专利名称：用于树脂制轴端凸缘的模具和用于图像形成装置的包括由该模具生产的树脂制轴端凸缘的辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生产装备在各种辊的轴端部的树脂制轴端凸缘的技术，所述辊例如是安装在诸如复印机、打印机等图像形成装置中的显影辊和充电辊。更特别地，本发明涉及用于生产设置到中空金属套筒的两端部的树脂制轴端凸缘的模具，其中该树脂制轴端凸缘和金属套筒构成用于图像形成装置的辊，本发明还涉及用于图像形成装置的包括由该模具形成的树脂制轴端凸缘的辊。
背景技术：
诸如复印机、打印机等电子照相型图像形成装置包括适合用于在不同图像形成工艺步骤中执行规定功能的各种辊。作为这种辊的基本设计，需要实现高的轴向精度并且确 保在被驱动源驱动时平顺转动。因而，例如，对实心金属棒进行加工，以高精度地限定辊的转动中心轴线。另外，辊端部(轴端部)通常设置有所谓的D形缺口部，以便在辊安装到图像形成装置时容易地对辊进行定位，以及确实地传递来自驱动源的转动力(例如，参见下面列出的专利文献I至3)。这样，通过对实心金属棒进行加工可以获得具有高轴向精度的辊。辊的轴端部的D形缺口部不仅用于在辊安装到图像形成装置时便于定位，而且用于通过由嵌合到D形缺口部的齿轮传递驱动力来实现辊的平顺转动。另外，D形缺口部也可以用于在对辊的主体涂布覆膜的涂布工序中进行定位和/或传递驱动力。近年来，在相关工业中，对更轻、更薄和更小型化的产品的需求日益增长，这种需求也适用于用于图像形成装置的辊。因而，专利文献4公开了一种新型辊，其中，中空金属套筒被用作辊的主体，树脂制凸缘配置在金属套筒的每一端，用于与使辊转动用的驱动源接合。由于专利文献4中公开的辊的中空金属套筒在每一端均包括树脂制轴端凸缘，所以可以通过节约将使用的金属量来减小辊的重量和成本。上述用于辊的树脂制轴端凸缘可以利用模具便利地进行生产，这在成本方面也是有利的。然而，当使用模具形成包括不均一形状的轴部的树脂制轴端凸缘时，从树脂制轴端凸缘的主凸缘部延伸的轴部趋于引起倾斜(所谓的“轴倾斜”)。尽管引发这种轴倾斜的机理尚不明确，但是已经有如下推测，由于轴的不均一的截面形状或缺乏旋转对称性，当树脂材料被注射到模具中时，或者当树脂材料在模具中冷却并固化时，产生内应力，由此，在将轴端凸缘从模具中取出时，使轴倾斜发生。明显地，不太希望将具有轴倾斜的树脂制轴端凸缘应用到用于图像形成装置的辊。下面将参照图4进一步解释上述轴倾斜问题，图4示出用于图像形成装置的包括两端嵌合有树脂制轴端凸缘102和103的中空金属套筒101的辊100。图4所示的辊100在一侧(图4中的左侧)的轴端凸缘102的轴部102a的顶端部设置有D形缺口部，使得趋于在轴部102a中产生轴倾斜。如果辊100的轴部102a具有轴倾斜，在由转动装置(这里仅部分示出)的轴承111和112支撑的辊100转动时，由于金属套筒101的中心轴线101CL与轴部102a的中心轴线102CL不是精确地一致，因而趋于产生振动。此外，可能存在如上所述的用于图像形成装置的辊100在生产工艺过程中经受如下处理的情况例如，为了控制表面的静电性能和/或为了保护表面而涂装金属套筒101的外周。图4还由虚线示意性地示出用于在金属套筒101的表面上涂装UV (紫外线)固化涂覆材料的吐出模120、用于将涂覆的膜的厚度限制在一定值的限制刮刀121和用于照射UV射线并使涂覆的膜固化的点UV设备122。在图4所示的情况下，当由于轴倾斜产生转动振动时，涂覆的膜的厚度变得不均一，由此使涂装均一性的精度恶化，可能导致不能由包含这种涂装精度不够的辊的图像形成装置产生清晰的图像。此外，包含具有轴倾斜的辊的图像形成装置可能在装置中产生噪 音，还可能在与将被输送的片材接触时产生进给误差。(专利文献)专利文献I JP 2OOO-3I5OllA专利文献2 JP 2OOO-35O33A专利文献3 JP 2002-304060A专利文献4 JP 2008-151324A
发明内容
发明要解决的问题鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种模具，其很适合用于形成用于图像形成装置的辊，该辊包括金属套筒和嵌合到金属套筒的端部的树脂制轴端凸缘，该模具能够形成无轴倾斜的树脂制轴端凸缘。另外，本发明还旨在提供用于图像形成装置的无轴倾斜的可靠性高的辊。用于解决问题的方案可以借助于根据本发明的用于生产树脂制轴端凸缘的模具来实现上述目的。更特别地，本发明提供一种用于生产树脂制轴端凸缘的模具，所述树脂制轴端凸缘将被嵌合到用于图像形成装置的辊的金属套筒的端部，其中，所述树脂制轴端凸缘包括凸缘部和从所述凸缘部的中心轴线沿轴向突出的轴部。所述模具包括用于形成所述轴端凸缘的凸缘部的凸缘形成模腔；以及用于形成所述轴端凸缘的轴部的轴形成模腔。所述轴形成模腔包括被设计成用于形成所述轴端凸缘的轴部的内表面，所述轴部的截面形状具有η次回转对称性，其中，“η”表示不小于2的整数。优选地，所述轴形成模腔的内表面被设计成使得，所述轴端凸缘的轴部具有包含多条边的多边形横截面形状，所述边的数量是3的倍数。本发明还提供一种用于图像形成装置的辊，由上述模具生产的至少一个树脂制轴端凸缘被嵌合到金属套筒的至少一个端部。发明的效果根据本发明的模具具有用于形成轴端凸缘的轴部的内表面，该轴部的截面形状具有关于中心轴线的η次回转对称性，其中，“η”表示不小于2的整数。由于这种回转对称性，被注射到模具中的树脂材料能够均一地通过模具的整个模腔。由此，即使在随后的树脂硬化过程中产生内应力，也可以使内应力有效地均等化。另外，通过采用由根据本发明的模具生产的树脂制轴 端凸缘，可以实现用于图像形成装置的高可靠性的辊，同时改善套筒部的中心轴线和凸缘部的中心轴线的一致性。
图I是示出用于图像形成装置的辊的纵向截面图，该辊包括由根据本发明的模具生产的树脂制轴端凸缘(shaft-end flange)。图2的(a)是用于生产树脂制轴端凸缘的模具的截面图。图2的(b)是沿图2的(a)中的箭头b_b的方向看的图。图3的(a)至(C)示出轴部的横截面形状的变型例。图4是用于解释现有技术中的问题的、用于图像形成装置的辊的纵向截面图。
具体实施例方式下面将参照附图详细说明本发明的一个实施方式。为了便于理解本发明，简单解释用于图像形成装置的辊，该辊包括由根据本发明的模具生产的树脂制轴端凸缘。图I示出用于图像形成装置的辊1，其中，由根据本发明的模具生产的树脂制轴端凸缘配置于该辊的一端(图I中的左端)。辊I包括圆筒状金属套筒2和嵌合到金属套筒2的两端的开口的树脂制轴端凸缘3、4。在图I中的辊I中，由根据本发明的模具生产的树脂制轴端凸缘3装备为左侧树脂制轴端凸缘3。这里，金属套筒2可以包括铝、钢等。此外，用于树脂制轴端凸缘3、4的材料可以适当地选自通用树脂或工程塑料。期望地，选择可以通过注射成型工艺等容易地成形的树脂材料。更特别地，适用于树脂制轴端凸缘的工程塑料包括聚缩醛、聚酰胺树脂(如聚酰胺6、聚酰胺6 · 6、聚酰胺12、聚酰胺4 · 6、聚酰胺6 · 10、聚酰胺6 · 12、聚酰胺11、聚酰胺MXD6-由间二甲苯二胺和己二酸所生产的聚酰胺等)、聚甲醛(Ρ0Μ)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚(polyphenyleneoxide)、聚亚苯基醚(polyphenyleneether)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfide)、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚芳酯、液晶聚合物、聚四氟乙烯等。此外，适合的通用树脂包括聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(AB S)共聚物、聚苯乙烯、聚乙烯等。另外，可单独或组合使用三聚氰胺树脂、酚醛树脂、硅酮树脂等。其中，优选工程塑料作为树脂材料，由于归因于热塑性的优良的可成形性以及还由于优异的机械强度，下列树脂是特别优选的聚缩醛、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚亚苯基醚、聚苯硫醚、聚碳酸酯等。特别地，最优选的树脂材料为聚酰胺6 · 6、聚酰胺MXD6、聚酰胺6 · 12、聚对苯二甲酸丁二醇酯，或其混合物。作为用于为树脂制轴端凸缘提供导电性的导电剂，只要能够均匀地分散在树脂材料中，可以使用各种助剂。更特别地，优选使用下列粉末导电剂中的一种或其组合碳黑粉、石墨粉、碳纤维、金属粉(诸如铝、铜和镍等)、金属氧化物粉(诸如氧化锡、氧化钛和氧化锌等)和导电玻璃粉。辊I的树脂制轴端凸缘3 (图I中的左侧凸缘)与上面解释的现有技术的树脂制轴端凸缘的基本结构实质相同，只是轴端凸缘3的特征在于其由下述模具生产。树脂制轴端凸缘3由凸缘部3FL和轴部3AX构成，凸缘部3FL部分地嵌合到金属套筒2中，轴部3AX从凸缘部沿着凸缘部中心轴线轴向地突出。更特别地，凸缘部3FL包括圆筒状的嵌合部和闭止盘(closure disc)，该嵌合部的外径与金属套筒2的内径大致相同并且与金属套筒2的内周面嵌合，该闭止盘位于嵌合部的一端，用于在嵌合部嵌合到金属套筒2中时闭合金属套筒2的所述端部。轴部3AX从闭止盘的中心在与嵌合部相反的方向上沿轴向突出。这里，轴部3AX的顶端侧以与现有技术的辊基本相同的方式设置有缺口部(cutout).然而，不同于传统的D形缺口部，轴部3AX的截面形状具有关于中心轴线的η次回转对称性(nthorder fold-axis symmetry about the center axis)(其中，n 为不小于 2的整数)，从而防止在树脂材料注射到用于生产树脂制轴端凸缘3的模具时轴部3AX承受上面解释的倾斜。如这里所使用的，术语“回转对称性”是指，在使轴部绕中心轴线转动之后，轴部的截面形状与转动之前的初始形状相同。例如，术语“2次回转对称性”是指，在轴部转动180度之后，轴部的截面形状与转动之前的初始形状相同。相似地，“3次回转对称性”是指，在轴部转动120度之后，轴部的截面形状与转动之前的初始形状相同；“4次回转对称性”是指，在轴部转动90度之后，轴部的截面形状与转动之前的初始形状相同。在现有技术中，轴部设置有D形缺口部，用于在生产辊的过程中涂装套筒的外周面时或者在将辊安装到图像形成装置中时，方便定位和确实地传递驱动力。因而，都将与现有技术的辊的轴部接合的传统图像形成装置的嵌合部和传统涂装设备的嵌合部的形状(D形)与现有技术的辊的D形缺口部对应。为了没有任何设计改变地使用已有图像形成装置和涂装设备，需要图像形成装置的嵌合部和涂装设备的嵌合部与树脂制轴端凸缘3的轴部3AX的顶端侧的回转对称性兼容。然而，关于该需求，如果根据本发明，轴部3AX的顶端被设计成具有多个D形缺口部，以实现回转对称性，则不需要任何特别考虑。也就是，配置两个D形缺口部以实现2次回转对称性，配置3个D形缺口部以实现3次回转对称性，其中的一个D形缺口部可以嵌合到涂装设备或图像形成装置的嵌合部中。在这种配置中，无需改变已有的涂装设备和图像形成装置的用于安装现有技术的用于图像形成装置的辊处的嵌合部。通过采用如上所述的树脂制轴端凸缘，轴部3AX的具有回转对称性的缺口部用于防止轴部3AX如上所述地倾斜，理由如下。发明人假定轴部的不均一的横截面引起现有技术的用于图像形成装置的棍的轴线倾斜(axi s incI ination )。尽管引发这种轴倾斜的机理尚不明确，但是已经有如下推测，当轴部的横截面形状不均一时，难以控制注射到模具中的热塑性树脂材料的可流动性，当树脂材料冷却固化时，内应力分布变得不均一。考虑到上述情况，发明人发现，即使在使用模具由树脂形成凸缘时，轴部的具有回转对称性的缺口部的配置也可以有效地防止轴部倾斜，从而得到本发明。在现有技术中，认为，单个D形缺口部足够与涂装设备或图像形成装置嵌合。然而，发明人确认轴部的不均一的横截面形状(缺乏回转对称性)对于使用模具生产的树脂制轴端凸缘不利，本发明基于该发现。图2的(a)和(b)示出作为本发明的一个实施方式的用于生产上述树脂制轴端凸缘的模具的细节，其中，图2的(a)是用于生产树脂制轴端凸缘的模具的截面图，图2的(b)是沿图2的(a)中的箭头b-b的方向看的图。用于树脂制轴端凸缘的模具10包括限定凸缘形成模腔12的凸缘形成模具部
11;以及限定轴形成模腔16的轴形成模具部15，凸缘形成模具部11和轴形成模具部15彼此邻接地配置。树脂注射口 13形成在轴形成模具部15中。
凸缘形成模腔12具有凹部状的内表面，该凹部状的内表面被设计成用于形成将部分地嵌合到金属套筒2中的凸缘部3FL的主体。更特别地，凸缘形成模腔12包括圆筒状凹部空间，其外径与金属套筒2的内径大致相同；以及圆板状凹部空间，其位于所述圆筒状凹部空间的一端(即，位于与轴形成模具15连接的连接面侧)，其中，所述圆板状凹部空间的直径与金属套筒2的外径大致相同。相似地，轴形成模腔16具有凹部状的内表面，该凹部状的内表面被设计成用于形成沿着凸缘部3FL的中心轴线轴向地突出的轴部。更特别地，轴形成模腔16包括圆柱状凹部空间，其形成于与凸缘形成模具11连接的连接面侧；以及凹部空间，其配置于所述圆柱状凹部空间的顶端(图2中的左侧)并且在与中心轴线垂直相交的平面中的横截面具有η次回转对称性。具有η次回转对称性的凹部空间与树脂注射口 13连接。因而，轴形成模腔的顶端部16ΤΡ的内表面被设计成使得，被注射到该内表面内的树脂材料形成具有关于中心轴线的η次回转对称性的截面形状的轴部，其中，“η”为不小于2的整数。图2的(b)示出轴部形成为实现关于中心轴线16CL的3次回转对称性的配置。以这种方式，如图所示，如果模具被设计成形成轴部的具有关于中心轴线的回转对称性的缺口部，则树脂材料可以从树脂注射口 13均等地注射并且在随后的树脂材料的硬化过程中发生的内应力可以相等，从而使得可以生产不具有轴倾斜的树脂制轴端凸缘。换句话说，借助于如图2的(a)和(b)所示的如下模具，可以生产不具有轴倾斜的树脂制轴端凸缘该模具具有轴形成模腔，该模腔的内表面允许形成具有关于中心轴线的η次回转对称性的横截面，其中“η”为不小于2的整数。因而，由该模具生产的树脂制轴端凸缘包括形状与轴形成模腔的形状对应的轴部，也就是具有η次回转对称性的形状的轴部。将轴形成模腔设计成使得由轴形成模腔形成的轴部的顶端的截面形状具有关于中心轴线的η次回转对称性，就足够了。例如，在2次回转对称性的情况下，在转动180度前后，形状相同，在4次回转对称性的情况下，在转动90度前后，形状相同。特别优选地，轴部的多边形横截面形状具有多条边，边数“η”是3的倍数，即，η=3时的三角形，η=6时的六边形，η=9时的九边形。然而，如果次数η增加，轴部的横截面形状逼近于圆形。假定D形缺口部的目的是便于用于图像形成装置的辊的正确定位和确实地传递驱动力，则优选地，配置较长的边，以允许较长的边缘用于接触并嵌合到图像形成装置和涂装设备的嵌合部中。鉴于这种考虑，如图2的(b)所示，优选地，轴部的横截面形状为三角形(B卩，D形缺口部的三个表面)。如这里所使用的，术语“多边形横截面形状”包括如图2的(b)所示的具有圆角的形状。
关于轴部的截面形状的变型实施方式示出在图3的(a)至(C)中。不需要截面形状为由直线形成的多边形横截面形状，截面形状可以改变成由曲线限定的多边形。另外，在这种情况下，优选地，如图所示地使用3次回转对称性(n=3)。图3的(a)示出一变型，其中，轴形成模腔15所在侧的模腔的顶端部16TP具有基本上三角形状，其直边改变成向内凸的边。图3的(b)示出另一变型，其中，轴形成模腔15所在侧的模腔的顶端部16TP具有基本上三角形状，其直边改变成向外凸的边。最后，图3的(c)示出再一变型，其中三个槽状凹部16CP沿周向以120度的角间隔配置，以实现回转对称性。然而，为了采用图3的(a)至(b)所示的形状，可能必须相应地更改涂装设备和/或图像形成装置的嵌合部。嵌合到辊的另一端(图I中的右端)的树脂制轴端凸缘4可以用现有技术的模具形成，该模具包括简单形成的在轴部没有缺口部的模腔。注意，在根据上述实施方式的辊I中，η次回转对称性仅施加到将嵌合到图像形成 装置或涂装设备的驱动源侧的嵌合部的树脂制轴端凸缘3。然而，根据本发明的辊可以被设计成使得，另一侧的树脂制轴端凸缘也包括截面形状具有关于中心轴线的η次回转对称性的轴部。(实施例)由如图2所示的模具生产树脂制轴端凸缘，然后将制得的树脂制轴端凸缘嵌合到辊的端部(参见图1)，从而制备试验用辊。该辊包括由铝(由日轻金株式会社制造的铝Α6063)制成的金属套筒，树脂制轴端凸缘嵌合到该金属套筒的两端。将导电材料(由宝理塑料株式会社制造的ΕΒ-10)用作形成树脂制轴端凸缘的热塑性树脂。用粘合剂(汉高株式会社生产的Loctite430(TM))将金属套筒和树脂制轴端凸缘结合到一起。如图I所示，辊被形成为具有如下尺寸包括金属套筒2和树脂制轴端凸缘3的凸缘部3FL的主体的总长度BL为230mm ;从树脂制轴端凸缘3的凸缘部3FL突出的轴部3AX的轴长度3L为30mm ;从相反侧树脂制轴端凸缘4的凸缘部突出的轴长度4L为15mm。制备七个嵌合有由图2所示的模具生产的树脂制轴端凸缘的试验用辊(实施方式辊)。为了比较的目的，也准备了七个嵌合有现有技术的具有单个D形缺口部的树脂制轴端凸缘、其它方面与上述实施方式试验用辊相同的试验用辊(比较辊)。如图I中的圆圈所示，轴部的顶端A产生相对于压入到套筒2的区域中的基准点B的偏差(deviation)，测量该偏差。这里，如图I所示，顶端点A相对于基准点B的偏差被测量为树脂制轴端凸缘3自身的偏差。在本测量中，借助于圆度测量规(由东京精密株式会社制造的Londcom 41A)来以mm为单位测量顶端点A相对于基准点B的偏差(同心度)。此外，使用激光偏差测定器(由株式会社三丰生产的LSM- 6000)，在由两个直径(φ )为24mm的轴承在两端支撑轴部的情况下，在转动试验用辊的过程中测量主体(金属套筒2)的纵向中心点C处的偏差。评价由装备有各试验用辊的图像形成装置形成的图像。通过根据图像不良的不同分级将印刷的图像分类而进行评价，由如下符号表示无图像不良“ Δ ”识别到一些图像不良
“ X ”识别到明显的图像不良此外，还评价转动噪音，由如下符号表示“〇”未产生噪音“X”产生了噪音下面的表I示出七个实施方式辊和七个比较辊的评价结果。表I
权利要求
1.一种用于生产树脂制轴端凸缘的模具，所述轴端凸缘将被嵌合到用于图像形成装置的辊的金属套筒的端部，所述轴端凸缘包括凸缘部和从所述凸缘部的中心轴线沿轴向突出的轴部，其中 所述模具包括用于形成所述轴端凸缘的凸缘部的凸缘形成模腔；以及用于形成所述轴端凸缘的轴部的轴形成模腔；并且 所述轴形成模腔包括被设计成用于形成所述轴端凸缘的轴部的内表面，所述轴部的横截面形状具有η次回转对称性，其中，“η”表示不小于2的整数。
2.根据权利要求I所述的模具，其特征在于，所述轴形成模腔的内表面被设计成使得，所述轴端凸缘的轴部具有包含多条边的多边形横截面形状，所述边的数量是3的倍数。
3.一种用于图像形成装置的辊，所述辊包括至少一个由根据权利要求I或2所述的模具形成的树脂制轴端凸缘。
全文摘要
公开了一种用于形成没有轴倾斜的树脂制轴端凸缘的模具，该轴端凸缘适合用于图像形成装置用的辊，该辊包括金属套筒和嵌合到金属套筒的端部的树脂制轴端凸缘。特别地，公开了一种用于形成树脂制轴端凸缘的模具(10)，其中，该轴端凸缘包括凸缘部和从凸缘部的中心轴线延伸的、能够嵌合到图像形成装置用的辊的金属套筒的端部的轴部，该模具包括用于形成凸缘部的凸缘形成模腔(12)和用于形成轴部的轴形成模腔(16)。轴形成模腔的内表面被形成为使得，轴部的横截面形状(16TP)具有关于中心轴线的n次回转对称性，其中，“n”表示不小于2的整数。
文档编号B29C45/37GK102883864SQ20118002255
公开日2013年1月16日 申请日期2011年3月29日 优先权日2010年3月30日
发明者向山庆彦 申请人:株式会社普利司通