JP4716702B2

JP4716702B2 - Ｏａローラの製造方法

Info

Publication number: JP4716702B2
Application number: JP2004291172A
Authority: JP
Inventors: 倫夫金城
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP2006103090A

Description

本発明は、乾式電子写真装置等の画像形成装置における、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラおよび給紙ローラなどに供するＯＡローラの製造方法に関する。

近年、電子写真技術の進歩に伴い、乾式電子写真装置等の画像形成装置には、帯電用、現像用、転写用、トナー供給用、クリーニング用および給紙などの用途として、高分子材による部品が注目され、具体的には、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラおよび給紙ローラなどの弾性を有するローラの形態で用いられている。
これらＯＡローラの素材には、通常ゴム又はポリウレタンなどの高分子エラストマーやフォームが用いられ、低硬度であって、また画像形成体や転写材などを汚染しないことが要求される。

ところが、ゴムやポリウレタンのエラストマーを低硬度化するには、ジオクチルフタレートのような可塑剤やアロマオイルのようなオイル類を配合する必要があり、画像形成体などを汚染しないという要求を満たすのは困難である。

そこで、近年では、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）やシリコーンゴムなどを、４，４′−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）のような発泡剤で発泡させたフォームや、ポリウレタンを水やフロンなどの発泡剤で発泡させたフォームを用いるのが有利であり、特にポリウレタン発泡体が推奨されている。

このポリウレタン発泡体によるローラの製造方法としては、例えばポリオール成分、ポリイソシアネート成分、物理発泡剤及び場合により導電性付与剤やウレタン反応触媒などを含む発泡体形成材料を、シャフトがセットされた所定の形状の金型に注入して発泡硬化させるか、又はブロック状に自由に発泡させたのち加熱硬化させ、ブロックから所定寸法に切り出し、シャフトを取付ける方法などが知られている。

これらの方法の中で、円筒状の金型を用いる方法は、脱型後に必ずしも研磨処理を必要としないことから、多用されている。この円筒状型を用いてポリウレタン発泡体ローラを製造する方法としては、例えばシャフトをセットした円筒状金型を垂直に立てて、上部の開口部あるいは底部の注入口から、ポリウレタン発泡体形成材料を注入し、前者の場合は上部の開口部にキャップを嵌めてから（後者の場合は上部の開口部に予めキャップを嵌めてある）、金型内のシャフトに沿って発泡硬化させるのが一般的である。

ここで、金型内で発泡体形成材料を発泡膨張させる際、金型内にあった空気を金型外に排出する必要がある。この空気の排出は、特許文献１に記載されているように、金型の開口を塞ぐキャップの底面から上面へ貫通するベントホールを介して行われる。このベントホールは、発泡体形成材料の発泡膨張時に金型内の空気を金型外へ導く通路になるとともに、発泡体がベントホール内に入って固化することによって、ベントホールを塞いで金型内圧力を保持するのに役立てる。すなわち、発泡体のセル径の大きさの制御及び金型内のセルの均一性を得るために行う。
特開２００３−３９４４９号公報

上記の働きを担うベントホールには、金型内の空気を通すとともに発泡体を進入させる必要があるが、金型内の発泡量を厳密に制御することが難しいために、ベントホールを塞ぐための発泡体がベントホールの外側にまで溢れることが多々あり、キャップは勿論、金型までを汚染することが問題になっていた。

また、ベントホールは、特に金型内圧を保持するために、比較的に小さい径で形成されているため、ベントホール内に詰まった発泡体を成形後に取り除いてキャップを清掃することが難しい。したがって、キャップは再使用されることなく使い捨てにされているのが現状である。

そこで、本発明は、発泡膨張時に金型内の空気を金型外へ導くためにキャップに設ける通路の構造を工夫することによって、発泡体のキャップ外への漏れを抑制し、かつ成形後の通路における発泡体の除去を容易とした、ＯＡローラの製造方法について提案することを目的とするものである。

発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、金型のキャップに形成する空気の導出路を従来の孔から溝に変更することによって、ここに進入した発泡体の除去を成形後に簡便にできること、そして該溝をキャップの軸方向に対して斜めに延ばすことによって、溝内での発泡体の受容量を増加してキャップ外へ漏れるのを防げること、をそれぞれ見出した。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明の要旨は、次の通りである。
（１）一端側の開口部が塞がれた円筒状の金型内にシャフトを配置してから発泡体形成材料を注入し、該金型の他端側の開口部にキャップを嵌めたのち発泡硬化させて、シャフトの周りに発泡体層を形成してＯＡローラを製造するに当たり、該発泡体形成材料の発泡膨張時に、前記金型の内壁に密着するキャップの周面にキャップの軸方向に対し、延在長さを長くして受容する発泡体量を増加させる斜めの向きに延ばして刻まれた、螺旋状の溝を介して、金型内の空気を金型外に導くとともに、溝の途上まで発泡体を進入そして固化させることを特徴とするＯＡローラの製造方法。

（２）キャップの周面に刻んだ溝が金型の内壁との間で形成する通路の体積を、金型外に排出する発泡体の体積以上に設定することを特徴とする上記（１）に記載のＯＡローラの製造方法。

（３）周面に螺旋状の溝が一条または複数条で刻まれたキャップを用いることを特徴とする上記（１）または（２）に記載のＯＡローラの製造方法。

本発明によれば、発泡膨張時に金型内の空気、さらには発泡体を、キャップの周面に刻んだ斜めの溝で導くために、まず発泡体を該溝内に留めて発泡体のキャップ外への漏れを防止できる。さらに、成形後に金型からキャップを外した状態において、溝内に進入した発泡体はキャップの周面に露出しているため、この発泡体の除去は極めて容易に行えることから、ここにキャップを再使用するための方途を開くことができる。

次に、本発明の方法について、図面を参照して詳しく説明する。
図１に、本発明の製造方法を工程順に示すように、まず円筒状の金型１の一端側の開口部を底蓋２で塞いだ後、その中心にシャフト３を配置してから、金型１の他方の開口部にキャップ４を嵌め合わせる。その後、図１（ａ）に示すように、底蓋２に設けた注入部（図示せず）からポリウレタン発泡体形成材料５を注入する。

次いで、図１（ｂ）に示すように、通常１５〜１５０℃、好ましくは５０〜１２０℃の温度範囲に加熱して発泡させる。この発泡体形成材料５の発泡膨張に伴って、金型１内の空気は、キャップ４の周面にキャップ４の軸方向に対して斜めの向きに刻んだ溝６を通って金型１外に排出される。さらに、発泡体形成材料５の発泡膨張を進行させて金型１内部を発泡体７で充満させる。その際、発泡体７の一部が溝６内に進入し、その進入到達点で固化することによって、溝６を塞いで金型１内の圧力を保持する。この圧力保持状態において、例えば７０〜１２０℃程度の温度でキュアを行う。

ここで、キャップ４は、図２（ａ）に示すように、例えば樹脂製の有底円筒材の底面４０から開口面４１側に向かって延びる溝６を周面に沿って刻んだものであり、特にこの溝６をキャップ４の軸に対して斜めの向きに延ばすことによって、キャップの軸方向に貫通させていた従前のベントホール（図３の符号８参照）に比し、延在長さを長くしたところに特徴がある。したがって、この溝６内に受容する発泡体量は、従前のベントホール対比で増加するため、発泡体漏れを未然に回避することができる。
なお、発泡膨張に伴って排出される空気は、溝６を通って、その終端の孔６ａからキャップ４の中空部分４２側に放出される。

また、成形後はキャップ４を外して金型１から発泡後の製品を取り出し、必要に応じて所望寸法に裁断することにより、図１（ｄ）に示すように、目的の発泡体ローラ１０が得られる。

一方、金型１から外したキャップ４は、図２（ｂ）に示すように、溝６内に発泡体７を抱えているが、溝６がキャップ周面にあって発泡体７が露出しているため、これを溝６から取り除くのは極めて容易である。従って、溝６から発泡体７を単に取り除けば、キャップ４の清掃が完了するため、簡単な作業でキャップ４の再使用が可能となる。

ここで、キャップ４の周面に刻んだ溝６が金型１の内壁との間で形成する通路の体積を、金型１外に排出する発泡体の体積以上に設定することが有利であり、基本的には、発泡材の種類や発泡温度等に応じて、溝の延在長さや幅を調整するとよい。

また、上記した例においてキャップ４には、斜めに延びる一条の溝６を設けた例を示したが、図４に示すように、螺旋状の溝６の一条または複数条を設けて溝６の総延在長さをより長くすることが可能である。

なお、本発明のＯＡローラの製造方法において、発泡体形成材料としては、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤及び所望により用いられる導電性付与剤、触媒、整泡剤などを含有するものが使用される。上記ポリウレタン発泡体形成材料においては、ポリオール成分やポリイソシアネート成分は、それらを反応させてなるプレポリマーの形で含まれていてもよい。

ポリオールあるいはプレポリマーの製造に用いられるポリオール成分としては特に制限はなく、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、疎水性ポリオールなどを挙げることができる。ここで、ポリエーテルポリオールとしては、グリセリン等にエチレンオキシドやプロピレンオキシドを付加重合したポリオール、ポリテトラメチレングリコール、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール等のポリオールが好ましく用いられる。ポリエステルポリオールとしては、ジカルボン酸とジオールやトリオールなどとの縮合により得られる縮合系ポリエステルポリオール、ジオールやトリオールをベースとしラクトンの開環重合により得られるラクトン系ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールの末端をラクトンでエステル変性したエステル変性ポリオールなどのポリオールが好ましく用いられる。また、疎水性ポリオールとしては、ポリイソプレンポリオール、ポリブタジエンポリオール、水素添加ポリブタジエンポリオールなどが用いられる。これらのポリオール成分は、一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

一方、ポリイソシアネートあるいはプレポリマーの製造に用いられるポリイソシアネート成分としては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート（クルードＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート；水素添加トリレンジイソシアネート；ヘキサメチレンジイソシアネート等の不飽和結合を持たないポリイソシアネート類やそれらのイソシアヌレート、カルボジイミド、グリコール等による変性物などが挙げられる。これらのポリイソシアネート成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、発泡剤としては、製造プロセス上の取扱いやすさ、気化や発泡のいやすさなどを考慮して、一般に沸点が２０〜６０℃の範囲にある物理的発泡剤が好ましく用いられる。そして、この発泡剤をポリウレタン発泡体の原料として用いる場合、発泡剤単独では粘度が低く、発泡機で安定した流量を得にくいため、ポリオールなどの粘度の高い原料成分とあらかじめ混合して用いるのが有利である。このような発泡剤としては、例えばｎ−ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、メチレンクロリド、フロン１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン）、フロン２４５ｆａ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン）、フロン３６５ｍｆｃ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン）、フロン３５６、フロン１４１ｂ（１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン）、フロン１４２ｂ（１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン）、フロン２２（クロロジフルオロメタン）、さらには水などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

次に、本発明における発泡体形成材料において、所望により用いられる導電性付与剤としては、カーボンブラックやイオン導電剤などが挙げられる。カーボンブラックとしては、例えば電化ブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなどのガスブラック、インクブラックを含むオイルファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、ランプブラックなどが挙げられる。イオン導電剤としては、例えばテトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウムなどのドデシルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウムなどのオクタデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムなどの過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、アルキル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩などのアンモニウム塩；リチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩などが挙げられる。

これらの導電性付与剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は特に制限はなく、各種状況に応じて適宜選定されるが、通常、高分子材料１００質量部に対し、０．１〜４０質量部、好ましくは０．３〜２０質量部の割合で配合される。また、上記のカーボンブラックやイオン導電剤と共に金属粉末や金属酸化物粉末などのフィラー系導電剤を添加することができる。また、ポリウレタン発泡体形成材料において、所望により用いられる触媒としては、例えば有機金属触媒のジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジアセテート、スタナスオクトエート、ジブチルチンマーカブチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンジマレニート、ジオクチルチンマーカブチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、フェニル水銀、プロピオン酸銀、オクテン酸錫、アミン触媒のトリエチルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルアミノエタノール、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７等が好ましく用いられる。これらの触媒は、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

さらに、発泡体形成材料において、所望により用いられる整泡剤としては、例えばポリエーテルシリコーンオイル、ノニオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤などが挙げられ、これらは一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のＯＡローラの製造方法においては、円筒状の金型内で、前記発泡体形成材料を発泡硬化させて、シャフトと、その外周に設けられたポリウレタン発泡体層を有するローラを製造する。

下記に従って調製したポリウレタン発泡体形成材料を用いて、図１に示した手順にてポリウレタン発泡体ローラを製造した。すなわち、内径１８ｍｍおよび長さ２５０ｍｍのステンレス鋼製円筒状金型１の一端側開口を底蓋２で塞いだ後、その中心に径６ｍｍおよび長さ２６０ｍｍの鉄製シャフト３を配置してから、金型１の他方の開口部に、図２ないし４に示したキャップ４をそれぞれ嵌め合わせた３種の金型を用意した。そして底蓋２に設けた注入部から下記のポリウレタン発泡体形成材料５を注入した。該発泡体形成材料は直ちに発泡を開始し、金型内空気をキャップ４のベントホール８または溝６を介して排出しながら膨張し、温度約２５℃にて約９０秒間で金型内が発泡体で埋められた。その後９０℃で２０分間キュアし、次いで金型１からキャップ４を外して発泡体ローラを金型から取り出した。
記
・平均分子量５０００，官能基数３のポリエーテルポリオール：７０質量部
・スチレングラフトタイプのポリマーポリオール：３０質量部
・トリエチレンジアミン：０．３質量部
・Ｎ−メチルモルフォリン：０．２質量部
・水１．５質量部
・シリコーン整泡剤１．５質量部
・ＴＤＩ−８０／ポリメリックＭＤＩの比率が５０／５０のイリシアネート：インデックス１０５

以上の製造工程を経て金型１から取り外したキャップ４について、ベントホール８または溝６からキャップ４の外側に漏れ出た発泡体量を測定するとともに、その発泡体をキャップ４から取り除く際の作業性を評価した。その結果を表１に示す。

本発明のＯＡローラの製造方法を説明する工程図である。本発明で用いる金型のキャップ構造を示す図である。従来の金型のキャップ構造を示す図である。本発明で用いる他の金型のキャップ構造を示す図である。

符号の説明

１金型
２底蓋
３シャフト
４キャップ
５発泡体形成材料
６溝
７発泡体
８ベントホール
１０発泡体ローラ

Claims

一端側の開口部が塞がれた円筒状の金型内にシャフトを配置してから発泡体形成材料を注入し、該金型の他端側の開口部にキャップを嵌めたのち発泡硬化させて、シャフトの周りに発泡体層を形成してＯＡローラを製造するに当たり、該発泡体形成材料の発泡膨張時に、前記金型の内壁に密着するキャップの周面にキャップの軸方向に対し、延在長さを長くして受容する発泡体量を増加させる斜めの向きに延ばして刻まれた、螺旋状の溝を介して、金型内の空気を金型外に導くとともに、溝の途上まで発泡体を進入そして固化させることを特徴とするＯＡローラの製造方法。
キャップの周面に刻んだ溝が金型の内壁との間で形成する通路の体積を、金型外に排出する発泡体の体積以上に設定することを特徴とする請求項１に記載のＯＡローラの製造方法。
周面に螺旋状の溝が一条または複数条で刻まれたキャップを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のＯＡローラの製造方法。