JP6080546B2

JP6080546B2 - ゴムローラ製造用の押出し成形機

Info

Publication number: JP6080546B2
Application number: JP2012285431A
Authority: JP
Inventors: 浅野　俊哉; 俊哉浅野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014124915A

Description

本発明は、ゴムローラを製造するための押出し成形機に関する。

電子写真装置に用いられる帯電ローラや現像ローラなどには、芯金の外周面に弾性層としての円筒状のゴム層を被覆して芯金を中心とする円柱状としたゴムローラが用いられる。

一般的に、ゴムローラの製造過程において、押出し成形機が用いられる。一般的な押出し成形機は、クロスヘッドに、溶融状態のゴム材料と、所定の長さの芯金と、が同時に送り込まれ、ゴム材料が所定の厚さに均等に被覆された円筒状のゴム成形体がクロスヘッドの出口から芯金の外周に押し出される構成を有する。このような押出し成形機では、複数の芯金を直列に連続的に押出し機内に供給することにより、クロスヘッドの出口から、複数の芯金の外周に円筒状ゴム成形体が連続的に得られる。円筒状ゴム成形体におけるゴム材料層の厚さは、芯金のクロスヘッドへの送り速度や、ゴム材料のクロスヘッドへの送り速度を変化させることにより調整可能である。

ゴムローラは、たとえば、図６（ａ）に示すように芯金５１の周囲にクラウン形状と呼ばれるゴム層５２の中央部が膨らんだ形状に成形される。クロスヘッドから連続的に押出し成形された円筒状ゴム成形体は押出し機内での別工程において、各芯金の両端で切断される。更に、冷却固化工程を経てゴムローラが完成する。なお、必要に応じて、最終的なゴムローラの形状を得るために芯金外周のゴム材料層の両端部が整形される。したがって、図６（ａ）に示すように、完成したゴムローラでは芯金５１の両端部が露出している。

近年、電子写真装置の高性能化に伴い、ゴムローラの形状精度の向上が求められている。ゴムローラの形状精度を向上させるための押出し成形機のフィードバック制御の技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された押出し成形機のフィードバック制御では、クロスヘッドの出口の近傍における円筒状ゴム成形体の外径を測定する測定器による測定結果に基づいて芯金の送り速度やゴム材料の送り速度を制御している。これにより、ゴムローラの形状誤差の低減を図っている。特許文献１に開示された押出し成形機のフィードバック制御では、ゴム材料の物性や温度等の環境のばらつきに起因するゴム形成体の形状の誤差を低減することができる。

特開２００９−０６６８０８号公報

しかし、一般にクロスヘッドに複数本の芯金を連続的に供給してゴムローラを製造する場合、図６（ｂ）に示すように各芯金５１の端面５１a同士が当接している部分に対応する部分に、ゴム材料が急峻に盛り上がるバリ５３が発生しやすい。このようなバリ５３が生じたゴム材料の部分は外径が大きくなっている。そのため、特許文献１に開示された押出し成形機においては、バリ５３の外径に応じてフィードバック制御がかかり、芯金の送り速度の大きな変動や操作量の飽和を生じ、正常な押出し成形動作が阻害されたることがあった。また、このような場合に、正常な押出し成形動作への復帰に時間を要することがあった。

そこで、本発明は、芯金周囲のゴム材料層にバリが生じたとしても、安定してゴムローラの成形を行うことのできるゴムローラの押出し成形機を提供することを目的とする。

本発明にかかるゴムローラ製造用の押出し成形機は、
芯金の外周に円筒状ゴム成形体を形成するためのクロスヘッドと、
前記クロスヘッドに溶融状態のゴム材料を送り込むシリンダを有する押出し機と、
前記クロスヘッドに芯金の複数本を該芯金の軸方向に連続して搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラの駆動手段と、
を有するゴムローラ製造用の押出し成形機において、
前記クロスヘッドの出口から押し出される円筒状ゴム成形体の外径を測定する第一外径測定器と、
前記クロスヘッドの出口と前記第一外径測定器との間に設けられ、前記円筒状ゴム成形体の外径を測定する第二外径測定器と、
外径異常判断器と、
前記芯金を前記クロスヘッドに送り込む速度を制御するためのフィードバック制御指令を算出し、該フィードバック制御指令を前記搬送ローラの駆動手段に出力する制御演算器と、
を備え、
前記外径異常判断器は、前記フィードバック制御指令を算出するための前記制御演算器に送付する外径測定結果として、
（１）前記第二外径測定結果から外径異常がないと判断した場合は、前記第一外径測定器の測定結果を出力し、
（２）前記第二外径測定結果から外径異常があると判断した場合は、前記第一外径測定器からの外径測定結果から前記外径異常に関する測定結果を除く補正を行って出力する
ことを特徴とする
ゴムローラ製造用の押出し成形機である。

本発明によれば、芯金周囲のゴム材料にバリが生じたとしても、安定してゴムコーラの成形を行うことのできるゴムローラ製造用の押出し成形機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るゴムローラの押出し成形機の概略構成図である。第一外径測定器と第二外径測定器の測定結果の概念図である。外径異常判断器の出力フロー図である。外径異常判断器からの出力波形の概念図である。外径異常判断器からの出力波形の概念図である。ゴム形成体の概念図である。

本発明にかかるゴムローラ製造用の押出し成形機は、押出し機と、芯金の搬送ローラと、芯金の外周に円筒状ゴム成形体を形成するためのクロスヘッドと、搬送ローラの駆動手段と、円筒状ゴム成形体の外周を測定する第一外径測定器及び第二外径測定器と、外径異常判断器と、制御演算器と、を有して構成されている。

押出し機は、スクリュの回転により溶融状態のゴム材料を押し出してクロスヘッドに送り込むためのシリンダを有しており、シリンダ先端にクロスヘッドが接続されている。クロスヘッドの中心には、芯金を通す貫通孔を有する管状部材が配置されており、押出し機から押出されたゴム材料は管状部材の周囲の領域に導入される。更に、クロスヘッドの出口には、芯金を通過させる貫通孔の出口を中心としてその周囲を取り囲む溶融ゴム材料の吐出口が設けられている。この吐出口から溶融ゴム材料を吐出させ、貫通孔の出口から押し出されてくる芯金の外周に溶融ゴム材料を被覆して、円筒状成形体を得ることができる。

押出し機に投入されるゴム材料は、目的とするゴムローラの帯電ローラや現像ローラ等としての用途に応じた組成を有し、フィードバック制御可能な物性を有するものが適宜選択される。

芯金のクロスヘッド内での送り速度は、搬送ローラの回転数を調節することにより制御可能であり、溶融ゴム材料の加熱温度や芯金の送り速度等により、芯金の外周に被覆した円筒状ゴム成形体の外径を制御することができる。

クロスヘッドから押し出された複数の芯金に共通して形成される円筒状ゴム成形体は、各芯金の端部において切断され芯金毎に分離される。個別に分離された円筒状ゴム成形体を有する芯金は、冷却や整形工程を経てゴムローラとなる。

本発明にかかる押出し成形機のクロスヘッドの出口近傍にはクロスヘッドの出口から円筒状ゴム成形体の押し出し方向に順に、第二の外径測定器及び第一の外径測定器が配置されている。これらの外径測定器は、クロスヘッドの出口から押し出される円筒状ゴム成形体の外径を測定するもので、レーザー外径測定器などから構成することができる。これらの外径測定器は、外径異常判断器及び制御演算器と共に芯金搬送ローラのフィードバック制御系を形成している。

搬送ローラによる芯金の送り速度のフィードバック制御には、第一の外径測定器により得られる外径測定結果が利用される。具体的には第一の外径測定器での外径測定結果が制御演算器に入力され、芯金をクロスヘッドに送り込む速度を制御するためのフィードバック制御指令が算出され、このフィードバック制御指令が搬送ローラの駆動手段に出力されて芯金の供給速度のフィードバック制御が行われる。

本発明においては、第一の外径測定器での測定前に、第二の外径測定器において外径測定が行われ、この第二の外径測定器での測定結果を用いて外径異常判断器における外径異常の有無が判断される。外径異常の発生の有無の判断は、外径異常判断器に入力された円筒状ゴム成形体の所定の外径に関する情報と、外径測定器から得られる測定結果とを比較することで行われる。例えば、予め設定された芯金の所定位置における所定の外径と、実測定値との差について閾値を設定し、この差が閾値を超えた場合に外径異常と判断する。例えば、バリ部などの予め設定した外径異常に関するデータと実測値を比較して、バリ部の発生を外径異常として判断することができる。

本発明においては、外径異常判断器での外径異常の有無の判断に応じて、芯金供給速度のフィードバック制御に利用する外径測定結果について以下に示す選択が行われる。すなわち、外径異常判断器は、フィードバック制御指令を算出するための制御演算器に送付する外径測定結果として、
（１）第二外径測定結果から外径異常がないと判断した場合は、第一外径測定器の測定結果を出力し、
（２）第二外径測定結果から外径異常があると判断した場合は、第一外径測定器からの外径測定結果から前記外径異常に関する測定結果を除く補正を行って出力する。

クロスヘッド内に直列的に順次供給される複数の芯金について、先に送り込まれた芯金の後端と、これに後続する芯金との前端の当接部には、ゴム材料が盛り上がったバリ部が発生する場合がある。ゴムローラとして利用する被覆層部分の外径が精度よく形成されているとしても、このようなバリ部の発生を外径異常として認識すると、フィードバック制御がかかり、芯金の送り速度の大きな変動や操作量の飽和を生じ、正常な押出し成形動作が阻害されたることがあった。また、このような場合に、正常な押出し成形動作への復帰に時間を要することがあった。そこで、本発明においては、先に挙げた（１）及び（２）による外径異常の有無に応じた外径測定結果の処理を行う。この処理によって、バリ部に相当する外径異常が発生した場合においても円筒状ゴム成形体の連続成形を停止せずに、第一の外径測定器から得られる外径測定結果を用いたフィードバック制御を行うことが可能となる。

第一の外径測定器と第二の外径測定器の組合せとしては、以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも一つを満たすものが好ましい。
（Ａ）第一の外径測定器の計測分解能（測定精度）が第二の外径測定器よりも高い。
（Ｂ）第二の外径測定器の測定応答速度（応答レスポンス）が第一の外径測定器よりも速い。
（Ｃ）第二の外径測定器のクロスヘッド出口からの芯金の押出し方向における設置幅が、第一の外径測定器よりも狭い。

条件（Ａ）については、第一の外径測定器からの外径測定結果をフィードバック制御に用いるので、第一の外径測定器としてはフィードバック制御に必要な測定精度を有するものを用いる。これに対して、第二の外径測定器は外径変化の大きな外径異常を検知できればよく、フィードバック制御に利用するための測定精度を有している必要はない。すなわち、第二の外径測定器での測定精度に関する要件は第一の外径測定器よりも緩和される。

条件（Ｂ）については、第二の外径測定器は外径異常の判断用であり、その測定結果は、第１の外径測定器からの測定結果の補正に利用される。そのため、外径測定対象である円筒状ゴム成形体の同一位置における第一の外径測定器での測定結果が外径異常判断器に出力される前に、第二の外径測定器での測定結果が外径異常の判断に十分な時間を確保できる程度の時間差をもって外径異常判断器に出力される必要がある。円筒状ゴム成形体の同一位置に関する第一の外径測定器と第二の外径測定器からの測定結果の出力時間差は、これらの応答レスポンスが同一である場合は、これらの測定ポイント間の距離と、これらの測定ポイント間を移動する芯金の速度とから求めることができる。第一の外径測定器での測定ポイントと第二の外径測定器での測定ポイントとの間隔が大きいほど、測定結果の出力時間差は大きくなる。一方、第一の外径測定器はクロスヘッド出口のより近傍に設置することが、フィードバック制御をより効率良く行う上で好適である。そこで、第一の外径測定器よりも早い応答レスポンスを有する第二の外径測定器を用いることで、第１の外径測定器と第二の外径測定器の測定ポイント間の距離を短縮することで、第二の外径測定器の測定ポイントをよりクロスヘッド出口に近接させることが可能となる。また、条件（Ａ）と条件（Ｂ）とを組み合わせる場合は、検出精度が相対的に低く応答レスポンスの早い外径測定器の、第二の外径測定器としての利用が好ましい。

条件（Ｃ）については、第二の外径測定器の設置幅（押出し成形機内において外径測定器が占有している芯金の送り方向における幅）を小さくすることで、第一の外径測定器での測定ポイントをクロスヘッド出口に対してより近接させることができる。

（実施例１）
図１は、本発明の一実施形態に係るゴムローラの押出し成形機１００の縦断面図として示した概略構成図である。押出し成形機１００は、芯金１の全周にわたってゴム材料を均等に被覆して、中心に芯金１が入った円筒状ゴム成形体７を製造するための装置である。

押出し成形機１００には、芯金１と溶融状態のゴム材料が送り込まれるクロスヘッド３と、クロスヘッド３に芯金１を送り込む複数のローラ６と、クロスヘッド３にゴム材料２を送り込むシリンダ４と、が設けられている。ローラ６は、複数本の芯金１を軸方向に直列かつ連続的にクロスヘッド３に送り込む。シリンダ４は内部にスクリュ５を備え、スクリュ５の回転により溶融状態のゴム材料をクロスヘッド３内に押し出すことにより送り込む。芯金１は、クロスヘッド３内に送り込まれると、シリンダ４からクロスヘッド内に送り込まれた溶融状態のゴム材料２に全周を覆われる。そして、芯金１は、クロスヘッド３の出口から、表面にゴム材料２が付着した状態の円筒状ゴム成形体７として送り出される。押出し成形機１００では、各芯金１の長手方向の中央部においてゴム材料２からなる被覆層の外径が大きい、いわゆるクラウン形状の円筒状ゴム成形体７を形成する。そのために、芯金１のローラ６による送り速度や、ゴム材料２のシリンダ４からの送り速度を変化させる。

芯金１に付着するゴム材料２の厚さは、ローラ６によるクロスヘッド３への芯金１の送り速度を速くすると薄くなり、送り速度を遅くすると厚くなる。また、芯金１に付着するゴム材料２からなる被覆層の厚さは、シリンダ４からクロスヘッド３へのゴム材料２の送り速度を速くすると厚くなり、送り速度を遅くすると薄くなる。

このように、芯金１に付着するゴム材料２の厚さは、クロスヘッド３への芯金１の送り速度と、クロスヘッド３へのゴム材料２の送り速度と、によって制御することができる。しかし、芯金の周囲のゴム材料２の厚さの変化の応答の速さは、クロスヘッド３へのゴム材料２の送り速度より、クロスヘッド３への芯金１の送り速度の方が早い。そのため、芯金１に付着するゴム材料２からなる被覆層の厚さは、ローラ６によるクロスヘッド３への芯金１の送り速度を制御することにより調整することがより有効である。ローラ６によるクロスヘッド３への芯金１の送り速度は、ローラ６に接続されたモータ８の回転速度によって調整する。モータ８はエンコーダ９を備え、エンコーダ９によってモータ８の回転速度や回転数を検出可能である。

一方、ゴム材料２のシリンダ４からの送り速度は、スクリュ５の回転速度によって制御可能である。スクリュ５は誘導モータ（不図示）を備え、誘導モータによってスクリュ５の回転速度を検出可能である。クロスヘッド３の出口から送り出された円筒状ゴム成形体７は、引取機１５によって、１つの芯金１あたり１つずつ受け取られ、順次パレット（不図示）に載置される。

次に、押出し成形機１００におけるフィードバック制御について説明する。フィードバック制御系は、第一外径測定器１０、第二外径測定器１１、外径異常判断器１２、制御演算器１３、ドライバ１４、により構成されている。第一外径測定器１０は、クロスヘッド３の出口の近傍、すなわち芯金の移動方向における前方に配置され、この出口から送り出された円筒状ゴム成形体７の外径を測定し、その測定結果を外径異常判断器に伝達する。

第二外径測定器１１はクロスヘッド３と外径測定器１０の間に配置され、第一外径測定器１０と同様に円筒状ゴム成形体７の外径を測定し、その測定結果を外径異常判断器に伝達する。

芯金１のある位置にゴムが付着してから、その位置が第一外径測定器までに到達する時間はフィードバック制御系に対する無駄時間となる。フィードバック制御系の性能を高めるには無駄時間は小さいことが望ましく、第一外径測定器１０はクロスヘッド３のなるべく近くに設けるのが良い。しかし、第一外径測定器１０はその測定結果をフィードバック信号として用いるため、高い測定精度が必要でその大きさの物理的要因により配置の制約がある。一方、第二外径測定器１１は外径異常の判断用として用いるので、第一外径測定器１０ほどの高精度は必要とせず、小型のものを用いることができるので第一外径測定器１０よりさらにクロスヘッド３の近くに設けることができる。

外径異常判断器１２の機能を、図２〜５を用いて説明する。

図２は第一外径測定器１０と第二外径測定器のそれぞれの測定結果の概念図であり、実測波形を基に説明用に誇張して示したものである。なお、図２における縦軸は円筒状ゴム成形体の層厚を表している。

図２の上段に示した第二外径測定器１１の測定結果は、図２の下段に示した第一外径測定器１０の測定結果に対してΔｔだけ時間的に早く得ることができる。このΔｔは、第一
外径測定器１０と第二外径測定器１１の測定ポイントの芯金送り方向における距離を、芯金送り速度によって除したものとほぼ同じである。

図３は外径異常判断器１２における制御演算器１３に送るフィードバック制御用出力の出力方法のフロー図を示したものである。第一外径測定器１０より時間的に早く入手できる第二外径測定器１１の測定結果を用いて、測定結果がバリ部であるか否か、すなわち外径異常か否かを判断する。測定結果のバリ部は図２のように急峻な変化をもつ独特の形状をしており、この波形をもとにバリ部を判断できる。測定結果がバリ部であり外径異常と判断した場合は、補正信号を出力する。バリ部でないと判断した場合は、第一外径測定器での計測値の測定結果を出力する。

外径異常判断器１２における外径異常の判断と制御演算器１３へのフィードバック制御指令算出用のデータの出力は、次のようにして行われる。まず、第二外径測定器１１からの外径測定値の時間経過に伴う変化に関するデータを外径異常判断器１２に取り込む（ステップＳ３０１）。次に、この第二外径測定器からのデータを、予め設定されたバリ部に相当する外径異常に関するデータと比較して、外径異常の有無を判断する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２において外径異常なし「ＮＯ」と判断した場合は、外径異常のない円筒状ゴム成形体の第二外径測定器の測定ポイントを通過した部分についての第一外径測定器１０からの測定結果を制御演算器１３に出力する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０２において外径異常あり「ＹＥＳ」と判断した場合は、外径異常を示すデータを第一外径測定器１０からの測定結果から削除した補正信号を制御演算器１３に出力する（ステップＳ３０４）。

図４に、外径異常判断器１２において外径異常なしと判断された場合における制御演算器１３に出力する波形の一例を示す。

図５に、外径異常判断器１２の補正信号出力であるフィードバック制御用出力の波形を示す。外径異常判断器における「外径異常判断」が「YES」である場合には、第一外径測定器１０からの測定結果としての波形からバリ部に相当する波形が除去された図４に示すような補正信号が、第一外径測定器からの波形のかわりに外径異常判断器から出力される。この補正信号の形成には、第二外径測定器からの測定結果に基づいて「バリ部あり」と判断した部分についての第一外径測定器１０の測定結果を基礎データとして用いるのが良い。第一外径測定器１０の測定結果を用いて外径異常を判断することも可能ではあるが、判断の処理時間の間は第一外径測定器１０の測定結果がそのまま制御演算器１３に送られてフィードバック制御が行われるので、バリ部の影響が残ってしまう。本発明を用いると、時間的に早く入手できる第二外形測定器の測定結果を外径異常判断に用いるので、バリ部の影響を遅れなく除去することができる。

制御演算器１３は、円筒状ゴム成形体７の目標外径と、フィードバック制御用出力の差分である外径誤差が小さくなるようにドライバ１４を介してモータ８の回転速度または回転数を制御する。これにより、芯金１は、円筒状ゴム成形体７の実測外径が目標外径に近づくようにローラ６によってクロスヘッド３内に送り込まれるようになる。以上の動作により、バリ部の影響を受けることなく、円筒状ゴム成形体７の成型を安定して行うことができる。

１芯金
２ゴム材料
３クロスヘッド
４シリンダ
５スクリュ
６ローラ
７ゴム形成体
８モータ
９エンコーダ
１０第一外径測定器
１１第二外径測定器
１２外径異常判断器
１３制御演算器
１００押出し成形機

Claims

芯金の外周に円筒状ゴム成形体を形成するためのクロスヘッドと、
前記クロスヘッドに溶融状態のゴム材料を送り込むシリンダを有する押出し機と、
前記クロスヘッドに芯金の複数本を該芯金の軸方向に連続して搬送する搬送ローラと、
前記搬送ローラの駆動手段と、
を有するゴムローラ製造用の押出し成形機において、
前記クロスヘッドの出口から押し出される円筒状ゴム成形体の外径を測定する第一外径測定器と、
前記クロスヘッドの出口と前記第一外径測定器との間に設けられ、前記円筒状ゴム成形体の外径を測定する第二外径測定器と、
外径異常判断器と、
前記芯金を前記クロスヘッドに送り込む速度を制御するためのフィードバック制御指令を算出し、該フィードバック制御指令を前記搬送ローラの駆動手段に出力する制御演算器と、
を備え、
前記外径異常判断器は、前記フィードバック制御指令を算出するための前記制御演算器に送付する外径測定結果として、
（１）前記第二外径測定結果から外径異常がないと判断した場合は、前記第一外径測定器の測定結果を出力し、
（２）前記第二外径測定結果から外径異常があると判断した場合は、前記第一外径測定器からの外径測定結果から前記外径異常に関する測定結果を除く補正を行って出力する
ことを特徴とする
ゴムローラ製造用の押出し成形機。
前記外径異常が、前記連続して供給される複数の芯金の端部の当接部に発生するバリ部によるものである請求項１に記載のゴムローラ製造用の押出し成形機。
前記第二外径測定器の前記芯金の軸方向における設置幅が、前記第一外径測定器の前記芯金の軸方向における設置幅より小さい請求項１または２に記載のゴムローラ製造用の押出し成形機。
前記第二外径測定器の計測分解能が、前記第一外径測定器の計測分解能より粗い請求項１乃至３のいずれか１項に記載のゴムローラ製造用の押出し成形機。
前記第二外径測定器の応答速度が、前記第一外径測定器の応答速度より速い請求項１乃至４のいずれか１項に記載のゴムローラ製造用の押出し成形機。