JP4471160B2 - クリーニングブレード部材 - Google Patents
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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おり、高温でクリーニングブレードが摩耗してしまうという問題がある。
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エッジ部の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ことを目的とす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、特に高温環境下での耐摩耗性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。
本発明は、このような事情に鑑み、高温環境下でも耐摩耗性に優れた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、当該ポリウレタンが、６０℃での引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２以上、１０℃及び６０℃の引張強さをそれぞれＴ１０及びＴ６０としたときの下記式で表される引張強さ維持率ΔＴが４０％以上であり、さらに加硫遅延剤が用いられて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２の態様は、第１の態様において、前記ポリウレタンが、６０℃での３００％伸張時の引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２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、前記ポリウレタンが、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が１０℃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、前記短鎖ジオールとトリオールとが、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、下記式で表されるα値が０．７〜１．０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を用いたポリウレタンからなり、所定の引張強さを有するクリーニングブレードとすることにより、高温環境下（６０℃）でも耐摩耗性に優れ、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、当該ポリウレタンが、６０℃での引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２以上、好ましくは２５０ｋｇ／ｃｍ２以上で、１０℃及び６０℃の引張強さをそれぞれＴ１０及びＴ６０としたときの上記［数１］式で表される引張強さ維持率ΔＴが４０％以上であるクリーニングブレード部材であり、このような構成にすることにより、高温でも耐摩耗性に優れ、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という知見に基づくものである。６０℃での引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２未満やΔＴが４０％未満であると、耐摩耗性が悪くなる。
なお、所定の引張強さを有するポリウレタンにする方法は特に限定されないが、例えば、架橋剤中のトリオールの配合割合や、ポリイソシアネートの配合割合を多くすることにより行える。
また、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。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６０℃での３００％伸張時の引張強さは、２００ｋｇ／ｃｍ２以上であることが好ましい。２００ｋｇ／ｃｍ２未満であると耐磨耗性が悪くなり、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。
また、ポリウレタンのｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が１０℃以下であることが好ましい。１０℃より大きいと低温低湿環境でゴム性を失ってしまい、非常に欠け易くなる。
さらに、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（ＭＯＤ）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％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ｔａｎδのピーク温度が上がりすぎたり、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。
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、トリオールにも特に限定はなく、トリメチロールエタン（ＴＭＥ）、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）等の短鎖トリオールや、分子量がそれらよりも大きい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、例えば、数平均分子量＝４００〜１０００）等を挙げることができる。勿論、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ｔａｎδが上がりすぎたり欠け易くなる。
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を用い、所定の引張強さを有するポリウレタンとすることにより、高温環境下（６０℃）でも耐摩耗性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／トリメチロールエタン混合液（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。
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／トリメチロールエタン混合液（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）
トリメチロールエタンのかわりに分子量５００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。
トリメチロールエタンのかわりに分子量５００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）
トリメチロールエタンのかわりに分子量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。
トリメチロールエタンのかわりに分子量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４）
ポリカーボネートジオールのかわりに、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分子量２０００のポリカーボネートジオールと、１，９−ノナンジオール／２−メチル−１，８−オクタンジオール混合物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等量混合したものを用いた以外は、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。
ポリカーボネートジオールのかわりに、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分子量２０００のポリカーボネートジオールと、１，９−ノナンジオール／２−メチル−１，８−オクタンジオール混合物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等量混合したものを用いた以外は、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５）
トリメチロールエタンのかわりに分子量８００のカプロラクトン系トリオールを用い、ＭＤＩを５０重量部にした以外は、実施例４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。
トリメチロールエタンのかわりに分子量８００のカプロラクトン系トリオールを用い、ＭＤＩを５０重量部にした以外は、実施例４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６）
ポリカーボネートジオールのかわりに、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分子量２０００のポリカーボネートジオールと、分子量２０００のポリε−カプロラクトン系ジオールを等量混合したものを用い、ＭＤＩを５０重量部にした以外は、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。
ポリカーボネートジオールのかわりに、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分子量２０００のポリカーボネートジオールと、分子量２０００のポリε−カプロラクトン系ジオールを等量混合したものを用い、ＭＤＩを５０重量部にした以外は、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７）
トリメチロールエタンのかわりに分子量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６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。
トリメチロールエタンのかわりに分子量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６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用い、１，３−プロパンジオール／トリメチロールエタン混合液（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。
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用い、１，３−プロパンジオール／トリメチロールエタン混合液（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。
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）
ＭＤＩを３５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。
ＭＤＩを３５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。
（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、ゴム硬度（Ｈｓ）をＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、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）、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、２５℃での反発弾性（Ｒｂ）をＪＩＳ Ｋ６２５５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、引張強さ及び３００％伸張時の引張強さについては１０℃〜６０℃でも測定し、温度依存性についても評価した。結果を、表１及び表２に示す。
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、ゴム硬度（Ｈｓ）をＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して、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）、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、２５℃での反発弾性（Ｒｂ）をＪＩＳ Ｋ６２５５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、引張強さ及び３００％伸張時の引張強さについては１０℃〜６０℃でも測定し、温度依存性についても評価した。結果を、表１及び表２に示す。
（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、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及び表２に示す。
各実施例及び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及び表２に示す。
この結果、６０℃での引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２以上であり引張強さ維持率ΔＴが４０％以上である実施例１〜７のクリーニングブレードは、摩耗幅も小さくほとんど欠けもなく、長期間良好に使用できることが分かった。一方、ΔＴが４０％未満である比較例１では、欠けが発生し摩耗幅が大きかった。また、６０℃での引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２未満でΔＴが４０％未満である比較例２や、ポリオールがポリカーボネートジオールでありΔＴが４０％未満である比較例３では、欠けは発生しないが摩耗幅が大きかった。
Claims (5)
- 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、当該ポリウレタンが、６０℃での引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２以上、１０℃及び６０℃の引張強さをそれぞれＴ１０及びＴ６０としたときの下記式で表される引張強さ維持率ΔＴが４０％以上であり、さらに加硫遅延剤が用いられて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において、前記ポリウレタンが、６０℃での３００％伸張時の引張強さが２００ｋｇ／ｃｍ２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、前記ポリウレタンが、ｔａｎδ（１Ｈｚ）のピーク温度が１０℃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。
- 請求項１〜３の何れかにおいて、前記短鎖ジオールとトリオールとが、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、下記式で表されるα値が０．７〜１．０であることを特徴とするクリーニングブレード部材。
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