JP4594909B2 - 粗面を有するブレード及びその製造方法、製造装置 - Google Patents
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Description
このときに成形シートには金型に接触している面(金型面)と、内側の空気に接触している面(エアー面)ができ、シートの金型面は金型表面の凹凸に応じた凹凸を有し、シートのエアー面は鏡面に仕上がる。弾性ブレード部材として上記遠心成形により製造したポリウレタンシートを用いる場合、従来は平滑性に優れ、摩擦係数が高いことにより、エアー面を現像ローラとの摩擦面になるように配置していた。しかし、エアー面を現像ローラとの摩擦面になるように配置した場合、印字枚数の進展につれ文字が太く不鮮明になる現象(文字太り)という問題があった。
小粒径一成分磁性トナーにおいてこの現象が顕著であった。近年、プリンタは、高画質化、省エネ化に伴い、トナーの設計は「丸く・小さく・低融点化によるシャープメルト」に変わってきている。これは現像ブレードの要求性能としても摩擦帯電、トナー薄層の形成がし難く、難易度が高くなる方向にあり、現像ブレード表面(現像スリーブとの摩擦摺擦面)に適度な表面粗さを設ける対策が提案されている。
特許文献2(特許第3284490号公報)には、径10〜300μmのガラス玉を所定距離から所定圧にて所定時間吹き付けるサンドブラスト手段によって、表面の十点平均粗さ(Rz)を0.8〜16.3μmとした厚さ0.1〜0.5mmのリン青銅薄板製の現像ブレードを製造する方法が例示されている。
シリコーンゴム素材の表面に樹脂粒子の粒径が10μm以下であるシリコーン樹脂粒子、又はアクリル樹脂粒子を付着させた現像ブレードが特許文献3(特開平5−35073号公報)に開示されている。
特許文献4(特開2004−25846号公報)には、回転する円筒体の内面を利用して、遠心成形手段を用いてクリーニングブレード素材あるいは現像ブレード素材を製造する方法において、円筒体内面に固体潤滑剤を埋設して十点平均表面粗さRzで2〜10μm程度の粗面としたシリコーンゴムを主体とする離型層を形成した金型を用いる製造方法が開示されている。
このように粗面化処理を施した先行技術が存在し、粗面化に関する概略は次のとおりである(特許文献1参照)。
また、上記現像剤収容容器111内には、撹拌羽根110が設けられており、その撹拌羽根110の回転作用によって上記一成分磁性トナーTを、上述した現像スリーブ112側に攪拌しながら搬送するように構成されている。
また、上記現像スリーブ(現像剤担持体)112の表面上には、板状のゴム弾性材121などからなる現像ブレード120の電荷付与面121aが圧接されている。そして、その現像ブレード120の電荷付与面121aと、上記現像スリーブ112との間のニップ部に送り込まれた一成分磁性トナーTが、それら両部材どうしの間で均一薄層化されるとともに、両部材どうしの間の摩擦により帯電されて、一成分磁性トナーTに摩擦電荷(トリボ)が付与されるようになっている。
図10に示されているように、金属製の板金部材などからなる細長板状の支持体122の一側縁部に沿って、同じく細長平板状に形成したゴム弾性ブレード121を取り付けたものが用いられており、そのような現像ブレード120に設けられた粗面化された電荷付与面121aは、上述したように現像スリーブ112の表面に対して面状に圧接する構成になされている。
このとき、上述した支持体122としては、金属製の他に樹脂製の平板も用いることができるが、金属製の平板としては、ステンレススチール板(引張強さ約110kg/mm2)や、アルミ板(引張強さ約40kg/mm2)などが用いられる。また、そのときの板厚は、上述した現像スリーブ112の表面に対する圧接力の制御性を考慮して、20μm〜500μmの範囲内にすることが好ましい。
また、現像ブレード120の本体部を構成しているゴム弾性ブレードとしては、JIS−A硬度で、90度以下のゴム製のものを用いることが好ましく、具体的には、本発明ではウレタンゴムなどが用いられる。
さらにまた、上記現像ブレード120の電荷付与面121aは、従来のような鏡面にはなされておらず、粗面化された面に形成されている。より具体的には、表面粗さRzで、1〜10μmとなるように粗面化された状態に形成されていることが望ましい。
すなわち、現像ブレード120の電荷付与面121aの表面粗さRzが1μmより小さく平滑な状態であると、一成分磁性トナーTに付与すべき帯電電荷(トリボ)が不十分になってしまい、画像濃度が薄くなったり、トナーが飛び散る状態になる。これに対して、現像ブレード120の電荷付与面121aの表面粗さRzが20μmより大きく粗すぎる状態であると、現像ブレード120による規制作用が悪化して、本来、現像スリーブ112上に均一薄層状に規制されるべき一成分磁性トナー層に、スジなどが現れて不均一な層になって、それが画像にも形成されてしまう。
そして、これらの先行技術は、個別製造法あるいはバッチ製造法であって、製造効率が悪い。
安定して均一な粗面化が得られないと現像ブレードとトナーとの間の摩擦が均等に行われないこととなり、トナーへの帯電が不均一となって、良い画質が得られない原因となる。また、離型剤が現像ブレードに付着していると、帯電性能のバラツキの原因となり、特に、離型剤の残存は一定でもなく、経時変化もするので画質のバラツキも一定しない要因となる。
また、ブレード素材の製造の面でも、離型剤が金型に残留したまま再使用すると、残留離型剤が酸化などにより変質し、悪影響が出るので型の洗浄が必要であった。
本発明は、さらに、摩擦摺擦面及び先端面の粗面を形成したブレード、及びその製法、製造装置を提供するものである。
ドラムを回転させつつ、粗面を転写した樹脂テープ状の現像ブレード素材を連続して製造
するものである。
本発明の主な解決手段は次のとおりである。
(1)長方形の合成樹脂製の弾性ゴム部材の一方の長辺側を支持部材に接合し、他方側を自由端とする現像ブレードであって、弾性部材の自由端側面を現像ローラの表面に摺擦するように配置して現像ローラ上でトナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させる現像ブレードの合成樹脂製の弾性ゴム部材となるブレード素材を製造する方法に関し、
外周に成形溝及び内部に加熱装置を備えた回転する成形ドラムを用いて、回転するドラムの成形溝内に合成樹脂を注型して、該成形ドラムを回転させながら重合硬化して連続して樹脂シートを形成して、粗面を有する合成樹脂製のブレード素材を連続成形する方法において、
離型剤が塗布されていない成形溝の底面及び側面に粗面化部分を形成した成形ドラムを用いることにより、摩擦摺擦面と先端面に粗面部を有するブレード素材を製造する方法。
(2)ブレード素材を成形ドラムから剥離する直前に外部から冷却することを特徴とする(1)記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
(3)合成樹脂製の弾性ゴム部材を支持部材に接合してなる現像ブレードであって、現像ローラ上でトナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させる現像ブレードの合成樹脂製の弾性ゴム部材となるブレード素材を製造する方法に関し、
少なくとも弾性ゴム部材の摩擦摺擦面に該当する部分を形成する底面部分及び弾性ゴム部材の先端面に該当する部分を形成する側面を粗面化した成形溝を外周に備え、及び内部に加熱装置を備えた成形ドラムであって、
該成形ドラムの外周に沿って、成形溝に合成樹脂供給手段、成形ドラムの成形溝を覆いながら成形ドラムの回転に従動して回走するエンドレスベルトを順次配置し、離型剤が塗布されていない成形溝に供給した合成樹脂原料をエンドレスベルトと成形溝から形成される成形空間によって、所定の幅と厚さを有する帯状の粗面を有するブレード素材を成形ドラムの回転に従い製造することを特徴とする粗面を有するブレード素材を連続して製造する方法。
(4)合成樹脂が、非溶剤型の熱硬化性ポリウレタン樹脂であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
(5)離型剤を使用しないことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
(6)粗面を有するブレード素材は、表面粗さが十点平均粗さRzで1〜10μmの粗面であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
(7)長方形の合成樹脂製の弾性ゴム部材の一方の長辺側を支持部材に接合し、他方側を自由端とする現像ブレードであって、弾性部材の自由端側面を現像ローラの表面に摺擦するように配置して現像ローラ上でトナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させる現像ブレードの合成樹脂製の弾性ゴム部材となるブレード素材を製造する装置に関し、
外周に成形溝及び内部に加熱装置を備えた回転する成形ドラムを用いて、回転するドラムの成形溝内に合成樹脂を注型して、該成形ドラムを回転させながら重合硬化して連続して樹脂シートを形成して、粗面を有する合成樹脂製のブレードの素材を連続成形する装置において、
該成形溝の底面部分及び側面部分に粗面が形成されており、成型用溝には離型剤が塗布されないことを特徴とするブレード素材製造装置。
(8)断面凹状の成形用溝を全外周面に形成され、内部加熱装置を備えた回転する成形ドラムと、
合成樹脂原料を調整して吐出する樹脂原料定量注型機と、
前記成形ドラムの外周面に当接し、前記成形ドラムに従動して回走する金属製のエンドレスベルトと、
取出部に一端部を近接して帯電ブレード用の成形物を搬出する装置とを備えたブレード素材の製造装置であって、
前記断面凹状の成形用溝が、少なくとも弾性ゴム部材の摩擦摺擦面に該当する部分を形成する底面部分及び弾性ゴム部材の先端面に該当する部分を形成する側面部分に粗面が形成されており、
成型ドラムの回転方向に沿って、前記樹脂原料定量注型機の注型口、金属製エンドレスベルトの順に配設しており、離型剤塗布手段を備えていないことを特徴とするブレード素材の製造装置。
(9)取出部の前であって、且つ、ブレード素材が成形溝から剥離する直前の位置に成形ドラムの外部に冷却装置を設けたことを特徴とする(7)又は(8)記載のブレード素材の製造装置。
(10)成形ドラムの後処理装置として、冷却あるいは非冷却の搬送用金属製のエンドレスコンベヤベルト、該搬送用コンベヤの後工程に、帯状のブレード素材を定尺寸法に切断する裁断装置を配置した(7)〜(9)のいずれかに記載のブレード素材の製造装置。
(11)合成樹脂として、非溶剤型の熱硬化性ポリウレタンを用いることを特徴とする(7)〜(10)のいずれかに記載のブレード素材の製造装置。
(12)離型剤供給装置を備えていないことを特徴とする(8)〜(11)のいずれかに記載のブレード素材の製造装置。
(13)トナーを載せて回転する現像ローラに対向して現像ブレードを配置して、トナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させるトナー帯電装置であって、
現像ブレードは、長方形をしたシート状の合成樹脂製の弾性ゴム部材の一方の長辺側を支持部材に接合し、他辺側を自由端とし、当該弾性ゴム部材の自由端側近傍の表面を現像ローラの表面に摩擦摺擦する状態に自由端を回転方向に向けて配置される構成とされ、
弾性ゴム部材は、前記摩擦摺擦面及び先端面に十点平均粗さRzで1〜10μmの粗面部が形成されていることを特徴とするトナー帯電装置。
(14)弾性ゴム部材は、離型剤が付着していない摩擦摺擦面及び先端面に粗面部を有していることを特徴とする(13)に記載されたトナー帯電装置。
2.特に、ブレード先端面を粗面化することで、帯電力が低下しやすい高湿化環境においても帯電特性の維持できる。通常の環境での帯電量と高温高湿環境下での帯電量の差が小さく、環境変化による画像品質の安定化が向上する。
3.摩擦摺擦面と先端面に粗面化した合成樹脂製のブレード素材を連続して製造できる。特に、成形ロールの溝幅がブレード幅であるので、遠心成形法の様に幅カットをしない為、ブレードの先端面に粗面を金型での作り込みができる。後工程による粗し加工ではないので安価である。金型で粗さを作り込むため、均一な粗面が得られる。
4.成形面に離型剤を使用する必要がないので、金型の粗面の状態を忠実に転写した合成樹脂製のブレード素材を連続製造できる。先端面は摺擦面と異なり割り型や遠心成形の円筒ドラムで直接粗面を作り込むことはできない。遠心成形等で成形したシートは短冊状にカットする為、先端面(カット面)は鏡面である。先端面は研磨、サンドブラスト等の後加工で粗す方法しか他なく、コストアップや弾性体を均一に粗すことは難易度が高い等の問題がある。
5.離型剤が付着していない粗面化した合成樹脂製の現像ブレードを提供できる。
6.離型剤を使用していないので、得られたウレタン製現像ブレードの表面は無垢のウレタンであり、トナーに対する摩擦帯電付与性が乱されることなく安定した帯電性が得られる。
1−1 ブレード
本発明が対象とするブレードは、合成樹脂製の弾性ゴム体からなるテープを金属製の支持部材一側縁に沿って接合したものであり、現像ブレードやクリーニングブレードに利用される。現像ブレードの場合は、少なくとも電荷付与面となる部分である摩擦摺動部分(ニップ)と先端面を粗面にしたものである。合成樹脂としては、主に、熱硬化性ポリウレタンが用いられる。
本発明で得られる現像ブレードの用途は、従来の電子写真方式の現像装置に用いられるものと同様である。
例えば、図1に示す現像装置を挙げることができる。
現像ブレード31は現像ローラ37に圧接されるように設けられている。トナー39は、供給ローラ38から現像ローラ37に移乗して、現像ローラ37と現像ブレード31に設けられたポリウレタン製の弾性ゴム部材33の間を通過するときに、摩擦帯電して感光体36に移乗する。
現像ブレード31は、金属製の支持体32にポリウレタン製の弾性ゴム部材33を貼り付けたものである(図2a参照)。
ポリウレタン製の弾性ゴム部材33は、現像ローラ7に対向する面である摺擦面35と先端面41に粗面化部分Wが設けられている。粗面化部分Wは、少なくとも先端面に設けられた粗面化部分Q、ニップ部N、ニップ後継部P及び先端からニップ部まで設けられている(図2b参照)。
本発明が提供するブレードは、摩擦摺擦面及び先端面を粗面に形成したものである。そして、離型剤が付着していないブレードであるので、粗さの精度が高く、離型剤の影響を受けないブレードである。
トナーがより球形になると空隙率が小さくなり、またニップを通過するトナーはすり抜けやすくなるため、トナーの帯電性が不均一になりやすい。これに対しブレード粗面の凹凸でニップを通過するトナーを転がし、ニップ部内で回動させ、ブレードとトナー間及びトナー同士摩擦によって帯電効果を高めている。トナーが低融点でやわらく、フィルミング等の不具合が発生しやすいために、当接圧としては下げる必要があるが、一方当接圧を下げると薄層化のための規制力が低下し、トナーが次々とスリーブ上に重なっていき、画像不具合を生じ易くなる。したがって、従来の鏡面ブレードでは帯電性と規制力のバランスがとれないのに対し、表面粗しブレードは、当接圧が低くても、表面の凹凸でニップを通過するトナーの擦り抜けを防止し、量を適度に規制することが可能であり、また、ニップに入ってくる凝集したトナーを崩す作用があると考えられる。
ブレード先端面に当接して回転を始めたトナー粒子の回転を維持するためには、先端面からニップにかけての摺擦面も粗面化処理を施すことが望ましく、さらに、ニップを通過した後も急激に回転を止めることがないように、回動力を付与するためにニップ部以降にもある程度粗面化領域を設けることが望ましい。
粗面を形成したブレード素材の例を図7に示す。図7aは先端面から全面粗面化を示し、図7bは先端面から摩擦摺擦面35の一部を粗面化した例を示す。
本発明のブレードの粗面処理範囲(W)は、先端面(Q)では、0.2mm以上、好ましくは0.5mm以上であり、摺擦面側では先端からニップ部まで、ニップ部(N)さらにニップの下流側(P)に0.5mm、好ましくは1.0mm延長して設ける。
設ける表面粗さは、表面粗さが十点平均粗さRzで、0.1μm<Rz<13.3μm 好ましくは1μm≦Rz≦10μm、さらに好ましくは1.8μm≦Rz≦9.0μmとする。
本発明では、対象製品である合成樹脂製の弾性ゴムからなるテープの幅と同一かそれよりやや大きい幅を有する合成樹脂製のテープを連続して製造し、その長尺テープを定寸にカットし、金属製の支持体の一側縁に接合して現像ブレードなどに仕上げる技術を基本製法とする。幅をカットする場合は、トナーと接触しない後端面側トリミングすることとなる。
この製法に用いる基本的な製造手段は、外周に成形溝を設けた成形ドラムを、水平軸を中心に回転させつつ、ポリウレタン等の液状原料を頂点付近から成形溝に連続注型し、成形ドラムの回転動作中に重合させて、テープ状となったポリウレタン等の連続成型物を成型溝から剥離して、取り出し、後工程に供給するものである。テープ状の成型物が連続して産出されるので、後工程では、一本の定尺にカット、金属支持体との接合と一連の作業を連続して実施でき、稼働に無駄が無く生産性が高い。
この基本製造手段は、本出願人が提案した、特許第2645980号公報や特開2005−7676号公報が存在する。
底面の粗面化処理部分は、ブレードの先端面を形成する溝の側面からニップ部の下流部分までを形成する溝の底面部に設けることが好ましい。
側面の粗面化処理は、少なくともブレードの先端面を形成する側の側面に施すことができる。形成部位は、隅の角部から高さの一部あるいは全面に設ける。高さは、ブレードの先端面の粗面化部分Qに相当する0.2mm以上である。
他の製法である遠心成形では、金型内面の一部に縞状に粗面を形成することが想定されるが、得られる成型物は幅広いシート状であり、これを縦横にカットして、一本当たりのブレード素材を得るので、カット位置を正確に行う必要があり困難であるとともに、カット面に粗面化処理を施すことは困難である。これに対して、本発明は、幅方向は規制されて連続成形されるので、ブレードの摩擦摺動部分(ニップ部)から先端面にかけて正確に粗面を形成できる。
この自重自体もベルト側で大部分が受けられるので、成形溝の底面側及び側面側には負荷されず、したがって、必要以上に粗面に圧着されないので、剥離抵抗も小さくて済む。また、2液硬化型のポリウレタン液状素材を連続注型する方法として、注型直前に2液を混合しながら供給する手段を採用し、また、短時間に成形溝を充満する流動性が必要である共に、半回転する60秒程度で重合が進むように設計した樹脂を用いる。
更に、本発明では、成形ドラムの外周面から接線方向の一定角度で引き剥がしていくので、剥離力が小さくて済み、成形されたテープが破れたりちぎれたりする危険性が小さく、安定して安全に剥離することができる。
これらの手段を講じることにより、0.4〜3.0mm厚のブレード素材を製造することができる。
成形ロールの溝幅がブレード幅であるので、遠心成形法の様に幅カットをしない為、先端面を含めて粗面を金型での作り込みができる。後工程による粗し加工ではないので安価である。金型で粗さを作り込むため、均一な粗面が得られる。
一方、従来の遠心成形あるいは、一本ずつ型成形する割型成形方法では、離型剤が使用されており、粗面化された型面に対して長時間圧接された状態で成形されるので、食い込み圧着も大きくなるので、一層離型剤が必要となる。これらの従来法では、成形樹脂に圧力がかけられながら成形されると共に、重合固化に長時間が必要であるので、粗面に対して長時間強く圧着されることとなる。この結果、離型剤が必要となる。
本発明で用いられる合成樹脂は、主に熱硬化性のポリウレタン樹脂である。特に、非溶剤型の2液性の熱硬化性ポリウレタンが適している。注型から取り出しまでの時間は、成形ドラムの一回転以内であり、30〜60秒程度で取り出し可能な程度に重合固化している必要がある。このような条件を満たすイソシアネートとポリオール、架橋剤、触媒を選定し設計する。取り出した後工程において、2次架橋、熟成工程を施すことができる。
ウレタンプレポリマーの液状物および架橋剤との液状物のうち少なくとも一方に混合される高分子量ポリオールの成分が数平均分子量1000〜3000の2官能ポリオールと、数平均分子量92〜980の3官能ポリオールとを平均官能基数が2.02〜2.20となるポリオールにイソシアネート基の含量が5〜20%となる量のジイソシアネート化合物を混合してプレポリマーを調製し、そのプレポリマーに、OH基/NCO基の当量比が0.90〜1.05となる量の架橋剤とを40〜70℃において混合してポリウレタン液状物(未硬化ポリウレタン組成物)を調製する。
また平均官能基数(f)がf=1ではモノオールとなるため重合せず、f≧5では多官能になりすぎるために、重合物の粘度が増大し且つ物性が低下するからである。
例えば、特許第2942183号公報、第0022段落に開示される反応促進剤は下記の一般化学式で表されるイミダゾール誘導体等であって、その具体例としては、化学構造上から反応温度依存性の高い2−メチルイミダゾールや1,2ジメチルイミダゾール等を挙げることができる。
式中Rは水素、メチル基,又はエチル基を示す。
成形ドラムの溝部(底面、側面)に施す粗面化手段は、切削加工や研磨加工、サンドブラスト、エッチング、レーザー加工等を用いることができる。例えば、ブラスト投射材にガラスビーズ#100〜300を使用することができる。
部分的な粗面形成手段は、例えば、粗面化形成以外の部分を金属テープで覆う等のマスキング措置を施して、ブラスト処理をすることによって、所望の箇所に正確に粗面を形成することができる。あるいは、全面にブラスト処理を施したのちに不要部分を研磨することもできる。
粗面の程度は、現像ブレードでは、形成される表面粗さは、十点平均粗さRz(JISB0601−1994に基づく)で、0.1μm<Rz<13.3μm 好ましくは1μm≦Rz≦10μm、さらに好ましくは1.8μm≦Rz≦9.0μmとする。粗面化は、少なくとも現像ブレードでは摩擦摺擦面に該当する部分を形成する底面部分及び一方の側面に行う。底面と側面の全面を行うことも可能であるが、一部分でも可能である。
本発明は、成形ドラムが回転しながら重合固化されたもので、その成形範囲は、2時〜8時程度の約半回転程度の間である。この間は、成形溝とその外側を供回りするベルトで形成されたトンネル状の中となっており、自重以外は無加圧で成形が進む。この自重自体もベルト側で大部分が受けられるので、成形溝の底面側や側面側には負荷されず、したがって、必要以上に粗面に圧着されないので、剥離抵抗も小さくて済む。また、用いられる成形樹脂は、2液硬化型のポリウレタン樹脂が適しており、注型直前に2液を混合しながら連続供給する手段を採用し、また、短時間に成形溝を充満する流動性と、半回転する60秒程度で重合が進むように設計した樹脂が用いられる。用いる樹脂の性質からも、長時間粗面の凹凸に入り込んで粘着固化するものではないので、剥離抵抗が小さい。
更に、ドラムの接線方向に剥離するので、剥離時に作用する応力が小さいことも、安全な剥離を可能としている。また、剥離直前にベルト側を冷却する手段を講ずると、高温である成形溝底面側は柔軟性があるのに対し、ベルト側が硬くなり密着する為、溝側からの引き剥がしを容易にすることができる。
しない無垢の樹脂表面を持ったブレードを提供できる発明である。この結果、離型剤の影
響を受けないクリーニングブレードや現像ブレードを用いた電子写真装置を実現でき、真
球度が高くなった小粒径トナーを用いてもきれいな画像の実現に寄与できる。
本発明のブレード素材などの合成樹脂製のテープの製造装置は、底面及び側面を粗面化した断面凹状の成形用溝を外周面の全周にわたり形成し、水平に支持され水平中心軸を中心に回転する成形ドラムと、回転方向を時計回りとした場合、下端の混合液吐出口を前記成形用溝内に臨ませて前記成形ドラムの頂点付近(約9〜2時の間)に配設され、熱硬化型ポリウレタンの原料成分であるウレタンプレポリマーの液状物と架橋剤の液状物とを計量、混合撹拌し吐出するための定量混合注型機と、必要に応じて前記成形ドラム上方に配設された外部加熱装置と、前記成形ドラムの外周面に当接され前記成形ドラムに従動して回走する金属製のエンドレスベルトと、必要に応じて剥離部直前に配設された外部冷却装置と、帯状ブレード素材成形物を取り出し後、搬送したコンベヤ(冷却可能)と、このコンベヤを必要応じて冷却する冷却装置と、成形された前記帯状ブレード素材を所定長さごとに切断する裁断装置とを備えている。
この発明のブレードおよびその製造装置の実施の形態を製造方法と併せて図に基づいて説明する。
図3は電子写真装置に使用するブレードの製造装置の実施例を概要的に示す全体正面図である。図3に示すように、ブレードの製造装置は、成形ドラム(3)、樹脂を供給する吐出口(1)、外部加熱装置(2)、エンドレスベルト(4)、冷却用コンベア(10)、裁断装置(14)、搬出用のコンベア(15)等から構成される。
ポリウレタン樹脂の液状物の吐出口(1)は、成形ドラム(3)頂点より約10時の時計方向の位置に配設され、続いて外部加熱装置(2)が配設され、それに続いて成形ドラムの外周面に接してその約半分覆うエンドレスベルト(4)が配設され、引き続き、剥離された帯状のブレード素材(s)を冷却搬送、定尺切断する切断装置、搬送装置の順に工程に沿って配設されている。外部加熱装置は省略することができる。省略した場合は、ポリウレタン樹脂の液状物の吐出口(1)の位置は、頂点付近に移動することが可能である。
成形ドラム(3)は、材質を例えば、硬質アルミニウムやステンレスとし、回転駆動、成形溝、内蔵された加熱構造から構成される(図5、6参照)。
図5(a)は、成形ドラムの概略を示している。成形溝20の底面21及び側面24に粗面が形成されている。図5(b)は、成形溝全底面及び側面に粗面を形成した全面粗面化底面22及び全面粗面化側面25を備えた成形ドラムの溝断面概略を示している。図5(c)は、底面の一部23aに粗面を形成した一部粗面化底面23及び、該底面に形成された粗面に連続して側面の一部に粗面処理を施した一部粗面化側面25aを備えた成形ドラムの溝断面概略を示している。粗面化処理を施す部分は、現像ブレードにおいては、摩擦摺動部分となるニップ部とその前後、及び、先端面の下方部を形成する部分である。先端面からニップ部にかけては、連続して粗面化処理を施すことが望ましい。ニップから粗面部分を延長することにより、急激なブレード面の性状変化を起こさない。粗面化処理は、底面と側面の全面に施すことも可能である。
図6は、成形ドラムを利用した帯状ブレードsの成形の概略である。図7は、現像用ブレード素材の断面を示している。(a)は摺先端面の全面と先端面の全面に粗面を形成した例を示しており、これは図5bの成型溝に対応した例である。
外部加熱装置(2)を設けた場合は、吐出口(1)から成形溝(20)に注型された樹脂に熱を照射して加熱する機能を果たす。この熱によって、樹脂の表面側の硬化が促進される。注型された樹脂は成形ドラムの熱と外からの熱によって硬化が促進され、粘度が上がって、エンドレスベルトの接触始端部への流れ込みを制御することができる。外部加熱手段として、非接触タイプである遠赤外線、レーザー光、紫外線、誘導加熱などがある。加熱温度の調整は、使用する樹脂、製造スピード、ブレードの厚さなどによって、変更する必要がある。出力を調整することや溝までの距離を調整することでも加熱条件の調整が可能である。使用する樹脂との関係では、紫外線硬化剤を添加した樹脂を用いた場合は、紫外線を照射することによっても、硬化を促進することができる。また、外部加熱装置の設置位置は、吐出口(1)と予熱ロール(6)の間で調整可能とすることができる。この位置も樹脂の種類やブレードの厚みによって決定することができる。本例では、成形ドラムの頂点上方付近に設置している。
外部加熱を行うことによって、ブレードの厚さを大きくすることが可能で、あるいは、成形スピードを上げることができる。
剥離直前には、エンドレスベルトの外側から冷風などを吹き付けて冷却する冷却装置(18)を必要に応じて設置する。
なお、この冷却コンベヤは、ブレード素材によっては冷却を必要としない場合もあり、冷却が不要な場合は、このコンベヤは後工程への搬送装置となるか、あるいは、省略することができる。
裁断装置(14)は、連続した帯状の素材をブレードの長さに切断する装置である。この裁断によって、ブレード素材は最終形状に成型されることとなる。この後は、金属製のブレード支持体への固着工程へ搬出される。この裁断装置の作用と同期させるために、裁断装置(14)の直前に送りを制御する送りロール(13)を配置し、送りロール(13)による送りスピードの緩急に対応させるために、送りロール(13)の前にテープのたるませる空間を持たせて、冷却用のコンベア(10)と裁断装置(14)のタイミング調整を計る。
なお、さらに硬化反応を最終的に実施させる二次架橋のために加熱工程を後工程として必要に応じて加えることができる。
次に、装置の各部分の構成例について、さらに記載する。
送りローラ(13)は、裁断装置(14)と連動して弛み検知機(12)の信号を受けて所定の速度でブレード成形物を裁断装置(14)に送り、帯状のブレード成形素材を所定の長さに裁断する。コンベヤ(15)は、裁断されたブレード成形素材を次工程(架橋工程、金具接着工程、検査工程等)に搬送する。
吐出口(1)の位置は、樹脂の種類やブレードの厚み、製造スピードなどによって、調整される。本例では、成形ドラムの反回転方向で9時から12時の時計位置に設置している。好ましくは、10時付近に設置している。反回転方向に寄せて吐出された合成樹脂の液状物は重力に従い落下しようとする一方、成形ドラム回転に従って、成形ドラムの頂点に向って持ち上げられることとなる。
そして、吐出口(1)の位置を振ったことによって、予熱ロール(6)との間にスペースを作ることができ、外部加熱装置(2)の配置の自由度も大きくすることができるものである。
なお、本例では、ポリウレタン液状物がA点からE点まで回転して移動する時間が13秒、E点からG点への移動時間が約40秒に設定されているが、上記したように予熱ロール(6)の成形ドラム(3)に対する接近・離間操作でE点の位置を変更し、A点とE点間の角度およびC点とG点間の角度を変えることで、液状物の反応および成形時間を微調整できる。
G点直前に冷風送風する冷却装置(18)を設置して、成形用のエンドレスベルト(4)を外部から冷却する。
裁断装置は、上下の刃に限定されることはなく、テーブルと上側に刃を設けた構成によっても構成することができる。送りロールからテーブル上に載置されたテープを押さえて刃を作用させて、所定長に切断することができる。
成形ロールの溝幅がブレード幅であるので、遠心成形法の様に幅カットをしない為、粗面を金型での作り込みができ、後工程による粗し加工ではないので安価である。金型で粗さを作り込むため、均一な粗面が得られる。
実施例1〜3及び比較例1〜3として次条件により現像ブレードを製造した。
<現像ブレード>
実施例1、2及び比較例1、2として次のサイズの現像ブレードを製造した。
ポリウレタン製弾性ゴム部材:厚さ1.25mm、長さ315.5mm、幅14.5mm、
金属製支持体:厚さ1.2mmの鋼板、
接着処理:ダイマー酸ベースのホットメルト接着剤にて、上記弾性ゴム部材と金属製支持体を溶融接着。
現像ローラ当接面:弾性ゴム部材粗面側(成形溝の底面側に相当)
ポリカプロラクトンエステルジオール(平均分子量2000)66.1重量部を70℃で3時間、減圧下(5mmHg)にて加熱・撹拌し脱水した後、これを反応容器に仕込み、引き続いて27.8重量部の4,4ジフェニルメタンジイソシアナートを反応容器に加え窒素ガス雰囲気下に70℃で1〜4時間撹拌して残留イソシアナート基含有量7.0%の液状ウレタンプレポリマーを得た。一方、架橋剤成分として1,4ブタンジオール4.3重量部、トリメチロールプロパン1.8重量部および1,2ジメチルイミダゾール0.07重量部を70℃で3時間、減圧下(5mmHg)にて加熱・撹拌し脱水し水酸基当量45の架橋剤を得た。
図3における成形ドラム(3)の成形用溝の深さを1.5mm、外部加熱装置に遠赤外線装置を採用し、剥離直前に冷風送風装置を配置した。
上記ウレタンプレポリマーと架橋剤をそれぞれ2液定量混合注型機に投入し、液温度70℃に成るよう加熱・撹拌した。これをOH基/NCO基の当量比0.95に成るように均一に撹拌・混合しながら図3に示す製造装置の吐出口(1)より145℃に温度調節された成形ドラム(3)の成形用溝内に吐出した。このあとの製造方法については、製造装置を用いた製造工程で説明したのと同様の方法による。
ポリウレタン液状物の流動は抑えられ、不安定な凹みも認められず、各実施例、比較例の現像ブレード用弾性ゴム部材が得られた。なお、剥離直前の冷風供給して、スチールベルト側を冷却すると、成形ドラムの外周面から接線方向への一定角度での安定した剥離が確認された。
ミツトヨ社製表面粗さ計(SURF TEST SV400)を用いて、成形ドラムの幅方向に相当する向きに測定した。測定は、任意の位置の5点とした。測定条件を表1に示す。
各実施例、各比較例で得られた現像ブレードを、平均粒度8μmの一成分磁性トナーを用いた一体型カートリッジの現像装置(リコー社製レーザービームプリンター イプシオNX700)に仕込、50%グレースケール画像で画像ムラを確認した。トナー帯電量は、吸引式トナー帯電測定装置を用いて評価した。また文字チャートでの画像出しを10000枚まで行い、文字太りの有無を目視で評価した。
表面粗さ測定結果と評価結果を表2に示す。
また、図8にトナー帯電量に関するグラフを示す。
本実施例では、離型剤を使用していない。
本実施例では、離型剤を使用していない。
本実施例では、離型剤を使用していない。
成形ドラムの成形溝は、ラッピングによる鏡面仕上げ状態のものを使用した。溝底面及び側面の十点平均粗さRzは0.1μmであった。
本比較例では、離型剤を使用していない。
ダイヤモンド系研削砥石♯60を用い、成型溝面を研磨加工した。得られた成形ドラムの溝底面及び側面は周方向に筋状の粗面であり、溝幅方向の粗さは、十点平均粗さRzで13.3μmであった。
本比較例では、離型剤を使用していない。
[比較例3]
成形溝の粗面化処理として、吸い込みノズル式サンドブラスト装置を用い、ガラスビーズ番手♯200(粒径範囲88〜74μm)をエアー圧5Kg/cm2で成形溝底面全体をブラスト処理して、十点平均粗さRzで9.0μmの粗面を形成した。なお、溝側面は粗面化処理していない。
本実施例では、離型剤を使用していない。
(1)比較例1:NN初期は帯電量-5.6μ c/gあり、初期文字太りは○だが、10000枚通紙後の帯電量は-4.4μ c/gに低下し文字太りは×。更にHHでは初期帯電量から-3.3μ c/gで文字太り×。理由は付与すべき帯電電化が不十分になってしまいトナーが飛び散る状態になっている為である。この評価の場合は-5.0μ c/gを切ると帯電量が不十分な傾向あるといえる。
(2)比較例2:NN、HH共に帯電量は良好(-5.0μ c/g以下)であり、文字太りは○だが、粗面の大き過ぎる局部凸がトナーの流れに作用してスジ発生したと考えられる。
(3)比較例3:NNでは問題なし。HH初期帯電量はNN帯電量に比べ-2.3μ c/g低下してはいるが、-5.2μ c/gを保ち文字太りは○。しかし、HH10000枚通紙後は更に低下して-4.6μ c/gとなり文字太り×。理由は比較例1と同様。
(4)実施例1,2,3:NN、HH、初期、10000枚通紙後全てにおいて、帯電量を-5.0μ c/g以下をキープしており問題なし。画像状態も良好。
(5)考察:摺擦面の表面粗さRzが大きいと帯電量も大きくなる。但し、大き過ぎると比較例2の様にスジ不具合が発生する。先端面が粗面化されることでNNとHHの帯電量の差が小さくなっており、文字太りに対して必要なトナー帯電量が保持しやすいことが明らかとなった。
(1)この結果、参考例1では、成形溝に形成された粗面の状態が高精度でブレードの弾性ゴム表面に転写されていることが確認できる。これに対し、離型剤を使用した参考比較例1では、参考例1と同様の粗さの成形溝を用いても、ブレード表面には粗さは小さくなり、且つバラツキが大きくなっていることが解る。
(2)参考例1は、初期画像の異常が発生せず、初期帯電量も十分に得られることが確認された。これに対し比較例2では、初期帯電量も小さく、初期画像にムラが発生している。これは、残留離型剤と不均一な粗面化が悪影響していることが窺える。
「参考例1」
成形溝の粗面化処理として、吸い込みノズル式サンドブラスト装置を用い、ガラスビーズ粒度♯200(粒径範囲88〜74μm)をエアー圧3Kg/cm2で成形溝底面全体をブラスト処理して、十点平均粗さRzで3〜4μmの粗面を形成した。
本実施例では、離型剤を使用していない。
得られたブレードの表面粗さは、5点計測で十点平均粗さRzが3.2〜3.7μmであった。
「参考比較例1」
成形溝の条件として、参考例1を用い、離型剤としてフッ素系離型剤を溝底面に塗布使用した。
得られたブレードの表面粗さは、5点計測で十点平均粗さRzで0.9〜2.8μmであった。
2 外部加熱装置
3 成形ドラム
4 エンドレスベルト
5 成形ロールの回転軸
6 予熱ロール
7 ガイドロール
8 テンションロール
9 冷却ロール
10 冷却コンベヤ
11 冷却装置
12 弛み検知器
13 送りロール
14 裁断装置
15 コンベア
16 上側センサー
17 下側センサー
18 冷却装置
20 成形溝
21 成形溝底面
22 全面粗面化底面
23 一部粗面化底面
23a 粗面化部分
24 側面
25 全面粗面化側面
26 一部分粗面化側面
31 現像ブレード
32 支持体
33 弾性ゴム部材
34 接合部
35 摩擦摺擦面
36 感光体
37 現像ローラ
38 供給ローラ
39 トナー
41 先端面
W 粗面化部分
N ニップ部
Q 先端面粗面化部分
P ニップ部下流粗面化部分
s 帯状ブレード素材
100 現像装置
101 感光ドラム
110 撹拌羽根
111 現像剤収容容器
112 現像スリーブ
100 撹拌羽根
120 現像ブレード
121 現像ブレード用弾性ゴム
121a 電荷付与面(摩擦帯電面)
122 金属製支持体
Claims (14)
- 長方形の合成樹脂製の弾性ゴム部材の一方の長辺側を支持部材に接合し、他方側を自由端とする現像ブレードであって、弾性部材の自由端側面を現像ローラの表面に摺擦するように配置して現像ローラ上でトナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させる現像ブレードの合成樹脂製の弾性ゴム部材となるブレード素材を製造する方法に関し、
外周に成形溝及び内部に加熱装置を備えた回転する成形ドラムを用いて、回転するドラムの成形溝内に合成樹脂を注型して、該成形ドラムを回転させながら重合硬化して連続して樹脂シートを形成して、粗面を有する合成樹脂製のブレード素材を連続成形する方法において、
離型剤が塗布されていない成形溝の底面及び側面に粗面化部分を形成した成形ドラムを用いることにより、摩擦摺擦面と先端面に粗面部を有するブレード素材を製造する方法。 - ブレード素材を成形ドラムから剥離する直前に外部から冷却することを特徴とする請求項1記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
- 合成樹脂製の弾性ゴム部材を支持部材に接合してなる現像ブレードであって、現像ローラ上でトナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させる現像ブレードの合成樹脂製の弾性ゴム部材となるブレード素材を製造する方法に関し、
少なくとも弾性ゴム部材の摩擦摺擦面に該当する部分を形成する底面部分及び弾性ゴム部材の先端面に該当する部分を形成する側面を粗面化した成形溝を外周に備え、及び内部に加熱装置を備えた成形ドラムであって、
該成形ドラムの外周に沿って、成形溝に合成樹脂供給手段、成形ドラムの成形溝を覆いながら成形ドラムの回転に従動して回走するエンドレスベルトを順次配置し、離型剤が塗布されていない成形溝に供給した合成樹脂原料をエンドレスベルトと成形溝から形成される成形空間によって、所定の幅と厚さを有する帯状の粗面を有するブレード素材を成形ドラムの回転に従い製造することを特徴とする粗面を有するブレード素材を連続して製造する方法。 - 合成樹脂が、非溶剤型の熱硬化性ポリウレタン樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
- 離型剤を使用しないことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
- 粗面を有するブレード素材は、表面粗さが十点平均粗さRzで1〜10μmの粗面であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の粗面を有するブレード素材を製造する方法。
- 長方形の合成樹脂製の弾性ゴム部材の一方の長辺側を支持部材に接合し、他方側を自由端とする現像ブレードであって、弾性部材の自由端側面を現像ローラの表面に摺擦するように配置して現像ローラ上でトナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させる現像ブレードの合成樹脂製の弾性ゴム部材となるブレード素材を製造する装置に関し、
外周に成形溝及び内部に加熱装置を備えた回転する成形ドラムを用いて、回転するドラムの成形溝内に合成樹脂を注型して、該成形ドラムを回転させながら重合硬化して連続して樹脂シートを形成して、粗面を有する合成樹脂製のブレードの素材を連続成形する装置において、
該成形溝の底面部分及び側面部分に粗面が形成されており、成型用溝には離型剤が塗布されないことを特徴とするブレード素材製造装置。 - 断面凹状の成形用溝を全外周面に形成され、内部加熱装置を備えた回転する成形ドラムと、
合成樹脂原料を調整して吐出する樹脂原料定量注型機と、
前記成形ドラムの外周面に当接し、前記成形ドラムに従動して回走する金属製のエンドレスベルトと、
取出部に一端部を近接して帯電ブレード用の成形物を搬出する装置とを備えたブレード素材の製造装置であって、
前記断面凹状の成形用溝が、少なくとも弾性ゴム部材の摩擦摺擦面に該当する部分を形成する底面部分及び弾性ゴム部材の先端面に該当する部分を形成する側面部分に粗面が形成されており、
成型ドラムの回転方向に沿って、前記樹脂原料定量注型機の注型口、金属製エンドレスベルトの順に配設しており、離型剤塗布手段を備えていないことを特徴とするブレード素材の製造装置。 - 取出部の前であって、且つ、ブレード素材が成形溝から剥離する直前の位置に成形ドラムの外部に冷却装置を設けたことを特徴とする請求項7又は8記載のブレード素材の製造装置。
- 成形ドラムの後処理装置として、冷却あるいは非冷却の搬送用金属製のエンドレスコンベヤベルト、該搬送用コンベヤの後工程に、帯状のブレード素材を定尺寸法に切断する裁断装置を配置した請求項7〜9のいずれかに記載のブレード素材の製造装置。
- 合成樹脂として、非溶剤型の熱硬化性ポリウレタンを用いることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載のブレード素材の製造装置。
- 離型剤供給装置を備えていないことを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載のブレード素材の製造装置。
- トナーを載せて回転する現像ローラに対向して現像ブレードを配置して、トナーを摺擦することによりトナーを摩擦帯電させるトナー帯電装置であって、
現像ブレードは、長方形をしたシート状の合成樹脂製の弾性ゴム部材の一方の長辺側を支持部材に接合し、他辺側を自由端とし、当該弾性ゴム部材の自由端側近傍の表面を現像ローラの表面に摩擦摺擦する状態に自由端を回転方向に向けて配置される構成とされ、
弾性ゴム部材は、前記摩擦摺擦面及び先端面に十点平均粗さRzで1〜10μmの粗面部が形成されていることを特徴とするトナー帯電装置。 - 弾性ゴム部材は、離型剤が付着していない摩擦摺擦面及び先端面に粗面部を有していることを特徴とする請求項13に記載されたトナー帯電装置。
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