(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製ワークの表面に液体ホーニング加工を施して粗面化する金属製ワークの表面加工方法において、
前記金属製ワークがアルミニウムまたはアルミニウム合金製の円筒管であり、アルミナ砥粒を水に分散させたホーニング液を用い、ホーニングガンとワークの外周面との間にホーニング液の吐出方向を金属製ワークの径方向から横切る状態に並設された二つの邪魔板からなるオリフィス部材により、前記ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液の吐出広がり角αを、先広がり角βがβ＜０．８×αとなるように規制し、かつ前記ホーニング液の砥粒の入射角を０〜３０°に設定することを特徴とする金属製ワークの表面加工方法。
【請求項２】
金属製ワークの回転に伴ってホーニングガンが下方へ移動することにより、前記金属製ワークの表面に螺旋状の加工軌跡を描きながら管軸方向の全長にわたって液体ホーニング加工する請求項１に記載の金属製ワークの表面加工方法。
【請求項３】
前記液体ホーニング加工によりワークの外周面にナイフエッジ状の突起を生成しない請求項１または２に記載の金属製ワークの表面加工方法。
【請求項４】
金属製ワークの表面に液体ホーニング加工を施して粗面化する金属製ワークの表面加工装置において、
前記金属製ワークがアルミニウムまたはアルミニウム合金製の円筒管であり、ホーニング液がアルミナ砥粒を水に分散させたものであり、ホーニングガンとワークの外周面との間に、前記ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液の吐出広がり角αを、先広がり角βがβ＜０．８×αとなるように規制し、かつ前記ホーニング液の砥粒の入射角を０〜３０°に設定する二つの邪魔板からなるオリフィス部材を、ホーニング液の吐出方向を金属製ワークの径方向から横切る状態に並設したことを特徴とする金属製ワークの表面加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンタおよびファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置における感光体ドラム用円筒形金属製基体の製造工程などで適用される金属製ワークの表面加工方法および表面加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式の画像形成装置における感光体ドラム基体は、高い寸法精度と同時に、高い画像品質を得るうえから均一な表面加工状態を確保することが要求される。
【０００３】
前記感光体ドラム基体としては、コストなどの点で有利なアルミニウム（その合金を含む、以下同じ）製の切削管が採用されていたが、基体表面（外周面）を鏡面仕上げするのに手間がかかるなどの難点があることから、この切削管に代わって、絞り管や押出管をしごき加工あるいは引き抜き加工すると同時に表面の鏡面化が達成されるＤＩ管、ＥＩ管およびＥＤ管などの無切削管を使うことが多くなっている。
【０００４】
しかし、無切削管は上記鏡面部が得られやすいものの、露光用にレーザー光を扱うレーザープリンタなどの感光体ドラムに供した場合、前記基体表面に鏡面部が存在するが故に、可干渉性を有するレーザー光を照射した際の感光層での反射光と感光層を透過した基体表面での反射光とが干渉することがあり、感光層に干渉縞状の濃淡むらが現出するという問題が残されている。
【０００５】
このような事情から、露光時に感光体ドラム基体の表面に達したレーザー光を乱反射させて反射光を減少させるために、特開平５ー９８３２７号公報に開示されているように、微細な砥粒を水に分散させたホーニング液をホーニングガンにより吐出させる液体ホーニング加工により、前記感光体ドラム基体表面を粗面化する技術が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この液体ホーニング加工は、感光体ドラム基体の表面を比較的簡単に粗面化することができるものの、ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液をそのまま感光体ドラム基体の表面に当てる通常の使用形態では、加工後の表面に多数の欠陥が発生し、感光剤の塗工が適正な状態に行えないことが判明した。
【０００７】
具体的には、感光体ドラム基体の表面に図１１に示すような主にナイフエッジ状の突起Ｚが残存し、表面加工後に感光体ドラム基体の表面に感光剤を塗工して感光層を形成した際、前記突起Ｚを起点とする感光剤の塗工溜まりが発生し、これが原因で感光層の表面の均一性が損なわれ、画像品質の低下を招くおそれがあった。
【０００８】
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであり、感光体ドラム基体などの金属製ワークの表面を、液体ホーニング加工により欠陥のない状態で良好に粗面化することが可能な金属製ワークの表面加工方法および表面加工装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明者等は、上記課題を解決するために、まず、表面加工した無切削管における多数の塗工欠陥部について、詳細に観察した結果、欠陥形態に一定の規則性があることを見いだした。つまり、図５に示すワークとしての感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａにおける塗工欠陥部ＮＧについて、その管径方向へ沿った横断面形状を観察してみると、図６に示すようなナイフエッジ状突起Ｚが形成された状態であり、管軸方向へ沿った縦断面形状では、図７に示すような窪みＨが形成されている状態であった。
【００１０】
上記突起Ｚの存在について、この発明者等は、当初、無切削管の表面に存在した傷などの欠陥が前記液体ホーニング加工を実施した際の砥粒で叩かれて、ばり状に変形したものと考えていた。しかし、鏡面仕上げされた切削管について同様の液体ホーニング加工を施してみると、無切削管の場合と同様の塗工欠陥が発生したことから、前記塗工欠陥ＮＧが液体ホーニングの加工法自体に起因しているものと推定した。
【００１１】
この事実と前記欠陥部ＮＧの断面形状とからさらに考察を深めて、前記突起の生成状況を以下のように分析した。
【００１２】
図８に示す一般的な液体ホーニング加工方法において、ホーニングガン１０１から先広がり状に吐出するホーニング液Ｆが感光ドラム基体Ｗの表面Ｗａに当たるに伴い、そのホーニング液Ｆに含まれる砥粒（図９および１０）Ｐが感光ドラム基体Ｗの表面Ｗａに衝突する。その衝突点における砥粒Ｐの入射角θの違いにより、塗工欠陥生成の可否が決まると推察した。
【００１３】
つまり、図９に示すように、砥粒Ｐの入射角θが比較的大きいと、砥粒Ｐの衝突時に前記表面Ｗａがえぐられて突起Ｚが形成され、砥粒Ｐの通過で突起物Ｚが鋭角状に変形される。これに対して、図１０に示すように、砥粒Ｐの入射角θが比較的小さいと、砥粒Ｐによる衝突時のえぐり作用が弱まって表面Ｗａに窪みＨが形成される。
【００１４】
そこで、前記入射角θが小さくなるように、前記ホーニング液Ｆの吐出広がり角（図８）α０を機械的に規制した状態で、液体ホーニング加工を施した結果、前記突起Ｚの発生が激減し、塗工欠陥ＮＧの発生率が抑えられることを知り、この発明を完成させるに至った。
【００１５】
すなわち、この発明は、金属製ワークの表面に液体ホーニング加工を施して粗面化する金属製ワークの表面加工方法において、ホーニングガンとワークの表面との間に配設したオリフィス部材により、前記ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液の吐出広がり角を規制することを特徴とする金属製ワークの表面加工方法に係るものである。
【００１６】
この表面加工方法によれば、ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液がワークの表面に当たると、ホーニング液中の砥粒による衝撃力で窪むように塑性変形し、加工された表面全体で梨面のように粗面化される。
【００１７】
前記ホーニングガンから吐出したホーニング液は、ワーク表面に当たる前にオリフィス部材により吐出広がり角が規制され、オリフィス部材のスリット（開口）を通過したホーニング液がワークの表面に当たる。このため、ホーニング液がワーク表面おける吐出中心線に近い表面部位に当たるようにスリット開口幅を設定することにより、その表面部位に衝突する砥粒の入射角が比較的小さいものばかりに揃えられる。この結果、前記表面部位には、砥粒によるえぐり作用による突起が形成されにくくなり、砥粒の衝突による窪みだけ残存する所望の粗面が形成される。
【００１８】
また、金属製ワークの表面に液体ホーニング加工を施して粗面化する金属製ワークの表面加工装置において、ホーニングガンとワークの表面との間に、前記ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液の吐出広がり角を規制するオリフィス部材を配設した場合には、比較的簡単な構成でありながら前記ワークの表面に欠陥のない状態で粗面化が達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
以下の実施形態において、表面加工の対象となる金属製ワークは、画像形成装置の感光体ドラムに供されるアルミニウム製の円筒形感光体ドラム基体である。
勿論、この感光体ドラム基体の材質は、アルミニウムに限られるものではない。
【００２１】
図１は、この発明の実施形態にかかる金属製ワークの表面加工方法が適用された円筒形アルミニウム製感光体ドラム基体の表面加工装置を示す斜視図である。
【００２２】
図１において、感光体ドラム基体Ｗは、縦姿勢に保持されるとともに、その管軸周り（矢印ｃ方向）へ回転可能に設定されており、モータなどの駆動装置（図示せず）により、１００ｒｐｍ程度の速度で回転駆動されるようになっている。
勿論、感光体ドラム基体Ｗの姿勢は、任意に設定可能である。
【００２３】
この感光体ドラム基体Ｗの管径方向外方には、液体ホーニング加工用のホーニングガン１が前記感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａに向けて配設されるとともに、図示しない液体ホーニング加工機本体側に支持されている。このホーニングガン１は、ホーニング液（図２）Ｆを図２に示すように、先広がり状に吐出して該感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａを粗面化するもので、加工時には、感光体ドラム基体Ｗの管軸方向（図１の矢印ａ，ｂ方向）へ沿って、０．８ｍ／分程度の速度で移動するように構成されている。
【００２４】
前記ホーニング液Ｆは、平均粒径が３０μｍ程度のアルミナなどの微細な金属砥粒を水などの液体に分散したものであり、図示しないホーニング液収容部から前記ホーニングガン１に圧送されるようになっている。ホーニングガン１からの吐出圧は、感光体ドラム基体Ｗとホーニングガン１との距離によるが、通常の使用形態では、１ないし２ｋｇ／ｃｍ2程度であればよい。
【００２５】
なお、ホーニングガン１を感光体ドラム基体Ｗの管軸周りに回動させることも可能であるが、この例のように、感光体ドラム基体Ｗを回転させる方がホーニング液の圧送路の引回しなどを含めて構成を簡素化することができる。
【００２６】
前記ホーニングガン１と感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａとの間には、図２に示すように、感光体ドラム基体Ｗの横断面（径方向に沿った面）内でのホーニング液Ｆの吐出広がり角α０を規制するオリフィス部材２が配設されるとともに、前記ホーニングガン１側に支持されている。
【００２７】
このオリフィス部材２は、たとえば、ホーニング液Ｆの吐出方向を感光体ドラム基体Ｗの径方向から横切る状態に並設された二つの邪魔板２Ａ，２Ｂからなり、両邪魔板２Ａ，２Ｂ間の間隙により管軸方向へ沿って開口するスリット２ａが構成されている。このスリット２ａは、前記ホーニング液Ｆが前記感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａにおける吐出中心線に近い表面部位に向かって通過するように、その開口幅Ｄが調整されている。
【００２８】
なお、前記邪魔板２Ａ，２Ｂは、ホーニング液Ｆの吐出力に耐えられる強度が確保されるものであれば、その材質は任意に選択可能である。また、オリフィス部材２は、前記二つの邪魔板２Ａ，２Ｂが一体化されたものであってもよく、また、スリット２ａの形状も任意に変更可能である。
【００２９】
つぎに、上記構成の表面加工装置により感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａを粗面化する加工手順を説明する。
【００３０】
まず、ホーニングガン１を加工開始位置、つまり、感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａにおける管軸方向上端側に対応する位置に設定するとともに、ホーニング液Ｆの管軸方向の吐出角γが、たとえば９０°となるようにホーニングガン１の管軸方向の向きを設定する。
【００３１】
そして、前記感光体ドラム基体Ｗを管軸周りに回転させた状態で、前記ホーニングガン１からホーニング液Ｆを吐出させると、このホーニング液Ｆは、先広がり状になってオリフィス部材２のスリット２ａを通過したものが感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａに当たる。このホーニング液Ｆが当たる際の砥粒Ｐの衝撃力を受けて前記表面Ｗａが窪み状に塑性変形し、これによって、感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａのうちホーニング液Ｆが当たった領域が梨面状に加工される。
【００３２】
前記感光体ドラム基体Ｗの回転に伴ってホーニングガン１が下方へ移動することにより、感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａが螺旋状の加工軌跡を描きながら管軸方向の全長にわたって液体ホーニング加工が効率良く実施される。勿論、前記ホーニングガン１を固定し、感光体ドラム基体Ｗを管軸方向へ移動させることも可能である。
【００３３】
ここで、前記ホーニングガン１から吐出したホーニング液Ｆがオリフィス部材２により、その吐出広がり角（図２）α０が規制される。換言すれば、図２に示すように、ホーニング液Ｆは、前記オリフィス部材２のスリット２ａを通過したものだけが前記感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａにおいて、吐出中心線に近い表面部位に当たり、吐出中心線から遠く離れた表面部位には、オリフィス部材２を構成する邪魔板２Ａ，２Ｂにマスキングされて当たらないことになる。ホーニング液Ｆが前記吐出中心線に近い部位に当たる範囲は、前記スリット２ａの開口幅Ｄによって決定される。
【００３４】
これにより、図３に示すように、前記スリット２ａを通過しないホーニング液Ｆにおける砥粒Ｐ１は、前記表面Ｗａに対する入射角度θ１が比較的大きくなるのに対して、スリット２ａを通過したホーニング液Ｆにおける砥粒Ｐは、前記入射角度θが比較的小さく、前記表面Ｗａに対するえぐり作用が弱い。このため、スリット２ａを通過したホーニング液Ｆが当たる表面部位には、前述したエッジ状の突起が形成されにくくなる一方、砥粒Ｐの衝撃力による窪みだけが形成され状態となり、加工された全域に良好な粗面が形成される。したがって、この感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａに感光剤を塗工した際、塗工溜まりが発生せず、表面Ｗａの全域で均一な塗工状態が得られ、画像品質の向上が保証される。
【００３５】
上記表面Ｗａに対する砥粒Ｐによる良好なえぐり作用を発揮して、適正な窪みを得るために、砥粒Ｐの入射角θを０〜３０°に設定して前記吐出広がり角α０を規制するのが望ましい。
【００３６】
【実施例】
図１に示す表面加工装置を使用し、以下の条件により感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａに対して液体ホーニング加工を施した。
【００３７】
なお、表面加工装置におけるホーニングガン１は、吐出条件を変えるために、ホーニング液Ｆの管軸方向における吐出角度γが９０°になる向き（図１の実線で示す向き）と、４５°になる向き（図１の鎖線で示す向き）とのいずれかに選択できるように構成した。
【００３８】
ホーニング液：平均粒径３０μｍの球状のアルミナ砥粒を水に１０重量％で分散したもの
感光体ドラム基体Ｗの回転数：１００ｒｐｍ
ホーニングガンの移動速度：０．８ｍ／分
ホーニング液Ｆの吐出圧：１．５ｋｇ／ｃｍ2 ，２．０ｋｇ／ｃｍ2
ホーニング液Ｆの吐出角度γ：４５°，９０°
オリフィス部材：有り，無し
このような条件下で液体ホーニングにより表面加工された感光体ドラム基体Ｗの表面状態の評価を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0004801253.tif 000002
【００４０】
この表１から明らかなように、Ｎｏ１〜４のように、オリフィス部材２を使用しないと、感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａに突起が残存する欠陥が多く発生した。これに対して、Ｎｏ５〜８のように、オリフィス部材２を使用すると、感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａに突起などが存在しない良好な加工状態を得ることができた。
【００４１】
ただし、オリフィス部材２を使用した状態でも、Ｎｏ５，７（吐出角度が４５°）に比べてＮｏ６，８（吐出角度が９０°）の評価が良くなっている。
【００４２】
これは、吐出角度が９０°の場合に比して、吐出角度が４５°の場合の方が、前記感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａにおける前記入射角θが大きくなる部位が増えるからである。したがって、前記吐出角度γは、最適な９０°を中心として、６０〜１２０°の範囲に設定するのが好ましい。
【００４３】
上記の結果を参考にして、オリフィス部材２のスリット形状とホーニング液Ｆの先広がり角α０の規制範囲について、最適条件を検討した結果、次のことが分かった。
【００４４】
図４において、感光体ドラム基体Ｗの横断面内において、ホーニングガン１の吐出中心Ｏから前記感光体ドラム基体Ｗの表面Ｗａを通る二つの接線Ｌ，Ｌのなす角をαとし、ホーニングガン１の吐出中心Ｏから前記スリット２ａの幅方向の各内端面を通る二つの線ｌ，ｌのなす角（規制されたホーニング液Ｆの先広がり角）をβとすると、β＜αの関係に設定するのが絶対条件である。
【００４５】
前記ホーニング液Ｆの先広がり角をβと前記接線Ｌ，Ｌのなす角αの差がほとんどない場合には、前記砥粒Ｐの入射角θが吐出中心線上の近い表面部にまとめられないし、逆に両角α，βの差が大き過ぎると、単位加工面積が小さくなり、加工効率の低下を招く。これらのことを勘案して、好ましい条件は、下式通りとなる。
【００４６】
β＜０．８×α
ところで、この発明の金属製ワークの表面加工装置により加工される金属製ワークは、上記のような円筒形の感光体ドラム基体Ｗに限られるものではなく、円柱形や半円形の棒体などのような横断面に略円弧状の表面を有するものの他に、多角形などの角形ワークであってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明は、金属製ワークの表面とホーニングガンとの間に配設したオリフィス部材により、ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液の吐出広がり角を規制するようにしたので、ホーニング液がワークの表面における吐出中心線に近い表面部位に限って当たるように調整すれば、その表面部位に衝突する砥粒の入射角が比較的小さくなって微小突起の残存しない所望の粗面を形成できる。したがって、たとえば、感光体ドラムに供する基体にあっては、基体に塗工された感光層に塗工溜まりが発生せず、画像の高品質化に対応できる効果を奏する。
【００４８】
また、金属製ワークの表面に液体ホーニング加工を施して粗面化する金属製ワークの表面加工装置において、ホーニングガンとワークの表面との間に、前記ホーニングガンから先広がり状に吐出するホーニング液の吐出広がり角を規制するオリフィス部材を配設した場合には、構造の複雑さを招くことなく、前記ワークの表面を良好な粗面に加工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる金属製ワークの表面加工方法が適用される円筒形アルミニウム合金製感光体ドラム基体の表面加工装置を示す斜視図である。
【図２】同じく表面加工装置におけるホーニング液の吐出状況を示す平面図である。
【図３】同じく表面加工装置による要部の動作説明図である。
【図４】ホーニング液の吐出広がり角の設定条件の説明図である。
【図５】表面に欠陥が発生した感光体ドラム基体を示す斜視図である。
【図６】図５の欠陥部分を示すためのVI−VI線に沿った横断面図である。
【図７】図５の欠陥部分を示すためのVII−VII線に沿った縦断面図である。
【図８】通常の液体ホーニング加工によるホーニング液の吐出状況の説明図である。
【図９】砥粒の入射角が大きい場合の表面加工状況の説明図である。
【図１０】砥粒の入射角が小さい場合の表面加工状況の説明図である。
【図１１】従来の液体ホーニング加工によりワークの表面に残存する欠陥状況を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・ホーニングガン
２・・・・・・オリフィス部材
Ｆ・・・・・・ホーニング液
Ｗ・・・・・・ワーク
Ｗａ・・・・・ワークの表面
α０・・・・・ホーニング液の吐出広がり角
β・・・・・・規制されたホーニング液の吐出広がり角
γ・・・・・・吐出角度
【図１】
0004801253.tif 000003
【図２】
0004801253.tif 000004
【図３】
0004801253.tif 000005
【図４】
0004801253.tif 000006
【図５】
0004801253.tif 000007
【図６】
0004801253.tif 000008
【図７】
0004801253.tif 000009
【図８】
0004801253.tif 000010
【図９】
0004801253.tif 000011
【図１０】
0004801253.tif 000012
【図１１】
0004801253.tif 000013