JP4510432B2 - リング状塗布装置及びリング状塗布装置による塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置の機能部品として使用される、現像ローラ、搬送ローラ、転写ローラなどの円柱状部材、あるいは感光ドラム、中間転写ベルト、転写搬送ベルトなどの円筒状部材の外周表面上に、塗布液を均一に塗布するリング状塗布装置及び塗布方法に関するものである。

従来から、感光ドラム等の円筒状部材の外周面に、塗布液を膜状に塗布する塗布方法としては、スプレーガンより塗布液を霧状に噴霧して塗布するスプレー塗布法や、円筒状部材の軸方向にブレードもしくはロールを配置し、円筒状部材を回転させながら塗布を行い、円筒状基材を１回転させた後ブレードもしくはロールを後退させるブレード塗布法もしくはロール塗布法や、塗布液で満たした液槽に円筒状部材を浸漬して速度調整しながら引き上げて塗布を行う浸漬塗布法などが広く知られている。

スプレー塗布法は、生産数量の大小に関わらずフレキシブルに対応可能な生産システムを構築することができる。しかしながら、スプレーガンより噴出した塗布液滴の溶媒のいくらかは、円筒状部材の外周面上に到達するまでに蒸発するため、溶媒の固形分濃度は上昇してしまう。そのため、塗布液滴が円筒状部材の外周面に付着する時には乾燥固体化してしまい、液滴が外周面上で充分に広がらず、平滑性の良い塗布膜を形成する事は困難である。また円筒状部材への液滴の到達率が数３％〜３０％程度であり，塗布液の使用効率が非常に低く、生産性が悪いと言う課題もある。

ブレード塗布法およびロール塗布法は、ブレードもしくはロールを後退させる際、塗布液の粘性により塗布膜厚の一部に他の部分より厚い部分が生じ、均一な塗膜が得られない欠点がある。また、この不均一な状態が、局所的に発生する場合、特に電子写真感光体ドラムなどにおいては、局所的に濃淡差として画像に表れる直接的な原因となってしまうと言う課題がある。

浸漬塗布法では、液槽に満たされた塗布液の粘度、表面張力、密度、温度及び、円筒部材の液槽からの引き抜き速度等を精密に管理する事により、塗布膜表面の平滑性及び均一性を良好に保つ事ができる。しかしながら溶液の、粘度、表面張力、密度、温度等を常に同じ状態になるように管理する事は非常に困難である。また引き抜き速度は高速にすると形成される塗布膜の膜厚変動が大きくなり所望の膜厚精度を達成することが非常に難しくなり、引き抜き速度はある一定の速度以下に設定せざるを得ないため、生産性をあげる事ができない。また塗布液槽は常にある一定量以上の塗布液を均一状態で満たしておく事が必要であることから、循環系による塗料安定化が必須である。同時に多くの機能性塗布液はある一定期間で劣化することから、定期的に廃棄・交換する必要がある。そのため塗布液の使用効率が低くなると同時に、付帯設備を含め大型で非常にコスト高な生産システムとなってしまうという課題もある。

このような課題を解決するため、円筒状部材の表面に沿うように環状のノズルから塗布液を吐出させ、ノズルと基材を相対移動させることにより塗布するリング塗布方法が考えられている。

特公平０７−０５２２９６（特許文献１）や特開平０８−３２３２６４（特許文献２）には、真直状態に支持された円筒状部材の全周にわたって塗布液を吐出する開口部を有するリング状塗布部材を設け、塗布液を吐出しながら円筒状部材をリング状塗布部材に対して相対的に鉛直上方に移動させることにより、円筒体の外周面に塗布液を塗布する方法が記載されている。このリング塗布方法は、塗布ヘッドから塗布液が塗布される直前まで、塗布液は経大気中に開放されていないため、塗布液の粘度、表面張力、密度、温度を精密に管理する事が容易であり、塗布膜表面の平滑性及び均一性を良好に保つ事ができる。また、塗布液の供給量を調整することで塗布速度を上げる事が可能であり、浸漬塗布法に比べて非常に生産性が良い。また塗布液のほとんどは、実際に塗布される塗布膜に使用されるため、塗布液の使用効率が非常に高い。

更に、特開平０８−３２３２６４（特許文献２）では、前記円筒状部材を長手方向に結合し、塗布体を連続体とみなす状態にして連続塗布を行うことにより、塗布開始時・停止時の不連続状態を避けることで塗布状態を安定化する塗布方法が提案されている。
特公平０７−０５２２９６ 特開平０８−３２３２６４

近年リング塗布法は、現像ローラ、搬送ローラ、転写ローラ等の円柱状部材や、転写ベルト、搬送ベルト等の円筒状部材をワークとした場合に、その外表面への塗布膜の形成に使用されるようになっている。現像ローラ、搬送ローラ、転写ローラ、転写ベルト、搬送ベルトの表面には複数の膜が層状に形成されるため、更に厳密な平滑性及び均一性を有する膜の形成が要求されている。平滑性及び均一性が更に良好な塗布膜をリング塗布法により形成するためには、塗布スリットと塗布基材との間に形成される塗布液ビードの安定化が必要である。そのためには、特公平０７−０５２２９６に示したリング塗布装置における円筒状部材とリング状塗布ヘッドの接液部の間隔を可能な限り微小で、かつ常に一定の間隔とする事が好ましい。

しかしながら、円筒状部材とリング状塗布ヘッドとの間には、加工精度の公差や、組み立て公差に対して円筒部材とリング状塗布ヘッドが接触しないようにするためには、必ずある一定の間隔（接液部ギャップ）が必要である。そのため、円筒状部材とリング状塗布ヘッドとの間が偏芯していると、円筒状部材の周方向に膜厚差が生じたり、塗布液に対して周方向に不均一なせん断力が加わることにより、微細な泡や縦スジムラを生じ、塗布面全域において均一で高精度な塗膜を得ることが難しい。

又、現像ローラ、搬送ローラ、転写ローラ等の円柱状部材や、転写ベルト、搬送ベルト等の円筒状部材の中では、該円筒面の両端もしくは片端に非塗布領域を持つものも少なくない。そのため前述の特開平０８−３２３２６４（特許文献２）に示したリング塗布方法においては、塗膜が形成された円筒面の両端もしくは片端の非塗布領域の塗膜を剥がす工程が必要となる。更に塗膜を反応固化後に非塗布領域の塗膜を剥がす場合には、溶剤中に剥離部位を浸漬させた状態で機械的な剥離動作を行う駆動機構を設けなければならないという問題がある。

又、前記リング塗布法においては、円筒状部材とリング状塗布ヘッドとの間は接触せず微小な間隔を生じる。一般的にリング塗布法では、前記微小間隔を橋渡しする形でビードが形成され、ビード形状は、塗料の表面張力、接触部材の表面張力、塗料と接触部材との界面張力との相間により求められる付着のエネルギーと、塗布状態中におけるビードにかかるせん断力により決定される。重力により容易に流動する物性を持つ塗料をリング塗布法により塗布する場合には、ビードに対する重力の影響を均一にするために前記円筒状部材及び前記リング塗布ヘッドの塗布方向は鉛直方向にしなければならない。

ここで、塗布開始位置から全周均一に塗膜を形成したい場合には、リング塗布ヘッドと円筒部材とを静止した状態でビードを形成し、全周に安定してビードを形成したのちに塗布を開始しなければならない。しかしながら、使用する塗料の粘性が低くなるほど、又、使用する塗料に対する非塗布表面及びリング塗布ヘッドのビード形成部との親和性（濡れ性）が低くなるほど、ビードの自重による流動の影響でビード形状を所望の大きさに保つことが難しく、ビードを形成する前に液漏れ等が発生してしまう。

この問題に対し、円筒部材を連続体として連続状態で塗布を開始する方法が挙げられる。ビードを形成する前から被塗布部材とリング塗布ヘッドを相対的に動作させた状態において吐出を開始することにより、非塗布部材によりビードを鉛直上方に引き上げる力が働くことで、液自重によるビード破壊・液漏れを防ぐことが可能となる。但し、全周均一にビードが形成され安定するまでの区間は、リング状塗布ヘッドのビード形成部において全周に均一なビードが形成されない状態である。従って、周方向において塗膜が途切れていたり、膜厚が均一でない、不完全塗膜領域が存在することになり製品として使用できない。同時に、連続体前提であることから塗膜形成後に個々の部品を分離する工程が必要になる。また製品の仕様上個々の部品に断続的な塗布領域が必要となる場合には塗膜形成後に非塗布部位の塗膜を剥離する作業が必要となる。

本発明はこうした課題に対し、円筒状部材とリング状塗布ヘッドとの間が偏芯している場合でも、平滑性及び均一性が良好な塗布膜を形成するためのリング状塗布ヘッドの吐出口形状を提供するとともに、個々の部品に対して必要な個所にのみ塗膜を形成するための塗布方法及び塗布装置、並びに低粘度で流動性の高い塗料に対しても安定的な塗布を実現するための塗布方法及び塗布装置を実現するリング塗布装置及び塗布方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、真直状態に支持された円筒状部材もしくは円柱状部材であるワークの周囲に、該ワークの軸と同軸に配置され、該ワークと該軸方向に相対的に移動しながら、吐出口からワークの外周面に塗布液を吐出して塗布膜を形成するリング状塗布装置において、
該リング状塗布装置の吐出口は、移動方向の後方に配置されたリアリップと、前方に配置されたフロントリップとにより形成されており、前記リアリップとフロントリップは、お互いが対向して、かつ前記フロントリップ及び前記リアリップが前記塗布液と接触しつつビードを形成するように配置され、前記リアリップと前記ワークとの間隔は、前記フロントリップと前記ワークとの間隔よりも大きく形成されている事を特徴とするリング状塗布装置を提供している。

また更に本発明は、真直状態に支持された円筒状部材もしくは円柱状部材であるワークの周囲に、該ワークの軸と同軸に配置され、ワークの外周面に塗布液を吐出して塗布膜を形成するリング状塗布装置による塗布方法において、
前記塗布液を吐出する吐出口は、移動方向の後方に配置されたリアリップと、前方に配置されたフロントリップとにより形成されており、前記リアリップとフロントリップは、お互いが対向して、かつ前記フロントリップ及び前記リアリップが前記塗布液と接触しつつビードを形成するように配置され、前記リアリップと前記ワークとの間隔は、前記フロントリップと前記ワークとの間隔よりも大きく形成されており、
前記吐出口から塗布液を前記ワークの外周面に吐出し、前記吐出口と該円筒ワークとの間にビードを形成した後、前記吐出口と前記ワークとを前記軸方向に相対的に移動させることで塗布膜を形成する事を特徴とするリング状塗布装置による塗布方法を提供している。

また更に、本発明では、垂直状態に配置された円筒状ワークに対してリング状塗布装置を用い、吐出口から塗布液を該ワークの外周面に吐出し、一旦該リング状塗布装置と円筒ワークとの間にビードを形成する際に、リング状塗布装置から塗布液を吐出する前からビード形成に至る過程において、リング状塗布装置と該円筒ワークとを相対的に円周方向に回転する塗布方法を提供している。

また更に本発明では、垂直状態に配置された該円筒状ワークに対して該リング状塗布装置を用いて塗布成膜する塗布装置において、前記リング状塗布装置の前記吐出口と前記ワークの円筒表面との間に形成される前記塗布液のビードに対して、ビード下面側に作用する圧力に対しビード上面側に作用する圧力を大きくする塗布方法を提供している。

リアリップ先端の円筒状部材と平行な部分の軸中心からの直径Ｄ１が該リアリップ先端の円筒状部材と平行な部分の軸中心からの直径Ｄ２に対し、同一径を超えて大きい（Ｄ１＞Ｄ２）ことにより、接液部液塊形成時のダレや高速塗布時に液塊に作用するせん断力による液塊切れを防ぎつつ、円筒部材とリング状塗布ヘッド接液部との間隔の誤差変動を緩和して膜厚の周方向均一性を保つことができる。

さらに、垂直状態に配置された円筒状ワークに対してリング状塗布ヘッドを用い、吐出口から塗布液を該ワークの外周面に吐出し、一旦該リング状塗布ヘッドと円筒ワークとの間にビードを形成する際に、リング状塗布ヘッドから塗布液を吐出する前からビード形成に至る過程において、リング状塗布ヘッドと該円筒ワークとを相対的に円周方向に回転することによって、周方向に均一なビードを安定して早く形成することができる。

さらに垂直状態に配置された該円筒状ワークに対して該リング状塗布ヘッドを用いて塗布成膜する場合に、該リング状塗布ヘッドの該リップ部と該ワークの円筒表面との間に形成される該塗布液ビードに対して、ビード下面側に作用する大気圧に対しビード上面側に作用する大気圧を大きくすることにより液の自重によるビード破壊・液垂れを防ぎ、所望の塗布速度で安定した塗布を行うことができる。

以下に、本発明における発明の実施の形態を、図面を参照して順に説明する。

図１は本発明の実施例１を示すリング状塗布装置の斜視図である。図中１はワークである円筒状部材である。２は円筒状部材１の外側表面に塗布液を塗布するリング状塗布ヘッドである。リング状塗布ヘッド２には液供給手段（本図には図示せず）より塗料を供給する液供給チューブ１５が接続されている。

３はリング状塗布ヘッド２により円筒状部材１の外側表面に塗布された塗布膜である。４はリング状塗布ヘッド２を円筒状部材１と同軸調芯された状態で支持している昇降ステージで、直動ガイド５を介して支持部９に取り付けられている。昇降ステージ４はモータ６を駆動する事によりボールネジ７を回転させ、直動ガイドに添って上下方向に任意の速度で昇降する。８は円筒状部材１を保持する保持部であり、円筒状部材１の両端を固定して保持している。尚、リング状塗布ヘッド２と円筒状部材１は相対移動する構成であれば良く、円筒状部材及び、円筒状部材とリング状塗布ヘッドの両方が可動する機構であってもよい。尚本実施の形態では、リング状塗布ヘッド２を上から下に移動させる事で、塗布膜３を円筒状部材１の上から下に向かって塗布するものとする。該円筒状部材は、塗布前に装置外の供給手段（図示せず）により塗布装置に供給・セットされ、塗布終了後に、装置外の排出手段（図示せず）により装置外の次工程（図示せず）に搬送されることで、個々の部品に対して塗膜形成領域のみに断続的に塗布膜を形成する。

図２は図１に示したリング状塗布装置に塗布液を供給する塗布液供給手段である。１０は、例えばフェノール樹脂等の高分子材料の溶剤溶融液からなる塗布液などであり、ガラス若しくは耐溶剤樹脂製の容器１１に満たされている。容器１１は電磁スターラー１２上に載置されており、電磁スターラー１２により磁石攪拌子１６が所定の回転数で回転し、容器１１内の塗布液１０が常に攪拌され均一な状態となっている。１３は容器１１内の塗布液１０を、図１に示したリング状塗布装置に任意の流速及び流量で供給する定量ポンプである。塗布液１０は液吸入チューブ１４を介して容器１１から定量ポンプ１３に供給され、液供給チューブ１５を介して定量ポンプ１３からにリング状塗布ヘッド２に供給される。塗布液１０は、液残量がある程度以下の分量になり空気などが吸入され供給されないよう製作され、また塗布液の安定性を保持した状態で不図示の貯蔵庫に保存されており、生産量に応じて定期的に容器１１に供給される。また定量ポンプ１３としては、リング状塗布ヘッドの塗布動作と同期して定量的に塗布液を吐出できること、塗布開始位置における静止状態での全周均一ビード形成に必要なビードサイズを所望の時間で形成できること、塗布終了位置において不連続領域無く安定的に塗膜を切ることができるよう塗布動作と同期して精密なサックバックが可能なこと、等の断続塗布に必要な条件を満たすために、精密シリンジ式の体積定量型ポンプが使用されることが好ましい。

図３は図１に示したリング状塗布装置の、円筒状部材１とリング状塗布ヘッド２及び塗布膜３の詳細を示した斜視図である。尚、図３において説明を容易にするために、リング状塗布ヘッド２は一部断面図となっている。また、図３において図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。

図中２１はリング状塗布ヘッド２の内部に円周状に形成された第１の液分配室であり、定量ポンプ１３から液供給チューブ１５を介して供給された塗布液を、リング状塗布ヘッド２の全周に供給する。２２は第２の液分配室であり、第１の液分配室２３と同様にリング状塗布ヘッド２の内部に円周状に形成されている。第１の液分配室２１と第２の液分配室２２の間には、液絞り流路２３が形成されている。液絞り流路２３もリング状塗布ヘッド２の内部に円周状に形成されているが、その幅は第１の液分配室２１及び第２の液分配室２２に比べてかなり狭くなっている。２４は塗布液１０をリング状塗布ヘッド２の外部に塗布する吐出口である。吐出口２４も液絞り流路２３と同様に、その幅が第１の液分配室２１及び第２の液分配室２２に比べてかなり狭くなっている。液絞り流路２３と吐出口２４は、その幅を狭くする事で絞りとして機能しており、塗布液の吐出量を安定化させている。３０は塗布液１０によりリング状塗布ヘッド２の吐出口２４に形成されるビードである。塗布液１０は吐出口２４から吐出した後一端ビード３０となり、その後リング状塗布ヘッド２の移動により塗布膜３となる。

図４は図３において点線丸部Ａで示した、リング状塗布ヘッド２の吐出口２４の近傍を拡大して示した断面図である。ただし図４において塗布膜３は省略されている。図中２５はリング状塗布ヘッド２の進行方向（下方向）後方のリアリップであり、図中２６は進行方向前方のフロントリップである。リアリップ２５の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ１であり、フロントリップ２６の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ２である。Ｄ１はＤ２よりも大きくなっている。またリアリップ２５の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さをＬ、フロントリップ２６の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さをＭとし、リアリップ２５とフロントリップ２６とにより形成されるスリットの間隔をＳとする。また、円筒状部材の外径はφＤ０とする。

リアリップ先端の円筒状部材と平行な部分の軸中心からの直径Ｄ１がリアリップ先端の円筒状部材と平行な部分の軸中心からの直径Ｄ２よりも大きい（Ｄ１＞Ｄ２）ことにより、接液部液塊形成時のダレや高速塗布時に液塊に作用するせん断力による液塊切れを防ぎつつ、円筒部材とリング状塗布ヘッド接液部との間隔の誤差変動を緩和して膜厚の周方向均一性を保つことができる。

尚、リアリップとワークとの間隔は０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲が好ましい。０．１ｍｍよりも小さいと、ワークの表面形状等の影響により均一な膜厚の、塗布膜を形成することができない。また、５ｍｍよりも大きいと、安定したビードを形成することが困難であり、安定して塗布膜を形成する事ができない。また、フロントリップとワークとの間隔は０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲が好ましい。０．１ｍｍよりも小さいと、ワークの表面形状等の影響により均一な膜厚の、塗布膜を形成することができない。また、１ｍｍよりも大きいと、液だれ等が発生し、安定したビードを形成することが困難である。また、リアリップとフロントリップとの間隔は０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲が好ましい。０．０１ｍｍよりも小さいと、塗布液をスムーズの吐出口に供給する事が困難である。また、５ｍｍよりも大きいと、塗布液の供給液の制御が困難であり、安定したビードを形成することができない。また、フロントリップの先端もしくはリアリップの先端の少なくとも一方には、ワークの表面と平行となる部分が形成されている。その長さは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。０．１ｍｍよりも小さいと、形成されるビードの大きさが小さくなってしまい、安定して塗布膜を形成する事ができない。また、１０ｍｍよりも大きいと、形成されるビードの容量が増えるため、安定したビードを形成する事が困難となり、安定して塗布膜を形成する事ができない。

図５は本発明の実施例２を示すリング状塗布装置の斜視図である。実施例２は、図３に示したリング状塗布装置におけるビード３０を、下面から正圧により保持する形態である。図６は図５におけるリング状塗布装置の吐出部及び正圧保持機構を拡大して示した断面図である。尚、図５、図６において説明を容易にするために、図３と同様に、リング状塗布ヘッド２は一部断面図となっている。説明の簡略化の為に、図１及び図３と同じ部位の説明は省略する。図中４２はビード３０の自重による力を保持する形でビードに正圧を作用させるための正圧空間である。圧縮空気発生装置（図示せず）より定圧制御レギュレータ（図示せず）、流量制御弁（図示せず）を介してリング状塗布ヘッド２内の正圧補圧機構に圧縮空気を供給する圧縮エアー供給チューブ４０より圧縮エアー供給口４１より流入する圧縮エアーの流入量と、リーク部４３より流出するエアーの流出量との差分により正圧空間４２の圧力が調整される。

ここで、正圧空間４２の圧力をＰ２とし、大気圧をＰ１とするとき、Ｐ２−Ｐ１で表される差分圧力（△Ｐ）はビード自重を支える力であることから、該塗布液の水に対する比重をα、該ビードの重力方向の幅をｈ［ｍ］、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ２］とするとき、理論的な△Ｐは△Ｐ＝α・ｈ・ｇと計算される。

実際には、塗料の流動性や表面張力、付着付近の濡れ性等の差や変動を考慮して、式（１）を満たす範囲内でＰ２を適当に設定することにより、液漏れが発生せず、かつ圧力差によりビードを破壊しない。

Ｐ２−Ｐ１＝△Ｐ＝α・ｈ・ｇ・β（０．８＜β＜１０） （１）

図７は本発明の実施例３を示すリング状塗布装置の斜視図である。実施例３は、図３に示したリング状塗布装置におけるビード３０を、上面から負圧により保持する形態である。図８は図７におけるリング状塗布装置の吐出部及び正圧保持機構を拡大して示した断面図である。尚、図７、図８において説明を容易にするために、図３と同様に、リング状塗布ヘッド２は一部断面図となっている。説明の簡略化の為に、図１及び図３と同じ部位の説明は省略する。実施例３におけるリング状塗布装置は、リング状塗布ヘッド２において形成されているビード３０の上面３１の圧力が、ビード３０の下面３２における大気圧と比較して負圧になるように、減圧発生機構（図示せず）よりリング状塗布ヘッド２内の負圧補圧機構内の空気を吸引するエアー吸引チューブ５０により、エアー吸引口５１から負圧空間５２内の空気を吸引している。それとともに、リーク部５３から大気をリーク流入させることで負圧空間５２を一定負圧に保つことで、ビード下面３２に対して鉛直上方の保持圧力を与えるための負圧保持機構を構成している。

次に、実施例１〜３に示したリング塗布装置による円筒状部材１の外表面への塗布膜形成方法を、図９に示した動作フローを参照して説明する。

まずＳ１において、リング状塗布ヘッド２が待機位置である下端の保持部８の周辺に待機した状態で、円筒状部材１を搬送手段（図示せず）により保持部８により固定して保持する。次にＳ２において、リング状塗布ヘッド２が上昇し上端の保持部８の周辺塗布の開始位置に停止する。次に実施例２、３においては、正圧保持手段或いは負圧保持手段などの補圧手段によるビード保持を行う。Ｓ６−１において補圧必要と判断し、Ｓ６−２の補圧始動遅延タイマの設定時間経過後にＳ６−３において補圧手段を始動する。また、塗料吐出のタイミングに対してＳ６−２の補圧遅延タイマは適意設定され、ビードが全周に形成される前に補圧機構が働くことでビード形成を妨げることの無いようにする。尚、実施例１においてはＳ６−１からＳ６−３の工程は行わない。

次にＳ３において、定量ポンプ１３により、リング状塗布ヘッド２の吐出口２４から所定の量の塗布液１０を吐出し、円筒状部材１と接液する事で、リング状塗布ヘッド２のリアリップ２５、フロントリップ２６と、円筒状部材１とにより形成される位置にビード３０を形成する。低粘度で流動性が高い塗料の場合には、吐出速度が速すぎると塗料の慣性流動の影響により形成される塗膜にムラを生じたり、ビード形成が流動により不安定になり液漏れを生じやすくなるため、定量ポンプ１３によるビード形成速度は精密に制御される必要がある。一般的にビード形成時における塗料の吐出は、突発的な吐出の高まりを生じずに、定体積でより遅く供給する方がビードの安定性に寄与するが、塗料の流動性や塗料及び塗料内分散物の慣性重量に応じて、塗膜品質に影響を及ぼさない範囲で可能な限り高速に設定するのが生産上好ましい。

次にＳ４−１においてリング状塗布ヘッド２の下降が開始する同時に、Ｓ５−１において吐出口２４から塗布液１０が連続的に吐出される。円筒状部材１の外周面の塗布領域への塗布膜形成は、リング状塗布ヘッド２の下降と塗布液１０の吐出が同期して行なわれる。リング状塗布ヘッド２の下降は、Ｓ４−２においてリング状塗布ヘッドが円筒状部材１の外周面の塗布領域の下端まで到達したかどうを判断し、到達した場合はＳ４−３においてリング状塗布ヘッド２の下降を停止する。またそれと並行して吐出口２４から塗布液１０の吐出は、Ｓ５−２において指定量の吐出が完了しかどうかを判断し、完了した場合はＳ５−３において定量ポンプ１３の動作を停止し、吐出口２４から塗布液１０の吐出を停止する。吐出口２４から塗布液１０の吐出が停止した際、リング状塗布ヘッド２と円筒状部材１との間には、円筒状部材１の全周に亙ってビード３０分の塗布液が残存している。この残存した塗布液を、Ｓ７−２において定量ポンプ１３で液の吸引（サックバック）を開始する。

またそれと平行して、Ｓ７−１における所定のタイマ時間が経過したのちにＳ７−２において、リング状塗布ヘッド２を下降させる。この際のＳ７−１のタイマ開始は、Ｓ７−２のサックバックのタイミングと同期しており、サックバック量が所定の量に達した際に、吐出口２４のフロントリップ２６に残存する塗料の吸引、及びビード破壊による塗膜面の液切りを高精度に達成するために適切な時間を設定する必要がある。また、Ｓ７−３のリング状塗布ヘッド２の下降速度は装置設定上可能な限り早い方が、残液に対するせん断速度が大きくなり液切りが容易となるので好ましい。この下降動作によりリング状塗布ヘッド２は、円筒状部材１が脱着できる円筒状部材１の保持部８の位置に移動する。

ここで塗布液の供給速度と、塗布膜３の膜厚と、リング状塗布ヘッド２の下降速度の関係を式で示す。φＤｗは塗布膜３の塗布時の円筒状部材の軸中心からの直径であり、ｔｗは塗布膜３の塗布時の膜厚、ｔｄは塗布膜３の乾燥時の膜厚である。ｑは塗布液１０の供給量であり、ｖはリング状塗布ヘッドの移動速度である。リング状塗布ヘッドの移動速度（ｖ）における、単位時間あたりの塗布液の供給量（ｑ’）と、Ｗｅｔコート体積は等しいことから、式（２）が成り立つ。

式（２）は

より式（３）に書き換えることができる。

ｔｄ＝α・ｔｗ ｑ’＝１０００ｑより、式（３）を変形して乾燥時の膜厚ｔｄ、リング状塗布ヘッドの移動速度ｖ、塗布液の供給量ｑの関係式を求めると式（４）となる。成膜時膜厚（ドライ膜厚）をｔｄとするとき、コート速度ｖ及び液流入速度ｑの同期関係式は下式を満たす。尚、π：円周率、α：固形分（成膜）比である。

次にＳ８−１において塗布を終えた円筒状部材１は、保持部８が解除され次工程に搬送される。円筒状部材１が保持部８から外されると直ちに、新たな円筒状部材１が保持部８にセットされる。

またＳ８−１において円筒状部材１の脱着が行われている間に、Ｓ８−２においてリング状塗布ヘッド２の吐出口２４は、クリーニング機構（図示せず）により洗浄され回復される。

また実施例２、３の場合は、Ｓ６−４において塗布が完了したかどうかを確認し、完了した場合はＳ６−５において補圧手段を停止する。

尚、リング状塗布ヘッド２と円筒状部材１の外周面との間の間隔（接液部ギャップ）は、円筒状部材１及びリング状塗布ヘッド２の加工精度の公差や組み立て公差などにより、所定の公差範囲内で変動する。本発明者に鋭意検討の結果、塗布液１０の吐出口２４の形状を図４に示すようにＤ１＞Ｄ２とすることにより、リング状塗布ヘッド２と円筒状部材１の外周面との間の間隔が公差範囲内において変動しても、円筒状部材１の周方向に膜厚差が生じたり、微細な泡や縦スジムラが生じる事なく、均一で高精度な塗膜膜を形成可能である事を見出したものである。

次に、リアリップ２５の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ１を、フロントリップ２６の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ２よりも大きくする事による効果を確認した実験を行った。

（実験例１）
実施例１に示すリング状塗布装置により、円筒状部材に塗布を行った。円筒状部材１は、直径φＤｏ＝２９．８ｍｍ、長さ３２０ｍｍのものを使用した。リング状塗布ヘッド２のリアリップ２５の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ１＝３１ｍｍ、フロントリップ２６の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ２＝３０ｍｍ、リアリップ２５の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さはＬ＝０．２ｍｍ、フロントリップ２６の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さはＭ＝０．２ｍｍ、リアリップ２５とフロントリップ２６との間隔はＳ＝０．５ｍｍとした。従ってリアリップ２５における接液部ギャップは（Ｄ１−Ｄｏ）／２＝０．６ｍｍであり、フロントリップ２６における接液部ギャップは（Ｄ２−Ｄｏ）／２＝０．１ｍｍである。

実験は、円筒状部材１の上端を垂直軸中心に対して０．０８ｍｍ移動させることで円筒状部材を傾斜させ把持した状態で、リング状塗布ヘッド２により円筒状部材１の外周面への塗布を行なった。この際、該円筒状塗布部材表面の中心軸位置と、該リング状塗布ヘッドのリップ部との間に構成される非接触空間は、該円筒状塗布部材の上端の塗布開始位置においては該リング状塗布ヘッドのリップ部と、該円筒状部材表面との偏芯量が約０．０８ｍｍ、同じく円筒状塗布部材の下端の塗布終了位置においては該リング状塗布ヘッドのリップ部と、該円筒状部材表面との偏芯量が約０ｍｍとなることから、該円筒状塗布部材上端より下端にかけて塗布膜を形成する過程において、該非接触空間の偏芯量が０．０８ｍｍから０ｍｍに連続的に変化することで該リング状塗布ヘッド動作軸と該円筒状部材の円筒中心軸との間に意図的な変動を与えていることになる。

そして塗布後の円筒状部材１が完全に固化する状態まで加熱乾燥した。この円筒状部材１の外表面の膜厚を、円筒状部材１の上端から５０ｍｍの位置（測定１）、２５０ｍｍの位置（測定２）において、円筒状部材１の全周において複数箇所で膜厚測定を行った。その測定結果を図１０に示す。図１０において、横軸は円筒状部材１の周方向の測定位置を示す位相であり、縦軸はその時の塗布膜３の膜厚である。

（比較例１）
該リング状塗布ヘッドと該円筒状部材との塗布中のクリアランス変動に対する本発明のリアリップ２５とフロントリップ２６の差による効果について、比較のためリアリップ２５の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ１＝３０ｍｍであり、リアリップ２５における接液部ギャップが（Ｄ１−Ｄ０）／２＝０．１ｍｍであるリング状塗布ヘッド２を使用して同様の実験を行った。尚比較例１においてリアリップ２５以外の寸法は、すべて実験例１と同じである。その測定結果を図１１に示す。

図１０では、円筒状部材１の全周において、ほぼ均一な膜厚となっているのに比べ、図１１では、膜厚が大きく変動し均一な膜となっていないことが分かる。つまり、本実施の形態である、リアリップ２５の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ１を、フロントリップ２６の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ２よりも大きくすることにより、円筒状部材１の偏芯による傾きに影響されずに、周方向で均一な塗布膜が形成可能である。

（実験例２）
実施例１に示すリング状塗布装置により、円筒状部材に塗布を行った。円筒状部材１は、直径φＤｏ＝２９．８ｍｍ、長さ３２０ｍｍのものを使用した。リング状塗布ヘッド２のリアリップ２５の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ１＝３１ｍｍ、フロントリップ２６の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ２＝３０ｍｍ、リアリップ２５の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さはＬ＝０．２ｍｍ、フロントリップ２６の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さはＭ＝０．２ｍｍ、リアリップ２５とフロントリップ２６との間隔はＳ＝０．５ｍｍとした。従ってリアリップ２５における接液部ギャップは（Ｄ１−Ｄ０）／２＝０．６ｍｍであり、フロントリップ２６における接液部ギャップは（Ｄ２−Ｄ０）／２＝０．１ｍｍである。

本実験では、塗布速度ｖ＝５、１０の双方において、前述の式（３）を用いて乾燥成膜後の膜厚１５、２０、２５［μｍ］に対する塗布液の吐出速度を理論的に計算して塗布実験を行い、塗布後の塗膜を乾燥して後に膜厚測定を行った。

図１２は理論塗布膜厚と実測膜厚を比較したグラフである。図１２に示すように、塗布速度差によらず理論塗布膜厚と実測膜厚は一致しており、近似直線もｙ＝ｘに非常に近い値を示していることから、本発明において塗布膜厚制御が可能であることが分かる。

（実験例３）
実施例２に示すリング状塗布装置により、正圧保持機構を用いたビード安定化の実験結果を行った。円筒状部材１は、直径φＤ０＝２９．８ｍｍ、長さ３２０ｍｍのものを使用した。リング状塗布ヘッド２のリアリップ２５の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ１＝３１ｍｍ、フロントリップ２６の円筒状部材１の軸中心からの直径はφＤ２＝３０ｍｍ、リアリップ２５の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さはＬ＝５ｍｍ、フロントリップ２６の先端の円筒状部材１と平行な部分の長さはＭ＝０．５ｍｍ、リアリップ２５とフロントリップ２６との間隔はＳ＝０．５ｍｍとした。従ってリアリップ２５における接液部ギャップは（Ｄ１−Ｄ０）／２＝０．６ｍｍであり、フロントリップ２６における接液部ギャップは（Ｄ２−Ｄ０）／２＝０．１ｍｍである。吐出口２４の開口幅０．５ｍｍとして、吐出口２４をはさんだリアリップ２５とフロントリップ２６を合わせた高さが約６ｍｍであることから、形成されるビードサイズの重力方向の高さは約６ｍｍである。使用した塗料は塗料Ｉ（樹脂溶解系塗料（粘度６ｍＰａ・ｓ））と塗料ＩＩ（顔料分散系塗料（粘度２ｍＰａ・ｓ））である。

形成されるビードの高さは約６ｍｍであり、理論上の必要保持圧は約０．０６ＫＰａである。実施例においては、図６中リーク部４３のリーククリアランス４４の重力方向に平行な幅を１０ｍｍ、円筒状部材１の表面とリーク部４３が成す全周間隔を０．２ｍｍとした上で、式（１）のβ＝１．７として、ビード下面の正圧空間４２と大気圧との差圧△Ｐ＝０．１ＫＰａとなるように圧縮空気の流入元圧力を調整した。

前記条件のもとで、正圧保持機構を用いてリング状塗布ヘッドと円筒状部材表面との間に塗布液ビードを形成した場合のビード保持時間は塗料Ｉは６０〜８０秒、塗料ＩＩは１２０秒以上となり、ビード保持時間が延びていることが確認された。尚塗布中の動的な状態においても、正圧保持機構を用いたリング状塗布ヘッドにより行われた塗布においても、前記の正圧により保持することでビード破壊や液垂れを発生しないことが確認された。

本発明によるリング状塗布ヘッド円筒部材塗布装置の斜視図 本発明によるリング状塗布ヘッド円筒部材円筒部材塗布装置の塗布液供給手段 本発明によるリング塗布詳細図 本発明によるリング状塗布ヘッド吐出口近傍の詳細拡大断面図 本発明による正圧保持リング塗布詳細図 本発明による正圧保持リング状塗布ヘッド吐出口付近の概念断面図 本発明による負圧保持リング塗布詳細図 本発明による負圧保持リング状塗布ヘッド吐出口付近の概念断面図 本発明によるリング状塗布ヘッドによる円筒部材塗布動作フロー図 実験例１によるリング状塗布ヘッドの塗布実験結果を示すグラフ 比較例１によるリング状塗布ヘッドの塗布実験結果を示すグラフ 実験例２によるリング状塗布ヘッドの塗布実験結果を示すグラフ

符号の説明

１ 円筒状部材
２ リング状塗布ヘッド
３ 塗布膜
４ 昇降ステージ
５ 直動ガイド
６ モータ
７ ボールネジ
８ 保持部
９ 支持部
１０ 塗布液
１１ 容器
１２ 電磁スターラー
１３ 定量ポンプ
１４、１５ 液吸入チューブ
１６ 磁石攪拌子
２１ 第１の液分配室
２２ 第２の液分配室
２３ 液絞り流路
２４ 吐出口
２５ リアリップ
２６ フロントリップ
３０ ビード
３１ ビード上面
３２ ビード下面
４０ 圧縮エアー供給チューブ
４１ 圧縮エアー供給口
４２ 正圧空間
４３ リーク部
４４ リーククリアランス
５０ エアー吸引チューブ
５１ エアー吸引口
５２ 負圧空間
５３ リーク部
５４ リーククリアランス

Claims (6)

1. 真直状態に支持された円筒状部材もしくは円柱状部材であるワークの周囲に、該ワークの軸と同軸に配置され、該ワークと該軸方向に相対的に移動しながら、吐出口からワークの外周面に塗布液を吐出して塗布膜を形成するリング状塗布装置において、
   該リング状塗布装置の吐出口は、移動方向の後方に配置されたリアリップと、前方に配置されたフロントリップとにより形成されており、前記リアリップとフロントリップは、お互いが対向して、かつ前記フロントリップ及び前記リアリップが前記塗布液と接触しつつビードを形成するように配置され、前記リアリップと前記ワークとの間隔は、前記フロントリップと前記ワークとの間隔よりも大きく形成されている事を特徴とするリング状塗布装置。
2. 前記リアリップと前記ワークとの間隔は０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であり、前記フロントリップと前記ワークとの間隔は０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のリング状塗布装置。
3. 前記リアリップと前記フロントリップとの間隔は０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のリング状塗布装置。
4. 前記フロントリップの先端と前記リアリップの先端の少なくとも一方には、前記ワークの表面と平行となる部分を有しており、その長さは０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリング状塗布装置。
5. 真直状態に支持された円筒状部材もしくは円柱状部材であるワークの周囲に、該ワークの軸と同軸に配置され、ワークの外周面に塗布液を吐出して塗布膜を形成するリング状塗布装置による塗布方法において、
   前記塗布液を吐出する吐出口は、移動方向の後方に配置されたリアリップと、前方に配置されたフロントリップとにより形成されており、前記リアリップとフロントリップは、お互いが対向して、かつ前記フロントリップ及び前記リアリップが前記塗布液と接触しつつビードを形成するように配置され、前記リアリップと前記ワークとの間隔は、前記フロントリップと前記ワークとの間隔よりも大きく形成されており、
   前記吐出口から塗布液を前記ワークの外周面に吐出し、前記吐出口と該円筒ワークとの間にビードを形成した後、前記吐出口と前記ワークとを前記軸方向に相対的に移動させることで塗布膜を形成する事を特徴とするリング状塗布装置による塗布方法。
6. 前記吐出口から塗布液を前記ワークの外周面に吐出し、前記吐出口と前記円筒ワークとの間に一旦ビードを形成する際に、前記リング状塗布ヘッドから塗布液を吐出する前からビード形成に至る過程において、前記リング状塗布ヘッドと前記円筒ワークとが相対的に円周方向に回転していることを特徴とする請求項５記載のリング状塗布装置による塗布方法。

Images