説明

ゴムロールの製造方法

【課題】クラウン状のゴム層を有するゴムロールを研削する際にゴム層端部よりも中央部のほうが研削時のフレが大きくなることを抑制する。
【解決手段】芯金の外周面に、クラウン状のゴム層を形成するゴム層形成工程;および、逆クラウン状の研削面を有する砥石を用いて、該ゴム層形成工程で得られたゴム層をプランジ研磨するプランジ研磨工程を有し、該砥石の研削面の両端における半径をRs1、中央における半径をRs2とし、該ゴム層形成工程で得られるゴム層の両端における半径をRg1、中央における半径をRg2とし、Δs=Rs1−Rs2、Δg=Rg2−Rg1、としたとき、Δs<Δgとするゴムロールの製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機やプリンター等に組み込まれる給紙ロール、帯電ロール、転写ロール、現像ロール、トナー供給ロール、クリーニングロール等に用いられるゴムロールの製造方法に関する。より詳しくは、クラウン状のゴム層を有するゴムロールの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ゴム層の端部外径が中央部外径より小さい、クラウン状のゴム層を有するゴムロールは、一般的なクロスヘッド押出し機を使って、連続的に芯金を投入しながらゴムコンパウンドを被覆していく成形方法によって製造することができる。図1を用いてこの方法について説明する。まず、あらかじめ接着用のプライマーが塗られた芯金(3)を用意する。そして、押出し機ヘッド(1)内で、円筒状にゴムが押出される中心部分に、芯金ガイド(2)によって位置を決定された芯金(3)が、芯金送りロール(4)により断続的且つ一定速度で送り込まれてくる。これにより、芯金−ゴム密着エリアにおいて芯金外周に一定速度量で供給されるゴム材料(A)が一体的に被覆される。被覆エリアをとおり押出し機ヘッド先端口金(5)より押出された芯金−ゴムの円柱状一体物は押出し機に併設される引取り切断機によりゴムロール(B)1本ずつの長さに引き離される。
【0003】
このようなゴムロール製造においては以降の工程として、1本毎のゴムロールはコンベアーによって熱風炉の中を連続して搬送される。加硫反応がなされた後、所望のゴム層の長さに切断され、所望の外径寸法及び形状に加工するために研削工程に運ばれる。
【0004】
研削工程では、ゴム層の長さを超える幅の切削回転砥石を、回転させたゴムロールのゴム層に一定速度で押し当て、ゴム層を必要な外径寸法まで削り込む。この際、ゴム層に押し当てる研削砥石は、所望の形状のゴム層を得るために適した形状に加工されている。一般的に、端部外径が中央部外径より小さいゴムロールの作成にあたっては、端部から中央部にかけて外径が小さくなるような断面円弧形状であったり、端部から中央部にかけて何段階かのテーパー形状を持つように砥石がドレッシング加工されている。つまり、逆クラウン状の研削面を有する砥石が用いられる。
【0005】
さらに最近では押出し技術の進歩により、ゴムロールを押出し加工する際、芯金の供給速度の変化やゴムの押出し吐出量の制御により、砥石の断面円弧形状に合わせてゴムロール長手方向断面を円弧状に押出し成形することが行われている。つまり押出し成形によってクラウン状のゴム層を形成しておき、そのゴム層を研削して所望のクラウン形状に寸法を整えることができる。これにより、研磨工程における研削代の削減、研削タクトの短縮などの効果がある(特許文献1および2参照)。
【0006】
一方でこの様な研削工程における課題として、ゴムロール端部よりも中央部のほうが研削時のフレが大きいという点が挙げられる。研削時にゴムロールを把持する手段として、芯金外周面を軸中心に向けて均一に圧接する方法であるコレットチャックやダイアフラムチャックといった手段が用いられる。軸中心に対する回転フレ精度に関しては、芯金端部の把持部付近は精度良く調整が可能なことに対し、端部から離れるほどにフレの大きさが増大するため、ゴムロールを回転させるにあたり中央部の偏芯精度が劣ってしまう傾向がある。これを緩和する手段としては、中央部の研削時間を多くし丁寧に削ることが必要であるが、端部からゴムロールに接触してしまう逆クラウン砥石による研削では中央部の研削時間はタクトを増加させ生産効率が低下することがある。
【0007】
更には、断面円弧状の砥石でストレート円柱状に押出したゴムロールを削る場合は、砥石はゴムロールに接近する際、端部から接触するため、その負荷によってゴムロールが撓み中央部の研削性が落ちて、特に中央部のフレ精度が劣ってしまう傾向もある。
【0008】
これらの傾向は比較的軸芯金が細い、特に軸径が8mm未満のOA用ゴムロール、また、芯金が長いA3用紙対応のOA用ゴムロールの研削時に比較的顕著に現れる。
【特許文献1】特開2003−300239号公報
【特許文献2】特開2006−305770号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的は、クラウン状のゴム層を有するゴムロールを研削する際にゴム層端部よりも中央部のほうが研削時のフレが大きくなることを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明により、芯金の外周面に、クラウン状のゴム層を形成するゴム層形成工程;および、
逆クラウン状の研削面を有する砥石を用いて、該ゴム層形成工程で得られたゴム層をプランジ研磨するプランジ研磨工程を有し、
該砥石の研磨面の、両端における半径をRs1、中央における半径をRs2とし、
該ゴム層形成工程で得られるゴム層の、両端における半径をRg1、中央における半径をRg2とし、
Δs=Rs1−Rs2、Δg=Rg2−Rg1、としたとき、
Δs<Δgと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。
【発明の効果】
【0011】
本発明により、ゴムロール研削時にゴム層端部よりも中央部のほうが研削時のフレが大きくなることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明につき図面を用いて詳しく説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。まず、図2および図3を参照する。
【0013】
図2は、研削前のゴムロール(C)と研削砥石(6)とを示す。ゴムロール、研削砥石ともに、それぞれの中心軸を含む断面を示しており、研削砥石については中心軸より片側のみ示している。
【0014】
本発明のゴムロール製造方法では、例えば、軸体(金属製丸棒)に化学めっきを施した長さ200mm〜400mm、外径φ4.97mm〜7.98mmのものを芯金として用いることができる。なお、本明細書においてφは直径を意味する。そして芯金の両端部からそれぞれ7mm〜20mmの部分をゴム非接着部とし、それ以外の外周面に接着剤を塗布したものを使用することができる。
【0015】
ゴム層形成工程では、クロスヘッドダイを持つ押出し機、及びこの押出し機に芯金(3)を調速しながら挿入することが可能な芯金供給機、若しくはゴム吐出量をプログラム制御により可変な芯金ゴム被覆装置を使用することができる。これにより、ゴムロールのゴム層の長手方向断面(中心軸を含む断面)の外縁部が図2に示すような外側に凸の円弧状(研削前ゴム層ロール形状7)になるようなゴム層、すなわちクラウン状のゴム層を被覆成形することができる。
【0016】
その後、熱化学反応によりゴムの架橋(加硫)とゴムと芯金の接着がなされ、芯金両端部のゴムを7〜20mm取り除き(すなわち、ゴム非接着部を取り除く)ゴムロールの形状とする。
【0017】
その後、研削砥石(6)を具備する円筒研削機を用いてゴム層を研削することができる。この砥石は、ゴムロールのゴム長さ(ゴム層の長手方向の長さ)よりも幅の広い研削面を持つ。研削時には、砥石とゴムロールの両者を回転させる。この際、砥石の回転軸とゴムロールの回転軸は平行にする。回転する砥石を、回転するゴムロールに長手面に対し垂直に一定速度で接近、接触させることによってゴム層を研削する。すなわちゴム層をプランジ研磨する。
【0018】
砥石としてはゴム、プラスチック研削に優れた球形気泡を配する砥石、例えば、(株)テイケン製PT砥石(商品名)、(株)ノリタケカンパニーリミテド製VRG砥石(商品名)などが好ましい。砥石の砥粒、結合剤および気孔はゴム組成に応じて適宜選択される。
【0019】
なお、一般的にプランジ研磨はワークに対し回転砥石の外周面を近づけ砥石外周面で研削していく方法をいう。プランジ研磨は、回転砥石側面によるエッヂ研削であるトラバース研磨と区別される。
【0020】
上記研削砥石の研削面(10)は、両端部から中央部にかけて内側に凸の円弧状、もしくは円弧上の複数点を結ぶ折れ線状にドレッシング加工されている。つまり、この砥石は逆クラウン状である。
【0021】
なお、クラウン状は両端から中央に向かって径が太くなる円筒形状(内部が中空であってもよい)であり、逆クラウン状は両端から中央に向かって径が細くなる円筒形状(内部が中空であってもよい)である。
【0022】
ここで、砥石両端の半径をRs1(mm)、砥石中央(長手方向における)の半径をRs2(mm)とし、Δs=Rs1−Rs2(mm)とする。また、加硫後のゴムロールのゴム層両端の外径半径をRg1(mm)、ゴム層中央(長手方向における)の外径半径をRg2(mm)とし、Δg=Rg2−Rg1とする。このとき、Δs<Δgとする。なお、砥石は逆クラウン状のため、0<Δsである。
【0023】
プランジ研磨は、ゴムロールを円筒研削機に把持して行う。このためにゴムロール両端部の芯金外周面を芯金中心に向けてチャックする手段によって芯金を把持することができる。これにより芯金を軸中心に精度良く固定し、回転させる機構が備わっている。このための機構として、例えば、図3に示すような、円周上に配された先端が分割された爪(18)をテーパーに沿って引き寄せることで芯金(17)を円周方向に均一に固定するコレットチャックを用いることができる。あるいは図4に示すような、円周上に配された爪(19)が均一な力で軸中心に向かって絞まることで芯金(17)を固定するダイアフラムチャックを用いることができる。これらに限らず、芯金円周面上を固定する機構を適宜採用することができる。なお図3および図4において、(a)は正面図、(b)は側断面図である。
【0024】
上記研削砥石(6)を具備する円筒研削機に上記チャック方法により固定された上記ゴムロール(C)は、砥石の回転方向に対し、対峙方向もしくは追従方向にて回転され、砥石の接近によりゴム層の表面研削がなされる。その際、Δs<Δgとすることにより中央部からゴム層が砥石と接触し、研削が始まる。次いでゴムロール端部方向に向かって次第に研削がなされていく。
【0025】
このようにして、図2に示すように、ゴム研削代8だけゴム層を研削し、研削後ゴム層ロール仮想形状9を有するゴム層(研削後ゴムロールゴム部11)を得ることができる。
【0026】
また、0(mm)<Δg−Δs(mm)<1.5(mm)が好ましい。Δg−Δs(mm)<1.5(mm)とすることにより、端部の研削時間が短くなることを抑えて端部のフレ精度を良好にすることが容易だからである。なお、0(mm)<Δg−Δs(mm)は、Δs<Δgと同義である。
【0027】
芯金の外直径が4.5mmを超え、8.0mm未満であることが好ましい。外直径が4.5mmを超えると、軸としての剛性が良好で有効なフレ精度を得ることが容易である。また8.0mm未満であると、芯金剛性で充分なフレ精度を得にくくても、本発明によってフレを抑制することができ効果的である。本発明はコストや重量の点から比較的有効な芯金外径を用いた際のフレ精度において特に顕著な効果を見出すものである。
【0028】
本発明によれば、ゴム層中央部の研削時間をゴム層端部の研削時間よりも長くすることが容易で、中央部の研削時間が比較的長くとれるために中央部のフレ精度の低下を抑制することができる。端部が先に当たる場合に比べ、ゴムロールの逃げや変形がなくゴムロール全長に渡ってフレ制度の良い研削ゴムロールを得ることができる。
【実施例】
【0029】
以下、具体的に本発明の実施例を説明する。
【0030】
〔実施例1〕
軸体となる金属芯金として、鉄材を押出し成形により直径5.97mmの棒材に押出し、長さ244mmに切断後、これに化学メッキを厚さ約3μm施したものを用意した。
【0031】
芯金に、スチレン樹脂を主成分とするホットメルトタイプの導電性プライマーを、両端からそれぞれ9.7mmまでの部分を除き、一様に厚さ約10μm塗布した。
【0032】
芯金は、押出し機ヘッドに付帯された調速機能付芯金供給装置及びクロスヘッドダイ内の内径約φ6mmの芯金ガイドによりクロスヘッド内部のゴム被覆エリアへ搬送される。
【0033】
押出し機は、図1に示す構成を有する(株)三葉製作所製φ60mmベント押出し機にクロスヘッド(1)による芯金−ゴム被覆機能を備え、ゴム突出部の口金ダイス(5)は穴径φ9.2mmのものが取り付けられている。ヘッド全体は約80℃の温調循環水によって温度調整がなされている。
【0034】
ゴムコンパウンドにはエチレン−プロピレンゴムを主材とし、導電性カーボン、補強剤、可塑剤、充填剤、加硫剤、加工補助剤等を混練したものを用意した。
【0035】
ゴム押出し機によりゴムを口金ダイスより約6kg/hで突出させ、合わせて芯金供給機より芯金を2.0〜2.8m/minで加減速させながら連続的に送り込み、クラウン状となるようにゴムを芯金の周囲に被覆した。その際のゴムロール中央の半径は4.6mm、両端からそれぞれ9.7mmの位置の半径は4.3mm、長手方向各所のフレは約0.03mmとなった。このゴムロールを熱風炉にて加熱、架橋反応させた後、両端からそれぞれ9.7mmまでの部位のゴムを取り除き、端部芯金を露出したゴムロールとした。
【0036】
すなわち、Rg1=4.3mm、Rg2=4.6mm、Δg=0.3mmである。
【0037】
研削用の砥石は次のようにして作成した。(株)テイケン製PT砥石GC80(商品名、外径φ220mm、幅250mm)を用意し、この砥石を(株)ツガミ製円筒研削機に装着した。両端に対し中央(長手方向)の半径が0.17mm小さくなるような円弧上に長手方向に12.5mm間隔でポイントを配し、各ポイントを直線で結ぶドレッシングプログラムにより円弧相当の加工を、砥石に施した。このようにして、両端における半径Rs1が約110mm、中央における半径Rs2がRs1マイナス0.17mm、ΔS=0.17mmである、逆クラウン状の研削面を有する砥石を得た。
【0038】
従って、本例では、0mm<Δg−ΔSmm<1.5mmの関係が成り立っている。
【0039】
上記ゴムロールを円筒研削機に具備されたダイアフラムチャックにて両端を固定し、主軸回転速さ300rpmで砥石の回転方向に対して対峙する回転方向で回転させた。そして、研削砥石を1500rpmで回転させながらゴムロールの中心軸に同水位、並行に0.2mm/minの速度で所定の位置まで接近させゴムロールを研削した後、1秒間停止するプログラムでゴム層を加工した。
【0040】
研削加工されたゴムロールについて、キーエンス製レーザー測長機を用いて、長手方向の形状測定を以下の要領で行なった。研削されたゴムロールを固定し、5mmピッチで芯金軸に平行な基準点からの距離をゴム層全長に渡り測定した後、90°ゴムロールを回転させ再度同様の測定を行なう。同様に180°、270°のゴム長分の平行基準点からの距離を測定し、ゴムロール半径に換算し長手断面形状のプロファイルとしたものが図5に示すプロファイル(13)である。図5においては横軸がゴムロールの長手方向を示し、縦軸は芯金軸中心からのゴム部半径量を表す。ゴム部の端部から5mmピッチで半径量を測定し、線でつないだものを一断面のプロファイルとして表す。芯金軸を90°ずつ回転させ同様に断面プロファイルを重ねることで、ゴムロール一本のフレの大きさを表現したものである。以下図5におけるプロファイル(14)、図6におけるプロファイル(15)および(16)も同様の表現である。
【0041】
このように、本願発明を適用した場合には、中央振れは小さく抑える事が出来ている。
【0042】
〔実施例2〕
軸体となる金属芯金として、鉄材を押出し成形により直径5.97mmの棒材に押出し、長さ354mmに切断後、これに化学メッキを厚さ約3μm施したものを用意した。
【0043】
芯金に、スチレン樹脂を主成分とするホットメルトタイプの導電性プライマーを、両端からそれぞれ12.5mmまでの部分を除き、一様に厚さ約10μm塗布した。
【0044】
該芯金は、押出し機ヘッドに付帯された調速機能付芯金供給装置及びクロスヘッドダイ内の内径約φ6mmの芯金ガイドによりクロスヘッド内部のゴム被覆エリアへ搬送される。
【0045】
押出し機はφ70mmスクリューを持つ一軸ベント式押出し機にクロスヘッド(1)による芯金−ゴム被覆機能を備え、ゴム突出部の口金ダイス(5)は穴径φ13.2mmのものが取り付けられている。ヘッド全体は約60℃の温調循環水によって温度調整がなされている。
【0046】
ゴムコンパウンドにはニトリルブタジエンゴムを主材とし、イオン導電剤、補強剤、可塑剤、充填剤、加硫剤、加工補助剤等を混練したものを用意した。
【0047】
ゴム押出し機によりゴムを口金ダイスより約10kg/hで突出させ、合わせて芯金供給機より芯金を2.0〜2.8m/minで加減速させながら連続的に送り込み、クラウン状となるように形成されたゴムを芯金の周囲に被覆した。その際のゴムロール中央の半径は6.5mm、両端からそれぞれ12.5mmの位置の半径は5.4mm、長手方向各所のフレは約0.04mmとなった。このゴムロールを熱風炉にて加熱、架橋反応させた後、両端からそれぞれ12.5mmまでの部位のゴムを取り除き、端部芯金を露出したゴムロールとした。
【0048】
すなわち、Rg1=5.4mm、Rg2=6.5mm、Δg=1.1mmである。
【0049】
研削用の砥石は次のようにして作成した。テイケン(株)製PT砥石GC120(商品名、外径φ220mm、幅360mm)を用意し、この砥石を(株)ツガミ製円筒研削機に装着した。両端部に対し中央部の半径が0.35mm小さくなるような円弧上に長手方向に12.0mm間隔でポイントを配し、各ポイントを直線で結ぶドレッシングプログラムにより円弧相当の加工を、砥石に施した。このようにして、両端における半径Rs1が約110mm、中央における半径Rs2がRs1マイナス0.35mm、ΔS=0.35mmである、逆クラウン状の研削面を有する砥石を得た。
【0050】
従って、本例では、0mm<Δg−ΔSmm<1.5mmの関係が成り立っている。
【0051】
上記ゴムロールを円筒研削機に具備されたダイアフラムチャックにて両端を固定し、主軸回転速さ420rpmで砥石の回転方向に対して対峙する回転方向で回転させた。そして、研削砥石を1500rpmで回転させながらゴムロール軸に同水位、並行に0.2mm/minの速度で所定の位置まで接近させゴムロールを研削した後、2秒間停止するプログラムでゴム層を加工した。
【0052】
研削加工されたゴムロールについて、キーエンス製レーザー測長機を用いて、長手方向の形状測定を以下の要領で行なった。研削されたゴムロールを固定し、5mmピッチで芯金軸に平行な基準点からの距離をゴム層全長に渡り測定した後、90°ゴムロールを回転させ再度同様の測定を行なう。同様に180°、270°のゴム長分の平行基準点からの距離を測定し、ゴムロール半径に換算し長手断面形状のプロファイルとしたものが図6に示すプロファイル(15)である。
【0053】
このように、本願発明を適用した場合には、中央振れは小さく抑える事が出来ている。
【0054】
〔比較例1〕
押出し機のゴム突出部の口金ダイス径をφ8.7mmとした。
【0055】
また、押出し機により芯金の外周面にゴム層を形成する際、芯金を2.44m/minの一定速度で連続的に押出し機に送り込み、均一な外径となるようゴムを被覆した。その際のゴム層中央および両端の半径はいずれも4.3mm、長手方向各所のフレは約0.03mmとなった。
【0056】
上記以外は実施例1と同様にして、ゴムロールを製造し、形状測定を行った。
【0057】
本例では、Rg1=Rg2=4.3mm、Δg=0mmである。砥石については実施例1と同様のものを用いているので、ΔS=0.17mmである。
【0058】
従って、本例では、ΔS>Δgとなっている。
【0059】
形状測定によって得られたプロファイルが図5に示すプロファイル(14)である。
【0060】
このように中央部の振れが、大きい結果となった。
【0061】
〔比較例2〕
ゴム押出し機により芯金の外周面にゴム層を形成する際、芯金を2.36m/minの一定速度で連続的に送り込み、均一な外径となるようゴムを被覆した。その際のゴムロール中央及び両端の半径はいずれも6.5mm、長手方向各所のフレは約0.04mmとなった。
【0062】
上記以外は実施例2と同様にして、ゴムロールを製造し、形状測定を行った。
【0063】
本例では、Rg1=Rg2=6.5mm、Δg=0mmである。砥石については実施例2と同様のものを用いているので、ΔS=3.5mmである。
【0064】
従って、本例では、ΔS>Δgとなっている。
【0065】
形状測定によって得られたプロファイルが図6に示すプロファイル(16)である。
【0066】
このように中央部の振れが、大きい結果となった。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】クロスヘッドを備えるゴム押出し機を説明するための模式的部分断面図である。
【図2】研削砥石形状とゴムロール形状の関係を説明するための模式的部分断面図である。
【図3】ゴムロール把持機構の例を示す模式図であり、(a)は正面図(b)は側断面図である。
【図4】ゴムロール把持機構の別の例を示す模式図であり、(a)は正面図(b)は側断面図である。
【図5】実施例1および比較例1で製造されたゴムロールの断面形状プロファイルを示すグラフである。
【図6】実施例2および比較例2で製造された研削ゴムロールの断面形状プロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【0068】
1 クロスヘッド押出し機ヘッド
2 芯金ガイド
3 芯金
4 芯金送りロール
5 口金
6 研削砥石
7 研削前ゴム層ロール形状
8 ゴム研削代
9 研削後ゴム層ロール仮想形状
10 研削砥石面
11 研削後ゴムロールゴム部
13 研削後ゴムロール長手断面プロファイル(実施例1)
14 研削後ゴムロール長手断面プロファイル(比較例1)
15 研削後ゴムロール長手断面プロファイル(実施例2)
16 研削後ゴムロール長手断面プロファイル(比較例2)
17 芯金
18 コレットチャックの爪
19 ダイアフラムチャックの爪
A ゴム材料
B ゴムロール(押出し後)
C ゴムロール(研磨前)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
芯金の外周面に、クラウン状のゴム層を形成するゴム層形成工程;および、
逆クラウン状の研削面を有する砥石を用いて、該ゴム層形成工程で得られたゴム層をプランジ研磨するプランジ研磨工程を有し、
該砥石の研削面の、両端における半径をRs1、中央における半径をRs2とし、
該ゴム層形成工程で得られるゴム層の、両端における半径をRg1、中央における半径をRg2とし、
Δs=Rs1−Rs2、Δg=Rg2−Rg1、としたとき、
Δs<Δgとすることを特徴とするゴムロールの製造方法。
【請求項2】
0(mm)<Δg−Δs(mm)<1.5(mm)とすることを特徴とする請求項1記載のゴムロールの製造方法。
【請求項3】
該プランジ研磨において、ゴムロール両端部の芯金外周面を芯金中心に向けてチャックする手段によって芯金を把持することを特徴とする請求項1または2記載のゴムロールの製造方法。
【請求項4】
該芯金の外直径が4.5mmを超え、8.0mm未満であることを特徴とする請求項1乃至3記載のゴムロールの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2009−39990(P2009−39990A)
【公開日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−209180(P2007−209180)
【出願日】平成19年8月10日(2007.8.10)
【出願人】(393002634)キヤノン化成株式会社 (640)
【Fターム(参考)】