(57)【要約】【課題】成形金型内にゴム材料を注入して成形されたゴムローラの長手方向に対して生じる外径の変化を低減する。【解決手段】円筒状内面を有するパイプ金型本体２と、パイプ金型本体２内に配置されるローラ軸体４を支持してパイプ金型本体２の両端にそれぞれ嵌合される一対の端部駒１，３とを有する。ゴム材料の注入側の端部駒３には注入用の穴３ａが設けられる。非注入側の端部駒１には、キャビティ内の空気は逃がし、かつ注入されたゴム材料を漏らさない空気抜き部１ｂが設けられる。キャビティ内にローラ軸体４を配置し、キャビティ内にゴム材料を注入した後にゴム材料を硬化させて成形されるゴムローラの成形金型において、パイプ金型本体２の円筒状内面が、注入側から非注入側に向かって内径が徐々に小さくなるテーパ形状に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状内面を有するパイプ金型本体と、該パイプ金型本体内に配置される軸体を支持して該パイプ金型本体の両端にそれぞれ嵌合される一対の端部駒とを有し、弾性材料の注入側の端部駒には注入用の穴が設けられ、非注入側の端部駒には、キャビティ内の空気を逃がし、かつ該キャビティ内に注入された弾性材料を漏らさない空気抜き部が設けられており、前記キャビティ内に前記軸体を配置し、前記キャビティ内に弾性材料を注入した後に弾性材料を硬化させて成形される弾性ローラの成形金型おいて、
前記パイプ金型本体の前記円筒状内面が、前記注入側から前記非注入側に向かって内径が徐々に小さくなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする弾性ローラの成形金型。
【請求項２】
前記パイプ金型本体は、前記円筒状内面における前記注入側の内径と前記非注入側の内径との差が５μm以上、かつ前記注入側の内径を基準として前記差が０．５％以下である、請求項１に記載の弾性ローラの成形金型。
【請求項３】
前記空気抜き部の断面積が０．０１ｍｍ2から０．０５ｍｍ2の範囲内であり、かつ前記空気抜き部が設けられた箇所が４箇所以下である、請求項１に記載の弾性ローラの成形金型。
【請求項４】
前記空気抜き部は、前記非注入側の端部駒を貫通して設けられた穴、又は、前記非注入側の端部駒の外周部に形成された溝である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性ローラの成形金型。
【請求項５】
前記弾性ローラが電子写真装置に用いられるゴムローラである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の弾性ローラの成形金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプリンタや複写機等のＯＡ（オフィス・オートメーション）機器に使用される各種弾性ローラを製造する際に、成形金型内に液状の弾性材料を注入し、硬化させて成形するための弾性ローラの成形金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に成形金型内に弾性材料としてのゴム材料を注入することで製造されるゴムローラは、円筒状のパイプ型と、このパイプ型の両端に嵌合される一対の端部駒との少なくとも３つの部材を備えて構成されている。一対の端部駒の一方には、ゴム材料を注入するための注入口が少なくとも１つ設けられている。また、ゴムローラの成形の際には、成形金型は、熱風炉や、金型形状にくり抜かれた加熱盤によってゴム材料の硬化温度まで加熱されている。ゴム材料として液状ゴムを使用する場合には、材料注入時の気泡の混入、いわゆる泡噛みの発生を防止する必要がある。このため、一般的には成形金型を立てた状態に配置し、成形金型の下側からゴム材料を注入し、キャビティ内の空気を非注入側の端部駒に設けられた空気逃げ及び材料オーバーフロー用の穴から逃がしている。そして、成形金型や軸体の寸法精度、ゴム材料の注入時のバラツキによって注入不足が起こらないように、最終的にゴム材料をオーバーフローさせて成形している。
【０００３】
しかしながら、この方法には、ゴム材料の歩留まりが低下する問題点がある。このため、非注入側の端部駒を密閉系に構成し、キャビティ内の空気を逃がすとともに、注入されたゴム材料は逃がさない成形方法が知られている(例えば特許文献１)。しかしながら、この方法の場合には、加熱硬化中には、熱膨張等によって非注入側からゴム材料は漏れないものの、注入側の端部駒が開放系であるため、注入された材料が、注入側の端部駒から成形金型外に若干漏れる。そのため、成形されたゴムローラの外径は、非注入側の方が注入側に比較して大きくなる傾向にある。今日の高精細化された複写機やプリンタ等のＯＡ機器では、ゴムローラの両端の外径の差が、画像ムラ等を招く不良の原因となるので、１０μm以下に抑えるのが好ましく、上述した方法は現状の要求には合わなくなっている。
【０００４】
これに対して、ゴムローラを成形する際に金型を加熱する加熱盤の温度を長手方向に対して変化させ、熱収縮によって外径の長手方向における差を吸収する方法が提案されている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００７−１８５８５７号公報
【特許文献２】特開平１１−１２９３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の方法では、加熱盤自体の熱膨張が長手方向において異なることになるので、加熱盤自体に反りが発生する恐れがある。また、加熱盤に所定の温度分布を付与した場合であっても、熱伝導によって成形金型の長手方向に対する温度差が小さくなるので、加熱盤の長手方向に対する温度差をより一層大きく設定する必要があるため、加熱盤に反りが発生する可能性が高くなる。また、加熱盤に反りが発生するのを防ぐために、長手方向に対する温度設定の分布に合わせて加熱盤を複数に分割して構成する方法もある。しかしながら、加熱盤を複数に分割した場合、成形金型自体が長手方向に対して不均一に熱膨張するので、成形金型自体が曲がる可能性がある。
【０００６】
また、加熱盤に温度分布を付与する場合には、温度制御を精度良く行うために温度設定の分布に合わせて、それぞれに測温体や温度調節機構を備える必要があり、加熱盤自体の製造コストの増加につながる。このような状況であるので、ローラの成形金型の更なる改良が望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明は、パイプ金型本体の円筒状内面をテーパ状に形成することによって、弾性ローラの長手方向に対して生じる外径の変化を低減することができる弾性ローラの成形金型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】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明に係る、弾性ローラの成形金型は、円筒状内面を有するパイプ金型本体と、パイプ金型本体内に配置される軸体を支持してパイプ金型本体の両端にそれぞれ嵌合される一対の端部駒とを有し、弾性材料の注入側の端部駒には注入用の穴が設けられ、非注入側の端部駒には、キャビティ内の空気は逃がし、かつキャビティ内に注入された弾性材料を漏らさない空気抜き部が設けられており、キャビティ内に軸体を配置し、キャビティ内に弾性材料を注入した後に弾性材料を硬化させて成形される弾性ローラの成形金型おいて、パイプ金型本体の円筒状内面が、注入側から非注入側に向かって内径が徐々に小さくなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加熱盤に温度傾斜を設定する必要が無いので、温度傾斜に起因する加熱盤の反りが発生じるのを防ぐことができる。また、本発明によれば、注入側と非注入側の端部駒の構造に起因して弾性ローラの長手方向に生じる外径差を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る具体的な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明の成形金型は、円筒状内面を有するパイプ金型本体と、パイプ金型本体内に配置されるローラ軸体を支持してパイプ金型本体の両端にそれぞれ嵌合される一対の端部駒とを有する。注入側の端部駒には注入用の穴が設けられている。非注入側の端部駒には、キャビティ内の空気を逃がし、かつ注入された弾性材料としてのゴム材料を漏らさない空気抜き部が設けられている。この成形金型には、キャビティ内にローラ軸体を配置し、キャビティ内にゴム材料を注入した後にゴム材料を硬化させて、弾性ローラとしてのゴムローラが成形される。そして、パイプ金型本体の円筒状内面が、注入側から非注入側に向かって内径が徐々に小さくなるテーパ形状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
次に、好ましい実施形態を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
【００１３】
パイプ金型本体２の内径や長さは、特に限定しないが、一般的な電子写真装置等の画像形成装置に用いられるゴムローラの場合には、例えばＡ４用紙やＡ３用紙サイズに対応したものが主である。そのようなゴムローラの内径及び長さは、内径が概ねφ８mmからφ２５mm程度であり、長さはＡ４用紙サイズの場合には概ね２１０mmから２５０mm程度、Ａ３サイズ用紙の場合には概ね３００mmから３５０mm程度である。
【００１４】
パイプ金型本体２の円筒状内面をテーパ形状に加工する方法としては、例えば、パイプ金型本体２の円筒状内面を所望の寸法よりも数μm〜数十μm小さいテーパ形状の内面を旋盤等で予め加工した後に、ホーニング盤を用いて行われる。ホーニング盤の押し込みストロークに連動して、砥石の拡幅量を調整することで、所望の寸法のテーパ形状に仕上げる方法が挙げられる。
【００１５】
例えば縦型ホーニング盤を用いて、このホーニング盤にパイプ金型本体２を立てた状態でセットし、例えばパイプ金型本体２の円筒状内面を上方から下方に向かって内径が徐々に大きくなるテーパ形状を形成する方法が挙げられる。この場合には、パイプ金型本体２の上側から砥石を挿入し、ホーニング加工を行い、砥石のストロークを下側に進めるのに伴って、そのストロークに連動して砥石の拡幅量を徐々に増やして、所望の寸法のテーパ形状を仕上げる。また、逆に、パイプ金型本体２の円筒状内面を上方から下方に向かって内径が徐々に小さくなるテーパ形状を形成する方法もある。この場合には、パイプ金型本体２の上側から砥石を挿入しホーニング加工をし、砥石のストロークを下側に進めるのに伴って、そのストロークに連動して砥石の拡幅量を徐々に減らして、所望の寸法のテーパ形状を仕上げる。
【００１６】
また、他の加工方法としては、パイプ金型本体２の円筒状内面を旋盤加工によって直径で２μｍ〜７μm程度の段差をなす複数のストレート部を形成し、長手方向に対して所定の内径差を予め付ける方法が挙げられる。そして、ストレート部の内径に合わせてホーニング盤の砥石の拡幅量を調整し、かつ、段差部分をホーニング加工によって滑らかにつなぐことで、所望の寸法のテーパ形状が形成される。
【００１７】
このとき、パイプ金型本体２の円筒状内面の内径差は、ストレート形状のパイプ金型本体で成形されたゴムローラの外径差を基準にして、熱収縮、硬化収縮等を考慮し決定する必要がある。しかしながら、内径差が５μm未満である場合には、内径差が加工精度のバラツキの範疇に収まったり、実際に成形されたゴムローラを用いた画像品質においても差が現れにくくなったりするので、テーパ形状によって得られる効果が小さくなってしまう。このため、パイプ金型本体は、円筒状内面における注入側の内径と非注入側の内径との差が５μm以上であるのが好ましい。
【００１８】
また、注入側の端部駒が開放系で、非注入側の端部駒が密閉系である成形金型で、かつ、パイプ金型本体２の円筒状内面がストレート形状に形成された成形金型を用いた場合には、注入側で熱膨張による材料の漏れ等が生じることがある。このため、このような成形金型で成形されたゴムローラは、一般的に非注入側の外径が注入側の外径に比べて相対的に大きくなる傾向にある。この外径が大きくなる割合は、材料の熱膨張率や成形温度等に応じて異なるが、０．５%程度が最大である。このため、成形金型のパイプ金型本体２の内径は、内径が大きい注入側を基準（１００％）として、非注入側の内径を最大で０．５％程度小さくすることで、長手方向に対するゴムローラの外径差が１０μm以下に抑えられたゴムローラを得ることができる。
【００１９】
ゴムローラの成形方法としては、一般には、パイプ金型本体２と、パイプ金型本体２の両端部に嵌合される一対の端部駒１，３とを有する成形金型内にローラ軸体４をセットし、一方の端部駒３からゴム材料をキャビティ内に注入する。
【００２０】
注入側の端部駒３には、ゴム材料を注入するための穴３ａが少なくとも１つ設けられている。また、非注入側の端部駒１には、キャビティ内の空気を逃がすものの、注入されたゴム材料を漏らさない空気抜き部１ｂを有する密閉系であり、少なくとも１つの空気抜き部１ｂが設けられている。この空気抜き部１ｂとしては、非注入側の端部駒１を貫通して設けられた穴、又は、非注入側の端部駒１の外周部に形成された溝である。
【００２１】
ゴム材料の注入後には、成形金型から材料注入ノズル１２を離した後、成形金型を熱風炉、又は成形金型を挟み込む加熱ブロック６ａ，６ｂ，６ｃ等で加熱し、成形金型内のゴム材料を硬化させる。ゴム材料の加熱硬化後は、一般には成形金型を冷却した後に、成形金型内からゴムローラを取り出す。
【００２２】
非注入側の端部駒１に設けられる空気抜き部１ｂは、注入するゴム材料にもよるが、直径０．２ｍｍ以下の穴、又は非注入側の端部駒１の嵌合部に深さ０．０５ｍｍ程度の溝状に削ることで形成される。この空気抜き部１ｂは、注入されたゴム材料を漏らさずに、キャビティ内の空気だけを逃がすことができる。また、この空気抜き部１ｂをなす溝又は穴における通気方向に直交する断面積は０．０１ｍｍ2〜０．０５ｍｍ2程度の範囲内、好ましくは０．０１ｍｍ2〜０．０３ｍｍ2程度の範囲内である。空気抜き部１ｂを設ける箇所の個数は、少なくとも１つあれば機能するが、成形金型の加工性を考慮すると４箇所以下にするのが好ましい。
【００２３】
ゴムローラを成形するゴム材料としては、例えば天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッソゴム、塩素ゴム等の、いずれが用いられても良い。また、弾性材料としては、必要に応じて、例えば導電材や充填材、硬化剤や触媒等を適宜分散させて用いられても良い。
【００２４】
弾性材料に分散させることができる導電材としては、例えばカーボンブラック、導電性カーボン等のカーボン類、及び金属粉、導電性の繊維、あるいは酸化スズ等の半導電性金属酸化物粉体、さらにこれらの混合物等いずれであっても良い。導電材の含有量等によって電気抵抗を適宜調整することができる。
【実施例】
【００２５】
本発明のゴムローラの成形金型を、電子写真装置用の現像ローラの成形に適用した実施例を説明する。現像ローラの成形に際して、円筒状内面を有するパイプ金型本体２と、パイプ金型本体２の両端部にそれぞれ嵌合されローラ軸体４を支持する一対の端部駒１、３とを有する成形金型を用意した。成形金型の材質としては、日立金属社製のプリハードン鋼のＣＥＮＡ１である。
【００２６】
実施例として、成形金型のパイプ金型本体２の内面形状が注入側の内径がφ１６．３４ｍｍ、非注入側の内径がφ１６．３２ｍｍ、円筒部の長さが２４０mmに形成されてテーパ形状にされた成形金型を用いた。このとき、円筒状内面の内径差は直径で２０μm、内径が大きい注入側を基準にすると、内径差は、０．１２％である。注入側の端部駒３には、注入用の穴３ａとして、φ１．８mmの８つの穴がそれぞれ設けられている。また、非注入側の端部駒１には、空気抜き部１ｂとしての溝が、パイプ金型本体２との嵌合部の４箇所に、深さ０．０５mmで削られて形成されることで、キャビティ内の空気は逃がし、かつ注入されたゴム材料を漏らさないように形成した。このとき、空気逃げ部１ｂをなす溝の断面積は、０．０２３ｍｍ2である。また、パイプ金型本体２及び一対の端部駒１，３の外径はすべてφ２６mmに統一されている。
【００２７】
現像ローラの成形工程では、図４及び図５に示すように、上述した成型金型が、金型受け１０及び金型押さえ１１によって支持される。また、成形工程では、注入ノズル１２、射出バルブ１３、射出シリンジ１４、射出用モータ１５、スタティックミキサ１６、ミキシングブロック１７、材料ポンプ１８等を用いて、成形金型へのゴム材料の注入が行われる。
【００２８】
まず、成形金型のキャビティ内に外径φ８mm×長さ２６０ｍｍのローラ軸体４（快削鋼ＳＵＭ２４Ｌ製）をセットした後、この成形金型を、図４に示すように、金型形状にくり抜かれた２枚のジュラルミン製の加熱ブロック６によって挟み込み、３分間予熱した。続いて、注入側の端部駒３から、導電性カーボンが配合された２液混合型の熱硬化性シリコーンゴム材料を３７ｃｃ注入し、シリコーンゴム材料を３分間加熱し、硬化させた。このとき、ジュラルミン製の加熱ブロック６は、長手方向に対して３分割されており、それぞれの加熱ブロック６にヒータ７及び測温体８が設けられ、それぞれの加熱ブロック６で任意に加熱温度が設定できるように構成されている。また、ジュラルミン製の加熱ブロック６について、注入側ブロック６ｃ、中央部ブロック６ｂ、非注入側ブロック６ａの３つの加熱ブロック６の温度設定はすべて１１５℃に設定した。
【００２９】
ゴム材料の硬化後、ジュラルミン製の加熱ブロック６から成形金型を取り出し、成形金型形状にくり抜かれて、２０℃に調節された冷却水が循環する２枚のジュラルミン製の冷却ブロックによって成形金型を３分間挟み込み、成形金型を冷却した。成形金型の冷却後、成形された現像ローラを取り出した。
【００３０】
なお、内径が大きい注入側を基準にするときの内径差は、０．５％以下にするのを本実施例の適用範囲とするが、ローラ長、材料注入圧力、加熱ブロックの温度等によって、実験的に制御可能な範囲である。すなわち、ゴム材料の注入圧力が高くなれば、注入ノズル１２を外した際の注入側と非注入側との圧力差はより高くなるので、注入側と非注入側のパイプ金型本体２の内径差は、更に大きくする必要があり、本実施例よりも内径差（％）が大きな値をとることになる。また、加熱ブロック６の加熱温度が、本実施例よりも高い場合には、熱膨張の影響による材料の漏れが大きくなる。このため、この場合には、パイプ金型本体の内径差を大きくする方向に修正することになる。このようにして、実施例を考えたときに、対応可能と考えられる内径差は、０．５％が限度である。
【００３１】
比較例として、成形金型のパイプ金型本体２aの内面形状がφ１６．３４mmのストレート形状に形成された成形金型を用いた。また、パイプ金型本体２aの外径は、実施例１と同様にφ２６mmとし、円筒部の長さも実施例１と同様に２４０mmとした。また、注入側の端部駒３、非注入側の端部駒１としても、実施例１と同形状のものを用いた。また、ジュラルミン製の加熱ブロック６の温度設定は、実施例１と同様に３つのブロック６ａ，６ｂ，６ｃともに１１５℃に設定した。その他、成形金型の予熱時間、ゴム材料の注入量、現像ローラの硬化時間、冷却条件等の条件は、すべてが実施例１と同じである。
【００３２】
参考例として、比較例と同じ成形金型のパイプ金型本体２ａの内面形状がφ１６．３４mmのストレート形状に形成された成形金型を用いた。また、ジュラルミン製の加熱ブロック６の温度設定を注入側ブロック６ｃ及び中央部ブロック６ｂを１１５℃に設定し、非注入側ブロック６ａを１２０℃に設定した。また、パイプ金型本体２ａの外径は、実施例１と同様にφ２６mmとして、ゴム材料の注入側の端部駒３、非注入側の端部駒１は、実施例と同形状のものを用いた。その他、成形金型の予熱時間、ゴム材料の注入量、現像ローラの硬化時間、冷却条件等の条件は、すべてが実施例と同じである。
【００３３】
これら実施例、比較例、参考例においてそれぞれ成形された現像ローラの外径をキーエンス社製の外径測定器ＬＳ−７０００(センサヘッド部ＬＳ−７０３０Ｍ)を用いて測定した。現像ローラの外径の測定箇所として、現像ローラの中央部及び中央から５５ｍｍ、１１０ｍｍの５点を測定し、外径差を比較した。
【００３４】
図６に示すように、現像ローラ５の外径を、便宜的に注入側から順にそれぞれＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５とし、各点での外径の測定結果を表１に示す。近年の高精細化された電子写真装置用の現像ローラとしては、長手方向での外径差は、１０μm以下にするのが好ましく、本実施例では、外径差が１０μm以下のものを良品（ＯＫ）とした。
【００３５】
実施例において成形された現像ローラは、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５との外径差が３μmとなっており、ほぼストレート形状を示しており、最大径と最小径の差も、５μm以下であり、製品として問題がない範囲の外径差であった。
【００３６】
一方、比較例の成形金型は、非注入側の端部駒が密閉系であり、一方、注入側の端部駒はゴム材料の注入後に注入ノズルが取り外されて開放系となり、熱膨張等によって注入側のゴム材料の漏れ等が生じた。このため、比較例において成形された現像ローラは、非注入側Ｄ５の外径が注入側Ｄ１と比較し、１４μm程度大きくなった。
【００３７】
すなわち、実施例によれば、パイプ金型本体の円筒状内面を非注入側に向かって内径を徐々に小さくすることによって、比較例において生じる非注入側のゴムローラの外径が大きくなるのが補正され、ほぼストレート形状をなす現像ローラを得ることができた。
【００３８】
参考例は、従来技術で行われていたことの追試に相当するので、現像ローラの寸法としては望ましい結果が得られる。参考例では、加熱ブロックの温度を、非注入側を高くすることによって熱収縮が大きくなったため、比較例で説明したようなゴム材料の漏れによってゴムローラの注入側の外径が小さくなる現象が解消された。したがって、参考例で成形されたゴムローラは、非注入側Ｄ５の外径が所望の寸法に近くなるように小さくなり、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５との外径差が８μmであり、製品として問題がないレベルに収まった。但し、参考例は、加熱ブロックの温度差を設定したことによる歪の発生に関する問題が残っている。
【００３９】
以上のことから、実施例は、加熱ブロックに温度分布を付けなくても、パイプ金型本体の内径を１０μｍから２０μm程度のテーパ形状に形成することによって、ほぼストレート形状のゴムローラを成形することができた。したがって、実施例は、加熱ブロックに温度分布を付けた場合と同様に外径差を１０μm以下に抑えることができた。
【００４０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例で用いた金型を示す断面図である。
【図２】比較例及び参考例で用いた金型を示す断面図である。
【図３】実施例、比較例及び参考例で用いた非注入側の端部駒を示す斜視図である。
【図４】実施例、比較例及び参考例で用いた加熱ブロックを示す斜視図である。
【図５】実施例、比較例及び参考例で用いた現像ローラの成形装置を示す模式図である。
【図６】実施例、比較例及び参考例で成形された現像ローラの外径の測定点を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  非注入側の端部駒
１ｂ  空気抜き部
２  パイプ金型本体
３  注入側の端部駒
３ａ  注入用の穴
４  ローラ軸体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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