JP2013059897A - ゴムロール製造機およびゴムロールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムロールの肉厚ムラを抑制するようにしたゴムロール製造機を提供する。
【解決手段】円筒状を呈する外側ダイ１２と、外側ダイ１２との間に環状を呈する環状流路１４が形成されるように外側ダイ１２の内側に配置され、環状流路１４を形成する部分において外側ダイ１２の内周面１２ａよりもゴム材１８に対する摩擦係数が大きい外周面１６ａを有し、さらに導電性軸体２０を挿通させるための挿通孔１６ｂが中心部に形成される内側ダイ１６と、環状流路１４から流れてくるゴム材１８を挿通孔１６ｂから出てくる導電性軸体２０に接触させ、ゴム材１８および導電性軸体２０を一体化して外部に排出するための排出部２２と、を有するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴムロール製造機およびゴムロールの製造方法に関する。

特許文献１には、軸部材の外周上にゴム材を被覆するゴムロール製造機において、ダイの内壁に設けられた出口方向に向かうらせん溝（１）に沿って該ゴム材が押出されるように構成することで、ゴム材がヘッド内で会合する際発生するウェルドラインをゴム材の処方によらず防止し、電気特性の周方向ムラが少ないゴムロールを製造することが記載されている。

特許文献２には、クロスヘッドダイを使用したゴムロール製造機において、ゴム材が経由する環状流路の表面に形成された樹脂層の水の接触角が１００度以上であり、かつ、該樹脂層を構成する樹脂は、ロックウエル硬さがＭ１００以上Ｍ１３０以下である樹脂、又は該樹脂とフッ素樹脂との複合樹脂とすることが記載されている。

特開２００８−９４０５０号公報 特開２００９−９６１１０号公報

本発明は、従来技術に比べて、ゴムロールの肉厚ムラを抑制するようにしたゴムロール製造機を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のゴムロール製造機は、円筒状を呈する外側部材と、前記外側部材との間に環状を呈する環状流路が形成されるように前記外側部材の内側に配置され、前記環状流路を形成する部分において前記外側部材の内周面よりもゴム材に対する摩擦係数が大きい外周面を有し、さらに軸部材を挿通させる挿通孔が中心部に形成される内側部材と、前記環状流路から流れてくるゴム材を前記挿通孔から出てくる軸部材に接触させ、前記ゴム材および前記軸部材を一体化して外部に排出するための排出部と、を有することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のゴムロールの製造方法は、請求項１に記載のゴムロール製造機を用い、前記環状流路にゴム材を流すと共に前記挿通孔に軸部材を挿通し、前記環状流路から流れてくるゴム材を前記挿通孔から出てくる軸部材に接触させ、前記ゴム材および前記軸部材を一体化して外部に排出することでゴムロールを製造することを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のゴムロール製造機によれば、環状流路を形成する部分において内側部材の外周面のゴム材に対する摩擦係数と外側部材の内周面のゴム材に対する摩擦係数とを同じとする場合に比べて、製造されるゴムロールの肉厚ムラを抑制することができる。

本発明の請求項１に記載のゴムロールの製造方法によれば、請求項１に記載のゴムロール製造機を用いないでゴムロールを製造する場合に比べて、製造されるゴムロールの肉厚ムラを抑制することができる。

本発明に係るゴムロール製造機の縦断面を示す図である。 図１のＬ２−Ｌ２線におけるゴムロール製造機の横断面を示す図である。 本実施形態のゴムロール製造機に対する比較例としてのゴムロール製造機について、環状流路を流れるゴム材の速度分布、排出部を流れるゴム材の速度分布および排出口から排出されるゴムロールの肉厚ムラについて説明する図である。 外側ダイの内周面および内側ダイの外周面に様々な組み合わせの表面処理を施した場合のゴムロールの軸方向における肉厚ムラについての実験結果を表として示す図である。

以下、本発明に係るゴムロール製造機およびゴムロールの製造方法の実施形態の一例について、添付の図面を用いて説明する。

本発明に係るゴムロール製造機およびゴムロールの製造方法によって製造されるゴムロール（ゴム皮膜軸体）は、例えば画像形成装置の感光体ドラムに接触して回転し感光体ドラムの外周面を帯電する帯電ロールとして用いられる。感光体ドラムの外周面に密着して外周面全体をムラ無く帯電するためには、肉厚ムラの小さいゴムロールが必要とされる。研磨や表面処理などの二次工程を施すことで肉厚ムラを抑えられるが、工程数が増える分、製造コストが増加する。そのため、研磨や表面処理などの二次工程を施すことなく、肉厚ムラの小さいゴムロールを成形可能なゴムロール製造機が望まれている。

図１は、本発明に係るゴムロール製造機の縦断面を示している。図２は、図１のＬ２−Ｌ２線におけるゴムロール製造機の横断面を示している。

本発明に係るゴムロール製造機１０は、いわゆるクロスヘッドダイを備える押出成形機として構成される。このゴムロール製造機１０は、大略円筒状を呈する外側部材の一例としての外側ダイ１２と、外側ダイ１２との間に横断面において環状を呈する環状流路１４が形成されるように外側ダイ１２の内側に配置される内側部材の一例としての内側ダイ１６とを備えている。

内側ダイ１６および外側ダイ１２は上方側が嵌め合い形状とされており、内側ダイ１６は上方側で外側ダイ１２に嵌合され固定されている。内側ダイ１６の外側ダイ１２に嵌合固定される部位よりも下方側においては、内側ダイ１６と外側ダイ１２とによって環状流路１４が形成されている。即ち、内側ダイ１６の外周面１６ａの一部が環状流路１４の内壁を形成し、外側ダイ１２の内周面１２ａの一部が環状流路１４の外壁を形成している。この環状流路１４には、流動性を有する未加硫のゴム材１８が流される。

内側ダイ１６および外側ダイ１２は例えば鋼材といった同じ材料から構成されているが、少なくとも環状流路１４を形成する部分において内側ダイ１６の外周面１６ａと外側ダイ１２の内周面１２ａとには後述するように互いに異なる表面処理が施されている。それにより、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数は、外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数よりも大きいものとされている。

外側ダイ１２の周壁の上方側には、ゴム材１８を導入するための導入口１２ｂが形成されている。ゴム材１８は、押出機（図示省略）によって導入口１２ｂから導入される。導入口１２ｂから導入されたゴム材１８は、環状流路１４を通って下方側へと流れる。

内側ダイ１６の中心部には、軸部材の一例としての導電性軸体２０を挿通させるための挿通孔１６ｂが軸方向に沿って貫通形成されている。導電性軸体２０は、搬送機（図示省略）によって挿通孔１６ｂの上方側から送り込まれ、下方側から排出されるようになっている。

外側ダイ１２の内径は下方側ほど縮径されており、外側ダイ１２の下面の中央部には外部に通じる円形の排出口１２ｃが形成されている。内側ダイ１６も下方側ほど縮径されており、特にその下端部１６ｃは円錐状を呈し、頂部が挿通孔１６ｂの出口とされ、環状流路１４を流れるゴム材１８を挿通孔１６ｂから排出される導電性軸体２０へと案内するような形状とされている。

内側ダイ１６の下端部１６ｃよりも下方側は、排出部２２となっている。排出部２２では、環状流路１４から排出されてくるゴム材１８が挿通孔１６ｂから排出されてくる導電性軸体２０に接触（合流）する。即ち、ゴム材１８が導電性軸体２０を皮膜する形で、ゴム材１８および導電性軸体２０が一体化される。そして、一体化されたゴム材１８および導電性軸体２０が外側ダイ１２の下面の排出口１２ｃから外部へと排出される。それにより、ゴムロール（ゴム皮膜軸体）２４が成形されるようになっている。なお、導電性軸体２０の外周面には予めプライマー層が塗布されており、排出部２２において導電性軸体２０とゴム材１８とが接触することで両者が接着されるようになっている。

このゴムロール製造機１０を用いてゴムロール２４を製造するには、押出機（図示省略）により一定流量でゴム材１８を導入口１２ｂから導入する。それにより、一定流量のゴム材１８が環状流路１４を経て排出部２２へと流れる。これと同時に、導電性軸体２０を挿通孔１６ｂに導入し、排出部２２において一定速度で挿通孔１６ｂから排出されるように下方側へと送り出す。そうすると、排出部２２においてゴム材１８および導電性軸体２０が一体化され、排出口１２ｃから概ね一定の肉厚（外径）を有するゴムロール２４が排出される。なお、本実施の形態ではゴム材１８の流量や導電性軸体２０を送り出す速度を一定とし、概ね一定の肉厚を有するゴムロール２４を排出したが、送り出す速度を予め定められた速度に変更することによりゴムロールの肉厚を変更することができ、いわゆるクラウン状や鼓状のゴムロールを排出することも可能である。

なお、排出されたゴムロール２４は適宜な処理炉を用いて加硫され、所望の長さに切断されると共に、両端側において導電性軸体２０が一定の長さ露出するように加工される。それにより、例えば画像形成装置の帯電ロールとして使用可能となる。

次に、ゴムロール２４の肉厚ムラを抑制するために発明者達が得た知見について説明する。

図３は、本実施形態のゴムロール製造機１０に対する比較例としてのゴムロール製造機１００について、環状流路１４を流れるゴム材１８の速度分布、排出部２２を流れるゴム材１８の速度分布および排出口１２ｃから排出されるゴムロール２４の肉厚ムラについて説明する図である。

比較例としてのゴムロール製造機１００はゴムロール製造機１０と同じ構造であるが、ゴムロール製造機１００の内側ダイ１６の外周面１６ａおよび外側ダイ１２の内周面１２ａには例えば硬質クロムメッキといった同じ表面処理が施されている。従って、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数および外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数は同じとされている。

先ず、環状流路１４を流れるゴム材１８の速度分布について説明すると、図３に模式的に示すように、環状流路１４の外壁（外側ダイ１２の内周面１２ａ）および環状流路１４の内壁（内側ダイ１６の外周面１６ａ）から離れた中央部を流れるゴム材１８の速度は大きく、環状流路１４の外壁側を流れるゴム材１８ほど速度が小さく、また環状流路１４の内壁側を流れるゴム材１８ほど速度が小さくなる。これは、環状流路１４の外壁および内壁における摩擦抵抗により、環状流路１４の外壁側および内壁側ほどゴム材１８の流動抵抗が大きくなるためである。

また、環状流路１４の外壁側を流れるゴム材１８の速度は、環状流路１４の内壁側を流れるゴム材１８の速度に比べて小さい。これは、環状流路１４の外壁の表面積が内壁の表面積よりも大きく、環状流路１４の外壁側を流れるゴム材１８の方が環状流路１４の内壁側を流れるゴム材１８よりも表面摩擦による流動抵抗を大きく受けるためである。

従って、比較例としてのゴムロール製造機１００においては、環状流路１４を流れるゴム材１８は全体的に外壁側で遅く、内壁側で速いといった速度分布を有することとなる。そして、この環状流路１４における外壁側と内壁側とでのゴム材１８の速度差は、ゴム材１８に歪みを生じさせる。それは、環状流路１４の外壁側を流れるゴム材１８には速度が遅いが故に引張応力が生じる一方、環状流路１４の内壁側を流れるゴム材１８には速度が速いが故に圧縮応力が生じるからである。

次いで、排出部２２を流れるゴム材１８の速度分布について説明すると、排出部２２においては、導電性軸体２０に接触する側でゴム材１８の速度が速く外壁側ほど速度が遅くなる。これは、環状流路１４の内壁側を流れてきたゴム材１８が同方向に移動する導電性軸体２０に接触し、導電性軸体２０に接触する側で流動抵抗が小さくなることによる。それにより、排出部２２においては、環状流路１４の外壁側を流れてきたゴム材１８と環状流路１４の内壁側を流れてきたゴム材１８との速度差が増大する。即ち、環状流路１４の外壁側を流れてきたゴム材１８にはより強い引張応力が生じると共に、環状流路１４の内壁側を流れてきたゴム材１８にはより強い圧縮応力が生じることで、ゴム材１８に生じている歪みが増大することとなる。

次いで、排出口１２ｃから排出されるゴムロール２４の肉厚ムラについて説明すると、導電性軸体２０とゴム材１８が一体化されゴムロール２４として排出口１２ｃから排出されると、ゴムロール２４のゴム材１８の内部に生じている歪みが解放されることから、変形が生じる。具体的には、ゴムロール２４の外周側のゴム材１８は引張応力が解放されることから収縮し、ゴムロール２４の内周側のゴム材１８は圧縮応力が解放されることから膨張する。即ち、歪み解放時のゴム材１８の変形がゴムロール２４に軸方向における肉厚ムラを生じさせる要因となっている。

比較例としてのゴムロール製造機１００における以上の事象から、発明者達は、ゴムロール２４に軸方向における肉厚ムラを抑制するには、ゴム材１８に生じる歪みの抑制すること、そのためには環状流路１４を流れるゴム材１８の速度差を是正（小さく）することが必要であるとの知見を得た。

そこで、本実施形態のゴムロール製造機１０においては、環状流路１４を形成する部分において、内側ダイ１６の外周面１６ａ（環状流路の内壁）および外側ダイ１２の内周面１２ａ（環状流路の外壁）に互いに異なる表面処理を施し、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数を外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数よりも大きくすることで、環状流路１４を流れるゴム材１８の速度差を是正するようにした。即ち、環状流路１４を形成する部分に関し、内側ダイ１６の外周面１６ａは外側ダイ１２の内周面１２ａよりも表面積が小さいが、その分摩擦係数を大きくすることで、環状流路１４を流れるゴム材１８の速度差を是正するようにした。それにより、排出口１２ｃから排出されるゴムロール２４においてゴム材１８に生じる歪みが抑制され、ゴムロール２４に軸方向における肉厚ムラが抑制される。

以下、ゴムロール２４の軸方向における肉厚ムラについての実験結果を説明する。

図４は、外側ダイ１２の内周面１２ａおよび内側ダイ１６の外周面１６ａに様々な組み合わせの表面処理を施した場合のゴムロール２４の軸方向における肉厚ムラについての実験結果を表として示している。

実施例１では、外側ダイ１２の内周面１２ａにカニフロン皮膜処理（商品名：カニフロンＳ、日本カニゼン（株））を施す一方、内側ダイ１６の外周面１６ａに硬質クロムメッキを施したゴムロール製造機を用いてゴムロールを製造した。

実施例２では、外側ダイ１２の内周面１２ａにカニフロン皮膜処理（商品名：カニフロンＳ、日本カニゼン（株））を施す一方、内側ダイ１６の外周面１６ａに無電解ニッケルメッキを施したゴムロール製造機を用いてゴムロールを製造した。

実施例３では、外側ダイ１２の内周面１２ａに硬質クロムメッキを施す一方、内側ダイ１６の外周面１６ａに無電解ニッケルメッキを施したゴムロール製造機を用いてゴムロールを製造した。

比較例１では、外側ダイ１２の内周面１２ａおよび内側ダイ１６の外周面１６ａに硬質クロムメッキを施したゴムロール製造機を用いてゴムロールを製造した。

比較例２では、外側ダイ１２の内周面１２ａに硬質クロムメッキを施す一方、内側ダイ１６の外周面１６ａにカニフロン皮膜処理（商品名：カニフロンＳ、日本カニゼン（株））を施したゴムロール製造機を用いてゴムロールを製造した。

図４の表中のカッコ内で示す数値は、カニフロン皮膜処理、硬質クロムメッキおよび無電解ニッケルメッキの摩擦係数である。これら摩擦係数は、ＳＳ４００（ＪＩＳ規格）の板材に各種の表面処理を施した試験片を製作し、これら試験片について往復式摩擦試験機（測定機名：ＨＥＩＤＯＮ−１４Ｄ、新東科学（株））を用いて測定した測定値であり、ゴム材１８に対する摩擦係数として推定される。

図示の如く、実施例１〜３のゴムロール製造機では、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数が外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数よりも大きくされている。従って、実施例１〜３のゴムロール製造機は本実施形態に含まれるゴムロール製造機である。一方、比較例１のゴムロール製造機では、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数と外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数とが同じとされる。また、比較例２のゴムロール製造機では、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数が外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数よりも小さくされている。従って、比較例１、２のゴムロール製造機は本実施形態に含まれないゴムロール製造機である。

なお、実施例１〜３および比較例１、２のゴムロール製造機でゴムロールを製造する際のその他の条件は同じである。

具体的には、導電性軸体２０としては、引き抜き加工にて直径８ｍｍ、長さ３３０ｍｍの鋼材に厚み８μｍの無電解ニッケルメッキを施したものを用いた。

また、ゴム材１８としては、エピクロロヒドリンゴム（商品名：ゼクロンＧ−３１０６、日本ゼオン（株））９５質量部、液状ＮＢＲ（ＪＳＲ Ｎ２８０）５質量部、酸化亜鉛（商品名：酸化亜鉛２種、ハクスイテック（株））５質量部、ステアリン酸（商品名：ステアリン酸Ｓ、花王（株））１質量部、カーボンブラック（商品名：３０３０Ｂ、三菱化学（株））２０質量部、炭酸カルシウム（商品名：ホワイトンＳＳＢ、 白石工業（株））４０質量部、イオン導電剤（４級アンモニウム塩）（商品名：ＫＳ−５５５、花王（株））２質量部、ジベンゾチアジルサルファイド（商品名：ノクセラーＤＭ、大内新興化学（株））１質量部、テトラメチルチウラムモノスルフィド（商品名：ノクセラーＴＳ、大内新興化学（株））１質量部および硫黄（商品名：サルファックス２００Ｓ、鶴見化学（株））１質量部を密閉型混合機およびオープンロールを用いて混練したものを用いた。

また、ゴム材１８を１軸式の押出機を用いて一定流量でゴムロール製造機に導入すると共に、導電性軸体２０を挿通孔１６ｂから一定速度で送り出すことで、長さ３３０ｍｍの導電性軸体２０にわたって概ね直径１２ｍｍのゴム材１８が皮膜されるようにゴムロール２４を製造した。また、ゴムロール製造機の温度設定を８０℃とし、外側ダイ１２および内側ダイ１６を該温度に加温した。

また、ゴムロール２４の軸方向における肉厚ムラの測定には、レーザ外径測定機（測定機名：ＲＯＬＬ２０００、アサカ理研工業（株））を用いた。具体的には、このレーザ外径測定機を用い、先ずゴムロール２４の両端部それぞれから１５ｍｍの位置の外径を測定し、次いでそれら２箇所における外径を結ぶ仮想直線を設定し、次いでゴムロールの３００ｍｍにわたる中央部において例えば１ｍｍ毎の各位置で外径を測定し、各位置における外径と仮想直線との距離（乖離長）の最大値を肉厚ムラとした。

図４の表に示す如く、実施例１〜３の本実施形態に含まれるゴムロール製造機で製造されたゴムロール２４の肉厚ムラは、比較例１、２の本実施形態に含まれないゴムロール製造機で製造されたゴムロール２４の肉厚ムラに比べて小さい。これは、上述したように、環状流路１４を形成する部分に関し、内側ダイ１６の外周面１６ａおよび外側ダイ１２の内周面１２ａにそれぞれ異なる表面処理を施し、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数を外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数よりも大きくすることで、環状流路１４を流れるゴム材１８の速度差が是正され、排出口１２ｃから排出されるゴムロール２４においてゴム材１８に生じる歪みが抑制されたためと考えられる。

以上の如く、本実施形態に係るゴムロール製造機１０にあっては、円筒状を呈する外側ダイ１２と、外側ダイ１２との間に環状を呈する環状流路１４が形成されるように外側ダイ１２の内側に配置され、環状流路１４を形成する部分において外側ダイ１２の内周面１２ａよりも摩擦係数が大きい外周面１６ａを有し、さらに導電性軸体２０を挿通させるための挿通孔１６ｂが中心部に形成される内側ダイ１６と、環状流路１４から流れてくるゴム材１８を挿通孔１６ｂから出てくる導電性軸体２０に接触させ、ゴム材１８および導電性軸体２０を一体化して外部に排出するための排出部２２と、を有するように構成した。

また、本実施形態に係るゴムロール２４の製造方法にあっては、このゴムロール製造機１０を用い、環状流路１４にゴム材１８を流すと共に挿通孔１６ｂに導電性軸体２０を挿通し、環状流路１４から流れてくるゴム材１８を挿通孔１６ｂから出てくる導電性軸体２０に接触させ、ゴム材１８および導電性軸体２０を一体化して外部に排出することでゴムロール２４を製造するように構成した。

これにより、製造されるゴムロール２４の肉厚ムラが抑制される。

なお、上記のゴムロール製造機１０にあっては、内側ダイ１６の外周面１６ａおよび外側ダイ１２の内周面１２ａにそれぞれ異なる表面処理を施すことで、内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数を外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数よりも大きくしたが、例えばサンブラストにより両者の表面粗さを変えることで内側ダイ１６の外周面１６ａのゴム材１８に対する摩擦係数を外側ダイ１２の内周面１２ａのゴム材１８に対する摩擦係数よりも大きくしてもよい。また、内側ダイ１６の外周面１６ａによりマクロ的な抵抗部材を設けるように構成してもよい。

また、上記のゴムロール製造機１０では、外側ダイ１２および内側ダイ１６をそれぞれ１部材から構成したが、外側ダイ１２および内側ダイ１６をそれぞれ複数部材から構成するようにしてもよい。

１０ ゴムロール製造機
１２ 外側ダイ（外側部材の一例）
１２ａ 内周面
１２ｂ 導入口
１２ｃ 排出口
１４ 環状流路
１６ 内側ダイ（内側部材の一例）
１６ａ 外周面
１６ｂ 挿通孔
１６ｃ 下端部
１８ ゴム材
２０ 導電性軸体（軸部材の一例）
２２ 排出部
２４ ゴムロール

本発明の請求項１に記載のゴムロール製造機は、円筒状を呈する外側部材と、前記外側部材との間に環状を呈する環状流路が形成されるように前記外側部材の内側に配置され、前記環状流路を形成する部分において、前記外側部材の内周面に施される表面処理とは異なる表面処理を施すことで、前記外側部材の内周面よりもゴム材に対する摩擦係数が大きい外周面を有し、さらに軸部材を挿通させる挿通孔が中心部に形成される内側部材と、前記環状流路から流れてくるゴム材を前記挿通孔から出てくる軸部材に接触させ、前記ゴム材および前記軸部材を一体化して外部に排出するための排出部と、を有することを特徴とする。

Claims (2)

1. 円筒状を呈する外側部材と、
   前記外側部材との間に環状を呈する環状流路が形成されるように前記外側部材の内側に配置され、前記環状流路を形成する部分において前記外側部材の内周面よりもゴム材に対する摩擦係数が大きい外周面を有し、さらに軸部材を挿通させる挿通孔が中心部に形成される内側部材と、
   前記環状流路から流れてくるゴム材を前記挿通孔から出てくる軸部材に接触させ、前記ゴム材および前記軸部材を一体化して外部に排出するための排出部と、
   を有するゴムロール製造機。
2. 請求項１に記載のゴムロール製造機を用い、前記環状流路にゴム材を流すと共に前記挿通孔に軸部材を挿通し、前記環状流路から流れてくるゴム材を前記挿通孔から出てくる軸部材に接触させ、前記ゴム材および前記軸部材を一体化して外部に排出することでゴムロールを製造するゴムロールの製造方法。

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