JP2005256070A

JP2005256070A - ブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板

Info

Publication number: JP2005256070A
Application number: JP2004068441A
Authority: JP
Inventors: Kimitaka Hayashi; 公隆林; Koichi Saito; 宏一斉藤
Original assignee: Nippon Paint Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Paint Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】処理された皮膜中に有害なクロメートを含有せず、プライマー処理省略が可能で、且つブレード部材との密着性に優れたブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板を提供する。
【解決手段】亜鉛系メッキ鋼板の表面に、リン酸亜鉛処理皮膜を形成し、その上に、有機系後処理皮膜を有するブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板であって、上記有機系後処理皮膜が、アミノ基含有シランカップリング剤１０〜１００質量％、その他のシランカップリング剤及び、または有機アルコキシシラン化合物０〜９０質量％からなることを特徴とするブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板。上記リン酸亜鉛処理皮膜量が０．３〜５ｇ／ｍ^２であり、上記有機系後処理皮膜量が０．０１〜１ｇ／ｍ^２であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、ブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板に関する。

ブレードはこれを構成するブレード支持部材およびブレード部材や接着剤を介しての密着性の確保が必須である。他方、トナーブレードを製造するメーカーでは、ブレード部材とブレード支持部材との接着性を向上させるべく鋼板メーカーから供給されたブレード支持部材用鋼板を打ち抜きし、プレス成形して脱脂した後に、シランカップリング剤によるプライマー処理を行っている。
近年、トナーブレードを製造するメーカーから、製造工程でのプライマー処理省略を要望されており、プライマー処理省略タイプのブレード支持部材への要求が高まっている。

上記の例として以下の技術が提案されている。
複写装置やプリンターなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられ、プライマーを塗布することなしに弾性体ブレードを接着して支持するための金属製ホルダーを、電気亜鉛メッキ鋼板の上にクロメート皮膜と有機潤滑皮膜層を有する鋼板で形成したことを特徴とするブレードが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
支持部材と接着剤層と前記支持部材に前記接着剤層を介して接着されたブレード部材とからなる電子写真装置用ブレード体において、前記支持部材が有機潤滑皮膜鋼板からなるものであることが開示されている。（例えば、特許文献２参照。）。
熱硬化性ウレタンエラストマーからなるブレード部材と、支持部材と接着剤層とからなり、前記熱硬化性ウレタンエラストマーが吸水性を有するエラストマーであり、前記接着剤層が加水分解性有機シラン化合物を含有する湿気硬化型接着剤からなるものであることを特徴とする電子写真装置用クリーニングブレードが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
ウレタンエラストマーからなるブレード部材が接着剤で支持部材に接着された電子写真装置用クリーニングブレードであって、上記接着剤として、溶剤に溶解したホットメルト接着剤の溶液を用い、前記ホットメルト接着剤にはシランカップリング剤が添加されていることを特徴とする電子写真装置用クリーニングブレードが開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
熱硬化性タイプのウレタンエラストマーからなるブレード部材が接着剤で支持部材に接着された電子写真装置用クリーニングブレードであって、上記接着剤として、ポリビニルアセタール樹脂のホルムアルデヒド縮合型熱硬化性樹脂による変成物を用いたことを特徴とする電子写真装置用クリーニングブレードの内、支持部材は、シランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とすることが開示されている（例えば、特許文献５参照。）。
特開平７−３３４０５９公報特開平９−２６７３５公報特開平８−３６３３７公報特開平７−３３４０５０公報特開平７−３１９３５４公報

前記特許文献のようにブレード支持部材としてクロメート処理した亜鉛系メッキ鋼板が一般に使用されてきた。しかしながら、近年、環境問題の高まりを背景に、毒性の大きいクロメートを用いない各種表面処理技術の開発が待望され、ブレード支持部材としても６価クロム等の環境負荷物質を含まないタイプのものの開発が必須となっている。他方、前記特許文献で示されたように、トナーブレード製造メーカーでのプライマー処理省略のためにブレード部材とブレード支持部材とを繋ぐ接着剤の中にシランカップリング剤や有機シラン化合物を添加することの提案がなされている。

上記提案のブレードはブレード部材とブレード支持部材とを繋ぐ接着剤の間での密着力は充分とはいえず、実用上は更なる密着力の向上が望まれる。そもそも接着力や密着力は異材間の界面の局所的な結合力の不均一により強度にばらつきが生じ易く、不安定である場合が多い。ブレードの具備すべき主たる性能要件はブレード部材とブレード支持部材の高強度な密着力の確保であり、上記ブレードでは充分な性能を満足しているとは言えない。

更なるブレード部材とブレード支持部材との間の密着力の向上を図るためには、接着剤そのものの架橋構造の強化ではブレード支持部材と接着剤との間の密着力は不充分であるため、各界面での密着性の向上を図るべくブレード支持部材表面の皮膜の密着性および接着性の向上を目指し、最適な皮膜設計が必須と考えられる。

本発明は、上記現状に鑑み、プライマー処理省略が可能で、処理された皮膜中に有害なクロメートを含有せず、且つブレード部材との密着性に優れたブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板を提供することを目的とするものである。

本発明は、亜鉛系メッキ鋼板の表面に、リン酸亜鉛処理皮膜を形成し、その上に、有機系後処理皮膜を有するブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板であって、上記有機系後処理皮膜が、アミノ基含有シランカップリング剤１０〜１００質量％、その他のシランカップリング剤及び、または有機アルコキシシラン化合物０〜９０質量％からなることを特徴とするブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板である。
上記リン酸亜鉛処理皮膜量が０．３〜５ｇ／ｍ^２であり、上記有機系後処理皮膜量が０．０１〜１ｇ／ｍ^２であることが好ましい。

本発明によれば、無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板の下層のリン酸亜鉛処理皮膜は鋼板表面への強固な接着と表面凹凸による表面積の拡大に寄与し、上層の有機系後処理は下層のリン酸亜鉛処理皮膜及びその上に接着されるブレード部材または接着剤に対する密着に寄与するため、結果として、処理された皮膜中に有害なクロメートを含有せず、ブレード製造工程でのプライマー処理が不要な、ブレード部材との密着性に優れたブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板を得ることができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板は、亜鉛系メッキ鋼板の表面に、リン酸亜鉛処理皮膜を有し、更にその上に、アミノ基含有シランカップリング剤１０〜１００質量％、その他のシランカップリング剤及び、またはアルコキシシラン化合物０〜９０質量％からなる有機系後処理皮膜を有するものであり、これら二種類の皮膜を有することにより、ブレード部材乃至接着剤を介してのブレード部材との密着性を格段に向上させたものである。
本発明の無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板は、亜鉛系メッキ鋼板の表面に、下層皮膜としてリン酸亜鉛処理皮膜が形成されたものである。リン酸亜鉛処理皮膜層が、亜鉛系メッキ鋼板のメッキ表層に針状乃至葉状乃至粒状の粒が食い込むように形成されるため、高い密着力が発現される。

上記リン酸亜鉛処理皮膜は、下限０．３ｇ／ｍ^２、上限５ｇ／ｍ^２の皮膜量で形成されたものである。０．３ｇ／ｍ^２未満であると、緻密なリン酸亜鉛処理皮膜が形成されない部位が多くなるため、メッキとの密着力が不十分であるおそれがあり、５ｇ／ｍ^２を超えると、皮膜粒径の粗大化のためにメッキ表面との食い込みの粒密度が低下するためメッキとリン酸亜鉛処理皮膜の界面の密着力も低下する。更に、この皮膜量領域では二次核成長に起因してリン酸亜鉛処理皮膜内の下層と二次核の間で剥離が起こりやすくなるため、やはり密着力は低下する。上記下限は、０．５ｇ／ｍ^２であることがより好ましく、上記上限は、２．５ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。

上記リン酸亜鉛処理皮膜は、リン酸イオン及び亜鉛イオンを含有する従来公知のリン酸亜鉛処理剤によって形成することができ、亜鉛イオン、リン酸イオンの供給源としては、亜鉛、リン酸を含有する化合物であれば特に限定されることはなく、また、リン酸亜鉛処理剤に使用されうる他の成分を適宜含有してもよい。
上記リン酸亜鉛処理皮膜を形成する処理液としては、リン酸イオン、亜鉛イオンを主成分として、さらに亜鉛以外の金属イオン、硝酸イオン、フッ化物イオン等も必要に応じて添加された市販の処理液が使用できる。

上記リン酸亜鉛処理剤による亜鉛系メッキ鋼板のリン酸亜鉛処理方法としては、反応型処理、塗布型処理のいずれの方法によってもリン酸亜鉛処理皮膜を形成させることが可能である。反応型処理としては、たとえば、亜鉛系メッキ鋼板に脱脂、水洗、表面調整を行った後に、上記リン酸亜鉛処理液と接触させ、水洗、乾燥を行うことによりリン酸亜鉛処理皮膜を形成することができる。リン酸亜鉛処理皮膜の皮膜量は、たとえば処理時間や処理剤濃度を変化させることにより調整できる。
塗布型処理としては、たとえば、亜鉛系メッキ鋼板に、必要な皮膜量に応じた量の上記リン酸亜鉛処理液をロールコート法により塗布するほか、浸漬法やスプレー法により塗布した後にロール絞り法により必要な塗布量に調整する方法もある。リン酸亜鉛処理剤を亜鉛系メッキ鋼板に塗布した後、乾燥炉等を用いて乾燥させることにより、リン酸亜鉛処理皮膜を形成させる。

本発明の無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板は、上記リン酸亜鉛処理皮膜上に、第二の皮膜として有機系後処理皮膜が形成されたものである。上記リン酸亜鉛処理皮膜上に、有機系後処理皮膜が形成されることにより、リン酸亜鉛処理皮膜と有機系後処理皮膜の界面の密着性を向上させることができる。
即ち、上記リン酸亜鉛処理皮膜がメッキ表面に緻密な粒の集合体として形成されているため、その上の有機系後処理皮膜はリン酸亜鉛処理皮膜の隙間に充填されると共にリン酸亜鉛処理皮膜の凹凸表面に沿って形成され、上層有機皮膜と下層リン酸亜鉛処理皮膜の間で水素結合力や強いファンデルワールス力の作用により優れた有機系後処理皮膜とリン酸亜鉛処理皮膜の界面の密着性が得られる。更に、有機系後処理皮膜が被覆されても、リン酸亜鉛処理皮膜の凹凸表面によるアンカー効果（投錨効果）と有機系後処理皮膜と接着剤またはブレード部材の含有官能基による相互作用や化学結合等により、ブレード部材乃至接着樹脂層を介して接着されるゴム等のブレード部材、または接着剤層との密着性が得られる。

上記有機系後処理皮膜は、アミノ基含有シランカップリング剤１０〜１００質量％、その他のシランカップリング剤及び、または有機アルコキシシラン化合物０〜９０質量％からなることを特徴とする有機成分で構成される。アミノ基含有シランカップリング剤、その他のシランカップリング剤、有機アルコキシシラン化合物は、それらの使用にあたり、いずれも単独であっても二種以上の混合物であってもそれらの誘導体であってもよい。

上記アミノ基含有シランカップリング剤としては、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）３アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル−３アミノプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン、Ｎ、Ｎ’−ビス［３−（トリメトキシシリル）プロピル］エチレンジアミン等、及びそれらのオリゴマーが挙げられる。

その他のシランカップリング剤としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２−（３、４−エポキシシクロへキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等、及びそれらのオリゴマーが挙げられる。

有機アルコキシシラン化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、ビス（トリメトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）エタン等、及びそれらのオリゴマーが挙げられる。

上記アミノ基含有シランカップリング剤、その他のシランカップリング剤、有機アルコシシラン化合物はいずれも加水分解によりアルコキシシリル基がシラノール基に変換される。シラノール基は下層のリン酸亜鉛処理皮膜結晶とは強い水素結合を形成する一方、自己縮合することにより高分子化して強固な後処理皮膜を形成する。このため有機系後処理皮膜はリン酸亜鉛処理皮膜に対してきわめて高い密着性を発現する。

上記シランカップリング剤はその官能基と接着剤又はブレード部材の含有官能基との間の相互作用や化学結合により密着性の向上に有効であるが、特にシランカップリング剤がアミノ基を含有する場合にその効果が著しい。アミノ基は極性が高く、多様な反応性を有するため、接着剤またはブレード部材の含有官能基との相互作用や化学結合の形成に特に好適であるためと考えられる。
アミノ基以外の官能基を有するシランカップリング剤及び、または有機アルコキシシラン化合物は、有機系後処理皮膜が最適な接着強度を発現するように、前記皮膜のアミノ基濃度の調節や架橋度の調整に利用される。
上記アミノ基含有シランカップリング剤の有機後処理皮膜中の含有量は、１０〜１００質量％で、好ましくは３０〜９０質量％である。この含有量が１０質量％未満では、ブレード部材乃至接着樹脂層を介して接着されるゴム等のブレード部材、または接着剤層との密着性が低下する場合がある。

上記有機系後処理皮膜は、下限０．０１ｇ／ｍ^２、上限１ｇ／ｍ^２の皮膜量で形成されたものである。０．０１ｇ／ｍ^２未満であると、有機系後処理皮膜はリン酸亜鉛処理皮膜の隙間に充分に満たされず、且つリン酸亜鉛処理皮膜の凹凸表面を不均一に被覆するため、充分な水素結合力やファンデルワールス力が確保されないため、リン酸亜鉛処理皮膜と有機系後処理皮膜の界面の密着性の向上が見られないおそれがあり、１ｇ／ｍ^２を超えると、有機系後処理皮膜がリン酸亜鉛処理皮膜の凹凸を隠蔽してしまい、アンカー効果が低下し、ブレード部材乃至接着樹脂層を介して接着されるゴム等のブレード部材、または接着剤層との密着性が低下するおそれがある。上記下限は、０．０３ｇ／ｍ^２であることがより好ましく、上記上限は、０．７ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。

上記有機系後処理皮膜は、上記リン酸亜鉛処理皮膜が形成された亜鉛系メッキ鋼板に、上記アミノ基含有シランカップリング剤に、あるいはアミノ基含有シランカップリング剤とその他のシランカップリング剤及び、または有機アルコシシラン化合物に、水、アルコール等の希釈剤を加えて希釈して得られる有機系後処理剤を塗布し、乾燥させることによって形成することができる。上記塗布方法としては特に限定されず、例えば、浸漬法、スプレー法、エアレススプレー法、ロール法等を挙げることができる。上記乾燥は、例えば熱風炉、直火炉、ＩＨ炉等を用いて、到達板温として４０〜１８０℃、好ましくは６０〜１５０℃で実施する。
上記有機系後処理はトナーブレード製造現場におけるシーラー処理としても実施可能ではあるが、鋼板メーカーにおいてリン酸亜鉛処理と有機系後処理を連続して実施する方が、より均一性の高い後処理皮膜が形成されうる点と、本発明の目的の一つである現場でのプライマー処理が省略できるという効果が得られる点でより好ましい。

本発明の無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板に使用する亜鉛系メッキ鋼板としては特に限定されず、例えば、亜鉛メッキ鋼板、亜鉛−アルミニウムメッキ鋼板、亜鉛−マグネシウムメッキ鋼板、亜鉛−ニッケルメッキ鋼板、亜鉛−鉄メッキ鋼板、亜鉛−クロムメッキ鋼板、亜鉛−マンガンメッキ鋼板、等の亜鉛系の電気メッキ、溶融メッキ、蒸着メッキ鋼板等の亜鉛又は亜鉛系合金メッキ鋼板等を挙げることができる。

本発明の無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板は、亜鉛系メッキ鋼板の表面に、リン酸亜鉛処理皮膜を０．３〜５ｇ／ｍ^２の皮膜量で形成し、その上に、アミノ基含有シランカップリング剤、あるいはアミノ基含有シランカップリング剤と、その他のシランカップリング剤及び、または有機アルコシシラン化合物、からなる有機系後処理皮膜を０．０１〜１ｇ／ｍ^２の皮膜量で形成することにより得られるものであることから、鋼板の全面を均一、且つ表面凹凸のある皮膜で覆うことができる。これにより、亜鉛系メッキ鋼板のメッキ表面とリン酸亜鉛処理皮膜、リン酸亜鉛処理皮膜と有機系後処理皮膜、有機系後処理皮膜と接着剤乃至ブレード部材の各界面の密着力を向上することが可能となり、ブレードの具備すべき主たる性能要件であるブレード部材とブレード支持部材の高強度且つ安定な密着力が確保できる。従って、本発明の無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板をブレード支持部材とすることで充分な密着性能を満足できる。

更に、本発明の無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板は、亜鉛系メッキ鋼板の表面に、リン酸亜鉛処理皮膜を形成し、その上に有機系後処理皮膜を有する皮膜構成であるため常温接着用途に加え、従来技術相当の有機系後処理皮膜では適用不可の２５０℃を超える高温接着用途にも好適である。

以下本発明について実施例を掲げて更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（亜鉛メッキ鋼板への処理方法）
使用したメッキ原板を表１に示す。アルカリ脱脂処理の後、リン酸亜鉛処理、後処理を順次行い試験板を調整した。
リン酸亜鉛処理は、市販のＴｉＯ_２コロイド系表面調整処理の後、表２に示すように調製した浴を使用して、スプレー法により、温度４５℃で処理時間１〜１０秒間で行い、更に、水洗して乾燥した。
有機系後処理の構成成分及び組成を表３に示す。処理はすべてロールコーターを用いて塗布し、熱風乾燥器で到達板温１１０℃にて乾燥させた。
実施例１〜２３、３４〜５６及び比較例２４〜３３、５７〜６６
表４に示した条件（原板の種類、リン酸亜鉛処理の種類と皮膜量、有機系後処理の種類と皮膜量）となるように試験板を製造した。原板としては表１中のＥＧ２０又はＧＩ７０を使用し、リン酸亜鉛処理浴としては表２中のＮｏ．１〜３を使用し、有機系後処理剤としては表３中のＮｏ．１〜７を使用した。リン酸亜鉛処理後の皮膜量は、クロム酸でリン酸亜鉛処理皮膜を溶解し、前後の質量差から算出した。リン酸亜鉛処理後のサンプルに、各有機系後処理剤を塗布し、到達板温１１０℃で乾燥して室内放冷後、乾燥放置した。塗布前後の質量差から有機系後処理皮膜の皮膜量を算出した。

（ブレード密着性評価方法）
上記の処理された亜鉛メッキ鋼板を２０ｍｍ角のサンプルにシャーせん断し、端面バリの反りが接着面にこないように、あらかじめ１２０℃に加温された湿潤硬化型のウレタン系接着剤をカートリッジ缶の先端から押し出しで被着部に少量のせた後で、すぐにブレード部材であるウレタン系ゴム（厚さ１ｍｍで１０ｍｍ×２０ｍｍの短冊）を押し当てて、４９Ｎ／１００ｍｍ^２で数秒間加圧して、ブレード部材と鋼板間の接着剤厚みが０．１±０．０５ｍｍとなるように設定した。この後で、１ｈｒ室内放置後、３５℃、６０％ＲＨの恒温恒湿槽で１ｄａｙエージングを行なった。取り出し後、３ｈｒ室内放置し、ブレード密着性評価を行なった。

鋼板を治具で水平に固定し、ゴムの短冊長手方向をチャック付き治具でしっかりと挟み込み、チャック付き治具を鋼板と垂直に鉛直方向に１０ｍｍ／ｍｉｎ．の速度で引き上げた。この時、ゴムの剥離が起こり出す初期剥離強度をモニターし、ブレード密着性評価値とした。評価基準は、以下のようにした。
〇；８５Ｎ／１０ｍｍ超
△；７５〜８５Ｎ／１０ｍｍ
×；７５Ｎ／１０ｍｍ未満
以上の評価結果を表４に示した。

ＥＧ２０、リン酸亜鉛処理浴Ｎо．１〜３、有機系後処理剤Ｎｏ．１〜５を使用した試験板（実施例１〜２３）は、どの種類の皮膜量の組み合わせにおいてもブレード密着性に優れるものであった。また、ＧＩ７０を使用した場合（実施例３４〜５６）でも、どの種類の皮膜量の組み合わせにおいてもブレード密着性に優れるものを得ることができた（評点△〜○）。
一方、ＥＧ２０を使用した場合の比較例２４〜３３、ＧＩ７０を使用した場合の比較例５７〜６６により得られた試験板は、ブレード密着性が優れているものを得ることはできなかった（評点×）。すなわち、亜鉛系メッキ鋼板の表面の下層にリン酸亜鉛処理皮膜、上層にアミノ基含有シランカップリング剤を１０〜１００質量％、その他のシランカップリング剤及び、または有機アルコキシシラン化合物を０〜９０質量％からなる有機系後処理皮膜を有することで格段のブレード密着性向上が図られることがわかった。

なお、従来技術相当品にあたる特許文献１、２に準ずる電気亜鉛メッキ鋼板の上にクロメート皮膜と有機潤滑皮膜層を有する鋼板を用いて、上記評価法により密着性を評価したところ評点は×であった。
更に、特許文献３、４の従来技術にあたる新日鉄製ボンデ鋼板と加水分解性有機シラン化合物を含有する湿気硬化型接着剤乃至シランカップリング剤が添加されているホットメルト接着剤を用いて上記評価法に準ずる密着性評価を行なったところ評点は×であった。

Claims

亜鉛系メッキ鋼板の表面に、リン酸亜鉛処理皮膜を形成し、その上に、有機系後処理皮膜を有するブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板であって、上記有機系後処理皮膜が、アミノ基含有シランカップリング剤１０〜１００質量％、その他のシランカップリング剤及び、または有機アルコキシシラン化合物０〜９０質量％からなることを特徴とするブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板。
リン酸亜鉛処理皮膜量が０．３〜５ｇ／ｍ^２であり、有機系後処理皮膜量が０．０１〜１ｇ／ｍ^２である請求項１記載のブレード支持部材用無機有機複合処理亜鉛系メッキ鋼板。