JP3968213B2 - 薄肉芯金の加工方法、電子写真装置用定着ローラ芯金の加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真用感光体、定着ローラ、現像スリーブ等の薄肉芯金の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置に使用される定着ローラ２は、そのローラ内にハロゲンヒータ２ｃ等の熱発生装置を内装し、加圧ローラ３と圧接してニップ部Ｎを形成している。そして、このような定着ローラ２は、ニップ部Ｎの圧力と、上記熱発生装置からの輻射熱とにより、上記ニップ部Ｎに送り込まれた転写紙Ｐにトナーを溶融定着させるものである。
【０００３】
従来から、定着ローラは、その芯金に熱伝導性及び剛性の確保のためアルミニウム合金が素材として用いられている。このような定着ローラの一般的な構成は、筒状で薄肉のローラ芯金を基体とし、その外周面にフッ素皮膜等を粉体塗装し焼成して離型層をコーティングしたものである。
【０００４】
近年において、上記定着ローラのローラ芯金は、熱伝導性を向上させるために、さらなる薄肉化が要求されている。すなわち、ローラ芯金の薄肉化により定着可能な温度に達するまでの時間（定着ローラの立ち上がり時間）を短縮して複写機等の省電力化を進めることが望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように定着ローラは、その機能上、高剛性であることが必要であり、いたずらにローラ芯金の肉厚を落とすことはできない。
【０００６】
即ち、ローラ芯金の薄肉化をした場合には、図８（Ａ）に示すように、定着ローラ２が加圧ローラ３からの押圧力によりたわみ変形ｄしたり、図８（Ｂ）に示すように、加圧ローラ３からの押圧力により定着ローラ２の外径がＨ１からＨ２に縮小するつぶれ変形するという不具合を生じる虞があった。
【０００７】
また、ダイヤモンドバイトによって肉厚を均一に薄くすることのできるプロセス限界点は、従来のローラ芯金では０．８ｍｍが限界であり、この肉厚では、定着ローラの立ち上がり時間は、ほぼ３０秒が限度となっている。この立ち上がり時間の高速化も望まれていた。そこで、高剛性化と薄肉化を同時に達成することが要望されていた。
【０００８】
なお、アルミニウム合金材の代替素材として、鉄や、ステンレス系の素材を用いる試みもなされているが、その防錆対策、加工性の問題等から製造コストに見合わず、また、アルミニウム合金材に比べて熱伝導率が低く、温度分布の均一性も十分に得られていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、アルミ合金材を用いても、従来より薄肉で、かつ、高剛性を確保できる薄肉芯金の加工方法及び電子写真用定着ローラ芯金の加工方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、例えば図１１に示す外径φＤの中空円筒状の薄肉芯金の両端を支持しながら該薄肉芯金を回転させて、該薄肉芯金の表面に押し部材を押し当てることにより、薄肉芯金の内面にリブを形成する加工方法において、
前記薄肉芯金の外周面に前記押し部材により形成された凹部を切削加工によって除去加工する際に、切削抵抗が一定に近くなるように前記薄肉芯金と前記切削加工する切削手段との相対速度を調整することを特徴とする薄肉芯金の加工方法である。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の薄肉芯金の加工方法において、前記相対速度の調整は、前記薄肉芯金に対する前記切削手段の軸方向の送り速度を、リブのない部分に対応する前記外周面部分よりリブのある部分に対応する外周面部分の方が速くなるように設定することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１に記載の薄肉芯金の加工方法において、前記相対速度の調整は、前記切削手段に対する薄肉芯金を保持する主軸の回転数を、前記押し部材がリブのない部分に対応する前記外周面部分よりリブのある部分に対応する前記外周面部分の方が低くなるように設定することを特徴としている。
【００１３】
これら相対速度の定義として、前記切削手段の軸方向の送り速度ＦＦ及び前記薄肉芯金を保持する主軸の回転数Ｎについては、切削加工においては切削送り量ＦＬで示され、その関係は次式（１）にて定義される。
ＦＦ［ｍｍ／ｍｉｎ］＝ＦＬ［ｍｍ／ｒｅｖ］×Ｎ［ｒｐｍ］・・・（１）
また、同様に切削加工では前記主軸の回転数Ｎに対して、切削速度である回転速度をＶとして、次式（２）によって回転速度で定義することが可能である。
Ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］＝（π×φＤ［ｍｍ］×Ｎ［ｒｐｍ］）／１０００・・・（２）
上記の関係式、（１）式及び（２）式によって前述の相対速度は、それぞれ送り速度並びに回転速度での関係を示すが、切削加工においては上記の関係からそれぞれ切削送り量及び主軸の回転数で言い表すことがある。
【００１４】
また、請求項４の発明は、外周面が鼓形状した薄肉芯金の加工方法であって、内面にリブを形成するために外表面に凹部が形成されている薄肉芯金の外表面をフラットに切削する電子写真装置用定着ローラ芯金の加工方法において、
前記凹部を切削加工によって除去加工する際に、切削抵抗が一定に近くなるように前記薄肉芯金と前記切削加工する切削手段との相対速度を調整することを特徴とする電子写真装置用定着ローラ芯金の加工方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係わる芯金構造体の一例として、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真式の画像形成装置に備える定着ローラのローラ芯金の構成を示す一部断面図である。
【００１６】
図１に示すように、ローラ芯金２０は、通紙領域Ｌより広幅の本体部２２と、その両端に一体に形成される本体部２２より細径のジャーナル部２７，２８とを備えている。このローラ芯金２０はアルミニウム合金から構成されている。
【００１７】
前記本体部２２は鼓形状に形成されている。この本体部２２の鼓量は、例えば０．０８ｍｍ程度に設定され、製品性能により適宜設定される。なお、鼓量とは、通紙領域Ｌの外側の外径Ｄ２と中央部の外径Ｄ１との差分Ｄ１−Ｄ２のことである。
【００１８】
前記本体部２２は、その内部に発熱装置を挿入可能な空間を有し、断面が円形に構成されている。さらに、この本体部２２の内周面２２ｂには、剛性を高めるためのリブ群が形成されている。
【００１９】
このリブ群は、軸方向の中心領域に設けられている中央リブ群２５と、中央リブ群２５の軸方向の両外側にそれぞれ配置されている周辺リブ２６とを備えている。
【００２０】
中央リブ群２５は、軸方向中心に位置する中心リブ２５ａと、中央リブ群２５の軸方向両端部にそれぞれ位置する端部リブ２５ｂとを備え、中心リブ２５ａと左右一対の端部リブ２５ｂとはそれぞれ等間隔Ｓ２に配置されている。
【００２１】
前記周辺リブ２６は、中央リブ群２５の端部リブ２５ｂの軸方向中心から、中央リブ群２５の幅Ｓ１と等距離離間してそれぞれ内周面２２ｂに設けられている。
【００２２】
図２は、リブ断面の拡大図であり、（Ａ）は半円形状のリブを示し、（Ｂ）は滑らかに連続している半円形状のリブを示し、（Ｃ）は二等辺三角形状のリブを示し、（Ｄ）はＵ字形のリブを示し、（Ｅ）は台形状のリブを示している。なお、図２では代表として中心リブ２５ａの場合を示したが、他のリブも同様である。
【００２３】
このようにローラ芯金の内周面にリブを形成して剛性を高めることにより、ローラ芯金を薄肉化することができる。特に、加圧ローラ等から圧力が加わるとたわみ変形しやすいローラ芯金の軸方向中央部分にリブの配設密度を高くしたので、少ないリブで高強度を得ることができる。本実施形態では、ローラ芯金のフラット面の肉厚が、０．３ｍｍまで薄肉化しても、リブのない０．８ｍｍの肉厚のローラ芯金と同程度の剛性を保持することができた。
【００２４】
さらに、加圧ローラ等から圧力が加わるとたわみ変形しやすいローラ芯金の軸方向中央部分にリブの配設密度を高くしたので、ローラ芯金の体積も小さくすることができ、熱容量を小さくできるので、熱源による昇温を高速化することができ、省電力化を達成することができる。
【００２５】
また、さらに、ローラ芯金の中央部分のリブ配設密度を高くしたので、通常中央部分の温度が高くなる温度分布の均一化を図ることもできる。
特に、図２（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示すように、リブと内周面２２ｂのフラット面とを滑らかに連結することにより、昇温時の表面の温度ムラ変化を滑らかにすることができ、定着ムラをより小さくすることができる。
【００２６】
また、ローラ芯金２０の本体部２２を鼓形状としたので、定着ローラの軸線方向に円周差を設けることができ、これにより回転による定着時の送り量（線速）に差分を設けることができる。このように送り量に差分を設けることができるので、転写紙の両幅方向に向けて張力を作用させることでき、これにより転写紙のヨリ、シワ等を防止することができる。
【００２７】
図３はリブ断面のさらなる拡大図である。
図３に示すように、ローラ芯金２０の本体部２２の外周面にうねり形状を形成する微少凹部２２ｃを形成することにより、定着ローラとして用いた場合に転写紙のヨリ、シワ等をさらに少なくすることができる。この微少凹部２２ｃの深さとしては、例えば１〜１０μｍ、好ましくは３μｍ以下に設定されている。
【００２８】
図４は、図１のローラ芯金を有する定着ローラを備えた定着装置の縦断面図である。
図４に示すように、定着装置１は、図１に示したローラ芯金の外表面に表面層２１を形成した定着ローラ２と、定着ローラに転写紙を加圧する加圧ローラ３と、ローラ芯金のジャーナル部を軸支する軸受２ａと、定着ローラを駆動する駆動ギアと、定着ローラの内部に装着されるハロゲンヒータ２ｃを有する熱発生装置とを備えて構成されている。
【００２９】
前記定着ローラは、ローラ芯金の外周面にフッ素樹脂層からなる離型層をコーティングして表面層２１を形成したものである。この表面層２１は、例えば、１０〜３０μｍの膜厚に形成されている。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態に係わる定着ローラのローラ芯金を示す一部断面図である。
図５に示すように、このローラ芯金が図１のローラ芯金と異なる点は、中央リブ群２５が、中心リブ２５ａと端部リブ２５ｂとの間に中間リブ２５ｃを設けた点と、周辺リブ２６を外側周辺リブ２６ａと内側周辺リブ２６ｂとから構成した点である。
【００３１】
この場合には、中央リブ群２５の幅Ｓ１と、端部リブ２５ｂと内側周辺リブ２６ｂとの幅Ｓ１と、内側周辺リブ２６ｂと外側周辺リブ２６ａとの幅Ｓ１とが等しくなっている。
【００３２】
このように中央リブ群２５は、中心リブ２５ａと、端部リブ２５ｂとを有していれば、中心リブ２５ａと端部リブ２５ｂとの間に単数又は複数の中間リブ２５ｃを形成するようにしてもよい。
【００３３】
また、周辺リブ２６は複数本から形成するようにしてもよい。この場合には、最も内側の周辺リブ２６ｂとその次に外側の周辺リブ２６ａとの距離は幅Ｓ１に設定することが好ましい。
【００３４】
図６は本発明の芯金構造体としてのローラ芯金を有する定着ローラを備えた画像形成装置の主要構成を示す説明図である。
図６に示すように、この画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体ドラム４ａと、この感光体ドラム４ａに接触又は近接して帯電処理を行う帯電ローラ４ｂと、感光体ドラム４ａの静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ４ｅと、帯電ローラ４ｂに直流電圧を印加するための電源４ｈと、感光体ドラム４ａ上のトナー像を給紙部から搬送されてきた転写紙Ｐに転写処理する転写ローラ４ｆと、感光体ドラム４ａ表面の残留トナーの除去及び回収を行うクリーニング装置４ｇと、感光体ドラム４ａの表面電位を測定する表面電位計４ｄと、定着ローラ２及び加圧ローラ３を有する定着装置１とを備えている。なお、符号４ｃはレーザ光又は原稿の反射光などの露光を示している。
【００３５】
以上のように構成された画像形成装置における作像動作について説明する。先ず、この感光体ドラム４ａに接触された帯電ローラ４ｂに対して直流電圧を電源４ｈから給電することによって，感光体ドラム４ａの表面を一様に高電位に帯電する。
【００３６】
その直後、感光体ドラム４ａ表面に露光４ｃされると露光された部分は電位が低下する。この露光４ｃでは、画像の濃度に応じた光量の分布を有するため、露光４ｃによって感光体ドラム４ａ面に記録画像に対する電位分布、すなわち静電潜像が形成される。
【００３７】
次に、静電潜像が形成された部分が現像ローラ４ｅを通過すると、その電位の高低に応じてトナーが付着し、静電潜像を可視像化したトナー像が形成される。
次に、トナー像が形成された部分に所定のタイミングで転写紙Ｐが搬送され、上記トナー像に重なる。このトナー像が転写ローラ４ｆによって転写紙Ｐに転写された後、この転写紙Ｐは感光体ドラム４ａから分離される。
【００３８】
次に、分離された転写紙Ｐは搬送経路を通って搬送され、定着ローラ２及び加圧ローラ３により熱加圧定着された後、機外へ排出される。また、上記転写終了後、感光体ドラム４ａの表面はクリーニング装置４ｇによりクリーニング処理され、さらに図示しない残留電荷消去手段により残留電荷が消去され、次の作像処理に備える。
【００３９】
このとき、定着ローラとして、薄肉化したローラ芯金を有する定着ローラを用いているので、定着ローラの温度上昇率の向上が図れ、立ち上がり時間を大幅に短縮することができ、省電力化も達成することができる。即ち、ウォームアップ時間と、ハロゲンヒータの点灯時間を共に短縮することができる。
【００４０】
以上のような薄肉芯金であるローラ芯金を用いた電子写真用定着ローラの製造方法を以下に示す。
図９は電子写真用定着ローラの製造方法を示す図であり、（Ａ）は素管の端部（ジャーナル）の絞り加工工程であり、（Ｂ）は端面及び面取り加工工程であり、（Ｃ）はエンドミルによるカット工程であり、（Ｄ）は補強リブ形成工程、（Ｅ）は胴部切削工程、（Ｆ）はコーティング工程、（Ｇ）はテープ研磨工程である。また、図１１は、図９（Ｄ）の補強リブ形成工程と図９（Ｅ）の胴部切削工程とを示す図である。
【００４１】
また、図１４は図９（Ｅ）の胴部切削工程の要部を拡大して示し、（Ａ）は補強リブ形成前の状態を示す図、（Ｂ）はリブ形成後の状態を示す図、（Ｃ）はリブ形成後の切削状態を示す図である。
【００４２】
図１４中、Ｔ１は素管肉厚、ＦＴはフラット面、ｈは押し込み深さ、ＬＷはリブ幅、ｔは芯金肉厚、Ｈはリブ高さ、Ｃ１は切削手段である切削工具としての粗切削用バイト４７による粗切削量、Ｃ２は仕上げ切削用バイト４８による仕上げ切削量である。前記粗切削用バイト４７による粗切削量Ｃ２を除去したところで、凹部２６′がほぼ平坦化する。
【００４３】
図９（Ａ）に示すように、先ず、素管２２′をコレットチャックｃｃで保持し、スピニングローラ４１を用いて素管２２′の端部側から中央側に向けて絞り加工する。これにより、素管２２′の両端部（図では片端部のみ示す）を所定径、本実施形態では３０φに形成する。
【００４４】
このとき、素管２２′の端部側から中央側に向けて絞り加工するので、即ち、外側から内側に向けて塑性加工するので、端部２７を増肉することができる。これにより、端部が厚肉化されるので、端部の強度向上と、後述する小判カット及びＤカットとが可能となる。端部の厚肉化は、４０φの素管２２′を３０φに前記絞り加工した場合で、元の肉厚１．２ｍｍに対して１．５ｍｍ弱程度である。
【００４５】
縮径する加工としては、従来スェージング加工が知られている。このスェージング加工では、ストレートパイプの端部を、ダイス（型）に径を縮めて押し込んで、縮径している。このスェージング加工では、成型油を使うので後加工で洗浄する必要があり、湿式加工となる。
このスェージング加工では、胴部をクランプしてダイスに押し込む加工となるので、同軸を出すのが難しく、縮径部分の同軸度が狂うという問題がある。
【００４６】
これに対してスピニング加工では、胴部をチャッキングして回しながらローラを突き当てているので、必要な同軸度を出すことができる。さらに、洗浄油を使わない、即ち洗浄工程が不要の乾式で加工することができる。このため環境対策にもよいという利点がある。
【００４７】
従来、縮径加工としては、スェージング加工と、スピニング加工とがあるが、スピニング加工では、へら絞り加工といって、ランプの傘の加工等の薄く延ばす加工が主であった。本発明者らはスピニング加工を増肉させる定着ローラに適用できないかと考えた。定着ローラの加工としてスピニングローラ加工は、試作的には行われていたが、加工時間がかかり、コスト的に合わなかった。今回、他の加工も同時にできるようにしたので、量産に適用することができた。さらに、上述したように環境対策にも優れている。定着ローラの芯金では、肉が薄いので、スェージングに比べてあまり多くの時間がかからなくて済んだ。スェージング加工ではプレスという専用機が必要になるが、スピニング加工では、切削用の機械で可能である（薄肉であるため可能となった）。
【００４８】
次に、図９（Ｂ）に示すように、端面加工用バイト４３により素管２２′の端部（ジャーナル）の端面を加工する（長さを揃える）工程と、内径面取り加工用バイト４２によりワークである素管２２′を両端側から押さえるための内径面取り加工（センタ加工）する工程とを行う。
【００４９】
次に、図９（Ｃ）に示すように、エンドミル４４により素管２２′の端部（ジャーナル）の一部を除去する。即ち、端部の直径上に対向する円弧状部分を中心軸と平行に除去する、所謂小判カットを行う。また、この小判カットの代わりに片側のみ除去する、所謂Ｄカットや、Ｕ字形状に切り欠く、所謂Ｕカットを行っても良い。これらの小判カット、Ｄカット、Ｕ字形状切欠は駆動ギアの回り止めのために形成されている。
【００５０】
図１１（Ａ）に示すように、素管２２′の端部には図９（Ａ）〜（Ｃ）の工程でジャーナル部２７′，２８′が形成されている。なお、この素管２２′のフラット面ＦＴに対応する部分の肉厚を図１４（Ａ）に示すように素管肉厚Ｔ１ で示す。
次に、素管２２′の内部に図示しない振動吸収用の中子を挿入する。
【００５１】
次に、図９（Ｄ）、図１１（Ｂ）に示すように、この補強リブ形成工程では、スピニングローラ４５を用いたスピニング加工による補強リブを形成する工程を行う。この工程では、後述するように、中央のリブ２５ａを最後に形成する。各リブは、図１４（Ｂ）に示すように、押し込み深さｈ及びリブ幅ＬＷを有している。この押し込み深さｈは、切削厚より小さく形成されている。また、定着ローラ芯金は通紙範囲部が鼓形状を有する場合には、その鼓形状の端部領域について、リブ形成時の押込み深さｈは、切削厚より小さく設定されている。
【００５２】
次に、図９（Ｅ）、図１１（Ｃ）に示すように、最後に中央のリブ２５ａが形成された素管２２′の胴部外表面を、先ず粗切削用バイト４７で粗切削し、その後に仕上げ切削用バイト４８で仕上げ切削する。この切削工程では、粗切削用バイト（粗切削用ダイヤモンドバイト）により胴部の粗切削加工をする工程を行い、次いで、仕上げバイト（仕上げ切削用ダイヤモンドバイト）により、ジャーナル部２７，２８と胴部とを仕上げ加工する仕上げ切削工程を行う。このリブ形成後の切削状態を図１４（Ｃ）に示す。
【００５３】
図１１（Ｄ）に示すように、薄肉且つリブで補強された高強度のローラ芯金が完成する。
次に、図示しないサンドブラスト装置により、フッ素樹脂塗装範囲を粗面化するサンドブラスト処理を行う。
【００５４】
次に、図９（Ｆ）に示すように、塗装ノズル４９からフッ素樹脂５０を塗装後に焼成によるフッ素樹脂層を成膜化するコーティング工程を行う。
次に、図９（Ｇ）に示すように、フッ素樹脂塗装面を研磨テープ５１により研磨するテープ研磨工程を行い定着ローラが完成する。
【００５５】
前記図９（Ｄ）の補強リブ形成工程について図１０，１２，１３、１５，１６に基づいて以下に詳述する。
図１０は、図９（Ｄ）の補強リブ形成工程及び図９（Ｅ）の胴部切削工程で用いるタレット旋盤の要部を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。なお、図１０では、スピニング加工によるリブを形成している状態を示している。
【００５６】
図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、補強リブ形成及び胴部切削装置はタレット旋盤からなり、中芯軸回りに回動可能に支持されているタレット刃物台５２と、タレット刃物台５２に放射状に取り付けられている、補強リブ形成用のスピニングローラ４５と、内周面に形成される補強リブを有する薄肉芯金である素管２２′の外周面を粗切削する粗切削用バイト４７と、粗切削後に仕上げ切削する仕上げ切削用バイト４８とを備えている。
【００５７】
前記粗切削用バイト４７は、バイトホルダ４７ｄで保持され、このバイトホルダ４７ｄによりタレット刃物台５２に取り付けられている。タレット刃物台５２に取り付けられた切削用粗バイト４７ｂの近傍にはエアブロー用ノズル４７ｃが配置されている。
【００５８】
前記仕上げ切削用バイト４８は、仕上げ切削用バイトホルダ４８ｂを介してタレット刃物台５２に取り付けられている。タレット刃物台５２に取り付けられた仕上げ切削用バイト４８の近傍にはエアブロー用ノズル４８ａが配置されている。
【００５９】
図１２は補強リブ形成工程の参考例を示す図である。
補強リブ形成時にローラ工具から素管２２′に加わる加工力によって、薄肉芯金である素管２２′はたわみ変形を起こすが、図１２に示すように、一端部側から他端部側に向けて順次補強リブを形成していくと、蛇腹状に変形し易くなり、ふれ変形が増大していくという問題がある。
【００６０】
図１３は図１０の補強リブ形成装置で用いるスピニングローラを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は一部断面斜視図である。
前記スピニングローラ４５は、図１３に示すように、リブ幅に対応する押し込み幅ＯＷを有し、スピニングローラホルダ４５ａを介してタレット刃物台５２に取り付けられている。
【００６１】
図１１（Ｂ）に示すように、この素管２２′に端部側のリブ形成位置にスピニングローラ４５を圧接して補強リブ２６，２５ｂを順次形成する。このとき補強リブ２６に対応する素管２２′の外周面には凹部であるリング状溝２６′が形成され、同様に、補強リブ２５ｂに対応する素管２２′の外周面には凹部であるリング状溝２５ｂ′が形成される。この補強リブの形成順序は、図１５に基づいて後述する。
【００６２】
図１５は図９（Ｄ）の補強リブ形成工程におけるリブの形成順を示す図であり、（Ａ）は加工最初、（Ｂ）は加工途中、（Ｃ）は加工最後をそれぞれ示す。
図１５に示すように、補強リブ２５ａ，２５ｂ，２６を長手方向に沿って複数形成するが、その加工順番としてたわみ変形の最大となる中央部のリブ２５ａを最後に加工する。これにより、たわみ変形の最大となる中央部を最後にすることで変形が長手方向に均一となり、変形が小さくなる。即ち、図１２に示すような蛇腹状の変形が小さくなり、ふれ変形を小さくすることができる。
【００６３】
また、リブの形成順として、図１５（Ｃ）において、先ず、右側の２６、次に左側の２６、次に右側の２５ｂ、次に左側の２５ｂ、最後に中心の２５ａというように外側から左右交互に順次形成するようにしてもよい。これにより左右のたわみ変形を均等化することができる。
【００６４】
また、リブの形成順として、図１５（Ｃ）において、先ず、右側の２６、次に右側の２５ｂ、次に左側の２５ｂ、次に左側の２６、最後に中心の２５ａというように順次形成するようにしてもよい。
【００６５】
上述した補強リブ形成工程では、アルミニウム合金から成る薄肉円筒管としての素管２２′を所望の端面形状に前処理を施した後、加工機に両センター基準でチャッキングし回転させる。図１３に示す成形装置としてのスピニングローラ４５を用い、図１１（Ｂ）のように回転中にスピニングローラ４５を素管２２′の外周面に当接しつつ所定の位置まで押し込んでいく。このスピニング絞り加工では、所定の位置まで押し込んだ後、スピニングローラ４５を戻すことで素管２２′の外周面にスピニングローラ２２′の押込み部分の形状が転写される。また、素管２２′の外周面に転写された凹部（軸線上に断面とした場合の形状を示す）であるリング状溝２６′，２５ｂ′，２５ａ′に肉厚方向で相対する部分の内周面に円周状の凸部である補強リブ２６，２５ｂ，２５ａが形成される。この一連の加工を素管２２′の軸線方向にスピニングローラ４５を移動させることで、素管２２′の回転中心軸方向に複数個の凹凸部を形成していくことができる。
【００６６】
図１６は図９（Ｄ）の補強リブ形成工程における変形例を示す図である。
図１６に示すように図１５の加工方法において、バックアップ工具としてのバックアップローラ５３をスピニングローラ４５に対向する位置に配置する。これにより、リブ加工時の加工力による素管２２′のたわみ変形を防止することで、変形を抑制することができる。このバックアップローラ５３は本実施形態では、２つの連れ回りローラ５３ａ，５３ｂを備えている。
【００６７】
前記図９（Ｅ）の切削工程について図１７〜２３に基づいて以下に詳述する。図１７は図９（Ｄ）の補強リブ形成工程及び図９（Ｅ）の胴部切削工程で用いるタレット旋盤を１８０度回転した状態で示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）はバイトの拡大図である。なお、図１７では、焼結ダイヤモンドバイトによる胴部切削加工の状態の内、荒切削用バイト４７を用いた粗仕上げの状態を示している。
【００６８】
図１８は参考例の１回切削を示す図であり、（Ａ）は理想状態を示し、（Ｂ）は実際の切削状態を示す。
図１９（Ａ）は本発明の切削方法に係る粗切削用バイトの切削状態を示し、（Ｂ）は図１８（Ｂ）の参考例の１回切削と本発明による切削とのリブ周辺の切削抵抗を示す図である。
【００６９】
前記凹凸部（環状溝２６′、補強リブ２６等）を形成した後、ダイヤモンドバイト等を用いて素管２２′の外周面を、図１９（Ａ）に示すように、切削加工する。この加工を後述するように行うことによって、図１４（Ｃ）に示すように外周面の凹部としての環状溝２６′は除去されほぼ均一な表面が得られ、且つ内周面に環状の補強リブ２６が残ることになる。この内周面に残る補強リブによって薄肉円筒管としての素管２２′の剛性が向上することで所望の肉厚にすることが可能となる。よって前述のプロセス上の肉厚限界点（ｔ＝０．８ｍｍ）に対して、ｔ＝０．３ｍｍまで薄肉化が可能となり、且つｔ＝０．８ｍｍと同程度の剛性を保持することが可能となる。
【００７０】
次に加工時の逃げによる盛り上がりを防止できる切削方法を説明する。
先ず、図１９（Ｂ）に示すように、リブの有るところと無いところとでは剛性が異なるため、曲線Ｒ２に示すように、リブの有るところと無いところとで切削抵抗が異なっている。
【００７１】
そこで、この切削抵抗の変化に基づいて、素管２２′と粗切削バイトとの相対速度、即ち主軸回転数と送り量とを調整することにより、剛性の弱い部分の逃げによる切削後の盛り上がりを防止する。
【００７２】
図２０は、本発明の加工方法の一実施形態に係わる主軸回転数を示す図である。なお、横軸は薄肉芯金の内面リブ形成部分における軸方向位置であり、縦軸は主軸回転数の比率［ＮＬ／Ｎ］である。但し、ＮＬ［ｒｅｖ］は内周面の凸部であるリブに対応する部分の主軸回転数であり、Ｎ［ｒｅｖ］は主軸回転数である。
【００７３】
図２０に示すように、芯金剛性と切削抵抗との関係から主軸回転数Ｎ［ｒｅｖ］に対して、内周面にある凸部であるリブと相対する部分で主軸回転数ＮＬ［ｒｅｖ］を低下させることで、切削抵抗を小さくし、剛性の弱い部分の逃げを小さくすることにより切削後の盛り上がりを防止することができる。
【００７４】
図２１は、本発明の加工方法の一実施形態に係わる切削送り量を示す図である。なお、横軸は薄肉芯金の内面リブ形成部分における軸方向位置であり、縦軸は送り量の比率［ＦＬ／Ｆ］である。但し、ＦＬ［ｍｍ／ｒｅｖ］は内周面の凸部であるリブに対応する部分の送り量であり、Ｆ［ｍｍ／ｒｅｖ］は内周面の平坦部分に対応する所定の切削送り量である。
【００７５】
図２１に示すように、切削送り量を所定の送り量Ｆ［ｍｍ／ｒｅｖ］に対して、内周面にある凸部であるリブと相対する部分での切削送り量ＦＬ［ｍｍ／ｒｅｖ］を増加させることで、切削抵抗を小さくし、剛性の弱い部分の逃げを小さくすることにより切削後の盛り上がりを防止することができる。
【００７６】
図２２は、本発明の加工方法で用いる加工装置の一例を示す概略図である。
図２２に示すように、この加工装置は、粗バイトの切削抵抗を検出する切削抵抗検出手段６２と、粗バイト４７を送り方向に駆動するバイト駆動手段６３と、素管２２′を保持して回転する主軸を有するワーク回転手段６４と、これらを次のように制御する制御手段６１とを備えている。
【００７７】
図２３は、図２２の加工装置の制御フローを示す図である。
図２３に示すように、先ず、ステップＳ１では、素管２２′を主軸回りに一定の回転速度で回転するとともに、粗バイトを送り方向に向けて一定の速度で送り、素管の外表面の粗切削を開始する。
【００７８】
次に、ステップＳ２では、切削抵抗検出手段により切削抵抗を検出し、切削抵抗が変化したかどうかを判断し、切削抵抗が変化していない場合には、ステップＳ１に戻り、切削抵抗が変化した場合には、ステップＳ３に進む。
【００７９】
次に、ステップＳ３では、切削抵抗が増加したかどうかを判断し、増加した場合には、ステップＳ４に進み、減少した場合には、ステップＳ５に進む。
次に、ステップＳ４では、切削抵抗の増加分を減少させるように、送り速度を増加させる。この送り速度を増加させる代わりに主軸回転速度を遅くしてもよい。また、送り速度を増加することと主軸回転速度を遅くすることとを組み合わせて切削抵抗の増加分を減少させるようにしてもよい。
【００８０】
次に、ステップＳ５では、切削抵抗の減少分を増加させるように、送り速度を減少させる。この送り速度を減少させる代わりに主軸回転速度を速くしてもよい。また、送り速度を減少することと主軸回転数を速くすることとを組み合わせて切削抵抗の減少分を増加させるようにしてもよい。
次に、ステップＳ６では、切削が完了したかどうかを判断し、完了していない場合にはステップＳ１に戻り、完了した場合には、ワーク回転手段とバイト駆動手段とを停止する。
【００８１】
また、上記切削抵抗検出手段を具備せず、条件設定活動によって上記主軸回転数及び送り量の比率を実験的に求め、加工プロセス（加工条件的に）制御することが可能である。即ち、ＮＣ旋盤などの一般的な加工設備では、ツーリングパス（ＮＣプログラム）で十分に対応することが可能である。
【００８２】
このような加工方法によれば、ワークとバイトとの相対速度として、送り速度や回転速度を調整することにより、粗バイトが１本の場合でも、容易に且つ安価に薄肉化が可能となる。よって薄肉円筒管としての素管であるローラ芯金の薄肉化により温度上昇率の向上が得られることから立上り時間を短縮することが可能となる。
【００８３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では中央リブ群を３本の場合と５本の場合とについて説明したが、奇数本であれば７本以上であってもよい。また、上記実施形態では周辺リブを各１本の場合と各２本の場合とについて説明したが、３本以上であってもよい。また、１本の粗切削用バイトにより複数回のストロークで粗切削加工する場合にも、上記制御を組み合わせることにより、素管外表面の更なるフラット化を達成することができる。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００８４】
【実施例】
加工対象である薄肉円筒管である素管２２′は、Ａ３０００系からなるＡＬ合金材製であり、その大きさはφ４０×３８０Ｌ×ｔ１．２である。補強リブ２６，２５ｂ，２５ｃの形成においては、加工機はＣＮＣ旋盤を用いて、主要加工条件は主軸回転数を６００ｒｐｍ、押込み量をφ１．０ｍｍとして行った。
素管２２′を加工機であるＣＮＣ旋盤の主軸チャックに固定されたセンタ部材と他端を芯押し軸に回転センタを介して両センタでチャックした。
【００８５】
次に、主軸を前記条件で回転させた後、成形装置としての図１３に示したスピニングローラ４５を素管２２′の外周面に当接させて補強リブを形成した。このときの送り量ｆは、０．１ｍｍ／ｒｅｖとした。
このとき使用したスピニングローラ４５の主要寸法は外径φ１００、先端部を幅１．０ｍｍとした。
【００８６】
その結果、形成された凹部２６′，２５ｂ′，２５ｃ′は、深さ０．６〜０．８ｍｍ、幅１．０〜１．２ｍｍであった。また、内面に形成される補強リブ２６，２５ｂ，２５ｃもまた深さ０．３〜０．５ｍｍ、幅０．８〜１．８ｍｍで滑らかな稜線を示す断面形状に形成された。
【００８７】
次いで、素管２２′をチャッキングしたまま、主軸回転数を４５００ｒｐｍ、送り量を０．１ｍｍ／ｒｅｖでノーズＲ０．４のダイヤモンドバイトを使用して外径切削を行った。この結果、表面粗さＲｚは３〜４μｍ程度であった。
【００８８】
しかし、前述したように内周面に形成された補強リブである凸部近傍に対応する外周面において、所望の肉厚ｔ＝０．４ｍｍまで、図１８（Ａ）に示すように、１本の切削刃１４７でバイトの軌跡１４９に沿って一定の送り速度及び一定の回転速度で切削を行っていくと、図１８（Ｂ）に示すように、凸部のない部分は薄肉による剛性の低下から切削時の抵抗によって内側に”逃げ”１５０が生じるために図１８（Ｂ）のように盛り上がり１４８（逆に凸部近傍が断面方向で凹んだ）となってしまう。そのため定着ローラとしての仕様である均一な面を得ることができない。この仕様としては、一般的に、表面粗さＲｚで２μｍ以下、表面うねりＷｃｍで３μｍ以下が一般的に要求される。
【００８９】
そこで、図２０，図２１のように、ワークである素管を保持する主軸回転数と切削送り量とを調整することで均一な表面を得られる。なお、図１９（Ｂ）中、曲線Ｒ１は図１９（Ａ）のワークとバイトとの相対速度を調整した場合の切削抵抗、曲線Ｒ２は図１８（Ｂ）の場合の切削抵抗である。
【００９０】
以上の本発明によるところの加工を施すことによって、容易に高精度な薄肉円筒管を得ることが可能となり、且つ、定着ローラとして必要な均一な表面を有する高強度薄肉円筒管の製造が可能となる。
【００９１】
さらに定着ローラとしての後処理をサンドブラスト処理で平均粒径５０μｍ（呼び粒度＃１８０）のアルミナ材を吐出圧２．５〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ２で粗面化する。その結果、表面粗さＲｚは９〜１２μｍとなり、波形もランダムなものとなる。次いで、フッ素樹脂等から成るコーティング部材を静電粉体塗装した後、３８０℃で焼成して皮膜の形成を行った。焼成後に形成された表面層２１は膜厚が２０〜２４μｍ程度であり、表面粗さＲｚが２．５〜３μｍとなる。そこで、表面層２１をテープ研磨することで所望の表面粗さＲｚ≦２μｍが得られる。また、必要によっては再度、焼成を行いフッ素皮膜表面の平滑化を行なう。
このようにして製造された定着ローラによれば、薄肉化と高剛性化とを両立できるので、立ち上がり時間の高速化及び省エネ化を達成することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、アルミ合金材を用いても、従来より薄肉で、かつ、高剛性を確保できる薄肉芯金の加工方法及び電子写真用定着ローラ芯金の加工方法を提供することができる。
さらに、この電子写真用定着ローラ芯金の加工方法によれば、定着ローラの立ち上がり時間を大幅に短縮することができ、省電力化も達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる芯金構造体の一例として、電子写真式の画像形成装置に備える定着ローラのローラ芯金の構成を示す一部断面図である。
【図２】リブ断面の拡大図であり、（Ａ）は半円形状のリブを示し、（Ｂ）は滑らかに連続している半円形状のリブを示し、（Ｃ）は二等辺三角形状のリブを示し、（Ｄ）はＵ字形のリブを示し、（Ｅ）は台形状のリブを示している。
【図３】リブ断面のさらなる拡大図である。
【図４】図１のローラ芯金を有する定着ローラを備えた定着装置の縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係わる定着ローラのローラ芯金を示す一部断面図である。
【図６】本発明の芯金構造体としてのローラ芯金を有する定着ローラを備えた画像形成装置の主要構成を示す説明図である。
【図７】電子写真式の画像形成装置に使用される定着ローラを示す図である。
【図８】薄肉定着ローラの技術的課題を示す図であり、（Ａ）はたわみ変形の場合であり、（Ｂ）はつぶれ変形の場合である。
【図９】図９は電子写真用定着ローラの製造方法を示す図であり、（Ａ）は素管の端部（ジャーナル）の絞り加工工程であり、（Ｂ）は端面及び面取り加工工程であり、（Ｃ）はエンドミルによるカット工程であり、（Ｄ）は補強リブ形成工程、（Ｅ）は胴部切削工程、（Ｆ）はコーティング工程、（Ｇ）はテープ研磨工程である。
【図１０】図９（Ｄ）の補強リブ形成工程及び図９（Ｅ）の胴部切削工程で用いるタレット旋盤の要部を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１１】図１１は、図９（Ｄ）の補強リブ形成工程と図９（Ｅ）の胴部切削工程とを示す図である。
【図１２】補強リブ形成工程の参考例を示す図である。
【図１３】図１０の補強リブ形成装置で用いるスピニングローラを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は一部断面斜視図である。
【図１４】図９（Ｅ）の胴部切削工程の要部を拡大して示し、（Ａ）は補強リブ形成前の状態を示す図、（Ｂ）はリブ形成後の状態を示す図、（Ｃ）はリブ形成後の切削状態を示す図である。
【図１５】図９（Ｄ）の補強リブ形成工程におけるリブの形成順を示す図であり、（Ａ）は加工最初、（Ｂ）は加工途中、（Ｃ）は加工最後をそれぞれ示す。
【図１６】図９（Ｄ）の補強リブ形成工程における変形例を示す図である。
【図１７】図９（Ｄ）の補強リブ形成工程及び図９（Ｅ）の胴部切削工程で用いるタレット旋盤を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１８】参考例の１回切削を示す図であり、（Ａ）は理想状態を示し、（Ｂ）は実際の切削状態を示す。
【図１９】（Ａ）は本発明の切削方法に係る粗切削用バイトの切削状態を示し、（Ｂ）は図１８（Ｂ）の参考例の１回切削と本発明による切削とのリブ周辺の切削抵抗を示す図である。
【図２０】本発明の加工方法の一実施形態に係わる主軸回転数を示す図である。
【図２１】本発明の加工方法の一実施形態に係わる切削送り量を示す図である。
【図２２】本発明の加工方法で用いる加工装置の一例を示す概略図である。
【図２３】図２２の加工装置の制御フローを示す図である。
【符号の説明】
２ 定着ローラ
２０ ローラ芯金（芯金構造体）
２２ 本体部
２２ｂ 内周面
２２ｃ 微少凹部
２５ 中央リブ群
２５ａ 中心リブ
２５ｂ 端部リブ
２６ 周辺リブ
Ｓ１ 幅（ピッチ）
Ｓ２ 幅（ピッチ）

Claims (4)

1. 中空円筒状の薄肉芯金の両端を支持しながら該薄肉芯金を回転させて、該薄肉芯金の表面に押し部材を押し当てることにより、薄肉芯金の内面にリブを形成する加工方法において、
   前記薄肉芯金の外周面に前記押し部材により形成された凹部を切削加工によって除去加工する際に、切削抵抗が一定に近くなるように前記薄肉芯金と前記切削加工する切削手段との相対速度を調整することを特徴とする薄肉芯金の加工方法。
2. 前記相対速度の調整は、前記薄肉芯金に対する前記切削手段の軸方向の送り速度を、リブのない部分に対応する前記外周面部分よりリブのある部分に対応する外周面部分の方が速くなるように設定することを特徴とする請求項１に記載の薄肉芯金の加工方法。
3. 前記相対速度の調整は、前記切削手段に対する薄肉芯金を保持する主軸の回転数を、前記押し部材がリブのない部分に対応する前記外周面部分よりリブのある部分に対応する前記外周面部分の方が低くなるように設定することを特徴とする請求項１に記載の薄肉芯金の加工方法。
4. 外周面が鼓形状した薄肉芯金の加工方法であって、内面にリブを形成するために外表面に凹部が形成されている薄肉芯金の外表面をフラットに切削する電子写真装置用定着ローラ芯金の加工方法において、
   前記凹部を切削加工によって除去加工する際に、切削抵抗が一定に近くなるように前記薄肉芯金と前記切削加工する切削手段との相対速度を調整することを特徴とする電子写真装置用定着ローラ芯金の加工方法。

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