JP4428517B2

JP4428517B2 - クリーニングブレード部材

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Publication number: JP4428517B2
Application number: JP2004195520A
Authority: JP
Inventors: 匡洋大森; 修士阿部
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: JP2006017995A

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という問題がある。

ここで、ポリウレタンからなるクリーニングブレードとしては、５０℃における引張強度が１２ＭＰａ以上、ｔａｎδピーク温度が１５℃以下、硬度が８０°以下の硬化体とすることにより、低温環境下におけるクリーニング性を損なうことなく、高温環境下における欠けの発生が有効に防止され、広い温度域で良好なクリーニング性を発揮することができるクリーニングブレードが開発されている（特許文献１参照）。

また、数平均分子量が１０００〜３０００である２官能ポリオールと、数平均分子量が９２〜９８０の３官能ポリオールとを、平均官能基数が２.０２〜２.２０となる比率に混合した混合ポリオールに、イソシアネート基の含量が５〜２０％となる量のジイソシアネート化合物を混合したプレポリマーに、ＯＨ基／ＮＣＯ基の当量比が０.９０〜１.０５となる量の架橋剤と、前記プレポリマー１００重量部に対して０.０１〜１.０重量部の反応促進剤とを混合し反応させて得られるポリウレタンシートを用いる電子写真装置用ブレードがある（特許文献２参照）。

しかしながら、これらのブレードでは、耐摩耗性等の面で満足が得られず、更なる特性の向上が望まれている。

特開２００１−２６５１９０号公報特開平９−２７４４１６号公報

本発明は、このような事情に鑑み、耐摩耗性等に優れ長期間使用でき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。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、ポリカーボネートジオールと、ポリイソシアネートと、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並びに分子量３００〜２５００のトリオール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、前記ポリウレタンが、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が５℃以下に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。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記ポリウレタンの２５℃での３００％伸張時の引張強さが２５０ｋｇ／ｃｍ^２以上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。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記ポリウレタンの２５℃での反発弾性が４０％以下であり、且つ０〜５０℃の範囲における最低値が０℃に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。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、さらに加硫遅延剤を用い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５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記ポリウレタンの永久伸びが２．５％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。

本発明は、ポリカーボネートジオール及び特定の架橋剤を用いたポリウレタンからなりｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が５℃以下のクリーニングブレード部材であり、耐摩耗性等に優れ長期間使用できる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、ポリカーボネートジオールと、ポリイソシアネートと、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並びに分子量３００〜２５００のトリオールを含む架橋剤とを用いて形成されるポリウレタンという構成にすることにより、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が５℃以下にあるクリーニングブレード部材となり、低温低湿環境でもゴム性を維持でき、欠けの発生しにくいクリーニングブレードとなるという知見に基づくものである。さらに、このような構成にすると低反発弾性で高強度にもなるため、耐摩耗性に優れ、クリーニングブレードのロングライフ化を図ることができる。なお、アジピン酸等の二塩基酸とジオール成分との脱水縮合により得られるポリエステルポリオールや、カプロラクトン系のポリオールを用いて低反発弾性のポリウレタンとした場合、低いｔａｎδピーク温度や高強度を実現することはできない。

さらに、加硫遅延剤を用いてポリウレタンを形成することが好ましい。ポリカーボネートジオールは反応速度が早いので、加硫遅延剤を用いることにより、ポットライフを長くして作業性を良くし、かつ品質を安定させるためである。なお、本発明ではポリカーボネートジオールを用いているため、反応促進剤を使用することはできない。加硫遅延剤に特に制限はないが、モノブチルホスフェート等のリン酸や、アミン系化合物などの遅延活性触媒を挙げることができ、配合割合も特に限定されないが、例えばポリオール１００重量部に対して０．０１〜１重量部用いることが好ましい。

ポリウレタンの２５℃での３００％伸張時の引張強さは、２５０ｋｇ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。２５０ｋｇ／ｃｍ^２未満であると耐摩耗性が悪くなる傾向があり、少ない通紙枚数でエッジが欠けたり、白抜け等の画像不良が起こる場合がある。

また、ポリウレタンの２５℃での反発弾性は４０％以下で、０〜５０℃の範囲における最低値が０℃にあることが好ましい。反発弾性が低いと耐摩耗性に優れたクリーニングブレードとなる。また、反発弾性が０〜５０℃の間で極小値を持たない、すなわち、ガラス転移点をもたないと、低温でもゴム特性を維持できる。

ポリウレタンの永久伸びは、２．５％以下であることが好ましい。２．５％より大きいと、クリーニングブレードの使用時にエッジ部のへたりが大きくなり、線圧が低下してクリーニング性能が悪化してしまうためである。

本発明のクリーニングブレード部材は、ポリカーボネートジオールを主成分とするポリオールと、ポリイソシアネートと、短鎖ジオール及び分子量３００〜２５００のトリオールを含む架橋剤とを用いて形成される。まず、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。ジオール成分（ベースジオール）は特に限定されないが、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール（ＨＤ）、メチルペンタンジオール、ノナンジオール（ＮＤ）、メチルオクタンジオール等を挙げることができる。二種以上を混合して用いてもよい。

また本発明では、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、ポリオール中１００〜３０重量％であるのが好ましい。他のポリオールとしては、アジピン酸等の二塩基酸と上記と同様のジオール成分との脱水縮合により得られるポリエステルポリオールや、カプロラクトン系のポリオール等を挙げることができる。

ポリオールの配合割合は、ポリウレタン中に６０〜８０重量％であるのが好ましい。

ポリ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。ポリイソシアネートの配合割合は、ポリウレタン１００重量部に対して３０〜８０重量部であることが好ましい。３０重量部未満では引張強さが不十分になる場合があるからであり、８０重量部より多いと永久伸びが大きくなりすぎる。

α値は０．７〜１．０であることが好ましい。α値とは、下記式で表される値である。α値が、１．０より大きいと架橋剤の水酸基が残存するため当接する感光体等が汚染してしまい、０．７未満では架橋密度が少なすぎて強度が不充分となったり、残存イソシアネートの失活に時間がかかり感光体汚染する場合がある。

本発明で架橋剤として用いるトリオールは、分子量が３００〜２５００、好ましくは３００〜１５００、さらに好ましくは４５０〜１２５０の長鎖トリオールである。トリオールとして、例えば下記式で表されるカプロラクトン系トリオール（εカプロラクトンから合成されるトリオール）等を挙げることができる。一方、トリオールと共に架橋剤として用いる短鎖ジオールには特に限定はないが、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。なお、短鎖ジオールも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：トリオール＝５０：５０〜９５：５であることが好ましい。トリオールが少ないと永久伸びが大きくなりすぎ、トリオールが多すぎると欠け易くなる。

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や加硫遅延剤を配合し、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。

本発明によると、ポリカーボネートジオール及び特定の架橋剤を用いたポリウレタンからなりｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度を５℃以下とすることにより、耐摩耗性等に優れた長期間使用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（１，６ＨＤ）を使用した分子量２０００のポリカーボネートジオール１００重量部と、ＭＤＩ４０重量部および架橋剤としての１，３−プロパンジオール／分子量５００のカプロラクトン系トリオール混合液（８０／２０）とをα値が０．９５となるように配合し加硫遅延剤として大八化学工業社製のＭＰ−４（モノブチルホスフェート）０．０５重量部を添加して、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カーボネートジオールは約６０重量％とした。

（実施例２）
分子量５００のカプロラクトン系トリオールのかわりに分子量８００のカプロラクトン系トリオールを用いた以外は、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。

（実施例３）
分子量５００のカプロラクトン系トリオールのかわりに分子量１２００のカプロラクトン系トリオールを用い、ＭＤＩを５０重量部とした以外は、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）
分子量５００のカプロラクトン系トリオールのかわりに分子量２０００のカプロラクトン系トリオールを用い、ＭＤＩを５０重量部とした以外は、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）
ポリカーボネートジオールのかわりに分子量２０００のポリε−カプロラクトン系ジオールを、１，３−プロパンジオール／分子量５００のカプロラクトン系トリオール混合液（８０／２０）のかわりに１，４−ブタンジオール／トリメチロールプロパン混合液（８０／２０）を用い、ＭＤＩを５０重量部とした以外は実施例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２）
ポリカーボネートジオールのかわりに、１，９−ノナンジオールとアジピン酸とから得た分子量２０００のポリエステルジオールを、分子量５００のカプロラクトン系トリオールのかわりにトリメチロールエタンを用いた以外は、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。

（比較例３）
ベースジオールとして１，６−ヘキサンジオール（１，６ＨＤ）を使用した分子量２０００のポリカーボネートジオール１００重量部と、ＭＤＩ６０重量部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（８５／１５）とをα値が０．９５となるように配合し加硫遅延剤として大八化学工業社製のＭＰ−４（モノブチルホスフェート）０．０５重量部を添加して、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）
各実施例及び各比較例のテストサンプルについて、２３℃において、ゴム硬度（Ｈｓ）をＪＩＳＫ６２５３に準拠して、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）、３００％伸張時の引張強さ（３００％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、２５℃での反発弾性（Ｒｂ）をＪＩＳＫ６２５５に準拠したリュプケ式反発弾性試験装置により測定した。また、ｔａｎδをセイコーインスツルメンツ社製熱分析装置ＥＸＳＴＡＲ６０００ＤＭＳ粘弾性スペクトロメータで１Ｈｚにて測定し、ピーク温度を求めた。さらに、硬度及び反発弾性については０℃〜５０℃でも測定した。結果を、表１、図１及び図２に示す。

（試験例２）
各実施例及び各比較例のクリーニングブレードを、加速試験機（トナーを介在させず有機感光体に実機相当の当接圧・角度でブレードをセットし、周速１００〜３００ｒｐｍで連続回転させる装置）に取り付け感光体に当接させて、室温（２５℃前後）にて、普通紙Ａ４タテ３００００枚通紙相当のランニング（約１０時間）後、各クリーニングブレードのエッジをビデオマイクロスコープで拡大観察した。結果を表１に示す。

この結果、実施例１〜４のクリーニングブレードは、摩耗幅も小さく欠けもなかった。一方、カプロラクトン系ポリオールを用いた比較例１では、欠けが発生し摩耗幅が大きかった。また、ポリエステルポリオールを用いた比較例２では、欠けは発生しないが摩耗幅が大きかった。短鎖トリオールを用いた比較例３では、非常に大きな欠けが発生し、さらにエッジが塑性変形した。

試験例１の結果を示す図である。試験例１の結果を示す図である。

Claims

ポリカーボネートジオールと、ポリイソシアネートと、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並びに分子量３００〜２５００のトリオール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、前記ポリウレタンが、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が５℃以下にあ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において、前記ポリウレタンの２５℃での３００％伸張時の引張強さが２５０ｋｇ／ｃｍ^２以上であ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、前記ポリウレタンの２５℃での反発弾性が４０％以下であり、且つ０〜５０℃の範囲における最低値が０℃にあることを特徴とするクリーニングブレード部材。
請求項１〜３の何れかにおいて、さらに加硫遅延剤を用いることを特徴とするクリーニングブレード部材。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記ポリウレタンの永久伸びが２．５％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。