JP3891300B2

JP3891300B2 - 管状物の製造方法及び管状物

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Publication number: JP3891300B2
Application number: JP2004047094A
Authority: JP
Inventors: 俊郎広幡; 昭西村; 正弘羽深; 千明加藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: JP2004195989A

Description

本発明は、管状物の製造方法に関し、さらに詳しくは、円柱状金型やシリンダー状金型などの芯体の面上に液状の耐熱樹脂を塗布し、この塗布した液状の耐熱樹脂を固化または硬化させて管状物を製造する方法に関する。また、本発明は、このようにして得られた管状物に関する。

耐熱フィルムは、フレキシブルプリント基板、電気機器の絶縁体、磁気テープなど種々の用途に使用されている。これらの耐熱フィルムの中でも、管状に成形された耐熱フィルムは、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンターなどの定着用ベルト等として使用されている。即ち、電子写真複写機などにおいて、記録紙上のトナーを加熱溶融して記録紙上にトナー画像を定着させる方法として、フィルム状でエンドレスの定着用ベルト（管状物）を介して、ヒーターにより記録紙上のトナーを直接的に加熱する方法がある。この定着用ベルトには、耐熱性、強度、ヤング率などに優れていることが求められるため、一般に、耐熱性及び機械的強度に優れるポリイミドフィルムが使用されている。

ポリイミドフィルムからなる管状物の製造方法としては、円柱状金型などの芯体の外周面もしくはシリンダー状金型の内周面に、ディッピング法（浸漬法）によりポリイミド前駆体溶液を塗布し、次いで、塗布部上端からダイス（外周面塗布の場合）または弾丸形状物（内周面塗布の場合）を自重落下させることにより余剰樹脂をそぎ落とし、所定の膜厚とした後、塗布層を加熱してポリイミドの硬化皮膜を成形する方法が提案されている（特許文献１〜２）。

ところで、従来の管状物の製造方法において、特に、下記２点について改善が望まれていた。第１点は、塗布層形成後の加熱により硬化前の耐熱樹脂の粘度が低下するため、耐熱樹脂の粘度や加熱条件によっては、塗布層にたれを生じ、その結果、肉厚にばらつきを生じる場合があったことである。第２点は、ディッピング時に、塗布層の上端面が斜めになる場合があること、あるいはダイスまたは弾丸形状物の落下開始時は、これらの落下物の周方向位置が安定しないことから上端の数ｃｍは製品として使用できず、また、脱型を容易にするためディッピングにより下端まで塗布後、金型の下端部約１ｃｍの樹脂を除去する必要があること、即ち、両端部ともに使用できない部分があり樹脂ロスになっていることである。また、従来の管状物の製造方法では、例えば、クラウン状、太鼓状のような軸方向に厚みが変化した管状物や、周方向強度が軸方向強度よりも大きい管状物を製造することができなかった。

前記の管状物の製造方法は、ポリイミドだけではなく、その他の液状の耐熱樹脂、例えば、未硬化の液状熱硬化性樹脂、未硬化の熱硬化性樹脂の溶液、あるいは熱可塑性樹脂の溶液に対しても適用可能である。しかし、その他の液状の耐熱樹脂を用いて管状物を製造する場合にも、ポリイミドを用いる場合と同様、肉厚のばらつきや樹脂ロスの問題がある。また、軸方向に厚みが変化する管状物や周方向強度が軸方向強度より大きい管状物を製造することができないのも同様であった。

特開平７−１６４４５６号公報特開昭６２−１９４３７号公報

本発明の目的は、肉厚精度が良好で、樹脂ロスが小さく、必要に応じて軸方向に任意の厚み分布を持たせることができ、無機フィラーが周方向に配向した新規な管状物の製造方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、無機フィラーを含有し、周方向の強度が軸方向の強度より大きい管状物を提供することにある。

本発明者らは、種々の管状物の製造方法を鋭意検討した結果、液状の耐熱樹脂をディスペンサーにより、周方向に回転する芯体の外面または内面に供給しながら、ディスペンサーの供給部を芯体の回転軸方向に移動させることにより、供給した液状の耐熱樹脂をらせん状に巻回して塗布層を形成させると、肉厚精度が良く、かつ、樹脂ロスを小さくすることが可能となることを見出した。

この方法によれば、ディスペンサーから供給する液状の耐熱樹脂の量やディスペンサー供給部の回転軸方向への移動速度などを調整することにより、軸方向に厚みが変化する管状物を得ることができる。また、この方法によれば、針状または鱗片状の無機フィラーを含む液状の耐熱樹脂を使用することにより、周方向の強度が軸方向の強度より大きい管状物を得ることも可能となる。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。

本発明によれば、成形金型である芯体の外面もしくは内面に、針状または鱗片状の無機フィラーを含む液状の耐熱樹脂を塗布し、形成された塗布層が少なくとも管状物としての構造を保持しうる強度を有するまで、塗布した液状の耐熱樹脂を固化または硬化させた後、前記芯体から管状物を取り出す工程を含む管状物の製造方法において、芯体を周方向に回転させながら、芯体の外面もしくは内面に、針状または鱗片状の無機フィラーを含む、２５℃での粘度が１００〜１５０００ポイズの液状の耐熱樹脂をディスペンサーにより連続的に供給し、かつ、先端が斜めに形成された管状の液吐出口を有するディスペンサー供給部の該液吐出口の中央部を芯体の外面もしくは内面に接触させながら、該ディスペンサーの供給部を芯体の回転軸方向に移動させることにより、供給した液状の耐熱樹脂をらせん状に巻回して針状または鱗片状の無機フィラーが周方向に配向する塗布層を形成させることを特徴とする周方向の強度が軸方向の強度より大きい管状物の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、上記に記載の製造方法により得られた、針状または鱗片状の無機フィラーを含む耐熱樹脂から成り、周方向の強度が軸方向の強度より大きい管状物が提供される。

本発明によれば、針状または鱗片状の無機フィラーを含む液状の耐熱樹脂を用いることにより、周方向の強度が軸方向の強度より大きい管状物を製造することができる。

本発明の製造方法では、周方向に回転している円筒状またはシリンダー状芯体の外面もしくは内面に、ディスペンサーにより粘度が１００〜１５０００ｐｓの液状の耐熱樹脂を連続的に供給しながら、ディスペンサーの供給部を芯体の回転軸方向に移動させて、液状の耐熱樹脂をらせん状に巻回塗布する。

図１に示すように、円筒状芯体４を周方向に回転させながら、液状の耐熱樹脂をディスペンサー１の供給部２から連続的に供給するとともに、該供給部２を芯体の回転軸方向に移動させると、供給した液状の耐熱樹脂３がらせん状に巻回されて塗布層を形成する。らせん状に巻回された液状の耐熱樹脂は、隣接部分が結合して、均一な塗布層を形成する。ディスペンサーの供給部は、通常、ノズルとなっており、図２に示すように、ノズル２の先端を斜めに形成し、先端部（液吐出口）の中央部が芯体４の外面に接しながら芯体の回転軸方向に移動するようにノズル位置を設定することが好ましい。ノズル（液吐出口）の内径は、通常、０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍ程度である。

らせん状に塗布された液状の耐熱樹脂が互いに接触して、均一な塗布層を形成するように、ディスペンサーの移動速度及び芯体の回転速度を調整し、芯体外表面もしくは内表面に隙間無く液状の耐熱樹脂を塗布する。この塗布工程の後、常法により、塗布層が少なくとも管状物としての構造を保持しうる強度を有するまで、塗布した液状の耐熱樹脂を固化または硬化させた後、前記芯体から管状物を取り出すことにより、管状物を得ることができる。

液状の耐熱樹脂の２５℃での粘度は、１００〜１５０００ポイズ（ｐｓ）であることが必要である。この粘度が１５０００ｐｓを越えると、らせん状に巻回塗布された液状の耐熱樹脂が互いに接触してつながる部分が他の部分より薄くなり、耐熱樹脂層（塗布層）表面に凹凸を生じる。液状の耐熱樹脂の粘度が１００ｐｓ未満では、塗布時あるいは乾燥時に液だれまたははじきが生じ、管状物を形成することが困難となる。液状の耐熱樹脂の粘度を１００〜１５０００ｐｓとすることにより、液だれやはじきがなく、しかも、塗布後、液が重力または遠心力により動いて液面が平滑となり、凹凸のない耐熱樹脂層を形成することができる。確実に液だれ、はじき、及び凹凸の形成を防止するには、使用する液状の耐熱樹脂の粘度を１００〜３０００ｐｓとするのが好ましい。

本発明で使用する液状の耐熱樹脂とは、管状物を形成した場合、１００℃以上での連続使用が可能であり、かつ、液状での成形が可能な樹脂をいう。即ち、未硬化の液状熱硬化性樹脂、未硬化の熱硬化性樹脂を溶剤に溶かした溶液、あるいは熱可塑性樹脂を溶剤に溶かした溶液を指す。

耐熱樹脂の具体例としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、液晶ポリマー類、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの耐熱樹脂の中でも、特にポリイミドに対して、本発明の製造方法が好ましく適用できる。ポリイミドは、一般にポリイミド前駆体の溶液（ポリイミドワニス）として使用し、成形金型の表面に塗布した後、加熱硬化（イミド化）すると、強固な薄いフィルムが生成する。

本発明で使用する芯体の形状は、特に限定されないが、円柱または円筒形状のものが好ましく使用できる。本発明で使用する芯体の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス等の金属；アルミナ、炭化ケイ素等のセラミックス；ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール等の耐熱樹脂；等が挙げられる。

また、芯体の離型性を良くするため、シリコーンオイル等からなる離型剤の塗布、または芯体をセラミックスコーティングすることが好ましい。セラミックスとしては、ゾルゲル法でコーティングしたシリカ、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素；溶射法でコーティングしたアルミナ、ジルコニア；あるいはスパッタリング法でコーティングした窒化アルミ等が挙げられる。これらの中でも、高価な装置を必要とせず、コーティング作業が容易であるゾルゲル法によるセラミックスコーティングが好ましい。

本発明による製造方法では、ディスペンサーにより供給される液状の耐熱樹脂の量またはディスペンサー供給部の移動速度を、ディスペンサー供給部が回転軸方向に移動する間で任意に変えることにより、管状物の軸方向に任意の厚み分布を持たせることができる。例えば、軸方向の中央部を薄く、両端部を厚くしたクラウン形状の管状物を容易に製造することができる。

定着用ベルトとして使用される管状物には、熱伝導性を改善するため、アルミナ、炭化ケイ素、ボロンナイトライド、シリカなどの無機フィラーが添加されることがある。無機フィラーの種類によっては、液状の耐熱樹脂との親和性が十分でない場合があり、このような液状の耐熱樹脂を本発明の塗布方法に適用すると、らせん状の塗布経路に沿って、わずかに色の濃い部分を生じて縞模様となることがあり、ひどい場合には、色の濃い部分と薄い部分で厚みが異なり凹凸となることがある。これは、無機フィラーの不均一分散によるものと考えられる。この縞模様の発生は、以下の方法により防止することができる。すなわち、ディスペンサー供給部の液吐出口と芯体に塗布された耐熱樹脂層が接触しており、なおかつ、移動速度Ｖ（ｍｍ／秒）と筒状芯体の回転数Ｒ（回転／秒）が関係式（ｌ）で表される範囲の条件で塗布を行うことにより、液吐出口近傍での液の撹拌効果等により縞模様及び凹凸の発生を防止できる。
（Ｖ／Ｒ）＜１．５（ｍｍ／回転）（１）
Ｖ／Ｒが１．５ｍｍ／回転以上の場合は、液吐出口近傍の撹拌効果だけでは不十分となり、縞模様及び凹凸が発生する場合がある。

低コスト化を考えた場合、塗布時間は短いのが好ましい。関係式（１）に従って塗布を行う場合、芯体の回転数を上げることにより塗布時間を短くすることができるが、遠心力により液が飛散しないようにする必要があるため、回転数には上限がある。

このような場合、液吐出口を特定の形状とすることにより、塗布時間を短縮しつつ縞模様及び凹凸が発生しないようにすることが可能である。すなわち、ディスペンサー供給部の液吐出口が管状でその壁厚ｔ（ｍｍ）を下記範囲とする。
０．３ｍｍ＜ｔ＜３．０ｍｍ（２）
上記の液吐出口近傍の撹拌効果は、管状の吐出口の壁部端面が芯体上の樹脂と接触することにより生じると考えられる。このときの壁部端面の幅が上記範囲にあるときに、充分な撹拌効果が得られることが実験的にわかっており、管状の液吐出口の壁厚ｔが０．３ｍｍ未満または３．０ｍｍ超過では、充分な撹拌効果が得られない。管状の液吐出口の壁厚ｔは、より好ましくは０．５〜２．０ｍｍである。

ディスペンサー供給部の液吐出口には、プラスチックス製チューブ、ゴム製チューブ、金属管等を好ましく使用することができる。これらの中でも、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）または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）製のチューブが、適度な剛性を有し、しかも芯体にキズを付けにくいため好適に使用できる。

針状または板面内の縦横の長さが異なる鱗片状の無機フィラーを含む液状の耐熱樹脂を用いて、本発明の製造方法により管状物を製造すると、無機フィラーが周方向に配向するため、周方向強度が軸方向強度よりも大きい管状物を製造することができる。このような管状物は、例えば、定着用ベルトとして用いた場合、周方向の張力や周方向の疲労に対して強くなり有用である。針状のフィラーとしては、これに限定されないが、チタン酸カリウムウィスカーや炭化ケイ素ウィスカー等が挙げられる。鱗片状のフィラーとしては、これに限定されないが、ボロンナイトライドやマイカ等が挙げられる。

以下に参考例及び実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。

［参考例１］
金型として外径２０ｍｍφのアルミニウム製円柱の外面にセラミックスをコーティングしたものを使用し、この円柱状金型を回転させながら、ディスペンサーの樹脂供給部にセットしたノズルを芯体外面に接触させた。液状の耐熱樹脂としては、宇部興産製ポリイミドワニス１００部に、昭和電工製アルミナ粉末（ＡＬ−４５Ｈ）１０部を添加し均一に混合したものを使用した。この状態でノズルから樹脂を定量供給しながら、ノズルを芯体の回転軸方向に一定速度で移動させて樹脂の塗布を行った。このときの塗布条件は、表１に示す通りである。表１中の樹脂の粘度は、Ｂ型粘度計で液温２５℃、ローター回転数６ｒｐｍの条件で測定したものである。

ディスペンサーのノズルには、内径２ｍｍ、外径４ｍｍのＰＴＦＥ製チューブを使用した。図２に示すようにチューブ２の先端は４５°に切り落とし、切り落とした面の中央部が芯体４の外面に接しながら芯体の軸方向に移動するように、ノズル位置を設定した。

金型右端から２０ｍｍの位置にノズルを接触させるとともに、樹脂の供給を開始し、ノズルが金型左端から２０ｍｍの位置まで来た時点で樹脂の供給を停止してノズルを芯体から離した。次いで、芯体を回転させながら４００℃まで段階的に加熱し、冷却後、固化した塗布樹脂を金型から管状物として脱型した。

以上の操作により、所定の長さの管状物を得ることができ、端面を出すため両端約２ｍｍを切り落とすだけで、ほとんど樹脂ロスなく管状物を成形することができた。得られた管状物の厚みのばらつきは±１．０μｍであり、ばらつきが小さいものであった。管状物の外面形状を粗度計で測定したが、うねりや凹凸は全く見られなかった。また、縞模様もなく外観は良好であった。

［実施例１］
無機フィラーとして、昭和電工製アルミナ粉末１０部に代えて、チタン酸カリウムウィスカー（大塚化学製ティスモーＤ）１２部を加えたことを除き、参考例１と同じ方法で管状物を成形した。得られた管状物の周方向強度は２５ｋｇ／ｃｍ^２、軸方向強度は１８ｋｇ／ｍｍ^２であり、周方向強度に優れるものであった。

本発明の管状物は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンターなどの定着用ベルト等として利用することができる。

本発明のディスペンサーを用いた塗布方法の説明図である。本発明の塗布方法におけるノズル先端の形状及びノズルと芯体の接触位置の説明図である。

符号の説明

１：ディスペンサー、
２：ノズル、
３：液状の耐熱樹脂（らせん状に巻回塗布）、
４：芯体。

Claims

成形金型である芯体の外面もしくは内面に、針状または鱗片状の無機フィラーを含む液状の耐熱樹脂を塗布し、形成された塗布層が少なくとも管状物としての構造を保持しうる強度を有するまで、塗布した液状の耐熱樹脂を固化または硬化させた後、前記芯体から管状物を取り出す工程を含む管状物の製造方法において、芯体を周方向に回転させながら、芯体の外面もしくは内面に、針状または鱗片状の無機フィラーを含む、２５℃での粘度が１００〜１５０００ポイズの液状の耐熱樹脂をディスペンサーにより連続的に供給し、かつ、先端が斜めに形成された管状の液吐出口を有するディスペンサー供給部の該液吐出口の中央部を芯体の外面もしくは内面に接触させながら、該ディスペンサーの供給部を芯体の回転軸方向に移動させることにより、供給した液状の耐熱樹脂をらせん状に巻回して針状または鱗片状の無機フィラーが周方向に配向する塗布層を形成させることを特徴とする周方向の強度が軸方向の強度より大きい管状物の製造方法。
請求項１に記載の製造方法により得られた、針状または鱗片状の無機フィラーを含む耐熱樹脂から成り、周方向の強度が軸方向の強度より大きい管状物。