JP4420320B2

JP4420320B2 - クリーニングブレード部材

Info

Publication number: JP4420320B2
Application number: JP2003430944A
Authority: JP
Inventors: 匡洋大森; 修士阿部
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2004220018A

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。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、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。

そこで、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が開発されている（例えば、特許文献１参照）。近年の機器のコンパクト化に伴い機器内の温度も上昇しやすくなるため、このような反発弾性の温度依存性の低減はますます求められているものである。

また、高反発弾性では接触して弾性変形した状態と未変形状態との間で振動するように変形してクリーニングするので、特に転写ベルトのような弾性体も対象としたクリーニングブレード部材とする場合には、低い反発弾性が求められている。このような低反発弾性のポリウレタンとするためには、ポリウレタンの原料であるポリオールとして例えば非結晶性の２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオールを用いて分子構造を乱すという方法がある。

しかしながら、このような分子構造を乱す方法による低反発弾性のポリウレタンはクリーニングブレード部材とした場合、機械的強度が不十分であった。

欧州特許出願公開第１１８０７３１号明細書（段落番号［０００８］〜［００１３］等）

特許３２５４００６号公報（［０００７］等）特開平８−３６３３８号公報（段落番号［００６４］等）

本発明は、このような事情に鑑み、超低反発弾性で且つ優れた機械的強度を有するクリーニングブレード部材を提供することを課題とする。

なお、ポリカーボネートポリオールを主成分とするポリオールから調製されたポリウレタンゴムからなる延伸仮撚機の仮撚ユニットに使用されるポリウレタン性ディスクが発明されている（特許文献２参照）。しかしながら、樹脂あるいは樹脂に近いポリウレタンであり、クリーニングブレード部材として使用できる弾性体としては物性が不十分なものである。また、ポリカーボネートジオールを主成分とした熱可塑性クリーニングブレードが発明されている（特許文献３参照）。しかしながら、これは三次元架橋されていないので、クリープや応力緩和などの特性に劣ると考えられる。

前記課題を解決する本発明の第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、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール及びメチルペンタンジオールから選択される少なくとも一種をベースジオールとするポリカーボネートジオールと、ポリイソシアネートと、短鎖ジオールと短鎖トリオールとを含む架橋剤とを用いて形成されるポリウレタンからなり、当該ポリウレタンが、１００％永久伸びが３％以下、２００％モジュラスが９０ｋｇ／ｃｍ^２以上、引裂強さが６０ｋｇ／ｃｍ以上、２５℃での反発弾性Ｒｂ_Ｔ２５が２０％以下、１０℃から５０℃の間での反発弾性の最大値をＲｂ_ｍａｘ、最小値をＲｂ_ｍｉｎとしたときの下記式で表されるΔＲｂが４０％以下であることを特徴とするクリーニングブレード部材にある。

[数１]
ΔＲｂ（％）＝Ｒｂ_ｍａｘ−Ｒｂ_ｍｉｎ

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記架橋剤が、プロパンジオール及びブタンジオールの少なくとも一方の短鎖ジオールとトリメチロールエタン及びトリメチロールプロパンの少なくとも一方の短鎖トリオールとを主成分とす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３の態様は、第１又は２の態様において、前記ポリカーボネートジオールが、１，６−ヘキサンジオール又は３−メチル−１，５−ペンタンジオールをベースジオールとすることを特徴とするクリーニングブレード部材にある。

かかる本発明では、高強度で且つ超低反発弾性であるクリーニングブレード部材を提供することができる。また、ポリカーボネートジオールを用いているため、耐熱性にも優れたクリーニングブレードである。

本発明は、高結晶性のポリカーボネートジオールを用いたポリウレタンとすることにより、高強度且つ低反発弾性なクリーニングブレード部材を実現したものである。

すなわち本発明は、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール及びメチルペンタンジオールから選択される少なくとも一種をベースジオールとするポリカーボネートジオールと、ポリイソシアネートと、短鎖ジオール及び短鎖トリオールとを含む架橋剤とを用いて形成されるポリウレタンとすると、１００％永久伸びが３％以下、２００％モジュラスが９０ｋｇ／ｃｍ^２以上、引裂強さが６０ｋｇ／ｃｍ以上、２５℃での反発弾性Ｒｂ_Ｔ２５が２０％以下、１０℃から５０℃の間での反発弾性の最大値および最小値をそれぞれＲｂ_ｍａｘ及びＲｂ_ｍｉｎとしたときの上記式で表されるΔＲｂが４０％以下となり、クリーニングブレード部材に好適に用いることができるという知見に基づくものである。引裂強さが６０ｋｇ／ｃｍ以上と高強度であるため、耐摩耗性に優れたクリーニングブレード部材となる。なお、引張強さは３００ｋｇ／ｃｍ^２以上とすることもできる。

アジピン酸とジオール成分を反応させて得られるポリエステルポリオールやカプロラクトン系ポリエステルポリオールを原料としたポリウレタンとは異なり、本発明のクリーニングブレード部材の１００％永久伸びや２００％モジュラス等のゴム特性は高温領域でも維持されるものであり、且つ反発弾性の温度依存性も低いため、本発明のクリーニングブレード部材は広範囲の温度領域で好適に使用できる。ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール及びメチルペンタンジオールから選択される少なくとも一種をベースジオールとするポリカーボネートジオールとしているため、反発弾性が特に低くなる。また、超低反発弾性であるので、クリーニングブレードが変形した状態で被クリーニング体に摺接したままトナーを除去するように変形するため、特に転写ベルトのような弾性体に対するクリーニングブレード部材として好適に用いることができる。

まず、本発明では長鎖ポリオールとしてポリカーボネートジオールを用いる。ポリカーボネートジオールは、ジオール成分とジアルキルカーボネートとを反応させることによって得られるが、本発明では、ジオール成分（ベースジオール）として、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール及びメチルペンタンジオールから選択される少なくとも一種を用いる。特に１，６−ヘキサンジオール又は３−メチル−１，５−ペンタンジオールをベースジオールとすることが好ましい。

ポリカーボネートジ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）などを挙げることができる。特に、好適なものはＭＤＩである。

架橋剤は、少なくとも短鎖ジオールと短鎖トリオールとを用いる必要がある。架橋剤として芳香族系アルコール又はアミンを用いると、得られるポリウレタンは樹脂あるいは樹脂に近い性質となり、クリーニングブレード部材として使用できる弾性体ではなくなる。一方、短鎖ジオールのみを架橋剤として用いると、永久伸びが大きくなってしまいクリーニングブレード部材として使用できなくなってしまうので、クリープや応力緩和などの特性を改良するために、三次元架橋を行うための短鎖トリオールも必要である。

短鎖ジオールに特に限定はないが、プロパンジオール（ＰＤ）及びブタンジオール（ＢＤ）の少なくとも一方を有することが好ましい。ここで、プロパンジオールとしては１，３−プロパンジオールが、ブタンジオールとしては１，４−ブタンジオールが代表的なものであり、１，３−プロパンジオール及び１，４−ブタンジオールは性能およびコスト面で好適であるが、これに限定されるものではない。また、短鎖トリオールにも特に限定はないが、トリメチロールエタン（ＴＭＥ）及びトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）の少なくとも一方を有することが好ましい。勿論、短鎖ジオールも短鎖トリオールもそれぞれ二種以上混合して用いてもよい。この架橋剤の主成分の配合割合は特に限定されないが、重量比で短鎖ジオール：短鎖トリオール＝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。

上述したポリカーボネートジ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。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。

また、本発明では、上述した所定のポリカーボネートジオールの他、本発明の効果を損なわない範囲で他の長鎖ポリオールを併用することができるが、併用する場合には、ポリカーボネートジオールの含有量は、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。

本発明のポリウレタンを用いると、超低反発弾性で且つ優れた物性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。

以上説明したように、本発明によると、超低反発弾性で且つ優れた物性を有するクリーニングブレード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）
ベースジオールとして１，６−ヘキサンジオール（ＨＤ）を使用したポリカーボネートジオールと、ＭＤＩおよび架橋剤としての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硬度７６°を狙って配合し、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カーボネートジオールは約６０重量％とした。

（実施例２）
硬度７０°を狙って配合した以外は、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。

（実施例３）
ベースジオールとして、１，５−ペンタンジオール（ＮＰＤ）と１，６−ヘキサンジオールを５０：５０でブレンドしたものを使用した以外は、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）
ベースジオールとして、１，６−ヘキサンジオールと１，４−ブタンジオール（ＢＤ）を７０：３０でブレンドしたものを使用した以外は、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５）
ベースジオールとして、３−メチル−１，５−ペンタンジオール（ＭＰＤ）を使用した以外は、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）
ε−カプロラクトン系のポリエステルジオールと、ＭＤＩおよび架橋剤としての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硬度７６°を狙っ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エステルジオールは約６０重量％とした。

（比較例２）
２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオールとアジピン酸とからポリエステルジオールを得、このポリエステルジオールと、ＭＤＩおよび架橋剤としての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エステルジオールは約６０重量％とした。

（比較例３）
ベースジオールとして１，６−ヘキサンジオールを使用したポリカーボネートジオールと、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）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とを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カーボネートジオールは約６０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、２３℃において、ヤング率をＪＩＳＫ６２５４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）、引張強さ及び切断時の伸びをＪＩＳＫ６２５１に準じて、引裂強さをＪＩＳＫ６２５２、１００％永久伸びをＪＩＳＫ６２６２に準じて測定した。また、反発弾性（Ｒｂ）をＪＩＳＫ６２５５に準拠したリュプケ式反発弾性試験装置により、ゴム硬度（Ｈｓ）をＪＩＳＫ６２５３に準拠して、１０℃〜５０℃で測定して、温度依存性についても評価した。結果を、表１、表２、図１及び図２に示す。

この結果より、実施例１〜５のテストサンプルは、比較例１〜３のものと比較して、超低反発弾性で且つ強度等の一般物性が良好であり、反発弾性の温度依存性も４０％以下と小さいことがわかった。また、実施例の硬度の温度依存性は比較例同様に優れていることも確認できた。

これに対しカプロラクトンを原料とした比較例１では、十分な低反発弾性が得られなかった。また、比較例２の分子構造を乱すという方法により低反発弾性のポリウレタンとしたものは、２５℃の反発弾性は１９％と十分低かったが、引張強さや２００％モジュラスなどの強度が不十分であった。比較例３は、イソシアネートをＮＤＩとすると、永久伸びが極端に大きいため、クリーニングブレード部材として使用できないことが分かった。

（試験例２）
実施例１〜５及び比較例１〜３のクリーニングブレードをレーザービームプリンタ（ＬＢＰ）に取り付け、ＬＬ（１０℃×３０％ＲＨ）、ＮＮ（２３℃×５５％ＲＨ）、ＨＨ（３０℃×８０％ＲＨ）の各環境下にて２４時間放置（シーズニング）した後、各環境下にて普通紙Ａ４タテ（外枠のみのプリント出力）を１００００枚通紙して画出した紙を観察し、○：汚れがなかった、△：時折白スジや黒点の汚れがみられた、×：頻繁に白スジや黒点の汚れがみられた、としてクリーニング性を評価した。また、通紙前後のクリーニングブレードの長さの変化量（摩耗幅）も求めた。結果を表１、表２に示す。

この結果、実施例１〜５は、全環境で概ねクリーニング性が良好で、高モジュラスのため摩耗幅も概ね小さく耐久性にも優れていた。一方、比較例１はクリーニング性がＬＬで悪く、摩耗幅も大きかった。また、比較例２はクリーニング性が悪く摩耗幅も大きく、比較例３は全環境でクリーニング性が悪かった。

反発弾性の温度依存性を示すグラフである。硬度の温度依存性を示すグラフである。

Claims

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、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール及びメチルペンタンジオールから選択される少なくとも一種をベースジオールとするポリカーボネートジオールと、ポリイソシアネートと、短鎖ジオールと短鎖トリオールとを含む架橋剤とを用いて形成されるポリウレタンからなり、当該ポリウレタンが、１００％永久伸びが３％以下、２００％モジュラスが９０ｋｇ／ｃｍ^２以上、引裂強さが６０ｋｇ／ｃｍ以上、２５℃での反発弾性Ｒｂ_Ｔ２５が２０％以下、１０℃から５０℃の間での反発弾性の最大値をＲｂ_ｍａｘ、最小値をＲｂ_ｍｉｎとしたときの下記式で表されるΔＲｂが４０％以下であることを特徴とするクリーニングブレード部材。
[数１]
ΔＲｂ（％）＝Ｒｂ_ｍａｘ−Ｒｂ_ｍｉｎ
請求項１において、前記架橋剤が、プロパンジオール及びブタンジオールの少なくとも一方の短鎖ジオールとトリメチロールエタン及びトリメチロールプロパンの少なくとも一方の短鎖トリオールとを主成分とすることを特徴とするクリーニングブレード部材。
請求項１又は２において、前記ポリカーボネートジオールが、１，６−ヘキサンジオール又は３−メチル−１，５−ペンタンジオールをベースジオールとすることを特徴とするクリーニングブレード部材。