JP2006058672A - 電子写真用ブレードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では複雑な装置を使うことなく、ブレード部材を含侵・洗浄・後処理させる工程無しに、簡単な工程で接触表面が低摩擦でありかつゴムブレードの弾性を失わない機能的なブレード部材を簡単な方法で本発明は提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の目的は、ポリウレタン材料をブレード成形の型に注入し、硬化・成形して板状支持部材と結合してなる電子写真用ブレードの製造方法において、該型にポリウレタン原料を注入した後さらにイソシアネート化合物を付与する工程を有する電子写真用ブレードの製造方法により、達成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真用複写装置、プリンター、静電記録装置等の画像形成装置の現像装置やクリーニング装置に使用される電子写真用ブレードの製造方法に関する。

電子写真用画像形成装置においては、感光ドラムや中間転写ベルト上の残存トナーを除去するためや感光体にトナーを供給するためのトナー転写ローラ上へトナーを均一に整列塗布するためにゴム製のブレードが用いられている。ブレードは、感光ドラム、中間転写ベルト、スリーブ等の部材と常に接触しており、接触表面の性状が画像形成において重要な要因になる。例えば、ブレードの接触面の摩擦係数が大きければ感光体ドラム等の回転時のトルクが大きくなる問題がある。そのような場合、例えば、残存トナーを除去するために用いられるクリーニングブレードでは、高速機の連続使用時にブレードがめくれることがあり、残存トナーの除去が不十分となり、その結果画像不良となる。そこで感光ドラム、中間転写ベルト、スリーブ等の部材に対するゴムブレード表面の低摩擦化を図り、これら部材との摺動性を良くする手法の開発が進められている。なお、ブレードのゴムとしては、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等種々有り、いずれも使用されるが、その性能からポリウレタンゴムが好ましく使用されている。

ところで、ゴムブレードの表面を低摩擦化するために、従来、以下のような手段が取られてきた。

（１）ゴム材料中に低摩擦になるような成分を導入する方法
この例としては、フルオロ化された熱可塑性樹脂から作る方法や熱硬化性ポリウレタンのプレポリマーの成分としてフルオロ置換された材料を用いる方法などがある。この手段の場合フルオロ化された高価な材料を使う必要があり、しかもそれを多量に使わないと顕著な効果が現れないという欠点がある。

（２）ブレード部材の感光ドラム等への接触部分に表面処理を施す方法
これは、ポリウレタンが部材へ接触する部分への紫外線照射や、コロナ放電、プラズマ処理、オゾン雰囲気処理などにより硬度を上げる方法が挙げられる。これは従来技術の材料をそのまま使えるが、装置面で表面処理のための高価な設備が必要となり、高コスト化を招いてしまう。

（３）ブレード部材の感光ドラムへの接触部分に表面低摩擦化層を付着させる方法
これは潤滑剤粒子を含んだ成分をブレード接触部分に塗布する方法や、樹脂溶液に浸漬塗布する方法などが挙げられる。このような低摩擦性層の付着技術も工程を追加するものであり、高コスト化や製造方法の簡便さという面では難点がある。この低摩擦性層は摺動性を良くする一方で、ブレードの基体ゴム成分とは異なる薄膜層であり、硬度もかなり高いものであり、ドラムへの傷を発生させる場合がある。また、薄膜層が剥がれずに耐久性が良いものを作るのは難しい。

（４）ブレード部材を二層構造にする方法
例としては、２種のゴム原料を用い、片面を柔軟性層とし、感光ドラム等に接触する面に潤滑剤を含んだゴム、低摩擦性ゴムあるいは高硬度ゴムの薄い層を設けたものが挙げられる。

（５）ポリウレタンゴム層にイソシアネート化合物を含侵させ、表面を改質させる方法（例えば特許文献１）
この手法は支持する板状部材にポリウレタンゴムを取り付けた電子写真用ブレードについて、ポリウレタンの感光ドラムの接触面にイソシアネート化合物を含侵させ、表面を化学的に改質させ、表面に薄い変質硬化・低摩擦層を得る手段である。これによって得られるブレード部材は適度な低摩擦層を有し、かつ（３）のような樹脂層を形成させるよりも軟らかい表面をつくるためにドラムへの傷も起きにくく、優れた部材であるといえる。さらに（１）のようなフルオロ化物も用いずにポリウレタンの基本原料のみで安全な製品を提供できる。しかし、ポリウレタンゴムのブレード部材の表面部にイソシアネート化合物を含侵させるには、量産性に関して問題が発生する。まず、イソシアネート化合物に含侵させるにあたってはその反応層が必要になり、反応に適度な温度に保った恒温槽が必要となる。また、イソシアネート化合物は空気中の水分と反応しやすいため、この恒温槽にはそれを考慮した量産設備の設計をしなくてはならない。また、含侵後に取り出した時には表面に未反応のイソシアネート化合物が付着しており、これを除去・洗浄するための設備投資も必要となる。さらにイソシアネート化合物を含侵した後、加水分解反応させる必要もある。

この方法の変形として、活性水素化合物とイソシアネート化合物の二種類を用いる方法（例えば、特許文献２）、紫外線処理・プラズマ処理・電子線処理・放射線処理・イオンビーム処理・コロナ放電処理等の前処理をした後イソシアネートを含侵し、さらに硬化処理を行う方法（例えば、特許文献３）もある。しかしながら、これらの方法は煩雑な工程を必要とする。従って、（５）の手法は、電子写真用ブレード部材としては優れた性能を持ちつつも、量産プラントにて複雑な工程でかつ高価な設備投資が必要になる。
特開２００３−１５４９２号公報 特開平８−２４８８５１号公報 特開２００２−１６１１５４号公報

本発明は、複雑な装置を使うことなく、ブレード部材にイソシアネートの含侵・洗浄・後処理させる工程無しに、簡単な工程で接触表面が低摩擦であり、かつゴムブレードの弾性を失わない機能的なブレード部材を簡単な方法で提供することを目的とする。

本発明の目的は、ポリウレタン原料をブレード成形用型内に注入し、硬化成形した後に型から取り出し、取り出したポリウレタン成形物をブレード部材として成形し、次いで板状支持部材と結合してなる、ポリウレタンからなるブレード部材と板状支持部材とを結合してなる電子写真用ブレードの製造において、型内にポリウレタン原料が注入された後、型内で硬化したポリウレタン成形物を取り出すまでの間に、さらにイソシアネート化合物が注入し、硬化処理されることを特徴とする電子写真用ブレードの製造方法により達成される。なお、硬化成形が遠心成形であることが好ましい。

本発明の電子写真用ブレードの製造方法は、ポリウレタン原料が注型された後、硬化完了し、型からポリウレタン成形物が取り出される前までに、イソシアネート化合物をさらに注型し、硬化することを特徴としており、従来のイソシナート化合物による表面処理で必要であった含浸後の後処理が不要であり、製造されるブレードの性能も均質で良好なものである。なお、成型を遠心成型によるときはより簡便で操作性も良好である。

本発明では、板状支持部材にシート状ゴム部品（ブレード部材）が接着されて構成された電子写真用ブレードの製造において、ブレード部材の金型にポリウレタン原料を注入する工程、ついでイソシアネート化合物を注入する工程を続けて行うことによって、表面が低摩擦でかつ感光ドラムへの傷を起こしにくいブレード部材を簡単に作成する。なお、金型として遠心成形金型を用いた場合、製造された円筒シート状成形物からブレード部材としての形状にシート状ゴム部品が切り出されることによりブレード部材を製造する。次いで、板状支持部材に取り付けられる。

なお、成形が遠心成形である場合について、本発明を図１に従い説明すると、遠心成形用型１にまずポリウレタン原料２を硬化後に所定の厚みが得られる量注入し、ウレタン化を進行させているところに、イソシアネート化合物３を注入する。イソシアネート化合物３の遠心成形用型１へ注入する時期としては、ａ）遠心成形機にポリウレタン原料を注入した後すぐ、あるいはｂ）充分にウレタン結合が形成され重合した後にあっても構わない。すなわち、見かけ上、表層部のイソシアネート比率高い形態がとられていれば、ポリウレタン製のブレード部材の表面の低摩擦化が達成される。

本発明で用いるイソシアネート化合物として、ポリウレタン原料のポリイソシアネート成分として用いられる後記化合物が使用できるが、型に注入時に液状であり、硬化したポリウレタンに浸透しやすいものが望ましく、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）などが挙げられる。

すなわち、前者ａ）ではウレタン結合が形成される前にイソシアネート化合物が注入されるが、表面近傍のみにイソシアネート比率の高い薄膜層を得る。これは脱型・エージング後に高硬度低摩擦の薄膜層を形成し、ポリウレタンゴムの殆どが弾性性質を有している。感光ドラム等の部材と接触する表面近傍のみが高硬度かつ低摩擦である薄膜層を有している。したがって、上述の方法（４）にて製造されるブレード部材と近い性質のものを一括した工程・材料で作成することが可能であるという利点を持つ。

また、後者ｂ）では、型内で充分にウレタン化が進行してからイソシアネート化合物を注入し、そのまま処理を続けた場合でも表面に低摩擦薄膜層を得る。この方法では一度ポリウレタンゴムを成型し、所定形状に裁断して得られたものを板状支持部材への接着し、次いでイソシアネート化合物に含侵させる手段で製造される上述の方法（５）で挙げたブレード部材に近いものが得られる。

なお、型にポリウレタン原料とイソシアネート化合物を同時に注入すると、ポリウレタン原料がせっかくブレード部材として有用な組成に調整してあっても、イソシアネート化合物が同時に入ることにより全体的にイソシアネート比率の高い原料となり、希望する物性のポリウレタンゴムが得られず、また、イソシアネート比率にムラが発生する。したがって、上述のように二段階に分けて注入する。なお、ｂ）の場合は上述の方法（５）によるとほぼ同じものを作る手段であり、ポリウレタンとイソシアネート化合物の反応が主な反応となるので、イソシアネート化合物の注入が遅すぎる場合（例えば、ポリウレタン化が完了して、脱型までの時間があまり取れないようなとき）、型から脱型した際にポリウレタンとイソシアネート化合物が反応しきれていないことがあり、本発明の利点であるポリウレタン成型とイソシアネート化合物との反応の同時進行ができず、残存したイソシアネート化合物がポリウレタン材料の表面に遊離してしまう結果となる。従って、本発明ではイソシアネート化合物の注入はポリウレタン原料の注入直後に行うか、ポリウレタンがある程度硬化が進行した後に注入し、ポリウレタンとイソシアネート化合物の反応が完了してから脱型するのが好ましい。

本発明の方法では、表面のみ高硬度低摩擦薄膜層を形成し、全体としてはゴム弾性を保つため、電子写真用ブレードとして必要な接触表面の低摩擦化とゴム弾性の機能の両方を充分に満たす。すなわち、本発明の方法では、電子写真用ブレード部材を作成する初めの工程段階で、従来行ってきた背景技術（２）、（３）および（５）に例えられる一連の表面低摩擦化の後工程をゴム成型の段階で一度に低コストで効率良く行うことができる。

また、イソシアネート化合物を含侵させる方法で必要な含侵した後の加水分解処理も、ポリウレタン成型で必要な成型後のエージングと同時に空気中の水分と反応させて後処理の加水分解を行うことができ、ポリウレタン成型後のエージングとこれを重ねて行うことができるので大幅な工程削減が可能になる。

また、含侵に必要なイソシアネート化合物も恒温槽に入れて漬け込む工程も、本手法では必要最低限のイソシアネート化合物を注入するだけで済み、必要原料の低減が可能となる。さらに特別な含侵用の層も要らないので設備投資も少なくて済む。また注入量や注入時間の制御によって低摩擦層の改質量や改質幅のコントロールが可能となる利点を持つ。イソシアネート化合物は加温して液状にするか、溶剤に溶かして直接流し込むか噴霧するのが好ましい。

このように低コストで低摩擦な優れた材料をつくることが可能であり、遠心成形ではイソシアネート化合物の遠心型内への注入時間や量により、厚さや摩擦係数などの物性をコントロールできる。

本発明で用いるポリウレタンゴムは、ポリイソシアネートと高分子量ポリオールとのウレタン化反応により製造されるものであり、物性はポリイソシアネート中のイソシアネートと高分子ポリオール中の水酸基の量比、併用する鎖延長剤・架橋剤あるいは触媒により変えられる。また、ポリイソシネートと高分子ポリオールを予め反応させたプレポリマーを用いることもできる。

ポリイソシアネートとしては、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシナネート（ＨＭＤＩ）、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート（ＴＭＨＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、カルボジイミド変性ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、オルトトルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＤＩ）、リジンジイソシアネートメチルエステル（ＬＤＩ）、ジメチルジイソシアネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種類以上併用してもよい。

上記高分子量ポリオールとしては、例えばポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリへキシレンアジペート、ポリエチレン・ブチレンアジペート等のポリエステルポリオールやポリカプロラクトン、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテルポリオールが挙げられる。中でも分子量１５００〜３０００程度のものを用いるのが好ましい。１５００未満であると得られるウレタンゴムの物性が低下する傾向が見られ、３０００を越えると粘度が高くなり、弾性ブレード成型の作業性が著しく悪くなる傾向が見られるためである。

また鎖延長剤・架橋剤として、分子量３００以下の低分子量２価アルコールや３価以上の多価アルコールを用いる。低分子量２価アルコールとしては、例えばエチレングリコール（ＥＧ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、プロピレングリコール（ＰＧ）、１，４−ブタンジオール（ＢＤ）、ヘキサンジオール、１，４−ヘキサンジオール（ＨＤ）などが挙げられる。さらに３価以上のアルコールとしては、例えばグリセリン、１，２，４−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、１，２，６−ヘキサントリオール等の３官能脂肪族ポリオール、３官能脂肪族ポリオールにエチレンオキシド、ブチレンオキシドなどを付加したポリエーテルトリオール、３官能脂肪族ポリオールにラクトンなどを付加したポリエステルトリオールなどが挙げられ、これらは単独または２種類以上混合して用いることができる。

ポリイソシアネートと高分子量ポリオールはそれぞれ用いられてもよいし、イソシネートリッチの条件で予め反応させてプレポリマーとして用いてもよい。なお、型内での反応をコントロールしやすいことからプレポリマーを用いることが好ましい。

さらに、ポリイソシアネートに対する高分子量ポリオール、鎖延長剤等の使用量としては、イソシアネート基１モルに対し活性水素として０．６〜１．２モルとなる量が適当であり、好ましくは０．７〜０．９モルとなる量である。

触媒としては、ジブチルチンジラウレート、スタナスオクトエート等の金属系触媒、トリエチルアミン、ジアザビシクロオクタン等の３級アミン系触媒があり、単独であるいは組み合わせて使用される。また、その使用量は原料ポリイソシアネート、高分子量ポリオール、その量比等により適宜選択されるが、通常、ポリウレタン原料に対し１００〜１０００ｐｐｍとするのが適当である。

なお、遠心成形による場合は、成形型として、径４０〜６０ｃｍのものを用い、遠心速度５００〜２０００ｒｐｍ、温度１１０〜１６０℃で成型される。また、ポリウレタン原料及びイソシアネート化合物の注入量は、加熱遠心されている成形型に硬化処理終了後に厚さ０．５〜４ｍｍとなる量を注入し、遠心を継続して成形を行なう。イソシアネート化合物の量は生成する改質層がシート厚みに対し２５％未満、好ましくは１０％未満となるように設定するのが良い。

イソシアネート化合物注入後にポリウレタンとイソシアネート化合物の反応が完了してから型より円筒状のポリウレタン成形物を取り出し、ブレード部材を切り出す。その後、鉄、ステンレス、真鍮製の板状支持部材に接着して電子写真用ブレードとする。なお、ここで用いる接着剤としては、ホットメルト接着剤等が適当である。

上記で製造されるブレードの使用について、図２に示す。図において、トナーが掻き取られるあるいは整列される被接触摺動部材４の表面上に、ブレード部材５がイソシアネート化合物により低摩擦化された層（低摩擦層）６を接触させている。なお、ブレード部材５の本体はポリウレタン層７により弾性、硬度等の性能を保持しており、被接触摺動部材４との接触での強度を保っている。

以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１
内径４０ｃｍ、長さ３２ｃｍの円筒状の金型を１３０℃に加熱し、８００ｒｐｍで回転させている中に、ＭＤＩ−ポリブチレンアジペート系プレポリマー（商品名：コロネート４３８７、日本ポリウレタン工業社製、イソシアネート６．２％）にトリメチロールプロパンとトリエチルアミン系触媒からなるポリウレタン原料を硬化後の厚みが２ｍｍとなる量を注入し、そのまま回転を続け、ウレタン化を５分間行なっている中に、ＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ、日本ポリウレタン工業社製）を浸透層が０．１ｍｍになる量ポリウレタン原料の上に噴霧した。その後円筒状金型を同じ条件で回転加熱してウレタン化反応を続けた。ポリウレタン原料注入後３５分に遠心を止め、金型から円筒状のポリウレタン成形物を取り出した。

次いで、このポリウレタン成形物からブレード部材（幅１５ｍｍ×長さ３００ｍｍ）を切り出し、鉄製の板状支持部材にホットメルト接着剤を用いて取り付け、クリーニングブレードを作成した。

実施例２
実施例１において、ＭＤＩの注入時期をポリウレタン原料注入後１５分とする他は実施例１と同様にして、クリーニングブレードを作成した。

比較例１
実施例１において、ＭＤＩを全く注入せずに、３５分間のウレタン化を行い、以下実施例１と同様にしてクリーニングブレードを作成した。

比較例２
比較例１で作成したと同様にクリーニングブレードを作成し、次に真空乾燥炉で２４時間乾燥し水分を除いた後、予め８０℃に加温したＭＤＩ槽にポリウレタン部分を３分間浸漬した。その後ＭＤＩ槽から取り出し、表面についた過剰のＭＤＩをホットエアーブローで除去した。次に酢酸ブチルを含んだスポンジにて表面を拭った後に２３℃、湿度６０％の環境にて４８時間エージングを行って、表面が改質されたクリーニングブレードを得た。

以上で作成したクリーニングブレードのイソシアネート化合物での低摩擦化された面（感光ドラムと接触する側の面）の摩擦係数をＨＥＩＤＯＮ表面試験機（新東科学社製）にて、ステンレスボールに対する摩擦係数を測定した。また、このブレードを複写機（商品名：カラーレーザーコピア５０００、キヤノン社製）の感光ドラムのクリーニングブレードとして組み込み、標準パターンの連続印刷を行い、１万枚毎にブレード部材の様子を確認した（耐久試験、トータル８万枚）。さらに、ブレード製造にかかるコストで総合的に比較した。これらの結果を表１に示す。

なお、摩擦係数は、表面に２００ｇの荷重を加えてステンレスボール圧子を接触させ、ボール圧子を５０ｍｍ／分で移動したときの上記表面性試験機での測定値である。

本発明の方法によると、表面が低摩擦で耐久めくれに優れた材料が容易に低コストで作成できることがわかる。比較例１は一般的な製法で安く作れるが、摩擦係数が大きくクリーニングブレードの性能としては劣る。また、比較例２では性能は良いものの製造工程が複雑であるため、製造コストがかかる。

ブレード部材を遠心成形により製造する際の模式図である。 本発明で製造される電子写真用ブレードを使用する際の模式図である。

符号の説明

１ 遠心成形用型
２ ポリウレタン原料（ポリウレタン層）
３ イソシアネート化合物
４ 被接触摺動部材
５ ブレード部材
６ 低摩擦層
７ 弾性ゴム層

Claims (2)

1. ポリウレタン原料をブレード成形用型内に注入し、硬化成形した後に型から取り出し、取り出したポリウレタン成形物をブレード部材として成形し、次いで板状支持部材と結合してなる、ポリウレタンからなるブレード部材と板状支持部材とを結合してなる電子写真用ブレードの製造において、
   型内にポリウレタン原料が注入された後、型内で硬化したポリウレタン成形物を取り出すまでの間に、さらにイソシアネート化合物が注入され、硬化処理されることを特徴とする電子写真用ブレードの製造方法。
2. ポリウレタンの硬化成形が遠心成形である請求項１に記載の電子写真用ブレードの製造方法。

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