JP2010058278A - 押し出し機およびゴムローラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】個々の一体成形体の間での外径のばらつきを抑制できる押し出し機を提供する。
【解決手段】押し出し機１は、クロスヘッドダイ２と、クロスヘッドダイ２に連通しているシリンダ３と、を有する。また、シリンダ３に収容され、回転させられることによってクロスヘッドダイ２にゴム材料１１を供給するスクリュ４と、スクリュ４を回転させる駆動部１０と、駆動部１０を駆動させる制御部９と、を有する。また、クロスヘッドダイ２に芯金１２を供給する芯金供給部６を有する。また、クロスヘッドダイ２から押し出された一体成形体１３の外径を測定する測定部９ａと、測定値が所定の目標値になるようなスクリュ４の回転速度を算出するコンピュータ９ｂと、を有する。スクリュ４の回転速度が、コンピュータ９ｂが算出した回転速度になるように制御部９が駆動部１０を駆動させて、ゴム材料１１と芯金１２との一体成形体１３をクロスヘッドダイ２から押し出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、押し出し機およびゴムローラの製造方法に関する。

ゴムローラの製造方法には、一般的に、クロスヘッドダイを備えた押し出し機によってゴム材料と芯金とを一体化させる押し出し工程が含まれる。

図３は本願発明に関連する押し出し機の構成を示した概略図である。

押し出し機１０１は、押し出し成形用のクロスヘッドダイ１０２と、クロスヘッドダイ１０２の内部空間に連通しているシリンダ１０３と、シリンダ１０３に収容されたスクリュ１０４と、を有している。クロスヘッドダイ１０２は、クロスヘッドダイ１０２の内部空間と外部空間とを連通させる開口が形成されたダイス１０２ａを備えている。

押し出し機１０１は、スクリュ１０４が回転させられると、シリンダ１０３に装填されたゴム材料１１１がクロスヘッドダイ１０２の内部空間に供給されるように構成されている。

また、押し出し機１０１は芯金供給部１０６を有している。芯金供給部１０６は、芯金１１２をクロスヘッドダイ１０２の内部空間に案内する芯金ガイド１０７と、複数の芯金１１２を連続的に芯金ガイド１０７に搬送する芯金搬送部１０８と、を有している。

芯金搬送部１０８は、芯金１１２をローラで挟み、ローラを回転させることによって芯金１１２を一定の速度で芯金ガイド１０７に搬送する。芯金ガイド１０７に搬送された芯金１１２は、芯金ガイド１０７に案内されて、クロスヘッドダイ１０２の内部空間に供給される。

押し出し機１０１では、ゴム材料１１１がシリンダ１０３からクロスヘッドダイ１０２の内部空間に供給されると同時に、芯金１１２がクロスヘッドダイ１０２の内部空間に供給される。

クロスヘッドダイ１０２の内部空間には、ダイス１０２ａの開口に近接した位置に、ゴム材料１１１と芯金１１２とが接触する密着部１０２ｂがある。ゴム材料１１１と芯金１１２とは、密着部１０２ｂにおいて密着させられ、ゴム材料１１１と芯金１１２との一体成形体１１３がダイス１０２ａの開口から押し出される。

以上のように、押し出し機１０１では、ゴム材料１１１と芯金１１２との一体成形体１１３を形成する。

ゴムローラの製造工程には一般的に、押し出し工程の後に行われる、芯金１１２を覆っている一体成形体１１３のゴム材料１１１を加硫する加硫工程が含まれる。加硫工程では、一体成形体１１３をコンベアによって熱風炉の中に搬送し、ゴム材料１１１を加硫反応させる。その後、ゴム材料１１１が加硫された一体成形体１１３を所定の長さに切断する。

また、加硫工程の後には、一体成形体１１３のゴム材料１１１を研削して、一体成形体１１３を所定の形状に加工する研削工程を行う。研削工程では、芯金１１２を中心に回転させた一体成形体１１３のゴム材料１１１に砥石を押し当てることによってゴム材料１１１を研削する。これにより、一体成形体１１３のゴム材料１１１を所定の形状に加工してゴムローラが完成する。

研削工程において、一体成形体１１３のゴム材料１１１を長手方向に均一に研削するために、一体成形体１１３の長手方向にわたって均一な力でゴム材料１１１に砥石を押し当てることが望ましい。そのためには、一体成形体１１３のゴム材料１１１の長手方向の長さよりも幅が広い砥石を用いる必要がある。

また、研削工程では、砥石の形状を変更することによって、一体成形体１１３のゴム材料１１１を様々な形状に高精度に加工することができる。これにより、様々な形状のゴムローラを作製することができる。

ゴムローラの形状としては、長手方向に外径が等しいストレート形状や、長手方向の両端部よりも中央部の外径が大きいクラウン形状などが考えられる。また、長手方向に複数のテーパ形状を有する形状なども考えられる。

しかしながら、押し出し工程において形成された個々の一体成形体１１３の外径にはばらつきが発生することがあるため、研削工程において個々の一体成形体１１３の形状に合わせてゴム材料１１１を研削する必要がある。そのため、研削工程に時間がかかるという問題がある。また、砥石の交換や研削粉の処理に手間がかかるという問題や、研削されるゴム材料１１１が無駄になるという問題もある。

以上に説明した構成を有する押し出し機の一例が特許文献１に記載されている。

また、特許文献２にはこのような問題の解決が図られたゴムローラの製造方法が記載されている。

このゴムローラの製造方法の押し出し工程で用いられる押し出し機では、スクリュの回転速度が一定の条件になるように制御することによって、シリンダからクロスヘッドダイへのゴム材料の供給速度を制御している。また、ゴム材料の供給速度に合わせて芯金のクロスヘッドダイへの供給速度を調整している。

一体成形体の外径は、主にゴム材料のクロスヘッドダイへの供給速度に依存するため、この押し出し機では、個々の一体成形体の間での外径のばらつきを抑制することができる。

これによって、研削工程において、個々の一体成形体の外径に合わせてゴム材料を研削する必要がなくなり、全ての一体成形体について一定の条件でゴム材料を研削すればよくなる。
特開２００２−２４８６６８号公報 特開２００４−１４５０１２号公報

しかしながら、押し出し機のスクリュの回転速度および芯金の供給速度が一定の条件になるように制御して一体成形体を形成した場合にも、個々の一体成形体の間での外径のばらつきを５０μｍ以下に抑えることは困難である。

これは、ゴム材料のクロスヘッドダイへの供給速度の条件と比較するとわずかではあるが、ゴム材料の特性、押し出し機の公差、スクリュの形状、押し出し機の稼働時間などの条件も、個々の一体成形体の外径に影響を与えるためである。これらの条件を同時に制御することは困難である。

そこで、本発明は、個々の一体成形体の間での外径のばらつきを抑制できる押し出し機および押し出し工程において一体成形体の外径のばらつきを抑制できるゴムローラの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の押し出し機は、クロスヘッドダイと、該クロスヘッドダイに連通しているシリンダと、該シリンダに収容され、回転させられることによって前記シリンダから前記クロスヘッドダイにゴム材料を供給するスクリュと、該スクリュを回転させる駆動手段と、該駆動手段を駆動させる制御手段と、前記クロスヘッドダイに芯金を供給する芯金供給手段と、を有し、前記ゴム材料と前記芯金との一体成形体を前記クロスヘッドダイから押し出す押し出し機であって、前記クロスヘッドダイから押し出された前記一体成形体の外径の測定値を出力する測定手段と、前記測定値が所定の目標値になる前記スクリュの回転速度を算出する演算手段と、を有し、前記スクリュの回転速度が、前記演算手段が算出した回転速度になるように前記制御手段が前記駆動手段を駆動させる。

本発明によれば、個々の一体成形体の間での外径のばらつきを抑制できる押し出し機および押し出し工程において一体成形体の外径のばらつきを抑制できるゴムローラの製造方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、ゴムローラの製造工程中の押し出し工程で用いられる本発明の第１の実施形態に係る押し出し機の構成を示した概略図である。

押し出し機１は一軸ベント式の押し出し機であり、押し出し成形用のクロスヘッドダイ２と、クロスヘッドダイ２の内部空間に連通しているシリンダ３と、シリンダ３に収容されたスクリュ４と、を有している。クロスヘッドダイ２は、クロスヘッドダイ２の内部空間と外部空間とを連通させる開口が形成されたダイス２ａを備えている。

押し出し機１は、スクリュ４が回転させられると、シリンダ３に装填されたゴム材料１１がクロスヘッドダイ２の内部空間に供給されるように構成されている。

また、押し出し機１は芯金供給部６を有している。芯金供給部６は、芯金１２をクロスヘッドダイ２の内部空間に案内する芯金ガイド７と、複数の芯金１２を連続的に芯金ガイド７に搬送する芯金搬送部８と、を有している。芯金搬送部８は、押し出し機１から独立した装置であってもよい。

芯金搬送部８は、芯金１２をローラで挟み、ローラを回転させることによって芯金１２を一定の速度で芯金ガイド７に搬送する。芯金ガイド７に搬送された芯金１２は、芯金ガイド７に案内されて、クロスヘッドダイ２の内部空間に供給される。

押し出し機１では、ゴム材料１１がシリンダ３からクロスヘッドダイ２の内部空間に供給されると同時に、芯金１２がクロスヘッドダイ２の内部空間に供給される。

クロスヘッドダイ２の内部空間には、ダイス２ａの開口に近接した位置に、ゴム材料１１と芯金１２とが接触する密着部２ｂがある。ゴム材料１１と芯金１２とは、密着部２ｂにおいて密着させられ、ゴム材料１１と芯金１２との一体成形体１３がクロスヘッドダイ２のダイス２ａの開口から押し出される。

同一のクロスヘッドダイ２を用いる場合、クロスヘッドダイ２から押し出される一体成形体１３の外径は、主にゴム材料１１のクロスヘッドダイ２への供給速度によって決まる。ゴム材料１１のクロスヘッドダイ２への供給速度を速くすると一体成形体１３の外径は大きくなり、反対にゴム材料１１のクロスヘッドダイ２への供給速度を遅くすると一体成形体１３の外径は小さくなる。

また、ゴム材料１１のクロスヘッドダイ２への供給速度は主にスクリュ４の回転速度によって決まる。

また、押し出し機１は、駆動部１０を駆動させることによってスクリュ４の回転速度を制御する制御部９を有している。制御部９は、クロスヘッドダイ２のダイス２ａの開口に近接した位置で一体成形体１３の外径を測定して測定値を出力する測定部９ａと、測定部９ａの測定値に応じて駆動部１０を駆動させるコンピュータ９ｂと、を有している。

測定部９ａには、たとえば、レーザー測長器を用いることができる。測定部９ａは、１本の一体成形体１３について、一体成形体１３の外径を長手方向に等間隔に５〜１０点測定することが望ましい。

しかし、スクリュ４の回転速度が制御されている場合には、比較的狭い範囲内にある１本の一体成形体１３の中では一体成形体１３の外径のばらつきは発生しにくい。そのため、本実施形態に係る押し出し機１では、１本の一体成形体１３についての測定部９ａによる測定点数を１〜３点にしている。これにより、測定部９ａによる測定を高速化することができる。

コンピュータ９ｂには、一体成形体１３の外径の目標値が設定されている。また、コンピュータ９ｂは、測定部９ａの測定値が一体成形体１３の外径の目標値になるようなスクリュ４の回転速度を算出する演算プログラムを有している。コンピュータ９ｂは、スクリュ４の回転速度が演算プログラムによって算出した回転速度になるように駆動部１０を駆動させる。

このように、押し出し機１の制御部９は、クロスヘッドダイ２から押し出される一体成形体１３の外径が、設定された目標値になるようにスクリュ４の回転速度を制御している。これにより、押し出し機１では、ゴム材料の特性、押し出し機の公差、スクリュの形状、押し出し機の稼働時間などの各条件によって発生する一体成形体１３の外径のばらつきを抑制できる。したがって、押し出し機１では一体成形体１３の外径を一定に保つことができる。

なお、押し出し機１は、スクリュ４の回転速度の測定値を出力する回転速度計（不図示）を備え、回転速度計の測定値を用いてスクリュ４の回転速度を制御することが望ましい。これにより、スクリュ４の回転速度をより精確に制御することができる。

また、制御部９は、クロスヘッドダイ２の中のゴム材料１１に加えられている圧力を測定して出力する圧力測定部（不図示）を備えていてもよい。これにより、コンピュータ９ｂは、圧力測定部の測定値も利用して、スクリュ４の回転速度を制御することができるため、さらに一体成形体１３の外径を精確に制御することができる。

駆動部１０には、回転速度の制御が容易である電動モータを用いている。電動モータとしては、インバータ制御されたＡＣモータを用いることができるが、フィードバック制御されたサーボモータを用いることが望ましい。サーボモータを用いることによって、スクリュ４の回転速度をより精確に制御することができる。

また、押し出し機１は、クロスヘッドダイ２を温度制御する温度制御部（不図示）を有していることが望ましい。クロスヘッドダイ２を温度制御部によって温度制御することによって、クロスヘッドダイ２の中のゴム材料１１の粘性などの特性を一定に保つことができる。これにより、一体成形体１３の外径のばらつきを抑制することができる。

温度制御部の構成としては、温度制御された水を用いた構成や、電気ヒータを用いた構成などが考えられる。なお、温度制御部は、押し出し機１とは独立した装置であってもよい。また、温度制御部は、さらに、シリンダ３およびスクリュ４も温度制御できるように構成されていることが望ましい。

本実施形態に係る押し出し機１の比較例として、制御部以外の構成が押し出し機１と同様である押し出し機を用い、スクリュの回転速度を１５ｒｐｍに固定して一体成形体を３０００本作製した。これらの一体成形体を評価したところ、一体成形体の外径の標準偏差は０．０３５ｍｍであった。

一方、本実施形態に係る押し出し機１を用い、スクリュ４の初期回転速度を１５ｒｐｍとし、一体成形体１３を３０００本作製して評価したところ、一体成形体１３の外径の標準偏差は０．００９ｍｍであった。これにより、本実施形態に係る押し出し機１では、個々の一体成形体１３の外径のばらつきを抑制する効果が得られることが確認された。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るゴムローラの製造方法は、本発明の第１の実施形態に係る押し出し機を用いた押し出し工程と、一般的な加硫工程および研削工程と、を有している。

本実施形態に係るゴムローラの製造方法は、複写機、プリンタ等の電子写真機器の帯電ローラ、現像ローラ、加圧ローラ、転写ローラ等に用いられる導電性ローラに適用することができる。

本実施形態に係るゴムローラの製造方法の押し出し工程では、第１の実施形態に係る押し出し機１を用いて一体成形体１３を作製する。

また、押し出し機１のシリンダ３およびスクリュ４には様々な大きさのものを用いることができるが、本実施形態では、外径が約６０ｍｍのスクリュ４と、このスクリュ４に対応する内径を有するシリンダ３と、を用いた。

また、クロスヘッドダイ２のダイス２ａの開口の内径は、一体成形体１３の外径の目標値に応じて決定される。本実施形態では、一体成形体１３の外径の目標値を９．５ｍｍとし、開口の内径が９ｍｍであるダイス２ａを用いた。

また、ゴム材料１１としては、押し出し成形可能であるヒドリンゴム、二トリルゴム、ＥＰＤＭなどの材料を用いることができ、必要に応じて、これらの材料に導電性フィラー、充填剤、可塑剤などの添加剤を加えてもよい。本実施形態では、ゴム材料１１として、ＥＰＤＭに、各種充填剤、可塑剤、補強材および加硫剤を混ぜ合わせたゴムコンパウンドを用いた。

また、芯金１２の形状は、棒状であればよく、長手方向に直交する断面が円形であることが望ましい。芯金１２を形成する材料は、導電性を有する材料であればよく、鉄合金やアルミニウム合金を用いることが望ましい。本実施形態では、芯金１２として、長さ２６０ｍｍであり、長手方向に直交する断面が直径６ｍｍの円形である棒材に、厚さ約５μｍの化学めっきを施したものであって、外径公差が４０μｍ以下で、両端に対する中央部の振れが約５０μｍのものを用いた。

また、押し出し機１の芯金搬送部８では、芯金１２を芯金ガイド７に搬送する搬送速度を様々な値に設定することができるが、本実施形態では芯金搬送部８の搬送速度を２ｍ／ｍｉｎに設定した。

また、密着部２ｂで一体化されるゴム材料１１と芯金１２との密着性を向上させるため、芯金１２に接着剤を塗布することができる。接着剤としては、たとえば、ホットメルトタイプの導電性プライマや加硫接着剤を用いることができる。本実施形態では、スチレン系樹脂を主成分とするホットメルトタイプの導電性プライマを、芯金１２の両端部から１４ｍｍに配置された部分以外の部分に約１０μｍの厚さで塗布した。

また、本実施形態では、押し出し機１の温度制御部によって、シリンダ３およびスクリュ４が約８０℃、クロスヘッドダイ２が約４０℃になるように温度制御して押し出し工程を行った。また、スクリュ４の初期回転速度は１５ｒｐｍとした。

また、押し出し機１には引き取り切断機（不図示）が併設されており、引き取り切断機によって、押し出し機１が押し出した一体成形体１３を個々の芯金１２ごとに切り離す。

押し出し工程の後に、芯金１２を覆っている一体成形体１３のゴム材料１１を加硫する加硫工程を行う。本実施形態に係るゴムローラの製造方法の加硫工程では、一体成形体１３をコンベアによって熱風炉の中に搬送して、ゴム材料１１を加硫反応させる。その後、一体成形体１３を所定の長さに切断し、切断後の個々の一体成形体１３の両端部のゴム材料１１を除去することにより、芯金１２の両端部に配置された支持部を露出させる。

加硫工程の後に、一体成形体１３のゴム材料１１を研削して、一体成形体１３を所定の形状に加工する研削工程を行う。本実施形態に係るゴムローラの製造方法の研削工程では、芯金１２を中心に回転させた一体成形体１３のゴム材料１１に砥石を押し当てることによってゴム材料１１を研削する。これにより、一体成形体１３のゴム材料１１を所定の形状に加工してゴムローラが完成する。

本実施形態では、押し出し工程において、個々の一体成形体１３の間での外径のばらつきが抑制されているため、研削工程において全ての一体成形体１３について一定の条件でゴム材料１１を研削することができる。これにより、研削工程を簡略化することができる。

また、押し出し工程において、一体成形体１３が研削工程の後のゴムローラのゴム材料が配置されたローラ部の外径に近い外径を有するように一体成形体１３を形成することによって、研削工程において、研削するゴム材料１１の量を低減できる。

図２は本実施形態に係るゴムローラの製造方法によって製造したゴムローラを示した図である。このゴムローラの、ゴム材料１１が配置されたローラ部１３ａの長さは２３６ｍｍであり、芯金１２の両端部に配置された支持部１３ｂの長さはそれぞれ１２ｍｍである。このゴムローラは、一般的な押し出し機を用いて作製したゴムローラと同様の性能を示した。

本発明の第１の実施形態に係る押し出し機の構成を示した概略図である。 本発明の第２の実施形態に係るゴムローラの製造方法によって製造されたゴムローラを示した図である。 本発明に関連する押し出し機の構成を示した概略図である。

符号の説明

１ 押し出し機
２ クロスヘッドダイ
２ａ ダイス
２ｂ 密着部
３ シリンダ
４ スクリュ
６ 芯金供給部
７ 芯金ガイド
８ 芯金搬送部
９ 制御部
１０ 駆動部
１１ ゴム材料
１２ 芯金
１３ 一体成形体

Claims (7)

1. クロスヘッドダイと、該クロスヘッドダイに連通しているシリンダと、該シリンダに収容され、回転させられることによって前記シリンダから前記クロスヘッドダイにゴム材料を供給するスクリュと、該スクリュを回転させる駆動手段と、該駆動手段を駆動させる制御手段と、前記クロスヘッドダイに芯金を供給する芯金供給手段と、を有し、前記ゴム材料と前記芯金との一体成形体を前記クロスヘッドダイから押し出す押し出し機であって、
   前記クロスヘッドダイから押し出された前記一体成形体の外径の測定値を出力する測定手段と、前記測定値が所定の目標値になる前記スクリュの回転速度を算出する演算手段と、を有し、前記スクリュの回転速度が、前記演算手段が算出した回転速度になるように前記制御手段が前記駆動手段を駆動させる押し出し機。
2. 前記芯金供給手段は、複数の前記芯金を連続的に前記クロスヘッドダイに供給する芯金搬送手段を有している、請求項１に記載の押し出し機。
3. 前記クロスヘッドダイの温度制御を行う温度制御手段を有している、請求項１または２に記載の押し出し機。
4. クロスヘッドダイにゴム材料と芯金とを供給し、前記クロスヘッドダイから前記ゴム材料と前記芯金との一体成形体を押し出す押し出し工程を有するゴムローラの製造方法であって、
   前記押し出し工程は、前記クロスヘッドダイから押し出された前記一体成形体の外径を測定する第１の工程と、前記ゴム材料の供給速度を制御して前記外径を調整する第２の工程と、を含むゴムローラの製造方法。
5. 前記クロスヘッドダイに連通されたシリンダの中のスクリュを回転させることによって前記シリンダから前記クロスヘッドダイに前記ゴム材料を供給し、
   前記第２の工程は、前記外径の測定値が所定の目標値になる前記スクリュの回転速度を算出することと、前記スクリュを算出された回転速度で回転させることと、を含む、請求項４に記載のゴムローラの製造方法。
6. 複数の前記芯金を連続的に前記クロスヘッドダイに供給する、請求項４または５に記載のゴムローラの製造方法。
7. 前記クロスヘッドダイの温度制御を行う、請求項４から６のいずれか１項に記載のゴムローラの製造方法。

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