JP2005169915A - 発泡体ローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フローマークがなく発泡密度にバラッキがない発泡体ローラを製造する。
【解決手段】 反応する液状原料を円筒状型のキャビティ内で混合して発泡硬化させる。混合して発泡させる方法としては型の内周面の中心軸を軸心として型を回転させかつ前記軸心と異なる第２の中心軸を軸心として前記型を回転あるいは揺動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液状ゴムからなる発泡体ローラの成形法に関し、特に複写機、レーザビームプリンター、LEDプリンターなどの電子写真や電子写真製版システムなどに利用する発泡体ローラの製造方法に関するものである。

従来、電子写真装置などには、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、等が使用されている。これらのローラは図4に示すようにローラ本体11から芯金12の一部が突出した形態を成し、ローラ本体11は、像担持体などに均一に圧接させるために、ゴム、エラストマー等の発泡体で構成された弾性体より形成されている。

また、バイアス電圧を印加して被帯電体を帯電させるために、導電性を発泡体に付与したローラが多く使用され、この導電性発泡体の上に導電性の塗料を塗工することによってローラ抵抗を調節して用いる二層ローラものもあり、導電性発泡体のスキン層の平滑性が求められている。

図５に、これらのローラを用いた電子写真装置の構成を模式的に断面図で示した。画像形成プロセスについて説明すると21は被帯電体としての像担持体であり、アルミニウムを用いた導電性の基体層とその外周面に形成した光導電層の二層からなるドラム型の電子写真プロセスに用いる感光体である。22はこの感光体に接し、感光体面を所定の電位に一様に帯電させる帯電部材であり、本例はローラ形状のものを示す。

この帯電ローラ22は、中心部の芯金と、その外周に形成した導電性発泡層とその上に導電性表層の二層からなっている。この帯電ローラ22をバネ等の圧接手段で感光体21に所定の圧接力をもって圧接され、感光体21の回転にともない従動回転する。また、この芯金部に直流＋交流（又は、直流のみ）バイアスを印加することで感光体21を所定の電位に接触帯電される。つまり、良好なコピー画像を得るためには、均一な接触状態と、導電性が必要になる。帯電ローラ22で所定の電位に帯電された感光体21の表面が、レーザー、LED等の露光手段23によって画像情報を露光されることによって、目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

次いで、その潜像を感光体21に圧接された現像ローラ24によってトナー画像として可視像化する。次に導電性発泡体からなる転写ローラ25にバイアス電圧かけ転写材26の裏からトナー27と逆極性の帯電を行うことで感光体21の表面のトナー画像が転写材26の表面側に転写される。トナー画像の転写を受けた転写材７は感光体21から分離され、定着部材28によって熱、圧力で固着される。また、像転写後の感光体21の表面はクリーニング手段29で転写時の残留トナー等の付着物を除去し清浄面化され、くり返し作像に供される。

この様な電子写真装置に使用される帯電ローラ、転写ローラは帯電ムラや転写ムラがでやすく、これは帯電ローラの感光体に対する当接面や転写ローラの転写材に対する当接面が粗いために、例えば帯電ローラを感光体に密に且つ均一に当接させることが困難であることによるといわれている。さらに帯電ローラの表面が粗いと感光体上にトナー残差や異物が付着しているとトナー残差や異物が帯電ローラと感光体との間に侵入して局部的に帯電ローラと感光体との接触を妨げ帯電不良が発生したりする。また帯電ローラに負の直流電圧と交流電圧の重畳電圧を印加した場合交流電圧をかけ感光体と帯電ローラとの間に振動電界が形成されたことによる感光体と帯電ローラとの 端放電が多量に起こることで感光体の表面削れるために感光体の寿命を低下させる原因となっている。つまり帯電ローラ、転写ローラなどの表面の粗さが重要になっている。近年では型による発泡体ローラの製造法が提案されている（特許文献１）。そのなかでも発泡ポリウレタンローラ、発泡シリコーンゴムローラなどは可塑剤、軟化剤、加工助剤などの添加剤を必ずしも添加する必要がなく低硬度が得られ、添加剤がブリードして感光体を汚染したりする問題が起こりにくいためこの様な発泡体ローラが製造されている。

そして例えば従来の発泡ポリウレタンローラの製造法ではポリオール、触媒、発泡剤などの原料をあらかじめ混合したのちこれらとポリイソシアネートとをギァポンプなどでそれぞれの注入量をコントロールし、その後スタティックミキサーなどで混合して円筒状の型のキャビティ内に型の注入口より混合した原料を注入する。

以下ポリオール、触媒、発泡剤などの原料混合物をポリオール混合物、スタティックミキサーなどでポリオール混合物とポリイソシアネートとを混合したものを発泡ポリウレタン用混合物と呼ぶ。

しかしながら従来の発泡ポリウレタンローラの製造法では液状のポリオール混合物と液状のポリイソシアネートが混合されると発泡硬化速度が早い材料の場合には円筒状の型のキャビティ内に完全に注入される前に発泡ポリウレタン用混合物が反応し始めエアを巻き込む事があり成形後のローラに部分的なエア溜りが残ることがある。また注入時に円筒状の型の注入口に流動抵抗がかかり発泡硬化反応が加速されることにより発泡ポリウレタン用混合物の粘度が高くなり、成形後のローラにフローマークの発生、発泡密度にバラッキがでる等問題があった。
特開２００１−１９１３４９号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので成形後のローラに部分的なエア溜りおよびフローマークの発生がなく、かつ発泡密度にバラッキの少ない発泡体ローラの製造方法を提供することを目的にしたものである。

前記目的は以下の手段によって達成される。

円筒状の型のキャビティ内で液状原料を混合して発泡硬化させることを特徴とする発泡体ローラの製造方法を提案するものである。

以上説明したように、本発明のローラの製造方法を用いればフローマークがなくフローマークによる抵抗値バラッキが少なくかつ発泡径のバラッキが少ない発泡体ローラを提供できる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明に用いられる少なくとも２種類の液状原料としてはウレタンではポリエーテルポリオールと触媒、発泡剤などの混合物してのポリオール混合物とポリイソシアネートなどが挙げられる。

また導電性を調整するにはポリエーテルポリオールでも導電性を得ることができきるが、さらにカーブンブラック・グラファイト等の炭素微粒子、酸化亜鉛・酸化スズ等の金属酸化物、などの導電粉またポリアニリン・ポリピロールなどの導電性重合体を添加することにより発泡体ローラの導電性を調整できる。

さらに必要によりウレタン発泡成形に通常用いられる整泡剤、顔料、補助発泡剤、難燃剤などを配合しても良い。

本製造法ではポリエーテルポリオールと触媒、発泡剤などを予め公知のダイナミックミキサーで混合を行いポリオール混合物とした。

次に本製造法で使用した円筒状の型を図1で説明すると、51は円筒状の型本体であり、52a、52bは蓋体で12は芯金である。

51は円筒状の形状で両端部がテーパになって開口している。

52a、52bは円筒状に形成した型本体51のテーパ部と勘合するために外径はテーパ状の蓋体であり、貫通孔53 a、53 bを形成し53 aは材料の注入口でありまた53 bはエアー抜き口でありさらに芯金12に勘合して保持する円柱状の保持部54が形成してある。

型本体51の内周面と蓋体52a、52bと芯金12の外周面に囲まれた空間がキャビティ55であり、型本体51の内周面の中心軸と芯金12の中心軸が略同軸になっている。

次に上述した円筒状の型の蓋体52aに形成した貫通孔53 aよりギアポンプで計量したポリオール混合物を貫通孔53 a-1と同様にギアポンプで計量したポリイソシアネートを貫通孔53 a-2よりキャビティ55にそれぞれ注入する。注入は2液をほぼ同時に注入することが望ましいが、2液を混合して注入していないので注入時には2液が混合して反応の進行によってクリーム状になるクリームタイムがまだ始まってないため順次注入しても良い。

液状原料またその混合物の粘度は100〜3000cpsが望ましい。100 cps以下の場合には気泡の密度が外周部と芯金付近とでは異なって均一に分散した発泡体が得られにくい。3000cps以上の場合には混合時間が長くなくなり好ましくない。

次にキャビティ55内に注入した2液の液状原料を混合して発泡硬化させて発泡体ローラにする方法を図2で説明する。

61-a、61-b、61-c、61-dは円筒状の型に連結されている回転体であり、それぞれの外周に設けられた歯車62-aは太陽ギア63とそれぞれ噛み合っている。図示されてないモータの回転駆動により本体回転軸64を回転させて図示されてないヒ−タを組み込んだ加熱本体65を回転させると同時に太陽ギア63を回転させさらに太陽ギア63とそれぞれ噛み合っている歯車62が回転して回転体が回転する。これによって円筒状の型の自転、公転運動ができる。

この方法においては円筒状の型の自転によってキャビティ内の発泡ポリウレタン組成物に遠心力が働き、その遠心力で発泡ポリウレタン組成物が型本体51の内周面に押圧されるとともに円筒状の型を公転させることにより型本体51の内周面方向以外の力を働かせることにより発泡ポリウレタン組成物が混合される。

次いで混合によるせん断力により発熱反応が起こり反応の進行によってクリーム状になり発泡を始めて泡体が最大の膨らみになり最大膨張が終了するライズタイム以上型内に保持して成形する。キャビティ内で回転しながらクリームタイムおよびライズタイムが終了する。このためキャビティ内に注入されるポリオールとポリイソシアネートによる硬化反応及び発泡剤（水）とポリイソシアネートによる発泡反応においてキャビティ内の場所による反応経過を一定にできる。

第一の実施例を図1、2で説明する。

図2の混合および発泡硬化装置に４本の図1に示す円筒状の型を本体回転軸64の中心軸に均等に平行配置した。そしてヒ−タを組み込んだ加熱本体65に回転体61-aで蓋をして組み込みこんでヒ−タにより円筒状の型を70℃に予熱した。

発泡ポリウレタン組成物液状原料はエーテル系ポリオールとしてグリセリンとエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体を１００部、２個以上のイソシアネート基を有する化合物としてイソシアヌレート変成ＴＤＩを４０部、触媒としてトリエチアミンを0,5部、及び発泡剤として水を２部である。

発泡ポリウレタン組成物のうちでグリセリンとエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合体１００部、トリエチアミンを0,5部、水２部を予め周知の機械的攪拌混合機でであるダイナミックミキサーで混合し液状原料のポリオール混合物とした。

次に前記のポリオール混合物とイソシアヌレート変成ＴＤＩを図1に示す円筒状の型の貫通孔53aより先ずポリオール混合物 7.9grを定量吐出ポンプ機により3秒で注入し、次にイソシアヌレート変成ＴＤＩ 3.1grを貫通孔53ｂより同様に2.秒で注入して型のキャビティ55に充填した。

尚、本実施例でもちいた発泡ポリウレタン組成物を混合したときのクリームタイムは14秒、フリー発泡における発泡倍率は、3.6倍である。

円筒状のキャビティ寸法は内周面の内径がΦ11.8ｍｍ、内周面のスラスト方向の長さが235ｍｍ、芯金の外径がΦ6ｍｍで形成した寸法である。また型の寸法は外径Φ28ｍｍである。

つぎに発泡ポリウレタン組成物をキャビティ内に充填した前記円筒状の型はまず型の内周面中心軸を軸心として200rpmで回転させ同時に内周面中心軸と略平行に配置した第２の中心軸を軸心として50rpmで5秒回転させ、その後型の内周面中心軸を軸心として1600rpmでまた第２の中心軸を軸心として400rpmで10分間回転させた。

その後円筒状の型を混合および発泡硬化装置より取り出し熱風加熱炉で７０℃、１0分加熱し、型を4０℃に冷却後発泡体ローラを取り出した。

円筒状の型より脱型した発泡体ローラは発泡体の外径はφ12mm、長さ235mm、芯金径φ6mm、芯金長250mmであった。

上記発泡体ローラを目視で外観を検査したらフローマークはなく均一なスキン層が形成されていた。またローラ本体１の断面を両端から２mmと中央部の３カ所の発泡径を光学顕微鏡で50倍に拡大して測定したところ３カ所で１5μmのバラッキであった。

さらに、発泡体ローラについて、その導電性の均一性を評価した。測定環境（Ｎ／Ｎ 温度２３℃，相対湿度６０％）下に、発泡体ローラを２４時間放置して、その後、次の条件で抵抗値の測定を行った。

さらに図6のように発泡体ローラ101に両端500grの荷重をかけて円筒状の金属ドラム102に当接させ、金属ドラムを回転させて発泡体ローラに従動回転を与えた状態で、発泡体ローラの芯金部と金属ドラムの間に直流１００Vの電圧103を印加して、金属ドラム102のアース側に内部抵抗1KΩを配置させ内部抵抗104にかかる電圧を測定して発泡体ローラの抵抗に換算し、発泡体ローラのラジアル（周）方向の抵抗値分布を求めた。そのラジアル（周）方向の抵抗値分布の最大値と最小値の比（最大値／最小値）を、抵抗値むらの指標とした。

発泡体ローラの抵抗値を測定すると抵抗値が3.0〜3.6E+06Ωであり抵抗値のラジアル方向のむらは1.2倍であった。

（比較例１）
実施例１と同様な配合剤を用いポリオール混合物とイソシアヌレート変成ＴＤＩをダイナミックミキサーでミキサーの回転数を5０００rpmにして混合時間8秒で予め混合した。図1の円筒状の型をもちいて駒52a側を下にして円筒状の型を垂直に立てて駒52aの4本の注入孔53a-1、53a-2、53a-3、53a-4より混合した発泡ポリウレタン組成物をポンプで圧送してキャビティ内に4秒で充填し、熱風加熱炉で７０℃、20分加熱した。さらに型を4０℃に冷却後発泡体ローラを取り出した。

実施例１と同様に発泡体ローラを目視で外観を検査したところフローマークが注入孔53a-1、53a-2、53a-3、53a-4（φ2で４箇所貫通孔になっている。）の延長上の位置に観察された。またローラ本体１の断面を実施例１と同様に測定すると注入孔52aの出口から離れるに従って発泡径が大きくなって約５０μmのバラッキであった。

また実施例１と同様に抵抗値を測定したところ抵抗値2.0〜4.6E+06Ωであり抵抗値のラジアル方向のむらは2.3倍であった。

比較例１ではフローマークが発生しフローマークが起因と思われる抵抗値のラジアル方向のむらが実施例１にくらべ増え導電性の均一性が悪くなった。

以上のように発泡ポリウレタン用混合物を機械的攪拌などして混合後に型のキャビティ内に注入すると混合後発泡ポリウレタンの反応が始まり貫通孔を通過することにより反応が加速して諸問題が発生することが解る。

つぎに第ニの実施例を図1、3で説明する。

図3は第ニの実施例でもちいる混合および発泡硬化装置であり実施例１と同様に図１の円筒状の型をもちいている。

70は駆動モータ71によって型本体51の内周面と芯金の中心軸を軸心として回転する円筒状の型本体51と蓋体52a、52bを回転保持する本体枠である。本体枠70はスライド板72に取り付けてあり、さらにスライド板72はベース73に固定されているシリンダー74により型本体51の内周面と芯金の中心軸と略平行に揺動する構成である。

円筒状の型を実施例１と同様に70℃に予熱した。

液状原料としては実施例１と同様な液状原料をもちいた。
次に定量吐出ポンプ機をもちいて図1に示す円筒状の型の貫通孔53a、53bよりポリオール混合物 13.5grとイソシアヌレート変成ＴＤＩ 5.3grをそれぞれ別に3.5秒と2.5秒で注入して型のキャビティ55に充填した。

円筒状のキャビティ寸法は内周面の内径がΦ13.8ｍｍ、内周面のスラスト方向の長さが314ｍｍ、芯金の外径がΦ8ｍｍで形成した寸法である。また型の寸法は外径Φ34ｍｍである。

つぎに発泡ポリウレタン組成物をキャビティ内に充填した前記円筒状の型を型の内周面中心軸を軸心として200rpmで回転させかつ内周面中心軸と略平行に60サイクル/分で揺動幅を25ｍｍとして、5秒後に内周面中心軸を軸心として1500rpmで回転させかつ内周面中心軸と略平行に30サイクル/分で揺動幅を8ｍｍとして15分間円筒状の型に回転と揺動を施した。

その後円筒状の型を混合および発泡硬化装置より取り出し熱風加熱炉で７０℃、１0分加熱した。

円筒状の型より脱型した発泡体ローラは発泡体の外径はφ14mm、長さ314mm、芯金径φ8mm、芯金長328mmであった。

上記発泡体ローラを目視で外観を検査したら実施例１と同様にフローマークはなく均一なスキン層が形成されていた。またローラ本体１の断面を両端から２mmと中央部の３カ所の発泡径を光学顕微鏡で50倍に拡大して測定したところ３カ所で１5μmのバラッキであった。実施例１と同様に３カ所のバラッキは少なかった。さらに実施例１と同様に発泡体ローラの抵抗値を測定すると抵抗値が2.4〜3.0E+06Ωであり抵抗値のラジアル方向のむらは1.25倍であった。

本発明の実施例1、2および比較例に適用される円筒状の型の断面を説明する図である。 本発明の実施例1に適用される混合および発泡硬化装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例2に適用される混合および発泡硬化装置の構成を模式的に示す図である。 発泡体ローラの構成を模式的に示す図である。 電子写真装置の構成を概説する側面図である。

符号の説明

１１ ローラ本体
１２ 芯金
２２ 帯電ローラ
２４ 現像ローラ
２５ 転写ローラ
５１ 円筒状の型本体
５２−ａ，５２−ｂ 駒
５３−ａ，５３−ｂ 注入孔
６１−ａ，６１−ｂ，６１−ｃ，６１−ｄ 回転体
６４ 本体回転軸
６５ 加熱本体
７０ 本体枠
７１ 駆動モータ
７２ スライド板
７３ シリンダー
１０１ 発泡体ローラ
１０２ 金属ドラム

Claims (2)

1. 少なくとも２種類の液状原料を混合してなる発泡ゴムを円筒状の型で成形して発泡体ローラを得る製造法において、前記型のキャビティ内で液状原料を混合して発泡硬化させることを特徴とする発泡体ローラの製造方法。
2. 前記型の内周面の中心軸を軸心として型を回転させかつ前記軸心と異なる第２の中心軸を軸心として前記型を回転あるいは揺動させることを特徴とする請求項第１記載の発泡体ローラの製造方法。

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