JP4593591B2 - 紙送り用従動ローラ - Google Patents
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Description
紙搬送機構の一つに、特開2003−182869号公報で開示されているような分離シート方式が挙げられる。
図2に示したように、分離シート方式の紙搬送機構1においては、用紙2が収容されている給紙部3から給紙ロール4により用紙2が給紙口5から送り出され、紙葉類分離パッド6とこれに対接している送出ロール7とで形成される分離部8に送られ、用紙2が2枚以上重複して分離部8に送られてきても分離部8にて1枚づつに分離されて搬送される。
なお、前記100phrとは、ゴム100重量部に対する混合物の配合重量部を指す単位であり、「熱可塑性ポリウレタン100phrに対して0.2〜4phrの割合でマイクロカプセルを含有させる」ことは、熱可塑性ポリウレンタン100重量部に対してマイクロカプセルを0.2〜4重量部配合していることを指す。
かつ、近年の印刷装置においては高画質化が進んでおり、それに伴い従動ローラにもローラ痕がないこと、紙への貼り付きがないことなどさらなる特性が要求されるようになってきた。このような市場の要求を満たすべく、上記知見に更に検討を加えたところ、トルエン膨潤率を2.5%以下に抑えることにより、ローラ痕が付着しにくく、紙も貼り付きにくいことを知見した。本発明者らはこれら知見に基づき本発明を完成した。
トルエン膨潤率は下記のように測定している。
従動ローラを外径φ5mm程度、内径φ2.8mm程度、長さ10mm程度のチューブ状とし、その質量を正確に測った後、40℃に保ったトルエン中に24時間浸漬し、その後トルエンから取り出して直ちに浸漬後の質量を正確に測定する。浸漬前の質量M0と浸漬後の質量M1から下記の(I)式に基づきトルエン膨潤率を算出している。
トルエン膨潤率(%)={(W3−W4)ー(W1−W2)/(W1−W2)}×100
W1:膨潤前空中重量 W2:膨潤前水中重量
W3:膨潤後空中重量 W4:膨潤後水中重量
ポリオールとしては、ポリエステル系ポリオール、ポリエステルエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールおよびポリエーテル系ポリオールが挙げられる。これらの数平均分子量は500〜5,000であることが好ましく、特に1,000〜3,000であることがより好ましい。
ここで、ポリエステル系ポリオールとしては、例えばコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸およびアゼライン酸等の炭素数4〜12の脂肪族ジカルボン酸、例えばフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸およびナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、例えばヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸およびヘキサヒドロイソフタル酸等の脂環族ジカルボン酸、またはこれらの酸エステルもしくは酸無水物などのエステル形成性誘導体と、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,3−オクタンジオールまたは1,9−ノナンジオール等の炭素数2〜10の脂肪族ジオールの1種または2種以上との脱水縮合反応で得られるポリエステルポリオールが挙げられる。
また、ε−カプロラクトン等のラクトンモノマーの開環重合で得られるポリラクトンジオール等も挙げられる。
より具体的には、ポリ(エチレン−1,4−アジペート)グリコール、ポリ(ブチレン−1,4−アジペート)グリコール、ポリカプロラクトングリコール等が挙げられる。
より具体的には、ポリ(ジエチレングリコールアジペート)グリコール等が挙げられる。
また、ポリカプロラクトンポリオール(PCL)とポリヘキサメチレンカーボネート(PHL)との共重合体であっても良い。
より具体的には、(ヘキサンジオール−1,6−カーボネート)グリコール等を挙げることができる。
具体的には、脂肪族ポリオール、脂環式ポリオールおよび芳香族ポリオールのうちの1種または2種以上が好ましく用いられる。
脂肪族ポリオールとしては、例えばエチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、ジエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、グリセリン等が挙げられる。
芳香族ポリオールとしては、例えば1,4−ジメチロールベンゼン、ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイド付加物、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン等が挙げられる。
また、鎖伸長剤としてアミン類を用いることもでき、具体的にはジシクロヘキシルメチルメタンジアミン(水素添加MDA)、イソホロンジアミン(IPDA)等を挙げることができる。
前記熱膨張性マイクロカプセルは、ガスバリアー性のある熱可塑性樹脂をシェル(殻)とし、このシェルに低沸点物質(熱膨張剤)が内包された熱膨張性のマイクロカプセルが好ましい。該熱膨張性マイクロカプセルは加熱されると、シェルの熱可塑性樹脂が軟化し、低沸点物質の気化に伴って膨張してマイクロバルーン(中空球状粒子)になる。このため、各気泡は互いに連結することなく、独立気泡性が確保される。また、熱可塑性樹脂のガスバリアー性により低沸点物質の気化によるガスが膨張後のマイクロバルーン内に保持されるため、熱膨張性マイクロカプセルを含有する組成物からなるローラを連続的に加熱加圧しても、化学発泡剤を配合した場合のように気化したガスがローラ表面から抜けるようなことはなく表面にスキン層が形成されることがない。
熱膨張性マイクロカプセルの膨張後の粒子径(P)は30〜200μmであることが好ましい。膨張径が30μm未満である場合には、熱膨張体としての特性を十分に発現することができない。一方、膨張径が200μmを超える場合には、表面平滑性および機械的特性に劣るものとなる。膨張径はより好ましくは50〜150μmであり、さらに好ましくは70〜120μmである。
熱膨張性マイクロカプセルの膨張率(P/p)としては2倍以上であることが好ましく、2〜20倍であることがより好ましい。
マイクロカプセルの配合量が0.2phr未満である場合には、表面の摩擦係数の低減効果が十分でなく、紙の貼り付きがみられるようになる。マイクロカプセルの配合量が4質量部をこえる場合には、耐摩耗性が損なわれたり、機械的強度が低下したりするおそれがある。
例えば機械的強度を向上させるために必要に応じて充填剤を配合することができる。前記充填剤としては、例えばシリカ、クレー、タルク、酸化ケイ素、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化チタン等の粉体を挙げることができる。充填剤を配合する場合、充填剤の配合量はローラの柔軟性を保つためにエラストマー成分100質量部に対して100質量部以下とするのが好ましく、50質量部以下とするのがより好ましく、30質量部以下とするのがさらに好ましい。
しかし、成形方法としては押出成形を採用することが好ましい。具体的には、上記組成物をチューブ状に押出成形し、所定の長さに切断後、芯金に挿入することにより本発明の従動ローラを製造することができる。このように押出成形、とくに連続押出成形を採用すれば生産性が極めてよく、材料ロスも少ないという利点が得られる。
具体的に前記押出成形時の温度は、前記熱膨張性マイクロカプセルを最大径に膨張させる膨張最高温度に対して0〜±30℃に設定していることが好ましい。前記設定は、押出成形時の押出温度が膨張最高温度よりも30℃以上高いと、熱膨張性マイクロカプセルが過膨張となり、マイクロバルーン内の低沸点物質が抜けてしまうため、逆に膨張径が小さくなり、膨張倍率も低下することによる。また、膨張最高温度よりも押出成形時の押出温度が30℃以上低いと、熱膨張性マイクロカプセルが十分に膨張せず目的とする膨張径を有するマイクロバルーンが形成されないからである。
熱膨張性マイクロカプセルの膨張最高温度と対応させる押出成形温度は、100〜250℃であることが好ましく、150〜230℃であることがより好ましい。
本発明の従動ローラには、駆動ローラの回転に追従して回転し、当該回転に駆動力が働かないローラはもちろん、駆動ローラの回転に追従して回転し、当該回転に駆動力が働かないが、回転軸にトルクリミッターを設けてあるローラも含まれる。さらには、紙の重送を防止するために駆動ローラと逆方向の回転トルクが負荷されており、二枚以上の紙が進入した場合にはトルクリミッターによる制限が解除され搬送方向と逆方向に回転駆動されるローラをも含まれる。
また、本発明の従動ローラは、表面にコーティング層が形成されている従来の従動ローラのようにコーティング層が消滅または剥離することがないため、上記性能を長期間にわたり維持することができ、正常な搬送機能および高画質な印刷品質を長期間にわたって発揮することができる。
従動ローラ31の中空部には円柱形状の芯金(シャフト)32が取り付けられている。芯金32が従動ローラ31に圧入されることにより、または両者が接着剤で接合されることにより、従動ローラ31と芯金32とは固定されている。
芯金32は、鉄、鋼もしくはステンレス鋼等の鉄鋼類、真鍮、砲金等銅合金類、アルミニウムもしくはアルミニウム合金等の軽金属類、セラミックスなどの金属酸化物、または、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂もしくはポリアミド樹脂等の硬質エンジニアリングプラスチック等の材料からなるものが一般的であるが、これらに限定されるものではない。
従動ローラ31の肉厚は特に限定されないが、通常は0.1〜15mmであり、特に0.5〜10mmとされることが好ましく、0.5〜5mmとされることがさらに好ましい。肉厚が0.1mm未満であると十分なニップが得られず、一方肉厚が15mmを越えるとローラが大きくなりすぎて印刷装置に搭載しにくくなる。
エラストマー成分としては熱可塑性ポリウレタンを単独で含む。熱可塑性ポリ
ウレタンとしてはポリエステル系およびポリエーテル系のいずれも好適に用いることができるが、ポリエーテル系熱可塑性ポリウレタンの方が好ましい。
熱膨張性マイクロカプセルの特に好ましい態様としては、その膨張開始温度が110℃以上、膨張最高温度が150〜200℃であるものが挙げられる。さらに、膨張前の粒子径(p)は10〜40μm、膨張後の粒子径(P)は70〜120μm、より好ましくは80〜110μmであり、該熱膨張性マイクロカプセルの膨張率(P/p)が2〜10倍であるものが挙げられる。
まず、熱可塑性ポリウレタンに熱膨張性マイクロカプセルおよび所望により他の添加物を配合し、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサーまたはタンブラー型ミキサー等の公知の混練機で混練する。
得られた組成物を、押出機を用いて所要温度に加熱しながらチューブ状に押出成形する。その際、押出機内では熱膨張性マイクロカプセルには熱とともに圧力が付与されている。つまり、熱膨張性マイクロカプセルは低沸点物質が気化してカプセルの内圧が高まっているにもかかわらず、外圧がかかっているために十分に膨張していない状態にある。該状態で、押出口に設けた口金から出てきた熱膨張性マイクロカプセルは、外圧から解放されるため、膨張する。その後、熱膨張性マイクロカプセル内の低沸点物質は冷却されて、カプセルの内圧が低下するが、それよりも速く外側のシェルが冷却されて硬くなるため、空隙が存在することとなる。特にローラの内部および表面にほぼ均一に熱膨張性マイクロカプセルが存在することとなる。
得られた従動ローラは、初期摩擦係数を調整する等の目的で成形後に研磨工程に付してもよいし、研磨工程を経ないでそのまま使用することも可能である。
この範囲の硬度であれば、駆動ローラと従動ローラとの圧接力が比較的小さくても従動ローラが充分に変形し、紙との間に大きい接触面積を得ることができるからである。JIS A硬度が60未満であると摩耗量が多くなるという問題があり、JIS A硬度が95を越えると通紙中に不送りが発生しやすくなるという問題がある。
(実施例1〜3、比較例1〜4)
表1に記載のエラストマー成分100phrに対しマイクロカプセルを下記の表1に記載の配合割合で加えタンブラーにて混合し、樹脂用単軸押出機を用いて外径φ5mm、内径φ2.8mmのチューブ状に押し出した。押出温度は、実施例1〜3および比較例1〜3においては180℃、比較例4においては200℃とした。
得られたチューブを10mm長さにカットし、外径3mmのポリアセタール製芯金に挿入し、従動ローラとした。
・TPU1:熱可塑性ポリウレタン(BASF製「エラストランET385(商品名)」)
・TPU2:熱可塑性ポリウレタン(BASF製「エラストランC70A10WN(商品名)」)
・TPEE:ポリエステル系熱可塑性エラストマー(東洋紡績(株)製「ペルプレンP40B(商品名)」
・マイクロカプセル:松本油脂製薬(株)製「マツモトマイクロスフェアーF170D(商品名)」(熱膨張性、膨張最高温度170℃)
(トルエン膨潤率)
芯金を挿入する前のゴム単品(長さ10mm)のトルエン膨潤率を測定した。
前記ゴム単品の質量を正確に測った後、40℃に保ったトルエン中に24時間浸漬した。その後、トルエンから取り出して直ちに浸漬後の体積を正確に測った。トルエン膨潤率は前記したトルエン膨潤率の(I)式を用いて算出した。
(硬度)
JIS K 6253に準拠して、雰囲気温度23℃にて測定した。
(マイクロカプセル膨張径)
任意の断面をマイクロスコープで観察し、空隙の大きなものから20個選び、その平均値を算出し、膨張径とした。
市販のプリンター(キャノン(株)製 Image PROGRAF P1=600)から採取した従動ローラを基準品として、実施例および比較例で得られた各従動ローラのローラ痕の発生状況を下記のように評価した。
OHP用紙(キャノン(株)製「CF102」)に各試験体と基準品を置き、荷重(500gf)をかけて温度23℃、湿度55%の環境下で24時間放置した。その後、OHPの圧接部分にプリンター(キャノン(株)製「PIXUS320i」)にて黒色を印刷した。
印刷物におけるローラ痕の発生状況を目視で基準品の場合と比較し、評点をつけた。1〜5点の5段階で評価し、基準品を3点とし、基準品よりもローラ痕の発生が少ない場合を4点、ローラ痕の発生が見られない場合を5点とし、逆に基準品よりもローラ痕の発生が多い場合を2点、ローラ痕の発生が顕著な場合を1点とした。
市販のプリンター(キャノン(株)製「PIXUS320i」)に各試験体および基準品を従動ローラとして装着し、普通紙を10,000枚通紙し、ローラ表面および通紙状況を観察した。
通紙前と通紙後の重量の差を摩耗量とし、基準品の摩耗量を100とした倍、摩耗量が80未満では5点、80〜90未満では4点、90〜110未満では2点、110以上は1点とした。
光沢紙(キャノン光沢紙 GP−401 A450)に各試験体と基準品を置き、荷重(500gf)をかけて温度23℃、湿度55%の環境下で24時間放置した。その後、当該光沢紙がローラ表面に貼り付いて付着するか否かを確認する。
光沢紙の貼り付き状況を目視で基準品の場合と比較し、評点をつけた。1〜5点の5段階で評価し、基準品を3点とし、基準品よりも貼り付きが弱い場合を4点、貼り付きが見られない場合を5点とし、逆に基準品よりも貼り付きが強い場合を2点、光沢紙の貼り付きが顕著な場合を1点とした。
一方、マイクロカプセルの含有量が少ない比較例1においては紙の貼り付きの点で改善が見られない。マイクロカプセルの含有量が多い比較例2においては耐摩耗性の点で改善が見られない。トルエン膨潤率が大きい比較例3および比較例4においてはローラ痕の発生防止の点で改善が見られない。
2 用紙
3 給紙部
4 給紙ローラ
5 給紙口
6 紙葉類分離パッド
7 送出ローラ
8 分離部
10 駆動ローラ
11 従動ローラ
31 従動ローラ
32 芯金
Claims (3)
- エラストマー成分として熱可塑性ポリウレタンのみを含み、化学発泡剤は配合せずに、熱可塑性ポリウレタン100phrに対し、0.2〜4phrの割合でマイクロカプセルを配合させた組成物からローラを形成しており、該ローラはトルエンに40℃で24時間放置したときの膨潤率が2.5%以下であることを特徴とする紙送り用従動ローラ。
- 前記マイクロカプセルは加熱時に2倍以上に膨張する熱膨張カプセルであり、膨張後の粒子径は50〜150μmである請求項1に記載の紙送り用従動ローラ。
- 請求項1または請求項2に記載の紙送り用従動ローラの製造方法であって、
前記組成物をマイクロカプセルの膨張最高温度に対して0〜±30℃の条件下でチューブ状に押出成形し、所定の長さに切断後、芯金に挿入している紙送り用従動ローラの製造方法。
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