JP4818945B2 - 電子写真装置用ブレード及びその製造方法 - Google Patents
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Description
各種のポリウレタンの種類を網羅的に例示した先行文献が見受けられる。(例えば、特許文献1:特開2000−235337号公報(東海ゴム))
しかし、現実に実用化されているものは、エステル系ポリウレタンである。エステル系ポリウレタンは、耐摩耗性が高いので一般に用いられている。一方、エステル系ポリウレタンには、加水分解し易く、圧接性能などの物性値が経年劣化する問題があるが、耐摩耗性を重視して利用されている。他の代表的なポリウレタンであるエーテル系ポリウレタンは、加水分解耐性はあるもののエステル系ポリウレタンよりも耐摩耗性が小さく、実用的でないとされ、使用されていないのが現実である。
また近年高画質化のために、トナーの粒径は細かく、形状は丸くなる方向であり、クリーニングや薄膜を形成するブレードとしての最適点が小さくなる方向にある。トナーの小粒径化、球状化のためにクリーニングブレードは確実にトナーをクリーニングするためにより強く相手材に圧接させた状態で使用するケースが増えてきており、より耐摩耗性と永久変形の少ないことが要求されている。
つまりエッジ部分はより耐摩耗性が要求され、エッジ以外の部分では、永久歪が少ないことなど要求が多様化しており、単一の材質によってブレードを構成するポリウレタンの材料設計が限界に来ている。そこでエッジ層と背面層を別々の配合で構成する案が提案されており、配置や構造など実用に供することができるものが求められている。
本出願人は、エッジ部やニップ部の位置と形状をベースと別素材で形成できるブレード素材の鋭意研究開発を継続しており、この位置と形状をコントロールできる技術を開発し、既に、特許出願(特願2005−218238号(CP2層)、特願2005−357859号(割型2層))を行った。
特許文献2(特開2002−214989号公報)にはポリエステル系ウレタンの2層成形がクレームに示されており、ポリエステル系ウレタン同士の2層では、加水分解性は通常のウレタン1層の物と変わらず、向上しない。
表面コーティング法
表面をコーティング剤で処理し、改質したものが提案されている(例えば、特許文献3:特開2001−356566号公報)。これは、遠心成形法で成形した板状のポリウレタンシート(第1層)の表層に、液状の原料を塗布し、加熱硬化することにより第2層を積層したブレード用ゴム部材とした例である。
コーティング方法としてディッピング方式を用いる方法(例えば、特許文献4:特開2004−46145号公報)がある。
遠心成形で2層になるように成形する方法(例えば、特許文献5:特開2004−184462号公報 [0074]参照)がある。また、別々に作ったゴム部材を接着して張り合わせる方法(例えば、特許文献6:特開昭60−165682号公報)がある。
ポリウレタンブレードの処理不必要な部分にマスキングを行い、ポリシアノアクリレートやイソシアネート、水、シリコンなどをポリウレタンブレードに含浸させ、その後加熱等で反応硬化させ、ブレードエッジ近傍の質を変える(硬度を上げる、粘弾性特性を変える、摩擦係数を変える 等)ことにより、クリーニングブレードとしての性能を改良する方法が提案されている(例えば、特許文献4:特開2004−46145号公報、特許文献7:特開2004−233818号公報)。
本出願人も多層ブレードについて例えば、特許文献8:特開平9−127846号公報、特許文献9:特開2002−214990号公報、特許文献10:特開平11−212414号公報に例示される表面コーティング法、遠心成型法、含浸法等を研究開発して提案してきた。
本発明の主な解決手段は次のとおりである。
(1)他部材と摺擦するエッジ部とベース部が、材質が異なるポリウレタン製の電子写真装置用ブレードであって、前記エッジ部がエステル系ポリウレタンからなり、エッジ部以外のベース部がエーテル系ポリウレタンからなり、
筋状に注型されたエッジ部形成用のポリウレタンが半硬化後にベース部を形成するポリウレタンを注型し、両者が硬化時に一体形成されており、
断面形状において、エッジ部とベース部との境界は、弧状を成しており、エッジの頂部から巾方向が5mm以内で全巾より小さく、厚み方向が1mm以内で全厚より小さいことを特徴とする電子写真装置用ブレード。
(2)他部材と摺擦するニップ部とベース部が、材質が異なるポリウレタン製の電子写真装置用ブレードであって、前記ニップ部がエステル系ポリウレタンからなり、ニップ部以外のベース部がエーテル系ポリウレタンからなり、
筋状に注型されたエッジ部形成用のポリウレタンが半硬化後にベース部を形成するポリウレタンを注型し、両者が硬化時に一体形成されており、
断面形状において、ニップ部とベース部との境界は、弧状を成しており、巾方向が10mm以内で全巾より小さく、厚み方向が1mm以内で全厚より小さいことを特徴とする電子写真装置用ブレード。
(3)ベース部を構成するエーテル系ポリウレタンが、ポリテトラメチレングリコール系ウレタン又はポリオキシプロピレン系ウレタンからなることを特徴とする(1)又は(2)記載の電子写真装置用ブレード。
(4)ベース部の硬さがJIS−A硬度60〜85であることを特徴とする(1)の電子写真装置用ブレード。
(5)ベース部を構成するエーテル系ポリウレタンが0℃〜50℃での反発弾性の変化率が10%以下であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
(6)ベース部を構成するエーテル系ポリウレタンが下記条件で測定したtanδのピーク温度が−33℃〜0℃であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
tanδの測定条件(温度分散)
動歪:0.1% 周波数:10Hz 昇温スピード:2℃/min
(7)エッジ部又はニップ部の厚みが0.1〜1.0mmであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
(8)エッジ部の形状が円弧状の横断面形状であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
(9)電子写真装置用ブレードが残留トナーをクリーニングするクリーニングブレードであることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
(10)電子写真装置用ブレードが現像ブレードであることを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
(11)成形溝を外周に備え、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同期して回走するエンドレスベルトを順次配置し、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ブレード素材を成形ドラムの回転に従い製造する方法であって、
エッジ部又はニップ部を形成するエステル系ポリウレタン材料を先に成形溝の一部に筋状に流し込み半硬化した後、ベース部を形成するエーテル系ポリウレタン材料を流し込み硬化させて、
巾が10mm以内、厚みが1mm以内である弧状断面を有し、全巾および全厚よりも小さい筋状部分をエッジ部又はニップ部の予定部分とするブレード素材を一体に形成することを特徴とする電子写真装置用ブレードの成型方法。
2.永久変形が少なく、機械的強度、耐摩耗性に優れ、使用環境範囲での粘弾性の温度依存性が小さく、硬さ(ブレードの圧接力)が適正範囲であるブレード(低温環境下でもクリーニング可能かつ高温環境下で異音が発生しない)を単一材で実現するのが困難であるが、本発明のブレードはエステル系ポリウレタンをエッジ部あるいはニップ部とし、エーテル系ポリウレタンをベース部とすることによって解決することができた。
3.従来のブレード部材としては、機械的強度、耐摩耗性等に優れしかも当接する相手材を損傷しない点から、ポリエステル系ポリウレタンからなる弾性体が一般に使用されている。本発明は、クリーニング、薄膜形成をするエッジ部分に耐摩耗性、機械的強度に優れたエステル系ポリウレタン、それ以外の部分に使用環境範囲での温度依存性が小さく、永久歪みの小さいエーテル系ポリウレタン特に、ポリテトラメチレングリコール系ポリウレタンを用いる。特に、外周に成型溝を設けた回転ドラムを使用した連続成型法による製法を用いることで品質が安定したブレードを供給することができる。
4.低温クリーニングと高温での異音低減、長期にわたる圧接力の安定化を実現するブレードを供給することが出来る。
5.エーテル系ポリウレタンを使用することにより、ブレードを安価に製造する事ができる。
本発明のクリーニングブレードや現像ブレードは、図2、図3に示すような部分的に2層構成とすることができる。また、3層構成、あるいは部分層を複数設けることもできる。
従来あるいは、本発明によるブレードにおいても、硬度が範囲を外れると圧接力不足によりクリーニングできなくなる。また、圧接力過多により、摩耗、カケが発生し、クリーニング不具合を発生する。また、反発弾性の温度依存性が10%を超えると高温環境で異音が発生する、または低温環境下でトナーのすり抜けが起き、高温と低温での両立ができなくなる。また、tanδピーク温度が上限を超えると低温環境下でトナーのすり抜けが起き、下限を超えると高温環境下で異音が発生する。また、永久伸び率が5%を超えるものは、長期保管による永久変形により圧接力が低下し、トナーすり抜けが起きる等の様々な要素がブレードの機能障害の原因となっている。
本発明は、基本的にエッジ部あるいはニップ部にエステル系ポリウレタンを用い、ベース部にエーテル系ポリウレタンを用い、各種の物性をコントロールすることにより、これらの弊害を少なくしたものである。
ウレタンの形成材料としては、ポリイソシアネートおよびポリオールを含有するポリウレタン組成物が用いられる。
ポリオール成分として、エッジ部あるいはニップ部を含む層はエステル系ポリウレタンを用い、エッジ部やニップ部を含む層以外のベース部はエーテル系ポリウレタンを用いる。
本発明に用いられるポリウレタン原料は、非溶剤型の熱硬化性が望ましい。
本発明に用いるエッジ層を形成するエステル系ポリウレタンは、従来から使用されているエステル系ポリウレタンを使用することができる。
ポリエステルジオール、ポリエステルトリオール等のポリエステルポリオール。
ポリエステルポリオールとしては、多塩基性有機酸とポリオールとから製造される。ε−カプロラクタムの開環重合から得られるポリカプロラクトンジオール等のポリカプロラクトンポリオールも使用できる。
多塩基性有機酸としては、特に限定するものではなく、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、イソセバシン酸等の飽和脂肪酸や、マレイン酸、フマル酸等の不飽和脂肪酸や、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族酸等のジカルボン酸があげられる。また、無水マレイン酸、無水フタル酸等の酸無水物や、テレフタル酸ジメチル等のジアルキルエステル等を用いることもできる。さらに、不飽和脂肪酸の二量化によって得られる、ダイマー酸を用いることもできる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール等のポリエーテルポリオール。
ポリエーテルポリオールとして、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、トリメチレンオキサイド、ブチレンオキサイド、α−メチルトリメチレンオキサイド、3,3′−ジメチルトリメチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキサミン等の環状エーテルがあげられる。
ポリイソシアネートとしては、特に限定するものではなく、例えば、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4−トリレンジイソシアネート(2,4−TDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(2,6−TDI)、3,3′−ビトリレン−4,4′−ジイソシアネート、3,3′−ジメチルジフェニルメタン−4,4′−ジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートウレチジンジオン(2,4−TDIの二量体)、1,5−ナフチレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、カルボジイミド変性MDI、オルトトルイジンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル等のジイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4′,4″−トリイソシアネート等のトリイソシアネート、ポリメリックMDI等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。なかでも、耐摩耗性の観点から、MDIが好ましい。
ポリウレタン組成物には、上記ポリイソシアネートおよびポリオール以外に、鎖延長剤、界面活性剤、難燃剤、着色剤、充填剤、可塑剤、安定剤、離型剤、触媒等通常用いられている剤を配合することができる。
上記三級アミンとしては、トリエチルアミン等のトリアルキルアミンや、N,N,N′,N′−テトラメチル−1,3−ブタンジアミン等のテトラアルキルジアミンや、ジメチルエタノールアミン等のアミノアルコールや、エトキシル化アミンや、エトキシル化ジアミンや、ビス(ジエチルエタノールアミン)アジペート等のエステルアミンや、トリエチレンジアミンや、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン等のシクロヘキシルアミン誘導体や、N−メチルモルホリン、N−(2−ヒドロキシプロピル)−ジメチルモルホリン等のモルホリン誘導体や、N,N′−ジエチル−2−メチルピペラジン、N,N′−ビス−(2−ヒドロキシプロピル)−2−メチルピペラジン等のピペラジン誘導体等があげられる。
上記有機錫化合物としては、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジ(2−エチルヘキソエート)等のジアルキル錫化合物があげられる。また、2−エチルカプロン酸第1錫、オレイン酸第1錫等があげられる。
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。外周成型溝回転ドラムによる連続成型法は、注型から取り出しまでの時間が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。割型を用いる場合も、エッジ部やニップ部となるエステル系ポリウレタンの初期硬化時間を短くすることが望ましい。
潤滑剤の例としては、ポリ四フッ化エチレン、窒化ホウ素、グラファイト、二硫化モリブデン、ポリジメチルシロキサン等のシリコン化合物がある。
導電性付与物質としては、特に限定されるものではないが、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、グラファイト、金属フィラー、金属酸化物ウィスカー等の電子伝導性物質、金属石鹸、過塩素酸塩等のイオン伝導性物質等を単独で、もしくは2種以上の物質を組合わせて使用することができ、現像ブレードや帯電ブレードに適用される。
研磨粒子は、感光体等、当接する相手材の表面をリフレッシュする目的で使用されるブレードに適用される。
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0.85〜1.00となる量の架橋剤とを40〜70゜C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。
エッジ部又はニップ部をエステル系ポリウレタン層とベース部をエーテル系ポリウレタン層の2層に形成する方法は、(1)外周に溝を形成した回転成型ドラムを利用して連続成型する方法、(2)割型による個別に成型する方法を利用することができる。
この成型手段は、本願発明者が先に提案した特願2005−218238号に開示した手段を利用することができる。ブレードに使用されてい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、クリーニングブレード等に仕上げる技術を基本製法とする。
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、注型箇所より前の位置でテープ状となったポリウレタン等の連続成型物を剥離して、成形溝から取り出し、後工程に供給するものを用いるものである。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。
具体的な製法は、次のとおりである。
先行する合成樹脂を成形溝のコーナー部に注型した場合は、エッジ部に異種材料を設けたブレード素材を製造することができる。中間部に注型した場合は、ブレード素材の中間に異種材料を設けることができる。薄く溝底面全体に注型した場合は、全面に2層あるいは多層にしたブレード素材を製造することができる。
成形溝の底面を粗面化した場合は、その粗面を反映した表面を持つブレード素材を製造することができる。
エッジ部に異種材料層を設けたブレード素材は、エッジ部を当接するクリーニングブレードに適しており、中間部を異種材料層としたものは、その部分をニップ部として使用しトナーを摺擦して帯電する現像ブレード用の素材や帯電ブレードの素材に適する。
また、異種材料を組み合わせることにより、弾性ゴムの物性値をコントロールすることができるので、高温域や低温域等の温度変化適性、あるいは、摩耗耐性などを向上させることができる。
また、この成形ドラムを用いた合成樹脂テープの連続成形法は、本出願人が既に提案した各製法、構成要素を使用できるものである。
この手法においては、樹脂注型後数十秒以内(例えば、30〜60秒程度)に成形溝から取り出されること、成形のために加圧されないこと、重合硬化は回転する成型ドラムの下半部が中心であること、成形溝からの引き剥がし角度が小さくすることができる等の成形条件であるので、成形溝底面からの剥離が比較的容易であり、必ずしも離型剤を使用する必要がない。トナーが微細化やカラー化することによって、離型剤が悪影響となることがあり、本発明の一形態として、離型剤を使用しない場合は、このような不都合も生じない。
また、離型剤を用いる必要がないことは、他の表面処理剤を作用させることもできることとなり積極的に表面改質に利用することも可能である。
本発明で得られる樹脂テープのサイズは、幅、厚みとも十分に従来から使用されている現像ブレードやクリーニングブレードの範囲を満足することができる。例えば、厚みが0.40〜3.00mm程度のものは十分に製造できる。
この例は、試験的に行った実測値に基づく一例であって、これに限定されるものではない。図10は、ベース層2と弧状の部分層1を備えた弾性ゴム部材を示す。弧を模式的に円弧として扱うと次のようになる。円弧状の部分層1は、仮想の半径Rの部分弧となり、その弦Xの2倍が幅となり、高さが円弧の高さYとなるものと想定することができる。
実測した例では、幅Xが2.564〜4.524mm、高さYが0.69〜0.97mmを得ることができた。この幅Xと高さYの関係をグラフ化して図11に示す。高さ約1mmは幅5mmで十分実現できる。
この手法に基づいて製造できる部分層のバリエーションの例を図12に示す。(a)が基本形である。(b)は(a)の例の左端側をカットすることにより部分層1をエッジ部とすることができる。(c)は、表面張力を大きくする、あるいは重合速度を早くすることにより、高さYを大きくする例である。(d)は(c)の(b)と同様に左端側をカットした例である。(e)は、弾性ゴム層の厚さと同じ高さの部分層を形成し、左端側をカットしてエッジ部を形成した例である。なお、(e)は、(b)や(d)の上面側を研削することによっても実現可能である。(f)は、合成樹脂の調合と左端や上面のトリミングを工夫することにより、小さな幅で大きな高さを実現する例を示している。なお、幅Xに比して高さYを大きく盛り上げる手法としては、成形溝底面を幅Xに相当する部分を少し深くすることにより、部分層が広がることを防止することもできる。
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、合成樹脂注型機の注型口を前記成形用溝に臨ませて前記成形ドラムの頂点付近(約9時から2時の間の位置)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及び必要に応じて他の添加成分を加えた液状物を混合撹拌し吐出するための混合注型機と、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外部冷却装置と、前記成形ドラムの前記成形用溝における帯状ブレード素材成形物の取出部に一端部を近接して前記帯状ブレード素材成形物の搬送部を水平に配置したコンベヤ(冷却可能)と、このコンベヤを必要に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。
多層ブレード素材の連続成型製造装置について、図4〜図9に基づいて説明する。
図4はブレード素材の製造装置の実施例を概要的に示す全体図、図5は成形装置部分を示す図、図6は合成樹脂硬化挙動説明用成形ドラム概略図、図7は合成樹脂硬化過程を示す図、図8及び図9は成形ドラムと帯状ブレード素材成形概略図である。
図4に示すように、弾性ゴム部材であるブレード素材の製造装置は、成形ドラム13、樹脂を供給する供給口する第1注型機ミキシングヘッド11、第2注型機、スチール製の鏡面を備えたエンドレスベルト14、冷却用コンベア20、裁断装置24、搬出用のコンベア25等から構成される。
第2注型機12とエンドレスベルト14の間や第1注型機と第2注型機の間に外部加熱装置を付加することもできる。また、剥離直前の位置にエンドレスベルト14を冷却する冷却装置を付加することもできる。注型機は2つ例示してあるが、層構成に応じて増加することができ、その供給口の位置は、約9時〜2時の間で移動することが可能である。
成形ドラム13は、材質を例えば、硬質アルミニウムやステンレスとし、回転駆動機構、成形溝、内蔵された加熱機器を備えている。
外部加熱装置を設けた場合は、注型口から成形溝30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13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14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、変更される。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、効果を促進することができる。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14の外側から冷風などを吹き付けて冷却する冷却装置を必要に応じて設置する。
裁断装置24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、ブレード素材は弾性ゴムの最終形状に形成されることとなる。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24の直前に送りを制御する送りロール23を配置し、送りロール23の前にテープをたるませる空間を持たせて、冷却用コンベア20と裁断装置24のタイミング調整を計る。
なお、さらに二次架橋を行って、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23は、裁断装置24と連動して弛み、検知機22の信号を受けて所定の速度で帯状ブレード素材を裁断装置24に送り、帯状のブレード素材を所定の長さに裁断する。コンベヤ25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。
成形ドラムを用いた基本的な製造概略が図8,9に示されている。成形溝30を外周に備えた水平な回転軸15を中心にして回動する成形ドラム13を用いて、熱硬化性合成樹脂液を注型機の注型口から、成形ドラムの頂点付近から成形溝に溝断面をちょうど満たす程度の定量を連続して供給し、その後図示しないエンドレスベルトで溝の開放表面を覆いながら、回転する過程で合成樹脂の硬化重合が進み、テープ状に取り出し可能な程度に硬化した箇所において、帯状のブレード素材を成形溝から剥離して取り出し、連続して帯状の素材を得るものである。
部分層を形成するポリウレタン液状物は、図6の例では成形ドラム13の上方から約10時半の時計位置図示A点に配設された第1注型機11の注型口11aから供給され、ベース層を形成するポリウレタン液状物は、ほぼ成形ドラム13の真上C点に位置する第2注型機12の注型口12aから供給され、成形ドラムによる熱を受けながら徐々に硬化しつつ、エンドレスベルトの当接開始位置F点に至り、その後エンドレスベルトによって覆われた状態でG点までの間、加熱・保持される。これにより、液状物のウレタン重合反応がほぼ完了し、必要な幅と厚を備えた部分的に2層に形成されたブレード素材が帯状に連続的に成形される。
注型口の位置は、層構成、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約9時から2時の時計位置に調整設置される。好ましくは、10時付近と0時付近からやや左よりに設置される。
まず、A点では、成形溝内に第1注型口11aから部分層1に相当する樹脂液を注型する。この例では、筋状になるような一定量を連続して供給する。重合に適した温度に加温された成形溝底面に接した樹脂は重合が始まり、B点では溝底面側が硬化をはじめている状態を示している。C点においてベース層2を形成する樹脂を第2注型口12aから残りの成形溝断面を充填する量を連続して供給する。D点では成形溝底面や壁面の高温部に接触した部分から硬化が進行している状態を現している。エンドレスベルトが接触する直前のE点では、成形溝開放部表面側が流動状態を残し、下流側への流れ込みが生ずるため、やや盛り上がった状態を示している。F点では、エンドレスベルトの鏡面と接触し、余熱で高温とされたベルトと接触して、表面側も硬化が進行することとなる。なお、F点では全体に斜線が入っているが、重合硬化が完全に終了したことを意味するものではない。
このF点から取り出し位置(図4に記載)のまでの間に更に重合が進行し、テープ状に引出可能とされる。
なお、B点付近やD点付近に外部加熱装置を配置すると、表面側の重合を促進することができる。また、G点の直前に冷風送風装置等の冷却装置を配置すると、成形溝からの剥離性を向上させることができる。また、離型剤や表面処理剤などを連続して供給する場合は、G点とA点の間に配置することができる。
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。
また本発明の場合には、従来の遠心成形法と違って、クリーニングブレード等が連続して一本ずつ製造されていくので、ホルダーと接着する工程などの後工程も一本ごとに処理すればよいので、これらの工程の自動化が容易となる。成形型を用いる方法では、バリが発生することが避けられず、ブレードの先端側の稜線を裁断により形成する必要があり、バリの裁断などによる廃棄物が発生し、無駄になる樹脂原料が多く発生する問題がある。
割型成型法は、1枚のポリウレタン製の弾性ブレードの大きさに相当するキャビティーを成型する2枚の型部材をあわせて、キャビティー内へ液状のポリウレタン原料を注型し、重合硬化後脱型して製造するものである。本発明者は、型組みする前に一方の割型の壁面に筋状にエッジ部あるいはニップ部を形成する液状のエステル系ポリウレタン原料を塗布し、半硬化させた後に型組みして、ベース部を形成するエーテル系ポリウレタン原料を注入して、硬化させて脱型して部分2層を形成したブレード素材を得る。
この割型による部分2層の成型方法は、本出願人が出願した特願2005−357859号に開示した手段を用いることができる。
即ち、次のとおりである。
部分層に相当する位置に熱硬化性樹脂である液状合成樹脂を吐出するヘッドを移動させるか、あるいは金型を移動させることにより熱硬化性樹脂をビード状に塗布するように注型した後、割り金型を組み、ベースとなる熱硬化性樹脂を注型して加熱炉で一体成形する。一体成形されたブレード素材は、割り金型を解体して取り出して所定のサイズに裁断されてブレードとして用いられる。金型を組むときに支持体の一部をキャビティ内部にセッして、ベース形成用樹脂を注型すると支持体とブレードゴム体を一体的に接合できる。
本発明におけるブレードの製造方法は以下に示す金型の循環工程となる。工程を図13に示す。
まず、金型を清掃して熱硬化性樹脂の接する部分の表面に離型剤を塗布する(A,B)。必要に応じて、部分層対応樹脂塗布前に、あらかじめ、金型に金属製等の支持部材を固定する(C)。この際、ブレード素材の連続製造を意図して必要ならば支持部材となる金属を所定位置に挿入されているか否かを検出するための支持部材の検出装置を備えていてもよい。ついで、熱硬化性樹脂液を合成樹脂液吐出ヘッドからビード状等部分層に対応する樹脂を一方の割り金型表面に塗布する(D)。しかる後に、ブレード形状の割り金型を組み(E)、ベース部材である熱硬化性樹脂を注型する(F)。次に、この熱硬化性樹脂液を充填した割り金型を熱架橋するオーブンに搬送しながら液状合成樹脂を加熱硬化させて異なる組成の液状合成樹脂を一体成型する(G)。加熱硬化時において金型に固定化されている金属製支持部材は、合成樹脂と支持部材は一体化して加熱硬化される。その後、割り金型を解体してブレードを取り出す(H,I)。ブレード素材を取り出した後の金型は再度清掃することにより液状合成樹脂を充填して繰り返し使用する(J)ことができるという循環工程である。
図14に割金型構造の概略を断面図として示す。
金型110は、左右の分割金型110a,110bから構成される。分割金型110a,110bの中間には支持部材となる芯金AAを挟持する突出部材が形成されている。この分割型110a,110bは、ベース板113と該ベース板113の左右に立設された側壁114と傾斜側壁115の間に配置し、該傾斜側壁115側に楔状に型締め部材116を押し込むことにより、締め付けられて型組されるものである。両分割金型110a,110bの間に形成された空間にベースとなる合成樹脂を注型して、ブレードが成型される。
図14に示したものは、芯金AAを配置して、樹脂の加熱成型と芯金との接合を同時に行う例を示している。芯金AAを配置せずに樹脂を硬化したブレード素材を成型し、その後支持部材を接合して、ブレードを製造することもできる。
図15に分割金型の一方(110a又は110b)に分割層を形成する樹脂を吐出ヘッド108から長手方向、ビード状に吐出する状態を示す。部分層の注型手段は、例えば、吐出ヘッドを移動させる方法と分割金型を移動させる2つの方法を採用することができる。
この分割金型に注型する装置111は、スライド板112を装着したホールドネジ118を駆動モータMで、回転して移動するものである。スライド板112は、2本のガイド桿によって案内される。駆動モータMには、回転方向を正逆切り換え、及び回転速度が制御可能なサーボモータが用いられ、制御自体はリミットスイッチなどを装備したコンピュータ制御によって実施される。
吐出ヘッド108を移動させるタイプでは、スライド板112に吐出ヘッド108を連結する。分割金型110aを移動するタイプでは、スライド板112に分割金型110a(又は110b)を連結する。この後、図14に示すように型組みをし、上方からベースとなる樹脂を注型し、加熱硬化して、成型する。得られた、ブレード樹脂素材は電子写真用のブレード素材に適するものである。
使用される液状合成樹脂は熱硬化性合成樹脂が適しており、例えば、熱硬化性ポリウレタン樹脂が用いられる。硬さや弾性などの物性に応じた組成とした樹脂を用いる。また、添加剤を加えることができる。
各実施例及び各比較例を次条件によりクリーニングブレードあるいは現像ブレードを製造した。
製造手段は、外周に溝を形成した回転成型ドラムを利用して連続成型する方法を用いた。製造装置は図4参照。
ポリウレタン製弾性ゴム部材:厚さ2.0mmであって、エッジ層(又はニップ層)厚0.3mm、ベース層1.7mmとする。幅、長さは、試験用実機にあわせた。
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。
エッジ(ニップ)層及びベース層に用いたエステル系ウレタン、エーテル系ウレタンの配合は、各表に示したとおりである。
各実施例、各比較例で得られたクリーニングブレードあるいは現像ブレードを、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)に仕込み、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。実機による印字テストには、43℃、湿度95%環境下14日間暴露したブレードを実機に装填して供試した。また文字チャートでの画像出しを1セット1000枚(単位1k)として、40kまで行い、印字状態を観察した。
実施例1〜4、比較例1〜4について、表1〜3に示す。
表1には、ポリウレタンの組成を示す。表2は、クリーニングブレードに関する実施例1〜3及び比較例1,2について物性値、印字テスト結果を示す。表3は、現像ブレードに関する実施例4、比較例3,4について物性値、印字テスト結果を示す。ブレードは成型後43℃95%湿度14日暴露後実機試験に供試した。物性値は、成型後7日間以上室温下に放置して物性値が安定した供試前のポリウレタンの物性値を示す。
クリーニングブレードに関して、ウレタン配合、物性値、評価試験結果について実施例5〜13、比較例5を表4に示す。
ブレードは成型後43℃95%湿度14日暴露後実機試験に供試した。物性値は、表2と同様に物性値が安定した供試前のポリウレタンの物性値を示す。
特に、ベース層のエーテル系ウレタンのJIS−A硬度は、60〜85で良好であることが確認された。tanδピーク温度は−33〜0℃において特に良好であった。反発弾性に着目すると、各実施例とも0℃と50℃の差が10%以下であった。
比較例5は、エッジ層、ベース層ともエステル系ウレタンで構成されており、低温下での印字評価が最初から不良となっており、低温特性が不良である。反発弾性が低温下で小さいことが原因と推測される。実施例12、13では、常温下での評価がやや悪くなっており、JIS−A硬度が58と小さいことと、87と大きいことが影響していると推測される。実施例10、11では、tanδピーク温度が−34℃と低いこと、6℃と高いことが影響していると推測される。
クリーニングブレードに関して、ウレタン配合、物性値、評価試験結果について実施例14〜22、比較例5を表5に示す。
表4の評価試験に加えて、実機にクリーニングブレードを組み付けた後、40℃、湿度95%の雰囲気下に30日間保管した後の常温(23℃)での評価を加えた。
ブレードは成型後43℃95%湿度14日暴露後実機試験に供試した。物性値は、表2と同様に物性値が安定した供試前のポリウレタンの物性値を示す。
2 ベース層
3 弾性ゴム部材
4 指示部材
10 外部加熱装置
11 第一注型機ミキシングベルト
12 第二注型機ミキシングベルト
13 成形ドラム
14 エンドレスベルト
15 回転軸
16 予熱ロール
17 ガイドロール
18 テンションロール
19 冷却ロール
20 冷却コンベヤ
21 冷却装置
22 弛み検知器
23 送りロール
24 裁断装置
25 コンベア
26 上側センサー
27 下側センサー
30 成形溝
101 帯状ブレード素材
103 定尺寸法ブレード部材
108 吐出ヘッド
110 金型
110a、110b 分割金型
111 分割金型に注型する装置
112 スライド板
113 ベース板
114 側壁
115 傾斜側壁
116 型締め部材
117 ボールネジ
118 ガイド棒
Claims (11)
- 他部材と摺擦するエッジ部とベース部が、材質が異なるポリウレタン製の電子写真装置用ブレードであって、前記エッジ部がエステル系ポリウレタンからなり、エッジ部以外のベース部がエーテル系ポリウレタンからなり、
筋状に注型されたエッジ部形成用のポリウレタンが半硬化後にベース部を形成するポリウレタンを注型し、両者が硬化時に一体形成されており、
断面形状において、エッジ部とベース部との境界は、弧状を成しており、エッジの頂部から巾方向が5mm以内で全巾より小さく、厚み方向が1mm以内で全厚より小さいことを特徴とする電子写真装置用ブレード。 - 他部材と摺擦するニップ部とベース部が、材質が異なるポリウレタン製の電子写真装置用ブレードであって、前記ニップ部がエステル系ポリウレタンからなり、ニップ部以外のベース部がエーテル系ポリウレタンからなり、
筋状に注型されたエッジ部形成用のポリウレタンが半硬化後にベース部を形成するポリウレタンを注型し、両者が硬化時に一体形成されており、
断面形状において、ニップ部とベース部との境界は、弧状を成しており、巾方向が10mm以内で全巾より小さく、厚み方向が1mm以内で全厚より小さいことを特徴とする電子写真装置用ブレード。 - ベース部を構成するエーテル系ポリウレタンが、ポリテトラメチレングリコール系ウレタン又はポリオキシプロピレン系ウレタンからなることを特徴とする請求項1又は2記載の電子写真装置用ブレード。
- ベース部の硬さがJIS−A硬度60〜85であることを特徴とする請求項1記載の電子写真装置用ブレード。
- ベース部を構成するエーテル系ポリウレタンが0℃〜50℃での反発弾性の変化率が10%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
- ベース部を構成するエーテル系ポリウレタンが下記条件で測定したtanδのピーク温度が−33℃〜0℃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電子写真装置用ブレード。
tanδの測定条件(温度分散)
動歪:0.1% 周波数:10Hz 昇温スピード:2℃/min - エッジ部又はニップ部の厚みが0.1〜1.0mmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
- エッジ部の形状が円弧状の横断面形状であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
- 電子写真装置用ブレードが残留トナーをクリーニングするクリーニングブレードであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
- 電子写真装置用ブレードが現像ブレードであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の電子写真装置用ブレード。
- 成形溝を外周に備え、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同期して回走するエンドレスベルトを順次配置し、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ブレード素材を成形ドラムの回転に従い製造する方法であって、
エッジ部又はニップ部を形成するエステル系ポリウレタン材料を先に成形溝の一部に筋状に流し込み半硬化した後、ベース部を形成するエーテル系ポリウレタン材料を流し込み硬化させて、
巾が10mm以内、厚みが1mm以内である弧状断面を有し、全巾および全厚よりも小さい筋状部分をエッジ部又はニップ部の予定部分とするブレード素材を一体に形成することを特徴とする電子写真装置用ブレードの成型方法。
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