JP2017129680A - 弾性体製造方法及び弾性体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト等と対向させて回転させた際にベルト寄りを低減する弾性体を製造することができる弾性体製造方法を提供する。【解決手段】連通部加熱工程において、注入連通部３０８及び排出連通部３０９に位置する弾性体材料が、収容部３０５に位置する弾性体材料よりも先に硬化することにより、その後の加熱によって収容部３０５の内圧が上昇してもピンクリアランスから弾性体材料が漏れ出しにくくなる。従って、収容部３０５において弾性体材料が流動しにくくなり、発泡状態等が軸方向において均等な弾性体を形成することができる。このような弾性体をローラとして用いてベルト等と対向させて回転させた際、ベルト寄りを低減することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、弾性体製造方法及び弾性体製造装置に関する。

一般に、画像形成装置等に設けられる定着装置において、加圧ローラ（又は定着ローラ）に円筒形状のスポンジローラが用いられることがあり、このようなスポンジローラは、弾性体によって構成される。

定着装置においてスポンジローラを回転させると、対向する定着用フィルムやスリーブ、ベルト等（以下、単に「ベルト等」と称する。）が軸方向の一方側に寄るように移動し（即ちベルト寄りが生じ）てしまうことがあった。そこで、ベルト寄りの低減を目的としたスポンジローラの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されたスポンジローラの製造方法では、発泡材を短時間で硬化させることにより、気泡が楕円球状に変形することを抑制し、スポンジローラの面圧の軸方向におけるばらつきを小さくしてベルト寄りを低減している。

しかしながら、特許文献１に記載された方法によって気泡が楕円球状に変形することを抑制したとしても、ベルト寄りが充分に低減されないことがあった。即ち、金型に充填された弾性体の材料が加熱によって流動することにより、弾性体の発泡状態等が軸方向において不均一となってしまい、この弾性体によってスポンジローラを構成した場合に、ベルト寄りが生じてしまう可能性があった。

本発明の目的は、ベルト等と対向させて回転させた際にベルト寄りを低減する弾性体を製造することができる弾性体製造方法を提供することである。

請求項１に係る発明は、上記課題を解決するために、弾性体材料が充填される収容部と、前記収容部を外部に連通可能な連通部と、を備えた金型を加熱することにより、弾性体を製造する弾性体製造方法であって、前記収容部に位置する前記弾性体材料よりも、前記連通部に位置する前記弾性体材料を先に硬化させる連通部加熱工程を含むことを特徴とする弾性体製造方法である。

本発明の弾性体製造方法によれば、収容部に位置する弾性体材料よりも連通部に位置する弾性体材料を先に硬化させることで、ベルト等と対向させて回転させた際にベルト寄りを低減する弾性体を製造することができる。

本発明の第１実施形態に係る弾性体製造装置を示す斜視図である。 前記弾性体製造装置を示す正面図及び側面図である。 前記弾性体製造装置の要部を示す断面図である。 前記弾性体製造装置によって製造される弾性体が用いられる定着装置を示す正面図である。 前記定着装置の加圧ローラを示す正面図及び側面図である。 前記弾性体製造装置によって加熱される金型を示す断面図である。 前記金型に弾性体材料を充填して加熱した様子を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る弾性体製造装置を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る弾性体製造装置を示す側面図である。 本発明の第４実施形態に係る弾性体製造装置を示す斜視図である。 前記弾性体製造装置を示す正面図及び側面図である。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。尚、第２〜４実施形態においては、第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材及び同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態と同じ符号を付すとともに説明を省略する。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の弾性体製造装置１Ａは、図１、２に示すように、金型３００を加熱するためのものであって、連通部加熱手段２と、全体加熱手段と、を備える。本実施形態において、上下方向をＺ方向とし、Ｚ方向に略直交する２方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とする。

本実施形態の弾性体製造装置１Ａは、発泡材と水材との混合物が充填された金型３００を加熱することでローラ状の弾性体を製造する。この弾性体は、例えば図４に示すような定着装置１００の加圧ローラ１０１に用いられる。尚、弾性体を定着装置１００の定着ローラ１０２に用いてもよい。

定着装置１００は、加圧ローラ１０１と、加圧ローラ１０１と対向する定着ローラ１０２と、テンションローラ１０３と、従動ローラ１０４と、定着ローラ１０２、テンションローラ１０３及び従動ローラ１０４に架け回される定着ベルト１０５と、を備える。加圧ローラ１０１と定着ローラ１０２との間を紙が通過することで、トナーが紙に定着するようになっている。

加圧ローラ１０１は、図５に示すように、回転軸となるローラ芯金１０１Ａと、最外の離型層１０１Ｂと、ローラ芯金１０１Ａと離型層１０１Ｂとの間の弾性層１０１Ｃと、軸方向両端に設けられたグリップ部１０１Ｄと、を有する。離型層１０１Ｂによって加圧ローラ１０１へのトナーの固着を抑制して離型性を高めるとともに、グリップ部１０１Ｄによって紙の滑りを抑制して送紙性を高めるようになっている。

弾性層１０１Ｃは、ローラ状の弾性体によって構成されている。これにより、トナーを加熱及び加圧する際に、断熱性を向上させるとともに良好なニップ部を形成することができるようになっている。

金型３００は、図６、７にも示すように、外表面を構成する円筒状のスリーブ３０１と、スリーブ３０１内に配置される円柱又は円筒状の芯金部３０２と、軸方向の一方側（図６、７における下方側）の端部に設けられた注入バルブピン３０３と、排出バルブピン３０４と、を有する。

スリーブ３０１の内周面に対して芯金部３０２の外周面が離隔して設けられることにより、弾性体材料が充填されて弾性体を成形する収容部３０５がスリーブ３０１の内側に形成される。尚、スリーブ３０１と芯金部３０２とは一体的に構成されていてもよい。また、弾性体材料は、弾性体を構成する適宜なものであればよく、水発泡シリコーンゴムが例示される。

スリーブ３０１は軸方向の両端において開口した貫通形状を有し、収容部３０５と金型３００の外部とを接続する接続通路３０６、３０７が形成されている。軸方向の一方側の接続通路３０６には注入バルブピン３０３が設けられ、外部に対して開閉されるようになっている。他方側の接続通路３０７も同様に、排出バルブピン３０４が設けられて外部に対して開閉されるようになっている。

一方側の接続通路３０６のうち注入バルブピン３０３よりも収容部３０５側の部分が連通部としての注入連通部３０８となり、他方側の接続通路３０７のうち排出バルブピン３０４よりも収容部３０５側の部分が連通部としての排出連通部３０９となる。注入連通部３０８及び排出連通部３０９は、バルブピン３０３、３０４を開放することにより、収容部３０５と外部とを連通可能に構成されている。

ここで、金型３００に弾性体材料を注入（注型）する手順について説明する。金型３００は、軸方向をＺ方向に合わせるとともに注入側を下方側として用いられる。バルブピン３０３、３０４を開放した状態で一方側の接続通路３０６から収容部３０５に弾性体材料を注入（注型）する。このとき、収容部３０５において弾性体材料の液位が上昇していくとともに、収容部３０５内の空気が他方側の接続通路３０７を通って外部に排出される。

収容部３０５、注入連通部３０８及び排出連通部３０９に弾性体材料が充填されたら、バルブピン３０３、３０４を閉じることにより、収容部３０５、注入連通部３０８及び排出連通部３０９内に弾性体材料を保持する。このように弾性体材料が注入された金型３００は、この向きを維持した状態で弾性体製造装置１Ａによって加熱される。

バルブピン３０３、３０４を閉じた場合であっても、接続通路３０６、３０７には隙間（ピンクリアランス）が生じることがある。従って、加熱によって収容部３０５の内圧が上昇した場合、注入連通部３０８及び排出連通部３０９の弾性体材料が硬化していないと、ピンクリアランスから弾性体材料が漏れだす可能性がある。

連通部加熱手段２は、図１、２に示すように、高周波交流電源である電源２１と、電源２１に接続された通電回路２２と、を有し、金属部材をＩＨ加熱（誘電加熱）するように構成されている。

通電回路２２は、金型３００の軸方向両端部のそれぞれに近接して配置される端加熱部２２１、２２２と、金型３００から離隔するとともに端加熱部２２１、２２２の間においてＺ方向に沿って延びる一対の中央非加熱部２２３と、金型３００に対して接離する方向（Ｙ方向）に延びて端加熱部２２１、２２２と中央非加熱部２２３とを接続する各一対の接続部２２４、２２５と、を有する。

図示の例では通電回路２２は互いに略平行に延びる２つの回路によって構成されており、これらの回路は並列に接続され、流れる電流の位相は略等しいものとする。

端加熱部２２１、２２２は、金型３００の外表面に沿った円弧状部２２１Ａ、２２２Ａと、円弧状部２２１Ａ、２２２Ａの両端からＺ方向中央部側に向かって延びる各一対の直線部２２１Ｂ、２２２Ｂと、を有する。通電回路２２は屈曲可能に構成され、例えば円弧状部２２１Ａ、２２２Ａの内径を金型３００の軸方向端部の外径に応じた大きさにしたり、端加熱部２２１、２２２同士の間隔を金型３００の軸方向寸法に応じた長さとしたりするように、変形させられるようになっている。

電源２１によって通電回路２２に交流電流を流すと、交番磁束が発生する。図３は、図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図のうち、手前側の直線部２２２Ｂを示し、且つ、ある瞬間の磁界を示すものである。この磁界によって磁束が発生することにより、端加熱部２２１、２２２によって金型３００が加熱され、中央非加熱部２２３によってはほとんど加熱されない。即ち、端加熱部２２１、２２２により、金型３００の軸方向端部に形成された注入連通部３０８及び排出連通部３０９が収容部３０５よりも優先的に加熱される。

全体加熱手段は、例えば熱風炉であって、金型３００全体が略等温となるように加熱するものである。

以下、弾性体製造装置１Ａによって弾性体を製造する方法（弾性体製造方法）について説明する。まず、上記のように金型３００に弾性体材料を充填し、弾性体製造装置１Ａにセットする。次に、金型３００の形状や寸法等に合わせて連通部加熱手段２の通電回路２２を適宜に屈曲変形させる。

このような状態において、連通部加熱手段２の電源２１をオンにして通電を開始することで、金型３００を加熱する（連通部加熱工程）。連通部加熱工程では、上記のように注入連通部３０８及び排出連通部３０９が収容部３０５よりも優先的に加熱されることにより、図７に示すように、注入連通部３０８及び排出連通部３０９に位置する弾性体材料が、収容部３０５に位置する弾性体材料よりも先に硬化する。尚、図７においては黒塗り部分が硬化した部分を示す。

注入連通部３０８及び排出連通部３０９に位置する弾性体材料が充分に硬化するように通電を継続した後、電源２１をオフとし、全体加熱手段によって金型３００全体を加熱して収容部３０５に位置する弾性体材料を硬化させる（全体加熱工程）。金型３００内の全ての弾性体材料が充分に硬化するように加熱したら、加熱を終了して金型３００から弾性体を取り出す。このような弾性体は、適宜に加工が施され、上記のような加圧ローラ１０１に用いられる。

尚、弾性体製造装置１Ａは、上記の弾性体製造方法となるように加熱の手順が予めプログラムされていてもよいし、連通部加熱手段２及び全体加熱手段のそれぞれを独立に操作可能なスイッチ等が設けられるとともに、作業者が各スイッチを操作することで上記の弾性体製造方法のような手順で加熱を実行するようにしてもよい。即ち、弾性体製造装置１Ａは、連通部に位置する弾性体材料を先に硬化させ得る連通部加熱手段を備えていればよい。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、注入連通部３０８及び排出連通部３０９に位置する弾性体材料が、収容部３０５に位置する弾性体材料よりも先に硬化することにより、その後の加熱によって収容部３０５の内圧が上昇してもピンクリアランスから弾性体材料が漏れ出しにくくなる。従って、収容部３０５において弾性体材料が流動しにくくなり、発泡状態等が軸方向において均等な弾性体を形成することができる。このような弾性体をローラとして用いてベルト等と対向させて回転させた際、ベルト寄りを低減することができる。

さらに、弾性体材料が漏れることを抑制するためにピンクリアランスの大きさが小さい高精度な金型を用いる必要がないことから、製造コストを低減することができる。

また、連通部加熱工程において誘導加熱を用いることにより、注入連通部３０８及び排出連通部３０９に位置する弾性体材料を局所的に加熱することができ、弾性体材料の漏れをさらに抑制することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の弾性体製造装置１Ｂは、図８に示すように、連通部加熱手段３と、全体加熱手段と、を備える。連通部加熱手段３は、熱風発生部３１と、Ｚ方向に間隔をあけて設けられた噴出ノズル３２、３３と、を有する。

噴出ノズル３２、３３は、可撓性を有する部材によって構成され、送風の向きを可変に構成されている。即ち、金型３００の寸法や形状に合わせて送風の向きを変え、連通部を加熱することができるようになっている。噴出ノズル３２、３３を金型３００のバルブピン３０３、３０４近傍に向け、熱風発生部３１が発生した熱風を噴出ノズル３２、３３から噴出させることにより、連通部に熱風が吹き付けられ、優先的に加熱される。

弾性体製造装置１Ｂによって弾性体を製造する方法（弾性体製造方法）は、前記第１実施形態の弾性体製造方法において、連通部加熱手段２による連通部加熱工程に代え、連通部加熱手段３による連通部加熱工程を含むものである。

このような本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。即ち、熱風を吹き付けて連通部を加熱することで、金型３００の寸法や形状に合わせて送風の向きを変えることにより、様々な種類の金型に対応することができる。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の弾性体製造装置１Ｃは、図９に示すように、連通部加熱手段４と、全体加熱手段と、を備える。連通部加熱手段４は、加熱用油等の高温液体Ｌを収容可能な容器によって構成されている。

連通部が形成された金型３００の軸方向端部を高温液体Ｌに浸漬させることにより、連通部加熱手段４によって連通部を優先的に加熱することができるようになっている。

弾性体製造装置１Ｃによって弾性体を製造する方法（弾性体製造方法）は、前記第１実施形態の弾性体製造方法において、連通部加熱手段２による連通部加熱工程に代え、連通部加熱手段４による連通部加熱工程を実施するものである。尚、金型の軸方向の両端に連通部が形成されている場合には、一端側の連通部を加熱した後、金型の上下を反転させ、他端側の連通部を加熱すればよい。

このような本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。即ち、容器である連通部加熱手段４が複数の金型を収容可能な大きさを有するようにすれば、複数の金型の連通部を略同時に加熱することができ、製造効率を向上させることができる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の弾性体製造装置１Ｄは、図１０、１１に示すように、連通部加熱手段５と、全体加熱手段と、を備える。連通部加熱手段５は、前記第１実施形態の連通部加熱手段２の電源２１及び通電回路２２に加え、フェライトコア（磁性体部材）５０を有するものである。

フェライトコア５０は、平面視Ｕ字の板状に形成されるとともに、通電回路２２の直線部２２１Ｂ、２２２Ｂを囲むように、端加熱部２２１、２２２の近傍に設けられている。直線部２２１Ｂ、２２２Ｂに電流が流れた際に、フェライトコア５０に磁束が流れやすくなっている。

このような本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。即ち、フェライトコア５０に磁束が流れやすいことで、磁束を集中させて連通部を局所的に加熱することができ、弾性体材料の漏れをより一層抑制することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記第１実施形態では、金型３００の軸方向の両端に連通部としての注入連通部３０８及び排出連通部３０９が形成されているものとしたが、連通部は、金型の軸方向の一端にのみ形成されていてもよいし、軸方向の中央部に形成されていてもよい。連通部の形成位置に応じて連通部加熱手段によって加熱すればよい。

また、前記第３実施形態では、金型３００の軸方向端部を高温液体Ｌに浸漬させることにより、連通部を直接的に接触させて加熱するものとしたが、高温液体を用いて連通部を間接的に加熱してもよい。即ち、加熱用ジャケット内に高温液体を収容したり循環させたりするとともに、この加熱用ジャケットによって金型３００の軸方向端部を覆う（又は囲む）ことで連通部を加熱してもよい。

また、前記第１〜４実施形態では、連通部加熱手段として種々の形態を例示したが、連通部加熱手段は収容部よりも連通部を優先的に加熱するものであればよく、これらの構成に限定されない。例えば、連通部加熱手段がヒータ加熱によって連通部を加熱する構成としてもよい。

また、前記第１〜４実施形態では、弾性体製造装置が連通部加熱手段だけでなく全体加熱手段も備えるものとしたが、全体加熱手段は設けられていなくてもよい。例えば、連通部加熱手段によって連通部を優先的に加熱した後、加熱箇所を変更したり走査したりすることにより、収容部を加熱し、金型全体を加熱するようにしてもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではない。それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

＜実施例及び比較例＞
第１実施形態の弾性体製造装置１Ａを用いた実施例１の製造条件、及び、他の弾性体製造装置を用いた比較例２、３の製造条件について説明する。

金型に２１５ｇの弾性体材料を充填し、上記のように連通部加熱手段によって加熱した後、１３０℃の熱風炉（全体加熱手段）によって加熱することを、実施例１の製造条件とした。

金型に２１５ｇの弾性体材料を充填し、１３０℃の熱風炉（全体加熱手段）によって加熱することを比較例２、３の製造条件とした。比較例２ではピンクリアランスの大きさが０．０３ｍｍの金型を用い、比較例３ではピンクリアランスの大きさが０．０２ｍｍの金型を用いた。尚、実施例１及び比較例２、３の各製造条件で製造された弾性体は、外径３５ｍｍ、肉厚５．５ｍｍ、全長３８５ｍｍのローラ形状を有する。

実施例１及び比較例２、３の条件で製造を繰り返し、加熱時に金型から漏れ出た弾性体材料の量（漏れ量）を測定した。金型に充填した弾性体材料の全量に対する漏れ量を漏れ率とすると、漏れ率が１％以下である場合、ベルト寄りが生じにくいことが分かった。実施例１及び比較例２、３の各製造条件における漏れ率の平均値と標準偏差とについて表１に示す。

連通部加熱手段によって加熱する実施例１の製造条件では、漏れ率の平均値が１％以下となり、良好な弾性体が得られやすいという結果が得られた。また、漏れ率のばらつきも小さく、歩留まりを向上させることができた。一方、比較例１の製造条件では漏れ率の平均値が１％よりも大きく、且つ、ばらつきも大きくなり、弾性体に不良が発生しやすい結果となった。

また、ピンクリアランスの大きさを小さくした比較例２の製造条件では、漏れ率の平均値が１％以下となったものの、ばらつきが大きく、弾性体の一部に不良が発生するという結果となった。また、比較例２では経時によって（製造を繰り返すことで）漏れ率が上昇する傾向が見られた。即ち、実施例１の製造条件では、ベルト寄りを低減可能な弾性体を安定して得ることができた。

１Ａ〜１Ｄ 弾性体製造装置
２〜５ 連通部加熱手段
３００ 金型
３０５ 収容部
３０８ 注入連通部（連通部）
３０９ 排出連通部（連通部）

特開２００７−２９８８３６号公報

Claims (5)

1. 弾性体材料が充填される収容部と、前記収容部を外部に連通可能な連通部と、を備えた金型を加熱することにより、弾性体を製造する弾性体製造方法であって、
   前記収容部に位置する前記弾性体材料よりも、前記連通部に位置する前記弾性体材料を先に硬化させる連通部加熱工程を含むことを特徴とする弾性体製造方法。
2. 前記連通部加熱工程において、誘導加熱によって前記連通部を加熱することを特徴とする請求項１に記載の弾性体製造方法。
3. 前記連通部加熱工程において、熱風により前記連通部を加熱することを特徴とする請求項１に記載の弾性体製造方法。
4. 前記連通部加熱工程において、前記連通部を高温液体により加熱することを特徴とする請求項１に記載の弾性体製造方法。
5. 弾性体材料が充填される収容部と、前記収容部を外部に連通可能な連通部と、を備えた金型を加熱することにより、弾性体を製造する弾性体製造装置であって、
   前記収容部に位置する前記弾性体材料よりも、前記連通部に位置する前記弾性体材料を先に硬化させ得る連通部加熱手段を備えることを特徴とする弾性体製造装置。

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