JP4406755B2 - 弾性多孔体ローラの製造方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性多孔体ローラの製造方法およびその装置に関し、更に詳細には、薄い肉厚であって低い硬度および高い耐久性を併有する弾性多孔体ローラを製造する方法と、該方法を好適に実施し得る装置とに関するものである。
【０００２】
複写機、プリンタその他ファクシミリ等に代表される事務用機器には、紙等の画像記録媒体の搬送、感光体への帯電、トナーの付与や搬送、該トナーの記録媒体への転写、残留トナーの除去等を行なう手段として、ゴム等の高分子弾性体からなるローラが多数使用されている。なかでも、低硬度であるために低いニップ圧が大きなニップ幅に亘って得られるウレタンフォームや発泡ゴムの如きエラストマ多孔体のローラが好適に使い分けられている。
【０００３】
前記の弾性を有する多孔体ローラを製造する手段としては、例えば以下の各方法が知られている。
▲１▼ 円筒形のキャビティを有する成形型に、ポリウレタン等の液状原料やゴム・熱可塑性エラストマの如き粘弾性原料を充填して発泡させ、これを硬化させた後に冷却して円柱状の弾性体を取り出す方法。この方法は、例えば射出成形型、トランスファー成形型その他プレス成形型等により実施される。この場合、ローラのシャフトは一体的に成形するか、成形後に接着または圧入により取り付けられる。また必要に応じて表面研磨等を行なって、その外径や表面円滑度等を調整する。
▲２▼ ポリウレタンフォームにより予めブロック状の弾性体を製造し、これにシャフトを圧入等の方法で後付けする。次いで、このブロック状弾性体を回転させながら、例えばニクロム線ヒータにより加熱溶断した後に研磨してローラ本体を製造するか、または特開平１０−１０４９３７号公報に開示される如く、回転中の弾性体にカッタを押し当ててピーリングすることでローラ本体を製造する方法。
▲３▼ 発泡剤を含むゴムや熱可塑性エラストマを原料として押出発泡成形を行ない、チューブ状のローラ本体を製造する方法。この場合、シャフトを成形後に取り付け、必要に応じてローラ外周を研磨して外径や表面円滑度等の調整を行なう。
▲４▼ 特開平７−７６０４９号公報に開示される如く、円柱または円筒状のローラ基材を回転させながら、その外方に配設したアプリケーターにより、室温硬化型シリコーンゴムフォーム用液状原料をローラ基材の外周面に一定厚になるまで塗布し、得られた塗膜を発泡・硬化させることでスポンジローラを得る方法。
▲５▼ ローラを構成する弾性体を、例えばシリコーンスポンジの帯状長尺物として製作し、この弾性体をシャフトの外周に所要の厚みになるまで螺旋状に巻き付けて固定し、次いで円筒状となった本体外周部を研磨することで所望直径のローラを得る方法(特開平８−６４１７号)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、前述した各種事務用機器の小型化に伴って、これに使用されるローラの外径も小さくなる傾向にある。このためシャフトの周りのローラ本体をなす弾性体も、その肉厚は必要な機能を果す限りにおいて薄いものであることが要求されるに至っている。しかしこの要請に対して、前述した各方法は何れも以下の欠点を有している。
前記▲１▼の方法について。
この方法によれば、必要とされる製品寸法に合わせたキャビティを有する成形型を使用することで、様々な肉厚のローラに対応することが可能である。しかし前記ローラの寸法・種類は多いので、夫々のローラ毎に専用の成形型を製作する必要があり、型製作および型管理等のコストが嵩む難点がある。また成形完了後に脱型する手間や、該成形型を清掃する作業等も必要である。
前記▲２▼の方法について。
この方法は、予めブロック状に成型した弾性体を所望の外径寸法にまで削切するものであるので、例えば５ｍｍ以下の肉厚が要求される薄いローラを製作する場合には、無駄に消費される弾性体の量が多くなり、経済的にも廃棄物処理の面からも問題が大きい。
前記▲３▼の方法について。
この方法では、前記▲１▼と同様に各ローラ毎に専用の押出発泡成形型を必要とするので、製作コストが増大し、かつ押出型の管理等に手間がかかるという難点がある。更に肉厚の極めて薄い(例えば２ｍｍ程度以下)ローラの製作は非常に困難であり、また得られたローラの真円度等の寸法精度が設計値を満たし難く、歩留りが低下する欠点も指摘される。
前記▲４▼の方法について。
この方法によれば、シャフトに塗布された弾性体原料の発泡が、原料体温度のバラツキにより不均一となり、部位によって発泡セル径、セル構造および弾性体密度が大きく相違したローラとなってしまう畏れがある。また該方法では、発泡反応に随伴して促進される高分子反応によって、ローラ本体が容易に形状が崩れない発泡構造とする必要がある。しかるに発泡開始直後は、シャフトに塗布した原料中に僅かな気泡が存在する状態であって、見掛け粘度は低下する。このため保形性に乏しく、シャフトに供給されても弾性体原料は自重で垂れ落ちてしまう場合がある。
前記▲５▼の方法について。
この方法では、巻回されて螺旋状に隣接するスポンジの帯の間に機械的および／または電気的な不連続性が形成され、例えば記録媒体上の静電画像等に無視し得ない不利な影響を与える欠点が指摘される。
また前記▲１▼〜▲５▼の何れの製法についても、硬度を低く設定するためには、一般にＡＩＢＮ(アゾビイゾブチルロニトリル)等の発泡剤を増量して低密度化することで対応しているが、これは同時に永久圧縮歪みの悪化にもつながり、従ってローラとしての特性の両立が困難となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、弾性多孔体ローラの製造に際し従来技術に内在していた前記問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、低い硬度および高い耐久性を両立すると共に、肉厚の薄いローラを金型を使用することなく容易に製造し得る方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本願の発明に係る弾性多孔体ローラの製造方法は、
芯材としてのシャフトを有する弾性多孔体ローラを製造する方法であって、
前記シャフトを、シリンダの下部を閉塞可能な取付部に着脱自在に立設して、前記弾性多孔体ローラに最終的に要求される外径と略合致する内径を有する該シリンダの内部に、該シャフトをシリンダの中心軸線と整列させて配置し、
前記シリンダの下部を取付部で塞ぐと共に、前記シリンダの上部をピストンで塞ぐことで、該シリンダの内部に円筒状の密閉空間を画成し、
液状エラストマ配合物および気体を混合・撹拌して、チクソトロピック性を有する発泡済み気液混合原料を調製し、
前記発泡済み気液混合原料を前記シリンダの密閉空間に循環的に供給し、
前記発泡済み気液混合原料の供給を停止して前記シリンダに充満させた発泡済み気液混合原料が静止した後に、自己形状保持し得る高粘度状態になった発泡済み気液混合原料を前記ピストンで規制したもとで該シリンダを該ピストンに沿って上昇することで、前記取付部に立設したシャフトの周囲に該発泡済み気液混合原料からなるローラ形状体を形成し、
前記発泡済み気液混合原料からなるローラ形状体を前記シリンダから取り出した状態で硬化させて、前記弾性多孔体ローラの形状を永久固定するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
同じく前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の別の発明に係る弾性多孔体ローラの製造装置は、
シャフトが中心に挿通された弾性多孔体ローラを製造する製造装置であって、
前記シャフトを着脱自在に立設し得る取付部を備え、該取付部をその移送方向に沿って位置する各ステーションに向けて間欠的に移動させる移送装置と、
液状エラストマ配合物および気体を混合・撹拌するミキサを備え、チクソトロピック性を有する発泡済み気液混合原料を調製する泡立て機構と、
前記シャフトを前記取付部に立設する取付ステーションより下流側に位置する原料付与ステーションの上方に配設され、該原料付与ステーションに到来停止した該取付部に立設された前記シャフトと中心軸線が整列するピストンと、
前記原料付与ステーションに配設され、取付部に立設したシャフトの上端より上方のシリンダ開放位置と、内面に摺動自在に密着した前記ピストンに沿って原料付与ステーションの定位置に停止している前記取付部へ中心軸線を整列させて下降することで、前記ピストンおよび取付部によって上下を規制した円筒状の密閉空間を内部に画成するシリンダ密閉位置との間で昇降可能なシリンダと、
前記原料付与ステーションより下流側に位置する硬化ステーションに配設され、発泡済み気液混合原料を硬化させる硬化装置とからなり、
前記シリンダには、シリンダ密閉位置で前記密閉空間へ前記泡立て機構から発泡済み気液混合原料が循環的に供給されて、該密閉空間に発泡済み気液混合原料が充填され、
前記シリンダは、前記発泡済み気液混合原料の供給を停止して前記密閉空間に充満させた発泡済み気液混合原料が静止した後に、自己形状保持し得る高粘度状態になった発泡済み気液混合原料を前記ピストンで規制したもとで該ピストンに沿って上昇してシリンダ開放位置に退避することで、前記取付部に立設したシャフトの周囲に該発泡済み気液混合原料からなるローラ形状体を形成し、
前記硬化装置は、前記シャフトの周囲に付与されたローラ形状体をなす発泡済み気液混合原料を硬化させて、前記弾性多孔体ローラの形状を永久固定するよう構成したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る弾性多孔体ローラの製造方法およびその装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。本願の発明者は、液状エラストマ配合物に充分な量の気体を吹き込み、かつ泡立てることで得られる微細な連続気孔を有する気液混合原料を利用することで、見掛け粘度が高くシャフトへ円筒状に付与した際にその形状が安定して保たれ、硬化した後には低い硬度が得られて、耐久性が高い各種事務用機器に好適なローラを簡便に製造し得ることを知見したものである。
【００１０】
本発明の好適な実施例に係る弾性多孔体ローラの製造装置３０を、図１に概略的に示す。この装置３０は、弾性多孔体ローラの芯材となるシャフト２２を立設状態で固定して、制御下に該シャフト２２を間欠的に下流側へ水平に移動させる所要長の移送装置３２と、この移送装置３２の上流域に設けられ、該シャフト２２にローラ２０となるべき気液混合原料１０を付与する付与装置３４と、下流域に設けられ、該シャフト２２に付与された気液混合原料１０を硬化させてローラ本体を成形する硬化装置３６と、これら各装置に所要の制御指令を与える制御装置(図示せず)とから基本的に構成される。
【００１１】
本実施例に示す移送装置３２は、実質的に無端ベルト式のコンベア機構であって、前記シャフト２２を脱着自在に取付け可能な複数の取付部５０を所定間隔で配設したベルト部５４と、このベルト部５４を一方向へ駆動する動力部としてのモータ５６とから構成される。前記取付部５０には、シャフト２２を上方から垂直に挿入させて取付けるための取付孔５２ａが穿設され、後述する材料付与工程で気液混合原料１０が該シャフト２２に付与される際に、該取付部５０からの漏れを防止するガスケット５２が載置されている。
【００１２】
前記付与装置３４は、前記移送装置３２の移送経路に沿って位置させた原料付与ステーション４２(後述)に配置され、図２に示す如く、原料供給部６２およびミキサ６４を備える泡立て機構６０と、原料付与機構６６とに大別される。すなわち前記原料供給部６０は、後述する液状エラストマ配合物１２を所定量貯留して送出する原料タンク６０ａと、気体１４を蓄圧状態で貯留するタンク６０ｂとからなる。この気体１４としては、一般に大気中の空気が使用されるが、ドライヤを経た乾燥空気その他窒素ガスの如き不活性ガス等を選択的に使用してもよい。また前記泡立て機構６０は、原料タンク６０ａおよびタンク６０ｂから送出される液状エラストマ配合物１２および気体１４の予備混合されたものを攪拌して混合、高粘度かつ微細な気泡を有する気液混合原料１０とするミキサ６４を備えている。このミキサ６４には、高剪断速度の混合が可能なオークスミキサ等の動的ミキサ、または大きな分散総数を有するラモンドスーパーミキサ等の静的ミキサが適宜に採用される。なお前記ミキサ６４は、前記原料供給部６２から送出される気液混合原料１０の供給口６４ａ、原料付与機構６６へ原料１０を送出する送出口６４ｂおよび該原料付与機構６６から戻される原料１０の受入口６４ｃを備えている。
【００１３】
前記原料付与機構６６は、気液混合原料１０からローラ形状体１６(後述)を形成する円筒状の密閉空間６８ｃを画成した上下に昇降自在なシリンダ６８と、このシリンダ６８の内面に摺動自在に密着し、ローラ形状体１６の軸方向長さを規制するピストン７０と、該シリンダ６８の昇降駆動源となるリニアアクチェータ(図示せず)とからなる。すなわち前記移送装置３２により移送される前記取付部５０の移送方向に沿って原料付与ステーション４２が位置し、該ステーション４２の上方にピストン７０が固定的に配設され、このピストン７０は、該ステーション４２に到来停止した該取付部５０に立設されている前記シャフト２２と中心軸線を整列させている。またシリンダ６８は、前記ピストン７０に内挿されて摺動自在に昇降可能であって、原料付与ステーション４２の定位置で停止する前記取付部５０へ中心軸線を整列させて下降することで、該ピストン７０および取付部５０により上下を規制された円筒状の密閉空間６８ｃを内部に画成可能となっている。なお前記シリンダ６８の下方には、前記泡立て機構６０で得られた気液混合原料１０を内部に案内する流入口６８ａが設けられ、また上方に気液混合原料１０をシリンダ６８からミキサ６４への戻す流出口６８ｂが設けられている。
【００１４】
この流入口６８ａおよび流出口６８ｂのシリンダ６８への配設位置は、逆になっていてもよい。また流入口６８ａおよび流出口６８ｂは、必ずしもシリンダ６８に設ける必要はなく、該シリンダ６８への気液混合原料１０の供給・排出に充分な位置であれば、取付部５０やピストン７０に配設するようにしてもよい。
【００１５】
前記流入口６８ａおよび流出口６８ｂは、パイプからなる流入管路８０ａおよび流出管路８０ｂを介してミキサ６４に接続されている。すなわち前記流入管路８０ａは、前記ミキサ６４の送出口６４ｂとシリンダ６８の流入口６８ａに接続され、また流出管路８０ｂは、前記シリンダ６８の流出口６８ｂとミキサ６４の受入口６４ｃに接続されている。また流入管路８０ａおよび流出管路８０ｂの途中には、両管路を共通的に連通するバイパス管路８２が連接されている。
【００１６】
前記流入口６８ａおよび流出口６８ｂには、図示しない制御装置からの指令で開閉制御されるな流入弁８４ａおよび流出弁８４ｂが設けられ、またバイパス管路８２ａの両端部には、第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄが設けられている。そしてこれらの流入弁８４ａ、流出弁８４ｂ、第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄを適宜開閉することで、気液混合原料１０の流れを止めることなく、前記シリンダ６８への該気液混合原料１０の供給・停止を制御し得る。すなわち、前記供給口６４ｂから送出され、受入口６４ｃに至る気液混合原料１０の管路として、流入管路８０ａ−シリンダ６８−流出管路８０ｂの供給管路８０、または流入管路８０ａ−バイパス管路８２ａ−流出管路８０ｂの戻り管路８２の何れかが選択可能となる。これは前記気液混合原料１０等の液状エラストマ系物質の高い静止時粘性を考慮して、該原料１０等の供給に関するミキサ６４等の各装置に定常運転状態を維持させて容易な供給状態を確保するためであり、前述の戻り管路８２の採用以外に、複数の原料付与機構６６を有する付与装置３４を利用したり、これら２つの方法を併せて実施することが考えられる。
【００１７】
前記シリンダ６８が上下に昇降し得る範囲は、ローラ形状体１６が形成されるシリンダ密閉位置から、該ローラ形状体１６が完全に露出するシリンダ開放位置までである。また前記シリンダ６８のシリンダ開放位置で、かつ該シリンダの下部周端縁に近接してエアナイフ等の切断手段７２が配設されている。この切断手段７２は、前記シリンダ６８が前記ピストン７０に沿って上昇し切ったタイミングで作動して、前記ローラ形状を保持した気液混合原料１０を該ピストン７０から切離すために使用される。
【００１８】
前記硬化装置３６は、前記原料付与ステーション４２より下流側に位置する硬化ステーション４４に配設され、前記シャフト２２の周囲に付与されてローラ状となった気液混合原料１０を硬化させて、最終製品に近いローラ１８の形状を永久固定するためのものである。前記硬化処理としては様々な方法が考えられるが、一般には複数の温度段階を設定可能なトンネル状加熱炉による段階加熱法が、制御の簡便さ等から好適に採用される。
【００１９】
前述した製造装置３０を使用して、以下の各工程を経時的に実施することで実施例に係る製造方法が達成される。すなわち弾性多孔体ローラは、図３に示す各工程を経て製造される。
(配合物調整工程について)
配合物調整工程では、液状エラストマ配合物１２の調整が行なわれる。ここで好適に使用される液状エラストマ配合物１２は、少なくとも液状エラストマ原料および界面活性剤の２成分からなり、その他必要に応じて、粘弾性特性調整剤、架橋剤、感熱ゲル化剤、硬化触媒、電気導電性を付与するカーボンブラックまたは炭素短繊維等の電子伝導性フィラー、補強フィラー、増量フィラー、イオン伝導剤、酸化防止剤、難燃剤または／および可塑剤等がこれに混入される。
【００２０】
前記液状エラストマ原料としては、ＮＲ(天然ゴム)、ＳＢＲ(スチレンブタジエンゴム)、ＮＢＲ(二トリルゴム)、ＣＲ(クロロプレンゴム)、アクリルゴムまたはウレタンゴム等のエラストマ系高分子水分散液、軟質塩化ビニル等の有機溶媒系プラスチゾルに代表される、所謂プラスチゾル、或はポリウレタン、ポリウレアまたは液状シリコーンゴム等の、例えば水や有機溶媒の如く分散媒を含有しない液状樹脂原料が好適に使用される。
【００２１】
前記界面活性剤は、液状エラストマ原料に気体１４(後述)を吹き込んで気泡を生起させた際に、この気泡を安定化させるために使用されると共に、併せて気泡径および硬化後の発泡弾性体の通気量の調整・制御効果も有する。この界面活性剤は、液状エラストマ原料の成分との関連で適宜選択されるもので、前記エラストマ系高分子水分散液に対しては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系または両性の有機系界面活性剤が挙げられる。また液状エラストマ原料が有機溶媒系ブラスチゾルまたは液状樹脂原料の場合には、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体等のシリコーン系界面活性剤を単独で、または前述した有機系界面活性剤と併用して使用される。なお温度または水分で固化する型の原料については、前記各管路系、ミキサ６４および原料タンク６０ａ等の内部で容易に硬化することのないポットライフ性が要求される。
【００２２】
(混合・撹拌工程について)
前述した各原料を混合して調整済み液状エラストマ配合物１２を得た後、この配合物１２中に前記タンク６０ｂから所定の体積比で気体１４(例えば空気、乾燥空気または窒素ガス等)を吹き込み、かつ充分に混合することで気液混合原料１０を得る。本工程では、前記配合物１２に気体１４を微細な気泡として取り込んだ気液混合原料１０を得ると共に、前記ミキサ６４で充分に両者が撹拌される。この気液混合原料１０の流動特性は、後述する気液混合比、液体エラストマ配合物中における高分子水分散体その他混合物、殊に粘弾性特性調整剤および温度により決定され、各要素に対して精密な制御が行なわれる。
【００２３】
前記液状エラストマ配合物１２に気体１４を混合する際に、その気液混合比を如何に設定するかは非常に重要であり、該液状エラストマ配合物１２中のエラストマ原料の粘度が通常の１〜５ポイズ程度の場合、液状エラストマ配合物：気体＝１：１〜１０：１の範囲とするのが好ましい。この範囲内で両者を混合すると、気液混合原料の見掛け粘度を著しく大きなものとなし得る。そして移送時には流動可能な低粘度を、また静止時には形状を保持し得る高粘度を夫々持つ、所謂チクソトロピック性を発現する。
【００２４】
(シャフト取付工程について)
前記シャフト２２は、移送装置３０の最上流側に位置する取付ステーション４０で、取付部５０の取付孔５０ａに上方から垂直に差込むことで取付けられる。前記取付部５０の上表面には、シリンダ６８の内径より大きな外径のガスケット５２が載置され、該シリンダ６８が下降して円筒状の密閉空間６８ｃを密閉した後に流し込まれる気液混合原料１０の漏洩を防止している。ここで前記シャフト２２の材質としては、アルミニウム、ステンレスまたは鋼材にニッケル無電解メッキを施した金属材料、或いはポリプロピレン等の樹脂が好適に使用される。この気液混合原料１０の付与に先立ち、別工程で前記シャフト２２の表面部に接着性を高める等の目的で、様々なプライマーを塗布する処理を施してもよい。
【００２５】
(混合原料付与工程について)
充分に微細気泡を含んだ気液混合原料１０を得た後、移送装置３２の下流側に設置した付与装置３４により、シリンダ６８に該原料１０の付与が行なわれる。この場合に気液混合原料１０は、前記ミキサ６４により流入管路８０ａ−バイパス管路８２ａ−流出管路８０ｂの戻り管路８２を循環して、該管路８２内の空気を追い出しているものとする。
【００２６】
この混合原料付与工程では、図４に示す如く、先ず取付部５０に取付けたシャフト２２を原料付与ステーション４２に到来させ、前記シリンダ６８と中心軸線を整列させる。このとき図４(ａ)に示すように、ピストン７０にシリンダ６８の下端部が位置して流入口６８ａを閉成している。そしてシリンダ６８を図４(ｂ)に示す如く、下降させて、その下端部を前記ガスケット５２に当接させることで円筒状の密閉空間６８ｃを密閉する。次いで流入口弁８４ａおよび流出口弁８４ｂを開放すると共に、第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄを閉成させることで、前記気液混合原料１０の循環管路を戻り管路８２から供給管路８０に切替えて、図４(ｃ)に示すように前記円筒状の密閉空間６８ｃ内に該原料１０を充填させる。このとき円筒状の密閉空間６８ｃ内から追い出される空気は、流出孔６８ｂ、流出管路８０ｂを介して前記ミキサ６４に混合用気体１４の一部として戻される。従ってタンク６０ｂからの気体供給量は、この戻り気体量を勘案して決定する必要がある。また気液混合比をモニターし、必要に応じて配合物１２や気体１４の供給量を調整することで所定比に保持するよう制御してもよい。
【００２７】
前記気液混合原料１０の充填が完了したら、再び流入口弁８４ａおよび流出口弁８４ｂを閉成すると共に,第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄを開放させて、該原料１０の循環管路を供給管路８０から戻り管路８２に変更する。そして図４(ｄ)に示すように、前記シリンダ６８に充満させた発泡済み気液混合原料１０の挙動が静まった後に、前記シリンダ６８を前記ピストン７０に沿って開放位置まで上昇させることで、円筒状の密閉空間６８ｃ内に形成されたローラ形状体１６が外部に露出する。
【００２８】
このローラ形状体１６は既に充分な見掛け粘度を有しているので、該シャフト２２から自重で垂れ落ちることはない。次に前記切断装置７２により、前記ローラ形状体１６をその上部においてピストン７０の下部から切離す。この切離し手段としては、前述したエアナイフの他、前記ピストン７０または／およびローラ形状体１６に瞬時に高い剪断速度を回転により与えてねじ切る方法や、カッター等の薄い刃物で水平に切り込む方法が考えられる。この切離しに際し、ローラ形状体１６の上部は若干崩れるが、これは後述の後加工工程で修正される。
【００２９】
(硬化工程)
次に、ローラ形状体１６を硬化させる工程が、硬化ステーション４４への移送により実施される。この硬化工程で採用される硬化方法としては、例えば自発的な化学反応、外部からの加熱または放射線照射等が挙げられる。この硬化工程を経ることで、前記ローラ形状体１６は充分に硬化される。
【００３０】
前記の硬化方法は、液状エラストマ配合物１２の原料の種類に対応して種々のものが選択される。すなわち前記原料がエラストマ系高分子水分散液の場合は、表面に不溶性物質を生成させ、構成粒子を相互に付着させることでゲル化させ、引き続き加熱加硫を施す方法や、加熱により分子構造に変化を起こさせたり、または水分除去をトリガーとして混合原料１０をゲル化させ、引続いて分子間の架橋反応を起こすことで硬化させる方法が知られている。例えば軟質塩化ビニル等の有機溶媒系プラスチゾル等の溶媒系プラスチゾルの場合、先ず加熱による溶媒量の減少をトリガーとしてゲル化させ、更に加熱を施して溶媒を完全除去して硬化する方法が知られている。またポリウレタン等の分散媒を含有しない液状樹脂原料の場合、硬化剤を主剤中に混合することで起こる自発的な硬化による方法や、加熱またはガンマ線等の放射線をトリガーとして、架橋反応を起こさせて硬化させる方法が知られている。
【００３１】
(後加工工程)
以上の工程に引続き、更に所望に応じて次の後加工工程を実施して、前記取付部５０の反対側のローラ部分を所定長さ除去して、シャフト２２を露出させ弾性多孔体ローラ２０を完成させる。他に例えば、製造時のエア抜き等を容易にするために施したローラ端のテーパー部の除去や、得られたローラ外表面に研磨加工を施して外形寸法を調整する等がこれである。この研磨加工は、ローラの最外表面に形成されているスキン層を剥ぎ取る際にも採用される。このスキン層の除去を行なうと、セル骨格が露出して表面が凸凹形状になり、表面積が大きく増大するので、例えばトナー搬送ローラの如き用途のローラに好適である。
【００３２】
また前記ローラ２０の最外表面にコーティング膜を施す後加工工程を実施してもよい。例えばフッ素をコーティングしたローラでは、表面の離型性が大きく向上するので、これを加圧ローラに採用すれば、トナーが容易に剥離して高画質を得ることができる。またカーボンブラックを含有する導電膜を形成して電気導電度を付与する後加工工程も考えられる。この場合は、ローラ表面の電気伝導度や抵抗値を所望値に制御し得るので、例えば帯電ローラ等に好適に施される。
【００３３】
以下に本発明に係る弾性多孔体ローラの製造方法の好適な実験例を示す。これらの実験例で使用される移送装置３２は、深さ１０ｍｍを有し、ガスケット５２(厚さ５ｍｍ、外径２０ｍｍ)が載置された取付部５２を１００ｍｍ間隔で備え、移動２秒、停止１３秒の１サイクル１５秒で運転される。また付与装置３４は、内径１５ｍｍのシリンダ６８およびストローグ長２２０ｍｍのピストン７０を備え、外径１５ｍｍ、長さ２２０ｍｍのローラ形状体１６を得ることができる。シャフトには、寸法が外径５ｍｍ、長さ２３２ｍｍの無電解ニッケルメッキ処理された鋼製品を使用した。
【００３４】
【第１実験例】
(配合物について)
液状エラストマ原料のポリウレタン水分散液(製品名 スーパーフレックスＥ−２０００:第一工業製薬製:固形分５０％)１００重量部に対して、架橋剤(製品名デナコールＥＸ−６１４Ｂ:ナガセ化成工業製)１０部、ポリアクリル酸ナトリウム(製品名 レオシック２３２Ｈ:日本純薬製)０.２部、感熱ゲル化剤として無水硫酸ナトリウム１.５部および導電性カーボンブラック(製品名 ケッチェンブラックＥＣ:ライオン製)５部を添加し、充分に混合して、液状エラストマ配合物を得た。気体として、乾燥空気を使用した。
(混合・撹拌について)
液状エラストマ配合物：乾燥空気＝１：５に設定し、ミキサ(オークスミキサ)により充分に気液混合原料を得た。
(付与について)
円筒状の密閉空間への気液混合原料の供給スピードを、１０ｍｌ/ｓｅｃに設定した。またローラ形状体の形成完了後のシリンダの上昇スピードを、２００ｍｍ/ｓｅｃとし、切断手段として、薄い刃物を用い前記ローラ形状体とシリンダとを切離した。
【００３５】
(硬化について)
硬化装置として、６８℃、１００℃および１４０℃の３つの温度設定域を有する熟風炉(それぞれ２,４,８ｍ長)を使用し、それぞれの温度域でゲル化、架橋および乾燥を施して硬化を完了した。
(後加工について)
超音波洗浄槽にて洗浄を実施して、ローラ中に残留する硫酸ナトリウムを溶解除去した後、乾燥させた。次いで取付部の反対側のシャフトを露出させるべく、余分なローラを切断除去した。最終的に水系潤滑性コーティング剤(製品名 工ムラロン３４５:日本アチソン製)を、スプレー塗布により付与し、温度１２０℃で、２０分間乾燥させて１５μmのコーティング層を形成した。
(結果について)
外径１４ｍｍの帯電ローラを得た。寸法精度は良好で充分に高く、またこのローラのシャフト−表面問の抵抗値は、抵抗値１×１０6Ω(９.８Ｎ荷重、１００Ｖ６０秒値)であり、帯電ローラとして、充分に使用し得るものであった。
【００３６】
【第２実験例】
(配合物について)
液状エラストマ原料のポリウレタン水分散液(製品名 スーパーフレックスＥ−２０００:第一工業製薬製:固形分５０％)１００重量部に対して、架橋剤(製品名デナコールＥＸ−６１４Ｂ:ナガセ化成工業製)１０部、ポリアクリル酸ナトリウム(製品名 レオシック２３２Ｈ:日本純薬製)０.２部、感熱ゲル化剤としてシリコーン系物質(製品名 ＴＰＡ４３９０:ＧＥ東芝シリコーン製:有効成分３３％)２部および導電性カーボンブラック(製品名 ケッチェンブラックＥＣ:ライオン製)５部を添加し、充分に混合して、液状エラストマ配合物を得た。気体として、乾燥空気を使用した。
(混合・撹拌について)
液状エラストマ配合物：乾燥空気＝１：５に設定し、ミキサ(オークスミキサ)により充分に気液混合原料を得た。
(付与について)
円筒状の密閉空間への気液混合原料の供給スピードを１０ｍｌ/ｓｅｃに設定し、取付部に流入口を、ピストンに流出口を設けた。またローラ形状体の形成完了後のシリンダの上昇スピードを２００ｍｍ/ｓｅｃとし、切断手段として、薄い刃物を用い前記ローラ形状体とシリンダとを切離した。
【００３７】
(硬化について)
硬化装置として、６８℃、１００℃および１４０℃の３つの温度設定域を有する熟風炉(それぞれ２,４,８ｍ長)を使用し、それぞれの温度域でゲル化、架橋および乾燥を施して硬化を完了した。
(後加工について)
超音波洗浄槽にて洗浄を実施して、ローラ中に残留する硫酸ナトリウムを溶解除去した後、乾燥させた。次いで取付部の反対側のシャフトを露出させるべく、余分なローラを切断除去した。最終的に表面部１ｍｍを研磨し、スキン層を除去した。
(結果について)
外径１２ｍｍのトナー供給用ローラを得た。寸法精度は良好で充分に高く、またこのローラのシャフト−表面問の抵抗値は、抵抗値１×１０4Ω(９.８Ｎ荷重、１００Ｖ６０秒値)であり、トナー供給用ローラとして、充分に使用し得るものであった。また、表面の多孔質構造が緻密でかつ表面から内部に向けてセル径が順次拡大する特徴がみられた。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係る弾性多孔体ローラの製造装置およびその方法によれば、金型等の専用部材を用いることなく、低い硬度でかつ高い耐久性を併有し、薄肉であるローラを容易に製造し得る。また連続してローラを形成し得ると共に、研磨等により無駄となる原料が殆どなくなるので、生産効率および歩留りが高まる有益な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る製造装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る付与装置を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る製造方法を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施例に係る付与工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１０ 気液混合原料
１２ 液状エラストマ配合物
１４ 気体
１６ ローラ形状体
２０ 弾性多孔体ローラ
２２ シャフト
３２ 移送装置
３６ 硬化装置
４２ 原料付与ステーション
４４ 硬化ステーション
４６ 取外しステーション
５０ 取付部
５２ ガスケット
５４ モータ
５６ 無端コンベアベルト
６０ 泡立て機構
６２ａ 原料タンク
６２ｂ タンク
６４ ミキサ
６８ シリンダ
６８ｃ 円筒状の密閉空間
７０ ピストン
７２ 切断手段
８０ 供給管路
８２ 戻り管路
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性多孔体ローラの製造方法およびその装置に関し、更に詳細には、薄い肉厚であって低い硬度および高い耐久性を併有する弾性多孔体ローラを製造する方法と、該方法を好適に実施し得る装置とに関するものである。
【０００２】
複写機、プリンタその他ファクシミリ等に代表される事務用機器には、紙等の画像記録媒体の搬送、感光体への帯電、トナーの付与や搬送、該トナーの記録媒体への転写、残留トナーの除去等を行なう手段として、ゴム等の高分子弾性体からなるローラが多数使用されている。なかでも、低硬度であるために低いニップ圧が大きなニップ幅に亘って得られるウレタンフォームや発泡ゴムの如きエラストマ多孔体のローラが好適に使い分けられている。
【０００３】
前記の弾性を有する多孔体ローラを製造する手段としては、例えば以下の各方法が知られている。
▲１▼ 円筒形のキャビティを有する成形型に、ポリウレタン等の液状原料やゴム・熱可塑性エラストマの如き粘弾性原料を充填して発泡させ、これを硬化させた後に冷却して円柱状の弾性体を取り出す方法。この方法は、例えば射出成形型、トランスファー成形型その他プレス成形型等により実施される。この場合、ローラのシャフトは一体的に成形するか、成形後に接着または圧入により取り付けられる。また必要に応じて表面研磨等を行なって、その外径や表面円滑度等を調整する。
▲２▼ ポリウレタンフォームにより予めブロック状の弾性体を製造し、これにシャフトを圧入等の方法で後付けする。次いで、このブロック状弾性体を回転させながら、例えばニクロム線ヒータにより加熱溶断した後に研磨してローラ本体を製造するか、または特開平１０−１０４９３７号公報に開示される如く、回転中の弾性体にカッタを押し当ててピーリングすることでローラ本体を製造する方法。
▲３▼ 発泡剤を含むゴムや熱可塑性エラストマを原料として押出発泡成形を行ない、チューブ状のローラ本体を製造する方法。この場合、シャフトを成形後に取り付け、必要に応じてローラ外周を研磨して外径や表面円滑度等の調整を行なう。
▲４▼ 特開平７−７６０４９号公報に開示される如く、円柱または円筒状のローラ基材を回転させながら、その外方に配設したアプリケーターにより、室温硬化型シリコーンゴムフォーム用液状原料をローラ基材の外周面に一定厚になるまで塗布し、得られた塗膜を発泡・硬化させることでスポンジローラを得る方法。
▲５▼ ローラを構成する弾性体を、例えばシリコーンスポンジの帯状長尺物として製作し、この弾性体をシャフトの外周に所要の厚みになるまで螺旋状に巻き付けて固定し、次いで円筒状となった本体外周部を研磨することで所望直径のローラを得る方法(特開平８−６４１７号)。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、前述した各種事務用機器の小型化に伴って、これに使用されるローラの外径も小さくなる傾向にある。このためシャフトの周りのローラ本体をなす弾性体も、その肉厚は必要な機能を果す限りにおいて薄いものであることが要求されるに至っている。しかしこの要請に対して、前述した各方法は何れも以下の欠点を有している。
前記▲１▼の方法について。
この方法によれば、必要とされる製品寸法に合わせたキャビティを有する成形型を使用することで、様々な肉厚のローラに対応することが可能である。しかし前記ローラの寸法・種類は多いので、夫々のローラ毎に専用の成形型を製作する必要があり、型製作および型管理等のコストが嵩む難点がある。また成形完了後に脱型する手間や、該成形型を清掃する作業等も必要である。
前記▲２▼の方法について。
この方法は、予めブロック状に成型した弾性体を所望の外径寸法にまで削切するものであるので、例えば５ｍｍ以下の肉厚が要求される薄いローラを製作する場合には、無駄に消費される弾性体の量が多くなり、経済的にも廃棄物処理の面からも問題が大きい。
前記▲３▼の方法について。
この方法では、前記▲１▼と同様に各ローラ毎に専用の押出発泡成形型を必要とするので、製作コストが増大し、かつ押出型の管理等に手間がかかるという難点がある。更に肉厚の極めて薄い(例えば２ｍｍ程度以下)ローラの製作は非常に困難であり、また得られたローラの真円度等の寸法精度が設計値を満たし難く、歩留りが低下する欠点も指摘される。
前記▲４▼の方法について。
この方法によれば、シャフトに塗布された弾性体原料の発泡が、原料体温度のバラツキにより不均一となり、部位によって発泡セル径、セル構造および弾性体密度が大きく相違したローラとなってしまう畏れがある。また該方法では、発泡反応に随伴して促進される高分子反応によって、ローラ本体が容易に形状が崩れない発泡構造とする必要がある。しかるに発泡開始直後は、シャフトに塗布した原料中に僅かな気泡が存在する状態であって、見掛け粘度は低下する。このため保形性に乏しく、シャフトに供給されても弾性体原料は自重で垂れ落ちてしまう場合がある。
前記▲５▼の方法について。
この方法では、巻回されて螺旋状に隣接するスポンジの帯の間に機械的および／または電気的な不連続性が形成され、例えば記録媒体上の静電画像等に無視し得ない不利な影響を与える欠点が指摘される。
また前記▲１▼〜▲５▼の何れの製法についても、硬度を低く設定するためには、一般にＡＩＢＮ(アゾビイゾブチルロニトリル)等の発泡剤を増量して低密度化することで対応しているが、これは同時に永久圧縮歪みの悪化にもつながり、従ってローラとしての特性の両立が困難となっていた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、弾性多孔体ローラの製造に際し従来技術に内在していた前記問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、低い硬度および高い耐久性を両立すると共に、肉厚の薄いローラを金型を使用することなく容易に製造し得る方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本願の発明に係る弾性多孔体ローラの製造方法は、
芯材としてのシャフトを有する弾性多孔体ローラを製造する方法であって、
前記シャフトを、シリンダの下部を閉塞可能な取付部に着脱自在に立設して、前記弾性多孔体ローラに最終的に要求される外径と略合致する内径を有する該シリンダの内部に、該シャフトをシリンダの中心軸線と整列させて配置し、
前記シリンダの下部を取付部で塞ぐと共に、前記シリンダの上部をピストンで塞ぐことで、該シリンダの内部に円筒状の密閉空間を画成し、
液状エラストマ配合物および気体を混合・撹拌して、チクソトロピック性を有する発泡済み気液混合原料を調製し、
前記発泡済み気液混合原料を前記シリンダの密閉空間に循環的に供給し、
前記発泡済み気液混合原料の供給を停止して前記シリンダに充満させた発泡済み気液混合原料が静止した後に、自己形状保持し得る高粘度状態になった発泡済み気液混合原料を前記ピストンで規制したもとで該シリンダを該ピストンに沿って上昇することで、前記取付部に立設したシャフトの周囲に該発泡済み気液混合原料からなるローラ形状体を形成し、
前記発泡済み気液混合原料からなるローラ形状体を前記シリンダから取り出した状態で硬化させて、前記弾性多孔体ローラの形状を永久固定するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
同じく前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の別の発明に係る弾性多孔体ローラの製造装置は、
シャフトが中心に挿通された弾性多孔体ローラを製造する製造装置であって、
前記シャフトを着脱自在に立設し得る取付部を備え、該取付部をその移送方向に沿って位置する各ステーションに向けて間欠的に移動させる移送装置と、
液状エラストマ配合物および気体を混合・撹拌するミキサを備え、チクソトロピック性を有する発泡済み気液混合原料を調製する泡立て機構と、
前記シャフトを前記取付部に立設する取付ステーションより下流側に位置する原料付与ステーションの上方に配設され、該原料付与ステーションに到来停止した該取付部に立設された前記シャフトと中心軸線が整列するピストンと、
前記原料付与ステーションに配設され、取付部に立設したシャフトの上端より上方のシリンダ開放位置と、内面に摺動自在に密着した前記ピストンに沿って原料付与ステーションの定位置に停止している前記取付部へ中心軸線を整列させて下降することで、前記ピストンおよび取付部によって上下を規制した円筒状の密閉空間を内部に画成するシリンダ密閉位置との間で昇降可能なシリンダと、
前記原料付与ステーションより下流側に位置する硬化ステーションに配設され、発泡済み気液混合原料を硬化させる硬化装置とからなり、
前記シリンダには、シリンダ密閉位置で前記密閉空間へ前記泡立て機構から発泡済み気液混合原料が循環的に供給されて、該密閉空間に発泡済み気液混合原料が充填され、
前記シリンダは、前記発泡済み気液混合原料の供給を停止して前記密閉空間に充満させた発泡済み気液混合原料が静止した後に、自己形状保持し得る高粘度状態になった発泡済み気液混合原料を前記ピストンで規制したもとで該ピストンに沿って上昇してシリンダ開放位置に退避することで、前記取付部に立設したシャフトの周囲に該発泡済み気液混合原料からなるローラ形状体を形成し、
前記硬化装置は、前記シャフトの周囲に付与されたローラ形状体をなす発泡済み気液混合原料を硬化させて、前記弾性多孔体ローラの形状を永久固定するよう構成したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る弾性多孔体ローラの製造方法およびその装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。本願の発明者は、液状エラストマ配合物に充分な量の気体を吹き込み、かつ泡立てることで得られる微細な連続気孔を有する気液混合原料を利用することで、見掛け粘度が高くシャフトへ円筒状に付与した際にその形状が安定して保たれ、硬化した後には低い硬度が得られて、耐久性が高い各種事務用機器に好適なローラを簡便に製造し得ることを知見したものである。
【００１０】
本発明の好適な実施例に係る弾性多孔体ローラの製造装置３０を、図１に概略的に示す。この装置３０は、弾性多孔体ローラの芯材となるシャフト２２を立設状態で固定して、制御下に該シャフト２２を間欠的に下流側へ水平に移動させる所要長の移送装置３２と、この移送装置３２の上流域に設けられ、該シャフト２２にローラ２０となるべき気液混合原料１０を付与する付与装置３４と、下流域に設けられ、該シャフト２２に付与された気液混合原料１０を硬化させてローラ本体を成形する硬化装置３６と、これら各装置に所要の制御指令を与える制御装置(図示せず)とから基本的に構成される。
【００１１】
本実施例に示す移送装置３２は、実質的に無端ベルト式のコンベア機構であって、前記シャフト２２を脱着自在に取付け可能な複数の取付部５０を所定間隔で配設したベルト部５４と、このベルト部５４を一方向へ駆動する動力部としてのモータ５６とから構成される。前記取付部５０には、シャフト２２を上方から垂直に挿入させて取付けるための取付孔５２ａが穿設され、後述する材料付与工程で気液混合原料１０が該シャフト２２に付与される際に、該取付部５０からの漏れを防止するガスケット５２が載置されている。
【００１２】
前記付与装置３４は、前記移送装置３２の移送経路に沿って位置させた原料付与ステーション４２(後述)に配置され、図２に示す如く、原料供給部６２およびミキサ６４を備える泡立て機構６０と、原料付与機構６６とに大別される。すなわち前記原料供給部６０は、後述する液状エラストマ配合物１２を所定量貯留して送出する原料タンク６０ａと、気体１４を蓄圧状態で貯留するタンク６０ｂとからなる。この気体１４としては、一般に大気中の空気が使用されるが、ドライヤを経た乾燥空気その他窒素ガスの如き不活性ガス等を選択的に使用してもよい。また前記泡立て機構６０は、原料タンク６０ａおよびタンク６０ｂから送出される液状エラストマ配合物１２および気体１４の予備混合されたものを攪拌して混合、高粘度かつ微細な気泡を有する気液混合原料１０とするミキサ６４を備えている。このミキサ６４には、高剪断速度の混合が可能なオークスミキサ等の動的ミキサ、または大きな分散総数を有するラモンドスーパーミキサ等の静的ミキサが適宜に採用される。なお前記ミキサ６４は、前記原料供給部６２から送出される気液混合原料１０の供給口６４ａ、原料付与機構６６へ原料１０を送出する送出口６４ｂおよび該原料付与機構６６から戻される原料１０の受入口６４ｃを備えている。
【００１３】
前記原料付与機構６６は、気液混合原料１０からローラ形状体１６(後述)を形成する円筒状の密閉空間６８ｃを画成した上下に昇降自在なシリンダ６８と、このシリンダ６８の内面に摺動自在に密着し、ローラ形状体１６の軸方向長さを規制するピストン７０と、該シリンダ６８の昇降駆動源となるリニアアクチェータ(図示せず)とからなる。すなわち前記移送装置３２により移送される前記取付部５０の移送方向に沿って原料付与ステーション４２が位置し、該ステーション４２の上方にピストン７０が固定的に配設され、このピストン７０は、該ステーション４２に到来停止した該取付部５０に立設されている前記シャフト２２と中心軸線を整列させている。またシリンダ６８は、前記ピストン７０に内挿されて摺動自在に昇降可能であって、原料付与ステーション４２の定位置で停止する前記取付部５０へ中心軸線を整列させて下降することで、該ピストン７０および取付部５０により上下を規制された円筒状の密閉空間６８ｃを内部に画成可能となっている。なお前記シリンダ６８の下方には、前記泡立て機構６０で得られた気液混合原料１０を内部に案内する流入口６８ａが設けられ、また上方に気液混合原料１０をシリンダ６８からミキサ６４への戻す流出口６８ｂが設けられている。
【００１４】
この流入口６８ａおよび流出口６８ｂのシリンダ６８への配設位置は、逆になっていてもよい。また流入口６８ａおよび流出口６８ｂは、必ずしもシリンダ６８に設ける必要はなく、該シリンダ６８への気液混合原料１０の供給・排出に充分な位置であれば、取付部５０やピストン７０に配設するようにしてもよい。
【００１５】
前記流入口６８ａおよび流出口６８ｂは、パイプからなる流入管路８０ａおよび流出管路８０ｂを介してミキサ６４に接続されている。すなわち前記流入管路８０ａは、前記ミキサ６４の送出口６４ｂとシリンダ６８の流入口６８ａに接続され、また流出管路８０ｂは、前記シリンダ６８の流出口６８ｂとミキサ６４の受入口６４ｃに接続されている。また流入管路８０ａおよび流出管路８０ｂの途中には、両管路を共通的に連通するバイパス管路８２が連接されている。
【００１６】
前記流入口６８ａおよび流出口６８ｂには、図示しない制御装置からの指令で開閉制御されるな流入弁８４ａおよび流出弁８４ｂが設けられ、またバイパス管路８２ａの両端部には、第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄが設けられている。そしてこれらの流入弁８４ａ、流出弁８４ｂ、第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄを適宜開閉することで、気液混合原料１０の流れを止めることなく、前記シリンダ６８への該気液混合原料１０の供給・停止を制御し得る。すなわち、前記供給口６４ｂから送出され、受入口６４ｃに至る気液混合原料１０の管路として、流入管路８０ａ−シリンダ６８−流出管路８０ｂの供給管路８０、または流入管路８０ａ−バイパス管路８２ａ−流出管路８０ｂの戻り管路８２の何れかが選択可能となる。これは前記気液混合原料１０等の液状エラストマ系物質の高い静止時粘性を考慮して、該原料１０等の供給に関するミキサ６４等の各装置に定常運転状態を維持させて容易な供給状態を確保するためであり、前述の戻り管路８２の採用以外に、複数の原料付与機構６６を有する付与装置３４を利用したり、これら２つの方法を併せて実施することが考えられる。
【００１７】
前記シリンダ６８が上下に昇降し得る範囲は、ローラ形状体１６が形成されるシリンダ密閉位置から、該ローラ形状体１６が完全に露出するシリンダ開放位置までである。また前記シリンダ６８のシリンダ開放位置で、かつ該シリンダの下部周端縁に近接してエアナイフ等の切断手段７２が配設されている。この切断手段７２は、前記シリンダ６８が前記ピストン７０に沿って上昇し切ったタイミングで作動して、前記ローラ形状を保持した気液混合原料１０を該ピストン７０から切離すために使用される。
【００１８】
前記硬化装置３６は、前記原料付与ステーション４２より下流側に位置する硬化ステーション４４に配設され、前記シャフト２２の周囲に付与されてローラ状となった気液混合原料１０を硬化させて、最終製品に近いローラ１８の形状を永久固定するためのものである。前記硬化処理としては様々な方法が考えられるが、一般には複数の温度段階を設定可能なトンネル状加熱炉による段階加熱法が、制御の簡便さ等から好適に採用される。
【００１９】
前述した製造装置３０を使用して、以下の各工程を経時的に実施することで実施例に係る製造方法が達成される。すなわち弾性多孔体ローラは、図３に示す各工程を経て製造される。
(配合物調整工程について)
配合物調整工程では、液状エラストマ配合物１２の調整が行なわれる。ここで好適に使用される液状エラストマ配合物１２は、少なくとも液状エラストマ原料および界面活性剤の２成分からなり、その他必要に応じて、粘弾性特性調整剤、架橋剤、感熱ゲル化剤、硬化触媒、電気導電性を付与するカーボンブラックまたは炭素短繊維等の電子伝導性フィラー、補強フィラー、増量フィラー、イオン伝導剤、酸化防止剤、難燃剤または／および可塑剤等がこれに混入される。
【００２０】
前記液状エラストマ原料としては、ＮＲ(天然ゴム)、ＳＢＲ(スチレンブタジエンゴム)、ＮＢＲ(二トリルゴム)、ＣＲ(クロロプレンゴム)、アクリルゴムまたはウレタンゴム等のエラストマ系高分子水分散液、軟質塩化ビニル等の有機溶媒系プラスチゾルに代表される、所謂プラスチゾル、或はポリウレタン、ポリウレアまたは液状シリコーンゴム等の、例えば水や有機溶媒の如く分散媒を含有しない液状樹脂原料が好適に使用される。
【００２１】
前記界面活性剤は、液状エラストマ原料に気体１４(後述)を吹き込んで気泡を生起させた際に、この気泡を安定化させるために使用されると共に、併せて気泡径および硬化後の発泡弾性体の通気量の調整・制御効果も有する。この界面活性剤は、液状エラストマ原料の成分との関連で適宜選択されるもので、前記エラストマ系高分子水分散液に対しては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系または両性の有機系界面活性剤が挙げられる。また液状エラストマ原料が有機溶媒系ブラスチゾルまたは液状樹脂原料の場合には、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合体等のシリコーン系界面活性剤を単独で、または前述した有機系界面活性剤と併用して使用される。なお温度または水分で固化する型の原料については、前記各管路系、ミキサ６４および原料タンク６０ａ等の内部で容易に硬化することのないポットライフ性が要求される。
【００２２】
(混合・撹拌工程について)
前述した各原料を混合して調整済み液状エラストマ配合物１２を得た後、この配合物１２中に前記タンク６０ｂから所定の体積比で気体１４(例えば空気、乾燥空気または窒素ガス等)を吹き込み、かつ充分に混合することで気液混合原料１０を得る。本工程では、前記配合物１２に気体１４を微細な気泡として取り込んだ気液混合原料１０を得ると共に、前記ミキサ６４で充分に両者が撹拌される。この気液混合原料１０の流動特性は、後述する気液混合比、液体エラストマ配合物中における高分子水分散体その他混合物、殊に粘弾性特性調整剤および温度により決定され、各要素に対して精密な制御が行なわれる。
【００２３】
前記液状エラストマ配合物１２に気体１４を混合する際に、その気液混合比を如何に設定するかは非常に重要であり、該液状エラストマ配合物１２中のエラストマ原料の粘度が通常の１〜５ポイズ程度の場合、液状エラストマ配合物：気体＝１：１〜１０：１の範囲とするのが好ましい。この範囲内で両者を混合すると、気液混合原料の見掛け粘度を著しく大きなものとなし得る。そして移送時には流動可能な低粘度を、また静止時には形状を保持し得る高粘度を夫々持つ、所謂チクソトロピック性を発現する。
【００２４】
(シャフト取付工程について)
前記シャフト２２は、移送装置３０の最上流側に位置する取付ステーション４０で、取付部５０の取付孔５０ａに上方から垂直に差込むことで取付けられる。前記取付部５０の上表面には、シリンダ６８の内径より大きな外径のガスケット５２が載置され、該シリンダ６８が下降して円筒状の密閉空間６８ｃを密閉した後に流し込まれる気液混合原料１０の漏洩を防止している。ここで前記シャフト２２の材質としては、アルミニウム、ステンレスまたは鋼材にニッケル無電解メッキを施した金属材料、或いはポリプロピレン等の樹脂が好適に使用される。この気液混合原料１０の付与に先立ち、別工程で前記シャフト２２の表面部に接着性を高める等の目的で、様々なプライマーを塗布する処理を施してもよい。
【００２５】
(混合原料付与工程について)
充分に微細気泡を含んだ気液混合原料１０を得た後、移送装置３２の下流側に設置した付与装置３４により、シリンダ６８に該原料１０の付与が行なわれる。この場合に気液混合原料１０は、前記ミキサ６４により流入管路８０ａ−バイパス管路８２ａ−流出管路８０ｂの戻り管路８２を循環して、該管路８２内の空気を追い出しているものとする。
【００２６】
この混合原料付与工程では、図４に示す如く、先ず取付部５０に取付けたシャフト２２を原料付与ステーション４２に到来させ、前記シリンダ６８と中心軸線を整列させる。このとき図４(ａ)に示すように、ピストン７０にシリンダ６８の下端部が位置して流入口６８ａを閉成している。そしてシリンダ６８を図４(ｂ)に示す如く、下降させて、その下端部を前記ガスケット５２に当接させることで円筒状の密閉空間６８ｃを密閉する。次いで流入口弁８４ａおよび流出口弁８４ｂを開放すると共に、第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄを閉成させることで、前記気液混合原料１０の循環管路を戻り管路８２から供給管路８０に切替えて、図４(ｃ)に示すように前記円筒状の密閉空間６８ｃ内に該原料１０を充填させる。このとき円筒状の密閉空間６８ｃ内から追い出される空気は、流出孔６８ｂ、流出管路８０ｂを介して前記ミキサ６４に混合用気体１４の一部として戻される。従ってタンク６０ｂからの気体供給量は、この戻り気体量を勘案して決定する必要がある。また気液混合比をモニターし、必要に応じて配合物１２や気体１４の供給量を調整することで所定比に保持するよう制御してもよい。
【００２７】
前記気液混合原料１０の充填が完了したら、再び流入口弁８４ａおよび流出口弁８４ｂを閉成すると共に,第１バイパス弁８４ｃおよび第２バイパス弁８４ｄを開放させて、該原料１０の循環管路を供給管路８０から戻り管路８２に変更する。そして図４(ｄ)に示すように、前記シリンダ６８に充満させた発泡済み気液混合原料１０の挙動が静まった後に、前記シリンダ６８を前記ピストン７０に沿って開放位置まで上昇させることで、円筒状の密閉空間６８ｃ内に形成されたローラ形状体１６が外部に露出する。
【００２８】
このローラ形状体１６は既に充分な見掛け粘度を有しているので、該シャフト２２から自重で垂れ落ちることはない。次に前記切断装置７２により、前記ローラ形状体１６をその上部においてピストン７０の下部から切離す。この切離し手段としては、前述したエアナイフの他、前記ピストン７０または／およびローラ形状体１６に瞬時に高い剪断速度を回転により与えてねじ切る方法や、カッター等の薄い刃物で水平に切り込む方法が考えられる。この切離しに際し、ローラ形状体１６の上部は若干崩れるが、これは後述の後加工工程で修正される。
【００２９】
(硬化工程)
次に、ローラ形状体１６を硬化させる工程が、硬化ステーション４４への移送により実施される。この硬化工程で採用される硬化方法としては、例えば自発的な化学反応、外部からの加熱または放射線照射等が挙げられる。この硬化工程を経ることで、前記ローラ形状体１６は充分に硬化される。
【００３０】
前記の硬化方法は、液状エラストマ配合物１２の原料の種類に対応して種々のものが選択される。すなわち前記原料がエラストマ系高分子水分散液の場合は、表面に不溶性物質を生成させ、構成粒子を相互に付着させることでゲル化させ、引き続き加熱加硫を施す方法や、加熱により分子構造に変化を起こさせたり、または水分除去をトリガーとして混合原料１０をゲル化させ、引続いて分子間の架橋反応を起こすことで硬化させる方法が知られている。例えば軟質塩化ビニル等の有機溶媒系プラスチゾル等の溶媒系プラスチゾルの場合、先ず加熱による溶媒量の減少をトリガーとしてゲル化させ、更に加熱を施して溶媒を完全除去して硬化する方法が知られている。またポリウレタン等の分散媒を含有しない液状樹脂原料の場合、硬化剤を主剤中に混合することで起こる自発的な硬化による方法や、加熱またはガンマ線等の放射線をトリガーとして、架橋反応を起こさせて硬化させる方法が知られている。
【００３１】
(後加工工程)
以上の工程に引続き、更に所望に応じて次の後加工工程を実施して、前記取付部５０の反対側のローラ部分を所定長さ除去して、シャフト２２を露出させ弾性多孔体ローラ２０を完成させる。他に例えば、製造時のエア抜き等を容易にするために施したローラ端のテーパー部の除去や、得られたローラ外表面に研磨加工を施して外形寸法を調整する等がこれである。この研磨加工は、ローラの最外表面に形成されているスキン層を剥ぎ取る際にも採用される。このスキン層の除去を行なうと、セル骨格が露出して表面が凸凹形状になり、表面積が大きく増大するので、例えばトナー搬送ローラの如き用途のローラに好適である。
【００３２】
また前記ローラ２０の最外表面にコーティング膜を施す後加工工程を実施してもよい。例えばフッ素をコーティングしたローラでは、表面の離型性が大きく向上するので、これを加圧ローラに採用すれば、トナーが容易に剥離して高画質を得ることができる。またカーボンブラックを含有する導電膜を形成して電気導電度を付与する後加工工程も考えられる。この場合は、ローラ表面の電気伝導度や抵抗値を所望値に制御し得るので、例えば帯電ローラ等に好適に施される。
【００３３】
以下に本発明に係る弾性多孔体ローラの製造方法の好適な実験例を示す。これらの実験例で使用される移送装置３２は、深さ１０ｍｍを有し、ガスケット５２(厚さ５ｍｍ、外径２０ｍｍ)が載置された取付部５２を１００ｍｍ間隔で備え、移動２秒、停止１３秒の１サイクル１５秒で運転される。また付与装置３４は、内径１５ｍｍのシリンダ６８およびストローグ長２２０ｍｍのピストン７０を備え、外径１５ｍｍ、長さ２２０ｍｍのローラ形状体１６を得ることができる。シャフトには、寸法が外径５ｍｍ、長さ２３２ｍｍの無電解ニッケルメッキ処理された鋼製品を使用した。
【００３４】
【第１実験例】
(配合物について)
液状エラストマ原料のポリウレタン水分散液(製品名 スーパーフレックスＥ−２０００:第一工業製薬製:固形分５０％)１００重量部に対して、架橋剤(製品名デナコールＥＸ−６１４Ｂ:ナガセ化成工業製)１０部、ポリアクリル酸ナトリウム(製品名 レオシック２３２Ｈ:日本純薬製)０.２部、感熱ゲル化剤として無水硫酸ナトリウム１.５部および導電性カーボンブラック(製品名 ケッチェンブラックＥＣ:ライオン製)５部を添加し、充分に混合して、液状エラストマ配合物を得た。気体として、乾燥空気を使用した。
(混合・撹拌について)
液状エラストマ配合物：乾燥空気＝１：５に設定し、ミキサ(オークスミキサ)により充分に気液混合原料を得た。
(付与について)
円筒状の密閉空間への気液混合原料の供給スピードを、１０ｍｌ/ｓｅｃに設定した。またローラ形状体の形成完了後のシリンダの上昇スピードを、２００ｍｍ/ｓｅｃとし、切断手段として、薄い刃物を用い前記ローラ形状体とシリンダとを切離した。
【００３５】
(硬化について)
硬化装置として、６８℃、１００℃および１４０℃の３つの温度設定域を有する熟風炉(それぞれ２,４,８ｍ長)を使用し、それぞれの温度域でゲル化、架橋および乾燥を施して硬化を完了した。
(後加工について)
超音波洗浄槽にて洗浄を実施して、ローラ中に残留する硫酸ナトリウムを溶解除去した後、乾燥させた。次いで取付部の反対側のシャフトを露出させるべく、余分なローラを切断除去した。最終的に水系潤滑性コーティング剤(製品名 工ムラロン３４５:日本アチソン製)を、スプレー塗布により付与し、温度１２０℃で、２０分間乾燥させて１５μmのコーティング層を形成した。
(結果について)
外径１４ｍｍの帯電ローラを得た。寸法精度は良好で充分に高く、またこのローラのシャフト−表面問の抵抗値は、抵抗値１×１０6Ω(９.８Ｎ荷重、１００Ｖ６０秒値)であり、帯電ローラとして、充分に使用し得るものであった。
【００３６】
【第２実験例】
(配合物について)
液状エラストマ原料のポリウレタン水分散液(製品名 スーパーフレックスＥ−２０００:第一工業製薬製:固形分５０％)１００重量部に対して、架橋剤(製品名デナコールＥＸ−６１４Ｂ:ナガセ化成工業製)１０部、ポリアクリル酸ナトリウム(製品名 レオシック２３２Ｈ:日本純薬製)０.２部、感熱ゲル化剤としてシリコーン系物質(製品名 ＴＰＡ４３９０:ＧＥ東芝シリコーン製:有効成分３３％)２部および導電性カーボンブラック(製品名 ケッチェンブラックＥＣ:ライオン製)５部を添加し、充分に混合して、液状エラストマ配合物を得た。気体として、乾燥空気を使用した。
(混合・撹拌について)
液状エラストマ配合物：乾燥空気＝１：５に設定し、ミキサ(オークスミキサ)により充分に気液混合原料を得た。
(付与について)
円筒状の密閉空間への気液混合原料の供給スピードを１０ｍｌ/ｓｅｃに設定し、取付部に流入口を、ピストンに流出口を設けた。またローラ形状体の形成完了後のシリンダの上昇スピードを２００ｍｍ/ｓｅｃとし、切断手段として、薄い刃物を用い前記ローラ形状体とシリンダとを切離した。
【００３７】
(硬化について)
硬化装置として、６８℃、１００℃および１４０℃の３つの温度設定域を有する熟風炉(それぞれ２,４,８ｍ長)を使用し、それぞれの温度域でゲル化、架橋および乾燥を施して硬化を完了した。
(後加工について)
超音波洗浄槽にて洗浄を実施して、ローラ中に残留する硫酸ナトリウムを溶解除去した後、乾燥させた。次いで取付部の反対側のシャフトを露出させるべく、余分なローラを切断除去した。最終的に表面部１ｍｍを研磨し、スキン層を除去した。
(結果について)
外径１２ｍｍのトナー供給用ローラを得た。寸法精度は良好で充分に高く、またこのローラのシャフト−表面問の抵抗値は、抵抗値１×１０4Ω(９.８Ｎ荷重、１００Ｖ６０秒値)であり、トナー供給用ローラとして、充分に使用し得るものであった。また、表面の多孔質構造が緻密でかつ表面から内部に向けてセル径が順次拡大する特徴がみられた。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係る弾性多孔体ローラの製造装置およびその方法によれば、金型等の専用部材を用いることなく、低い硬度でかつ高い耐久性を併有し、薄肉であるローラを容易に製造し得る。また連続してローラを形成し得ると共に、研磨等により無駄となる原料が殆どなくなるので、生産効率および歩留りが高まる有益な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る製造装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る付与装置を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る製造方法を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施例に係る付与工程を示す工程図である。
【符号の説明】
１０ 気液混合原料
１２ 液状エラストマ配合物
１４ 気体
１６ ローラ形状体
２０ 弾性多孔体ローラ
２２ シャフト
３２ 移送装置
３６ 硬化装置
４２ 原料付与ステーション
４４ 硬化ステーション
４６ 取外しステーション
５０ 取付部
５２ ガスケット
５４ モータ
５６ 無端コンベアベルト
６０ 泡立て機構
６２ａ 原料タンク
６２ｂ タンク
６４ ミキサ
６８ シリンダ
６８ｃ 円筒状の密閉空間
７０ ピストン
７２ 切断手段
８０ 供給管路
８２ 戻り管路
Claims (10)
- 芯材としてのシャフト(22)を有する弾性多孔体ローラ(20)を製造する方法であって、
前記シャフト(22)を、シリンダ(68)の下部を閉塞可能な取付部(50)に着脱自在に立設して、前記弾性多孔体ローラ(20)に最終的に要求される外径と略合致する内径を有する該シリンダ(68)の内部に、該シャフト(22)をシリンダ(68)の中心軸線と整列させて配置し、
前記シリンダ(68)の下部を取付部(50)で塞ぐと共に、前記シリンダ(68)の上部をピストン(70)で塞ぐことで、該シリンダ(68)の内部に円筒状の密閉空間(68c)を画成し、
液状エラストマ配合物(12)および気体(14)を混合・撹拌して、チクソトロピック性を有する発泡済み気液混合原料(10)を調製し、
前記発泡済み気液混合原料(10)を前記シリンダ(68)の密閉空間(68c)に循環的に供給し、
前記発泡済み気液混合原料(10)の供給を停止して前記シリンダ(68)に充満させた発泡済み気液混合原料(10)が静止した後に、自己形状保持し得る高粘度状態になった発泡済み気液混合原料(10)を前記ピストン(70)で規制したもとで該シリンダ(68)を該ピストン(70)に沿って上昇することで、前記取付部(50)に立設したシャフト(22)の周囲に該発泡済み気液混合原料(10)からなるローラ形状体(16)を形成し、
前記発泡済み気液混合原料(10)からなるローラ形状体(16)を前記シリンダ(68)から取り出した状態で硬化させて、前記弾性多孔体ローラ(20)の形状を永久固定するようにした
ことを特徴とする弾性多孔体ローラの製造方法。 - 前記液状エラストマ配合物(12)の原料は、エラストマ系高分子水分散液である請求項１記載の弾性多孔体ローラの製造方法。
- 前記ローラ形状体(16)を担持した前記取付部(50)を原料付与ステーション(42)の下流側に位置する硬化ステーション(44)に移動させ、この硬化ステーション(44)で該ローラ形状体(16)の硬化が行なわれる請求項１または２記載の弾性多孔体ローラの製造方法。
- シャフト(22)が中心に挿通された弾性多孔体ローラ(20)を製造する製造装置であって、
前記シャフト(22)を着脱自在に立設し得る取付部(50)を備え、該取付部(50)をその移送方向に沿って位置する各ステーション(42,44)に向けて間欠的に移動させる移送装置(32)と、
液状エラストマ配合物(12)および気体(14)を混合・撹拌するミキサ(64)を備え、チクソトロピック性を有する発泡済み気液混合原料(10)を調製する泡立て機構(60)と、
前記シャフト(22)を前記取付部(50)に立設する取付ステーション(40)より下流側に位置する原料付与ステーション(42)の上方に配設され、該原料付与ステーション(42)に到来停止した該取付部(50)に立設された前記シャフト(22)と中心軸線が整列するピストン(70)と、
前記原料付与ステーション(42)に配設され、取付部(50)に立設したシャフト(22)の上端より上方のシリンダ開放位置と、内面に摺動自在に密着した前記ピストン(70)に沿って原料付与ステーション(42)の定位置に停止している前記取付部(50)へ中心軸線を整列させて下降することで、前記ピストン(70)および取付部(50)によって上下を規制した円筒状の密閉空間(68c)を内部に画成するシリンダ密閉位置との間で昇降可能なシリンダ(68)と、
前記原料付与ステーション(42)より下流側に位置する硬化ステーション(44)に配設され、発泡済み気液混合原料(10)を硬化させる硬化装置(36)とからなり、
前記シリンダ(68)には、シリンダ密閉位置で前記密閉空間(68c)へ前記泡立て機構(60)から発泡済み気液混合原料(10)が循環的に供給されて、該密閉空間(68c)に発泡済み気液混合原料(10)が充填され、
前記シリンダ(68)は、前記発泡済み気液混合原料(10)の供給を停止して前記密閉空間(68c)に充満させた発泡済み気液混合原料(10)が静止した後に、自己形状保持し得る高粘度状態になった発泡済み気液混合原料(10)を前記ピストン(70)で規制したもとで該ピストン(70)に沿って上昇してシリンダ開放位置に退避することで、前記取付部(50)に立設したシャフト(22)の周囲に該発泡済み気液混合原料(10)からなるローラ形状体(16)を形成し、
前記硬化装置(36)は、前記シャフト(22)の周囲に付与されたローラ形状体(16)をなす発泡済み気液混合原料(10)を硬化させて、前記弾性多孔体ローラ(20)の形状を永久固定するよう構成した
ことを特徴とする弾性多孔体ローラの製造装置。 - 前記移送装置(32)は、水平に配設されてモータ(56)により所定方向へ間欠的に駆動される無端コンベアベルト(54)からなり、この無端コンベアベルト(54)の表面に前記取付部(50)が所要間隔で複数取付けられる請求項４記載の弾性多孔体ローラの製造装置。
- 前記原料付与ステーション(42)には、前記シリンダ(68)のシリンダ開放位置にある前記シリンダ(68)の下部周端縁に近接して切断手段(72)が配設され、該シリンダ(68)が前記ピストン(70)に沿って上昇し切ったタイミングで該切断手段(72)が作動することで、前記ローラ形状を保持した発泡済み気液混合原料(10)が該ピストン(70)から切離される請求項４または５記載の弾性多孔体ローラの製造装置。
- 前記取付部(50)に所要径のガスケット(52)が載置され、前記シリンダ(68)を該取付部(50)に向けて下降させた際に、該シリンダ(68)の下端部周縁は該ガスケット(52)に密着的に当接して、このシリンダ(68)に流し込まれる前記発泡済み気液混合原料(10)の漏洩を防止する請求項４〜６の何れか一項に記載の弾性多孔体ローラの製造装置。
- 前記泡立て機構(60)は、液状エラストマ配合物(12)を貯留する原料タンク(62a)と、気体(14)を貯留するタンク(62b)と、これら両タンク(62a,62b)から混合状態で供給される前記配合物(12)および気体(14)を撹拌して発泡させるミキサ(64)とからなる請求項４〜７の何れか一項に記載の弾性多孔体ローラの製造装置。
- 前記ミキサ(64)からの発泡済み気液混合原料(10)は、供給管路(80)を介して前記シリンダ(68)に循環的に供給され、該シリンダ(68)に充満して余剰となった発泡済み気液混合原料(10)は、戻り管路(82)を介して該ミキサ(64)に循環的に戻される請求項８記載の弾性多孔体ローラの製造装置。
- 前記硬化ステーション(44)の下流側に位置する取外しステーション(46)を設け、前記硬化装置(36)で硬化された弾性多孔体ローラ(20)を前記取付部(50)と共に該取外しステーション(46)まで移送した後、ここで該弾性多孔体ローラ(20)は前記シャフト(22)と共に該取付部(50)から取外される請求項４〜９の何れか一項に記載の弾性多孔体ローラの製造装置。
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