JP3868147B2

JP3868147B2 - 遠心形成方法及び装置

Info

Publication number: JP3868147B2
Application number: JP13475899A
Authority: JP
Inventors: 稔松尾; 亜希子田中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2000317959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状物質を型内に注入し、該型を回転させながら該液状物質を乾燥させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心形成方法は、ゴムおよびプラスチックをはじめとする製品の形成方法として、種々の工業分野において広範に用いられている技術である。例えば、電子写真複写機、ファクシミリ、あるいはプリンタ等の画像形成装置におけるトナー像又は転写材の担持体である無端状ベルトの形成方法にも用いられている。
【０００３】
上記遠心形成方法は、周知の如く円筒状の型内面に、製品の原料となる液状物質をスプレーで塗布、あるいはノズルから流し込み、該型を高速回転させながら該液状物質を乾燥させ、その遠心力により該型の内面形状にならった無端膜を形成するものである。液状物質として熱硬化性物質等を用いる場合には、遠心形成した無端膜を、さらに加熱により硬化反応を行う。
【０００４】
このような遠心形成方法における無端膜の成膜条件としては、上記型の内径をＤ、回転角速度をω（sec^-1)とすると、ω＝４２．３／（Ｄ）^１／２の関係を満たす必要があることが知られている。これは、塗布型の水平回転時に、該型上部の液状物質が重力によって落下しないぎりぎりの条件が、該型の回転による遠心力の加速度Ｄω^２と液状物質の重力加速度ｇ＝９８０とが釣り合うＤω^２＝９８０のときであり、これにより得られるω＝３１．３／（Ｄ）^１／２に安全係数をかけたものである（（株）高分子刊行会「ＦＲＰ成形の実際」参照）。また、該型の回転数Ｒ(rpm)は、ω＝２π×６０／Ｒの関係より求められる。
【０００５】
ところで、上記無端膜の乾燥後に上記型の回転を停止するときには、無端膜の乾燥が不充分であると、流動して液だれや膜厚ばらつきが生じてしまう。この問題を防ぐためには、無端膜が完全に乾燥固化した後に該型の回転を停止すればよいが、無端膜を完全に乾燥させるために加熱時間を必要以上に長くしすぎたり、加熱温度を高くしすぎたりすると、生産効率を低下させてしまう。また、無端膜を過剰に乾燥しすぎると、型の種類によっては、型面との接着力を増大させて膜の剥離脱型が困難になるという問題もある。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するために、無端膜の乾燥状態を、過剰な乾燥による生産効率の低下や膜の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による無端膜の液だれや膜厚ばらつきのない最適な状態に制御することが望ましい。
【０００７】
ここで、無端膜が上記のような最適状態となるのは、経験的に、いわゆる指触乾燥と呼ばれる指で軽く触れたときに粘着性を感じる状態であることが判っている。また、この指触乾燥レベルにおける無端膜中の残留溶媒重量は、固形分重量に対して３対１以下であることも判っている。そこで、無端膜の乾燥状態を制御する方法の１つとして、予め単位面積当たりの塗布液重量と該塗布液重量の固形分の割合とを計測し、この計測結果に応じて、予め実験等で求めておいた加熱条件で加熱することにより、無端膜を指触乾燥状態に制御する方法が考えられる。ところが、この方法においては、加熱時の送風風量や加熱温度上昇のパターンなどの条件を常に一定に保つことは困難であり、完全に最適な状態に制御できるものではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、液状物質を型内に注入し、該型を回転させながら該液状物質を乾燥させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成方法及び装置において、液状物質の乾燥状態を、過剰な乾燥による生産効率の低下や遠心成形後の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による液状物質の液だれや厚さばらつきのない最適な状態に制御可能にすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液状物質を型内に注入し、該型を回転させながら該液状物質を乾燥させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成方法において、上記液状物質に対して光を発する発光部と、該発光部から発せられ該液状物質表面で反射した光を受光する受光部とを有する光学センサにより、上記液状物質の乾燥中に該液状物質の乾燥状態を検知し、該受光部で受光される反射光強度が減少から増加に転ずる時点で、該乾燥を停止するものである。
ここで、液状物質の乾燥は、上記型を回転させながら、自然乾燥させてもよいし、加熱して乾燥させてもよい。
請求項２の発明は、液状物質を注入した型を回転させる回転手段と、該液状物質を加熱する加熱手段とを備え、該型を回転させながら該液状物質を乾燥又は硬化させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成装置において、上記液状物質に対して光を発する発光部と、該発光部から発せられ該液状物質表面で反射した光を受光する受光部とを有する光学センサと、該受光部で受光される反射光強度が減少から増加に転じた時点で報知を行う報知手段とを設けたことを特徴とするものである。ここで、報知手段は、表示による報知を行うものに限らず、音などによる報知を行うものでもよい。
請求項３の発明は、液状物質を注入した型を回転させる回転手段と、該液状物質を加熱する加熱手段とを備え、該型を回転させながら該液状物質を乾燥又は硬化させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成装置において、上記液状物質に対して光を発する発光部と、該発光部から発せられ該液状物質表面で反射した光を受光する受光部とを有する光学センサと、該受光部で受光される反射光強度が減少から増加に転じた時点で回転手段による回転と上記加熱手段の加熱とを停止する手段とを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
発光部から発した光が、上記液状物質表面で反射し、反射光が受光部で受光され、この反射光強度から、該液状物質の乾燥状態を検知する。反射光強度は、該液状物質の乾燥状態に応じて次のように変化する。乾燥初期では、光沢のある液表面で光が反射するため反射光強度が大きく、乾燥が進むにつれて、液中の溶媒が蒸発して液表面がざらつき、光が乱反射するようになり、反射光強度が徐々に減少していく。乾燥が進むと、液状物質がいわゆる指触乾燥と呼ばれる指で軽く触れたときに粘着性を感じる程度に達し、表面が平滑化して少しずつ光沢をもつようになり、この時点で、反射光強度は再び増加傾向に転ずる。
そこで、請求項１の遠心形成方法においては、反射光強度が減少から増加に転ずる時点で乾燥を停止することにより、液状物質を指触乾燥状態に制御する。したがって、液状物質の乾燥状態を、過剰な乾燥による生産効率の低下や遠心成形後の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による液状物質の液だれや厚さばらつきのない最適な状態に制御することができる。
また、請求項２の遠心形成装置においては、反射光強度が減少から増加に転じたことを報知手段で報知する。この報知で、該液状物質の乾燥中に乾燥状態を作業者が認識できる。このことから、作業者が、上記回転手段を停止するといった所定の処置動作を行うことにより、該液状物質の乾燥状態を、過剰な乾燥による生産効率の低下や遠心成形後の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による液状物質の液だれや厚さばらつきのない最適な状態に制御することができる。
また、請求項３の遠心形成装置においては、受光部で受光される反射光強度が減少から増加に転じた時点で回転手段による回転を停止することにより、液状物質を指触乾燥状態に制御する。したがって、液状物質の乾燥状態を、過剰な乾燥による生産効率の低下や遠心成形後の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による液状物質の液だれや厚さばらつきのない最適な状態に制御することができる。
【００１１】
ここで、上記液状物質が熱硬化性物質である場合には、上記乾燥後に、さらに加熱して硬化反応を行う必要がある。硬化反応を行うための加熱方法としては、上記乾燥後に、型ごと別の加熱炉で加熱する方法と、上記乾燥後に、引き続き型を回転させながら、該液状物質が硬化し得る程度の温度に設定して加熱する方法とがあるが、乾燥に引き続いて硬化反応を行う場合には、上記乾燥と同様に、過剰な加熱による生産効率の低下や剥離脱型不良が発生するおそれがある。
【００１２】
そこで、請求項３の発明は、上記型に注入さした液状物質を加熱する加熱手段も備え、上記時点で該加熱手段の加熱を停止する。
【００１３】
上記時点で該加熱手段の加熱を停止することにより、乾燥に引き続いて硬化反応を行う場合においても、液状物質の乾燥及び硬化状態を、過剰な加熱による生産効率の低下や剥離脱型不良がない最適な状態に制御することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る遠心形成方法の一実施形態として、電子写真複写機、ファクシミリ、およびプリンター等の画像形成装置におけるトナー像又は転写材の担持体である無端状ベルトを形成する場合を例に説明する。
【００２１】
本実施形態においては、ポリイミドを基本素材とする無端状ベルトを形成する。
図１は、遠心形成用の円筒状の型１を、型１の内周面上に形成された無端状ベルト用無端膜２（以下、単に無端膜２と称する）とともに示す断面図である。図中の一点鎖線は遠心形成の工程における型１の回転軸線３を示している。本実施形態においては、型１としてアルミの金型を使用した。無端膜２は、ベルト原料である液状物質が遠心形成方法により型１内周面に形成されたものである。本実施形態においては、液状物質としてポリアミド酸溶液を用いた。ポリアミド酸は、熱又は触媒によってイミド閉環することによりポリイミドに変化する性質を有する。ポリアミド酸溶液は、市販のポリイミド前駆体溶液（東レ製：トレニース＃３０００）を、有機溶剤であるＮ−Ｎジメチルアセトアミド（以下、ＤＭＡＣと称する）によって３０％に希釈したものを使用した。なお、本実施形態においては、無端状ベルトの基本素材としてポリイミドを用いたが、これに限定されるものではない。
【００２２】
図１において、周知の遠心形成方法の技術により無端膜２を形成する。具体的には、上記液状物質としてのポリアミド酸溶液を型１に塗布し、該型１を１０００rpmで高速回転させて型内周面上に均一な所定膜厚の無端膜２を形成する。
【００２３】
次いで、型１を回転させながら、上記のように形成された無端膜２を図示を省略した加熱手段によって加熱し、無端膜中の溶剤ＤＭＡＣを蒸発させて無端膜２を乾燥固化させる。そして、無端膜２を最終的にポリイミドベルトに仕上げるために、さらに加熱して無端膜２を硬化させ、その後、冷却を経て、型１から剥離脱型することにより、ポリイミドを基本素材とする無端状ベルトを得る。
【００２４】
ここで、上記の遠心形成方法においては、無端膜２の乾燥後に型１の回転を停止するときには、無端膜２の乾燥が不充分であると、流動して液だれや膜厚ばらつきが生じてしまう。この問題を防ぐためには、無端膜２が完全に乾燥固化した後に型１の回転を停止すればよいが、無端膜２を完全に乾燥させるために加熱時間を必要以上に長くしすぎたり、加熱温度を高くしすぎたりすると、生産効率を低下させてしまう。また、無端膜２を過剰に乾燥しすぎると、型の種類によっては、型面との接着力を増大させて膜の剥離脱型が困難になるという問題もある。また、乾燥に引き続いて硬化反応を行う場合にも、同様に、過剰な加熱による生産効率の低下や剥離脱型不良が発生するおそれがある。したがって、このような問題を解決するためには、無端膜２の乾燥状態を、過剰な乾燥による生産効率の低下や膜の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による無端膜の液だれや膜厚ばらつきのない最適な状態に制御することが望ましい。
【００２５】
そこで、無端膜２を最適な状態に制御するために、本発明者等は、無端膜２を形成するポリアミド酸溶液を平板に塗布し、加熱しながら該溶液の表面を目視観察することにより、該溶液の乾燥・硬化が進むに従って、液表面の光沢や色調が変化することを見出した。そして、このポリアミド酸溶液表面の状態変化を利用して、光センサで液表面の反射光を測定することで、ポリアミド酸溶液の乾燥・硬化状態を検知できることが判明した。
【００２６】
図２は、平板に塗布したポリアミド酸溶液を加熱しながら、該溶液に対して光を照射し、液表面で反射された反射光強度を測定した結果を示すグラフである。縦軸に反射光強度Ｉを、横軸に加熱時間ｔを示す。
図２に示すように、加熱開始時はポリアミド酸溶液の光沢のある液表面で光が反射するため反射光強度Ｉが大きく、加熱が進むにつれて、液中の溶剤ＤＭＡＣが蒸発して表面がざらついた黄濁した乾燥膜となる。このとき、光が膜表面で乱反射するようになり、反射光強度が徐々に減少する。さらに加熱が進むと、乾燥膜がいわゆる指触乾燥と呼ばれる指で軽く触れたときに粘着性を感じる程度に達し、膜表面が平滑化して少しずつ光沢をもつようになり、この時点で、反射光強度は再び増加傾向に転ずる。そして、さらに加熱が進むと、硬化して膜表面の光沢が増していき反射光強度も増加するが、ある程度まで硬化が進んで膜表面の色調が濃くなっていくと、反射光強度は再び減少傾向に転ずる。さらに加熱が進むと、膜表面は褐黒化して反射光強度はさらに減少する。
【００２７】
このように、ポリアミド酸溶液の乾燥・硬化状態に応じて反射光強度が変化するため、反射光強度を測定することにより、例えば、反射光強度と該溶液の乾燥・硬化状態との関係を予めデータテーブルなどの形でもたせておくことで、該溶液の乾燥・硬化状態を検知できることができることがわかった。
【００２８】
次に、実際の遠心形成方法によるポリアミド酸溶液の乾燥・硬化処理において、反射光強度を測定する場合の具体例を説明する。
【００２９】
図３は、図１で示した型１の内部に、型１端部の図示しない保持治具の空洞部から、光センサを備えた支持体３を挿入した状態を示す図である。光学センサは、ポリアミド酸溶液が遠心形成された無端膜２に対して光を発する発光部としての発光素子４と、該発光素子４から発せられ無端膜２表面で反射した光を受光する受光部としての受光素子５から構成されている。
【００３０】
図３において、型１を回転させながら図示しない加熱手段により無端膜２を加熱する。そして無端膜２を加熱中に、型１に上記支持体３を挿入し、無端膜２に向かって発光素子４から光を照射すると、光は無端膜２表面で反射し、この反射光を受光素子５で受光して、無端膜２の反射光強度を測定する。
【００３１】
下表１に、塗布膜２の加熱時間及び加熱温度を種々変化させたときの、反射光強度の測定結果を示す。また、型１の回転及び加熱を停止した後、無端膜２が乾燥固化あるいは半硬化した状態の無端膜２を観察した結果を示す。また、その後、別の加熱炉で硬化処理を行って最終的な成膜状態を観察した結果、及び、型１からの剥離脱型状況も示す。
【表１】

【００３２】
表１より、無端膜２が、過剰な乾燥による生産効率の低下や剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による流動変形のない最適な状態となるのは、反射光強度が減少から増加に転ずる時点付近であることがわかる。したがって、反射光強度が減少から増加に転ずる時点で、型１の回転及び無端膜２の加熱停止することにより、無端膜２を最適な状態に制御できる。具体的には、例えば、上記反射光強度を出力する報知手段としての表示モニターを設け、作業者がこれを監視して、反射光強度が減少から増加に転した時点で、型１の回転及び加熱を停止してもよいし、反射光強度が減少から増加に転した時点で、音などを発するように構成された報知手段を設けてもよい。また、反射光強度が減少から増加に転した時点で、型１の回転及び加熱を停止するように制御する制御手段を設け、型１の回転及び加熱の停止を自動的に行うようにしてもよい。
【００３３】
なお、上図２のグラフで示した、反射光強度は、ポリアミド酸溶液の濃度、液厚みなど、様々な要因で変化するが、反射光強度の増減の推移は、いづれの場合でも同様の傾向を示すので、乾燥・硬化状態の検知に使用可能である。また、溶剤蒸発と硬化反応の進行及び膜変質は、グラフ中で示したように明確に区別されるものではなく、同時進行していくものであるが、型１の回転及び加熱の継続あるいは停止を決定する手段として有効である。
【００３４】
以上、本実施形態においては、無端膜２の加熱中に該無端膜２の乾燥状態を検知し、この検知結果に基づいて、該乾燥を継続するか停止するかを決定するので、無端膜２を所望の乾燥状態に制御できる。したがって、過剰な乾燥による生産効率の低下や遠心成形後の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による無端膜２の液だれや厚さばらつきのない最適な状態に制御することができる。
【００３５】
なお、実施形態においては、電子写真複写機、ファクシミリ、およびプリンター等の画像形成装置におけるトナー像又は転写材の担持体である無端状ベルトを形成する場合を例に説明したが、液状物質を型内に注入し、該型を回転させながら該液状物質を乾燥させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成方法であれば適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明によれば、液状物質の過剰乾燥や乾燥不足を防止できるので、液状物質の乾燥状態を、過剰な乾燥による生産効率の低下や遠心成形後の剥離脱型不良がなく、且つ乾燥不足による液状物質の液だれや厚さばらつきのない最適な状態に制御することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る遠心形成方法を説明するための説明図。
【図２】ポリアミド酸溶液の加熱時間と該溶液に照射した光の反射光強度の関係を示すグラフ。
【図３】ポリアミド酸溶液の反射光強度を測定する方法を説明するための説明図。
【符号の説明】
１型
２無端膜
３支持体
４発光素子
５受光素子

Claims

液状物質を型内に注入し、該型を回転させながら該液状物質を乾燥させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成方法において、
上記液状物質に対して光を発する発光部と、該発光部から発せられ該液状物質表面で反射した光を受光する受光部とを有する光学センサにより、上記液状物質の乾燥中に該液状物質の乾燥状態を検知し、該受光部で受光される反射光強度が減少から増加に転ずる時点で、該乾燥を停止することを特徴とする遠心形成方法。
液状物質を注入した型を回転させる回転手段と、該液状物質を加熱する加熱手段とを備え、該型を回転させながら該液状物質を乾燥又は硬化させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成装置において、
上記液状物質に対して光を発する発光部と、該発光部から発せられ該液状物質表面で反射した光を受光する受光部とを有する光学センサと、
該受光部で受光される反射光強度が減少から増加に転じた時点で報知を行う報知手段とを設けたことを特徴とする遠心形成装置。
液状物質を注入した型を回転させる回転手段と、該液状物質を加熱する加熱手段とを備え、該型を回転させながら該液状物質を乾燥又は硬化させ、その遠心力により該型の内面形状にならった製品を形成する遠心形成装置において、
上記液状物質に対して光を発する発光部と、該発光部から発せられ該液状物質表面で反射した光を受光する受光部とを有する光学センサと、
該受光部で受光される反射光強度が減少から増加に転じた時点で上記回転手段による回転と上記加熱手段の加熱とを停止する手段とを設けたことを特徴とする遠心形成装置。