(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積固有抵抗が１０4 〜１０12Ω・ｃｍであるシームレスの半導電性ゴムベルトの製造方法であって、
スパイラルフロー型の溝が形成された内筒部を有するクロスヘッドを備えた押出機を使用し、原料未加硫ゴム組成物を可塑化して前記押出機より押し出す押出工程、前記押出機における前記原料未加硫ゴム組成物の押し出し方向と略直交方向に、前記内筒部の内部を筒状金型を移動させつつ前記原料未加硫ゴム組成物を前記筒状金型外面に層状に被覆して未加硫ゴムベルト成形体とする未加硫ゴムベルト成形工程、及び前記未加硫ゴムベルト成形体を加硫して半導電性ゴムベルトとする加硫工程を備えた半導電性ゴムベルトの製造方法。
【請求項２】
前記加硫工程にて得られた半導電性ゴムベルトを所定厚みまで研磨する研磨工程を備えた請求項１に記載の半導電性ゴムベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンター、ファクシミリ等の静電写真プロセスによる画像形成装置において転写部等に使用される半導電性ゴムベルトの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
グラファイトやカーボンブラック等の導電性の充填剤を添加し、体積固有抵抗が１０4 〜１０12Ω・ｃｍ程度に調整された半導電性ゴムベルトであって、反応して架橋するゴムベルトを射出成形法により製造する方法は公知である（特開平９−１３１７６５公報）。この方法は、ゴム部材の成形時に発生するウェルドラインに起因するベルトの電気抵抗の不均一を小さくし、品位の高い製品を得ることを目的とし、成形に使用する金型のゲート部の形状を改良したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ゴムの射出成形法は、前記公報にもその概要が記載されているように、原料の未加硫ゴム組成物を、流動性を高めるために約７０℃に加熱し、これを加硫反応促進に十分な１５０〜１７０℃の高温に加熱した成形キャビティーに短時間で注入し、架橋・硬化させてゴム成形品を製造する技術である。
【０００４】
従って、画像形成装置に使用される半導電性ゴムベルトのように、厚みが２ｍｍ程度以下であってしかも周長が１５０ｍｍ、長さが３００ｍｍにも及ぶ径が大きく、幅の広いベルトを製造するには、迅速に未加硫ゴム組成物を金型の成形キャビティー内に充填させる必要があり、未加硫ゴム組成物は、高い射出圧力にて、高温の金型表面に接触して硬化反応、いわゆるスコーチを起こしつつ流動して成形体を形成する。このため、射出成形においては、未加硫ゴム組成物は金型表面等との接触により強い剪断力を受けることになる。
【０００５】
上記公知文献にも記載の通り、半導電性のゴムベルトを得るためには、導電性の充填剤としてカーボンブラックを添加することが極めて好適である。カーボンブラックの添加により導電性を付与されたゴムの電気伝導のメカニズムは、数珠状につながったカーボンブラックのストラクチャーを通じた導電であるといわれている。
【０００６】
カーボンブラックを添加した未加硫ゴム組成物を使用した半導電性のゴムベルトは、次の２つの大きな問題を有する。
【０００７】
（１）半導電性の領域においては、わずかなカーボンブラックの添加量の差によって成形品の電気抵抗が大きく変動する。
【０００８】
（２）成形時に未加硫ゴム組成物が強い剪断力を受けたり、流動が均一でない場合にはカーボンブラックのストラクチャーの破壊等によって電気抵抗が変化し、成形品に電気抵抗のばらつきが生じる。
【０００９】
特に画像形成装置に使用する上述の半導電性ゴムベルトについては、画像形成装置においてはわずかな電気抵抗のばらつきが画像不良の原因となるため、上記の（２）の問題が重要である。即ち、射出成形のように急速かつ架橋反応を起こしつつ流動する場合には、その抵抗値のばらつきは大きくなり、画像不良を起こすベルトが多く、半導電性ゴムベルトの製造方法としては実用的とはいえない。
【００１０】
これに対して、押出成形によりチューブ状の未加硫ゴム成形体を作成し、これを金型に被覆して加熱加硫することによってベルトを製造する方法が行われている。
【００１１】
上記のチューブ押出成形法によれば、射出成形と比較して未加硫ゴム組成物は流動速度が低く、また流動中にスコーチも発生しないため、未加硫ゴム組成物の受ける剪断力は小さい。従って、半導電性ゴムベルトの抵抗値の不均一はかなり抑制することができる。しかし、未加硫ゴム組成物をチューブ状に押し出す際に必要な、ダイス（口金）に通常３本以上、周長の大きなベルト等においては４〜６本以上設けられるブリッジ部において、未加硫ゴム自体のウェルドラインが発生し、この部分においてベルトの肉厚が薄くなり、また射出成形法と比較して少さいとはいえ、電気抵抗のばらつきも発生し、不良の原因ともなる。また、チューブ状の未加硫ゴムベルト成形体は、これを金型を挿入して保形し、加硫する必要があり、そのためにある程度の未加硫ゴムベルト成形体の強度、いわゆるグリーン強度が要求され、未加硫ゴム組成物はそれほど物理的強度が大きくないため、未加硫ゴムベルト成形体の厚みを厚くする必要がある。従って所望の厚みのベルトを作成するには、肉厚の成形品を作成して両面を研磨する必要がある。実用的に要求されるベルト厚みは、１例として０．７ｍｍ程度であるが、このようなベルトを製造するためには、加硫後の厚みが１．２〜１．４ｍｍのベルトを作成し、０．７ｍｍの研磨代を少しずつ研磨しなければならず、研磨に要する工数は極めて大きく、改善が要求される。
【００１２】
本発明の目的は、成形時のベルトの厚みの不均一が小さく、従って研磨の工数が少なくて済み、ブリッジによる電気抵抗のばらつきの発生が少なく、しかも未加硫ゴムのチューブを金型に被覆する工程が不要な半導電性ゴムベルトの成形方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、体積固有抵抗が１０4 〜１０12Ω・ｃｍであるシームレスの半導電性ゴムベルトの製造方法であって、
スパイラルフロー型の溝が形成された内筒部を有するクロスヘッドを備えた押出機を使用し、原料未加硫ゴム組成物を可塑化して前記押出機より押し出す押出工程、前記押出機における前記原料未加硫ゴム組成物の押し出し方向と略直交方向に、前記内筒部の内部を筒状金型を移動させつつ前記原料未加硫ゴム組成物を前記筒状金型外面に層状に被覆して未加硫ゴムベルト成形体とする未加硫ゴムベルト成形工程、及び前記未加硫ゴムベルトを加硫して半導電性ゴムベルトとする加硫工程を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、原料未加硫ゴム組成物は、ダイスを使用せずに押出機より押し出され、前記原料未加硫ゴム組成物の押し出し方向と略直交方向に筒状金型を移動させつつこの筒状金型の外面に層状に被覆するようにして直接ベルト状に成形される。そのためにダイスのブリッジに起因する厚みの不均一と電気抵抗のばらつきが抑制され、しかも筒状金型の周囲に直接未加硫ゴムベルト成形体が形成されるために、従来のようにチューブ状の未加硫ゴム成形体を金型に挿入する工程を削減することができ、またグリーン強度も必要でなく、研磨が必要でないか、もしくは研磨する厚みが従来法よりは大幅に削減することが可能となる。上述の実用的なベルトの例でいえば、研磨代は０．４ｍｍ以下にすることが可能となる。
【００１５】
押出機先端部より押し出された未加硫ゴム組成物は、金型の周囲に設けられた被覆厚み調節手段により所定の厚みにて金型外面に被覆され、未加硫ゴムベルト成形体が形成される。
【００１６】
なお、直交方向とは、通常水平方向に設置される押出機に対して直交する方法であり、水平方向であっても垂直方向であってもいずれでもかまわない。
【００１７】
本発明の半導電性ゴムベルトの製造方法は、前記加硫工程にて得られたベルトを所定厚みまで研磨する研磨工程を備えたものであることが好ましい。
【００１８】
半導電性ゴムベルトの体積固有抵抗は、１０4 〜１０12Ω・ｃｍであることが好適であり、１０4 Ω・ｃｍ未満の場合には、ベルト表面に画像形成に必要な電位を保持することが困難である等の問題を生じ、１０12Ω・ｃｍを超えると、ベルト表面に画像形成に必要な電位を付与することが困難である等の問題を生じる。特に好適な、体積固有抵抗は、１０6 〜１０10Ω・ｃｍ、特に好ましくは１０7 〜１０10Ω・ｃｍであり、画像形成装置に好適である。
【００１９】
本発明の半導電性ゴムベルトは、そのまま使用することも可能であるが、付着したトナーのクリーニング等の必要性に応じて、他の層を設けたベルトとしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する押出機は公知のゴム押出機を使用することが可能であるが、加硫工程等において発生するベルト中の気泡を除去するために、真空装置を備えた押出機の使用が好適である。
【００２１】
本発明のベルトを構成するゴム材料としては、公知のゴム材料は特に限定なく使用することが可能であり、天然ゴムのほか、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム等のジエン系ゴム、ニトリルゴム（アクリロニトリル−ブタジエンゴム；ＮＢＲ）等のジエン系ゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ，ＡＮＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）等の非ジエン系合成ゴム、その他ウレタンゴム（Ｕ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、多硫化ゴム（Ｔ）等が例示され、単独での使用、２種以上の併用が可能である。
【００２２】
本発明において半導電性を付与するために使用される添加剤としては、カーボンブラックの使用が好適である。具体的には、ＥＣ（Extra Conductive）カーボン、ＥＣＦ（Extra Conductive Furnance ）カーボン、ＳＣＦ（Super Conductive Furnance ）カーボン、ＣＦ（Conductive Furnance ）カーボン、アセチレンブラック、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のカーボンブラックが例示される。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもかまわない。
【００２３】
カーボンブラック以外に、必要に応じて他の導電性付与材料、例えば銀粉、銅粉、ニッケル粉等の金属材料、酸化錫、酸化インジウム等の金属酸化物、金属をコーティングしたマイカ等の無機材料、グラファイトや炭素繊維等の炭素化合物等を併用することも好適な態様である。
【００２４】
上述のゴム材料は、導電性付与のための充填剤のほかに、プロセスオイルないしは可塑剤、安定剤、分散改良剤等の周知のゴム用添加剤を加えて混練し、さらに加硫剤、加硫促進剤、架橋密度調整剤等を加えて未加硫ゴム組成物を調製して押出機に供給される。架橋は過酸化物架橋であってもよく、硫黄加硫であってもよく、周知の加硫方法が使用可能である。
【００２５】
本発明の実施に使用される装置の例を図１に示した。
本発明の実施に使用される未加硫ゴム製形態の製造装置は、押出機１とその押し出し先端部に装着されたクロスヘッド３、並びに金型５より構成され、ホッパー１５より供給された未加硫ゴム組成物はスクリュー１７により先端部に装着されたクロスヘッド３に加熱・可塑化されて送られる。金型５は、クロスヘッドの一端からゴム押し出し方向と略直行方向に駆動手段１３により一定速度で送られる。押出機から押し出された未加硫ゴム組成物はクロスヘッド３の内部において金型の移動方向に流れ方向を変更され、かつ金型を覆うように筒状に流動させられ、厚み調整手段１１により所定厚みにて金型５の外面に被覆される。
【００２６】
金型は、図１に例示されたように、連続的に移動させられることが好ましく、被覆された未加硫ゴム組成物の層は連続的である。連続した金型の継ぎ目を適宜の手段により検出し、カッター９により未加硫ゴム組成物層を切断し（イ）、金型を未加硫ゴム成形体層を備えた状態で分離し（ロ）、加硫工程に供給する。
【００２７】
金型を移動させる駆動手段１３は、図１において示した例では２本のローラーを使用した例を示したが、これに限定されるものではない。
【００２８】
加硫工程において使用する加硫方法は、公知の加硫方法を限定なく使用することができ、具体的には、加硫缶を使用する方法、金型を蒸気もしくは電気ヒーター等により加熱する方法、常圧下、加熱オーブン中にて加熱するオーブン加硫法、過熱水蒸気等の熱媒体を送り込んでゴム膜（ブラダ）を膨張させることにより未加硫ゴムベルト成形体を加圧して加硫する方法（ブラダ加硫法）、電子線等の高エネルギー放射線を使用する加硫方法等が例示され、これらの２以上を併用した加硫方法を使用してもよい。
【００２９】
クロスヘッド３の構造の具体例を、図２に示した。
クロスヘッド３は、未加硫ゴム組成物６が押出機から押し出される方向とほぼ直交する方向を軸芯として、外筒部２１と内筒部２３を有し、フランジ２９によって押出機の先端部に装着される。外筒部２１と内筒部２３の間には筒状空間が形成されており、押出機から押し出された未加硫ゴム組成物６は、この空間において筒状に成形され、先端部に押し出される。外筒部２１は、中央付近に流れ調整リング１７と先端部に厚み調整手段１１を備えており、また内筒部２３はその内部を金型５が移動可能であり、流れを調整し、均一化するためのエッジリング１９とスパイラルフロー型の溝２５を備えている。金型５はクロスヘッドの１端より内筒部に挿入され、一定速度で移動し、内筒部２３の他端にて筒状の未加硫ゴム組成物が厚み調整手段１１により所定の厚みにて金型外面に被覆され、未加硫ゴムベルト成形体７が形成される。
【００３０】
このように、外筒部２１と内筒部２３は、クロスヘッド３の基材の基部２７において固定されており、従って筒状空間部にはブリッジは存在せず、従来のチューブ押し出し法のような問題が発生しない。
【００３１】
クロスヘッドに設けられた、未加硫ゴム組成物の流れを調整し、均一化するための手段としては、上述のスパイラルフロー型の溝のほかに公知の手段を使用してもよく、トーナメント組合せ図の形状のトーナメントフロー型の溝等が例示される。また厚み調整手段１１は、異なった厚みのベルトを製作するために交換することができるように、着脱可能に構成されていることが好適である。
【００３２】
図３に加硫工程に使用する加硫装置の例を示した。
加硫装置３１は円筒形状であり、ブラダ４１を収容する空間部を備えた側面部３７、金型５を載置する台座部３５を備えた基台３３よりなり、基台中心には貫通孔３９が、また側面部にはブラダに過熱水蒸気を送るためのバルブ孔４３ａとドレン排出孔４３ｂが設けられている。
【００３３】
未加硫ゴムベルトベルト成形体７の層が形成された金型５は、垂直にして加硫装置３１の台座部に載置される。バルブ孔４３ａより過熱水蒸気を所定圧力にて送り込むと、ブラダ４１はその蒸気圧により膨張し、未加硫ゴムベルト成形体７を圧縮すると同時に加熱し、ベルトを成形する。加硫装置全体を加硫缶に入れ、金型を内部から加熱すると加硫工程の時間が短縮することができ、好適である。金型自体を２重円筒として内部に過熱水蒸気を送り込むようにすれば、加硫缶は不要となり、好ましい。
【００３４】
本発明の研磨工程において使用可能な研磨装置としては、公知のベルト研磨手段は限定なく使用可能であり、ベルトをマンドレルもしくは複数のローラーを使用して伸張状態にて回転させつつ回転砥石等の研削手段で研磨する方法が例示される。
【００３５】
本発明の半導電性ゴムベルトの表面に設けることが好ましい層を形成する材料としては、トナーの剥落が容易な材料が好ましく、塗装により得られる塗膜層が好ましい。使用する塗料は、ベルト基材との接着性、トナーの剥落性、電気特性等を考慮して選択されるが、ポリウレタン系塗料が耐摩耗性と基材への密着性、柔軟性の点で優れており、好適であり、特にポリ四フッ化エチレンの微粉末を添加した塗料の使用が好ましい。また裏面側、即ち複数のローラーにより伸張され、駆動力を受ける面にも、トナーの付着防止等の必要に応じて皮膜層を設けることも好適な態様である。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
本実施例において使用した材料と供給者は表１に示した。
【００３７】
【表１】
0003998344.tif 000002
〔ゴム配合〕
ゴムベルトの製造に使用した配合を表２に示した。
【表２】
0003998344.tif 000003
なお、上記の配合はいずれも重量部にて表示した。
【００３８】
〔ゴムベルトの製造〕
（実施例１、２）
上記の配合Ａ、Ｂについて、硫黄、アクセル２２、ノクセラーＴＴを除く成分をそれぞれバンバリーミキサーにて混練し、冷却後オープンロールにて硫黄、アクセル２２、ノクセラーＴＴを混練し、リボン状にして押出機に供した。
【００３９】
押出機はスクリュー径が７５ｍｍのベント型押出機を使用し、これに直径１０５ｍｍ、長さ４００ｍｍの円筒状金型を連続的に送ることが可能なクロスヘッドを装着した。押出機は、スクリュー及びシリンダー温度を８５℃、クロスヘッド温度を９５℃に調節し、円筒金型をスクリューと直角方向に１０００ｍｍ／ｍｉｎの速度にて供給し、ダイスホルダー及びニップルホルダーによって厚みが０．７ｍｍの未加硫ゴムベルト層を金型周囲に被覆・形成した。未加硫ゴムベルト層が形成された金型は、ゴムの押し出し・流動圧力により、自動的にクロスヘッドより排出された。
【００４０】
上記の押出工程にて得られた未加硫ゴムベルト層の形成された金型を、１６０℃に設定した加硫蒸気缶中に収容し、５０分加熱して加硫を行った。加硫後、金型から脱型したベルトの表面と裏面をそれぞれ０．１ｍｍ、合計０．２ｍｍ研磨し、厚さ０．５ｍｍのベルトを得、さらに両端を切断して幅４００ｍｍのベルトとした。
【００４１】
（比較例１、２）
配合Ａ、Ｂの未加硫ゴム組成物を、ストレート形状のダイを使用して厚さ１．２ｍｍのチューブ状に押し出し、これを直径１０５ｍｍの円筒状金型に引き延ばして挿入し、実施例と同じ条件で加硫してそれぞれ比較例１、２のベルトを得た。
【００４２】
得られたベルトを表面側０．５ｍｍ、裏面側０．２ｍｍ研磨し、厚さ０．５ｍｍのベルトを得、さらに両端を切断して幅４００ｍｍのベルトとした。なお、厚さ１ｍｍ以下の未加硫ゴムチューブの作成も試みたが、この未加硫ゴムチューブは強度が弱く、金型に挿入する際に大きく伸び変形して部分的に厚みの薄い箇所や周長の大きな箇所が生じ、規格寸法に合致する成形品を得ることができなかった。
【００４３】
（比較例３）
配合Ｂの未加硫ゴム組成物を使用し、コア外径１０５ｍｍ、外型内径１０６ｍｍ、高さ３６０ｍｍのキャビティーを有する２重円筒金型を使用し、上部から射出成形することにより厚さ１ｍｍのベルトを成形し、表面側を０．３ｍｍ、裏面側を０．２ｍｍ研磨して厚さが０．５ｍｍのゴムベルトを作成した。
【００４４】
〔評価〕
ゴムベルトの体積固有抵抗は、印加電圧５００Ｖにてベルトの幅方向に３箇所、周方向に３箇所の計９箇所を測定し、平均値と均一性の基準として最大値と最小値の比Ｍａｘ／Ｍｉｎを求めた。
評価の結果を表３に示した。
【００４５】
【表３】
0003998344.tif 000004
この結果より、従来のチューブ状に押し出す成形方法では、抵抗値の均一性の高いベルトが得られるが、研磨を厚く行う必要があり、一旦押し出したチューブを金型に被覆する工程が必要であり、製造コストが高いことが分かる。また、射出成形法は、成形時間は短く、工数的には好適であるが、抵抗値のばらつきが大きく、要求される抵抗値の均一性を有するベルトが得られない。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導電性ゴムベルトの製造装置の例をモデル的に示した図。
【図２】クロスヘッドの構造の例を示した図。
【図３】ゴムベルトの加硫装置の例を示した図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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