(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空シャフト本体と、
該中空シャフト本体の両端部を除く外周に軸方向に適当な間隔をおいて形成された複数のローラ部と、
前記中空シャフト本体の前記ローラ部を除く位置にそれぞれ形成されて前記ローラ部よりも小径で且つ軸方向の両端から中央部に近いほど外径を大きくした連結部と、
前記ローラ部表面に形成されたコーティング層と、
を備えたことを特徴とする紙送りローラ。
【請求項２】
請求項１に記載の紙送りローラにおいて、
前記コーティング層は中空シャフト本体の外周の全面に形成したことを特徴とする紙送りローラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の紙送りローラにおいて、
前記コーティング層を形成するコーティング材の用紙に対する摩擦係数は、前記中空シャフト本体母材の用紙に対する摩擦係数よりも大きいことを特徴とする紙送りローラ。
【請求項４】
中空シャフトの外周の両端および軸方向に適当な間隔をおいた複数箇所を一様に切除し且つ軸方向の中央部に近いほど外径を大きくした複数の小径部を形成した後、該小径部以外の残された複数の大径部の表面にコーティング層を形成してローラ部を形成することを特徴とした紙送りローラの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の紙送りローラの製造方法において、
外周の加工を芯無し研削盤のインフィード研削により行うことを特徴とする紙送りローラの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の紙送りローラの製造方法において、
前記コーティング層を形成するコーティング材の用紙に対する摩擦係数は、前記中空シャフト母材の用紙に対する摩擦係数よりも大きいことを特徴とする紙送りローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＡ機器等の紙送り部に用いられる紙送りローラおよびその紙送りローラの製造方法に関し、詳しくはインクジェットプリンタ等において、インクが塗布されて湿った用紙を安定して送り出すことができるとともに、軽量で安価に製造できる紙送りローラおよび紙送りローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＡ機器、例えば、プリンタ、コピー機、ファクシミリ等の紙送り機構については、軽量化、省エネ、コストダウンの要望があり、紙送りローラを中空構造にすることがあった。その一例として、特許文献１に記載の「紙送りローラとその製造方法」がある。また、近年、普及が著しいインクジェットプリンタの紙送り部については、印字品質を保持するために、紙送り機構についても、考慮が払われている。
【０００３】
すなわち、従来、インクジェットプリンタにおいて、高画質化を追求すると、インク液滴の用紙への着弾位置精度が求められ、用紙の平面度を向上させる必要がある。普通紙に印字した場合には、インクに含まれる水分によって、紙の繊維が膨潤し波状に変形してしまい、ドットの着弾位置にずれが生じてしまうことになる。これまでのところ、紙にインクが付着してから３秒程度以上経過すると、この紙の変形が大きく発生することが判明している。
【０００４】
そこで、インクが着弾した後の用紙を送り出すための紙送り部については、用紙の変形量を最小にするため、紙送りローラと用紙の接触面積を可能な限り小さくし、かつ用紙の幅方向つまり紙送りローラの軸方向について均一に用紙を挟圧することが求められている。そのために、現状では、軸の外側に等間隔で複数個のゴムローラを嵌着して用紙に対して部分接触する紙送りローラが使用されている。
【０００５】
【特許文献１】再表２００４／００７３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した軸の外側に等間隔で複数個のゴムローラを取り付けた部分接触の紙送りローラは、中実材又は、パイプ材を必要な形状に切削加工した後、ゴムをローラの形状に成型する。次に、ゴムの持つ弾力性を用いて、又は接着剤を塗布して、シャフトの外周面にゴムローラを嵌着した後、円筒研磨機械により、ゴムローラの表面を研削加工し、ゴムローラの外径、振れ精度を得るようにして製造されている。このようにしてゴムローラを取り付けた紙送りローラの場合、部品点数が多く製造コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
また、紙送りローラにゴムローラを用いた場合、外径寸法や弾性が経年変化しやすく、紙送りが不安定になることがあった。さらに、ゴムローラを嵌着した紙送りローラは、機器の寿命が尽きて廃棄する際に、軸の外側に嵌着されたゴムローラを取り外してからでないとリサイクルできないという問題があった。また、紙送りローラの素材については、軽量化と省エネのために中空シャフトの使用が好ましいが、中空構造であることによる剛性の低下は最小限にしたいという要望があった。
【０００８】
そこで、最近の地球環境への配慮の高まりから、できるだけ石油化学製品であるゴムの使用量の節減と、軽量化を目的として、一定の摩擦力あるコーティング材を芯金外周面に塗布してゴムローラの代替とするコーティングローラが開発されている。しかしながら、開発途上にあるコーティングローラには、いくつかの問題点がある。それは、従来の一定の厚みを持つゴムローラと違い、コーティングは、薄膜であるため、送る紙の厚みのバラツキ、シャフト自休の振れ、径のバラツキを吸収できないことである。
【０００９】
また、紙幅に相当する一定スパンにコーティング材を塗布し紙送りローラとした場合は、一定スパン全体が紙送り作用部として作用するため、ローラ精度のバラツキおよび送る紙厚のバラツキが、送る紙のよじれ、斜め送り等の問題を惹起しやすくなり、より高度な精度を要求される。これらの問題を解決するために、部分的にコーティング層を形成しないようにして紙面と接触しない逃げ部を形成することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、その場合は、コーティング材の塗布をしない区間を設けるために、マスキング等の工程が必要となってコストアップになってしまうという問題があった。そこで、本発明は、コーティング加工した部分接触の紙送りローラにおいて、製作が容易であって紙送り精度が安定した中空構造の紙送りローラおよびその製造方法を提案することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の紙送りローラは、中空シャフト本体と、該中空シャフト本体の両端部を除く外周に軸方向に適当な間隔をおいて形成された複数のローラ部と、前記中空シャフト本体の前記ローラ部を除く位置にそれぞれ形成されて前記ローラ部よりも小径の連結部と、前記ローラ部表面に形成されたコーティング層とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項２に記載の紙送りローラは、請求項１に記載の紙送りローラにおいて、前記連結部は、軸方向の両端から中央部に近いほど外径を大きくしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項３に記載の紙送りローラは、請求項１または２に記載の紙送りローラにおいて、前記コーティング層は中空シャフト本体の外周の全面に形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項４に記載の紙送りローラは、請求項１乃至３のいずれかに記載の紙送りローラにおいて、前記コーティング層を形成するコーティング材の用紙に対する摩擦係数は、前記中空シャフト本体母材の用紙に対する摩擦係数よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項５に記載の紙送りローラの製造方法は、中空シャフトの外周の両端および軸方向に適当な間隔をおいた複数箇所を一様に切除して複数の小径部を形成した後、該小径部以外の残された複数の大径部の表面にコーティング層を形成してローラ部を形成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項６に記載の紙送りローラの製造方法は、請求項５に記載の紙送りローラの製造方法において、前記小径部は、軸方向の中央部に近いほど外径を大きくしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項７に記載の紙送りローラの製造方法は、請求項５または６に記載の紙送りローラの製造方法において、外周の加工を芯無し研削盤のインフィード研削により行うことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項８に記載の紙送りローラの製造方法は、請求項５乃至７のいずれかに記載の紙送りローラの製造方法において、前記コーティング層は中空シャフトの外周の全面に形成したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項９に記載の紙送りローラの製造方法は、請求項５乃至８のいずれかに記載の紙送りローラの製造方法において、前記コーティング層を形成するコーティング材の用紙に対する摩擦係数は、前記中空シャフト母材の用紙に対する摩擦係数よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べた本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）別部品としてゴムローラを使用しないため、廃棄時のリサイクルが容易になる。
（２）中空構造であるため、軽量化、省エネが可能となる。
（３）一体構造であるため製造が容易となる。
（４）中空構造であるので中実材に比較して撓みやすいが、金属のステンレス、鉄、アルミによる薄肉パイプ材であれば、充分使用可能である。
（５）薄肉の撓み強度が弱い部分と厚肉の撓み強度が強い部分を交互に配置したため、用紙面に対して、軸方向全体が柔軟に接触し、結果的に密着させることができる。
（６）外周の加工を芯無し研削盤のインフィード研削（停止加工）により行う場合は、冷却油を塗布しながら加工することで、材料自体に残留応力が残らず、加工後の寸法精度が安定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を説明する。従来、紙送りに利用されているシャフトは、紙幅に匹敵するシャフト外周部に摩擦剤をコーティングする場合あるいはゴムローラを使用する場合も、断面が一様(断面積一定)であり、これがたわみを比較的小さくすることにつながり、紙送りに一定の精度を確保してきた。しかしながら、摩擦剤コーティングシャフト及びゴムローラ付シャフトも必ずしも十分な精度を維持できないのが現状であり、より簡便かつ確実な紙送りシャフトの開発が望まれている。このようなシャフトは、以下に記述する理由により、中空シャフトの利用、かつ断面を変化させることにより、コーティングシャフトの持っている特性(外径の変形を小さくし、精度を高める)とゴムローラの持っている特性(ゴムの変形による紙厚バラツキの吸収など)をあわせ持つシャフトを実現できる。
【００２２】
〔基本的考え方〕
実際の紙送りシャフトに作用する荷重は、紙幅部分であるが、ここにおいてはたわみの定性的傾向を示すことによって、有効性を示すことができるので、簡単のためにシャフトはスパン(長さ)かつ両端支持ばりとし、はり全体に一様な荷重ｗが作用するものとする。最初に、第１のモデルとして、中空かつ断面形状一様(断面積一定)の場合(外径ｄ2、内径ｄ1)について説明する。図１のように、シャフト全体に一様な分布荷重ｗが作用しているとき、左支点からｘの位置において、はりに作用する曲げモーメントMは次式となる。
【００２３】
【数１】
0005038814.tif 000002
【００２４】
したがって、たわみｙは、はりのたわみを求める次式を使って求められる。
【００２５】
【数２】
0005038814.tif 000003
【００２６】
ここでＥは材料の縦弾性係数(ヤング率)、Ｉzは断面二次モーメントを表す。この場合、材質は同じかつ断面積一定であるので、ＥＩz (はりのたわみ剛性)＝一定となる。したがってたわみはｘだけの関数となって、その大きさは支点から中央に向かって大きくなる。このことは、紙幅コーティングシャフトまたはゴム付シャフトにおいても、常に紙端と紙中央部に大きなたわみの差が発生し、紙との設置圧力が場所によって大きな差となり、このことが紙のよじれ、紙厚のバラツキなどに柔軟に対応できない大きな原因となっていると考えられる。
【００２７】
次に、第２のモデルとして、中空で断面形状が変化する場合(端面外径ｄ2、内径ｄ1＝一定とする) について説明する。上の式、数２においては、ＥＩz＝一定としたのでこの項(ＥＩz)は積分の外に出ていた。しかし断面積がシャフトの軸方向に変化すると、断面二次モーメントＩz＝Ｉz（ｘ）のようにｘの関数とする。したがって数２の式は、次の式のようになる。
【００２８】
【数３】
0005038814.tif 000004
【００２９】
このように、たわみはx/Ｉz（x）ならびにX2/Ｉz (X)によって変化する。すなわちＩz (X)が大きくなればたわみは小さくなる。したがって、数３の式を利用して目的とするシャフトを得るために、第一段階としてはり全体のたわみを小さくすること、第二段階として両端付近と中央部のたわみの差を小さくすること、さらに第三段階としてゴムローラのような紙厚バラツキに対応できることを考え、次のようなシャフトを考案する。
【００３０】
〔第一段階〕
図２に示すような、外径ｄ2＝一定として、内径を両端から中央に向かって小さくする。このようにすることにより、図１に示したシャフトより中央部のたわみを小さくできる。
【００３１】
〔第二段階〕
しかし現実的には、肉厚を変化させるとき内径を連続的に加工することは困難であるので、図３に示すように外径を一定の間隔で研磨し、肉厚を減ずることを提案する。外径全体をｄ2'の大きさに仕上げたのち、両端付近の肉厚はそのまま(外径ｄ2'  内径ｄ1)とし、紙幅付近から外形を一定の間隔で研磨し肉厚を減じる。ただしその減じる量はシャフト中央に向かって小さくすることにより、たわみを極力抑えることができる。このような形状にすることにより、紙端部と紙中央部のたわみ差は小さくなり、ローラと紙との設置部に大きな圧力差が生じないので紙送り精度向上に役立つことになる。図３では、中央部分の肉厚をｔ3、その外側の肉厚をｔ2、その外側となる両端の肉厚をｔ1とし、ｔ3>ｔ2>ｔ1とした。
【００３２】
〔第三段階〕
このように肉厚に段差を持たせ、かつその厚さを加減することによって、紙厚にバラツキがあっても、その部分のたわみを大なり小なり制御できることになり、ゴムローラの効果を併せ持つことが可能となる。以上のことを、はり全体のたわみを定性的に描いたのが図３の下部のグラフであり、紙送りシャフトの構造として最適と考える。
【００３３】
なお、上述した中空シャフトの外周部分の加工は、芯無し研削盤のインフィード研削（停止加工）で行うことが好ましい。なお、外周の加工を芯無し研削盤のインフィード研削（停止加工）で行う場合は、冷却油を塗布しながら加工することで、材料の中空シャフト自体に残留応力が残らず、加工後の寸法精度が安定する。
【００３４】
図４は、その加工状態を模式的に示したものである。図において、１はといし車であり、２は調整車であり、これらの間に中空シャフト３が保持されて、研削加工される。といし車１には、シャフト形状に対応する段差が予め形成されている。図示されている中空シャフト３は、研削加工後の状態であり、といし車１に研削されて小径となった部分は、両端の軸支部３ａ，３ｂとその中間の連結部３ｃであり、研削されなかった部分が大径のローラ部３ｄである。
【００３５】
このようにして、研削加工された中空シャフト３は、次に、その外周部をコーティング加工する。コーティングは、ローラとして用紙に接触する大径のローラ部３ｄのみ必要である。しかし、そのためには、ローラ部３ｄ以外の部分をマスキングする工程が必要となる。そこで、それを省いて、両端の軸支部３ａ，３ｂとその中間の連結部３ｃも同時に、すなわち中空シャフト３の外周全体をコーティング加工しても良い。
【００３６】
ここで、コーティング材としては、用紙に対する摩擦係数が本体母材の用紙に対する摩擦係数よりも大きいコーティング材を用いるものとする。具体的には、中空シャフトの材質がステンレス、鋼、アルミが一般的に用いられているので、ステンレス材、鋼材、アルミ材の用紙に対する摩擦係数よりも、大きい摩擦係数となるコーティング材を、ウレタン等の樹脂系、ゴム系、セラミック系等のコーティング材から選択する。
【００３７】
また、コーティングの方法としては、特に限定されないが、一般的には、ＰＶＤ法(Physical Vapor Deposition)、ＣＶＤ法(Chemical
Vapor Deposition)およびＴＲＤ法(Thermo Reactive Deposition and Diffusion)等が好ましい。また、これら以外の簡便な方法として、コーティング材を塗布して乾燥させたり、コーティング材を塗布してから加熱して焼き付けたりすることも可能である。また、他には、ＰＶＤ法のイオンプレーティングでTiN、TiCN、TiAlN、CrNなどのチタンコーティングを低温で成膜可能させることも可能である。
【００３８】
本発明の紙送りローラは、ローラの両端が支持されて紙面に押圧されるため、いわゆる両端支持ばりとなり、中間の撓みが最大、つまり紙面からの逃げが最大となる。そこで、中間の逃げ量を見越して、最初から中央部分のローラ部３ｄの外径を軸方向外側のローラ部３ｄの外径よりも大きくしておくことも可能である。しかしながら、このようにした場合、中間のローラ部３ｄの外径が大きくなった分に比例して、その部分の紙送り量が増して、両端のローラ部３ｄと中央のローラ部３ｄでの紙送り量の差により、紙面を変形させることになる。そのため、中間のローラ部３ｄの外径を外側のローラ部３ｄの外径よりも大きくする場合は、用紙送り量の差が問題とならない範囲に留めておく必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、ＯＡ機器の紙送り機構以外に、シート材、フィルム材等の薄物材を送る送り機構への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の紙送りローラに用いられる中空シャフトの構造力学的特性を説明するための断面図である。
【図２】本発明の紙送りローラに用いられる中空シャフトの構造力学的特性を説明するための断面図である。
【図３】本発明の紙送りローラに用いられる中空シャフトの加工後の断面図および撓み量を示すグラフである。
【図４】本発明の紙送りローラに用いられる中空シャフトの加工状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  といし車
２  調整車
３  中空シャフト
３ａ，３ｂ  軸支部
３ｃ  連結部
３ｄ  ローラ部
【図１】
0005038814.tif 000005
【図２】
0005038814.tif 000006
【図３】
0005038814.tif 000007
【図４】
0005038814.tif 000008