JP2020002300A - ゴム組成物とそれを用いた紙送りローラ - Google Patents
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Abstract
Description
紙送りローラとしては、用紙と接触しながら回転して、摩擦によって通紙をする、たとえば、給紙ローラ、搬送ローラ、プラテンローラ、排紙ローラ等が挙げられる。
ローラ本体には、たとえば、画像形成装置内で使用するため耐オゾン性、耐候性等に優れていたり、様々な場所に設置されるATMで安定した性能を示すため耐候性、耐熱老化性、耐寒性、低温特性等に優れていたりすることが求められる。
たとえば、通紙速度が200枚/分以上といった高速で通紙をする、高速イメージスキャナ等の機器類に用いる紙送りローラにおいては、ローラ本体に加わる負荷が大きいため、当該ローラ本体の引張強さが高く、使用中に破断したりしないことが求められる。
しかし、フィラーの割合を多くすると、ローラ本体の耐摩耗性が低下したり、ゴム硬さが高くなって柔軟性が低下し、用紙に対する摩擦係数が低くなって、紙送りローラの通紙性能が低下したりする。
非晶質シリカは、高い補強効果を有することが知られている(特許文献1、2等参照)。
しかし、特許文献1、2の実施例におけるローラ本体の引張強さは、いずれも10MPa未満であって、上述した、高速イメージスキャナ等の機器類に用いる紙送りローラとしては未だ引張強さが不十分であり、さらなる改善が求められる。
しかし、そのために実施例5では、非晶質シリカとともに、フィラーとして多量の炭酸カルシウムを併用しているため、前述したように、ローラ本体の耐摩耗性が低下したり、紙送りローラの通紙性能が低下したりすることは避けられない。
また、本発明の目的は、上記ゴム組成物を用いてローラ本体を形成した紙送りローラを提供することにある。
少なくともEPDMを含むゴム、
前記ゴムの総量100質量部あたり20質量部を超え、30質量部以下のフィラー、および
前記ゴムの総量100質量部あたり2.5質量部以上の過酸化物架橋剤を含み、
前記EPDMは、エチレン含量が55%以上、72%以下の非油展EPDMを少なくとも含むとともに、
前記フィラーは、前記ゴムの総量100質量部あたり15質量部以上、30質量部以下の非晶質シリカを少なくとも含むゴム組成物である。
また、本発明によれば、上記ゴム組成物を用いてローラ本体を形成した紙送りローラを提供することができる。
本発明のゴム組成物は、前述したように、
少なくともEPDMを含むゴム、
前記ゴムの総量100質量部あたり20質量部を超え、30質量部以下のフィラー、および
前記ゴムの総量100質量部あたり2.5質量部以上の過酸化物架橋剤を含み、
前記EPDMは、エチレン含量が55%以上、72%以下の非油展EPDMを少なくとも含むとともに、
前記フィラーは、前記ゴムの総量100質量部あたり15質量部以上、30質量部以下の非晶質シリカを少なくとも含むことを特徴とするものである。
このことは、後述する実施例、比較例の結果からも明らかである。
ゴムとしては、上述したように、少なくともEPDMを含むゴムを用いる。
またEPDMとしては、エチレンとプロピレンに少量の第3成分(ジエン)を加えることで二重結合を導入した種々のEPDMのうち、エチレン含量が上記の範囲である非油展EPDMを少なくとも用いる。
(非油展EPDM)
非油展EPDMのエチレン含量が55%以上、72%以下に限定されるのは、下記の理由による。
一方、エチレン含量が上記の範囲を超える非油展EPDMを用いた場合には、架橋前のゴム組成物の、加熱溶融時の粘度が上昇して、当該ゴム組成物の加工性が低下する。
そして、前述した各成分を配合してゴム組成物を調製したり、調製したゴム組成物を、たとえば、筒状に成形してローラ本体を作製したりするのが容易でなくなるといった課題がある。
エチレン含量が上記の範囲にある非油展EPDMの具体例としては、これに限定されないが、たとえば、下記の各種の非油展EPDMの1種または2種以上を用いることができる。
非油展EPDMの割合がこの範囲未満では、ローラ本体に、前述した高い引張強さを付与できない場合がある。
一方、非油展EPDMの割合が上記の範囲を超える場合には、ローラ本体のゴム硬さが高くなって柔軟性が低下し、用紙に対する摩擦係数が低くなって、紙送りローラの通紙性能が低下する場合がある。
(油展EPDM)
ローラ本体に柔軟性を付与するため、EPDMとしては、上記非油展EPDMとともに、油展EPDMを併用するのが好ましい。
しかし、高い柔軟性を有するローラ本体を形成するためには、ゴム組成物に多量のプロセスオイルを配合しなければならない。
そして、多量のプロセスオイルを均一に相溶させために長時間の混練が必要となり、混練の作業性が低下する場合がある。
これに対し、すでに伸展油が均一に相溶された油展EPDMを配合することで混練の時間を短縮して、混練の作業性を向上することができる。
また、油展EPDM中に含まれる適量の伸展油は、ローラ本体の外周面にブリードすることもない。
油展EPDMとしては、原料EPDMを任意の伸展油によって任意の割合で伸展した、種々の油展EPDMを用いることができる。
伸展油としては、たとえば、パラフィンオイル等が挙げられる。
伸展油の油展量は、とくに限定されないが、EPDM100質量部あたり70質量部(70phr)以上であるのが好ましく、150質量部(150phr)以下であるのが好ましい。
住友化学(株)製のエスプレン6101〔エチレン含量:70%、ジエン含量:6.5%、油展量:70phr〕、601F〔エチレン含量:59%、ジエン含量:3.5%、油展量:70phr〕、600F〔エチレン含量:66%、ジエン含量:4.0%、油展量:100phr〕、670F〔エチレン含量:66%、ジエン含量:4.0%、油展量:100phr〕。
三井化学(株)製の三井EPT X−3042E〔エチレン含量:66%、ジエン含量:4.7%、油展量:120phr〕。
なお本発明では、油展EPDM等の油展ゴムについては、当該油展ゴム中の固形分(ゴム分)の量をゴムの量と規定して、各成分の割合の基準となるゴムの総量、およびゴムその他、各成分の割合を求めることとする。
油展EPDMの割合がこの範囲未満では、ローラ本体の柔軟性を高めて、紙送りローラに良好な通紙性能を付与する効果が得られない場合がある。
これに対し、油展EPDMの割合を上記の範囲とすることにより、紙送りローラの良好な通紙性能を維持しながら、当該ローラ本体に、高い引張強さを付与することができる。
なお、これらの効果をより一層向上することを考慮すると、油展EPDMの割合は、上記の範囲でも50質量部以上であるのが好ましく、70質量部以下であるのが好ましい。
ゴムとしては、本発明の効果を阻害しない範囲で、他のゴムを併用してもよい。
他のゴムとしては、たとえば、天然ゴム、IR、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、フッ素ゴム(FKM)、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム(VMQ)等の1種または2種以上を用いることができる。
とくに、EPDMからなるローラ本体の、用紙に対する摩擦係数を高めて、紙送りローラの通紙性能を向上する働きをするIRが好ましい。
IRとしては、ポリイソプレン構造を有する種々の重合体がいずれも使用可能である。
IRとしては、これに限定されないが、たとえば、日本ゼオン(株)製のニポール(登録商標)IR2200、IR2200R等の少なくとも1種が挙げられる。
IRの割合がこの範囲より少ない場合には、当該IRを配合することによる、EPDMからなるローラ本体の、用紙に対する摩擦係数を高めて、紙送りローラの通紙性能を向上する効果が十分に得られない場合がある。
これに対し、IRの割合を上記の範囲とすることにより、ローラ本体の耐オゾン性や耐候性が低下するのを抑制しながら、当該ローラ本体の、用紙に対する摩擦係数を高めて、紙送りローラの通紙性能をさらに向上することができる。
すなわち、非油展EPDMと油展EPDMの合計の割合は、ゴムの総量100質量部中の40質量部以上、とくに50質量部以上であるのが好ましく、90質量部以下、とくに80質量部以下であるのが好ましい。
IR等の他のゴムの割合は、当該他のゴムが非油展ゴムの場合は、当該非油展ゴムの割合であり、油展ゴムの場合は、前述したように油展ゴム中に含まれる固形分としてのゴム分の割合である。
ただし、その場合も非油展EPDMの割合は80質量部以下であるのが好ましい。
〈フィラー〉
少なくとも非晶質シリカを含むフィラーの割合(総量)が、ゴムの総量100質量部あたり20質量部を超え、30質量部以下に限定されるのは、下記の理由による。
一方、フィラーの総量が上記の範囲を超える場合には、架橋前のゴム組成物の、加熱溶融時の粘度が上昇して、当該ゴム組成物の加工性が低下する。
また、ローラ本体の耐摩耗性も低下する。
これに対し、フィラーの総量を上記の範囲とすることにより、ゴム組成物の良好な加工性を維持しながら、ローラ本体に、良好な耐摩耗性と高い引張強さとを付与することができる。
(非晶質シリカ)
フィラーとしては、少なくとも非晶質シリカを用いる。
非晶質シリカとしては、その製法によって分類される湿式法シリカ、乾式法シリカのいずれも使用可能であり、さらには疎水化処理等した非晶質シリカを用いることもできる。
非晶質シリカの割合が、ゴムの総量100質量部あたり15質量部以上、30質量部以下に限定されるのは、下記の理由による。
一方、非晶質シリカの割合が上記の範囲を超える場合には、架橋前のゴム組成物の、加熱溶融時の粘度が上昇して、当該ゴム組成物の加工性が低下する。
また、ローラ本体の耐摩耗性も低下する。
これに対し、非晶質シリカの割合を上記の範囲とすることにより、ゴム組成物の良好な加工性を維持しながら、ローラ本体に、良好な耐摩耗性と高い引張強さとを付与することができる。
フィラーとしては、非晶質シリカを単独(2種以上の非晶質シリカを併用する場合を含む)で用いてもよいし、非晶質シリカ以外の他のフィラーを併用してもよい。
他のフィラーとしては、たとえば、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、非晶質シリカ以外のシリカ系化合物、クレー、タルク、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化チタン等の1種または2種以上を用いることができる。
すなわち、非晶質シリカの割合を前述した範囲内の所定値に設定し、さらに他のフィラーを加えて、フィラーの総量が前述した範囲となるように、当該他のフィラーの割合を設定すればよい。
他のフィラーの具体的な割合は、これに限定されないが、たとえば、ゴムの総量100質量部あたり15質量部以下であるのが好ましい。
〈過酸化物架橋剤〉
過酸化物架橋剤としては、これに限定されないが、たとえば、ベンゾイルパーオキサイド、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、ジ(tert−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、1,4−ビス[(tert−ブチル)パーオキシイソプロピル]ベンゼン、ジ(tert−ブチルパーオキシ)ベンゾエート、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジtert−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)−3−ヘキセン等の1種または2種以上を用いることができる。
これに対し、過酸化物架橋剤の割合を上記の範囲とすることにより、ローラ本体の耐摩耗性を向上することができる。
また、過酸化物架橋剤の割合は、上記の範囲でも、ゴムの総量100質量部あたり5質量部以下、とくに4質量部以下であるのが好ましい。
過酸化物架橋剤の割合がこの範囲を超える場合には、成形時にゴム組成物がスコーチしたり、ローラ本体の柔軟性が低下して、良好な通紙性能を有する紙送りローラを形成できかったりする場合がある。
〈ポリエチレングリコール類〉
特許文献1、2に記載されているように、非晶質シリカは、過酸化物架橋剤によるEPDMの架橋を阻害する場合がある。
これを防いで、EPDMを良好に架橋させるため、ゴム組成物には、非晶質シリカの表面の−OH基をマスキングして、架橋阻害を抑制する働きをするポリエチレングリコール類を配合してもよい。
ポリエチレングリコール類としては、任意の平均分子量を有する種々のポリエチレングリコール類を用いることができる。
ポリエチレングリコール類の割合がこの範囲未満では、当該ポリエチレングリコール類を配合することによる効果が得られず、EPDMの架橋が阻害されて、十分な機械的強度を有するローラ本体を形成できない場合がある。
これに対し、ポリエチレングリコール類の割合を上記の範囲とすることにより、ブリードによる通紙性能の低下を抑制しながら、EPDMの架橋が阻害されるのを抑制して、十分な機械的強度を有するローラ本体を形成することができる。
ゴム組成物には、さらに老化防止剤、共架橋剤、顔料、可塑剤、加工助剤などの、一般にゴム組成物に配合される成分を、本発明の効果を阻害しない範囲で適量、添加してもよい。
《紙送りローラ》
図1は、本発明の紙送りローラの、実施の形態の一例を示す斜視図である。
ローラ本体2の中心には断面円形の通孔3が設けられており、当該通孔3には、図示しない駆動系に連結されるなどした円柱状のシャフト4が挿通されて、固定されている。
ローラ本体2の、用紙と接触する外周面5は、図の例の場合、通孔3およびシャフト4と同心の筒状に形成されている。
つまり、両者間の径差に基づく締め代により、当該両者間で一定の空転トルク(空転が生じない限界のトルク)が確保されている。
ローラ本体2は、必要に応じて複数個を、1本のシャフト4の複数箇所に固定してもよい。
ローラ本体2は、ゴム組成物を、たとえば、押出成形法等によって筒状に成形したのちプレス架橋法等によって架橋させたり、あるいはトランスファー成形法等によって筒状に成形するとともに架橋させたりして製造される。
また、外周面5が所定幅となるようにローラ本体2の両端をカットしてもよい。
ローラ本体2の外周面5は、任意のコート層で被覆してもよい。
またローラ本体2は、外周面5側の外層と通孔3側の内層の2層構造に形成してもよい。
ただし、構造を簡略化し、生産性を向上するとともに製造コストを低下させること等を考慮すると、ローラ本体2は、図1に示すように単層構造とするのが好ましい。
また、ローラ本体2は多孔質構造としてもよい。
しかし、引張強さを高めたり、耐摩耗性を向上したり、圧縮永久ひずみを小さくして、1箇所で接触した状態が比較的長期間に亘って続いても変形による凹みを生じにくくしたりするために、ローラ本体2は、実質的に非多孔質構造であるのが好ましい。
そのためローラ本体2は、日本工業規格JIS K6251:2010「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に所載の測定方法によって測定される引張強さTSが10MPa以上であるのが好ましい。
引張強さTSがこの範囲を超えるローラ本体2を形成するには、非晶質シリカを含むフィラーを、ゴムの総量100質量部あたり30質量部を超えて多量に配合しなければならない。
また紙送りローラ1は、良好な給紙をさせるために、ローラ本体2のタイプAデュロメータ硬さが60未満であるのが好ましい。
また、耐摩耗性を向上したり、圧縮永久ひずみを小さくしたりすることを考慮すると、ローラ本体2は、タイプAデュロメータ硬さが20以上、とくに40以上であるのが好ましい。
また、ローラ本体2の外周面5は筒状ではなく異形形状、たとえば、筒状の外周面5の一部が平面状に切欠かれた形状等であってもよい。
これら異形形状のローラ本体2を備えた紙送りローラ1を製造するには、先に説明した製造方法によって直接に、異形形状のローラ本体2を成形したのち架橋させてもよいし、筒状に成形したローラ本体2を、後加工によって異形形状としてもよい。
この場合、外周面5の研磨やローレット加工、シボ加工などは、変形前の筒状の外周面5に対して実施できるため加工性を向上できる。
《画像形成装置》
本発明の紙送りローラは、たとえば、レーザープリンタや静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、あるいはこれらの複合機等の、電子写真法を利用した種々の画像形成装置に組み込むことができる。
とくに、本発明の紙送りローラは、ローラ本体が高い引張強さを有するため、たとえば、通紙速度が200枚/分以上といった高速で通紙をする、高速イメージスキャナ等の機器類に組み込んで、好適に用いることができる。
本発明の紙送りローラは、ローラ本体の柔軟性に優れるため、上記各種のローラとして用いた際に、良好な通紙性能を示すことができる。
そのため、ローラ寿命を現状よりも延長して、交換頻度を少なくすることができ、各種の機器類に求められる高耐久化を実現することができる。
〈実施例1〉
(ゴム組成物の調製)
ゴムとしては、非油展EPDM〔住友化学(株)製のエスプレン586、エチレン含量:66%、ジエン含量:12.5%〕50質量部、および油展EPDM〔住友化学(株)製のエスプレン670F、エチレン含量:66%、ジエン含量:4.0%、油展量:100phr〕100質量部(固形分:50質量部)を用いた。
非油展EPDMの量を30質量部、油展EPDMの量を140質量部(固形分:70質量部)、非晶質シリカの量を20質量部、ポリエチレングリコールの量を0.5質量部、過酸化物架橋剤の量を3質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
〈実施例3〉
非油展EPDMの量を30質量部、油展EPDMの量を140質量部(固形分:70質量部)、非晶質シリカの量を15質量部、ポリエチレングリコールの量を1質量部、過酸化物架橋剤の量を3質量部とし、さらにフィラーとしてクレー〔ハードクレーの分級品、白石カルシウム(株)製のST−CROWN〕10質量部を配合したこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
〈比較例1〉
非油展EPDMの量を75質量部、油展EPDMの量を50質量部(固形分:25質量部)、非晶質シリカの量を5質量部、ポリエチレングリコールの量を0.1質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
〈比較例2〉
フィラーとして、非晶質シリカを配合せず、かつクレー〔ハードクレーの分級品、白石カルシウム(株)製のST−CROWN〕70質量部を配合するとともに、ポリエチレングリコールの量を2.1質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
〈比較例3〉
非晶質シリカの量を15質量部、ポリエチレングリコールの量を1.5質量部とし、さらにフィラーとしてタルク〔イメリス スペシャリティーズ ジャパン(株)製のミストロン(登録商標)ベーパー〕40質量部を配合したこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
〈比較例4〉
過酸化物架橋剤の量を2質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてゴム組成物を調製した。
フィラーの総量は、28.2質量部であった。
実施例1〜3、比較例1〜4で調製したゴム組成物を170℃×20分間の条件でプレス架橋させて厚み2mmのシート状にし、それを3枚重ねて試験片とした。
そしてこの試験片を用いて、温度23±2℃の環境下、日本工業規格JIS K6253−3:2012「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−硬さの求め方−第3部:デュロメータ硬さ」所載の測定方法に則って3秒後の数値を読み取ってタイプAデュロメータ硬さとした。
実施例1〜3、比較例1〜4で調製したゴム組成物を170℃×20分間の条件でプレス架橋させて厚み2mmのシート状にし、さらに打ち抜いて、前述したJIS K6251:2010に規定されたダンベル状3号形の試験片を作製した。
次いで、作製した試験片を用いて、温度23±2℃の環境下、上記規格に所載の試験方法に則って引張試験をして、引張強さTS(MPa)、および切断時伸びEb(%)を求めた。
〈紙送りローラの作製〉
実施例1〜3、比較例1〜4で調製したゴム組成物を170℃×20分間の条件で筒状にトランスファー成形し、通孔3に外径17mmのシャフト4を圧入した状態で、円筒研削盤を用いて外径が23mmになるように研磨したのち、幅30mmにカットして、筒状のローラ本体2を備えた紙送りローラ1を作製した。
作製した紙送りローラ1のローラ本体2を、図2に示すように、水平に設置したポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の板6の上に載置した幅60mm×長さ210mmの紙7〔富士ゼロックス(株)製のP紙(普通紙)〕の上に、鉛直荷重W(=300gf)をかけながら圧接させた。
次いで、測定した搬送力Fと鉛直荷重W(=300gf)とから式(1):
μ=F(gf)/W(gf) (1)
によって摩擦係数μを求めた。
〈耐摩耗性試験〉
上記摩擦係数試験と同様に、紙送りローラ1のローラ本体2を、図2に示すように、水平に設置したポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製の板6の上に載置した幅60mm×長さ210mmの紙7〔富士ゼロックス(株)製のP紙(普通紙)〕の上に、鉛直荷重W(=500gf)をかけながら圧接させた。
次いで、連続回転後にローラ本体の質量(摩耗後質量)を秤量し、当該摩耗後質量(g)と、連続回転前に秤量しておいたローラ本体の初期質量(g)とから式(2):
摩耗率(%)=(初期質量−摩耗後質量)/(初期質量)×100 (2)
によって摩耗率を求めた。
以上の結果を表1、表2に示す。
2 ローラ本体
3 通孔
4 シャフト
5 外周面
6 板
7 紙
8 ロードセル
F 搬送力
W 鉛直荷重
Claims (7)
- 紙送りローラのローラ本体を形成するためのゴム組成物であって、
少なくともエチレンプロピレンジエンゴムを含むゴム、
前記ゴムの総量100質量部あたり20質量部を超え、30質量部以下のフィラー、および
前記ゴムの総量100質量部あたり2.5質量部以上の過酸化物架橋剤を含み、
前記エチレンプロピレンジエンゴムは、エチレン含量が55%以上、72%以下の非油展エチレンプロピレンジエンゴムを少なくとも含むとともに、
前記フィラーは、前記ゴムの総量100質量部あたり15質量部以上、30質量部以下の非晶質シリカを少なくとも含むゴム組成物。 - 前記エチレン含量が55%以上、72%以下の非油展エチレンプロピレンジエンゴムの割合は、前記ゴムの総量100質量部中の20質量部以上、80質量部以下である請求項1に記載のゴム組成物。
- 前記エチレンプロピレンジエンゴムは、前記エチレン含量が55%以上、72%以下の非油展エチレンプロピレンジエンゴムと、油展エチレンプロピレンジエンゴムである請求項1または2に記載のゴム組成物。
- 前記フィラーの割合は、前記ゴムの総量100質量部あたり23質量部以上である請求項1ないし3のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記過酸化物架橋剤の割合は、前記ゴムの総量100質量部あたり2.6質量部以上、5質量部以下である請求項1ないし4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
- 前記請求項1ないし5のいずれか1項に記載のゴム組成物からなるローラ本体を含む紙送りローラ。
- 前記ローラ本体は、JIS K6251:2010に所載の測定方法によって測定される引張強さTSが10MPa以上である請求項6に記載の紙送りローラ。
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