(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状金型の中で発泡体形成材料を発泡成形させて形成される弾性体ローラの発泡弾性体層の外周面を特定する、金型内周面に施されたフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層の、前記発泡弾性体層の成形に伴う摩耗によって低下する表面粗さを回復させる方法において、
金型を300〜400℃の温度に30〜100分間保持する熱処理を行ったあと、0〜50℃の範囲にまで急冷する弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法。
【請求項２】
Rzが20〜2000μmになるよう表面粗さを回復させる請求項１に記載の弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法。
【請求項３】
前記金型内周面に、フッ素樹脂の溶媒溶液に粒子状のフッ素樹脂を分散させたコート材料を塗布し乾燥させることにより形成されたフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層に適用する請求項１もしくは２に記載の弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法。
【請求項４】
コート材料中のフッ素樹脂及び粒子状のフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンであるフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層に適用する請求項３に記載の弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状金型の中で発泡体形成材料を発泡成形させて形成される弾性体ローラの発泡弾性体層の外周面を特定する、金型内周面に施されたフッ素樹脂入りフッ素コート層の、前記発泡弾性体層の成形に伴う摩耗によって低下する表面粗さを回復させる方法に関し、特に、低コストで回復させることのできるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
乾式電子写真装置等の画像形成装置には、一般に現像ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ、給紙ローラなど、図１に断面図で示すような、シャフト１の外周に発泡弾性体層２を形成した弾性体ローラ１０が用いられている。これらの弾性体ローラ１０は、図２に示すように、筒状の金型２１の中空部２２内にキャップ５を両端に被せたシャフト１を配置し、シャフト１の周囲の中空部２２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により製造されるのが一般的である。この方法によれば、脱型後の弾性体ローラ１０は、そのままで高精度な円筒状に仕上がっているため、切削処理や研削処理などを必要とせず、他の方法に対比して生産性に優れている。しかし、実際には、発泡弾性体層２の外周面には一般にスキン層といわれる薄い膜が形成されてしまい、表面に気泡の凹凸を有することによって発揮できる弾性体ローラ１０本来の性能が阻害され、結局は、表面を研磨することを余儀なくされていた。
【０００３】
この問題に対処するため、金型内周面にフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層を形成したものが提案され、これによると、金型内周面と発泡弾性体層２との離型性を確保するとともに、金型内周面の凹凸を最適化することによりスキン層の形成を抑制することができるという効果があることが確認されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３２６２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、改良されたこの従来の方法でも、成形を繰り返すと金型内周面が摩耗し、表面が滑らかになり、すなわち、表面粗さが減少し、このことによって、発泡弾性体層の外周面にスキン層が形成されたり、発泡弾性体層と金型内周面との密着により脱型することができなくなったりするという問題が現れることがわかった。そのため、従来は、このような状態になる前に、金型内周面のフッ素樹脂コート層を剥離除去したあと、新たなフッ素樹脂コート層をコーティングすることによってその表面粗さを回復することが行われている。しかし、この弾性体ローラ成形用金型の表面粗さの回復方法は非常にコストが高く、早急な改良が求められていた。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、筒状金型の中で発泡体形成材料を発泡成形させて形成される弾性体ローラの発泡弾性体層の外周面を特定する、金型内周面に施されたフッ素樹脂入りフッ素コート層の、前記発泡弾性体層の成形に伴う摩耗によって低下する表面粗さを低コストで回復させることのできる弾性体ローラ成形用金型の表面粗さの回復方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
＜１＞は、筒状金型の中で発泡体形成材料を発泡成形させて形成される弾性体ローラの発泡弾性体層の外周面を特定する、金型内周面に施されたフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層の、前記発泡弾性体層の成形に伴う摩耗によって低下する表面粗さを回復させる方法において、
金型を200〜400℃の温度に30〜100分間保持する熱処理を行ったあと、0〜50℃の範囲にまで急冷する弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法である。
【０００７】
＜２＞は、＜１＞において、Rzが20〜2000μmになるよう表面粗さを回復させる弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法である。
【０００８】
＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞においてにおいて、前記金型内周面に、フッ素樹脂の溶媒溶液に粒子状のフッ素樹脂を分散させたコート材料を塗布し乾燥させることにより形成されたフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層に適用する弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法。
【０００９】
＜４＞は、＜３＞において、コート材料中のフッ素樹脂及び粒子状のフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンであるフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層に適用する弾性体ローラ成形用金型の表面粗さ回復方法である。
【発明の効果】
【００１０】
＜１＞の発明によれば、金型を300〜400℃の温度に30〜100分間保持する熱処理を行ったあと、0〜50℃の範囲にまで急冷する処理を行うので、弾性体ローラを金型から取り出す際の摩耗により平滑化したフッ素樹脂被膜を、フッ素樹脂粒子の分布に沿う表面形状となるよう再配置することができ、発泡弾性層のスキン形成を抑制することができるよう表面粗さを増加させることができる。
【００１１】
＜２＞によれば、Rzが20〜2000μmになるよう表面粗さを回復させるので、スキン層の形成を効果的に防止することができる。
【００１２】
＜３＞によれば、前記金型内周面に、フッ素樹脂の溶媒溶液に粒子状のフッ素樹脂を分散させたコート材料を塗布し乾燥させることにより形成されたフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層に適用するので、スキン層の形成を効果的に防止することができ、また、所望の離型性を確保することができる。
【００１３】
＜４＞は、コート材料中のフッ素樹脂及び粒子状のフッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレンであるフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層に適用するので、耐熱性、離型性、安定性、耐薬品性等の点で有利なコート層とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、筒状金型の中で発泡体形成材料を発泡成形させて形成される弾性体ローラの発泡弾性体層の外周面を特定する、金型内周面に施されたフッ素樹脂入りフッ素コート層の、前記発泡弾性体層の成形に伴う摩耗によって低下する表面粗さを回復させる方法に関するものであるが、まず、本発明に係る弾性体ローラについて説明する。図１に示したように、弾性体ローラ１０は、シャフト１とその周囲に配置された発泡弾性体層２とで構成される。
【００１５】
シャフト１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を用いることができる。
【００１６】
弾性体ローラ１０における発泡弾性体層２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、特にポリウレタン発泡体層（シャフト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、ポリウレタン弾性体ローラと称す。）が、性能などの点から好適である。このポリウレタン弾性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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
ここで、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。
【００２０】
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。
【００２１】
これらの導電性付与剤は一種でもよく、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。
【００２２】
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。
【００２３】
上記に説明した弾性体ローラ１０を形成する方法を、発泡弾性体層２がポリウレタン発泡体である場合を例に挙げて説明する。まず、図２に示したように、筒状金型２１の中空部２２内にシャフト１をセットしたのち、シャフト１に被せたキャップ５の穴５ａからキャビティ１１内にポリウレタン発泡体形成材料を所定量注型し、通常１５〜８０℃、好ましくは２０〜６５℃の範囲の温度において発泡を開始させる。そして、発泡反応が進行してキャビティ１１がポリウレタン発泡体で埋められたのち、７０〜１２０℃程度の温度でキュアを行い、次いで脱型することにより、弾性体ローラ１０が得ることができる。
【００２４】
上記に説明した発泡弾性体２の形成に用いられる筒状の金型２１の材料としては、鉄、銅、アルミニウム、ステンレススチール等の金属の他、ポリカ−ボネ−ト、ポリアミド、ポリアセタ−ル、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンエ−テル、ポリエ−テルスルホン、ポリサルホン、ポリフェニレンスルフィド等のエンジニアリングプラスチックやセラミックス等を挙げることができるが、強度、コスト等の点からステンレススチールが最も適当である。
【００２５】
金型２１の中空部２２を画成する金型内周面には、図３に示すように、フッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層４が形成されている。このコート層４は、分散されたフッ素樹脂粒子６と、これらの粒子６を被覆するフッ素樹脂被覆膜７とで構成されており、被覆膜７は、金型２１の使用における初期段階においては、十分な厚さを有するとともにフッ素樹脂粒子６の分散状態を反映した凹凸を表面に有し、この凹凸によって、発泡弾性体の表面にスキン層が形成されるの防止することができる。フッ素樹脂が、スキン層の形成に対する抑制効果があるのは、フッ素樹脂の有する撥水性によって、硬化前の材料を弾くためであり、このことによって表面にスキン膜が張りにくくなる。
【００２６】
フッ素樹脂粒子６、もしくは、被覆膜７形成するフッ素樹脂としては、公知の何れの物も使用することが出来、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パフルオロ（プロピルビニルエーテル）３元共重合体（ＥＰＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−テトラフルオロエチレン交互共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン交互共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリ弗化ビニル（ＰＶＦ）等を挙げることが出来るが、耐熱性、離型性、安定性、耐薬品性等の点からポリテトラフルオロエチレンが特に好ましい。
【００２７】
フッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層４を形成する方法の例として、金型内周面２３にフッ素樹脂の溶媒溶液に粒子状のフッ素樹脂を分散させたコート材料を塗布し乾燥させることによりコート層を形成する方法を挙げることができる。フッ素樹脂の溶媒溶液に粒子状のフッ素樹脂を分散させたコート材料としては、溶剤に対する溶解性の異なる２種のフッ素樹脂を使用するのが好ましい。即ち、特定の溶媒に溶解するフッ素樹脂と該溶媒に不溶又は難溶な粒子状のフッ素樹脂であり、溶媒との組み合わせにより適宜選択すればよい。溶媒としては、フッ素樹脂に通常されるものの何れもが使用でき、２種のフッ素樹脂との組み合わせにより適宜選択すればよい。粒子状のフッ素樹脂の大きさは、結果として、コート層の表面粗さRzが20〜2000μm、好ましくは20〜200μmとなるように選択するのが適当である。
【００２８】
上述したようなコート層４は、発泡弾性層２を成形するごとに、図４に示すように、その表面粗さが低下してゆき、すなわち表面が滑らかになってゆき、このことによって、金型初期の状態においては、形成を防止することのできた発泡弾性層２のスキン層が生成される状態に戻ってしまう。
【００２９】
本発明は、このような状態になったとき、もしくは、このような状態にならないように、回復処理を行うものであり、しかも、それを簡単な工程で行うものである。その方法は次の通りである。すなわち、金型２１を300〜400℃の温度に30〜100分間保持する熱処理を行ったあと、0〜50℃の範囲にまで急冷する処理を行うのである。この処理により、図５に示すように、コート層４は、固定されたフッ素樹脂粒子６を被覆する被覆膜７の表面を、滑らかなものから粒子６の分布形状に対応する凹凸を表面に形成することができる。これは、高温状態の金型を急冷することによってコート層４の表面を熱収縮させ、これによって凹凸が復元するというメカニズムによる。
【００３０】
ここで、最初の熱処理において温度を300℃未満とした場合には、コート層４が軟化せず、急冷させても熱収縮しないからであり、一方、これを、400℃を越えるものとした場合には、コート層４自体が炭化する。
【００３１】
また、最初の熱処理において、300〜400℃の温度に保持する時間を30分未満とした場合には、コート層４を十分に軟化させることができないため、急冷しても、熱収縮による凹凸が十分に形成されず、一方、これを、100分を越えるものとした場合には、コート層４の炭化が進行し始めて好ましくない。
【００３２】
次の急冷処理において、急冷時の温度を0℃未満とした場合には、水による冷却ができないので、エチレングリコール等の不凍液を用いて冷却すると、この不凍液を洗浄して除去するための余分な工程が必要となってしまう。また、急冷時に、急冷開始から50℃に到達するまでの時間は60秒以下とするのが好ましく、これを越えた場合には所期した熱処理効果が得られず、十分な表面粗さを得ることができない。
【００３３】
また、コート層４を上記の熱処理によって回復させたときの表面粗さRzは、金型使用初期の状態と同じく、20〜2000μm、好ましくは20〜200μmとなるように選択するのがよい。
【実施例】
【００３４】
シャフト径が6mm、予め60〜120℃に予熱された金型内に20-50℃の混合ウレタンを吐出させて形成されたウレタンよりなる発泡弾性層厚さが5mmの弾性体ローラを、筒状金型を用いて繰り返し成形し、スキン層が形成され始めるまでの成形回数をチェックした。
【００３５】
結果は次の通りである。すなわち、金型新作後、300本の弾性体ローラを形成後、初めてスキン層の形成が確認された。そして、金型を400℃に60分に保持する熱処理を施したあと、60秒で、20℃まで急冷する処理を行った。その直後の、発泡弾性層の成形ではスキン層は確認されず、その後、150本の弾性体ローラの成形後、再び、スキン層が発泡弾性層外周面に確認された。そして、以上の実験は、上記のような、本発明に係る熱処理を金型に施すことによって、150本分だけの、コート層寿命を延命させることができたことを意味している。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、発泡弾性層を有する種々の弾性体ローラに用いることができ、弾性体ローラとしては、感光ドラムを帯電させる帯電ローラ、感光ドラムに形成された潜像に応じて非性磁性トナーを移送する現像ローラ、トナーを現像ローラに供給するトナー供給ローラ、感光ドラム上のトナーを印刷紙に転写する転写ローラなどを例示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る弾性体ローラを示す断面図である。
【図２】弾性体ローラの成型方法を説明するための金型の断面図である。
【図３】使用初期におけるフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層を示す断面図である。
【図４】回復直前におけるフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層を示す断面図である。
【図５】回復直後におけるフッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    シャフト
２    発泡弾性層
４    フッ素樹脂粒子入りフッ素樹脂コート層
５    キャップ
５ａ    キャップの穴
６    フッ素樹脂粒子
７    フッ素樹脂被覆膜
１０    弾性体ローラ
１１    キャビティ
２１    金型
２２    金型中空部
２３    金型内周面
【図１】
0004642631.tif 000002
【図２】
0004642631.tif 000003
【図３】
0004642631.tif 000004
【図４】
0004642631.tif 000005
【図５】
0004642631.tif 000006