JP4298420B2 - 径違い段取り容易な電子線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ、などの電子写真応用分野に広く用いることができる電子写真感光体の製造装置に関する。さらに詳しくは、円筒状電子写真感光体の製造装置における、円筒状基体の重合硬化を目的とした、電子線照射または一般的に言うＥＢ照射装置で、該基体の回転式送り機構、通称ロータリーインデックスにおいて、該基体の表面と電子線照射窓との距離、および該基体表面と電子線照射装置のヒーター表面との距離を調整する際、該基体の径違いに依る装置の段取り調整に関するものである。

従来の技術による電子線照射装置を図７に示し、以下簡単に処理の様子を図７に沿って説明する。特許文献１で紹介されているように、一般に電子線照射でモノマー、或いはオリゴマーの樹脂塗料の硬化処理を行なう場合、（３５）被照射物が載置された（３６）トレーを搬送路の一端に設けられた（３２）投入／取出しシャッターから送り出し、この（３６）トレーを搬送路途中に設けられた（３１）電子線照射窓に搬送し、ここで電子線の照射を行い、その後再び同じ方向に搬送して（３２）投入／取出しシャッターから被照射物を取出す構成となっている。図７ではシリンダーが複数本描かれているが、これはシリンダーが移動していく様子を表しており、実際の実験装置では一本ずつバッチ処理される。なお（３３）不活性ガスは図中右の矢印方向から充填される。

また、樹脂塗料を電子線照射により重合あるいは架橋し硬化した後にヒーターにより加熱・温調して硬化を更に促進させる場合、図７の符号３７で示した加熱ヒーターまで被照射物である該基体が載置されたトレーを移動し、ヒーター加熱・温調する。

以上述べた電子線照射工程、ヒーター加熱工程ともに、重要な工程条件は円筒状基体の表面と電子線照射窓との距離、および円筒状基体表面と電子線照射装置のヒーター表面との距離である。円筒状基体の表面と電子線照射窓との距離は、求める硬化度により最適値がある。また円筒状基体表面と電子線照射装置のヒーター表面との距離は、省エネルギーおよび装置の不必要な昇温を避ける理由で、その距離は接触しない程度の最短距離が望ましい。

また、電子写真装置が使用する感光体、すなわち円筒状基体の径は、電子写真装置により様々である。その理由で円筒状基体表面層を重合硬化させる電子線照射装置は、求められる感光体によって円筒状基体の径が変化するので、該照射装置を一台で様々な径に対応するためには、該照射装置を調整する、いわゆる径違い段取りをする必要がある。

上記二つの距離の調整方法は、円筒状基体の表面と電子線照射窓との距離については図７の搬送トレーを搬送する装置全体を上下させる方法、また、円筒状基体表面と電子線照射装置のヒーター表面との距離は、加熱ヒーターの位置調整をする方法で、径違い段取りをしている。
特開平０５−０２７０９９号公報

現状の課題として、従来技術では下記（Ａ）（Ｂ）二つの難点がある。

（Ａ）円筒状基体の表面と電子線照射窓との距離を調整するため、搬送トレーを搬送する装置全体を上下させる方法として、人手で段取りする場合は装置のレベル出しを精密にジャッキボルトで行なっている。この方法は時間を掛ければ精密に位置出しできるが、段取りに多くの時間を費やすことになる。また自動で段取りする場合は、上下送りボールネジに近接スイッチを組み合わせて自動位置出しをするが、近接スイッチのセンサー部分の大きさに搬送装置の停止位置精度が左右され、またボールネジのオーバーランの問題もあり、精密位置出しに難点がある。

（Ｂ）円筒状基体表面と電子線照射装置のヒーター表面との距離を調整するため、加熱ヒーターの位置調整をする方法は、電子線照射で発生するＸ線を遮蔽する、セルフシールド構造の中に配置したヒーターを位置調整せねばならず、大きく重い鉛遮蔽壁を外しながらの作業になり、段取りに多くの時間を費やす。また（Ａ）と同様に搬送トレーを駆動するボールネジのオーバーランや自動位置出し精度の問題もあり、該基体表面とヒーター表面の距離を接触しない程度の最短距離に調整し、維持することは困難がつきまとう。

本発明の目的は、電子写真用感光体の円筒状基体表面層の重合硬化を目的とする電子線照射装置の、基体の回転式送り機構、通称ロータリーインデックスにおいて、円筒状基体の表面と電子線照射窓との距離、および円筒状基体表面と電子線照射装置のヒーター表面との距離を調整する際、基体の径違いに依る装置の段取り調整を、合理的且つ経済性に優れた方法で提供し、その結果電子線照射、重合、硬化を合理的且つ経済的に実現できる方法を提供することである。

上記の目的を達成するため本発明では、電子写真感光体の円筒状基体上に硬化性のモノマー又はオリゴマーを塗布し、該円筒状基体を軸中心に回転させながら、該モノマー、或いはオリゴマーを電子線照射により重合あるいは架橋により硬化した後にヒーターにより加熱・温調して表面層を形成するための電子写真感光体の製造装置において、
該製造装置が、
（ｉ）回転式送り機構により該円筒状基体を搬送するためのロータリーインデックス部の本体と、該ロータリーインデックス部の本体の外周に配置された電子線を照射するための照射窓を有する電子線照射部と、該電子線照射による該モノマー又はオリゴマーの硬化後に加熱・温調するためのヒーターと、該ロータリーインデックス部の本体に備わる、ドラム保持回転ユニットに接続して該円筒状基体を回転させるための駆動を有する回転駆動ギヤとを有する製造装置本体と、
（ii）該ロータリーインデックス部の本体に挿脱自在であって、且つ、円筒状基体を把持するための把持治具、該把持治具に接続して円筒状基体を回転させるためのドラム回転ギヤ、及び、該回転駆動ギヤからの駆動を該ドラム回転ギヤに伝達させるためのアイドルギヤを有するドラム保持回転ユニットの複数と、
（iii）（ii）のドラム保持回転ユニットの把持治具が把持する円筒状基体とは外径が異なる円筒状基体を把持するための把持治具、該把持治具に接続して円筒状基体を回転させるためのドラム回転ギヤ、及び、該回転駆動ギヤからの駆動を該ドラム回転ギヤに伝達させるためのアイドルギヤを有し、且つ、円筒状基体の表面と電子線照射部の有する照射窓との最短距離を円筒状基体の外径に依らず一定に保つために、アイドルギヤの大きさ及び把持治具によって把持された際の円筒状基体の軸芯位置がそれぞれ（ii）のドラム保持回転ユニットから変更されており、（ii）のドラム保持回転ユニットと交換して該ロータリーインデックス部の本体に挿脱することが可能である、（ii）のドラム保持回転ユニットとは別のドラム保持回転ユニットと
を有する電子写真感光体の製造装置の技術を提供する。

経済性において実施例が従来技術に比べ圧倒的に勝っている。

最初に、電子線照射装置（以下ＥＢ装置とも言う）の基本的な特徴と留意点を説明する。一般に電子線照射で樹脂塗料の硬化処理を行なう場合、被処理物の周囲に多量の酸素が存在すると、電子線照射することで生成されたラジカルが酸素と反応し、重合硬化反応が阻害されてしまう。このため、不活性ガス、例えば窒素ガスを吹き込んで電子線照射場所を不活性ガス雰囲気内で行なっている。また電子線照射のもう一つの特徴は、同時に発生するＸ線の遮蔽が必要なことである。電子線照射が対象物に照射されるとＸ線が発生する。このＸ線が外部へ漏出しないようにするためにＥＢ装置は、電子線発生部を鉛で遮蔽し、Ｘ線を装置内に閉じ込め外部に漏洩しない様、装置自身が自己遮蔽構造、いわゆるセルフシールド構造になっている。

次に本発明で用いるＥＢ装置の構成と、装置条件設定を説明する。

本発明で使用したＥＢ装置の全体説明概念図を図３に示す。「符号の説明」もいっしょに参照されたい。図３の様に、ＥＢ装置は電子線を発生する「電子線照射部」と、「不活性ガス置換」、「電子線照射硬化」、「加熱硬化」の各工程で円筒状塗工済基体を連続的に処理する「ロータリーインデックス部」から構成される。本発明が従来の技術と大きく異なる点は、「ロータリーインデックス」を該基体の移動・搬送装置に採用したことである。図１はそのロータリーインデックスを上部から見た概念図である。

次にＥＢ装置を図１、図３、図８をもとに説明する。

この装置は、「被処理物供排」、「ガス置換」、「電子線照射」、「加熱・エージング」、「冷却」の各ゾーンを有する、８分割ロータリーインデックスと、「電子線照射部」の装置により構成される。

「８分割ロータリーインデックス方式」での不活性ガスの遮断とＸ線遮蔽は、円筒状エアロック室内壁とロータリーインデックス外周のラビリンス・シール部によって成される。

図８はロータリーインデックスによる不活性ガスの遮断とＸ線遮蔽方法を説明する概念図である。説明を判り易くするため、円筒状エアロック室を１個だけ図示し、更に断面図とした。図８で描かれているシリンダーが、被処理物の電子写真感光体用基体である。このシリンダー周囲の半円筒状切り欠きは、ロータリーインデックスが回転すると、図で箱状に描かれている装置躯体で囲まれることになる。この囲まれた部分が処理室となる。本発明では図１と図３に示すように「被処理物供排」×１、「ガス置換」×１、「ＥＢ照射」×１、「加熱・エージング」×３、「冷却」×２の、合計８つの処理室を持つ。

先ず、被処理物は図３の「４８．基体投入取出し」室に投入される。次にロータリーインデックスが時計方向に回転し、「４３．ガス置換」室になる。図３と図８を同時に見てもらうと判り易い。図８で図示するようにロータリーインデックス外周と箱状躯体の隙間、ラビリンスには図３「ガス置換」室に充填されるガスと同じ不活性ガスがパージされている。ここでラビリンス隙間を狭くするほど、不活性ガスパージは効率よく行なわれ、装置外側の室内空気雰囲気と装置内部の不活性ガスは理想的に遮断されることになる。本発明では、隙間を０．５ｍｍから２．０ｍｍの間で調整している。酸素濃度を下げ、維持する方法としては、不活性ガスを維持する空間に供給する、若しくはその空間内部を真空引きをする方法をとる。ここで酸素濃度としては低いほうが好ましく、１％以下、更には１０００ｐｐｍ以下、更には５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

図３「ガス置換」室で不活性ガスが充填され、酸素濃度を所定の数値まで、例えば１％以下から数１０ｐｐｍ程度まで低下させた後、ロータリーインデックスは再び時計方向に回転し「４４．電子線照射」室になる。ここで、スピンドルにより被処理物のドラム基体を回転させながら電子線照射する。電子線照射により発生するＸ線は、図８のロータリーインデックス外周と箱状躯体の内壁に貼り付けられた鉛（図示しない）により、完全に遮蔽される。当然ラビリンス隙間にもＸ線は進入するが、曲面上のラビリンス部分でＸ線は幾度も反射していくうちに減衰し、これも完全に遮蔽される。前記のガス遮断と同様に、ここでラビリンス隙間を狭くするほど、Ｘ線遮蔽は効率よく行なわれる。

以下、順に「加熱硬化」、「保温エージング」、「ポット冷却」の順にロータリーインデックスは回転し、最後に再び「基体投入取出し」に戻り、電子写真用感光体表面層の電子線照射・重合硬化処理工程は終了する。

図３について補足説明する。電子線照射後の被処理物は、電子線照射後も数分間は重合硬化反応が続いており、電子線照射することで生成されたラジカルが酸素と反応し、重合硬化反応が阻害されてしまう。この現象を防止する理由で、電子線照射後も被処理物を不活性ガス雰囲気にした場所を設け、エージングする必要がある。また、このエージングはヒーターを用いて被処理物を加温させた状態で行なうと短時間で効率よく達成できる。

以上の理由で、電子線照射後の処理室は、不活性ガスを充填した状態で加熱加温できるようにしている。「加熱硬化」室での最初の加熱処理は短時間で所定温度に達成するよう、ＩＨヒーターを設けている。ここで大凡８０℃〜２００℃の間で適温になるよう、調節している。「保温エージング」２室は、ＩＨ加熱後の温度を保つ程度の、赤外線ヒーターによる保温室である。以上、３つの「加熱・エージング」室を経た後、処理室温度を室温まで下げる目的で「冷却」室を２つ設けてある。

また、図１及び図３の８分割ロータリーインデックス機構により被処理物である試験体を、該基体の投入取出し部から連続的に投入取出しすることが可能である。

次に、本発明の基本である、ＥＢ装置における電子写真感光体用基体の径違い段取り調整を合理的且つ経済性に優れた方法で提供する技術の実施の形態を説明する。以下、被処理物の円筒状基体表面とＥＢ装置の照射窓との距離が、円筒状基体の外径に依らず一定に保たれるようにし、且つＥＢ装置に挿脱自在なドラム保持回転ユニットを説明する。

図２で示すのがＥＢ装置のロータリーインデックス機構に内蔵された、挿脱自在なドラム保持回転ユニットである。

図２のドラム保持回転ユニットは８ユニットおのおのが、図１及び図３のロータリーインデックスの各処理室に内蔵されている。取付け方向はユニットに取付けられた円筒状基体の軸側がロータリーインデックス外周面方向に向けられている。更に図５で示すように、アイドルギヤの大きさと軸芯を変える工夫で、回転駆動ギヤの軸芯と円筒状基体外側基準面とを同一距離にすることで、目的の技術を達成した。また、円筒状基体の表面と電子線照射窓との距離は、図１のロータリーインデックスをリニアガイドに積載し、図６の２８照射窓と図２の２１円筒状基体の表面との距離を、精密に且つ簡便に調整することができる。

本発明では、電子写真用感光体の円筒状基体表面層の重合硬化を目的とするＥＢ装置のうち、「電子線照射部」は、岩崎電気（株）製で電子線加速電圧が最大１５０ＫＶタイプの電子線照射装置、通称ＥＢ装置を用いた（図６）。被処理物供給・不活性ガス置換・電子線照射・硬化エージング・被処理物排出を連続処理する装置は、ロータリーインデックス装置を用いた（図１と図３）。図６の「Ｘ線遮蔽部」に相当する部位に「ロータリーインデックス」が取付けられている。

次にＥＢ装置のロータリーインデックス機構に内蔵されるドラム保持回転ユニットを製作した。図２で示すユニットを、φ３０ｍｍ外径の円筒状基体用に８セット、φ８４ｍｍ外径の円筒状基体用に８セットを、それぞれ製作した。

次に径違い段取りが容易になった手順を説明する。図１、図２、図４、図５を参照されたい。図２の符号２１「円筒状基体」の外径に併せ、符号１０「アイドルギヤ」の大きさとギヤの軸芯を変えることで、電子線照射窓及びヒーター表面と円筒状基体外表面「基準面」の距離が同一になる仕組みにした。言い換えると、図２の符号１１「回転駆動ギヤ」の軸芯と、ロータリーインデックス外側方向の基体外表面「基準面」の距離が同一になるように工夫した。図５の符号６０は小径φ３０の円筒状基体用ドラム保持回転ユニットで、符号５０は太径φ８４の円筒状基体用ドラム保持回転ユニットである。図５で示すように、アイドルギヤの大きさと軸芯を変える工夫で、回転駆動ギヤの軸芯と円筒状基体外側基準面とを同一距離になるようにした。円筒状基体の径違い段取りは、この８セットのユニットをカセット方式で交換することで実施した。径違い段取りで交換されるユニットは次の二つで構成した。

＜上ユニット一式＞
「１７．下側ドラム保持回転ユニット」、「１９．上把持治具」
それと、
＜下ユニット一式＞
「１６．下側ドラム保持回転ユニット」、「２０．下把持治具」、「１０．アイドルギヤ」、「１２．ドラム回転ギヤ」

上／下各ユニットを交換する方法は、図１の符号１「円筒状基体投入取出し部」でカセット着脱方式により、容易に交換することが可能で、径違い段取りは容易であった。符号１４駆動ベルトは一本で８ユニットのドラム回転を受け持ち、減速機付サーボモーター（図示しない）の駆動トルクを伝達させる構造にした。また図２の符号１３駆動軸プーリーと符号１４駆動ベルトは円筒状基体の外径が変わっても共通なので、交換する必要が無いことは言うまでも無い。

以上の手法でφ３０用上／下ドラム保持回転ユニットを８セット、φ８４用上／下ドラム保持回転ユニットを８セット製作し、φ３０からφ８４へ径違い段取りを実施した。また、ＥＢ照射窓とドラム基体表面の隙間の設定値が２０ｍｍ、ドラム基体と加熱ヒーター表面との距離の設定値が５ｍｍになるよう設定する必要があるが、これについては予めロータリーインデックスとドラム保持回転ユニットの製作時に調整されているため、本実施例では無調整で済んだ。段取り終了後、念のため距離を測ったところ、ＥＢ照射窓とドラム基体表面の距離は２０．５ｍｍ、ドラム基体と加熱ヒーター表面との距離は５ｍｍ丁度であった。以上、段取りに費やした時間は、１セット当たり１０分で、ロータリーインデックスを構成する８セット全て段取りが終了するまでおよそ８０分であった。

比較例１

比較例１では、図７に示す岩崎電気（株）製の実験機を用い、実施例と同じくφ３０からφ８４へ径違い段取りを実施した。円筒状基体の表面と電子線照射窓との隙間を調整するための、搬送トレーを搬送する装置全体を上下させる方法は、上下エレベーター送りボールネジの自動位置出し用近接スイッチのセンサーをφ３０ｍｍ外径の円筒状基体用位置と、φ８４ｍｍ外径の円筒状基体用位置の二種類設定し、センサーをアルミ製の溝付汎用フレームにスライドできるようにし、φ８４ｍｍ用に調整した。センサー位置はシンワ製のＪＩＳ規格Ｃ型１５０ｍｍのステンレス・スケールで調整した。またボールネジのオーバーランの問題から、実際に上下エレベーター送りボールネジを動かしながら精密位置出しをした。また、円筒状基体表面と電子線照射装置の加熱ヒーター表面との距離を調整するため、セルフシールドの鉛遮蔽壁を必要な部分外して基体とヒーター表面の隙間をφ３０からφ８４へ調整した。オーバーランが心配なため、最小隙間は１０ｍｍとした。

以上の段取り作業に費やした時間は合計で６時間（３６０分）であった。

この結果で明らかなように比較例１での段取り作業に費やした時間３６０分に対し、実施例１では８０分で実現できた。

経済性において実施例が従来技術に比べ圧倒的に勝っており、産業上の利用価値は十分にある。

本発明による「電子線照射装置」の説明図で、装置を上から見た図である。説明の都合上解り易いように、円筒状の基体は実際の外形より大きめに書かれている。図では円筒状の基体について、二種類の異なる径を概念上解かり易く重ねて表している。実際の処理で加工される円筒状の基体は一種類である。 本発明による「電子線照射装置」の説明図で、ドラム保持回転ユニットの斜視図である。 「８分割ロータリーインデックス方式」による電子写真用感光体表面層の電子線照射・重合硬化処理工程の説明図で、斜視概念図である。 本発明による電子線照射装置の「照射・加熱各基準面と径違い円筒状基体の位置」を説明した図である。円筒状基体表面と電子線照射装置の照射窓との最短距離が、二種類の異なる外形を持つ円筒状基体の外径に依らず一定に保たれるよう、円筒の外接円周面を合わせた概念図である。 本発明による「電子線照射装置」の説明図で、二種類の異なる外形用、挿脱自在な円筒状基体ドラム保持回転ユニットそれぞれを、上から見た概念図である。 岩崎電気（株）のカタログに載ったイラストを元に作成した電子線照射部の断面図である。 岩崎電気（株）製の実験機を使って感光体表面層を電子線照射・硬化している工程の説明図で、部分斜視断面図である。 ロータリーインデックスによる不活性ガスの遮断とＸ線遮蔽方法を説明する概念図である。

符号の説明

１． 円筒状基体投入取出し部
２． 不活性ガス置換部
３． 電子線照射部
４． 加熱昇温部
５． 第一加熱保温部
６． 第二加熱保温部
７． 第一冷却部
８． 第二冷却部
１０． アイドルギヤ
１１． 回転駆動ギヤ
１２． ドラム回転ギヤ
１３． 駆動軸プーリー
１４． 駆動ベルト
１５． 駆動軸
１６． 下側ドラム保持回転ユニット
１７． 上側ドラム保持回転ユニット
１８． 上下ユニット接続腕
１９． 上把持治具
２０． 下把持治具
２１． 円筒状基体
２４． 電子線加速部
２５． 真空排気部
２６． 直流電圧電源部
２７． Ｘ線遮蔽部
２８． 照射窓
３０． 電子線加速部
３１． 照射窓
３２． シャッター
３３． 不活性ガス導入部位
３４． Ｘ線及び不活性ガス遮蔽部
３５． 被処理シリンダー
３６． 搬送トレー
４０． ロータリーインデックス
４１． 電子線照射部
４２． 塗工済み基体
４３． 不活性ガス置換室
４４． 電子線照射室
４５． 加熱硬化室
４６． 保温エージング室
４７． ポット冷却室
４８． 基体投入取出室
４９． 硬化剤感光体
５０． 円筒状太径基体用挿脱自在な基体ドラム保持回転ユニット
６０． 円筒状小径基体用挿脱自在な基体ドラム保持回転ユニット

Claims (1)

1. 電子写真感光体の円筒状基体上に硬化性のモノマー又はオリゴマーを塗布し、該円筒状基体を軸中心に回転させながら、該モノマー、或いはオリゴマーを電子線照射により重合あるいは架橋により硬化した後にヒーターにより加熱・温調して表面層を形成するための電子写真感光体の製造装置において、
   該製造装置が、
   （ｉ）回転式送り機構により該円筒状基体を搬送するためのロータリーインデックス部の本体と、該ロータリーインデックス部の本体の外周に配置された電子線を照射するための照射窓を有する電子線照射部と、該電子線照射による該モノマー又はオリゴマーの硬化後に加熱・温調するためのヒーターと、該ロータリーインデックス部の本体に備わる、ドラム保持回転ユニットに接続して該円筒状基体を回転させるための駆動を有する回転駆動ギヤとを有する製造装置本体と、
   （ii）該ロータリーインデックス部の本体に挿脱自在であって、且つ、円筒状基体を把持するための把持治具、該把持治具に接続して円筒状基体を回転させるためのドラム回転ギヤ、及び、該回転駆動ギヤからの駆動を該ドラム回転ギヤに伝達させるためのアイドルギヤを有するドラム保持回転ユニットの複数と、
   （iii）（ii）のドラム保持回転ユニットの把持治具が把持する円筒状基体とは外径が異なる円筒状基体を把持するための把持治具、該把持治具に接続して円筒状基体を回転させるためのドラム回転ギヤ、及び、該回転駆動ギヤからの駆動を該ドラム回転ギヤに伝達させるためのアイドルギヤを有し、且つ、円筒状基体の表面と電子線照射部の有する照射窓との最短距離を円筒状基体の外径に依らず一定に保つために、アイドルギヤの大きさ及び把持治具によって把持された際の円筒状基体の軸芯位置がそれぞれ（ii）のドラム保持回転ユニットから変更されており、（ii）のドラム保持回転ユニットと交換して該ロータリーインデックス部の本体に挿脱することが可能である、（ii）のドラム保持回転ユニットとは別のドラム保持回転ユニットと
   を有することを特徴とする電子写真感光体の製造装置。