JP2006292875A - 画像形成装置用ブレード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも硬度が高く、しかも永久歪が小さく、クリーニング性に優れた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。
【解決手段】ポリオール成分、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、鎖延長剤である芳香族ジアミン、架橋剤である３又は４官能多価アルコ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画像形成装置用ブレードとする。
【選択図】なし

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、長期にわたり広範囲の温度条件で安定したクリーニング性を有するクリーニングブレードとして、実施例において硬度が６４〜６６のジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）をイソシアネート成分とする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、やはり広範囲の温度条件で欠けを発生することなく安定したクリーニング性を有するクリーニングブレードとして、硬度が７５〜８０であり、特許文献１と同様にＭＤＩをイソシアネート成分とする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２００２−２３６４３８号公報 特開２００１−２６５１９０号公報

しかし、画像形成装置においては、ブレードの厚さを薄くしてなお必要な当接圧を有する弾性体ブレードが求められる場合があり、係るポリウレタン弾性体を特許文献１、２に開示されたＭＤＩを使用して製造しようとすると、弾性体に濁りが発生し、永久歪が大きい、即ち応力緩和の大きい弾性体となり、長期の使用に耐えるものではなく、また耐摩耗性や耐欠け性に乏しく、クリーニング性の改善が必要なブレードとなる。

本発明は、従来よりも硬度が高く、しかも永久歪が小さく、クリーニング性に優れた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、ポリオール成分、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、鎖延長剤として芳香族ジアミン、架橋剤として平均官能基数３〜４の多価アルコ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、従来よりも硬度が高く、しかも永久歪が小さく、クリーニング性に優れた画像形成装置用の弾性体ブレードである。

ＴＤＩをイソシアネート成分として使用するとＭＤＩを使用した場合よりも高硬度で永久歪の小さなポリウレタンエラストマーが得られる理由は明らかではないが、ＭＤＩを使用したポリウレタンエラストマーを高硬度としようとすると発生する白濁がＴＤＩを使用した場合には発生しないために少なくとも永久歪や耐欠け性などが改善されるものと推測される。

本発明の弾性体ブレードの硬度は、アスカーＡにて７５以上、アスカーＤにて４０以下であることが好ましく、アスカーＡにて８０以上であることがより好ましい。

上述の画像形成装置用ブレードにおいては、前記ポリオール成分がポリオキシテトラメチレングリコールを主成分とすることがより好ましい。

係る構成によって、より永久歪が小さく、高硬度の弾性体ブレードを得ることができる。ポリオキシテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）を使用する場合にはその特性を損なわない範囲、好ましくは１０重量％以下の他のポリオール成分を添加してもよい。

また上述の画像形成装置用ブレードにおいては、前記多価アルコールがアミノ基含有多価アルコールであることが好ましい。

アミノ基含有多価アルコールを架橋剤として使用することにより、イソシアネート基と鎖延長剤と架橋剤との反応のバランスが良好となり、特性の優れた弾性体ブレードを容易に製造することができる。

本発明の画像形成装置用ブレードの製造方法は、ポリオール成分の少なくとも一部とトルエン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少なくとも鎖延長剤及び平均官能基数３〜４の架橋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、従来よりも硬度が高く、しかも永久歪が小さく、クリーニング性に優れた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成分としては、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などが例示される。

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してもよい。低分子量グリコールを使用することにより形成する弾性体の硬度がより高くなるように調整することが容易に行える。低分子量グリコールとしては、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが例示される。

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はトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）を使用する。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。

鎖延長剤としては、芳香族ジアミンを使用する。芳香族ジアミンは、ハロゲン元素を含有しないものであることが好ましい。具体的には２，４−トルエンジアミンの置換誘導体、２，６−トルエンジアミンの置換誘導体、４，４’−ジアミノジフェニルメタンの各アミノ基のｏ−位置の少なくとも１つの置換誘導体、フェニレンジアミン類、キシリレンジアミン類などが例示され、より具体的には、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエチル−２，４−トルエンジアミン、３，５−ジエチル−２，６−トルエンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、ｍ−キシリレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミンなどが例示される。鎖延長剤は単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミンとの８０／２０混合物はエタキュア３００（アルベマール社製）として市販されている。

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。これらの中でも、上述のようにアミノ基含有多価アルコールの使用が好ましい。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＝９５／５〜７０／３０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、ポリオール成分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。

イソシアネート成分としてＴＤＩを使用したプレポリマーとしては、市販品を使用してもよく、例えばアジプレンＬ−１６７，アジプレンＬ−１００（ユニロイヤル）等が好適な市販品として例示される。これらのプレポリマーは、ポリオール成分としてポリオキシテトラメチレングリコールを使用したものである。

プレポリマー法には、ポリオール成分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、ポリオール成分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成分と鎖延長剤、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）
ＴＤＩをイソシアネート成分としたプレポリマーとしてアジプレンＬ−１６７（ユニロイヤル）を使用し、１００重量部のＬ−１６７を８０℃に加熱し、３０℃に温度調整した３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミンと３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミンとの混合物（エタキュア３００：アルベマール社製）９．６重量部とトリエタノールアミン２．４重量部の混合物を添加し、遠心成形法により厚さ２ｍｍ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）
エタキュア３００を１１．８重量部、トリエタノールアミンを１．３重量部使用した以外は実施例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）
エタキュア３００を８．４重量部、トリエタノールアミンを２．１重量部使用した以外は実施例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）
トリエタノールアミンを使用することなく、エタキュア３００を１４．６重量部使用した以外は実施例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＞
（ポリウレタン弾性体の物理特性）
製造例において得たポリウレタン弾性体シートを使用してＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠して引張強さを、ＪＩＳ Ｋ ６２５２に準拠して引裂強さを、それぞれ測定した。またＪＩＳ Ｋ ６２５５（リュプケ式）に準拠して２３℃の反発弾性を測定した。硬度はＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して、デュロメーター硬度計を使用してショアＡ硬度を測定した。測定は、製造例において得られた厚さ２．０ｍｍのポリウレタン弾性体シートを６枚重ねて厚さ１２．０ｍｍ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、ＴＤＩをイソシアネート成分として使用したポリウレタンエラストマーを使用したブレードは、硬度がアスカーＡにて８０以上であって、従来のＭＤＩ系のブレードより高い硬度を有し、機械特性に優れ、しかも永久伸びが小さく、画像形成装置用ブレードとして適したものであることが分かる。これに対して３官能の架橋剤を使用しなかった比較例１のブレードは永久伸びが大きく、画像形成装置用ブレードとして適したものではなかった。

Claims (4)

1. ポリオール成分、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、鎖延長剤として芳香族ジアミン、架橋剤として平均官能基数３〜４の多価アルコ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画像形成装置用ブレード。
2. 前記ポリオール成分がポリオキシテトラメチレングリコールを主成分とする請求項１に記載の画像形成装置用ブレード。
3. 前記多価アルコールがアミノ基含有多価アルコールである請求項１又は２に記載の画像形成装置用ブレード。
4. ポリオール成分の少なくとも一部とトルエン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少なくとも鎖延長剤及び平均官能基数３〜４の架橋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。