(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ローラの圧入部を強固で安定なものとし、かつ高精度なものとすることができる小型化が可能なローラ製造装置を提供することにある。【解決手段】両端部に穴加工を施した円筒状金属部材からなる胴部材３２を配置する胴部材保持ユニット５と、その両端側に一軸上に配置されていて円筒状の軸部材３３をそれぞれ保持する二つの軸部材保持ユニット６，７と、前記二つの軸部材保持ユニットをそれぞれ稼働する複数のシリンダー８，９と、前記胴部材を加熱する加熱部１０，１１とを備え、前記胴部材を加熱することによって穴径を少なくとも通常温度時よりも広げた状態で前記シリンダーを前進させることにより、前記二つの軸部材保持ユニットに配置した軸部材を胴部材の両端穴部に圧入する構成とした。【選択図】図１
2004106113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部に穴加工を施した円筒状金属部材からなる胴部材を配置する胴部材保持ユニットと、その両端側に一軸上に配置されていて円筒状の軸部材をそれぞれ保持する二つの軸部材保持ユニットと、前記二つの軸部材保持ユニットをそれぞれ稼働する複数のシリンダーと、前記胴部材を加熱する加熱部とを備え、前記胴部材を加熱することによって穴径を少なくとも通常温度時よりも広げた状態で前記シリンダーを前進させることにより、前記二つの軸部材保持ユニットに配置した軸部材を胴部材の両端穴部に圧入する構成としたことを特徴とするローラ製造装置。
【請求項２】
加熱部の構造が胴部材の両端面の穴部のみを加熱する構造であることを特徴とする請求項１に記載のローラ製造装置。
【請求項３】
加熱部による加熱時間を制御する制御機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のローラ製造装置。
【請求項４】
胴部材の表面温度を検知する温度検知手段が設けられ、該温度検知手段により検知された温度を加熱部の加熱機能出力制御にフィードバックする機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のローラ製造装置。
【請求項５】
加熱部による加熱手段として高周波誘導を用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のローラ製造装置。
【請求項６】
軸部材を胴部材の両端穴部に圧入した後、加熱部を冷却する冷却機構を備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のローラ製造装置。
【請求項７】
軸部材を冷却する冷却手段を設け、軸部材を冷却することによって該軸部材の軸径を通常温度時よりも小さくした状態で胴部材の両端穴部に圧入する構成としたことを特徴とする請求項１記載のローラ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置等に使用される各種のローラの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子写真装置等の製品における現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、駆動ローラ等の各種機能ローラは、画像品質に対応させるために極めて高精度なものが要求され、また、信頼性の面から回転時の耐トルクも高い値が望まれる。これを達成するために、無垢材の削り出し（切削、研削）や圧接部品の削り出し等の公知の製造方法では、部品が高重量となり、製品重量が重くなる、製造工数が増える、輸送コストが高くなる等の問題がある。また、近年の環境問題からは、削り出しによるプロセスは省資源の観点より問題となる。
【０００３】
したがって、機能ローラの胴部を構成する胴部材と、回転基準となる軸を構成する軸部材とを圧入して製造することがしばしば実施され、しかも、軸部分に関しては軸部材を圧入した後は一切加工しない製造プロセスが広く一般的に採り入れられている。
【０００４】
この場合、単純に片側の軸部材づつを圧入する従来提案の装置（例えば、特許文献１参照。）では、例えば、両側にＤカット部を設けた構造の軸の、Ｄカットの整列度を高精度に出すことはできない。このような場合、軸部材の圧入後にＤカット加工を施す必要があるから、軸部材の材質として、たとえば、ＳＵＭ−Ｎｉ、Ａｌのような材質に限定されてしまい、たとえばメッキ処理した材質を使用することができない。また、前記従来提案の装置（特許文献１参照。）では、圧入部材の圧入方向を自由に制御するためにワークを溶融させることが記載されているが、たとえば、マグネットローラを内臓する現像スリーブ等の薄肉アルミローラでは適用できない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９６４７号公報
【０００６】
本発明者らは、圧入精度を高めるために、軸部部材を保持するユニットを一軸上に配置した図７〜図９に示すような圧入装置を開発したが、この装置は公知技術文献等には掲載されていない。図において、２１は圧入装置全体を示し、２２は装置２１の底板、２３は側板、２４は補強バー、２５は胴部材保持ユニット、２６、２７は胴部材保持ユニット２５の両側に配置された軸部材保持ユニットであって、筒状の保持部２６ａ、２７ａには前記軸部材３３を保持する保持孔２６ｂ、２７ｂと該軸部材３３を押し込む押し込み部材２６ｃ、２７ｃをそれぞれ備えている。２８、２９は圧入シリンダーの先端部を示している。
【０００７】
前記装置２１の動作概要は次の通りである。図４に示すローラ３１を製造するに際し、図５に示すＳＵＭ−Ｎｉからなる軸部材３３を図８に示すように保持部２６ａ、２７ａの保持孔２６ｂ、２７ｂにそれぞれセットし、図６に示すＡｌからなる胴部材３２を図７に示すように胴部材保持ユニット２５にセットする。前記軸部材保持ユニット２６、２７が互いに接近する方向に前進し、前記保持部２６ａ、２７ａの対向先端面に形成された皿孔状の凹部で前記胴部材３３の両端を挟持する形態で胴部材３３をクランプする。この状態でシリンダーが左右交互又は同時に前進し、押し込み部材２６ｃ、２７ｃを介して前記軸部材３３を前記胴部材３２の両端に圧入する。
【０００８】
我々が開発した従来のこの圧入装置２１では、高耐トルクとするためには、圧入部の嵌合度（ここでは胴部の穴径と軸径の差とする）を増加させる必要があり、嵌合度を増やすことによっては圧入力が高くなる現象がある。図１１は、前記のようにして図４に示す構成のローラ３１の製造時に、前記軸部材３３を胴部材３２に圧入した場合の圧入力変動を示すグラフ図である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１１からも明らかなように、嵌合度の増加に伴い圧入力が増加しているが、最終的に飽和している。これはシリンダーの定格容量を越えたためであり、実際には必要量圧入されていない（途中で停止している）ことを示している。したがって、所定量圧入するには容量が大きく強度の高いシリンダーが必要となる。
【００１０】
また、軸部材保持ユニット２６、２７を高精度に一軸上に配置したとしても、嵌合度の増加に伴って軸部材の同軸度が著しく低下することが認められる。これは圧入力（圧入抵抗）の上昇により、嵌合部に傷が発生する、嵌合部の部品が変形する、設備に変形が発生する等の要因によるものである。この設備の変形を防ぐためには設備の構造を重厚なものとする必要があり、前述の高容量のシリンダーを用いなければならないことと相俟って装置の大型化が余儀なくされ、また、傷の発生や部品自体の変形による精度低下は避けられない。さらに、このようなローラに対して最終機能付加として焼付け塗装を施した際に軸が倒れるという、圧入時の内部歪によると思われる現象が確認されている。
【００１１】
本発明の目的は、ローラの圧入部を強固で安定なものとし、かつ高精度なものとすることができる小型化が可能なローラ製造装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のローラー製造装置は、請求項１に記載のように、両端部に穴加工を施した円筒状金属部材からなる胴部材を配置する胴部材保持ユニットと、その両端側に一軸上に配置されていて円筒状の軸部材をそれぞれ保持する二つの軸部材保持ユニットと、前記二つの軸部材保持ユニットをそれぞれ稼働する複数のシリンダーと、前記胴部材を加熱する加熱部とを備え、前記胴部材を加熱することによって穴径を少なくとも通常温度時よりも広げた状態で前記シリンダーを前進させることにより、前記二つの軸部材保持ユニットに配置した軸部材を胴部材の両端穴部に圧入する構成としたことを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記加熱部の構造として、胴部材の両端面の穴部のみを加熱する構造とすることができ（請求項２）、また、加熱部による加熱時間を制御する制御機構を備えさせることができる（請求項３）。
【００１４】
さらに、胴部材の表面温度を検知する温度検知手段を設け、該温度検知手段により検知された温度を加熱部の加熱機能出力制御にフィードバックする機能をもたせることができる（請求項４）。
【００１５】
前記加熱部による加熱手段として高周波誘導を用いることができる（請求項５）のは勿論、軸部材を胴部材の両端穴部に圧入した後、前記加熱部を冷却する冷却機構を備えさせることができ（請求項６）、また、軸部材を冷却する冷却手段を設けて、軸部材を冷却することによって該軸部材の軸径を通常温度時よりも小さくした状態で胴部材の両端穴部に圧入する構成とすることができる（請求項７）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図中、１はローラ製造装置の全体を示し、２は装置１の底板２、３は側板、４は補強バー、５は胴部材保持ユニット、６、７は胴部材保持ユニット５の両側に一軸上に配置された軸部材保持ユニットであって、筒状の保持部６ａ、７ａには図４〜図６に示すような軸部材３３を保持する保持孔６ｂ、７ｂと該軸部材３３を胴部材３２に押し込む押し込み部材６ｃ、７ｃをそれぞれ備えており、これらの基本的な構成及び動作は既に説明した図７〜図９に示す装置の構成と同様である。また、８、９は圧入シリンダーの先端部を示し、８ａ、９ａはトルク検出部である。
【００１７】
本発明に係るローラ製造装置１の特徴的構成は、前記のように両側の軸部材保持ユニット６、７を同軸上に配置すると共にその内側に加熱装置１０、１１を配置したことである。これにより、圧入動作直前に胴部材３２を加熱することが可能となり、胴部材３２を加熱して軸部材３３を圧入すべき穴の穴径を通常温度時よりも広げた状態で軸部材３３を圧入するものである。
【００１８】
前記加熱装置１０、１１による加熱方式としては、汎用ヒーターやこれを用いた熱風照射を用いることが可能であるが、実施例では誘導加熱装置が用いられている。図２の断面図において、１２は誘導加熱コイルを示している。加熱温度は誘導加熱装置の出力と時間によって異なるため、加熱時間を制御する機構を付設する。これにより、動作内での温度を均一に保つことができ、また、連続出力での急激な温度上昇がなくなり、操作性が向上した。
【００１９】
前記のように加熱方式を誘導加熱方式とすることにより、短時間での加熱が可能となり、かつ設備の小型設計が可能となると共に、環境（省エネルギー）の点でも利点がある。また、胴部材３２の両端のみを加熱するように加熱手段を分散したから、胴部材３２の全面を加熱する場合と比較し低エネルギーでの加熱が可能となり、しかも胴部材３２の全体としては低温を保つことができるために操作性が極めて良好である。さらに、圧入後に図示するようなエアーノズルによる冷却装置１３で冷風をかけて冷却する場合においても操作性上有利である。なお、図１中、１４は図３に明示するような温度センサー（放射温度計）である。
【００２０】
前記のような構成のローラ製造装置１により、図４に示すローラを製造するに際しては、軸部材３３を軸部材保持ユニット６、７にそれぞれセットし、胴部材３２を図１に示すように胴部材保持ユニット５にセットする。前記軸部材保持ユニット６、７が互いに接近する方向に前進し、前記保持部６ａ、７ａの対向先端面に形成された皿孔状の凹部で前記胴部材３２の両端を挟持する形態で胴部材３２をクランプする。この状態でシリンダーが左右交互又は同時に前進し、押し込み部材６ｃ、７ｃを介して前記軸部材３３を前記胴部材３２の両端に圧入する。
【００２１】
図１０は、前記のようにしてローラを製造するに際し、前記胴部材３２の表面温度を水準としたときの嵌合度に対する圧入力推移を示すグラフ図であり、胴部材３２の表面温度は、圧入部付近の胴部温度を図１において温度センサー１４が配置されている位置で検知した。検知手段としては放射温度計を用いたが、その他の方法でも可能であり、また、これを加熱手段温調制御にフィードバックすることによって、前述の時間制御と同等以上に温度の均一性が向上した。
【００２２】
図１０のグラフにおいて、実線は加熱しない通常温度（２５℃）時の圧入状態、点線は１００℃加熱時の圧入状態、一点破線は２００℃加熱時の圧入状態を示しており、このグラフ図からも明らかなように、加熱温度の上昇に伴って、同一嵌合での圧入力が低下していることがわかる。このことから、たとえば、２０μｍの嵌合量の耐トルクを得るために、加熱しない通常温度（２５℃）の場合は設備的に３ｋＮレベルのシリンダ容量が必要であり、２００℃に加熱した場合は１ｋＮ未満の容量で足りることになる。
【００２３】
前記のようにして圧入された軸部材の軸部根元から軸先端までの長さは３０ｍｍであったが、軸部を精度的に検討すると、加熱しない場合は軸根元を基準として測定した軸先端の回転フレが３０μｍであったのに対し、１００℃加熱で２５μｍ、２００℃加熱では６μｍとなり、加熱することによって顕著な効果を示すことが判った。
【００２４】
これは、加熱により胴部両端の穴（両端加工機により加工）径が広がったことによって、圧入動作時の嵌合が容易となり、圧入抵抗が小さくなったために精度が向上したことを意味し、さらに加工終了後常温に戻った際には正規の嵌合量で耐トルクが得られることを示す。
【００２５】
なお、前記胴部材３２の穴径と軸部材３３の軸径との差を大きくするという目的では、軸部材３３を冷却して通常温度時よりも軸径を小さくすることによっても同様の効果があることは明白である。ただし、軸部材はとくに剛性の高い材質を用いる場合が多く、線膨張係数が比較的小さくなることが多いから、軸部材の冷却手段はアシスト的な手段として採用することが望ましい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係るローラ製造装置によれば、
請求項１に記載のものにおいては、圧入部を加熱することにより圧入抵抗を低減できるから、高耐トルクと高精度の両要求を満足するローラを得ることが可能である。また、設備のシリンダ容量の低減化、剛性の低減化が可能となって装置の小型化を実現することができる。
【００２７】
請求項２に記載のものにおいては、胴部材の両端部のみを効率よく加熱するため、圧入作業の時間的短縮が可能となり、作業環境面での向上を図ることができる。請求項３に記載のものにおいては、加熱時間制御機構を設けることにより無駄な昇温がなく、均一な温度上昇となるため、精度ばらつきが低減されると共に作業性が向上する。
【００２８】
請求項４に記載のものにおいては、胴部材の表面温度を検知する手段が設けられていて、温度を直接制御できるから、請求項３に記載のものと同等以上の効果を期待することができる。請求項５に記載のものにおいては、加熱装置として高周波誘導を用いるものであるから、昇温効率が向上するため、設備の小型化、短時間での作業を具現化することが可能となる。
【００２９】
請求項６に記載のものにおいては、軸部材の圧入後に胴部の加熱部を冷却するものであるから、作業性が著しく向上する。請求項７に記載のものにおいては、軸部材を冷却する冷却装置を設けたものであるから、胴部材の穴径と軸部材の軸径との差をより確実に大きく確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るローラ製造装置の実施例を示す正面図である。
【図２】加熱装置の断面図である。
【図３】放射温度計の正面図である。
【図４】軸部圧入型ローラの例を示す一部断面図である。
【図５】軸部材の正面図である。
【図６】胴部材の正面図である。
【図７】我々が先に開発した圧入装置を示す正面図である。
【図８】軸部材保持ユニットへの軸部材のセット過程を示す断面図である。
【図９】胴部材をクランプした状態を示す装置の正面図である。
【図１０】図７の圧入装置で軸部材を圧入したときの嵌合度と圧入力の関係を示すグラフ図である。
【図１１】本発明に係るローラ製造装置を使用してローラを製造したときの嵌合度と圧入力の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　　　　　　ローラ製造装置全体
２　　　　　　底板
３　　　　　　側板
４　　　　　　補強バー
５　　　　　　胴部材保持ユニット
６、７　　　　軸部材保持ユニット
８、９　　　　シリンダー先端部
１０、１１　　加熱装置
１２　　　　　誘導加熱コイル
１３　　　　　冷却装置
１４　　　　　温度センサー
【図１】
2004106113.tif 000003
【図２】
2004106113.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004106113.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004106113.tif 000009
【図８】
2004106113.tif 000010
【図９】
2004106113.tif 000011
【図１０】
2004106113.tif 000012
【図１１】
2004106113.tif 000013