JP3549222B2

JP3549222B2 - 熱可塑性樹脂チューブの同時二軸延伸方法及び得られた延伸チューブの熱セット方法

Info

Publication number: JP3549222B2
Application number: JP26531993A
Authority: JP
Inventors: 健二立石; 智康平場
Original assignee: Okura Kogyo KK
Current assignee: Okura Kogyo KK
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JPH07117121A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は折り目皺のない、平滑性の良好な熱可塑性樹脂延伸チューブを得るための同時二軸延伸方法及び得られた延伸チューブの熱セット方法に関するものであり、電子写真プロセス等に使用される熱可塑性樹脂チューブのように特に表面の平滑性が要求される用途に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンター等の電子写真プロセス等の感光体支持ベルトや、転写ベルト等に近年熱可塑性樹脂のベルトが多く用いられるようになっている。ところが、これらベルトの多くは押出成形されたシートの両端部を接合してベルトと成しているので、ベルト上に残留するトナーのクリーニング性や耐久性に問題があり、継ぎ目のないいわゆるシームレスベルト、特に機械的強度の優れたシームレス延伸ベルトの提供が強く望まれている。また、一般に熱可塑性樹脂のベルトを電子写真プロセス等に用いる場合には高度の表面平滑性や光学的均一性が要求されている。
【０００３】
このシームレス延伸ベルトは主に熱可塑性樹脂チューブを二軸延伸した後、輪切りにして得られるが、従来の熱可塑性樹脂の二軸延伸チューブを得る方法としては、いわゆるチューブラー二軸延伸法が一般的に用いられていた。しかしながら、この方法は押出・延伸工程をインライン化して連続的に延伸を行うため、延伸チューブ内の内圧を一定に保つ目的でピンチロールによりチューブを一時偏平フラット化する必要があった。従って、偏平フラット化されたチューブを再度円筒形状にしてもピンチロールによる折り目跡が凹凸となって残存し、電子写真プロセス等の用途のシームレスベルトとして使用する際には、ベルト表面をクリーニングしても表面の凸部にトナーが残るという不都合があった。
【０００４】
この問題を解消するために特開昭６４−５７０号公報には、チューブラー二軸延伸法により得た熱可塑性樹脂の二軸延伸チューブを円筒金型に被覆し、熱収縮させることでピンチロールによる折り目跡を改善する方法が提案されている。しかしながら、この方法によって得られたチューブにおいても表面に凹凸（１〜５μｍ）が残存したり、スジ状に白化してしまうという欠点があり、特に感光体支持基材ベルトの内面より露光を行うような電子写真プロセスでは、光学特性の不均一により良好な画像を得ることが難しかった。
【０００５】
また、従来のチューブラー二軸延伸法においては、延伸中には延伸チューブ内の内圧を制御することができないため、フイルム厚みの厚いチューブや小径チューブを延伸する場合には、ピンチロールによりピンチしても折り目部分から延伸チューブ内の空気が漏れ、内圧の低下やそれにともなう延伸チューブ径の減少が起こるという問題があった。この問題を解消するために、内部あるいは外部支持体を用いて延伸を行う方法もあるが、この場合はチューブ表面あるいは内面に擦り傷が発生し、表面平滑性や光学特性に悪影響を及ぼしてしまうという欠点があった。
【０００６】
一方、ブロー成形によっても二軸延伸チューブを得ることは可能ではあるが、金型内で延伸を行うため前述の外部支持体によるチューブラー延伸と同様に、表面の擦り傷は不可避であり、また、長尺物チューブの延伸は困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂チューブの表面に折り目跡による凹凸やスジ状白化、また擦り傷を発生させずに、任意の延伸倍率で熱可塑性樹脂チューブの二軸延伸を行う方法、及び得られた延伸チューブを折り目を発生させずに任意の弛緩率で熱セットを行う方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、任意長に切断した熱可塑性樹脂の未延伸チューブ１の一端を、チューブ固定部２１、予熱槽２２ａ及び加熱槽２２ｂを有する可動式加熱部２２及びスライド２３からなる延伸装置２のチューブ固定部２１に、他端をスライド２３に固定した後、チューブ固定部２１とスライド２３の間に位置する可動式加熱部２２の加熱槽２２ｂの温度を予熱槽２２ａの温度及び該未延伸チューブの熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、かつ融点以下の温度に保持し、該未延伸チューブ１に空気を圧入しながら、スライド２３はチューブ固定部２１から遠ざかる方向に、可動式加熱部２２はチューブ固定部２１に近づく向に、可動式加熱部２２の移動速度の絶対値がスライド２３の移動速度の絶対値より小さい速度でそれぞれ移動させて、該未延伸チューブ１を膨張させることを特徴とする熱可塑性樹脂の同時二軸延伸方法が提供され、
更に、前記方法によって得られた延伸チューブ３の一端を、チューブ固定部４１、可動式加熱部４２及びスライド４３からなるセット装置４のチューブ固定部４１に、他端をスライド４３に固定した後、チューブ固定部４１とスライド４３の間に位置する可動式加熱部４２の温度を該延伸チューブの熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、該延伸チューブの延伸時の加熱槽２２ｂの温度以下にして、延伸チューブ３内の内圧を、大気圧＜内圧＜該延伸チューブの延伸時のチューブ内圧、に保持しながら、スライド４３の移動速度を可動式加熱部４２がチューブ固定部４１に近づく方向に移動する速度未満で、チューブ固定部４１に近づく方向に移動させ、該延伸チューブ３を収縮させることを特徴とする熱可塑性樹脂チューブの熱セット方法が提供される。
【０００９】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１、図２は本発明で使用する延伸装置２及び熱セット装置４の概略図である。延伸装置２は、未延伸チューブ１の一端の固定を行うチューブ固定部２１、未延伸チューブ１の他端を固定しかつ任意の速度で移動可能なスライド２３、未延伸チューブ１を加熱しかつ任意の速度で移動可能でしかもチューブ固定部２１とスライド２３の間に位置する可動式加熱部２２、および、スライド２３と可動式加熱部２２を移動させるためのレール２４ａ、２４ｂで構成されている。
【００１０】
可動式加熱部２２はチューブを加熱するための予熱槽２２ａ、加熱槽２２ｂ、及び未延伸チューブ１の延伸開始箇所を規制する目的で加熱槽２２ｂ内に設置された延伸ノズル２２ｃを有しており、予熱槽２２ａ及び加熱槽２２ｂは該未延伸チューブ１を包み込むような、例えば、円筒形状をしている。延伸ノズル２２ｃの内径は未延伸チューブ１の外径よりも１０〜５０％程度大きくする必要があり、また、内周面はチューブ表面にキズを付け難い、例えば、テフロンのように摩擦抵抗が低くかつ耐熱性を有している材質にして、研磨等の手段により平滑性を高めておくことが望ましい。また、延伸ノズル２２ｃの内周に多数のガイドローラーを環状に設置して該チューブ１と延伸ノズル２２ｃとの摩擦を防止することも可能である。
【００１１】
一方、熱セット装置４は、延伸チューブ３の一端の固定を行うチューブ固定部４１、延伸チューブ３の他端を固定しかつ任意の速度で移動可能なスライド４３、延伸チューブ３を加熱しかつ任意の速度で移動可能でしかもチューブ固定部４１とスライド４３の間に位置する可動式加熱部４２、及びスライド４３と可動式加熱部４２を移動させるためのレール４４ａ、４４ｂで構成されている。また、可動式加熱部４２は延伸チューブ３を包み込むような、例えば、円筒形状をしている。
【００１２】
本発明で用いる未延伸チューブ１は、熱可塑性樹脂を所定の外径、厚みになるよう溶融押出して成形した後、引取機で引き取って製造するのであるが、この引取方法は一対のゴム製ベルトの間を摩擦力を利用して引き取るいわゆるベルト式引取機、又は断続的に二対のピンチロールによってピンチする方法、折り目を付けぬよう完全にピンチせずに引き取る方法等を用いてチューブ１に折り目をつけないことが必要である。従来のようにピンチロールを用いて連続的に引取る方法では、チューブ１の左右に折り目が付くので好ましくない。
【００１３】
なお、熱可塑性樹脂としては、主としてポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどの熱可塑性ポリエステル樹脂が挙げられるがこれらに限定されるものではなく、結晶性、非晶性を問わず延伸が可能な熱可塑性樹脂であれば本発明に適用することは十分可能である。
【００１４】
このような、未延伸チューブ１を任意の長さに切断した後、その一端を延伸装置２のチューブ固定部２１に、他端をスライド２３に固定する。固定方法は十分な固定が行われれば特に限定はないが、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、例えば、エアシリンダーで固定板を押し付ける方法が挙げられる。なお、チューブ固定部２１では、空気を未延伸チューブ１内に圧入する必要が有るので図３（Ｂ）で示すような固定板を用いて空気導入口を開けるように固定するのが望ましい。また、十分な固定を行って、空気が洩れないようにするために未延伸チューブ１が軟化する程度に固定部を加熱することが望ましい。
【００１５】
また、可動式加熱部２２の予熱槽２２ａ及び加熱槽２２ｂの温度を、シーズヒーター、熱風発生器による熱風あるいは赤外線ヒーター等の中から未延伸チューブの熱可塑性樹脂の特性に適合する加熱手段を用いて調節する。ここで、加熱槽２２ｂの温度は用いる熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、融点以下に設定する必要があり、予熱槽２２ａの温度は加熱槽２２ｂの温度以下に設定する必要がある。
【００１６】
次いで、チューブ固定部２１の空気導入口から加圧された空気を未延伸チューブ内に導入するとともに、スライド２３をチューブ固定部２１から遠ざかる方向に、可動式加熱部２２をチューブ固定部２１に近づく方向にそれぞれ移動させて未延伸チューブの二軸延伸を行う。なお、延伸を行っている間は導入空気圧を一定に維持する。また、可動式加熱部２２の移動速度の絶対値を、スライド２３の移動速度の絶対値より小さくし、かつ可動式加熱部２２およびスライド２３の速度を一定に保つ必要がある。この時の未延伸チューブの流れ方向（以下、ＭＤと称す。）の延伸倍率は、式１に示す計算式で表される。また、未延伸チューブの半径方向（以下、ＴＤと称す。）の延伸倍率は、延伸後のチューブ径／未延伸チューブ径、となる。
【００１７】
〔式１〕
ＭＤ延伸倍率＝スライド２３の移動速度の絶対値／可動式加熱部２２の移動速度の絶対値
【００１８】
熱可塑性樹脂は、通常、延伸倍率を大きくすればするほどヤング率、引張強度が増加し、破断伸びが低下して電子写真プロセスに使用されるシームレスベルトとして好適な物性のチューブが得られるが、延伸倍率をあまり大きくしようとすればいわゆるパンクが発生しやすくなり延伸自体ができなくなるので好ましくない。また、延伸倍率を小さくすれば延伸の効果があまり期待できないばかりか、均質な延伸が難しく、そのため厚みムラが発生しやすく好ましくない。従って、延伸倍率は使用する熱可塑性樹脂の特性にもよるが、ＭＤ、ＴＤともに２〜６倍程度で行われることが望ましい。このような方法により機械的強度に優れ、しかも折り目跡による凹凸やスジ状白化、また擦り傷等のない本発明の同時二軸延伸チューブ３が得られる。
【００１９】
更に、上記延伸チューブ３に温度変化に対する寸法安定性及び表面平滑性を付与するための熱セット方法は以下のように行う。すなわち、前述の方法により得られた延伸チューブ３の一端を熱セット装置４のチューブ固定部４１に、他端をスライド４３に固定する。固定の方法は二軸延伸する時と同様な方法でよく、チューブ固定部４１から空気をチューブ内に圧入できるように若干の導入口を設けておく必要がある。
【００２０】
また、可動式加熱部４２の温度を、二軸延伸する時と同様に、延伸チューブの熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、該延伸チューブを延伸した時の加熱槽２２ｂの温度以下に設定する。一般に、熱収縮が開始する温度（寸法安定性が維持できる温度）は、熱セット温度に影響される。
【００２１】
次いで、空気導入口より延伸チューブ３内に加圧された空気を導入するとともに、可動式加熱装置４２及びスライド４３を共にチューブ固定部４１に近づく方向に移動させて該延伸チューブ３の熱セットを行う。ここでチューブの内圧を、大気圧＜チューブ内圧＜該延伸チューブの延伸時のチューブ内圧、になるようにして、一定に保つ必要がある。チューブ内圧が延伸時のチューブ内圧を越えると、チューブを収縮弛緩させて熱セットすることができないばかりか、可動式加熱部４２の温度が十分高い場合は、逆に延伸状態になったり、いわゆるパンクを起こす場合があり好ましくない。また、スライド４３の移動速度を可動式加熱部４２の移動速度未満にして、かつ各速度を一定に保つ必要がある。この時のチューブのＭＤ弛緩率は式２で表され、ＴＤ弛緩率は式３で表される。なお、ＭＤ、ＴＤ弛緩率はともに５〜３０％程度が望ましい。弛緩率が５％未満であると、高温下での寸法安定性を向上させる効果がなく、また３０％を越えると配向緩和が起こり、二軸延伸の効果であるヤング率、引張強度などが低下するため好ましくない。
【００２２】
〔式２〕
ＭＤ弛緩率（％）＝（スライド４３の移動速度／可動式加熱部４２の移動速度）×１００
【００２３】
〔式３〕
ＴＤ弛緩率（％）＝｛（熱セット前のチューブ内径−熱セット後のチューブ内径）／熱セット前のチューブ内径｝×１００
【００２４】
この様にして得た熱可塑性樹脂の二軸延伸チューブは、両端に未延伸部分や未熱セット部分を有し、また必要な外径に達していない部分も有しているので、この部分をカットして均一な外径となっている部分だけを取り出せば、本発明のチューブが得られる。なお、このチューブをシームレスベルトとして使用する場合は、チューブを所定長さに輪切りにすればよい。
【００２５】
【実施例】
実施例１
ポリエチレンテレフタレート樹脂（三井ペット社製、ガラス転移点７０℃、融点２６０℃）を口径３０ｍｍの環状ダイより２９０℃で溶融押出し、冷却後折り目跡を付けずに円筒形状のまま引き取るとともに一定長さに裁断し、外径２７ｍｍ、厚み４７０μｍ、長さ２ｍのポリエチレンテレフタレートの未延伸チューブを得た。上記方法で得られた未延伸チューブを図１に示す延伸装置２に装着した。延伸装置２への装着は、未延伸チューブの一端を延伸装置２のチューブ固定部（２１）に、他端をスライド（２３）に固定し、スライド（２３）をチューブ固定部（２１）より遠ざかる方向に移動させて、未延伸チューブに弛みがなく、しかも、テンションのかかっていない状態にした。なお、可動式加熱部（２２）は、スライド（２３）に隣接する位置にセットした。そして、予熱槽２２ａ（赤外線ヒーター）の雰囲気温度９０℃、加熱槽２２ｂ（熱風発生器による熱風を内径１２０ｍｍ、隙間２ｍｍのエアリングより吹出）の熱風温度１６０℃にして、チューブ内に空気を導入し、スライド２３を３．０ｍ／分の速度でチューブ固定部から遠ざかる方向に移動され、可動式加熱部２２を１．０ｍ／分の速度でチューブ固定部に近づく方向に移動させて同時二軸延伸を行い、外径９５ｍｍ、厚み４５μｍ、長さ９ｍｍのポリエチレンテレフタレート樹脂の二軸延伸チューブを得た。この時のチューブの内圧はゲージ圧で０．８ｋｇ／ｃｍ^２であった。
次いで、上記のポリエチレンテレフタレート樹脂二軸延伸チューブを図２に示す熱セット装置４に装着した。熱セット装置４への装着は、延伸チューブの一端をチューブ固定部（４１）に、他端をスライド（４３）に固定し、スライド（４３）をチューブ固定部（４１）より遠ざかる方向に移動させて、延伸チューブに弛みがなく、しかも、テンションのかかっていない状態にした。なお、可動式加熱部（４２）は、スライド（４３）に隣接する位置にセットした。
そして、可動式加熱部４２（熱風発生器による熱風を内径１５０ｍｍ、隙間２ｍｍのエアリングより吹出）の熱風温度を１４０℃にして、チューブ内に空気を導入し、スライド４３及び可動式加熱部４２をそれぞれ０．５ｍ／分、３．０ｍ／分の速度でチューブ固定部に近づく方向に移動さて熱セットを行い、外径８５ｍｍ、厚み６０μｍ、長さ５ｍｍのポリエチレンテレフタレート樹脂のチューブを得た。この時のチューブの内圧はゲージ圧で０．６ｋｇ／ｃｍ^２であった。得られたチューブの周方向の表面粗さを表１に示す。
【００２６】
実施例２
ピンチロールで折り畳みながら引き取った以外は実施例１と同じ方法で外径２７mm、厚み４７０μm 、長さ２ｍのポリエチレンテレフタレートの未延伸チューブ未延伸チューブを得た後、実施例１と同様にして同時二軸延伸を行い、外径９５mm、厚み４５μm 、長さ６ｍのポリエチレンテレフタレート樹脂の二軸延伸チューブを得た。次いで実施例１と同様にして熱セットを行い、外径８５mm、厚み６０μm 、長さ５ｍのポリエチレンテレフタレート樹脂のチューブを得た。得られたチューブの周方向の表面粗さを表１に示す。
【００２７】
比較例１
ポリエチレンテレフタレート樹脂（三井ペット社製，ガラス転移点７０℃，融点２６０℃）を口径３０mmの環状ダイより２９０℃で溶融押出し、冷却後ピンチロールにより折り畳みながら連続的に引き取り、外径２７mm、厚み４７０μm の未延伸チューブを得た。上記方法で得た未延伸チューブを加熱装置（熱風発生器による熱風を内径１２０mm、隙間２mmのエアリングより吹出）の熱風温度１６０℃で加熱後、チューブ内に空気を導入し、縦方向に３倍、横方向に３．５倍延伸してピンチロールにより折り畳みながら連続的に引き取り、外径９５mm、厚み４５μm の延伸チューブを得た。次いで熱セット温度１５０℃で熱セットを行い、ピンチロールにより折り畳みながら連続的に引き取り、外径８５mm、厚み６０μm のポリエチレンテレフタレート樹脂のチューブを得た。得られたチューブの周方向の表面粗さを表１に示す。
【００２８】
比較例２
比較例１の方法により得られた熱セット前の外径９５mm、厚み４５μm のポリエチレンテレフタレート樹脂延伸チューブを外径８５mmの円筒形の金属製ドラムに被覆し、１９０℃で３０分間ＴＤのみ弛緩させながら熱セットして、内径８５mm、厚み５０μm のチューブを得た。得られたチューブの周方向の表面粗さを表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１からも明かなように、本発明の方法により得られたポリエチレンテレフタレート樹脂チューブは、比較例１、２の方法で得られたチューブに比べて折り畳まずに製造しているのではるかに表面の凹凸が少ない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の同時二軸延伸方法及び熱セット方法を用いれば、折り目や擦り傷を付けずに延伸・熱セットできるため、機械的強度と寸法安定性がよく電子写真プロセスで使用されるべきシームレス感光体の基材として必要不可欠な表面平滑性にも優れている。さらに延伸自体も内圧を制御しているので任意の延伸倍率で均一かつ安定した延伸が可能となる。また、熱セットにおいても延伸と同様に内圧を制御しているので任意の弛緩率で均一かつ安定した熱セットが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同時二軸延伸方法で使用する延伸装置２の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の熱セット方法で使用するセット装置４の一例を示す概略図である。
【図３】（Ａ）はチューブ固定方法の一例を示す概略図であり、（Ｂ）は空気導入口を設けるチューブ固定方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１未延伸チューブ
２延伸装置
２１チューブ固定部
２２可動式加熱部
２２ａ予熱槽
２２ｂ加熱槽
２２ｃ延伸ノズル
２３スライド
２４ａ、２４ｂレール
３延伸チューブ
４セット装置
４１チューブ固定部
４２可動式加熱部
４３スライド
４４ａ、４４ｂレール

Claims

任意長に切断した熱可塑性樹脂の未延伸チューブ１の一端を、チューブ固定部２１、予熱槽２２ａ及び加熱槽２２ｂを有する可動式加熱部２２及びスライド２３からなる延伸装置２のチューブ固定部２１に、他端をスライド２３に固定した後、チューブ固定部２１とスライド２３の間に位置する可動式加熱部２２の加熱槽２２ｂの温度を予熱槽２２ａの温度及び該未延伸チューブの熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、かつ融点以下の温度に保持し、該未延伸チューブ１に空気を圧入しながら、スライド２３はチューブ固定部２１から遠ざかる方向に、可動式加熱部２２はチューブ固定部２１に近づく方向に、可動式加熱部２２の移動速度の絶対値がスライド２３の移動速度の絶対値より小さい速度でそれぞれ移動させて、該未延伸チューブ１を膨張させることを特徴とする熱可塑性樹脂の同時二軸延伸方法。
請求項１記載の方法によって得られた延伸チューブ３の一端を、チューブ固定部４１、可動式加熱部４２及びスライド４３からなるセット装置４のチューブ固定部４１に、他端をスライド４３に固定した後、チューブ固定部４１とスライド４３の間に位置する可動式加熱部４２の温度を該延伸チューブの熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、該延伸チューブの延伸時の加熱槽２２ｂの温度以下にして、延伸チューブ３内の内圧を、大気圧＜内圧＜該延伸チューブの延伸時のチューブ内圧、に保持しながら、スライド４３の移動速度を可動式加熱部４２がチューブ固定部４１に近づく方向に移動する速度未満で、チューブ固定部４１に近づく方向に移動させ、該延伸チューブ３を収縮させることを特徴とする熱可塑性樹脂チューブの熱セット方法。