JP2012240013A - 塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルト基材のような比較的柔軟な円筒状被塗工物の外側面に対して均一な塗膜をより高い塗工速度で形成することができる塗工装置を提供する。
【解決手段】塗工桶が上部部材と下部部材とにより構成され、下部部材には下部部材と円筒状被塗工物との間を水密に保つシール部材が設けられ、塗工液供給部が上部部材と下部部材との間に形成され、塗装時に円筒状被塗工物の外側面及びシール部材とともに塗工液を保持しながら円筒状被塗工物の外側面に塗工液を塗布する塗工液接触面が上部部材の貫通孔の内側面に円筒状被塗工物と離間して設けられ、上部部材を円筒状被塗工物と同軸に回転可能に保持する滑り部材が上部部材と下部部材との間に設けられ、かつ、上部部材を回転駆動させる上部部材回転駆動手段を有する塗工装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ等に用いられる定着ベルトなどの無端ベルト等の円筒体や、円柱体の側面への塗工に用いることができる塗工装置に関する。

本発明は、複写機、プリンタ等に用いられる定着ベルトは図２４に示すように、一般に、厚さが５０〜１２０μｍの樹脂（一般的にポリイミド）からなる無端状ベルト形状の基材２の外側面に、通常１００〜３００μｍの厚さで弾性層として耐熱性に優れたシリコーンゴム層３、及び、通常１０〜３０μｍの厚さで離型層として耐熱性及び離型性に優れたフッ素樹脂（一般的にテトラフルオロエチレン・パー フルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ））が、順次積層されて構成されている（これら層間には必要に応じてプライマ処理、コロナ放電処理が施されている）。

従来、この離型層を形成するための工法としてはスプレーコーティング塗装が考えられ、一般的に用いられてきた。しかし、スプレーは塗着効率が２０〜３０％と低く７０〜８０％の塗料を捨てていることとなり、塗料の利用効率が非常に低い。またフッ素樹脂は塗工も難しく、一度に１５〜３０μｍの塗膜を形成すると塗料がはじかれ、表面欠陥が生じてしまうために、薄い層を何層も重ねて塗装する必要があり時間もかかった。

一方、これらの欠点を補う工法として浸漬塗工が考えられる。これは液槽に被塗工物を浸し引き上げることで塗料を被塗工物に付着して塗膜を形成する方式であるために塗着効率は９０％以上と非常によく塗工時の塗料の無駄が少ない。さらにスプレー塗装に比べて高粘度の塗料を用いることが可能となり、一度の浸し引き上げ動作で塗膜を形成して塗工を完了させることができるため、時間も比較的短くてすむ。この方式では塗膜の厚さは粘度と塗工速度（被塗工物を引き上げる速度）によって決定され、粘度を高くあるいは塗工速度を速くすると塗膜が厚くなり、その逆では塗膜は薄くなることが一般的に知られている。塗工時間短縮のためには出来る限り粘度を低くすることが望ましいが、粘度を下げすぎると被塗工物上に形成された塗膜が塗料自体の自重によってダレ落ちてしまう不良が発生するため、ある一定以上（所望する膜厚と塗料によって決定される）粘度を低下させることはできず、それゆえある一定以上塗工速度を上昇させることはできない。

ここで、定着ベルトの例では処方にもよるが２０μｍ程度の膜厚を得るためにフッ素樹脂塗料を浸漬塗工で塗工する場合には、粘度３００ｃＰの塗料では塗膜がダレ落ちて不良となる。安定した品質を得るためには４００ｃＰ程度の粘度の塗料が最適であり、このときの塗工速度は４ｍｍ／ｓ程度となり、生産性が低い。

ここで、特開２００７−２５２９７６号公報（特許文献１）では次のような塗膜形成装置が提案された。この塗膜形成装置は、軸芯が鉛直方向と平行な状態に前述した基体としての被塗装物を位置付けて、該被塗装物を円環状の塗布ヘッドの内側に通すとともに、塗布ヘッドの内周に設けられたシール部材を被塗装物の外周面に当接させることで該塗布ヘッドを密閉して、この塗布ヘッドを被塗装物の軸芯に沿って移動させながら、塗布ヘッドの内周から塗料を被塗装物の外周面に塗布することで、塗膜を形成する。

このような塗膜形成装置は、塗布ヘッドを密閉して被塗装物と相対的に動かすことにより、少ない塗料での浸漬塗装を実現している。

しかし、この塗膜形成装置を用いて、被塗装物を塗装した場合、該被塗装物の外周面に形成される塗膜の厚みは、塗料の粘度と塗布速度（塗布ヘッドの移動速度）とによって決定され、塗料の粘度を高く又は塗布速度を速くすると塗膜が厚くなり、塗料の粘度を低く又は塗布速度を遅くすると塗膜が薄くなることから、塗装時間の短縮のため塗布速度を速くするには、塗料の粘度を低くする必要がある。

しかしながら、塗料の粘度を低くしすぎると、上述の従来技術同様に被塗装物の外周面に形成された塗膜に塗料の自重による液ダレが生じて塗装不良が発生するため、塗料が液ダレの生じない粘度で且つ所望の膜厚を得ることができる塗布速度よりも速くすることができず、塗布速度を速められる速度に限界があり、塗装時間を短縮することが困難であった。

このため、被塗装物の外周面への塗料の塗布速度を速くすることを可能にして、生産性の向上を図ることができる塗膜形成装置として、特開２０１１−５４３６公報（特許文献２）では、塗布ヘッドとして、前記塗料を収容し且つ前記被塗装物を通過させる開口部が設けられたヘッド本体と、前記ヘッド本体の上面に取り付けられたカバー部と、前記開口部の全周に亘って設けられて前記ヘッド本体と前記被塗装物との間を水密に保つシール部材と、を備え、前記カバー部が、円環状の本体部と、前記本体部の内周部から前記ヘッド本体に向かって突出し且つ該本体部から離れた端部が前記ヘッド本体内の前記塗料に侵入した円筒状の内周壁と、を備えているとともに、前記内周壁の内周面と前記被塗装物の外周面との間に所定の間隔が設けられている塗膜形成装置を用いる技術が提案されている。

この技術によれば、カバー部の内周壁の内周面と被塗装物の外周面との間に所定の間隔が設けられているので、塗布ヘッドが被塗装物の軸芯に沿って移動して該被塗装物の外周面に塗料を塗布する際に、内周壁の内周面と被塗装物の外周面とが相対的に移動することで、内周壁と被塗装物との間の塗料にせん断力が作用して、該塗料の粘度を一時的に低下させることができる。このため、被塗装物の外周面への塗料の塗布速度を速くすることができ、塗装時間を短縮することができ、延いては、生産性の向上を図ることができる。

しかしながら、塗工速度のさらなる高速化を目指すために、被塗工物と内周壁の内周面との隙間を狭くする場合、この隙間がある一定以上狭くなると毛細管現象により塗工液の液面が上昇し、塗工桶の上部に液溜まりを形成し、このときには粘度低下効果が得られない塗料が塗工されるために高速化の効果が得られなくなること、及び、被塗工物と内壁との隙間に要求される精度がより高くなるが、このような高い精度に応じることがきわめて困難であり、このように特許文献２で提案された工法において膜厚を均一に維持したまま、塗工速度をさらに高速化するには限界がある。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、定着ベルト基材のような比較的柔軟な円筒状被塗工物の外側面に対して均一な塗膜をより高い塗工速度で形成することができる塗工装置を提供することを目的とする。

本発明の塗工装置は上記課題を解決するために、請求項１に記載の通り、円筒状被塗工物を該円筒状被塗工物の軸を鉛直に保持する被塗工物保持部と、前記円筒状被塗工物の外側面の全周に対して塗工液を供給する塗工液供給部を内側面に備えた貫通孔を有する塗工桶と、前記塗工桶を保持するステージと、前記ステージを前記円筒状被塗工物に対して相対的に上下に移動させるステージ上下動駆動手段と、を有する塗工装置であって、イ）前記塗工桶が上部部材と下部部材とにより構成され、ロ）前記下部部材には該下部部材と前記円筒状被塗工物との間を水密に保つシール部材が設けられ、ハ）前記塗工液供給部が該上部部材と該下部部材との間に形成され、ニ）塗装時に前記ステージ上下動駆動手段により相対的に上昇する該円筒状被塗工物の外側面及び前記シール部材とともに前記塗工液供給部より供給される塗工液を保持しながら該円筒状被塗工物の外側面に該塗工液を塗布する塗工液接触面が前記上部部材の前記貫通孔の内側面に前記円筒状被塗工物と離間して設けられ、ホ）前記上部部材を前記円筒状被塗工物と同軸に回転可能に保持する滑り部材が該上部部材と該下部部材との間に設けられ、かつ、ヘ）前記上部部材を回転駆動させる上部部材回転駆動手段を有している
ことを特徴とする塗工装置である。

さらに本発明の塗工装置は、請求項２に記載の通り、請求項１記載の塗工装置において、前記上部部材の回転速度を計測する回転計測手段と、該回転計測手段からの信号を受けて前記回転駆動手段による該上部部材の回転駆動の回転速度を調整する回転安定制御手段と、を有していることを特徴とする。

さらに本発明の塗工装置は、請求項３に記載の通り、請求項１または請求項２に記載の塗工装置において、前記円筒状被塗工物の外側面と前記塗工液接触面との距離を計測する間隙距離計測手段と、該間隙距離計測手段からの信号を受けて前記回転駆動手段による該上部部材の回転駆動の回転速度を調整する距離検出回転制御手段と、を有していることを特徴とする。

さらに本発明の塗工装置は、請求項４に記載の通り、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の塗工装置において、前記塗工桶内に前記塗工液を保持する液槽部が設けられ、かつ、前記上部部材に該液槽部内の塗工液を攪拌する攪拌羽根が設けられていることを特徴とする。

本発明の塗工装置によれば、塗工液供給部が上部部材と下部部材との間に形成され、塗装時にステージ上下動駆動手段により相対的に上昇する円筒状被塗工物の外側面とともに塗工液供給部より供給される塗工液を保持しながら円筒状被塗工物の外側面に塗工液を塗布する塗工液接触面が上部部材の貫通孔の内側面に円筒状被塗工物と離間して設けられ、上部部材を前記円筒状被塗工物と同軸に回転可能に保持する滑り部材が上部部材と下部部材との間に設けられ、かつ、上部部材を回転駆動させる上部部材回転駆動手段を有していることにより、上部部材を回転させながら塗工液を塗布することにより、円筒状被塗工物の外側面と塗工液接触面との間で塗工液に対してせん断力を加えることが可能となり、その結果、塗工液の粘度を低下させて高速に、かつ、均一に塗布することができる。

また、請求項２に記載の塗工装置によれば、上部部材の回転速度を計測する回転計測手段と、回転計測手段からの信号を受けて回転駆動手段による上部部材の回転の回転速度を調整する回転安定制御手段と、を有しているので、塗工液の粘度を常に安定させることができ、その結果、より均一な塗膜を形成することができる。

また、請求項３に記載の塗工装置によれば、円筒状被塗工物の外側面と貫通孔部の内側面との距離を計測する間隙距離計測手段と、間隙距離計測手段からの信号を受けて上部部材の回転速度を調整する距離検出回転制御手段と、を有していることにより、塗工速度を高速化した場合に生じやすい塗膜の厚さむらを効果的に防止することができる。

また、請求項４に記載の塗工装置によれば、塗工桶内に塗工液を保持する液槽部が設けられ、かつ、上部部材に液槽部内の塗工液を攪拌する攪拌羽根が設けられていることにより塗工液供給部から供給される塗工液の粘度を均一に保つことができ、延いては形成される塗膜の厚さむらを効果的に防止することができる。

本発明に係る塗工装置の例２９の断面をモデル的に示した図である。 図２（ａ）塗工桶６付近のモデル拡大図である。図２（ｂ）塗工桶６のモデル上面図である。 回転駆動源２２と回転ローラ２２ａとが回動することを示すモデル図である。 塗工装置２９への円筒状被塗工物１のセット方法を示すモデル図である（上側マスク９１仮セット前の状態を示す図である）。 塗工装置２９への円筒状被塗工物１のセット方法を示すモデル図である（上側マスク９１仮セット後の状態を示す図である）。 塗工装置２９への円筒状被塗工物１のセット方法を示すモデル図である（上側マスク９１を引き上げた状態を示す図である）。 マンドレル１０に円筒状被塗工物１をセットした状態を示すモデル図である。 塗工装置２９へ下側マスク９２、マンドレル１０、及び、円筒状被塗工物１をセットした状態を示すモデル図である。 塗工装置２９へ円筒状被塗工物１が保持された状態を示すモデル図である。 塗工桶６が塗工開始位置に移動された状態を示すモデル図である。 図１１（ａ）超音波センサ１７付近の拡大モデル図である。図１１（ｂ）回転駆動されている上部部材を示す上面図である。 塗装中の塗工装置２９を示すモデル図である。 図１３（ａ）塗工桶６が塗装終了高さに達したときの塗工装置２９を示すモデル図である。図１３（ｂ）塗工桶６から塗工液３０が回収されている状態を示すモデル図である。 最下位置へ塗工桶６が移動された状態を示すモデル図である。 上チャック軸１２が上方に引き上げられた状態を示すモデル図である。 塗工装置２９から取り外されたマンドレルから塗工品を取り外す状態を示すモデル図である。 図１７（ａ）塗工中の円筒状被塗工物１の外側面、塗工液接触面６ａ１、及び、シール部材２０との間の塗工液３０に生じる流れを説明するモデル図である。図１７（ｂ）上記流れによって生じるせん断力速度Ａを示すモデル図である。 上部部材６ａの回転駆動によって生じるせん断速度Ｂを示すモデル図である。 せん断速度Ａとせん断速度Ｂとから合成されたせん断速度Ｃを示すモデル図である。 本発明の塗工装置２９の制御装置２８の塗工時動作のフローチャートを示す図である。 上部部材６ａに液槽部６ｂ１内の塗工液３０を攪拌する攪拌羽根３６を設けた、本発明に係る塗工装置の例を示すモデル図である。 本発明の塗工装置のブロック図である。 上部部材６ａの回転速度と平均膜厚が１８μｍ一定となる塗工速度との関係を示すグラフである。 塗工速度１５ｍｍ／秒で塗工を行ったときに平均膜厚を１８μｍとするための、円筒状被塗工物の外側面と塗工液接触面との距離とを変化させたときの上部部材の回転数の関係を調べた結果を示すグラフである。 本発明の塗工装置による塗工により離型層が構成される定着ベルトの構成の一例を示すモデル図である。

本発明に係る塗工装置を、図面を参照して説明する。

図１に本発明に係る塗工装置の例２９の断面をモデル的に、図２（ａ）にはその塗工桶６付近のモデル的に拡大した図、図２（ｂ）には塗工桶６の上面図をそれぞれ示す。

この例では台部２７の上に塗工装置２９が設置されている。

すなわち、この塗工装置２９は、例えば定着ベルトの基材である厚さが５０〜１２０μｍのポリイミドから構成された柔軟な円筒状被塗工物１をその内側からその軸を鉛直にかつ円筒状に保持する、芯軸とその両端付近に芯軸に垂直に設けられた円盤材とから構成されたマンドレル１０、定着ベルトの端面から塗料が漏洩することを防止するための上側マスク９１及び下側マスク９２と、これら上側マスク９１及び下側マスク９２をそれぞれ上下から支持するための上チャック軸１２（連結部３２を介して図示しない支持部によって支持されているチャックシリンダ３１に接続されている）及び下チャック軸１１と、から構成された被塗工物保持部、円筒状被塗工物１の外側面の全周に対して塗工液３０を供給する塗工液供給部６ｃを内側面に備えた貫通孔３３を有する塗工桶６と、塗工桶６を保持するステージ７と、ステージ７を円筒状被塗工物１に対して相対的に上下に移動させるステージ上下動駆動手段（この例では図示しないステッピングモーターとボールねじとリニアガイドとから構成されている）８と、を有する塗工装置であって、塗工桶６が上部部材６ａと下部部材６ｂとにより構成され、下部部材６ｂの貫通孔３３側には下部部材６ｂと円筒状被塗工物１との間を水密に保つシール部材２０（この例ではフッ素ゴムシートから構成される）が設けられ、塗工液供給部６ｃが上部部材６ａと下部部材６ｂとの間に形成され、塗装時にステージ上下動駆動手段８により相対的に上昇する円筒状被塗工物１の外側面及びシール部材２０とともに塗工液供給部６ｃより供給される塗工液３０を保持しながら円筒状被塗工物１の外側面に塗工液３０を塗布する塗工液接触面６ａ１が上部部材６ａの貫通孔３３の内側面に円筒状被塗工物１と離間して設けられ、上部部材６ａを円筒状被塗工物１と同軸に回転可能に保持する滑り部材２１（この例ではスラスト玉軸受けであるが、その他鋼球やコロなどが使用できる）が上部部材６ａと下部部材６ｂとの間に設けられ、かつ、上部部材６ａを回転駆動させる上部部材回転駆動手段として上部部材６ａの上面に接触する回転ローラ２２ａと回転ローラ２２ａへ回転運動を伝達する回転駆動源２２（具体的にはモータ）が設けられている。

下部部材６ｂには塗工液３０を保持する液槽部６ｂ１が設けられているが、ここで図２１に示すように、上部部材６ａに液槽部６ｂ１内の塗工液３０を攪拌する攪拌羽根３６が設けられていてもよい。攪拌羽根３６が設けられていると上部部材６ａが回転駆動されるときには攪拌羽根３６が連動して液槽部６ｂ１内の塗工液３０を効率的に攪拌するために、成分の分離や塗工液３０の頻繁な交換などの問題が未然に防止されるとともに、液槽部６ｂ１内の塗工液３０の粘度も低下するために、円筒状被塗工物１の外側面と塗工液接触面６ａ１との間の塗工液３０の粘度との差が小さく保たれ、塗工液３０全体の粘度むらが小さくなり、このため,塗工むらなどの障害が未然に防止される。

回転駆動手段である上記の回転駆動源２２にはその回転速度を計測する回転計測手段である回転計測器３４が付属しており、この例では一体となっている。また、円筒状被塗工物１までの距離を計測する光学式の変位計３５が、ステージ７の底面に設置されている。

なお、図３にモデル的に示すように、回転駆動源２２は回転駆動源２２を支持する支持台２４の軸２４ａによって上方に回動可能に軸止され、かつ、上部部材６ａを回転駆動させるときにはクランプ２５によって固定されているが、クランプ２５を開放することにより上方に回動し、このとき回転駆動源２２は後方支持部材２６によって支持される。このように回転駆動源回避手段を設けることにより、回転ローラ２２ａを上部部材６ａの上面から取り外し、塗工桶６のメンテナンス作業をすることができる。

図１における制御装置２８は、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵなどから構成されたコンピュータである。制御装置２８は、塗工液３０を塗工桶６に供給するポンプ１５、ポンプ１５により供給される塗工液３０の液面高さを測定するための超音波センサ１７、下側マスク９２をその周囲から挟み込んで保持するためのマスククランプ１３と、上部部材６ａを回転駆動する回転駆動源２２と、ステージ上下動駆動手段８と、連結部３２を介して接続されている上チャック軸１２を上側に引き上げ可能に保持するチャックシリンダ３１と、回転駆動源２２の回転速度を計測する回転計測器３４と、及び、円筒状被塗工物１までの距離を計測する変位計３５とに接続されており、これらを制御して塗工装置２９全体を制御する。

このような塗工装置２９による円筒状被塗工物１側面への塗工液の塗布動作を、図４〜図１６を用いて説明する。

塗工装置２９への円筒状被塗工物１のセット方法について説明する。

セット時には、図４に示すように、チャックシリンダ３１により連結部３２を介して接続されている上チャック軸１２が上方に引き上げられており、かつ、塗工桶６は最下位置に位置している。

まず、図５に示すように、オペレータは塗工桶６の貫通孔３３を通して、上側マスク９１を、下チャック軸１１の上にセットしたのち、制御装置２８のパネルを操作して、マスククランプ１３で上側マスク９１を周囲から保持させる。

次に、図６に示すようにステージ上下動駆動手段８よりに塗工桶６を最も高い位置へ移動させる。このとき、上側マスク９１はマスククランプ１３により保持されているために、塗工桶６とともに上昇し、その貫通孔に上チャック軸（下チャック軸１１と同軸に支持されている）が嵌入される。この状態で円筒状被塗工物１をセットする。

具体的には図７に示すように、円筒状被塗工物１をマンドレル１０にセットする。中空マンドレル１０はその２つの円盤材により円筒状被塗工物１の両端付近を内側から、この例では円筒状被塗工物１を真円度φ０．０２ｍｍ以下の円筒形に保持する。このとき、この例では円盤材の少なくとも一方はその外径を円筒状被塗工物１の内径よりも若干大きくなっており、円筒状被塗工物１がその自重で落下ないしずれないように保持する。さらに、マンドレル１０下方の軸が下側マスク９２の貫通孔に嵌入されてマンドレル１０と下側マスク９２とが同軸に接続される。

このように定着ベルト１、マンドレル１０、円筒状被塗工物１、及び、下側マスク９２を一体とし、次いで図８の白抜き矢印で示すように、下側マスクの貫通孔に下チャック軸１１へ嵌入させて円筒状被塗工物１を塗工装置２９へセットする。

この装置では、以降、塗工終了までの工程は、制御装置２８により自動化されており、オペレータは制御装置２８の図示しないパネルの塗工開始ボタンを押すことにより、以下のように進行する。

制御装置２８は図９に示すように、チャックシリンダ３１により連結部３２を下方へ伸長させ（フローチャート図２０中、ステップＳ１。以下同じ）、連結部３２に接続された上チャック軸１２の貫通孔にマンドレル１０の上側の軸を挿入させ、次いで、マスククランプ１３による上側マスク９１の保持を解除させる（ステップＳ２）。このとき、円筒状被塗工物１は、マンドレル１０を介して塗工装置２９に上下から固定されるとともに、円筒状被塗工物１の軸は、マンドレル１０、上側マスク９１、下側マスク９２、及び、塗工桶６の貫通孔の中心軸Ｐと同軸に保持される。

次いで、制御装置２８は図１０に示すようにステージ上下動駆動手段８により塗工桶６を塗工開始位置まで図中白抜き矢印に示すように降下させる（ステップＳ３３）。

次いで制御装置２８はポンプ１５により、図１１（ａ）中の白抜き矢印で示すように、超音波センサ１７で測定される配管１４における塗工液３０の液面高さに関する信号が所定値に達するまで、すなわち、塗工桶６中の塗工液３０が、所定の量（１回の塗布に必要な量）に達するまで、タンク１６中の塗工液３０を送液させる（ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６）。

さらに上記の送液が終了すると、制御装置２８は回転駆動源２２を制御して、塗工桶６の上部部材６ａを貫通孔の軸と同軸に回転駆動させる（図１１（ｂ）中の大きい白抜き矢印参照）（ステップＳ７）。このとき、塗工液接触面６ａ１、円筒状被塗工物１の外側面、及び、シール部材２０によって水密に保持される塗工液３０は回転する上部部材６ａの塗工液接触面６ａ１により円周方向（図１１（ｂ）中の小さい白抜き矢印参照）に流れ始め、円筒状被塗工物１の外側面と、この例ではこの外側面と平行な塗工液接触面６ａ１と、の間の塗工液３０にはせん断力が働き、その粘度が低下する。

上部部材６ａ回転駆動開始の、所定時間（上記せん断力による塗工液３０の粘度低下効果が十分に得られることがあらかじめ確認された時間（通常５秒前後））（ステップＳ９）後、制御装置２８はステージ上下動駆動手段８により塗工桶６を塗装終了位置まで所定の速度（一定速度）で下降させる（図１２白抜き矢印参照）（ステップＳ１０）。このとき、円筒状被塗工物１の外側面に塗工液３０が所定の厚さで塗布され、塗膜層４が形成される。

塗工桶６が塗装終了高さに達し、制御装置２８が塗工桶６の下降（ステップＳ１１）と、上部部材６ａの回転駆動（ステップＳ１２）とを停止させた状態を図１３（ａ）に示す。このとき、シール部材２０は円筒状被塗工物１を介してマンドレル１０の円盤材に接する位置となり、このためにシール部材と円筒状被塗工物１との間からの塗工液３０の漏れは未然に防止される。

次いで制御装置２８は、塗工桶６中の塗工液３０の回収を行う。すなわち、ポンプ１５を動かして、超音波センサ１７で測定される配管１４における塗工液３０の液面高さに関する信号をチェックしながら、円筒状被塗工物１への塗工液３０の接触がなくなる高さ、すなわち、回収終了高さに達するまで、塗工桶６中の塗工液３０を図示しないタンク１６へ回収させる（図１３（ｂ）参照）（ステップＳ１３、Ｓ１４）。

その後、制御装置２８は次に図１４中、白抜き矢印で示すように、ステージ上下動駆動手段８により塗工桶６を最下位置へ移動させ（ステップＳ１５）、次いで図１５に示したようにチャックシリンダ３１により連結部３２を介して接続されている上チャック軸１２を上方に引き上げさせて（ステップＳ１６）、上側マスク９１、マンドレル１０、塗工膜４が形成された円筒状被塗工物１、及び、下側マスク９２を塗工装置２９から着脱可能としたのち、その動作を停止する。

次いでオペレータは上側マスク９１、マンドレル１０、塗工膜４が形成された円筒状被塗工物１、及び、下側マスク９２を塗工装置２９から外し、上側マスク９１及び下側マスク９２をマンドレル１０から外した後、図１６に白抜き矢印で示すようにマンドレル１０から塗工膜４が形成された円筒状被塗工物１を取り外して、後工程（塗工膜４を加熱して離型層とする）へと送る。

以降、オペレータは以下、図１〜図１６にそれぞれ示された動作を繰り返す。

この塗工装置２９では、図１２に示された塗工中に、図１７（ａ）に白抜き矢印で示すように円筒状被塗工物１の外側面が上部部材６ａの塗工液接触面６ａ１に対して相対的に上方に移動することで、円筒状被塗工物１の外側面、塗工液接触面６ａ１、及び、シール部材２０との間の塗工液３０に矢印で示すように上昇流Ｕと下降流Ｄとが発生して、図１７（ｂ）に示すように、円筒状被塗工物１と塗工液接触面６ａ１との間の塗工液３０に鉛直方向のせん断速度Ａが発生する。

さらに、塗工装置２９では図１８中、白抜き矢印で示されるように塗工中に上部部材６ａが回転駆動されるために、円筒状被塗工物１と上部部材６ａの塗工液接触面６ａ１との間の塗工液３０に図１８中矢印で示されるような円周方向の流れＲが発生し、この流れＲが均一でなく、塗工液接触面６ａ１に近いほど速いのでその結果、図１８でモデル的に示すように円周方向のせん断速度Ｂが発生する。

塗工装置２９では、円筒状被塗工物１と上部部材６ａの塗工液接触面６ａ１との間の塗工液３０には、上記の鉛直方向のせん断速度Ａだけではなく、せん断速度Ａと円周方向のせん断速度Ｂとが合成された、図１９にモデル的に示す合成されたせん断速度Ｃが加わるので、塗工時の円筒状被塗工物１に対する塗工桶６の相対速度が小さい場合であっても、塗工時の塗工液３０の粘度を十分に低下させることが可能となり、塗工膜４の膜厚を厚くすることなく塗工速度を高速化することが可能となる。このとき、好ましいせん断速度（せん断速度Ｃ）としては５．５ｓｅｃ^-1以上６ｓｅｃ^-1以下である。この範囲よりも低いと本発明の効果が十分には得られず、高すぎても塗工液中の粒子の凝集が進行し、塗工膜の外観に影響を及ぼし、定着ベルトとした場合に画像異常の原因となるおそれがある。

ここで、回転計測器３４は、塗工中に、回転駆動源２２の回転速度を計測し、その情報を制御装置２８へ信号として伝達する。制御装置２８はその回転速度の情報を基に、回転駆動源２２へ供給する電力を調整し、回転駆動源２２の回転速度を適切な値に保つ。すなわち、所定の速度より遅ければ供給電力を大きくし、（ステップＳ２０、Ｓ２１）、所定の速度より速ければ供給電力を小さくする（ステップＳ２２、Ｓ２３）。このように回転計測器３４は本発明の塗工装置のブロック図である図２２において、上部部材の回転速度を計測する回転計測手段であり、回転安定制御手段は制御装置２８であることが理解される。

このように、回転駆動源２２は本発明の塗工装置のブロック図である図２２において回転駆動手段に、回転計測器３４は回転計測手段に、そして、制御装置２８は回転計測手段からの信号を受けて回転駆動手段による上部部材の回転駆動の回転速度を調整する回転安定制御手段に、それぞれ該当することが理解される。

このように回転駆動源２２の回転が適切な速度に保たれることで、回転ローラ２１を介して駆動される上部部材６ａの回転も適切な速度に保たれる。なお、塗工装置２９の制御装置２８の図示しないパネルでは塗工時にステップＳ２０〜２３をスキップさせる上部部材回転駆動制御スキップスイッチが付属している。

また、ステージ７の下面側に設置されている、円筒状被塗工物１までの距離を計測する変位計３５は制御装置２８と接続されている。この変位計３５は塗工中に変位計３５から円筒状被塗工物１の外側面までの距離を計測し、その情報を制御装置２８へ信号として伝達する。このような信号を元に制御装置２８は円筒状被塗工物１と塗工液接触面６ａ１との距離（塗工距離）を算出し、この距離（塗工距離）が大きいときには、あらかじめ調べたこの距離と適正粘度との関係、及び、その適正粘度を得るための回転速度の条件に従って、回転駆動源２２の回転速度を上げて上部部材の回転速度を上げることにより塗工液の粘度を下げ（ステップＳ３０、Ｓ３１）、逆に距離（塗工距離）が短くなれば回転駆動源２２の回転速度を下げて上部部材の回転速度を下げることにより塗工液の粘度を上げる（ステップＳ３２、Ｓ３３）ことにより、塗工される塗工液３０の粘度を調整し、常に適正な塗膜厚さが得られるよう調整する。上記記載より、変位計３５は本発明の塗工装置のブロック図である図２２において間隙距離計測手段に、そして、制御装置２８は間隙距離計測手段からの信号を受け記回転駆動手段による上部部材の回転駆動の回転速度を調整する距離検出回転制御手段に、それぞれ該当することが理解される。

本発明は、上記のように塗工液のチキソトロピー性を利用する塗工装置である。ここで、目的とする塗工膜の厚さ、塗料の凝集しやすさなどによっても多少の増減はあるが、このような塗工装置で用いる塗工液の粘度としては３００ｃＰ以上１０００ｃＰ以下であれば本発明の効果が十分に得られ、好適に用いることができる。

すなわち、粘度が高くなると塗工速度を上げるのに必要なせん断速度が大きくなるが、塗工液に付加されるせん断速度が大きくなりすぎると塗工液中の粒子の凝集が進行し、塗工膜の外観に影響を及ぼし、定着ベルトとした場合に画像異常の原因となる。また、低粘度であると塗工後に液だれが生じ、厚さむらが生じ、やはり画像異常の原因となる。

＜実施例１＞
上記塗工装置２９を用いて定着ベルト用基材の離型層形成用塗工液の塗工を実施した結果の詳細について述べる。

円筒状被塗工物となる定着ベルト基材としては、材質がポリイミド（以下「ＰＩ」）からなり、形状が外径６０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ、厚さ７０μｍの円筒状ベルトの外側面にシリコーンゴム層を約１５０μｍ形成し、さらにその上にプライマを塗布したものを用いた。円筒状被塗工物としては内径の偏差が長手方向で０．０３ｍｍ以内のものを用いた。塗工液３０はＰＦＡディスパージョン（水分散系）で、粘度が３００ｃＰ、３６０ｃＰあるいは１０００ｃＰの塗工液をそれぞれ用いた。

本実施例において塗工を行う製品の定着ベルトに要求されるＰＦＡ膜厚（塗工品を加熱処理して得た定着ベルトの離型層の厚さ）は１８±１．５μｍの範囲であり、この値は定着ベルトに要求される良好な画像品質を得るために必要なものである。

塗工桶１９を構成する上部部材６ａはアルミニウム製で、その貫通孔の内径は６５．３ｍｍ（円筒状被塗工物外側面と塗工液接触面との間の距離が約２．６５ｍｍ。）のものを用いた。ポンプ１５としてはチューブポンプ（蠕動ポンプ）を使用した。

上部部材６ａを回転駆動させる回転駆動手段である回転駆動源２２にはＡＣスピードコントロールモータを使用し、上部部材６ａの回転速度が０、１、２、あるいは、３ｒｐｍとなる条件でそれぞれ塗工を行った（このときは回転安定制御手段及び距離検出回転制御手段を用いずに、すなわち、図２０のフローチャートにおいてステップＳ２０〜Ｓ２３、ステップ３０〜Ｓ３３はともにスキップさせた）。それぞれの条件において塗工速度（塗工桶の下降速度）が５、１０、あるいは、１５ｍｍ／ｓで塗工した塗工品の平均膜厚を評価し、加熱処理後に得られるＰＦＡ膜の平均膜厚（以下、「平均膜厚」と云う）が１８μｍとなる塗工速度を算出した。その結果から回転速度と、平均膜厚が１８μｍ一定となる塗工速度との関係を調べた。結果を図２３に示す。

図中、従来技術１は上部部材６ａの回転速度を０ｒｐｍ（回転駆動せず）とした条件である。また、従来技術２は特開２０１１−５４３６公報（特許文献２）の実施例１に記載された方法で行った結果である。すなわち、塗工中に上部部材６ａは回転させず（回転速度は０ｒｐｍ）、かつ、塗工桶６内の塗工液３０がその液面が０．２ｍｍ／秒の一定速度で低下するようにポンプ１５を運転させて、塗工桶６からタンク１６へ塗工液３０を回収させて行った結果である。

図２２より、従来技術１、２と比較し、本発明によれば、上部部材６ａの回転速度を上昇させることにより、塗工液の粘度が３００ｃＰ以上１０００ｃｐ以下の範囲で、従来技術に比べ塗工速度を２〜３倍に向上させることができることが確認された。

＜実施例２＞
上記では、回転安定制御手段及び距離検出回転制御手段をともに用いなかったが、この例では距離検出回転制御手段を用い、すなわち回転駆動手段である回転駆動源２２および回転計測手段である回転計測器３４にはＡＣサーボモータと付属のエンコーダとを用い、図２０のフローチャートにおけるステップＳ３０〜Ｓ３３のみをスキップして実施例２の塗工品を得た。このとき回転速度のばらつきは±０．５％以下であった（実施例１では±２％）。

ここで、あらかじめ行った検証（上部部材６ａの上面に放射状の縞模様を設け、この縞模様と光学センサとにより測定された上部部材６ａ回転速度と回転計測器３４により測定された回転駆動源２２の回転速度から算出された上部部材６ａ回転速度とが精度良く一致しているとの検証）により、回転計測器３４によって上部部材６ａの回転速度の検出を行えることは確認されている。

実施例２の塗工品では上記と同様に、ただし、塗工速度１５ｍｍ／ｓとし、図２２を用いて求めた上部部材６ａの回転速度を平均膜厚が１８μｍとなる条件で上部部材６ａを回転駆動させながら、円筒状被塗工物への塗工を、図２０のフローチャートにおけるステップＳ３０〜Ｓ３３のみをスキップして行った。

ここで、実施例１として評価を行った塗工品は実施例２の塗工品と同様に、ただし図２０のフローチャートにおけるステップＳ２０〜Ｓ２３もスキップさせて一定の電力で塗工速度１５ｍｍ／秒で平均膜厚１８μｍが得られる回転速度で上部部材６ａを回転駆動させて塗工させたものである。

また、従来技術１に係る塗工品としては粘度が３６０ｃＰの塗工液を用い、上部部材６ａの回転を行わず、塗工速度１５ｍｍ／秒で平均膜厚１８μｍが得られるように円筒状被塗工物１と塗工液接触面６ａ１との隙間を設定した。

従来技術２に係る塗工品は上記で特願２００９−１５２４６７の実施例１の方法に従い、粘度が３６０ｃＰの塗工液を用い、上部部材６ａの回転を行わず、塗工速度１５ｍｍ／ｓで平均膜厚１８μｍが得られるように、塗工桶６内の塗工液３０の液面低下速度を設定して得たものである。

これら、得られた塗工品（それぞれ１０本ずつ）について軸方向の膜厚の均一性を調べたところ、実施例１に係る塗工品では粘度が３００ｃＰ、３６０ｃＰ及び１０００ｃＰの塗工液膜厚のばらつきが±８％以下であったのに対し、実施例２に係る塗工品ではこれらいずれの塗工液であっても膜厚のばらつきが±４％以下ときわめて良好であった。従来技術１及び２に係る塗工品ではばらつきはともに±８％を越えるものであり、十分なものではなかった。

＜実施例３＞
円筒状被塗工物として、定着ベルト基材に弾性層が設けられさらにプライマ処理が施された定着ベルト中間材の内、基本的には上記で用いた円筒状被塗工物と同じものでありながら軸方向の内径の偏差が長手方向で０．１ｍｍ程度と比較的大きいものを使用し、粘度が３００ｃＰ、３６０ｃＰあるいは１０００ｃＰの塗工液を用いて、塗工速度１５ｍｍ／ｓで、間隙距離計測手段と距離検出回転制御手段とを用い（図２０に示したフローチャートのすべてのステップを行って）塗工試験を行い、その長手方向の膜厚の偏差を評価した。

なお、円筒状被塗工物は上述のようにマンドレルによって真円度が高い（φ０．０２ｍｍ以下）円筒形状に、保持されているために、上述のように一箇所からの測定で十分に精度高い補正が可能となる。

このとき、実施例３に係る塗工品ではこれらいずれの塗工液であっても膜厚のばらつきが±４％以下ときわめて良好であった。

同様に、ただし、間隙距離計測手段と距離検出回転制御手段とを用いずに（図２０に示したフローチャートのステップＳ３０〜３３を行わずに）塗工試験を行い、その長手方向の膜厚の偏差を評価したところ、軸方向の内径の偏差の影響を防ぎきれず、膜厚のばらつきが大きくなり、±８％以下となった。

ここで、あらかじめ調べた、粘度が３６０ｃＰの塗工液を用いたときの円筒状被塗工物の表面と塗工液接触面との間の距離と、平均膜厚が１８μｍとなる塗工膜が得られる上部部材の回転速度との関係を図２３に示す。粘度が３００ｃＰ及び１０００ｃＰの塗工液を用いたときの同様の関係とともに制御装置２８のＲＯＭ内にあらかじめ入力されており、制御装置２８は距離検出回転制御手段として間隙距離計測手段からの信号を元に上部部材の回転駆動速度を制御する。なお、円筒状被塗工物の表面と塗工液接触面との間の距離としては２．５ｍｍ以上２．８ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲未満であると隙間の塗料に毛細管現象が発生して塗装面が制御不能となりやすく、この範囲を超えるとせん断力による粘度低下の効果が小さくなりやすい。

＜実施例４＞
ここでは、図２１に示されるように上部部材６ａに塗工液を保持する塗工桶６の液槽部６ｂ１内の塗工液３０を攪拌する攪拌羽根３６が設けられている塗工装置を用い、粘度が３００ｃＰ、３６０ｃＰあるいは１０００ｃＰの塗工液を用いて、塗工速度は１５ｍｍ／ｓで、平均膜厚が１８μｍとなる塗工膜が得られる条件で上部部材６ａを回転駆動させ、内径の偏差が長手方向で０．０３ｍｍ以内の円筒状被塗工物６０本に対してそれぞれ連続的に塗工試験を図２０のフローチャートのステップをすべて行って６０本目に塗工した塗工品の塗工膜の長手方向の膜厚の偏差を評価した。

このとき、塗工膜の厚さむらは±４％以下であった。

同様に、ただし、攪拌羽根３６なしの塗工装置を用いて塗工した塗工品では塗工膜の厚さむら、また、攪拌羽根３６なしの塗工装置を用いかつ図２０のフローチャートにおけるステップＳ３０〜３３を省いて塗工した塗工品では塗工膜の厚さむら、及び、攪拌羽根３６なしの塗工装置を用いかつ図２０のフローチャートにおけるステップＳ３０〜３３及びステップＳ２０〜２３を省いて塗工した塗工品では塗工膜の厚さむらは、すべて４％を越え、±８％以下だった。これは連続塗工６０回目では塗料の成分の分離が進行したために塗工厚にむらが生じたためである。

１ 円筒状被塗工物
４ 塗工膜
６ａ 上部部材
６ａ１ 塗工液接触面
６ｂ 下部部材
６ｂ１ 液槽部
６ｃ 塗工液供給部
７ ステージ
８ ステージ上下動駆動手段
１０ マンドレル
１１ 下チャック軸
１２ 上チャック軸
２０ シール部材
２２ 回転駆動源
２２ａ 回転ローラ
２４ 支持台
２４ａ 軸
２５ クランプ
２６ 後方支持部材
２７ 台部
２８ 制御装置
２９ 本発明に係る塗工装置
３０ 塗工液
３１ チャックシリンダ
３２ 連結部
３３ 貫通孔
３４ 回転計測器
３５ 変位計
９１ 上側マスク
９２ 下側マスク

特開２００７−２５２９７６号公報 特開２０１１−５４３６公報

Claims (4)

1. 円筒状被塗工物を該円筒状被塗工物の軸を鉛直に保持する被塗工物保持部と、前記円筒状被塗工物の外側面の全周に対して塗工液を供給する塗工液供給部を内側面に備えた貫通孔を有する塗工桶と、前記塗工桶を保持するステージと、前記ステージを前記円筒状被塗工物に対して相対的に上下に移動させるステージ上下動駆動手段と、を有する塗工装置であって、
   イ）前記塗工桶が上部部材と下部部材とにより構成され、
   ロ）前記下部部材には該下部部材と前記円筒状被塗工物との間を水密に保つシール部材が設けられ、
   ハ）前記塗工液供給部が該上部部材と該下部部材との間に形成され、
   ニ）塗装時に前記ステージ上下動駆動手段により相対的に上昇する該円筒状被塗工物の外側面及び前記シール部材とともに前記塗工液供給部より供給される塗工液を保持しながら該円筒状被塗工物の外側面に該塗工液を塗布する塗工液接触面が前記上部部材の前記貫通孔の内側面に前記円筒状被塗工物と離間して設けられ、
   ホ）前記上部部材を前記円筒状被塗工物と同軸に回転可能に保持する滑り部材が該上部部材と該下部部材との間に設けられ、かつ、
   ヘ）前記上部部材を回転駆動させる上部部材回転駆動手段を有している
   ことを特徴とする塗工装置。
2. 前記上部部材の回転速度を計測する回転計測手段と、該回転計測手段からの信号を受けて前記回転駆動手段による該上部部材の回転駆動の回転速度を調整する回転安定制御手段と、を有していることを特徴とする請求項１記載の塗工装置。
3. 前記円筒状被塗工物の外側面と前記塗工液接触面との距離を計測する間隙距離計測手段と、該間隙距離計測手段からの信号を受けて前記回転駆動手段による該上部部材の回転駆動の回転速度を調整する距離検出回転制御手段と、を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗工装置。
4. 前記塗工桶内に前記塗工液を保持する液槽部が設けられ、かつ、前記上部部材に該液槽部内の塗工液を攪拌する攪拌羽根が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の塗工装置。

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