JP2014233905A - 樹脂製ローラ軸の製造方法、成形用金型及びローラ軸 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムローラをローラ軸に接合した時に、ゴムローラの表面に段差の出ない樹脂製ローラ軸を提供する。
【解決手段】樹脂製のローラ軸を成形する成形用金型は、ローラ軸を成形するキャビティーと、キャビティーの端部に設けられ、ローラ軸の軸方向の両端部を保持する保持部材とを備え、保持部材はローラ軸をローラ軸の軸心を中心として回転可能であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は樹脂材料を金型内に注入し樹脂製ローラ軸を得る為の製造方法、成形用金型及びローラ軸に関する。

従来複写機やプリンタの紙搬送に使用されるローラ軸は金属軸にゴム製のローラを圧入接合していた。また、要求剛性が低いローラ軸には、樹脂製の軸が使用されていた。

金属軸は端面の一部を後から加工することで、キー溝などの形状を付加しており、また、後加工部の防錆対策として、メッキ処理を施していた。

そのため、重量が重くなる、端部に２次加工が必要になる、表面を防錆処理メッキしなくてはならないなど、製品重量と軸の製造コストに課題があった。

一方、樹脂製の軸で円柱形状を作る方法としては、型内に樹脂を充填する際に気体を充填し、中空構造とする方法が提案されている（特許文献１参照）。

また、端面のパーティングラインを無くす方法としては端面に型開閉方向と鉛直方向に駒を設ける方法が提案されている（特許文献２参照）。

さらに、端面にギアなどの形状を形成する方法などが提案されている（特許文献３参照）。

特開平８−１３２４６７ 特開２００１−１８２２６ 特開平１０−２８１１３９

本発明が解決しようとする課題について図１３乃至図１５を用いて説明する。

図１３は樹脂製のローラ軸を成形する金型をローラ軸の鉛直方向から見た金型とローラ軸の断面図を示している。図１４及び図１５は、図１３のパーティングラインの段差部を拡大した図であり、１は固定側キャビティー、２は可動側キャビティー、３は成形されたローラ軸である。

図１３に示すように、従来、樹脂製のローラ軸を成形する金型は固定側と可動側との間にパーティングラインが形成される構成となっている。そのため、図１４及び図１５に示すように固定側と可動側との間のパーティングラインには段差が生じていた。

その結果、図１６で示すように金型で成形したローラ軸３にもパーティングラインに段差や、バリが発生する。これによって、図１７に示すように、ゴムローラ４を圧入した後にゴムローラ４の表面に内部のローラ軸３に生じた段差やバリが表出するため、ゴムローラ４表面の真円度、円筒度が悪くなるという問題があった。

前記課題を解決する為に本発明の樹脂製ローラ軸を成形する成形用金型は、
樹脂製のローラ軸を成形する成形用金型であって、
ローラ軸を成形するキャビティーと、
キャビティーの端部に設けられ、ローラ軸の軸方向の両端部を保持する保持部材と、
を備え、保持部材はローラ軸をローラ軸の軸心を中心として回転可能であることを特徴としている。

また、前記課題を解決する為に本発明の樹脂製ローラ軸を成形する方法は、
成形用金型を用いて樹脂製のローラ軸を成形する方法であって、前記方法は、
成形用金型内に樹脂を射出する射出成形工程と、
射出成形工程において、樹脂の充填が終了した後に、ローラ軸の軸心を中心とし成形用金型内で軸成形部材を回転させる工程と、
を備えたことを特徴としている。

また、前記課題を解決する為に本発明の樹脂製ローラ軸は、
樹脂製ローラ軸であって、軸部と、軸方向に所定の間隔で軸部に設けられ、ゴムローラが接合する複数のゴムローラ接合部とを備え、前記ゴムローラ接合部のパーティングラインの段差が１０μm以下であり、前記ゴムローラ接合部を除く軸部のパーティングラインの段差が３０μm以上であることを特徴としている。

本発明によれば、次のような効果が得られる。回転可能な保持部材が軸成形部材の端部を保持した状態で軸心を中心とし回転させることで樹脂製ローラ軸のゴムローラが圧入接合される部分のパーティングラインの段差が減少する。

段差やバリが表出することがなくなるため、ゴムローラ接合部に取り付けられるゴムローラの真円度、円筒度が高くなる。

その結果、ゴムローラ圧入接合後のゴムローラの表面精度が高くなり、従来必要とされていたゴムローラの表面研磨加工を無くすことができる。

本発明のローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型の断面図である。 本発明のローラ軸を示す正面図である。 本発明のローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型の断面図であり、僅かに開放した状態で示している。 本発明のローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型の断面図であり、図３からさらに開いた状態で示している。 本発明のローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型の断面図であり、金型が完全に開いた状態で示している。 本発明の金型を軸キャビティーの側面からから見た図である。 本発明の金型の可動側を上方（型開方向）から見た図である。 本発明による第２の実施例の金型の断面図である。 本発明のローラ軸の軸方向端部の形状の一例を示す正面図及び側面図である。 ローラ軸の軸方向端部の形状の他の例を示す正面図及び側面図である。 本発明のローラ軸の軸方向端部の形状の更に他の例を示す正面図及び側面図である。 本発明の製造方法及び成形用金型を用いて成形されたローラ軸を示す斜視図である。 従来の金型を示す概略図である。 従来の金型を示す概略図である。 従来の金型を示す概略図である。 従来のローラ軸の断面図である。 従来のローラ軸にゴムローラを取り付けた状態で示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について詳細に説明する。

図２は本発明の樹脂製ローラ軸５０を示しており、ローラ軸５０は、軸部５、軸方向に所定の間隔で軸部５に設けられた複数のゴムローラ接合部６、ローラ軸４０を金型の所定位置に保持する軸保持部７を備えている。軸部５にはパーティングラインの段差８が形成されている。図２に示すように不図示のゴムローラの接合部６は軸部５と比較してパーティングラインの段差が除去、または平坦化され、パーティングラインの段差が減少している。

図１は本発明の樹脂製ローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型４０を示している。図２に示すローラ軸５０を製造するための金型４０は、ローラ軸５０となる軸成形部材１０、樹脂材料を供給するランナ１１、スライド部材１２、スライド部材１２を移動させるためのアンギュラカム１３、スプリング１４を備えている。スライド部材１２は、軸方向に移動可能である。

金型４０は、更にランナ１１が貫通するプレート１７、プレート１７の下方に配置されたプレート１５、プレート１７に固定されたラック軸１９、プレート１５の下方に配置されるプレート１６、プレート１５乃至１６の下方に配置され、プレート１５及びプレート１６との間で軸成形部材１０を支持するプレート１８、軸成形部材１０の軸保持部７を保持する回転可能な保持部材２０を備えている。保持部材２０は、金型４０のキャビティーの端部に設けられている。

図１において、不図示の供給源から供給される樹脂材料はランナ開口１１ａを介してランナ１１に供給される。ランナ１１を通過した樹脂材料は、プレート１５及びプレート１７で構成される軸キャビティー形状部及び保持部材２０のある保持キャビティー形状部に充填される。成形用金型内に射出された樹脂材料の充填工程終了後、成形機の型開き動作により、スライド部材１２のテーパ面１２aにアンギュラカム１３のテーパ面１３aが衝合する直前まで金型４０を開く。

図１から分かるように、スライド部材１２には軸方向に所定の角度を有するテーパ面１２ａが設けられている。また、アンギュラカム１３の先端には、スライド１２のテーパ面１２ａと同角度の傾斜角を有するテーパ面１３aとストレート面１３bが設けられている。従って、型開きを開始してアンギュラカム１３が上方に変位しても、ストレート面１３bが設けられているため、テーパ面１２ａとテーパ面１３ａとが衝合するまでスライド部材１２は移動しない。

図３は、本発明のローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型の断面図であり、僅かに開放した状態で示している。この場合、金型４０は、約１０ｍｍ程度開放されている。図３に示すように金型４０を開き始めると、先ずスプリング１４の付勢力によりプレート１５とプレート１６の間にクリアランスが画成され、同時に軸成形部材１０のゴム接合部以外の形状部とプレート１５により形成されるキャビティー壁面にクリアランスができる。その結果、軸成形部材１０の回転時の障害が減少し、回転が容易になる。

図４は、本発明のローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型の断面図であり、図３からさらに開いた状態で示している。スライド部材１２のテーパ面１２ａにアンギュラカム１３のテーパ面１３ａが衝合する直前まで開いた状態を示している。

図４に示すように、図３の状態から、さらに金型４０が開いていくと、プレート１７とプレート１５との間が開く。その後、プレート１７に固定されたラック軸１９により、ピニオンギアを有し軸成形部材１０の軸端部３１を保持するキャビティー形状を有する回転可能な保持部材２０が、軸成形部材１０の軸中心線（軸心）を中心とし回転駆動を行い、軸成形部材１０を回転させる。

この時、軸成形部材１０のゴム接合部以外の形状部のパーティングライン８の段差は、キャビティー内のエッジ部及び壁面と接しながら回転する。

その結果、パーティングライン６の段差を壁面で切断、または壁面で塑性変形させることができ、パーティングライン８の段差を減少させることが可能となる。

また、上記の回転動作はメインパーティングであるプレート１５とプレート１８を閉じた状態で行い、冷却工程終了後メインパーティングを開く。

図５は、本発明のローラ軸の製造方法に用いられる成形用金型の断面図であり、金型が完全に開いた状態で示している。

図５に示すように、メインパーティングとなるプレート１５とプレート１８が開き、アンギュラカム１３によりスライド部材１２が移動し軸成形部材１０が離型可能となり、最終成形品であるローラ軸５０として取り出される。

図３乃至図５で説明したように、本発明の金型４０はローラ軸５０を形成するキャビティーの端部に、ローラ軸５０を保持するキャビティー形状を持った回転可能な保持部材２０を有したスライド構成である。

さらに、回転可能な保持部材２０を回転させる機構を有している。本発明の金型４０を用いて、射出成形過程で軸成形部材１０を回転させることで樹脂製ローラ軸５０のゴムローラが圧入接合される部分におけるパーティングラインの段差を除去または平坦化することで減少させることが可能となる。

図６は本発明の金型４０を軸キャビティーの側面からから見た図である。図６に示すように、軸成形部材１０の端部３１を保持するキャビティー形状を持つ回転可能な保持部材２０２０はピニオンギア２１を有する。

射出成形過程の充填工程終了後に金型４０が開放動作を開始すると、プレート１７に固定されたラック軸１９と保持部材２０のピニオンギア２１が螺合し、ラック軸１９に連動し、回転可能な保持部材２０が軸成形部材１０を軸成形部材１０の端部３１を保持したまま金型４０内で回転駆動を行う。ラック軸１９の上下動に従って、保持部材２０が回転する。

図７は本発明の金型の可動側を上方（型開方向）から見た図である。図７に示すように、充填工程終了し、射出成形過程の冷却工程終了後には、軸成形部材１０の端部３１を保持する回転可能な保持部材２０を有するスライド部材１２が、軸成形部材１０の鉛直方向に移動することで軸成形部材１０が離型可能となる。

図８は本発明の金型の第２の実施例を示している。図８に示す第２実施例では、図１の金型４０とは異なり軸成形部材１０を形成するキャビティー形状はプレート１５とプレート１８のみで形成されている。第１実施例に比べてプレートの数が減少している。

金型６０が型開きを開始してメインパーティングとなるプレート１５とプレート１８が開くまで軸成形部材１０とキャビティー壁面との間にクリアランスが構成されない。このため、軸成形部材１０の端部３１の保持形状を除くすべての軸部３１のパーティングラインの段差が除去または平坦化される。

図９乃至図１１は本発明のローラ軸５０（軸成形部材１０）の軸方向の両端部３１の形状の各例をそれぞれ示す正面図と側面図である。
図９に示す例では、端部３１は断面円形の端部の一部を除去した形状として形成されている。端部３１は、正面から見て半円より僅かに大きな形状の突起として形成されている。

図１０に示す例では、端部３１は断面形状で凸十字形状として形成されている。また、図１１に示す例では、端部３１は、断面形状で凹十字形状として形成されている。図１０の場合とは逆に、十字形状の空間が形成される。

端部３１の形状は、非円形であればよく、保持部材１２が軸成形部材１０を回転可能に保持できるものであれば、上記形状に限定されることはなく、その他の形状も可能である。保持部材２０は、ローラ軸５０の端部と係合可能で相補的な形状を有するものであればよい。

図１２は、本発明の製造方法及び成形用金型を用いて成形されたローラ軸を示す斜視図である。図１２においては、ローラ軸５０の軸方向の一端部は、図９に示す非円形形状にされた端部３１であるが、他の端部にはギア部３２を一体的に成形している。保持部材２０に保持される軸成形部材１０（ローラ軸５０）の軸方向の端部の形状は左右同一でなく、図１２に示すように、左右で異なっていても問題はない。そのため従来なら別パーツとして組み付けられるギア部３２を軸に一体成形することが可能となる。

（実施例１乃至実施例４）
本発明の金型（図１に記載の金型４０）を用いて成形したローラ軸５０に用いた樹脂材料及び完成品の諸寸法を表１に示す。

表１において比較例は従来の金型及び製造方法で作成した例であり、ローラ軸を回転駆動しないで成形している。実施例１及至実施例４は、本発明の金型及び製造方法を用いて成形した結果を示す。表１において、ＨＩＰＳは耐衝撃性ポリスチレン、ＡＢＳはアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、ＰＣはポリカーボネートである。

比較例では軸部だけでなくゴムローラが圧入接合される部分にも軸部と同等のパーティングラインの段差がある為、ゴムローラ装着後の真円度が悪化していた。

一方、実施例１及至実施例４では、φ７の軸部のパーティングラインの段差に比べ、ローラ接合部はパーティングラインの段差が除去または平坦化されている。そのため、パーティングラインの段差が減少し、ゴムローラ圧入接合後の真円度が従来例に比べはるかに良好となっている。

表１に示すように従来例に対し、本発明の金型及び製造方法を用いて製造されたローラ軸は、部品精度、部品機能の全てにおいて優れている事が検証された。

（実施例５乃至実施例９）
本発明の金型（図１に記載の金型４０）を用いて成形したローラ軸５０に用いた樹脂材料及び完成品の諸寸法を表２に示す。

表２において実施例５及至実施例９は全て材料の種類が異なり、また、ローラ軸の剛性を高める為に、全ての樹脂材料はガラスフィラーの強化材を充填されているものを用いている。

本発明の金型及び製造方法を用いて各材料について成形した結果、各種ガラスフィラーで強化された樹脂は、表１で記載した強化材の無い樹脂材料に比べて、部品精度が向上した。

特に、実施例６においては、ローラ接合部の真円度及びローラ接合部段差において、金属軸にゴムローラを接合した部品と同等の品質及び精度を達成することができた。

また、ガラスフィラーの強化材が充填されている樹脂材料で成形した場合も問題なく軸成形部材を回転させ、パーティングライン（ＰＬ）の段差を除去、または平坦化することができた。

表２において、ＰＲＯは変性ポリフェニレンエーテル、ＰＳはポリスチレン、ＰＢＴはポリブチレンテレフタレート、ＰＰＳはポリフェニレンサルファイド、ＬＣＰは液晶ポリマーを示している。また、ＧＦ３０、ＧＦ５０はそれぞれガラスフィラーの混合比（％）を示している。

（実施例１０乃至実施例１３）
本発明の金型（図１に記載の金型４０）を用い、軸方向の一端部に図１２に示したギア部３２を一体成形したローラ軸５０に用いられた樹脂材料及び完成品の諸寸法を表３に示す。

表３に示す各実施例では金型に小型の射出ユニットを取り付け、２色成形を行っている。

表３において、実施例１０は全てをＰＯＭ（ポリアセタール）材料で成形した例である。ＰＯＭ樹脂は他の樹脂に比べ成形収縮率が大きいことが影響し、軸及びローラ接合部精度が劣る結果となった。

一方、実施例１１及至実施例１３においては、軸にガラスフィラーの強化材を充填した材料を用い、ギア部３２のみＰＯＭ材料を使用し成形を行った結果である。実施例１１及至実施例１３において、軸及びローラ接合部の精度はほぼ規格を満足できる結果となった。

なお、実施例１０及至実施例１３のいずれにおいても、ギア部３２の形状精度はほとんど同じであり、規格を満足するものであった。

表３において、ＰＰＳはポリフェニレンサルファイド、ＬＣＰは液晶ポリマーである。

上記実施例では、樹脂を強化するフィラーとしてガラスフィラーを用いたが、カーボンファイバー、タルク、板状フィラーを樹脂に充填して強化することもできる。また、これらのフィラーを組み合わせて用いることも可能である。

以上説明した実施例１乃至１３から、ゴムローラ接合部６のパーティングラインの段差が１０μm以下であり、ゴムローラ接合部６を除く軸部５のパーティングラインの段差が３０μm以上であることが分かる。

１ 固定側キャビティー
２ 可動側キャビティー
３ ローラ軸
４ ゴムローラ
５ 軸部
６ ゴムローラ接合部
７ 軸保持部
８ パーティングラインの段差
１０ 軸成形部材
１１ ランナ
１２ スライド部材
１３ アンギュラカム
１４ スプリング
１５ プレート
１６ プレート
１７ プレート
１８ プレート
１９ ラック軸
２０ 保持部材
２１ ピニオンギア
３１ 端部
３２ ギア部
４０ 成形用金型
５０ ローラ軸

Claims (9)

1. 樹脂製のローラ軸を成形する成形用金型であって、
   前記ローラ軸を成形するキャビティーと、
   前記キャビティーの端部に設けられ、前記ローラ軸の軸方向の両端部を保持する保持部材と、
   を備え、前記保持部材は前記ローラ軸を前記ローラ軸の軸心を中心として回転可能であることを特徴とする成形用金型。
2. 前記保持部材は、軸方向に移動可能なスライド部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
3. 前記保持部材はピニオンギアを有し、前記成形用金型の開放動作に連動するラック軸に前記ピニオンギアが螺合することで回転し、それにより前記ローラ軸が回転することを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
4. 前記成形用金型は、前記保持部材を回転させる際に、前記ローラ軸と前記キャビティーの間にクリアランスを設けるためのスプリングを備えていることを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
5. 前記保持部材は、ローラ軸の端部と相補的な形状を有することを特徴とする請求項１に記載の成形用金型。
6. 成形用金型を用いて樹脂製のローラ軸を製造する方法であって、前記方法は、
   前記成形用金型内に樹脂を射出する射出成形工程と、
   前記射出成形工程において、樹脂の充填が終了した後に、前記ローラ軸の軸心を中心とし前記成形用金型内で前記軸成形部材を回転させる工程と、
   を備えたことを特徴とするローラ軸の製造方法。
7. 樹脂製ローラ軸であって、軸部と、軸方向に所定の間隔で軸部に設けられ、ゴムローラが接合する複数のゴムローラ接合部とを備え、前記ゴムローラ接合部のパーティングラインの段差が１０μm以下であり、前記ゴムローラ接合部を除く軸部のパーティングラインの段差が３０μm以上であることを特徴とする樹脂製ローラ軸。
8. 前記樹脂製ローラ軸は、端部にギア部または非円形形状を有することを特徴とする請求項７に記載の樹脂製ローラ軸。
9. ガラスフィラー、カーボンファイバー、タルク、または板状フィラーで強化された樹脂から構成され、端部に形成されたギア部がＰＯＭ材料で構成された請求項６の成形方法で成形された樹脂製ローラ軸。

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