JP7414068B2 - 搬送用ローラー及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、搬送用ローラー及びその製造方法に関し、より詳しくは、樹脂製の軸部を有する搬送用ローラーおいて、成形時にヒケが発生しにくく、安価、高精度で、かつ軸部の耐摩耗性に優れる搬送用ローラー等に関する。

レーザービームプリンターや複合機等に用いられている紙の搬送用のローラーは、紙をグリップするための弾性体部と紙を蹴り出すころ部と回転駆動を伝えるギア部とシャフトとを組み合わせた構成となっており、部品点数が多く組立工数もかかりコスト増の要因になっている。

図１は、従来の金属製の軸部を有する搬送用ローラーの模式図である。

金属製の搬送用ローラー１は、金属製軸部（シャフトともいう。）２に、蹴り出しころ部３とチューブ状の弾性体部４とギア部５から構成されており、弾性体部４は、ＯＡ機器等の紙送り用ローラー部品において、例えば、被搬送物である紙等と接触して安定的に紙を搬送するため、ゴム等の弾性体を用いている。

近年、上記搬送ローラーのコストダウンのために金属製シャフトに代わり、シャフトと蹴り出しころ部とギア部を同一の摺動樹脂材料で成形し、弾性体部を後から組み立てる方式が考えられている。

図２は、樹脂製の軸部を有する搬送用ローラーの模式図である。

樹脂製の搬送用ローラー１１は、樹脂製軸部１２に、樹脂製蹴り出しころ部１３とチューブ状の弾性体部１４及び樹脂製ギア部１５から構成されている。しかしながら、この方式では上記樹脂製蹴り出しころ部１３等で厚肉の樹脂を成形するとヒケてしまうため、肉盗み形状をつけて対策を取っている。肉盗み形状により均肉化することでヒケづらくはなるが、肉盗みの凹凸部に樹脂が転写されると金型に貼り付き、金型から上手く離型できずに寸法精度、変形などの新たな問題が発生してしまう。また、この方式では、樹脂で軸受けするため軸摩耗を抑えるための樹脂選定が重要である。

一方、樹脂製の軸部と弾性体部の組立てを削減する方法として、弾性体部に射出成形が可能な熱可塑性エラストマーを用いて、弾性体部を２色成形する方法が知られている（例えば、特許文献１～３参照。）。ここで、２色成形とは異なる２種の樹脂を１つの部品に成形する技術をいう。

しかしながら、上記方法では、２色成形用の設備が必要になることや、２回成形するために金型機構が複雑になるなど生産性が悪いこと、軸部を形成する樹脂に弾性体との密着性を持たせるために、凹凸形状を付与させるため金型加工、成形が困難になる等の問題点も多くあり、組立工程はなくなってもコストダウンにはつながらないという現状があった。

特開平９－２０２４８６号公報 特開２００１－３１２６５号公報 特開２００６－３１２２９３号公報

本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、樹脂製の軸部を有する搬送用ローラーおいて、成形時にヒケが発生しにくく、安価、高精度で、かつ軸部の耐摩耗性に優れる搬送用ローラー及びその製造方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、前記搬送用ローラーが、少なくとも樹脂製の軸部と前記被搬送物を搬送する弾性体部で構成され、前記樹脂製の軸部が、特定の構造を有することによって、成形時にヒケが発生しにくく、安価、高精度で、かつ軸部の耐摩耗性に優れる搬送用ローラーが得られることを見出した。

すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。

１．被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、
前記搬送用ローラーが、少なくとも樹脂製の軸部と前記被搬送物を搬送する弾性体部で構成され、
前記搬送用ローラーが、前記弾性体部と前記軸部とが溶融接合により一体化した構造を有し、
前記軸部が内部に空孔を有する多孔質構造であり、
前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材が、ポリプロピレンであり、
前記軸部が含有する熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン又はポリエチレンである
ことを特徴とする搬送用ローラー。

２．前記軸部が、化学発泡剤を含有することを特徴とする第１項に記載の搬送用ローラー。

３．前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材としてのポリプロピレンと、射出発泡成形される前記軸部が含有する熱可塑性樹脂との溶解度パラメータの値の差の絶対値が１．０以内であことを特徴とする第１項又は第２項に記載の搬送用ローラー。

４．前記化学発泡剤が、重曹系発泡剤であることを特徴とする第２項又は第３項に記載の搬送用ローラー。

５．前記軸部において、下記式（１）で表される空隙率が４～１５％の範囲内であることを特徴とする第１項から第４項までのいずれか一項に記載の搬送用ローラー。
式（１）
空隙率（％）＝（軸部の樹脂を用い多孔質構造にしない場合の軸部の質量－多孔質構造の軸部の質量）／（軸部の樹脂を用い多孔質構造にしない場合の軸部の質量）×１００

６．少なくとも樹脂製の軸部と被搬送物を搬送する弾性体部とで構成された、被搬送物を搬送する搬送用ローラーの製造方法であって、
熱可塑性樹脂を含有する溶融樹脂を射出発泡成形して、前記樹脂製の軸部を成形する工程を有し、かつ、
前記弾性体部を金型にセットし、次いで前記軸部用として前記溶融樹脂を金型に充填し、発泡させた後に固化させることによって、前記軸部と前記弾性体部とを一体化させるインサート成形工程を有することを特徴とする搬送用ローラーの製造方法。

７．前記熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを混合し、前記溶融樹脂用の組成物を調製する工程を有することを特徴とする第６項に記載の搬送用ローラーの製造方法。
８．前記樹脂製の軸部を成形する工程における前記溶融樹脂を射出発泡成形時の金型への充填圧が、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする第６項又は第７項に記載の搬送用ローラーの製造方法。
９．被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、
前記搬送用ローラーが、少なくとも軸部及び弾性体部を有し、
前記軸部が、凸型の樹脂部を、少なくとも二つ有し、
二つの前記凸型の樹脂部が、前記弾性体部の両側面にそれぞれ接し、
前記凸型の樹脂部の高さが、前記弾性体部の厚さに対して、３０～７０％の範囲内である
ことを特徴とする搬送用ローラー。
１０．前記軸部が、軸受け取り部を有し、
前記軸受け取り部が、チューブ状の摺動部材を有し、
前記搬送用ローラーが、前記摺動部材と前記軸部とが溶融接合により一体化した構造を有する
ことを特徴とする第１項から第５項までのいずれか一項、又は第９項に記載の搬送用ローラー。

本発明の上記手段により、樹脂製の軸部を有する搬送用ローラーおいて、成形時にヒケが発生しにくく、安価、高精度で、かつ軸部の耐摩耗性に優れる搬送用ローラー及びその製造方法を提供することができる。

本発明の効果は、以下のように説明される。

射出成形では、溶解した樹脂を金型内に加圧しながら射出して製品を成形するが、樹脂の種類によって程度差は有るものの、冷えて取り出された製品は溶けた樹脂の状態と較べて多かれ少なかれ収縮する。そのためでき上がった製品は金型の内面そのままの形状とはならず、へこんだり、極端な場合には深い穴が開いてしまったりする。この収縮による不良を「ヒケ」と呼ぶ。

この収縮は当然ながら射出された材料の量に比例するので、製品に厚みの有るものほどヒケを生じやすい。ヒケの発生を防ぐには、なるべく均等な製品設計を行い、同一製品内でもブロック状に厚みがある部分には製品の品質に影響しない形で意図的に凹部を形成する（いわゆる「肉抜き」「肉盗み」）を施すといった配慮が必要になる。また逆に、ヒケることを予め計算してその部分に厚みを持たせ、ヒケた状態で狙った形状を得るという方法もあるが、これには極めて高度な金型製作技術が要求される。

また、搬送用ローラーを樹脂製にするには、剛性を確保しなければならず、肉厚中心部では上記ヒケの発生に加えて、成形収縮時の内部応力により反りが発生しやすい。前記ヒケ対策には樹脂の充填密度を高める手法も有効であり、このために射出圧力や背圧を強める方法も取られる。しかしながら、高圧でヒケを回避しようとすると前記内部応力による反りがより発生しやすくなる。

本発明の搬送用ローラーは、少なくとも樹脂製の軸部と前記被搬送物を搬送する弾性体部で構成され、前記樹脂製の軸部が、内部に空孔を有する多孔質構造であることを特徴とする。前記軸部を内部に空孔を有する多孔質構造にするには、例えば、前記熱可塑性樹脂を含有する溶融樹脂を射出発泡成形して、前記樹脂製の軸部を成形する工程によって行うことができる。

前記樹脂製の軸部を、射出発泡成形することによって、内部に空孔を有する多孔質構造にすることにより、発泡によるガス圧により成形収縮することを抑制してヒケを防止し、かつ、当該発泡のガス圧が低圧であることにより、内部応力の発生を小さくすることから、反りの発生も抑制することができる。
また、当該発泡のガス圧が低圧であることにより、弾性体部の後述するＰＬ痕を抑制できるという利点もある。

従来の金属製の軸部を有する搬送用ローラーの模式図 樹脂製の軸部を有する搬送用ローラーの模式図 紙搬送ローラーを配置した給紙装置を示す模式図 樹脂充填率による発泡状態（空隙率）の変化を示すグラフ 発泡成形による反り低減効果を評価したグラフ 発泡成形による曲げ強度を評価したグラフ 発泡成形による曲げ弾性率を評価したグラフ 摩耗試験の概要を説明する概略図 摩耗試験の摩耗深さを説明する模式図 発泡成形による耐摩耗性を評価したグラフ ＰＬ痕の発生を説明する模式図 金型温度別の樹脂の充填圧とＰＬ痕の関係を示すグラフ 弾性体部と軸部とのインサート成形による一体化成形の概略を示す模式図 金型を閉じて、射出成形手段から溶融された熱可塑性樹脂を注入して軸部を成形する模式図 弾性体部と軸部が一体化成形された搬送用ローラーの模式図 軸部に用いる樹脂材料と、弾性体部に用いられる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が、１．０を超えて溶融接合された場合と、１．０以内で溶融接合された場合の搬送用ローラーを示す模式図 弾性体部、摺動部材と、軸部とのインサート成形による一体化成形の具体的なフローを示す模式図 弾性体部、摺動部材と、軸部とのインサート成形による一体化成形の具体的なフローを示す模式図 弾性体部、摺動部材と、軸部とのインサート成形による一体化成形の具体的なフローを示す模式図 弾性体部、摺動部材と、軸部とのインサート成形による一体化成形の具体的なフローを示す模式図 弾性体部側面に樹脂部を設けて、成形収縮の力にて弾性体部を物理的に保持する方法を示す模式図と、弾性体部側面樹脂部での成形収縮での保持と弾性体部の変形の関係を示すグラフ 摺動部材を有する搬送用ローラーを説明する模式図 摺動部材を有する搬送用ローラーを示す模式図 摺動部材の拡大図

本発明の搬送用ローラーは、被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、前記搬送用ローラーが、少なくとも樹脂製の軸部と前記被搬送物を搬送する弾性体部で構成され、前記搬送用ローラーが、前記弾性体部と前記軸部とが溶融接合により一体化した構造を有し、前記軸部の内部に空孔を有する多孔質構造であり、前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材が、ポリプロピレンであり、前記軸部が含有する熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン又はポリエチレンであることを特徴とする。この特徴は、下記実施態様に共通する又は対応する技術的特徴である。

本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記軸部が、熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを含有することが、好ましい。化学発泡剤は、専用設備が不要であり、材料も安価であることから、コスト上の利点がある。

また、前記搬送用ローラーが、前記弾性体部がインサート成形されて前記軸部と一体化された構造を有することが、搬送用ローラーの製造に当たり、簡素な構造によって工数を削減できコスト低下を図れる観点から、好ましい。

本発明の実施態様としては、前記弾性体部が、マトリックス材として、ポリプロピレン、ポリエステル系樹脂、又はアクリル系樹脂を含む熱可塑性エラストマーを含有することが、溶融接合によって前記弾性体部と前記軸部とを一体化成形する観点から好ましい。
また、前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材として用いられる樹脂材料と、射出発泡成形される前記軸部に用いる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が１．０以内であることが、前記弾性体部と前記軸部とを一体化して成形する観点から好ましい。
また、前記熱可塑性樹脂が、ポリアセタール、ポロプロピレン又はゴム変性ポリスチレンのいずれかであることが、熱可塑性樹脂としての摺動性能及びコスト、並びに前記弾性体部がインサート成形されて前記軸部と一体化された構造を有する観点から、好ましい材料である。

前記発泡剤が、重曹系発泡剤であることが、扱いやすさ及びコストの観点から、好ましい。

前記軸部において、前記式（１）で表される空隙率が４～１５％の範囲内であることが、剛性を維持しながらヒケや反りを抑制する観点から、好ましい。

本発明の搬送用ローラーの製造方法は、少なくとも樹脂製の軸部と被搬送物を搬送する弾性体部とで構成された、被搬送物を搬送する搬送用ローラーの製造方法であって、前記熱可塑性樹脂を含有する溶融樹脂を射出発泡成形して、前記樹脂製の軸部を成形する工程を有することを特徴とする。

また、前記弾性体部を金型にセットし、次いで前記軸部用として前記溶融樹脂を金型に充填し、発泡させた後に固化させることによって、前記軸部と前記弾性体部とを一体化させるインサート成形工程を有することが、好ましい実施形態である。

加えて、前記熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを混合し、前記溶融樹脂用の組成物を調製する工程を有するとが、好ましい実施形態である。
また、前記樹脂製の軸部を成形する工程における前記溶融樹脂を射出発泡成形時の金型への充填圧が、２０ＭＰａ以下であることが、成形精度の観点から好ましい。

以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「～」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。

≪本発明の搬送用ローラーの概要≫
本発明の搬送用ローラーは、被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、前記搬送用ローラーが、少なくとも樹脂製の軸部と前記被搬送物を搬送する弾性体部で構成され、前記搬送用ローラーが、前記弾性体部と前記軸部とが溶融接合により一体化した構造を有し、前記軸部の内部に空孔を有する多孔質構造であり、前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材が、ポリプロピレンであり、前記軸部が含有する熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン又はポリエチレンであることを特徴とする。
本発明の搬送用ローラーは、被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、前記搬送用ローラーが、少なくとも軸部及び弾性体部を有し、前記軸部が、凸型の樹脂部を、少なくとも二つ有し、二つの前記凸型の樹脂部が、前記弾性体部の両側面にそれぞれ接し、前記凸型の樹脂部の高さが、前記弾性体部の厚さに対して、３０～７０％の範囲内であることを特徴とする。

本発明でいう「多孔質構造」とは、成形体内部に多数の空孔又は空隙を有する構造をいい、後述する式（１）で表される空隙率で当該空孔又は空隙を規定するものであり、空孔の大きさや空孔同士の連結状態などは特に限定されるものではない。

本発明でいう「弾性体」とはゴム弾性の性質を持っている材料であり、弾性限界が高く、弾性率が低いものである（概ねヤング率が５０ＭＰａ以下）。

ここで、「被搬送物を搬送する搬送用ローラー」の一般的な形態について説明する。

「被搬送物」とは、一般に記録媒体をいい、記録媒体としては、紙、樹脂板、金属、布帛、ゴムなどの種々の媒体が用いられ得る。また、紙としては、普通紙、板紙、塗工紙、レジンコート紙、合成紙などを挙げることができる。なお、「被搬送物」は、前記記録媒体に限定されるものではない。

レーザービームプリンターや複写機等の装置における基本的な紙送機構は、例えば、特許文献１において、紹介されているとおりである。すなわち、図３の紙搬送ローラーを配置した給紙装置を示す模式図に示されるように、用紙５２が給紙カセット５０内に積まれてセットされ、ホッピングローラー５１により取り出される。また、ホッピングローラー５１の後には重ね送り防止ローラー５３、５４及び搬送用ローラー５５、５６等が配置されている。なお、図３では、重ね送り防止ローラー５４は、駆動軸５７で作動し、ローラー本体６１には摩擦ゴム５８が巻かれている。

本発明の搬送用ローラーは、上記ホッピングローラー５１、重ね送り防止ローラー５３、５４及び搬送用ロ-ラー５５、５６などに使用されるものであるが、レーザービームプリンターや複写機等には多数の搬送用ローラーが使用されており、これらに限定されるものではない。

まず、本発明の特徴である、「射出発泡成形」について説明する。

〔１〕射出発泡成形
本発明でいう「射出発泡成形」とは射出成形のプロセスにおいて発泡性を持った溶融樹脂を金型内に射出充填することによって気泡構造（空孔ともいう。）を持った成形体を得る成形技術である。射出発泡成形では空隙率を高くしようとすると充填不足となりボイド、未充填が起こりやすい。空隙率を低くすると発泡効果がなくヒケたり、発泡成形体に期待する効果（ヒケ防止や低反り化など）などが現れない。

射出発泡成形の方式としては、化学発泡方式、物理発泡方式、熱膨張性マイクロカプセルを用いた方式などあり、どれも効果があるが、コストの関係から言うと専用設備がいらず、材料も安価である化学発泡方式が一番有効である。

化学発泡方式は、ＡＤＣＡ（アゾジカーボンアミド）などの有機系発泡剤や重曹などの無機系発泡剤が樹脂熱により分解・反応してガスを発生し発泡する。

中でも、重曹は発泡残渣が炭酸ナトリウムで害がなく、型汚れにも影響が少ないため、樹脂成形に向いている。

物理発泡方式は、窒素や二酸化炭素の超臨界流体を溶融樹脂に供給して発泡させる。トレクサル社の「ＭｕＣｅｌｌ(登録商標)」などが知られている。

熱膨張性マイクロカプセルを用いた方式は、熱膨張性マイクロカプセルが熱により膨張することによって発泡する。クレハ社のクレハマイクロスフェアーなどが知られている。

化学発泡方式をさらに詳細に説明する。

用いられる発泡剤として有機系化学発泡剤としては、ポリカルボン酸、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体、セミカルバジド化合物等を用いることができる。

有機系化学発泡剤において、ポリカルボン酸の具体例としては、クエン酸、シュウ酸、フマル酸、フタル酸などが挙げられる。

アゾ化合物の具体例としては、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、１，１′－アゾビス（１－アセトキシ－１－フェニルエタン）、ジメチル－２，２′－アゾビスブチレート、ジメチル－２，２′－アゾビスイソブチレート、２，２′－アゾビス（２，４，４－トリメチルペンタン）、１，１′－アゾビス（シクロヘキサン－１－カルボニトリル）、２，２′－アゾビス［Ｎ－（２－カルボキシエチル）－２－メチル－プロピオンアミジン］等が挙げられる。

ニトロソ化合物の具体例としては、Ｎ，Ｎ′－ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）が挙げられる。

ヒドラジン誘導体の具体例としては、４，４′－オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、ジフェニルスルホン－３，３′－ジスルホニルヒドラジド等が挙げられる。

セミカルバジド化合物の具体例としては、ｐ－トルエンスルホニルセミカルバジドが挙げられる。

その他の有機系化学発泡剤の具体例としては、トリヒドラジノトリアジン等が挙げられる。

無機系化学発泡剤において、重炭酸塩の具体例としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウム等が挙げられる。

炭酸塩の具体例としては、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム等が挙げられる。

有機酸金属塩の具体例としては、クエン酸ナトリウムが挙げられる。

亜硝酸塩の具体例としては、亜硝酸アンモニウムが挙げられる。

これらの発泡剤のうち、発泡成形体を構成する樹脂の溶融温度以下では分解せず、分解温度以下で分解する発泡剤を用いることが好ましい。このような発泡剤としては、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、炭酸水素ナトリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウムなどを好ましく用いることができる。特に、得られる発泡成形体に臭気や色むらが発生することを防止する観点からは、炭酸水素ナトリウム（重曹）を用いることが好ましい。

発泡剤としては、発生するガスの主成分が不燃性ガスであるものを用いることが好ましい。このような発泡剤の具体例を示すと、窒素ガス及び炭酸ガスが発生する発泡剤としては、アゾジカルボンアミド等が挙げられ、炭酸ガスが発生する発泡剤としては、炭酸水素ナトリウムが挙げられ、窒素ガスが発生する発泡剤としては、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ，ｐ′－オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド等が挙げられる。

発泡成形体用樹脂材料に対して添加される発泡剤の添加量は、発泡剤の種類、得られる発泡成形体の軽量化率などを考慮して定められるが、通常、発泡成形体用樹脂材料１００質量部に対して０．２～１０質量部である。

射出発泡成形法について具体的に説明する。射出発泡成形法自体は公知の方法が適用でき、熱可塑性樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）、発泡剤の種類、成形機の種類又は金型の形状によって適宜成形条件を調整すればよい。通常、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン系樹脂の場合は樹脂温度１７０～２５０℃、金型温度１０～１００℃、成形サイクル１～６０分、射出速度１０～３００ｍｍ／秒、射出圧１０～２００ＭＰａ、金型内への樹脂の充填圧は１～２０ＭＰａの範囲等の条件で行われる。

また、金型内で発泡させる方法としては種々有るが、なかでも固定型と任意の位置に前進及び後退が可能な可動型とから構成される金型を使用し、射出完了後、可動型を後退させて発泡させる、いわゆるコアバック法が、表面に非発泡層が形成され、内部の発泡層が均一微細気泡になりやすく、軽量性に優れ、耐衝撃性の良好な発泡成形体が得られやすいことから好ましい。可動型を後退させる方法としては、一段階で行ってもよいし、二段階以上の多段階で行ってもよく、後退させる速度も適宜調整してもよい。

また、予め金型内を不活性ガス等で圧力をかけながらポリプロピレン系樹脂を金型内に導入するいわゆるカウンタープレッシャー法を併用することで、スワールマークと呼ばれる表面外観不良を低減することができるため好ましい。

さらに、金型への溶融樹脂の充填量を少なめに調整し、キャビティ部において発泡成形するショートショット法を採用してもよい。

得られる射出発泡成形体は、軽量性と剛性のバランス及びヒケや反り防止に優れることから、前記軸部において、下記式（１）で定義される空隙率が４～１５％の範囲内であることが好ましい。

式（１）
空隙率（％）＝（軸部の樹脂を用い多孔質構造にしない場合の軸部の質量－多孔質構造の軸部の質量）／（軸部の樹脂を用い多孔質構造にしない場合の軸部の質量）×１００

上記空隙率は、同じ体積の非発泡成形体（多孔質構造にしない場合の軸部）と発泡成形体（多孔質構造の軸部）の質量を測定算出し、その質量差は発泡成形体の空孔部分による質量低下であることから、その質量差を非発泡成形体の質量で除することによって、空隙率（％）として表すものである。前記質量は成形体の平均質量をいう。なお、本願でいう「空隙率」とは、射出発泡成形法で一般的に言われる「発泡率」と同義である。

空隙率は、金型への溶融樹脂の充填率によって制御することができ、充填率が低いと空隙率は大きくなり、充填率が高いと空隙率は小さくなる。

図４は、樹脂充填率による発泡状態（空隙率）の変化を示すグラフである。

樹脂としてポリカーボネート（ＰＣ）及びポリアセタール（ＰＯＭ）を用い、重曹系発泡剤（英和化成社製ポリスレンＥＳ４０５）を樹脂に３質量％添加して、金型に射出発泡成形したときの、溶融樹脂の充填率（横軸）と空隙率の関係を示した。併せて成形体としての、ボイドの発生する領域（ボイド領域）及びヒケが発生する領域（ヒケ領域）を示した。

図４から、空隙率が４％未満では、ガス圧が不足し成形収縮を打ち消しきれずにヒケが発生しやすくなり、空隙率が１５％を超えると、ボイド（空洞、空孔）の発生が大きくなり成形体の変形や剛性が低下しやすいことが分かる。したがって、射出発泡成形としては、空隙率が４～１５％の範囲になるように、発泡剤種及び使用量の選択、金型への樹脂充填率の調整、射出に係る温度及び圧力などを調整することが好ましい。

（射出発泡成形の効果）
（１）発泡成形による反り低減効果
熱可塑性樹脂としてポリカーボネート（ＰＣ）及びポリアセタール（ＰＯＭ）を用いて、重曹系発泡剤（英和化成社製ポリスレンＥＳ４０５）を樹脂に３質量％添加し、空隙率１０％で３００ｍｍ長、厚さ４ｍｍの板状の成形品を射出発泡成形して、反り量を評価した。射出発泡成形は、射出成形機「Ｊ１４０ＡＤ－１１０Ｈ」（日本製鋼所社製）を用い、シリンダー温度２３０℃、金型温度５０℃、射出速度３０ｍｍ／ｓｅｃ、及び保圧５ＭＰａの成形条件で、試験片を作製した。

図５は、発泡成形による反り低減効果を評価したグラフである。

反り量の評価は、上記成型後の試験片を平面台の上に置き、端部が平面台から浮いている反り量の最大値をノギスにて測定して評価した。測定は、２５℃・５０％ＲＨにおいて、２４時間調湿した後、端部の立ち上がりを測定した。

結果は、図５で示すように、通常成形（非発泡成形）に比較して、発泡成形により反り量は１／５に低減する。

（２）発泡成形での強度・剛性への影響
熱可塑性樹脂としてポリカーボネート（ＰＣ）、ガラス繊維入りポリカーボネート（ＰＣ－ＧＦ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ハイインパクト（耐衝撃性）ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びシクロオレフィン（ＣＯＰ）を用いて、重曹系発泡剤（英和化成社製ポリスレンＥＳ４０５）を樹脂に３質量％添加し、空隙率１０％で３００ｍｍ幅の板状の成形品を射出発泡成形して、曲げ強度及び曲げ弾性率を評価した。

曲げ強度は、曲げ試験中，試験片が耐える最大曲げ応力をいう。テンシロンにて、ＪＩＳ Ｋ７１７１（２００８）の試験条件で測定する。例えば、射出発泡成形体の試験片を、ＪＩＳ Ｋ７１７１に準拠し、曲げ速度１００ｍｍ／分、治具先端Ｒ５ｍｍ、スパン間隔１００ｍｍ、試験片（幅５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×厚さ４ｍｍ）の条件にて測定して求める。測定装置は、オリエンテック社製テンシロンＲＴＣ－１２２５Ａを用い、温度２３℃、湿度５５％ＲＨ下で行う。発泡成形しない試験片に対し、発泡成形した試験片の曲げ強度の比率（％）をもって評価する。

曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１７１（２００８）に準拠して曲げ弾性率を測定し、以下の基準で評価する。上記試験片を、ＪＩＳ Ｋ７１７１に準拠し、曲げ速度１００ ｍｍ／分、治具先端Ｒ５ｍｍ、スパン間隔１００ｍｍ、試験片（幅５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×厚さ４ｍｍ）の条件にて測定して求める。測定装置は、オリエンテック社製テンシロンＲＴＣ－１２２５Ａを用い、温度２３℃、湿度５５％ＲＨ下で行う。発泡成形しない試験片に対し、発泡成形した試験片の曲げ弾性率の比率（％）をもって評価する。

結果は、図６Ａ曲げ強度、図６Ｂ曲げ弾性率で示すように、発泡成形体にした場合、曲げ弾性率は全体に低下は小さいが、曲げ強度は熱可塑性樹脂種類に依存し、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ハイインパクト（耐衝撃性）ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びシクロオレフィン（ＣＯＰ）が優れており、中でもポリアセタール（ＰＯＭ）及び、ポリプロピレン（ＰＰ）は劣化が小さく、本発明に係る軸部成形に用いられる樹脂として好ましいことが分かる。なお、図６Ａ及び図６Ｂでは、通常成形強度（非発泡成形強度）を１００％としたときの、各材料の曲げ強度及び曲げ弾性率の比率（％）を示した。

（３）発泡成形による耐摩耗性試験
発泡成形するとスワールマークと言われるガス模様が発生してその影響で摩耗性が懸念されることから、耐摩耗性試験を実施した。

熱可塑性樹脂としてポリアセタール（ＰＯＭ）を用い、前述のとおり射出発泡成形にて、試験片を作成し、図７Ａで示す摩耗性試験機にて耐摩耗性を評価した。なお、空隙率は９％に設定した。

（耐摩耗試験）
円柱形状の樹脂材料２０１に鋼製の線ばね２０２を点接触させ、排紙ころ相当の圧力（約１４０ＭＰａ）をかけながら樹脂材料を回転する。一定時間試験後に樹脂の摩耗深さ（図７Ｂ参照）を測定し、摩耗体積に変換する。

結果は、図８で示すように、実際は通常成形に比べて摩耗性の劣化は見られず、発泡成形によって、摩耗量は１／４に減少する。同条件にて通常成形品には大量の摩耗粉が付着し耐久性に問題がある。

（４）発泡成形時の充填圧の影響
射出発泡成形時の樹脂の充填圧により、後述するチューブ状の弾性体部が成形樹脂の発泡時の圧力によって、チューブが変形して、固定側金型と可動型金型の間にバリ状にはみ出す故障が発生することがある。これを本発明では、「ＰＬ（パーティングライン）痕」と呼称する。

図９Ａは、ＰＬ痕の発生を説明する模式図である。

固定側金型と可動型金型の間のパーティングライン（ＰＬ）に溶融樹脂の充填圧力によって、チューブの一部がはみ出してバリを形成する。

図９Ｂは、金型温度別の樹脂の充填圧とＰＬ痕の関係を示すグラフである。

チューブ状の弾性体部に、ポリエチレン系エラストマー（ＴＰＳ）を２種（ゴム硬度Ａ４０°及びＡ８０°）用い、成形樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）、重曹系発泡剤（英和化成社製ポリスレンＥＳ４０５）を樹脂に３質量％添加し、樹脂温度２１０℃、金型温度５７℃に設定後、射出速度２０ｍｍ／ｓｅｃにて溶融樹脂の金型への充填圧を変化させて、発生するＰＬ痕の高さを測定した。なお、空隙率は１０％に設定した。

図９Ｂより、ＰＬ痕の目標値０．０５ｍｍを満たすには、弾性体のゴム硬度に関係なく、充填圧を２０ＭＰａ以下に設定することが好ましいことが分かる。

なお、通常の射出成形では２０ＭＰａ以下ではヒケてしまい成形精度が出ないが、射出発泡成形ではむしろ充填圧をかけないように成形することが好ましい。

〔２〕搬送用ローラーの射出発泡成形
〔２．１〕第１実施形態
本発明の搬送用ローラーの第１実施形態は、被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、前記搬送用ローラーが、少なくとも樹脂製の軸部と前記被搬送物を搬送する弾性体部で構成され、前記軸部が内部に空孔を有する多孔質構造であることを特徴とする。

さらに、前記搬送用ローラーが、前記軸部の外周上に前記弾性体部がインサート成形された構造を有することが好ましい。

前記弾性体部は、ゴム弾性の性質を持っている材料であり、弾性限界が高く、弾性率が低いものである（概ねヤング率が５０ＭＰａ以下）。弾性体部は軸部と同一金型で作る必要はなく、熱可塑性エラストマーはもちろん、ゴム製品でも可能で、その製法も射出成形意外に押出加工チューブの切り出しでもよく、特に限定されるものではない。

特に、本発明に係る弾性体部は、熱可塑性エラストマーを円筒形（チューブ状）に成形した成形物であることが好ましい。

また、前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材として用いられる樹脂材料と、前記射出発泡成形される軸部に用いる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が１．０以内であり、かつ、前記弾性体部と前記軸部が溶融接合された構造を有することが、前記弾性体部と前記軸部とを一体化して成形する（以下、一体化成形ともいう。）観点から、好ましい。

前記弾性体部に用いられる熱可塑性エラストマーは、スチレン系エラストマー、塩素化ポリエチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマー、アイオノマーエラストマー、エチレン・エチレンアクリレート共重合体系エラストマー及びエチレン・酢酸ビニル共重合体系エラストマーからなる群より選ばれたエラストマーであることが好ましく、中でもスチレン系エラストマー及びオレフィン系エラストマーであることが、より好ましい。

前記スチレン系エラストマーとしては、例えば、ＳＢＳ（スチレン－ブタジエン－スチレンブロックコポリマー）、ＳＩＳ（スチレン－イソプレン－スチレンブロックコポリマー）、ＳＥＢＳ（スチレン－エチレン－ブチレン－スチレンブロックコポリマー：水素化ＳＢＳ）、ＳＥＥＰＳ（スチレン－エチレン－エチレン－プロピレン－スチレンブロックコポリマー）、ＳＥＰＳ（スチレン－エチレン－プロピレン－スチレンブロックコポリマー：水素化ＳＩＳ）、ＨＳＢＲ（水素化スチレン－ブタジエンランダムコポリマー）等を挙げることができる。市販のスチレン系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、「セプトン」（商品名、クラレ社製）、「タフテック」（商品名、旭化成ケミカルズ社製）、「ダイナロン」（商品名、ＪＳＲ社製）を挙げることができる。

オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ：Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｏｌｅｆｉｎｉｃ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）は、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィンをハードセグメント（本発明でいうマトリックス材）とし、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）などのゴム成分をソフトセグメントとする熱可塑性エラストマーである。また前記ＴＰＯは、ポリオレフィンとゴム成分のブレンドタイプ、それらの動的架橋タイプ（ＴＰＶ：Ｔｈｅｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｅｓとして区別して呼ぶこともある）、及び重合タイプ（Ｒ－ＴＰＯ：Ｒｅａｃｔｏｒ－ＴＰＯ）の３タイプに大別できる。

市販品としては、例えば、三菱化学（株）のＴＰＯである「サーモラン（登録商標）」及び「ＴＲＥＸＰＲＥＮＥ（登録商標）」が挙げられる。

前記熱可塑性エラストマーと前記マトリックス材としての熱可塑性樹脂とを配合する場合は、熱可塑性エラストマー１００質量部に対して、熱可塑性樹脂を２５～１００質量部の範囲で配合し、前記熱可塑性エラストマーを硫黄加硫又は樹脂加硫により動的加硫して前記熱可塑性樹脂中に分散させた組成物が好ましく用いられる。

前述のとおり、前記熱可塑性エラストマーは、マトリックス材として上記熱可塑性樹脂を用いることが、溶融接合によって前記弾性体部と前記軸部とを一体化成形する観点から好ましく、当該軸部に用いる熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）又はポリカーボネート（ＰＣ）が好ましく例示される。

ここで、前記弾性体部と前記軸部が溶融接合された構造を有するためには、前記熱可塑性エラストマーのマトリックス材として用いられる樹脂材料と、前記軸部に用いる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が１．０以内であることが好ましく、加熱により樹脂が溶融し、樹脂同士が容易に溶融接合することで、一体化成形が達成される。

「溶融接合」とは、一般的に２種以上の部材の接合部に、熱又は圧力もしくはその両者を加え、必要であれば適当な溶加材を加えて、接合部が連続性を持つ一体化された部材とする接合方法をいい、本発明では、樹脂同士が加熱等により溶融し、かつ接することでその界面で樹脂の混合が起こり、一つの混合物として一体化成形されることをいう。

また、「一体化成形」とは、接合している部材が、力を加えない限り分離しない状態をいう。

ここで、樹脂材料の溶解度パラメータ値（ＳＰ値ともいう。）は、分子構造と高分子材料の物性値との相関を統計的に解析して得られる回帰式に基づくＢｉｃｅｒａｎｏ法によって算出する。具体的には、市販のパーソナルコンピュータにインストールしたソフトウェア「Ｓｃｉｇｒｅｓｓ Ｖｅｒｓｉｏｎ ２．６」（富士通社製）において、それぞれの化合物の構造を代入し、Ｂｉｃｅｒａｎｏ法によって算出される値を採用する。

表Ｉに、本発明に係る前記弾性体部に用いる熱可塑性エラストマー種（シリコーンゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、天然ゴム、オレフィン形エラストマー、スチレン系エラストマー（ＳＢＲ）及びマトリックス材種（ポリプロピレン、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂）と、前記軸部に用いる熱可塑性樹脂種（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアセタール）とのそれぞれの溶解度パラメータ値と、成形部品にしたときの弾性体部と軸部の剥離程度（剥離不可、簡単に剥離する、又は接合していないとの評価）の結果を示した。

表Ｉから、前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材として用いられる樹脂材料と、前記軸部に用いる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が、１．０以内であるときに、樹脂材料同士が溶融接合して、一体化成形が可能になることが分かる。

したがって、前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材として用いられる樹脂材料と、前記軸部に用いる樹脂材料との組み合わせを最適化することで、一体化成形が可能となり、しかも当該弾性体部と当該軸部とがインサート成形された構造を有することによって、前記軸部が、前記弾性体部のズレ防止用の特別な形状を有さなくてもよいなどの構造上及び金型設計上の利点を有することになる。例えば。成形時の離型の影響などなく成形物を精度良く作れることや、ズレ防止形状が干渉することなく、所定のニップ量を得るときの弾性体部の設計が容易になるなど、の利点が挙げられる。

また、印刷時には使われるトナー（スチレンアクリルとポリエステル系が使われ、融点が１００℃付近。）が搬送用ローラーの弾性体部に付着する不具合が発生することがある。

表IIに、本発明に係る前記弾性体部に用いる熱可塑性エラストマー種（シリコーンゴム、フッ素系ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、天然ゴム、オレフィン形エラストマー、スチレン系エラストマー（ＳＢＲ）及びマトリックス材種（ポリプロピレン、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂）の組み合わせを下記表IIに記載のように変化させ、かつ、搬送時の温度を８０～１００℃に変化させたときの弾性体部へのトナー付着程度を評価した。

表IIから、搬送時の温度を８０～１００℃に変化させたときの弾性体部へのトナー付着を目視で評価したところ、オレフィン系エラストマー又はスチレン系エラストマーとマトリックス材としてポリプロピレン（ＰＰ）を用いた熱可塑性エラストマーを弾性体部に用いれば、各温度についてトナー付着が抑制できるとの実験結果が得られた。したがって、熱可塑性エラストマーのマトリックス材としてはポリプロピレン（ＰＰ）が優れていることが分かる。

一方、前記軸部は、軸受け部の変形抑制、耐久性向上のために樹脂強化剤を含有することも好ましい。例えば、前記軸部を形成する熱可塑性樹脂中に、ポリベンザゾール繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維又はポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維などの繊維状フィラーを混合することが好ましい。中でも、当該繊維状のフィラーとしては、カーボン繊維又はガラス繊維のうちの少なくとも一方であることがより好ましい。

前記繊維状フィラーの平均径は、０．２～１０．０μｍの範囲内であり、かつ平均アスペクト比が１０～１００の範囲内であることが好ましい。繊維状のフィラーの平均径は、小さい方が軸部の表面平滑性に影響を与えにくいため、１０μｍ以下が望ましい。また、０．２μｍ以上であれば十分な強度を得ることができる。

また、繊維状のフィラーの平均長さも、短い方が軸部の表面平滑性に影響を与えにくいため１００μｍ以下が望ましい。また、繊維状の充填剤の平均長さは、１０μｍ以上であれば十分な強度を得ることができる。

さらに、繊維状のフィラーの平均アスペクト比が１０～１００の範囲内であることが好ましい。この範囲内であると樹脂と相溶しやすく、軸部の補強効果が良好であると考えられる。

具体的な繊維状のフィラーとしては、例えば、炭素繊維ミルドファイバー（三菱ケミカル株式会社製）、ガラス繊維Ｔ－２８９ＤＥ（日本電子硝子社製）、ミルドファイバー（旭グラスファイバー社製）等を挙げることができる。

さらに、前記弾性体部及び軸部用組成物は、本発明の目的を損なわない範囲内で、熱可塑性エラストマーや熱可塑性樹脂以外の各種の重合体や添加剤を含有してもよい。添加剤の具体例としては、酸化防止剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、耐光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、老化防止剤、脂肪酸金属塩、軟化剤、分散剤、核剤、滑剤、難燃剤、顔料、染料、有機充填剤が挙げられる。

各成分及びその他の添加剤は、その所定量を、ヘンシェルミキサー、Ｖ－ブレンダー、リボンブレンダー又はタンブラーブレンダー等を用いて均一に混合し、次いで押出機を用いて通常ペレット状に加工すると、射出発泡成形に適した樹脂組成物として利用することができる。

本発明の搬送用ローラーの製造方法は、少なくとも樹脂製の軸部と被搬送物を搬送する弾性体部とで構成された、被搬送物を搬送する搬送用ローラーの製造方法であって、前記熱可塑性樹脂を含有する溶融樹脂を射出発泡成形して、前記樹脂製の軸部を成形する工程を有することを特徴とし、前記弾性体部を金型にセットし、次いで前記軸部用として前記溶融樹脂を金型に充填し、発泡させた後に固化させることによって、前記軸部と前記弾性体部とを一体化させるインサート成形工程を有することが好ましい。

前記弾性体部は、前述したように、軸部と同一金型で作る必要はなく、熱可塑性エラストマーはもちろん、ゴム製品でも可能であり、その製法も射出成形や押出加工チューブの切り出しでもよい。例えば、弾性体部が以下の方法によって成形されることが好ましい。

１）熱可塑性エラストマー及びマトリックス材を用いて、円筒状（チューブ状）成形物を押出成形する。

２）得られた円筒状成形物を寸法調整のために研摩し、目的とするローラーの長さに切断後、洗浄する。

３）切断された円筒状成形物を軸部とのインサート成形による一体化成形のために金型にセットする。

成形物を得るための公知の成形法としては、例えば、射出成形法、射出圧縮成形法、押出成形法、異形押出法、トランスファー成形法、中空成形法、ガスアシスト中空成形法、ブロー成形法、押出ブロー成形、ＩＭＣ（インモールドコ－ティング成形）成形法、回転成形法、多層成形法、２色成形法、インサート成形法、サンドイッチ成形法、発泡成形法、加圧成形法等が挙げられるが、本発明では、前記弾性体部と前記軸部とを射出発泡成形法を用いて、インサート成形することが、好ましい。

本発明において「インサート成形」とは、金型内に挿入、セットした弾性体部や後述する摺動部材などのチューブに、溶融した熱可塑性樹脂を充填して、弾性体部や摺動部材と当該弾性体部や摺動部材を貫通する軸部とを、一体化する成形方法をいう。

図１０は、弾性体部と軸部とのインサート成形による一体化成形の概略を示す模式図である。

図１０Ａにおいて、開閉型の金型１０１に部材セット手段１０６によって、弾性体部１０２を所定の位置にセットする。

あらかじめ、前記熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを混合し、溶融樹脂用の組成物を調製する工程によって溶融樹脂を準備する。
図１０Ｂにおいて、金型１０１を閉じて、射出成形手段１０３から溶融された熱可塑性樹脂（溶融樹脂１０４）を軸部を形成する空間に注入して、軸部１０５を成形する。

図１０Ｃにおいて、一面金型１０１をはずし、弾性体部１０２と軸部１０５が一体化成形された搬送用ローラーを得る。

上記のように、本発明の搬送用ローラーは、熱可塑性エラストマー層がローラー軸部の外周にインサート成形により一体化されている構造を有することが好ましい。

図１１は、軸部に用いる樹脂材料と、弾性体部に用いられる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が、１．０を超えて溶融接合された場合と、１．０以内で溶融接合された場合の搬送用ローラーを示す模式図である。

図１１のＡは、前記熱可塑性エラストマーのマトリックス材として用いられる樹脂材料と、前記軸部に用いる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が１．０を超える場合を示す模式図である。

この場合は、樹脂の充填時には、弾性体部１０２と軸部１０５は密着しているが（図１１のＢ参照）、軸部の熱可塑性樹脂が冷却されると成形収縮により、弾性体部から剥がれ、空回り不良などが発生する（図１１のＣ参照）。冷却時の軸部１０５に付与した矢印は成形収縮の方向を表す。

図１１のＤ及び図１１のＥは、このような空回り不良に対して、弾性体ローラー周辺へのずれ防止形状を付与した従来のケースを示す模式図である。

例えば、弾性体ローラー１０２周辺に軸部１０５に樹脂製の凸形状１０７を付与したり（図１１のＤ参照）、弾性体部内部に樹脂が注入される凹形状を弾性体部に付与したりする（図１１のＥ参照）必要がある。

それに対し、図１１のＦは、前記熱可塑性エラストマーのマトリックス材として用いられる樹脂材料と、前記軸部に用いる樹脂材料との溶解度パラメータの値の差の絶対値が１．０以内である場合であり、前記樹脂材料同士が溶融接合するために一体化成形し、軸部の熱可塑性樹脂が冷却されるときの成形収縮が生じたとしても溶融接合しているために、軸部が弾性体部から剥がれることがなく、空回り不良を抑制することができる（図１１のＧ及び図１１のＨ参照）。

図１２は、弾性体部、後述する摺動部材と、軸部とのインサート成形による一体化成形の具体的なフローを示す模式図である。なお、ここでは、弾性体部と後述する摺動部材と、軸部とを一体化成形する具体例を示す。

図１２Ａは、金型の型開き中に必要な箇所に弾性体部及び摺動部材であるチューブをセットする工程である。

図中、型開きの金型１５１にチューブ状の弾性体部１０２及び軸受け用のチューブ状の摺動部材１５２をセットする。
チューブの金型組み込みは手で金型に挿入しもよいが、量産時は取出し機などのロボット等を用いて実施するのが望ましい。また、チューブのセットは金型の固定側又は可動側のどちらでも構わない。金型機構などから良い方を判断すればよい。チューブの金型保持はチューブの径部の軽圧入で実施することができるが、エア吸引や粘着などの機構を金型に盛り込むことでも可能である。

図１２Ｂは、金型を型締めして軸部用熱可塑性樹脂をゲート部より注入する工程である。

図中、チューブ状の弾性体部１０２及び軸受け用のチューブ状の摺動部材１５２をセットした型開きの金型１５１を閉じ射出成形手段１５３より、溶融樹脂１５４を注入し、軸部を成形する。樹脂を注入する際は、ゲート部１５５により溶融樹脂の漏れを防ぐ。

樹脂の注入条件としては以下の条件が一例として挙げられるが、これに限定されるものではない。

〈溶融接合ありのケース例：第１実施形態〉
軸部用成形樹脂：ポリプロピレン（ＰＰ ＳＰ値８．１）
重曹系発泡剤（英和化成社製ポリスレンＥＳ４０５）を樹脂に３質量％添加、空隙率１０％
弾性体チューブ：ポリエチレン系エラストマー（ＴＰＳ：ポリプリピレン（ＰＰ）マトリックス ＳＰ値８．１）
・樹脂温度：２２０℃
・金型温度：５０℃
・保圧条件：２０ＭＰａ－１０ｓサイクル
図１２Ｃは、溶融樹脂を注入充填後、溶融樹脂を金型内で発泡し、次いで冷却して、弾性体部、摺動部材と軸部とを一体化させる工程である。

発泡に係る条件等は、前述の射出発泡成形条件の好ましい範囲から適宜調整することが好ましい。

冷却は、低温の水等の低温媒体を金型１５１内の流路に循環させ、金型の温度が熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以下になるまで金型１５１を冷却する。このとき、以下定義される平均冷却速度を０．４～３．０Ｋ／ｓｅｃに調整することが好ましい。
（平均冷却速度）＝（金型１５１の冷却時の吸熱量：Ｊ／ｓｅｃ）／（金型１５１の熱容量：Ｊ／ｃｍ³／Ｋ）／（金型１５１の大きさ：ｃｍ³）
図１２Ｄは、金型１５１を型開きしてインサート成形品を取り出す工程である。通常の射出成形と同様にエジェクターピンなどにより突出し取り出すことが好ましい。取り出した後、ゲートカットして成形部をランナーなどから切り離す。

この工程により、弾性体部１０２、後述する摺動部材１５２と、発泡成形体である軸部１０５とがインサート成形により一体化成形された、本発明の第１実施形態に係る搬送用ローラーが得られる。

〔２〕第２実施形態（変形例）
本発明の別の実施形態（第２実施形態：変形例）として、本発明の搬送用ローラーが、前記軸部を構成する樹脂部が、前記弾性体部の側面部の両面に接しており、前記樹脂部の高さが前記弾性体部の厚さの３０～７０％の範囲内であり、かつ、前記樹脂部が成形時の収縮により前記弾性体部を保持している構造を有することが、好ましい。

これは、搬送ローラーに求められる機能の１つに摺動性（低摩擦、耐摩耗性）があり、軸部の樹脂としては一般的に摺動性が良く安価なポリアセタール（ＰＯＭ：ＳＰ値１１付近）、又はナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６６：ＳＰ値１３付近）などを用いる要求もあり、かつ弾性体部として、安価なシリコーンゴム、フッ素系ゴム、又はエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などを用いる要求もあり、その際は、当該材料の組み合わせでは溶融接合での一体化が難しいことから、弾性体部側面に樹脂部を設けて、成形収縮の力にて弾性体部を物理的に保持する方法で対応することが好ましい。

図１３は、弾性体部側面に樹脂部を設けて、成形収縮の力にて弾性体部を物理的に保持する方法を示す模式図と、弾性体部側面樹脂部での成形収縮での保持と弾性体部の変形の関係を示すグラフである。

図１３のＡ～図１３のＣは、弾性体部側面に樹脂部を設けて、成形収縮の力にて弾性体部を物理的に保持する方法を示す模式図である。
図１３のＡ～図１３のＣは、弾性体部１０５側面に軸部１０５に凸型の樹脂部を設けて、弾性体部の厚さに対して、０％（図１３のＡ参照）、７０％（図１３のＢ参照）及び１００％（図１３のＣ参照）の高さで物理的に保持したケースである。

図１３のＤは、弾性体部１０２が軸部１０５の成形収縮により、弾性体部側面樹脂部によって変形することを示す模式図である。矢印が成形収縮の方向である。

図１３のＥは、弾性体部側面樹脂部での成形収縮での保持と弾性体部の変形の関係を示すグラフである。

横軸は弾性体に接する前記軸部用の樹脂の高さの割合（％）を示し、縦軸は弾性体の変形の度合いを表す真円度を示す。軸部用樹脂の成形収縮により、弾性体部に変形が生じ、真円度が劣化するため、一定の変形度（真円度）以内に調整する必要がある。

「真円度」は、市販の真円度測定器で互いに９０°をなす２又は３赤道平面上の弾性体表面の輪郭を測定し、それぞれの最小外接円から弾性体表面までの半径方向の距離の最大の値を真円度として求めることがきる。

図１３のＥのグラフでは、弾性体部のゴムチューブの硬度違い（Ａ４０°、Ａ８０°）×接合方法違い（溶融接合、物理的接合）の４種の結果である。

弾性体部の変形の度合いが目標の真円度変化として、０．２ｍｍ以下を達成できるのは、黒の点線以下の領域である。

この結果から、ゴム硬度が低いＡ４０°程変形しないことがわかる。また、ゴム硬度が低いＡ４０°でも弾性体部を保持して真円度変化を目標以内にするには、側面樹脂の高さは弾性体部の厚さの３０％が必要となる。一方、ゴム硬度が高いＡ８０以上だと側面樹脂の高さは弾性体部の厚さの８０％以上が必要となり、ニップ（弾性体部が弾性変形して紙をグリップすること。）を得るための変形ができなくなり問題となる。

したがって、上記結果から、前記弾性体部のゴム硬度が、Ａ８０°以下であることが、好ましく、真円度変化を目標以内にし、かつ前記弾性体のニップの効果を得るために、前記弾性体に接する前記軸部用の樹脂の高さは、弾性体部の厚さに対して３０～７０％の範囲であることが好ましい。

なお、溶融接合する第１実施形態の場合は、真円度変化は図７Ｂのグラフからゴム硬度の影響を受けないことが分かる。

第２実施形態における本発明の搬送用ローラーの製造方法は、前記軸部を構成する樹脂部を、高さが前記弾性体部の厚さの３０～７０％の範囲内となるように、前記弾性体部の側面部の両面に接するように射出発泡成形によって成形し、次いで、前記樹脂部の成形時の収縮により前記弾性体部を保持させる工程を有することを特徴とする。

具体的には、図１２で示した弾性体部、摺動部材と軸部とのインサート成形による一体化成形のフロー（図１２Ａ～図１２Ｄ）にしたがって、金型に弾性体部をセットし、当該弾性体部の側面部の両面に前記軸部を構成する樹脂部が所定の高さで接するように金型を作成し、軸部用の熱可塑性樹脂を注入、冷却後インサート成形品を取り出せばよい。

例えば、以下の条件を例示することができるが、これに限定されるものではない。

〈溶融接合なしのケース例：第２実施形態〉
軸部用成形樹脂：ポリアセタール（ＰＯＭ ＳＰ値１１）
重曹系発泡剤（英和化成社製ポリスレンＥＳ４０５）を樹脂に３質量％添加、空隙率１０％
弾性体チューブ：ポリエチレン系エラストマー（ＴＰＳ：ポリプロピレン（ＰＰ）マトリックス ＳＰ値８．１）
・樹脂温度：２１０℃
・金型温度：７０℃
・保圧条件：２０ＭＰａ－１０ｓサイクル
・前記弾性体部に接する樹脂部の高さ：前記弾性体部の厚さの３０～７０％

〔３〕第３実施形態（変形例）
本発明の搬送用ローラーの別の実施形態（第３実施形態：変形例）としては、前記軸部の軸受け部に相当する部分が、チューブ状の摺動部材を有しており、前記摺動部材と前記軸部とがインサート成形されて一体化された構造を有することが、好ましい。

金属軸をプラスチック化する上での問題として、寸法精度面、剛性面などが挙げられる。通常摺動性がよい材料は、ポリアセタール（ＰＯＭ）やナイロン（ＰＡ６、ＰＡ６６）などの結晶性樹脂であるが、寸法精度はあまりよくない。しかしながら寸法精度がよい非晶性樹脂にしたり、剛性を上げるためにガラスファイバーなどの樹脂強化剤を加えた樹脂にしたりすると、摺動性に問題が発生する。したがって、摺動部材のみに摺動性のよい材料を用いればよい。

図１４は、摺動部材を有する搬送用ローラーを説明する模式図である。

図１４Ａは、軸受け部を４箇所有する給紙ユニット１６０を示す。一点鎖線の円で囲った部分が軸受け部である。

図１４Ｂは、軸部１０５に摺動部材１５２を４個インサート成形した搬送用ローラーを示す。

図１４Ｃは、摺動部材１５２の拡大図であり、円筒状（チューブ状）部材である。

前記給紙ユニット中、軸受け部には圧力がかかり摩擦が発生するため、耐摩耗性が良い摺動材料が用いられることが好ましい。摺動特性を示す指標として、摩擦係数や限界ＰＶ値（荷重圧力×速度）などがあるが、使用する条件、環境により適切な材料を選択する必要がある。

ここで、限界ＰＶ値とは、材料の摺動表面が摩擦発熱によって変形もしくは溶融する限界値である。

摺動部材としては、図７Ａ及び図７Ｂで示す摩耗試験装置及び手順により、軸部用樹脂として好ましいポリプロピレン（ＰＰ）より耐摩耗性が良好な材料を選定することが好ましい。

各種樹脂の耐摩耗性試験の結果を表IIIに示した。

試験材料は、表IIIに示す、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ハイインパクト（耐衝撃性）ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ナイロン（ＰＡ６６）、超高分子量ポリエチレン（ＰＥ）及びポリアセタール（ＰＯＭ）で実施した。

表IIIより、本発明に係る摺動部材としては、ポリプロピレン（ＰＰ）より耐摩耗性が良好な、ポリアセタール（ＰＯＭ）、超高分子量ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いることが好ましい。なかでも、前記摺動部材が、ポリアセタール（ＰＯＭ）を含有することが、摩耗耐性とコストの観点から好ましい。

本発明の第３実施形態（変形例）に係る搬送用ローラーの製造方法は、前記軸部の軸受け部に相当する部分をチューブ状の摺動部材で形成し、前記摺動部材を金型にセットし、次いで前記軸部用として溶融樹脂を金型に充填及び発泡して固化させる射出発泡成形によって、前記軸部と前記摺動部材とを一体化させるインサート成形工程を有することが、好ましい。

当該工程の詳細は、前述の図１２Ａ～図１２Ｄの工程に示すとおりである。チューブ状の摺動部材の成形は、前記チューブ状の弾性体の成形と同様に、射出成形や押出加工チューブの切り出しでもよい。

以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他、搬送用ローラーを構成する各部材の細部構成及び金型や射出成形を行う装置の細部構成に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

本発明の搬送用ローラーは、樹脂製の軸部を有する搬送用ローラーおいて、成形時にヒケが発生しにくく、安価、高精度で、かつ軸部の耐摩耗性に優れることにより、レーザービームプリンターや複合機等に用いられている紙の搬送用ローラーに好適に利用される。

１ 金属製の搬送用ローラー
２ 軸部
３ 蹴り出しころ部
４ 弾性体部
５ ギア部
１１ 樹脂製の搬送用ローラー
１２ 樹脂製軸部
１３ 樹脂製蹴り出しころ部
１４ 弾性体部
１５ 樹脂製ギア部
５０ 給紙カセット
５１ ホッピングローラー
５２ 用紙
５３、５４ 重ね送り防止ローラー
５５、５６ 搬送用ローラー
５７ 駆動軸
５８ 摩擦ゴム
６１ ローラー本体
１０１ 金型
１０２ 弾性体部
１０３ 射出成形手段
１０４ 溶融樹脂
１０５ 軸部
１０６ 部材セット手段
１０７ 凸形状
１０８ 凹形状
１５１ 型開きの金型
１５２ 摺動部材
１５３ 射出成形手段
１５４ 溶融樹脂
１５５ ゲート
１６０ 給紙ユニット
２０１ 樹脂材料
２０２ 線ばね

Claims (10)

1. 被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、
   前記搬送用ローラーが、少なくとも樹脂製の軸部と前記被搬送物を搬送する弾性体部で構成され、
   前記搬送用ローラーが、前記弾性体部と前記軸部とが溶融接合により一体化した構造を有し、
   前記軸部が内部に空孔を有する多孔質構造であり、
   前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材が、ポリプロピレンであり、
   前記軸部が含有する熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン又はポリエチレンである
   ことを特徴とする搬送用ローラー。
2. 前記軸部が、化学発泡剤を含有することを特徴とする請求項１に記載の搬送用ローラー。
3. 前記弾性体部が含有する熱可塑性エラストマーのマトリックス材としてのポリプロピレンと、射出発泡成形される前記軸部が含有する熱可塑性樹脂との溶解度パラメータの値の差の絶対値が１．０以内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の搬送用ローラー。
4. 前記化学発泡剤が、重曹系発泡剤であることを特徴とする請求項２に記載の搬送用ローラー。
5. 前記軸部において、下記式（１）で表される空隙率が４～１５％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の搬送用ローラー。
   式（１）
   空隙率（％）＝（軸部の樹脂を用い多孔質構造にしない場合の軸部の質量－多孔質構造の軸部の質量）／（軸部の樹脂を用い多孔質構造にしない場合の軸部の質量）×１００
6. 少なくとも樹脂製の軸部と被搬送物を搬送する弾性体部とで構成された、被搬送物を搬送する搬送用ローラーの製造方法であって、
   熱可塑性樹脂を含有する溶融樹脂を射出発泡成形して、前記樹脂製の軸部を成形する工程を有し、かつ、
   前記弾性体部を金型にセットし、次いで前記軸部用として前記溶融樹脂を金型に充填し、発泡させた後に固化させることによって、前記軸部と前記弾性体部とを一体化させるインサート成形工程を有することを特徴とする搬送用ローラーの製造方法。
7. 前記熱可塑性樹脂と化学発泡剤とを混合し、前記溶融樹脂用の組成物を調製する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の搬送用ローラーの製造方法。
8. 前記樹脂製の軸部を成形する工程における前記溶融樹脂を射出発泡成形時の金型への充填圧が、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の搬送用ローラーの製造方法。
9. 被搬送物を搬送する搬送用ローラーであって、
   前記搬送用ローラーが、少なくとも軸部及び弾性体部を有し、
   前記軸部が、凸型の樹脂部を、少なくとも二つ有し、
   二つの前記凸型の樹脂部が、前記弾性体部の両側面にそれぞれ接し、
   前記凸型の樹脂部の高さが、前記弾性体部の厚さに対して、３０～７０％の範囲内である
   ことを特徴とする搬送用ローラー。
10. 前記軸部が、軸受け取り部を有し、
    前記軸受け取り部が、チューブ状の摺動部材を有し、
    前記搬送用ローラーが、前記摺動部材と前記軸部とが溶融接合により一体化した構造を有する
    ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項、又は請求項９に記載の搬送用ローラー。

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