JP2007296829A - ゴムローラの成形金型及びゴムローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムローラに気泡による凹凸のないゴムローラの製造方法及びゴムローラの成形金型を提供することを目的とする。
【解決手段】中空円筒状の金型２と、中空円筒状金型２に注入される熱硬化型液状ゴムを封入する上駒１及び下駒３と、熱硬化型液状ゴムを注入するための注入ノズルに圧接されて下駒３の端部に設けられるノズルタッチ板５と、を有するゴムローラの成形金型において、ノズルタッチ板５には、熱硬化型液状ゴムに発生する気泡を逃がすための隙間８が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ゴムローラ成形金型及びゴムローラの製造方法に関し、特に、気泡の発生を抑えたゴムローラ成形金型及びゴムローラの製造方法に関する。

レーザプリンタや複写機、ファクシミリなどの電子写真方式を採用した各種装置には現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等のローラが組み込まれている。

このようなローラの弾性層は研磨によって所望の形状を削り出す方式と、専用の型に材料を注入、硬化させることで所望の形状とする方式の二つに分けられる。

専用の型を用いる場合、一般にゴムローラの成形金型は、例えば、中空円筒状の金型本体と円筒状の両端に嵌合される上駒及び下駒の三つの構成部材からなる。

そして、中空円筒状の金型本体内に樹脂材料を注入するため、下駒に樹脂注入口を有する。

樹脂材料は、円筒状の金型本体の下部に嵌合された下駒に直接注入する。又は、注入ノズルに圧接（ノズルタッチ）された下駒に設けられた注入口よりノズルタッチ板を介して注入する。

ゴム材料を注入する際には、中空円筒状金型の内部に軸芯体を配し、この軸芯体の両端部を金型の両端駒によって固定する。

このように組まれた型がゴム材料の注入時に浮いてこないように両端からプレスするか、空気排出側からノズルタッチ側に向けて圧力をかける。

このときゴム材料の注入側は、ゴム材料を充鎮するためのノズルが下駒に接することができるよう穴を空けておく。

この穴を通してノズルタッチ部を下駒のゴム材料注入口に圧接させ、ポンプからゴム材料を送り込む。

十分なゴム量を充鎮したならば、反対側の上駒にある空気排出口からゴム材料が溢れてくるので、ゴムの溢流が確認できた時点でゴム材料の注入を終了する。

このように材料を注入し終えた型を加熱しゴムを硬化させ、脱型し、ゴムローラを得る。

一般に、このようなインジェクション成形において金型内に材料を注入する場合、材料粘度などの関係から金型及びランナー内の隅部にまで充分に材料が充鎮されない場合がある。

この隅部に取り残された気泡が、場合によっては注入時の材料に取り込まれ、製品の様々な位置に運ばれ、ゴムローラ表面に凹凸ができてしまうことがある。

この凹凸は、外観不良や硬度ムラ、電子写真技術におけるローラにおいては電気抵抗のムラの原因及び画像不良の原因となることがあった。

このようなことに対して、材料側の対策として、注入する材料の粘度を気泡が巻き込まれない程度まで低粘度化し、その時の注入速度と合わせて対策としている場合がある。

しかし、材料が低粘度であるがために注入が完了してノズルが下駒から離れた際に、金型内部から流れ落ちてしまうことがある。

これを防ぐためにゴム材料が金型の内部である程度硬化してからノズルを下駒から離すという方法もある。

しかし、この場合ノズル先端に熱が伝わりノズル内部のゴム材料を硬化させてしまうため、次の注入がスムーズに行えなくなることがある。

ノズル以外に新たに規制部材を設け、これによってゴム材料の流出を防ぐ方法もあるが、金型の形状が複雑になるばかりか、ゴム材料の流入経路にスリットが入るため、ゴム材の注入時に泡を巻き込みやすくなることがある。

一方、高粘度の材料では、もれは発生しないものの、一度気泡を巻き込むと再び気泡を抜くことは難しく、液状ゴムを注入する際に気泡を含んでしまうと、より多くの凹凸がゴムローラ表面に生じることがあった。

従来の技術として、金型成形において泡を巻き込ませない液状ゴムの注入方法として、注入速度を遅くするという方法が取られている。

しかし、注入時間を長くすることで生産性は低下してしまう。

さらには型を予め加熱しておいてからゴム材料を注入する場合、注入時間の長時間化は、ローラ両端部で硬度ムラや抵抗ムラが発生しやすい。その理由は、注入を開始したばかりのゴム材料と、最後に注入されたゴム材料とで熱の加わる履歴が大きく異なるためである。

また、金型内の成形空間の空気が抜ける流路を形成することを目的として空気抜き口が設けられる場合がある。

直径１０ｍｍ〜３０ｍｍ、長さ２００ｍｍ〜４００ｍｍの大きさの樹脂ローラを成形する金型の場合、空気抜き口の断面形状は、通常円形で、断面積は１．８ｍｍ^２〜１２．６ｍｍ^２、長さは１５ｍｍ〜５０ｍｍ程度であった。

この場合もより空気を速く抜くことを目的としていたため、比較的断面積の大きい空気口が採用され、そのため、漏れによるローラの寸法不良が発生することがあった。

また、空気抜き口の一部に、空気抜き口の断面積より小さい断面積を有する金型内圧調整口が設けられる場合がある（例えば、特許文献１）。

金型内圧調整口の断面積は０．７×１０^−２ｍｍ^２〜５ｍｍ^２、断面積Ｓ（ｍｍ^２）と軸方向長さＬ（ｍｍ）が「Ｌ／Ｓ＞０．５」であった。

この場合、断面積と長さでしかパラメーターを規定していないため、例えば、断面積Ｓが０．７×１０^−２ｍｍ^２で、高粘度の樹脂材料を用いた場合、空気が抜けにくい。また、断面積Ｓが５ｍｍ^２で、低粘度の材料を用いた場合、樹脂材料の漏れが発生する。

なお、従来、金型のパーティング部（嵌合部）から空気が抜けることを期待して空気抜き口を設けない金型が採用されている例もある。

しかし、この場合には、空気が充分に抜けにくく、成形品に気泡などの不良が発生する頻度が高くなりやすかった。
特開２０００−２７１９３８号公報

本発明は、ゴムローラに気泡による凹凸のないゴムローラの製造方法及びゴムローラの成形金型を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、熱硬化性液状ゴムを注入し、硬化してゴム層を形成する中空円筒状の金型本体と該円筒状の両端に配置された上駒と下駒、該下駒と該注入ノズルの間に挿入するノズルタッチ板を有するゴムローラの成形金型であって、該ノズルタッチ板の該下駒との嵌合部分に隙間を有し、該ノズルタッチ板の隙間の数が該下駒の該硬化性液状ゴムを注入するゲート口と少なくとも同数であり、該中空円筒状の金型本体の軸中心と該ゲート口の中心を含む断面内における該軸中心に対して外側方向へ向かう中心線が、該中空円筒状の金型本体の軸中心と該隙間（溝）の中心を含む断面内における該軸中心に対して外側方向へ向かう中心線に対して±０．１ｍｍの位置にあり、各ゲート口に同様に対応する断面での各々の隙間の断面積が概ね同じであることを特徴とするゴムローラの成形金型である。

また、本発明は、上記のゴムローラの成形金型に熱硬化型液状ゴムを注入し、硬化させるゴムローラの製造方法において、大気圧Ｐ_０と前記熱硬化性液状ゴムを注入する際の注入ノズルに掛かる液圧Ｐ_１がＰ＜Ｐ_１の条件下で、前記隙間の断面積Ｓが下記数式１を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、金型を用いたゴムローラの成形において、型内部の空気が効率よく抜けるために、気泡による凹凸のない寸法及び硬度ムラの無い良好なゴムローラを得ることができる。

さらに、成形後のメンテナンスも容易な成形金型及びゴムローラの製造方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。

（隙間について）
ノズルタッチ板の下駒との嵌合部分に隙間がある。

もし、ノズルタッチ板に隙間を有しない場合、空気の逃げ道がないため、空気を巻き込みながら樹脂材料が成形される。そのため、成形品に気泡が発生してしまうことがある。

隙間の数はゲート口と同数であることが好ましい。ゲート口よりも隙間の数が少ない場合、空気が充分に抜けにくく、成形品に気泡などの不良が発生する頻度が高くなりやすい。

ゲート口よりも隙間の数が多い場合、ノズルタッチ板と下駒の間から樹脂材料が漏れやすくなる。そのため、外径寸法がばらつく可能性がある。

なお、隙間の数はゲート口より多くとも良いが、ゲート口から隙間への空気の流れを形成しておく必要がある。

隙間は、溝形状であり、断面から見ると、図３のような形状である。本実施の形態では、このような形状をしているが、特に、これに限定されるものでなく、これ以外の形状としても構わない。

隙間の下駒と接する側から見た際の断面積をＳとしたときに、大気圧、注入時のノズルの液圧、熱硬化性液状ゴムの動粘性係数、熱硬化性液状ゴムの材料粘度の関係は、下記の数１に示す通りである。

高粘度材料の場合、材料のもれは発生しないものの、一度気泡を巻き込んだ場合気泡が抜けにくいためノズルタッチ板の隙間は広い方が好ましい。

低粘度材料の場合、気泡自体が噛みにくいが、樹脂材料の流動性が高く、材料が漏れやすいため、ノズルタッチ板の隙間は狭い方が好ましい。

注入時の材料圧力が高い場合、流路の圧力が高いため、気泡は出て行きやすいが材料がもれやすい。そのため、ノズルタッチ板の隙間は狭い方が好ましい。

注入時の材料圧力が低い場合、流路の圧力が低いため、気泡を巻き込みやすい。そのため、ノズルタッチ板の隙間は広い方が好ましい。

すなわち、注入時の材料圧力の高低に関わらず、適正な状態を決定するのに、上記の条件は有効である。

なお、本実施の形態における、隙間とゲート口の中心軸の位置関係が０．１ｍｍを超えて大きい場合には、気泡は材料から出にくくなるため、ゴムローラに気泡を巻き込んだ状態で形成される。

（熱硬化性液状ゴムについて）
本実施形態の成形方法に使用可能な成形樹脂材料としては、熱硬化性樹脂が用いられる。

例えば、シリコーン、ウレタン、アクリルニトリル、ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）、エチレン、プロプレン、ジエン、メチレン共重合体（ＥＰＤＭ）などが用いられる。熱硬化性樹脂は、好ましくは、常温で液状の樹脂が使用される。

より好ましくは、１０Ｐａ・ｓ〜３００Ｐａ・ｓの粘度の樹脂組成比が使用される。さらに好ましくは、１００Ｐａ・ｓ〜２００Ｐａ・ｓである。

粘度が低すぎる場合には、金型の嵌合部分より樹脂材料が漏れやすくなる。

また、粘度が高すぎる場合には、樹脂の注入に時間がかかったり高圧で注入する装置が必要となるため、好ましくない。

本実施形態における材料の動粘性係数は、５×１０^−３ｍ^２／ｓ〜０．５ｍ^２／ｓであることが好ましい。その理由は、動粘性係数が５×１０^−３ｍ^２／ｓ以下であると、樹脂材料の流動性が高く、材料がもれやすいため好ましくない。また、０．５ｍ^２／ｓ以上であると、材料のもれは発生しないものの、気泡を巻き込むと抜けにくいため好ましくない。さらに、好ましくは０．０１ｍ^２／ｓ〜０．２５ｍ^２／ｓであることが好ましい。

注入時の注入圧力は、５．０×１０^５Ｐａ 〜２．０×１０^７Ｐａであることが好ましい。５．０×１０^５Ｐａ以下であると、流路の圧力が低いため好ましくない。また、２．０×１０^７Ｐａ以上であると、流路の圧力が高いため、気泡は出やすいが、材料がもれやすいため好ましくない。さらに、好ましくは５．０×１０^６Ｐａ〜１．５×１０^７Ｐａであることが好ましい。

例えば、樹脂材料の粘度も動粘性係数は同じ材料で変動がないとしても、大気圧と注入時のノズルにかかる圧力の差が大きくなると、圧力の逃げ道としての隙間は大きいものが望まれる。

注入時の気泡熱や型からの温度によって、粘性が低くなれば、大気圧と注入時のノズルにかかる圧力の差が一定であったとすると、圧力の逃げ道としての隙間は小さいものが望まれる。

このような圧力や粘性の変動に対して、本実施形態の隙間構造（外部への逃げ溝、下駒との間のバッファとなる空間）は有効に作用する。

（ゴムローラについて：現像剤担持ローラの構成）
次に本実施形態の現像剤担持ローラの構成について説明する。

図４は、本実施の形態の現像剤担持ローラの構成を示す図である。図４は、現像剤ローラの長手方向から見た側面図と、内部を示す断面図とを示す。

本実施形態の現像剤担持ローラは、導電性の軸芯体１１４ａと、軸芯体１１４ａの外周上に同心円状に形成された導電性弾性層１１４ｂと導電性弾性層１１４ｂの外周上に形成された樹脂層である表層１１４ｃとを有する。

本実施形態で使用する導電性の軸芯体１１４ａは、例えば、炭素鋼合金表面に５μｍ厚さの工業ニッケルメッキを施した円柱である。

導電性軸芯体１１４ａを構成する材料としては、他にも、例えば、鉄、アルミニウムチタン、銅及びニッケル等の合金がある。

また、これらの金属を含むステンレス、ジュラルミン、青銅等の合金、さらにカーボンブラックや炭素繊維を樹脂で固めた複合材料等の剛直で導電性を示す公知の材料を使用することもできる。

また、形状としては、円柱状のほかに中空状態とした円筒形状とすることもできる。

上記導電性軸芯体１１４ａの外側に導電性弾性層１１４ｂを形成する。

導電性弾性層を形成するのに好ましい材料は、シリコーンゴムポリマーに導電性フィラーとしてカーボンブラックを配合したものが挙げられる。

必要とする弾性層外径に対して、その内径が適当に選択された円筒型内に、その表面に加硫接着タイプのシリコーンゴム用プライマーを極薄く塗布した上記導電性軸芯体１１４ａの両端をコマ型で押さえて配する。

そして、その軸体の長さ方向のどちらか一方から、上記シリコーンゴムポリマーに導電性フィラーとしてカーボンブラック等を配合したものを、円筒型の注入口から２．０〜１０ｃｍ^３／ｓで注入する。

一次硬化として１００℃〜１５０℃の温度にて３分〜６０分加熱・硬化することにより円筒内で軸体とその外周上に導電性弾性層を配したものを得ることができる。

このときの一次硬化とは、型からその形状を著しく損なうことなく弾性層を取り出すことができる程度にまで導電性弾性材料を硬化させ、さらには型内での硬化により弾性層の破壊を起こさない範囲でゴムを硬化させることを指す。

その後、円筒型外から冷却し、さらに脱型することにより、弾性層の肉厚が２〜５ｍｍの導電性弾性層を得ることができる。

本実施形態のゴムローラの製造方法及び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１、２、３及び４を参照にして説明する。

図１、２及び３に示すように、本実施の形態のゴムローラの成形金型は、上駒１と、円筒状金型本体２と、下駒３と、軸体４と、ノズルタッチ板５とを備える。ノズルタッチ板５には、不図示の注入ノズルが圧接されて、熱硬化型液状ゴムが注入される。

図１の２ａは金型の中心軸を示す。

また、下駒３には、ゲート口９と注入口１０が設けられている。

図２に示すように、ノズルタッチ板５には、注入口７と隙間８とが設けられている。

熱硬化型液状ゴムは、ノズルタッチ板５の注入口７を介して下駒３に注入される。

なお、気泡の抜けや液の漏れについての考え方は共通するので、隙間とゲート口との本実施の形態における中心軸の位置関係は０．１ｍｍ以内である状態で実施形態を構成した。

〔実施例１〕
内面形状が内径φ１２ｍｍ、長さ２４０ｎｍの円筒形状を有する金型本体２ａと金型本体の両端に嵌合される上駒１及び下駒３の三つの構成部材からなる成形金型を用いた。

また、下駒３には、材料の注入穴として下駒本体にφ１．８ｍｍの穴が円周等配分で８穴開いている。また、ノズルタッチ板５には中央部にφ５ｍｍの注入口７が開いている。

ゲート口９と同数で、ゲート口９と隙間８の位置関係は、各々の中心軸の距離が０．１ｍｍ以内にある。隙間の一つの断面積は０．５ｍｍ^２である。

中心軸の位置関係が０．１ｍｍを超える場合については、位置関係がずれるほど材料液の漏れはなくなるが、気泡の抜けは悪くなるので、成形型内に残留するようになり、成形されるゴムローラに気泡が含まれやすくなる。

使用した熱硬化性樹脂材料は、粘度が１８０Ｐａ・ｓで動粘性係数が０．１６ｍ^２／ｓであった。

上記の熱硬化性樹脂材料を液状樹脂用射出注入機において、円筒型の注入口から２．０〜１０ｃｃ／ｓかつ注入時のノズルの液圧が１．０×１０^７Ｐａで熱硬化性樹脂材料を注入する。そして、一次硬化として１００℃〜１５０℃の温度にて３分〜６０分加熱・硬化する。

このようにすることにより、円筒内で軸体とその外周上に導電性弾性層を配したものを得ることができる。

この際の一次硬化とは、型からその形状を著しく損なうことなく弾性層を取り出すことができる程度にまで導電性弾性材料を硬化させ、さらには型内での硬化により弾性層の破壊を起こさない範囲でゴムを硬化させることを指す。

その後、円筒型外から冷却し、さらに脱型することにより、弾性層の肉厚が２〜５ｍｍの導電性弾性層を得た。

樹脂のもれや気泡の発生状況に関しては以下の評価方法を用いて評価を行い、その結果を表１に示す。

もれ発生判定方法
このようにして得られた現像剤担持ローラ弾性層のもれ発生の有無確認方法について説明する。

実際に熱硬化性樹脂材料を液状樹脂用射出注入機において金型内に注入した際、金型の隙間から熱硬化性樹脂材料が漏れていたものを×、漏れていないものを○とした。

気泡発生判定方法
このようにして得られた現像剤担持ローラ弾性層の気泡発生有無確認方法及びその判定について説明する。

実際に成形した現像剤担持ローラ弾性層を目視にて観察を行った。

ローラの平面を基準とした時に、凹みの部分の最大直径が１ｍｍ以上の気泡がローラ１本中に１個でも発生した場合、このローラは気泡が発生したものと判定する。

このように成形したローラを１０００本観察し、気泡発生ローラの発現率が０％のものを○、１０％未満であるものを△、１０％を超えるものを×とした。

〔実施例２〕
ノズルタッチ板にある隙間の１個の断面積Ｓが３ｍｍ^２とした他は実施例１と同様にして導電性部材を得た。

〔実施例３〕
ノズルタッチ板にある隙間の１個の断面積Ｓが５ｍｍ^２とした他は実施例１と同様にして導電性部材を得た。

〔比較例１〕
ノズルタッチ板に隙間を有しない他は実施例１と同様にして導電性部材を得た。

〔比較例２〕
ノズルタッチ板にある隙間の１個の断面積Ｓが８ｍｍ^２とした他は実施例１と同様にして導電性部材を得た。

表１において、実施例１ではノズルタッチ板の嵌合部にある隙間の断面積Ｓを０．５ｍｍ^２としたことで、隙間からの材料の漏れは発生しなかったが、画像不良に影響しない程度の直径１ｍｍ^２以下の気泡が発生した。

実施例２及び３においては、ノズルタッチ板の嵌合部にある隙間の断面積Ｓを３ｍｍ^２〜５ｍｍ^２としたことで材料の漏れ及び気泡による不良の発生も起きないという結果が得られた。

これに対して、比較例１では、ノズルタッチ板に隙間を有しないことで、空気の逃げ道がないため、空気を巻き込みながら樹脂材料が成形される。そのため、成形品に気泡が発生した。

また、比較例２では、ノズルタッチ板の嵌合部にある隙間の断面積Ｓが８ｍｍ^２と大きいことから、ノズルタッチ板と下駒の間から樹脂材料が漏れそのため成形品の注入量が不足となり、かつ気泡も発生した。

本発明は、電子写真法、静電記録法、インクジェット法等のプリンタ、複写機、ファクシミリ等の現像ローラ、帯電ローラ、加圧ローラ、転写ローラ等に用いられる。

本発明の一実施形態としてのゴムローラの成形金型を示す断面図である。 本発明の一実施形態としてのゴムローラの成形金型のノズルタッチ板を下駒と接する側からみた上面図である。 本発明の一実施形態としてのゴムローラの成形金型の下駒とノズルタッチ板の拡大断面図である。 本発明の一実施形態としてのゴムローラの成形金型で作製したゴムローラの断面図である。

符号の説明

１ 上駒
２ 円筒状金型本体
２ａ 金型中心軸
３ 下駒
４ 軸体
５ ノズルタッチ板
６ 嵌合部
７ 注入口
８ 隙間
９ ゲート口
１０ 注入口
１１４ａ 軸芯体
１１４ｂ 導電性弾性層
１１４ｃ 表層

Claims (4)

1. 熱硬化性液状ゴムを注入し、硬化してゴム層を形成する中空円筒状の金型本体と該円筒状の両端に配置された上駒と下駒、該下駒と該注入ノズルの間に挿入するノズルタッチ板を有するゴムローラの成形金型であって、
   該ノズルタッチ板の該下駒との嵌合部分に隙間を有し、該ノズルタッチ板の隙間の数が 該下駒の該硬化性液状ゴムを注入するゲート口と少なくとも同数であり、
   該中空円筒状の金型本体の軸中心と該ゲート口の中心を含む断面内における該軸中心に対して外側方向へ向かう中心線が、該中空円筒状の金型本体の軸中心と該隙間（溝）の中心を含む断面内における該軸中心に対して外側方向へ向かう中心線に対して±０．１ｍｍの位置にあり、各ゲート口に同様に対応する断面での各々の隙間の断面積が概ね同じであることを特徴とするゴムローラの成形金型。
2. 大気圧Ｐ_０と前記熱硬化性液状ゴムを注入する際の注入ノズルに掛かる液圧Ｐ_１がＰ＜Ｐ_１の条件下で、前記隙間の断面積Ｓが下記数式１を満たすことを特徴とする請求項１項記載のゴムローラの成形金型。
   
3. 請求項１又は２記載のゴムローラの成形金型に熱硬化型液状ゴムを注入し、硬化させることを特徴とするゴムローラの製造方法。
4. 大気圧Ｐ_０と前記熱硬化性液状ゴムを注入する際の注入ノズルに掛かる液圧Ｐ_１がＰ＜Ｐ_１の条件下で、前記隙間の断面積Ｓが下記数式１を満たすことを特徴とする請求項３記載のゴムローラの製造方法。