JP2006337657A

JP2006337657A - 弾性体ローラの製造方法およびトナー供給ローラ

Info

Publication number: JP2006337657A
Application number: JP2005161412A
Authority: JP
Inventors: Yoshie Takahashi; 美江高橋; Kengo Nakaoka; 健悟中岡
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】気泡を巻き込むことなく、ボイドの形成も無くきわめて簡便な弾性体ローラの製造方法、および該製造方法によって製造されたトナー供給ローラを提供する。
【解決手段】芯金外周に弾性体を形成した弾性体ローラの製造方法において、
該弾性体形成材料を成形型上部に設けられた該成形型内部に向かって下がった傾斜面部を経由して注入する工程を含むことを特徴とする弾性体ローラの製造方法、および該製造方法によって製造されたことを特徴とするトナー供給ローラ。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載される弾性体ローラや発泡弾性体ローラの製造方法、および該製造方法によって製造されたトナー供給ローラに関するものである。

この種の発泡体で構成され弾性体ローラは、一般に成形型の中心に芯金を配し、この芯金の周囲に発泡弾性体形成材料を該成形型の上端部または下端部に設けられた注入孔から直接成形型内部に注入し、発泡、固化させている（例えば特許文献１参照）。

更に、成形型の両端部が閉塞されており、且つ少なくとも一方の端部にウレタン原料を注入するための複数の注入孔が設けられており、該注入孔から成形型内にウレタン原料を注入し、成形型内で固化させているものがある（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、直接成形用型への注入時の際に、圧力をかける必要があり、更に高い精度での圧力調整を必要とする。また、これらの方法では原料注入の際に、成形型内部のエアを巻き込んでボイドなどができてしまう問題がある。

これに対して、円筒金型の両端の一方に発泡室を設け、そこにウレタン材料を注入し、円筒金型への通路を経て、ウレタンフォームを円筒金型内に形成する方法によりエアの巻き込み等を回避することが紹介されている（例えば特許文献３参照）。

しかし、底部からの膨張する工程の場合には、金型内壁面や、中央に設置した軸との摩擦によって、エアの巻き込みが懸念される点が記載されており、「円筒金型の両端の一方に発泡室を設ける」とはしているが、上端に発泡室を設ける方が主たる構成と思われる。

更に他には、成形型における円筒部材を下部円筒部材と上部円筒部材とに分割して、下部円筒部材に発泡弾性体形成材料を注入した後、該下部円筒部材と上部円筒部材とを連結して上下円筒部材内で発泡させているものがある（例えば特許文献４参照）。

しかし、成形型を上部円筒部材と下部円筒部材に分割する場合、ローラ成形物に上記成形型の嵌合部分のバリや合わせ目の段差ができやすくなる。また、下部円筒部材の内径が上部円筒部材の少なくとも下部が挿入可能な内径を有しており、該下部円筒部材に発泡弾性体形成材料を注入した後に、下部円筒部材に成形型の円筒部材を連結して発泡させる場合、該発泡弾性体形成材料が下部円筒部材からあふれてしまい、計量精度が不安定になったり、得られるローラ弾性体密度にばらつきが生じ、安定した硬度等の物性が得られにくい。更に、直接下部円筒部材に発泡弾性体形成材料を注入すると、下部円筒部材に溜まった発泡弾性体形成材料の上に順次注入されていくので、発泡弾性体形成材料が注入により泡立ち、大きな気泡を巻き込んでしまい、成形した弾性体ローラにエアの巻き込みによるボイドができてしまうという問題がある。
特許第３３０５９１４号公報特開２００２−６７０５９号公報特開２００２−１７２６３１号公報特開２００２−３５５８２７号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、気泡を巻き込むことなく、ボイドの形成も無くきわめて簡便な弾性体ローラの製造方法、および該製造方法によって製造されたトナー供給ローラを提供することを目的とする。

上記課題は、次の構成条件を有することにより解決される。

（１）本発明は、芯金外周に弾性体を形成した弾性体ローラの製造方法において、
該弾性体形成材料を成形型上部に設けられた該成形型内部に向かって下がった傾斜面部を経由して注入する工程を含むことを特徴とする弾性体ローラの製造方法である。

（２）本発明は、該傾斜面部の最大斜度（Θ）が１５〜８０°であることを特徴とする上記（１）の弾性体ローラの製造方法である。

（３）本発明は、該弾性体形成材料が発泡弾性体形成材料であることを特徴とする上記（１）または（２）の弾性体ローラの製造方法である。

（４）本発明は、該発泡弾性体形成材料がポリウレタンフォーム材料であることを特徴とする上記（３）の弾性体ローラの製造方法である。

（５）本発明は、該ポリウレタンフォーム材料のクリームタイムが１０秒を超え２５秒以下であり、該ポリウレタンフォーム材料で使用するポリオールの粘度が４０００ｍＰａ・ｓ／２５℃以下であることを特徴とする上記（４）の弾性体ローラの製造方法である。

（６）本発明は、上記のいずれかの製造方法によって製造されたことを特徴とするトナー供給ローラである。

本発明によれば、エアの巻き込みによるボイドの形成が抑制され、きわめて簡便な製造方法で弾性体ローラ、特にトナー供給ローラが効率よく得られる。

図１を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

予め成形型２と下駒１を嵌合させて、芯金４を下駒１に固定させておく。弾性体形成材料５を所定量、成形型２に該成形型内部に向かって下がった傾斜面部を経由して注入し、該弾性体形成材料５を十分に硬化させて成形したローラを脱型し、目的の弾性体層を備えたローラが得られる。場合によっては弾性体形成材料５を注入した後、上駒３を、芯金４を固定した下駒１が嵌合されている該成形型２に嵌合させてもよい。発泡弾性体形成材料の場合、発泡弾性体形成材料が成形キャビティーに発泡・充満したら直ちに上駒３で成形型上端部を閉塞してもさしつかえない。なお、上駒３や成形型２の上端部には発泡弾性体形成材料の発泡に伴い発生するガスや成形型キャビティー内のエアを抜くエアベントを適宜設けてもよい。

得られた弾性体を所望寸法に裁断してもさしつかえない。得られたローラ表面を研削、塗工等の加工を適宜行なってもさしつかえない。所望の場合には、成形型２、芯金４、上駒３、下駒１を予め予熱しておいてから、弾性体形成材料５を成形型２に注入してもよい。

該成形型の材質は特に限定されず、鉄などの鋼材にニッケルやクロムなどのメッキを施した金属部材、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属部材の他、ポリカボネート、ポリアミドなどの合成樹脂やセラミックなどを適宜使用することができる。

該成形型の上部に設けられた該成形型内部に向かって下がった弾性体形成材料注入当接部の傾斜面部の最大斜度（Θ）は、注型した弾性体形成材料が成形型の該傾斜面部を経由し成形型内に流れる角度であればよく、Θは１５〜８０°であることが好ましく、更に好ましくは２０〜７０°である。傾斜面部の形状には特に制限が無く、例えば平面、曲面などが挙げられる。傾斜面部は弾性体形成材料が成形型内に流れ落ちる面なので、平滑であることが好ましく、好ましくは傾斜面部の粗さがＲｚ（ＪＩＳＢ０６０１−２００１）＝１０μｍ以下である。また成形型の傾斜面部は離型剤を塗布したり、フッ素樹脂コーティングを施すなど滑り性を良好にしてもよい。

本発明の製造方法で用いる成形型のキャビティーの内径および長さは任意に選択できるが、例えば内径は８〜２０ｍｍ、長さは３３０ｍｍ程度である。

成形型キャビティーや、上駒、芯金固定駒（下駒）は離型剤を塗布したり、フッ素樹脂コーティングを施して離型性を良好にしてもよい。

また、弾性体ローラの芯金としては特に制限はなく、例えば硫黄快削鋼などの鋼材にニッケルなどのメッキを施した金属部材、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム合金などの金属部材が挙げられ、芯金外径としては例えばΦ３〜１０ｍｍである。

弾性体ローラの弾性体形成材料としては成形型に注入可能な材料であれば特に制限はなく、ポリウレタン、シリコーン、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などいずれであってもよい。特に発泡弾性体層としてポリウレタン発泡体層が性能などの面から好適である。ポリウレタン発泡弾性体形成材料としては特に制限は無く、反応が余り速い発泡弾性体形成材料の場合、十分に発泡弾性体形成材料を成形型内に充填する前に発泡・硬化してしまい、ローラ内部にエアの巻き込んだり、充填不足などになってしまうため、発泡弾性体形成材料が成形型底部まで充填できれる反応温度であればよく、また反応が開始するクリームタイムが注入時間よりも短い発泡弾性体形成材料が好ましい。好ましくは１０秒を超え２５秒以下である。クリームタイムが１０秒以下である場合、成形型内に注入した発泡弾性体形成材料が成形型の途中で反応が開始してしまい、成形型底部まで十分に材料が満たされず、ボイドができやすい。また、２５秒を超える場合、成形型内を発泡弾性体形成材料が伝わった跡が濡れ跡となりやすい。本発明においてクリームタイムは、内容積５００ミリリットルのカップに５０ｇのポリオールおよびイソシアネートを除く触媒、整泡剤、発泡剤、架橋剤などの添加剤を量り採り、ポリイソシアネートを当量加え、５秒間高速攪拌した後、混合・撹拌開始から反応混合液がクリーム状に白濁して立ち上がってくるまでの時間を測定した値である。また、該ポリウレタンフォーム材料で使用するポリオールは数種類のポリオール混合物であってもよく、該ポリオール混合物または該ポリオール単一成分を２５℃で測定した粘度が４０００ｍＰａ・ｓ／２５℃以下であることが好ましく、更に好ましくは１５０〜２０００ｍＰａ・ｓ／２５℃である。４０００ｍＰａ・ｓ／２５℃を超えるポリオールを用いる場合、成形型への注入が困難となり、ボイドが発生しやすくなるので好ましくない。

該ポリウレタン発泡弾性体形成材料としては、従来から公知の反応性原料の何れもが、特に限定されることなく、適宜に選択使用されることとなる。例えば、このような発泡弾性体ローラ製造に用いられるポリウレタン発泡弾性体層材料としては、ポリオール成分とポリイソシアネート成分に、更に従来と同様に、発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、界面活性剤、触媒等が、目標とするポリウレタンフォームを得られるように添加される。また、そのような原料には、必要に応じて架橋剤、難燃剤や充填剤、更には発泡弾性体ローラに所望の導電性を付与するための導電性付与剤や、帯電防止剤等も、従来と同様に添加せしめられる。それらを反応させてなるプレポリマーの形で含まれてもよい。

ポリウレタン発泡弾性体層を構成するポリオールあるいはプレポリマー成分としては、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられている、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知のポリオール類何れもが用いられ、またポリイソシアネートあるいはプレポリマー成分としては、公知の少なくとも２官能以上のポリイソシアネートの全てが用いられ、例えば２、４−および２、６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４、４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、およびカーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等が、単独で、または併用して使用され得るものである。

次に、具体的な実施例について図１を参照しながら説明する。なお、本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。

表１の配合に従い芯金を配した成形型を用いて従来と同様にして発泡成形することにより芯金の周囲に所定のポリウレタンフォーム層を一体的に形成せしめてなる外径１４ｍｍの弾性体ローラを作成した。

配合表：質量部
ＦＡ９０８：商品名：三洋化成（株）製ポリエーテルポリオール、ＯＨ価＝２３、粘度１４００ｍｐａ・ｓ／２５℃
Ｌ５３６６：商品名：日本ユニカー（株）製シリコーン系整泡剤
ＴｏｙｏＣａｔＥＴ：商品名：東ソー（株）製第３級アミン触媒
ＴＥＤＡ−Ｌ３３：商品名：東ソー（株）製第３級アミン触媒
Ｔ８０：商品名：三井武田ケミカル（株）製イソシアネート、ＮＣＯ％＝４８
Ｍ２００：商品名：三井武田ケミカル（株）製イソシアネート、ＮＣＯ％＝３１
（実施例１、２および３）
表１に示す配合１の組成のポリオール成分（ポリオール、整泡剤、触媒、発泡剤）およびポリイソシアネート成分を液温２５℃に調整した。そして、両液を、上記量配合した発泡弾性体形成材料であるポリウレタン発泡弾性体層材料５を注型機にて混合・撹拌した後、所定量（６ｇ）を４０℃に温度調整したＳＵＳ３０４製成形型２に、該成形型内部に向かって下がった傾斜面部を経由して注入し、該上駒３を該成形型２に嵌合させる。該上駒３および該成形型２を嵌合した後、１００℃の電気炉中で２０分硬化を行ない、十分に硬化させた後、成形したローラを脱型し、所定の長さに突っ切りを行なうことにより、発泡弾性体層を備えた外径１４ｍｍの弾性体ローラを作成した。

該成形型２には予め硫黄快削鋼にニッケルメッキを施した外径５．０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの芯金４を固定したＳＵＳ３０４製下駒１を取り付けており、予め該成形型２、該上駒３、該下駒１には離型剤が塗布されている。なお、図１には示していないが、上駒３には発泡弾性体形成材料の発泡に伴い発生するガスを抜くエアベントが設けられている。

実施例１の傾斜面部の斜度（Θ）２０°では、得られた弾性体ローラにはボイドが発生していなかった。

実施例２の傾斜面部の斜度（Θ）６０°では、得られた弾性体ローラにはボイドが発生していなかった。

実施例３の傾斜面部の斜度（Θ）７５°では、得られた弾性体ローラにはボイドが発生していなかった。

（比較例１）
表１に示す配合１の組成のポリオール成分（ポリオール、整泡剤、触媒、発泡剤）およびポリイソシアネート成分を液温２５℃に調整した。そして、両液を、上記量配合した発泡弾性体形成材料であるポリウレタン発泡弾性体層材料５を注型機にて混合・撹拌した後、所定量（６ｇ）を４０℃に温度調整したＳＵＳ３０４製成形型２に該成形型２と芯金４の間の空隙に直接注入した後、該上駒３を該成形型２に嵌合させる。該上駒３および該成形型２を嵌合した後、１００℃の電気炉中で２０分硬化を行ない、十分に硬化させた後、成形したローラを脱型し、所定の長さに突っ切りを行なうことにより、発泡弾性体層を備えた外径１４ｍｍの弾性体ローラを作成した。

成形型と芯金の間の空隙に直接、発泡弾性体形成材料を注入した場合、得られた弾性体ローラ内部にはボイドが数多く発生した。

（実施例４）
表１に示す配合２の組成のポリオール成分（ポリオール、触媒）およびポリイソシアネート成分を液温２５℃に調整した。そして、両液を、上記量配合した弾性体形成材料であるポリウレタン弾性体層材料５を注型機にて混合・撹拌した後、所定量（４０ｇ）を４０℃に温度調整したＳＵＳ３０４製成形型２に該成形型内部に向かって下がった斜度（Θ）６０°の傾斜面部を経由して注入し、該上駒３を該成形型２に嵌合させる。該上駒３および該成形型２を嵌合した後、１００℃の電気炉中で２０分硬化を行ない、十分に硬化させた後、成形したローラを脱型し、所定の長さに突っ切りを行なうことにより、弾性体層を備えた外径１４ｍｍの弾性体ローラを作成した。

該成形型２には予め硫黄快削鋼にニッケルメッキを施した外径５．０ｍｍ、長さ２７０ｍｍの芯金４を固定したＳＵＳ３０４製下駒１を取り付けており、予め該成形型２、該上駒３、該下駒１には離型剤が塗布されている。

得られた弾性体ローラにはボイドが発生していなかった。

（比較例２）
表１に示す配合２の組成のポリオール成分（ポリオール、触媒）およびポリイソシアネート成分を液温２５℃に調整した。そして、両液を、上記量配合した弾性体形成材料であるポリウレタン弾性体層材料５を注型機にて混合・撹拌した後、所定量（４０ｇ）を４０℃に温度調整したＳＵＳ３０４製成形型２に該弾性体形成材料５を該成形型２と芯金４の間の空隙に直接注入した後、該上駒３を該成形型２に嵌合させる。該上駒３および該成形型２を嵌合した後、１００℃の電気炉中で２０分硬化を行ない、十分に硬化させた後、成形したローラを脱型し、所定の長さに突っ切りを行なうことにより、弾性体層を備えた外径１４ｍｍの弾性体ローラを作成した。

成形型と芯金の間の空隙に直接、弾性体形成材料を注入した場合、得られた弾性体ローラ内部にはボイドが数多く発生した。

本発明の弾性体ローラの製造方法を説明するための一例の工程図の断面図であり、（ａ）は上駒と成形型とを嵌合させる前の状態を、（ｂ）は嵌合させた後の状態を示している。

符号の説明

１下駒
２成形型
３上駒
４芯金
５弾性体形成材料

Claims

芯金外周に弾性体を形成した弾性体ローラの製造方法において、
該弾性体形成材料を成形型上部に設けられた該成形型内部に向かって下がった傾斜面部を経由して注入する工程を含むことを特徴とする弾性体ローラの製造方法。
該傾斜面部の最大斜度（Θ）が１５〜８０°であることを特徴とする請求項１に記載の弾性体ローラの製造方法。
該弾性体形成材料が発泡弾性体形成材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性体ローラの製造方法。
該発泡弾性体形成材料がポリウレタンフォーム材料であることを特徴とする請求項３に記載の弾性体ローラの製造方法。
該ポリウレタンフォーム材料のクリームタイムが１０秒を超え２５秒以下であり、該ポリウレタンフォーム材料で使用するポリオールの粘度が４０００ｍＰａ・ｓ／２５℃以下であることを特徴とする請求項４に記載の弾性体ローラの製造方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法によって製造されたことを特徴とするトナー供給ローラ。