JP4787611B2

JP4787611B2 - ローラ成形型及びそれを用いたローラの製造方法

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Publication number: JP4787611B2
Application number: JP2005354994A
Authority: JP
Inventors: 勝之豊田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: JP2007152894A

Description

本発明は、ローラ成形型及び該ローラ成形型を用いたローラの製造方法に関し、特に弾性層の外径寸法の振れが小さいローラを製造することが可能なローラ成形型に関するものである。

一般に、複写機、プリンタ等の画像形成装置は、潜像を保持した感光ドラムの周辺に、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等の導電性ローラを備えており、これら導電性ローラは、通常、軸と該軸の外周に形成された弾性層とを備えている。そして、これらローラの寸法精度が、形成される画像の品質に大きく影響するため、上記画像形成装置用のローラには、高い寸法精度、特に弾性層の外径寸法の振れが小さいことが要求される。

これに対し、従来、上記導電性ローラは、円柱状のキャビティーを有するローラ成形型を用いて弾性層を形成し、その後、形成された弾性層を研磨して外径寸法の振れを小さくする方法によって製造されてきた。しかしながら、この方法では、成形工程と研磨工程の両工程を必要とするため、工程数が多く、また、研磨装置等の付帯設備が必要となる上、仕損も多いため、製品の歩留まりが悪く、生産性の点で問題があった。

一方、昨今、画像形成装置の小型化、特に、カラー画像を形成することが可能な画像形成装置の小型化に伴い、上記ローラを小型化することが要求されるようになってきた。これに対して、上述の成形型を用いて弾性層を形成した後、弾性層を研磨する方法では、ローラの弾性層の外径寸法の振れを十分に小さくしつつ、ローラの外径を十分に小さくすることができなかった。

特開２００１−１２９８３５号公報

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、弾性層の外径寸法の振れが小さい上、外径が小さなローラを製造することが可能なローラ成形型を提供することにある。また、本発明の他の目的は、かかるローラ成形型を用いたローラの製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、円筒状の本体部と該本体部の両端にそれぞれ位置するキャップ部とを有し、該キャップ部が、中央に円筒状の開口部を有するキャップ本体と、該キャップ本体の開口部の中に配置されローラの軸の端部を支持する支持部と、これらキャップ本体及び支持部との間に形成される注入口及び排出口を塞ぐための栓部材とを有し、前記支持部とキャップ本体とがリブで連結された構造のローラ成形型を用いてローラを製造することで、外径が小さくても弾性層の外径寸法の振れが小さいローラが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明のローラ成形型は、軸と該軸の外周に形成された弾性層とを備えるローラの成形型であって、両端にそれぞれ開口部を有する円筒状のモールド本体と、該モールド本体の一方の開口部に嵌合された弾性層材料の注入側キャップ部と、前記モールド本体のもう一方の開口部に嵌合された弾性層材料の排出側キャップ部とを備え、
前記注入側キャップ部は、中央に円筒状の開口部を有するキャップ本体と、該キャップ本体の円筒状の開口部の中に配置されローラの軸の端部を支持する支持部と、ローラの軸方向に可動自在で両端にそれぞれ開口を有する栓部材とを有し、該栓部材のローラ軸方向内側端部は前記キャップ本体の円筒状の開口部と前記支持部との隙間に圧入可能であり、前記キャップ本体と前記支持部とは該支持部のローラ軸方向内側端部の外周上に配設されたローラの軸方向に延びるリブにより連結されており、
前記排出側キャップ部は、中央に円筒状の開口部を有するキャップ本体と、該キャップ本体の円筒状の開口部の中に配置されローラの軸の端部を支持する支持部と、ローラの軸方向に可動自在で両端にそれぞれ開口を有し前記キャップ本体に圧入可能な栓部材とを有し、前記支持部はローラ軸方向外側端部に前記栓部材のローラ軸方向内側の開口に圧入可能な凸部を有し、前記キャップ本体と前記支持部とは該支持部のローラ軸方向内側端部の外周上に配設されたローラの軸方向に延びるリブにより連結されており、
前記注入側栓部材のローラ軸方向内側端部を前記注入側キャップ本体の円筒状の開口部と前記注入側支持部との隙間に圧入し、前記排出側キャップ本体に前記排出側栓部材を圧入すると共に前記排出側栓部材のローラ軸方向内側開口に前記排出側支持部の凸部を圧入することで、ローラの軸外面とモールド本体内面と両キャップ部との間に密閉された円筒状のキャビティーを形成できることを特徴とする。

上記ローラ成形型によれば、ローラの軸の端部を支持する支持部と、モールド本体の内面に接するキャップ本体とがリブによって固定されているため、成形されるローラの軸と弾性層との同心度を十分に高くすることができ、成形されたローラを更に研磨する必要がない。そのため、上記ローラ成形型によれば、外径が小さくても、弾性層の外径寸法の振れが小さい導電性ローラを高い歩留まりで製造することができる。

また、弾性層材料を両栓部材の開口を経て注入及び排出できるため、弾性層材料を完全に充填した後、両栓部材をローラの軸方向内側に移動させて密閉する際に、エアーが混入することがない。更に、ローラの軸外面とモールド本体内面と両キャップ部との間に形成されるキャビティーは、閉塞空間であるため、弾性層材料の硬化中に該弾性層材料が成形型外部に漏出することが無く、所謂、ひけを確実に防止することができる。

本発明のローラ成形型の好適例においては、前記排出側キャップ部の栓部材が、更に、前記排出側キャップ部のキャップ本体の円筒状開口部の内周面に圧入可能な円筒部を有する。この場合、ボイドの発生を更に抑制することができる。

本発明のローラ成形型の他の好適例においては、前記キャップ本体と前記支持部とを連結するリブの数が３個以上であり、且つ該リブのローラ軸方向の長さが3〜10mmである。この場合、キャップ部の強度を十分に確保しつつ、弾性層材料を均一に注入することができるため、ウェルドの発生を防止することができる。

本発明のローラ成形型の他の好適例においては、前記キャップ部の前記リブを通るローラの軸に対して直角な面による切断面における各リブ間の面積の合計が6mm²以上である。この場合、弾性層材料の注入時の圧力損失が十分に小さいため、ローラの連続成形が可能になる。

また、本発明のローラの製造方法は、上記ローラ成形型を用いたローラの製造方法であって、
前記注入側栓部材の両開口及び前記注入側キャップ本体の円筒状の開口部と前記注入側支持部との隙間を経由して前記注入側リブ間から弾性層材料を注入すると共に、前記排出側リブ間及び前記排出側キャップ本体の円筒状の開口部と前記排出側支持部との隙間を経由して前記排出側栓部材の開口から過剰な弾性層材料を排出して弾性層材料を充填した後、
前記注入側栓部材のローラ軸方向内側端部を前記注入側キャップ本体の円筒状の開口部と注入側支持部との隙間に圧入し、更に、前記排出側キャップ本体に前記排出側栓部材を圧入すると共に前記排出側栓部材のローラ軸方向内側開口に前記排出側支持部の凸部を圧入して、モールド本体を密閉することを特徴とする。この方法によれば、ローラの軸外面とモールド本体内面と両キャップ部とで区画される円筒状空間内へのエアーの混入を防止することができる。

本発明によれば、円筒状の本体部と該本体部の両端にそれぞれ位置するキャップ部とを有するローラ成形型であって、該キャップ部が、中央に円筒状の開口部を有するキャップ本体と、該キャップ本体の開口部の中に配置されローラの軸の端部を支持する支持部と、これらキャップ本体及び支持部との間に形成される注入口及び排出口を塞ぐための栓部材とを有し、前記支持部とキャップ本体とがリブで連結された構造のローラ成形型を用いることで、外径が小さくても、弾性層の外径寸法の振れが小さいローラを製造することができる。

以下に、本発明のローラ成形型を、図を参照しながら詳細に説明する。図１は、弾性層材料注入時における本発明に従うローラ成形型の一例の断面図であり、図２は、弾性層材料注入後、密閉時における本発明に従うローラ成形型の一例の断面図であり、図３は、図１に示すローラ成形型の注入側キャップ部の拡大図であり、図４は、図２に示すローラ成形型の注入側キャップ部の拡大図であり、図５は、図１に示すローラ成形型の排出側キャップ部の拡大図であり、図６は、図２に示すローラ成形型の排出側キャップ部の拡大図であり、図７は、図１のVII−VII線に沿うローラ成形型の断面図であり、図８は、弾性層材料注入時における本発明に従うローラ成形型の排出側キャップ部の好適例の拡大断面図であり、図９は、弾性層材料注入後、密閉時における本発明に従うローラ成形型の排出側キャップ部の好適例の拡大断面図である。

図１及び図２に示すローラ成形型は、軸１と該軸１の外周に形成された弾性層とを備えるローラの成形型であって、両端にそれぞれ開口部２Ａ，２Ｂを有する円筒状のモールド本体３と、該モールド本体３の一方の開口部２Ａに嵌合された弾性層材料の注入側キャップ部４Ａと、前記モールド本体３のもう一方の開口部２Ｂに嵌合された弾性層材料の排出側キャップ部４Ｂとからなる。

なお、上記モールド本体３の材質としては、特に限定されず、合成樹脂や金属等を使用することができる。また、上記キャップ部４Ａ，４Ｂの材質も、特に限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン等の合成樹脂を用いることができる。

図示例のローラ成形型において、注入側キャップ部４Ａは、図３及び図４に示すように、中央に円筒状の開口部を有する注入側キャップ本体５Ａと、該注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部の中に配置されローラの軸１の注入側端部を支持する注入側支持部６Ａと、ローラの軸方向に可動自在で両端にそれぞれ開口を有する注入側栓部材７Ａとを有する。ここで、該注入側栓部材７Ａのローラ軸方向内側端部は、前記注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部と前記注入側支持部６Ａとの隙間に圧入可能である。また、前記注入側キャップ本体５Ａと前記注入側支持部６Ａとは、該注入側支持部６Ａのローラ軸方向内側端部の外周上に配設されたローラの軸方向に延びる注入側リブ８Ａにより連結されている。

また、上記排出側キャップ部４Ｂは、図５及び図６に示すように、中央に円筒状の開口部を有する排出側キャップ本体５Ｂと、該排出側キャップ本体５Ｂの円筒状の開口部の中に配置されローラの軸１の排出側端部を支持する排出側支持部６Ｂと、ローラの軸方向に可動自在で両端にそれぞれ開口を有し前記排出側キャップ本体５Ｂに圧入可能な排出側栓部材７Ｂとを有する。ここで、前記排出側支持部６Ｂは、ローラ軸方向外側端部に前記排出側栓部材７Ｂのローラ軸方向内側の開口９に圧入可能な凸部１０を有する。また、前記排出側キャップ本体５Ｂと前記排出側支持部６Ｂとは、該排出側支持部６Ｂのローラ軸方向内側端部の外周上に配設されたローラの軸方向に延びる排出側リブ８Ｂにより連結されている。

注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部の中に配置された注入側支持部６Ａは、図７に詳しく示すように、注入側リブ８Ａによって注入側キャップ本体５Ａに連結され一体化しており、注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部と注入側支持部６Ａとは、同心円状に配置されている。ここで、注入側支持部６Ａの外周上には、複数のリブ８Ａが配置されており、各リブ８Ａの間が弾性層材料の注入口１１となる。一方、図示しないが、排出側キャップ部４Ｂについても、リブ８Ｂを通るローラの軸１に対して直角な面による切断面は図７と同様であり、過剰な弾性層材料が各リブ８Ｂの間を通過する。

図示例のローラ成形型においては、前記注入側栓部材７Ａの両開口及び前記注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部と前記注入側支持部６Ａとの隙間を経由して前記注入側リブ８Ａ間から弾性層材料を注入すると共に、前記排出側リブ８Ｂ間及び前記排出側キャップ本体５Ｂの円筒状の開口部と前記排出側支持部６Ｂとの隙間を経由して前記排出側栓部材７Ｂの開口から過剰な弾性層材料を排出して、軸１とモールド本体３との隙間に弾性層材料を充填する。ここで、過剰な弾性層材料は、排出側栓部材７Ｂのローラ軸方向内側の開口９を少なくとも通過すればよい。そして、軸１とモールド本体３との隙間に弾性層材料が完全に充填された後、前記注入側栓部材７Ａのローラ軸方向内側端部を前記注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部と前記注入側支持部６Ａとの隙間に圧入し、更に、前記排出側キャップ本体５Ｂに前記排出側栓部材７Ｂを圧入すると共に前記排出側栓部材７Ｂのローラ軸方向内側開口９に前記排出側支持部６Ｂの凸部１０を圧入することで、ローラの軸１外面とモールド本体３内面と両キャップ部４Ａ，４Ｂとの間に密閉された円筒状のキャビティー１２を形成する。その後、使用する弾性層材料に応じて適宜選択した温度及び時間に保持してキャビティー１２内の弾性層材料を硬化させることで、軸１と該軸１の外周に形成された弾性層とを備えるローラを一体成形することができる。なお、排出側栓部材７Ｂは、排出側キャップ本体５Ｂのいずれかの部分に圧入できればよく、例えば、図示例のように排出側キャップ本体５Ｂが径の異なる複数部分からなる場合は、排出側キャップ本体５Ｂの円筒状の開口部以外の部分に圧入される構造でもよい。

本発明のローラ成形型において、排出側栓部材７Ｂは、図８及び図９に示すように、更に、排出側キャップ本体５Ｂの円筒状開口部の内周面に圧入可能な円筒部１３を有することが好ましい。排出側栓部材７Ｂに円筒部１３が存在することにより、排出側栓部材７Ｂと排出側キャップ本体５Ｂと排出側支持部６Ｂとの間に形成される空間をより小さくすることができるため、ボイドの発生を更に抑制することができる。

本発明のローラ成形型においては、上記キャップ本体５Ａ，５Ｂの円筒状の開口部の外周と、上記支持部６Ａ，６Ｂの内周との同心度φが15μm以下であることが好ましい。なお、支持部６Ａ，６Ｂの形状は、一端が封鎖された円筒状であることが好ましい。ここで、上記同心度φは、キャップ本体５Ａ，５Ｂの円筒状の開口部の外周の中心点と、支持部６Ａ，６Ｂの内周の中心点との距離の２倍として定義される。キャップ本体５Ａ，５Ｂの円筒状の開口部の外周がモールド本体３の内周面に接するため、キャップ本体５Ａ，５Ｂの円筒状の開口部の外周と、支持部６Ａ，６Ｂの内周との同心度φを15μm以下にすることで、製造されるローラの軸１と弾性層との同心度を充分高くすることができ、ローラの外径寸法の振れを70μm以下、好ましくは30μm以下にすることができる。なお、ローラの外径寸法の振れは、ローラを基準棒に対して平行に配置して回転させてローラと基準棒との距離を測定し、該距離の最大値と最小値の差として定義され、一般的な振れ測定機を用いて測定することができる。

本発明のローラ成形型においては、上記キャップ本体５Ａ，５Ｂと上記支持部６Ａ，６Ｂとを連結するリブ８Ａ，８Ｂの数が、キャップ部４Ａ，４Ｂのそれぞれにおいて３個以上であり、且つ該リブ８Ａ，８Ｂのローラ軸方向の長さが3〜10mmであることが好ましい。キャップ部１つ当りのリブ数が３未満では、キャップ部の強度が不足してしまう。また、リブのローラ軸方向長さが3mm未満では、キャップ部の強度が不足し、一方、10mmを超えると、弾性層材料を均一に注入することが難しくなり、ウェルドが発生し易くなる。なお、特に限定されるものではないが、リブの幅は、0.3〜1mmの範囲が好ましく、リブの高さ（即ち、支持部６Ａ，６Ｂの外周から、キャップ本体５Ａ，５Ｂの円筒状の開口部の内周までの距離）は、3〜5mmの範囲が好ましい。

本発明のローラ成形型においては、上記キャップ部４Ａ，４Ｂのリブ８Ａ，８Ｂを通るローラの軸１に対して直角な面による切断面における各リブ間の面積の合計（即ち、図７における、支持部６Ａと、リブ８Ａと、キャップ本体５Ａの円筒状の開口部とで区画される注入口１１の総面積）が6mm²以上であることが好ましい。各リブ間の面積の合計が6mm²未満では、弾性層材料の充填時の圧力損失が大きく、導電性ローラの連続成形が困難になる。

本発明のローラ成形型を用いてローラを成形するにあたって、該ローラの軸１としては、例えば、鉄、ステンレススチール、アルミニウム等の金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフト、或いは良導電性のプラスチック製シャフト等を用いることができる。

一方、上記ローラの弾性層には、ウレタン原料を機械撹拌発泡して得られる発泡ウレタン、即ち、メカニカル・フロス法発泡成形ウレタンを用いることが好ましい。該発泡ウレタンは、発泡剤を用いることなく、ウレタン原料を機械的に撹拌して気泡を混入させる方法で製造される。ここで、ウレタン原料としては、ポリオール及びポリイソシアネート、又はポリオールとポリイソシアネートから合成したウレタンプレポリマー及び鎖延長剤が挙げられ、該ウレタン原料には、更に触媒、整泡剤並びに導電剤等を添加することができる。

本発明のローラの製造方法においては、前記注入側栓部材７Ａの両開口及び前記注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部と前記注入側支持部６Ａとの隙間を経由して前記注入側リブ８Ａ間から弾性層材料を注入すると共に、前記排出側リブ８Ｂ間及び前記排出側キャップ本体５Ｂの円筒状の開口部と前記排出側支持部６Ｂとの隙間を経由して前記排出側栓部材７Ｂの開口から過剰な弾性層材料を排出して、軸１とモールド本体３との隙間に弾性層材料を完全に充填した後、前記注入側栓部材７Ａのローラ軸方向内側端部を前記注入側キャップ本体５Ａの円筒状の開口部と注入側支持部６Ａとの隙間に圧入し、更に、前記排出側キャップ本体５Ａに前記排出側栓部材７Ｂを圧入すると共に前記排出側栓部材７Ｂのローラ軸方向内側の開口９に前記排出側支持部６Ｂの凸部１０を圧入して、モールド本体３を密閉する。本発明の方法によれば、弾性層材料が完全に充填された後、過剰な弾性層材料を排出しつつ、注入側栓部材７Ａと排出側栓部材７Ｂとを圧入して、モールド本体３を密閉することで、ローラの軸１外面とモールド本体３内面と両キャップ部４Ａ，４Ｂとで形成される円筒状空間内へのエアーの混入を防止することができる。

弾性層材料注入時における本発明に従うローラ成形型の一例の断面図である。弾性層材料注入後、密閉時における本発明に従うローラ成形型の一例の断面図である。図１に示すローラ成形型の注入側キャップ部の拡大図である。図２に示すローラ成形型の注入側キャップ部の拡大図である。図１に示すローラ成形型の排出側キャップ部の拡大図である。図２に示すローラ成形型の排出側キャップ部の拡大図である。図１のVII−VII線に沿うローラ成形型の断面図である。弾性層材料注入時における本発明に従うローラ成形型の排出側キャップ部の好適例の拡大断面図である。弾性層材料注入後、密閉時における本発明に従うローラ成形型の排出側キャップ部の好適例の拡大断面図である。

符号の説明

１軸
２Ａモールド本体の注入側開口部
２Ｂモールド本体の排出側開口部
３モールド本体
４Ａ注入側キャップ部
４Ｂ排出側キャップ部
５Ａ注入側キャップ本体
５Ｂ排出側キャップ本体
６Ａ注入側支持部
６Ｂ排出側支持部
７Ａ注入側栓部材
７Ｂ排出側栓部材
８Ａ注入側リブ
８Ｂ排出側リブ
９排出側栓部材のローラ軸方向内側の開口
１０排出側支持部のローラ軸方向外側端部の凸部
１１注入口
１２キャビティー
１３排出側キャップ本体の円筒状開口部の内周面に圧入可能な排出側栓部材の円筒部

Claims

軸と該軸の外周に形成された弾性層とを備えるローラの成形型であって、
該ローラ成形型は、両端にそれぞれ開口部を有する円筒状のモールド本体と、該モールド本体の一方の開口部に嵌合された弾性層材料の注入側キャップ部と、前記モールド本体のもう一方の開口部に嵌合された弾性層材料の排出側キャップ部とを備え、
前記注入側キャップ部は、中央に円筒状の開口部を有するキャップ本体と、該キャップ本体の円筒状の開口部の中に配置されローラの軸の端部を支持する支持部と、ローラの軸方向に可動自在で両端にそれぞれ開口を有する栓部材とを有し、該栓部材のローラ軸方向内側端部は前記キャップ本体の円筒状の開口部と前記支持部との隙間に圧入可能であり、前記キャップ本体と前記支持部とは該支持部のローラ軸方向内側端部の外周上に配設されたローラの軸方向に延びるリブにより連結されており、
前記排出側キャップ部は、中央に円筒状の開口部を有するキャップ本体と、該キャップ本体の円筒状の開口部の中に配置されローラの軸の端部を支持する支持部と、ローラの軸方向に可動自在で両端にそれぞれ開口を有し前記キャップ本体に圧入可能な栓部材とを有し、前記支持部はローラ軸方向外側端部に前記栓部材のローラ軸方向内側の開口に圧入可能な凸部を有し、前記キャップ本体と前記支持部とは該支持部のローラ軸方向内側端部の外周上に配設されたローラの軸方向に延びるリブにより連結されており、
前記注入側栓部材のローラ軸方向内側端部を前記注入側キャップ本体の円筒状の開口部と前記注入側支持部との隙間に圧入し、前記排出側キャップ本体に前記排出側栓部材を圧入すると共に前記排出側栓部材のローラ軸方向内側開口に前記排出側支持部の凸部を圧入することで、ローラの軸外面とモールド本体内面と両キャップ部との間に密閉された円筒状のキャビティーを形成できることを特徴とするローラ成形型。
前記排出側キャップ部の栓部材が、更に、前記排出側キャップ部のキャップ本体の円筒状開口部の内周面に圧入可能な円筒部を有することを特徴とする請求項１に記載のローラ成形型。
前記キャップ本体と前記支持部とを連結するリブの数が３個以上であり、且つ該リブのローラ軸方向の長さが3〜10mmであることを特徴とする請求項１に記載のローラ成形型。
前記キャップ部の前記リブを通るローラの軸に対して直角な面による切断面における各リブ間の面積の合計が6mm²以上であることを特徴とする請求項１に記載のローラ成形型。
請求項１〜４のいずれかに記載のローラ成形型を用いたローラの製造方法であって、
前記注入側栓部材の両開口及び前記注入側キャップ本体の円筒状の開口部と前記注入側支持部との隙間を経由して前記注入側リブ間から弾性層材料を注入すると共に、前記排出側リブ間及び前記排出側キャップ本体の円筒状の開口部と前記排出側支持部との隙間を経由して前記排出側栓部材の開口から過剰な弾性層材料を排出して弾性層材料を充填した後、
前記注入側栓部材のローラ軸方向内側端部を前記注入側キャップ本体の円筒状の開口部と注入側支持部との隙間に圧入し、更に、前記排出側キャップ本体に前記排出側栓部材を圧入すると共に前記排出側栓部材のローラ軸方向内側開口に前記排出側支持部の凸部を圧入して、モールド本体を密閉することを特徴とするローラの製造方法。