JP2006116665A - ゴムロールの研削方法およびゴムロール - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムロールの研削方法およびこの方法によって研削して得られる表面性の良好なゴムロールを提供する。
【解決手段】両端部を除く芯金軸外周上に弾性層を設けたゴムロールの弾性層外周面を研削するゴムロールの研削方法において、芯金軸の一方の端部の軸面を主軸側コレットチャックで把持固定し、他方の端部の軸面をテール側コレットチャックで把持固定して、該ゴムロールを回転させ、回転させた砥石を接触させることによってゴムロールの弾性層外周面を研削することを特徴とするゴムロールの研削方法である。
【選択図】図２

Description

本発明はゴムロールの研削方法およびこの研削方法によって弾性層の外周面を研削して得られるゴムロールに関する。さらに詳細には、ゴムロール（特に複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる帯電ロール、現像ロール、その他の各種ロール）の研削方法において、研削加工を行う時間を短くしながら研削面の表面性が非常に優れたゴムロールを得ることを可能にするゴムロールの研削方法およびこの研削方法によって弾性層の外周面を研削して得られるゴムロールに関する。

近年、電子写真はカラー化が進み、より高精細で画像の均一性（ハーフトーンの一様性）等の高度なものが求められてきている。このため、電子写真に用いられるゴムロールには外径振れ寸法の高精度化の他に、ゴムロールの外周面に凹凸が少なく非常に表面性に優れていることが重要な要素とされる。例えば、電子写真に用いられる帯電ロールではゴムロールの外周面に凹凸が存在するとトナーや外添材の付着が多くなり、これが堆積すると感光ドラムを帯電させる能力が著しく低下して画像不良が発生してしまう。

従来、ゴムロールを加工する技術の一つに研削加工がある。研削加工はゴムロールを回転させた状態にし、ゴムロールの弾性層に高速回転した砥石を接触させてゴムロールの弾性層の外周面を所定の形状・寸法に仕上げるものである。研削加工は砥石で弾性層を削り取ることから加工後のゴムロールの弾性層の研削面の表面性は、金型で成型加工したゴムロールの表面性と比べると劣る傾向にある。そのため、これまで研削加工は主に弾性層がスポンジタイプのゴムロールや表面性がそれほど要求されないソリッドタイプのゴムロールの加工に使用される技術であった。

ゴムロールの研削装置には、３０ｍｍから５０ｍｍ程度の幅の狭いタイプの砥石を左右にトラバースさせてゴムロールの弾性層表面を研削する機構のトラバース研削方式のものと、ゴムロールの弾性層の全長よりも幅の広いタイプの砥石をゴムロール弾性層の表面にプランジさせて一括で研削する機構のプランジ研削方式のものがある。後者の幅広砥石を用いるプランジ研削方式の方が単位時間あたりの砥石とゴムロールの弾性層との接触加工面積が断然に多くなることから、研削加工時間の大幅な短縮が図れる反面、砥石にかかる負荷が大きくなり研削抵抗が非常に大きなものとなってしまう。

研削抵抗が大きくなり過ぎると、研削時に砥石がゴムロールの弾性層を研削する力よりも砥石が弾性層を押し付ける力の方が強くなり、ゴムロールが砥石と反対側に撓み充分に研削されなくなってしまい、研削後の弾性層の表面性は大きく悪化する。このため、プランジ研削方式の研磨装置において、単に砥石を押し当てる速度を上げて、更なる研削加工時間の短縮を図ることは不可能であった。これまでは研削抵抗を抑えるために砥石を押し当てる速度をいくつもの段階に変速させる方法や、荒削りとして砥石を速い速度で押し当てた後に一旦砥石を後退（バックオフ）させて砥石の負荷をキャンセルさせてから再度ゴムロールに遅い速度で押し当てていく方法等研削条件の最適化により研削加工時間の短縮とゴムロールの弾性層の表面性の両立を図ってきた。

また、従来のゴムロールの研削装置においては、ゴムロールを把持固定する機構として、芯金軸の左右両端部を回転センターで圧接狭持する機構（例えば、特許文献１参照）の他に、芯金軸の端部の一方の軸面をコレットチャックで把持固定し、他方の端部を回転センターで押さえ込む機構等がある。

しかしながら、プランジ研削方式の研削装置においては、先に述べたように、砥石を押し当てる速度を上げていくと、研削抵抗が大きくなるため、研削時に砥石がゴムロールの弾性層を研削する力よりも砥石がゴムロールを押し付ける力の方が強くなる。この場合、芯金軸の左右両側端部を回転センター軸で圧接狭持する機構では剛性が低すぎてゴムロールが全域で砥石と反対側に撓み、研削が充分にされずに全域で表面性が悪化してしまう。また、芯金軸の端部の一方をコレットチャックで把持固定し、他方を回転センター軸で押さえ込む機構では回転センター軸側がコレットチャック側よりも剛性が低いため砥石と反対側に撓み、研削が充分にされず表面性が悪化してコレットチャック側と回転センター軸側で長手方向の表面性にムラが発生してしまう。

一方で、電子写真は画質の向上を図るためにゴムロールにより高機能が求められるようになっていることから、ゴムロールの弾性層を形成するために用いるゴム材料も多様化している。特にカラーの高画質タイプの電子写真にはスポンジタイプの弾性層を有するゴムロールよりもソリッドタイプの弾性層を有するゴムロールが多用される傾向にある。ソリッドタイプの弾性層を有するゴムロールにはシリコーンゴムやウレタンゴム等から形成される弾性層を有するものが多い。これらは研削時に砥石との摩擦で熱が発生する研削性の低いゴム材料である場合が多い。また、これらのゴム材料の配合においてポリマーの配合比率が多めで、カーボンブラックや炭酸カルシウム等の充填材の配合比率が少なめの配合とした場合には形成された弾性層の研削性が大幅に低下してしまう。

ソリッドタイプの弾性層を有するゴムロールや研削性が低下する配合処方のゴム材料を用いて形成した弾性層を有するゴムロールをプランジ研削方式の研削装置で研削する場合においては、上述した従来のゴムロールの把持固定方法では大幅に増加する研削抵抗の影響により、砥石を押し当てる速度を上げると研削後のゴムロールの弾性層の表面性が悪化してしまうため、研削面の表面性を維持もしくは向上させつつ研削加工時間の短縮を図ることは非常に困難であり、大きな問題となっていた。

特開平１１−９９４５１号公報

本発明は前記のような課題を解決するためなされたものである。本発明の課題は、ゴムロールの芯金軸の両端部を研削装置に把持固定する（セットすると表すことがある）機構の剛性を向上させ、且つ、芯金軸の両端部を研削装置に把持固定する機構の剛性を等しくすることにより、研削時の砥石を押し付ける力によるゴムロールの撓みを大幅に減少させ、且つ、芯金軸の左右両側での撓みの差を無くし、砥石を押し当てる速度を上げて研削加工時間を短縮させながら研削後のゴムロールの弾性層の表面性が良好で長手方向の表面性のムラの発生を抑制した、ゴムロールの弾性層外周面を研削するゴムロールの研削方法を提供することにある。

前記した課題を解決した本発明は、両端部を除く芯金軸外周上に弾性層を設けたゴムロールの弾性層外周面を研削するゴムロールの研削方法において、該芯金軸の一方の端部の軸面を主軸側コレットチャックで把持固定し、他方の端部の軸面をテール側コレットチャックで把持固定し、該主軸側コレットチャックを回転駆動して該ゴムロールを回転させ、回転させた砥石を接触させることによって該弾性層外周面を研削することを特徴とするゴムロールの研削方法である。
前記テール側コレットチャックは、２段階動作で該芯金軸の端部の掴み量を大きくするものであるのが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の研削方法によって研削して得られるゴムロールである。

本発明のゴムロールの研削方法によれば、芯金軸の一方の端部の軸面を主軸側コレットチャックで、他方の端部の軸面をテール側コレットチャックで把持固定することで、ゴムロールを研削装置に把持固定したときの剛性が高くなり、且つ、芯金軸両端を把持固定する機構の剛性が等しくなり、研削時の、砥石を押し付ける力によるゴムロールの撓みが大幅に減少し、且つ、芯金軸の両側における撓みの差が無くなり、砥石を押し当てる速度を上げて研削加工時間を短縮させながら研削後のゴムロールの弾性層の表面性が良好で長手方向の表面性のムラが少ないゴムロールを得ることが可能になる。

本発明の実施形態の一例を図を参照にしながら説明する。
図１は従来のゴムロールの研削方法におけるゴムロールの把持固定方法を説明するための図である。ゴムロール４の芯金軸５の左側端部の軸面を研削装置の主軸側コレットチャック１で把持固定する。一方、芯金軸５の右側端部のＣ面をテール側逆センター軸３で押さえ込む。芯金軸の端面にセンター穴が設けられている場合には、テール側を逆センター軸３の代わりにセンター軸で押さえ込んでもよい。

この状態で主軸側コレットチャック１の取り付けられている回転フランジ２がモーター（不図示）により回転駆動させられると、ゴムロール４およびテール側逆センター軸３が従動し、回転させられる。ゴムロール４を所定の回転数で回転させた状態にし、このゴムロール４の弾性層に、高速回転させた、ゴムロール４の弾性層の全長よりも幅が広い砥石６を押し当てて研削加工を行なう。

砥石６を押し当てる速度を大きくしていくと砥石６がゴムロール４を押し付ける力が大きくなりゴムロールの撓みが増加していく。また、テール側逆センター軸３は、主軸側コレットチャック１より径が小さく、且つ、主軸側コレットチャック１は芯金軸端部の軸面を把持固定しているのに対して、テール側逆センター軸３は、芯金軸端部のＣ面を受けて押さえ込んでいるだけであり、芯金軸の左右両端部を把持固定する機構の剛性に左右で大きな差がある。テール側逆センター軸３側をしっかり固定するために押さえ込む力を大きくしていくと芯金軸５は長手方向に撓み大きく振れて回転するようになる。このような状態で研削されたゴムロール４は、外径振れ寸法が大きくなってしまう。このようにテール側逆センター軸３で押さえ込む力を大きくすることには上限がある。

ゴムロール４の芯金軸５の左右端部を把持固定する機構の剛性の差によって、砥石６がゴムロール４を押し付ける力によるゴムロール４の撓みに左右で差が生じてしまう。剛性の小さいテール側逆センター軸３側は、大きく撓み、砥石６がゴムロール４を研削する能力は落ち充分に研削されない。更に砥石６を押し当てる速度を上げていくとゴムロール４の弾性層の両側で研削後の弾性層の外径に差が生じてしまう。外径に差が生じない場合でも研削の仕上げ段階に至るまでのゴムロール４の弾性層の外径の推移に左右で差があるため研削後の弾性層の両側で表面粗さに差が生じてしまう。

図２は、本発明の研削方法におけるゴムロールの把持固定方法を説明するための図である。ゴムロール４の芯金軸５の左側端部の軸面を研削装置の主軸側コレットチャック１１で把持固定する。一方で、芯金軸５の右側端部の軸面を研削装置のテール側コレットチャック１３で把持固定する。テール側コレットチャック１３としては、２個のシリンダーで２段階の前進動作を行うことにより、主軸側コレットチャック１１と同じ芯金軸５の掴み量とするものを用いるのが好ましい。このような、コレットチャックをテール側コレットチャックとすると、主軸側と全く同じ剛性で芯金軸を把持固定することができ好ましい。

主軸側コレットチャック１１およびテール側コレットチャック１３は、同軸心上で芯金軸を把持できるように配置される。ゴムロール４の芯金軸両端部の軸面を左右両側のコレットチャック１１および１４で各々把持固定し、主軸側コレットチャック１１が取り付けられている回転フランジ１２をモーター（不図示）を駆動し回転させ、ゴムロール４を所定の回転数で回転させた状態にする。この回転させたゴムロール４に高速回転させた砥石６を押し当てて接触させることで研削加工を行なう。

ゴムロール４は、通常３００〜６００ｒｐｍで回転され、一方、砥石６は、通常、その周速度がゴムロールの弾性層の周速度の１５０倍〜２００倍となるような回転速度で、例えば砥石径が２００ｍｍで２７００〜３０００ｒｐｍで回転される。

砥石６としては、図２に示したような、ゴムロールの弾性層の全長よりも大きい幅を有するものを用いるのが好ましい。砥石の材質は特に限定されず、研削するゴムロールの弾性層に適したものを適宜選択すればよい。例えば、砥粒がＧＣ（グリーンカーボン）で粒度が♯８０の砥石等を挙げることができる。

ゴムロールの弾性層の全長よりも大きい幅を有する砥石を使用する場合には、砥石をゴムロールの弾性層に押し当てて（プランジ方式）研削することが好ましい。この場合あらかじめ砥石を所定の形状にドレス加工して用いてもよい。

本発明の研削方法においてはゴムロール４の左右両端部を把持固定する機構が両者ともコレットチャックを用いるものとなっている。主軸側およびテール側を把持固定するコレットチャック１１および１３は、径を同一とすることが好ましい。芯金軸５の両端部の軸面をコレットチャックで把持固定することにより芯金軸５を長手方向に押さえ込む力が不要となり、このような力を作用させることによる芯金軸５の撓みに起因するゴムロールの回転振れが発生することがない。また芯金軸の両端部の軸面をコレットチャックで把持固定するメリットとして、芯金軸５の端面にセンター穴を設ける必要はなくなり、また芯金軸端部のＣ面の加工もバリを取る程度で精度を要求されなくなり、芯金軸５の加工費を下げることとなり、ひいてはゴムロール４の加工費を抑えることに繋がる。

本発明の研削方法においてはゴムロール４の芯金軸５の両端部を把持固定する方法としてコレットチャックを採用することによりゴムロールを把持固定する機構の剛性を向上させることができるので、砥石６の押し当てによるゴムロール４の撓みを減少させ、同じ研削条件のもとにおいて従来技術におけるよりもゴムロール４の弾性層の研削量が大幅に増加し、従来技術においては不可能であった砥石６の押し当て速度の大きい条件のもとにおいてもゴムロールの弾性層外周面を研削することができるようになった。また短い研削加工時間で表面性が非常に優れた弾性層を有するゴムロール４を得ることが可能となった。

以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

（実施例１）
〔ゴムロールの製造方法〕
エピクロロヒドリンゴムに対し、可塑剤１０ｐｈｒ、カーボンブラック５ｐｈｒ、炭酸カルシウム３０ｐｈｒ、硫黄２ｐｈｒ、メルカプトベンゾチアゾール１ｐｈｒを配合したゴム材料を密閉型混練機およびロール型混練機を用いて混練を行って未加硫のゴム組成物を得た。
一軸クロスヘッド押出機にて、軸径φ６．０ｍｍ、全長２５０ｍｍの芯金軸の両端部を除いた外周上に上記未加硫のゴム組成物層を設けロール形状にし、さらに２００℃で２０分間熱風炉で加熱して加硫を行って芯金軸外周上に弾性層を形成しゴムロールを得た。このゴムロールは、弾性層の外径φ１３．５ｍｍ、弾性層の長さ２３０ｍｍ、芯金軸の突出量は左右とも１０ｍｍであった。

〔ゴムロールの弾性層の研削条件〕
ゴムロールの芯金軸の左側端部の軸面５ｍｍ幅を主軸側コレットチャックで把持固定し、芯金軸の右側端部の軸面５ｍｍ幅をテール側コレットチャックで把持固定して、主軸側コレットチャックの回転フランジを回転駆動させて上記ゴムロールの弾性層を研削した。砥石は、弾性層の長さよりも幅広の砥石を用い、プランジ研削方式で研削した。ゴムロールの回転数を３００ｒｐｍに、砥石の回転数を２８００ｒｐｍとし、研削時間３０秒で研削し研削ゴムロールを得た。研削ゴムロールの仕上げ外径はφ１２．０ｍｍとした。

上記研削ゴムロールの弾性層の表面粗さ（Ｒｚ）を後述する方法で測定した。上記研削ゴムロールの弾性層の表面粗さ（Ｒｚ）は中央部で最も大きく４．６０μｍであった。研削加工時に主軸側コレットチャック側であったゴムロールの端部から３０ｍｍの位置の表面粗さ（Ｒｚ）は３．２１μｍ、また、研削加工時にテール側コレットチャック側であったゴムロールの端部から３０ｍｍの位置の表面粗さ（Ｒｚ）は３．３１μｍであった。弾性層の長手方向の表面粗さのムラは、上記の３ポイントの最大である中央部の表面粗さと最小である主軸側コレットチャック側３０ｍｍの位置の表面粗さとの差で１．３９μｍであった。

〔ゴムロールの弾性層の表面粗さの測定〕
研削ゴムロールの弾性層の表面粗さ（１０点平均粗さ（Ｒｚ））をＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づき測定した。測定は、株式会社小坂研究所製の表面粗さ測定機（サーフコーダＳＥ３５００；商品名）を用いて行った。

（比較例１）
芯金軸の右側端部のＣ面をテール側逆センター軸で押さえ込んだ以外は実施例１と同様にして研削ゴムロールを得、得られた研削ゴムロールの弾性層の表面粗さ（Ｒｚ）を実施例１と同様にして測定した。

比較例１の研削ゴムロールでは、ゴムロールの弾性層の表面粗さ（Ｒｚ）は中央部で最も大きく１０．２５μｍであった。次いで研削加工時にテール側コレットチャック側であったゴムロールの端部から３０ｍｍの位置が大きく、表面粗さ（Ｒｚ）は６．７３μｍであり、研削加工時に主軸側コレットチャック側であったゴムロールの端部から３０ｍｍの位置が最も小さく表面粗さ（Ｒｚ）は３．２６μｍであった。また、弾性層の長手方向の表面粗さ（Ｒｚ）のムラは上記の３ポイントの最大である中央部の表面粗さと最小である主軸側コレットチャック側３０ｍｍの位置の表面粗さとの差で６．９９μｍであった。

本発明のゴムロールの研削方法は、芯金軸の外周面上に弾性層を設けたゴムロール（特に、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に用いられる帯電ロール、現像ロール、その他の各種ロール）の弾性層の研削に好適に用いることができる。

従来のゴムロールの研削方法におけるゴムロールの把持固定方法を説明するための図である。 本発明の研削方法におけるゴムロールの把持固定方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 主軸側コレットチャック
２ 回転フランジ
３ テール側逆センター軸
４ ゴムロール
５ 芯金軸
６ 砥石
１１ 主軸側コレットチャック
１２ 回転フランジ
１３ テール側コレットチャック
１４ テール側回転フランジ

Claims (3)

1. 両端部を除く芯金軸外周上に弾性層を設けたゴムロールの弾性層外周面を研削するゴムロールの研削方法において、該芯金軸の一方の端部の軸面を主軸側コレットチャックで把持固定し、他方の端部の軸面をテール側コレットチャックで把持固定し、該主軸側コレットチャックを回転駆動して該ゴムロールを回転させ、回転させた砥石を接触させることによって該弾性層外周面を研削することを特徴とするゴムロールの研削方法。
2. 前記テール側コレットチャックが、２段階動作で該芯金軸の端部の掴み量を大きくするものであることを特徴とする請求項１記載のゴムロールの研削方法。
3. 請求項１または２記載の研削方法によって研削して得られるゴムロール。

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