JP2009268998A

JP2009268998A - 塗布装置

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Publication number: JP2009268998A
Application number: JP2008123095A
Authority: JP
Inventors: Tomokiyo Taniguchi; 智清谷口; Yasuhiro Konishi; 泰広小西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-19

Abstract

【課題】塗布膜の不均一を解消し、円筒塗布体の塗布表面が平滑な塗布面を有し、膜厚が均一な円筒塗布体を得ることができる塗布装置を提供することを目的とする。
【解決手段】円筒基体１の表面に塗布膜を形成する塗布装置に関するもので、円筒基体１を水平保持する円筒支持部９と、円筒基体１を回転させる回転モータ５と、円筒状基体１の表面に塗布液を塗布する吐出ノズル２と、吐出ノズル２を移動させるＸ軸モータ７、Ｙ軸モータ８、Ｚ軸モータ５と、円筒基体１の表面との距離を測定する位置センサと、測定した距離に基づき、吐出ノズル２と円筒基体１の表面との距離を制御する距離制御手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真装置に用いられる円筒状基体表面に円滑な塗布膜を形成する塗布装置に関する。

従来の円筒形基体表面に薄膜を形成する方法として、ａ）スプレー法やｂ）浸漬法、ｃ）リングコータ法、ｄ）スパイラル法など古くから各手段が紹介されている。これら各方法では塗布液の無駄、厚膜ムラなどの不利点が上げられる。主にスパイラル法では塗布工程後の円筒基体表面でスパイラル状の塗工ムラを生じやすくなっているが、一方、その反面、無駄な塗布液が少なく、塗布装置構成が比較的簡単にできる。

さらに、スパイラル法での塗工法では厚膜面の均一性を保つために、塗料が液体架橋（以下メニスカス）を形成することが必要となってくる。従来の技術として、例えば（特許文献１）によれば、スパイラル工法による膜厚塗工方法であって、ノズル、位置センサ、流量調節手段、位置測定手段で構成されており、円筒基体への塗布工程は、前記位置センサにより前記円筒基体表面のみ塗工部分を測定しながら、前記ノズル先端と前記円筒表面の未塗工部分の偏差を算出し、前記ノズルが未塗工部分に到達すると同時に偏差に応じた塗布量を吐出し塗膜を形成させている。
特開平４−７４５７０号公報

しかしながら、上記方法では円筒基体の真円度や装置組立精度に伴う円筒基体回転時の芯ブレ等不具合発生時、ノズルとの偏差により塗布液の吐出量を変化させているため、メニスカスを形成しにくく厚膜ムラが発生しやすくなる。

さらに感光体ドラム体の製造では、塗料が乾燥しやすいものが多く、連続塗工時に円筒基体交換時などのノズル吐孔内部の塗布液表面の薄膜形成や繰り返し塗工によるノズル吐出孔付近の表面での残渣塗布液の硬化物形成などによる吐出不具合を引き起こす。

従って、上記課題を解決するため本発明は、に塗布する円筒基体表面とノズル先端と距離（以下ギャップ）を一定になるように算出し、定量吐出にて塗工し、さらには繰り返し連続して塗工作業を行う場合、安定した塗工が長時間可能な塗布装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、円筒基体表面に塗布膜を形成する塗布装置に関するもので、前記円筒基体を水平保持し回転させる円筒回転手段と、前記円筒状基体の表面に塗布液を塗布するノズルヘッドと、前記ノズルヘッドを移動させるノズルヘッド移動手段と、前記円筒基体表面との距離を測定する測定手段と、測定した距離に基づき、前記ノズルヘッドと前記円筒基体表面との距離を制御する距離制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明では、円筒基体を回転させる装置各部位の精度不良、円筒基体自体の真円度のバラツキに起因する塗布膜の不均一を解消し、円筒塗布体の塗布表面が平滑な塗布面を有し、かつ長時間連続な円筒基体の塗工することで、膜厚が安定した均一な円筒塗布体を得ることができる。

本発明の請求項１記載の発明は、塗布装置であって、円筒基体表面に塗布膜を形成する塗布装置に関するもので、円筒基体を水平保持し回転させる円筒回転手段と、円筒状基体の表面に塗布液を塗布するノズルヘッドと、ノズルヘッドを移動させるノズルヘッド移動手段と、円筒基体表面との距離を測定する測定手段と、測定した距離に基づき、ノズルヘッドと円筒基体表面との距離を制御する距離制御手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、塗工条件の一つである円筒基体表面とノズル先端とのギャップを、塗布剤の表面張力、粘度や固形成分濃度、吐出量により最も有効に塗布膜を形成できるように選択することで塗工時には常に一定になるように設定し、塗工時の円筒基体の芯ブレ等が発生しても、吐出塗布剤がメニスカス構造を形成するように作用し、円筒基体の塗布表面が全体を通して平滑な塗布膜を得るという効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の塗布装置であって、ノズルヘッドが塗布待機時に蓋をするノズルヘッド蓋手段と、ノズルヘッドを洗浄するノズルクリーニング手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、連続生産を行う場合、円筒基体交換時にノズル先端およびノズル吐孔での塗布剤表面に乾燥膜やノズル先端に付着している残渣塗工剤の乾燥を防止するように作用し、連続生産においては、円筒基体表面への塗工作業が安定して実施できるという効果を有する。

なお、連続生産では蓋機構とクリーニング機構の回数の比は、円筒基体の表面状態やノズルの汚れ具合により決定することが望ましい。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図１は本発明の実施例における円筒基体製造装置の要部斜視図であり、図２は本発明の実施例における位置センサの配置図であり、図３は本発明の実施例における装置全体の概略ブロック図、図４は本発明の実施例における塗工動作フローチャートである。

図１より、塗布される円筒基体１は、外径２４ｍｍ、長さ２４６ｍｍのアルミニウム製（以下基体）を用い、基体を回転軸方向に平行になるように、円筒支持手段部９に設置し、回転モータ５により円筒基体１が回転できるようになっている。吐出用ノズル（以下ノズル）２は、内径２．５４ｍｍの金属製ニードル（武蔵エンジニアリング製）を用い、円筒基体１の表面とノズル２の先端のギャップは０．２６ｍｍとして、円筒基体１の下部より吐出するように回転軸と垂直に設置した。ギャップは、塗料の固形分濃度、粘度や吐出量や円筒回転数など各条件にて最適な塗工ができる条件を設定しており、さらにノズル２の吐出方向は、円筒基体１の回転軸に対して法線方向であれば吐出方向は問わない。

なお、Ｘ軸モータ７、Ｙ軸モータ８でノズル２を平行移動させ、Ｚ軸モータ４によってノズル２を上下に移動させる。

塗布液としては、ポリカーボネート樹脂、電荷移動物質、酸化防止剤、レベリング剤とを固形分（固形分濃度約１２％）、テトラヒドロフランとアニソールを溶剤分とした材料を用いた。塗布液は塗布液用タンク１１に貯蔵されており、ノズル２とディスペンサ（プランジャー式）１２、塗布剤用タンク１１は溶液移動管（例えばテフロン（登録商標）チューブ）である接続チューブ６で接続した。

一方、本実施例では位置センサ３は、図２（ａ）のように変位センサ３とノズル２が一定距離に回転軸方向へ設置され、塗工中はＸ軸移動手段であるＸ軸モータ７と同方向にのみ移動可能なように設定した。この場合、予め位置センサ３で測定した円筒基体１とのギャップを利用して、ノズル２の位置を調整する。

また、図２（ｂ）に示すように、ノズル２と位置センサ３の位置関係が、円筒基体１を挟んで対向する位置に配置することも可能である。この場合、円筒基体１の回転速度に基づいて位置センサ３で測定した円筒基体１とのギャップからノズル２と円筒基体１とのギャップを算出し、ノズル２の位置を調整することで円筒基体１に塗布することが可能となる。

ただし、円筒基体１の回転軸の芯ブレ等が発生する場合、ノズル２と変位センサ３の設置位置の関係は回転軸方向（図２（ａ））に並べて設置することが望ましい。

本実施例では塗工条件としては円筒基体の回転を１２０ｒｐｍ、ノズルと変位センサを送り速度４．５４ｍｍ／ｓとし、塗布液用タンク１１とディスペンサ１２を介し、ノズル２から塗布液を吐出量７２．５ｕｌ／ｓにて定量吐出させ、円筒基体１への塗工を実施した。

ここで図３のブロック図および図４の塗工動作フローを用いて説明する。図３に示すようにＸ軸モータ７、Ｙ軸モータ８、Ｚ軸モータ４、回転モータ５、またギャップ検知手段である位置センサ３、およびディスペンサ１２が、データ制御・計算手段１０（例えばＰＣ）が接続され、主に各データ間はデータ制御・計算手段１０内のＣＰＵ３０１を介して、各々を制御できる状態としてあり、データ制御・計算手段１０には、ＲＡＭ等のデータ格納用のメモリ３０２が設けられている。

図４を用いて円筒基体１との距離を測定する計測フロー（ａ）と円筒基体１に塗布液を塗布する塗工フロー（ｂ）を説明する。図４（ａ）では、円筒基体１を装置内へ設置後、円筒基体１をデータ制御・計算手段１０より回転モータ５に駆動信号が送られ円筒基体１が回転し、さらに駆動信号がＸ軸モータ７に送られノズル２と位置センサ３はＸ軸方向へ移動する（Ｓ３１）。

次に位置センサ３により円筒基体１の表面とのギャップを測定し（Ｓ３２）、予め設定された最適ギャップとの差（以下Δα）を求め（Ｓ３３）、Δαをデータ制御・計算手段１０のメモリ３０２内に格納する（Ｓ３４）。さらに計測終了条件を満たすかどうか判定を行い（Ｓ３５）、計測終了条件を満たさない場合は、繰り返し計測を計測終了条件を満たすまで実施する。

一方、図４（ｂ）では、メモリ３０２内に格納されたΔαはメモリ３０２から取り出され（Ｓ３６）、ＣＰＵ３０１を介して、ノズル２を最適位置になるように、Ｚ軸モータ４を駆動させて、Δα移動させる（Ｓ３７）。さらに、最適塗布量が設定されたディスペンサ１２によりノズル２から塗料を吐出する（Ｓ３８，Ｓ３９）。その後メモリ３０２内にΔαデータが残っているかどうかを判定を行い（Ｓ４０）、Δαデータがメモリ３０２内になくなるまで塗工作業を行う。

なお、本実施例では、Ｘ軸モータ７によって、ノズル２と位置センサ３を同時に移動させているため、計測したギャップΔαを次々に使用し、Δαをメモリ３０１に格納するたびに塗工フローを実施し、Δαを計測毎に円筒基体１に塗工しているが、一旦円筒基体１の表面全体を位置センサ３により測定した後、ノズル２にて円筒基体１の表面に塗膜を形成してもよい。

なお、位置センサ３により測定したギャップΔαを次々に使用し、破棄したほうが、使用するメモリの使用量が少なくすることができる。

また、別々の駆動系でノズル２と位置センサ３を移動させてもよい。

ここで図５にノズル２の塗工時動作の一例を示す。図５は本発明の実施例におけるノズル動作を表す概略図であり、（ａ）はノズルの移動ステップが大きい場合、（ｂ）はノズルの移動ステップが小さい場合である。図５内の破線（円筒基体１の表面形状の一部）に対して、軌跡Ａと軌跡Ｂはノズル２がＸ軸方向の移動したときのノズルの先端の軌跡を示している。

図５（ａ）に示すようにＸ軸方向への移動ステップが大きい場合、軌跡Ａのように、ノズル２をＺ軸方向に細かいステップで移動させることができないため、円筒基体１表面の欠損内での塗膜厚のバラツキが発生しやすく、円筒基体１の表面の欠陥品では均一した膜厚を得ることが難しいが、塗布後の塗布材料がなじみやすいものであれば、平滑な表面を得ることが可能である。

一方、図５（ｂ）に示すように、軌跡ＢではＸ軸移動ステップが小さく、円筒形基体１の表面内に欠損が存在しても、ノズル２をＺ軸方向に細かいステップで移動させることができるため、ノズル２は円筒基体１の表面形状に対して膜厚が一定となるように追従動作を行うことができ、均一な塗布膜を得ることができる。

以下塗布膜の均一性を調べるために、塗布後の円筒体を十分に乾燥し、外観の観察および表面粗さ測定機ＳＥ３５００（小坂研究所製）により膜厚を測定した。本実施例では、合計１２箇所を測定し測定値の差が１．５μｍ以下であれば、平滑性があるとしている。上記装置により測定した結果、各箇所の膜厚の測定値の差が１．５μｍとなり、良好な測定結果であった。また外観においても、塗工ムラなど観察できなかった。

さらに実施例での円筒基体としてアルミ管を用いて連続塗布運転を行う場合について以下に説明する。図６は本発明の実施例におけるノズルに発生不具合の一例を示す図である。ノズル２は、連続塗布運転によって円筒基体に連続的に塗布する場合、ノズル２の内部の吐出用塗布液表面の膜やノズル２の吐出孔面上に残渣塗布液の硬化物が出現し、安定した円筒基体への塗工が困難になる。

そこで安定した円筒基体への塗工を行うための構造として、図７を用いて説明する。図７は本発明の実施例における蓋機構の概略図であり、（ａ）は蓋機構の動作開始前の概略図、（ｂ）は蓋機構の動作開始後の概略図である。蓋機構は、押え機構１０１とノズル２の先端が接触する弾性体プレート１０２から構成される。押え機構１０１は、固定プレート１０１ａと移動プレート１０１ｂ圧縮ばね１０１ｃからなり、移動プレート１０１ｂは圧縮ばね１０１ｃと直動式ガイド１０１ｄを介して固定プレート１０１ｂと接続されており、固定プレート１０１ｂの上位面にはストッパー１０１ｅを設置する。

また弾性体プレート１０２は１００ｍｍのポリテトラフルオロエチレン製とし、弾性体プレート１０２が移動プレート１０１ｂにねじ止めされており、弾性体プレート１０２はノズル先端と常に清潔な面と接触するように設定される。なお弾性体プレート１０２はノズル先端吐出面に傷等が発生しないものであれば、弾性体プレート１０２の材質は問わない。

蓋機構を利用した塗布剤効果防止動作について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施例におけるノズル吐出孔内の塗工液状態図である。ノズルは、塗工作業終了後、装置内のノズル待機位置で塗工待ち状態となる。蓋機構はノズル待機位置に設けられ（図示しない）、ノズル待機位置への移動と同時に、図８に示すようにノズル２内の非吐出塗料５１はノズル先端面以下になるよう逆流（サックバック機能）を施し、さらに図７（ｂ）のように、ノズル２の先端が蓋機構内の弾性体プレート１０２の下部と接触するように、上方向にノズル２は動作する。このとき圧縮ばね１０１ｃには下方向の圧縮力が働き、外気がノズル２の吐出孔への侵入を防止することになり、連続運転の際、塗布液の効果を防ぐ。

ここでノズルクリーニング機構について図を用いて説明する。図９は本発明の実施例におけるノズルクリーニング機構の概略平面図、図１０は本発明の実施例におけるノズルクリーニング機構の概略図であり、（ａ）は洗浄プロセスの開始前のノズル配置状態の概略図、（ｂ）は洗浄プロセスの開始後のノズル配置状態の概略図である。

ノズルクリーニング機構（以下）は図１０のように、ベースプレート２０１上にシリンダ２０２の突引動作に伴い、ばね２０３を介してチャック用部材２０４を設置し、洗浄用スポンジ２０５がチャック用部材２０４に取付けられる。さらに洗浄用スポンジ２０５は洗浄剤（ジオキソラン）が貯蔵されているタンクと管（図示せず）で接続されている構成である。

またチャック用部材２０４は対照に２本設けられ、シリンダ２０２の突引動作に伴いノズル２を洗浄する洗浄用スポンジ２０５の面同士が開閉する。さらに閉じると同時にスポンジへ洗浄液が供給される構成となっている。

図１０に示すようにノズル２はノズルクリーニング機構の下部へ移動し、下部よりノズルクリーニング機構内へ洗浄用スポンジ２０５が閉じたときにノズル２の先端が当たる位置まで侵入する。さらに図１０（ｂ）に示すように相対する洗浄用スポンジ２０５が閉じることでノズル２の先端を包みこみ、同時にタンクより洗浄剤を洗浄用スポンジ２０５内へ注入し、ノズル２の先端にて相対する洗浄用スポンジ２０５にて包んだ状態とし、この包み状態を５〜１０ｓ間保持後、２つのチャック用部材２０４が開状態となり、塗工準備位置まで移動し、塗布作業を実施した。

なお、１本目、５０本目の塗布済の円筒基体の塗布膜の均一性を調べるために、塗布後の円筒体を十分に乾燥し、円筒基体の膜厚を計測した。結果、Δが１．５μｍ以下となり良好な結果が得られ、外観上も塗工ムラのない結果であった。従って、連続・繰り返し円筒基体に塗布膜を形成する場合、安定して平滑な塗布表面を得ることができた。

本発明の塗布装置によれば、円筒体または円柱体の基体の外周表面に塗布膜を形成するに際し、塗布膜の非連続化等の不良の発生を防止することができ、さらに電子写真感光体にあたっては、外周表面の状態に沿って十分に均一な膜厚を形成することができるため、光電特性などの特性を高めることができ、画像形成装置に使用した場合、印刷ムラが少ない高品位の画像を得ることができる。

本発明の塗布装置は、複写機やプリンタ等の電子写真装置に用いられる円筒基体表面として有用である。

本発明の実施例における円筒基体製造装置の要部斜視図本発明の実施例における位置センサの配置図本発明の実施例における装置全体の概略ブロック図本発明の実施例における塗工動作フローチャート本発明の実施例におけるノズル動作を表す概略図本発明の実施例におけるノズルに発生不具合の一例を示す図本発明の実施例における蓋機構の概略図本発明の実施例におけるノズル吐出孔内の塗工液状態図本発明の実施例におけるノズルクリーニング機構の概略平面図本発明の実施例におけるノズルクリーニング機構の概略図

符号の説明

１円筒基体
２吐出ノズル（ノズル）
３位置センサ
４Ｚ軸モータ
５回転モータ
７Ｘ軸モータ
８Ｙ軸モータ
９円筒支持部

Claims

円筒基体表面に塗布膜を形成する塗布装置に関するもので、
前記円筒基体を水平保持し回転させる円筒回転手段と、
前記円筒状基体の表面に塗布液を塗布するノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドを移動させるノズルヘッド移動手段と、
前記円筒基体表面との距離を測定する測定手段と、
測定した距離に基づき、前記ノズルヘッドと前記円筒基体表面との距離を制御する距離制御手段とを備えたことを特徴とする塗布装置。
前記ノズルヘッドが塗布待機時に蓋をするノズルヘッド蓋手段と、
前記ノズルヘッドを洗浄するノズルクリーニング手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。