導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ、および導電性ゴムローラの製造方法
【課題】導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能な導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイを提供する。
【解決手段】外ダイ穴５７と、供給口５０と、を備えた外ダイ２２と、外ダイ穴５７に配置され、芯金ガイド穴３１と、マニホールド６１と、を備えたマンドレル２１と、外ダイ穴５７における芯金ガイド穴３１の下端開口部よりも下側に配置され、ダイス穴５６を備えたダイス２３と、を有し、マニホールド６１に沿った流れ方向および軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における展開部流路５１の断面積が、ダイス口５４の断面積から芯金１３の断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下であり、展開部流路５１の長さが、供給口５０の上端部における外ダイ穴５７の口径の０．５倍以上１倍以下である。
【解決手段】外ダイ穴５７と、供給口５０と、を備えた外ダイ２２と、外ダイ穴５７に配置され、芯金ガイド穴３１と、マニホールド６１と、を備えたマンドレル２１と、外ダイ穴５７における芯金ガイド穴３１の下端開口部よりも下側に配置され、ダイス穴５６を備えたダイス２３と、を有し、マニホールド６１に沿った流れ方向および軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における展開部流路５１の断面積が、ダイス口５４の断面積から芯金１３の断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下であり、展開部流路５１の長さが、供給口５０の上端部における外ダイ穴５７の口径の０．５倍以上１倍以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芯金にゴム組成物を被覆してなる導電性ゴムローラを押出し成形するための導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ、および導電性ゴムローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム等の熱硬化性の未加硫のゴム組成物を押出し機によりローラ状に押出して成形するためのダイには、クロスヘッドダイがある。クロスヘッドダイは、スクリュー軸とダイがある角度を持って配置されている。そのため、ダイ内に空気や芯金を通すことができ、ローラ状になったゴム組成物の内部に芯金などを通すことも可能である。これにより、ゴム層の押出し工程に芯金の被覆工程を組み込めるため、工程の簡略化ができるなどの利点がある（特許文献１参照）。
【０００３】
クロスヘッドダイの一般的な構造としては、略円筒状の外ダイ穴と、外ダイ穴とある角度をもったゴム組成物を供給するための供給口と、を有した外ダイに、軸方向に芯金を通過させるための芯金ガイド穴を持った略円筒状のマンドレルが挿入されている。このとき、外ダイとマンドレルとの隙間に供給口と連通したゴム組成物の流路が形成される。マンドレルの先端から芯金の押出し出口方向には、ある距離を離れた位置に導電性ゴムローラを成形するために円形状断面のダイス口をもつダイスが配置されている。
【０００４】
ここで、上記のような構成のクロスヘッドダイ内部におけるゴム組成物の流れについて説明する。まず、押出し機より供給口に供給されたゴム組成物は、外ダイ穴の内面とマンドレルの外周面とに囲まれた展開部流路を通過する。展開部流路では、流路が押出し機のスクリュー軸方向から曲折されることによって、ゴム組成物の流れは管状から環状流に変換される。展開部流路により環状流に変換されたゴム組成物の流れは、外ダイ穴の内面とマンドレルの外周面との隙間に形成された環状断面を有した環状流路を通過する。その後、ゴム組成物は、マンドレルの先端から押出された芯金と接触し、その芯金と一体となってダイスを通過する。このようにして、芯金がゴム組成物で被覆された導電性ローラが成形される。
【０００５】
上述したようなゴム組成物の流路を有するクロスヘッドダイにおいては、流路が曲折するため、周方向の流れが不均一になりやすい。その結果、成形時における導電性ゴムローラの周方向の肉厚が不均一になりやすい。そのため、成形後のローラ研磨時においても肉厚が不均一となる。すると、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗値が大きく変化するので、周方向における電気抵抗のムラが発生しやすくなる。このような肉厚の不均一を抑制する手段として、マンドレルの外周面を加工することによって形成された展開部流路がある。具体的には、複数のマニホールドを有した流路や、マニホールドとプリランドを組み合わせた流路や、スパイラル状の溝を用いたスパイラル状流路などがある。これらの流路を展開部流路として使用することで、ゴム組成物の周方向における流れが不均一になりにくくしている。
【０００６】
しかし、上述したようにマンドレルの外周面を加工することによって形成された展開部流路は複雑な形状となる。そのため、流路の滞留箇所の増加や、流路の断面積、表面積、長さの増加をもたらすことが多くなる。その結果、ゴム組成物の滞留時間の増加により、滞留したゴム組成物の熱損傷が大きくなる傾向がある。このような滞留したゴム組成物の熱損傷の影響は、ウェルドラインによって、周方向の電気抵抗のムラとして発生する。すなわち、ゴム組成物の滞留は、流路の壁面付近で発生することが多く、滞留したゴム組成物はウェルドラインに沿って流れる傾向にある。よって、熱損傷により電気抵抗が変化したゴム組成物がウェルドラインに沿って軸方向に連続して流れるために、電気抵抗の周方向のムラを発生させる。
【０００７】
この熱損傷の影響は、導電性ゴムローラのゴム組成物として使用される電子導電系ゴムにおいて顕著である。電子導電系ゴムは、導電性充填材を分散させることによって導電性を得ており、温湿度による環境依存性が小さく、原料ゴムに安価な材料が使用できるとういうメリットがある反面、導電性充填材の分散による電気抵抗のバラツキが大きいことが知られている。さらに、分散だけではなく、押出し、研磨等の加工方法、加工条件による電気抵抗の変化もあり、熱風炉における加熱時間によっても電気抵抗が大きく変化することから、熱損傷による電気抵抗の変化が大きいことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３２９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、マンドレルの外周面を加工することより複雑な形状となった展開部流路にゴム組成物を流して導電性ゴムローラを成形する場合、ゴム組成物の滞留時間が増加し、その結果ゴム組成物が熱損傷しやすくなる。この場合、特に、電子導電系ゴムを使用した導電性ゴムローラでは、熱損傷により周方向における電気抵抗のムラが発生しやすくなる。
【００１０】
そこで本発明は、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能な導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ、および導電性ゴムローラの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明による導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドは、内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドと、を備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有し、前記供給口から流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆した導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口から押出す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイにおいて、前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積が、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下であり、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さが、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下である、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明による導電性ゴムローラの製造方法は、内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドと、を備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有する導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイを用いて、芯金がゴム組成物で被覆された導電性ゴムローラを製造する方法において、前記ゴム組成物を前記供給口から流入し、流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、前記芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆することによって前記導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口より押出す工程を有し、前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積を、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下にするとともに、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さを、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下にする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、展開部流路の断面積および長さが適正化される。そのため、クロスヘッドダイにおけるゴム組成物の滞留時間が短縮されるので、ゴム組成物の熱損傷の低減が可能となる。これにより、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。
【図２】図１に示す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの要部を示す断面図である。
【図３】図２に記載の切断線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図４】実施形態１の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。
【図５】図２に記載の切断線Ａ−Ａ〜切断線Ｅ−Ｅに沿った各断面図である。
【図６】図２に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。
【図７】実施形態２の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。
【図８】図７に記載の切断線Ｙ−Ｙに沿った断面図である。
【図９】実施形態２の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。
【図１０】図７に記載の切断線Ｆ−Ｆ〜切断線Ｊ−Ｊに沿った各断面図である。
【図１１】図７に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。
【図１２】従来の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。さらに詳しくは、図１は、押出し機１から供給されるゴム組成物１１と芯金供給装置６から送られてくる芯金１３とをクロスヘッドダイ２０の中でクロスさせて共押出しする工程の断面図である。
【００１６】
本実施形態では、まず、押出し機１のゴム投入口（図示せず）からゴム組成物１１を短冊状もしくはリボン巻き状で投入する。押出し機１のシリンダ２内でスクリュー３が回転することにより、ゴム組成物１１はシリンダ２の先端部に接続されたクロスヘッドダイ２０に向かって徐々に押出されていく。シリンダ２やスクリュー３には、温度を一定に保つために温水が循環させてある。温水の温度は押出しするゴム組成物の種類によって決まるが、本実施形態では３０℃から１００℃の範囲内とする。スクリュー３によって押出されてきたゴム組成物１１は、スクリュー３の先に設置したブレーカープレート４を通ることでその流れが整流される。その後、ゴム組成物１１は、供給口５０を通じてクロスヘッドダイ２０の外ダイ穴５７に流入する。なお、ブレーカープレート４にメッシュ（図示せず）を取り付けることで、ゴム組成物１１の中の異物等を除去することもできる。クロスヘッドダイ２０にも、温水を循環させることで温度制御がなされている。
【００１７】
クロスヘッドダイ２０では、外ダイ２２の外ダイ穴５７にマンドレル２１を挿入することで、展開部流路５１と、展開部流路５１に連続する環状流路５２とが形成されている。これにより、供給口５０から供給されるゴム組成物１１は、展開部流路５１で管状流から環状流に展開された後に、環状流路５２を通過して、押出し出口５５に向かう方向である押出し出口方向１０３に設置されたダイス穴５６に送り込まれる。このダイス穴５６を備えたダイス２３は、外ダイ穴５７におけるマンドレル２１よりも下側に配置された偏肉調整部２４に設置されており、マンドレル２１から押出される芯金１３の中心軸に対するダイス穴５６の中心軸を調整することができる。なお、マンドレル２１の先端にニップル２６が設置されているが、ニップル２６はマンドレル２１と一体であってもよい。
【００１８】
一方、芯金１３は、芯金供給装置６の芯金送りローラ７によってクロスヘッドダイ２０の上端部に設置された芯金ガイド２５の芯金供給口３０からマンドレル２１の中へ送り込まれる。本実施形態において、芯金１３にはゴム組成物１１と接着するための接着剤３２が、芯金１３の両端を除いて塗布されている。芯金供給口３０から流入した芯金１３は、芯金供給口３０に連通する芯金ガイド穴３１を流れる。芯金ガイド穴３１は、マンドレル２１の内部をその軸方向に貫通し、その内径が芯金１３の外径に対して０．０１〜０．０２ｍｍ大きい。芯金１３は、芯金ガイド穴３１からダイス穴５６に連続的に送り込まれる。なお、本実施形態では芯金ガイド２５とマンドレル２１とは別部材であるが一体であってもよい。また、芯金１３へのキズを防止するために、芯金ガイド２５およびマンドレル２１の各々は樹脂製であってもよい。
【００１９】
芯金ガイド穴３１からダイス穴５６に送り込まれた芯金１３は、外ダイ穴５７からダイス穴５６に送り込まれたゴム組成物１１にダイス穴５６にて被覆される。このとき、芯金１３とゴム組成物１１が共にダイス２３で外径を制御されながらゴムローラ形状に成形される。その後、成形された導電性ゴムローラ１２が外ダイ穴５７の下端開口部である円形のダイス口５４から押出される。ダイス口５４から押出された導電性ゴムローラ１２の外径は、ゴム組成物１１の押出し量を一定とした場合には、ダイス口５４の口径と芯金１３の供給速度により決定される。なお、本実施形態では、芯金１３は円柱状であり、材質は導電性であればよいが金属製であることが望ましい。
【００２０】
次に、クロスヘッドダイ２０の要部の構成について説明する。図２は、図１に示す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの要部を示す断面図である。図２では、マンドレル２１と芯金１３以外のものを断面図で示す。また、図３は、図２に記載の切断線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【００２１】
本実施形態のクロスヘッドダイ２０において、外ダイ２２は、外ダイ穴５７と、供給口５０と、を備えている。外ダイ穴５７は、外ダイ２２の内部を軸方向に貫通している。供給口５０は、軸方向における外ダイ穴５７の下端開口部よりも上側で外ダイ穴５７に通じ軸方向に対して垂直に開口している。
【００２２】
外ダイ穴５７に配置されているマンドリル２１は、芯金ガイド穴３１と、マニホールド６１と、を備えている。芯金ガイド穴３１は、マンドリル２１の内部を軸方向に貫通し外ダイ穴５７と同軸である。マニホールド６１は、マンドリル２１の外周面を供給口５０と対向する位置から外ダイ穴５７の下端開口部側に向かって延びている。
【００２３】
外ダイ穴５７における芯金ガイド穴３１の下端開口部よりも下側に配置されるダイス２３は、ダイス穴５６を備える。ダイス穴５６は、ダイス２３の内部を軸方向に貫通し外ダイ穴５７と同軸で芯金ガイド穴３１に通じている。ここで、図４を参照しながらマンドレル２１の外形について詳しく説明する。
【００２４】
図４は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。図４（ａ）は、本実施形態のマンドレル２１の斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すマンドレル２１を下から見た下面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）に示すマンドレル２１を横から見た側面図である。図４（ｄ）は、図４（ａ）に示すマンドレル２１を上から見た上面図である。図４に示すように、マンドレル２１の外周面には一対のプリランド６２付きマニホールド６１が形成されている。一対のプリランド６２付きマニホールド６１は、各々がマンドレル２１の外周面で互いに連続し、マンドレル２１の中心軸と供給口の中心軸を含む面に対して面対称となっている。マンドレル２１が外ダイ２２の外ダイ穴５７に挿入されると、一対のプリランド付きマニホールド６１の表面と外ダイ穴５７の内面とで囲まれた展開部流路５１が形成される。本発明では、この展開部流路５１に特徴がある。この展開部流路５１では、供給口５０から供給されたゴム組成物１１の流れは２種類ある。流れの一方は、マニホールド６１に沿って２分割された後マンドレル２１の外周面を周方向に１８０°流れた後に合流する流れである。流れの他方は、プリランド６２と外ダイ２２との隙間にプリランド幅Ｗ（図３参照）の環状断面を有する軸方向に沿った流れである。この展開部流路５１によって、押出し出口方向１０３（図１参照）への環状流に変換されたゴム組成物１１は、ダイス２３で芯金１３と一体となってダイス口５４から押し出される。本発明では、クロスヘッドダイ２０におけるゴム組成物１１の滞留時間を短縮するためには、展開部流路５１の断面積および展開部流路５１の長さが重要な要素であることを見出した。ここで、この展開部流路５１の断面積および展開部流路５１の長さについて説明する。
【００２５】
まず、展開部流路５１の断面積について説明する。図５は、図２に記載の切断線Ａ−Ａ〜切断線Ｅ−Ｅに沿った各断面図である。また、図６は、図２に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。図６（ａ）は、図５の各断面に示された展開部流路５１について外ダイ穴５７の周方向を平面状に展開して示した展開図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に記載の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）に記載の切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図６（ｄ）は、図６（ａ）に記載の切断線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【００２６】
図６（ａ）では、横軸は図５（ａ）に記載の角度を示し、縦軸は、外ダイ穴５７の軸方向における位置を示している。図５（ａ）に記載の角度は、外ダイ穴５７（芯金ガイド穴３１）の中心軸から見て鉛直方向上側を０°とし、供給口５０が配置されている方向を９０°としている。本実施形態では、図５の各断面図に示された展開部流路５１を図６（ａ）の座標系に変換すると、展開部流路５１は供給口５０を中心とした扇状として示される。
【００２７】
本実施形態では、展開部流路５１の断面積は、マニホールド６１に沿った流れ方向の流れ方向Ｐ１（図６（ａ）参照）および外ダイ穴５７の軸方向に沿った流れ方向Ｐ２（図６（ａ）参照）の各々に対して垂直な切断面における断面積としている。この展開部流路５１の断面積の一例が、図６（ｂ）〜（ｄ）に示されている。なお、本実施形態では、図６（ｂ）〜（ｄ）にそれぞれ示された展開部流路５１の断面積が一定になるように、軸方向における展開部流路５１の終端部に向けてマニホールド６１の深さが調整されている。
【００２８】
本実施形態では、上述した展開部流路５１の断面積が、押出し断面積に対して４．１倍以上６．９倍以下としている。なお、押出し断面積とは、外ダイ穴５７の軸方向に垂直な断面で見たときの、ダイス口５４の断面積から芯金１３の断面積を差し引いた断面積である。
【００２９】
次に、展開部流路５１の長さについて説明する。本発明では、展開部流路５１の長さＬは、図２に示すように、外ダイ穴５７の軸方向における供給口５０の下端部から前記軸方向における展開部流路５１の終端部までの長さとしている。本実施形態では、この展開部流路５１の長さＬは、外ダイ穴５７の軸方向における供給口５０の上端部における外ダイ穴５７の口径ｄ１（図２参照）に対して０．５倍以上１．０倍以下である。
【００３０】
上記のように展開部流路５１の断面積および展開部流路５１の長さを規定することによって、供給口５０から供給されたゴム組成物１１を安定した環状流に変換することが可能となる。そのため、ゴム組成物１１の滞留時間を低減することが可能となる。よって、ゴム組成物１１の熱損傷の低減が可能となるため、ウェルドラインの影響も小さくなる。これにより、導電性ゴムローラ１２の周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能となる。
【００３１】
なお、展開部流路５１の断面積及び長さについては、上述した通りではあるが、使用する押出し機やゴム組成物に基づいて補正することができる。具体的には、ダイス口５４における圧力と供給口５０における圧力との差であるクロスヘッドダイ２０の圧損を、押出し機１の最大押出し圧力以下にすればよい。クロスヘッドダイ２０の圧損は、導電性ゴムローラ１２の押出し速度と、使用するゴム組成物１１の粘度と、クロスヘッドダイ２０の流路形状、芯金１３の外径、芯金１３の送り速度により求めることができる。
【００３２】
ゴム組成物１１が被覆した芯金１３はダイス２３から押出され、その芯金１３の後端と、後続の芯金１３の先端とは、切断刃８によって切断される。その後、引取り機（図示せず）によって引き取られて、導電性ゴムローラ１２が１本ずつ得られる。
【００３３】
（実施形態２）
図７は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの要部を示す断面図である。図７では、マンドレル４１と芯金１３以外のものを断面図で示す。また、図８は、図７に記載の切断線Ｙ−Ｙに沿った断面図である。なお、実施形態１で説明したクロスヘッドダイ２０と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３４】
本実施形態のクロスヘッドダイ４０は、マンドレル４１の外形が実施形態１のクロスヘッドダイ２０のマンドレル２１と相違する。これに伴い、展開部流路４２および環状流路４３の形状も展開部流路５１および環状流路５１とそれぞれ異なる。ここで、図９を参照しながらマンドレル４１の外形について詳しく説明する。
【００３５】
図９は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。図９（ａ）は、本実施形態のマンドレル４１の斜視図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すマンドレル４１を下から見た下面図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）に示すマンドレル２１を横から見た側面図である。図９（ｄ）は、図９（ａ）に示すマンドレル２１を上から見た上面図である。図９に示すように、マンドレル４１の外周面には、２条マニホールド４４が形成されている。２条マニホールド４４は、一対の第１の部分４４ａと、一対の第２の部分４４ｂと、を有している。一対の第１の部分４４ａは、マンドレル４１の外周面を供給口５０に対向する位置から周方向に各々反対に９０°延びている。一対の第２の部分４４ｂは、一対の第１の部分４４ａの各々に個別に連続し展開部流路４２の終端部まで外ダイ穴５７の軸方向に延びている。本実施形態では、この２条マニホールド４４が形成されたマンドレル４１が外ダイ２２の外ダイ穴５７に挿入されたとき、２条マニホールド４４の表面と外ダイ穴５７の内面とで囲まれた展開部流路４２が形成される。展開部流路４２では、供給口５０から流入したゴム組成物１１は、一対の第１の部分４４ａに沿って流れた後、一対の第２の部分４４ｂに沿って流れる。すなわち、本実施形態では、外ダイ穴５７の軸方向に沿った流れ方向は、一対の第２の部分４４ｂに沿った流れ方向となる。ここで、この展開部流路４２の断面積および展開部流路４２の長さについて説明する。
【００３６】
まず、展開部流路４２の断面積について説明する。図１０は、図７に記載の切断線Ｆ−Ｆ〜切断線Ｊ−Ｊに沿った各断面図である。また、図１１は、図７に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。図１１には、図１０の各断面に示された展開部流路４２について外ダイ穴５７の周方向を平面状に展開して示した展開図と、その展開図に記載された切断線Ａ１−Ａ１〜Ｂ２−Ｂ２に沿った断面図Ｓ１〜Ｓ４と、が示されている。
【００３７】
図１１では、図６（ａ）と同様に、横軸は図１０（ａ）に記載の角度を示し、縦軸は外ダイ穴５７の軸方向における位置を示している。図１０に記載の角度は、外ダイ穴５７（芯金ガイド穴３１）の中心軸から見て鉛直方向上側を０°とし、供給口５０が配置されている方向を９０°としている。図１０の各断面図で示された展開部流路４２を図１１の座標系に変換すると、展開部流路４２は、供給口５０から周方向に各々反対に９０°回転する方向の流路のあとに、外ダイ穴５７の軸方向の流路を備えた形状となっている。本実施形態では、展開流路４２の断面積は、流れ方向に垂直な切断面における断面積であるので、第１の部分に対してはＳ１とＳ３の合計であり、第２の部分に対してはＳ２とＳ４の合計である。Ｓ１、Ｓ３は、一対の第１の部分４４ａに沿った流れ方向Ｐ１に対して垂直な切断面における断面積である。Ｓ２、Ｓ４は、一対の第２の部分４４ｂに沿った流れ方向、すなわち軸方向に沿った流れ方向Ｐ２に垂直な切断面における断面積である。本実施形態では、Ｓ１とＳ３の合計値、及びＳ２とＳ４の合計値が、それぞれ押出し断面積に対して４．１倍以上６．２倍以下としている。なお、押出し面積とは、実施形態１と同様に、外ダイ穴５７の軸方向に垂直な断面で見たときの、ダイス口５４の断面積から芯金１３の断面積を差し引いた断面積である。
【００３８】
次に、展開部流路４２の長さについて説明する。本発明では、展開部流路４２の長さＬは、実施形態１と同様に、外ダイ２２の軸方向における供給口５０の下端部から前記軸方向における展開部流路４２の終端部までの長さとしている。本実施形態では、この展開部流路５１の長さＬは、外ダイ穴５７の軸方向における供給口５０の上端部における外ダイ穴５７の口径ｄ１（図７参照）に対して０．５倍以上１．０倍以下である。
【００３９】
上記のように展開部流路４２の断面積および展開部流路４２の長さを規定することによって、実施形態１と同様に、供給口５０から供給されたゴム組成物１１を安定した環状流に変換することが可能となる。そのため、ゴム組成物１１の滞留時間を低減することが可能となる。よって、ゴム組成物１１の熱損傷の低減が可能となるため、ウェルドラインの影響も小さくなる。これにより、導電性ゴムローラ１２の周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能となる。
【００４０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４１】
（実施例１）
本実施例においては、実施形態１で説明した導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ２０を用いて導電性ゴムローラを押出し成形により製作した。
【００４２】
まず、本実施例で使用したゴム組成物１１について説明する。弾性体材料として、ＥＰＴ−４０４５(三井石油化学株式会社製)を１００部、酸化亜鉛２種（ハクスイテック株式会社製）を５部、ステアリン酸（日本油株式会社製）を１部、ＰＥＧ＃４００（日本油株式会社製）を１部用いた。導電性材料として、ケッチェンブラックＥＣ−６００ＪＤ（ケッチェンブラッブインターナショナル株式会社製）を８部、シーストＳＯ（東海カーボン株式会社製）を３０部用いた。可塑剤として、ダイアナプロセスオイルＰＷ−３８０（出光株式会社製）を６０部用いた。脱水剤として、ＶＥＳＴＡ ＢＳ（井上石灰工業株式会社製）を４部用いた。他の添加剤として、ノクセラーＭ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、ノクセラーＴＥＴ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、ノクセラーＴＲＡ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、サンファックス２００S（鶴見化学工業株式会社製）を１部用いた。
【００４３】
次に、本実施例で用いる導電性ローラ成形用のクロスヘッドダイ２０の詳細な形状について説明する。ダイス口５４の口径ｄ２は８．８ｍｍであり、芯金１３の外径ｄ３は６ｍｍである（図２参照）。これにより、押出し断面積は、３２．５ｍｍ2（３．１４×（８．８×８．８−６×６）／４）である。外ダイ穴５７の口径ｄ１は３０ｍｍである（図２参照）。展開部流路５１の長さＬは３０ｍｍであり、展開部流路５１の断面積は２２３ｍｍ2である。本実施例では、展開部流路５１の断面積は、押出し断面積に対して６．９倍以下（２２３／３２．５）となっている。また、展開部流路５１の長さＬは、外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して１．０倍（３０／３０）となっている。その他のクロスヘッドダイ２０の形状としては、ダイス口５４の長さは、１０ｍｍである。供給口５０の口径ｄ４は１４ｍｍである（図２参照）。環状流路５２には、長さが１ｍｍで断面積が１７６ｍｍ2の環状断面の流路と、長さが１２ｍｍで最大断面積３２７ｍｍ2の環状断面を有したテーパ状の流路とを設けた。成形の条件は、下記のように設定した。
【００４４】
押出し本数：導電性ゴムローラ２０００本連続押出し
芯金：全長２５２ｍｍ、外径φ６．０ｍｍ
導電性ゴムローラ：押出し外径 平均φ８．７狙い
押出し機：三葉製作所製φ７０ｍｍ、Ｌ／Ｄ２０
スクリュー回転数：８．０ｒｐｍ
ダイス径：φ８．８ｍｍ
押出し速度（１本の押出しに必要な時間）：５秒
本実施例では、上記の未加硫のゴム組成物１１を押出し機１で押出し加工すると同時に、連続的に芯金１３をクロスヘッドダイ２０のマンドレル２１の芯金ガイド穴３１通過させることによって、芯金１３の外周にゴム組成物１１を被覆させる。そして、先行する芯金１３の後端部と後続の芯金１３の先端部との間を切断刃８で切断することによって、１本の導電性ゴムローラ１２が成形される。その後、導電性ゴムローラ１２を１７０℃で３０分間熱風炉に投入して加硫を行う。加硫後の導電性ゴムローラの両端部１０ｍｍを突切り加工を行って芯金１３を露出させ、ゴム部を直径８．５ｍｍまで研磨して形状を整え、導電性ゴムローラを作製した。
【００４５】
（実施例２）
本実施例における導電性ゴムローラは、展開部流路５１の断面積を押出し断面積に対して５．５倍とし、展開部流路５１の長さＬを外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して０．５倍とする点を除いて実施例１と同様にして製造する。
【００４６】
（実施例３）
本実施例においては、実施形態２で説明した導電性ローラ成形用のクロスヘッドダイ４０を使用して、実施例１と同様のゴム組成物１１から導電性ゴムローラを押出し成形した。
【００４７】
本実施例において、ダイス口５４の口径ｄ２および芯金１３の外径ｄ３は実施例１と同じサイズである（図７参照）。したがって、押出し断面積は、３２．５ｍｍ2である。また、外ダイ穴５１の口径ｄ１も実施例１と同じ３０ｍｍである。展開部流路４２の断面積は、押出し断面積に対して６．２倍である。展開部流路４２の長さＬは３０ｍｍであり、外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して１．０倍（３０／３０）となっている。その他のクロスヘッドダイ４０の形状としては、ダイス口５４の長さは、１０ｍｍである。供給口５０の口径ｄ４は１４ｍｍである（図７参照）。環状流路４３の形状は、実施例１の環状流路５２と同様である。また、成形の条件は、実施例１と同じである。
【００４８】
（実施例４）
本実施例における導電性ゴムローラは、展開部流路４２の断面積を押出し断面積に対して４．１倍とし、展開部流路４２の長さＬを外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して０．５倍とする点を除いて実施例３と同様にして製造する。
【００４９】
（比較例１）
本比較例においては、図１２示す従来の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ１２０を使用して、実施例１と同様のゴム組成物１１から導電性ゴムローラを押出し成形した。
【００５０】
図１２に示すクロスヘッドダイ１２０において、ダイス口１５４の口径ｄ２は８．８ｍｍであり、芯金１３の外径ｄ３は６ｍｍである。これらの寸法は、各実施例と同じである。これにより、押出し断面積も、各実施例と同じ３２．５ｍｍ2である。外ダイ１５１の外ダイ穴１５７の口径ｄ１は７０ｍｍである。マンドレル１２１の外周面には、マンドレル２１と同様に、一対のプリランド１６２付きマニホールド１６１が形成されている。また、展開部流路１５１のプリランド幅ｗは約３ｍｍである。展開部流路１５１の断面積は、展開部流路５１と同じ方法で算出でき、その値は７１０ｍｍ2である。したがって、本比較例では、展開部流路１５１の断面積は押出し断面積に対して２１．８倍（７１０／３２．５）である。また、展開部流路１５１の長さＬは６０ｍｍであり、外ダイ穴１５７の口径ｄ１に対して０．８６倍（６０／７０）である。その他のクロスヘッドダイ１２０の形状としては、ダイス口１５４の長さは、１０ｍｍである。供給口１５０口径ｄ４は３０ｍｍである（図１２参照）。環状流路１５２には、長さが９０ｍｍで最大断面積１７２５ｍｍ2の環状断面のテーパ流路を設けた。成形の条件は、実施例１と同じである。
【００５１】
（評価）
各実施例および比較例で製造された導電性ゴムローラについて、押出し本数が４００本間隔で、周方向の電流値を測定し、以下のように、電気抵抗のムラを計算した。具体的には、円柱状の金属ドラムに両端５００ｇ荷重で導電性ゴムローラを当接させ、金属ドラムを回転させた状態で、導電性ゴムローラと金属ドラムとの間に２００Ｖの電圧を印加し、測定周期５０ｍｓｅｃで電流を測定する。そして、電流値の最大値を最小値で除算した値によって電気抵抗のムラを評価する。
【００５２】
以上の実施例および比較例における測定結果をそれぞれ下記の表１に示す。なお、表１の展開部流路の断面積は、押出し断面積に対する倍率を示す。展開部流路の長さは、外ダイ穴の口径に対する倍率を示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１より、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラに関して、各実施例で製造された導電性ゴムローラは、押出し本数が増えても安定した数値とすることが可能であった。よって、各例実施例のクロスヘッドダイで導電性ゴムローラを成形すると、ゴム組成物の滞留時間が短縮されるので、ゴム組成物の熱損傷の低減が可能となる。これにより、周方向における電気抵抗のムラを小さくできると考えられる。
【００５５】
一方、比較例で製造された導電性ゴムローラは、押出本数が増加するにつれて、周方向における電気抵抗のムラが大きくなっていることがわかる。
【００５６】
以上の結果より、本発明のクロスヘッドダイ２０、４０により、周方向における電気抵抗のムラが小さい導電性ゴムローラを成形することができる。
【００５７】
なお、流路の圧力損失を考慮すると、クロスヘッドダイ２０、４０に形成される各流路に関係する寸法の範囲は、以下のような範囲が好適である。外ダイ穴の口径ｄ１の範囲は、２５ｍｍ〜３５ｍｍが望ましい。供給口５０の口径の範囲は、１０〜１６ｍｍが望ましい。環状流路５２、４３については、展開部流路５１、４２から芯金１３までを滑らかに連結するように環状断面を有したテーパ流路を設けることが望ましい。芯金１３の直径ｄ３の範囲は４〜１０ｍｍが望ましく、導電性ゴムローラ１２の外径の範囲は７ｍｍ〜１２ｍｍが望ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１１ ゴム組成物
１３ 芯金
２０、４０、１２０ クロスヘッドダイ
２１ マンドレル
２２ 外ダイ
２３ ダイス
３１ 芯金ガイド穴
５０ 供給口
５１ 展開部流路
５４ ダイス口
５６ ダイス穴
５７ 外ダイ穴
６１ マニホールド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芯金にゴム組成物を被覆してなる導電性ゴムローラを押出し成形するための導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ、および導電性ゴムローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム等の熱硬化性の未加硫のゴム組成物を押出し機によりローラ状に押出して成形するためのダイには、クロスヘッドダイがある。クロスヘッドダイは、スクリュー軸とダイがある角度を持って配置されている。そのため、ダイ内に空気や芯金を通すことができ、ローラ状になったゴム組成物の内部に芯金などを通すことも可能である。これにより、ゴム層の押出し工程に芯金の被覆工程を組み込めるため、工程の簡略化ができるなどの利点がある（特許文献１参照）。
【０００３】
クロスヘッドダイの一般的な構造としては、略円筒状の外ダイ穴と、外ダイ穴とある角度をもったゴム組成物を供給するための供給口と、を有した外ダイに、軸方向に芯金を通過させるための芯金ガイド穴を持った略円筒状のマンドレルが挿入されている。このとき、外ダイとマンドレルとの隙間に供給口と連通したゴム組成物の流路が形成される。マンドレルの先端から芯金の押出し出口方向には、ある距離を離れた位置に導電性ゴムローラを成形するために円形状断面のダイス口をもつダイスが配置されている。
【０００４】
ここで、上記のような構成のクロスヘッドダイ内部におけるゴム組成物の流れについて説明する。まず、押出し機より供給口に供給されたゴム組成物は、外ダイ穴の内面とマンドレルの外周面とに囲まれた展開部流路を通過する。展開部流路では、流路が押出し機のスクリュー軸方向から曲折されることによって、ゴム組成物の流れは管状から環状流に変換される。展開部流路により環状流に変換されたゴム組成物の流れは、外ダイ穴の内面とマンドレルの外周面との隙間に形成された環状断面を有した環状流路を通過する。その後、ゴム組成物は、マンドレルの先端から押出された芯金と接触し、その芯金と一体となってダイスを通過する。このようにして、芯金がゴム組成物で被覆された導電性ローラが成形される。
【０００５】
上述したようなゴム組成物の流路を有するクロスヘッドダイにおいては、流路が曲折するため、周方向の流れが不均一になりやすい。その結果、成形時における導電性ゴムローラの周方向の肉厚が不均一になりやすい。そのため、成形後のローラ研磨時においても肉厚が不均一となる。すると、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗値が大きく変化するので、周方向における電気抵抗のムラが発生しやすくなる。このような肉厚の不均一を抑制する手段として、マンドレルの外周面を加工することによって形成された展開部流路がある。具体的には、複数のマニホールドを有した流路や、マニホールドとプリランドを組み合わせた流路や、スパイラル状の溝を用いたスパイラル状流路などがある。これらの流路を展開部流路として使用することで、ゴム組成物の周方向における流れが不均一になりにくくしている。
【０００６】
しかし、上述したようにマンドレルの外周面を加工することによって形成された展開部流路は複雑な形状となる。そのため、流路の滞留箇所の増加や、流路の断面積、表面積、長さの増加をもたらすことが多くなる。その結果、ゴム組成物の滞留時間の増加により、滞留したゴム組成物の熱損傷が大きくなる傾向がある。このような滞留したゴム組成物の熱損傷の影響は、ウェルドラインによって、周方向の電気抵抗のムラとして発生する。すなわち、ゴム組成物の滞留は、流路の壁面付近で発生することが多く、滞留したゴム組成物はウェルドラインに沿って流れる傾向にある。よって、熱損傷により電気抵抗が変化したゴム組成物がウェルドラインに沿って軸方向に連続して流れるために、電気抵抗の周方向のムラを発生させる。
【０００７】
この熱損傷の影響は、導電性ゴムローラのゴム組成物として使用される電子導電系ゴムにおいて顕著である。電子導電系ゴムは、導電性充填材を分散させることによって導電性を得ており、温湿度による環境依存性が小さく、原料ゴムに安価な材料が使用できるとういうメリットがある反面、導電性充填材の分散による電気抵抗のバラツキが大きいことが知られている。さらに、分散だけではなく、押出し、研磨等の加工方法、加工条件による電気抵抗の変化もあり、熱風炉における加熱時間によっても電気抵抗が大きく変化することから、熱損傷による電気抵抗の変化が大きいことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３２９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、マンドレルの外周面を加工することより複雑な形状となった展開部流路にゴム組成物を流して導電性ゴムローラを成形する場合、ゴム組成物の滞留時間が増加し、その結果ゴム組成物が熱損傷しやすくなる。この場合、特に、電子導電系ゴムを使用した導電性ゴムローラでは、熱損傷により周方向における電気抵抗のムラが発生しやすくなる。
【００１０】
そこで本発明は、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能な導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ、および導電性ゴムローラの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明による導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドは、内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドと、を備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有し、前記供給口から流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆した導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口から押出す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイにおいて、前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積が、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下であり、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さが、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下である、ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明による導電性ゴムローラの製造方法は、内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドと、を備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有する導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイを用いて、芯金がゴム組成物で被覆された導電性ゴムローラを製造する方法において、前記ゴム組成物を前記供給口から流入し、流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、前記芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆することによって前記導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口より押出す工程を有し、前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積を、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下にするとともに、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さを、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下にする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、展開部流路の断面積および長さが適正化される。そのため、クロスヘッドダイにおけるゴム組成物の滞留時間が短縮されるので、ゴム組成物の熱損傷の低減が可能となる。これにより、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。
【図２】図１に示す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの要部を示す断面図である。
【図３】図２に記載の切断線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図４】実施形態１の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。
【図５】図２に記載の切断線Ａ−Ａ〜切断線Ｅ−Ｅに沿った各断面図である。
【図６】図２に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。
【図７】実施形態２の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。
【図８】図７に記載の切断線Ｙ−Ｙに沿った断面図である。
【図９】実施形態２の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。
【図１０】図７に記載の切断線Ｆ−Ｆ〜切断線Ｊ−Ｊに沿った各断面図である。
【図１１】図７に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。
【図１２】従来の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの断面図である。さらに詳しくは、図１は、押出し機１から供給されるゴム組成物１１と芯金供給装置６から送られてくる芯金１３とをクロスヘッドダイ２０の中でクロスさせて共押出しする工程の断面図である。
【００１６】
本実施形態では、まず、押出し機１のゴム投入口（図示せず）からゴム組成物１１を短冊状もしくはリボン巻き状で投入する。押出し機１のシリンダ２内でスクリュー３が回転することにより、ゴム組成物１１はシリンダ２の先端部に接続されたクロスヘッドダイ２０に向かって徐々に押出されていく。シリンダ２やスクリュー３には、温度を一定に保つために温水が循環させてある。温水の温度は押出しするゴム組成物の種類によって決まるが、本実施形態では３０℃から１００℃の範囲内とする。スクリュー３によって押出されてきたゴム組成物１１は、スクリュー３の先に設置したブレーカープレート４を通ることでその流れが整流される。その後、ゴム組成物１１は、供給口５０を通じてクロスヘッドダイ２０の外ダイ穴５７に流入する。なお、ブレーカープレート４にメッシュ（図示せず）を取り付けることで、ゴム組成物１１の中の異物等を除去することもできる。クロスヘッドダイ２０にも、温水を循環させることで温度制御がなされている。
【００１７】
クロスヘッドダイ２０では、外ダイ２２の外ダイ穴５７にマンドレル２１を挿入することで、展開部流路５１と、展開部流路５１に連続する環状流路５２とが形成されている。これにより、供給口５０から供給されるゴム組成物１１は、展開部流路５１で管状流から環状流に展開された後に、環状流路５２を通過して、押出し出口５５に向かう方向である押出し出口方向１０３に設置されたダイス穴５６に送り込まれる。このダイス穴５６を備えたダイス２３は、外ダイ穴５７におけるマンドレル２１よりも下側に配置された偏肉調整部２４に設置されており、マンドレル２１から押出される芯金１３の中心軸に対するダイス穴５６の中心軸を調整することができる。なお、マンドレル２１の先端にニップル２６が設置されているが、ニップル２６はマンドレル２１と一体であってもよい。
【００１８】
一方、芯金１３は、芯金供給装置６の芯金送りローラ７によってクロスヘッドダイ２０の上端部に設置された芯金ガイド２５の芯金供給口３０からマンドレル２１の中へ送り込まれる。本実施形態において、芯金１３にはゴム組成物１１と接着するための接着剤３２が、芯金１３の両端を除いて塗布されている。芯金供給口３０から流入した芯金１３は、芯金供給口３０に連通する芯金ガイド穴３１を流れる。芯金ガイド穴３１は、マンドレル２１の内部をその軸方向に貫通し、その内径が芯金１３の外径に対して０．０１〜０．０２ｍｍ大きい。芯金１３は、芯金ガイド穴３１からダイス穴５６に連続的に送り込まれる。なお、本実施形態では芯金ガイド２５とマンドレル２１とは別部材であるが一体であってもよい。また、芯金１３へのキズを防止するために、芯金ガイド２５およびマンドレル２１の各々は樹脂製であってもよい。
【００１９】
芯金ガイド穴３１からダイス穴５６に送り込まれた芯金１３は、外ダイ穴５７からダイス穴５６に送り込まれたゴム組成物１１にダイス穴５６にて被覆される。このとき、芯金１３とゴム組成物１１が共にダイス２３で外径を制御されながらゴムローラ形状に成形される。その後、成形された導電性ゴムローラ１２が外ダイ穴５７の下端開口部である円形のダイス口５４から押出される。ダイス口５４から押出された導電性ゴムローラ１２の外径は、ゴム組成物１１の押出し量を一定とした場合には、ダイス口５４の口径と芯金１３の供給速度により決定される。なお、本実施形態では、芯金１３は円柱状であり、材質は導電性であればよいが金属製であることが望ましい。
【００２０】
次に、クロスヘッドダイ２０の要部の構成について説明する。図２は、図１に示す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの要部を示す断面図である。図２では、マンドレル２１と芯金１３以外のものを断面図で示す。また、図３は、図２に記載の切断線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【００２１】
本実施形態のクロスヘッドダイ２０において、外ダイ２２は、外ダイ穴５７と、供給口５０と、を備えている。外ダイ穴５７は、外ダイ２２の内部を軸方向に貫通している。供給口５０は、軸方向における外ダイ穴５７の下端開口部よりも上側で外ダイ穴５７に通じ軸方向に対して垂直に開口している。
【００２２】
外ダイ穴５７に配置されているマンドリル２１は、芯金ガイド穴３１と、マニホールド６１と、を備えている。芯金ガイド穴３１は、マンドリル２１の内部を軸方向に貫通し外ダイ穴５７と同軸である。マニホールド６１は、マンドリル２１の外周面を供給口５０と対向する位置から外ダイ穴５７の下端開口部側に向かって延びている。
【００２３】
外ダイ穴５７における芯金ガイド穴３１の下端開口部よりも下側に配置されるダイス２３は、ダイス穴５６を備える。ダイス穴５６は、ダイス２３の内部を軸方向に貫通し外ダイ穴５７と同軸で芯金ガイド穴３１に通じている。ここで、図４を参照しながらマンドレル２１の外形について詳しく説明する。
【００２４】
図４は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。図４（ａ）は、本実施形態のマンドレル２１の斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すマンドレル２１を下から見た下面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）に示すマンドレル２１を横から見た側面図である。図４（ｄ）は、図４（ａ）に示すマンドレル２１を上から見た上面図である。図４に示すように、マンドレル２１の外周面には一対のプリランド６２付きマニホールド６１が形成されている。一対のプリランド６２付きマニホールド６１は、各々がマンドレル２１の外周面で互いに連続し、マンドレル２１の中心軸と供給口の中心軸を含む面に対して面対称となっている。マンドレル２１が外ダイ２２の外ダイ穴５７に挿入されると、一対のプリランド付きマニホールド６１の表面と外ダイ穴５７の内面とで囲まれた展開部流路５１が形成される。本発明では、この展開部流路５１に特徴がある。この展開部流路５１では、供給口５０から供給されたゴム組成物１１の流れは２種類ある。流れの一方は、マニホールド６１に沿って２分割された後マンドレル２１の外周面を周方向に１８０°流れた後に合流する流れである。流れの他方は、プリランド６２と外ダイ２２との隙間にプリランド幅Ｗ（図３参照）の環状断面を有する軸方向に沿った流れである。この展開部流路５１によって、押出し出口方向１０３（図１参照）への環状流に変換されたゴム組成物１１は、ダイス２３で芯金１３と一体となってダイス口５４から押し出される。本発明では、クロスヘッドダイ２０におけるゴム組成物１１の滞留時間を短縮するためには、展開部流路５１の断面積および展開部流路５１の長さが重要な要素であることを見出した。ここで、この展開部流路５１の断面積および展開部流路５１の長さについて説明する。
【００２５】
まず、展開部流路５１の断面積について説明する。図５は、図２に記載の切断線Ａ−Ａ〜切断線Ｅ−Ｅに沿った各断面図である。また、図６は、図２に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。図６（ａ）は、図５の各断面に示された展開部流路５１について外ダイ穴５７の周方向を平面状に展開して示した展開図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に記載の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）に記載の切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図６（ｄ）は、図６（ａ）に記載の切断線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【００２６】
図６（ａ）では、横軸は図５（ａ）に記載の角度を示し、縦軸は、外ダイ穴５７の軸方向における位置を示している。図５（ａ）に記載の角度は、外ダイ穴５７（芯金ガイド穴３１）の中心軸から見て鉛直方向上側を０°とし、供給口５０が配置されている方向を９０°としている。本実施形態では、図５の各断面図に示された展開部流路５１を図６（ａ）の座標系に変換すると、展開部流路５１は供給口５０を中心とした扇状として示される。
【００２７】
本実施形態では、展開部流路５１の断面積は、マニホールド６１に沿った流れ方向の流れ方向Ｐ１（図６（ａ）参照）および外ダイ穴５７の軸方向に沿った流れ方向Ｐ２（図６（ａ）参照）の各々に対して垂直な切断面における断面積としている。この展開部流路５１の断面積の一例が、図６（ｂ）〜（ｄ）に示されている。なお、本実施形態では、図６（ｂ）〜（ｄ）にそれぞれ示された展開部流路５１の断面積が一定になるように、軸方向における展開部流路５１の終端部に向けてマニホールド６１の深さが調整されている。
【００２８】
本実施形態では、上述した展開部流路５１の断面積が、押出し断面積に対して４．１倍以上６．９倍以下としている。なお、押出し断面積とは、外ダイ穴５７の軸方向に垂直な断面で見たときの、ダイス口５４の断面積から芯金１３の断面積を差し引いた断面積である。
【００２９】
次に、展開部流路５１の長さについて説明する。本発明では、展開部流路５１の長さＬは、図２に示すように、外ダイ穴５７の軸方向における供給口５０の下端部から前記軸方向における展開部流路５１の終端部までの長さとしている。本実施形態では、この展開部流路５１の長さＬは、外ダイ穴５７の軸方向における供給口５０の上端部における外ダイ穴５７の口径ｄ１（図２参照）に対して０．５倍以上１．０倍以下である。
【００３０】
上記のように展開部流路５１の断面積および展開部流路５１の長さを規定することによって、供給口５０から供給されたゴム組成物１１を安定した環状流に変換することが可能となる。そのため、ゴム組成物１１の滞留時間を低減することが可能となる。よって、ゴム組成物１１の熱損傷の低減が可能となるため、ウェルドラインの影響も小さくなる。これにより、導電性ゴムローラ１２の周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能となる。
【００３１】
なお、展開部流路５１の断面積及び長さについては、上述した通りではあるが、使用する押出し機やゴム組成物に基づいて補正することができる。具体的には、ダイス口５４における圧力と供給口５０における圧力との差であるクロスヘッドダイ２０の圧損を、押出し機１の最大押出し圧力以下にすればよい。クロスヘッドダイ２０の圧損は、導電性ゴムローラ１２の押出し速度と、使用するゴム組成物１１の粘度と、クロスヘッドダイ２０の流路形状、芯金１３の外径、芯金１３の送り速度により求めることができる。
【００３２】
ゴム組成物１１が被覆した芯金１３はダイス２３から押出され、その芯金１３の後端と、後続の芯金１３の先端とは、切断刃８によって切断される。その後、引取り機（図示せず）によって引き取られて、導電性ゴムローラ１２が１本ずつ得られる。
【００３３】
（実施形態２）
図７は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイの要部を示す断面図である。図７では、マンドレル４１と芯金１３以外のものを断面図で示す。また、図８は、図７に記載の切断線Ｙ−Ｙに沿った断面図である。なお、実施形態１で説明したクロスヘッドダイ２０と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３４】
本実施形態のクロスヘッドダイ４０は、マンドレル４１の外形が実施形態１のクロスヘッドダイ２０のマンドレル２１と相違する。これに伴い、展開部流路４２および環状流路４３の形状も展開部流路５１および環状流路５１とそれぞれ異なる。ここで、図９を参照しながらマンドレル４１の外形について詳しく説明する。
【００３５】
図９は、本実施形態の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイに設けられているマンドレルの外形図である。図９（ａ）は、本実施形態のマンドレル４１の斜視図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すマンドレル４１を下から見た下面図である。図９（ｃ）は、図９（ａ）に示すマンドレル２１を横から見た側面図である。図９（ｄ）は、図９（ａ）に示すマンドレル２１を上から見た上面図である。図９に示すように、マンドレル４１の外周面には、２条マニホールド４４が形成されている。２条マニホールド４４は、一対の第１の部分４４ａと、一対の第２の部分４４ｂと、を有している。一対の第１の部分４４ａは、マンドレル４１の外周面を供給口５０に対向する位置から周方向に各々反対に９０°延びている。一対の第２の部分４４ｂは、一対の第１の部分４４ａの各々に個別に連続し展開部流路４２の終端部まで外ダイ穴５７の軸方向に延びている。本実施形態では、この２条マニホールド４４が形成されたマンドレル４１が外ダイ２２の外ダイ穴５７に挿入されたとき、２条マニホールド４４の表面と外ダイ穴５７の内面とで囲まれた展開部流路４２が形成される。展開部流路４２では、供給口５０から流入したゴム組成物１１は、一対の第１の部分４４ａに沿って流れた後、一対の第２の部分４４ｂに沿って流れる。すなわち、本実施形態では、外ダイ穴５７の軸方向に沿った流れ方向は、一対の第２の部分４４ｂに沿った流れ方向となる。ここで、この展開部流路４２の断面積および展開部流路４２の長さについて説明する。
【００３６】
まず、展開部流路４２の断面積について説明する。図１０は、図７に記載の切断線Ｆ−Ｆ〜切断線Ｊ−Ｊに沿った各断面図である。また、図１１は、図７に示すクロスヘッドダイに形成される展開部流路の断面積を説明するための図である。図１１には、図１０の各断面に示された展開部流路４２について外ダイ穴５７の周方向を平面状に展開して示した展開図と、その展開図に記載された切断線Ａ１−Ａ１〜Ｂ２−Ｂ２に沿った断面図Ｓ１〜Ｓ４と、が示されている。
【００３７】
図１１では、図６（ａ）と同様に、横軸は図１０（ａ）に記載の角度を示し、縦軸は外ダイ穴５７の軸方向における位置を示している。図１０に記載の角度は、外ダイ穴５７（芯金ガイド穴３１）の中心軸から見て鉛直方向上側を０°とし、供給口５０が配置されている方向を９０°としている。図１０の各断面図で示された展開部流路４２を図１１の座標系に変換すると、展開部流路４２は、供給口５０から周方向に各々反対に９０°回転する方向の流路のあとに、外ダイ穴５７の軸方向の流路を備えた形状となっている。本実施形態では、展開流路４２の断面積は、流れ方向に垂直な切断面における断面積であるので、第１の部分に対してはＳ１とＳ３の合計であり、第２の部分に対してはＳ２とＳ４の合計である。Ｓ１、Ｓ３は、一対の第１の部分４４ａに沿った流れ方向Ｐ１に対して垂直な切断面における断面積である。Ｓ２、Ｓ４は、一対の第２の部分４４ｂに沿った流れ方向、すなわち軸方向に沿った流れ方向Ｐ２に垂直な切断面における断面積である。本実施形態では、Ｓ１とＳ３の合計値、及びＳ２とＳ４の合計値が、それぞれ押出し断面積に対して４．１倍以上６．２倍以下としている。なお、押出し面積とは、実施形態１と同様に、外ダイ穴５７の軸方向に垂直な断面で見たときの、ダイス口５４の断面積から芯金１３の断面積を差し引いた断面積である。
【００３８】
次に、展開部流路４２の長さについて説明する。本発明では、展開部流路４２の長さＬは、実施形態１と同様に、外ダイ２２の軸方向における供給口５０の下端部から前記軸方向における展開部流路４２の終端部までの長さとしている。本実施形態では、この展開部流路５１の長さＬは、外ダイ穴５７の軸方向における供給口５０の上端部における外ダイ穴５７の口径ｄ１（図７参照）に対して０．５倍以上１．０倍以下である。
【００３９】
上記のように展開部流路４２の断面積および展開部流路４２の長さを規定することによって、実施形態１と同様に、供給口５０から供給されたゴム組成物１１を安定した環状流に変換することが可能となる。そのため、ゴム組成物１１の滞留時間を低減することが可能となる。よって、ゴム組成物１１の熱損傷の低減が可能となるため、ウェルドラインの影響も小さくなる。これにより、導電性ゴムローラ１２の周方向における電気抵抗のムラを小さくすることが可能となる。
【００４０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００４１】
（実施例１）
本実施例においては、実施形態１で説明した導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ２０を用いて導電性ゴムローラを押出し成形により製作した。
【００４２】
まず、本実施例で使用したゴム組成物１１について説明する。弾性体材料として、ＥＰＴ−４０４５(三井石油化学株式会社製)を１００部、酸化亜鉛２種（ハクスイテック株式会社製）を５部、ステアリン酸（日本油株式会社製）を１部、ＰＥＧ＃４００（日本油株式会社製）を１部用いた。導電性材料として、ケッチェンブラックＥＣ−６００ＪＤ（ケッチェンブラッブインターナショナル株式会社製）を８部、シーストＳＯ（東海カーボン株式会社製）を３０部用いた。可塑剤として、ダイアナプロセスオイルＰＷ−３８０（出光株式会社製）を６０部用いた。脱水剤として、ＶＥＳＴＡ ＢＳ（井上石灰工業株式会社製）を４部用いた。他の添加剤として、ノクセラーＭ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、ノクセラーＴＥＴ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、ノクセラーＴＲＡ（大内新興化学工業株式会社製）を１部、サンファックス２００S（鶴見化学工業株式会社製）を１部用いた。
【００４３】
次に、本実施例で用いる導電性ローラ成形用のクロスヘッドダイ２０の詳細な形状について説明する。ダイス口５４の口径ｄ２は８．８ｍｍであり、芯金１３の外径ｄ３は６ｍｍである（図２参照）。これにより、押出し断面積は、３２．５ｍｍ2（３．１４×（８．８×８．８−６×６）／４）である。外ダイ穴５７の口径ｄ１は３０ｍｍである（図２参照）。展開部流路５１の長さＬは３０ｍｍであり、展開部流路５１の断面積は２２３ｍｍ2である。本実施例では、展開部流路５１の断面積は、押出し断面積に対して６．９倍以下（２２３／３２．５）となっている。また、展開部流路５１の長さＬは、外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して１．０倍（３０／３０）となっている。その他のクロスヘッドダイ２０の形状としては、ダイス口５４の長さは、１０ｍｍである。供給口５０の口径ｄ４は１４ｍｍである（図２参照）。環状流路５２には、長さが１ｍｍで断面積が１７６ｍｍ2の環状断面の流路と、長さが１２ｍｍで最大断面積３２７ｍｍ2の環状断面を有したテーパ状の流路とを設けた。成形の条件は、下記のように設定した。
【００４４】
押出し本数：導電性ゴムローラ２０００本連続押出し
芯金：全長２５２ｍｍ、外径φ６．０ｍｍ
導電性ゴムローラ：押出し外径 平均φ８．７狙い
押出し機：三葉製作所製φ７０ｍｍ、Ｌ／Ｄ２０
スクリュー回転数：８．０ｒｐｍ
ダイス径：φ８．８ｍｍ
押出し速度（１本の押出しに必要な時間）：５秒
本実施例では、上記の未加硫のゴム組成物１１を押出し機１で押出し加工すると同時に、連続的に芯金１３をクロスヘッドダイ２０のマンドレル２１の芯金ガイド穴３１通過させることによって、芯金１３の外周にゴム組成物１１を被覆させる。そして、先行する芯金１３の後端部と後続の芯金１３の先端部との間を切断刃８で切断することによって、１本の導電性ゴムローラ１２が成形される。その後、導電性ゴムローラ１２を１７０℃で３０分間熱風炉に投入して加硫を行う。加硫後の導電性ゴムローラの両端部１０ｍｍを突切り加工を行って芯金１３を露出させ、ゴム部を直径８．５ｍｍまで研磨して形状を整え、導電性ゴムローラを作製した。
【００４５】
（実施例２）
本実施例における導電性ゴムローラは、展開部流路５１の断面積を押出し断面積に対して５．５倍とし、展開部流路５１の長さＬを外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して０．５倍とする点を除いて実施例１と同様にして製造する。
【００４６】
（実施例３）
本実施例においては、実施形態２で説明した導電性ローラ成形用のクロスヘッドダイ４０を使用して、実施例１と同様のゴム組成物１１から導電性ゴムローラを押出し成形した。
【００４７】
本実施例において、ダイス口５４の口径ｄ２および芯金１３の外径ｄ３は実施例１と同じサイズである（図７参照）。したがって、押出し断面積は、３２．５ｍｍ2である。また、外ダイ穴５１の口径ｄ１も実施例１と同じ３０ｍｍである。展開部流路４２の断面積は、押出し断面積に対して６．２倍である。展開部流路４２の長さＬは３０ｍｍであり、外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して１．０倍（３０／３０）となっている。その他のクロスヘッドダイ４０の形状としては、ダイス口５４の長さは、１０ｍｍである。供給口５０の口径ｄ４は１４ｍｍである（図７参照）。環状流路４３の形状は、実施例１の環状流路５２と同様である。また、成形の条件は、実施例１と同じである。
【００４８】
（実施例４）
本実施例における導電性ゴムローラは、展開部流路４２の断面積を押出し断面積に対して４．１倍とし、展開部流路４２の長さＬを外ダイ穴５７の口径ｄ１に対して０．５倍とする点を除いて実施例３と同様にして製造する。
【００４９】
（比較例１）
本比較例においては、図１２示す従来の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ１２０を使用して、実施例１と同様のゴム組成物１１から導電性ゴムローラを押出し成形した。
【００５０】
図１２に示すクロスヘッドダイ１２０において、ダイス口１５４の口径ｄ２は８．８ｍｍであり、芯金１３の外径ｄ３は６ｍｍである。これらの寸法は、各実施例と同じである。これにより、押出し断面積も、各実施例と同じ３２．５ｍｍ2である。外ダイ１５１の外ダイ穴１５７の口径ｄ１は７０ｍｍである。マンドレル１２１の外周面には、マンドレル２１と同様に、一対のプリランド１６２付きマニホールド１６１が形成されている。また、展開部流路１５１のプリランド幅ｗは約３ｍｍである。展開部流路１５１の断面積は、展開部流路５１と同じ方法で算出でき、その値は７１０ｍｍ2である。したがって、本比較例では、展開部流路１５１の断面積は押出し断面積に対して２１．８倍（７１０／３２．５）である。また、展開部流路１５１の長さＬは６０ｍｍであり、外ダイ穴１５７の口径ｄ１に対して０．８６倍（６０／７０）である。その他のクロスヘッドダイ１２０の形状としては、ダイス口１５４の長さは、１０ｍｍである。供給口１５０口径ｄ４は３０ｍｍである（図１２参照）。環状流路１５２には、長さが９０ｍｍで最大断面積１７２５ｍｍ2の環状断面のテーパ流路を設けた。成形の条件は、実施例１と同じである。
【００５１】
（評価）
各実施例および比較例で製造された導電性ゴムローラについて、押出し本数が４００本間隔で、周方向の電流値を測定し、以下のように、電気抵抗のムラを計算した。具体的には、円柱状の金属ドラムに両端５００ｇ荷重で導電性ゴムローラを当接させ、金属ドラムを回転させた状態で、導電性ゴムローラと金属ドラムとの間に２００Ｖの電圧を印加し、測定周期５０ｍｓｅｃで電流を測定する。そして、電流値の最大値を最小値で除算した値によって電気抵抗のムラを評価する。
【００５２】
以上の実施例および比較例における測定結果をそれぞれ下記の表１に示す。なお、表１の展開部流路の断面積は、押出し断面積に対する倍率を示す。展開部流路の長さは、外ダイ穴の口径に対する倍率を示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１より、導電性ゴムローラの周方向における電気抵抗のムラに関して、各実施例で製造された導電性ゴムローラは、押出し本数が増えても安定した数値とすることが可能であった。よって、各例実施例のクロスヘッドダイで導電性ゴムローラを成形すると、ゴム組成物の滞留時間が短縮されるので、ゴム組成物の熱損傷の低減が可能となる。これにより、周方向における電気抵抗のムラを小さくできると考えられる。
【００５５】
一方、比較例で製造された導電性ゴムローラは、押出本数が増加するにつれて、周方向における電気抵抗のムラが大きくなっていることがわかる。
【００５６】
以上の結果より、本発明のクロスヘッドダイ２０、４０により、周方向における電気抵抗のムラが小さい導電性ゴムローラを成形することができる。
【００５７】
なお、流路の圧力損失を考慮すると、クロスヘッドダイ２０、４０に形成される各流路に関係する寸法の範囲は、以下のような範囲が好適である。外ダイ穴の口径ｄ１の範囲は、２５ｍｍ〜３５ｍｍが望ましい。供給口５０の口径の範囲は、１０〜１６ｍｍが望ましい。環状流路５２、４３については、展開部流路５１、４２から芯金１３までを滑らかに連結するように環状断面を有したテーパ流路を設けることが望ましい。芯金１３の直径ｄ３の範囲は４〜１０ｍｍが望ましく、導電性ゴムローラ１２の外径の範囲は７ｍｍ〜１２ｍｍが望ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１１ ゴム組成物
１３ 芯金
２０、４０、１２０ クロスヘッドダイ
２１ マンドレル
２２ 外ダイ
２３ ダイス
３１ 芯金ガイド穴
５０ 供給口
５１ 展開部流路
５４ ダイス口
５６ ダイス穴
５７ 外ダイ穴
６１ マニホールド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドとを備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有し、前記供給口から流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆した導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口から押出す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイにおいて、
前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積が、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下であり、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さが、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下である、ことを特徴とする導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ。
【請求項２】
前記マニホールドは、前記マンドレルの外周面で互いに連続し前記マンドレルの中心軸と供給口の中心軸を含む面に面対称な一対のプリランド付きマニホールドであり、
前記展開部流路の断面積が、前記押出し断面積の５．５倍以上６．９倍以下である、請求項１に記載の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ。
【請求項３】
前記マニホールドは、前記マンドレルの外周面を前記供給口に対向する位置から周方向に各々反対に９０°延びている一対の第１の部分と、前記一対の第１の部分の各々に個別に連続し前記終端部まで前記軸方向に延びている一対の第２の部分と、を有する２条マニホールドであり、
前記展開部流路の断面積が、前記押出し断面積の４．１倍以上６．２倍以下である、請求項１に記載の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ。
【請求項４】
内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドと、を備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有する導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイを用いて、芯金がゴム組成物で被覆された導電性ゴムローラを製造する方法において、
前記ゴム組成物を前記供給口から流入し、流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、前記芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆することによって前記導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口より押出す工程を有し、
前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積を、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下にするとともに、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さを、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下にする、ことを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法。
【請求項１】
内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドとを備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有し、前記供給口から流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆した導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口から押出す導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイにおいて、
前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積が、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下であり、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さが、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下である、ことを特徴とする導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ。
【請求項２】
前記マニホールドは、前記マンドレルの外周面で互いに連続し前記マンドレルの中心軸と供給口の中心軸を含む面に面対称な一対のプリランド付きマニホールドであり、
前記展開部流路の断面積が、前記押出し断面積の５．５倍以上６．９倍以下である、請求項１に記載の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ。
【請求項３】
前記マニホールドは、前記マンドレルの外周面を前記供給口に対向する位置から周方向に各々反対に９０°延びている一対の第１の部分と、前記一対の第１の部分の各々に個別に連続し前記終端部まで前記軸方向に延びている一対の第２の部分と、を有する２条マニホールドであり、
前記展開部流路の断面積が、前記押出し断面積の４．１倍以上６．２倍以下である、請求項１に記載の導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイ。
【請求項４】
内部を軸方向に貫通する外ダイ穴と、前記外ダイ穴の下端開口部よりも上側で前記外ダイ穴に通じ前記軸方向に対して垂直に開口している供給口と、を備えた外ダイと、前記外ダイ穴に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸の芯金ガイド穴を備えたマンドレルであって、該マンドレルの外周面を前記供給口と対向する位置から前記外ダイ穴の下端開口部側へ向かって延びているマニホールドと、を備えたマンドレルと、前記外ダイ穴における前記芯金ガイド穴の下端開口部よりも下側に配置され、内部を前記軸方向に貫通し前記外ダイ穴と同軸で前記芯金ガイド穴に通じているダイス穴を備えたダイスと、を有する導電性ゴムローラ成形用のクロスヘッドダイを用いて、芯金がゴム組成物で被覆された導電性ゴムローラを製造する方法において、
前記ゴム組成物を前記供給口から流入し、流入したゴム組成物を、前記マニホールドの表面と前記外ダイ穴の内面とで囲まれた展開部流路にて前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に流した後に前記ダイス穴に送り込むとともに、前記芯金を前記芯金ガイド穴から前記ダイス穴に送り込み、前記ダイス穴にて前記芯金を前記ゴム組成物で被覆することによって前記導電性ゴムローラを成形し、成形した導電性ゴムローラを前記ダイス穴の下端開口部である円形のダイス口より押出す工程を有し、
前記マニホールドに沿った流れ方向および前記軸方向に沿った流れ方向の各々に対して垂直な切断面における前記展開部流路の断面積を、前記ダイス口の前記軸方向に垂直な切断面における断面積から前記芯金の前記軸方向に垂直な切断面における断面積を差し引いた押出し断面積の４．１倍以上６．９倍以下にするとともに、前記軸方向における前記供給口の下端部から前記軸方向における前記展開部流路の終端部までの前記展開部流路の長さを、前記軸方向における前記供給口の上端部における前記外ダイ穴の口径の０．５倍以上１．０倍以下にする、ことを特徴とする導電性ゴムローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
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【図１０】
【図１１】
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【公開番号】特開２０１１−２３０４８５（Ｐ２０１１−２３０４８５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０５５２３（Ｐ２０１０−１０５５２３）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
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