JP2012212059A - 画像形成装置用クリーニングブレード - Google Patents

Abstract

【課題】重合トナーを使用した場合に耐摩耗性並びに低温環境におけるクリーニンク゛性に優れ、ヒートサイクルによる感光体との当接線圧低下が改善されたクリーニンク゛フ゛レート゛を提供する。
【解決手段】エッジ層と基材層の２層構造を有し、エッジ層はポリオール化合物としてポリカプロラクトンポリオール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペートから選択され、平均分子量が１５００〜３５００の少なくとも１種の２官能ポリエステルポリオール、鎖延長剤として１，４−ブタンジオール、架橋剤としてトリメチロールプロパンを使用し、架橋間分子量Mcが２０００≦Mc≦４５００であり、基材層はポリオール化合物として平均分子量が１５００〜３５００の２官能ポリカプロラクトンポリオール、鎖延長剤として１，４−ブタンジオール、架橋剤としてトリメチロールプロパンを使用し、８０００≦Mc≦１５０００であるクリーニングブレードとする。
【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表面の残存トナーを除去するクリーニングブレードに関するものである。

画像形成装置において使用する弾性体ブレードとしては、ポリウレタンエラストマーを使用したクリーニングブレードが一般的に使用されている。近年、高画質の画像形成のために粒子径が小さな球状の重合法トナーが使用され、このような球状小粒子径のトナーを使用した場合のブレードの耐摩耗性改善、クリーニング性確保を目的としたクリーニングブレードが公知である（特許文献１〜３など）。

特許文献１、２には、球状小粒子径のトナーを使用した場合の耐摩耗性に優れたクリーニングブレードを提供することを目的とし、架橋間分子量を特定範囲に調整したポリウレタンからなる単層のクリーニングブレードが開示されている。また特許文献３には、球状小粒子径のトナーを使用した場合のクリーニング性確保を目的とした２層構造のクリーニングブレードが開示されており、エッジ層を構成するポリウレタンが特定範囲の硬度、反発弾性を有するポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードが開示されている。

特開２００５−３４５６３７号公報 特開２００１−３４５６５１号公報 WO2008/078461号公報

しかしながら、特許文献３にも記載されているように、単層のクリーニングブレードで、特許文献１，２開示のような架橋間分子量が比較的小さく、従って反発弾性の高いクリーニングブレードは近年求められる部品の長寿命化に伴うさらなる耐摩耗性の向上要請に十分対応できない。また特許文献３に開示のクリーニングブレードはエッジ層構成ポリウレタンの架橋間分子量が大きく、耐摩耗性に改善の余地があるものであり、ヒートサイクル（高温高湿条件と低温低湿条件の繰返し）による感光体との当接における線圧低下に改善の余地があるものである。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、重合トナーを使用した場合に耐摩耗性並びに低温環境におけるクリーニング性に優れ、ヒートサイクルによる感光体との当接線圧低下が改善されたクリーニングブレードを提供することを目的とする。

本発明のクリーニングブレードは、感光体にエッジを当接してクリーニングするエッジ層と前記エッジ層に一体に積層された基材層からなる２層構造を有し、
前記エッジ層を構成するポリウレタンはポリオール化合物としてポリカプロラクトンポリオール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペートから選択され、平均分子量（末端基定量法）が１５００〜３５００の少なくとも１種の２官能ポリエステルポリオール、鎖延長剤として１，４−ブタンジオール、架橋剤としてトリメチロールプロパンを使用し、ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）であり、（式１）による架橋間分子量Mcが
２０００≦Mc≦４５００
であり、
前記基材層を構成するポリウレタンはポリオール化合物として平均分子量（末端基定量法）が１５００〜３５００の２官能ポリカプロラクトンポリオール、鎖延長剤として１，４−ブタンジオール（BD）、架橋剤としてトリメチロールプロパン（TMP）を使用し、ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）であり、（式１）による架橋間分子量Mcが
８０００≦Mc≦１５０００
であることを特徴とする。
（式１）Mc＝（ポリウレタン全量）／（Wt／Mt）
（Ｍｔは架橋剤の分子量、Ｗｔは架橋剤の配合量）

係る構成のクリーニングブレードは、重合トナーを使用した場合に耐摩耗性並びに低温環境におけるクリーニング性に優れ、ヒートサイクルによる感光体との当接線圧低下が改善されたクリーニングブレードである。

上記の発明においては、前記エッジ層を構成するポリウレタンはさらに分子量が４００〜８００の低分子量２官能ポリエステルポリオールを全ポリオール化合物の５以上２０重量％以下含有することが好ましい。

係る構成のクリーニングブレードも、重合トナーを使用した場合に耐摩耗性並びに低温環境におけるクリーニング性に優れ、ヒートサイクルによる感光体との当接線圧低下が改善されたクリーニングブレードである。

本発明の画像形成装置用のポリウレタンエラストマー製弾性体ブレードのエッジ層を構成するポリオール化合物としては、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペートから選択され、平均分子量（末端基定量法）が１５００〜３５００の少なくとも１種の２官能ポリエステルポリオールを使用する。また基材層を構成するポリウレタンはポリオール化合物として平均分子量（末端基定量法）が１５００〜３５００の２官能ポリカプロラクトンポリオールを使用する。これらのポリオールの平均分子量はいずれも３０００以下であることが好ましい。エッジ層構成ポリウレタンを構成するポリオール化合物として付加的に使用する低分子量２官能ポリオールはポリエステルポリオールを使用する。低分子量２官能ポリオールの分子量は４００〜８００であり、５００〜７００であることがより好ましい。

上記架橋間分子量を達成する鎖延長剤と架橋剤の比率は、エッジ層においては重量比にて架橋剤／鎖延長剤＝１〜４であることが好ましく、基材層においては。架橋剤／鎖延長剤重量比が０．２〜０．４であることが好ましい。

ブレードを構成するポリウレタンの硬度は２層構造のエッジ層が６０以上６５以下、好ましくは６０以上６５未満（ショア A）であり、基材層が６５以上７５以下（ショア A）である。またブレードを構成するポリウレタンの反発弾性はエッジ層が１０％以上３５％以下、基材層が２５％以上５０％以下であることが好ましい。本発明のクリーニングブレードにおいては、エッジ層の厚さは０．３〜１．０ｍｍであることが好ましく、基材層の厚さは１．０〜２．０ｍｍであることが好ましい。

上記のポリウレタンエラストマー原料を使用してポリウレタンエラストマーを形成する方法としては、エッジ層、基材層のいずれにおいてもプレポリマー法ないし疑似プレポリマー法により製造することができる。疑似プレポリマー法においては、プレポリマー構成成分のポリオール化合物の一部（ポリオールＰ１）を予めイソシアネート成分と反応させてプレポリマーを作製し（プレポリマー製造工程）、残りのポリオール化合物、必要に応じて低分子量２官能ポリオールを含むポリオール化合物（ポリオールＰ２）と鎖延長剤と架橋剤とを混合してポリオール組成物とし（ポリオール組成物製造工程）、プレポリマーとポリオール組成物を混合して（混合工程）反応原液組成物とし、該反応原液組成物を反応硬化させる疑似プレポリマー法を採用することが好ましい。反応原液組成物の硬化反応におけるＮＣＯ／ＯＨ当量比（ＮＣＯインデックス）は、１．０５〜１．３０であることが好ましい。

上記の疑似プレポリマー法は、ポリオール化合物の一部であるポリオールＰ１を予めイソシアネート成分と反応させてプレポリマーを作製し、残りのポリオール成分（ポリオールＰ２）は、架橋剤と鎖延長剤と混合してポリオール組成物とするものである。本発明の疑似プレポリマー法のプレポリマー製造工程におけるＮＣＯ／ＯＨ当量比は５〜１２であることが好ましい。また前記のポリオールＰ１とポリオールＰ２との比は、ポリオールＰ１／ポリオールＰ２モル比にて１．５〜４．５、より好ましくは２．０〜４．０である。

画像形成装置用ブレードは、例えば以下の成形工程を有する製造方法により製造することができる。
＜１＞シート成形法
１）２種の反応原液組成物を順次シート状に注型して反応硬化させて原反シートとし、該原反シートを裁断して（裁断工程）ブレードとする。シート成形においては、一般に遠心成形法が使用される。
２）ブレードを画像形成装置に装着するための基材（金具など）に接着などにより装着してブレードユニットとする。
＜２＞直接成形法
成形すべきブレードの形状のキャビティーを有する金型に必要に応じてブレードを画像形成装置に装着するための基材（金具など）を配設し、成形キャビティーに反応原液組成物を注型してブレードないしブレードと基材が一体化されたブレードユニットを成形する。この場合、第１層目形成時は厚さの薄い型を使用するか、あるいは所定の型を使用してシリコン樹脂などのポリウレタンと離型性のよい材料で第２層と同じ形状の部材を形成してこれを成形型に収容して第１層を成形し、第１層材料硬化後に離型性の部材を取り除いてこの部分に第２層形成原料を注入、成形する。

＜ポリウレタンエラストマーシート製造例＞
（実施例１〜４、比較例１、２）
表１の「プレポリマー」欄に記載の配合比率（数値は重量部）でジイソシアネート化合物であるＭＤＩとポリオール化合物を常法により反応させてプレポリマー（疑似プレポリマー）とした。また表１の「ポリオール組成物」欄に記載の配合比率にてポリオール化合物、架橋剤、鎖延長剤を混合してポリオール組成物を調製した。このプレポリマーとポリオール組成物を混合して反応原液組成物とし、遠心成形法によりポリウレタンエラストマーシートを作製し、ポストキュアと熟成を行った。成形は最初に基材層構成用の反応原液組成物を使用して厚さ１．３ｍｍのシートを成形し、流動性がなくなった時点でエッジ層形成用の反応原液組成物を使用して厚さ０．５ｍｍのシート成形を行い、合計厚さが１．８ｍｍの２層構造のシートを得た。

使用したポリウレタン原料は以下のとおりである。
ＰＥＡ２０００：ポリエチレンアジペート（平均分子量２０００；官能基数ｆ＝２）
ＰＣＬ２０００：直鎖状グリコールを開始剤とするポリカプロラクトンジオール（平均分子量２０００；ダイセル化学工業）
ＰＢＡ２０００：ポリブチレンアジペート（平均分子量２０００；官能基数ｆ＝２）
ＰＣＬ１０００：直鎖状グリコールを開始剤とするポリカプロラクトンジオール（平均分子量１０００；ダイセル化学工業）
ＰＣＬ４０００：側鎖含有グリコールを開始剤とするポリカプロラクトンジオール（平均分子量４０００；ダイセル化学工業）
ＰＣＬ２０５：直鎖状グリコールを開始剤とするポリカプロラクトンジオール（平均分子量５２５；ダイセル化学工業）
ＰＢＡ６００：ポリブチレンアジペート（平均分子量６００）
ＢＤ：１，４−ブタンジオール（鎖延長剤）
ＴＭＰ：トリメチロールプロパン（架橋剤）
ＭＤＩ：４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート

＜評価＞
上記にて作製したポリウレタンエラストマーシートを裁断加工して幅１２．５ｍｍ，長さ３２６ｍｍのクリーニングブレードを作製し、所定の金具に接着してクリーニング部材とした。このクリーニング部材を、重合トナーを使用した静電転写プロセス方式のフルカラーのプリンター／複写機複合機であるＩＰＳＩＯ ＳＰＣ８２１（（株）リコー製）に装着して一定のテストパターンをプリントして耐摩耗性評価を行った。

耐摩耗性評価は、Ｎ／Ｎ環境（２３℃、５４％ＲＨ）にて連続２０，０００枚画像形成を行った後にさらにＬ／Ｌ環境（１０℃、２０％ＲＨ）にて連続２０，０００枚画像形成を行った後にクリーニングブレードを取り外し、下記の方法によりエッジ部を評価し、最大摩耗深さ（μｍ）を求めた。結果は表１の下段に示した。低温クリーニング性はＬ／Ｌ環境にて連続２０，０００枚画像形成を行った後の画像により目視評価を行った。低温クリーニング性の評価結果は良好なものを○、実用化できないことはないが性能が劣るものを△、不良で実用化できないものを×で示した。

（摩耗断面積、最大摩耗深さの測定）
上記評価後のクリーニングブレードを、両端と中央部の３箇所を、感光体との当接部の断面が見えるように幅方向に裁断し，断面をデジタルマイクロスコープＶＨＸ１００（キーエンス社）にて観察した。最大摩耗深さは図１のＹ（μｍ）である。ｔはクリーニングブレード全体の厚さであり、表１の結果は３つの測定値の最大値である。

（硬度・反発弾性）
硬度はＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して、デュロメーター硬度計を使用して２３℃のショアＡ硬度を測定し、反発弾性はＪＩＳ Ｋ ６２５５（リュプケ式）に準拠して２３℃にて測定した。測定は、製造例において得られた厚さ１．８ｍｍのポリウレタン弾性体シートを６枚重ねたサンプルについて行った。
（ヒートサイクルテスト）
実施例１にて作成したポリウレタンエラストマーシートから短冊状のサンプルを切り出し、５０ｍｍの標線を入れて伸長治具にセットして５０％伸長する。この状態で常温環境から２時間かけて３０℃、８０％ＲＨ状態（ＨＨ）として１２時間保持し、その後２時間かけて１０℃、１５％ＲＨ状態（ＬＬ）として８時間保持する。その後２時間かけて３０℃、８０％ＲＨ状態とする。この１サイクル２４時間のＨＨ−ＬＬサイクルを３回繰り返した後に常温環境で２４時間放置し、サンプルを伸長治具から解放して４時間後の永久伸びを測定した。

＜評価結果＞
表１の結果より、実施例１〜４のクリーニングブレードは最大摩耗深さが小さく、従って重合トナーを使用した場合の耐摩耗性に優れ、長期に鮮明な画像を維持できた。また低温環境下でもクリーニング性にも優れた性能を有していた。これに対して特許文献１の実施例に相当する比較例１のクリーニングブレードは耐摩耗性、低温クリーニング性の双方において本発明のクリーニングブレードより劣るものであった。また本発明の実施例１のポリウレタン材料にて作成した単層のクリーニングブレードも重合トナーを使用した場合に耐摩耗性、低温クリーニング性に問題を有するものであり、特に低温クリーニング性が不十分であった。さらに実施例１のサンプルのヒートサイクルテスト結果は永久伸びが３．３％と優れたものであり、低温高温の繰り返しのヒートショックによるクリーニング性の変化が小さいものであった。

耐摩耗評価後のクリーニングブレードの最大摩耗深さを示した断面図

Claims (2)

1. 感光体にエッジを当接してクリーニングするエッジ層と前記エッジ層に一体に積層された基材層からなる２層構造を有するクリーニングブレードであって、
   前記エッジ層を構成するポリウレタンはポリオール化合物としてポリカプロラクトンポリオール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペートから選択され、平均分子量（末端基定量法）が１５００〜３５００の少なくとも１種の２官能ポリエステルポリオール、鎖延長剤として１，４−ブタンジオール、架橋剤としてトリメチロールプロパンを使用し、ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）であり、（式１）による架橋間分子量Mcが
   ２０００≦Mc≦４５００
   であり、
   前記基材層を構成するポリウレタンはポリオール化合物として平均分子量（末端基定量法）が１５００〜３５００の２官能ポリカプロラクトンポリオール、鎖延長剤として１，４−ブタンジオール、架橋剤としてトリメチロールプロパンを使用し、ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（MDI）であり、（式１）による架橋間分子量Mcが
   ８０００≦Mc≦１５０００
   であることを特徴とするクリーニングブレード。
   （式１）Mc＝（ポリウレタン全量）／（Wt／Mt）
   （Ｍｔは架橋剤の分子量、Ｗｔは架橋剤の配合量）
2. 前記エッジ層を構成するポリウレタンはさらに分子量が４００〜８００の低分子量２官能ポリエステルポリオールを全ポリオール化合物の５以上２０重量％以下含有することを特徴とする請求項１記載のクリーニングブレード。

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