JP4701881B2 - ゴムロールの製造装置、およびゴムロールの製造方法。 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やコピー機などの電子写真装置に用いるゴムロールの製造装置に関するものである。

従来、図４に示すように、ゴムロールは、型枠（１１Ｐ）に取り付けられた金型（１０Ｐ）の内周面に離型層用チューブ（２４Ｐ）をセットし、吸引用口（５Ｐ）から空気を吸引し、前記離型層用チューブ（２４Ｐ）を前記金型（１０Ｐ）の内面に吸着した後、中実の円柱状のコア（１２Ｐ）を前記離型層用チューブ（２４Ｐ）の中空部に挿入し、前記離型層用チューブ（２４Ｐ）の内周と前記円柱状コア（１２Ｐ）外周との間に、液状のシリコーンゴム原料を注入した後、前記型枠（１１Ｐ）を加熱炉(図示せず)内へ設置して、前記型枠（１１Ｐ）に取り付けられた金型（１０Ｐ）を雰囲気加熱することによって、前記金型（１０Ｐ）内に注入した液状のシリコーンゴム原料を硬化させて前記コア（１２Ｐ）の外周にゴム層と、ゴム層の外周に離型層を形成するものであった。
そして、シリコーンゴム原料の硬化が完了した後、前記金型（１０Ｐ）が取り付けられた型枠（１１Ｐ）を加熱炉から取り出して冷却し、前記金型（１０Ｐ）を型枠（１１Ｐ）から取り外してゴムロールを製造するのが一般的であった。

また、その他のゴムロールの製造方法としては、型内に注入した液状ゴム材料を加熱して液状ゴム材料を加硫成形する時、型内の材料圧力が上昇するまで両端部の駒の材料入口穴と出口穴を開放して成形し、型内の液状ゴム材料が硬化し終った後、両端部のゴム膨張を機械的に押えるようした製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３９４５２号公報

しかしながら、図４に示す従来の製造装置では、加熱炉が必要であり、また、空気を介して前記型枠（１１Ｐ）に取り付けられた金型（１０Ｐ）を加熱する雰囲気加熱方式のため、昇温に６０分、冷却に３０分必要で、ゴムロールを製造するための成形サイクルは９０分という長時間を要していた。このように成形サイクルが長いため、短時間に多くのゴムロールを製造するためには多くの金型と型枠が必要となり、ゴムロールを製造する装置が大規模なものとなり省スペース化が難しく、その結果ゴムロールの製造コストが高くなるという問題があった。

また、従来の雰囲気加熱方式を用いたゴムロールの製造装置では、金型毎に温度制御ができないために製造条件が同じゴムロールしか製造できず、小ロット多品種のフレキシブルなゴムロールの生産には向かないという問題があった。

また、前記円筒状金型の本体両端部は、熱が拡散しやすいため、前記円筒状金型本体の中央部に比べ温度が低下し、その結果、軸方向に均一な品質を有するゴムロールを得ることができないという問題があった。

前記加熱手段は、前記円筒状金型本体の外周面に巻着される電熱線であって、前記電熱線の巻き線密度を前記円筒状金型本体の中央部より両端部を高くしたものである。

また、前記円筒状金型本体を軸方向に沿って複数に分割した複数個の加熱領域を設定し、前記加熱領域毎に前記円筒状金型本体の外側に直接接触する電熱線を巻着し、前記加熱領域毎に温度検知手段を設け、前記温度検知手段からの信号を温度調節手段に入力し、前記温度調節手段によって前記加熱手段を制御するようにしたものであり、その結果軸方向に均一な品質のゴムロールを得ることができる。

本発明のゴムロールの製造装置は、円筒状金型の外側に直接接触する加熱手段を設けたため、熱効率が良くなりゴムロールを製造する時間が短縮できる。また、加熱炉を用いないため、ゴムロールの製造装置の省スペース化が図れ、その結果コストの低減を図ることが可能となる。

また、本発明のゴムロールの製造方法は、ゴムロールの製造装置毎に加熱条件等の製造条件を容易に変更することができるため、小ロット多品種のフレキシブルな生産も可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
（ゴムロールの製造装置）
図１、図２、および図９に示すように、本発明に係るゴムロール（１Ａ）の製造装置（２Ａ）は、円筒状金型本体である円筒状のスリーブ（３Ａ）の外周面に、加熱手段である電熱線（６Ａ）を直接巻着し、前記加熱手段の外側に２つ割りにした被覆カバー（６０Ａ）を設け、前記被覆カバー（６０Ａ）の合わせ部を溶接したものである。このような被覆カバー（６０Ａ）を設けることにより、電熱線を保護することができる。

本実施例１においては、スリーブ（３Ａ）は内径がφ３５ｍｍ、長さ２５０ｍｍのＳＵＳ製で、電熱線（６Ａ）は単層２００Ｖ、１ｋＷのものを用いた。そして、前記電熱線（６Ａ）の巻き線密度は、前記スリーブ（３Ａ）の両端部を高く、中央部を低くした。すなわち、前記スリーブ（３Ａ）を長手方向に沿って３つの区間に分け、両端部、中央部とし、両端部はスリーブ（３Ａ）の全長の約１／６〜１／５程度の長さに対し、前記両端部の巻き線密度を１本／ｃｍとし、前記中央部の巻線密度を０．５本／ｃｍとした。

また、前記スリーブ（３Ａ）の温度検知手段であるシース熱電対（２０Ａ）を前記スリーブ（３Ａ）の中央部に接着した。
また、図５、図６に示すように、前記シース熱電対（２０Ａ）で検知した前記スリーブ（３Ａ）の温度信号が温度制御手段である温度調節計（４０Ａ）に入力され、前記温度調節計（４０Ａ）によって電熱線（６Ａ）への供給電流を制御するような回路を構成した。

尚、前記加熱手段としては、前記電熱線（６Ａ）の他、公知の加熱手段として用いられているものであれば特に制限はない。例えば、銅ニッケル線撚糸といった導電性糸とポリエステル等の絶縁糸とを平織りにした面状発熱体、アラミド繊維とステンレス繊維とを平織りにした面状発熱体、非晶質ポリマーと導電性充填材と結晶性ポリマー粒子を用いた温度自己制御が可能なＰＴＣ型面状発熱体、ムライト系材料や窒化ケイ素系材料、あるいはアルミナといった材料にマイクロ波を放射することにより自己発熱する発熱体を用いることができる。

さらにはポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂基層の外周に鉄やコバルトの層を形成し、前記層の表面にニッケル・銅・クロムなどの金属層をメッキ処理した電磁波誘導発熱体を用いることも可能である。

また、温度検知手段として、前記シース熱電対（２０Ａ）の他、公知の温度検出手段として用いられているものであれば特に制限はなく、例えば測温用サーミスタ、測温抵抗体、赤外放射温度計、接触表面温度計を用いることも可能である。

図２に示すように前記スリーブ（３Ａ）の上部には、ベント（７Ａ）が設けられている上側キャップ（８Ａ）が取り付けられている。
また、前記スリーブ（３Ａ）の下部には、液状ゴム原料の流通路（９Ａ）が設けられている底部キャップ（１０Ａ）が取り付けられている。
更に、前記底部キャップ（１０Ａ）の下部には、前記底部キャップ（１０Ａ）の流通路（９Ａ）に連絡する液状ゴム原料の注入路（１１Ａ）が設けられているゲートキャップ（１２Ａ）が取り付けられている。

前記ゲートキャップ（１２Ａ）には、前記注入路（１１Ａ）と交差貫通するように円柱状のシャッターピン（１３Ａ）が摺動自在に取り付けられており、前記シャッターピン（１３Ａ）の注入路（１１Ａ）に対応する箇所には、液状ゴム原料の流通孔（１４Ａ）が設けられている。

（液状ゴム原料）
前記液状ゴム原料としては、例えば液状シリコーンゴム、液状ふっ素ゴム、あるいは注型タイプのウレタンゴムが使用される。

（ゴムロールの製造方法）
前記製造装置（２Ａ）を使用してゴムロール（１Ａ）を製造する場合には、まず中実の円柱状コア（４Ａ）の表面に接着層を形成するためにプライマーを塗布すると共に、離型層用チューブ（２４Ａ）を前記スリーブ（３Ａ）の内面にセットする。

そして、吸引用口（５Ａ）から空気を吸引し、前記離型層用チューブ（２４Ａ）を前記スリーブ（３Ａ）の内面に吸着した後、前記スリーブ（３Ａ）内に、外形がφ１９ｍｍで長さ２２８ｍｍ、両端にφ６ｍｍ軸受け部を有する中実の円柱状コア（４Ａ）を挿入する。

次に、前記ゲートキャップ（１２Ａ）のシャッターピン（１３Ａ）を摺動させて、前記シャッターピン（１３Ａ）の流通孔（１４Ａ）と前記ゲートキャップ（１２Ａ）の注入路（１１Ａ）の位置を合わせ、前記ゲートキャップ（１２Ａ）の注入路（１１Ａ）から前記底部キャップ（１０Ａ）の流通路（９Ａ）を介して前記中実の円柱状コア（４Ａ）の外周と前記スリーブ（３Ａ）の内周に吸着した前記離型層用チューブ（２４Ａ）の内周との間に液状ゴム原料を注入する。

そして、前記液状ゴム原料の注入が完了したら、前記シャッターピン（１３Ａ）を摺動させて、前記シャッターピン（１３Ａ）の流通孔（１４Ａ）と、前記ゲートキャップ（１２Ａ）の注入路（１１Ａ）の位置をずらし、液状ゴム原料の注入を停止する。

その後、前記スリーブ（３Ａ）を型枠（３０Ａ、３１Ａ）に装着し加熱する。
尚、本発明の中実の円柱状コア（４Ａ）の替わりに中空の円筒状コアを用いても良い。コアは、鉄、アルミニウム、ＳＵＳ等の熱伝導率の高い金属製の円柱体または円筒体で構成されている。

（スリーブの表面温度の制御）
また、図５、図６に示すように、前記スリーブ（３Ａ）の表面温度の制御は、前記スリーブ（３Ａ）の外周面の中央部に接着したシース熱電対（２０Ａ）によって前記スリーブ（３Ａ）の表面温度を測定し、前記シース熱電対（２０Ａ）からの信号を温度制御手段である温度調整計（４０Ａ）に入力し、電熱線（６Ａ）への給電を電力調整器（５０Ａ）によって制御することにより行う。

本実施例においては、前記スリーブ（３Ａ）の表面温度が、前記軸方向に略均一なるように前記電力調整器（５０Ａ）にて電熱線（６Ａ）へ供給する電流量の大きさをアナログ制御した。

また、シース熱電対（２０Ａ）は、前記スリーブ（３Ａ）の表面の複数箇所に接着する他、接触もしくは近接した状態で設けても良い。
尚、シース熱電対（２０Ａ）はφ１．６のものを、温度制御調整器（４０Ａ）はシマデン社製ＳＲ８４を、電力調整器（５０Ａ）はシマデン社製ＰＡＣ１５を用いた。

また、図６に示すように、前記温度調整計（４０Ａ）に内蔵したリレー（１５Ａ）によって、電熱線（６Ａ）への給電のＯＮ・ＯＦＦ制御をすることもできる。この場合、前記スリーブ（３Ａ）の中央部と両端部の加熱温度が略均一になるように、熱が拡散し易い前記スリーブ（３Ａ）の両端部の電熱線（６Ａ）の巻き線密度を高くし、熱が拡散しにくい前記スリーブ（３Ａ）中央部の巻き線密度を低くした。

前記スリーブ（３Ａ）の表面温度が所定温度より低い場合は、前記リレー（１５Ａ）により電熱線（６Ａ）への給電をＯＮにし、高ければリレー（１５Ａ）によりＯＦＦにするＯＮ・ＯＦＦ制御を行っても良い。この様に構成した結果、前記スリーブ（３Ａ）を加熱した時の前記スリーブ（３Ａ）の中央部と両端部との温度分布差は１５℃以内になった。

（離型層用チューブの材料）
前記離型層用チューブ（２４Ａ）の材料としては、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ビリニデンフルオライド共重合体（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）などが使用できる。

（ゴムロールの製造結果）
本実施例では、前記スリーブ（３Ａ）を約１５分加熱した後、約１０分冷却し、合計約２５分という短時間でゴムロール（１Ａ）を製造することができた。外径寸法と軸方向の円周振れ（ＪＩＳ
Ｂ００２１）のバラツキが少なくオーブン加熱による場合と同等のゴムロールが得られた。

その結果を表１の実施例１に示した。
ここで、表１の左端はロール成形時の上側に、右端はロール成型時の下側に相当する。

また、本実施例に記載した製造装置に冷却手段（図示せず）を使用してもよく、その場合は前記スリーブ（３Ａ）の冷却時間を更に短縮し、生産性を向上することも可能である。

以下、図面を参照して他の実施例について説明する。
（ゴムロールの製造装置）
図３に示すように、ゴムロール（１Ｂ）の製造装置（２Ｂ）は、円筒状の金型本体である円筒状のスリーブ（３Ｂ）を軸線方向に沿って均等に３分割し、３つの加熱領域ａ、ｂ、およびｃ（両端部ａ、ｃ、および中央部ｂ）を設定した。

各加熱領域には加熱手段として電熱線（６Ｂ）、（６Ｃ）、および（６Ｄ）を前記スリーブ（３Ｂ）の加熱領域ａ、ｂ、およびｃに直接巻着し、各加熱領域には温度検知手段であるシース熱電対（２０Ｂ）、（２０Ｃ）、および（２０Ｄ）を設けた。

本実施例に係るゴムロールの製造装置（２Ｂ）に、前記した液状ゴム原料を注入した後、前記電熱線（６Ｂ）、（６Ｃ）、および（６Ｄ）に通電し、前記液状ゴム原料を加熱硬化させ、ゴム層を形成した。

この際、図７に示すように、前記スリーブ（３Ｂ）の各加熱領域に設けた前記シース熱電対（２０Ｂ）、（２０Ｃ）、および（２０Ｄ）によって各加熱領域の表面温度を測定し、温度制御装置（４０Ｂ）、（４０Ｃ）、および（４０Ｄ）によって前記スリーブ（３Ｂ）の加熱温度が均一になるようにリレー（１５Ｂ）、（１５Ｃ）、および（１５Ｄ）によって別々にＯＮ・０ＦＦ制御をした。

全ての加熱領域が設定温度以下ならば、全ての電熱線への通電をＯＮにする。
一部の加熱領域が設定温度以下、例えば、加熱領域ｂが設定温度以上で加熱領域ａ、およびｃが設定温度以下ならば、円柱状スリーブ中央部の加熱領域ｂの電熱線への通電はＯＦＦ、両端の加熱領域ａ、およびｃの電熱線への通電はＯＮにする。

加熱領域ｂが設定温度以下で、加熱領域ａ、およびｃが設定温度以上であれば、中央部の加熱領域ｂの電熱線への通電がＯＮ、両端部の加熱領域ａ、およびｃの電熱線への通電はＯＦＦにする。

前記ＯＮ・ＯＦＦ制御の他には図８に示すように、温度制御装置（４０Ｂ）、（４０Ｃ）、および（４０Ｄ）からアナログ信号を電力調整器（５０Ｂ）、（５０Ｃ）、および（５０Ｄ）に伝え、前記電力調整器（５０Ｂ）、（５０Ｃ）、および（５０Ｄ）から電熱線へ供給する電流量の大きさをアナログ制御し、前記スリーブ（３Ｂ）の表面温度が所定温度を維持できるようにしても良い。

（ゴムロールの製造方法）
前記製造装置（２Ｂ）を使用してゴムロール（１Ｂ）を製造する場合も、実施例１と同様に、まず、中実の円柱状コア（４Ｂ）の表面にプライマー処理を施すと共に、前記スリーブ（３Ｂ）の内周面に離型層用チューブ（２４Ｂ）をセットする。

そして、吸引用口（５Ｂ）から空気を吸引し、離型層用チューブ（２４Ｂ）を前記円柱状スリーブ（３Ｂ）の内面にセットする。

離型層用チューブ（２４Ｂ）を前記スリーブ（３Ｂ）の内面に吸着した後、前記中実の円柱状コア（４Ｂ）を前記スリーブ（３Ｂ）内に挿入する。そして、前記スリーブ（３Ｂ）の上部に上側キャップ（８Ｂ）、下部に底部キャップ（１０Ｂ）を取り付け、前記スリーブ（３Ｂ）を型枠（３０Ｂ、３１Ｂ）に装着する。

次に、底部キャップ（１０Ｂ）のシャッターバルブ（１３Ｂ）を回動させて、前記シャッターバルブ（１３Ｂ）の流通孔（１４Ｂ）と前記底部キャップ（１０Ｂ）の注入路（１１Ｂ）が連通するように位置を合わせ、前記底部キャップ（１０Ｂ）の注入路（１１Ｂ）から前記中実の円柱状コア（４Ｂ）の外周と前記スリーブ（３Ｂ）の内周面の離型層（２４Ｂ）との間に液状ゴム材料を注入する。
そして、液状ゴム原料の注入が完了した後、前記シャッターバルブ（１３Ｂ）を回動させて、液状ゴム原料の注入を停止する。

その後、液状ゴム原料を加熱硬化させ、前記ゴム層（２３Ｂ）を形成した後、冷却することにより、前記ゴム層（２３Ｂ）の外周に離型層（２４Ｂ）が形成されたゴムロール（１Ｂ）を製造することができる。

（比較例）
図４で示したような従来の製造装置であるオーブン加熱を用いた場合、オーブンで６０分間加熱した後、３０分冷却する製造時間が必要であり、得られたゴムロールは、ＪＩＳ
Ｂ００２１に基づく外形寸法と軸方向の円周触れを（表１）の比較例１に示した。

（ゴムロールの製造結果）
上記のようなスリーブ（３Ｂ）に巻着した帯状電熱線（６Ｂ）、（６Ｃ）、（６Ｄ）を使用したゴムロールの製造装置を用いることにより、比較例に対して製造時間を大幅短縮に短縮できるほか、得られた同一ロット内のゴムロールの外径寸法と軸方向の円周振れも、比較例に対し大幅に改善することができた。その結果を表１の実施例２に示した。

左端（右端）：ロール端部から夫々１５ｍｍのポイントで測定したもの

上述の実施例は説明のために例示したもので、本発明としてはこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加することが可能である。

本発明では、軸方向に均一な品質を有するゴムロールを容易に製造することができ、また複写機やプリンターに用いられる転写・定着ロールのようなゴムロールを小ロット多品種生産することが可能である。

ゴムロールの斜視図である（実施例１）。 ゴムロールの製造装置の側断面図である（実施例１）。 ゴムロールの製造装置の側断面図である（実施例２）。 従来例の製造装置の側断面図である。 ゴムロールの製造装置の回路図である（実施例１）。 ゴムロールの製造装置の別の回路図である（実施例１）。 使用するゴムロールの製造装置の回路図である（実施例２）。 ゴムロールの製造装置の別の回路図である（実施例２）。 ゴムロールの製造装置の部分的な斜視図である（実施例１）。

符号の説明

１（1A、1B） ゴムロール
２（2A、2B） 製造装置
３（3A、3B） 円筒状のスリーブ
４（4A、4B） 中実の円柱状コア
６（6A、6B、6C、6D）電熱線
２０(20A、20B、20C、20C) シース熱電対
４０(40A、40B、40C、40D) 温度調節計
５０(50A、50B、50C、50D) 電力調整器

Claims (3)

1. 芯金と、前記芯金の外周に形成された弾性層と、前記弾性層の表面に被覆された離型層とからなるゴムロールを製造する製造装置であって、円筒状金型本体と前記円筒状金型本体の外周面に直接接触する加熱手段からなり、前記加熱手段は前記円筒状金型本体の外周面に巻着される電熱線であり、且つ前記電熱線の巻き線密度を、前記円筒状金型本体の中央部より両端部を高くしたことを特徴とするゴムロールの製造装置。
2. 前記円筒状金型本体を軸方向に沿って複数に分割して複数個の加熱領域を設定し、前記加熱領域毎に前記円筒状金型本体の外周面に直接接触する加熱手段を前記加熱領域毎に設け、前記加熱領域毎に温度検知手段を設け、前記温度検出手段からの信号を温度制御手段に入力し、前記温度制御手段によって前記加熱手段を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のゴムロールの製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のゴムロールの製造装置を用いて、前記円筒状金型本体に前記芯金と前記離型層に用いる離型層用チューブを挿入した状態で、前記円筒状金型本体内の前記芯金と前記離型層用チューブとの間に液状ゴム材料を充填し、前記加熱手段によって前記液状ゴム材料を加熱して硬化させ弾性層を形成することを特徴とするゴムロールの製造方法。

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