JP2013199091A - ローラ成形用金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内周面に凹凸やうねり等がなく、且つ、良好な同軸度を有するローラ成形用金型を効率的に製造し得る方法を提供する。
【解決手段】円筒形状を有するローラ成形用金型の製造方法であって、内径が等しい複数の管状部材を準備する部材準備工程と、複数の管状部材同士を連結して円筒部材を形成する連結工程と、円筒部材の内周面にメッキ層を形成するメッキ処理工程と、メッキ層を形成した円筒部材の内周面を、研削部を有するホーニングツールを円筒部材の一端から他端まで移動させることにより研磨してローラ成形用金型を調製するホーニング加工工程とを含むことを特徴とするローラ成形用金型の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ローラ成形用金型の製造方法に関し、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリ等のＯＡ機器に使用されるローラの成形に用いる金型を製造する方法に関するものである。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の各種ＯＡ機器では、芯金の周囲に弾性層を形成してなるローラが、トナー搬送ローラ、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラおよびクリーニングローラ等として用いられている。

そして、一般に、芯金の周囲に弾性層を形成してなるローラは、円筒形状の金型（以下「円筒金型」という。）の内部に芯金を配置した後、円筒金型内にゴム等の弾性層となる材料を注入して硬化させることで製造されている。そのため、製造されたローラの外周面形状は、円筒金型の内周面形状に対応した形状となる。即ち、ローラの品質に大きな影響を及ぼすローラ外周面の形状は、円筒金型の内周面の形状に大きな影響を受ける。

従って、ローラの成形に用いる円筒金型としては、内周面に凹凸やうねり等がなく、良好な同軸度を有する円筒金型が求められている。また、ローラ成形用金型の製造方法としては、内周面に凹凸やうねり等がなく、良好な同軸度を有する円筒金型を製造することができる方法が求められている。

ここで、従来、ローラ成形用の円筒金型を製造する方法としては、コイル状鋼管に連続伸管加工を施して得た管状部材を円筒金型とする方法や（例えば、特許文献１参照）、棒状鋼材にガンドリルを用いた穴あけ加工を施して得た管状部材を円筒金型とする方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特開平６−２６９８４２号公報 実開平５−１２０２０号公報

しかし、コイル状鋼管に連続伸管加工を施して円筒金型を製造する方法には、金型内周面に継ぎ目などの凹凸がない円筒金型を製造することはできるものの、コイル状に巻き取られた鋼管を伸管して円筒形状にする際に管（円筒金型）の内面にうねりが発生してしまうという問題があった。

また、棒状鋼材にガンドリルを用いた穴あけ加工を施して円筒金型を製造する方法には、金型内周面に継ぎ目などの凹凸がない円筒金型を製造することはできるものの、金型の製造に要する時間およびコストが膨大になるという問題があった。更に、ガンドリルを用いた円筒金型の製造方法には、円筒金型の軸線方向の長さが長い場合や円筒金型の内径が小さい場合に、金型の製造に要する時間およびコストが特に増大すると共に、金型内周面の加工精度が悪化して良好な同軸度が得られないという問題があった。

そこで、本発明は、内周面に凹凸やうねり等がなく、且つ、良好な同軸度を有するローラ成形用金型を効率的に製造し得る方法を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のローラ成形用金型の製造方法は、円筒形状を有するローラ成形用金型の製造方法であって、内径が等しい複数の管状部材を準備する部材準備工程と、前記複数の管状部材同士を連結して円筒部材を形成する連結工程と、前記円筒部材の内周面にメッキ層を形成するメッキ処理工程と、前記メッキ層を形成した円筒部材の内周面を、研削部を有するホーニングツールを円筒部材の一端から他端まで移動させることにより研磨してローラ成形用金型を調製するホーニング加工工程とを含むことを特徴とする。このように、内径が等しい複数の管状部材を連結してローラ成形用金型（円筒金型）を製造すれば、軸線方向の長さが長い円筒金型や内径の小さい円筒金型であっても、金型内周面の加工精度の悪化を抑制しつつ効率的に製造することができる。また、管状部材を連結して円筒部材とした後、該円筒部材の内周面にメッキ処理およびホーニング加工を施せば、内周面に凹凸やうねり等がなく、且つ、良好な同軸度を有するローラ成形用金型を製造することができる。
なお、本発明において、「内径が等しい」には、内径が完全に一致する場合以外に、本願発明の目的を達成し得る範囲内で、管状部材の製造時に不可避的に生じる設計値からの誤差により内径が完全には一致しない場合も含まれる。

ここで、本発明のローラ成形用金型の製造方法は、前記連結工程が、前記管状部材同士の締り嵌めによる連結を可能にするために、互いに連結される２本の管状部材のうち一方の管状部材の連結される側の端部内周面を第１厚みだけ削り取ると共に、他方の管状部材の連結される側の端部外周面を第１厚みよりも薄い第２厚みだけ削り取る端部加工工程と、前記端部加工工程の後に、前記管状部材同士を焼き嵌めまたは冷やし嵌めにより連結する締り嵌め工程とを含むことが好ましい。管状部材同士を焼き嵌めまたは冷やし嵌めにより連結すれば、管状部材を連結して円筒部材とする際に円筒部材の同軸度が悪化するのを抑制することができるので、より良好な同軸度を有するローラ成形用金型を製造することができるからである。

そして、本発明のローラ成形用金型の製造方法は、前記連結工程と前記メッキ処理工程との間に、研削部を有するホーニングツールを前記円筒部材の一端から他端まで移動させて円筒部材の内周面を研磨するメッキ前研磨工程を更に含むことが好ましい。メッキ処理の前に円筒部材の内周面をホーニングツールで研磨すれば、研磨後の平滑な内周面に対してメッキ処理およびホーニング加工を施すことができるので、内周面に凹凸やうねり等がないローラ成形用金型を確実に製造することができるからである。

本発明のローラ成形用金型の製造方法によれば、内周面に凹凸やうねり等がなく、且つ、良好な同軸度を有するローラ成形用金型を効率的に製造することができる。

（ａ）〜（ｅ）は、本発明に従う代表的なローラ成形用金型の製造方法を用いてローラ成形用金型を製造する工程を説明する説明図である。 図１に示すローラ成形用金型の製造方法において用いるホーニング加工機の概略構成を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明のローラ成形用金型の製造方法に従い製造したローラ成形用金型は、トナー搬送ローラ、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラおよびクリーニングローラ等の各種ＯＡ機器用ローラの製造に用いられる。

ここで、本発明のローラ成形用金型の製造方法の一例では、図１（ａ）〜（ｅ）に各製造工程を示すように、内径が等しい複数（図１では３本）の管状部材１１，１２，１３を準備する部材準備工程と、複数の管状部材同士を連結して円筒部材２０を形成する連結工程と、ホーニングツールを用いて円筒部材２０の内周面を研磨するメッキ前研磨工程と、円筒部材２０の両端部にテーパー面２１を形成するテーパー面形成工程と、円筒部材２０の内周面２０Ａにメッキ層を形成するメッキ処理工程と、ホーニングツールを用いてメッキ層形成後の円筒部材の内周面を研磨するホーニング加工工程とを順次実施する。なお、図１（ａ）〜（ｅ）では、管状部材１１，１２，１３、円筒部材２０および円筒金型３０は断面で示されている。

＜部材準備工程＞
部材準備工程は、図１（ａ）に示すように、内径が等しい３本の管状部材１１，１２，１３を準備する工程である。ここで、管状部材としては、例えばダクタイル鋳鉄製の丸棒に対してドリルを用いた穴あけ加工およびホーニング加工を順次施して形成した管状部材など、任意の金属製の管状部材を用いることができる。

なお、準備する管状部材の寸法は、所望のローラ成形用金型の寸法に応じて適宜設計することができるが、管状部材は、軸線方向の長さが１５０ｍｍ以下であることが好ましく、更に、内周面の同軸度がφ０．０１ｍｍ以下であることが好ましい。軸線方向の長さが１５０ｍｍ以下であれば、例えばφ０．０１ｍｍ以下レベルの同軸度が要求される場合、即ち高精度な加工が要求される場合であっても管状部材を低コストで容易に製造することができるからである。また、内周面の同軸度がφ０．０１ｍｍ以下であれば、管状部材を連結してなる円筒部材の同軸度が良好になるので、良好な同軸度を有するローラ成形用金型を製造することができるからである。
なお、「同軸度」とは、データム軸直線と同一直線上にあるべき軸線（内周面の軸線）のデータム軸直線からの狂いの大きさを指し、ＪＩＳ Ｂ０６２１に準拠して定められる。

＜連結工程＞
連結工程は、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、準備工程で準備した３本の管状部材１１，１２，１３を軸線方向（図１では左右方向）に連結して円筒部材２０を形成する工程である。ここで、管状部材同士の連結は、形成された円筒部材２０の同軸度が管状部材１１，１２，１３の同軸度と比較して大幅に悪化しなければ既知の手法を用いて行うことができるが、締り嵌めを用いて行うことが好ましい。締り嵌めを用いれば、管状部材同士を連結して円筒部材とした際に同軸度が悪化するのを抑制することができるからである。

具体的には、連結工程では、３本の管状部材１１，１２，１３を、例えば以下のようにして締り嵌めを用いて連結することができる。なお、以下では、管状部材１２，１３を締り嵌めにより連結する手順について説明し、管状部材１１，１２を締り嵌めにより連結する手順については、管状部材１２，１３を連結する場合と同様であるので説明を省略する。

まず、図１（ｂ）に示すように、互いに連結される管状部材１２，１３のうち管状部材１３の連結される側（図１（ｂ）では左側）の端部の内周面を既知の方法で第１厚みだけ削り取る。また、管状部材１２の連結される側（図２（ｂ）では右側）の端部の外周面を既知の方法で第２厚みだけ削り取る（端部加工工程）。

ここで、管状部材同士を締り嵌めにより連結可能にするために、端部加工工程では、第２厚みは第１厚みよりも薄くする。即ち、端部加工工程では、加工後の管状部材１３の端部１３Ｂの内径Ｄ_１が、加工後の管状部材１２の端部１２Ｂの外径Ｄ_２よりも小さくなるように管状部材１２，１３の端部を加工する。なお、管状部材同士を連結した部分の内周面に凹部が形成されることがないよう、管状部材１２の外周面を削り取る範囲（端部１２Ｂの軸線方向寸法）は、管状部材１３の内周面を削り取る範囲（端部１３Ｂの軸線方向寸法）よりも大きくする。

次に、図１（ｃ）に示すように、端部の外周面を削り取った管状部材１２と、端部の内周面を削り取った管状部材１３とを焼き嵌めまたは冷やし嵌めにより連結する（締り嵌め工程）。このように、管状部材同士を焼き嵌めまたは冷やし嵌めにより連結すれば、常温下で管状部材１２を管状部材１３に圧入する場合と比較して連結部分での管状部材１２，１３の変形発生を抑制することができるので、製造された円筒金型の内周面にうねりや凹凸が発生するのを抑制することができる。また、管状部材を連結して円筒部材とする際に円筒部材の同軸度が悪化するのを抑制することができるので、より良好な同軸度を有する円筒金型を製造することができる。

＜メッキ前研磨工程＞
メッキ前研磨工程は、管状部材１１，１２，１３を連結してなる円筒部材２０の内周面２０Ａをホーニングツールで研磨することにより、円筒部材２０の内周面２０Ａを平滑にする工程である。そして、この一例のローラ成形用金型の製造方法では、連結工程後であってメッキ処理工程前にメッキ前研磨工程を設けているので、研磨後の平滑な内周面に対してメッキ処理およびホーニング加工を施すことができ、内周面に凹凸やうねり等がないローラ成形用金型を確実に製造することができる。

ここで、円筒部材２０の内周面２０Ａに対するホーニングツールを用いた研磨は、研削部を有するホーニングツールを円筒部材２０の一端から他端へと移動させる（即ち、ワンパス加工する）ことにより実施することができる。

なお、ホーニングツールを用いた研磨は、特に限定されることなく図２に概略構成を示すようなホーニング加工機を用いて行うことができる。

ここで、図２に示すホーニング加工機は、切削部４Ｂを有するホーニングツール４と、ホーニングツール４が一端（図２では下側）に設けられた回転軸５と、ホーニングツール４および回転軸５を回転させながら軸方向（図２では上下方向）に移動させる駆動装置４０とを備えている。

ホーニングツール４は、被加工物である円筒部材２０の内径よりも小さい外径を有する円筒形状のフロントガイド部４Ａと、電着した砥粒よりなる砥石４Ｄが周方向および軸方向の双方に間隔をおいて設けられた切削部４Ｂと、バックガイド部４Ｃとを先端側（図２では下側）から順に配設して構成されている。なお、砥石４Ｃも含めた切削部４Ｂの外径およびバックガイド部４Ｃの外径は、互いに略等しく、フロントガイド部４Ａの外径よりも大きい。

回転軸５は、一端（図２では下側）にホーニングツール４が固定されている。また、回転軸５の他端は、駆動装置４０に回転可能に取り付けられている。そして、回転軸５は、駆動装置４０自体が軸方向（図２では上下方向）に移動することで、ホーニングツール４と共に軸方向に移動させられる。

駆動装置４０は、ホーニングツール４の中心軸線に回転中心を合致させて取り付けられた回転軸５を回転させる回転駆動部４１と、回転軸５を軸方向に加振する加振手段４２と、駆動装置４０全体を軸方向に移動させる上下駆動部（図示せず）とを備えている。

加振手段４２は、例えば、回転するカム（円板カム）４３と、カムフォロア４４と、カムフォロア４４の回転を規制すると共に軸方向の移動を可能にするストッパ４５と、カムフォロア４４を図２では上方に常時付勢するバネ４６とを備えている。

そして、このホーニング加工機では、カムフォロア４４と回転軸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、回転中心から円周までの距離が一定でないカム４３が回転するのに伴って、バネ４６によって上方に常時付勢されたカムフォロア４４が上下に振動する。その結果、このホーニング加工機では、カムフォロア４４に拘束された回転軸５および回転軸５の先端に一体的に配設されたホーニングツール４を上下に振動させることができる。

即ち、図２に示すホーニング加工機では、ホーニングツール４および回転軸５を、回転駆動部４１および加振手段４２を用いて回転および上下振動させながら、上下方向に移動させることができる。そして、このホーニングツール加工機によれば、ホーニングツール４の回転中心軸線と、被加工物である円筒部材２０の軸線との同軸度を小さく抑えて円筒部材を加工することにより、同軸度の良好な内周面を有する円筒部材２０を得ることができる。なお、被加工物である円筒部材２０の加工は、ホーニングツール４を移動させる方向とは反対の方向へ潤滑油を流しながら行うことが好ましい。潤滑油を流しながら加工すれば、切り粉の目詰まりを防止することができるからである。また、加工による発熱を抑制して熱膨張による加工精度低下を抑制する観点からは、円筒部材２０を潤滑液中に浸漬した状態で加工することが更に好ましい。

＜テーパー面形成工程＞
テーパー面形成工程は、図１（ｄ）に示すように、ローラ成形時に円筒金型の両端に挿入されて円筒金型の両端を閉止するキャップ部材の挿入を容易にするためのテーパー面２１を円筒部材２０の両端部に形成する工程である。そして、テーパー面の形成は、既知の手段を用いて行うことができる。

なお、本発明のローラ成形用金型の製造方法では、円筒金型内に原料を注入してローラを成型する際に空気抜きを行うための溝を形成する工程をテーパー面形成工程の後に設けても良い。

＜メッキ処理工程＞
メッキ処理工程は、円筒部材２０の内周面２０Ａに対し、無電解ニッケルメッキなどの既知の手法を用いてメッキ層（図示せず）を形成する工程である。なお、本発明のローラ成形用金型の製造方法では、メッキ層を形成する前に、円筒部材２０の内周面２０Ａに対してアルカリ脱脂処理、塩酸処理、電解洗浄、硫酸処理などの既知の前処理を施しても良い。

＜ホーニング加工工程＞
ホーニング加工工程は、研削部を有するホーニングツールを用いてメッキ層形成後の円筒部材の内周面を研磨し、ローラ成形用金型（円筒金型）３０を調製する工程である（図１（ｅ）参照）。

ここで、ホーニング加工工程では、研削部を有するホーニングツールを円筒部材の一端から他端へと移動させる（即ち、ワンパス加工する）ことにより実施することができる。なお。ホーニング加工工程では、メッキ前研磨工程と同様のホーニング加工機を用いて円筒部材の内周面を研磨することができる。

そして、上述したローラ成形用金型の製造方法によれば、内径が等しい複数の管状部材を連結して製造しているので、従来のガンドリルを用いた製造方法等とは異なり、例えばローラ成形用金型の内径Ｄに対する軸線方向の長さＬの比Ｌ／Ｄが１５以上であるような、軸線方向の長さが長い円筒金型や、内径が小さい円筒金型であっても、金型内周面の加工精度の悪化を抑制しつつ効率的に低コストで製造することができる。

また、上述したローラ成形用金型の製造方法の一例によれば、管状部材１１，１２，１３を連結して円筒部材２０とした後、該円筒部材２０の内周面２０Ａにメッキ処理およびホーニング加工を施しているので、内周面に凹凸やうねり等がなく、且つ、良好な同軸度を有するローラ成形用金型３０を製造することができる。

そして、上記製造方法を用いて作製したローラは、外周面に凹凸やうねり等がなく、且つ、良好な同軸度を有することとなる。なお、ローラの製造は既知の方法を用いて行うことができ、例えば、円筒金型内に芯金を配置した状態で円筒金型の両端を樹脂製のキャップで閉止し、一方の樹脂製キャップに形成した空気抜き穴から空気を抜きつつ、他方の樹脂製キャップに形成した原料注入口から原料を円筒金型内に注入した後、円筒金型内の原料を硬化させることにより製造することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明のローラ成形用金型の製造方法は上述した一例に限定されることは無く、本発明のローラ成形用金型には、適宜変更を加えることができる。

本発明のローラ成形用金型の製造方法によれば、内周面に凹凸やうねり等がなく、且つ、良好な同軸度を有するローラ成形用金型を効率的に製造することができる。

４ ホーニングツール
４Ａ フロントガイド部
４Ｂ 切削部
４Ｃ バックガイド部
４Ｄ 砥石
５ 回転軸
１１，１２，１３ 管状部材
１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ 内周面
２０ 円筒部材
２０Ａ 内周面
２１ テーパー面
３０ 円筒金型
３０Ａ 内周面
１２Ｂ 端部
１３Ｂ 端部
４０ 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

Claims (3)

1. 円筒形状を有するローラ成形用金型の製造方法であって、
   内径が等しい複数の管状部材を準備する部材準備工程と、
   前記複数の管状部材同士を連結して円筒部材を形成する連結工程と、
   前記円筒部材の内周面にメッキ層を形成するメッキ処理工程と、
   前記メッキ層を形成した円筒部材の内周面を、研削部を有するホーニングツールを円筒部材の一端から他端まで移動させることにより研磨してローラ成形用金型を調製するホーニング加工工程と、
   を含むことを特徴とする、ローラ成形用金型の製造方法。
2. 前記連結工程が、
   前記管状部材同士の締り嵌めによる連結を可能にするために、互いに連結される２本の管状部材のうち一方の管状部材の連結される側の端部内周面を第１厚みだけ削り取ると共に、他方の管状部材の連結される側の端部外周面を第１厚みよりも薄い第２厚みだけ削り取る端部加工工程と、
   前記端部加工工程の後に、前記管状部材同士を焼き嵌めまたは冷やし嵌めにより連結する締り嵌め工程と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のローラ成形用金型の製造方法。
3. 前記連結工程と前記メッキ処理工程との間に、研削部を有するホーニングツールを前記円筒部材の一端から他端まで移動させて円筒部材の内周面を研磨するメッキ前研磨工程を更に含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のローラ成形用金型の製造方法。

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