(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオール成分系とイソシアネート成分系とからなるウレタン材料を成型用型内に注入してウレタンフォーム層を形成させるに際し、両成分系を注型装置における吐出ヘッド内の、クリーニングロッドとプランジャーとが後退することにより生じた空間内で高圧下で衝突混合させ、高圧発泡させた状態で吐出ヘッドの吐出口から吐出させて成型用型内に注入するウレタン材料の注型方法において、吐出口に開閉蓋を設け、ウレタン材料を成型用型内に注入する時を除いては、当該開閉蓋を閉じて、吐出ヘッド内への空気の進入を防止し、かつ当該開閉蓋を、クリーニングロッドとプランジャーが前進して吐出ヘッド内に空間が存在しなくなった時点で閉じ、次に当該開閉蓋を閉じた状態でクリーニングロッドとプランジャーとを後退させ、それにより吐出ヘッド内に生じた真空状態の空間内で両成分系を高圧下で衝突させ、それにより高圧発泡したウレタン材料の吐出ヘッド内に生じた当該空間を満たす体積割合が８０％以上となった時点で開くことを特徴とするウレタン材料の注型方法。
【請求項２】
前記両成分系の衝突混合を、圧力５〜３０ＭＰａにて行うことを特徴とする請求項１に記載の注型方法。
【請求項３】
芯金と、該芯金の外周に一体成形により設けられたウレタンフォーム層とを備えるウレタンローラの注型方法であって、前記成型用型の中心線上に該芯金が貫設された状態にて前記注入を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の注型方法。
【請求項４】
前記注入を、前記ウレタン材料の供給量１〜５０ｇ／ｓｅｃにて行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の注型方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウレタンローラ( 以下、単に「ローラ」とも称する。) の注型方法に関し、詳しくは、表面性の悪化や密度の不均一、ローラ性能のバラツキ等の問題がなく、各種ローラ部材として好適に用いることのできるウレタンローラを、産業廃棄物を発生させずに製造することができるウレタンローラの注型方法および注型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンター、ファクシミリ等の電子写真装置や静電記録装置等においては、電子写真プロセスにおける帯電、トナー層形成、現像、クリーニング、給紙、搬送等の各工程で、トナー供給ローラ、現像ローラ、転写ローラ、給紙ローラ、搬送ローラ等の、弾性材料や樹脂材料からなるローラが多様な役割を果たしている。
【０００３】
これらの各種ローラ部材において多く使用されているのが、ローラ軸の外周に、ウレタン材料を主成分とするウレタンフォーム層が形成されてなるウレタンローラである。かかる各種ローラ部材としてのウレタンローラにおいては、ウレタンフォーム層に表面性の悪化や密度の不均一、ローラ性能のバラツキ等がないことが要求される。
【０００４】
一方、これら各種ローラ部材として用いるウレタンローラの製造方法としては、ローラ軸の表面にウレタンフォーム体を担持させ、このウレタンフォーム体の外面を加工して円筒状のローラ形状に成形する方法や、ウレタンフォーム層を金軸と一体で成型用型内において発泡成形する方法等が提案されている。
【０００５】
しかし、これらのうち前者の方法においては、ローラ表面に研磨等の後加工による毛羽立ち等が残るために表面性が悪化して、実機搭載時に不良や欠陥等を生ずる原因となったり、製造工程が煩雑になるために生産効率が低下してしまうなどの問題があった。また、後者の方法においても、型内で発泡を行うために形成されたウレタンフォーム層において密度の不均一が生じたり、未充填部やエアの巻き込みに起因する欠陥が発生するなどの問題があり、いずれにおいても高性能のウレタンローラを歩留良く製造できるものではなかった。
【０００６】
これらの方法に対し、上記問題点を有しないウレタンローラの製造方法として、泡体をモールド内に圧入して微細セル構造を有するポリウレタンフォーム成形品を得る技術が提案されている。これは、上述の水を発泡剤とする一般的な低圧発泡方法を用いた技術に対し、機械的攪拌により泡体を形成する技術（メカニカルフロス) を用いるものである。
【０００７】
しかしながら、上記技術によれば表面性やローラ性能に優れたウレタンローラを得ることはできるものの、攪拌により生成した泡体の最初と最後の部分については、完全に均一な泡体状態にはならず、従って性能的に問題が生じてしまうために、廃棄せざるを得なかった。即ち、低圧発泡方法の場合と同様に、産業廃棄物の発生を避けることができなかった。また、これらの技術はいずれも、連続的なローラ製造には適さないものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術における問題点を解消する方法として、ポリオール成分系とイソシアネート成分系とからなるウレタン材料を成型用型内に注入するに際し、注入装置の吐出ヘッド内で両成分系を高圧下で衝突混合させ、高圧発泡させる方法（以下「高圧発泡法」ということがある。）が知られている。この方法は、均一な発泡状態が得られるため、表面性の悪化や密度の不均一、ローラ性能のバラツキ等の問題がなく、各種ローラ部材として好適に用いることのできるウレタンローラを製造し得る優れた方法である。
かかる高圧発泡によるローラの注型に使用することのできる注型装置としては、例えば、図１に示すものが挙げられる。図示する注型装置は、ポリオール成分系の貯蔵タンク２と、イソシアネート成分系の貯蔵タンク３と、吐出ヘッド１と、両成分系を夫々独立に循環させるための一対の油圧ピストン４ａ、４ｂとを備えている。かかる一対の油圧ピストン４ａ、４ｂにより高圧で循環される両成分系は、貯蔵タンク２、３と油圧ピストン４ａ、４ｂとを結ぶ循環流路７ａ、７ｂから、分岐部６ａ、６ｂを介して流路８ａ、８ｂへと流通し、吐出ヘッド１に流入する。圧力を所定の高圧範囲に調整した両成分系を対向する方向から吐出ヘッド１内に噴射して、衝突混合することで、高圧発泡を行うことができる。
【０００９】
かかる吐出ヘッド１としては、ストレート型ヘッドとＬ型ヘッドがあるが、図２は、吐出ヘッド１内での状況を、Ｌ型ヘッドの例について示す模式図である。
（ａ）は油圧式のクリ−ニングロッド１１が吐出ヘッド１内をクリーニングしながら移動し、その先端が吐出口１２の位置まで達した状態を示す。この状態では、油圧式のプランジャー１３は両成分系の流入口１４ａ、１４ｂを閉じる位置に移動しており、吐出ヘッド１内には空間が存在しなくなっている。
（ｂ）は、（ａ）の状態からクリ−ニングロッド１１が後退し、吐出ヘッド１内に空間１５が形成された状態を示す。
（ｃ）は、（ｂ）の状態から、更にプランジャー１３が後退して吐出ヘッド１内に更に大きい空間１５が形成され、且つ、両成分系の流入口１４ａ、１４ｂが開いた状態を示す。
（ａ）の状態から、（ｂ）の状態を経て、（ｃ）の状態となった時点で、加圧された両成分が、流入口１４ａ、１４ｂから対向する方向に噴射され、衝突混合する。
ところが、その際、（ｃ）の円で囲んだ部分の拡大図である（ｄ）に示すように、吐出ヘッド１内の空間１５に存在する空気が、あたかも第３成分の如くに両成分と混ざりあってしまうが、この空気の巻き込みはウレタンフォーム層にボイドを発生させ、ローラの性能を低下させる。
空気の巻き込みは、注入装置から吐出して成型用型内に注入される初流の段階に起こるため、その対策方法として、注入する成型用型内などにトラップを設けて、初流部分を除去・廃棄する方法が採られているが、注入量が微小なものの場合は、使用原料の内の廃棄する分の割合が大きくなり、膨大な産業廃棄物を発生させる結果となる。
従来から空気の巻き込みへの対策方法として考えられているものに、モールドごと真空状態にして注型する方法もあるが、モールドの構造が複雑になる上に、真空ポンプ等の付属設備が必要となるなどのデメリットがある。
【００１０】
そこで木発明の目的は、上述の高圧発泡法における空気の巻き込みの問題点を解消して、表面性の悪化や密度の不均一、ローラ性能のバラツキ等の問題がなく、各種ローラ部材として好適に用いることのできるウレタンローラを、産業廃棄物を発生させず製造することができるウレタンローラの注型方法および注型装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、以下のとおりである。
（１）ポリオール成分系とイソシアネート成分系とからなるウレタン材料を成型用型内に注入してウレタンフォーム層を形成させるに際し、両成分系を注型装置における吐出ヘッド内の、クリーニングロッドとプランジャーとが後退することにより生じた空間内で高圧下で衝突混合させ、高圧発泡させた状態で吐出ヘッドの吐出口から吐出させて成型用型内に注入するウレタン材料の注型方法において、吐出口に開閉蓋を設け、ウレタン材料を成型用型内に注入する時を除いては、当該開閉蓋を閉じて、吐出ヘッド内への空気の進入を防止し、かつ当該開閉蓋を、クリーニングロッドとプランジャーが前進して吐出ヘッド内に空間が存在しなくなった時点で閉じ、次に当該開閉蓋を閉じた状態でクリーニングロッドとプランジャーとを後退させ、それにより吐出ヘッド内に生じた真空状態の空間内で両成分系を高圧下で衝突させ、それにより高圧発泡したウレタン材料の吐出ヘッド内に生じた当該空間を満たす体積割合が８０％以上となった時点で開くことを特徴とするウレタン材料の注型方法、
【００１２】
（２）前記両成分系の衝突混合を、圧力５〜３０ＭＰａにて行うことを特徴とする前記（１）の注型方法、
（３）芯金と、該芯金の外周に一体成形により設けられたウレタンフォーム層とを備えるウレタンローラの注型方法であって、前記成型用型の中心線上に該芯金が貫設された状態にて前記注入を行うことを特徴とする前記（１）又は（２）の注型方法、
（４）前記注入を、前記ウレタン材料の供給量１〜５０ｇ／ｓｅｃにて行うことを特徴とする前記（１）〜（３）の何れかの注型方法、及び
（５）ポリオール成分系の貯蔵タンクと、イソシアネート成分系の貯蔵タンクと、対向する両成分系の流入口、クリーニングロッド、プランジャー及び高圧発泡させた状態のウレタン材料の吐出口を有する吐出ヘッドと、二基の前記貯蔵タンクから両成分系を独立に循環させて吐出ヘッドに流入させる一対の油庄ピストンと、を有する注型装置において、前記吐出口にタイマーに連動して、クリーニングロッドとプランジャーが前進して吐出ヘッド内に空間が存在しなくなった時点で閉じ、クリーニングロッドとプランジャーが後退して吐出ヘッド内に生じた空間内で高圧発泡したウレタン材料の吐出ヘッド内に生じた当該空間を満たす体積割合が８０％以上となった時点で開くように開閉する開閉蓋を設けたことを特徴とするウレタンローラの注型装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。
図３は、本発明の方法に使用する注型装置の吐出ヘッドの状態を示す模式図であり、吐出口１２には開閉蓋１６が設けられている。
（ａ）は、図２（ａ）と同じく、油圧式のクリ−ニングロッド１１が吐出ヘッド１内をクリーニングしながら吐出口１２の位置まで移動した状態を示している。開閉蓋１６は、クリ−ニングロッド１１が移動している時は開けられているが、クリ−ニングロッド１１の先端が吐出口１２の位置まで達してクリーニングが終了し、吐出ヘッド１内に空間が存在しなくなった時点で閉じられ、（ａ）の状態となっている。
【００１４】
（ｂ）は、図２（ｂ）と同じく，クリ−ニングロッド１１が後退し、吐出ヘッド１内に空間１５が形成された状態であるが、開閉蓋１６は閉じられたままであり、吐出ヘッド１内の空間１５は、空気の無い、真空状態となっている。
（ｃ）は、図２（ｃ）と同じく，更にプランジャー１３が後退して吐出ヘッド１内に更に大きい空間１５が形成され、且つ、両成分系の流入口１４ａ、１４ｂが開いた状態を示す。
（ｃ）の状態では、加圧された両成分が、流入口１４ａ、１４ｂから対向する方向に噴射され、衝突混合するが、噴射を開始する時点では、開閉蓋１６は閉じられたままであり、空間１５には空気は存在せず、従って、図２（ｄ）に示すような、空気の巻き込みは起こらない。
両成分が衝突混合し、高圧発泡が開始した後は、発泡したウレタン材料を吐出口１２から吐出させて成型用型内に注入する為に、開閉蓋１６を開いて（ｄ）の状態にする必要があるが、あまり早く開くと、吐出口１２から空気が入り、空気の巻き込みが起こる可能性があるため、クリーニングロッド１１とプランジャー１３とが後退することにより吐出ヘッド１内に生じた空間、云いかえれば高圧発泡が開始した時点に吐出ヘッド１内に存在する空間、を高圧発泡したウレタン材料が満たす体積割合（以下、充填率と記すことがある）が８０％以上となった時点で開閉蓋１６を開くのが好ましい。
【００１５】
尚、開閉蓋１６の吐出口１２に接する表面は、シール性が要求されるので、ゴム等の弾性体であるのが好ましいが、突出口に対する摩擦力が強すぎると開閉に力を要し、タイミングのずれを生じる可能性があるので、開閉の方法、機構に応じた適度な特性のものを選ぶのが好ましい。
また、図３では開閉蓋１６は成型用型とは別個の物として描いているが、本発明は吐出ヘッド１内の空間に空気を入らせないようにすることが目的であり、吐出口１２に密着させた成型用型に開閉機構を持たせることにより、同等の効果を得ることができる。本発明は、かかる態様も含む物である。
【００１６】
本発明における高圧発泡とは、ウレタン材料としてのポリオール成分系とイソシアネート成分系とを、高圧下、好適には圧力５〜３０ＭＰａ、特には１０〜２０ＭＰａにて衝突混合させ、発泡させることをいう。
この場合に圧力圧力５〜３０ＭＰａが好適であるのは、圧力がこれよりも高圧であると吐出ヘッド１からの吐出液の供給量が多すぎて、ウレタンローラの注型には適さないためである。本発明の注型方法におけるウレタン材料の好適供給量は、１〜５０ｇ／ｓｅｃ、特には３〜４０ｇ／ｓｅｃである。
【００１７】
ウレタン材料として用いることのできるポリオール成分としては、特に制限はなく、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ＴＨＦ−アルキレンオキサイド共重合体ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分鹸化物、フォスフェート系ポリオール、ハロゲン含有ポリオール等を好適に用いることができる。
【００１８】
また、イソシアネート成分についても特に制限はなく、汎用であるＴＤＩ、ＭＤＩ、粗製−ＭＤＩ（ポリメリックＭＤＩ）、および変性ＭＤＩだけでなく、特殊なイソシアネートを用いても差し支えない。特殊なイソシアネートしては、例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、p 一フェニレンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、水添−ＸＤＩ、水添−ＭＤＩ、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス（イソシアネートフェニル）チオフォスフェート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、１，６，１１−ウンデカントリイソシアネート、１，８−ジイソシアネート−4 −イソシアネートメチルオクタン、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられ、これらも好適に用いることができる。
【００１９】
ウレタン材料としては、これらポリウレタン原料に加え、架橋剤、発泡剤（水、低沸点物等) 、界面活性剤、触媒等を添加することができ、これにより所望に応じた特性とすることができる。また、難焼剤や充填材、イオン導電剤や電子導電剤等の導電剤、公知の充填剤や架橋剤等を適宜使用することも可能である。イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリ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、変性脂肪酸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、エチル硫酸塩、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、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属や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。
【００２０】
また、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などを挙げることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
実施例１〜４
図１に示す、ボリオール成分系の貯蔵タンク２と、イソシアネート成分系の貯蔵タンク３と、吐出ヘッド１と、一対の油圧ピストン４ａ、４ｂと、油圧ピストン４ａ、４ｂの油圧回路間に設けられたオイルバイパス５ａ、５ｂとを備えた注型装置を用いて、吐出ヘッド１内で噴射圧力１５ＭＰａで両成分を噴出・衝突させ、ウレタン材料を高圧発泡させて成型用型内に注入することにより、ウレタンローラの注型を行った。
吐出ヘッド１としては、図３に示す、開閉蓋１６を備えたものを用い、タイマーの設定により、プランジャー１３が後退し、流入口１４ａ、１４ｂが開いて、両成分の噴出・衝突が開始し、高圧発泡したウレタン材料が吐出ヘッドの空間の体積の一定得割合を満たした時点で開閉蓋１６が開く形とした。開閉蓋１６の吐出口に接する側には、ゴム及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）フィルム層を、ＰＴＦＥフィルム層を表面として、設けた。
ウレタン材料のポリオール成分系およびイソシアネート成分系の配合内容は第１表に示す通りである。
【００２２】
開閉蓋１６を開くタイミングを、充填率を１００〜７０％に種々変えて実施した結果は、第２表に示す通りであった。
実施例１〜３で得られたウレタンローラは、空気の巻き込みも無く、ローラ部材として好適に使用し得るものであった。また、実施例４で得られたウレタンローラには、空気の巻き込みに起因する多少の孔が認められたが、ローラ部材として使用し得ない程のものではなかった。
【００２３】
比較例１
吐出ヘッド１としては、図２に示す、開閉蓋を備えていないものを使用した以外は、実施例１と全く同様に行った。
その結果は、第２表に示す通りであり、ローラの表面には、空気の巻き込みに起因する孔が多数存在し、ローラ部材としての性能に劣るものであることが、認められた。
【００２４】
【表１】
0003983525.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003983525.tif 000003
【００２６】
尚、第２表中の「結果」は、作成したローラの表面から見える部分に存在する、空気巻き込みに起因する径１ｍｍ以上の孔の数により、次の基準で評価した結果である。
○：０個    △：１〜３個    ×：４個以上
【００２７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、高圧発泡法における空気の巻き込みの問題点を解消して、表面性の悪化や密度の不均一、ローラ性能のバラツキ等の問題がなく、各種ローラ部材として好適に用いることのできるウレタンローラを、産業廃棄物を発生させず製造することができるウレタンローラの注型方法および注型装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】注型装置の構成の一例を示す説明図である。
【図２】従来の吐出ヘッドの一例及びその作動順序を示す説明図である。
【図３】本発明の吐出ヘッドの一例及びその作動順序を示す説明図である。
【符号の説明】
１  吐出ヘッド
２  ポリオール成分系の貯蔵タンク
３  イソシアネート成分系の貯蔵タンク
４ａ、４ｂ  油圧ピストン
５ａ、５ｂ  オイルバイパス
６ａ、６ｂ  分岐部
７ａ、７ｂ  循環流路
８ａ、８ｂ  吐出流路
１１  クリ−ニングロッド
１２  吐出口
１３  プランジャー
１４ａ、１４ｂ  流入口
１５  空間
１６  開閉蓋
【図１】
0003983525.tif 000004
【図２】
0003983525.tif 000005
【図３】
0003983525.tif 000006