JP4812094B2 - クリーニングブレード - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機等の感光ドラム外周面に残留するトナーを除去するためのクリーニングブレードに関するものである。

複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真複写機としては、感光ドラム外周面を一様に帯電させ、ついで被複写体の複写像を介してその外周面を露光することにより、上記外周面上に静電潜像を形成し、この静電潜像に、帯電されたトナーを付着させてトナー像を形成し複写紙等に転写することにより複写を行う形式のものが一般的である。

このような電子写真複写機では、トナー像の転写後に、感光ドラム外周面上にトナーが残留するため、例えば図２に示すように、感光ドラム８外周面に、板状保持具２２に支持されたクリーニングブレード２１を摺接し、その摺接部２１ａで残留トナーを掻き落として除去することが行われている。

上記クリーニングブレード２１に用いられる弾性体としては、耐摩耗性等の力学的特性に優れるポリウレタン樹脂が賞用されている。しかしながら、このようなポリウレタン樹脂からなるクリーニングブレード２１は、長期にわたって使用すると、感光ドラムと摺接するクリーニングブレード２１のエッジ部が摩耗してしまい、残留トナーの除去を良好に行えないという問題がある。

そこで、上記クリーニングブレード２１の耐摩耗性を向上させるために、ポリウレタン樹脂表面を低摩擦化させる方法として様々な試みがなされている。例えば、ポリウレタン樹脂表面をコーティングする方法（例えば、特許文献１，２参照）等があげられる。
特開平４−２６００８４号公報 特開平４−２１２１９０号公報

しかしながら、上記ポリウレタン樹脂表面をコーティングする方法は、初期の低摩擦化に関してはある程度の効果を奏するが、長期間使用すると、感光ドラムと摺接するクリーニングブレードのエッジ部が摩耗したり、欠けが生じたりするため、長期にわたって優れたエッジ精度が得られず、クリーニング不良が起きるという問題がある。そのため、従来のポリウレタン樹脂製クリーニングブレードは、電子写真複写機の使用環境の多様化に伴った、低温から高温（例えば、１５℃から３２℃程度）環境下までのトナー掻き取り性を、長期間にわたり安定して確保し難かったのが実情である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、優れた耐摩耗性および耐欠け性を備えたクリーニングブレードの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明のクリーニングブレードは、ポリイソシアネートと、ポリオールと、下記の一般式（１）で表される化合物を含有するポリウレタン組成物の硬化体からなるという構成をとる。

本発明者らは、優れた耐摩耗性および耐欠け性を備えたクリーニングブレードを得るべく、鋭意研究を重ねた。その結果、従来は、イソシアネートとポリオールのＯＨ基との硬化（架橋）反応によりポリウレタン硬化体を作製していたところ、これに加えて、フルオレン骨格を有する上記特殊な構造を備えた化合物を併用し、この特定の化合物を併用して硬化反応を行わせ、ポリウレタン構造とすることにより、弾性および硬度が適正範囲となり、特に高温高湿時においても、クリーニングブレードのエッジ部の摩耗や欠けが生じにくくなることを見出し、本発明に到達した。

このように、本発明のクリーニングブレードは、フルオレン骨格を有する前記特定の化合物を用いて硬化してなるポリウレタン構造をとるため、弾性および硬度が適正範囲に形成されることとなる。その結果、低温低湿環境下はもちろん、特に高温高湿時において、クリーニングブレードのエッジ部の摩耗や欠けが生じにくくなるため、優れた耐摩耗性および耐欠け性を備えるようになる。そのうえ、クリーニングブレードの長さ方向の中央部を中心としたへこみがなくなり、両端部の耳立ちがなくなるため、寸法精度が向上するという効果も奏する。したがって、本発明のクリーニングブレードを実機に組み込んでの高温高湿条件下における耐久試験を行った場合、優れた画像を得ることができるようになる。

そして、上記特定の化合物の含有量を特定の範囲に設定すると、良好な低温クリーニング性を保持したまま、高温高湿時の耐摩耗性や耐欠け性が一層向上する。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。

本発明のクリーニングブレードは、例えば、図１に示すように、ポリウレタン組成物硬化体１からなり、板状保持具２に支持されて、その使用に供されるものである。

上記ポリウレタン組成物硬化体１の形成材料であるポリウレタン組成物は、ポリイソシアネートと、ポリオールと、分子構造中にフルオレン骨格を有する特定の化合物とを用いて得られる。

上記ポリイソシアネートとしては、特に限定するものではなく、例えば、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、３，３′−ビトリレン−４，４′−ジイソシアネート、３，３′−ジメチルジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネートウレチジンジオン（２，４−ＴＤＩの二量体）、１，５−ナフチレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、４，４′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（水添ＭＤＩ）、カルボジイミド変性ＭＤＩ、オルトトルイジンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル等のジイソシアネート、トリフェニルメタン−４，４′，４″−トリイソシアネート等のトリイソシアネート、ポリメリックＭＤＩ等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらポリイソシアネートのなかでも、耐摩耗性の観点から、ＭＤＩが好適に用いられる。

上記ポリイソシアネートとともに用いられるポリオールとしては、特に限定するものではなく、例えば、ポリエステルジオール，ポリエステルトリオール等のポリエステルポリオール、ポリカプロラクトン，ポリカーボネート，ポリオキシテトラメチレングリコール，ポリオキシプロピレングリコール等のポリエーテルポリオール等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記ポリエステルポリオールとしては、多塩基性有機酸とポリオールとから製造され、水酸基を末端基とするヒドロキシルポリエステルポリオールが好適に用いられる。上記多塩基性有機酸としては、例えば、シュウ酸，コハク酸，グルタル酸，アジピン酸，ピメリン酸，スベリン酸，アゼライン酸，セバシン酸，イソセバシン酸等の飽和脂肪酸、マレイン酸，フマル酸等の不飽和脂肪酸、フタル酸，イソフタル酸，テレフタル酸等の芳香族酸等のジカルボン酸、無水マレイン酸，無水フタル酸等の酸無水物、テレフタル酸ジメチル等のジアルキルエステル、不飽和脂肪酸の二量化によって得られるダイマー酸等があげられる。上記多塩基性有機酸とともに用いるポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキシレングリコール等のジオールや、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、グリセリン等のトリオールや、ソルビトール等のヘキサオール等があげられる。

また、上記ポリエーテルポリオールとしては、環状エーテルの開環重合または共重合によって製造されるものが好適に用いられる。上記環状エーテルとしては、例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、トリメチレンオキサイド、ブチレンオキサイド、α−メチルトリメチレンオキサイド、３，３′−ジメチルトリメチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキサミン等があげられる。

そして、本発明において、上記一連のポリオールのなかでも、耐摩耗性の観点から、ジカルボン酸とジオールとから得られるポリエステルポリオールが、好適に用いられる。より好ましくは、ポリエチレンアジペート（ＰＥＡ）、ポリブチレンアジペート（ＰＢＡ）、ポリヘキシレンアジペート、エチレンアジペートとブチレンアジペートの共重合体である。

上記ポリイソシアネートとともに用いられるポリオールの数平均分子量（Ｍｎ）は、１５００〜３０００の範囲が好ましく、特に好ましくは１５００〜２５００である。すなわち、上記ポリオールのＭｎが１５００未満であると、得られるクリーニングブレードの物性が低下する傾向がみられ、逆にＭｎが３０００を超えると、作業性が悪くなる傾向がみられるからである。

上記ポリイソシアネートの配合量は、ＮＣＯインデックス（イソシアネートインデックス）が１１５以上となるように設定することが好ましく、特に好ましくはＮＣＯインデックスが１１５〜１３０の範囲となるよう設定することである。なお、上記ＮＣＯインデックスとは、イソシアネート基と反応する水酸基を持つ原料成分の合計当量１００に対するイソシアネートの当量を意味する。

上記ポリイソシアネートおよびポリオールとともに用いられる、分子構造中にフルオレン骨格を有する特殊な化合物は、下記の一般式（１）で表される化合物である。

上記式（１）において、Ｒは−Ｈまたは炭素数１〜８のアルキル基であるが、なかでも、耐摩耗性に優れるという点から、Ｒは−Ｈ、メチル基が好ましい。また、式（１）中のＸとしては、−ＯＨが特に好ましい。そして、具体的には、Ｒが−Ｈ、Ｘが−ＯＨであるビスフェノールフルオレン、Ｒがメチル基、Ｘが−ＯＨであるビスクレゾールフルオレン等があげられる。これら化合物は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、これらのなかでも、特に低温環境下でのクリーニング性に優れるという点から、上記式（１）中のＲがメチル基で、Ｘが−ＯＨであるビスクレゾールフルオレンが好適に用いられる。

上記一般式（１）で表される化合物の含有量は、ポリウレタン組成物全体の０．５〜４．０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．５〜３．０重量％である。すなわち、上記化合物の含有量が０．５重量％未満では、化合物の併用による充分な効果が得られ難く、高温高湿下での画像出しに劣り耐摩耗性および耐欠け性に劣る傾向がみられ、逆に４．０重量％を超えると、低温低湿下での画像出しに劣るとともに、高温高湿下での画像出しが低下し耐欠け性に劣る傾向がみられるからである。

なお、上記ポリウレタン組成物硬化体１の形成材料となるポリウレタン組成物には、ポリイソシアネート、ポリオール、特定の化合物に加えて、鎖延長剤、触媒、発泡剤、界面活性剤、難燃剤、着色剤、充填剤、可塑剤、安定剤、離型剤等を適宜配合して用いることも可能である。

上記鎖延長剤としては、例えば、１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤ）、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、キシレングリコール、トリエチレングリコール、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、１，２，６−ヘキサントリオール等の、分子量３００以下のポリオールがあげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記触媒としては、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）−ウンデセン−７（ＤＢＵ）、１，５−ジアザビシクロ（４．３．０）−ノネン−５（ＤＢＮ）、ジアザビシクロアミン塩、第三級アミン等のアミン系化合物、有機錫化合物等の有機金属化合物等があげられる。なかでも、ＤＢＵ、ＤＢＮを触媒とし、その存在下で硬化させると、得られるクリーニングブレードは、低温でのクリーニング特性および高温での振動吸収特性に優れるようになり、永久歪みが小さくなるため好ましい。

上記第三級アミンとしては、例えば、トリエチルアミン等のトリアルキルアミン；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−１，３−ブタンジアミン等のテトラアルキルジアミン；ジメチルエタノールアミン等のアミノアルコール；エトキシル化アミン；エトキシル化ジアミン；ビス（ジエチルエタノールアミン）アジペート等のエステルアミン；トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）；Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン等のシクロヘキシルアミン誘導体；Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−（２−ヒドロキシプロピル）−ジメチルモルホリン等のモルホリン誘導体；Ｎ，Ｎ′−ジエチル−２−メチルピペラジン、Ｎ，Ｎ′−ビス−（２−ヒドロキシプロピル）−２−メチルピペラジン等のピペラジン誘導体等があげられる。

上記有機錫化合物としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジ（２−エチルヘキソエート）等のジアルキル錫化合物や、２−エチルカプロン酸第１錫、オレイン酸第１錫等があげられる。

なお、本発明においては、上記鎖延長剤として例示した１，４−ブタンジオール等のジオール（ａ）と、一般式（１）で表される特定の化合物（ｂ）との混合比（モル比）ａ／ｂは、ａ／ｂ＝９５／５〜７５／２５の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくはａ／ｂ＝９５／５〜８０／２０である。すなわち、上記特定の化合物のモル比が５未満であると、上記特定の化合物の配合による充分な効果が得られ難く、逆に上記特定の化合物のモル比が２０を超えると、ｔａｎδピーク温度の上昇や、ヘタリ性が悪化する傾向がみられるからである。

本発明のクリーニングブレードは、上記各材料を用い、常法に準じて製造することができる。具体的には、プレポリマー法、セミワンショット法、ワンショット法に準じて製造できる。なかでも、加工性に優れるという観点から、セミワンショット法が好適に用いられる。

本発明のクリーニングブレードは、上記セミワンショット法に準じて、例えばつぎのようにして製造される。すなわち、まず、上記ポリイソシアネートおよびポリオールを準備し、両者を適宜の配合割合で配合し、適宜の反応条件で反応させてウレタンプレポリマー（主剤液）を調製する。一方、上記ポリオールおよび特定の化合物、必要に応じて鎖延長剤、触媒等を準備し、これらを適宜の配合割合で配合し、適宜の混合条件で混合して硬化剤液を調製する。つぎに、上記主剤液および硬化剤液を所定の割合で配合して混合し、この混合液を、板状保持具が保持されたクリーニングブレード成形用金型内に注入して、反応硬化させる。そして、得られた硬化体を成形型から取り出し、所定の形状に加工する。このようにして、図１に示すような、板状保持具２と一体成形されたポリウレタン組成物硬化体１からなるクリーニングブレードを得ることができる。

そして、本発明のクリーニングブレードの寸法は、特に限定されるものではないが、通常、その厚み（ｄ）が２〜４ｍｍの範囲に設定され、長手方向（感光ドラム摺接方向）の長さが２３０〜３５０ｍｍの範囲に設定され、幅方向（Ｌ）の長さが１０〜２０ｍｍの範囲に設定される（図１参照）。

なお、本発明のクリーニングブレードは、必ずしも、図１に示すように板状保持具２と一体成形する必要はなく、例えば板状保持具２の表面に、あとから接着するようにしてもよい。

そして、このようにして得られる本発明のクリーニングブレードは、コピー機、プリンター等の電子写真複写機用として用いられるものであるが、特に、高い面圧が要求されるフルカラーＬＢＰ（レーザービームプリンター）用として好適に用いることができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す各材料を準備した。

〔ポリオール〕
大日本インキ社製、ポリブチレンアジペート（ＰＢＡ、Ｍｎ：２０００）

〔ＭＤＩ〕
日本ポリウレタン工業社製、ミリオネートＭＴ

〔１，４−ＢＤ〕
三菱化学社製、１，４−ブタンジオール

〔ＴＭＰ〕
広栄パーストープ社製、トリメチロールプロパン

〔ビスクレゾールフルオレン〕
ＪＦＥケミカル社製、ビスクレゾールフルオレン（ＢＣＦ）〔式（１）中、Ｘが−ＯＨで、Ｒがメチル基である。〕

〔触媒〕
トリエチレンジアミン（三共エアプロダクツ社製、ＤＡＢＣＯ）

〔実施例１〜４、比較例〕
〔ウレタン組成物の調製〕
後記の表１に示す割合で、ウレタン組成物における主剤液（ウレタンプレポリマー）および硬化剤液を調製した。上記主剤液は、具体的には、後記の表１に示す主剤液用の各材料を用い、これらを同表に示す割合で配合し、詳しくは、予め８０℃にて１時間真空脱泡したＰＢＡに対し、ＭＤＩを添加した後、窒素雰囲気下で８０℃×３時間の条件で反応させて調製した。また、上記硬化剤液も、後記の表１に示す硬化剤液用の各材料を用い、これらを同表に示す割合で配合し、詳しくは、ＰＢＡを窒素雰囲気下で、１５０℃にて１時間加熱し、これに１，４−ＢＤ、ＴＭＰおよびビスクレゾールフルオレンおよび触媒（ＤＢＵ）を配合し、窒素雰囲気下で８０℃×１時間真空脱泡，脱水することにより、末端にＯＨ基を有する硬化剤液を調製した。

〔クリーニングブレードの作製〕
まず、クリーニングブレード成形用金型を準備し、この金型の所定の位置に板状保持金具を配置した後、１４０℃に予備加熱した。ついで、上記調製したウレタン組成物（主剤液と硬化剤液とは未混合状態）を後記の表１に示す重量比（主剤液：硬化剤液）で配合し、真空脱泡しながら攪拌羽根で３０秒間混合した後、板状保持金具が配置されたクリーニングブレード用成形型（１４０℃）内に注入し、１４０℃で３０分間反応させることで硬化させ硬化体を作製した。そして、得られた硬化体付板状保持金具を脱型した後、ナイフを用いて所定の形状に成形した。このようにして、目的とする、板状保持金具付クリーニングブレードを作製した（図１参照）。なお、上記クリーニングブレードの寸法は、その厚み（ｄ）が４ｍｍ、長手方向（感光ドラム摺接方向）の長さが３３０ｍｍ、幅方向（Ｌ）の長さが１０ｍｍとなるよう形成した。

このようにして得られた実施例品および比較例品の板状保持金具付クリーニングブレードを用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を後記の表２に併せて示した。

〔高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境〕
（画像評価）
各板状保持金具付クリーニングブレードを市販のレーザープリンター（ＬＢＰ）に組み込み、Ｈ／Ｈ環境下（３２℃×８０％ＲＨ）にて、Ａ３サイズで初期および３万枚画出しを行った。そして、画像に問題がなく、細線が鮮明に画出しできたものを○、かぶり、白抜け等が多量に発生して、実用上問題があるものを×としてそれぞれ評価した。

（摩耗量）
上記３万枚画出し後のクリーニングブレードのエッジ部の摩耗量を、走査型電子顕微鏡を用いて倍率２０００倍で観察した。そして、摩耗した部分の断面積（Ｕμｍ² ）と、エッジ部の単位長さ（Ｖμｍ）を測定し、Ｗ＝Ｕ×Ｖにより、摩耗量（Ｗμｍ³ ）を算出した。なお、この摩耗量が小さいほど、耐摩耗性に優れているといえる。

（耐欠け性）
上記３万枚画出し後のクリーニングブレードのエッジ部の欠けの有無を、顕微鏡を用いて倍率５００倍で観察した。そして、欠けがないものを○、欠けがあるものを×として評価した。

〔低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境〕
（画像評価）
各板状保持金具付クリーニングブレードを市販のレーザープリンター（ＬＢＰ）に組み込み、Ｌ／Ｌ環境下（１５℃×１０％ＲＨ）にて、Ａ３サイズで６０００枚画出しを行った。そして、画像に問題がなく、細線が鮮明に画出しできたものを○、かぶり、白抜け等が若干発生するが、実用上問題がないものを△、かぶり、白抜け等が多量に発生して、実用上問題があるものを×として評価した。

上記結果から、実施例品はいずれも、低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境下では問題が生じることなく、かつ高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境下での３万枚画出し後の画像も良好で、かつ３万枚画出し後の摩耗量も少なく、欠けも発生していないことが確認された。

これに対して、比較例品は、高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境下での３万枚画出し後の画像が著しく劣ることがわかる。そして、３万枚画出し後の欠けの状態を観察したところ、いずれも摩耗量が多く、欠けが発生していることが確認された。

板状保持具に支持されてなる本発明のクリーニングブレードの一例を示す縦断面図である。 クリーニングブレードの一使用例を示す説明図である。

符号の説明

１ ポリウレタン組成物硬化体
２ 板状保持具

Claims (2)

1. ポリイソシアネートと、ポリオールと、下記の一般式（１）で表される化合物を含有するポリウレタン組成物の硬化体からなることを特徴とするクリーニングブレード。
   

   
2. 上記一般式（１）で表される化合物の含有量が、ポリウレタン組成物全体の０．５〜４．０重量％の範囲に設定されている請求項１記載のクリーニングブレード。

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