JP6028679B2 - クリーニングブレード、クリーニング装置、プロセスカートリッジ、および画像形成装置 - Google Patents
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Description
請求項1に係る発明は、
被クリーニング部材と接触する接触部が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを全高分子ポリオール成分に対して50モル%以上含む高分子ポリオール成分と、1,3−プロパンジオール及び前記1,3−プロパンジオールよりも長鎖の長鎖ジオールを含む低分子ポリオール成分であって、全低分子ポリオールに対する前記1,3−プロパンジオールのモル比が前記長鎖ジオールよりも多い低分子ポリオール成分と、ポリイソシアネート成分と、を少なくとも重合したポリウレタンゴムを含有する部材で構成されているクリーニングブレード。
前記長鎖ジオールが、1,9−ノナンジオール、メチル−1,8−オクタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも一種である請求項1に記載のクリーニングブレード。
前記被クリーニング部材と接触する接触部を構成する部材のTanδピーク温度が、0℃以下である請求項1又は2に記載のクリーニングブレード。
請求項1〜3のいずれか1項に記載のクリーニングブレードを備えたクリーニング装置。
請求項4に記載のクリーニング装置を備え、画像形成装置に対して脱着自在であるプロセスカートリッジ。
像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電装置と、
帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、
前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記像保持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写装置と、
前記転写装置によって前記トナー像が転写された後の前記像保持体の表面に、前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングする請求項4に記載のクリーニング装置と、
を備える画像形成装置。
本実施形態に係るクリーニングブレードは、被クリーニング部材と接触する接触部(以下、単に「接触部」と称する)が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを全高分子ポリオール成分に対して50モル%以上含む高分子ポリオール成分と、1,3−プロパンジオールを含む低分子ポリオール成分と、ポリイソシアネート成分と、を少なくとも重合したポリウレタンゴムを含有する部材で構成されている。
しかし、高分子ポリオールの主成分としてポリテトラメチレンエーテルグリコールを使用したポリウレタンゴムを含む部材は、耐摩耗性に劣る傾向がある
図1は、第1の実施形態に係るクリーニングブレードを示す概略図であり、被クリーニング部材(例えば像保持体)の表面に接触した状態を示す図である。また、図2は第2の実施形態に係るクリーニングブレードが被クリーニング部材(例えば像保持体)の表面に接触した状態を示す図である。図3は第3の実施形態に係るクリーニングブレードが被クリーニング部材(例えば像保持体)の表面に接触した状態を示す図である。
また、接触角部3Aと平行な方向を奥行き方向と、接触角部3Aから先端面3Bが形成されている側の方向を厚み方向と、接触角部3Aから腹面3Cが形成されている側の方向を幅方向と称す。
なお、図3では接触部材として1/4にカットされた円柱の形状を有する部材の例を示したが、これに限定されるものではない。接触部材としては、例えば楕円状の円柱が1/4にカットされた形状や、正方形の四角柱、長方形の四角柱等の形状であってもよい。
本実施形態に係るクリーニングブレードにおける接触部材は、ポリウレタンゴムを含有している。
ポリウレタンゴムは、高分子ポリオール成分と、低分子ポリオール成分と、ポリイソシアネート成分と、を少なくとも重合したポリウレタンゴムである。ポリウレタンゴムは、必要に応じて、ポリオール成分以外にポリイソシアネートのイソシアネート基と反応し得る官能基を有する樹脂を重合したポリウレタンゴムであってもよい。
なお、ハードセグメントを構成する材料(ハードセグメント材料)としては、低分子ポリオール成分、ポリイソシアネートのイソシアネート基と反応し得る官能基を有する樹脂等が挙げられる。一方、ソフトセグメントを構成する材料(ソフトセグメント材料)としては、高分子ポリオール成分が挙げられる。
高分子ポリオール成分は、数平均分子量が500以上(好ましくは500以上5000以下)のポリオールである。高分子ポリオール成分としては、ポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられる。ポリテトラメチレンエーテルグリコールにおける全高分子ポリオール成分に対する割合は、50モル%以上であり、好ましくは60モル%以上であり、より好ましくは100モル%である。つまり、全高分子ポリオール成分として、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを使用することが最も好ましい。
なお、ポリテトラメチレンエーテルグリコールにおける全ポリオール成分(高分子ポリオール成分+低分子ポリオール成分)に対する割合は、50モル%以上90モル%以下がよく、好ましくは60モル%以上80モル%以下である。
低分子ポリオールは、分子量(数平均分子量)500未満のポリオールである。低分子ポリオールは、鎖長延長剤、及び架橋剤として機能する材料である。
なお、1,3−プロパンジオールにおける全ポリオール成分(高分子ポリオール成分+低分子ポリオール成分)に対する割合は、5モル%以上20モル%以下がよく、好ましくは8モル%以上15モル%以下である。
但し、耐摩耗性及び耐欠け性の点から、1,3−プロパンジオールと共に、長鎖ジオールを併用する場合、全低分子ポリオールに対する1,3−プロパンジオールのモル比は、長鎖ジオールよりも多いことがよい。具体的には、1,3−プロパンジオールと長鎖ジオールの比率(1,3−プロパンジオール/長鎖ジオール)は、モル比10/10乃至10/0がよい。なお、長鎖ジオールの全低分子ポリオールに対する割合は、0モル%以上80モル%以下がよく、好ましくは0モル%以上50モル%以下である。
ポリイソシアネート成分としては、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)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)および3,3−ジメチルフェニル−4,4−ジイソシアネート(TODI)などが挙げられる。
イソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂(以下「官能基含有樹脂」と称する)は、柔軟性のある樹脂であることが望ましく、柔軟性の点から直鎖構造を有する脂肪族系の樹脂であることがより望ましい。官能基含有樹脂の具体例としては、2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂や、2つ以上のヒドロキシル基を含むポリブタジエン樹脂、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。
また、物性面では、従来のエポキシ樹脂と比べて、分子量に比して粘度が低いエポキシ樹脂が好適である。具体的には、重量平均分子量が900±100の範囲内であり、25℃における粘度が15000±5000mPa・sの範囲内であることが望ましく、15000±3000mPa・sの範囲内であることがより望ましい。この特性を有するエポキシ樹脂の市販品としては、例えば、DIC製、EPLICON EXA−4850−150等が挙げられる。
ポリウレタンゴムの製造は、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が用いられる。プレポリマー法は耐摩耗性及び欠け性に優れるポリウレタンが得られるため本実施形態には好適であるが、製法により制限されるものではない。
なお、クリーニングブレードの成形は、上記方法により調製されたクリーニングブレード形成用の組成物を、例えば、遠心成形や押し出し成形等を利用して、シート状に形成し、切断加工等を施すことにより作製される。
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挙げられる。
これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
接触部材(ポリウレタンゴム部材)のtanδピーク温度[℃]は、0℃以下がよく、好ましくは−30℃以上−1℃以下、より好ましくは−15℃以上−5℃以下ある。
接触部材(ポリウレタンゴム部材)のtanδピーク温度[℃]を0℃以下とすると、耐摩耗性及び耐欠け性が高まることから好適である。
また、1)接触部材(ポリウレタンゴム部材)の成形温度を高めて、化学架橋を促進させる方法、2)接触部材(ポリウレタンゴム部材)の成形後の熟成を高温下で行う方法によっても、ポリウレタンゴム中のハードセグメント凝集体の成長が抑制されることから、接触部材(ポリウレタンゴム部材)のtanδピーク温度[℃]を0℃以下に制御し易くなる。
次に、本実施形態のクリーニングブレードが、図2に示す第2実施形態や図3に示す第3実施形態のごとく、接触部材と該接触部材以外の領域(非接触部材)とがそれぞれ異なる材料にて構成されている場合における、非接触部材の組成について説明する。
図1に示す接触部材のみからなるクリーニングブレードの場合には、前述の接触部材の成形方法によってクリーニングブレードが製造される。
本実施形態に係るクリーニングブレードを利用して被クリーニング部材をクリーニングする場合、クリーニングの対象となる被クリーニング部材としては、画像形成装置内において、表面のクリーニングが要求される部材であれば特に限定されず、例えば、中間転写体や、帯電ロール、転写ロール、被転写材搬送ベルト、用紙搬送ロール、像保持体からトナーを除去するクリーニングブラシからさらにトナーを除去するデトーニングロール等も挙げられるが、本実施形態においては、像保持体であることが特に望ましい。なお、本実施形態に係るクリーニングブレードは、画像形成装置用の部材以外の部材を被クリーニング部材として、クリーニングするものであってもよい。
次に、本実施形態のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置、プロセスカートリッジ、および、画像形成装置について説明する。
本実施形態のクリーニング装置は、被クリーニング部材表面に接触し、被クリーニング部材表面をクリーニングするクリーニングブレードとして、本実施形態のクリーニングブレードを備えたものであれば特に限定されない。例えば、クリーニング装置の構成例としては、被クリーニング部材側に開口部を有するクリーニングケース内に、エッジ先端が開口部側となるようクリーニングブレードを固定すると共に、クリーニングブレードにより被クリーニング部材表面から回収された廃トナー等の異物を異物回収容器に導く搬送部材を備えた構成などが挙げられる。また、本実施形態のクリーニング装置には、本実施形態のクリーニングブレードが2つ以上用いられていてもよい。
また、クリーニングブレード先端部が像保持体に食込む長さが0.8mm以上1.2mm以下の範囲であることが望ましく、0.9mm以上1.1mm以下の範囲であることがより望ましい。
クリーニングブレードと像保持体との接触部における角度W/A(Working Angle)は8°以上14°以下の範囲であることが望ましく、10°以上12°以下の範囲であることがより望ましい。
次に、本実施形態のクリーニングブレード、並びに、これを用いた画像形成装置およびクリーニング装置の具体例について、図面を用いてより詳細に説明する。
図4は、本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略模式図であり、いわゆるタンデム型の画像形成装置について示したものである。
図4中、21は本体ハウジング、22、22a乃至22dは作像ユニット、23はベルトモジュール、24は記録媒体供給カセット、25は記録媒体搬送路、30は各感光体ユニット、31は感光体ドラム、33は各現像ユニット、34はクリーニング装置、35、35a乃至35dはトナーカートリッジ、40は露光ユニット、41はユニットケース、42はポリゴンミラー、51は一次転写装置、52は二次転写装置、53はベルトクリーニング装置、61は送出しロール、62は搬送ロール、63は位置合わせロール、66は定着装置、67は排出ロール、68は排紙部、71は手差し供給装置、72は送出しロール、73は両面記録用ユニット、74は案内ロール、76は搬送路、77は搬送ロール、230は中間転写ベルト、231、232は支持ロール、521は二次転写ロール、531はクリーニングブレードを表す。
ここで、感光体ユニット30は、例えば感光体ドラム31と、この感光体ドラム31を予め帯電する帯電装置(帯電ロール)32と、感光体ドラム31上の残留トナーを除去するクリーニング装置34とを一体的にサブカートリッジ化したものである。
なお、感光体ユニット30を現像ユニット33から切り離して単独のプロセスカートリッジとしてもよいことは勿論である。また、図4中、符号35(35a乃至35d)は各現像ユニット33に各色成分トナーを補給するためのトナーカートリッジである(トナー補給経路は図示せず)。
更にまた、中間転写ベルト230の最上流作像ユニット22aの上流側にはベルトクリーニング装置53が配設されており、中間転写ベルト230上の残留トナーを除去する。
更にまた、本体ハウジング21には両面記録用ユニット73が付設されており、この両面記録用ユニット73は、記録媒体の両面に画像記録を行う両面モード選択時に、片面記録済みの記録媒体を排出ロール67を逆転させ、かつ、入口手前の案内ロール74にて内部に取り込み、搬送ロール77にて内部の記録媒体戻し搬送路76に沿って記録媒体を搬送し、再度位置合わせロール63側へと供給するものである。
図5は、本実施形態のクリーニング装置の一例を示す模式断面図であり、図4中に示すクリーニング装置34と共にサブカートリッジ化された感光体ドラム31、帯電ロール32や、現像ユニット33も示した図である。
図5中、32は帯電ロール(帯電装置)、331はユニットケース、332は現像ロール、333はトナー搬送部材、334は搬送パドル、335はトリミング部材、341はクリーニングケース、342はクリーニングブレード、344はフィルムシール、345は搬送部材を表す。
図1は、本実施形態のクリーニングブレードの一例を示す模式断面図であり、図5中に示すクリーニングブレード342を、これに接触する感光体ドラム31と共に示した図である。
現像に際しては、現像ロール332に現像剤を供給した後、例えばトリミング部材335にて現像剤を層厚規制した状態で、感光体ドラム31に対向する現像領域に搬送される。
一方、各作像ユニット22(22a乃至22d)において、感光体ドラム31上の残留トナーはクリーニング装置34にて清掃され、また、中間転写ベルト230上の残留トナーはベルトクリーニング装置53にて清掃される。
こうした作像過程において、夫々の残留トナーはクリーニング装置34(またはベルトクリーニング装置53)によって清掃される。
−クリーニングブレードA1−
はじめに、接触部材となる平板部材を以下のようにして形成した。
まず、高分子ポリオール成分としてPTMG(ポリテトラメチレンエーテルグリコール、商品名「PTG−2000SN(保土ヶ谷化学工業(株)製)」)からなるポリエーテルポリオールを得た。このポリエーテルポリオールと、イソシアネート成分としてのMDI(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、商品名「ミリオネートMT(日本ポリウレタン工業(株)製))と、を反応させてプレポリマーを得た。このプレポリマーに、低分子ポリオール成分として、1,3−プロパンジオール(三協化学(株)製)、分子量=76.09)と共に、トリメチロールエタンを加えて、平板部材形成用組成物A1を調製した。但し、全重合成分に対する各成分のモル比(mol%)は、表1に示す比率とした。但し、トリメチロールエタンのモル比は1mol%とした。
表1に示す接触部材の配合に従って、高分子ポリオール成分、低分子ポリオール成分、及びポリイソシアネート成分の種類及び量(モル比)を変更した以外は、実施例Aと同様にして、クリーニングブレードを得た。
各例で得られたクリーニングブレードについて、接触部材の物性評価、及びクリーニングブレードの特性評価を行った。結果を表1に示す。
硬度(JIS−A)は、JISK6253(1997年)に準じて、タイプA デュロメータ型の測定器を用いて求めた。
−100%モジュラス−
100%モジュラスは、JIS−K6251に準拠して、ダンベル状3号形試験片を用い、引張速度500mm/minで計測し、100%歪み時の応力より求めた。なお、測定装置は、東洋精機(株)製、ストログラフAEエラストマを用いた。
反発弾性率は、JIS K6255(1996年)に準じて、23℃環境下にてリュプケ式反発弾性試験機を用いて求めた。
tanδ(損失正接)ピーク温度は、JISK6394(1998年)に準じて、tanδ曲線から観測されるピーク温度(ガラス転移温度)を測定した。
−欠けサイクル評価−
欠けサイクル評価は、以下のようにして行った。
各例で得られたクリーニングブレードを富士ゼロックス社製 DocuCentre−IV C5575 に搭載し、NF(Normal Force)を2.0gf/mm、W/A(Working Angle)を11°に合わせ、低温低湿環境(10℃−15%)で評価を行った。感光体表面に一ヶ所50μmの突起を設け、感光体が25サイクルする度にブレード先端を観察し、欠けが発生したサイクル数を掛けサイクルとした。サイクル数「0」は、25サイクルで観察した時点で欠けが発生し、1サイクルで行っても欠けが発生したものである。
ブレード摩耗量評価は、以下のようにして行った。
各例で得られたクリーニングブレードを富士ゼロックス社製 DocuCentre−IV C5575 に搭載し、NF(Normal Force)を2.0gf/mm、W/A(Working Angle)を11°に合わせ、高温高湿環境(28℃−85%)で20k枚プリントを行った後、低温低湿環境(10℃−15%)で20k枚プリント、計40k枚プリントを行った。ブレード先端の摩耗量は、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK−9500にて断面プロファイルを観察し、摩耗部の断面積を計測した。
図6に、実施例A、G及び比較例B〜Hの配合の接触部材の100%モジュラスとブレード摩耗量との関係を示す。
図7に、実施例A、G及び比較例B〜Hの配合の接触部材のTanδピーク温度と欠けサイクルとの関係を示す。
・エーテル(PTMG): ポリテトラメチレンエーテルグリコール、商品名「PTG−2000SN(保土ヶ谷化学工業(株)製)」、数平均分子量=2000
・エステル(アジペート): 商品名「ニッポラン4040(日本ポリウレタン工業(株)製)」、数平均分子量=2000
・エステル(カプロラクトン): 商品名「PLACCEL220((株)ダイセル製)」、数平均分子量=2000
・1,3−PDO: 1,3−プロパンジオール(三協化学(株)製)、分子量=76.09
・1,4−BDO: 1,4−ブタンジオール(三菱ガス化学(株)製)、分子量=90.12
・1,9−NDO: 1,9−ノナンジオール(クラレ(株)製)、分子量=160.25
・MDI: 4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、商品名「ミリオネートMT(日本ポリウレタン工業(株)製)」
・TDI: 2,6−トルエンジイソシアネート、商品名「コスモネートT−80(三井化学(株)製)」
Claims (6)
- 被クリーニング部材と接触する接触部が、ポリテトラメチレンエーテルグリコールを全高分子ポリオール成分に対して50モル%以上含む高分子ポリオール成分と、1,3−プロパンジオール及び前記1,3−プロパンジオールよりも長鎖の長鎖ジオールを含む低分子ポリオール成分であって、全低分子ポリオールに対する前記1,3−プロパンジオールのモル比が前記長鎖ジオールよりも多い低分子ポリオール成分と、ポリイソシアネート成分と、を少なくとも重合したポリウレタンゴムを含有する部材で構成されているクリーニングブレード。
- 前記長鎖ジオールが、1,9−ノナンジオール、メチル−1,8−オクタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールからなる群から選択される少なくとも一種である請求項1に記載のクリーニングブレード。
- 前記被クリーニング部材と接触する接触部を構成する部材のTanδピーク温度が、0℃以下である請求項1又は2に記載のクリーニングブレード。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のクリーニングブレードを備えたクリーニング装置。
- 請求項4に記載のクリーニング装置を備え、画像形成装置に対して脱着自在であるプロセスカートリッジ。
- 像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電装置と、
帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、
前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記像保持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写装置と、
前記転写装置によって前記トナー像が転写された後の前記像保持体の表面に、前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングする請求項4に記載のクリーニング装置と、
を備える画像形成装置。
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