WO2011122009A1 - 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画像形成装置用ローラ - Google Patents

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    • B29L2031/322Wheels, pinions, pulleys, castors or rollers, Rims made wholly of plastics

Definitions

  • the present invention is employed in a shaft end portion of various rollers (hereinafter referred to as “image forming apparatus rollers”) such as a developing roller and a charging roller provided in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer.
  • image forming apparatus rollers such as a developing roller and a charging roller provided in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer.
  • the present invention relates to a technique for forming a resin shaft end flange. More specifically, the present invention relates to a mold for manufacturing a resin shaft end flange that is disposed at both ends of a hollow metal sleeve and constitutes a roller for an image forming apparatus, and the mold is molded using the mold.
  • the present invention relates to a roller for an image forming apparatus formed using a resin shaft end flange.
  • An image forming apparatus using an electrophotographic system such as a copying machine or a printer is provided with various forms of image forming apparatus rollers so as to perform a predetermined function in each step of image formation.
  • a roller for an image forming apparatus is required to have a basic design that is formed with high axial accuracy and smoothly rotates in response to a rotational force from a driving source.
  • a roller in which a rotation center is defined with high accuracy is manufactured by cutting a solid metal rod.
  • the end of the roller shaft end
  • Patent Document 4 a hollow metal sleeve is adopted as the main body of the roller, and a resin flange (hereinafter referred to as “resin shaft”) having a shaft portion for engaging the drive source and rotating the roller.
  • resin shaft a resin flange having a shaft portion for engaging the drive source and rotating the roller.
  • a new type of roller for an image forming apparatus is disclosed which is fixed to both ends of a metal sleeve. According to the roller for an image forming apparatus disclosed in Patent Document 4, since the roller is formed by fixing the resin shaft end flange to both ends of the hollow metal sleeve, the weight of the roller can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the cost by reducing the amount of metal used.
  • the shaft end flange employed in the image forming apparatus roller is made of resin as described above, it is efficient to manufacture using a mold, and from the viewpoint of manufacturing cost. Is also advantageous.
  • a resin shaft end flange having a non-uniformly shaped shaft portion having a D-cut portion as described above is manufactured with a mold, the main body flange portion of the resin shaft end flange (fitting to the end portion of the metal sleeve)
  • shaft collapse a phenomenon in which the shaft portion extending from the portion
  • FIG. 4 is a view showing a state of the roller 100 for an image forming apparatus in which resin shaft end flanges 102 and 103 are fitted to both ends of the hollow metal sleeve 101.
  • a D-cut portion is formed on the tip side of the shaft portion 102a of the resin shaft end flange 102 on one side (left side in FIG. 4). It is easy to collapse.
  • the shaft portion 102a of the image forming apparatus roller 100 is tilted, the image forming apparatus roller 100 is supported and rotated by the bearing 111 and the bearing 112 of the rotating device (the whole is not shown here).
  • the shaft center 101CL of the metal sleeve 101 and the shaft center 102CL of the shaft portion 102a do not coincide with each other.
  • the image forming apparatus roller 100 as described above may be subjected to a desired coating process on the outer peripheral surface of the metal sleeve 101 in the manufacturing process, for example, for chargeability control or surface protection.
  • a state in which the metal sleeve 101 is coated is also shown.
  • An image forming apparatus incorporating such a roller for an image forming apparatus having a coating with poor accuracy cannot form a clear image.
  • the roller for the image forming apparatus in which the shaft is tilted may cause noise during rotation in the image forming apparatus, or may cause a conveyance failure when contacting the sheet material to be conveyed. There is also a case.
  • the present invention is suitable for a roller for an image forming apparatus constituted by using a metal sleeve and a resin shaft end flange fitted to the end thereof, and the resin shaft without the shaft collapse as described above. It aims at proposing the metal mold
  • mold an end flange. Another object of the present invention is to propose a highly reliable roller for an image forming apparatus that does not collapse.
  • the resin shaft end flange mold of the present invention is fitted to the end portion of the metal sleeve of the roller for the image forming apparatus, and the shaft is erected at the axial center position of the flange portion.
  • the shaft portion forming cavity has an inner surface formed so that a cross-sectional shape of the shaft portion has an n-order rotational symmetry around the shaft center (where n is an integer of 2 or more). It is characterized by that.
  • the inner surface of the shaft portion forming cavity is formed so that the cross-sectional shape of the shaft portion is a square shape that is a multiple of three.
  • the image forming apparatus roller of the present invention is an image forming apparatus roller formed by fitting a resin shaft end flange to an end portion of a metal sleeve, and the resin shaft end described above. It is characterized in that it is formed by using a resin shaft end flange formed by using a flange mold.
  • the shaft section formed by using the metal mold is axial so that the cross-sectional shape has an n-order rotational symmetry around the axis (where n is an integer of 2 or more). Since the inner surface of the partial molding cavity is formed, the resin material is uniformly poured into the mold. Further, even if the internal stress is generated when the resin is subsequently cured in the mold, the generated internal stress is made uniform. Therefore, it is possible to mold a resin shaft end flange having a shaft portion that does not collapse. By adopting such a resin shaft end flange, it is possible to provide a highly reliable roller for an image forming apparatus whose axial center coincides with the metal sleeve side.
  • FIG. 1A and 1B are views showing a mold for molding a resin shaft end flange according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a sectional view in plan view, and FIG. FIG. (A)-(c) is the figure shown about the modification of the cross-sectional shape of a shaft part. It is sectional drawing shown in order to demonstrate the problem of the roller for conventional image forming apparatuses.
  • FIG. 1 is a view showing an image forming apparatus roller 1 in which a resin shaft end flange formed by a mold according to the present invention is applied to one end (left side in FIG. 1).
  • the image forming apparatus roller 1 includes a metal sleeve 2 formed by forming a metal in a cylindrical shape, and resin shaft end flanges 3 and 4 fitted in openings at both ends of the metal sleeve 2.
  • the resin shaft end flange formed by the mold according to the present invention is used as the left resin shaft end flange 3 in FIG. 1.
  • the resin material used for the resin shaft end flanges 3 and 4 may be appropriately selected from general-purpose resins and engineering plastics, and a resin material that can be easily molded by injection molding or the like is selected. It is preferable to do this.
  • an engineering plastic that can be used as a material (resin material) of a resin shaft end flange
  • polyacetal polyamide resin (for example, polyamide 6, polyamide 6/6, polyamide 12, polyamide 4/6, polyamide) 6.10, polyamide 6.12, polyamide 11, polyamide MXD6 (polyamide obtained from metaxylenediamine and adipic acid), polyoxymethylene (POM), polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, Polyethersulfone, polycarbonate, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polysulfone, polyetheretherketone, polyethylene terephthalate, polyarylate It may include a liquid crystal polymer, polytetrafluoroethylene and the like.
  • the general-purpose resin examples include polypropylene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polystyrene, and polyethylene.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • a melamine resin, a phenol resin, a silicone resin, or the like can be used as the resin material. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
  • the resin material engineering plastic is preferable, and in particular, polyacetal, polyamide resin, polybutylene terephthalate, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polycarbonate, and the like have thermoplasticity, excellent moldability, and mechanical properties. It is more preferable in terms of excellent strength.
  • the resin material polyamide 6 ⁇ 6, polyamide MXD6, polyamide 6 ⁇ 12, polybutylene terephthalate, or a mixed resin thereof is preferable.
  • the conductive agent in the case where the resin shaft end flange is provided with conductivity various materials can be used as long as they can be uniformly dispersed in the resin material. Specifically, carbon black powder, graphite powder, carbon fiber, metal powder such as aluminum, copper and nickel, metal oxide powder such as tin oxide, titanium oxide and zinc oxide, and powder such as conductive glass powder A conductive agent is preferably used. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
  • the basic configuration as described above is the same as that of a conventional resin shaft end flange, but the resin shaft end flange 3 (located on the left side in FIG. 1) employed in the image forming apparatus roller 1 is It is characterized in that it is molded using a mold described later.
  • the resin shaft end flange 3 includes a flange portion 3FL in which a part thereof is fitted in the metal sleeve 2 and a shaft portion 3AX provided upright at the axial center position.
  • the flange portion 3FL has a cylindrical fitting portion that has an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the cylindrical metal sleeve 2 and is fitted to the inner peripheral surface of the metal sleeve 2, and the fitting portion.
  • a disc-shaped closing portion that closes the end of the metal sleeve 2 when the metal sleeve 2 is fitted to the fitting portion.
  • the shaft portion 3AX is erected at the center position of the disc-shaped closing portion toward the side opposite to the fitting portion.
  • a notch is formed on the tip end side of the shaft portion 3AX in the same manner as a conventional image forming apparatus roller.
  • the cross-sectional shape of the shaft portion 3AX in which the notch is formed is not a D-cut shape as in the prior art, but a shape having rotational symmetry around the axis center (where n is an integer of 2 or more). It has become.
  • n is an integer of 2 or more.
  • rotational symmetry means symmetry that coincides with the original figure when the shaft portion is rotated around the axis, and for example, a shape having secondary rotational symmetry is obtained by rotating the shaft by 180 degrees. Sometimes the same shape.
  • shape having third-order rotational symmetry is a shape that becomes the same shape when the shaft is rotated 120 degrees.
  • the shape having fourth-order rotational symmetry is a shape that becomes the same shape when the shaft is rotated 90 degrees.
  • the D-cut portion is formed in the shaft portion when the outer peripheral surface of the sleeve is coated in the manufacturing process of the roller for the image forming apparatus, or for the image forming apparatus in the image forming apparatus.
  • the fitting portion of the conventional image forming apparatus and the coating apparatus that fits the shaft portion of the conventional image forming apparatus roller has a shape corresponding to the D-cut portion of the conventional image forming apparatus roller (D-shaped). I was doing.
  • the tip portion of the shaft portion 3AX in FIG. 1 may be designed as a structure in which a plurality of D-cut portions are arranged so as to have rotational symmetry. In other words, two D-cut parts are arranged if it has second-order rotational symmetry, and three D-cut parts are arranged if it has third-order rotational symmetry, and one of the D-cut parts is painted. What is necessary is just to make it fit with the fitting part of an apparatus and the fitting part of an image forming apparatus. In this way, it is not necessary to change the fitting portion of the conventional coating apparatus or image forming apparatus in which the conventional image forming apparatus roller is set.
  • the present inventor has confirmed that if the notches formed in the shaft portion are arranged symmetrically, it is possible to prevent the shaft from collapsing even with a flange formed by resin molding with a mold. That is, in the prior art, only one D-cut portion was formed from the idea that only one cut-out is required for fitting with a coating apparatus or an image forming apparatus.
  • the non-rotationally symmetric shape has been achieved by recognizing that this is an unfavorable structure for a resin shaft end flange molded by a mold.
  • FIG. 2 is a view showing a mold for forming the resin shaft end flange according to an embodiment of the present invention, wherein (a) is a sectional view in plan view, and (b) is a cross-sectional view of (a). It is a bb arrow line view.
  • This resin shaft end flange mold 10 is provided with a flange portion forming die 11 provided with a flange portion forming cavity 12 for forming a flange portion, and a shaft portion forming cavity 16 for forming a shaft portion. It is comprised by arrange
  • a resin injection gate 13 is formed on the shaft mold 15 side.
  • the flange portion forming cavity 12 has an inner surface in the shape of a recess for forming the flange portion 3FL of the main body partly fitted to the metal sleeve 2.
  • the flange portion forming cavity 12 includes a cylindrical recessed space having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the metal sleeve 2 and one end side of the cylindrical recessed space (joining surface with the shaft forming die 15). And a disk-shaped recessed space having a diameter substantially equal to the outer diameter of the metal sleeve 2.
  • the inner surface of the shaft portion forming cavity 16 is formed in a concave shape for forming the shaft portion standing at the shaft center position of the flange portion 3FL.
  • the shaft portion molding cavity 16 is formed at a cylindrical recess space formed on the joint surface side with the flange portion mold 11 and at the tip (left side in FIG. 2) of the cylindrical recess space.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the axis is constituted by a recessed space having n-th order rotational symmetry.
  • the resin injection gate 13 communicates with the recess space having the nth-order rotational symmetry.
  • the tip side portion 16TP of the shaft portion molding cavity 16 has a shaft portion in which the cross-sectional shape of the resin material filled therein has an n-th order (n is an integer of 2 or more) rotational symmetry about the axis.
  • the shape of the inner surface is designed to be a shape.
  • FIG. 2B illustrates a case where a shaft portion having third-order rotational symmetry is formed around the axis 16CL.
  • the resin-made shaft end flange without a shaft fall in a shaft part can be manufactured. That is, as shown in FIG. 2, the shaft portion is molded so that the inner surface is formed so that the cross section has an n-th order (where n is an integer of 2 or more) rotational symmetry around the axis.
  • n is an integer of 2 or more
  • the resin shaft end flange formed using the mold has a shape corresponding to the shaft portion forming cavity, that is, a shape having n-order rotation objectability.
  • the shaft portion molding cavity only needs to have a shape in which the cross-sectional shape of the tip of the shaft portion molded by the shaft portion molding cavity has n-order rotational symmetry about the axis. That is, for example, the shape may be the same shape when rotated 180 degrees in the second order, and the same shape when rotated 90 degrees in the fourth order.
  • the D-cut portion is originally provided is that the positioning of the roller for the image forming apparatus and the reliable transmission of the driving force are intended, so that one side is somewhat long (with the fitting portion of the image forming apparatus or the coating apparatus). It is desirable that the contact allowance is large to some extent. Therefore, as shown in FIG. 2B, it is preferable that the cross-sectional shape of the shaft portion is a triangle (the D-cut portion has three surfaces).
  • the “square shape” includes a shape with rounded vertices as shown in FIG.
  • FIGS. 3A to 3C are diagrams showing modifications of the cross-sectional shape of the shaft portion.
  • the cross-sectional shape is not necessarily a square shape connected by a straight line, and may be changed to a square shape connected by a curve.
  • it is preferable to use the third order (n 3) as illustrated in FIG.
  • FIG. 3 (a) shows a shape in which the tip end portion 16TP of the cavity on the shaft portion forming die 15 side is changed to a curved line convex on the inside of the triangle, with the straight portions (each side) being based on the triangle.
  • b) shows a shape in which the straight line portion is changed to a convex curve outward of the triangle. Furthermore, as shown in FIG.
  • groove-shaped concave portions 16CP are provided at intervals of 120 degrees in the circumferential direction (shape having rotational symmetry) may be employed.
  • shape having rotational symmetry it may be necessary to modify the fitting portion of the coating apparatus or the image forming apparatus.
  • the resin shaft end flange 4 set on the other end (right side in FIG. 1) of the roller for the image forming apparatus a conventional mold having a simple cavity having no notch in the shaft portion is used. What is necessary is just to shape
  • the roller 1 for an image forming apparatus of the above example only the resin shaft end flange 3 on the side that is fitted to the fitting portion on the drive source side of the image forming apparatus or the coating apparatus is shown, and the cross section of the shaft portion is the axial center.
  • the shape has n-order rotational symmetry around.
  • the resin shaft end flange on the other end side may have a shape in which the cross section of the shaft portion has n-order rotational symmetry around the axis.
  • a roller for an image forming apparatus (see FIG. 1) in which a resin shaft end flange manufactured using the mold shown in FIG. 2 was fitted to the end portion was manufactured.
  • a roller for an image forming apparatus is formed by fitting resin-made shaft end flanges to both ends of a metal sleeve made of aluminum (manufactured by Nikkin Gold Co., Ltd., aluminum A6063).
  • a thermoplastic resin for forming the resin shaft end flange a conductive material (manufactured by Polyplastics Co., Ltd., EB-10) was used. Further, the metal sleeve and the resin shaft end flange were bonded using an adhesive (manufactured by Loctite Co., Ltd., 430).
  • the roller for the image forming apparatus has a body length BL of 230 mm including the metal sleeve 2 up to the flange portion 3FL of the resin shaft end flange 3, and the resin shaft end flange 3 protrudes from the flange portion 3FL.
  • the shaft length 3L of the shaft portion 3AX to be formed was set to 30 mm, and the shaft length 4L of the shaft portion protruding from the flange portion of the opposite resin shaft end flange 4 was set to 15 mm.
  • rollers for an image forming apparatus using a resin shaft end flange manufactured with the mold shown in FIG. 2 were prepared as examples.
  • seven comparative image forming roller rollers were prepared in the same manner as in the example except that a conventional resin shaft end flange having only one D-cut portion was used. Then, as shown by taking out the resin shaft end flange 3 in FIG. 1, the deflection of the shaft tip A with respect to the portion (reference portion B point) press-fitted into the sleeve 2 was measured.
  • the runout of the point A with respect to the B point was measured.
  • This measurement was performed by measuring the misalignment (concentricity) of the shaft tip portion A point with respect to the reference portion B point with a roundness measuring device LONDCOM 41A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd. The unit is mm. Further, the deflection at the center C of the main body (metal sleeve 2) was measured with the shafts at both ends supported. This measurement was carried out by measuring the vibration with a laser vibration measuring instrument LSM-6000 manufactured by Mitutoyo Co., Ltd. The unit is mm. Then, an image formed by setting each roller in the image forming apparatus was evaluated.
  • the resin shaft end flange mold according to the present invention can prevent the shaft from collapsing and manufacture the resin shaft end flange.
  • a roller for an image forming apparatus having a resin shaft end flange the axial center of the sleeve portion and the flange portion coincide with each other, so that a reliable image can be formed without causing problems such as rotational vibration and noise generation. It can be supplied as a roller for an image forming apparatus having high performance.
  • such a roller for an image forming apparatus can form a uniform coating film in the painting process, this point also contributes to obtaining a clear image formation.
  • a resin shaft end flange which is suitable for a roller for an image forming apparatus configured using a metal sleeve and a resin shaft end flange fitted to the end portion thereof and which does not fall down is formed.
  • a mold can be provided.

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Abstract

 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画像形成装置用ローラに好適で、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供することを目的とする。本発明の金型は、画像形成装置用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10であって、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と、軸部を形成するための軸部成形キャビティ16とを備えており、軸部成形キャビティは、軸部の横断面形状16TP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。

Description

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画像形成装置用ローラ
 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「画像形成装置用ローラ」と称する。)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、本発明は、中空な金属スリーブの両端に配置されて画像形成装置用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、および、この金型を用いて成形した樹脂製軸端フランジを用いて形成した画像形成装置用ローラに関する。
 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画像形成装置用ローラが配備されている。このような画像形成装置用ローラは、軸精度良く形成され、且つ、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、金属製の中実の棒体を削り加工することにより、回転中心を高精度で規定したローラが製造されている。また、ローラの端部(軸端部)には、ローラを画像形成装置にセットするときの位置決めを容易にする目的や、駆動源からの回転力をローラに確実に伝達する目的で、軸の横断面がD字状になるように切欠き(Dカット)加工が施してあるものが広く採用されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3など参照)。
 このように、金属製の中実の棒体を削り加工すれば、精度良く加工することができるので、軸精度の良好な画像形成装置用ローラを得ることができる。また、ローラの軸端部をDカット加工しておけば、ローラを画像形成装置内にセットするときの位置決めにDカット部分を利用できると共に、Dカット部分にギアを嵌め込んでモータ(駆動源)の動力を伝達し、ローラの回転駆動を円滑に行うこともできる。更に、画像形成装置用ローラの本体胴部を塗装して被膜を形成する被膜形成工程などでも、位置決めや駆動力の伝達等にDカット部分を活用できる。
 ここで、近年の産業界における軽量化、薄型化、短小化等への要求は、上記のような画像形成装置用ローラにも及んでいる。そこで、特許文献4では、ローラの本体胴部として中空の金属スリーブを採用すると共に、駆動源と係合してローラを回転させるため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。)を金属スリーブの両端部に固定するようにした新しい形態の画像形成装置用ローラについて開示している。
 そして、特許文献4で開示する画像形成装置用ローラによれば、中空の金属スリーブの両端に樹脂製軸端フランジを固定してローラを形成しているので、ローラを軽量化することができると共に、使用する金属量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
 ここで、上記のように画像形成装置用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的であり、また、製造コストの面からも有利である。しかしながら、上記のようなDカット部分を有する不均一形状の軸部を備える樹脂製軸端フランジを金型で製造すると、樹脂製軸端フランジの本体フランジ部(金属スリーブの端部に嵌合する部分)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。軸倒れが発生する詳細な原因は不明であるが、軸部の形状が不均一(換言すれば、非回転対称)であるため、金型内に樹脂を流し入れたときや、金型内で樹脂を冷却して固化させたときに、内部に応力が発生し、金型から外したときに軸倒れが発生すると推測される。そして、軸倒れが発生した樹脂製軸端フランジを画像形成装置用ローラに適用するのは、好ましくない。
 上記の軸倒れの問題を、図4を参照して説明する。図4は、中空の金属スリーブ101の両端部に、樹脂製軸端フランジ102、103が嵌め込んである画像形成装置用ローラ100の様子を示している図である。
 この図4で示す画像形成装置用ローラ100では、片側(図4では左方)の樹脂製軸端フランジ102の軸部102aの先端側にDカット部分が形成されており、軸部102aが軸倒れし易い。そして、画像形成装置用ローラ100の軸部102a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とで画像形成装置用ローラ100を支持して回転させたときに、金属スリーブ101の軸心101CLと、軸部102aの軸心102CLとが一致していないので回転振れが発生してしまう。
 なお、上述したような画像形成装置用ローラ100には、例えば帯電性の制御や表面保護のために、製造工程で金属スリーブ101の外周面に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、金属スリーブ101を塗装処理する場合の様子を併せて示してある。
 図4で示した状態で、軸倒れにより回転振れが発生すると、塗装した膜厚が不均一になり、精度の悪い塗装になってしまう。そして、このような精度の悪い塗装を有する画像形成装置用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くなる。また、軸倒れが発生している画像形成装置用ローラは、画像形成装置内で、回転時に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ったりする場合もある。
 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を用いて構成される画像形成装置用ローラに好適で、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を目的とする。また、本発明は、軸倒れのない信頼性の高い画像形成装置用ローラを提案することを目的とする。
 上記目的は、本発明の樹脂製軸端フランジ用金型によって達成される。
 ここで、本発明の樹脂製軸端フランジ用金型は、画像形成装置用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、ことを特徴とする。
 ここで、前記軸部成形キャビティは、前記軸部の横断面形状が3の倍数の角形状となるように、その内面が形成してあるのが好ましい。
 また、本発明の画像形成装置用ローラは、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画像形成装置用ローラであって、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て形成したことを特徴とする。
 本発明による金型では、金型を用いて成形した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軸部成形キャビティの内面が形成してあるので、樹脂材料が金型内に均一に流し込まれる。また、その後に金型内で樹脂が硬化したときに内部応力が発生しても、発生した内部応力が均一化される。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。そして、このような樹脂製軸端フランジを採用すれば、金属スリーブ側との軸心が一致した信頼性の高い画像形成装置用ローラを提供できる。
本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た画像形成装置用ローラの一例について示した断面図である。 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)は平面視断面図、(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。 従来の画像形成装置用ローラの問題を説明するために示した断面図である。
 以下、本発明の実施形態を、図面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た画像形成装置用ローラの概略を説明する。
 図1は、本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の一方(図1では左側)に適用された画像形成装置用ローラ1について示した図である。この画像形成装置用ローラ1は金属を円筒状に形成してなる金属スリーブ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。そして、この画像形成装置用ローラ1では、図1では左側の樹脂製軸端フランジ3として、本発明に係る金型によって成形した樹脂製軸端フランジを用いている。
 ここで、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、樹脂材料としては、射出成型等により容易に成形することができるものを選択するのが好ましい。
 具体的には、樹脂製軸端フランジの材料(樹脂材料)として用い得るエンジニアリングプラスチックとしては、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、ポリエチレンなどを挙げることができる。その他に、樹脂材料としては、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、樹脂材料としては、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、熱可塑性を有して成形性に優れ、且つ、機械的強度に優れる点で一層好ましい。特に、樹脂材料としては、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。具体的には、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や、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物粉末や、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、従来の樹脂製軸端フランジと同様であるが、画像形成装置用ローラ1で採用されている樹脂製軸端フランジ3(図1では左側に配置)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。具体的には、フランジ部3FLは、円筒状の金属スリーブ2の内径と略等しい外径を有して金属スリーブ2の内周面に嵌合する円筒状の嵌合部と、該嵌合部の一端側に配設されて、金属スリーブ2と嵌合部との嵌合時に金属スリーブ2の端部を閉止する円板状の閉止部とを備えている。また、軸部3AXは、円板状の閉止部の中心位置に、嵌合部とは反対側に向かって立設されている。
 ここで、この軸部3AXの先端部側には、従来の画像形成装置用ローラと同様に切欠きが形成してある。ただし、切欠きが形成された軸部3AXの横断面形状は、従来のようなDカット形状ではなく、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、金型に樹脂材料を流し込んで樹脂製軸端フランジ3を形成しても、先に指摘したような軸部3AXの軸倒れの発生を防止できる。
 なお、「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、例えば2次の回転対称性を有する形状とは、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次の回転対称性を有する形状とは、軸を120度回転したときに、同一形状となる形状である。また、4次の回転対称性を有する形状とは、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カット部分を形成していたのは、画像形成装置用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、画像形成装置内に画像形成装置用ローラをセットするときなどに、位置決めを容易にしたり、回転の駆動力を確実に伝達したりするためである。そのため、従来の画像形成装置用ローラの軸部と嵌合する従来の画像形成装置や塗装装置の嵌合部は、従来の画像形成装置用ローラのDカット部分に対応した形状(D字状)をしていた。従って、従来の画像形成装置や塗装装置を設計変更することなく用いるためには、上記塗装装置や画像形成装置の嵌合部と、図1の樹脂製軸端フランジ3の軸部3AXの先端部に設けた、回転対称性を有する先端部と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、回転対称性をもつようにDカット部分を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次の回転対称性を有する場合は2個のDカット部分を、3次の回転対称性を有する場合は3個のDカット部分を配置し、その内の1つのDカット部分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、従来の画像形成装置用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。
 ここで、上記のように樹脂製の軸端フランジを採用する点について、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理由を説明する。本発明者は、従来の画像形成装置用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材料を流し込んだとき流動性の制御が困難であることや、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が不均一になることなども考えられた。
 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。即ち、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箇所だけ切欠いてあればよいという発想からDカット部分を1箇所だけ形成していたが、このような不均一(非回転対称)形状は金型で成形する樹脂製軸端フランジには不利な構造であることを認識したこと基づいて、本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)は平面視断面図、(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。そして、軸部成形型15側には、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は、金属スリーブ2に一部が嵌合される本体のフランジ部3FLを成形する凹部状に内面が形成されている。具体的には、フランジ部形成キャビティ12は、金属スリーブ2の内径に略等しい外径を有する円筒状の凹部空間と、該円筒状の凹部空間の一端側(軸部成形型15との接合面側)に形成された、金属スリーブ2の外径と略等しい直径を有する円板状の凹部空間とで構成されている。同様に、軸部成形キャビティ16も、フランジ部3FL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。具体的には、軸部成形キャビティ16は、フランジ部成形型11との接合面側に形成された円柱状の凹部空間と、該円柱状の凹部空間の先端(図2では左側)に形成された、軸線と直交する方向の横断面形状がn次の回転対称性を有する凹部空間とで構成されている。そして、n次の回転対称性を有する凹部空間には、樹脂注入ゲート13が連通している。
 すなわち、軸部成形キャビティ16の先端側部分16TP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。
 なお、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から均一に樹脂材料が流し込まれ、更にその後に樹脂材料が硬化したときに内部応力が発生しても、発生した内部応力の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で例示するような、横断面が軸心回りに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ことにより、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。そして、該金型を用いて成形した樹脂製軸端フランジは、軸部が軸部成形キャビティに対応した形状となる、即ち、n次の回転対象性をもった形状となる。
 なお、軸部成形キャビティは、該軸部成形キャビティで成形した軸部先端の横断面形状が軸心回りにn次の回転対称性をもつような形状であればよい。即ち、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カット部分を設けていた理由は、画像形成装置用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(画像形成装置や塗装装置の嵌合部との接触代(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カット部分が3面)とするのが好ましい。
 なお、「角形状」には、図2(b)に示すように、頂点が丸まった形状も含まれる。
 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、曲線で結んだ角型形状に変更してもよい。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側の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(各辺)を三角形の内側へ凸の曲線に変更した形状について示し、図3(b)は、直線部分を三角形の外側へ凸の曲線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16CP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、画像形成装置用ローラの他端(図1では右側)にセットする樹脂製軸端フランジ4については、軸部に切欠きを設けない単純な形状のキャビティを有する従来の金型を用いて成形すればよい。
 因みに、上記一例の画像形成装置用ローラ1では、画像形成装置や塗装装置の駆動源側の嵌合部に嵌合する側の樹脂製軸端フランジ3のみを、軸部の横断面が軸心回りにn次の回転対称性をもった形状とした。しかし、本発明の画像形成装置用ローラでは、他端側の樹脂製軸端フランジも、軸部の横断面が軸心回りにn次の回転対称性をもった形状としても良い。
(実施例)
 図2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画像形成装置用ローラ(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画像形成装置用ローラとした。樹脂製軸端フランジ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。
 画像形成装置用ローラは、図1に示すように、金属スリーブ2に樹脂製軸端フランジ3のフランジ部3FL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3FLから突出する軸部3AX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2で示す金型で製造した樹脂製軸端フランジを用いた画像形成装置用ローラを実施例として7本準備した。比較のため、Dカット部分を一つだけ有する従来の樹脂製軸端フランジを用いた以外は実施例と同様にして製造した7本の比較例の画像形成装置用ローラを準備した。そして、図1中に樹脂製軸端フランジ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に記載のように樹脂製軸端フランジ3の単独の振れとして、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、基準部B点に対する軸先端部A点の芯ズレ(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(金属スリーブ2)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個で受けて回転させ、(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「○」、画像不良がやや生じた場合を「△」、そして、明らかに画像不良を生じた場合を「×」として評価した。
 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つの比較例の評価結果をまとめたのが下記表1である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 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画像形成装置用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得る信頼性の高い画像形成装置用ローラとして供給できる。
 また、このような画像形成装置用ローラは、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。
 本発明によれば、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を用いて構成される画像形成装置用ローラに好適で、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供し得る。また、本発明によれば、軸倒れのない信頼性の高い画像形成装置用ローラを提供することができる。
 1         画像形成装置用ローラ
 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 (3)

  1.  画像形成装置用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、ことを特徴とする樹脂製軸端フランジ用金型。
  2.  前記軸部成形キャビティは、前記軸部の横断面形状が3の倍数の角形状となるように、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。
  3.  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画像形成装置用ローラであって、
     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、ことを特徴とする画像形成装置用ローラ。
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