JP5556214B2 - 環状部材の製造方法 - Google Patents
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Description
請求項3に係る発明は、前記未加硫のゴム組成物は、水分を含んだ無機充填剤の凝集体を含む請求項1または請求項2に記載の環状部材の製造方法である。
請求項4に係る発明は、前記発泡ゴム層が連続気泡を含む環状部材である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の環状部材の製造方法である。
請求項4に係る発明によれば、得られる環状部材が、発泡ゴム層に連続気泡が含まれない場合に比べて、ゴム硬度が低減できる、という効果を奏する。
図1(A)及び図1(B)に示すように、本実施の形態の環状部材10は、芯体12と、芯体12の外側の面に設けられたゴム層14と、を備えている。ゴム層14は、気泡を含有する発泡ゴム層14Aと、気泡を含有しない非発泡ゴム層14Bと、の積層体とされており、非発泡ゴム層14Bが環状部材10の外側の層とされている。
これらの発泡ゴム層14Aと非発泡ゴム層14Bは、境界面無く連続して設けられている(図2参照)。
また、非発泡ゴム層14Bが気泡を含有しない、とは、非発泡ゴム層14Bが層内に気泡を含有しない層であることを示す。具体的には、非発泡ゴム層14Bにおける気泡率Vsが2%未満であることを示している。
なお、測定対象の層を構成するゴム材料(発泡ゴムまたは非発泡ゴム)の密度、該測定対象のゴム材料の固相部の密度は、エタノール中の質量と空気中の質量とを測定し、これから算出した。
芯体12は、環状部材10の電極及び支持部材として機能する円柱状の部材であり、例えば、その材質としては鉄(快削鋼等),銅,真鍮,ステンレス,アルミニウム,ニッケル等の金属が挙げられる。また、芯体12としては、外側の面にメッキ処理を施した部材(例えば樹脂や、セラミック部材)、導電剤の分散された部材(例えば樹脂や、セラミック部材)等も挙げられる。芯体12は、中空状の部材(筒状部材)であってもよし、非中空状の部材であってもよい。
ゴム層14は、100Pa以下の外力印加により変形しても、もとの形状に復元する材料から構成されている。このゴム層14は、例えば、ゴム原料を主成分とするゴム材料から構成されている。なお、「主成分とする」とは、ゴム材料中のゴム原料の含有量が80質量%以上であることを示している。
このゴム原料として、エピクロルヒドリンゴムと、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムと、をブレンドしたものを用いる場合には、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムとしては、液状のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムを含有した共重合体ゴムを用いることがよい。この液状アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムは、ゴム層14の成型時にゴムに流動性を与えて成形性が良好となる。この場合、エピクロルヒドリンゴム(A)と、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(B)と、のブレンド比率としては(A):(B)=70:30以上95:5以下であることが挙げられる。
この水分を含むゴム原料としては、エチレンオキサイドユニット含有の吸水性ゴムが挙げられる。また、必要に応じて、ガス透過性の小さいクロロプレンゴムや、クロロスルホン化ポリエチレンを配合してもよい。エチレンオキサイドユニット含有の吸水性ゴムをゴム原料として用いると、後述する未加硫ゴム層15中に含まれる水分は、主にエチレンオキサイドユニットに分子レベルの状態で保持されるため、未加硫ゴム層15中に含まれる水分が分散した状態で存在することとなる。
なお、この水分率の測定は、ゴム材料に添加される前の無機充填剤を、常温(約25℃)で湿度40%RH以上60%RH以下の環境下に1日以上放置した後に行、温度25℃湿度50%RHの環境下で測定したものである。なお、無機充填剤の水分率は、測定前に乾燥処理を行い、この乾燥条件や乾燥時間を調整することで調整される。
具体的には、ゴム原料として、2元系エピクロルヒドリンゴム、もしくは2元系エピクロルヒドリンゴムと、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムと、をブレンドしたゴムを用いる場合には、これらのゴム原料100質量部に対する導電剤の添加量としては、0.5質量%以上15質量%以下、好ましくは0.5質量部以上3.0質量部以下の割合で導電剤を配合することで、ゴム層14に導電性が付与される。
なお、アスカーC硬度の測定は、3mm厚の測定シート表面にアスカーC型硬度計(高分子計器社製)の測定針を押圧し、1000g荷重の条件で行ったものである。
なお、本実施の形態においては、環状部材10は、芯体12、及びゴム層14から形成される場合を説明するが、芯体12とゴム層14との層間や、ゴム層14の外側にさらに各種層を設けた構成であってもよい。
次に、本実施の形態の環状部材10の製造方法について説明する。
この未加硫ゴム層15の外周側の領域のみをスコーチの状態とする、とは、未加硫ゴム層15を構成する未加硫のゴム組成物の厚み方向の全領域のうちの、外周面及び外周面に連続する領域のみをスコーチの状態とすることを示し、少なくとも、厚み方向の丁度中間点から芯体12側の端部に到るまでの領域は、スコーチの状態としないことを示している。
株式会社島津製作所社製、オートグラフAG−Xを用いて、室温23℃、湿度50%RHにて引張試験を行い、熱処理を行った、表面がスコーチの状態の未加硫ゴムの引張強さが、熱処理をしない未加硫ゴムの引張強さの130%〜170%であった場合、スコーチ状態となっていると判断できる。
ここで、この第3の工程時には、未加硫ゴム層15の外側の層は硬化された非発泡ゴム層14Bとされているので、この非発泡ゴム層14Bにおける水分の気化によって生じる内圧や気泡は、発泡ゴム層14A内に保持される。このため、非発泡ゴム層14Bの内周側には、気泡を含む発泡ゴム層14Aが形成されることとなる。
この加熱装置52は、筒状に構成されており、ダイス80を通過した、未加硫ゴム層15の設けられた芯体12が内側を通過する構成とされている。この加熱装置52は、未加硫ゴム層15に含まれる水分が気化する温度未満で、芯体12上に設けられた未加硫ゴム層15の外周面側の領域のみが、スコーチの状態となるように、未加硫ゴム層15の外周面に向かって熱を加える。この加熱装置52が未加硫ゴム層15の外周面を加熱する温度は、未加硫ゴム層15を構成する未加硫ゴム組成物の構成材料や、未加硫ゴム層15の設けられた芯体12が加熱装置52の内側を通過する速度(すなわち、熱が加えられる時間)に応じて定めればよい。
この加熱装置52による加熱温度としては、例えば、90℃以上130℃以下、100℃以上120℃以下が挙げられる。
以下、本実施の形態の環状部材10を画像形成装置及びプロセスカートリッジの帯電装置に搭載した場合を説明する。
図5は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。図6は、本実施形態に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図である。
(環状部材の作製)
環状部材を作製するにあたり下記組成の混合物を、接線式加圧ニーダー((株)モリヤマ製:実容量75L)を用いて混練した。
詳細には、加圧ニーダーのジャケット、加圧蓋、ローターを循環水により20℃にし、加圧蓋の圧力を0.6MPaでエピクロルヒドリンゴムを素練りし、酸化亜鉛を混練後、ステアリン酸及びカーボンブラックを投入混練し、イオン導電剤、炭酸カルシウム及び液状アクリロニトリル−ブタジエンゴムを投入して混練した。さらに、22インチオープンロールでシート状に切り出し冷却後、再び加圧ニーダーで、加硫剤及び加硫促進剤を加えて混練し、22インチオープンロールでシート状に切り出し、未加硫ゴム組成物A1を得た。
・ゴム原料 ・・・・・・・・・100質量部
(エピクロルヒドリンゴム(エピクロマーCG102:ダイソー社製)90質量部,液状アクリロニトリル−ブタジエン(N280:JSR社製)10質量部))
・酸化亜鉛 ・・・・・5質量部
(酸化亜鉛2種:正同化学工業社製)
・ステアリン酸 ・・・・・1質量部
(ステアリン酸S:花王社製)
・イオン導電剤(KS−555:花王社製) ・・・1.8質量部
・無機充填剤
・カーボンブラック ・・・・10質量部
(#3030B:三菱化学社製,比表面積32m2/g)
・炭酸カルシウム ・・・・40質量部
(カルファインN2:丸尾カルシウム社製,比表面積23m2/g)
・加硫剤(硫黄:サルファックス200S:鶴見化学社製)・・・・・1質量部
・加硫促進剤(ノクセラーDM−P:大内新興化学工業社製)・・1.5質量部
・加硫促進剤(ノクセラーTET:大内新興化学工業社製) ・・0.5質量部
この未加硫ゴム組成物A1における無機充填剤の水分率の測定は、平沼産業株式会社製「カールフィッシャー水分計」AQV2100を用いて測定した。なお、以下の実施例及び比較例においても同じ方法を用いて水分率を測定した。
芯体12として、SUS303製直径8mmの長さ330mmの円柱状芯体A1を用意した。そして、図4に示す構成の押出成形装置(三葉製作所社製:商品名SB−60G)において、図4に示すシリンダ67の内側に設けられたスクリューの内径(D)60mm、スクリューの長さ(L)1200mm、L/D=20の1軸ゴム押出機66を用いて、スクリュー69の回転25rpmで、上記に調整した未加硫ゴム組成物A1を押し出すとともに、上記に用意した芯体A1をクロスヘッドダイ68へ供給してクロスヘッドダイ68を通過させた。これによって、芯体A1上に、未加硫ゴム組成物A1による未加硫ゴム層A1を形成すると共に、外周面側のみをスコーチの状態とした、環状体A1を作製した。
上記第2の工程によって得られた環状体A1(未加硫ゴム層A1の外周面側のみをスコーチの状態とされた環状体A1)を、押出成形後、室温23℃で湿度50%RHの環境下に3時間放置し未加硫ゴム層を室温まで下げた後に、ギアオーブン(エスペック社製パーフェクトオーブン)にて180℃で30分間加硫した。これによって、環状部材A1を作製した。
上記実施例1において用いた炭酸カルシウム(40質量部:カルファインN2:丸尾カルシウム社製:比表面積23m2/g)にかえて、シリカ(NipsilRS―150:東ソー社製:比表面積85m2/g)を、20質量部もちいた以外は、実施例1と同じ材料を用いて未加硫ゴム組成物A2を調整し、この未加硫ゴム組成物A2を用いて実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層A2を形成して環状体A2を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材A2を得た。
上記実施例1において用いたカーボンブラック(#3030B:三菱化学社製,比表面積32m2/g)の含有量を10質量部にかえて20質量部とし、さらに、無機充填剤として、シリカ(NipsilER:東ソー社製:比表面積115m2/g)を、20質量部もちいた以外は、実施例1と同じ材料を用いて未加硫ゴム組成物A3を調整し、この未加硫ゴム組成物A3を用いて実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層A3を形成して環状体A3を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材A3を得た。
上記実施例1において用いた炭酸カルシウム(40質量部:カルファインN2:丸尾カルシウム社製:比表面積23m2/g)にかえて、炭酸カルシウム(ビスコエクセル−30:白石工業社製:比表面積30m2/g)を、20質量部もちいた以外は、実施例1と同じ材料を用いて未加硫ゴム組成物A4を調整し、この未加硫ゴム組成物A4を用いて実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層A4を形成して環状体A4を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材A4を得た。
実施例1で用いた未加硫ゴム組成物A1を用いて、押出機66の温度条件設定として、ダイス80の温度を120℃として、スコーチの条件(温度)を変えた以外は、実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層A5を形成して環状体A5を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材A5を得た。
上記実施例1において用いたカーボンブラック(10質量部:#3030B:三菱化学社製,比表面積32m2/g)及び炭酸カルシウム(40質量部:カルファインN2:丸尾カルシウム社製:比表面積23m2/g)にかえて、炭酸カルシウム(重質炭酸カルシウムP−50:東洋ファインケミカル製:比表面積2.0m2/g、水分率0.5%)を30質量部用いた以外は、実施例1と同じ材料を用いて未加硫ゴム組成物A6を調整し、この未加硫ゴム組物A6を用いて実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層A6を形成して環状体A6を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材A6を得た。
上記実施例1において用いたカーボンブラック(10質量部:#3030B:三菱化学社製,比表面積32m2/g)及び炭酸カルシウム(40質量部:カルファインN2:丸尾カルシウム社製:比表面積23m2/g)にかえて、炭酸カルシウム(10質量部:重質炭酸カルシウムP−50:東洋ファインケミカル製:比表面積2.0m2/g、水分率0.5%)を30質量部用い、有機発泡剤(6.0質量部:ビニホールAC#3:永和化成工業社製)を用いた以外は、実施例1と同じ材料を用いて未加硫ゴム組成物A7を調整し、この未加硫ゴム組成物A7を用いて実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層A7を形成して環状体A7を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材A7を得た。
なお、第2の工程終了後、第3の工程の前に、環状体A7(未加硫ゴム層A7の外周面側のみをスコーチの状態とされた環状体A7)について、実施例1と同じ方法でスコーチの状態を確認したところ、未加硫ゴム層の外周側の領域のみが加硫硬化し、スコーチの状態とされていることが確認された。
実施例1で用いた未加硫ゴム組成物A1を用いて、押出機66の温度条件設定として、ダイス80の温度を80℃として、スコーチの条件(温度)をスコーチの生じない温度に変えた以外は、実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層B1を形成して環状体B1を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材B1を得た。
実施例1で用いた未加硫ゴム組成物A1を用いて、押出機66の温度条件設定として、ダイス80の温度を150℃として、スコーチの条件(温度)を、未加硫ゴム組成物A1による層の厚み方向の全領域にスコーチの生じ且つ未加硫ゴム層における水分が気化する温度に変えた以外は、実施例1と同じ製造条件で押し出し成形により芯体上に未加硫ゴム層B2を形成して環状体B2を作製し、実施例1と同じ加硫条件で第3の工程を行い、環状部材B1を得た。
発泡ゴム層の成形:実施例1のゴム組成に加硫剤、充填剤と有機発泡剤(アゾ化合物系発泡剤)を10質量部混練した後、三葉製作所社製:商品名SB−60G−186を用いて芯金に成形した。これを加熱加硫発泡させた後、所定の寸法に研磨した。
非発泡ゴム層の成形:発泡層の寸法に合わせたマンドレルを用意し、このマンドレルに上記未加硫ゴムを三葉製作所社製:商品名SB−60Gを用いて成形した。加熱加硫後、マンドレルを抜きチューブを作製した。
嵌め込み:発泡ゴム層に、冶具を用いて非発泡ゴム層にエアー圧を加え、発泡ゴム層に被覆し、環状部材B3を作製した。
〔ゴム層の層構成の確認〕
上記実施例及び比較例で作製した環状部材を端部から厚み方向に切断し、切断面を、光学顕微鏡を用いて観察した。そして、気泡が形成されていない領域を非発泡ゴム層とし、気泡が形成されている領域を発泡ゴム層として確認した。確認結果を表1に示した。
上記実施例及び比較例で作製した環状部材について、芯金からゴム成形部分を切り取り、上記層構成の確認で発泡ゴム層と確認された領域と、非発泡ゴム層と確認された領域との間の界面の有無(連続相か非連続相か)を、キーエンス社製デジタルマイククロスコープVHX−500Fを用いて、非発泡ゴム層と発泡ゴム層の境界の気泡の壁が非発泡ゴム層と共有しているかどうかを確認することによって、連続相であるか否かを判別することによって確認した。確認結果を表1に示した。
上記層構成の確認において確認された非発泡ゴム層の厚みを、キーエンス社製、商品名デジタルマイククロスコープVHX−500Fを用いて、厚さ方向の切断面の非発泡ゴム層の表面と発泡ゴム層の非発泡ゴム層側の気泡の距離を規定することにより測定した。測定結果を表1に示した。
上記層構成の確認において確認された発泡ゴム層の通気量を測定し、連続気泡であるか独立気泡であるかを確認した。なお、通気量が0dm3/s以上であれば「連続気泡」を形成しているものとし、結果を表1に示した。
上記実施例及び比較例で作製した環状部材について、株式会社島津製作所社製、商品名オートグラフAG−Xを用いて、室温23℃、湿度50%条件で非発泡ゴム層と発泡ゴム層を180℃剥離試験することによって非発泡ゴム層の剥がれの評価を行なった。
G1:180℃剥離開始と同時に、発泡ゴム層側で凝集破壊し、試験片が切れる。
G2:180℃剥離開始後、非発泡ゴム層と発泡ゴム層近傍において、しばらくは、発泡ゴム層側で凝集破壊するが、測定途中で試験片が切れる。
G3:180℃剥離開始後、非発泡ゴム層と発泡ゴム層の境界面近傍において、試験片が切れることなく、発泡ゴム層側で凝集破壊する。
G4:180℃剥離開始後、試験片が切れることなく、発泡ゴム層と非発泡ゴム層の境界面で完全に剥がれる。
上記実施例及び比較例で作製した環状部材の表面硬度を評価した。この表面硬度の評価は、JISK―7312に準じて、アスカーC型硬度計(高分子計器社製)の押針を比測定物表面に接触させ、500g加重の条件で10点について測定し、平均値を求めることによって得た。結果を表1に示した。
G1:アスカーCゴム硬度が40度以上50度未満
G2:アスカーCゴム硬度が50度以上60度未満
G3:アスカーCゴム硬度が60度以上70度未満
G4:アスカーCゴム硬度が70度以上
Claims (4)
- 水分を含む未加硫のゴム組成物からなる環状の第1の層を形成する第1の工程と、
前記第1の工程によって形成された第1の層内の水分が気化する温度未満の熱を該第1の層の外周側から加えることで、該第1の層の外周側の領域のみを早期加硫の状態とする第2の工程と、
前記第2の工程の後に、前記第1の層内の水分が気化する温度以上の熱を加えることで前記第1の層を加硫する第3の工程と、
を有し、
芯体と、前記芯体上に設けられた発泡ゴム層と、前記発泡ゴム層に界面無く連続して設けられた非発泡ゴム層と、を備えた環状部材の製造方法。 - 前記未加硫のゴム組成物は、水分を含んだ無機充填剤を含む請求項1に記載の環状部材の製造方法。
- 前記未加硫のゴム組成物は、水分を含んだ無機充填剤の凝集体を含む請求項1または請求項2に記載の環状部材の製造方法。
- 前記発泡ゴム層が連続気泡を含む環状部材である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の環状部材の製造方法。
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