JP4753331B2

JP4753331B2 - ウレタンローラの注型方法

Info

Publication number: JP4753331B2
Application number: JP2001111276A
Authority: JP
Inventors: 孝之望月
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: JP2002307458A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウレタンローラ（以下、単に「ローラ」とも称する）に関し、詳しくは、抵抗値や硬度等のローラ性能に局所的なバラツキがなく、電子写真装置や静電記録装置において各種ローラとして好適に使用することのできるウレタンローラを、効率的かつ低コストで製造することができるウレタンローラの注型方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンター、ファクシミリ等の電子写真装置や静電気録装置等においては、電子写真プロセスにおける帯電、トナー層形成、現像、クリーニング、給紙、搬送等の各工程で、トナー供給ローラ、現像ローラ、転写ローラ、給紙ローラ、搬送ローラ等の、弾性材料や樹脂材料からなるローラが多様な役割を果たしている。
【０００３】
これらの各種ローラ部材において多く使用されているのが、ローラ軸の外周に、ウレタン材料を主成分とするウレタンフォーム層が形成されてなるウレタンローラである。かかる各種ローラ部材としてのウレタンローラにおいては、ウレタンフォーム層が均一な内部および表面構造を有しており、抵抗値や硬度等のローラ性能に局所的なバラツキがないことが要求される。
【０００４】
一方、これら各種ローラ部材として用いるウレタンローラの製造方法としては、ローラ軸の表面にウレタンフォーム体を担持させ、このウレタンフォーム体の外面を加工して円筒状のローラ形状に成形する方法や、ウレタンフォーム層を金軸と一体で筒型内において発泡成形する方法（特開平９−２７４３７３号、特開平５−１８８７７４号公報等）等が提案されている。
【０００５】
しかし、このうち前者の方法においては、ローラ表面に研磨等の後加工による毛羽立ち等が残るために表面性が悪化して、実機搭載時に不良や欠陥等を生ずる原因となったり、製造工程が煩雑になるために生産効率が低下してしまうなどの問題があった。また、後者の方法においても、型内で発泡を行うために形成されたウレタンフォーム層において密度の不均一が生じたり、未充填部やエアの巻き込みに起因する欠陥が発生するなどの問題があり、いずれにおいても高性能のウレタンローラを歩留良く製造できるものではなかった。
【０００６】
これらの方法に対し、上記問題点を有しないウレタンローラの製造方法として、泡体をモールド内に圧入して微細セル構造を有するポリウレタンフォーム成形品を得る技術が提案されている（特許第２９９０６１６号公報）。これは、上述の水を発泡剤とする一般的な低圧発泡方法を用いた技術に対し、機械的撹拌により泡体を形成する技術（メカニカルフロス）を用いるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記技術によれば表面性やローラ性能に優れたウレタンローラを得ることはできるものの、撹拌により生成した泡体の最初と最後の部分については、完全に均一な泡体状態にはならず、従って性能的に問題が生じてしまうために、廃棄せざるを得なかった。即ち、低圧発泡方法の場合と同様に、産業廃棄物の発生を避けることができなかった。また、一般にローラとして使用する場合のウレタンフォーム層のセル径は細かければ細かい程良いが、これら従来の方法では平均セル径は通常１００〜８００μｍ程度であり、セル径１００μｍ以下の微細なセルを有する発泡体ローラを形成することは非常に困難であった。更に、これらの技術はいずれも、連続的なローラ製造には適さないものであった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上述の従来技術における問題点を解消して、表面性の悪化や密度の不均一、ローラ性能のバラツキ等の問題がなく、微細なセル径を有し、各種ローラ部材として好適に用いることのできるウレタンローラを、産業廃棄物を発生させずに、連続的に、かつ、歩留良く注型することができる、コスト性および生産性に優れたウレタンローラの注型方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、以下のとおりである。
（１）ポリオール成分系とイソシアネート成分系とからなるウレタン材料を筒型内に注入することによりウレタンフォーム層を形成するウレタンローラの注型方法において、
前記ポリオール成分系中にガスを注入するガス充填工程と、ガスが充填された該ポリオール成分系と前記イソシアネート成分系とを圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ ^２にて衝突混合させる高圧発泡工程と、を含むことを特徴とするウレタンローラの注型方法である。
【００１０】
（２）前記（１）の注型方法において、前記ガス充填工程において、前記ポリオール成分系中のガス含有量をモニターして、該ガス含有量が一定になるよう前記注入を制御する注型方法である。
【００１１】
（３）前記（１）または（２）の注型方法において、芯金と、該芯金の外周に一体成形により設けられたウレタンフォーム層とを備えるウレタンローラの注型方法であって、前記筒型の中心線上に該芯金が貫設された状態にて前記注入を行う注型方法である。
【００１２】
（４）前記（１）〜（３）のいずれかの注型方法において、前記ガスとして、ドライエアーまたは不活性ガスを充填する注型方法である。
【００１３】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかの注型方法において、前記ガスを、気泡径１〜１００μｍにて充填する注型方法である。
【００１４】
（６）前記（１）〜（５）のいずれかの注型方法において、前記ガスを、前記ポリオール成分系の５〜５０体積％にて充填する注型方法である。
【００１５】
（７）前記（１）〜（６）のいずれかの注型方法において、前記注入を、前記ウレタン材料の供給量１〜５０ｇ／ｓｅｃにて行う注型方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。
本発明のウレタンローラの注型方法においては、ポリオール成分系とイソシアネート成分系とからなるウレタン材料を筒型内に注入することによりローラのウレタンフォーム層を形成するに際し、混合前のポリオール成分系中にガスを注入するガス充填工程と、このガス充填後のポリオール成分系とイソシアネート成分系とを高圧下で衝突混合させる高圧発泡工程とを行うことが重要である。即ち、本発明においては、上記ガス充填工程により、上述の従来技術では達成し得なかった平均セル径数十μｍオーダーのウレタンフォーム層を実現することができるとともに、上記高圧発泡工程により、密度やローラ性能の不均一等の欠陥のない良質のウレタンローラを、低コストで、かつ、歩留良く製造することが可能となる。
【００１８】
本発明に係るガス充填工程は、例えば、図１に示す装置により行うことができ、ポリオール成分系の貯蔵タンク１内に設置されるガス注入部２により、ガスの注入を行う。かかるガス注入部２としては、例えば、直径０．１〜１００μｍ、特には０．５μｍのスパージャ（多孔分散管）を用いることができ、これと併せて、例えば、攪拌機等の分散手段を用いることにより、ポリオール成分系中に、均一で微細な気泡を注入、分散することができる。従って、結果として得られるローラにおいて、従来になく微細なセル径を実現することが可能となる。かかるガスの気泡径は、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは２０μｍ程度である。気泡径が大きすぎると、気泡同士が結合してしまうために好ましくない。
【００１９】
また、本発明に係るガス充填工程においては、ポリオール成分系中のガス含有量を監視して、このガス含有量が一定になるよう、ガス注入部２からの注入を制御することが好ましい。具体的には、例えば、図示するように、ガス注入部２にモニター部３および注入制御部４を接続して、これらによりガス含有量のモニターおよびガス注入の制御を行えばよく、これにより、連続した製造ラインにおいてもポリオール成分系中のガス含有量を常に一定に維持することができ、ローラの品質安定性を確保することができる。かかるガス充填工程に好適に使用することのできる装置としては、具体的には、ガスマーアドミラル社製、ガスニュークリエーション制御装置が挙げられる。尚、図中の５は温度調整のための熱交換機であり、６は循環ポンプである。
【００２０】
本発明において使用するガスとしては、ドライエアーおよび窒素ガス等の不活性ガスが好適であり、その含有量は、好ましくはポリオール成分系の５〜５０体積％、より好ましくは３０体積％である。この範囲内でポリオール成分系中にガスを充填することにより、最終的に得られるローラにおいて、全体に均一なウレタンフォーム層を実現することができる。
【００２１】
ここで、ガスの充填をポリオール成分系のみに行い、イソシアネート成分系に行わないのは、これらのうち一方に充填すれば十分に本発明の所期の効果を得ることができることと、イソシアネート成分系は粘度が高いため、注入した気泡が保持されないことによる。
【００２２】
次に、本発明に係る高圧発泡工程における高圧発泡とは、ウレタン材料としてのポリオール成分系とイソシアネート成分系とを、高圧下、好適には圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ²、特には１００〜２００ｋｇ／ｃｍ²にて衝突混合させ、発泡させることをいう。本発明においては、かかる高圧発泡を用いることにより、密度やローラ性能の均一性を確保できるとともに、従来の低圧発泡やメカニカルフロスの技術で生じていた廃棄材料の発生を防止することができる。
【００２３】
かかる高圧発泡によるローラの製造に使用することのできる注型装置としては、例えば、図２に示すものが挙げられる。図示する注型装置は、ポリオール成分系の貯蔵タンク１２と、イソシアネート成分系の貯蔵タンク１３と、吐出ヘッド１１と、両成分系を夫々独立に循環させるための一対の油圧ピストン１４ａ、１４ｂとを備えている。かかる一対の油圧ピストン１４ａ、１４ｂにより高圧で循環される両成分系は、貯蔵タンク１２、１３と油圧ピストン１４ａ、１４ｂとを結ぶ循環流路１７ａ、１７ｂから、分岐部１６ａ、１６ｂを介して吐出流路１８ａ、１８ｂへと流通し、吐出ヘッド１１に流入する。
【００２４】
かかる吐出ヘッド１１の例としては、図３（イ）、（ロ）に示すものを挙げることができ、（イ）はいわゆるストレート型ヘッド、（ロ）はＬ型ヘッドを示している。図示するように、吐出ヘッド１１には、ポリオール成分系およびイソシアネート成分系の流入口１９、２０が、互いに対向する位置に設けられており、かかる流入口１９、２０から両成分系を流入させる際の圧力を上記所定の高圧範囲に調整することにより、両成分系を対向する方向から噴射混合することで、本発明に係る高圧発泡を行うことができる。
【００２５】
この場合に圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ²が好適であるのは、圧力がこれよりも高圧であると吐出ヘッド１からの吐出液の供給量が多すぎて、ウレタンローラの製造には適さないためである。本発明の注型方法におけるウレタン材料の好適供給量は、１〜５０ｇ／ｓｅｃ、特には３〜１０ｇ／ｓｅｃであるが、従来の高圧発泡機の場合、供給量では２００ｇ／ｓｅｃ、圧力では１００ｋｇ／ｃｍ²が下限であり、ローラの製造に使用できるものではなかった。本発明の装置においては、図２に示すように、油圧ピストン１４ａ、１４ｂが油圧回路の間にオイルバイパス１５ａ、１５ｂを有しているために、油圧ピストン１４ａ、１４ｂに供給されるオイルの量が減少してシリンダー速度が低下し、結果として装置内の流量と、それに伴い吐出ノズルからの供給量をも低減することができる。かかる供給量の少量化により、本発明の方法に好適に使用できる装置が実現できたものである。
【００２６】
この場合、少ない流量でも各成分系を安定して循環させるために、配合比率の低いイソシアネート成分系側の油圧ピストン１４ｂを、ポリオール成分系側の油圧ピストン１４ａよりも小型化することが好ましい。これにより、少量供給を安定的に行うことができる。
【００２７】
また、吐出時において流量を安定化するために、吐出ヘッド１１のイソシアネート成分系側の流入口２０に設置するオリフィス（図示せず）として、ポリオール成分系側よりも小径化した、少量吐出に適した口径のものを用いることが好ましい。ポリオール成分系側と同じ大口径オリフィスのままで、ニードルにより流量を絞ることも可能であるが、これは非常に微妙な調整が必要であるうえに材料中の異物により隙間が詰まって流量が不安定になるなどの問題があるため、小口径オリフィスを用いることが好適である。この場合、更に、対応するイソシアネート成分系側の循環流路１７ｂと吐出流路１８ｂとの分岐部１６ｂに、小径オリフィスに合った微細ストレーナーを設けることが好ましい。
【００２８】
ウレタン材料として用いることのできるポリオール成分としては、特に制限はなく、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ＴＨＦ−アルキレンオキサイド共重合体ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分鹸化物、フォスフェート系ポリオール、ハロゲン含有ポリオール等を好適に用いることができる。
【００２９】
また、イソシアネート成分についても特に制限はなく、汎用であるＴＤＩ、ＭＤＩ、粗製−ＭＤＩ（ポリメリックＭＤＩ）、および変性ＭＤＩだけでなく、特殊なイソシアネートを用いても差し支えない。特殊なイソシアネートしては、例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン１，４ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、水添−ＸＤＩ、水添−ＭＤＩ、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス（イソシアネートフェニル）チオフェスフェート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、１，６，１１−ウンデカントリイソシアネート、１，８−ジイソシアネート−４−イソシアネートメチルオクタン、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロへプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられ、これらも好適に用いることができる。
【００３０】
ウレタン材料としては、これらポリウレタン原料に加え、架橋剤、発泡剤（水、低沸点物等）、界面活性剤、触媒等を添加することができ、これにより所望に応じた特性とすることができる。また、難焼剤や充填材、イオン導電剤や電子導電剤等の導電剤、公知の充填剤や架橋剤等を適宜使用することも可能である。イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリ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、変性脂肪酸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、エチル硫酸塩、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、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属や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。
【００３１】
また、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などを挙げることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
実施例
図２に示す、ポリオール成分系の貯蔵タンク１２と、イソシアネート成分系の貯蔵タンク１３と、吐出ヘッド１１と、一対の油圧ピストン１４ａ、１４ｂと、油圧ピストン１４ａ、１４ｂの油圧回路間に設けられたオイルバイパス１５ａ、１５ｂとを備えた注型装置を用い、この貯蔵タンク１２に、ガスマーアドミラル社製、ガスニュークリエーション制御装置を取付けて、ウレタンローラの注型を行った。吐出ヘッド１１としては図３（イ）に示すストレート型のものを用い、吐出ヘッド１１内における噴射圧力１００ｋｇ／ｃｍ²、吐出ヘッド１１からの供給量１０ｇ／ｓｅｃとした。筒型としては、中心線上に径６．０ｍｍの芯金を貫設した内径２０．０ｍｍ、長さ３００ｍｍの筒型を用いた。ウレタン材料のポリオール成分系およびイソシアネート成分系の配合内容は下記の表１に示す通りである。
【００３３】
【表１】

【００３４】
まず、ガス充填工程として、ガス注入部２から貯蔵タンク１２中に、気泡径２０μｍのドライエアーを注入し、モニター部３および注入制御部４により、ガス含有量がポリオール成分系の４０体積％となるよう調整した。その後、ガスを充填した該ポリオール成分系とイソシアネート成分系とを吐出ヘッド１１内で衝突混合させる高圧発泡工程を経て、ウレタン材料を筒型内に注入することにより、実施例のウレタンローラを得た。
【００３５】
上記工程により得られたウレタンローラは、約５０μｍの微細なセル径を有し、密度およびローラ性能が均一で、欠陥等もない良質なものであり、各種ローラ部材として好適に使用可能であった。また、吐出されたウレタン材料の最初と最後の部分についてもローラの製造に使用することができ、これにより得られたローラについても品質、性能的に問題はなかった。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、表面性の悪化や密度の不均一、ローラ性能のバラツキ等の問題がなく、微細なセル径を有し、各種ローラ部材として好適に用いることのできるウレタンローラを、産業廃棄物を発生させずに、連続的に、かつ、歩留よく製造することができる、コスト性および生産性に優れたウレタンローラの注型方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス充填工程に用いることのできる装置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る注型装置の一例を示す説明図である。
【図３】吐出ヘッドの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ポリオール成分系の貯蔵タンク
２ガス注入部
３モニター部
４注入制御部
５熱交換機
６循環ポンプ
１１吐出ヘッド
１２ポリオール成分系の貯蔵タンク
１３イソシアネート成分系の貯蔵タンク
１４ａ、１４ｂ油圧ピストン
１５ａ、１５ｂオイルバイパス
１６ａ、１６ｂ分岐部
１７ａ、１７ｂ循環流路
１８ａ、１８ｂ吐出流路
１９、２０流入口

Claims

ポリオール成分系とイソシアネート成分系とからなるウレタン材料を筒型内に注入することによりウレタンフォーム層を形成するウレタンローラの注型方法において、
前記ポリオール成分系中にガスを注入するガス充填工程と、ガスが充填された該ポリオール成分系と前記イソシアネート成分系とを圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ ^２にて衝突混合させる高圧発泡工程と、を含むことを特徴とするウレタンローラの注型方法。
前記ガス充填工程において、前記ポリオール成分系中のガス含有量をモニターして、該ガス含有量が一定になるよう前記注入を制御する請求項１記載の注型方法。
芯金と、該芯金の外周に一体成形により設けられたウレタンフォーム層とを備えるウレタンローラの注型方法であって、前記筒型の中心線上に該芯金が貫設された状態にて前記注入を行う請求項１または２記載の注型方法。
前記ガスとして、ドライエアーまたは不活性ガスを充填する請求項１〜３のうちいずれか一項記載の注型方法。
前記ガスを、気泡径１〜１００μｍにて充填する請求項１〜４のうちいずれか一項記載の注型方法。
前記ガスを、前記ポリオール成分系の５〜５０体積％にて充填する請求項１〜５のうちいずれか一項記載の注型方法。
前記注入を、前記ウレタン材料の供給量１〜５０ｇ／ｓｅｃにて行う請求項１〜６のうちいずれか一項記載の注型方法。