JP2006095823A - ローラ成形型、ローラ成形方法、及びローラ成形方法で作られたローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 きわめて簡便な製造方法で均質な発泡体ローラを製造する方法、成形型を提供すること。
【解決手段】 芯金４長手方向に成形型２を立て、芯金４を配して該成形型内で該芯金４外周に発泡弾性体５を形成しローラ形状を与えるローラ製造方法において、 該成形型上部駒１にのみ芯金固定手段を有する該駒を用いることを特徴とするローラ製造方法である。
【選択図】 図２

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発泡弾性体からなるローラ、ローラ成形型およびローラ成形方法に関する。

この種の発泡弾性体で構成されるローラは、一般に成形型の中心に芯金を配し、この芯金に周囲に発泡弾性体材料を該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、固化させている（例えば特許文献１参照）。さらに図２に示されるように、成形型の両端部に開口部を設け、一方の端部に形成された開口部からウレタン原料を注入し、他方の端部に設けた開口部からウレタン材料が発泡、固化する際に成形型内部の気体を排出するものがある（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、成形用型へ開口部からウレタン原料を注入する際に、圧力をかける必要があり、成形用型に安定して一定量のウレタン原料を注入するために、圧力、注入時間、ウレタン原料の粘度、温度等を、高い精度で制御する必要があった。

更に、ウレタン原料に圧力をかけて、成形用型に注入するため、原料注入の際に、成形型内部のエアを巻き込むために、エアによるボイドができてしまう問題があった。
特許第３３０５９１４号公報（第１−４頁） 特開２００２−６７０５９号（第１−５頁） 特開２００２−３５５８２７号（第１−６頁）

上記の従来技術の問題点を解決するために、図３に示すように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勘合させ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、図３（ａ）に示すような下部円筒部材と上部円筒部材が同一寸法である構造では、ローラ成形物の下部円筒部材と上部円筒部材との合わせ目で段差ができやすくなる。段差の軽減のために連結部の寸法精度を高める必要があり、精密な加工精度、ズレなく連結するための制御精度が要求される。

更に、段差が形成されるので表面を平坦にする際の研削に時間がかかるとともに、段差のある表面を平坦化するため、研削機に精度が要求される。

また図３（ｂ）に示すように、下部円筒部材に、上部円筒部材を勘合する場合には、下部円筒部材に発泡弾性体形成材料を注入した後に、上部円筒部材を下部円筒部材に勘合させる。この場合は、発泡弾性体形成材料が下部円筒部材からあふれてしまい、計量精度が不安定になり、製造されたロールの密度にバラつきが生じ、発泡体ローラの特性の均一性が悪い、あるいは成形型が汚れるため、製造を中断して成形型の洗浄を行わなければならないなどの不具合が発生する。

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体ローラ成形方法および成形型、該成形方法で得られた発泡体ローラを提供することを目的とする。

本発明は、芯金に所定の長さ（ｂ）の弾性体を被覆、成形してローラを得るためのローラ成形型において、成形用の円筒部と、該円筒部の上端に設けられ、芯金の上端を保持して該円筒部内に該芯金を挿入し配置し得る芯金固定駒と、を有し、該芯金と該円筒部の内壁とで弾性体の厚さを規定する上部部材と、該円筒部の下端と密封状態で勘合して、円筒部とともに芯金を内包し、かつ該円筒部の下端と連通する発泡弾性体材料を配置し得る容器を有する下部部材と、を有し、容器が、少なくとも所定長さの弾性体層を形成するために必要な量の発泡弾性体材料を、円筒部の内の芯金の下端と接触しない状態で保持しえる構造を有することを特徴とするローラ成形型である。この場合、芯金が芯金固定駒に形成された凹部で保持されていることが好ましく、更に、容器に形成された、芯金よりも細い柱状部材により芯金の容器側の端部が固定されていることが好ましく、芯金は、芯金の容器側端部に形成された凹部と柱状部材とが勘合することで固定されていることがより好ましい。

本発明は更に、上記のローラ成形型を用い、芯金を芯金固定駒に固定する工程と、容器からなる下部部材に発泡弾性体材料を注入する工程と、下部部材と上部部材とを勘合する工程と、その後、前記発泡部材を発泡させる工程とを含むローラ成形方法である。下部部材と上部部材とを勘合する工程は、更に、容器の前記芯金よりも細い柱状部材と芯金とを勘合する工程を含むことが好ましく、発泡弾性体材料がポリウレタンフォーム材料であることが好ましい。

本発明は更に、少なくとも被帯電体である電子写真感光体と、前記電子写真感光体に接触して電子写真感光体面を帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された電子写真感光体面を露光する露光手段と、前記露光手段によって形成された潜像を現像剤によって可視像化を形成する現像手段、を少なくとも有する電子写真装置に搭載する少なくともトナー供給ローラ、帯電ローラまたは転写ローラに上記の成形型及びローラ成形方法で形成されたローラを用いたものである。

本発明によれば、発泡弾性体材料を成形型に一定量を、加圧せずに注入できるために、エアの巻き込みによるボイドの形成や抑制されるとともに、発泡弾性体層の密度やセルサイズ（発泡弾性体の寸法および形状）のばらつきが少なく、均質で品質に優れる発泡弾性体ローラが効率よく得られる。本発明の方法で得られた発泡弾性体ローラは、複写装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、搭載される発泡弾性体からなるトナー供給ローラ等で用いることができる。

図を参照しながら本発明のローラ成形型の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の成形型を用いて製造されるローラの概略図である。長さｄの芯金（４）上に形成される発泡弾性体（１０）の長さがｂで、発泡弾性体（１０）から露出する軸（芯金）の長さは（ａ）、（ｂ）（通常ａ＝ｂである）である。

図２（ａ）は、成形型（２）と芯金固定駒（１）とが勘合した上部円筒部材の芯金固定駒（１）に芯金（４）の一端が芯金固定駒（１）に形成された凹部に固定され、下部円筒部材となる容器（３）に発泡弾性体材料（５）が注入されたものである。

芯金固定駒（１）に固定された芯金（４）は、成形型（２）に露出する長手方向の全長（ｆ）は、少なくともローラの発泡弾性体（１０）の長さ（ｂ）と発泡弾性体（１０）から露出する軸の長さ（ａ）または（ｂ）の一方の長さとの和よりも長い必要がある。

容器（３）に発泡弾性体材料（５）を注入した後に、図２（ｂ）の示されるように、下部円筒部材と上部円筒部材とを勘合させた後に発泡弾性体材料（５）を発泡させる。上部円筒部材にはエアベント（７）を設けておくことが好ましい。図２ではエアベント（７）は、成形型（２）と芯金固定駒（１）との間に形成されているが、芯金固定駒（１）に形成することもできる。

下部円筒部材と上部円筒部材とを勘合した状態で、芯金（４）の他端と発泡弾性体材料（５）との間には間隙（ｇ＞０）があれば、芯金（４）の他端は、下部円筒部材と上部円筒部材との結合面（ａ−ａ‘）を越え、下部円筒部材に入り込んでいても良い。

本実施の形態で作られたローラは、下部円筒部材と上部円筒部材とを勘合した際の結合面（ａ−ａ’）に結合面で発泡弾性体に段差ができるが、発泡弾性体の段差部を残さないで除去することができる。このために、芯金固定駒（1）から露出する芯金（４）の長さ（ｆ）は、ローラの発泡弾性体の長さ（ｂ）と該発泡弾性体から露出する軸の長さ（ａ）または（ｂ）のいずれか一方の長さとの和より長くしておく必要がある。

図２（ａ）、（ｂ）では、芯金（４）の一端は上部円筒部材に固定されているが他端は固定されていない。芯金（４）上に形成される発泡弾性体の厚さは芯金（４）と成型型（２）との間隙で決定される。このために芯金（４）の他端も固定されていることがより好ましい。図２（ｃ）は、芯金（４）の他端を固定したものである。容器（３）に形成された、芯金固定台（９）により芯金（４）の他端は固定されている。容器（３）の寸法を大きくしないためには、芯金（４）より細いことが好ましい。このため、芯金固定台（９）と芯金（４）の他端の底部とを勘合し固定することが好ましい。図２（ｄ）、（ｅ）に図２（ｃ）の芯金固定台（９）と芯金（４）との固定部の拡大断面図を示す。

図２（ｄ）は、芯金（４）が削りだしにより成型されている場合、芯金（４）の少なくとも一端は、削り出し工程で固定に使われた、凹部を有するので、この凹部と勘合する凸部を芯金固定台（９）に形成するもので、図２（ｅ）は、底部に凹部を形成し、芯金固定台（９）に形成した凸部とを勘合してものである。

次に、本実施の形態のローラ成形型を用いたローラの製造方法を図２を用いて説明する。

成形型（２）と芯金固定駒（１）とが勘合した上部円筒部材の芯金固定駒（１）に芯金（４）の一端を芯金固定駒（１）に形成された凹部に固定し、下部円筒部材となる容器（３）に発泡弾性体材料（５）を注入する。

その後、上部円筒部材と下部円筒部材とを勘合し、その後、発泡弾性体材料（５）を発泡させる。発泡弾性体材料（５）の発泡が開始すると芯金（４）と成形型（２）とで形成されたキャビティーの間を発泡弾性体材料（５）が通過し成形型（２）内部を充満した後、十分に硬化させた後、成形したローラを脱型し、目的の発泡弾性体層を備えたローラが得られる。得られた芯金上の発泡弾性体を所望の寸法に裁断することでローラが形成される。

図５（ａ）は、成形型から脱型した状態のローラである。芯金は、芯金固定駒で固定されていた部分にのみ発泡弾性体（１０）が形成されていない。発泡弾性体（１０）の点線は、上部円筒部材と下部円筒部材との勘合部に生じた段差である。次に、ローラの軸になるように、芯金上の発泡弾性体（１０）を除去する。この際、発泡弾性体の長さが所望の長さになるように除去するが、少なくとも段差部が残らないように除去する必要がある（図５（ｂ））。この状態で発泡弾性体１０の両側に芯金が露出したローラが得られる。発泡弾性体から露出した芯金の長さが所望の長さよりも長い場合は露出した芯金を切断し所望の長さにすれば良い。

エアーベント（７）がある芯金固定駒との接触部の発泡弾性体（１０）にはエアーベントの跡が残るので、この部分も同時に除去しても良い（図５（ｃ））。この場合も、発泡弾性体から露出した芯金の長さが所望の長さよりも長い場合は露出した芯金を切断し所望の長さにすれば良い。

本実施の形態では、得られたローラ表面を研削、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、成形型（２）、芯金（４）、エアベント付き芯金固定冶具（１）あるいは容器（３）を予め予熱しておいてから、発泡弾性体形成材料を容器（３）に注入しても良い。ローラ脱型後、さらに加熱してアフターキュアーを行ってもよい。

ローラ形状を与える成形型及び芯金固定駒、発泡弾性体形成材料を注入する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やセラミックなどを適宜使用することができる。本実施の形態では、円筒形状の成形型を用いたため上部円筒部材と称したが、成形型および容器の形状には制限が無く、例えば、円筒形状、立方体形状などが挙げられ、この場合上部部材・下部部材と称することができる。また、該駒の貫通孔の芯金長手方向に直交する断面部の形状には特に制限は無く、例えば円形、楕円形、四角形などが挙げられる。芯金固定駒や成形キャビティーは離型剤の塗布あるいはフッ素樹脂コーティングを施して離型性を良好にしても良い。芯金固定駒は芯金を固定する方法は特に限定されず、磁石やネジ、バネなどで固定することができる。

エアベントの形状は特に制限が無く、芯金固定駒の上部に穴が開けたり、あるいは芯金固定駒の側面に溝を設けたり、成形型の一部に穴を開けたり、芯金固定駒との勘合部に溝や隙間を設けるなどが挙げられる。

また、ローラの芯金としては、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。

ローラの発泡弾性体形成材料としては特に制限はなく、ポリウレタン発泡材料、シリコーンゴム発泡材料、ＥＰＤＭ発泡材料などいずれであっても良い。特にポリウレタン発泡材料が性能などの面から好適である。ポリウレタン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の何れもが、特に限定されることなく、適宜に選択使用されることとなる。例えば、このようなローラ製造に用いられるポリウレタン発泡材料としては、ポリオール成分とポリイソシアネート成分に、さらに従来と同様に、発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、界面活性剤、触媒等が、目標とするポリウレタンフォームを得られるように添加される。また、そのような原料には、必要に応じて架橋剤、難燃剤や充填剤、更にはローラに所望の導電性を付与するための導電性付与剤や、帯電防止剤等も、従来と同様に添加せしめられる。それらを反応させてなるプレポリマーの形で含まれても良い。

ポリウレタン発泡弾性体層を構成するポリオールあるいは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何れもが用いられ、またポリイソシアネートあるいは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の全てが用いられ、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）、及び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が、単独で、又は併用して使用され得るものである。
（実施例）
本実施例は、図２の構造の成形型を用いた。

表１に示す組成のポリオール成分（ポリオール、整泡剤、触媒、発泡剤）およびポリイソシアネート成分を液温２５℃に調整した。そして、両液を、所定量配合した発泡弾性体形成材料であるポリウレタン発泡弾性層材料（５）を撹拌械で５秒間撹拌した後、所定量を４０℃に温調した容器ＳＵＳ３０４製（３）に注入し、発泡開始前または直後に該容器（３）を、４０℃に温調した成形型ＳＵＳ３０４製（２）に嵌合させる。該成形型（２）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（４）を磁石により固定した芯金固定駒ＳＵＳ３０４製（１）に取り付けており、予め容器（３）及び該成形型（２）、該芯金固定駒（１）には離型剤が塗布されている。該材料（５）の発泡が開始すると材料が発泡上昇していき成形型（２）内部を充満した後、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、発泡弾性体層を備えた外径１４ｍｍのローラを作成した。

その後、発泡弾性体層を所望の寸法になるように裁断成形した。
（比較例１）
図３の構造のローラ成型型を用いた。

実施例と同様に、表１に示す組成のポリオール成分（ポリオール、整泡剤、触媒、発泡剤）およびポリイソシアネート成分を液温２５℃に調整した。そして、両液を、所定量配合した発泡弾性体形成材料であるポリウレタン発泡弾性層材料（５）を撹拌械で５秒間撹拌した後、所定量を４０℃に温調した容器ＳＵＳ３０４製（３）発泡弾性体材料注入口（６）より注入した。該成形型（２）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（４）を固定した芯金固定駒ＳＵＳ３０４製（１）に取り付けており、予め容器（３）及び該成形型（２）、該芯金固定駒（１）には離型剤が塗布されている。該材料（５）の発泡が開始すると材料が発泡上昇していき成形型（２）内部を充満した後、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、発泡弾性体層を備えた外径１４ｍｍのローラを作成した。

図３の構造のローラ成形型は、発泡弾性体の寸法が成形型（２）で決められた寸法に調整されているのでそのままの状態で使用した。
（比較例２）
図４（ａ）の構造のローラ成形型を用いた。

表１に示す組成のポリオール成分（ポリオール、整泡剤、触媒、発泡剤）およびポリイソシアネート成分を液温２５℃に調整した。そして、両液を、所定量配合した発泡弾性体形成材料であるポリウレタン発泡弾性層材料（５）を撹拌械で５秒間撹拌した後、所定量を４０℃に温調した容器（ＳＵＳ３０４製）（３）に注入し、発泡開始前または直後に該容器（３）を、４０℃に温調した成形型（ＳＵＳ３０４製）（２）に嵌合させる。該成形型（２）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（４）を磁石により固定した芯金固定駒ＳＵＳ３０４製（１）に取り付けており、予め容器（３）及び該成形型（２）、該芯金固定駒（１）には離型剤が塗布されている。該材料（５）の発泡が開始すると材料が発泡上昇していき成形型（２）内部を充満した後、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、発泡弾性体層を備えた外径１４ｍｍのローラを作成した。

図３の構造のローラ成形型は、発泡弾性体の寸法が成形型（２）と容器（３）で決められた寸法に調整されているのでそのままの状態で使用した。

その後、実施例、比較例１および比較例２表面加工はせずに、荷重保持率を測定し、レーザービームプリンターに組み込んだ。評価機としてｈｐ ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｊｅｔ４６００（日本ヒューレット・パッカード株式会社製）を用いて耐久画像評価を行った。

５０００枚プリントを行い、そのときの画質の一様性を観察評価した。評価結果を「○、×」の記号で評価した。

ボイドの評価基準は、
エアの巻き込みによるボイドが認められない場合： ○
エアの巻き込みによるボイドが認められる場合： ×
表面平坦性の評価基準は、
目視で表面が平坦である場合： ○
目視で表面に段差等がある場合： ×
画質の一様性の評価基準は、
不具合が認められない良好な画像であった場合： ○
不具合が明確に認められる場合： ×
セル状態は、下記の基準で判定を行った。

発泡弾性体の寸法が成形型と一致する場合： ○
発泡弾性体の寸法が成形型と一致しない場合： ×
とした。

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

なお、密度はローラの弾性体層において、成形時におけるローラ下端部から上部７ｃｍまでの密度をＡ、成形時におけるローラ中央から上下３．５ｃｍまでの密度をＢ、成形時におけるローラ上端部から下部７ｃｍまでの密度をＣとした。
（実施例）
得られたローラはローラ内部セルの上下均一で、密度のムラもほとんど見られない良好なローラが得られた。画像一様性も極めて良好であった。得られた結果を表２に示す。
（比較例１）
得られたローラはローラ内部セルが不均一で、密度のムラが大きなローラが得られた。特にボイドが多く見られ、画像濃度は不均一であった。セルサイズは、未充填の部分が一部で見出された。
（比較例２）
実施例とほぼ同様の結果が得られたが、容器（３）と成形型（２）との勘合部に段差が見られ、該段差により画像一様性に問題が発生した。

得られた結果を表２に示す。

ローラの概略図。 本発明の成型型の概略図。 従来の成型型の概略図。 従来の成型型の概略図。 ローラの概略図。

符号の説明

１ 芯金固定駒
２ 成形型
３ 容器
４ 芯金
５ 発泡弾性体材料
６ 発泡弾性体材料注入口
７ エアベント
８ 発泡弾性体材料注入口付き芯金固定冶具
９ 芯金固定台
１０ 発泡弾性体

Claims (8)

1. 芯金に所定の長さ（ｂ）の弾性体を被覆、成形してローラを得るためのローラ成形型において、
   成形用の円筒部と、該円筒部の上端に設けられ、前記芯金の上端を保持して該円筒部内に該芯金を挿入し配置し得る芯金固定駒と、を有し、該芯金と該円筒部の内壁とで前記弾性体の厚さを規定する上部部材と、該円筒部の下端と密封状態で勘合して、前記円筒部とともに前記芯金を内包し、かつ該円筒部の下端と連通する発泡弾性体材料を配置し得る容器を有する下部部材と、を有し、
   前記容器が、少なくとも前記所定長さの弾性体層を形成するために必要な量の発泡弾性体材料を、前記円筒部の内の芯金の下端と接触しない状態で保持しえる構造を有することを特徴とするローラ成形型。
2. 前記芯金が前記芯金固定駒に形成された凹部で保持されていることを特徴とする請求項１記載のローラ成形型。
3. 前記容器に形成された、前記芯金よりも細い柱状部材により前記芯金の前記容器側の端部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載のローラ成形型。
4. 前記芯金は、前記芯金の前記容器側端部に形成された凹部と前記柱状部材とが勘合することで固定されていることを特徴とする請求項３に記載のローラ成形型。
5. 請求項１に記載のローラ成形型を用いたローラの成形方法において、
   前記芯金を前記芯金固定駒に固定する工程と、
   前記容器からなる下部部材に発泡弾性体材料を注入する工程と、
   前記下部部材と前記上部部材とを勘合する工程と、
   その後、前記発泡部材を発泡させる工程とを含むローラ成形方法。
6. 前記下部部材と前記上部部材とを勘合する工程は、更に、前記容器の前記芯金よりも細い柱状部材と前記芯金とを勘合する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載のローラ成形方法。
7. 前記発泡弾性体材料がポリウレタンフォーム材料であることを特徴とする請求項５に記載のローラ成形方法。
8. 少なくとも被帯電体である電子写真感光体と、前記電子写真感光体に接触して電子写真感光体面を帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された電子写真感光体面を露光する露光手段と、前記露光手段によって形成された潜像を現像剤によって可視像化を形成する現像手段、を少なくとも有する電子写真装置に搭載する少なくともトナー供給ローラ、帯電ローラまたは転写ローラのいずれかが、請求項６乃至９のいずれかに記載のローラ成形方法により成形されたローラであることを特徴とするローラ。

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