JP2007044955A - 発泡ゴムローラ、発泡ゴムローラの製造方法及び成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 下駒の貫通孔の流路形状を考慮した金型・駒の構造とすることで、直径が２ｍｍ以上の比較的大径のボイドの発生が減少しゴムローラの性能を維持することが可能な発泡ゴムローラ、該発泡ゴムローラの製造方法及び成形金型を提供することにある。
【解決手段】 円柱状のキャビティーを有する金型本体とその接続の駒と受け部材とを用いる軸付発泡ゴムローラの成形金型であって、
該駒は、上駒と下駒からなり、該下駒が該金型本体とを連結すると共に発泡樹脂原料が通過する貫通孔と、梁形状である該芯金の支持体を２つ以上有し、
且つ、該支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／７、縦横比は６：１〜１：１であり、該下駒の貫通孔の開口率を該キャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下としたことを特徴とする軸付発泡ゴムローラの成形金型、該発泡ゴムローラの製造方法及び発泡ゴムローラ。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液状の発泡樹脂原料を加熱発泡させることで芯金の周りにゴムローラを一体的に成形する軸付発泡ゴムローラの製造方法及び成形金型に関し、形成した発泡ゴムローラに関する。

従来、電子写真方式の複写機やプリンター等の画像形成装置として、電子写真感光体等の像担持体上に形成した静電潜像を現像する現像装置を有するものが知られている。このような現像装置は、ホッパー内に収容されたトナーを像担持体側に供給するためのトナー供給ローラを有している。

図４は、トナー供給ローラの構成を示す図であり、トナー供給ローラが軸付発泡ゴムローラ４０として示されている（例えば、特許文献１）。

軸付発泡ゴムローラ４０は、回転軸となる芯金４１と、その周りに形成された円筒状のゴムローラ４２とを有している。ゴムローラ４２は、例えば所定の柔軟性を備えたポリウレタンスポンジからなるものであり、その表面（外周面）には複数の開口部４３が形成されている。このように構成された軸付発泡ゴムローラ４０は、ゴムローラ４２の外周面がホッパー（不図示）内に対向するように組立てられる。ホッパー内のトナーは、開口部４３を介してローラ表面近傍の空間内に入り込むようになっており、これはゴムローラ４２がその表面でトナーを保持できることを意味する。また、トナーを良好に保持するためには、開口部４３の開口面積は例えば直径１００μｍ〜８００μｍ程度であることが好ましいとされる。

また特許文献１には、この軸付発泡ゴムローラ４０の製法の一例として、金型キャビティー内に芯金４１を配置した状態で、ポリウレタン原料をそのキャビティー内で発泡成形させることでゴムローラ４２を一体的に形成することが記載されている。なお、このように、金型内でゴムローラと芯金とを一体的に成形する製造方法の事例紹介がある（例えば、特許文献２、３）。

ところで、上述したような発泡成形工程に関し、受け部材に投入された発泡樹脂原料を加熱発泡させてキャビティー内に充填させる工程として、受け部材と前記キャビティーとの間に設けた下駒の貫通孔を通過する。

しかしながら、従来の下駒の開口率でキャビティーに充填させたゴムローラの表面を観察してみると、ローラの表面又は内部に直径が２ｍｍ以上のボイドが多数存在していることが発見された。これは、原料液が下駒の貫通孔を通過する際に、流路形状によるエアトラップに起因するものと考えられる。前述の通りローラ表面にはトナーを保持するための開口部（直径１００μｍ〜８００μｍ程度）が形成されているものの、上記のような比較的大径のボイドの存在は、トナー供給ローラとしての性能を低下させるものであり、したがってゴムローラの性能を維持するためにはこうしたボイドは少ない方が好ましい。また、上述した課題は、ポリウレタン原料液に限らず、液状の発泡樹脂原料を用いる際にも同様に生じうる課題である。
特開平９−２７４３７３号公報 特開平５−１８８７７４号公報 特開２００２−３０７４５４号公報

本発明の目的は、上記課題を解決することであって、下駒の貫通孔の流路形状を考慮した金型・駒の構造とすることで、直径が２ｍｍ以上の比較的大径のボイドの発生が減少しゴムローラの性能を維持することが可能な発泡ゴムローラ、該発泡ゴムローラの製造方法及び成形金型を提供することにある。

本発明に従って、円柱状のキャビティーを有する金型本体とその接続の駒と受け部材とを用いる軸付発泡ゴムローラの成形金型であって、
該駒は、上駒と下駒からなり、該下駒が該金型本体とを連結すると共に発泡樹脂原料が通過する貫通孔と、梁形状である該芯金の支持体を２つ以上有し、
且つ、該支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／７、縦横比は６：１〜１：１であり、該下駒の貫通孔の開口率を該キャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下としたことを特徴とする軸付発泡ゴムローラの成形金型が提供される。

また、本発明に従って、円柱状のキャビティーを有する金型本体とその接続の駒と受け部材とを用いる軸付発泡ゴムローラの製造方法であって、
該金型本体内と該駒の下駒とを棒状の芯金を保持するために該金型本体の両端開口部に取り付ける工程と、
該発泡ゴムローラの材料液を受け部材に注入する工程と、
該金型本体に該受け部材を連結する工程と、
該材料を発泡硬化する工程と、
該発泡ゴムローラを脱型する工程と、を少なくとも有して成り、
且つ、該下駒が該金型本体とを連結すると共に発泡樹脂原料が通過する貫通孔と、梁形状である該芯金の支持体を２つ以上有し、
且つ、該支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／７、縦横比は６：１〜１：１であり、該下駒の貫通孔の開口率を前記キャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下としたことを特徴とする軸付発泡ゴムローラの製造方法が提供される。

更に、本発明に従って、上記発泡ゴムローラの製造方法又は成形金型により形成された発泡ゴムローラが提供される。

上述したような本発明では、発泡樹脂原料をキャビティーに充填する工程において、下駒の貫通孔の流路形状を考慮した金型・駒の構造であり、下駒貫通孔近傍にエアトラップが発生し難いものであるため、成形された発泡樹脂からなるゴムローラの表面に発生する直径が２ｍｍ以上の比較的大径のボイドの数が減少し、ゴムローラ性能を向上させることが可能となった。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の製造方法により製造される軸付発泡ゴムローラ構成を示す図である。なお、以下の説明では、液状の発泡樹脂原料としてポリウレタン原料液を用いる方法を例に挙げて説明する。

軸付発泡ゴムローラ１０は、回転軸となる芯金１１と、その周りに形成された円筒状のゴムローラ１２とを有している。芯金１１は、断面円形の棒状部材からなり、図１に示すように、その両端がゴムローラ１２の両端から延出している。

ゴムローラ１２は発泡ポリウレタンであり、芯金１１の周りに所定の厚さに形成されている。詳細には図示していないが、ゴムローラ１２は図４に示した従来のローラと同様、ローラ表面に開口部が形成されており、また、ゴムローラ１２自体も所定の柔軟性を備えている。ゴムローラ１２は、例えば、プリンター等の画像形成装置における現像装置（不図示）に組込まれて使用されるものであり、その表面でトナーを保持する機能を有している。こうした現像装置においては、ローラ表面に付着したトナーのうち不要なものを掻き取る動作も行われる。従って、ゴムローラ１２に所定の柔軟性を持たせることによって、この掻き取り動作が効率的に行われるようになっている。

次いで、図２と図３を参照して上記軸付発泡ゴムローラ１０の製造方法について説明する。図２は、図１の本発明の軸付発泡ゴムローラを製造するための金型装置の構成を示す側面図である。図３は、図２の金型装置の発泡樹脂原料の流路断面を示す側面図である。

図２に示すように、金型装置１は、上駒２１、下駒２２及び金型本体２５からなる金型２０と、金型２０の下方に配置された受け部材３０とを有している。

金型２０は、ゴムローラ１２を成形するために円柱状に形成されたキャビティー２６を有しており、このキャビティー２６は、上駒２１、下駒２２及び金型本体２５のそれぞれの内側面によって構成されている。すなわち、上駒２１及び下駒２２がキャビティー２６の上面及び下面を構成し、金型本体２５の内側面がキャビティー２６の側周面を構成している。なお、キャビティー２６は、その長手軸が鉛直方向となるように配置されている。

金型本体２５は、パイプ型であり、その内側面にはブラスト加工が施されている。このようにブラスト加工を施す主たる理由は、ゴムローラ１２の表面に所定の開口部（不図示）を形成するためであり、ブラスト加工後の表面粗さ（Ｒｚ）は例えば５〜２０μｍ程度である。

上駒２１及び下駒２２は、いずれもその中央部に凹状部が形成されており、この凹状部によって芯金１１の両端を保持できるように構成されている。なお、芯金１１は、キャビティー２６と同軸に配置されるようになっている。下駒２２には、下駒２２をその厚さ方向に貫通する貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａは、キャビティー２６内と受け部材３０内とを連通している。この貫通孔２２ａは、後述するように、受け部材３０内で発泡したウレタン原料液をキャビティー２６内に移送するための通路である。また、下駒２２は、梁形状である芯金の支持体を２つ以上有している。好ましくは、支持体３〜５つであり、あまりにも多いと後述するキャビティーの流路断面積に対する開口率が確保できない。一方支持体が１つであると強度、耐久性に課題が生じることがある。

受け部材３０は、円筒容器状に形成され、その上部側に接続口３１が開口している。受け部材３０は、下駒２２の下面によってその接続口３１が覆われて１つの略密閉な内部空間を形成するようになっている。この内部空間は、後述するように発泡前のポリウレタン原料液が投入される空間である。

なお、金型装置１は上記構成要素の他にも、図示していないが、受け部材３０内にウレタン原料液を投入するための投入ノズル、及び受け部材３０内に投入されたウレタン原料液を加熱発泡させるための加熱装置を有している。

次に、このように構成された金型装置１を用いて図１に示した軸付発泡ゴムローラ１０を製造する方法の一例について説明する。

まず、予め用意した芯金１１を、上駒２１及び下駒２２に取り付ける。これにより、芯金１１は、キャビティー２６と同軸であって、かつキャビティー２６を鉛直方向に貫通した状態となる。

次いで、受け部材３０に材料を投入し、受け部材３０を図２に示すような位置に戻すと共に、加熱装置（不図示）を駆動して、受け部材３０内に投入されたポリウレタン原料液を加熱する。すると、ポリウレタン原料液が発泡し、発泡したポリウレタン原料液は、前記下駒の貫通孔の開口率が前記キャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下とする貫通孔２２ａを経由してキャビティー２６内に充填される。これにより、芯金１１の周りに発泡ポリウレタンからなるゴムローラ１２が成形され、図１に示した軸付発泡ゴムローラ１０が得られる。このように前記貫通孔の断面積を制限することで、ポリウレタン原材料が、貫通孔を通過する際のエアトラップの発生が抑えられる。

このように、本発明の主たる特徴は、ポリウレタン原料液を充填する工程において、ポリウレタン原料液を特定の範囲の開口率の貫通孔を通過させるようにすることで、充填時にポリウレタン原料液内に混入するエアの量を従来方法と比較して少なくなるようにしたことにある。このことからすれば、上記所定の開口率は、キャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下となっていることが必要で、かつ前記下駒の支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／７、縦横比を６：１〜１：１とする。好ましくは、支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／１０である。開口率が７８％を超過すると支持体の数やその断面積が減少し、強度、耐久性に問題が生じ易くなる。

なお、キャビティーの流路断面積は、金型本体２５の内側面の断面積から芯金の軸の断面積を引いた面積から求められる。

成形するローラの外径寸法は、近年における画像形成装置で使用する発泡ローラの状況を勘案した場合に、成形金型の下駒における該支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／７とすることで、良好な結果が得られる。該支持体の平面形状の幅が、成形困難な狭い幅とすると、耐久性に問題が生じ、量産対応に向かなくなる。逆に幅が大きくなる関係であると、貫通孔としてキャビティーの流路断面積の５５％以上７８％以下の開口率が得られなくなる。

また、キャビティーの縦横比は６：１〜１：１であるが、縦横比が前記範囲を外れると流路断面積の５５％以上の開口率が得られなくなる。

次いで、製造された軸付発泡ゴムローラ１０の型抜きは、例えば、金型本体２５から上駒２１を外し、その後、軸付発泡ゴムローラ１０を鉛直上方に抜くことによって実施可能である。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、ポリウレタン原料液を充填する工程において、ポリウレタン原料液を前記下駒の貫通孔の開口率がキャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下にすることにより、充填時にポリウレタン原料液内に混入するエアの量が従来方法と比較して少なくなる。従って、最終的に形成されたゴムローラの表面に発生する直径２ｍｍ以上の比較的大径のボイドの数を減少させることができる。

なお、本発明は上述したような具体的記述又は以下の実施例によって限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、修正等を加えることができる。例えば、図２に示した形態では、キャビティー２６が上駒２１、下駒２２及び金型本体２５の３つの部材で構成されたものであったが、金型本体２５と下駒２２とを一部材として構成することもできる。また、図２の形態では、受け部材３０が金型２０の直下に位置する構成であったが、受け部材３０は例えば金型本体２５の側方に配置されていてもよい。この場合、例えば受け部材３０内のポリウレタン原料液が、接続口３１及び所定の管状部材（不図示）を経由してキャビティー２６内に供給されるように構成してもよい。また、受け部材３０は円筒容器状のものに限らず、略六面体状の内部空間を有するものであってもよい。

次に、本発明の一実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにする。なお、実施例中の「部」は質量部を意味する。

まず、パイプ型として用意した金型本体２５の内側面にショットブラスト加工を施し、表面粗さ（Ｒｚ）を１０μｍとした。次いで、その内側面に、シリコーン樹脂離型剤をコーティングし、そのシリコーン樹脂離型剤に対して更に熱処理を施すことでシリコーン樹脂離型剤を加熱硬化させた。これにより、金型本体２５の内側面には厚さ５μｍのシリコーン樹脂被膜が形成された。

なお、パイプ型の内部形状（すなわちキャビティー２６の形状）は、直径１３ｍｍ、長さ２２０ｍｍとした。また、受け部材３０の内部形状は、内径１６ｍｍ、深さ６０ｍｍとした。下駒２２は梁形状の支持体を３つ有し、その平面形状は幅がキャビティー内径の１／２４〜１／１０、縦横比６：１と１：１を用い、キャビティーの流路断面積に対して６４〜７０％の開口率を有すものを実施例として用いた。また、比較例としてキャビティー内径の１／３、縦横比１：１、キャビティーの流路断面積に対して４５％の開口率のものを用いた。

ポリウレタン原料液には、
ポリエーテルポリオール（商品名：ＦＡ−９０８、三洋化成工業株式会社製、ＯＨ価＝２４）９０部、
ポリマーポリオール（商品名：ＰＯＰ−３１−２８、三井武田ケミカル株式会社製、ＯＨ価＝２８）１０部、
第３級アミン触媒（商品名：ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ、東ソー株式会社製）０．１部、
第３級アミン触媒（商品名：ＴＯＹＯＣＡＴ−ＭＲ、東ソー株式会社製）０．３部、
水（発泡剤）２部、及び
シリコーン整泡剤（商品名：Ｌ５３６６、日本ユニカー株式会社製）１部
を予め混合して混合ポリオールとし、その後、イソシアネート（商品名：コロネート１０２５、日本ポリウレタン工業株式会社製、ＮＣＯ＝４０％）２２部とを混合攪拌した材料を用いた。

上記のように作製した各構成要素及びポリウレタン原料液を用いて軸付発泡ゴムローラを作製し、下駒の貫通孔の開口率と、ゴムローラ表面に発生するボイドの数との関係を調べるための試験を行った。すなわち、ポリウレタン原料液を投入する際の下駒の開口率を、６４％、６８％及び７０％に変化させ、軸付発泡ゴムローラをそれぞれ異なる条件で作製した。そして、作製した各軸付発泡ゴムローラのゴムローラ表面を観察し、直径２ｍｍ以上のボイドの数をカウントした。この結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、開口率が６４％〜７０％の範囲内であるとき、ゴムローラ表面のボイドの数は減少していた。これは、上記本実施形態の製造方法の効果として、ポリウレタン原料液が加熱発泡して前記貫通孔を通過する際にエアトラップが発生し難くなり、その結果、材料に巻き込まれるボイドの数が減り、ローラ表面のボイド発生が抑えられたことを裏付けている。

本実施形態の製造方法により製造される軸付発泡ゴムローラ構成を示す図である。 本発明の軸付発泡ゴムローラを製造するための金型装置の構成を示す側面図である。 図２の金型装置の発泡樹脂原料の流路断面を示す側面図である。 従来のトナー供給ローラの構成を示す図である。

符号の説明

１ 金型装置
１０ 軸付発泡ゴムローラ
１１ 芯金
１２ ゴムローラ
２０ 金型
２１ 上駒
２２ 下駒
２２ａ 貫通孔
２２ｂ 支持体
２５ 金型本体
２６ キャビティー
２６ａ 流路
３０ 受け部材
３１ 接続口

Claims (3)

1. 円柱状のキャビティーを有する金型本体とその接続の駒と受け部材とを用いる軸付発泡ゴムローラの成形金型であって、
   該駒は、上駒と下駒からなり、該下駒が該金型本体とを連結すると共に発泡樹脂原料が通過する貫通孔と、梁形状である該芯金の支持体を２つ以上有し、
   且つ、該支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／７、縦横比は６：１〜１：１であり、該下駒の貫通孔の開口率を該キャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下としたことを特徴とする軸付発泡ゴムローラの成形金型。
2. 円柱状のキャビティーを有する金型本体とその接続の駒と受け部材とを用いる軸付発泡ゴムローラの製造方法であって、
   該金型本体内と該駒の下駒とを棒状の芯金を保持するために該金型本体の両端開口部に取り付ける工程と、
   該発泡ゴムローラの材料液を受け部材に注入する工程と、
   該金型本体に該受け部材を連結する工程と、
   該材料を発泡硬化する工程と、
   該発泡ゴムローラを脱型する工程と、を少なくとも有して成り、
   且つ、該下駒が該金型本体とを連結すると共に発泡樹脂原料が通過する貫通孔と、梁形状である該芯金の支持体を２つ以上有し、
   且つ、該支持体の平面形状の幅が該キャビティー内径の１／２４〜１／７、縦横比は６：１〜１：１であり、該下駒の貫通孔の開口率を前記キャビティーの流路断面積に対して５５％以上７８％以下としたことを特徴とする軸付発泡ゴムローラの製造方法。
3. 画像形成装置で用いる発泡ゴムローラが、請求項２を用いて形成されたことを特徴とする発泡ゴムローラ。

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