JP2008290826A

JP2008290826A - 紙送り用ロールおよびその製法

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Publication number: JP2008290826A
Application number: JP2007136625A
Authority: JP
Inventors: Keita Shiraki; 慶太白木
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: JP4936992B2

Abstract

【課題】安価な研摩レスロールからなり、通紙により発生する紙粉がロール表面に付着しにくく、長期にわたり紙送り性に優れる紙送り用ロールおよびその製法を提供する。
【解決手段】軸体１の外周に形成されるポリウレタン系エラストマー層２の外周面を、放電加工した金型内周の凹凸面の転写により研摩レスで形成し、そのポリウレタン系エラストマー層２の外周面に、周方向に延びる複数の凹溝２ａを、軸方向に所定間隔で形成するとともに、上記凹溝２ａのない部分による凸帯２ｂの外周面と、上記凹溝２ａの溝底との双方に、シボ形状による微細凹凸部を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真複写機、プリンター等の電子写真装置に用いられる、給紙ロール、搬送ロール等の紙送り用ロールおよびその製法に関するものである。

電子写真複写機、プリンター等の電子写真装置における給紙システムは、一般に、ピックアップロールにより用紙トレイから紙分離部に紙を送り込み、上記紙分離部で紙をさばいて１枚ずつ給紙するといった構造を有するものである。そして、上記紙分離部には、確実に紙を１枚ずつ給紙できるよう、通常、ＦＲＲ方式又はＦＲ方式による重送防止機構が設けられている。

ここで、上記ＦＲＲ方式の重送防止機構を備えた給紙システムでは、図７に示すように、ピックアップロール１３が用紙トレイ１２から紙分離部に紙１１を送り込み、紙分離部ではフィードロール１４に当接して設けられたリタードロール１５により紙１１の重送を防止するといったことが行われる。すなわち、２枚以上の紙１１が送り込まれてくると、フィードロール１４の摩擦力の影響を受けなくなるためトルクリミッタ１６が限界に達せず、リタードロール１５は停止又は逆方向に回転して余分に送られた紙１１を停止させ、フィードロール１４に接した最上位の紙１１のみが送りだされるようになっている。

このような給紙システムに使用されるピックアップロール１３、フィードロール１４、リタードロール１５といった紙送り用ロールとしては、例えば、軸体となる芯金の外周に、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）等のオレフィン系ゴム、天然ゴム、ウレタンゴム、発泡ウレタン等からなる層が形成されたものが使用されている。また、そのロールの製法としては、（１）ソリッドのゴム材料又はウレタンフォームから円柱状のロール素材を切り出し、芯金を通した後、表面を研摩してロールとする方法や、（２）型を用いて芯金の周囲に円柱状に成形又は発泡成形した後、表面を研摩してロールとする方法が一般的である。

そして、これらの紙送り用ロールは、上述のように表面を研摩加工しているため、加工費に占める研摩代が大きく、コストダウンの妨げになっている。そのため、研摩レスロールの検討がなされており、型成形により研摩表面と類似するようなシボ表面（シボ形状による微細凹凸面）を持つロールの使用が試みられている（例えば、特許文献１および２参照）。
特開平５−２２１０５９号公報特開平８−１０８５９１号公報

しかしながら、これまで検討されてきたシボ表面ロール等の型成形ロール（研摩レスロール）は、ロール表面の紙と接触する部分が鏡面状態であるため、通紙時に発生する紙粉が付着しやすく且つ逃げ難いので、摩擦係数を長期に安定して維持することが困難である。

また、従来のシボ表面ロール等の型成形ロール（研摩レスロール）では、その表面形状を形成するため、成形金型の内面をショットブラスト加工や化学エッチングしている。しかし、ショットブラストでは深い凹凸形成が困難であり、また単なる化学エッチングでは凸部の表面が滑らか（擬似鏡面）であるため、研摩表面ロールと同等の性能を達成することはできない。また、これらの表面状態の複合形状でも、充分な給紙性能を得ることは難しい。

さらに、通紙による摩耗により、ロール表面のシボ形状が喪失すると、紙送りの際にスリップしやすくなってロールが寿命に至るのであるが、従来のシボ表面の型成形ロールは、この寿命が極めて短い。そのため、この点においても、未だ改良の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、安価な研摩レスロールからなり、通紙により発生する紙粉がロール表面に付着しにくく、長期にわたり紙送り性に優れる紙送り用ロールおよびその製法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、軸体と、その外周に形成されるポリウレタン系エラストマー層とを備えた研摩レスの紙送り用ロールであって、上記ポリウレタン系エラストマー層外周面において、周方向に延びる凹溝が、軸方向に所定間隔で複数形成されているとともに、上記凹溝のない部分による凸帯の外周面と、上記凹溝の溝底との双方に、シボ形状による微細凹凸部が形成されている紙送り用ロールを第１の要旨とする。

また、本発明は、上記第１の要旨の紙送り用ロールの製法であって、金属製円柱体の外周面に、周方向に延びる複数の凹溝が形成されてなる円柱状電極を準備し、それとともに、上記円柱状電極を収容しうる円柱状の中空穴が形成された金型用台材を準備し、上記円柱状電極を金型用台材の中空穴に収容した後、上記円柱状電極を揺動させながら、上記電極からの放電により、上記中空穴内周面を凹凸面に放電加工して金型を作製し、上記金型の中空部に、金属製の軸体をセットし、上記金型と軸体との空隙部に、ポリウレタン系エラストマー層形成用組成物を注型して架橋し、金型内周面の転写により外周面が形成されたロールを製造する紙送り用ロールの製法を第２の要旨とする。

すなわち、本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ね、その研究の過程で、紙送り性、耐摩耗性等に優れるポリウレタン系エラストマー層を備えたロールであって、その層が、放電加工された金型内周の微細凹凸面（シボ）の転写により研摩レスで形成されたものは、実験により確認したところ、そのロール外周面の全面が紙と接していなくとも紙送り性に優れることを見いだした。本発明者は、このことに着目し、そのロール外周面に、周方向に延びる凹溝を、軸方向に所定間隔で複数形成し、これにより紙送り性を損なうことなく紙粉排除性および紙粉付着防止性を高めることを想起した。同時に、上記凹溝のない部分による凸帯の外周面と、上記凹溝の溝底との双方に、シボ形状による微細凹凸部を形成したところ、上記凸帯のシボがロールの耐久使用により摩耗して平坦になっても、凹溝の溝底にあるシボが上記摩耗により現れるようになるため、このシボが紙を送り続けることができ、結果、ロールの寿命を延ばすことができ、長期にわたり優れた紙送り性能を発揮することを見いだし、本発明に到達した。

以上のように、本発明の紙送り用ロールは、そのポリウレタン系エラストマー層外周面において、周方向に延びる凹溝が、軸方向に所定間隔で複数形成されているとともに、上記凹溝のない部分による凸帯の外周面と、上記凹溝の溝底との双方に、シボ形状による微細凹凸部が形成されている。そのため、紙粉がロール表面に付着しにくく、耐久使用による摩擦係数の維持性が、通常の研摩ロールやシボ表面ロール以上であり、しかも、ロールの耐久使用による摩耗により、凹溝の溝底にあるシボが現れてロールの寿命が延び、長期にわたり優れた紙送り性能を発揮することができる。

そして、周方向に延びる複数の凹溝が形成された特殊な形状の円柱状電極を、金型用台材の中空穴に収容し、それを揺動させながら放電を行うことによって、中空穴内周面に凹凸面が形成された金型を製造し、その金型の凹凸面を利用してポリウレタン系エラストマー層を転写形成することにより、上述のような特殊な形状の紙送り用ロールを製造することができる。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

本発明の紙送り用ロールは、たとえば、図１に示すように、軸体１と、この軸体１の外周に沿って形成されたポリウレタン系エラストマー層２とを備えており、そのポリウレタン系エラストマー層２外周面において、周方向に延びる複数の凹溝２ａが、軸体１方向に所定間隔で形成されているとともに、上記凹溝２ａのない部分による凸帯２ｂの外周面と、上記凹溝２ａの溝底との双方に、シボ形状による微細凹凸部が形成されている。上記ポリウレタン系エラストマー層２の断面を拡大すると、図２に示すようになっており、Ｈは、凹溝２ａの深さを示す。このような構成により、上記凸帯２ｂ上のシボが、ロールの使用により摩耗して平坦になっても、凹溝２ａの溝底のシボが続いて現れるため、紙送り性能が一定に保たれ続け、結果、ロールの長寿命化を達成することができる。

特に、上記ポリウレタン系エラストマー層２外周の凹凸面は、下記の（α）に示す関係を満たすよう形成されていることが好ましい。すなわち、このような凹凸面であると、紙送り性、紙粉排除性および紙粉付着防止性により優れるようになり、より長寿命のロールとなるからである。なお、下記の式（α）における凹溝２ａの深さや、シボ形状による微細凹凸部の表面粗さ（Ｒｚ）は、例えば、表面粗度測定装置サーフコム５５０Ａ（東京精密社製）により、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して測定することができる。また、ポリウレタン系エラストマー層２の断面試料を採取し、これの顕微鏡写真に基づき、その測定を行ってもよい。

そして、上記凹溝２ａの深さ〔式（α）のＨ〕は、３０〜２００μｍの範囲であることが好ましい。すなわち、凹溝２ａの深さが３０μｍ未満では、凸帯２ｂのシボ形状が摩耗喪失した際には、既に凹溝２ａのシボ形状の摩耗が進行してしまっており、紙粉排除性の低下が著しく、逆に、凹溝２ａの深さが２００μｍを超えると、凸帯２ｂのシボ形状が摩耗喪失した際に凹溝２ａのシボ形状が用紙に当接せず、搬送力および紙粉排除効果が充分に発揮できないからである。

また、安定した紙送り性、紙粉排除性および紙粉付着防止性の点において、上記凸帯２ｂの幅（図１に示すＷｂ）は、３〜５ｍｍの範囲であることが好ましく、上記凹溝２ａの幅（図１に示すＷａ）は、３〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、上記式（α）のＡに示す表面粗さ（Ｒｚ）は、紙送り性、紙粉付着防止性の点から、３０〜１００μｍの範囲であることが好ましい。すなわち、表面粗さ（Ｒｚ）が３０μｍ未満の場合は、ロール表面が鏡面に近くなり紙粉が付着し易く、摩擦係数の低下が大きくなるからであり、逆に、表面粗さ（Ｒｚ）が１００μｍを超える場合には、表面粗度が粗すぎるため初期の摩擦係数が小さく、搬送力不足となるからである。なお、上記凸帯２ｂの外周面の表面粗さ（Ｒｚ）と、凹溝２ａの溝底の表面粗さ（Ｒｚ）とは、通常、略同じに設定されるが、この範囲内において双方が異なる値としてもよい。この場合、上記式（α）のＡは、これらの平均した値とする。

そして、このような本発明の紙送り用ロール外周面のＪＩＳ−Ａ硬度は、その紙送り性の点から、３０〜８０°の範囲であることが好ましく、より好ましくはＪＩＳ−Ａ硬度４５〜７５°の範囲である。

なお、本発明の紙送り用ロールの構成材料である軸体１としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属、樹脂製の中空体や中実体が用いられる。そして、その材質としては、ステンレス、アルミニウム、ポリアセタール等があげられる。上記軸体１の外周面には、ポリウレタン系エラストマー層２の接着性を高めるため、必要に応じて、接着剤、プライマー等を塗布してもよい。

また、上記軸体１の外周面に形成されるポリウレタン系エラストマー層２の材料は、特に限定はないが、紙送り性、耐摩耗性等により優れることから、ポリエーテル系ポリウレタンが好ましい。

そして、上記ポリウレタン系エラストマー層２の厚みは、その使用用途の点から、２〜１０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。

本発明の紙送り用ロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。

すなわち、まず、図３に示すような特殊な形状の円柱状電極３１（金属製円柱体の外周に、周方向に延びる複数の凹溝が形成されてなる円柱状電極）を準備し、それとともに、上記円柱状電極３１を収容しうる円柱状の中空穴３２ａが形成された金型用台材３２を準備し、上記円柱状電極３１を、金型用台材３２の中空穴３２ａに収容（図３の矢印方向）する。図４は、このときの様子を上から見た図である。その後、上記円柱状電極３１を、図４の矢印方向にジグザグに揺動させながら、上記円柱状電極３１からの放電により、上記中空穴３２ａ内周面を凹凸面に放電加工して金型を作製する。詳しくは、図５の断面図に示すように、上記円柱状電極３１の揺動（図５の矢印方向）と放電により、中空穴の内周部分（図５の斜線部分）が削れ、これにより、金型内周面に所望の凹凸模様が形成された金型３２’を製造することができる。

つぎに、図６に示すように、上記製造の金型３２’に下蓋５を外嵌し、さらに、軸体（芯金）１を準備し、上記金型３２’の中空部に上記軸体１をセットする。なお、上記軸体１の外周面には、上記セット前に予め、接着剤、プライマー等を塗布してもよい。そして、ポリウレタン系エラストマー層２形成用組成物を準備し、これを、上記金型３２’と軸体１との空隙部に注型した後、上記金型３２’に上蓋７を外嵌する。ついで、これらを加熱して上記ポリウレタン系エラストマー層２形成用組成物を架橋し、ポリウレタン系エラストマー層２を形成する。その後、このポリウレタン系エラストマー層２が形成された軸体１を脱型することにより、目的とする紙送り用ロール（図１参照）を得ることができる。また、軸体１を抜き、別軸体（金属シャフト、樹脂芯材等）に圧入してもよい。

このようにして得られる本発明の紙送り用ロールは、電子写真複写機、プリンター等の電子写真装置における給紙システムに用いられる給紙ロールや搬送ロール、具体的には、ピックアップロール、フィードロール、リタードロール等として好適に用いることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
エーテル系ポリオールとイソシアネートとからウレタンプレポリマーにグリコール系架橋剤を混合したものを調製し、図３〜５に示す方法で放電加工した金型を準備し、図６に示す方法で、芯金をセットした上記金型内に上記調製の混合物を注型し、その後加熱して脱型し、目的とする紙送り用ロールを研摩レスで作製した。

上記金型の内周面には、その放電加工の際に使用した円柱状電極の形状（周方向に延びる複数の凹溝が形成されている）により、凸帯と凹溝が交互に形成され、さらに、上記金型の内周面には、放電加工による微細なシボ（二段シボ）が形成されている。そして、この金型を用いて形成された紙送り用ロールの寸法およびＪＩＳ−Ａ硬度を測定した結果、後記の表１に示す通りであった。なお、表１中の、シボ粗さＡ、凹溝深さＨ、凹溝幅Ｗａおよび凸帯幅Ｗｂ（図１参照）は、表面粗度測定装置サーフコム５５０Ａ（東京精密社製）により、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して測定されたものである。

〔実施例２〜７、比較例１，２〕
実施例２〜７では、円柱状電極の寸法を変えて金型を放電加工（二段シボの金型に加工）した以外は、実施例１と同じ製造方法で紙送り用ロールを作製した。また、比較のために、ポリウレタン系エラストマーに代えてＥＰＤＭを用いた従来の研摩表面の紙送り用ロール（比較例１）、凹凸面がない円柱状電極により放電加工した金型を用いて形成した、従来の単純なシボ表面の紙送り用ロール（比較例２）も作製した。そして、これら紙送り用ロールの寸法およびＪＩＳ−Ａ硬度も、下記の表１および表２に併せて示した。なお、これらの測定方法は、実施例１に準じる。

このようにして得られた各紙送り用ロールを、ＦＲＲ方式ベンチ試験機のフィードロールとして用い（図７参照）、給紙速度５００ｍｍ／ｓｅｃで連続的に給紙する評価試験を実施し、ロール表面の摩擦係数を、初期と用紙１０００Ｋ（１００万枚）給紙後のロールに対し測定すると共に、耐久試験により、フィードロールが寿命となるまでの給紙枚数を測定し、これらの結果から総合的に評価した。そして、これらの結果を、下記の表３および表４に併せて示した。なお、この試験で使用した用紙はＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＰＡＰＥＲ社（フランス）製のＡ４用紙（商品名：ＲＥＹ）である。

上記表の結果から、実施例の紙送り用ロールは、ロールの寿命までの給紙枚数が多く、なかでも実施例１〜４のロールは、１０００Ｋ給紙後であっても高い摩擦係数を示し、長寿命化が達成されていることがわかる。これに対し、比較例の紙送り用ロールは、実施例に比べ、ロールの寿命までの給紙枚数が少なく、また、耐久使用による摩擦係数の低下も著しいため、寿命が短いことがわかる。

本発明の紙送り用ロールの一例を示す斜視図である。上記紙送り用ロールにおけるポリウレタン系エラストマー層の断面形状を示す要部拡大図である。上記紙送り用ロールの金型の製造過程を示す説明図である。上記紙送り用ロールの金型の製造過程を示す説明図である。上記紙送り用ロールの金型の製造過程を示す説明図である。上記紙送り用ロールの製造過程を示す説明図である。給紙装置内の概要を示す説明図である。

符号の説明

１軸体
２ポリウレタン系エラストマー層
２ａ凹溝
２ｂ凸帯

Claims

軸体と、その外周に形成されるポリウレタン系エラストマー層とを備えた研摩レスの紙送り用ロールであって、上記ポリウレタン系エラストマー層外周面において、周方向に延びる凹溝が、軸方向に所定間隔で複数形成されているとともに、上記凹溝のない部分による凸帯の外周面と、上記凹溝の溝底との双方に、シボ形状による微細凹凸部が形成されていることを特徴とする紙送り用ロール。
上記ポリウレタン系エラストマー層外周面が、下記の（α）に示す関係を満たすよう形成されている請求項１記載の紙送り用ロール。
上記凹溝の深さが、３０〜２００μｍの範囲に設定されている請求項１または２記載の紙送り用ロール。
シボ形状による微細凹凸部の表面粗さ（Ｒｚ）が、３０〜１００μｍの範囲に設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の紙送り用ロール。
上記凸帯の幅が、３〜５ｍｍの範囲に設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の紙送り用ロール。
上記凹溝の幅が、３〜５ｍｍの範囲に設定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の紙送り用ロール。
ロール外周面のＪＩＳ−Ａ硬度が、３０〜８０°の範囲に設定されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の紙送り用ロール。
上記ポリウレタン系エラストマー層外周面の凹凸形状が、放電加工された金型内周面の転写により形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の紙送り用ロール。
請求項１〜８のいずれか一項に記載の紙送り用ロールの製法であって、金属製円柱体の外周面に、周方向に延びる複数の凹溝が形成されてなる円柱状電極を準備し、それとともに、上記円柱状電極を収容しうる円柱状の中空穴が形成された金型用台材を準備し、上記円柱状電極を金型用台材の中空穴に収容した後、上記円柱状電極を揺動させながら、上記電極からの放電により、上記中空穴内周面を凹凸面に放電加工して金型を作製し、上記金型の中空部に、金属製の軸体をセットし、上記金型と軸体との空隙部に、ポリウレタン系エラストマー層形成用組成物を注型して架橋し、金型内周面の転写により外周面が形成されたロールを製造することを特徴とする紙送り用ロールの製法。