JP5124422B2 - 電子写真装置用クリーニングブレード - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ等の静電転写プロセスを利用した電子写真装置に用いられるクリーニングブレードに関する。

複写機、プリンター、ファクシミリ等に代表される電子写真装置では、感光体等の像担持体の外周面を一様に帯電し、被複写画像を介して露光して形成した静電潜像に、トナーを付着してトナー像とし、それを紙等の転写材に転写して画像を形成している。トナー像の転写後の感光体の外周面上にはトナーが残留するため、クリーニングブレードを感光体の外周面に当接、摺擦して残留トナーの除去を行い、次の画像形成に備えている。

クリーニングブレードは金属製等の板状の支持金具（ホルダー）の片端にゴム製のブレード部材を一体化し、ホルダーを装置に固定して設けられる。ブレード部材は、耐摩耗性等の機械的強度に優れ、且つ当接応力による永久変形等のクリープ性が低いことから、ポリエステル系ポリウレタンエラストマー、中でも熱硬化性ポリエステル系ポリウレタンエラストマーが使用されている。

電子写真用クリーニングブレードは、例えば次のようにして製造される。まず、クリーニングブレード成形型を準備する。次に、ポリイソシアネートと高分子量ポリオールとを部分的に重合したポリウレタンゴム用プレポリマーならびに硬化剤を注型機に投入し、ミキシングチャンバー内で攪拌し液状混合物を得る。これを上記の成形型内に注入して硬化反応させ、この硬化物を脱型し切断することによりクリーニングブレードが製造される。この際、通常上記硬化剤に触媒を添加している。触媒の添加により液状混合物の硬化反応速度をコントロールし、反応速度を速め、成形サイクルが短縮されてクリーニングブレードの製造効率が向上するようになる。

従来から上記触媒として、トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）等が使用されている（例えば特許文献１）。しかしながら、触媒のみではポリウレタンエラストマーの反応性をすべてコントロールできず、ポリウレタンエラストマー内部において、その反応性は均一ではなく、硬化反応が速い部分と遅い部分が存在する。そして、反応が速い部分が硬化した後に反応の遅い部分が硬化するため、境目が生じることとなる。その境目部分の強度は、他の均質な部分に比べて弱い。そのため、感光体との摺擦によりこの境目から剥離することが原因で、欠けが発生し、画像不良につながる。

特開２００３−１３７９５２号公報

本発明は、感光体との摺擦によるエッジ部の欠損が少ない電子写真装置用クリーニングブレードを提供することにある。

本発明は、ポリウレタンエラストマーからなる弾性ブレード部材を有する電子写真装置用クリーニングブレードであって、
前記ポリウレタンエラストマーが、少なくとも下記（Ａ）から（Ｄ）を含有することを特徴とする電子写真装置用クリーニングブレードである。
（Ａ）ポリイソシアネート
（Ｂ）酸価が２．００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のポリエステルポリオール
（Ｃ）分子量２００以下のポリオールからなる鎖延長剤
（Ｄ）ポリウレタン硬化用触媒

本発明によれば、成型時の切断または感光体との摺擦によるエッジ部の欠損が少ない電子写真装置用クリーニングブレードを提供することが可能である。

本発明の電子写真装置用クリーニングブレードは、ポリウレタンエラストマーからなる弾性ブレード部材を有する電子写真装置用クリーニングブレードであって、
前記ポリウレタンエラストマーが、少なくとも下記（Ａ）から（Ｄ）を含有することを特徴とする。
（Ａ）ポリイソシアネート
（Ｂ）酸価が２．００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のポリエステルポリオール
（Ｃ）分子量２００以下のポリオールからなる鎖延長剤
（Ｄ）ポリウレタン硬化用触媒

本発明に係る電子写真装置用クリーニングブレードは、クリーニング性に優れると同時に、感光体との摺擦に対する耐久性に優れる。

以下、本発明の構成要素について詳細に説明する。

（ポリエステルポリオール）
本発明において、ポリウレタンエラストマーに含まれるポリエステルポリオールの酸価は、２．００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。ポリイソシアネートに含まれるイソシアネート基とポリオールに含まれる水酸基との反応性は、酸性度に左右されるため、ポリエステルポリオールの酸性官能基近傍では極端に反応が遅くなる。このため、ポリエステルの酸価が２．００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、反応が極端に遅くなる部分が多くなり、欠けやすい部分が多くなり、感光体との摺擦時における欠けによる画像不良になりやすい。また、上記の理由から、ポリエステルポリオールの酸価はできる限り低いほうが望ましく、好ましくは０．５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。また、ポリエステルポリオールを製造する際に使用されるエステル化触媒も反応がばらつく要因となるため、ポリエステルポリオールの製造段階における洗浄等により、エステル化触媒の除去、失活により一定量以下にすることが好ましい。

ポリエステルポリオールとしては、２以上の水酸基を有し、酸価が２．００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のものを用いる。ここで、ポリエステルポリオールの酸価は、ポリエステルポリオールの原料に含まれる未反応のカルボン酸基の量に由来する。このため、ポリエステルポリオールの酸価は、ポリエステルポリールの反応時間を延長することにより、低く調整することができる。例えば、ポリエステルポリオールとして以下のものを挙げることができる。ポリエチレンアジペートポリエステルポリオール、ポリブチレンアジペートポリエステルポリオール、ポリヘキシレンアジペートポリエステルポリオール、ポリエチレン−プロピレンアジペートポリエステルポリオール。ポリエチレン−ブチレンアジペートポリエステルポリオール、ポリエチレン−ネオペンチレンアジペートポリエステルポリオール等のアジペート系ポリエステルポリオール。カプロラクトンを開環重合して得られるポリカプロラクトン系ポリエステルポリオール等。これらは単独で用いても、二種以上組み合わせて使用してもよい。ここで、ポリウレタンエラストマーの硬さ、物性は、使用するポリオールの種類に左右されるため、ポリブチレンアジペートポリエステルポリオールもしくはポリへキシレンアジペートポリエステルポリオールを使用するのが好ましい。また、２種類以上のポリオールを使用することで、ポリエステル鎖の結晶性が乱れ、結晶化温度が低下し、低温域においても十分なゴム弾性を得ることができる。そのため、ポリブチレンアジペートポリエステルポリオールとポリへキシレンアジペートポリエステルポリオールを併用するのがさらに好ましい。さらに、成形性、成型後の硬さ、物性の観点から、上記ポリブチレンアジペートポリエステルポリオールとポリへキシレンアジペートポリエステルポリオールの分子量が１０００以上３０００以下であることが好ましい。

また、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール若しくはポリテトラメチレングリコール等のポリエーテルポリオール又はポリカーボネートジオール等を組み合わせて使用してもよい。

（ポリイソシアネート）
ポリイソシアネートとしては、イソシアネート基を２以上有するものであればよく、例えば、以下のものを挙げることができる。４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキシルジイソシネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジイソシアネート、ポリメチレンフェニルポリイソシアネート、オルトトルイジンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、キシ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、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、ジメチルジイソシアネート等。これらは単独で用いても、二種以上組み合わせて使用してもよい。これらのうち、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）を特に好ましいものとして挙げることができる。

ポリイソシアネートとポリエステルポリオールのモル比は、例えば、２０：８０〜４０：６０とすることができる。また、硬度、物性の観点から、２５：７５〜３８：６２とすることが好ましく、２８：７２〜３５：６５とすることがより好ましい。

（鎖延長剤）
鎖延長剤としては、ポリウレタンエラストマー鎖を延長可能なものであって、分子量２００以下のポリオールを用いることができる。具体的には以下のものを例として挙げることができる。

１，４−ブタンジオール、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、へキサンジオール、１，４−シクロへキサンジオール、１，４−シクロへキサンジメタノール、キシリレングリコール、トリエチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、１，２，６−へキサントリオール等の分子量２００以下のポリオール。

鎖延長剤の含有量は、例えば、組成物の全量に対して２〜１０質量％の範囲とすることができる。また、ポリウレタンエラストマーの硬度、物性の観点から、３〜７質量％とすることが好ましく、３．５〜６質量％とすることがより好ましい。

（ポリウレタン硬化用触媒）
ポリウレタン硬化用触媒は、イソシアヌレート化触媒とウレタン化触媒に大別され、これらのうちいずれか１種を用いてもよいが、イソシアヌレート化触媒とウレタン化触媒を併用することが好ましい。

イソシアヌレート化触媒としては、例えば以下のものを挙げることができる。Ｎ−エチルピペリジン、Ｎ，Ｎ′−ジメチルピペラジン、Ｎ−エチルモルフォリン等の第３級アミン；テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等のテトラアルキルアンモニウムのハイドロオキサイドや有機弱酸塩；トリメチルヒドロキシプロピルアンモニウム、トリエチルヒドロキシプロピルアンモニウム等のヒドロキシアルキルアンモニウムのハイドロオキサイドや有機弱酸塩；酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、カプリン酸、吉草酸、オクチル酸、ミリスチン酸、ナフテン酸等のカルボン酸のアルカリ金属塩。酢酸のアルカリ金属塩としては例えば酢酸カリウムが挙げられる。これらは単独で用いても、二種以上組み合わせて使用してもよい。

ウレタン化触媒としては、一般に用いられるポリウレタン硬化用の触媒を使用することができ、例えば三級アミン触媒等を挙げることができる。例えば以下のものを例示することができる。ジメチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチルアミノプロピルエタノールアミン等のアミノアルコール；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；トリエチレンジアミン、ピペラジン系、トリアジン系等。また、ポリウレタンの成形に用いられる金属触媒でもよく、ジブチル錫ジラウレート等を例示することができる。これらは単独で用いても、二種以上組み合わせて使用してもよい。

イソシアヌレート化触媒とウレタン化触媒の組み合わせとしては、活性が高い酢酸カリウムとトリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）が好ましい。

ポリウレタン硬化用触媒の含有量は、例えば、イソシアヌレート化触媒、ウレタン化触媒合わせて、組成物の全量に対して０．００５〜０．１質量％の範囲とすることができる。また、成形性の観点から、０．０１〜０．０８質量％とすることが好ましく、０．０１〜０．０６質量％とすることがより好ましい。

（その他の材料について）
前ポリウレタンエラストマーには、必要に応じて、触媒、顔料、可塑剤、防水剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤又は光安定剤等の添加剤を配合することができる。

（電子写真装置用クリーニングブレードの製造について）
このようなポリウレタンエラストマーを用いて電子写真装置用クリーニングブレードを製造するには、プレポリマー法、ワンショット法、セミポリマー法又は擬プレポリマー法等を使用することができる。その一例として、プレポリマー法を適用した成型方法を以下に説明する。

まず、弾性ブレード部材用成形型を準備し、支持部材となるホルダーを配置する。次に、ポリイソシアネートとポリエステルポリオールとを混合して予め部分的に重合したプレポリマーと、ポリウレタン硬化用触媒及び鎖延長剤とを注型機に投入し、ミキシングチャンバー内で攪拌しポリウレタンエラストマー（液状混合物）を得る。これを上記成形型内に注入し、反応硬化させ、次いで硬化物を脱型し、所定の寸法に切断することにより、ホルダー上にポリウレタンエラストマーからなる弾性ブレード部材が成形された電子写真装置用クリーニングブレードを製造することができる。ホルダーの弾性ブレード部材を成形する部位には、接着剤を塗布しておくことが好ましい。

上記方法では成形型にホルダーを配置した電子写真装置用クリーニングブレードの製造方法を説明したが、成形型にホルダーを配置せず、弾性ブレード部材を成型した後、ホルダーに接着することも可能である。

（ポリエステルポリオールの酸価の測定方法）
ポリエステルポリオールの酸価は、ＪＩＳ Ｋ１５５７−５に準じて測定を行うことができる。

（電子写真装置用クリーニングブレードの使用形態について）
本発明の電子写真装置用クリーニングブレードの一例を図１に示す。図１に示す電子写真装置用クリーニングブレードは、金属製のホルダー（剛性板状体）１に本発明のブレード部材２が取り付けられて構成されている。なお、電子写真装置用クリーニングブレードにおけるブレード部材の形成位置や形状は、ブレード部材が感光ドラムと当接可能なように適宜選択できる。

本発明の電子写真装置用クリ−ニングブレードは、例えば、複写機、レーザービームプリンター、エルイーディープリンター（ＬＥＤプリンター）、ファクシミリ、電子写真製版システム等の静電転写プロセスを利用した電子写真装置に用いられる。また、これらの装置において、クリーニングブレードの他、像担持体、帯電部材、現像部材等の複数の部材を一体的に組み込み、電子写真装置本体に着脱可能としたプロセスカートリッジとして適用することができる。

本発明の電子写真装置用クリーニングブレードを適用した電子写真装置の一例として、図２に示すものを挙げることができる。図２に示す画像形成装置では、感光体等の像担持体５１が、支軸を中心に図面上時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。この像担持体５１の表面は、コロナ放電器や帯電ローラー等の帯電部材５２により所定の極性、電位に一様に帯電処理される。均一に帯電処理を受けた像担持体５１の表面は、次いで、露光手段Ｌにより目的画像情報の露光（レーザービーム走査露光，原稿画像のスリット露光など）を受け、目的の画像情報に対応した静電潜像５３が形成される。その静電潜像５３は、次いで、現像部材５４によりトナー画像として順次に可視像化される。

像担持体５１の表面に形成されたトナー画像は、次いで、転写部材５５により転写材Ｐの表面側に転写されていく。なお、転写材Ｐは、不図示の給紙手段部から像担持体５１の回転と同期取りされて適正なタイミングをもって像担持体５１と転写部材５５との間の転写部へ搬送される。転写部材５５は、ローラタイプであってもよい。また、４色のトナーを用いてカラー画像を出力するカラーＬＢＰ等においては、各色のカラー画像を順次ローラーやベルト等の中間転写体に重畳して転写した後、転写材Ｐの表面側に転写される。トナー画像の転写を受けた転写材Ｐは、像担持体５５から分離されて加熱定着ローラー等の定着部材５８により像定着を受け、画像形成物として出力される。

転写後、像担持体５１の表面は、本発明の電子写真装置用クリーニングブレード５６で残留トナー等の付着汚染物の除去を受けて洗浄面化され、繰り返して作像に供される。

次に本発明の電子写真装置用クリーニングブレードについて実施例を挙げてより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
［ポリウレタンエラストマー材料の調製］
４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）と、ポリブチレンアジペートポリエステルポリオール（ＰＢＡ，分子量２０００，酸価１．８ｍｇＫＯＨ／ｇ）とを表１に示す割合で混合し、８０℃窒素雰囲気下１２０分間反応させ、プレポリマーを得た。一方、１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤ，分子量９４）及びトリメチロールプロパン（ＴＭＰ，分子量１３４）、並びにポリウレタン硬化用触媒を、表１に示す割合で混合し、硬化剤を得た。また、ポリウレタン硬化用触媒としては、ヌレート化触媒（商品名「Ｐ１５」：エアプロダクツジャパン社製）とウレタン化触媒（トリエチレンジアミン：商品名「ＤＡＢＣＯ ｃｒｙｓｔａｌ」：エアプロダクツジャパン社製）と、の混合物を用いた。

なお、ＭＤＩとしては、商品名「ミリオネートＭＴ」（日本ポリウレタン工業（株）製）を用いた。また、ＰＢＡは、商品名「ニッポラン４０１０」（日本ポリウレタン工業（株）製）を用いた。また、１，４−ＢＤは三菱化学（株）製のものを用いた。また、ＴＭＰは三菱ガス化学（株）製のものを用いた。

ポリエステルポリオール（ポリブチレンアジペートポリエステルポリオール）の分子量は下記式（１）により算出した。また、式中の水酸基価は、ＪＩＳ−Ｋ１５５７−１に準じて算出した。

［電子写真装置用クリーニングブレードの製造］
得られたプレポリマーと硬化剤を混合し、ポリウレタンエラストマー材料を調製した。予め支持部材としてホルダーを用意し、片端面に接着剤を塗布した。上型と下型で構成されるクリーニングブレード用成形型に、上記ホルダーに接着剤を塗布した片端部がキャビティ内に突出した状態に配置し、調製したポリウレタンエラストマー材料をキャビティ内に注入した。これを１３０℃の加熱温度で反応硬化させ、次いで硬化物を脱型し、所定の寸法に切断することで、ホルダー上に弾性ブレード部材が成形された電子写真装置用クリーニングブレードを作製した。

得られた電子写真装置用クリーニングブレードについて、レーザービームプリンター（ＬＢＰ−２５１０：キヤノン社製）に組み込み、５０００枚連続画像形成を行った後、画像評価（クリーニング不良に由来する縦スジの有無）を行った。その後、組み込んだ電子写真装置用クリーニングブレードを取り出し、エッジ部３を４５°方向から１００に拡大して観察し、エッジ部稜線よりの凹んでいる部分を欠けとした。その評価基準は以下のようにし、結果を表１に示す。
○：クリーニング不良がなく、エッジ部分に欠けがないもしくは軽微（５μｍ未満）の欠けしかない場合。
△：クリーニング不良はないが、中程度（５μｍ以上１０μｍ未満）の欠けがある場合。
×：クリーニング不良が発生している場合。

［実施例２］
表１に示す割合でプレポリマーおよび硬化剤を調製した以外は、実施例１と同様に電子写真装置用クリーニングブレードを作製し、クリーニング性評価とブレードエッジ部の欠けの評価を行った。なお、ポリエステルポリオールとしては、ポリブチレンアジペートポリエステルポリオール（ＰＢＡ，分子量２０００，酸価０．３ｍｇＫＯＨ／ｇ）を使用した。結果を表１に示す。

［実施例３］
表１に示す割合でプレポリマーおよび硬化剤を調製した以外は、実施例１と同様に電子写真装置用クリーニングブレードを作製し、クリーニング性評価とブレードエッジ部の欠けの評価を行った。

より詳細に説明すると、ＭＤＩとＰＢＡ（分子量２０００，酸価０．１ｍｇＫＯＨ／ｇ）とを表１に示す割合で混合し、８０℃窒素雰囲気下１２０分間反応させ、プレポリマーを得た。一方、ポリへキシレンアジペートポリエステルポリオール（ＰＨＡ、分子量１０００、酸価０．４ｍｇＫＯＨ／ｇ）、１，４−ＢＤ、ＴＭＰ及びポリウレタン硬化用触媒を表１に示す割合で混合し、硬化剤を得た。なお、ＰＨＡは商品名「ニッポラン１６４」（日本ポリウレタン工業（株）製）を用いた。得られたプレポリマーと硬化剤を混合し、ポリウレタンエラストマーを調製し、該ポリウレタンエラストマーを用いて実施例１と同様に電子写真装置用クリーニングブレードを作製した。評価結果を表１に示す。

［比較例１］
表１に示す割合でプレポリマーおよび硬化剤を調製した以外は、実施例１と同様に電子写真装置用クリーニングブレードを作製し、クリーニング性評価とブレードエッジ部の欠けの評価を行った。なお、ＰＢＡは分子量２０００，酸価２．２ｍｇＫＯＨ／ｇのものを使用した。結果を表１に示す。

［比較例２］
表１に示す割合でプレポリマーおよび硬化剤を調製した以外は、実施例３と同様に電子写真装置用クリーニングブレードを作製し、クリーニング性評価とブレードエッジ部の欠けの評価を行った。なお、ＰＢＡは分子量２０００，酸価２．５ｍｇＫＯＨ／ｇのものを、ＰＨＡは分子量１０００、酸価２．２ｍｇＫＯＨ／ｇのものを使用した。結果を表１に示す。

表中の部数の単位は、質量部である。

表１に示すように、実施例１〜３では、使用後のエッジ部分の欠けが軽微であり、クリーニング不良が発生していない。これに対し、比較例１、２では、ポリエステルポリオールの酸価が２．００ｍｇＫＯＨ／ｇより大きいため、クリーニング不良が発生していないが、エッジ部の欠けが中程度もしくは、エッジ部の欠けが１０μｍと大きくクリーニング不良が発生した。

本発明の電子写真装置用クリーニングブレードの一例を示す側面図である。 本発明の電子写真装置用クリーニングブレードの欠け検査を示す側面図である。 本発明の電子写真装置用クリーニングブレードを適用し得る電子写真装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ ホルダー
２ ブレード部材
３ ブレードエッジ部
５１ 像担持体
５２ 帯電部材
５３ 静電潜像
５４ 現像部材
５５ 転写部材
５６ クリーニングブレード
５８ 定着部材

Claims (5)

1. ポリウレタンエラストマーからなる弾性ブレード部材を有する電子写真装置用クリーニングブレードであって、
   前記ポリウレタンエラストマーが、少なくとも下記（Ａ）から（Ｄ）を含有することを特徴とする電子写真装置用クリーニングブレード。
   （Ａ）ポリイソシアネート
   （Ｂ）酸価が２．００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のポリエステルポリオール
   （Ｃ）分子量２００以下のポリオールからなる鎖延長剤
   （Ｄ）ポリウレタン硬化用触媒
2. 前記ポリイソシアネートは４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真装置用クリーニングブレード。
3. 前記ポリエステルポリオールは、ポリブチレンアジペートポリエステルポリオールを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真装置用クリーニングブレード。
4. 前記ポリエステルポリオールは、少なくともポリブチレンアジペートポリエステルポリオール及びポリへキシレンアジペートポリエステルポリオールを含み、それらの酸価が０．５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真装置用クリーニングブレード。
5. 前記ポリブチレンアジペートポリエステルポリオールおよびポリへキシレンアジペートポリエステルポリオールの分子量が１０００以上３０００以下であることを特徴とする請求項４に記載の電子写真装置用クリーニングブレード。

Images