JP2006209088A - クリーニングブレード部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦係数が制御されたクリーニングブレード部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】付着したトナーを除去するクリーニング部に用いるクリーニングブレード部材において、２５℃での反発弾性とヤング率との比率（２５℃での反発弾性／ヤング率）が４．５以下であるポリウレタンからなるクリーニングブレード部材とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、クリーニングブレード部材に関し、特に、電子写真法において感光体や転写ベルトなど、トナー像が形成され且つその後当該トナー像を被転写材に転写するトナー像担持体上のトナーを除去するクリーニングブレード部材に関する。

一般に電子写真プロセスでは、電子写真感光体あるいは転写ベルト等を繰り返し使用するためにトナーを除去するクリーニングブレードが用いられるが、このクリーニングブレード部材にはポリウレタンが使用される（特許文献１等参照）。ポリウレタンは、耐摩耗性が良好で、補強剤などを添加しなくても十分な機械的強度を有し、非汚染性であるからである。また、クリーニングブレードを感光体などに当接させる場合に、摩擦係数が高すぎるという問題に対応し、低摩擦係数化を図るために、潤滑成分を当接する先端部へ塗布する方法、潤滑成分を添加する方法、潤滑成分を共重合により付加する方法、潤滑性を有するコーティングを行う方法等、種々の手段がとられている。

しかしながら、潤滑成分を塗布する方法では効果が持続せず、潤滑成分を添加する方法では支持部材との接着が困難となると共にブリードによる汚染の問題が生じ、潤滑成分を共重合する方法では材質自体の特性が低下するため耐摩耗性の低下や低分子成分による汚染の問題があった。また、摩擦係数が何に依存しているか不明なため、好適なクリーニングブレードの設計が困難であった。

特開２００３−３０２８０２号公報

本発明は、摩擦係数が制御されたクリーニングブレード部材及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明者は前記課題を解決するために種々検討を重ねた結果、摩擦係数はヤング率と反発弾性との比率に依存することを知見し、本発明を完成させた。なお、特許文献１ではヤング率及び反発弾性等を規定したブレード部材を開発したが、これはヤング率及び反発弾性をそれぞれ規定したものであり、摩擦係数との関係は不明であった。

かかる本発明の第１の態様は、付着したトナーを除去するクリーニング部に用いるクリーニングブレード部材において、２５℃での反発弾性とヤング率との比率（２５℃での反発弾性／ヤング率）が４．５以下であるポリウレタンからなることを特徴とするクリーニングブレード部材にある。

本発明の第２の態様は、前記ポリウレタンの２００％モジュラスが７ＭＰａ以上、引裂強さが５０ｋＮ／ｍ以上、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が＋１０℃以下であることを特徴とする第１の態様に記載のクリーニングブレード部材にある。

本発明の第３の態様は、前記ポリウレタンの静摩擦係数が２．７以下であることを特徴とする第１又は２の態様に記載のクリーニングブレード部材にある。

本発明の第４の態様は、付着したトナーを除去するクリーニング部に用いるクリーニングブレード部材の製造方法において、ポリオールとポリイソシアネートと架橋剤を、形成されるポリウレタンの２５℃での反発弾性とヤング率との比率（２５℃での反発弾性／ヤング率）が４．５以下となるように配合することを特徴とするクリーニングブレード部材の製造方法にある。

本発明の第５の態様は、前記ポリウレタンの２００％モジュラスが７ＭＰａ以上、引裂強さが５０ｋＮ／ｍ以上、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が＋１０℃以下であることを特徴とする第４の態様に記載のクリーニングブレード部材の製造方法にある。

本発明によれば、ポリウレタンからなるクリーニングブレード部材のヤング率と反発弾性の比率を規定することにより、摩擦係数の値を制御することができる。

本発明のクリーニングブレード部材は、２５℃での反発弾性とヤング率との比率（２５℃での反発弾性/ヤング率）が４．５以下のポリウレタンからなる。

ヤング率及び反発弾性はそれぞれ単独では摩擦係数と相関がないが、ヤング率と反発弾性との比率は摩擦係数と相関があるため、ヤング率と反発弾性の比率を規定することにより、所望の摩擦係数を有するクリーニングブレード部材とすることができる。なお、ヤング率と反発弾性の比率は、静摩擦係数及び動摩擦係数とも相関があるが、静摩擦係数のほうがより相関性が高い。２５℃での反発弾性／ヤング率が４．５以下とすると、静摩擦係数は２．７以下、動摩擦係数は２．６以下のクリーニングブレード部材になる。このように摩擦係数が低いと、耐摩耗性に優れたクリーニングブレード部材となる。さらに好ましくは、２５℃での反発弾性／ヤング率は１．０〜４．１である。なお、２５℃での反発弾性は１０〜７０％であることが好ましい。また、ヤング率は４〜３０ＭＰａであることが好ましい。

２００％モジュラスは７ＭＰａ以上であることが好ましい。上記範囲未満であると耐摩耗性が悪くなる傾向があり、少ない通紙枚数でエッジが欠けたり、白抜け等の画像不良が起こる。

また、引裂強さは５０ｋＮ／ｍ以上であることが好ましい。引裂強さが５０ｋＮ／ｍ以上と高強度であると、耐摩耗性に優れたクリーニングブレード部材となる。

２３℃での引張強さは２０ＭＰａ以上であることが好ましい。２０ＭＰａ未満であると、耐摩耗性が悪くなる。

ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度は、＋１０℃以下であることが好ましい。ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が＋１０℃より高いと使用温度領域で樹脂状になってしまいカケ等の不具合が発生しやすいためである。

なお、ポリウレタンのα値は０．７〜１．０であることが好ましい。α値とは、下記式で表される値である。α値が、１．０より大きいと架橋剤の水酸基が残存するため当接する感光体等が汚染してしまい、０．７未満では架橋密度が少なすぎて強度が不充分となったり、残存イソシアネートの失活に時間がかかり感光体を汚染する場合がある。

本発明のクリーニングブレード部材はポリウレタンからなり、ポリオールとポリイソシアネートと架橋剤とから製造することができる。

ポリオールとしては、ジオールと二塩基酸との脱水縮合で得られるポリエステルポリオール、ジオールとアルキルカーボネートの反応により得られるポリカーボネートポリオール、カプロラクトン系のポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオキシテトラメチレンエーテルグリコール等を挙げることができる。なお、ポリオールの配合割合は、ポリウレタン中に６０〜８０重量％であるのが好ましい。

ポリオールと反応させるポリイソシアネートは、分子構造が比較的剛直でないものであることが好ましく、例えば、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、２，６−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、１，６−ヘキサンジイソシアネート（ＨＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルフェニル−４，４−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）などを挙げることができる。特に、好適なものはＭＤＩである。ポリイソシアネートの配合割合は、ポリウレタン１００重量部に対して３０〜８０重量部であることが好ましい。３０重量部未満では引張強さが不十分になる場合があるからであり、８０重量部より多いと永久伸びが大きくなりすぎる。

架橋剤は、ジオールとトリオールとを主成分として併用する。ジオールは特に限定されないが、例えば、プロパンジオール（ＰＤ）、ブタンジオール（ＢＤ）、３，５−ジエチルチオ−２，４−トルエンジアミン等が挙げられる。また、トリオールも特に限定されないが、分子量が１２０〜２５００のトリオールが好ましく、さらに好ましくは１２０〜１０００のトリオールである。具体的には、トリメチロールエタン（ＴＭＥ）、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）等の短鎖トリオールや、分子量がそれらよりも大きい下記式（１）で表されるカプロラクトン系トリオール（εカプロラクトンから合成されるトリオール）等を挙げることができる。なお、トリオールはクリープや応力緩和などの特性を改良するために添加されるものである。この架橋剤の主成分の配合割合は特に限定されないが、ジオール：トリオール＝５０：５０〜９５：５であることが好ましく、より好ましくは６０：４０〜９０：１０である。勿論、ジオールもトリオールもそれぞれ二種以上混合して用いてもよい。

上述したポリオール及び架橋剤に、ポリイソシアネートを配合し、反応させることによりポリウレタンを製造することができる。２５℃での反発弾性／ヤング率が４．５以下となるようにするためには、例えばイソシアネート重量部やジオール／トリオール比率等を調整すればよい。反応はプレポリマー法やワンショット法など、ポリウレタンの一般的な製造方法を用いることができる。プレポリマー法は強度、耐摩耗性に優れるポリウレタンが得られるため本発明には好適であるが、製法により制限されるものではない。この製造したポリウレタンを切断等して、所定の寸法のクリーニングブレード部材とし、これを接着剤等で支持部材に接着すればクリーニングブレードとなる。

（実施例１）
ポリオールとして分子量２０００のポリε−カプロラクトン系ジオール１００重量部と、ＭＤＩ５０重量部および架橋剤として１，４−ブタンジオール／トリメチロールプロパン混合液（７０／３０）とをα値が０．９５となるように配合し、加硫遅延剤として大八化学工業社製のＭＰ−４（モノブチルホスフェート）０．０５重量部を添加して、反応させてポリウレタンとし、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。なお、ポリウレタン中のポリオールは約６０重量％とした。

（実施例２）
ポリオールとして１，９−ノナンジオール（ＮＤ）／２−メチル−１，８−オクタンジオール（ＭＯＤ）混合物（６５／３５）とアジピン酸とから得た分子量２０００のポリエステルジオール１００重量部を、架橋剤として１，３−プロパンジオール／トリメチロールエタン混合液（７０／３０）を用いた以外は、実施例１と同様にして、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（実施例３）
ポリオールとして、１，６−ヘキサンジオールを使用した分子量２０００のポリカーボネートジオールと、１，９−ノナンジオール／２−メチル−１，８−オクタンジオール混合物（６５／３５）とアジピン酸とから得た分子量２０００のポリエステルジオールを等量混合したもの１００重量部を、架橋剤として１，３−プロパンジオール／トリメチロールプロパン混合液（８０／２０）を用い、ＭＤＩを４０重量部にした以外は、実施例１と同様にしてテストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（実施例４）
１，９−ノナンジオール／２−メチル−１，８−オクタンジオール混合物とアジピン酸とから得た分子量２０００のポリエステルジオールのかわりに分子量２０００のポリε−カプロラクトン系ジオールを用い、架橋剤の比率をジオール／トリオール＝７０／３０とした以外は、実施例３と同様にして、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（実施例５）
ポリオールとして分子量２０００のポリε−カプロラクトン系ジオール１００重量部と、ＭＤＩを１５重量部、ＴＯＤＩを２５重量部、および架橋剤として３，５−ジエチルチオ−２，４−トルエンジアミン（商品名：エタキュア、アルベルマール社製）／トリメチロールプロパン混合液（６０／４０）を用い、α値が０．９５となるように配合し、加硫遅延剤として大八化学工業社製のＭＰ−４（モノブチルホスフェート）０．０５重量部を添加して、反応させてポリウレタンとし、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。なお、ポリウレタン中のポリオールは約６０重量％とした。

（実施例６）
ＭＤＩを２０重量部、ＴＯＤＩを３０重量部とした以外は、実施例５と同様にして、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（実施例７）
ポリオールとして分子量１６５０のポリオキシテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）１００重量部を、架橋剤のジオールとして１，４−ブタンジオール／３，５−ジエチルチオ−２，４−トルエンジアミン混合液（９０／１０）を使用し、ＭＤＩを６０重量部にし、架橋剤中のトリオールの比率が０．１０となるように配合した以外は、実施例１と同様にしてテストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（比較例１）
ＭＤＩを４５重量部とし、架橋剤の比率をジオール／トリオール＝８０／２０とした以外は実施例２と同様にして、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（比較例２）
架橋剤の比率をジオール／トリオール＝８０／２０とした以外は、実施例１と同様にして、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（比較例３）
ポリオールを１，６−ヘキサンジオールを使用した分子量２０００のポリカーボネートジオールのみとし、架橋剤を１，３−プロパンジオール／分子量８００のカプロラクトン系トリオール混合液（７０／３０）とした以外は、実施例３と同様にして、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。

（試験例１）
各実施例及び各比較例のテストサンプルについて、２３℃において、ヤング率をＪＩＳ Ｋ６２５４で２５％伸長により、１００％伸張時の引張強さ（１００％Ｍｏｄｕｌｕｓ）、２００％伸張時の引張強さ（２００％Ｍｏｄｕｌｕｓ）、３００％伸張時の引張強さ（３００％Ｍｏｄｕｌｕｓ）、引張強さ及び切断時の伸びをＪＩＳ Ｋ６２５１に準じて、引裂強さをＪＩＳ Ｋ６２５２に準じて、２５℃での反発弾性（Ｒｂ）をＪＩＳ Ｋ６２５５に準拠したリュプケ式反発弾性試験装置により測定した。また、ｔａｎδをセイコーインスツルメンツ社製熱分析装置ＥＸＳＴＡＲ６０００ＤＭＳ粘弾性スペクトロメータで１Ｈｚにて測定し、ピーク温度を求めた。結果を表１に示す。

（試験例２）
図１に示す摩擦係数測定機を用いて、各実施例及び各比較例のテストサンプルの静摩擦係数及び動摩擦係数を求めた。具体的には、テフロン（登録商標）板１の上に厚さ０．２５ｍｍ、１０ｍｍ×３００ｍｍのポリカーボネートシート２（商品名ＣＦＥＭ：三菱エンジニアリングプラスチックス（株）製）を重ね、この上から各実施例及び各比較例のテストサンプル３（厚さ２ｍｍ、５０ｍｍ×１５０ｍｍ）を巻き付けた回転自在なテフロン（登録商標）製フリーロール４を１００ｇ荷重を付加して当接させ、引き抜き速度５０ｍｍ／ｓｅｃでポリカーボネートシート２を搬送したときにポリカーボネートシート２の一端に取り付けたロードセルで測定された荷重Ｑ（Ｎ）を求め、下記式により静摩擦係数および動摩擦係数を計算した。なお、測定は、常温常湿環境（ＮＮ：２３℃、５０％ＲＨ）で行った。結果を表１に示す。また、静摩擦係数を、２５℃での反発弾性／ヤング率、ヤング率および反発弾性に対してプロットした結果を図２〜４に示す。

表１及び図２〜４に示すように、ヤング率や反発弾性は摩擦係数と相関が無いが、２５℃での反発弾性／ヤング率と摩擦係数には明らかに相関があり、摩擦係数は２５℃での反発弾性／ヤング率に依存していた。なお、静摩擦係数のほうが動摩擦係数よりも２５℃での反発弾性／ヤング率との相関性が高かった。

（試験例３）
各実施例及び各比較例のクリーニングブレードを当接させた感光体を、ＬＬ（１０℃×３０％）及びＨＨ（３０℃×８５％）の各環境下で、線速１２５ｍｍ／ｓｅｃにて空回し、連続運転を６０分間行った。その後、各クリーニングブレードのエッジの摩耗状態をレーザー顕微鏡により観察・測定し、摩耗断面積の平均値が０〜１０μｍ^２の場合を○、１１〜２０μｍ^２の場合を△、２１μｍ^２以上の場合を×として評価した。また、ＨＨ環境下については、聴覚によりナキの有無を判断し、ナキが発生しなかった場合を○、発生した場合を×として評価した。測定条件を以下に、結果を表１に示す。

＜測定条件＞
当接条件‥‥当接角度：２５ｄｅｇ、当接圧：３ｇｆ／ｃｍ
感光体‥‥‥ＯＰＣ（初期滑剤塗布）
帯電条件‥‥電位：Ｖｄ／−７５０Ｖ ＶＩ／−５０Ｖ
（ＡＣ：Ｖｐｐ／２．０ＫＶ １．５ＫＨｚ
（正弦波），ＤＣオフセット：−９００Ｖで入力した）
レーザー顕微鏡測定条件‥‥測定機：キーエンス ＶＫ−９５００、倍率：５０倍、
測定モード：カラー超深度、
光学ズーム：１．０倍、測定ピッチ：０．１０μｍ、
測定箇所：クリーニングブレード１本内５点
（両端から２０ｍｍ及び８０ｍｍの地点並びに中央）

表１に示すように、２５℃での反発弾性／ヤング率を４．５以下にし静摩擦係数が２．７以下となった実施例１〜７では、エッジの摩耗量も１０μｍ以下でナキもほとんど無かった。一方、２５℃での反発弾性／ヤング率を４．５より大きくした比較例１〜３では、摩擦係数が大きくなったためＨＨ環境下でのエッジの摩耗量が大きく、ナキも発生した。

摩擦係数測定機を示す図である。 静摩擦係数と２５℃での反発弾性／ヤング率の関係を示す図である。 静摩擦係数とヤング率との関係を示す図である。 静摩擦係数と反発弾性との関係を示す図である。

符号の説明

１ テフロン（登録商標）板
２ ポリカーボネートシート
３ テストサンプル
４ フリーロール

Claims (5)

1. 付着したトナーを除去するクリーニング部に用いるクリーニングブレード部材において、２５℃での反発弾性とヤング率との比率（２５℃での反発弾性／ヤング率）が４．５以下であるポリウレタンからなることを特徴とするクリーニングブレード部材。
2. 前記ポリウレタンの２００％モジュラスが７ＭＰａ以上、引裂強さが５０ｋＮ／ｍ以上、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が＋１０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のクリーニングブレード部材。
3. 前記ポリウレタンの静摩擦係数が２．７以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーニングブレード部材。
4. 付着したトナーを除去するクリーニング部に用いるクリーニングブレード部材の製造方法において、ポリオールとポリイソシアネートと架橋剤を、形成されるポリウレタンの２５℃での反発弾性とヤング率との比率（２５℃での反発弾性／ヤング率）が４．５以下となるように配合することを特徴とするクリーニングブレード部材の製造方法。
5. 前記ポリウレタンの２００％モジュラスが７ＭＰａ以上、引裂強さが５０ｋＮ／ｍ以上、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が＋１０℃以下であることを特徴とする請求項４に記載のクリーニングブレード部材の製造方法。
   

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