JP2010052847A - メディア搬送用ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 吹付塗装によるメディア搬送用ローラの表層形成方法では、分子間力（van der Waars力）や静電気といった硬質粒子間に働く力により凝集してしまう。凝集が起きた状態のままで塗料組成物をメディア搬送用ローラに適用することとなるため、メディアの搬送精度が悪化し、所望の搬送性能が得られない。
【解決手段】 本発明によれば、塗料中への分散剤の添加や硬質粒子表面へのポリマーの表面修飾により分散性を向上させた塗料組成物をメディア搬送用ローラとして用いることで、優れた搬送精度を得ることが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＯＡ機器などのメディア搬送用ローラに関する。特に紙、布、フィルムなどのメディアに対する搬送性と耐久性に優れたメディア搬送用ローラに関する。

最近の高精細な画像が要求されるプリンタや複写機等のＯＡ機器には、より一層のメディア搬送精度に対応させるため、金属製の剛性が高い芯金に高い摩擦係数を有する塗膜を形成したメディア搬送ローラが用いられている。

上記要求を満たすための提案としては、セラミック粒子を含む塗膜をスプレイ塗装により形成し、前記表層から露出したセラミック粒子の凹凸により摩擦係数を大きくしてメディア搬送精度を高めている。特許文献１には、円筒状部材の周面上にフィラー及び樹脂成分を混合させた塗料を吹付塗装し、乾燥若しくは焼成することにより形成したメディア搬送用ローラが開示されている。
特開平１１−２４６０６９号公報

特許文献１に記載の方法は、硬質粒子等のフィラー及びアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂成分を混合させた塗料を吹付塗装することによりメディア搬送用ローラの表層を形成している。しかしながらこの場合、分子間力（van der Waars力）や静電気といったフィラー間に働く力により凝集してしまう。一般的に吹付塗装することにより形成した塗膜の硬質粒子の凝集体数ａと非凝集体数ｂの比（ａ／ｂ）は１．０以上ある。このため、凝集が起きた状態のままで樹脂組成物をメディア搬送用ローラに適用することとなるため、メディアの搬送精度が悪化し、所望の搬送性能が得られないことがあった。

本発明の目的は、上記問題点を考慮してなされたものであり、塗料中の硬質粒子の分散性を向上させることで、該メディアの搬送精度を向上させたメディア搬送用ローラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るメディア搬送用ローラは、
中実または中空の金属製の円筒基材と、該円筒基材の表面を被覆している厚み２０μｍ以上６０μｍ以下の塗膜とを有し、
該塗膜は、粒子径が４０μｍ以上１００μｍ以下の硬質粒子を合成樹脂中に分散させた塗料から形成されてなり、
該硬質粒子の凝集体数ａと非凝集体数ｂの比（ａ／ｂ）が、０．０１以上０．８以下であり、かつ、該硬質粒子の間隔が１０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、メディアの搬送精度に優れたメディア搬送用ローラを得ることが出来る。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下、本発明の具体的な実施形態を説明する。図１に示すようにメディア搬送用ローラは、中空または中実の金属製のローラ２（円筒基材）と、当該ローラの表面に形成されてなる厚み２０μｍ以上６０μｍ以下の塗膜１から構成される。

前記ローラ２表面上に形成された塗膜１は図２に示すように硬質粒子３を含む合成樹脂４より構成されている。

更に硬質粒子３の分散性を向上させるため、分散剤の添加してもよく、また硬質粒子３の表面に有機成分からなる層が被覆されていてもよい。当該有機成分の例としては以下のものが挙げられる。アクリル系組成物、スチレン系組成物、ポリエステル系組成物、ウレタン系組成物、シリコーン系組成物、フッ素系組成物、エポキシ系組成物、イミド系組成物。

［硬質粒子］
硬質粒子３に用いることのできるものとしては、紙等のメディアに対する摩擦係数が高いセラミック粒子やガラス粒子またはその混合物が好ましい。

硬質粒子３の粒子径は４０μｍ以上１００μｍ以下である。セラミックスとしては、例えばアルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコニア等の元素を含む酸化物、窒化物、炭化物或いはその化合物が挙げられる。具体的には炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、シリカ、炭化チタン、酸化ジルコニウムから選ばれる少なくとも一種を用いるのが望ましい。そして、塗膜１中の当該硬質粒子は、凝集体数をａ、非凝集体数をｂとしたとき、その比（ａ／ｂ）が０．０１以上０．８以下である。これにより、メディアの搬送性能の一層の安定化を図ることができる。

また、塗膜１中の硬質粒子間の間隔は１０μｍ以上１０００μｍ以下とする。これによりメディアの搬送性能のより一層の安定化を図ることができる。

［合成樹脂］
次に金属製ローラ２と硬質粒子３のバインダーとなる合成樹脂４は、樹脂組成物による塗膜形成プロセスの形態に応じて熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、放射線硬化型樹脂を適宜選択することが可能である。

熱可塑性樹脂の具体例を以下に挙げる。アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、フェノール系樹脂、アリール系樹脂およびこれらの共重合体からなる熱可塑性樹脂等。特にアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂であることが、金属製ローラと硬質粒子への密着性の観点から望ましい。

また本実施の形態で用いられる硬化性樹脂としては更に塗膜形成プロセスの形態に応じて熱硬化性、放射線硬化型等の樹脂を適宜選択することが出来る。そのような樹脂として、例えばアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂のいずれかを含有することを特徴とする樹脂を用いることができる。

これら樹脂の中でも特にアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂であることが、金属製ローラと硬質粒子への密着性の観点から望ましい。

［分散剤］
また分散剤としては、フッ素系或いはシリコーン系のシランカップリング剤が挙げられる。用い得るシランカップリング剤の具体例を以下に挙げる。

フッ素系シランカップリング剤としては、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｃｌ₂、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）（ＯＣＨ₃）₂、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₆ＣＯＮＨ（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₆ＣＯＯ（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）（ＯＣＨ₃）₂、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＳＯ₂ＮＨ（ＣＨ₂）₃Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₆（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃及びこれらの混合物等。

シリコーン系シランカップリング剤としては、例えば、ポリジメチルシロキサンをグリシロキシプロピル変性、ポリオキシレン変性、アルコキシ変性、またはこれらを組み合わせた変性などの処理を施したもの等。具体的には、グリシロキシプロピル・ポリオキシエチレン・アルコキシ変性ポリジメチルシロキサンを用いることが出来る。

［硬質粒子の表面被覆］
また、使用する硬質粒子３は合成樹脂中の分散状態を向上させることを目的として、硬質微粒子表面にアクリル樹脂やエポキシ樹脂など、同種の合成樹脂を被覆することにより表面処理を施しても良い。その他に硬質粒子表面に官能基を付与することにより表面処理を施してもよい。具体的には微粒子表面に（メタ）アクリル基やビニル基やエポキシ基、グリシジル基等の官能基を配してもよい。

［塗料組成物の調製方法］
塗料組成物の調製は次の3つの工程を経て行われる。
（第１工程）合成樹脂溶液の作製
合成樹脂４として熱硬化性エポキシ樹脂（アデカオプトマー／アデカ工業製）１４２．５gに、顔料としてカーボンブラック７．５gを混合・分散する。ここで本発明に用いるアクリル樹脂やエポキシ樹脂などの合成樹脂は単独では無色或いは淡黄色が多く、メディア搬送用ローラの塗料に用いた場合、塗膜形成後のキズ等の検査が困難である。そこで、顔料を添加することで塗膜形成後の検査を容易にしかも確実に出来るようになる。

混合・分散装置としては泡とり練太郎(ARE-250／シンキー製)を使用した。混合・分散時間は3min.である。合成樹脂４とカーボンブラックを混合・分散した後、メチルエチルケトン(１２０ｇ)とキシレン（２４０ｇ）を添加することにより低粘度化する。
（第2工程）硬質粒子の添加
次に第1工程で作製した合成樹脂溶液中に硬質粒子３、ここではJIS粒度#220及び#180のアルミナ粒子を各２７０ｇ添加する。
（第3工程）硬質粒子の分散
アルミナ粒子を合成樹脂溶液中に添加した後、分散剤として、フッ素系シランカップリング剤（ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃）を２．５ｇ添加し、装置により混合・分散を3min.行った。

分散剤を添加しない場合は、アルミナ粒子表面にエポキシ樹脂を被覆した表面処理済みのアルミナ粒子を使用し、樹脂溶液中に混合・分散した。

［塗膜の形成方法］
次に本発明の塗料によりメディア搬送用ローラの塗膜１を形成する実施形態について説明する。本発明に係る概略としては、金属製ローラ２の円周上に硬質粒子３及び合成樹脂４成分を含む塗料をスプレイ塗布し、その後、乾燥若しくは焼成するものである。

まず金属製ローラ２としては切削・研磨されたφ17mmのステンレス材を用いた。ローラ２としてはステンレス以外にも無電解ニッケルメッキなどによりメッキ処理された鋼材や軽量なアルミニウム合金なども好適である。前記金属製ローラ２表面をアセトン等のケトン系溶剤やイソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤により脱脂したあと、スプレイ工程に移される。

本発明に使用したスプレイ装置の概要を図３に示す。まず符号５は塗料組成物を均一に攪拌するためのタンクを示し、タンクの内部にはモーター駆動による攪拌用プロペラが付属しており、硬質粒子３の沈降を防止している。符号６は圧送用のポンプを示し、符号７は液圧レギュレーターを示す。符号８はスプレイガンを示し、ノードソン社製のパルススプレイガンを用いた。

スプレイガンの吐出条件はオペレーションエア圧力が0.3MPa、霧化エア圧が0.1MPa、パターンエア圧が0.05MPaに設定した。

スプレイガン９の吐出条件を設定後、金属製ローラの両端部を不図示の治具により把持して、ローラの軸線周りに600rpmで自転させ、前記スプレイガンを10cm離した状態で、ローラの軸線方向に移動させて塗装を行った。塗装後、焼成を行って塗膜１を形成した。焼成条件は130℃で30min.である。

［硬質粒子の分散性評価］
以下の各実施例及び各比較例において、硬質粒子の分散性はキーエンス社製マイクロスコープVHF-500（商品名）を用いて得た画像をMedia Cybernetics, Inc.製Image-Pro Plus（商品名）を用いて画像処理することで凝集体数（ａ）および非凝集体数（ｂ）を求めた。そして、それらの比（ａ／ｂ）が０．０１以上０．８以下であるものを良とした。

［メディア搬送用ローラの搬送精度評価方法］
実機により等間隔にラインを印刷し、間隔のバラツキを測定した。搬送精度の評価基準は±３０μｍ以内を良品とした。但し、この基準はメディアと画質モードによって異なる。

次に本発明の効果を実施例と比較例により具体的に説明する。

合成樹脂４として熱硬化性エポキシ樹脂（アデカオプトマー／アデカ工業製）142.5gに、顔料としてカーボンブラックを7.5g混合・分散する。混合・分散後、メチルエチルケトン120gとキシレン240gを添加することにより、低粘度化する。低粘度化後にJIS粒度#220及び#180のアルミナ粒子をそれぞれ270g添加する。

次に前記溶液に分散剤として、フッ素系シランカップリング剤（ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃）を2.5g添加し、添加した塗料を、溶剤脱脂した金属製のローラ２の円周上に図３の塗膜形成装置を用い、金属ローラ２の表面上に本発明の塗料組成物を形成した。ここで塗膜形成条件は、オペレーションエア圧力が0.3MPa、霧化エア圧が0.1MPa、パターンエア圧が0.05MPaである。塗装後、焼成を行って塗膜１を形成した。焼成条件は130℃で30min.である。

焼成後、得られた塗膜１の搬送精度の性能評価を行った。その結果、表１に示すように硬質粒子の凝集体と非凝集体の比は0.01、平均粒子間距離は50μmであり、良好な分散性を示し、且つ搬送精度は±５μｍ以内となり、優れた搬送精度が得られた。

実施例１と同様に合成樹脂４として熱可塑性アクリル樹脂に、顔料としてカーボンブラックを混合・分散する。混合・分散後、溶剤としてメチルエチルケトンとキシレン、硬質粒子としてアクリル樹脂で被覆したアルミナ粒子を添加した。

前記硬質粒子の被覆方法としては、キシレンに溶かしたアクリル樹脂溶液中にアルミナ粒子を浸漬し、浸漬後、溶媒を蒸発乾燥させる。

アクリル樹脂により表面被覆した前記硬質粒子を添加した塗料を、溶剤脱脂した金属製のローラ２の円周上に図３の塗膜形成装置を用い、金属製ローラ２の表面上に本発明の塗膜１を形成した。ここで塗膜形成条件は、実施例１と同様である。

塗装後、得られた塗膜１の搬送精度の性能評価を行った。その結果、表１に示すように硬質粒子の凝集体と非凝集体の比は0.8、平均粒子間距離は80μmであり、搬送精度は±２５μｍ以内となり、優れた搬送精度が得られた。

（比較例１）
実施例１と同様に合成樹脂４として熱可塑性アクリル樹脂に、顔料としてカーボンブラックを混合・分散する。混合・分散後、溶剤としてメチルエチルケトンとキシレン、硬質粒子として未処理のアルミナ粒子を添加した。

前記硬質粒子を添加した塗料を、溶剤脱脂した金属製のローラ２の円周上に図３の塗膜形成装置を用い、金属製ローラ２の表面上に塗膜１を形成した。ここで塗膜形成条件は、実施例１と同様である。

塗装後、得られた塗膜１の搬送精度の性能評価を行った。その結果、表１に示すように硬質粒子の凝集体と非凝集体の比は1.0、平均粒子間距離は350μmとなり、搬送精度は±５０μｍとなり、搬送精度が低下した。

（比較例２）
実施例１と同様に合成樹脂４として熱可塑性アクリル樹脂に、顔料としてカーボンブラックを混合・分散する。混合・分散後、溶剤としてメチルエチルケトンとキシレン、硬質粒子としてアクリル樹脂で被覆したアルミナ粒子を添加した。ここで硬質粒子間の距離を広げるため、硬質粒子の添加量を実施例１の約１／３に減少させた。

前記硬質粒子を添加した塗料を、溶剤脱脂した金属製ローラ２の円周上に図３の塗膜形成装置を用い、金属製ローラ２の表面上に塗膜１を形成した。ここで塗膜形成条件は、実施例１と同様である。

塗装後、得られた塗膜１の搬送精度の性能評価を行った。その結果、表１に示すように硬質粒子の凝集体と非凝集体の比は0.4であるが平均粒子間距離は1200μmとなり、搬送精度は±６０μｍとなり、搬送精度が低下した。

本発明の実施形態に係るメディア搬送用ローラの断面拡大図である。 メディア搬送用ローラの塗膜形成装置概略図である。 本発明にかかるスプレイ装置の概略。

符号の説明

１ 塗膜
２ 金属製ローラ
３ 硬質粒子
４ 合成樹脂
５ タンク
６ 圧送用のポンプ
７ 液圧レギュレーター
８ スプレイガン

Claims (7)

1. 中実または中空の金属製の円筒基材と、該円筒基材の表面を被覆している厚み２０μｍ以上６０μｍ以下の塗膜とを有し、
   該塗膜は、粒子径が４０μｍ以上１００μｍ以下の硬質粒子を合成樹脂中に分散させた塗料から形成されてなり、
   該硬質粒子の凝集体数ａと非凝集体数ｂの比（ａ／ｂ）が、０．０１以上０．８以下であり、かつ、該硬質粒子の間隔が１０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とするメディア搬送用ローラ。
2. 前記硬質粒子材料がセラミック粒子、もしくはガラス粒子またはその混合物であることを特徴とする請求項１に記載のメディア搬送用ローラ。
3. 前記合成樹脂が熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のメディア搬送用ローラ。
4. 前記塗料が分散剤を含むことを特徴とする請求項１に記載のメディア搬送用ローラ。
5. 前記分散剤がフッ素系、もしくはシリコーン系またはその混合物であることを特徴とする請求項４に記載のメディア搬送用ローラ。
6. 前記硬質粒子が有機成分からなる層で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のメディア搬送用ローラ。
7. 前記有機成分がアクリル系組成物、スチレン系組成物、ポリエステル系組成物、ウレタン系組成物、シリコーン系組成物、フッ素系組成物、エポキシ系組成物、イミド系組成物のいずれかを含有することを特徴とする請求項６に記載のメディア搬送用ローラ。

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