JP6295655B2 - 発泡体成形装置、ローラ、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置の定着部材用の弾性体ローラに用いることができる円筒状の発泡体を成形するための発泡体成形装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の各種画像形成装置に用いられる定着装置として、金属基材とこの基材に積層された弾性ゴム層などとから構成された薄肉の定着ベルトを備えたものが知られている。

このように、低熱容量化された薄肉の定着ベルトを備えることで、定着ベルトの加熱に必要なエネルギーを大幅に低減することができる。すなわち、ウォームアップ時間（電源投入時など、常温状態からプリント可能な所定の温度（リロード温度）までに要する時間）を短縮できる。そして、さらに、ファーストプリント時間（プリント要求を受けた後、プリント準備を経て印字動作を行い排紙が完了するまでの時間）の短縮を図ることができる。

上記のような構成を有する定着ベルトを用いる定着装置において、定着ベルトに対向する位置に加圧ローラが使用されており、定着ベルトに対する、回転駆動力の伝達、ニップ部の形成に利用される。このような加圧ローラにおいて、特許文献１により提案されている技術では、軸の外周に形成される弾性層として、シリコーンゴムを発泡させた低硬度スポンジが使用されている（特許文献１）。

このようなシリコーンゴムを発泡させた低硬度スポンジを用いることで、ウォーミングアップ時間の短縮化のみならず、十分なニップ幅を得ることができるので、良好な画像定着が可能となるとされている。

しかし、この技術によれば、ウォーミングアップ時間の短縮化はできても、これらのスポンジ層にかかる外力によって短期間にスポンジが破壊されてしまい、耐久性に劣る。

ここで、水を分散剤とした水エマルションシリコーンゴム組成物（以下「エマルション」とも云う。）を用いて作製された、連続気泡を有する水発泡シリコーンゴム製の発泡弾性断熱層を有するローラが提案されている（引用文献２）。

このようなローラは水発泡シリコーン技術によって得ることができるが、気泡が微細となり、かつ、連続気泡となるので、加熱時の熱膨張によるローラ外径の増加や破泡による硬化低下を防止できるので高い耐久性が得られるとされている。

しかしながら、実際にこのようなローラを作製して定着装置で利用したところ、まだ耐久性が十分とは云いがたく、さらなる改善が望まれている。

本発明は、画像形成装置の加圧ローラにおいて、弾性層として用いたときに、加圧ローラに十分な耐久性を付与することができる円筒状の発泡体を供給できる発泡体成形装置、及び、そのような発泡体を備えたローラ、及び、そのようなローラを有する画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の発泡体成形装置は、上記課題を解決するために、円筒状の発泡体を成形するための発泡体成形装置において、軸が垂直に保たれた円柱状の内空間を有し、円筒状のキャビティの側面を形成する側金型、上方の空間と前記キャビティとを接続する第一ベント孔が設けられかつ前記側金型の上端部と接続し前記キャビティの上面を形成する上方接続部と、前記キャビティ内にかつ前記軸と同軸となるように上端が保持されている前記キャビティの内径よりも細い円柱状の芯金と、を少なくとも有するフランジ、前記第一ベント孔からのエアを外部に放出する第二ベント孔を有する、前記フランジを上方から保持して前記側金型と前記フランジとを接続させる上キャップ、及び、前記側金型に下方から接続し前記キャビティの下面を形成する下方接続部と、前記軸と同軸となる位置に、成形用発泡樹脂組成物を前記キャビティに下方から導入する成形原料導入孔と、を有する下キャップ、を備えたことを特徴とする。

本発明者等は、従来技術にかかる発泡弾性断熱層において、次のような原因で十分な耐久性が得られにくいことを見いだして、本発明に至った。

すなわち、エマルションの水粒子の分散状態は界面活性剤などの添加物により維持されている。しかし、架橋前の成形原料であるエマルションにおいて、水分散後から経時でセルの凝集が生じる。さらに、加工中の送液経路内で受けるせん断応力によって水粒子の凝集が促進される。そして、この水により成形構造体のパーティングラインなどでウエルドラインが生成、または、水の凝集の表出による欠陥が発生する。これらは発泡弾性断熱層の部分強度を大きく低下させる要因となる。

しかし、チューブ状成形に用いられる押出成形では、ダイなどの構造上。パーティングラインの発生が避けられず、スパイラルダイを用いることなどで発生を軽減させる程度の対策しかなかった。

また、射出成形方式、注型方式においても、成形原料のエマルション充填時に複数のゲートを持つ場合には、材料の合流界面でのパーティングラインは避けられず、さらにウエルドラインが発生する。

一方、単ゲート構造の注型においても、エア溜まりによる欠陥の発生や、送液、充填経路中にかかるせん断応力により水の凝集が発生し、微細欠陥の表出につながる。加えて、チューブの形状形成のために金型内中心に位置する芯金部材を両端で固定しなければならず、芯金部材を回り込むことでの材料のパーティングラインは発生していた。

本発明者等は、耐久性低下の原因についてのこのような検討の結果、欠陥や、ウエルドラインのない円筒状の発泡体を成形することができる発泡体成形装置について鋭意検討し、本願発明の構成に至った。

すなわち、本発明の発泡体成形装置は、円筒状の発泡体を成形するための発泡体成形装置において、軸が垂直に保たれた円柱状の内空間を有し、円筒状のキャビティの側面を形成する側金型、上方の空間と前記キャビティとを接続する第一ベント孔が設けられかつ前記側金型の上端部と接続し前記キャビティの上面を形成する上方接続部と、前記キャビティ内にかつ前記軸と同軸となるように上端が保持されている前記キャビティの内径よりも細い円柱状の芯金と、を少なくとも有するフランジ、前記第一ベント孔からのエアを外部に放出する第二ベント孔を有する、前記フランジを上方から保持して前記側金型と前記フランジとを接続させる上キャップ、及び、前記側金型に下方から接続し前記キャビティの下面を形成する下方接続部と、前記軸と同軸となる位置に、成形用発泡樹脂組成物を前記キャビティに下方から導入する成形原料導入孔と、を有する下キャップ、を備えた構成を有し、このような構成により、欠陥やウエルドラインの原因となる分岐などの構造をなくし、キャビティへの成形材料導入孔（材料ゲート部）を単ゲートとし、成形材料導入孔、芯金、及び、円柱状のキャビティを同軸配置とし、かつ、芯金を上端部で保持することにより、パーティングラインの発生を防止し、さらに、円筒状の発泡体を高精度で成形することができる。

このように、本発明の発泡体成形装置によれば、欠陥のきわめて少ないチューブ状の発泡体が提供でき、ローラ部材とした場合の芯金との接着強度の局所低下が生じにくいことと相俟って、高い耐久性が得られる。

本発明の発泡体成形装置の一例のモデル図である。 図１の発泡体成形装置の成形金型１１のモデル断面図である。 成形金型１１の加硫状態を示すモデル断面図である。 加硫後、成形金型１１の脱型後の状態を示すモデル断面図である。 脱型後、バリカットを行った状態の円筒状の発泡体のモデル断面図である。 本発明により製造される円筒状の発泡体を弾性層として有する定着ローラを示す概要図である。 先端に近づくにつれて細径となる芯金を有する成形金型のモデル断面図である。 着脱可能な芯金を有する成形金型の断面図である。 ローラの芯金部材を芯金として有する一体成形用の成形金型のモデル断面図である。 図９の成形金型を用いて作られた芯金部材と弾性層とが一体成形されたローラ用部材の脱型時のモデル断面図である。 実施例及び従来注型技術で作られたサンプルの接着強度を示すグラフである。

以下、図面に基づいて本発明について説明する。

図１は本発明の発泡体成形装置の一例のモデル図である。

材料タンク１ａ、１ｂ、及び、１ｃはそれぞれ、液状シリコーン第１剤、液状シリコーン第２剤、及び、水の各材料を内容する。一般的な取り扱 いの点で液状シリコーンは二液熱硬化型のものが用いられことが多く、本装置では水を加えて計３つの貯蔵タンク構成としている。

各原料は、それぞれ送液ポンプ２ａ、２ｂ、及び、２ｃによって送液配管３ａ、３ｂ、及び、３ｃを経由してミキサ４に送られる。このとき、これら送液ポンプ２ａ、２ｂ、及び、２ｃを制御することよって２種の液状シリコーンと水との配合比は連続的に決定することができる。この例ではこれらポンプとして精密ポンプを用いていており、材料の粘性、添加剤の材質に合わせたものを選択する。用いる精密ポンプとしてはギアポンプやモーノポンプ、また、各接液部の材質はステンレスを用い、摺動部やパッキンにはフッ素系樹脂製またはフッ素系ゴム製のものを用いることが好ましい。なお、図示するように、送液ポンプ２ａ、２ｂ、及び、２ｃは装置の最も低い位置付近に、すなわち、原料の貯蔵タンクやミキサ４よりも低い位置に設けてある。さらに、これら送液ポンプとミキサ４とを接続する送液配管３ａ、３ｂ、及び、３ｃは、これら配管の途中にエア（気泡）がたまらないようにミキサ４に接続している。すなわち、原料が下降しながら送液される下降部なしに、各原料が単純に上昇しながら送液される。このような構成により、エアにより成形物の均一性が損なわれる事態を未然に防止している。

ミキサ４としてこの例では、内部の羽根が回転するダイナックミキサを用いており、原料に適度なせん断を加えて均一に分散させるために、下方に設けられたモータ５によって回転数が１０００回転／分（ｒｐｍ）〜３０００回転／分程度に回転駆動される。

また、ミキサ４の回転摺動部は摩擦熱などで発熱するが、その熱によりミキサ４内の接液部付近の材料が固化し、異物として混入して成形物の均一性を損なうことが懸念される。このような事態を防ぐために、ミキサ４には冷却ジャケット６及びチラー７により冷却水をパイプ８を通して循環させている。冷却水は、ミキサ４内の水が凍結せず、かつ、十分に冷却できるよう０℃付近〜１０℃程度まで冷却できる能力を有することが好ましい。ミキサ４内の各攪拌部で内部羽根とエマルションとの摩擦による発熱が生じるので、冷却ジャケット６はミキサ４表面全域を覆うものであることが好ましい。また、ミキサ４は、入口が下に出口が上になるように設置され、下方から原料が導入され、混合されて調整された成形原料（エマルション）が上方へ送液されるようになっている。このように材料が上向きの流れとなるために、ミキサ４内への原料の初回充填時であってもエアの巻き込みが生じにくくなっている。

ミキサ４の送出口は分岐管９を経由してそれぞれの成形金型１１に設けられたインジェクションノズル１０に接続されている。

成形金型１１はインジェクションノズル１０直上にセットされている。成形金型１１のセット数は金型キャビティ容量、材料、ミキサによるエマルション生成速度によって決められるが、生産性を考慮すると２つ以上の金型を有することが好ましい。成形金型１１の上下それぞれに、後述するように加硫時の金型内の内圧を一定に保つためにボールバルブ１１ａ、１１ｂが設けられ、これらバルブを開閉させるロータリーアクチュエータ１２及び１３が装置の構造体１４に取付けられている。なお、チャック１６により成形金型１１の姿勢は、その内部の円柱状のキャビティの軸が垂直に保持される。

図１に示すように、成形金型１１内部の図示しない円筒状のキャビティの軸方向に一致する成形金型１１の長手方向を鉛直方向と一致させて配置することで金型内への充填時のエアの巻き込みを防ぐことができる。さらに成形金型１１の重心を中央に位置させることにより、円筒形の成形品の肉厚の精度を維持しやすくなる。

各モータ、アクチュエータ及び送液経路にあるバルブは制御盤１５で適宜自動制御される。

この発泡体成形装置で成形される成形品が定着部材として用いられる場合、トナー定着のために１００℃以上の耐熱性が必要とされる。定着部材の内、加圧ローラの弾性層場合、原料としては、液状シリコーンを用いる。特に加圧ローラとして使用される場合は、耐トルク性が求められるため、シリカ粒子やガラス繊維などを添加でして強度を向上させる。水発泡シリコーンとして使用する場合は、製造上の利便性から二液性の液状シリコーンとし、また、常温での硬化を抑えるために、架橋開始点が５０℃程度になるように触媒を配合してコントロールする。加えて、分散後の分散性を安定させるための界面活性剤を添加する。さらに、図１に示したミキサ４での攪拌性を向上させるために、液状シリコーンとしてはその密度は水と同じか近いものを用いることが好ましい。一方、併用する水に、増粘剤などを添加して攪拌性を上げることが好ましい。

ミキサ４へは、加圧ローラとして求められる断熱性と強度との観点から、シリコーンと水との重量比は１：１〜１．５：１程度の範囲となるよう供給することが好ましい。水の配合量がこの範囲未満であると十分な断熱性が得られない場合があり、この範囲超であると成形品の強度が不十分となる場合がある。

成形金型１１に供給される成形原料（エマルション）が、成形品のセル径分布が耐久性を保つために特許文献２で開示されているように、その個数分布の中心が１０μｍ程度となるものであることが好ましい。そして、成形品に単独ではなく連泡のセル構造が得られるように、ミキサ４での攪拌条件、及び、添加される界面活性剤の量を調整する。

図２に、成形原料を金型内部へ導入する原料導入工程の直前の状態の成形金型１１及びインジェクションノズル１０の断面図を示す。

成形金型１１は、この例では、主として次の４つの部材から構成されている。

充填時及び成形時に軸が垂直に保たれる内空間を有し、円筒状のキャビティＨの側面を形成する側金型１１ｇ。

フランジ２０ａ。このフランジ２０ａは上方接続部２０ａ４と芯金２０とから構成されている。上方接続部２０ａ４は、上方の空間とキャビティＨとを接続する第一ベント孔Ｄが設けられており、かつ、側金型１１ｇの上端部と接続してキャビティＨの上面を形成するものである。また、芯金２０は、充填時及び成形時にキャビティＨ内にかつ前記軸と同軸となるように上端が保持されているキャビティＨの内径よりも細い円柱状のものである。

第一ベント孔Ｄからのエアを外部に放出する第二ベント孔１１ｂ１を有する、充填時及び成形時にフランジ２０ａを上方から保持して側金型１１ｇとフランジ２０ａとを接続させる上キャップ１１ｄ。

さらに、充填時及び成形時に側金型１１ｇに下方から接続してキャビティＨの下面を形成する下方接続部１１ｃと、成形時に前記軸と同軸となる位置に、成形用発泡樹脂組成物をキャビティＨに下方から導入する成形原料導入孔Ｊと、を有する下キャップ１１ｃ。

ここで、成形原料導入孔Ｊはボールバルブ１１ａに、第二ベント孔１１ｂ１はボールバルブ１１ｂに、それぞれ設けられ、これらバルブは、上述の制御盤１５により制御されて９０度回動可能となっており、これら孔は開閉可能となっている。なお、ボールバルブ１１ａは、閉状態であってもわずかにエアが通過するような、ただし、成形原料は通過できない程度の微小な隙間が設けられている。

インジェクションノズル１０は、その中央に管状の接続口１０ａ及びハウジング１０ｂから構成されている。ハウジング１０ｂ上部に設けられた凹部に成形金型１１の底部付近が嵌合している。成形金型１１の自重と成形金型１１の上方に設けられたチャック１６による押圧との機械的押圧により、下キャップ１１ｃの成形原料導入孔Ｊとインジェクションノズル１０の接続口１０ａとは境界面Ａで水密に接続する。

境界面Ａは、成形原料Ｅに対して効果的にシールできるように、テーパ形状であることが好ましい。なお、上下方向に駆動され、下降時には成形金型１１を保持するチャック１６の円錐状の側面には、原料充填時にキャビティＨのエア抜きのためにエア抜き溝１６ａが形成されている。このため、チャック１６の先端が第二ベント孔１１ｂ１に嵌合し成形金型を下方に押圧していても、キャビティＨへの原料導入時でのキャビティＨのエア抜きを行うことができる。

側金型の側面の上下端付近にはそれぞれ、ねじ部Ｂが設けられており、それぞれ上キャップ１１ｄ及び下キャップ１１ｃに設けられた対応するねじ部と螺合している。このようにして、上キャップ１１ｄ、フランジ２０ａ、側金型１１ｇ、及び、下キャップ１１ｃは互いに接続している。

ここで、フランジの上方接続部２０ａ４は、キャビティＨの内径よりも大径の鍔部２１ａ１と、側金型１１ｇに嵌合する円柱部２０ａ３とが、段部２１ａ２を形成して接合された形に形成されている。さらに、キャビティＨの上面を形成する円柱部２０ａ３の下面には、前記軸と同軸となるように上端が保持されているキャビティＨの内径よりも細い円柱状の芯金２０が設けられている。また、上方の上キャップ１１ｄ側の空間と下方のキャビティＨとを接続する第一ベント孔Ｄが鍔部２１ａ１と円柱部２０ａ３とを貫通して複数設けられている。

上記のように側金型１１ｇの内側面と円柱部２０ａ３の側面との嵌合により、円柱状の芯金２０はその軸が円柱状のキャビティＨの軸と一致するように位置決めされている。

このフランジの上方接続部２０ａ４の鍔部２１ａ１の下面は、前記上キャップ１１ｄ及び側金型１１ｇとの螺合により、側金型１１ｇの上端面と水密に接続する。

下キャップ１１ｃにも同様に、側金型１１ｇとの螺合時に側金型１１ｇの下端面と水密に接続する面１１ｃ１が下方接続部として設けられている。

成形原料導入孔ＪのキャビティＨへの開口部は、芯金２０の下端部の下方に位置するように設けられている。

成形金型１１に用いられる材質としては、加硫時の数１０ＭＰａ程度の内部応力と材料に含まれるシリカの摩損を考慮し、ステンレス系の材料、ＳＵＳ３０３またはＳＵＳ３０４が好ましい。コスト上、鉄鋼材を用いる場合は表面にハードクロムなどの硬質メッキをすることが好ましい。本例ではＳＵＳ３０３を用いている。

また、接液部の表面は、エマルションの品質確保の観点から極力、凹凸を減少させる必要がある。ただし、芯金２０の表面荒さはローラとしたときの接着強度への寄与があるため、この例では、表面粗さはＲａ０．８μｍ以下の研磨面としてある。

この例では、側金型１１ｇの内径を３５ｍｍ、長さを４００ｍｍとし、嵌合部Ｃのクリアランス、すなわち円柱部２０ａ３の外径とキャビティＨの内径との差は、フランジ２０ａの脱着を考慮して１０〜３０μｍ程度とすることが好ましい。また嵌合部Ｃの幅は３５ｍｍ以上とするのが望ましい。本例ではクリアランスは２０μｍで、嵌合部Ｃの幅は４０ｍｍとしてある。

図２に示すように、成形原料Ｅはノズル１０ａからキャビティＨへ充填される。キャビティＨのうち、芯金２０の下端とキャビティＨへの開口部との間の空間付近の成形部分は不要部分として除去される部分である。このような部分の成形原料を最小とするために、芯金２０の下端とキャビティＨへの開口部との間の距離、すなわちギャップＧはできるだけ小さくすることが好ましいが、この部分での成形原料Ｅの流路が狭くなる。

ここで、Ｗ／Ｏ（油中水滴）構造エマルションである成形原料Ｅは、送液される流路で受けるせん断応力で均一な分散状態が壊れ、水が凝集することで表面欠陥が発生する。そこで、ギャップＧは成形原料に負荷がかからない距離とすることが好ましい。すなわち、ギャップＧを、成形原料導入孔Ｊの直径を２Ｒとしたとき、その断面積πＲ²を周長２πＲで除した値以上、すなわち、Ｒ²／２Ｒ以上とすると負荷のきわめて少ない、成形原料の充填が可能となる。本例では、成形原料導入孔Ｊの直径が１０ｍｍとしてある。このときギャップＧは２．５ｍｍ以上とすることが好ましく、本例ではギャップＧは３ｍｍとしてある。さらに流路内は応力集中を避けるため、角部はＲ面またはＣ面とすることが好ましく、本例ではＣ面としてある。

本発明では成形原料導入孔Ｊと芯金２０とを同軸に配置し、上記のようにギャップＧを確保することで成形原料ＥはキャビティＨ内に均一に充填され、気泡の凝集を抑えて、パーティングライン等の欠陥のない成形品を得ることができる。

また、本例では、下キャップ１１ｃの上面の内、キャビティＨ内部（その底部）となる面は上方に対して徐々に拡径するようにテーパ状（Ｃ面）に形成されている。このような構造により、成形原料導入孔ＪからキャビティＨに供給される成形原料Ｅへの剪断力印加を緩和することができ、その結果、より欠陥の少ない成形品を得ることができる。

この図２に図示されるように、成形原料Ｅは成形原料導入孔Ｊから供給され、キャビティＨ内に充填される。このとき、キャビティＨ内部のエアは第一ベント孔Ｄ、及び、第二ベント孔を通過して成形金型１１の外へ排出される。所定量の成形原料Ｅが充填されたのち、成形原料Ｅの供給は止められ、原料導入工程は終了し、架橋工程へ進む。

図３には、成形時（加硫工程）時の状態を示す。ボールバルブ１１ａ及び１１ｂは９０°方向を回動されて成形原料は金型１１内に内封される。このとき側金型１１ｇと芯金２０とはフランジ２０ａと側金型１１ｇとの接面である嵌合部Ｃにより同軸が維持され、成形される水発泡シリコーンゴム製チューブの肉厚は一定となる。

充填後、成形金型１１を加熱（加熱工程）して加硫を行うが、このときも芯金２０の姿勢を維持するため、キャビティＨの軸を鉛直に保って行うことが好ましい。加熱方法は熱風炉などで均一に加熱することが好ましく、生産性を考慮して連続炉などを用いてもよい。加熱時に、エマルションＥの架橋反応により発生するガスを逃がすため、バルブ１１ａ、１１ｂと上下キャップ１１ｃ、１１ｄの間のクリアランスは摺動性を考慮し、１０μｍ〜３０μｍ程度とするのが望ましく、本例では２０μｍとしてある。このクリアランスにより、加硫開始点までの形状維持と加硫開始後のガス抜きとが両立する。本例ではボールバルブ１１ａに設けられた上述の微小な隙間により、成形時に発生するガスを成形金型１１内部から外部に放出することができ、成形品にガスによる欠陥の発生が未然に防止される。

加熱は成形原料内の気泡を安定させるために十分に行うことが好ましく、用いる原料によっても異なるが、例えば８０〜１００℃で１時間程度加熱する。

成形終了後に、型開きし、成形物を脱型する。すなわち、上下キャップ１１ｃ，１１ｄを外し、下から押し上げることで脱型する。図４には、成形金型１１から脱型した状態を示す。成形物は図のように上方接続部２０ａ４と芯金２０とを有するフランジと一体に取り出される。

さらに、成形品の両端のランナーをカットすることで、図５にモデル的に示した水発泡シリコーンゴム製チューブ（以下「発泡チューブ」ともいう。）２１となる。その後、２次加硫工程として２００〜２５０℃、約４時間加熱することで、内部の水を完全に気化させ、セルを形成させかつ架橋反応を完了させることで、水発泡シリコーンゴム製チューブとしての強度、硬度などの特性が得られる。

このように本発明によれば、成形金型の芯金をその上方のみを保持し、側金型のキャビティＨ及び成形原料導入孔Ｊと同軸位置に保つことにより、成形原料注入側にその妨げとなる構造体がない。このために、成形品の形状を高精度に維持したまま、ローラとして用いた場合の耐久性低下の原因となるウエルドラインの発生を防ぐことができる。

図６には、本発明の発泡体成形装置を用いて製作された水発泡シリコーンゴム製チューブを弾性層として有する定着ローラの一例を斜視図とそのＺＺにおける断面図としてそれぞれモデル的に示す。芯金部材２４を中心に水発泡シリコーンゴム製チューブにより構成された弾性層２１、接着剤層２２、フッ素樹脂製チューブにより構成された離型層２３、及び、ローラ両端に設けられたグリップ層２５で構成されている。

以下、水発泡シリコーンゴム製チューブを弾性層として有する加圧ローラを製造する場合の工程の一例を簡単に説明する。まず、上記のように本発明の発泡体成形装置により製造された水発泡シリコーンゴム製チューブ２１を芯金部材２４に圧入する。このとき、接着剤を併用して、水発泡シリコーンゴム製チューブ２１と芯金部材２４とを接着するが、接着強度を高めるためにプライマを用いてもよい。プライマとしてシランカップリング剤を助剤として添加して、シリコーン系の接着剤を用いるのが、優れた耐熱性及び接着性が得られるので好ましい。圧入した水発泡シリコーンゴム製チューブ２１を削してローラ形状に成形する。成形された弾性層２１の表面に例えば一液硬化型の接着剤２２を均一に塗布しフッ素樹脂からなるチューブ２３を被覆して、接着させることで定着ローラが得られる。

一方、加圧ローラとして用いる場合ではトルク伝達性の点から、図６に示したように、
さらにチューブ２３の両端付近にグリップ層２５を形成する。グリップ層２５は良好なタック性、耐熱性を得るために材料としてシリコーンゴムが好ましく、ニップ形成に影響しない膜厚とするため、厚さは１０〜１００μｍ程度とするのが好ましい。

図７には、円柱状の芯金２０ｍの、成形時の下端部２０ｍ１付近が、先端２０ｍａに向かって漸次縮径する形状を有する成形金型の例１１ｍを示す。

このような構成により、成形金型内への成形原料充填中にかかる圧力負荷をさらに軽減することができる。このように成形原料の気泡の凝集を十分に抑えることで、表面に欠陥の少ない発泡チューブを製造することができ、ローラ部材とした場合に、より高い耐久性が得られる。

さらに図８に示した成形金型１１ｎでは、フランジが、上方接続部部分を構成する上方接続部部材２０ａｎ、円柱状の芯金部分を構成する芯金部２０ｎ、及び、キャップ２０ｎａの３部材により構成されている。上方接続部部材２０ａｎと前記芯金部材２０ｍとが互いに嵌合する嵌合部Ｋにより、脱着可能に嵌合している。さらに、前記芯金部２０ｎの下端部には先端２０ｎｂに向かうに従って小径となるキャップ２０ｎａがねじ部Ｌによって螺着されており、それぞれ同軸な位置に維持される。これらの構成により、芯金部２０"を同型のものと交換した場合であってもその芯金部２０ｎはスリーブ１１ｇのキャビティＨと同軸の位置に保たれる。このために、成形品の精度を維持したまま芯金部の交換が容易にでき、芯金部材表面性状を最良の状態に保つことができるので、成形品の内面性状を維持できる。その結果、より表面欠陥の少ない円筒状の発泡体を製造でき、ローラ部材とした場合に、より高い耐久性が得られる。嵌合部Ｋのクリアランスは、本例では嵌合部の直径は１０ｍｍであり、この場合には１０〜２０μｍ以内（本例では１０μｍ）とすることが、交換が容易でありながら十分な芯金の位置精度が得られるので好ましい。このとき、嵌合部Ｋの長さを１０ｍｍ以上とすることが好ましい（本例では１５ｍｍ）。さらに、芯金部材２０ｎとキャップ２０ｎａ及び上方接続部部材２０ａｎとの嵌合面や螺合面への成形原料の浸入を防止するために、これら面付近箇所には例えばフッ素系のパッキンなどを用いてシールを行うことが好ましい。

図９には、ローラとして用いる際に芯金部材２４となる、鉄などの強磁性体により構成されている円柱状部材を芯金部材として用いる成形金型１１ｏを示した。

上方接続部部分を構成する上方接続部部材２０ａｏの成形時下方となる部分に芯金部材２４に嵌合する嵌合孔２０ａｏ１が設けられている。さらにこの嵌合孔２０ａｏ１の周囲に磁石２０ｃを配置してある。このような構成により、芯金部材２４を嵌合孔２０ａｏ１に嵌合させたときに、芯金部材２４は磁石２０ｃの磁力により上方接続部部材２０ａｏに保持される。さらに、芯金部材２４の下方に磁石から構成された、先端２０ｏｂに向かって細径となる磁石製のキャップ２０ｏａが嵌められている。この構成により、図８に示した成形金型と同様の優れた成形性を有しながら、離型操作や圧入操作、接着操作なしに芯金部材周囲に弾力層を形成できるので、これら操作の手間が省け経済的にも優位となる。さらに、これら操作によって生じる恐れのある破損を未然に防ぐことができる。そして、成形のたびに、新しい芯金部材２４を使用できるため、芯金の表面の性状を一定に保つことができ、高い接着強度を得ることができる。

図１０には、図９の成形金型１１ｏを用いて作製された、圧入操作や接着操作なしに、
芯金部材周囲に直接、円筒状の水発泡シリコーンゴムからなる弾力層が形成された、ローラ部材を示した。

さらに、芯金部材２４と水発泡シリコーンゴム製チューブ２１からなる弾性層とをこのように一体成形で成形と同時に接着させることで、高い接着強度が得られる。さらに、脱型時の水発泡シリコーンゴム製チューブ２１の着脱・ハンドリングによる部分破損を防ぐことができる。

以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の発泡体成形装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。

当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の発泡体成形装置、及び、画像形成装置を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の発泡体成形装置の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。

以下、実施例においては、複写機で最も汎用的なＡ３カラーで使用される加圧ローラの弾性層として用いられる水発泡シリコーンゴム製チューブについて説明する。しかしながら、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示す成形金型１１を備えた図１に示す発泡体成形装置により本発明の実施例の水発泡シリコーンゴム製チューブ（実施例１）を作製した。

また、図７に示す、下端部に向かって漸次縮径する形状にした芯金を有する金型を用いた以外は実施例１と同様にして、水発泡シリコーンゴム製チューブ（実施例２）を作製した。

さらに、図８に示す、交換可能な芯金を用いる金型を用いる以外は実施例１と同様にして水発泡シリコーンゴム製チューブ（実施例３）を作製した。また、図９に示した芯金部材を芯金として用いる金型を用いた以外は実施例１と同様にして水発泡シリコーンゴム製チューブ（実施例４）を作製した。

実施例４で用いた加圧ローラの芯金部材２４は一般的な、低コストで、加工性に優れたＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼鋼管）製のパイプ材を用い、磁石によりキャビティＨ内に固定した。芯金部材２４は発泡チューブとの密着性を上げるためにプライマを事前に塗布した。その際、防錆メッキが施されていると部分的強度が低下する可能性があるので、防錆メッキは剥離し、芯金部材の表面粗さを最適なものに仕上げた。

また、これと同じ成形原料を用いて、押出成形法、プレス形成法、及び、特許文献３に記載の注型工法を水発泡シリコーンに適用させて従来技術の水発泡シリコーンゴム製チューブを作製した。これらをそれぞれ、「押出成形品」、「プレス形成品」、及び、「注型工法品」と云う。これらチューブについて、観察を行った。結果を表１に示す。

表１において評価は次のようにして行った。

発泡体セル径は、チューブを切断し、その断面の複数のセルの径の数分布について調べ、分布の中心が１０μｍ以下であるときを十分として「○」、１０μｍよりも大きかった場合を不十分として「×」として評価した。また、値が部分的にばらついて十分なところと不十分なところとが併存する場合を十分として「△」として評価した。

形状精度としては同軸度を調べ、その値が０．１ｍｍ以下であるときを十分であるとして「○」、０．１ｍｍよりも大きかった場合を不十分として「×」として評価した。また、内径のばらつきについても調べた。ばらつきが所定値（Ａ）に対して０．１ｍｍ以内の場合を十分として「○」、この範囲よりも１０μｍよりも大きかった場合を不十分として「×」として評価した。これらについても値が部分的にばらついて十分なところと不十分なところとが併存する場合を十分として「△」として評価した。

ウエルドライン、及び、内面欠陥（大小）の発生の有無については目視で観察した。ウエルドラインがない場合を十分であるとして「○」、あった場合を不十分であるとして「×」として評価した。

また、内面の欠陥については、これらが０個ないし数個で、観察場所によるばらつきがない場合を十分であるとして「◎」として評価した。また、これらが０個ないし数個であっても、場所によるばらつきがある場合を十分であるとして「○」、数十個あった場合を十分として「△」、多数あった場合を不十分として「×」として評価した。これらについても十分なところと不十分なところとが併存する場合を不十分として「△」として評価した。

上記チューブを用いて同じ条件で定着装置の加圧ローラを製造し、その芯金とこれらチューブにより構成された弾性層との間の接着強度について調べた。

具体的には、加圧ローラの弾性層に軸方向に１０ｍ幅の切り込みを入れ、その箇所の接線方向の引張強さを調べた。結果を図１１に示す（また、接着強度が８０Ｎ／１０ｍｍ以上の場合を十分であるとして「○」、それ未満の場合を不十分であるとして「×」として、表１に併記した。）。

なお、図中、長手、中央、短手とはそれぞれ、これらローラの長手方向の一方の端付近、中央付近、及び、他方の端の付近をそれぞれ示す。

表１及び図１１により、本発明にかかるチューブは欠陥やウエルドラインがほとんど生じず、精度も高く、発泡体のセル径も細かく、さらにローラとしたときの芯金との接着力にも優れたものであることが理解される。

２ａ、２ｂ、２ｃ 送液ポンプ
３ａ、３ｂ、３ｃ 送液配管
４ ミキサ
６ 冷却ジャケット
７ チラー
９ 分岐管
１０ インジェクションノズル
１０ａ 接続口
１０ｂ ハウジング
１１、１１ｍ、１１ｎ、１１ｏ 成形金型
１１ａ、１１ｂ バルブ
１１ｂ１ 第二ベント孔
１１ｃ 下キャップ
１１ｄ 上キャップ
１１ｇ 側金型
１２、１３ ロータリーアクチュエータ
１６ チャック
１６ａ エア抜き溝
２０、２０ｍ 芯金
２０ａ フランジ
２０ａ１ 鍔部
２１ａ２ 段部
２０ａ３ 円柱部
２０ａ４ 上方接続部
２０ａｎ、２０ａｏ 上方接続部部材
２０ａｏ１ 嵌合孔
２０ｃ 磁石
２０ｍａ、２０ｎａ、２０ｏａ キャップ
２０ｎ 芯金部
２０ｎｂ 先端
２１ 水発泡シリコーンゴム製チューブ
２２ 接着剤
２３ フッ素樹脂からなるチューブ
２４ 芯金部材
２５ グリップ層
Ａ 境界面
Ｂ ねじ部
Ｄ 第一ベント孔
Ｅ 成形原料
Ｈ キャビティ
Ｊ 成形原料導入孔
Ｋ 嵌合部

特許第４７９５７１５号公報 特開２０１３−１６４４５８号公報 特開２００７−０１５１１６号公報

Claims (8)

1. 円筒状の発泡体を成形するための発泡体成形装置において、
   軸が垂直に保たれた円柱状の内空間を有し、円筒状のキャビティの側面を形成する側金型、
   上方の空間と前記キャビティとを接続する第一ベント孔が設けられかつ前記側金型の上端部と接続し前記キャビティの上面を形成する上方接続部と、前記キャビティ内にかつ前記軸と同軸となるように上端のみが保持されている前記キャビティの内径よりも細い円柱状の芯金と、を少なくとも有するフランジ、
   前記第一ベント孔からのエアを外部に放出する第二ベント孔を有する、前記フランジを上方から保持して前記側金型と前記フランジとを接続させる上キャップ、及び、
   前記側金型に下方から接続し前記キャビティの下面を形成する下方接続部と、前記軸と同軸となる位置に、成形用発泡樹脂組成物を前記キャビティに下方から導入する成形原料導入孔と、を有する下キャップ、
   を備えたことを特徴とする発泡体成形装置。
2. 前記成形原料導入孔の前記キャビティへの開口部が前記円柱状の芯金の下端部の下方に位置し、かつ、前記開口部から前記下端部までの距離が前記成形原料導入孔の直径を２ＲとしたときにＲ^２／２Ｒ以上であることを特徴とする請求項１に記載の発泡体成形装置。
3. 前記円柱状の芯金の下端部付近が、先端に向かって漸次縮径する形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発泡体成形装置。
4. 前記フランジが、少なくとも、前記上方接続部部分を構成する上方接続部部材と前記円柱状の芯金部分を構成する芯金部との２部材により構成され、前記上方接続部部材と前記芯金部とが互いに嵌合する嵌合部により、脱着可能に嵌合していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発泡体成形装置。
5. 前記フランジが、少なくとも、前記上方接続部部分を構成しかつ磁石を有する上方接続部部材と前記円柱状の芯金部分を構成しかつ強磁性体により構成される芯金部との２部材により構成され、かつ、
   前記芯金部材が、前記磁石の磁力により前記上方接続部部材に保持されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発泡体成形装置。
6. 前記発泡体成形装置が、電子写真定着プロセスに用いられるローラの発泡体層製造用の発泡体成形装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発泡体成形装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発泡体成形装置により製造された発泡体を弾性層として有することを特徴とする電子写真定着プロセス用のローラ。
8. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発泡体成形装置により製造された発泡体を弾性層として有するローラを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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