JP2510721B2 - 塗料攪拌装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は塗料攪拌装置に関し、特に、顔料系塗料がよ
り良く分散した状態で、塗膜形成のできるようにした、
顔料系塗料攪拌装置に関する。

〔従来の技術〕 従来、顔料分散系塗料の攪拌には、各種形状の攪拌翼
が用いられている。そして、この回転によって塗料を機
械的にかき混ぜ物理的化学的に必要な混合状態にしてい
る。

処理液をいかに容器内全体に拡散させるか、塗料の粘
性、比重、表面張力、湿潤性等を考慮して攪拌系を設計
しており、通常、低速・低粘度攪拌機の場合には攪拌槽
の径と攪拌翼径の比が40〜60％となるように設計されて
いる。

〔発明が解決しようとしている問題点〕

しかしながら、上記従来例では顔料分が攪拌中、遠心
力と重力によりタンク下部の内壁に多く分布するという
欠点があった。

従って、タンク下部の内壁に偏って分布する顔料を再
びタンクの系全体に分散させる為の手段が必要であっ
た。

特に、微小開口部から少量ずつ塗料が吐出し、被塗布
物に付着させて、均一塗膜を形成する塗布装置において
は塗料タンクから吐出の微小開口部までの塗料導管中で
の滞留時間が長い場合、その中で顔料が偏在しはじめる
場合があった。

この状態で塗料を吐出し、塗膜を形成しようとすると
被塗布物上の筋状に付着した塗膜に顔料の偏在がレベリ
ング中におこる為、均一に分散した塗膜とは微妙に異な
る特性の塗膜となり、初期の目的を達成できないことも
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、塗料タンク下部にポンプにより
顔料系塗料が循環する機構を有する塗料攪拌装置におい
て、該タンク内の液面より上にオーバーフロー容器を有
し、該オーバーフロー容器に塗料吐出機構へ連絡する導
通管と、該ポンプにより循環する塗料の該タンクへの戻
りが該オーバーフロー容器に配置されており、該塗料吐
出機構からの戻り塗料がポンプを経由してタンクへ戻る
ように配管されていることを特徴とする塗料攪拌装置で
ある。このような塗料攪拌装置は、特に吐出機構が１個
又は複数の微小開口部から塗料を実質的に霧化せず筋状
に飛翔するように吐出して、所定速度で回転する被塗布
基体シリンダーに単数又は複数の筋状で付着させ、レベ
リングさせて塗膜を形成せしめる塗布装置に用いること
により、顔料系塗料を良好な分散状態で吐出し、顔料の
偏よりのない良好な塗膜が得られる。

〔実施例１〕 第１図（ａ）は、本発明にかかる構成を模式的に表わ
したものである。25の攪拌翼は、24の回転モーターによ
り、塗料タンク09中の塗料04を攪拌している。

タンク09の上ブタはネジ32により締つけられており、
又、塗料04の加圧の為の配管が施こされている。

タンク09中の塗料04は塗料循環ポンプ−128によって
タンクの底部より吸い上げられ、導出管20を経由して導
管21に合流し、更に、バルブ29,導出管19をタンプ09の
液面上に位置する、オーバーフロー容器18に運転中常
時、流れ込む。

過剰に流れ込んだ塗料はオーバーフロー容器18からあ
ふれ出し、塗料のメイン部分に戻る。このとき、塗料が
メイン部に直接落下して、泡を発生しないよう導通管26
を伝わって戻る構造にしてある。

次にガン05の吐出口12から、塗料04を吐出して、回転
する被塗布基体シリンダーに塗膜を形成している間電磁
弁27が閉じて、塗料04は導出管17を流れない。そして、
塗布が終了するとエアー管33を通してエアーが流れ、ガ
ン05のニードル弁は閉じる。同時に、電磁弁27が開いて
導出管07から、ガン05を経由して導出管17を塗料が流
れ、循環ポンプ−１ 28に吸い上げられ、弁29を経由し
て導出管19を流れ、オーバーフロー容器18に流れ込む。

第１図（ｂ）は塗料の循環が更に確実にいくように循
環ポンプ−２ 34と、そこから独立してタンク09へ戻る
配管35を付加した例である。これにより、ガン05を経由
する循環系と経由しない循環系となるような構造にし
た。

第２図（ａ），（ｂ）は第１図（ａ），（ｂ）の構造
の塗料攪拌装置を経由した顔料系塗料が微小開口部から
実質的に霧化せず筋状に吐出し、塗膜を形成せしめる塗
布装置によって、被塗料基体シリンダー上に付着せしめ
た場合（ｂ）と上記の如き充分な塗料循環の手段を施こ
さなかった場合（ａ）の、膜状態を模式的に表現したも
のである。

第２図（ａ）の場合には顔料の分散が充分でない為、
塗膜も点で表現した顔料と細かな斜線で表現した樹脂分
とが分離した如くになっている。（ｂ）の場合は、分散
状態がよく、塗膜中の樹脂分と顔料分が均一に分布して
いる。

本発明による塗料攪拌装置を利用し、電子写真感光体
円筒状支持体表面に塗布膜を形成するための塗布装置の
具体例を第３図に示す。

第３図（ｂ）において、01は基体シリンダーであり、
これはシリンダーの保持を兼用する回転軸02に固定され
ている。また、回転軸02は回転モーター03により所定の
回転速度で回転される。塗膜形成は横送り機構の架台06
に乗せられたガン05の先端より複数のビーム状の塗布液
04が吐出され、基体シリンダー上に糸巻き状（第３図
（ａ）参照）に付着しレベリングされることにより行わ
れる。

タンク09において、エアーパイプ10で導入された圧縮
エアー、或いはN₂等の圧縮気体によりゲージ11で定めた
圧力にタンク内ペイントは加圧され、フイルター08及び
導出管07を経由してガン先端のノズルチツプ12から吐出
される。

ガンの横送り機構のスイツチとガン・ニードルのエア
ースイツチをセツトし、基体シリンダー01の所定位置か
らビーム状の塗布液04を吐出する。同時にモーターのス
イツチも入れ、基体シリンダー保持の回転軸を回転させ
るとビーム状の塗布液04は基体シリンダー01上にネジを
切ったようなパターン（第３図（ａ）参照）で付着し、
塗料の衝突エネルギー及び塗料の表面張力並びに被塗布
物の表面張力の為、幅広く広がっていき、隣接するビー
ムが互いに接触し被塗布物の塗布面をすきなくおおう
（第３図（ｃ）参照）。そして、塗料の表面張力及び拡
散性並びに被塗布物の表面張力により適切な時間経過
後、ピツチに応じて生じていた当初の塗布膜凹凸がなら
されて（第３図（ｄ）参照）平滑な面が得られる。さら
に、塗料の溶剤蒸気を制御するためにフードを併用すれ
ば表面をより平滑にすることも可能である。

ビーム状の塗布液により形成される糸巻きのラインの
ピツチは、回転速度とガンの送り速度によって決まる。
また、単位面積上の塗布液の量は吐出量が一定であれば
送り速度によって決まる。

ΔVu:単位面積当り吐出量（cc/分・cm²） P:吐出圧（Kgf/cm²） r:吐出口径（cm） d:オリフイスのベアリング長（cm） υ：送り速度（cm/分） また、ビームのピツチ巾に関しては次の関係がある。

Pw:ビームピツチ巾（cm） Ro:シリンダー回転数（rpm） 第４図に塗料の吐出口の具体例を示す。第４図（ａ）
は標準的な単一吐出口を有するノズルチツプ12（ａ）を
示すが塗布膜の形成速度を早めるために複数の吐出口を
有するノズルチツプ12（ｂ）の形態をとっている。

微小開口部から塗料を吐出し塗膜を形成する方法にお
いては、実質的に霧化しない状態とは吐出角度が３゜以
下、好ましくは０゜の筋状に連続して飛翔する状態を示
すものである。

微小領域への集中化（基板上では塗料が若干広がるた
め面積で約1/100に集中）を考慮すると吐出速度は30m/s
ec以下が好ましく、さらには25m/sec〜2m/secの範囲、
特には10m/sec〜5m/secの範囲が好ましい。

吐出速度を30m/sec以下にすることにより、塗布が被
塗布物に付着したときのエネルギーが小さくなり、塗料
が反射散乱することなく、被塗布物上に総て付着し、従
来の塗布方法では大きな問題であったオーバーミスト処
理（被塗布物に付着しなかった塗料が塗膜にブツ，ハジ
キ，光沢損失の原因となるため排気設備をそなえ系外へ
排出した。公害防止のため排出時に集塵設備等で回収を
要する。）を著しく軽減するとともに、塗料付着防止手
段を設けることなく非塗膜形成部分への塗料付着がなく
なる。

また、被塗布物と微小開口部との距離は２〜100mm、
特には５〜50mmの範囲であることが好ましい。塗料は溶
剤中に固形分を溶解あるいは分散させたものや、固形分
のみのものなど広く適用することができる。また、溶剤
は揮発性のものはもちろんであるが不揮発性のものも適
用することができる。また塗料の粘度は、基板上に塗料
が付着後表面張力により平滑化するために、1000cps、
さらには200cps以下、特には50cps〜4cpsの範囲とする
のが好ましい。

また、微小開口部の吐出口口径は、200μｍ以下が好
ましく、さらには50μｍ〜180μｍの範囲、特には60μ
ｍ〜150μｍの範囲が好ましい。微小開口部からの塗料
の吐出圧は3Kgf/cm²以下が好ましく、さらには0.3Kgf/c
m²〜1.5Kgf/cm²の範囲、特には0.5Kgf/cm²〜1Kgf/cm²の
範囲が好ましい。塗料の吐出量は20cc/分以下、特には
0.8cc/分〜15cc/分の範囲であることが好ましい。

本発明の塗布方法を用いて電子写真感光体を製造する
場合、電子写真感光体形成用塗料を、実質的に霧化せず
筋状に連続して飛翔させ円筒状支持体に塗布する。

電子写真感光体形成用塗料としては、電荷発生層形成
用塗料や電荷輸送層形成用塗料などの感光層形成用塗
料、あるいは、接着性およびバリヤー性向上のための下
引き層形成用塗料や、金属シリンダーの局部電池の防止
や欠陥の隠ぺいのための導電層形成用塗料などの中間層
形成用塗料、等が挙げられる。

電荷発生層形成用塗料としては、アゾ顔料、キノン顔
料、キノシアニン顔料、ペリレン顔料、インジゴ顔料、
フタロシアニン顔料などの電荷発生物質を、ポリビニル
ブチラール、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステ
ル、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネートなどの結着剤樹
脂と、さらにアルコール、ケトン、エーテル、脂肪族ハ
ロゲン化炭化水素、芳香族系などの有機溶剤とに分散し
た分散液等が挙げられる。

電荷輸送層形成用塗料としては、スチリル系化合物、
ヒドラゾン系化合物、カルバゾール系化合物、ピラゾリ
ン系化合物、ベンジジン系化合物、トリアリールメタン
系化合物などの電荷輸送物質と、ポリアリレート、ポリ
スチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリカーボネ
ートなどの結着剤樹脂とを、前述のような有機溶剤に溶
解した溶液等が挙げられる。

下引き層形成用塗料としては、カゼイン、ポリビニル
アルコール、ポリアミドなどの樹脂を前述のような有機
溶剤に溶解した溶液、等が挙げられる。

導電層形成用塗料としては、酸化チタン、酸化スズ、
カーボンブラツクなどの導電性粒子をエポキシ樹脂、フ
エノール樹脂、ポリウレタンなどの適当な樹脂と、さら
に前述のような有機溶剤とに分散した分散液等が挙げら
れる。

なお、これらの各塗料には、潤滑剤、酸化防止剤、レ
ベリング剤などの添加剤を加えてもよい。

円筒状支持体としては、アルミニウムシリンダー、ア
ルミニウム合金シリンダー、ステンレスシリンダーなど
が挙げられる。

次に、第１図（ａ），（ｂ）、第３図（ｂ）の装置を
用いて、電子写真感光体形成用塗料を塗布し、塗膜を形
成し、電子写真感光体として評価した例を述べる。

導電層用塗料としてフエノール樹脂10部と酸化スズと
酸化アンチモンで表面処理した酸化チタン11重量部、ア
ルミナで表面処理した酸化チタン11部、メタノールを４
部とメチルセルソルブ９部に分散用として1mmφの硬質
ガラスビーズを材料と同容量入れサンドミル分散機で２
時間分散した。分散された塗料をメタノールとメチルセ
ルソルブ１対９の混合溶剤で固形分が54％になるように
稀釈する。このとき塗料の粘度は19cpsであった。

この塗料を導電層塗布用タンクに入れ、ビームガンの
先端に口径140μｍの５穴ノズルチツプを取り付け、タ
ンクに0.4Kgf/cm²のエア圧力をかけてガンの塗料吐出量
を測定したところ毎分13ccであり、吐出速度は9m/secで
あった。

次に、ガンと被塗布物との距離を20mmに調節して径80
mmφ、長さ360mmのアルミシリンダーを回転数150rpmで
ガンの送り速度を525mm毎分にして導電層を塗布した。
塗布工程時3.5mmの巾で糸状に塗料がシリンダー上に付
着し、続いて塗布されて重なりあった塗料のラインどう
しが混合してレベリングが始まり５分後に表面粗さ0.5
μｍ以下の平滑な面となりビームのピツチムラはなくな
った。この塗膜を強制排気して溶剤を蒸発させた後145
℃の乾燥炉で25分硬化させた。このときの導電層の膜厚
は20μｍであった。

前記導電層を塗布したアルミシリンダーを冷却し室温
に戻した後、下引き層としてポリアミド樹脂１部とメト
キシメチル変性６ナイロンのポリアミド樹脂３部をメタ
ノール130部と１−ブタノール66部に溶解し下引き層用
塗料を作った。

この塗料を固型分1.3％とし下引き層用塗料タンクに
入れ、ガンの先端に口径100μｍの３穴ノズルチツプを
取り付け、タンクに0.35Kgf/cm²の圧力をかけてガンの
塗料吐出量を測定したところ毎分7ccであり、吐出速度
は9m/secであった。このガンと被塗布物との距離を20mm
に調節して、導電層を塗布してあるシリンダーを回転数
110rpmでガンの送り速度を550mm毎分にして下引き層を
塗布した。導電層上に付着した下引き層のビームの巾は
5mmで、糸状に塗料が付着し、続いて塗布されて重なり
あった塗料のライン同志が混合してレベリングが始まり
５分後に表面粗さが0.1μｍの平滑な面となりビームの
ピツチムラはなくなった。この塗膜を強制排気して溶剤
を蒸発させた後90℃の乾燥炉で10分間乾燥させた。

この時、下引き層の膜厚は0.5μｍであった。

前記下引き層を塗布したアルミシリンダーを冷却し室
温に戻す。次に、電荷発生層としてポリ（ビニル・アセ
テート−コ−ビニル・アルコール−コ−ビニルベンザー
ル）10部を90部のシクロヘキサノンに溶解し、この溶液
に有機ジスアゾ顔料を固形分として25部加えて、さらに
300部のシクロヘキサノンと250部のテトラヒドロフラン
を加えて、全体の量と等容量の1mm径の硬質ガラスビー
ズとともにサンドミル中で900rpm,40hr分散しビーズを
分離したのちテトラヒドロフランとシクロヘキサンを等
量加えて固形分を0.9％に調整した。この塗料を電荷発
生層塗布用タンクに入れ、内径0.8mmのテフロンチユー
ブ（長さ1.2m）をスプレーガンに取りつけ、3.0Kgf/cm²
の塗料エアー圧力とパターンエアー圧力をかけて取りつ
けた３丁のガンの塗料吐出量を測定したところ毎分18cc
であり、吐出速度は9m/secであった。

次に、このガンと被塗布物との距離を60mmに調節して
導電層及び下引き層を塗布してあるシリンダーを450rpm
の回転で回しながら３丁セツトのスプレーガンを毎分82
0mmでシリンダーの母線方向に移動させ、電荷発生層を
塗布した。

この塗膜を90℃の乾燥炉で５分間乾燥させた。この時
の電荷発生層の膜厚は0.10μｍであった。

前記電荷発生層を塗布したアルミシリンダーを冷却し
室温に戻す。次に電荷輸送層としてポリカーボネート樹
脂10部とヒドラゾン化合物（Ｐ−（N,N−ジエチルアミ
ノ）ベンズアルデヒド−Ｎ′−α−ナフチル−Ｎ′−フ
エニルヒドラゾン）9.5部を100部のモノクロロベンゼン
と40部のジクロロメタンに溶解する。この塗料を電荷輸
送層用塗布タンクに入れ、ビームガンの先端に口径150
μｍの６穴ノズルチツプを取り付け、タンクに0.5Kgf/c
m²のエア圧力をかけてガンの塗料吐出量を測定したとこ
ろ毎分22.5ccであり、吐出速度は9m/secであった。この
ときの固形分％は約14％であった。

次に、このガンと被塗布物との距離を20mmに調節して
電荷発生層まで塗布してあるAlシリンダーを100rpmで回
転させながらビームガンを毎分550mmでシリンダーの母
線方向に移動させ電荷輸送層を塗布した。

電荷発生層上に付着した電荷輸送層のビームの巾は5.
5mmで糸状に塗料が付着し、つづいて塗布されて重なり
あった塗料のライン同志が混合されてレベリングが始ま
り、５分後に表面粗さが0.2μｍ以下の平滑な面となり
ビームのピツチムラはなくなった。この塗膜を強制排気
して溶剤を蒸発させた後120℃の乾燥炉中で60分間乾燥
させた。この時の塗膜の膜厚は19μｍであった。

このようにして完成させたOPC感光体を複写機（キヤ
ノン製 NP−3525）に取り付け、耐久テストにかけて10
万枚の画像出しを行ったところ最後まで鮮明で高画質の
画像を保った。

比較例１ 攪拌翼によってのみ塗料を攪拌する攪拌装置を用い
て、他は実施例１と同一条件で電子写真感光体を形成
し、評価した。

比較例２ 塗料の循環と攪拌翼による塗料の攪拌を行う。但し、
オーバーフロー容器を設けておらず、又、塗布後にガン
を経由する塗料循環を行わない。

このような攪拌装置を用いて、他は実施例１と同一条
件で電子写真感光体を形成し、評価した。

比較例３ 塗料の循環と攪拌翼による塗料の攪拌を行い、又、塗
布後にガンを経由する塗料循環を行う。但し、オーバー
フロー容器を設けていない。

このような攪拌装置を用いて、他は実施例１と同一条
件で電子写真感光体を形成し評価した。

顔料分散系の塗料の例として導電層用塗料に着目し
た。状に塗料を吐出させる塗工方法（第３図の方法）で
塗布した場合の塗布筋は塗料の分散状態がわるいときに
は明瞭に観察され、良いときには塗布筋が互いに重なり
あって混りあい、ほとんど観察できなくなる。

そこで、上記塗布筋の現われ方を比較の指標とした。
導電層の状態の差は感光体として全層塗工したとき、特
性上の差となってあらわれる（例えば、画像耐久のV_Lア
ツプとして）。更に塗布筋の現われ方が著しい場合には
画像上にもあらわれる。

以上の点に留意し、評価したところ、実施例１の系が
最良であり、その系に構成を近づけるほど塗膜の状態が
良くなることがわかった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の塗料攪拌装置によれば、顔料系
塗料を良好な分散状態で保つことができ、顔料の偏より
のない良好な塗膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のオーバーフローを含む循環機構を有す
る攪拌装置図であり、第１図（ａ）は循環ポンプ１ケで
構成した図であり、第１図（ｂ）は循環ポンプを２ケ利
用して塗料の単純循環回路とガンを経由する塗料の循環
回路を構成したものである。 第２図は顔料分散系塗料の分散状態の良しあしと塗膜の
状態の関係を示したものである。 第３図はビーム塗布方法の具体例を示したものである。 第４図はノズルチツプ１穴の例と多穴（この場合は３
穴）の例を示す。 01……基体シリンダー 02……回転軸 03……回転モーター 04……塗布液 05……ガン 06……横送り機構の架台 07……導出管 08……フイルター 09……タンク（循環攪拌タンク） 10……エアーパイプ 11……ゲージ 12……ノズルチツプ 13……１穴ノズルチツプ（正面図） 14……３穴（多穴）ノズルチツプ（正面図） 15……レベリング塗布面 16……付着直後塗布面 17……ガンからの戻り（導出管） 18……オーバーフロー容器 19……（オーバーフロー容器への）導出管 20……タンクからの吸引導出管 21……循環ポンプ−１への戻り導出管 23……圧力ガス配管 24……回転モーター 25……攪拌翼 26……オーバーフロー塗料ボタ落ち防止管 27……ガン経由戻り塗料配管の切換弁 28……循環ポンプ−１ 29……配管切り換え弁（バルブ） 30……塗料排出用切り換え弁（バルブ） 31……タンク底部塗料排出弁（バルブ） 32……タンク上ブタネジ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塗料タンク下部にポンプにより顔料系塗料
   が循環する機構を有する塗料攪拌装置において、該タン
   ク内の液面より上にオーバーフロー容器を有し、該オー
   バーフロー容器に塗料吐出機構へ連絡する導通管と該ポ
   ンプにより循環する塗料の該タンクへの戻りが該オーバ
   ーフロー容器に配管されており、該塗料吐出機構からの
   戻り塗料がポンプを経由してタンクへ戻るように配管さ
   れていることを特徴とする塗料攪拌装置。