(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部を除いて芯金の外周に長手方向にわたって合成樹脂層を被覆したローラを製造する装置であって、
芯金をその周囲に合成樹脂充填空間を設けて内装する筒形状を有し、開口端から所定範囲を傾斜内周面となして、両端所定範囲に内径が開口端に向かって拡径する空間を形成した筒状金型と、
前記筒状金型の両端にそれぞれ配置されて芯金の端部を保持しつつ筒状金型の開口端を閉止する部材であり、傾斜外周面を有するとともに芯金の軸端を受け入れて保持する軸端保持孔を径方向中心に有し、前記筒状金型の拡径空間に相補的に嵌合する山形嵌合体を設けた芯金保持部材と、
前記芯金保持部材を前記筒状金型の両端部に締結する手段と、
を備え、
前記筒状金型の外周及び芯金保持部材の外周に鍔部をそれぞれ対面させて設けるとともに、これら鍔部相互の面圧と筒状金型の傾斜内周面及び芯金保持部材の傾斜外周面との面圧が略等しくなるよう、鍔部の形成位置を設定し、前記対面する鍔部の接合予定面の背面側を傾斜面となし、当接状態の鍔部外面をヘルールクランプで締結したローラの製造装置。
【請求項２】
軸端保持孔と、ここに挿入される芯金軸端外周とのクリアランスが５〜２５μｍである請求項１に記載のローラの製造装置。
【請求項３】
芯金の外周に被覆する合成樹脂層が硬化型液状樹脂からなる請求項１または請求項２に記載のローラの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンターや複写機、ファクシミリ装置などの電子写真方式を採用した各種装置に組み込まれる現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等のローラを製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を採用した装置としてはレーザープリンタ、複写機、ファクシミリ装置などが知られている。これら電子写真装置に対しては高画質化のニーズがあり、それに伴い現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ等のローラ部品の高精度化が要求されている。
【０００３】
ローラー部品は図５に示すように両端部を除いて芯金ａの外周に長手方向にわたって成形体ｂを形成した構成である。成形体ｂは通常、軟質樹脂を用いた弾性体である場合が多いが、硬質樹脂を用いる場合もある。
【０００４】
このようなローラは、例えば図６で示されるような装置によって製造される。
この装置は、芯金ａが内装される筒状金型５１と、この筒状金型５１の上下両端に内嵌させて配置され、前記芯金ａの軸端を保持する芯金保持部材５２ａ，５２ｂと、この芯金保持部材５２ａ，５２ｂを外装した状態で筒状金型５１の外周面に螺合するカバー５３ａ，５３ｂとより構成される。
【０００５】
この装置において芯金ａのセッティング及び成形は次のようにして行う。
先ず筒状金型５１に芯金ａを内装し、次いで、その上下の軸端をそれぞれ芯金保持部材５２ａ，５２ｂに開設した軸端保持孔５６ａ，５６ｂに受け入れたうえ、その外側にカバー５３ａ，５３ｂをねじ込み、芯金ａを筒状金型５１内で所定姿勢で保持し、この状態で下部芯金保持部材５２ｂに設けた注入孔５４を経由させて硬化型液状樹脂を注入し、上部芯金保持部材５２ａに設けたガス抜き孔５５並びに上部カバー部材５３ｂに設けた孔部５６をピン５７で閉じた後、加熱硬化させてローラを製造している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の製造装置によって得られるローラーは成形体ｂに対して芯金ａが偏芯しやすかった。
本発明者の研究によればこれには次の２つの要因が関与している。
第１の要因は、軸端保持孔５６ａ，５６ｂとこの孔に挿入される芯金軸端部との間に存在する隙間並びに芯金保持部材５２ａ，５２ｂの外周面と筒状金型５１の内周面との間に存在する隙間である。芯金保持部材５２ａ，５２ｂと筒状金型５１は樹脂漏れ防止の観点から密に嵌合させることが好ましいのはいうまでもないが、あまりに密着度が高いと芯金保持部材５２ａ，５２ｂが筒状金型５１に装着しづらいことに加えて成形後の分離が困難となるという問題がある。このため、芯金保持部材５２ａ，５２ｂと筒状金型５１との間には通常、１０〜５０μｍ程度の僅かなクリアランスが設けられている。しかしながら、筒状金型５１の内周面と芯金軸端部との間に二重に隙間が存在するこの種の構造は、芯金ａの中心を成形体中心に対して偏芯させる原因となり、特に両隙間が同じ側に偏ったときには偏芯は著しいものとなる。
【０００７】
第２の要因としては、芯金ａの変形が挙げられる。前記製造装置では芯金保持部材５２ａ，５２ｂを筒状金型５１に嵌合後、カバー部材５３ａ，５３ｂをねじ込む構成をとっている。この構成では、締め付け強度に呼応した荷重が芯金ａにかかることになるが、締め付け量の加減は作業者の手の感覚に依存するしかないため、ねじ込み量が過剰になりやすく、芯金ａを撓ませやすい。これも芯金ａが成形体中心に対して偏芯する原因となる。
【０００８】
このように従来装置では、筒状金型５１と芯金保持部材５２ａ，５２ｂ間及び芯金保持部材５２ａ，５２ｂと芯金ａの軸端部との間に二重のクリアランスが存在し、これと芯金ａの撓みとが相乗するため芯金ａが成形体ｂに対して偏芯しやすい。芯金ａが成形体ｂに対して偏芯しているとローラを回転させた時、芯振れがおこり、画像欠陥の原因となる。この芯振れは一般的に５０μｍ以下にする必要があるとされており、このため従来は、芯振れをこの範囲に収めるべく研磨や切削等の二次加工を施している。
【０００９】
しかしながら、二次加工による外形修正はローラの製造工程数を増やし、コストアップ要因となっている。また、成形体ｂの材料樹脂の種類によっては砥石が目詰まりを起こす等の問題もあり、二次加工そのものが困難な場合もある。このため二次加工を施さなくても芯振れを確実に５０μｍ以下に抑制できる製造装置の開発が望まれている。
【００１０】
本発明はかかる現況に鑑みてなされたものであり、研磨や切削等の２次加工を行わなくても、芯振れの極めて少ないローラを得ることができるローラの製造装置を提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、両端部を除いて芯金の外周に長手方向にわたって合成樹脂層を被覆したローラを製造する装置であって、芯金をその周囲に合成樹脂充填空間を設けて内装する筒形状を有し、開口端から所定範囲を傾斜内周面となして、両端所定範囲に内径が開口端に向かって拡径する空間を形成した筒状金型と、前記筒状金型の両端にそれぞれ配置されて芯金の端部を保持しつつ筒状金型の開口端を閉止する部材であり、傾斜外周面を有するとともに芯金の軸端を受け入れて保持する軸端保持孔を径方向中心に有し、前記筒状金型の拡径空間に相補的に嵌合する山形嵌合体を設けた芯金保持部材と、前記芯金保持部材を前記筒状金型の両端部に締結する手段とを備え、前記筒状金型の外周及び芯金保持部材の外周に鍔部をそれぞれ対面させて設けるとともに、これら鍔部相互の面圧と筒状金型の傾斜内周面及び芯金保持部材の傾斜外周面との面圧が略等しくなるよう、鍔部の形成位置を設定し、前記対面する鍔部の接合予定面の背面側を傾斜面となし、当接状態の鍔部外面をヘルールクランプで締結したローラの製造装置である。
【００１４】
芯金保持部材に設けた軸端保持孔と挿入される芯金の軸端部外周との間には５〜２５μｍのクリアランスを設けることが好ましい。
【００１５】
また芯金の外周に被覆する合成樹脂層を形成する樹脂としては例えば硬化型液状樹脂が挙げられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のローラ製造装置の詳細を図示した実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明にかかるローラの製造装置の代表的実施例を示している。本装置は、両端部を除いて芯金の外周に長手方向にわたって合成樹脂層が被覆されたローラを製造する装置である。ローラの具体的形状は特に限定されない。ローラに用いる芯金は段差を有しないストレートなものであってもよいし段差を有するものであってもよい。ここでは図２に示すように一端側（図中下側）に１段の縮径部４２を有し、他端側（図中上側）には多段縮径部４１を有する芯金Ａを用い、この芯金Ａの外周に成形体Ｂを形成したものを例にして説明する。多段縮径部４１を両端に設けたり、駆動力伝達あるいは位置決めを目的として軸端にＤカットを設けてもよい。芯金Ａは金属材料であれば、その材質は特に限定されないが、後述する本装置材質、即ち、筒状金型１及び芯金保持部材２，３と熱膨張係数が同じものを用いるのが好ましい。
【００１７】
成形体Ｂの材料としては、種々の合成樹脂材料が選択されるが、一般的には硬化型液状樹脂が用いられ、例えばシリコーン、ウレタン、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等が使用できる。
【００１８】
本製造装置は図１に示すように、筒状金型１と、この筒状金型１の上端に位置づけられる上部芯金保持部材２、下端に位置づけられる下部芯金保持部材３並びにこれら上部及び下部芯金保持部材２，３を前記筒状金型１に締結するヘルールクランプ４，５とを備えている。上部及び下部芯金保持部材２，３は筒状金型１に内装された芯金Ａの上下軸端部を保持し、且つ筒状金型１の開放端を閉止する機能を有している。図は上部及び下部芯金保持部材２，３を締結することで筒状金型１内に形成された成形空間９に合成樹脂を充填した状態を示している。
尚、ここでは筒状金型１を縦置きしているが、横置きして芯金保持部材を筒状金型１の左右にとりつけることも本発明の範囲内である。
【００１９】
筒状金型１は、芯金Ａを受け入れてその周囲に樹脂成形体を成形するための空間を有し、開口端から所定範囲を傾斜内周面１ａ，１ｂとなして、両端所定範囲に内径が開口端に向かって拡径する空間（以下、拡径空間８と称す）を形成している。この空間は図３に示す如く後述する芯金保持部材２，３に形成された山形嵌合体６，７を受け入れる空間となる。筒状金型１は、シームレスパイプ状としその内面は離型の観点からフッソ樹脂コーティングや無電解メッキ処理を行うことが好ましい。
【００２０】
一方、上部及び下部芯金保持部材２，３には前記拡径空間８に密に内嵌する円錐台形状の山形嵌合体６，７が形成されている。この山形嵌合体６，７は傾斜外周面６ａ，７ａを有し、その外形状は前記筒状金型１の拡径空間８に相補的に嵌合する形状となしている。ここで相補的に嵌合するとは両部材が互い相手側の空隙を満たすように嵌合されることを意味している。
したがって山形嵌合体６，７の傾斜外周面６ａ，７ａのテーパー角度と筒状金型１の傾斜内周面１ａ，１ｂのテーパー角度は一致させ、芯金保持部材２，３が筒状金型１に締結された状態で、テーパー面同士が略隙間なく密に接合するよう構成されている。テーパー角度及び山形嵌合体６，７の山の高さは嵌合強度と作業性の両方を考慮して決定する。テーパー角度が小さく山形嵌合体６，７の筒状金型１への侵入深さが深いほど、位置決め精度は向上するが、あまり深いと、成形後に上部及び下部芯金保持部材２，３を筒状金型１から分離することが困難となる。本実施例では図３に示すようにテーパ角度θは５〜２０°の範囲に設定している。
【００２１】
また山形嵌合体６，７の頂面の中心には芯金Ａの軸端を受け入れる軸端保持孔２ａ，３ａをそれぞれ形成している。軸端保持孔２ａ，３ａは芯金Ａの軸端形状に対応させている。本発明は、従来装置のように芯金Ａの軸方向の加工誤差を吸収するためにクリアランスを設けるという発想はとっていないため、軸端保持孔２ａ，３ａの形成位置の精度並びに加工精度がそのまま芯金Ａの位置づけ精度に反映する構成となっている。従って加工上では筒状金型１と芯金保持部材２，３は芯金Ａの寸法公差よりも高い精度で加工する必要がある。
【００２２】
上部及び下部芯金保持部材２，３に設けられた軸端保持孔２ａ，３ａと芯金Ａの軸端部との隙間は５〜２５μｍに設定するのが好ましい。芯金Ａの軸径ばらつきが通常、５μｍ程度あることを考慮するとこの隙間より小さい場合は、芯金Ａの挿入が不可能な場合が起こり得る。また、無理に挿入すると、芯金に曲げや座屈応力が発生して振れが増大する。一方、隙間が２５μｍより大きいと偏芯の程度が大きくなり振れが増大する。
【００２３】
また筒状金型１の上下の外周には鍔部１ｃ，１ｄを形成し、芯金保持部材２，３の外周面にはこれに対応して鍔部７ｂ，６ｂを形成している。鍔部１ｃと鍔部７ｂ及び鍔部１ｄと鍔部６ｂは互いに対面して対となる。例えば下部芯金保持部材３について見ると，この様子は図３で示される。鍔部１ｄと鍔部６ｂは図示する如く対面する面を平坦面１ｅ，６ｅとなし、背面側を傾斜面１ｆ，６ｆとなしている。鍔部６ｂの形成位置は、鍔部６ｂと鍔部１ｄとを当接させたときに山形嵌合体６の傾斜外周面６ａと筒状金型１の傾斜内周面１ｂとが全面にわたって当接する位置関係で設定し、上下の山形嵌合体６が筒状金型１の拡径空間８に相補的に嵌合するように設定される。またこのとき芯金Ａの軸端部も軸端保持孔２ａ，３ａ内に密着状態で収納されるよう設計されている。
【００２４】
このような設計を実現するために芯金保持部材２，３の加工精度は芯金Ａの軸方向公差とほぼ同等としている。芯金保持部材２，３を筒状金型１に締結する方法は各種方法が考えられるが、本実施例ではヘルールクランプを用い、ヘルールクランプ４で鍔部１ｃ，７ｂを、クランプ５で鍔部１ｄ，６ｂを締め込むことで締結している。ヘルールクランプを用いず当接させた鍔部相互をボルト締めしてもよい。鍔部同士を接合させることにより、芯金保持部材２，３が筒状金型１に対して傾いた状態で締結されるのを防止することができる。
【００２５】
また上部芯金保持部材２にはガス抜き孔２ｂが、他方、下部芯金保持部材３には液状樹脂を流し込むための樹脂供給手段が設けられている。樹脂供給手段としては種々のものが採用可能であるが、本実施例では特に自動化に適した構成とするため図４（ａ）で示すような構造を採用している。即ち、樹脂供給路３ｂの途中部に図４（ｂ）に示すように、樹脂供給路３ｂにおける樹脂の流通を阻止できる大径部３ｅと前記供給路における樹脂の流通を許す細径部３ｄとを備えた栓体３ｃを長手方向に進退可能に設け、栓体３ｃを進退させることで樹脂の注入・遮断できるようにしている。
【００２６】
このような構成の本実施例装置における芯金Ａのセッティングは次のようにして行う。先ず下部芯金保持部材３によって芯金Ａの一端を保持し、この状態の下部芯金保持部材３に対して筒状金型１を降下させて下部芯金保持部材３の山形嵌合体６を筒状金型１の拡径空間８に侵入させ、筒状金型１の傾斜内周面１ｂに突き当たるまで押し込む。突き当たりは、筒状金型１の傾斜内周面１ｂと山形嵌合体６のテーパー面６ａが全面にわたって面接触すると同時に、鍔部１ｄと鍔部６ｂとが当接することで行われる。このとき前記テーパー面相互の面圧と鍔部相互の面圧は同圧となるよう設定されている。次いで当接状態となった鍔部１ｄ，６ｂをヘルールクランプ５によって締め込む。ヘルールクランプ５を締め込むとヘルールクランプ５の内周縁が鍔部傾斜面に沿ってその内側に移動し、対面する鍔部に対して締結方向の分力が作用する。また鍔部同士を当接するまで締め付けることにより下部芯金保持部材３の筒状金型１に対する嵌合姿勢が矯正されるので芯金保持部材が傾いて締結されることが防止される。締結強度は、ヘルールクランプの鍔部に食い込んだ量で調整する。
【００２７】
次いで筒状金型１の上方から上部芯金保持部材２を降下させ、山形嵌合体７を筒状金型１内に侵入させ、上部芯金保持部材２を筒状金型１に突き当たらせて位置決めした後、当接状態となった鍔部７ｂと鍔部１ｃをヘルールクランプ４で締結した後、硬化型液状樹脂を成形空間内に充填する。
本装置は、このように筒状金型１の傾斜内周面１ａ，１ｂに芯金保持部材２，３に形成した山形嵌合体６，７の傾斜外周面６ａ，７ａが当接する位置にまで押し込むだけで、芯金Ａの保持位置が筒状金型１の径方向並びに軸方向の両方において設計位置に正確に位置決めされ、芯振れのないローラを得ることができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の効果を確かめるために行った実験について説明する。
（実施例１）
図１で示される本発明の装置に、軸端保持孔と芯金との隙間が１５μｍとなるよう加工した芯金をセットし、下部の注入孔より熱硬化性の液状樹脂を注入し、注入完了後、熱風オーブンにて１４０℃、３０分間で硬化させ、冷却、離型後、作製したローラの振れを測定した。測定器はキーエンス（株）製レーザー寸法測定器ＬＳ５０００である。測定方法はローラ２０本について芯金の両端を保持してローラを１回転させた時のローラの振れを軸方向に１０カ所測定し、その最大値をローラの振れ幅とした。ローラの振れ幅は５０μｍ以下のものが規格を満たした良品として扱われていることから、本実験における評価も５０μｍを基準に評価した。結果を表１に示す。表１に示される如くローラの振れ幅は１５μｍ〜２５μｍであり、その平均値は１８μｍと非常に良好なものであった。
【００２９】
【表１】
0003646520.tif 000002
【００３０】
（実施例２）
軸端保持孔と芯金との隙間が３μｍとなるよう加工した芯金を用いた以外は実施例１と同じ条件でローラを作製し、その振れを測定した。その結果、ローラの振れ幅は１３μｍ〜４２μｍであり、その平均値は２３μｍであった。軸端保持孔と芯金との隙間が３μｍと小さいことから振れ幅及び振れ幅平均値は小さかったが、軸端保持孔にスムーズに挿入できない芯金が４本あった。これは芯金の軸端部の外径寸法交差が５μｍ程度あるためである。また振れ幅が３０μｍを超えるものが４本あったが、これは芯金両端部の軸受け部の同芯度が十分でていないため、芯金が微妙に曲がった状態で金型に組み付けられているためである。
【００３１】
【表２】
0003646520.tif 000003
【００３２】
（実施例３）
軸端保持孔と芯金との隙間が３０μｍとなるよう加工した芯金を用いた以外は実施例１と同じ条件でローラを作製し、その振れを測定した。ローラの振れ幅は１５μｍ〜５２μｍであり、振れ幅が５０μｍを超えたローラが１本あったものの、振れ幅の平均値は３０μｍであり、この環境で作製されるローラは製品として十分許容できるものと判断される。尚、振れ幅が５０μｍを超えたローラを３次元測定器で分析したところ、芯金と成形体が偏芯しているのが確認された。
【００３３】
【表３】
0003646520.tif 000004
【００３４】
（比較例）
図６で示される従来装置に、軸端保持孔と芯金の隙間が１５μｍとなるよう加工した芯金をセットし、それ以外は実施例１におけるローラの作製手順に準じてローラを作製し、その振れを測定した。その結果、ローラの振れ幅は３０μｍ〜９０μｍであり、平均値は５５μｍと非常に悪いものであった。このうち振れ幅が５０μｍを超えたものが１２本あった。振れ挙動を分析した結果、ローラ端部の振れが大きいもの、ローラ中央部の振れが大きいものとまちまちであった。ローラ中央部の振れが大きいものは芯金に座屈応力が作用していたと推定される。またローラ端部の振れが大きいものは軸端保持孔内に偏って芯金がセットされた結果、筒状金型の中心と芯金の中心とが大きくずれたのが振れ幅を大きくした原因であると推定される。
【００３５】
【表４】
0003646520.tif 000005
【００３６】
以上の結果から、次のことがわかる。
軸端保持孔と芯金との間の隙間は小さい方が振れ幅を小さくする上では有利であるが、あまり小さすぎると芯金の軸端保持孔への挿入が困難となり作業性が低下する。また芯金の加工精度を高めることは加工コストの上からも限界がある。本発明装置を用いた場合は実施例３のように軸端保持孔と芯金との隙間が３０μｍ程度と比較的ラフな加工であっても振れ幅１５μｍ〜５０μｍ、振れ幅平均値３０μｍを実現できており、作業性の低下、加工コストの高騰を招くことなく芯振れの少ないローラが提供できている。
これに対して、従来装置を用いた比較例では、軸端保持孔と芯金との隙間が実施例１と同じ１５μｍであるにもかかわらず、ローラの振れ幅は３０μｍ〜９０μｍとそのばらつきは非常に大きく、平均値も５５μｍと非常に悪い結果となった。振れ幅を大きくする要因に座屈応力が関与していることを考えると、軸端保持孔と芯金との隙間を可能な限り小さくしても振れ幅を減少させる効果は本発明装置ほど顕著ではないと推定される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のローラの製造装置は、芯金保持部材の筒状金型への位置決めを、筒状金型に形成した傾斜内周面に芯金保持部材に形成した山形嵌合体の傾斜外周面を面接触させることで行うこととし、筒状金型内部において芯金を軸方向及び径方向の両方向において正確な位置関係で容易に設置できるようにした。このため従来の製造装置では組み付け時の作業性及び組み付け部品の加工精度の限界から、どうしても省略できなかった組み付け部品間の誤差吸収手段としてのクリアランスを設ける必要がなくなるとともに、軸方向の位置決めに際して芯金に座屈応力が作用することもないので芯金が撓むことはなく、芯振れのないローラを得ることができる。
【００３８】
また、筒状金型及び芯金保持部材の外周に鍔部を設けたので、芯金保持部材が傾いて筒状金型に締結されるおそれはなく、さらに、当接した鍔部をヘルールクランプを用いて締め付けることにより、芯金保持部材の筒状金型に対する締結強度は強固なものとなる。
【００３９】
さらに、芯金保持部材に設けた軸端保持孔と、この軸端保持孔に挿入される芯金の軸端とのクリアランスが５〜２５μｍに設定した場合、組立並びに成形作業後の芯金保持部材の筒状金型からの分離が容易でありながら、芯振れのないローラを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるローラの製造装置の一実施例を示す断面説明図
【図２】同実施例に用いた芯金の正面図
【図３】同実施例において下部芯金保持部材に筒状金型が嵌合される様子を示す説明図
【図４】（ａ）は同実施例における樹脂供給手段の断面図、（ｂ）は同樹脂供給手段の要部説明図
【図５】ローラの一例を示す
【図６】従来のローラの製造装置の一例を示す断面図
【符号の説明】
Ａ  芯金                    Ｂ  成形体
１  筒状金型                １ａ，１ｂ  傾斜内周面
１ｃ，１ｄ  鍔部            １ｅ  平坦面
１ｆ  傾斜面
２  上部芯金保持部材        ２ａ  軸端保持孔
２ｂ  ガス抜き孔
３  下部芯金保持部材        ３ａ  軸端保持孔
３ｂ  樹脂供給路            ３ｃ  栓体
３ｄ  細径部                ３ｅ  大径部
４，５  ヘルールクランプ
６  山形嵌合体              ６ａ  傾斜外周面
６ｂ  鍔部                  ６ｅ  平坦面
６ｆ  傾斜面                ７  山形嵌合体
７ａ  傾斜外周面            ７ｂ  鍔部
８  拡径空間                ９  成形空間
ａ  芯金                    ｂ  成形体
４０  縮径部                ４１  多段縮径部
５１  筒状金型              ５２ａ  上部芯金保持部材
５２ｂ  下部芯金保持部材    ５３ａ，５３ｂ  カバー
５４  注入孔                ５６  孔部
５７  ピン
【図１】
0003646520.tif 000006
【図２】
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【図３】
0003646520.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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