(57)【要約】【課題】多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブ製造用の押出し成形金型において、金型の圧力降下を下げ、適正に成形の行えるチューブの製造装置を提供する。【解決手段】チューブ製造装置の押出し成形金型において、樹脂流路の内径側の絞り込みのテーパー形状開始位置での円環状の断面積をＡとし、円環状外径側の絞り込みのテーパー形状終了位置の円環状の断面積をＣとする。そのとき、断面積減少率（Ａ／Ｃ）を５０以上８０以下に、及び内径絞込みテーパー角度を１０度以上４５度以下とする。かつ該内径側のテーパー形状開始位置から該内径側のテーパー形状終了位置まで、該金型内部の該円環状の断面積が等しくなるように内径側の絞込みテーパー角度を定める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を押出してチューブ状にする押出し成形金型と、該成形金型より押出された該チューブを冷却固化する冷却装置と、冷却固化された該チューブを該冷却装置より引取る引取り機と、引取られた該チューブを切断する切断機と、を有する、多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブを押出し成形で製造する装置であって、
該成形金型は、
該成型金型長手方向に直交する面にて該成型金型の内部が円環状を為し、該長手方向に向かう樹脂流路に該樹脂が押出されて合流後の該円環状の内径側の絞り込みのテーパー形状開始位置での該円環状の断面積をＡとし、該円環状外径側の絞り込みのテーパー形状終了位置の該円環状の断面積をＣとしたとき、該円環状断面積Ａと該円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）が５０以上８０以下であり、
該成形金型の長手方向の中心軸を含む面上において、該円環状の内径側の絞込みのテーパー形状開始位置にある該金型内の内径側の点と、該金型内の環状の内径側の絞り込みのテーパー形状終了位置にある該金型内の内径側の点とを結ぶ直線と、該中心軸と、から成る、内径絞込みテーパー角度が１０度以上４５度以下であり、
該内径側のテーパー形状開始位置から該内径側のテーパー形状終了位置まで、該金型内部の該円環状の断面積が等しくなるように該内径側の絞込みテーパー角度を定めていることを特徴とする、半導電性ゴムロール用チューブの製造装置。
【請求項２】
成形金型より樹脂を押出してチューブ状にする第１工程と、該成形金型より押出された該チューブを冷却装置によって冷却固化する第２工程と、冷却固化された該チューブを引取り機によって該冷却装置より引取る第３工程と、引取られた該チューブを切断機によって切断する第４工程と、を有する、多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブを押出し成形で製造する方法であって、
該第１工程において該樹脂は、
該成型金型長手方向に直交する面にて該成型金型の内部が円環状を為し、該長手方向に向かう樹脂流路に該樹脂が押出されて合流後の該円環状の内径側の絞り込みのテーパー形状開始位置での該円環状の断面積をＡとし、該円環状外径側の絞り込みのテーパー形状終了位置の該円環状の断面積をＣとしたとき、該円環状断面積Ａと該円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）が５０以上８０以下であり、
該成形金型の長手方向の中心軸を含む面上において、該円環状の内径側の絞込みのテーパー形状開始位置にある該金型内の内径側の点と、該金型内の環状の内径側の絞り込みのテーパー形状終了位置にある該金型内の内径側の点とを結ぶ直線と、該中心軸と、から成る、内径絞込みテーパー角度が１０度以上４５度以下であり、
該内径側のテーパー形状開始位置から該内径側のテーパー形状終了位置まで、該円環状の断面積が等しくなるように該内径側の絞込みテーパー角度を定めている、
該成形金型によってチューブ状に成形されることを特徴とする、半導電性ゴムロール用チューブの製造方法。
【請求項３】
多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブを被覆してなる電子写真用帯電ローラーにおいて、請求項２に記載の方法により成形された樹脂チューブを導電性ゴムロールに被覆したことを特徴とする、電子写真用帯電ローラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブを押出し成形で製造する装置及び製造方法に関する。より詳しくは、電子写真等で使用される半導電性ゴムロール用の、多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブを、押出し成形で製造する装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シームレスチューブ等を押出し成形によって製造する方法は、まず押出し金型により該シームレスチューブが押出され、順に水冷サイジング工程、チューブ引取り工程、チューブ切断工程、チューブ収納工程とからなる（特許文献１参照）。
【０００３】
樹脂を成形する金型の役割は主に３つあり、金型はそれぞれの役割を果たす部分からなる。それは、樹脂を金型内に注入する導入部（例えばトーナメント部）、周方向に展開する展開部（例えばスパイダ式、スパイラル式等）、展開された樹脂をならし、圧力、樹脂流量を制御する先端部である（非特許文献１参照）。
【０００４】
金型の形状の決定には、以上３つの部分の設計が大きく関わっている。そして、チューブの各層が合流した後に所定の径まで小さく絞る先端部は、チューブの形状を決定する部分である。また、先端部の径を替えることで様々な大きさのチューブを製造することが出来る。先端部押出し口の断面積減少率（金型内部最大円環状断面積／金型押出し口円環状断面積）は通常、１〜５０の数値に収まるように設計がなされている。
【０００５】
断面積減少率が１の場合、金型の中で樹脂が絞られることが少なく、スムーズに成形を行うことが出来る。しかし、金型がチューブの径や膜厚に比例して大きくなったり小さくなったりするため、通常、断面積減少率は１５〜３５の範囲内で設定されている。
【０００６】
また、断面積減少率が大きくなるにつれて、金型内の圧力降下（圧力損失）が大きくなることで、樹脂圧力が高くなり、金型押出し口でのせん断応力も大きくなる。せん断応力の上昇はスパイラリング、メルトフラクチャー等の押出し異常につながるため、断面積減少率を５０以内に抑えることが一般的となっている。
【特許文献１】特開平１１−１２３７５３号公報
【非特許文献１】プラスチック押出し成形の最新技術（著  沢田慶司）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
断面積減少率が大きくなるにつれ、円環状断面積のせん断応力が大きくなるため、樹脂にかかる応力も大きくなり、圧力降下も大きくなってしまう。このため、粘度が高い樹脂、押出し量が多い高速度成形等では、金型の圧力降下が非常に高くなり、成形時の樹脂圧力が高くなる等の問題が起きる。
樹脂圧力が上がりすぎると、チューブが高速度で引けなくなる。また、せん断応力が高いと、スパイラリング、メルトフラクチャー等の押出し異常が起きる可能性が高くなる。
【０００８】
押出し成形金型は製作に時間がかかり、コストも高いため、先端部の部品のみを交換して断面積減少率が５０を超えるような薄肉樹脂チューブ成形を行うことがある。この時、上記のような問題がたびたび報告された。先端部の部品を改良することで、どのような径のチューブでも成形することが出来れば、金型及び部品の製作期間の短縮、そして金型の共用化が行えるようになり、チューブ成形が容易になるために、更なる検討が待たれていた。
【０００９】
本願の発明の目的は、材料が半導電性であってカーボンが多量に含まれる極めて粘性の高い材料を使用する多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブ製造用の押出し成形金型で樹脂流れ部の断面積減少率が大きい場合（５０以上）等に関する。そのとき、金型の圧力降下が高くなる。本発明の目的は、そのような場合でもスパイラリング、メルトフラクチャー等の押出し異常が起きることなく、適正な樹脂圧力及び押出し量にて成形が行え、形状の良い、導電均一性に優れたチューブを製造可能な装置を提供することである。またその製造方法を提供することでもある。及び本発明の目的は更に、その金型を用いた半導電性帯電ローラーを提供することにもある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によって、樹脂を押出してチューブ状にする押出し成形金型と、該成形金型より押出された該チューブを冷却固化する冷却装置と、冷却固化された該チューブを該冷却装置より引取る引取り機と、引取られた該チューブを切断する切断機と、を有する、多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブを押出し成形で製造する装置であって、該成形金型は、該成型金型長手方向に直交する面にて該成型金型の内部が円環状を為し、該長手方向に向かう樹脂流路に該樹脂が押出されて合流後の該円環状の内径側の絞り込みのテーパー形状開始位置での該円環状の断面積をＡとし、該円環状外径側の絞り込みのテーパー形状終了位置の該円環状の断面積をＣとしたとき、該円環状断面積Ａと該円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）が５０以上８０以下であり、該成形金型の長手方向の中心軸を含む面上において、該円環状の内径側の絞込みのテーパー形状開始位置にある該金型内の内径側の点と、該金型内の環状の内径側の絞り込みのテーパー形状終了位置にある該金型内の内径側の点とを結ぶ直線と、該中心軸と、から成る、内径絞込みテーパー角度が１０度以上４５度以下であり、該内径側のテーパー形状開始位置から該内径側のテーパー形状終了位置まで、該金型内部の該円環状の断面積が等しくなるように該内径側の絞込みテーパー角度を定めていることを特徴とする、半導電性ゴムロール用チューブの製造装置が提供される。
【００１１】
更に、本発明によって、成形金型より樹脂を押出してチューブ状にする第１工程と、該成形金型より押出された該チューブを冷却装置によって冷却固化する第２工程と、冷却固化された該チューブを引取り機によって該冷却装置より引取る第３工程と、引取られた該チューブを切断機によって切断する第４工程と、を有する、多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブを押出し成形で製造する方法において、該第１工程において該樹脂は、該成型金型長手方向に直交する面にて該成型金型の内部が円環状を為し、該長手方向に向かう樹脂流路に該樹脂が押出されて合流後の該円環状の内径側の絞り込みのテーパー形状開始位置での該円環状の断面積をＡとし、該円環状外径側の絞り込みのテーパー形状終了位置の該円環状の断面積をＣとしたとき、該円環状断面積Ａと該円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）が５０以上８０以下であり、該成形金型の長手方向の中心軸を含む面上において、該円環状の内径側の絞込みのテーパー形状開始位置にある該金型内の内径側の点と、該金型内の環状の内径側の絞り込みのテーパー形状終了位置にある該金型内の内径側の点とを結ぶ直線と、該中心軸と、から成る、内径絞込みテーパー角度が１０度以上４５度以下であり、該内径側のテーパー形状開始位置から該内径側のテーパー形状終了位置まで、該金型内部の該円環状の断面積が等しくなるように該内径側の絞込みテーパー角度を定めている、該成形金型によってチューブ状に成形されることを特徴とする、半導電性ゴムロール用チューブの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブ製造用の押出し成形金型で粘度が高い樹脂を使用する、又は押出し量が多い高速度成形を行うときなど、金型の圧力降下が非常に高くなる場合に関するものである。そのようなときでも、本発明によれば、スパイラリング、メルトフラクチャー等の押出し異常が起きることがなく、適正な樹脂圧力、押出し量にて成形が行え、形状及び外観の優れたチューブを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を、図を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１に示される押出し成形金型１は、２層チューブ同時押出し成形用の金型となっており、外筒の中に、内層用チューブのマンドレルと外層用チューブのマンドレルを擁し、各部分の結合する個所は位置決めの合わせ面と固定用のネジからなる。また、外筒、外層、内層の合わせ面はテーパー合わせとなっており、金型軸方向の相対位置精度の確保が出来るようになっている。
【００１５】
金型は、材料に直接接触する金型本体と、これを保持する部分との２つ部分に分かれ、この金型を保持する部分は主として、硬質クロムメッキが可能な一般的金属材料、例えばＳ４５Ｃ等で製作される。
【００１６】
金型本体は溶融樹脂の高圧に耐えるため、及び外部から加熱されるために、材質は普通硬鋼で、場合によってはニッケルクロム鋼、不銹鋼、工具鋼等が使用される。これを適当な形に仕上げ、焼き入れを行い、表面研摩した後、硬質クロムメッキする。材質の高度をロックウェルＣ硬度測定方法で測定し、値が６０〜６２程度の硬度とする。表面のクロムメッキ膜厚は、１／１００〜５／１００程度である。
【００１７】
チューブの径及び肉厚は、金型先端部の押出し口の径とクリアランスによってほぼ決定され、引取り機の引取速度により製品寸法の許容範囲内におさまるように調整されて、連続的にシームレスチューブが作られる。そのため、先端部の部品を交換することによって、様々な大きさのチューブを製造することが可能となる。
【００１８】
本発明による装置の金型先端部（図２）においては、該成型金型長手方向に直交する面にて該成型金型の内部は円環状を為している。該円環状の内径側の絞り込みのテーパー形状開始位置での該円環状の断面積をＡとし、該円環状外径側の絞り込みのテーパー形状終了位置の該円環状の断面積をＣとする。そのとき、本発明においては、該円環状断面積Ａと該円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）が５０以上８０以下となる。また、内径絞込みテーパー角度が１０度以上４５度以下となる。内径絞込みテーパー角度とは、以下のように求められる。該成形金型の長手方向の中心軸を含む面上において、該円環状の内径側の絞込みのテーパー形状開始位置にある該金型内の内径側の点と、該金型内の環状の内径側の絞り込みのテーパー形状終了位置にある該金型内の内径側の点とを結ぶ。そうして出来た直線と該中心軸とが交わることで出来る角度が、内径絞込みテーパー角度である。また、樹脂の合流部から樹脂流路の外径、内径共に絞りテーパーが始まり、内径の絞りテーパー角度は外径の絞りテーパー角度よりも大きく、内径の絞りテーパーが終わる点まで樹脂流路の円環状断面積は変わらない。
【００１９】
また、図２において、５は内径絞りテーパー開始位置及び樹脂流路円環状断面積Ａの位置であり、６は内径絞りテーパー終了位置及び樹脂流路円環状断面積Ｂの位置であり、７は外径絞りテーパー終了位置及び樹脂流路円環状断面積Ｃの位置である。
【００２０】
一般的には断面積減少率が５０以下になるように成形金型は設計されているが、本発明によれば、断面減少率が５０より上においても成形が可能である。ただし、断面積減少率があまりに大きいと、それに伴い、金型自体が大きくなりすぎる、又は先端の押出し口が小さくなりすぎるため、その上限を８０とした。
【００２１】
また、絞りテーパー角度が１０°より小さいと、成形金型の絞り部が長くなってしまい、成形金型の圧力損失が高くなってしまう。また、絞りテーパー角度が４５度より大きくなると、円管内において樹脂の流れに大きな滞留が生じる。実験より、絞りテーパー角度が１２°以上３０°以下の場合が、絞り部の長さが最も適当であり、よって樹脂が絞り部で滞留を起こさないので、より好ましい。
【００２２】
複数層からなるシームレスチューブは、種々の方法で成膜することが出来るが、押出し成形法が好適である。図１に２層からなるシームレスチューブの押出し成形の概略図を示す。予め重合体と導電材、また必要に応じて、架橋剤、安定剤及びその他の添加剤を混合したコンパウンドを調製する。
【００２３】
該コンパウンドは押出し機により加熱、混練、可塑化、融解されて押出し金型内１に注入される。融解されたコンパウンドは金型によりチューブ状に賦形され、スリットを有するダイスから押出される。金型より出てきたチューブは水冷水槽２により冷却固化され、引取り機３によって引取られて、切断機４に運び込まれる。
【００２４】
本発明における機能性複数層の膜に使用される樹脂、エラストマー及び共重合体等は、押出し成形可能な熱可塑性樹脂であれば何れのものでもよい。また熱可塑性ゴムを使用することができ、それは特に制限されるものではなく、所望の特性を有するチューブ構成とすることが可能である。
【実施例】
【００２５】
以下に、本発明の押出し用金型及び製造方法を説明する。なお、便宜的に該機能性複数層の表面側を外層、内側を内層と表現している。ただし本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
本発明の先端部品（図２参照）は、樹脂の合流部から樹脂流路の外径、内径共に絞りテーパーが始まり、内径の絞りテーパー角度は外径の絞りテーパー角度よりも大きく、内径の絞りテーパーが終わる点まで樹脂流路の円環状断面積は変わらない。
【００２７】
長手方向を中心軸として、円環状断面積Ａを構成する樹脂流路までの内径ＩＤａが４３ｍｍ、円環状断面積Ｂを構成する内径ＩＤｂが１１．５ｍｍとなっている。また、ＩＤａとＩＤｂとの差異でなす樹脂流路の内径の絞りテーパー角度が２１度となっている。また、樹脂の合流部円環状断面積Ａの外径ＯＤａが５６．９ｍｍ、円環状断面積Ｂを構成する外径ＯＤｂが１２．５ｍｍであり、それらの差異でなす樹脂流路の外径の絞りテーパー角度は１４度である。樹脂流路の内径が１１．５ｍｍに達した後はストレート部となっている。円環状断面積Ａと円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）が５７．４となっている。
【００２８】
（比較例１）
本例の先端部品は、実施例１の形状よりも先端の押出し口を小さくすることによって、断面積減少率が大きくなったものである。円環状断面積Ａを構成する樹脂流路までの内径ＩＤａ及び樹脂の合流部円環状断面積Ａの外径ＯＤａの値は実施例１と同じである。しかし、円環状断面積Ｂを構成する外径ＯＤｂは１０．０ｍｍ、円環状断面積Ｂを構成する内径ＩＤｂは９．２ｍｍとなっている。また、円環状断面積Ａと円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）は９０．８である。
【００２９】
（比較例２）
本例の先端部品（図３）は、外径と内径の絞りテーパーの開始位置に差があり、まず外径から絞りテーパーとなり、角度も外径の絞りテーパー角度の方が大きいため、クリアランスは狭くなっている。円環状断面積Ａを構成する樹脂流路までの内径ＩＤａは４３ｍｍ、円環状断面積Ｂを構成する内径ＩＤｂは１１．５ｍｍとする。また、ＩＤａとＩＤｂとの差異でなす樹脂流路の内径の絞りテーパー角度が１３度、樹脂の合流部円環状断面積Ａの外径ＯＤａが５４．３ｍｍ、円環状断面積Ｂを構成する外径ＯＤｂが１２．５ｍｍ、外径の絞りテーパー角度は１５度となっている。円環状断面積Ａと円環状断面積Ｃとの断面積減少率（Ａ／Ｃ）は３９．６である。
【００３０】
以下の表１に、実施例と比較例の合流部から金型押出し口までの詳細を示す。
【００３１】
【表１】
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次に、上記３つ例の押出し金型によって製作される機能性複数層を有するチューブの原料となる樹脂について説明する。
【００３２】
外層の材料としては次のものが挙げられる。材料の主体はスチレン系の熱可塑性エラストマー樹脂１００重量部とする。最終的に、ポリエチレン７２〜２０重量部、カーボンブラック１を１１〜１４重量部、カーボンブラック２を２０〜２８重量部、酸化マグネシウム１０〜１５重量部、ステアリン酸カルシウム１〜１．５重量部となるように、前記諸材料を混ぜ合わせる。即ち、前記スチレン系のエラストマー樹脂、カーボンブラック１、カーボンブラック２、酸化マグネシウム、ステアリン酸カルシウムを、加圧式ニーダーを用いて２００〜２２０℃溶融混練する。前記スチレン系の熱可塑性エラストマー樹脂は、スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合樹脂であり、商品名「ダイナロン」、日本合成ゴム（株）製である。前記カーボンブラック１は、商品名「ケッチェンブラックＥＣ」、ライオンアクゾ株式会社製である。前記カーボンブラック２は、商品名「スペシャルブラック２５０」、デグサジャパン製である。その後それを、冷却、粉砕機で粉砕し、マスターバッチを作成する。このマスターバッチに更にスチレン系の樹脂（スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合樹脂）、ポリエチレンを加える。そして再び２００℃〜２２０℃で同様に混練、冷却、粉砕を行い、単軸押出し機で１８０℃〜２００℃で造粒したペレットを使用する。
【００３３】
内層の材料としては次のものが挙げられる。エーテル系のウレタンエラストマー樹脂１００重量部、カーボンブラック（商品名「ケッチェンブラックＥＣ」）を１５〜１８重量部、導電性酸化チタン２０部、酸化マグネシウム１０重量部、ステアリン酸カルシウム１重量部である。それらを、加圧式ニーダーを用いて１６０〜２００℃で混練、冷却、粉砕を行い、単軸押出し機で１６０℃〜２１０℃で造粒したペレットを使用する。
【００３４】
上述の樹脂を前記３つの例の金型を用いて成形し、成形中の金型内圧力、樹脂押出し量、チューブ引取り速度等、成形時の条件を比較する。また、金型の押出し口付近にて、樹脂の成形異常が出ているか目視にて観察を行い、成形した後チューブの外観を調べ、押出し中のチューブの状態と、成形後のチューブの出来を、以下の表２において比較評価する。
【００３５】
【表２】
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実施例１の金型を使用した成形では、チューブの引取り速度、成形時の樹脂圧力、及び成形中、成形後の外観検査等に特に問題となる項目は見あたらず、良好な結果となっている。
【００３６】
比較例１の金型を使用した成形では、チューブが螺旋を描くように押しだされ、膜厚及び外径が不均一なチューブになってしまった。この現象は押出し口のせん断応力が高すぎるため、スパイラリングが発生しているからであると思われる。
【００３７】
比較例２の金型を使用した成形では、樹脂の押出し量に対して金型内の樹脂圧力が高く、樹脂の押出し量を増やすことが出来なかった。そのため、引取り速度が実施例１の金型を使用した成形と比べると遅いことがわかる。また、チューブの外観にしわが発生していることもわかった。
【００３８】
上述した実施例１は、多層のシームレスな薄膜樹脂のチューブ製造用の押出し成形金型で、樹脂流れ部の断面積減少率が高い（５０以上８０以下）等、金型の圧力降下が非常に高い。そのような場合であっても、本発明では、スパイラリング、メルトフラクチャー等の押出し異常が起きることなく、適正な樹脂圧力、押出し量にて成形を行うことが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】チューブ製造装置の概略図
【図２】実施例１の成形金型の合流部からランド部の概略、及びランド部拡大図
【図３】比較例２の成形金型の合流部からランド部の概略、及びランド部拡大図
【符号の説明】
【００４０】
１  押出し成形金型
２  冷却装置（水冷水槽）
３  引取り機
４  切断機
５  内径絞りテーパー開始位置及び樹脂流路円環状断面積Ａの位置
６  内径絞りテーパー終了位置及び樹脂流路円環状断面積Ｂの位置
７  外径絞りテーパー終了位置及び樹脂流路円環状断面積Ｃの位置
ＩＤａ  円環状断面積Ａを構成する樹脂流路までの内径ＩＤａ
ＩＤｂ  円環状断面積Ｂを構成する内径ＩＤｂ
ＯＤａ  円環状断面積Ａを構成する樹脂流路までの外径ＯＤａ
ＯＤｂ  円環状断面積Ｂを構成する外径ＯＤｂ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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