(57)【要約】【課題】低コストでしかも高精度な内面を有する筒状金型の製造方法を提供する。【解決手段】筒状金型を形成するに際し、鋳鉄製パイプ８の内面８ｂを機械加工したあと、鋳鉄製パイプ８の内面８ｂにメッキを施し、その後、研削加工する。【選択図】図２
2011084002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄製パイプの内面を機械加工したあと、前記鋳鉄製パイプ内面にメッキを施し、その後、研削加工することを特徴とする筒状金型の製造方法。
【請求項２】
完成した前記筒状金型の内径を第１の径とし、前記メッキ施工後の内径を第２の径として、前記研削加工を行うに際し、第２の径を有するフロントガイド部と、周方向に間隔をおいて砥粒が配設された砥石部と、第１の径を有するバックガイド部とが先端から順に軸方向に並べられたホーニングツールの先端を、前記鋳鉄製パイプの半径方向内側の一端に差し込んだあと、該ホーニングツールを軸方向他端まで前進させることにより、前記筒状部内面を加工することを特徴とする請求項１に記載の筒状金型の製造方法。
【請求項３】
前記研削加工を行うに際し、前記鋳鉄製パイプの半径方向内側の他端から一端に向かって潤滑液を流動させることを特徴とする請求項２に記載の筒状金型の製造方法。
【請求項４】
前記メッキの厚さを20μm以上とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒状金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ローラの成形等に用いられる筒状金型を製造する方法に関し、特に、安価でかつ高精度な成形が可能な金型を製造するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
金型を用いて、芯金の周囲に弾性層を配置してなる導電性ローラを成形する場合、図１に断面図で示すような筒状部よりなる金型１０を準備して芯金１６をこの金型１０の半径方向内側に配置したあと、樹脂製のキャップ１１、１２で金型１０の両端を閉止するとともに、芯金１６の両端をキャップ１１、１２を介して金型１０に固定し、次いで、キャップ１１に形成されている注入口１３から、弾性層となる材料をキャビティ１５内に注入して加熱し固化させる。このとき、キャビティ内のエアは、キャップ１２に形成されているベント穴１４から排出される。
【０００３】
弾性層１７の外周面の精度は導電性ローラの品質において極めて重要であり、そのためには、以上に説明した製造方法から明らかなように、弾性層１７の外周面に転写される金型の内面１０ａの精度を向上させることは重要な課題である。
【０００４】
従来、上記のような導電性ローラ用の金型１０を製造するための方法として、主に２つの方法が実施されており、第１の方法は、棒状鋼材をガンドリルを用いて穴あけ加工する方法であり（例えば、特許文献１参照。）、第２の方法は、配管などに用いられる引抜鋼管を用いる方法である（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−１２０２０号公報
【特許文献１】特開平６−２６９８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、第１の方法は、ガンドリルを用いたことによって同軸度がφ0.01mmの内面を得ることができるが、加工時間が膨大なものとなり、その結果、金型を製作する際のコストが極めて高くなってしまうという問題がある。また、第２の方法は、引抜鋼管を用いるのでコストは安いが、引抜鋼管の製作の際の曲矯正工程で内面にうねりが発生しており、このうねりを除去するためにホーニング仕上げを行っているが、通常のホーニング仕上げでは、このうねりを効果的に取ることは難しく、同軸度がφ0.03mm程度の内面しか得ることができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、低コストでしかも高精度な筒状金型の製造方法を提供することを目的とし、具体的には、第１の方法と同程度の同軸度の内面を形成することができ、しかも、第２の方法と同程度のコストで製作できることのできる筒状金型の製造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】
【０００８】
＜１＞は、鋳鉄製パイプの内面を機械加工したあと、前記鋳鉄製パイプ内面にメッキを施し、その後、研削加工することを特徴とする筒状金型の製造方法である。
【０００９】
＜２＞は、＜１＞において、完成した前記筒状金型の内径を第１の径とし、前記メッキ施工後の内径を第２の径として、前記研削加工を行うに際し、第２の径を有するフロントガイド部と、周方向に間隔をおいて砥粒が配設された砥石部と、第１の径を有するバックガイド部とが先端から順に軸方向に並べられたホーニングツールの先端を、前記鋳鉄製パイプの半径方向内側の一端に差し込んだあと、該ホーニングツールを軸方向他端まで前進させることにより、前記筒状部内面を加工することを特徴とする筒状金型の製造方法である。
【００１０】
＜３＞は、＜２＞において、前記研削加工を行うに際し、前記鋳鉄製パイプの半径方向内側の他端から一端に向かって潤滑液を流動させることを特徴とする筒状金型の製造方法である。
【００１１】
＜４＞は、＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、前記メッキの厚さを20μm以上とする筒状金型の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
＜１＞によれば、前記筒状部の主材料として加工しやすい鋳鉄製パイプを用いるので、加工時間を短くして加工コストを低減することができ、しかも、鋳鉄材料を用いた場合、機械加工後に空洞部分となっていた巣が内側表面に表出してしまうという現象を、内側表面にメッキを施することにより解消することができ、さらに、メッキ処理後に研削加工を行うことにより、メッキ処理の際、巣に対応するメッキ部分に生じた突起を無くして滑らかな表面にすることができる。
【００１３】
＜２＞によれば、前記研削加工を行うに際し、第２の径を有するフロントガイド部と、周方向に間隔をおいて砥粒が配置された砥石部と、第１の径を有するバックガイド部とが先端から順に軸方向に並べられたホーニングツールの先端を、前記鋳鉄製パイプの半径方向内側の一端に差し込んだあと、該ホーニングツールを軸方向他端まで前進させることにより、前記筒状部内面を加工するので、メッキ後の表面を精度良くホーニング加工することができる。
【００１４】
＜３＞によれば、前記研削加工に際して、前記鋳鉄製パイプの半径方向内側の他端から一端に向かって潤滑液を流動させるので、加工により発生した切り粉の目詰まりを防止することができ、これによって軸方向長さの長い金型であってもこれを問題なくホーニング加工することができる。
【００１５】
＜４＞によれば、前記メッキの厚さを20μm以上としたので、巣の大きさが通常の10μmであれば、巣によって形成された凹部を完全に覆うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】導電性ローラを形成するのに用いられる筒状金型を示す断面図である。
【図２】筒状金型の製造方法における製造工程を説明するための、筒状金型の変化を示す断面図である。
【図３】筒状金型加工機を模式的に示す断面図である。
【図４】筒状金型加工機を構成するホーニングツールを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る実施形態の筒状金型の製造方法を、図を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、導電性ローラを成形用の筒状金型を例にして、筒状金型の製造工程における、筒状金型の変化を示す断面図であり、図中、８は筒状金型の材料である鋳鉄製パイプを、８ａは、鋳鉄製パイプの外周面を、８ｂは、鋳鉄製パイプの内周面を、それぞれ表す。
【００１８】
この製造方法においては、まず、図２（ａ）に示すような鋳鉄製パイプ８を準備し、次いで、鋳鉄製パイプ８の内面８ｂを旋盤等を用いて、図２（ｂ）に示すよう機械加工する。このとき、金型１０の内面の仕上がり径をD1とすると、機械加工の仕上がり径は、D1より大きいD0とする。次いで、このとき、パイプ８は鋳鉄製であるので、内部に隠れていた鋳造時の巣が凹部２６となって露出する可能性がある。ここで、鋳鉄製パイプ８の外面８ａも、鋳放しの面なので、内面８ｂの機械加工に前後して粗加工をしておくのがよい。
【００１９】
次いで、機械加工した面８ｂの上に（内周側に）メッキ９を施す。メッキ９の厚さは、これが薄ければ、凹部２６に対応する部分のメッキ９の表面は、凹部２６の影響によって凹んでしまうので、所定の厚さ以上が必要である。メッキ９の厚さは、凹部２６の深さの２倍以上とするのが好ましく、凹部２６の深さを一般的な10μmとすると、メッキ厚さを20μmとするのが好ましい。また、メッキの厚さは、メッキの表面における内径が、仕上がり径D1より小さいD2とすることも考慮して設定する必要がある。
【００２０】
このとき、メッキ９の、凹部２６に対応した表面には、図２（ｃ）に示すように、突起２７ができる。メッキ後、この突起２７を削り落とすため、併せて、金型１０の内面を所定の内径寸法D1にするため、図２（ｄ）に示すように、研削加工を施す。
【００２１】
研削加工の際、メッキ９が鋳鉄製パイプ８と剥離することがあり、これを防止するためには、メッキ処理をする前の酸洗いといわれる前処理を標準よりも強めに又多めに行うのが好ましい。また、メッキ９と鋳鉄製パイプ８との剥離を防止するためには、通常の無電解ニッケルメッキよりもボロン添加タイプの無電解ニッケルメッキを用いるのが好ましい。
【００２２】
研削加工にはワンパスホーニングと言われる方法を用いると仕上がり精度を高めることができ好ましい。以下にワンパスホーニングを用いた方法について説明する。図３は、ワンパスホーニングの方法に用いられる筒状金型加工機を模式的に示す断面図であり、筒状金型加工機２０は、金型１０の内面１０ａをワンパスホーニング加工するホーニングツール１と、ホーニングツール１に軸方向の微振動を与えつつ回転させながら軸方向他端まで前進させるツール駆動装置４０と、潤滑液３５を収容する密閉タンク３１と、金型１０の一端１０ｂを上にして潤滑液に浸漬される金型の他端１０ｃを支持するストッパ治具３２と、金型１０の一端１０ｂの、軸方向と直交する方向の変位を抑制する金型上端固定治具と、潤滑液３５を加圧して密閉タンク３１に送り込む加圧ポンプ（図示せず）と、を具えて構成される。
【００２３】
以下の説明において、金型１０の内面の仕上がり時の直径D1を第１の径と呼び、金型１０がワンパスホーニング加工される前の内径、すなわち、メッキ後の内径を第２の径D2と呼ぶこととする。ホーニングツール１は、第２の径D2を有するフロントガイド部２と、周方向に間隔をおいて砥粒７が電着された砥石部３と、第１の径D1を有するバックガイド部４とが先端から順に軸方向に並べて構成される。
【００２４】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、３種類のホーニングツール１ａ、１ｂ、１ｃを例示する側面図であり、いずれの例においても、軸方向後端側に第１の径D1を有するバックガイド部４が配置され、それらの間に砥石部３が設けられていている。砥石部３に電着される砥粒７はいずれも周方向に間隔をおいて配置されているが、その配置パターンが図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で異なっていて、図４（ａ）に示したものは、砥粒７を軸方向にストレートに配置したもの、図４（ｂ）に示したものは、砥粒７をらせん状に配置したもの、また、図４（ｃ）に示したものは、ストレート配置であるが、軸方向に２段に分かれて配置されている。
【００２５】
また、ツール駆動装置４０は、ホーニングツール１の中心軸線に回転中心を合致させて取り付けられる駆動軸５を、回転させる回転駆動部４１と、せながら軸方向に往復駆動する駆動部４１と、駆動軸５を軸方向に加振する加振手段４２と、回転駆動部４１および加振手段４２を支持する支持プレート４９を、駆動軸５の回転と同期させて上下させる上下駆動部（図示せず）とを具え、ツール駆動装置４０は、この構成により、ホーニングツール１に軸方向の微振動を与えつつ回転させながら金型１０の軸方向一端から他端まで前進後退させることができるようになっている。
【００２６】
加振手段４２は、例えば、回転するカム４３と、ストッパ４５によって回転を規制されるとともに軸方向の移動を許容されたカムフォロア４４と、カムフォロア４６をいつも上に引き上げるバネ４６を具えて構成することができ、この場合、カムフォロア４４と駆動軸５とを、相互の回転を許容し、軸方向の相対変位を拘束するような形態で連結することにより、カム４３が回転するのに伴って、カムフォロア４４はバネ４６の力によって引っ張られて上下に振動し、その結果、カムフォロア４４に上下方向の変位を拘束された駆動軸５を上下に振動させることができる。
【００２７】
ツール駆動装置４０に関して重要な点は、ツール駆動装置におけるホーニングツール回転中心と、金型上端固定治具の軸中心との同軸度を小さく抑えることであり、好ましくは、これをφ0.01mm以下とすることにより、金型の内面１０ａの同軸度を0.01mm以内に収めることができる。
【００２８】
ここで、ストッパ治具３２を、金型１０を内側に収容する筒状部材で構成し、筒状部材の上部に、密閉タンク３１の上蓋に気密に取り付けられる取付部３６を配設し、筒状部材の下部に、金型１０の他端１０ｃの端面を支持する下端支持部３７を設ければ、ストッパ治具３２を簡易に構成することができ、このとき、筒状部材の長さ方向中央部に、潤滑液を筒の内外に連通させる開口部３８を形成することにより、潤滑液をタンク３１内で対流させることにより、金型１０を冷却することができ好ましい。
【００２９】
また、取付部３６のさらに上側には、金型上端１０ｂを半径方向内側に嵌合させて支持するリング支持部３９を設けてパイプ部材３０の上端を固定する固定治具とすることが好ましく、これによって、金型上部の中心軸の変位を抑えるとともに、半径方向内側に加える力を周方向で均一にすることができる。ここで、リング支持部３９として、周方向に切り込みが４つ以上あるコレットチャックを用いることができる。これにより、例えば、スクロールチャックのように周方向３カ所で中心の位置を決める手段に対比して、金型を多角形的に変形させることがない。なお、図３において、符号３３は、コレットチャックを締める締め付けリングを表す。
【００３０】
そして、加圧ポンプから供給される潤滑液３５を液槽３１に流入させるための潤滑液流入口２１を液槽３１の側面に取付けるのが好ましい。
【００３１】
また、パイプ部材３０の一端３０ｂから噴出する潤滑液３５ａを回収する回収タンク（図示なし）を設け、加圧ポンプを、この回収タンクの潤滑液を吸い込んで加圧するように構成し、潤滑液経路の、加圧ポンプの前又は後に潤滑液を冷却するクーラー（図示なし）を配設することにより、潤滑液を循環利用することができ、しかも、その際の潤滑液を昇温を抑えることができる。その際、回収タンク内には、切り粉を吸着させる磁石を配設して、切り粉２３が潤滑油に混ざらないようにするのが好ましい。
【００３２】
このような筒状金型加工機２０を用いて、金型をホーニング加工するには、次のようにする。すなわち、ホーニングツール１の先端を、第２の径D2の内径を有するメッキ処理後の鋳鉄製パイプ８の内側の一端に差し込んだあと、ツール駆動装置４０を駆動させて、ホーニングツール１に軸方向の微振動を与えつつこれを回転させながら金型１０の軸方向他端まで前進させればよく、これによって高精度の内面ホーニングを行うことができる。
【００３３】
この加工において、例えば加圧ポンプを作動させて、パイプ８の内側の他端から一端に向かって潤滑液３５を流動させることにより、長さの長いパイプ８の加工が可能となる。すなわち、パイプ８の長さが、本発明が対象としている200mmを越えるものになると、単にホーニングツール１に潤滑油を注ぐだけでは、切り粉が十分に排出できず最後まで加工することができないので、パイプ８の内側の他端から一端に向かって潤滑液３５を流動させることは重要である。
【符号の説明】
【００３４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ    ホーニングツール
２    フロントガイド部
３    砥石部
４    バックガイド部
５    駆動軸
７    砥粒
８    鋳鉄製パイプ
８ａ    鋳鉄製パイプの外面
８ｂ    鋳鉄製パイプの内面
９    メッキ
１０    金型
１０ａ    金型の内面
１１、１２    キャップ
１３    注入口
１４    ベント穴
１５    キャビティ
１７    弾性層
２０    筒状金型加工機
２１    潤滑液流入口
２５    巣
２６    凹部
２７    突起
３１    密閉タンク
３２    ストッパ治具
３３    締め付けリング
３５、３５ａ    潤滑液
３６    ストッパ治具の取付部
３７    ストッパ治具の下端支持部
３８    ストッパ治具の開口部
４０    ツール駆動装置
４１    回転駆動部
４２    加振手段
４３    カム
４４    カムフォロア
４５    ストッパ
４６    バネ
４９    支持プレート
【図１】
2011084002.tif 000003
【図２】
2011084002.tif 000004
【図３】
2011084002.tif 000005
【図４】
2011084002.tif 000006