JP5772945B2 - 芯体、芯体の再生方法及び樹脂無端ベルトの製造方法 - Google Patents
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Description
これらの芯体は加熱しても変形しないことが必要であるため、材質は金属が適している。
そこで、アルミニウムを基体とし、表面にアルミニウムよりも硬い金属をメッキ処理することで耐久性を上げる試みがなされている(例えば、特許文献4参照)。しかし、その強度は未だ充分なものではなく、更なる改善が望まれていた。
また、優れた耐久性を有する芯体の再生方法、該再生方法によって再生された芯体、及び該芯体を用い、製造安定性に優れ製造コストが低減できる樹脂無端ベルトの製造方法を提供することにある。
<1> 金属製の基体の表面に、無電解ニッケルメッキ処理を施すことによって形成されたメッキ層を有し、前記メッキ層が非晶質であり、該メッキ層表面にシリコーン系離型剤を塗布した後に加熱を行い、前記メッキ層の結晶化と、離型層の焼付け処理を同時に行った芯体である。
<6> 樹脂前駆体溶液を芯体表面に塗布し樹脂前駆体塗膜を形成する樹脂前駆体塗膜形成工程と、前記樹脂前駆体塗膜を加熱乾燥させ、加熱反応させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜形成工程と、前記樹脂皮膜の全てを前記芯体から剥離する樹脂皮膜剥離工程と、を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造方法であって、前記芯体として、前記<1>〜<5>の何れか1項に記載の芯体を用いることを特徴とする樹脂無端ベルトの製造方法である。
<7> 金属製の基体の表面にメッキ層が形成された芯体から前記メッキ層を剥離し、再度無電解ニッケルメッキ処理を施すことによってメッキ層を再形成する工程を有し、再形成した前記メッキ層が非晶質であり、該メッキ層表面にシリコーン系離型剤を塗布した後に加熱を行い、再形成した前記メッキ層の結晶化と、離型層の焼付け処理を同時に行っており、且つ前記芯体は、メッキ層上に樹脂前駆体溶液を塗布し加熱乾燥させて樹脂被膜を形成する工程および前記樹脂被膜の全てを剥離する工程を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造に用いられることを特徴とする芯体の再生方法である。
<10> 前記<7>〜<9>の何れか1項に記載の芯体の再生方法によってメッキ層が再形成され、且つ前記離型層を設けたメッキ層上に樹脂前駆体溶液を塗布し加熱乾燥させて樹脂被膜を形成する工程および前記樹脂被膜の全てを剥離する工程を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造に用いられることを特徴とする芯体である。
<11> 樹脂前駆体溶液を芯体表面に塗布し樹脂前駆体塗膜を形成する樹脂前駆体塗膜形成工程と、前記樹脂前駆体塗膜を加熱乾燥させ、加熱反応させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜形成工程と、前記樹脂皮膜の全てを前記芯体から剥離する樹脂皮膜剥離工程と、を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造方法であって、前記芯体として、表面にメッキ層が再形成された前記<10>に記載の芯体を用いることを特徴とする樹脂無端ベルトの製造方法である。
また、優れた耐久性を有する芯体の再生方法、該再生方法によって再生された芯体、及び該芯体を用い、製造安定性に優れ製造コストが低減できる樹脂無端ベルトの製造方法を提供することができる。
本発明における芯体の形状は、特に限定されるわけではないが、特に樹脂無端ベルトの製造に用いる場合には円筒状若しくは円柱状であることが望ましい。尚、前記円筒状若しくは円柱状の芯体(以下、両者をさして「円筒芯体」とよぶ)において、メッキ層を設ける面としては、内面塗布法など芯体の内側に樹脂無端ベルトを形成する場合には、芯体の周方向内周面側に、浸漬塗布法など芯体の外側に樹脂無端ベルトを形成する場合には、芯体の周方向外周面側にメッキ層を設けることが必要である。
外周表面にメッキ層を設けた本発明の円筒芯体の構造を、図1に示す。図1の(a)及び(b)に示すように、円筒芯体11は、円筒状の基体12の外周表面にメッキ層13を設けた態様となっている。
ここで、図1に示すような、円筒芯体の外周表面にメッキ層を形成する方法について、説明する。
まず芯体を塩化メチレンによって脱脂洗浄し、次いで水酸化ナトリウムによるアルカリ洗浄、弗硝酸による酸洗浄を行ったあと、亜鉛置換処理、硝酸による亜鉛剥離、再度亜鉛置換処理を施す。その後、図2に示す様に、無電解ニッケルメッキ用のメッキ液7を満たしたメッキ槽6中に円筒芯体3を浸漬し、自己触媒作用によって図3に示す様に、芯体3の表面にニッケル5を析出させる。
ここで用いられるメッキ液7は、公知のものならば特に限定されるものではなく、例えば、ニッケル塩と還元剤とを含むメッキ液等を用いることができる。前記ニッケル塩としては、次亜燐酸塩ニッケル、炭酸ニッケル等が用いられ、中でも次亜燐酸塩ニッケルが還元剤としての機能も有していることから好ましい。また、メッキ液には、上記のニッケル塩、還元剤の他に、公知のpH調整剤、pH緩衝剤、安定剤、促進剤等を添加することもできる。
工業的に販売されているメッキ液としては、例えば、日本カニゼン社製のカニゼンメッキ液(例えばSEK670)を用いることができる。
芯体の耐傷性の観点から、前記メッキ層表面のビッカース硬度(JIS−Z2244、1998年)が500HV以上、更には600HV以上であるのが好ましい。
ビッカース硬度は、例えば、アルミニウムが40〜80HV程度、無電解ニッケルメッキが500HV程度、電解ニッケルメッキが300HV程度である。
尚、前記無電解ニッケルメッキにおいては、熱処理による析出硬化によってそのビッカース硬度を800〜900HV程度にまで高めることができる。そのため、メッキ層に350〜400℃の温度範囲で10〜30分熱処理を施し、表面硬度や耐摩耗性を向上させることが好ましい。
前記無電解ニッケルメッキ処理において、基体とメッキ層の密着を確保するためには、メッキ処理前の基体表面への処理が重要であり、アルカリ脱脂、酸脱脂、電解洗浄等を行った上でメッキ処理を施すことが好ましい。このような前処理を施した無電解ニッケルメッキ層は、例えばアルミニウムに対する密着性が約20kg/mm2であり、常温においては該メッキ層が剥がれることはない(尚、アルミニウムに対する密着性は、電解ニッケルメッキが約30kg/mm2、クロムメッキが約8kg/mm2)。
この膨張に耐え得る指標として、基体の線膨張係数をαB、メッキの線膨張係数をαCとしたときの線膨張係数比率αC/αBが有効であり、常温における密着性が十分得られる場合にαC/αBが0.4以上、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.6以上であれば、クラックを効果的に防止することができる。
無電解ニッケルメッキ処理された芯体を用いて無端ベルトを作製する際、メッキ層表面にメッキ不良があると、この部分で皮膜が貼り付き、表面故障として不良になることがある。該メッキ不良はシミ状に発生するものが多いが、メッキ処理後には修復や除去することが非常に困難であり、メッキ処理時に発生させないことが重要である。
(1)基体の表面切削工程に起因するもの
(a)メッキ前の基体は切削により表面を加工するが、径が大きい場合は切削油の使用量が多いので、廃液処理をしやすい水溶性切削油を用いるのが好ましい。水溶性切削油は非水溶性の切削油をエマルジョン化したものであり、水で希釈して使用されるが、その場合、希釈する水の水質が悪い(井水や水道水等、各種イオン成分を含む)と、切削後の基体表面は、イオン成分でアルミニウム表面が腐食され、表面粗さが不均一に変化してしまうことがある。そのままの状態でメッキ処理を行うと、白いシミ状のメッキ不良の発生原因となる。
(c)メッキ処理後にメッキ槽から芯体を引き上げた際、表面にはメッキ液が付着しているが、付着したままにしておくと、表面に部分的な酸化が起こり、斑点状のシミとなることがある。
[測定原理]
対象物に付着する油分を抽出溶剤にて抽出し、その液に赤外線を照射し、油分共通の吸収波長3.4〜3.5μm付近で検出される油分濃度を、標準物質に換算して求める。なお、油分濃度は通常、単位面積当りの付着量として算出される。
・測定機:油分濃度測定機OCMA220(堀場製作所製)
・抽出溶剤:クロロフロロカーボン(商品名:S316、堀場製作所製)
・測定手順概略
抽出溶剤S316中に入っている油分量(バックグラウンド値):A
油分測定値:B
差分:C=B−A
抽出溶剤液量:D
油分量Q=C×D/1000
基材面積(内外面):S
基材単位面積あたりの油分濃度:X=Q/S (mg/cm2)
前記メッキ処理後の水での洗浄としては、芯体を冷却する目的で水槽に浸漬した後、超音波洗浄やバブリング洗浄を行なって、メッキ液を十分に除去する方法が好ましく用いられる。その後、温イオン交換水槽に浸漬して引き上げる等の方法や、温イオン交換水で基体表面を拭き取る方法等で、芯体表面の水分を除去し、洗浄工程内の移動時にも、芯体表面の乾燥防止のため、導電率が5μS/cm以下の水を吹き付けるとさらに好ましい。
また、洗浄工程で使用した水分がメッキ表面に残ると、メッキしみになり易いので、100度前後の熱風や、ドライエアの吹き付け等による、水分除去を行うのが好ましい。
本発明の芯体を、後述する樹脂無端ベルトの製造に用いる際、形成されたポリイミド樹脂皮膜は円筒芯体表面に接着する虞があるため、円筒芯体の表面には、離型性が付与されていることが好ましい。それには、円筒芯体表面をフッ素系樹脂やシリコーン樹脂で表面を被覆することにより、離型層を形成する方法がある。
一般的に、離型層の耐久性を上げるためには、焼付け処理を行い、芯体表面との化学的な結合や吸着を促進させる方法が挙げられる。しかしながら、この化学的な結合や吸着の度合いは芯体の材質によって異なり、電解ニッケルメッキは表面のビッカース硬度が高く傷が発生しにくいものの、離型層との密着力が弱いために、離型層の寿命が短くなるという欠点がある。これは、電解ニッケルメッキは結晶が成長しながら層が形成されるため、層が形成された時点で既に結晶化されており、シリコーン系離型剤の化学的な結合が乏しいためと考えられる。
これは無電解ニッケルメッキ層を高温で加熱することで、無電解ニッケルが非晶質から結晶化に転移することに伴い、ビッカース硬度が上がり、かつその際に離型層とニッケル間での化学的な結合(シロキサン結合)が形成されるためと推定される。シロキサン結合の結合エネルギーは444kJ/molであり、炭素結合の結合エネルギーの356kJ/molよりも高く、安定性に優れている。
尚、前記加熱処理は200℃以上が好ましく、300℃以上がさらに望ましい。200℃未満では無電解ニッケルメッキの結晶化が進行しにくいため表面硬度の変化が少なく、かつシリコーン系離型剤との結合にも乏しくなる。
上述のような無電解ニッケルメッキ処理を施した芯体を用いた場合であっても、数百回使い続けると、打痕のような傷が入ったり、メッキ層表面に微小なメッキ剥がれが起きることがあり、該打痕やメッキ剥がれが生じた部分では、製造されるベルトに欠陥が発生する。そこで、本発明の芯体の再生方法を用いることにより、表面に部分的に打痕やメッキ剥がれ等の欠陥が発生した場合でも、該欠陥部分を補修し、且つ新たに芯体を製造するよりも安価で、かつ短期間に芯体を再生することが可能となる。
即ち、本発明の芯体の再生方法は、金属製の基体の表面にメッキ層が形成された芯体から前記メッキ層を剥離し、再度無電解ニッケルメッキ処理を施すことによってメッキ層を再形成する工程を有し、且つ前記芯体は、メッキ層上に樹脂前駆体溶液を塗布し加熱乾燥させて樹脂被膜を形成する工程および前記樹脂被膜の全てを剥離する工程を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造に用いられることを特徴とする。
硝酸は無電解ニッケルメッキ層を溶解しながら進行し、基体としてアルミニウムを用いた場合には、アルミニウムに対して不動体を作る作用がある。しかし、アルミニウムの表面を侵食してしまい、表面の粗さがメッキ剥離前に比べて大きくなってしまう場合がある。
そのため、メッキ剥離後の基体表面を研磨及び/又はブラスト処理して表面粗さを小さくした上で、無電解ニッケルメッキ処理を行うことにより、メッキ層の再生を良好に行うことができる。該研磨の方法としては、例えば、バーチカル研磨、バフ研磨、グラインダー研磨等が挙げられるが、特にバーチカル研磨が好ましい。
バーチカル研磨は研磨量を正確に制御できるほか、例えば芯体表面に傷(大きな凸凹など)があっても、表面全面を平滑化できるため当該傷等を除去でき、特に本発明においては好ましい。一方、前記バフ研磨では、研磨する量が全面にわたって一定であるため、芯体表面に傷があった場合などには、傷の部分も他の部分と同じ研磨量となり平均的に研磨されるので、傷を除去することはできない。また、前記グラインダー研磨の場合、研磨量が大きすぎて研磨量を制御しにくいほか、表面が荒れすぎるという欠点もある。
前記バーチカル研磨による研磨量は10μm以下とすることが好ましく、この研磨量分を再度形成されるメッキ層膜厚で補うことで、芯体の外径をメッキ剥離前と同じにすることが可能となる。
また、剥離前のメッキ層にメッキ剥がれの欠陥が発生している場合、芯体表面のメッキ剥がれ部分はアルミニウム基体が露出していて、メッキ層が形成されている部分のアルミニウム基体よりも長時間硝酸に漬かることになり、その部分だけ多くアルミニウムの溶解が進行してしまうことがある。そのため、メッキ剥がれ部ではアルミニウム基体に穴が開いてしまい、その穴は直径2mm以上、深さ50μm以上になってしまうこともある。この穴があいたまま、通常の厚さ(3〜50μm)のメッキ層を形成しても、メッキ層表面に凹みが出来、その結果製造されるベルト表面にも欠陥が発生する。
また、上記の穴を埋めるため、50〜100μmの厚さのメッキ層を施そうとした場合、メッキ処理時間が長くなるとともにメッキ層中にボイド等の欠陥が起きやすくなり、好ましくない。あるいは、メッキ剥離後に、アルミニウム基体全面を前述のようなバーチカル研磨等により研磨して、上記の穴を軽減化する方法もあるが、結果として研磨した分だけ厚みのあるメッキ層を形成しなければならない。
図7(A)はメッキ剥がれの兆候部分の概略断面図であり、図7(B)は(A)を上方から見た平面図である。メッキ剥がれの兆候部分では、20μm以下の膨らみ55と、20μm以下の凹み57が発生しており、またメッキ層53の下では、アルミニウム基体52の膨らみと凹みが発生している。
メッキ剥がれの兆候部分を有する芯体について、剥離液を用いてメッキ剥離を行うと、アルミニウム基体の断面状態は図9に示すような形状となる。メッキ剥がれの兆候部にもメッキ層53が存在していたため、周囲の正常なメッキ層部分と同等にメッキ剥離が進行し、剥離後のアルミニウム基体52表面の凹凸状態は、剥離する前の図7と変わらない。
尚、芯体のメッキ層表面に、メッキ剥がれの兆候が発生しているか否かを判定する手法としては、光学式表面検査を行う方法が挙げられる。メッキ剥がれの兆候として判断する基準(下限値)としては、膨らみ5μm以上、凹み5μm以上、直径0.05mm以上であることが好ましい。また、メッキ剥がれ欠陥が発生する可能性を低減する観点から、メッキ剥がれの兆候の上限値は、膨らみ20μm以下、凹み20μm以下、直径1mm以下として判断することが好ましい。
図8はメッキ剥がれ欠陥が発生した部分の概略断面図である。メッキ剥がれが発生したため、図7に示すメッキ剥がれの兆候部分におけるメッキ層53がなくなり、基体52が露出している。
メッキ剥がれ欠陥が発生し、基体52が露出した芯体について、剥離液を用いてメッキ剥離を行うと、前述のように、基体52が長時間剥離液に晒されることになり、その部分だけ多く溶解が進行してしまい、図10に示すように穴が開いてしまう懸念がある。
また、研磨を行った後、基体表面をブラスト処理等により粗面化してもよい。
尚、再生したメッキ層が厚い場合には、所定の外径に研磨することも好ましい。
本発明に用いる基体としては、アルミニウム、銅、鉄、鋼、マグネシウム、ニッケル等の金属製のものが好ましく、中でも市場流通性、耐溶剤性、熱伝導性、強度等の観点から、アルミニウムが特に好ましく用いられる。
なお、アルミニウムは350℃に加熱すると強度が低下して変形を起こしやすいという性質があり、このようなアルミニウムの熱変形は、円筒芯体形状への冷間加工中に歪みが蓄積していると発生しやすい。そのような歪みを取り去るには、アルミニウムを焼鈍(焼きなまし)する方法がある。但し、焼鈍によっても熱変形が起こるので、所定形状への加工は、その後に施す必要がある。焼鈍とは、アルミニウム素材を350〜400℃に加熱し、空気中で自然に冷却する方法である。
後述の樹脂無端ベルトの製造において、乾燥時に残留溶剤を完全に除去できない場合、或いは加熱時に発生する水が除去しきれない場合、樹脂皮膜に部分的に提灯状の膨れが生じることがある。これは特にポリイミド等の樹脂皮膜の膜厚が50μmを越えるような厚い場合に顕著な問題である。その場合、円筒芯体の表面を、JIS−B0601(1994年)に規定する表面粗さRaで0.2〜2μmの範囲に粗面化することが有効である。これにより、樹脂皮膜から生じる残留溶剤又は水の蒸気は、円筒芯体と樹脂皮膜の間にできるわずかな隙間を通って外部に出ることができ、膨れを防止することができる。円筒芯体表面の粗面化には、ブラスト、切削、サンドペーパーがけ等の方法がある。
この粗面化はメッキ処理前に行っても、メッキ処理後に行っても構わない。ただし、メッキ処理前に行う場合には、メッキ処理によって粗度が小さくなるので、これを見込んだ粗度にする必要がある。
本発明の樹脂無端ベルトの製造方法は、前述の無電解ニッケルメッキ層を形成した芯体、あるいは前述の芯体の再生方法により無電解ニッケルメッキ層を再形成した芯体を用いることを特徴とする。
本発明の樹脂無端ベルトの製造方法においては、従来から用いられている公知の樹脂を用いることができ、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を挙げることができる。前記ポリイミド樹脂の前駆体としては、例えば、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)とp−フェニレンジアミン(PDA)からなる前駆体や、ピロメリット酸二無水物(PMDA)と4,4’−ジアミノフェニルエーテル(ODA)からなる前駆体等を用いることができる。一方、前記ポリアミドイミド樹脂の前駆体としては、例えば、アミド基含有芳香族ジアミンとPMDAからなる前駆体や、芳香族ジアミンまたはその誘導体と無水トリメリット酸(TMA)からなる前駆体等を用いることができる。
以下、特に好ましい態様として、ポリイミド樹脂製の無端ベルトの製造方法について詳細に説明する。
ポリイミド前駆体塗膜形成工程では、まず、ポリイミド前駆体が非プロトン系極性溶剤に溶解したポリイミド前駆体溶液を用意する。ポリイミド前駆体としては、前記において列記した具体例からなるものを用いることができる。また、ポリイミド前駆体は、2種以上を混合して用いてもよいし、酸又はアミンのモノマーを混合して共重合されてもよい。
上記流し塗り法やブレード塗布法では塗布部を水平移動させるので、皮膜はらせん状に形成されるが、ポリイミド前駆体溶液は乾燥が遅いために、継ぎ目は自然に平滑化される。なお、「円筒芯体上に塗布する」とは、円柱も含まれる円筒芯体の側面の表面、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、「円筒芯体を上昇(引き上げ)」とは、塗布時の液面との相対関係であり、「円筒芯体を停止し、塗布液面を下降」させる場合を含む。
図5は、環状体により膜厚を制御する浸漬塗布法に用いる装置の一例を示す概略構成図である。ただし、図は塗布主要部のみを示し、他の装置は省略する。
図5に示すように、この浸漬塗布法は、塗布槽33に満たされたポリイミド前駆体溶液32に、円筒芯体31の外径よりも大きな孔を設けた環状体35を浮かべ、該孔を通して円筒芯体31をポリイミド前駆体溶液32に浸漬し、次いで、芯体を上昇させる(引き上げる)塗布法である。
図6において、図5との違いは、環状塗布槽37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38が設けられることである。円筒芯体31を環状シール材38の中心に挿通させ、環状塗布槽37にポリイミド前駆体溶液32を収容する。これにより、ポリイミド前駆体溶液32が漏れないようになっている。円筒芯体31は、環状塗布槽37の下部から上部に順次つき上げられ、環状シール材38を挿通させることにより、表面に塗膜34が形成される。円筒芯体の上下には、円筒芯体に嵌合可能な中間体39が取り付けられることもある。環状体35の機能は、前述と同様である。
このような環状塗布法では、環状塗布槽37は図5の浸漬塗布槽33よりも小さくできるので、溶液の必要量が少なくて済む利点がある。
ポリイミド樹脂皮膜形成工程においては、前記ポリイミド前駆体塗膜を加熱乾燥させてから、加熱反応させてポリイミド樹脂皮膜を形成する。
まず、ポリイミド樹脂皮膜形成工程において、ポリイミド前駆体塗膜中に過度に残留する溶剤を除去する目的で、静置しても塗膜が変形しない程度の加熱乾燥を行う。加熱条件は、80〜200℃の温度で30〜60分間であることが好ましい。その際、温度が高いほど、加熱時間は短くてよい。また、加熱することに加え、風を当てることも有効である。また、遠赤外線加熱を用いれば、溶剤除去をさらに効率よく行うことができる。加熱は、時間内において、段階的に上昇させたり、一定速度で上昇させてもよい。
なお、ポリイミド前駆体塗膜から溶剤を除去させすぎると、塗膜はまだベルトとしての強度を保持していないので、割れを生じる虞がある。そこで、ある程度(具体的にはポリイミド前駆体塗膜中に15〜50質量%、好ましくは35〜50質量%)、溶剤を残留させておくのがよい。
加熱反応後、形成されたポリイミド樹脂皮膜を円筒芯体から剥離する工程を経ることで、ポリイミド樹脂無端ベルトが得られる。剥離は芯体と皮膜の隙間に、加圧空気を注入することで、皮膜を膨張させて剥離する。加圧空気の圧力は、一般的な空気圧縮機で得られる数気圧程度でよい。注入された加圧空気は、ある程度は皮膜端部から漏れるが、全部が漏れるわけではないので、皮膜は空気圧により、多少、膨れることになる。そのため、形成された無端ベルト皮膜を芯体から容易に抜き取ることができる。その際、皮膜が芯体表面を摺擦しても、芯体表面のビッカース硬度が500HV以上であれば、傷が付くことない。
抜き取られた無端ベルトは、その両端は膜厚の均一性が劣っていたり、皮膜の破片が付着していたりするが、その部分は不要部分として切断される。端部の不要部が切断されてポリイミド樹脂無端ベルトが得られるが、必要に応じて、穴あけ(パンチング)加工、リブ付け加工、等が施されることがある。
これらフッ素系樹脂皮膜を形成するには、その水分散液を無端ベルトの表面に塗布して焼き付け処理する方法が好ましい。
(実施例1)
−芯体の製造−
外径365.9mm、長さ600mmのアルミニウム(JIS−材質記号A6063)製円筒(線膨張係数は23×10-6/K)を用意した。かかる円筒は、外径377mm、長さ650mmのアルミニウム製素管の表面を切削したものであり、更に、球形ガラス粒子によるブラスト処理により、表面をRa0.40μmに粗面化した。その表面を3体積%の水酸化ナトリウム水溶液でアルカリ脱脂を行い、20体積%の硝酸で酸脱脂を行って洗浄し、亜鉛置換を2度繰り返した。次いで、液温60℃、酸性下でメッキ液(カニゼン(Kanigen)メッキ液SEK670:日本カニゼン(株)製/組成:次亜燐酸陰イオン、ニッケル陽イオンが存在)に40分間浸漬させ、水洗し、表面に厚さ10μmの無電解ニッケルメッキ(線膨張係数は15×10-6/K)処理を施した。表面の粗度はRa0.35μmであった。また、芯体表面の硬度はマイクロビッカース硬度計(商品名;MVK−HVL、アカシ社製)にて測定したところ、510HVであった。なお、この芯体の基体とメッキ層の線膨張係数比率(αC/αB)は0.65である。
さらに、その表面に、シリコーン系離型剤(商品名:KS700、信越化学(株)製)を塗布して、300℃で1時間、焼き付け処理を施し、円筒芯体とした。芯体表面はこの加熱処理により硬度が上昇し、ビッカース硬度が810HVであった。
3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と、p−フェニレンジアミン(PDA)と、をN,N−ジメチルアセトアミド中で合成して、22質量%濃度ポリイミド前駆体溶液Aを調製した。この溶液Aに、カーボンブラック(商品名: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、次いでジェットミルにより分散し、更に、塗膜はじきを生じにくくするため、シリコーンレベリング剤(商品名:DC3PA、ダウコーニングトーレシリコーン社製)を、濃度が500ppmになるよう添加して、ポリイミド前駆体溶液Bとした。粘度は45Pa・sであった。
次に、円筒芯体を水平にして、20rpmで回転させながら、室温で5分間の乾燥後、80℃で20分間、100℃で1時間、加熱乾燥させた。これにより、厚さ約150μmのポリイミド前駆体塗膜を得た。次に、円筒芯体を一旦、室温まで冷却した。その後、芯体を垂直に立てて、200℃で30分、300℃で30分加熱反応させ、ポリイミド樹脂皮膜を形成した。この際、ポリイミド樹脂皮膜はその軸方向に約1%収縮した。
室温に冷えた後、円筒芯体と皮膜の隙間に圧力0.5MPaの加圧空気を注入したところ、ポリイミド樹脂皮膜が膨張し、容易に抜き取ることができた。得られたポリイミド樹脂無端ベルトの不要部分を両端から切断し、電子写真用転写ベルトを得た。
また、この芯体を用いて、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作を600回繰り返しても、芯体表面に傷が入ることはなかった。また、αC/αBが0.4以上であるため、メッキ層にクラックの発生も見られず、芯体として好適に使用することができた。
実施例1において用いた芯体を、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作に600回を超えて引き続き使用したところ、芯体表面に摺擦傷が入った。そこで、芯体のメッキ層を切削して、除去した後、新たにメッキ厚40μmの無電解ニッケルメッキ処理を施して芯体の再生を行った。この芯体のシリコーン系離型剤焼き付け後のビッカース硬度は805HVであった。
また、この芯体を用いて、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作を500回繰り返しても、芯体表面に傷が入ることはなかった。また、メッキ層にクラックの発生も見られず、芯体として好適に使用することができ、芯体の再生が可能であった。
実施例1において、基体の材質を鉄(線膨張係数は12×10-6/K)にした以外は全て同様にしてポリイミド樹脂無端ベルトを作製した。この芯体のシリコーン系離型剤焼き付け処理後のビッカース硬度は810HVであった。なお、この芯体の基体とメッキ層の線膨張係数比率(αC/αB)は1.25である。
その結果、ベルトの膜厚は80μmで均一となり、表面抵抗率の常用対数値の平均値が10.7logΩ/□で、抵抗バラツキは0.64logΩ/□となり、電子写真用転写ベルトとして好適に使用することができた。ただし、抵抗バラツキは実施例1よりも悪くなっており、転写システムによっては使用できないこともあり得るものと推察される。これは鉄基体の熱伝導性がアルミニウムのそれよりも小さいため、皮膜への加熱温度ムラが大きくなることが原因と思われる。
また、この芯体を用いて、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作を600回繰り返しても、芯体表面に傷が入ることはなかった。また、メッキ層にクラックの発生も見られず、芯体として好適に使用することができた。
実施例1において、芯体表面にメッキ処理を施さなかったアルミニウム芯体を用いて、ポリイミド樹脂無端ベルトを製作した。この芯体のビッカース硬度は45HVであった。得られたベルトの膜厚は80μmで均一となり、表面抵抗率の常用対数値の平均値が10.8logΩ/□で、抵抗バラツキは0.34logΩ/□となり、電子写真用転写ベルトとして好適に使用することができた。
しかしながら、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作を20回繰り返したところ、微小な傷が入り、微小な突起や凹みが存在するベルトとなってしまった。さらに、50回目以降からは芯体表面の傷が目立つようになり、ベルトの外観品質上、この芯体を用いることは困難となった。
実施例1において、芯体表面にメッキ厚10μmのクロムメッキ(線膨張係数は8.4×10-6/K)処理を施した芯体を用いた。この芯体のビッカース硬度は830HVであった。なお、この芯体の基体とメッキ層の線膨張係数比率(αC/αB)は0.37である。この芯体に実施例1同様にシリコーン系離型剤の焼き付け処理を施したところ、芯体表面にはクラックが生じ、メッキ層が剥離してしまい、芯体として使用することはできなかった。
これはαC/αBが小さいため、メッキ層が基体の膨張に耐えられず、クラックが生じたものである。
−芯体の製造−
外径365.9mm、長さ600mmのアルミニウム(JIS−材質記号A6063)製円筒(線膨張係数は23×10-6/K)を用意した。かかる円筒は、外径377mm、長さ650mmのアルミニウム製素管の表面を切削したものであり、ダイヤモンドバイトを用いた鏡面旋盤により切削加工を行い、表面粗さRa(JIS−B0601(1994年)に規定されている中心線平均粗さ):0.2μmの平滑面に仕上げた。その際、切削油原液は、ユシロ化学工業製のユシローケンEC50を用い、希釈水として、0.2μmの除菌フィルターを通した導電率2μS/cmのイオン交換水を用いた。切削後、半日放置した。
次いで、切削油を洗浄するため、超音波洗浄装置で、炭化水素系の洗浄液を用いて、切削油を除去した。条件は、超音波周波数70KHz(+スイープ)であり、第一槽:NSクリーン100W(ジャパンエナジー製)で切削液を除去し、第二槽:NSクリーン100(ジャパンエナジー製)で濯ぎを行い、最後に60℃のドライエアで温風乾燥を行った。得られた基材の残油分濃度の測定結果は、5×10-4mg/cm2であった。
このようにして得られた芯体表面の粗度はRa0.35μmであった。表面の硬度はビッカース硬度計にて測定したところ、510HVであった。なお、この芯体の基体とメッキ層の線膨張係数比率(αC/αB)は0.65である。
実施例1にて調製したポリイミド前駆体溶液Bを用い、図6に示す環状塗布法により、円筒芯体上にポリイミド前駆体塗膜を形成した。環状体35としては、外径409mm、最小部の内径367.3mm、高さ50mmのアルミニウム製のものを作製した。内壁は傾斜状である。
次に、円筒芯体を水平にして、20rpmで回転させながら、室温で5分間の乾燥後、80℃で20分間、100℃で1時間、加熱乾燥させた。これにより、厚さ約150μmのポリイミド前駆体塗膜を得た。次に、円筒芯体を一旦、室温まで冷却した。
その後、芯体を垂直に立てて、200℃で30分、300℃で30分加熱反応させ、PI樹脂皮膜を形成した。この際、ポリイミド前駆体塗膜はその軸方向に約1%収縮した。
室温に冷えた後、円筒芯体と皮膜の隙間に圧力0.5MPaの加圧空気を注入したところ、ポリイミド樹脂皮膜が膨張し、容易に抜き取ることができた。その際、無電解ニッケルメッキしみに起因する、貼り付き等のベルト表面故障不良は発生しなかった。得られたポリイミド樹脂無端ベルトは、不要部分を両端から切断した。
得られたポリイミド樹脂無端ベルトは、電子写真用転写ベルトとして好適に使用することができた。
また、この芯体を用いて、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作を600回繰り返しても、芯体表面に傷が入ることはなく、メッキしみに起因する、貼り付き等のベルト表面故障不良も発生しなかった。
また、αC/αBが0.4以上であるため、メッキ層にクラックの発生も見られず、芯体として好適に使用することができた。
実施例4において、基体の材質を鉄(線膨張係数は12×10-6/K)にした以外は全て同一にしてポリイミド樹脂無端ベルトを作製した。この芯体のビッカース硬度は520HVであった。なお、この芯体の基体とメッキ層の線膨張係数比率(αC/αB)は1.25となる。
その結果、ベルトの膜厚は80μmで均一となり、表面抵抗率の常用対数値の平均値が10.7logΩ/□で、抵抗バラツキは0.64logΩ/□となり、電子写真用転写ベルトとして好適に使用することができた。ただし、抵抗バラツキは実施例1よりも悪くなっており、転写システムによっては使用できないこともあり得る。これは鉄基体の熱伝導性がアルミニウムのそれよりも小さいため、皮膜への加熱温度ムラが大きくなることが原因である。
また、この芯体を用いて、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作を600回繰り返しても、芯体表面に傷が入ることはなく、メッキしみに起因する貼り付き等のベルト表面故障不良も発生しなかった。
また、メッキ層にクラックの発生も見られず、芯体として好適に使用することができた。
実施例4において、芯体表面にメッキ処理を施さなかったアルミニウム芯体を用いてポリイミド樹脂無端ベルトを製作した。この芯体のビッカース硬度は45HVであった。この芯体を用いて、ポリイミド樹脂無端ベルトを製作したところ、ベルトの膜厚は80μmで均一となり、表面抵抗率の常用対数値の平均値が10.8logΩ/□で、抵抗バラツキは0.34logΩ/□となり、電子写真用転写ベルトとして好適に使用することができた。
しかしながら、ポリイミド樹脂無端ベルトの製作を20回繰り返したところ、微小な傷が入り、微小な突起や凹みが存在するベルトとなってしまった。さらに、50回目以降からは芯体表面の傷が目立つようになり、ベルトの外観品質上、この芯体を用いることは困難となった。
実施例4において、芯体表面にメッキ厚10μmのクロムメッキ(線膨張係数は8.4×10-6/K)処理を施した芯体を用いた。この芯体のビッカース硬度は830HVであった。なお、この芯体の基体とメッキ層の線膨張係数比率(αC/αB)は0.37である。この芯体に実施例4同様にシリコーン系離型剤の焼き付け処理を施したところ、芯体表面にはクラックが生じ、メッキ層が剥離してしまい、芯体として使用することはできなかった。
これはαC/αBが小さいため、メッキ層が基体の膨張に耐えられず、クラックが生じたものである。
実施例4において、水溶性切削油を希釈する水の導電率を7μS/cmのイオン交換水に変更した以外は、全て同一にして芯体を作製したところ、切削、洗浄後の基材表面に、若干の白いしみが発生した。特に、切削後の保管時に切削液が多く付着した場所には、しみが目立ち、メッキ後にも同じ場所に白いしみが発生した。
実施例4において、切削後の洗浄及び濯ぎの時間を半分にし、残油分濃度が20×10-4mg/cm2のアルミニウム基材を用いた以外は、全て同一にして芯体を作製したところ、メッキ後の芯体表面に、部分的に白いしみが発生した。
実施例4において、無電解ニッケルメッキ処理後の洗浄で、導電率が10μS/cmのイオン交換水を用いた以外は、全て同一にして芯体を作製したところ、メッキ洗浄後の芯体表面に、斑点状の白いしみや、白い引上げしみの発生が若干確認された。
外径366mmのアルミパイプ表面に、実施例1と同様の方法によりメッキ厚10μmの無電解ニッケルメッキを施し、加熱処理を行わず、非晶質のままにした。この表面にシリコーン系離型剤(商品名:セパコート、信越化学製)を塗布した後、300℃60分で加熱したものを芯体として使用し、実施例1と同様にして無端ベルトを作製した。
無端ベルトを作製を200回以上繰り返しても離型作用が継続して発現され、かつ傷の発生もなく、好適に使用することができた。
実施例9と同様にして無電解ニッケルメッキを施した後、300℃60分で加熱して結晶化させた。その後にシリコーン系離型剤を塗布して300℃60分で加熱した芯体を用い、実施例9と同様に無端ベルトを作製した。
無端ベルトの作製を10回繰り返した時点で離型作用が発現されなくなり、離型層の再形成が必要となった。
実施例10において、無電解ニッケルメッキの代わりに、電解ニッケルメッキを施した以外は同様にして無端ベルトを作製した。
無端ベルトの作製を10回繰り返した時点で離型作用が発現されなくなり、離型層の再形成が必要となった。
外径377mm、肉厚26mm、長さ1110mmのアルミニウム(A6063)製円筒を用意した。この円筒体を切削加工し、外径365.9mm、肉厚10mm、長さ1100mmの円筒体とした。この加工後に、球形ガラス粒子によるブラスト処理により、表面をRa0.40μmに粗面化した。その表面に実施例1と同様の方法にて厚さ10μmの無電解ニッケルメッキ処理を施した。表面の粗度はRa0.35μmであった。
さらに、その表面には、シリコーン系離型剤(商品名:KS700、信越化学(株)製)を塗布して、300℃で1時間、焼き付け処理を施して円筒芯体とし、実施例1と同様の方法により、ポリイミド前駆体溶液Bを用い、環状塗布法により円筒芯体上にポリイミド前駆体塗膜を形成した。
この芯体を約600回使用したところで、芯体表面に微小なキズが混入していた。
そこで、60体積%の硝酸液に3時間浸漬し、芯体の無電解ニッケルメッキ層を剥離した。このときの表面粗さRaは0.80μmであった。次いで、図4に示すバーチカル研磨で10μm研磨した。加工条件はワーク回転数が60rpm、砥石の番手が3000番、砥石の回転数が200rpm、砥石の移動速度が毎分400mmである。このときの表面粗さRaは0.20μmであった。
さらに、ガラスビーズにて表面粗さRaが0.40μmとなるようにブラスト処理を行ったあと、無電解ニッケルメッキをメッキ厚20μmとなるように処理し、芯体を再生させた。
この芯体を用いたポリイミド樹脂無端ベルトは、電子写真用転写ベルトとして好適に使用することができた。
基体の長さを600mmから1100mmに変更した以外は、実施例1と同様にして表面にメッキ層を有する芯体を製造した。
この芯体をポリイミド樹脂無端ベルトの製造に用いる前に、表面の検査を行った。CCDカメラと顕微鏡からなる欠陥検出装置(光学式表面検査装置)で走査し、膨らみ5〜20μm、凹み5〜20μm、直径0.05〜1mmのメッキ剥がれの兆候部分の有無を検査したところ、兆候部分は検出されなかった。
その後、芯体表面に無電解ニッケルメッキをメッキ厚10μmとなるように処理し、メッキ層を再生した。
5 ニッケル(ニッケル−リン酸合金)
6 メッキ槽
7 メッキ液
12、52 基体
13、53 無電解ニッケルメッキ層
21 砥石
24 砥石回転軸
25 芯体回転軸
32 ポリイミド前駆体溶液
33 塗布槽
34 ポリイミド前駆体塗膜
35 環状体
36 孔
37 環状塗布槽
38 シール材
39 中間体
55 メッキ剥がれの兆候部分の膨らみ
57 メッキ剥がれの兆候部分の凹み
Claims (4)
- 樹脂前駆体溶液を芯体表面に塗布し樹脂前駆体塗膜を形成する樹脂前駆体塗膜形成工程と、前記樹脂前駆体塗膜を加熱乾燥させ、加熱反応させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜形成工程と、前記樹脂皮膜の全てを前記芯体から剥離する樹脂皮膜剥離工程と、を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造方法であって、
前記芯体として、金属製の基体の表面に、無電解ニッケルメッキ処理を施すことによって形成されたメッキ層を有し、前記メッキ層が非晶質であり、該メッキ層表面にシリコーン系離型剤を塗布した後に加熱を行い、前記メッキ層の結晶化と、離型層の焼付け処理を同時に行った芯体を用いることを特徴とする樹脂無端ベルトの製造方法。 - 金属製の基体の表面にメッキ層が形成された芯体から前記メッキ層を剥離し、再度無電解ニッケルメッキ処理を施すことによってメッキ層を再形成する工程を有し、
再形成した前記メッキ層が非晶質であり、該メッキ層表面にシリコーン系離型剤を塗布した後に加熱を行い、再形成した前記メッキ層の結晶化と、離型層の焼付け処理を同時に行っており、
且つ前記芯体は、該離型層を設けたメッキ層上に樹脂前駆体溶液を塗布し加熱乾燥させて樹脂被膜を形成する工程および前記樹脂被膜の全てを剥離する工程を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造に用いられることを特徴とする芯体の再生方法。 - 請求項2に記載の芯体の再生方法によってメッキ層が再形成され、
且つ前記離型層を設けたメッキ層上に樹脂前駆体溶液を塗布し加熱乾燥させて樹脂被膜を形成する工程および前記樹脂被膜の全てを剥離する工程を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造に用いられることを特徴とする芯体。 - 樹脂前駆体溶液を芯体表面に塗布し樹脂前駆体塗膜を形成する樹脂前駆体塗膜形成工程と、前記樹脂前駆体塗膜を加熱乾燥させ、加熱反応させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜形成工程と、前記樹脂皮膜の全てを前記芯体から剥離する樹脂皮膜剥離工程と、を繰り返すことで樹脂無端ベルトを繰り返し製造する樹脂無端ベルトの製造方法であって、
前記芯体として、表面にメッキ層が再形成された請求項3に記載の芯体を用いることを特徴とする樹脂無端ベルトの製造方法。
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