JPH07224371A - コロナ放電処理用ロールの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基材表面に形成される溶射皮膜の耐用性を高
めることを可能とした。 【構成】 ロール製造時の絶縁体溶射皮膜の気孔率を基
材近傍で５％以下とし、最表面層を１５％以上の気孔を
得るように気孔量を基材より表面にかけて暫変気孔率と
する溶射皮膜を形成しこの気孔に絶縁性のある無機物を
充填することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高分子フィルム，シー
ト，紙，アルミはく，などの表面の印刷受容性や接着性
を改善するために行なわれるコロナ放電処理用ロールの
製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高分子フィルムは印刷用インク等に対し
て、インクの付着性が悪く、コロナ放電処理を行なうこ
とで印刷することが出来るようになることは周知の事実
である。一般に高分子フィルムのコロナ放電処理は図１
の高分子フィルムなどのコロナ放電処理の模式図に示す
ように電極１とフィルムを支持して絶縁接地された誘電
体ロール２と高周波・高電圧を印加する電源３よりなり
図に示すように電極１と絶縁された誘電体ロール２の間
でコロナ放電させこのコロナ放電中に高分子フィルム４
等を通過させて連続的に高分子フィルムなどをコロナ放
電処理する。

【０００３】これらの通過させる高分子フィルム等は、
コロナ中で発生した電子が電界中で加速されそのエネル
ギを高分子フィルム等の表面へ放出する。この処理によ
り高分子フィルムの表面は分子チェーン細分化と脱水素
作用が行なわれると言われており、コロナ放電処理後の
高分子フィルム表面の残留物としては、例えばオゾン，
水酸化物，水酸基，過酸化物，オゾニド，過酸，ケテ
ン，アルデヒド，炭酸やそれらの類似物が生成される
が、これらのほとんどがフィルム表面に付着されてい
る。そして他の樹脂材や印刷インク等に対する良いアン
カーとなり印刷受容性や密着力を増強する。

【０００４】このコロナ放電処理を行なう装置の電極は
いかなる形状・形態でもよく、一般にバー状やロール状
のものが用いられ材質的にはアルミ合金やステンレス材
が用いられ、形状は放電面積や処理材質・処理スピード
・処理強さなどにより決定される。一方、接地側となる
絶縁誘電体ロール２はコロナ放電処理に際して絶縁誘電
体ロール２を被覆するのは、それによってコロナがアー
ク放電状態になるのを防止するためのものであるが現在
絶縁誘電体の材料として各種のものが用いられているが
絶縁誘電材料としての必要条件としては、（１）高電圧
に耐えられる、（２）出来る限り薄い皮覆に出来るこ
と、（３）価格が安価なこと、（４）オゾンに侵されな
いこと、（５）絶縁・誘電率が高いこと、（６）電気的
に損失がないこと、（７）電気的特性以外にも記載的特
性に優れていること、などがあげられる。これらの要求
を満足するものとして金属基材上や導電性ＦＲＰ材上
に、 （１） シリコンゴム，ヒパロン，エポキシ等のゴム弾
性体または高分子材を形成したもの。 （２） 絶縁体皮膜としてガラス層を被覆したもの。 （３） 特公昭６１−４８４８等に開示されている耐火
性酸化物を溶射して高分子材料を含浸させて絶縁皮膜と
したロールなどがあげられる。

【０００５】上記（１）項のものはゴム弾性体や高分子
材の皮覆されたロールでは使用寿命が限られ摩耗による
損傷や、ゴムや高分子材がコロナ放電中に局部的に絶縁
が破壊してスパークやアーク放電が発生し使用不能とな
る。また、コロナ放電処理に付随して発生する熱・光・
オゾンなどによりゴムや高分子が劣化するなどして寿命
が短かいなどの欠点を有している。

【０００６】このため上記（２）項に示す様な改良され
たガラス皮覆ロール材が開発されているが、該ロールは
金属基質材へ絶縁，誘電性に富むガラス材をコーティン
グするが、金属材とガラス材では熱膨張係数の差が大き
く皮膜施行上に困難さがあり、コーティング施工時の温
度も高く基材の寸法精度も保ちにくく、施工時の予熱処
理のノウハウムの蓄積も必要であり、使用中の利用温度
差によって破壊したりするため取扱い上、細心の注意が
必要であり初期施行費が高価であるなどの欠点を有して
いる。

【０００７】一方、上記（３）項はこれらの欠点を解決
しようと特公昭６１−４８４８等で開示されているよう
に酸化物を溶射により基材上へ０．５０８〜１．２７ｍ
ｍ施行し、この酸化物溶射皮膜の気孔率が８５〜９５％
に限定制御し、この限定した、多孔性酸化物溶射皮膜に
高分子物質を充填することを特徴としているが、溶射皮
膜の特性として気孔率が多いと基材との密着力が弱く皮
膜の信頼性が低い。

【０００８】一方、気孔率を８５％〜９５％に制御され
た気孔へ高分子材料を充填することにより電気的破壊に
対して高い抵抗力を示し、コロナ放電装置は過熱するこ
となしに高電力水準で操作することが出来、高い処理量
を得ることが出来ると言われている、が高分子材料充填
ではコロナ放電中に発生するオゾンや熱に対して十分な
耐用性が得られない、セラミック溶射皮膜は気孔率の少
ない皮膜では３００μｍ以上の形成では皮膜の残留応力
により皮膜に亀裂が発生したりはく離の発生など認めら
れるようになり厚膜の形成はかなりの困難さが伴なう、
などの欠点を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは前記特公
昭６１−４８４８の利用を考えて、各種の実験を行なっ
た結果酸化物溶射皮膜の気孔率が基材近傍で多孔質であ
れば基材との密着力の信頼性が低く加工時の取り扱いや
表面研摩時の過熱などにより酸化物皮膜にき裂が発生し
てコロナ放電処理中に酸化物溶射絶縁皮膜のき裂発生部
で絶縁が破壊することが見い出された。

【００１０】また、耐火酸化物質の選定によっては絶縁
抵抗値が低く膜厚を規定値より大幅に厚くしなければコ
ロナ放電処理に必要な絶縁抵抗値が得られないことが判
明したが、あまり溶射皮膜が厚くなると実質的に溶射法
ではき裂の発生や皮膜のはく離により成膜出来ない。な
お、前記特許では溶射皮膜に残留している気孔を５〜１
５％に限定しているが、この程度の残留気孔であると表
面より皮膜に含浸させる高分子材が皮膜全面で完全に含
浸されにくく、含浸が不十分で小さな１か所の絶縁破壊
でアーク状放電となりロール全体が使用不可能となるこ
となどが判明している。

【００１１】一方、気孔内へ含浸させる高分子材は、コ
ロナ放電中のロールの加熱や発生オゾンに対して耐候性
が少なくこの含浸剤の寿命を伸ばし、より信頼性を向上
することがある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記欠点を解決
するために溶射皮膜材を酸化物中，絶縁抵抗の高いアル
ミナおよびアルミナとチタニアの混合物または化合物に
限定して皮膜厚さを、概ね０．５ｍｍ以上として、皮膜
の気孔率を基材近傍では５％以内の皮膜として、最表面
を１５％以上とした気孔率の溶射皮膜で基材より表面に
かけて暫変した気孔率を持つ皮膜として基材との絶縁溶
射皮膜の密着力の向上を計る。また、溶射皮膜の厚膜形
成に対して皮膜形成時の残留応力による皮膜に発生する
き裂を皮膜の残留気孔量を基材部近傍から表面にかけて
暫変的に大きくしてやることにより残留応力発生を緩和
して所望する厚さの絶縁体を形成することにある。この
他に本発明では耐熱性や耐候性，耐オゾン性などが優れ
ている無機質材を溶射皮膜の残留気孔部に充填する、こ
の時先に述べた最表面の気孔が大きくなるため、含浸材
が確実皮膜表面に含浸され無機物の充填しやすさや充填
率を向上させる、これにより、より信頼性の高いコロナ
放電処理用絶縁誘電体ロール製造法を提供しようとする
ものである。

【００１３】

【作用】本発明において絶縁誘電体ロールを作成するの
にロール表面に絶縁体溶射皮膜の形成にアルミナとアル
ミナとチタニアの化合物や混合物を選定したのは他の酸
化物に比べて溶射皮膜の絶縁抵抗が高いことから該溶射
材料を限定することで酸化物の中で一番薄い皮膜で所望
する絶縁抵抗の誘電ロールを得ることが可能であること
による。それゆえに本発明者らの実験結果から前記溶射
材で概ね０．５ｍｍ以上で高分子フィルム等へコロナ放
電に必要な絶縁抵抗が得られることが可能であることが
判明している。

【００１４】また、基材部近傍で皮膜の気孔率を５％以
下に限定しているのは皮膜と基材の密着力を向上させる
手法で基材と溶射積層粒子の接合面積（残留気孔が少な
いこと）を増大させることにより溶射皮膜の基材への密
着力の向上を図る。一方溶射皮膜には０．０５μｍ〜５
μｍの残留気孔が存在すると言われているがこの残留気
孔のうち母材貫通気孔が発生するとコロナ放電中に溶射
皮膜を貫通して基材の局部微小域で基材のアーク状放電
が起こり、絶縁誘電体ロールとしての役割を果さなくな
る。そこでこの貫通開口残留気孔に絶縁性が高く耐熱性
のある無機酸化物系物質の充填を行ない局部的な放電を
防止する。この物質の充填にあたり表面層の残留気孔分
を基材で５％以下の皮膜気孔率より表面にかけて暫変的
な気孔率として最表面を１５％以上の残留気孔にするこ
とにより、より充填効率を向上させると同時にこの残留
気孔により基材と溶射皮膜による熱膨張係数の差を吸収
して使用中の加熱冷却により発生する熱膨張差や溶射時
に発生する溶射皮膜の残留応力を吸収緩和して溶射皮膜
のき裂の発生により局部的に基材へ直接アーク状放電す
ることを防止する役割を果す。

【００１５】こうした手法により成形した溶射皮膜は皮
膜の密着性や熱衝撃，熱的耐性耐絶縁性に優れたコロナ
放電処理用ロールが提供可能となる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例について述べる。本発明のロ
ール構造は鋼，ステンレス，導電ＦＲＰ，ＦＲＰ材導電
化した導電性基材の胴材（ロール表面になる部材）とこ
の胴材の端板を介して回転を伝達並びに支持したり接地
するために取り付けられる軸部を溶接組みたてした一般
的なロールである。寸法は機械装置により異なるが今回
用いたロールは外径φ３４７ｍｍ、長さ２６００ｍｍの
厚さ６ｍｍの軟鋼製パイプ材で、両端の端板を介してパ
イプ中央部にφ７５×３６５ｍｍの軸を取りつけたもの
である。このロール表面に表１に示すような通常の溶接
工程で胴表面に溶射して絶縁体を形成する。

【００１７】

【表１】

【００１８】本発明では溶射皮膜の形成方法と皮膜の絶
縁性を高めるための封孔処理方法に新規性があるのでこ
れらの点について述べる。本発明では、溶射皮膜として
形成した時に絶縁性の高いアルミナもしくはアルミナと
チタニアの化合物か混合物を利用する本実施例ではアル
ミナの溶射材を中心に述べるが溶射材料をアルミナとチ
タニアの化合物もしくは混合物を用いても同じ結果が得
られる。

【００１９】溶射材料のアルミナは１０〜５０μｍの粒
径を用い、７０ＫＷ級のプラズマ溶射システムを用いた
が粉末の粒径や使用溶射装置は本発明を満足出来る粉末
粒度や溶射装置であれば、いずれの粉末粒度や溶射シス
テムを用いてもよくこれらを限定するものではない。図
３には、本溶射装置で行なったある一定条件下に於ける
アルミナ１０〜５０μｍ粒径の溶射皮膜の溶射距離と気
孔率の関係，溶射距離と基材密着力の関係を示す。

【００２０】図４には図３と同様、本溶射装置で行なっ
た、ある一定条件下における溶射皮膜の膜厚と基材へ達
している開口気孔密度を示す。図３での結果によると溶
射距離が長くなると溶射皮膜の気孔率発生は多くなり基
材への密着力が低くなる傾向がある。図４では膜厚が厚
くなると開口気孔密度は低くなる傾向が認められる。一
方、溶射皮膜に発生する残留応力が高くなり膜厚が３０
０μｍ以上の皮膜ではひび割れやはく離が発生しやすく
なる。これらの状況にかんがみ、本ロールに要求される
アルミナ溶射皮膜の絶縁特性は０．５ｍｍ以上であるた
め、この溶射時に発生する残留応力を緩和し、残留気孔
の表面開口部より開口部へ確実に含浸されるように溶射
皮膜を４層に分割した条件で溶射する。

【００２１】この分割層の数は限定するものではないが
気孔率の暫変層となるための分割であり、その層数は限
定しないが基材表面近くは気孔率が５％以下で最表層が
１５％以上の気孔率を保有する皮膜とする。本実施例で
は基材よりの第１層目は図３に基づいて溶射距離を７０
ｍｍとして気孔率を約３％以下となるような皮膜を２０
０μｍ形成し基材との貫通孔を少なくして基材との密着
力向上を計る。その後、第２層として溶射距離を１２０
ｍｍとして気孔率を約１０％の皮膜として１５０μｍ形
成、第３層は溶射距離を１５０ｍｍとして気孔率を１５
％前後として１００μｍを形成、第４層は溶射距離を２
００ｍｍとして気孔率を２０前後として１００μｍ形成
して５５０μｍの溶射層を形成した。

【００２２】これらの距離は、層によって変更しなくて
も基材との一層目を形成後は自動的に距離を暫時変更し
て皮膜の気孔量を変更したり溶射条件の他のパラメータ
（電力やガス圧・流量・粉末供給量など）の変更によっ
て気孔量を変化させることも可能であり、どの方法を用
いても良い。溶射皮膜の残留気孔量を変化させることの
出来る他の溶射皮膜形成方法（装置など）を用いてもよ
い。溶射皮膜厚さも本実施例では５５０μｍとしたがコ
ロナ放電処理電力によっておおむね０．５ｍｍ以上とし
上限側は限定しない。

【００２３】溶射されたロールは溶射の加熱により温度
が上昇しているがこれを冷却せずに、封孔処理を施こ
す。封孔剤は封孔処理後無機物となるもので耐絶縁性の
高いものであればどのような封孔剤を用いても良い。ま
た封孔時期は溶射後直ちに実施するのが好ましいが冷却
後行なっても本発明の要求する性能が得られれば方法は
問わない。本実施例ではけい酸ナトリウム１部：０．０
５μｍのアルミナ粉２部の混合物を１０部のアルコール
で希釈したものを刷毛塗りで溶射された表面を均一に塗
布し熱風で乾燥する。乾燥が完了すると第２回目として
けい酸ナトリウム１部：０．０５μｍアルミナ粉末２部
の混合液に７部のアルコールで希釈したものを第１回目
同様に塗布し、熱風乾燥する、乾燥後第３回目として第
２回に使用した液で同様に塗布後大気中１５０℃の炉中
で乾燥する。これで封孔処理を修了して溶射面や他の部
分の加工を施こす。

【００２４】なお封孔材は、気孔に侵入後電気絶縁性を
持つ無機材であれば前記のけい酸塩系の水ガラスの他ゾ
ル・ゲル法などや、有機金属を出発材として無機系にす
るもの、金属化合物の溶解液で封孔後乾燥加熱により酸
化物化して絶縁性が得られるもの、セラミック系接着材
やコーティング材などとこれらの酸化物微粉末混合材な
どで溶解皮膜の残留気孔を封孔出来るものであれば利用
可能である。

【００２５】こうして溶解皮膜を封孔処理した後の加工
は直径がφ３４８ｍｍになるように研摩加工して表面を
Ｒａ０．５μｍの荒さに加工した。軸部等も加工して従
来、同一形状で利用されていたゴム巻のコロナ放電処理
ロールと取替えて使用した結果ゴム巻きロールでは従来
摩耗と変形により約１年程でゴムの巻き替えを行なって
いたものが３年間の利用でも摩耗も変形も発生せずに、
なお、かつコロナ放電処理されたポリエチレンフィルム
の水での接触角の変化もゴム巻ロールのコロナ放電処理
した同一ポリエチレンフィルムと１５０日間の追跡比較
では同様の傾向が得られており３年間のメンテナスフリ
ーの長寿命化が達成し、今後も利用可能で従来より生産
性向上とメンテナスフリー化に寄与している。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明を用いること
により従来の提案や開示されている高分子フィルム等へ
のコロナ放電処理ロールより信頼性の高いロール製造法
を提供し従来のゴム巻ロールに比べて長寿命化が達成さ
れメンテナスフリーとなり生産性向上に寄与するととも
に従来と同様の印刷受容性や他の高分子材料の密着性を
付与出来るコロナ放電処理ロールを提供出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模式図である。

【図２】図１のコロナ放電中の模式図である。

【図３】本実施例で行った一定条件下におけるアルミナ
１０〜５０μｍ粒径の溶射距離と気孔および密着力の関
係図である。

【図４】図３と同様の一定条件下における膜厚と開口気
孔密度の関係図である。

【符号の説明】

１ 電極 ２ ロール ３ 電源 ４ フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大野 賢二 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子フィルム等の印刷受容性や密着性
   向上のために高分子フィルム表面にコロナ放電処理する
   装置を利用するあたりコロナ放電処理ロールのロール基
   材を金属材料などの導電性材料とし基材部表面に絶縁体
   としてアルミナもしくはアルミナとチタニアの混合物も
   しくは化合物の粉末を溶射法によって基材表面に概略
   ０．５ｍｍ以上の皮膜を形成させるコロナ放電処理用ロ
   ール製造法において、前記ロール製造時の絶縁体溶射皮
   膜の気孔率を基材近傍で５％以下とし、最表面層を１５
   ％以上の気孔を得るように気孔量を基材より表面にかけ
   て暫変気孔率とする溶射皮膜を形成し、この気孔に絶縁
   性のある無機物を充填することを特徴とするコロナ放電
   処理用ロールの製造法。