JP2003156032A - ローラおよびその製造方法 - Google Patents
ローラおよびその製造方法Info
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Abstract
外表面に、該3次元網目の骨格構造を埋没させることな
く所定以上の引張強度を有する耐摩耗被覆層を形成する
ことで、該弾性ローラの形状作用により発現する摩擦性
と、耐摩耗被覆層の物性的作用により発現する耐摩耗性
とを併有し、リタードローラに代表される紙送りローラ
に好適に使用され得るローラと、該ローラの製造方法を
提供する。 【解決手段】 所要長の芯材12の外周に設けられ、3
次元網目状の骨格形状を有する樹脂発泡体を材質する弾
性ローラ14の外表面12aに、該3次元網目の骨格形
状を埋没させることなく、かつJIS K 6251に準
じて測定される引張強度が4MPa以上の耐摩耗被覆層
18を形成する。
Description
の製造方法に関し、更に詳細には、コピー機またはレザ
ープリンタ、殊にカラーのプレーン・ページコピーまた
はレーザープリンタ等のピックアップローラ、給紙ロー
ラおよび分離ローラ等のOAローラに好適に使用される
電子機器用のローラと、該ローラを製造する方法に関す
るものである。
ンター等の電子機器には、定着ローラ、クリーニングロ
ーラおよび給紙ローラといった各種ローラが使用されて
いる。そして殊にリタード(分離)ローラ等の紙送りに関
するローラとして、図7に示す如く、所要の芯材52に
対して、大きなニップ厚を取り得る軟質ウレタンローラ
54を配置し、この表面に所要の目止め剤により目止め
層55を形成し、軟質ウレタンローラ54の外周面に摩
擦係数の高いシリコーンゴム等からなる平滑なシリコー
ンゴム層56が形成されたローラ50が好適に使用され
ていた。
開平7−76049号公報に記載の発明「ローラの製造
方法及びその方法により製造される電子機器用ローラ」
を案出している。この発明には、(1)適度の弾力性があ
って、低硬度かつ低荷重で大きなニップ幅が得られ、更
に圧縮永久歪みが小さいため、ローラ基材に過大な力が
加わらず、基材の径を細くすることができ、ローラを軽
量かつ小型とし得る。(2)シリコーンオイルを吸着する
能力が高く、またシリコーンオイルに対する耐性も高く
膨潤変形もしないため、電子機器のクリーニングローラ
として好適である。(3)更に金属等からなるローラ基材
表面に直接極めて薄いシリコーンゴムフォーム層を形成
することができるため、そのまま電子機器の紙送りロー
ラとして使用することもできる。等の有用性を有する電
子機器用ローラが開示されている。
合、最外周面に形成されるシリコーンゴム層56は摩擦
係数が非常に高い一方で、耐摩耗性に劣っており、昨今
の印刷の高速化および長期使用に際しては製品寿命が短
くなってしまう難点が指摘される。また前述の摩擦係数
は、前記シリコーンゴム層56の原料のシリコーンゴム
の柔らかさ、すなわち軟化剤として含有されるシリコー
ンオイルの量により決定されるため、一般にシリコーン
オイル含有量が多い組成とされるが、該シリコーンオイ
ル等の含有物は使用に際してブリードしてしまうため、
該シリコーンゴム層56が直接接触する紙等の印刷媒体
およびトナー等の印字媒体に悪影響を与えてしまう。殊
に最近その普及が著しいカラートナーについては、前述
のブリードしたシリコーン系物質の影響が大きく、変色
してしまうことが知られており、印刷物の発色性および
長期保存性が大きく損なってしまう問題を内在してい
る。
シリコーンゴム層56は軟質ウレタンローラ54の目止
め層55により、その内部まで染み込まないような処理
をうけた外周面にドクターブレード等の手段により均一
に付与され、研磨を施すことで形成される。この研磨
は、前記ローラ50の真円度の向上に必要であり、また
前記シリコーンゴム層56の表面に研磨による凸凹、所
謂研磨目が形成され形状的摩擦度が向上する効果も期待
できる。しかし言い換えれば、目止め層55の形成
や、真円度向上のための後加工工程が必要なため製造コ
ストが増大する欠点と、低い耐摩耗性のため前記研磨
目が使用初期に削れると共に、削れて平滑化した前記シ
リコーンゴム層56表面に非接触物である紙等の微粉が
付着することによる形状的な摩擦度および物性的な摩擦
係数の低下が起こり、その結果、使用初期の段階で総合
的な摩擦力が低下する大きな欠点とが指摘される。
ーラおよびその製造方法に関して内在していた欠点に鑑
み、これを好適に解決すべく提案されたものであって、
3次元網目の骨格構造を有する弾性ローラの外表面に、
該3次元網目の骨格構造を埋没させることなく所定以上
の引張強度を有する耐摩耗被覆層を形成することで、該
弾性ローラの形状作用により発現する摩擦性と、耐摩耗
被覆層の物性的作用により発現する耐摩耗性とを併有
し、リタードローラに代表される紙送りローラに好適に
使用され得るローラと、該ローラの製造方法を提供する
ことを目的とする。
の目的を達成するため本願の発明に係るローラは、所要
長の芯材と、3次元網目状の骨格形状を有する樹脂発泡
体を材質とし、前記芯材の外周に設けられる弾性ローラ
と、前記弾性ローラの外周面に付与され、該外周面にお
ける前記3次元網目の骨格形状を埋没させることなく均
一に形成され、JIS K 6251に準じて測定される
引張強度が4MPa以上の耐摩耗被覆層とからなり、前
記外周面における3次元網目の骨格形状により摩擦性を
発現させると共に、前記耐摩耗被覆層により耐摩耗性を
発現させることで、使用による摩擦性の低減を抑制する
ようにしたことを特徴とする。
ため本願の別の発明に係るローラの製造方法は、所要長
の芯材の外周に、3次元網目状の骨格形状を有する樹脂
発泡体を材質とする弾性ローラを設けたローラ基材を回
転させ、前記弾性ローラの外周面に対して、JIS K
6251に準じて測定される引張強度が4MPa以上の
被覆物質を前記外周面の3次元網目状の骨格形状を埋没
させることなく、均一に付与することで耐摩耗性に優れ
た一定厚の耐摩耗被覆層を形成し、前記耐摩耗被覆層の
硬化が完了するまで前記ローラ基材の回転を継続して、
その回転による遠心力で前記被覆物質の弾性ローラへの
浸透を制御するようにしたことを特徴とする。
その製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面
を参照しながら以下説明する。本願の発明者は、3次元
網目の骨格構造を有すると共に、良好なニップ厚を材質
的に発現し得る樹脂発泡体からなる弾性ローラの外表面
に対して、この外表面における3次元網目の骨格構造を
埋没させるないように所定の引張強度を有する耐摩耗被
覆層を形成することで、所要の摩擦性と耐摩耗性とを併
有するローラを容易に製造し得ることを知見したもので
ある。なお本発明で云う「摩擦性」は、物質が材質的に
有する摩擦係数や、形状的な凹凸により提供される力等
の摩擦に関する全ての要素を合わせた、滑り易い・引っ
掛かり易いの度合いを指す。
は、図1および図2に示す如く、カラーコピーの内部に
軸支するための所要の長さを有する芯材12および3次
元網目の骨格形状を有すると共に、該芯材12の外周に
設けられる弾性ローラ14からなるローラ基材16と、
該弾性ローラ14の外周面14aにおける3次元網目の
骨格形状を埋没させることなく均一に形成され、かつ所
要の引張強度を有する耐摩耗被覆層18とから構成され
る。
ムまたはステンレス等の金属或いはABS等の硬質系樹
脂が所要の長さとされて好適に使用されるが、使用され
るローラの用途、例えば耐熱性が要求されるような定着
ローラ近傍に位置するローラであれば金属の使用が好ま
しい。なお本発明に採用される芯材の形状としては、軽
量化等の観点から円筒状が好適であるが、中実の棒状物
または角柱等の使用ももちろん可能である。
ン、ポリエチレンまたはポリプロピレン等の樹脂を材質
とした発泡体であって、3次元網状の骨格構造を有する
ものが好適に使用される。殊にリタードローラとしての
使用用途を考え、大きなニップ厚を容易に得ることがで
きる軟質ウレタン系樹脂の発泡体が好適である。殊に耐
熱性が必要とされる部位のローラにはポリアミド系樹脂
の発泡体を用いてもよい。
の軟質ウレタン発泡体が有する、所謂ヘチマ骨格の如
き、規則性を有さず不定形なセルを形成する骨格が好適
である。その前記弾性ローラ14の外表面14aに、こ
のような3次元網目状の骨格がある、すなわち骨格形状
による凹凸があると、該外表面14aが形状的に大きな
摩擦性が発現することになる。このときの凹凸は、後述
するセル数と、骨格の太さとに影響されるが、該骨格の
太さには殊に影響されない。
セル数については、20〜200個/25mm(1in
ch)の範囲に設定されることが好ましい。前記セル数
が20個/25mm未満の場合には、その外周面14a
に形成される後述する耐摩耗被覆層18が弾性ローラ1
4の深くまで入り込んでしまい、その結果良好な該耐摩
耗被覆層18が得られなくなってしまい、一方、200
個/25mmを越えるものの製造は製造コストの増大を
招いてしまう。
く、前記外表面14aの3次元網目状の骨格構造を埋没
させることなく、かつ該骨格構造の全体を被覆すること
で耐摩耗性を発現する、所謂コーティング層としての役
割を果たすものである。また前記骨格構造を埋没させな
いだけでなく、前述したようにその付与量についてもで
きる限り少ない量として、形成される耐摩耗被覆層18
の厚さを薄くする必要がある。具体的には0.5〜1.5
mm程度迄の層厚が好適であり、これより薄いと所要の
耐摩耗性を長期間に亘って維持することが困難となり、
またこれより層厚が大きいと該体摩耗被覆層18の形成
された外表面14a部分の柔軟性が低下し、充分なニッ
プ厚を確保し得ない、すなわち紙等の印刷媒体への接触
面積が減少してしまうと共に、必要とされる被覆物質も
多くなり製造コストが嵩むので好ましくない。
としては、JIS K 6251(加硫ゴムの引張試験方
法)に準じて測定される引張強度が4MPa以上であ
り、製造時の温度、例えば室温で硬化する溶媒希釈型の
ウレタン樹脂が好適であるが、この他、アクリル樹脂や
ラテックスラバー、クロロプレンゴム、ニトリルゴムお
よびブチルゴム等のゴム組成物も使用可能である。そし
て、その引張強度が4MPa以上の場合には、本ローラ
10としての使用で充分な耐摩耗性を発現することを知
見し、この数値を下回ると充分な耐摩耗性が期待できな
くなるものである。
試験方法)について詳しくは割愛するが、基本的に本発
明で云う引張強度の値については、所要の被覆物質より
3号形または5号形のダンベル状試験片を作製し、これ
をJIS B 7721に規定される試験装置を使用し
て、引張速度500±50mm/minの条件で測定さ
れる数値から算出するものである。
下に説明する。なお前記芯材12と弾性ローラ14と
は、予め別工程で接着剤または熱溶着等の従来公知の手
段によって固着されてローラ基材16とされ、後述する
製造装置30の所定位置に設置されるているものとす
る。
装置30によって製造される。前記製造装置30は、前
記ローラ基材16の中心軸である芯材12の両端部を固
定し、図示しない所定の駆動源により制御下に回転させ
得る装置の回転軸32と、この回転可能に配置されてい
るローラ基材16の一端部近傍に、該ローラ基材16の
外周面14aに所定間隙離間して配置される付与手段3
4とから基本的に構成される。前記付与手段34は、被
覆物質を付与する付与ノズル36と、このノズル36に
より付与された被覆物質を外表面14aから掻き取り手
段38としてのドクターブレードとからなる。なお前記
付与ノズル36および掻き取り手段38については、同
一の付与手段34として構成せず、夫々別々の部材とし
て扱ってもよい。
ローラ基材16は、図5に示す如く、長手方向を軸とし
て指定された速度で制御下に回転される。そしてこの回
転中のローラ基材16の外周面14aに、前記付与ノズ
ル36から所定量の被覆物質が供給される(図5(a)参
照)。また前記被覆物質が供給された前記外表面14a
上に配置され、該外表面14aから付与するべき量の厚
さ分だけ離間された掻き取り手段38により、供給され
た該被覆物質のうち余分な部分が掻き取られ(図5(b)
参照)、所定の厚さ、すなわちローラ基材16に対する
付与量だけが残される。
物質は、前記3次元網目状の骨格全部の内表面を覆うよ
うにして、徐々に該骨格内に浸透していく(図5(c)参
照)。そしてこのような一連の動きを維持したまま、前
記付与手段34は、所定速度で他方の一端部に向けて移
動することで(図5(d)参照)、前記外表面14aの全外
周面に被覆物質を付与するものである。
0〜300回/分に設定され、前記付与手段34の該ロ
ーラ基材16の外表面14aに沿った移動速度は200
〜500mm/分に設定される。前記回転数が150回
/分未満であると、前記被覆物質が前記弾性ローラ14
の内部まで浸透したり、均一な付与が困難となり、一方
300回/分を越えると、該被覆物質の粘度(後述)によ
っては付与後に飛散してしまうことが考えられる。また
前記付与ノズル34および掻き取り手段36の移動速度
が200mm/分未満であると、被覆物質の付与に時間
がかかり、一方500mm/分を越えると、ローラ基材
16の全周表面に該被覆物質が充分に供給されず、均一
なローラ10が得られなくなる問題が生じるからであ
る。
4の移動速度は、使用される被覆物質の塗布時の粘度、
発泡速度、硬化速度およびローラ基材16表面と付与手
段34との間隙等を考慮し、該ローラ基材16の回転に
よる遠心力で飛散せず、かつ前記被覆物質の浸透の度合
い、すなわち形成される耐摩耗被覆層18の厚さが均一
となるように決定される。
ようなドクターブレードのような掻き取り手段36を用
いる場合には、1.5〜100Pa・Sの範囲に設定さ
れる。またロールコータのように付与した被覆物質を所
定厚として付与する手段の場合には、0.05〜2Pa
・Sの範囲が、スプレー塗布による付与の場合には、
0.001〜0.1Pa・Sの範囲に該被覆物質の粘度
が設定される。夫々の方法において、所定の粘度を下回
ったりまたは上回った場合には、前記弾性ローラ14に
対する浸透の度合いが大きくなったり、またはローラ基
材16の回転により飛散してしまい、その結果、均一か
つ充分な付与が不可能となってしまう。
は、前述の溶剤希釈型のウレタン樹脂が好適であるが、
この他、アクリル樹脂やラテックスラバー、クロロプレ
ンゴム、ニトリルゴムおよびブチルゴム等のゴム組成物
が好適であるが、これらは、前述の付与方法により要求
される粘度により、夫々溶液希釈タイプ、湿気硬化型タ
イプ、エマルジョンタイプおよび変性タイプ等の1液性
の液状物または2液性の液状物といった性状物が適宜選
択して使用される。
り、触媒を混ぜたり、若干加熱したりすることにより硬
化するものであり、該触媒としては通常白金化合物やア
ミン類等が用いられる。また2液性の液状物の場合は、
主剤と硬化剤とを使用直前に混合して用いるものであ
り、この場合も触媒としては1液性と同様のものが使用
される。一般には、1液性のものは取り扱い性が高く、
一方2液性のものは得られる耐摩耗被覆層18の耐摩耗
性を高く設定し得る長所がある。
摩擦性および耐摩耗性並びにブリードが皆無という特徴
から、殊に高速印刷用途のカラーレーザープリンタのリ
タードローラ等に好適に使用されるが、この他、摩擦性
および耐摩耗性によりピックアップローラおよび給紙ロ
ーラ等にも好適に使用し得る。またローラの材質を耐熱
性物質とすることで、高温となる定着ローラ周りの紙搬
送用のローラ似も好適に使用し得る。
ラに使用した際の物性等の実験例を示す。本実験に使用
されたローラは前記製造装置30を使用して所定の手順
(ローラの回転数200回/分、付与手段の移動速度4
00mm/分)で製造されたものである。
造を有し、厚さ30mmの円筒状の軟質ウレタン発泡体
を採用し、該弾性ローラの中心軸にアルミニウムを材質
としたφ16の円筒状部材の芯材を挿入して、熱溶着に
よって固着させてローラ基材を得た。
釈型)をその粘度を30Pa・Sに調整して、前記ロー
ラ基材の3次元網目状の骨格構造が埋没しないように、
かつその厚さが1.5mmとなるように付与した。 (比較例1) 本発明の耐摩耗被覆層を弾性ローラの骨格
構造を埋没させるよう形成したタイプ 前記ローラ基材に対して、目止め剤により目止め層を形
成した後、1液性ウレタン原料(溶媒希釈型)をその粘度
を30Pa・Sに調整して、前記ローラ基材の3次元網
目状の骨格構造の表面に平坦となるように付与した。 (比較例2) 従来使用のタイプ そしてこのローラ基材に対して、目止め剤により目止め
層を形成した後、シリコーンゴムフォーム用液状原料
(湿気硬化型)をその粘度を40Pa・Sに調整して、前
記ローラ基材の3次元網目状の骨格構造の表面に平坦と
なるように付与した。
である。 ・1液性ウレタン原料(溶媒希釈型):商品名ニポラン3
100;日本ポリウレタン製 ・シリコーンゴムフォーム用液状原料(湿気硬化タイ
プ):商品名TSE397;東芝シリーコン製 ・目止め剤:商品名ニポラン3100;日本ポリウレタ
ン製
例1および2に係るローラを、実際に使用されるコピー
機に組み込み、リタードローラとしての役割を果たせな
くなるまで、すなわち供給される紙を良好に分離できな
くなるまでの稼働枚数と、初期の摩擦性を1として該稼
働枚数経過時の摩擦性を夫々比較すると共に、使用限界
に達したローラの状態を触感等により確認した。
下に説明する。 (比較例2の結果)比較例2に係るこれまで使用されてき
た従来のローラについては、112K(112,000)
枚の分離で、給紙のシグリング(重層)が多発し始め使用
に耐えなくなってきた。初期を1とした場合の摩擦性の
低減は、使用後から大きく低減し、耐久枚数50K枚時
で57%、100K枚時で53%であった。なおこの
際、ローラ表面のシリコーン層は大きく摩耗しており、
その表面に形成されていた研磨目が無くなり、また給紙
時に発生する微細な給紙屑によりツルツルな状態となっ
ていた。
係るローラについては、350K(350,000)枚ま
で、すなわち従来のローラの約3倍の耐久性が確認され
た。初期を1とした場合の摩擦性の低減は、比較例1ほ
どの大きな低減は無かったものの、やはり初期の耐久枚
数100K枚時までに60%前半にまで低下し、後は徐
々に低下していった。なお使用中のローラ表面におい
て、目視し得る摩耗は確認されなかったが、耐久枚数の
増大に比例して給紙時に発生する微細な給紙屑が蓄積し
てツルツルな状態となっていった。
ては、600K(600,000)枚までの試験を実施し
たが、給紙におけるシグリングは発生せず、従来のロー
ラに較べて、少なくとも5倍以上の耐久性、すなわち優
れた耐摩耗性および摩擦性が確認された。初期を1とし
た場合の摩擦性の低減は、80%前後を中心に少なくと
も70%以上の摩耗性を維持し続けるものであった。な
お使用中のローラ表面については、目視し得る摩耗は確
認されず、またその表面に露出する3次元網目状の骨格
の形状的な作用により、給紙時に発生する微細な給紙屑
による表面の平滑化は殆ど確認されなかった。
およびその製造方法によれば、大きなニップ厚がとれる
と共に、3次元網目の骨格構造を有する軟質ウレタン発
泡体の如き弾性ローラに対して、引張強度が4MPa以
上であり耐摩耗性が高い被覆物質を所定の粘度に設定
し、該3次元網目の骨格構造を埋没させることなく付与
して耐摩耗被覆層を形成するようにしたので、該弾性ロ
ーラが形状的に発現させる摩擦性と、耐摩耗被覆層の物
性的な耐摩耗性とを併有し、リタードローラに代表され
る紙送りローラに使用し得るローラを提供することがで
きる。すなわちリタードローラ等の給紙ローラに必要と
される摩擦性および耐摩耗性の双方を、夫々別の作用に
より得ることで、長期の使用に亘って安定的に使用し得
る効果を奏する。
形成したローラに比較して、シリコーンフリーとなった
ためにブリードにより発生するトナーの変色等を皆無と
し得る。更に製造工程において、弾性ローラ骨格中に被
覆物質を浸透させつつ硬化させるため、外表面の研磨加
工による寸法合わせが必要なく、該弾性ローラの外径が
そのまま得られるローラの外径となるため、製造コスト
を低減し得る。
斜視図である。
欠いて示す構造図である。
を示す断面図である。
略斜視図である。
ある。
例2の紙送り枚数−摩擦性の低下を示すグラフ図であ
る。
る。
Claims (10)
- 【請求項1】 所要長の芯材(12)と、 3次元網目状の骨格形状を有する樹脂発泡体を材質と
し、前記芯材(12)の外周に設けられる弾性ローラ(14)
と、 前記弾性ローラ(14)の外周面(14a)に付与され、該外周
面(14a)における前記3次元網目の骨格形状を埋没させ
ることなく均一に形成され、JIS K 6251に準じ
て測定される引張強度が4MPa以上の耐摩耗被覆層(1
8)とからなり、 前記外周面(14a)における3次元網目の骨格形状により
摩擦性を発現させると共に、前記耐摩耗被覆層(18)によ
り耐摩耗性を発現させることで、使用による摩擦性の低
減を抑制するようにしたことを特徴とするローラ。 - 【請求項2】 前記耐摩耗被覆層(18)の厚さは、1.5
mm以下に設定される請求項1記載のローラ。 - 【請求項3】 前記耐摩耗被覆層(18)を形成する樹脂
は、ウレタン系樹脂である請求項1または2記載のロー
ラ。 - 【請求項4】 前記弾性ローラ(14)のセル数は、20〜
200個/25mmに設定される請求項1〜3の何れか
に記載のローラ。 - 【請求項5】 前記摩擦性は、前記ローラの使用限界に
おいて、該ローラの初期状態の摩擦性の70%以内に維
持される請求項1〜4の何れかに記載のローラ。 - 【請求項6】 所要長の芯材(12)の外周に、3次元網目
状の骨格形状を有する樹脂発泡体を材質とする弾性ロー
ラ(14)を設けたローラ基材(16)を回転させ、 前記弾性ローラ(14)の外周面(14a)に対して、JIS K
6251に準じて測定される引張強度が4MPa以上
の被覆物質を前記外周面(14a)の3次元網目状の骨格形
状を埋没させることなく、均一に付与することで耐摩耗
性に優れた一定厚の耐摩耗被覆層(18)を形成し、 前記耐摩耗被覆層(18)の硬化が完了するまで前記ローラ
基材(16)の回転を継続して、その回転による遠心力で前
記被覆物質の弾性ローラ(14)への浸透を制御するように
したことを特徴とするローラの製造方法。 - 【請求項7】 前記ローラ基材(16)の回転数は、150
〜300回/分に設定される請求項6記載のローラの製
造方法。 - 【請求項8】 前記被覆物質の粘度は1.5〜100P
a・Sに設定されると共に、ドクターブレードまたはナ
イフコーター等の掻き取り手段により直接的に塗布され
る請求項6または7記載のローラの製造方法。 - 【請求項9】 前記被覆物質の粘度は0.05〜2Pa
・Sに設定されると共に、ロールコーター等の手段によ
り直接的に塗布される請求項6または7記載のローラの
製造方法。 - 【請求項10】 前記被覆物質の粘度は0.001〜
0.1Pa・Sに設定されると共に、スプレー塗布され
る請求項6または7記載のローラの製造方法。
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