JP5741647B2

JP5741647B2 - ゴムロール製造装置及びゴムロール製造方法

Info

Publication number: JP5741647B2
Application number: JP2013166958A
Authority: JP
Inventors: 飯田　英一; 英一飯田; 昇和田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015033832A

Description

本発明は、ゴムロール製造装置及びゴムロール製造方法に関する。

特許文献１には、円筒状に押し出される未加硫のゴム材の中心部に間隔をおいて順次芯金を送り込み、ゴム材で芯金の外周面が被覆されたゴムロール部とゴム材で芯金の間が中空とされた中空部とを交互に排出する排出機と、排出機から排出された中空部のゴム材により芯金の端面の少なくとも周縁部が覆われるように、中空部のゴム材を内方に押圧する押圧機と、を備えるゴムロール製造装置が開示されている。

特開２０１３−１０３４７３号公報

本発明は、ゴム材に含まれる気体によってロール形状に乱れが生じるのを抑制することを課題とする。

請求項１の発明は、環状の流路を有し、該流路から未加硫のゴム材を円筒状に押し出す押出部と、前記流路の内周側に前記流路の軸方向に沿って設けられた通路を有し、該通路の一端から芯材を円筒状の前記ゴム材の内部へ供給する供給部と、前記通路の内周一部に配置され前記通路の内壁に形成された溝部で構成された、前記ゴム材からの気体を前記通路の前記一端から他端側に向けて排出可能な排出部と、を備える。

請求項２の発明は、前記排出部には、前記通路の前記一端から前記ゴム材が流入しない構成とされている。

請求項３の発明では、前記溝部の深さは、前記通路の前記一端において、０．２ｍｍ以下とされている。

請求項４の発明は、押出部が有する環状の流路から未加硫のゴム材を円筒状に押し出す押出工程と、前記流路の内周側に前記流路の軸方向に沿って設けられた通路の一端から芯材を円筒状の前記ゴム材の内部へ供給する供給工程と、前記通路の内周一部に配置され前記通路の内壁に形成された溝部で構成された排出部によって、前記ゴム材からの気体を前記通路の前記一端から他端側に向けて排出する排出工程と、を有する。

本発明の請求項１の構成によれば、本構成における排出部を有さない場合に比べ、ゴム材に含まれる気体によってロール形状に乱れが生じるのを抑制できる。

本発明の請求項２の構成によれば、排出部に対して通路の一端からゴム材が流入する場合に比べ、ゴム材に含まれる気体によってロール形状に乱れが生じるのを抑制できる。

本発明の請求項３の構成によれば、溝部の深さが通路の一端において０．２ｍｍを超える寸法とされている場合に比べ、ゴム材に含まれる気体によってロール形状に乱れが生じるのを抑制できる。

本発明の請求項４の製造方法によれば、本製造方法における排出工程を有さない場合に比べ、ゴム材に含まれる気体によってロール形状に乱れが生じるのを抑制できる。

本実施形態に係るゴムロール製造装置の構成を示す図である。図１のゴムロール製造装置における通路及び溝部の構成を示す図である。図１のゴムロール製造装置を用いた製造方法の一工程を示す図である。図１のゴムロール製造装置を用いた製造方法の一工程を示す図である。図１のゴムロール製造装置を用いた製造方法の一工程を示す図である。図１のゴムロール製造装置を用いた製造方法の一工程を示す図である。図１のゴムロール製造装置を用いた製造方法の一工程を示す図である。図１のゴムロール製造装置を用いた製造方法の一工程を示す図である。実施例及び比較例の評価結果を示す表である。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

（ゴムロール製造装置１０）
まず、本実施形態に係るゴムロール製造装置１０について説明する。図１は、ゴムロール製造装置１０の構成を示す図である。

ゴムロール製造装置１０は、ゴムロールを製造する装置である。製造対象であるゴムロールは、一例として、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。

具体的には、ゴムロール製造装置１０は、図１に示されるように、いわゆるクロスヘッドダイから構成される排出機１２と、排出機１２の下方に配置される分離機１４と、分離機１４の下方に配置される引出機１６と、を備えている。

排出機１２は、未加硫のゴム材２１を供給するゴム材供給部１８と、ゴム材供給部１８から供給されたゴム材２１を円筒状に押し出す押出部２０と、押出部２０から円筒状に押し出されるゴム材２１の内部に芯金２２（芯材の一例）を供給する芯金供給部２４（供給部の一例）と、を備えている。

ゴム材供給部１８は、図１における左右方向に沿って配置された円筒状の本体部２６と、本体部２６の内部に本体部２６の軸方向に沿って配置されたスクリュー２８と、を有している。スクリュー２８は駆動モータ３０によって回転駆動される。本体部２６の駆動モータ３０側（図１における右側）には、ゴム材２１を投入する投入口３２が設けられている。投入口３２から投入されたゴム材２１は、本体部２６の内部においてスクリュー２８によって練られながら押出部２０に向けて（図１における左側に向けて）送り出される。

なお、ゴム材２１としては、一例として、全ポリマー成分１００質量部のうち８０質量部以上のエピクロルヒドリンゴムを有し、全ポリマー成分１００質量部に対しカーボンや炭酸カルシウムなどの無機フィラーを３０〜６０質量部配合したものが用いられる。さらに、ゴム材２１としては、一例として、ムーニー粘度（ＪＩＳＫ６３００−１）が４５〜６０の範囲のものが用いられる。芯金２２としては、一例として、円柱状又は円筒状の金属棒が用いられる。

押出部２０は、図１における上下方向に沿って配置された円筒状のケース３４と、ケース３４の内部中心にケース３４の軸方向に沿って配置される円柱状のマンドレル３６と、マンドレル３６の下方に配置された排出ヘッド３８と、を備えている。

円筒状のケース３４は、軸方向の中間部において、ゴム材供給部１８の本体部２６と接続されている。これにより、本体部２６からケース３４へゴム材２１が送り出されるようになっている。マンドレル３６は保持部材４０によってケース３４に保持されている。マンドレル３６の下部は下方に向けて先細った形状を呈している。

排出ヘッド３８は保持部材４２によってケース３４に保持されている。マンドレル３６の外周面（一部において保持部材４０の外周面）と保持部材４２の内周面（一部において排出ヘッド３８の内周面）との間には、ゴム材２１が流れる環状の環状流路４４（流路の一例）が形成されている。そして、ゴム材供給部１８のスクリュー２８が駆動することで、当該環状流路４４から、マンドレル３６の下方に配置された後述の合流域４８に向けてゴム材２１が円筒状に押し出されるようになっている。

芯金供給部２４は、マンドレル３６の上方に配置されるローラ対５０と、マンドレル３６の軸中心部に形成された通路４６（ガイド孔）と、を備えている。ローラ対５０は複数対（例えば、３対）設けられ、各ローラ対５０の片側のローラはベルト５２を介して駆動ローラ５４に接続されている。

通路４６は、環状流路４４の内周側に環状流路４４の軸方向に沿って形成された貫通孔で構成されている。当該貫通孔は、マンドレル３６の上端から下端に達するシームレス（継ぎ目のない）の孔で構成されている。

通路４６の内径（最小内径）は、芯金２２の外径に対して、０．０３ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下の差を有している。芯金２２の外径（直径）は、一例として、８ｍｍとされている。

なお、通路４６の径は、上端の入口４６Ａから下端の出口４６Ｂまで一定であることが望ましいものの、ゴム材２１と合流する出口４６Ｂ側の径が規定されていれば、通路４６における上下方向の全域の径が規定される必要は無い。

マンドレル３６の先端の下方の領域は、通路４６の出口４６Ｂから供給される芯金２２と環状流路４４から供給されるゴム材２１とが合流する合流域４８とされている。即ち、この合流域４８に向けてゴム材２１が円筒状に押し出され、円筒状に押し出されるゴム材２１の内部に芯金２２が供給されるようになっている。

芯金供給部２４では、駆動ローラ５４が駆動されると、各ローラ対５０によって挟持される芯金２２はマンドレル３６の通路４６に向けて送られる。芯金２２は予め定められた長さとされており、ローラ対５０によって送られる後方の芯金２２がマンドレル３６の通路４６に存在する先方の芯金２２を押すことにより、複数の芯金２２が順次に通路４６を通過するようになっている。また、駆動ローラ５４の駆動は、先方の芯金２２の前方端がマンドレル３６の先端に位置したときに一旦停止されようになっており、マンドレル３６の下方の合流域４８において、芯金２２が間隔をおいて送り込まれるようになっている。

また、駆動ローラ５４によって、芯金２２のゴム材２１への供給速度を制御することで、得られるゴムロールの軸方向の外径変化を与えるようになっている。例えば、芯金２２の軸方向中央部付近の速度よりも、芯金２２の軸方向両端部の速度を速くすることで、クラウン形状（軸方向両端部よりも軸方向中央部のゴム材２１の厚みが厚い形状）のゴムロールが製造される。

このように、排出機１２においては、合流域４８においてゴム材２１を円筒状に押し出し、ゴム材２１の内部に間隔をおいて芯金２２が順次送り込まれるようになっている。それにより、外周面がゴム材２１で被覆された芯金２２が排出ヘッド３８から排出されるようになっている。なお、芯金２２の外周面にはゴム材２１との接着性を高めるためにプライマーが予め塗布されている。

分離機１４は、ゴム材２１を分離する１対の半円筒状の分離部材６０を有している。１対の分離部材６０は、排出機１２から排出されるゴム材２１を挟むようにして対向配置されている。各分離部材６０には、中心部に向けて突出する突出部６２が形成されている。各分離部材６０は、駆動機構（図示省略）によって、図１における左右方向及び上下方向に可動されるようになっている。分離機１４では、突出部６２がゴム材２１を挟むように分離部材６０が駆動されることで、芯金２２とその次に送り出される芯金２２との間でゴム材２１を分離するようになっている。

引出機１６は、１対の半円筒状の把持部材６４を有している。１対の把持部材６４は、排出機１２から排出されるゴム材２１を挟むようにして対向配置されている。各把持部材６４には、ゴム材２１の外周面形状に対応した形状の把持部６６が形成されている。各把持部材６４は駆動機構（図示省略）によって、図１における左右方向および上下方向に可動されるようになっている。引出機１６では、把持部６６がゴム材２１を把持するように把持部材６４を駆動すると共に、把持部材６４を下方へ移動させることで、ゴム材２１を排出機１２から引き出すようになっている。

ここで、ゴムロール製造装置１０は、図２に示されるように、通路４６の内周一部に配置され、ゴム材２１からの気体を通路４６の下端（一端）から上端側（他端側）に向けて排出可能な溝部８０（排出部の一例）を備えている。

溝部８０は、一例として、軸方向視にて、通路４６の内壁にその周方向に間隔を置いて３つ形成されている。各溝部８０は、通路４６の入口４６Ａから出口４６Ｂに渡って、直線状に形成されている。

すなわち、溝部８０は、通路４６の出口４６Ｂ（マンドレル３６の下端）で下方に開放されると共に、通路４６の入口４６Ａ（マンドレル３６の上端）で上方に開放されている。従って、溝部８０の下端から流入した気体は、溝部８０の上端へ抜けるようになっている。すなわち、溝部８０は、ゴム材２１からの気体を、通路４６の下端から上端側に向けて排出可能となっている。

溝部８０によって排出される気体としては、例えば、ゴム材供給部１８においてゴム材２１が巻き込んだ空気や、ゴム材供給部１８への投入前にゴム材２１中に含まれる空気等の気体などが該当する。

通路４６の下端（出口４６Ｂ）から溝部８０にゴム材２１が流入しないように、通路４６の下端における溝部８０の深さＤが設定されている。具体的には、溝部８０の深さＤ（最大深さ）は、一例として、０．２ｍｍとされる。この深さＤであれば、溝部８０の幅Ｗに関わらず、ムーニー粘度（ＪＩＳＫ６３００−１）が４５〜６０の範囲のゴム材２１は、溝部８０に流入しない。なお、このことは、後述の評価に用いたゴムロール製造装置１０での試験により、確認されている。

溝部８０の幅Ｗは、少なくとも芯金２２の直径よりも小さく、一例として、０．５ｍｍとされている。このとき、通路４６の内径Ｂは、一例として、８．０５ｍｍとされる。なお、図２においては、通路４６に対する溝部８０の深さＤ及び幅Ｗを誇張して図示している。

また、溝部８０は、通路４６の出口４６Ｂでの面積、寸法が規定されていれば、溝部８０の上下方向の全域で、面積、寸法が規定される必要は無い。従って、溝部８０は、通路４６の入口４６Ａ側に近づくにつれて、断面積や形状を変化させてもよいし、直線であっても曲線であっても、或いは途中で屈曲していても良く、溝部８０の形状は、特に限定されるものではない。

（ゴムロール製造方法）
次に、ゴムロール製造装置１０を用いたゴムロール製造方法について説明する。図３〜図８は、ゴムロール製造装置１０を用いた製造方法の各工程を示す図である。図中において、「Ｖ１」は芯金２２の送り出し速度を示し、「Ｖ２」はゴム材２１の押し出し速度を示している。

本製造方法では、ゴム材供給部１８から押出部２０の環状流路４４に供給されたゴム材２１は、図３に示されるように、排出機１２における押出部２０の環状流路４４から合流域４８に向けて、円筒状に押し出される（押出工程）。

さらに、芯金供給部２４の出口４６Ｂから芯金２２を円筒状のゴム材２１の内部に供給する（供給工程）。これにより、合流域４８において、ゴム材２１と芯金２２とが継続的に合流し、芯金２２の外周をゴム材２１が被覆していく。

ゴム材２１と芯金２２とが継続的に合流する際に、ゴム材２１から内周側（芯金２２側）へ放出される気体が、通路４６の溝部８０によって、通路４６の下端から上端側に向けて排出される（排出工程）。

さらに、図４に示すように、ゴム材２１が被覆された芯金２２が送り出されて、次の芯金２２の先端が出口４６Ｂに達すると、当該次の芯金２２の供給が停止される（Ｖ１＝０）。すると、各把持部材６４は互いに近づく方向に可動され、各把持部材６４の把持部６６によってゴム材２１が把持される。

そして、図５に示すように、ゴム材２１を把持した状態で各把持部材６４を下方に移動する。即ち、各把持部材６４によってゴム材２１を排出機１２から引き出す。そうすると、合流域４８のゴム材２１に張力が作用し、ゴム材２１で芯金２２の間に中空部分５８が形成される。

図６に示すように、芯金２２の送り出しが再開され、中空部分５８が１対の分離部材６０の対向位置まで移動する。なお、芯金２２の送り出し速度Ｖ１とゴム材２１の押し出し速度Ｖ２とは略同一である。そして、中空部分５８が１対の分離部材６０の対向位置まで移動したとき、図７に示すように、各分離部材６０は互いに近づく方向に可動され、中空部分５８のゴム材２１は各分離部材６０の突出部６２によって内方に分離される。それにより、先方の芯金２２の端面６８および後方の芯金２２の端面６８が中空部分５８のゴム材２１によって覆われることとなる。

そして、図８に示すように、各分離部材６０が互いに離れる方向に可動されると、中空部分５８において分離され、芯金２２を袋とじ状とするゴムロール１００が成形される。なお、各把持部材６４は分離されたゴムロール１００を把持しつつ下方に適宜な距離だけ移動させた後、次のゴム材２１を把持するための待機位置として図４の仮想線（二点鎖線）で示す位置に移動する。

袋とじ状のゴムロール１００は、次工程において加硫処理炉に入れられる。それにより、芯金２２を覆うゴム材２１に対して加硫処理が施される。

加硫処理されたゴムロール１００は、次工程において加工処理される。具体的に、ゴムロール１００の両端側において芯金２２が一定の長さ露出するように両端部のゴム材２１が切除される。すなわち、芯金２２の端面６８を覆う部分のゴム材２１は切除されることとなる。これにより、ゴムロールが得られる。

なお、ゴム材２１は加硫処理が施される前に把持部材６４の把持部６６によって把持されるため、加硫処理後のゴム材２１には把持部６６の跡が残る。しかし、ゴム材２１における当該跡が付いた部分は、前記した切除される両端部のゴム材２１に含まれる（両端部のゴム材２１と共に切除される）ため、当該跡が最終製品のゴムロールに残ることはない。

（本実施形態の作用）
本実施形態では、通路４６の内径（最小内径）が、芯金２２の外径に対して、０．１ｍｍ以下の寸法差を有している。一方、芯金２２の外径に対して０．１ｍｍを超えて大きい場合には、芯金２２の径方向（軸方向と直交する方向）における位置の自由度が過剰となる。これにより、ゴム材２１により形成されるロール部に対して、芯金２２が偏心する原因となる。芯金２２が偏心した場合には、帯電ロールを回転させた際に振れが大きくなり、感光体ドラムとの距離が変化して、帯電不良を生じる。

本実施形態では、通路４６の内径（最小内径）が、芯金２２の外径に対して、０．０３ｍｍ以上の寸法差を有している。一方、芯金２２の外径に対して０．０３ｍｍ未満である場合には、芯金２２の振れや外径のバラつきによって、芯金２２が通路４６内に引っ掛かり、芯金２２の詰りが発生する場合がある。なお、０．０３ｍｍという下限値は、芯金２２の許容される公差に基づき規定されるものである。従って、芯金２２の許容される公差がさらに小さければ、０．０３ｍｍ未満であってもよいし、芯金２２の許容される公差が大きい場合には、０．０３ｍｍ超える値であってもよい。

前述のように、本実施形態では、通路４６の内径（最小内径）が、芯金２２の外径に対して、０．０３ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下の差を有しているので、芯金２２のロール部に対する偏心、及び、芯金２２の詰りが抑制される。

このように、通路４６の内径（最小内径）と、芯金２２の外径との寸法差が、０．１ｍｍ以下のように小さい場合には、芯金２２と通路４６との隙間がないのと等しい状態となり、ゴム材２１から内周側（芯金２２側）へ放出される気体の逃げ道が塞がれる。

これに対して、本実施形態では、通路４６に溝部８０が形成されているので、前述のように、ゴム材２１から内周側（芯金２２側）へ放出される気体が、通路４６の溝部８０によって、通路４６の下端から上端側に向けて排出される。このため、ゴム材２１と芯金２２との界面に気体が残留しない。従って、当該気体によって、製造されるゴムロールにおいて、軸方向及び周方向に部分的な凸部が形成されず、ゴム材２１に含まれる気体によってロール形状に乱れが生じることが抑制される。

さらに、本実施形態では、溝部８０の深さＤが０．２ｍｍ以下とされており、溝部８０にはゴム材２１が流入しない。このため、溝部８０がゴム材２１で塞がらず、ゴム材２１の気体が効果的に排出される。

また、溝部８０の深さＤが０．２ｍｍ以下とされているため、深さＤが０．２ｍｍを超える場合に比べ、先細り形状のマンドレル３６の下端側の加工性が良好となる。

（評価）
図９に示すように、実施例１〜４、比較例１、２について、以下の通り評価を行った。

本評価では、上記のゴムロール製造装置１０における排出機１２として、内径１２．５ｍｍの円形断面をもち、ゴム材２１の流路に硬質クロームメッキを施したクロスヘッドダイを用いた。

マンドレル３６の径方向中心にφ８．０５ｍｍの内径を持つ貫通孔を加工して、通路４６とした。そして、通路４６に沿って内径表面に、各実施例に応じた幅、最大深さの長方形の断面形状を持つ溝部８０を周方向に３箇所加工した（図２参照）。比較例では、溝部８０を形成していないものを用いた。

ゴム材２１としては、全ポリマーのうち８０質量部以上のエピクロルヒドリンゴムを有し、カーボンや炭酸カルシウムなど無機フィラーを３０〜６０質量部、その他加硫剤や加硫促進剤、可塑剤などを配合したものを用いた。このゴム材２１のムーニー粘度（ＪＩＳＫ６３００−１）は５２であった。

芯金２２としては、長さ３５５ｍｍ、直径８．０ｍｍ、全振れ公差３０μｍ以下の快削鋼のシャフトの表面に厚さ約５μｍの無電解ニッケルメッキを施した芯金に、厚さ１０μｍでプライマーを塗布したものを用いた。

そして、上記のクロスヘッドダイを用いたゴムロール製造装置１０によって、芯金２２に厚さ２ｍｍのゴム材２１によるゴム層を形成し、加硫硬化させた後、芯金の端面より１５ｍｍの位置でゴム層を切除して両端部に芯金２２の露出した導電性ゴムロールを得た。

こうして得られたゴムロール１０本に対して、外観・形状検査を行い、気体による形状乱れの有無、ゴムロールの振れ値を測定して平均値を算出し、良否の判定を行った。気体による形状の乱れは、目視による官能評価で有無を判定した。振れについては１００μm以下が不適合となる。ゴム材２１の溝部８０への流入は、ゴムロール１０本を成形後に、ゴムロール製造装置１０を分解することで確認した。

この結果、実施例１〜３では、気体による外観異常もなく、また振れも要求値を満足している。さらに、芯金２２の通路４６への詰まり等、設備トラブルも発生しなかった。

実施例４は、芯金２２と通路４６の隙間（クリアランス）が小さかったことにより、成形４本目で芯金２２の通路４６に対する詰まりが発生した。なお、成形されたゴムロール３本については、気体による外観異常もなく、また振れも要求値を満足していた。

比較例１では、ゴムロール１０本中、８本において、気体による外観異常が発生した。

比較例２では、気体による外観異常は生じなかったものの、振れが要求値を満足しなかった。

（変形例）
上記実施形態では、溝部８０が、通路４６の内壁に加工されていたが、これに限られず、通路４６の内周一部にゴム材２１からの気体を排出可能な隙間（空間）があればよい。当該隙間は、異形の空間で構成されていてもよい。また、当該隙間は、通路４６と一体に加工することで、形成してもよい。

また、上記実施形態では、溝部８０は、ゴム材２１が流入しないようになっていたが、これに限られず、溝部８０が気体を排出可能な範囲でゴム材２１が溝部８０に流入することは、許容される。

また、上記のゴムロール製造装置１０では、分離機１４により中空部分５８でゴムロール１００を分離するように構成したが、これに限られず、分離機１４により中空部分５８のゴム材２１を内方に分離した後、別途のカッターによってゴムロール１００を分離するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ゴム材２１としてエピクロルヒドリンゴムを用いたものを例示したが、これに限られず、他のゴム材料を用いても良い。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成しても良い。

１０ゴムロール製造装置
２０押出部
２１ゴム材
２２芯金（芯材の一例）
２４芯金供給部（供給部の一例）
４４環状流路（流路の一例）
４６通路
８０溝部（排出部の一例）

Claims

環状の流路を有し、該流路から未加硫のゴム材を円筒状に押し出す押出部と、
前記流路の内周側に前記流路の軸方向に沿って設けられた通路を有し、該通路の一端から芯材を円筒状の前記ゴム材の内部へ供給する供給部と、
前記通路の内周一部に配置され前記通路の内壁に形成された溝部で構成された、前記ゴム材からの気体を前記通路の前記一端から他端側に向けて排出可能な排出部と、
を備えるゴムロール製造装置。
前記排出部には、前記通路の前記一端から前記ゴム材が流入しない構成とされた請求項１に記載のゴムロール製造装置。
前記溝部の深さは、前記通路の前記一端において、０．２ｍｍ以下とされている請求項１又は２に記載のゴムロール製造装置。
押出部が有する環状の流路から未加硫のゴム材を円筒状に押し出す押出工程と、
前記流路の内周側に前記流路の軸方向に沿って設けられた通路の一端から芯材を円筒状の前記ゴム材の内部へ供給する供給工程と、
前記通路の内周一部に配置され前記通路の内壁に形成された溝部で構成された排出部によって、前記ゴム材からの気体を前記通路の前記一端から他端側に向けて排出する排出工程と、
を有するゴムロール製造方法。