JP5236150B2 - 画像形成装置用ブレード及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、普通紙複写機、普通紙ファクシミリ、レーザービームプリンター等の静電方式の画像形成装置において感光体や転写ベルト等のトナーを担持し或いはトナー担持面と接触する部材表面の残存トナーを除去するクリーニングブレード、感光体にトナーを供給する現像装置に使用するトナー規制ブレード等の画像形成装置用の弾性体ブレード及びその製造方法に関するものである。

画像形成装置において使用する弾性体ブレードとしては、ポリウレタンエラストマーを使用したクリーニングブレードやトナー規制ブレードが公知である（例えば特許文献１、２など）。

特許文献１には、低温特性と永久歪み及び高温でのビビリ音防止とを両立させたクリーニングブレードとして、ポリエチレンアジペートをポリオール成分とし、１，４−ブタンジオールを鎖延長剤とし、トリメチロールプロパンを架橋剤としたポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードが開示されている。

また特許文献２には、超低反発弾性であり、しかも機械的強度に優れたクリーニングブレードとして、ポリカーボネートジオールをポリオール成分とし、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオールなどの短鎖ジオールを鎖延長剤とし、トリメチロールプロパンなどの他官能アルコールを架橋剤としたポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードが開示されている。

特開平８−１７９６６９号公報 特開２００４−２２００１８号公報

近年、複写機などの画像形成装置においては、部品交換の回数低減が求められており、クリーニングブレードなどの部材においても従来よりもさらに長い耐久時間が求められている。

しかるに、特許文献１、２に代表される鎖延長剤と架橋剤を使用したポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードは、長期にわたって使用すると永久歪によって感光体などの当接対象との圧接力が低下するヘタリと称される現象が発生し、係るヘタリによってクリーニングブレードにあってはクリーニング不良が発生するという問題が発生するため、改善が求められている。
永久歪の小さなポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードとするためには、特許文献１、２において使用されているトリメチロールプロパン等の架橋剤の比率を高くすることが考えられるが、架橋剤の比率を高くするとポリウレタンエラストマーの硬化が起こらない等の問題が発生する。

本発明は、従来よりも永久歪が小さく、長期の使用においてヘタリを生じにくい画像形成装置用の弾性体ブレード及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置用ブレードは、ポリオール化合物、芳香族ジイソシアネート、架橋剤及び鎖延長剤として側鎖を有する脂肪族ジオールを構成成分とするポリウレタンエラストマーからなることを特徴とする。

係る構成の画像形成装置用ブレードは、従来よりも永久歪が小さく、長期の使用においてヘタリを生じにくい画像形成装置用の弾性体ブレードである。

上記の画像形成装置用ブレードにおいては、前記ポリオール化合物がポリエステルグリコールを主成分とすることが好ましい。

係る構成のポリウレタンエラストマーにより形成されたブレードは、とりわけ永久歪が小さく、長期の使用においてヘタリを生じにくいものである。

本発明の画像形成装置用ブレードの製造方法は、ポリオール化合物の少なくとも一部と芳香族ジイソシアネートとをＮＣＯ基過剰にて反応させてＮＣＯ基末端のプレポリマーを作製するプレポリマー製造工程、前記プレポリマーと架橋剤及び少なくとも側鎖を有する脂肪族ジオールを含む鎖延長剤と混合して反応原液組成物とする混合工程、前記反応原液組成物を注型して硬化させる成形工程を有することを特徴とする。

係る構成の製造方法により、従来よりも永久歪が小さく、長期の使用においてヘタリを生じにくい画像形成装置用の弾性体ブレードを製造することができる。

本発明の画像形成装置用のポリウレタンエラストマー製弾性体ブレードを構成するポリオール化合物としては、平均分子量が１０００〜３０００のポリウレタンエラストマー用のポリオール化合物を限定なく使用することができ、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテル−ポリエステル共重合ポリオールなどが例示される。

ポリエーテルポリオールとしては、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）の使用が好ましい。またポリエーテル−ポリエステル共重合ポリオールとしては、ＰＴＭＧにε−カプロラクトンを開環付加させた共重合ポリオールが例示される。

上記のポリオールの中でもポリエステルグリコールを使用することが好ましい。ポリエステルグリコールとしては、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール，１，４−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール等の低分子量グリコールの１種又は２種以上とグルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸あるいはその他の低分子ジカルボン酸やオリゴマー酸の１種又は２種以上との縮合重合体、プロピオラクトン、カプロラクトン、バレロラクトン等の開環エステル類の開環重合体等のポリオール類が例示できる。

本発明の画像形成装置用のポリウレタンエラストマー製弾性体ブレードを構成するポリイソシアネート成分としては芳香族ジイソシアネート化合物を使用することが好ましい。芳香族ジイソシアネート化合物としては、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ｐ−フェニレンジイソシアネートなどが例示される。ＴＤＩには、２，４−ＴＤＩと２，６−ＴＤＩとがあるが、いずれを使用してもよく、併用してもよい。２，４−ＴＤＩが１００％のもの（ＴＤＩ−１００）、２，４−ＴＤＩ／２，６−ＴＤＩ＝９５／５（ＴＤＩ−９５），８０／２０（ＴＤＩ−８０），６０／４０（ＴＤＩ−６０）などが市販されており、いずれも使用可能である。

鎖延長剤として使用する側鎖を有する脂肪族ジオールとしては公知の化合物を限定なく使用することができ、具体的には１，２−プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、ネオペンチルグリコールが好適な化合物として例示できる。

鎖延長剤としては、必要に応じて公知の直鎖状のグリコール、例えばエチレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等を併用してもよい。

架橋剤としては、３又は４官能の多価アルコールを使用する。具体的には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などの脂肪族多価アルコール、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラヒドロキシエチルエチレンジアミン等のアミノ基含有多価アルコールなどを例示することができる。これらの架橋剤は２種以上を併用してもよく、３官能多価アルコールと４官能多価アルコールを併用すると平均官能基数が３〜４となる。

鎖延長剤と架橋剤の比率は、モル比にて鎖延長剤／架橋剤＝９５／５〜６０／４０であることが好ましい。鎖延長剤／架橋剤比が９５／５を超えて鎖延長剤の比率が高くなると得られる弾性体ブレードの永久歪が大きくなり、６０／４０を超えて架橋剤の比率が高くなると得られる弾性体ブレードの機械的特性が低下して耐欠け性の低下などが起こる。鎖延長剤／架橋剤＝９０／１０〜７０／３０であることがより好ましい。

上記のポリウレタンエラストマー原料を使用してポリウレタンエラストマーを形成する方法としては、各成分を所定量を混合して（混合工程）反応原液組成物として該反応原液組成物を反応硬化させるワンショット法、ポリオール化合物の少なくとも一部を予めイソシアネート成分と反応させてプレポリマーを作製し（プレポリマー製造工程）、該プレポリマーと少なくとも鎖延長剤と架橋剤とを混合して（混合工程）反応原液組成物とし、該反応原液組成物を反応硬化させるプレポリマー法とがあり、いずれの方法でもよいが、より物理特性の優れたポリウレタンエラストマーが得られることから上述のようにプレポリマー法によることが好ましい。硬化反応におけるＮＣＯ／Ｈ^＊当量比（ＮＣＯインデックス）は、１．０５〜１．３０であることが好ましい。

プレポリマー法には、ポリオール化合物の全量とイソシアネート成分とを反応させてプレポリマーとし、該プレポリマーと鎖延長剤、架橋剤と反応させる完全プレポリマー法、ポリオール化合物の一部とイソシアネート成分とを反応させてプレポリマーとし、該プレポリマーと残余のポリオール化合物と鎖延長剤、架橋剤の混合物と反応させる疑似プレポリマー法とがあるが、いずれの方法も使用可能である。ポリオール化合物に加えてさらに低分子量グリコールを使用する場合にはプレポリマー法を使用し、低分子量グリコールをプレポリマー構成成分とすることが好ましい。

画像形成装置用ブレードは、例えば以下の成形工程を有する製造方法により製造することができる。
＜１＞シート成形法
１）反応原液組成物をシート状に注型して反応硬化させて原反シートとし、該原反シートを裁断して（裁断工程）ブレードとする。シート成形においては、一般に遠心成形法が使用される。
２）ブレードを画像形成装置に装着するための基材（金具など）に接着などにより装着してブレードユニットとする。
＜２＞直接成形法
成形すべきブレードの形状のキャビティーを有する金型に必要に応じてブレードを画像形成装置に装着するための基材（金具など）を配設し、成形キャビティーに反応原液組成物を注型してブレードないしブレードユニットを成形する。

＜ポリウレタンエラストマーシート製造例＞
（実施例１）
４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）５６．９重量部とポリエステルグリコールであるプラクセル２２０Ｎ（ポリカプロラクトングリコール；ダイセル化学工業）４３．１重量部を反応させて疑似プレポリマーを作製した。
得られた疑似プレポリマー１００重量部を８０℃に加熱し、プラクセル２２０Ｎを５５．４重量部、側鎖を有する脂肪族ジオールであるプロピレングリコールを６．０重量部、架橋剤としてトリメチロールプロパンを２．２重量部（鎖延長剤／架橋剤モル比＝８３／１７）からなる硬化剤成分合計６３．６重量部を添加し、遠心成形法により厚さ２ｍｍのブレード製造用のポリウレタンエラストマーシートを作製した。ポストキュアと熟成を行った後に物性評価を行った。

（実施例２）
硬化剤成分としてプラクセル２２０Ｎを５７．６重量部、側鎖を有する脂肪族ジオールである１，３−ブタンジオールを６．９重量部、架橋剤としてトリメチロールプロパンを２．２重量部（鎖延長剤／架橋剤モル比＝８３／１７）からなる硬化剤成分合計６６．７重量部を添加した以外は実施例１と同様にしてポリウレタンエラストマーシートを作製した。

（実施例３）
硬化剤成分としてプラクセル２２０Ｎを５９．８重量部、側鎖を有する脂肪族ジオールであるネオペンチルグリコールを７．９重量部、架橋剤としてトリメチロールプロパンを２．３重量部（鎖延長剤／架橋剤モル比＝８２／１８）からなる硬化剤成分合計７０．０重量部を添加した以外は実施例１と同様にしてポリウレタンエラストマーシートを作製した。

（比較例１）
硬化剤成分としてプラクセル２２０Ｎを５３．１重量部、直鎖状の脂肪族ジオールであるエチレングリコールを５．０重量部、架橋剤としてトリメチロールプロパンを２．２重量部からなる硬化剤成分合計６０．３重量部を添加した以外は実施例１と同様にしてポリウレタンエラストマーシートを作製した。

（比較例２）
硬化剤成分としてプラクセル２２０Ｎを５７．６重量部、直鎖状の脂肪族ジオールである１，４−、ブタンジオールを６．９重量部、架橋剤としてトリメチロールプロパンを２．２重量部からなる硬化剤成分合計６６．７重量部を添加した以外は実施例１と同様にしてポリウレタンエラストマーシートを作製した。

＜評価＞
（硬度）
硬度はＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して、ＡＳＫＥＲ Ａ硬度計を使用して測定した。測定は、実施例、比較例において得られた厚さ２ｍｍのポリウレタンエラストマーシートを６枚重ねて厚さ１２ｍｍとしたサンプルについて行った。

（反発弾性率）
ＪＩＳ Ｋ ６２５５（リュプケ式）に準拠して２３度での反発弾性率を測定した。測定は実施例、比較例において得られた厚さ２ｍｍのポリウレタンエラストマーシートを６枚重ねて厚さ１２ｍｍとしたサンプルについて行った。

（永久伸び）
製造例において得たポリウレタン弾性体シートから幅１０ｍｍの短冊状の試験サンプルを２本打抜きにより作成し、標線間距離１００ｍｍ（測定値Ｌｏ）とし、測定温度２０±３℃にて引張り速度５００ｍｍ／ｍｉｎにて１００％伸長し、その状態で１０分間放置した後に開放して標線間距離を測定する（Ｌ）。永久伸びを下記式
永久伸び＝１００（Ｌ−Ｌｏ）／Ｌｏ（％）
にて計算する。２つの試験サンプルの測定結果の平均値を永久伸びとする。

＜評価結果＞
評価結果は表１の下段に示した。この結果より、本発明の側鎖を有する脂肪族ジオールを鎖延長剤として使用したポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードは、従来の直鎖状ジオールを使用したポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードと比較して低反発弾性で永久歪が小さく、長期の使用でもヘタリを起こしにくいものであることが分かる。

Claims (3)

1. ポリオール化合物、芳香族ジイソシアネート、架橋剤及び鎖延長剤として側鎖を有する脂肪族ジオール（ただし、隣接する炭素原子が共に水酸基を有するビシナル（ｖｉｃｉｎａｌ）ジオールを除く）を構成成分とするポリウレタンエラストマーからなることを特徴とする画像形成装置用ブレード。
2. 側鎖を有する前記脂肪族ジオールが１，３−ブタンジオールまたはネオペンチルグリコールのみからなる請求項１に記載の画像形成装置用ブレード。
3. ポリオール化合物の少なくとも一部と芳香族ジイソシアネートとをＮＣＯ基過剰にて反応させてＮＣＯ基末端のプレポリマーを作製するプレポリマー製造工程、前記プレポリマーと架橋剤及び少なくとも側鎖を有する脂肪族ジオール（ただし、隣接する炭素原子が共に水酸基を有するビシナル（ｖｉｃｉｎａｌ）ジオールを除く）を含む鎖延長剤と混合して反応原液組成物とする混合工程、前記反応原液組成物を注型して硬化させる成形工程を有することを特徴とする画像形成装置用ブレードの製造方法。