JP4420321B2 - クリーニングブレード部材 - Google Patents

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ブレード部材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、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）。

しかしながら、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、クリーニングブレード部材としては、更なる反発弾性の温度依存性の低減や硬度の温度依存性の低減が求められている。

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

本発明は、このような事情に鑑み、機械的強度等の特性を維持しつつ、反発弾性及び硬度の温度依存性の低い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。

前記課題を解決する本発明は、トナー付着体上の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であって、ノナンジオール及びメチルオクタンジオールから選択される少なくとも一種のジオール成分とセバシン酸及びアゼライン酸から選択される少なくとも一種の二塩基酸との脱水縮合により得られたポリエステルポリオールと、ポリイソシアネートと共に、主成分として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とを有する架橋剤を添加して反応して得られるポリウレタンからなり、当該ポリウレタンの１０℃及び５０℃の反発弾性Ｒｂ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４０％以下であり、かつ前記ポリウレタンの１０℃及び５０℃の硬度ＨｓをそれぞれＨｓ_Ｔ１０及びＨｓ_Ｔ５０としたとき、下記式で表されるΔＨｓが、３°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_Ｔ５０−Ｒｂ_Ｔ１０

[数２]
ΔＨｓ（°）＝Ｈｓ_Ｔ１０−Ｈｓ_Ｔ５０

かかる本発明では、従来のポリウレタンの高強度といった優れた特性を維持しつつ、反発弾性及び硬度の温度依存性を低減したクリーニングブレード部材を提供することができる。

すなわち、本発明は、ポリウレタンの原料は種々の物質があり、さまざまなポリウレタンとすることができるが、特定の組み合せである、ノナンジオール及びメチルオクタンジオールから選択される少なくとも一種のジオール成分とセバシン酸及びアゼライン酸から選択される少なくとも一種の二塩基酸との脱水縮合により得られたポリエステルポリオールと、ポリイソシアネートと共に、主成分として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とを有する架橋剤を添加して反応して得られるポリウレタンとすると、反発弾性及び硬度の温度依存性が大幅に低減し、上記式で定義したΔＲｂが４０％以下、ΔＨｓが３°以下となり、広い温度領域での感光体等のクリーニングが可能になるという知見に基づくものである。さらにこのポリウレタンは、引張強さ及び引裂強さ等にも優れ高強度であり、従来のジオール成分とアジピン酸等との脱水縮合により得られるポリオールやカプロラクトン系ジオールを原料とした従来のポリウレタンからなるクリーニングブレード部材の高強度という特性も兼ね備えたものである。なお、本発明のポリウレタンのゴム硬度は、ＪＩＳ Ａで５０〜９０°であるのが好ましい。

まず、本発明で長鎖ポリオールとして用いるポリエステルポリオールは、ノナンジオール（ＮＤ）及びメチルオクタンジオール（ＭＯＤ）から選択される少なくとも一種のジオール成分とセバシン酸及びアゼライン酸から選択される少なくとも一種の二塩基酸との脱水縮合により得られたものとする。ここで、ノナンジオールの代表的なものは１，９−ノナンジオールであり、また、メチルオクタンジオールの代表的なものは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。

なお、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、上記ジオール成分と二塩基酸との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エステルポリオールとすることもできる。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。

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。

架橋剤は、主成分として二官能のプロパンジオール（ＰＤ）及びブタンジオール（ＢＤ）の少なくとも一方と、三官能である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）の少なくとも一方とを有する。勿論、二種以上混合して用いてもよい。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。なお、トリメチロールエタン及びトリメチロールプロパンは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ものである。この架橋剤の主成分の配合割合は特に限定されないが、二官能：三官能＝５０：５０〜９５：５であることが好ましく、より好ましくは７０：３０〜９０：１０である。

上述したポリエステルポリ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、耐摩耗性に優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、クリーニングブレード部材として要求される機械的特性を維持した上で、反発弾性及び硬度の温度依存性が著しく小さいものとなり、低温から高温に亘って安定した性能を発揮でき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、反発弾性の温度依存性が少なく、かつ硬度の環境による変化が少ない高機能な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）
１，９−ノナンジオールと２−メチル−１，８−オクタンジオールとセバシン酸とからポリエステルポリオールを得、このポリエステルポリオールと、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）
架橋剤として、１，３−プロパンジオール／トリメチロールプロパン混合液の代わりに、１，４−ブタンジオール／トリメチロールエタン混合液を用いた以外は、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２）
１，９−ノナンジオールと２−メチル−１，８−オクタンジオールとアジピン酸とからポリエステルポリオールを得、このポリエステルポリオールと、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３）
１，９−ノナンジオールと２−メチル−１，８−オクタンジオールとアジピン酸とからポリエステルポリオールを得、このポリエステルポリオールと、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４）
１，６−ヘキサンジオールと水添ダイマー酸とからポリエステルポリオールを得、このポリエステルポリオールと、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を用いて、比較例２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）
各実施例及び各比較例のテストサンプルについて、１０℃〜５０℃の反発弾性を測定してその温度依存性を評価した。反発弾性（Ｒｂ）はＪＩＳ Ｋ６２５５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（Ｈｓ）をＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して１０℃〜５０℃で測定し温度依存性を評価した。さらに、２３℃において、ヤング率をＪＩＳ Ｋ６２５４で２５％伸長により、１００％伸張時の引張強さ（１００％Ｍｏｄｕｌｕｓ）、３００％伸張時の引張強さ（３００％Ｍｏｄｕｌｕｓ）、引張強さ及び切断時の伸びをＪＩＳ Ｋ６２５１に準じて、引裂強さをＪＩＳ Ｋ６２５２、１００％永久伸びをＪＩＳ Ｋ６２６２に準じて測定した。結果を、表１、図１及び図２に示す。

この結果より、セバシン酸を用いた実施例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４０％以下であった。また、比較例４のテストサンプルは、反発弾性の温度依存性は良好な値を示したが、硬度の温度依存性が大きかった。これより、セバシン酸を用いた実施例１及び２のテストサンプルは、反発弾性及び硬度の温度依存性に良好な値を示すことが明らかになった。なお、実施例の一般物性は比較例同様に優れていた。

（試験例２）
実施例１〜２及び比較例１〜４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に示す。

この結果、セバシン酸を用いた実施例１及び２は、全環境でクリーニング性が良好で、摩耗幅も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悪く摩耗幅も大きかった。また、比較例２はＬＬ環境下でのクリーニング性が良好ではなく、なおかつ摩耗幅がやや大きく実施例のクリーニングブレードよりも耐久性に劣っていた。比較例３はモジュラスや引裂強度が低いためクリーニング性が悪く、比較例４は硬度の温度依存性が大きいためＬＬで硬度が上がりすぎて良好にクリーニングすることができなかった。

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 (1)

1. トナー付着体上の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であって、ノナンジオール及びメチルオクタンジオールから選択される少なくとも一種のジオール成分とセバシン酸及びアゼライン酸から選択される少なくとも一種の二塩基酸との脱水縮合により得られたポリエステルポリオールと、ポリイソシアネートと共に、主成分として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とを有する架橋剤を添加して反応して得られるポリウレタンからなり、当該ポリウレタンの１０℃及び５０℃の反発弾性Ｒｂ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４０％以下であり、かつ前記ポリウレタンの１０℃及び５０℃の硬度ＨｓをそれぞれＨｓ_Ｔ１０及びＨｓ_Ｔ５０としたとき、下記式で表されるΔＨｓが、３°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_Ｔ５０−Ｒｂ_Ｔ１０
   [数２]
   ΔＨｓ（°）＝Ｈｓ_Ｔ１０−Ｈｓ_Ｔ５０
   

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