JP4433458B2

JP4433458B2 - ブレード部材

Info

Publication number: JP4433458B2
Application number: JP2003385731A
Authority: JP
Inventors: 順也星; 匡洋大森; 修士阿部
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2005148403A

Description

本発明は、ブレード部材に関し、特に、電子写真感光体、転写プロセスに用いる転写ドラム及び転写ベルト、又は中間搬送ベルトの帯電・除電・クリーニングに用いられるクリーニングブレード、並びに現像プロセスに用いられて電荷平坦化、除電及び帯電をするための現像ブレード、さらにはトナー規制ブレード等に用いて好適なブレード部材に関する。

一般に電子写真プロセスでは、電子写真感光体に対して、少なくとも帯電、露光、現像、転写およびクリーニングの各プロセスが実行される。かかる電子写真プロセスでは、トナー像が形成され且つその後当該トナー像を転写材に転写するトナー像担持体上のトナーを除去するクリーニング部材、現像部に用いられる現像部材及び感光体を帯電させる帯電部材などにポリウレタンが使用される。

ポリウレタンは、耐摩耗性が良好で、補強剤などを添加しなくても十分な機械的強度を有し、非汚染性であるからである。

また、感光体などに当接させる場合に、摩擦係数が高すぎるという問題に対応し、低摩擦係数化を図るために、種々の手段がとられている。例えば、潤滑成分を当接する先端部へ塗布する方法、潤滑成分を添加する方法、潤滑成分を共重合により付加する方法、潤滑性を有するコーティングを行う方法などが知られている。

しかしながら、潤滑成分を塗布する方法では効果が持続せず、潤滑成分を添加する方法では、支持部材との接着が困難となると共にブリードによる汚染の問題もある。

また、潤滑成分を共重合する方法では、材質自体の特性が低下し、耐摩耗性が低下したり、低分子成分による汚染の問題もある。

さらに、例えば、フッ素樹脂などの潤滑性のあるコーティング層を設ける方法では、コーティング層がブレードの変形に追従できず、割れや剥がれが発生し易いという問題がある。

そこで、低摩擦係数化を図ることができ、割れや剥がれが発生しがたい表面処理層を有し、良好な特性を長期間に亘って維持することができるブレード部材を開発し、出願した（特願２００２−１４８１２５号）。

しかしながら、長期間の使用による繰り返し屈曲により劣化し、場合によってはクラックが発生する場合があるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑み、低摩擦係数化を維持しつつ、長期間に亘って使用しても割れや剥がれが発生しない表面処理層を有し、良好な特性を長期間に亘って維持することができるブレード部材を提供することを課題とする。

本発明者は、ポリウレタンゴムからなるゴム状弾性体の表面に、フッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも一種のポリマーと、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分とを含有する表面処理液で表面処理層を形成すると、表面処理層の弾力性が向上し、低摩擦係数化を維持しつつ、割れや剥がれが発生しないブレード部材とすることができることを見出し、本発明に至った。

かかる本発明の第１の態様は、被接触部材に先端部を接触させて使用されるゴム弾性体を具備するブレード部材であって、前記ゴム弾性体がポリオールに過剰のイソシアネートを反応させたポリウレタンゴムからなり、当該ゴム弾性体の少なくとも前記先端部の表面に、フッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも一種のポリマーと、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分とを含有する表面処理液で形成された表面処理層を有し、前記過剰のイソシアネートと前記表面処理層のイソシアネート成分とが化学的に結合していることを特徴とするブレード部材にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記表面処理液が、さらに、カーボンブラックを分散させたものであることを特徴とするブレード部材にある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記表面処理液が、前記イソシアネート成分としてポリイソシアネートを含むものであることを特徴とするブレード部材にある。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記表面処理液中のポリマーは、イソシアネート成分に対して５〜７５重量％であることを特徴とするブレード部材にある。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記ゴム弾性体のゴム硬度がＪＩＳＡで５０°〜９０°であることを特徴とするブレード部材にある。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記表面処理層が、前記ポリマーと前記イソシアネート成分とを溶解する溶剤を含有する表面処理液を前記ゴム弾性体の少なくとも前記先端部の表面に含浸塗布し、溶媒除去することにより形成されたものであることを特徴とするブレード部材にある。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記ゴム弾性体が、導電性の支持部材に対して接着保持されていることを特徴とするブレード部材にある。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記表面処理層が前記ゴム弾性体の表面から前記支持部材表面に亘って形成されており、これにより前記ゴム弾性体の先端部と前記支持部材との間が電気的に導通されていることを特徴とするブレード部材にある。

本発明のブレード部材は、フッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも一種のポリマーと、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分とを含有する表面処理液で表面処理層を形成することにより、弾力性が向上し、低摩擦係数化を維持しつつ、割れや剥がれが発生しがたい表面処理層を有し、良好な特性を長期間に亘って維持することができるという効果を奏する。また、本発明の表面処理層は、必要に応じて導電性を付与することができ、当該表面処理層によりゴム弾性体と支持部材との電気的導通を図ることができるという効果も奏する。

本発明によると、ブレード部材のゴム弾性体の少なくとも先端部表面に形成された表面処理層は、少なくとも一部がポリウレタンからなるゴム弾性層に含浸して当該ゴム弾性体と一体的に設けられたものである。すなわち、かかる表面処理層は、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分と共に、フッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーの少なくとも一種のポリマー、さらに必要に応じてカーボンブラックを含有する表面処理液により形成されたものであり、これに溶剤を添加した表面処理液を含浸塗布し、溶媒を除去して形成したものであるので、当該表面処理層は表面から内部に向かって漸次疎になるように一体的に形成される。従って、一般的なコーティング層と異なり、剥がれなどの問題はない。

ここで、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分とは、過剰のイソシアネート化合物とポリオールとを反応させたもので、イソシアネート基が残存したものである。

また、プレポリマーと共に、イソシアネート化合物を加えてイソシアネート成分としてもよい。ここで、イソシアネート化合物としては、２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４’−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）などのイソシアネート化合物を挙げることができる。イソシアネート成分としては、この他、これらのイソシアネート化合物の２乃至３量体を挙げることができる。

表面処理液に含有される当該少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分のイソシアネート基が、ゴム弾性体を形成するポリウレタンゴムのウレタン結合と反応してアロハナート、ウレチジオン、ヌレートなどを生成して強固に結合すると推測される。また、特に遠心成形法によりゴム弾性体を成形すると、製造直後にはその遠心力により鏡面側に低比重原料由来のＯＨ成分が偏在していると思われ、この面に表面処理液のイソシアネート成分が含浸されると、イソシアネート成分がゴム弾性体に強固に結合されると予想される。また、イソシアネート成分がプレポリマーを含むので、表面処理層に弾性が付与され、クラックが生じ難くなる。

また、表面処理液の中の少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分は、ゴム弾性層のイソシアネートとも反応して強固に一体化されるので、さらに剥がれなどの問題が回避される。ブレード部材のゴム弾性体はポリオール由来の水酸基が残存すると好ましくなく、一般的にはイソシアネート過剰で合成されるので、このゴム弾性体の過剰イソシアネートと表面処理液のイソシアネート成分とを反応させるようにするのが好ましい。従って、この点を考慮すると、ブレード部材製造後、熟成して残存イソシアネートを消滅させる前に表面処理層を形成するのが好ましい。勿論、熟成後に表面処理層を形成してもよい。

また、本発明の表面処理層は、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分にフッ素系ポリマーやシリコーン系ポリマーを添加した表面処理液から形成されているので、フッ素系ポリマーやシリコーン系ポリマーのみから形成されたコーティング層や、単なるイソシアネート化合物と、フッ素系ポリマーやシリコーン系ポリマーとから形成された表面処理層と比較して弾性変形し易く、ゴム弾性体の割れなどが発生し難い。

なお、このような本発明の表面処理層は、イソシアネート成分の反応によりゴム弾性層の表層と一体的であるので、有機感光体に接触しても汚染することはなく、低摩擦係数化を図ることができる。

本発明で用いる表面処理液は、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分に、フッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーの少なくとも一種のポリマーを添加し、これらを溶剤に溶解したものである。

ここで、フッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーは、所定の溶剤に可溶で少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分と反応して化学的に結合可能なものであり、特に、アクリルフッ素系ポリマー又はアクリルシリコーン系ポリマーを用いるのが好ましい。

ここで、アクリルフッ素系ポリマーは、例えば、水酸基、アルキル基、又はカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。なお、本発明では、これらのポリマーを一種又は二種以上混合して用いる。

また、本発明で用いることができる溶剤は、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン、アセトン、シクロヘキサノンなどの他、反応性希釈剤、例えば、２−ヒドロキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートなど用いるポリマー成分を溶解することができ且つイソシアネート成分と相溶するものであればよい。

本発明の表面処理層は、上述したようなフッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーの代わりにカーボンブラックを用いても低摩擦係数化を維持しつつ、弾性変形可能なものである。

また、本発明では、上述したポリマーに加えてカーボンブラックを含有させることにより更に低摩擦係数化を図ることができる。かかるカーボンブラックは表面処理液に分散させた状態で表面処理層を形成することにより、表面処理層内に固定することができる。

ここで、カーボンブラックとしては、低摩擦係数化の目的のためであれば、導電性を有さないカーボンブラックを用いればよいが、逆に、導電性カーボンブラックを添加することにより、表面処理層に導電性を付与することができる。なお、導電性カーボンブラックとしては、例えば、ケッチェンブラック（ライオン社製）、トーカブラック＃５５００（東海カーボン社製）などが挙げられる。

表面処理液中のカーボンブラックの含有量は、イソシアネート成分に対して、７０重量％以下であるのが好ましい。これより多すぎると脱落等の問題が生じ好ましくないからである。なお、導電性を付与するためには、１０重量％以上添加するのが好ましい。

また、表面処理液中のポリマーの含有量は、イソシアネート成分に対して好ましくは５〜７５重量％、さらに好ましくは２０〜５０重量％である。これより少ないとカーボンブラックを表面処理層中に保持する効果が小さくなり、多すぎると相対的にイソシアネート成分が少なくなって有効な表面処理層が形成できなくなり、共に好ましくない。

一方、本発明のゴム弾性体を構成するポリウレタンは特に限定されず、従来からブレード用として用いられているものであればよい。一般的には、ポリエステル系の注型タイプのポリウレタンが用いられ、ε−カプロラクトン系ポリオール、ジオール成分と二塩基酸との脱水縮合により得られるポリエステルポリオールなどをイソシアネートで重付加し、架橋したものであればよく、その製造方法は限定されず、例えば、ワンショット法で製造されたものでも、プレポリマー法で製造されたものでもよい。なお、ゴム弾性体のゴム硬度は、ＪＩＳＡで５０°〜９０°であることが好ましい。

ここで、ブレード用としては、イソシアネートを過剰として反応するのが好ましく、上述したように、この過剰のイソシアネートと、表面処理層のイソシアネート成分とを反応させるようにするのが好ましい。この点から、架橋した後、熟成する前に表面処理層を形成するのが好ましい。

ブレード形状のゴム弾性体の製造方法も特に限定されないが、好適には遠心成形により製造したシートを所定の寸法に切断する方法が採用される。

表面処理液による表面処理層の形成方法も特に限定されず、少なくともゴム弾性体の被接触部材との接触端となる先端部に表面処理層を形成すればよく、表面処理層を形成する先端部の範囲は特に限定されず、先端面だけでもよいことはいうまでもない。

表面処理液の含浸塗布方法は、塗布、噴霧、ディッピングなどの各方法により行うことができ、例えば、先端部のみに含浸塗布させてもよいし、全体に含浸塗布させてもよい。従って、ブレード形状にした状態で、先端部のみ、又は全体に含浸塗布させてもよいし、ブレード形状にしたものを支持部材に接着してアセンブリした後、先端部のみ、又は全体に含浸塗布させてもよい。また、ブレード形状に切断する前のシートの一面又は両面に表面処理層を形成した後、切断するようにしてもよく、例えば、遠心成形時に表面に表面処理層を形成することもできる。なお、表面処理層とするには、含浸塗布後、溶媒除去、すなわち、自然乾燥、強制乾燥、加熱処理などを行う。

図１には、支持部材に接着してアセンブリした後の、ブレード部材の例を示す。図１（ａ）は、支持部材１１に接着したゴム弾性体１２の先端部のみに表面処理層１３Ａを設けた例、図１（ｂ）は支持部材１１に接着したゴム弾性体１２の一面のみに表面処理層１３Ｂを設けた例、図１（ｃ）は支持部材１１にゴム弾性体１２を接着したのち、ゴム弾性体１２の表面全体に表面処理層１３Ｃを設けた例である。

なお、図１（ｃ）の場合、表面処理層１３Ｃに導電性カーボンブラックを添加すると、ゴム弾性体１２の先端部と支持部材１１とを表面処理層１３Ｃを介して電気的に導通させることもできる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
カプロラクトン系ポリオール（分子量２０００）１００重量部と、ＭＤＩ３８重量部とを１１５℃×２０分間反応させた後、１，４−ブタンジオール６．１重量部およびトリメチロールプロパン２．６重量部を混合し、１４０℃に保った金型で４０分間加熱硬化させた。成形後、幅１２．３ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ、長さ３２４ｍｍに切断加工したゴム弾性体とし、このゴム弾性体を支持部材に接着し、ブレードとした。

（表面処理液の調製）
酢酸エチル７９重量部、ポリウレタンプレポリマー（Ｃ−８０３（イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーの５０％有機溶剤溶液：イソシアネート基含有量２．０５％）三洋化成工業社製）１０重量部、カーボン分散液（ＭＨＩ−ＢＫ（カーボン含有量２０〜３０重量％）御国色素社製）１０重量部、アクリルフッ素ポリマー（モディパーＦ６００（メタクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマー）日本油脂社製）１重量部をボールミルで３時間分散混合した。

（ブレードの表面処理）
前記溶液を２３℃に保ったまま、前記ブレードの使用稜線部分を前記溶液に１０秒間浸漬後、５０℃で保持されたオーブンで１時間加熱し、ブレードを得た。

（実施例２）
（表面処理液の調製）
酢酸エチル６７重量部、ポリウレタンプレポリマー（Ｃ−８０３三洋化成工業社製）２０重量部、カーボン分散液（ＭＨＩ−ＢＫ御国色素社製）１０重量部、アクリルフッ素ポリマー（モディパーＦ６００日本油脂社製）３重量部をボールミルで３時間分散混合した。

（ブレードの表面処理）
前記溶液を２３℃に保ったまま、実施例１と同様のブレードを前記溶液に１０秒間浸漬後、５０℃に保持されたオーブンで１時間加熱し、ブレードを得た。

（実施例３）
（表面処理液の調製）
酢酸エチル５５重量部、ポリウレタンプレポリマー（Ｃ−８０３三洋化成工業社製）２０重量部、カーボン分散液（ＭＨＩ−ＢＫ御国色素社製）２０重量部、アクリルフッ素ポリマー（モディパーＦ６００日本油脂社製）５重量部をボールミルで３時間分散混合した。

（ブレードの表面処理）
前記溶液を２３℃に保ったまま、実施例１と同様のブレードを前記溶液に１０秒間浸漬後、５０℃で保持されたオーブンで１時間加熱し、ブレードを得た。

（実施例４）
（表面処理液の調製）
酢酸エチル５７重量部、ポリウレタンプレポリマー（Ｃ−８０３三洋化成工業社製）２０重量部、カーボン分散液（ＭＨＩ−ＢＫ御国色素社製）２０重量部、アクリルフッ素ポリマー（モディパーＦ６００日本油脂社製）３重量部をボールミルで３時間分散混合した。

（比較例１）
実施例１のブレードに表面処理を施さない未処理品を比較例１とした。

（比較例２）
（表面処理液の調製）
酢酸エチル６８．５重量部、イソシアネート化合物（ＭＲ−４００（ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート）日本ポリウレタン社製）１５重量部、カーボン分散液（ＭＨＩ−ＢＫ御国色素社製）１５重量部、アクリルフッ素ポリマー（モディパーＦ６００日本油脂社製）１．５重量部をボールミルで３時間分散混合した。

（試験例１）摩擦係数の測定
実施例１〜４及び比較例１〜２のブレードと同様に処理したウレタンシート（厚さ２ｍｍ×幅５ｍｍ×長さ５０ｍｍ）を用いて図２に示すような方法で摩擦係数を測定した。

テフロン（登録商標）板２１上にウレタンシート２２を載置し、この上からテフロン（登録商標）ローラ（内径１６ｍｍ×外径２０ｍｍ）２３を介して１００ｇｆ荷重を付加して当接させ、引張速度５０ｍｍ／ｓｅｃで厚さ０．２５ｍｍのポリカーボネートシート２４（ＣＦＥＭ三菱エンジニアリングプラスチック（株）社製）を搬送して、ポリカーボネートシート２４の一端に取り付けたロードセルで測定された荷重Ｑ（Ｎ）を求め、下記式により計算した。なお、測定は、常温常湿環境（ＮＮ：２０℃、４０％ＲＨ）で行った。この結果を表１に示す。

〔数１〕
μ＝Ｑ（Ｎ）／（１００ｇｆ×０．００９８）

（試験例２）折り曲げ試験
実施例１〜４及び比較例２のブレードと同様に処理したウレタンシート（厚さ２ｍｍ×幅１５ｍｍ×長さ５０ｍｍ）を、外径９ｍｍの芯金に巻き付けクリップで２２時間保持したものを、４５０倍の顕微鏡（キーエンス社製ＶＨ−Ｚ４５０）で観察し、割れが観察されなかった場合は○、割れが観察された場合は×として、折り曲げに対する強度を評価した。この結果を表１に示す。

（試験例３）引張試験
実施例１〜４及び比較例２のブレードと同様に処理したウレタンシート（厚さ２ｍｍ×幅５ｍｍ×長さ１００ｍｍ）の両端を把持して５０％伸張させて、その状態を保持しながら４５０倍の顕微鏡（キーエンス社製ＶＨ−Ｚ４５０）で観察し、割れが観察されなかった場合は○、割れが観察された場合は×として、表面処理層の強度を評価した。この結果を表１に示す。

（試験例４）
実施例１〜４及び比較例１〜２のブレードを、クリーニングブレードとして実機（富士ゼロックス社製：ＤｏｃｕＣｅｎｔｅｒｃｏｌｏｒ４００）に取り付け、ＪＤ紙（両面コピー用フルカラー複写機用紙）を給紙した際の鳴き（異音）発生を官能試験にて確認した。なお、試験は高温高湿環境（ＨＨ：２８℃、８５％ＲＨ）下で行った。この結果を表１に示す。

この結果より、実施例１〜４及び比較例２のクリーニングブレードは無処理の比較例１と比較すると、低い摩擦係数を示すことがわかった。

また、実施例１〜４は、折り曲げ試験、引張試験共に良好な特性を示し、弾性力が高いことが分かった。一方、比較例２では、折り曲げ試験、引張試験の結果が悪く、弾性力が低いことが分かった。

実機に使用した試験例４の結果、実施例１、３及び４では５００枚通紙後まで、実施例２では２０００枚通紙後まで、鳴きが発生しなかったが、比較例１及び２では弾性力が低いためか、当初から鳴きが発生した。

本発明に係るブレード部材の例を示す断面図である。本発明の試験例１の測定の様子を示す説明図である。

符号の説明

１１支持部材
１２ゴム弾性体
１３Ａ〜１３Ｃ表面処理層
２１テフロン（登録商標）板
２２ウレタンシート
２３テフロン（登録商標）ローラ
２４ポリカーボネートシート

Claims

被接触部材に先端部を接触させて使用されるゴム弾性体を具備するブレード部材であって、前記ゴム弾性体がポリオールに過剰のイソシアネートを反応させたポリウレタンゴムからなり、当該ゴム弾性体の少なくとも前記先端部の表面に、フッ素系ポリマー及びシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも一種のポリマーと、少なくともポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート成分とを含有する表面処理液で形成された表面処理層を有し、前記過剰のイソシアネートと前記表面処理層のイソシアネート成分とが化学的に結合していることを特徴とするブレード部材。
請求項１において、前記表面処理液が、さらに、カーボンブラックを分散させたものであることを特徴とするブレード部材。
請求項１又は２において、前記表面処理液が、前記イソシアネート成分としてポリイソシアネートを含むものであることを特徴とするブレード部材。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記表面処理液中のポリマーは、イソシアネート成分に対して５〜７５重量％であることを特徴とするブレード部材。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記ゴム弾性体のゴム硬度がＪＩＳＡで５０°〜９０°であることを特徴とするブレード部材。
請求項１〜５の何れかにおいて、前記表面処理層が、前記ポリマーと前記イソシアネート成分とを溶解する溶剤を含有する表面処理液を前記ゴム弾性体の少なくとも前記先端部の表面に含浸塗布し、溶媒除去することにより形成されたものであることを特徴とするブレード部材。
請求項１〜６の何れかにおいて、前記ゴム弾性体が、導電性の支持部材に対して接着保持されていることを特徴とするブレード部材。
請求項７において、前記表面処理層が前記ゴム弾性体の表面から前記支持部材表面に亘って形成されており、これにより前記ゴム弾性体の先端部と前記支持部材との間が電気的に導通されていることを特徴とするブレード部材。