JP5153272B2 - 塗工液の管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗工液の管理方法（以下、単に「管理方法」とも称する）に関し、詳しくは、電子写真方式を用いた画像形成装置において使用されるローラ部材を製造する際に用いられる塗工液の管理方法に関する。

一般に、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、画像形成の各工程で、転写ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、帯電ローラ、クリーニングローラ、中間転写ローラ、ベルト駆動ローラ等の、導電性を付与したローラ部材が用いられている。

このような各種ローラ部材は、一般に、芯金等のシャフトの外周に、ゴム材料や樹脂材料等からなる弾性層を設けた構成を有しており、用途に応じ、弾性層表面に１層以上の被覆層を設けて、ローラ物性の調整を図ることが行われている。

ローラ部材の製造にあたり用いられる上記塗工液に係る改良技術として、例えば、特許文献１には、導電性支持体と、その外周に形成された弾性層及び被覆層を有してなる導電性部材の製造方法において、膜厚ムラの無い被覆層を形成する目的で、塗工液の液温度を２５℃以下で所定温度に対して、±２度の範囲内で一定温度に保つとともに、塗工液の液比重を一定に保持する技術が開示されている。
特開２００５−１３１５９７号公報（特許請求の範囲等）

ところで、実際の大量生産ラインにおいて上記のような被覆層を有するローラ部材を製造する場合には、表面粗さや光沢度等に関し一定のスペックを満足するローラを得るために、ディップの際に、塗工液が適切な量で塗工されることが必要である。そのため、塗工液の粘度を所定範囲内で管理することが必要となる。しかし、塗工液として常温硬化型の樹脂材料を使用すると、塗工液調製後の時間、すなわち養生時間の経過に伴い、反応が進行して塗工液粘度が上昇し、所望のスペックを満足できなくなるため、従来は、粘度の増大に応じて溶剤で希釈することで、塗工液の粘度を所定範囲に調整して使用していた。

しかしながら、反応の進行が相当進んだ上で、塗工液を溶剤で希釈し続けると、塗工液中の樹脂固形分の濃度は低下することになる。そのため、所定の塗工液粘度は満足できても、時間経過に伴い所望のローラスペックが達成できなくなってしまい、結果として可使時間の限定される塗工液となっていた。塗工液の可使時間が限定されていると、製造コストが高くなり、工数が増え、産業廃棄物が増大するなどデメリットが多いため、塗工液をより長い可使時間で使う技術の実現が望まれていた。

そこで本発明の目的は、上記問題を解消して、常温硬化型の樹脂材料を用いた塗工液の可使時間をより長くすることができる塗工液の管理方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、調製から時間が経過した塗工液に対し、新たに調製した塗工液、または、養生時間の短い塗工液を注ぎ足すことにより、上記課題が解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。これは、言い換えれば、反応が進んでいない塗工液を注ぎ足すことで、注ぎ足された塗工液中の平均の反応の度合い（重合度）を低い状態に戻すことを意味している。

すなわち、本発明の塗工液の管理方法は、少なくとも常温硬化型ウレタン樹脂と触媒とを含む塗工液の管理方法であって、
前記塗工液の調製から養生時間ｔ_１経過後に、該養生後の塗工液に対し、新たな前記塗工液を、養生せずに、または、該養生後の塗工液より短い養生時間で養生した後に、注ぎ足すことを特徴とするものである。

本発明の管理方法においては、前記新たな塗工液の注ぎ足しから養生時間ｔ２経過後に、該養生後の塗工液に対し、新たな前記塗工液を、養生せずに、または、該養生後の塗工液より短い養生時間で養生した後に、さらに注ぎ足し、これを繰り返すことが好ましい。また、本発明においては、前記養生時間ｔ１およびｔ２を同じ時間とすることが好ましい。さらに、管理のしやすさや調製の精度の観点から、前記新たな塗工液は、注ぎ足される前記養生後の塗工液と同量にて注ぎ足すことが好ましい。さらにまた、前記新たな塗工液は、注ぎ足される前記養生後の塗工液と同粘度にて注ぎ足すことも好ましい。これは、塗工液同士が混合しやすく、すぐにディップが再開できるためである。

本発明によれば、上記構成としたことにより、常温硬化型の樹脂材料を用いた塗工液の可使時間をより長くすることが可能な塗工液の管理方法を実現することが可能となった。

以下、本発明の好適実施形態について詳細に説明する。
本発明の塗工液の管理方法は、ローラ部材、特には現像ローラの表面に設けられる被覆層形成用の、常温硬化型ウレタン樹脂および触媒を含むディッピング用塗工液に係るものである。

本発明の管理方法においては、塗工液の調製から養生時間ｔ_１経過した後に、この養生後の塗工液に対し、新たに調製した塗工液を、養生せずに、または、注ぎ足し対象となる養生後の塗工液より短い養生時間で養生した後に、注ぎ足す点が重要である。所定時間養生後の塗工液に、新しく調製した未養生の塗工液、または、より養生時間の短い塗工液を注ぎ足すことで、実質的に塗工液の可使時間を延長することが可能となった。

すなわち、前述したように、常温硬化型ウレタン樹脂を用いた塗工液は、時間経過に伴い反応が進行して粘度が上昇し、最終的には固化することになる。一方で、塗工液の粘度調整は必須の工程であるため、時間ｔ_１養生後の塗工液においては、溶剤の添加により粘度は一定に保持されるものの、固形分はある程度低下してしまう。これに対し、本発明においては、時間ｔ_１養生後の塗工液に反応の度合いの低い新たな塗工液を注ぎ足すことで、注ぎ足し後の混合塗工液において、固形分濃度および粘度を適切な範囲とすることができるので、従来のような時間経過に伴うスペック外れの問題を生ずることがなくなるのである。

本発明の管理方法においては、新たな塗工液の注ぎ足しから養生時間ｔ_２経過後に、この養生後の塗工液に対し、新たに調製した塗工液を、養生せずに、または、注ぎ足し対象となる養生後の塗工液より短い養生時間で養生した後に、さらに注ぎ足して、これを繰り返すことが好ましい。これにより、時間の経過に伴い進んだ反応の度合いが注ぎ足しのたびに元に戻ることとなるので、塗工液の可使時間を、略無限大に延長することが可能となる。なお、本発明において、調製後の塗工液を養生せずに注ぎ足すとは、調製時から注ぎ足しまでの経過時間で３０分以内までであれば、誤差の範囲内として許容可能である。また、養生時間ｔ_１、ｔ_２についても、塗工液の調製時を起算点として±３０分以内の誤差を許容するものとする。

新たな塗工液の注ぎ足しは、ある程度の時間が経過して固形分濃度が低下した養生後の塗工液に対し行うものであれば、塗工液中の固形分濃度を上昇して、その可使時間を延長する効果が得られるが、好適には、養生時間ｔ_１、ｔ_２を常に同一として、一定時間ごとに注ぎ足しを行う。溶媒を適宜追加し、粘度を一定としていれば、塗工液調製後の経過時間、すなわち塗工液の養生時間と、塗工液中に含まれる固形分の濃度とは相関関係にあるので、塗工液の養生時間により注ぎ足し工程を管理することで、実質的に固形分濃度を管理することが可能となる。従来技術においては、固形分濃度の測定および管理には、比重等のセンサ類による監視や制御システム等が必要となるので、本発明においては、これらセンサ類等の使用を不要として、管理を簡素化することができる。また、塗料サンプリングを行って風乾（例えば、常温下で１〜２時間）後にキュアさせる（例えば、１１０℃で３〜４時間）工程により固形分濃度の測定および管理を行う場合もあるが、この場合、この手順を行う間は塗工できなくなる。なお、本発明においては、新たな塗工液の注ぎ足しごとに、実質的に、注ぎ足された塗工液の養生時間が巻き戻されて短くなることになる。

本発明の管理方法において、新たな塗工液の注ぎ足しは、注ぎ足される養生後の塗工液と同量にて行うことが好ましい。時間ｔ経過後の塗工液（養生時間ｔ）に新たな塗工液（養生時間ゼロ）を同量追加することで、得られる混合塗工液の総養生時間を実質的にｔ／２とすることができる。そのため、塗工液の管理がより単純化され、容易となる。

また、本発明の管理方法において、新たな塗工液の注ぎ足しは、注ぎ足される養生後の塗工液と同粘度にて行うことが好ましい。前述したように、塗工液は所定の粘度範囲で使用することが必須となるので、養生後の塗工液、すなわち使用中の塗工液と注ぎ足し用の新たな塗工液との双方を、常に同じ粘度に調整しておくことで、注ぎ足し後の粘度の再調整を不要として、管理をより容易にすることができる。

本発明の管理方法により得られる塗工液は、少なくとも常温硬化型ウレタン樹脂と適量の触媒とを含み、新たな塗工液の注ぎ足しにより、常に良好な固形分濃度を維持しているものであり、実質的に無限の可使時間を有するものである。常温硬化型ウレタン樹脂としては、具体的には例えば、ポリエステルウレタン樹脂を挙げることができる。また、その硬化剤としては、例えば、イソシアヌレート型ポリイソシアネートを挙げることができる。

本発明の塗工液には、常温硬化型ウレタン樹脂および触媒以外に、硬化剤や充填剤、導電剤、荷電制御剤、滑剤、その他の樹脂等、種々の添加剤を配合することができる。これら各種添加剤については、いずれも従来公知のもののうちから適宜選択して用いることができ、特に制限されるものではない。また、本発明の塗工液の調製に用いられる溶剤についても、所望に応じ、通常使用される溶剤のうちから適宜選択して用いることができ、特に制限はない。本発明の塗工液は、特には、ローラ部材、特には現像ローラの表面に設けられる被覆層形成用に用いられ、その塗布方法としては、ディッピング法やスプレー法、ロールコート法等種々あるが、好適にはディッピング法である。

なお、本発明においては、あえて調製直後から塗工可能であるような反応度合いを有する材料を使用せず、単独で使用した場合に、ある程度の時間（ｔ_０）養生することが必要な反応度合いの材料を用いることが好ましい。これは、調製直後からすぐに塗工可能な材料であると、反応度合いがすぐに高くなりすぎ、可使時間が短いだけでなく、使用中の塗工液に新規の塗工液を混合したときに養生時間を巻き戻す効果が小さいためである。この塗工可能となるまでの時間ｔ_０は、塗工液中に配合する触媒量の調整により、例えば、２４時間とすることができる。また、単独で用いた場合（注ぎ足しを行わない場合）の塗工液の可使時間は、同様に触媒量を調整することにより、例えば、９６時間とすることができる。さらに、注ぎ足しまでの養生時間ｔ_１，ｔ_２は、例えば、４８〜９６時間とすることができる。

以下、本発明を、実施例を用いてより詳細に説明する。
＜供試ローラの作製＞
下記組成の基材ポリマー組成成分を混合した後、下記硬化剤を添加して得られた混合物を、あらかじめシャフトを配置しておいた金型内に注型し、９０℃で８時間硬化させることで、シャフトの外周に弾性層を形成した。これを脱型した後、表面を研削することにより、ＪＩＳ十点平均粗さ（Ｒｚ）８μｍに調整した。

（基材ポリマー組成）
ポリエーテルポリオール（エクセノール８２８） １００質量部
１，４−ブタンジオール ５質量部
シリコーン界面活性剤（ＢＹ１６−２０１） ５質量部
ジブチルチンジラウレート ０．０１質量部
アセチレンブラック ３質量部

（硬化剤）
ウレタン変性ＭＤＩ（スミジュールＰＦ） １７．５質量部

次いで、下記表１中に示す配合の、常温硬化型ウレタン樹脂を主成分とする塗工液を用いて、ディッピング塗布により弾性層上に塗膜を形成し、１１０℃で４時間硬化させて、被覆層を形成した。塗工液は、塗工時に表中に示す粘度となるよう、溶剤を用いて希釈することにより適宜粘度を調整した。得られた塗工液の養生時間と、各時間ごとにこの塗工液を用いて、以下に従い作製したローラの特性評価の結果とを、下記表１中に併せて示す。

＜トナー搬送量＞
各供試ローラを現像ローラとして現像ユニットに装着し、５０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させて、ローラ表面に均一なトナー薄層を形成した。このトナー薄層を、吸引式小型帯電量測定装置Ｍｏｄｅｌ ２１０ＨＳ−２Ａ（トレック・ジャパン（株）製）を用いて吸引し、吸引された部分の面積を測定し、単位面積あたりのトナー搬送量を求めた。トナー搬送量は、０．２５ｍｇ／ｃｍ^２以下であれば、問題なく良好である。

＜表面光沢度（Ｇｓ（８５°））＞
各供試ローラにつき、Ｎｏ．４６０１ガードナー・ヘイズクロス計（ＢＹＫガードナー社製）を用いて、ＪＩＳ Ｚ８７４１（１９９７）に準拠して８５°鏡面光沢度を測定した。測定は、ローラを保持したときの頂点で６点にて行い、これらの値の平均値を求めた。光沢度は、１４〜５５の範囲内であれば、問題なく良好である。

＜ローラ抵抗＞
各供試ローラを銅板上に、両端に各５００ｇの荷重をかけて押し付け、抵抗率計８３４０Ａ（アドバンテスト社製）を用いて、印可電圧１００Ｖにて抵抗値を測定した。抵抗値は、７〜９の範囲内であれば、問題なく良好である。

＜表面粗さＲｚ＞
各供試ローラにつき、表面粗さ計サーフコム５９０Ａ（東京精密（株）製）を用いて、軸方向に対して直交する向きに測定長さ２．４ｍｍ、測定速さ０．３ｍｍ／ｓｅｃ、カットオフ波長０．８ｍｍにて、ローラ軸方向および周方向で偏りがないように、３００箇所以上測定した値を平均して、ＪＩＳ十点平均粗さを求めた。ＪＩＳ十点平均粗さは、４〜７μｍの範囲内であれば、問題なく良好である。

＜塗装ムラ＞
各供試ローラの被覆層を目視にて評価するとともに、各供試ローラを現像ローラとして現像ユニットに装着し、画像出しして画像を評価した。この目視評価および画像評価において、問題となる程度のムラがあるものを×、ないものを○とした。

＊１）ダイプラコートＳＯ−４７４８，大日精化（株）製
＊２）ダイプラコートＳＯ−６５７８，大日精化（株）製
＊３）ニプジルＳＳ−２０，日本シリカ（株）製
＊４）ダイプラコートＥＮ−２，大日精化（株）製
＊５）塗工液調製から塗工実施までの時間

上記表１に示す塗工液では、養生時間２４時間から９６時間までにおいては、各ローラ特性について、いずれも良好な結果が得られている。その一方、調製直後の塗工液では、表面光沢度および表面粗さが不良となっている。養生時間が短すぎる場合に表面光沢度が小さく、表面粗さが大きく不良となっているのは、塗工液の反応が進んでおらず、樹脂の分子量が低いためである。なぜなら、ディッピング処理後の溶剤含有塗膜から溶剤が揮発して、塗膜が形成される際に分子量が小さいと膜のレベリング性が十分ではないからである。また、調製直後は、固形分濃度が高すぎると、表面光沢度や表面粗さが不十分であるということもできる。この調製直後の塗工液を用いて現像ローラを作製し、トナー搬送量を測定したところ、不十分であった。

＜実施例１＞
上記表１に示す塗工液配合にて、調製から４８時間経過後の塗工液（養生時間４８時間）と、この塗工液に対し、下記表２に示す条件に従い、調製直後の新たな塗工液を注ぎ足した混合塗工液（養生時間２４時間）とについて、表面光沢度、ローラ抵抗、表面粗さＲｚおよび塗装ムラを、前述と同様に評価した。また、各塗工液の固形分濃度については、以下に示すように測定した。

＜固形分濃度＞
各塗工液から２０ｇをサンプリングして、常温１〜２時間にて風乾し、その後、１１０℃３〜４時間にてキュアして、塗膜を形成した。この膜の重さと塗工液の重さとから、下記式に従い固形分濃度を求めた。
（固形分濃度）＝（膜の重さ／塗工膜の重さ）（重量％）

＜実施例２＞
上記表１に示す塗工液配合にて、調製から４８時間経過後の塗工液（養生時間４８時間）と、この塗工液に対し、下記表２に示す条件に従い、調製直後の新たな塗工液を注ぎ足した混合塗工液（養生時間２４時間）、および、さらに４８時間経過後の塗工液（養生時間４８時間）と、この塗工液に対し、下記表２に示す条件に従い、調製直後の新たな塗工液を繰り返し注ぎ足した混合塗工液（養生時間２４時間）とについて、固形分濃度、表面光沢度、ローラ抵抗、表面粗さＲｚおよび塗装ムラを、前述と同様に評価した。

＜実施例３＞
上記表１に示す塗工液配合にて、調製から９６時間経過後の塗工液（養生時間６時間）と、この塗工液に対し、下記表２に示す条件に従い、調製直後の新たな塗工液を注ぎ足した混合塗工液（養生時間４８時間）とについて、固形分濃度、表面光沢度、ローラ抵抗、表面粗さＲｚおよび塗装ムラを、前述と同様に評価した。

＜実施例４＞
上記表１に示す塗工液配合にて、調製から９６時間経過後の塗工液（養生時間９６時間）と、この塗工液に対し、下記表２に示す条件に従い、調製から４８時間経過後の塗工液を注ぎ足した混合塗工液（養生時間７２時間）とについて、固形分濃度、表面光沢度、ローラ抵抗、表面粗さＲｚおよび塗装ムラを、前述と同様に評価した。
これらの結果を、下記表２および、図１のグラフ中に示す。

＊６）下記式により算出される実質的な塗工液の養生時間である。
養生時間＝Ａ×Ｃ／（Ｃ＋Ｄ）＋Ｂ×Ｄ／（Ｃ＋Ｄ）
Ａ；注ぎ足された塗工液の養生時間
Ｂ；注ぎ足す塗工液の養生時間
Ｃ；注ぎ足された塗工液の重量（または容積）
Ｄ；注ぎ足す塗工液の重量（または容積）

上記表２に示すように、実質３日間使用可能であった塗工液に対し、新たな塗工液の注ぎ足しを繰り返し行うことで、可使時間を延長し続けることが可能であることが確かめられた。また、養生後の塗工液に対し、より養生時間の短い塗工液を継ぎ足した場合でも、可使時間の延長効果が得られることも確かめられた。

実施例における塗工液の養生時間と固形分濃度との関係を示すグラフである。

Claims (5)

1. 少なくとも常温硬化型ウレタン樹脂と触媒とを含む塗工液の管理方法であって、
   前記塗工液の調製から養生時間ｔ１経過後に、該養生後の塗工液に対し、新たな前記塗工液を、養生せずに、または、該養生後の塗工液より短い養生時間で養生した後に、注ぎ足すことを特徴とする塗工液の管理方法。
2. 前記新たな塗工液の注ぎ足しから養生時間ｔ２経過後に、該養生後の塗工液に対し、新たな前記塗工液を、養生せずに、または、該養生後の塗工液より短い養生時間で養生した後に、さらに注ぎ足し、これを繰り返す請求項１記載の塗工液の管理方法。
3. 前記養生時間ｔ１およびｔ２を、同じ時間とする請求項２記載の塗工液の管理方法。
4. 前記新たな塗工液を、注ぎ足される前記養生後の塗工液と同量にて注ぎ足す請求項１〜３のうちいずれか一項記載の塗工液の管理方法。
5. 前記新たな塗工液を、注ぎ足される前記養生後の塗工液と同粘度にて注ぎ足す請求項１〜４のうちいずれか一項記載の塗工液の管理方法。

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