JP2009214447A - 画像形成装置用発泡ローラの成型方法及び成型金型 - Google Patents

Abstract

【課題】液受けカップコスト、処理装置コストを削減し、高品質な画像形成装置用発泡ローラの成型方法を提供する。
【解決手段】金型２”と上・下駒１”，３”を有する金型を用いる発泡ローラの成型方法において、上駒は、材料溜め空間を形成し、上駒外周面に外・内方向を連通する少なくとも１つのスリットを配置し、芯材保持部を備え、金型開口を閉塞し、下駒は、芯材保持部を備え、金型開口を閉塞し、駒の芯材保持部に芯材を保持させ金型に配置する工程と、発泡弾性層材料を材料溜め内に流し込んだ後、上駒側の端部に蓋６をする工程と、発泡弾性層材料をスリットを通して発泡させつつ、金型内に充填させる工程と、発泡弾性層材料を硬化させて発泡弾性層を形成する工程と、金型から発泡弾性層材料を有する発泡ローラを脱型する工程と、を有し、上駒のスリットの幅と深さが、発泡弾性層材料の平均気泡直径の１〜１０倍である画像形成装置用発泡ローラの成型方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、芯材と該芯材の周囲に設けられた円筒状の発泡ゴム材からなる発泡ローラの成型方法及び発泡ローラ成型金型に関する。詳しくは、複写装置、画像記録装置、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画像形成装置用発泡ローラの成型方法及び画像形成装置用発泡ローラ成型金型に関する。

近年、画像形成装置の小型化、高画質化及び低価格化の要求に伴い、画像形成装置に組み込まれているトナー供給ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等の機能性ローラにおいては、高精度化及び低価格化が要求されている。それに応じ、これらの機能性ローラの品質を向上又は維持しながら製造コストを下げる努力がなされている。

こうした中、ローラの成型方法として、従来の成型では芯材と該芯材を保持する駒とパイプ金型とを型組みし、次いで該駒に設置した注入口より発泡材料を圧入する成型方法が一般的に知られている（特許文献１）。また、パイプ金型の上方より発泡材料を注型する方法もある（特許文献２）。

しかし、特許文献１の方法では、発泡材料圧入時に発泡材料へ負荷（ストレス）がかかってしまうので、使用出来る材料が制限される。また、特許文献２の方法では、芯材とパイプ金型壁面との狭い空間に発泡材料を注型することが求められ、成型するローラ寸法によっては成型が困難であった。また、材料粘度が低い場合には材料が金型壁面を伝って垂れてしまい、垂れた材料が下方より発泡し上方からは注型された材料が発泡してくるため挟まれる空間部分で泡の巻込みが発生し、良好な成型が困難であった。

それらの問題を解決する成型方法として、芯材と該芯材を保持する駒とパイプ金型とを型組みし、次いで発泡材料を受ける液受けカップに該発泡材料を注入し、その後、型組みした該金型に組付け加熱硬化させる方法が提案された（特許文献３）。図１（ａ）を参照しながら説明すると、その方法ではまず、パイプ金型２内に芯材５を配置し、この芯材５の上下端部を上下駒の芯材保持部で保持し、所定温度で予熱する。一方、所定温度に予熱した液受けカップ４内に発泡材料を吐出した後、これをパイプ金型２に組み付ける。この液受けカップ４内の発泡材料が自然発泡により、パイプ金型２内に充填される。その後、所定温度で所定時間、温度制御して発泡材料を硬化させ、脱型することによって発泡ローラを得る。
特開平５−３２９８５５号公報 特開平５−３１８４９７号公報 特開２００６−６８９４３号公報

しかし、特許文献３の方法には、液受けカップ部分の充填材料がそのまま廃材となる、及び液受けカップの清掃・離型剤塗布等の処理装置が必要であり装置コストが大きいという課題があり、改善が求められていた。また、下駒の芯材保持部を支えるために材料流路内にリブを設けてあり、このリブからウェルドラインが発生し成型されたローラにボイド（異常気泡）が発生し品質を低下させていた。

本発明の目的は、液受けカップを廃止することで、液受けカップコスト、更には液受けカップの処理装置コストを削減し、かつ高品質な画像形成装置用発泡ローラの成型方法及び成型金型を提供することである。

本発明に従って、パイプ金型とその両端に配設される上駒、下駒を有する金型を用いて、該上駒、下駒に芯材を配置し、該芯材の周囲に発泡弾性層材料を供給し、発泡し、硬化し、脱型してなる画像形成装置用発泡ローラの成型方法において、
（１）該上駒は、該パイプ金型と共に該上駒の外方向に発泡弾性層材料溜め空間を形成し、該上駒外周面に該上駒外方向と内方向を連通する少なくとも１つのスリットが配置されており、該上駒の内方向に芯材保持部が備えられており、該パイプ金型開口を閉塞するものであり、該下駒は、該パイプ金型の芯材保持部を備えられており、該パイプ金型開口を閉塞するものであり、該上下駒の該芯材保持部に該芯材を保持させパイプ金型に配置する工程と、
（２）該金型の上方から、発泡弾性層材料を該発泡弾性層材料溜め空間内に流し込んだ後、直ちに該パイプ金型の該上駒側の端部に材料溜め空間を閉塞するための蓋をする工程と、
（３）該発泡弾性層材料を、該上駒外周面に該上駒外方向と内方向を連通する少なくとも１つのスリットを通して発泡させつつ、該パイプ金型内に充填させる工程と、
（４）該発泡弾性層材料を硬化させて発泡弾性層を形成する工程と、
（５）該金型より、該芯金上に積層された発泡弾性層を有する画像形成装置用発泡ローラを脱型する工程と、
を有し、
該上駒のスリットの幅及び深さ距離が、発泡弾性層材料の平均気泡直径の１倍以上１０倍以下であることを特徴とする画像形成装置用発泡ローラの成型方法が提供される。

また、本発明に従って、パイプ金型とその両端に配設される上駒、下駒を有し、該上駒、下駒に芯材を配置し、該芯材の周囲に発泡弾性層材料が供給され、発泡し、硬化し、脱型する画像形成装置用発泡ローラの成型金型において、
該上駒は、該パイプ金型と共に該上駒の外方向に発泡弾性層材料溜め空間を形成するものであって、該上駒外周面に該上駒外方向と内方向を連通する発泡弾性層材料の平均気泡直径の１倍以上１０倍以下の幅及び深さ距離を有する少なくとも１つのスリットと、該上駒の内方向に芯材保持部を有して、該パイプ金型開口を閉塞するものであり、該上駒の外側に該パイプ金型端部の該材料溜め空間を閉塞するための蓋を有し、
該下駒は、該下駒の内方向に芯材保持部を有し、該パイプ金型端部開口を閉塞するものであり、
該上下駒の該芯材保持部に該芯材を保持させて用いることを特徴とする画像形成装置用発泡ローラの成型金型が提供される。

本発明の画像形成装置用発泡ローラの成型方法及び成型金型を用いることにより、従来において成型で使用されていた液受けカップを廃止することができ、よって液受けカップコスト、更には液受けカップの処理装置コストを削減することが可能となる。また、成型において、従来において液受けカップに残存し、廃棄するしかなかった充填材料を削減することが出来る。材料流路内に材料流れを阻害するリブ等が存在しないために、ボイド（異常気泡）が発生せず、高品質な発泡ローラを得ることができる。

最初に、本発明の要旨を述べる。本発明では、画像形成装置用発泡ローラ成型において、従来使用されていた液受けカップ４（図１（ａ））は使用しない。その代わりに、発泡弾性層を形成する材料を受けて溜めるための空間容積としての材料溜め空間１１を上端に持たせたパイプ金型と、芯材保持部を備え外周面に少なくとも１つのスリットが配置された上駒と、を使用する。発泡弾性層材料を流し込んだ後、直ちに上駒側の端部に外側から蓋をすることで、材料溜め空間内に残存する発泡弾性層材料を削減することができる。外側から蓋をすることで材料溜め空間内のエアの逃げ場がなくなり蓋と材料間にエア溜りが形成される。従来と比較して、このエア溜り容積分の材料を削減することができる。また、エア溜りが形成されることで、蓋と材料が接触することがないため、蓋の清掃工程ならびに装置が不要となりコストダウンが可能となる。

ここで予めパイプ金型とパイプ金型端部開口を閉塞する下駒との接触部にはエアベントを設置しておく。エアベントの形状は下駒内方向と外方向が連通していれば特に限定されるものではないが、エアベントの大きさによって、成型金型の内圧が変化するため、使用する発泡弾性層材料によって適宣選択する。通常はパイプ金型と下駒との接触部に溝（スリット）を設けることでエアベントとし、溝（スリット）の深さ、幅を使用する発泡弾性層材料によって適宣選択する。密閉された材料溜め空間側はエア逃げが存在しないため、発泡材料が自然発泡により膨らむとエアベントが設置されている下駒側へ上駒に設けたスリットを通り流れていき金型内を充填する。この時、発泡弾性層材料は発泡が始まっている状態のため粘度が高く、パイプ金型内で垂れることなく適切に充填できる。また、スリットの幅及び深さ距離が発泡弾性層材料の平均気泡直径の１倍以上１０倍以下であるため、発泡弾性層材料の気泡を過度に潰すことがない。このため、ボイド等の異常発泡が大幅に減少した良質の発泡ローラを得ることが出来る。また、材料流路にリブ等の流れを阻害するものが存在しないため、ボイドの発生が削減できる。更に、従来の液受けカップが必要なくなるため、成型金型及び周辺装置コストを削減することが可能となる。

本発明の発泡ローラ成型方法、発泡ローラ成型金型を使用すれば、金型精度が発泡ローラの精度となるため高精度な、振れ、真円度、円筒度の発泡ローラを形成することが可能となるので、要求精度の厳しい画像形成装置用の発泡ローラとして使用することが出来る。もちろん精度要求がそれほど厳しくない一般発泡ローラとして使用してもよい。発泡ローラに機能を付加する場合は、芯金上に積層形成された発泡弾性層の上に、各機能の用途のローラに応じた機能層を付与する。例えば、帯電ローラとしての機能を引き出すための表層等の機能層を付与することで、高精度な画像形成装置用の帯電ローラを得る。機能層を付与する方法としては、塗工や薄膜チューブの被覆を施す等の公知技術を利用することができる。

これより、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の画像形成装置用発泡ローラの成型金型の構成を、図１（ｂ）、図２、を用いて説明する。本発明の金型は上駒１”、パイプ金型２”、下駒３”、蓋６で構成される。本発明の金型は、従来の成型で使用していたカップ（図１（ａ）４）を必要とせず、代りにパイプ金型２”の両端に配設される駒の上駒の外方向に発泡弾性層材料溜め空間１１を備えている。上駒１”は図２に示すように、芯材保持部１２を有し、パイプ金型開口を閉塞し、かつパイプ金型２”と接触する上駒外周面に該上駒外方向と内方向を連通する少なくとも１つのスリット１０を配置する。図中ではスリット１０が外周４箇所配置されているが、スリットの数や配置はこれに限定されるものではない。このスリット１０が材料流路となる。スリット１０の形状については特に限定はなく、半円形状、多角形状等が使用できる。

スリットの幅ｗ及び深さｈを発泡弾性体材料２０の平均気泡直径の１倍以上１０倍以下の大きさとする。スリットの幅ｗ及び深さｈが平均気泡直径より小さい場合、発泡弾性層材料がスリットを通過する際に気泡を過度に押し潰すことになり、気泡同士が結合する等の異常発泡を引き起こす。逆にスリットの幅ｗ及び深さｈを平均気泡直径の１０倍を超える場合、スリット部に残存する発泡弾性層材料が廃材となるためコストアップになり、また成型金型が大きくなる点もデメリットである。このように、スリットの幅ｗ及び深さｈを発泡弾性層材料の平均気泡直径の１倍以上１０倍以下にすることで、発泡弾性層材料の気泡を過度に潰すことなく金型キャビティ内を充填でき、かつ、廃材量を抑えることができる。

スリットの長さｌについては、長過ぎるとスリットを通る発泡弾性層材料に負荷（ストレス）を与えることになり、かつ廃材量も増えることから、極力短い方が好ましい。ただし、短過ぎるとスリットを通る発泡弾性層材料に金型からの熱を十分に伝達することが出来なくなり、その結果、粘度の低い未発泡の材料が金型キャビティ内へ入り込み、金型壁面をつたって金型下方へ垂れてしまう場合がある。発泡弾性層材料が下方へ垂れてしまうと、垂れた発泡弾性層材料が発泡しながら下方へ垂れるため、発泡した材料がキャビティを塞ぐ形となり、金型キャビティ全体を均一に充填することができなくなる。このスリットの長さｌは、使用する発泡弾性層材料の粘度、成型条件に左右されるもので、適宣選択する必要がある。

金型の材質は、金型部材として特に限定されるものではなく、適宜選択することが出来る。例えば、鉄等の鋼材にニッケルやクロム等のメッキを施した金属部材や、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、プリハードン鋼等の金属部材等を用いることが可能である。またこれら以外にも、ポリカーボネート、ポリアミド等の合成樹脂やセラミック等を使用することも出来る。

次ぎに、本発明の画像形成装置用発泡ローラの成型方法について、図３を用いて説明する。

まず、本発明の金型（上駒１”、パイプ金型２”、下駒３”）と芯材５を図中（ａ）のように配置させ型組みし、所定温度で予熱する。所定温度に予熱された後、図中（ｂ）に示すようにパイプ金型２”の上方より発泡弾性体材料２０を材料溜め空間１１内に吐出した後、直ちに蓋６をして材料溜め空間内を密閉する（ｃ）。ここで予めパイプ金型１”と下駒３”との接触部にはエアベントを設置しておく。密閉された材料溜め空間１１側はエア逃げが存在しないため、発泡材料２０が自然発泡により膨らむとエアベントが設置されている下駒３”側へ上駒１”に設けたスリット１０を通り流れていき金型内を充填する（ｄ）。

その後、所定温度で所定時間、温度制御して発泡材料を硬化させ、脱型することによって発泡ローラを得る。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。

本実施例では成型金型として、図１（ｂ）に示す成型金型と基本的に同様の構成の金型を用いた。

パイプ金型２”の材料溜め空間１１を従来技術の液受けカップ容積と同量の１０ｃｃとした。パイプ金型２”、下駒３”、蓋６の外径はφ２６ｍｍ、材料溜め空間１１の内径はφ１８ｍｍである。

下駒３”の外周面には０．０６ｍｍ^２の断面積をもつエアベント７（スリット）を円周等分４箇所配置した。

金型の材質として、パイプ金型２”にはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を、上駒１”及び下駒３”及び蓋６にはプリハードン鋼（ＨＰＭ３８）の化学ニッケルを表面処理で施したものを用いた。

外周面に下記表１に示す幅（ｗ）、深さ（ｈ）のスリット１０を円周等分４箇所配置した３種類の上駒１”を製作し、実施例１、２及び比較例１とした。スリットの長さｌについては、実施例１〜２及び比較例１の全ての上駒において同寸法の９ｍｍとした。従来技術の液受けカップ方式を比較例２とした。

次に、成型した発泡ローラの発泡弾性層材料と成型条件、成型の手順を示す。実施にあたり、図４に示す形状をした発泡ローラを成型した。まず、混合ポリオールとして、
ポリエーテルポリオール（商品名：ＦＡ−９０８、三洋化成株式会社製）を１００重量部、
ジエタノールアミンを０．５重量部、
シリコーン系整泡剤（商品名：Ｌ５３６６、日本ユニカー株式会社製）を１重量部、
第３級アミン触媒（商品名：ＴｏｙｏＣａｔ−ＥＴ、東ソー株式会社製）を０．１重量部、
第３級アミン触媒（商品名：ＴＥＤＡ−Ｌ３３、東ソー株式会社製）を０．５重量部、
水（発泡剤）を２重量部
用意し、それらを混合した。
その後、イソシアネートＡ（商品名：Ｔ８０、三井武田ケミカル株式会社製、ＮＣＯ％＝４８）２９．５重量部、
イソシアネートＢ（商品名：Ｍ２００三井武田ケミカル株式会社製、ＮＣＯ％＝３１）７．４重量部
とをＮＣＯインデックス１００となるように混合攪拌したものを発泡弾性層材料とした。

ここで、発泡弾性層材料の平均気泡直径について説明する。リアルタイム走査型レーザー顕微鏡で得られたローラ断面の画像を倍率５０倍で取り込み、無作為に５０個の気泡直径を読み取り、その平均値を「平均気泡直径」として算出する。本発明にて使用した発泡弾性層材料の平均気泡直径はφ０．５ｍｍである。

本実施例の成型金型にシリコーンオイル離型剤を塗布し、φ５×２６０ｍｍ（Ｌ）の芯金と上駒、下駒をパイプ金型に組付け、６５℃に予熱した。その後、金型の姿勢を上駒を上方にした状態で、混合攪拌した該発泡材料を６５℃に予熱した金型上方から材料溜め空間に吐出し、直ちに蓋をして材料溜め空間を閉塞した。その際、材料溜め空間に吐出した上記成型材料が発泡材料であることから、自然発泡によりパイプ金型２”内は上記材料で充填される。その後、１０分間、６５℃に温度制御された熱盤において硬化させ、脱型し、本実施例の発泡ローラを得た。該発泡ローラの発泡体外径はφ１２ｍｍであり、発泡体部長さは２２０ｍｍである。

実施例１では、発泡弾性層材料の平均気泡直径φ０．５ｍｍと同じスリット深さのため、発泡弾性層材料の気泡を過度に潰すことなく成型することが出来た。材料流路内にリブ等の流れを阻害するものがないため、ボイド（異常気泡）の発生が比較例２と比べ３０％減少した。廃棄材料は従来技術の液受けカップ容積分削減できた。

実施例２では、発泡弾性層材料の平均気泡直径φ０．５ｍｍよりもスリット深さが５．０ｍｍと大きいため、発泡弾性層材料の気泡を過度に潰すことなく成型することが出来た。材料流路内にリブ等の流れを阻害するものがないため、ボイド（異常気泡）の発生が比較例２と比べ３０％減少した。廃棄材料は従来技術の液受けカップ容積分削減できたが、スリット部の廃棄材料が多くなってしまった。

比較例１では、発泡弾性層材料の平均気泡直径φ０．５ｍｍよりもスリット深さが０．３ｍｍと小さいために、発泡弾性層材料がスリットを通過する際に気泡が潰されてしまい気泡同士が結合し、異常発泡となった。廃棄材料は従来技術の液受けカップ容積分削減できた。

比較例２では、発泡状態は下駒の材料流路内にリブが設けられているため、ボイド（異常気泡）の発生が見られた。廃棄材料は液受けカップの容積分の廃棄材料が発生してしまった。

以上より、本発明の画像形成装置用発泡ローラの成型方法及び成型金型を用いることにより、成型された発泡ローラのボイド等の異常発泡が従来の金型で成型されたものと比べ、３０％減少した（但し、発泡体のセル連通化によるボイドを除く）。また、従来の成型金型においてカップに残存していた廃棄材料を３０％削減することが出来た。更には、液受けカップを用いていないことにより、液受けカップ処理装置が不要となった。更には、蓋と材料が接触しないために、蓋の清掃装置が不要となった。

本発明の成型方法、成型金型によって、高精度の、振れ、真円度、円筒度を満足した高品質な発泡ローラを成型することができ、画像形成装置用の発泡ローラとしての機能を満たすことができた。

（ａ）従来の発泡ローラ成型金型、（ｂ）本発明の発泡ローラ成型金型を示す図である。 本発明の発泡ローラ成型用の上駒を示す図（正面図、下面図）である。 本発明の発泡ローラの成型手順を示す図である。 発泡ローラの概略図である。

符号の説明

１ 従来の上駒
１” 本発明の上駒
２ 従来のパイプ金型
２” 本発明のパイプ金型
３ 従来の下駒
３’ リブ
３” 本発明の下駒
４ 液受けカップ
５ 芯材
６ 蓋
７ 下駒エアベント
１０ スリット
１１ 材料溜め空間
１２ 芯材保持部
２０ 発泡材料
３０ 発泡弾性層
３１ 芯金
ｗ スリット幅
ｈ スリット深さ
ｌ スリット長さ

Claims (2)

1. パイプ金型とその両端に配設される上駒、下駒を有する金型を用いて、該上駒、下駒に芯材を配置し、該芯材の周囲に発泡弾性層材料を供給し、発泡し、硬化し、脱型してなる画像形成装置用発泡ローラの成型方法において、
   （１）該上駒は、該パイプ金型と共に該上駒の外方向に発泡弾性層材料溜め空間を形成し、該上駒外周面に該上駒外方向と内方向を連通する少なくとも１つのスリットが配置されており、該上駒の内方向に芯材保持部が備えられており、該パイプ金型開口を閉塞するものであり、該下駒は、該パイプ金型の芯材保持部を備えられており、該パイプ金型開口を閉塞するものであり、該上下駒の該芯材保持部に該芯材を保持させパイプ金型に配置する工程と、
   （２）該金型の上方から、発泡弾性層材料を該発泡弾性層材料溜め空間内に流し込んだ後、直ちに該パイプ金型の該上駒側の端部に材料溜め空間を閉塞するための蓋をする工程と、
   （３）該発泡弾性層材料を、該上駒外周面に該上駒外方向と内方向を連通する少なくとも１つのスリットを通して発泡させつつ、該パイプ金型内に充填させる工程と、
   （４）該発泡弾性層材料を硬化させて発泡弾性層を形成する工程と、
   （５）該金型より、該芯金上に積層された発泡弾性層を有する画像形成装置用発泡ローラを脱型する工程と、
   を有し、
   該上駒のスリットの幅及び深さが、発泡弾性層材料の平均気泡直径の１倍以上１０倍以下であることを特徴とする画像形成装置用発泡ローラの成型方法。
2. パイプ金型とその両端に配設される上駒、下駒を有し、該上駒、下駒に芯材を配置し、該芯材の周囲に発泡弾性層材料が供給され、発泡し、硬化し、脱型する画像形成装置用発泡ローラの成型金型において、
   該上駒は、該パイプ金型と共に該上駒の外方向に発泡弾性層材料溜め空間を形成するものであって、該上駒外周面に該上駒外方向と内方向を連通する発泡弾性層材料の平均気泡直径の１倍以上１０倍以下の幅及び深さを有する少なくとも１つのスリットと、該上駒の内方向に芯材保持部を有して、該パイプ金型開口を閉塞するものであり、該上駒の外側に該パイプ金型端部の該材料溜め空間を閉塞するための蓋を有し、
   該下駒は、該下駒の内方向に芯材保持部を有し、該パイプ金型端部開口を閉塞するものであり、
   該上下駒の該芯材保持部に該芯材を保持させて用いることを特徴とする画像形成装置用発泡ローラの成型金型。