JP2005133820A - ローラ製造方法及びローラ用成形型 - Google Patents

Abstract

【課題】きわめて簡便な製造方法で均質な発泡弾性体を形成可能なローラの製造方法、及びそれに用いるローラー用成形型を提供すること。
【解決手段】芯金を固定できる機構と１つ以上の貫通孔とを有する駒を、少なくとも片端部に具備する型部材の、該機構に芯金を配する工程と、前記駒が具備されている側の前記型部材の端部と連結可能な容器に、発泡弾性体形成材料を注入する工程と、前記型部材と前記容器とを嵌合させて連結する工程と、前記発泡弾性体形成材料を発泡、硬化させる工程とを有することを特徴とするローラ製造方法とする。また、前記のような型部材と前記のような容器を有することを特徴とするローラ用成形型とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される、芯金の周囲に弾性体、特に発泡弾性体が形成されたトナー供給ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等のローラ製造方法およびそれに用いるローラ用成形型に関するものである。

芯金の周囲に弾性体、特に発泡弾性体が形成されたローラは、一般に成形型の中心軸に芯金を配し、この芯金の周囲に発泡弾性体形成材料を成形型の上端部または下端部に設けられた注入孔から直接成形型内部に注入し、発泡、固化させることで製造される（例えば特許文献１参照）。さらに、成形型の両端部が閉塞されており、且つ少なくとも一方の端部にウレタン原料を注入するための複数の注入孔が設けられている成形型を用いて、その注入孔から成形型内にウレタン原料を注入して成形型内で固化させている方法がある（例えば特許文献２参照）。しかしながら、直接成形型へ原料を注入する際には圧力をかける必要があり、さらに高い精度での圧力調整を必要とする。また、これらの方法では、原料注入の際に成形型内部のエアを巻き込んでしまいボイドなどができてしまう問題がある。

そこで、成形型における円筒部材を下部円筒部材と上部円筒部材とに分割して、下部円筒部材に発泡弾性体形成材料を注入した後、下部円筒部材と上部円筒部材とを連結して上下円筒部材内で発泡させているものがある（特許文献３参照）。しかし、成形型を上部円筒部材と下部円筒部材に分割する場合、ローラ成形物に上記成形型の嵌合部分のバリや合わせ目の段差ができやすくなる。また、下部円筒部材が上部円筒部材の少なくとも下部が挿入できる内径を有しており、下部円筒部材に発泡弾性体形成材料を注入した後に下部円筒部材に上部円筒部材を連結して発泡させる場合、発泡弾性体形成材料が下部円筒部材と上部円筒部材との連結部分からあふれてしまい、計量精度が不安定になったり、成形型の外側が汚れるなどの不具合が発生し、製造上簡便ではない。
特許第３３０５９１４号公報（第１−４頁） 特開２００２−６７０５９号公報（第１−５頁） 特開２００２−３５５８２７号公報（第１−６頁）

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、きわめて簡便な製造方法で均質な発泡弾性体を形成可能なローラの製造方法を提供することを目的とする。また、それに用いるローラ用成形型を提供することを目的とする。

本発明によると、上記課題は、次の構成条件を有することにより解決される。即ち、
［１］芯金の外周に発泡弾性体が形成されたローラを製造する方法であって、
（ａ）前記芯金を固定できる機構と１つ以上の貫通孔とを有する駒を少なくとも片端部に具備する型部材の、該機構に芯金を固定する工程と、
（ｂ）前記駒が具備されている側の前記型部材の端部と嵌合させて連結可能な容器に、発泡弾性体形成材料を注入する工程と、
（ｃ）前記型部材と前記容器とを嵌合させて連結する工程と、
（ｄ）連結された前記型部材及び前記容器の内部で、前記発泡弾性体形成材料を発泡、硬化させる工程と
を有することを特徴とするローラ製造方法。
［２］前記芯金の長手方向に直交する前記駒の断面において、前記貫通孔である領域の総面積が、前記芯金が配される領域を除く前記駒の断面積の２０面積％以上であることを特徴とする［１］記載のローラ製造方法。
［３］前記駒が前記貫通孔を２〜８個有することを特徴とする［１］または［２］記載のローラ製造方法。
［４］前記発泡弾性体形成材料がポリウレタン系発泡材料であることを特徴とする［１］〜［３］いずれかに記載のローラ製造方法。
［５］（ｅ）前記芯金、前記駒を除いた前記型部材の部分、前記駒及び前記容器からなる群より選ばれる１種以上を予め加熱しておく工程、を更に有することを特徴とする［１］〜［４］いずれかに記載のローラ製造方法。
［６］前記工程（ｄ）を、前記芯金の長手方向が鉛直方向となる状態で行うことを特徴とする［１］〜［５］いずれかに記載のローラ製造方法。
［７］芯金の外周に発泡弾性体が形成されたローラの製造に用いるローラ用成形型であって、
前記芯金を固定できる機構と１つ以上の貫通孔とを有する駒を少なくとも片端部に具備する型部材と、
前記駒が具備されている側の前記型部材の端部と嵌合させて連結可能な容器と
を有することを特徴とするローラ用成形型。
［８］前記芯金の長手方向に直交する前記駒の断面において、前記貫通孔である領域の総面積が、前記芯金が配される領域を除く前記駒の断面積の２０面積％以上であることを特徴とする［７］記載のローラ用成形型。
［９］前記駒が前記貫通孔を２〜８個有することを特徴とする［７］または［８］記載のローラ用成形型。

本発明によれば、きわめて簡便な製造方法で均質な発泡弾性体を形成可能なローラの製造方法を提供することができる。また、それに用いるローラ用成形型を提供することができる。

また、本発明のローラ製造方法では、発泡弾性体形成材料を注入する容器とローラ形状を与える型部材とを別々の温度で予め温めることもでき、容器の容量も自由に変えられるので、クリームタイムが早く取扱いの難しい発泡弾性体形成材料を用いるときなどにも、容器を冷やしたり容量を大きくしたりすることによって対応が可能となる。

さらに、発泡弾性体形成材料の反応初期と後半では一般に反応性が異なり、ローラの発泡弾性体に比重などの長手ムラができやすいが、本発明の製造方法に従うことにより、反応初期に発泡弾性体形成材料は容器部分にあるため、長手ムラとなる部分がローラの発泡弾性体とならず、長手ムラを減らすことができる。

本発明によれば、エアの巻き込みによるボイドの形成が抑制されるとともに、発泡弾性体の密度やセルサイズのばらつきが少なく、均質で品質に優れる発泡弾性体を有するローラが効率よく得られる。本発明の方法で得られたローラは、複写装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載されるトナー供給ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等として好適に用いることができる。

図１を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）には、本発明の一実施形態であるローラ用成形型に、芯金を配した状態の断面模式図を示す。本発明のローラ用成形型は、型部材（１）と容器（２）とを有する。型部材（１）は、芯金（６）を固定できる機構として芯金用穴（５）と、貫通孔（４）とを有する駒（３）が片端部に具備されている。容器（２）は、駒（３）が具備されている側の型部材（１）の端部と嵌合させて連結可能になっている。

まず、図１（ａ）のように容器と型部材とを嵌合させる前の状態で、発泡弾性体形成材料（７）を所定量、容器（２）に注入する。その後、発泡弾性体形成材料（７）が注入された容器（２）と、駒（３）の芯金用穴（５）に芯金（６）が配された成形型（１）とを嵌合させて連結する（図１（ｂ））。そして、発泡弾性体形成材料（７）を発泡、硬化させる。発泡弾性体形成材料（７）の発泡が開始すると、発泡弾性体形成材料（７）は駒（３）の貫通孔（４）を通過して型部材（１）内部に充満する。発泡弾性体形成材料（７）を十分に硬化させた後、脱型することで、目的の発泡弾性体を備えたローラが得られる。その後必要に応じて、得られた発泡弾性体を所望寸法に裁断しても構わない。また、発泡弾性体の表面を研削、塗工等の加工を適宜行なっても構わない。所望の場合には、芯金、駒を除いた型部材の部分、駒及び容器からなる群より選ばれる１種以上を予め加熱しておいてから、発泡弾性体形成材料（７）を容器（２）に注入しても良い。発泡弾性体形成材料を発泡、硬化させる際は、芯金の長手方向が鉛直方向となる状態で行うことが好ましい。ローラを脱型後、さらに加熱してアフターキュアーを行ってもよい。

駒を除いた型部材の部分、駒、及び容器の材質は特に限定されず、鉄などの鋼材にニッケルやクロムなどのメッキを施した金属部材、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属部材のほか、ポリカボネート、ポリアミドなどの合成樹脂、セラミックなどを適宜使用することができる。これらの材質は同じでなくても良い。容器の形状は、その上部において型部材と嵌合させて連結することが可能な形状であれば特に制限が無く、例えば、円筒形状、立方体形状などが挙げられる。

駒における貫通孔の断面形状には特に制限は無く、例えば円形、楕円形、四角形、扇状などが挙げられる。芯金の長手方向に直交する駒の断面において、貫通孔である領域の総面積が、芯金が配される領域を除く駒の断面積の２０面積％以上であることが好ましい。２０面積％以上とすることで、発泡弾性体形成材料が良好に発泡し、比重、硬度、セルの大きさ等がより均一になる。より好ましくは、３０〜９０面積％である。

また、駒は貫通孔を１個以上有していればよい。好ましくは２〜８個である。貫通孔を２個以上とすることで、ローラ周方向での発泡弾性体の硬度などがより均一になる。貫通孔を８個以下とすることで、貫通孔の１個当りの面積を大きくでき、発泡弾性体形成材料の発泡圧の損失を小さくできるため、比重、硬度、セルの大きさ等がより均一になる。さらに好ましくは２〜６個である。

なお、駒の貫通孔は、公知の加工方法により作製することができ、例えば、ワイヤー加工や放電加工が挙げられる。貫通孔は必ずしも、芯金の長手方向に平行であるようにする必要は無い。

また、駒や型部材の表面には、離型剤を塗布したり、フッ素樹脂コーティングを施したりして、良好な離型性を付与することが好ましい。

なお、図１には示していないが、型部材の上端部には、発泡弾性体形成材料の発泡に伴い発生するガスや型部材内部のエアを抜くエアベントが設けられた栓をセットすることもできる。場合によっては、発泡弾性体形成材料が型部材に充満した直後に上端部に栓をして閉塞する方法でも構わない。

ローラの芯金に用いる材料としては特に制限はなく、例えば硫黄快削鋼などの鋼材にニッケルなどのメッキを施した金属部材、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム合金などの金属部材が挙げられる。

発泡弾性体形成材料としては特に制限はなく、ポリウレタン系発泡材料、シリコーンゴム系発泡材料、ＥＰＤＭ系発泡材料などいずれであっても良い。特にポリウレタン系発泡材料が性能などの面から好適である。

ポリウレタン系発泡材料としては特に制限は無く、従来から公知の反応性原料から適宜に選択して使用できる。例えば、ポリオール成分とポリイソシアネート成分に、さらに発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、整泡剤、界面活性剤、触媒等を、目標とするポリウレタン系発泡弾性体が得られるように添加することができる。また、必要に応じて架橋剤、難燃剤、充填剤、更には所望の導電性を付与するための導電性付与剤、帯電防止剤等も添加できる。プレポリマーの形で含まれても良い。

ポリウレタン系発泡材料を構成するポリオール成分あるいはそのプレポリマー成分としては、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられている、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知のポリオール類等を、単独又は併用して用いることができる。また、ポリイソシアネート成分あるいはそのプレポリマー成分としては、公知の少なくとも２官能以上のポリイソシアネートを用いることができ、例えば、２，４−及び２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、カーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等を、単独又は併用して用いることができる。

次に具体的な実施例について図１及び２を参照しながら説明する。なお、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１〜４）
図１と同様の構成を有するローラ成形型を用いて、ローラを製造した。

まず、表１に示すポリオール、整泡剤、触媒、及び発泡剤を混合した成分、並びに、表１に示すポリイソシアネートからなる成分を調製し、液温２５℃に調整した。そして、両液を、所定割合で配合した発泡弾性体形成材料であるポリウレタン系発泡材料を撹拌器で５秒間撹拌した後、所定量を４０℃に温調したＳＵＳ３０４製の容器（２）に注入した。発泡弾性体形成材料の発泡開始前または直後に、容器（２）を、予め４０℃に温調したＳＵＳ３０４製の型部材（１）に嵌合させた。型部材（１）には、予め硫黄快削鋼にニッケルメッキを施した外径５．０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの芯金（６）を固定したＳＵＳ３０４製の駒（３）が取り付けられており、容器（２）及び型部材（１）の表面には離型剤（ＤＥＸＴＥＲ社製、商品名：フリーコート７７０ＮＣ）が塗布されている。また、駒（３）には、表２に示した貫通孔総数及び貫通孔総面積率となる扇状の貫通孔（４）が形成されている。なお、貫通孔総面積率とは、芯金の長手方向に直交する駒の断面において、芯金が配される領域を除く駒の断面積に対する貫通孔である領域の総面積のことである。

発泡弾性体形成材料の発泡が開始すると、駒（３）の貫通孔（４）を発泡弾性体形成材料が通過して型部材（１）内部に充満した。その後、１００℃の電気炉中で２０分硬化を行ない十分に硬化させた後、成形したローラを脱型することにより、発泡弾性体を備えた外径１６ｍｍのローラを得た。なお、図１には示していないが、型部材（１）の上端部には発泡弾性体形成材料の発泡に伴い発生するガスを抜くエアベントが設けられたＳＵＳ３０４製の栓をセットしてある。

得られたローラの発泡弾性体におけるボイドの有無、セルの状態、密度を評価した。なお、ローラ下端部から上部７ｃｍまでの発泡弾性体の密度をＡ、ローラ中央から上下３．５ｃｍの発泡弾性体の密度をＢ、ローラ上端部から下部７ｃｍまでの発泡弾性体の密度をＣとした。

得られたローラは、いずれもボイドがなく、密度のムラも非常に少ない良好なものであった。特に、貫通孔総面積率が２０面積％以上で、貫通孔総数が２〜８個の条件で行った実施例１及び２で得られたローラは、セルの状態も均一であり、密度のムラもより少ない良好なものであった。結果をまとめて表２に示す。

（比較例１）
図２のような構成を有する従来のローラ成形型を用いて、ローラを製造した。図２に示すローラ成形型は、下部に設置された発泡弾性体形成材料注入孔付き芯金固定冶具（１１）の発泡弾性体形成材料注入孔（８）から、直接発泡弾性体形成材料（７）を注入するタイプのものである。型部材（１）の上端部には、発泡弾性体形成材料の発泡に伴い発生するガスを抜くエアベント（９）が設けられたＳＵＳ３０４製の栓（エアベント付き芯金固定冶具（１０））がセットしてある。

このローラ成形型を用いて、実施例１と同じ発泡弾性体形成材料を用いてローラを製造した。なお、発泡弾性体形成材料の注入条件としては、注入速度を１００ｇ／ｍｉｎ、注入圧力を３０ｋｇ／ｃｍ²とし、その他の条件は実施例１と同じとした。

得られたローラの発泡弾性体にはボイドが発生してしまい、セルの状態は不均一で、密度のムラも大きくなった。結果を表２に示す。

１）ＦＡ９０８：三洋化成（株）製ポリエーテルポリオール、商品名、ＯＨ価＝２３
２）Ｌ５３９９：日本ユニカー（株）製シリコーン系離型剤、商品名
３）ＴｏｙｏＣａｔ ＥＴ：東ソー（株）製第３級アミン触媒、商品名
４）ＴＥＤＡ−Ｌ３３：東ソー（株）製第３級アミン触媒、商品名
５）Ｔ８０：三井武田ケミカル（株）製イソシアネート、商品名、ＮＣＯ％＝４８
６）Ｍ２００三井武田ケミカル（株）製イソシアネート、商品名、ＮＣＯ％＝３１

本発明の一実施形態であるローラ用成形型に、芯金を配した状態の断面模式図であり、（ａ）は容器と型部材とを嵌合させる前の状態を、（ｂ）は嵌合させた後の状態を示している。 従来のローラ用成形型に芯金を配した状態の断面模式図である。

符号の説明

１ 型部材
２ 容器
３ 駒
４ 貫通孔
５ 芯金用穴
６ 芯金
７ 発泡弾性体形成材料
８ 発泡弾性体形成材料注入孔
９ エアベント
１０ エアベント付き芯金固定冶具
１１ 発泡弾性体形成材料注入孔付き芯金固定冶具

Claims (9)

1. 芯金の外周に発泡弾性体が形成されたローラを製造する方法であって、
   （ａ）前記芯金を固定できる機構と１つ以上の貫通孔とを有する駒を少なくとも片端部に具備する型部材の、該機構に芯金を固定する工程と、
   （ｂ）前記駒が具備されている側の前記型部材の端部と嵌合させて連結可能な容器に、発泡弾性体形成材料を注入する工程と、
   （ｃ）前記型部材と前記容器とを嵌合させて連結する工程と、
   （ｄ）連結された前記型部材及び前記容器の内部で、前記発泡弾性体形成材料を発泡、硬化させる工程と
   を有することを特徴とするローラ製造方法。
2. 前記芯金の長手方向に直交する前記駒の断面において、前記貫通孔である領域の総面積が、前記芯金が配される領域を除く前記駒の断面積の２０面積％以上であることを特徴とする請求項１記載のローラ製造方法。
3. 前記駒が前記貫通孔を２〜８個有することを特徴とする請求項１または２記載のローラ製造方法。
4. 前記発泡弾性体形成材料がポリウレタン系発泡材料であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のローラ製造方法。
5. （ｅ）前記芯金、前記駒を除いた前記型部材の部分、前記駒及び前記容器からなる群より選ばれる１種以上を予め加熱しておく工程、を更に有することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のローラ製造方法。
6. 前記工程（ｄ）を、前記芯金の長手方向が鉛直方向となる状態で行うことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のローラ製造方法。
7. 芯金の外周に発泡弾性体が形成されたローラの製造に用いるローラ用成形型であって、
   前記芯金を固定できる機構と１つ以上の貫通孔とを有する駒を少なくとも片端部に具備する型部材と、
   前記駒が具備されている側の前記型部材の端部と嵌合させて連結可能な容器と
   を有することを特徴とするローラ用成形型。
8. 前記芯金の長手方向に直交する前記駒の断面において、前記貫通孔である領域の総面積が、前記芯金が配される領域を除く前記駒の断面積の２０面積％以上であることを特徴とする請求項７記載のローラ用成形型。
9. 前記駒が前記貫通孔を２〜８個有することを特徴とする請求項７または８記載のローラ用成形型。

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