CN1201919C - 橡胶滚轮的制造装置和橡胶滚轮的制造方法 - Google Patents

Abstract

在通过挤压成形机将以热可塑性弹性体为主要成分的橡胶原料制成管状、然后进行切割并制作橡胶滚轮时，挤压成形机的成形头加工成由心轴(12)和阴模(13)构成的筒状空间(20)的长度方向的长度L与阴模的内径D之比L/D的值为2以上，心轴(12)表面和阴模(13)内面的表面粗糙度Ra的值为6微米以下，能对高粘度的热可塑性弹性体为主要成分的橡胶滚轮进行挤压成形并制作表面平滑、摩擦系数高的橡胶滚轮。

Description

橡胶滚轮的制造装置和橡胶滚轮的制造方法

技术领域

本发明涉及作为OA(办公自动化)设备的给纸用滚轮使用的橡胶滚轮的制造装置，具体涉及一种适于将要求耐磨耗性的纸等运送物拈起并分离用的橡胶滚轮的制造的装置和方法。

背景技术

给纸用橡胶滚轮用于激光打印机、静电复印机、普通纸传真装置、ATM等各种OA设备的给纸机构。给纸用橡胶滚轮因系对纸·薄膜等片状物进行送出，故要求与片状物的摩擦系数高。通常采用EPDM、天然橡胶、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶等橡胶材料制造给纸滚轮。

在对这种橡胶滚轮进行挤压成形的场合，是通过在挤压成形机的成形头部中，在由内侧的心轴和外侧的阴模构成的筒状空间中将橡胶原料挤压成管状，然后，在加硫并硬化后进行冷却和磨削，接着切割至预定长度，并在中空部插入轴芯而制造橡胶滚轮。具体包括以下工序：

在第一工序中，在未加硫的上述橡胶材料中加入加硫剂或填充剂、各种添加剂、加硫辅助剂等，并在揉和机或密闭式混合机、滚筒等搅拌机中进行搅拌。

在第二工序中，将上述橡胶原料投入橡胶用挤压机，并挤压成管状。

在第三工序中，将芯棒插入管状的筒体，并通过加硫罐等加热进行加硫。

在第四工序中，进行冷却并在冷却后磨削表面而使外径尺寸配合。

在第五工序中，切割至预定长度而成为产品。

但是，上述制造工序由于工序数多，用手作业的部分也多，难以实现全自动化。另外，由于原料采用橡胶材料，需在挤压后加硫，滚轮的尺寸精度难以保证。而且，由于为橡胶原料制成，挤压时表面为粗糙状态，故表面磨削行程必不可少，另外，还存在成本较高等问题。

为此，日本专利特开平9-156784号提出了一种尺寸精度高、采用易于自动化的以热可塑性弹性体为主要成分的树脂材料、通过挤压成形制造橡胶滚轮的方法。

但是，作为橡胶滚轮具有良好性能的热可塑性弹性体材料大多为高粘度，如采用这种高粘度的原料，则挤压成形变得极为困难，并存在成形后的滚轮表面粗糙的问题。尤其是在要求高摩擦系数的给纸用橡胶滚轮的场合必须采用高粘度的材料。这种高粘度的材料例如一旦对常见的融熔粘度为744Pa*sec(剪切速度100/秒)的烯烃系热可塑性弹性体进行挤压成形，在挤压原料时，由于挤压成形机的成形头部中对于心轴和阴模的摩擦阻力变大，成形后的橡胶滚轮其表面易成为毛刺状。因此，在一般的管挤压机中采用上述高粘度的热可塑性弹性体制作表面平滑的橡胶滚轮变得非常困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于采用高粘度的热可塑性弹性体、通过挤压成形制作表面平滑的橡胶滚轮。

为实现上述目的，本发明提供一种橡胶滚轮的制造装置，该装置通过在挤压成形机的成形头部中，在由内侧的心轴和外侧的阴模构成的筒状空间中将以热可塑性弹性体为主要成分的原料挤压成管状，在挤压后切割至预定长度，并在中空部插入轴芯而制造橡胶滚轮，其特征在于，

由上述心轴和阴模形成的筒状空间的长度方向的直线部的长度L和上述阴模的内径D之比L/D的值为2以上，

并且，上述心轴外面和上述阴模内面的表面粗糙度Ra的值为6微米以下。

如使上述比率L/D的值为2以上，则在L/D的值为小于2的场合，原料在进行挤压的原料的内部压力变得充分均匀之前即已被挤压，并已在橡胶滚轮内部产生裂纹或变形。

另外，如果心轴外面和阴模内面的表面粗糙度Ra的值设为6微米以下，而当使Ra的值作成6微米以下时，则表面基本上没有凹凸，故表面成平滑状态。因此，原料挤压时的阻力减少，原料易于挤压，即使热可塑性弹性体那样的高粘度原料也可进行挤压成形。根据上述理由，如果表面粗糙度Ra的值为6微米以下则最好，且此值最好尽可能小。另外，在表面粗糙度Ra的值超过6微米的情况下，挤压阻力增加，橡胶滚轮表面产生毛刺。

另外，上述筒状空间的直线部的长度L的值最好为60毫米以上。在L值小于60毫米的情况下，原料在进行挤压的原料的内部压力变得充分均匀之前即已被挤压，并已在橡胶滚轮内部产生裂纹或变形。

采用本发明的制造装置，能以高粘度的热可塑性弹性体构成的原料通过挤压方法获得表面平滑、摩擦系数高的橡胶滚轮。另外，由于采用以热可塑性弹性体为主要成分的原料进行成形，就不再需要以往采用橡胶材料场合下必需的通过在加硫罐中加热的加硫工序及其后的冷却工序。而且，由于被成形的橡胶滚轮的表面平滑，不再需要磨削工序，故可减少工序数。并且，与以往的通过在挤压工序后加硫而加以硬化的情况相比，由于挤压工序中形状是规定的，尺寸精度容易保证，故能制造高精度的橡胶滚轮。

另外，也可在上述阴模的内周面的至少输送结束部分设置沿轴线方向设有多个微小沟槽的滚花槽形部。由于设置这种滚花槽形部，故能在被挤压管的表面形成由沿轴线方向的沟槽构成的滚花状。

由于通过上述滚花槽形部在橡胶滚轮的所需部位设置滚花沟槽，能抑制因粘附在滚轮表面的纸屑等进入沟槽而由纸屑引起滚轮表面的摩擦卡止降低。

由上述心轴和阴模形成的筒状空间最好为圆筒状。这样能使成形性能变得良好，并能通过改变轴芯的形状制作各种形状的滚轮。另外，虽然用挤压成形机挤压的管为圆筒状，如使插入其中空部的轴芯为截面D形状，即能作成D形状的异形橡胶滚轮。此外，上述挤压成形机为螺旋式，且最好为单轴或2轴的挤压机。这样可进一步提高成形性能。

另外，本发明提供一种橡胶滚轮的制造方法，该方法系采用具有由内侧的心轴和外侧的阴模构成的成形头部的挤压成形机，它包括：采用具有由上述心轴和阴模形成的筒状空间的长度方向的直线部的长度L和上述阴模的内径D之比L/D的值为2以上、且上述心轴外面和上述阴模内面的表面粗糙度Ra的值为6微米以下的成形头部的挤压成形机，通过在由上述心轴外面和上述阴模内面构成的筒状空间中将以热可塑性弹性体为主要成分的原料挤压成管状，在成为滚轮状后切割至预定长度，并在中空部插入轴芯而制造橡胶滚轮。

由此，即使采用高粘度的热可塑性弹性体为主要成分的原料进行挤压成形，由于原料挤压时的阻力减少，挤压变得容易，并能进行光洁表面的挤压成形，可削减表面的磨削工序，能简化橡胶滚轮的制造工序。而且，由于采用上述结构的成形头部进行挤压，能提高成形滚轮的尺寸精度。

上述作为挤压成形原料的热可塑性弹性体最好为剪切速度100/秒时的融熔粘度η为200Pa*sec，肖氏A硬度为10以上，50以下。

上述剪切速度为挤压成形时的剪切速度，并以该剪切速度为基准测定融熔粘度。在热可塑性弹性体的融熔粘度小于200Pa*sec的场合，由于粘度低，挤压管中产生压碎，使橡胶滚轮产生变形。

另外，在热可塑性弹性体的硬度值大于肖氏A硬度50的场合，橡胶滚轮表面的摩擦系数降低，不能充分体现作为给纸用橡胶滚轮的性能。当硬度小于10时，由于挤压时挤压成形机的心轴和阴模的摩擦阻力变大，成形的滚轮表面产生毛刺，而且，作为滚轮也存在易于磨耗的耐磨耗性的问题。

作为原料的热可塑性弹性体，适用的有以下一些：

·SBS、SIS、SEBS、SEPS等苯乙烯系热可塑性弹性体

·氯化聚乙烯、聚氯乙烯系热可塑性弹性体

·烯烃系热可塑性弹性体、聚氨酯系热可塑性弹性体、酯系热可塑性弹性体、酰胺系热可塑性弹性体、离聚物、EEA、EVA及其混合物等

·其他，以通过动态架桥等方法和搅拌方法等使架桥橡胶、加硫橡胶的颗粒分散在上述热可塑性弹性体和热可塑性弹性体以外的热可塑性树脂中的热可塑性弹性体为主要成分的树脂原料。

为使橡胶滚轮的硬度降低，将油在橡胶中配合。作为油可采用石蜡系、环烷烃系、芳香族系等矿物油或由碳化氢系低聚物组成的其本身为公知的合成油或工艺加工油等。作为合成油例如可以是α-烯烃低聚物、丁烯低聚物、乙烯及α-烯烃低聚物等，尤其以乙烯及α-烯烃的非晶体低聚物为好。作为可塑剂可采用例如邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、葵二酸二辛酯(DOS)、己二酸二辛酯(DOA)等。

为提高橡胶滚轮的机械强度，可根据必要配合填充剂。作为填充剂可以是例如硅石、碳黑、粘土、滑石等的粉体。在配合填充剂的场合，填充剂在整个橡胶滚轮中的重量百分比最好在10％以下。这是因为填充剂的配合对改善橡胶的抗拉伸强度和抗扯裂强度有效，而配合过多则使橡胶的柔软性大大降低。

另外，橡胶滚轮中除上述配合剂外，还可根据必要配合防老化剂、蜡等。作为防老化剂例如有2-硫基苯并咪唑等咪唑类，苯基-α-萘胺、N，N-二-β-萘-p-对苯二胺、N-苯基-N’-二甲基-p-对苯二胺等胺类。

所制造的橡胶滚轮的硬度为用日本工业标准(JIS)6301的A型硬度计测定时的硬度为15-45，最好为20-40的范围。取这个范围，即使以较小的压接压力将橡胶滚轮压在纸上，也能使橡胶滚轮充分变形而在与纸之间获得大的接触面积。

另外，橡胶滚轮在成形为筒状的状态下，其壁厚为1-8毫米，最好为1.5-5毫米。这是由于必须兼顾橡胶滚轮的硬度，厚度过小，则即使橡胶滚轮变形也难以在与纸之间形成大的接触面积。另一方面，壁厚过大，则为使滚轮变形而必须增大向橡胶滚轮的压接压力，从而使橡胶滚轮压接用的机构大型化。

附图说明

图1为用本发明的橡胶滚轮的制造装置制造的橡胶滚轮的立体图。

图2为表示将上述橡胶滚轮用于打印机的状态的模式图。

图3为本发明的橡胶滚轮的制造装置的整体概略图。

图4(A)为用于成形头部的心轴的正面图。

图4(B)为阴模的剖面图。

图4(C)为将心轴与阴模嵌合状态的剖面图。

图5(A)和图5(B)为表示第2实施例的剖面图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施形态。

图1表示用本发明的橡胶滚轮的制造装置制造的给纸用的D形的异形橡胶滚轮1。该橡胶滚轮1系采用以热可塑性弹性体为主要成分的树脂原料挤压成形为圆形，在其中空部压入D字形的轴芯2或采用粘接剂将两者粘接固定。

图2为表示将上述给纸用橡胶滚轮1用于喷墨式打印机的给纸滚轮的模式图，分离衬垫3设置成与橡胶滚轮1相对状。一旦轴芯2沿箭头方向旋转，橡胶滚轮1即随之旋转而使位于最上面的纸4卷入并通过橡胶滚轮1与衬垫3的间隙而将纸4供给打印机内部。在对纸4加以切割的场合，橡胶滚轮1在衬垫3上进行摩擦运动。因此，对于橡胶滚轮1在要求耐磨耗性的同时还要求摩擦系数高。

图3表示上述橡胶滚轮1的制造装置的第1实施形态。

挤压成形机10为螺旋式，在单轴或2轴的挤压机11的前端具有成形头部14。由料斗18投入原料，并在通过配置在上述螺旋式挤压机11的外筒外周部的加热器15对原料加热的同时进行搅拌，并将经搅拌的原料供给成形头部14而挤压出管19。

如图4(A)-图4(C)所示，上述成形头部14构成为将阴模13以所需空间外嵌在心轴12上。如图4(A)所示，构成上述成形头部14的心轴12在与挤压机连续侧(X)直径扩大为圆锥状，与该扩径部12a连续并具有直线部12b。另外，以所需空间外嵌在心轴12上的阴模13具有如图4(B)所示外观的圆筒状，并与心轴12同样在与挤压机连续侧(X)直径扩大为台阶状，与该扩径部13a连续并具有直线部13b。

上述心轴12的直线部12b和阴模13的直线部13b形成的如图4(C)所示的筒状空间20的长度L为L≥60毫米，阴模13的内径D设定为L/D≥2的关系。另外，在本实施形态中，L为120毫米，D为30毫米，L/D＝4。

另外，围绕上述筒状空间20的阴模13的内周面13c和心轴12的外周面12c为表面磨削，其表面粗糙度Ra为0.6微米以下的0.5微米。

另外，在本实施形态中，心轴12和阴模13均由SUS304制成。

用具有由上述心轴12和阴模13组成的成形头部14的挤压成形机10成形橡胶滚轮首先是以热可塑性弹性体为主要成分并由其他带有颜色的分批加入的各种添加剂组成的全部原料投入料斗18，在挤压机11中一面加热一面搅拌，并挤压到成形头部14处。在成形头部14中，通过在心轴12和阴模13之间的筒状空间20内挤压至规定尺寸并使其表面平滑化。将由成形头部14挤压出的圆筒状成形件切割成所需长度，并通过嵌入D字形的轴芯制作D字形的橡胶滚轮。

图5(A)-图5(B)表示第2实施形态，在构成成形头部14的阴模13’中，在其直线部13b’的内周面上凹设有沿轴线方向的微小沟槽13d’，并设有滚花槽形部13e’。另外，虽然在阴模13’的内周面设有上述沟槽13d’，但包含该沟槽的内周面的、围绕筒状空间20的阴模13’的内周面与第1实施形态同样，其表面粗糙度Ra为0.6微米以下。

一旦在阴模13’的内周面上设置上述滚花槽形部13e’，即能在挤压成形出的滚轮的外周面上形成由轴线方向的微小沟槽组成的滚花沟槽。

以下说明在上述实施形态的装置上制造橡胶滚轮的实施例1-6及比较例1-3。实施例1-6及比较例1-3如表1所示，改变成形原料的种类和配合量、挤压成形机的成形头部的阴模和心轴的尺寸条件。

另外，实施例及比较例的阴模为第1实施形态的形状，在其内周面上未设有滚花沟槽。

(实施例1)

作为橡胶原料，采用使EPDM橡胶在PP(聚丙烯)和苯乙烯系热可塑性弹性体的混合物中分散的以热可塑性弹性体为主要成分的原料，并采用以下配合比。

PP/苯乙烯系热可塑性弹性体/EPDM＝比例20/70/100

PP(日本ポリケム公司制，ノバテツクPP BC6)

苯乙烯系热可塑性弹性体(クラレ(株)制，セプトン4055)

EPDM(住友化学工业(株)制，エスプレン670F)

肖氏硬度Hs＝35

表观融熔粘度(200℃)η＝744Pa*sec(剪切速度100/秒)

石蜡油(出光兴产制，ダイアナプロセスオイルPw-380)

采用上述材料制作橡胶滚轮。

将以上述热可塑性弹性体为主要成分的原料投入装有第1实施例的成形头的挤压成形机的2轴挤压机(HTM-38(アイペツク(株)制))，一面加热到160-200℃一面搅拌，将原料由成形头部挤压成管状，从而获得外径30毫米、内径25毫米的圆管状滚轮。将其切割为长度15毫米，并在其中嵌入D字形的轴芯以制作D字形的橡胶滚轮。

(实施例2)

原料为与实施例1同样的配合，在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝180毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝6。心轴表面和阴模内面磨削，其表面粗糙度Ra＝0.5。

(实施例3)

原料为与实施例1同样的配合，在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝60毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝2。心轴表面和阴模内面磨削，其表面粗糙度Ra＝0.5。

(实施例4)

原料为与实施例1同样的配合，在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝60毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝6。心轴表面和阴模内面磨削，其表面粗糙度Ra＝6。

(实施例5)

原料为采用苯乙烯系热可塑性弹性体SEPS树脂(セプトンCJ-001クラレ(株)制)。

肖氏硬度Hs＝45

表观融熔粘度(200℃)η＝217Pa*sec(剪切速度100/秒)

在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝120毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝4。心轴表面和阴模内面磨削，其表面粗糙度Ra＝0.5。

(实施例6)

原料为采用使EPDM橡胶在PP(聚丙烯)和苯乙烯系热可塑性弹性体的混合物中分散的以热可塑性弹性体为主要成分的橡胶材料，并采用以下配合比。

PP/苯乙烯系热可塑性弹性体/EPDM＝比例20/70/100

PP(日本ポリケム公司制，ノバテツクPP BC6)

苯乙烯系热可塑性弹性体(クラレ(株)制，セプトン4055)

EPDM(住友化学工业(株)制，エスプレン670F)

肖氏硬度Hs＝55

表观融熔粘度(200℃)η＝865Pa*sec(剪切速度100/秒)

石蜡油(出光兴产制，ダイアナプロセスオイル Pw-380)

另外，减少石蜡油的数量，并调整肖氏硬度Hs。

在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝120毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝4。心轴表面和阴模内面磨削，其表面粗糙度Ra＝0.5。

(比较例1)

原料为与实施例1同样的配合，在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝120毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝4。心轴表面和阴模内面为线切割放电加工，其表面粗糙度Ra＝10。

(比较例2)

原料为与实施例1同样的配合，在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝30毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝1。心轴表面和阴模内面磨削，其表面粗糙度Ra＝0.5。

(比较例3)

原料为采用苯乙烯系热可塑性弹性体SEPS树脂(セプトンSC-669クラレ(株)制)。

肖氏硬度Hs＝20

表观融熔粘度(200℃)η＝100Pa*sec(剪切速度100/秒)

在挤压成形机的成形头部分，筒状空间的长度L＝120毫米，阴模挤压口的内径D＝30毫米，L/D＝4。心轴表面和阴模内面为线切割放电加工，其表面粗糙度Ra＝10。

在实施例1-6和比较例1-3制作的橡胶滚轮中，首先通过目视对橡胶滚轮500毫米的表面进行观察以确认有无毛刺。接着用实体显微镜对橡胶滚轮100毫米的表面进行观察并确认有无毛刺，以无毛刺者为OK。并将观察结果表示在上述表1中。

如表1所示，在实施例1-6的橡胶滚轮中，表面不产生毛刺，能确认获得良好表面状态的橡胶滚轮。另外，在比较例1、2的橡胶滚轮中，表面产生毛刺，表面粗糙。比较例3的橡胶滚轮由于粘度低，挤压管产生压碎并变形。

如上所述，如采用本发明的制造装置对橡胶滚轮进行成形，由于使挤压成形机的成形头部的挤压用空间的长度L与阴模的内径D的比例L/D的值为2以上，并且，使心轴表面和阴模内面的表面粗糙度Ra为6微米以下，即使采用以高粘度的热可塑性弹性体为主要成分的原料进行挤压成形。由于挤压原料时的阻力减少，挤压变得容易，能进行表面平滑的挤压成形。

由此，能抑制成形的橡胶滚轮的表面产生毛刺，橡胶滚轮的表面平滑，能获得摩擦系数高的橡胶滚轮，其结果是能减少以往认为必需的表面磨削工序，能简化橡胶滚轮的制造工序。

并且，由于在原料挤压成形的成形头部处是通过阴模与心轴之间的空间进行挤压，故能提高成形滚轮的尺寸精度。即，由于没有以往的用橡胶材料进行制造场合下必需的加硫罐中的加硫工序，故能提供尺寸精度提高、品质优良的橡胶滚轮。

                                        表1

	挤压材料	筒状空间的直线部的长度L(mm)	模具的内径D(mm)	L/D	表面粗糙度Ra(μm)	毛刺
							实施例1	PP/苯乙烯系热可塑弹性体/EPDM表观融熔粘度(200℃)η＝744Pa·sec	120	30	4	0.5	无
比较例1		12	30	4	10	发生
							实施例2		180	30	6	0.5	无
实施例3		60	30	2	0.5	无
							比较例2		30	30	1	0.5	产生
实施例4		60	30	2	6	无
							实施例5	表观系热可塑性弹性体SEPS树脂表面溶融粘度(200℃)η＝217Pa·sec	120	30	4	0.5	无
实施例6	PP/表观系热可塑性弹性体EPDM表面溶融粘度(200℃)η＝217Pa·sec	120	30	4	0.5	无
							比较例3	表观系热可塑性弹性体SEPS树脂表面溶融粘度(200℃)η＝100Pa·sec	120	30	4	10	管中产生压碎

Claims (8)

1.一种橡胶滚轮的制造装置，该装置通过在挤压成形机的成形头部中，在由内侧的心轴和外侧的阴模构成的筒状空间中将以热可塑性弹性体为主要成分的原料挤压成管状，在挤压后切割成预定长度，并在中空部插入轴芯而制造橡胶滚轮，其特征在于，

由所述心轴和阴模形成的筒状空间的长度方向的直线部的长度L和所述阴模的内径D之比L/D的值为2以上，

并且，所述心轴外面和所述阴模内面的表面粗糙度Ra的值为6微米以下。

2.如权利要求1所述的橡胶滚轮的制造装置，其特征在于，所述筒状空间的直线部的长度L的值为60毫米以上。

3.如权利要求1所述的橡胶滚轮的制造装置，其特征在于，所述阴模的内周面的至少输送结束部分设有沿轴线方向设置多个微小沟槽的滚花槽形部。

4.如权利要求1所述的橡胶滚轮的制造装置，其特征在于，由所述心轴和阴模形成的筒状空间为圆筒状。

5.如权利要求1所述的橡胶滚轮的制造装置，其特征在于，所述挤压成形机为螺旋式，且为单轴或2轴的挤压机。

6.一种橡胶滚轮的制造方法，该方法系采用具有由内侧的心轴和外侧的阴模构成的成形头部的挤压成形机，其特征在于，所述方法包括：

采用具有由所述心轴和阴模形成的筒状空间的长度方向的直线部的长度L和所述阴模的内径D之比L/D的值为2以上、且所述心轴外面和所述阴模内面的表面粗糙度Ra的值为6微米以下的成形头部的挤压成形机，通过在由所述心轴外面和所述阴模内面构成的筒状空间中将以热可塑性弹性体为主要成分的原料挤压成管状，在成为滚轮状后切割成预定长度，并在中空部插入轴芯而制造橡胶滚轮。

7.如权利要求6所述的橡胶滚轮的制造方法，其特征在于，使插入所述滚轮的中空部的轴芯作成截面D形状而制造D形的异形橡胶滚轮。

8.如权利要求6所述的橡胶滚轮的制造方法，其特征在于，所述热可塑性弹性体为剪切速度100/秒时的融熔粘度η为200Pa*sec，肖氏A硬度为10以上，50以下。

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