JP4290078B2 - 遠心成形機、遠心成形方法、及び成形システム - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機やレーザプリンタに使用されるエンドレスベルト等の成形品を成形する遠心成形機、遠心成形方法、及び成形システムに関するものである。

電子写真複写機やレーザプリンタには、シームレスのエンドレスベルトが使用されているが、このエンドレスベルトは、図３に示すような遠心成形機により成形される。この種の遠心成形機は、同図に示すように、駆動装置１０の駆動により回転する金型１と、この回転する金型１内に成形材料である樹脂溶液２２を流す成形材料投入装置２０と、回転する金型１を外部から加熱する外部加熱装置３０とから構成されている（特許文献１、２、３、４参照）。

金型１は、円筒形に形成され、開口した両端部の内周面に、樹脂溶液２２を堰き止めるリング形の堰がそれぞれ着脱自在に嵌合されており、開口した両端部に、成形材料投入装置２０に貫通される蓋がそれぞれ着脱自在に嵌合されている。外部加熱装置３０は、金型１の側方に配置され、金型１の内周面にレベリングされた樹脂溶液２２を金型１の周壁を介して間接的に加熱し、樹脂溶液２２の溶剤を蒸発させて樹脂を乾燥させるよう機能する。

このような遠心成形機によりエンドレスベルトを遠心成形する場合には、先ず、金型１を駆動装置１０により回転させながら外部加熱装置３０により加熱し、回転する金型１に樹脂溶液２２を成形材料投入装置２０によりラフに垂らして金型１の内周面に樹脂溶液２２をレベリングし、この樹脂溶液２２を乾燥させて中間体を形成する。こうして中間体を形成したら、金型１を所定の時間放置して中間体を乾燥硬化させ、その後、金型１から脱型してその両端部を整えれば、エンドレスベルトを得ることができる。
特開２００３‐３３４８２９号公報 特開２００１‐２９３７３５号公報 特開２００１‐３８７４９号公報 特開２００１‐３８７５０号公報

従来の遠心成形機は、以上のように構成され、金型１の内周面にレベリングされた樹脂溶液２２が外側から間接的に単に加熱されるだけなので、乾燥効率が実に悪く、乾燥の遅延を招くという大きな問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、乾燥効率の向上や乾燥時間の短縮等を図ることのできる遠心成形機、遠心成形方法、及び成形システムを提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、回転する金型に成形材料を投入し、金型の内周面に成形材料を遠心力により押し付けて中空の成形品を得るものであって、
回転する金型に液状の成形材料を投入する成形材料投入装置と、金型をその外部から加熱する外部加熱装置と、回転する金型の内周面に押し付けられた成形材料に熱風を吹き付ける内部加熱装置と、回転する金型の内部を流れる熱風を金型の内周面の成形材料に向けて吹き付け、金型内部の空気抵抗を減少させる整流板とを含み、
金型の軸方向に成形材料投入装置と内部加熱装置とをそれぞれ進退動可能に設け、成形材料投入装置から略定量の成形材料を略均一に投入するようにし、整流板を断面略円弧形に形成して金型の内周面に間隔をおいて対向させるようにしたことを特徴としている。
なお、成形材料を樹脂溶液とし、成形品をエンドレスベルトとすることができる

また、本発明においては上記課題を解決するため、請求項１又は２記載の遠心成形機により中空の成形品を成形する方法であって、
金型を回転させながらその外部から加熱し、この回転する金型に成形材料を投入して金型の内周面に成形材料を押し付ける工程と、回転する金型の内周面に押し付けられた成形材料に熱風を整流しながら吹き付ける工程とを含んでなることを特徴としている。

さらに、本発明においては上記課題を解決するため、中空の成形品を多層構造に成形するシステムであって、
略一列に並べて配置される請求項１又は２記載の遠心成形機と、この複数の遠心成形機の間で金型を搬送する金型移載装置とを含んでなることを特徴としている。

ここで、特許請求の範囲における成形品は、導電性のエンドレスベルト（シームレスベルト）や非導電性のエンドレスベルト（シームレスベルト）が主ではあるが、何らこれに限定されるものではない。例えば、パイプ、容器、プーリ、ロータ、タンク等でも良い。さらに、外部加熱装置、内部加熱装置、整流板は、単数複数いずれでも良い。

本発明によれば、回転する金型の内周面に成形材料が遠心力により押し付けられると、整流板が成形材料を乾燥させる気体を成形材料に流し、気体の流れを略一様化して成形材料の乾燥効率を高めたり、乾燥を速める。

また、本発明において、中空の成形品を遠心成形する場合には、先ず、金型を回転させながら外側から加熱し、金型内に成形材料を投入して金型の内周面に成形材料を製膜する。この際、成形材料を単に投入するのではなく、略定量化した成形材料を略均一に投入すると良い。
次いで、製膜化された成形材料に熱風を吹き付けるとともに、金型内を流れる熱風を略一様に整流して成形材料に吹き付け、その後、成形材料を冷却して硬化させれば、中空の成形品を得ることができる。

なお、二層、三層、四層、五層等の多層構造を有する中空の成形品を遠心成形する場合には、成形品の層数に応じて上記作業を繰り返し、成形材料を積層して多層の中間体を形成し、その後、冷却して硬化させれば良い。

本発明によれば、成形材料の乾燥効率を向上させたり、乾燥時間を短縮することができるという効果がある。
すなわち、金型の内周面の成形材料を外側から加熱する他、金型の内部から加熱して金型の温度ムラを防いだり、乾燥の高速化や乾燥速度の均一化を図るので、成形材料の乾燥効率が向上し、成形材料を迅速に乾燥させることができる。また、整流板が金型内部の空気を成形材料に沿わせ、効率良く整流するので、金型内部の空気の乱れを防いで空力効果を向上させることができる。したがって、乾燥効率が向上し、迅速な乾燥を期待することができる。
また、成形材料をラフに流し、遠心力に依存して成形材料をレベリングするのではなく、定量化された成形材料を均一に供給し、成形材料の金型軸方向に流れる範囲を狭めるので、金型に成形材料用の堰を嵌合する必要がない。したがって、堰を省略して部品点数の削減と堰の脱着作業時間の短縮を図ることが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の第一の発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における遠心成形機は、図１に示すように、図の奥方向に伸びる金型１と、この金型１を回転させる駆動装置１０と、金型１に樹脂溶液２２を注入する成形材料投入装置２０と、金型１を外部から加熱する外部加熱装置３０と、金型１を内部から加熱する内部加熱装置４０と、金型内部の空気抵抗を減少させる整流板５０とを備え、金型１、駆動装置１０、及び外部加熱装置３０が図示しないカマ室内に設置されており、樹脂溶液２２により可撓性を有するエンドレスベルトを多層構造に遠心成形（遠心注型ともいう）するようにしている。

金型１は、図１に示すように、鉄鋼やステンレス等を使用して円筒形のパイプに形成され、開口した両端部に、略リング形の蓋がそれぞれ着脱自在に嵌合されており、各蓋の中心部に穿孔された円形の貫通口が成形材料投入装置２０に貫通される。この金型１は、その内周面に、脱型を容易にする鏡面加工、フッ素加工、シリコーン樹脂加工等が施され、外周面には図示しないつや消しの黒色塗料が塗布されており、この黒色塗料が外部加熱装置３０からの熱を効率的に吸収する。

駆動装置１０は、図１に示すように、ステッピングモータやサーボモータ等からなるモータと、このモータの駆動に基づいて回転する前後一対の駆動ローラ１１と、各駆動ローラ１１に隣接する前後一対の従動ローラ１２とから構成され、これら複数の駆動ローラ１１と従動ローラ１２が金型１を水平に搭載支持する。

駆動ローラ１１と従動ローラ１２の周面には、シリコーンゴムやフッ素ゴム等からなる弾性エラストマーが選択的に覆着され、この弾性エラストマーが摺接する金型１の制振機能を発揮する。従動ローラ１２は、図の左右水平方向にスライド可能に支持され、金型１の大きさに応じて側方の駆動ローラ１１に接近したり、離隔する。

成形材料投入装置２０は、カマ室とは別の支持台（図示せず）上に搭載されて内部加熱装置４０や整流板５０と共に一体化され、金型１の軸方向（図の奥方向）に進退動して回転する金型１の内周面に成形材料である樹脂溶液２２を注入する。支持台は、例えば横長に形成され、その底面四隅部に移動用の車輪や脚が配設されており、遠心成形時にカマ室に隣接配置される。

支持台の上面には、サーボモータ等のモータが設置されるとともに、このモータの駆動に伴い回転するボール螺子がベアリングを介して水平に軸支され、ボール螺子には、ボール螺子の回転に伴いガイドレールに案内されつつ長手方向に水平に走行するステージが螺嵌されており、このステージ上に成形材料投入装置２０が搭載される。

成形材料投入装置２０には図１に示すように、精密に定量化された樹脂溶液２２を均一に吐き出し可能な溶液ノズル２１が水平に設けられ、この細長い溶液ノズル２１が蓋の貫通口中心部付近を貫通する。樹脂溶液２２は、溶剤に所定の高分子材料（例えばＰＥＴ、ＰＶＤＳ、ＰＢＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＰＡＩ等）が溶解することにより調製される。この樹脂溶液２２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、導電剤、反応助剤、反応抑制剤等の各種添加剤が適宜添加される。

このような構成の成形材料投入装置２０は、モータの駆動に基づき、ボール螺子が回転してステージを精密にスライドさせることにより、駆動装置１０に着脱自在に搭載された金型１の軸方向に進退動し、金型１に接近したり、離隔する。

外部加熱装置３０は、対向する金型１の外周面を加熱するランプヒータ等のヒータ３１と、このヒータ３１の後方に配置され、ヒータ３１からの熱を金型１に反射する湾曲した反射板３２とを備え、カマ室の内部に設置されて少なくとも金型１の一側部に隙間をおいて位置する。

内部加熱装置４０は、図１に示すように、成形材料投入装置２０に設置された熱風源と、成形材料投入装置２０の溶液ノズル２１に支持具を介し水平に支持され、熱風源からの熱風を樹脂溶液２２に噴射する熱風ノズル４１とから構成される。熱風ノズル４１は、例えば同図の奥方向に伸びる中空の棒に形成されて溶液ノズル２１の斜め上方に位置し、周壁に複数の噴射孔が所定のピッチで並べて穿孔されており、この複数の噴射孔から気体である熱風（図１の矢印参照）が金型１の内部や樹脂溶液２２に噴射される。

整流板５０は、同図に示すように、例えばステンレス等を使用して図の奥方向に伸びる断面略円弧形に湾曲形成され、成形材料投入装置２０の溶液ノズル２１に支持具を介し水平に支持されて溶液ノズル２１の斜め上方に位置する。この整流板５０は、金型１の内周面に間隔をおいて対向し、熱風ノズル４１から噴射されて金型１の周方向に流れる熱風流を一様化し、空気抵抗を高める渦流や乱流の発生を抑制するよう機能する。

また、整流板５０は、整流した熱風と遠心力とにより、成形品であるエンドレスベルトの表面に滞留する樹脂溶液２２の揮発溶剤をかき取るよう機能する。この揮発溶剤の揮発は、化学平衡により促進され、乾燥効率が向上する。

上記において、多層構造（本実施形態では三層構造）のエンドレスベルトを遠心成形する場合には、先ず、セットした金型１を駆動装置１０により矢印で示す時計方向に高速で回転させながら外部加熱装置３０の輻射熱により外側から加熱し、回転する金型１の蓋に成形材料投入装置２０を進出させて溶液ノズル２１、内部加熱装置４０、及び整流板５０を挿入する。

このようにして回転する金型１に溶液ノズル２１、内部加熱装置４０、及び整流板５０を挿入したら、金型１に樹脂溶液２２を成形材料投入装置２０により注入するとともに、金型１の内周面に樹脂溶液２２を螺旋状に供給して金型１の内周面に樹脂溶液２２を薄く製膜する。この際、樹脂溶液２２をラフに垂れ流すのではなく、精密に定量化された樹脂溶液２２を線条かつ均一に供給するようにする。

次いで、内部加熱装置４０を動作させて熱風を薄膜化された樹脂溶液２２に吹き付けるとともに、周方向に流れる熱風を整流板５０により一様に整流して吹き付け、樹脂溶液２２の溶剤を蒸発させて円筒形の中間体を乾燥形成する。こうして一層構造の薄い中間体を乾燥形成したら、上記作業を繰り返して中間体の内周面に樹脂溶液２２を順次製膜し、多層構造（本実施形態では三層構造）の厚い中間体を積層形成する。この際の中間体の層の厚さは、同じでも良いし、相違しても良い。

そして、金型１から溶液ノズル２１、内部加熱装置４０、及び整流板５０を後退させ、金型１を所定の時間放置して多層構造の中間体を乾燥硬化させ、この硬化した中間体をエンドレスベルトとして金型１から脱型すれば、多層構造の完全なエンドレスベルトを得ることができる。

上記構成によれば、金型１の内周面の樹脂溶液２２を外側から加熱する他、金型１の内部から直接的に加熱し、金型１の温度ムラを防いだり、乾燥の高速化や乾燥速度の均一化を図るので、樹脂溶液２２の乾燥効率が著しく向上し、樹脂溶液２２を迅速に乾燥させることができる。

また、整流板５０が金型内部の空気を樹脂溶液２２に円滑に沿わせ、効率良く整流したり、オリフィス作用により流速を速めるので、金型内部の空気の乱れを防いで空力効果を向上させることができる。したがって、例え内部加熱装置４０を省略した場合でも、乾燥効率が向上し、迅速な乾燥を期待することができる。また、上記効果により、成形サイクルの短縮化、エンドレスベルトの抵抗値の選別レス化や厚みの選別レス化を図ることができ、これらを通じて低コストのエンドレスベルトを提供することが可能になる。

また、樹脂溶液２２をラフに流し、遠心力に依存して樹脂溶液２２をレベリングするのではなく、精密に定量化された細い糸状の樹脂溶液２２を均一に供給し、樹脂溶液２２の金型軸方向に流れる範囲を大幅に狭めるので、金型１に樹脂溶液用の重い堰を嵌合する必要が全くない。したがって、堰を省略して部品点数の削減と堰の脱着作業時間の短縮を図ることが可能になる。

さらに、エンドレスベルトを一度に厚く一層に成形するのではなく、一層当たりの厚さを薄くして多層構造に徐々に成形するので、一層当たりに必要な樹脂溶液２２の量を減少させて流れる範囲を縮小し、結果として乾燥時間や成形時間の短縮を図ることができる。

次に、図２は本発明の第二の発明の好ましい実施形態を示すもので、本実施形態における成形システムは、生産ライン６０に沿って横一列に並べて配置された複数の上記遠心成形機と、この横一列に並べて配置された複数の遠心成形機の間で金型１を搬送する金型移載装置７０とを備え、生産ライン上流の遠心成形機から生産ライン下流の遠心成形機に金型１を金型移載装置７０により順次搬送し、三層構造のエンドレスベルトを大量に製造するようにしている。

生産ライン６０は、最上流部６１、上流部６２、中流部６３、下流部６４、及び最下流部６５に区画され、少なくとも最上流部６１、上流部６２、中流部６３、及び下流部６４にはそれぞれカマ室が設置される。複数の遠心成形機は、最上流部６１のカマ室に一機、上流部６２、中流部６３、及び下流部６４のカマ室にそれぞれ並べて二機、そして最下流部６５には一機設置される。

最上流部６１のカマ室は、遠心成形前の金型１を予熱し、遠心成形の迅速化に資するよう機能する。上流部６２のカマ室は、最上流部６１のカマ室から搬送されてきた金型１を使用して一層目の中間体を遠心成形し、この遠心成形した金型１を予備乾燥するよう機能する。また、中流部６３のカマ室は、上流部６２のカマ室から予備乾燥して搬送されてきた金型１を使用して二層目の中間体を遠心成形し、この遠心成形した金型１を予備乾燥するよう機能する。

下流部６４のカマ室は、中流部６３のカマ室から予備乾燥して搬送されてきた金型１を使用して三層目の中間体を遠心成形し、この遠心成形した金型１を予備乾燥する。最下流部６５は、下流部６４のカマ室から予備乾燥して搬送されてきた金型１を放置して中間体を乾燥硬化させ、金型１からエンドレスベルトを脱型する。

金型移載装置７０は、サーボモータ等からなるモータと、このモータの駆動に伴い回転するボール螺子と、このボール螺子の回転に伴いガイドレールに案内されつつ生産ライン６０の最上流部６１から最下流部６５にかけて水平に走行（図の矢印参照）する走行台と、この走行台上に並べて搭載される一対のシリンダ７１とから構成される。

各シリンダ７１は、例えばエアシリンダや油圧シリンダからなり、その上下動可能なピストンロッド７２の上端部には、金型１の下部をローラを介して下方から保持する保持爪７３が設けられている。
このような構成の金型移載装置７０は、二個の金型１を上流の遠心成形機から下流の遠心成形機に搬送する。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。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、一機の遠心成形機により多層構造のエンドレスベルトを成形するのではなく、エンドレスベルトの層数に応じて複数の遠心成形機を配置し、この複数の遠心成形機により多層構造のエンドレスベルトを層毎に徐々に成形するので、成形時間を大幅に短縮することができるのは明らかである。

具体的には、図３の遠心成形機一機により二層構造のエンドレスベルトを成形する場合には３７分もの時間を必要としたが、図２のシステムにより三層構造のエンドレスベルトを成形する場合には、１２分程度の短時間で成形することができる。

なお、上記実施形態の金型１、駆動装置１０、成形材料投入装置２０、外部加熱装置３０、内部加熱装置４０、及び整流板５０については、カマ室内に設置しても良い。また、金型１は、成形品の大きさや長さに応じて形状を適宜変更することができる。また、従動ローラ１２を駆動ローラ１１にしても良いし、駆動ローラ１１と従動ローラ１２の代わりに駆動ロールと従動ロールを使用しても良い。また、成形材料投入装置２０に支持バーを取り付け、この支持バーに内部加熱装置４０と整流板５０を支持具を介しそれぞれ支持させても良い。

また、上記実施形態ではモータの駆動に基づくボール螺子の回転により成形材料投入装置２０をスライドさせたが、ボール螺子の代わりに円滑で静かなベルトを使用し、モータの駆動に基づくベルトの循環により、成形材料投入装置２０をスライドさせても良い。また、低速で回転する金型１に溶液ノズル２１、内部加熱装置４０、及び整流板５０を挿入した後、金型１を高速回転させても良い。

また、整流板５０の大きさや形状、整流板５０と金型１の内周面との距離等は、必要に応じ適宜調整したり、変更することができる。さらに、上記実施形態では生産ライン６０を、最上流部６１、上流部６２、中流部６３、下流部６４、及び最下流部６５に区画したが、エンドレスベルトの層数に応じて生産ライン６０の区画数を増減することができる。

本発明に係る遠心成形機、及び遠心成形方法の実施形態を示す説明図である。 本発明に係る遠心成形機、及び成形システムの実施形態を示す説明図である。 従来の遠心成形機を示す説明図である。

符号の説明

１ 金型
１０ 駆動装置
２０ 成形材料投入装置
２１ 溶液ノズル
２２ 樹脂溶液（成形材料）
３０ 外部加熱装置
３１ ヒータ
３２ 反射板
４０ 内部加熱装置
４１ 熱風ノズル
５０ 整流板
６０ 生産ライン
６１ 最上流部
６２ 上流部
６３ 中流部
６４ 下流部
６５ 最下流部
７０ 金型移載装置
７１ シリンダ

Claims (4)

1. 回転する金型に成形材料を投入し、金型の内周面に成形材料を遠心力により押し付けて中空の成形品を得る遠心成形機であって、
   回転する金型に液状の成形材料を投入する成形材料投入装置と、金型をその外部から加熱する外部加熱装置と、回転する金型の内周面に押し付けられた成形材料に熱風を吹き付ける内部加熱装置と、回転する金型の内部を流れる熱風を金型の内周面の成形材料に向けて吹き付け、金型内部の空気抵抗を減少させる整流板とを含み、
   金型の軸方向に成形材料投入装置と内部加熱装置とをそれぞれ進退動可能に設け、成形材料投入装置から略定量の成形材料を略均一に投入するようにし、整流板を断面略円弧形に形成して金型の内周面に間隔をおいて対向させるようにしたことを特徴とする遠心成形機。
2. 成形材料を樹脂溶液とし、成形品をエンドレスベルトとした請求項１記載の遠心成形機。
3. 請求項１又は２記載の遠心成形機により中空の成形品を成形する遠心成形方法であって、
   金型を回転させながらその外部から加熱し、この回転する金型に成形材料を投入して金型の内周面に成形材料を押し付ける工程と、回転する金型の内周面に押し付けられた成形材料に熱風を整流しながら吹き付ける工程とを含んでなることを特徴とする遠心成形方法。
4. 中空の成形品を多層構造に成形する成形システムであって、略一列に並べて配置される請求項１又は２記載の遠心成形機と、この複数の遠心成形機の間で金型を搬送する金型移載装置とを含んでなることを特徴とする成形システム。

Images