JP2006301273A

JP2006301273A - クリーニングブレード

Info

Publication number: JP2006301273A
Application number: JP2005122522A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Mochizuki; 健一望月; Takako Okabe; 貴子岡部; Akishi Inoue; 晶司井上
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】幅広い環境において、安定したクリーニング性能、特に低温、長時間停止後における良好なクリーニング性能を有するクリーニングブレードを提供する。
【解決手段】主に電子写真装置に配置され、残留トナーを摺擦して除去するための、主にポリウレタンエラストマーよりなるクリーニングブレードにおいて、上記ポリウレタンエラストマーが下記（１）〜（４）を満たしているクリーニングブレード：
（１） 0℃におけるtanδの値が0.6以下
（２） 0℃における損失弾性率が2.5×10⁷ Pa以下
（３） 40℃におけるtanδの値が0.03以上
（４） 40℃における損失弾性率3.5×10⁵ Pa以上。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ等の静電転写プロセスを利用した画像形成装置に用いられるクリーニングブレードに関するものである。

電子写真複写機やレーザービームプリンターは、感光ドラム上に形成された静電潜像上にトナーを付着させて、これを複写紙に転写させて複写を行うものである。その複写後に感光ドラム上に残ったトナーを除去する方法の一つにウレタンエラストマーと支持金具（ホルダー）からなるクリーニングブレード方式が実用化されている。

従来、このクリーニングブレードに用いられる材料としては、耐磨耗性等の機械的強度に優れ、且つクリープ性（当接応力による永久変形）の少ないポリエステル系ウレタンエラストマー、中でも熱硬化性ポリウレタンエラストマーが用いられてきた。

例えば、ジフェニルメタンジイソシアネートとエチレンアジペートとアジピン酸からなるプレポリマーと鎖伸張剤からなる硬化剤を混合し、あらかじめホルダーを配置した所定の温度にした金型に注入して、所定の時間硬化させ、脱型し、切断し、クリーニングブレードを得る。

クリーニングブレードが、残留トナーを完全に除去するためには、感光ドラム外周面上へのブレード部材の接触が常に一定の状態に保たれている必要がある。そのため、クリーニングブレードと感光ドラムとの位置関係を規制したり、支持金具をバネで加圧する方法が一般的に行われている。しかしながら、近年、電子写真複写機、レーザービームプリンターはその普及に伴い、従来よりも幅広い環境において使用されるようになった。例えば、低温においては0℃付近で使用されることもあり、そういう場合はクリーニング不良が発生することがある。また、高温においては40℃付近でも使用されることもあり、ブレードの鳴きやブレードめくれ（ブレードの反転）が発生することがあり、低温下でも高温下でもクリーニングブレード特性をいかに安定させるかということが課題となっている。

例えば、低温においてのクリーニング性能は、クリーニングブレードに使用されるウレタンエラストマーのtanδのピーク温度と相関があり、tanδのピーク温度を画像形成装置で想定されている使用温度以下に設定することで、低温でのクリーニング性能が向上することが開示されている（例えば特許文献１、２参照）。すなわち、tanδのピーク温度以下である場合にはウレタンエラストマーのゴム弾性が著しく低下するためクリーニング不良が発生すると考えられている。

また、高温におけるクリーニング性能を向上させる手段としては、高温におけるtanδの値の下限値を設定する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。tanδは、損失弾性率(E")と貯蔵弾性率(E')の比(E"/E')で表さる。tanδの値が小さいということは、貯蔵弾性率(E')に比べ、損失弾性率(E")が小さいこと、つまり振動の吸収性が少ないことを表す。つまり、高温でのtanδの値が小さいウレタンエラストマーを用いたクリーニングブレードでは、その先端部分が激しく動くため、めくれ易くなると考えられている。

そして、これらを同時に設定することで、幅広い環境下で安定したクリーニング性能が得られることも開示されている（例えば特許文献２）。

しかしながら、低温においては、例えtanδのピーク温度を使用温度以下にした場合であっても不十分である。すなわち、特に0℃付近で長時間停止後においては、クリーニング不良が発生することがある。また、高温においても、tanδの値を大きくしてもブレードめくれの問題が発生してしまうという問題がある。
特開平11−95633号公報特開平9−50220号公報

本発明は上記現状に鑑み、低温におけるクリーニング性能、特に長時間停止後におけるクリーニング性能を向上させ、さらに高温でブレードめくれが発生しないクリーニングブレードを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、主に電子写真装置に配置され、残留トナーを摺擦して除去するための、主にポリウレタンエラストマーよりなるクリーニングブレードにおいて、上記ポリウレタンエラストマーが、下記（１）〜（４）を満たしていることを特徴とするクリーニングブレードである：
（１） 0℃におけるtanδの値が0.6以下
（２） 0℃における損失弾性率が2.5×10⁷ Pa以下
（３） 40℃におけるtanδの値が0.03以上
（４） 40℃における損失弾性率3.5×10⁵ Pa以上。

すなわち、本発明者らは、幅広い環境において良好なクリーニング性能を有するクリーニングブレードを得るため、種々の検討を行った。その過程において、低温でのクリーニング性能を表す指標として、実際に画像形成装置が使用される温度におけるtanδの値およびその温度での損失弾性率が重要な指標になり、これを設定することにより所期の目的を達成することができることを見出し、本発明に至った。

0℃におけるtanδの値が0.6より大きい場合、振動の吸収性が大きくなりすぎ、ブレードの先端が動きづらくなりクリーニング不良を生じる。また、tanδの値が0.6以下であっても損失弾性率が2.5×10⁷Paより大きい場合、長時間停止時において感光ドラムへの圧接力の低下が大きくなりクリーニング不良が生じる。損失弾性率はエラストマーにおける粘性成分を表す。つまり、粘性が大きくなることで当接応力に対する緩和が大きく感光ドラムに対する当接圧の低下を招く。これらより低温のクリーニングについて、tanδの値および損失弾性率を規定する必要がある。

また、高温においては、tanδの値が0.03未満である場合、振動の吸収性が小さいため、ブレードの先端の動きが激しくめくれ易くなる。また、tanδの値が0.03以上であっても粘性を示す損失弾性率が3.5×10⁵Pa未満であると感光ドラムに対する当接圧が高い状態を保ってしまうため、めくれ易い。

本発明によれば、高温においてめくれ難く、低温においてもクリーニング不良が発生しない、すなわち、幅広い環境でクリーニング特性が安定したクリーニングブレードを得ることができる。

本発明のクリーニングブレードは、ポリイソシアネート、ポリオール、鎖伸張剤からなり、さらに硬化剤、および触媒を含有する液状組成物をクリーニングブレード用成形型に注入し硬化させ、脱型した後所定の寸法に切断して作成することができる。

上記ポリイソシアネートとしては、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）が好ましいが、特に制限されるものではなく以下のポリイソシアネートも使用できる。例えば、イソホロンジイソシアネート、4,4'−ジシクロヘキシルジイソシネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジイソシアネート、ポリメチレンフェニルポリイソシアネート、オルトトルイジンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル、ジメチルジイソシアネート等が挙げられる。これらは単独で用いても、二種以上併用して用いてもよい。

上記ポリイソシアネートとともに用いられるポリオールとしては、ポリエステルジオール、ポリエステルトリオール等のポリエステルポリオールやポリカプロラクトンやポリオキシテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオールが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種以上併用して用いてもよい。

上記ポリエステルポリオールとしては、多塩基性有機酸とポリオールから製造され、水酸基を末端基とする、ヒドロキシポリエステルポリオールが好ましい。

上記多塩基性有機酸としては、特に限定するものではなく、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アザライン酸、セバシン酸、イソセバシン酸等の飽和脂肪酸や、マレイン酸、フマル酸等の不飽和脂肪酸や、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族酸等のジカルボン酸が挙げられる。また、無水マレイン酸、無水フタル酸等の酸無水物や、テレフタル酸ジメチル等のジアルキルエステル等を用いることもできる。さらに、不飽和脂肪酸の二量化によって得られるダイマー酸を用いることができる。これらは単独でもよいし、二種類以上併用してもよい。

上記多塩基性有機酸とともに用いるポリオールとしては、特に限定するものではなく、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキシレングリコール等のジオールや、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、へキサントリオール、グリセリン等のトリオールや、ソルビトール等のヘキサオールが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種以上併用してもよい。

そして、本発明において、上記ジイソシアネートと共に用いられるポリオールとしては、上記一連のもののなかでも、ジカルボン酸とジオールから得られるポリエステルポリオールが好適に用いられる。特に、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキシレンアジペート、エチレンアジペートとブチレンアジペートとの共重合体が好ましい。最適には、ポリブチレンアジペートである。

上記鎖伸張剤としては、従来公知のものであれば特に制限されるものではなく、例えば1,4−ブタンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、へキサンジオール、1,4−シクロへキサンジオール、1,4−シクロへキサンジメタノール、キシリレングリコール、トリ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、ペンタエリスリトール、ソルビトール、1,2,6−へキサントリオール等の分子量300以下のポリオールが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種以上併用してもよい。

上記触媒としては、三級アミン等のアミン系化合物、有機金属化合物等が挙げられる。

上記三級アミンとしては、トリエチルアミン等のトリアルキルアミンや、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や、ジメチルエタノールアミン等のアミノアルコールや、エトキシル化アミンや、エトキシル化ジアミンや、ビス（ジエチルエタノールアミン）アジペート等のエステルアミンやトリエチルジアミンやN,N−ジメチルシクロヘキシルアミン等のシクロヘキシルアミン誘導体や、N−メチルホルマリン、N−（２−ヒドロキシプロピル）−ジメチルモルホリン等のモルホリン誘導体や、N,N'−ジエチル−２−メチルピペラジン、N,N'−ビス−（２−ヒドロキシプロピル）−２−メチルピペラジン等のピペラジン誘導体が挙げられる。

上記触媒（好ましくは金属触媒）としては、酢酸カリウムが挙げられる。

本発明のクリーニングブレードは、上記各材料を用い、常法に準じて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、ワンショット法に準じて製造できる。

本発明では、プレポリマー法に準じて、例えば次のようにしてクリーニングブレードを製造する。まず、クリーニングブレード用成形型を準備する。次にポリオール（好ましくはポリイソシアネートとポリエステルポリオール）を部分的に重合したウレタンゴム用プレポリマーならびに触媒を含有した鎖伸張剤からなる硬化剤を注型機に投入し、ミキシングチャンバー内で攪拌し液状混合物を得る。これを上記成形型内に注入、反応硬化させ、次いで硬化物を脱型し、所定の寸法に切断することにより、クリーニングブレードを製造することができる。

このようにして得られるクリーニングブレードにおいて、0℃におけるtanδの値が0.6以下、損失弾性率が2.5×10⁷ Pa以下且つ40℃におけるtanδの値が0.03以上、損失弾性率が3.5×10⁵Pa以上でなければならない。0℃におけるtanδが0.6より大きいと、低温領域におけるtanδの値が十分に低くならず、クリーニング不良が発生し、粘性を表す損失弾性率が2.5×10⁷Paを超えると感光体への当接圧力の緩和が大きくなり、長時間停止後にクリーニング不良が発生する。また、40 ℃において、tanδの値が0.03未満である場合、振動の吸収性が小さいため、ブレードの先端の動きが激しくめくれ易くなる。また、tanδの値が0.03以上であっても粘性を示す損失弾性率が3.5×10⁵Pa未満であると感光ドラムに対する当接圧が高い状態を保ってしまうため、めくれ易い。

そして、低温（0℃）および高温（40℃）におけるtanδの値、損失弾性率を設定することにより、幅広い環境でクリーニング特性が安定したクリーニングブレードを得ることができる。

次に、本発明の実施例および比較例を示す。本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

実施例１〜２、比較例１〜２
表１に示す組成のウレタンゴム用プレポリマー、鎖伸張剤、触媒を同表に示した割合でミキシングチャンバー内にて攪拌した後、130℃に熱したクリーニングブレード用の成形型に注入した。ついで、この硬化物を脱型し、所定の寸法に切断、クリーニングブレードを作成した。

このように作成したクリーニングブレードについて、tanδの測定、低温および高温環境下での画像評価を行った。

［tanδピーク温度、0℃および40℃でのtanδ、損失弾性率の測定］
tanδピーク温度の測定は、セイコーインスツルメンツ社製DMS 6100を使用し、次のようにして測定した。まず、作成したクリーニングブレードより短冊状の試験片を準備した。次にこの試験片を測定長さが20mmとなるように固定した後、この試験片に振幅5μm、周波数10Hzで歪みをかけ、昇温スピード2℃/minにて、約0.5℃ごとにtanδを測定した。そしてこのtanδの値が最大になる温度をtanδのピーク温度とし、0℃、40℃のtanδおよび損失弾性率の値を測定した。

図１に実施例１〜２のブレード部材のtanδ値を示し、図２に比較例１〜２のブレード部材のtanδ値を示し、図３に実施例１〜２のブレード部材の損失弾性率（E"）を示し、図４に比較例１〜２のブレード部材の損失弾性率（E"）を示す。

［低温でのクリーニング性能］
作成したクリーニングブレードをＬＡＳＥＲＳＨＯＴＬＢＰ−２７１０（キヤノン社製）用トナーカートリッジに組み込んで、10℃の環境下に12時間放置した後、クリーニング性の試験を行い、クリーニング不良を観察した。ここでクリーニング性が良好なものは〇、不良なものは×で示した。結果を表１に示す。

［高温でのクリーニング性能］
作成したクリーニングブレードをＬＡＳＥＲＳＨＯＴＬＢＰ−２７１０（キヤノン社製）用トナーカートリッジに組み込んで、30℃、85％の環境下に12時間放置した後、クリーニング性の試験を行い、クリーニング不良を観察した。ここでクリーニング性が良好なものは〇、ブレードのめくれ等の発生が見られ、クリーニング性が不良なものは×で示した。結果を表１に示す。

実施例１〜２のブレード部材のtanδ値を示す図。縦軸はtanδを示し、横軸は温度（℃）を示す。比較例１〜２のブレード部材のtanδ値を示す図。縦軸はtanδを示し、横軸は温度（℃）を示す。実施例１〜２のブレード部材の損失弾性率（E"）を示す図。縦軸は損失弾性率（E"）を示し、横軸は温度（℃）を示す。比較例１〜２のブレード部材の損失弾性率（E"）を示す図。縦軸は損失弾性率（E"）を示し、横軸は温度（℃）を示す。

Claims

主に電子写真装置に配置され、残留トナーを摺擦して除去するための、主にポリウレタンエラストマーよりなるクリーニングブレードにおいて、上記ポリウレタンエラストマーが、下記（１）〜（４）を満たしていることを特徴とするクリーニングブレード：
（１） 0℃におけるtanδの値が0.6以下
（２） 0℃における損失弾性率が2.5×10⁷ Pa以下
（３） 40℃におけるtanδの値が0.03以上
（４） 40℃における損失弾性率3.5×10⁵ Pa以上。
上記ポリウレタンエラストマーが、ジフェニルメタンジイソシアネートとポリエステルポリオールと分子量３００以下のポリオールからなり、ウレタンエラストマー硬度が６５〜７５°（ＩＲＨＤ）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。