JP5558659B2 - 電子写真装置用クリーニングブレード及びその製造方法 - Google Patents

電子写真装置用クリーニングブレード及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電子写真装置用クリーニングブレード及びその製造方法に関する。
普通紙を記録紙として用いる電子写真装置では、一般に、像担持体の表面に放電により静電荷を与え、その上に画像を露光して静電潜像を形成し、次に、帯電したトナーを静電潜像に付着させて現像し、そのトナー像を記録紙に転写し、最後に、トナー像が転写された記録紙を加熱加圧し、トナーを記録紙上に定着させることによって複写が行われる。
従って、複数枚の記録紙に順次複写を行うためには、上記の工程において、像担持体より記録紙にトナー像を転写した後、像担持体の表面に残留したトナーを除去する必要があり、このようなトナーの除去は、通常、電子写真装置用クリーニングブレードにより行われている。電子写真装置用クリーニングブレードとしては、金属板からなる支持部材、弾性ゴム部材及び支持部材と弾性ゴム部材とを接合するための接着剤層からなるものが広く使用されている。
近年電子写真装置でより高品質な印刷物が要求されており、従来の粉砕法トナーに比べその形状が球形(真球状、異形状)で、かつ、小粒径の重合法トナーが使用されるようになっている。このような重合法トナーは転がり易いため、残留トナーのすり抜けによるクリーニング不良が生じ易い。
従来から単層構造の弾性ゴム部材を備えたクリーニングブレードが使用されていたが、常温常湿下のクリーニング性を確保する設計とした場合、低温低湿下でのクリーニング性に劣るという問題がある。また、逆に低温低湿下でのクリーニング性を確保する設計とした場合は常温常湿下でのクリーニング性が劣ってしまう。即ち、重合法トナーを使用した場合、従来の技術では、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立することは極めて困難であった。
特許文献1には、感光体に当接する部位と当接しない部位との2層構造を有し、当接する部位が高反発弾性、当接しない部位が低反発弾性のクリーニングブレードが開示されている。特許文献2〜3には、特定の硬度、反発弾性を持つエッジ層及びベース層からなる2層構造の弾性ゴム部材と、支持部材とを有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。特許文献4には、JIS−A硬度85°を越える表面ゴム層とJIS−A硬度60〜80°のベース層の少なくとも二層のゴム層から形成される電子写真用ブレードが開示されている。しかしながら、ここで開示されているクリーニングブレードを使用した場合、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立できないことがある。
特開2003−29594号公報 特開2002−214989号公報 特開2002−214990号公報 特開2007−11047号公報
本発明は、上記現状に鑑み、球形(真球状、異形状)で、かつ、小粒径の重合法トナーを使用した場合であっても、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立できる電子写真装置用クリーニングブレードを提供することを目的とするものである。
本発明は、弾性ゴム部材及び支持部材を有する電子写真装置用クリーニングブレードであって、上記弾性ゴム部材は、エッジ層及び上記エッジ層以外の層を有する2層構造を有し、
上記エッジ層以外の層が、23℃におけるJIS A 硬さが68〜100°であり、かつ、反発弾性が30〜100%である材料からなり、上記エッジ層が、23℃におけるJIS A 硬さが64〜81°であり、かつ、反発弾性が5〜70%である材料からなり、
上記エッジ層の厚さが0.3〜1.60mmであり、
上記エッジ層以外の層がポリエーテルポリオールをポリオール成分とするポリウレタンからなるものであり、上記エッジ層が、ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリエステルポリオールをポリオール成分とするポリウレタン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である。
上記エッジ層以外の層が、反発弾性が50〜100%である材料からなることが好ましい。
上記弾性ゴム部材において、上記エッジ層の厚み(a)と、上記エッジ層の厚み(a)及び上記エッジ層以外の層の総厚み(b)の和(a+b)との比(a/(a+b))は、0.05〜0.75であることが好ましい。
本発明はまた、遠心成形法を用いた上述した本発明の電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法であって、金型の内側にシリコーンゴムの成形体を製造する工程(I)と、上記工程(I)で得られたシリコーンゴムの成形体上に、弾性ゴム部材のエッジ層を構成する成形体を製造する工程(II)と、上記工程(II)で得られたエッジ層を構成する成形体上に、弾性ゴム部材のエッジ層以外の層を構成する成形体を製造する工程(III)とを含む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製造方法でもある。
上記製造方法において、上記シリコーンゴムの成形体は、ケイ素原子に結合する脂肪族不飽和炭化水素基を少なくとも2個有するオルガノポリシロキサン、ケイ素原子に結合する水素原子を少なくとも2個有するオルガノハイドロジエンポリシロキサン、及び、白金系触媒を含む付加硬化型シリコーンゴム組成物から得られるものであることが好ましい。
以下、本発明を詳細に説明する。
〔電子写真装置用クリーニングブレード〕
本発明の電子写真装置用クリーニングブレード(以下、単に「クリーニングブレード」ともいう)の弾性ゴム部材は、エッジ層と上記エッジ層以外の層と有する2層以上の複層構造を有するもので、上記エッジ層以外の層の少なくとも1層が、高硬度・高反発弾性(硬度68〜100°、反発弾性30〜100%)の材料からなるものである。エッジ層以外の層として、高硬度・高反発弾性の層を有しているため、クリーニングブレードとして用いた場合、トナーとして球形(真球状、異形状)で、小粒径の重合法トナーを使用した場合であっても、従来では困難であった低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性の両立を見事に達成することが可能である。
本発明の電子写真装置用クリーニングブレードを使用した場合に、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立できる理由は明らかではないが、以下に説明する作用が発揮されるためであると推察される。
図1(i)は、2層以上の複層構造の弾性ゴム部材を有する本発明の電子写真装置用クリーニングブレードの一例を示したものであり、エッジ層及びベース層(エッジ層以外の層)からなる2層構造の弾性ゴム部材を有するものの一例である。図1(i)のクリーニングブレードは、弾性ゴム部材11、支持部材12及び接着剤層13を有するものであり、上記弾性ゴム部材11は、エッジ層21及び高硬度・高反発弾性のベース層22の2層構造を有している。図1(ii)は、このような構成のクリーニングブレードを使用した場合の像担持体(相手材)14の表面のクリーニング挙動を示した模式図であり、相手材14の動作中に、エッジ層21におけるエッジが相手材14上の残留トナー(図示せず)を掻き取っている状態を示している。
本発明のクリーニングブレードを使用した場合、図1(ii)で示されているように、クリーニング挙動において、支持部材12と接合するベース層22が高硬度・高反発弾性であることにより、エッジのニップ位置を安定化させることができるとともに、弾性ゴム部材全体としてのゴム弾性を維持できることにより、低温低湿下のクリーニング性を向上させることが可能になったと推察される。また、ベース層22が高硬度であることにより、ブレードの使用時において、弾性ゴム部材の座屈を防止し、エッジの位置の移動を抑制できるため、常温常湿下でのクリーニング性を向上させることが可能になったと推察される。
低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性の両立という効果は、図1(i)で示した2層構造の弾性ゴム部材の場合だけでなく、3層以上の構造(更に他の層を有する)の弾性ゴム部材の場合も得られる。そして、この場合においても上記と同様の作用機能が発揮されているものと推察される。従って、本発明では、以上に説明した作用機能が発揮されることにより、上記重合法トナーを使用した場合であっても、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性の両立が可能になったと推察される。
上記電子写真装置用クリーニングブレードは、弾性ゴム部材及び支持部材を有するものである。
上記弾性ゴム部材は、上記クリーニングブレードの使用時に、像担持体表面のトナー及び外添剤等を掻き取るものである。上記弾性ゴム部材は、エッジ層及び上記エッジ層以外の層を有する2層以上の複層構造を有している。
上記エッジ層は、弾性ゴム部材の相手材と当接させる側に位置するブレード長さ方向の層である。一方、上記エッジ層以外の層は、2層以上の複層構造の弾性ゴム部材におけるエッジ層以外のブレード長さ方向の層である。
上記エッジ層は、23℃におけるJIS A 硬さが64〜81°である材料からなることが好ましい。64°未満であると、エッジのニップ巾が広くなり、トナーのせき止め能力が低下するおそれがある。81°を超えると、エッジが硬くてもろくなり、欠けを生じ易くなる。65〜78°であることがより好ましい。
上記エッジ層は、反発弾性が5〜70%である材料からなることが好ましい。5%未満であると、低温低湿下におけるクリーニング性が低下するおそれがある。70%を超えると、耐摩耗性が低下するおそれがある。8〜70%であることがより好ましい。
上記エッジ層は、23℃における200%モジュラスが3.5〜25MPaである材料からなることが好ましい。3.5MPa未満であると、エッジの変形が大きくなり、耐摩耗性が低下するおそれがある。25MPaを超えると、エッジ近傍に生じる応力を分散出来なくなり、耐摩耗性が低下するおそれがある。4.0〜15MPaであることがより好ましい。
上記弾性ゴム部材において、上記エッジ層以外の層の少なくとも1層は、23℃におけるJIS A 硬さが68〜100°であり、かつ、反発弾性が30〜100%である材料からなるものである。弾性ゴム部材として、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性のエッジ層以外の層を有する複層構造(2層以上)のものを用いることにより、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立することができる。このような効果が得られるのは、上述した作用が発揮されるためであると推察される。上記弾性ゴム部材において、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有する層は第2層(エッジ層に隣接する層)に存在することが好ましい。
上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層において、硬さが68°未満であると、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性の向上に寄与しない。68〜85°であることが好ましい。
上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層において、反発弾性が30%未満であると、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性の向上に寄与しない。45〜80%であることが好ましい。
上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層は、23℃における200%モジュラスが4.5〜25MPaである材料からなることが好ましい。4.5MPa未満であると、エッジのニップの安定性及び低温低湿下のクリーニング性の向上に寄与しないおそれがある。25MPaを超えると、エッジ近傍に生じる応力の水準が高くなり、耐摩耗性が低下するおそれがある。5.0〜15MPaであることがより好ましい。
上記弾性ゴム部材において、上記エッジ層以外の層は、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有する層を1層のみ有するもの、その層以外に更に他の層を1層又は2層以上有するもののいずれであってもよい。
本明細書において、上記JIS A 硬さは、JIS K 7312に準じて、スプリング式タイプA硬さ試験機により測定される値である。上記反発弾性は、JIS K 7312の反発弾性試験に準じて、測定される値である。上記200%モジュラスは、JIS K 6251に準じて、測定される値であり(所定伸び引張応力(Mn))、使用する試験片は、ダンベル状試験片の3号形である。本発明において、上述した硬さ及び反発弾性を有するエッジ層やエッジ層以外の層は、それぞれの層を構成する材料を適当に選択することによって得ることができる。また、上記200%モジュラスを有するエッジ層やエッジ層以外の層もそれぞれの層を構成する材料を適当に選択することによって得ることができる。
上記弾性ゴム部材は、上記エッジ層の厚み(a)と、上記エッジ層の厚み(a)及び上記エッジ層以外の層の総厚み(b)の和(a+b)との比(a/(a+b))は、0.05〜0.75であることが好ましい。これにより、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立することができる。0.25〜0.75であることがより好ましい。
上記エッジ層の厚み(a)は、50μmを超えるものであることが好ましく、0.2〜2.0mmであることがより好ましい。これにより、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立することができる。0.45〜1.60mmであることが更に好ましい。
上記弾性ゴム部材は、上述したもののなかでも、エッジ層及びベース層からなる2層構造を有し、上記ベース層が23℃におけるJIS A 硬さが68〜100°であり、かつ、反発弾性が30〜100%である材料からなるものが好ましい(この場合、ベース層は上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層に該当し、エッジ層以外の層はこのベース層の1層のみである)。このような2層構造の場合、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立することができる。
上記ベース層は、弾性ゴム部材の支持部材側に位置するブレード長さ方向の層である。図1のクリーニングブレードでは、上記エッジ層は支持部材と接合しておらず、上記ベース層は接着剤層を介して支持部材と接合している。ここで、接合とは、接し合っていることを意味する。
上記弾性ゴム部材がエッジ層及びベース層からなる2層構造を有するものである場合において、ベース層の硬さや反発弾性が上記範囲外であると、上述したエッジ層以外の層で述べたことと同様の不具合が生じる。また、ベース層の硬さ、反発弾性、200%モジュラスの好ましい範囲は、上述したエッジ層以外の層において述べた範囲と同様である。更に、エッジ層、ベース層の厚みの好ましい範囲も同様である(この場合、ベース層の厚みが上述したエッジ層以外の層の総厚み(b)に該当する)。
上記エッジ層、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層(上記ベース層等)は、ともにポリウレタンからなるものであることが好ましい。これにより、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立することができる。上記弾性ゴム部材を形成するポリウレタンとしては、ポリオール、ポリイソシアネート及び必要に応じて架橋剤を反応させて得られるもの等を挙げることができる。
上記ポリオールとしては特に限定されず、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール等を挙げることができる。なかでも、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる点から、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオールが好ましく、ポリカプロラクトンポリオールが特に好ましい。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記ポリオールは、数平均分子量が1000〜3000であることが好ましい。上記範囲内のポリオールを用いることにより、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立することができる。
上記ポリエステルポリオールとしては、例えば、ジカルボン酸とグリコールとを常法に従って反応させることにより得ることができるものを挙げることができる。
上記ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸、オキシ安息香酸等のオキシカルボン酸、それらのエステル形成性誘導体等を挙げることができる。上記グリコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,9−ノナンジオール、トリエチレングリコール等の脂肪族グリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の脂環族グリコール、p−キシレンジオール等の芳香族ジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリオキシアルキレングリコール等を挙げることができる。これらによるポリエステルポリオールは、線状構造であるが、3価以上のエステル形成成分を用いて分枝状ポリエステルであってもよい。なかでも、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる点から、上記ジカルボン酸としては、脂肪族ジカルボン酸が好ましく、アジピン酸が特に好ましい。上記グリコールとしては、脂肪族グリコールが好ましく、エチレングリコール、1,4−ブタンジオールが更に好ましい。
上記ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、それらの共重合体等のポリアルキレングリコール等を挙げることができる。
ポリカプロラクトンポリオールとしては、例えば、触媒の存在下に低分子量グリコールを開始剤としてε−カプロラクトンを開環付加させることにより得ることができるものを挙げることができる。上記低分子量グリコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール等の2価のアルコールとトリメチレングリコール、グリセリン等の3価のアルコールが好ましく用いられる。上記触媒としては、テトラブチルチタネート、テトラプロピルチタネート、テトラエチルチタネート等の有機チタン系化合物、オクチル酸スズ、ジブチルスズオキシド、ジブチルスズラウレート、塩化第1スズ、臭化第1スズ等のスズ系化合物等が好ましく用いられる。なお、上記ε−カプロラクトン以外にもトリメチルカプロラクトンやバレロラクトンのような他の環状ラクトンを一部混合してもかまわない。
本発明においてより好ましい形態は、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層(上記ベース層等)がポリエーテルポリオールをポリオール成分とするポリウレタンからなるものである。この場合、耐加水分解性が高められるため、特に高湿下での性能を向上させることが可能となる。
また、特に好ましい形態は、本発明の効果が良好に得られる点から、上記エッジ層がポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリエステルポリオールをポリオール成分とするポリウレタンからなり、かつ、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層(上記ベース層等)がポリエーテルポリオールをポリオール成分とするポリウレタンからなるものである。この場合、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を極めて良好に両立できる。この形態において、上記ポリエステルポリオールは、ポリエチレンアジペートエステルジオール、ポリブチレンアジペートエステルジオールが特に好ましい。
上記ポリイソシアネートとしては特に限定されず、従来公知のものを使用することができ、例えば、脂肪族イソシアネート、脂環族イソシアネート、芳香族イソシアネート等を挙げることができる。なかでも、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる点から、芳香族イソシアネートが好ましい。
上記脂肪族イソシアネートとしては、例えば、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等が挙げられる。また、ヘキサメチレンジイソシアネートやイソホロンジイソシアネートのイソシアヌレート体、ビウレット体、アダクト体の変性体等を挙げることができる。上記脂環族イソシアネートとしては、例えば、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート(NBDI)等の脂環族ジイソシアネート等を挙げることができる。上記芳香族イソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、フェニレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、カルボジイミド変性のMDI、ウレタン変性のMDI等を挙げることができる。上記ポリイソシアネートのなかでも、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる点から、MDI、ウレタン変性のMDIが好ましく、MDIが特に好ましい。
上記ポリウレタンにおいて、必要に応じて用いられる架橋剤としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ヒドラジン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アニリン、水等を挙げることができる。なかでも、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる点から、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)アニリンが好ましく、特に1,4−ブタンジオール及びトリメチロールプロパンを併用することが好ましい。
上記ポリウレタンは、上記原料を使用し公知の方法で製造することができ、例えば、適当な有機溶剤中で必要に応じて触媒を使用し、各原料の当量比をNCO/OH=1.02〜1.18に調整して反応させること、無溶剤で溶融反応させること等により製造することができる。また、全原料を同時に反応させる方法、プレポリマー方法等により製造することができる。
上記ポリウレタンからなる弾性ゴム部材の成形方法としては特に限定されず、例えば、常圧注型成形、減圧注型成形、遠心成形、回転成形、押出成形、射出成形、反応射出成形(RIM)、スピンコーティング等を挙げることができる。なかでも、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる点から、遠心成形により成形して製造することが好ましい。
上記支持部材は、弾性ゴム部材を支持する機能を有するものである。上記支持部材としては特に限定されず、従来公知のものを使用することができ、例えば、剛体の金属、弾性を有する金属、プラスチック、セラミック等から製造されたもの等を挙げることができる。なかでも、剛体の金属が好ましい。
上記クリーニングブレードは、接着剤層を有するものであることが好ましい。上記接着剤層は、上記支持部材及び弾性ゴム部材間に設けられる層であり、両部材を接着させる機能を有する層である。上記接着剤層は、例えば、EVA系、ポリアミド系、ポリウレタン系ホットメルト接着剤や、硬化型接着剤、若しくは両面テープによる接着方法又は板金による挟み込み等により形成することができる。なかでも、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる点から、上記接着剤層は、ホットメルト接着剤を用いて形成されるものであることが好ましい。
上記クリーニングブレードは、従来の粉砕法トナーだけでなく、重合法トナーを用いる電子写真装置においても好適に使用することができる。上記重合法トナーとしては特に限定されず、例えば、特許第2537503号公報(乳化重合凝集法)、特開2002−351143号公報(溶液懸濁+重合法)、特開平9−15902号公報(溶液懸濁法)等に記載の従来公知のものを使用することができる。上記重合法トナーとしては、球形(真球状、異形状)で、平均粒径が5〜8μmのものを挙げることができる。上記平均粒径は公知の方法により得られる値(D50)である。
〔電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法〕
上述の電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法としては特に限定されず、2層以上の複層構造の弾性ゴム部材を有するブレードの従来公知の製造方法によって製造することが可能であるが、以下に述べる製造方法が好ましい。このような製造方法も本発明の1つである。
本発明の電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法は、遠心成形法を用いた製造方法であって、金型の内側にシリコーンゴムの成形体を製造する工程(I)と、上記工程(I)で得られたシリコーンゴムの成形体上に、弾性ゴム部材のエッジ層を構成する成形体を製造する工程(II)と、上記工程(II)で得られたエッジ層を構成する成形体上に、弾性ゴム部材のエッジ層以外の層を構成する成形体を製造する工程(III)とを含み、上記エッジ層以外の層を構成する成形体の少なくとも1つは、23℃におけるJIS A 硬さが68〜100°であり、かつ、反発弾性が30〜100%である材料からなる方法である。
本発明の製造方法では、最初に成形されたシリコーンゴム層の空気側面(遠心成形の際に内側となっていた面)に、鏡面状の面が形成されるため、続いて成形されたエッジ層のシリコーンゴム接触面も鏡面状となる。従って、弾性ゴム部材の使用面をエッジ層のシリコーンゴム接触面とすることができる。その結果、注型時に巻き込む気泡やホコリ等の異物に起因する表面不良を減少させ、生産性を向上させることができる。
また、シリコーンゴムは金型の振れを吸収したかたちで硬化されるため、内側の空気側面が鏡面状で、しかも高い振れ精度(金型が回転する際の、金型の中心軸から内面までの距離の最大値と最小値の差)を有するシリコーンゴム層が形成される。その結果、0.1mm以下という良好な厚み精度(一成形分のシート厚みの最大値と最小値の差)を有する弾性ゴム部材材料層を作製することができる。なお、厚み精度は0.05mm以下であることが好ましい。
更に、上記製造方法によると、エッジ層と、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有するエッジ層以外の層を有する複層構造の弾性ゴム部材が得られるため、クリーニングブレードとして使用した場合、重合法トナーを使用した場合であっても、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立することができる。
本発明の製造方法は、遠心成形法を用いた方法であり、先ず、遠心成形機の金型の内側にシリコーンゴムの成形体を製造する工程が行われる(工程(I))。遠心成形法に用いる成形機や金型としては、従来公知のものを用いることができる。シリコーンゴムの成形体の製造は、例えば、高速で回転する加熱した円筒形状の成形金型の内面に、シリコーンゴムの成形体を構成する熱硬化性材料を流し込み、加熱、硬化させることによって行うことができる。
上記工程(I)によって、金型の内面上にシリコーンゴム層(平面形状のシリコーンゴムの成形体シート)が形成される。シリコーンゴムの成形体は、離型性に優れているため、離型剤を用いなくても、その上に形成される弾性ゴム部材材料層を容易に剥離することができる。
上記工程(I)において、上記シリコーンゴムの成形体は、付加硬化型シリコーンゴム組成物から得られるものが好ましく、上記付加硬化型シリコーンゴム組成物としては、ケイ素原子に結合する脂肪族不飽和炭化水素基を少なくとも2個有するオルガノポリシロキサン、ケイ素原子に結合する水素原子を少なくとも2個有するオルガノハイドロジエンポリシロキサン、及び、白金系触媒を含むものが好ましい。この場合、高い振れ精度を有するシリコーンゴムの成形体が形成され、良好な厚み精度を有する弾性ゴム部材を作製できる。また、弾性ゴム部材のエッジ層における表面不良を改善できる。更に、得られたクリーニングブレードにおいて低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立することができる。また、有機溶媒が添加されていない組成物を使用した場合、作業者の健康を害することなく、作業環境の衛生を良好に保つことができる。
上記ケイ素原子に結合する脂肪族不飽和炭化水素基を少なくとも2個有するオルガノポリシロキサンは、付加硬化型シリコーンゴム組成物のベースポリマーとなる成分であり、平均組成式(1):R SiO[4−(a+b)]/2で表される化合物であることが好ましい。上記式(1)において、Rは炭素数2〜10で表される1価の脂肪族不飽和炭化水素基を表す。好ましくは炭素数2〜6である。Rの具体例としては、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基等のアルケニル基が好ましく、ビニル基がより好ましい。
は炭素数が1〜12の置換又は非置換の1価の炭化水素基を表す。好ましくは炭素数1〜8である。ただし、Rには、上記脂肪族不飽和炭化水素基は除かれる。Rの具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基;これらの基の水素原子の一部又は全部がフッ素、塩素、臭素等のハロゲン原子やシアノ基で置換されているもの(クロロメチル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等)を挙げることができる。なかでも、メチル基、フェニル基、トリフルオロプロピル基が好ましく、メチル基がより好ましい。Rは92モル%以上がメチル基であることが好ましく、実質的にすべてメチル基でもよい。また、耐溶剤性が求められるときは、3,3,3−トリフルオロプロピル基等、要求特性に応じて適宜、他の基を併用することができる。
上記a、bは、それぞれ0<a≦1、1<b<3、1<a+b<3の関係を満足する数を表し、好ましくは0.0001≦a≦0.5、1.8≦b≦2.2、1.8≦a+b≦2.25の関係を満足する数である。上記式(1)で表されるオルガノポリシロキサンは、その1分子中に上記脂肪族不飽和炭化水素基の2個以上がケイ素原子と結合している。上記脂肪族不飽和炭化水素基は、分子鎖末端のケイ素原子に結合していてもよく、また分子鎖中のケイ素原子のいずれかに結合していてもよく、更には両方に結合していてもよい。なかでも、上記式(1)で表されるオルガノポリシロキサンは、上記脂肪族不飽和炭化水素基(好ましくはアルケニル基、より好ましくはビニル基)が分子鎖両末端のケイ素原子に結合しているものが好ましい。
上記オルガノポリシロキサンは、その骨格が直鎖状、分岐状又は環状のいずれであってもよいが、主鎖部分がジオルガノシロキサン単位を繰り返し単位として有し、分子鎖末端がトリオルガノシロキサン単位を有しているものが好ましい。上記トリオルガノシロキサン単位(置換又は非置換の1価の炭化水素基のみがケイ素原子に結合したトリオルガノシロキサン単位)としては、トリメチルシロキサン単位、ジメチルフェニルシロキサン単位、メチルジフェニルシロキサン単位等のビニル基を含まないもの;ジメチルビニルシロキサン単位、メチルフェニルビニルシロキサン単位等のビニル基を含むものを挙げることができ、なかでも、ビニル基を含むものが好ましい。
上記オルガノポリシロキサンの重合度(分子中のSi原子の数)は、10〜20000であることが好ましく、100〜15000であることがより好ましい。10未満であると、充分な機械的強度(強度・伸び・硬さ)を有する硬化物が得られないおそれがある。15000を超えると、得られるシリコーンゴム組成物の流動性が悪化するおそれがある。
上記ケイ素原子に結合する水素原子を少なくとも2個有するオルガノハイドロジエンポリシロキサンは、ケイ素原子に結合する水素原子が上記オルガノポリシロキサンの脂肪族不飽和炭化水素基と付加反応(ヒドロシリル化)することにより、オルガノポリシロキサンの架橋剤として機能するものである。
上記オルガノハイドロジエンポリシロキサンとしては、平均組成式(2):R SiO[4−(c+d)]/2で表される化合物であることが好ましい。Rは、上記Rと同一の基を表す。なかでも、炭素数が1〜4の置換又は非置換の1価の炭化水素基が好ましい。合成のしやすさ、コストの面からアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。
上記c、dは、それぞれ0.8≦c≦2.2、0.002≦d≦1、0.8<c+d<3の関係を満足する数を表し、好ましくは1≦c≦2.2、0.01≦d≦1、1.8≦c+d≦2.5の関係を満足する数である。上記式(2)で表されるオルガノハイドロジエンポリシロキサンは、その骨格が直鎖状、分岐状又は環状のいずれであってもよく、またジオルガノハイドロジエンシロキサン単位とSiO単位を含有し、適宜にトリオルガノシロキサン単位やジオルガノシロキサン単位を含有している三次元網状構造の樹脂状物であってもよい。
上記オルガノハイドロジエンポリシロキサンは、1分子中に少なくとも2個、好ましくは3個以上の水素原子がケイ素原子と結合してSiH基が形成された化合物である。この場合、H原子は、分子鎖末端のSi原子に結合していてもよく、分子鎖途中のSi原子のいずれかに結合していてもよく、更には両方に結合していてもよい。また、上記オルガノハイドロジエンポリシロキサンの重合度(分子中のSi原子の数)は3〜400であることが好ましく、4〜300であることが特に好ましい。
上記オルガノハイドロジエンポリシロキサンの具体例としては、例えば、メチルハイドロジエンシクロポリシロキサン、メチルハイドロジエンシロキサン・ジメチルシロキサン環状共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジエンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジエンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジエンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジエンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジエンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジエンシロキサン・ジフエニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジエンシロキサン・ジフエニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジエンシロキシ基封鎖メチルハイドロジエンシロキサン・ジメチルシロキサン・ジフエニルシロキサン共重合体、(CHHSiO1/2単位と(CHSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位と(CSiO1/2単位とからなる共重合体等が挙げられる。
上記付加硬化型シリコーンゴム組成物において、上記オルガノポリシロキサンと上記オルガノハイドロジエンポリシロキサンの配合割合は、オルガノポリシロキサン中の脂肪族不飽和炭化水素基とオルガノハイドロジエンポリシロキサン中の水素原子とがモル比で1:10〜10:1であることが好ましく、1:3〜3:1の配合割合であることがより好ましい。
上記白金系触媒は、上記オルガノポリシロキサンとオルガノハイドロジエンポリシロキサンとの付加反応を開始させる機能を有する成分であり、例えば、白金、塩化第1白金、塩化白金酸、これらのビニルシロキサン錯体やそのアルコール変性溶液等の白金族金属化合物;ロジウム系化合物やパラジウム系化合物を挙げることができる。上記白金系触媒の配合量は、上記オルガノポリシロキサンに対して0.1〜1000ppmであることが好ましく、1〜500ppmであることがより好ましい。
上記付加硬化型シリコーンゴム組成物は、補強用シリカを含むものであってもよい。これは、強度特性を高めるために配合される充填剤であり、例えば、フュームドシリカ、沈降法シリカ、溶融シリカ等を挙げることができる。粒子径は20μm以下であることが好ましい。また、上記補強用シリカは、オルガノシラン、オルガノシロキサン、オルガノシラザン等で予め表面処理されたものであってもよく、また上記処理剤とインプロセスで反応させたものであってもよい。上記補強用シリカの含有量は、上記オルガノポリシロキサン100質量部に対して5〜200質量部であることが好ましい。
上記付加硬化型シリコーンゴム組成物はまた、アセチレン化合物、リン化合物、ニトリル化合物、カルボキシレート、スズ化合物、水銀化合物、硫黄化合物等、公知の反応制御剤を含むものであってもよい。
上記付加硬化型シリコーンゴム組成物の市販品としては、例えば、TSE3032(GE東芝シリコーン社製)、KE103(信越ポリマー社製)等を挙げることができる。
上記工程(I)においては、例えば、上記付加硬化型シリコーンゴム組成物等のシリコーンゴムの成形体の構成材料を30〜50℃に予熱した遠心成形機の金型内に注入し、120〜180分間硬化させることによりシリコーンゴムの成形体を製造することができる。
上記工程(I)において形成されるシリコーンゴムの成形体(シリコーンゴム層)の厚みは、0.5〜3mmであることが好ましい。0.5mm未満であると、シリコーンゴム層の厚みが薄すぎるため強度がなく、金型より剥離させる際に、全てをきれいに剥離させることができないおそれがある。3mmを超えると、金型の熱を有効に伝熱させることができず、形成された弾性ゴム部材材料層の特性に悪影響が発生するおそれがある。
上記電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法は、上記工程(I)の後、工程(I)で得られたシリコーンゴムの成形体上に、弾性ゴム部材のエッジ層を構成する成形体を製造する工程が行われる(工程(II))。また、上記工程(II)の後、工程(II)で得られたエッジ層を構成する成形体上に、エッジ層以外の層を構成する成形体を製造する工程が行われる(工程(III))。従来公知の遠心成形の手法によって工程(II)、(III)を行うことにより、エッジ層及びエッジ層以外の層を有する複層構造の弾性ゴム部材を良好に製造することができる。エッジ層以外の層を構成する成形体は、上記特定範囲の硬さ及び反発弾性を有する成形体を1層のみ有するもの、その成形体以外に更に他の成形体を1層又は2層以上有するもののいずれであってもよい。また、製造したエッジ層における平滑なシリコーンゴム接触面を使用面(相手材との当接面)とすることが可能となり、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を両立できる。
上記製造方法において、エッジ層以外の層を構成する成形体は、上述したエッジ層以外の層の材料と同様のものである。また、エッジ層を構成する成形体としては、上述したエッジ層の材料と同様のものを使用することが好ましい。
上記製造方法において、上記工程(III)が弾性ゴム部材のベース層を構成する成形体を製造する工程で、そのベース層を構成する成形体が23℃におけるJIS A 硬さが68〜100°であり、かつ、反発弾性が30〜100%である材料からなることが好ましい。この場合、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性を良好に両立できる2層構造の弾性ゴム部材を有するクリーニングブレードを製造できる。
遠心成形法により、上記工程(II)でエッジ層を構成する成形体を製造し、次いで工程(III)でベース層を構成する成形体を製造する方法は、従来公知の2層構造の弾性ゴム部材材料層の形成方法により行うことができる。上記エッジ層及びベース層を構成する成形体がともにポリウレタンからなる弾性ゴム部材を製造する場合、上記工程(II)、工程(III)は、例えば、以下に示す方法を用いて行うことができる。
上記工程(II)では、上記工程(I)により得られた遠心成形機の金型内のシリコーンゴムの成形体上に、エッジ層用材料を130〜150℃に遠心成形機を予熱して注入し、5〜10分間硬化させる。次いで、上記工程(III)では、上記工程(II)における硬化反応の後、ベース層用材料を硬化したエッジ層上に注入し、25〜50分間硬化させる。シリコーンゴムの成形体から2層構造の弾性ゴム部材のシート体を剥離して金型から取り出すことにより、厚さ1〜3mmの円柱状のシート体を得ることができる。これを幅8〜20mm、長さ220〜500mmの短冊状にカットすることにより、弾性ゴム部材を得ることができる。
上記製造方法において、エッジ層、ベース層を構成する成形体は、プレポリマー法、ワンショット法等によって得ることができる。
プレポリマー法を用いる場合には、脱水処理を行ったポリオールとイソシアネートとを混合し、温度50〜80℃で10〜600分間反応させて得られるプレポリマーに、架橋剤等を加えて金型に注入し、硬化させる方法等により、硬化したエッジ層、ベース層を得ることができる。ワンショット法を用いる場合には、脱水処理を行ったポリオールと架橋剤とを計量し、更にそこにポリイソシアネートを加えて計量して混合して、金型に注入し、硬化させる方法等により、硬化したエッジ層、ベース層を得ることができる。
上記製造方法において、複層構造の弾性ゴム部材を得た後、通常、得られた弾性ゴム部材と支持部材とを接着させる工程(IV)が行われる。上記工程(IV)は、従来公知の方法により行うことができ、例えば、上述した接着剤を用いて接着すること等により行うことができる。上記工程(IV)において、支持部材は、上述したものと同様のものである。これにより、図1に示したクリーニングブレードを製造することができる。
本発明の電子写真装置用クリーニングブレードは、上述した構成よりなるので、球形(真球状、異形状)で、かつ、小粒径の重合法トナーを使用した場合においても、従来困難であった低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性の両立を実現することができる。
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。また実施例中、「部」、「%」は特に断りのない限り「質量部」、「質量%」を意味する。
実施例1〜11及び比較例1〜6 電子写真装置用クリーニングブレードの製造(エッジ層及びベース層からなる2層構造の弾性ゴム部材)
(シリコーンゴム層の形成)
公知の遠心成形機の成形金型ドラム(内径:700mm、奥行き:500mm、常温での振れ精度:0.06mm、成形時の回転数:800rpm、粗面状態:Ra=0.30)を40℃に加熱し、シリコーンゴム材料として、付加反応により硬化する付加硬化型シリコーンゴム組成物「TSE3032(A)」(主剤、GE東芝シリコーン社製)と「TSE3032(B)」(硬化剤)との混合液(配合質量比10:1)を、上記成形金型ドラム内に流し込み、120分間加熱硬化させ、シリコーンゴム層を形成した。得られたシリコーンゴム層は、空気側面が均一な鏡面状であり、厚さが0.7mmであった。
(弾性ゴム部材材料層の形成)
エッジ層用材料を140℃に予熱した遠心成形機の金型内のシリコーンゴム層上に注入し、10分間硬化させた。上記硬化反応の後、ベース層用材料を硬化したエッジ層上に注入し、30分間硬化させた。上記硬化反応後、2層構造の弾性ゴム部材のシート体のみ金型から取り出すことにより、厚さ2.00mmの円柱状の2層構造シート体を得ることができた。これを幅12mm、長さ330mmの短冊状にカットすることにより、弾性ゴム部材を得ることができた。得られた弾性ゴム部材の厚み精度は、0.045mmと良好であった。また、弾性ゴム部材のエッジ層の表面状態(シリコーンゴム接触面)は、鏡面状態であり、欠陥は全く発見されなかった。
更に、得られた弾性ゴム部材をメッキ鋼からなる支持部材に、ポリウレタン系ホットメルト接着剤を用いて接着し、電子写真装置用クリーニングブレードを得た。
実施例12〜15 電子写真装置用クリーニングブレードの製造(3層構造の弾性ゴム部材)
(シリコーンゴム層の形成)
上記と同様の方法によりシリコーンゴム層を形成した。
(弾性ゴム部材材料層の形成)
エッジ層用材料を140℃に予熱した遠心成形機の金型内のシリコーンゴム層上に注入し、10分間硬化させた。上記硬化反応の後、第2層目用材料を硬化したエッジ層上に注入し、10分間硬化させた。更に上記硬化反応の後、第3層目用材料を硬化した第2層上に注入し、30分間硬化させた。上記硬化反応後、3層構造の弾性ゴム部材のシート体のみ金型から取り出すことにより、厚さ2.00mmの円柱状の3層構造シート体を得ることができた。これを幅12mm、長さ330mmの短冊状にカットすることにより、弾性ゴム部材を得ることができた。得られた弾性ゴム部材の厚み精度は、0.045mmと良好であった。また、弾性ゴム部材のエッジ層の表面状態(シリコーンゴム接触面)は、鏡面状態であり、欠陥は全く発見されなかった。
更に、得られた弾性ゴム部材をメッキ鋼からなる支持部材に、ポリウレタン系ホットメルト接着剤を用いて接着し、電子写真装置用クリーニングブレードを得た。
2層構造の弾性ゴム部材の製造において、使用したエッジ層用材料、ベース層用材料、エッジ層の厚み(a)、ベース層の厚み(b)、a/(a+b)、硬さ(23℃)、200%モジュラス、反発弾性は、表1〜2に示した通りである。
また、3層構造の弾性ゴム部材の製造において、使用したエッジ層用材料、第2層目用材料、第3層目用材料、エッジ層の厚み(a)、エッジ層以外の層の総厚み(b)(第2層の厚み(b)+第3層の厚み(b))、a/(a+b+b)、硬さ(23℃)、200%モジュラス、反発弾性は、表3に示した通りである。
エッジ層、ベース層、第2層及び第3層の硬さ、200%モジュラス、反発弾性は、上述した方法により測定される値である。また、表1〜3中のポリウレタンは、表4に示した配合からなるものである。
上記電子写真装置用クリーニングブレードの製造において、各ポリウレタン材料(ポリウレタンA〜P)を、エッジ層用材料、ベース層用材料、第2層目用材料、第3層目用材料として金型内へ注入する方法は、以下の通りである。
脱水処理を行ったポリオールとイソシアネートとを混合し、温度70℃で240分間反応させて得られるプレポリマーに、架橋剤を加えてから注入した(プレポリマー法)。
(印字テスト)
実施例、比較例で得られたクリーニングブレードを市販の普通紙複写機(有機感光体使用、速度10枚/分)に装着し、印字テストを行った。テストは、(1)温度23℃、湿度50%、(2)温度10℃、湿度15%の条件下で行った。印刷枚数100枚の時点において、上記(1)、(2)の条件でのトナーすり抜け(クリーニング性)の結果を表1〜3に示した。また、使用したトナーの重量平均粒子径、形状も表1〜3に示した。
Figure 0005558659
Figure 0005558659
Figure 0005558659
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表1〜3から、実施例で得られたクリーニングブレードは、重合法トナーを使用した場合、低温低湿下及び常温常湿下のクリーニング性の両特性に優れていた。一方、比較例では、両立することはできなかった。
本発明の電子写真装置用クリーニングブレードは、普通紙を記録紙として用いる静電式電子写真複写機に対して好適に使用することができる。
本発明の電子写真装置用クリーニングブレードと、そのクリーニング挙動を示した模式図である。
符号の説明
11 弾性ゴム部材
12 支持部材
13 接着剤層
14 像担持体(相手材)
21 エッジ層
22 ベース層

Claims (5)

  1. 弾性ゴム部材及び支持部材を有する電子写真装置用クリーニングブレードであって、
    前記弾性ゴム部材は、エッジ層及び前記エッジ層以外の層を有する2層構造を有し、
    前記エッジ層以外の層が、23℃におけるJIS A 硬さが68〜100°であり、かつ、反発弾性が30〜100%である材料からなり、
    前記エッジ層が、23℃におけるJIS A 硬さが64〜81°であり、かつ、反発弾性が5〜70%である材料からなり、
    前記エッジ層の厚さが0.3〜1.60mmであり、
    前記エッジ層以外の層がポリエーテルポリオールをポリオール成分とするポリウレタンからなるものであり、
    前記エッジ層が、ポリカプロラクトンポリオール及び/又はポリエステルポリオールをポリオール成分とするポリウレタン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。
  2. 前記エッジ層以外の層が、反発弾性が50〜100%である材料からなる請求項1記載の電子写真装置用クリーニングブレード。
  3. 前記エッジ層の厚み(a)と、前記エッジ層の厚み(a)及び前記エッジ層以外の層の総厚み(b)の和(a+b)との比(a/(a+b))は、0.05〜0.75である請求項1又は2記載の電子写真装置用クリーニングブレード。
  4. 遠心成形法を用いた請求項1、2又は3記載の電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法であって、
    金型の内側にシリコーンゴムの成形体を製造する工程(I)と、
    前記工程(I)で得られたシリコーンゴムの成形体上に、弾性ゴム部材のエッジ層を構成する成形体を製造する工程(II)と、
    前記工程(II)で得られたエッジ層を構成する成形体上に、弾性ゴム部材のエッジ層以外の層を構成する成形体を製造する工程(III)とを含む
    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製造方法。
  5. シリコーンゴムの成形体は、ケイ素原子に結合する脂肪族不飽和炭化水素基を少なくとも2個有するオルガノポリシロキサン、ケイ素原子に結合する水素原子を少なくとも2個有するオルガノハイドロジエンポリシロキサン、及び、白金系触媒を含む付加硬化型シリコーンゴム組成物から得られるものである請求項記載の電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法。
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