JP4599863B2

JP4599863B2 - 環状塗布装置、環状塗布方法

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Publication number: JP4599863B2
Application number: JP2004088084A
Authority: JP
Inventors: 恭子西川; 雄一矢敷; 利和大野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP2005270807A

Description

本発明は、少量の塗液でもって円筒芯体表面に塗布することが可能な環状塗布装置に関し、特に、塗膜に気泡を生じさせにくい環状塗布装置に関する

円筒芯体表面に塗布をすることは広く行われており、一般的には、円筒芯体を塗液に浸漬して引き上げる浸漬塗布方法が知られている。このような浸漬塗布方法では、円筒芯体が余裕で入る塗布槽の容量分の液量が必要であるため、円筒芯体が大きくなると、必要とする塗液は多量になる。ところが、塗液が電子写真感光体用塗料や、ポリイミド樹脂溶液のように、高価な液体の場合には、必要液量が多くなることは、はなはだ不都合である。

浸漬塗布方法に代わり、例えば、特許文献１記載のように、環状塗布槽で塗布する方法も知られている。この方法は、塗布装置の断面図を図１０に示すように、環状塗布槽１０３の底面に環状シール材１０８を取り付け、その中に円筒芯体１０１を通し、塗液１０２を入れ、環状塗布槽１０３から円筒芯体１０１を相対的に上昇させ、円筒芯体１０１の表面に塗膜１０４を形成するものである。円筒芯体１０１の上下には、中間体１０９が設けられるが、円筒芯体１０１同士を積み重ねても良い。

上記環状塗布方法の場合、環状シール材１０８は円筒芯体１０１の表面に接し、塗液１０２の漏洩を防止しているのであるが、円筒芯体１０１を環状塗布槽１０３から相対的に上昇させる際、環状シール材１０８が、円筒芯体１０１と中間体１０９のつなぎ目、あるいは円筒芯体１０１同士のつなぎ目を通過する箇所がある。つなぎ目は、全く段差なく平坦に形成されていれば問題ないが、現実のつなぎ目というのは、円筒芯体１０１又は中間体１０９の外径の誤差、もしくは真円度の不足、つなぎ目における位置ずれ、もしくは多少の傾き、「面取り」と称する直角の角を少し滑らかにする処置、等の理由によって、少なからぬ段差が生じる。

環状シール材１０８がそのような段差を通過する時は、環状シール材１０８が振動したりして、塗液１０２が漏洩したり、気泡が発生して塗液中に気泡が持ち込まれる場合がある。さらに、環状シール材１０８が磨耗し、磨耗粉が塗液１０２に混入することもある。

また、塗布終了時に塗液１０２が漏洩したり、気泡が発生して塗液中に気泡が持ち込まれる場合がある。この推定メカニズムを図１１に示す。まず、塗布中は円筒芯体１０１の上昇に伴う摩擦や液中の圧力変化で、環状シール材１０８は環状塗布槽１０３側（円筒芯体１０１の通過方向）へと引きずられる（図１１（ａ））。しかし、塗布終了時は摩擦が急激に低下するため、環状シール材１０８は元の形状へ復元しようとする（図１１（ｂ））。このとき、環状シール材１０８の形状復元に塗液が追従できない場合、環状シール材１０８と円筒芯体１０１の接触部分より気泡が発生する（図１１（ｃ））。その際に、やはり環状シール材１０８が磨耗することもある。

いずれも塗布作業には好ましくないが、特に、塗液中に気泡や磨耗粉が入ることは、塗膜にも気泡や磨耗粉が入って品質を低下させることにつながるので、非常に好ましくない。例えば、電子写真装置における感光体、帯電体、転写体及び定着体などに、ポリイミド（以後、ＰＩと略す）樹脂の無端ベルトが用いられるが、このベルトに気泡、もしくは気泡痕、あるいは磨耗粉があると明確に画像へ現れ、画質の低下を招く。したがって気泡や磨耗粉の混入は重要な課題といえる。

一方、浸漬塗布方法にて比較的高粘度の塗液を塗布すると、膜厚が厚くなり過ぎたり、液の垂れがひどく発生する、という問題がある。この問題を解消するために、本発明者は、特許文献２記載のように、円筒芯体の外径よりも大きな内径の穴を設けた環状体を塗液上に設け、その穴を通して塗膜の厚さを調整する塗布方法を出願した。この方法は前記環状塗布方法にも展開できるが、粘度が高い塗液に、上述の如く気泡や磨耗粉が入ると、極めて抜けにくく、気泡や磨耗粉の問題はより深刻である。

なお、上記問題が顕著になる比較的高粘度とは、粘度が２００ｍＰａ・ｓ以上特に、４００ｍＰａ・ｓ以上の場合である。但し、粘度が２００ｍＰａ・ｓ以上の塗液は、従来の浸漬塗布方法において常に課題であった上端部での垂れは少なくなる利点がある。

また、ＰＩ樹脂で無端ベルトを作製するには、例えば、特許文献３記載のように、芯体の表面に浸漬塗布法によってＰＩ前駆体溶液を塗布して乾燥し、加熱した後、ＰＩ樹脂皮膜を芯体から剥離する方法がある。この方法では、外型に載せ換える工数が不要なので有利である。但し、芯体の表面に、浸漬塗布法によってＰＩ前駆体溶液を塗布すると、一般にＰＩ前駆体溶液は粘度が非常に高いために、上述の記載の如く、塗膜の付着量が多くなり、膜厚が厚くなり過ぎる問題があったので、改善が望まれていた。
特開昭５８−１１０６４号公報特開２００２−９１０２７号公報特公昭６４−１０２６号公報

本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、浸漬塗布方法よりも塗液の必要量が少なくて済む環状塗布方法を利用しても、気泡や磨耗粉が発生しにくい環状塗布装置及び環状塗布方法を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
＜１＞塗液を保持すると共に、円筒芯体の外径よりも小さい穴を持つ環状シール材を底部に有する環状塗布槽を具備し、
環状シール材の穴に円筒芯体を通し、前記環状塗布槽から前記円筒芯体を相対的に上昇させ、前記円筒芯体の表面に前記塗液を塗布する環状塗布装置において、
前記環状シール材は、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材と、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇを越える第２部材と、を前記第１部材が円筒芯体と当接されるよう貼り合わせて構成されたことを特徴とする環状塗布装置。

＜２＞前記サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材と、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇを越える第２部材と、が熱融着により貼り合わせて構成された＜１＞に記載の環状塗布装置。

＜３＞前記第１部材が、多孔質構造を有するポリエチレンである＜１＞に記載の環状塗布装置。

＜４＞前記環状シール材は、前記環状塗布槽に取り付けた後、前記円筒芯体を前記環状シール材の穴に嵌め込んだ状態で前記環状シール材の軟化点以上に加熱して変形されてなる＜１＞に記載の環状塗布装置。

＜５＞前記環状シール材に設ける穴は、円筒芯体の外径よりも小さい最大径を持ち、その形状が、楕円形、または波型の縁部を有する円形である＜１＞に記載の環状塗布装置。

＜８＞サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材と、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇを越える第２部材と、を前記第１部材が円筒芯体と当接されるよう貼り合わせて構成され、円筒芯体の外径よりも小さい穴を持つ環状シール材を底部に有する環状塗布槽に塗液を保持させ、前記環状シール材の前記穴に前記円筒芯体を通し、前記環状塗布槽から前記円筒芯体を相対的に上昇させ、前記円筒芯体の表面に前記塗液を塗布する環状塗布方法において、
前記円筒芯体への塗布終了時には、円筒芯体の相対的上昇速度を１．０秒以上かけて減速させて停止することを特徴とする環状塗布方法。

本発明によれば、浸漬塗布方法よりも塗液の必要量が少なくて済む環状塗布方法を利用しても、気泡や磨耗紛が発生しにくい環状塗布装置を提供することができる。また、粘度の高い塗液を用いて、その膜厚が比較的厚い場合であっても、やはり気泡や磨耗紛を生じさせず、均一な膜厚で塗布できる塗布装置を提供することもできる。

以下、本発明の環状塗布装置及び環状塗布方法について、図面を用いて説明する。

図１は環状塗布装置の概略断面図である。但し、塗布主要部のみを示し、周辺部は省略した。なお、本明細書において、「円筒芯体上に塗布する」とは、円筒芯体の表面上、及び該表面に層を有する場合はその層上に塗液を塗布する意味である。また、「円筒芯体を上昇」とは、塗布液面との相対関係であり、「円筒芯体を停止し、塗布液面を下降」させる場合を含む。

図１において、塗液２を環状塗布槽３に入れ、その下部から上部へ円筒芯体１を通過させると、塗布が行われ、塗膜４が形成される。環状塗布槽の底部には、塗布時に円筒芯体１を通すための穴１０が設けられた環状シール材８を取り付ける。また、軸方向が垂直方向（重力方向）となるように配置された円筒芯体１は、両端面が中間体９に固定され、不図示の昇降装置に設置された中間体９を介して垂直方向に移動される。

環状シール材８は、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下とする。環状シール材８をサンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下として硬くすることで、塗布時における環状シール材８と円筒芯体１との摩擦を低減させると共に、その変形量を小さくし、円筒芯体１の段差（後述する円筒芯体１と中間体９との段差など）に起因する環状シール材８のはじけを抑制し、気泡の発生を抑制する。

また、塗布時における環状シール材８と円筒芯体１との摩擦が低減することによって磨耗しにくくなり、磨耗紛の発生を抑制し、磨耗紛が塗膜中に異物として混入することが防止される。

環状シール材８のサンドスラリー磨耗量は、好ましくは１〜２０ｍｇであり、さらに好ましくは１〜５ｍｇである。

環状シール材８の構成材料として、耐溶剤性を有し、サンドスラリー摩耗量が上記範囲の樹脂材料が使用されるが、具体的には、例えば、フッ素樹脂（例えばポリテトラフロロエチレン：サンドスラリー摩耗量１８ｍｇ）、硬質（高分子量）ポリエチレン（重量平均分子量５００００〜５０００００、サンドスラリー摩耗量１５ｍｇ）、超高分子量ポリエチレン（重量平均分量１００００００〜６００００００、サンドスラリー摩耗量３ｍｇ）、等が挙げられる。また、それらの多孔質材料であってもよい。

なお、サンドスラリー摩耗量が２０ｍｇを越えるものとしては、例えば軟質ポリエチレン（重量平均分子量２０００〜５０００、サンドスラリー摩耗量１００ｍｇ）、ポリプロピレンサンドスラリー摩耗量４０ｍｇ）は、摩耗しやすく、磨耗粉を生じやすいので、本発明に使用する環状シール材８の構成材料としては適さない。

ここで、サンドスラリー摩耗量が２０ｍｇ以下の材料として、所望の大きさや厚みのものがない場合、あるいは多孔質であって液が漏れる場合、等においては、サンドスラリー摩耗量が２０ｍｇ以下の材料がどうしても必要となる部分は、少なくとも前記円筒芯体との当接部分だけであるので、その部分だけサンドスラリー摩耗量が２０ｍｇ以下の材料で構成し、他の部分はサンドスラリー摩耗量が２０ｍｇを越える材料で構成しても良い。

このような構成の環状シール材８としては、例えば、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材と、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇを越える第２部材と、を前記第１部材が円筒芯体と当接されるよう貼り合わせて構成が挙げられる。具体的には、環状シール材８は、図８のように、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材８ａとサンドスラリー摩耗量と２０ｍｇを越える第２部材８ｂを積層した構成することができる。この構成では、第１部材が図中下側に設けられており、環状シール材８の穴１０に円筒芯体１が挿入されたとき、円筒芯体１はサンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材８ａにのみ当接することとなる。
そして、本発明では、環状シール材８としては本構成が採用される。

また、環状シール材８は、図９のように、第１部材８ａと第２部材８ｂとがその端部同士で貼り合わされた構成が挙げられる。この構成では、第１部材に穴１０が設けられており、環状シール材８の穴１０に円筒芯体１が挿入されたとき、円筒芯体１はサンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材８ａにのみ当接することとなる。

なお、いずれの構成も、第１部材が円筒芯体１と当接し、第２部材８ｂが円筒芯体１と当接しないように構成する。この両者を張り合わせる方法としては、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の材料が接着剤では接着しにくい材料であることから、熱融着が好ましい。

また、サンドスラリー磨耗量の測定方法は以下のとおりである。まず、砂（２８５０ｇ）と水（７００ｇ）を入れた容器に、厚さ３ｍｍ、幅２２ｍｍ、長さ２５ｍｍの板を、砂面に対して直角にしてシャフトに取付け、これをモーターに直結して、上記組成の砂と水のスラリーの中に入れ、５００ｒｐｍで回転させ、６００００回転後の摩耗量を測定する。そして、下記式によって算出する。
式：摩耗量＝試験前の重量―試験後の重量

環状シール材８の厚みとしては、０．１〜３ｍｍが好ましく、より好ましくは０．２〜１ｍｍである。厚みを上記範囲とすることで、より効果的に、環状シール材８と円筒芯体１との摩擦を低減させると共に、磨耗紛の発生を抑制させることができる。

環状シール材８は、図２に示すように、環状塗布槽３に連結される環状シール材本体８ａと、環状シール材本体８ａと連続して形成されると共に穴１０を形成し、円筒芯体１の上昇方向に向かって突出したテーパー状の突出片８ｂと、から構成させることがよい。

予め、環状シール材８の突出片８ｂ（穴１０縁部周辺）を、円筒芯体１が通過させるときと同様に通過方向（上昇方向）に突出させて盛り上がった形状にしておくことで、円筒芯体１の通過時、環状シール材８の突出片８ｂ（穴１０縁部）の弾性変形が少なくなり、円筒芯体１の段差（例えば円筒芯体１と中間体９との段差など）に起因する環状シール材８のはじけを抑制し、気泡の発生を抑制する。また、円筒芯体１を穴１０に通し易くなる。

環状シール材８の突出片８ｂ（穴１０縁部）は、略筒状で、基端側（環状シール材本体８ａとの連結部側）から先端側（穴１０縁部側）に向けて漸次内径寸法が小さくなるテーパー状となっている。

環状シール材８を上記形状とするには、例えば、環状シール材８を環状塗布槽３に連結した後、円筒芯体１を穴１０に嵌め込んだ状態で、環状シール材８の軟化点以上に加熱させる方法が挙げられる。また、成形型により上記形状となるように形成してもよい。

環状シール材８の中央には、図３に示すように、円筒芯体１の外径よりも小さい穴１０を設ける。環状シール材８に設けられる中央の穴１０は、円筒芯体１を通させると、円筒芯体１の外径よりも小さいため、円筒芯体１の通過方向に盛り上がるように弾性変形する。この際、環状シール材８の穴１０の形状が円形であると、図５に示すように、円形の穴１０により形成される環状シール材８縁部は円筒芯体１と円筒芯体１軸方向に垂直な面に対して角度をなさず、直線状に当接することになる。このため、環状シール材８縁部の円筒芯体１表面との当接部１３は、円筒芯体通過方向と直交することになり、例えば、円筒芯体１の表面に段差１２があると、段差１２の通過する際、段差１２に環状シール材８縁部（当接部１３）が引っ掛かり、一気に弾けて振動し、塗膜内に気泡が入ってしまう。特に、この現象は、上述のように、中間体９と円筒芯体１とのつなぎ目や、２以上の円筒芯体１のつなぎ目に起因する段差があると生じ易くなる。

これに対し、図４に示すように、楕円形の穴１０により形成される環状シール材８縁部は、円筒芯体１と円筒芯体１軸方向に垂直な面に対して角度をなして、曲線状に当接することとなる。このため、環状シール材８の円筒芯体１表面との当接部１１は、円筒芯体通過方向と直交しておらず、円筒芯体１の表面に段差１２があっても、段差１２が環状シール材８縁部（当接部１１）に引っ掛かり難く、段差１２は環状シール材８縁部に対し順次なめらかに通過することになるので、環状シール材８がはじけて振動することがなくなる。

環状シール材８に設けられる楕円形の穴１０は、その長径が円筒芯体１の外径より、やや小さく作られる。具体的には、材質や厚みにもよるが、０．５〜３ｍｍ小さいことが好ましい。これが少ないと液漏れの虞があり、多いと接触面の曲線状態が小さくなる。楕円形の穴１０は、その短径が長径よりさらに１〜５ｍｍ小さいことが好ましい。これが少ないと当接部の曲線状態が小さくなり、多いと内径が小さくなりすぎて、円筒芯体１を通すことが困難になる。

環状シール材８に設けられる穴１０の形状は、楕円形に限られず、上述のように当該穴１０に円筒芯体１を通させるとき、該穴１０により形成される環状シール材８縁部が円筒芯体１と円筒芯体１軸方向に垂直な面に対して角度をなして当接するような形状、例えば、図６に示すように、波型の縁部を形成する形状の穴１０であってもよく、楕円形と同様の機能を有することとなる。なお、これらの穴１０の形状は、その最大径が円筒芯体１の外径よりもやや小さくなるように構成する。

本発明の環状塗布装置及び環状塗布方法においては、上記構成により円筒芯体１の外周面に塗液２を塗布される。この際、円筒芯体１への塗布終了時と同時に円筒芯体１の上昇を止めると、上述のように、環状シール材８と円筒芯体１との摩擦が急激に低下し、環状シール材８の形状復元変化に塗液２が追随できなくなり、気泡の発生が発生してしまうことがある。

そこで、本発明では、前記円筒芯体の上昇速度Ｖｓを１．０秒以上かけて減速させて、塗布を終了させる。このように、上昇速度Ｖｓを１．０秒以上という時間をかけて徐々に減速させて塗布を終了させることで、環状シール材８と円筒芯体１との摩擦の急激な低下を抑制し、形状復元変化に塗液２が追随できるようになり、塗布終了に伴う円筒芯体１の停止に起因する気泡の発生が抑制される。

ここで、この塗布終了は円筒芯体１の停止、即ち上昇速度Ｖｓ＝０であることを意味する。言い換えれば、時間ｔをかけて減速させるとは、円筒芯体１の減速開始から停止までに時間ｔを掛けて、円筒芯体１を停止させることである。この円筒芯体１の減速開始から停止まで時間は、１．０秒以上であり、円筒芯体１の上昇速度（塗布速度）や液粘度に影響されるが、０．１〜１０秒が好ましく、より好ましくは、０．３〜５秒である。

円筒芯体１の減速は一次関数的に減速してもよいし、二次関数的に減速してもよい。数式で表せば、式（ａ）Ｖ＝Ｖ_s−ｋｔ（ｋは定数）、式（ｂ）Ｖ＝Ｖ_s−ｋ₂ｔ−ｋ₁ｔ²（ｋ₁、ｋ₂は定数）で示される。Ｖは減速後の上昇速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｖｓは減速前の上昇速度（ｍ／ｍｉｎ）、ｔは減速開始からの時間を示す。このため、Ｖ＝０になる時間ｔが、円筒芯体１の減速開始から停止まで時間を示す。

また、定数ｋ、ｋ₁、ｋ₂は、塗布速度や塗布液粘度、環状シール材の硬度、環状シール材と円筒芯体との摩擦力により決定される。

次に、他の塗布方法について図７に示す。塗液２上には、円筒芯体１の断面の外周外径よりも大きな円形の孔６を設けた環状体５を自由移動可能状態で設置する。塗布を行う際は、円筒芯体１を、孔６を通して上昇させる。この際、円筒芯体１と孔６との間隙により、塗膜４の膜厚が制限される。そのため、高粘度の塗液であっても、均一な膜厚に塗布することができる。

環状体５の材質は、塗液２によって侵されないものであり、種々の金属、プラスチック等から選ばれ、軽量化のために、中空構造でもよい。環状体５に設けられる孔６の内壁の形状は、塗液に浸る下部で芯体との間隙が広く、上部が狭い形状であれば、図７に示すように斜めの直線状であるもののほか、階段状や曲線状でもよい。

以下、環状体５の最小内径部分における円筒芯体１との間隙を本発明では「間隙」とし、環状体５の「高さ」とは、環状体５の最小内径部分の塗液面からの高さを示す。間隙は、所望の膜厚を鑑みて調整する。乾燥膜厚は、濡れ膜厚と塗液の不揮発分濃度の積であるが、これから所望の濡れ膜厚が求められ、前記間隙は、所望の濡れ膜厚の１倍〜２倍にするのがよい。１倍〜２倍とするのは、塗液の粘度及び／又は表面張力、及び皮膜の収縮などにより、間隙の距離が濡れ膜厚になるとは限らないからである。

環状体５は、塗液２上でわずかの力で動くことができるよう、自由移動可能状態で設置する。その方法としては、環状体５を塗液上に浮遊させる方法のほか、環状体５をロールやベアリングで支える方法、環状体５をエア圧で支える方法、などがある。

環状体５の孔６を通して円筒芯体１を上昇させると、塗液２の介在により、円筒芯体と環状体との間隙にて摩擦抵抗が生じ、環状体５には上昇力が作用し、持ち上げられる。その際、環状体５は円筒芯体１との摩擦抵抗が周方向で一定になるように水平方向に移動し、間隙が周方向で一定になる。

塗布していない時、環状体５には上昇力が作用していないのであるが、環状体５の浮力が不足する場合、あるいは環状体５の高さが高い場合等は、環状体５の底面が、塗布槽３の壁面（底面）又は環状シール材８に接触することとなる。そうなると塗布を開始しても、環状体５が上昇しにくいので、環状体５は塗布槽３の壁面（底面）又は環状シール材８との間に隙間を設けておくことが好ましい。そこで、図７に示すように、環状体５の外周面に環状体５を支える腕１４、あるいは環状体５の底又は塗布槽３にピン１５を設けて、環状体５を支えるのがよい。環状体５の塗液２への沈没を防止するための沈没防止部材としての腕１４は、例えば、環状体５が塗液２にある程度浸る高さで塗布槽３の外壁上端に当接する形状で設けられ、また、ピン１５は環状体５或いは塗布槽３内壁の所定の箇所に、環状体５が塗液２にある程度沈むと干渉するように設けられる。なお、沈没防止部材の構成は、腕１４やピン１５に限らず、環状体５の沈没を防止する構成であれば、例えば、板状、突起状、リング状の如何なる構成であってもよい。

次に円筒芯体１について説明する。被塗布物が感光体の場合、円筒芯体１にはアルミニウム、ステンレス鋼等の金属や、導電性を付与したプラスチックが用いられる。被塗布物が帯電ロールの場合、円筒芯体１は芯金の周囲に例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性に優れたゴム材からなる弾性層を設けたロールが用いられる。被塗布物が帯電ロールの場合、円筒芯体１は芯金の周囲に例えばウレタンゴムやスポンジ等の弾性層を設けたロールが用いられる。

本発明の環状塗布装置により無端ベルトを作製するには、円筒芯体１に皮膜形成用塗液を塗布した後、加熱硬化などを行い、形成された皮膜を芯体から剥離する。無端ベルトを作製するための円筒芯体は、アルミニウムやステンレス等の金属が好ましい。また、皮膜の剥離性を良くするため、その表面は、クロムやニッケルでメッキしたり、フッ素樹脂やシリコーン樹脂で表面を被覆したり、あるいは表面に離型剤を塗布することが有効である。

次に塗液について説明する。本明細書において、「塗液」とは、種々の溶液、分散液など、種々の液体を含む意である。

無端ベルトを作製する場合、塗液は樹脂材料及び／又はこれらの前駆体（以下、「樹脂材料等」という場合がある）を含有するものである。樹脂材料等として、ポリイミド（ＰＩと略す）、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、フタル酸系ポリエステル、ポリカーボネート等がある。これらの中では、強度や寸法安定性の面でＰＩが特に好ましい。樹脂材料等を含有する塗液の固形分濃度は、１５〜５０％程度、粘度は１０〜１０００Ｐａ・ｓ、上昇速度は０．１〜１．５ｍ／ｍｉｎ程度であるのが好ましい。作製される無端ベルトの厚さは、２５〜２００μｍ程度である。

無端ベルトを作製するには、円筒芯体の表面に塗液を塗布した後、塗液を乾燥し、塗膜を芯体ごと所定温度で加熱すると、樹脂材料等が反応（硬化）し、皮膜が形成される。乾燥時に塗液が下方に垂れる場合、芯体を横にして回転しながら乾燥させてもよい。形成された皮膜を芯体から剥離して無端ベルトを得る。

乾燥時に、残留溶剤を完全に除去できない場合、あるいは加熱反応時に樹脂から発生する水等の気化成分が除去しきれない場合、樹脂皮膜に膨れが生じることが避けられないことがある。これは特にＰＩ樹脂皮膜の膜厚が５０μｍを越えるような場合に顕著である。

その場合、芯体の表面を、Ｒａ０．２〜２μｍ程度に粗面化することが有効である。これにより、ＰＩ樹脂皮膜から生じる残留溶剤又は水の蒸気は、芯体とＰＩ樹脂皮膜の間にできるわずかな隙間を通って外部に出ることができ、膨れを防止することができる。芯体表面の粗面化には、ブラスト、切削、サンドペーパーがけ等の方法がある。

無端ベルトを接触帯電フィルムのような帯電体、或いは転写ベルトとして使用する場合、樹脂材料等の中に必要に応じて予め導電剤を分散させる。導電剤としては、例えば、カーボンブラック、カーボンブラックを造粒したカーボンビーズ、カーボンファイバー、グラファイト、カーボンナノチューブ等の炭素系物質；銅、銀、アルミニウム等の金属又は合金；酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、ＳｎＯ₂・Ｉｎ₂Ｏ₃複合酸化物等の導電性金属酸化物；チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー等が挙げられる。導電剤を分散した塗液は、組成のむらを生じやすいので、環状体を回転させて撹拌することも有効である。

以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。

［実施例１］
（参考例１−１）
図１と同様な構成の環状塗布装置を用いて、肉厚１ｍｍ、外径３０ｍｍφ、長さ３００ｍｍのアルミニウム管を円筒芯体１（基体）とし、有機感光体ドラムを製造する一工程として、以下の下引き層を塗布した。なお、アルミニウム管の表面は、湿式ホーニングにより、ＪＩＳＢ６０１−１９９４に規定された表面粗さＲａで０．２μｍに粗面化した。

内径６０ｍｍ、高さ４０ｍｍの環状塗布槽３の底面に、内径２９ｍｍの円形の穴１０を設けた、硬質ポリエチレン（商品名コウベポリシートＥＬ；新神戸電機製）製の環状シール材８（サンドスラリー磨耗量１５ｍｇ、厚さ０．３ｍｍ）を取り付けた。

また、円筒芯体１の上下には、外径３０ｍｍφ、長さ５０ｍｍのアルミニウム製中間体９を嵌めた。円筒芯体１と中間体９のそれぞれの端面には、面取りが施されており、嵌めた際の継ぎ目には、０．１〜０．５ｍｍの段差もしくは隙間が生じている。

８ナイロン（ラッカマイド、大日本インキ化学社製）５質量部をメタノール４０質量部及び１−ブタノール６０質量部の混合溶媒に溶解し、粘度３０ｍＰａ・ｓの下引き層形成用の塗液２を調製した。円筒芯体１を０．１５ｍ／ｍｉｎで上昇させることにより、その表面に塗膜４が塗布され、１３５゜Ｃで１０分間の乾燥により、０．７μｍ厚の下引き層が形成された。

得られた下引き層には気泡痕は見られなかったが、塗液２には若干気泡が発生したが問題ないレベルであり、しかも塗液２の粘度が低いため自然に消えていた。

また、１００本連続して塗布しても、得られた下引き層には磨耗粉に起因する欠陥は見られなかった。

（比較例１−１）
参考例１において、硬質ポリエチレン製の環状シール材８に代えて、軟質ポリエチレン（商品名コウベポリシートＥＨ；新神戸電機製）製の環状シール材８（サンドスラリー摩耗量１００ｍｇ、厚さ０．３ｍｍ）を用い、他は同様にして塗布を行った。その結果、得られた下引き層には気泡痕が見られ、塗液２には気泡が大量に発生していた。なお、塗液２の粘度が低いため自然に消えた。

また、１００本連続して塗布したところ、最初の２０本程度は問題なく塗布できたが、それ以後、約５本に１本の割で、下引き層中に異物欠陥が発生した。その異物を分析すると、ポリエチレンの微小な粉であった。環状シール材８が摩耗して粉が生じたと考えられる。
（比較例１−２）
参考例１において、硬質ポリエチレン製の環状シール材８に代えて、ポリプロピレン（商品名コウベポリシートＰＰ；新神戸電機製）製の環状シール材８（サンドスラリー摩耗量４０ｍｇ、厚さ０．３ｍｍ）を用い、他は同様にして塗布を行った。その結果、得られた下引き層には気泡痕が見られ、塗液２には気泡が発生していた。なお、塗液２の粘度が低いため自然に消えた。

また、１００本連続して塗布したところ、最初の４０本程度は問題なく塗布できたが、それ以後、約１０本に１本の割で、下引き層中に異物欠陥が発生した。その異物を分析すると、ポリプロピレンの微小な粉であった。環状シール材が摩耗して粉が生じたと考えられる。

（参考例１−２）
図７と同様な構成の環状塗布装置を用い、以下のようにしてポリイミド前駆体溶液を塗布し、無端ベルトを作製した。

ポリイミド前駆体のＮ−メチルピロリドン溶液（商品名：ＵワニスＳ、宇部興産（株）製）を塗液２とした。固形分濃度は約１８％、粘度は５Ｐａ・ｓである。これを内径１２０ｍｍ、高さ５０ｍｍの塗布槽３に入れた。底面には、長径２９ｍｍ、短径２６ｍｍの楕円形の穴１０を設けた、硬質ポリエチレン（商品名コウベポリシートＥＬ；新神戸電機製）製の環状シール材８（サンドスラリー磨耗量１５ｍｇ、厚さ０．５ｍｍ）を取り付けた。

外径３０ｍｍ、長さ４００ｍｍのアルミニウム製円筒を用意し、球形アルミナ粒子（不二製作所社製、粒径１０５〜１２５μｍ）によるブラスト処理により、表面をＲａ１．０μｍに粗面化した後、表面にシリコーン系離型剤（商品名：ＫＳ７００、信越化学（株）製）を塗布して、３００℃で１時間、焼き付け処理し、円筒芯体１とした。円筒芯体１の上下には、外径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍのアルミニウム製中間体９を嵌めた。それぞれの端面には、参考例１と同じく、面取りが施されている。

環状体５として、高さが２５ｍｍ、外径が８０ｍｍで、最も狭い部分の内径が２８．８ｍｍの孔６を設けたアルミニウム製の中空体を作製した。環状体５の外側には、３本の腕１４を取り付け、塗布しない時はそれが塗布槽３の上に乗るようにした。

円筒芯体１を環状体の孔６に通しながら、０．７ｍ／ｍｉｎの速度で上昇させたところ、環状体５は当初より約２０ｍｍ持ち上げられ、芯体１の上昇途中で環状体５が芯体１に接触することはなく、塗布後には、芯体１に濡れ膜厚が約６００μｍの塗膜４が形成された。その膜厚は芯体と環状体の孔の間隙により定まり、芯体の上昇速度には左右されなかった。

その後、円筒芯体１の軸方向を水平にして２０ｒｐｍで回転させながら、１２０℃で６０分間乾燥し、次いで芯体１を縦にして２００℃で３０分間、３８０℃で１時間加熱して樹脂を反応させた。室温に冷えてから皮膜を取り出すことにより、ポリイミド樹脂製の無端ベルトを得ることができた。

膜厚を測定すると、上端部から３０ｍｍを除いて、平均値７０μｍであり、面内に気泡に起因する欠陥はなかった。また、１００本連続して塗布しても異物に起因する欠陥は見られなかった。得られた無端ベルトは、定着ベルトの基体として使用することができた。

また、環状体５を用いることで、ポリイミド前駆体溶液などの比較的粘度の高い塗液を用いて、その膜厚が比較的厚い場合であっても、やはり気泡を生じさせず、均一な膜厚で塗布できた。

（参考例１−３）
参考例１−２において、硬質ポリエチレン製の環状シール材８に代えて、超高分子量ポリエチレン（（商品名ＡＳプレート；旭エンジニアリング製））製の環状シール材８（サンドスラリー摩耗量３ｍｇ、厚さ０．５ｍｍ）を使用した。この環状シール材８は、硬質ポリエチレン製のものより更に硬くて円筒芯体１を穴１０に通しにくかったので、環状塗布槽３に取り付け、１００℃に加熱して軟らかくした後、穴１０に円筒芯体１を通した状態で、１３０℃に温度を上げて２０分間加熱して、冷却した。これにより、図２に示す形状の環状シール材８となった。これ以外は、参考例２と同様にして塗布を行った。

その結果、得られた無端ベルトの膜厚を測定すると、上端部から３０ｍｍを除いて、平均値７０μｍであり、面内に気泡に起因する欠陥はなかった。また、１００本連続して塗布しても異物に起因する欠陥は見られなかった。超高分子量ポリエチレン製の環状シール材８は、硬質ポリエチレン製のものより更に硬いので、円筒芯体１との摩擦が低減され、さらに摩耗に対する耐久性は更に増した。また、弾性が乏しい環状シール材８の突出片８ｂ（穴１０縁部）を、円筒芯体１が通過させるときと同様に通過方向（上昇方向）に突出させて盛り上がった形状にしておくことで、円筒芯体１の通過時、環状シール材８の（穴１０縁部）の弾性変形が少なくなり、円筒芯体１の段差をスムーズに通過出来た。

（実施例１−４）
孔径１０〜５０μｍ程度の微小な隙間を有する多孔質超高分子量ポリエチレン（商品名：サンマット、日東電工製）はサンドスラリー磨耗量が２ｍｇであり、多孔質であるため、参考例１−３の超高分子量ポリエチレンよりも柔軟性があり、粗面化した芯体との摩擦も小さく、環状シール材８として非常に好ましい材料であるが、多孔質であるので、塗液が染み出る問題があった。そこで、０．３ｍｍ厚の上記多孔質超高分子量ポリエチレンと０．３ｍｍ厚の軟質ポリエチレン（比較例１−１記載）をアルミニウム板ではさみ、１４０℃に加熱して両者を融着させた。その後、長径２９ｍｍ、短径２６ｍｍの楕円形の穴１０を設け、環状シール材８とした（図８参照）。他は、参考例１−２と同様にしてＰＩ樹脂無端ベルトを作製した。
その結果、得られた無端は面内に気泡に起因する欠陥はなかった。また、１００本連続して塗布しても異物に起因する欠陥は見られなかった。環状シール材は、芯体と接する側が多孔質超高分子量ポリエチレンであるので、硬質ポリエチレン製のものより摩耗に対する耐久性は更に増したほか、超高分子量ポリエチレンよりも柔軟性があるため、参考例１−３のように加熱して変形させる必要はなかった。

これら実施例から、サンドスラリー磨耗量の小さい環状シール材８を使用することで、気泡の発生を抑制する共に、磨耗による異物の混入が防止されることがわかる。

［実施例２］
（比較例２−１）
図１と同様な構成の環状塗布装置を用い、以下のようにしてポリイミド前駆体溶液を塗布し、無端ベルトを作製した。

ポリイミド前駆体のＮ−メチルピロリドン溶液（商品名：ＵワニスＳ、宇部興産（株）製）を塗液２とした。固形分濃度は約１８％、粘度は５Ｐａ・ｓである。これを内径１２０ｍｍ、高さ５０ｍｍの塗布槽３に入れた。底面には、長径６７ｍｍ、短径６４ｍｍの楕円形の穴１０を設けた、０．５ｍｍ厚の軟質ポリエチレン製の環状シール材８を取り付けた。この後、環状塗布槽３ごと減圧して、塗液投入時に生じる気泡を除去した。

外径６８ｍｍ、長さ５００ｍｍのアルミニウム製円筒を用意し、球形アルミナ粒子（不二製作所社製、粒径１０５〜１２５μｍ）によるブラスト処理により、表面をＲａ１．０μｍに粗面化した後、表面にシリコーン系離型剤（商品名：ＫＳ７００、信越化学（株）製）を塗布して、３００℃で１時間、焼き付け処理し、円筒芯体１とした。円筒芯体１の上下には、外径６８ｍｍ、長さ５０ｍｍのアルミニウム製中間体９を嵌めた。それぞれの端面には、参考例１−１と同じく、面取りが施されている。

円筒芯体１を０．８ｍ／ｍｉｎの速度で上昇させて塗布を行い、上記式（ａ）Ｖ＝Ｖｓ−ｋｔに従い１次関数的に０．５秒かけて減速して円筒芯体１を停止させ、塗布を終了した。ここで、式（ａ）においては、Ｖｓは０．８ｍ／ｍｉｎ、ｋ＝１．６、ｔ＝０．５ｓである。

その後、芯体１の軸方向を水平にして１８ｒｐｍで回転させながら、１２０℃で６０分間乾燥した。その後、３４０℃で３０分間加熱して樹脂を反応させた。室温に冷えてから皮膜を取り出すことにより、ポリイミド樹脂製の無端ベルトを得ることができた。

無端ベルトを作製した後、環状塗布槽３中の塗液２を観察したところ、気泡が３つ観察された。また、１本目に作製した無端ベルトには気泡痕は見られなかったが、２本目に作製した無端ベルトには２つの気泡痕が観察された。結果を表１に示す。

（参考例２−１）
円筒芯体１を、上記式（ａ）Ｖ＝Ｖｓ−ｋｔに従い１次関数的に１．５秒かけて減速して円筒芯体１を停止させ、塗布を終了した以外は、比較例２−１と同様にして無端ベルトを作製した。ここで、式（ａ）においては、Ｖｓは０．８ｍ／ｍｉｎ、ｋ＝０．５３、ｔ＝１．５ｓである。

無端ベルトを作製した後、環状塗布槽３中の塗液２を観察したところ、気泡は観察されなかった。また、１本目、２本目以降に作製した無端ベルトに気泡痕は観察されなかった。結果を表１に示す。
（参考例２−２）

円筒芯体１を、上記式（ａ）Ｖ＝Ｖｓ−ｋｔに従い１次関数的に３秒かけて減速して円筒芯体１を停止させ、塗布を終了した以外は、比較例２−１と同様にして無端ベルトを作製した。ここで、式（ａ）においては、Ｖｓは０．８ｍ／ｍｉｎ、ｋ＝０．２７、ｔ＝３ｓである。

無端ベルトを作製した後、環状塗布槽３中の塗液２を観察したところ、気泡は観察されなかった。また、１本目、２本目以降に作製した無端ベルトに気泡痕は観察されなかった。結果を表１に示す。

（参考例２−３）
円筒芯体１を、上記式（ａ）Ｖ＝Ｖｓ−ｋｔに従い１次関数的に５秒かけて減速して円筒芯体１を停止させ、塗布を終了した以外は、比較例２−１と同様にして無端ベルトを作製した。ここで、式（ａ）においては、Ｖｓは０．８ｍ／ｍｉｎ、ｋ＝０．１６、ｔ＝５ｓである。

（比較例２−２）
図７と同様な構成の環状塗布装置を用い、以下のようにしてポリイミド前駆体溶液を塗布し、無端ベルトを作製した。

環状体５として、高さが２５ｍｍ、外径が８４ｍｍで、最も狭い部分の内径が６８．９ｍｍの孔６を設けたステンレス製の中空体を作製した。環状体５の外側には、３本の腕１４を取り付け、塗布しない時はそれが塗布槽３の上に乗るようにした。

円筒芯体１を環状体５の孔６に通しながら、０．８ｍ／ｍｉｎの速度で上昇させて塗布を行い、上記式（ａ）Ｖ＝Ｖｓ−ｋｔに従い１次関数的に０．５秒かけて減速して円筒芯体１を停止させ、塗布を終了した。ここで、式（ａ）においては、Ｖｓは０．８ｍ／ｍｉｎ、ｋ＝１．６、ｔ＝０．５ｓである。

なお、塗布の際、環状体５は当初より約２０ｍｍ持ち上げられ、芯体１の上昇途中で環状体５が芯体１に接触することはなく、塗布後には、芯体１に濡れ膜厚が約６００μｍの塗膜４が形成された。その膜厚は芯体と環状体の孔の間隙により定まり、芯体の上昇速度には左右されなかった。

無端ベルトを作製した後、環状塗布槽３中の塗液２を観察したところ、６つの気泡が観察された。また、１本目に作製した無端ベルトには気泡痕は観察されなかったが、２本目に作製した無端ベルトには３つの気泡痕が観察された。結果を表１に示す。

（参考例２−４）
円筒芯体１を、上記式（ａ）Ｖ＝Ｖｓ−ｋｔに従い１次関数的に１．５秒かけて減速して円筒芯体１を停止させ、塗布を終了した以外は、比較例２−２と同様にして無端ベルトを作製した。ここで、式（ａ）においては、Ｖｓは０．８ｍ／ｍｉｎ、ｋ＝０．５３、ｔ＝１．５ｓである。

無端ベルトを作製した後、環状塗布槽３中の塗液２を観察したところ、３つの気泡が観察された。また、１本目に作製した無端ベルトには気泡痕は観察されなかったが、２本目に作製した無端ベルトには２つの気泡痕が観察された。結果を表１に示す。

（参考例２−５）
円筒芯体１を、上記式（ａ）Ｖ＝Ｖｓ−ｋｔに従い１次関数的に３秒かけて減速して円筒芯体１を停止させ、塗布を終了した以外は、比較例２−２と同様にして無端ベルトを作製した。ここで、式（ａ）においては、Ｖｓは０．８ｍ／ｍｉｎ、ｋ＝０．２７、ｔ＝３ｓである。

無端ベルトを作製した後、環状塗布槽３中の塗液２を観察したところ、１つの気泡が観察された。また、１本目、２本目以降に作製した無端ベルトに気泡痕は観察されなかった。結果を表１に示す。

表１の結果から、急激に円筒芯体１を停止して塗布を終了させるときに比べ、徐々に円筒芯体１を停止して塗布を終了させると、塗液に気泡が発生を抑制し、ベルトに気泡痕の発生を防止できることがわかる。

本発明の環状塗布装置の一例を示す概略断面図である。本発明の環状塗布装置の環状シール材の一例を示す平面図である。本発明の環状塗布装置の環状シール材と円筒芯体との接触状態を説明するたもの説明図である。従来の環状塗布装置の環状シール材と円筒芯体との接触状態を説明するための説明図である。本発明の環状塗布装置の環状シール材の他の一例を示す平面図である。本発明の環状塗布装置の他の一例を示す概略断面図である。従来の環状塗布装置の一例を示す概略断面図である。本発明の環状シール材の構成を示す断面図である。本発明の環状シール材の他の構成を示す断面図である。従来の環状塗布装置を示す概略断面図である。従来の環状塗布装置において気泡が発生する推定メカニズムを示す図である。

符号の説明

１円筒芯体
２塗液
３環状塗布槽
４塗膜
５環状体
６孔
８環状シール材
９中間体
１０穴

Claims

塗液を保持すると共に、円筒芯体の外径よりも小さい穴を持つ環状シール材を底部に有する環状塗布槽を具備し、
環状シール材の穴に円筒芯体を通し、前記環状塗布槽から前記円筒芯体を相対的に上昇させ、前記円筒芯体の表面に前記塗液を塗布する環状塗布装置において、
前記環状シール材は、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材と、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇを越える第２部材と、を前記第１部材が円筒芯体と当接されるよう貼り合わせて構成されたことを特徴とする環状塗布装置。
前記サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材と、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇを越える第２部材と、が熱融着により貼り合わせて構成された請求項１に記載の環状塗布装置。
前記第１部材が、多孔質構造を有するポリエチレンである請求項１に記載の環状塗布装置。
前記環状シール材は、前記環状塗布槽に取り付けた後、前記円筒芯体を前記環状シール材の穴に嵌め込んだ状態で前記環状シール材の軟化点以上に加熱して変形されてなる請求項１に記載の環状塗布装置。
前記環状シール材に設ける穴は、円筒芯体の外径よりも小さい最大径を持ち、その形状が、楕円形、または波型の縁部を有する円形である請求項１に記載の環状塗布装置。
サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇ以下の第１部材と、サンドスラリー磨耗量が２０ｍｇを越える第２部材と、を前記第１部材が円筒芯体と当接されるよう貼り合わせて構成され、円筒芯体の外径よりも小さい穴を持つ環状シール材を底部に有する環状塗布槽に塗液を保持させ、前記環状シール材の前記穴に前記円筒芯体を通し、前記環状塗布槽から前記円筒芯体を相対的に上昇させ、前記円筒芯体の表面に前記塗液を塗布する環状塗布方法において、
前記円筒芯体への塗布終了時には、円筒芯体の相対的上昇速度を１．０秒以上かけて減速させて停止することを特徴とする環状塗布方法。