(57)【要約】【課題】外径のバラつきによらず安定した保持を可能とする各種のローラ用シャフトおよびこれを用いたローラを提供する。【解決手段】ローラ用のシャフトにおいて、前記シャフトの端部の角に創製された面取り部が、該シャフトの端面側から、Ｒ面取り部および該Ｒ面取り部に接するＣ面取り部の順で構成されていることを特徴とするローラ用シャフト。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラ用のシャフトにおいて、前記シャフトの端部の角に創製された面取り部が、該シャフトの端面側から、Ｒ面取り部および該Ｒ面取り部に接するＣ面取り部の順で構成されていることを特徴とするローラ用シャフト。
【請求項２】
前記Ｒ面取り部の中心位置が前記シャフトの軸中心より寸法取りされ、該シャフトのＲ面取り部が創製される角度がシャフト軸に対し９０°未満の範囲であり、かつ該Ｒ面に接するＣ面取り部が該シャフトの外径まで創製されていることを特徴とする請求項１に記載のローラ用シャフト。
【請求項３】
請求項１または２記載のローラ用シャフトの外周に少なくとも１層以上の弾性体層を有することを特徴とするローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術野】
本発明は、レーザービームプリンタ等の電子写真装置に用いられる各種ローラのシャフトとして用いることのできるローラ用シャフトおよびこのローラ用シャフトを用いたローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にレーザービームプリンタ等の電子写真装置には、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、定着ローラ、加圧ローラ、給紙ローラ等様々なローラが使用されている。これらのローラに用いられるシャフトは、図４に示すように、一般的にシャフト１の端部の角にＣ面取りが施されている。
【０００３】
これらのローラは、その用途に応じて所定の外径精度、振れ精度、表面精度が要求される。この要求に応じるために、これらのローラは、例えば、チューブ状に押し出して作製した弾性体にシャフト１を挿入し、シャフト１の外周部を弾性体層で被覆し、さらに所定の精度とするために弾性体層を研磨して作製されたり、或いは所定の精度でローラを形成することのできる成形金型にシャフト１をセットし、成形金型のキャビティにゴム材料を装入し加熱硬化等してシャフト１の外周部に弾性体層を形成し、所望の場合にはさらに弾性体層を研磨して作製される。
【０００４】
研磨を行う際は、図５に示すように、振れ精度を良くするため、逆センタと呼ばれる、すり鉢状の凹部を有する支持体４でシャフトの角を保持する。また、成形金型を用いて弾性体層を形成する場合も、振れ精度を向上させるため、成形金型のシャフト支持部を逆センタと同様にすり鉢状の凹部を有するものとすることがある。
【０００５】
一般的にシャフト１のＣ面取りの角度θ２と逆センタ４のテーパ角度θ４を同一に設定しても、加工精度により、シャフト１と逆センタ４とを面接触させることは不可能である。このため、通常シャフト１のＣ面取り部の角度θ２と逆センタ４のテーパ角度θ４は、異なる。
【０００６】
例えば、シャフト１のＣ面取りの角度θ２よりも逆センタ４のテーパ角度θ４が小さい場合、シャフト１は、Ｃ面取り部の外径側のエッジで逆センタ４と接触する。ローラの弾性体層の研磨等を行うような場合において、ローラがスリップしないように逆センタ４の保持力を強めると、シャフト１のＣ面取り部の外径側エッジが潰れ、シャフト１の外径がわずかに大きくなることがある。シャフトの外径が大きくなるとプリンタ本体にローラを組み込む際や、軸受けや駆動用のギヤにシャフトを取り付ける際に、シャフトが挿入できなくなる等の問題が発生する。
【０００７】
また、シャフト１のＣ面取り部の角度θ２よりも逆センタ４のテーパ角度θ４が大きい場合、シャフト１は、Ｃ面取り部の端面側のエッジで逆センタ４と接触する。この場合は、センタリングの効果が不充分となったり、逆センタ４の保持力が低下する等の問題が発生する。
【０００８】
また、通常、シャフト１の直径φＤは、許容できる公差内でバラついている。このため、面取り量もバラつき、逆センタ４等の保持治具との接触位置５ａ（５ｂ）が変化し、シャフト１が保持される位置がバラつく。この接触位置のシャフト軸方向のバラつきΔＬは、例えば、シャフト１のＣ面取り部の角度θ２よりも逆センタ４のテーパ角度θ４が小さい場合、シャフトの直径φＤのバラつきの最大値をＤ１、最小値をＤ２とすると、（Ｄ１−Ｄ２）／２×ｔａｎ（θ４）となる。このようにシャフト１の保持位置がバラつくと、適用するローラによっては、充分な振れ精度が得られないといった問題があった。
【０００９】
保持部材の逆センタ４等との接触部が潰れて、シャフト１の外径が広がるのを防ぐ方法として、面取り部を２段にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、シャフト１と逆センタ４等の保持部材との接触部が潰れる問題を防ぐことができるが、シャフト１の直径φＤのバラつきによる、保持位置のバラつきを防ぐことができなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１４５７６１号公報（請求項１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、電子写真装置に使用される、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、定着ローラ、加圧ローラ、給紙ローラ等の各種ローラのシャフトとして利用する場合に、研磨工程や成形金型等を用いた弾性体層の形成工程等におけるローラやシャフトの保持の際に、シャフトの寸法精度のバラつきによらず安定したシャフトの保持を可能とする各種ローラ用のシャフトを提供することを目的とし、また、これを用いた各種ローラを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ローラ用シャフトにおいて、前記シャフトの端部の角に創製された面取り部が、該シャフトの端面側から、Ｒ面取り部および該Ｒ面取り部に接するＣ面取り部の順で構成されていることを特徴とするローラ用シャフトである。
【００１３】
また、上記本発明のローラ用シャフトは、前記Ｒ面取り部の中心位置が前記シャフトの軸中心より寸法取りされ、該シャフトのＲ面取り部が創製される角度がシャフト軸に対し９０°未満の範囲であり、かつ該Ｒ面に接するＣ面取り部が該シャフトの外径まで創製されているのが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記本発明のローラ用シャフトの外周に少なくとも１層以上の弾性体層を有することを特徴とするローラである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１に示す。
本発明のローラ用シャフトの端部の角に創製された面取り部は、本発明のローラ用シャフトの端面側から、Ｒ面取り部３およびこのＲ面取り部３に接するＣ面取り部２の順で構成されている。本発明のローラ用シャフトの面取り部は、シャフトの軸中心よりＲ面取り部３の中心位置を寸法取りして決め、このＲ面取り部３の中心位置からＲ面取り部の外周側境界を見込んだ方向が、シャフト軸に対しθ１の角度（この角度θ１をＲ面取り部の創製角度と表すことがある）となるまでＲ面取り部３を創製し、このＲ面取り部３のシャフト外周側に、Ｒ面取り部３に接するＣ面取り部２を創製し、シャフトの中心軸に対し角度（テーパ角度と表すことがある）θ２で、本発明のローラ用シャフトの外径まで逃がす。
【００１６】
この時Ｒ面取り部３の創製角度θ１は、研磨や金型におけるシャフト支持体である逆センタのテーパ角度をθ４とすると、一般的には、（９０°−θ４）≦θ１＜９０°に設定するのが好ましい。θ１を（９０°−θ４）≦θ１＜９０°に設定すると、シャフトのＲ面取り部において確実に逆センタと接触するため、シャフトのセンタリング効果が高まる。また、θ１の下限値は、特に限定されないが、通常、４５°≦θ１とするのが好ましく、６０°≦θ１とするのがより好ましい。また、Ｃ面取り部２のシャフトのテーパ角度θ２は、９０°−θ１となる。
【００１７】
Ｒ面取り部３の中心のシャフト軸中心からの距離ｒおよびＲ面取り部の曲率半径（半径と表すことがある）Ｒは、シャフトの直径φＤが公差内で最小の時の半径（φＤ２／２）に対して、（ｒ＋Ｒｓｉｎθ１）≦φＤ２／２の関係を満たすようにするのが好ましく、０．８×φＤ２／２≦（ｒ＋Ｒｓｉｎθ１）≦φＤ２／２の関係を満たすようにするのがより好ましい。
【００１８】
上記の態様のローラ用シャフトにおいては、このローラ用シャフトをテーパ角度θ４の逆センタ４で支持すると、ローラ用シャフトのシャフト軸に対して（９０°−θ４）の角度の位置でＲ面取り部３と逆センタ４とが接することになる。この時Ｒ面取り部３の中心は、シャフト軸中心より寸法取りがされているため、図３に示すようにローラ用シャフトの直径公差によらず一定の位置５ａ，５ｂで逆センタ４と接する。
【００１９】
また、逆センタ４と接する位置は、シャフトの外径より内側になるため、シャフトを支持した際、逆センタとの接触部がたとえ潰れても、シャフトの外径変化がないため、軸受けや駆動用のギヤが入らなくなる等の問題が発生しない。
【００２０】
本発明のローラ用シャフトは、このローラ用シャフトを用いて製造するローラの使用目的等に応じて公知の材料の中から適切なものを選択しこれを用いて製造することができる。具体的には、例えば、鉄、ステンレス、鋼、真鍮、アルミニウム等の金属材料、ナイロン、ポリアセタール等の樹脂材料を挙げることができる。
【００２１】
一般的には、これらの材料から押出成形、引抜き成形等によって作製した丸棒等を用い、旋盤加工にて所定の長さを有するシャフトを作製し、このシャフトの両端部の角に上記のＲ面取り部およびこれに接するＣ面取り部を有する構成の面取り部を創製し本発明のローラ用シャフトを作製する。
【００２２】
通常、Ｒ面取り部を創製した後にＣ面取り部を創製するが、これとは逆の順序で、Ｒ面取り部およびＣ面取り部を創製してもよい。Ｒ面取り部の創製方法は、特に限定されるものではないが、例えば旋盤にてバイトを一定半径で動かして加工する方法を挙げることができる。また、Ｃ面取り部の創製方法も、特に限定されるものではないが、例えば旋盤にて面取り角度と同一の角度で創製されたバイトを当てて加工する方法を挙げることができる。また、旋盤にてバイトをＲ面取り部の半径で移動してＲ面取り部を創製した後、Ｃ面取り角度でバイトをシャフト外径まで逃がして、Ｃ面取り部を創製するのが好ましい。
【００２３】
本発明のローラは、前記本発明のローラ用シャフトと該ローラ用シャフトの外周に形成された少なくとも１層の弾性体層を有する。本発明のローラの弾性体層は、特に限定されず、ローラの使用目的に応じて、公知の弾性体層の中から適切なものを選択すればよい。弾性体層としては、例えば、ポリウレタン、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴムなどのゴム原料、もしくは、これらゴム原料の製造原料である単量体等（これら単量体等をもゴム原料と表すことがある）を用いて得られる弾性体層を挙げることができる。上記ゴム原料単独でまたはこれらのゴム原料の二種以上を組み合せて得られる弾性体層であってもよい。
【００２４】
また、これらゴム原料には、所望の場合には、更に、架橋剤、発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、界面活性剤、触媒等を添加することができる。また、同様に、このような原料には、必要に応じて難燃剤や充填剤、更には所望の導電性を付与するための導電性付与剤や、帯電防止剤等も添加することができる。
【００２５】
本発明のローラの製造方法は、特に限定されず、公知の製造方法の中から適した方法を選択しこれによって製造することができる。本発明のローラ用シャフトの直径や長さは、特に限定されず、その目的によりさまざまの直径や長さを有するものとすることができるが、通常、直径が５〜１０ｍｍ、長さが２４０〜３５０ｍｍの本発明のローラ用シャフトを弾性体層で被覆して製造することができる。ローラの外径は、特に限定されず、その目的によりさまざまの外径を有するものとすることができるが、一般的には１０〜３０ｍｍの外径とすることができる。
【００２６】
本発明のローラの製造方法の具体例としては、例えば、ゴム原料、所望により用いられる触媒、発泡剤、架橋剤、整泡剤その他の助剤等を均質に混合してゴム原料組成物を調製した後、本発明のローラ用シャフトを予め配した成形金型のキャビティ内に注入し、加熱して反応硬化させることにより一体的に弾性体層を形成し製造する方法、予め、上記ゴム原料組成物を用いて別途形成した弾性体のスラブやブロックから、切削加工等により、チューブ状等の所定の形状、寸法に切り出し、これに本発明のローラ用シャフトを圧入してローラ用シャフトの外周に弾性体層を被覆して製造する方法またはこれらの方法を適宜組み合せた方法などを挙げることができる。所望の場合には、さらに、切削や研磨処理などによって所定の外径に調整することができる。
【００２７】
上記ゴム原料組成物を混合する際の温度や時間については、特に限定されず、用いるゴム原料組成物に適したものとすればよい。ゴム原料組成物が液状である場合には、混合温度は、通常１０〜９０℃の範囲であり、混合時間は、通常１秒〜１０分間間程度である。
【００２８】
また、加熱して反応硬化させる際に、従来公知の方法により発泡させて弾性体層を形成することができる。発泡方法については特に制限は無く、使用したゴム原料、発泡剤等により適した方法を採用すればよい。なお、発泡倍率は、ローラの使用目的に応じ適宜定めればよく、特に制限はない。
【００２９】
本発明のローラのローラ用シャフトと弾性体層との接合方法については特に限定されないが、本発明のローラ用シャフトを予めモールド（成形型）内部に配設しゴム原料組成物を注型し硬化して接着する方法や、別途形成した弾性体のスラブやブロックから所定の形状、寸法に切り出しまたは弾性体を所定の形状に成形した後に本発明のローラ用シャフトに接着する方法などを用いることができる。どちらの方法においても、必要に応じて、本発明のローラ用シャフトと弾性体層の間に接着層を設けることができる。この接着層としては、接着剤やホットメルトシートなどの公知の材料を用いることができる。
【００３０】
ゴム原料組成物を硬化する際の温度や時間については、特に限定されず、用いるゴム原料組成物に適したものとすればよい。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明のローラ用シャフトを電子写真用の現像ローラの成形に適用した実施の態様を例にして図面を参照しながら説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００３２】
［実施例１］  ローラ用シャフトの作製
図２に本実施例のローラ用シャフトの端部拡大図を示す。
本実施例のローラ用シャフト１は、長さ２６０ｍｍ、直径φＤ８ｍｍの寸法を有する。本実施例のローラ用シャフト１の両端の角には、シャフトの端面側からＲ面取り部とそれに接するＣ面取り部の順で構成される面取り部を有し、Ｃ面取り部はシャフト外径まで逃がす形状になっている。本実施例のローラ用シャフト１の材質は快削鋼ＳＵＭ２３Ｌである。また、本実施例のローラ用シャフトの直径φＤの寸法公差は、プラス０、マイナス０．０５ｍｍに設定した。
【００３３】
Ｒ面取り部の半径Ｒは１．５ｍｍ、Ｒ面取り部の中心位置ｒはシャフト軸中心より２．５ｍｍ、（シャフト端面より１．４ｍｍとし、）Ｒ面取り部の創製角度θ１は７５°、Ｃ面取り部のテーパ角度θ２は、１５°とした。Ｒ面取り部およびＣ面取り部は、旋盤を用いてシャフト中心軸側よりバイトをＲ面取り部半径で移動させてＲ面取り部を創製後、Ｃ面取り角度でバイトをシャフト外周まで逃がしてＣ面取り部を創製した。
【００３４】
［比較例１］ローラ用シャフトの作製
また、図４に本比較例のローラ用シャフトの端部拡大図を示す。
本比較例のローラ用シャフト１は、両端の角に設けた面取り部を、幅１ｍｍ、４５°のテーパ角度を有するＣ面取り部とした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００３５】
［実施例２および比較例２］ローラの作製
図６に、本実施例および比較例のローラの製造に使用した成形金型の断面図を示す。この成形金型は、キャビティ内径φＤが１６ｍｍ、長さ２４０ｍｍの円筒形状を有するパイプ型１２と、このパイプ型の両端に嵌合される上部駒１３、下部駒１１の３点の部品を有する成形金型である。いずれの部品も、材質はプリハードン鋼である。下部駒１１には材料注入用孔として、内径φＤが１．８ｍｍの孔が円周方向に等間隔に８箇所あけられており、上部駒１３には、エア抜きおよびゴム原料組成物のオーバーフロー用の孔として内径φＤが１．５ｍｍの孔が円周方向に等間隔で４箇所あけられている。
【００３６】
また、金型にローラ用シャフトの両端の角を保持するために、上部駒１３は逆センタ構造に、下部駒１１は逆センタ構造のスライド１４を入れ、圧縮バネ１５でスライド１４を押し、シャフトの角を保持する構造とした。逆センタのテーパ角度θ４は、上部駒１３、下部駒のスライド１４共に３０°とし、また圧縮バネ１５は、バネ定数１０Ｎ／ｍｍ、保持荷重９．８Ｎに設定した。
【００３７】
上記成形金型に実施例１または比較例１のローラ用シャフトを配置し、下部駒１１に押し付けた材料注入ノズルから、ゴム原料組成物として、温度２５℃における粘度が１５０Ｐａ・ｓである２液混合タイプの熱硬化性シリコンゴムに導電性を持たせるためカーボンブラックを配合したゴム原料組成物を注入し、成形金型の温度を１１０℃とし、５分間加熱して、熱硬化し、現像ローラを作製した。作製した、現像ローラの振れを株式会社キーエンス製のレーザ寸法測定器を用い現像ローラの中央部において、基準から現像ローラ外径までの隙間を測定し、その隙間の最大値から最小値を引いた値を振れとして測定した。また、実施例２および比較例２の現像ローラそれぞれ１００本の振れを測定し、算術平均および標準偏差を求めた。得られた結果を表１に示した。
【００３８】
実施例１のローラ用シャフトを用いて製造した実施例２の現像ローラは、比較例１のローラ用シャフトを用いて製造した比較例２の現像ローラに比べ振れが小さく、また、標準偏差も小さく、振れのバラつきが少ない。また、ローラ用シャフトの保持位置を計算すると、実施例１のローラ用シャフトでは、シャフトの直径φＤが公差内で変化しても保持位置が変わらないのに対し、比較例１のローラ用シャフトでは、シャフトの直径φＤが公差内で変化すると、シャフトの保持位置が片側で０．０５ｍｍ変化し、両側では最大０．１ｍｍ変化し、これに起因する保持荷重は、約０．９８Ｎ変化する。
【００３９】
【表１】
2005022841.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のローラ用シャフトは、各種ローラ用のシャフトとして利用する場合に、研磨や、成形金型内で逆センタ保持する際の、シャフトの外径の寸法精度のバラつきによらず安定したシャフト保持が可能となり、振れの小さいローラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のローラ用シャフトの実施の形態の一例を示す端部拡大図である。
【図２】本発明の実施例１のローラ用シャフトの端部拡大図である。
【図３】本発明のローラ用シャフトと逆センタとの接触部の拡大図である。
【図４】比較例１のローラ用シャフトの端部拡大図である。
【図５】比較例１のローラ用シャフトと逆センタとの接触部の拡大図である。
【図６】実施例２および比較例２のローラの作製に用いた成形金型の断面図である。
【符号の説明】
１    ローラ用シャフト
２    Ｃ面取り部
３    Ｒ面取り部
４    逆センタ
５ａ  直径の寸法公差が最大値のときのローラ用シャフトと逆センタとの接触位置
５ｂ  直径の寸法公差が最小値のときのローラ用シャフトと逆センタとの接触位置
１１  下部駒
１２  パイプ型
１３  上部駒
１４  スライド
１５  圧縮バネ
【図１】
2005022841.tif 000004
【図２】
2005022841.tif 000005
【図３】
2005022841.tif 000006
【図４】
2005022841.tif 000007
【図５】
2005022841.tif 000008
【図６】
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