JP2008052025A - ゴムロールの製造方法及びゴムロール - Google Patents

Abstract

【課題】押出し機の芯金軸挿入孔から供給された芯金軸と共に未加硫ゴムを押出しさせてクラウン形状とするゴムロールの製造方法であって、芯金軸供給速度を速めて押出しにかかる時間を非常に短くする設定であっても、左右対称で適正なクラウン形状のゴムロールを得ることができる製造方法を提供すること。
【解決手段】押出し機のクロスヘッドダイの芯金軸挿入孔から連続的に供給された芯金軸と共に未加硫ゴムをクロスヘッド押出しさせる際に１本のゴムロールの長手方向で芯金軸の供給速度を変化させてクラウン形状とするゴムロールの製造方法であって、
該芯金軸の該供給速度を曲線的に変化させる設定を、該芯金軸の先端から中央にかけての該供給速度を減速していく速度変化曲線の曲率Ａと、該芯金軸の中央から後端にかけての該供給速度を加速していく速度変化曲線の曲率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１．１から１．３の範囲であるゴムロールの製造方法。
【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の製造方法及び該製造方法によるゴムロールに関し、詳しくは押出し機のクロスヘッドダイの芯金軸挿入孔から連続的に供給された芯金軸と共に未加硫ゴムをクロスヘッド押出しさせてクラウン形状とするゴムロールの製造方法及び該製造方法によるゴムロールに関するものである。

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。そのため、電子写真に用いられるゴムロールの外径形状には周方向と長手方向の両方において、高精度化が要求されるようになっている。

例えば、電子写真に使用される帯電ロールは感光ドラムとの長手方向の当接する幅（ニップ幅）を一定にさせる目的で、帯電ロールの長手方向の形状を中央部の外径よりも両端部の外径が小さいクラウン形状にする方法が一般的に行われている。帯電ロールの長手方向でのニップ幅にバラツキがあると、帯電ロールが感光ドラムを帯電させる量のムラ（長手ムラ）となって、帯電ロールの長手方向において初期に画出しする画像の濃淡ムラの画像不良が発生させてしまう。また、耐久枚数を増やしていった時には帯電ロール表面の汚れ付着具合の差となって、濃淡ムラの画像不良を発生させてしまう。使用する帯電ロールのゴム硬度や、帯電ロールを感光ドラムに押し付けるバネの力の度合いに合わせて、クラウン形状の大きさ（クラウン量）を適正なものにすることで、これらの画像不良の発生を抑制することが可能となる。そのため、電子写真に用いられるゴムロールを製造する技術においては、ゴムロールの外径のクラウン形状を高精度に制御させることが必要とされている。

従来の一般的なクラウン形状のゴムロールを製造する方法としては、逆クラウン形状となっている中空のパイプ状の金型内に未加硫のゴム材料を流し込んで充填させて成型する方法がある。しかしながら、この方法では精度の高い金型を必要とすることから、金型代が非常に高価となって加工費が高くなってしまう問題がある。また、予備成形されたゴムロールに逆クラウン形状に加工した幅広砥石を押し当てて研削し、クラウン形状のゴムロールを製造する方法も一般的に行われている。しかしながら、この方法では予備成形する工程や研削加工する工程等が必要となって、工程数が多くなることで加工費が高くなってしまうという問題がある。

その他にもクラウン形状のゴムロールを製造する方法として、最近では未加硫ゴムと芯金軸を共押出しさせてゴムロールを製造するクロスヘッド押出しにおいて、芯金軸供給速度を変化させることによりクラウン形状にする技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では押出し工程だけでクラウン形状のゴムロールを得ることが可能であり、製造工程の簡素化が図れて、高価な金型も必要としないことから、製造コストを低減できるメリットがある。

特許文献１の製造方法では、芯金軸の先端から中央にかけて徐々に芯金軸供給速度を曲線的に減速していくことで、芯金軸の外周上に被着する未加硫ゴムの量が徐々に多くなりゴムロールの外径は徐々に大きくなり、芯金軸の中央から後端にかけては徐々に芯金軸供給速度を曲線的に加速していくことで、芯金軸の外周上に被着する未加硫ゴムの量が徐々に少なくなりゴムロールの外径は徐々に小さくなり、クラウン形状のゴムロールとなる。

これは、基本的にクロスヘッド押出しで押出し機のダイス径を一定とし、かつ未加硫ゴムの押出し量を一定とした場合、押出し後のゴムロールの外径は芯金軸供給速度により決定されることを利用した製造方法である。芯金軸供給速度の先端から中央にかけての減速していく速度変化曲線の曲率と、中央から後端にかけての加速していく速度変化曲線の曲率を、左右対称に設定することでクラウン形状が左右対称で適正であるゴムロールが得られる。クロスヘッド押出しは、芯金軸の後端を後続する芯金軸の先端が押している形となって押出されるため、この一連の設定を繰り返すことにより連続的にクラウン形状のゴムロールが生産される。

しかしながら、本発明者が追試したところ、クロスヘッド押出しで芯金軸供給速度を変化させてクラウン形状のゴムロールを製造する場合は、クロスヘッド押出しで芯金軸供給速度を変化させずにストレート形状のゴムロールを製造する場合よりも、押出し速度を非常に遅い設定とし、かつ、速度変化を緩やかな設定としなければ、クラウン形状が適正で左右対称なゴムロールを得ることができなかった。これは、芯金軸供給速度を速くして速度変化曲線の曲率を左右対称の設定とした場合、押出されるゴムロールの後端側が先端側よりも外径が小さくなって、外径クラウン形状が左右で非対称となってしまうためである。

本発明者は、先端から中央にかけての芯金軸供給速度を減速していく際に未加硫ゴムの被着量が多くなって（未加硫ゴムは圧縮されて）ゴムロールの外径が大きくなる変化の割合と、中央から後端にかけての芯金軸供給速度を加速していく際に未加硫ゴムの被着量が少なくなって（未加硫ゴムは引張られて）ゴムロールの外径が小さくなる変化の割合は完全には等しくないことに起因するものと考えている。特に、クラウン量の大きいゴムロールを得るために芯金軸を供給する速度変化の曲率を大きくした場合は、この傾向が顕著となって左右対称で適正なクラウン形状となるゴムロールを得ることは完全に不可能となってしまう。

クロスヘッド押出しで芯金軸供給速度を変化させてクラウン形状のゴムロールを製造する方法において、押出し速度を速めて生産性を大幅に向上させながら、左右対称で適正なクラウン形状のゴムロールを得られる技術を確立することが大きな課題となっていた。

また、電子写真は画質の向上を図るためゴムロールにより高機能が求められていることから、ゴムロールに用いられるゴム材料も多様化してきている。特に、ゴム材料の配合面においても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の場合、押出し加工性が更に大幅に低下してしまう。このような押出し加工性の低いゴム材料を使用する際には、上記の課題をクリアすることは更に困難となり、特に大きな課題となっていた。
特開２００３−３００２３９号公報

本発明の目的は、押出し機のクロスヘッドダイの芯金軸挿入孔から連続的に供給された芯金軸と共に未加硫ゴムをクロスヘッド押出しさせてクラウン形状とするゴムロールの製造方法であって、芯金軸供給速度を速めて１本のゴムロール押出しにかかる時間を非常に短くする設定であっても、左右対称で適正なクラウン形状のゴムロールを得ることができる製造方法及び該製造方法によるゴムロールを提供することである。

本発明に従って、押出し機のクロスヘッドダイの芯金軸挿入孔から連続的に供給された芯金軸と共に未加硫ゴムをクロスヘッド押出しさせる際に１本のゴムロールの長手方向で芯金軸の供給速度を変化させてクラウン形状とするゴムロールの製造方法であって、
該芯金軸の該供給速度を曲線的に変化させる設定を、該芯金軸の先端から中央にかけての該供給速度を減速していく速度変化曲線の曲率Ａと、該芯金軸の中央から後端にかけての該供給速度を加速していく速度変化曲線の曲率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１．１から１．３の範囲であることを特徴としたゴムロールの製造方法が提供される。

本発明に従って、電子写真装置に用いられるゴムロールにおいて、前記ゴムロールの製造方法によって製造されたことを特徴とするゴムロールが提供される。

本発明のゴムロールの製造方法によれば、ストレート形状のゴムロール製造時の４０〜６０ｍｍ／ｓｅｃと同等に芯金軸供給速度を速めて１本のゴムロール押出しにかかる時間を非常に短くする設定であっても、左右対称で適正なクラウン形状であるゴムロールを得ることができ、クロスヘッド押出し工程のみでクラウン形状のゴムロールを製造する生産性を大幅に向上させることが可能となる。

本発明のゴムロールの製造方法は、特にヒドリンゴム、ＮＢＲ及びＥＰＤＭ等からなる弾性層を有するゴムロールを製造する際に前記効果が大きく得られて好ましい。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明のゴムロールの製造方法においてのゴムロールを押出しする装置を説明する断面図である。更に詳しくは、図１は押出し機から供給されてくる未加硫ゴムと芯金軸供給装置から送られてくる芯金軸とをクロスヘッドダイの中でクロスさせて共押出しさせる工程の部分の断面図である。以下に詳細を説明する。

まず、押出し機１のゴム投入口（不図示）から未加硫ゴム５を短冊状もしくはリボン巻き状で投入し、押出し機１のシリンダー２内でスクリュー３が回転することにより、未加硫ゴム５は押出し機１の先に接続されたクロスヘッドダイ１３に向かって徐々に押出されていく。シリンダー２やスクリュー３には温度を一定に保つために温水を循環させて温調制御を行っている。温水の温度は押出しするゴム材料の種類によって決まるが、３０℃から８０℃の範囲が一般的である。スクリュー３によって押出されてきた未加硫ゴム５は、スクリュー３の先に設置したブレーカープレート４を通って流れが整流となってクロスヘッドダイ１３へ供給されていく。ブレーカープレート４にはメッシュ（不図示）を取り付けて未加硫ゴム５の中の異物等を除去する役割も果たす。その後、未加硫ゴム５はクロスヘッドダイ１３の中で流れを９０°方向転換されてマンドレル１１の外周上を円周方向に展開されている。マンドレル１１の形状は未加硫ゴム５の展開の仕方によってハートタイプやスパイラルタイプのものを用いる。クロスヘッドダイ１３にもまた温水が循環されて温調制御を行っている。マンドレル１１で展開された未加硫ゴム５は外径を絞られながらマンドレル１１の先端部のニップル１４に向かっていく。

一方、芯金軸６は芯金軸供給装置８の芯金軸送りロール９によってクロスヘッドダイ１３の後端にある芯金軸供給口１０からクロスヘッドダイ１３の中へ送り込まれていく。通常、芯金軸６には未加硫ゴム５と接着させるための接着剤７が芯金軸６の両端を除いて塗布されている。芯金軸供給口１０より先は芯金軸６の外径に対して０．０１から０．０２ｍｍ大きい内径とした芯金軸ガイド１２となっていて、マンドレル１１の中心を先端部のニップル１４に向けて芯金軸６を連続的に送りこんでいく。ニップル１４の先端の孔から出てきた芯金軸６の外周上にマンドレル１１で展開された未加硫ゴム５が被着させた状態となり、芯金軸６と未加硫ゴム５が共にダイス１５で外径を制御されながらゴムロール形状となって押出されていく。押出されるゴムロール１７の外径は、未加硫ゴム５の押出し量を一定とした場合にダイス１５の内径と芯金軸６の供給速度により決定される。本発明では、ダイス１５の内径を一定として芯金軸６の供給速度を変化させることで、ゴムロール１７の外径の制御を行うものである。

芯金軸供給装置８は芯金軸６の供給速度を変化させるため、芯金軸送りロール９の回転速度を変化させるように、芯金軸送りロール９に接続しているサーボモータ（不図示）の回転数の制御を行っている。芯金軸供給装置８の中でクロスヘッドダイ１３の先端となる位置から芯金軸６の全長の整数倍となる位置にトリガーを設定し、ちょうど芯金軸６の先端位置から供給速度の減速が始まって中央位置で供給速度の減速が終了し、その後、中央位置から供給速度の加速が始まってちょうど後端位置で供給速度の加速が終了される。また、後端位置では後続する芯金軸６の供給速度の開始速度に切り替えられる。芯金送りロール９は芯金軸６の供給速度の設定値を任意に入力することが可能となっている。また、供給速度を分割する数も任意に設定することが可能となっている。

芯金軸６と未加硫ゴム５が共にダイス１５から押出されたゴムロール１７の芯金軸６の後端と、後続している芯金軸６の先端の間に切断刃１６を入れて切断し、引取り機（不図示）によって引き取られて一本づつのゴムロール１７が得られる。

図２は本発明のゴムロール製造方法においての芯金軸供給速度の設定を説明した図である。芯金軸供給速度の変化の曲線を、芯金軸の長手方向で５５分割に設定しているが、分割数には特に制限はない。また、芯金軸供給速度の分割点間を曲線的な変化とすることが最も好ましい、直線的に変化させても分割数を多くすることで本発明の効果を得られる。本発明のゴムロールの製造方法は、クロスヘッド押出しの芯金軸の供給速度を曲線的に変化させる設定を、該芯金軸の先端から中央にかけて減速していく速度変化曲線の曲率Ａと、該芯金軸の中央から後端にかけて加速していく速度変化曲線の曲率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を、１．１から１．３の範囲とすることで、左右対称で適正なクラウン形状のゴムロールが得られる。

以下に、本発明の具体的な例を挙げて説明する。

〔クロスヘッド押出し前の未加硫ゴムの製造方法〕
エピクロロヒドリンゴム（商品名：エピクロマーＣＧ１０２、ダイソー社製）１００質量部、加工助剤（商品名：ステアリン酸、日本油脂社製）１質量部、カーボンブラック（商品名：旭♯１５、旭カーボン社製）５質量部、炭酸カルシウム（商品名：ナノックス３０、丸尾カルシウム社製）６０質量部、可塑剤（商品名：ポリサイザーＰ２０２、大日本インキ社製）８質量部、硫黄（商品名：サルファックスＰＭＣ、鶴見化学社製）１質量部、加硫促進剤（商品名：ノクセラーＤＭ、大内新興化学社製）２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。ムーニー粘度は４０であった。

〔ゴムロール形状及びクロスヘッド押出し条件〕
芯金軸：全長２５２ｍｍ、外径φ６．０ｍｍ
ゴムロール：押出し外径 中央部φ８．４６ｍｍ、両端部φ８．３ｍｍ
クラウン量 ０．１６ｍｍ狙い（中央部外径と両端部外径の差）
押出し機：三葉製作所製φ７０ｍｍ、Ｌ／Ｄ２０
スクリュー回転数：３ｒｐｍ
ダイス径：φ８．６ｍｍ
押出し圧力：２０ＭＰａ

〔クロスヘッド押出し後のゴムロール〕
上記の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、芯金軸の外周上に未加硫ゴムを配置させて、芯金軸間にあたる位置に切断刃を入れて、上記のゴムロール形状にした。その後、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たゴムロールを得た。加硫後のゴムロールの両端部１０ｍｍを突切り加工を行って芯金軸を露出させた。

〔比較例と実施例〕
クロスヘッド押出しの芯金軸供給速度を以下の実施例及び比較例１、２、３の計４条件で行った結果を比較した。実施例と比較例との芯金軸供給速度の変化をグラフ化したものを図３に示す。

（実施例）
芯金軸の先端から中央まで減速する供給速度の変化の曲率Ａを０．００６８とし、中央から後端まで加速する供給速度の変化の曲率Ｂを０．００５６とした。供給速度の変化の曲率比（Ａ／Ｂ）を１．２１とした。

（比較例１）
芯金軸の先端から中央まで減速する供給速度の変化の曲率Ａを０．００６８とし、中央から後端まで加速する供給速度の変化の曲率Ｂも０．００６８とした。先端から中央までと中央から後端までの供給速度の変化の曲率を左右対称にし、曲率比（Ａ／Ｂ）を１．００とした。

（比較例２）
芯金軸の先端から中央まで減速する供給速度の変化の曲率Ａを０．００６８とし、中央から後端まで加速する供給速度の変化の曲率Ｂも０．００６６とした。供給速度の変化の曲率比（Ａ／Ｂ）は実施例よりも小さい１．０３とした。

（比較例３）
芯金軸の先端から中央まで減速する供給速度の変化の曲率Ａを０．００６８とし、中央から後端まで加速する供給速度の変化の曲率Ｂも０．００５０とした。供給速度の変化の曲率比（Ａ／Ｂ）は実施例よりも大きい１．３６とした。

実施例及び比較例１、２、３においての、各位置の芯金軸供給速度と供給速度の変化の曲率及び曲率比を表１に示す。

上記の実施例と比較例１、２、３の製造方法で押出したゴムロールの外径をレーザー測長器で測定した結果を図４に示す。尚、測定点数は１５ポイントで行った。

図４の結果からゴムロールの中央部の外径、押出し先端部の外径、押出し後端部の外径、及び中央部と各端部の外径の差（クラウン量）を計算した値を表２に示す。また、ゴムロールのクラウン形状も併せて表２に示す。

実施例の製造方法で押出したゴムロールのクラウン量は左右対称で適正なクラウン形状となった。また、本発明の範囲よりも芯供給速度の変化の曲率比が小さい比較例１と比較例２では、後端部の外径が先端部の外径よりも小さくなり、左右非対称なクラウン形状となった。また、本発明の範囲よりも供給速度の変化の曲率比が大きい比較例３では、後端部の外径が先端部の外径よりも大きくなり、左右非対称なクラウン形状となった。本発明は、ストレート形状のゴムロール製造時と同等の４０〜６０ｍｍ／ｓｅｃに芯金軸供給速度を速めてもクラウン押しにおいて芯金軸供給速度の変化の曲率比を１．１から１．３とすることで、ゴムロールを適正なクラウン形状とすることが可能となる。

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の製造方法において、ゴムロールを押出しする装置の断面の説明図である。 本発明のゴムロールの製造方法において、芯金軸供給速度の設定値の説明図である。 実施例と比較例において、芯金軸供給速度の設定値の説明図である。 実施例と比較例において、押出し後ゴムロールの外径形状の説明図である。

符号の説明

１ 押出し機
２ シリンダー
３ スクリュー
４ ブレーカープレート
５ 未加硫ゴム
６ 芯金軸
７ 接着剤
８ 芯金軸供給装置
９ 芯金軸送りロール
１０ 芯金軸供給口
１１ マンドレル
１２ 芯金軸ガイド
１３ クロスヘッドダイ
１４ ニップル
１５ ダイス
１６ 切断刃
１７ ゴムロール

Claims (2)

1. 押出し機のクロスヘッドダイの芯金軸挿入孔から連続的に供給された芯金軸と共に未加硫ゴムをクロスヘッド押出しさせる際に１本のゴムロールの長手方向で芯金軸の供給速度を変化させてクラウン形状とするゴムロールの製造方法であって、
   該芯金軸の該供給速度を曲線的に変化させる設定を、該芯金軸の先端から中央にかけての該供給速度を減速していく速度変化曲線の曲率Ａと、該芯金軸の中央から後端にかけての該供給速度を加速していく速度変化曲線の曲率Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１．１から１．３の範囲であることを特徴としたゴムロールの製造方法。
2. 電子写真装置に用いられるゴムロールにおいて、請求項１に記載のゴムロールの製造方法によって製造されたことを特徴とするゴムロール。