弾性ローラの成型金型
【課題】長手方向で外径の変化が少ない弾性ローラの成型金型を提供する。
【解決手段】本発明の弾性ローラの成型金型は、円筒状内面を有する本体部２と、本体部２内に配置されるローラ軸体４を支持して本体部２の両端にそれぞれ嵌合される非注入側駒１及び注入側駒３を有する。注入側駒３は材料注入穴３ａを有し、非注入側駒１は空気抜き及び材料をオーバーフローさせるための穴部１ａを有する。本体部２の円筒状内面が、注入側駒３側から非注入側駒１側に向かって内径が徐々に大きくテーパ形状に形成されている。
【解決手段】本発明の弾性ローラの成型金型は、円筒状内面を有する本体部２と、本体部２内に配置されるローラ軸体４を支持して本体部２の両端にそれぞれ嵌合される非注入側駒１及び注入側駒３を有する。注入側駒３は材料注入穴３ａを有し、非注入側駒１は空気抜き及び材料をオーバーフローさせるための穴部１ａを有する。本体部２の円筒状内面が、注入側駒３側から非注入側駒１側に向かって内径が徐々に大きくテーパ形状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタや複写機等のＯＡ機器に使用される各種ゴムローラにおいて、成型金型内に液状ゴム材料を注入し、硬化させて成型する弾性ローラの成型金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に成型金型内にゴム材料を注入して製造されるゴムローラの成型金型は、円筒状のパイプ型と、その両端に取り付ける両端部駒の少なくとも３部材から構成されている。該両端部駒の一方の駒には、ゴム材料を注入するための注入口が１つまたは複数形成されており、非注入側の端部駒には、キャビティ内のエアや注入材料をオーバーフローさせるための穴が１つまたは複数形成されている。
【０００３】
該成型金型は、成型の際には、熱風炉や金型形状にくり抜かれた加熱盤によりゴム材料の硬化温度にて加熱されている。注入された材料は、成型金型又は軸体からの伝熱により加熱されながら、成型金型キャビティ内に充満される。充満に要する時間は、ゴム材料の粘度によるが、一般的に数秒から十数秒かけて充満される。このとき、材料注入側は常に新しい材料が注入されるため、全体的な温度は低めになるなど材料注入側と非注入側とでは材料の熱履歴が異なる。特に、生産性を向上させるためにゴム材料の硬化速度を速くすると、この注入時間による熱履歴の差の影響が顕著になってくる。この熱履歴の差により、成型されたゴムローラの外径は、一般に、注入側から非注入側に向かって相対的に外径が徐々に小さくなる傾向がある。特に、ゴムローラの全長が長いＡ３用紙サイズになると、この傾向は顕著に現れてくる。今日の高精細化された複写機やプリンタ等のＯＡ機器においては、ローラの外径の左右差は、画像ムラ等の不良の原因となり１０μｍ以下に抑えるのが好ましい。
【０００４】
そこで、成型する際に金型を加熱する加熱盤の温度を長手方向に変化させ、熱収縮により外径の長手方向の差を吸収する方法がある（例えば特許文献１）。
【特許文献１】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１に開示された方法では、加熱盤自体の熱膨張が長手方向で異なることになるため、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もたせたとしても、熱伝導により成型金型の長手方向の温度差は小さくなってしまう。このため、加熱盤の長手方向の温度差設定をより大きくする必要があり、反りの発生の可能性が高くなってしまう。加熱盤の反りを無くすため長手方向の温度設定の分布に合わせて加熱盤を分割する方法もあるが、成型金型自体が長手方向で不均一に熱膨張するため、成型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もたせる場合、良好に温度制御を行うには温度設定の分布に合わせて測温体、温度調節機構を取り付ける必要があるため、加熱盤のコストアップにつながってしまう。
【０００７】
このような状況であるので、更なるローラ金型の改良が望まれていた。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、長手方向で外径の変化が少ない弾性ローラの成型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】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明の弾性ローラの成型金型は、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、弾性材料が注入される注入側の端部駒には弾性材料を注入するための穴が設けられ、弾性材料が注入されない非注入側の端部駒には、キャビティ内の空気を逃がし、かつ材料をオーバーフローさせるための穴が１穴乃至は複数穴開けられており、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大きく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】
【００１０】
本発明によれば、長手方向で外径の変化が少ない弾性ローラを成型することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に本実施形態の、ゴムローラ軸体をセットした状態のゴムローラ用成型金型の側断面図を示す。
【００１２】
本実施形態の成型金型３０は、円筒状内面を有するパイプ金型本体である本体部２と、本体部２内に配置されるゴムローラ軸体４を支持して本体部２の両端にそれぞれ嵌合される一対の端部駒である注入側駒３及び非注入側駒１とを有する。
【００１３】
注入側駒３は、その断面形状は略円錐台形状であり、その底面３ｃから上面３ｂまで貫通する複数の材料注入穴３ａが形成されている。また、上面３ｂには、ゴムローラ軸体４の端部４ｂを保持するための凹部３ｄが形成されている。注入側駒３は、本体部２の一端側に形成された挿入部２ｃ内に嵌め込まれる。ゴムローラのである弾性材料は、材料注入穴３ａを介してキャビティ１２内に注入される。
【００１４】
非注入側駒１もその断面形状は略円錐台形状であり、その底面１ｃから上面１ｂまで貫通する複数の空気抜き及び材料をオーバーフローさせるための穴部１ａが形成されている。非注入側駒１も上面１ｂにゴムローラ軸体４の端部４ｂを保持するための凹部１ｄが形成されている。非注入側駒１は本体部２の一端側に形成された挿入部２ｄ内に嵌め込まれる。
【００１５】
本体部２の軸方向の内周面２ａの形状は、注入側駒３側から非注入側駒１に向けて徐々に大きくなるテーパ形状となっている。すなわち、非注入側駒１が挿入部２ｂ内に挿入された状態での上面１ｂでの本体部２の内径Ｄは、注入側駒３が挿入部２ｃ内に挿入された状態での上面３ｂでの本体部２の内径ｄよりも大きい。
【００１６】
なお、本体部２の内径Ｄ、ｄ及び長さＬは、特に規定はないが、一般的な電子写真ローラであると、Ａ４用紙やＡ３用紙サイズに対応したものが主となる。この場合、本体部２の内径Ｄ、ｄは、概ねφ８ｍｍからφ２５ｍｍの範囲内であり、長さＬはＡ４用紙サイズでは概ね２１０ｍｍから２５０ｍｍ、Ａ３サイズ用紙では概ね３００ｍｍから３５０ｍｍとなる。
【００１７】
本体部２の内周面２ａをテーパ形状に加工する方法としては、例えば、旋盤及びホーニング盤を用いる方法が挙げられる。
【００１８】
まず、本体部２の内周面２ａを所定寸法より数μｍ〜数十μｍ小さいテーパ状の内面を旋盤等で加工しておく。その後、ホーニング盤を用いて、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し、所定のテーパ形状に仕上げる。
【００１９】
縦型ホーニング盤を用いる場合、具体的には以下の手順で本体部２のテーパ加工がなされる。
【００２０】
まず、ホーニング盤に本体部２を立てた状態でセットする。内径ｄ側から内径Ｄ側、すなわち、内径が広くなる方向でテーパ形状を仕上げる場合は、内径ｄとなる側を上に向けて立てる。次に、内径ｄとなる側から砥石を挿入しホーニング加工を行う。砥石のストロークを下側に進めるに従い、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、所定のテーパ形状を仕上げる。一方、これとは逆に本体部２を内径Ｄ側から内径ｄ側、すなわち、内径が小さくなる方向でテーパ形状を仕上げる場合は、内径Ｄとなる側を上に向けて立てる。そして、内径Ｄとなる側から砥石を挿入しホーニング加工を行う。砥石のストロークを下側に進めるに従い、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、所定のテーパ形状を仕上げる。
【００２１】
また、本体部２の内周面２ａを旋盤加工にて所定の内径差の複数のストレート部をまず作っておく方法も挙げられる。この場合、直径で２〜７μｍ程度の段差で所定の内径差をつけておき、その後、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幅を調整し、かつ段差部分をホーニング加工により滑らかにつなぎ、最終的にテーパ形状に加工する。
【００２２】
なお、本体部２の円筒内面の内径差は、本体部２がストレート形状のもので成型したゴムローラの外径差を基に、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、内径差を５μｍ未満とすると、加工精度のばらつきの範疇に収まったり、実際に成型したゴムローラを用いた画像品質でもほとんど差が現れないのでテーパ形状の効果が小さくなってしまう。
【００２３】
また、本体部２がストレート形状のもので成型したゴムローラは、熱履歴の差により一般的に注入側の外径が非注入側の外径に比べ相対的に大きくなる傾向にある。この大きくなる割合は、材料の熱膨張率や成型温度等で異なるものの最大でも０．５％程度である。よって、成型金型の本体部２の内径は、内径の大きい非注入側を基準として注入側の内径ｄを内径Ｄに対して最大０．５％小さくすれば、長手方向でのローラの外径差が１０μｍ以下のゴムローラを得ることができる。以上より、本実施形態の場合、注入側の本体部２の内径ｄと、非注入側の本体部２の内径Ｄとの差が５μｍ以上、かつ非注入側の本体部２の内径Ｄを基準としたときその差が０．５％以下とするのが好ましい。
【００２４】
次に、本実施形態のゴムローラの成型装置の構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は、本実施形態の成型装置の概略構成図であり、図３は、加熱ブロックの斜視図である。
【００２５】
成型装置５０は、ゴムローラを成型する成型部２０と、ゴムローラの材料を供給する材料供給部２１と、材料供給部２１から供給された材料を金型内に射出する射出部２２とを有する。
【００２６】
成型部２０は、上述した成型金型３０と、加熱ブロック６と、金型受け１０と、金型押さえ１１と、金型押さえ用シリンダ１１ｂとを有する。
【００２７】
成型金型３０は、注入側駒３側が金型受け１０により保持され、非注入側駒１側が金型押さえ１１により保持されている。金型押さえ用シリンダ１１ｂは、金型押さえ１１を金型受け１０のほうに押し付ける押圧力を発生するものであり、金型押さえ１１が金型押さえ用シリンダ１１ｂにより押圧されることで、成型金型３０は、金型受け１０と金型押さえ１１とに挟まれて固定される。なお、金型受け１０には貫通穴１０ａが形成されており、注入側駒３の材料注入穴３ａに連通している。
【００２８】
加熱ブロック６は、成型金型３０を外周面側から加熱するため、成型金型３０の周囲に配置されており、非注入側加熱ブロック６ａと、中央部加熱ブロック６ｂと、注入側加熱ブロック６ｃとを有する。加熱ブロック６は、ヒータ７と測温体８とが内蔵されており、所望の温度に成型金型３０を加熱する。非注入側加熱ブロック６ａは、非注入側駒１及び本体部２の非注入側駒１近傍を加熱する。中央部加熱ブロック６ｂは本体部２の中央部分を主に加熱する。注入側加熱ブロック６ｃは、注入側駒３及び本体部２の注入側駒３近傍を加熱する。
【００２９】
材料供給部２１は、２台の材料ポンプ１８と、２本のシリンダ１８ａと、ミキシングブロック１７とスタティックミキサ１６とを有する。
【００３０】
各シリンダ１８ａの一端側は各材料ポンプ１８に接合されており、他端側から延出している配管はミキシングブロック１７に接続されている。ミキシングブロック１７の下流側の配管にはスタティックミキサ１６が接続されており、スタティックミキサ１６の下流側の配管は、後述する射出シリンダ１４に接続されている。
【００３１】
各シリンダ１８ａ内には、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が貯留されており、材料ポンプ１８により押し出された材料は、ミキシングブロック１７で混合される。この材料は、さらにスタティックミキサ１６で混練された後、射出シリンダ１４内へと供給される。
【００３２】
ゴムローラの材料としては、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、塩素ゴムなど、いずれでも良い。また、弾性材料には、必要に応じて、導電材や充填材、硬化剤や触媒等を適宜分散させて用いることができる。弾性材料に分散可能な導電材としてはカーボンブラック、導電性カーボン等のカーボン類、および金属粉、導電性の繊維、あるいは酸化スズなどの半導電性金属酸化物粉体、さらにこれらの混合物などいずれでも良い。導電材の添加量によりゴムローラの電気抵抗が適宜調整される。
【００３３】
射出部２２は、注入ノズル１３と、射出シリンダ１４と、射出用モータ１５とを有する。射出シリンダ１４内にはピストン１５ｃが摺動可能に内蔵されている。ピストン１５ｃの後端部は射出用モータ１５に接続されたボールネジ１５ｂに螺合されており、射出用モータ１５を回転駆動することでピストン１５ｃは射出シリンダ１４内を往復移動可能である。ピストン１５ｃは、射出用モータ１５を正転させることで注入ノズル１３側へと前進し、射出用モータ１５を逆転させることで注入ノズル１３側から離れる方向へと後退する。
【００３４】
射出シリンダ１４の先端部に取り付けられた注入ノズル１３は、金型受け１０に形成された貫通穴１０ａに当接される。すなわち、注入ノズル１３と注入側駒３の材料注入穴３ａとは、金型受け１０の貫通穴１０ａを介して連通している。
【００３５】
次に、本実施形態の成型装置を用いてのゴムローラの成型方法について説明する。
【００３６】
まず、ゴムローラ軸体４を成型金型３０内にセットする。次に、材料ポンプ１８を駆動してシリンダ１８ａ内の材料をミキシングブロック１７で混合させ、かつスタティックミキサ１６で混練した後、射出シリンダ１４内へと供給する。
【００３７】
次に、射出用モータ１５を正転させてピストン１５ｃを前進させることで、射出シリンダ１４内に供給された材料を注入ノズル１３から金型受け１０の貫通穴１０ａ内へと射出する。貫通穴１０ａ内へと射出された材料は、注入側駒３の材料注入穴３ａを介して本体部２内へと流入する。材料が本体部２内へと流入するのに伴い、非注入側駒１の穴部１ａからエア抜きがなされる。
【００３８】
材料注入後は、成型金型３０内に注入された材料は、加熱ブロック６により加熱されることで硬化する。その後、成型金型３０を冷却し、成型金型３０内から成型されたゴムローラを取り出す。
【００３９】
本実施形態の成型金型３０における本体部２の軸方向における内周面２ａの形状は、注入側駒３側から非注入側駒１に向けて拡がるテーパ形状となっている。このため、成型されたゴムローラは、材料の熱履歴の差や圧力差により生ずる長手方向での外径差が小さなものとなる。また、本実施形態の場合、加熱ブロック６に温度傾斜を設ける必要が無いので、温度差による加熱ブロック６に反りの発生を防止することができる。
【実施例】
【００４０】
本発明のゴムローラの成型金型を電子写真用現像ローラの成型に適用した実施例を説明する。現像ローラの成型方法としては、円筒状内面を有するパイプ金型本体２と該パイプ金型本体両端に嵌合し軸体を支持する両端部駒１及び３の３部材からなる成型金型を用意した。金型の材質は、日立金属製プリハードン鋼のＣＥＮＡ１である。
（実施例１）
本実施例では、成型金型３０の本体部２の内面形状が材料注入側の内径ｄがφ１６．３４ｍｍ、非注入側の内径Ｄがφ１６．３５ｍｍ、円筒部の長さＬが３３０ｍｍのテーパ形状になったものを用いた。円筒内面の内径差は直径で１０μｍ、内径の大きい非注入側を基準にすると内径差は、０．０６％である。
【００４１】
注入側駒３の材料注入穴３ａは、φ１．８ｍｍであり、８つ形成されている。また、非注入側駒１の穴部１ａは、φ１．５ｍｍであり、４つ形成されている。本体部２、非注入側駒１及び注入側駒３の外径はすべてφ３０ｍｍに統一してある。
【００４２】
成型金型３０内には、中央部外径φ１０ｍｍ×長さ３４０ｍｍ、両端部外径φ６ｍｍ長さ１０ｍｍの段付のゴムローラ軸体４（快削鋼ＳＵＭ２４Ｌ製）をセットした。
【００４３】
成型金型３０を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にて挟み込んだ。
【００４４】
成型金型３０の長手方向に、非注入側加熱ブロック６ａと、中央部加熱ブロック６ｂと、注入側加熱ブロック６ｃとに３分割されている加熱ブロック６の設定温度はすべて１１５℃とし、３分間予熱した。その後、注入側駒３の材料注入穴３ａ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を４５ｃｃ注入し、３分間シリコーンゴム材料を加熱し、硬化させた。
【００４５】
硬化後は、加熱ブロック６から成型金型３０を取り出し、成型金型３０の形状にくり抜かれ、２０℃の冷却水が循環する２枚のジュラルミン製冷却ブロックにて成型金型３０を３分間挟み込み、成型金型３０を冷却後、成型された現像ローラを取り出した。
（実施例２）
本実施例では、成型金型３０の本体部２の内面形状が材料注入側の内径ｄがφ１６．３４ｍｍ、非注入側の内径Ｄがφ１６．３６ｍｍ、円筒部の長さＬが３３０ｍｍのテーパ形状になったものを用いた。円筒内面の内径差は直径で２０μｍ、内径の大きい非注入側を基準にすると内径差は、０．１２％である。その他の条件は実施例１と同じである。
【００４６】
なお、内径の大きい非注入側を基準にするときの内径差は、０．５％以下とするのが好ましいが、その値は、ローラ長Ｌ、材料注入圧力、加熱ブロックの温度等により適宜設定されるものであってもよい。すなわち、ローラ長Ｌが長くなれば、材料圧は注入側でより高くなるので、注入側と非注入側のパイプ金型内径差は大きくする必要があり、実施例１，２の事例よりも大きな値を取ることになる。材料注入圧力を大きくする必要性があれば、圧力に起因する温度上昇も事例より大きくなり、これに対応する形で、内径差を大きくすることになる。加熱ブロック６の温度が、事例より高ければ、熱収縮の影響は大きくなるはずであり、この場合、内径差は大きくなる。このようにして、実施系を考えたときに、対応可能と考えられる内径差は０．５％を限度とするのが好ましい。
（比較例）
比較例として、図４に示す、本体部１０２の内面形状がφ１６．３４ｍｍのストレート形状になった成型金型１３０を用いてゴムローラを成型した。その他の条件は実施例１と同じである。
（参考例）
参考例として、比較例と同じ成型金型１３０を用いたが、中央部加熱ブロック６ｂ及び注入側加熱ブロック６ｃの設定温度は１１５℃とし、非注入側加熱ブロック６ａの設定温度は１１０℃に設定してゴムローラを成型した。その他の条件は実施例１と同じである。
【００４７】
各実施例、比較例、参考例で成型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、ゴムローラの中央部及び中央から７５ｍｍ、１５０ｍｍの５点における外径を測定し、外径差を比較した。図５に示すように、現像ローラの外径を便宜的に材料注入側よりそれぞれＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５とし、各点での外径は表１に示すとおりである。
【００４８】
【表１】
【００４９】
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い。よって、表１において、判定は、外径差が１０μｍ以下をＯＫとし、１０μｍより大きいとＮＧとしている。
【００５０】
実施例１において成型された現像ローラは、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５の外径差は、３μｍとなり、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以下と製品上問題ない範囲の外径差であった。
【００５１】
実施例２において成型された現像ローラは、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５の外径差は、９μｍとなっているが、最大径と最小径の差も１０μｍ以下であり、精度上は問題ないレベルに収まった。
【００５２】
比較例において成型された現像ローラは、材料の熱履歴や圧力差等により注入側Ｄ１の方が非注入側Ｄ５と比較し、１４μｍ程度大きくなった。
【００５３】
参考例においては、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５の外径差は５μｍであり、比較例と比較して外径差は小さくなった。これは、非注入側加熱ブロック６ａの設定温度を低くすることにより、材料の圧力による温度上昇起因の熱収縮が小さくなったことに起因するといえる。しかしながら、参考例においては、中央付近のＤ３、Ｄ４の外径が小さく、全体的な外径差は１０μｍとなった。また、参考例の場合、加熱ブロック６に温度差を設けたことによる歪の発生が問題として残る。
【００５４】
以上、本発明によれば、加熱ブロック６に温度分布をもたせなくとも、成形金型の内径を１０μｍから２０μｍ程度のテーパ形状にすることにより、ほぼストレート形状のゴムローラが成型できることが明らかとなった。また、その程度は、加熱ブロックに温度分布をもたせた参考例の場合とほぼ同等となることもわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態における、ゴムローラ軸体をセットした状態のゴムローラ用成型金型の側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における、成型装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態における、加熱ブロックの斜視図である。
【図４】比較例及び参考例における、ゴムローラ軸体をセットした状態のゴムローラ用成型金型の側断面図である。
【図５】実施例、比較例及び参考例で成型した現像ローラの外径測定点を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 非注入側駒
１ａ 穴部
２ 本体部
２ａ 内周面
３ 注入側駒
３ａ 材料注入穴
４ ローラ軸体
６ 加熱ブロック
１２ キャビティ
ｄ、Ｄ 内径
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタや複写機等のＯＡ機器に使用される各種ゴムローラにおいて、成型金型内に液状ゴム材料を注入し、硬化させて成型する弾性ローラの成型金型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に成型金型内にゴム材料を注入して製造されるゴムローラの成型金型は、円筒状のパイプ型と、その両端に取り付ける両端部駒の少なくとも３部材から構成されている。該両端部駒の一方の駒には、ゴム材料を注入するための注入口が１つまたは複数形成されており、非注入側の端部駒には、キャビティ内のエアや注入材料をオーバーフローさせるための穴が１つまたは複数形成されている。
【０００３】
該成型金型は、成型の際には、熱風炉や金型形状にくり抜かれた加熱盤によりゴム材料の硬化温度にて加熱されている。注入された材料は、成型金型又は軸体からの伝熱により加熱されながら、成型金型キャビティ内に充満される。充満に要する時間は、ゴム材料の粘度によるが、一般的に数秒から十数秒かけて充満される。このとき、材料注入側は常に新しい材料が注入されるため、全体的な温度は低めになるなど材料注入側と非注入側とでは材料の熱履歴が異なる。特に、生産性を向上させるためにゴム材料の硬化速度を速くすると、この注入時間による熱履歴の差の影響が顕著になってくる。この熱履歴の差により、成型されたゴムローラの外径は、一般に、注入側から非注入側に向かって相対的に外径が徐々に小さくなる傾向がある。特に、ゴムローラの全長が長いＡ３用紙サイズになると、この傾向は顕著に現れてくる。今日の高精細化された複写機やプリンタ等のＯＡ機器においては、ローラの外径の左右差は、画像ムラ等の不良の原因となり１０μｍ以下に抑えるのが好ましい。
【０００４】
そこで、成型する際に金型を加熱する加熱盤の温度を長手方向に変化させ、熱収縮により外径の長手方向の差を吸収する方法がある（例えば特許文献１）。
【特許文献１】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１に開示された方法では、加熱盤自体の熱膨張が長手方向で異なることになるため、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もたせたとしても、熱伝導により成型金型の長手方向の温度差は小さくなってしまう。このため、加熱盤の長手方向の温度差設定をより大きくする必要があり、反りの発生の可能性が高くなってしまう。加熱盤の反りを無くすため長手方向の温度設定の分布に合わせて加熱盤を分割する方法もあるが、成型金型自体が長手方向で不均一に熱膨張するため、成型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もたせる場合、良好に温度制御を行うには温度設定の分布に合わせて測温体、温度調節機構を取り付ける必要があるため、加熱盤のコストアップにつながってしまう。
【０００７】
このような状況であるので、更なるローラ金型の改良が望まれていた。
【０００８】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、長手方向で外径の変化が少ない弾性ローラの成型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】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明の弾性ローラの成型金型は、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、弾性材料が注入される注入側の端部駒には弾性材料を注入するための穴が設けられ、弾性材料が注入されない非注入側の端部駒には、キャビティ内の空気を逃がし、かつ材料をオーバーフローさせるための穴が１穴乃至は複数穴開けられており、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大きく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】
【００１０】
本発明によれば、長手方向で外径の変化が少ない弾性ローラを成型することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に本実施形態の、ゴムローラ軸体をセットした状態のゴムローラ用成型金型の側断面図を示す。
【００１２】
本実施形態の成型金型３０は、円筒状内面を有するパイプ金型本体である本体部２と、本体部２内に配置されるゴムローラ軸体４を支持して本体部２の両端にそれぞれ嵌合される一対の端部駒である注入側駒３及び非注入側駒１とを有する。
【００１３】
注入側駒３は、その断面形状は略円錐台形状であり、その底面３ｃから上面３ｂまで貫通する複数の材料注入穴３ａが形成されている。また、上面３ｂには、ゴムローラ軸体４の端部４ｂを保持するための凹部３ｄが形成されている。注入側駒３は、本体部２の一端側に形成された挿入部２ｃ内に嵌め込まれる。ゴムローラのである弾性材料は、材料注入穴３ａを介してキャビティ１２内に注入される。
【００１４】
非注入側駒１もその断面形状は略円錐台形状であり、その底面１ｃから上面１ｂまで貫通する複数の空気抜き及び材料をオーバーフローさせるための穴部１ａが形成されている。非注入側駒１も上面１ｂにゴムローラ軸体４の端部４ｂを保持するための凹部１ｄが形成されている。非注入側駒１は本体部２の一端側に形成された挿入部２ｄ内に嵌め込まれる。
【００１５】
本体部２の軸方向の内周面２ａの形状は、注入側駒３側から非注入側駒１に向けて徐々に大きくなるテーパ形状となっている。すなわち、非注入側駒１が挿入部２ｂ内に挿入された状態での上面１ｂでの本体部２の内径Ｄは、注入側駒３が挿入部２ｃ内に挿入された状態での上面３ｂでの本体部２の内径ｄよりも大きい。
【００１６】
なお、本体部２の内径Ｄ、ｄ及び長さＬは、特に規定はないが、一般的な電子写真ローラであると、Ａ４用紙やＡ３用紙サイズに対応したものが主となる。この場合、本体部２の内径Ｄ、ｄは、概ねφ８ｍｍからφ２５ｍｍの範囲内であり、長さＬはＡ４用紙サイズでは概ね２１０ｍｍから２５０ｍｍ、Ａ３サイズ用紙では概ね３００ｍｍから３５０ｍｍとなる。
【００１７】
本体部２の内周面２ａをテーパ形状に加工する方法としては、例えば、旋盤及びホーニング盤を用いる方法が挙げられる。
【００１８】
まず、本体部２の内周面２ａを所定寸法より数μｍ〜数十μｍ小さいテーパ状の内面を旋盤等で加工しておく。その後、ホーニング盤を用いて、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し、所定のテーパ形状に仕上げる。
【００１９】
縦型ホーニング盤を用いる場合、具体的には以下の手順で本体部２のテーパ加工がなされる。
【００２０】
まず、ホーニング盤に本体部２を立てた状態でセットする。内径ｄ側から内径Ｄ側、すなわち、内径が広くなる方向でテーパ形状を仕上げる場合は、内径ｄとなる側を上に向けて立てる。次に、内径ｄとなる側から砥石を挿入しホーニング加工を行う。砥石のストロークを下側に進めるに従い、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、所定のテーパ形状を仕上げる。一方、これとは逆に本体部２を内径Ｄ側から内径ｄ側、すなわち、内径が小さくなる方向でテーパ形状を仕上げる場合は、内径Ｄとなる側を上に向けて立てる。そして、内径Ｄとなる側から砥石を挿入しホーニング加工を行う。砥石のストロークを下側に進めるに従い、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、所定のテーパ形状を仕上げる。
【００２１】
また、本体部２の内周面２ａを旋盤加工にて所定の内径差の複数のストレート部をまず作っておく方法も挙げられる。この場合、直径で２〜７μｍ程度の段差で所定の内径差をつけておき、その後、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幅を調整し、かつ段差部分をホーニング加工により滑らかにつなぎ、最終的にテーパ形状に加工する。
【００２２】
なお、本体部２の円筒内面の内径差は、本体部２がストレート形状のもので成型したゴムローラの外径差を基に、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、内径差を５μｍ未満とすると、加工精度のばらつきの範疇に収まったり、実際に成型したゴムローラを用いた画像品質でもほとんど差が現れないのでテーパ形状の効果が小さくなってしまう。
【００２３】
また、本体部２がストレート形状のもので成型したゴムローラは、熱履歴の差により一般的に注入側の外径が非注入側の外径に比べ相対的に大きくなる傾向にある。この大きくなる割合は、材料の熱膨張率や成型温度等で異なるものの最大でも０．５％程度である。よって、成型金型の本体部２の内径は、内径の大きい非注入側を基準として注入側の内径ｄを内径Ｄに対して最大０．５％小さくすれば、長手方向でのローラの外径差が１０μｍ以下のゴムローラを得ることができる。以上より、本実施形態の場合、注入側の本体部２の内径ｄと、非注入側の本体部２の内径Ｄとの差が５μｍ以上、かつ非注入側の本体部２の内径Ｄを基準としたときその差が０．５％以下とするのが好ましい。
【００２４】
次に、本実施形態のゴムローラの成型装置の構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は、本実施形態の成型装置の概略構成図であり、図３は、加熱ブロックの斜視図である。
【００２５】
成型装置５０は、ゴムローラを成型する成型部２０と、ゴムローラの材料を供給する材料供給部２１と、材料供給部２１から供給された材料を金型内に射出する射出部２２とを有する。
【００２６】
成型部２０は、上述した成型金型３０と、加熱ブロック６と、金型受け１０と、金型押さえ１１と、金型押さえ用シリンダ１１ｂとを有する。
【００２７】
成型金型３０は、注入側駒３側が金型受け１０により保持され、非注入側駒１側が金型押さえ１１により保持されている。金型押さえ用シリンダ１１ｂは、金型押さえ１１を金型受け１０のほうに押し付ける押圧力を発生するものであり、金型押さえ１１が金型押さえ用シリンダ１１ｂにより押圧されることで、成型金型３０は、金型受け１０と金型押さえ１１とに挟まれて固定される。なお、金型受け１０には貫通穴１０ａが形成されており、注入側駒３の材料注入穴３ａに連通している。
【００２８】
加熱ブロック６は、成型金型３０を外周面側から加熱するため、成型金型３０の周囲に配置されており、非注入側加熱ブロック６ａと、中央部加熱ブロック６ｂと、注入側加熱ブロック６ｃとを有する。加熱ブロック６は、ヒータ７と測温体８とが内蔵されており、所望の温度に成型金型３０を加熱する。非注入側加熱ブロック６ａは、非注入側駒１及び本体部２の非注入側駒１近傍を加熱する。中央部加熱ブロック６ｂは本体部２の中央部分を主に加熱する。注入側加熱ブロック６ｃは、注入側駒３及び本体部２の注入側駒３近傍を加熱する。
【００２９】
材料供給部２１は、２台の材料ポンプ１８と、２本のシリンダ１８ａと、ミキシングブロック１７とスタティックミキサ１６とを有する。
【００３０】
各シリンダ１８ａの一端側は各材料ポンプ１８に接合されており、他端側から延出している配管はミキシングブロック１７に接続されている。ミキシングブロック１７の下流側の配管にはスタティックミキサ１６が接続されており、スタティックミキサ１６の下流側の配管は、後述する射出シリンダ１４に接続されている。
【００３１】
各シリンダ１８ａ内には、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が貯留されており、材料ポンプ１８により押し出された材料は、ミキシングブロック１７で混合される。この材料は、さらにスタティックミキサ１６で混練された後、射出シリンダ１４内へと供給される。
【００３２】
ゴムローラの材料としては、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、塩素ゴムなど、いずれでも良い。また、弾性材料には、必要に応じて、導電材や充填材、硬化剤や触媒等を適宜分散させて用いることができる。弾性材料に分散可能な導電材としてはカーボンブラック、導電性カーボン等のカーボン類、および金属粉、導電性の繊維、あるいは酸化スズなどの半導電性金属酸化物粉体、さらにこれらの混合物などいずれでも良い。導電材の添加量によりゴムローラの電気抵抗が適宜調整される。
【００３３】
射出部２２は、注入ノズル１３と、射出シリンダ１４と、射出用モータ１５とを有する。射出シリンダ１４内にはピストン１５ｃが摺動可能に内蔵されている。ピストン１５ｃの後端部は射出用モータ１５に接続されたボールネジ１５ｂに螺合されており、射出用モータ１５を回転駆動することでピストン１５ｃは射出シリンダ１４内を往復移動可能である。ピストン１５ｃは、射出用モータ１５を正転させることで注入ノズル１３側へと前進し、射出用モータ１５を逆転させることで注入ノズル１３側から離れる方向へと後退する。
【００３４】
射出シリンダ１４の先端部に取り付けられた注入ノズル１３は、金型受け１０に形成された貫通穴１０ａに当接される。すなわち、注入ノズル１３と注入側駒３の材料注入穴３ａとは、金型受け１０の貫通穴１０ａを介して連通している。
【００３５】
次に、本実施形態の成型装置を用いてのゴムローラの成型方法について説明する。
【００３６】
まず、ゴムローラ軸体４を成型金型３０内にセットする。次に、材料ポンプ１８を駆動してシリンダ１８ａ内の材料をミキシングブロック１７で混合させ、かつスタティックミキサ１６で混練した後、射出シリンダ１４内へと供給する。
【００３７】
次に、射出用モータ１５を正転させてピストン１５ｃを前進させることで、射出シリンダ１４内に供給された材料を注入ノズル１３から金型受け１０の貫通穴１０ａ内へと射出する。貫通穴１０ａ内へと射出された材料は、注入側駒３の材料注入穴３ａを介して本体部２内へと流入する。材料が本体部２内へと流入するのに伴い、非注入側駒１の穴部１ａからエア抜きがなされる。
【００３８】
材料注入後は、成型金型３０内に注入された材料は、加熱ブロック６により加熱されることで硬化する。その後、成型金型３０を冷却し、成型金型３０内から成型されたゴムローラを取り出す。
【００３９】
本実施形態の成型金型３０における本体部２の軸方向における内周面２ａの形状は、注入側駒３側から非注入側駒１に向けて拡がるテーパ形状となっている。このため、成型されたゴムローラは、材料の熱履歴の差や圧力差により生ずる長手方向での外径差が小さなものとなる。また、本実施形態の場合、加熱ブロック６に温度傾斜を設ける必要が無いので、温度差による加熱ブロック６に反りの発生を防止することができる。
【実施例】
【００４０】
本発明のゴムローラの成型金型を電子写真用現像ローラの成型に適用した実施例を説明する。現像ローラの成型方法としては、円筒状内面を有するパイプ金型本体２と該パイプ金型本体両端に嵌合し軸体を支持する両端部駒１及び３の３部材からなる成型金型を用意した。金型の材質は、日立金属製プリハードン鋼のＣＥＮＡ１である。
（実施例１）
本実施例では、成型金型３０の本体部２の内面形状が材料注入側の内径ｄがφ１６．３４ｍｍ、非注入側の内径Ｄがφ１６．３５ｍｍ、円筒部の長さＬが３３０ｍｍのテーパ形状になったものを用いた。円筒内面の内径差は直径で１０μｍ、内径の大きい非注入側を基準にすると内径差は、０．０６％である。
【００４１】
注入側駒３の材料注入穴３ａは、φ１．８ｍｍであり、８つ形成されている。また、非注入側駒１の穴部１ａは、φ１．５ｍｍであり、４つ形成されている。本体部２、非注入側駒１及び注入側駒３の外径はすべてφ３０ｍｍに統一してある。
【００４２】
成型金型３０内には、中央部外径φ１０ｍｍ×長さ３４０ｍｍ、両端部外径φ６ｍｍ長さ１０ｍｍの段付のゴムローラ軸体４（快削鋼ＳＵＭ２４Ｌ製）をセットした。
【００４３】
成型金型３０を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にて挟み込んだ。
【００４４】
成型金型３０の長手方向に、非注入側加熱ブロック６ａと、中央部加熱ブロック６ｂと、注入側加熱ブロック６ｃとに３分割されている加熱ブロック６の設定温度はすべて１１５℃とし、３分間予熱した。その後、注入側駒３の材料注入穴３ａ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を４５ｃｃ注入し、３分間シリコーンゴム材料を加熱し、硬化させた。
【００４５】
硬化後は、加熱ブロック６から成型金型３０を取り出し、成型金型３０の形状にくり抜かれ、２０℃の冷却水が循環する２枚のジュラルミン製冷却ブロックにて成型金型３０を３分間挟み込み、成型金型３０を冷却後、成型された現像ローラを取り出した。
（実施例２）
本実施例では、成型金型３０の本体部２の内面形状が材料注入側の内径ｄがφ１６．３４ｍｍ、非注入側の内径Ｄがφ１６．３６ｍｍ、円筒部の長さＬが３３０ｍｍのテーパ形状になったものを用いた。円筒内面の内径差は直径で２０μｍ、内径の大きい非注入側を基準にすると内径差は、０．１２％である。その他の条件は実施例１と同じである。
【００４６】
なお、内径の大きい非注入側を基準にするときの内径差は、０．５％以下とするのが好ましいが、その値は、ローラ長Ｌ、材料注入圧力、加熱ブロックの温度等により適宜設定されるものであってもよい。すなわち、ローラ長Ｌが長くなれば、材料圧は注入側でより高くなるので、注入側と非注入側のパイプ金型内径差は大きくする必要があり、実施例１，２の事例よりも大きな値を取ることになる。材料注入圧力を大きくする必要性があれば、圧力に起因する温度上昇も事例より大きくなり、これに対応する形で、内径差を大きくすることになる。加熱ブロック６の温度が、事例より高ければ、熱収縮の影響は大きくなるはずであり、この場合、内径差は大きくなる。このようにして、実施系を考えたときに、対応可能と考えられる内径差は０．５％を限度とするのが好ましい。
（比較例）
比較例として、図４に示す、本体部１０２の内面形状がφ１６．３４ｍｍのストレート形状になった成型金型１３０を用いてゴムローラを成型した。その他の条件は実施例１と同じである。
（参考例）
参考例として、比較例と同じ成型金型１３０を用いたが、中央部加熱ブロック６ｂ及び注入側加熱ブロック６ｃの設定温度は１１５℃とし、非注入側加熱ブロック６ａの設定温度は１１０℃に設定してゴムローラを成型した。その他の条件は実施例１と同じである。
【００４７】
各実施例、比較例、参考例で成型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、ゴムローラの中央部及び中央から７５ｍｍ、１５０ｍｍの５点における外径を測定し、外径差を比較した。図５に示すように、現像ローラの外径を便宜的に材料注入側よりそれぞれＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５とし、各点での外径は表１に示すとおりである。
【００４８】
【表１】
【００４９】
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い。よって、表１において、判定は、外径差が１０μｍ以下をＯＫとし、１０μｍより大きいとＮＧとしている。
【００５０】
実施例１において成型された現像ローラは、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５の外径差は、３μｍとなり、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以下と製品上問題ない範囲の外径差であった。
【００５１】
実施例２において成型された現像ローラは、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５の外径差は、９μｍとなっているが、最大径と最小径の差も１０μｍ以下であり、精度上は問題ないレベルに収まった。
【００５２】
比較例において成型された現像ローラは、材料の熱履歴や圧力差等により注入側Ｄ１の方が非注入側Ｄ５と比較し、１４μｍ程度大きくなった。
【００５３】
参考例においては、注入側Ｄ１と非注入側Ｄ５の外径差は５μｍであり、比較例と比較して外径差は小さくなった。これは、非注入側加熱ブロック６ａの設定温度を低くすることにより、材料の圧力による温度上昇起因の熱収縮が小さくなったことに起因するといえる。しかしながら、参考例においては、中央付近のＤ３、Ｄ４の外径が小さく、全体的な外径差は１０μｍとなった。また、参考例の場合、加熱ブロック６に温度差を設けたことによる歪の発生が問題として残る。
【００５４】
以上、本発明によれば、加熱ブロック６に温度分布をもたせなくとも、成形金型の内径を１０μｍから２０μｍ程度のテーパ形状にすることにより、ほぼストレート形状のゴムローラが成型できることが明らかとなった。また、その程度は、加熱ブロックに温度分布をもたせた参考例の場合とほぼ同等となることもわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態における、ゴムローラ軸体をセットした状態のゴムローラ用成型金型の側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における、成型装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態における、加熱ブロックの斜視図である。
【図４】比較例及び参考例における、ゴムローラ軸体をセットした状態のゴムローラ用成型金型の側断面図である。
【図５】実施例、比較例及び参考例で成型した現像ローラの外径測定点を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 非注入側駒
１ａ 穴部
２ 本体部
２ａ 内周面
３ 注入側駒
３ａ 材料注入穴
４ ローラ軸体
６ 加熱ブロック
１２ キャビティ
ｄ、Ｄ 内径
【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、前記パイプ金型本体内に配置される軸体を支持して前記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、弾性材料が注入される注入側の前記端部駒には前記弾性材料を注入するための穴が設けられ、前記弾性材料が注入されない非注入側の前記端部駒には、キャビティ内の空気を逃がし、かつ材料をオーバーフローさせるための穴が１穴乃至は複数穴開けられており、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前記弾性材料を注入した後に前記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大き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】
前記注入側の前記パイプ金型本体の内径と、前記非注入側の前記パイプ金型本体の内径との差が５μｍ以上、かつ前記非注入側の前記パイプ金型本体の内径を基準としたとき前記差が０．５％以下である、請求項１に記載の弾性ローラの成型金型。
【請求項３】
前記弾性ローラが電子写真装置用のゴムローラである、請求項１または２に記載の弾性ローラの成型金型。
【請求項１】
円筒状内面を有するパイプ金型本体と、前記パイプ金型本体内に配置される軸体を支持して前記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、弾性材料が注入される注入側の前記端部駒には前記弾性材料を注入するための穴が設けられ、前記弾性材料が注入されない非注入側の前記端部駒には、キャビティ内の空気を逃がし、かつ材料をオーバーフローさせるための穴が１穴乃至は複数穴開けられており、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前記弾性材料を注入した後に前記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大き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】
前記注入側の前記パイプ金型本体の内径と、前記非注入側の前記パイプ金型本体の内径との差が５μｍ以上、かつ前記非注入側の前記パイプ金型本体の内径を基準としたとき前記差が０．５％以下である、請求項１に記載の弾性ローラの成型金型。
【請求項３】
前記弾性ローラが電子写真装置用のゴムローラである、請求項１または２に記載の弾性ローラの成型金型。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−６９８２３（Ｐ２０１０−６９８２３Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２３７３（Ｐ２００８−２４２３７３）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
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