JP3550606B2 - 電子写真装置用クリーニングブレード - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広範囲の温度領域において長期的に安定したクリーニング性を有する電子写真装置用クリーニングブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置では、表面に光導電体層を設けた感光体を有しており、作動の際、上記感光体の外周面が一様に帯電され、次いで被膜写体の被膜写像を介してその外周面を露光することにより、静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、これを紙等に転写し、定着させる。
【０００３】
上記操作において、転写後の感光体の外周にトナーが一部残基するので、この残基トナーを除去する必要がある。このようなトナーの除去は、クリーニングブレードにより行われている。
クリーニングブレードは、通常、金属板からなる支持部材及び弾性体からなるブレード部材と該ブレード部材を取り付けるための接着剤層とより形成されている。
【０００４】
上記ブレード部材は、感光体に当接して残基トナーを除去するものであるので、感光体へ与えるダメージが少なく、クリーニング時に適度な圧接力を有し、耐磨耗性に優れていること等が求められる。従来、このようなブレード部材には、JIS A 硬度60〜80のポリウレタンエラストマーからなる弾性体が、機械的強度、耐磨耗性等に優れたものとして使用されている。
【０００５】
このような特性を持ったポリウレタンエラストマーは、通常、ポリオールとイソシアネートとを反応させて両末端がＮＣＯとなるプレポリマーを得た後、１，４−ブタンジオール（以下「1, 4BG」という）、トリメチロールプロパン（以下「ＴＭＰ」という）等の低分子量ジオール、低分子量トリオール等が架橋して得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、クリーニングブレードの使用時には、ビビリ音（鳴き）が生じる場合がある。このビビリ音は、振動吸収性を表す tanδ値と相関があり、使用温度での tanδ（５％伸長１０Ｈｚの条件にて測定）が0.03以下になると発生しやすくなることがわかっている。
tan δ値は、以下に説明する複素弾性率Ｃ* から導かれるものである。
【０００７】
線形弾性体に、下記式（１）で表される正弦波の歪みεを定常振動的に与えたとき、応力σは、同一の角周波数ωで応答する。この線形弾性体は、粘性を有するので、応力σは、下記式（２）で表される。下記式（２）中σ* は、下記式（３）で表されるものであり、下記式（３）中Ｃ* は、複素弾性率と呼ばれるものである。
【０００８】
一方、σ* は複素数であり、下記式（４）で表される。下記式（４）中δは、応力と歪みとの位相差角を表し、 "力学的損失角" と呼ばれるものである。下記式（３）と下記式（４）とから、複素弾性率Ｃ* は、下記式（５）で表すことができる。
【０００９】
複素弾性率Ｃ* の実数部Ｃ' ＝（σ0 ／ε0 ） cosδは、 "動的貯蔵弾性率" と呼ばれ、虚数部Ｃ''＝（σ0 ／ε0) sinδは、 "動的損失弾性率" と呼ばれる。複素関数は、動的挙動の記述のみに使われるものであり、複素弾性率は、動的複素弾性率と同意義であるので、Ｃ' とＣ''とについても、それぞれ貯蔵弾性率、損失弾性率と省略される。
tan δ値は、Ｃ''／Ｃ' で表され、 "損失正弦" と呼ばれるものであり、その値が大きい程、その線形弾性体は、ゴム弾性を有するものとなる。
【００１０】
【数１】
【００１１】
通常、電子写真装置は、５〜40℃の環境下で使用され、このとき装置内温度は５〜60℃になるので、ブレード部材には、５〜60℃での tanδ値が0.03以上であることが要求される。
【００１２】
図１は、 tanδ値と温度との関係を表す図である。縦軸は、tan δ値を表し、横軸は、温度（℃）を表す。この tanδ値は、例えば、1, 4ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量して変動させることができる。
【００１３】
1, 4ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量させることにより、図１中の破線で表される tanδ値は、実線で表される tanδ値に比べて50℃付近で若干の上昇を示しており、ビビリ音の発生を抑えることができる。
【００１４】
しかし、このようにして 1,4ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量させて得られるブレード部材は、永久歪みが著しく大きくなり、長期にわたり使用した場合に変形が生じ、一定の圧接力を保つことができなくなり、クリーニング不良が生じる等の問題を有する。
【００１５】
また、クリーニングブレードの低温でのクリーニング性は、 tanδ値のピーク温度と相関がある。電子写真装置の使用温度が、ピーク温度以下である場合には、ブレード部材にゴム弾性がなくなり、クリーニング不良等が発生する。
【００１６】
しかし、上述と同様に、例えば、1,4 ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量してtan δ値のピーク温度を低温側に変動させた場合、図１中の破線が示すように、高温での充分な振動吸収性を得ることができない。
【００１７】
温度依存性が少なく、クリーニング性と耐久性とに優れた電子写真装置用クリーニングブレードについては、種々の検討がなされている。
例えば、特開昭59-30574号公報には、ポリオールとしてポリカプロラクトンエステルを用いて得られるポリウレタンエラストマーからなるブレード部材が開示されており、特開平 7-98558号公報には、ポリオールとしてポリブチレンアジペート、ポリヘキシレンアジペート等を用いたポリウレタンエラストマーからなるブレード部材が開示されている。
しかし、これらは、いずれも振動吸収性が充分でなく、ビビリ音の発生を抑えることができるものではない。
【００１８】
本発明は、上記現状に鑑み、低温でのクリーニング性と高温での振動吸収性とに優れ、しかも永久歪みが小さく、感光体への圧接力が一定に保て、耐久性に優れた電子写真装置用クリーニングブレードを提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子写真感光体表面を摺擦して、感光体表面を清掃するポリウレタン弾性体からなるブレード部材と剛性支持部材とからなるクリーニングブレードにおいて、前記ポリウレタン弾性体を構成するポリオールが室温で液状であり、前記ポリウレタン弾性体を構成するイソシアネートが4,4'- シフェニルメタンジイソシアネートであり、前記ポリウレタン弾性体が下記一般式のジアゾザシクロアミン塩の存在下で反応硬化させたことを特徴とする。
【００２０】
【化２】
【００２１】
本発明に用いるポリオールは、室温で液状であることを特徴とする。 tanδの温度存在性は小さくし、広範囲の温度領域において長期的に安定したクリーニング性を得るためには、ポリウレタン弾性体の相構造を多様化する必要がある。多様化するためには、ポリオールの結晶性が乏しいこと、つまり室温においてさえ液状であることが必要である。
また、用いるポリオールの平均分子量は1000〜4000であることが好ましい。分子量が1000未満の場合は、低温時においてポリウレタンの弾性が失われ、クリーニング不良を生じやすくなり、分子量4000以上の場合は永久歪みが大きくなり、クリーニングブレードとした場合、感光体に対する当接力を保持することができなくなることより、クリーニング不良を生じる。
【００２２】
本発明は、ポリウレタン弾性体を上記した多様な相構造にするためにジアゾザシクロアミン塩の存在下で反応硬化させる。通常、ポリウレタン弾性体は、予め過剰のイソシアネートとポリオールとを反応させたプレポリマーに低分子量のジオール、トリオールや必要に応じてポリオールを混合し、加熱硬化させることによって形成される。この硬化時において、硬化触媒が存在しない系においてはプレポリマー中のイソシアネート基と低分子量ジオールの硬化速度が最もはやく、ハードセグメントとして均一な相構造を取りやすくなる。一方、硬化触媒を用いた場合は、イソシアネート基と低分子ジオール、トリオール、ポリオールとのそれぞれの硬化速度が近づき、ハードセグメントの形成が阻害又は小サイズ化され、多様な相構造を形成しやすくなり、 tanδの温度存在性は小さくなり、広範囲の温度領域において長期的に安定したクリーニング性を有するものとなる。
この場合、用いる硬化触媒は、感光体に対する汚染性の防止の面より、ジアザシクロアミン塩が用いられる。多様な相構造を形成するために、特に好ましいのは、ジアザビシクロアミンが、1,8-ジアザビシクロ（5,4,0)−ウンデセン−７又は1,5-ジアザヒシクロ(4,3,0)-ノネン−５であり、感光体汚染性の観点より、ジアザシクロアミンとオクチル酸、オレイン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ギ酸、フェノール酸、オルソフタル酸、酢酸、マレイン酸又はホウ酸の塩である。
【００２３】
本発明は、クリーニングブレードに一般的に求められる耐磨耗性、引き裂き力及び強度を確保するためにイソシアネートとして、4,4'- ジフェニルメタンジイソシアネートを用いる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
【実施例】
表１に示したポリオールを70℃×３mmHg×３時間の減圧脱水後、4,4'- ジフェニルメタンジイソシアネートを所定量投入し、Ｎ2 ガス雰囲気下に70℃で3.5 時間反応させることにより、ＮＣＯ％が約13％（表１参照）のプレポリマーを作成した。
【００２５】
上記プレポリマーを50℃×３mmHg×１時間減圧脱泡後、同様の減圧脱泡を行った表２に挙げたポリオール、1,4-ブタンジオール、トリメチロールプロパンから成る硬化剤を、〔プレポリマーＮＣＯ基のモル数〕／〔硬化剤中のＯＨ基のモル数〕＝1.10の比率で触媒とともに添加混合し、150 ℃に加熱された400rpmで回転する延伸成型機ドラムに流し込んだ。その後、直ちに 1000rpmに増速させ、50分間硬化反応させた。しかる後、成型された円筒シートを取り出し、1/2 にカット後、120 ℃オーブン中に６hrs 後架橋させ、さらに室温下で７日間放置させることにより目的とするブレード用素材シートを作製した。
【００２６】
ブレード用素材シートをイソプロピルアルコールで洗浄後、所定寸法にカットし、ブレード部材を作製した。
一方、リン酸塩処理した鋼板から成るブレード用金具にポリアミド系ホットメルト接着剤（マクロメルト# 6238、ヘンケル白水社製）をアプリケーターにて溶融塗布後、上記ブレード部材を重ね、高周波加熱により一体化接着させ、クリーニングブレードを得た。
【００２７】
〔ブレード用素材シートの評価〕
硬さは、JIS A スプリング式硬度計にて測定した。
tan δはレオメトリックファースト社製ＲＳＡ−IIを用いて５％伸長10Hzの条件にて温度分散を測定した。
【００２８】
〔クリーニングブレードの評価〕
松下電器社製品Ｐ−5400プリンターにクリーニングブレードを取付け、40℃×80％RHで連続印刷を行い、ビビリ音の有無の評価を実施した。また 20000枚印刷後、感光体を観察することにより感光体の汚染性を確認した。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】tanδ値と温度との関係を表す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、広範囲の温度領域において長期的に安定したクリーニング性を有する電子写真装置用クリーニングブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置では、表面に光導電体層を設けた感光体を有しており、作動の際、上記感光体の外周面が一様に帯電され、次いで被膜写体の被膜写像を介してその外周面を露光することにより、静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、これを紙等に転写し、定着させる。
【０００３】
上記操作において、転写後の感光体の外周にトナーが一部残基するので、この残基トナーを除去する必要がある。このようなトナーの除去は、クリーニングブレードにより行われている。
クリーニングブレードは、通常、金属板からなる支持部材及び弾性体からなるブレード部材と該ブレード部材を取り付けるための接着剤層とより形成されている。
【０００４】
上記ブレード部材は、感光体に当接して残基トナーを除去するものであるので、感光体へ与えるダメージが少なく、クリーニング時に適度な圧接力を有し、耐磨耗性に優れていること等が求められる。従来、このようなブレード部材には、JIS A 硬度60〜80のポリウレタンエラストマーからなる弾性体が、機械的強度、耐磨耗性等に優れたものとして使用されている。
【０００５】
このような特性を持ったポリウレタンエラストマーは、通常、ポリオールとイソシアネートとを反応させて両末端がＮＣＯとなるプレポリマーを得た後、１，４−ブタンジオール（以下「1, 4BG」という）、トリメチロールプロパン（以下「ＴＭＰ」という）等の低分子量ジオール、低分子量トリオール等が架橋して得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、クリーニングブレードの使用時には、ビビリ音（鳴き）が生じる場合がある。このビビリ音は、振動吸収性を表す tanδ値と相関があり、使用温度での tanδ（５％伸長１０Ｈｚの条件にて測定）が0.03以下になると発生しやすくなることがわかっている。
tan δ値は、以下に説明する複素弾性率Ｃ* から導かれるものである。
【０００７】
線形弾性体に、下記式（１）で表される正弦波の歪みεを定常振動的に与えたとき、応力σは、同一の角周波数ωで応答する。この線形弾性体は、粘性を有するので、応力σは、下記式（２）で表される。下記式（２）中σ* は、下記式（３）で表されるものであり、下記式（３）中Ｃ* は、複素弾性率と呼ばれるものである。
【０００８】
一方、σ* は複素数であり、下記式（４）で表される。下記式（４）中δは、応力と歪みとの位相差角を表し、 "力学的損失角" と呼ばれるものである。下記式（３）と下記式（４）とから、複素弾性率Ｃ* は、下記式（５）で表すことができる。
【０００９】
複素弾性率Ｃ* の実数部Ｃ' ＝（σ0 ／ε0 ） cosδは、 "動的貯蔵弾性率" と呼ばれ、虚数部Ｃ''＝（σ0 ／ε0) sinδは、 "動的損失弾性率" と呼ばれる。複素関数は、動的挙動の記述のみに使われるものであり、複素弾性率は、動的複素弾性率と同意義であるので、Ｃ' とＣ''とについても、それぞれ貯蔵弾性率、損失弾性率と省略される。
tan δ値は、Ｃ''／Ｃ' で表され、 "損失正弦" と呼ばれるものであり、その値が大きい程、その線形弾性体は、ゴム弾性を有するものとなる。
【００１０】
【数１】
通常、電子写真装置は、５〜40℃の環境下で使用され、このとき装置内温度は５〜60℃になるので、ブレード部材には、５〜60℃での tanδ値が0.03以上であることが要求される。
【００１２】
図１は、 tanδ値と温度との関係を表す図である。縦軸は、tan δ値を表し、横軸は、温度（℃）を表す。この tanδ値は、例えば、1, 4ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量して変動させることができる。
【００１３】
1, 4ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量させることにより、図１中の破線で表される tanδ値は、実線で表される tanδ値に比べて50℃付近で若干の上昇を示しており、ビビリ音の発生を抑えることができる。
【００１４】
しかし、このようにして 1,4ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量させて得られるブレード部材は、永久歪みが著しく大きくなり、長期にわたり使用した場合に変形が生じ、一定の圧接力を保つことができなくなり、クリーニング不良が生じる等の問題を有する。
【００１５】
また、クリーニングブレードの低温でのクリーニング性は、 tanδ値のピーク温度と相関がある。電子写真装置の使用温度が、ピーク温度以下である場合には、ブレード部材にゴム弾性がなくなり、クリーニング不良等が発生する。
【００１６】
しかし、上述と同様に、例えば、1,4 ＢＧ、ＴＭＰ等の低分子量架橋剤の添加比率を変量してtan δ値のピーク温度を低温側に変動させた場合、図１中の破線が示すように、高温での充分な振動吸収性を得ることができない。
【００１７】
温度依存性が少なく、クリーニング性と耐久性とに優れた電子写真装置用クリーニングブレードについては、種々の検討がなされている。
例えば、特開昭59-30574号公報には、ポリオールとしてポリカプロラクトンエステルを用いて得られるポリウレタンエラストマーからなるブレード部材が開示されており、特開平 7-98558号公報には、ポリオールとしてポリブチレンアジペート、ポリヘキシレンアジペート等を用いたポリウレタンエラストマーからなるブレード部材が開示されている。
しかし、これらは、いずれも振動吸収性が充分でなく、ビビリ音の発生を抑えることができるものではない。
【００１８】
本発明は、上記現状に鑑み、低温でのクリーニング性と高温での振動吸収性とに優れ、しかも永久歪みが小さく、感光体への圧接力が一定に保て、耐久性に優れた電子写真装置用クリーニングブレードを提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子写真感光体表面を摺擦して、感光体表面を清掃するポリウレタン弾性体からなるブレード部材と剛性支持部材とからなるクリーニングブレードにおいて、前記ポリウレタン弾性体を構成するポリオールが室温で液状であり、前記ポリウレタン弾性体を構成するイソシアネートが4,4'- シフェニルメタンジイソシアネートであり、前記ポリウレタン弾性体が下記一般式のジアゾザシクロアミン塩の存在下で反応硬化させたことを特徴とする。
【００２０】
【化２】
本発明に用いるポリオールは、室温で液状であることを特徴とする。 tanδの温度存在性は小さくし、広範囲の温度領域において長期的に安定したクリーニング性を得るためには、ポリウレタン弾性体の相構造を多様化する必要がある。多様化するためには、ポリオールの結晶性が乏しいこと、つまり室温においてさえ液状であることが必要である。
また、用いるポリオールの平均分子量は1000〜4000であることが好ましい。分子量が1000未満の場合は、低温時においてポリウレタンの弾性が失われ、クリーニング不良を生じやすくなり、分子量4000以上の場合は永久歪みが大きくなり、クリーニングブレードとした場合、感光体に対する当接力を保持することができなくなることより、クリーニング不良を生じる。
【００２２】
本発明は、ポリウレタン弾性体を上記した多様な相構造にするためにジアゾザシクロアミン塩の存在下で反応硬化させる。通常、ポリウレタン弾性体は、予め過剰のイソシアネートとポリオールとを反応させたプレポリマーに低分子量のジオール、トリオールや必要に応じてポリオールを混合し、加熱硬化させることによって形成される。この硬化時において、硬化触媒が存在しない系においてはプレポリマー中のイソシアネート基と低分子量ジオールの硬化速度が最もはやく、ハードセグメントとして均一な相構造を取りやすくなる。一方、硬化触媒を用いた場合は、イソシアネート基と低分子ジオール、トリオール、ポリオールとのそれぞれの硬化速度が近づき、ハードセグメントの形成が阻害又は小サイズ化され、多様な相構造を形成しやすくなり、 tanδの温度存在性は小さくなり、広範囲の温度領域において長期的に安定したクリーニング性を有するものとなる。
この場合、用いる硬化触媒は、感光体に対する汚染性の防止の面より、ジアザシクロアミン塩が用いられる。多様な相構造を形成するために、特に好ましいのは、ジアザビシクロアミンが、1,8-ジアザビシクロ（5,4,0)−ウンデセン−７又は1,5-ジアザヒシクロ(4,3,0)-ノネン−５であり、感光体汚染性の観点より、ジアザシクロアミンとオクチル酸、オレイン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ギ酸、フェノール酸、オルソフタル酸、酢酸、マレイン酸又はホウ酸の塩である。
【００２３】
本発明は、クリーニングブレードに一般的に求められる耐磨耗性、引き裂き力及び強度を確保するためにイソシアネートとして、4,4'- ジフェニルメタンジイソシアネートを用いる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
【実施例】
表１に示したポリオールを70℃×３mmHg×３時間の減圧脱水後、4,4'- ジフェニルメタンジイソシアネートを所定量投入し、Ｎ2 ガス雰囲気下に70℃で3.5 時間反応させることにより、ＮＣＯ％が約13％（表１参照）のプレポリマーを作成した。
【００２５】
上記プレポリマーを50℃×３mmHg×１時間減圧脱泡後、同様の減圧脱泡を行った表２に挙げたポリオール、1,4-ブタンジオール、トリメチロールプロパンから成る硬化剤を、〔プレポリマーＮＣＯ基のモル数〕／〔硬化剤中のＯＨ基のモル数〕＝1.10の比率で触媒とともに添加混合し、150 ℃に加熱された400rpmで回転する延伸成型機ドラムに流し込んだ。その後、直ちに 1000rpmに増速させ、50分間硬化反応させた。しかる後、成型された円筒シートを取り出し、1/2 にカット後、120 ℃オーブン中に６hrs 後架橋させ、さらに室温下で７日間放置させることにより目的とするブレード用素材シートを作製した。
【００２６】
ブレード用素材シートをイソプロピルアルコールで洗浄後、所定寸法にカットし、ブレード部材を作製した。
一方、リン酸塩処理した鋼板から成るブレード用金具にポリアミド系ホットメルト接着剤（マクロメルト# 6238、ヘンケル白水社製）をアプリケーターにて溶融塗布後、上記ブレード部材を重ね、高周波加熱により一体化接着させ、クリーニングブレードを得た。
【００２７】
〔ブレード用素材シートの評価〕
硬さは、JIS A スプリング式硬度計にて測定した。
tan δはレオメトリックファースト社製ＲＳＡ−IIを用いて５％伸長10Hzの条件にて温度分散を測定した。
【００２８】
〔クリーニングブレードの評価〕
松下電器社製品Ｐ−5400プリンターにクリーニングブレードを取付け、40℃×80％RHで連続印刷を行い、ビビリ音の有無の評価を実施した。また 20000枚印刷後、感光体を観察することにより感光体の汚染性を確認した。
【００２９】
【表１】
【表２】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】tanδ値と温度との関係を表す図である。
Claims (3)
- 電子写真感光体表面を摺擦して、感光体表面を清掃するポリウレタン弾性体からなるブレード部材と剛性支持部材とからなるクリーニングブレードにおいて、
前記ポリウレタン弾性体を構成するポリオールが室温で液状であり、
前記ポリウレタン弾性体を構成するイソシアネートが 4, 4'−ジフェニルメタンジイソシアネートであり、
前記ポリウレタン弾性体が下記一般式のジアザビシクロアミン塩の存在下で反応硬化させたことを特徴とする電子写真装置用クリーニングブレード。
- ジアザビシクロアミンが、1,8-ジアザビシクロ（5,4,0)- ウンデセン−７又は1, 5−ジアザビシクロ（4, 3, 0)−ノネン−５である請求項１記載のクリーニングブレード。
- 一般式（１）のＡ- が、オクチル酸、オレイン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ギ酸、フェノール酸、オルソフタル酸、酢酸、マレイン酸又はホウ酸より選ばれた酸の残基である請求項１記載のクリーニングブレード。
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