弾性ローラの製造装置及び弾性ローラの製造方法
【課題】クロスヘッドへの軸芯体の搬送精度が高く、その結果として高品質な弾性ローラを効率よく製造することができる弾性ローラの製造装置及び弾性ローラの製造方法を提供する。
【解決手段】軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、クロスヘッドと、該芯金を該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有している。該複数対の送りローラのうち、該クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラは、芯金の周囲に樹脂又はゴムを含む層を有している第１のローラの対からなる。他の少なくとも一対の送りローラは芯金の周囲に金属層を有している第２のローラの対からなる。更に、第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力より大きい。
【解決手段】軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、クロスヘッドと、該芯金を該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有している。該複数対の送りローラのうち、該クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラは、芯金の周囲に樹脂又はゴムを含む層を有している第１のローラの対からなる。他の少なくとも一対の送りローラは芯金の周囲に金属層を有している第２のローラの対からなる。更に、第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力より大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性ローラの製造装置及び弾性ローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置に用いられる帯電ローラや現像ローラ等のローラの多くは、軸芯体とその周囲を被覆するゴムやエラストマーを含む弾性層が設けられている（以降、弾性ローラともいう）。かかる弾性ローラの一般的な製造方法の一つとしてクロスヘッドを用いた方法がある。
【０００３】
即ち、クロスヘッドに軸芯体を導入し、当該軸芯体の周囲を未加硫ゴムで被覆し、硬化後、研磨等により外径を整える方法である。この方法によれば高精度の弾性ローラを生産性よく製造することができる（特許文献１）。
【０００４】
この方法において、複数対の送りローラを用いてクロスヘッドに軸芯体を連続的に導入可能に構成された搬送装置が報告されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−３００２３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２７７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らの検討によれば、送りローラによるクロスヘッドへの軸芯体の搬送精度は、軸芯体の周囲を被覆する弾性層の原料の混合物の層の厚さの均一性に影響を与えることが分かった。軸芯体の周囲に形成される当該原料混合物の層の厚さの均一性は、偏心の少ない高品質な弾性ローラを得る上で重要である。
【０００６】
本発明の課題は、クロスヘッドへの軸芯体の搬送精度が高く、その結果として高品質な弾性ローラを効率よく製造することができる弾性ローラの製造装置及び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】
【０００７】
本発明に係る弾性ローラの製造装置は、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、クロスヘッドと、該芯金を該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有しており、該複数対の送りローラのうち、該クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラは、芯金の周囲に樹脂又はゴムを含む層を有している第１のローラの対からなり、他の少なくとも一対の送りローラは芯金の周囲に金属層を有している第２のローラの対からなり、かつ、第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力より大きいことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る弾性ローラの製造方法は、上記弾性ローラの製造装置を用いて、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラを製造する方法であって、複数本の軸芯体をクロスヘッドへ搬送する第１の工程と、クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲を該弾性層の材料からなる層で被覆する第２の工程とを有し、該第１の工程は、複数本の軸芯体を、先行する軸芯体の後端に、後続する軸芯体の先端が常に当接するようにクロスヘッドへ向けて搬送する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸芯体をより高精度にクロスヘッドへ導入することができるため、軸芯体の周囲を被覆する弾性層の厚さを均一にできる。その結果、高品質な弾性ローラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の弾性ローラの製造装置は、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、クロスヘッドと、該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有するものである。
【００１１】
本発明の弾性ローラの製造装置の一例を図１の概略図に示す。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すように、弾性ローラの製造装置は、搬送ユニット１４と、クロスヘッド１１と、クロスヘッド１１に接続されている押出機１０とを有している。
［搬送ユニット］
搬送ユニット１４は、図２に示すように、複数対の送りローラ（２５−１、２５−２、２５−３、２５−４）が並列に配置されており、それらの回転により軸芯体１２をクロスヘッド１１へ、順次搬送可能である。図２（ａ）は搬送ユニット１４を上部から俯瞰した平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２において、２８ａは、複数対の送りローラ（２５−１、２５−２、２５−３、２５−４）を構成しているローラの一方（４つのローラ）が回転可能に固定されているブロックである。２８ｂは、他方のローラ（４つのローラ）が回転可能に固定されているブロックである。
【００１２】
ブロック２８ａに軸支されている送りローラは、芯金２６の端部に設けたギア部に懸架されるベルト２９を介してモーター３０の回転が伝達されて回転可能となっている。他方のブロック２８ｂに軸支される各送りローラは、ブロック２８ｂが加圧手段３１によって、固定ブロック２８ａ側へ加圧され、もう一方の各送りローラと溝部２７で軸芯体１２をそれぞれ加圧・挟持する。そして、一方の送りローラの回転に伴い従動回転し、軸芯体１２を搬送する。加圧手段３１はエアーシリンダー、油圧シリンダー或いはコイルバネ、板バネ、皿バネ等が用いられる。ブロック２８ｂはブッシュを介してブロック２８ａ、２８ｂを貫通する２本のガイド３２に導かれて移動する。加圧手段３１によってブロック２８ｂを加圧した際に、ブロック２８ａ、２８ｂが平行に配置され、各送りローラの対が軸芯体１２を確実に挟持可能に構成されている。
［第１のローラーの対］
搬送ユニット１４において、クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラ（２５−１）は、図３に示すように芯金２６と、その周囲に樹脂又はゴムを含む層である被覆層３４とを有する第１のローラの対で構成されている。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１３】
芯金２６は金属製、高硬度の樹脂製等のいずれであってもよい。但し、軸芯体を挟持するための圧力に対し耐久性を有する強度を有し、加圧により大きな変形が生じないことが好ましい。具体的には弾性率が１９００００Ｍｐａ以上の鋼材やステンレス鋼等を挙げることができる。送りローラ芯金の形状は円柱状、円筒状いずれでもよい。
【００１４】
被覆層３４に含まれる樹脂及びゴムとしては以下のものを例示することができる。
樹脂：ナイロン、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテルm-PPE、変性PPE）。ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、環状ポリオレフィン(COP)。ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、非晶ポリアリレート(PAR)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)。ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン(PS)。ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ABS樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、アクリル樹脂 (PMMA)等。
ゴム：天然ゴム、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、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム。ブチルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッソゴム、塩素ゴム等。その他エラストマーも用いることができる。これらは、１種として用いても、また、組み合わせて用いることもできる。
【００１５】
被覆層３４の弾性率は１０００〜５０００ＭＰａであることが好ましい。弾性率の値としては、樹脂の場合にはJISK6911に示される曲げ弾性率、ゴムの場合にはJISK6394にもとづいて試験を行い23度、試験周波数10Hzにおける貯蔵たて弾性係数の値を採用することができる。
【００１６】
第１のローラにおける被覆層３４は複数の層を含むものであってもよい。また、被覆層３４の外周をニッケルやクロム等のめっきで被覆してもよい。また、被覆層３４の表面を窒化処理等したものとしてもよい。
【００１７】
被覆層３４の表面に上記しためっき層などの表面層を設けた場合、該表面層の膜厚が０．１ｍｍ以下の場合はこれを対象から割愛して、後述する式（１）を適用する。膜厚が０．１ｍｍを超える場合、及び被覆層３４が複数のゴム又は樹脂を含む層で構成されている場合、軸芯体を挟持した際には、最も弾性率が小さい層に大きな変形が発生する傾向がある。そのため、後述する加圧力の計算においては、最も弾性率の低い層の膜厚、弾性率を後述の式（１）に適用する。また、被覆層の外周面にはブラスト処理等による表面粗さＲｚ（ＪＩＳ９４−Ｂ０６０）１〜１０μｍ程度の凹凸面を形成することもできる。
［第２のローラの対］
搬送ユニット１４において、クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラ以外の他の送りローラの対のうちの少なくとも一対は、芯金と、その周囲に設けられる金属層である被覆層とを有する第２のローラの対で構成されている。
【００１８】
該金属層の材質としては、軸芯体の良好な搬送性の観点から、真鍮、アルミニウム、ジュラルミン、チタン、銅等が挙げられる。
【００１９】
金属層の弾性率は、軸芯体の搬送性の観点から、７００００〜２２００００ＭＰａの範囲内が好ましい。金属層の弾性率は、同材質からなる試験片をJIS Z2241に基づいて引張試験を行い、応力−ひずみ線図において降伏し始める前の応力とひずみの比の値を採用することができる。
【００２０】
本発明においては、クロスヘッドに最も近い位置に配置されている一対の送りローラ（２５−４）を上記第２のローラ対で構成することは、軸芯体の搬送精度をより一層の向上させる上で好ましい。この場合において、他の一対の送りローラ（２５−２、２５−３）は、上記第１のローラの対及び第２のローラの対のいずれで構成されていてもよい。
【００２１】
上記第１のローラの対及び第２のローラは外周面には軸芯体を安定して保持、搬送するための溝２７を有してもよい。溝２７はローラの中心軸に軸対称の形状を有することが好ましい。また溝２７の形状の例としては、芯金径よりも僅かに大きな円弧形状や、Ｖ字形状等が挙げられる。また、その一部に小さな溝を更に有していてもよい。溝２７の断面形状の具体例を図４（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００２２】
上記第１のローラ及び第２のローラの各々に関して被覆層の振れ精度は０．０５ｍｍ以下が好ましい。また真円度としては０．０２ｍｍ以下であることが好ましい。振れ精度や真円度をこの範囲とすることによって送りローラと軸芯体との接触がより良好となる。また、送りローラの回転に伴って軸芯体との接触状態が変化して芯金が滑るのを抑制することができ、軸芯体をより高精度に搬送することができる。このため、クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲にゴム又はエラストマーの初期の量を高精度に供給することができ、より高精度の弾性ローラを製造することができる。真円度は、真円度測定機（例えば、商品名：ラウンドテストRA-2100A；ミツトヨ社製）を用いて測定することができる。
［第１のローラの対、第２のローラの対による軸芯体への加圧力］
該第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力よりも大きくする。即ち、第１のローラの対は軸芯体を挟持しやすい。一方、第２のローラの対は軸芯体に高い加圧力を負荷することができ、摩擦力を局所的に高め搬送時の滑りを抑制することができる。
【００２３】
図２に示した搬送ユニット１４においては、複数対の送りローラを一括して加圧可能な構成とした。このような構成とした場合には下記（イ）〜（ハ）に挙げたような方法の少なくとも１つを用いることによって、送りローラの対による軸芯体に対する加圧力を変化させることができる。
（イ）送りローラを固定したブロック同士を傾斜して配置する。
（ロ）送りローラの固定位置を適宜変更する。
（ハ）送りローラの膜厚を適宜変更する。
【００２４】
送りローラによる軸芯体の加圧力の調整手段の他の態様として、複数対の送りローラの各々に加圧機構を設けた構成とすることもできる。
【００２５】
ところで、第１のローラの対による加圧力、及び、第２のローラの対による加圧力は以下の関係を満たすように調整することが好ましい。
【００２６】
即ち、前記軸芯体の非搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ａ、前記第２のローラの金属層の厚さをＴ２ａとする。
【００２７】
また、前記軸芯体の搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ｂ、前記第２のローラの金属層の厚さをＴ２ｂとする。
【００２８】
さらに、該第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の弾性率をＥａ、該第２のローラの金属層の弾性率をＥｂとする。そして、これらの関係が式（１）を満たすように前記第１のローラの対及び前記第２のローラの対による前記軸芯体の加圧力を調整する。
【００２９】
[（Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）／Ｔ１ａ]・Ｅａ＜[（Ｔ２ａ−Ｔ２ｂ）／Ｔ２ａ]・Ｅｂ…（１）
式（１）において、（Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）は第１のローラの対で軸芯体を挟持したときの第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の変位量を示す。これを（Ｔ１ａ）で除した値は当該樹脂又はゴムを含む層の単位厚さ当たりの変形量を示す。当該変形量と当該樹脂又はゴムを含む層の弾性率の積は、近似的に軸芯体の挟持によって第１のローラの当該樹脂又はゴムを含む層が軸芯体から受けた応力に相当する。即ち、第１のローラが軸芯体に負荷した加圧力に相当する値である。
【００３０】
同様に、[（Ｔ２ａ−Ｔ２ｂ）／Ｔ２ａ]・Ｅｂは、第２のローラが軸芯体に負荷した加圧力に相当する。
【００３１】
ここで、第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さ（Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ）、及び第２のローラの金属層の厚さ（Ｔ２ａ及びＴ２ｂ）について説明する。
（二）第１のローラが芯金と樹脂又はゴムを含む層とからなり、かつ外周面に溝が形成されていない場合；
Ｔ１ａは当該ローラの半径と芯金の半径との差である。Ｔ１ｂは軸芯体を挟持したときにおける芯金中心から軸芯体までの距離と芯金の半径との差である。
（ホ）第２のローラが芯金と金属層とからなり、外周面に溝が形成されていない場合；
Ｔ２ａは当該ローラの半径と芯金の半径との差である。Ｔ２ｂは軸芯体を挟持したときにおける芯金中心から軸芯体までの距離と芯金の半径との差である。
（ヘ）第１のローラが芯金と樹脂又はゴムを含む層とからなり、外周面に軸芯体搬送用の溝が形成されている場合；
Ｔ１ａは軸芯体と樹脂又はゴムを含む層とが接触する位置から当該樹脂又はゴムを含む層と芯金との界面までの距離である。Ｔ１ｂは軸芯体と樹脂又はゴムを含む層とが接触している位置から当該樹脂又はゴムを含む層と芯金との界面までの距離である。
（ト）第２のローラが芯金と金属層とからなり、外周面に軸芯体搬送用の溝が形成されている場合；
Ｔ２ａは軸芯体と金属層とが接触する位置から当該金属層と芯金との界面までの距離である。Ｔ２ｂは軸芯体と金属層とが接触している位置から当該金属層と芯金との界面との距離である。
【００３２】
上記（二）〜（ト）の場合において、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ及びＴ２ｂの測定は、実際の各層の厚さを測定してもよく、或いは一対のローラの軸間距離を測定し計算によって求めることもできる。測定時には、総ての対の送りローラに軸芯体が挟持されている状態で行う。軸間距離は、送りローラの芯金の外表面間をノギスやマイクロメーター、又は非接触のレーザー方式測長機（例えば商品名：ＬＳ−７０３０；キーエンス社製）を用いて測定した測定値を採用することができる。
【００３３】
上記第１のローラの対、及び第２のローラの対を用いて、式（１）を満たすように加圧力を調整して軸芯体を挟持、搬送することで、軸芯体をより一層高精度に、かつ安定的にクロスヘッドへ搬送することができる。
【００３４】
また、クロスヘッドにおける芯金周囲へのゴム又はエラストマーの供給量を一定量とし、クラウン形状のローラを製造する場合、また、外径が変化する芯金の場合、芯金の搬送速度を変速しても滑りの発生を抑制することができる。このため、芯金周囲に所期の量のゴム又はエラストマーを被覆し、押出し成形されるローラにおいて外径精度がよいものを得ることができる。これにより、押出し後の後加工が省略可能となったり、研磨等の後加工を行う場合においても、研磨代が減少され、表面粗さ、抵抗等の物性のばらつきも小さいローラを得ることができる。
【００３５】
上記搬送ユニットにおいて、各々の一対の送りローラ最大径部における隙間（図２中の３９）を０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。このような隙間は、軸芯体の搬送が途切れた際の送りローラの間隔の急激な変動を抑制し、より安定した軸芯体の搬送を継続させ得る。上記隙間を有して設置する送りローラの対としては、金属ローラからなる送りローラの対、特にクロスヘッドに最も近い送りローラの対（２５−４）であることが好ましい。より好ましくは総ての送りローラの対である。この間隙の測定方法としては、隙間ゲージや、非接触のレーザー測長機（ＬＳ−５１２０：キーエンス社製）を用いて測定した値を用いることができる。
【００３６】
上記送りローラは、例えば、搬送する軸芯体の長さが２００〜４００ｍｍ、外形が４〜１０ｍｍ程度の場合、外径２０〜１５０ｍｍ、膜厚５〜１４０ｍｍ、厚さ５〜３０ｍｍ程度を有するものを挙げることができる。また、上記送りローラのブロック上に配置するピッチは、送りローラの外径の１．０５〜２倍程度を挙げることができる。軸芯体の搬送速度としては、例えば、１０〜１００ｍｍ／ｓｅｃとすることができる。
［クロスヘッド］
本発明の弾性ローラの製造装置に用いるクロスヘッドは一般的な構成のものを用いることができる。
【００３７】
クロスヘッドは、図５の構成図に示すように、内部に芯金１２を通すための円孔部を有するマンドレル２２と、押出部１０に接続されるネック部２３とが設けられる。押出機１０において混練された原料組成物はネック部２３を通ってマンドレル２２近傍に到達し、マンドレル周囲に設けられる円筒状の受け部において、マンドレルに沿って二つに分流し、マンドレルの反対側で再び合流して、円筒状に形成される。マンドレルの下端部に設けられるテーパー形状のニップル２０において、マンドレルの円孔部を通過して搬送された芯金の周囲に原料組成物を巻きつかせ、クロスヘッドの下端に備えられるダイス２１からローラが押し出されるようになっている。ダイス２１は、図５中のＡ−Ａ線における断面図（図６）に示すように、９０度ピッチで配置される４本の調芯ボルト１５を備え、芯金の進行方向に対して直行二軸の方向に移動可能となっており、芯金とその上に形成される円筒状原料組成物の中心を微調整できる。
［押出機］
上記クロスヘッドに接続される上記押出機は温調可能なシリンダーとスクリューを備え、内部に含まれる気泡を除去するためのベント孔と真空ポンプを備えたものであってもよい。
【００３８】
図５に示したクロスヘッドは垂直方向に押出すものとしたが、上記押出機は水平方向に押出す構成としてもよい。但し、精度等の面から垂直方向に押出すものが好ましい。
【００３９】
クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲に供給する、弾性層の原料混合物に含まれるゴム又はエラストマーとしては、特に制限はない。具体的には、以下のものを例示することができる。天然ゴム、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、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム。シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッソゴム、塩素ゴム等。
【００４０】
当該原料混合物には、必要に応じて、硫黄、金属酸化物、有機酸化物等の加硫剤、カーボンブラック、タルク、クレー等の無機充填剤、その他加硫促進剤、プロセスオイル等が含有されていてもよい。
【００４１】
導電剤として、カーボンブラック等のカーボン類、グラファイト、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の金属酸化物、ＳｎＯ2とＳｂ2Ｏ5の固溶体、ＺｎＯとＡｌ2Ｏ3の固溶体等の複酸化物、Ｃｕ、Ａｇ等の金属粉、導電性繊維等を用いてもよい。これらの導電剤は、ゴム又はエラストマー１００質量部に対して５〜２００質量部を添加することができる。
［その他の部材］
図１に示す弾性ローラの製造装置は、その他、軸芯体を供給する軸芯体供給部１３、切断機１６、支持機構１７等を備えている。
【００４２】
軸芯体供給部１３は、芯金を収納するストッカ１３ａと、ストッカ１３ａから１本の芯金を取り出し搬送ユニット１４へ供給する送出し部１３ｂとを有する。
【００４３】
また、クロスヘッド１１の下方に設けられる支持機構１７は、隙間なく搬送される芯金１２の外周に、未加硫のゴム又はエラストマーを円筒状に被覆されながらクロスヘッド１１から押出されるローラを支持する。支持機構１７はクロスヘッドから鉛直方向へ押し出されるローラをその移動速度に合わせて移動する。
【００４４】
また、切断機１６は、半円状の一対の切断刃を有し、ローラを支持した支持機構１７が所定の位置に到達した時点で、切断刃が芯金の周囲に形成された円筒状の原料組成物を切断するようになっている。切断されたローラは、その後オートハンド１８によってトレイ１９に置かれ、未加硫ゴム又はエラストマーを硬化し、必要に応じて外径、表面粗さの調整のため、研磨し、紫外線、電子線、プラズマ等による表面処理工程等により、弾性ローラに形成される。
［弾性ローラの製造方法］
本発明の弾性ローラの製造方法は、上記弾性ローラの製造装置を用いて複数本の軸芯体をクロスヘッドに搬送する工程（第１の工程）と、クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲を該弾性層の材料からなる層で被覆する工程（第２の工程）を有する。そして上記第１の工程は、複数本の軸芯体を、先行する軸芯体の後端に、後続する軸芯体の先端が常に当接するように該クロスヘッドに向けて搬送する工程を含むものである。
【００４５】
本発明の弾性ローラの製造方法によれば、上記第１のローラの対により軸芯体を確実に挟持、搬送することができる。一方、第２のローラの対により軸芯体を滑りなくクロスヘッドに導入することができる。第１のローラの対で構成された一対の送りローラをクロスヘッドから最も離れた位置に配置し、第２のローラの対で構成された一対の送りローラをクロスヘッドに近い位置、好ましくはクロスヘッドに最も近い位置に配置する。このため、軸芯体を安定的かつ精度良くクロスヘッドに搬送することができる。
【実施例】
【００４６】
以下に、本発明のローラの押出装置を具体的に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
製造するローラの原料組成物として、以下の成分をまず加圧式ニーダーで１５分間混練した。
ＮＢＲ（商品名「JSR N230SV」：JSR（株）製）：１００質量部；
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（株）製）：４8質量部；
ステアリン酸亜鉛：１質量部；
酸化亜鉛：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。
【００４７】
次に、以下の成分を加えて１５分間オープンロールで混練した。
テトラベンジルチウラムジスルフィド（商品名「パーカシットＴＢｚＴＤ」：フレキシス（株）製）：４.５質量部；
硫黄（加硫剤）：１質量部。
【００４８】
図１に示す押出装置に、内径が９ｍｍのダイスをセットし、押出機は口径５０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝２０）のベント式押出機を用い、押出機のシリンダー及びスクリューと、クロスヘッドを９０℃に温調した。
【００４９】
軸芯体としては、直径が６ｍｍ、全長が２５２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＭ２２Ｌ）製の円柱の外周面にニッケルメッキを施し、両端部１０ｍｍを除いた領域に接着剤を塗布したものを用意した。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、膜厚は３μｍ程度とした。
【００５０】
搬送ユニットは図２に示す装置を用いた。送りローラの対（２５−１、２５−２）は、外径２５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製芯金に厚さ２７ｍｍのナイロン（ＭＣ−ナイロンＭＣ９０１：日本ポリペンコ（株）製）からなる層を形成した第１のローラで構成した。外周面には、軸芯体を保持するために図４（ａ）に示す半円状の断面形状の溝を設けた。送りローラの対（２５−３、２５−４）は、外径２５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製の芯金に厚さ２７ｍｍの真鍮からなる層を形成したローラ（第２のローラ）で構成した。また、各送りローラに関して、膜厚を変更して、各送りローラの対により軸芯体への加圧力の調整を行った。即ち、各送りローラの外周面に設けた溝部の形状を図７に示すように、芯金よりも僅かに大きいＲ３．０５の円弧状の溝３６とした。その上で、溝の深さを調整して、第１のローラについてはナイロンからなる層の膜厚（図７中の３８に相当）、第２のローラについては真鍮の層の膜厚（図７中の３８に相当）が表１に示す値となるように加工した。この厚さが小さいほど軸芯体への送りローラの対による加圧力は相対的に低下することになる。
【００５１】
上記の層の厚さ３８は、各送りローラの対の軸間距離を、軸が露出している部分の直線距離を、非接触のレーザー測長機（商品名：ＬＳ−５１２０；キーエンス社製）により測定した測定値から求めた値である。
【００５２】
また、式（１）の算出において、MCナイロンの弾性率を３５００Ｍｐａ、真鍮の弾性率を１１００００Ｍｐａとした。
【００５３】
また、加圧手段３１にはエアーシリンダー（商品名：ＣＤＱ２Ｂ６３−２０D；ＳＭＣ社製）を用い、圧力０．５Ｍｐａのエアーでブロック２８ａに対してブロック２８ｂを押圧した。
【００５４】
軸芯体芯金の送り速度を約６０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、先行する軸芯体の後端面と後続する軸芯体の先端面とを当接させて軸芯体を連続的にクロスヘッドに搬送させた。そして、各軸芯体の周面に原料組成物の被膜を形成し、ダイスから未加硫ローラを押し出した。
【００５５】
押出された未加硫ローラを熱風を用いた加熱炉で、１６０℃で６０分加熱を行い、弾性ローラを１００本作製した。
【００５６】
得られた弾性ローラ１００本の各々について、レーザー外径測定機（ＬＳ−７０３０：キーエンス社製）を用いて外径を測定した。各ローラについて、弾性層の幅２３２ｍｍに対し、５ｍｍピッチで４７点測定し、最大値と最小値の差を求めた。そして１００本のローラのうち、その差が最大であったローラの値を外径精度として表３に示す。
【００５７】
［実施例２］
各送りローラの外周面の溝の深さを、樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように調整した。それ以外は、実施例１と同様にして弾性ローラを作成し評価した。結果を表３に示す。
【００５８】
［実施例３］
第１のローラの芯金周囲の層の材質をポリアセタール樹脂（ＰＯＭ、弾性率２８００ＭＰａ）（デルリン１００Ｐ；デュポン社製）とし、第１のローラ及び第２のローラの外周面の溝の深さを、各樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように変更した。それ以外は実施例１と同様にして弾性ローラを作成し評価した。結果を表３に示す。
【００５９】
［実施例４］
搬送ユニットの送りローラを３対とし、ブロックの加圧力を０．３４ＭＰａとした。また、各送りローラの外周面の溝の深さを、樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように調整した。それ以外は、実施例１と同様にして弾性ローラの作成し評価した。結果を表３に示す。
【００６０】
［実施例５〜９］
各送りローラの外周面の溝の深さを、樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように調整した。それ以外は、実施例１と同様にして弾性ローラを作成し、評価した。結果を表３に示す。
【００６１】
［比較例１〜３］
送りローラの芯金周囲の層の材質、樹脂層、金属層の厚さを表２に示す厚さに変更した。それ以外は実施例１と同様にして弾性ローラを作成し評価した。結果を表３に示す。
【００６２】
その結果、実施例では、弾性ローラの外径の変動の最大値が小さくなっており、安定して軸芯体の搬送が行われたことが分った。
【００６３】
一方、比較例に係る弾性ローラは外径のばらつきが大きかった。これにより、軸芯体の搬送精度が十分でないことが分った。特に、比較例１では途中で軸芯体が送りローラの間に入らない噛み込み不良が発生することがあり、弾性ローラの外径が大きくばらつく結果となった。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の弾性ローラの製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す弾性ローラの製造装置における搬送ユニットを示す概略図である。
【図３】図２に示す搬送ユニットにおける送りローラを示す概略図である。
【図４】図２に示す搬送ユニットにおける送りローラの外周面に設けてもよい溝を示す説明図である。
【図５】図１に示す弾性ローラの製造装置におけるクロスヘッドを示す構成図である。
【図６】図５に示すクロスヘッドの先端のダイスを示す断面図である。
【図７】実施例に用いた送りローラの説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 押出機
１１ クロスヘッド
１２ 芯金
１４ 搬送ユニット
２５−１、２５−２、２５−３、２５−４ 送りローラの対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性ローラの製造装置及び弾性ローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置に用いられる帯電ローラや現像ローラ等のローラの多くは、軸芯体とその周囲を被覆するゴムやエラストマーを含む弾性層が設けられている（以降、弾性ローラともいう）。かかる弾性ローラの一般的な製造方法の一つとしてクロスヘッドを用いた方法がある。
【０００３】
即ち、クロスヘッドに軸芯体を導入し、当該軸芯体の周囲を未加硫ゴムで被覆し、硬化後、研磨等により外径を整える方法である。この方法によれば高精度の弾性ローラを生産性よく製造することができる（特許文献１）。
【０００４】
この方法において、複数対の送りローラを用いてクロスヘッドに軸芯体を連続的に導入可能に構成された搬送装置が報告されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−３００２３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２７７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らの検討によれば、送りローラによるクロスヘッドへの軸芯体の搬送精度は、軸芯体の周囲を被覆する弾性層の原料の混合物の層の厚さの均一性に影響を与えることが分かった。軸芯体の周囲に形成される当該原料混合物の層の厚さの均一性は、偏心の少ない高品質な弾性ローラを得る上で重要である。
【０００６】
本発明の課題は、クロスヘッドへの軸芯体の搬送精度が高く、その結果として高品質な弾性ローラを効率よく製造することができる弾性ローラの製造装置及び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】
【０００７】
本発明に係る弾性ローラの製造装置は、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、クロスヘッドと、該芯金を該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有しており、該複数対の送りローラのうち、該クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラは、芯金の周囲に樹脂又はゴムを含む層を有している第１のローラの対からなり、他の少なくとも一対の送りローラは芯金の周囲に金属層を有している第２のローラの対からなり、かつ、第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力より大きいことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る弾性ローラの製造方法は、上記弾性ローラの製造装置を用いて、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラを製造する方法であって、複数本の軸芯体をクロスヘッドへ搬送する第１の工程と、クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲を該弾性層の材料からなる層で被覆する第２の工程とを有し、該第１の工程は、複数本の軸芯体を、先行する軸芯体の後端に、後続する軸芯体の先端が常に当接するようにクロスヘッドへ向けて搬送する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸芯体をより高精度にクロスヘッドへ導入することができるため、軸芯体の周囲を被覆する弾性層の厚さを均一にできる。その結果、高品質な弾性ローラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の弾性ローラの製造装置は、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、クロスヘッドと、該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有するものである。
【００１１】
本発明の弾性ローラの製造装置の一例を図１の概略図に示す。図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図１に示すように、弾性ローラの製造装置は、搬送ユニット１４と、クロスヘッド１１と、クロスヘッド１１に接続されている押出機１０とを有している。
［搬送ユニット］
搬送ユニット１４は、図２に示すように、複数対の送りローラ（２５−１、２５−２、２５−３、２５−４）が並列に配置されており、それらの回転により軸芯体１２をクロスヘッド１１へ、順次搬送可能である。図２（ａ）は搬送ユニット１４を上部から俯瞰した平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２において、２８ａは、複数対の送りローラ（２５−１、２５−２、２５−３、２５−４）を構成しているローラの一方（４つのローラ）が回転可能に固定されているブロックである。２８ｂは、他方のローラ（４つのローラ）が回転可能に固定されているブロックである。
【００１２】
ブロック２８ａに軸支されている送りローラは、芯金２６の端部に設けたギア部に懸架されるベルト２９を介してモーター３０の回転が伝達されて回転可能となっている。他方のブロック２８ｂに軸支される各送りローラは、ブロック２８ｂが加圧手段３１によって、固定ブロック２８ａ側へ加圧され、もう一方の各送りローラと溝部２７で軸芯体１２をそれぞれ加圧・挟持する。そして、一方の送りローラの回転に伴い従動回転し、軸芯体１２を搬送する。加圧手段３１はエアーシリンダー、油圧シリンダー或いはコイルバネ、板バネ、皿バネ等が用いられる。ブロック２８ｂはブッシュを介してブロック２８ａ、２８ｂを貫通する２本のガイド３２に導かれて移動する。加圧手段３１によってブロック２８ｂを加圧した際に、ブロック２８ａ、２８ｂが平行に配置され、各送りローラの対が軸芯体１２を確実に挟持可能に構成されている。
［第１のローラーの対］
搬送ユニット１４において、クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラ（２５−１）は、図３に示すように芯金２６と、その周囲に樹脂又はゴムを含む層である被覆層３４とを有する第１のローラの対で構成されている。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１３】
芯金２６は金属製、高硬度の樹脂製等のいずれであってもよい。但し、軸芯体を挟持するための圧力に対し耐久性を有する強度を有し、加圧により大きな変形が生じないことが好ましい。具体的には弾性率が１９００００Ｍｐａ以上の鋼材やステンレス鋼等を挙げることができる。送りローラ芯金の形状は円柱状、円筒状いずれでもよい。
【００１４】
被覆層３４に含まれる樹脂及びゴムとしては以下のものを例示することができる。
樹脂：ナイロン、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテルm-PPE、変性PPE）。ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、環状ポリオレフィン(COP)。ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、非晶ポリアリレート(PAR)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)。ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン(PS)。ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ABS樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、アクリル樹脂 (PMMA)等。
ゴム：天然ゴム、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、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム。ブチルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッソゴム、塩素ゴム等。その他エラストマーも用いることができる。これらは、１種として用いても、また、組み合わせて用いることもできる。
【００１５】
被覆層３４の弾性率は１０００〜５０００ＭＰａであることが好ましい。弾性率の値としては、樹脂の場合にはJISK6911に示される曲げ弾性率、ゴムの場合にはJISK6394にもとづいて試験を行い23度、試験周波数10Hzにおける貯蔵たて弾性係数の値を採用することができる。
【００１６】
第１のローラにおける被覆層３４は複数の層を含むものであってもよい。また、被覆層３４の外周をニッケルやクロム等のめっきで被覆してもよい。また、被覆層３４の表面を窒化処理等したものとしてもよい。
【００１７】
被覆層３４の表面に上記しためっき層などの表面層を設けた場合、該表面層の膜厚が０．１ｍｍ以下の場合はこれを対象から割愛して、後述する式（１）を適用する。膜厚が０．１ｍｍを超える場合、及び被覆層３４が複数のゴム又は樹脂を含む層で構成されている場合、軸芯体を挟持した際には、最も弾性率が小さい層に大きな変形が発生する傾向がある。そのため、後述する加圧力の計算においては、最も弾性率の低い層の膜厚、弾性率を後述の式（１）に適用する。また、被覆層の外周面にはブラスト処理等による表面粗さＲｚ（ＪＩＳ９４−Ｂ０６０）１〜１０μｍ程度の凹凸面を形成することもできる。
［第２のローラの対］
搬送ユニット１４において、クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラ以外の他の送りローラの対のうちの少なくとも一対は、芯金と、その周囲に設けられる金属層である被覆層とを有する第２のローラの対で構成されている。
【００１８】
該金属層の材質としては、軸芯体の良好な搬送性の観点から、真鍮、アルミニウム、ジュラルミン、チタン、銅等が挙げられる。
【００１９】
金属層の弾性率は、軸芯体の搬送性の観点から、７００００〜２２００００ＭＰａの範囲内が好ましい。金属層の弾性率は、同材質からなる試験片をJIS Z2241に基づいて引張試験を行い、応力−ひずみ線図において降伏し始める前の応力とひずみの比の値を採用することができる。
【００２０】
本発明においては、クロスヘッドに最も近い位置に配置されている一対の送りローラ（２５−４）を上記第２のローラ対で構成することは、軸芯体の搬送精度をより一層の向上させる上で好ましい。この場合において、他の一対の送りローラ（２５−２、２５−３）は、上記第１のローラの対及び第２のローラの対のいずれで構成されていてもよい。
【００２１】
上記第１のローラの対及び第２のローラは外周面には軸芯体を安定して保持、搬送するための溝２７を有してもよい。溝２７はローラの中心軸に軸対称の形状を有することが好ましい。また溝２７の形状の例としては、芯金径よりも僅かに大きな円弧形状や、Ｖ字形状等が挙げられる。また、その一部に小さな溝を更に有していてもよい。溝２７の断面形状の具体例を図４（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００２２】
上記第１のローラ及び第２のローラの各々に関して被覆層の振れ精度は０．０５ｍｍ以下が好ましい。また真円度としては０．０２ｍｍ以下であることが好ましい。振れ精度や真円度をこの範囲とすることによって送りローラと軸芯体との接触がより良好となる。また、送りローラの回転に伴って軸芯体との接触状態が変化して芯金が滑るのを抑制することができ、軸芯体をより高精度に搬送することができる。このため、クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲にゴム又はエラストマーの初期の量を高精度に供給することができ、より高精度の弾性ローラを製造することができる。真円度は、真円度測定機（例えば、商品名：ラウンドテストRA-2100A；ミツトヨ社製）を用いて測定することができる。
［第１のローラの対、第２のローラの対による軸芯体への加圧力］
該第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力よりも大きくする。即ち、第１のローラの対は軸芯体を挟持しやすい。一方、第２のローラの対は軸芯体に高い加圧力を負荷することができ、摩擦力を局所的に高め搬送時の滑りを抑制することができる。
【００２３】
図２に示した搬送ユニット１４においては、複数対の送りローラを一括して加圧可能な構成とした。このような構成とした場合には下記（イ）〜（ハ）に挙げたような方法の少なくとも１つを用いることによって、送りローラの対による軸芯体に対する加圧力を変化させることができる。
（イ）送りローラを固定したブロック同士を傾斜して配置する。
（ロ）送りローラの固定位置を適宜変更する。
（ハ）送りローラの膜厚を適宜変更する。
【００２４】
送りローラによる軸芯体の加圧力の調整手段の他の態様として、複数対の送りローラの各々に加圧機構を設けた構成とすることもできる。
【００２５】
ところで、第１のローラの対による加圧力、及び、第２のローラの対による加圧力は以下の関係を満たすように調整することが好ましい。
【００２６】
即ち、前記軸芯体の非搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ａ、前記第２のローラの金属層の厚さをＴ２ａとする。
【００２７】
また、前記軸芯体の搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ｂ、前記第２のローラの金属層の厚さをＴ２ｂとする。
【００２８】
さらに、該第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の弾性率をＥａ、該第２のローラの金属層の弾性率をＥｂとする。そして、これらの関係が式（１）を満たすように前記第１のローラの対及び前記第２のローラの対による前記軸芯体の加圧力を調整する。
【００２９】
[（Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）／Ｔ１ａ]・Ｅａ＜[（Ｔ２ａ−Ｔ２ｂ）／Ｔ２ａ]・Ｅｂ…（１）
式（１）において、（Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）は第１のローラの対で軸芯体を挟持したときの第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の変位量を示す。これを（Ｔ１ａ）で除した値は当該樹脂又はゴムを含む層の単位厚さ当たりの変形量を示す。当該変形量と当該樹脂又はゴムを含む層の弾性率の積は、近似的に軸芯体の挟持によって第１のローラの当該樹脂又はゴムを含む層が軸芯体から受けた応力に相当する。即ち、第１のローラが軸芯体に負荷した加圧力に相当する値である。
【００３０】
同様に、[（Ｔ２ａ−Ｔ２ｂ）／Ｔ２ａ]・Ｅｂは、第２のローラが軸芯体に負荷した加圧力に相当する。
【００３１】
ここで、第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さ（Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ）、及び第２のローラの金属層の厚さ（Ｔ２ａ及びＴ２ｂ）について説明する。
（二）第１のローラが芯金と樹脂又はゴムを含む層とからなり、かつ外周面に溝が形成されていない場合；
Ｔ１ａは当該ローラの半径と芯金の半径との差である。Ｔ１ｂは軸芯体を挟持したときにおける芯金中心から軸芯体までの距離と芯金の半径との差である。
（ホ）第２のローラが芯金と金属層とからなり、外周面に溝が形成されていない場合；
Ｔ２ａは当該ローラの半径と芯金の半径との差である。Ｔ２ｂは軸芯体を挟持したときにおける芯金中心から軸芯体までの距離と芯金の半径との差である。
（ヘ）第１のローラが芯金と樹脂又はゴムを含む層とからなり、外周面に軸芯体搬送用の溝が形成されている場合；
Ｔ１ａは軸芯体と樹脂又はゴムを含む層とが接触する位置から当該樹脂又はゴムを含む層と芯金との界面までの距離である。Ｔ１ｂは軸芯体と樹脂又はゴムを含む層とが接触している位置から当該樹脂又はゴムを含む層と芯金との界面までの距離である。
（ト）第２のローラが芯金と金属層とからなり、外周面に軸芯体搬送用の溝が形成されている場合；
Ｔ２ａは軸芯体と金属層とが接触する位置から当該金属層と芯金との界面までの距離である。Ｔ２ｂは軸芯体と金属層とが接触している位置から当該金属層と芯金との界面との距離である。
【００３２】
上記（二）〜（ト）の場合において、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ及びＴ２ｂの測定は、実際の各層の厚さを測定してもよく、或いは一対のローラの軸間距離を測定し計算によって求めることもできる。測定時には、総ての対の送りローラに軸芯体が挟持されている状態で行う。軸間距離は、送りローラの芯金の外表面間をノギスやマイクロメーター、又は非接触のレーザー方式測長機（例えば商品名：ＬＳ−７０３０；キーエンス社製）を用いて測定した測定値を採用することができる。
【００３３】
上記第１のローラの対、及び第２のローラの対を用いて、式（１）を満たすように加圧力を調整して軸芯体を挟持、搬送することで、軸芯体をより一層高精度に、かつ安定的にクロスヘッドへ搬送することができる。
【００３４】
また、クロスヘッドにおける芯金周囲へのゴム又はエラストマーの供給量を一定量とし、クラウン形状のローラを製造する場合、また、外径が変化する芯金の場合、芯金の搬送速度を変速しても滑りの発生を抑制することができる。このため、芯金周囲に所期の量のゴム又はエラストマーを被覆し、押出し成形されるローラにおいて外径精度がよいものを得ることができる。これにより、押出し後の後加工が省略可能となったり、研磨等の後加工を行う場合においても、研磨代が減少され、表面粗さ、抵抗等の物性のばらつきも小さいローラを得ることができる。
【００３５】
上記搬送ユニットにおいて、各々の一対の送りローラ最大径部における隙間（図２中の３９）を０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。このような隙間は、軸芯体の搬送が途切れた際の送りローラの間隔の急激な変動を抑制し、より安定した軸芯体の搬送を継続させ得る。上記隙間を有して設置する送りローラの対としては、金属ローラからなる送りローラの対、特にクロスヘッドに最も近い送りローラの対（２５−４）であることが好ましい。より好ましくは総ての送りローラの対である。この間隙の測定方法としては、隙間ゲージや、非接触のレーザー測長機（ＬＳ−５１２０：キーエンス社製）を用いて測定した値を用いることができる。
【００３６】
上記送りローラは、例えば、搬送する軸芯体の長さが２００〜４００ｍｍ、外形が４〜１０ｍｍ程度の場合、外径２０〜１５０ｍｍ、膜厚５〜１４０ｍｍ、厚さ５〜３０ｍｍ程度を有するものを挙げることができる。また、上記送りローラのブロック上に配置するピッチは、送りローラの外径の１．０５〜２倍程度を挙げることができる。軸芯体の搬送速度としては、例えば、１０〜１００ｍｍ／ｓｅｃとすることができる。
［クロスヘッド］
本発明の弾性ローラの製造装置に用いるクロスヘッドは一般的な構成のものを用いることができる。
【００３７】
クロスヘッドは、図５の構成図に示すように、内部に芯金１２を通すための円孔部を有するマンドレル２２と、押出部１０に接続されるネック部２３とが設けられる。押出機１０において混練された原料組成物はネック部２３を通ってマンドレル２２近傍に到達し、マンドレル周囲に設けられる円筒状の受け部において、マンドレルに沿って二つに分流し、マンドレルの反対側で再び合流して、円筒状に形成される。マンドレルの下端部に設けられるテーパー形状のニップル２０において、マンドレルの円孔部を通過して搬送された芯金の周囲に原料組成物を巻きつかせ、クロスヘッドの下端に備えられるダイス２１からローラが押し出されるようになっている。ダイス２１は、図５中のＡ−Ａ線における断面図（図６）に示すように、９０度ピッチで配置される４本の調芯ボルト１５を備え、芯金の進行方向に対して直行二軸の方向に移動可能となっており、芯金とその上に形成される円筒状原料組成物の中心を微調整できる。
［押出機］
上記クロスヘッドに接続される上記押出機は温調可能なシリンダーとスクリューを備え、内部に含まれる気泡を除去するためのベント孔と真空ポンプを備えたものであってもよい。
【００３８】
図５に示したクロスヘッドは垂直方向に押出すものとしたが、上記押出機は水平方向に押出す構成としてもよい。但し、精度等の面から垂直方向に押出すものが好ましい。
【００３９】
クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲に供給する、弾性層の原料混合物に含まれるゴム又はエラストマーとしては、特に制限はない。具体的には、以下のものを例示することができる。天然ゴム、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、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム。シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッソゴム、塩素ゴム等。
【００４０】
当該原料混合物には、必要に応じて、硫黄、金属酸化物、有機酸化物等の加硫剤、カーボンブラック、タルク、クレー等の無機充填剤、その他加硫促進剤、プロセスオイル等が含有されていてもよい。
【００４１】
導電剤として、カーボンブラック等のカーボン類、グラファイト、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の金属酸化物、ＳｎＯ2とＳｂ2Ｏ5の固溶体、ＺｎＯとＡｌ2Ｏ3の固溶体等の複酸化物、Ｃｕ、Ａｇ等の金属粉、導電性繊維等を用いてもよい。これらの導電剤は、ゴム又はエラストマー１００質量部に対して５〜２００質量部を添加することができる。
［その他の部材］
図１に示す弾性ローラの製造装置は、その他、軸芯体を供給する軸芯体供給部１３、切断機１６、支持機構１７等を備えている。
【００４２】
軸芯体供給部１３は、芯金を収納するストッカ１３ａと、ストッカ１３ａから１本の芯金を取り出し搬送ユニット１４へ供給する送出し部１３ｂとを有する。
【００４３】
また、クロスヘッド１１の下方に設けられる支持機構１７は、隙間なく搬送される芯金１２の外周に、未加硫のゴム又はエラストマーを円筒状に被覆されながらクロスヘッド１１から押出されるローラを支持する。支持機構１７はクロスヘッドから鉛直方向へ押し出されるローラをその移動速度に合わせて移動する。
【００４４】
また、切断機１６は、半円状の一対の切断刃を有し、ローラを支持した支持機構１７が所定の位置に到達した時点で、切断刃が芯金の周囲に形成された円筒状の原料組成物を切断するようになっている。切断されたローラは、その後オートハンド１８によってトレイ１９に置かれ、未加硫ゴム又はエラストマーを硬化し、必要に応じて外径、表面粗さの調整のため、研磨し、紫外線、電子線、プラズマ等による表面処理工程等により、弾性ローラに形成される。
［弾性ローラの製造方法］
本発明の弾性ローラの製造方法は、上記弾性ローラの製造装置を用いて複数本の軸芯体をクロスヘッドに搬送する工程（第１の工程）と、クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲を該弾性層の材料からなる層で被覆する工程（第２の工程）を有する。そして上記第１の工程は、複数本の軸芯体を、先行する軸芯体の後端に、後続する軸芯体の先端が常に当接するように該クロスヘッドに向けて搬送する工程を含むものである。
【００４５】
本発明の弾性ローラの製造方法によれば、上記第１のローラの対により軸芯体を確実に挟持、搬送することができる。一方、第２のローラの対により軸芯体を滑りなくクロスヘッドに導入することができる。第１のローラの対で構成された一対の送りローラをクロスヘッドから最も離れた位置に配置し、第２のローラの対で構成された一対の送りローラをクロスヘッドに近い位置、好ましくはクロスヘッドに最も近い位置に配置する。このため、軸芯体を安定的かつ精度良くクロスヘッドに搬送することができる。
【実施例】
【００４６】
以下に、本発明のローラの押出装置を具体的に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
製造するローラの原料組成物として、以下の成分をまず加圧式ニーダーで１５分間混練した。
ＮＢＲ（商品名「JSR N230SV」：JSR（株）製）：１００質量部；
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（株）製）：４8質量部；
ステアリン酸亜鉛：１質量部；
酸化亜鉛：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。
【００４７】
次に、以下の成分を加えて１５分間オープンロールで混練した。
テトラベンジルチウラムジスルフィド（商品名「パーカシットＴＢｚＴＤ」：フレキシス（株）製）：４.５質量部；
硫黄（加硫剤）：１質量部。
【００４８】
図１に示す押出装置に、内径が９ｍｍのダイスをセットし、押出機は口径５０ｍｍ（Ｌ／Ｄ＝２０）のベント式押出機を用い、押出機のシリンダー及びスクリューと、クロスヘッドを９０℃に温調した。
【００４９】
軸芯体としては、直径が６ｍｍ、全長が２５２ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＭ２２Ｌ）製の円柱の外周面にニッケルメッキを施し、両端部１０ｍｍを除いた領域に接着剤を塗布したものを用意した。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、膜厚は３μｍ程度とした。
【００５０】
搬送ユニットは図２に示す装置を用いた。送りローラの対（２５−１、２５−２）は、外径２５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製芯金に厚さ２７ｍｍのナイロン（ＭＣ−ナイロンＭＣ９０１：日本ポリペンコ（株）製）からなる層を形成した第１のローラで構成した。外周面には、軸芯体を保持するために図４（ａ）に示す半円状の断面形状の溝を設けた。送りローラの対（２５−３、２５−４）は、外径２５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）製の芯金に厚さ２７ｍｍの真鍮からなる層を形成したローラ（第２のローラ）で構成した。また、各送りローラに関して、膜厚を変更して、各送りローラの対により軸芯体への加圧力の調整を行った。即ち、各送りローラの外周面に設けた溝部の形状を図７に示すように、芯金よりも僅かに大きいＲ３．０５の円弧状の溝３６とした。その上で、溝の深さを調整して、第１のローラについてはナイロンからなる層の膜厚（図７中の３８に相当）、第２のローラについては真鍮の層の膜厚（図７中の３８に相当）が表１に示す値となるように加工した。この厚さが小さいほど軸芯体への送りローラの対による加圧力は相対的に低下することになる。
【００５１】
上記の層の厚さ３８は、各送りローラの対の軸間距離を、軸が露出している部分の直線距離を、非接触のレーザー測長機（商品名：ＬＳ−５１２０；キーエンス社製）により測定した測定値から求めた値である。
【００５２】
また、式（１）の算出において、MCナイロンの弾性率を３５００Ｍｐａ、真鍮の弾性率を１１００００Ｍｐａとした。
【００５３】
また、加圧手段３１にはエアーシリンダー（商品名：ＣＤＱ２Ｂ６３−２０D；ＳＭＣ社製）を用い、圧力０．５Ｍｐａのエアーでブロック２８ａに対してブロック２８ｂを押圧した。
【００５４】
軸芯体芯金の送り速度を約６０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、先行する軸芯体の後端面と後続する軸芯体の先端面とを当接させて軸芯体を連続的にクロスヘッドに搬送させた。そして、各軸芯体の周面に原料組成物の被膜を形成し、ダイスから未加硫ローラを押し出した。
【００５５】
押出された未加硫ローラを熱風を用いた加熱炉で、１６０℃で６０分加熱を行い、弾性ローラを１００本作製した。
【００５６】
得られた弾性ローラ１００本の各々について、レーザー外径測定機（ＬＳ−７０３０：キーエンス社製）を用いて外径を測定した。各ローラについて、弾性層の幅２３２ｍｍに対し、５ｍｍピッチで４７点測定し、最大値と最小値の差を求めた。そして１００本のローラのうち、その差が最大であったローラの値を外径精度として表３に示す。
【００５７】
［実施例２］
各送りローラの外周面の溝の深さを、樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように調整した。それ以外は、実施例１と同様にして弾性ローラを作成し評価した。結果を表３に示す。
【００５８】
［実施例３］
第１のローラの芯金周囲の層の材質をポリアセタール樹脂（ＰＯＭ、弾性率２８００ＭＰａ）（デルリン１００Ｐ；デュポン社製）とし、第１のローラ及び第２のローラの外周面の溝の深さを、各樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように変更した。それ以外は実施例１と同様にして弾性ローラを作成し評価した。結果を表３に示す。
【００５９】
［実施例４］
搬送ユニットの送りローラを３対とし、ブロックの加圧力を０．３４ＭＰａとした。また、各送りローラの外周面の溝の深さを、樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように調整した。それ以外は、実施例１と同様にして弾性ローラの作成し評価した。結果を表３に示す。
【００６０】
［実施例５〜９］
各送りローラの外周面の溝の深さを、樹脂層及び金属層の厚さが表１に示す値となるように調整した。それ以外は、実施例１と同様にして弾性ローラを作成し、評価した。結果を表３に示す。
【００６１】
［比較例１〜３］
送りローラの芯金周囲の層の材質、樹脂層、金属層の厚さを表２に示す厚さに変更した。それ以外は実施例１と同様にして弾性ローラを作成し評価した。結果を表３に示す。
【００６２】
その結果、実施例では、弾性ローラの外径の変動の最大値が小さくなっており、安定して軸芯体の搬送が行われたことが分った。
【００６３】
一方、比較例に係る弾性ローラは外径のばらつきが大きかった。これにより、軸芯体の搬送精度が十分でないことが分った。特に、比較例１では途中で軸芯体が送りローラの間に入らない噛み込み不良が発生することがあり、弾性ローラの外径が大きくばらつく結果となった。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の弾性ローラの製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１に示す弾性ローラの製造装置における搬送ユニットを示す概略図である。
【図３】図２に示す搬送ユニットにおける送りローラを示す概略図である。
【図４】図２に示す搬送ユニットにおける送りローラの外周面に設けてもよい溝を示す説明図である。
【図５】図１に示す弾性ローラの製造装置におけるクロスヘッドを示す構成図である。
【図６】図５に示すクロスヘッドの先端のダイスを示す断面図である。
【図７】実施例に用いた送りローラの説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 押出機
１１ クロスヘッド
１２ 芯金
１４ 搬送ユニット
２５−１、２５−２、２５−３、２５−４ 送りローラの対
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、
クロスヘッドと、該芯金を該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有しており、
該複数対の送りローラのうち、該クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラは、芯金の周囲に樹脂又はゴムを含む層を有している第１のローラの対からなり、
他の少なくとも一対の送りローラは芯金の周囲に金属層を有している第２のローラの対からなり、かつ、
第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力より大きいことを特徴とする弾性ローラの製造装置。
【請求項２】
前記軸芯体の非搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ａ、前記の第２のローラの金属層の厚さをＴ２ａとし、
前記軸芯体の搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ｂ、前記の第２のローラの金属層の厚さをＴ２ｂとし、かつ、
該第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の弾性率をＥａ、該第２のローラの金属層の弾性率をＥｂとしたとき、式（１）を満たすように前記第１のローラの対及び前記第２のローラの対による前記軸芯体への加圧力が調整されている請求項１記載の弾性ローラの製造装置。
［（Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）／Ｔ１ａ］・Ｅａ＜［（Ｔ２ａ−Ｔ２ｂ）／Ｔ２ａ］・Ｅｂ… （１）
【請求項３】
請求項１又は２に記載の弾性ローラの製造装置を用いて、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラを製造する方法であって、
複数本の軸芯体をクロスヘッドへ搬送する第１の工程と、
クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲を該弾性層の材料からなる層で被覆する第２の工程とを有し、
該第１の工程は、複数本の軸芯体を、先行する軸芯体の後端に、後続する軸芯体の先端が常に当接するようにクロスヘッドへ向けて搬送する工程を含むことを特徴とする弾性ローラの製造方法。
【請求項１】
軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラの製造装置であって、
クロスヘッドと、該芯金を該クロスヘッドに順次搬送するための複数対の送りローラとを有しており、
該複数対の送りローラのうち、該クロスヘッドから最も離れた位置に配置されている一対の送りローラは、芯金の周囲に樹脂又はゴムを含む層を有している第１のローラの対からなり、
他の少なくとも一対の送りローラは芯金の周囲に金属層を有している第２のローラの対からなり、かつ、
第２のローラの対による該軸芯体の加圧力が、該第１のローラの対による該軸芯体の加圧力より大きいことを特徴とする弾性ローラの製造装置。
【請求項２】
前記軸芯体の非搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ａ、前記の第２のローラの金属層の厚さをＴ２ａとし、
前記軸芯体の搬送時における前記第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の厚さをＴ１ｂ、前記の第２のローラの金属層の厚さをＴ２ｂとし、かつ、
該第１のローラの樹脂又はゴムを含む層の弾性率をＥａ、該第２のローラの金属層の弾性率をＥｂとしたとき、式（１）を満たすように前記第１のローラの対及び前記第２のローラの対による前記軸芯体への加圧力が調整されている請求項１記載の弾性ローラの製造装置。
［（Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）／Ｔ１ａ］・Ｅａ＜［（Ｔ２ａ−Ｔ２ｂ）／Ｔ２ａ］・Ｅｂ… （１）
【請求項３】
請求項１又は２に記載の弾性ローラの製造装置を用いて、軸芯体の周囲が弾性層で被覆されている弾性ローラを製造する方法であって、
複数本の軸芯体をクロスヘッドへ搬送する第１の工程と、
クロスヘッドにおいて軸芯体の周囲を該弾性層の材料からなる層で被覆する第２の工程とを有し、
該第１の工程は、複数本の軸芯体を、先行する軸芯体の後端に、後続する軸芯体の先端が常に当接するようにクロスヘッドへ向けて搬送する工程を含むことを特徴とする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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１９７８６８（Ｐ２００９−１９７８６８Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３９０５２（Ｐ２００８−３９０５２）
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【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２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２０日（２００８．２．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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