JP2007054917A - ゴムロールの製造方法及びゴムロール - Google Patents

Abstract

【課題】 ゴムロール両側の芯金軸の一方の軸面を把持固定して回転駆動させる際の回転振れの初期精度を高め、精度低下を抑制しながらゴムロールを研削することで、研削後のゴムロールの外径振れ寸法を長期間に亘り高精度に維持するゴムロールの製造方法及びゴムロールを提供すること。
【解決手段】 芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面を該ゴムロールの左右に突出している該芯金軸の一方の軸面を把持固定して回転駆動させ、他方を従動回転させる手段を有し、該ゴムロールを回転させた状態にして砥石を接触させて研削するゴムロールの製造方法において、
該芯金軸を把持固定するチャック爪が６分割以上、１６分割以下であり、該チャック爪の開閉動作がダイヤフラムの押し撓みの変形による力を利用するダイヤフラム式チャックで該芯金軸を把持固定するゴムロールの製造方法及び該製造方法によって作製されたゴムロール。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、レーザービームプリンタ及び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等のゴムロールを製造する研削工程において、長期間に亘って外径振れ寸法が高精度なゴムロールを得ることを可能にするゴムロールの製造方法及び該製造方法で作製された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は特に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径振れが大きいと、帯電ロールが一回転する中で感光ドラムに当接する幅（ニップ幅という）のばらつきが大きくなり、その結果、帯電ロールが一回転する中で感光ドラムを帯電させる量のムラ（周ムラ）が大きくなって、プリントした画像上に帯電ロールの回転ピッチで濃淡ムラの画像不良を発生させてしまう。一般的なモノクロのＬＢＰ（レーザービームプリンタ）に用いられる帯電ロールは、外径振れ寸法が０．１ｍｍを超えると上記の画像不良が発生し易くなるのに対して、カラーのＬＢＰに用いられる帯電ロールは外径振れが０．０５０ｍｍを超えてしまうと画像不良が発生し易くなるため、特に外径振れ寸法の高精度化が必要とされる。

従来、ゴムロールを製造する技術の一つに研削加工がある。研削加工とはゴムロールを回転させた状態にし、そこに高速に回転した砥石を接触させてゴムロールの外周面を所定の形状・寸法に仕上げるものである。ゴムロールの研削装置には、３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の幅の狭いタイプの砥石でゴムロール表面を左右にトラバースさせて研削させる機構のものと、ゴムロールの全長よりも幅の広いタイプの砥石でゴムロール表面に押し当てて（プランジさせて）一括で研削する機構のものがある。後者の幅広砥石プランジ研削の方が単位時間当たりの砥石とゴムロールの接触加工時間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。そのため、最近では特に電子写真装置に用いられるゴムロールの研削加工には、幅広砥石プランジ研削の機械が一般的に使用される傾向にある。

研削加工後のゴムロールの外径振れ寸法の精度は、砥石の幅や形状に関わらず、ゴムロールをセットする機構での左右に突出している芯金軸を支持して回転させる精度による影響が大きいことが判明している。ゴムロールの振れを大きく回転させながら砥石を接触させて研削加工を行った場合に研削後のゴムロールの外径振れ寸法は大きく、逆にゴムロールの回転振れを小さくしながら研削加工した場合には研削後のゴムロールの外径振れ寸法は非常に小さくなる傾向がある。従来のゴムロールの研削装置のゴムロールをセットする機構としては、ゴムロールの左右両側から突出している芯金軸を回転センターで圧接狭持させる機構（例えば、特許文献１参照）の他にも、芯金軸の片方の軸面をコレットチャックで把持固定してもう一方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、幅広タイプ砥石でプランジ研削する場合では先に述べたように研削抵抗が非常に大きくなるため、砥石を押し当てる速度を上げていくと、研削時に砥石がゴムロールを研削する力よりも砥石がゴムロールを押し込んでいく力の方が強くなる。この場合、芯金軸の左右両側を回転センターで圧接狭持する機構では剛性が低過ぎてゴムロール全域で砥石と反対側に押し撓まされ、短時間での研削加工という効果が充分に発揮されない。

また、芯金軸の片方をコレットチャックで把持固定し、もう一方を回転センターで押さえ込む機構では、連続生産中にコレットチャックとスリーブのテーパ面同士に摺動キズが発生し、そのキズからの金属粉や研削ゴム粉がテーパ面同士の間に挟まることによってコレットチャックの把持精度は大幅に悪化し、研磨後のゴムロールの外径振れ寸法は大きくなってしまう。こうなるとコレットチャックを一旦、スリーブから取り外してテーパ面の清掃メンテを行わねばならない。更にキズがひどくなると、コレットチャックやスリーブ自体の交換が必要となってしまう。把持精度の高精度化を求めるほどコレットチャックのテーパ面の定期清掃頻度は増え、コレットチャックやスリーブの交換サイクルも短くなってしまい、大きな課題となっていた。
特開平１１−９９４５１号公報

そこで、本発明は前記のような課題を解決するための手段として考え出されたもので、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの左右両側に突出している芯金軸の一方の軸面を把持固定して回転駆動させる際の回転振れの初期精度を高め、且つ、精度低下を抑制しながらゴムロールを研削することで、研削後のゴムロールの外径振れ寸法を長期間に亘り高精度に維持するゴムロールの製造方法及び該製造方法により作製されたゴムロールを提供する。

本発明に従って、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面を該ゴムロールの左右に突出している該芯金軸の一方の軸面を把持固定して回転駆動させ、他方を従動回転させる手段を有し、該ゴムロールを回転させた状態にして砥石を接触させて研削するゴムロールの製造方法において、
該芯金軸を把持固定するチャック爪が６分割以上、１６分割以下であり、該チャック爪の開閉動作がダイヤフラムの押し撓みの変形による力を利用するダイヤフラム式チャックで該芯金軸を把持固定することを特徴とするゴムロールの製造方法が提供される。

また、本発明に従って、電子写真装置に用いられるゴムロールであって、上記ゴムロールの製造方法によって作製されたものであることを特徴とするゴムロールが提供される。

本発明によれば、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールから突出している芯金軸の一方の軸面をダイヤフラム式チャックで把持固定してゴムロールを回転駆動させることで、把持精度を非常に高いままで維持することができ、ゴムロールの回転振れが非常に小さいまま維持されるため、研削後の外径振れ寸法が非常に高精度なゴムロールを長期間に亘り得ることが可能になる。

本発明のゴムロールの製造方法は、特にヒドリンゴム、シリコーンゴム及びウレタンゴム等のソリッドタイプのゴムロールを研削する際に前記した効果が大きく得られる。

本発明の実施の形態を図面を参照にしながら説明する。

図２は従来のゴムロールの製造方法において、ゴムロールを研削する際のゴムロールをセットする機構の説明図である。ゴムロール４の芯金軸５の左側軸面を研削装置のヘッドストック側コレットチャック１でクランプさせる。一方で、芯金軸５の右側端部のバリ除去するために端部の角になる部分を斜めに落とした面のＣ面をテールストック側逆センター３で押さえ込んでいる。芯金軸５の端面にセンター穴を設けている場合では逆センターの代わりにセンター形状で押さえ込む場合もある。この状態でヘッドストック側コレットチャック１を取り付けているヘッドストック側回転フランジ２は、ヘッドスットク側モーター７により回転駆動させられ、テールストック側逆センター３は従動回転することによりゴムロール４を所定の回転数で回転させた状態にする。このゴムロール４を回転させた状態にゴムロール４の全長よりも幅が広い砥石６をモーター（不図示）により高速回転させてゴムロール４に押し当てることで研削加工が行われる。

コレットチャック１が芯金軸５を把持固定する機構を説明する。コレットチャック１は、ヘッドストック台８とヘッドストック側回転フランジ２の中を貫通しているドローバー（不図示）と接続され、ドローバーを引くとコレットチャック１はヘッドストック側回転フランジ２の内側のスリーブ（不図示）内に引き込まれ、コレットチャック１のテーパ面とスリーブのテーパ面が合わさり、コレットチャック１には円周方向に等間隔に分割するスリットが入っているため（一般的には３分割が多い）、芯金挿入孔の径が締まり芯金軸５の外周軸面を把持固定する。

図１は本発明のゴムロールの製造方法において、ゴムロールを研削する際のゴムロールをセットする機構の説明図である。ゴムロール４の芯金軸５の左側軸面を研削装置のヘッドストック側ダイヤフラム式チャック１３のチャック爪１２でクランプさせる。一方で、芯金軸５の右側端部のＣ面をテールストック側逆センター３で押さえ込んでいる。芯金軸５の端面にセンター穴を設けている場合では逆センターの代わりにセンター形状で押さえ込む場合もある。この状態でヘッドストック側ダイヤフラム式チャック１３を取付けているチャックアダプター１０は、ヘッドスットク側モーター７により回転駆動させられ、テールストック側逆センター３は従動回転することによりゴムロール４を所定の回転数で回転させた状態にする。このゴムロール４を回転させた状態にゴムロール４の全長よりも幅が広い砥石６をモーター（不図示）により高速回転させてゴムロール４に押し当てることで研削加工が行われる。

ダイヤフラム式チャック１３が芯金軸５を把持固定する機構を説明する。ダイヤフラム式チャック１３は、ヌース１１の先にチャック爪１２を取付けている状態でチャックアダプター１０に取付ける。チャック爪１２はヌース１１に取付ける根元付近まで複数のスリットが入って６分割以上されて、好ましくは６分割〜８分割され、ヌース１１に互いに等間隔で円をなすように配向されて取付けている。ヘッドストック台８とチャックアダプター１０の中にはエアフィードチューブ（不図示）が貫通されており、エアフィードチューブ内に圧送エアを送り込み、エア圧の力によりヌース１１の中のダイヤフラム（不図示）の中央部を押圧して撓み変形させることによってチャック爪１２を開閉させて芯金軸５の外周軸面を把持固定する。また、ダイヤフラムにピストンを接合してダイヤフラムの中央部をピストンで押圧して撓み変形させることによってチャック爪１２を開閉させる場合もある。

通常、チャック爪の芯金軸を把持固定する部分の形状は、芯金軸径の円弧よりも僅かに緩やかな円弧として、チャック爪の中央部で芯金軸を把持する力を正確に伝えられるようになっている。本発明のゴムロールの製造方法では、芯金軸の軸面を把持固定するダイヤフラム式チャックのチャック爪は６分割以上、好ましくは６分割〜８分割と多くなっているため、チャック爪が芯金軸面とより多い接点で均等に力を加えることになり、芯金軸面を把持固定する精度はより高いものとなる。分割数の上限としては１６分割であり、これを超過すると分割数が多過ぎて、個々のチャック爪の強度や耐久性の面での不都合が生じる。ダイヤフラム式チャックの把持精度の初期精度はコレットチャックよりも優れているため、芯金軸を把持固定して回転させる振れの精度が非常に高い。

本発明のゴムロールの製造方法では、芯金軸を把持固定するダイヤフラム式チャックのチャック爪の中心部にエアを放出するための放出孔を設けており、チャックアダプターとヌースの中を通した配管からエアが圧送され、放出孔より芯金軸の挿入孔の内側から芯金軸の把持部に向けて圧送エアを放出する機構となっている。これにより研削時に発生する研削ゴム粉がチャック爪と芯金軸の間に入って把持精度を悪化させることを防止している。また、ダイヤフラム式チャックはコレットチャックのようにテーパ面の合わせを使用しないことから、テーパ面のキズの発生や異物の入り込み等のテーパ面合わせを使用することでの異常による把持精度の悪化は発生しない。

通常、ダイヤフラム式チャックの把持力はシリンダーのエア圧を一定とした場合、チャック爪の長さとダイヤフラムの径の大きさによって決定される。チャック爪の長さは芯金軸端部の形状によって制約されてしまうことが多いことから、本発明のゴムロールの製造方法では、ダイヤフラム式チャックの把持力を適正に保つため、ダイヤフラム式チャックのダイヤフラムの径の大きさを把持する芯金軸の外径の６倍〜１８倍であることで適切な把持力となる。

本発明のゴムロールの製造方法では、ゴムロールの芯金軸の軸面をダイヤフラム式チャックで把持固定して回転させることで、研磨後のゴムロールの外径振れ寸法は非常に高精度になり、且つ、長期間に亘って高精度のゴムロールが安定して得られる。また、ダイヤフラム式チャックは把持精度が悪化しないことから、連続研磨の途中に研磨機を止めてチャックを分解して清掃メンテ作業を行う手間も無くなり、研磨機の稼働率も大幅に向上する。更に、チャック部品の交換も不要になるメリットがある。

以下に、本発明のゴムロールの製造方法を具体的な例を挙げて説明する。

〔研削前のゴムロールの製造方法〕
エピクロロヒドリンゴム１００質量部、可塑剤１０質量部、カーボンブラック５質量部、炭酸カルシウム３０質量部、硫黄２質量部、メルカプトベンゾチアゾール１質量部を配合したゴム材料を密閉型混練機及びロール機を用いて混練を行って未加硫のゴム組成物を得た。

上記未加硫のゴム組成物を押出し機で押出し加工すると同時に連続的に芯金軸を押出し機のクロスヘッドダイに通過させて、芯金軸の外周上に未加硫のゴム組成物を配置させてロール形状にした後に、２００℃で２０分間熱風炉に投入して加硫を行って芯金軸上に加硫ゴム層を形成して研削前のゴムロールを得た。

〔ゴムロールの形状及び研削条件〕
・芯金軸：全長２５０ｍｍ、外径φ６．０ｍｍ
・ゴムロール：ゴム面長２３０ｍｍ、外径φ１３．５ｍｍ、芯金軸突出量 左右１０ｍｍ
・ゴムロール仕上げ外径：φ１２．０ｍｍ
・研削条件：幅広砥石プランジ研削
砥石径 φ２００ｍｍ
砥石回転数 ２８００ｒｐｍ
・ゴムロール回転数：３００ｒｐｍ
・ 研削時間：３０秒

〔実施例と比較例〕
（実施例）：図１に示される様な、ゴムロールの芯金軸の左側軸面５ｍｍ幅をヘッドストック側ダイヤフラム式チャックでクランプし、芯金軸の右側端部のＣ面をテールストック側逆センターで押さえ込んで、ヘッドストック側回転フランジを回転駆動させてゴムロールを回転した状態に砥石を押し当ててゴムロールを研削した。使用したダイヤフラム式チャックのダイヤフラム径は４インチのサイズで、チャック爪は８分割され、長さは１５ｍｍであった。

（比較例）：図２に示される様な、ゴムロールの芯金軸の左側軸面５ｍｍ幅をヘッドストック側コレットチャックでクランプし、芯金軸の右側端部のＣ面をテールストック側逆センターで押さえ込んで、ヘッドストック側回転フランジを回転駆動させてゴムロールを回転した状態に砥石を押し当ててゴムロールを研削した。

上記の実施例と比較例のゴムロールの製造方法で２００，０００本連続研削加工した際の研削初期及び２００，０００本後のゴムロールの外径振れ寸法を測定した結果を表１に示す。

比較例のゴムロールの製造方法で連続研削加工を行ったところ、開始初期での研削後のゴムロールの外径振れ寸法が０．０２２ｍｍだったのに対して２００，０００本研削後の外径振れ寸法は０．０５０ｍｍまで悪化したため、コレットチャックを回転フランジから取り外して清掃メンテを行った。

それに対して本発明の実施例のゴムロールの製造方法で連続加工を行ったところ、開始初期での研削後のゴムロールの外径振れ寸法が０．０１８ｍｍだったの対して２００，０００本研削後の外径振れ寸法は０．０２０ｍｍとほとんど変化はなく良好なままであった。

本発明のゴムロールの製造方法は、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロール、特にヒドリンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム又はシリコーンゴム等からなる弾性層を有するゴムロールを研削して製造する場合に好適に用いることができる。

本発明のゴムロール製造方法において、ゴムロールを研削する際のゴムロールをセットする機構の説明図である。 従来のゴムロール製造方法において、ゴムロールを研削する際のゴムロールをセットする機構の説明図である。

符号の説明

１ ヘッドストック側コレットチャック
２ ヘッドストック側回転フランジ
３ テールストック側逆センター
４ ゴムロール
５ 芯金軸
６ 砥石
７ ヘッドストック側モーター
８ ヘッドストック台
９ テールストック台
１０ チャックアダプター
１１ ヌース
１２ チャック爪
１３ ヘッドストック側ダイヤフラム式チャック

Claims (4)

1. 芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面を該ゴムロールの左右に突出している該芯金軸の一方の軸面を把持固定して回転駆動させ、他方を従動回転させる手段を有し、該ゴムロールを回転させた状態にして砥石を接触させて研削するゴムロールの製造方法において、
   該芯金軸を把持固定するチャック爪が６分割以上、１６分割以下であり、該チャック爪の開閉動作がダイヤフラムの押し撓みの変形による力を利用するダイヤフラム式チャックで該芯金軸を把持固定することを特徴とするゴムロールの製造方法。
2. 前記ダイヤフラム式チャックの前記チャック爪の芯金軸挿入孔の内側から前記芯金軸の把持部に向けて圧送エアを放出する機構を備えている請求項１記載のゴムロールの製造方法。
3. 前記ダイヤフラム式チャックのダイヤフラムの径が、把持固定する前記芯金軸の外径の６倍〜１８倍である請求項１又は２に記載のゴムロールの製造方法。
4. 電子写真装置に用いられるゴムロールであって、請求項１〜３のいずれかに記載のゴムロールの製造方法によって作製されたものであることを特徴とするゴムロール。