(57)【要約】【課題】  セラミック粒子を含む塗膜をスプレイ塗装により形成した紙送りローラ表層形成方法では、セラミック粒子の大きさにバラツキが出来るので搬送精度の向上が困難であった。  さらに、樹脂のみを用いて精密な凹凸形状を形成した場合、耐久試験後にローラが磨耗して摩擦力、搬送精度ともに低下してしまう問題があった。【解決手段】  本発明によれば、樹脂皮膜および無機皮膜から成る規則的な凹凸形状を形成することで、従来のセラミック粒子を含む塗膜をスプレイ塗装により形成した紙送りローラと比較して搬送精度が飛躍的に向上する。  また、樹脂皮膜の上に無機皮膜を有し、更に有機皮膜中に無機ナノ微粒子を含むので一般樹脂と比較して弾性率が高いので、さらに耐摩耗性に優れる。  また、樹脂皮膜に無機ナノ微粒子を含むため線膨張係数が無機皮膜並に小さく熱による膜割れやハガレを起こしにくい。【選択図】  図８
2010047333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と前記基材表面に接して配置される樹脂皮膜を有する紙送りローラであって、該樹脂皮膜が表面に凹凸形状を持ち且つ該樹脂皮膜の表面に接して無機皮膜が配置されていることを特徴とする紙送りローラ。
【請求項２】
請求項１に記載の紙送りローラであって、前記凹凸形状の高さのバラツキが±１０％以内であり、前記凹凸形状のピッチ間の距離のバラツキが±１０％以内であることを特徴とする紙送りローラ。
【請求項３】
請求項１に記載の紙送りローラであって、前記樹脂皮膜が少なくとも樹脂と、平均粒子径が２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の微粒子とを含み、且つ、前記樹脂皮膜の弾性率が２０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下であることを特徴とする紙送りローラ。
【請求項４】
請求項３に記載の紙送りローラであって、前記微粒子が無機物であることを特徴とする紙送りローラ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の紙送りローラであって、前記微粒子がＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、モンモリロナイトから選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする紙送りローラ。
【請求項６】
請求項１に記載の紙送りローラであって、前記樹脂皮膜が熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする紙送りローラ。
【請求項７】
請求項６に記載の紙送りローラであって、前記樹脂皮膜がエポキシ、ポリイミド、アクリルから選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする紙送りローラ。
【請求項８】
請求項１に記載の紙送りローラであって、前記無機皮膜がＤＬＣ、ジルコニア、アルミナ、チタニアから選ばれる少なくとも１つを含むことを特徴とする紙送りローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＡ機器などのメディア搬送用ローラの塗膜材料に関し、特に紙、布、フィルムなどのメディアに対する搬送性と耐久性に優れた紙送りローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のプリンタや複写機等のＯＡ機器の高精細化に伴い、メディアに対する摩擦力だけでなく紙送りの搬送精度に対しても高い精度を求められている。
【０００３】
一般にメディアに対する摩擦力を向上させると、摩擦力向上に伴って紙送り精度も向上すると考えられており、摩擦力を向上させるための提案がなされている。上記要求を満たすために、特許文献１では、セラミック粒子を含む塗膜をスプレイ塗装により形成し、前記表層から露出したセラミック粒子の凹凸により摩擦係数を大きくしてメディア搬送精度を高めたローラが提案されている。また、特許文献２には、搬送精度を向上させる目的で規則的な凹凸パターンを形成した紙送りローラが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２４６０６９号公報
【特許文献２】特開平５−７００１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に記載の方法は、硬質粒子等のフィラー及びアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂成分を混合させた塗料を吹付塗装することによりメディア搬送用ローラの表層を形成している。しかしながらフィラーで凹凸形状を形成する場合、フィラーの形状にバラツキが存在したり、吹き付け間隔を一定に出来なかったりするので凹凸の高さやピッチ間隔を均一にすることが不可能である。そのためこの方法ではメディアの搬送精度の飛躍的な向上は困難であった。
【０００５】
また、特許文献２に記載の方法は、凹凸パターンを正確に形成することが可能であるものの樹脂は磨耗するので耐久テストにおいて大量の紙を流すとメディアに対する摩擦力が低下してしまう問題があった。
【０００６】
以上より、本発明が解決しようとする課題は、搬送精度の向上と耐久時の耐磨耗性を両立した紙送りローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る紙送りローラは、基材と前記基材表面に接して配置される樹脂皮膜を有する紙送りローラであって、該樹脂皮膜が表面に凹凸形状を持ち且つ該樹脂皮膜の表面に接して無機皮膜が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の紙送りローラは、樹脂皮膜および無機皮膜から成る規則的な凹凸形状を有するので、従来のセラミック粒子を含む塗膜をスプレイ塗装により形成した紙送りローラと比較して搬送精度が飛躍的に向上する。
【０００９】
また、樹脂皮膜の上に無機皮膜を有し、更に有機皮膜中に無機ナノ微粒子を含むので一般樹脂と比較して弾性率が高いので、耐摩耗性に優れる。
【００１０】
また、樹脂皮膜に無機ナノ微粒子を含むため線膨張係数が無機皮膜並に小さく熱による膜割れやハガレを起こしにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施形態を説明する。
【００１３】
［紙送りローラ］
本発明の紙送りローラの代表的な全体構成について図７を用いて説明する。図７は紙送りローラの斜視模式図である。この紙送りローラは基材としての金属製ローラ２と、該基材表面に接して配置されてなる皮膜層３からなる。該皮膜層３は、樹脂皮膜（不図示）と、該樹脂皮膜表面に接して配置されてなる無機皮膜（不図示）からなる。図８は本発明のローラの断面模式拡大図である。この紙送りローラは金属製ローラ２と、前記ローラ上に接して配置され、凸凹形状を有する樹脂皮膜４と、樹脂皮膜の上に接して配置される無機皮膜５から成る。
【００１４】
［樹脂皮膜］
次に、本発明の紙送りローラにおける樹脂皮膜について説明する。樹脂皮膜はメディアに対する良好な摩擦力と搬送精度を得るために規則的な凹凸形状を有し、更にメディアに対する耐摩耗性を上げる為に高い弾性率を有することが好ましい。以下に、具体的な内容を記す。
【００１５】
まず、樹脂の形状としては、メディアに対する良好な摩擦力および搬送精度を得るために凹凸の高さが２０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。凹凸の高さが２０μｍ以下の場合、良好な摩擦力が得られない。また、凹凸の高さが１００μｍ以上の場合クリアフィルムに対して良好な搬送精度を得られない。
【００１６】
また、樹脂の凹凸ピッチ間隔としては、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。凹凸ピッチ間隔が１００μｍ以下の場合、良好な摩擦力が得られない。また、凹凸ピッチ間隔が１０００μｍ以上の場合、クリアフィルムに対して良好な搬送精度を得られない。
【００１７】
また、これらの高さとピッチ間隔は搬送精度をより向上させるために正確に形成されることが好ましいが、最低でも±１０％以内であることが好ましい。高さとピッチ間隔の精度が±１０％を超えると搬送精度は従来のローラ並になってしまう。
【００１８】
また、良好なグリップ力を得るために樹脂の凹凸形状は図１〜図６に示される形状が好ましい。
【００１９】
樹脂皮膜の弾性率はメディアに対する耐摩耗性を向上させるために２０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下であることが好ましい。樹脂皮膜の弾性率が２０Ｇｐａ以下の場合、耐摩耗性が低く耐久性のないローラとなってしまう。また、弾性率が１００Ｇｐａを超えると樹脂皮膜が脆くなり凹凸形状にヒビやカケなどの欠陥が出来てしまう。
【００２０】
樹脂皮膜の弾性率を向上させるためには、ナノコンポジット効果を得るために平均粒子径が２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の微粒子を加えることが好ましい。微粒子の平均粒子径が２ｎｍ以下もしくは１００ｎｍ以上になるとナノコンポジット効果が得られないので弾性率の著しい向上は見られない。また、微粒子の成分としては無機物が好ましい。特には、弾性率が高い成分が好ましい．具体例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、モンモリロナイトが挙げられる。
【００２１】
また、樹脂皮膜層をナノコンポジット効果により線膨張係数を無機皮膜に近づけると、両層間の線膨張係数差に起因する応力が低減されるので膜のヒビやカケなどの欠陥が発生しにくい。
【００２２】
また、樹脂皮膜の有機成分としては成形プロセスの形態に応じて熱可塑樹脂もしくは熱硬化樹脂、放射線硬化型樹脂を適宜選択することが可能である。熱可塑性樹脂としては、以下のものを用いることができる。アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、フェノール系樹脂、アリール系樹脂およびこれらの共重合体からなる熱可塑性樹脂等。特にアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂であることが、金属製ローラと硬質粒子への密着性の観点から望ましい。また本実施の形態で用いられる硬化性樹脂としては更に塗膜形成プロセスの形態に応じて熱硬化性、放射線硬化型等の樹脂を適宜選択することが出来る。尚、樹脂皮膜には着色の目的で、カーボンブラックやチタニアを添加しても構わない。
【００２３】
［無機皮膜］
次に、本発明の紙送りローラにおける無機皮膜について説明する。無機皮膜はローラの耐久性を向上させる目的で形成される。
【００２４】
まず、無機皮膜の成分としてはＤＬＣ、ジルコニア、アルミナ、チタニアから選ばれる単数または複数の成分を含むことが好ましい。また、無機皮膜と樹脂皮膜の密着性を向上させる目的で、樹脂皮膜の微粒子成分と無機皮膜の成分に少なくとも同一の成分を含むことが好ましい。
【００２５】
また、良好な耐磨耗性および膜性能を得るために無機皮膜の膜厚は１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。無機皮膜の膜厚が１μｍ以下である場合、膜が薄すぎて無機皮膜が磨耗してしまう。また、無機皮膜の膜厚が１０μｍ以上になると、膜のワレやハガレなどの欠陥が発生してしまう。
【００２６】
［樹脂皮膜の形成方法］
次に、本発明の紙送りローラにおける樹脂皮膜の形成方法について説明する。金属ローラ表面上には樹脂皮膜を用いて下記の方法により規則的な凹凸パターンを形成した。樹脂皮膜の形成方法としては成形プロセスの形態に応じて以下に説明する熱可塑樹脂もしくは熱硬化樹脂、放射線硬化型樹脂を適宜選択することが可能である。
【００２７】
［熱可塑性樹脂］
エポキシ、アクリル、ポリイミドから選ばれる任意の樹脂をおよび任意のナノ微粒子スラリーを２２０℃に調整した押出し機（ＵＬＴ  ｎａｎｏ  ＴＷ液添ポンプ付；テクノベル）に投入し、ナノコンポジット材料のペレットを作製した。
【００２８】
この熱可塑型ナノコンポジット材料のペレットを射出成形機（ＳＲ７５Ｄ；住友重機械工業製／不図示）で成形した。まず、図９に示す射出成形用金型６およびローラ２を射出成形機にセットし、２２０℃の条件で再溶融したペレットをサイドゲート７より流し込み射出成形を行った。射出成形後は１３０℃で６０分間アニールを行った。
【００２９】
［熱硬化性樹脂］
エポキシ、アクリル、ポリイミドから選ばれる任意の樹脂と任意のナノ微粒子スラリー、および任意の熱硬化剤を混合し、ナノコンポジット材料のスラリーを作製した。次に、このナノコンポジットスラリー中のトルエンをエバポレータで除去した。エバポレータの条件は、真空度２ヘクトパスカルまで下げた状態で１２時間トルエンを除去した。
【００３０】
この熱硬化型のナノコンポジット材料１０を図１０のように上面の空いた熱硬化樹脂用型８に注入し、１２０℃で３０分間硬化させ、硬化後に型をはずした。
【００３１】
［放射線硬化型樹脂］
エポキシ、アクリル、ポリイミドから選ばれる任意の樹脂と任意のナノ微粒子スラリー、および任意の光開始剤を混合し、ナノコンポジット材料のスラリーを作製した。
【００３２】
次に図１１のようにナノコンポジット樹脂１２の入ったディップ用容器１１にローラ２を静かに入れ、１０ｍｍ／ｍｉｎ．の速度で引き抜いてディップ後、マスクを行い、フォトリソグラフィーで凹凸形状を形成した。
【００３３】
図１２はフォトリソグラフィー拡大説明図である。まず、２枚のマスク１３を重ね合わせて光が通らないようにしておき、下側のマスクを１ｍｍ／ｍｉｎ．の速度でずらした。その後、完全にマスクを取り去り３ｓｅｃ．間光を照射した。このローラをリンスにて洗浄し、凹凸形状を形成した。
【００３４】
［無機皮膜の形成方法］
次に、本発明の無機皮膜の形成方法について説明する。樹脂皮膜上の無機皮膜はスパッタリング法、ＣＶＤ法から選択されるいずれかの方法によって形成した。
【００３５】
［樹脂皮膜の弾性率の測定方法］
弾性率は粘弾性測定装置（Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００；東機産業）にて測定を行った。サンプルは２０×５×０．１ｍｍの大きさに成形し、２５℃で１０ｋＨｚの条件で測定したものとした。
【００３６】
［凹凸パターンの形状精度評価方法］
凹凸パターンの形状精度評価方法としては、まず金属顕微鏡（ＭＭ−６０；キーエンス）を用いて凹凸パターンの底辺から頂点までの高さを１０箇所計測し、これらの平均値からのズレ量計算して、形状精度とした。具体的な計算方法は式１）の通りである。
【００３７】
（（（（高さ１＋高さ２＋〜高さ１０）／１０）−最大ズレ量）／１０）／（高さ１＋高さ２＋〜高さ１０））×１００
・・・式１）
［ピッチ間距離精度評価方法］
ピッチ間距離精度評価方法としては、まず金属顕微鏡（ＭＭ−６０；キーエンス）で表面写真を撮り、画像解析ソフトＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ；Ｍｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ）を用いて頂点から頂点までの距離および平均距離を算出し、平均値からの最大ズレ量計算して、形状精度とした。具体的な計算方法は下記式（２）の通りである。
【００３８】
（ピッチ間距離平均−最大もしくは最小のピッチ間距離）／（ピッチ間距離平均）×１００    ・・・（２）
［メディアに対する摩擦力評価方法］
加圧力１３０ｇのピンチローラとローラの間にメディアを挟みこみ、紙を引き抜いたときの摩擦力を測定した。このとき、メディアの幅は１１０ｍｍとした。
【００３９】
［搬送精度評価方法］
実機により等間隔にラインを印刷し、間隔のバラツキを測定した。搬送精度の評価基準は±２０μｍ以内を良品とし、それより大きい値を示すものをＮＧ品とした。但し、この基準はメディアと画質モードによって異なる。
【００４０】
［耐久性評価方法］
２５℃／４０％の環境下で実機にてローラに普通紙を５万枚通して耐久試験を行った。耐久試験後のローラについても、摩擦力の評価と搬送精度の評価を行った。
【００４１】
次に本発明の効果を実施例と比較例により具体的に説明する。
（実施例１）
【００４２】
エポキシ（エピコート８２８；ジャパンエポキシレジン製）１０部とジルコニアスラリー（ジルコニアナノ微粒子１０部／トルエン９０部；住友大阪セメント製）９０部、熱硬化剤（ＣＰ−６６；アデカ製）５部を混合し、ナノコンポジット材料のスラリーを作製した。次に、このナノコンポジットスラリー中のトルエンをエバポレータで除去した。エバポレータの条件は、真空度２ヘクトパスカルまで下げた状態で１２時間トルエンを除去した。
【００４３】
この熱硬化型のナノコンポジット材料の弾性率を粘弾性測定装置（Ｒｈｅｏｇｅｌ−Ｅ４０００；東機産業）にて測定を行った。サンプルは２０×５×０．１ｍｍの大きさに成形し、２５℃で１０ｋＨｚの条件で測定した。その結果、弾性率は２３Ｇｐａであった。
【００４４】
また、得られた材料を図３のように型に注入し、１２０℃で３０分間硬化させ、硬化後に型をはずした。
【００４５】
硬化後、得られたローラの凹凸高さ平均を金属顕微鏡（ＭＭ−６０；キーエンス）で測定したところ５０μｍであり、式１）に従って凹凸パターンの形状精度を算出したところ±５％以内であった。また、ピッチ間距離平均を画像解析ソフトＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ；Ｍｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ）で計測したところ０．３ｍｍであり、式２）に従ってピッチ間距離精度を測定したところ±５％以内であった。
【００４６】
また、ローラとピンチローラ間にメディアを挟んでメディアに対する摩擦力を測定したところ、普通紙に対する摩擦力は１．８５、光沢紙に対する摩擦力は１．４５、クリアフィルムに対する摩擦力は１．３０であった。また、普通紙に対する搬送精度は±２μｍであった。これに対して、５万枚の耐久試験を行ったところ、普通紙に対する摩擦力は１．８０、光沢紙に対する摩擦力は１．４０、クリアフィルムに対する摩擦力は１．２６であり、摩擦力の低下は殆ど見られなかった。摩擦力が若干低下しているのは紙粉の影響によるものである。また、同様に普通紙に対する搬送精度を測定したところ搬送精度の低下は見られなかった。
【００４７】
（実施例２〜６）
次に実施例２〜６についても、実施例１と同様に弾性率、凹凸高さ平均、凹凸パターンの形状精度、ピッチ間距離平均、ピッチ間距離精度、摩擦力（初期、耐久後）、搬送精度（初期、耐久後）を評価した。実施例２〜６の材料構成は表１に示す通りである。
【００４８】
尚、実施例２は樹脂皮膜中のナノ微粒子の種類がＡｌ２Ｏ３で、且つ無機皮膜の材料がＡｌ２Ｏ３のローラである。
【００４９】
また、実施例３は樹脂の種類がアクリルで放射線硬化型の材料であり、ナノ微粒子の種類がＴｉＯ２で、且つ無機皮膜の種類がＴｉＯ２のローラである。
また、実施例４はナノ微粒子の種類がＳｉＯ２のローラで、且つ無機皮膜の種類がＳｉＯ２ある。
【００５０】
また、実施例５は樹脂皮膜が熱可塑性のポリイミドとナノ微粒子の種類がモンモリロナイトから成り、無機皮膜がＡｌ２Ｏ３から成るローラである。
【００５１】
また、実施例６はナノ微粒子の粒径が２ｎｍと小さなものを使用した。
【００５２】
これらの、樹脂皮膜の弾性率とローラの性能を測定したろころ、いずれも良好な値を示した。
【００５３】
（比較例１）
比較例１のローラは、セラミックスなどの硬質粒子が入った樹脂で表層を形成した市販のローラ（ＳＰローラー；サンコール製）である。比較例１のローラについて実施例１と同様に弾性率、凹凸高さ平均、凹凸パターンの形状精度、ピッチ間距離平均、ピッチ間距離精度、摩擦力（初期、耐久後）、搬送精度（初期、耐久後）を評価した。
【００５４】
その結果、摩擦力については遜色ない値を示したが、凹凸パターンの形状精度、ピッチ間距離精度とも実施例のローラと比較して劣り、その結果搬送精度は１０μｍ程度であった。
【００５５】
（比較例２）
比較例２は樹脂皮膜中にナノ微粒子を添加せず、更に無機皮膜を形成しなかったローラである。比較例２のローラについて実施例１と同様に弾性率、凹凸高さ平均、凹凸パターンの形状精度、ピッチ間距離平均、ピッチ間距離精度、摩擦力（初期、耐久後）、搬送精度（初期、耐久後）を評価した。
【００５６】
その結果、初期より摩擦力が低く、耐久試験後は摩擦力、搬送精度共に更に低下し、目標である搬送精度２０μｍ以内を達成することは出来なかった。
【００５７】
（比較例３）
比較例２は樹脂皮膜中にナノ微粒子を添加しなかったローラである。比較例２のローラについて実施例１と同様に弾性率、凹凸高さ平均、凹凸パターンの形状精度、ピッチ間距離平均、ピッチ間距離精度、摩擦力（初期、耐久後）、搬送精度（初期、耐久後）を評価した。
【００５８】
その結果、初期の摩擦力や搬送精度は実施例並であったものの、耐久試験後は摩擦力、搬送精度共に更に低下し、目標である搬送精度２０μｍ以内を達成することは出来なかった。
【００５９】
樹脂皮膜および無機皮膜の組成を表１に示し、物性およびローラー性能を表２に示す。
【００６０】
【表１】
2010047333.tif 000003
【００６１】
【表２】
2010047333.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】紙送りローラの凹凸形状その１
【図２】紙送りローラの凹凸形状その２
【図３】紙送りローラの凹凸形状その３
【図４】紙送りローラの凹凸形状その４
【図５】紙送りローラの凹凸形状その５
【図６】紙送りローラの凹凸形状その６
【図７】紙送りローラの斜視模式図
【図８】紙送りローラの断面模式図
【図９】射出成形による凹凸形状の形成
【図１０】加熱硬化樹脂による凹凸形状の形成
【図１１】フォトリソグラフィーによる凹凸形状の形成
【図１２】マスク形状拡大図
【符号の説明】
【００６３】
１  樹脂皮膜の凹凸形状
２  金属製ローラ
３  皮膜層
４  樹脂皮膜
５  無機皮膜
６  射出成形用金型
７  サイドゲート
８  熱硬化樹脂用金型
９  マスキングテープ
１０  ナノコンポジット材料
１１  ディップ用容器
１２  樹脂
１３  マスク
【図１】
2010047333.tif 000005
【図２】
2010047333.tif 000006
【図３】
2010047333.tif 000007
【図４】
2010047333.tif 000008
【図５】
2010047333.tif 000009
【図６】
2010047333.tif 000010
【図７】
2010047333.tif 000011
【図８】
2010047333.tif 000012
【図９】
2010047333.tif 000013
【図１０】
2010047333.tif 000014
【図１１】
2010047333.tif 000015
【図１２】
2010047333.tif 000016