(57)【要約】【課題】モールドの成形表面に、微細にして規則的な繰返しパターンを高い精度で簡易に形成する。【解決手段】微細な円形凹部４を規則的に複数形成した薄膜体３を、モールド本体２の成形面側の表面２ａに接合させてなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な凹凸および孔の少なくとも一種類を規則的に複数形成した薄膜体を、モールド本体の成形面側の表面に接合させてなる樹脂成形用モールド。
【請求項２】
モールド本体の成形面側の表面にて囲繞される空間を円柱形状としてなる請求項１に記載の樹脂成形用モールド。
【請求項３】
薄膜体に形成した凹凸および孔の輪郭形状を幾何学的図形形状もしくはそれに近似した形状とするとともに、それらの凹凸および孔のそれぞれを、各中心が多角形の頂点に位置する配置としてなる請求項１もしくは２に記載の樹脂成形用モールド。
【請求項４】
凹凸および孔の、円相当径の平均値を５〜５００μｍとするとともに、相互に隣接する凹凸および孔のそれぞれの中心間の平均距離を５〜６００μｍとしてなる請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形用モールド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂成形用モールドを製造するに当り、
薄膜体への微細な凹凸および孔の少なくとも一種類の規則的な形成を、エッチング加工、機械加工、レーザ加工、電子ビーム加工および電鋳法から選ばれる一以上の方法により行う樹脂成形用モールドの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂成形用モールドで囲繞される成形空間の中央部に芯金を配置し、次いで、その成形空間内へ液状樹脂材料を注入するとともに硬化させて、芯金と一体化した樹脂成形品を成形する、樹脂成形用モールドの使用方法。
【請求項７】
液状樹脂材料をウレタンエラストマもしくはウレタンフォームの原料とする請求項６に記載の樹脂成形用モールドの使用方法。
【請求項８】
樹脂成形用モールドの成形表面に表面処理を施して、その成形表面のぬれ性を低下させる請求項６もしくは７に記載の樹脂成形用モールドの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写装置、画像記録装置、プリンタその他のオフィスオートメション（以下「ＯＡ」という）機器の、画像記録形成装置に各種ロールとして使用される樹脂成形品の成形に用いて好適な樹脂成形用モールド、それの製造方法および使用方法に関するものであり、とくには、ロール表面に形成される微細な凹凸等の形状および配列を制御することでロール性能を高めることができる技術を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＡ機器のトナー供給ロール、転写ロール、現像ロール等の樹脂成形ロールにあっては、ロール表面に、微細な多数の凹凸等を規則的に設けることが、ロール性能を高める上で好適であり、これがため、出願人は先に、ロール成形用の筒型モールドの内面に、円形、楕円形、レーストラック形、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などの一定形状の繰返しパターンを形成してなるモールドをもって成形した性能良好なＯＡロールを、特願２００２−１４７１２８号として提案している。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−１４７１２８号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒型モールドの内面の、一定形状の規則的な繰返しパターンを、たとえば、紫外線（ＵＶ）によるＵＶ硬化樹脂加工、電子ビーム（ＥＢ）によるＥＢ硬化樹脂加工、光造形加工、電子ビーム加工、プラズマ加工、プラズマエッチング加工、イオンビーム加工、レーザ加工、フォト・エッチング加工、ウェット・エッチング加工、機械加工などの加工方法によってモールドに直接的に形成する場合には、加工が極めて困難であり、たとえそれが可能であっても、形成されたパターンの加工精度が低いという問題があった。
【０００５】
そこでこの発明は、モールドの成形表面に、微細にして規則的な繰返しパターンを、所要の高精度で簡易に形成することができる樹脂成形用モールド、それの製造方法および使用方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の樹脂成形用モールドは、所要に応じた微細な凹凸および孔の少なくとも一種類を、規則的に複数形成した薄膜体を、たとえば、ニッケル、アルミニウム等の金属材料または、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料製とすることができるモールド本体の成形面側の表面に、接着剤その他によって接合させて、その薄膜体をもって成形表面を形成したものである。
【０００７】
ここでは、たとえば平坦面形状とした薄膜体に対する、ＵＶ硬化樹脂加工、ＥＢ硬化樹脂加工、光造形加工、電子ビーム加工、プラズマ加工、プラズマエッチング加工、イオンビーム加工、レーザ加工、フォト・エッチング加工、ウェット・エッチング加工、機械加工などの一以上の加工によってそこに所要の凹凸等を形成することにより、それらの凹凸等を、簡単かつ容易に、しかも、十分高い精度で形成することができる。従って、その薄膜体をモールド本体の成形面側の表面に接合させてそれをモールドの成形表面とすることで、モールド成形面の、微細にして規則的な凹凸パターン等の形成精度を所期した通りに高めることができる。
【０００８】
ところで、このような樹脂成形用モールドは、上下もしくは左右等に分割される分割型とすることもできるが、樹脂成形品が上述したロールのように、全体としてほぼ円柱状をなすものである場合には、その樹脂成形用モールドを、モールド本体の成形面側の表面にて囲繞される空間が円柱形状となる、いわゆる筒形モールドとして、モールドからパーティングラインを取り除くことが、成形品の品質を高める上で好ましい。なお筒形モールドの断面外輪郭形状は、円形、多角形等の適宜の形状とすることができる。
【０００９】
ここで、薄膜体に形成した凹凸および孔の輪郭形状は、たとえば、円形、楕円形、長円形等の他、三角形、四角形、六角形、その他の幾何学的図形形状もしくはそれに近似する形状とし、また、それらの凹凸および孔のそれぞれを、各中心が、たとえば正方形、長方形、正三角形、二等辺三角形等の多角形の頂点に位置する規則的な配置とすることが好ましい。
【００１０】
これによれば、ロール表面に、それらの輪郭形状を正確に反転させた、形状精度および寸法精度にすぐれた凹凸等を簡易に付与することができる。
また、それらの凹凸等を、中心が多角形の頂点に位置する規則的な配置としたときは、ロール表面の性状を、その表面の全体にわたって十分均質なものとすることができる。従って、製造したロールを、たとえば現像ロールとして用いて鮮明にして均質な画像を得ることができる。
【００１１】
この一方で、凹凸中心が多角形の頂点に重ならない場合等には、凹凸がイレギュラな配置となってトナーが偏在化すること等により、画質が低下するおそれがある。
【００１２】
このようなモールドにおいて、好ましくは、凹凸および孔の、円相当径の平均値を５〜５００μｍとするとともに、相互に隣接する凹凸および孔のそれぞれの中心間の平均距離を５〜６００μｍとする。
ここで円相当径とは、一の凹部、凸部および孔部の面積と等しい面積を有する円の直径をいい、また、中心間の平均距離とは、隣り合う凹部、凸部および孔部の相互間の中心間距離の平均値をいう。
【００１３】
たとえば樹脂成形品を、画像形成装置のトナー供給ロールとする場合には、円相当径の平均値を５０〜５００μｍとすることにより、適正な量のトナーを、現像ロールに均一に供給することができる。すなわち、平均値が５０μｍ未満では、凹部等の目づまりや、トナー供給不足による画像不良を惹起するおそれがあり、一方、５００μｍを越えると、トナーの、現像ロールへの供給量が不均一になって、これも画像不良を生じるおそれがある。
【００１４】
そしてこれらのことは、凹部、凸部等の中心間の平均距離に関してもほぼ同様であり、その平均距離が５０μｍ未満では、目づまりや、トナーの供給不足による画像不良が、そして、６００μｍを越えると、トナーの、現像ロールへの供給が不均一になることによる画像不良が生じるおそれがある。
【００１５】
この一方で、樹脂成形品を現像ロールとする場合には、円相当径の平均値および、中心間の平均距離のそれぞれをともに、５〜１００μｍとすることが好ましく、１０〜５０μｍとすることがより好ましい。これによれば、より鮮明にして緻密な画像を得ることができる。
【００１６】
以上のような樹脂成形用モールドの製造に当っては、薄膜体への微細な凹凸および孔の少なくとも一種類の規則的な形成を、たとえば平坦姿勢としたその薄膜体に対するエッチング加工、機械加工、レーザ加工、電子加工および電鋳法の一以上の方法のよって行い、しかる後、薄膜体を、モールド本体の成形面側の表面に接合させる。
【００１７】
これによれば、薄膜体に直接的に凹凸パターン等を形成することにより、モールドの成形表面への所要の凹凸パターン等の形成を、極めて容易に行うことができ、また、その凹凸パターン等の形成精度を十分に高めることができる。
またここで、薄膜体への凹凸パターン等の形成に際して、上述した特定の加工方法を選択することにより、凹凸パターン等の形状および寸法精度を十分に高めることができ、トナーのより均一な塗布、画像品質の一層の向上等を実現することができる。
【００１８】
そして，このような樹脂成形用モールドの使用方法、いいかえれば、それを用いた樹脂成形品の製造方法は、樹脂成形用モールドで囲繞される成形空間の中央部に芯金を配置し、次いで、その成形空間へ液状樹脂材料を注入するとともに硬化させて、芯金と一体化した樹脂成形品を成形するにある。
【００１９】
これによれば、薄膜体に高精度に形成した凹凸パターン等が、樹脂成形品の外面に正確に転写されるので、芯金と一体をなすその成形品を、ＯＡ機器用のロールとして適用してすぐれた性能を発揮させることができる。
ここで、液状樹脂を、ウレタンエラストマもしくはウレタンフォームの原料としたときは、樹脂成形品を、トナー供給ロール、転写ロール、現像ロール等として好適に用いることができる。
【００２０】
またここで、樹脂成形用モールドの成形表面に予めの表面処理、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂コート、スキンレス離型剤コート等の被膜形成、または、プラズマ処理等の表面加工を施して、成形表面のぬれ性を低下させた場合には、たとえば発泡成形体等の表面への、高密度のスキン層の形成を防止して、樹脂成形品それ自体に、表面研磨等の必要なしに、所期した機能を十分に発揮させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る樹脂成形用モールドの実施形態を示す図であり、図中１は筒形モールドを示す。
この筒形モールドは、モールド本体２と、それの成形面側の、横断面形状が円形をなす表面に接合させた薄膜体３とを具えてなる。
【００２２】
ここで、横断面外輪郭形状を、円形の他、多角形形状等とすることができるモールド本体２は、ニッケル、アルミニウム等の金属材料または、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料その他をもって構成することができ、それの肉厚は、０．５〜５ｍｍの範囲、なかでも１〜３ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２３】
また薄膜体３は、ニッケル、アルミニウム等の金属材料の他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の合成樹脂材料により構成することができ、このような薄膜体３の厚みは１〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。
【００２４】
モールド本体２の円形内表面に接合されるかかる薄膜体３は、図１（ｂ）に展開図で例示するように、筒形モールド１の軸線方向長さとほぼ等しい一辺Ａと、所要のモールド成形面の周長、いいかえれば、モールド本体の内表面周長とほぼ等しい一辺Ｂとを有しており、このような薄膜体３への、微細な凹凸および孔の少なくとも一種類、図では円形形状をなす複数の凹部４の規則的な形成を、たとえば、エッチング加工、機械加工、レーザ加工、電子ビーム加工および電鋳法の一以上をもって行う。
【００２５】
なおここで、エッチング加工、機械加工、レーザ加工、電子ビーム加工等は、薄膜体それ自体に対して直接的に施すことができる。一方、電鋳法は、剥離皮膜を表面につけた母型に、金属塩からの析出金属を電着させた後、その析出金属を母型から剥離させて母型の表面の凹凸とは反対の凹凸を有する薄膜体を得ること、または、これに加えて、その膜体上に剥離皮膜をつけた後、その上に金属を電着させて母型と同じ凹凸のある薄膜体を作ることによって行うことができる。
【００２６】
そしてこの電鋳法の母型としては、永久型及び消耗型のいずれの母型も用いることができる。永久型としては、ステンレス鋼、鋼、銅あるいは黄銅にニッケル又はクロムのフラッシュメッキを施した電気メッキ金属、銅や黄銅、ニッケル、エポキシ樹脂やビニル樹脂等の合成樹脂からなるものを用いることができ、消耗型としては、ビスマス、鉛、スズ及びカドミウム等の低融点金属、合成樹脂、アルミニウム合金等の溶融金属、ワックス、石膏や木材からなるものを用いることができる。
【００２７】
ところで、図では、薄膜体３に円形凹部４だけを形成する場合を示すが、一の薄膜体に、凹部、凸部および孔部の二種類以上を混在させることもでき、また、凹凸部および孔部の輪郭形状は、円形の他、楕円形、長円形、各種多角形形状等の幾何学的図形形状もしくはそれに近時した形状から適宜に選択することができる。
【００２８】
加えてここでは、このようにして形成される凹凸部および孔部のそれぞれを、各中心が、たとえば正方形、長方形、正三角形、二等辺三角形等の多角形の頂点に位置する規則的配置とすることが好ましい。
【００２９】
これがため、図１（ｂ）に示す円形凹部４を、凹部中心が正三角形の頂点に位置するように、また図２（ａ）に示すところでは長円形凹部５を、凹部中心が二等辺三角形の頂点に位置するように、そして、図２（ｂ），（ｃ）のそれぞれでは、正方形凹部６の中心が、それぞれ正三角形および正方形の頂点に位置するように配置している。なおこれらの図に示すところにおいて、それぞれの凹部４，５，６を凸部または孔部とすること、または凹凸部および孔部の二種以上が混じったものとすることも可能である。
【００３０】
そしてまた、凹凸部および孔部の、円相当径の平均値は５〜５００μｍとし、隣接する凹凸部および孔部の相互の中心間の平均距離を５〜６００μｍとすることが好ましい。その理由は先に述べた通りである。
【００３１】
そこで、トナー供給ロールを例にとって示す図１（ｂ）では、円形凹部４の直径を５０〜５００μｍとし、隣接凹部の間隔ａを１〜１００μｍとしている。また図２（ａ）に示す長円形凹部５では、長径を６６〜６６３μｍ、短径を３３〜３３２μｍとするとともに、間隔ａを１〜１００μｍとし、図２（ｂ），（ｃ）に示す正方形凹部６では、一辺を４４〜４４３μｍとするとともに、間隔ａを１〜１００μｍとしている。
ここで、これらのいずれにあっても、凹部４，５，６の深さは５〜５００μｍとすることが好ましく、なかでも１０〜３００μｍとすることがより好適である。
【００３２】
以上のような凹部は、たとえば平坦姿勢とした薄膜体に対するエッチング加工、機械加工等により、または、前述したような電鋳法による薄膜体の作成により、簡単かつ容易にしかも高い精度で形成することができる。従って、微細な凹部４，５，６の複数個を上述したように規則的に形成した薄膜体３を、モールド本体２の成形面側の表面２ａに、たとえば接着剤をもって接合させて、その凹部形成面をもって筒形モールド１の成形表面７を形成することで、その成形表面７の形成精度を所期した通りの高精度とすることができる。
【００３３】
このように構成してなる樹脂成形用モールド、図では筒形モールド１の使用、ひいては、それを用いた樹脂成形品の成形に当っては、成形表面７にて囲繞される成形空間の中央部に、多くは、図示しない端部成形型との協働下で芯金を位置決め配置し、次いで、その成形空間内へ液状樹脂材料を注入して、端部成形型の閉止状態でその液状樹脂材料を硬化させて、芯金と一体化した成形品とする。
これによれば、外周面に、モールド成形表面７の凹部４，５，６と正確に対応する凸部が形成された樹脂成形ロールが製造されることになり、そのロールはＯＡ機器用のロールとして直ちに適用することができる。
【００３４】
なおここで、液状樹脂材料として、ウレタンエラストマもしくはウレターンフォームの原料を注入した場合には、成形品ロールを、トナー供給ロール、転写ロール、現像ロール等として好適に用いることができ、なかでも、その成形品ロールが発泡体ロールである場合には、モールドの成形表面７に、液状樹脂材料の注入に先だつ予めの表面処理を施して、そこに、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂コート、スキンレス離型剤のコート等の被膜形成または、プラズマ処理等の表面加工を行い、これによって成形表面７のぬれ性を低下させることが好ましく、これによれば、発泡体ロールの表面へのスキン層の形成を有効に防止することができる。
【００３５】
ところで、ウレタンフォームロールは、たとえば、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、触媒、整泡剤、および必要であればその他の配合剤、添加剤などを攪拌混合した後、それを上記のような筒形モールド１に注入して発泡成形することにより得られる。
この場合、ポリオールとしてはエチレンオキサイドを２〜２５％付加させた末端１級ＯＨ％が５０〜１００％である分子量２０００〜１００００の２〜４官能ポリオールが好ましく用いられるが、このようなポリオールと他の種類のポリオールをブレンドして用いることも可能である。
【００３６】
図３，４は、これもトナー供給ロールのための薄膜体への凹部の他の形成例を示す展開図であり、図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ、短辺が３１〜３１３μｍ、長辺が６３〜６２６μｍの複数の長方形凹部を、それらの中心がそれぞれ、長方形および二等辺三角形の頂点に位置するように配置して、隣接凹部８の間隔ａを１〜１００μｍ、凹部深さを５〜５００μｍとしたものである。
そして図３（ｃ）に示す例は、円形凹部４の中心が正方形の頂点に位置するように配置したものであり、凹部４の寸法、間隔等は図１に示すところと同様としたものである。
【００３７】
また、図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、短径が３５〜７１μｍ、長径が７１〜７０７μｍの楕円形凹部９の複数個を、それらの中心がそれぞれ、長方形および二等辺三角形の頂点に位置するよう配置するとともに、凹部相互の間隔ａを１〜１００μｍ、凹部深さを５０５００μｍとしたものである。
図４（ｃ）は、上述したと同様の楕円形凹部９を、相互に極く近接させて、それらの中心が二等辺三角形の頂点に位置するように配置したものである。
【００３８】
ところで、図３および４に示すところにおいて、それぞれの凹部４、８、９を凸部もしくは孔部とすることもでき、また、それらの二種類以上を混在させることもできる。
【００３９】
これらの薄膜体３もまた、前述したと同様にしてモールド本体の成形面側の表面に接合させることにより、所要の成形表面を有するモールドを構成することができ、そのモールドは樹脂成形品の表面に、所定の凹凸を正確に転写することができる。
【００４０】
【実施例】
実施例１
微細な孔を形成した薄膜体を、筒形のモールド本体の内表面に貼り付けて筒形モールドを構成し、それによって製造したトナー供給ロールを、電子写真装置に組み込んで、得られた画像を評価した。その詳細は以下の通りである。
【００４１】
２００μｍ厚さの金属薄膜体に、直径が２５０μｍの円形の孔を、５０μｍの間隔で形成するとともに、孔の中心が正三角形の頂点に位置する孔配置とした。
この金属薄膜体を、内径が１６．２ｍｍの金属パイプの内表面に接着剤で貼り付けて筒形モールドを構成し、そのモールドの中央部に芯金をセットした状態で、そこへウレタンフォーム原料を注入して発泡成形させて、外周面に微細凸部が規則的に整列したトナー供給ロールを製造した。
得られたロールの表面は、モールド内面の規則的な凹凸形状を反転させた凹凸形状を有しており、ウレタンフォームのセル径は均一で、その配列は規則的であった。
【００４２】
このトナー供給ロールを画像形成装置に組み込んで、灰色、白色および黒色の画像を印刷したところ良好な画像が得られた。
さらに、Ａ−４サイズの青色べた焼き画像をマクベス濃度計で測定したところ、九個所の濃度の平均値は１．０８７であり、濃度の最大値と最小値の差は０．０２４であって、画像濃度のばらつきを小さく抑えることができた。
【００４３】
実施例２
微細な凹凸加工を施したエッチング加工板を用い、電鋳法によって、エッチング加工板と同一の凹凸を形成した金属薄膜体を作成した後、実施例１の場合と同様にして、ウレタンフォームトナー供給ロールを作成して画像を評価した。以下にその内容を詳述する。
【００４４】
筒形モールドの内表面寸法に合わせた長方形の金属板を用い、その表面にエッチング加工によって微細な凹部を形成した。この場合の凹部は、直径が２５０μｍの円形凹部とし、隣接する凹部の間隔を２０μｍとするとともに、凹部中心が正三角形の頂点に位置する配置とした。
【００４５】
このエッチング加工板を母型とし、シリコーン樹脂により、微細凹部を転写した元型を作成し、この元型をもとに電鋳法によって厚さが２００μｍの薄膜体を作成し、それを金属パイプの内表面に接着剤で貼り付けて筒形モールドを構成した。
【００４６】
その筒形モールドを用い、実施例１の場合と同様にしてウレタンフォームトナー供給ロールを製造した。
この場合もまた、得られたロールの表面は、モールド内面の規則的な凹凸形状を反転させた凹凸形状を有しており、ウレタンフォームのセル径は均一で、その配列は規則的であった。
このトナー供給ロールを画像形成装置に組み込み、灰色、白色および黒色の画像を印刷したところ良好な画像が得られた。
【００４７】
また、Ａ−４サイズの青色べた焼き画像をマクベス濃度計で測定したところ、九個所の濃度の平均値は１．０２８であり、濃度の最大値と最小値の差は０．０２７であって、濃度のばらつきは小さかった。
【００４８】
比較例
内表面に微細凹凸加工を施していない平滑な成形表面を有する筒形のモールドを用いた以外は、実施例１と同様の方法でウレタンフォームロールを作製した。作製したロールはロール表面のセル形状が不均一で、セルの配列も不規則な外観であり、ロール表面のセル径は２８０μｍであった。
このロールを電子写真装置のトナー供給ロールとして使用し、黒、グレー、白の画像を印刷したところ、画像の濃度のむらが多かった。
【００４９】
また、Ａ−４サイズの青色べた焼き画像をマクベス濃度計で測定したところ、九箇所の濃度の平均値は１．００８であり、濃度の最大値と最小値の差は０．０６５であって、濃度のばらつきが大きかった。
【００５０】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、モールドの成形表面に、微細にして規則的な繰返しパターンを、所要の高精度で簡易に形成することができ、結果として、すぐれた性能を発揮し得るロールその他の樹脂成形品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す筒形モールドの断面斜視図および薄膜体の展開図である。
【図２】凸部の形成態様の他の例を示す薄膜体展開図である。
【図３】凸部他の形成態様を示す薄膜体展開図である。
【図４】さらに他の凸部の形成態様を示す薄膜体展開図である。
【符号の説明】
１    筒形モルード
２    モールド本体
２ａ  表面
３    薄膜体
４，５，６，８，９  凹部
７    成形表面
ａ    間隔
【図１】
2004322592.tif 000003
【図２】
2004322592.tif 000004
【図３】
2004322592.tif 000005
【図４】
2004322592.tif 000006