JP3142673B2 - 複写機用分離爪 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複写機用の分離爪に
関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、乾式複写機などには、文字または
図形等に対応して感光ドラムの表面に形成された静電荷
潜像をトナー像に変換した後、このトナー像を給紙カセ
ットから供給されて来る紙面に転写し、さらに転写され
たトナー像を紙面に定着させるために加熱された定着ロ
ーラーによって表面を加熱加圧し、トナー像と紙繊維と
を融着させて両者が容易に離れないようにする機構が組
み込まれている。そして、このような定着ローラーを通
過した複写紙がローラーに巻き付くことなく確実に排出
されるように分離爪を用い、その先端をローラーの外周
面に密着させながら複写紙の端をすくい上げる方法が採
られる。

【０００３】したがって、このような複写機用分離爪に
おいては、ローラーの外周面に対して摩擦抵抗が小さく
表面を損傷しないこと、充分な機械的強度、特に高温剛
性を有し、刃先または特にその先端部形状に充分な精度
が得られること、さらにはトナーが粘着されないことな
どの諸特性が要求される。

【０００４】特に近年では、複写速度の高速化に伴い、
定着ローラーによる加熱温度をより高温に設定する場合
が多くなり、分離爪に対しても２５０℃以上、ときには
３００℃以上の耐熱性が要求されている。そして、従来
用いられていた耐熱性の複写機用分離爪材料としては、
ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエ
ーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリサルホン、
ポリエーテルイミド等が挙げられる。

【０００５】また、耐熱性に優れた樹脂としてポリイミ
ド樹脂がある。これまでに開発されたポリイミド樹脂
は、優れた特性を有するが一般に脆弱で耐熱衝撃性が不
充分であり、軟化温度が高く溶剤に不溶のため、その成
形には困難を伴っていた。例えば次式

【０００６】

【化２】

【０００７】で表わされるような基本骨格からなるポリ
イミド樹脂（デュポン社製；カプトンベスペルなど）
は、明瞭なガラス転移温度を有せず、耐熱性に優れたポ
リイミド樹脂であるが、成形材料として用いる場合には
熱成形加工が困難であり、実用的でない。

【０００８】このようなポリイミド樹脂の成形加工性を
改善して、射出成形可能なポリイミドとして、特許請求
の範囲に示したポリイミドが近年開発され、その分離爪
も提案された（特開平１−２５７８８４）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したポリ
イミド樹脂からなる複写機用分離爪においては、耐摩耗
性が必ずしも満足できるものでなく、これを改善するた
めにチタン酸カリウム繊維などを充填剤として添加して
いた。ところが、その充填量を増加させると、成形性が
低下するという弊害が現れるため、耐摩耗性を充分に改
善できなかった。

【００１０】また、上記したポリイミド樹脂からなる分
離爪は、高温条件の下で耐衝撃性および耐疲労性につい
ても満足できるものではなく、高温のローラに繰り返し
衝突した場合に”欠け”を生じる可能性があり、繰り返
し荷重を受けた場合の疲労によって、変形を起こし易い
という問題点もある。

【００１１】そこで、この発明は、上記した問題点を解
決し、複写機用の分離爪を、所定のポリイミド樹脂をマ
トリックスとして射出成形性を満足し、かつ耐摩耗性に
優れたものとし、しかも耐衝撃性および耐疲労性につい
ても満足できるものとすることを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、複写機用分離爪を、下記式で
表わされる繰り返し単位からなるポリイミド１００重量
部に、ＰＨ値が８以下でありかつ４軸放射形で各軸テー
パ状の酸化亜鉛ウィスカ１０〜１００重量部を配合した
樹脂組成物の射出成形体で形成するという手段を採用し
たのである。

【００１３】

【化３】

【００１４】また、上記した樹脂組成物に、固体潤滑剤
を１０〜５０重量部添加した樹脂組成物の射出成形体か
らなる複写機用分離爪であって、前記固体潤滑剤と４軸
放射形で各軸テーパ状の酸化亜鉛ウィスカとの合計量が
全組成の１０〜６０重量％とする手段を採用することも
できる。

【００１５】さらにまた、上記の樹脂組成物に、ＰＨ値
が８以下でありかつ１軸形の針状充填剤１０〜５０重量
部を添加した樹脂組成物の射出成形体から複写機用分離
爪を形成してもよい。以下、その詳細を述べる。

【００１６】この発明で用いる前記化３の式で示される
ポリイミドは、原料として４，４’−ビス（３−アミノ
フェノキシ）ビフェニルとピロメリット酸二無水物をイ
ミド化して得られたものであり、熱可塑性を示すもので
ある。このようなポリイミド樹脂の市販品としては、三
井東圧化学社性；Ｎｅｗ−ＴＰＩが挙げられる。

【００１７】図１（ａ），（ｂ）に示すように、この発
明に用いる酸化亜鉛ウィスカは、４軸放射形で各軸テー
パ状である。このような酸化亜鉛ウィスカの市販品とし
ては、松下アムテック社製；パナテトラが挙げられる。

【００１８】このような酸化亜鉛ウィスカは、マトリッ
クスである樹脂の混練および射出成形時に、４０〜６０
％のものが折れて図１（ｂ）に示すテーパ状の軸の状態
で存在すると考えられる。テーパ状の軸は、摺動面に露
出した際に樹脂中から抜け難く、また射出成形によって
配向して爪先端に入りやすく、即ち爪先端を効率良く補
強すると考えられる。このような理由から酸化亜鉛ウィ
スカは、各軸の長さが２〜５０μｍで、軸の直径０．２
〜３μｍのものが好ましい。

【００１９】上記した酸化亜鉛ウィスカのＰＨ値は８以
下である。なぜならＰＨ８を越えるアルカリ側では、ポ
リイミドが分解し易く射出成形も困難となって好ましく
ないからである。また、これらの酸化亜鉛ウィスカの補
強効果をさらに向上させるためには、カップリング剤に
よる表面処理によって酸化亜鉛ウィスカとマトリックス
であるポリイミド樹脂との濡れ性、結合性を改良するこ
とが好ましい。この時、使用するカップリング剤は、ア
ミノシラン系、エポキシシラン系などがある。

【００２０】このような酸化亜鉛ウィスカのポリイミド
樹脂への配合量は、ポリイミド樹脂１００重量部に対し
て、１０〜１００重量部である。なぜなら酸化亜鉛ウィ
スカが１０重量部未満の少量では、充分な補強効果が得
られず、１００重量部を越える多量では、混合により均
一な組成物が得られず、樹脂の流動性が失われて成形が
困難になるからである。

【００２１】また、ポリイミド樹脂に対する添加剤とし
て前記の酸化亜鉛ウィスカ以外にもチタン酸カリウムウ
ィスカ等の１軸形の針状充填剤（図２参照）、黒鉛、ポ
リテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）、
二硫化モリブデン、フッ化黒鉛、一酸化鉛などの固体潤
滑剤を添加してもよい。特に、黒鉛、ＰＴＦＥを充填し
た分離爪は、ローラーの外周面に対する摩擦抵抗が非常
に小さくなり、かつローラーに対する非攻撃性が向上す
る。

【００２２】このような固体潤滑剤の配合量は、ポリイ
ミド樹脂１００重量部に対して、固体潤滑剤を１０〜５
０重量部であり、かつこの固体潤滑剤と前記した酸化亜
鉛ウィスカとの合計量が全組成の１０〜６０重量％とす
ることが好ましい。酸化亜鉛ウィスカと固体潤滑剤の合
計量が全組成の６０重量％を越え、すなわちポリイミド
樹脂の量が４０重量％未満になると、均一な組成物が得
られず、樹脂の流動性が失われて成形が困難になる。ま
た、酸化亜鉛ウィスカと固体潤滑剤の合計量が１０重量
％未満の時は、充分な補強効果が得られない。さらに、
酸化亜鉛ウィスカの量が上記所定範囲内でも酸化亜鉛ウ
ィスカの量が５重量％未満のときには耐熱変形性の補強
効果が不充分であり、また耐摩耗性も悪い。逆に固体潤
滑剤の量が５重量％未満であれば相手ローラーの外周面
に対する非攻撃性の効果が充分でない。また酸化亜鉛ウ
ィスカの量が１００重量部を越えると、ポリイミドとの
嵩密度が著しく異なることとなって、均一な組成物が得
られない。固体潤滑剤の量が５０重量部を越えると、組
成物の流動性は著しく低下し、得られた成形品の耐熱変
形性も同様に著しく低下するので好ましくない。

【００２３】ここで、ポリイミド、酸化亜鉛ウィスカお
よび固体潤滑剤などの混合手段は、これらを個別に溶融
混合機に供給しても、またこれらを予めヘンシェルミキ
サー、タンブラーミキサー、リボンブレンダーなど汎用
の混合機で乾式混合した後、溶融混合機に供給してもよ
く、その具体的方法は特に限定されるものではない。

【００２４】なお、この発明の目的を損なわない範囲内
で、さらに酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、滑
剤、離型剤、着色剤、難燃剤、帯電防止剤、結晶化促進
剤などを適宜添加してもよいことはいうまでもない。

【００２５】そして、以上述べたようにして混合した成
形材料は、３９０〜４５０℃の温度範囲に加熱し可塑化
した後、金型中に充填し固化および離型することにより
目的の複写機用分離爪を得る。さらに、分離爪に所定の
熱処理を施すことにより、耐熱変形性、寸法安定性、耐
摩耗性に優れた長寿命の複写機用分離爪とすることもで
きる。

【００２６】この熱処理は、２５０〜３４０℃、好まし
くは２７０〜３３０℃の範囲で行われることが必要であ
る。なぜならば、３４０℃を越える温度では、分離爪に
著しい熱変形が生じ実用上好ましくなく、一方、２５０
℃未満の温度では耐熱変形性の向上は得られないからで
ある。さらに熱処理時間は、加熱する温度により大きく
変化し、少なくとも２分以上、場合によっては数週間必
要となる。すなわち、この発明によると、熱処理するこ
とによる分離爪の耐熱変形性の向上とその密度変化とは
一定の法則があり、分離爪の成形材料中のポリイミド成
分の密度が少なくとも１．５％以上の密度増加をするに
足りる時間を熱処理時間とすればよい。ここで、ポリイ
ミド成分の密度増加率は、熱処理前後の分離爪の密度を
ＡＳＴＭ−Ｄ７９２に従い測定し、成形材料中の各成分
の配合比および密度から計算で求めることができる。な
お、熱処理時間については、発明者らの実験結果による
と、２７０℃加熱条件で１２時間以上、２８０℃加熱条
件で１時間以上、３００℃加熱条件で１０分以上、３３
０℃加熱条件で２分以上、３４０℃加熱条件で１０分以
上が必要であり、３３０℃加熱条件にて所要時間が最小
となる。

【００２７】また、２６０℃以下の加熱処理の場合、数
週間以上の時間を必要とし、逆に３４０℃以上の加熱処
理の場合は、分離爪に著しい変形を生じさせるので、い
ずれの場合も実用的でない。

【００２８】このような分離爪の熱処理は、分離爪を所
定温度に制御された加熱装置の中で実施されるが、その
加熱装置の形式には特に制限がない。しかし、通常は電
気加熱方式によるものが便利であり、装置内の雰囲気と
しては、たとえば熱風循環式や熱風流通式などを利用す
ることができる。

【００２９】また、分離爪の表面に優れた非粘着性を付
与するには、この発明の樹脂組成物中にポリイミドの密
度が１．５％以上増加するように熱処理を施したものの
表面にフルオロカーボン樹脂を被覆し、焼成時に被膜を
溶融させ、少なくとも表面に連続したフルオロカーボン
樹脂被膜を形成すればよい。この際のフルオロカーボン
樹脂系コーティング材としては、エナメルタイプとし
て、中興化成工業社製：ライティＳＦ−３０１、または
ダイキン工業社製：タフコートエナメルＴＣＷ−８８０
９ ＢＫなどを例示することができる。また、融着させ
るタイプとしては、三井フロロ・デュポン社製：ＰＦＡ
−Ｘ５００ＣＬ、デュポン社製：バイダックスＡＲなど
があり、ＴＦＥおよびそのテロマー、ＦＥＰ、ＰＦＡな
どの低分子量粉末またはディスパージョンであればよ
い。

【００３０】成形品の表面への被覆材の塗布方法として
は、スプレーコーティング法、ディップコーティング
法、静電塗装法、パウダーコーティング法のいずれの方
法を採ってもよい。また、この場合、プライマー塗装の
必要なものに関しては、予めそれを行なっておくとよ
い。そして、焼成工程における加熱装置は、前述のポリ
イミド用の熱処理炉と同様のものでもよい。

【００３１】なお、膜厚は、５〜４０μｍが好ましい。
５μｍ未満の薄膜では耐摩耗性に劣り、４０μｍを越え
る厚膜では分離爪の刃先の先端部の寸法に悪影響を及ぼ
す危険性があるからである。

【００３２】さらに、融着させるタイプのＰＦＡ樹脂系
コーティング材に、耐摩耗性向上のための補強材および
潤滑剤等を添加することも好ましく、また帯電防止の目
的としてカーボンブラック等の帯電防止剤等を添加して
もよい。

【００３３】

【作用】この発明に係る複写機用分離爪は、所定の熱可
塑性ポリイミド樹脂をマトリックスとしたので、溶融成
形が可能となり、さらには射出成形性も満足する。そし
て、酸化亜鉛ウィスカは所定のＰＨ値であるので、ポリ
イミド樹脂に配合された際に、これを分解することがな
い。また、４軸放射形の酸化亜鉛ウィスカは、マトリッ
クスである樹脂の混練および成形時に、数１０％のもの
が折れてテーパ状の軸の状態で存在すると考えられる。
テーパ状の軸は、摺動面に露出した際に樹脂中から抜け
難く、また配向して爪先端に入りやすく、即ち爪先端を
効率良く補強する。このため、分離爪が耐摩耗性に優れ
たものとなり、しかも耐衝撃性および耐疲労性について
も極めて優れたものとなる。また、固体潤滑材と１軸形
の針状充填剤を併用すれば前記傾向が一層顕著である。

【００３４】

【実施例】実施例および比較例に使用した原材料を一括
して示すと以下の通りである。なお、これら原材料の配
合割合は全て重量部で示す。

【００３５】(1) ポリイミド 三井東圧化学社製：Ｎｅｗ−ＴＰＩ＃４５０ (2) 酸化亜鉛ウィスカ 松下アムテック社製：パナテトラ、ＰＨ７．０ (3) チタン酸カリウムウィスカ 大塚化学社製：ＴＩＳＭＯ−Ｎ、ＰＨ７．０ (4) チタン酸カリウムウィスカ 大塚化学社製：ＴＩＳＭＯ−Ｄ１０２、ＰＨ９．０ (5) ホウ酸アルミニウムウィスカ 四国化成社製：アルボレックス−５、ＰＨ７．５ (6) フェノール樹脂 鐘紡社製：ベルパール Ｃ−２０００ (7) 四フッ化エチレン樹脂〔ＰＴＦＥ〕 喜多村社製：ＫＴＬ ６１０ (8) コーティング用プライマー液 三井フロロ・デュポン社製：ＭＰ−９０２Ａｌ (9) コーティング用ＰＦＡ液 三井フロロ・デュポン社製：Ｘ５００Ｃｌ 〔実施例１〜８，比較例１〜４〕表１または表２に示す
配合割合で各原材料を予め乾式混合した後、二軸溶融押
出機（池貝鉄工社製：ＰＣＭ−３０）に供給し、３９０
〜４００℃の条件で混練押出しして造粒した。得られた
ペレットを射出成形機に供給してシリンダー温度３９０
〜４００℃、射出圧力１０００ｋｇ／ｃｍ² 、金型温度
１８０℃の条件のもとに射出成形し、分離爪形状の成形
品（富士ゼロックス社製の複写機ＦＸ５０５５型に用い
られている分離爪と同一形状）を得た。この成形品に対
して３２０℃、５時間の熱処理を行ない、さらにコーテ
ィング用プライマー液(8) をスプレーコーティングした
後乾燥し、さらにその上にＰＦＡコーティング液(9) を
同様にスプレーコーティングした。それを３４０℃、３
０分間加熱し融着被覆させたものを試験片とした。

【００３６】得られた試験片について、成形性、耐
摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性、爪先端への充填量
を調べ、この結果を表１または表２中に併記した。これ
らの測定および評価方法はそれぞれつぎのとおりであ
る。

【００３７】成形性 前記成形した分離爪各５０個について、その爪先端Ｒ形
状（図３（ａ）参照）を投影機を用いて側面から測定
し、その平均曲率半径Ｒ（μｍ）を求めた。

【００３８】耐摩耗性 図３（ａ）、（ｂ）に示すように、分離爪１を相手材Ｓ
４５Ｃローラ２に対して、温度１９６±３℃、回転数１
４８ｒｐｍ、荷重２０ｇｆ、３５０時間の条件で摺接さ
せ、試験前後の穴径の中心から爪先端までの距離Ｌ’の
差（ｍｍ）を測定した。

【００３９】耐衝撃性 分離爪の刃先先端部の高衝撃試験機（図４に概略図を示
す）を用いて測定した。すなわち、レバー（長さＬ＝８
５ｍｍ）の一端に分離爪１を装着すると共に、このレバ
ーの他端を回転自在に支持し、これを直立状態から水平
状態に自然回転させた際に、分離爪１の刃先の先端部が
ローラー２に、荷重（Ｗ）２０ｇｆ、接触角度（θ）１
００°の条件で衝突するようにして、分離爪１に欠損が
生じるまでの衝突回数を測定した。なお、衝突回数は１
０回を上限とした。

【００４０】耐疲労性 分離爪の刃先先端部の衝撃疲労試験機（図５に概略図を
示す）を用いて測定した。すなわち、レバーの一端に分
離爪１を装着すると共に、このレバーの他端を回転自在
に支持し、レバーの下面には回転するカム５を接触させ
て分離爪を高さｈ＝１ｍｍから断続的に自然落下させて
ローラー２に衝突させた。測定条件は、ローラー２をヒ
ーター４で表面温度２００℃に加熱し、分離爪１の刃先
先端にかかる荷重（Ｗ）２０ｇｆ、接触角度（θ）１０
０°とし、衝突回数１０万回（ｎ＝１０）の変形量ｔ
（μｍ、図６参照）の平均値を求めた。

【００４１】爪先端への充填量 分離爪先端の側面をラップ機を用いて鏡面仕上げし、走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、ウィスカの充填量を観察
し、よく充填されている☆印、充填されている○印、殆
ど充填されていない△印の３段階に評価した。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】表１および表２の結果から明らかなよう
に、ＰＨが所定範囲を越えてアルカリ側のチタン酸カリ
ウムウィスカを充填した比較例２は、成形不可能であ
り、所定の酸化亜鉛ウィスカを配合しなかった比較例１
と比較例４または全く配合しなかった比較例３は、耐摩
耗性その他の試験結果が劣り、また爪先端へのウィスカ
の充填量も少なかった。

【００４５】これに対して、所定の条件を満足する実施
例１〜８は、成形性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性お
よび爪先端へのウィスカの充填量といった全ての試験項
目において優れた結果が得られた。

【００４６】

【効果】この発明は、以上説明したように、所定の熱可
塑性ポリイミド樹脂をマトリックスとし、所定のＰＨ値
でありかつ４軸放射形で各軸テーパ状の酸化亜鉛ウィス
カを配合したポリイミド樹脂組成物から成形した複写機
用分離爪としたので、このものが溶融成形性さらには射
出成形性を満足したものとなり、しかも、この分離爪の
先端には、酸化亜鉛ウィスカのテーパ状の軸が効率よく
存在することとなって爪先端が効率良く補強されたもの
となる。このため、分離爪が耐摩耗性に優れたものとな
り、しかも耐衝撃性および耐疲労性についても極めて優
れたものとなる利点がある。また、固体潤滑材と１軸形
の針状充填剤を併用すれば上記効果が一層顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）４軸放射形の酸化亜鉛ウィスカの形状を
説明する拡大斜視図 （ｂ）同上の酸化亜鉛ウィスカの軸の形状を説明する拡
大斜視図

【図２】１軸形の針状充填剤の形状を説明する拡大斜視
図

【図３】（ａ）耐摩耗試験に用いる複写機用分離爪の側
面図 （ｂ）耐摩耗性試験の測定状態を説明する概略側面図

【図４】耐衝撃性試験機の概略側面図

【図５】耐疲労性試験機の概略側面図

【図６】爪先端の変形量ｔを示す複写機用分離爪の側面
図

【符号の説明】

１ 分離爪 ２ ローラー ３ おもり ４ ヒーター ５ カム Ｒ 分離爪先端角度 Ｌ’ 距離 Ｌ レバー長さ θ 接触角 ｔ 変形量 Ｗ 荷重 Ｌ レバーの長さ ｈ 衝撃高さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 13/20 G03G 15/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記式で表わされる繰り返し単位からな
   るポリイミド１００重量部に、ＰＨ値が８以下でありか
   つ４軸放射形で各軸テーパ状の酸化亜鉛ウィスカ１０〜
   １００重量部を配合した樹脂組成物の射出成形体からな
   る複写機用分離爪。 記 【化１】
2. 【請求項２】 請求項１記載の樹脂組成物に、固体潤滑
   剤を１０〜５０重量部添加した樹脂組成物の射出成形体
   からなる複写機用分離爪であって、前記固体潤滑剤と４
   軸放射形で各軸テーパ状の酸化亜鉛ウィスカとの合計量
   が全組成の１０〜６０重量％であることを特徴とする複
   写機用分離爪。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の樹脂組成
   物に、ＰＨ値が８以下でありかつ１軸形の針状充填剤１
   ０〜５０重量部を添加した樹脂組成物の射出成形体から
   なる複写機用分離爪。