JP3928880B2

JP3928880B2 - 電子写真用ゴム部材

Info

Publication number: JP3928880B2
Application number: JP2005007674A
Authority: JP
Inventors: 公一志鶴
Original assignee: 北辰工業株式会社
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: JP2005182072A

Description

本発明は、電子写真法のクリーニング部、帯電部、現像部、転写部、給紙部などに用いられる電子写真用ゴム部材に関し、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部材、現像部に用いられる現像部材及び感光体を帯電させる帯電部材などの電子写真用ゴム部材に関する。

一般に電子写真プロセスでは、電子写真感光体に対して、少なくとも帯電、露光、現像、転写およびクリーニングの各プロセスが実行される。かかる電子写真プロセスでは、トナー像が形成され且つその後当該トナー像を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部材、現像部に用いられる現像部材及び感光体を帯電させる帯電部材などにポリウレタンが使用される。

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。

しかしながら、ポリウレタンの物性には温度依存性があることが知られている。温度依存性は特に反発弾性に現れ、特に、ポリウレタンでクリーニングブレードとした場合のクリーニング上の問題となっている。すなわち、低温で反発弾性が低下するとクリーニング不良となり、高温で反発弾性が増加すると、エッジの欠けや鳴きの問題となる。

ところで、最近の電子写真技術における高画質化により、トナーの小粒径化が図られ、さらに高機能なブレードが望まれている。

本発明はこのような事情に鑑み、環境が変化しても十分に安定した反発弾性を有し、高機能なクリーニングブレードなどとすることができる電子写真用ゴム部材を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、数平均分子量５００〜５０００で且つ下記式に定義したエステル濃度が６〜８ｍｍｏｌ／ｇの範囲にあるポリエステルポリオールからなる長鎖ポリオールと、ポリイソシアネートと、分子量５００未満の短鎖ポリオールとを用いて得られるポリウレタンからなると共に前記長鎖ポリオールの主成分が１，９−ノナンジオール及びメチル−１，８−オクタンジオールの少なくとも一方とアジピン酸との縮合によるポリエステルポリオールであるゴム弾性体であり、且つ前記ゴム弾性体の１０℃及び５０℃の反発弾性をそれぞれＲｂ _T10 及びＲｂ _T50 としたとき、下記式で表されるΔＲｂが、５５％以下であると共に前記ゴム弾性体の１０℃の反発弾性が１５％以上であり且つ５０℃の反発弾性が７０％以下であると共に−２０℃〜６０℃の温度範囲の反発弾性最小値が０℃以下にあることを特徴とする電子写真用ゴム部材にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ポリイソシアネートの主成分がジフェニルメタンジイソシアネートであることを特徴とする電子写真用ゴム部材にある。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記短鎖ポリオールの主成分が１，３−プロパンジオールであることを特徴とする電子写真用ゴム部材にある。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記短鎖ポリオールがトリメチロールエタンを含むことを特徴とする電子写真用ゴム部材にある。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、ブレード形状であることを特徴とする電子写真用ゴム部材にある。

本発明では、数平均分子量５００〜５０００で且つ上記式に定義したエステル濃度が６〜８ｍｍｏｌ／ｇの範囲にあるポリエステルポリオールを用いて得られるポリウレタンをゴム弾性体の材料とする。

すなわち、本発明は、エステル濃度が６〜８ｍｍｏｌ／ｇと、従来用いられていたポリオールより低いエステル濃度のポリエステルポリオールを用いたポリウレタンとすると、反発弾性の温度依存性が低減し、且つ低温域での反発弾性がある程度確保されると共に高温域での反発弾性の上昇を抑えてエッジの欠け等を減少させることができ、機械的強度と反発弾性などの温度依存性とを両立させる上で好適である。

また、このような所定のエステル濃度を有するポリオールは、従来標準的に用いられていたカプロラクトン系ジオールよりも、ジオール成分と二塩基酸との脱水縮合により得られるポリエステルポリオールを用いる方がよいことを知見した。

本発明で用いられるポリエステルポリオールは、１，９−ノナンジオールおよびメチル−１，８−オクタンジオールなどのジオールと、アジピン酸とを脱水縮合してなるポリエステルポリオールである。ここで、メチル−１，８−オクタンジオールとは、１又は８以外の位置にメチル基を有するオクタンジオールであり、代表的なものは２−メチル−１，８−オクタンジオールであるが、これに限定されるものではない。上述した脱水縮合してなるポリエステルポリオールとしては、具体的にはノナンジオールアジペート、２−メチル−１，８−オクタンジオールアジペートなどが挙げられる。

本発明で用いられるポリエステルポリオールは、上述したポリエステルポリオールを主成分とし、一部の部分を他のグリコールや二酸基酸で置換したものも好適に用いることができる。

本発明で用いられる他のポリエステルポリオールとしては、エチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、ブチルエチルプロパンジオール、１，９−ノナンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオールなどのジオールと、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸などの二塩基酸との組み合わせで上述した条件を満足するエステル濃度を有するものを挙げることができる。具体的には、デカンジオールアジペート、ヘキサンジオールアゼレート、ノナンジオールアゼレート、２−メチル−１，８−オクタンジオールアゼレート、デカンジオールアゼレート、ブタンジオールセバケート、ヘキサンジオールセバケート、ノナンジオールセバケート、２−メチル−１，８−オクタンジオールセバケート、デカンジオールセバケート、各種グリコールのダイマー酸エステル及び水添ダイマー酸エステルなどを挙げることができる。数種類のジオールおよび二塩基酸を組み合わせることも差し支えない。

また、上述した条件の範囲内でε−カプロラクトンやδ−バレロラクトンなどのラクトン類を、重付加もしくは共重合することもできる。すなわち、ジオール成分と二塩基酸とを脱水縮合する際にラクトン類を共重合してランダム共重合体とするか、または、脱水縮合したものにラクトン類を重付加するかなどにより得たポリオールを用いることもできる。このようにラクトン類を用いることにより、低温時の反発弾性をさらに向上させることができる。

また、ポリエステルポリオールと反応させるポリイソシアネートとしては、２，６−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、３，３−ジメチルジフェニル−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、性能およびコスト面で好適なものはＭＤＩである。

上述したポリエステルポリオールを用いてポリウレタンを製造するには、ポリエステルポリオール及び鎖長延長剤としての短鎖ポリオールに、ポリイソシアネートを配合し、反応させる。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、耐摩耗性にすぐ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。

ここで、短鎖ポリオールは、数平均分子量が５００以下のものであり、例えば、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオールなどの主鎖の炭素数が２〜１２の直鎖グリコール；ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオールなどの炭素数１２以下の側鎖を有するジオール類；３−アリルオキシ−１，２−プロパンジオールなどの炭素数１２以下の不飽和基を有するジオール類；および、１，４−ビス（ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、パラキシレングリコールなどの芳香族環を含む炭素数２０以下のジオール類、シクロへキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール等の脂環式ジオール類、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリンなどのトリオール類およびペンタエスリトールやソルビトールなどの４官能以上のポリオールを挙げることができる。これらの短鎖ポリオールは、勿論、二種以上混合して用いてもよい。

特に、性能およびコスト面で好適なものは、１，４−ブタンジオール及び１，３−プロパンジオールである。特に、１，３−プロパンジオールはエステル濃度が６〜８ｍｍｏｌ／ｇのポリオールと組み合わせることにより、より一層の効果を示す。また、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３官能以上のポリオールとしてトリメチロールエタンを併用することが好適である。

本発明で用いられるポリウレタンでは、ポリウレタン中の長鎖ポリオールが６０〜８０重量％であるのが好ましい。

また、本発明では、上述した所定のポリエステルポリオールの他、本発明の効果を損なわない範囲で他のポリオールを併用することができるが、ポリエステルポリオールの含有量は、長鎖ポリオール中、９０〜３０重量％であるのが好ましい。

本発明のゴム状弾性体のゴム硬度は、ＪＩＳＡで５０〜９０°であるのが好ましい。

本発明のポリウレタンを用いると、電子写真用ゴム部材として要求される機械的特性を維持した上で、反発弾性の温度依存性が著しく小さいものとなり、特に、クリーニングブレードなどの電子写真用ゴム部材として用いて好適である。

以上説明したように、本発明によると、環境が変化しても十分に安定した反発弾性を有し、高機能なクリーニングブレードなどとすることができる電子写真用ゴム部材を提供することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
１，９−ノナンジオールとアジピン酸とから分子量２０００のポリエステルポリオールを得た。ポリエステルポリオール中のエステル濃度は、６．８ｍｍｏｌ／ｇである。

このポリエステルポリオールと、ＭＤＩおよび鎖長延長剤としての１，４−ブタンジオール/トリメチロールプロパン混合液とを用いて熱硬化型ポリウレタンとし、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エステルポリオールは約６５重量％とした。

（実施例２）
１，９−ノナンジオール／２−メチル−１，８−オクタンジオール（モル比６５／３５）とアジピン酸とから分子量２０００のポリエステルポリオールを得た。ポリエステルポリオール中のエステル濃度は、６．８ｍｍｏｌ／ｇである。

このポリエステルポリオールと、ＭＤＩおよび鎖長延長剤としての１，３−プロパンジオール/トリメチロールエタン混合液とを用いて熱硬化型ポリウレタンとし、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エステルポリオールは約６５重量％とした。

（比較例１）
エチレングリコールとアジピン酸からなる分子量２０００のポリエステルポリオール（エステル濃度１１．３ｍｍｏｌ／ｇ）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。なお、ポリウレタン中のポリエステルポリオールは約６５重量％とした。

（比較例２）
エチレングリコールを開始剤とし、これにε−カプロラクトンを付加させて得た、数平均分子量２０００のポリエステルジオール（カプロラクトンＡ：エステル濃度８．５ｍｍｏｌ／ｇ）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。なお、ポリウレタン中のポリエステルポリオールは約６５重量％とした。

（比較例３）
ドデカンジオールを開始剤とし、これにε−カプロラクトンを付加させて得た、数平均分子量１５００のポリエステルジオール（カプロラクトンＢ：エステル濃度７．６ｍｍｏｌ／ｇ）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。なお、ポリウレタン中のポリエステルポリオールは約６５重量％とした。

（試験例１）
各実施例及び比較例のテストサンプルについて、０℃〜５０℃の反発弾性を測定してその温度依存性を評価した。この結果は、表１及び図１に示す。反発弾性はＪＩＳＫ６２５５に準拠したリュプケ式反発弾性試験装置により求めた。また、ゴム硬度はＪＩＳＫ６２５３に準拠して求めた。

この結果より、実施例１及び２のテストサンプルは、比較例１〜３のものと比較して、反発弾性の温度依存性が著しく小さく、ΔＲｂが５５％以下であり、１０℃の反発弾性が１５％以上であり且つ５０℃の反発弾性が７０％以下であることがわかった。

（試験例２）
各実施例及び比較例のクリーニングブレードを用いて、クリーニング特性をＬＬ（１０℃１５％ＲＨ）、ＮＮ（２３℃５０％ＲＨ）、ＨＨ（３５℃８５％ＲＨ）の各条件で評価し、また、エッジの摩耗状態を観察した。なお、クリーニング特性は、平均粒径６μｍの球状重合のトナーを用いて行った。この結果は表２に示す。また、それぞれの反発弾性のデータを併せて示した。

この結果より、実施例１及び２のクリーニングブレードは温度変化に対して安定したクリーニング特性を示し、低温時のクリーニング特性が良好で、高温使用時におけるエッジの耐久性が良好であることがわかった。これらの試料は、ΔＲｂが５５％以下であり、１０℃の反発弾性が１５％以上かつ５０℃の反発弾性が７０％以下の値を示した。

これに対し、エステル濃度が高い比較例１では、エッジの摩耗状態は良好であったが低温時のクリーニングが不良であった。この試料は、ΔＲｂが５５％以下であるが、１０℃の反発弾性が１５％より小さい値を示した。

また、比較例２では、高温時のクリーニングが困難であることがわかった。この試料は、ΔＲｂが６４％と反発弾性の温度依存性が大きく、しかも、５０℃の反発弾性が７０％を越えていた。

さらに、比較例３では、エステル濃度が８ｍｍｏｌ／ｇより小さいポリエステルポリオールを用いたポリウレタンであるが、良好なクリーニングができなかった。この試料は、ΔＲｂが３８％と反発弾性の温度依存性が比較的小さく、５０℃の反発弾性が７０％より小さいが、反発弾性の最小値が２０℃と０℃より高い値を示した。

この結果から、粒径が比較的大きく、粉砕型の形状の従来のトナーではクリーニング特性が良好であった、ポリエチレンアジペートやポリカプロラクトンを原料としたポリエステル系ウレタンでは、小粒径、真球度の高いトナーに対しては十分なクリーニング特性が得られず、このような小粒径、真球度の高いトナーに対しては本発明の条件を満足するポリウレタンを用いた方がより優れた特性が得られることがわかった。

表中のクリーニング特性は、クリーニングが良好にできたのを○、クリーニングができなかったのを×で示した。エッジの摩耗状態は、画像に支障をきたさない均一な摩耗をＯＫ、画像に不具合を生じる欠落などの不均一な摩耗をＮＧで示した。

試験例の結果を示すグラフである。

Claims

数平均分子量５００〜５０００で且つ下記式に定義したエステル濃度が６〜８ｍｍｏｌ／ｇの範囲にあるポリエステルポリオールからなる長鎖ポリオールと、ポリイソシアネートと、分子量５００未満の短鎖ポリオールとを用いて得られるポリウレタンからなると共に前記長鎖ポリオールの主成分が１，９−ノナンジオール及びメチル−１，８−オクタンジオールの少なくとも一方とアジピン酸との縮合によるポリエステルポリオールであるゴム弾性体であり、且つ前記ゴム弾性体の１０℃及び５０℃の反発弾性をそれぞれＲｂ_T10及びＲｂ_T50としたとき、下記式で表されるΔＲｂが、５５％以下であると共に前記ゴム弾性体の１０℃の反発弾性が１５％以上であり且つ５０℃の反発弾性が７０％以下であると共に−２０℃〜６０℃の温度範囲の反発弾性最小値が０℃以下にあることを特徴とする電子写真用ゴム部材。
請求項１において、前記ポリイソシアネートの主成分がジフェニルメタンジイソシアネートであることを特徴とする電子写真用ゴム部材。
請求項１又は２において、前記短鎖ポリオールの主成分が１，３−プロパンジオールであることを特徴とする電子写真用ゴム部材。
請求項１〜３の何れかにおいて、前記短鎖ポリオールがトリメチロールエタンを含むことを特徴とする電子写真用ゴム部材。
請求項１〜４の何れかにおいて、ブレード形状であることを特徴とする電子写真用ゴム部材。