(57)【要約】【課題】樹脂製の筒状体の品質を一定に保つことが困難であり、特にその周方向に沿った強度や耐久性に問題がある。【解決手段】押し出し成形されたＰＶＤＦフィルム１２ａをその押し出し方向が巻き付け方向となるようにマンドレル１１の外周に巻き付け、マンドレル１１よりも熱膨張率の小さな円筒状をなす成形スリーブ１３をマンドレル１１に巻き付けられたＰＶＤＦフィルム１２ａを囲むようにマンドレル１１に対して同心状に嵌め合わせ、マンドレル１１に巻き付けられたＰＶＤＦフィルム１２ａをマンドレル１１および成形スリーブ１３と共に加熱してＰＶＤＦフィルム１２ａを相互に溶着させると共にこれをマンドレル１１の外周面および成形スリーブ１３の内周面に密着させてＰＶＤＦ製の筒状体を形成した後、マンドレル１１および成形スリーブ１３を冷却し、これらマンドレル１１および成形スリーブ１３から筒状体を抜き外す。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押し出し成形された熱可塑性樹脂フィルムをその押し出し方向が巻き付け方向となるようにマンドレルの外周に巻き付けるステップと、
マンドレルよりも熱膨張率の小さな円筒状をなす成形スリーブをマンドレルに巻き付けられた熱可塑性樹脂フィルムを囲むようにマンドレルに対して同心状に嵌め合わせるステップと、
マンドレルに巻き付けられた熱可塑性樹脂フィルムをマンドレルおよび成形スリーブと共に加熱して熱可塑性樹脂フィルムを相互に溶着させると共にこれをマンドレルの外周面および成形スリーブの内周面に密着させるステップと、
相互に融着した熱可塑性樹脂フィルムをマンドレルおよび成形スリーブと共に冷却し、これらマンドレルおよび成形スリーブから筒状に成形された熱可塑性樹脂フィルムを抜き外すステップと
を具えたことを特徴とする筒状体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂フィルムを用いて成形される均一な肉厚の筒状体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コロナ放電を用いずに接触帯電処理および接触転写処理を行う電子写真装置の概略構造を図７に示す。すなわち、静電潜像が形成される電子写真感光ドラム１の外周面には、これを所定の電位に一様に帯電させる帯電ローラ２が押し当てられ、電子写真感光ドラム１の駆動回転に伴って従動回転する。この時、帯電ローラ２に印加されるバイアス電圧により、電子写真感光ドラム１の表面が所定の電位に接触帯電する。このようにして所定の電位に一様に帯電された電子写真感光ドラム１の表面にレーザーやＬＥＤなどを用いた露光装置の結像レンズ３によって画像情報を露光することにより、この画像情報に対応した静電潜像を電子写真感光ドラム１の表面に形成し、この静電潜像を現像器４の現像スリーブ４ａを介して供給されるトナーＴによりトナー画像として可視化する。電子写真感光ドラム１の表面に形成されたトナー画像に対し、転写器５により紙などの転写媒体Ｐの裏面側からトナーＴと逆極性の帯電を行い、これによって電子写真感光ドラム１の表面のトナー画像が転写媒体Ｐの表面に転写される。トナー画像が転写された転写媒体Ｐは、電子写真感光ドラム１から分離され、一対の定着ローラ６により加熱および加圧されて転写媒体Ｐに固定される。また、転写後の電子写真感光ドラム１に付着している残留トナーは、クリーナ７のクリーニングブレード７ａにより払拭され、電子写真感光ドラム１の表面が清浄化される。
【０００３】
図５に示された転写器５は、一対のローラ５ａ，５ｂと、これら一対のローラ５ａ，５ｂに巻掛けられて転写媒体ＰをトナーＴと逆極性に帯電させる樹脂製の無端の転写ベルト５ｃとを有し、一方のローラ５ａを駆動して転写ベルト５ｃを電子写真感光ドラム１の外周面の周速と同じ速度で同期旋回させるようになっている。
【０００４】
電子写真装置やレーザープリンタなどの画像形成装置の一部を構成する上述した転写ベルト５ｃの如き樹脂製の無端ベルトは、その肉厚の均一性に関して非常に高い精度が要求される。このような転写ベルト５ｃに限らず、精密部品を所定の位置に高精度の位置精度を保証して搬送するための搬送用ベルトや、物品を包装または収納するための筒状，管状または環状をなす収納用密閉包装体などを樹脂にて製造する場合、従来では以下に列挙するような方法が提案されている。
▲１▼  インフレーション法に代表される押し出し熱溶融成形法。
▲２▼  樹脂またはその前駆体を溶液状態にし、成形型の内面または外面に所定量塗布し、脱溶媒処理（必要に応じて熱処理）した後に成形型から剥離するキャスト法。
▲３▼  シート状フィルムを心金に巻き付け、その周方向両端部を相互に溶着して成形スリーブの内面にライニングする方法（特許文献１および特許文献２参照）。
▲４▼  シート状フィルムをその巻き始め位置と巻終わり位置とが一致するように心金に複数回巻き付け、心金よりも熱膨張率の小さな成形スリーブをこのフィルムを囲むように心金に嵌め合わせ、これら全体を加熱してフィルムの重なり部分を相互に接合する方法（特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−３４１２０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開昭６３−３４１２１号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平８−１８７７７３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼に示された従来の押し出し熱溶融成形法においては、連続的に製造される筒状体を巻き取る際に、この筒状体がつぶされてその押し出し方向に沿って一対の折り目が形成されてしまう。従って、このような筒状体を所定の幅寸法に切断して図５に示すような転写ベルト５ｃとして使用した場合、上述した折り目が転写ベルト５ｃの幅方向に沿って２箇所形成され、これらが正常な画像形成に対して不都合をもたらす場合がある。
【０００９】
▲２▼に示されたキャスト法においては、均一な厚みの筒状体を得るため、溶液の濃度管理や乾燥雰囲気の調整、さらには乾燥工程での溶媒処理などに細心の注意を払わなければならず、図５に示す転写ベルト５ｃとして使用するにはコスト的な問題が生ずる。
【００１０】
▲３▼に示された成形スリーブの内面にシート状フィルムをライニングする方法は、厚みの均一な筒状体を得ることが可能であるが、成形スリーブの内面にライニングされた筒状体の密着性が極めて強く、成形スリーブの内面から成形された筒状体を引き剥がすことが極めて困難であり、歩留りが悪い。
【００１１】
▲４▼に示された方法において、原料となる樹脂フィルムが押し出し成形によって製造されている場合、原料フィルムに存在する結晶配向性がその成形後の筒状体にも残存する。このため、筒状体の周方向と長手方向とでは、破断伸度やクリープ特性などの材料物性に差が生じ、これを図５に示すような転写ベルト５ｃとして使用した場合、転写ベルト５ｃの周方向と幅方向とで強度が異なってしまう。つまり、マンドレルに対して巻き付けられる原料フィルムの向きによって、製造される無端ベルトの耐久性能が異なり、製品の品質を一定に保ち得ない。
【００１２】
【発明の目的】
本発明の目的は、特に上述の▲４▼に示された方法を改善したものであり、得られる製品の品質を一定に保つことが可能であり、特にその周方向に沿った強度を従来のものよりも向上させて耐久性の向上を企図し得る筒状体の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、押し出し成形された熱可塑性樹脂フィルムをその押し出し方向が巻き付け方向となるようにマンドレルの外周に巻き付けるステップと、マンドレルよりも熱膨張率の小さな円筒状をなす成形スリーブをマンドレルに巻き付けられた熱可塑性樹脂フィルムを囲むようにマンドレルに対して同心状に嵌め合わせるステップと、マンドレルに巻き付けられた熱可塑性樹脂フィルムをマンドレルおよび成形スリーブと共に加熱して熱可塑性樹脂フィルムを相互に溶着させると共にこれをマンドレルの外周面および成形スリーブの内周面に密着させるステップと、相互に融着した熱可塑性樹脂フィルムをマンドレルおよび成形スリーブと共に冷却し、これらマンドレルおよび成形スリーブから筒状に成形された熱可塑性樹脂フィルムを抜き外すステップとを具えたことを特徴とする筒状体の製造方法にある。
【００１４】
本発明においては、マンドレルに巻き付けられた熱可塑性樹脂フィルムをマンドレルおよび成形スリーブと共に加熱することにより、マンドレルおよひ成形スリーブの熱膨張率の差に応じてこれらの隙間が狭まり、熱可塑性樹脂フィルムが相互に溶着しつつマンドレルの外周面および成形スリーブの内周面に密着し、周方向に沿って肉厚が一定となった筒状に成形される。
【００１５】
本発明による筒状体の製造方法において、筒状に成形された熱可塑性樹脂フィルムをその周方向に沿って所定の幅寸法にて切断するステップをさらに具えることができる。これにより、所望の幅寸法の熱可塑性樹脂にて形成された無端ベルトを得ることができる。
【００１６】
熱可塑性樹脂フィルムが結晶配向性を有するものであってよい。これにより、押し出し成形された熱可塑性樹脂フィルムの結晶の配向方向を巻き付け方向と合致させることができる。
【００１７】
マンドレルをアルミニウムにて形成し、成形スリーブをステンレス鋼にて形成することができる。この場合、成形スリーブの外周面をニッケルめっき層にて覆うことが有効である。これにより、加熱に伴ってこれらの隙間が確実に狭まり、肉厚の均一な筒状をなす熱可塑性樹脂フィルムを成形することができ、しかも成形スリーブの外周面から筒状に形成された熱可塑性樹脂フィルムを容易に剥離させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
熱可塑性樹脂にて形成された筒状体であって、その周方向に沿った破断伸度がこれと直交する軸線と平行な方向に沿った破断伸度よりも大きいことを特徴とする筒状体も本発明の他の形態となり得るものである。このような筒状体から得られる無端ベルトは、その耐久性を向上させることができ、画像形成装置における高精細画像を得るための転写ベルトや中間転写ベルトとして用いることができる。
【００１９】
この場合、周方向に沿った破断伸度が軸線と平行な方向に沿った破断伸度の１．１倍以上であることが好ましく、上述した耐久性の向上をより確実に得ることができる。
【００２０】
破断伸度は、ＪＩＳ  Ｋ７１１５にて規定された方法によって測定されたものであってよい。
【００２１】
結晶配向性を有する熱可塑性樹脂にて形成された筒状体であって、その周方向に沿って結晶が配向していることを特徴とする筒状体も本発明の別な形態となり得るものである。このような筒状体から得られる無端ベルトによると、その耐久性を向上させることができ、画像形成装置における高精細画像を得るための転写ベルトや中間転写ベルトとして用いることができる。
【００２２】
これらの筒状体において、熱可塑性樹脂がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）であってよい。この場合、破断伸度の大きなＰＶＤＦを用いることでベルトの機械的耐久性をより向上させることが可能となる。さらに、得られる無端ベルトは１０８〜１０１３Ωｃｍの体積抵抗率を有するものであってよい。この場合、ベルトの体積抵抗率は、用いる熱可塑性樹脂フィルムの抵抗値により一意的に決まるので、転写方式に応じて、任意の体積抵抗率を選択可能である。
【００２３】
【実施例】
本発明による筒状体の製造方法を画像形成装置における高精細画像を得るための転写ベルトに対して応用した一実施例について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２４】
図１に示すように、熱可塑性樹脂フィルムが巻き付けられる本実施例におけるマンドレル１１は、外径が３００．００ｍｍ，内径が２７０．００ｍｍ，長さが３５０ｍｍの円筒状をなすアルミニウム製であり、２．４０×１０−５／℃の熱膨張係数を有する。
【００２５】
本実施例における熱可塑性樹脂フィルムは、粒子状のケッチェンブラックを内添剤として混合し、体積抵抗率を１０９Ω・ｃｍに調整した肉厚が５０μｍのポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと記述する）フィルム１２ａであり、図示しない熱溶融押し出し成形機により押し出し成形されたものである。このＰＶＤＦフィルム１２ａは、３３０ｍｍの幅寸法を有するが、上述したマンドレル１１に本実施例では２周巻き付けるため、１３７５．０ｍｍの長さ寸法の矩形に切断される。この場合、熱溶融押し出し成形機による押し出し方向がＰＶＤＦフィルム１２ａの長さ方向、つまりマンドレル１１に対する巻き付け方向と合致するように、その切断方向を設定しておく必要がある。これにより、ＰＶＤＦフィルム１２ａの結晶配向方向とマンドレル１１に対するその巻き付け方向とを合致させることができる。
【００２６】
図１中の矢視ＩＩ部の平面形状を拡大して図２に示す。本実施例では、上述した寸法関係から、ＰＶＤＦフィルム１２ａをマンドレル１１の外周に２周巻き付けた場合、ＰＶＤＦフィルム１２ａの巻き始め位置とその巻き終わり位置とが約２ｍｍずれた状態（完全な２周分の長さに満たない状態）となり、加熱成形した場合のＰＶＤＦフィルム１２ａの流動量を最小限に抑えることができるように配慮している。この値Ｗは、予備実験などで予め設定しておくことが好ましい。何れにしろ、成形によって得られる筒状体１２の肉厚を均一化させるため、ＰＶＤＦフィルム１２ａの巻き始め位置とその巻き終わり位置とをほぼ一致させておくことが有効である。また、マンドレル１１に対する巻き付け回数は、使用する熱可塑性樹脂フィルムの肉厚と目的とする筒状体１２の肉厚とに応じて任意に変更可能であり、少なくとも１回以上である必要がある。
【００２７】
図３に示すように、ＰＶＤＦフィルム１２ａが巻き付けられた状態のマンドレル１１に嵌め込まれる本実施例における成形スリーブ１３は、外径が３２０．０ｍｍ，内径が３００．６０ｍｍ，長さが３５０ｍｍのステンレス鋼製であり、１．２０×１０−５／℃の熱膨張係数を有する。この成形スリーブ１３の内壁には、成形されたＰＶＤＦフィルム１２ａに対して良好な離型性を持たせるため、ニッケル層１３ａがメッキ法などによって形成されている。
【００２８】
本実施例においては、マンドレル１１に対して成形スリーブ１３を同心状に嵌め合わせ、ランプヒータなどの加熱手段を用いてＰＶＤＦフィルム１２ａを１９０±５℃で１０分間加熱成形する。マンドレル１１に対して成形スリーブ１３を同軸状に嵌め合わせた状態を図４に示す。この加熱前の状態では、マンドレル１１の外周面と成形スリーブ１３の内周面との隙間が３００μｍであり、成形スリーブ１３の内周面のニッケル層１３ａの表面とＰＶＤＦフィルム１２ａとの間に約２００μｍの隙間が存在することになる。加熱途中の状態を図５に示す。この状態では、マンドレル１１の熱膨張率が成形スリーブ１３よりも大きいので、マンドレル１１の外周面にＰＶＤＦフィルム１２ａが軟化して密着状態となりつつあり、かつＰＶＤＦフィルム１２ａと成形スリーブ１３の内周面との隙間が次第に狭くなる。最終的にＰＶＤＦフィルム１２ａの成形が完了した状態を図６に示す。この状態では、成形スリーブ１３の内周面のニッケル層１３ａの表面にＰＶＤＦフィルム１２ａが密着し、マンドレル１１と成形スリーブ１３との間の隙間にＰＶＤＦフィルム１２ａが充填された状態となる。本実施例では、この状態において成形されるＰＶＤＦ製の筒状体１２の肉厚が１００μｍとなるように設定されている。
【００２９】
このような加熱処理において、特にＰＶＤＦフィルム１２ａの巻き始め位置と巻き終わり位置とが近接する部分は、加熱初期から熱応力が加わるため、確実に溶着して融合状態となる結果、肉厚が全周に亙って均一な筒状体１２を得ることができる。１０分間の加熱処理を終えた後、冷却工程に移行して室温まで冷却することにより、熱膨張率の差によってマンドレル１１と成形スリーブ１３との間に最初の３００μｍの隙間が形成され、成形スリーブ１３と筒状体１２とマンドレル１１とを分離することができる。
【００３０】
このようにして得られた筒状体１２には、原料であるＰＶＤＦフィルム１２ａの結晶配向性に依存する結晶配向性が残存していた。この筒状体１２の周方向に沿ったその破断伸度をＪＩＳ  Ｋ７１１５にて規定された方法により測定したところ、その幅方向破断伸度の１．１倍以上有しており、周方向の機械的強度が高められた筒状体１２を得ることができ、例えば図７に示す電子写真装置において、高い耐久性を有する転写ベルト５ｃとしてこれを利用することができる。具体的には、その表面粗さおよびその肉厚寸法の均一性の精度が非常に高いため、転写ベルト５ｃでの吸着電荷が非常に滑らかに発生および移動し、電子写真感光ドラム１から転写媒体ＰへのトナーＴの転写特性が良好であり、極めて高画質の画像を得ることができた。さらに、転写ベルト５ｃに対する転写媒体Ｐの吸着性も安定していることから、非常に高い搬送特性を示した。
【００３１】
本実施例の効果を確認するため、上述した実施例と同様な方法にて筒状体１２の成形を行った。ただし、使用したＰＶＤＦフィルム１２ａは、熱溶融押し出し成形機による押し出し方向がＰＶＤＦフィルム１２ａの幅方向、つまりマンドレル１１に対する巻き付け方向と直交するように、その切断方向が設定されている以外は、上述と同じである。
【００３２】
このようにして得られた筒状体１２の結晶配向は、当然のことながらこの筒状体１２の長手方向に沿ったものとなるため、周方向の破断伸度が幅方向の破断伸度よりも小さくなってしまった。この筒状体１２を図７に示す電子写真装置の転写ベルト５ｃとして使用した場合、転写ベルト５ｃの周方向の強度がその幅方向の強度と比較して弱いため、転写ベルト５ｃの旋回停止状態が長時間継続すると、クリープ変形を起こし、ローラ５ａ，５ｂの輪郭に倣った巻き癖が発生してしまった。このような巻き癖が発生した転写ベルト５ｃを再び回転させることは困難であり、実用上問題となる。
【００３３】
上述した実施例では、熱可塑性樹脂フィルムとしてＰＶＤＦフィルム１２ａを使用したが、他の熱可塑性樹脂フィルムを使用することも可能である。例えば、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリメチルペンテン−１，ポリスチレン，ポリアミド，ポリカーボネート，ポリサルフォン，ポリアリレート，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテルサルフォン，ポリエーテルニトリル，熱可塑性ポリイミド系材料，ポリエーテルエーテルケトン，サーモトロピック液晶ポリマー，ポリアミド酸，ならびにこれらの樹脂、ならびにこれらのブレンド樹脂から形成される熱可塑性エラストマーなどのフィルムを挙げることができる。
【００３４】
上記熱可塑性樹脂フィルムに耐熱補強，導電性，熱伝導性などを付与する目的で、有機または無機微粉末の少なくとも１つを配合したり、あるいは任意の倍率で遠心強化した熱可塑性樹脂フィルムなども使用し得る。
【００３５】
ここで、有機微粉末として縮合型ポリイミド粉末，イオン導電系材料など、また無機微粉末としてカーボンブラック粉末，酸化マグネシウム粉末，フッ化マグネシウム粉末，酸化ケイ素粉末，酸化アルミニウム粉末，窒化ホウ素粉末，窒化アルミニウム粉末，酸化チタン粉末などの無機球状微粒子、炭素繊維やガラス繊維などの繊維状粒子や、チタン酸カリウム，炭化ケイ素，窒化ケイ素などのウィスカー状粉末など、あらゆる形状や大きさの微粉末を使用し得る。また、これらの微粉末の配合量は、ベースとなる熱可塑性樹脂フィルムに対して５〜７０ｗｔ％に設定することが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の筒状体の製造方法によると、押し出し成形された熱可塑性樹脂フィルムをその押し出し方向が巻き付け方向となるようにマンドレルの外周に巻き付け、マンドレルよりも熱膨張率の小さな円筒状をなす成形スリーブをマンドレルに巻き付けられた熱可塑性樹脂フィルムを囲むようにマンドレルに対して同心状に嵌め合わせ、マンドレルに巻き付けられた熱可塑性樹脂フィルムをマンドレルおよび成形スリーブと共に加熱して熱可塑性樹脂フィルムを相互に溶着させると共にこれをマンドレルの外周面および成形スリーブの内周面に密着させ、相互に融着した熱可塑性樹脂フィルムをマンドレルおよび成形スリーブと共に冷却し、これらマンドレルおよび成形スリーブから筒状に成形された熱可塑性樹脂フィルムを抜き外すようにしたので、特に、画像形成装置における高精細画像を得るための転写ベルトや中間転写ベルトとして用いて好適な高耐久性を有する筒状体を生産性良く低コストにて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による筒状体を電子写真装置の転写ベルトに応用した一実施例において、マンドレルに原料フィルムを巻き付けた状態を示す斜視図である。
【図２】図１中の矢視ＩＩ部を抽出拡大した平面図である。
【図３】原料フィルムが巻き付けられたマンドレルに成形スリーブを嵌め込んでいる途中の状態を示す斜視図である。
【図４】加熱前の状態を表す破断平面図である。
【図５】加熱途中の状態を示す破断平面図である。
【図６】加熱により一体化した状態を示す破断平面図である。
【図７】本発明の対象となった転写ベルトが組み込まれた電子写真装置の一例を表す概念図である。
【符号の説明】
１１    マンドレル
１２    筒状体
１２ａ  ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルム
１３    成形スリーブ
１３ａ  ニッケル層
Ｗ      ＰＶＤＦフィルムの巻き始め位置と巻き終わり位置との間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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