JPH01130822A - 金属管の表面加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複写機またはプリンター等の感光体ドラムの
ように外表面が滑らかであることを必要とされる金属管
の加工方法に関する。

（従来の技術） 例えば、従来の感光体ドラムは、切削加工または衝撃成
形としごき加工の併用によって製作されていた。切削法
は、金属材料であれば、素材材質をほとんど問わないた
め、最もよく用いられている。また、衝撃成形としごき
加工の併用は、アルミ系材料または銅系材料のような軟
質で延性に富む金属材料に限り用いられている。その加
工原理が材料の塑性変形を利用するため、材料歩留りも
よく、例えば肉厚１＋ｎ以下の薄肉の金属管の加工も可
能である。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の切削法は、その加工原理からして、素材の剛性が
必要であり、例えば薄肉の金属管では、肉厚１鰭以下の
加工は困難とされている。また、素材の一部が必ず切屑
として排出されるため、材料歩留りの良くないこと、お
よび切削工具と素材とは微小部分で接触し、すべりを伴
いながら加工するため、切削工具の損耗の著しいことが
知られている。一方、前記の衝撃成形としごき加工の併
用は、素材に制約を受けること、および、直径、長さの
大きい金属管、例えば直径８０龍、長さ４００ｍの金属
管の加工が極めて困難であり、衝撃力による工具損耗の
著しいことが知られている。

本発明は、前記従来法の問題点を一挙に解決し、外表面
が滑らかな金属管、更に詳しくは、外表面のミクロな凸
凹の白部分の先端に鋭角のエツジがなく、外表面の最外
部分とこれに連なる斜面部分とが外方に凸であるＲを以
て連続する滑らかなミクロの凹凸模様を連続して有する
金属管を、効率的に加工して製造する方法を提供するも
のである。

（問題を解決するための手段） 本発明は、所要の駆動機構によって回転せしめられマン
ドレルに金属素管を装着しマンドレルと共に回転せしめ
、当接面が鏡面で概略形状がソロバン玉状に形成され而
も先端部分にＲを有する高硬度材料よりなるローラを金
属素管に当接押圧して自由回転せしめながらその軸方向
に送り、更に当接面が鏡面で概略曲面に形成された高硬
度材料よりなるチップを前記のローラ加工された金属素
管にチップの主曲面を金属素管の曲面に垂直に当接押圧
してその軸方向に摺動送りすることを特徴とするもので
ある。

本発明で金属素管は、例えば、いわゆる押出管や引抜管
で、具体的には、ＪＩＳ　１１４０８０で規定されるＡ
１０７０ＴＥ、　Ａ１０７０ＴＤ、　Ａ３００３ＴＥ、
　Ａ３００３ＴＤ、　Ａ６０６３ＴＥ、　Ａ６０６３Ｔ
Ｄ、などのアルミ系材料のもの、ＪＩＳ　１１３３００
で規定されるＣ１０２０Ｔ、　Ｃ１０２０ＴＳ、　Ｃ２
６００Ｔ、　Ｃ２６００ＴＳなどの銅系材料のものおよ
び、ＪＩＳ　Ｇ３４４４で規定されるＳＴに３０．　Ｊ
ＩＳ　Ｇ３４４５で規定されるＳＴＫＭｌｌＡ、　ＪＩ
Ｓ　Ｇ３４４６で規定される５ＵＳ３０４　ＴＫＡなど
の鉄系材料のものなどである。

ローラおよびマンドレルは、金属素管の硬さの５０から
２００倍程度硬い、例えば、熱処理された工具鋼、超硬
合金またはセラミックス等の材料よりなり、寸法精度お
よび外表面粗さが所望する製品の１１５から１７３に仕
上げられたものを用いる。形状については実施例に後記
する。

ローラによる加工（チューブ　スピニング加工とも称さ
れる）の加工率すなわち断面減少率Ｓは（加工前の断面
積−加工後の断面積）／加工前の断面積で定義される。

−工程でＳ　＝０．００５から０．５が適当である。断
面減少率Ｓが０．５を越えた場合、ローラー加工時、被
加工材の破断の生ずる可能性が高く、またＳが０．０５
以内では加工量が不十分となり所望の精度を得ることが
困難となる。

チップは、金属素管に比べ硬さが５０から２００倍程度
の例えば、超硬合金、ダイヤモンドまたはセラミックス
等の材料よりなり、製品に要求される表面粗さの１７１
０〜１７５程度の粗さに加工したものを用いる。形状に
ついては実施例に後記する。チップによる断面減少率Ｓ
（ローラ加工のそれと同じ定義）は０．００１から０．
０５にすることが適当で、好ましくは、０．００５から
０．０２程度が適当である。

断面減少率Ｓが０．００１以下の場合は、チップ加工に
よる表面仕上げが不十分となり、チューブ・スピニング
加工時の表面状態が残存する可能性が高い。また、Ｓが
０．０５以上の場合には、ローラ加工された金属素管の
表面が過剰に加工されるため、チューブ・スピニング加
工で精度良く加工された金属素管の寸法を悪化させるこ
ととなる。

チップの押付力は、油圧で圧力を加え、被加工材種によ
り適当な値が設定されるが、既述の金属材料であれば、
１０ｋｇ／ｃＪから１００　ｋｇ／ｃａｌ程度の値が適
当で、軟質系のアルミ系および銅系の材料では低めの圧
力が選ばれ、鉄系材料に対しては高めの圧力が選択され
る。上記範囲外の場合、１０ｋｓｒ／ｃｄ未満の場合、
被加工材をチップで十分に押付けることができず、この
結果、所望の仕上げ面を得ることが困難となり、１００
　ｋｇ／ａｎ（を越える場合、被加工材とチップとの焼
付きの可能性が高く加工困難となる。

チップの送り速度は、最終製品の所要の表面状態によっ
て異なるが、より平坦な表面を得るためには、ローラ加
工の際のローラの送り速度に比べて遅いことが望ましい
。

（作　用） 加工の際に、金属素管は剛体状のマンドレルによって支
持されているので、金属素管自体の剛性は殆ど必要なく
、肉厚の非常に薄い金属素管であつても、加工すること
ができる。加工すべき金属素管の内径や長さに応じて、
マンドレルの外径や長さを変えることで、対応できるこ
とからして、金属素管の寸法上の制約はない。加工の第
１段階で凹凸の高さ１μｍないし３μｍの表面状態の荒
仕上げを回転塑性加工であるローラによって行ない、凹
凸の高さ０．１μｍないし１μｍの最終仕上げを摩擦塑
性加工であるチップによって小断面減少率で加工するた
め摩擦抵抗が小さく、材料歩留り良好に滑らかな表面に
する。

実施例 第１Ａ図において、ローラ１の先端部分は半径２ｆｌな
いし３０’ｍｍ、望ましくは１０ｍｍ程度で鏡面に加工
されたＲを有する。先端Ｒに連続して斜面が形成され、
全体としてソロバン玉状に形成されている。その中心に
軸（図示しない）が取りつけられ、金属素管に当接され
た際に回転自在に構成されている。第１Ｃ図において、
ローラ１は金属素管２の周囲に、たとえば円周方向１２
０度間隔に３個配置される。ローラ１の個数は製品の要
求精度に応じて決定される。第１Ｄ図において、金属素
管１はマンドレル３に挿着され、全体としてチャック４
に把持され、適当な駆動機構（図示しない）によって回
転せしめられる。

第２Ａ図において、チップ５の先端部分はカマボコ状に
Ｒ（本発明では、主曲面という）を有し、好ましくはそ
の半径５０ｍｍないし１００龍の円筒面をなし、その表
面が鏡面に形成されている。完全なカマボコ状の円筒面
でなく、その曲線に垂直な方向などに多少面がっていて
も差支えない。チップ５は適当な保持具６に装着され、
第２Ｂ図および第２Ｃ図に示されるように、チャック４
およびマンドレル３に取りつけられている金属素管２に
当接せしめられる。その際、チップ５の主曲面の方向が
金属素管２の長手方向に合致せしめられる。

次に具体的な実施例、すなわち、肉厚０．７　ｍ、外径
８０ｍｍ、内・外径の公差±３０μｍ、長さ４００　＋
ｎ、真円度及び円筒度３０μｍ以下、外表面粗さＪＩＳ
Ｒｍａｘ　Ｏ，５”の感光体ドラムの製作について説明
する。

まず、第１Ｄ図のように、外径８１０長さ３３０龍肉厚
１．２１ｎのＪＩＳ特殊特殊ルアルミ合金押出管Ａ３０
０３１１２の金属素管ｌを熱処理されたダイスＭ（ＪＩ
Ｓ。

５ＫＤＩＩ）のマンドレル３に、隙間０．２　ｍをもっ
て装着し、油圧コレット式のチャック４で金属素管１の
根元長さ約１５ｎを把持する。第１Ｃ図のように、金属
素管２の円周上１２０　’間隔でマンドレル３と同材質
のローラ１を配置し、金属素管２をローラ加工する。ロ
ーラの形状は、等ＩＡ図のように、直径２００　ｍで、
先端に半径１０寵のＲを有し、Ｒと連続する斜面の傾斜
が金属素管に対して３０″である。その際に、断面減少
率Ｓは０．４１程度の一工程加工とし、その結果、金属
素管２の肉厚は１．２龍から０．７Ｉｎとなる。加工中
には、作動油を外部から供給し、金属素管２とローラ１
の潤滑および冷却に用いた。ローラｌの送り速度は１回
転当り０．８　ｍとし、主軸の回転数は１０００　ｒｐ
ｍとした。

加工時間は約３０秒であり、加工後の金属素管２は外径
８０．０１　±０．０３ｍ、真円度および円筒度１５μ
ｍ以下表面粗さＲｍａｘ　２．２ｓである。

次に第２Ａ図、第２Ｂ図及び第２Ｃ図のように、主曲面
が半径５０龍の円弧状のＲをなし、表面が最大０．１’
にラップ仕上げされた超硬合金（ＪＩＳ　Ｋ種）製のチ
ップ５に、Ｕ字型に形成されたばね鋼（、ＬｒＳ　５Ｕ
ＰＩＯ）製で、ばね特性を有する把持具６が取りつけら
れているものを、マンドレル３と共に回転せしめられて
いる金属素管２に断面減少率Ｓを０．０１４にして、当
接せしめる。金属素管２（マンドレル３の回転数は１．
００Ｏｒｐｍ　、チップ５の送り速度は１回転当り０．
６鶴で、ローラ加工の送り速度の７５％に相当する。こ
の際に非塩素系の極圧添付剤含存加工油を外部から常時
供給して、金属素管２とチップ５の焼付きを防止した。

チップ加工後、肉厚０．７０鰭、外径８０±０．０３鶴
、内径７８．４±０．０３ｍｍ、長さ４００ｍ、真円度
及び円筒度１５μｍ以下、外表面粗さＪＩＳ　Ｒｍａｘ
　Ｏ，５３の感光体ドラムが得られた。

この感光体ドラムに有機光導電体（ＯＰＣ）を塗工し、
７８０龍ｍの半導体レーザーにより、印刷テストをした
結果、従来法の１つである切削による怒光体ドラムと同
程度の印刷結果が得られた。

次に更に別の具体的な実施例、すなわち、金属素管２の
材質がＪＩＳ機械構造用ステンレス鋼冷間仕上継目無鋼
管Ｓ［ＩＳ　３０４　ＴＫＡ　　の場合について説明す
る。

ＳＯＳ　３０４７ＫＡはビッカース硬さ２００ＨＶ程度
であり、これに対応するため、ローラ／およびマンドレ
ル３はＪＩＳダイス鋼５ＫＤＩＩを熱処理後に表面窒化
したものを使用する。

ローラｌの形状は第１Ｂ図に示すように、先端のＲの半
径が５寵、Ｒと連続する斜面の傾斜は金属素管２に対し
３０°であり、ローラ１の進行方向にはローラｌのＲ゛
の先端から高さ０．６ｍ−のところに傾斜面に連続して
幅Ｉｏｎのフラット部分を形成し、加工中の材料の盛上
りの大きいステンレス鋼の加工に適するようにする。ロ
ーラ１の送り速度は、オーステナイト系ステンレス鋼の
加工硬化に対処するため、１回転当り０．５ｕ＋と遅く
した。

約５０秒の加工後、金属素管２は外径８０．０１　±０
．０２鶴、真円度及び円筒度１５μｍ以下、表面粗さＲ
ｍａｘ３．０３　となる。

次にアルミ合金の場合と同じ形状および材質のチップ５
を使用し、その送り速度を主軸１回転当り０．４５ｍｍ
と、アルミ合金に比べ、遅い速度にする。

これはローラｌの送り速度の７５％の送り速度に相当す
る。

チップ加工後、外径８０±０．０．３ｓｍ、長さ４００
鶴真円度及び円筒度１５μｍ以下、外表面粗さＪＴＳ　
　Ｒｍａｘ　０１５Ｓと、アルミ合金の場合と同等の精
度および表面粗さの感光体ドラムを、ステンレス鋼で製
作できる。

（発明の硬化） 本発明は、従来法では加工し難かった薄肉の金属素管を
、表面精度良い、すなわち、外表面のミクロな凹凸の画
部分の先端に鋭角なエツジがなく、外表面の最外部分と
これに連なる斜面部分とが外法に凸であるＲを以て連続
する滑らかなミクロの凹凸模様を連続して有し、内外径
公差±１０μｍないし±３０μｍ２真円度及び円筒度５
μｍないし３０／１ｍｓ外表面粗さＪＩＳ　Ｒｍａｘ　
２ｓないし５ｓ程度の金属管を、工具の損耗少なく効率
的に加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図ないし第１Ｄ図は本発明の第１段階の加工すな
わちローラによる加工の状況を示す実施例で、第１Ａ図
および第１Ｂ図はローラの正面を示す模式図、第１Ｃ図
は金属管の周囲に配置されるローラの状況を示す模式正
面図、第１Ｄ図はローラが金属管に当接してスライドせ
しめられる状況を示す模式側面図、第２Ａ図ないし第２
Ｃ図は本発明の第２段階の加工すなわちチップによる加
工の状況を示す実施例で、第２Ａ図はチップの形状を示
す斜視図、第２Ｂ図は金属管の周囲に配置されるチップ
の状況を示す模式正面図、第２Ｃ図はチップが金属管に
当接してスライドせしめられ状況を示す模式側面図であ
る。 １・・・ローラ、２・・・金属素管、３・・・マンドレ
ル、４・・・チャック、５・・・チップ、６・・・把持
具。 特許出願人　旭化成工業株式会社 第１Ａ図　　　　　　第１Ｂ図 第１Ｄ図　　　　　　第１Ｃ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所要の駆動機構によつて回転せしめられるマンドレルに
   金属素管を装着してマンドレルと共に回転せしめ、当接
   面が鏡面で概略形状がソロバン玉状に形成され而も先端
   部分にＲを有する高硬度材料よりなるローラを金属素管
   に当接押圧して自由回転せしめながらその軸方向に送り
   、更に当接面が鏡面で概略曲面に形成された高硬度材料
   よりなるチップを前記のローラ加工された金属素管にチ
   ップの主曲面を金属素管の曲面に垂直に当接押圧してそ
   の軸方向に摺動送りすることを特徴とする金属管の表面
   加工方法