JP2007268910A - 発泡ローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬度が均一なローラを安定に製造することができる発泡ローラの製造方法を提供する。
【解決手段】金型本体２１と芯体保持部材２２，２３とを有する成形型２０に、導電性シャフト２を装着する。芯体保持部材２２は樹脂注入口４５及びこれに続くランナー部４６とゲート４７を有する。ゲート４７は複数個あり、いずれもローラの端面に相当する位置に環状に設けられている。各ゲート４７間の最短距離はいずれも３ｍｍである。樹脂注入口４５から注入された液状発泡樹脂原料は、ランナー部４６を流れ、複数のゲート４７から成形キャビティに注入されるが、各ゲート４７の間隔が短いので、各ゲート４７を出た液状発泡樹脂原料の先頭部分は、ただちに隣接するゲート４７から注入される樹脂の先頭部分と接する。ゲート４７は環状に設けられており、各ゲート４７を出た液状発泡樹脂原料の先頭部分は環状に繋がり一体化する。
【選択図】図３

Description

本発明は発泡ローラの製造方法に関し、さらに詳細には、複写機、プリンターあるいはファクシミリの受信装置など電子写真方式を採用した装置に組み込まれるローラとして好適な発泡ローラの製造方法に関する。

近年、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式による印字装置等を備えたＯＡ機器が普及している。
電子写真方式による印字装置は、例えば図１の様に感光ドラム１０を中心として帯電ローラ１１、露光部１２、現像ローラ１、転写ローラ１３及びクリーニングブレード１５を配したものである。現像ローラ１は、トナー収容部１６の開口近傍と感光ドラム１０との間に設けられている。トナー収容部１６にはトナーが帯電状態で収納されている。

電子写真方式による印字装置では、帯電ローラ１１で感光ドラム１０を一様に帯電し、露光部１２で露光して感光ドラム１０上に静電潜像を形成させる。さらに感光ドラム１０に現像ローラ１を押し当てて感光ドラム１０にトナーを供給する。トナーは帯電した状態で感光ドラム１０に供給され、静電潜像上にトナーが供給してトナー像を形成する。そして感光ドラム１０と転写ローラ１３との間に挟まれた記録紙等にトナー像を転写する。
また残余のトナーは、クリーニングブレード１５でかき落とされ、トナー収容部に回収されて再利用される。

上記した様に現像ローラ１は感光ドラム１０などの静電潜像担持体へトナーを搬送する機能を有するものである。
図２は、一般的な現像ローラ１の断面図及びその一部拡大図である。
現像ローラ１は、特許文献１に開示された様に、ステンレススチール製、ＳＵＭ材製、アルミニウム合金製などの導電性シャフト（芯体）２を持ち、この周囲に弾性層３が設けられ、さらにその外周に表層部５が設けられたものである。旧来の現像ローラ１では、表層部５は単層であったが、表層部５が複数層に分かれているものもある。
図２に示す例では、表層部５は中間層６と表面層７とを有している。

また現像ローラを製造する方法としては、特許文献２、３に開示された方法が知られている。特許文献２に開示された方法は、ゴムを押し出して円筒形の成形体を作製し、これに芯体を通した後、ゴムを加硫する。
特許文献３に開示された方法は、ウレタン等の液体樹脂原料を成形型に充填し、反応硬化させるものである。
特許文献３に開示された方法は、成形型のキャビティに複数のゲートから液体樹脂原料を充填する方策が開示されている。特許文献３には、ゲートの数や、ゲートの間隔等についての記載はない。
特開２００１−１３２８５８号公報 特開２００２−２３５７３０号公報 特開平５−３５１１０号公報

現像ローラ１は、適度の硬度と弾性復元性を有することが大切である。また現像ローラ１には、高い寸法精度も要求される。
これらの観点から弾性層３の素材は、ウレタン等の液状樹脂原料を反応硬化させたものを採用することが望ましい。また、弾性層３が発泡体からなる発泡ローラを現像ローラ１として用いることができる。即ち、導電性シャフト（芯体）２の外周に発泡体からなる弾性層３が設けられた発泡ローラを現像ローラ１として用いることにより、現像ローラ１の硬度を低くすることができる。
次に、現像ローラ１を製造する方法であるが、特許文献１に開示された方法は、ゴムを使用するものであるから液状樹脂原料を使用する場合には適用できない。
特許文献３に開示された方策は、前記した様に成形型のキャビティに複数のゲートから液体樹脂原料を充填するものである。

特許文献３に記載の方法でも発泡体からなる弾性層３を有する現像ローラ（発泡ローラ）１を製造することができる。しかし、本発明者らが特許文献３に記載の方法によってそのような現像ローラ（発泡ローラ）１を製造し、表面の硬度のばらつきを調べたところ、製造された現像ローラ（発泡ローラ）１には、部分的に硬度が明らかに高い部位があった。

そこで本発明は従来技術の上記した問題点に注目し、硬度が均一な発泡ローラを安定して製造することができる発泡ローラの製造方法の開発を課題とするものである。

上記した課題を解決するために、本発明者らは特許文献３の方法で製造した発泡ローラを詳細に観察し、部分的に硬い所が生じる理由を検討した。その結果、各ゲートから注入される樹脂原料が成形キャビティ内で衝突し、この衝突面の硬度が高いものとなることが判明した。即ち成形の際にウェルドラインが生じ、このウェルドラインの部位の硬度が高く、成形された発泡ローラの硬度分布にばらつきが生じるのであった。

この問題を解決するための請求項１に記載の発明は、所定形状の成形キャビティを有し当該成形キャビティに連通するゲートを備えた成形型を使用し、前記ゲートを介して成形キャビティに発泡させた樹脂原料を注型し、ローラの一部又は全部を成形する発泡ローラの製造方法において、前記成形型は複数のゲートを備え、隣接するゲート間の最短距離の平均が３．５ｍｍ以下であることを特徴とする発泡ローラの製造方法である。

本発明の発泡ローラの製造方法では、ゲート間の距離が近い成形型を用いるので、各ゲートから成形型に注入された樹脂原料は、注入直後に合体する。そしてその後は、樹脂原料の流れが全体として一つの流れとなって成形キャビティを満たしてゆく。そのため本発明の発泡ローラの製造方法によれば、成形された発泡ローラにウェルドラインが生じにくく、硬度分布が一様な発泡ローラを製造することができる。

請求項２に記載の発明は、成形型は、ローラの端面に相当する部位にゲートを備えていることを特徴とする請求項１に記載の発泡ローラの製造方法である。

本発明で採用する成形型は、ローラの端面に相当する部位にゲートを備えているから、樹脂原料は、ローラの端面相当部分から成形キャビティに入り、ローラの軸方向に沿って流れる。そのため本発明の発泡ローラの製造方法では、樹脂原料の流れが方向変化する部位が少なく、樹脂原料の流れに無理がない。そのため本発明の発泡ローラの製造方法によれば、成形されたローラにウェルドラインがさらに生じ難く、硬度分布がさらに一様なローラを製造することができる。

請求項３に記載の発明は、ゲートは環状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡ローラの製造方法である。

本発明の発泡ローラの製造方法ではゲートが環状に配置されている成形型を用いるので、注入された樹脂原料の先頭部分が環状に繋がり、一体化しやすい。その結果、成形されたローラにウェルドラインがさらに生じ難く、硬度分布がさらに一様な発泡ローラを製造することができる。

本発明の発泡ローラの製造方法によれば、硬度分布のばらつきの少ない発泡ローラを製造することができる。

以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図３は、本発明の発泡ローラの製造方法で使用する成形型の断面図である。図４は、導電性シャフト装着前における成形型を上下に分離した状態を表す断面図である。図５は、図３のＡ−Ａ断面図である。図６は、図３の成形型の樹脂注入口、ランナー部、ゲート及び成形キャビティの部分を表す斜視図である。図７は、成形型の金型本体と下部側の芯体保持部材とを分離した状態における斜視図である。図８は、図７のＡ方向矢視図である。図９は、ゲート同士の位置関係を説明する説明図である。

本実施形態の発泡ローラの製造方法は、図３，４に示す成形型２０を使用する点に特徴がある。図３，４に示す成形型２０は、前記した図２に示す現像ローラ（発泡ローラ）１を製造するものであり、より詳細には現像ローラ１の弾性層３を成形するものである。
図３，４に示す成形型２０は、金型本体２１と、芯体保持部材２２、２３によって構成され、これらをクランプ２５，２６によって結合したものである。

金型本体２１は、筒状であり、両端にフランジ部２７，２８が設けられている。金型本体２１の両端の内面は、テーパー状の凹部３０，３１となっている。金型本体２１の内径は１６ｍｍ、高さは２３５ｍｍである。

一方の芯体保持部材２２は、金型本体２１の一端側（図面では上端側）を封鎖するものであり、前記した金型本体２１のテーパー状の凹部３０と合致する凸部３２を備えている。
また前記した金型本体２１のフランジ部２７と合致するフランジ部３５を備えている。
さらに芯体保持部材２２の中心には軸挿通穴３６が設けられている。軸挿通穴３６の周囲は平坦部３９となっている。
また芯体保持部材２２には樹脂排出口３７が設けられている。

他方の芯体保持部材２３は、金型本体２１の他端側（図面では下端側）を封鎖するものであり、前記した芯体保持部材２２と同様に、金型本体２１のテーパー状の凹部３１と合致する凸部３３を備えており、さらに、金型本体２１のフランジ部２８と合致するフランジ部４１を備えている。また軸挿通穴４２の周囲は平坦部４３となっている。
図面下方の芯体保持部材２３が上部側の芯体保持部材２２と異なる点は、樹脂注入口４５及びこれに続くランナー部４６とゲート４７を有する点である。
即ち芯体保持部材２３は、外側の端面に樹脂注入口４５を備える。
樹脂注入口４５及びこれに続くランナー部４６とゲート４７の様子は図６の通りである。

図６に示すように、ランナー部４６は円筒状部４８と軸線方向部５０によって構成されている。即ち成形型２０は、樹脂注入口４５の先端から外側に向かって広がる円盤状部４８を有している。そしてこの円筒状部４８から成形型２０の軸方向に延びる複数の軸線方向部５０を備え、軸線方向部５０のそれぞれの先端がゲート４７として平坦部４３に開口している。

そして本実施形態で採用する成形型２０では、ランナー部４６は、１０本の軸線方向部５０を持っている。
そのため本実施形態で採用する成形型２０では、１０個のゲート４７がある。ゲートはいずれも芯体保持部材２３の平坦部４３に開口する。当該部位は、ローラの端面部に相当する。
１０個のゲート４７は、図７，８の様に環状に分布し、この間隔は等間隔である。各ゲートの形状は円形である。そして本実施形態では、図９の様に隣接するゲート間の最短距離Ｌがいずれも３ｍｍである。従って各間隔の平均は、３ｍｍである。
ここでゲート間の各間隔の平均は、３．５ｍｍ以下でなければならず、より推奨される範囲は、本実施形態の様に３ｍｍ以下である。
なお、本実施形態ではゲートの数が１０個であるが、ゲート間の各間隔の平均が３．５ｍｍ以下あれば、１０個以外の複数個でもよい。

次に現像ローラ（発泡ローラ）１の製造工程について説明する。
本実施形態では、図３の様に、予め導電性シャフト（芯体）２が成形型２０に装着される。
即ち導電性シャフト２の両端が上下の芯体保持部材２２，２３の軸挿通穴に挿入した状態で、芯体保持部材２２，２３を金型本体２１の両端に装着する。より具体的には、両者のフランジ部を合致させ、クランプ２５，２６で一体的に締結する。
なお、芯体保持部材２２，２３と金型本体２１との間にはオーリング５２，５３が取り付けられており、両者の間は液密状態である。

この状態においては、成形型２０の内部に成形キャビティが形成され、その中心部に導電性シャフト２が設置されている。
また各ゲート４７は、成形キャビティに開口している。
そして図示しない樹脂注型機のノズルを成形型２０の樹脂注入口４５に押し当て、成形キャビティ内に発泡させた液状樹脂原料（液状発泡樹脂原料）を注入する。

ここで、樹脂の種類としては特に限定はないが、例えば、分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応可能なアルケニル基を有する有機重合体を主成分とするものが使用できる。さらに好ましい実施形態では、前記有機重合体の主鎖を構成する繰り返し単位が、飽和炭化水素系又はオキシアルキレン系単位からなる。この好ましい実施形態における樹脂原料の詳細は、例えば特開平８−２６７６１２号公報、特開２００１−１３２７３３号公報等に記載されている。具体例を挙げると、（Ａ）分子中に少なくとも１個のヒドロシリル化反応可能なアルケニル基を有し、主鎖を構成する繰り返し単位が飽和炭化水素系又はオキシアルキレン系単位からなる重合体、（Ｂ）分子中に少なくとも２個のヒドロシリル基を有する硬化剤、及び（Ｃ）ヒドロシリル化触媒、を主成分とする発泡性組成物が、本実施形態における液状発泡樹脂原料として使用できる。

樹脂原料を発泡させる方法としては、機械発泡（物理的発泡）、化学発泡のいずれもが採用可能であるが、発泡の開始時期を制御しやすい点では機械発泡が好ましい。

樹脂注入口４５から注入された液状発泡樹脂原料は、ランナー部４６を流れ、複数のゲート４７から成形キャビティに注入される。
ここで本実施形態では、各ゲート４７の間隔が短いので、各ゲート４７を出た液状発泡樹脂原料の先頭部分は、ただちに隣接するゲート４７から注入される樹脂の先頭部分と接する。
またゲート４７は環状に設けられているから、各ゲート４７を出た液状発泡樹脂原料の先頭部分は、環状に繋がり、一体化する。
液状発泡樹脂原料は続いて注入されるが、成形キャビティ内では、各ゲート４７を出た液状発泡樹脂原料が層流状に流れる。

ローラ成形空間たる成形キャビティ内に液状発泡樹脂原料の注入が完了した後、成形型２０全体を加熱して、成形キャビティ内の液状発泡樹脂原料を硬化させる。これにより、導電性ローラ２の外周に発泡体からなる弾性層３が形成される。樹脂原料の硬化が完了した後、クランプ２５，２６を緩めて金型本体２１から芯体保持部材２２，２３を取り外す。次いで、金型本体２１に対して導電性シャフト（芯体）２を押し出すなどして、金型本体２１内に保持されているローラ本体を取り出す。ローラ本体は、芯体２の外周に円筒状の弾性層３が形成されたものとなる。その後、得られたローラ本体の弾性層３の表面に、ウレタン樹脂等からなる塗布液を、スプレー法やディッピング法、ロールコータ法などで塗布し、乾燥させて表層部５を形成する。このようにして、導電性シャフト（芯体）２の外周に弾性層３が設けられ、さらに弾性層３の表面に表層部５が設けられた現像ローラ（発泡ローラ）１が製造される。

本実施形態の発泡ローラの製造方法によれば、成形キャビティ内で樹脂流の先端が衝突する箇所が少ないのでウェルドラインが形成されにくく、製造される現像ローラ（発泡ローラ）１は硬さのばらつきが少ないものとなる。

以下に、本発明の非限定的な実施例について説明する。

１．ローラの作製
（Ａ）アリル末端ポリオキシプロピレン（商品名：カネカサイリルＡＣＳ００３、カネカ社）：１００重量部と、
（Ｂ）ポリオルガノハイドロジェンシロキサン（商品名：ＣＲ１００、カネカ社）：３．１重量部と、
（Ｃ）ビス（１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン）白金錯体触媒（白金含有率３ｗｔ％、キシレン溶液）：０．０６重量部と、
導電性付与剤としてカーボンブラック（商品名：３０３０Ｂ、三菱化学社）：１４重量部と、
貯蔵安定性改良剤としてマレイン酸ジメチル：０．０４重量部と、
その他の成分として炭酸カルシウム（商品名：ＭＣコートＳ−２０、丸尾カルシウム社）：２５重量部と、
を混合し、１０ｍｍＨｇ以下で１２０分間減圧脱泡して得られた液状樹脂原料に、その１００％相当量の空気を混合し、よく攪拌した。これにより、微細な気泡を内包する液状発泡樹脂原料が調製された。一方、ＳＵＭ製等の導電性シャフト（芯体）２（外径８ｍｍ、長さ２６７ｍｍ）を、内径１６ｍｍ、高さ２３５ｍｍの成形キャビティを有する成形型２０に装着し、長手方向を垂直に立てた。次に、射出機にて、成形型２０の樹脂注入口４５（内径１５ｍｍ）から上向きに該液状発泡樹脂を注入した。これにより、各間隔が３．０ｍｍに配置された１０個のゲートから、液状発泡樹脂原料が成形キャビティ内に進入し、形成キャビティが満たされた。この成形型２０をファンが設けられた加熱炉内に置き、１４０℃で２０分間加熱した。これにより液状発泡性樹脂原料が硬化し、発泡体からなる弾性層３（厚さ４ｍｍ）が形成された。加熱終了後、成形型２０を加熱炉から取り出し、成形型２０から離型し、成形品（発泡ロ−ラ）を得た。発泡ロ−ラの両端部のバリを取り除いた。これにより、芯体外径が８ｍｍ、弾性層３の外径（直径) が１６ｍｍ（厚さ４ｍｍ）で、弾性層３の長さが２３５ｍｍの発泡ロ−ラが作製された。このようにして得られた発泡ローラは、芯体２に弾性層３を設けたものであり、表層部５を有しないものであった。

一方、各ゲートの間隔が６．９ｍｍに配置された４個のゲートを有する成形型を用いる以外は全て同じ工程で発泡ローラを作製し、比較例とした。

２．発泡ローラの評価
作製された発泡ローラにつき、弾性層３のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度を、同じ円周上で均等の間隔で８点（０°〜３１５°）測定し、その最大値と最小値の差をばらつきとした。ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度は、ＪＩＳ Ｋ−７３１２に記載されているタイプＣ硬さ試験機を垂直に押し当てることにより測定した。測定結果を表１に示す。すなわち、実施例の発泡ローラではばらつきが１．５°（１．５度）であった。一方、比較例の発泡ローラではばらつきが５．０°（５．０度）であった。このように、各ゲートの間隔が３．０ｍｍであった実施例の発泡ローラの方が、比較例の発泡ローラよりも表面硬度のばらつきが小さかった。

電子写真方式による印字装置の構成を表す概略図である。 現像ローラの断面図及びその一部拡大断面図である。 本発明の発泡ローラの製造方法で使用する成形型の断面図である。 導電性シャフト装着前における成形型を上下に分離した状態を表す断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３の成形型の樹脂注入口、ランナー部、ゲート及び成形キャビティの部分を表す斜視図である。 成形型の金型本体と下部側の芯体保持部材とを分離した状態における斜視図である。 図７のＡ方向矢視図である。 ゲート同士の位置関係を説明する説明図である。

符号の説明

１ 現像ローラ（発泡ローラ）
２０ 成形型
４７ ゲート

Claims (3)

1. 所定形状の成形キャビティを有し当該成形キャビティに連通するゲートを備えた成形型を使用し、前記ゲートを介して成形キャビティに発泡させた樹脂原料を注型し、ローラの一部又は全部を成形する発泡ローラの製造方法において、前記成形型は複数のゲートを備え、隣接するゲート間の最短距離の平均が３．５ｍｍ以下であることを特徴とする発泡ローラの製造方法。
2. 成形型は、ローラの端面に相当する部位にゲートを備えていることを特徴とする請求項１に記載の発泡ローラの製造方法。
3. ゲートは環状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡ローラの製造方法。
   

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