JP2005345637A

JP2005345637A - クリーニングブレード及びその製造方法並びに画像形成装置のクリーニング方法

Info

Publication number: JP2005345637A
Application number: JP2004163681A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Kamai; 教義釜井; Yukinobu Okaura; 幸伸岡裏
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】重合体トナーを使用した高速の画像形成装置のクリーニングに使用した場合においても、耐摩耗性並びに耐欠け性に優れたクリーニングブレードとその製造方法及びクリーニング方法を提供する。
【解決手段】ポリウレタン弾性体は２官能のポリオール化合物（分子量Ｍｐ，配合量Ｗｐ）、ジイソシアネート化合物（分子量Ｍｉ，配合量Ｗｉ）、少なくとも１種の３官能以上の架橋剤（分子量Ｍｔ，配合量Ｗｔ）、及び２官能の鎖延長剤（分子量Ｍｄ，配合量Ｗｄ）を構成成分とするものであり、Ｍｃが、２０００＜Ｍｃ≦８０００であり、ハードセグメント量Ｈｓが２９重量％以上３２重量％以下であるクリーニングブレードとする。
Ｍｃ＝（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）／（Ｗｔ／Ｍｔ）；Ｈｓ（重量％）＝１００［Ｗｉ−１．５Ｍｉ（Ｗｔ／Ｍｔ）＋Ｗｄ］／（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）
【選択図】なし

Description

本発明は、普通紙複写機、普通紙ファクシミリ、レーザービームプリンター等の静電方式の画像形成装置において、感光体や転写ベルト等のトナーを担持し或いはトナー担持面と接触する部材表面の残存トナーを除去するクリーニングブレード及びその製造方法並びに画像形成装置のクリーニング方法に関するものである。

静電方式の画像形成装置においてトナー画像を用紙等に転写した後の感光体、転写ベルト等の表面に残存するトナーを拭き取り、除去するために、従来から厚さが約１〜３ｍｍ程度のポリウレタン系弾性体のシートから裁断して形成されるクリーニングブレードが使用されていた。

かかる弾性体クリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体としては、２官能のポリオール化合物、ジイソシアネート化合物、３官能以上の架橋剤及び２官能の鎖延長剤を反応させたポリウレタンが公知である（特許文献１、２、３等）。

特許文献１に開示されたクリーニングブレードは、環境が変化しても十分に安定したクリーニング特性、帯電特性又は現像特性が得られる電子写真用ゴム部材を提供することを目的とし、クリーニングブレードを２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール及びアジピン酸より合成されたポリオールと、ポリイソシアネートとから製造したポリウレタンで構成したゴム弾性体にて形成したものである。

特許文献２に開示された技術は、感光体を摩滅させることが少なく、また、紙粉の介在や微小トナーによるフイルミングが生じ難く、その結果画像形成装置の耐久性にすぐれる電子写真複写機用クリーニングブレードを製造する方法を提供することを目的とし、ポリイソシアネートと分子量１０００〜３０００のポリカプロラクトンエステルジオールとから調製したイソシアネート基含量８〜２０％の擬プレポリマーに分子量１０００〜３０００の高分子量ポリオールと分子量６０〜２５０の低分子量ポリオールとからなる硬化剤を水酸基／イソシアネート基当量比0.８〜0.９として混合撹拌し、予め加熱した型内に注入して、ＪＩＳＡ硬度６５〜８０、３００％モジユラス１３０〜２５０ｋg／ｃｍ² 、２０℃における反発弾性が４５％以上のクリーニングブレードとする製造方法である。

特許文献３に開示されたクリーニングブレードは、低温域から高温域にわたって、適正な反発弾性を有するクリーニングブレードを提供することを目的とし、ポリオール成分として、低級アルキル基を置換基として有するラクトンの開環ポリエステルポリオールを用い、ポリイソシアネート成分として、ｐ−フエニレンジイソシアネート及び／又は１，４−シクロヘキサンジイソシアネートを用い、これらを反応させて得られるウレタンプレポリマーを硬化剤にて硬化させることによって得られる、硬度（ＪＩＳＡ）が６５〜８０、０〜６０℃の温度域において反発弾性が２５〜７０％、ガラス転移点が−１０℃以下であるクリーニングブレードである。
特開２００１−８３８５５号公報特開平５−２７８０４５号公報特公平７−１１３８０７号公報

しかし、近年、画像形成の高速化が求められており、画像形成装置における感光体や転写ベルト、転写搬送ベルトなどのクリーニング対象部材とクリーニングブレードとの摺動速度が高速化している状況において、上記特許文献１〜３に開示されたポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードを、画像の鮮明化の要請に対応して現在実用化されつつある重合トナーを使用した画像形成装置においてクリーニングに使用すると、耐摩耗性や耐欠け性が十分ではないことが明らかとなった。

本発明は、重合体トナーを使用した高速の画像形成装置のクリーニングに使用した場合においても、耐摩耗性並びに耐欠け性に優れたクリーニングブレードとその製造方法及びクリーニング方法を提供することを目的とする。

本発明は、静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードであって、
前記ポリウレタン弾性体は２官能のポリオール化合物（分子量Ｍｐ，配合量Ｗｐ）、ジイソシアネート化合物（分子量Ｍｉ，配合量Ｗｉ）、少なくとも１種の３官能以上の架橋剤（分子量Ｍｔ，配合量Ｗｔ）、及び２官能の鎖延長剤（分子量Ｍｄ，配合量Ｗｄ）を構成成分とするものであり、式（数５）にて定義されるＭｃが、
２０００＜Ｍｃ≦８０００
であり、
下記式（数６）にて定義されるハードセグメント量Ｈｓが２９重量％以上３２重量％以下であることを特徴とする。
（数５）及び（数６）は、
（数５）
Ｍｃ＝（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）／（Ｗｔ／Ｍｔ）
（数６）
Ｈｓ（重量％）
＝１００［Ｗｉ−１．５Ｍｉ（Ｗｔ／Ｍｔ）＋Ｗｄ］／（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）
である。

係る構成を有するクリーニングブレードは、重合体トナーを使用した高速の画像形成装置のクリーニングに使用した場合においても、耐摩耗性並びに耐欠け性に優れたクリーニングブレードである。

Ｍｃが２０００以下の場合には成形性が低下し、８０００を超える場合には架橋点の濃度が低下して架橋の効果が低下し、強度と耐摩耗性が低下する。Ｈｓが２９重量％未満の場合には、ポリウレタン弾性体の強度が低下して耐欠け性が不十分となり、３２重量％を超えると耐摩耗性が低下する。

Ｍｃは架橋剤に起因する架橋点１個当たりの分子量であり、Ｈｓは鎖延長剤とジイソシアネート化合物の反応により形成される結晶性のハードセグメントの濃度に相当する。これらは、ポリウレタン弾性体の耐摩耗性や耐欠け性に影響を与えるものである。

上記のクリーニングブレードにおいては、前記ポリオール化合物がポリエステルポリオールであることが好ましい。

ポリエステルポリオールを使用したポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードは、特に重合体トナーを使用した場合のクリーニング性に優れたものである。

別の本発明は、静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードの製造方法であって、
前記ポリウレタン弾性体を、２官能のポリオール化合物（分子量Ｍｐ，配合量Ｗｐ）、ジイソシアネート化合物（分子量Ｍｉ，配合量Ｗｉ）、少なくとも１種の３官能以上の架橋剤（分子量Ｍｔ，配合量Ｗｔ）、及び２官能の鎖延長剤（分子量Ｍｄ，配合量Ｗｄ）を反応させて形成する重合工程を有し、上記した式（数５）にて定義されるＭｃが、
２０００＜Ｍｃ≦８０００
であり、
上記した式（数６）にて定義されるハードセグメント量Ｈｓが２９重量％以上３２重量％以下であることを特徴とする。

係る構成の製造方法により、重合体トナーを使用した高速の画像形成装置のクリーニングに使用した場合においても、耐摩耗性並びに耐欠け性に優れたクリーニングブレードを製造することができる。

上述のクリーニングブレードの製造方法においては、前記ポリオール化合物がポリエステルポリオールであることが好ましい。

本発明の画像形成装置のクリーニング方法は、請求項１又は２に記載のクリーニングブレードを使用したものであることを特徴とする。

係る構成のクリーニング方法は、重合体トナーを使用した高速の画像形成装置のクリーニングに使用した場合においても、画像の鮮明さの耐久性に優れたクリーニング方法である。

本発明のクリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体の形成成分である２官能ポリオール化合物としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール等があり、ポリエステルポリオールとしては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、マレイン酸等のジカルボン酸の１種以上と、エチレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，８−オクタンジオール、１，１０−デカンジオール、ジエチレングリコール等のグリコールの１種以上を縮重合させて得られる縮合系ポリエステル、ラクトン類の開環重合により得られる開環重合系ポリエステルが例示できる。また、ポリエーテルポリオールとしては、水や上記のポリエステルポリオールの合成に使用するグリコールにエチレンオキサイド、オキセタン、テトラヒドロフラン等の環状エーテルを開環付加重合させて得られるものが例示できる。ポリオール化合物は、２種以上を併用することができる。

ポリエステルポリオール化合物の中でも、ε−カプロラクトンやバレロラクトンを開環重合させたラクトン系ポリオールを使用することは、優れた耐摩耗性を有するクリーニングブレードを得ることができるので、好適な態様である。ラクトン系ポリオール化合物としては、とりわけ分子量分布が小さいもの、具体的にはプラクセル−２２０Ｎ（カタログ記載のＭｗ／Ｍｎが２以下）の使用が好ましい。

本発明のクリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体の形成成分であるジイソシアネート化合物としては、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、４，４’−フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）等の脂肪族ジイソシアネート化合物、水素添加４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート（ＣＨＤＩ）、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水素添加ｍ−キシリレンジイソシアネート（ＨＸＤＩ）、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート化合物が例示できる。ジイソシアネート化合物も２種以上を併用することができる。

本発明のクリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体の形成成分である３官能以上の架橋剤としては、トリメチロールプロパン、トリエチロールプロパン、ペンタエリスリトール、トリエタノールアミン等が例示される。架橋剤も２種以上を併用することができる。ｊ種の架橋剤を使用した場合、式（数５）は、ｊ種目の架橋剤の分子量をＭｔ_ｊ、配合量をＷｔ_ｊとして、
Ｗｔ／Ｍｔ＝Σ（Ｗｔ_ｊ／Ｍｔ_ｊ）
として計算する。

本発明のクリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体の形成成分である２官能の鎖長延長剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール等が例示される。

クリーニングブレードの製造に際しては、ポリウレタン重合触媒を使用してもよく、係る重合触媒としては、ジブチル錫ジラウレートやオクチル酸錫等の有機錫系触媒、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−２−エチル）エーテル、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル等の第３級アミン系触媒、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム等のカルボン酸金属塩触媒、イミダゾール系触媒等が例示される。これらの中でも、第３級アミン触媒の使用が好ましい。

クリーニングブレードの作製は、公知の方法で行うことができる。例えば、クリーニングブレードの製造方法は、ポリオール化合物とジイソシアネート化合物を反応させてイソシアネートプレポリマー又はイソシアネート擬似プレポリマーを製造するプレポリマー製造工程、イソシアネートプレポリマー又はイソシアネート擬似プレポリマーと架橋剤並びに鎖延長剤を含む成分と混合して反応性組成物とする混合工程、反応性組成物を金型等を使用して所定形状の成形体に成形する成形工程、成形体がシート状である場合には、該シートを所定のブレード形状に裁断する裁断工程を含む製造方法によりクリーニングブレードが製造可能である。

クリーニングブレードの製造に使用するプレポリマー製造工程は、同じ組成であれば、ポリオール化合物全量とジイソシアネート化合物を反応させてイソシアネートプレポリマーとする完全プレポリマー法が、より優れた特性得られるので、ポリオール化合物の一部を架橋剤、鎖延長剤と混合して使用する擬似プレポリマー法よりも好ましい。

クリーニングブレードを使用したクリーニング方法は、公知の方法が使用可能である。例えば、感光体、転写ベルト、ローラー等の画像形成装置を構成するクリーニングを行う部材に、所定の角度と当接圧にて当接させてクリーニングを行う方法が例示される。

＜クリーニングブレード製造例＞
（実施例１）
２官能のポリエステルポリオール化合物であるプラクセル２２０Ｎ（ポリε−カプロラクトンポリオール；数平均分子量２０００；ダイセル化学工業製）５６．８８ｇに対して４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）４３．１２ｇを添加し、窒素気流中にて８０℃にて３時間反応させてＮＣＯ基末端擬似プレポリマーを得た。

８０℃に加熱した前記ＮＣＯ基末端擬似プレポリマーに対してプラクセル２２０を２９．４８ｇ、架橋剤としてトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）を３．１２ｇ及び鎖延長剤として１，４−ブタンジオール（ＢＤ）を７．２１ｇ混合した組成物である硬化剤成分を添加、撹拌して反応性組成物とした後に真空脱泡を行い、内面が直径３４０ｍｍ、幅６００ｍｍの成形面である円筒状金型に反応性組成物をキャスティングして１５０℃にて１時間加熱反応させて硬化させて厚さ１．６ｍｍのポリウレタン弾性体シートを成形した。ポリウレタン弾性体シートを金型より脱型し、１２０℃にて６時間ポストキュアを行った後にさらに室温で７日放置、熟成した。（注：配合比はｇで表示しているが、重量比でもある。）

該ポリウレタン弾性体シートを裁断して縦１２ｍｍ，横２３８ｍｍのクリーニングブレード１を作製し、ホットメルト接着剤を使用して所定の金具に貼着し、クリーニングブレードユニット１とした。

（実施例２）
プラクセル２２０Ｎを８６．３６ｇとＭＤＩを４３．１２ｇ添加し、窒素気流中にて８０℃にて３時間反応させてＮＣＯ基末端完全プレポリマーを作製し、硬化剤成分として架橋剤であるＴＭＰ３．１２ｇ及び鎖延長剤であるＢＤを７．２１ｇ混合した組成物を使用して実施例１と同様にしてクリーニングブレード２を接着したクリーニングユニットを作製した。

（実施例３）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を２３．０８ｇ、ＴＭＰを２．９８ｇ及びＢＤを７．７２ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード３を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（実施例４）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を２６．４０ｇ、ＴＭＰを３．６７ｇ及びＢＤを６．８８ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード４を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（実施例５）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を３６．９９ｇ、ＴＭＰを２．４７ｇ及びＢＤを７．６２ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード５を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（実施例６）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を２３．０８ｇ、ＴＭＰを２．９８ｇ及びＢＤを７．７２ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード６を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（比較例１）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を３３．４７ｇ、ＴＭＰを１．９３ｇ及びＢＤを８．７９ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード７を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（比較例２）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を５２．７６ｇ、ＴＭＰを２．１８ｇ及びＢＤを７．１２ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード８を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（比較例３）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を４１．７０ｇ、ＴＭＰを１．７２ｇ及びＢＤを８．５５ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード９を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（比較例４）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を１５．１５ｇ、ＴＭＰを３．３９ｇ及びＢＤを７．６８ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレード１０を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（比較例５）
プラクセル２２０Ｎを１０５．２４ｇとＭＤＩを４３．１２ｇ添加し、窒素気流中にて８０℃にて３時間反応させてＮＣＯ基末端完全プレポリマーを作製し、硬化剤成分としてＴＭＰを２．６６ｇ及びＢＤを７．４８ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した点以外は実施例２と同様にしてクリーニングブレード１１を接着したクリーニングブレードユニットを作製した。

（比較例６）
硬化剤成分としてプラクセル２２０を１２．１６ｇ、ＴＭＰを８．７０ｇ及びＢＤを２．４６ｇ混合した組成物である硬化剤成分を使用した以外は実施例１と同様にしてクリーニングブレードを製造しようとしたが、円筒状金型に反応性組成物をキャスティングするポリウレタン弾性体シートの成形がうまく行えなかった。

＜評価＞
重合体トナーであるカラートナーを使用したＩＰＳＩＯＣＯＬＯＲ８０００（リコー）に実施例１〜４、比較例１〜４のクリーニングブレードユニットを装着し、２０００枚の画像再生実験を行った。画像再生実験後にクリーニングブレードの感光体と当接する稜線（エッジ）部を光学顕微鏡又はレーザー顕微鏡により観察した。クリーニングブレード稜線部の摩耗量が１０μｍ以下のものを耐摩耗性について「良好」、１０μｍを超えるものを「不良」と評価した。また同時に該稜線部に欠けが発生しているかどうかも評価し、欠けが全く発生していないものを耐欠け性について「◎」、小さな欠けがあるが、画像上問題のない程度のものを「○」、欠けが大きくて画像に問題が発生したものを「×」と表示した。表１にＭｃ，Ｈｓの計算結果と評価結果を併せて示した。

表１の結果より、本発明の範囲のクリーニングブレードは、真球状に近い重合体トナーを使用した比較的高速の画像形成装置に使用しても耐摩耗性、耐欠け性に優れたものであった。

Claims

静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードであって、
前記ポリウレタン弾性体は２官能のポリオール化合物（分子量Ｍｐ，配合量Ｗｐ）、ジイソシアネート化合物（分子量Ｍｉ，配合量Ｗｉ）、少なくとも１種の３官能以上の架橋剤（分子量Ｍｔ，配合量Ｗｔ）、及び２官能の鎖延長剤（分子量Ｍｄ，配合量Ｗｄ）を構成成分とするものであり、式（数１）にて定義されるＭｃが、
２０００＜Ｍｃ≦８０００
であり、
下記式（数２）にて定義されるハードセグメント量Ｈｓが２９．０重量％以上３２．０重量％以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
（数１）
Ｍｃ＝（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）／（Ｗｔ／Ｍｔ）
（数２）
Ｈｓ（重量％）
＝１００［Ｗｉ−１．５Ｍｉ（Ｗｔ／Ｍｔ）＋Ｗｄ］／（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）
前記ポリオール化合物がポリエステルポリオールである請求項１に記載のクリーニングブレード。
静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードの製造方法であって、
前記ポリウレタン弾性体を、２官能のポリオール化合物（分子量Ｍｐ，配合量Ｗｐ）、ジイソシアネート化合物（分子量Ｍｉ，配合量Ｗｉ）、少なくとも１種の３官能以上の架橋剤（分子量Ｍｔ，配合量Ｗｔ）、及び２官能の鎖延長剤（分子量Ｍｄ，配合量Ｗｄ）を反応させて形成する重合工程を有し、式（数３）にて定義されるＭｃが、
２０００＜Ｍｃ≦８０００
であり、
下記式（数４）にて定義されるハードセグメント量Ｈｓが２９．０重量％以上３２．０重量％以下であることを特徴とするクリーニングブレードの製造方法。
（数３）
Ｍｃ＝（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）／（Ｗｔ／Ｍｔ）
（数４）
Ｈｓ（重量％）
＝１００［Ｗｉ−１．５Ｍｉ（Ｗｔ／Ｍｔ）＋Ｗｄ］／（Ｗｉ＋Ｗｐ＋Ｗｔ＋Ｗｄ）
前記ポリオール化合物がポリエステルポリオールである請求項３に記載のクリーニングブレードの製造方法。
請求項１又は２に記載のクリーニングブレードを使用した画像形成装置のクリーニング方法。