JP4308030B2 - 弾性ローラの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、更に詳しくは、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促している。

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。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、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。ローラの成形用金型は、中空で両端開口の円筒型とその両端開口を閉塞する駒型とを組み合わせる。ローラの中心軸の歪みは、円筒型と駒型との嵌合の隙間が原因で生じる。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。研磨加工の手間をできるだけ少なくするには、外径精度、外径振れ精度を向上させる必要がある。円筒型と駒型との組合せ時の嵌合間の隙間をなくさなければならない。しかし、嵌合の隙間をなくすことは簡単な話ではない。最初から径差ゼロの円筒型と駒型とを製造することは事実上不可能である。

こうした問題点を考慮し、次善の方法として駒型及び円筒型にテーパを設け、嵌合する方法が提案されている（特許文献１を参照のこと）。この方法では、駒型と円筒型とは、そのテーパー面で雌雄合体させる。
特開２００１−１３８３３号公報

駒型と円筒型とが互いに合体し合うテーパー面を形成することは、必ずしも不可能ではないが、精密な金型の設計・施行・組み立ては容易ではない。テーパー面は金型の磨耗も激しい。テーパー面を有する鋳型で型取りをした場合、成形素材の膨張によって雄型となる駒型と雌型となる円筒型とが型分かれする恐れもある。通常は、間隙をゼロにする目的だけのために駒型と円筒型とにそれぞれつばを設け、両者を第三の締着具で締めつけるという煩雑な作業を行っている。

そこで、この発明は、金型設計・施行・組み立ても容易で、成形作業も容易で研磨加工負担が少ない弾性ローラの成形用金型を提供する。また、その金型を使用した弾性ローラの成形方法を提供することを課題とする。

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、前記円筒型は両端開口の中空体に形成してあり、前記駒型は前記円筒型の円筒内に嵌入して前記開口を閉塞する嵌入部を有し、該嵌入部の内部には芯金を保持する保持部を有し、前記芯金を中心軸とする弾性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、前記駒型の前記嵌入部の周面だけを前記円筒型の材料より線膨張係数の大きい金属材料で形成するとともに、前記保持部は前記芯金の外周面を保持する内周面を有する均一な内径からなる凹部形状であって、かつ前記保持部は前記嵌入部の長さより長く形成されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記駒型の線膨張係数は、円筒型の線膨張係数より１．５倍を超える。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加え、前記円筒型は鉄合金製であり、前記駒型は、銅、アルミニウム、亜鉛、鉛、錫からなる群から選ばれる１以上の元素を含む合金で形成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加え、芯金を中心軸とする弾性ローラの弾性体は、シリコーンゴムで成形してある。

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弾性ローラ成形用金型を組み立てる工程と、芯金保持部に芯金を装着する工程と、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、金型を冷却して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。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の構成に加え、弾性部成形用素材の金型への注入に先だって金型を予熱する。

上記の構成で、この発明は以下の作用が生じる。

請求項１記載の発明は、ローラ成形時、円筒型と駒型がいずれも成形熱で熱膨張する。常温下、駒型部分の嵌入部の外径は、円筒型の内径よりもわずかに小さい。これにより、円筒型への挿入、引き抜きが可能になっている。嵌入部は、常温下でのその嵌合公差分だけガタをもって円筒型内で嵌入する。円筒型と駒型とが接触する面では、駒型側の熱膨張の方が円筒型より膨張比が大きい。加熱すると膨張比率の相違で、円筒型と駒型との間の間隙が閉塞する。接触する面の膨張により、ローラのセンター出しがなされ、ガタが消滅してローラの位置精度が向上する。

請求項２記載の発明は、駒型の嵌入部が成型時の熱によって膨張することで、円筒型と駒型との間の間隙を周方向を均等に閉塞する。

請求項３記載の発明は、駒型の嵌入部の熱膨張が円筒型の熱膨張より大きい素材の選択がなされる。

請求項４記載の発明は、ローラーの表面が弾性復元力に富んだ性質を持つこととなる。

請求項５記載の発明は、円筒型と駒型との間の間隙が十分閉塞し、芯金が高精度に位置決めされる金型から弾性ローラが成形される。

この発明によると、円筒型と駒型とを備え、前記円筒型は両端開口の中空体に形成してあり、駒型は円筒型の円筒内に嵌入して開口を閉塞する嵌入部を有し、該嵌入部の内部には芯金を保持する保持部を有し、芯金を中心軸とする弾性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、駒型の嵌入部の周面だけを円筒型の材料より線膨張係数の大きい金属材料で形成するとともに、保持部は芯金の外周面を保持する内周面を有する均一な内径からなる凹部形状であって、かつ保持部は前記嵌入部の長さより長く形成されているので、弾性ローラ成形時、金型の加熱により駒型側の接触面がより大きく膨張し、自動的にローラのセンター出しが容易になる。その結果、ローラの中心軸となる芯金の位置精度を向上させることができる。弾性ローラの外径振れ精度を向上させることができる。駒型側の接触面がより大きく膨張するので、筒型内面と駒型側とは強く密着する。従来必要としていたつばは必要なく、つば同士を締着するための第三の器具も不要で、成形時、密着のための密着作業も事実上いらなくなる。すなわち、ローラの成形に当たり、研磨加工負担が少なく、金型設計・施行・組み立ても容易で、成形作業も容易な弾性ローラの成形用金型が得られる。

請求項２記載の発明によると、金型の通常の設計精度で、円筒型と駒型との間の間隙を十分閉塞する。円筒型と駒型との間の間隙を成形時の熱を利用してなくすことができます。

請求項３記載の発明は、円筒型と駒型との間の間隙を閉塞するのに十分な素材が選択できる。

請求項４記載の発明は、現像装置に使用するローラとして優れた機能を有する弾性ローラを成形できる。

請求項５記載の発明によると、円筒型と駒型との間の間隙が十分閉塞し、弾性ローラが高い外径振れ精度で得られる。得られた成形品は、研磨加工負担が少ない。

請求項６記載の発明によると、更に、より正確なセンター出し効果が得られる。

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。駒型と円筒型を殊更密着する余分な煩雑作業が、事実上でほとんど不要になる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を示す。ただし、この発明は、この例に限定されるものではない。

図１は、この発明を実施するための最良の形態である弾性ローラ成形用金型の外観図、図２はその断面図である。

両端２，３を開口し、内部を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の周囲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を閉塞自在な嵌入部を形成している。

小径の円盤体部分６を形成している嵌入部には、円盤中心に凹部８が形成してある。この凹部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に形成してある凹部８は、弾性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る。なお、成形予定の弾性ローラの芯金を保持する保持部を、この凹部８をもって構成している。

円筒型１は、例えば鉄合金で形成してある。駒型４，５は、円筒型１の内面に接触する接触面も含め、鉄合金より線膨張係数が１．５倍、好ましくは２倍を超える大きさを有する金属で形成してある。線膨張係数が大きい金属とは、具体的には、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、鉛、錫からなる群から選ばれる１以上の元素を含む単体金属又は合金の中から選ばれる。特に、アルミ合金が好ましく、金型のコスト、駒型の耐久性等を考慮すると、特に硬質アルミ合金が好ましい。

駒型４，５はその全体がアルミ合金で形成してあることを要しない。図３はこの発明のもう一つの実施の形態を示す断面図である。駒型４，５は、基本的には円筒体１と同じ鉄合金で形成してある。円筒型の内周面に接する嵌入部の周面９だけを線膨張係数が大きい硬質アルミ合金で形成してある。

このような金型は、次のようにして用い、弾性ローラを成形する。駒型４の小径の円盤体部分６で構成する嵌入部の凹部８に芯金を装着する。次いで、円筒型１内に弾性部成形用の素材（ゴム）を注入する。駒型４と円筒型１とを組合せ、これに駒型５を装着する。円筒型１と駒型４，５を加熱し、ゴムを発泡させる。次いで冷却して成形品を取り出す。

駒型を十分膨張させるため、円筒型１へゴムを注入する前、円筒型１と駒型４，５とを十分に予熱するのも優れた方法の一つである。

図４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１１と弾性部１２とで形成してある。

以下、この発明の実施例を説明する。

実施の形態に記した弾性ローラ成形用金型を組み立て、シリコーンゴム注型した。駒型は全体を硬質アルミ合金製、円筒型は鉄合金製とした。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使用した。注型には、注型機を用い、室温で注型した。

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、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。ゴムローラは４０本作成した。得られたローラの振れを、非接触のレーザ測長器により測定した。平均値の結果を表１に示す。

注型の前、金型を１５０℃で１５分間予熱した他は実施例１と同様な方法でローラを作製した。平均値の結果を表１に示す。
（比較例１）

駒型は全てを円筒型と同じ材質で作成した外は実施例１と同様にした。平均値の結果を表１に示す。
（比較例２）

駒型は全てを円筒型と同じ材質で作成した外は実施例２と同様にした。平均値の結果を表１に示す。

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、嵌入部の所定の接触面に円筒型材より線膨張係数の大きい材質を使用していることで、外径振れ精度が、従来の弾性ローラより大幅に改善されていることが分かった。

この発明の最良の形態である弾性ローラ成形用金型の外観図である。 図１で示す弾性ローラ成形用金型の断面図である。 この発明の最良の形態である弾性ローラ成形用金型のもう一つの例の断面図である。 同最良の形態である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。

符号の説明

１ 円筒型
２，３ 円筒型の両端
４，５ 駒型
６ 小径の円盤体部分
７ 大径の円盤体部分
８ 凹部
９ 嵌入部の周面

Claims (6)

1. 円筒型と駒型とを備え、前記円筒型は両端開口の中空体に形成してあり、前記駒型は前記円筒型の円筒内に嵌入して前記開口を閉塞する嵌入部を有し、該嵌入部の内部には芯金を保持する保持部を有し、前記芯金を中心軸とする弾性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、前記駒型の前記嵌入部の周面だけを前記円筒型の材料より線膨張係数の大きい金属材料で形成するとともに、前記保持部は前記芯金の外周面を保持する内周面を有する均一な内径からなる凹部形状であって、かつ前記保持部は前記嵌入部の長さより長く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. 前記駒型の線膨張係数は、前記円筒型の線膨張係数より１．５倍を超え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. 前記円筒型は鉄合金製であり、前記駒型は、銅、アルミニウム、亜鉛、鉛、錫からなる群から選ばれる１以上の元素を含む金属で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の弾性ローラ成形用金型。
4. 前記芯金を中心軸とする弾性ローラの弾性体は、シリコーンゴムで成形してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の弾性ローラ成形用金型。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の弾性ローラ成形用金型を組み立てる工程と、芯金保持部に芯金を装着する工程と、前記弾性ローラ成形用金型内に弾性部成形用の素材を注入する工程と、前記弾性ローラ成形用金型を加熱する工程と、前記弾性ローラ成形用金型を冷却して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。
6. 前記弾性部成形用素材の前記弾性ローラ成形用金型への注入に先だって前記弾性ローラ成形用金型を予熱することを特徴とする請求項５に記載の弾性ローラの成形方法。

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