JP5713577B2

JP5713577B2 - 樹脂製軸端フランジ用金型、この金型を用いて成形した樹脂製軸端フランジを用いたｏａローラ

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Publication number: JP5713577B2
Application number: JP2010079346A
Authority: JP
Inventors: 慶彦向山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: WO2011122009A1; JP2011207164A; US20130051858A1; CN102883864A; CN102883864B

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に配備される現像ローラ、帯電ローラなどの各種ローラ（以下、これらをＯＡローラと称して説明する）の軸端部に採用される樹脂製軸端フランジを形成するための技術に関する。より詳細には、中空な金属スリーブの両端に配置され、ＯＡローラを構成する樹脂製軸端フランジを製造するための金型、また、この樹脂製軸端フランジを用いて形成したＯＡローラに関する。

複写機やプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で所定の機能を果たすように種々の形態のＯＡローラが配備されている。このようなＯＡローラは、軸精度良く形成され、駆動源からの回転力を受けてスムーズに回転することが基本設計として要求される。そこで、例えば、金属製の中実棒体を削り加工することにより回転中心を規定してローラが製造され、その軸端部には装置にセットするときの位置決めの目的、更に回転力を確実に伝達するなどの目的で、軸横断面をＤ字状に切欠き（Ｄカット）加工してあるものが広く採用されていた（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３など参照）。
上記のようにＯＡローラ全体を金属で精度良く加工し、しかも、その軸端部をＤカット加工しておけば、画像形成装置内にセットするときの位置決めに利用でき、またＤカットの部分にギアを嵌め込んでモータの動力を伝達してローラの回転駆動を円滑に行うこともできる。更に、ＯＡローラの本体胴部に塗装する被膜形成工程などでもＤカットを活用できる。

しかし、近年における全産業への軽薄短小への要求は、上記のようなＯＡローラにも及んでいる。特許文献４は、ローラの本体胴部として中空の金属スリーブを採用し、その両端部に回転用の軸部を備えた樹脂製フランジ（以下、樹脂製軸端フランジ、と称する）を固定するようにした新しい形態のＯＡローラについて開示し、更にその改善について提案している。
特許文献４で開示するＯＡローラは、中空の金属スリーブの両端に樹脂製軸端フランジを用いているので、ローラの軽量化や使用する金属を削減してコスト低減を図ることができる。

特開２０００−３１５０１１号公報特開２０００−３５０３３号公報特開２００２−３０４０６０号公報特開２００８−１５１３２４号公報

上記のようにＯＡローラで採用している軸端フランジを樹脂製とする場合には、金型を用いて製造するのが効率、製造コストの面からも有利である。しかしながら、上記のようにＤカットされた不均一形状の軸部を有する樹脂製軸端フランジを金型で製造すると、本体フランジ部から延びる軸部が傾く現象（いわゆる、軸倒れ）が発生する場合がある。その詳細な原因は不明であるが、軸部の形状が不均一であり金型内に樹脂を流し入れたとき、また、樹脂を冷却して固化させたときに内部に応力が発生して、金型から外したときに軸倒れになると推測される。このように軸倒れが発生した樹脂製軸端フランジをＯＡローラに適用するのは好ましくない。

上記の問題を、図４を参照して説明する。図４は、金属スリーブ１０１の両端部に、樹脂製軸端フランジ１０２、１０３が嵌め込んであるＯＡローラ１００の様子を示している図である。
この図４で示すＯＡローラ１００では、片側の樹脂製軸端フランジ１０２の軸部１０２ａの先端側がＤカットされており、軸倒れし易い。ＯＡローラ１００が軸倒れしていた場合、回転装置（ここでは、全体を図示しない）の軸受１１１と軸受１１２とで支持してＯＡローラ１００を回転させたときに、金属スリーブ１０１の軸心１０１ＣＬと軸部１０２ａの軸心１０２ＣＬとの軸心が一致していないので回転振れが発生してしまう。
このようなＯＡローラ１００は、例えば製造工程で金属スリーブ１０１の外周面に帯電性の制御や表面保護のため回転させながら所望の塗装処理がされる場合がある。

なお、図４において、金属スリーブ１０１の表面に、ＵＶ（紫外線）硬化型の塗料を塗装する吐出ダイ１２０、塗装膜厚を一定に規制するための規制ブレード１２１および塗装膜を硬化させるスポットＵＶ装置１２２を点線で模式的に示し、塗装を形成する場合の様子を合わせて示してある。
図４で示した状態で、軸倒れにより回転ブレが発生するので、塗装した膜厚が不均一で精度の悪い塗装になってしまう。このようなＯＡローラを組込んだ画像形成装置は鮮明な画像を形成することができないことになる。また、軸倒れがあるＯＡローラは、画像形成装置内で、回転時の騒音を発生させたり、搬送されるシート材との接触したときの搬送不良を発生させる原因となる場合もある。

よって、本発明は、金属スリーブと、その端部に嵌合される樹脂製軸端フランジとで構成されるＯＡローラに好適で、前述したような軸倒れのない樹脂製軸端フランジを成形することができる金型を提案することである。

上記目的は、ＯＡローラの金属スリーブの端部に嵌合される、フランジ部と該フランジ部の軸中心位置に立設されている軸部とを備えた樹脂製軸端フランジを成形するための金型であって、
前記フランジ部を形成するためのフランジ部成形キャビティと、前記軸部を形成するための軸部成形キャビティとを備えており、
前記軸部成形キャビティは、前記軸部の横断面形状が軸心回りにｎ次（ただし、ｎは３、６または９）の回転対称性をもった形状となるように、その内面が形成してある、ことを特徴とする樹脂製軸端フランジ用金型によって達成される。

前記軸部成形キャビティは、前記軸部の横断面形状が、軸心回りに３次の回転対称性をもち、且つ、Ｄカット部を３面有する形状となるように、その内面が形成してあるのが好ましい。

金属スリーブの端部に、樹脂製軸端フランジを嵌合して形成されているＯＡローラであって、上記に記載の樹脂製軸端フランジ用金型を用いて成形した樹脂製軸端フランジを用い形成すれば、軸倒れのない信頼性の高いＯＡローラを得ることができる。

本発明による金型では、軸部成形キャビティが軸部の横断面形状が軸心回りにｎ次（ただし、ｎは２以上の整数）の回転対称性をもった形状となるように、その内面が形成してあるので、流し込まれる樹脂原料が均一となり、更にその後に硬化したときに内部応力が発生してもこれについても均一化される。よって、軸倒れのない軸部を備えた樹脂製軸端フランジを成形することができる。このような樹脂製軸端フランジを採用するＯＡローラは、スリーブ側との軸心が一致した信頼性の高いＯＡローラとして提供できる。

本願発明に係る金型によって成形した樹脂製軸端フランジが端部に適用されるＯＡローラについて示した図である。本発明の一実施形態となる、樹脂製軸端フランジを成形するための金型について示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。（ａ）〜（ｃ）は軸部の横断面形状の変形例ついて示した図である。従来の問題を説明するために示した図である。

以下、さらに本発明の実施形態を、図を参照して説明する。
本発明の理解を容易とするため、先ず、本願発明に係る金型によって成形した樹脂製軸端フランジが適用されるＯＡローラの概略を説明する。
図１は、本願発明に係る金型によって成形した樹脂製軸端フランジが端部に適用されるＯＡローラ１について示した図である。このＯＡローラ１は金属を筒状に形成してある金属スリーブ２と、この金属スリーブ２の両端の開口に嵌合される樹脂製軸端フランジ３、４とによって構成されている。

上記金属スリーブ２の材料としては、アルミニウムや鉄等が用いられる。また、樹脂製軸端フランジ３、４に用いられる樹脂材料としては、汎用樹脂やエンジニアリングプラスチックの中から適宜選定すればよく、射出成型等により成形容易なものを選択するのが好ましい。

樹脂製軸端フランジの材料として、具体的には、エンジニアリングプラスチックの場合、例えば、ポリアセタール、ポリアミド樹脂（例えば、ポリアミド６、ポリアミド６・６、ポリアミド１２、ポリアミド４・６、ポリアミド６・１０、ポリアミド６・１２、ポリアミド１１、ポリアミドＭＸＤ６（メタキシレンジアミンとアジピン酸とから得られるポリアミド）等）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレンなどを挙げることができる。また、汎用樹脂としては、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリスチレン、ポリエチレンなどが挙げられる。その他、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等を用いることもできる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記の中でも、エンジニアリングプラスチックが好ましく、特に、ポリアセタール、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネートなどが、熱可塑性で成形性に優れ、かつ、機械的強度に優れる点で一層好ましい。特に、ポリアミド６・６、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６・１２、ポリブチレンテレフタレート、あるいはこれらの混合樹脂が好適である。

なお、上記樹脂製軸端フランジに導電性を具えさせる場合の導電剤としては、樹脂材料中に均一に分散することができるものであれば各種のものを使用することが可能であるが、カーボンブラック粉末、グラファイト粉末、カーボンファイバーやアルミニウム、銅、ニッケルなどの金属粉末、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物粉末、導電性ガラス粉末などの粉末状導電剤が好ましく用いられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
上述したような基本的な構成については、従来と同様であるが、ここで採用されている樹脂製軸端フランジ３は、後述する金型を用いて成形したものである点に特徴がある。

樹脂製軸端フランジ３は、金属スリーブ２内にその一部が嵌合されるフランジ部３ＦＬとその軸中心位置に立設されている軸部３ＡＸとを備えている。ここで、この軸部３ＡＸの先端部側には、従来のＯＡローラと同様に切欠きが形成してある。ただし、従来のようにその横断面形状はＤカットでなく、前記軸部の横断面形状が軸心回りにｎ次（ただし、ｎは２以上の整数）の回転対称性をもつ形状となっている。このように、回転対称性をもつ形状としておくと、軸部３ＡＸを金型に流し込んだ樹脂で形成しても、先に指摘したような軸倒れの発生を防止できる。
ここで、回転対称性とは軸部を軸心回りに回転させたときに元の図形と一致する対称性で、２次の対称性の場合は軸を１８０度回転したときに同一形状となる形状である。同様に、３次の対称性は軸を１２０度回転したとき、４次の対称性は軸を９０度回転したときに同一形状となる形状である。

なお、従来にあって、軸部にＤカット部を形成していたのは、ＯＡローラの製造工程でスリーブ外周面に塗装を施すとき、或いは、画像形成装置内にＯＡローラをセットするときなど、位置決めや回転の駆動力を確実に伝達するためである。よって、従来のＯＡローラのＤカット部と嵌合する塗装装置側の嵌合部や画像形成装置側の嵌合部と、図１の軸部３ＡＸの先端部に設けた回転対称性をもって形成した先端部が嵌合する必要がある。しかし、これについては特段の配慮の必要はない。図１の軸部３ＡＸの先端部はＤカット部を回転対称性をもって複数配置した構造として設計しておけばよい。すなわち、２次の対称性の場合は２個のＤカット部、３次の対称性の場合は３個のＤカット部が存在し、その内の１つが塗装装置の嵌合部や画像形成装置の嵌合部と嵌合するようにしておけばよい。このようにすれば、従来のＯＡローラをセットしていた従前の塗装装置や画像形成装置の嵌合部に変更を加える必要がない。

上記のように樹脂製の軸端フランジを採用するについて、軸部３ＡＸに形成する切欠き部分を、回転対称性をもって形成しておくと、前述した軸倒れの問題を抑制できる点について説明する。本発明者は、従来のＯＡローラで軸倒れの問題が生じていたのは、軸部の横断面形状が不均一であるためと推測した。軸倒れの原因は明確でないが、横断面形状が不均一であると金型内に樹脂原料を流し込んだとき流動性の制御や、熱可塑性の樹脂が冷却され固化したときに発生する内部応力の不均一なども考えられた。
上記に対して、本発明者は軸部に形成する切欠きを対称性をもって配置しておくと、金型で樹脂成型したフランジでも軸倒れを防止できることを確認して本発明に至った。従来にあっては、塗装装置や画像形成装置に嵌合するために１箇所、切欠いてあればよいという発想からＤカットになっていたものであるが、このような形状は樹脂製軸端フランジには不利な構造であることを認識すること基づいて、本願発明に至ったものである。

図２は、本発明の一実施形態となる、上記樹脂製軸端フランジを成形するための金型について示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。
この樹脂製軸端フランジ用金型１０は、フランジ部を形成するためのフランジ部成形キャビティ１２が設けられているフランジ部成形型１１と、軸部を形成するための軸部成形キャビティ１６が設けられている軸部成形型１５とを隣接配置することにより構成されている。軸部成形型１５側に樹脂注入ゲート１３が形成されている。
フランジ部成形キャビティ１２には、金属スリーブに一部が嵌合される本体のフランジ部を成形する凹部状に内面が形成されている。同様に、軸部成形キャビティ１６にもフランジ部の軸中心位置に立設されている軸部を成形する凹部状に内面が形成されている。

そして、軸部成形キャビティ１６の先端側部分１６ＴＰについては、この中に充填された樹脂材料の横断面形状が軸心回りにｎ次（ｎは２以上の整数）の回転対称性をもった軸部形状となるように、その内面の形状が設計されている。
図２（ｂ）では、軸心１６ＣＬ回りに３次の回転対称性を持つ軸部を形成する場合を例示している。このように軸部に形成される切欠きが軸心回りに対称性をもつように設定すると、図から明らかなように樹脂注入ゲート１３から流し込まれる樹脂原料が均一となり、更にその後に硬化したときに内部応力が発生してもこれについても均一化を図ることができる。これにより、軸部に軸倒れのない樹脂製軸端フランジを製造することができる。
すなわち、図２で例示するように、軸部の横断面形状が軸心回りにｎ次（ただし、ｎは２以上の整数）の回転対称性をもった形状となるように、その内面が形成してある軸部成形キャビティを備えた金型を用いると、軸倒れのない樹脂製軸端フランジを製造することができる。

なお、軸部先端の軸部成形キャビティは、前記軸部の横断面形状が軸心回りにｎ次の回転対称性をもった形状であればよい。例えば２次の場合は１８０度回転したとき、４次の場合は９０度回転したときに同一形状となる形状であればよいが、特に３の倍数の角形状、すなわちｎ＝３では三角形、ｎ＝６では六角形、ｎ＝９では九角形、・・・とするのが好ましい。
ただし、ｎ次の数字が増すと、軸部の横断面形状が円に近くなる。また、そもそもＤカットを設けていた理由は、ＯＡローラの位置決めや駆動力の確実な伝達が目的であるので、一辺がある程度長い（接触代（しろ）がある程度大きい）ことが望ましい。よって、図２（ｂ）で示すように軸部の横断面形状を三角形（Ｄカット部が３面）とするのが好ましい。

図３（ａ）〜（ｃ）は、軸部横断面形状の変形例を示した図である。横断面形状は直線で結んだ角型形状とすることは必ずしも必要ではなく、曲面に変更してもよい。ただし、この場合も図３で例示するように、３次（ｎ＝３）とするのが好ましい。
図３（ａ）は軸部成形型１５側キャビティの先端側部分１６ＴＰを、三角形を基本として直線部分を内側への曲面に変更した形状、図３（ｂ）は外側への曲面に変更した形状について示している。さらには図３（ｃ）示すように、周方向へ１２０度の間隔で溝状の凹部１６ＣＴを設けた形状（回転対称性をもった形状）とした変形例としてもよい。ただし、図３で例示する形状を採用するには、塗装装置や画像形成装置の嵌合部に修正を加えることが必要となる場合がある。

なお、ＯＡローラの他端にセットする樹脂製軸端フランジ４については、切欠きを設けない単純な形状のキャビティの金型を用いて成形すればよい。

（実施例）
図３で示す金型を用いて製造した樹脂製軸端フランジを端部に嵌合したＯＡローラ（図１参照）を製造した。ここでは、アルミニウム製（日軽金（株）製、アルミＡ６０６３）の金属スリーブの両端に樹脂製軸端フランジを嵌合して製品ＯＡローラとした。フランジ部を形成する熱可塑性樹脂として導電性材料（ポリプラスチック（株）製、ＥＢ−１０）を用いた。また、金属スリーブと樹脂製軸端フランジとは、接着剤（ロックタイト（株）製、４３０）を用いて接着した。

ＯＡローラは、図１に示すように、金属スリーブに樹脂製軸端フランジのフランジ部までを含めた本体長ＢＬを２３０ｍｍ、樹脂製軸端フランジ３についてフランジ部から突出する軸部の軸長３Ｌを３０ｍｍ、反対側の樹脂製軸端フランジ４についてフランジ部から突出する軸部の軸長４Ｌを１５ｍｍとして形成した。

そして、図３で示す金型で製造した樹脂製軸端フランジを用いたＯＡローラを実施例として７本準備した。比較のため、従来のＤカットした樹脂製軸端フランジを用いて他は実施例と同様に構成して７本の比較例ＯＡローラを準備した。なお、図１の下にフランジ３を取り出して示すように、スリーブ２に圧入する部分（基準部Ｂ点）に対する軸先端Ａの振れを測定した。

ここで、図１に記載のようにフランジ３単品の振れとして、Ｂ点に対するＡ点の振れを測定した。この測定は、（株）東京精密製の真円度測定器ＬＯＮＤＣＯＭ４１Ａにて、基準に対する軸先端部Ａの芯ズレ（同芯度）を測定することで実施した。単位はｍｍである。
また、両端の軸部を支持した状態で本体中央のＣ点の振れを測定した。この測定は、両端軸部を直径（φ）２４ｍｍのベアリング２個で受け回転させ、（株）ミツトヨ製のレーザー振れ測定器ＬＳＭ−６０００にて振れを測定することで実施した。単位はｍｍである。
そして、各ローラを画像形成装置にセットして形成される画像を評価した。印字された画像について、画像不良（画像ムラの発生）を生じない場合を○、やや生じた場合を△、そして、明らかに画像不良を生じた場合を×とした。
さらに、回転時騒音についても併せて評価した。回転時の騒音が発生しない場合には○、騒音が発生する場合には×とした。
７つの実施例および７つの比較例の結果をまとめたのが下記表１である。

以上から明らかなように、本発明に係る樹脂製軸端フランジ用金型によると、軸倒れを防止して樹脂製軸端フランジを製造できる。このような樹脂製軸端フランジを備えるＯＡローラはスリーブ部とフランジ部との軸心が一致するので、回転振れ、騒音発生などの問題を発生させず鮮明な画像形成を行いえる信頼性の高いＯＡローラとして供給できる。
また、このようなＯＡローラは、塗装工程で均一な塗膜を形成できるので、この点でも鮮明な画像形成を得ることについて寄与することになる。

１ＯＡローラ
２金属スリーブ
３、４樹脂製軸端フランジ
１０樹脂製軸端フランジ用金型
１２フランジ部成形キャビティ
１６軸部成形キャビティ

Claims

ＯＡローラの金属スリーブの端部に嵌合される、フランジ部と該フランジ部の軸中心位置に立設されている軸部とを備えた樹脂製軸端フランジを成形するための金型であって、
前記フランジ部を形成するためのフランジ部成形キャビティと、前記軸部を形成するための軸部成形キャビティとを備えており、
前記軸部成形キャビティは、前記軸部の横断面形状が軸心回りにｎ次（ただし、ｎは３、６または９）の回転対称性をもった形状となるように、その内面が形成してある、ことを特徴とする樹脂製軸端フランジ用金型。
前記軸部成形キャビティは、前記軸部の横断面形状が、軸心回りに３次の回転対称性をもち、且つ、Ｄカット部を３面有する形状となるように、その内面が形成してある、ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂製軸端フランジ用金型。
金属スリーブの端部に、樹脂製軸端フランジを嵌合して形成されているＯＡローラであって、
請求項１または２に記載の樹脂製軸端フランジ用金型を用いて成形した樹脂製軸端フランジを用いている、ことを特徴とするＯＡローラ。