JP5382509B2 - 電子写真装置のシート搬送用転動体及びその射出成形金型 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、ファクシミリ、レーザープリンタ等の電子写真装置内で画像形成されたシートを搬送するシート搬送用転動体及びその製造に使用される射出成形金型に関するものである。

複写機やレーザープリンタ等の電子写真プロセスを利用した電子写真装置は、電子写真プロセスにより感光体上に形成した像を転写紙にトナー像として転写し、この像を転写紙上に定着装置で定着した後、機外に排出する。このような定着装置は、ヒータを内蔵する定着ローラーと、これに圧接する加圧ローラーとからなり、そのニップ部に定着トナー像を担持する転写紙を通紙し、加熱と押圧によってトナーを転写紙に溶融し定着させ、その後に転写紙を排紙コロおよび排紙ローラー等のシート搬送用転動体により機外に排出する。また、定着ローラーの代わりに定着ベルト等の定着部材を使用する定着装置も知られている。

具体的なシート搬送用転動体を図６により説明する。図６は定着ローラーを有する定着装置の概略構成例を示している。図６に示す定着装置は、ヒータ２１を内蔵する定着ローラー２２に転写紙経路を挟んで従動回転する加圧ローラー２３を設けたものであり、図外の転写部より搬送ベルト２４により搬送されてきた未定着トナー像を担持する転写紙２５は、定着入口ガイド２６に案内されて定着ローラー２２と加圧ローラー２３とのニップ部に挿入され、対のローラー２２、２３に挟圧された際、トナー像が定着されながら送り出される。定着後、転写紙２５の先端は、定着ローラー２２のニップ部の下流側に位置する分離爪２７の爪先によって定着ローラー２２から剥離される。定着ローラー２２から剥離された用紙は、搬送経路を通り、その際に回転駆動されている排紙ローラー２９と排紙ローラー２９に圧接されて従動する排紙コロ２８などの間を通って機外に排出される。

また、図７に示すカラーレーザープリンタについては、未定着トナー像を担持した転写紙がヒータ内蔵の定着ローラー３０と加圧ローラー３１の対接部を通過した後、分離爪３２で定着ローラー３０から引き剥がされ、そのまま排紙コロ３３と排紙ローラー３４の対接部を通って送り出され、さらに一対の中間ガイドコロ３５の間を通った後、回転駆動されている駆動ローラー３６と蹴り出し用コロ３７の間を通って機外まで搬送される。また、図７中符号３２ａは加圧ローラー３１に接する分離爪である。なお、図７中の符号３８はレーザーユニット、３９はトナー収納部、４０は静電潜像を形成する感光ドラム、４１は転写装置、４２は紙（シート）収納カセット、４３は定着装置をそれぞれ示している。

上述したような画像形成装置における、従来の排紙コロ、中間ガイドコロ、蹴り出し用コロなどのシート搬送用転動体を図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来のシート搬送用転動体の斜視図である。図８（ａ）、（ｂ）に示すシート搬送用転動体は、排紙コロまたは中間ガイドコロとして使用されるものであり、ローラー部５１と、その両端に回転軸となる支持軸５２又は軸穴５３とを有している。図８（ｃ）に示すシート搬送用転動体は、蹴り出し用コロとして用いられるものであり、ローラー部５１の両端に歯車付きの支持軸５４を有している。このようなシート搬送用転動体は、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）など溶融タイプのフッ素樹脂を用い、射出成形で作られている（下記特許文献１参照）。

その金型のパーティングラインは、突起状のパーティングライン痕５１ａが目立たず、仕上げ加工が容易となるように、あるいはシート搬送用転動体の金型からの取り出しが容易となるようにするため、ローラー部５１の端部あるいは端部より２ｍｍ以内の位置に対応して設けられている（下記特許文献２参照）。なお、端部より２ｍｍ以内の位置とは、ローラー部５１の肩部（エッジ部）に形成される曲面面取りの大きさに対応したものであり、例えば、肩部の曲面面取りが半径１ｍｍであれば、端部より１ｍｍの位置にパーティングライン（以下、ＰＬと略して記す）が設けられている。

しかし、この場合、シート搬送用転動体の外周のシート摺接面の円周状に、筋状にパーティングライン痕（以下、ＰＬ痕と略して記す。）が形成され、転写紙に筋が付くという問題があるため、シート搬送用転動体をバレル研磨あるいはショットブラスト等の後加工することによってＰＬ痕を除去しており、この後加工に手間を要するという問題がある。

このような問題に対して、ＰＬをシート摺接面の長手方向中央部に対応して位置させ、かつ、シート摺接面の長手方向における中央部の外径寸法が、両端部の外径寸法よりも小径となるようにしたシート搬送用転動体が提案されている（下記特許文献２参照）。

また、カラー電子写真装置用のシート搬送用転動体として、転写紙への接圧を低下させて画質を向上させるため、転写紙との接触部をフィルム状としたものも使用されており、このようなシート搬送用転動体を製造する射出成形金型も開示されている（下記特許文献３，４参照）

特開平９−３１５６１５号公報 特開２０００−３５５４３４号公報 特開２００４−１８９４８５号公報 特開２００４−３１４３１０号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載されているシート搬送用転動体は、射出成形で生じるヒケ（窪み）を利用して、シート摺接面の長手方向における中央部の外径寸法を、両端部の外径寸法よりも小径となるようにしているため、シート摺接面の外径寸法が小さなシート搬送用転動体では、ヒケでＰＬ痕がシート摺接面より突出しないようにすることが困難な場合もある。また、シート摺接面がフィルム状のシート搬送用転動体でも、外周部の肉厚の関係上、ヒケでＰＬ痕がシート摺接面より突出しないようにすることは困難である。

このような状況下、シート摺接面の外径寸法が小径で両肩部が曲面面取りされたシート搬送用転動体を得るために、曲面面取りが形成される位置にＰＬを設定し、曲面面取り部の外径寸法をシート摺接面の外径寸法より若干小径となるようにし、筋状のＰＬ痕が形成されないシート搬送用転動体の製造を試みたが、実際に射出成形されたシート搬送用転動体のシート摺接面のＰＬ近傍には、円周状に半径方向で最大５０μｍ、軸方向で最大１００μｍの膨らみが生じた。このような膨らみは、転写紙に筋が付く原因となることから、射出成形上がりのシート搬送用転動体を、従来どおりバレル研磨あるいはショットブラスト等の後加工で除去しなければならず、この後加工に手間を要するという問題がある。

なお、上記特許文献４に開示されたような射出成形金型を使用して、シート摺接面にフィルム状部を有し、両肩部が曲面面取りされたローラー部を備えた形状に成形したシート搬送用転動体においても同様である。

そこで、この発明は、シート摺接面の外径寸法が小径であっても、また、薄肉であっても、シート摺接面に膨らみが現れないシート搬送用転動体を提供し、バレル研磨等の後加工を行なうことなく、電子写真装置において高い画質を得られるようにすることを課題とする。

上記課題を提供するため、この発明は、ローラー部の両肩部が曲面面取りされた射出成形による電子写真装置のシート搬送用転動体において、ローラー部の少なくとも一端側の肩部をなす曲面部内に、端面方向が外周面方向より小径となる段差を設けたことを特徴としている。

ここで、シート摺接面の外径寸法が小径で両肩部が曲面面取りされたシート搬送用転動体を得るために、曲面面取りが形成される位置にＰＬを設定し、曲面面取り部の外径寸法をシート摺接面の外径寸法より若干小径となるようにし、筋状のＰＬ痕が形成されないシート搬送用転動体を射出成形で製造した場合でも、シート摺接面のＰＬ近傍に、円周状に半径方向の膨らみが生じた現象について調査した結果、次のことが判明した。

すなわち、シート摺接面のＰＬ近傍に生じる膨らみは、射出成形金型の衝合隙間に生じる成形バリではなく、溶融樹脂の流動に起因する収縮差が原因となっている。さらに詳細に説明すると、シート搬送用転動体においては、シート摺接面が平滑である必要があるため、溶融樹脂を射出成形金型のキャビティ内に注入するゲートは、シート搬送用転動体の一方の端面側に設定される。このゲートから溶融樹脂をキャビティ内に注入すると、外周面の樹脂の流れは軸方向に沿った流れになり、端面部では径方向に沿った流れになる。

そして、溶融樹脂が冷却され固化されると成形収縮が生じるが、結晶性樹脂の場合では、樹脂の流れ方向（ＭＤ方向）とその直角方向（ＣＤ方向）で顕著な差が現れる。この場合の成形収縮は、ＭＤ方向ではＭＤ方向の寸法差を、ＣＤ方向ではＣＤ方向の寸法差を言うが、本発明に関して言えば、樹脂の分子配合がＭＤ方向である位置の半径方向寸法の成形収縮と、分子配合がＣＤ方向である位置の半径方向寸法の成形収縮のことを指す。シート搬送用転動体の場合、端面にゲートを配置すると外周面の樹脂の流れはＭＤ方向になり、端面はＣＤ方向になる。
曲面面取りが形成される位置にＰＬを設定し、曲面面取り部の外径寸法をシート摺接面の外径寸法より若干小径となるようにしたシート搬送用転動体では、ＰＬ部に形成されるシート摺接面の外径寸法と曲面面取り部の外径寸法との若干の径差によって、ＰＬ部に樹脂のＣＤ方向の配向部が形成されることになる。
このＰＬ部の僅かな段差における樹脂の分子配向の違いによる成形収縮率の差が外周面の形状に影響したのである。

このため、この発明に係る射出成形金型では、ＰＬを介して肩部側が小径となるように一方及び他方の型板のキャビティの開口径に径差を設け、ローラー部の外周面側にＰＬへかけて小径となる面取りを設けることで、配向の違いにより外周面が大径になったとしても面取り部でこれを吸収し、シート摺接面であるローラー部の外周面に円周状の膨らみが生じないようにしたのである。

この発明に係るシート搬送用転動体では、上記のように、射出成形金型のＰＬ部近傍に発生する円周状の膨らみがシート摺接面であるローラー部の外周面から突出するように現れることがないので、バレル研磨やショットブラスト等の後加工を省略することができ、成形品の製造工程の合理化を図ることができる。

そして、このシート搬送用転動体を電子写真装置に使用すると、画像が転写されたシートの搬送に際して、ローラー部の円周状の膨らみによりシートに筋が付く現象が防止され、美しい画像を得ることができる。

この発明に係るシート搬送用転動体の斜視図 同上の一部切欠正面図 同上の射出成形金型の断面図 （ａ）同上の溶融樹脂充填工程を示す断面図、（ｂ）固定側型板と可動側型板の離反工程を示す断面図、（ｃ）成形品の押し出し工程を示す断面図 同上のパーティングライン付近の拡大断面図 定着装置の概略構成図 カラーレーザープリンタの概略構成図 （ａ）支持軸を備えたコロの斜視図、（ｂ）軸穴を備えたコロの斜視図、（ｃ）歯車付き支持軸を備えたコロの斜視図 比較例の射出成形金型への溶融樹脂充填状態を示す断面図 参考例の射出成形金型への溶融樹脂充填状態を示す断面図

以下、この発明の実施形態を、図１及び図２に示すようなシート搬送用転動体の製造を例として、添付図面に基づいて説明する。

このシート搬送用転動体は、略円柱状のローラー部１の両端部に、径方向中心部で軸線方向に延びる支持軸２を設けたものとされている。ローラー部１の両肩部３は、曲面面取りされており、シート摺接面となる外周面４は、軸線方向にわたって径が均一な円筒形とされている。ローラー部１の内部には、両端で開放された隙間が形成され、ローラー部１の外周面４は、軸線方向の両端から中央側へかけて薄いフィルム状部５により形成されている。ローラー部１の軸線方向中央部に形成された円盤部６の両端面中央部には、軸線方向へ延びる十字柱状の中芯部７が設けられ、その先端面を基端として、前記支持軸２が形成されている。

ローラー部１の一端側の肩部３と外周面４との境界部には、後述する射出成形金型の固定側型板と可動側型板のキャビティの開口径差による段差８が生じ、支持軸２の先端には、溶融樹脂をキャビティに注入するゲートによるゲート跡９を有する。

このようなシート搬送用転動体の製造に使用する射出成形金型は、図３に示すように、固定側型板１１と可動側型板１２とが衝合して内部にキャビティ１３が形成されるものとなっている。固定側型板１１と可動側型板１２のＰＬ１４は、上述のローラー部１の一端側の肩部３とローラー部１の外周面４との境界部に位置する。

肩部３を形成する固定側型板１１には、溶融樹脂をキャビティ１３に注入するゲート１５が前記支持軸２の先端に対応する位置で開口するように設けられ、外周面４を形成する可動側型板１２には、成形されたシート搬送用転動体をキャビティ１３から突き出すための４本の突き出しピン１６が設けられている。

上記のような金型を使用して、シート搬送用転動体を成形するには、図４（ａ）に示すように、固定側型板１１と可動側型板１２とが衝合してキャビティ１３が閉じた状態で、溶融樹脂をゲート１５を介してキャビティ１３内に射出充填する。そして、保圧・冷却した後、図４（ｂ）に示すように、可動側型板１２を固定側型板１１から離反させるように移動させて、キャビティ１３を開放し、図４（ｃ）に示すように、突き出しピン１６を前進させて、成形されたシート搬送用転動体Ｍをキャビティ１３から押し出す。

ここで、図５に示すように、ＰＬ１４に臨む肩部３を形成する固定側型板１１のキャビティ１３の開口径ｍ_１は、外周面４を形成する可動側型板１２のキャビティ１３の開口径ｍ_２よりも小径となっており、可動側型板１２のキャビティ１３の開口面に臨む部分には、その開口径ｍ_２をローラー部外周面対応径ｄ_１より小径とする面取り１７が設けられている。

例えば、ローラー部外周面対応径ｄ_１が１０．０ｍｍ、ローラー部内周面対応径ｄ_２が８．０ｍｍであり、肩部３の半径Ｒが１ｍｍである場合、固定側型板１１のキャビティ１３の開口径ｍ_１と可動側型板１２の開口径ｍ_２の半径差は０．１ｍｍとし、可動側型板１２のローラー部外周面対応径ｄ_１とキャビティ１３の開口径ｍ_２の半径差である面取り１７の深さαは０．０５ｍｍとし、面取り１７の軸方向の幅βは０．１ｍｍとする。

このような射出成形金型でシート搬送用転動体を成形すると、固定側型板１１と可動側型板１２のＰＬ１４が面取り１７の小径側に位置するので、配向の違いによる成形収縮率の差に伴って外周面４がＰＬ１４の近傍で大径になろうとしても、面取り１７の存在によりこれを吸収し、また、面取り１７がない場合に比べて樹脂の流動性が改善され、シート摺接面であるローラー部１の外周面４に円周状の膨らみが生じないようにすることができ、そのような膨らみにより、搬送するシートに筋が付く現象が防止される。ここで、成形後のローラー部１の外周面４には、段差８の近傍に、段差８へかけて小径となるテーパ状の部分が若干残存することがある。
このようなシート搬送用転動体の段差８は、ローラー部外周面４と曲面部の境界部から、端面方向に０．０５ｍｍ〜曲面面取り半径寸法の１／３の間に設けられている。ここで曲面部とは、図５において面取り１７を含む肩部３を指している。段差８を上記範囲に設けることで、ＰＬ近傍への膨らみを防止するとともに面取り１７の無理抜きが容易にできる。

なお、このシート搬送用転動体において、図５に示す固定側型板１１のキャビティ１３の開口径ｍ_１と可動側型板１２の開口径ｍ_２の半径差は、ローラー部外周面対応径ｄ_１の大きさやローラー部１の肉厚および樹脂の種類によって適宜設定するが、０．０４〜０．２５ｍｍの範囲であれば固定側型板１１と可動側型板１２がミスマッチした場合でも、ローラー部１の外周面４に対して肩部３が突出することが無いので好ましい。この範囲の下限値より小さければ、固定側型板１１と可動側型板１２がミスマッチした場合に、ローラー部１の外周面４に対して肩部３が突出する恐れがあり、上限値より大きければデザイン的に他方の肩部３とアンバランスになるため好ましくない。

可動側型板１２のローラー部外周面対応径ｄ_１とキャビティ１３の開口径ｍ_２の半径差である面取り１７の深さα及びその軸方向の幅βも、ローラー部外周面対応径ｄ_１の大きさやローラー部１の肉厚および樹脂の種類によって適宜設定するが、面取り深さαが０．０２〜０．１ｍｍの範囲、面取り幅βが０．０５〜０．３ｍｍの範囲とすることにより、ＭＤ方向とＣＤ方向の成形収縮率の差を吸収可能である。この範囲の下限値より小さければ、成形収縮率の差を吸収し難く、ローラー部１の外周面４に膨らみが生じる恐れがあり、上限値より大きければ可動側型板１２からの無理抜きが過大になるため、ローラー部１の外周面４の変形等の懸念が生じる。

また、両肩部３の曲面面取りの半径は、０．６〜３．０ｍｍとし、フィルム状部５の厚さは０．７〜２．０ｍｍとするのがよい。

また、この発明に係るシート搬送用転動体の材料としては、射出成形が可能なフッ素樹脂であるテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）が好適に採用できる。また、上記フッ素樹脂に機械的強度を高める繊維状充填材などを配合してもよい。また、上記フッ素樹脂以外にポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂も採用可能である。ただし、これらのフッ素樹脂以外の合成樹脂を使用する場合は、トナーに対する非粘着性を十分に高めることが必要であり、表面にフッ素樹脂被膜を形成したり、フッ素樹脂粉末を配合したりすることが必要である。

図３〜図５に示すような射出成形金型を用いて、図１及び図２に示すような排紙コロをＥＴＦＥを材料として射出成形した。この排紙コロは、ローラー部１の直径が１０．０ｍｍ、内径が８．０ｍｍ、軸方向長さが１２．０ｍｍで、両肩部３の曲面面取りの半径Ｒは１ｍｍとなっており、外周面４は、軸方向に平行な円筒形となっている。また、キャビティ１３のＰＬ１４における開口径ｍ_２とｍ_１の半径差は０．１ｍｍであり、面取り深さαが０．０５ｍｍ、面取り幅βが０．１ｍｍである。そして、成形された排紙コロのＰＬ１４が位置する部分を工具顕微鏡で観察したところ、外周面４に膨らみは確認されなかった。

比較例として、図９に示すローラー部１の直径が１２．５ｍｍ、内径が１０．０ｍｍ、軸方向長さが１１．５ｍｍ、両肩部３の曲面面取りの半径Ｒが１ｍｍ、キャビティ１３のＰＬ１４における開口径ｍ_２とｍ_１の半径差が０．１ｍｍで両肩部３をなす曲面部内に段差を有さない射出成形金型を用いて、この実施例の排紙コロと同材料により排紙コロを射出成形した。そして、成形された排紙コロのＰＬ１４が位置する部分を工具顕微鏡で観察したところ、ＰＬ１４の近傍の外周面４におよそ５０μｍの突起状の膨らみが確認された。

参考例として、図１０に示すローラー部１の直径が１０ｍｍ、内径が６ｍｍ、軸方向長さが１０ｍｍで、両肩部３の曲面面取りの半径Ｒが１ｍｍ、両肩部３の大径部の直径が８ｍｍで両肩部３をなす曲面部内に段差を有さない射出成形金型を用いて射出成形した結果、両肩部３の近傍の外周面４に５５μｍの突起状の膨らみが確認された。この結果から、外周面４の突起状の膨らみはＰＬが影響するのではなく、樹脂の配向の違いによる成形収縮差によることが明らかになった。

上記のような実施例の排紙コロを市販のレーザープリンタの定着装置に取り付け、２週間通常運転を行なった。その結果、レーザープリンタから排出された用紙において、筋状の傷は確認されなかった。

１ ローラー部
２ 支持軸
３ 肩部
４ 外周面
５ フィルム状部
６ 円盤部
７ 中芯部
８ 段差
９ ゲート跡
１１ 固定側型板
１２ 可動側型板
１３ キャビティ
１４ パーティングライン（ＰＬ）
１５ ゲート
１６ 突き出しピン
１７ 面取り

Claims (12)

1. ローラー部の両肩部が曲面面取りされた射出成形による電子写真装置のシート搬送用転動体において、
   ローラー部の少なくとも一端側の肩部をなし、曲面面取りされた部分を有する曲面部内に、ローラー部の一端側の端面方向がシート摺接面となる外周面方向より小径となる段差と、前記ローラー部の外周面から段差へかけて小径となる面取りとを設けたことを特徴とする電子写真装置のシート搬送用転動体。
2. 前記両肩部の曲面面取りされた部分は、その面取りの半径が、０．６〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
3. 前記段差は、シート摺接面となるローラー部外周面と曲面部の境界部から、ローラー部の一端側の端面方向に０．０５ｍｍ〜曲面面取り半径寸法の１／３の間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
4. 前記ローラー部の肩部の曲面部は、シート摺接面となる外周面から段差へかけて小径となる面取りとして、テーパー状の部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
5. 前記ローラー部の外周面は円筒形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
6. 前記ローラー部の外周面を形成するフィルム状部の厚さが、０．７〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
7. 前記ローラー部の径方向中心部に、軸線方向に延びる支持軸又は軸穴を形成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
8. 前記支持軸の先端に、射出成形金型のキャビティ内に溶融樹脂を注入するゲートが位置するようにした請求項７に記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
9. 材料として、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素樹脂を用いたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電子写真装置のシート搬送用転動体。
10. ローラー部の両肩部が曲面面取りされた電子写真装置のシート搬送用転動体を製造する際に使用し、固定側型板と可動側型板とが衝合して内部にキャビティを形成する射出成形金型において、
    前記固定側型板と可動側型板のパーティングラインは、ローラー部の一端側の肩部と外周面との境界部に位置し、この肩部を形成する一方の型板のキャビティの開口径は、外周面を形成する他方の型板のキャビティの開口径よりも小径として、ローラー部の一端側の肩部が外周面より小径となる段差を設けるようにし、他方の型板のキャビティの開口面に臨む部分には、その開口径をローラー部外周面対応径より小径とする面取りを設けることにより、段差での樹脂の配向の違いによる成形収縮率の差を吸収して、成形後のローラー部の外周面に円周状の膨らみが生じないようにしたことを特徴とする電子写真装置のシート搬送用転動体の射出成形金型。
11. 前記一方の型板のキャビティの開口径と他方の型板のキャビティの開口径との半径差が、０．０４〜０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項１０に記載の電子写真装置のシート搬送用転動体の射出成形金型。
12. 前記他方の型板のキャビティのローラー部外周面対応径と開口径との半径差が、０．０２〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電子写真装置のシート搬送用転動体の射出成形金型。

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