing in the same manner as in the above embodiment, and then formed into an outer diameter of 19.7 mm, an inner diameter of 10 mm, and a width of 10 mm. The sheet was cut to produce a cylindrical paper feed roller.
[0054]
[Table 1]
Figure 2004346137
[0055]
[Table 2]
Figure 2004346137
[0056]
The numerical values of each composition in the table are parts by weight. In the table, as the rubber 1, 200 parts by weight of 100% oil-extended EPDM (100 parts by weight of rubber + 100 parts by weight of oil) was used. Oil-extended nylon 11 was used as the polyamide resin.
[0057]
(Examples 1 to 3)
In Examples 1 to 3, the resin having wear resistance than the matrix is nano-dispersed in the matrix composed of the elastomer, and the surface exposed portion of the matrix is formed as a groove forming portion at the time of wear, and the resin remains as a protrusion. The configuration is such that the friction coefficient is maintained.
Specifically, as shown in Table 1, together with a compatibilizer, 100% oil-extended EPDM is used as an elastomer serving as a matrix, and an oil-extended polyamide-based thermoplastic resin is used as a polyamide-based thermoplastic resin serving as a dispersed phase. Nylon 11 was used at the above volume ratio.
[0058]
The particle size distribution of the polyamide-based thermoplastic resin is shown below. All were produced by reactive blending.
In Example 1, small domains (10 to 100 nm): large domains (100 to 1000 nm) = 40: 60.
In Example 2, small domains (10 to 100 nm): large domains (100 to 1000 nm) = 50: 50.
In Example 3, small domains (10 to 100 nm): large domains (100 to 1000 nm) = 60: 40.
[0059]
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 did not use a polyamide-based thermoplastic resin, and used only the same 100% oil-extended EPDM rubber matrix as in the example.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the polyamide-based thermoplastic resin was dispersed at an average particle size of 1 μm or more without using the compatibilizer, and no reactive blending was performed. That is, the resin was not nano-dispersed.
[0060]
The paper feed rollers of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to the method described below to determine the particle diameter, initial friction coefficient, friction coefficient and abrasion amount, hardness and compression of the polyamide-based thermoplastic resin after passing 30,000 sheets. Evaluation and measurement of permanent set were performed. The results are shown in Tables 1 and 2.
[0061]
(Particle diameter of polyamide-based thermoplastic resin)
The paper feed rollers of Examples 1 to 3 and Comparative Example 2 were observed using a scanning probe microscope SPM (Scanning Probe Microscope) to evaluate the morphology of the material and the particle size of the polyamide-based thermoplastic resin. In Example 3, the cross section of the outer peripheral surface of the roller after passing 0, 10,000, 20,000, and 30,000 sheets was also observed. FIG. 3 shows a cross-sectional photograph of the worn surface for each number of sheets passed according to the third embodiment. The length of one side is 5 μm. FIG. 4 shows the morphology of the elastomer material used for the paper feed rollers of Examples 1 to 3 and Comparative Example 2.
[0062]
(Observation of roller outer peripheral surface after paper passing)
Regarding Example 3 and Comparative Example 1, the outer peripheral surface of the roller after passing 20,000 sheets was observed with a scanning electron microscope (SEM) (Scanning Electron Microscope). The observation photograph is shown in FIG.
[0063]
(Evaluation of friction coefficient and wear amount)
The coefficient of friction was measured by the following method shown in FIG. That is, A4 size PPC paper (manufactured by Fuji Xerox Office Supply Co., Ltd.) 24 connected to the load cell 25 is sandwiched between the paper feed roller 21 and the plate (separation sheet) 23, and is indicated by a black arrow in FIG. Thus, the load W (W = 250 gf) was applied to the rotating shaft 22 of the paper feed roller 21, and the paper feed roller 21 was pressed against the plate 23. Next, under the conditions of a temperature of 22 ° C. and a humidity of 55%, the paper feed roller 21 is rotated at a peripheral speed of 300 mm / sec in a direction shown by a solid arrow a in FIG. The force F (gf) generated in the direction indicated by the white arrow in the middle was measured by the load cell 25. Then, from the measured value F (gf) and the load W (250 gf), a friction coefficient μ was obtained from the following equation. The measurement of the friction coefficient was performed at the start of paper passing (initial friction coefficient) and at the end of the passing of 30,000 sheets, respectively.
Further, the abrasion amount (mg) was obtained by measuring the weight of each paper feed roller before and after the completion of the passing of 30,000 sheets.
The value of the coefficient of friction after passing 30,000 sheets by the above measurement is excellent when 1.7 or more is excellent, 1.5 or more is suitable, and less than 1.5 is inappropriate.
[0064]
(Equation 1)
μ = F (gf) / W (gf)
[0065]
(Measurement of hardness)
The hardness of the paper feed roller was measured with an A-type hardness meter according to JIS6253.
[0066]
(Measurement of compression set)
The compression set of the paper feed roller was measured according to JIS-K6301. The numerical unit was%. The compression set is preferably from 0 to 30.
[0067]
As shown in FIG. 3, in Example 3, in the enlarged photographs of 10,000, 20,000, and 30,000 sheets of paper passing, the abrasion surface 30 has a microscopic surface made of a polyamide-based thermoplastic resin localized by abrasion. The projections 32 remained and were scattered as a friction coefficient maintaining portion. Therefore, it was confirmed that the outer peripheral surface of the roller was worn due to the contact with the paper, and the projection 32 was formed as a friction coefficient maintaining portion on the outer peripheral surface of the roller, which is the abraded surface 30, by passing the paper.
3 and 4, the orange portion is a matrix composed of an EPDM phase, and the black portion is a dispersed phase composed of a PA11 phase (a polyamide-based thermoplastic resin).
[0068]
In each photograph of FIG. 4, the morphology of the sea-island structure was observed, and the island-like polyamide-based thermoplastic resin particles were finely dispersed in the sea-like EPDM matrix. In the photograph, large dispersed particles are about several hundred nm, and small dispersed particles are about several tens nm. The length of one side is 10 μm.
In Examples 1 to 3, particles made of a polyamide-based thermoplastic resin had a morphology in which two types of small domains having a size of several tens of nm and large domains having a size of several hundred nm were mixed. In Comparative Example 2, the polyamide-based thermoplastic resin was not nano-dispersed, and the average particle size was as large as 1000 nm or more.
[0069]
Further, as shown in FIG. 5, in the third embodiment, a plurality of fine grooves 51 due to wear of the wear surface 50 are formed in the groove forming portion on the outer peripheral surface of the roller, which is the wear surface 50. The depth and width were such that paper dust 55, which is a minute foreign matter generated from paper during friction, could be taken in. The paper dust 55 was taken into the groove 51, and the paper dust 55 did not adhere to the wear surface 50. Therefore, the outer peripheral surface of the roller is worn by the rubbing with the paper, and a groove 51 substantially parallel to the abrasion direction is formed by paper passing in the groove forming portion of the outer peripheral surface of the roller, which is the abraded surface 50. That was confirmed.
On the other hand, in Comparative Example 1, no groove was formed on the worn surface 50, and the paper dust 55 adhered to the entire worn surface.
[0070]
More specifically, as shown in Tables 1 and 2, the paper feed rollers of Examples 1 to 3 have a higher initial friction coefficient than Comparative Example 1 and all of them have repeated paper passing. Also, since fine grooves and fine projections were formed on the wear surface during wear, even after passing the paper, the higher friction coefficient was maintained as compared with Comparative Examples 1 and 2. The abrasion resistance and compression set were equivalent.
[0071]
On the other hand, as shown in Table 2, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, neither fine grooves nor fine protrusions were formed on the outer peripheral surface of the roller, which was the abraded surface due to the paper passing, and the groove-formed portion had friction. Since there was no coefficient maintaining portion, the decrease in the coefficient of friction could not be suppressed, and the coefficient of friction before and after sheet passing was insufficient, making the sheet unsuitable as a paper feed roller. In particular, Comparative Example 1 did not use a polyamide-based thermoplastic resin, so that the friction coefficient was significantly reduced. In Comparative Example 2, the friction coefficient before and after the paper passing was insufficient, and the abrasion resistance and the compression set were also poor.
[0072]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, the surface exposed portion of the matrix is formed as a groove forming portion at the time of abrasion, and the nano-dispersed resin which is more wear-resistant than the matrix and remains as projections Thus, the friction coefficient is maintained. For this reason, the foreign matter which causes a reduction in the friction coefficient is taken into the groove formed in the groove forming part at the time of abrasion, and the foreign matter such as paper dust can be eliminated from the contact surface with the paper or the like. Further, a projection formed as a friction coefficient maintaining portion at the time of abrasion exerts a scratching effect on paper or the like being conveyed. Therefore, a decrease in the coefficient of friction can be suppressed, and a high friction coefficient can be maintained and durability can be increased over a long period of time without reducing the contact area with paper or the like.
[0073]
Therefore, the elastic member of the present invention can be used for a paper feed roller and other applications that always require a high friction coefficient even when worn, for example, tires.
[0074]
Furthermore, the paper feed roller using the elastic member of the present invention has a high coefficient of friction, can maintain a high coefficient of friction, and has a good flexibility, so that it can be transported and durable. It is excellent and can be suitably used for a paper feeding mechanism of an image forming apparatus. In particular, paper feed mechanisms for image forming devices such as injection printers, laser printers, electrostatic copiers, plain paper facsimile machines, and ATMs that need to pick up and transport paper such as thin paper and film while separating them. It is suitable as a paper feed roller in.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a paper feed roller according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic view showing a state where the paper feed roller is set in a paper feed mechanism.
FIG. 2 is an enlarged schematic view of a worn surface after 20,000 sheets have been passed by the paper feed roller, where (A) shows a surface state of the worn surface, and (B), (C), and (D) are cross sections of the worn surface. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional photograph by SPM of a worn surface for each number of sheets passed in Example 3.
FIG. 4 is a morphology observation photograph by SPM.
FIG. 5 is an SEM observation photograph of a worn surface of Example 3 and Comparative Example 1 after passing 20,000 sheets.
FIG. 6 is a schematic view of an apparatus for measuring a coefficient of friction of a paper feed roller.
[Explanation of symbols]
1 Paper feed roller
10 Elastic members
10a Wear surface
11 matrix
11A Groove forming part
12 resin
12A Friction coefficient maintaining part
12a Small domain
12b large domain
M groove
T protrusion
S paper
Sa Paper powder (foreign matter)

Claims (6)

エラストマーからなるマトリクス中に、該マトリクスよりも耐摩耗性を有する樹脂がナノ分散化され、
上記マトリクスの表面露出部分は摩耗時に溝形成部分とされると共に上記樹脂は突起として残存して摩擦係数維持部分とされる構成よりなる弾性部材。
In a matrix composed of an elastomer, a resin having abrasion resistance than the matrix is nano-dispersed,
An elastic member having a structure in which a surface exposed portion of the matrix is formed as a groove forming portion at the time of wear, and the resin is left as a projection and serves as a friction coefficient maintaining portion.
上記樹脂として高極性ポリアミド系熱可塑性樹脂が用いられると共に、上記エラストマーと上記樹脂との体積比(エラストマー:樹脂)が99.9:0.1〜87.5:12.5とされている請求項1に記載の弾性部材。A high-polarity polyamide-based thermoplastic resin is used as the resin, and a volume ratio of the elastomer to the resin (elastomer: resin) is 99.9: 0.1 to 87.5: 12.5. Item 2. The elastic member according to Item 1. 上記ナノ分散化される樹脂は、数十nmサイズの小ドメインと数百nmの大ドメインとの二種類からなる請求項1または請求項2に記載の弾性部材。The elastic member according to claim 1 or 2, wherein the resin to be nano-dispersed comprises two types: a small domain having a size of several tens of nanometers and a large domain having a size of several hundreds of nanometers. 上記ポリアミド系熱可塑性樹脂としてナイロンが用いられていると共に、該ポリアミド系熱可塑性樹脂と上記エラストマーとの相溶化剤としてマレイン酸変性ポリマーが用いられている請求項2または請求項3に記載の弾性部材。4. The elasticity according to claim 2, wherein nylon is used as the polyamide-based thermoplastic resin, and a maleic acid-modified polymer is used as a compatibilizer between the polyamide-based thermoplastic resin and the elastomer. Element. 硫黄架橋、過酸化物架橋あるいは樹脂架橋されている請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の弾性部材。The elastic member according to any one of claims 1 to 4, wherein the elastic member is crosslinked with sulfur, peroxide, or resin. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の弾性部材からなり、画像形成装置に用いられる紙送りローラ。A paper feed roller comprising the elastic member according to claim 1 and used in an image forming apparatus.
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