专利名称：送纸辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种送纸辊，尤其是涉及由含短纤维的橡胶组合物构成的送纸辊。短纤维的取向被改善，因此，送纸辊的表面的摩擦系数的差异得到了抑制。
背景技术：
送纸橡胶辊可用于送纸机构中，如各种打印机、静电复印机、传真机、自动存提款机(ATM)等等。本发明的送纸辊指的是供纸辊，、阻抗辊、送纸辊和/或转印辊，其中，供纸辊因其自身的转动以及其表面和与供纸辊相接触的纸张之间的摩擦力来传送纸张。送纸辊表面的摩擦系数受附在其表面的杂质的影响。例如，当纸张粉末附于送纸辊的表面时，问题就会发生纸张传送不完美。
为了解决上述问题，如专利文献1所披露的，提议采用由含玻璃纤维的橡胶组合物构成的送纸辊。一部分玻璃纤维被设置于送纸辊的表面以使部分玻璃纤维暴露。玻璃纤维的暴露部分具有刮擦纸张表面的作用。纸张刮擦作用不受附于送纸辊表面的纸粉阻碍，因此，可以降低纸张传送的不完美程度。
含短纤维的橡胶组合物变硬，因而送纸辊和纸张之间的接触面积也变小。因此送纸辊表面的摩擦系数也趋于降低。然而，当送纸辊具备传送纸张的所必需的摩擦系数时，它足以能够完成其功能，也就不要求更高的摩擦系数。
近年来，由于彩印技术的发展以及高质量图像需求的扩大，在各种打印机中，聚合色粉开始取代研磨法制得的传统色粉。聚合色粉具有很小的粒径分布。甚至小粒径的聚合色粉也具很高的流动性。因此，聚合色粉能得到很高的传送效率并能形成高质量的图像。因此，可以想象使用聚合色粉的高性能打印机将来会流行聚合色粉。
然而，在使用了聚合色粉和安装有含玻璃纤维的橡胶组合物构成的送纸辊的各种打印机中，纸张的传送都不完美。
纸张传送不完美的主要原因如下聚合色粉是通过化学熔融由经乳液聚合得到的细小分散颗粒构成的低分子量树脂、颜料以及固体石蜡而形成。具低分子量的树脂和石蜡容易附在橡胶辊上。这表明橡胶组合物中加入玻璃纤维不足以防止聚合色粉和石蜡附在橡胶辊的表面。
专利文献1日本专利申请公开No.2002-145466。
发明内容
本发明针对上述问题而提出。因此，本发明的一个目的是提供一种送纸辊，它能有效防止色粉和石蜡粘附于其表面并顺利保持其表面的摩擦系数。
为了解决上述问题，提供了一种送纸辊，它包括含有短纤维的橡胶组合物，其中，短纤维的平均纤维直径不低于10μm，且不高于100μm，其平均纤维长度不低于0.01mm，且不高于4mm。全部短纤维中，至少有一部分短纤维为径向取向，以送纸辊表面与每一根暴露地设置在送纸辊表面上的径向取向短纤维的一端相接触的平面为参照，其取向角不小于10度且不大于90度。
本发明的送纸辊的理想摩擦系数不产生于其橡胶表面，但是，一部分的短纤维在上述角度范围内径向取向，每一根径向取向的短纤维的一端被设置成暴露于送纸辊的表面。由于短纤维的摩擦力和刮擦作用，纸张可被传送或停止。不同于传统送纸辊的是，这种构造可防止送纸辊表面的摩擦系数的降低，即使有聚合色粉合石蜡粘附于送纸辊的表面。因此，本发明的送纸辊消除了由于摩擦系数的降低而导致的各种缺点。
优选地，橡胶组合物中，对每100重量份的橡胶，含有不低于0.1重量份不高于30重量份的短纤维。
优选地，一端暴露于送纸辊表面的短纤维的数量为每1mm2橡胶辊表面中不少于5根且不多于100根。
优选地，暴露的短纤维自送纸辊的表面的突出长度优选5μm～150μm。
至于短纤维，可以适当采用碳纤维或者玻璃纤维。
优选地，100重量份的橡胶中的不低于50重量份的橡胶由硅橡胶或者乙烯-丙稀-二烯橡胶组成。
本发明的送纸辊中，一部分短纤维径向取向，每一根径向取向的短纤维的一端被设置成暴露于送纸辊的表面。因此，聚合色粉和石蜡几乎不能粘附于送纸辊的表面。这样，短纤维可使送纸辊的表面的摩擦系数在很长一段时间内都保持良好。即使聚合色粉和石蜡粘附于送纸辊的表面，送纸辊表面的摩擦系数也只是轻度降低。由于本发明的送纸辊的使用，采用聚合色粉的成像装置能够在很长时间内保持良好的纸张传送性能。
图1是本发明的送纸辊1的透视图。
图2是截面示意图，表示了含有图1所示的送纸辊1的送纸机构的一个实施例。
图3是在100倍率下拍摄的实施例1的橡胶辊表面的照片。
图4是在300倍率下拍摄的实施例1的橡胶辊表面的照片。
图5是在100倍率下拍摄的实施例3的橡胶辊表面的照片。
图6展示了测量送纸辊的摩擦系数的方法。
具体实施例方式
下面将结合附图，描述本发明的实施方式。
图1是本发明的送纸辊1的透视图。一个圆柱形芯杆(轴)2被插入到送纸辊1的中空部分。尽管送纸辊1的厚度没有特别的限制，但是本实施例中，厚度被设为不低于1mm且不大于20mm。尽管送纸辊1的长度也没有特别的限制，但是本实施例中，长度被设为不小于3mm且不大于200mm。
图2是截面示意图，展示了含图1所示的送纸辊1的送纸机构的一个实施例。送纸机构含有送纸辊1，分隔垫4以及托盘5。分隔垫4和托盘5以一定的距离隔开。分隔垫4的上表面与托盘5的上表面形成一个仰角。分隔垫4被固定在基底6上。分隔垫4和送纸辊1彼此相对。
依靠送纸辊1的转动，和送纸辊1表面相接触的纸张7以图1中箭头R所示的方向，从托盘中被一张张传送。
送纸辊1可以通过成型橡胶组合物为所需构造并硫化来制得。除了橡胶和短纤维之外，橡胶组合物还含有适量的各种添加剂。至于添加剂，交联剂、填料、软化剂、增强剂、交联辅助剂、着色剂以及抗氧剂均可使用。合适的是，短纤维在橡胶中的分散尽可能的均匀。如果短纤维的可分散性差，则很难将短纤维均匀的分散到橡胶辊的表面。
橡胶的种类不局限于特定的一种。但可以采用乙烯-丙稀-二烯橡胶、硅橡胶、聚氨脂橡胶、聚降莰烷、氯化聚乙烯、聚异戊二烯、聚丁二烯、天然橡胶、SBR以及NBR。这些橡胶可以单独使用，也可结合使用。这些橡胶中，优选使用乙烯-丙稀-二烯橡胶和硅橡胶。在本发明中，可同时使用由橡胶组分构成的非充油橡胶和含有橡胶组分和填充油(extended oil)的油充橡胶。
优选使用乙烯-丙稀-二烯橡胶以增强橡胶辊的耐候性和耐氧化性。由于乙烯-丙稀-二烯橡胶的主链由饱和的碳氢键组成因而不含双键，乙烯-丙稀-二烯橡胶不容易遭到破坏。因而含有乙烯-丙稀-二烯橡胶的橡胶辊也不容易被破坏，即使它被长时间的暴露于高浓度的臭氧气氛和光束照射下。
优选使用硅橡胶以有效的防止纸张的滑移。硅橡胶有吸油性能。因此，即使有油粘附于橡胶辊的表面，纸张的滑移也几乎不发生。在彩色复印机中，油很有可能会从由硅橡胶构成的定影辊中泄漏出来。因此，硅橡胶适合用于彩色复印机中的送纸辊。
当乙烯-丙稀-二烯橡胶和其它橡交结合使用时，为了增强橡胶辊的耐候性和耐氧化性，乙烯-丙稀-二烯橡胶优选以不低于全部橡胶组分的50wt％使用，进一步优选不低于全部橡胶组分的80wt％。
包含于橡胶组合物中的短纤维的种类也没有特别的限制。但是，例如可以采用碳纤维或者玻璃纤维。这些纤维可单独使用也可结合使用。
从导电性的角度考虑，优选使用碳纤维。例如，可使用经热处理聚丙烯腈得到的短纤维、由石油沥青拉伸制得的短纤维经热处理后的纤维、以及碳纳米管。
当没有导电性的要求时，可优选使用玻璃纤维。例如，可使用在高温下纤维状拉伸熔融的玻璃并剪切制得的短纤维。至于玻璃纤维的样式，可使用单丝和通过剪切由多股排好的线(束)组成的玻璃粗纱得到的短切丝束。可使用铝矽酸盐基非碱性玻璃纤维和苏打石灰基玻璃作为玻璃纤维的材料。更具体的说，可使用E玻璃、具有耐酸性的C玻璃、具有高弹性的S玻璃以及耐热的R玻璃。
本发明中，优选短纤维的平均纤维直径不小于10μm且不大于100μm，而平均纤维长度不小于0.01mm且不大于4mm。
如果短纤维的平均纤维直径小于10μm，短纤维缺乏刚度，并且，每根短纤维突出于橡胶辊表面的部分被迅速损坏。另一方面，如果短纤维的平均直径大于100μm，与橡胶辊接触的纸张上的图像就有可能被突出于橡胶辊表面的短纤维部分所损坏。
更优选的是，短纤维的平均纤维直径不小于10μm且不大于50μm。
如果短纤维的平均纤维长度小于0.01mm，短纤维就难以长时间的保持橡胶辊表面的摩擦系数。另一方面，如果短纤维的平均纤维长度大于4mm，则难以获得短纤维很好的分散于橡胶组合物中的状态。
更优选地是，短纤维的平均纤维长度不小于1mm且不大于3mm。
优选地，暴露于送纸辊表面的短纤维的突出长度为10μm～100μm。
优选地，橡胶组合物中，对每100重量份的橡胶，含有不低于1重量份且不高于20重量份的短纤维。
如果对每100重量份的橡胶，短纤维的量低于1重量份，则短纤维难以得到充分地防止聚合色粉、石蜡等粘附于橡胶辊表面的作用。另一方面，如果对每100重量份的橡胶，短纤维的量高于20重量份，则橡胶辊会变得太硬。因此，不能得到更好的摩擦系数。更为优选的是，橡胶组合物中，对每100重量份的橡胶，含有重量份不低于2重量份且不高于15重量份的短纤维。
至于橡胶组合物中所含的交联剂，可使用有机过氧化物、无机过氧化物、硫磺以及金属过氧化物。优选依据橡胶的种类来选择交联剂的种类。例如，在使用乙烯-丙稀-二烯橡胶和硅橡胶时，适宜采用有机过氧化物作为交联剂。
至于有机过氧化物，优选下列物质二枯基过氧化物(DCP)、1，3-双(叔丁基过氧化异丙基)苯、1，4-双(叔丁基过氧化异丙基)-3，3，5-三甲基环己胺、2，5-二甲基-2，5-二-(叔过氧化丁基)己炔、正丁基-4，4-双(叔过氧化丁基)戊酸脂以及2，5-二甲基-2，5-双-(叔过氧化丁基)己烷。这些过氧化物可以单独使用，也可结合使用。
当乙烯-丙稀-二烯橡胶交联时，优选使用二枯基过氧化物，因为它具有较高的交联效率。当硅橡胶交联时，优选使用2，5-二甲基-2，5-双-(叔过氧化丁基)己烷。
至于橡胶组合物中所含的填料，可使用无机填料，例如碳酸钙、氧化钛、碳酸镁、陶瓷粉以及木粉。橡胶组合物中填料的添加改善了橡胶辊的机械强度。100重量份的橡胶中，填料的含量优选不超过100重量份。
至于橡胶组合物中所含的软化剂，可使用油或者增塑剂。橡胶组合物中软化剂的添加，可以调整橡胶辊的硬度。至于油，可以使用矿物油，例如，石蜡油、萘油、芳香油、由碳氢低聚物组成的合成油以及加工油。至于合成油，可用α-烯烃的低聚体、丁烷的低聚体以及乙烯和α-烯烃的无定形低聚体。至于增塑剂，可使用邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、癸二酸二辛酯以及己二酸二辛酯(DOA)。
碳黑等可以作为增强剂包含于橡胶组合物中，橡胶组合物中碳黑的添加可以改善送纸辊的耐磨性。至于碳黑，可以使用HAF、MAF、FEF、GPF、SRF、SAF、MT以及FT。为了使碳黑能很好的分散到橡胶组合物中，碳黑颗粒的直径优选不小于10μm且不大于100μm。
橡胶组合物可以用传统上采用的普通方法来制备。例如，所需的组分，如橡胶、短纤维以及交联剂用已知的捏合机如开放式炼胶机、班伯尼密炼机等来捏合以得到橡胶组合物。组分在70℃～100℃之间捏合3～10分钟。
可以采用任何方法来硫化和成型橡胶组合物，只要该方法能控制短纤维的取向。当橡胶组合物用挤出成型法成型时，短纤维的取向与挤出方向平行。在此情况下，短纤维的取向几乎与成型产品的表面平行。因此，适宜采用除了挤出成型外的其它方法来硫化和成型橡胶组合物。橡胶组合物的成型优选采用传递模塑法。
通过将橡胶组合物引入到预定的传递模塑模具中，并在150℃～200℃下，加热5～30分钟，可以同时将橡胶组合物硫化并成型成管状。当用传递模塑法将橡胶组合物成型成管状时，必须将橡胶组合物中所含的短纤维径向取向。通过调节模型的构造和橡胶组合物被引入模具中时的压力，短纤维取向的控制很容易就能实现。
然后，使用圆柱状的研磨机对所得到的橡胶管进行研磨直到橡胶管具备所需的外径。然后橡胶管切成所需的长度。这样，就得到了橡胶辊。所得到的橡胶辊中，所含的短纤维的取向角度相对于与橡胶辊表面接触的平面为不小于10度且不大于90度。如果短纤维的取向角度小于10度，则短纤维难以得到充分地防止聚合色粉、石蜡等粘附于橡胶辊表面的作用。因而短纤维很难在长时间内良好地保持送纸辊的表面的摩擦系数。因此，相对于橡胶辊表面接触的平面，短纤维的取向角度优选不小于10度，更优选不小于20度，最优选为90度。
当短纤维的取向角度相对于与橡胶辊表面接触的平面为不低于10度时，送纸辊表面的摩擦系数几乎不被破坏，即使有聚合色粉和石蜡粘附于送纸辊的表面，这是因为短纤维具有刮擦纸张表面的作用。
橡胶管的表面经研磨后，径向取向的短纤维的一端突出暴露于橡胶辊的表面。优选地，每1mm2橡胶辊表面中，其一端突出暴露于橡胶辊表面的短纤维的数量不少于2根且不多于100根。如果每1mm2橡胶辊表面中，暴露的短纤维的数量太少，则短纤维不可能得到防止聚合色粉、石蜡等粘附于橡胶辊表面的效果，即使短纤维取向正确。
下面将描述本发明的实施例和对比实施例。
实施例1下列组分被送到闭合型捏合机中100重量份的乙烯-丙稀-二烯橡胶(EPDM)、5重量份的二氧化硅、10重量份的碳酸钙、1重量份的碳黑、0.5重量份的硬脂酸、3重量份的由过氧化物组成的交联剂(1)、2重量份的作为短纤维的玻璃纤维。上述组分经捏合以制备橡胶组合物。
下列物质用作上述组分EPDM“Esprene 505A(商品名)”，Sumitomo Kagaku Kogyo公司生产。
二氧化硅“Nipsil VN3(商品名)”，Nippon Silica Kogyo公司生产。
碳酸钙“BF300(商品名)”，Bihoku Funka Kogyo公司生产。
二氧化钛“Chronos二氧化钛KR380(商品名)”，Titanium Kogyo公司生产。
碳黑“Sheast SO(商品名)”，Tokai公司生产。
硬脂酸“Tsubaki(商品名)”，Nippon Yushi公司生产。
过氧化物组成的交联剂(1)“DCP(二枯基过氧化物)(商品名)”，Nippon Yushi公司生产。
玻璃纤维(1)“Chopped strand BM33(商品名)，NSG Vetrotex公司生产，平均纤维直径为33μm，平均纤维长度为3mm。
玻璃纤维(2)“Chopped strand BM38(商品名)”，NSG Vetrotex公司生产，平均纤维直径为11μm，平均纤维长度为3mm。
然后，所制得的橡胶组合物被放入传递模具中，在160℃下加热20分钟。成型和硫化同时进行。
结果，制得内径为φ9mm，外径为φ20mm，长度为50mm的橡胶管。然后，所制得的橡胶管用圆柱形的研磨机进行研磨直到橡胶管的外径为φ15mm，然后将橡胶管切成24mm的长度。将一个芯杆插入到所得的橡胶辊中，这样就得到了实施例1的送纸辊。
实施例2-11和对比实施例1-3除了实施例2-11和对比实施例1-3的橡胶组合物的各组分被替换为如表1所示，用与实施例1所用的同样方法，制得送纸辊。
表1中，表明各组分混合量的数值的单位为重量份。
当表1所示的组分与实施例1的组分重叠时，所用的物质也与实施例1所用的物质具同样商品名。除了实施例1所用的物质外，下列物质也用作组分硅橡胶“TSE221-5U(商品名)”，GEToshiba Silicone公司生产。
过氧化物组成的交联剂(2)“TC8(商品名)”GE Toshiba Silicone公司生产。
碳纤维“Kureha Chop C106T(商品名)”，Kureha Kagaku Kogyo公司生产。
碳纤维“Kureha Chop C106T”的平均纤维直径为9mμm，平均纤维长度为3mm。
评价对上述制备的实施例和对比实施例的送纸辊进行测试以及评价，结果列于表1。
表1
短纤维的取向各橡胶辊的表面和横截面都拍照放大以检查短纤维的取向，图3为实施例1的橡胶辊的表面以放大100倍所拍摄的照片，图4为实施例1的橡胶辊的表面以放大300倍所拍摄的照片，图5为实施例3的橡胶辊的表面以放大100倍所拍摄的照片。短纤维和与橡胶辊表面接触的平面之间的角度为估计值。
纸张的传送状况各送纸辊均被安装到由Fuji Zerox公司制造的打印机“VIVACE455”(商品名)上，使用聚合色粉在其上进行打印的1000张纸被放到打印机上以观察纸张的传送是否良好聚合色粉。至于纸张9，使用佳能公司制造的PB纸(商品名)。纸张传送较好的送纸辊标记为○，不能传送纸张的送纸辊和一次传送多张纸的送纸辊标记为×。
摩擦系数各送纸辊的摩擦系数用如图6所例举的方法来测得。最初，大小为60mm×210mm的纸张9的一端被夹在送纸辊3和聚四氟乙烯(PTFE)制成的固定盘8中间，而纸张9的另一端与测压元件10相连。然后，在从送纸辊3到盘8的方向施加250gf的负载W给盘8。
然后，在温度为23℃、湿度为55％的条件下，送纸辊以300mm/秒的圆周线速度，按图6箭头所示的方向转动。此时，可以测得施加到测压元件10上的传送力F。摩擦系数μ可由传送力F和负载W(W＝250gf)按下面的方程式1来计算得到方程式1μ＝F(gf)/W(gf)初始的摩擦系数μ0以及纸张传送观察完成时的摩擦系数μ1000均可算得。表1列出了初始摩擦系数μ0以及计算出的纸张传送观察完成时的摩擦系数保留比率X。摩擦系数保留比率X由下面的方程式2来计算方程式2X(％)＝(μ1000/μ0)×100结果检验如表1所示，当短纤维相对于与送纸辊表面接触的平面成一定角度时，送纸辊具备高的初始摩擦系数，并且纸张的传送很好。各实施例的送纸辊的摩擦系数保留比率X均不低于70％。短纤维含量较大的送纸辊的初始摩擦系数稍低，但有足够传送纸张所需的摩擦系数。短纤维含量较大的送纸辊具备更高的摩擦系数保留比率。
由硅橡胶组成的送纸辊的初始摩擦系数比由EPDM橡胶组成的送纸辊的初始摩擦系数稍低，但有更高的摩擦系数保留比率。实施例1和实施例2的送纸辊具备高的初始摩擦系数，但是摩擦系数保留比率比其它实施例的要低很多。
对比实施例3的送纸辊含有与表面平行的短纤维，因此其摩擦系数保留比率非常低。对比实施例3的送纸辊的摩擦系数保留比率几乎等于不含短纤维的实施例2的送纸辊的摩擦系数保留比率。结果表明，要防止聚合色粉、石蜡等粘附于送纸辊的表面并在很长一段时间内保持其表面的摩擦系数，将短纤维相对于与送纸辊表面接触的平面进行取向是非常有效的。
本发明被发展用以改善各种打印机、静电复印机、传真机、自动存提款机(ATM)等纸张传送机构中的用于传送纸张的送纸辊。本发明的送纸辊尤其可用于高质量打印机等使用聚合色粉的纸张传送机构中。
权利要求
1.一种送纸辊，它包括含短纤维的橡胶组合物，其特征在于，所述短纤维的平均纤维直径不小于10μm，且不大于100μm，并且其平均纤维长度不小于0.01mm，且不大于4mm；所有所述短纤维中的至少一部分为相对于与所述送纸辊表面相接触的平面以不小于10度且不大于90度的角度径向取向，所述径向取向的短纤维设置成暴露于所述送纸辊的表面上。
2.如权利要求1所述的送纸辊，其特征在于，所述橡胶组合物中，对每100重量份的橡胶，含有不低于0.1重量份不高于20重量份的所说的短纤维。
3.按照权利要求1所述的送纸辊，其特征在于，每1mm2的所述送纸辊表面积中，其一端暴露于所述送纸辊的表面的所述短纤维的数量不少于1根，且不多于100根。
4.如权利要求1所述的送纸辊，其特征在于，所述暴露的短纤维自所述送纸辊的表面突出的长度为5μm～150μm。
5.如权利要求1所述的送纸辊，其特征在于，所述短纤维由碳纤维或者玻璃纤维组成。
6.如权利要求1所述的送纸辊，其特征在于，100重量份的所述橡胶中，不少于50重量份的橡胶由硅橡胶或者乙烯-丙稀-二烯橡胶组成。
7.含有如权利要求1所述的送纸辊的成像装置。
8.如权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述送纸辊用做供纸辊、阻抗辊、送纸辊和/或转印辊。
全文摘要
一种送纸辊，它包括含短纤维的橡胶组合物，其中，短纤维的平均纤维直径不小于10μm，且不大于100μm，并且其平均纤维长度不小于0.01mm，且不大于4mm；所有短纤维中的至少一部分为相对于与送纸辊表面相接触的平面以不小于10度且不大于90度的角度径向取向，径向取向的短纤维设置成暴露于所述送纸辊的表面上。
文档编号B65H29/20GK1676448SQ20051006264
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年3月30日
发明者峯章弘, 西森浩一, 伊藤靖时, 平井利幸 申请人:住友橡胶工业株式会社