JP2006009810A - キャリッジ駆動用ウレタンベルト - Google Patents

Abstract

【課題】可塑剤が表面にブリードしにくく、キャリッジに亀裂が入ることの無いキャリッジ駆動用ポリウレタンベルトを提供する。
【解決手段】プリンタのキャリッジを駆動する為のキャリッジ駆動用ベルトにおいて、該ベルトがポリウレタン１００質量部に対してフタル酸エステル１〜１５質量部を含んだポリウレタン組成物からなるキャリッジ駆動用ウレタンベルトにある。
【選択図】なし

Description

本発明は、キャリッジ駆動用ウレタンベルトに関し、特に、キャリッジに接触することによるクラック等の悪影響を与えないキャリッジ駆動用ウレタンベルトに関する。

従来、キャリッジ用ウレタンベルトとしてポリウレタン組成物中に配合する可塑剤としてアジピン酸エステルを用いていたが、キャリッジに応力が掛かったときに構成している分子間に僅かな隙間が発生し、その隙間にアジピン酸エステルが浸透し、分子間凝集力が低下し、キャリッジに亀裂が発生することがあった。

該キャリッジが変性ポリフェニレンエーテルやＡＢＳ樹脂の場合は特にキャリッジに亀裂が発生する割合が高く、ウレタンベルトの可塑剤としてアジピン酸ジオクチルを用いると、変性ポリフェニレンエーテルやＡＢＳ樹脂の場合は、アジピン酸ジオクチルに対する耐性が低く、該可塑剤に接触すると容易に亀裂が発生していた。

又、キャリッジ用ウレタンベルト表面においても、応力を繰り返し受けることによって、アジピン酸ジオクチルがベルト表面にブリードし、多量のアジピン酸ジオクチルがキャリッジに接触していた。さらに、アジピン酸ジオクチルはポリウレタンとの相溶性が劣り、よりブリードし易い可塑剤であった。

さらに、従来のキャリッジベルトのベルト硬度の調整、加工粘度の低減を図る為、ベルトの剛性を小さくする為に、可塑剤を２７質量部添加しており、アジピン酸ジオクチルを用いたのと相乗効果にて可塑剤がブリードし易くなっていた。

そこで、よりブリードしにくい可塑剤としてフタル酸エステルを１~１５質量部使用することを考えた。ポリウレタン組成物としては、特許文献１にあるように、振動エネルギー吸収材としてポリウレタンにフタル酸エステル５〜２００質量部含んだポリウレタン組成物が開示されている。
特開平５−４３７９３号公報

特許文献１に記載のポリウレタン組成物は、フタル酸エステルを２００質量部迄の範囲としているが、２００質量部であると、ブリードしにくいフタル酸エステルであっても、ブリードせざるを得ず、ベルト表面に可塑剤が析出するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、可塑剤が表面にブリードしにくく、キャリッジに亀裂が入ることのないキャリッジ駆動用ポリウレタンベルトを提供することである。

本発明は、プリンタのキャリッジを駆動する為のキャリッジ駆動用ベルトにおいて、該ベルトがポリウレタン１００質量部に対してフタル酸エステル１〜１５質量部を含んだポリウレタン組成物からなるキャリッジ駆動用ウレタンベルトにある。

請求項２に記載の発明は、該ウレタンベルトがベルト長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部を有する歯付ベルトである請求項１に記載のキャリッジ駆動用ウレタンベルトにある。

本発明によると、ベルトがポリウレタン１００質量部に対してフタル酸エステル１〜１５質量部を含んだポリウレタン組成物からなるキャリッジ駆動用ウレタンベルトであることから、ベルト表面に可塑剤がブリードせず、それが原因で接触した樹脂製のキャリッジに亀裂が入ることがなくなるという効果がある。

請求項２に記載の発明によると、該ウレタンベルトがベルト長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部を有する歯付ベルトである請求項１に記載のキャリッジ駆動用ウレタンベルトであることから、キャリッジ駆動用ベルトとして使用頻度の高い歯付ベルトのポリウレタン組成物中に可塑剤として所定量のフタル酸エステルを使用することによって、樹脂製のキャリッジに亀裂が入ることが無くプリンターキャリッジ駆動用ベルトとして十分な機能を有するという効果が有る。

ポリウレタンベルトを形成するポリウレタン硬化物は液状のポリウレタン樹脂組成物を注型して加熱・硬化させることによって得られるが、一般に成形法としては、ポリオール触媒、鎖延長剤、顔料等を混合したプレミックス液と、イソシアネート成分を含有する溶液とを混合し、これを注型して硬化反応させるワンショット法と、予めイソシアネートとポリオールを反応させ、イソシアネートの一部をポリオールで変性したプレポリマーを用い、これに触媒を加えて注型し、硬化反応させるプレポリマー法とがある。本発明ではプレポリマー法を好ましく採用する。

イソシアネートとしては限定されるものではないが、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、またそれらの変性体が使用可能である。具体的には、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、メチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）そしてイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）などが例示できるが、中でもＴＤＩ及びＭＤＩが好ましく用いられる。

ポリオールとしては、エステル系ポリオール、エーテル系ポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、及びこれらの混合ポリオール等が挙げられる。エーテル系ポリオールとしては、ポリエチレンエーテルグリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）などが有り、またエステル系ポリオールとしては、ポリエチレンアジペート（ＰＥＡ）、ポリブチレンアジペート（ＰＢＡ）、ポリヘキサメチレンアジペート（ＰＨＡ）、ポリ−ε−カプロラクトン（ＰＣＬ）などが例示できる。なかでも。耐湿性や耐水性に優れると共に強靭な物性とヒステリシスロスの小さい特性を有する成形品が得られるポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）が好適に用いられる。

また本発明においてアミン系硬化剤としては、特に限定されるものではないが、１，４−フェニレンジアミン、２，６−ジアミノトルエン、１，５−ナフタレンジアミン、４，４´−ジアミノジフェニルメタン、３，３´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）、３，３´−ジメチル−４，４´−ジアミノジフェニルメタン、１−メチル−３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−ジアミノベンゼン、１−メチル−３，５´−ジエチル−２，６−ジアミノベンゼン、４，４´−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（オルト−クロロアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（２，３−ジクロロアニリン）、トリメチレングリコール−ジ―パラ−アミノベンゾエート、４，４´−メチレン−ビス−（２，６−ジエチルアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（２，６−ジイソプロピルアニリン）、４，４´−ジアミノジフェニルスルホンなど、１級アミン、２級アミン、３級アミンのアミン化合物を例示することができる。アミン系硬化剤の配合量は、アミン系硬化剤中のＮＨ_２のモル数とイソシアネート中のＮＣＯのモル数の比であるα値（ＮＨ_２／ＮＣＯ）が１付近になるように、好ましくは０．９０〜１．１０の範囲になるように設定するのがよい。一般にα値は０．９５付近が硬化物の物性が最も良好であり、α値が上記の範囲から外れると、硬化物の物性が低下する傾向が見られる。

本発明において、可塑剤としては、フタル酸エステルを使用し、特にフタル酸エステルの量を１〜１５質量部に限定する。フタル酸エステルとしては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、ジシクロヘキシルフタレート、ジメチルシクロヘキシルフタレート、ジフェニルフタレート、フタル酸ジブトキシルエチル、フタル酸ジメトキシエチル等が使用でき、該可塑剤の含有量はポリウレタン１００質量部に対して可塑剤１〜１５質量部が好ましい。可塑剤が１質量部未満のときは、ポリウレタン組成物の硬度が高くなりすぎ、ベルト剛性が大きくなりすぎてベルトの張力を大きくする必要があり、ひいては、プリンターのコンパクト化を阻害することにも繋がる。さらに、可塑剤が１質量部未満であれば、ベルト製造時の作業性が悪くなる。一方１５質量部を越えると、可塑剤がベルト表面にブリードし、接触したキャリッジに亀裂が入る可能性が高くなる。

本発明が効果のあるキャリッジ材料としては、変性ポリフェニレンエーテル、ＡＢＳ樹脂等の樹脂の場合である。

本発明に係る歯付ベルトの断面斜視図を図１に示す。歯付ベルト１はベルト長手方向に沿って複数の歯部２と、心線３を埋設した背部４から構成されるベルト本体を有する。

心線３は、一般にはガラス繊維及びアラミド繊維が使用される。又、ポリベンゾオキサゾール、ポリパラフェニレンナフタレート、ポリエステル、アクリル、カーボン、スチールなどを組成とする撚コードの何れでも使用できる。ガラス繊維の組成は、Ｅガラス、Ｓガラス（高強度ガラス）の何れでもよく、フィラメントの太さ及びフィラメントの集束本数及びストランド本数に制限されない。

このような歯付ベルトの製造方法としては、長手方向に溝を刻設した内型に心線を所定のテンションで巻き付け、その上から円筒形の外型を覆い、内型と外型の間に形成されるキャビティにウレタン液を注入する。ウレタンは、前もってイソシアネートとポリオールを混合したウレタンプレポリマーとフタル酸エステルを混合攪拌するか、或いはフタル酸エステルを硬化剤と混合し所定温度下で保管して使用する。ウレタンプレポリマー、フタル酸エステル、及び硬化剤を混合したウレタン液は、注型前、注型中、あるいは注型後硬化前に脱泡する。そして、ウレタン液を一定時間所定の温度条件下で硬化させベルトスリーブを得る。その後内型と外型を分離し、成形されたベルトスリーブを脱型して所定幅でカットし、キャリッジ駆動用ベルトとする。

ここで、キャリッジベルトの使用形態としては、例えば、Ａ１判又はＢ１判程度の用紙幅の印刷用紙まで印刷を行うことができる大型プリンタを例にとる。図２は本発明のキャリッジベルトを使用したプリンタの斜視図、図３は図２のプリンタにおけるプリンタ本体の前蓋を開いた状態を示す斜視図、図４はキャリッジベルトのテンション調整装置を含むキャリッジの正面図である。

プリンタ５は、プリンタ本体を構成する給紙部７、印刷部９及び排紙部１１が組み込まれており、脚装置１３と、排紙受け装置１５とを備えている。給紙部７は、プリンタ５の後方上部に突き出るように設けられており、その内部にはロール紙（印刷用紙）がセットされ、このロール紙を覆うようにロール紙カバー１７が開閉可能に取り付けられている。

印刷部９は、印刷ヘッド１９を搭載したキャリッジ２１、印刷用紙を副走査方向に搬送する紙送りローラ、印刷ヘッド１９へのインク供給装置、印刷用紙の浮き上がりを防止する紙吸引装置、印刷を実行する為の制御装置等を備え、キャリッジ２１、フラットケーブル２３、インクチューブ２５、用紙搬送路等を覆うよう上蓋２７と前蓋２９が設けられている。前蓋２９は、用紙搬送面側に位置する下部が回動可能に支持されている。キャリッジ２１は、主走査方向に設けたレール２７にコロを介して吊り下げられ、かつキャリッジベルト３１が連結されている。キャリッジ駆動装置３３によってはキャリッジベルト が作動すると、キャリッジ２１はキャリッジベルト３１の動きに連行され、レール２７ に案内されて往復移動する。

印刷ヘッド１９には、制御部から印刷信号を送るためのフラットケーブル２３とインクを供給する複数のインクチューブ２５が接続されている。フラットケーブル２３は、キャリッジ２１の往復運動に追従してフラットケーブル２３が引き回される為、キャリッジ２１が往復運動する移動範囲のほぼ中間点においてケーブルホルダ３５によりフラットケーブル２３が保持される。この状態において、フラットケーブル２３は、図４に示すように対向する水平部分とこれら水平部分の間に１８０°転換したループ状のＵターン部分が形成される。

ケーブルホルダ３５は、サイドフレーム３７，３９により支持されたケーブル用フレーム４１に沿わせて固定され、フラットケーブル２３を保持する。ケーブルホルダ３５に固定されたフラットケーブル２３の他端は装置本体に搭載された制御部（図示を省略）のコネクタに接続される。

印刷部９の前側には、インク供給装置を構成するカートリッジホルダ４３が備えられ、このカートリッジホルダ４３のホルダ本体４５に６色分（イエロー、ライトマゼンタ、ライトシアン、マゼンタ、シアン、黒）のインクカートリッジが横並びかつプリンタ１の前面側から抜き差し可能に納められている。ホルダ本体４５には、挿し込まれたインクカートリッジを覆うホルダカバー４７が開閉可能に設けられている。各色のインクは、インクチューブ２５を通して印刷ヘッド１９に供給され、印刷用紙への印刷に使われる。

上記のプリンタ１の印刷動作は、給紙部７から給送された印刷用紙に印刷部９の印刷ヘッド１９の往復移動により印刷し、その印刷用紙が排紙部１１を経由して、プリンタ１の前方斜め下方に向けて排紙される。印刷部９と排紙部１１の間にはロール紙を切断するためのカッター（図示省略）が設けられており、印刷終了後にカッターにより印刷用紙が切断され、排紙受け装置１５に受け取られる。

実施例として可塑剤を全く入れない場合の硬度が８５度（ＪＩＳＡ）となるプレポリマーを用い、ベルト長さが７１３ｍｍで５．５ｍｍ幅、ベルト歯形がＳＴ４４の歯付ベルトを作成した。トルエンジイソシアネートとポリテトラメチレンエーテルグリコールからなるプレポリマーと、硬化剤としてはＭＯＣＡを用い、ＭＯＣＡをプレポリマー１００質量部に対して１２質量部、フタル酸エステルとしてフタル酸ジクチルをプレポリマー１００質量部に対して１５質量部準備した。そして、ＭＯＣＡとフタル酸ジオクチルとを混合し混合液Ａとして、プレポリマー共に６０°Ｃの雰囲気温度下に保管した。

そして、外金型と長手方向にベルト歯を形成する溝が刻設されている内金型とを用意し、内金型と外金型とを組み合わせた。そして、前もって準備したプレポリマーと混合液Ａとを混合攪拌して混合液Ｂとし、その後混合液Ｂを真空雰囲気下にて脱泡した。そして、内金型と外金型で形成されたキャビティに混合液Ｂを注型し、１２０°Ｃの条件下で２時間ポリウレタンを硬化させた。そして、内金型と外金型を分離し、成形されたベルトスリーブを金型から取り外し、５．５ｍｍ幅にカットした。

比較例１として、可塑剤としてアジピン酸ジオクチルを用い、プレポリマー及び硬化剤は実施例と同じものを用いた。そして、アジピン酸ジオクチルをプレポリマー１００質量部に対して４０質量部添加した。そして、実施例と同じ製造条件及び方法にてキャリッジ駆動用ポリウレタンベルトを作成した。

比較例２として、可塑剤としてフタル酸ジオクチルを使用し、フタル酸ジオクチルはプレポリマー１００質量部に対して４０質量部添加した。製造条件及び製造方法は実施例と同じであった。そして、実施例と同じ幅でベルトをカットした。

実施例１と比較例２のベルトは、ベルト背面からベルト歯２歯分に荷重を掛け、ベルト歯面には油取り紙を敷き背面荷重による可塑剤の染み出し量を測定した。染み出し量は、油取り紙に付着した油の面積を染み出し量として簡易的に算出したものである。

図５の結果から明らかなように、実施例１と比較例２の可塑剤染み出し量は、荷重が大きくなればなるほど、差が大きくなっていることがわかる。

次に、異なるアーチを持つベンディングフォーム（連続的に曲率半径が変わる台座みたいなもの）に試験片をセットして、試験片表面に可塑剤を塗布した。また、試験片表面に実施例のベルトをその背面を試験片に接触させて試験片に歪みを加えてクラックを発生させる最小の歪み量を観察した（ベンディングフォーム法）。尚、このときの試験片は実際にキャリッジに使用されている変性ポリフェニレンエーテル及びガラス繊維を含んだ変性ポリフェニレンエーテルを使用した。その結果を表１に示す。ここで、臨界歪みが大きい程試験片に対して悪影響を及ぼさないということになる。

表１の結果からもわかるように、可塑剤としてアジピン酸ジオクチルを試験片に塗布すると、臨界歪みが０．１％未満であり、試験片にすぐにクラックが入ることがわかる。それに対して、本発明に使用した可塑剤であるフタル酸ジオクチルを試験片に塗布した場合は、臨界歪みが０．１５％であり、その可塑剤を使用した実施例は比較例１に比べて倍以上の臨界歪みを有することがわかる。

次に、樹脂板とベルトをたこ糸で固定し、変形させた状態で保管し、クラックの発生を確認した（図６）。樹脂板は、ベンディングフォーム法で使用した樹脂と同じものを使った。６０°Ｃの条件下で２４時間放置し、クラック発生の有無を観察した。その結果を表２に示す。

表２の結果から、ガラス繊維の入っていない変性ポリフェニレンエーテルは、可塑剤が２７％入っている比較例２によってベルトとの接触部分に亀裂が入るが、可塑剤を１５％とした実施例では変化は見受けられなかった。

本発明に係る歯付ベルトの断面斜視図である。 本発明のキャリッジベルトを使用したプリンタの斜視図である。 図２のプリンタにおけるプリンタ本体の前蓋を開いた状態を示す斜視図である。 キャリッジベルトのテンション調整装置を含むキャリッジの正面図である。 ベルト背面に荷重を掛けたときの荷重と可塑剤染み出し量の関係を示したグラフである。 樹脂板とベルトをたこ糸で固定し、変形させた状態で保管し、クラックの発生を確認する方法を示した概略図である。

符号の説明

１ 歯付ベルト
２ 歯部
３ 心線
４ 背部
５ プリンタ
２１ キャリッジ
３１ キャリッジベルト
３３ キャリッジ駆動装置

Claims (2)

1. プリンタのキャリッジを駆動する為のキャリッジ駆動用ベルトにおいて、該ベルトがポリウレタン１００質量部に対してフタル酸エステル１〜１５質量部を含んだポリウレタン組成物からなることを特徴とするキャリッジ駆動用ウレタンベルト。
2. 該ウレタンベルトがベルト長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部を有する歯付ベルトである請求項１に記載のキャリッジ駆動用ウレタンベルト。
   

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