JP5844680B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置及び研磨方法、なかでもカラーレーザープリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等において、転写ベルトや転写搬送ベルト等として用いられる導電性エンドレスベルトを研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。

複写機、プリンタ等における電子写真プロセス、静電記録プロセスでは、感光体の表面を一様に帯電させ、この感光体に光学系装置から映像を投射して光の当たった部分の帯電を消去することによって感光体の表面に静電潜像を形成し、次いで、この静電潜像に向けてトナーを供給して静電的付着によりトナー像を形成し、このトナー像を紙、ＯＨＰ、印画紙等の記録媒体に転写することにより、プリントする方法が採られている。

電子写真プロセス、静電記録プロセスにおけるトナー像の転写を行うために、駆動ローラ等の駆動部材を介して循環駆動される転写部材として、樹脂材料やゴムを基材とする無端ベルト状の導電性エンドレスベルトが使用されている。導電性エンドレスベルトは、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等のフッ素系樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料に、導電性カーボンブラックを配合したものを、ディッピング法，押出成形法，遠心成形法等の方法により、筒状フィルムに形成して製造される。

導電性エンドレスベルトは、表面性状が良好でない場合は、転写された画像に悪影響を及ぼす。したがって、ディッピング法，押出成形法，遠心成形法等により製造された導電性エンドレスベルトの表面を研磨することで、表面粗さを平滑かつ均一にして表面精度を向上させるとともに、厚み変動をなくして厚み精度を向上させることが行われている。導電性エンドレスベルトの研磨に関し、鉄芯の周りにウレタン発砲体とラップテープを巻き付けた回転式研磨器がある（特許文献１）。また、導電性エンドレスベルトを対向ローラとテンションローラとに掛け渡して周回させつつ、バックアップローラでラッピングテープを対向ローラに向けて押し当てる研磨装置がある（特許文献２）。導電性エンドレスベルト以外の対象を研磨する研磨装置に関して、研磨テープを用いた半導体基板の研磨装置があり（特許文献３）、また、研磨テープを用いた液晶基板の研磨装置がある（特許文献４）。

特開２００１−７５３７３号公報 特開２０１０−１９１２７７号公報 特開２０１０−２８４７４７号公報 特開２０１１−１６２０７号公報

導電性エンドレスベルトは、一般に、押出し成形、インフレーション成形又はブロー成形により成形加工されるが、これらの成形で得られたベルトの表面は、当該ベルトの表面積が大きいが故に若干の凹凸が避けられず、この凹凸が電子写真方式のプリンタや複写機に求められる高画質の出力の障害となっていた。この障害を解消するために、ベルト表面を研磨する二次加工も考えられてはいたが、公知の研磨装置は、市販のテープ研磨加工設備しかなく、導電性エンドレスベルトの実生産には活用できるものではなかった。

特許文献１や特許文献２に記載された研磨装置を用いて導電性エンドレスベルトの研磨を行った場合は、導電性エンドレスベルトの表面粗さが不均一になったり、スクラッチ傷が発生したりする場合があった。導電性エンドレスベルトには、画像形成装置における画像の品位の向上、電気的な安定性、ベルト面の均一性の観点から、表面精度、厚み精度の更なる向上が望まれていることから、導電性エンドレスベルトの表面粗さ不均一やスクラッチ傷を極力抑制することが望まれる。この点、特許文献３や特許文献４に記載された研磨装置は、研磨対象が剛性のある半導体基板や液晶基板であることから、そのまま導電性エンドレスベルトの研磨に適用しても良好な表面性状を得られなかった。

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、エンドレスベルトの表面を研磨して、当該エンドレスベルトの表面精度及び厚さ精度を向上させることができる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する、本発明の研磨装置は、エンドレスベルトの表面を研磨する研磨装置であって、ベルトの表面を研磨する研磨テープと、該研磨テープを案内する一対のガイドローラと、エンドレスベルトを巻きかけるワークローラと、を備え、研磨テープ及びエンドレスベルトに一定の張力を付与可能になり、一対のガイドローラは、両ローラの共通接線が、研磨するエンドレスベルトを巻きかけたワークローラの周面と重なり合う位置に設けられ、ワークローラの周面に沿ったエンドレスベルトの表面領域を研磨テープで研磨することを特徴とする。

本発明の研磨装置においては、研磨テープを移動させる移動装置を更に備えることが好ましく、また、一対のガイドローラの間隔を調整する調整装置を更に備えることが好ましい。更に、本発明の研磨装置により研磨されるエンドレスベルトが、導電性エンドレスベルトであることが好適である。

本発明の研磨方法は、上記の研磨装置を用いた研磨方法であって、研磨テープ及びエンドレスベルトに一定の張力が付与された状態で、ワークローラの周面に沿ったエンドレスベルトの表面領域を研磨テープで研磨することを特徴とする。

本発明の研磨装置によれば、一対のガイドローラの間で張力が付与された研磨テープが、ワークローラに巻きかけられたエンドレスベルトの表面に沿って当接し、所定の面領域で研磨されるので、研磨ムラの発生が抑制され、スクラッチ傷が防止されて、エンドレスベルトの表面精度及び厚み精度を向上させることができる。

本発明の研磨装置の実施形態の一例を説明する模式図である。 従来の研磨装置の例を説明する模式図である。

以下、本発明の研磨装置の実施形態について、図面を用いつつ具体的に説明する。

図１に模式図で示す本実施形態の研磨装置１０は、ベルト表面を研磨する研磨テープ１１と、この研磨テープ１１を巻きかけて案内する一対のガイドローラ１２、１３とを備えている。ガイドローラ１２、１３は、両者の共通接線が、後述するワークローラ１４の周面と重なる位置になるように所定の間隔を空けて設けられる。また、ガイドローラ１２、１３間で、研磨テープ１１に一定の張力を付与することができるようになっている。例えば、研磨テープ１１を静止させておき、研磨テープ１１の両端部を固定しておいて、ガイドローラ１２、１３の距離を一定に保持することにより一定の張力を付与する。また、研磨テープ１１を研削中に連続的に移動させる場合には、ガイドローラ１２、１３の回転数を一定に保持することにより一定の張力を付与する。

研磨装置１０により研磨を行うエンドレスベルトは、例えば導電性エンドレスベルトＢ、より具体的には、電子写真技術や静電現像技術を用いた画像形成装置の転写ベルトが例示される。

導電性エンドレスベルトＢは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等のフッ素系樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリイミド樹脂等の樹脂材料に、導電性材料としての導電性カーボンブラックを配合したものであり、厚みが１００μｍ程度のフィルムを無端状に形成したものである。導電性エンドレスベルトは、ディッピング法，押出成形法，遠心成形法等のいずれの製造方法によって製造されたものでもよい。押出成形により製造された導電性エンドレスベルトの表面には、周面に沿った縦筋が生じている場合があり、これにより導電性エンドレスベルト厚みが変動している場合があるため、本発明の方法により、研磨して厚み精度をより向上させることが可能である。

研磨対象物としての導電性エンドレスベルトＢは、ワークローラ１４及びテンションローラ１５に巻きかけられ、例えばワークローラ１４により駆動されてワークローラ１４とテンションローラ１５との間を周回可能となっている。ワークローラ１４は、金属製の芯体の周りにウレタンゴムの被覆をしてなるものを一例として用いることができる。テンションローラ１５は、導電性エンドレスベルトＢの周回に伴って回転するローラであって、ワークローラ１４との距離を調整して、導電性エンドレスベルトＢに一定の張力を付与することができるようになっている。張力を付与するための手段は、公知のテンションローラ１５の張力付与手段を用いることができる。また、テンションローラ１５の代わりに、固定された反転ガイド部材等を用いることもできる。

また、ワークローラ１４及びテンションローラ１５は、ガイドローラ１２、１３及びこれらのガイドローラ１２、１３に案内される研磨テープ１１に対して、相対的に進退可能になっている。例えばワークローラ１４及びテンションローラ１５が、図示しない移動手段上に載置され、当該移動手段の移動により研磨テープ１１に向けて移動させる構成とすることができる。逆に、ガイドローラ１２、１３が、図示しない移動手段上に載置され、当該移動手段の移動によりガイドローラ１２、１３及び研磨テープ１１をワークローラ１４及び導電性エンドレスベルトＢに向けて移動させる構成とすることもできる。

ワークローラ１４をガイドローラ１２、１３に近接させたとき、ガイドローラ１２及びガイドローラ１３の、ワークローラ１４に近い側の共通接線が、ワークローラ１４の周面と重なり合うように位置される。この重なり合い長さは、例えばワークローラ１４が研磨テープ１１に向かう前進方向の長さで１０ｍｍ程度とすることができる。これによりワークローラ１４に巻きかけられた導電性エンドレスベルトＢは、ワークローラ１４の周面に沿った所定領域、例えばワークローラ１４の直径が４０ｍｍの場合で弧長が２０〜３０ｍｍ程度の領域で面状に研磨テープ１１と接触し、研磨される。

本実施形態の研磨装置は、一定の張力で保持された導電性エンドレスベルトＢが一定の張力で保持された研磨テープ１１と面状に接触し、面状に研磨されることから、表面精度が高く、かつ厚さ精度の高い導電性エンドレスベルトを得ることができる。

この効果を、従来の研磨装置との対比で説明すると、図２（ａ）に模式図で示す従来の研磨装置１００は、ワークローラ１４及びテンションローラ１５に巻きかけられた導電性エンドレスベルトＢに対して、断面円形の研磨砥石１１０を当接させて研磨する装置である。また、図２（ｂ）に模式図で示す従来の研磨装置２００は，ワークローラ１４及びテンションローラ１５に巻きかけられた導電性エンドレスベルトＢに対して、研磨テープ２１１を小径のバックアップローラ２１２と複数のガイドローラ２１３により案内し、バックアップローラ２１２上の研磨テープ２１１と、ワークローラ１４上の導電性エンドレスベルトＢとを圧接させることにより研磨する装置である。

研磨砥石１１０を用いている図２（ａ）の研磨装置１００は、砥石が硬い材質のため、転写ベルトのような薄い導電性エンドレスベルトＢを研磨することが難しく、無理に研磨したとしても、導電性エンドレスベルトＢに局部的な切削力が加わり、導電性エンドレスベルトＢが破損してしまう場合があった。

研磨テープ２１１とバックアップローラ２１２を持いた図２（ｂ）の研削装置２００は、導電性エンドレスベルトＢに対して線接触で研磨テープ２１１を圧接して研磨を行っている。線接触であるために研磨のための相当の圧接力が局部的になり、その結果、研磨テープ２１１の砥粒が脱落し、その脱落した砥粒や、導電性エンドレスベルトＢの粉によって、スクラッチと呼ばれる傷が生じ、導電性エンドレスベルトＢの研磨面の平滑性が悪化していた。

これに対して、図１に示した本実施形態の研削装置１０は、上述したように導電性エンドレスベルトＢが研磨テープ１１に部分的に包み込まれるように面状に接触して、面状に研磨されることから、導電性エンドレスベルトＢに対する研磨時の圧接力が、所定の面積を有する接触領域、すなわち研磨領域に加わる。このため、導電性エンドレスベルトＢは、研磨テープ１１との接触領域において均一に研磨される。また，研磨時の圧接力が局所的ではないので、研磨テープの砥粒の脱落が抑制され、また、導電性エンドレスベルトＢの粉によるスクラッチも抑制される。

また、本実施形態の研削装置１０は、研磨テープ１１に一定の張力が付与されており、また、導電性エンドレスベルトＢに一定の張力が付与されていることから、研磨テープ及びエンドレスベルトに一定の張力が付与された状態で研磨する。これにより、圧接力が上記接触領域において変動がなく均一な研磨が可能となり、安定して良好な表面精度及び厚み精度を得ることができる。

研磨テープ１１は、ベースが紙、布、フィルムであるいずれの研磨テープをも用いることができる。研磨テープ１１の粗さは、番手で＃１０００〜３０００が好ましい。研磨テープの粗さが粗いと導電性エンドレスベルトＢにスクラッチ傷が入り易く、＃３０００を超える粗さでは、導電性エンドレスベルトＢに対する研磨効果が低下してしまい、また、研磨テープ１１の目詰まりや、摩擦熱が増大するため、導電性エンドレスベルトＢの研磨面の平滑度が低下するおそれがある。なお、研磨に当たっては、研磨テープ１１又は導電性エンドレスベルトＢのいずれか、あるいは両方に水噴霧等の方法を用いて湿式で研磨を行うこともできる。湿式研磨の場合は、面粗度は細かくなる傾向がある。

一つの導電性エンドレスベルトＢをワークローラ１４で周回させつつ、研磨テープ１１により研磨を完了したら、ワークローラ１４及びテンションローラ１５から導電性エンドレスベルトＢを取り外し、次に研磨すべき導電性エンドレスベルトＢをワークローラ１４及びテンションローラ１５に取り付けて研磨を行う。このとき、研磨テープの移動装置により研磨テープ１１を走行させて、次に研磨すべき導電性エンドレスベルトＢとの接触領域において、研磨テープ１１の未使用部分が、導電性エンドレスベルトＢに接触するようにすることが、本発明の研磨装置において高品位な導電性エンドレスベルトＢを得るために好ましい態様である。研磨テープの移動装置は、研磨テープを用いた公知の研磨装置における当該研磨テープの移動装置を用いることができる。

一対のガイドローラ１２、１３の軸間距離は、５０〜１００ｍｍが好ましい。軸間距離が狭いと研磨テープ１１と導電性エンドレスベルトＢとの接触が、線接触に近くなるためスクラッチが入り易く、また、軸間距離が１００ｍｍを超えると導電性エンドレスベルトＢに対する圧接力が低下するため研磨効果が十分でなくなる。

一対のガイドローラ１２、１３の軸間距離を調整する調整装置を、更に備える構造とすることは、本発明の研磨装置において、より好ましい態様である。調整装置を備えることにより、一対のガイドローラ１２、１３間の研磨テープの張力を、調整することが容易にできる。

ガイドローラ１２、１３の各直径ｄ１及びｄ２は、特に限定するものではないが、直径ｄ１及びｄ２はそれぞれ３０ｍｍ程度とすることができる。

ワークローラ１４の直径Ｄは、導電性エンドレスベルトＢとの周長との関係で適宜定めることができ、例えば導電性エンドレスベルトＢの周長が２００〜３００ｍｍ程度である場合には、４０〜５０ｍｍ程度が好ましい。ワークローラ１４の直径Ｄが小さく、例えば２０ｍｍ程度では、ワークローラ１４の剛性が不足して均一な研磨が難しくなる。ワークローラ１４の直径Ｄが大きく、例えば１００ｍｍ以上では、導電性エンドレスベルトＢを巻きかけるのが難しくなり、また、研磨時にビビリ振動が生じる場合がある。

ワークローラ１４の周速度は、研磨時の導電性エンドレスベルトＢと同じということができ、５０ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲が好ましい。周速度があまりに遅いと、導電性エンドレスベルトの凹凸部が研磨テープに圧接される時間が短く、研磨が不十分となり、また、周速度が速すぎると、導電性エンドレスベルトがビビリ振動を励起するために研磨表面にビビリ痕と呼ばれる縞模様が発生する危険性が高くなり好ましくない。

導電性エンドレスベルトＢに対する研磨テープ１１の圧接力は、大き過ぎると研磨効果が高まるが、スクラッチ傷が発生するおそれがある。その逆に、圧接力が低すぎると、導電性エンドレスベルトＢと研磨テープ１１との界面でビビリ振動が生じて研磨表面の平滑度が悪化する。導電性エンドレスベルトＢと研磨テープ１１との圧接力は、５〜１５Ｎ／ｃｍ^２であれば、良好な研磨面が得られる。研磨効果とスクラッチ防止を勘案して適宜な圧接力を設定することができる。

図１に示す研磨装置を用いて、表１及び表２に示す研磨テープ１１の番手、ワークローラ１４の直径Ｄ（ｍｍ）、研磨時のワークローラ１４の周速度ｆ、一対のガイドローラの軸間距離Ｗ（ｍｍ）、研磨テープ１１の導電性エンドレスベルトＢに対する圧接力Ｆ（Ｎ／ｃｍ^２）の値を種々に変えた実施例１〜１３の研磨を行った。また、比較のために、図２（ｂ）に示す研磨装置を用いて、比較例１〜７の研磨を行った。

表中、番手＃１０００の研磨テープは、三共理化学株式会社製のラッピングフィルム ＬＷＦＳタイプ（砥粒ＷＡ、粒度１５μｍ）を使用したものである。番手＃２０００の研磨テープは、三共理化学株式会社製のラッピングフィルム ＬＷＦＳタイプ（砥粒ＷＡ、粒度９μｍ）を使用したものである。番手＃３０００の研磨テープは、住友スリーエム株式会社製のラッピングフィルム（砥粒ＷＡ、粒度５μｍ）を使用したものである。

研磨後の導電性エンドレスベルトＢについて、表面のスクラッチ傷の発生の有無、表面粗さ（中心線平均粗さＲａ及び最大粗さＲｍａｘ）（μｍ）、及び平滑性について調査した。これらの調査結果を表１及び表２に併記する。なお、表１及び表２において、スクラッチ傷は、目視により評価し、傷がない場合を◎印、痕跡が１ｍｍ以下の場合を○印、痕跡が３ｍｍ以下の傷がある場合を△印、痕跡が５ｍｍ以下の場合を×△印、痕跡が７ｍｍ以下の場合を×印、深い傷が多数ある場合を××印で表した。また、平滑性は、キーエンス社製の画像カメラ：ＣＶ５００型により評価し、良好である場合を○印、やや悪い場合を△印、悪い場合を×印で表した。

表１及び表２から明らかなように、図１に示した研磨装置を用いた実施例１〜１３は、図２（ｂ）に示した研磨装置を用いた比較例１〜７に比べて、スクラッチ傷の発生が抑制され、かつ、表面が平滑化されている。

１０ 研磨装置
１１ 研磨テープ
１２ ガイドローラ
１３ ガイドローラ
１４ ワークローラ
１５ テンションローラ

Claims (5)

1. エンドレスベルトの表面を研磨する研磨装置であって、
   ベルトの表面を研磨する研磨テープと、
   該研磨テープを案内する一対のガイドローラと、
   エンドレスベルトを巻きかけるワークローラと、を備え、
   研磨テープ及びエンドレスベルトに一定の張力を付与可能になり、
   一対のガイドローラは、両ローラの共通接線が、研磨するエンドレスベルトを巻きかけたワークローラの周面と重なり合う位置に設けられ、ワークローラの周面に沿ったエンドレスベルトの表面領域を研磨テープで研磨することを特徴とする研磨装置。
2. 前記研磨テープを走行させる移動装置を更に備える請求項１記載の研磨装置。
3. 前記一対のガイドローラの間隔を調整する調整装置を更に備える請求項１又は２記載の研磨装置。
4. 前記エンドレスベルトが導電性エンドレスベルトである請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨装置を用いた研磨方法であって、研磨テープ及びエンドレスベルトに一定の張力が付与された状態で研磨することを特徴とする研磨方法。

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