JP6090149B2 - 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の発明は、被クリーニング部材と接触する部分が、炭素数10以上である第1のジオール成分及び炭素数5以下である第2のジオール成分を50/50以上80/20以下のモル比(第1のジオール成分/第2のジオール成分)でジカルボン酸と縮合させたポリエステルポリオール由来の構造、ポリイソシアネート由来の構造、並びにトリオール由来の構造を有するポリウレタンゴムを含む部材で構成されているクリーニングブレードである。
本実施形態の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部分が、炭素数10以上である第1のジオール成分及び炭素数5以下である第2のジオール成分を50/50以上80/20以下のモル比(第1のジオール成分/第2のジオール成分)でジカルボン酸と縮合させたポリエステルポリオール由来の構造、ポリイソシアネート由来の構造、並びにトリオール由来の構造を有するポリウレタンを含む部材で構成されている。
また、炭素数が5以下である第2のジオール成分を特定のモル比で用いることによりポリオールの分子運動性が下がり、分子凝集力が向上することで、機械強度(100%モジュラス)が向上し、被クリーニング部材に対して圧力をかけて接していてもブレードが歪み難いため、接触面積が広がり難く、摩耗が抑制されると考えられる。
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に切断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に切断された形状や、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。
本実施形態の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んで構成されている。
ポリウレタンゴムは、炭素数10以上である第1のジオール成分及び炭素数5以下である第2のジオール成分を50/50以上80/20以下のモル比(第1のジオール成分/第2のジオール成分)でジカルボン酸と縮合させたポリエステルポリオール由来の構造、ポリイソシアネート由来の構造、並びにトリオール由来の構造を有する。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。
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、炭素数10以上である第1のジオール成分及び炭素数5以下である第2のジオール成分とジカルボン酸との脱水縮合により得られるポリエステルポリオール、架橋剤(トリオール)等が挙げられる。
ポリウレタンゴムを構成するポリエステルポリオール成分としては、炭素数10以上である第1のジオール成分及び炭素数5以下である第2のジオール成分を50/50以上80/20以下のモル比(第1のジオール成分/第2のジオール成分)でジカルボン酸と縮合させたポリエステルポリオールを用いる。なお、耐欠け性を向上させる観点から、ジカルボン酸と反応させる第1のジオール成分と第2のジオール成分のモル比(第1のジオール成分/第2のジオール成分)は、50/50以上70/30以下であることが望ましく、50/50以上65/35以下であることがより望ましい。
ポリエステルポリオールの合成に用いるジカルボン酸としては例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルマロン酸、グルタル酸、エチルマロン酸、メチルコハク酸、アジピン酸、プロピルマロン酸、エチルコハク酸、ジメチルコハク酸、ピメリン酸、ブチルマロン酸、ジエチルマロン酸、プロピルコハク酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、フタル酸、デカメチレンジカルボン酸等が挙げられる。これらのうち、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、デカメチレンジカルボン酸、フタル酸が望ましい。
ポリエステルポリオールの合成に用いる第1のジオールは炭素数が10以上のジオールであり、例えば、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール等が挙げられる。
第1のジオールの炭素数は、市場入手性及びコストの観点から15以下であることが望ましく、12以下であることがより望ましい。具体的には1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオールが望ましい。
なお、第1のジオールは、炭素数が10以上のジオールを単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
ポリエステルポリオールの合成に用いる第2のジオールは炭素数が5以下のジオールであり、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオールが挙げられる。
第2のジオールの炭素数は、耐欠け性の向上の観点から2以上4以下であることが望ましく、具体的には1,2−エタンジオール(エチレングリコール),3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールが望ましい。
なお、第2のジオールは、炭素数が5以下のジオールを単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
ポリウレタンゴムを構成す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)、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。
架橋剤としては、ジオール(2官能)、トリオール(3官能)、テトラオール(4官能)等が挙げられ、これらを併用してもよい。また、架橋剤としてアミン系化合物を用いてもよい。尚、3官能以上の架橋剤を用いて架橋されたものであることが望ましい。
3官能の架橋剤としては特に限定されず、例えば、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリイソプロパノールアミン等が挙げられる。上記3官能の架橋剤を用いて架橋することにより、ポリウレタンの圧縮特性、反発弾性等が更に向上する。
また、鎖延長剤として、重量平均分子量(Mw)が400未満のジオール又はジアミンを用いてもよく、例えば1,4−ブタンジオール等が挙げられる。
鎖延長剤の配合量は、ポリエステルポリオール成分に対し、20質量部以下が望ましい。
本実施形態のクリーニングブレードにおける接触部材を構成す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。プレポリマー法は強度、耐摩耗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。
具体的には、ポリウレタンを形成するための組成物を調製する際にポリエステルポリオールやプレポリマーの温度を低くしたり、硬化・成形の温度を低くしたりすることにより、架橋の進行が遅くなるように調整する。これらの温度(ポリエステルポリオールやプレポリマーの温度、硬化・成形の温度)を低く設定すると、反応性を下げる事により、ウレタン結合部が凝集し、結晶体が得られる。
なお、ポリエステルポリオール、ポリイソシアネート、及び架橋剤の量や、架橋剤の比率等は求められる範囲に調整する。
本実施形態のクリーニングブレードの接触部材(ポリウレタン部材)は、100%モジュラスが6MPa以上であり、且つ、Tanδピーク温度が0℃以下であることが望ましい。
ここで、100%モジュラス及びTanδピーク温度は、後述する[実施例]において測定される値である。
接触部材(ポリウレタンゴム部材)の100%モジュラス(M100[MPa])は、耐摩耗性及び耐欠け性の点から、6MPa以上であることが望ましく6.5MPa以上8MPa以下がより望ましく、更に望ましくは7MPa以上8.5MPa以下である。
接触部材(ポリウレタンゴム部材)の100%モジュラスを6MPa以上にすると、耐摩耗性及び耐欠け性が高まることから好適である。
接触部材(ポリウレタンゴム部材)のTanδピーク温度[℃]は、0℃以下であることが望ましく、より望ましく−30℃以上−1℃以下、更に望ましくは−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。
接触部材(ポリウレタンゴム部材)の硬度(JIS−A)は、耐摩耗性及び耐欠け性の点から、60°以上90°以下がよく、望ましくは70°以上80°以下である。
接触部材(ポリウレタンゴム部材)の反発弾性率(Re[%])は耐摩耗性及び耐欠け性の点から、28%以上60%以下がよく、望ましくは30%以上40%以下である。
なお、接触部材(ポリウレタンゴム部材)の重量平均分子量は、1000以上4000以下がよく、望ましくは1500以上3500以下である。
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。
本実施形態の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、本実施形態の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の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。
<実施例1>
−クリーニングブレードA1−
1,10−デカンジオール(第1のポリオール成分)と1,4−ブタンジオール(第2のポリオール成分)を65/35のモル比で混合し、アジピン酸と脱水縮合させてポリエステルポリオールを得た。
これを75℃で15時間減圧乾燥した後、プレポリマー中のNCOのモル%が7モル%になるようにポリエステルポリオール100部に対して4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(日本ポリウレタン工業社製「ミリオネートMT」)を44部加え、窒素雰囲気下75℃で3時間反応することでプレポリマーを得た。
実施例1で用いた第1のジオール成分と第2のジオール成分を表1及び表2に示す材料及びモル比に変更してポリエステルポリオールを得たこと以外は実施例1と同様にしてクリーニングブレード形成用組成物A2乃至A9を調製し、クリーニングブレードA2乃至A9を作製した。
実施例1で用いたトリメチロールプロパンをトリメチロールエタンに変更してクリーニングブレード形成用組成物A10を得たこと以外は実施例1と同様にしてクリーニングブレードA10を作製した。
実施例1で用いた1,10−デカンジオールと1,4−ブタンジオールとのモル比を表3に示すモル比に変更したこと以外は実施例1と同様にしてクリーニングブレード形成用組成物B1乃至B3を調製し、クリーニングブレードB1乃至B3を作製した。
実施例1で用いた架橋剤、鎖延長剤をそれぞれ表3に示す材料に変更したこと以外は実施例1と同様にしてクリーニングブレード形成用組成物A11を調製し、クリーニングブレードA11を作製した。
実施例1で用いた鎖延長剤を表3に示す材料に変更したこと以外は実施例1と同様にしてクリーニングブレード形成用組成物A12を調製し、クリーニングブレードA12を作製した。
100%モジュラスM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。
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。なお、測定装置は、セイコーインスツルメント社製、DMS6100を用いた。
(画像形成装置の構成)
前記各例のクリーニングブレードを、それぞれ図4に示す画像形成装置(富士ゼロックス社製、商品名:DocuCentre−II C7500)における感光体ドラム用クリーニングブレードとして装着した。
・感光体ドラム:有機感光材(φ=30mm)
・プロセス速度:250mm/sec、110mm/sec、55mm/secの3通り
・帯電装置:交流重畳直流の帯電ロール
・現像装置:2成分磁気ブラシ現像装置
・クリーニングブレード:長さ8mm、厚さ2mm、自由長7.0mm、
接触角25度、押し付け力NF2.0gf/mm
上記試験後、クリーニングブレードのエッジ欠けの有無について観察し、以下の評価基準により評価した。
A:感光体接触面をレーザー顕微鏡で観察し、欠けが無し
B:微小な欠けが発生したが、画像上問題がなし
C:欠けが発生し、縦筋の画像不良が発生
以下の方法により、クリーニングブレードの耐摩耗性を評価した。
高温高湿環境(32.5℃,85RH%)下にて、感光体の積算回転数が100KサイクルになるまでA4用紙(210×297mm、富士ゼロックス社製、P紙)を用いて画像形成させた。その後、クリーニングブレードの接触部(エッジ)先端の摩耗深さと、クリーニング不良とを併せて評価し、エッジ磨耗を判断した。尚、テストに際しては、感光体とクリーニングブレードとの接触部における潤滑効果を小さくした過酷な条件で評価するため、形成する画像の像密度を1%とした。また、エッジ先端の摩耗深さは、クリーニングブレードの断面側からキーエンス社製、レーザ顕微鏡VK−8510により観察した時に確認される、感光体表面側のエッジ欠落部の最大深さとした。
エッジ摩耗の評価基準を以下に示す。尚、許容範囲はAおよびBである。
A:先端部摩耗深さ :3μm以下且つ摩耗跡無し
クリーニング不良:未発生
B:先端部摩耗深さ :3μmを超え、5μm以下
クリーニング不良:未発生
C:先端部摩耗深さ :3μmを超える
クリーニング不良:発生
前記より得た実施例および比較例のクリーニングブレードを、それぞれカラー複写機(富士ゼロックス製、DocuCentre Color a450)における感光体ドラム用クリーニングブレードとして装着した。
このカラー複写機を用い、画像濃度が1%(A4サイズの用紙に6.2mm×1mmのベタ画像が載っているもの)の画像形成を用紙(富士ゼロックス社製、C2r紙)に2,000枚繰り返した。そのあとのクリーニングブレードの変形具合、色スジの画質欠陥の発生状態を下記の基準で目視により評価した。
A:色スジが確認されない
B:画像に色スジが僅かに確認されるが許容範囲
C:画像に色スジが確認され、許容し得ない
Claims (7)
- 被クリーニング部材と接触する部分が、炭素数10以上である第1のジオール成分及び炭素数5以下である第2のジオール成分を50/50以上80/20以下のモル比(第1のジオール成分/第2のジオール成分)でジカルボン酸と縮合させたポリエステルポリオール由来の構造、ポリイソシアネート由来の構造、並びにトリオール由来の構造を有するポリウレタンゴムを含む部材で構成されている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部分を構成する部材の100%モジュラスが6MPa以上であり、且つ、Tanδピーク温度が0℃以下である請求項1に記載のクリーニングブレード。
- 前記第2のジオール成分が、炭素数が2以上4以下のジオールから選ばれる少なくとも1種である請求項1又は請求項2に記載のクリーニングブレード。
- 前記ポリエステルポリオールを構成する前記第1のジオール成分と前記第2のジオール成分のモル比(第1のジオール成分/第2のジオール成分)が、50/50以上70/30以下である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のクリーニングブレード。
- 請求項1〜請求項4のいずれか一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。
- 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5に記載のクリーニング装置と、
を備える画像形成装置。 - 請求項5に記載のクリーニング装置を備え、画像形成装置に脱着自在であるプロセスカートリッジ。
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