JP2009255379A - ローラ成形型、ローラ成形品の脱型方法、及びローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイド、異物、スパイダーマーク等の成形欠陥を低減する。
【解決手段】成形型本体１の側面近傍にエラストマ原料を注型するための注型口１ａと、成形型本体１と下駒３とで形成したリングゲートＧと、注型口１ａからリングゲートＧに連通するスプール孔１ｂと、を具備するローラ成形型である。注型口１ａからリングゲートＧに向かうスプール孔１ｂの軸線は、成形型本体１の側面側からキャビティＣの軸心方向で、且つ、成形型本体１における上駒２の装着部側から下駒３の装着部方向へ向かって傾斜する。
【選択図】図２

Description

本発明は、芯金の周囲に円筒状のエラストマ材が配されたローラを成形する成形型及びローラの製造方法に関する。詳しくは、例えば現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、加圧ローラ、プラテンローラ、給紙・排紙ローラ等のエラストマローラ等の製造に用いられるローラ成形型及びローラの製造方法に関する。尚、それらのローラは、電子写真法、インクジェット法、サーマル法等を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に適宜選択して用いられる。

エラストマローラの成形には、エラストマ部がソリッド状或いはフォーム状に限らず成形型を使用する製造方法が多用されてきた。その製造方法の従来例としては、成形型のエラストマ部に相当する円筒状キャビティの軸方向を鉛直に立てた状態で、エラストマ原料を成形型上部から注型する方法（特許文献１参照。）がある。その注型方向とは逆で、成形型下部から、キャップ部材に設けられた３個以上のゲートを介して注型する方法（特許文献２参照。）もある。

また、エラストマ原料が液状フォーム原料の場合、次のようにして該原料を成形型のキャビティに充填する方法が提案されている。液受部材に液状フォーム原料を注型し、該原料の発泡の進行による体積膨張によりオーバーフローした原料が、芯金の下端を支持する下駒に形成された貫通口を通過して、成形型のキャビティに満たされる方法である（特許文献３参照）。

この成形型の場合、複数の貫通口で流路断面積を大きく採り、その逆に梁部つまりスパイダーの断面積を制限してスパイダー上部の空気の抜けを良くしボイドの発生を低減するという構成である。
特開平０８−２８１８３２号公報 特開２００６−３１２２９２号公報 特開２００７−０４４９５５号公報

特許文献１のような成形型上部からエラストマ原料を注型する方法では、キャビティ内の空気はエラストマ原料により押下されキャビティ下端より排出される。しかし、空気はエラストマ原料より比重が小さいためエラストマ原料中で浮力が作用しエラストマ部に気泡として残留することがある。よって、この状態でエラストマが硬化して、ボイド欠陥が発生する場合がある。

また、特許文献２のような成形型下部からエラストマ原料を注型する方法では、ボイドの発生は低減できる。しかし、エラストマ原料を成形型に吐出後ノズルを退避させる際、エラストマ原料が成形型から垂れて成形型の下方に位置するノズルに付着し硬化する虞がある。この硬化物が次の注型の際エラストマ原料に混入して注型され異物欠陥となる場合がある。また、成形型からのエラストマ原料の垂れを防止するためエラストマ原料が硬化するまで成形型とノズルのノズルタッチを継続する場合、ノズルタッチ時間が延長し生産性が低下する場合もある。

また、特許文献３のようなエラストマ原料を液受部材に注型しオーバーフローさせる方法は、キャビティ以外の部分に液溜部の余分なエラストマ原料を必要とし、原料使用量が増大しコストが上昇するという課題がある。その上、成形品の脱型の際、ローラ自体の脱型工程に加えて、液受部材内に出来た成形物を脱型する機構が必要となり、脱型装置が複雑化する課題もある。

また、下駒にキャビティに通じる原料の供給流路を設ける場合、駒中心部に芯金を支持する芯金支持部が必要であり、成形型本体との嵌合部と芯金支持部の間を繋ぐ所謂スパイダーが不可欠である。

この構造において、原料がスパイダーを通過し合流する際スパイダー上の空気を巻込むため、ボイド欠陥が発生したり、ローラ軸方向に筋状のスパイダーマークの欠陥が発生する場合があった。スパイダーマークを低減するため極力スパイダーの成形型軸方向長さ及び周方向の幅を短縮するが、強度が低下するため、スパイダーの小型化には限界があった。

本発明の目的は、上述のような従来の構成が有していた課題を解決できるローラ成形型を提供することである。その目的の一例は、ローラ成形品における成形欠陥の発生を低減することである。

本発明は、円筒形状のキャビティを有する成形型本体と、該キャビティに配置された芯金と、該キャビティの軸方向の両端に対向配置され、芯金を支持する上駒及び下駒と、を有するローラ成形型に係るものである。

上記課題を解決すべく、本発明のローラ成形型は、成形型本体の側面近傍にエラストマ原料を注型するための注型口と、成形型本体と下駒とで形成したリングゲートと、注型口から前記リングゲートに連通するスプール孔と、を具備する。

そして、注型口からリングゲートに向かうスプール孔の軸線が、成形型本体の側面側から円筒形状のキャビティの軸心方向へ、且つ、成形型本体における上駒の装着部側から下駒の装着部方向へ向かって傾斜する。

本発明によれば、ローラ成形品における成形欠陥の発生を低減できる。

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は本発明の一実施形態によるローラ成形型の縦断面図で、ローラの成形途中を示している。図２は図１におけるＸ部の拡大図、図３は該ローラ成形型より成形されたローラ成形品の側面図である。

図１に示すように、本実施形態のローラ成形型は、芯金Ｓが配置された円筒形状のキャビティＣを有する成形型本体１と、キャビティＣの軸方向の両端に対向配置され、芯金Ｓを支持する上駒２及び下駒３と、を有する。

成形型本体１のキャビティCの軸方向両端にテーパ孔が形成されており、テーパ軸を有する上駒２と下駒３が該テーパ孔と嵌合している。上駒２と下駒３は、型締手段（不図示）により成形型本体１に押圧固定される。

芯金Ｓは、上駒２と下駒３により成形型本体１のキャビティＣの径方向中心と芯金Ｓの軸中心とが略合致するように支持される。

上駒２には、キャビティＣ内の空気を排気するエアーベント２ａが設けられている。

この型組されたローラ成形型は、成形工程中において上駒２が上方に下駒３が下方になるように配置されている。

ここでは、各駒２，３の成形型本体１への装着方法にテーパ嵌合を例示したが、ストレート嵌合でも良い。つまり、成形型本体のテーパ孔が円筒状に形成され、該円筒状のテーパ孔と嵌合するために該テーパ軸が円柱状に形成されていてもよい。

また、図２に示すように、成形型本体１と下駒３とでリングゲートＧが形成されている。そして、成形型本体１の側面近傍即ち成形型本体1の側面から窪んだ位置に注型口１ａが設けられ、注型口１ａからリングゲートＧに連通するスプール孔１ｂが形成されている。

注型口１ａからリングゲートＧに向かうスプール孔１ｂの軸線は、成形型本体１の側面側からキャビティＣの軸心方向で、且つ、成形型本体１における上駒２の装着部側から下駒３の装着部方向へ向かって傾斜する。つまり、成形型本体１の側面側からキャビティＣの軸心に向かい注入口１ａから斜め下方にスプール孔１ｂが形成されている。

リングゲートＧは、中心がキャビティＣの軸心と同じ円環状に形成され、スプール孔１ｂの終端とキャビティＣとを連接する。

リングゲートＧの下面とキャビティＣの下端との間に、リングゲートＧ部より断面積を絞った円環状のリングゲート絞り部Ｇｎが設けられている。

また、成形型本体１の側面部には、注型口１ａを開閉する注型口開閉手段であるシャッタ４が有る。シャッタ４は、成形型本体１の側面部に内蔵する圧縮ばね４ｂにより付勢されてシャッタ座面４ａが成形型本体１の開閉座面１ｃに当接されている。この状態で注型口１ａが閉状態に保持される。他方、圧縮ばね４ｂの付勢力に抗してシャッタ４のシャッタ座面４ａを成形型本体１の開閉座面１ｃから離間することにより注型口１ａが開けられる。このようなシャッタ４の移動は不図示のシャッタ駆動手段により行われる。

ここでは、注型口１ａの開閉手段についてシャッタ方式を示したが、蓋を配設する方法等でも良く、注型口から原料の流出を抑えられる方法ならば足りる。

次に、前記ローラ成形型を使用して、図３に示すようなローラ６を製造する方法について説明する。

成形型本体１の中に上駒２と下駒３を用いて芯金Ｓが支持される。そして型締手段（不図示）により上駒２と下駒３が押圧固定されつつ、上駒２が上方に下駒３が下方になるようにローラ成形型が配置される。このようにセットされたローラ成形型は、熱盤（不図示）により所定のエラストマ原料(以後、原料と略する場合がある)が硬化する温度に保持されている。

原料をローラ成形型に注型するノズル５が、スプール孔１ｂの軸と同一方向のノズル移動方向Ｆに沿って上方から斜め下方に移動し、注型口１ａに当接する。このときシャッタ４はシャッタ駆動手段（不図示）により圧縮ばね４ｂのばね力に抗して引上げられ、開閉面座面１ｃからシャッタ座面４ａが離間している。

原料吐出手段（不図示）を起動して原料をノズル５から吐出すると、該原料は注型口１ａ及びスプール１ｂを通りリングゲートＧの下端に達する。このとき、ノズル５及びスプール１ｂは斜め下方に向いているため原料には斜め下方向の流速が付与される。その結果、リングゲート下端からキャビティＣへ向かう方向に比べてリングゲート周方向に優先的に流れ易く、原料はリングゲート周方向に流動しつつ円環状に上昇する。

続いて原料がリングゲート絞り部Ｇｎに達すると、原料の軸方法流路は絞られているため流動抵抗を受け、リングゲート周方向に拡散する。この結果、流動する原料の軸方向の流動速度はリングゲート周方向で均一化しキャビティＣに到達する。この事により、原料の軸方向の流動速度差により生じるフローマークの欠陥を低減できる。

尚、リングゲート絞り部Ｇｎは材料の粘性、ローラの形状等に応じて周方向に複数設置することも可能である。

また、本実施形態例のローラ成形型では注入口１ａが成形型本体１の側面近傍に配置されている為、下駒３に原料の流路孔を設ける必要がなく、したがって、所謂スパイダーは不要でありスパイダー起因の欠陥は発生しない。また、原料をノズル５で注入口１ａに直接注入するため、液溜部が不要であり原料の使用効率の低下を防止できる。

原料の注型中は、原料の上端液面が周方向で略等速な状態でキャビティＣの下端から上方向に上昇し、また比重の小さい空気は比重の大きい原料によって、上駒３に設けられたエアーベント２ａよりキャビティＣ外に排気される。このため、原料中への気泡の混入を防止できる。

ローラ成形型に所定量の原料を注型したら、原料吐出手段が停止し、ノズル５が注型口１ｃから斜め上方に離間する。この動作と同時にシャッタ駆動手段（不図示）が操作され、シャッタ４の固定が開放されると、圧縮ばね４ｂがシャッタ４に作用しシャッタ座面４ａが成形型本体１の開閉座面１ｃに当接し、注型口1aが閉じられる。

シャッタ４は圧縮ばね４ｂにより注型口１ａを閉状態に保持でき、原料がキャビティＣに充満するまでは注型口１ａから逆流し流出するのを防止できる。

ノズル５を注型口１ａから離間する際ノズル５の吐出口先端は斜め下方に向いている為、ローラ成形型から垂れた原料がノズルに付着することがない。よって、ノズルを上向きで注型する場合にローラ成形型から垂れた原料がノズルに付着して該原料が固化し次回の注型の際に該原料に混入し異物不良が発生するという課題も解消できる。

次に、原料が硬化するのに要する時間が経過した後、型締手段（不図示）が解除され、上駒２及び下駒３が成形型本体１より外される。

成形された成形品であるローラ６の脱型は、ローラ部については、ローラ成形型の上方から下方に芯金Ｓの上端部が、ローラ部脱型手段であるプッシャＡ（不図示）で押下される。また、スプール孔１ｂで成形されたスプール部の脱型については、スプール成形物の上端が、スプール部脱型手段であるプッシャＢ（不図示）でスプール孔１ｂの軸線に沿って斜め下方に押圧される。

このようなプッシャＡとプッシャＢを用いた脱型動作は連動（同期）しており、スプール成形物が成形型本体１より脱型された後にはプッシャＢが停止されたまま、プッシャＡは更にローラ部の押下を継続し成形品全体を脱型する。

その後、エアーベント２ａでの成形物とリングゲート１ｂでの成形物がスプール成形物もろとも突切除去され、ローラ６が完成する。

ここで、芯金Ｓとしては各種金属単体或いは金属にメッキ・塗装等の表面処理を施した物又は繊維で強化した樹脂が使用できる。また、芯金Ｓとエラストマの接着のために必要に応じ芯金Ｓにプライマが施される。

エラストマは、液状エラストマとして、エーテル系、エステル系ポリウレタンや付加反応型液状シリコンが適用でき、通常注型機を使用して主剤と硬化剤を混合したものが成形型に注型される。

また、ミラブルエラストマについても、シリコン、ウレタン、アクリロニトリルブタジエン、エピクロルヒドリン、ブチル、エチレンプロピレン共重合体等を単独或いは２種類以上ブレンドする。このブレンドしたものにシリカ、炭酸カルシウム、カーボンブラック等の充填剤及び架橋剤を加えて予め混練する。これをインジェクション成形機に投入し可塑化し成形型に注型することが可能である。

「実施例１」
前述した構成のとおりのローラ成形型及びこれを用いたローラ製造方法を利用して、電子写真装置に使用されるエラストマローラの一種であるトナー除去・供給ローラを製造した。トナー除去・供給ローラは、現像ローラと当接し現像ローラ上に残留する旧トナーを摺擦除去すると同時に新トナーを現像ローラ上に供給するウレタン発泡ゴムローラである。このローラを製造する原料の処方として、
ポリエーテルポリオール（商品名：ＦＡ−９０８、三洋化成工業（株）製、）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）製、）１０部、を用意する。さらに、第３級アミン触媒（商品名：ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ、東ソー（株）製）０．１部、第３級アミン触媒（商品名：ＴＯＹＯＣＡＴ−ＭＲ、東ソー（株）製）０．３部を用意する。さらに、水（発泡剤）２部、及びシリコン整泡剤（商品名：Ｌ５３６６、日本ユニカー（株）製）１部、を用意する。

これらを予め混合してＡ系原料とし、また、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）製）２２部をＢ系原料とした。

注型機にＡ系、Ｂ系原料を投入し、注型機の混合ヘッドで攪拌しつつウレタン混合原料を作る。そして、該ウレタン混合原料をノズル５から、６０℃に加熱された成形型本体１の注型口１ａにキャビティＣの容量の略３３％になるまで注型した後、シャッタ４で注型口１ａを閉じた。

すると、ウレタン混合原料は、発泡による体積膨張でキャビティＣを満たし硬化した。その後、硬化したローラ成形品を脱型し、そのローラ端部を突切り、トナー除去・供給ローラ６を得た。

以上により、ローラのエラストマ部にボイド及び異物が少なくてスパイダーマークの発生が無い良質のトナー除去・供給ローラが得られた。

「実施例２」
前述した構成のとおりのローラ成形型及びこれを用いたローラ製造方法を利用して、電子写真装置に使用されるエラストマローラの一種である現像ローラ基層を製造した。

現像ローラ基層は、芯金の周囲にシリコンエラストマを形成したものである。

エラストマ原料として、液状シリコンゴム（商品名：ＤＹ３５−ＡとＤＹ−３５−Ｂ、東レ・ダウコーニング社製）を用意する。

そして該液状シリコンゴムをスタティックミキサーで混合し、ノズル５から、芯金Ｓがセットされ１１０℃に加熱された成形型にキャビティＣが満たされるまで充填し、シャッタ４を閉じた。

その後、硬化した液状シリコンゴムローラ成形品を脱型し、そのローラ端部を突切り、現像ローラ基層６を得た。

以上により、ローラのエラストマ部にボイド及び異物が少なくてスパイダーマークの発生が無い現像ローラ基層が得られた。

（本発明の態様例）
以上に例示したように、本発明の一態様は、成形型本体１の側面近傍の注型口１ａから、成形型本体１と下駒３で形成されたリングゲートＧへ連通するスプール孔１ｂを介してエラストマ原料を注型し、注型後、注型口１ａを閉じることを可能にした成形型である。そのため、成形品であるローラにボイドや異物などの欠陥が発生することを低減できる。

また、成形型にスパイダーを構成しないため、スパイダー起因のボイド、スパイダーマークの成形品の欠陥を防止できる。

また、成形型に液溜部を配置しないため液溜部に相当するエラストマ原料を必要とせずローラ一本当りの材料使用量を低減できる。

また、液溜部の成形物を脱型する脱型装置も要しないため簡便な装置でローラの製造が可能である。

また本発明の他の態様は、図１及び２に示したローラ成形型を用いて製造するエラストマローラの製造方法である。

この製造方法は次のような工程をとる。

まず、成形型本体１に固定され芯金Ｓを保持した上駒２及び下駒３がそれぞれ上方と下方に位置するように、図１のローラ成形型を配置する。次いで、注型口１ａを開いた状態でスプール孔１ｂの軸線に沿った斜め上方から注型口１ａにノズル５を当接する。続いて、エラストマ原料をノズル５からスプール孔１ｂ及びリングゲートＧを介してキャビティＣに注型する。その後、ノズル５を注型口１ａから離間させて注型口１ａを閉じる。エラストマ原料を成形型内で芯金Ｓの周囲に硬化させた後、その硬化したローラ成形品を脱型する。

また、硬化したローラ成形品を脱型する工程では、以下の方法をとることが好ましい。すなわち、まず成形型本体１から上駒２及び下駒３を外す。その後、キャビティＣ内で硬化したローラ部及びスプール孔１ｂでの成形物を連動した動作で脱型する。つまり、ローラ成形型のキャビティＣの軸線に沿って上駒２の装着部側から下駒３の装着部方向に向けて、ローラ部を移動する。この動作と伴に、スプール孔１ｂの軸線に沿って注型口１ａからリングゲートＧに向けて、スプール孔１ｂでの成形物を移動する。

以上のように本発明の好ましい実施形態を図面に示して説明したが、本願発明は図示した形や構造に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変更して実施可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態によるローラ成形型の縦断面図で、ローラの成形途中を示している。 図１におけるＸ部の拡大図である。 図１のローラ成形型より成形されたローラ成形品の側面図である。

符号の説明

１ 成形型本体
１ａ 注型口
１ｂ スプール
１ｃ 開閉座面
２ 上駒
２ａ エアーベント
３ 下駒
４ シャッタ
４ａ シャッタ座面
４ｂ 圧縮バネ
５ ノズル
６ ローラ
Ｅ エラストマ
Ｆ ノズル移動方向
Ｓ 芯金
Ｃ キャビティ
Ｇ リングゲート
Ｇｎ リングゲート絞り部

Claims (5)

1. 円筒形状のキャビティを有する成形型本体と、該キャビティに配置された芯金と、該キャビティの軸方向の両端に対向配置され、前記芯金を支持する上駒及び下駒と、を有するローラ成形型において、
   前記成形型本体の側面近傍にエラストマ原料を注型するための注型口と、
   前記成形型本体と前記下駒とで形成したリングゲートと、
   前記注型口から前記リングゲートに連通するスプール孔と、を具備し、
   前記注型口から前記リングゲートに向かう前記スプール孔の軸線が、前記成形型本体の側面側から前記円筒形状のキャビティの軸心方向へ、且つ、前記成形型本体における前記上駒の装着部側から前記下駒の装着部方向へ向かって傾斜することを特徴とするローラ成形型。
2. 前記注型口を開閉する注型口開閉手段を前記成形型本体にさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載のローラ成形型。
3. 請求項１又は２に記載のローラ成形型により成形されたローラ成形品を脱型する脱型方法であって、
   前記成形型本体から前記上駒及び下駒を外し、
   前記キャビティ内で硬化したローラ部及び前記スプール孔での成形物を、
   前記ローラ成形型の前記キャビティの軸線に沿って前記上駒の装着部側から前記下駒の装着部方向に向けて、前記ローラ部を移動する動作と、前記スプール孔の軸線に沿って前記注型口から前記リングゲートに向けて、前記スプール孔での成形物を移動する動作とを連動して脱型することを特徴とするローラ成形品の脱型方法。
4. 請求項１又は２に記載のローラ成形型を用いて製造するエラストマローラの製造方法であって、
   前記成形型本体に固定され前記芯金を保持した前記上駒及び下駒がそれぞれ上方と下方に位置するように、前記ローラ成形型を配置し、
   前記注型口を開いた状態で前記スプール孔の軸線に沿った斜め上方から前記注型口にノズルを当接し、
   エラストマ原料を前記ノズルから前記スプール孔及び前記リングゲートを介して前記キャビティに注型し、
   前記ノズルを前記注型口から離間させて前記注型口を閉じ、
   前記エラストマ原料を成形型内で前記芯金の周囲に硬化させ、
   その硬化したローラ成形品を脱型する、ことを含むエラストマローラの製造方法。
5. 前記硬化したローラ成形品を脱型する工程において、
   前記キャビティ内で硬化したローラ部及び前記スプール孔での成形物を、
   前記成形型本体から前記上駒及び下駒を外し、
   前記ローラ成形型の前記キャビティの軸線に沿って前記上駒の装着部側から前記下駒の装着部方向に向けて、前記ローラ部を移動する動作と、前記スプール孔の軸線に沿って前記注型口から前記リングゲートに向けて、前記スプール孔での成形物を移動する動作とを連動して脱型する、請求項４に記載のエラストマローラの製造方法。

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