JP2011102032A - 導電性ローラ成形用金型の製造方法およびそれに用いる金型加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでしかも高精度な内面を有する導電性ローラ用金型の製造方法、および、それに用いる金型加工機を提供する。
【解決手段】パイプ部材３０の内面を、研削部を有するホーニングツールをパイプ部材３０の一端から他端まで移動させることにより加工するとともに、該加工に際して、前記パイプ部材の他端から一端に向かって潤滑液３５を流動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、筒状部の半径方向内側に配置された芯金の周囲に材料を注入して導電性ローラを成形するのに用いられる金型を製造する方法、および、それに用いる導電性ローラ成形用金型加工機に関し、特に、安価でかつ高精度な導電性ローラの成形が可能な金型を製造するものに関する。

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の金型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。

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大きな課題である。

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。）。

実開平５−１２０２０号公報 特開平６−２６９８４２号公報

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。

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内面を有する導電性ローラ用金型の製造方法、および、それに用いる金型加工機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導電性ローラ用金型の製造方法および加工機を提供する。

＜１＞は、筒状部の半径方向内側に配置された芯金の周囲に材料を注入して導電性ローラを成形するのに用いられる金型を製造する方法において、
前記筒状部の材料であるパイプ部材の内面を、研削部を有するホーニングツールをパイプ部材の一端から他端まで移動させることにより加工するとともに、該加工に際して、前記パイプ部材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導電性ローラ成形用金型の製造方法である。

＜２＞は、＜１＞において、前記パイプ部材を潤滑液の中に浸漬して前記加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の導電性ローラ成形用金型の製造方法である。

＜３＞は、＜２＞の導電性ローラ成形用金型の製造方法に用いられる装置であって、
前記ホーニングツールと、このホーニングツールを軸方向に一端から他端まで移動させるツール駆動装置と、潤滑液を収容する液槽と、一端を上にして潤滑液に浸漬される前記パイプ部材の他端を支持するストッパ治具と、該パイプ部材の一端の、軸方向と直交する方向の変位を抑制する固定治具と、潤滑液を、加圧して前記液槽に送り込む加圧ポンプと、を具えてなる導電性ローラ成形用金型加工機である。

＜４＞は、＜３＞において、前記ストッパ治具を、金型を内側に収容する筒状部材で構成し、筒状部材の上部に、前記液槽の上蓋に気密に取り付けられる取付部を配設し、筒状部材の下部に、金型の他端の端面を支持する下端支持部を設け、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を形成するとともに、前記固定治具に、金型上端を半径方向内側に嵌合させて支持するリング支持部を設けたことを特徴とする導電性ローラ成形用金型加工機である。

＜５＞は、＜３＞又は＜４＞において、前記加圧ポンプからの潤滑液を前記液槽内に流入させる潤滑液流入口を前記液槽の側面に設けたことを特徴とする導電性ローラ成形用金型加工機である。

＜６＞は、＜３＞〜＜５＞のいずれかにおいて、金型の一端から噴出する潤滑液を回収する回収タンクを設け、前記加圧ポンプを、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を配設したことを特徴とする導電性ローラ成形用金型加工機である。

＜７＞は、＜６＞において、前記回収タンク内に、切り粉を吸着させる磁石を配設してなる導電性ローラ成形用金型加工機である。

＜８＞は、＜３＞〜＜７＞のいずれかにおいて、前記固定治具の軸中心と、前記ツール駆動装置におけるホーニングツール回転中心との同軸度をφ0.01mm以下したことを特徴とする導電性ローラ成形用金型加工機である。

＜１＞によれば、前記筒状部の材料であるパイプ部材の内面を、研削部を有するホーニングツールをパイプ部材の一端から他端まで移動させることにより加工するとともに、該加工に際して、前記パイプ部材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精度よくホーニング加工することができ、しかも、加工前のパイプとして引抜鋼管を用いることにより金型のコストを大幅に低減することができる。

＜２＞によれば、前記パイプ部材を潤滑液の中に浸漬して加工を行うので、パイプ部材全体を潤滑油で冷却することができ、加工による発熱を抑えて加工効率を向上させるとともに熱膨張による精度の悪化を防止することができる。

＜３＞によれば、導電性ローラ成形用金型加工機を、前記のように構成したので、＜１＞又は＜２＞の金型製造方法を簡易に実現することができる。

＜４＞によれば、前記ストッパ治具を、金型を内側に収容する筒状部材で構成し、筒状部材の上部に、前記液槽の上蓋に気密に取り付けられる取付部を配設し、筒状部材の下部に、金型の他端の端面を支持する下端支持部を設け、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を形成するとともに、前記固定治具に、金型上端を半径方向内側に嵌合させて支持するリング支持部を設けたので、導電性ローラ成形用金型加工機を一層簡易に構成することができる。

＜５＞によれば、前記加圧ポンプからの潤滑液を前記液槽内に流入させる潤滑液流入口を前記液槽上側に設けたので、タンク内の潤滑液を効率よく攪拌することができ、タンク内に対流を生成して金型を外側から効果的に冷却することができる。

＜６＞によれば、金型の一端から噴出する潤滑液を回収する回収タンクを設け、前記加圧ポンプを、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たので、潤滑液を巡回させて無駄なく使用することができ、その際、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を配設したので、潤滑液の温度の上昇を抑えることができる。

＜７＞によれば、前記回収タンク内に、切り粉を吸着させる磁石を配設したので、切り粉を効率的に排出することができる。

＜７＞は、＜３＞〜＜６＞のいずれかにおいて、金型の一端から噴出する潤滑液を回収する回収タンクを設け、前記加圧ポンプを、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を配設したことを特徴とする導電性ローラ成形用金型加工機である。

＜８＞によれば、前記固定治具の軸中心と、前記ツール駆動装置におけるホーニングツール回転中心との同軸度をφ0.01mm以下したので、このような金型に要求される内面の同軸度をφ0.01mm内に収めることができる。

導電性ローラを形成するのに用いられる金型を示す断面図である。 導電性ローラ成形用金型加工機を模式的に示す断面図である。 導電性ローラ成形用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。 同軸度の定義を説明する模式図である。 導電性ローラ成形用金型加工機のストッパ治具の変形例を示す断面図である。 実施例の同軸度の測定に際して設定した測定位置を示す金型の断面図である。

本発明に係る実施形態の導電性ローラ成形用金型の製造方法およびそれに用いる金型加工機を、図を参照して説明する。図２は、この導電性ローラ成形用金型加工機を模式的に示す断面図であり、導電性ローラ成形用金型加工機２０は、筒状部よりなる金型１０の材料であるパイプ部材３０の内面３０ａ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を軸方向に一端から他端まで前進させるツール駆動装置４０と、潤滑液３５を収容する液槽３１と、パイプ部材３０の一端３０ｂを上にして潤滑液に浸漬されるパイプ部材３０の他端３０ｃを支持するストッパ治具３２と、パイプ部材３０の一端３０ｂの、軸方向と直交する方向の変位を抑制する固定治具と、潤滑液３５を加圧して液槽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。駆動装置４０は、好ましくは、ホーニングツール１を軸方向に一端から他端まで前進させるに際し、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前進させる。

以下の説明において、金型１０の内面の仕上がり時の直径を第１の径D1とし、金型１０がワンパスホーニング加工される前のパイプ部材３０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。

図３（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３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で異なっていて、図３（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３（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３（ｃ）に示したもは、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。

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、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パイプ部材３０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。

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４４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。

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軸線と、固定治具の軸線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φ0.01mm以内に収めることができる。
なお、同軸度とは、共通の軸線をもつように配置された２つの部分の軸線（有限の長さを有する）が一致していない程度を表す物理量であり、その数値がφtのように表記された場合、図４に模式的に示すように、これらの部分の一方の軸線L１を中心とするφtの円筒CL内に他方の軸線L2があることを意味する。

ここで、ストッパ治具３２を、パイプ部材３０を内側に収容する筒状部材で構成し、筒状部材の上部に、液槽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、パイプ部材３０の他端３０ｃ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、潤滑液をタンク内で対流させることにより、パイプ部材３０を冷却することができ好ましい。

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の上側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２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。

ここにおいて、ホーニングツール回転中心軸線と、固定治具の軸線との同軸度をさらに小さく抑えるとの観点からは、図５（ａ）に例示するように、取付部１３６の上側のみならず、下端支持部１３７に近接する部分にも、パイプ部材３０の下端３０ｃの周りに嵌合してこれを支持するリング状支持部１３７ａを設けることが好ましい。
このことによれば、上記二個のリング状支持部１３９、１３７ａのそれぞれによって、パイプ部材３０が上端３０ｂと下端３０ｃとの二箇所で強固に固定されることになるので、ホーニング加工に際する、ストッパ治具１３２内での、パイプ部材３０の中心軸のずれをさらに抑制することができ、その結果として、ホーニング加工を極めて高い精度で行うことができるとともに、加工毎の、パイプ部材３０の配置位置の再現性を大きく高めることができる。

ここで、上述したリング状部材は、ストッパ治具の軸線方向の一箇所のみに設ける場合であっても、パイプ部材３０の同軸度を十分に抑えることができるが、ストッパ治具内で、パイプ部材３０をより強固に固定するためには、リング状部材を、二箇所以上、とくに、図５（ａ）に示すように、パイプ部材３０の上端３０ｂと下端３０ｃとのそれぞれの周囲の二箇所に設けることが好ましい。
なお、下端支持部１３７側に設けるリング状支持部１３７ａもまた、取付部１３６の上側のリング支持部１３９と同様に、周方向に切り込みを４つ以上設けたコレットチャックを用いることができ、図５（ａ）に例示するストッパ治具１３２では、リング状支持部１３７ａの外周側に、別個の部材としての下端支持部１３７を嵌め込むか、又はねじ込むことによって、リング支持部１３７ａを締め付けて、パイプ部材３０の下端３０ｃを固定する。

なおここで、図５（ｂ）に示すように、ストッパ治具２３２を、パイプ部材３０の周囲を取り囲む筒状部材２３４と、その筒状部材２３４の外周側に配設されて、液槽の上蓋に取り付けられる取付部２３６との別個の部材にて構成し、筒状部材２３４の上下端部の各々に、パイプ部材３０の上下端３０ｂ、３０ｃのそれぞれの周りに嵌合してこれらを支持するリング状支持部２３９、２３７ａを形成するとともに、筒状部材２３４の下端部に、パイプ部材３０の下端３０ｃの端面を支持する下端支持部２３７を設けることもできる。
このストッパ治具２３２によれば、筒状部材２３４を取付部２３６内に挿入して、これらの部材の相互を、螺合等により連結させるに際し、たとえば、周方向に４つの切り込みを設けたリング状支持部２３７ａが、取付部２３６の内周面で締め付けられることになって、リング状支持部２３７ａの内側に、パイプ部材の下端３０ｃが強固に固定されることになる。

ところで、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。

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、その際の潤滑液の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。

このような導電性ローラ成形用金型加工機２０を用いて、金型を製造するには、次のようにする。すなわち、まず、前記第２の径D2の中空部を有するパイプ１０を準備し、ホーニングツール１の先端を、パイプの１０一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パイプ部材３０の軸方向他端まで前進させればよい。

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前進させて下穴を加工して所定の内径を有する筒状部材を形成する方法は、ワンパスホーニング加工と呼ばれている。本発明は、導電性ローラ用の金型の製造にワンパスホーニング加工を適用することを1つの構成要件とするものであるが、発明者は、この目的のためには、この要件だけでは不十分であることを見い出してなされたものである。すなわち、本発明は、ワンパスホーニング加工を適用することを第１の要件とするとともに、例えば加圧ポンプを作動させて、パイプ１０の中空部の他端から一端に向かって潤滑液３５を流動させることを第２の要件とするものである。すなわち、パイプ１０の長さが150mm程度であるならば、第２の要件がなくてもワンパスホーニング加工は可能であるが、この長さが、本発明が対象としている200mmを越えるものになると、切り粉が排出できず最後まで加工することができないことを見出して、本発明がなされたものである。

なお、パイプ部材３０の材料としては、FCD400、FC300、SUS430、SUS304、SACM645、HPM38などを挙げることができる。

図２の導電性ローラ成形用金型加工機を用い、以下の加工条件にて、内径8.2mmのパイプ部材を加工して内径8.4mmに仕上げた。パイプ部材の材質はSUS430、長さは250mmであった。
（加工条件）
ホーニングツールの回転数：850rpm
ホーニングツールの送り速度:40mm/min
微振動の振幅：0.5mm
潤滑液：スーパーカットRS-150HC（サンワケミカルス社製）
使用した砥石部：図３（ａ）のもの

加工の結果、同軸度φ0.008mmの金型を得ることができた。加工に要したサイクルタイムは、パイプの取り替えを含んで8.5分であった。なお、同軸度の測定は、以下のようにして行った。すなわち、図６に金型１０を断面図で示すように、金型１０の軸方向の両端からそれぞれ5mmの位置を両側の測定位置(1)、(11)とし、これら両側の測定位置(1)、(11)の間の距離を１０等分して合計１１個の測定位置(1)〜(11)を設定する。同軸度の比較となる２つの軸線の一方を、測定位置(1)、(11)におけるそれぞれの円の中心を結んだ線分とし、他方の軸線を測定位置(2)〜(10)の各々の円の中心を通る軸線として、同軸度を表した。

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
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 導電性ローラ成形用金型加工機
２１ 潤滑液流入口
３０ 金型
３０ａ 金型の内面
３０ｂ 金型の一端
３０ｃ 金型の他端
３１ 液槽
３２、１３２、２３２ ストッパ治具
３３、１３３、２３３ 締め付けリング
３５、３５ａ 潤滑液
３６、１３６、２３６ ストッパ治具の取付部
３７、１３７、２３７ ストッパ治具の下端支持部
３８、１３８、２３８ ストッパ治具の開口部
３９、１３９、１３７ａ、２３９、２３７ａ リング支持部
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

Claims (8)

1. 筒状部の半径方向内側に配置された芯金の周囲に材料を注入して導電性ローラを成形するのに用いられる金型を製造する方法において、
   前記筒状部の材料であるパイプ部材の内面を、研削部を有するホーニングツールをパイプ部材の一端から他端まで移動させることにより加工するとともに、該加工に際して、前記パイプ部材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導電性ローラ成形用金型の製造方法。
2. 前記パイプ部材を潤滑液の中に浸漬して前記加工を行うことを特徴とする請求項１に記載の導電性ローラ成形用金型の製造方法。
3. 請求項２に記載の導電性ローラ成形用金型の製造方法に用いられる装置であって、
   前記ホーニングツールと、このホーニングツールを軸方向に一端から他端まで移動させるツール駆動装置と、潤滑液を収容する液槽と、一端を上にして潤滑液に浸漬される前記パイプ部材の他端を支持するストッパ治具と、該パイプ部材の一端の、軸方向と直交する方向の変位を抑制する固定治具と、潤滑液を、加圧して前記液槽に送り込む加圧ポンプと、を具えてなる導電性ローラ成形用金型加工機。
4. 前記ストッパ治具を、金型を内側に収容する筒状部材で構成し、該筒状部材の上部に、前記液槽の上蓋に気密に取り付けられる取付部を配設し、筒状部材の下部に、金型の他端の端面を支持する下端支持部を設け、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を形成するとともに、前記固定治具に、金型上端を半径方向内側に嵌合させて支持するリング支持部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の導電性ローラ成形用金型加工機。
5. 前記加圧ポンプからの潤滑液を前記液槽内に流入させる潤滑液流入口を前記液槽の側面に設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載の導電性ローラ成形用金型加工機。
6. 金型の一端から噴出する潤滑液を回収する回収タンクを設け、前記加圧ポンプを、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を配設したことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の導電性ローラ成形用金型加工機。
7. 前記回収タンク内に、切り粉を吸着させる磁石を配設してなる請求項６に記載の導電性ローラ成形用金型加工機。
8. 前記固定治具の軸中心と、前記ツール駆動装置におけるホーニングツール回転中心との同軸度をφ0.01mm以下したことを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の導電性ローラ成形用金型加工機。

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