(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の外周に長手方向にわたって合成樹脂層を被覆したローラを製造する装置であって、芯金をその周囲に合成樹脂充填空間を設けて内装する筒形状を有し、開口端から所定範囲を傾斜内周面となして、両端所定範囲に内径が開口端に向かって拡径する空間を形成した筒状金型と、前記筒状金型の両端にそれぞれ配置されて芯金の端部を保持しつつ筒状金型の開口端を閉止する部材であり傾斜外周面を有するとともに芯金の軸端を受け入れて保持する軸端保持孔を径方向中心に有する前記筒状金型の拡径空間に相補的に嵌合する山形嵌合体を設けた芯金保持部材と、前記筒状金型の外周面をカバーする部材であり、前記筒状金型を装着するために筒状金型の外径より若干大きい内径の貫通孔を有したベース金型と、前記芯金保持部材を前記ベース金型の両端部に締結する手段とを備えたローラの製造装置。
【請求項２】
筒状金型の外径とベース金型内径のクリアランスが０．０１〜０．５ｍｍである請求項１記載のローラ製造装置。
【請求項３】
ベース金型の外周及び芯金保持部材の外周に鍔部をそれぞれ対面させて設けるとともに、ベース金型の鍔部と芯金保持部材の鍔部とを対面させたときに、前記山形嵌合体の傾斜外周面と前記筒状金型の傾斜内周面とが全面にわたって当接する位置関係で設定し、前記山形嵌合体が筒状金型の拡径空間に相補的に密に嵌合するように鍔部の形成位置を設定した請求項１記載のローラの製造装置。
【請求項４】
対面する鍔部の接合予定面の背面側を傾斜面となし、当接状態の鍔部の外面をへルールクランプで締結した請求項３記載のローラの製造装置。
【請求項５】
芯金の外周に被覆する合成樹脂層が硬化型液状樹脂からなる請求項１〜４のいずれかに記載のローラの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザープリンターまたはファクシミリの受信装置などの画像形成装置において、電子写真プロセスを採用した電子写真装置に組み込まれる現像ローラ、帯電ローラおよび転写ローラなどの弾性ローラの製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置に組み込まれるローラとしては、感光ドラムなどの静電潜像担持体の表面を帯電する帯電ローラ、トナーを前記静電潜像担持体へ供給し静電潜像を顕在化させて現像を行う現像ローラ、その顕在化したトナー像を用紙に転写する転写ローラ、および転写後の静電潜像担持体上の残存トナーを除去するクリーニングローラなどの弾性ローラがある。
この種の弾性ローラの製造方法としては、射出成形法が広く知られている。近年、この種の弾性ローラの需要増に伴い、低価格化競争が激しくなり、出来る限り低コストで作製し得るローラの製造装置が切に求められているのが現状である。
【０００３】
図２は、従来の射出成形金型の代表例を示す概略断面図である。同図において、符号４１は筒状金型、４２はこの筒状金型４１に内挿される芯金、４３，４４は芯金保持部材、４５，４６は内面に螺合溝を設けたカバー部材、４７はピンを示している。このような射出成形金型を用いた弾性ローラの成形手順は、以下のようになる。先ず、筒状金型４１に芯金４２を内挿し、その両端部４２ａ，４２ｂをそれぞれ芯金保持部材４３，４４に開設した芯金保持孔４３ａ，４４ａに嵌入し、これら芯金保持部材４３，４４を筒状金型４１にはめ込み、次いで、これらを覆う形でカバー部材４５，４６を筒状金型４１に螺合し、ローラ成形空間６０を形成して、射出成形金型を閉鎖状態にする。
【０００４】
次に、カバー部材４６に設けたノズル取付孔４９に樹脂注入ノズル（図示せず）を当て、芯金保持部材４４に貫通形成した樹脂注入孔４４ｂを通じて、樹脂材料をローラ成形空間６０に射出・充填した後、カバー部材４５に貫通形成したガス抜き孔５０をピン４７で塞いで閉め、次いで筒状金型４１を加熱することにより樹脂材料を加熱硬化させる。加熱手段としては、筒状金型４１の外表面に加熱機構（図示せず）を接触させるものや、熱風炉（図示せず）内へ上記射出成形金型を移送して加熱するものなどがある。加熱硬化後は、筒状金型４１を冷却し、上記と逆手順で金型を開いた状態にし成形品を離型した後、再度、上記手順を繰り返して新たな成形品を作製する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のローラ製造装置は、以下の問題を有していた。ローラ製造の過程で、筒状金型から成形品を離型する時に、かなりの離型抵抗があるため、一般的には、筒金型内面を滑り性の良い材質、例えばＮｉ系無電解メッキ処理やフッ素コート処理が施されている。しかしながら前記の手順で成形を繰り返すことにより筒状金型の内面のみが摩耗、こすれ傷発生などの劣化が避けられず、有効ライフは成形回数１０００回程度である。劣化した筒状金型に対しては再メッキ処理などのメンテナンスを施して、再度使用することも行われているが、一度メンテナンスを行うと、筒状金型の内径が微妙に変化してローラの品質に悪影響を及ぼすため、安定した品質を得る観点からは、筒状金型を更新するのが好ましい。そして、筒状金型に再メッキ処理などのメンテナンスを行うにしても、また筒状金型を新しく取り替えるにしても、いずれの場合も筒状金型の取り外し作業と、装着作業が必要となるが、前記従来の射出成形金型ではこの作業は複雑で自動化に適さないうえに、筒状金型を装着する際の位置決め精度にも限界があり、これがローラの低コスト化並びにローラ品質の向上を阻む原因となっていた。
例えば、前記従来の射出成形金型では、筒状金型を装着する作業には、筒状金型４１に芯金保持部材４３，４４をはめ込み、カバー部材４５，４６を螺合する工程などが存在するが、この作業では螺合する際の締付荷重が大き過ぎると、芯金４２は過大な荷重を受けて座屈し易くなるし、締付荷重が小さ過ぎると、充填樹脂の圧力により樹脂材料が漏れ出て成形品にバリが生じ、ローラの成形性が低下する。このような微妙な調整を安価に自動化することは困難で、いまだ人手に頼らざるを得ないのが実情である。また芯金保持部材の筒状金型への脱着を円滑に行うためには、両者間に一定のクリアランスが必要であるため、これが筒状金型と芯金保持部材の位置決め精度を高めることを困難にし、この結果、ローラの振れが大きいなどの欠陥があった。
上記問題に鑑み本発明が解決しようとするところは、筒状金型の構造が簡単で筒状金型更新によるコスト負担を軽減でき、筒状金型の取り外し及び装着作業並びに当該筒状金型内への設置作業を自動化するのにも適するとともに、ローラの振れ量が少なく容易に芯出し可能なローラの製造装置を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明者は、比較的ライフの短い筒状金型に余分な機能を付加せずに単純化することによりローラ製造装置のコストダウンを図ることを着想し、且つこの筒状金型の取り外し及び装着作業並びに当該筒状金型内への設置作業を自動化するのに適する装置構造についての検討をも行った結果、本発明を完成させたものである。
【０００７】
上記課題を解決した本発明は、芯金の外周に長手方向にわたって合成樹脂層を被覆したローラを製造する装置であって、
芯金をその周囲に合成樹脂充填空間を設けて内装する筒形状を有し、開口端から所定範囲を傾斜内周面となして、両端所定範囲に内径が開口端に向かって拡径する空間を形成した筒状金型と、
前記筒状金型の両端にそれぞれ配置されて芯金の端部を保持しつつ筒状金型の開口端を閉止する部材であり傾斜外周面を有するとともに芯金の軸端を受け入れて保持する軸端保持孔を径方向中心に有する前記筒状金型の拡径空間に相補的に嵌合する山形嵌合体を設けた芯金保持部材と、
前記筒状金型の外周面をカバーする部材であり、前記筒状金型を装着するために筒状金型の外径より若干大きい内径の貫通孔を有したベース金型と、
前記芯金保持部材を前記ベース金型の両端部に締結する手段とを備えたローラの製造装置である。
【０００８】
前記筒金型の外径とベース金型内径のクリアランスは０．０１〜０．１ｍｍであることが好ましい。
【０００９】
ベース金型の外周及び芯金保持部材の外周に鍔部をそれぞれ対面させて設けるとともに、ベース金型の鍔部と芯金保持部材の鍔部とを対面させたときに、前記山形嵌合体の傾斜外周面と前記筒状金型の傾斜内周面とが全面にわたって当接する位置関係で設定し、前記山形嵌合体が筒状金型の拡径空間に相補的に密に嵌合するように鍔部の形成位置を設定することが望まれる。
【００１０】
また、対面する鍔部の接合予定面の背面側を傾斜面となし、当接状態の鍔部の外面をへルールクランプで締結することが好ましい。
芯金の外周に被覆する合成樹脂層としては硬化型液状樹脂を用いることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のローラの製造装置の詳細を図示した実施例に基づいて説明する、
図１は、本発明にかかるローラの製造装置の代表的実施例を示している。本装置は両端を除いて芯金の外周に長手方向にわたって合成樹脂層が被覆されたローラを製造する装置である。ローラの具体的形状は限定されない。形状は、段差を有しないストレートなものでもよいし段差を有するものであってもよい。芯金の材質は金属材料であれば特に限定されないが、本装置の材質と著しく熱膨張係数が異なる材料の使用は避けるべきである。
【００１２】
ローラの樹脂層の材料としては、シリコーン、ウレタン、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等、種々の合成樹脂材料が選択されるが、本実施例では、例えばシリコーンなどの硬化型液状樹脂を用いている。硬化型液状樹脂は粘度が低いため低射出圧で射出できるので好適である。
本製造装置は図１に示すように筒状金型１と、この筒状金型１の両端に位置付けられる芯金保持部材３，４、筒状金型１の外周を覆ったベース金型１０、及び芯金保持部材３，４をベース金型１０に締結するヘルールクランプ２１，２２を備えている。上部及び下部芯金保持部材３，４は筒状金型１に内装された芯金２の上下軸端部２ａ，２ｂを保持し、且つ筒状金型１の開口端を閉止する機能を有している。図は、樹脂を注入する前のローラ製造装置を組み付けた状態の断面を示したものである。
【００１３】
筒状金型１は、芯金２を受け入れてその周囲に樹脂成形体を成形するための空間であるローラ成形空間３０を有し、開口端から所定範囲ｄを傾斜内周面１ａ,１ｂとなして、両端所定範囲に内径が開口端に向かって拡径する空間を形成している。この空間は芯金保持部材３，４に形成された山形嵌合体３ａ，４ａを受け入れる空間となる。筒状金型１は、シームレスパイプ状としその内面は離型の観点からフッソ樹脂コーティングや無電解メッキ処理を行うことが好ましい。
一方、上部及び芯金保持部材３，４には前記拡径空間に密に内嵌する円錐台形状の山形嵌合体３ａ，４ａが形成されている。この山形嵌合体３ａ，４ａは傾斜外周面３ｂ，４ｂを有し、その外形状は前記筒状金型１の拡径空間に相補的に嵌合する形状となしている。ここで相補的に嵌合するとは両部材が互い相手側の空隙を満たすように嵌合されることを意味している。
したがって山形嵌合体３ａ，４ａの傾斜外周面３ｂ，４ｂのテーパー角度と筒状金型１の傾斜内周面１ａ,１ｂのテーパー角度は一致させ、芯金保持部材３，４が筒状金型１に締結された状態で、テーパー面同士が略隙間なく密に接合するよう構成されている。テーパー角度及び山形嵌合体３ａ，４ａの山の高さは嵌合強度と作業性の両方を考慮して決定する。テーパー角度が小さく山形嵌合体３ａ，４ａの筒状金型１への侵入深さが深いほど、位置決め精度は向上するが、あまり深いと、成形後に上部及び下部芯金保持部材３，４を筒状金型１から分離することが困難となる。テーパ角度θは５〜２０°の範囲が好適である。
【００１４】
また山形嵌合体３ａ，４ａの頂面の中心には芯金２の軸端部２ａ，２ｂを受け入れる軸端保持孔３ｃ，４ｃをそれぞれ形成している。軸端保持孔３ｃ，４ｃは芯金２の軸端形状に対応させている。
上部及び下部芯金保持部材３，４に設けられた軸端保持孔３ｃ，４ｃと芯金２の軸端部２ａ，２ｂとの隙間は５〜２５μｍに設定するのが好ましい。芯金２の軸径ばらつきが通常、５μｍ程度あることを考慮するとこの隙間より小さい場合は、芯金２の挿入が不可能な場合が起こり得る。また、無理に挿入すると、芯金に曲げや座屈応力が発生して振れが増大する。一方、隙間が２５μｍより大きいと偏芯の程度が大きくなり振れが増大する。
筒状金型１の両端に芯金保持部材３，４を締結したとき芯金２が座屈しないように軸端保持孔３ｃ，４ｃの深さが決められるべきで、本実施例では２０．１ｍｍ〜２０．２ｍｍに設定している（但し、ローラ成形品の樹脂が被覆されていない両端の芯金長さ、即ち軸端長さが２０．０ｍｍの場合）。また芯金２の全長と軸端保持孔底面３ｄ，４ｄ相互間距離とのクリアランスは０．０５〜１ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００１５】
ベース金型１０には、筒状金型１が装填される貫通孔１１が設けられており、この貫通孔１１に筒状金型１が装填され、さらに筒状金型１の両端開口部が芯金保持部材３，４によって閉止される。ベース金型１０の目的は、筒状金型１と芯金保持部材３，４を精度よく型締めすることにある。ベース金型１０の貫通孔１１の孔径は芯金保持部材３，４の外径より０．０１〜０．５ｍｍ大きくすることが好ましい。０．０１ｍｍ以下であると筒状金型１とベース金型１０の装脱着が困難になり、０．５ｍｍを越えるとこの空間が一種の断熱空間として作用するため加熱硬化時の熱伝導性が悪くなり、硬化所要時間が延びることになる。
【００１６】
ベース金型１０の上下の外周には鍔部１０ａ，１０ｂが形成されており、芯金保持部材３，４の外周面にはこれに対応した鍔部３ｅ，４ｅが形成され、ベース金型１０の鍔部１０ａ，１０ｂと芯金保持部材３，４の鍔部３ｅ，４ｅは互いに対面して対となっている。これら鍔部は対面する面を平坦面となし、背面側を傾斜面となしている。鍔部の形成位置は、ベース金型１０の鍔部１０ａ，１０ｂと芯金保持部材３，４の鍔部３ｅ，４ｅとを対面させたときに山形嵌合体３ａ，４ａの傾斜外周面３ｂ，４ｂと筒状金型１の傾斜内周面１ａ,１ｂとが全面にわたって当接する位置関係で設定し、上下の山形嵌合体３ａ，４ａが筒状金型１の拡径空間に相補的に密に嵌合するように設定される。またこのとき芯金２の軸端部２ａ，２ｂが軸端保持孔３ｃ，４ｃ内に収納されるよう設計されている。
またこのような設計を実現するために筒状金型１の軸方向長さとベース金型１０の軸方向長さは等しくする必要がある。筒状金型１の軸方向長さが、ベース金型１０の軸方向長さより短い場合、ベース金型１０の鍔部１０ａ，１０ｂと芯金保持部材３，４の鍔部３ｅ，４ｅとを対面させたときに山形嵌合体３ａ，４ａの傾斜外周面３ｂ，４ｂと筒状金型１の傾斜内周面１ａ,１ｂとが全面にわたって当接されなくなり、筒状金型１が固定されなくなる。
【００１７】
芯金保持部材３，４をベース金型１０に締結する方法は各種考えられるが、本実施例ではヘルールクランプを用い、ヘルールクランプで鍔部を、締め込むことで締結している。ヘルールクランプを用いず当接させた鍔部相互をボルト締めしてもよい。鍔部同士を接合させることにより、芯金保持部材３，４が筒状金型１に対して傾いた状態で締結されるのを防止することができる。
【００１８】
このような構成の本実施例装置における芯金２のセッティングは次のようにして行う。先ず下部芯金保持部材４によって芯金２の一端を保持し、この状態の下部芯金保持部材４に対して筒状金型１を降下させて下部芯金保持部材４の山形嵌合体４ａを筒状金型１の拡径空間に侵入させ、筒状金型１の傾斜内周面１ｂに突き当たるまで押し込む。突き当たりは、筒状金型１の傾斜内周面１ｂと山形嵌合体４ａのテーパー面が全面にわたって面接触することで行われる。
次に筒状金型１の上方からベース金型１０を降下させ筒状金型１に装填する。突き当たりはベース金型１０の鍔部１０ａ，１０ｂと下部芯金保持部材４の鍔部４ｅとが当接することにより行われる。次いで当接状態となった鍔部をヘルールクランプ２２によって締め込む。ヘルールクランプ２２を締め込むとヘルールクランプ２２の内周縁２２ａが鍔部傾斜面４ｆ，１０ｃに沿ってその内側に移動し、対面する鍔部に対して締結方向の分力が作用する。また鍔部同士を当接するまで締め付けることにより下部芯金保持部材４の筒状金型１に対する嵌合姿勢が矯正されるので芯金保持部材３，４が傾いて締結されることが防止される。締結強度は、ヘルールクランプ２２の鍔部に食い込んだ量で調整する。
次いで筒状金型１の上方から上部芯金保持部材３を降下させ、山形嵌合体３ａを筒状金型１内に侵入させ、上部芯金保持部材３を筒状金型１に突き当たらせて位置決めした後、当接状態となった鍔部３ｅ，１０ａをヘルールクランプ２１で締結した後、硬化型液状樹脂を成形空間内に充填する。
本装置は、このように筒状金型の傾斜内周面に芯金保持部材に形成した山形嵌合体の傾斜外周面が当接する位置にまで押し込むだけで、芯金の保持位置が筒状金型の径方向において設計位置に正確に位置決めされ、芯振れのないローラを得ることができる。しかもこれら操作には従来の螺溝に沿って締め込む場合のような人手に頼らざるを得ない微妙な調節を必要としないので自動化に適し、ローラを低コストで生産することができる。
【００１９】
硬化型液状樹脂が成形空間内に充填されると、次いで金型を加熱し、これにより硬化型液状樹脂を付加反応させて硬化させる。加熱手段は熱風、赤外線、高周波誘導加熱など特に問わない。硬化反応完了後、金型を冷却し、分解する。冷却は十分行う方が成形品がよく収縮するので離型が容易に行われる。
【００２０】
成形品の取り出しは、まずへルールクランプ２１，２２を緩めて上下の芯金保持部材３，４を取り外し、次にベース金型１０から筒状金型１をとりはずす。そしてこの筒状金型１内にある成形品を芯金２を押すなどして離型する。離型後、金型を掃除点検した後再び組み立てて成形を繰り返す。この成形を繰り返すことにより筒状金型１の内面が劣化するので適当な時期をみて筒状金型のみ交換する。交換は全く新しい筒状金型との取り替えであってもよいし、劣化した筒状金型に再メッキ処理などのメンテナンスを施し再生したものとの取り替えであっても良い。筒状金型はベース金型に単に内装されているだけであるから、筒状金型の取り替えも極めて容易である。
【００２１】
【発明の効果】
以上の如く、本発明のローラ製造装置は、繰り返し成形により摩耗などの劣化の程度が大きい筒状金型を取り替え可能なカートリッジ方式とし、しかも余分な機能を与えることなく単純な形状となし、加えてこの筒状金型内への芯金の位置づけを簡単且つ精度良く行える機構を採用するとともに型締めに際して、人手を要するような微妙な調整を不要にでき自動化にも対応できる機構を採用したので、ローラ製造コストを大幅に下げることができる。
【００２２】
請求項２記載のように、筒状金型の外径とベース金型内径のクリアランスが０．０１〜０．５ｍｍであれば、ベース金型から筒状金型への良好な熱伝導を維持しつつ、筒状金型の装脱着が容易となる。
【００２３】
請求項４記載のように、対面する鍔部の接合予定面の背面側を傾斜面となし、当接状態の鍔部の外面をへルールクランプで締結した構造とすることにより、へルールクランプを締め込むだけで型締めと芯金の所定姿勢への矯正がなされる。
【００２４】
請求項５記載のように、芯金の外周に被覆する合成樹脂層が硬化型液状樹脂からなる場合、粘度が低いため低射出圧で射出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のローラの製造装置の実施例の概略断面図
【図２】従来のローラの製造装置の概略断面図
【符号の説明】
１              筒状金型
１ａ，１ｂ      傾斜内周面
２              芯金
２ａ，２ｂ      軸端部
３              上部芯金保持部材
４              下部芯金保持部材
３ａ，４ａ      山形嵌合体
３ｅ，４ｅ      鍔部
３ｂ，４ｂ      傾斜外周面
３ｃ，４ｃ      軸端保持孔
３ｄ，４ｄ      軸端保持孔底面
１０            ベース金型
１０ａ，１０ｂ  鍔部
１０ｃ          鍔部傾斜面
１１            貫通孔
２１，２２      ヘルールクランプ
２２ａ          内周縁
３０            ローラ成形空間
４１            筒状金型
４２            芯金
４２ａ，４２ｂ  芯金の端部
４３，４４      芯金保持部材
４４ｂ          樹脂注入孔
４３ａ，４４ａ    芯金保持孔
４５，４６      カバー部材
４５，４６      カバー部材
４７            ピン
４９            ノズル取付孔
５０            ガス抜き孔
６０            ローラ成形空間
【図１】
0003982123.tif 000002
【図２】
0003982123.tif 000003