JP2007030199A - ゴムローラの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押出し後におけるゴムローラ両端部の未加硫ゴムの収縮を最小限に抑えるゴムローラの製造方法を提供する。
【解決手段】クロスヘッドダイを取り付けた押出機を用いて軸体に直接、未加硫ゴム組成物を押出してゴムローラの被覆層を形成するゴムローラの製造方法において、該被覆層が形成された該ゴムローラの両端部を把持治具で把持して該ゴムローラを切断する際、該ゴムローラを回転させることにより、該押出された未加硫ゴム組成物の一部を該軸体尖端部に覆い被せることを特徴とするゴムローラの製造方法である。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真複写機やプリンタ等のＯＡ機器に使用される各種導電性ゴムローラにおいて、クロスヘッドダイを取り付けた押出機を用いて未加硫ゴム組成物を押出すと同時に、連続的に軸体を供給し、該軸体に未加硫ゴム組成物を直接被覆し、加硫缶や熱風炉等で加硫させて形成されるゴムローラの製造方法及び製造装置に関するものである。

従来ゴムローラの製造方法としては、未加硫のゴム組成物を押出機を用いてチューブ状に押出し、所定の長さに切断後、加硫缶や電気炉等を用いて加熱して加硫ゴムチューブを作製する。しかる後、接着剤を塗布した軸体を該加硫ゴムチューブに挿入し、さらに電気炉等で加熱して該加硫ゴムチューブと該軸体を接着する方法が知られている。

また、クロスヘッドダイを取り付けた押出機に接着剤を塗布した軸体を通して該軸体に直接未加硫ゴム組成物を被覆し、ゴムローラの押出方向後端部近傍の未加硫ゴム組成物を切断刃で切断し、加硫缶又は電気炉等で加熱して加硫させるゴムローラの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３９４５２号公報（第３頁）

しかしながら、該公報に記載される方法では、押出し後のゴム収縮によりゴムローラ両端部のゴムが軸体より剥離し、端部がラッパ状に開いてしまう。このことは、生産工程でのハンドリングに支障を生じ、大きく生産性を低下させ、特にゴムの収縮率が大きいと、このラッパ状の剥離がゴムローラの画像領域まで達してしまい、画像不良の原因となる。

具体的には、クロスヘッドダイを取り付けた押出機では、軸体をローラ等で押出方向に押しながら未加硫ゴム組成物を該軸体に被覆するため、未加硫ゴム組成物は軸体に引っ張られる形となり、引張りの応力が残留する。ゴムローラを所定長さで切断する際、該公報に記載されるように未加硫ゴム組成物を切断刃により切断すると、この残留した引張り応力が一気に開放されるため、未加硫ゴム組成物はいっきに収縮し、両端部の未加硫ゴム組成物は軸体から剥離し、ラッパ形状をなす。

従って、本発明は、クロスヘッドダイを取り付けたゴム押出機を用いて未加硫ゴムローラを作成する際に、未加硫ゴム組成物の収縮を抑え、軸体からの剥離を最小限に抑えることができるゴムローラの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、クロスヘッドダイを取り付けた押出機を用いて軸体に直接、未加硫ゴム組成物を押出してゴムローラの被覆層を形成するゴムローラの製造方法において、該被覆層が形成された該ゴムローラの両端部を把持治具で把持して該ゴムローラを切断する際、該ゴムローラを回転させることにより、該押出された未加硫ゴム組成物の一部を該軸体尖端部に覆い被せることを特徴とするゴムローラの製造方法である。

また、本発明は、該軸体尖端部に該未加硫ゴム組成物の一部を覆い被せるために、該ゴムローラの押出方向先端部を把持治具（Ａ）により把持する工程、該ゴムローラの押出方向後端部を把持治具（Ｂ）により把持する工程、該把持治具（Ａ）及び（Ｂ）の少なくとも一方を回転する工程、該把持治具（Ａ）及び（Ｂ）を押出方向に移動し該ゴムローラの押出方向後端部を切除する工程を含むことを特徴とする上記ゴムローラの製造方法である。

また、本発明は、該ゴムローラの回転速度が１０〜１８０ｒｐｍであることを特徴とする上記ゴムローラの製造方法である。

また、本発明は、クロスヘッドダイを取り付けた押出機を用いて軸体に直接、未加硫ゴム組成物を押出してゴムローラの被覆層を形成するゴムローラの製造装置において、該被覆層が形成された該ゴムローラの両端部を把持して回転させる把持治具であって、該押出された未加硫ゴム組成物の一部を該軸体尖端部に覆い被せるための、該ゴムローラを回転させながら該ゴムローラを切断する把持治具を有することを特徴とするゴムローラの製造装置である。

また、本発明は、該軸体尖端部に該未加硫ゴム組成物の一部を覆い被せるために、該ゴムローラの押出方向先端部を把持する把持治具（Ａ）、該ゴムローラの押出方向後端部を把持する把持治具（Ｂ）であって該ゴムローラの押出方向後端部を切除する把持治具（Ｂ）、該切除の前に該把持治具（Ａ）及び（Ｂ）の少なくとも一方を回転駆動する機構、回転している把持治具（Ａ）及び（Ｂ）を押出方向に移動する機構、該切断の後に該ゴムローラを取り出す機構、該ゴムローラを取り出した後に該把持治具を該切断前の位置に戻す機構を有することを特徴とする上記ゴムローラの製造装置である。

また、本発明は、該ゴムローラの回転速度が１０〜１８０ｒｐｍであることを特徴とする上記ゴムローラの製造装置である。

本発明のゴムローラの製造方法及び製造装置によれば、ゴムローラを切断する際、該押出ゴムを回転させることにより未加硫ゴム組成物が少しずつ回転方向に伸ばされ自然に切れ、且つ押出された未加硫ゴム組成物の一部を軸体尖端部に覆い被せることによりアンカー効果となって未加硫ゴム組成物の収縮を抑え、軸体からの剥離を最小限に抑えることができる。

本発明で使用される未加硫ゴム組成物は複合材料であり、ゴム系ポリマーに各種添加剤が混合された物である。ゴム系ポリマーとしては複数のゴム系ポリマーを使用してもよい。また、未加硫とは加硫前のものを意味しており後工程で加硫される。ゴムローラ等は加硫させて使用する場合が殆どであるため、加硫助剤、加硫促進剤、加硫剤などが添加剤として混合される。

このような未加硫ゴム組成物に使用されるゴム系ポリマーは特に限定されないが、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、エピクロルヒドリン系ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ミラブル型ウレタンゴム（Ｕ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、クロルプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）等が挙げられる。これらを単独又は２種以上を混合して用いる。

また、未加硫ゴム組成物には、一般に使用される補強剤、充填剤、軟化剤、加硫助剤、加硫促進剤、加硫剤、導電剤、発泡剤、発泡助剤、老化防止剤、加工助剤等の各種ゴム用資材を使用することができる。これらの資材は、必要に応じて適宜配合すればよく、補強剤としては各種ゴム用カーボンブラックやシリカ等が挙げられ、充填剤としては、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、タルク、クレイ等が挙げられる。軟化剤としては、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、アロマ系オイル等の鉱物油や極性ゴム用の各種可塑剤等が挙げられる。加硫助剤としては、酸化亜鉛、ステアリン酸、オレイン酸等が挙げられ、加硫促進剤としては、各種チアゾール系促進剤やチウラム系促進剤、ジチオカルバミン酸塩系促進剤、スルフェンアミド系促進剤、グアニジン系促進剤、チオウレア系促進剤等が挙げられる。また、加硫剤としては、硫黄、４，４’−ジチオジムルホリン、テトラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＴＤ）、等のサルファードナーや各種パーオキサイド類等が挙げられる。導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボンブラックや第４級アンモニウム塩等のイオン導電剤等が挙げられる。また、発泡剤としては、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ｐ，ｐ’−オキシビス（ベンゼルスルホニルヒドラジド）（ＯＢＳＨ）等が挙げられる。

図１に示すように、これらゴム系ポリマーに各種添加剤が混合された未加硫ゴム組成物５を押出機１１で押出し、連続的にクロスヘッドダイ１２を通過してきた軸体４に未加硫ゴム組成物を被覆し、押出されたゴムローラの押出方向先端部を把持治具（Ａ）１で把持し、所定長さを押出した後、ゴムローラの押出方向後端部を把持治具（Ｂ）２により把持する。ゴムローラ両端部を把持した後、把持治具（Ａ）又は把持治具（Ｂ）の少なくとも一方を回転させてゴムローラを所定長さに切断する。この時、好ましくは把持治具（Ａ）及び把持治具（Ｂ）を押出速度に合わせて、押出方向に移動させるとよい。

また、把持治具（Ａ）又は把持治具（Ｂ）のいずれか一方を回転させる際は、もう一方の把持治具は、把持治具全体又はその一部がゴムローラの回転に合わせて従動して回転する機構を有することが望ましく、把持治具の従動回転機構としては、例えば把持治具のゴムローラ把持部にカムフォロア２ｂ（図２参照）などの回転機構を有する部材を用いることができる。

また、把持治具（Ａ）又は把持治具（Ｂ）のいずれか一方を回転させる際は、もう一方の把持治具は、回転後にゴムローラを把持してもよいが、この時、従動側の把持治具は、回転時にゴムローラの端部が振れないようにゴムローラとの隙間はできるだけ小さい方がよく、隙間は押出しゴムの外径にもよるが好ましくは２ｍｍ以下である。

この時、ゴムローラの回転速度は、回転速度が遅いと押出速度に追随できず、回転速度が速いとゴムローラが大きく振れたり、ゴムの収縮率が大きくなったりするため１０〜１８０ｒｐｍの範囲で調整することが好ましい。また、ゴムローラを回転させる回数は、ゴムが切断できればよいが、ゴム材料のバラツキや押出速度との関係より１回転以上３回転以下が好ましい。

また、把持治具（Ａ）及び把持治具（Ｂ）を押出速度に合わせて、押出方向に移動させるには、例えばストロークスイッチを有するエアシリンダ６（図２参照）や速度制御を有するサーボコントロールモータやリニアモータを用いる。

また、ゴムローラを取り出すには、例えば非画像領域を把持するフィンガーやマグネットが埋め込まれたゴムローラよりわずかに大きなＲ溝を有する治具を用いる。

（実施例１）
本発明のゴムローラの製造方法を電子写真用帯電ローラの製造に適用した実施例を、図面を参照して説明する。図１に示すように、三葉製作所製φ７０ｍｍゴム用押出機１１にクロスヘッドダイ１２を取り付け、未加硫ゴム組成物５を押出し、樹脂製の軸体供給ローラ１３により軸体４を連続的に供給し、軸体４に直接未加硫ゴム組成物５を被覆した。

押出されたゴムローラは、押出方向先端部の少なくとも非画像領域をサーボコントロールモータ３に取り付けられた回転可能な把持治具（Ａ）１により把持し、押出速度に合わせて把持治具（Ａ）を移動させ、所定長さを押出した後、ゴムローラの押出方向後端部の少なくとも非画像領域をゴムローラ把持部に回転可能なカムフォロア２ｂ［図３（押出方向先端部の把持治具（Ａ）の詳細図）参照］が取り付けられた把持治具（Ｂ）２により把持し、把持した後回転速度３０ｒｐｍで１回転させた。図３中、２ａはクランプシリンダである。なお、図２に示すように、押出速度に合わせて把持治具（Ａ）を移動させるには、把持治具（Ａ）に取り付けられたφ１６ｍｍエアシリンダ６に０．０３ＭＰａ程度のエアを供給し把持治具（Ａ）に押出方向とは反対方向に約４．９Ｎの力（５００ｇの荷重）を与えつつゴムローラの押し出し力により移動させた。図２中、７は把持治具ガイドシャフト、８は切断長調整シャフトである。ゴムローラを１回転させた後、エアシリンダにより把持治具（Ａ）を押出速度より速い速度で押出方向に動かし、その後マグネットが組み込まれたゴムローラ外径よりわずかに大きなＲ形状の溝を有する治具を用いてゴムローラを取り出した。ゴムローラを１回転させたが、未加硫ゴム組成物の切断が十分ではなく、ゴムローラを押出方向に素早く動かしたとき、周方向の一部において未加硫ゴム組成物５が引き伸ばされるのが観察された。

また、押出しに用いた帯電ゴムローラは、押出外径をφ１２ｍｍとし、軸体４はφ６ｍｍ×長さ２５０ｍｍで材質は快削鋼ＳＵＭ２４Ｌである。また、未加硫ゴム組成物５は、ゴム系ポリマーにエピクロルヒドリン系ゴムを用い、補強剤としてカーボンブラック、加硫剤として硫黄、加硫促進剤としてチアゾール系促進剤やチウラム系促進剤、導電剤として第４級アンモニウム塩イオン導電剤などが適宜配合されている。

このようにして製造された未加硫ゴムローラの両端部を観察したところ、押出方向先端部では、軸体４の尖端部に未加硫ゴム組成物５が覆い被さり、外径が大きくなるラッパ形状は観察されなかった。後端部側では、一部で軸体４と未加硫ゴム組成物５との剥離が認められたものの、ゴムローラ端部のゴムがラッパ状に広がる領域ｌ（図６参照）は、端部より３ｍｍ程度と加硫後に突切り除去される部位１０ｍｍ以内に収まっており、品質上は問題がなかった。

（実施例２）
実施例１と同じ装置を用いて押出し、ゴムローラの回転速度を９０ｒｐｍ、回転回数を３回転に設定した。実施例１と同様にゴムローラを３回転させた後、押出方向へ素早く動かしゴムローラを取り出した。この時、ゴムローラは３回転させた時点で、未加硫ゴム組成物５は切断されていた。

実施例１と同様に未加硫ゴムローラの後端部側の形状を観察したところ、両端部とも軸体４尖端部に押出された未加硫ゴム組成物５が覆い被さっており、外径が大きくなるラッパ形状は観察されなかった（図７参照）。

（実施例３）
実施例１と同じ装置を用いて押出し、ゴムローラの回転速度を１８０ｒｐｍ、回転回数を４回転に設定し、回転させた後、押出方向へ素早く動かしゴムローラを取り出した。この時、ゴムローラは実施例２と同様に４回転させた時点で、未加硫ゴム組成物５は切断されていた。実施例１と同様に未加硫ゴムローラの後端部側の形状を観察したところ、両端部とも軸体４尖端部に押出された未加硫ゴム組成物５が覆い被さっており、外径が大きくなるラッパ形状は観察されなかったものの、把持治具（Ａ）１により把持された未加硫ゴム組成物５の押出方向先端部の非画像領域にわずかなねじれが生じていた。しかし、ねじれた領域は、加硫後に突切り除去される部位１０ｍｍに収まっており、品質上問題は無かった。

（比較例１）
実施例と同じ装置構成である三葉製作所製φ７０ｍｍゴム用押出機１１にクロスヘッドダイ１２を取り付け、樹脂製の軸体供給ローラ１３により軸体４を連続的に供給する装置を用いた（図１参照）。ただし、本比較例では、未加硫ゴム組成物５を切断刃１０（図４参照）により切断した。

図４に示すように、押出されたゴムローラは、押出方向先端部の非画像領域を押出しゴム外径よりわずかに小さいＲ形状を有する爪が取り付けられた押出方向先端部の把持治具（Ｃ）９で把持し、押出速度に合わせて把持治具（Ｃ）９を押出方向に移動させ、所定長さを押出した後、ゴムローラの押出方向後端部の少なくとも非画像領域を軸体４よりわずかに大きなＲ形状の逃がしが付いた切断刃（Ｄ）１０によりゴムローラ後端部を切断し、切断後はエアシリンダ６により把持治具（Ｃ）９を押出速度より速い速度で押出方向に動かし、その後マグネットが組み込まれたゴムローラ外径よりわずかに大きなＲ形状の溝を有する治具を用いてゴムローラを取り出した。図４中、７は把持治具ガイドシャフト、８は切断長調整シャフト、９ａはクランプシリンダであり、図４および図５（切断刃（Ｄ）の詳細図）中、１０ａは切断シリンダである。なお、押出速度に合わせて把持治具（Ｃ）９を移動させる方法は、実施例１と同様に把持治具（Ｃ）９に取り付けられたφ１６のエアシリンダ６に０．０３ＭＰａ程度のエアを供給し把持治具（Ｃ）９に押出方向とは反対方向に約４．９Ｎの力（５００ｇの荷重）を与えつつゴムローラの押し出し力により移動させた。

こうして製造された未加硫ゴムローラの両端部を観察したところ、ゴムローラ両端部共に軸体４から未加硫ゴム組成物５が剥離し、外径が大きくなるラッパ形状が観察された。この外径が大きくなっている領域は、軸体４端部より１２ｍｍに渡り、加硫後に突切り除去される部位１０ｍｍには収まらず画像領域まで達しており、品質上不適である（図８参照）。

実施例で使用されたゴムローラの製造装置の概略図である。 実施例で使用されたゴムローラの把持部の詳細図である。 実施例で使用された押出方向先端部の把持治具（Ａ）の詳細図である。 比較例で使用されたゴムローラの切断部の詳細図である。 比較例で使用された切断刃（Ｄ）の詳細図である。 実施例１で製造された未加硫ゴムローラの端部形状を示す図である。 実施例２で製造された未加硫ゴムローラの端部形状を示す図である。 比較例１で製造された未加硫ゴムローラの端部形状を示す図である。

符号の説明

１．押出方向先端の把持治具（Ａ）
２．押出方向後端の把持治具（Ｂ）
２ａ．把持治具（Ｂ）クランプシリンダ
２ｂ．把持治具（Ｂ）把持部カムフォロア
３．把持治具（Ａ）回転用サーボコントロールモータ
４．軸体
５．未加硫ゴム組成物
６．把持治具移動用エアシリンダ
７．把持治具ガイドシャフト
８．切断長調整シャフト
９．押出方向先端の把持治具（Ｃ）
９ａ．把持治具（Ｃ）クランプシリンダ
１０．切断刃
１０ａ．切断シリンダ
１１．φ７０ｍｍゴム用押出機
１２．クロスヘッドダイ
１３．軸体供給ローラ

Claims (6)

1. クロスヘッドダイを取り付けた押出機を用いて軸体に直接、未加硫ゴム組成物を押出してゴムローラの被覆層を形成するゴムローラの製造方法において、該被覆層が形成された該ゴムローラの両端部を把持治具で把持して該ゴムローラを切断する際、該ゴムローラを回転させることにより、該押出された未加硫ゴム組成物の一部を該軸体尖端部に覆い被せることを特徴とするゴムローラの製造方法。
2. 該軸体尖端部に該未加硫ゴム組成物の一部を覆い被せるために、該ゴムローラの押出方向先端部を把持治具（Ａ）により把持する工程、該ゴムローラの押出方向後端部を把持治具（Ｂ）により把持する工程、該把持治具（Ａ）及び（Ｂ）の少なくとも一方を回転する工程、該把持治具（Ａ）及び（Ｂ）を押出方向に移動し該ゴムローラの押出方向後端部を切除する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のゴムローラの製造方法。
3. 該ゴムローラの回転速度が１０〜１８０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムローラの製造方法。
4. クロスヘッドダイを取り付けた押出機を用いて軸体に直接、未加硫ゴム組成物を押出してゴムローラの被覆層を形成するゴムローラの製造装置において、該被覆層が形成された該ゴムローラの両端部を把持して回転させる把持治具であって、該押出された未加硫ゴム組成物の一部を該軸体尖端部に覆い被せるための、該ゴムローラを回転させながら該ゴムローラを切断する把持治具を有することを特徴とするゴムローラの製造装置。
5. 該軸体尖端部に該未加硫ゴム組成物の一部を覆い被せるために、該ゴムローラの押出方向先端部を把持する把持治具（Ａ）、該ゴムローラの押出方向後端部を把持する把持治具（Ｂ）であって該ゴムローラの押出方向後端部を切除する把持治具（Ｂ）、該切除の前に該把持治具（Ａ）及び（Ｂ）の少なくとも一方を回転駆動する機構、回転している把持治具（Ａ）及び（Ｂ）を押出方向に移動する機構、該切断の後に該ゴムローラを取り出す機構、該ゴムローラを取り出した後に該把持治具を該切断前の位置に戻す機構を有することを特徴とする請求項４に記載のゴムローラの製造装置。
6. 該ゴムローラの回転速度が１０〜１８０ｒｐｍであることを特徴とする請求項４又は５に記載のゴムローラの製造装置。