JP4520807B2 - 中空円筒状被加工物の旋削加工方法、電子写真感光体用円筒状基体、電子写真感光体、画像形成装置、及び旋削加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真感光体用円筒状基体となる素管など中空円筒状被加工物の旋削加工方法、該旋削加工方法により形成された電子写真感光体用円筒状基体、該基体上に感光層を設けた電子写真感光体、該感光体を備えた画像形成装置及び該旋削加工方法に基づく旋削加工装置に関する。

複写機・プリンター・ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる電子写真感光体は円筒状基体及び該円筒状基体上に形成された感光層からなり、この電子写真感光体にフランジが装着され電子写真装置に組み込まれる。近年、電子写真装置はフルカラー化され、多色画像の色ずれが大きな問題となっている。
この色ずれを最小限にするために寸法精度の高い電子写真感光体が要求されている。前述したように電子写真感光体の構成は円筒状基体とフランジからなり、電子写真感光体の高精度化のためには構成部品である円筒状基体の高精度化が必要とされている。
従来技術では、高精度の電子写真感光体用円筒状基体を製造する方法として、円筒状基体表面を切削加工する前に特殊な装置を使用して真円度等を矯正する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この方法では円筒状基体を矯正す工程が増加しコストアップにつながる。また、切削加工時に発生するビビリ振動等の対策にはなっていないため、高精度の円筒状基体が得られないという不具合が生じる。
また、切削加工前の円筒状基体に高精度部を作製し、高精度部を保持して切削加工することで高精度の円筒状基体を製造する方法が提案されている（特許文献２及び特許文献３参照）。これらは切削加工前に円筒状基体端部の内面にインロー加工を施した後に、インロー部を保持し円筒状基体の表面を切削加工する製造方法である。しかし、円筒状基体の表面切削加工前にインロー加工を施すための工程及び特殊な装置が必要となり、円筒状基体がコスト高となるという不具合が生じる。

また、切削加工前の円筒状基体の前処理をしないで高精度の円筒状基体を製造する方法が提案され（特許文献４及び特許文献５参照）、切削加工時に、円筒状基体内部に中空弾性体を挿入し製造する手段がとられているが、中空弾性体を切削加工する前後で装着や分離する特殊な装置・工程が必要となりコスト高につながる不具合が生じる。類似の方法として切削加工時に重量物を円筒状基体内部に挿入し製造する方法もある（特許文献６参照）。しかし、重量物を円筒状基体に挿入するため、作業性が低下し、かつ重量物の脱着が別途、必要となる問題が生じる。
また、前述した方法のように前処理や別工程を設けずに高精度の円筒状基体を製造する方法として、切削加工時に基体を保持する装置に基体を安定させるための治具を付加させる製造方法もある（特許文献７参照）。しかし、エアー配管を螺旋状に配置し、エアー圧により基体を安定させる方法を用いるため基体保持装置が非常に複雑となり、コスト高になる問題が発生する。
また、内面にリブを有する円筒状の電子写真定着ローラ用芯金の製造方法が提案されている（特許文献８参照）。しかし、円筒状芯金内面に接触する振動吸収部材に偏りが発生する可能性があり、この際、円筒状芯金内面に均一な力が伝わらず高精度な円筒状芯金の製作ができなくなるおそれがある。また、接触部材の硬度が低すぎるとビビリが発生し、かつ接触部材の硬度が高すぎると接触部材から円筒状芯金への力が強くなり芯金を変形させた状態で保持することとなり、高精度の円筒状芯金を製造することはできない。
特開平１０−３１４８４３号公報 特開平１１−１６０９０１号公報 特開２００３−１６７３６１公報 特開平０６−１９８５０１号公報 特開平０６−３０４８０３号公報 実用新案登録第２６０４４３４号 特開平０８−０５２６８０号公報 特開２００２−２２４９０５公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、特別な装置・工程を用いることなく、上述したビビリ振動などの問題を解消し、高精度の電子写真感光体用円筒状基体等を形成できる中空円筒状被加工物の旋削加工法、該旋削加工方法により形成された電子写真感光体用円筒状基体、該基体上に感光層を設けた電子写真感光体、該感光体を備えた画像形成装置及び該旋削加工方法に基づく旋削加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、軸と、該軸にスペーサーを介して貫通させた複数枚以上の薄板状弾性体からなる中子を中空の円筒状被加工物に挿入し、該円筒状被加工物の表面を切削加工する中空円筒状被加工物の旋削加工方法であって、前記中子を構成する薄板状弾性体が、硬度と寸法の異なる少なくとも二種類の薄板状弾性体の積層体であること特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、前記少なくとも二種類の薄板状弾性体のうち、１つは所定の基準に準じて測定した硬度が３０Ｈｓから９０Ｈｓ、肉厚が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下で最大の外径が被加工物の内径より１ｍｍ以上大きい振動吸収部材、他の１つは前記硬度が６０Ｈｓから１００Ｈｓ、肉厚が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下で最大の外径が被加工物の内径より１ｍｍ以上小さい振動吸収部材の補助部材であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、少なくとも前記振動吸収部材と補助部材が、軸の進入方向に振動吸収部材、補助部材の順序で積層されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、前記補助部材が円盤状の形状であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、前記振動吸収部材が外周に切り欠きを有することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、前記振動吸収部材と補助部材の積層体がすべて前記軸に固定されたとき該振動吸収部材の同一外周端が同一直線上に来ない形に並べられていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法により旋削して形成した電子写真感光体用円筒状基体であることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の電子写真感光体用円筒状基体の上に感光層を形成した電子写真感光体であることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８に記載の電子写真感光体を備えた画像形成装置であることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法における中子を挿入した中空円筒状被加工物を装着して旋削する旋削加工装置であることを特徴とする。

請求項１の中空円筒状被加工物の旋削加工方法によれば、中子を構成する薄板状弾性体が、硬度と寸法の異なる少なくとも二種類の薄板状弾性体の積層体であることから、ビビリ振動や変形などの発生が抑制され、中空円筒状被加工物を高精度に加工することができる。
請求項２の中空円筒状被加工物の旋削加工方法によれば、上記薄板状弾性体の１つは硬度が比較的高く、外径が被加工物の内径より大きい振動吸収部材で、他の１つは硬度がそれより高く、外径が被加工物の内径より小さい補助部材であることから、被加工物内に挿入されたとき振動吸収部材が被加工物の内面に密着し、さらに補助部材により被加工物の内面に偏りなく均一な力を加えることができ、より高精度の加工を行うことができる。
請求項３の中空円筒状被加工物の旋削加工方法によれば、上記振動吸収部材と補助部材が、軸の進入方向に振動吸収部材、補助部材の順序で積層されていることから、上記密着をより強固に、かつ、より均一な力が加えられ、被加工物に変形を発生させない。
請求項４の中空円筒状被加工物の旋削加工方法によれば、上記補助部材が円盤状の形状であることから、振動吸収部材との適切な関係を保持することができ、旋削時の振動をより抑制することができる。

請求項５の中空円筒状被加工物の旋削加工方法によれば、上記振動吸収部材が外周に切り欠き部を有することから、被加工物への挿入が容易に行えるだけでなく、上記補助部材との適切な関係が保持でき、旋削時の振動をより抑制することができる。
請求項６の中空円筒状被加工物の旋削加工方法によれば、上記振動吸収部材と補助部材の積層体がすべて前記軸に固定されたとき該振動吸収部材の同一外周端が同一直線上に来ない形で並べられていることから、旋削加工時の被加工物への負荷を均一にかけることができ、より高精度の加工を行うことができる。
請求項７の電子写真感光体用円筒状基体によれば、上記旋削加工方法により形成されることから、振れが小さく、真円度精度の高い円筒状基体を得ることができる。
請求項８の電子写真感光体によれば、上記円筒状基体上に感光層を形成した感光体であることから、寸法精度の高い、多色画像の色ずれを最小限に抑制することができる電子写真感光体を得ることができる。
請求項９の画像形成装置によれば、上記感光体を備えたことから色ずれの少ない多色画像を形成することができる。
請求項１０の旋削加工装置によれば、上記本発明の旋削加工方法における中子を挿入した中空円筒状被加工物を装着して旋削することから、ビビリ振動や変形などの発生が抑制され、電子写真感光体用円筒状基体など中空円筒状被加工物を高精度に旋削加工することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明は、硬度と寸法の異なる少なくとも二種類の薄板状弾性体の積層体を複数個保持する軸状部材からなる中子を電子写真感光体用円筒状基体となる素管等の中空円筒状被加工物に挿入して切削加工する旋削加工方法であり、この方法によれば、ビビリ振動や変形の発生を抑制し高精度の電子写真感光体用基体等を製造することができる。
上記硬度と寸法の異なる少なくとも二種類の薄板状弾性体の１つは所定の基準であるＪＩＳ Ｋ ６３０１（スプリングＡ型）に準じて測定した硬度が３０Ｈｓから９０Ｈｓ、肉厚が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下で最大の外径が被加工物の内径より１ｍｍ以上大きい振動吸収部材１である。また他の１つは同じくＪＩＳ Ｋ ６３０１（スプリングＡ型）に準じて測定した硬度が６０Ｈｓから１００Ｈｓ、肉厚が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下で最大の外径が被加工物の内径より１ｍｍ以上小さい補助部材６である。
図１（ａ）は本発明の中子の構成例を示すもので、切削加工時の中空円筒状被加工物の把持部５と中空円筒状被加工物の導入部材４が軸部材３と連結されており、振動吸収部材１と該振動吸収部材の補助部材６の積層体がスペーサー２を介して軸部材に複数個取り付けられている。振動吸収部材１と振動吸収部材の補助部材６とスペーサー２には軸部材３が貫通することが可能な加工がされており、中子の状態に組みあがったときに軸方向に動かないように固定される。
なお、この場合、中子に取り付ける振動吸収部材１と補助部材６とからなる薄板状弾性体の枚数は、中空円筒状被加工物の長さなどを考慮して、後述する切削加工時のビビリ振動の発生を抑制できれば任意に設定可能である。但し、実際には、中子に薄板状弾性体を５枚以上設けるようにすうと切削加工時のビビリ振動の発生を確実に抑制することができる。

図１（ｂ）は中空円筒状被加工物７に中子を挿入した時の状態を示している。振動吸収部材１の外径が中空円筒状被加工物７の内径より大きいため、中子を中空円筒状被加工物７に挿入したとき、振動吸収部材１の一部が中空円筒状被加工物７の内壁に密着される。振動吸収部材１が中空円筒状被加工物７の内壁に密着することにより、切削加工時にビビリ振動の発生が抑制され、高精度の電子写真感光体用円筒状基体等の製造が可能となる。
図１（ｃ）は中空円筒状被加工物の切削加工時の状態を示している。切削加工時、中空円筒状被加工物の把持部９は切削加工装置の連結部１０により切削加工装置本体（図示せず）と連結されている。中子が挿入された中空円筒状被加工物７（図２に示す状態）を手動あるいは自動搬送システム（図示せず）にて切削加工装置（図示せず）に装着する。このとき、中空円筒状被加工物７の一方の端部は中子の切削加工時の把持部５に把持されているが、もう一方の把持されていない端部を切削加工装置の連結部１０により切削加工装置本体（図示せず）と連結されている切削加工時の把持部９に把持させるように装着する。
中空円筒状被加工物７を切削加工装置（図示せず）に装着後、切削加工装置に付設されているモーター（図示せず）を駆動させ、ベルト、チェーン等の伝達装置により中空円筒状被加工物７を回転させる。中空円筒状被加工物７の回転が安定した後に、バイトを中空円筒状被加工物７から軸方向に移動させ中空円筒状被加工物７の表面の切削加工を行う。図１（ｃ）では、中空円筒状被加工物７の導入部４と切削加工時の中空円筒状被加工物７の把持部９が接触していないが、接触していても問題ない。また、駆動方式として片側駆動と両側駆動が知られているが、本発明はこれら駆動方式に限定されるものではない。
振動吸収部材１は、薄板状弾性体であり、一般に防振効果の高い材質とされている天然ゴム、ブタジエンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ネオプレンゴム等で形成され、形態は発泡していてもしていなくてもよい。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に振動吸収部材１の代表的な形状を示す。図のように先端の形状が中空円筒状被加工物７に挿入されたとき中空円筒状被加工物７の内面と接触しやすい十字状や外周に切り欠きを有する形状とすることが望ましい。また、図示した通り線対称もしくは点対称の形状でなくてもよい。すなわち、Ｌ１＝Ｌ２が望ましいが、Ｌ１≠Ｌ２でも使用可能である。振動吸収部材の硬度、肉厚、最大の外径は前述したとおりであり、これにより被加工物内に挿入されたとき被加工物の内面によく密着させることができる。
補助部材６は振動吸収部材１と積層されて軸部材３に貫通されスペーサーにより位置決めされ軸部材３に固定される。振動吸収部材１は前述のように被加工物内に挿入されたとき被加工物の内面に密着されるが、補助部材６が積層されることによって被加工物の内面に偏りなく均一な力を加えることができ、より高精度の加工を行うことができる。補助部材の硬度、肉厚、最大の外径は前述のとおりであり、形状としては円盤状が好ましく、この形状によれば振動吸収部材との適切な関係を保持し、旋削時の振動をより抑制することができる。
少なくとも振動吸収部材１と補助部材６からなる積層体は、軸の進入方向に振動吸収部材、補助部材の順序で積層され、このような積層体がスペーサーを介して軸に複数個貫通された構成であることから、上記密着をより強固にし、かつ、より均一な力が加えられるので被加工物に変形が発生することがない。該積層体は２種類の補助部材で振動吸収部材を挟んだサンドイッチ構造としてもよい。
スペーサー２は、振動吸収部材１を中空円筒状被加工物７の任意の位置に固定するための機能を有していれば、材質や形状は規定する必要はない。
ここで使用される円筒状基体となる素管など中空円筒状被加工物７は、アルミニウム、銅、鉄、亜鉛などの金属製の管であり、公知の材料を用いることができる。

図３は振動吸収部材１の配列を示す。
図３（ａ）に示すように複数の振動吸収部材１が軸部材３に対して全て同一の形に配列されている場合は、中子を中空円筒状被加工物７に挿入、かつ切削加工するとき、振動吸収部材１が中空円筒状被加工物７に与える力が中空円筒状被加工物７の円周方向で偏りが発生するため、形成する円筒状加工物の形状は真円ではなくなる。これに対して図３（ｂ）に示すように振動吸収部材１が軸部材３に対して全て同一の形に配列されていない場合は、すなわち、振動吸収部材１と補助部材６の積層体がすべて軸部材に固定されたとき該振動吸収部材の同一外周端が同一直線上に来ない形で並べられている場合は、振動吸収部材１が中空円筒状被加工物７に与える力が均一になるため、より高精度の円筒状の加工が可能となる。
［実施例１］
下記切削加工条件で、外径６０．４ｍｍ、全長３５２ｍｍ、肉厚１．０ｍｍのアルミニウム製の円筒状基体を切削加工し、外径６０．０ｍｍ、全長３５２ｍｍ、肉厚０．８ｍｍの円筒状基体を作製した。評価として切削加工中のビビリ振動と切削加工後の円筒状基体の全振れを測定した。結果を表１に示す。なお、ビビリ振動は目視で発生の有無を確認し、全振れはレーザースキャンマイクロゲージ（ミツトヨ社製）を使用して測定した。
（切削加工条件）
振動吸収部材として外径７０ｍｍ、肉厚１ｍｍ、硬度６０の十字形のクロロプレンを用い、補助部材として外径５０ｍｍ、肉厚２ｍｍ、硬度８０の円形のウレタンゴムを用いて、これらを軸部材に進行方向から振動吸収部材、補助部材の順序で通して積層し、スペーサーにより１０組挟み込み（貫通させ）中子とした。振動吸収部材は軸部材に対して全て同一の形にならない配列とした。この中子を挿入した円筒状基体を旋削加工装置に装着して回転数５０００ｒｐｍで切削を行った。

［比較例１］
補助部材を使用しない以外は実施例１と同条件で円筒状基体の切削加工を行った。測定結果を表１に示す。
［比較例２］
振動吸収部材が軸に対して全て同一の形に成るように配列した以外は実施例１と同条件で円筒状基体の切削加工を行った。測定結果を表１に示す。
［比較例３］
ゴム硬度が９６の振動吸収部材を使用した以外は実施例１と同条件で円筒状基体の切削加工をおこなった。測定結果を表１に示す。
［比較例４］
ゴム硬度が２０の振動吸収部材を使用した以外は実施例１と同条件で円筒状基体の切削加工をおこなった。測定結果を表１に示す。
［比較例５］
ゴム硬度が５０の補助部材を使用した以外は実施例１と同条件で円筒状基体の切削加工をおこなった。測定結果を表１に示す。





［表１］

（ａ）は本発明の中子の構成例を示す図、（ｂ）は中子を中空円筒状被加工物に挿入した状態を示す図、（ｃ）は中子を挿入した中空円筒状被加工物の切削加工時の状態を示す図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はいずれも振動吸収部材の形状を示す図。 （ａ）（ｂ）は振動吸収部材の配置例を示す図。

符号の説明

１ 振動吸収部材、２ スペーサー、３ 軸部材、４ 中空円筒状被加工物の導入部材、５、９ 中空円筒状被加工物の把持部、６ 振動吸収部材の補助部材、７ 中空円筒状被加工物、８、１０ 切削加工装置の連結部、１１ バイト、１２ 軸部材貫通孔

Claims (9)

1. 軸と、該軸にスペーサーを介して貫通させた複数枚以上の薄板状弾性体からなる中子を中空の円筒状被加工物に挿入し、該円筒状被加工物の表面を切削加工する中空円筒状被加工物の旋削加工方法であって、前記中子を構成する薄板状弾性体が、硬度と寸法の異なる振動吸収部材と該振動吸収部材の補助部材の積層体であり、前記振動吸収部材と前記補助部材の積層体がすべて前記軸に固定されたとき該振動吸収部材の同一外周端が同一直線上に来ない形に並べられていること特徴とする中空円筒状被加工物の旋削加工方法。
2. 請求項１記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、前記振動吸収部材は所定基準に準じて測定した硬度が３０Ｈｓから９０Ｈｓ、肉厚が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下で最大の外径が被加工物の内径より１ｍｍ以上大きく、補助部材は前記硬度が６０Ｈｓから１００Ｈｓ、肉厚が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下で最大の外径が被加工物の内径より１ｍｍ以上小さい中空円筒状被加工物の旋削加工方法。
3. 請求項１または２記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、少なくとも前記振動吸収部材と補助部材が、軸の進入方向に振動吸収部材、補助部材の順序で積層されていることを特徴とする中空円筒状被加工物の旋削加工方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、前記補助部材が円盤状の形状であることを特徴とする中空円筒状被加工物の旋削加工方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法において、前記振動吸収部材が外周に切り欠きを有することを特徴とする中空円筒状被加工物の旋削加工方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法により旋削して形成したことを特徴とする電子写真感光体用円筒状基体。
7. 請求項６に記載の電子写真感光体用円筒状基体の上に感光層を形成したことを特徴とする電子写真感光体。
8. 請求項７に記載の電子写真感光体を備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の中空円筒状被加工物の旋削加工方法における中子を挿入した中空円筒状被加工物を装着して旋削することを特徴とする旋削加工装置。

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