JP4755787B2 - 発泡弾性体ローラの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡弾性体ローラの製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、画像形成装置に用いられるトナー供給ローラなどとして有用な、表面が任意の凹凸形状の発泡弾性体層を有する発泡弾性体ローラを、発泡金型を用いる一体発泡成形法により、効率よく製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
乾式電子写真装置等の画像形成装置には、一般にトナー供給ローラ、現像ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ、給紙ローラなどの、回転軸の外周に発泡弾性体層を形成したローラが用いられている。
これらのいわゆる発泡弾性体ローラの製造方法としては、回転軸がセットされた円筒状の発泡金型に発泡体形成材料を注型して発泡硬化させる一体発泡成形法が、生産性に優れていることから、一般的に用いられている。
一方、発泡弾性体ローラ、特にトナー供給ローラは、トナーの搬送性や掻き取り性を向上させるために、発泡弾性体層の表面に凹凸形状を有することが要求されることが多い。
【０００３】
係る要望に対して、発泡金型の内表面を凹凸形状とし、その形状を発泡弾性体層の表面に賦形することも考えられ、ロール軸方向に直線的に伸びるような凹溝を内表面に有する発泡金型を用いる方法も提案されているが、円筒状の発泡金型からローラを押し出して脱型することとなるため形状が限定され、要求に応じた任意の形状を発泡弾性体層の表面に賦形することは出来なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、表面が任意の凹凸形状の発泡弾性体層を有する発泡弾性体ローラを、発泡金型を用いる一体発泡成形法により、効率よく製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、型内発泡により発泡弾性体層ローラを製造するに際し、発泡弾性体層の加熱による硬化が完了する前の、表面が賦形可能な状態においてローラを発泡金型から取り出し、凹凸形状の内表面を有する賦形用の割り型に入れるか、又は表面に針金を巻きつけた後に更に加熱又は加熱と加湿とを行うことを特徴とする発泡弾性体ローラの製造方法を発明したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の方法においては、回転軸と、その外周に設けられ、かつ表面が任意の凹凸形状の発泡弾性体層を有する発泡体ローラが一体発泡成形法により製造される。
該発泡体ローラにおける発泡弾性体層としては特に制限はなく、ポリウレタン発泡体層、シリコーンゴム発泡体層、ＥＰＤＭ発泡体層など、いずれであってもよいが、トナー供給ローラ用としては、特にポリウレタン発泡体層（回転軸の外周にポリウレタン発泡体層を設けてなるローラを、以下、ポリウレタン発泡体ローラと称す。）が、性能などの点から好適である。
このポリウレタン発泡体ローラの製造においては、ポリウレタン発泡体形成材料として、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
次に、発泡剤としては、製造プロセス上の取扱いやすさ、気化や発泡のし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。
【００１０】
次に、本発明における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。
【００１１】
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重量部に対し、０．１〜４０重量部、好ましくは０．３〜２０重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。
【００１２】
さらに、該ポリウレタン発泡体形成材料においては、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。
本発明の方法においては、発泡金型としては、樹脂、セラミックス又は金属からなる円筒状のものが好適である。樹脂製発泡金型を用いる場合には、それに注型される発泡体形成材料に対して耐性を有するものが用いられる。発泡体形成材料が、前記ポリウレタン発泡体形成材料である場合、樹脂性発泡金型としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどからなる発泡金型が好適である。
なお、内面にフッ素樹脂をコートした発泡金型は、発泡弾性体の表面にスキン層を残るのを防ぐ効果があり、本発明の方法においても好適に使用することができる。
回転軸としては、例えば硫黄快削鋼などの鋼材に亜鉛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る。
【００１３】
次に、本発明の発泡体ローラの製造方法について、図１に基づいて説明する。
図１は、本発明において、ローラを発泡金型から取り出した後、賦形用の割り型に入れて更に加熱又は加熱と加湿とを行い、最終製品を得るまでの工程を示す、ロール軸方向に直角な面での断面図である。
▲１▼は、発泡金型から取り出したローラであり、１は回転軸を、２は発泡弾性体層を表わす。
この▲１▼のローラを、▲２▼の如き、３ａと３ｂとからなる、凹凸形状の内表面を有する賦形用の割り型に入れ、▲３▼の状態として、加熱又は加熱と加湿とを行う。
ローラは割り型を開くことにより簡単に取り出すことができ、▲４▼の如く表面に凹凸形状が賦形された発泡弾性体ローラが得られる。
賦形用の割り型内表面の凹凸形状は、要求に応じた任意の形状とすることができる。
図２は、本発明の方法で得られる発泡弾性体ローラの例を示す平面図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）の如く種々の形状とすることができる。
【００１４】
図１の▲１▼の状態に至るまでを説明すると、まず、発泡金型内に回転軸をセットしたのち、発泡体形成材料を所定量注型し、通常１５〜１１０℃、好ましくは２０〜１００℃の範囲の温度において発泡体形成材料の発泡を開始させる。型内空隙部が発泡体で埋められたのち、加熱を開始する。
加熱と共に化学反応が起こり硬化が始まるが、その途中で発泡金型よりロールを取りだし、図１の▲１▼の状態とする。
発泡金型中での硬化が進みすぎると、その後に割り型に入れて加熱しても、賦形されないので、表面が賦形可能な状態において、好ましくは発泡金型中での硬化率が７０〜９５％となった状態において、ローラを発泡金型から取り出す必要がある。発泡金型からの脱型のし易さ等の操作性の点からは、硬化率が８０〜９０％となった状態において発泡金型から取り出すのが、特に好ましい。
尚、硬化率は、ＪＩＳ Ｋ ６４００に基づき測定した引張強さの、完全にキュアされた発泡弾性体層の引張強さに対する割合であり、完全にキュアされた発泡弾性体層の硬化率を１００％とする。
発泡金型中及び割り型中での加熱温度は、何れも、４０〜１２０℃が適当である。
また、割り型中での加熱に際しては、同時に加湿を行うことにより、反応を促進することもできる。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
▲１▼平均分子量５０００，官能基数３のポリエーテルポリオール７０重量部、▲２▼スチレングラフトタイプのポリマーポリオール３０重量部、▲３▼トリエチレンジアミン０．３重量部、▲４▼Ｎ−メチルモルフォリン０．２重量部、▲５▼水１．５重量部、▲６▼シリコーン整泡剤１．５重量部及び▲７▼ＴＤＩ−８０／ポリメリックＭＤＩの重量比率が５０／５０のイソシアネートをインデックス１０５となる量配合することにより、ポリウレタン発泡体形成材料を調製した。
このポリウレタン発泡体形成材料は、別途行われたカップ内でのフリー発泡実験において、攪拌注入後、温度２５℃にて１０秒で発泡を開始し、９０秒間で発泡を終了した。その際の密度は０．１０ｇ／ミリリットルであった。
内径１８ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円筒状のステンレス製の発泡金型内に、鉄製回転軸（径６ｍｍ、長さ２６０ｍｍ）をセットし、上記のポリウレタン発泡体形成材料６．５ｇを発泡機から注入し、２５℃で９０秒間発泡させた。
その後、９０℃で加熱を開始し、１０分間が経過した時点でローラを脱型し、直ちに割り型に入れて、更に１００℃で２０分間加熱した。
発泡金型から脱型した時点での発泡弾性体の硬化率は８８％であり、割り型の内表面には、３００μｍの高さと１５００μｍのロール軸方向におけるピッチを有する多数の凸条溝が形成されている。
割り方を開いてローラを取り出したところ、表面に図２の（ｂ）に示した如き凹凸形状を有するシャフト付きポリウレタン発泡弾性体ローラが得られた。
この発泡弾性体ローラは、画像形成装置に好適なものであった。
【００１６】
実施例２
脱型したローラを割り型に入れた後、湿度８５％の加湿下、５０℃で１０分間加熱した他は、実施例と全く同様に実施したところ、得られた発泡弾性体ローラは画像形成装置に好適なものであった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のローラモールドおよび本発明の方法で製造されたローラモールドを使用すれば、画像形成装置に好適な、表面に任意の凹凸形状を有する発泡弾性体ローラを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法において、ローラを発泡金型から取り出した後、賦形用の割り型に入れて更に加熱又は加熱と加湿とを行い、最終製品を得るまでの工程を示す、ロール軸方向に直角な面での断面図である。
【図２】 本発明の方法で得られる発泡弾性体ローラの例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ 発泡弾性体層
３ａ、３ｂ 賦形用割り型

Claims (7)

1. 発泡金型に回転軸をセットし、発泡体形成材料を注型して発泡させ、次いで加熱して硬化させる方法により、回転軸の外周に発泡弾性体層が設けられたローラを製造するに際し、発泡弾性体層の加熱による硬化が完了する前の、表面が賦形可能な状態においてローラを発泡金型から取り出し、凹凸形状の内表面を有する賦形用の割り型に入れて更に加熱又は加熱と加湿とを行うことを特徴とする発泡弾性体ローラの製造方法。
2. 発泡金型に回転軸をセットし、発泡体形成材料を注型して発泡させ、次いで加熱して硬化させる方法により、回転軸の外周に発泡弾性体層が設けられたローラを製造するに際し、発泡弾性体層の加熱による硬化が完了する前の、表面が賦形可能な状態においてローラを発泡金型から取り出し、表面に針金を巻きつけた後に更に加熱又は加熱と加湿とを行うことを特徴とする発泡弾性体ローラの製造方法。
3. 発泡弾性体層の硬化率（ＪＩＳ Ｋ ６４００に基づき測定した引張強さの、完全にキュアされた発泡弾性体層の引張強さに対する割合であり、完全にキュアされた発泡弾性体層の硬化率を１００％とする。）が７０〜９５％となった状態で発泡金型から取り出す請求項１又は２に記載の発泡弾性体ローラの製造方法。
4. 発泡弾性体層の硬化率が８０〜９０％となった状態で発泡金型から取り出す請求項３に記載の発泡弾性体ローラの製造方法。
5. 温度４０〜１２０℃の加熱又は温度３０〜６０℃の加熱と湿度８０〜９５％の加湿とを行う請求項１又は２に記載の発泡弾性体ローラの製造方法。
6. 発泡弾性体層がポリウレタン発泡体層である請求項１又は２に記載の発泡弾性体ローラの製造方法。
7. 発泡弾性体ローラが、トナー供給ローラである請求項１ないし６のいずれかに記載の発泡弾性体ローラの製造方法。

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