(57)【要約】【課題】芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面に幅広砥石をプランジさせて研削を行うに際し、非常に短い研削加工時間で、研削加工面の表面性が優れていて、かつ、外径振れ寸法が高精度であるゴムロールを得られるゴムロールの製造方法を提供する。【解決手段】芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面に幅広砥石をプランジさせて研削を行うゴムロールの製造方法であって、幅広砥石をゴムロールの半径方向に向けてプランジさせて研削中に一旦、幅広砥石をゴムロールから離れる方向に向けてバックオフさせた後、再び幅広砥石をゴムロールの半径方向に向けてプランジさせて研削するリトラクションを設定してゴムロールの外周面の研削を行うことを特徴とする。【選択図】図１
2007210035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面に幅広砥石をプランジさせて研削を行うゴムロールの製造方法であって、該幅広砥石を該ゴムロールの半径方向に向けてプランジさせて研削中に一旦、該幅広砥石を該ゴムロールから離れる方向に向けてバックオフさせた後、再び該幅広砥石を該ゴムロールの半径方向に向けてプランジさせて研削するリトラクションを設定して該ゴムロールの外周面の研削を行うことを特徴とするゴムロールの製造方法。
【請求項２】
前記幅広砥石を前記ゴムロールの半径方向に向けてプランジさせる前進速度Ｖ１で砥石軸モーターの負荷の最大値まで前進させる粗研削ステップ１と、粗研削ステップ１で前記砥石軸モーターの負荷の最大値になった瞬間に前記幅広砥石を前記ゴムロールから離れる方向に向けて後退速度Ｖ２で後退させるバックオフ研削ステップ２と、バックオフ研削ステップ２で前記砥石軸モーターの負荷が無負荷研削時の値になった瞬間に前記幅広砥石を粗研削ステップ１の速度よりも遅い前進速度Ｖ３で前記ゴムロールの半径方向に前進させる細研削ステップ３と、細研削ステップ３の後に前記幅広砥石を細研削ステップ３の速度よりも遅い前進速度Ｖ４で前記ゴムロールの半径方向に前進させる精研削ステップ４と、精研削ステップ４の後に前記幅広砥石をスパーク状態にさせるスパーク研削ステップ５を含む研削ステップを経て、前記ゴムロールの外周面の研削を行うことを特徴とする請求項１に記載のゴムロールの製造方法。
【請求項３】
電子写真に用いられるゴムロールにおいて、請求項１又は２に記載のゴムロールの製造方法によって製造されたことを特徴とするゴムロール。
【請求項４】
芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層がソリッドゴムであって、前記ゴムロールの外周面の研削後の表面粗さがＲｚ６μｍ以下であり、前記ゴムロールの外周面上にコーティング処理を行うことで表面層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のゴムロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタおよびファクシミリ等の電子写真装置に用いられる帯電ロール、現像ロール、その他の各種ロール等のゴムロールの外周面を研削する製造方法に関する。特に、研削加工を行う時間を短くしながら、研削面の表面性が非常に優れていて、かつ、外径振れ寸法が非常に高精度であるゴムロールを得ることを可能にしたゴムロールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真はカラー化が進み、より高精細で画像の均一性（ハーフトーンの一様性）等の高度なものが求められてきている。このため、電子写真に用いられるゴムロールには外周表面に凹凸が少なくて非常に表面性が優れていることが重要な要素とされる。例えば、帯電ロールではゴムロールの外周表面に大きな凹凸が存在すると、トナーや外添材の付着が多くなる。これが堆積していくと感光ドラムを帯電させる能力が著しく低下して画像不良を発生してしまう。一般的なモノクロのＬＢＰ（レーザービームプリンタ）に用いられる帯電ロールは、表面粗さＲｚが１０μｍを超えると上記の画像不良が発生しやすくなる。これに対して、カラーのＬＢＰに用いられる帯電ロールは表面粗さＲｚが６μｍを超えると画像不良が発生しやすくなる。
【０００３】
また、電子写真に用いられるゴムロールには外径振れ寸法の高精度化が要求されている。例えば、帯電ロールではゴムロールの外径振れが大きいと、帯電ロールが一回転する中で感光ドラムに当接する幅（ニップ幅という）のばらつきが大きくなる。その結果、帯電ロールが一回転する中で感光ドラムを帯電させる量のムラ（周ムラという）が大きくなり、プリントした画像上に帯電ロールの回転ピッチで濃淡ムラの画像不良を発生させてしまう。一般的なモノクロのＬＢＰに用いられる帯電ロールは外径振れ寸法が０．１ｍｍを超えると上記の画像不良が発生しやすくなるのに対して、カラーのＬＢＰに用いられる帯電ロールは外径振れが０．０５ｍｍを超えると画像不良が発生しやすくなる。そのため、電子写真に用いられるゴムロールを製造する技術においては、外周面の高表面性と外径振れ寸法の高精度化を両立させることが必要とされている。
【０００４】
ゴムロールを製造する技術の一つに研削加工がある。研削加工とはゴムロールを回転させた状態にし、そこに高速に回転した砥石を接触させてゴムロールの外周面を所定の形状・寸法に仕上げるものである。ゴムロールの研削装置には、３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の幅の狭いタイプの砥石でゴムロール表面を左右にトラバースさせて研削する機構のものと、ゴムロールの全長よりも幅の広いタイプの砥石でゴムロール表面に押し当てて（プランジさせて）一括で研削する機構のものがある。後者の幅広砥石プランジ研削の方が単位時間当たりの砥石とゴムロールの接触加工時間が断然に多くなることから、研削加工時間の大幅な短縮が図れる。そのため、最近では特に電子写真に用いられるゴムロールの研削加工には幅広砥石プランジ研削の機械が一般的に使用される傾向にある。研削加工は砥石でゴムを削り取ることから、ゴムロール研削面の表面性は金型で成型加工したゴムロールの表面性と比べると劣る傾向にある。そのため、これまで研削加工は主にスポンジタイプのゴムロールや、表面性がそれほど要求されないゴムロールの加工に使用される技術であった。
【０００５】
一方で、電子写真は画質の向上を図るためゴムロールにより高機能が求められていることから、ゴムロールに用いられるゴム材料も多様化してきている。特に、カラーの高画質タイプの電子写真にはスポンジタイプのゴムロールよりもソリッドタイプのゴムロールの方が多く使用される傾向にある。ソリッドタイプのゴムロールには、シリコーンゴムやウレタンゴム等の研削時に砥石との摩擦で熱が発生してしまう研削性の低いゴム材料が多い。また、ゴム材料の配合面においてもポリマーの配合比率が多めでカーボンブラックや炭酸カルシウム等の充填材の配合比率が少なめの配合の場合では研削性は大幅に低下してしまう。
【０００６】
ゴムロールの研削時の抵抗は砥石軸モーターにかかる負荷の値により確認することできる。幅広砥石をゴムロールに押し当てる速度を速めていくと、砥石が回転してゴムロールを研削する力よりも砥石が前進してゴムロールを押し込む力の方が大きくなり、砥石軸モーターにかかる負荷は非常に大きくなる。この状態ではゴムロールは砥石の反対方向に押し撓まされた状態になり充分に研削されず、研削効率が非常に悪いものになってしまう。特に、ソリッドタイプのゴム材や研削性の低い配合となっているゴム材ではこの傾向が顕著になり、砥石をゴムロールに押し当てる速度を上げることできず、研削加工時間を短縮させることが非常に困難となってしまう。
【０００７】
上記のような課題を解決するためには、幅広砥石でゴムロールを研削する際に砥石軸モーターの負荷が大きくなりすぎるのを抑えるため、幅広砥石を前進させる速度を段階的に減速させながら研削することにより、研削時間を短くしながら研削面の表面性および外径振れ寸法精度の優れたゴムロールを得る方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。幅広砥石の前進速度を多段階に減速させる方法はこの研削負荷を段階的に低減させていく効果を目的としている。
【０００８】
しかしながら、特にソリッドタイプのゴムロールや配合面での研削性が低下したゴムロールを幅広砥石プランジ研削装置で研削する場合においては、ゴムロール研削抵抗が大幅に増加している影響により、砥石を押し当てる速度を多段階に減速させても、研削負荷の低減がほんの僅かである。このため、多段階に減速させる効果が乏しく、研削面の表面性を維持もしくは向上させつつ研削加工時間の短縮を図ることは非常に困難であり、大きな課題となっていた。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１９５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、前記のような課題を解決するための手段として考え出されたもので、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面に幅広砥石をプランジさせて研削を行うゴムロールの製造方法であって、非常に短い研削加工時間で、研削加工面の表面性が優れていて、かつ、外径振れ寸法が高精度であるゴムロールを得られるゴムロールの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題の解決は以下に説明する新規な特徴的構成手段により可能である。
【００１２】
すなわち、本発明は、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールの外周面に幅広砥石をプランジさせて研削を行うゴムロールの製造方法であって、幅広砥石をゴムロールの半径方向に向けてプランジさせて研削中に一旦、幅広砥石をゴムロールから離れる方向に向けてバックオフさせた後、再び幅広砥石をゴムロールの半径方向に向けてプランジさせて研削するリトラクションを設定してゴムロールの外周面の研削を行うことを特徴とするゴムロールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のゴムロールの製造方法によれば、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロールに幅広砥石をプランジ研削する場合に、砥石動作にリトラクションを設定すると砥石軸モーターにかかる負荷を一旦キャンセルした後に再びプランジさせることで研削効率が向上し、非常に短い研削加工時間でゴムロールの表面性が優れていて、かつ、外径振れ寸法が高精度であるゴムロールを得ることが可能になる。
【００１４】
本発明のゴムロールの製造方法は、特にヒドリンゴム、シリコーンゴムおよびウレタンゴム等のソリッドタイプのゴムロールを製造する際に前記した効果が大きく得られて好ましい。また、それ以外にも特に表面の平滑なゴムロールや表面にコーティング処理を行って表面層を設けた電子写真用のゴムロール（例えば帯電ロールや現像ロールなど）を製造する際にも前記した効果が大きく得られて好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照にしながら詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明のゴムロールの製造方法においてのゴムロールの研削加工時間とゴムロールの研削取りしろの関係を示したものである。ゴムロールの研削取りしろが小さくなる方向はゴムロールの半径方向に幅広砥石を前進させてプランジ研削させていることを表し、ゴムロールの研削取りしろが大きくなる方向はゴムロールの半径と反対方向に幅広砥石を後退させてバックオフさせていることを表している。また、図１はゴムロールの研削加工前の外径と研削加工後の仕上げ外径の差である研削取りしろが２ｍｍの場合を説明している。本発明は、ゴムロールの研削加工後の仕上げ外径が６ｍｍから２０ｍｍ、好ましくは８ｍｍから１２ｍｍで、研削取りしろはゴムロールの外径で４ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の場合に前記した効果が得ることが可能になる。
【００１７】
本発明のゴムロールの製造方法は、粗研削ステップ１とバックオフ研削ステップ２と細研削ステップ３と精研削ステップ４とスパーク研削ステップ５の５段階に別けて研削を行うように設定している。
【００１８】
更に詳しく本発明のゴムロールの製造方法を説明すると、ゴムロールを所定の回転数で回転させた状態にして、粗研削ステップ１で幅広砥石をゴムロールの半径方向に向けて前進速度Ｖ１で前進させてゴムロールの外周面を研削させる。その後、幅広砥石をゴムロールから離れる方向に向けて後退速度Ｖ２で後退させるバックオフ研削ステップ２を設定している。バックオフ研削ステップ２で幅広砥石を後退させてゴムロールから完全に離した後、幅広砥石を再び前進速度１よりも遅い前進速度Ｖ３でゴムロールの半径方向に前進させて、ゴムロールの外周面を研削させる細研削ステップ３を設定している。細研削ステップ３の後には前進速度３よりも更に遅い前進速度４で幅広砥石をゴムロールの半径方向に向けて前進させて、ゴムロールの外周面を研削させるステップ４を設定している。精研削ステップ４の後には幅広砥石を前進後退させずに低位置でスパーク状態にさせるスパーク研削ステップ５を設定している。スパーク研削ステップ５の後に砥石を高速でゴムロールから離れる方向に後退させてゴムロールの回転が停止して、ゴムロールの研削加工は終了する。
【００１９】
粗研削ステップ１はできるだけ短い時間でゴムロールの研削代を大きく取るための研削ステップであり、砥石軸モーターには非常に大きな負荷をかけてしまっている。バックオフ研削ステップ２は一旦、幅広砥石を後退させることによって、粗研削ステップ１で砥石軸モーターにかかった負荷をキャンセルさせるための研削ステップである。細研削ステップ３は幅広砥石をバックオフさせた後、幅広砥石を再びゴムロールの外周面を押し当てて研削を行う研削ステップである。精研削ステップ４はゴムロールの外周面の表面性を良化させるための研削ステップである。スパーク研削ステップ５は幅広砥石を前進後退させずにゴムロールの外周面の表面性を仕上げるための研削ステップである。精研削ステップ４の時点で外周面の表面性がすでに目標の表面性に達成している場合にはスパーク研削ステップ５は省略する場合もある。
【００２０】
幅広砥石の動作にリトラクションを設定すると砥石軸モーターにかかる負荷を一旦キャンセルした後に再びプランジさせることで、砥石の前進速度を多段階に変速させて砥石に負荷を連続的にかけている場合よりも研削効率を向上し、研削加工時間を短くすることが可能になる。
【００２１】
粗研削ステップ１の後に幅広砥石を後退させるタイミングが早すぎると、無駄な時間が発生して研削加工時間が長くなってしまい、また、幅広砥石を後退させるタイミングが遅すぎると、幅広砥石とゴムロールの研削の負荷が大きくなりすぎて研削効率が低下して研削加工時間が長くなってしまう。このため本発明では、砥石軸の負荷が最大値になった瞬間に幅広砥石を後退させる設定にする方法も可能である。一方、バックオフ研削ステップ２で幅広砥石を後退させる量が多すぎると、ゴムロールが研削加工していない無駄な時間が発生して研削加工時間が長くなってしまい、また、幅広砥石を後退させる量が少なすぎると、幅広砥石とゴムロールの研削の負荷が残ったまま細研削ステップ３に移行してしまうと研削効率が低下して研削加工時間が長くなってしまう。このため本発明では、砥石軸モーターの負荷が空回転時の負荷になった瞬間に幅広砥石をゴムロールに再び前進させる設定にする方法も可能である。このように、砥石軸モーターの負荷の値で幅広砥石の後退前進させるタイミングを設定することによって無駄な研削加工時間を無くすことが可能になる。
【００２２】
図２は従来のゴムロールの製造方法においてのゴムロールの研削加工時間とゴムロールの研削取りしろの関係を示したものである。図１と同様にゴムロールの研削取りしろが小さくなる方向はゴムロールの半径方向に幅広砥石を前進させてプランジ研削させていることを表している。また、図２もゴムロールの研削加工前の外径と研削加工後の仕上げ外径の差である研削取りしろが２ｍｍの場合を説明している。
【００２３】
従来のゴムロールの製造方法は、幅広砥石を前進させる速度を多段階で変速させてゴムロールの外周面の押し当てた後にスパークタイムを設定している。図２はその代表的なものであり、粗研削ステップ１と細研削ステップ２と精研削ステップ３とスパーク研削ステップ４の４段階に別けて研削を行うように設定している。
【００２４】
図３は本発明のゴムロールの製造方法においてのゴムロールの外周面を研削する装置の説明図である。ゴムロール３の芯金軸４の左側軸面を研削装置のヘッドストック側コレットチャック１でクランプさせる。一方で、芯金軸４の右側軸面も研削装置のテールストック側コレットチャック９でクランプさせる。テールストック側コレットチャック９は２個のシリンダーで２段階の前進動作をし、ヘッドストック側コレットチャック１と芯金軸４の掴み量は同じになる。対向するヘッドストック側コレットチャック１とテールストック側コレットチャック９は同軸心上で芯金軸４を把持できるように配置されている。この状態でヘッドストック側コレットチャック１を取り付けているヘッドストック側回転フランジ２はヘッドストック側モーター６により所定の回転数で回転させる機構になっている。また、テールストック側コレットチャック９を取り付けているテールストック側回転フランジ１０もテールストック側モーター１１により所定の回転数で回転させる機構になっている。ヘッドストック側モーター６とテールストック側モーター１１はお互いに同期を取りながら回転するようになっており、芯金軸４にはネジレの力は作用しない。
【００２５】
ゴムロール３を所定の回転数で回転させた状態にゴムロール３の全長よりも幅が広い幅広砥石５を高速回転させてゴムロール３に押し当てて研削加工を行う。幅広砥石５は砥石軸プーリー１４と砥石軸モータープーリー１３がＶベルト１５を伝って回転するようになっている。砥石軸モーター１２の消費電力量の値を表示して砥石軸モーター１２にかかる負荷として、その負荷の値を研削プログラムに取り込むことにより、幅広砥石５を前進後退させるタイミングを設定することが可能になっている。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の具体的な例を挙げて説明する。
【００２７】
〔研削前のゴムロールの製造方法〕
エピクロロヒドリンゴム１００質量部、可塑剤１０質量部、カーボンブラック５質量部、炭酸カルシウム３０質量部、硫黄２質量部、メルカプトベンゾチアゾール１質量部を配合したゴム材料を密閉型混練機およびロール機を用いて混練を行って未加硫のゴム組成物を得た。上記未加硫のゴム組成物を押出し機で押出し加工すると同時に連続的に芯金軸を押出し機のクロスヘッドダイに通過させて、芯金軸の外周上に未加硫のゴム組成物を配置させてロール形状にした後に、２００℃で２０分間熱風炉に投入して加硫を行って芯金軸上に加硫ゴム層を形成して研削前のゴムロールを得た。
【００２８】
〔ゴムロールの形状および研削条件〕
芯金軸：全長２５０ｍｍ、外径φ６．０ｍｍ
ゴムロール：ゴム面長２３０ｍｍ、外径φ１４．０ｍｍ、芯金軸突出量  左右１０ｍｍ
ゴムロール仕上げ外径：φ１２．０ｍｍ
研削条件：幅広砥石プランジ研削
砥石径  砥石幅長２３５ｍｍ、φ２００ｍｍ
砥石回転数  ２８００ｒｐｍ
ゴムロール回転数  ３００ｒｐｍ
【００２９】
〔比較例と実施例〕
実施例：
粗研削ステップ１  前進速度２５ｍｍ／ｍｉｎ、砥石前進量０．８５ｍｍ
バックオフ研削ステップ２  後退速度３００ｍｍ／ｍｉｎ、砥石後退量０．１５ｍｍ
細研削ステップ３  前進速度８ｍｍ／ｍｉｎ、砥石前進量０．２５ｍｍ
精研削ステップ４  前進速度０．４ｍｍ／ｍｉｎ、砥石前進量０．０５ｍｍ
スパーク研削ステップ５  スパークタイム３秒
研削加工時間  １４．４秒
【００３０】
比較例：
粗研削ステップ１  前進速度１５ｍｍ／ｍｉｎ、砥石前進量０．７５ｍｍ
細研削ステップ２  前進速度６ｍｍ／ｍｉｎ、砥石前進量０．２ｍｍ
精研削ステップ３  前進速度０．１ｍｍ／ｍｉｎ、砥石前進量０．０５ｍｍ
スパーク研削ステップ４  スパークタイム３秒
研削加工時間  １８．０秒
【００３１】
砥石前進量および砥石後退量はゴムロールの半径方向の移動量であり、研削されるゴムロールの外径の取りしろはその２倍の量となる。
【００３２】
上記の比較例と実施例の製造方法で各３本づつ研削加工したゴムロールの表面粗さＲｚを測定した結果を表１に示す。実施例の製造方法で研削加工したゴムロールの表面粗さＲｚの平均値は３．９５μｍと、比較例の製造方法で研削加工したゴムロールの表面粗さＲｚの平均値５．０４μｍよりも小さい値であり、より短い研削加工時間で研削面の表面性が優れたゴムロールが得られる結果となった。
【００３３】
【表１】
2007210035.tif 000003
【００３４】
上記の比較例と実施例の製造方法で各３０本づつ研削加工したゴムロールの外径振れ寸法を測定して、そのうちの最大値と平均値と最小値と標準偏差を求めた結果を表２に示す。
【００３５】
実施例の製造方法で研削加工したゴムロールの外径振れの平均値は０．０１８ｍｍと、比較例の製造方法で研削加工したゴムロールの外径振れの平均値０．０２４ｍｍよりも小さい値であり、より短い研削加工時間で外径振れの寸法精度が優れたゴムロールが得られる結果となった。
【００３６】
【表２】
2007210035.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のゴムロールの製造方法は、芯金軸上に円周上に設けられた加硫ゴムの弾性層を有するゴムロール、特にヒドリンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等からなる弾性層を有するゴムロールを研削して製造する場合に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のゴムロール製造方法において、ゴムロールを研削する際の研削加工時間と研削取りしろの関係の説明図である。
【図２】従来のゴムロール製造方法において、ゴムロールを研削する際の研削加工時間と研削取りしろの関係の説明図である。
【図３】本発明のゴムロールの製造方法において、ゴムロールの外周面を研削する装置の説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    ヘッドストック側コレットチャック
２    ヘッドストック側回転フランジ
３    ゴムロール
４    芯金軸
５    幅広砥石
６    ヘッドストック側モーター
７    ヘッドストック台
８    テールストック台
９    テールストック側コレットチャック
１０  テールストック回転フランジ
１１  テールストック側モーター
１２  砥石軸モーター
１３  砥石軸モータープーリー
１４  砥石軸プーリー
１５  Ｖベルト
【図１】
2007210035.tif 000005
【図２】
2007210035.tif 000006
【図３】
2007210035.tif 000007