JP4757229B2

JP4757229B2 - 計量ローラの製造方法

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Publication number: JP4757229B2
Application number: JP2007140777A
Authority: JP
Inventors: 昭宏山本
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2007-05-28
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2027-05-28
Also published as: JP4823283B2; JP2009001023A; JP2008149698A

Description

本発明は、計量ローラの製造方法に関する。

（静電）印刷機の現像ローラに定量のインキ（現像用の液体又は粉体）を供給する計量ローラがあり、計量ローラは、その周面にインキを収容する微細な凹状パターンが形成されている。
従来、計量ローラは金属製又はセラミック製であり、表面の凹状パターンは機械的切削加工やレーザー加工（例えば、特許文献１参照）にて形成されていた。あるいは、放電加工にて凹状パターンを形成する方法もあった（例えば、特許文献２参照）。また、計量ローラは取り換えることがほとんどなく半永久的に使用されていた。
特開２００６−７５８５４号公報特開平７−２４６５２号公報

近年では、頻繁に色替えをして印刷機を使用する場合があり、色替えする度に計量ローラを洗浄するのは面倒であった。そのため色毎の計量ローラを用意し、計量ローラを簡単に交換して色替えを行うことが考えられている。
しかし、上記機械的切削やレーザー加工によって凹状パターンを形成する製造方法は、コストがかかり、凹状パターンの再現性も低いため、大量生産には不向きであった。また、このような大量生産には、射出成形にて樹脂製の計量ローラを製造する方法が好ましいが、計量ローラの表面には金型のパーティングラインが生じるので、高精度の凹状パターンを作製することができなかった。
また、パーティングラインが生じないように金型を継ぎ目のない非分割形状とする場合、その内周面に（ローラ表面に凹状パターンを転写するための）微細な凹凸を機械的切削やレーザー加工にて形成することは非常に困難であった。そして、上記特許文献２の放電加工では、全長が 100mm未満の非分割形状の金型しか製作ができなかった。

そこで、本発明は、表面に高精度の凹状パターンを有する計量ローラの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る計量ローラの製造方法は、円孔状の貫通孔を有する継ぎ目のない非分割形状の金型本体の内周面に電気鋳造による螺旋状の凸状パターンを形成してキャビティを形成し、次に、芯材を上記キャビティ内に挿通し、その後、上記キャビティ内に溶融樹脂を注入し、上記溶融樹脂が上記キャビティ内へ充填された充填直後溶融状態の樹脂層の肉厚寸法を、 1.5mm以上 2.5mm以下に形成し、さらに、表面に螺旋状の凹状パターンを有しかつ中心に上記芯材を有する円柱状樹脂成形品としての計量ローラを成形すると共に、上記溶融樹脂が固化するまでの冷却収縮に伴う外径寸法の減少により完全冷却固化後の上記計量ローラを上記キャビティの内面から遊離させ、該計量ローラを上記キャビティ内から引き抜くようにすると共に、上記キャビティの内径寸法をφＤとし、上記完全冷却固化後の計量ローラの外径寸法をφｄとすると、（φＤ−φｄ）≧0.10mmなる関係式が成立するように上記溶融樹脂が固化するまで上記冷却収縮を行わせる方法である。

そして、上記樹脂成形品の長さ寸法が、 100mm〜 500mmである。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
本発明に係る製造方法によれば、表面に高精度の凹状パターンを有する円柱状樹脂成形品としての計量ローラを容易に大量生産することができる。
金型（金型本体）が継ぎ目のない非分割形状であるので、計量ローラの表面にパーティングラインが生じることがなく、高精度に凹状パターンを形成することができる。
また、溶融樹脂の冷却収縮に伴う外径寸法の減少により計量ローラをキャビティの内面から遊離させるので、計量ローラを金型のキャビティ内から簡単に引き抜くことができ、引き抜く際に凹状パターンが潰れる虞れもない。特に高精度な凹状パターンを要求される計量ローラの製造に好適な発明である。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
本発明は、円柱状の樹脂成形品としての計量ローラの製造方法であって、例えば、（静電）印刷機に使用され液体又は粉体のインキを計量するための計量ローラの製造方法である。
図１は、本発明の製造方法に使用する製造装置の実施の一形態を示し、この装置は、射出成形用の金型１と、上下分離自在の上部本体22と下部本体23とを有する溶融樹脂供給路本体14とを、備えている。

図２と図３に於て、金型１は、円孔状の貫通孔７を有する継ぎ目のない非分割形状の金型本体６を有し、金型本体６の内周面全面均等に凸状パターンＸが電気鋳造にて形成されている。詳しくは、金型１は、金型本体６と、金型本体６の内周面に形成されたメッキ層９とから成り、メッキ層９は多条の微細な凸状パターンＸを有している。そして、この凸状パターンＸが形成された金型１の内面10にてキャビティ２が形成される。
なお、図１に於て、金型１の二点鎖線で示す境界線より外周側が金型本体６であり、内周側が凸状パターンＸを有するメッキ層９である。

図１に於て、溶融樹脂供給路本体14について説明すると、溶融樹脂供給路本体14は溶融樹脂を金型１内に供給するための供給路16を具備し、供給路16は、複数本のスプル17と、拡大円環空室状の樹脂溜18と、図１の状態で金型１のキャビティ２と連通するフィルムゲート19とを、有している。
また、20はキャビティ２内に注入される溶融樹脂に抵抗を与え流入速度のバラツキを無くすと共に芯材12を調芯するための抵抗付加手段であり、ピストン等のアクチュエーターにて上下動自在となっている。21は芯材12の上端を支持する支持アームである。

図１〜図５に於て、樹脂成形品44としての計量ローラ27について、その製造方法を説明する。
図１に示すように、金型１を鉛直方向縦向きに溶融樹脂供給路本体14の上に設置する。そして、抵抗付加手段20をキャビティ２の下端部まで挿入する。また、芯材12をキャビティ２内に挿通して、芯材12の下端を溶融樹脂供給路本体14の上面の孔部に挿嵌し、上端を支持アーム21で支持する。

次に、図４に於て、図示省略の射出用ノズルから供給路16内に溶融樹脂３を供給する。溶融樹脂３はスプル17から一旦樹脂溜18に充填され、フィルムゲート19からキャビティ２内へ注入される。ピストンを作動させて抵抗付加手段20を上昇させつつ溶融樹脂３をキャビティ２内へ充填していくと、中心の芯材12の周囲に（溶融）樹脂層13を有する計量ローラ27が成形される。

その後、図５、又は、図23に示すように、（溶融）樹脂層13が冷却されるとその肉厚寸法Ｔが減少するので、計量ローラ27（円柱状樹脂成形品44）の外径寸法φｄがキャビティ
２の内径寸法φＤより小さくなる。即ち、溶融樹脂３（樹脂層13）の冷却収縮に伴う計量ローラ27（樹脂成形品44）の外径寸法φｄの減少により、計量ローラ27（樹脂成形品44）をキャビティ２の内面10から遊離させる。内面10から遊離した計量ローラ27（樹脂層13）の表面には、図６に示すように、凸状パターンＸが転写された凹状パターンＹが形成されている。なお、図５と図６は、完全冷却固化後の樹脂層13を示している。
そして、図10に示すように、樹脂ローラ４（樹脂成形品44）としての計量ローラ27を金型１から引き抜いて（又は押し出して）表面に凹状パターンＹを有する計量ローラが作製される。

また、図５に戻って、溶融樹脂３がキャビティ２内へ充填された直後の樹脂層13の肉厚寸法Ｔ（充填直後溶融状態の樹脂層13の肉厚寸法Ｔ）は、 1.5mm以上 2.5mm以下に形成されることが好ましい。充填直後溶融状態の肉厚寸法Ｔが 1.5mm未満の場合は、冷却収縮量が小さいので、内面10と樹脂層13の外面との間に十分な隙間Ｓができず（図６参照）、計量ローラ27（樹脂成形品44）を金型１から引き抜きにくかったり、引き抜く際に凹状パターンＹが潰れてしまう虞があるからである。また、充填直後溶融状態の肉厚寸法Ｔが 2.5mmを越える場合は、計量ローラ27（樹脂成形品44）の（横断面の）真円度を確保できなくなるからである。
なお、凹状パターンＹは、例えば、深さ10μｍの微細凹溝であるので、樹脂層13の肉厚寸法Ｔを考えるにあたってその凹凸は無視するものとする。

ところで、図23に於て、同図（ａ）は、理想的なキャビティ２と樹脂成形品44（計量ローラ27）の形状の場合を示し、同図（ｂ）は実際上のキャビティ２と樹脂成形品44（計量ローラ27）の形状寸法を極端に図示している。理想的とは、金型１のキャビティ２が円筒度が零、成形品44（計量ローラ27）の円筒度も零の場合を言い、そのような理想の場合には、φＤ−φｄ≧0.02mm、従って、隙間（クリアランス）Ｓが0.01mmであれば、冷却固化後の樹脂成形品44（計量ローラ27）を同図下方へ（矢印Ｆのように）引き抜くことができる。
しかしながら、現実には、図23（ｂ）に示すように、金型１のキャビティ２の円筒度が0.02〜0.03mm程度であり、かつ、樹脂成形品44（計量ローラ27）の（外径の）円筒度も0.02〜0.03mm程度である。従って、無理なく樹脂成形品44（計量ローラ27）を矢印Ｆ方向へ引き抜くためには、φＤ−φｄ≧0.10mmとして、隙間（クリアランス）Ｓを0.05mm以上とする。

さらに望ましいのは、φＤ−φｄ≧0.13mmとして、隙間（クリアランス）Ｓを 0.065mm以上とする。
即ち、図23（ｂ）に於て、※印の部位にて、樹脂成形品44（ローラ４）としての計量ローラ27と、キャビティ２内面とが接触する虞のあることを、（極端に描いて）図示しており、このように※印にて接触して（擦れて）傷が計量ローラ27の表面に発生する。
外径を研削するタイプのローラであれば、このような傷の発生は問題ないのであるが、成形後の外径研削を行わない計量ローラ27であれば、外観不良・品質不良となる。特に、計量ローラ27としては、凹状パターンＹの溝深さが変動してしまい、品質上問題が発生する。

図７〜図10に於て、金型１内で固化した樹脂ローラ４（樹脂成形品44）としての計量ローラ27を、金型１から引き抜く工程を説明する。
図７では、樹脂層13は完全に固化した状態であり、計量ローラ27は金型１の内面10から遊離している（図６参照）。この状態で、計量ローラ27の上端から抵抗付加手段20と支持アーム21とを上方へ離間させる。また、溶融樹脂供給路本体14の上部本体22と下部本体23とを上下に分離すると、計量ローラ27の下方の不要樹脂部40はスプル17の先端位置で２つにちぎれる。ちぎれた一方の不要樹脂部40ａは樹脂溜18内に残り、他方の不要樹脂部40ｂは下部本体23の上面に付着している。

次に、図８に於て、金型１と上部本体22とを分離させ、樹脂溜18から不要樹脂部40ａを抜き出す。また、下部本体23に付着する不要樹脂部40ｂは、下部本体23の上下貫通孔内を挿通自在の押出棒24にて上方へ押し出され除去される。
そして、樹脂ローラ４（樹脂成形品44）としての計量ローラ27の下部に付着する不要樹脂部40ａは、図９に示すように、下方から切断具25によって切断除去される。
その後、図10に示す如く、キャビティ２内に挿入される抜出手段26にて、樹脂ローラ４（樹脂成形品44）としての計量ローラ27は金型１内から引き抜かれる（押し出される）。

図11は、上述したように金型１から引き抜いて製造した計量ローラ27の拡大正面図であり、計量ローラ27の樹脂層13の表面には凹状パターンＹが形成されている。
多条の凹状パターンＹは、一点鎖線にて示す計量ローラ27の周面上の軸心と平行な長手直線Ｌに対し、45°傾斜して配設されることが好ましい。また、一条の凹状パターンＹを螺旋状に形成し、又は、多条の凹状パターンＹをひとまとまりとして螺旋状に形成してもよい。また、凹状パターンＹをそれぞれ独立状に形成してもよい。

また、図20（ａ）に示す如く、計量ローラ27としては、凹状パターンＹを独立状の凹溝を形成し、かつ、各凹溝の幅寸法Ｗ₁ ，Ｗ₂ を相違してもよい。あるいは、図20（ｂ）に示す如く、凹溝の幅寸法Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，Ｗ₃ を相違させてもよい。この際、凹溝を多条の凹状パターンＹをひとまとまりとして螺旋状とするか、又は、各凹溝を独立状に形成する。

また、図21（ａ）に示す如く、各凹溝相互間の凸条部の幅寸法Ｗ₄ ，Ｗ₅ ，Ｗ₆ を相違させてもよい場合があり、しかも、図21（ａ）では、図20（ａ）又は（ｂ）と同様に凹溝の幅寸法も同時に相違させた場合を例示している。なお、凸条部の幅寸法Ｗ₄ ，Ｗ₅ ，Ｗ₆ を相違させて、凹溝の幅寸法を同一としても自由である（図示省略）。
また、図21（ｂ）に示したように、各凹溝の深さ寸法Ｈ₁ ，Ｈ₂ ，Ｈ₃ を相違させるも好ましいが、その際、凹溝の幅寸法を相違させたり、又は、同一としてもよい。あるいは、図21（ａ）のように凸条部の幅寸法Ｗ₄ ，Ｗ₅ ，Ｗ₆ を相違させる構成と、図21（ｂ）の凹溝の深さ寸法Ｈ₁ ，Ｈ₂ ，Ｈ₃ を相違させる構成とを、組合せるも好ましい（図示省略）。

また、凹状パターンＹの断面形状としては、例えば、図12（ａ）に示すように、ストレート状底部29と、その底部29に連設する凹曲面状の側壁部30，30とを、有する長半円形状や、図12（ｂ）に示す円弧形状等が好ましい。言い換えれば、凹状パターンＹの断面形状が矩形やＶ字形等の折曲げ状の角部を有する形状の場合は、角部にインキが残って正確な計量ができないので好ましくない。
また、参考例としては、凹状パターンＹは、図13（ａ）に示すような六角形の蜂の巣状や、（ｂ）に示すような鱗状としたり、あるいは、他の参考例としては、図22（ａ）〜（ｅ）に示すように種々の模様や図形や記号を表現しても、自由である。つまり、図22（ａ）のように、大きな六角形を重ね合わせた模様や、図22（ｂ）のように、大小の鱗状を組み合わせて、模様としたりすることもでき、また、図22（ｃ）のように、円の図形（記号）を散点状に配置したり、図22（ｄ）のように、三角の図形（記号）を配置したり、さらには、図22（ｅ）のように、円と三角の図形（記号）を混在させたりする。

なお、樹脂成形品44としての計量ローラ27の場合には全面均等に凹状パターンＹを形成するのが望ましい。
また、芯材12は金属製であっても樹脂製であってもよい。
なお、図１・図４・図７に於て、抵抗付加手段20を省略し、かつ、支持アーム21の代わりに、キャビティ２の上端を施蓋する蓋状の部材をもって、芯材12の上端を支持するとしても自由である（図示省略）。上記樹脂成形品44が計量ローラ４であることで、高精度な形状・寸法の凹状パターンＹが得られる本願発明の特長が最大に活かされることとなる。

次に、金型１の製造方法について説明する。
図14に示すように、低融点の金属丸棒11の外周面に凹状パターンモデルＺを（機械的切削やレーザー加工にて）全面均等に形成してマスター５を作製する。金属丸棒11は加工のし易い軟質金属製であることが望ましく、例えば、アルミニウムや銅や真鍮が好ましい。

次に、図15に示すように、円孔状の貫通孔７を有する継ぎ目のない非分割形状の金型本体６を用意し、その貫通孔７内に上記マスター５を挿通し、図示省略の治具でマスター５をセンタリングして貫通孔７内に固定する。なお、金型本体６は鋼系の素材で形成されている。

図16に於て、28は（ニッケル等を含む）メッキ液８を満たしたメッキ槽であり、メッキ液の中にマスター５を挿通させた金型本体６を浸漬させる。図17に示すように、メッキ液８は、金型本体６の内周面とマスター５との間に浸入して充填される。

そして、マスター５と金型本体６との間に電流を流して、図18に示すメッキ層９を形成する。メッキ層９の外面は金型本体６の内周面に付着し、メッキ層９の内面にはマスター５の凹状パターンモデルＺを転写させた凸状パターンＸが形成される。このように、電気鋳造にて金型本体６の内周面に凸状パターンＸを有するメッキ層９を形成する。

その後、メッキ液８中から金型本体６・マスター５を取り出す。そして、マスター５を加熱溶融して貫通孔７から流出除去すると、図19に示すように、凸状パターンＸが露出し金型１（のキャビティ２）が作製される。ところで、上記計量ローラ27の長さ寸法は、 100mm〜 500mmとするのが望ましく、特に、 150mm〜 400mmが好ましい。下限値未満であれば、従来の放電加工法にて金型本体を製作できるので、本願発明の電気鋳造の特長を十分に活かせないためであり、逆に、上限値を越すと製作費が急に高くなるためである。ところで、本発明に於て、上記長さ寸法とは、芯材12を除いた部分───即ち樹脂層13───の長さを言うものとする。

なお、マスター５の凹状パターンモデルＺの形状は、長半円状や円弧状等であることが好ましい（図12参照）。言い換えれば、矩形やＶ字形等の折曲げ状の角部を有する形状は、加工しにくいので好ましくない。

以上のように、本発明の計量ローラの製造方法は、円孔状の貫通孔７を有する継ぎ目のない非分割形状の金型本体６の内周面に電気鋳造による螺旋状の凸状パターンＸを形成してキャビティ２を形成し、次に、芯材12を上記キャビティ２内に挿通し、その後、上記キャビティ２内に溶融樹脂３を注入し、上記溶融樹脂３が上記キャビティ２内へ充填された充填直後溶融状態の樹脂層13の肉厚寸法Ｔを、 1.5mm以上2.5mm以下に形成し、さらに、表面に螺旋状の凹状パターンＹを有しかつ中心に上記芯材12を有する円柱状樹脂成形品44としての計量ローラ27を成形すると共に、上記溶融樹脂３が固化するまでの冷却収縮に伴う外径寸法の減少により完全冷却固化後の上記計量ローラ27を上記キャビティ２の内面10から遊離させ、該計量ローラ27を上記キャビティ２内から引き抜くようにすると共に、上記キャビティ２の内径寸法をφＤとし、上記完全冷却固化後の計量ローラ27の外径寸法をφｄとすると、（φＤ−φｄ）≧0.10mmなる関係式が成立するように上記溶融樹脂３が固化するまで上記冷却収縮を行わせる方法であるので、表面に高精度の凹状パターンＹを有する樹脂製の計量ローラ等の樹脂成形品を容易に大量生産することができる。特に、金型１（金型本体６）が継ぎ目のない非分割形状であるので、計量ローラの表面にパーティングラインが生じることがなく、高精度に凹状パターンＹを形成することができる。
また、溶融樹脂３の冷却収縮に伴う外径寸法φｄの減少により樹脂成形品44をキャビティ２の内面10から遊離させるので、樹脂成形品44を金型１のキャビティ２内から簡単に引き抜くことができ、引き抜く際に凹状パターンＹが潰れる虞れもない。
また、従来は、継ぎ目のない非分割形状の筒状体の内周面に機械的切削やレーザー加工にて微細な凹凸（凸状パターンＸ）を形成することは困難であったが、本発明では、電気鋳造により金型本体６の内周面に凸状パターンＸを簡単かつ高精度に形成することができる。

そして、上記キャビティ２の内径寸法を（φＤ）とし、上記冷却収縮した計量ローラ27の外径寸法をφｄとすると、（φＤ−φｄ）≧0.10mmなる関係式が成立することによって、金型１のキャビティ２の内面に、引き抜きの際に、樹脂成形品44が接触して（図23（ｂ）中の※印参照）傷付くことが防止でき、無理なくスムーズに引き抜くことが可能となる。このようにして、表面に高精度な深さ寸法と形状の凹状パターンＹを形成できて、樹脂製の計量ローラ27に好適な製法であるといえる。

また、上記樹脂成形品44の長さ寸法が、 100mm〜 500mmであることにより、本願発明の電気鋳造による利点が活かされ、従来の放電加工では不可能であった長さ寸法として、各種ローラに応用可能となり、かつ、安価である。

本発明の計量ローラの製造方法に使用する製造装置の実施の一形態を示す断面図である。金型の斜視図である。金型の拡大断面図である。本発明の計量ローラの製造方法の説明用断面図である。説明用拡大横断面図である。説明用拡大縦断面図である。説明用断面図である。説明用断面図である。説明用断面図である。説明用断面図である。計量ローラの拡大要部正面図である。凹状パターンの拡大断面図であって、（ａ）は実施の一形態を示す拡大断面図、（ｂ）は他の実施の形態を示す拡大断面図である。凹状パターンの拡大正面図であって、（ａ）は参考例を示す拡大正面図、（ｂ）は他の参考例を示す拡大正面図である。マスターの拡大正面図である。金型の製造方法を示す説明用斜視図である。説明用断面図である。説明用拡大断面図である。説明用拡大断面図である。説明用拡大断面図である。計量ローラの他の実施の形態の拡大要部正面図である。計量ローラの別の実施の形態の拡大要部正面図である。凹状パターンの種々の参考例を示す拡大正面図である。本発明に係る計量ローラの製造方法における引き抜きの際を説明する図である。

２キャビティ
３溶融樹脂
５マスター
６金型本体
７貫通孔
８メッキ液
９メッキ層
10 内面
11 金属丸棒
12 芯材
13 樹脂層
27 計量ローラ
44 樹脂成形品
Ｔ肉厚寸法
Ｘ凸状パターン
Ｙ凹状パターン
φＤ内径寸法
φｄ外径寸法

Claims

円孔状の貫通孔（７）を有する継ぎ目のない非分割形状の金型本体（６）の内周面に電気鋳造による螺旋状の凸状パターン（Ｘ）を形成してキャビティ（２）を形成し、次に、芯材（12）を上記キャビティ（２）内に挿通し、その後、上記キャビティ（２）内に溶融樹脂（３）を注入し、上記溶融樹脂（３）が上記キャビティ（２）内へ充填された充填直後溶融状態の樹脂層（13）の肉厚寸法（Ｔ）を、 1.5mm以上 2.5mm以下に形成し、さらに、表面に螺旋状の凹状パターン（Ｙ）を有しかつ中心に上記芯材（12）を有する円柱状樹脂成形品（44）としての計量ローラ（27）を成形すると共に、上記溶融樹脂（３）が固化するまでの冷却収縮に伴う外径寸法の減少により完全冷却固化後の上記計量ローラ（27）を上記キャビティ（２）の内面（10）から遊離させ、該計量ローラ（27）を上記キャビティ（２）内から引き抜くようにすると共に、上記キャビティ（２）の内径寸法を（φＤ）とし、上記完全冷却固化後の計量ローラ（27）の外径寸法を（φｄ）とすると、（φＤ−φｄ）≧0.10mmなる関係式が成立するように上記溶融樹脂（３）が固化するまで上記冷却収縮を行わせることを特徴とする計量ローラの製造方法。
上記樹脂成形品（44）の長さ寸法が、 100mm〜 500mmである請求項１記載の計量ローラの製造方法。