JP7210140B2 - 樹脂製部材及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置その他の精密機器に組み込まれる樹脂製部材及びこれを用いた画像形成装置に関し、特に、他部品の取り付け又は位置決めに使用される穴部を有する樹脂製部材等に関するものである。

従来から、電気電子部品、光学系部品、自動車部品、一般機器等に代表される用途においては、複雑な形状でも大量生産可能であり、生産コストも削減されるため、熱可塑性樹脂の射出成形品が幅広く用いられている。近年の製品の高性能化に伴い、射出成形によって形成される部品にはミクロンオーダーの非常に高い精度が求められるものがあり、かかる部品は、使用中に受ける外力、周辺環境に起因する膨張収縮等による変動も加味したものでなければならない。このような部品の精度変動を抑制するため、繊維状充填材を含んだ樹脂材料を使用することが行われている。

繊維状充填材を含んだ樹脂材料を用いて射出成形を行う場合、得られた部品において繊維配向が生じる。この繊維配向に起因する材料収縮の異方性によって、部品に設けられた軸受等に使用される穴部の形状精度が悪化するという問題がある。このような場合、穴の中心に対して同心状に均等に複数のゲートを配置し、穴に向かって均等に樹脂を流すことで繊維配向による材料収縮の異方性を緩和する対策が一般的に行われる。

しかしながら、他部品への取り付け穴や位置決め部といった複雑な形状を有する部品の場合は、ゲート位置が制約され前述のようなゲート配置をとることは困難である。さらに、前述のような複数のゲートを配置することは材料費や廃棄材料による環境への影響を考慮した場合においても好ましくない。

特許文献１では、穴となる部分と、外側となる部分とのどちらか一方を先に一次成形し、その後に、先に成形した部分を金型内に固定して残った部分を二次成形し両者を一体化する。この方法において、外側の部分を先に成形する場合、両者の十分な密着性を確保するため、樹脂の組み合わせに制約を受けるという問題がある。また、穴となる部分を先に成形する場合は、外側となる部分に含まれる繊維状強化材由来の偏収縮につられて穴の形状精度が悪化してしまい、所望の精度が得られないという問題がある。

特許文献２では、円筒部にハウジング部分を一体成形してなる成形体において、円筒部の真円度を高めるため、成形体の材料に非繊維状充填剤を配合している。しかしながら、樹脂材料に混ぜることができる充填剤の総量には上限があり、非繊維状充填材を配合することによって繊維状充填剤の含有量が下がってしまう。そのため繊維状充填剤による剛性向上効果が下がり、成形体に求めている剛性が得られなくなる可能性がある。

特許文献３では、樹脂製ベアリングに関して、構成材料の配向を考慮して製造することにより、円筒度等の精度特性を改善させるため、外側面および内側面を形成する金型構成部材の少なくとも一方をその円周方向に回転させて形成を行う。しかしながら、この手法では、金型の一部を回転させるため、金型構造上の制限によって製品形状に関して制約を受けるだけでなく、複雑な金型機構、回転させるための駆動装置等が必要となって金型コストを増大させる。

特許文献４では、充填材を含有する樹脂の射出成形において高い形状精度が得られる円筒成形品を提供するため、円筒成形品の内周面に、射出成形時に充填材の配向を変化させるための凹形状部を設けている。この手法では、円筒成形品の内径側に形状を形成しようとすると、内側に向かってスライドする部分を有する金型が必要になる。しかしながら、例えば複写機の感光体の軸受のような小径の部品部分については、スライド部分を有する金型構造を採用することができない。

特許文献５では、樹脂材料が熱膨張または収縮する際の異方性による不具合を解消し、ほぼ真円の内周面形状を有する円筒を製造するため、外周面に凹凸が形成された円筒を樹脂成形する。しかしながら、この手法では、成形品の形状に制約が生じる。例えば複写機の感光体の軸受を含む支持体の場合、支持体の外形は円筒状とできず、一般に周辺の他の部材と連結するため構造部を含むといった、様々な形状的制約を受けるものとなっている。

特開昭６０－２８３６９９号公報 特開２００９－１７３８６５号公報 特開２０００－１４５７８６号公報 特開２００２－３７０２６８号公報 特開２００３－２３３１１号公報

本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複雑な形状を有する樹脂製部材の製造が可能であり、簡単な金型構造で材料費を抑えつつ製造できる樹脂製部材及びこれを組み込んだ画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る樹脂製部材は、筒状部材によって形成され、他部品の取り付け又は位置決めに使用される穴部と、穴部を周囲から支持し、所定の形状を有するハウジング部とを備える樹脂製部材であって、ハウジング部に使用される樹脂材料が、繊維状充填材を含み、筒状部材が、外周面から突起する突起部を有し、突起部が、筒状部材の外周面の２か所以上に形成され、筒状部材の中心を基準として放射状に延びており、ハウジング部を形成する金型内の所定位置に筒状部材を予め固定した状態で、金型内にハウジング部を形成する樹脂を１つのゲート部から溶融状態で流し込み、筒状部材とハウジング部を一体化させており、穴部において、繊維状充填材を含む樹脂材料が突起部を包み込んでいる。

上記樹脂製部材によれば、筒状部材が外周面から突起する突起部を有するので、金型内に溶融樹脂を流し込む際に、突起部によって穴部の周辺に生じる繊維状充填材の配向を乱すことができ、穴部の周辺に生じる繊維配向起因の偏収縮を緩和することができ、高い剛性を有するハウジング部と、良好な形状精度を有する穴部とを両立する樹脂製部材を得ることができる。
また、筒状部材の外周面の２か所以上に突起部が形成されており、突起部が多いほど、繊維状充填材の配向を乱す効果が高まる。
また、突起部が筒状部材の中心を基準として放射状に延びることにより、突起部が溶融樹脂の流れを乱す効果が高まる。
また、穴部において、繊維状充填材を含む樹脂材料が突起部を包み込んでいることにより、ハウジング部による筒状部材の支持が安定する。

本発明のさらに別の側面では、筒状部材の径方向の厚みをｔ、突起部の周方向の厚みをｔ'としたときに、下記の式
ｔ≧ｔ'
を満足する。この場合、筒状部材の内周面精度を維持しやすくなる。

本発明のさらに別の側面では、突起部の軸方向の幅をｗ、筒状部材の軸方向の厚みをＴとしたときに、下記の式
ｗ≦Ｔ
を満足する。この場合、突起部がハウジング部の成形面に露出することを抑制でき、ハウジング部による筒状部材の支持が確実となる。

本発明のさらに別の側面では、穴部に円形の開口が形成されている。円形の開口は、軸受等として機能させることができる。

本発明のさらに別の側面では、筒状部材の外周面の２か所以上に突起部が円周方向に等間隔で形成されている。この場合、等間隔に配置された突起部によって、穴部の周辺で繊維状充填材の配向をバランス良く乱すことができる。

本発明のさらに別の側面では、穴部が他部品である軸部材を回転可能に支持する軸受部である。この場合、穴部又は筒状部材が滑り軸受として機能する。

本発明のさらに別の側面では、筒状部材とハウジング部とが異なる素材で形成されている。筒状部材については、形状精度を確保しつつその機能を発揮する材料の選択が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、穴部が他部品である軸部材を回転可能に支持する軸受部であり、軸受部の動摩擦係数をμ、ハウジング部の動摩擦係数をΜとしたときに、下記の式
μ＜Μ
を満足する。

本発明のさらに別の側面では、樹脂製部材が画像形成装置の装置本体に対して着脱可能なユニットを構成する部品であり、ハウジング部に装置本体との位置決めに用いられる突起形状又は穴形状を１つ以上有している。

上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、上述の樹脂製部材を備え、記録媒体に画像形成を行う。

上記画像形成装置によれば、樹脂製部材が、高い剛性を有するハウジング部と、良好な形状精度を有する穴とを両立させるので、より繊細な画像の出力が可能になる。

実施形態の樹脂製部材である支持部品及びそのまわりの部品を説明する図である。 図１に示す支持部品を組み込む方法を説明する概念図である。 図１及び２に示す装置を組み込んだ画像形成装置を説明する図である。 （Ａ）は、図１に示す支持部品に埋め込んだ筒状部材の平面図であり、（Ｂ）は、筒状部材の側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示す支持部品の成形工程を説明する概念的断面図である。 成形に際しての溶融樹脂の流れを説明する図である。 （Ａ）～（Ｆ）は、変形例の支持部品を説明する図である。

以下、図１等を参照して、本発明の樹脂製部材等の具体的な実施形態について説明する。実施形態の樹脂製部材である支持部品１０は、複写機その他の画像形成装置に組み込まれる部品である。

支持部品（樹脂製部材）１０は、感光体ドラム４０を支持するための部品であり、感光ユニット１４０を構成する一部品である。支持部品１０は、筒状部材２１によって形成され、他部品の取り付け又は位置決めに使用される穴部２０と、穴部２０を周囲から支持するハウジング部３０とを備える。筒状部材２１は、ハウジング部３０を成形する際に溶融樹脂に埋め込むように保持されてハウジング部３０と一体化している。穴部２０又は筒状部材２１は、滑り軸受タイプの軸受部として機能し、感光体ドラム４０に設けた感光体軸４１を回転可能に支持する。

筒状部材２１とハウジング部３０とは、異なる素材で形成されている。筒状部材２１については、高い形状精度を有しつつ摩擦抵抗を低減した材料の選択が望ましい。ハウジング部３０については、高い強度又は剛性を有しつつも形状精度を確保できる材料の選択が望ましい。軸受部である筒状部材２１の動摩擦係数をμとし、ハウジング部３０の動摩擦係数をΜとしたときに、下記の式（１）
μ＜Μ … （１）
を満足するように材料の選択が行われる。具体的には、筒状部材２１の素材として、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等を使用することができ、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂その他の樹脂材料に摩擦係数を低下させる添加剤を添加した材料を使用することができる。ハウジング部３０の素材として、ＡＢＳ樹脂及びＰＣ（ポリカーボネート）樹脂の混合物、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等に対して、繊維状充填材を混合した物を用いることができる。ここで、繊維状充填材として、ガラス繊維等の材料を用いることができる。

ハウジング部３０は、穴部２０に対応する開口の他に、穴形状又は突起形状を有する位置決め部３１，３２を有する。位置決め部３１，３２は、感光体ドラム４０及び支持部品１０を含む感光ユニット１４０を画像形成装置の装置本体に対して着脱可能に固定するために利用される。位置決め部３１，３２は、開口３１ａ，３２ａを有するだけでなく、開口３１ａ，３２ａの周囲に立体的な形状を有しており、上記感光ユニット１４０の取付後に所期の強度や配置が確保されるようになっている。ハウジング部３０には、強度確保に寄与するリブ３５、その他の付属品等を取り付けるための開口部３６等も設けられている。

感光ユニット１４０に周辺には、帯電装置６１、現像装置６２、クリーニング装置６３等が配置されている。感光ユニット１４０、帯電装置６１、現像装置６２、及びクリーニング装置６３によって、画像形成装置のうち作像ユニット５０が構成されている。作像ユニット５０において、帯電装置６１は、帯電ローラー６１ａ等を含む。現像装置６２は、現像ローラー６２ａ等を含む。クリーニング装置６３は、クリーニング部材６３ａ等を含む。また、感光体ドラム４０の表面のうち、帯電装置６１と現像装置６２との間の領域には、レーザー走査ユニットからのレーザー光ＬＢが入射する。

図２は、支持部品１０を画像形成装置に組み込む方法を説明する概念図である。支持部品１０は、別の支持部品１１０と協働して円筒状の感光体ドラム４０を支持している。支持部品１１０は、支持部品１０と同様の構造を有し、筒状部材２１とハウジング部３０とを備えている。ここで、支持部品１０，１１０は、画像形成装置１００（図３参照）のフレーム１００ａに固定されている。

図３は、図１に示す作像ユニット５０を組み込んだ画像形成装置１００を示す概念図である。画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）の各色に対応した４つの作像ユニット５０を有している。また、これらの作像ユニット５０に隣接して、露光用の光学走査装置７０も備えている。実施形態の画像形成装置１００における画像形成のための機構及び原理は公知のものであり、ここでは説明を省略する。

図４（Ａ）及び４（Ｂ）を参照して、図１に示す支持部品１０に埋め込んだ筒状部材２１の形状について説明する。筒状部材２１は、円筒状の本体部分２４と、本体部分２４の外周面２４ｂから突起する複数の突起部２５とを有する。本体部分２４は、円筒の内側に円形の開口２４ｏを有する。本体部分２４の一対の端面２４ａは、軸ＡＸに垂直に延び、内周面２４ｄは、軸ＡＸに平行に延びる円筒面であり軸受面となっている。図示の例では、筒状部材２１又は本体部分２４の外周面２４ｂから径方向に突起する３つの突起部２５が形成されている。つまり、３つの突起部２５は、筒状部材２１の中心Ｏを基準として放射状に延びている。筒状部材２１又は本体部分２４の径方向の厚みをｔとし、突起部２５の周方向の厚みをｔ'としたときに、下記の式（２）
ｔ≧ｔ' … （２）
を満足するように、筒状部材２１の外形が決定されている。また、突起部２５の軸方向の幅をｗとし、筒状部材２１又は本体部分２４の軸方向の厚みをＴとしたときに、下記の式（３）
ｗ≦Ｔ … （３）
を満足するように、筒状部材２１の外形が決定されている。

筒状部材２１の外形が上記式（２）を満たすものであるとき、内周面２４ｄに樹脂収縮による変形、所謂ヒケ不良が生じにくく、内周面２４ｄの形状精度を維持しやすくなる。また、筒状部材２１の外形が式上記（３）を満たすものであるとき、突起部２５がハウジング部３０の成形面に露出することを抑制でき、ハウジング部３０による筒状部材２１の支持が確実となる。

３つの突起部２５は、筒状部材２１又は本体部分２４の外周面２４ｂに沿って等間隔で設けられている。これにより、筒状部材２１の形状維持が容易となる。ただし、突起部２５の間隔を等間隔とすることは必須でなく、支持部品１０の用途や仕様に応じて適宜の修正が可能である。また、３つの突起部２５の形状を全て揃える必要もない。なお、筒状部材２１は、射出成形品であり、突起部２５には、ゲート痕２５ｆが残っていてもよい。またゲート痕２５ｆの形成場所は側面とは限らない。

以下、図５（Ａ）及び５（Ｂ）を参照して、支持部品１０の射出成形について説明する。成形装置２００は、支持部品１０を射出成形するための成形型２を有する。成形型２は、第１金型２ａと第２金型２ｂとを有する。成形装置２００は、成形型２のほかに、図示を省略するが、成形型２を支持しつつ型開き、型閉じ、及び型締めを行う駆動機構、成形型２に設けられたヒーター等を利用して成形型２の温度調整を行う温度調整装置、これらの動作を統括制御する制御部等を備える。

まず、図５（Ａ）に示すように、第１金型２ａと第２金型２ｂとを所定の温度（例えば５０℃）まで加熱した状態とする。この状態で又は予め、支持部品１０の要素である筒状部材２１を第１及び第２金型２ａ，２ｂ間の適所にセットして両金型２ａ，２ｂを型締めした状態とする。ここで、筒状部材２１は、両金型２ａ，２ｂの転写面ＰＳに近接し、両金型２ａ，２ｂに挟まれてキャビティＣＶ内に位置決めされている。この際、例えば第２金型２ｂに凸部２ｊを設けることで、筒状部材２１の位置決めが精密になる。なお、金型２ａ，２ｂの一方に付勢部材を設けて筒状部材２１を他方に押圧してもよい。

その後、図５（Ｂ）に示すように、所定の温度（例えば２５０℃）に加熱され溶融樹脂ＲＭをキャビティＣＶ内に射出する。溶融樹脂ＲＭは、基本となる樹脂材料に繊維状充填材を混合して分散させたものである。溶融樹脂ＲＭは、キャビティＣＶ内を流動し、筒状部材２１の周囲を充填し、キャビティＣＶ内の隅々まで行き渡り、溶融樹脂ＲＭの射出が完了する。成形型２は、溶融樹脂ＲＭの射出中及び射出完了後において、目標温度に設定されており、溶融樹脂ＲＭの射出完了後に成形型２内で放熱によって冷却された溶融樹脂ＲＭが迅速に固化して成形品ＭＰが成形される。その後、図示を省略するが、可動側の第２金型２ｂが離型され、成形品ＭＰがエジェクターピン等によって支持部品１０として取り出される。ここで、支持部品１０の筒状部材２１のうち、本体部分２４の端面２４ａや内周面２４ｄは、支持部品１０の外部に露出した状態となっている。

図６は、成形品ＭＰつまり支持部品１０の成形時における溶融樹脂ＲＭの流動状態を説明する図である。溶融樹脂ＲＭの流れＦＬは、ゲート部ＧＰから放射状に広がるが、筒状部材２１のある開口の周辺では、筒状部材２１の外周面２４ｂから突起する複数の突起部２５によって渦が形成され、溶融樹脂ＲＭに混入された細長い繊維状充填材も渦巻いて配置される。この結果、筒状部材２１の周囲を満たす溶融樹脂ＲＭは、繊維状充填材を配向性のない状態で均一に分布させたものとなる。これにより、成形品ＭＰつまり支持部品１０は、筒状部材２１の周辺において繊維配向起因の偏収縮を低減したものとなる。なお、繊維配向の残留が多いと、繊維配向に平行な方向と繊維配向に垂直な方向とで収縮率が異なるものとなり、筒状部材２１に過度の応力が加わって筒状部材２１が変形することを防止しにくくなる。

図７（Ａ）～（Ｆ）は、筒状部材２１の形状に関する変形例を説明する図である。図７（Ａ）に示す筒状部材２１は、本体部分２４の外周面２４ｂに沿って等間隔で突起する２つの突起部２５を有し、図７（Ｂ）に示す筒状部材２１は、本体部分２４の外周面２４ｂに沿って等間隔で突起する４つの突起部２５を有する。図７（Ｃ）に示す筒状部材２１は、四角筒状の本体部分２４を有し、外周面を構成する４つの側面１２４ｂから突起する４つの突起部２５を有している。図７（Ｄ）に示す筒状部材２１は、図７（Ｃ）に示す筒状部材２１を変形したものであり、外周面を構成する４つの側面１２４ｂのうち２つの対向する側面１２４ｂから突起する２つの突起部２５を有している。図７（Ｅ）に示す筒状部材２１は、三角筒状の本体部分２４を有し、外周面を構成する３つの側面１２４ｂから突起する３つの突起部２５を有している。図７（Ｆ）に示す筒状部材２１は、図７（Ｅ）に示す筒状部材２１を変形したものであり、外周面を構成する３つの側面１２４ｂのうち２つの側面１２４ｂから突起する２つの突起部２５を有している。

本実施形態の樹脂製部材である支持部品１０によれば、筒状部材２１が外周面２４ｂから突起する突起部２５を有するので、金型２ａ，２ｂ内に溶融樹脂ＲＭを流し込む際に、突起部２５によって穴部２０の周辺に生じる繊維状充填材の配向を乱すことができ、穴部２０の周辺に生じる繊維配向起因の偏収縮を緩和することができ、高い剛性を有するハウジング部３０と、良好な形状精度を有する穴部２０とを両立する支持部品（樹脂製部材）１０を得ることができる。

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、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、筒状部材２１に設ける突起部２５の数については、５以上としてもよいが、突起部２５の数を増やすとランナーロスが増大するので、一般的には５以下とすることが望ましい。

以上の実施形態では、樹脂製部材が画像形成装置１００に組み込まれる感光体ドラム４０用の支持部品１０であるとしたが、樹脂製部材が感光体ドラム４０に限らず他の部品である場合も、この他の部品に上記した筒状部材２１を埋め込んだ構造とできる。さらに、樹脂製部材は、画像形成装置に限らず、様々な機器に応用することができ、例えばカメラの内蔵部品とすることができる。この場合において、支持部品１０の形状は、用途に適合するものに変更される。

筒状部材２１の本体部分２４は、三角や四角の筒形状に限らず、様々な多角筒形状とすることができる。

２…成形型、 ２ａ，２ｂ…金型、 ２ｊ…凸部、 １０，１１０…支持部品、 ２０…穴部、 ２１…筒状部材、 ２４…本体部分、 ２４ａ…端面、 ２４ｂ…外周面、 ２４ｄ…内周面、 ２４ｏ…開口、 ２５…突起部、 ２５ｆ…ゲート痕、 ３０…ハウジング部、 ３１，３２…位置決め部、 ３１ａ，３２ａ…開口、 ３５…リブ、 ３６…開口部、 ４０…感光体ドラム、 ４１…感光体軸、 ５０…作像ユニット、 ６１…帯電装置、 ６２…現像装置、 ６３…クリーニング装置、 ７０…光学走査装置、 、 １００…画像形成装置、 １００ａ…フレーム、 １１０…支持部品、 １４０…感光ユニット、 ２００…成形装置、 ＡＸ…軸、 ＣＶ…キャビティ、 ＧＰ…ゲート部、 ＭＰ…成形品、 ＰＳ…転写面、 ＲＭ…溶融樹脂

Claims (10)

1. 筒状部材によって形成され、他部品の取り付け又は位置決めに使用される穴部と、
   前記穴部を周囲から支持し、所定の形状を有するハウジング部と
   を備える樹脂製部材であって、
   前記ハウジング部に使用される樹脂材料が、繊維状充填材を含み、
   前記筒状部材が、外周面から突起する突起部を有し、
   前記突起部が、前記筒状部材の外周面の２か所以上に形成され、前記筒状部材の中心を基準として放射状に延びており、
   前記ハウジング部を形成する金型内の所定位置に予め前記筒状部材を固定した状態で、前記金型内に前記ハウジング部を形成する樹脂を１つのゲート部から溶融状態で流し込み、前記筒状部材と前記ハウジング部を一体化させており、
   前記穴部において、前記繊維状充填材を含む樹脂材料が前記突起部を包み込んでいることを特徴とする樹脂製部材。
2. 前記筒状部材の径方向の厚みをｔ、前記突起部の周方向の厚みをｔ’としたときに、下記の式
   ｔ≧ｔ’
   を満足することを特徴とする請求項１に記載の樹脂製部材。
3. 前記突起部の軸方向の幅をｗ、前記筒状部材の軸方向の厚みをＴとしたときに、下記の式
   ｗ≦Ｔ
   を満足することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の樹脂製部材。
4. 前記穴部に円形の開口が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の樹脂製部材。
5. 前記筒状部材の外周面の２か所以上に前記突起部が円周方向に等間隔で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の樹脂製部材。
6. 前記穴部が前記他部品である軸部材を回転可能に支持する軸受部であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の樹脂製部材。
7. 前記筒状部材と前記ハウジング部とが異なる素材で形成されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の樹脂製部材。
8. 前記穴部が前記他部品である軸部材を回転可能に支持する軸受部であり、前記軸受部の動摩擦係数をμ、前記ハウジング部の動摩擦係数をΜとしたときに、下記の式
   μ＜Μ
   を満足することを特徴とする請求項７に記載の樹脂製部材。
9. 前記樹脂製部材が画像形成装置の装置本体に対して着脱可能なユニットを構成する部品であり、
   前記ハウジング部に前記装置本体との位置決めに用いられる突起形状又は穴形状を１つ以上有していることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の樹脂製部材。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の樹脂製部材を備え、記録媒体に画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。

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