弾性ローラの製造方法
【課題】芯金の周囲をゴム混合物の膜厚を異ならせて被覆する弾性ローラの製造方法においても、正確に弾性ローラの膜厚プロファイルを得ることができる製造方法を提供する。
【解決手段】クロスヘッドの芯金供給孔に、複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することによって、周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法であって、クロスヘッドに送り込まれる芯金の移動量ごとに弾性ローラの外径を測定する。
【解決手段】クロスヘッドの芯金供給孔に、複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することによって、周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法であって、クロスヘッドに送り込まれる芯金の移動量ごとに弾性ローラの外径を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真装置等に用いられる弾性ローラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、プリンタ、コピー機等に使用される帯電ローラ、紙送りローラ等は、回転する感光ドラム等に所定の圧力で圧接され回転されることが多い。この帯電ローラ等は、ローラ両端部に突出する芯金を押さえることにより感光ドラム等に圧接されるので、この圧接力により芯金が撓むことになる。そのため、ゴム層の両端部と中央部とではゴムの歪み（圧縮の程度）が相違し、感光ドラム等との圧接部のニップ面積（単位長さでの接触する面積をいう）が両端部で大きく、中央部で小さくなる問題がある。ニップ面積が均一でないと、例えば紙送りローラであれば長手方向に周速ムラがおこり、用紙の斜行やシワが発生し、帯電ローラとして使用する場合には電界強度がローラの長さ方向に不均一になり、帯電ムラが生じて、画像に不具合が発生することがある。
【０００３】
従来、ニップ面積を均一にするためにゴムローラの形状をクラウン形状にすることが知られている。押出機により未加硫ゴム組成物を所定の温度で十分に混練した後、所定の速度で押しだし、クロスヘッドダイにより芯金の外周に所定厚さで被覆して未加硫のゴムローラを形成し、これを加硫して帯電ローラ等とする。このゴムローラにクラウン形状を作り込む方法として、例えば、以下の（１）〜（２）、ならびに引用文献１及び２に記載される以下の（３）の方法がある。（１）加硫後にゴムローラの外周面を研磨機等によりクラウン形状に研削・研磨する方法。（２）未加硫のゴムローラを予めクラウン形状に成型されたキャビティを有する金型に充填して加硫と同時にクラウン形状を作り込む方法。（３）押出機によって、芯金をクロスヘッドダイに送り込む速度あるいは引取る速度を変化させることで、芯金の外周に被覆されるゴム層を芯金の長さ方向に変化させて成形と同時にクラウン形状を作り込む方法（特許文献１及び２を参照）。
【０００４】
また、押出機を用いた電線や光ファイバーなどの押出製造方法について、特許文献３には次のような被押出物の外径を制御する方法が開示されている。被押出物の長さ方向の形状が一様なストレート形状を有する被押出物の外径を一定のサンプリング時間間隔で測定し、被押出物の外径測定により押出機や引取り機などを制御し被押出物の外径を制御する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３００２３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１４５０１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２１４０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のように被押出物の長さ方向の形状が一様なストレート形状を有する場合、一定のサンプリング時間間隔で被押出物の外径を測定しても問題ない。しかしながら芯金の長さ方向で外径が変化しているクラウン形状のような弾性ローラの場合には、一定のサンプリング時間間隔での外径の測定方法では次に述べるような誤差が発生する。図２にクロスヘッドダイの出口部の模式図を拡大したものを示す。図２から分かるように、クロスヘッドのダイノズル内で芯金の周囲にゴムが被覆される。例えば、被覆されるゴム層の厚みを変えてクラウン形状の弾性ローラを成形する場合には、クロスヘッドへの芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせることで達成される。つまり弾性ローラの中央部で外径が大きく両端部に向けて徐々に外径が小さくなるように被覆されるゴム層の厚みを成形する必要がある。そのため弾性ローラの最も外径の大きい中央部付近ではダイノズル内径と同等のゴム層の外径となり、両端部に向けてダイノズルの径よりもゴム層の外径は細くなければならない。このようにダイノズル内での芯金に被覆されるゴム層の外径が変化するが、このダイノズル内で芯金にゴム層が被覆形成される正確な位置は、観察できないため不明である。さらに図２に示すように弾性ローラの外径を測定するための外径測定器は、構造上ダイノズルの外側に設置しなければならない。そのためダイノズル内でゴム層が被覆形成されて外径が形成される位置と外径測定器の設置位置は、構造上の問題で一致しない。クロスヘッドダイへの複数本の芯金を連続的に供給し、弾性ローラを製造する場合、芯金の長さ毎に一定の周期でゴム層の膜厚変化が繰り返されることとなる。そのため、外径測定器を通過している芯金の移動速度は、ダイノズル内で形状が被覆形成されている芯金の速度で移動している速度に同期していることとなる。ゆえに、弾性ローラの外径を測定する時点での芯金の移動速度と、ダイノズル内で形状が形成される時点での芯金速度が異なることとなる。よって例えば次の２つの問題が生じていた。
【０００７】
１つ目としては、芯金一本内での移動速度が変化することにより、単位時間あたりに外径測定器を通過する芯金の長さが、芯金の長さ方向で異なるため、一定のサンプリング時間間隔での外径測定では、外径の測定位置と芯金の長さ方向位置とでズレが生じる。具体的には、弾性ローラのゴム層をクラウン形状に作成するため、特許文献１にも述べられているように、図３（ａ）に示すような芯金の送り速度で成形が行われる。図３（ｃ）に一定のサンプリング時間間隔Δｔで、測定した場合での外径測定のイメージを示す。また、
図３（ｃ）に示すように端部の芯金移動速度が速い場合、一定のサンプリング時間間隔Δ
ｔで外径測定器を通過する芯金の移動距離Δｘが大きく、芯金の中央部付近に向けて徐々
に芯金移動速度が遅くなるにつれ、芯金の移動距離Δｘが小さくなる。また他端部に向け
て芯金の移動速度が速くなると、芯金の移動距離Δｘが大きくなるという不等間隔な芯金
の移動距離となる。よって図３（ｂ）のように一定の芯金の移動距離で外径を測定するためには、図３（ｄ）に示すようにサンプリング間隔Δｔを不等間隔としなければならない
。上記のような理由から一定のサンプリング間隔ΔｔからΔｘに測定軸の変換を行う場合
には、Δｘを実際の移動距離である不等間隔とすべきである。しかしながら一定のサンプ
リング間隔Δｔから芯金の移動距離Δｘへ測定軸の変換を行う際に、Δｘを等間隔すなわ
ち本来の移動距離と異なる移動距離に測定軸を変換してしまっていた。結果として、図３（ｅ）の破線で示すような形状として観測されてしまう。
【０００８】
２つ目としては、先に述べたように、以下の（a）〜（c）の要因により生じていた。（a）外径測定器がダイノズルの外側に設置されること。（b）弾性ローラの形状がダイノズル内のどこで形成されるか正確に把握できないこと。（c）複数本の芯金が連続して弾性ローラが成形されるため本来の芯金の移動速度とは異なる速度で外径測定器を通過すること。つまり、一定のサンプリング時間間隔Δｔで弾性ローラの外径を測定する場合、
外径を測定した時点での芯金の移動速度が、形状が形成された時点での芯金の移動速度と異なる。そのため、外径を測定する周期と外径測定器を通過する芯金の移動距離の周期にズレを生じることによって本来測定されるべき形状とは、異なる形状で観察されていた。よって従来のように一定のサンプリング時間間隔でクラウン形状に成形される弾性ローラの外径を測定している場合には、単位時間あたりに外径測定器を通過する芯金の長さが異なることになる。さらに本来の芯金の移動速度とは異なる速度で、外径測定器を通過することとなる。そのため、芯金の移動距離を把握した上で弾性ローラの外径を測定していないために、測定誤差を生じてしまう。上記のような理由によりクラウン形状をもつ弾性ローラの外径プロファイルは、単位時間あたりの測定では、正確な弾性ローラのゴム膜厚プロファイルを得ることができない。つまり芯金の移動距離を計算するもしくは測定する工程がないためである。
【０００９】
よって、クロスヘッドへの該芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、該芯金の各々について、その周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法において、本出願は次のことを目的とする。
【００１０】
本出願に係る発明の目的は、上記の弾性ローラの製造方法において、成形時に各弾性ローラの長さ方向においてゴム層の膜厚プロファイルを正確な形状が得ることができる弾性ローラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、クロスヘッドの芯金供給孔に複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することによって、周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法であって、
（１）該クロスヘッドへの該芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、該芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせる工程と、
（２）該クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を測定する工程とを含み、
該工程（２）は、該芯金の一定の移動距離ごとに該外径を測定することを特徴とする。
【００１２】
本出願に係る第２の発明は、第１の発明の工程（２）において、該芯金の移動距離を、該芯金自体の移動の距離を測定して検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、上記のように、所望の芯金の移動量を基準としてクロスヘッドの出口に設けた外径測定器により弾性ローラの外径を測定している。そのため、所定のサンプリング時間間隔で外径を測定する場合と異なり、弾性ローラの長さ方向の膜厚プロファイルを正確に得ることができる。すなわち芯金の速度が変化する場合でも、弾性ローラの長さ方向での測定位置の誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用可能な押出機の模式図である。
【図２】本発明を適用可能なクロスヘッドダイの出口部の拡大図である。
【図３】本発明の課題を説明する芯金速度および外径の関係の模式図である。
【図４】本発明の課題を説明する外径の模式図である。
【図５】本発明を適用可能な芯金の移動距離を検出する手段を説明する例の模式図である。
【図６】本発明を適用可能な芯金の移動距離を検出する手段を説明する例の模式図である。
【図７】実施例１の結果を説明する図である。
【図８】実施例２、３及び比較例１の結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、各発明について更に詳細に説明する。
【００１６】
（弾性ローラ）
なお本発明において、「クラウン形状」とは、芯金の長さ方向の両端部から中央部に向かうにつれて徐々にゴム層の外径が拡径している形状のことであり、中央部に外径が芯金の長さ方向に沿って一定となっている部分があるものも含む意味である。逆クラウン形状とは芯金の長さ方向の両端部から中央部に向かうにつれて徐々にゴム層の外径が縮径している形状（鼓形状ともいう）のこという。
【００１７】
（弾性ローラの製造方法）
本発明の第１の態様に係る弾性ローラの製造方法について説明する。
【００１８】
本発明に係る、芯金の周囲がゴム混合物の層で被覆された弾性ローラの製造方法は、クロスヘッドを用いる方法である。具体的には、クロスヘッドの芯金供給孔に複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することで製造する。そして、本発明の特徴は、下記（１）及び（２）の工程を有することにある。
（１）クロスヘッドへの芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせる工程。
（２）クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を芯金の一定の移動距離ごとに測定する工程。
さらに、本発明の第２の態様に係る弾性ローラの製造方法では、前記工程（２）は、芯金の移動距離を、芯金自体の移動の距離を測定して検知して外径を測定する工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
（クロスヘッドを用いる弾性ローラの製造方法）
ゴム材料と添加剤を配合し混練して調製された未加硫ゴム組成物を、芯金とともに押出すことで芯金上に未加硫ゴム組成物を被覆させる工程を説明する。図１は、クロスヘッドを用いる弾性ローラの製造方法を模式的に示した説明図である。押出機１は、クロスヘッド２を備える。クロスヘッド２には、矢印ａ方向に回転している芯金送りローラ３によってクロスヘッド２の芯金供給孔に、複数本の芯金５を直列かつ連続的に供給する。材料投入口６から未加硫ゴム組成物は、押出機１に供給される。芯金ストッカー４に準備された芯金５は、送り速度を調整可能な芯金送りローラ３により、連続して芯金供給孔に送り込まれる。そして、クロスヘッド２に挿入された芯金５と同時に円筒状の未加硫のゴム組成物７を一体的に押出すことにより芯金の周囲を未加硫ゴム組成物７の層で被覆された芯金５が得られる。先行する芯金の後端に後続する芯金の先端が常に当接するように送り込まれていることが好ましい。つまり先行する芯金の後端と後続する芯金の先端とを常に当接することにより、これらの間に未加硫ゴム組成物７が侵入することがなくなり、芯金５の送り速度が安定し形状も安定することとなるためである。芯金は連続的にクロスヘッドに供給されるため、連続して芯金５に被覆された未加硫ゴム層を先行する芯金の後端と後続する芯金の先端の継ぎ目にて切断する引取り工程８を行う。さらに加硫工程（不図示）の後、端部のゴム層を定尺で切断・除去処理を行うことで弾性ローラを成形する。
【００２０】
前記の弾性ローラの芯金５として使用する材質は、ニッケルメッキやクロムメッキしたＳＵＭ材等の鋼材を含むステンレススチール棒、リン青銅棒、アルミニウム棒、耐熱樹脂棒等が好ましいが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２１】
本発明で使用されるゴム層を形成するためのゴム材料としては以下のものが挙げられる。天然ゴム、エピクローラヒドリンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッソゴム、塩素ゴム、熱可塑エラストマー等。これらはいずれでも良く、単体もしくはブレンドして用いることもできる。
【００２２】
またゴム材料中には、導電剤を適宜使用することによって、その導電性を所定の値にすることができる。ゴムローラの電気抵抗は、導電剤の種類および使用量を適宜選択することによって調整することができる。前記ゴム原料中に導電剤として分散させる導電性粒子の例を以下に挙げる。カーボンブラック、グラファイト、金属酸化物（ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等）の粒子等。また導電性ポリマー、イオン導電剤などを前記導電性粒子と併用して導電性を付与しても良い。また上記ゴム原料には、無機または有機の充填剤や架橋剤を添加してもよい。
【００２３】
（工程１）
クロスヘッド２への芯金５の送り速度または周囲にゴム層が被覆された芯金５の引取り速度を変化させることにより、クロスヘッド２に連続的に供給される芯金５の各々について、その周囲を被覆するゴム組成物の膜厚を異ならせる工程を説明する。クロスヘッド押出装置（押出機１とクロスヘッドダイ２とを備えたゴムローラ成形装置をいう）のクロスヘッドダイ２により芯金５に被覆されるゴム量（ゴム層厚さ）は、未加硫ゴム組成物７の供給量を一定とすると芯金の移動速度に反比例する。クロスヘッド２の出口のダイノズル１１における芯金の移動速度がダイノズルを通過する未加硫ゴム組成物の吐出速度よりも速い場合には、クロスヘッドダイによって円筒状に押出された未加硫ゴム組成物は芯金の周囲に引き伸ばされながら被覆されつつ移動する。そのため、ゴム層の厚さはダイスウェルした厚さより薄くなる。つまり芯金の移動速度を調整することによりゴム層の厚さは、厚くまたは薄く調整することができる。芯金の移動速度は、クロスヘッドへの芯金の送り速度を変化させる、もしくは周囲にゴム層が被覆された芯金の引取り速度を変化させることで調整するこができる。
【００２４】
このようにクロスヘッドダイ２を用いて芯金５に未加硫ゴム組成物を円筒状に被覆する場合、未加硫ゴム組成物７の押出量を一定として、芯金５の移動速度をその芯金５の長さ方向の部位により変化させる。そうすることにより、芯金の長さ方向の部位により未加硫ゴム組成物７の膜厚すなわち円筒状の外径を長手方向に沿って変化させた弾性ローラを製造することができる。芯金５の移動速度をその芯金の長さ方向の部位により変化させることにより、外径プロファイルがクラウン形状、逆クラウン形状、テーパ形状、台形形状などに形成された弾性ローラが得られる。なお、芯金５の送り速度は、予め芯金５の一端部、中央部、他端部にわたる各部位の所定の速度をプログラミングされた送り手段（例えば、芯金送りローラ３）により制御することができる。また芯金の引取り速度は、芯金１の一端部、中央部、他端部にわたる各部位の所定の速度をプログラミングされた引取り手段にて同様に制御することができる。例えば、芯金５の送り速度変化させて、クラウン形状を持つ弾性ローラを作成する場合の、クロスヘッドへの芯金の送り速度の例を図３（ａ）に示す。横軸は芯金の長さ方向、縦軸は芯金の送り速度［ｍｍ／ｓ］を示している。図３（ａ）からもわかるように、クラウン形状の場合には、芯金の移動速度を、芯金の一端部では高速とし中央部に至るに従って緩やかに低速とし、更に前記中央部から他端部に至るに従って緩やかに高速とする。このように移動速度を変化させることにより、被覆される未加硫ゴム組成物の膜厚は、両端部では薄く、中央部では厚く、いわゆるクラウン形状のゴムローラを製造することができる。
【００２５】
上記の例では、未加硫ゴム組成物７の吐出量を一定として、芯金５の移動速度を変化させる場合を説明した。それ以外にも、芯金５の移動速度を一定として、クロスヘッドダイ２からの未加硫ゴム組成物７の吐出量を変化させることでも、芯金５の周囲に被覆されるゴム層の厚さを調整することもできる。さらに所望の形状を得るために、送り速度や引取り速度を変化させる場合と組合せてもよい。
【００２６】
（工程２）
クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を芯金の一定の移動距離ごとに測定する工程を説明する。
【００２７】
（外径の測定方法）
図１に示すようにローラの外径を測定する外径測定器９は、クロスヘッド２のダイノズル部に設置することが好ましい。外径測定器９としては、各種の公知の変位センサや外径測定器などを用いることができる。未加硫ゴムの表面に外径測定時のキズ等を付けない観点から、レーザ方式や超音波方式の非接触方式の外径測定器を用いることが好ましい。例えば本発明に用いる外径測定器９として、キーエンス社製ＬＳ−７５００およびＬＳ−７０３０Ｍを使用して、弾性ローラの外径を測定することができる。
【００２８】
芯金の移動量ごとに外径を測定するためには、ゴムとともに押出される芯金の長さ方向の位置を把握する必要がある。上記の（工程２）で説明したように芯金の移動速度は、クロスヘッド２への芯金の送り速度を変化させる、もしくは周囲にゴム層が被覆された芯金の引取り速度を変化させることで調整するこができる。よって予め所望の速度プロファイルに設定した芯金の長さ方向での移動速度がわかる。この速度プロファイルを使用して、予め所望の芯金の移動量あるいは芯金の位置となる時間を、芯金の長さ方向に分割した分だけ算出する。芯金の長さ方向で等間隔に外径測定位置を設定する場合、各位置での時間間隔は、芯金の長さ方向の移動速度が異なるため、一定の時間とはならない。このようにして算出された時間間隔をもとに、クロスヘッド出口に設置された外径測定器により芯金の周囲にゴム層が被覆された弾性ローラの外径を測定することで、芯金の長さ方向でのゴム層の外径プロファイルを得ることができる。また芯金一本あたりの分割数が多い方が、弾性ローラの外径測定点が増えることになるため、より詳細な弾性ローラのゴム層の外径プロファイルが得られることとなるために好ましい。
【００２９】
芯金の移動距離の検出方法としては、芯金の送り速度がからあらかじめ算出しておくことができる。例えば、芯金送りローラの回転は、芯金の送り速度に変化を与えるために、予め芯金の一端部、中央部、他端部にわたる各部位で所定の速度となるようプログラミングされている。この所定の芯金の速度を調速プロファイルと呼ぶ。この調速プロファイルから所定の芯金の移動距離となるような、サンプリング時間の間隔をあらかじめ算出しておく。このとき弾性ローラをクラウン形状とするためには、芯金の調速プロファイルは、芯金の一端部で速度が速く中央部に向かうにつれて徐々に速度が遅くなり、他端部に向けて徐々に速度が速くなる。そのため、例えば一定の芯金の移動距離とする場合には、一端部で測定間隔が短く、中央部向かうにつれて徐々に測定間隔が長くなり、他端部に向けて徐々に測定間隔が短くなる、不等間隔サンプリングとなる。この不等間隔サンプリングで弾性ローラの外径を芯金1本毎に周期的に測定することで、芯金の移動距離が一定の状態で弾性ローラの外径を測定することができ、正確な弾性ローラのゴム層の膜厚プロファイルを得ることができる。
【００３０】
またその他の芯金の移動量の検出方法としては、各種の公知の距離計および変位計および回転計などを用いることができる。例えば芯金の送りローラに同期して回転するようにロータリーエンコーダを設置する場合について、図５を用いて説明する。芯金送りローラ３の回転は、芯金の送り速度に変化を与えるために、予め芯金の一端部、中央部、他端部にわたる各部位で所定の速度となるようプログラミングされている。そのため一定の回転速度とはならない。しかしながらロータリーエンコーダによって芯金の送りローラの回転角度を検出することで、送りローラの半径と回転角度から間接的に芯金の移動量が検出可能となる。所望の芯金の移動量が検出されるごとに、ダイス出口に設置された外径測定器によりその時の弾性ローラの外径を測定する。ロータリーエンコーダのサイズとしては、芯金送りローラの回転を妨げないように、芯金送りローラと同等もしくはそれよりも小さなサイズとすることが好ましい。上記の例では、芯金の送りローラに同期して回転するように、ロータリーエンコーダを設置する場合を例に挙げたが、芯金の送りローラとは別に芯金に接触し従動回転するローラを設置し、該ローラの回転をロータリーエンコーダにより検出する方式としてもよい。
【００３１】
また他の芯金移動量検出方法としては、芯金を直接、速度計を使用した距離検出または距離計を使用して芯金の移動量を測定し、所望の移動量が検出されるごとに、弾性ローラの外径を測定する方式でもよい。また予め芯金に所望の間隔でマーキングを施しておき、このマーキングを検出するごとに弾性ローラの外径を測定する方式としてもよい。図６を用いて説明する。図から分かるように芯金にあらかじめマーキングを施しておき、別途設置したマーキング検知センサ１４にて、マーキングの有無を検出する。マーキング検知センサ１４による芯金のマーキングの検出信号をもとに、ローラの外径を測定することで、所望の移動量ごとに、ローラの外径を測定することができる。ここでいうマーキングとは、塗料によってラインを描く、芯金をけがいて溝をつける等、他の部分と異なる箇所を設けることをいう。
【００３２】
一定のサンプリング間隔によって外径を測定する場合と異なり、所望の芯金の移動量ごとに弾性ローラの外径が測定されているため、演算の必要なく芯金の長さ方向での弾性ローラのゴム層の膜厚プロファイルを得ることができる。例えば送りローラによってクロスヘッドダイへ芯金を送る場合、送りローラの磨耗などによって芯金へのトルクの伝達が弱くなり、実際の芯金の送り速度が所望の速度にならないことがある。そのため、芯金の移動量を直接測定する方がより好ましい。
【００３３】
またその他の方法として、レーザードップラー測定器を用いることもできる。
【００３４】
上記で説明した本発明の弾性ローラの製造方法を、実施例と比較例とによりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【実施例】
【００３５】
〔実施例１〕
使用する未加硫ゴム組成物の組成を以下に示す。
〈未加硫ゴム組成物の作製〉
アクリルニトリルブタジエンゴム（商品名「ＮＩＰＯＬ Ｎ２３０ＳＶ」：ＪＳＲ（株）製）１００質量部に対して、以下の（a）の材料リストに記載した材料を加えて加圧式ニーダーで１５分間混練した。更に、以下の（ｂ）の材料リストに記載した材料を加えて，１５分間オープンローラで混練して未加硫ゴム組成物を作製した。以降特に記載がない場合は、すべてこの未加硫ゴム組成物を未加硫ゴム組成物として使用した。
（a）の材料リスト
・カーボンブラック（商品名「トーカブラック＃７３６０ＳＢ」：東海カーボン製、ＤＢＰ吸油量８７） ４８質量部、
・ステアリン酸亜鉛１質量部、
・酸化亜鉛（酸化亜鉛二種 正同化学）５質量部
・炭酸カルシウム（商品名「ナノックス＃３０」：丸尾カルシウム（株）製）２０質量部
（ｂ）の材料リスト
・ジベンゾチアゾリルジスルフィド（商品名「ノクセラーＤＭ−Ｐ」：大内新興化学（株）製） １質量部
・テトラベンジルチウラムジスルフィド（商品名「ノクセラーＴＢＺＴＤ」：大内新興化学（株）製） ４．５質量部
・硫黄（加硫剤）１．２質量部
〈ゴムローラの作製〉
外径がφ６ｍｍ、長さ２５０ｍｍのあらかじめ両端部１２ｍｍを除いた領域に接着剤が塗布された汎用快削鋼であるＳＵＭ２４の芯金を用意した。接着剤は導電性があるホットメルトタイプのものを用いた。クロスヘッド押出装置として、図１に示す構成の装置を用いた。汎用のゴム用押出機（三葉製作所製の４５ｍｍ押出機）と、ダイノズル内径がφ９．０ｍｍであるクロスヘッドダイとを用いた。外径測定器としては、キーエンス社製ＬＳ−７５００およびＬＳ−７０３０Ｍを使用し、クロスヘッドダイの出口から約２０ｍｍの位置に設置した。押出機１（図１）による未加硫ゴム組成物の吐出速度（単位時間あたりの押出量）を、以下で示す送り速度で所定の弾性ローラの外径となるように押出機のスクリュー回転数を約１０．５ｒｐｍとした。芯金の周囲に被覆されたゴム層の外形プロファイルをクラウン形状に成形するため、芯金の１本中の移動速度が変化するように、芯金送りローラに予めプログラミングした。図７（ａ）には芯金の送り速度すなわち、芯金１本中の移動速度を変化させ、芯金の各位置（部位）がダイノズル１１より押出される速度（移動速度）を表す。芯金１の両端部（芯金位置：０ｍｍと２５０ｍｍの位置）では、その送り速度は２４．０ｍｍ／ｓであり、中央部の方向に向かうに従って徐々に送り速度を低下させて中央部（芯金位置：１２５）では２０．４ｍｍ／ｓとした。このように調整することで、ゴムローラの両端部（芯金位置：０ｍｍと２５０ｍｍの位置）の外径は約８．３５ｍｍとなる。また、中央部の方向に向かうに従ってゴムローラの外径は緩やかに大きくなって中央部（芯金位置：１２５ｍｍ）では約８．６０ｍｍとなる。そのため、緩やかなクラウン形状が形成される。芯金の移動速度を芯金送りローラにより連続的にクロスヘッドに挿入される芯金１本毎に周期的に与える。この実施例では図１に示すように、後続する芯金により、先行する芯金の後端を後押しして移動する。そのため、先行する芯金の後端と後続の芯金の先端とは常に当接して、これらの間に未加硫ゴム組成物が侵入することがなく、先行する芯金は後続する芯金の移動速度の変化に同調して、この速度に対応して変化した外径を有するゴムローラを形成した。弾性ローラの成形中にダイ出口の外径測定器によって測定した外径と、その後１６０℃で１ｈ加硫した弾性ローラの形状を各位置における外径を測定および比較した結果を図７（ｃ）に示す。図かわかるように、弾性ローラは、加硫後に成形時よりも外径が収縮してしまう。しかしながら芯金の長さ方向の外径のプロファイルに変化がないことがわかる。外径の測定は、芯金の移動量が５ｍｍピッチとなるように、予め芯金送りローラにプログラミングした芯金の移動速度のプロファイルから、芯金の方向の各位置における５ｍｍピッチとなるよう、算出した測定時間間隔を用いて芯金毎に連続的に周期的に測定した。そのときの測定時間間隔を図７（ｂ）に示す。もちろん、中央部で送り速度を速くして緩やかな逆クラウン形状にすることもできる、一端から他端まで順次送り速度を上げてテーパ状のゴムローラを作ることもできる。
【００３６】
〔実施例２〕
図５に例示的に示すロータリーエンコーダを用いて芯金の移動量を検出する方法を用いて、ゴムローラのゴム層の外径プロファイルを連続的に測定した。図５のように芯金送りローラの回転に同期するように芯金送りローラの回転中心と同軸上にロータリーエンコーダを取付けてある。このとき芯金送りローラの直径を６０ｍｍとし、それと同等のサイズのロータリーエンコーダを使用した。よって芯金送りローラが予めプログラムされた回転を行うことで芯金の移動速度が変化する場合でも、芯金送りローラ半径とロータリーエンコーダによる芯金送りローラの回転角度の検出により、芯金送りローラ半径と回転角度の積から芯金の移動量が検知できる。外径の測定は、芯金の移動量が５ｍｍピッチとなるように設定した。このとき実施例１と同じ組成の未加硫ゴム組成物と、クロスヘッド押出装置を用いて、実施例１と同様の芯金送りローラの条件で未加硫のゴムローラを形成し、外径を測定した。ゴムローラの外径が実施例１と同様なクラウン形状を形成したゴムローラを得た。成形中のゴムローラの各位置における外径を測定した結果と実施例１と同様に加硫した後のローラの形状を測定した結果を図８（ａ）に示す。
【００３７】
〔実施例３〕
図６に例示的に示すように、クロスヘッドに送り込む芯金にマーキングをつけた芯金を使用し、ファイバーセンサにてマーキング位置を検出することにより芯金の移動量を直接検出する方法を用いて、ゴムローラのゴム層の外径プロファイルを連続的に測定した。このとき実施例１と同じ組成の未加硫ゴム組成物と、クロスヘッド押出装置を用いて、実施例１と同様の芯金送りローラの条件で未加硫のゴムローラを形成し、外径を測定した。実施例１と同様の芯金に５ｍｍピッチでインクジェット式のマーキング装置を用い、芯金に対し黒色のマーキングを施した。さらにキーエンス社製反射型ファイバーセンサFU-20を使用して、金属面とマーキングの黒色との反射率の違いにより芯金のマーキング位置を検知し、それをもとにゴムローラの外径の測定を行った。成形中のゴムローラの各位置における外径の変化を測定した結果と実施例１と同様に加硫した後のローラの形状を測定した結果を図８（ｂ）に示す。
【００３８】
〔比較例１〕
このとき実施例１と同じ組成の未加硫ゴム組成物と、クロスヘッド押出装置を用いて、実施例１と同様の芯金送りローラの条件で未加硫のゴムローラを形成し、外径は、０．２５秒毎の一定周期にて測定した。成形中のゴムローラの各位置における外径の変化を測定した結果と実施例１と同様に加硫した後のローラの形状を測定した結果を図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）より加硫後のローラの形状とローラ成形時に測定された弾性ローラの形状に差があることがわかる。ローラの成形時に測定した外径データは、芯金の送り速度と外径測定器の位置の関係から、芯金の移動距離にズレが生じ、結果として非対称の形状として計測されてしまう。実際に成形されるローラの形状には影響がない。
【００３９】
しかしながら工場などで長時間にわたりローラ成形を行う場合においては、押出機の吐出量の変動等の影響による成形中のローラの形状が所望の範囲を外れることを抑制する為、成形中のローラ形状を測定値により押出機へのフィードバック制御することが一般的に行われている。
【００４０】
比較例１のように成形時に測定したローラ形状が加硫後のローラ形状と異なると、長時間のローラ成形を行う場合に、所望のローラ形状の範囲となるよう押出機の設定や芯金の送り速度を変化させるフィードバック制御を行うが困難となる。
【符号の説明】
【００４１】
１‥‥押出機
２‥‥クロスヘッドダイ
３‥‥芯金送りローラ
４‥‥芯金ストッカー
５‥‥芯金
６‥‥材料投入口
７‥‥未加硫ゴム組成物
８‥‥切断・引取り工程
９‥‥外径測定器
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真装置等に用いられる弾性ローラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、プリンタ、コピー機等に使用される帯電ローラ、紙送りローラ等は、回転する感光ドラム等に所定の圧力で圧接され回転されることが多い。この帯電ローラ等は、ローラ両端部に突出する芯金を押さえることにより感光ドラム等に圧接されるので、この圧接力により芯金が撓むことになる。そのため、ゴム層の両端部と中央部とではゴムの歪み（圧縮の程度）が相違し、感光ドラム等との圧接部のニップ面積（単位長さでの接触する面積をいう）が両端部で大きく、中央部で小さくなる問題がある。ニップ面積が均一でないと、例えば紙送りローラであれば長手方向に周速ムラがおこり、用紙の斜行やシワが発生し、帯電ローラとして使用する場合には電界強度がローラの長さ方向に不均一になり、帯電ムラが生じて、画像に不具合が発生することがある。
【０００３】
従来、ニップ面積を均一にするためにゴムローラの形状をクラウン形状にすることが知られている。押出機により未加硫ゴム組成物を所定の温度で十分に混練した後、所定の速度で押しだし、クロスヘッドダイにより芯金の外周に所定厚さで被覆して未加硫のゴムローラを形成し、これを加硫して帯電ローラ等とする。このゴムローラにクラウン形状を作り込む方法として、例えば、以下の（１）〜（２）、ならびに引用文献１及び２に記載される以下の（３）の方法がある。（１）加硫後にゴムローラの外周面を研磨機等によりクラウン形状に研削・研磨する方法。（２）未加硫のゴムローラを予めクラウン形状に成型されたキャビティを有する金型に充填して加硫と同時にクラウン形状を作り込む方法。（３）押出機によって、芯金をクロスヘッドダイに送り込む速度あるいは引取る速度を変化させることで、芯金の外周に被覆されるゴム層を芯金の長さ方向に変化させて成形と同時にクラウン形状を作り込む方法（特許文献１及び２を参照）。
【０００４】
また、押出機を用いた電線や光ファイバーなどの押出製造方法について、特許文献３には次のような被押出物の外径を制御する方法が開示されている。被押出物の長さ方向の形状が一様なストレート形状を有する被押出物の外径を一定のサンプリング時間間隔で測定し、被押出物の外径測定により押出機や引取り機などを制御し被押出物の外径を制御する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３００２３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１４５０１２号公報
【特許文献３】特開２００７−２１４０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のように被押出物の長さ方向の形状が一様なストレート形状を有する場合、一定のサンプリング時間間隔で被押出物の外径を測定しても問題ない。しかしながら芯金の長さ方向で外径が変化しているクラウン形状のような弾性ローラの場合には、一定のサンプリング時間間隔での外径の測定方法では次に述べるような誤差が発生する。図２にクロスヘッドダイの出口部の模式図を拡大したものを示す。図２から分かるように、クロスヘッドのダイノズル内で芯金の周囲にゴムが被覆される。例えば、被覆されるゴム層の厚みを変えてクラウン形状の弾性ローラを成形する場合には、クロスヘッドへの芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせることで達成される。つまり弾性ローラの中央部で外径が大きく両端部に向けて徐々に外径が小さくなるように被覆されるゴム層の厚みを成形する必要がある。そのため弾性ローラの最も外径の大きい中央部付近ではダイノズル内径と同等のゴム層の外径となり、両端部に向けてダイノズルの径よりもゴム層の外径は細くなければならない。このようにダイノズル内での芯金に被覆されるゴム層の外径が変化するが、このダイノズル内で芯金にゴム層が被覆形成される正確な位置は、観察できないため不明である。さらに図２に示すように弾性ローラの外径を測定するための外径測定器は、構造上ダイノズルの外側に設置しなければならない。そのためダイノズル内でゴム層が被覆形成されて外径が形成される位置と外径測定器の設置位置は、構造上の問題で一致しない。クロスヘッドダイへの複数本の芯金を連続的に供給し、弾性ローラを製造する場合、芯金の長さ毎に一定の周期でゴム層の膜厚変化が繰り返されることとなる。そのため、外径測定器を通過している芯金の移動速度は、ダイノズル内で形状が被覆形成されている芯金の速度で移動している速度に同期していることとなる。ゆえに、弾性ローラの外径を測定する時点での芯金の移動速度と、ダイノズル内で形状が形成される時点での芯金速度が異なることとなる。よって例えば次の２つの問題が生じていた。
【０００７】
１つ目としては、芯金一本内での移動速度が変化することにより、単位時間あたりに外径測定器を通過する芯金の長さが、芯金の長さ方向で異なるため、一定のサンプリング時間間隔での外径測定では、外径の測定位置と芯金の長さ方向位置とでズレが生じる。具体的には、弾性ローラのゴム層をクラウン形状に作成するため、特許文献１にも述べられているように、図３（ａ）に示すような芯金の送り速度で成形が行われる。図３（ｃ）に一定のサンプリング時間間隔Δｔで、測定した場合での外径測定のイメージを示す。また、
図３（ｃ）に示すように端部の芯金移動速度が速い場合、一定のサンプリング時間間隔Δ
ｔで外径測定器を通過する芯金の移動距離Δｘが大きく、芯金の中央部付近に向けて徐々
に芯金移動速度が遅くなるにつれ、芯金の移動距離Δｘが小さくなる。また他端部に向け
て芯金の移動速度が速くなると、芯金の移動距離Δｘが大きくなるという不等間隔な芯金
の移動距離となる。よって図３（ｂ）のように一定の芯金の移動距離で外径を測定するためには、図３（ｄ）に示すようにサンプリング間隔Δｔを不等間隔としなければならない
。上記のような理由から一定のサンプリング間隔ΔｔからΔｘに測定軸の変換を行う場合
には、Δｘを実際の移動距離である不等間隔とすべきである。しかしながら一定のサンプ
リング間隔Δｔから芯金の移動距離Δｘへ測定軸の変換を行う際に、Δｘを等間隔すなわ
ち本来の移動距離と異なる移動距離に測定軸を変換してしまっていた。結果として、図３（ｅ）の破線で示すような形状として観測されてしまう。
【０００８】
２つ目としては、先に述べたように、以下の（a）〜（c）の要因により生じていた。（a）外径測定器がダイノズルの外側に設置されること。（b）弾性ローラの形状がダイノズル内のどこで形成されるか正確に把握できないこと。（c）複数本の芯金が連続して弾性ローラが成形されるため本来の芯金の移動速度とは異なる速度で外径測定器を通過すること。つまり、一定のサンプリング時間間隔Δｔで弾性ローラの外径を測定する場合、
外径を測定した時点での芯金の移動速度が、形状が形成された時点での芯金の移動速度と異なる。そのため、外径を測定する周期と外径測定器を通過する芯金の移動距離の周期にズレを生じることによって本来測定されるべき形状とは、異なる形状で観察されていた。よって従来のように一定のサンプリング時間間隔でクラウン形状に成形される弾性ローラの外径を測定している場合には、単位時間あたりに外径測定器を通過する芯金の長さが異なることになる。さらに本来の芯金の移動速度とは異なる速度で、外径測定器を通過することとなる。そのため、芯金の移動距離を把握した上で弾性ローラの外径を測定していないために、測定誤差を生じてしまう。上記のような理由によりクラウン形状をもつ弾性ローラの外径プロファイルは、単位時間あたりの測定では、正確な弾性ローラのゴム膜厚プロファイルを得ることができない。つまり芯金の移動距離を計算するもしくは測定する工程がないためである。
【０００９】
よって、クロスヘッドへの該芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、該芯金の各々について、その周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法において、本出願は次のことを目的とする。
【００１０】
本出願に係る発明の目的は、上記の弾性ローラの製造方法において、成形時に各弾性ローラの長さ方向においてゴム層の膜厚プロファイルを正確な形状が得ることができる弾性ローラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、クロスヘッドの芯金供給孔に複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することによって、周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法であって、
（１）該クロスヘッドへの該芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、該芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせる工程と、
（２）該クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を測定する工程とを含み、
該工程（２）は、該芯金の一定の移動距離ごとに該外径を測定することを特徴とする。
【００１２】
本出願に係る第２の発明は、第１の発明の工程（２）において、該芯金の移動距離を、該芯金自体の移動の距離を測定して検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、上記のように、所望の芯金の移動量を基準としてクロスヘッドの出口に設けた外径測定器により弾性ローラの外径を測定している。そのため、所定のサンプリング時間間隔で外径を測定する場合と異なり、弾性ローラの長さ方向の膜厚プロファイルを正確に得ることができる。すなわち芯金の速度が変化する場合でも、弾性ローラの長さ方向での測定位置の誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用可能な押出機の模式図である。
【図２】本発明を適用可能なクロスヘッドダイの出口部の拡大図である。
【図３】本発明の課題を説明する芯金速度および外径の関係の模式図である。
【図４】本発明の課題を説明する外径の模式図である。
【図５】本発明を適用可能な芯金の移動距離を検出する手段を説明する例の模式図である。
【図６】本発明を適用可能な芯金の移動距離を検出する手段を説明する例の模式図である。
【図７】実施例１の結果を説明する図である。
【図８】実施例２、３及び比較例１の結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、各発明について更に詳細に説明する。
【００１６】
（弾性ローラ）
なお本発明において、「クラウン形状」とは、芯金の長さ方向の両端部から中央部に向かうにつれて徐々にゴム層の外径が拡径している形状のことであり、中央部に外径が芯金の長さ方向に沿って一定となっている部分があるものも含む意味である。逆クラウン形状とは芯金の長さ方向の両端部から中央部に向かうにつれて徐々にゴム層の外径が縮径している形状（鼓形状ともいう）のこという。
【００１７】
（弾性ローラの製造方法）
本発明の第１の態様に係る弾性ローラの製造方法について説明する。
【００１８】
本発明に係る、芯金の周囲がゴム混合物の層で被覆された弾性ローラの製造方法は、クロスヘッドを用いる方法である。具体的には、クロスヘッドの芯金供給孔に複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することで製造する。そして、本発明の特徴は、下記（１）及び（２）の工程を有することにある。
（１）クロスヘッドへの芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせる工程。
（２）クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を芯金の一定の移動距離ごとに測定する工程。
さらに、本発明の第２の態様に係る弾性ローラの製造方法では、前記工程（２）は、芯金の移動距離を、芯金自体の移動の距離を測定して検知して外径を測定する工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
（クロスヘッドを用いる弾性ローラの製造方法）
ゴム材料と添加剤を配合し混練して調製された未加硫ゴム組成物を、芯金とともに押出すことで芯金上に未加硫ゴム組成物を被覆させる工程を説明する。図１は、クロスヘッドを用いる弾性ローラの製造方法を模式的に示した説明図である。押出機１は、クロスヘッド２を備える。クロスヘッド２には、矢印ａ方向に回転している芯金送りローラ３によってクロスヘッド２の芯金供給孔に、複数本の芯金５を直列かつ連続的に供給する。材料投入口６から未加硫ゴム組成物は、押出機１に供給される。芯金ストッカー４に準備された芯金５は、送り速度を調整可能な芯金送りローラ３により、連続して芯金供給孔に送り込まれる。そして、クロスヘッド２に挿入された芯金５と同時に円筒状の未加硫のゴム組成物７を一体的に押出すことにより芯金の周囲を未加硫ゴム組成物７の層で被覆された芯金５が得られる。先行する芯金の後端に後続する芯金の先端が常に当接するように送り込まれていることが好ましい。つまり先行する芯金の後端と後続する芯金の先端とを常に当接することにより、これらの間に未加硫ゴム組成物７が侵入することがなくなり、芯金５の送り速度が安定し形状も安定することとなるためである。芯金は連続的にクロスヘッドに供給されるため、連続して芯金５に被覆された未加硫ゴム層を先行する芯金の後端と後続する芯金の先端の継ぎ目にて切断する引取り工程８を行う。さらに加硫工程（不図示）の後、端部のゴム層を定尺で切断・除去処理を行うことで弾性ローラを成形する。
【００２０】
前記の弾性ローラの芯金５として使用する材質は、ニッケルメッキやクロムメッキしたＳＵＭ材等の鋼材を含むステンレススチール棒、リン青銅棒、アルミニウム棒、耐熱樹脂棒等が好ましいが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２１】
本発明で使用されるゴム層を形成するためのゴム材料としては以下のものが挙げられる。天然ゴム、エピクローラヒドリンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッソゴム、塩素ゴム、熱可塑エラストマー等。これらはいずれでも良く、単体もしくはブレンドして用いることもできる。
【００２２】
またゴム材料中には、導電剤を適宜使用することによって、その導電性を所定の値にすることができる。ゴムローラの電気抵抗は、導電剤の種類および使用量を適宜選択することによって調整することができる。前記ゴム原料中に導電剤として分散させる導電性粒子の例を以下に挙げる。カーボンブラック、グラファイト、金属酸化物（ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等）の粒子等。また導電性ポリマー、イオン導電剤などを前記導電性粒子と併用して導電性を付与しても良い。また上記ゴム原料には、無機または有機の充填剤や架橋剤を添加してもよい。
【００２３】
（工程１）
クロスヘッド２への芯金５の送り速度または周囲にゴム層が被覆された芯金５の引取り速度を変化させることにより、クロスヘッド２に連続的に供給される芯金５の各々について、その周囲を被覆するゴム組成物の膜厚を異ならせる工程を説明する。クロスヘッド押出装置（押出機１とクロスヘッドダイ２とを備えたゴムローラ成形装置をいう）のクロスヘッドダイ２により芯金５に被覆されるゴム量（ゴム層厚さ）は、未加硫ゴム組成物７の供給量を一定とすると芯金の移動速度に反比例する。クロスヘッド２の出口のダイノズル１１における芯金の移動速度がダイノズルを通過する未加硫ゴム組成物の吐出速度よりも速い場合には、クロスヘッドダイによって円筒状に押出された未加硫ゴム組成物は芯金の周囲に引き伸ばされながら被覆されつつ移動する。そのため、ゴム層の厚さはダイスウェルした厚さより薄くなる。つまり芯金の移動速度を調整することによりゴム層の厚さは、厚くまたは薄く調整することができる。芯金の移動速度は、クロスヘッドへの芯金の送り速度を変化させる、もしくは周囲にゴム層が被覆された芯金の引取り速度を変化させることで調整するこができる。
【００２４】
このようにクロスヘッドダイ２を用いて芯金５に未加硫ゴム組成物を円筒状に被覆する場合、未加硫ゴム組成物７の押出量を一定として、芯金５の移動速度をその芯金５の長さ方向の部位により変化させる。そうすることにより、芯金の長さ方向の部位により未加硫ゴム組成物７の膜厚すなわち円筒状の外径を長手方向に沿って変化させた弾性ローラを製造することができる。芯金５の移動速度をその芯金の長さ方向の部位により変化させることにより、外径プロファイルがクラウン形状、逆クラウン形状、テーパ形状、台形形状などに形成された弾性ローラが得られる。なお、芯金５の送り速度は、予め芯金５の一端部、中央部、他端部にわたる各部位の所定の速度をプログラミングされた送り手段（例えば、芯金送りローラ３）により制御することができる。また芯金の引取り速度は、芯金１の一端部、中央部、他端部にわたる各部位の所定の速度をプログラミングされた引取り手段にて同様に制御することができる。例えば、芯金５の送り速度変化させて、クラウン形状を持つ弾性ローラを作成する場合の、クロスヘッドへの芯金の送り速度の例を図３（ａ）に示す。横軸は芯金の長さ方向、縦軸は芯金の送り速度［ｍｍ／ｓ］を示している。図３（ａ）からもわかるように、クラウン形状の場合には、芯金の移動速度を、芯金の一端部では高速とし中央部に至るに従って緩やかに低速とし、更に前記中央部から他端部に至るに従って緩やかに高速とする。このように移動速度を変化させることにより、被覆される未加硫ゴム組成物の膜厚は、両端部では薄く、中央部では厚く、いわゆるクラウン形状のゴムローラを製造することができる。
【００２５】
上記の例では、未加硫ゴム組成物７の吐出量を一定として、芯金５の移動速度を変化させる場合を説明した。それ以外にも、芯金５の移動速度を一定として、クロスヘッドダイ２からの未加硫ゴム組成物７の吐出量を変化させることでも、芯金５の周囲に被覆されるゴム層の厚さを調整することもできる。さらに所望の形状を得るために、送り速度や引取り速度を変化させる場合と組合せてもよい。
【００２６】
（工程２）
クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を芯金の一定の移動距離ごとに測定する工程を説明する。
【００２７】
（外径の測定方法）
図１に示すようにローラの外径を測定する外径測定器９は、クロスヘッド２のダイノズル部に設置することが好ましい。外径測定器９としては、各種の公知の変位センサや外径測定器などを用いることができる。未加硫ゴムの表面に外径測定時のキズ等を付けない観点から、レーザ方式や超音波方式の非接触方式の外径測定器を用いることが好ましい。例えば本発明に用いる外径測定器９として、キーエンス社製ＬＳ−７５００およびＬＳ−７０３０Ｍを使用して、弾性ローラの外径を測定することができる。
【００２８】
芯金の移動量ごとに外径を測定するためには、ゴムとともに押出される芯金の長さ方向の位置を把握する必要がある。上記の（工程２）で説明したように芯金の移動速度は、クロスヘッド２への芯金の送り速度を変化させる、もしくは周囲にゴム層が被覆された芯金の引取り速度を変化させることで調整するこができる。よって予め所望の速度プロファイルに設定した芯金の長さ方向での移動速度がわかる。この速度プロファイルを使用して、予め所望の芯金の移動量あるいは芯金の位置となる時間を、芯金の長さ方向に分割した分だけ算出する。芯金の長さ方向で等間隔に外径測定位置を設定する場合、各位置での時間間隔は、芯金の長さ方向の移動速度が異なるため、一定の時間とはならない。このようにして算出された時間間隔をもとに、クロスヘッド出口に設置された外径測定器により芯金の周囲にゴム層が被覆された弾性ローラの外径を測定することで、芯金の長さ方向でのゴム層の外径プロファイルを得ることができる。また芯金一本あたりの分割数が多い方が、弾性ローラの外径測定点が増えることになるため、より詳細な弾性ローラのゴム層の外径プロファイルが得られることとなるために好ましい。
【００２９】
芯金の移動距離の検出方法としては、芯金の送り速度がからあらかじめ算出しておくことができる。例えば、芯金送りローラの回転は、芯金の送り速度に変化を与えるために、予め芯金の一端部、中央部、他端部にわたる各部位で所定の速度となるようプログラミングされている。この所定の芯金の速度を調速プロファイルと呼ぶ。この調速プロファイルから所定の芯金の移動距離となるような、サンプリング時間の間隔をあらかじめ算出しておく。このとき弾性ローラをクラウン形状とするためには、芯金の調速プロファイルは、芯金の一端部で速度が速く中央部に向かうにつれて徐々に速度が遅くなり、他端部に向けて徐々に速度が速くなる。そのため、例えば一定の芯金の移動距離とする場合には、一端部で測定間隔が短く、中央部向かうにつれて徐々に測定間隔が長くなり、他端部に向けて徐々に測定間隔が短くなる、不等間隔サンプリングとなる。この不等間隔サンプリングで弾性ローラの外径を芯金1本毎に周期的に測定することで、芯金の移動距離が一定の状態で弾性ローラの外径を測定することができ、正確な弾性ローラのゴム層の膜厚プロファイルを得ることができる。
【００３０】
またその他の芯金の移動量の検出方法としては、各種の公知の距離計および変位計および回転計などを用いることができる。例えば芯金の送りローラに同期して回転するようにロータリーエンコーダを設置する場合について、図５を用いて説明する。芯金送りローラ３の回転は、芯金の送り速度に変化を与えるために、予め芯金の一端部、中央部、他端部にわたる各部位で所定の速度となるようプログラミングされている。そのため一定の回転速度とはならない。しかしながらロータリーエンコーダによって芯金の送りローラの回転角度を検出することで、送りローラの半径と回転角度から間接的に芯金の移動量が検出可能となる。所望の芯金の移動量が検出されるごとに、ダイス出口に設置された外径測定器によりその時の弾性ローラの外径を測定する。ロータリーエンコーダのサイズとしては、芯金送りローラの回転を妨げないように、芯金送りローラと同等もしくはそれよりも小さなサイズとすることが好ましい。上記の例では、芯金の送りローラに同期して回転するように、ロータリーエンコーダを設置する場合を例に挙げたが、芯金の送りローラとは別に芯金に接触し従動回転するローラを設置し、該ローラの回転をロータリーエンコーダにより検出する方式としてもよい。
【００３１】
また他の芯金移動量検出方法としては、芯金を直接、速度計を使用した距離検出または距離計を使用して芯金の移動量を測定し、所望の移動量が検出されるごとに、弾性ローラの外径を測定する方式でもよい。また予め芯金に所望の間隔でマーキングを施しておき、このマーキングを検出するごとに弾性ローラの外径を測定する方式としてもよい。図６を用いて説明する。図から分かるように芯金にあらかじめマーキングを施しておき、別途設置したマーキング検知センサ１４にて、マーキングの有無を検出する。マーキング検知センサ１４による芯金のマーキングの検出信号をもとに、ローラの外径を測定することで、所望の移動量ごとに、ローラの外径を測定することができる。ここでいうマーキングとは、塗料によってラインを描く、芯金をけがいて溝をつける等、他の部分と異なる箇所を設けることをいう。
【００３２】
一定のサンプリング間隔によって外径を測定する場合と異なり、所望の芯金の移動量ごとに弾性ローラの外径が測定されているため、演算の必要なく芯金の長さ方向での弾性ローラのゴム層の膜厚プロファイルを得ることができる。例えば送りローラによってクロスヘッドダイへ芯金を送る場合、送りローラの磨耗などによって芯金へのトルクの伝達が弱くなり、実際の芯金の送り速度が所望の速度にならないことがある。そのため、芯金の移動量を直接測定する方がより好ましい。
【００３３】
またその他の方法として、レーザードップラー測定器を用いることもできる。
【００３４】
上記で説明した本発明の弾性ローラの製造方法を、実施例と比較例とによりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【実施例】
【００３５】
〔実施例１〕
使用する未加硫ゴム組成物の組成を以下に示す。
〈未加硫ゴム組成物の作製〉
アクリルニトリルブタジエンゴム（商品名「ＮＩＰＯＬ Ｎ２３０ＳＶ」：ＪＳＲ（株）製）１００質量部に対して、以下の（a）の材料リストに記載した材料を加えて加圧式ニーダーで１５分間混練した。更に、以下の（ｂ）の材料リストに記載した材料を加えて，１５分間オープンローラで混練して未加硫ゴム組成物を作製した。以降特に記載がない場合は、すべてこの未加硫ゴム組成物を未加硫ゴム組成物として使用した。
（a）の材料リスト
・カーボンブラック（商品名「トーカブラック＃７３６０ＳＢ」：東海カーボン製、ＤＢＰ吸油量８７） ４８質量部、
・ステアリン酸亜鉛１質量部、
・酸化亜鉛（酸化亜鉛二種 正同化学）５質量部
・炭酸カルシウム（商品名「ナノックス＃３０」：丸尾カルシウム（株）製）２０質量部
（ｂ）の材料リスト
・ジベンゾチアゾリルジスルフィド（商品名「ノクセラーＤＭ−Ｐ」：大内新興化学（株）製） １質量部
・テトラベンジルチウラムジスルフィド（商品名「ノクセラーＴＢＺＴＤ」：大内新興化学（株）製） ４．５質量部
・硫黄（加硫剤）１．２質量部
〈ゴムローラの作製〉
外径がφ６ｍｍ、長さ２５０ｍｍのあらかじめ両端部１２ｍｍを除いた領域に接着剤が塗布された汎用快削鋼であるＳＵＭ２４の芯金を用意した。接着剤は導電性があるホットメルトタイプのものを用いた。クロスヘッド押出装置として、図１に示す構成の装置を用いた。汎用のゴム用押出機（三葉製作所製の４５ｍｍ押出機）と、ダイノズル内径がφ９．０ｍｍであるクロスヘッドダイとを用いた。外径測定器としては、キーエンス社製ＬＳ−７５００およびＬＳ−７０３０Ｍを使用し、クロスヘッドダイの出口から約２０ｍｍの位置に設置した。押出機１（図１）による未加硫ゴム組成物の吐出速度（単位時間あたりの押出量）を、以下で示す送り速度で所定の弾性ローラの外径となるように押出機のスクリュー回転数を約１０．５ｒｐｍとした。芯金の周囲に被覆されたゴム層の外形プロファイルをクラウン形状に成形するため、芯金の１本中の移動速度が変化するように、芯金送りローラに予めプログラミングした。図７（ａ）には芯金の送り速度すなわち、芯金１本中の移動速度を変化させ、芯金の各位置（部位）がダイノズル１１より押出される速度（移動速度）を表す。芯金１の両端部（芯金位置：０ｍｍと２５０ｍｍの位置）では、その送り速度は２４．０ｍｍ／ｓであり、中央部の方向に向かうに従って徐々に送り速度を低下させて中央部（芯金位置：１２５）では２０．４ｍｍ／ｓとした。このように調整することで、ゴムローラの両端部（芯金位置：０ｍｍと２５０ｍｍの位置）の外径は約８．３５ｍｍとなる。また、中央部の方向に向かうに従ってゴムローラの外径は緩やかに大きくなって中央部（芯金位置：１２５ｍｍ）では約８．６０ｍｍとなる。そのため、緩やかなクラウン形状が形成される。芯金の移動速度を芯金送りローラにより連続的にクロスヘッドに挿入される芯金１本毎に周期的に与える。この実施例では図１に示すように、後続する芯金により、先行する芯金の後端を後押しして移動する。そのため、先行する芯金の後端と後続の芯金の先端とは常に当接して、これらの間に未加硫ゴム組成物が侵入することがなく、先行する芯金は後続する芯金の移動速度の変化に同調して、この速度に対応して変化した外径を有するゴムローラを形成した。弾性ローラの成形中にダイ出口の外径測定器によって測定した外径と、その後１６０℃で１ｈ加硫した弾性ローラの形状を各位置における外径を測定および比較した結果を図７（ｃ）に示す。図かわかるように、弾性ローラは、加硫後に成形時よりも外径が収縮してしまう。しかしながら芯金の長さ方向の外径のプロファイルに変化がないことがわかる。外径の測定は、芯金の移動量が５ｍｍピッチとなるように、予め芯金送りローラにプログラミングした芯金の移動速度のプロファイルから、芯金の方向の各位置における５ｍｍピッチとなるよう、算出した測定時間間隔を用いて芯金毎に連続的に周期的に測定した。そのときの測定時間間隔を図７（ｂ）に示す。もちろん、中央部で送り速度を速くして緩やかな逆クラウン形状にすることもできる、一端から他端まで順次送り速度を上げてテーパ状のゴムローラを作ることもできる。
【００３６】
〔実施例２〕
図５に例示的に示すロータリーエンコーダを用いて芯金の移動量を検出する方法を用いて、ゴムローラのゴム層の外径プロファイルを連続的に測定した。図５のように芯金送りローラの回転に同期するように芯金送りローラの回転中心と同軸上にロータリーエンコーダを取付けてある。このとき芯金送りローラの直径を６０ｍｍとし、それと同等のサイズのロータリーエンコーダを使用した。よって芯金送りローラが予めプログラムされた回転を行うことで芯金の移動速度が変化する場合でも、芯金送りローラ半径とロータリーエンコーダによる芯金送りローラの回転角度の検出により、芯金送りローラ半径と回転角度の積から芯金の移動量が検知できる。外径の測定は、芯金の移動量が５ｍｍピッチとなるように設定した。このとき実施例１と同じ組成の未加硫ゴム組成物と、クロスヘッド押出装置を用いて、実施例１と同様の芯金送りローラの条件で未加硫のゴムローラを形成し、外径を測定した。ゴムローラの外径が実施例１と同様なクラウン形状を形成したゴムローラを得た。成形中のゴムローラの各位置における外径を測定した結果と実施例１と同様に加硫した後のローラの形状を測定した結果を図８（ａ）に示す。
【００３７】
〔実施例３〕
図６に例示的に示すように、クロスヘッドに送り込む芯金にマーキングをつけた芯金を使用し、ファイバーセンサにてマーキング位置を検出することにより芯金の移動量を直接検出する方法を用いて、ゴムローラのゴム層の外径プロファイルを連続的に測定した。このとき実施例１と同じ組成の未加硫ゴム組成物と、クロスヘッド押出装置を用いて、実施例１と同様の芯金送りローラの条件で未加硫のゴムローラを形成し、外径を測定した。実施例１と同様の芯金に５ｍｍピッチでインクジェット式のマーキング装置を用い、芯金に対し黒色のマーキングを施した。さらにキーエンス社製反射型ファイバーセンサFU-20を使用して、金属面とマーキングの黒色との反射率の違いにより芯金のマーキング位置を検知し、それをもとにゴムローラの外径の測定を行った。成形中のゴムローラの各位置における外径の変化を測定した結果と実施例１と同様に加硫した後のローラの形状を測定した結果を図８（ｂ）に示す。
【００３８】
〔比較例１〕
このとき実施例１と同じ組成の未加硫ゴム組成物と、クロスヘッド押出装置を用いて、実施例１と同様の芯金送りローラの条件で未加硫のゴムローラを形成し、外径は、０．２５秒毎の一定周期にて測定した。成形中のゴムローラの各位置における外径の変化を測定した結果と実施例１と同様に加硫した後のローラの形状を測定した結果を図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）より加硫後のローラの形状とローラ成形時に測定された弾性ローラの形状に差があることがわかる。ローラの成形時に測定した外径データは、芯金の送り速度と外径測定器の位置の関係から、芯金の移動距離にズレが生じ、結果として非対称の形状として計測されてしまう。実際に成形されるローラの形状には影響がない。
【００３９】
しかしながら工場などで長時間にわたりローラ成形を行う場合においては、押出機の吐出量の変動等の影響による成形中のローラの形状が所望の範囲を外れることを抑制する為、成形中のローラ形状を測定値により押出機へのフィードバック制御することが一般的に行われている。
【００４０】
比較例１のように成形時に測定したローラ形状が加硫後のローラ形状と異なると、長時間のローラ成形を行う場合に、所望のローラ形状の範囲となるよう押出機の設定や芯金の送り速度を変化させるフィードバック制御を行うが困難となる。
【符号の説明】
【００４１】
１‥‥押出機
２‥‥クロスヘッドダイ
３‥‥芯金送りローラ
４‥‥芯金ストッカー
５‥‥芯金
６‥‥材料投入口
７‥‥未加硫ゴム組成物
８‥‥切断・引取り工程
９‥‥外径測定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスヘッドの芯金供給孔に複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することによって、周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法であって、
（１）該クロスヘッドへの該芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、該芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせる工程と、
（２）該クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を測定する工程とを含み、
該工程（２）は、該芯金の一定の移動距離ごとに該外径を測定することを特徴とする弾性ローラの製造方法。
【請求項２】
前記工程（２）において、該芯金の移動距離を、該芯金自体の移動の距離を測定して検知する請求項１に記載の弾性ローラの製造方法。
【請求項１】
クロスヘッドの芯金供給孔に複数本の芯金を直列かつ連続的に供給すると共に、該クロスヘッドに接続した押出機から、溶融したゴム混合物を該クロスヘッドに供給することによって、周囲がゴム混合物の層で被覆された芯金の複数本を製造する工程を含む弾性ローラの製造方法であって、
（１）該クロスヘッドへの該芯金の送り速度または引取り速度を変化させることにより、該芯金の各々について、その周囲を被覆するゴム混合物の膜厚を異ならせる工程と、
（２）該クロスヘッドの出口に設けた外径測定器を用いてゴム混合物の層で被覆された芯金の外径を測定する工程とを含み、
該工程（２）は、該芯金の一定の移動距離ごとに該外径を測定することを特徴とする弾性ローラの製造方法。
【請求項２】
前記工程（２）において、該芯金の移動距離を、該芯金自体の移動の距離を測定して検知する請求項１に記載の弾性ローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４０４９（Ｐ２０１２−１４０４９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１９４６（Ｐ２０１０−１５１９４６）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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