JP4179967B2 - 弾性ローラ成形用金型及び弾性ローラの成形方法 - Google Patents

Description

この発明は、色剤や印刷用紙などの搬送・転写などに用いる弾性ローラの成形用金型と、これを使った弾性ローラの成形方法に関し、例えば、潜像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置に用いられる現像用弾性ローラの成形に特に好ましく用い得る金型とこれを使った弾性ローラの成形方法に関する。

画像形成方式にはいくつかある。その中の汎用方式の一つに電子写真方式がある。電子写真方式は、コピー、プリンター、ファクシミリなどの現像装置で主流方式となっている。この方式では、画像形成の中心となる感光ドラム周囲に種々の弾性ローラを使用する。

電子写真方式では、画像の高画質化やフルカラー化が進んでいる。高画質化は、トナーの粒径をより微粒子化する傾向を強めている。

高画質化と微粒子化は、感光ドラム上へのトナー層の高い付着精度を要求し、一方では現像ローラによる感光ドラムへの当接圧力の低下化を要求する。当接圧力が低く、しかもトナー層の高い付着精度を満たすためには、現像ローラには、理想に近い均整がとれた円柱形状が要求される。円柱形状の均整度は、外径精度と外径振れ精度という概念で数値化できる。現像ローラは、摩擦帯電したトナーを感光ドラム上に薄層でかつ均一に転写する。現像ローラは、中心軸にわずかでも歪みがあれば命取りになる。実際には、電子写真プロセスを重ねるごとに、得られる画像に、濃度ムラや白スジが発生する。ローラ表面を均整化するため、ローラを成形して型どり後、通常は得られた成形品を研磨加工して寸法を調整する。

研磨作業は、成形した一本一本のローラを個々に加工対象とする。研磨加工は簡単な操作ではない。

現像ローラの外径精度および外径振れ精度を向上させるため、一つの方法として、駒型内面に線膨張係数の高い樹脂リングを設け、駒型の金属との熱膨張差を利用して、芯金をセンター出しするという方法がある（特許文献１参照のこと）。図７は従来のその方法を示す断面図である。円筒型１と円筒型１の両開口端２，３を閉塞する駒型４，５を設け、駒型４，５には芯金の両端を保持する凹所８を設けてある。凹所８を囲み、駒型４，５には芯金受け部材４０を設けてある。芯金受け部材４０には、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、などを用いる。
特開２００１−９６４８５号公報

ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどは樹脂の熱伝導率は金属よりかなり低いので、十分な膨張をさせるには時間がかかり、生産効率は良くない。また、駒型の内面に樹脂リングを嵌合すると、設置及び金型の清掃は手間がかかり、工夫が必要となっている。

そこで、この発明は、外径精度および外径振れ精度が高い弾性ローラを、効率よく安定して成形することができる弾性ローラ成形用金型および弾性ローラの成形方法を提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採った。

請求項１に記載の発明は、円筒型と駒型とを備え、円筒型は、両端開口で、弾性部成形用素材を充填可能に中空に形成してあり、駒型は、円筒型の開口端を閉塞する閉塞部を有し、閉塞部には、芯金の端部を保持する保持凹部を有する、芯金を中心軸とする弾性体ローラを円筒型内で成形する弾性ローラ成形用金型において、駒型は、保持凹部の奥行き方向に対して奥行き方向を横切る方向で二つの駒型片に二分割する分割面を有し、二つの駒型片の少なくとも一方の分割面には、芯金のセンター出し用の弾性部材を嵌着する嵌着部を保持凹部の外周を囲んで設けてあり、その嵌着部は、嵌着予定のセンター出し用弾性部材よりわずかに嵌着幅が狭く、センター出し用弾性部材を嵌着すると嵌着部の開口端から弾性部材の一部が、芯金周囲を圧接自在に突き出るように形成されていることを特徴とする弾性ローラ成形用金型である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、嵌着部は、二つの駒型片が分割面で合わさってＯリング嵌着溝を形成する構造を有し、形成されたＯリング嵌着溝は、嵌着予定の弾性部材であるＯリングを嵌着すると嵌着溝の開口端からＯリングの少なくとも一部が、芯金を環状に圧接自在に突き出るように形成されている請求項１に記載の弾性ローラ成形用金型。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、嵌着予定の弾性部材は、弾性な耐熱性樹脂で成形されている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加え、弾性な耐熱性樹脂は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、又はＥＰＤＭゴムである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成に加え、円筒型内で成形予定の弾性部材は、シリコーンゴム、またはその他の液状ポリマーである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性ローラ成形用金型を組み立てる工程と、嵌着部にセンター出し用の弾性部材を嵌着する工程と、芯金を挿入する工程と、金型を予熱する工程と、金型内に弾性部成形用の素材を注入する工程と、金型を加熱する工程と、金型を冷却し、成形品を取り出す工程とを有する弾性ローラの成形方法である。

上記の構成で、この発明は以下の作用が生じる。

請求項１に記載の発明は、弾性体ローラを円筒型内で成形するにあたり、円筒型には弾性部成形用素材が充填可能である。円筒型の開口端を閉塞する駒型には、芯金の端部が保持可能である。弾性ローラの製造時、芯金端部周囲に、芯金のセンター出し用の弾性部材の一部が嵌着部開口端から圧接自在に突き出す。これが芯金のセンター出しを行う。センター出し用の弾性部材の嵌着部は、駒型の分割面にあり、弾性体ローラの弾性部成形用素材とは離れている。円筒型内の熱はセンター出し用の弾性部材には直接伝熱しない。

一般に、弾性ローラ成形用金型の駒型部分内径は、芯金の挿入・引抜きを可能とするため、芯金の外径よりサイズを大きくしてある。サイズが大きい嵌合公差分だけ駒型はガタをもって保持される。駒型分割面に設けた嵌着部の中心に芯金のセンター出しができれば、ローラの位置精度が向上する。外径振れ精度が向上した弾性ローラが得られる。

請求項２に記載の発明は、弾性ローラの製造時には、芯金端部周囲に、芯金のセンター出し用のＯリング一部が、芯金を環状に圧接自在に突き出し、芯金のセンター出しを行う。

請求項３に記載の発明は、耐熱性の樹脂が嵌着予定の弾性部材に使用される。

請求項４に記載の発明は、前記弾性な耐熱性樹脂は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、又はＥＰＤＭゴムを使用しているので、軟質で弾性変形に富み、高温で使用が可能である。

請求項５に記載の発明は、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エポキシ樹脂、等、いずれもソリッドの形で円筒型で成形することを予定する。ウレタンゴム、エポキシ樹脂などは、例えば液状ポリマーの形態で円筒型内に導入する。

請求項６記載の発明では、駒型の分割面に設けたセンター出し用の弾性部材が、嵌着部の開口端から一部が突き出て芯金のセンター出しを行う。

この発明によると、嵌着部開口端から圧接自在に一部が突き出た芯金のセンター出し用の弾性部材が芯金のセンター出しを行う。センター出しは、弾性部材の弾力性による。弾性部材の熱膨張を待つ必要がない。嵌着部は、駒型の分割面にある。分割面を弾性体ローラの弾性部成形用素材が成形される円筒型部分と離せば、嵌着部まで高温にする必要はない。弾性部材の一部が溶出するおそれもほとんどない。嵌着部の清掃の手間がなくなる。外径精度および外径振れ精度が高い弾性ローラを効率よく安定して成形することができる弾性ローラ成形用金型および弾性ローラの成形方法を提供することができる。

このようにして製造された弾性ローラは、電子写真装置の現像装置に用いられる現像ローラとして用いることができ、この発明で得られた弾性ローラを現像ローラとして用いることにより、画像ムラのない高品質な画像を形成することができる。

請求項２記載の発明では、前記効果に加え、Ｏリングを使用することから、入手が容易で、操作が簡単となる。

請求項３記載の発明では、芯金のセンター出し用の弾性部材が長寿命化する。

請求項４に記載の発明は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、又はＥＰＤＭゴムを使用しているので、弾性ローラ成形時に繰り返し使用することができる。

請求項５に記載の発明は、材料自体の成形性が良好なため、弾性ローラの成形が一層容易となる。

請求項６に記載の発明では、外径精度および外径振れ精度が高い弾性ローラを安定的に成形できる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を示す。図１は、この発明に係る弾性ローラ成形用金型を実施する一形態を示す一部分解した外観図、図２は、その組み立てた状態の断面図である。

両端２，３を開口し、弾性部成形用素材を充填可能に中空に成形して円筒型１を設けてある。円筒型１の両端２，３には、着脱自在な駒型４，５をそれぞれ設けてある。円筒型１と駒型４，５をもって、弾性ローラの成形用金型を形成している。

駒型４，５は、小径の円盤体部分６と大径の円盤体部分７とが同軸に階段状に重層している。大径の円盤体部分７は、円筒型１の周縁を閉塞する十分な広がりを有する。小径の円盤体部分６は、わずかな隙間を残すだけでほとんど隙間なく円筒型１内に嵌入可能で、両端２，３を閉塞自在な閉塞嵌入部を形成している。

小径の円盤体部分６が形成している閉塞嵌入部には、円盤の中心に保持凹部８が形成してある。この保持凹部８の奥端は、大径の円盤体部分７の一部にまで食い込んでいる。小径の円盤体部分６に形成してある保持凹部８は、成形予定の弾性体ローラの芯金の端部がほとんど隙間なく出入り自在の大きさで形成してあり、弾性体ローラの成形時、芯金の端部を保持する。

図２は、駒型４，５で円筒型１の端部を閉塞した状態の断面図である。図３は駒型４を分割面１０で分割した外観図である。

駒型４は、閉塞嵌入部である小径の円盤体部分６から離れた大径の円盤体部分７に分割面１０を有している。駒型５も駒型４と同一の構造、同一の機能を有する。分割面は１０、保持凹部８の奥行き方向を直角に横切って保持凹部８を直角方向に二分し、駒型４を駒型片１１と駒型片１２とに二分割している。分割面１０は、駒型片１１側の分割面１３と、駒型片１２側の分割面１４とがある。両分割面１０は周縁部と中心部とで段差がある。駒型片１１は、閉塞嵌入部を形成している小径の円盤体部分６を有すると共に、その分割面１３は周縁部１５を盛り上げて凹部を形成している。他方の駒型片１２は、分割面１４で周縁部１６が凹んだ凸型を形成している。駒型片１１と駒型片１２とは、分割面１３と分割面１４とが向き合うようにして互いに嵌合する。

駒型片１１の分割面１３は、保持凹部８の周囲にＯリング装着部１７を環状に掘り下げている。Ｏリング装着部１７は、弾性ローラ成形時にセンター出し用のＯリングを装着する場所である。装着予定のＯリングは、断面円形で、リング内径は保持凹部８の内径に等しい。リング外径は環状のＯリング装着部１７の外周に等しい。Ｏリング装着部１７はそのようなサイズ、すなわち、Ｏリング装着部１７の装着部幅は、Ｏリングの断面直径と同等にしてある。

駒型片１１に設けたＯリング装着部１７は、駒型片１１の分割面１３と駒型片１２の分割面１３とが互いに嵌合しあうと、駒型片１２における保持凹部８の周囲が加わって、Ｏリング嵌着溝１８を形成する。Ｏリング嵌着溝１８の溝幅、すなわち、保持凹部８の長さ方向で測定した幅は、嵌着予定のＯリングの直径よりもわずかに小さい。例えば、０．９〜０．５倍とする。０．９倍以上になると十分なセンターへの変形効果はえられ難い。０．５倍以下になると、溝の外へ変形する可能性があり、逆にセンター出し効果は得られなくなる。

Ｏリング嵌着溝１８にＯリングを装着し、駒型片１１と駒型片１２とを圧接すると、Ｏリングはわずかに変形し、一部が保持凹部８側に突き出る。

このような金型は、以下のようにして使用し、弾性ロールを製造する。

図４は、金型にＯリングと芯金を装着した様子を示す断面図である。

駒型４側の駒型片１１のＯリング装着部１７にＯリング２０を装着する。Ｏリングの材質は軟質、特に、高温で使用できるものが望ましい。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭゴム等が挙げられる。

円筒型１では、通常、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エポキシ樹脂、等、いずれもソリッドの成形を予定することが多い。ウレタンゴム、エポキシ樹脂などは、液状ポリマーの形で円筒型１内に導入する。

芯金２１の端部を駒型４の駒型片１１側の保持凹部８に挿入し、反対側に突き出た端部に駒型片１２側の保持凹部８を装着する。駒型４に円筒型１を組合せる。駒型５側も同様にする。駒型片１１と駒型片１２の間を圧接するとＯリング嵌着溝１８の溝幅が狭まり、Ｏリング２０が変形する。これによって芯金２１はセンター出しする。

金型１を予熱する。金型内に弾性ロールの弾性部成形用の素材を注入し、金型を加熱し、次いで金型を冷却し、成形品を取り出す。

図５は、このような弾性ローラ成形用金型で成形した弾性ローラの一例を示す外観図である。芯金２１と弾性部２２とで形成してある。

上記は、芯金２１のセンター出し用の弾性部材にＯリングを使用した例を示した。芯金２１のセンター出し用の弾性部材として使用できるのはＯリングに限らない。弾性ボールを使用してもよい。図６は弾性ボールを使用する例を示す。図６（ａ）は弾性ボールを設置前、図６（ｂ）は弾性ボール設置後を示す。

設置前保持凹部８の周囲に、Ｏリング嵌着溝１８に代えて３箇所好ましくは４箇所以上の弾性ボール設置部２４を設ける。そこには、例えばゴム製のボール２５をそれぞれ配する。

次に、この発明の具体的な実施例について説明する。

上記の実施の形態に従って金型を設計し、製造した。これにシリコーンゴム製Ｏリングを装着した。

弾性部成形用の素材ゴムとしてＬＴＶシリコーンゴム（商品名ＫＥ−１９５０Ａ，Ｂ：信越化学工業（株）製）にカーボン添加したものを注型機により室温で円筒型に注型した。注型後、金型を１５０℃の加熱炉に３０分間入れてゴム材を硬化させた。金型を加熱炉から取り出し、冷却後、得られた成形品を金型から取り出した。

その後、２００℃で４時間熱処理を施し、硬度４０度のゴムローラを得た。同様の方法でゴムローラは４０本作成した。得られたローラの外径および振れを、非接触のレーザ測長器により測定した。結果を表１に示す。

注型の前、金型を１５０℃×１５ｍｉｎで予熱した外は実施例１と同様な方法でローラを作製した。実施例１と同様の測定を行った。
（比較例１）

分割面１０を有しない従来の一体型の駒型を使用し、Ｏリングも使用しなかった外は実施例１と同様な方法でローラを作製した。実施例１と同様の測定を行った。
（比較例２）

分割面１０を有しない従来の一体型の駒型を使用し、Ｏリングも使用しなかった外は実施例２と同様な方法でローラを作製した。実施例１と同様の測定を行った。

表１から、実施例１，２の金型を用いて製造された弾性ローラは、駒型の分割面に芯金のセンター出し用の弾性部材を嵌着して効果的にセンター出ししたから外径振れ精度が、従来の弾性ローラより大幅に改善されたことが分かった。

この発明に係る弾性ローラ成形用金型を実施する一形態を示す一部分解した外観図である。 同弾性ローラ成形用金型の駒型で円筒型の端部を閉塞した状態の断面図である。 同弾性ローラ成形用金型の駒型を分割面で分割した外観図である。 同弾性ローラ成形用金型にＯリングと芯金を装着した様子を示す断面図である。 同弾性ローラ成形用金型で成形した弾性ローラの一例を示す外観図である。 同弾性ローラ成形用金型の芯金のセンター出し用の弾性部材に弾性ボールを使用する弾性ボール設置前の例を示す図である。 同弾性ローラ成形用金型の芯金のセンター出し用の弾性部材に弾性ボールを使用する弾性ボール設置後の例を示す図である。 従来のそのセンター出し方法を示す断面図である。

符号の説明

１ 円筒型
２，３ 円筒型の開口端
４，５ 駒型
６ 小径の円盤体部分（閉塞嵌入部）
７ 大径の円盤体部分
８ 保持凹部
１１ 駒型片Ａ
１２ 駒型片Ｂ
１８ Ｏリング嵌着溝（嵌着部）
２０ Ｏリング（センター出し用弾性部材）
２１ 芯金

Claims (6)

1. 円筒型と駒型とを備え、前記円筒型は、両端開口で、弾性部成形用素材を充填可能に中空に形成してあり、前記駒型は、前記円筒型の開口を閉塞する閉塞部を有し、前記閉塞部には、芯金の端部を保持する保持凹部を有し、前記芯金を中心軸とする弾性体ローラを前記円筒型内で成形する弾性ローラ成形用金型において、
   前記駒型は、前記保持凹部の奥行き方向に対して奥行き方向を横切る方向で二つの駒型片に二分割する分割面を有し、前記二つの駒型片の少なくとも一方の分割面には、前記芯金のセンター出し用の弾性部材を嵌着する嵌着部を前記保持凹部の外周を囲んで設けてあり、前記嵌着部は、嵌着予定の前記弾性部材よりわずかに嵌着幅が狭く、前記弾性部材を嵌着すると前記嵌着部の開口端から前記弾性部材の一部が、前記芯金の周囲を圧接自在に突き出るように形成されていることを特徴とする弾性ローラ成形用金型。
2. 前記嵌着部は、二つの駒型片が分割面で合わさってＯリング嵌着溝を形成する構造を有し、形成された前記Ｏリング嵌着溝は、嵌着予定の弾性部材であるＯリングを嵌着すると前記嵌着溝の開口端からＯリングの少なくとも一部が、前記芯金を環状に圧接自在に突き出るように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性ローラ成形用金型。
3. 嵌着予定の前記弾性部材は、弾性な耐熱性樹脂で成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性ローラ成形用金型。
4. 前記弾性な耐熱性樹脂は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、又はＥＰＤＭゴムであることを特徴とする請求項３に記載の弾性ローラ成形用金型。
5. 前記円筒型内で成形予定の弾性部は、シリコーンゴム、またはその他の液状ポリマー製であることを特徴とする請求項１乃至４のいずかに記載の弾性ローラ成形用金型。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性ローラ成形用金型を組み立てる工程と、嵌着部にセンター出し用の弾性部材を嵌着する工程と、芯金を挿入する工程と、金型を予熱する工程と、金型内に弾性部成形用の素材を注入する工程と、金型を加熱する工程と、金型を冷却し、成形品を取り出す工程とを有する弾性ローラの成形方法。

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