JP4445488B2

JP4445488B2 - 現像ブレード

Info

Publication number: JP4445488B2
Application number: JP2006146219A
Authority: JP
Inventors: 伸次相馬; 洋中村
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2026-05-26
Also published as: CN101454728B; JP2007316359A; MY143849A; US20090016780A1; CN101454728A; US7783237B2; WO2007138990A1

Description

本発明は、現像ブレードに係り、特にレーザプリンタ、複写機、ファクシミリ等の電子写真画像形成装置の現像装置に用いられる現像ブレード関する。

電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置では、感光体ドラム上に形成された潜像を現像するための現像装置を備えている。

現像装置としては、例えば、図５に示されるように、ホッパー７２、現像ローラ７３、回動可能な攪拌板７４、現像ブレード７５を備えてなる構造の現像装置７１が知られている（特許文献１）。

このような現像装置７１においては、ホッパー７２内の現像剤７６が攪拌板７４により現像ローラ７３に供給され、現像ブレード７５と現像ローラ７３との摩擦帯電により現像ローラ７３の周面上に現像剤が薄層で均一に担持される。そして、潜像が形成されている感光体ドラム７７に現像ローラ７３から現像剤７６が移行して現像が行われる。

現像ブレード７５としては、例えば、金属製の支持部材８２の端側部に沿って弾性部材からなるブレード部材８４が形成された構造のものが知られている。

現像プレート７５のブレード部材８４に用いられる弾性部材は、例えば、シリコーンゴムから形成されている。このようなシリコーンゴムからなる弾性部材を形成するに際しては、シリコーンゴムに架橋剤（硬化剤）を混合し、このものを金型のキャビティ内に注入した後に硬化させることにより、所定の形状の弾性部材が成形される。

従来より、シリコーンゴムは、その柔軟性、耐熱性、耐久性等の優れた物性をそのまま生かすために、シリコーンゴム内に特別な機能を発揮させるための添加物をわざわざ添加させて成形物を形成するという試みはなされていなかった。

特開２００３−４３８１２号公報

しかしながら、弾性部材からなるブレード部材８４の耐刷性を向上させることは、製品の品質を長期に亘って確実に保証できることに繋がり、極めて重要なファクターであると言える。

このような実状のもとに本発明は、創案されたものであり、その目的は、実用的な範囲でシリコーンゴムの柔軟さ等の物性を損なうことなく摩擦係数を下げてすべり易くして、ゴムの磨耗量を減少させ、画質を損なうことなく、現像ブレードの耐刷性を向上させることを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明は、支持部材の端側部にブレード部材を有する現像ブレードであって、前記ブレード部材は、シリコーンゴムを主成分として構成されており、このシリコーンゴムに添加成分として、超高分子量ポリエチレンが含有されており、前記超高分子量ポリエチレンは、その表面が活性化されており、その表面にーＯＨ基、−ＣＯＯＨ基が生成されているとともに、１００万以上の分子量を有し、その平均粒子サイズが２０〜１２５μｍの粉末であり、シリコーンゴム１００重量部に対して５〜４０重量部の割合で含有されてなるように構成される。

また、本発明の現像ブレードの好ましい態様として、前記超高分子量ポリエチレンは、その中に炭化チタン微粒子が練り込まれているように構成される。

また、本発明の現像ブレードの好ましい態様として、前記ブレード部材の摩擦係数は１．２以下であるように構成される。

本発明の現像ブレードにおけるブレード部材は、シリコーンゴムを主成分として構成されており、このシリコーンゴムに添加成分として、超高分子量ポリエチレン、カーボンナノチューブ、およびフラーレンのグループから選択された少なくとも１つが含有されてなるように構成されているので、実用的な範囲でシリコーンゴムの柔軟さ等の物性を損なうことなく摩擦係数を下げてすべり易くして、ゴムの磨耗量を減少させ、画質を損なうことなく、現像ブレードの耐刷性を向上させることができる。

また、摩擦係数を下げてすべり易くすることにより、付随的な効果として、現像ロールと現像ブレードの接触による力を小さくすることができ、駆動モータの小型化による省エネルギー化や、装置のコンパクト化を図ることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明は、例えば、図１に示されるように支持部材８２の端側部にブレード部材８４を有する現像ブレード７５に関するものであって、その要部は、ブレード部材８４の組成材料にある。

本発明の要部であるブレード部材８４は、シリコーンゴムを主成分として構成されており、このシリコーンゴムに添加成分として、超高分子量ポリエチレン、カーボンナノチューブ、およびフラーレンのグループから選択された少なくとも１つが含有されている。

本発明で用いられるブレード部材８４の形状は、特に制限されるものではない。例えば、図１〜図３に示されているいずれのブレード部材８４の形状としてもよい。支持部材８２としては、例えば、ステンレス鋼、バネ用リン青銅などの金属基板を適宜選定して用いればよい。セラミック基板や樹脂基板とすることもできる。

ブレード部材８４の主成分であるシリコーンゴムとしては、例えば、液状シリコーンゴムと硬化剤との混合物が例示できる。

以下、シリコーンゴムに添加される添加成分ごとに分けて詳細に説明する。

〔超高分子量ポリエチレン〕
本発明で使用される超高分子量ポリエチレンは、１００万以上、特に１００万〜５００万の分子量を有し、その平均粒子サイズは、２０〜１２５μｍ、好ましくは３５〜１００μｍの粉末として構成されている。超高分子量ポリエチレンの中には炭化チタン微粒子が練り込まれたものであってもよい。

本発明で使用される超高分子量ポリエチレンは、その表面が活性化されており、その表面にーＯＨ基、−ＣＯＯＨ基が生成されてなるものが望ましい。表面を活性化させることにより、主成分であるシリコーンゴム中への分散性や接着性を向上させることができるからである。

このような超高分子量ポリエチレンは、シリコーンゴム１００重量部に対して５〜４０重量部の割合で含有される。この割合が５重量部未満であると、超高分子量ポリエチレンの添加による摩擦係数の低減化や耐磨耗性の向上が十分とならないという不都合が生じてしまう。この一方で、この割合が４０重量部を超えると、添加成分である超高分子量ポリエチレンが添加過多の状態となってしまい、シリコーンゴムがもつ柔軟性等の物性が実用的な許容範囲を超えてしまうという不都合が生じる傾向にある。

超高分子量ポリエチレンとしては、具体的に、商品名「インヘンス（inhance）」（米国フルオロシール社）、商品名「ミペロン（mipelon）」（三井化学社）等が好適例として挙げられる。

〔カーボンナノチューブ〕
本発明で使用されるカーボンナノチューブは、プラズマＣＶＤ法（化学気相成長法）、熱ＣＶＤ法、表面分解法、流動気相合成法、アーク放電法等により合成されるものが好ましい。

このようなカーボンナノチューブは、シリコーンゴム１００重量部に対して２〜１０重量部の割合で含有される。

この割合が２重量部未満であると、カーボンナノチューブの添加による摩擦係数の低減化や耐磨耗性の向上が十分とならないという不都合が生じてしまう。この一方で、この割合が１０重量部を超えると、添加成分であるカーボンナノチューブが添加過多の状態となってしまい、シリコーンゴムがもつ柔軟性等の物性が実用的な許容範囲を超えてしまうという不都合が生じる傾向にある。

〔フラーレン〕
例えば、Ｃ₆₀やＣ₇₀で代表されるフラーレンは、多数の炭素原子が球状の籠型に配置された分子構造を有している。フラーレンの炭素骨格は、歪を有するｓｐ²炭素混成軌道同士の共有結合により閉じた三次元的な中空球殻状構造を有する炭素同素体であり、その分子構造は５角形と６角形よりなる多面体から構成される。

また、主成分であるシリコーンゴム中への分散性や接着性を向上させるために、フラーレンは、その表面を公知の種々の方法で化学修飾させて改質しておくことが望ましい。

このようなフラーレンは、シリコーンゴム１００重量部に対して０．５〜５重量部の割合で含有される。この割合が０．５重量部未満であると、フラーレンの添加による摩擦係数の低減化や耐磨耗性の向上が十分とならないという不都合が生じてしまう。この一方で、この割合が５重量部を超えると、添加成分が過多の状態となってしまい、シリコーンゴムがもつ柔軟性等の物性が実用的な許容範囲を超えてしまうという不都合が生じる。

以下、具体的な実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

（実験例１）
主成分であるシリコーンゴムへ添加すべき添加剤として超高分子量ポリエチレン（商品名「インヘンス（inhance）」型番：ＵＨ−１２５０）を準備した。

この超高分子量ポリエチレンは、平均粒径が３０μｍであり、分子量が約５０〜６００万のものを用いた。

このような超高分子量ポリエチレンからなる添加剤をシリコーンゴム１００重量部に対して下記表１に示されるような割合（重量部）で添加して物性測定用の各種サンプルを作製した。

作製した各サンプルを用いて、（１）硬さ（Duro-A）：ＪＩＳＫ６２５３、（２）引っ張り強さ：ＪＩＳＫ６２５１、および（３）伸び：ＪＩＳＫ６２５１を、それぞれ、求めた。また、実際に現像ブレードとして機能する形態のものを作製し、このものを電子写真画像形成装置の現像装置に組み込んで実際の稼動実験を行なった。稼動実験の結果、問題なしと判断の場合には符号「○」を、問題有りと判断の場合には、符号「×」として示した。判断の境界レベルとして画像形成の際にスジや帯が発生する場合は問題有りと判断される。
結果を下記表１に示す。

表１に示される結果より、添加剤として超高分子量ポリエチレンを用いた場合において、含有量５〜４０重量部の範囲においては、現像ブレードとしての機能を果たす上では特に問題が生じないことが確認された。

次いで、上記表１におけるサンプルＩ−１（超高分子量ポリエチレンの含有量０）の組成で作製した試料と、サンプルＩ−４（超高分子量ポリエチレン２０重量部含有）の組成で作製した試料を用いて、下記の要領で摩擦磨耗試験を実施した。

（摩擦磨耗試験）
測定装置の概略図面を図６に示した。

図６に示されるように試料ディスクを回転ステージに固定し、上部より固定された試料ボールを接触させた。この際、試料ボールおよびボール固定に使用する治具類は、ジンバルにより全体のバランスを調整することで、試料ボールにかかる垂直荷重は取り除くように設定した。試料ボールに上部に負荷ウエイトをのせ、試料ボールを介して試料に荷重ウエイト分の垂直荷重を印加させた。回転ステージの中心から試料ボールの位置を設定した距離ずらした後に、ステージを回転させることで試料上に設定した距離を半径とする円周上を試料ボールをすべらせ、この時、試料と試料ボールの間に生じる摩擦力を荷重センサで計測するようにした。

測定条件は、
・負荷荷重：５０ｇ
・設定半径：３ｍｍ
・回転速度：１５ｒｐｍ
・線速度：１．８８ｍｍ／ｓｅｃとした。

結果を図７のグラフに示した。図７に示される結果より、サンプルＩ−４（超高分子量ポリエチレン２０重量部含有）の本発明サンプルは、時間の経過に対して摩擦係数が極めて低いまま維持されていることがわかる。

次いで、サンプルＩ−１（超高分子量ポリエチレンの含有量０）の組成で作製した試料と、サンプルＩ−２（超高分子量ポリエチレン５重量部含有）の組成で作製した試料と、サンプルＩ−４（超高分子量ポリエチレン２０重量部含有）の組成で作製した試料を用いて、下記の要領で回転式磨耗試験を行なった。

（回転式磨耗試験）
測定手法の概略構成を図８に示した。

実験手順は以下のとおりとした。
（１）試料をウエイトに固定して保持させる。
（２）ウエイトは定荷重の１００ｇとする。
（３）回転盤に研磨紙＃２４００を固定する。
（４）試料を定荷重１００ｇで、研磨紙が固定された回転盤の上に乗せて回転盤を１５０ｒｐｍで３０分間回転させて試料を研磨させ、試料の研磨程度を評価する。
試験前および後の形状を表面粗さ形状測定器で測定し、前後における差を研磨量とした。試料形状は、長さ４５ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍとした。

結果を下記表２に示す。

表２に示される結果より、サンプルＩ−２（超高分子量ポリエチレン５重量部含有）と、サンプルＩ−４（超高分子量ポリエチレン２０重量部含有）の本発明サンプルは、耐磨耗性が極めて優れていることがわかる。

なお、上記実験例１において、本発明の超高分子量ポリエチレンの平均粒子サイズを６０μｍから３５、４５、および１２５μｍの粉末に変更した場合であっても、表１〜表２や図７に示されるのと同様な傾向の結果が得られることが確認できた。

なお、本願発明で添加剤として用いている超高分子量ポリエチレンは、現像ブレードとして広く一般的に使われているゴム材料のシリコーンゴム、ウレタンゴムの中で、ウレタンゴムに比べ耐磨耗性が劣るシリコーンゴムとの組合せにおいて特に顕著な添加効果を発揮する。

（実験例２）
主成分であるシリコーンゴムへ添加すべき添加剤としてカーボンナノチューブ（昭和電工（株）ＶＧＣＦ）を準備した。

このようなカーボンナノチューブからなる添加剤をシリコーンゴム１００重量部に対して下記表３に示されるような割合（重量部）で添加して物性測定用の各種サンプルを作製した。

作製した各サンプルを用いて、（１）硬さ（Duro-A）：ＪＩＳＫ６２５３、（２）引っ張り強さ：ＪＩＳＫ６２５１、および（３）伸び：ＪＩＳＫ６２５１を、それぞれ、求めた。また、実際に現像ブレードとして機能する形態のものを作製し、このものを電子写真画像形成装置の現像装置に組み込んで実際の稼動実験を行なった。稼動実験の結果、問題なしと判断の場合には符号「○」を、問題有りと判断の場合には、符号「×」として示した。判断の境界レベルとして画像形成の際にスジや帯が発生する場合は問題有りと判断される。

結果を下記表３に示す。

表３に示される結果より、添加剤としてカーボンナノチューブを用いた場合において、含有量２〜１０重量部の範囲においては、現像ブレードとしての機能を果たす上では特に問題が生じないことが確認された。

次いで、サンプルII−１（カーボンナノチューブの含有量０）の組成で作製した試料と、サンプルII−４（カーボンナノチューブ１０重量部含有）の組成で作製した試料を用いて、上記の実験例１の場合と同様な要領で摩擦磨耗試験を実施した。

測定結果を図９のグラフに示した。図９に示される結果より、サンプルII−４（カーボンナノチューブ１０重量部含有）の本発明サンプルは、時間の経過に対して摩擦係数が低いことがわかる。

（実験例３）
主成分であるシリコーンゴムへ添加すべき添加剤としてアーク放電法で製造されたフラーレン（Ｃ₆₀が約６０重量％、Ｃ₇₀が約２５重量％、その他高次フラーレン類）を準備した。

このようなフラーレンからなる添加剤をシリコーンゴム１００重量部に対して下記表４に示されるような割合（重量部）で添加して物性測定用の各種サンプルを作製した。

結果を下記表４に示す。

表４に示される結果より、添加剤としてフラーレンを用いた場合において、含有量０．５〜５重量部の範囲においては、現像ブレードとしての機能を果たす上では特に問題が生じないことが確認された。

次いで、サンプルIII−１（フラーレンの含有量０）の組成で作製した試料と、サンプルIII−５（フラーレン５重量部含有）の組成で作製した試料を用いて、上記の実験例１の場合と同様な要領で摩擦磨耗試験を実施した。

測定結果を図１０のグラフに示した。図１０に示される結果より、サンプルIII−５（フラーレン５重量部含有）の本発明サンプルは、時間の経過に対して摩擦係数が極めて低いまま維持されていることがわかる。

以上の結果より、本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明におけるブレード部材は、シリコーンゴムを主成分として構成されており、このシリコーンゴムに添加成分として、超高分子量ポリエチレン、カーボンナノチューブ、およびフラーレンのグループから選択された少なくとも１つが含有されてなるように構成されているので、実用的な範囲でシリコーンゴムの柔軟さを損なうことなく摩擦係数を下げてすべり易くして、ゴムの磨耗量を減少させ、画質を損なうことなく、現像ブレードの耐刷性を向上させることができる。また、摩擦係数を下げてすべり易くすることにより、現像ロールと現像ブレードの接触による力を小さくすることができ、駆動モータの小型化による省エネルギー化や、装置のコンパクト化を図ることが可能となる。

電子写真画像形成装置の現像装置に用いられる現像ブレードの製造に利用可能である。

本発明の現像ブレードの一例を示す斜視図である。本発明の現像ブレードの他の一例を示す斜視図である。本発明の現像ブレードの他の一例を示す斜視図である。図３の平面図である。現像装置の構造の一例を示す図である。摩擦磨耗試験の測定装置を説明するための概略図面である。摩擦磨耗試験の結果を示すグラフである。回転式磨耗試験の測定手法を説明するための概略構成図である。摩擦磨耗試験の結果を示すグラフである。摩擦磨耗試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

７５…現像ブレード
８２…支持部材
８４…ブレード部材

Claims

支持部材の端側部にブレード部材を有する現像ブレードであって、
前記ブレード部材は、シリコーンゴムを主成分として構成されており、このシリコーンゴムに添加成分として、超高分子量ポリエチレンが含有されており、
前記超高分子量ポリエチレンは、その表面が活性化されており、その表面にーＯＨ基、−ＣＯＯＨ基が生成されているとともに、１００万以上の分子量を有し、その平均粒子サイズが２０〜１２５μｍの粉末であり、シリコーンゴム１００重量部に対して５〜４０重量部の割合で含有されてなることを特徴とする現像ブレード。
前記超高分子量ポリエチレンは、その中に炭化チタン微粒子が練り込まれている請求項１に記載の現像ブレード。
前記ブレード部材の摩擦係数が１．２以下である請求項１または請求項２に記載の現像ブレード。