(57)【要約】【課題】  環状体を使用して円筒芯体表面に塗液を塗布する際、塗膜への軸方向筋の発生を防止させ、膜厚が均一なベルト等を作製することが可能な塗布装置を提供することである。【解決手段】  塗液を保持する塗布槽と、該塗液を塗布する円筒芯体の外径より大きい内径の円孔を有し前記塗液面に浮遊状態で設置された環状体とを具備し、前記塗液中に浸漬させた円筒芯体を、該円筒芯体の軸方向を鉛直にして前記塗液から相対的に上昇させて前記円孔を通過させることにより、前記円筒芯体表面に塗液を塗布する塗布装置であって、前記環状体の前記塗液と接する側と反対側の端面の全部または一部が環状体の全周にわたって形成された傾斜面であり、該傾斜面の塗液面側の端部が環状体の外縁及び／または内縁に達している塗布装置である。【選択図】    図１
2007083127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗液を保持する塗布槽と、該塗液を塗布する円筒芯体の外径より大きい内径の円孔を有し前記塗液面に浮遊状態で設置された環状体とを具備し、前記塗液中に浸漬させた円筒芯体を、該円筒芯体の軸方向を鉛直にして前記塗液から相対的に上昇させて前記円孔を通過させることにより、前記円筒芯体表面に塗液を塗布する塗布装置であって、
前記環状体の前記塗液と接する側と反対側の端面の全部または一部が環状体の全周にわたって形成された傾斜面であり、該傾斜面の塗液面側の端部が環状体の外縁及び／または内縁に達していることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記傾斜面の鉛直方向となす角度が、１０〜８０°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記塗布槽が、前記円筒芯体の外径よりも小さい穴を持つ環状シール材を底部に有する環状塗布槽であり、前記円筒芯体を前記環状シール材の穴に通し、円筒芯体の軸方向を鉛直にして、前記塗液から相対的に上昇させて前記環状体の円孔を通過させることにより、前記円筒芯体表面に塗液を塗布することを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記環状体の形状が、少なくとも円筒芯体の中心軸に対する環状体の偏心及び傾斜に対する該環状体に働く偏心力及び傾斜トルクの関係が、前記環状体の中心軸と前記円筒芯体の中心軸とのずれが一定時間内に収束する関係となるように決定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗布装置。
【請求項５】
前記偏心力及び傾斜トルクの関係が、少なくとも円筒芯体の中心軸に対する環状体の偏心量と傾斜量と偏心速度と傾斜速度に依存して発生する偏心力と傾斜トルクを含む偏心と傾斜に関する運動方程式の解が、時間の経過と共に収束するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の塗布装置。
【請求項６】
前記環状体に設けられた孔の直径が１００ｍｍ以上であって、環状体の偏心及び傾斜に関する前記運動方程式の固有値の実数部の中で最大のものの値をλmax（１／秒）とし、製膜後に得られる膜の環状体移動方向の長さを環状体と被塗布物の相対速度の絶対値で割って得られる時間をｔp（秒）としたとき、λmax ＜ −１６／ｔpの関係が成り立つことを特徴とする請求項５に記載の塗布装置。
【請求項７】
前記環状体の円筒芯体に対向する面が、少なくとも塗液の流入部から流出部へ向かって流路を徐々に狭くするように設けられた傾斜部と、塗液の流出部近傍において流路を略一定に保つように設けられた平行部と、から構成されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少量の塗液でもって円筒芯体表面に塗布することが可能な環状塗布装置に関し、特に、塗膜に膜厚むらを生じさせにくい塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒芯体表面に塗布をすることは広く行われており、一般的には、円筒芯体を塗液に浸漬して引き上げる浸漬塗布方法が知られている。このような浸漬塗布方法では、円筒芯体が余裕で入る塗布槽の容量分の液量が必要であるため、円筒芯体が大きくなると、必要とする塗液は多量になる。ところが、塗液が電子写真感光体用塗料や、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂（以下、ポリイミドは「ＰＩ」、ポリアミドイミドは「ＰＡＩ」という場合がある）の溶液のように、高価な液体の場合には、必要液量が多くなることは、はなはだ不都合である。
【０００３】
また、ＰＩ樹脂の前駆体溶液は常温では非常に粘度が高く、上記浸漬塗布法で円筒芯体表面に塗布しようとすると、膜厚が所望値より厚くなりすぎてしまう場合がある。
【０００４】
上記浸漬塗布方法に代わり、例えば、環状塗布槽で塗布する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１７は、従来の環状塗布装置の停止時の概略断面図である。図１７において、環状塗布槽６７の底部に、円筒芯体の外径より若干小さい穴を有する環状シール材６８を設け、円筒芯体１を環状シール材６８の中心に挿通させ、環状塗布槽６７に塗液２を収容する。これにより、塗液２は漏れることがない。円筒芯体１への塗液２の塗布時には、図１８に示すように、円筒芯体１の図面における下側に他の円筒芯体１'をつなぎ、円筒芯体１を環状塗布槽６７の図面における下部から上部に押し上げて、環状体６５の円孔６６を通過させることにより、円筒芯体１の表面に塗膜４を形成する。他の円筒芯体１'は、ベルトを作製しない中間体であってもよい。
【０００５】
塗膜４の厚さは円筒芯体１と環状体６５の円孔６６との間隙によって規制されるが、金型同士の結合に際し、僅かな間隙を要するため、円筒芯体１を完全な鉛直状態として維持するのは困難である。そのため、塗布時には環状体６５を浮き上がらせることにより、環状体６５と円筒芯体１間で圧力が均一になるように作用し、環状体６５が自動調心するので、全周にわたり環状体６５と円筒芯体１間で距離が一定に保持され、結果的に均一な膜厚の塗膜が得られることになる。
【０００６】
このような環状塗布装置では、環状塗布槽６７を従来の浸漬塗布槽よりも小さくできるので、塗液の必要量が少なくて済む利点がある。
しかし、上述の塗布装置で塗布を行った後、例えば夜間に停止状態にすると、塗布時に環状体上面（塗液と接する側と反対側の端面）にて盛り上がっていた塗液が、環状体６５の上面に溜まったまま残るが、この液溜まりが円筒芯体１と円孔６６との間隙部において、塗液中の溶剤の蒸発あるいは空気中の水分の影響により、部分的に固化してしまうことがあった。これは溶剤が常温で揮発しにくく、かつ空気中の水分により溶液が固まる性質を有するためである。
【０００７】
このような状態になると、環状体６５の内側に固化した塗液が異物として存在することになり、塗布した際に筋状に皮膜の薄い部分（以下、「軸方向筋」という場合がある。）が存在してしまい、結果として膜厚が不均一になる場合があり、更なる改善が望まれている。
【特許文献１】特開２００２−９１０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、環状体を使用して円筒芯体表面に塗液を塗布する際、塗膜への軸方向筋の発生を防止させ、膜厚が均一なベルト等を作製することが可能な塗布装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞  塗液を保持する塗布槽と、該塗液を塗布する円筒芯体の外径より大きい内径の円孔を有し前記塗液面に浮遊状態で設置された環状体とを具備し、前記塗液中に浸漬させた円筒芯体を、該円筒芯体の軸方向を鉛直にして前記塗液から相対的に上昇させて前記円孔を通過させることにより、前記円筒芯体表面に塗液を塗布する塗布装置であって、
前記環状体の前記塗液と接する側と反対側の端面の全部または一部が環状体の全周にわたって形成された傾斜面であり、該傾斜面の塗液面側の端部が環状体の外縁及び／または内縁に達している塗布装置である。
【００１０】
環状体を用いた塗布時に、環状体の最上面に塗液の固化物が付着しないよう、環状体の最上面から内縁及び／または外縁に向かって傾斜面を設けた形状とすることで、塗液の残留物があったとしても、傾斜面に溜まった塗液は環状体の縁に移動し塗布槽に戻すことができる。
【００１１】
＜２＞  前記傾斜面の鉛直方向となす角度が、１０〜８０°の範囲である＜１＞に記載の塗布装置である。
【００１２】
＜３＞  前記塗布槽が、前記円筒芯体の外径よりも小さい穴を持つ環状シール材を底部に有する環状塗布槽であり、前記円筒芯体を前記環状シール材の穴に通し、円筒芯体の軸方向を鉛直にして、前記塗液から相対的に上昇させて前記環状体の円孔を通過させることにより、前記円筒芯体表面に塗液を塗布する＜１＞または＜２＞に記載の塗布装置である。
【００１３】
＜４＞  前記環状体の形状が、少なくとも円筒芯体の中心軸に対する環状体の偏心及び傾斜に対する該環状体に働く偏心力及び傾斜トルクの関係が、前記環状体の中心軸と前記円筒芯体の中心軸とのずれが一定時間内に収束する関係となるように決定されている＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の塗布装置である。
【００１４】
＜５＞  前記偏心力及び傾斜トルクの関係が、少なくとも円筒芯体の中心軸に対する環状体の偏心量と傾斜量と偏心速度と傾斜速度に依存して発生する偏心力と傾斜トルクを含む偏心と傾斜に関する運動方程式の解が、時間の経過と共に収束するように構成されている＜４＞に記載の塗布装置である。
【００１５】
＜６＞  前記運動方程式の解が、膜端部の無効部長さを製膜速度で除して算出される猶予時間の間に２０％以下に収束する＜５＞に記載の塗布装置である。
【００１６】
＜７＞  前記環状体に設けられた孔の直径が１００ｍｍ以上であって、環状体の偏心及び傾斜に関する前記運動方程式の固有値の実数部の中で最大のものの値をλmax（１／秒）とし、製膜後に得られる膜の環状体移動方向の長さを環状体と被塗布物の相対速度の絶対値で割って得られる時間をｔp（秒）としたとき、λmax ＜ −１６／ｔpの関係が成り立つ＜５＞に記載の塗布装置である。
【００１７】
＜８＞  前記環状体の円筒芯体に対向する面が、少なくとも塗液の流入部から流出部へ向かって流路を徐々に狭くするように設けられた傾斜部と、塗液の流出部近傍において流路を略一定に保つように設けられた平行部と、から構成されていること＜４＞〜＜７＞のいずれかに記載の塗布装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、環状体を使用して円筒芯体表面に塗液を塗布する際、塗膜への軸方向筋の発生を防止させ、膜厚が均一なベルト等を作製することが可能な塗布装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の塗布装置は、塗液を保持する塗布槽と、該塗液を塗布する円筒芯体の外径より大きい内径の円孔を有し前記塗液面に浮遊状態で設置された環状体とを具備し、前記塗液中に浸漬させた円筒芯体を、該円筒芯体の軸方向を鉛直にして前記塗液から相対的に上昇させて前記円孔を通過させることにより、前記円筒芯体表面に塗液を塗布する塗布装置であって、前記環状体の前記塗液と接する側と反対側の端面の全部または一部が環状体の全周にわたって形成された傾斜面であり、該傾斜面の塗液面側の端部が環状体の外縁及び／または内縁に達していることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、前記塗布時に環状体の最上面（塗液面と反対側の端面）にて盛り上がっていた塗液が、環状体の最上面の一部または全面が傾斜面となっているため、該傾斜面を介して塗布槽に流れ、塗液溜まりとして残ることがない。したがって、塗布後にそのまま塗布装置を一定時間放置しても環状体の最上面に塗液が固化した異物が存在することがなく、軸方向筋の発生を抑えることができる。
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の塗布装置の構成を説明する。
図１は、本発明の塗布装置の一例である環状塗布槽を有する塗布装置を示す概略断面図であり、図は停止時の状態を示している。但し、図は主要部のみを示し、円筒芯体の保持機構や、他の装置は省略する（以下の図においても同様である）。
【００２２】
図１の塗布装置においては、塗布槽として環状塗布槽７が設けられ、環状塗布槽７の底部には、円筒芯体１の外径より若干小さい穴を有する環状シール材８が設けられている。
まず、円筒芯体１を環状シール材８の中心に挿通させ、環状塗布槽７に塗液２を収容する。これにより、塗液２は漏れることがない。塗布するには、図２に示すように、円筒芯体１の下に他の円筒芯体１’をつなぎ、環状塗布槽７の下部から上部に押し上げて、円筒芯体１の表面に塗膜４を形成する。他の円筒芯体１’は、ベルト等の塗膜を作製しない中間体（長さが短い円筒芯体）であってもよい。
【００２３】
環状塗布槽７の底面には傾斜部９を形成するのがよい。傾斜部９により、塗液２は、中央の円筒芯体１の方へ流れやすくなり、底部に溜まることがなくなるのである。傾斜部９の角度は、小さければ塗液２の流れが滞り、大きければ塗液２を貯められる量が少なくなるので、水平に対して５〜３０°程度の範囲が好ましい。
【００２４】
塗液面には円筒芯体１の外径よりも大きな円孔６を設けた環状体５を浮遊状態で設置する。環状体５の材質は、溶液の溶剤によって侵されない金属やプラスチック等から選ばれ、浮上しやすいように中空構造でもよい。沈没防止のために、環状体５の外周面または塗布槽に、環状体５を支える足や腕を設けても良い。該腕は、環状体５の上縁に設けるが、環状塗布槽７を覆うような円板である覆い１０であってもよい。覆いである場合、塗布しない時は環状塗布槽７の上端に載って塗布槽を覆い、溶液２から溶剤が蒸発するのを防止する。
【００２５】
塗布時、円筒芯体１の外径と円孔６の内径との間隙により、塗膜の膜厚が決まるので、円孔６の内径は、所望の膜厚により調整する。円筒芯体１の外径と、円孔６の径との間隙は、所望の濡れ膜厚の１倍〜２倍の範囲であるのが好ましい。１倍〜２倍の範囲とするのは、円筒芯体１の外径と円孔６の内径との間隙内の圧力上昇による押し出し効果などにより、間隙が濡れ膜厚になるとは限らないからである。このように、所望の乾燥膜厚及び所望の濡れ膜厚から、所望の円孔６の径が定められる。
【００２６】
また、円孔６の真円度が低いと膜厚均一性が低下するので、真円度は２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることはさらに好ましい。もちろん、真円度が０μｍであることが最適なのであるが、加工上は困難である。
【００２７】
円孔６の内壁面は、塗液２に浸る下部が広く、上部が狭い形状であれば、図に示すような直線的傾斜面のほか、階段状や曲線的でもよい。真円度を高く加工するために、円孔内壁面の上部には、円筒芯体１と平行になる部分があってもよい。
【００２８】
塗液２を塗布するには、図２に示すように、円孔６を通して円筒芯体１を引き上げる。引き上げ速度は、０．１〜１．５ｍ／ｍｉｎ程度の範囲が好ましい。
なお、本発明における「円筒芯体の表面へ塗液を塗布する」とは、円筒芯体１の外周面の表面、及び該表面に層を有する場合は、その層の表面に塗布することをいう。また、「円筒芯体を塗液から相対的に上昇させる」とは、円筒芯体１と塗液２の液面との相対関係であり、円筒芯体１を上昇させる、或いは円筒芯体１を停止し、塗布２の液面を下降させること等を意味する。
【００２９】
円筒芯体１を引き上げると、環状体５は浮遊状態で設置されているので、塗液２の粘性による摩擦抵抗により持ち上げられる。環状体５は自由移動可能なので、円筒芯体１と環状体５との摩擦抵抗が周方向で一定になるように、すなわち間隙が均一になるように環状体５は動き、円筒芯体上には均一な膜厚の塗膜４が形成される。このように、環状体５により膜厚を規制するので、膜厚を均一にして高粘度の塗液２を塗布することができる。
【００３０】
更に前記塗布装置は、円筒芯体１を保持する円筒芯体保持手段、並びに、該保持手段を上下方向に移動する第１の移動手段、及び／または、環状塗布槽７を上下方向に移動する第２の移動手段を有してもよい。
【００３１】
なお、本発明の塗布装置としては、上記の環状塗布槽を用いるもののほかにも、図３に示すような通常の浸漬塗布法に用いる塗布装置も適用できる。ここで、図３は、浸漬塗布法に用いる塗布装置の一例を示す概略断面図である。
【００３２】
図３に示す塗布装置は、通常の浸漬塗布に用いる塗布槽１３の液面開口部に、前記と同様の環状体１５を備えたものである。また、環状体１５には、塗液１２を塗布する円筒芯体１１の外径よりも大きな内径の孔１６が設けられている。一方、環状体１５上縁には、環状体１５の外周部から塗布槽１３上縁までの領域を覆う、覆い１７を更に具備している。
【００３３】
上記塗布装置を用いた場合の塗布は、円筒芯体１１を図面における上側から前記孔１６を通して塗液１２に浸漬し、次いで、円筒芯体１１を引き上げることによって行なう。その他の条件、塗布における作用等は、前記図１、２に示した塗布装置の場合と同様である。
【００３４】
次に、上記塗布装置における環状体について説明する。
図４は、従来の環状体６５の構成断面図である。この環状体６５では最上面Ｓ全体がフラットとなっているため、前述のように塗布時に環状体上面にて盛り上がっていた塗液が、そのまま移動することなく溜まったまま残ってしまう。そして、この液溜まりが固化し塗布時の異物の原因となっていた。
本発明では、環状体の最上面に塗液の固化物が付着しないように、環状体の塗液と接する側と反対側の端面の全部または一部に、環状体の全周にわたって傾斜面が形成されている。この環状体の構成についても図面を用いて説明する。
【００３５】
図５は、本発明における環状体の一例を示す構成断面図である
図５に示すように、環状体２５の最上面（塗液と接する側と反対側の端面）の一部に、該最上面から円孔２６に向かって該円孔２６を形成する環状体２５の内縁Ｐまで達する傾斜面Ａが、環状体全周にわたって設けられている。このような傾斜面Ａを有する形状とすることで、塗布後に環状体２５の円孔近接部分に塗液の残留物３３があったとしても、残留物３３を傾斜面Ａ部に沿って円孔２６に移動させ塗布槽に戻すことができる。そのため、前述のように塗液が円筒芯体と円孔２６との間隙部で固化することもなく、軸方向筋のない無端ベルト等を得ることができる。
【００３６】
前記傾斜面Ａの傾斜角度は、溶液の粘度等によって適時選択されるが、鉛直方向となす角度θとして１０〜８０°の範囲であることが好ましく、３０〜６０°の範囲であることがより好ましい。θが１０°に満たないと、傾斜面はあっても水平な最上面が広く存在することとなるため、塗液の残留物が流れずに溜まってしまう場合がある。θが８０°を超えると、傾斜面Ａの傾斜が緩やかになりすぎて塗液の残留物が流れなくなってしまう場合がある。
【００３７】
最上面における傾斜の開始位置は、塗布時に環状体２５の内縁Ｐから環状体２５の外縁Ｑまでの環状体幅範囲内で傾斜面Ａに溜まる残留物量、及び所望の傾斜角θによって適時選定すればよい。
【００３８】
本発明においては、図５に示すように、傾斜面Ａが最上面の一部であってもよいし、最上面全部が傾斜面であってもよい。
【００３９】
また、傾斜面Ａの最上面から円孔２６にかけての長さＬは、塗液の残留物が効率的に環状体２５の内縁にまで到達するように、傾斜角θとの関係で定められることが好ましい。具体的には、θ（°）とＬ（ｍｍ）との積（θ・Ｌ）が１０〜２３０３５の範囲にあることが好ましい。θ・Ｌがこの範囲にないと、塗液の残留物が内縁に到達する前に固化してしまう場合がある。
【００４０】
また、傾斜面Ａにはフッ素樹脂等をコートし、撥水性を高めて塗液残留物の流れを良くすることが好ましい。具体的に、コート材の材質、コート膜厚等は限定されないが、コート後（あるいは未コートでもよい）の面の水に対する接触角を３０〜１７０度の範囲とすることが好ましい。
【００４１】
なお、上記水との接触角はゴニオメーター等を用いて測定することができる。本発明においては、２３℃・５５％ＲＨの環境下において、環状体から切り出した傾斜面に純水を滴下し、１０秒間放置後の水滴の接触角を、接触角測定装置ＣＡ−Ｘロール型（協和界面科学社製）を用いて測定した。測定場所を変え５回繰り返し測定した際の平均値を接触角とした。
【００４２】
さらに、前記傾斜面Ａに関しては、同様の理由から表面の粗さを制御することも重要である。具体的には、算術平均粗さＲａで０．１〜０．５μｍの範囲とすることが好ましい。
なお、上記算術平均粗さＲａは、表面粗さ測定器等を用いて測定することができるが、本発明においては、２３℃・５５ＲＨ％の環境下において、接触式表面粗さ測定装置（サーフコム５７０Ａ、東京精密社製）を用いた。
【００４３】
また、本発明における環状体は、上記のように最上面から内側の円孔にかけて傾斜面を有するものだけでなく、最上面から環状体の外縁にかけて傾斜面を有するものであってもよい。
【００４４】
図６は、本発明における環状体の他の一例を示す概略断面図である。図６に示す環状体３５では、環状体３５の最上面から外縁に達する傾斜面Ｂが環状体３５の全周にわたって形成されている。
このように傾斜面を環状体３５の外縁側に向けて形成することによっても、前記と同様に、塗布後の塗液の残留物３３を環状体３５の外縁Ｑに移動させることができ、そのまま塗布槽に戻すことができる。
【００４５】
図６に示した環状体３５における傾斜面Ｂの鉛直方向とのなす角度θ’の好ましい範囲、θ’と傾斜面の長さＬ’との関係、さらに傾斜面Ｂの表面粗さ、水との接触角などの好ましい特性範囲等は、図５に示した環状体２５に関して説明した内容と同様である。
【００４６】
さらに、本発明における環状体は、図５、図６に示した環状体のように塗液面側の端部が内縁または外縁の一方に達する傾斜面を有するもののみでなく、内縁及び外縁の両方に達する２つの傾斜面を有するものであってもよい。
【００４７】
図７は、本発明における環状体の他の一例を示す構成断面図である。図７に示す環状体４５では、上記端部が内縁に達する傾斜面Ｃと、端部が外縁に達する傾斜面Ｄとの両方が設けられている。傾斜面をこのように環状体４５の両方の縁に向けて形成した場合にも、前記と同様に、塗液の残留物３３を効率的に環状体の縁に移動させ塗布槽に戻すことができる。
特に、図７に示すように傾斜面を環状体の両縁に向けて形成した場合には、傾斜面の長さ（最上面から縁までの距離）を短くすることができるため、厚み（外縁から内縁までの長さ）の大きい環状体を用いる場合などに有利である。
【００４８】
図７に示した環状体４５における傾斜面Ｃの鉛直方向とのなす角度θ１の好ましい範囲、θ１と傾斜面の長さＬ１との関係、さらに傾斜面Ｃの表面粗さ、水との接触角等の好ましい特性範囲は、図５に示した環状体２５に関して説明した内容と同様である。また、傾斜面Ｄ（鉛直方向とのなす角度θ２、傾斜面の長さＬ２）についても同様である。
【００４９】
また、上記のように２つの傾斜面を設けた場合には、前記傾斜面Ｃ、Ｄにおける傾斜角θ１及びθ２、傾斜面Ｃ、Ｄの長さＬ１及びＬ２は、各々同一であってもよいし異なっていてもよい。異なる場合には傾斜面Ｃ、Ｄとしては、Ｃの液だれ受け部長さＬ３（図５参照）を濡れ膜厚の１０倍から２０倍の範囲内とし、残りは傾斜面Ｄとする関係にあることがより好ましい。
【００５０】
この場合、θ１とθ２は３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。
【００５１】
以上、環状体の最上面か塗液が流れやすくするための上面部分の形状制御について説明したが、前述の環状体を用いた塗布においては、均一な膜厚の塗膜を得るために、環状体全体の形状についても考慮する必要がある。
【００５２】
具体的には、塗布中に環状体の中心軸と被塗布物（円筒芯体）の中心軸とが常に一致していれば、膜は周方向に対しても軸方向に対しても均一な厚さを持つことになる。装置の寸法や設置に過度に高い精度を強いることなく、環境変動などの外乱によって影響を受けることなく、かつ塗布液の流れを乱すことなくそれを実現するためには、環状体の位置決めをするための部材を用いることなく環状体の中心軸と被塗布物の中心軸が一致することが望ましい。
そして、前記本発明における環状体では特に最上面に傾斜面を形成するため、全体として軽量となったり、対称的な構造も崩れやすくなったりすることから、塗布時に環状体がバランスを失いやすくなり、前記環状体及び円筒芯体の中心軸が一致しにくくなるため、塗膜の膜厚均一性が保てなくなりやすい。
【００５３】
ここで、環状体の中心軸とは、正確には環状体に設けられた孔の中心軸のことであり、孔の中心軸が環状体の中心軸と必ずしも一致するとは限らないが、一般には環状体の外周形状と孔の形状は同心円状となることから、環状体の中心軸と呼ぶことにする。また、円筒芯体の断面形状または環状体の孔の形状が正確な円形でないこともあり得るが、このときは円筒芯体の断面形状または環状体の孔の形状に最も近い円を考えるか、またはその円の面に垂直で環状体の重心を通過する線を考えることで中心軸を決定することができる。
【００５４】
環状体の質量と形状とが適切でなければ、環状体及び円筒芯体の中心軸が自律的に一致することがないまま塗布が行われるか、塗布中に中心軸がずれるなどのために、膜厚が変動して、不良な膜が形成されてしまう。環状体の中心軸が被塗布物の中心軸と一致しない原因として、環状体の初期配置や装置の設置角度などの精度の低さ、塗布液中の異物混入など様々な要因が考えられるが、本発明者等は、環状体の偏心と傾斜に依存して環状体に働く偏心力と傾斜トルクとに着目することが有効であることを見出した。
【００５５】
すなわち、実際に製膜を行って得られた膜の品質を調べることで環状体の質量と形状との良否を決めることも可能であるが、その方法では時間もかかり、実験規模が大きいことによるコスト増加も懸念され、さらに塗布液への異物混入、振動等の外的要因の影響があるために確実に良好な製膜を行える構成を決定することが難しい。そこで、環状体の形状を、該環状体の偏心及び傾斜に対する該環状体に働く偏心力及び傾斜トルクの関係が、前記環状体の中心軸と前記円筒芯体の中心軸とが一定時間内に要求精度以内に収束する関係となるようにシミレーションなどにより決定すれば、上記問題が解決される。ここで、上記一定時間とは、無効部長さと成膜速度とにより決定される時間で、前記中心軸がずれた状態から所定の要求精度以内に収束するまでの時間を示している。
本発明の方法によれば、必要な時間やコストの大きな増加を招くことなく、外乱に寄らない本質的な塗布性能を反映させた構成の決定が可能であり、品質的にも大きなメリットがある。
【００５６】
図８は、図１における上側から見た状態を示し、円筒芯体７１に対する環状体７５の偏心量を説明する図である。図中のδが偏心量を表す。また、図９は、図１の塗工部分を拡大した状態を示し、円筒芯体７１に対する環状体７５の傾斜量を説明する図である。図中のφが傾斜量である。また、偏心量の単位時間あたりの変化量が偏心速度、傾斜量の単位時間あたりの変化量が傾斜速度である。環状体７５が傾斜しているときの偏心量は、例えば環状体７５の重心の位置と被塗布物の中心軸の距離で定義することができる。
【００５７】
製膜中に環状体７５と円筒芯体７１との間の流れによって、環状体７５には壁面に垂直な方向の圧力、壁面に沿った方向のせん断応力といった流体力が働く。これらの流体力と環状体７５に働くその他の力によって、環状体７５には偏心方向の力である偏心力（図８中のＦ）と、傾斜方向の回転力である傾斜トルク（図９中のＴ）とが働く。
これら二つの力と傾斜および偏心の関係によって、環状体７５の中心軸が円筒芯体７１の中心軸と自律的に一致するか否かが決まるのである。
【００５８】
そこで本発明では、環状体７５の質量と形状とが少なくとも円筒芯体７１の中心軸に対する環状体７５の偏心及び傾斜に対する環状体７５に働く偏心力及び傾斜トルクの関係を用いて決定されている。
環状体７５の質量を考慮する理由は、環状体７５に働く力が同じであっても質量が異なれば環状体７５と円筒芯体７１との中心軸が自律的に一致する効果が変わるためである。環状体７５の偏心及び傾斜に対する偏心力及び傾斜トルクの関係は、塗布中に環状体７５の偏心方向の力か、傾斜方向のトルクを加えながら偏心量及び傾斜量を計測するか、または偏心量及び傾斜量を固定して塗布をしながら偏心力及び傾斜トルクを計測することで求めることができる。
【００５９】
また、塗布中に環状体７５に突発的な力を加えて、偏心及び傾斜の過渡状態を調べることで偏心及び傾斜に対する偏心力及び傾斜トルクの関係を求めることも考えられる。さらに、有限要素法などの数値解析法を用いて、環状体７５と円筒芯体７１との間の流れをシミュレーションし、環状体７５の壁面に働くせん断応力及び圧力を環状体７５の面に沿って積分することによっても環状体７５に働く偏心力及び傾斜トルクを求めることができる。実験的には偏心量、傾斜量、偏心速度、傾斜速度を任意に与えるのは難しいが、数値計算に寄れば、短時間で容易に偏心と傾斜に対する偏心力と傾斜トルクの関係を調べることができる。さらに、三次元的に精密な流体解析を行う替わりに、潤滑理論を適用するなどの方法でより簡易かつ高速に流体計算を行い、環状体７５に働くせん断力と圧力の分布を求めることも可能である。
【００６０】
例えば、偏心についての剛性、すなわち偏心量に対する偏心復元力（偏心を小さくしようとする方向に働く偏心力）の割合と、傾斜についての剛性、すなわち傾斜量に対する傾斜復元トルク（傾斜を小さくしようとする方向に働く傾斜トルク）の割合を考えることができる。上述の方法で、環状体に対してある偏心方向に力Ｆを加えて得られたその方向の偏心量をδとして、ある傾斜方向にＴのトルクを加えて得られたその方向の傾斜量をφとすると、偏心に関する剛性Ｋと傾斜に関する剛性Ｋδδは次式（１）、（２）で求められる。
【００６１】
【数１】
2007083127.tif 000003
【００６２】
剛性は一般には一定値ではないが、偏心や傾斜が比較的小さい領域ではほぼ一定とみなすこともできる。これらの剛性が大きいほど環状体の中心軸が被塗布物の中心軸と自律的に一致しやすい。また、いくつかの環状体形状を比較したときに偏心についての剛性が同じであっても傾斜についての剛性が大きいものの方が良好な塗布を行うことができ、傾斜についての剛性が同じであっても偏心についての剛性が大きいものの方が良好な製膜を行うことができる。したがって、環状体の重量や形状を変更しながら偏心と傾斜についての剛性を調べて比較することで、良好な製膜を行うことができる塗布装置が得られる。
【００６３】
ここでは偏心と傾斜に関する剛性を利用する考え方を説明したが、偏心量と傾斜量とを横軸にとって偏心復元力と傾斜復元トルクを縦軸にとったグラフを作成して、その大きさと傾きとから環状体の重量と形状の良否を判定するなど、他の方法も考えられる。また、偏心速度及び傾斜速度に対する偏心力と傾斜トルクの関係を考えることも有効であり、例えば偏心または傾斜の速度が増加するほどその速度と同じ方向の力が増える場合は、速度はさらに増加して製膜が不安定になることが予想される。よって偏心と傾斜の速度増加に対してその速度を抑制する方向に力が増加する方が好ましいという判断ができる。また、偏心量及び傾斜トルク、傾斜量及び偏心力の関係など偏心及び傾斜の連成に関わる関係を調べることも製膜の良否の判定の参考になる。
【００６４】
また、より物理現象に即した確度の高い方法として、環状体７５の偏心量及び傾斜量と偏心速度及び傾斜速度とに依存して発生する偏心力及び傾斜トルクを含む偏心及び傾斜に関する運動方程式の解が、時間の経過と共に収束するように環状体７５の質量と形状とを決定すると良い。偏心及び傾斜の両方を考えるのは、両方のバランスによって実際の挙動が定まるからである。また、それぞれについて量及び速度の両方を考えるのは、量は偏心と傾斜が０に近づこうとする効果を表現するのに必要であり、速度は偏心量及び傾斜量の変動が減衰していく効果を表現するのに必要だからである。しかし、影響が小さいと考えられるときは近似的にいずれかの変数を無視して進めることも可能である。
【００６５】
環状体７５の偏心及び傾斜の状態が与えられているとき、実験か計算で環状体７５に働く偏心力及び傾斜トルクを求めることができる。物体の質量と形状とがわかっていれば、それに並進力が働いているときの加速度、回転力（トルク）が働いているときの角加速度は運動方程式で表すことができる。環状体７５の運動方程式は一般に次式のように表される。
【００６６】
【数２】
2007083127.tif 000004
【００６７】
上式において、Ｍは質量、Ｉは傾斜方向の慣性モーメント、ｔは時間を表し、δ’、φ’は各々δ、φの時間に関する一階微分を表す。両式の右辺は偏心力及び傾斜トルクが偏心量及び傾斜量と偏心速度と傾斜速度の関数として表されることを示している。ＦとＴとの関数は、前述のような偏心量または傾斜量または偏心速度または傾斜速度を与えて偏心力と傾斜トルクを計測する実験によって得られた結果を多項式で表したり、スプライン関数などによる補間式を用いて表したりするなどして表現することができる。数値計算によれば、偏心量と傾斜量と偏心速度と傾斜速度が与えられると、計算によって自動的にＦとＴとを定めることもできる。また、ＦとＴとがδとφとδ’とφ’とに比例するとして、実験または計算によって比例乗数を求めて簡単な式で表すことも可能である。
【００６８】
ＦとＴの関数が定まっているとき、運動方程式（３）と（４）とをオイラー法、ルンゲ−クッタ法などの数値計算法によって解き、偏心量と傾斜量の時間変化を求めることが可能である。また、ＦとＴがδとφとにほぼ比例するなどの近似的に表した関数であるとき、式（３）と式（４）とを数学的に解いて、ＦとＴを時間に対する数学的な関数として記述することも可能である。
【００６９】
良好に製膜を行うためには、得られた運動方程式の解が時間の経過と共に収束することが必要である。解が時間の経過と共に収束するとは、変数δとφとに現実にとりうる範囲の初期値を与えたときに、解の絶対値（解が振動するときにはその振幅）が時間の経過と共に減少することである。上述のように剛性の値を比較しただけでは、実際の環状体７５の挙動はわからないが、運動方程式を解いて解が時間の経過と共に収束することを確認すれば、塗布が進むにつれて円筒芯体７１に対する環状体７５の偏心量及び傾斜量が減少していき、膜厚が均一に近づいていくことが保証できる。
【００７０】
この塗布装置によって塗布を開始する際に、環状体７５及び円筒芯体７１の中心軸を完全に合わせることは極めて難しい。特に、偏心方向の初期配置のずれは避けられず、環状体７５が円筒芯体７１に対して偏心した初期状態で塗布が開始されることになる。上記の方法に寄ればこの偏心は塗布が進むにつれて減少するが、偏心量が十分に減少するまでの領域、すなわち膜の端部では偏心に伴う膜厚変動が発生し、この部分は実用に適さない無効部となる。無効部を小さくするためには、上述の運動方程式の解の収束が速くなければならない。塗布される膜の塗布方向の長さと塗布速度、および実際の製品における膜の使われ方から一般に無効部の長さがどのくらいであるかを事前に知ることができる。発明者らの経験によれば、一般に製品として許容できる膜厚変動の５倍程度の初期偏心量が生じることは避けがたい。
【００７１】
例えば、複写機の転写ベルトとして使用するときの塗布膜厚変動の許容範囲は３０（μｍ）程度であるが、初期偏心量を１５０（μｍ）程度より小さくすることは難しい。このことから、環状体７５の偏心及び傾斜に関する運動方程式の解が、無効部の長さを製膜速度で除して算出される猶予時間の間に２０％以下に収束するという条件を課せばよいことになる。
【００７２】
上記解が猶予時間の間に２０％以下に収束するとは、変数δとφとに現実にとりうる範囲の初期値を与えたときに、解の絶対値（解が振動するときにはその振幅）が猶予時間の間に初期値の２０％以下になることを意味する。この条件を満たす構成とすれば、塗布開始時の１５０（μｍ）程度の偏心量は無効部に相当する領域を塗布している間に３０（μｍ）程度よりも小さくなり、実用に供する部分の膜厚変動を３０（μｍ）以下に抑えることができる。
【００７３】
本発明における塗布では、円筒芯体の直径を変えたときには、それに合わせて環状体の孔の直径も変えて製膜を行う。この場合、一般には孔の直径が１００ｍｍ程度よりも大きいと製膜不良が問題となる。そのようなサイズの大きな系を扱う場合には、実験的に製膜性能の良否を調べるための労力が大きくなり、数値計算を活用することが好ましくなる。また、サイズが大きければ流体シミュレーションも規模が大きくなって解析のための負荷が増え、環状体の移動と共に偏心と傾斜に関する情報を更新しながら逐次流体解析を行って環状体に働く力を算出するという計算が困難になってくる。
【００７４】
このようなときは環状体に働く偏心力及び傾斜トルクが偏心量及び傾斜量と偏心速度及び傾斜速度に比例すると仮定することで、安定した製膜を行うことができるかどうかを容易に判定することができる。そのような仮定を置くと、運動方程式は次のように記述できる。
【００７５】
【数３】
2007083127.tif 000005
【００７６】
ここで、δ’’、φ’’はそれぞれδ、φの時間に関する二階微分である。Ｋδδは偏心に関する剛性、Ｃδδは偏心に関する粘性減衰係数、Ｋδφは傾斜量の増加に伴って偏心方向に働く力の剛性、Ｃδφは傾斜速度によって偏心方向に働く力の粘性減衰係数、Ｋφδは偏心量の増加に伴って傾斜方向に働くトルクの剛性、Ｃφδは偏心速度によって傾斜方向に働くトルクの粘性減衰係数、Ｋφφは傾斜に関する剛性、Ｃφφは傾斜に関する粘性減衰係数で、ある方向に微小な偏心量または傾斜量または偏心速度または傾斜速度のいずれかが生じたときにそれと同じ方向に環状体に働く偏心力をＦ、傾斜トルクをＴとすると、それぞれ次のように求めることができる。
【００７７】
【数４】
2007083127.tif 000006
【００７８】
これらの係数は前述のような方法で、実験または計算によって求めることができる。式（７）から式（１４）で得られる係数が定数であるとき、運動方程式（５）と（６）との解は、
【００７９】
【数５】
2007083127.tif 000007
のように表される。exp（  ）は指数関数である。λ1からλ4は固有値であり、次の４次方程式の４つの解である。
【００８０】
【数６】
2007083127.tif 000008
【００８１】
四次方程式は、例えばFerrari法などの数値解法によって解くことができる。固有値は一般に複素数をとる。式（１５）と式（１６）の形からわかるように、固有値の中で実数部の符号が正であるものがひとつでもあれば、偏心量と傾斜量は時間と共に増加し、収束することはない。また、固有値の実数部が負のとき、その絶対値の逆数は時定数であり、解の大きさがexp（−１）倍になるのに要する時間を表す。したがって、固有値の実数部の中で最大のものの値をλmax（１／秒）とすると、この値が偏心量と傾斜量の収束の速さを決定することになり、時間ｔ(秒)の間に偏心量と傾斜量はおよそexp（λmax×t）倍になることを意味する。
【００８２】
一方、前述の無効部の長さは一般に全塗布長さの１割以下である。その理由は、例えば本塗布装置によってベルトを製造する場合は、無効部は廃棄されることになり、その割合が１割を超えると材料費に深刻な影響が出るためである。また、感光体ドラムなどの場合には無効部は複写機等の機内に不要スペースを生むことになり、無効部長さが一割を超えると機械のサイズに顕著な影響をおよぼすことになる。
【００８３】
無効部を全塗布長さの1割以下とするためには、製膜後に得られる膜の環状体移動方向の長さを環状体と被塗布物の相対速度の絶対値で割って得られる塗布時間をｔｐ（秒）としたとき、exp（λmax×ｔｐ×０．１）が２０％よりも小さくなければならない。この条件を満たすには、λmax ＜ −１６／ｔｐが成り立っていれば良い。
【００８４】
本発明によれば、塗布条件と環状体の質量と形状の条件を与えて三次元流体シミュレーションを行うなどの方法で運動方程式（５）と（６）の係数を決定して、式（１７）を解いて固有値を求めるだけで無効部長さを必要最低限にできるかどうかを判定することができる。実際に環状体の質量と形状とを決定するときには、環状体の形状をいくつかのパラメータで表し、質量と形状パラメータとを徐々に変えながら計算を行って、λmax ＜ −１６／ｔｐ が満たされる条件の組み合わせを探すと良い。λmaxが小さいほど偏心と傾斜が収束する時間が短くなるので、好ましくはλmaxが最も小さくなる重量と形状を定めるのが良い。そのために、シミュレーションのパラメータを逐次変更しながら最適条件を探索するなどすれば、さらに安定性の良い塗布装置を構成することができる。また、シミュレーションには計算誤差が含まれるので、実測によって運動方程式（５）と（６）の係数を決定して固有値を求めればより現実に即したパラメータの決定ができる。
【００８５】
本発明における塗布装置では、図１０に示すように、円筒芯体７５に対向する環状体７５の内面が、少なくとも塗布液の流入部Ｕから流出部Ｖへ向かって流路を徐々に狭くするように設けられた傾斜部７７と流出部近傍において流路を略一定に保つように設けられた平行部７８とから構成することによって、さらに良好な製膜を行うことが可能になる。その理由を以下に説明する。
【００８６】
本発明によって塗布装置を構成する場合には、環状体７５の質量に加えて形状のパラメータを変えながら実験またはシミュレーションを行って、環状体７５の偏心及び傾斜ができるだけ早く収束する構成、または固有値ができるだけ小さくなる構成を決定しなければならない。したがって、変える形状パラメータが限定されているほど効率的に環状体形状を決定することができ、真に最適な環状体形状を得られる可能性が高くなる。まず、適当な角度の傾斜部が存在することで塗布の安定性が増すことがわかっている。
【００８７】
図１１は、平行部７８と傾斜部７７とを有するある環状体である条件で塗布を行ったときの、固有値を傾斜部の角度を変えながら計算したものを模式的に示したものである。前述のように安定な製膜のためには固有値は負の値でなければならず、また値が小さいほど良い。図１１からわかるように傾斜部角度が０のときも大きすぎるときも製膜安定性が損なわれ、最も固有値が小さくなる傾斜角度が存在する。すなわち、もっとも安定して塗布を行うことができる角度が存在することになるが、その値は実際には他のパラメータに依存する。また平行部の長さの増加に伴って膜厚が単調に減少することがわかっている。
【００８８】
図１２は、平行部７８の長さと塗布膜厚の関係を模式的に示したものである。参考にいくつかの環状体と円筒芯体間のギャップの大きさに対して表示してある。
実際の製膜プロセスでは、塗布液の粘度、塗布速度、環状体と被塗布物の間の間隙の大きさなどが影響しあっている。これらの条件が変わったときなどに、環状体形状に傾斜部７７と平行部７８とが存在することで、製膜時に重要な製膜安定性と膜厚を容易に調整することが可能になる。また、実験的にも、平行部７８と傾斜部７７とを有する環状体７５をそれぞれいくつか用意しておいて、それらの組み合わせで実験を行うことで、計算結果と実際の現象の対比が容易に行える。
【００８９】
以上述べた本発明の塗布装置の設計手順を以下に簡単に説明する。
設計のプロセスを開始したら、まず円筒芯体のサイズや塗布液の粘度、期待膜厚などの塗布条件を設定する。次に、環状体条件（環状体の質量及び形状）を設定して、実験またはシミュレーションを行うと、環状体に働く力と質量とのバランスから環状体が適正に浮く塗布速度を見積もることができる。塗布条件と環状体条件と塗布速度がわかると、適正に塗布が行われるかどうかを判定することができる。具体的には、本発明における判定条件は偏心量及び傾斜量の収束の是非、猶予時間と収束の度合いとの関係、固有値の値などが判定の基準などである。
【００９０】
判定の結果が不良である場合は、環状体条件の設定に戻って新たな環状体条件を設定する。判定の結果が良である場合はその環状体条件をデータベースに追加する。ここで、あらかじめ設定してある試行回数と実際の指向の回数を比較する、データベースの中に十分に良いと思われる環状体条件が十分な数存在するか否かを判定する、設計者の判断を仰ぐなどの方法で、終了するか否かを決定する。終了しない場合は環状体条件の設定に戻って、新たな環状体条件を設定する。終了する場合は、データベースに蓄積された環状体形状を一定の指標に基づいてソートするなどの後処理を施すとよい。
【００９１】
環状体の条件の設定では、シミュレーションのみで判定を行う場合は環状体の質量と形状を記述するパラメータを変更すれば良い。変更の仕方は、特定のパラメータを適当な値の範囲で徐々に変えていく、ランダムに変更する、あらかじめ決めておいたパラメータの組み合わせのリストの中から順に選択するなど様々な方法が考えられる。またこのとき、前回のパラメータの変更と改善の度合いの関係から、さらに改善が進むようにパラメータの変更の仕方を変えるなども行うことができる。
なお、上述のシュミレーションによる環状体の条件の設定は、上記の環状体の最上面の形状のもの以外のものにも適用可能である。
【００９２】
次に、本発明に用いられる円筒芯体、塗液等について説明する。
塗布に供する円筒芯体は、アルミニウムやステンレス、ニッケル、銅等の金属円筒が好ましい。円筒芯体の長さは、塗布により無端ベルトを作製する場合には目的とする無端ベルト以上の長さが必要であり、複数の無端ベルトを同時に作製する場合には、その本数分以上の長さが必要である。また、塗膜の端部に生じる無効領域に対する余裕幅を確保するため、目的の長さより、１０〜４０％程度長いことが望ましい。円筒芯体の外径は、目的とする無端ベルトの直径に合わせて決定することができ、肉厚は円筒芯体としての強度が保てる厚さにすることが好ましい。
【００９３】
図１６に、本発明に用いることができる円筒芯体の一例の断面図を示す。円筒芯体１の両端（長手方向両開口端）には、円筒芯体１を保持する保持板２０を取り付けるのが好ましい。保持板２０は、ねじで固定しても良いし、円筒芯体１と溶接してもよい。保持板２０には、必要に応じて、円形や扇形など任意形状である通風孔や、中央に心棒を通す穴、または軸２１があってもよい。また、吊り下げや載置のための接続部品を取り付けてもよい。
【００９４】
さらに、形成される樹脂皮膜（塗膜が乾燥硬化した膜）が円筒芯体表面に接着するのを防ぐため、円筒芯体１の表面には離型性を付与する。それには、円筒芯体表面をクロムやニッケルでメッキしたり、円筒芯体表面をフッ素樹脂やシリコーン樹脂で被覆したり、表面に離型剤を塗布したりする方法がある。
【００９５】
皮膜形成樹脂の種類によっては、加熱時に溶剤の揮発物や、反応時に発生する気体があり、加熱後の樹脂皮膜は、その気体のために、部分的に膨れを生じることがある。これは特に、ＰＩ樹脂皮膜において膜厚が５０μｍを越えるような場合に顕著である。
【００９６】
上記膨れを防止するために、特開２００２−１６０２３９号公報開示の如く、円筒芯体１の表面は算術平均粗さＲａで０．２〜２μｍ程度の範囲に粗面化することが好ましい。粗面化の方法には、ブラスト、切削、サンドペーパーがけ等の方法がある。これにより、ＰＩ樹脂から生じる気体は、円筒芯体１とＰＩ樹脂皮膜の間に形成されるわずかな隙間を通って外部に出ることができるため、膨れの発生を防ぐことができる。
【００９７】
本発明における塗液としては、通常樹脂及びその他の成分を含む溶液または分散液が用いられる。上記樹脂としては、特に制限されないが、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等から選択することができる。
後述するような無端ベルトを製造する場合、ポリイミド前駆体（ＰＩ前駆体）溶液またはポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ樹脂）溶液が好ましく用いられる。
【００９８】
前記ＰＩ前駆体及びＰＡＩ樹脂としては、種々の公知のものを用いることができる。それらの溶剤は、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、アセトアミド、等の非プロトン系極性溶剤である。これらの溶剤と前記樹脂とを適宜混合して樹脂溶液とする。
【００９９】
また、無端ベルトを転写ベルトや接触帯電ベルトとして使用する場合には、上記樹脂溶液の中に必要に応じて導電性物質を分散させる。導電性物質としては、例えば、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素系物質、銅、銀、アルミニウム等の金属又は合金、酸化錫、酸化インジウム、酸化アンチモン、ＳｎＯ2−Ｉｎ2Ｏ3複合酸化物等の導電性金属酸化物、等が挙げられる。
【０１００】
特に、前記カーボンブラックのような微粒子が分散した塗液では、粘度が高くなるだけでなく塗液がチキソトロピックな液となりやすく、前記塗液の残留物が残りやすくなるため、このような塗液を用いた塗布には本発明の塗布装置を用いることが好適である。
【０１０１】
本発明に用いられる塗液おける濃度、粘度等は、適宜選択されるが、本発明の塗布装置に好ましく用いられる塗液の好ましい固形分濃度は１０〜４０質量％の範囲、好ましい粘度は１〜１００Ｐａ・ｓの範囲である。特に、本発明の塗布装置を用いた場合には高粘度の溶液であっても塗液として用いることが可能であり、より好ましい粘度は３５〜１００Ｐａ・ｓの範囲である。
【０１０２】
以下、本発明の塗布装置を用いて無端ベルトを作製するプロセスを、皮膜形成用塗液としてＰＩ前駆体溶液或いはＰＡＩ樹脂溶液を用いた場合を例として簡単に説明する。
【０１０３】
まず、本発明の塗布装置を用いて皮膜形成用の塗液を塗布する。塗布後、円筒芯体を持ち上げ、加熱乾燥装置に入れ、溶剤の乾燥を行う。乾燥時に塗膜が垂れる場合には、円筒芯体の長手方向を水平にして、回転させながら乾燥すると良い。回転速度は１〜６０ｒｐｍ程度が好ましい。
【０１０４】
加熱条件は、９０〜１７０℃の温度で２０〜６０分間が好ましい。その際、温度が高いほど加熱時間は短くてよく、温度は、段階的、または一定速度で上昇させてもよい。
【０１０５】
前記皮膜形成用溶液がＰＡＩ樹脂溶液である場合には、溶剤の乾燥だけで皮膜を得ることができる。
一方、前記皮膜形成用溶液がＰＩ前駆体溶液の場合、塗膜から溶剤を除去しすぎると、塗膜はまだ強度を保持していないので、割れを生じやすい。そこで、ある程度（ＰＩ前駆体皮膜中に１５〜４５質量％）の溶剤を残留させておくことが好ましい。前記皮膜形成用溶液がＰＩ前駆体溶液の場合は、その後、２５０〜４５０℃、好ましくは３００〜３５０℃前後で、２０〜６０分間、ＰＩ前駆体皮膜を加熱して縮合反応させることで、ＰＩ樹脂皮膜が形成される。その際、温度を段階的に上昇させてもよい。
【０１０６】
上述のように形成された皮膜は、冷却後に、円筒芯体から剥離することにより無端ベルトとなる。無端ベルトには、さらに必要に応じて、穴あけ加工やリブ付け加工等が施されることがある。なお、前述したように皮膜が収縮すると抵抗値にむらを生じるが、収縮を防止することにより、抵抗値も均一にすることができる。
【０１０７】
無端ベルトを転写ベルトや接触帯電ベルトとして使用する場合には、好ましい無端ベルトの膜厚は３０〜１５０μｍ程度である。また、これらの用途に用いる場合の無端ベルトの膜厚むら（最大膜厚と最小膜厚との差）は、６μｍ以下の範囲であることが好ましく、本発明の塗布装置を用いることにより、製造における歩留まりを向上させることができる。これらの測定条件については後述する。
【実施例】
【０１０８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、各実施例は、本発明を制限するものではない。
【０１０９】
＜環状体の形状の最適化＞
下記実施例で用いる環状体の質量と形状の条件を決定するために、まず環状体７５の断面形状を図１３に例示したように変化させながら、円筒芯体と環状体との間の流れの計算を流体解析ソフトウエアＦｌｕｅｎｔ（Ｆｌｕｅｎｔ社）で行って、偏心量、傾斜量、偏心速度及び傾斜速度のいずれかを与えたときに環状体内面に働く流体力から環状体に働く偏心力と傾斜トルクを算出した。塗布速度は流体力によって環状体を押し上げる力が環状体の自重と釣り合うように決定した。なお、簡単のために環状体の上面には傾斜面を設けないで計算を行った。
【０１１０】
その結果から偏心復元力を偏心量で除した値、すなわち偏心についての剛性を算出したところ、（ａ）と（ｂ）の断面形状については、他の形状と比べて剛性が一桁以上小さく、自律的に中心に移動する作用が小さいことが予想されたので、これらについては検討の対象から除外した。
【０１１１】
流体計算の結果から、与えられた偏心量、傾斜量、偏心速度及び傾斜速度に対する偏心力及び傾斜トルクが得られるので、この値を用いて運動方程式（３）と（４）をルンゲ−クッタ法で解き、偏心及び傾斜の挙動を調べた。環状体形状の変更は、いくつかの環状体形状パラメータの値を段階的に変更する形で行った。その結果、図１３の（ｃ）と（ｄ）の断面形状を用いた際に初期偏心が収束する挙動が見られた（図１４参照）。
【０１１２】
上記（ｃ）の内面形状は塗布面に対する傾斜角１０度の傾斜部と流路出口付近の長さ１０（ｍｍ）の平行部とからなり、（ｄ）の内面形状は塗布液出口側の長さ２０（ｍｍ）の平行部と塗布液入り口側の長さ２５（ｍｍ）の平行部とその間を接続する傾斜角４５度の傾斜部とを持つ。（ｃ）の質量は２．４（ｋｇ）、塗布速度は７（ｍｍ／秒）であり、（ｄ）の質量は２．６（ｋｇ）、塗布速度は８．５（ｍｍ／秒）であった。
【０１１３】
これらの断面形状をもつ環状体を作製して、後述する塗布液を使用し、上記の条件で塗布を行った。得られたＰＩ皮膜の塗布方向膜厚分布の例を図１５に示す。しかし、図１５に示したのは良好に膜形成がされた場合の膜厚分布であって、実際にはばらつきが大きく、温度や振動などの環境の影響も受けやすいことがわかった。これは環状体の初期偏心が十分に収束していないためと考えられた。
【０１１４】
このため、塗膜の無効部を３５ｍｍと仮定し、猶予時間の間に偏心量及び傾斜量が初期値の２０％以下になる環状体形状を抽出した。このとき、式（８）、式（１０）、式（１２）及び式（１４）についてはシミュレーションによって求めたが、 式（７）、式（９）、式（１１）及び式（１３）については実験的に環状体に固定した偏心及び傾斜を与えて、偏心力及び傾斜トルクを測定することによって求めたものを用いた。なお、環状体に働く力は環状体と環状体を固定する部材との間に設置したロードセルによって計測した。
【０１１５】
そのようにして得られたのが、図１３における断面形状が（ｅ）と（ｆ）の環状体である。（ｅ）は（ｃ）の環状体の平行部長さを２（ｍｍ）、傾斜部の長さを４８（ｍｍ）としてあり、質量は２．３（ｋｇ）で、塗布速度は１２（ｍｍ／秒）であった。（ｅ）の環状体条件で計算を行ったところ、猶予時間３５（ｍｍ）÷１２（ｍｍ／秒）＝２．９（秒）経過後の偏心量と傾斜量は初期値の１９％であった。
【０１１６】
（ｆ）は（ｃ）の環状体の傾斜部角度を１０度として、質量を３．６（ｋｇ）としたものであり、塗布速度は１０（ｍｍ／秒）であった。（ｆ）の環状体条件で計算を行ったところ、猶予時間３５（ｍｍ）÷１０（ｍｍ／秒）＝３．５（秒）経過後の偏心量と傾斜量は初期値の１７％であった。
【０１１７】
断面形状が（ｅ）と（ｆ）の環状体を用い、図１に示す塗布装置、後述する塗液によりそれぞれで実際に１０回ずつの塗布を行ったところ、（ｅ）の環状体で生成されたＰＩ皮膜の平均厚さは８５（μｍ）で１０本のうち８本が膜厚の変動の大きさが８（μｍ）以内の良好なものであった。また、（ｆ）の環状体で生成されたＰＩ皮膜の平均厚さは７４（μｍ）で１０本のうち７本が膜厚の変動の大きさが８（μｍ）以内の良好なものであった。
以上より、以下の実験では、（ｅ）の断面形状を有する環状体を用いた。
【０１１８】
＜実施例１＞
（ＰＩ樹脂無端ベルトの作製）
ＰＩ前駆体溶液（ＵワニスＡ、宇部興産製、濃度：１８質量％）に、カーボンブラック（スペシャルブラック４、デグザヒュルス社製）を固形分質量比で２３％混合し、次いで対向衝突型分散機により分散した。更に、シリコーンレベリング剤（ＤＣ３ＰＡ、ダウコーニングトーレシリコーン社製）を、濃度が５００ｐｐｍになるよう添加し、塗液（樹脂溶液）とした。
この塗液を（株）マルコム製の自動粘度測定装置ＰＣＵ−２００により測定した粘度は、４４Ｐａ・ｓであった。
【０１１９】
別途、外径３６６ｍｍ、肉厚１０ｍｍ、長さ４５０ｍｍのアルミニウム製円筒芯体を用意し、球形アルミナ粒子によるブラスト処理により、表面を算術平均粗さＲａで１．０μｍに粗面化した。この円筒芯体の真円度は２０μｍ以下であった。
【０１２０】
次いで、厚さが１５ｍｍ、直径が前記円筒芯体の内側に嵌まるように３４６．０ｍｍであり、１００ｍｍ径の通風孔を４つ、中央に２０ｍｍ径の穴を設けた円形の保持板を、同じアルミニウム材で作製し、前記円筒芯体に嵌め、ＴＩＧ溶接により溶接した。
【０１２１】
この円筒芯体の表面には、シリコーン系離型剤（商品名：セパコート、信越化学製）を塗布した。また、円筒芯体の端部には、塗膜が円筒芯体側面に回り込まないようにするため、幅１０ｍｍのポリエステル粘着テープを巻き付けた。
【０１２２】
次いで、前記塗液を用い、図１に示すような環状塗布槽を有する塗布装置により、ＰＩ前駆体の塗膜を形成した。
環状体５としては、外径４２０ｍｍ、円孔６の最小部の内径３６７．１ｍｍ、高さ５０ｍｍのアルミニウム製のものを使用した。環状体５の円孔６より下部の内壁面は直線傾斜状であり、鉛直線との傾斜角は１０°とした。さらに、環状体５の最上面から内縁に向かって鉛直方向と３０°の角度をなす傾斜面（傾斜面の長さＬ：１１．５ｍｍ）を設けた。
【０１２３】
この傾斜面は、表面の算術平均粗さＲａが０．２μｍ、水との接触角が５０度となるようにフッ素樹脂コート仕上げを行なった。また、環状体５の底面（塗液と接する側の面）の外周部には長さが１０ｍｍ、鉛直方向との角度が４５°のテーパ部２７を設けた。なお、環状体５の内縁には円筒芯体と平行になる部分を２ｍｍ形成したが、その内縁が形成する円の真円度は８μｍであった。
【０１２４】
一方、内径４５０ｍｍ、高さ１００ｍｍの環状塗布槽７の底面には、内径３８６ｍｍの穴をあけた。また、底面の内側には角度１０°の傾斜部９を形成した。また、底面の外側には、内径３６４．５ｍｍの穴を有する厚さ０．５ｍｍの硬質ポリエチレン樹脂製の環状シール材８を取り付け、その中央に前記円筒芯体１を通した。
【０１２５】
次いで、環状塗布槽７に前記ＰＩ前駆体の塗液２を３ｋｇ入れ、塗液面に環状体５を円筒芯体１が円孔６の中心となるように配置して、覆い１０を環状塗布槽７の上端に載せ、待機時間中の溶剤蒸発を防止した。次に、図２に示すように円筒芯体１の下に円筒芯体１’を配置し、０．８ｍ／分で押し上げて塗布を行った。その際、環状体５は約５０ｍｍ持ち上げられた。これにより、円筒芯体１の表面には、濡れ膜厚が約５００μｍのＰＩ前駆体塗膜４が形成された。
【０１２６】
その後、塗膜４が形成された円筒芯体１の保持板の中央穴に、直径２０ｍｍのステンレス製シャフトを通し、回転台に載せて水平にし、６ｒｐｍで回転させながら、８０℃で２０分間、１３０℃で３０分間加熱してＰＩ前駆体塗膜を乾燥させた。これにより、厚さ約１５０μｍのＰＩ前駆体皮膜を得た。この時点で、円筒芯体端部の粘着テープは除去した。
【０１２７】
次いで、円筒芯体１を鉛直にし、前記シャフトを外して台に載せ、加熱装置に入れて２００℃で３０分、３４０℃で３０分加熱反応させ、ＰＩ樹脂皮膜を形成した。
室温に冷えた後、エアガンを使って円筒芯体とＰＩ樹脂皮膜との間にエアを吹き込みながら、円筒芯体１から皮膜を抜き取り、無端ベルトを得た。
【０１２８】
続いて、同様にして３本の無端ベルトを作製した。さらに４本目の無端ベルト作製後に塗布装置を一晩停止状態にしてから、同様にして４本の無端ベルトを作製した。
【０１２９】
（無端ベルトの膜厚均一性の評価）
得られた合計８本の無端ベルトについて、ベルトの長手方向に端部から約６０ｍｍ間隔で５箇所、各箇所で周方向に３８点の計１９０点の膜厚測定を行なった。その結果、平均膜厚は８０．０μｍであり、さらに以下の基準により膜厚の均一性を判断した。
○：最大膜厚と最小膜厚との差が６μｍ未満。
×：最大膜厚と最小膜厚との差が６μｍ以上。
結果を表１に示す。
【０１３０】
なお、本実施例における無端ベルト中に気泡が存在するものや軸方向筋が存在するものはなかった。この無端ベルについて両端から約３５ｍｍずつ切断し、長さ３６０ｍｍの無端ベルトを得た。
得られた無端ベルトは、印加電圧１００Ｖにおいて体積抵抗率を測定すると、約１０10Ωｃｍの半導電性を有しており、電子写真用転写ベルトとして使用することができた。
【０１３１】
＜実施例２＞
実施例１のＰＩ樹脂無端ベルトの作製において、環状体の最上面からの傾斜面の角度を５°（傾斜面の長さＬ：１０ｍｍ）とした以外は同様にして無端ベルトを作製し、同様の評価を行なった。
結果を表１に示す。
【０１３２】
＜実施例３＞
実施例１のＰＩ樹脂無端ベルトの作製において、環状体の最上面からの傾斜面の角度を８５°（傾斜面の長さＬ：１１４．７ｍｍ）とした以外は同様にして無端ベルトを作製し、同様の評価を行なった。
結果を表１に示す。
【０１３３】
＜比較例１＞
実施例１のＰＩ樹脂無端ベルトの作製において、環状体として、断面が図７に示すように最上面に傾斜面を設けなかった（内縁の円筒芯体と平行になる部分の長さを３ｍｍとした）以外は同様にして無端ベルトの作製を行なった。
【０１３４】
その結果、塗液投入直後の１〜４本目の無端ベルトの作製では、塗布時に問題なかったが、一晩停止後では４本とも軸方向筋が発生し、無端ベルトの平均膜厚は７０〜８０μｍとなって不均一であった。
膜厚の均一性について実施例１と同様にして評価を行なった。結果を表１に示す。
【０１３５】
【表１】
2007083127.tif 000009
【０１３６】
表１に示すように、比較例では膜厚むらが大きかった。この原因については、塗布装置を一晩停止した後の環状体の最上面の円筒芯体側には液溜まりが生じており、これが部分的に固化したものが塗布時に塗膜の軸方向筋を発生させており、これにより膜厚が不均一になっていることが確認された。一方、実施例のように環状体最上面から内径円孔に向かって傾斜部が存在すると、塗液が垂れてきても円筒芯体の外周方向に移動し塗布槽に戻ることとなり、環状体と円筒芯体間に液だまりが生じず、軸方向筋は発生することなく均一な膜厚の無端ベルトが得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の塗布装置（停止時）の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の塗布装置（塗布時）の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の塗布装置（停止時）の他の一例を示す概略断面図である。
【図４】従来の環状体の構成断面図である。
【図５】本発明における環状体の一例を示す構成断面図である。
【図６】本発明における環状体の他の一例を示す構成断面図である。
【図７】本発明における環状体の他の一例を示す構成断面図である。
【図８】円筒芯体に対する環状体の偏心量を説明する図である。
【図９】円筒芯体に対する環状体の傾斜量を説明する図である。
【図１０】環状体の内面形状を説明する図である。
【図１１】傾斜部角度と固有値との関係を模式的に示す図である。
【図１２】平行部長さと塗布膜厚との関係を模式的に示す図である。
【図１３】環状体の断面形状の変化を例示する図である。
【図１４】初期偏心量が収束する挙動を示す図である。
【図１５】ＰＩ皮膜の塗布方向膜厚分布を示す図である。
【図１６】円筒芯体の一例の構成断面図である。
【図１７】従来の環状体を用いた塗布装置（停止時）の概略断面図である。
【図１８】従来の環状体を用いた塗布装置（塗布時）の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１、１’、７１  円筒芯体
２、７２  塗液
３、１３  塗布槽
４  塗膜
５、１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５  環状体
６、１６、２６、３６、４６、５６、６６  円孔
７、６７  環状塗布槽
８、６８  環状シール材
９、６９  傾斜面
１０、１７、６０  覆い
２０  保持板
２１  軸
２７  テーパ部
３３  塗液の残留物
７７  傾斜部
７８  平行部
【図１】
2007083127.tif 000010
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007083127.tif 000019
【図１１】
2007083127.tif 000020
【図１２】
2007083127.tif 000021
【図１３】
2007083127.tif 000022
【図１４】
2007083127.tif 000023
【図１５】
2007083127.tif 000024
【図１６】
2007083127.tif 000025
【図１７】
2007083127.tif 000026
【図１８】
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