JP2007120539A - 導電性ローラの製造方法およびそれに用いられるローラ本体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量でかつ高精度のローラ本体を有する導電性ローラの製造方法、および、それに用いられる装置を提供する。
【解決手段】複数の要素部材１０を長さ方向に結合して前記ローラ本体１１を形成し、前記要素部材１０のうち少なくとも一つを、これに隣接する他の要素部材１０を金型１にインサートして射出成形することにより、前記隣接する他の要素部材１０に結合させて形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は導電性ローラに関し、詳しくは、複写機やプリンタ等の画像形成装置において各種ローラ部材として用いられる導電性ローラの製造方法、および、そのための装置に関する。

複写機やプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、ベルト駆動ローラ等の、導電性を付与した導電性ローラが用いられている。

このような導電性ローラとしては、シャフト部材として機能するローラ本体の外側に導電性の弾性層を形成して構成され、このような導電性ローラを軽量にするために、ローラ本体を中空の導電剤入りの樹脂よりなるパイプ部材で構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１５０６１０号公報

しかしながら、上記文献に記載されているようなローラ本体は、長さ方向両端間を一本のパイプ部材で構成した構造になっており、このような樹脂パイプ部材を製造するには、長尺のパイプ部材用金型内に樹脂を射出成形する方法と、樹脂の丸棒を機械加工して仕上げる方法が考えられるが、後者の方法は、導電性ローラのように大量生産されるものに適用した場合には膨大なコストがかかるため非現実的な方法であり、一方、前者の方法は、コスト的には有利であるものの、長さ方向に均一な所望の寸法に仕上げるのが困難で、精度上の問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、軽量でかつ高精度のローラ本体を有する導電性ローラの製造方法、および、それに用いられる装置を提供することを目的とする。

＜１＞は、主として樹脂材料と導電剤とからなるローラ本体と、このローラ本体の外周に担持された弾性層とを備える導電性ローラを製造する方法において、
複数の要素部材を長さ方向に結合して前記ローラ本体を形成し、前記要素部材のうち少なくとも一つを、これに隣接する他の要素部材をインサートした金型を用いて射出成形することにより、前記隣接する他の要素部材に結合させる導電性ローラの製造方法である。

＜２＞は、＜１＞において、ローラ本体を構成する前記要素部材をすべて同じ形状にするとともに、各要素部材を、長さ方向いずれか一方側に位置するものから順次、同一の金型キャビティに射出成形して形成し、２番目以降に形成する各要素部材を、それより前に形成された要素部材を金型内で軸方向に移動させてインサートとしたあと前記金型キャビティに成形材料を射出して形成する導電性ローラの製造方法である。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記要素部材を形成するに際し、前記ローラ本体を長手方向に嵌通する軸の一部も金型内にインサートして成形する導電性ローラの製造方法である。

＜４＞は、＜１＞〜＜３＞のいずれかの導電性ローラの製造方法に用いられるローラ本体形成装置であって、
周方向に等ピッチで配列された複数の金型を搭載し、所定の割出し角度ずつ間欠回転してそれぞれの金型を複数のステーションに位置させるロータリテーブルと、前記ステーションの一つで前記金型に成形材料を射出する射出成型機と、前記ステーションの一部で金型を開閉する金型開閉装置と、前記ステーションの一つで成形の完了した要素部材をその軸方向に金型内でスライドさせてインサート位置まで移動させる部材移動機構とを具えてなるローラ本体形成装置である。

＜１＞によれば、複数の要素部材を長さ方向に結合してローラ本体を形成するので、長さが短いことにより高精度で均一な制作が可能となった個々の中空部材を結合することにより、ローラ本体を高精度で均一なものにすることができ、しかも、要素部材の少なくとも一つを、これに隣接する他の要素部材をインサートした金型を用いて射出成形するので、これらを、接着剤を用いることなく強固に結合することができ、かつ、この結合を効率的に行うことができる。

＜２＞によれば、ローラ本体を構成する前記要素部材をすべて同じ形状にするとともに、各要素部材を、長さ方向いずれか一方側に位置するものから順次、同一の金型キャビティに射出成形して形成し、２番目以降に形成する各要素部材を、それより前に形成された要素部材を金型内で軸方向に移動させてインサートとしたあと前記金型キャビティに成形材料を射出して形成するので、詳細を後述するように、ローラ本体を短時間で形成することができ、高い生産性を実現できる。

＜３＞によれば、要素部材を形成するに際し、前記ローラ本体を長手方向に嵌通する軸の一部も金型内にインサートして成形するので剛性の高い軸を中心にすることによりローラ本体を一層高精度なものにすることができる。

＜４＞によれば、周方向に等ピッチで配列された複数の金型を搭載し、所定の割出し角度ずつ間欠回転してそれぞれの金型を複数のステーションに位置させるロータリテーブルと、前記ステーションの一つで前記金型に成形材料を射出する射出成型機と、前記ステーションの一部で金型を開閉する金型開閉装置と、前記ステーションの一つで成形の完了した要素部材をその軸方向に金型内でスライドさせてインサート位置まで移動させる部材移動機構とを具えるので、詳細を後述するように、自動的に、所定のタクトタイムで、ローラ本体を効率的に製造することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１に、本発明の実施の形態に係る導電性ローラの斜視図を示す。図示するように、本発明の製造方法が対象とする導電性ローラは、ローラ本体１１と、その外周に担持された弾性層１２とを備え、ローラ本体１１は、長さ方向に結合された複数の要素部材１０よりなっている。

図２に、弾性層１２を形成する前の導電性ローラ（図１参照）の構成を示す。図示するローラ本体１１は、複数（図示の場合、例えば８個）の要素部材１０を長手方向に結合して形成されている。ローラ本体１１を、長さ方向に複数の要素部材１０に分割したことで、従来の金属パイプや樹脂一体成形品の場合に比し部材の長さが短くなるため、加工の精度を向上させることができ、個々の部材の加工が容易になり、生産性も向上させることができる。

導電性ローラは、図示するように、ローラ本体１１を長手方向に嵌通する軸１３を備えることが好ましい。ローラ本体１１、即ち、導電性ローラを長手方向に嵌通する軸１３を備えるものとすることで、ローラの剛性を向上して、曲げに対する強度を高めることができる。また、軽量化のため、要素部材１０を中空にすることが好ましい。

図３は、本発明に係るローラ本体形成装置を示す概略平面図、図４（ａ）は、要素部材１０を形成する金型を示す断面図、そして、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視に対応する断面図であり、ローラ本体形成装置２０は、周方向に等ピッチで配列された複数の金型１を搭載し、所定の割出し角度（図示の場合は60度）ずつ、矢印Ｆの向きに間欠回転して複数のステーション（図示の場合はＳ１〜Ｓ６の６個）に各金型１を、順次位置させるロータリテーブル５と、注型ステーションＳ１で金型１に成形材料を射出する射出成型機２１と、型開放ステーションＳ５で金型１を開いて、下型２から上型３を取り外するとともに型閉止ステーションＳ６で、上型３を下型２に組み付ける金型開閉装置２２と、前記ステーションの一つ（図示の場合は、型閉止ステーションＳ６）で成形の完了した要素部材１０をその軸方向に金型内でスライドさせてインサート位置まで移動させる部材移動機構２３とを具えて構成される。

図４（ａ）は、注型ステーションＳ１において、成形材料を注型する前の状態を示す図であり、金型１は、下型３と、上型２と、底型４とで構成され、これらは、金型１を閉止した状態において、要素部材１０を成形するためのキャビティ３０を形成する。上型２には、射出成型機２１から射出された成形材料をキャビティ３０に導くためのランナ３１とスプルー３２とが設けられ、また、上型２と底型４とには、キャビティ３０にインサートされる軸１３を貫通させるための穴２ａ、４ａがそれぞれ形成されている。

また、ロータリテーブル５の、下型３の反対側には、成形済みの要素部材１０をインサートとして保持するホルダ３５と、底型４の位置を特定する複数個のストッパ３３と、これらのストッパ３３を半径方向内外に進退させるシリンダ３４とが配設される。

図５〜図１０は、上記のように構成されたローラ本体形成装置２０を用いてローラ本体を形成する手順を説明するための、各手順における金型１を示す概略断面図であり、図５は、ローラ本体１１の長さ方向一方側から２番目の要素部材１０を注型する直前の状態を示し、既に、ローラ本体１１の長さ方向一方側から１番目の成型済み要素部材１０がインサートとしてホルダ３５と底型４とに囲まれた空間に収容されており、この状態で、キャビティ３０に成型材料を注型すべく射出成型機２１のヘッドを上型２に押圧する。

次いで、図６に示すように、射出成型機２１から成型材料を注型し、キャビティ３０内を成型材料で充満させ、次いで、図７に示すように、射出成型機を退出させたあと、ロータリテーブル５を１ピッチ分だけ回転して金型１を注型ステーションＳ１から、次の硬化ステーションＳ２に移動させる。さらにロータリテーブル５をさらにピッチ送りして、金型１０を、Ｓ２に続く硬化ステーションＳ３、Ｓ４を経由させて型開放ステーションＳ５まで移動させる。この間、図示しないヒータによって金型を加熱し、キャビティ３０内の材料を硬化させる。

型開放ステーションＳ５では、金型開閉装置２２を用いて、図８に示すように、上型２を下型３から取り外して金型１を開放する。次に、下型３を型閉止ステーションＳ６まで移動させるべく、ロータリテーブル５を回転させてピッチ送りしたあと、型閉止ステーションＳ６で、図９に示すように、直前に成型された要素部材１０を軸１３ごと、軸方向に移動させ、インサートとするべくホルダ３５に囲まれた空間に移動させる。

続いて、金型閉止ステーションＳ６で上型２を下降させて下型３に組み付けたあと、ロータリテーブル５をピッチ送りして回転させ、金型１を注型ステーションＳ１に移動させたあと、射出成型機２１を金型１に当接させて次の要素部材１０を成形するための準備にはいり（図１０参照）、１サイクルの手順を終了する。

上記のサイクルを繰り返し、ローラ本体１１を構成する最後の要素部材の成形を完了したとき、軸１３ごと、出来上がったローラ本体１１をホルダ３５から取り出して、次の工程、例えば、ローラ本体１１の外側に弾性層１２を形成する工程に送達する。

ローラ本体１１は、導電性を有する必要があり、したがって、要素部材１０も、樹脂に導電剤を分散させたものが用いられ、その樹脂材料としては、適度の強度を有するとともに、射出成型等により成形可能なものであればよく、汎用樹脂やエンジニアリングプラスチックの中から適宜選定することができ、特に制限されるものではない。具体的には、エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアセタール、ポリアミド樹脂（例えば、ポリアミド６、ポリアミド６・６、ポリアミド１２、ポリアミド４・６、ポリアミド６・１０、ポリアミド６・１２、ポリアミド１１、ポリアミドＭＸＤ６（メタキシレンジアミンとアジピン酸とから得られるポリアミド）等）、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレンなどを挙げることができる。また、汎用樹脂としては、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンなどが挙げられる。その他、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等を用いることもできる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記の中でも、特にエンジニアリングプラスチックが好ましく、さらに、ポリアセタール、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネートなどが、熱可塑性で成形性に優れ、かつ、機械的強度に優れる点より、好ましい。特に、ポリアミド６・６、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６・１２、ポリブチレンテレフタレート、あるいはこれらの混合樹脂が好適である。なお、熱硬化性樹脂を用いることに差し支えはないが、リサイクル性を考慮すれば熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

導電剤としては、樹脂材料中に均一に分散することができるものであれば各種のものを使用することが可能であるが、カーボンブラック粉末、グラファイト粉末、カーボンファイバーやアルミニウム、銅、ニッケルなどの金属粉末、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物粉末、導電性ガラス粉末などの粉末状導電剤が好ましく用いられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。この導電剤の配合量は、目的とする導電ローラの用途や状況に応じて適当な抵抗値が得られるように選定すればよく、特に制限されるものではないが、通常は要素部材１０の材料全体に対して５〜４０重量％、特には、５〜２０重量％とすることが好ましい。

要素部材１０の体積抵抗率については、上述のようにローラの用途等に応じて適宜設定すればよいが、通常は１×１０⁰〜１×１０¹²Ω・ｃｍ、好ましくは１×１０⁰〜１×１０⁶Ω・ｃｍ、より好ましくは１×１０⁰〜１×１０³Ω・ｃｍとする。

要素部材１０の材料中には、必要に応じ補強や増量等を目的として各種導電性または非導電性の繊維状物やウィスカー、フェライトなどを配合することができる。繊維状物としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維などの繊維を挙げることができ、また、ウィスカーとしては、チタン酸カリウムなどの無機ウィスカーを挙げることができる。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの配合量は、用いる繊維状物やウィスカーの長さおよび径、主体となる樹脂材料の種類や目的とするローラ強度等に応じて適宜選定することができるが、通常は材料全体の５〜７０重量％、特には１０〜２０重量％である。

また、軸１３としては、例えば、硫黄快削鋼やアルミニウム、ステンレス鋼等に、ニッケル、亜鉛めっき等を施したものを用いることができる。

ローラ本体１１は、導電性ローラの芯部を構成するものであるため、ローラとして良好な性能を安定的に発揮させるために十分な強度が必要であり、通常、ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠した曲げ強度で８０ＭＰａ以上、特に１３０ＭＰａ以上の強度を有することが好ましく、これにより良好な性能を長期にわたって確実に発揮することができる。なお、曲げ強度の上限については特に制限はないが、一般的には５００ＭＰａ以下程度である。

図１１は、端部構造の異なるローラ本体を示す側面図であり、図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、端部の両方を軸部６で構成した例、図１１（ｃ）は、端部の両方を軸穴部８で構成した例、図１１（ｄ）、図１１（ｅ）は、両端部の一方を軸部６で、他方を軸穴部８で構成した例をそれぞれ示す。また、図１１（ｂ）〜図１１（ｅ）の例は、一方の端部にギヤ部７を設けた例を示す。このほか、端部の両側にギヤ部７を設けることもでき、この場合、ローラ本体が動力伝達を仲介する機能を担うことになる。いずれの場合も、ギヤ部７は円筒部もしくは円柱部と一体的に形成することができる。

また、図１１に示したローラ本体１１の軸部６は、図１２（ａ）に斜視図で示すように、最も単純な形状の円柱状をなすが、この代わりに、例えば、図１２（ｂ）に示すテーパ部を有するもの、図１２（ｃ）に示すDカット加工を施したもの、図１２（ｄ）に示す角柱状のもの、図１２（ｅ）に示す先尖端部を有するもの、図１２（ｆ）に示す環状溝を有するもの、図１２（ｇ）に示す段付部を有するもの、図１２（ｈ）に示す、外周面にスプラインもしくはギヤ用外歯部が形成されたもの等を用いることができ、同様に、軸穴部８として、図１２（ｉ）に斜視図で示した単純な丸穴形状のものの外、図１２（ｊ）に示すＤ型断面形状のもの、図１２（ｋ）に示す小判状断面形状のもの、図１２（ｌ）に示す角穴形状のもの、図１２（ｍ）に示す、内周面にスプラインもしくはギヤ用内歯部が形成されたもの、図１２（ｎ）に示すテーパ穴部を有するもの、図１２（ｏ）に示すキー溝付丸穴のものなども用いることができる。

さらに、図１２（ｒ）に斜視図で示したギヤ部７に代えて、図１２（ｐ）に示す段付部や、図１２（ｑ）に示すやフランジ部等を用いることもできる。

本実施形態の導電性ローラは、複数の要素部材１０を長さ方向に結合してローラ本体１１を形成した後、その外周に弾性層１２を設けることにより製造することができる。

弾性層１２の材料としては、エラストマー単体かまたはそれを発泡させたフォーム体に導電剤を添加して導電性を付与した弾性体を用いることができる。ここで使用し得るエラストマーには、特に制限はなく、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム等が例示され、これらを単独であるいは２種以上組み合わせて用いることができる。本発明においては、これらのうち、エチレン−プロピレンゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムが好ましく用いられ、また、これらと他のゴム材料との混合物も好適である。特に、本発明においては、ウレタン結合を有する樹脂が好ましく用いられる。

また、これらエラストマーを、発泡剤を用いて化学的に発泡させるか、または、ポリウレタンフォームのように空気を機械的に巻き込んで発泡させたフォーム体としても用いることができる。本発明においては、ローラ本体１１と弾性層１２との一体化を行う成形工程で、いわゆるＲＩＭ成形法、即ち、弾性層１２の原料成分を構成する２種のモノマー成分を筒状型内に混合射出して、重合反応させることにより、ローラ本体１１と弾性層１２とを一体化する手法を用いてもよい。これにより、原料の注入から脱型までの所要時間６０秒程度で弾性層１２の成形工程を行うことができるので、生産コストを大幅に削減することが可能となる。

弾性層１２に添加する導電剤としては、ローラ本体１１に関して挙げた導電剤と同じものを用いることができる。

本発明のローラにおいては、ローラ本体１１上に設ける弾性層１２により、ローラの表面粗さや硬度、導電性等を適宜調整することができる。また、ローラ外形についても弾性層１３により調整可能であるので、本発明に係る部材間の繋ぎ目は、必ずしも平滑でなくてもよく、即ち、繋ぎ目においてある程度の段差が生じていてもよい。ある程度の段差は、その上に弾性層１３を設けることで、吸収することが可能である。また、弾性層表面を切削、研磨等により加工することで、用途により求められる表面精度を出すこともでき、逆に、弾性層表面を粗く形成して、駆動、従動ローラ等として用いることも可能である。従って、本発明の導電性ローラは、画像形成装置において使用されるいかなるローラ部材としても使用可能であり、適用範囲が広いものである。

本発明の実施形態の製造方法に係る導電性ローラの斜視図である。 図１の導電性ローラのローラ本体を示す斜視図である。 本発明に係るローラ本体形成装置を示す概略平面図ある。 要素部材を形成する金型の断面図および矢視図である。 ローラ本体を形成する最初の手順における金型を示す概略断面図である。 図５に続く手順における金型を示す概略断面図である。 図６に続く手順における金型を示す概略断面図である。 図７に続く手順における金型を示す概略断面図である。 図８に続く手順における金型を示す概略断面図である。 図９に続く手順における金型を示す概略断面図である。 異なる構造の端部を有するローラ本体を示す側面図である。 軸部、軸穴部、ギヤ部の形状変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 金型
２ 上型
２ａ 上型の穴
３ 下型
４ 底型
４ａ 底型の穴
５ ロータリテーブル
６ 軸部
７ ギヤ部
８ 軸穴部
１０ 要素部材
１１ ローラ本体
１２ 弾性層
１３ 軸
２０ ローラ本体形成装置
２１ 射出成型機
２２ 金型開閉装置
２３ 部材移動機構
３０ キャビティ
３１ ランナ
３２ スプルー
３３ ストッパ
３４ シリンダ
３５ ホルダ
Ｓ１ 注型ステーション
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 硬化ステーション
Ｓ５ 型開放ステーション
Ｓ６ 型閉止ステーション

Claims (4)

1. 主として樹脂材料と導電剤とからなるローラ本体と、このローラ本体の外周に担持された弾性層とを備える導電性ローラを製造する方法において、
   複数の要素部材を長さ方向に結合して前記ローラ本体を形成し、前記要素部材のうち少なくとも一つを、これに隣接する他の要素部材をインサートした金型を用いて射出成形することにより、前記隣接する他の要素部材に結合させる導電性ローラの製造方法。
2. ローラ本体を構成する前記要素部材をすべて同じ形状にするとともに、各要素部材を、長さ方向いずれか一方側に位置するものから順次、同一の金型キャビティに射出成形して形成し、２番目以降に形成する各要素部材を、それより前に形成された要素部材を金型内で軸方向に移動させてインサートとしたあと前記金型キャビティに成形材料を射出して形成する請求項１に記載の導電性ローラの製造方法。
3. 前記要素部材を形成するに際し、前記ローラ本体を長手方向に嵌通する軸の一部も金型内にインサートして成形する請求項１もしくは２に記載の導電性ローラの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ローラの製造方法に用いられるローラ本体形成装置であって、
   周方向に等ピッチで配列された複数の金型を搭載し、所定の割出し角度ずつ間欠回転してそれぞれの金型を複数のステーションに位置させるロータリテーブルと、前記ステーションの一つで前記金型に成形材料を射出する射出成型機と、前記ステーションの一部で金型を開閉する金型開閉装置と、前記ステーションの一つで成形の完了した要素部材をその軸方向に金型内でスライドさせてインサート位置まで移動させる部材移動機構とを具えてなるローラ本体形成装置。

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