JP5161614B2 - 弾性ローラの成型用金型 - Google Patents

Description

本発明は、主に、プリンタや複写機等のＯＡ機器に使用される各種弾性ローラを成型するのに用いる成型用金型に関するものである。

従来、金属等の剛性のある軸芯体の外周上に弾性・導電性などの様々な機能を持たせた種々材料を配することにより得られる多層ロール弾性層の加工には、金型成形が多く用いられている。金型成形は、研磨などの後工程を必要とせず、比較的再現性良く、所望の形状精度をもった弾性ロールが得られることから好ましく用いられている。この金型成形においては、まず、軸芯体をその両端を注入口のついた駒にて支持することによりパイプ金型本体内に配置する。そして、その注入口から液状の材料を注入し、その後、加熱することにより液状材料を熱硬化させ、所望の形状をもった弾性ロールを形成することが可能である。

近年、電子写真装置の小型化、高画質化、低価格化の要求に伴い、電子写真装置に組み込まれるトナー供給ローラや帯電ローラ、転写ローラ等の機能性ローラに対する高精度化及び低価格化が要求されている。高精度化としては、芯材の外周に形成される弾性部の偏心量をできるだけ少なくし、外径振れ精度を向上させることが求められている。

そのため、特許文献１では、成型用金型の両端に設けた駒の芯金保持部を、駒の材質より線膨張係数の高い材料で形成し、外径振れ精度を向上させる提案がなされている。これは成型時の加熱による芯金保持部の膨張によって、芯金のセンター出しをし、芯金の位置精度を向上させ、結果として得られる弾性ローラの外径振れ精度を向上させるようにしたものである。

また、特許文献２では、芯体保持部の奥により大径の芯体挿入孔を設けて、外径振れ精度の向上を図る提案がなされている。これによると、上記大径の芯体挿入孔を設けることにより、成型時に芯体に曲げの力が働かないようにして、外径振れ精度の向上が図られている。
特開２００２−２９２６３７号公報 特開２００１−２０５６３９号公報

上記従来例のものにおいては、駒の芯金保持部の精度を向上させることにより、得られる弾性ローラの外径振れ精度を向上させている。しかし、成型用金型自体の耐久性についてはまだ改善の余地がある。

そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、成型用金型を繰り返し使用することにより、パイプ金型と駒の嵌合している部分が磨耗や変形を起こし、得られる弾性ローラの外径振れ精度を悪化させていることを見出した。

本発明は、上記課題に鑑み、パイプ金型と駒との嵌合部の磨耗及び変形を抑制し、耐久性に優れたローラの成型用金型を提供することを目的とするものである。また、その成型用金型を用いたローラの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、パイプ金型と駒とを硬度差を有する材料で構成し、その硬度差を所定の範囲とすることで、嵌合部の摩耗及び変形が抑制され、耐久性に優れたローラの成型用金型が得られることを見出した。すなわち、本発明に係る成型用金型は、
円筒状の弾性部と、該弾性部をその軸線方向に貫通した芯金と、を有する弾性ローラを成形するための、円筒状内面を有するパイプ金型と、該パイプ金型の両端に嵌合し前記芯金を支持する２つの駒と、を有する成型用金型であって、
前記パイプ金型のロックウェル硬度をＡとし、前記駒のロックウェル硬度をＢとした時、その硬度差の絶対値が以下の式を満たすことを特徴とする。

８≦｜Ａ−Ｂ｜≦１８

本発明によれば、前記パイプ金型と前記駒との嵌合部における磨耗や変形の発生を抑制し、耐久性に優れた成型用金型を得ることができる。

本発明に係る成型用金型は、
円筒状の弾性部と、該弾性部をその軸線方向に貫通した芯金と、を有する弾性ローラを成形するための、円筒状内面を有するパイプ金型と、該パイプ金型の両端に嵌合し前記芯金を支持する２つの駒と、を有する成型用金型であって、
前記パイプ金型のロックウェル硬度をＡとし、前記駒のロックウェル硬度をＢとした時、その硬度差の絶対値が以下の式を満たすことを特徴とする。

８≦｜Ａ−Ｂ｜≦１８

本発明は、パイプ金型と駒の硬度に差を設けることにより、それらの嵌合部における磨耗や変形の発生を抑制することができる。

以下、本発明について実施形態を例に挙げ、詳細に説明する。

図１に本発明の実施の形態の一例である弾性ローラの成型用金型の構成を示す。図１において、金型５は、パイプ金型及び駒１及び３から構成され、１は上駒、２はパイプ金型、３は下駒、４は芯金である。図１において、パイプ金型２は、その軸線方向両端部で上駒１及び下駒３と嵌合する。そして、上駒１及び下駒３はそれぞれ芯金保持部６及び７を有し、芯金保持部６及び７に芯金４の端部が挿入されることによって芯金４が金型５内に保持される。パイプ金型２は、弾性ローラの弾性部を形作るものであり、弾性部の外径に対応した内径を有する。芯金保持部６及び７は、芯金４の直径に対応した口径を有する。また、図１においては、駒１及び３はテーパーになっており、芯金保持部がある先端部から徐々に径が太くなっている。そして、パイプ金型２は、駒のテーパーに嵌合するように設計されている。

本発明では、パイプ金型２の硬度と、駒（上駒１及び下駒３）の硬度に差を設けたことに特徴を有する。これらの硬度に差を設けることで、嵌合部の磨耗や変形の発生を抑制することが可能である。この時、パイプ金型と駒の硬度はどちらがより硬くても構わないが、パイプ金型と駒の硬度差は絶対値としてロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で８以上１８以下である。８未満では、磨耗、変形の抑制力に欠ける。また、１８超では、硬度差が大きすぎ、磨耗、変形が促進される。より好ましく１０以上１５以下、特に好ましくは１２以上１３以下である。

また、本発明における成型用金型では、図１に示す実施形態の例のように、パイプ金型と駒がテーパー構造により嵌合することが好ましい。テーパー構造になっていた方がより密に連結することができ、精度良く弾性ローラを成型することができるためである。そして、本発明では上述のようにパイプ金型と駒に硬度差を設けることにより嵌合部の磨耗や変形を抑制しているが、そのような磨耗や変形はテーパーで嵌合する金型に多く発生するものであり、特に本発明が有効となるためである。

本実施の形態において、金型（パイプ金型及び駒）を構成する材料としては、金型部材としての強度が確保される金属材料を使用することが望ましい。金属材料としては、例えば、鉄などの鋼材にニッケルやクロムなどのメッキを施した金属部材、又は、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、プリハードン鋼若しくは焼入焼戻し鋼などの金属部材等を適宜使用することができる。上述のように、パイプ金型の硬度と駒の硬度の差の絶対値がロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で８以上１８以下とする必要がある。

注型に用いることができる熱硬化性液状ゴム材料としては、加工性に優れている、硬化反応に伴う副生成物の発生が無い為寸法安定性が良好である、硬化後の物性が安定している等の理由から、付加反応架橋型シリコーンゴムポリマーであることが好ましい。このシリコーンゴムポリマーは、例えば一般式（１）で表されるオルガノポリシロキサン、及び一般式（２）で表されるオルガノハイドロジエンポリシロキサンを含み、さらに触媒や他の添加物と適宜混合させて用いることができる。

（式中、Ｒ１、Ｒ２はアルキル基と表し、ｘは所定の分子量を満たす整数である。）

オルガノポリシロキサンはシリコーンゴム原料のベースポリマーであり、その分子量は特に限定されないが１０万以上１００万以下が好ましく、平均分子量は４０万以上７０万以下が好ましい。さらに加工特性及び得られるシリコーンゴム組成物の特性等の観点から、オルガノポリシロキサンの粘度は、下限値として１０Ｐａ・ｓ以上が好ましく２５０Ｐａ・ｓ以下がより好ましい。

上記オルガノポリシロキサンのアルケニル基は、オルガノハイドロジエンポリシロキサンの活性水素と反応して架橋点を形成する部位であり、その種類は特に限定されないが、活性水素との反応性が高い等の理由から、ビニル基及びアリル基の少なくとも一方であることが好ましく、ビニル基が特に好ましい。

(式中、ｙ及びｚは所定の分子量を満たす整数である。)

オルガノハイドロジエンポリシロキサンは、硬化工程における付加反応の架橋剤の働きをするもので、一分子中のケイ素原子結合水素原子の数は２個以上であり、硬化反応を適切に行わせる為に、比較的低分子量１０００以上５０００以下が好ましい。

成型は、パイプ金型２内に芯金４を配し、この芯金４の上下部を上駒１と下駒３で保持し、型締めした状態で、パイプの長手方向と平行な方向に５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の圧力を加えることが望ましい。５ＭＰａ以下では、熱硬化性液状ゴム材料を成型用金型内に注入した際、金型の型締めが弱く、液漏れ等を起こす。また、１５ＭＰａ以上では、パイプ金型と駒の嵌合部が変形する恐れがある。

注型は、金型表面温度が１００℃以上１５０℃以下であることが望ましい。１００℃以下では、熱硬化性ゴム材料の硬化が不十分であり、１５０℃以上では、熱硬化性ゴム材料の架橋が熱により劣化する。

以下に、本発明を適用した実施例における弾性ローラの製造方法について説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用意した。上駒１および下駒３の材質にＣＥＮＡ１（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４０であった。パイプ金型２の材質にはＨＰＭ３８（１０３０℃にて焼入れ、２００℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で５３であった。

上記金型を１００型用意し、下記条件にて、各型毎、１０００回弾性ローラの成型を行なった。

直径が８ｍｍ、長さ２８０ｍｍの鉄製丸棒に厚み５μｍの化学ニッケルメッキを施した軸芯体を、金型内にその両端を駒で支持することで配置した。次に、型締めした状態で、パイプの長手方向と平行な方向に１０Ｍｐａの圧力を加え、金型表面の温度が１１０℃になるまで予熱を行なった。予熱完了後、弾性部の材料としての付加反応架橋型液状シリコーンゴムを、駒に設けられた注入口から金型内に注入した。この付加反応架橋型液状シリコーンゴムは、オルガノポリシロキサン、オルガノハイドロジエンポリシロキサン、導電性カーボンブラック、白金触媒、石英及びシリカを適宜配合して調製されたものである。また、液状状態での粘度が１５０Ｐａ・ｓで、硬化後のアスカＣ硬度が４０°である。注入は、材料注入ノズルを注入口に嵌め、出口側から材料がオーバーフローするまでおよそ１０秒間一定流速で行った。その後、金型を加熱して金型内の材料を硬化させ、硬化後冷却することなく脱型することで、弾性ローラの直径がおよそ１６ｍｍで、ゴム部分（弾性部）の長さが２４０ｍｍの弾性ローラを得た。

〔ローラ振れ測定〕
このようにして得られた弾性ローラの振れ測定方法について説明する。図２に示すように、得られた弾性ローラを、レーザー測長器（キーエンス社製・ＬＳ−５０４０）のレーザー光間に挿入し、回転速度１２０°／ｓにて回転させ、ガイドとローラとの隙間量を０．３３ｍｓ間隔（回転角３．６°毎）で測定した。その後、ロール１周分（データ数１００個）の隙間データの最大値と最小値との差を、その測定ポイントの振れとした。１つの弾性ローラについて長手方向に複数の測定ポイントを設け、振れ測定を行った。測定ポイントは、ローラ弾性部の片側端部から１０ｍｍの位置をＬ１、６０ｍｍの位置をＬ２、１１０ｍｍの位置をＬ３、１６０ｍｍの位置をＬ４、２１０ｍｍの位置をＬ５として、１つの弾性ローラについて５箇所設けた。そして、全ての測定ポイントの振れのうち最大値をその弾性ローラの振れとした。また、各金型の１回目に成型した弾性ローラと１０００回目に成型した弾性ローラについて振れを測定した。結果を表１にまとめた。

（実施例２）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１および下駒３の材質にＣＥＮＡ１（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４０であった。パイプ金型２の材質にはＳ−ＳＴＡＲ（１０３０℃にて焼入れ、３００℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で５２であった。

上記金型を１００型使用し、実施例１と同様に弾性ローラを成型し、振れ測定を行なった。結果を表１にまとめた。

（実施例３）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１および下駒３の材質にＨＰＭ３８（１０３０℃にて焼入れ、２００℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で５３であった。パイプ金型２の材質にはＣＥＮＡ１（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４０であった。

上記金型を１００型使用し、実施例１と同様に弾性ローラを成型し、振れ測定を行なった。結果を表１にまとめた。

（実施例４）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１および下駒３の材質にＣＥＮＡ１（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４０であった。パイプ金型２の材質にはＨＰＭ３８（１０３０℃にて焼入れ、５５０℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４８であった。

（実施例５）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１および下駒３の材質にＣＥＮＡ１（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４０であった。パイプ金型２の材質にはＨＰＭ３１（１０３０℃にて焼入れ、３００℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で５８であった。

（比較例１）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１、下駒３及びパイプ金型２の材質にＣＥＮＡ１（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４０であった。

上記金型を１００型使用し、実施例１と同様に弾性ローラを成型し、振れ測定を行なった。結果を表１にまとめた。

（比較例２）
図１に示す成型用金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１および下駒３の材質にＨＰＭ７７（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で３１であった。パイプ金型２の材質にはＨＰＭ３８（１０３０℃にて焼入れ、２００℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で５３であった。

（比較例３）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１および下駒３の材質にＨＰＭ７７（プリハードン鋼）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で３１であった。パイプ金型２の材質にはＨＰＭ３８（１０３０℃にて焼入れ、３００℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で５０であった。

（比較例４）
図１に示す金型と基本的に同様の構成のものを用いた。上駒１および下駒３の材質にＨＰＭ３８（１０３０℃にて焼入れ、５５０℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で４８であった。パイプ金型２の材質にはＨＰＭ３８（１０３０℃にて焼入れ、１００℃にて焼戻し）を使用し、硬度はロックウェル硬さ［ＨＲＣ］で５５であった。

上記金型を１００型使用し、実施例１と同様に弾性ローラを成型し、振れ測定を行なった。結果を表１にまとめた。

表１中、実施例と比較例とを比較すると、実施例では１０００回成型を行なった後でも、振れ精度がよい弾性ローラを成型することができる。したがって、実施例の金型の方が比較例の金型より耐久性に優れていることがわかる。

比較例１、４は駒とパイプ金型が同じ若しくは近似した硬度である為、初期では精度よく成型することができるが、耐久試験を行うと、得られる弾性ローラの振れ精度が悪化する。比較例２、３では、駒とパイプ金型の硬度差が大きいため、駒の磨耗や変形が大きく、耐久試験を行うと、得られる弾性ローラの振れ精度が悪化する。

本発明の成型用金型内に芯金を配置した状態の断面を表す概念図である。 本発明の弾性ローラの振れ測定方法を示す概略図である。

符号の説明

１ 上駒
２ パイプ金型
３ 下駒
４ 芯金
５ 金型
６ 芯金保持部（上駒）
７ 芯金保持部（下駒）

Claims (8)

1. 円筒状の弾性部と、該弾性部をその軸線方向に貫通した芯金と、を有する弾性ローラを成形するための、円筒状内面を有するパイプ金型と、該パイプ金型の両端に嵌合し前記芯金を支持する２つの駒と、を有する成型用金型であって、
   前記パイプ金型のロックウェル硬度をＡとし、前記駒のロックウェル硬度をＢとした時、その硬度差の絶対値が以下の式を満たすことを特徴とする成型用金型。
   ８≦｜Ａ−Ｂ｜≦１８
2. 前記パイプ金型と前記駒がテーパー構造で嵌合することを特徴とする請求項１に記載の成型用金型。
3. 前記パイプ金型と前記駒が、金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成型用金型。
4. 前記パイプ金型は焼入焼戻し鋼であり、前記駒はプリハードン鋼であることを特徴とする請求項３に記載の成型用金型。
5. 請求項１乃至４のいずれかの請求項に記載の成型用金型を用いて前記弾性ローラを製造する方法。
6. 前記成型用金型内に前記弾性部としての熱硬化性液状ゴム材料を注入するときの前記成型用金型の表面の温度が１００℃以上１５０℃以下であることを特徴とする請求項５に記載の弾性ローラの製造方法。
7. 前記熱硬化性液状ゴム材料が、オルガノポリシロキサンおよびオルガノハイドロジエンポリシロキサンを含むことを特徴とする請求項６に記載の弾性ローラの製造方法。
8. 前記成型用金型を型締めした状態で、前記パイプ金型の長手方向に５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下の圧力を加え、前記熱硬化性液状ゴム材料を型内に注入することを特徴とする請求項６又は７に記載の弾性ローラの製造方法。

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