JP5054655B2 - ローラとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ローラの軸方向と直交する方向を発泡方向とする軟質ポリウレタンフォームからなるローラとその製造方法に関する。

例えば複写装置、画像記録装置、プリンタ、ファクシミリ等のＯＡ機器では、電子写真システムにおける現像系や帯電系等にローラが使用されている。図５に示すように、ローラ７０は、軟質ポリウレタンフォーム等の柱状体からなるローラ本体７１にシャフト７５が挿通されたものからなる。前記シャフト７５はローラの回転軸およびＯＡ機器への取り付け軸として用いられる。

前記ローラの製造方法としては、シャフトを配置した型内にポリウレタンフォーム原料を充填して発泡させることにより、シャフトと一体にローラ本体を発泡成形する方法が提案されているが、この製造方法は型費が嵩む問題がある。そこで、一般的には、コンベア上に軟質ポリウレタンフォーム原料を吐出して、常温、大気圧下で発泡させるスラブ発泡により得られた軟質ポリウレタンフォームから、裁断や研磨等によってローラ本体を形成している。具体的には、図６に示すように、スラブ発泡させた軟質ポリウレタンフォーム８１を発泡方向Ｋと直交する方向に裁断して発泡方向Ｋを厚み方向とする板状体８３を形成し、前記板状体８３の厚み方向と直交する方向を長さ方向とする角柱体８５を前記板状体８３から裁断等で形成し、前記角柱体８５にシャフト７５を挿通して角柱体８５を外周面の研磨加工等によって円柱体とする方法により、ローラ７０を製造している。なお、軟質ポリウレタンフォームを発泡方向と直交する方向に裁断してローラを製造する方法は、横取りとも称される。

しかし、このようにして製造されたローラ７０は、ローラ本体７１を構成する軟質ポリウレタンフォームの発泡方向Ｋがローラの軸方向と直交する方向となり、図７に示す横断面のように、軟質ポリウレタンフォームのセルＤがローラの軸方向と直交する方向に縦長となっている。そのため、ローラ本体７１は全長に渡って周方向（すなわち回転角度）で表面の硬さがバラツキ易く、各種ローラの特性に悪影響を及ぼすことがある。例えば、トナー供給ローラやクリーニングローラなどは、相手部材との位置精度が各軸間距離によって規制されているため、ローラ本体７１の周方向に硬さのバラツキ（不均一）が発生すると、均一に相手部材との圧力、ニップ幅が確保できなくなり、安定した機能を発揮できなくなる。

また、ローラ本体７１の周方向における表面硬さのバラツキ（不均一）を抑えるため、図８に示すように、スラブ発泡で形成された軟質ポリウレタンフォーム９１を発泡方向Ｋと平行に裁断して発泡方向Ｋと直交する方向を厚み方向とする板状体９３を形成し、前記板状体９３の発泡方向を長さ方向とする角柱体９５を前記板状体９３から裁断等で形成し、前記角柱体９５にシャフト９７を挿通して角柱体９５を外周面の研磨加工等によって円柱体のローラ本体９６とするローラ１００の製造方法が提案されている。図９はこの方法によって得られたローラ１００の断面図である。この方法により得られたローラ１００は、ローラ本体９６を構成する軟質ポリウレタフォームのセルＪが、ローラの軸方向と平行に縦長となっているため、ローラ本体９６の表面の硬さについてバラツキがローラ本体の周方向で小さなものとなる。なお、軟質ポリウレタンフォームを発泡方向と平行方向に裁断してローラを製造する方法は、縦取りとも称される。

しかし、スラブ発泡により得られる軟質ポリウレタンフォームは、発泡方向Ｋが上下方向となっており、発泡方向（上下方向）の寸法は、発泡反応等により制限されるため、発泡方向と直交する幅方向（コンベアの幅方向、および、コンベアの長さ（進行）方向）の寸法よりも小となっている。そのため、前記発泡方向と平行方向に裁断する縦取りは、発泡方向と直交方向に裁断する横取りよりも効率が悪い問題がある。

特開平８−３３２６７９号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、ローラ本体を構成する軟質ポリウレタンフォームの発泡方向がローラの軸方向と直交するローラにおいて、ローラ本体の表面の周方向における硬さのバラツキの影響を少なくできるローラとその効率的な製造方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、ローラ本体にシャフトが挿通されたローラにおいて、前記ローラ本体は、ローラの軸方向と直交する方向を発泡方向とする軟質ポリウレタンフォームの円柱体が前記ローラの軸方向に沿って複数配設されたものからなると共に、隣接する前記円柱体同士が前記発泡方向を互いに交差する方向とされていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、隣接する前記円筒体同士は前記発泡方向が互いに直交する方向とされていることを特徴とする。

請求項３の発明は、ローラ本体にシャフトが挿通されたローラの製造方法において、軟質ポリウレタンフォームをその発泡方向と直交する方向に切断して前記発泡方向を厚み方向とする板状体とし、前記板状体の厚み方向と直交する方向を長さ方向とする所定長の角柱体を前記板状体から複数切断し、前記角柱体の複数を長さ方向に一列にすると共に、隣り合う角柱体同士については、少なくとも一方の角柱体を、前記長さ方向を回転軸として回転させることにより、前記発泡方向が互いに交差する方向となるようにし、前記一列とされた複数の角柱体に長さ方向に一本のシャフトを挿通し、前記シャフトが挿通された複数の角柱体を外周面の加工により円柱体とすることにより、前記複数の円柱体からなるローラ本体を形成することを特徴とするローラの製造方法。

本発明のローラによれば、ローラ本体を構成する個々の円柱体については、発泡方向と直交する外周表面ではセル形状が横長となっており潰れやすく、）硬さが最も低く、それから９０度回転して発泡方向と平行になった外周表面で硬さが最も高くなっている。しかし、隣り合う円柱体同士は発泡方向が交差方向となっている。すなわち隣り合う円柱体同士は発泡方向が周方向に互いに所定角度ずれているため、ローラ本体が相手物と接触する場合、一つの円柱体の部分では相手物との接触部分の硬さが高くなっていても、隣の円柱体の部分では相手物との接触部分の硬さが低くなっている。また、相手物は複数の円柱体における一つの円柱体部分で押圧されるのではなく、ローラ本体の全長部分、すなわち全ての円柱体で押圧される。したがって、本発明のローラは、一つの円柱体部分において相手物との接触部分の硬さが高く、隣の円柱体部分において相手物との接触部分の硬さが低くなっている状態から、所定角度回転して一つの円柱体部分における相手物との接触部分の硬さが低くなった場合には、隣の円柱体部分において相手物との接触部分の硬さが高くなっているため、ローラ本体の全長で押圧される相手物は、ローラの回転前後でローラ本体の表面による押圧力に変化が少なくなり、ローラ本体の周方向の硬さがバラツキの少ないものとなっている。その結果、ローラ本体の表面の硬さに関するバラツキの影響を少なくすることができる。また、ローラ本体の長さは円柱体の数によって調節できるため、長いローラ本体に対しても対応することができる。

また、本発明のローラの製造方法によれば、軟質ポリウレタンフォームから横取りでローラを製造しても、ローラ本体表面の周方向での硬さのバラツキの影響が少ないローラを得ることができるため、良好な機能を発揮するローラを効率よく製造することができる。

図１は本発明の一実施例に係るローラの斜視図、図２は図１の断面図、図３は本発明の製造法の一例について工程を示す図である。

図１に示すローラ１０は、ローラ本体１１と、前記ローラ本体１１の中心にローラ１０の軸方向Ｌにシャフト６１が挿通されたものからなり、トナー供給ローラとして好適なものである。前記ローラの軸方向Ｌは、ローラの長さ方向と同一方向である。

前記ローラ本体１１は、図２にも示すように、複数（好ましくは３以上、本実施例では３）の円柱体１３，１５，１７が、ローラの軸方向Ｌに沿って配設されて全体として一つの円柱体とされたものである。前記円柱体１３，１５，１７は、それぞれの長さ方向（径方向と直交する方向）が前記ローラ本体の長さ方向Ｌとされ、隣り合う円柱体同士が互いに接着等で接合されて一つのローラ本体１１を構成している。なお、前記円柱体１３，１５，１７には、ローラの軸方向Ｌに沿うシャフト挿通孔１４、１６、１８が、一連となるように中心に形成され、前記シャフト挿通孔１４，１５，１８に前記金属等からなるシャフト６１が挿通されている。

前記円柱体１３，１５，１７のそれぞれは、図２に示すように、図１に示したローラの軸方向Ｌと直交する方向（ローラ１０の径方向であり、ローラの中心から放射状の方向となっている）を、発泡方向Ｋとする軟質ポリウレタンフォームからなる。また、前記円柱体１３，１５，１７のセル（気孔）Ｃ１、Ｃ２，Ｃ３は、それぞれの発泡方向Ｋと平行方向に長くなった長形をしている。

さらに、図２に示すように、前記円柱体１３，１５，１７は隣接する円柱体同士の発泡方向が互いに交差する方向（異なる方向）とされている。本実施例では、互いに隣接する円柱体１３と円柱体１５同士については、（２Ａ−２Ａ断面図）と（２Ｂ−２Ｂ断面図）に示すように、円柱体１３の発泡方向Ｋと円柱体１５の発泡方向Ｋは、互いに直交する方向となっている。また、互いに隣接する円柱体１５と円柱体１７同士についても、（２Ｂ−２Ｂ断面図）と（図２Ｃ−２Ｃ断面図）に示すように、円柱体１５の発泡方向Ｋと円柱体１７の発泡方向Ｋは、互いに直交する方向となっている。

複数の円柱体１３，１５，１７の発泡方向を前記のように設定することで、各円柱体１３，１５，１７の発泡方向Ｋがローラの軸方向と直交していても、ローラ本体１１の全体では、周方向における硬さのバラツキの影響を少なくすることができ、印刷画像への悪影響を抑えることができる。また、後述するローラの製造方法において、軟質ポリウレタンフォームから前記円柱体を形成する際に、効率の良い横取り方法、すなわち、軟質ポリウレタンフォームを発泡方向と直交する方向に裁断する方法を採用することが可能となり、効率よくローラを製造することができるようになる。

次に前記ローラの製造方法の一例について図３を用いて説明する。ローラの製造方法は、板状体形成工程、複数の角柱体形成工程、シャフト挿通工程、外周面加工工程とよりなる。

板状体形成工程では、図３の（３Ａ）に示すように、スラブ発泡により形成された軟質ポリウレタンフォームＦを発泡方向Ｋと直交方向Ｍに裁断して発泡方向Ｋを厚み方向とする板状体Ｆ１を形成する。前記スラブ発泡された軟質ポリウレタンフォームＦは所定の大きさのブロック（例えば直方体）となっている。軟質ポリウレタンフォームＦの裁断は公知のウレタンフォーム用裁断機が用いられる。また、前記板状体Ｆ１の厚みは、前記ローラ本体１１を構成する円柱体１３，１５，１７の径（直径）と同一あるいは所定量大とされる。

複数の角柱体形成工程では、発泡方向Ｋが厚み方向とされた前記軟質ポリウレタンフォームの板状体Ｆ１から、裁断や打ち抜きプレス等により切断して、複数の角柱体を形成する。角柱体は、三角柱、四角柱等適宜の多角柱とされるが、四角柱が作業性の点で好ましい。前記角柱体は、前記ローラ本体１１を構成する円柱体１３，１５，１７と等しい長さからなり、また前記円柱体１３，１５，１７の横断面形状よりも大きい横断面形状を有するものとされる。例えば、前記角柱体が四角柱の場合には、端面における四角形の一辺が前記円柱体１３，１５，１７の径以上の寸法とされる。このようにして形成された角柱体は、長さ方向と直交する方向が前記発泡方向となっている。さらに、本実施例では、角柱体は、端面における四角形の一辺であって、板状体Ｆ１の厚み方向であった方向と平行方向が発泡方向Ｋとなっている。

シャフト挿通工程では、図３の（３Ｂ）、（３Ｃ）に示すように、前記形成した複数の角柱体から、前記ローラ本体１１の形成に必要な本数、本実施例では３つの角柱体１３Ａ，１５Ａ，１７Ａを取り出し、それぞれの長さ方向に一列にすると共に、隣り合う角柱体同士については、発泡方向が交差方向となるように（すなわち異なるように）向きを調整する。本実施例では、３つの角柱体１３Ａ，１５Ａ，１７Ａのうち、中央の角柱体１５Ａについて、角柱体１５Ａの中心を通る長さ方向を回転軸として９０度回転させ、これによって中央の角柱体１５Ａの発泡方向Ｋを、両側の角柱体１３Ａ及び１７Ａの発泡方向Ｋに対して９０度回転した交差方向とする。その状態で、前記角柱体１３Ａ，１５Ａ，１７Ａを接着材で一体にし、その後にシャフト挿通孔を角柱体の中心に長さ方向に沿ってドリル等で形成し、図３の（３Ｄ）に示すように前記シャフト６１を挿通する。前記シャフト６１は、予め外周に接着剤を塗布し、挿入後に接着剤が硬化して前記角柱体１３Ａ，１５Ａ，１７Ａと接着するようにしておく。

外周面加工工程では、前記角柱体１３Ａ，１５Ａ，１７Ａの外周面を研磨装置による研磨加工等によって円周面とすることにより、前記角柱体１３Ａ，１５Ａ，１７Ａを、図３の（３Ｅ）のように前記円柱体１３，１５，１７にしてローラ本体１１を形成し、前記ローラ１０を得る。このようにして形成された前記ローラ本体１１は、ローラの軸方向と直交する方向を発泡方向とする軟質ポリウレタンフォームからなる前記円柱体１３，１５，１７が前記ローラの軸方向に沿って複数設けられ、隣接する円柱体同士が前記発泡方向を互いに交差する方向とされたものとなっている。

本発明のローラにおける周方向の硬さのバラツキを確認するため、本発明の製造方法で製造された実施例のローラと、発泡方向がローラの軸方向と直交する一つの円柱体からなるローラ本体を有する比較例のローラについて、図４に示す方法により硬度測定を行った。硬度測定は、荷重測定器（（株）イノアックコーポレーション製）上にローラを載置し、回転装置で４５度ごとにローラを回転させ、各角度位置でローラを下方へ一定の力で押圧して荷重を測定することによって行った。各回転角度の荷重の値によってローラ本体における周方向の硬さのバラツキを判断した。測定結果は表１に示す通りであり、その測定結果のグラフを図１０に示す。なお、実施例のローラは、ローラ本体の全長２１９ｍｍ、外径１３ｍｍ、円柱体の数３、各円柱体の長さ７３ｍｍ、円柱体の材質は軟質ポリウレタンフォーム（密度７０ｋｇ／ｍ^３、品番；ＥＰ７０、（株）イノアックコーポレーション製）、シャフトの長さ２４０ｍｍ、径５ｍｍである。また、比較例のローラは、ローラ本体の全長２１９ｍｍ、外径１３ｍｍ、材質は軟質ポリウレタンフォーム（密度７０ｋｇ／ｍ^３、品番；ＥＰ７０、（株）イノアックコーポレーション製）、シャフトの長さ２４０ｍｍ、径５ｍｍである。

表１及び図１０から明らかなように、実施例のローラは比較例のローラと比べて周方向における硬度のバラツキが小さくなっている。さらに、硬度の最大値と最小値の差も、実施例のローラは比較例のローラの半分以下であり、周方向の硬さについて均一性が高くなっている。

実施例のローラについて印刷した画像品質を調べるため、前記実施例のローラと前記比較例のローラをレーザープリンター（ブラザー工業株式会社製 ＨＬ−２０４０）にトナー供給用ローラとして取り付けて画像（１００％ベタ画像（黒）、および、所定のゴースト確認パターン）を印刷し、印刷画像に対してマクベス濃度計（反射式）による濃度差を測定した。濃度差の測定は、１００％濃度画像におけるＡ４縦方向の上部と下部の濃度差をみる「ベタかすれ」と、パターン画像におけるゴースト部の濃度をみる「ゴースト」の２種類で判断した。測定結果を表２に示す。なお、使用したマクベス濃度計（反射式）は、品番；ＲＤ−９１８、マクベス社製である。

表２から明らかなように、実施例のローラは、ベタかすれとゴーストの何れについても比較例のローラよりも少なく、良好な印刷画像が得られることがわかる。

なお、本発明は、前記の実施例では、複数の円柱体は数を３としたが、２または４以上の数であってもよい。
また、図示しないが、前記円柱体１３，１５，１７は隣接する円柱体同士の発泡方向が互いに交差する方向（異なる方向で、各６０度ずらした方向）とすることもできる。すなわち、互いに隣接する円柱体１３と円柱体１５同士については、具体的には、円柱体１５の発泡方向Ｋを円柱体１３の発泡方向Ｋから、互いに６０度ずれた方向とすることができる。さらに、互いに隣接する円柱体１５と円柱体１７同士についても、円柱体１７の発泡方向Ｋを円柱体１５の発泡方向から、互いに交差する方向であって、さらに６０度ずれた方向（円柱体１３の発泡方向Ｋからは、１２０度ずれた方向）とすることができる。このようにすることによっても、ローラ全体として、ローラ周方向の硬さのバラツキの少ないものとすることができる。さらに本発明のローラはトナー供給用ローラに限られるものではない。

本発明の一実施例に係るローラの斜視図である。 図１の断面図である。 本発明の製造法の一例について工程を示す図である。 周方向の硬度のバラツキを測定する方法を示す図である。 従来のローラの斜視図である。 従来のローラの製造方法を示す図である。 従来のローラの７−７断面図である。 従来の縦取り方法によるローラの製造方法を示す図である。 縦取り方法により製造されたローラの断面図である。 硬度の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ ローラ
１１ ローラ本体
１３，１５，１７ 円柱体
１３Ａ，１５Ａ，１５Ａ 角柱体
６１ シャフト
Ｆ 軟質ポリウレタンフォーム
Ｆ１ 板状体
Ｋ 発泡方向
Ｌ ローラの軸方向

Claims (3)

1. ローラ本体にシャフトが挿通されたローラにおいて、
   前記ローラ本体は、ローラの軸方向と直交する方向を発泡方向とする軟質ポリウレタンフォームの円柱体が前記ローラの軸方向に沿って複数配設されたものからなると共に、隣接する前記円柱体同士が前記発泡方向を互いに交差する方向とされていることを特徴とするローラ。
2. 隣接する前記円筒体同士は前記発泡方向が互いに直交する方向とされていることを特徴とする請求項１に記載のローラ。
3. ローラ本体にシャフトが挿通されたローラの製造方法において、
   軟質ポリウレタンフォームをその発泡方向と直交する方向に切断して前記発泡方向を厚み方向とする板状体とし、
   前記板状体の厚み方向と直交する方向を長さ方向とする所定長の角柱体を前記板状体から複数切断し、
   前記角柱体の複数を長さ方向に一列にすると共に、隣り合う角柱体同士については、少なくとも一方の角柱体を、前記長さ方向を回転軸として回転させることにより、前記発泡方向が互いに交差する方向となるようにし、
   前記一列とされた複数の角柱体に長さ方向に一本のシャフトを挿通し、
   前記シャフトが挿通された複数の角柱体を外周面の加工により複数の円柱体とすることにより、前記複数の円柱体からなるローラ本体を形成することを特徴とするローラの製造方法。

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