JP2004060676A - ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】圧入精度を確保し、ローラスリーブの圧入穴部に密閉空間を生じさせないローラを提供することにある。
【解決手段】後工程で熱処理を施す２つの熱膨張率の異なる材料からなる部材が圧入によって接合されるローラにおいて、熱膨張率の大きい材料からなるローラスリーブ部材１の圧入穴１ａ内径に、熱膨張率の小さい材料からなるジャーナル部材２が圧入によって締結ざれており、前記ローラスリーブ部材１、もしくは前記ジャーナル部材２の圧入接合部分に圧入方向の切り欠き溝１ｂ，２ａを設けた。
【選択図】　　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置において使用するローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置などの製品における現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、駆動ローラなどの各種機能ローラは画像品質への対応により極めて高精度が要求される。また、高耐久化により部材の接合部分（圧入、接着、圧接）のトルク特性が高く、経時でも安定した値を保持することが求められる。
【０００３】
これを達成するために、無垢部材の削り出し（切削、研削）や圧接部品の削り出し等の公知の製造法を用いたのでは、部品が高重量となり、製品部材が重くなり、工数が増加し、輸送費が増加する等の問題がある。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から問題になる。
【０００４】
したがって機能ローラの胴部（スリーブ）を構成する部材と回転基準となる軸を構成する部材（ジャーナル）とを圧入することがしばしば実施され、なおかつ軸部分に関しては圧入後一切加工しない製造方法が広く一般的に取り組まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
また、ローラの基材となる部材は強度を考慮して金属材料が使用され、ローラの電気特性（電気抵抗）、トナーへの帯電特性に関してはローラ表層面に樹脂材料をコーティングする工法が用いられている。コーティング加工としては表面塗装・焼付け焼成が必要である。
【０００６】
この塗装・焼成時に作用する熱が基材となる金属部材に様々な影響を与える。例えば、ジャーナル軸の圧入、ローラ胴部外径切削による加工ひずみが熱履歴により開放され、微小な変形をローラ基材に生じることが挙げられる。
【０００７】
また、ローラ圧入部においてはローラ胴部のジャーナル部材圧入内径部は、圧入されたジャーナル部材に対し圧入長さ精度を確保するために圧入長さ以上の長さを設け、ジャーナル部材の圧入ストロークを圧入シリンダの位置制御（メカストッパー方式）とした方が有利である。
【０００８】
よってジャーナル部材の圧入長さはシリンダのストロークにより決定される場合が多い。その際にはローラ胴部のジャーナル部材圧入部には穴部底部とジャーナル部材圧入完了位置の間に密閉空間が生じることになり、圧入されたジャーナル部材は嵌め合いにより外周からの圧力を受けて保持されている他に密閉された空間からの空気の圧縮により、ジャーナル部材を押し戻そうとする力が作用することになる。
【０００９】
ローラスリーブ部材の穴部は材料費低減のため、予め穴の仕上げ径より小さい貫通穴を設けている場合があり、その際にも両端のジャーナル部材を圧入した時点で密閉空間が圧入部内部に発生することになる。
【００１０】
ジャーナル部材の圧入精度が保持されている状態は、外周からの圧力の方が空気の圧縮力より大きい場合であるが、基材ローラを樹脂でコーティングし、熱焼成すると密閉空間の空気温度も上昇し、エアーの圧力が増加することになる。また熱が作用することにより金属は熱膨張することになり、圧入されたジャーナル部材の外径、ローラスリーブの内径も増加し、圧入嵌合が変化することになる。このとき圧入内径部のローラスリーブ部材の熱膨張率がジャーナル部材より大きければ、加熱により嵌め合い代（嵌合量）は減少し、ジャーナル部材の挿入保持力は小さくなる。
【００１１】
その結果、ジャーナル部材の圧入精度に変化が生じ、熱焼成後のローラ精度にバラツキが発生するかまたはジャーナル部材が保持できず、内径部より外れてしまうことが発生する。ローラの形状精度を基材状態で作りこみ、その精度を維持するためには上記のような課題を解決する必要がある。
【００１２】
本発明の目的は、圧入精度を確保し、ローラスリーブの圧入穴部に密閉空間を生じさせないローラを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、後工程で熱処理を施す２つの熱膨張率の異なる材料からなる部材が圧入によって接合されるローラにおいて、熱膨張率の大きい材料からなるローラスリーブ部材の穴部内径に、熱膨張率の小さい材料からなるジャーナル部材が圧入によって締結ざれており、前記ローラスリーブ部材、もしくは前記ジャーナル部材の圧入接合部分に圧入方向の切り欠き溝を設けたローラを最も主要な特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明では、前記ローラスリーブ部材、もしくは前記ジャーナル部材の前記圧入方向の切り欠き溝が２つ以上あり、その位置関係が対称の位置関係にある請求項１記載のローラを主要な特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明では、前記ローラスリーブ部材が中空管で、圧入穴部と管外層部を半径方向に位置するリブによって保持し、円周断面に対して異型であり、前記ジャーナル部材の切り欠き溝が前記リブ位置と一致した位置に設けられる請求項１記載のローラを主要な特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明では、前記ジャーナル部材の切り欠き溝が圧入嵌合部分全域と圧入部分外の一部のみであり、ローラ回転支持部である軸受け部手前まで延びている請求項１の記載のローラを主要な特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明では、前記ジャーナル部材の中心軸線上に貫通穴を設ける請求項１の記載のローラを主要な特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明によるローラの製造工程を示す概略断面図である。ローラスリーブ部材１は中心軸線上に延びる圧入穴１ａを備えている。ローラスリーブ部材１と同一中心軸線上に配置されたジャーナル部材２は軸方向部分に切り欠き溝２ａを備えている。
【００１９】
ジャーナル部材２の、切り欠き溝２ａを備えている側と反対の端部には、ジャーナル部材２をローラスリーブ部材１の圧入穴１ａに向かって推進するエアシリンダ３が連結されている。
【００２０】
この場合に、ローラスリーブ部材１の外径部の両端部をクランプしてジャーナル部材２をエアシリンダ３の推力でローラスリーブ部材１の圧入穴１ａへ圧入する。
【００２１】
図２は本発明によるローラの第１の実施の形態（実施例１）を示す断面図である。図３は図２の矢印Ａにおける断面図である。図において、ジャーナル部材２の軸方向部分に切り欠き溝２ａを有しており、圧入穴１ａの内部の空間は外気空間と切り欠き溝２ａによって連通しているため、密閉にはなっていない。そのため圧入後に圧入穴１ａ内部に圧縮エアーの密閉空間が生じることもなく、その後の熱処理によるエアー膨張によってジャーナル部材２を圧入穴１ａから押し戻す力は作用しないことになる。
【００２２】
圧入時には圧入抵抗をモニタするためにエアシリンダ３にロードセル（図示せず）を直結して圧入力を取り、ジャーナル部材２の圧入精度を確認するため、圧入されたジャーナル部材２の根元と先端の倒れ位置を測定した。ジャーナル部材２の切り欠き溝２ａは半径０．１ｍｍの溝をプレス加工で加工する。
【００２３】
図４はジャーナル部材の倒れを説明する概略図である。チャック６で支持されて回転するローラスリーブ部材１に圧入されたジャーナル部材２の根元と先端の倒れ位置が示されている。ジャーナル部材の倒れはローラ回転時のジャーナル部材２の先端位置の最大−最小である。
【００２４】
図５は図２のローラのジャーナル部材にベアリングが嵌合された例を示す断面図である。この図においてジャーナル部材２はローラのジャーナルの機構としてベアリング（軸受け部）４を通してローラ回転の支軸の機能を持っている。切り欠き溝２ａがベアリング４との嵌め合い面まで延びていると回転作動が滑らかにならない場合がある。
【００２５】
とくに滑り軸受けのようなベアリング４とジャーナル部材２との界面に空気膜や油膜を有しその滑り抵抗を利用している場合には、周方向に切り欠き溝２ａが存在することによって滑り抵抗に差が生じる可能性がある。よって、切り欠き溝２ａは圧入嵌め合い部からベアリング嵌め合い部までにする必要がある。
【００２６】
ローラの圧入工程後、ローラの外径部を切削加工し、外径精度を仕上げる。その後樹脂層をコートし熱風炉で焼成を行う。
【００２７】
塗装工程において、フェノール樹脂に導電剤としてカーボンブラックを配合・分散した塗料を使用する。その塗布はローラを回転させ、スプレー塗装で表面膜厚が一定になるようにスプレーガンをローラ軸方向に一定速度で往復移動させて行う（膜厚：２０μ）。
【００２８】
焼成は塗装後熱風炉内で６０分行い、その場合焼成設定温度は１６０°Ｃで焼成後の冷却は室内放冷によって行う。
【００２９】
第１の実施の形態（実施例１）では圧入力も比較例に比べて低く、圧入するジャーナル部材２の精度も良い結果となった。これは、ジャーナル部材２の圧入時に圧入穴１ａのエアーがジャーナル部材２の圧入にしたがい、体積が圧縮され、圧縮圧がジャーナル部材２の圧入に対する抵抗力となり、圧入力、軸精度悪化に影響する。しかしながら、ジャーナル部材２の切り欠溝２ａがそのエアーの排出経路となり外部へ排出されるため、圧入抵抗が小さくなり、精度の良い圧入が可能になったためと考えられる。
【００３０】
実施の形態（実施例）および比較例のように圧入穴１ａの長さが１５ｍｍでジャーナル部材２の圧入長さが１０ｍｍでエアの排出がされない場合、計算上圧入穴に残留するエアー圧力は３倍（３気圧）になり、ジャーナル部材２を押し出そうとする方向に圧力が作用するため、締結状態としても不安定である。
【００３１】
また、後工程での熱焼成において温度が１６０°Ｃに増加することにより、圧縮エアー圧は計算上約４．３気圧になり、焼成中にジャーナル部材２がエアーにより圧入穴から押し出され、圧入長さの変化、もしくはジャーナル部材２の抜けとなる不具合が発生することになる。
【００３２】
これに対してこの実施の形態では圧入時、または焼成後でも圧縮されたエアーは切り欠き溝２ａから排出されるため、圧入の抵抗や焼成時のジャーナル部材２の抜けなどの不具合が生じなくなる。
【００３３】
とくに、この実施の形態では、熱膨張率の異なる２つの材料について、熱膨張率の大きい材料を圧入穴側の材料としてアルミ、熱膨張率の小さい材料をジャーナル部材側としてＳＵＭ−２２材を使用した。また回転トルクが必要なローラのため、圧入はジャーナル部材２の直径より圧入穴径が小さい状態で圧入する締り嵌めとした。
【００３４】
この圧入では常温においては締結力、トルクを確保できるが上記塗装焼成工程で加熱されることにより、熱膨張率が大きいアルミ材の圧入穴径が、ジャーナル部材２の直径の膨張より大きくなり、嵌め代（勘合）が小さくなり、締結力が減少する。その結果、比較例のように圧入穴内部のエアー逃げが無い場合、圧入穴内部に残存するエア−膨張力の方が締結力より大きくなって、ジャーナル部材２の抜け、寸法のズレが発生することになる。
【００３５】
ここで、アルミ材の平均線膨張係数は２５＊１０＾−６　／Ｋ、そしてＳＵＭ−２２材の平均線膨張係数は１３＊１０＾−６　／Ｋ　（１６０°Ｃ加熱時）である。
【００３６】
図６は本発明によるローラの第２の実施の形態（実施例２）を示す断面図である。この図においては、圧入穴１ａに２つの切り欠き溝１ｂを設けており、これらの切り欠き溝１ｂは円周に対して対称に位置している。また、ジャーナル部材２も２つの切り欠き溝２ａを設けており、同様に、円周に対して対称に位置している。
【００３７】
図７は図６の第２の実施の形態を便宜的に図３と同じ状態となる圧入位置で示す断面図である。この第２の実施の形態はローラスリーブ部材１またはジャーナル部材２のいずれか一方に２つの切り欠き溝を設けることが主眼であるが、図６および図７は、便宜上、ローラスリーブ部材１またはジャーナル部材２の両方が、それぞれ、２つの切り欠き溝１ｂおよび２ａを設けた形状で示した。
【００３８】
この第２の実施の形態によれば、エアー排出のバランスが取れており、圧入穴の内径表面とジャーナル部材２の外径表面との接触位置のバランスが取れ、より安定した圧入精度が得られる。
【００３９】
図８は本発明によるローラの第３の実施の形態（実施例３）を示す断面図である。この実施の形態において、ローラは三ツ矢管のような中空管であり、ローラスリーブ部材１（圧入部分）と外層部５を１２０°間隔の３つのリブ構造６で支持している。この場合に、ジャーナル部材２の切り欠き溝２ａも１２０°ごとに配置し、切り欠き溝２ａと三ツ矢管のリブ構造６の各リブの位置を合わせることにより、安定した圧入品質を得ることができる。符号７は中空部分を示す。
【００４０】
比較例２においては、三ツ矢管のリブ位置とジャーナル部材の切り欠き溝の位置を合わせない場合のジャーナル精度を示す。ジャーナル部材の抜け、ズレは発生しないが、リブ位置とジャーナル部材の切り欠き溝の位置を合わせる第３の実施の形態の方が良好な精度を可能にすることが確認される。
【００４１】
【表１】

【００４２】
ジャーナル部材２は、図示してないが、その軸方向に貫通穴を設けることができる。この貫通穴はジャーナル部材２の素材の押し出し時に軸芯上に設けられる。これにより、円周方向には均一な位置関係で圧入が可能になる。但しジャーナル部材２の直径が小さい場合には加工が困難になる場合がある。
【００４３】
両端の穴部が貫通する場合、切り欠き溝２ａはどちらか一方に設けることで上記課題に対しては解決するため、ローラ両端の軸圧入穴が貫通しているローラスリーブ部材にジャーナル部材を圧入する場合には、前記切り欠き溝２ａは左右どちらか一方にのみ設けてある。
【００４４】
以下、各実施の形態（実施例）および比較例において使用された各部材の材質および寸法を列挙する。
【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】
〔比較例２〕
実施例の構成でローラスリーブ部材三ツ矢管のリブ位置とジャーナル切り欠き部の位置を併せずに圧入。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、後工程で熱処理を施す２つの熱膨張率の異なる材料を圧入によって接合するローラにおいて、熱膨張率の大きい方のローラスリーブ部材の穴部内径に、熱膨張率の小さい方のジャーナル部材が圧入工法にて締結ざれており、圧入穴内部に密閉された空間が生じる場合、ローラスリーブ部材、もしくはジャーナル部材の圧入接合部分の圧入方向に切り欠き溝を有しているので、この切り欠き溝が圧入穴内部と外部との通気口となり密閉部分を有さないことによって圧入精度の向上、焼成時（加熱時）の圧入されたジャーナル部材の抜け、変化を防止できる。
【００５１】
請求項２によれば、切り欠き溝の位置が対称の位置関係にあることにより、圧入精度の向上が可能になる。
【００５２】
請求項３によれば、中空管であり、圧入穴部と管外層部を半径方向に位置するにリブなどを設け保持している、円周断面に対して異型である（例えば、三ツ矢管）ローラスリーブ部材の場合、ジャーナル部材の切り欠き溝をそのリブ位置と一致した位置に設けていることにより、圧入精度の向上が可能になる。
【００５３】
請求項４によれば、ジャーナル部材の切り欠き溝は圧入嵌合部分全域と圧入部分外の一部のみであり、ローラ回転支持部である軸受け部手前まで有していることにより、ローラの回転精度の確保が可能になる。
【００５４】
請求項５によれば、ジャーナル部材に貫通穴を設けることにより、圧入穴と軸対象のジャーナル部材を圧入し、精度の向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるローラの製造工程を示す概略断面図である。
【図２】本発明によるローラの第１の実施の形態（実施例１）を示す断面図である。
【図３】図２の矢印Ａにおける断面図である。
【図４】ジャーナル部材の倒れを説明する概略図である。
【図５】図２のローラのジャーナル部材にベアリングが嵌合された例を示す断面図である。
【図６】本発明によるローラの第２の実施の形態（実施例２）を示す断面図である。
【図７】図６の第２の実施の形態を便宜的に図３と同じ状態となる圧入位置で示す断面図である。
【図８】本発明によるローラの第３の実施の形態（実施例３）を示す断面図である。
【符号の説明】
１　ローラスリーブ部材
１ａ　圧入穴
１ｂ　切り欠き溝
２　ジャーナル部材
２ａ　切り欠き溝
４　ベアリング（軸受け部）
５　管外層部
６　リブ

Claims (5)

1. 後工程で熱処理を施す２つの熱膨張率の異なる材料からなる部材が圧入によって接合されるローラにおいて、熱膨張率の大きい材料からなるローラスリーブ部材の圧入穴内径に、熱膨張率の小さい材料からなるジャーナル部材が圧入によって締結されており、前記ローラスリーブ部材、もしくは前記ジャーナル部材の圧入接合部分に圧入方向の切り欠き溝を設けたことを特徴とするローラ。
2. 前記ローラスリーブ部材、もしくは前記ジャーナル部材の前記圧入方向の切り欠き溝が２つ以上あり、その位置関係が対称の位置関係にあることを特徴とする請求項１記載のローラ。
3. 前記ローラスリーブ部材が中空管で、圧入穴部と管外層部を半径方向に位置するリブによって保持し、円周断面に対して異型であり、前記ジャーナル部材の切り欠き溝が前記リブ位置と一致した位置に設けられることを特徴とする請求項１記載のローラ。
4. 前記ジャーナル部材の切り欠き溝が圧入嵌合部分全域と圧入部分外の一部のみであり、ローラ回転支持部である軸受け部手前まで延びていることを特徴とする請求項１記載のローラ。
5. 前記ジャーナル部材の中心軸線上に貫通穴を設けることを特徴とした請求項１記載のローラ。

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