JP4243910B2 - 遠心成形用金型の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機やレーザプリンタ等に使用されるシームレスベルト等の中空の成形品を成形する遠心成形用金型の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シームレスのシームレスベルトを製造する場合には、図示しないが、金型に流動性の樹脂材料を注入し、金型を回転させながら加熱し、金型の内周面に樹脂材料を遠心力により付着させ、その後、金型を冷却することにより、チューブ状のシームレスベルトを製造している。
金型は、鉄鋼やステンレス等の材料を使用して円筒状に形成されている。この種の金型は、先ず、鉄鋼等の材料が管状体に押出成形され、この管状体の内周面と外周面とがそれぞれ所定の寸法に研削加工された後、管状体の内周面に研削加工あるいは硬質クロムメッキ等の処理が施されることにより、作製される。樹脂材料としては、有機溶媒を含む溶液が使用され、固形分濃度が略２０％以下とされている。
【０００３】
ところで、金型は、厚さ精度、真円度、内周面精度等のトータル精度に関し、研削刃の磨耗、加工装置の芯ぶれ、研磨加工のムラ等の要因により、数十μｍオーダーのばらつきを有している。これに対し、電子写真複写機やレーザプリンタ等に使用されるシームレスベルトには、特に厳しい厚さ精度が要求されている。具体的な数値にして表わすと、最大値‐最小値で２０μｍ以下、極端な場合には１０μｍ以下である。
【０００４】
従来の金型、樹脂材料を使用してシームレスベルトを成形する場合には、金型に上記したばらつきがあっても、有機溶媒の揮発に伴い、厚さばらつきも略同様の割合で減少するので、十分に使用可能なシームレスベルトを得ることができる。例えば、５０μｍのばらつきを有する金型と固形分量２０％以下の樹脂材料とを使用した際、成形されるシームレスベルトは、厚さばらつきが約１０μｍとなり、十分使用に耐え得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機溶媒量の多い材料を使用して中間転写ベルト等のシームレスベルトを製造する場合、有機溶媒の乾燥に長時間を要するので、生産性が著しく悪化するという問題がある。
係る点に鑑み、本発明者等は、固形分の大きな材料、具体的には３０％以上の材料、より好ましくは熱硬化性の樹脂を用い、１００％固形分の材料を使用したシームレスベルトの作製を試みた。しかし、有機溶媒の揮発に伴う厚さのばらつき減少の割合が小さいか、全くないため、金型の有する数十μｍ以下のばらつきをシームレスベルトが負担することとなり、到底使用に耐え得るものではなかった。
【０００６】
一方、近年の印刷品位の高精細化により、さらに厚さ精度の高いシームレスベルトが要求されてきている。しかし、金型に２０μｍ以内、さらには１０μｍ以内の高精度を従来の加工法で求めることは非常に困難である。また、このような精度で金型を作製するためには、寸法測定と修正とを繰り返す必要があり、高度な技術と長時間を要するので、金型自体のコストアップを招き、結果としてシームレスベルトのコストが上昇することとなる。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたもので、優れた生産性を得るために固形分３０％以上、好ましくは１００％の樹脂材料を使用した場合でも、非常に優れた厚さ精度のシームレスベルト等を安価に製造することのできる遠心成形用金型の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては上記課題を解決するため、中空の成形品を成形する遠心成形用金型の製造方法であって、円筒の管状体を押出成形してその内外周面をそれぞれ研削加工し、この管状体の内周面に粗面化処理を施し、管状体の開口した両端部に孔付きの蓋をそれぞれ着脱自在に取り付け、管状体を外部から加熱しながら回転させるとともに、管状体内に固形分濃度５０％以上の樹脂材料を蓋の孔を介し注入して管状体の内周面にコート層を遠心力により積層し、その後、コート層を乾燥硬化させることを特徴としている。
なお、管状体の内周面両端部に、環状の堰をそれぞれ設けることができる。
すなわち、本発明者等は、加工済みの管状体の精度を別部材で調整すれば良いことに着目し、このための方法や材料について種々検討した。その結果、上記方法を採用すれば、高精度の遠心成形用金型の製造方法を得ることができることを確認し、本発明を完成させた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における遠心成形用金型は、図１や図２(ａ)、(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)に示すように、金型９を形成する管状体１に、固形分濃度５０％以上の樹脂材料７を注入し、管状体１を回転させてその内周面にコート層８を積層成形するようにしている。
【００１０】
金型９は、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム合金等の材料を使用して円筒状に形成される。この金型９は、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム合金等の材料が管状体１に押出成形され、この管状体１の内周面と外周面とがそれぞれ所定の寸法に研削加工された後、管状体１の内周面にコート層８との接着性を向上させるために粗面化処理が施される。
【００１１】
コート層８を形成する樹脂材料７は、コート層８の成形時に固形分濃度５０％以上の状態で遠心成形可能な流動性を有する必要がある。好ましくは、１００％固形分で遠心成形可能な樹脂材料７、すなわち、熱硬化性の樹脂材料７の使用が最適である。具体的には、５０，０００ｍＰａ・ｓ以下となるよう調整するのが良い。これは、５０，０００ｍＰａ・ｓを超える粘度の場合には、遠心力による管状体１の内周面に対するレベリングが困難になるからである。下限については、特に限定されるものではないが、樹脂材料７の取り扱い上、１０ｍＰａ・ｓ以上が適切である。
【００１２】
樹脂材料７の固形分濃度が５０％以上なのは、５０％未満では得られる金型９の寸法ばらつきを補正する効果が小さくなり、厚さ精度に優れるシームレスベルトを得られなくなるからである。また、金型９を用いて溶液タイプの樹脂材料からなるシームレスベルトを成形する場合、シームレスベルト用の成形材料に使用されている有機溶媒に対する耐性を備えたものであることが必要となる。
【００１３】
以上の観点から、樹脂材料７としては、エポキシ樹脂、架橋型ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等が使用される。これらの樹脂材料７には、可塑剤、着色剤、帯電防止剤、老化防止剤、酸化防止剤、補強性フィラー、反応助剤、反応抑制剤等の各種添加剤を必要に応じて添加することができる。
【００１４】
次に、図２(ａ)、(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)に基づき、遠心成形用金型の製造方法について説明すると、先ず、鉄鋼、ステンレス、アルミニウム合金等の材料を使用して金型素地となる管状体１を円筒に押出成形し、この管状体１の内周面と外周面とをそれぞれ所定の寸法に研削加工した後、管状体１の内周面にサンドブラストやエッチング等の方法により粗面化処理を施す(図２(ａ)参照)。管状体１の内周面については、後にコート層８を成形することを考慮し、所定のシームレスベルトの寸法よりも大きめに形成する。
【００１５】
次いで、管状体１の開口した両端部に、中心に孔３を備えた蓋２をそれぞれ着脱自在に嵌合し、遠心成形装置４に管状体１を回転可能に搭載支持させる(図２(ｂ)参照)。遠心成形装置４は、左右に並んで管状体１を支持する複数の駆動ロール(本実施形態では４本)５と、この複数の駆動ロール５に支持された管状体１内に蓋２の孔３を介して樹脂材料７を注入する進退動可能なディスペンサ装置６とから構成されている。こうして複数の駆動ロール５に管状体１を支持させたら、外部ヒータで管状体１を外部から加熱するとともに、駆動ロール５を回転させて管状体１を回転させ、管状体１内に蓋２の孔３を介して所定量の樹脂材料７をディスペンサ装置６から注入し、管状体１の内周面にコート層８を遠心力により積層成形する(図２(ｃ)参照)。
【００１６】
コート層８の厚さについては、管状体１の寸法精度にもよるので、一様にするのは困難である。但し、樹脂材料７の注入量を調整し、シームレスベルトの成形時の有効部分において、最小５μｍ、好ましくは１０μｍ以上となるよう設定する。こうして管状体１の内周面にコート層８を積層成形した後、所定の時間放置して乾燥、硬化させれば、遠心成形用の金型９を製造することができる(図２(ｄ)参照)。コート層８の乾燥、硬化条件については、適宜設定することが可能である。
【００１７】
上記によれば、管状体１の内周面にコート層８を遠心成形により積層成形するので、金型９の寸法精度に起因するシームレスベルトの厚さばらつきを従来の半分以下と実に小さな値に抑制することができる。特に、熱硬化性樹脂を用い、固形分濃度１００％でコート層８を成形すれば、シームレスベルトの厚さばらつきを大幅に抑制することができる。また、管状体１に高精度の加工をなんら施す必要がないので、高度な技術と長時間を要することが全くなく、これを通じて金型９のコストアップを抑制防止し、シームレスベルトのコスト上昇を防ぐことが可能になる。さらに、このような金型９で成形したエンドレスで可撓性のシームレスベルトを種々のＯＡ機器に使用すれば、印刷精度の安定性や機器の長寿命化が大いに期待できる。
【００１８】
次に、図３は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、管状体１の内周面両端部に、例えば断面三角形状の堰１０をそれぞれ周方向にエンドレスに周設して樹脂材料７の流動を規制可能とし、管状体１の外周面にはつや消し黒の耐熱塗装層１１を形成するようにしている。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００１９】
本実施形態によれば、環状の堰１０を突設するので、シームレスベルトの軸方向の寸法を整えることができ、脱型したシームレスベルトの両端部をそれぞれカットするというカット工程を簡単に省略することができる。また、管状体１の外周面につや消し黒を塗布するので、ランプヒータを使用する場合には、エネルギー効率を大幅に向上させることができる。
【００２０】
なお、上記実施形態では管状体１の外周面になんら設けないものを示したが、遠心成形時の横ぶれ防止のため、突条等の加工を施すことができる。また、複数の駆動ロール５を２本にしたり、左右方向に接離可能に構成することもできる。複数の駆動ロール５中、一の駆動ロール５は自由回転可能としても良い。また、堰１０を断面矩形、半円形、半楕円形、あるいは半小判形等に形成しても良い。さらに、堰１０の周設と耐熱塗装層１１の形成とは、併用しても良いし、個別に行っても良い。さらにまた、シームレスベルト以外の中空成形品、例えば容器等を得るために適宜金型９を使用することも可能である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明に係る遠心成形用金型の実施例を比較例と共に説明する。
実施例１
先ず、外径２６７．４ｍｍ、厚さ９．０ｍｍ(内径２４９．６ｍｍ)の一般構造用炭素鋼管を長さ５００ｍｍに切り出し、旋盤により内径２５０．１ｍｍとなるよう一般構造用炭素鋼管の内周面を加工し、長さを４００．０ｍｍに整えて管状体１を形成した。この管状体１の内周面には、上記加工による研削傷が表面粗さＲａで約１０μｍ残存したが、後にコート層８を形成する際に接着強度を向上させるアンカー効果が期待できるので、そのまま用いることとした。
【００２２】
次いで、樹脂材料７として、熱硬化性樹脂ＣＰレジンＭ‐１５〔三国製薬株式会社製、商品名〕(硬化物の比重＝１．２)を使用し、触媒としてＣ‐２〔三国製薬株式会社製、商品名〕を、１２０℃で溶融させたＣＰレジン１００重量部に対し１重量部添加した。
【００２３】
次いで、管状体１の開口した両端部に、中心に孔３を備えた蓋２をそれぞれ着脱自在に嵌合し、遠心成形装置４に管状体１を回転可能に搭載支持させ、外部ヒータで管状体１を外部から１４０℃に加熱するとともに、駆動ロール５を回転させて管状体１を１，０００ｒｐｍの回転数で回転させた。こうして管状体１を回転させたら、管状体１内に蓋２の孔３を介して所定量の樹脂材料７を水平移動可能なディスペンサ装置６から注入し、管状体１の内周面にコート層８を遠心力により積層成形した。ディスペンサ装置６の吐出速度は毎分２５．０ｇ、ディスペンサ装置６の移動速度は２６．５ｃｍ／分とした。そして、この状態を１５分間維持してコート層８を乾燥、硬化させ、遠心成形用の金型９を得た。
【００２４】
実施例２
管状体１については、実施例１と同様とした。これに対し、樹脂材料７として、エポキシ樹脂系ワニス(固形分濃度６０重量％、溶剤はキシレン：ＭＩＢＫ＝９：１の混合溶媒)を使用した。
【００２５】
次いで、管状体１の開口した両端部に、中心に孔３を備えた蓋２を嵌合し、実施例１と同様の遠心成形装置４に管状体１を回転可能に搭載支持させ、駆動ロール５を回転させて管状体１を１，０００ｒｐｍの回転数で回転させた。管状体１を回転させたら、１００℃に保った管状体１内に蓋２の孔３を介して所定量の樹脂材料７をディスペンサ装置６から注入し、管状体１の内周面にコート層８を遠心力により積層成形した。ディスペンサ装置６の吐出速度は毎分４１．７ｇ、ディスペンサ装置６の移動速度は２６．５ｃｍ／分とした。そして、この状態を３０分間維持して溶剤を乾燥・除去し、その後、温度を１４０℃に設定して３０分間維持し、コート層８を乾燥、硬化させて金型９を得た。
【００２６】
比較例１
実施例１と同様の管状体１の内周面を研磨加工し、硬質クロムめっき処理を施し、その後、さらに研磨加工して表面粗さをＳ０．２に仕上げ、遠心成形用の金型９を作製した。
【００２７】
比較例２
管状体１については、実施例１と同様とした。樹脂材料７として、ポリイミド前駆体溶液(固形分濃度２０重量％、溶剤はＮＭＰを使用)を使用した。
【００２８】
次いで、管状体１の両端部に、実施例１と同様の蓋２を嵌合し、実施例１と同様の遠心成形装置４に管状体１を回転可能に搭載支持させ、駆動ロール５を回転させて管状体１を１，０００ｒｐｍの回転数で回転させた。管状体１を回転させたら、１００℃に保った管状体１内に蓋２の孔３を介して所定量の樹脂材料７をディスペンサ装置６から注入し、管状体１の内周面にコート層８を遠心力により積層成形した。ディスペンサ装置６の吐出速度は毎分１２５．０ｇ、ディスペンサ装置６の移動速度は２６．５ｃｍ／分とした。そして、この状態を６０分間維持して溶剤を乾燥・除去し、温度を１４０℃に設定して３０分間維持し、管状体１の回転を止め、その後、３００℃のオーブンで８時間処理して樹脂を硬化(イミド化)し、金型９を作製した。
【００２９】
評 価
実施例と比較例の金型９をそれぞれ１０面作製し、各金型９で固形分１００％の熱硬化性樹脂ＣＰレジンＭ‐１２〔三国製薬株式会社製、商品名〕、固形分１５％のポリアミドイミドＮ‐１００〔東洋紡績株式会社製、商品名〕を使用してシームレスベルトを１０本作製した。
なお、金型９の内周面には、予めフッ素樹脂系の離型剤で離型処理を施した。得られたシームレスベルトについて厚さを測定(１００点／本)し、厚さレンジ(最大値−最小値)の平均値を表１にまとめた。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、優れた生産性を得るために固形分３０％以上、好ましくは１００％の樹脂材料を例え使用した場合でも、優れた厚さ精度のシームレスベルト等を安価に製造することができるという効果がある。
すなわち、金型である管状体の内周面にコート層を遠心成形により積層成形するので、金型の寸法精度に起因するシームレスベルト等の厚さばらつきを従来の半分以下と小さな値に抑制することができる。また、金型である管状体に高精度の加工を施す必要がないので、高度な技術と長時間の作業を要することがなく、これを通じて金型のコストアップを抑制し、シームレスベルト等のコスト上昇を防ぐことができる。また、このような金型で成形したエンドレスで可撓性のシームレスベルトを種々のＯＡ機器に使用すれば、印刷精度の安定性や機器の長寿命化が期待できる。さらに、樹脂材料の固形分濃度が５０％以上なので、管状体の寸法ばらつきを補正する効果が大きくなり、厚さ精度に優れるシームレスベルトを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遠心成形用金型の実施形態を示す断面説明図である。
【図２】本発明に係る遠心成形用金型の実施形態における金型の製造方法を示す説明図で、(ａ)図は押出成形された管状体の内外周面をそれぞれ所定の寸法に研削加工し、管状体の内周面に粗面化処理を施した状態を示す断面図、(ｂ)図は遠心成形装置に管状体を搭載支持させた状態を示す側面図、(ｃ)図は管状体を回転させ、管状体内に樹脂材料を注入する状態を示す断面図、(ｄ)図は管状体の内周面にコート層を積層成形し、乾燥、硬化させて金型を製造した状態を示す部分断面図である。
【図３】本発明に係る遠心成形用金型の他の実施形態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１ 管状体
２ 蓋
４ 遠心成形装置
７ 樹脂材料
８ コート層
９ 金型
１０ 堰
１１ 耐熱塗装層

Claims (2)

1. 中空の成形品を成形する遠心成形用金型の製造方法であって、円筒の管状体を押出成形してその内外周面をそれぞれ研削加工し、この管状体の内周面に粗面化処理を施し、管状体の開口した両端部に孔付きの蓋をそれぞれ着脱自在に取り付け、管状体を外部から加熱しながら回転させるとともに、管状体内に固形分濃度５０％以上の樹脂材料を蓋の孔を介し注入して管状体の内周面にコート層を遠心力により積層し、その後、コート層を乾燥硬化させることを特徴とする遠心成形用金型の製造方法。
2. 管状体の内周面両端部に、環状の堰をそれぞれ設ける請求項１記載の遠心成形用金型の製造方法。

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