JP3053372B2 - ゴム組成物及びこれを用いた弾性体ローラ - Google Patents
ゴム組成物及びこれを用いた弾性体ローラInfo
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Description
−プロピレン−ジエン共重合体)ゴムを主成分とするゴ
ム組成物及びこれを用いた弾性体ローラに関し、特に、
静電式複写機、レーザビームプリンタ、普通紙ファクシ
ミ装置等の画像形成装置や自動預金支払機(ATM)に
おける紙送りローラに使用されるゴム組成物及び弾性体
ローラに関する。
ファクシミリ等の画像形成装置や、自動預金支払機など
の紙送りローラに使用されるゴム組成物は紙に対する高
い摩擦係数と、連続使用にも耐えうる優れた耐摩耗性を
兼ね備えていることが必要である。
レーザビームプリンタ等は機内にオゾンを発生するた
め、紙送りローラのゴム組成物がオゾンに曝されること
となる。したがって、紙送りローラのゴム組成物にはオ
ゾンによって劣化しない耐オゾンを備えていることも重
要である。また、電子写真法を用いた静電複写機やレー
ザビームプリンタ等では静電潜像を形成する感光体表面
に異物が付着すると形成画像が劣悪になってしまうた
め、ゴム組成物としては、感光体表面に付着するような
異物を析出しないことも重要である。
ゴム組成物として、従来より、EPDMゴム、ウレタン
ゴム、ノーソレックス等をそれぞれ単独でまたはブレン
ドして用いたゴム組成物が使用されている。特に、耐オ
ゾン性に優れ、安価である点から、EPDMゴムがよく
使用されている。そして、本出願人はEPDMゴムを用
いたゴム組成物の紙送り性能及び耐摩耗性をより向上さ
せるために種々の対策を行ってきた。例えば、特開平5
−77508号公報には、EPDMゴムに対する軟化剤
の配合量、EPDMゴムの生ゴムムーニー粘度、EPD
Mゴムに対するカーボンブラックの配合量等を規定する
ことにより、ゴム組成物の摩擦係数及び耐摩耗性を向上
させることを提案している。
式複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置が個
人向けに使用されるようになってきており、これらの装
置においては、メンテナンスフリーとするために機械寿
命が長くなるように作られている。このため、紙送りロ
ーラの寿命も長くする必要があり、良好な紙送り性能及
び耐摩耗性を長期間維持できるゴム組成物が求められて
いるが、上記提案のゴム組成物では好ましい結果を得る
ことができなかった。
ために(紙送り性能及び耐摩耗性の長期安定化を図るた
めに)、EPDMゴムに充填剤であるケイ酸塩とともに
シランカップリング剤を添加してEPDMゴムとケイ酸
塩との親和性を高めたり(特願平8−63388号)、
スルファンアミド系の加硫促進剤として、脂肪族第1ア
ミンまたは脂肪族第2アミンと2−メルカプトベンゾチ
アゾールとの酸化縮合物を用いる(特願平8−1387
95号)ことを試みた。しかるに、これらの対策はある
程度の改善効果を得ることはできるものの、未だ満足で
きるレベルまでに耐久性を向上させるには至っていな
い。
たものであり、耐オゾン性に優れ、しかも、高い摩擦係
数と優れた耐摩耗性とを長期間維持することができるゴ
ム組成物及びこれを用いた弾性体ローラを提供すること
を課題とする。
たり、本発明者はゴム組成物からなる弾性体ローラによ
る紙送りのメカニズムを研究した。ローラ表面と紙との
摩擦力は粘着摩擦が中心で、粘着摩擦が効果的に起こる
ためにはゴム組成物を柔らかくして紙との接触面積を大
きくすることが有効であり、また、ゴム組成物を柔らか
くすると、弾性体ローラと紙のスリップ(滑り)を抑制
でき、弾性体ローラの耐摩耗性も向上することがわかっ
た。しかしながら、厳密には、弾性体ローラはその曲面
で紙の表面(平坦面)と接触するため、接触領域におけ
る紙送り方向の端部では必然的にスリップを生じ、ま
た、紙送り時の重送(紙が同時に2枚送られてしまうこ
と)を防止するために、上下2つのローラで重なった紙
を分離しながら紙送りを行うローラ分離機構からなる給
紙方式があるが、この方式では、下側のローラに常に紙
送り方向と逆方向のトルクをかけているため、ローラと
紙との間は機械的にスリップした状態となる。従って、
弾性体ローラの耐久性を更に向上させるには、かかるス
リップ状態での滑り抵抗を小さくすることが必要で、ロ
ーラの動摩擦力をいかに小さくするかが重要であること
が分かった。そこで、本発明者はかかる知見に基づき、
鋭意研究した結果、ローラの動摩擦力には粘着摩擦もさ
ることながらヒステリシスロス摩擦が大きく影響し、ゴ
ム組成物の弾性ヒステリスシスを小さくする(損失正接
を小さくする)とローラの動摩擦力を小さくできること
を見出だし、本発明を完成するに至ったものである。
Mゴムを主成分とするゴム組成物であって、JIS A
硬度が20〜30度の範囲にあり、かつ、50℃での損
失正接(tanδ)が0.02〜0.035であること
を特徴とするゴム組成物を提供している。
共に、紙に対して大きな接触面積が得られるように変形
して高い粘着摩擦力を得ることができ、しかも、紙との
スリップ状態でのエネルギー損失が小さく、摩耗量を極
めて少なくできる。
度未満ではゴム組成物が柔らかくなり過ぎて剛性が不足
して、イレギュラーな摩耗が発生し、30度よりも大き
くなるとゴム組成物が変形しにくくなって、紙に対する
高い粘着摩擦力(グリップ力)が得られなってしまう。
また、ゴム組成物の50℃での損失正接(tanδ)が
0.02未満ではゴム組成物の衝撃吸収性が殆どなくな
り、紙への追従性が大きく低下して紙送り性能が大きく
低下し、0.035より大きくなると紙とのスリップ状
態でのエネルギー損失が大きくなり、滑り抵抗が大きく
(動摩擦係数が大きく)なって、摩耗量が多くなる。
成形してなる弾性体ローラにより紙送りを行うと、オゾ
ン環境下においても紙に対して大きな接触面積で接触し
て優れた紙送り性能を示し、かつ、紙とのスリップ状態
においても摩耗しにくくなり、優れた紙送り性能と耐摩
耗性を長期間維持することができる。
ムとしては、それ自体公知のものを使用でき、油展EP
DMゴム及び非油展EPDMゴムのいずれか一方、また
は双方を使用することができる。EPDMゴムのジエン
成分は特に限定されず、エチリデンノルボルネン(EN
B)、ジシクロペンタジエン(DCPD)等のいずれで
あってもよい。
合はオイル分を除くポリマー分)は、上記したように、
耐オゾン性の点からゴム組成物のゴム成分100重量部
当たり少なくとも60重量部以上占めることが必要であ
り、特に70〜100重量部占めるのが好ましい。
いるゴムとしては、例えば、天然ゴム、エチレン−ポロ
ピレンゴム(EPM)、スチレン−ブタジエンゴム(S
BR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化IIR、ク
ロロプレンゴム(CR)、クロロスルホン化ポリエチレ
ンゴム(CSM)、エピクロルヒドリン−エチレンオキ
シド共重合ゴム(CIIC)、エピクロルヒドリン単独
重合ゴム(CHR)、ニトリルゴム(NBR)の水素化
物、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、シリコーン−
エチレンプロピレン混合ゴム等を挙げることができ、こ
れらから選ばれる1種または2種以上を使用することが
できる。特に、強度向上のためには天然ゴムを用いるの
が好ましい。
IS A硬度が20〜30度の範囲となるような低硬度
にする。ゴム組成物の硬度はゴム成分それ自体の分子量
や架橋度、または、後述の加硫工程時の加硫条件等によ
って変化するが、低硬度化にはゴム組成物中にオイルや
可塑剤を配合するのが好ましい。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
油を用いることができる。かかる合成油としては、例え
ば、α−オレフィンのオリゴマー、ブテンのオリゴマ
ー、エチレンとα−オレフィンとのオリゴマー等を挙げ
ることができ、特にエチレンとα−オレフィンとの非晶
質オリゴマーが好ましい。また、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)等を用いることができ
る。これらの可塑剤はそれぞれゴム成分100重量部当
たり20〜70重量部、好ましくは30〜60重量部用
いるのがよい。また、これらオイルはゴム成分100重
量部当たり20〜150重量部用いるのがよく、特に高
分子の油展EPDMの場合は高分子であるために硬度が
高くなるので、それを低下させるために、オイルは10
0〜150重量部とするのが好ましく、低分子の非油展
のEPDMの場合は20〜70重量部、好ましくは30
〜60重量部にするのがよい。
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。これは余り多く配合するとゴ
ム組成物の硬度が高くなりすぎるのでゴム組成物全体当
たり10重量%以下で使用するのが好ましい。
生成物とする。従って、ゴム成分に上記の各種配合剤と
共に加硫剤及び加硫用添加剤を配合する。
−ジチオビスモルホリン等の有機含硫黄化合物や、べン
ゾイルペルオキシド等の有機過酸化物を用いることがで
きる。
を用い、必要に応じて加硫促進剤と加硫促進助剤を併用
する。加硫促進剤としては、例えば、消石灰、マグネシ
ア(MgO)、リサージ(PbO)等の無機促進剤や、
以下に記す有機促進剤を使用することができる。有機促
進剤としては、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾー
ル、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフ
ェン等のチアゾール系加硫促進剤や、n−ブチルアミ
ン、tert−ブチルアミン、プロピルアミン等の脂肪
族第1アミンと2−メルカプトベンゾチアゾールとの酸
化縮合物、ジシクロヘキシルアミン、ピロリジン、ピペ
リジン等の脂肪族第2アミンと2−メルカプトベンゾチ
アゾールとの酸化縮合物、脂環式第1アミンと2−メル
カプトベンゾチアゾールとの酸化縮合物、モリフォリン
系化合物と2−メルカプトベンゾチアゾールとの酸化縮
合物等のスルフェンアミド系加硫促進剤や、テトラメチ
ルチウラムモノスルフィド(TMTM)、テトラメチル
チウラムジスルフィド(TMTD)、テトラエチルチウ
ラムジモノスルフィド(TETD)、テトラブチルチウ
ラムジモノスルフィド(TBTD)、ジペンタメチレン
チウラムテトラスルフィド(DPTT)等のチウラム系
加硫促進剤や、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛(Zn
MDC)、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛(ZnED
C)、ジ−n−ブチルカルバミン酸亜鉛(ZnBDC)
等のジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などを使用する
ことができる。これらの加硫促進剤は1種または2種以
上の物質を混合して使用することができる。特に、チア
ゾール系加硫促進剤及びスルフェンアミド系加硫促進剤
のうちの少なくとも一方の促進剤と、チウラム系加硫促
進剤及びジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤のうちの少
なくとも一方の促進剤とを併用するのが好ましく、チア
ゾール系加硫促進剤、スルフェンアミド系加硫促進剤、
チウラム系加硫促進剤及びジチオカルバミン酸塩系加硫
促進剤の全てを用いるのがより好ましい。これは、チア
ゾール系加硫促進剤及びスルフェンアミド系加硫促進剤
の少なくとも一方を使用すると加硫速度が速くなり、チ
ウラム系加硫促進剤及びジチオカルバミン酸塩系加硫促
進剤の少なくとも一方を使用すると加硫の開始が速くな
り、加硫を効率よく進行させることができるためであ
る。
どの金属化合物や、ステアリン酸、オレイン酸、綿実脂
肪酸等の脂肪酸を用いることができる。
紙とのスリップ(滑り)時の滑り抵抗を減少させるべ
く、ゴム組成物の50℃での損失正接(tanδ)を
0.02〜0.035の範囲に設定するが、これには、
上記可塑剤の添加量をできるだけ少なくし、加硫剤、加
硫促進剤の配合量を比較的多くするのが好ましい。従っ
て、加硫剤の配合量としてはゴム成分100重量部当た
り0.5〜3重量部、好ましくは1〜2重量部用いるの
がよい。また、加硫促進剤の配合量としてはゴム成分1
00重量部当たり2〜5重量部、好ましくは3〜4重量
部用いるのがよい。また、加硫促進助剤は通常ゴム成分
100重量部当たり3〜6重量部程度使用する。
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
ert−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などが挙げられる。
ゴム成分及び上記各種配合剤を混練し、該混練物を加硫
することにより製造される。混練は公知の方法で行うこ
とができ、例えば、オープンロール、バンバリーミキサ
ー等の公知のゴム混練装置を用いて60〜120℃で、
5〜30分間混練するのがよい。
きる。すなわち、混練物を電気プレス機、缶加硫等によ
り、150〜180℃で、5〜30分間加硫するとよ
い。また、電子線の照射により加硫を行ってもよい。
物を所望の形状に成形する。例えば、弾性体ローラを得
る場合には、混練物をローラ形状の金型内に圧縮成形し
た後、金型を加熱することにより加硫する。また、混練
物をローラ形状の金型内に入れて成形した後、図1に示
すように、このローラ状の成形品Rに軸Sを挿入して、
該軸Sを支持体Cにより回転可能に支持し、軸Sを中心
にして、ローラ状の成形品Rを所定の回転速度で回転さ
せながら、電子線照射装置Eにより、所定の吸収線量の
電子線を照射して、ローラ状の成形品Rの表層部を予備
加硫し、しかる後、加硫缶にローラ状の成形品Rを入れ
て本加硫する。また、インジェクション成形、トランス
ファー成形、押出成形により、シート状、ローラ状等の
所望の形状に成形しながら加硫を行ってもよい。
形して得た弾性体ローラを静電式複写機の給紙ローラに
適用した状態を示す模式図である。給紙ローラ1の中心
円筒部には軸体2が挿嵌され、給紙ローラ1に対設する
ようにパッド3が設けられている。軸体2を矢印方向に
回転させると、給紙ローラ1も回転して、給紙ローラ1
近傍にある紙4が巻き込まれ、これが給紙ローラ1とパ
ッド3との隙間を通過し、コピー機の内部に紙4が供給
される。
形して得た弾性体ローラを静電式複写機の紙分離を行い
ながら給紙を行う給紙ローラ(上側ローラと下側ロー
ラ)に適用した模式図である。下側のローラ10aの中
心円筒部には軸体2が挿嵌され、下側のローラ10aに
は軸体2と一体に常に紙送り方向と逆方向のトルク11
がかけられている。一方、上側ローラ10bの中心円筒
部には軸体2が挿嵌され、該軸体2の回転により上側ロ
ーラ10bが矢印A方向に回転する。上側ローラ10b
が矢印A方向に回転すると、下側のローラ10aにトル
ク11がかけられていることにより、紙束12の最上部
の紙13がその下の紙から分離し、上側ローラ10bと
下側ローラ10aの間を通過して、コピー機の内部に紙
13が供給される。
送ローラに用いた模式図であり、上述のように軸体2が
挿嵌された搬送ローラ5を2つ用意して対設し、それぞ
れ軸体2を反対方向に回転させると搬送ローラ5の近傍
にある紙4が巻き込まれ、これが搬送ローラ5の隙間を
通過して搬送される。
形して得た弾性体ローラは、種々の装置の紙送りローラ
として使用できるが、上記のような静電式複写機や、普
通紙ファクシミリ装置、レーザプリンター等の電子写真
法により画像形成を行う画像形成装置の給紙ローラ、紙
搬送ローラ、定着機後段の排紙ローラ等に使用すると、
装置内でオゾンが発生してもオゾンによる劣化が小さ
く、長期間一定の紙送り特性を維持することができる。
によりより詳細に説明する。 (実施例1〜3及び比較例1〜5)EPDMポリマー
(住友化学(株)製、E505(商品名)) 天然ゴム 充填剤としてのシリカ(日本シリカ(株)製、ニプシル
VN3(商品名)) パラフィンオイル(出光興産(株)製、PW−90(商
品名)) ステアリン酸 酸化亜鉛 硫黄(鶴見化学工業(株)製) 加硫促進剤(大内新興化学製、ネルカプトベンゾチア
ゾール、ノクセラーM(商品名)) 加硫促進剤(大内新興化学製、N−シクロヘキシル−
2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、ノクセラーC
Z(商品名)) 加硫促進剤(大内新興化学製、テトラエチルチウラム
ジスルフィド、ノクセラーTET(商品名)) 加硫促進剤(大内新興化学製、ジブチルジチオカルバ
ミン、ノクセラーBZ(商品名))
従って実施例1〜3及び比較例1〜4のゴム組成物を作
成し、更に各ゴム組成物をローラ状に成形し、加硫を行
ってゴムローラA〜Gを作製した。
L二−ダー)を用い、各原料を100℃で、20分間混
練した。
m2 の条件で、30分間加硫し、外径20mm、内径9
mm、幅10mmのゴムローラを作製した。
損失正接(tanδ)、硬度を測定すると共に、各ロー
ラを市販の電子写真複写機のローラ分離機構からなる給
紙ローラに適用して、通紙試験を行った。
の粘弾性測定条件により測定した。 試料:幅4mm、長さ30mm、厚み2mm 初期歪み:4mm 振幅:0.1mm 周波数:10Hz 温度:50℃
E(商品名))を用い、ローラ分離機構からなる給紙ロ
ーラ(図3参照)に上記作製したゴムローラを適用し、
温度22℃、湿度55%の条件下で、荷重250gをか
けて、A4の電子写真複写機用普通紙(PPC用紙)1
5000枚を7.5時間かけて通紙した。
間に、ロードセル25に接続したA4のPPC用紙24
をはさみ、ゴムローラ21の回転軸22に荷重を加え、
図中黒矢印で示すようにゴムローラ21をプレート23
に圧接(荷重W=250g)させた。次いで、温度22
℃、湿度55%の条件下で、上記ゴムローラ21を図中
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中白矢印で示す方向に発生
した力F(g)をロードセル25によって測定した。そ
して、この測定値F(g)と荷重W(=250g)とか
ら下記式により摩擦係数μを求めた。この摩擦係数μ
を、上記ゴムローラA〜Hのそれぞれについて、上記通
紙試験の初期、5000枚通紙後、10000枚通紙
後、15000枚通紙後に測定した。測定は給紙ローラ
の紙送り方向と逆方向のトルクがかけられている下側ロ
ーラについて行った。 μ=F(g)/W(g)
量(摩耗量)を測定した。測定は給紙ローラの常に紙送
り方向と逆方向のトルクがかけられている下側ローラに
ついて行った。
間放置した後、表面状態を目視により観察して下記の評
価基準で評価した。 ○:良好 ×:不良
果を下記表2に示す。
ムローラA、C、Dはいずれも15000枚の通紙の間
高い摩擦係数(2.0以上)を維持し、また、1500
0枚通紙しても摩耗量(外形変化量)は0.1mm以下
で、極めて優れた耐摩耗性を有していることが分かっ
た。また、耐オゾン性も良好であった。この結果から、
ゴムローラA、C、Dは15000枚程度の通紙では殆
どその性能は劣化せず、極めて優れた耐久性を有してい
ることが分かった。
(損失正接が0.02より小さい)は粘弾性が乏しく、
衝撃吸収性が低いためか、摩擦係数(1.5〜1.8)
が小さく、かつ、摩耗量(0.15mm)も大きく、安
定した紙送り性能が得られなかった。
03より大きい)は、15000枚の通紙の間は高い摩
擦係数を示し、紙送り性能は良好であったが、滑り抵抗
が大きいためか、摩耗量(0.32mm)が大きく、通
紙枚数がこれ以上増えた場合には使用できなくなること
が予想された。
小さく、損失正接が0.03より大きい)は、5000
枚の通紙後から摩擦係数が低下し、15000枚の通紙
後の摩擦係数は1.6まで低下してしまい、摩耗量
(0.42mm)も極めて大きく、これ以上使用できる
ものではなかった。
大きい)は15000枚の通紙の間、摩擦係数が1.6
で初期から紙送り性能が悪く、また、摩耗量(0.16
mm)も大きく、劣悪なローラであった。
れば、EPDMゴムを主成分とするゴム組成物であっ
て、JIS A硬度が20〜30度の範囲にあり、か
つ、50℃での損失正接(tanδ)が0.02〜0.
035であるものとしたことにより、耐オゾン性に優れ
ると共に、紙に対して大きな接触面積で接触して高い粘
着摩擦力を得ることができ、しかも、紙とのスリップ状
態でのエネルギー損失が小さく、紙との接触による摩耗
量が極めて少ないゴム組成物となる。
た本発明の弾性体ローラによれば、オゾン環境下におい
ても紙に対して大きな接触面積で接触して優れた紙送り
性能を示し、しかも、紙とのスリップ状態においても摩
耗しにくく、優れた紙送り性能と耐摩耗性を長期間維持
できる耐久性に優れた紙送りローラを得ることができ
る。
の加硫工程の一例を示す斜視図である。
静電式複写機の給紙ローラに適用した模式図である。
静電式複写機の紙分離を行いながら給紙を行う給紙ロー
ラに適用した模式図である。
静電式複写機の紙搬送ローラに適用した模式図である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 EPDMゴムを主成分とするゴム組成物
であって、JISA硬度が20〜30度の範囲にあり、
かつ、50℃での損失正接(tanδ)が0.02〜
0.035の範囲にあることを特徴とするゴム組成物。 - 【請求項2】 ゴム100重量部当たり加硫剤を1〜2
重量部、加硫促進剤を2〜5重量部、加硫促進助剤を3
〜6重量部配合してゴムを加硫せしめた加硫ゴム組成物
である請求項1に記載のゴム組成物。 - 【請求項3】 ゴムがEPDMゴム60重量%と天然ゴ
ム40重量%からなる請求項1又は請求項2のいずれか
一項に記載のゴム組成物。 - 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に
記載のゴム組成物をローラ状に成形してなる弾性体ロー
ラ。 - 【請求項5】 画像形成装置内で上側ローラを紙送り方
向に回転させる一方、下側ローラには常に紙送り方向と
逆方向のトルクをかけて、紙束の最上部の紙をその下の
紙から分離しながら給紙を行う給紙機構の上記上側ロー
ラ或いは/及び下側ローラとして使用するものである請
求項4に記載の弾性体ローラ。
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