JP5259079B2

JP5259079B2 - 弾性ローラ用成形型および弾性ローラの製造方法

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Publication number: JP5259079B2
Application number: JP2006335699A
Authority: JP
Inventors: 勝之豊田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: JP2008143128A

Description

本発明は、筒状の金型と、金型の両端を閉止する樹脂キャップとよりなり、前記金型の内側に配置されたシャフトの周囲に注入された材料を硬化させて弾性層を形成する弾性ローラ用成形型に関する。

複写機やプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、現像ローラ、帯電ローラ等種々の弾性ローラが用いられており、これらの弾性ローラは、図１に断面図で示すように、シャフト２１の周囲に弾性層２２を形成して構成される。そして、このような弾性ローラ２０を形成する方法として、図２に断面図で示すように、筒状の金型９３と一対の樹脂製キャップ９４とよりなる成形型９０を用い、金型９３の中にシャフト２１を配置した後、金型９３の中空部の両端を樹脂製のキャップ９４で閉止し、金型９３と両キャップ９４とによって囲繞されたキャビティ９９に材料を注入し硬化させて弾性層２２を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

そして、このようなキャップ９４として、図３に断面図で示すように、金型９３の内周面９３ｗに嵌合される外周面９４ａを有するとともに、前記シャフト２１の端部を収容して固定する筒状の凹部９５を具え、この凹部９５は、円筒壁面部９５ａと、凹部９５に挿入されるシャフト２１の端面に対向してこの端面を位置決めする底面部９５ｂとよりなるものが知られている。

特開２００５−３５４９７７号公報

しかしながら、円筒壁面部９５ａは、図３に示すように、凹部９５の中心軸線Ｌと平行な単一の円筒壁面だけで構成されているため、この凹部９５にシャフト２１の端部をその底面部９５ｂに当接するまで圧入して固定するとき、図４に、凹部９５の断面図で示すように、シャフト２１の端部は、凹部９５の奥側部分９６ａでは圧入状態になるものの、凹部９５の開口部側部分９６ｂでは、隙間dが生じ、キャビティに注入された材料が、凹部９５内のシャフト２１の周囲にできた空間９９ａに進入し、その結果、露出すべき、長さL_zのシャフト部分の表面にまで弾性材料が付着してしまい、付着した材料を削り落とす手間が余計にかかっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、露出すべきシャフト部分に弾性層材料が付着しない成形型、および、それを用いた弾性ローラの製造方法を提供することを目的とする。

＜１＞は、筒状の金型と、この金型の両端を閉止する樹脂キャップとよりなり、前記金型の内側に配置されたシャフトの周囲に材料を注入し硬化させて弾性層を形成するのに用いられる弾性ローラ用成形型において、
前記樹脂キャップが、金型の内周面に嵌合される外周面を有するとともに、前記シャフトの端部を収容して固定する凹部を具え、この凹部は、円筒壁面部と、ここに挿入されたシャフトの端面に対向してこの端面を位置決めする底面部とで構成され、前記円筒壁面部が、内径の異なる壁面部分よりなり、最小内径に対応する壁面部分が前記底面部から離れた位置に配置されてなり、
前記最小内径に対応する壁面部分に、周方向に沿った凹凸を形成してなる弾性ローラ用成形型である。

＜２＞は、＜１＞において、前記最小内径に対応する壁面部分は有限の幅を有してなる弾性ローラ用成形型である。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞において、前記最小内径に対応する壁面部分は段差を介してそれより底面部側の壁面部分に繋がってなる弾性ローラ用成形型である。

＜４＞は、＜３＞において、前記最小内径に対応する壁面部分より底面部側に位置する壁面部分を一定の内径を有する円筒面で構成し、これらの壁面部分の内径の差を0.01〜0.1mmとしてなる弾性ローラ用成形型である。

＜５＞は、＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、前記凹部の開口端から樹脂キャップの前記外周面に至るまでの半径方向部分を、テーパ状に広がるテーパ面で構成してなる弾性ローラ用成形型である。

＜６＞は、＜５＞において、前記テーパ面の、凹部中心線に対する傾斜角度を45〜60°としてなる請求項５に記載の弾性ローラ用成形型。

＜７＞は、＜１＞〜＜６＞のいずれかにおいて、前記最小内径に対応する壁面部分の真円度を0.01〜0.02mmとする弾性ローラ用成形型である。

＜８＞は、＜１＞〜＜７＞のいずれかの成形型を用いて弾性ローラを形成する弾性ローラの製造方法において、
前記樹脂キャップとして、前記最小内径に対応する壁面部分の内径が前記シャフトの外径より小さく、かつ、前記シャフトの外径に対する差が0.1mm以内のものを用いる弾性ローラの製造方法である。

＜９＞は、＜８＞において、前記シャフトの周囲に注入された材料が硬化を完了するまで、前記キャップを、前記シャフトの端面に対向して30N以上の力で押圧する弾性ローラの製造方法である。

＜１＞によれば、前記樹脂キャップは、前記シャフトの端部を収容して固定する凹部を具え、この凹部は、円筒壁面部と、前記シャフトの端面に対向してこの端面を位置決めする底面部とで構成され、前記円筒壁面部は、内径の異なる壁面部分よりなり、最小内径に対応する壁面部分は底面部から離れた位置に配置されるよう構成したので、シャフトを、その端面が前記底面部に当接する位置まで嵌入しても、最小内径に対応する壁面部分がシャフトの外周に当接するようになり、このことによって、この壁面部分より奥側には材料が進入しないようにすることができ、その結果、最小内径に対応する壁面部分を凹部の開口端の近くに配置することにより、弾性層の端部より露出すべきシャフト部分に弾性層材料が付着しないようにすることができる。
また、前記最小内径に対応する壁面部分に、周方向に沿った凹凸を形成したので、前記密閉空間内のエアをこの凹凸の凹の部分からキャビティ内へ排出させて密閉空間内の圧力を低下させ、よって、シャフト端面の前記底面部への当接を可能にし、このことによって、弾性層端面からのシャフト突出長さを安定化させることができ、しかも、周方向に沿った凹凸の、凹の部分の断面積を所定以下に抑えることによって、キャビティ内に注入された材料が最小内径に対応する壁面部分を通過して凹部奥への進入を防止することができる。

＜２＞によれば、前記最小内径に対応する壁面部分は有限の幅を有するので、キャビティに注入した材料のこの部分より奥への進入を一層確実に抑制することができる。

＜３＞によれば、前記最小内径に対応する壁面部分は段差を介してそれより底面部側の壁面部分に繋がっているので、最小内径に対応する壁面部分より奥側に、シャフト外周面と凹部の円筒壁面部とで囲まれた密閉空間を形成することができ、この空間に閉じこめられらエアの圧力によって、仮に、キャビティからの材料が前記最小内径に対応する壁面部分を通過しようとしても、これを阻止することができ、材料の凹部奥側への進入をなお一層確実に抑制することができる。

＜４＞によれば、前記最小内径に対応する壁面部分より底面部側に位置する壁面部分を一定の内径を有する円筒面で構成し、これらの壁面部分の内径の差を0.01〜0.1mmとしたので、材料の凹部への進入を有効に防止するとともに、シャフトの端面を確実に前記凹部の底面部に当接させることができ、このことによって、弾性層端面から突出するとシャフト部分の長さを均一なものにすることができる。

前記壁面部分の内径差を0.01mm未満とすれば、最小内径に対応する壁面部分で材料の奥への進入を堰止めることが難しくなり、一方、この内径差を、0.1mmを超えるものとした場合には、最小内径に対応する壁面部分の奥側に形成される前記密閉空間の容積が大きくなり過ぎ、軸を凹部に挿入したときに生じる密閉空間内の圧力の高まりよって、シャフト端面が前記凹部の底面部に当接するまで挿入させることが難しくなり、凹部の長さに対応して決定される、シャフトの、弾性層端面からの突出長さ寸法が変動してしまう可能性が生じる。

＜５＞によれば、前記凹部の開口端から樹脂キャップの前記外周面に至るまでの半径方向部分を、テーパ状に広がるテーパ面で構成したので、シャフトを凹部に挿入する際の芯ずれがあっても、シャフトの端面の角をこのテーパ面でガイドして、芯ずれを吸収することができ、シャフトの凹部への挿入を容易にすることができる。

＜６＞によれば、前記テーパ面の、凹部中心線に対する傾斜角度を45〜60°としたので、シャフトの凹部への挿入を一層容易に行わせることができ、この傾斜角度を、45°未満とした場合には、製品としての弾性ローラにおける弾性層の端部に形成される円錐台状部分の高さが大きくなり、その分、所定のシャフト長さに対する弾性層の外周面の長さが短くなり、いわゆる、弾性ローラの有効長を確保することがむつかしくなり、一方、この傾斜角度を、60°を超えるものとした場合には、シャフト端面の角をテーパ面にあてたとしても、シャフト端をスムースに中心方向にガイドすることができなくなってしまう。

＜７＞によれば、前記最小内径に対応する壁面部分の真円度を0.01〜0.02mmとしたので、周方向に沿った凹凸の凹の部分の断面積を、密閉空間内のエアの排出を可能にするとともに材料の前記密閉空間内への進入を防止することができ、もし、真円度を0.01mm未満とした場合には、周方向に沿った凹凸が不十分となり、エアの排出効果が発揮できず、一方、これが0.02mmを越えるものとした場合には、凹凸の凹の部分から材料が奥に進入してしまう可能性が生じる。

＜８＞によれば、前記樹脂キャップとして、前記最小内径に対応する壁面部分の内径が前記シャフトの外径より小さいものを用いたので、最小内径に対応する壁面部分を圧縮する状態を保持し材料の奥への進入を防止することができ、かつ、前記シャフトの外径に対する差が0.1mm以内のものを用いるので、シャフトの凹部への挿入を容易にすることができる。

＜９＞によれば、シャフトの周囲に注入された材料が硬化を完了するまで、前記キャップを、前記シャフトの端面に対向して30N以上の力で押圧するので、前記材料が硬化するまで、前記密閉空間に閉じこめられたエアの熱膨張があっても、シャフトの端面が前記凹部の底面部に当接した状態を持続させることができ、このことによって、弾性層端面から突出するシャフト部分の長さを安定化することができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図５は、本発明に係る実施形態の成形型を示す断面図であり、成形型１０は、筒状の金型３と、一対の樹脂製のキャップ４よりなり、樹脂製キャップ４は、金型３の内周面３ｗに嵌入されることにより金型３の中空部の両側を閉止して弾性層用材料を充填させるキャビティ９を形成するとともに、金型３の内側に配置されたシャフト２１の両端を固定する。

図６は、キャップ４を示す断面図であり、キャップ４は、金型３の内周面３ｗに嵌合される外周面１４を有する外筒７と、シャフト２１の端部を収容して固定する筒状の凹部５を有する内筒６とを具え、内筒６と外筒７とを連結する複数枚のリブ８が、周方向に間隔をおいて配置される。そして、凹部５は、円筒壁面部１５と、シャフト２１の端面に対向してこの端面を位置決めする底面部１６とよりなる。

このような成形型１０を用いて弾性ローラを製造するには、まず、金型３の内側にシャフト２１を配置し、次いで、金型３の内側の中空部に両側からキャップ４をそれぞれ挿入して、中空部の両端を閉止するとともに、それらのキャップ４の凹部５にシャフト２１の端のそれぞれを挿入してシャフト２１を固定する。ついで、一方のキャップの外筒７と内筒６との間の隙間から弾性層用の材料を注入し、キャビティ９内を、この材料で充満させる。このとき、他方のキャップ４の外筒７と内筒６との間の隙間は、キャビティ９内のエアを排出するためのガス抜き穴として機能する。

次に、成形型１０を閉止したまま、所定の時間、熱を加えて弾性層材料を硬化させたあと、両方のキャップ４を金型３から取り外し、次いで、周囲に弾性層２１が形成されているシャフト２１を取り出して成形工程を終了する。

ここで、本発明のキャップ４において、図７に凹部５を断面図で示すように、円筒壁面部１５は、内径の異なる壁面部分１５ａ、１５ｂ、１５ｃよりなり、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａは底面部１６から離れた位置に配置されているという特徴を有する。すなわち、底面部１６に隣接する壁面部分の内径d₂は最小内径d₁よりも大きく、また、壁面部分１５ｃは、その内径が連続的に変化しているが、そのどこをとっても内径は、最小内径d₁よりも大きい。

そして、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａを開口端１７の近くに配置するとともに、凹部５に挿入するシャフト２１の外径Dを最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａよりわずかだけ大きくすることにより、図８に、シャフト２１を挿入した状態の凹部５を断面図で示すように、壁面部分１５ａが全面にわたってシャフト２１の外周面を２１ｂを締め付けた状態にすることができ、このことによって、弾性層材料の、壁面部分１５ａより奥側への進入を防止し、露出すべきシャフト部分（長さL₀）に材料が付着するのを防止することができる。この条件を満たすためには、壁面部分１５ａの開口端１７から底面部１６までの距離L_yを、露出すべきシャフト部分の長さL_zより大きくすればよい。

ここで、図９に凹部５を断面図で示すように、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ｆの近傍を断面が曲線となる面で構成し、すなわち、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ｆを無限小の幅のもので構成することもできるが、先に、図７で示したように、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａを有限の幅l₃を有するもので構成するのが好ましく、このことによって、キャビティ９に注入した材料の、壁面部分１５ａより奥への進入を一層確実に防止することができる。

また、例えば、図９に示すように、前記最小内径に対応する壁面部分１５ｆを、それより底面部１６側の壁面部分１５ｇに、傾斜φが連続に変化するように繋げることもできるが、図７に示した例のように、傾斜φが不連続に変化するように、すなわち段差２５を形成して繋げるのが好ましく、このことによって、図８に示すように、この壁面部分１５ａとシャフト２１周面とで閉止された奥側に、シャフト２１の外周面と円筒壁面部１５ｄとで囲まれた密閉空間２３を形成することができ、この空間２３に閉じこめられたエアの圧力によって、仮に、前記最小内径に対応する壁面部分１５ａを通過しよとする材料を止めることができ、材料の凹部５の奥への進入をさらに確実に抑制することができる。

さらに、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａより底面部１６側に位置する壁面部分１５ｂを一定の内径d₂を有する円筒面で構成し、これらの壁面部分の内径の差2δ₁を0.01〜0.1mmとするのが好ましい。

内径差δ₁が0.01mmより小さい場合には、シャフトを凹部５の奥まで挿入したとき、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａとシャフト２１の外周面との間に隙間が生じて、材料の、この壁面部分１５ａより奥への進入を防止するのが難しくなり、また、内径差2δ₁が0.1mmを超えた場合には、図１０に示すように、最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａの奥側に形成される密閉空間２３の容積が大きくなりすぎて、シャフト２１を凹部５に挿入する際、密閉空間２３に閉じこめられたエアの圧力が高まり、シャフト２１をその端面２１ａが底面部１６に当接するまで挿入することが難しくなってしまう。

このことによって、弾性層の端部Ｆから突出するシャフト部分の長さL₁は、シャフト２１の端面２１ａと底面部１６との間に形成された隙間δ₃に相当する分だけ、所定の突出長さL₀より短くなり、しかもこのδ₃を一定の値となるように制御できないことに起因して、突出長さL₁が一定ではなくなってしまう。そして、この突出長さL₁がばらつくと、弾性ローラ２０を装置にセットしたとき、弾性層の端部Fの位置がばらついて周囲の機構と干渉する可能性を生じ好ましくない。一般的に、この突出長さのばらつきを、±0.1mmの公差内に収めることが要求されており、この場合、内径差δ₁を0.05mm以内とすることにより、この要求を満足することができる。

また、図６に示すように、凹部５の開口端１７からキャップ４の外周面１４に至るまでの半径方向部分を、テーパ状に広がるテーパ面１５ｃで構成するのが好ましく、このことによって、シャフト２１を凹部５に挿入する際の芯ずれδ₂があっても、シャフト２１の端面２１ａの角２４をこのテーパ面１５ｃでガイドして、芯ずれδ₂を吸収することができ、シャフト２１の凹部５への挿入を容易にすることができる。

この場合、テーパ面の、凹部５の中心線Ｃに対する傾斜角度θを45〜60°とするのが好ましい。

ここで、図１１に、図７のＡ−Ａ矢視に対応する断面図で示すように、前記最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａに、周方向に沿った凹凸を形成するのが好ましく。凹凸が形成されたことによって、密閉空間２３内のエアを、この凹凸の凹の部分２８とシャフト２１の外周面２１ａとの間の隙間を通過させてキャビティ９へ排出させることができ、このことによって密閉空間２３内の圧力を低下させ、よって、シャフト端面の前記底面部への当接を可能にし、その結果、弾性層端面Ｆからのシャフト突出長さL₁を安定化させることができる。しかも、周方向に沿った凹凸の凹の部分２８の断面積を所定以下に抑えることによって、キャビティ９内に注入された材料が最小内径d₁に対応する壁面部分１５ａを通過して凹部５奥へ進入するのを防止することができる。

そして、凹凸が形成された壁面部分１５ａの真円度を0.01〜0.02mmとすることによって、前記効果を一層有効に発現することができる。

このような凹凸を形成するには、周方向に間隔をおいて並べられるリブ８を、所定の凹凸が形成されるように配置すれがよく、これは、リブ１６の存在する周方向位置と、リブ１６の存在しない周方向位置とで、樹脂製のキャップ４を成形したあとの収縮量が異なることを利用できるからである。

また、このような成形型１０を用いて、弾性層２２を形成し、弾性ローラ２０を製造する方法として、壁面部分１５ａの内径d₁をシャフト２１の外径Dより小さくスルのが好ましく、このことによって、キャビティ９からくる材料の、壁面部分１５ａから奥への進入を防止することができ、かつ、シャフト２１の外径Dに対する差が0.1mm以内のキャップ４を用いることによってシャフト２１の凹部５への挿入を容易にすることができる。

さらに、このような、弾性ローラ２０の製造方法において、シャフト２１の周囲に注入された材料が硬化を完了するまで、キャップ４をシャフト２１の端面２１ａに対向して30N以上の力で押圧するのが好ましく、このことによって、弾性層材料が硬化するまで、密閉空間内のエアの熱膨張にかかわらず、シャフト２１の端面２１ａを底面部１６に当接させ続けることができ、その結果、シャフト２１の、弾性層端面Fからの突出長さL₁を安定化させることができる。

ここで、キャップ４の材料としては、ポロプロピレン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。

本発明の弾性ローラ用成形型を用いて導電性ローラを成形するにあたって、導電性ローラのシャフト２１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。ここで、シャフト２１の外径は、4〜8mmの範囲が好ましい。

一方、弾性ローラ２０の弾性層２２の材料としては、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。この発泡ウレタンは、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、このウレタン原料には、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。

本発明の成形型によって形成される弾性ローラを示す断面図である。従来の成形型を示す断面図である。従来の成形型を構成するキャップの断面図である。シャフトを挿入した状態における、従来のキャップの凹部を示す断面図である。本発明に係る成形型を示す断面図である。本発明に係る成形型を構成するキャップを示す断面図である。キャップの凹部を、シャフトを挿入しない状態下で示す断面図である。キャップの凹部を、シャフトを挿入した状態下で示す断面図である。他の態様のキャップの凹部を示す断面図である。キャップの凹部を、シャフトを挿入した状態下で示す断面図である。図７のＡ−Ａ矢視に対応する断面図である。

符号の説明

３金型
３ｗ金型の内周面
４キャップ
５凹部
６内筒
７外筒
８リブ
９キャビティ
１０弾性ローラ用成形型
１４キャップの外周面
１５ａ最小内径に対応する壁面部分
１５ｂ、１５ｆ、１５ｇ壁面部分
１５ｃテーパ面
１６底面部
１７凹部の開口端
２０弾性ローラ
２１シャフト
２１ａシャフトの端面
２２弾性層
２３密閉空間
２５段差
２８凹凸の凹の部分
Ｃ凹部の中心軸線
Ｆ弾性層の端部

Claims

筒状の金型と、この金型の両端を閉止する樹脂キャップとよりなり、前記金型の内側に配置されたシャフトの周囲に材料を注入し硬化させて弾性層を形成するのに用いられる弾性ローラ用成形型において、
前記樹脂キャップが、金型の内周面に嵌合される外周面を有するとともに、前記シャフトの端部を収容して固定する凹部を具え、この凹部は、円筒壁面部と、ここに挿入されたシャフトの端面に対向してこの端面を位置決めする底面部とで構成され、前記円筒壁面部が、内径の異なる壁面部分よりなり、最小内径に対応する壁面部分が前記底面部から離れた位置に配置されてなり、
前記最小内径に対応する壁面部分に、周方向に沿った凹凸を形成してなる弾性ローラ用成形型。
前記最小内径に対応する壁面部分は有限の幅を有してなる請求項１に記載の弾性ローラ用成形型。
前記最小内径に対応する壁面部分は段差を介してそれより底面部側の壁面部分に繋がってなる請求項１もしくは２に記載の弾性ローラ用成形型。
前記最小内径に対応する壁面部分より底面部側に位置する壁面部分を一定の内径を有する円筒面で構成し、これらの壁面部分の、内径の差を0.01〜0.1mmとしてなる請求項３に記載の弾性ローラ用成形型。
前記凹部の開口端から樹脂キャップの前記外周面に至るまでの半径方向部分を、テーパ状に広がるテーパ面で構成してなる請求項１〜４のいずれかに記載の弾性ローラ用成形型。
前記テーパ面の、凹部中心線に対する傾斜角度を45〜60°としてなる請求項５に記載の弾性ローラ用成形型。
前記最小内径に対応する壁面部分の真円度を0.01〜0.02mmとする請求項１〜６のいずれかに記載の弾性ローラ用成形型。
請求項１〜７のいずれかの成形型を用いて弾性ローラを形成する弾性ローラの製造方法において、
前記樹脂キャップとして、前記最小内径に対応する壁面部分の内径が前記シャフトの外径より小さく、かつ、前記シャフトの外径に対する差が0.1mm以内のものを用いる弾性ローラの製造方法。
前記シャフトの周囲に注入された材料が硬化を完了するまで、前記キャップを、前記シャフトの端面に対向して30N以上の力で押圧する請求項８に記載の弾性ローラの製造方法。