JP2020179958A - 搬送ローラー、印刷装置、及び搬送ローラーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷装置において、記録材を搬送するための搬送ローラーとして、円筒外周面の真円度が高く、ねじり強度が高く、製造が容易な金属性のローラーが求められていた。【解決手段】金属を材料とする円筒部材（３）を備えた搬送ローラー（２）において、前記円筒部材（３）は、中心軸と直交する面で切った断面において、内周面（６）と外周面（７）を連絡するように径方向に沿って延在する第一の界面（５）と、前記第一の界面（５）とは離間し、前記内周面（６）と前記外周面（７）の間の一部分のみに径方向に沿って延在する第二の界面（８）と、を備えることを特徴とする搬送ローラー（２）である。【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェットプリンタなどの印刷装置に於いて、紙などの記録媒体を搬送する搬送ローラーに関する。より詳しくは、金属を材料とする円筒状の搬送ローラーに関する。さらに、当該搬送ローラーを備えた印刷装置、及び当該搬送ローラーの製造方法に関する。

近年、インクジェットプリンタをはじめとする印刷装置に於いては、画質や印刷速度を向上させるため、紙などの記録媒体を高い位置決め精度で高速に搬送することが求められている。そのため、記録媒体を搬送するのに用いられる搬送ローラーには、搬送面たる外周面の真円度が高く、長期間使用しても変形しない強度や耐久性を有することが求められている。かかる要請に答えるため、従来は金属材料を加工して作成した丸棒を搬送ローラーとして用いていた。
しかし、金属の丸棒は重量が大きく、しかも製造コストが高いという課題があるため、軽量化とコスト低減のために金属板を曲げ加工して円筒状に成形して中空の搬送ローラーを作成する方法が検討されている。

特許文献１には、円柱状の芯金の周囲に金属板を巻き付けて曲げ成形し、芯金の形状に倣った円筒状の搬送ローラーを作成する方法が開示されている。搬送面となる外周面に隙間や不整を発生させないために、特許文献１では、金属板の端面に傾斜を設けておき、芯金に巻きつけて曲げ加工する際の外面側と内面側の周差を傾斜により調整して、円筒の外周面に不整が出来ないようにする方法が開示されている。

特開２０１１−１１０５８６号公報

特許文献１の製造方法では、端面に傾斜を設けた板材を曲げ加工して端面同士をつき合わせるが、外周面側の形状精度を担保するため十分な傾斜を設けておくと、搬送ローラーの内周面側には楔状の隙間が形成される。このため、ノッチ効果により応力が搬送ローラーの外周面側のつき合わせ部に集中し、ねじり強度が低下してしまう問題があった。ねじり強度が低下すると、搬送ローラーが駆動時に変形して紙送り精度が悪化したり、ジャム等のトラブルが発生した時に紙詰まりを取り出す際の負荷により変形してしまう問題があった。

また、曲げ成形をする際に、芯金の外周形状を搬送ローラーとなる金属円筒の内周に転写する必要があるが、転写精度を出すために板材を芯金に強く押しつけると成形後に芯金に貼り付いて芯金の取り外しが困難になり、歩留まりが低下する場合がある。
そこで、円筒外周面の真円度が高く、ねじり強度が高く、製造が容易な金属性の搬送ローラーが求められていた。

本発明は、金属を材料とする円筒部材を備えた搬送ローラーにおいて、前記円筒部材は、
中心軸と直交する面で切った断面において、内周面と外周面を連絡するように径方向に沿って延在する第一の界面と、前記第一の界面とは離間し、前記内周面と前記外周面の間の一部分のみに径方向に沿って延在する第二の界面と、を備える、ことを特徴とする搬送ローラーである。

また、本発明は、板状の金属材の一方の主面に、側端面と平行な溝を形成する溝形成工程と、前記溝が形成された主面が凸型と対向する向きになるよう前記金属材を凸型と凹型の間に配置し、前記凸型と前記凹型とで挟んで型締めし、Ｕ字状金属板を形成するＵ曲げ工程と、前記Ｕ字状金属板を一対の凹型で挟んで型締めして円筒部材に成形し、両側の前記側端面を当接させて前記円筒部材の中心軸と平行に内周面と外周面を連絡するように径方向に沿って延在する第一の界面を形成するとともに、前記溝の両側の側面を当接させて、前記中心軸と平行に前記内周面と前記外周面の間の一部分のみに径方向に沿って延在する第二の界面を形成するＯ曲げ工程と、を有する、ことを特徴とする搬送ローラーの製造方法である。

本発明は、円筒外周面の真円度が高く、ねじり強度が高く、製造が容易な金属性の搬送ローラーと、それを実装した印刷装置、及び当該搬送ローラーの製造方法を提供する。

実施形態にかかる印刷装置の紙搬送機構を示す斜視図。 （ａ）実施形態の搬送ローラーの斜視図。（ｂ）被覆層が形成される前の金属円筒部材の斜視図。（ｃ）被覆層が形成される前の金属円筒部材の断面図。 （ａ）第二の界面の一形態。（ｂ）第二の界面の他の形態。（ｃ）第二の界面の他の形態。 実施形態１の搬送ローラーの製造工程を説明するためのフローチャート。 （ａ）金属板プリフォームの外観斜視図。（ｂ）溝が形成された金属板プリフォームの外観斜視図。 （ａ）溝を形成する金型に金属板プリフォームをセットした状態を示す模式図。（ｂ）型締めして溝を形成した状態を示す模式図。（ｃ）型開きして取り出す状態を示す模式図。（ｄ）両端を切断する装置に金属板プリフォームをセットした状態を示す模式図。（ｅ）両端を切断する状態を示す模式図。（ｆ）装置から取り出す状態を示す模式図。 （ａ）金属板プリフォームの断面図。（ｂ）溝形状を示す拡大断面図。（ｃ）他の溝形状を示す拡大断面図。 （ａ）第１Ｕ曲げ工程を示す模式図。（ｂ）第２Ｕ曲げ工程を示す模式図。（ｃ）第３Ｕ曲げ工程を示す模式図。 （ａ）第４Ｕ曲げ工程を示す模式図。（ｂ）第１Ｏ曲げ工程の初期状態を示す模式図。（ｃ）第１Ｏ曲げ工程の完了状態を示す模式図。 （ａ）第２Ｏ曲げ工程の初期状態を示す模式図。（ｂ）第２Ｏ曲げ工程の中間段階の状態を示す模式図。（ｃ）第２Ｏ曲げ工程の完了状態を示す模式図。 実施形態２の搬送ローラーの製造工程を説明するためのフローチャート。 実施形態２の製造工程の各段階における加工状態を説明するための模式図。

図面を参照して、本発明の実施形態である印刷装置について説明する。尚、以下の実施形態及び実施例の説明において参照する図面においては、特に但し書きがない限り、同一の機能を有する部材については同一の参照番号を付して示すものとする。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態にかかる搬送ローラー２を実装した印刷装置１の紙搬送機構を示す斜視図である。インクジェット式プリンタである印刷装置１の紙送りローラーとして、本発明の実施形態にかかる搬送ローラー２を実装している。搬送ローラー２は、記録材である紙を所定の印刷位置に正確に搬送するためのローラーであって、給紙ユニットの給紙方向と直交する方向且つ水平方向に延在し、円筒形状を有している。搬送ローラー２は、略Ｕ字型の一対の軸受けに回転自在に支持され、駆動部から駆動力を受けて回転する。

図２（ａ）は搬送ローラー２の斜視図である。搬送ローラー２においては、金属円筒部材３の外周に被覆層４が設けられている。紙送り精度を担保するため、搬送ローラー２の回転に対する記録紙のすべりを抑制するように、摩擦係数の高い材料を用いて被覆層４が形成されている。
図２（ｂ）は、被覆層４が形成される前の金属円筒部材３を示す斜視図である。また、図２（ｃ）は、被覆層４が形成される前の金属円筒部材３を、中心軸と直交する面（図２（ｂ）に示すＡ面）で切った断面図である。

後述するように、金属円筒部材３は、金属板を曲げ加工して端面どうしを当接させて円筒形状に成形することにより得られるが、図２（ｂ）に示すように金属板の端面どうしを当接させた部分である第一の界面５が円筒の軸方向と平行に延在している。金属板の一方の主面が金属円筒部材３の内周面６となり、他方の主面が外周面７となるが、界面５は、図２（ｃ）に示すように、金属円筒部材３の内周面６から外周面７までを連絡するように存している。第一の界面５が金属円筒部材３の内周面６から外周面７までを連絡するように存するとは、曲げ加工された金属板の端面どうしが第一の界面５に沿って隙間なく当接していることを意味する。第一の界面５は、内周面６から外周面７まで貫通しているようにも見えることから、貫通界面と呼ぶこともできる。尚、第一の界面５の近傍の内周面６には、円筒の軸に向かって突出した凸部９が存在する場合がある。外周面が真円に近づくように曲げ加工してゆく際に、余剰金属が軸に向かって突出したものだが、本実施形態では後述するように曲げ加工時に芯金を用いないため、特許文献１の製造方法とは異なり凸部９が形成されても問題にはならない。

本実施形態は、特許文献１の搬送ローラーとは異なり、曲げ加工された金属板の端面どうしが、内周面６と外周面７の間において隙間なく当接しているため、ノッチ効果によりこの付近の局所に応力が集中してねじり強度が低下してしまうことがない。本実施形態の搬送ローラーは、ねじり強度が高いため、駆動時に変形して紙送り精度が悪化したり、ジャム等のトラブルが発生した時に紙詰まりを取り出す際の負荷により変形してしまうことがない。

また、図２（ｃ）に示すように、金属円筒部材３の内周面６側には、第一の界面５から離れた位置に第二の界面８が存在する。第一の界面５と異なり、第二の界面８は内周面６から外周面７まで連絡しているわけではなく、内周面と外周面の間の一部分のみ、すなわち内周面６側から見て円筒の肉厚の５０％以下の範囲のみに存している。内周面６側から外周面７側を見ると、第二の界面８には底があるようにも見えることから、第二の界面８を有底界面と呼ぶこともできる。

後述するように、本実施形態では、円筒形状に曲げ加工する前に、金属板の一方の主面に、所定の深さの凹部を予め設けておく。所定の深さの凹部は、円筒形状の中心軸となる方向と平行に延在するように設けられており、第二の界面８は、曲げ加工時にこの凹部の側面どうしが当接した部分である。詳しくは後述するが、円筒の内周面６となる側の金属板の主面に板厚の５０％以下の深さの凹部を設けておくことにより、曲げ加工により円筒形状を形成する際に、内周と外周の周長差に起因する変形抵抗を軽減することができる。凹部の両側面が当接して第二の界面８が形成されるまで曲げることにより、搬送ローラーのねじり強度を確保しながら外周面７の真円度を高めることができる。すなわち、本実施形態の搬送ローラーでは、円筒の内面側に第二の界面８を備えているため、ねじり強度を確保しながら外周面７の形状精度を高くすることができ、製造歩留まりが高い。

図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して、第二の界面８の形態について３種類の異なる態様を例示する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、図２（ｃ）の断面図において第二の界面８が存在する部分の近傍を拡大した拡大断面図である。

図３（ａ）に示す態様では、長さｄａの第二の界面８ａが、金属円筒部材３の内周面６から外周面７に向けて隙間なく延在している。第二の界面８ａの円筒径方向の長さｄａは、円筒の肉厚ｄの５０％以下である。第二の界面８ａが金属円筒部材３の内周面６から隙間なく延在しているため、ノッチ効果によりこの付近の局所に応力が集中してねじり強度が低下してしまうことがない。図３（ａ）〜図３（ｃ）の中で、最もねじり強度が高い態様である。

図３（ｂ）に示す態様では、長さｄｂ２の第二の界面８ｂが、金属円筒部材３の内周面６のＶ字形の凹部の底から外周面７に向けて隙間なく延在している。内周面６から第二の界面８ｂの外周面7側の端部までの距離ｄｂ１は、円筒の肉厚ｄの５０％以下である。また、第二の界面８ｂの長さｄｂ２は、距離ｄｂ１の５０％以上が望ましい。このようにすれば、内周面６と第二の界面８ｂとの間の凹部の深さを円筒の肉厚ｄの２５％未満とすることが可能で、且つ界面８ｂが外周面７に到達していないため、搬送ローラーのねじり強度を実用上問題のないものとすることができる。

図３（ｃ）に示す態様では、長さｄｃ２の第二の界面８ｃが、金属円筒部材３の内周面６から外周面７に向けて隙間なく延在している。第二の界面８ｃの外周面７側の端部と外周面７の間には、微小空間が存在する。内周面６から微小空間の外周面7側の端部までの距離ｄｃ１は、円筒の肉厚ｄの５０％以下である。また、第二の界面８ｃの長さｄｃ２は、距離ｄｃ１の５０％以上が望ましい。このようにすれば、第二の界面８ｃと外周面７の間の微小空間の長さを円筒の肉厚ｄの２５％未満とすることが可能で、搬送ローラーのねじり強度を実用上問題のないものとすることができる。

以上の３つの第二の界面８の形態のなかでは、図３（ａ）に示す態様が最もねじり強度が高い。また、界面の長さが同じだとすれば、図３（ｃ）に示す態様の方が、図３（ｂ）に示す態様よりもねじり強度が高い。

第二の界面８は、金属円筒部材３の内周面側に１箇所、もしくは複数箇所に設ける。第二の界面８は、第一の界面５の近傍に設けるのが好ましく、第一の界面５からの距離は金属円筒部材３の肉厚ｄの５倍以下にするとよい。

次に図４のフローチャートを参照して、実施形態１の搬送ローラーの製造工程を説明する。
まず、溝形成工程Ｓ０１では、母材となる金属板プリフォームを準備し、その一方の主面に第二の界面８を形成する起因となる溝を形成する。
図５（ａ）に、板状の金属板プリフォーム１０の外観斜視図を示す。２つの側端面１２は、搬送ローラーの回転軸端となる端面である。金属板プリフォーム１０の材料としては、ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）、ステンレス鋼、アルミ合金などのように、冷間曲げ変形が可能で所定の強度を有する金属材料が好適に用いられるが、これに限定されることはない。金属板プリフォーム１０は、帯状金属材料をプレス切断して製造することができるが、この製造方法に限定されることはなく、さらに機械加工を合わせて行うこともある。

金属板プリフォームが準備できたら、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す手順で、溝形成用上型１３と溝形成用下型１４の間に金属板プリフォーム１０を挟んで型締めし、金属板プリフォームの一方の主面に、第二の界面８を形成するための溝２３を形成する。溝形成用上型１３は型面が平面の平面型であり、溝形成用下型１４は平面上に２本の凸条１５が金属円筒部材３の軸となるべき方向と平行に延在している凸条型である。溝形成用上型１３及び溝形成用下型１４は焼き入れ鋼や超硬合金で作られ、凸条１５は頂部が尖ったＶ字状もしくは頂部を丸めたＵ字状となっている。溝形成用上型１３と溝形成用下型１４の間隔が所定の厚みになるまで型締めすると、凸条が反転転写されて第二の界面８を形成するための溝２３が形成されるとともに、側方に流動した余剰体積部１７が端面に形成された中間成形品１６を得る。

次に、図４に戻り、中間成形品１６から余剰体積部１７を除去する余剰体積調整工程Ｓ０２を実施する。すなわち、図６（ｄ）〜図６（ｆ）に示す手順で、中間成形品１６を余剰体積調整用上型１８と余剰体積調整用下型１９の間に挟んで保持し、切断型２０で余剰体積部１７を切断除去し、溝付き金属板プリフォーム２２を得る。余剰体積調整用上型１８及び余剰体積調整用下型１９は、いずれも型面は平面である。余剰体積調整工程Ｓ０２によって、余剰部が切断片２１として除去されて、溝付き金属板プリフォーム２２が得られる。

図５（ｂ）は、作成した溝付き金属板プリフォーム２２の外観斜視図である。尚、余剰体積調整工程Ｓ０２では、溝付き金属板プリフォーム２２の側端面１２の幅ｇが、作成すべき金属円筒部材３の外周長と内周長の間の値となるように切断することが好ましい。切断により形成された２つの側端面１１は、溝付き金属板プリフォーム２２が曲げ加工により円筒形状に成形される際に、互いに当接して第一の界面５を形成する端面である。第二の界面８を形成するための溝２３は、側端面１１に略平行に延在している。

図７（ａ）は、溝付き金属板プリフォーム２２を、図５（ｂ）中のＢ-Ｂ´線に沿って切断した断面図である。溝２３の断面形状は頂部が尖ったＶ字状もしくは頂部を丸めたＵ字状とする。Ｖ字状とした場合には、溝２３の側面は曲げ加工により底部まで当接が容易になるため、第二の界面の形態は、図３（ａ）に示す第二の界面８ａや、図３（ｂ）に示す第二の界面８ｂとなる。溝２３をＵ字状とした場合には、曲げ加工において溝の底部は当接が困難のため、第二の界面の形態は、図３（ｃ）に示す第二の界面８ｃとなる。Ｖ字状でもＵ字状でも、第二の界面を形成する部分の側面は、当接しやすいように平坦面とするのがよい。

図７（ｂ）は、図７（ａ）において円Ｃで囲まれた部分の拡大図であり、溝２３の断面形状がＶ字状の場合を示している。Ｖ字の開角はθ１、Ｖ字の深さはｅ１、側端面１１からＶ字の中心までの距離はｆ１、板厚はｄである。０＜θ１≦αの時、得られる金属円筒部材３の第二の界面は、図３（ａ）に示す第二の界面８ａとなる。α＜θ１≦４５°の時には、得られる金属円筒部材３の第二の界面は、図３（ｂ）に示す第二の界面８ｂとなる。
ここで、αは金属円筒部材３の材質やＶ字の深さｅ１によって決まる値である。θ１が４５°を超えると、当接した界面の生成が困難となる。
側端面１１からＶ字中心までの距離ｆ１は、溝２３が側端面１１と交わらない範囲であればよい。溝２３のＶ字中心が側端面１１に近接しすぎてＶ字の斜面が側端面１１と交わると、内周面６から外周面７まで連続した第一の界面５が形成されなくなってしまう。

尚、溝付き金属板プリフォーム２２を曲げ成形して金属円筒部材３を製造する際、溝２３が形成されていなかったとすると、内周と外周の周長差に起因して側端面１１が変形し、側端面１１の全面を互いに当接させることは困難である。溝２３が設けられていることによって、内周側から当接した溝付き金属板プリフォーム２２の材料が流動して、側端面１１の全面が当接して第一の界面５を形成することが可能となる。側端面１１と交わらない範囲である限り、ｆ１が小さく溝２３が側端面１１に近いほど材料の流動が容易であり、第一の界面５の形成に有利である。ｆ１は、溝付き金属板プリフォーム２２の側端面１２の幅ｇの４分の１以下であることが好ましい。４分の１を超えると、側端面１１から溝２３の位置が遠ざかるため、材料が流動する効果が小さくなる。言い換えると、金属円筒部材３における第二の界面８の位置は、第一の界面５から開角が９０°の範囲にあることが望ましい。

Ｖ字の深さｅ１は、板厚であるｄの５０％以下であることが必要である。５０％を超えると、溝付き金属板プリフォーム２２の強度が低下するために、後述するＯ曲げ成形工程において、成形品が座屈しやすくなり、形状精度の高い円筒が得られなくなるからである。

また、図７（ｃ）は、図７（ａ）において円Ｃで囲まれた部分の拡大図であり、溝２３の断面形状がＵ字状の場合を示している。Ｕ字の開角はθ２、Ｕ字の深さはｅ２、側端面１１からＵ字の中心までの距離はｆ２、板厚はｄである。０＜θ２≦βの時、得られる金属円筒部材３の第二の界面は、図３（ｃ）に示す第二の界面８ｃとなる。βは金属円筒部材３の材質やＵ字の深さｅ２によって変動する値である。θ２がβを超えると、第二の界面８ｃの長さｄｃ２を、ｄｃ１の５０％以上にすることが困難となる。
側端面１１からＵ字中心までの距離ｆ２は、溝２３が側端面１１に交わらない位置であればよい。溝２３のＵ字中心が側端面１１に近接しすぎてＵ字の斜面が側端面１１と交わると、内周面６から外周面７まで連続した第一の界面５が形成されなくなってしまう。

尚、溝付き金属板プリフォーム２２を曲げ成形して金属円筒部材３を製造する際、溝２３が形成されていなかったとすると、内周と外周の周長差に起因して側端面１１の全面が互いに当接することは困難である。溝２３が設けられていることによって、内周側から当接した溝付き金属板プリフォーム２２の材料が流動して、側端面１１の全面が当接して第一の界面５を形成することが可能となる。ｆ２が小さく、溝２３が側端面１１に近いほど材料の流動が容易であり、第一の界面５の形成に有利である。ｆ２は、溝付き金属板プリフォーム２２の側端面１２の幅ｇの４分の１以下であることが好ましい。４分の１を超えると、側端面１１から溝２３の位置が遠ざかるため、材料が流動する効果が小さくなる。言い換えると、金属円筒部材３における第二の界面８の位置は、第一の界面５から開角が９０°の範囲にあることが望ましい。

Ｕ字の深さｅ２は、板厚であるｄの５０％以下であることが必要である。５０％を超えると、溝付き金属板プリフォーム２２の強度が低下するために、後述するＯ曲げ成形工程において、成形品が座屈しやすくなり、形状精度の高い円筒が得られなくなるからである。

図４に戻り、溝付き金属板プリフォーム２２の準備が出来たら、第一段階の曲げ工程であるＵ曲げ成形工程Ｓ０３を実施する。Ｕ曲げ成形工程Ｓ０３は、凹型と凸型で挟み込んだ溝付き金属板プリフォーム２２の端部を段階的に曲げる工程と、溝付き金属板プリフォーム２２の中央部を曲げる工程を含んでいる。
ここでは、図８（ａ）〜図８（ｃ）を用いて端部近傍を段階的に曲げる工程を例示し、図９（ａ）を用いて中央部を曲げる工程を例示する。尚、Ｕ曲げ成形工程Ｓ０３は、この例のように４工程で行う方法に限るわけではなく、必要に応じて工程数は変更して良い。
図８（ａ）〜図８（ｃ）および図９（ａ）は、各々異なる上型と下型で溝付き金属板プリフォーム２２を挟み、側端面１１に近い側から段階的に曲げてゆく状態を説明するための模式的な断面図である。各図において、溝付き金属板プリフォーム２２は、溝２３が設けられている主面が下向き、すなわち凸型と対向する向きになるように成形型にセットされている。本明細書においては、端部近傍は、側端面１１から所定の範囲（例えば５ｍｍ）以内の範囲のことであり、単に端部と称する場合がある。また、中央部近傍は、中心から所定の範囲（例えば中心から端部に向かってそれぞれ５ｍｍ）以内の範囲のことであり、単に中央部と称する場合がある。

図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す端部曲げ工程は、溝付き金属板プリフォーム２２の端部から段階的に曲げ幅が増加するように行われる。これは、後に行うＯ曲げ工程において金型への挿入が容易になるように、溝付き金属板プリフォーム２２をＵ字型に成形することを目的としている。

図８（ａ）に示すように、まず第１Ｕ曲げ工程において、溝付き金属板プリフォーム２２を、第一凹型であるＵ曲げ第１上型３１と第一凸型であるＵ曲げ第１下型３５で挟んで加圧する。
Ｕ曲げ第１上型３１は、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる溝（凹部）を有し、溝の中央には幅がｍ１の平面部３２が溝に沿って延在している。溝の両側面には、湾曲した曲面部３３が延在している。ｍ１の大きさは、Ｕ曲げ工程を何段階に分けて行うかの工程数に応じて適宜設定される。曲面部３３の曲率半径をＲ１とする。
Ｕ曲げ第１下型３５は、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる畝（凸部）を有し、畝の中央には幅がｍ１の平面部３６が畝に沿って延在している。このように、Ｕ曲げ第１上型３１とＵ曲げ第１下型３５の平面部の幅は等しくｍ１に設定されている。畝の両側面には、湾曲した曲面部３７が延在している。曲面部３７の曲率半径をＲ１―ｄとする。

第１Ｕ曲げ工程では、Ｕ曲げ第１上型３１とＵ曲げ第１下型３５の間に挟まれた溝付き金属板プリフォーム２２の端部が曲げられ、Ｕ曲げ第１中間成形品４０が得られる。Ｕ曲げ第１中間成形品４０の両側の端部は、凸面側（図中の上側）が曲率半径ｒ１に、凹面側（図中の下側）が曲率半径ｒ１―ｄとなるように成形される。

次に、図８（ｂ）に示すように、第１中間成形品４０を、第二凹型であるＵ曲げ第２上型４１と第二凸型であるＵ曲げ第２下型４５で挟んで加圧する第２Ｕ曲げ工程を実施する。
Ｕ曲げ第２上型４１は、Ｕ曲げ第１上型３１と同様に、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる溝（凹部）を有する。ただし、溝の中央に溝に沿って延在する平面部４２の幅はｍ２であり、第１上型３１の平面部３２の幅ｍ１よりも小さい。溝の両側面には、湾曲した曲面部４３が延在している。ｍ２の大きさは、Ｕ曲げ工程を何段階に分けて行うかの工程数に応じて適宜設定される。曲面部４３の曲率半径をＲ２とする。
Ｕ曲げ第２下型４５は、Ｕ曲げ第１下型３５と同様に、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる畝（凸部）を有し、畝の中央には幅がｍ２の平面部４６が畝に沿って延在している。このように、Ｕ曲げ第２上型４１とＵ曲げ第２下型４５の平面部の幅は等しくｍ２に設定されている。畝の両側面には、湾曲した曲面部４７が延在している。曲面部４７の曲率半径をＲ２―ｄとする。

第２Ｕ曲げ工程では、Ｕ曲げ第２上型４１とＵ曲げ第２下型４５の間に挟まれた第１中間成形品４０の端部が曲げられ、Ｕ曲げ第２中間成形品５０が得られる。Ｕ曲げ第２中間成形品５０の両側の端部は、凸面側（図中の上側）が曲率半径ｒ２に、凹面側（図中の下側）が曲率半径ｒ２―ｄとなるように成形されている。

次に、図８（ｃ）に示すように、第２中間成形品５０をＵ曲げ第３上型５１とＵ曲げ第３下型５５で挟んで加圧する第３Ｕ曲げ工程を実施する。
Ｕ曲げ第３上型５１は、Ｕ曲げ第２上型４１と同様に、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる溝（凹部）を有する。ただし、溝の中央に溝に沿って延在する平面部５２の幅はｍ３であり、第２上型４１の平面部４２の幅ｍ２よりも小さい。溝の両側面には、湾曲した曲面部５３が延在している。ｍ３の大きさは、Ｕ曲げ工程を何段階に分けて行うかの工程数に応じて適宜設定される。曲面部５３の曲率半径をＲ３とする。
Ｕ曲げ第３下型５５は、Ｕ曲げ第２下型４５と同様に、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる畝（凸部）を有し、畝の中央には幅がｍ３の平面部５６が畝に沿って延在している。このように、Ｕ曲げ第３上型５１とＵ曲げ第３下型５５の平面部の幅は等しくｍ３に設定されている。畝の両側面には、湾曲した曲面部５７が延在している。曲面部５７の曲率半径をＲ３―ｄとする。

第３Ｕ曲げ工程では、Ｕ曲げ第３上型５１とＵ曲げ第３下型５５の間に挟まれた第２中間成形品５０の端部が曲げられ、Ｕ曲げ第３中間成形品６０が得られる。Ｕ曲げ第３中間成形品６０の両側の端部は、凸面側（図中の上側）が曲率半径ｒ３に、凹面側（図中の下側）が曲率半径ｒ３―ｄとなるように成形されている。

以上の第１Ｕ曲げ工程〜第３Ｕ曲げ工程においては、溝２３の一部が閉じて両側面が当接し、第二の界面の一部が形成されるが、第３Ｕ曲げ工程の終了段階では内周面側には溝の一部（凹部）が残っている。

次に、図９（ａ）に示すように、第３中間成形品６０をＵ曲げ第４上型６１とＵ曲げ第４下型６５で挟んで加圧する第４Ｕ曲げ工程を実施する。
Ｕ曲げ第４上型６１は、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる凹部６２を有する。凹部６２の内面は曲率半径がＲ４の曲面であり、凹部６２の縁部６３は中間成形品を傷つけないように滑らかに面取り加工がされている。
Ｕ曲げ第４下型６５の中央部近傍には、シリンドリカル状の頂部６６を有する凸条部６７が紙面垂直方向に沿って延在している。頂部６６の曲率半径はＲ４−ｄである。
第４Ｕ曲げ工程では、Ｕ曲げ第４上型６１とＵ曲げ第４下型６５の間に挟まれた第３中間成形品６０の端部が曲げられ、Ｕ曲げ成形品７０が得られる。

Ｕ曲げ成形品７０は、端部の近傍と中央部の近傍が曲面で、両曲面の間は平面で構成されている。第４下型６５の凸条部６７の幅ｎは、下限は曲げ変形時に破損しない寸法、上限はＵ曲げ第３中間成形品６０が、曲げ変形に伴って開口部が狭くなったときに、凸条部６７の側面に干渉しない寸法の間に設定される。型から取り出された後のＵ曲げ成形品７０の中央部の外面の曲率半径はｒ４、内面の曲率半径はｒ４−ｄである。

図４に戻り、Ｕ字状金属板であるＵ曲げ成形品７０が得られたら、第二段階の曲げ工程であるＯ曲げ成形工程Ｓ０４を実施する。ここでは、図９（ｂ）〜図９（ｃ）および図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を参照して、Ｏ曲げ成形工程の各段階を説明してゆく。

まず、図９（ｂ）に示すように、Ｕ曲げ成形品７０をＯ曲げ第１上型７１とＯ曲げ第１下型７５の間にセットする。Ｏ曲げ第１上型７１の中央には、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる凹部７２が設けられている。また、Ｏ曲げ第１下型７５の中央には、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる凹部７６が設けられている。凹部７２の縁部７３、および凹部７６の縁部７７は、Ｕ曲げ成形品７０を傷つけないように滑らかな面取り加工がされている。凹部７２および凹部７６の曲率半径をＲ５とする。
Ｏ曲げ第１上型７１とＯ曲げ第１下型７５を閉じてゆき、第１Ｏ曲げ工程を実施することにより、Ｕ曲げ成形品７０は円筒形状に近づいてゆく。

図９（ｃ）に、Ｏ曲げ第１上型７１とＯ曲げ第１下型７５の型締めが完了した状態を示す。第１Ｏ曲げ工程により、Ｏ曲げ中間成形品８０が得られる。型締めした状態においては、側端面１１の当接に関しては、Ｏ曲げ中間成形品８０の内周面には隙間がないが、外周面には内外周長差に起因する隙間７８が残存している。また、Ｕ曲げ成形品７０の一部が曲がりすぎて、金型の縁部７３および縁部７７の面取りされた空間に充填されてしまわないように、Ｏ曲げ第１上型７１とＯ曲げ第１下型７５の間隔が調整されている。Ｏ曲げ中間成形品８０を型から取り出して開放すると、弾性回復により隙間７８が拡大し、図１０（ａ）に示す形状のＯ曲げ中間成形品８５となる。Ｏ曲げ中間成形品８５の中央部に形成される曲面の外周側の曲率半径はｒ５であり、内周側の曲率半径はｒ５−ｄである。

図１０（ａ）は、第２Ｏ曲げ工程の開始段階を示しており、Ｏ曲げ中間成形品８５がＯ曲げ第２上型８１とＯ曲げ第２下型８３の間にセットされている。Ｏ曲げ第２上型８１の中央には、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる凹部８２が設けられている。また、Ｏ曲げ第２下型８３の中央には、搬送ローラーの軸方向となる紙面垂直方向に沿って延びる凹部８４が設けられている。凹部８２及び凹部８４の開口幅は、Ｏ曲げ中間成形品８５の幅より大きく設定されているので、曲げ成形によってＯ曲げ中間成形品８５がＯ曲げ第２上型８１とＯ曲げ第２下型８３の外にはみ出すことはない。金型の凹部８２及び凹部８４の曲率半径は、Ｒ６に設定されている。

図１０（ｂ）は、第２Ｏ曲げ工程の中間段階を示しており、Ｏ曲げ第２上型８１とＯ曲げ第２下型８３の型締めが途中まで進行し、Ｏ曲げ中間成形品８５が変形してＯ曲げ中間成形品８６となった状態である。Ｏ曲げ中間成形品８６となった段階では、側端面１１の内周面側は互いに当接しているが、外周面側には隙間８７が存在しており、第一の界面５はまだ完成していない。

図１０（ｃ）は、第２Ｏ曲げ工程の完了段階を示しており、Ｏ曲げ第２上型８１とＯ曲げ第２下型８３の型締めが完了し、Ｏ曲げ中間成形品８６が変形してＯ曲げ最終成形品８８となった状態である。Ｏ曲げ最終成形品８８は、金型から取り出され、被覆層４が形成される前の金属円筒部材３となる。金型から取り出されると、金属円筒部材３の外周面の半径は、弾性回復により搬送ローラーの外周面の設計値であるｒ０となる。

図１０（ｃ）の段階まで進むと、側端面１１の全面が互いに当接して界面８９が形成され、これにより第一の界面５が完成する。さらに、界面８９と内周面の交差部の近傍には余剰体積が内周側にはみ出した膨らみ部９０が形成される。これは溝２３の両側面が当接して第二の界面を形成した後に、更なる曲げ変形で生じた余剰体積が流動したものである。本実施形態では、芯金を使用しないため、円筒の内周側の空間に余剰体積がはみ出すスペースがあり、図１０（ｂ）の段階で残存していた外周面側の隙間８７を消失させるまで曲げ変形させることが可能である。すなわち、外周面を、隙間がなく真円度の高い形状に曲げ成形することが可能である。
界面８９、すなわち第一の界面５の部分には、Ｏ曲げ工程により圧縮性の残留応力が残存するので、金型から取り出しても弾性回復により界面が分離してしまうことはない。

条件によっては、界面８９とＯ曲げ第２下型８３の凹部８４が接する位置で、わずかにＯ曲げ最終成形品８８にたわみが発生し、凹部８４とＯ曲げ最終成形品８８の外周面が離間する場合がある。その場合には、第２Ｏ曲げ工程の後に、仕上げ加工として金属円筒部材３の外周面７を研削仕上げしてもよい。
第２Ｏ曲げ工程の終了後、Ｏ曲げ最終成形品８８が型から取りだされて金属円筒部材３が得られる。

図４に戻り、金属円筒部材３の外周面に被覆層４を被覆する被覆工程Ｓ０５が実施されて搬送ローラー２が完成する。

次に、Ｒ１〜Ｒ６と、ｒ０〜ｒ５の相関関係について説明する。
まず、Ｒ６は、金属円筒部材３の外周面の設計値ｒ０と、曲げ成形後の弾性回復を考慮して、数式１を満足するように決められる。
［数１］
Ｒ６＝ｋ６×ｒ０ （ただしｋ６≦１）

ｋ６は弾性回復量の係数であり、金属円筒部材３の材質や形状によって異なる値となる。ｋ６は、Ｏ曲げ第２上型の凹部８２及びＯ曲げ第２下型の凹部８４と曲げ成形された金属円筒部材３の半径の比率をあらかじめ求めておくことにより決定する。

次にＯ曲げ中間成形品８５が、Ｏ曲げ第２上型８１とＯ曲げ第２下型８３の凹部からはみ出すことがないように、数式２を満足するようにＲ６の範囲を決定する。
［数２］
Ｒ６＞ｒ５

次に、Ｒ５は、ｒ５と、曲げ成形後の弾性回復を考慮して、数式３を満足するように決められる。
［数３］
Ｒ５＝ｋ５×ｒ５ （ただしｋ５≦１）

ｋ５は弾性回復量の係数であり、金属円筒部材３の材質や形状によって異なる値となる。ｋ５は、Ｏ曲げ第１上型の凹部７２及びＯ曲げ第１下型の凹部７６とＯ曲げ中間成形品８５の半径の比率をあらかじめ求めておくことにより決定する。

次に、Ｕ曲げ成形品７０がＯ曲げ第１上型７１とＯ曲げ第１下型７５の凹部からはみ出すことがないように、数式４を満足するようにＲ５の範囲を決定する。
［数４］
Ｒ５＞ｒ４

次に、Ｒ４は、ｒ４と、曲げ成形後の弾性回復を考慮して、数式５を満足するように決められる。
［数５］
Ｒ４＝ｋ４×ｒ４ （ただしｋ４≦１）

ｋ４は弾性回復量の係数であり、金属円筒部材３の材質や形状によって異なる値となる。ｋ４は、Ｕ曲げ第４上型６１及びＵ曲げ第４下型６５とＵ曲げ成形品７０の半径の比率をあらかじめ求めておくことにより決定する。

次に、Ｕ曲げ第３中間成形品６０が、Ｕ曲げ第４上型６１及び第４下型凸条部の間で、安定した姿勢でセットされ、曲げ加工が行われるように、数式６を満たすようにＲ４の範囲を決定する。
［数６］
Ｒ４＜ｒ３

次に、前記第１Ｕ曲げ工程〜第３Ｕ曲げ工程においては、数式７および数式８が満たされている。
［数７］
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３
［数８］
ｒ１＝ｒ２＝ｒ３

次に、Ｒ１は弾性回復を考慮し、数式９を満たしている。
［数９］
Ｒ１＝ｋ１×ｒ１ （ただしｋ１≦１）

工程順から、数式１０が満たされる。
［数１０］
ｍ１＞ｍ２＞ｍ３

さらに、ｍ１、ｍ２、ｍ３は、後工程の第４Ｕ曲げ工程において第３Ｕ曲げ工程の中間成形品６０の側端面１１が、曲げ成形時に第４下型凸条部に接触しないように決定される。

［実施形態２］
次に、実施形態２として、ロール状にまかれた金属材料から金属円筒部材３を連続的に製造するための製造工程を説明する。
図１１は、実施形態２の搬送ローラーの製造工程を説明するためのフローチャートである。図１２は、説明の便宜上、成形型や成形装置は省略し、実施形態２の各工程における成形品の形状だけを抜き出して示した模式図である。ロール状にまかれた金属材料９１から金属円筒部材１０４が得られるまでの各段階における成形品の形状を示している。

まず、金属板プリフォーム打ち抜き工程Ｓ１１により、原料となる連続した金属材料９１から、連続した金属板プリフォーム９５を打ち抜き加工により得る。打ち抜いた金属板プリフォーム９５は、後で容易に切断可能な接続部９３を介して、予め加工されている位置決め穴９２の位置において保持枠９４とつながっている。
次に、溝形成工程Ｓ１２を実施し、金属板プリフォーム９５に溝を形成して溝形成中間成形品９６を得る。
次に、余剰体積調整工程Ｓ１３を実施し、溝形成中間成形品９６から余剰となった部分を除去して溝付き金属板プリフォーム９７を得る。

次に、Ｕ曲げ成形工程Ｓ１４を実施し、３段階の端部曲げ工程と１段階の中央部曲げ工程を順次行うことにより、Ｕ曲げ第１中間成形品９８、Ｕ曲げ第２中間成形品９９、Ｕ曲げ第３中間成形品１００、Ｕ曲げ最終成形品１０１が順に形成される。
次に、Ｏ曲げ成形工程Ｓ１５を実施し、２段階のＯ曲げ工程により、Ｏ曲げ中間成形品１０２、Ｏ曲げ最終成形品１０３が順に形成される。
次に、被覆工程Ｓ１６を実施し、接続部９３を切断して取り出した金属円筒部材１０４に高摩擦材料を被覆し、搬送ローラーを完成させる。

本実施形態の搬送ローラーも、実施形態1と同様に曲げ加工された金属板の端面どうしが、内周面と外周面の間において隙間なく当接しているため、ノッチ効果によりこの付近の局所に応力が集中してねじり強度が低下してしまうことがない。本実施形態の搬送ローラーは、ねじり強度が高いため、駆動時に変形して紙送り精度が悪化したり、ジャム等のトラブルが発生した時に紙詰まりを取り出す際の負荷により変形してしまうことがない。

また、溝部の両側面が当接して第二の界面が形成されるまで曲げることにより、搬送ローラーのねじり強度を確保しながら外周面の真円度を高めることができる。すなわち、本実施形態の搬送ローラーも、円筒の内面側に第二の界面を備えているため、ねじり強度を確保しながら外周面７の形状精度を高くすることができ、製造歩留まりが高い。

［他の実施形態］
なお、本発明は、以上説明した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、第二の界面の位置や数は、第一の界面を基準に見て周方向の開角が９０度以内の範囲であれば、適宜設定することが可能である。また、第二の界面は、第一の界面を基準に見て周方向の片側のみに設けてもよいし、第二の界面の反対側に第二の界面と同様の形状の界面を第三の界面として設けてもよい。第三の界面を設ける場合には、第一の界面を基準に、第二の界面と線対称に配置するのが好ましい。
また、第二の界面を形成するためにプリフォームに溝を形成する方法は、凸条を型押しして反転転写する方法には限られず、切削や鋳造等の他の加工方法を用いてもよい。

また、本発明を実施した搬送ローラーを実装する印刷装置は、インクジェットヘッドを記録エンジンとするインクジェット式プリンタには限られない。電子写真式の複写機、レーザービームプリンタ、熱転写型プリンタ、昇華性染料プリンタをはじめとし、各種の記録エンジンを備えた印刷装置において、記録媒体を搬送する搬送ローラーとして好適に用いることができる。

１・・・印刷装置／２・・・搬送ローラー／３・・・金属円筒部材／４・・・被覆層／５・・・第一の界面／６・・・内周面／７・・・外周面／８・・・第二の界面／９・・・凸部／２３・・・溝

Claims (14)

1. 金属を材料とする円筒部材を備えた搬送ローラーにおいて、
   前記円筒部材は、
   中心軸と直交する面で切った断面において、内周面と外周面を連絡するように径方向に沿って延在する第一の界面と、
   前記第一の界面とは離間し、前記内周面と前記外周面の間の一部分のみに径方向に沿って延在する第二の界面と、を備える、
   ことを特徴とする搬送ローラー。
2. 前記第二の界面の径方向の長さは、前記円筒部材の肉厚の５０％以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送ローラー。
3. 前記内周面は、前記第一の界面との交差部において、前記中心軸に向かって突出している、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の搬送ローラー。
4. 前記第二の界面は、前記第一の界面を基準に見て、周方向の開角が９０度以内の位置に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の搬送ローラー。
5. 前記第一の界面を基準に見て、前記第二の界面とは反対側に、前記第一の界面とは離間し、前記中心軸と平行に前記内周面と前記外周面の間の一部分のみに径方向に沿って延在する第三の界面を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の搬送ローラー。
6. 前記円筒部材の外周面に、高摩擦材料の被覆層を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の搬送ローラー。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の搬送ローラーと、
   記録エンジンと、を備える、
   ことを特徴とする印刷装置。
8. 板状の金属材の一方の主面に、側端面と平行な溝を形成する溝形成工程と、
   前記溝が形成された主面が凸型と対向する向きになるよう前記金属材を凸型と凹型の間に配置し、前記凸型と前記凹型とで挟んで型締めし、Ｕ字状金属板を形成するＵ曲げ工程と、
   前記Ｕ字状金属板を一対の凹型で挟んで型締めして円筒部材に成形し、両側の前記側端面を当接させて前記円筒部材の中心軸と平行に内周面と外周面を連絡するように径方向に沿って延在する第一の界面を形成するとともに、前記溝の両側の側面を当接させて、前記中心軸と平行に前記内周面と前記外周面の間の一部分のみに径方向に沿って延在する第二の界面を形成するＯ曲げ工程と、を有する、
   ことを特徴とする搬送ローラーの製造方法。
9. 前記溝形成工程は、
   前記金属材を平面型と凸条を有する凸条型で挟み、前記凸条を前記金属材に反転転写して前記溝を形成する工程と、
   前記溝を形成した前記金属材の端部を除去する工程と、を有する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の搬送ローラーの製造方法。
10. 前記Ｕ曲げ工程は、
    前記金属材を第一凸型と第一凹型とで挟んで型締めし、前記金属材の端部を曲げる工程と、
    前記金属材を第一凸型と第一凹型とは異なる金型で挟んで型締めし、前記金属材の中央部を曲げる工程と、を含む、
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の搬送ローラーの製造方法。
11. 前記金属材の端部を曲げる工程は、前記第一凸型と前記第一凹型とで挟んで型締めした後、曲げ幅がより大きな第二凸型と第二凹型とで挟んで型締めして前記端部を曲げる工程を含む、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の搬送ローラーの製造方法。
12. 前記Ｏ曲げ工程は、前記内周面が前記第一の界面との交差部において、前記中心軸に向かって突出するように曲げる工程である、
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の搬送ローラーの製造方法。
13. 帯状金属材料から、接続部でつながった前記板状の金属材を打ち抜く工程と、
    前記接続部でつながった前記板状の金属材に前記Ｕ曲げ工程及び前記Ｏ曲げ工程を施して前記接続部でつながった前記円筒部材を成形する工程と、
    前記接続部から前記円筒部材を切り離す工程と、を有する、
    ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の搬送ローラーの製造方法。
14. 前記Ｏ曲げ工程の後、前記円筒部材の外周面に高摩擦材料を被覆する被覆工程を有する、
    ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の搬送ローラーの製造方法。

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