JP2006095843A

JP2006095843A - ゴムローラの製造方法及び導電性ゴムローラの製造装置

Info

Publication number: JP2006095843A
Application number: JP2004284178A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takahashi; 俊彦高橋
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】成形金型内に液状シリコーンゴム材料を注入し、硬化させて製造される導電性ゴムローラにおいて、電気抵抗の長手ムラが小さい導電性ゴムローラの製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】この発明に係わる導電性ゴムローラの製造方法は、材料の射出にパルス制御手段を用いて、且つ材料射出量が全体の85〜98％に達した時点で材料の射出圧力が任意の設定値以下になるようにパルス制御手段をコントロールすることである。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真複写機やプリンタ等のOA機器に使用される各種導電性ゴムローラのなかでも、成形金型内に液状シリコーンゴム材料を射出し、硬化させて成形される導電性ゴムローラの製造方法と導電性ゴムローラの製造装置に関するものである。

一般に成形金型内にゴム材料を注入して製造される導電性ゴムローラは、円筒状のパイプ型とその両端に取り付ける駒の少なくとも３部材から構成されている。両端駒には１ないしは複数の材料注入用の穴があり、この穴に材料射出ノズルを押し付け、このノズルより金型キャビティ内に液状ゴムを射出注入する。材料を射出する速度は、材料注入量と生産タクトから割り出されて決定する。この時、材料を射出する速度が速いと、液状ゴム材料に大きな圧力が加わり、金型キャビティ内で材料の圧力ムラが生じ、結果成形された導電性ゴムローラの電気抵抗にムラが生じる。一方、液状ゴム材料に異常な圧力が加わらないように材料を射出する速度を遅くすると、注入初期と後期の材料の熱履歴が大きく異なり、また、材料の液状ゴムが熱硬化性の場合、材料硬化が始まり材料粘度が高くなるなど成形にムラが生じ、結果成形された導電性ゴムローラの電気抵抗にムラが生じる。また、材料射出速度が遅くなると、生産タクトが長くなり、生産設備の肥大化につながるなどの不具合も生じる。

電子写真プロセスにおいて導電性ローラの電気抵抗ムラは、画像の濃度ムラ等画像不良の原因となるため、電気抵抗ムラを２倍以下に抑えるのがよい。

電気抵抗のムラを抑える方法として、金型の両端部を開放系にすることにより、材料硬化中の材料圧力の上昇を防ぐ方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、最終射出圧力が高いと、注入ノズルを外し、金型が開放系になると金型内の液状ゴム材料が一気に金型外へ押出され、材料密度のムラが生じ、結果、電気抵抗のムラを２倍以下に抑えることができない。
特開2003-39452号公報(第３頁)

従って、本発明においては、電気抵抗の長手ムラを２倍以下に小さくする導電性ゴムローラの製造方法と製造装置の提供を目的としている。

本発明は、液状シリコーンゴムを成形金型内に射出注入し、硬化させて得られる導電性ゴムローラの製造方法において、該液状シリコーンゴムには、体積抵抗率が10⁵〜10¹⁰Ω・cmの範囲の導電性フィラーが配合され、パルス制御手段を用いた該液状シリコーンゴムの射出工程で、該液状シリコーンゴムの射出量が予定の全体射出量の85〜98％に達した時点で該液状シリコーンゴム材料の射出圧力が任意の設定値以下になるように該パルス制御手段を用いて射出速度をコントロールすることを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法により、其の目的を達成する。また、その製造装置である。

本発明のゴムローラ製造方法及び製造装置によれば、注入ノズルを外した際、開放系金型使用時でも液状シリコーンゴム材料が一気に金型外へ押し出されないように最終射出圧力を任意にコントロールすることができる。したがって、液状シリコーンゴム材料密度のムラが生じにくく、電気抵抗のムラを２倍以下に抑えることができる。

本発明は、液状シリコーンゴムを成形金型内に射出注入し、硬化させて得られる導電性ゴムローラの製造方法において、該液状シリコーンゴムには、体積抵抗率が10⁵〜10¹⁰Ω・cmの範囲の導電性フィラーが配合され、パルス制御手段を用いた該液状シリコーンゴム材料の射出工程で、該液状シリコーンゴムの射出量が予定の全体射出量の85〜98％に達した時点で該液状シリコーンゴム材料の射出圧力が任意の設定値以下になるように該パルス制御手段を用いて、好ましくはモータ回転速度により、射出速度をコントロールすることを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法である。次に、好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳しく説明する。

材料射出圧力をコントロールする方法としては、材料全量の85〜98%を射出注入した後、射出ノズルに取り付けられた圧力センサから射出圧力を検出し、射出圧力が任意の設定値以下になるように射出用のサーボモータの速度を制御する。また、射出用のサーボモータの制御を速度制御からトルク制御に切り替え、所定の射出圧力になるようサーボモータのトルクを制御する方法がある。この時、予め射出圧力と射出用モータのトルクとの関係を測定する必要がある。

材料全量の85〜98%を射出した後の射出圧力の設定値としては、電気抵抗の長手ムラを２倍以下に抑えるためには、0.5MPa以下に設定するのが好ましく、設定値が低すぎると射出に時間がかかり生産タクトに間に合わなかったり、うまく金型内に射出できないなどの不具合が生じる可能性があるため、0.1MPa以上に設定するのが好ましい。

また、いずれの制御方法においても、射出量の85〜98%までの注入速度は注入量と生産タクトの兼ね合いにより任意に設定してもよく、その時の射出圧力は制御後の射出圧力より５倍以上高くてもよい。

本発明のゴムローラの製造方法及び製造装置（金型）を電子写真用現像ローラの成形に適用した実施例を図面を参照にして説明する。実施例１として、40ccの材料を金型に射出する際、最初の37cc(全量の93%)を６秒間で射出し、残りの3ccを射出圧力が0.5MPa以下になるように射出モータの速度を遅くして金型内にゴム材料を射出した。この時の射出速度と射出圧力は、図３に示すとおりであり、制御の応答遅れにより射出圧力が0.5MPa以下になるのに多少の時間を要しているものの最終的な射出圧力は、0.5MPaになっている。実施例１で用いられた金型は、図１に示すとおり、その内面形状が内径φ16mm、長さ260mmの円筒形状を有する金型本体2と、金型本体の両端に嵌合される上部駒1、下部駒3の３点の部品から構成されており、材質はプリハードン鋼である。下部駒には材料注入用穴として、φ1.8mmの穴が円周等配分で８箇所あけられており、上部駒には、エア抜き及び材料のオーバーフロー用としてφ1.5mmの穴が円周等配分で４箇所あけられている。この金型の内部に、φ８mm長さ275mmの炭素鋼の軸体4を配置し、下部駒にノズルタッチ盤6を介して押し付けられた注入ノズル8より液状シリコーンゴムを注入し、10秒間で金型内部に充満させた。注入に用いた液状シリコーンゴムは、２液混合式の熱硬化性液状シリコーンゴムで、導電性フィラーとしてカーボンブラックが配合され、体積抵抗率は10^６〜10^７Ω・cm、粘度は150Pa・s、である。また、材料注入、硬化で用いた成形装置は、図２に示すとおり、２液の材料供給ポンプ13、ミキシングブロック12から成る材料供給部、注入シリンジ10、注入ザーボモータ11、注入ノズル8から成る材料注入部、そして熱盤5、ノズルタッチ盤6、金型押え7から成る硬化部によって構成されている。また、注入ノズル8には、材料の注入圧力を測定するため、圧力センサ9が取り付けられている。成形金型2aをあらかじめ110℃の温度に設定された熱盤5にセットし、材料供給13ポンプよりミキシングブロック12を通して２液が混合された材料がいったん注入シリンジ10へ適量注入される。成形金型2aを熱盤５内で５分間予熱した後、注入ノズル8をノズルタッチ盤6に押し付け、所定の注入スピードにて注入シリンジ8より成形金型2aへ材料が注入される。このとき、材料にかかる注入圧力は、注入ノズル8に取り付けられた圧力センサ9により計測される。

材料注入後、熱盤５内で５分間加硫・硬化させた後、成形金型2aより成形されたゴムローラを取り出す。さらに室温で12時間放置し、十分冷却した後200℃の熱風炉にて４時間加熱し二次加硫を行う。

（実施例１）
実施例１で用いた注入速度の注入時の材料圧力を測定すると、図３に示すとおり最大注入圧は3.8MPa、注入終了段階では、材料注入圧力が0.3MPaとなっている。

（実施例２）
実施例２として、40ccの材料を金型に射出する際、最初の38cc(全量の95%)を8.5秒間で射出し、残りの2ccを射出圧力が2MPa以下になるように射出モータの速度を遅くして金型内にゴム材料を射出した。この時の射出速度と射出圧力は、図4に示すとおりであり、最終的な射出圧力は、1.4MPaになっている。また、注入時間以外の金型、硬化条件などは比較例１と同一条件で成形を行っている。

（実施例３）
実施例３として、40ccの材料を金型に射出する際、最初の35cc（全量の87.5%）を５秒間で射出し、残りの5ccを最終的な射出圧力が0.5MPaになるように射出モータの速度を制御して金型内にゴム材料を注入した。この時の射出速度と射出圧力は、図５に示すとおりであり、最終的な射出圧力は、0.3MPaである。また、注入時間以外の金型、硬化条件などは比較例１と同一条件で成形を行っている。

（比較例１）
比較例１として、400ccの材料を一定速度の4cc/秒で射出注入した。この時の射出速度と射出圧力は、図６に示すとおりであり、最終的な射出圧力は3.7MPaである。また、注入時間以外の金型、硬化条件などは比較例１と同一条件で成形を行っている。

実施例１，２，３及び比較例１の条件で材料注入、成形された電子写真用現像ローラの抵抗を測定し、それぞれのローラ軸方向の電気抵抗ムラを測定した。電気抵抗の測定は、図７に示すとおり、幅20mmの金属部15aを３箇所有する外径φ30mm×長さ300mmの樹脂製ダミードラム15に、片側4.9N(500gf)、両側で9.8N(1kgf)のおもり19で現像ローラ14を押し付け、ダミードラム15をモータ20により回転数30rpmにて回転させ、現像ローラ14は従動させる。ダミードラムの金属部15aは、10kΩの抵抗17を介してアースされている。現像ローラ14の金属製軸体14aに直流電源16より−50Vの直流電圧を印加し、10kΩの抵抗17の電圧を電圧計18により測定し、（測定電圧）／10000の計算式により電流値を求め、３ヶ所それぞれの３周分の平均値を求め、それらの（最大値）／（最小値）を抵抗長手ムラとして評価した。電気抵抗測定に際しては、二次加硫後24時間自然冷却させ、さらに室温23℃±2℃、湿度55%±5%の環境室内にて２時間エージングした後、同環境室内にて測定を行った。

表１に示すとおり、材料の最終射出圧力を低く抑えることにより、電気抵抗の長手ムラは小さくなり、注入最終段階の注入圧力が低くなるように射出用のサーボモータをコントロールすることにより、電気抵抗の長手ムラの少ないローラを得ることができる。

実施例１、２、３、比較例１で成形に用いられた成形金型の概略図である。実施例１、２、３、比較例１で用いられた成形装置の概略図である。実施例１で用いられた注入速度及び材料の注入圧力を示すグラフである。実施例２で用いられた注入速度及び材料の注入圧力を示すグラフである。実施例３で用いられた注入速度及び材料の注入圧力を示すグラフである。比較例１で用いられた注入速度及び材料の注入圧力を示すグラフである。抵抗測定に用いられた測定器の概略図である。最終射出圧力と抵抗長手ムラの関係を示すグラフである。

符号の説明

1.上部駒
2.金型本体
2a.成形金型
3.下部駒
4.軸体
5.熱盤
6.ノズルタッチ盤
7.型締めシリンダ
8.注入ノズル
9.圧力センサ
10.注入シリンジ
11.注入サーボモータ
12.ミキシングブロック
13.材料供給ポンプ
14.現像ローラ
14a.現像ローラ軸体
15.ダミードラム
15a.ダミードラム金属部
16.直流電源
17.抵抗(10kΩ)
18.電圧計
19.おもり(4.9N(500gf))
20.モータ

Claims

液状シリコーンゴムを成形金型内に射出注入し、硬化させて得られる導電性ゴムローラの製造方法において、該液状シリコーンゴムには、体積抵抗率が10⁵〜10¹⁰Ω・cmの範囲の導電性フィラーが配合され、パルス制御手段を用いた該液状シリコーンゴムの射出工程で、該液状シリコーンゴムの射出量が予定の全射出量の85〜98％に達した時点で該液状シリコーンゴム材料の射出圧力が任意の設定値以下になるように該パルス制御手段を用いて射出速度をコントロールすることを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法。
該液状シリコーンゴムの射出量が予定の全射出量の85〜98％に達した時点で該液状シリコーンゴム材料の射出圧力を0.5MPa以下になるように射出速度をコントロールすることを特徴とする請求項１に記載の導電性ゴムローラの製造方法。
該射出圧力が、射出ノズルに取り付けられた圧力センサからの該液状シリコーンゴムの圧力データであることを特徴とする請求項１または２に記載の導電性ゴムローラの製造方法。
該パルス制御手段を用いた該液状シリコーンゴムの射出工程における射出が、サーボモータを用いて行われたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の導電性ゴムローラの製造方法。
予め射出圧力と該サーボモータのトルクを測定し両者の相関を求める工程、該液状シリコーンゴムの射出量が予定の全射出量の85〜98％に達した時点で該サーボモータを位置制御からトルク制御に切り替える工程、その後一定の射出圧力になるように該サーボモータのトルクを制御する工程からなることを特徴とする請求項４に記載の導電性ゴムローラの製造方法。
液状シリコーンゴムを成形金型内に射出注入し、硬化させて得られる導電性ゴムローラの製造装置において、トルクとパルスの制御手段としてサーボモータを有し、射出ノズルに圧力センサを有し、該液状シリコーンゴムの射出量と該圧力センサの射出圧力との相関を求める計算手段を有し、該液状シリコーンゴムの射出量が予定の全射出量の85〜98％に達した時点で該サーボモータを位置制御からトルク制御に切り替え射出速度を制御する手段を有することを特徴とする導電性ゴムローラの製造装置。