JP6544487B2 - ポリウレタン基材 - Google Patents

Description

本発明は、ポリウレタン基材に関する。さらに詳しくは、電子写真装置用クリーニングブレード体等として有効に用いられるポリウレタン基材に関する。

電子写真装置には、感光ドラム、転写ベルト、中間転写体等のトナー担持体上に残留するトナーを除去するために、種々のクリーニングブレードが配設されている。これらのクリーニングブレードは、一般に熱可塑性または熱硬化性のポリウレタン系樹脂により製造されるが、塑性変形や耐摩耗性の観点から、主に熱硬化性ポリウレタン系樹脂により製造される。

しかしながら、ポリウレタン系樹脂よりなる従来のクリーニングブレードを用いた場合、ブレード部材と感光ドラムとの間の摩擦係数が大きくなる場合があった。この結果、ブレードのめくれや異音の発生がみられ、感光ドラムの駆動トルクを大きくしなければならない場合がみられた。

また、クリーニングブレードの先端が感光ドラム等に巻き込まれ、引き延ばされて切断され、クリーニングブレードの先端が破損する場合もあった。そして、これらの問題は、クリーニングブレードの硬度が低い場合に特に顕著になり、その結果クリーニングブレードの耐久性が不足するという結果を招いている。

こうした問題を解決するため、従来からポリウレタン系樹脂製クリーニングブレードの当接部を、高硬度、低摩擦にするという試みが行われている。特許文献１には、ポリウレタンゴム製弾性ブレード予備形成体の像担持体当接部に(メタ)アクリレート化合物を含む紫外線硬化性組成物を含浸させ、該含浸部分を洗浄用溶剤に浸漬し、表面に残留している(メタ)アクリレート化合物含有紫外線硬化性組成物を取り除いた後、弾性ブレード予備形成体に含浸された紫外線硬化性組成物を紫外線照射して硬化させ、弾性ブレードとする方法が記載されている。

しかしながら、十分な表面の高硬度化を図るためには、ゴム内部への含浸に加え、表面にアクリレート重合体層の存在が必要であり、表面層が厚くなると、平滑性および柔軟性が損なわれるおそれがある。

特開２０１５−１５８６５４号公報

本発明の目的は、電子写真装置の静電潜像担持体の表面より現像剤を除去するクリーニング装置に備えられるブレード体であって、先端稜線部を覆う表面層の摩耗が抑えられ、長期間にわたり良好なクリーニング性を維持することができるクリーニングブレード体等として好適なポリウレタン基材を提供することにある。

かかる本発明の目的は、２官能性アクリレート基およびイソシアネート基を有する化合物またはその有機溶媒溶液をポリウレタン系ゴム弾性体基材に含浸させたポリウレタン基材によって達成される。このポリウレタン基材には、さらに光重合開始剤を含有せしめ、これを紫外線照射することもできる。

アクリレート基のみを有する化合物では、基材のポリウレタン系ゴム弾性体との反応点が無く、基材との密着性が十分確保されず、基材表面に形成されたアクリレート重合体と基材との間に歪などが発生し、それがクラック発生の原因ともなる。

本発明で用いられるアクリレート基含有イソシアネート化合物は、反応性の高いイソシアネート基と基材であるポリウレタン系ゴム弾性体とが反応するため、ゴム弾性体に含浸したイソシアネート化合物はゴム弾性体内部で結合し、非常に良い密着性を与える。また、アクリレート基を有することで、アクリレート基が重合した高強度な重合体を、ゴム弾性体の内部および表面に形成することができる。

アクリレート基含有イソシアネート化合物としては、アクリレート基は２官能タイプのものが用いられ、柔軟性を備えたそれの重合体を形成することができる。１官能タイプのものは、重合度が低いため表面硬度が上がらない。一方、３官能以上のタイプのものでは、架橋密度が上がりすぎ、柔軟性が損なわれるため、欠けやクラックを発生させる。

基材は、ポリウレタン系ゴム弾性体より形成される。ポリウレタン系ゴムは、２官能性イソシアネート化合物およびポリオールを反応させた後、架橋剤である低分子ポリオールを加え、加熱硬化させることにより形成される。ポリウレタン系ゴム弾性体は、このような方法で形成される以外に、熱可塑性エラストマー、ミラブルゴム等であってもよい。

また、ゴム弾性体の弾性率は約5〜20MPaであることが好ましい。ゴム弾性体の弾性率を5MPaより小さくすると、被接触体、即ち感光体ドラムのトルクが上昇し、フィルミング(トナーが感光体ドラムに付着する現象)の抑制効果が低下してしまう。一方、ゴム弾性体の弾性率を20MPaより大きくすると、感光体ドラムとクリーニングブレード体との十分な密着性が得られなくなる。

アクリレート基含有イソシアネート化合物は、イソシアネート基含有による基材との密着性向上により、基材内部と基材表面の処理剤の重合層との歪の差が少ないため、クラックが発生し難く、ブレードゴム弾性体の耐摩耗性を向上させる。

その際、２官能性アクリレート基を重合させることで、基材の内部および表面において、高強度でかつ柔軟性を備えた重合体を形成することができる。そのため、高硬度による低摩擦化が図られ、また屈曲させた状態でもクラックが発生し難いため、平滑性を保ったまま使用することができ、トナーのすり抜けなどを有効に防止することができる。

イソシアネート基は、ポリウレタン系ゴム弾性体中に残存した原料由来のNCO基およびOH基との反応性が高い。アクリレート基は、熱または紫外線照射により容易に重合し、それらを加えない場合には、有機溶媒中では重合しないため、有機溶媒溶液の保存寿命が長い。

アクリレート基含有イソシアネート化合物としては、例えば1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート、2-プロピル-2-イソシアネート-1,3-プロパンジオールジアクリレート等が挙げられる。この化合物は、分子量が低い程ポリウレタン系ゴム弾性体内部に浸透し易く、また処理液重合体の含有量が多くなるため、表面硬度を高くすることができる。

アクリレート基含有イソシアネート化合物は、その粘度が低い場合にはそれ自体基材に含浸させることができるが、一般には有機溶媒溶液として用いられる。有機溶媒としては、アクリレート基およびイソシアネート基に対して不活性な有機溶媒、例えばメチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン等が挙げられる。

これらの有機溶媒は、低沸点である程溶解性が高く、乾燥も速い。すなわち、極性溶媒であるためアクリレート基含有イソシアネート化合物の溶解性が高く、乾燥が速いため塗布後の液溜まりを防ぎ、平滑面を形成させることができる。かかる観点から、メチルエチルケトン、アセトン、酢酸エチルが好んで用いられる。

有機溶媒溶液の濃度は、約50重量％以下、一般には約10〜50重量％、好ましくは約20〜40重量％である。10重量％より低い濃度では、処理液によるブレード体の表面硬化、低摩擦化が十分に達成されず、感光体とブレード体との間のトルクが上昇し、トナーが感光体に凝集して感光体上にトナー固着が発生し、フィルミングが生ずる傾向を有するようになる。一方、これ以上の濃度では、ブレード体表面の余剰分の処理液が塗布ムラとなり、硬度のバラつきを生じ、トナーのすり抜けによるクリーニング不良が発生する。また、処理液の保存寿命も低下する。

アクリレート基含有イソシアネート化合物またはその有機溶媒溶液よりなる処理液中には、光重合開始剤を含有せしめることが好ましい。光重合開始剤としては、それの芳香族ケトン基のα-分解に代表される分子内結合切断、あるいはベンゾフェノン、ベンジル、キノン誘導体等の光重合開始剤による水素ドナーからの分子間水素引抜き反応によって機能する公知のものが、種々利用可能である。光重合開始剤を含有せしめないと、含浸液の硬化が遅くなり、押し込み弾性率がゴムよりも小さくなることがある。

具体的には、BASF社製品イルガキュア651、イルガキュア184、イルガキュア2959、イルガキュア907、イルガキュア369、イルガキュア379、イルガキュアOXE01等のイルガキュアシリーズのものが好適に例示される。これらの光重合開始剤は、使用される光重合開始剤の種類などに応じて、処理剤固形分中の約0.5〜15重量％、好ましくは約1〜10重量％の割合で用いられる。

ポリウレタン系ゴム弾性体基材への処理液の含浸は、金具に接着される前のゴム弾性体基材全体または一部(ブレード体当接部)を処理液中に浸漬させることにより行われる。約0.5〜15分間浸透処理後、約100〜1000mm／分、例えば500mm／分の速度で引き上げる。乾燥は、室温乃至約150℃で、約1〜30分間、例えば10分間程度行われる。

浸透処理時間がこれより短いと、浸透深さが小さく、ブレード体の表面硬化、低摩擦化が十分に達成されず、感光体とブレード体との間のトルクが上昇し、トナーが感光体に凝集して感光体上にトナー固着が発生し、フィルミングを生ずる。一方、浸透処理時間がこれよりも長いと、浸透深さが大きくなり、乾燥後ブレード体表面に析出する処理液が多くなり、塗布ムラを生ずる。

紫外線照射処理は、例えばUV強度約10〜50,000mW／cm²の紫外線照射を、光源からの距離約1〜500mmで約0.5〜20分間の照射を行うことにより行われる。かかる紫外線照射処理により、アクリレート部分の重合度が増加し、硬化するようになる。

以上の工程によって、表面処理層は、ゴム弾性体の表層部に、厚さ約10〜100μm、好ましくは約10〜50μmで形成される。この厚さは、従来の表面処理層の厚さの約1/10と極めて薄いものであるが、高硬度で低摩擦であり、且つ耐摩耗性に優れたものとなる。

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例
(1) ゴム弾性体の作製
カプロラクトン系ポリオール(MW2000)100重量部と4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート〔MDI〕38重量部とを、115℃で20分間反応させた後、架橋剤(1,4-ブタンジオール6.1重量部とトリメチロールプロパン2.6重量部との混合物)を加え、140℃に保たれた金型で40分間加熱し、硬化させた。

成形後、12.3×324×2.0mmに切断加工し、ゴム弾性体とした。このゴム弾性体は、弾性率が10.0MPaであった。

(2) 表面処理液の調製
1,1-（ビスアクリロイルオキシメチル） 30重量部
エチルイソシアネート
ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン光重合開始剤 3 〃
メチルエチルケトン〔MEK〕 67 〃
以上の各成分を混合し、表面処理液を調製した。

(3) ゴム弾性体の表面処理
上記ゴム弾性体を、23℃の温度に保たれた上記表面処理液に10分間浸漬し、約500mm／分の速度で引き上げた後、UV強度400mW／cm²の紫外線照射装置を使用し、ランプ中心からの距離100mmで10分間の照射を行った。

(4) 表面処理されたゴム弾性体について、押し込み弾性率の測定および屈曲試験が行われた。
押し込み弾性率：島津製作所製ダイナミック超微小硬度計を用いて、
JIS Z2255およびISO 14577に準拠して、負荷−除荷試
験により、保持時間5秒間、最大試験荷重0.98N、負荷
速度0.14N／秒の条件下で表面処理層について測定
弾性率80MPa以上を○、それより少ないものを×と評
価
屈曲試験：表面処理ゴム弾性体を２つに折り曲げ、それを戻した際の表
面のクラックの有無を観察
クラックなしを○と評価

比較例１
実施例において、1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートの代わりに、同量(30重量部)の2-イソシアネートエチルアクリレートが用いられた。

比較例２
実施例において、1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートの代わりに、同量(30重量部)のデシルアクリレートが用いられた。

比較例３
実施例において、1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートの代わりに、同量(30重量部)の1,6-ヘキサンジオールジアクリレートが用いられた。

比較例４
実施例において、1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートの代わりに、同量(30重量部)のペンタエリスリトールトリアクリレートが用いられた。

比較例５
実施例において、1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートの代わりに、同量(30重量部)のジペンタエリスリトールヘキサアクリレートが用いられた。

比較例６
表面処理されないゴム弾性体基材について測定が行われた。

以上の実施例および各比較例での測定および試験結果は、次の表に示される。
表
例 押し込み弾性率(単位：MPa) 屈曲試験
実施例 128 評価：○ ○
比較例１ 44 × ○
〃 ２ 42 × ○
〃 ３ 55 × ○
〃 ４ 138 ○ クラックあり
〃 ５ 45 × クラックあり
〃 ６ 30 × ○

Claims (10)

1. ２官能性アクリレート基およびイソシアネート基を有する化合物またはその有機溶媒溶液をポリウレタン系ゴム弾性体基材に含浸させたポリウレタン基材。
2. ２官能性アクリレート基およびイソシアネート基を有する化合物が、1,1-ビス(アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネートまたは2-プロピル-2-イソシアネート-1,3-プロパンジオールジアクリレートである請求項１記載のポリウレタン基材。
3. さらに光重合開始剤を含有せしめた請求項１記載のポリウレタン基材。
4. 紫外線照射した請求項３記載のポリウレタン基材。
5. ポリウレタン系ゴム弾性体の弾性率が5〜20MPaである請求項１記載のポリウレタン基材。
6. 有機溶媒溶液の濃度が50重量％以下である請求項１記載のポリウレタン基材。
7. 有機溶媒溶液の濃度が10〜50重量％である請求項６記載のポリウレタン基材。
8. 含浸が0.5〜15分間の浸透処理により行われた請求項１記載のポリウレタン基材。
9. ゴム弾性体の表層部に厚さ10〜100μmの表面処理層が形成された請求項１記載のポリウレタン基材。
10. 電子写真装置用クリーニングブレード体として用いられる請求項１、４または９記載のポリウレタン基材。