JP2006350195A - ブレード及びブレードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 支持体と該支持体に接合されるエラストマー部材とを有するブレードにおいて、十分な接着強度を有し寸法精度が高いブレード及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】 支持体と該支持体に接合されるエラストマー部材とを有するブレードであって、該支持体の該エラストマー部材との接合部を少なくとも含む表面に、エラストマー用接着剤とエラストマー硬化用触媒との混合物を含有する接着剤層を設けたことを特徴とするブレード及びその製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブレード及びその製造方法に関し、詳しくは電子写真装置に用いられるクリーニング用のブレード及びその製造方法に関する。

一般に、電子写真装置では、感光体表面上にトナーによって形成された画像を記録用紙に転写した後、感光体上に残存するトナーを除去するために、支持体にブレード部材が接合されたクリーニングブレード等が設けられている。

上記のごときブレードは、電子写真装置等にブレードを取り付ける際の支持体と、その支持体の一端側にエラストマー部材が例えば一体成形により接合された構成であり、エラストマー部材は、耐摩耗性や永久歪み等に優れていることから、熱硬化性のポリウレタンエラストマーが通常使用される。

このようなポリウレタンエラストマー部材を有するブレードは、従来から、ポリウレタン形成材料を用いた注型成形操作を行うことによって、製造されている。すなわち上型と下型で構成されるブレード成形用金型を準備し、金型のエラストマー部材成形用のキャビティ内に支持体の一端側を突出した状態で配置して上型と下型とで挟み合わせ、この成形金型内に、ポリイソシアネートとポリオールとを部分的に重合したプレポリマーと硬化剤とを含有する液状の熱硬化型ポリウレタン原料を注入し、これを硬化反応させ、ついで硬化物を脱型することによりブレードを製造することができる（例えば、特許文献１及び２参照）。

しかしながら上記製法では、ブレード成形用金型に配置した支持体に金型との温度差があった場合、支持体側と金型側で硬化速度が異なるという問題がある。即ち、生産工程のサイクル途中では、脱型直後の金型は高温に保たれたまま次の成型に準備されるため、所望の硬化温度に近い状態であるが、支持体は室温に置かれているため金型よりは温度が低い状態である。このとき、支持体を金型に配置し、熱硬化型エラストマー原料を注入した場合、金型に接する部位では金型がもとから比較的高温であるため、硬化温度に達する時間が短く硬化反応がより速く進むが、支持体とエラストマー部材との接合部近傍では支持体が低温であるため、硬化温度に達するまでの時間が長く、よって硬化反応が金型周辺よりも遅い。

これにより、金型周辺ではエラストマー部材の硬化が終了しても、支持体とエラストマー部材との接合部では硬化が終了し得ないため、支持体とエラストマー部材との接着強度が不十分である。また、接着強度が不十分であることから、脱型時にエラストマー部材が変形するなどして寸法精度が低下するおそれがある。また、ブレード部材の全域にわたって硬化が終了し、十分な接着強度が得られるまで硬化時間を延長することは、製造効率の低下を招き、更にはブレード部材の物性の低下につながるおそれがある。

また上記製法では、液状の熱硬化型ポリウレタン原料を金型に注入した際に、金型及び支持体に設けられた公差により金型と支持体との間に生じた隙間からポリウレタン原料が流れ出し、やがて硬化することによってゴムバリが発生するおそれがある。このような場合、脱型後には支持体表面に生じたバリを除去する作業、また金型に付着して硬化したポリウレタン原料を除去清掃する作業が必要となり、やはり製造効率の低下を招くこととなる。
特開平７−１８０４７号公報 特許第３０８７２３０号公報

本発明の目的は、上記課題を解決することにあり、支持体と該支持体に接合されるエラストマー部材とを有するブレードにおいて、十分な接着強度を有し寸法精度が高いブレード及びその製造方法を提供することである。

本発明に従って、支持体と該支持体に接合されるエラストマー部材とを有するブレードであって、該支持体の該エラストマー部材との接合部を少なくとも含む表面に、エラストマー用接着剤とエラストマー硬化用触媒との混合物を含有する接着剤層を設けたことを特徴とするブレードが提供される。

また、本発明に従って、上型と下型とで構成されるブレード成形用金型のエラストマー部材成形用キャビティ内に支持体の一端側を突出した状態で配置し、上型と下型とで挟み合わせ、該エラストマー部材成形用キャビティ内に熱硬化型エラストマー原料を注入して硬化させ、硬化物を脱型してなるブレードの製造方法において、
該ブレード成形用金型に配置される該支持体の、該エラストマー部材成形用キャビティ内に突出した一端側を少なくとも含む表面に、エラストマー用接着剤とエラストマー硬化用触媒との混合物を塗布する工程を含むことを特徴とするブレードの製造方法が提供される。

本発明によれば、支持体近傍のエラストマー部材の硬化速度を速めることで、十分な接着強度を有し、寸法精度が高いブレードを製造することが可能となった。

以下に、本発明の実施形態を詳述する。

本発明におけるブレードは、支持体とエラストマー部材がこれらの接合部で一体的に成形されたものである。即ち上型と下型とで構成されるブレード成形用金型を準備し、支持体のエラストマー部材との接合部を含む表面に接着剤を塗布し、金型のエラストマー部材形成用のキャビティ内に接着剤塗布部分を突出した状態で配置し、この成形金型内に、エラストマー原料としてプレポリマーと硬化剤とを含有する液状組成物を注入し、これを１２０℃〜１４０℃で硬化反応させ、硬化物を脱型することによりブレードを製造することができる。

このとき、支持体のエラストマー部材との接合部を少なくとも含む表面に、エラストマー用接着剤とエラストマー硬化用触媒との混合物を塗布することで、金型よりも低温であるために硬化が遅くなる支持体近傍のエラストマーの硬化速度を速めることができる。

支持体としては、一般にブレードの製造に用いられるものであればよく、コストや加工のし易さ、取り付けによる強度剛性等を鑑みて、板状の金属を所望の形状に加工したものを用いることができる。具体的には、剛性の高い鋼板、ステンレス鋼板、亜鉛メッキクロメート皮膜鋼板、及びクロムフリー鋼板等を例示することができる。

エラストマー部材としては、耐摩耗性や永久歪み等に優れているポリウレタンエラストマーが用いられることが好ましい。ポリウレタンは、ポリイソシアネート、ポリオールを含有するプレポリマーと、ポリオール、鎖延長剤、及び触媒を含有する硬化剤との混合物を加熱硬化させたものである。

上記ポリイソシアネートとしては、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）、キシレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、１，５−ナフチレンジイソシアネート（１，５−ＮＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、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（水添ＭＤＩ）、テトラメチルキシレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、カルボジイミド変性ＭＤＩ、及びポリメチレンフェニルポリイソシアネート（ＰＡＰＩ）等が挙げられる。これらのなかでも、ＭＤＩを用いることが好ましい。

ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、カプロラクトンエステルポリオール、ポリカーボネートエステルポリオール及びシリコーンポリオール等を挙げることができ、数平均分子量１５００〜５０００が好ましい。すなわち、１５００未満であると、得られるウレタンゴムの物性が低下する傾向が見られ、また５０００を超えると、プレポリマーの粘度が高くなり、流れ性が低下する等取り扱いが困難になる傾向が見られるからである。

鎖延長剤としては、例えば、グリコールが使用され、このようなグリコールとしては、エチレングリコール（ＥＧ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、プロピレングリコール（ＰＧ）、ジプロピレングリコール（ＤＰＧ）、１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤ）、１，６−ヘキサンジオール（１，６−ＨＤ）、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、キシリレングリコール（テレフタリルアルコール）、及びトリエチレングリコール等が挙げられる。また、上記グリコールの他に、その他の多価アルコールが使用され、このような多価アルコールとしては、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール及びソルビトール等が挙げられる。

エラストマー硬化用触媒としては、一般に用いられるポリウレタン硬化用の触媒を使用することができ、例えばアミン触媒が挙げられ、トリエチルアミン等のトリアルキルアミン、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、ジメチルエタノールアミン等のアミノアルコール、トリエチレンジアミン、ピペラジン系、トリアジン系、４級アミンの有機酸塩、フェノール塩等が例示でき、特に三級アミン触媒が好ましい。また、酢酸カリウムやオクチル酸カリウムアルカリ等の金属の有機酸塩を用いてもよい。また、通常、ウレタンに用いられる金属触媒でもよく、ジブチル錫ジラウレート等を例示することができる。これらは単独で用いてもよく、何種類か混合してもよい。

硬化剤には必要に応じて、その他触媒、顔料、可塑剤、防水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の添加剤を配合することができる。

上記のごとき成分を含有する混合物を原料として用い、常法に準じてエラストマー部材を有するブレードを製造することができる。具体的には、プレポリマー法、セミワンショット法及びワンショット法を例示することができる。

その際、支持体のエラストマー部材との接合部を少なくとも含む表面に塗布するエラストマー用接着剤としては、一般的なエラストマーと金属との接着剤であればよく、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂や複合系樹脂を含む接着剤であることが好ましい。

このとき、上記接着剤の固形分に対して上記触媒のいずれか又は複数を５〜２５質量％混合させることが好ましい。接着剤に混合させる触媒が５質量％より少ないと、支持体とエラストマー部材との接合部近傍での硬化反応が遅いため、接着強度が十分でなく、他の部分の硬化が終了して脱型した際に寸法精度の低下を引き起こすため好ましくない。また、エラストマー部材全域に渡って硬化するまで硬化時間を延長すると、金型に接する部分での硬化が進み過ぎるため、その部分においてエラストマーに必要な物性が低くなってしまい、結果として接着強度が低下するため好ましくない。接着剤に混合させる触媒が２５質量％より多いと、エラストマー原料を金型に注入した直後から硬化反応が速く進み過ぎ、原料の粘度が高くなるためにキャビティ内の特に支持体近傍で流れ性が低下し、原料が金型全域に行き渡らなくなるおそれがある。

また上記接着剤を塗布して接着剤層を形成する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば接着剤を溶解する溶剤又は混合溶剤により溶液化した接着剤を、ロールコーター、ハケ又はスポンジ等で支持体のブレード部材との接合部を少なくとも含む表面に均一な厚さになるように塗布することができる。また、かかる接着剤層の厚みは特に限定されるものではない。

以下に実施例を挙げて本発明を説明する。ただし本発明は、これら実施例により何ら限定されるものではない。

（実施例１）
＜ポリウレタンエラストマー原料の調製＞
イソシアネートとして４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を用い、ポリオールとして数平均分子量２５００のアジペート系ポリエステルポリオールを用いたプレポリマーと、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンの混合物にウレタン硬化用触媒として酢酸カリウム及びトリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）を加えた硬化剤を準備した。

＜支持体への接着剤塗布＞
支持体は室温に放置しておいたものを用い、この時支持体の表面温度は２５℃であった。ポリウレタンエラストマー部材と金属製支持体との接着には、フェノール樹脂系接着剤をアセトンで３：２に希釈したものを用い、接着剤の固形分に対して濃度が１２質量％となるよう硬化剤に含まれる触媒ＴＥＤＡを加えた。これをスポンジに適量含ませ、支持体のポリウレタンエラストマー部材との接合部に塗布した。

＜ブレードの成型＞
上型と下型で構成されるブレード成形用金型のエラストマー部材形成用のキャビティ内に接着剤を塗布した支持体の一端側を突出した状態で配置した。この時の成形金型の表面温度は、エラストマーの硬化温度より３〜５℃低い状態であった。その後、プレポリマーと硬化剤を混合した液状組成物を成型型内に注入し加熱硬化させ、硬化物を脱型することによりブレードを得た。

＜接着強度の測定＞
成型されたエラストマー部材を１０ｍｍ幅で切断する。次に図２のように金属製ホルダーを固定用チャック５で固定し、エラストマー部材を引張り用チャック６で保持して、図２中の矢印で示す方向に２００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張り、その先端部にロードセルを連結して引張強度を測定した。この方法により上記ブレードの接着強度を測定した。結果を表１に示す。

（実施例２）
アセトンで３：２に希釈したフェノール樹脂系接着剤の固形分に対して濃度が６質量％となるようアミン系触媒を加え、ブレード部材との接合部に塗布した支持体を用い、実施例１と同様にしてブレードの成型を行い接着強度の測定を行った。結果を表１に示す。

（実施例３）
アセトンで３：２に希釈したフェノール樹脂系接着剤の固形分に対して濃度が４０質量％となるようアミン系触媒を加え、ブレード部材との接合部に塗布した支持体を用い、実施例１と同様にしてブレードの成型を行い接着強度の測定を行った。結果を表１に示す。

（比較例１）
ウレタン硬化用触媒を加えないアセトンで３：２に希釈したフェノール樹脂系接着剤をブレード部材との接合部に塗布した支持体を用い、実施例１と同様にしてブレードの成型を行い接着強度の測定を行った。結果を表１に示す。

表１には、実施例及び比較例の接着強度及び流れ性の評価結果を示す。流れ性の評価は、成形金型にエラストマー原料を注入し終えた時点で、エラストマー原料がブレード部材を形成するキャビティ全域に行き渡っている：○、キャビティの一部に行き渡っていない：△、キャビティ全域に全く行き渡っていない：×とした。本発明のブレードにおいては、接着強度が５０Ｎ／ｃｍ以上であれば良好、５０Ｎ／ｃｍ未満であれば不良と評価し、流れ性の評価と併せて総合的な評価を行った。

触媒が混合された接着剤を用いた実施例１では、接着強度６４Ｎ／ｃｍであり、実施例２での接着強度は５８Ｎ／ｃｍと低下したが、支持体が金型よりも低い温度であっても十分な接着強度が得られた。この時、流れ性も良好であったので、総合評価は◎とした。実施例３では流れ性の低下が見られたが、接着強度は７６Ｎ／ｃｍと強固な接着が得られたので総合評価は○とした。触媒を含まない接着剤を用いた比較例１では流れ性は良好であったが、接着強度は４２Ｎ／ｃｍと著しく低下したので、総合評価は×とした。

本発明のブレードの概略断面図である。 本発明のブレードの接着力の評価方法を示す図である。

符号の説明

１ ブレード
２ 支持体
３ エラストマー部材
４ 接着剤層
５ 固定用チャック
６ 引張り用チャック

Claims (6)

1. 支持体と該支持体に接合されるエラストマー部材とを有するブレードであって、該支持体の該エラストマー部材との接合部を少なくとも含む表面に、エラストマー用接着剤とエラストマー硬化用触媒との混合物を含有する接着剤層を設けたことを特徴とするブレード。
2. 前記エラストマー部材がポリウレタンエラストマーである請求項１に記載のブレード。
3. 前記エラストマー用接着剤がフェノール樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、又はこれらの変性樹脂や複合系樹脂を含む接着剤である請求項１又は２に記載のブレード。
4. 前記エラストマー硬化用触媒がアミン触媒、金属触媒及び有機金属酸塩触媒から選ばれる請求項１〜３のいずれかに記載のブレード。
5. 前記エラストマー硬化用触媒が、前記エラストマー用接着剤の固形分に対して５〜２５質量％混合される請求項１〜４のいずれかに記載のブレード。
6. 上型と下型とで構成されるブレード成形用金型のエラストマー部材成形用キャビティ内に支持体の一端側を突出した状態で配置し、上型と下型とで挟み合わせ、該エラストマー部材成形用キャビティ内に熱硬化型エラストマー原料を注入して硬化させ、硬化物を脱型してなるブレードの製造方法において、
   該ブレード成形用金型に配置される該支持体の、該エラストマー部材成形用キャビティ内に突出した一端側を少なくとも含む表面に、エラストマー用接着剤とエラストマー硬化用触媒との混合物を塗布する工程を含むことを特徴とするブレードの製造方法。

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