JP3715759B2 - クリーニングブレード及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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画像形成装置、及びこれに用いられるクリーニングブレードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機やレーザービームプリンターは、感光ドラム上に形成された静電潜像上にトナーを付着させて、これを複写紙に転写させて複写を行うものである。この複写後に感光ドラム上に残ったトナーを除去する方法の一つにクリーニングブレード方式が実用化されている。
【０００３】
従来、このクリーニングブレードに用いられる材料としては、耐摩耗性等の機械的強度に優れ、且つクリープ性（応力による変形）の少ないポリエステル系ウレタンエラストマーが用いられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近、電子写真複写機やレーザービームプリンターのプロセスの高速化が進み、感光ドラムの周速が高速化している。それに伴い、クリーニングブレードが感光ドラムから受ける力が増大し、クリーニングブレードのバウンディング現象が起こりやすくなっている。このバウンディング現象は、クリーニングブレードの振動が大きくなると、クリーニングブレードが感光ドラム表面から瞬間的に離れたり接触したりするようになり、これを繰り返す現象である。このバウンディング現象が発生すると、安定的な摺刷ができにくくなる。その結果、トナーの除去が不完全なまま、次の帯電・現像・転写のサイクルに移行するので、出力画像に感光ドラムの軸方向に対して平行な横筋が発生しやすくなってくる。また、このようなバウンディング現象が発生すると、クリーニングブレードが感光ドラムを叩くときに騒音が発生するので、オフィスなどの環境を悪化させることにもなる。
【０００５】
また、従来のポリエステル系ウレタンエラストマーは、比較的低温下では硬度が高まるため、ゴム弾性が低下し、その結果、ブレード先端の欠けが起こったり、騒音が発生したりしていた。
【０００６】
従来、低温時のクリーニングを良好に保つには複写機やレーザービームプリンターが通常使用される最低温度である１２℃以上の環境で充分なゴム弾性を有する材料を用いる必要があった。したがって、粘弾性特性を示すものの一つであるｔａｎδピーク温度が１２℃以下の場合、クリーニングに充分な弾性が保たれることが認識されていた。
【０００７】
しかし、最近の電子写真プロセスの高速化に伴い、動的な特性を考慮した材料設計が必要となってきている。すなわち、プロセススピードを高速化すると、粘弾性特性の粘性項が大きく寄与するようになるため、従来には無かった低温域での振動、騒音が発生するようになる。さらにはクリーニングブレードの振動による欠けが生じ、クリーニング不良による画像不良が発生するに至っている。
【０００８】
そこで本発明の目的は、プロセススピードの速い電子写真複写機やレーザービームプリンター等の画像形成装置に用いられる、クリーニング性に優れ、騒音の発生しにくいクリーニングブレードを提供することである。また、本発明の目的は、さらに比較的低温下においてもクリーニング性に優れ、騒音の発生しにくいクリーニングブレードを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完成した。
【００１０】
本発明は、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１６７ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であることを特徴とするクリーニングブレードに関する。
また本発明は、感光ドラムと、該感光ドラムの回転に対してカウンター方向に設置されているクリーニングブレードと、を具備している画像形成装置において、
該クリーニングブレードが、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１６７ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であり、
該感光ドラムの画像形成の際の周速が、１００ｍｍ／秒以上１５０ｍｍ／秒未満であることを特徴とする画像形成装置に関する。
また本発明は、感光ドラムと、該感光ドラムの回転に対してカウンター方向に設置されているクリーニングブレードと、を具備している画像形成装置において、
該クリーニングブレードが、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１８１ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であり、
該感光ドラムの画像形成の際の周速が、１００ｍｍ／秒以上２００ｍｍ／秒未満であることを特徴とする画像形成装置に関する。
【００１１】
上記本発明においては、トリメチロールプロパン分岐濃度が０．１５１ミリモル／ｇ以上であることが必要であり、好ましくは０．１５１〜０．８００ミリモル／ｇであり、より好ましくは０．１６０〜０．５００ミリモル／ｇである。ウレタン結合基濃度は２．２０ミリモル／ｇ以下であることが必要であり、好ましくは１．６０〜２．２０ミリモル／ｇ、より好ましくは１．８５〜２．１０ミリモル／ｇである。粘弾性のｔａｎδピーク値は１．０８以下であることが必要であり、好ましくは０．１〜１．０８、より好ましくは０．７〜１．０６である。また、ｔａｎδピーク温度は８℃以下であることが好ましく、より好ましくは−２０〜８℃、さらに好ましくは−１０〜８℃である。
【００１２】
一般に、クリーニングブレードは、感光ドラムの回転に対して、カウンター方向に設置されていることが多く、ドラムの回転によりクリーニングブレードの自由長が縮み、その応力で感光ドラムを強く摺擦して、残留トナーを掻き取る仕組みになっている。
【００１３】
しかし、感光ドラムの周速が増加してくると、クリーニングブレードの自由長を縮ませる力が強まり、縮み幅も大きくなり、摺擦が不安定になる。この縮み幅を適度に保つためには、クリーニングブレード部材の粘弾性の損失正接を小さくする必要がある。すなわち、クリーニングブレードに与えられた縮みのエネルギーの保存率を高め、クリーニングブレードが元の長さに戻ろうとすることを促進する必要がある。それにより、感光ドラムの高速な周速に対して、クリーニングブレードの自由長の縮み幅を適度に保ち、バウンディングを防止できると考えられる。そのためには、クリーニングブレードに用いるエラストマー材料は、その弾性と粘性の割合を最適にする、分子構造を持つことが必要である。
【００１４】
そこで本発明者は、特定のポリエステル系ウレタンエラストマー中のウレタン基濃度、及びトリメチロールプロパン分岐濃度をある範囲に限定して、成形物の弾性と粘性の割合を最適化することによって、高速なプロセススピードでも、バウンディングや騒音のないクリーニングブレードを製造することができることを見い出し、本発明を完成した。
【００１５】
また、一般にウレタンエラストマーは、低温下でポリエステル分子鎖が結晶化し、硬度が高まるが、結晶性を阻むようにポリエステル鎖の配列や配向をランダム化することによって、結晶化温度を低下させ、低温域でも十分なゴム弾性を付与することができると考えられる。
【００１６】
そこで本発明者は、ｔａｎδピーク温度の低温度域へのシフト及びｔａｎδピーク値の低下を材料設計に盛り込んで検討を行った結果、ポリエステルポリオールの分子鎖の配列や配向をランダム化させて耐結晶性を向上させた材料で作製したクリーニングブレードは、低温下でも充分なゴム弾性を有し、高速プロセスによる欠けが低減し、騒音も著しく低下することを見い出し、本発明を完成した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を挙げて詳細に説明する。
【００１８】
本発明者は、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ウレタンエラストマーに、もしくはポリ（エチレンブチレンアジペート）系とポリ（ブチレンアジペート）系の共存するウレタンエラストマーに含まれるトリメチロールプロパン分岐濃度を０．１５１ミリモル／ｇ以上で且つウレタン基濃度を２．２ミリモル／ｇ以下にすることによって、損失正接であるｔａｎδを小さくすることができ、高速なプロセススピードでも、騒音やスティックスリップ、バウンディングが無いことを見い出した。
【００１９】
本発明のクリーニングブレードの製造方法は、ポリウレタン形成のためのポリオールとして、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを単独で用いるか、もしくはポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールとポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを併用する。本製造方法では、まず、これらのポリオールとジイソシアネートとを反応させてイソシアネートリッチなプレポリマーを作製する。次いでこのプレポリマーに硬化剤を撹拌混合し、予熱した金型内に注入して硬化処理を行なう。
【００２０】
本発明では、ウレタンエラストマー形成のために用いるポリオールはポリエステルジオールであることが好ましい。また、ポリエステルポリオールの分子量は７５０〜５０００が好ましく、より好ましくは１０００〜３０００である。
【００２１】
ここで、ポリエステルジオールの分子量（Ｍ）は、次式で算出される。
【００２２】
Ｍ＝（５６．１１×１０００×２）／水酸基価
ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールのエチレン単位／ブチレン単位のモル比は、５／９５〜９５／５が好ましく、より好ましくは３０／７０〜７０／３０である。
【００２３】
ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールとポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを併用する場合は、両者の混合比を任意に設定して使用することができる。好ましくは、混合物中のポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを９０ｗｔ％以内にする。この範囲内であれば、ポリマーの結晶性が著しく強くなることもなく、製造が容易で、適度なゴム弾性が得られる。
【００２４】
本発明では、上記プレポリマーの調製において使用するジイソシアネート化合物は、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）が好ましいが、特に制限される物ではなく、以下の化合物も使用できる。
【００２５】
例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート、３，３−ジメチルフェニルジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、カルボジイミド変性ＭＤＩ、キシレンジイソシアネート、ジメリルジイソシアネート、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、ナフ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、ヘキサメチレンジイソシアネート、ポリメチレンフェニルポリイソシアネート等のジイソシアネート等を用いることができる。
【００２６】
本発明では、硬化剤として、トリメチロールプロパン単独、又はトリメチロールプロパンと他のポリオールを併用する。これらのポリオールは、例えば１，４−ブタンジオールと１，１，１，−トリメチロールプロパンを任意の割合で混合して、前記プレポリマーと混合・撹拌して用いる。
【００２７】
このポリオールとしては、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、１，４−ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノールキシレングリコール、トリエチレングリコールなどのジオール（２価のポリオール）が使用できる。３価以上のポリオールとしては、１，１，１，−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、ソルビトール等が用いられる。また、これらの混合物を用いることもできる。その混合割合はいかなる割合でもよい。
【００２８】
以上のようにして作製するクリーニングブレードに用いられるポリウレタンエラストマーは、粘弾性特性のｔａｎδのピーク温度を８℃以下に制御することが好ましい。より好ましくは−２０〜８℃、さらに好ましくは−１０〜８℃である。また、粘弾性特性のｔａｎδのピーク値は１．０８以下であることが必要であり、より好ましくは０．１〜１．０８、さらに好ましくは０．７〜１．０６である。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。
【００３０】
＜参考例＞
４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（以下「ＭＤＩ」と略記する。）１００重量部に、水酸基価５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２０００）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール２３５重量部を窒素雰囲気下８０℃で反応させ、イソシアネート濃度（以下「ＮＣＯ％」と略記する。）７．０％のプレポリマーを得た。
【００３１】
このプレポリマー１００重量部に、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンをそれぞれ４．４ｇ、２．４ｇ（６５：３５重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時間加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。
【００３２】
＜トリメチロールプロパン分岐濃度の決定＞
トリメチロールプロパン分岐濃度は、ウレタン原料に用いたトリメチロールプロパンのミリモル数をウレタンの重量で除して得られる。トリメチロールプロパンの分子量は１３４．１７であるので、トリメチロールプロパン分岐濃度は以下の式で表される。
【００３３】
トリメチロールプロパン分岐濃度（ミリモル／ｇ）＝（トリメチロールプロパンの重量（ｇ）÷１３４．１７）×１０００÷（プレポリマーの重量（ｇ）＋１，４−ブタンジオールの重量（ｇ）＋トリメチロールプロパンの重量（ｇ））
例えば参考例では、トリメチロールプロパンの重量が２．４ｇ、プレポリマーの重量が１００ｇ、１，４−ブタンジオールの重量が４．４ｇなので、トリメチロールプロパン分岐濃度（ミリモル／ｇ）＝２．４÷１３４．１７×１０００÷（１００＋４．４＋２．４）＝０．１６７（ミリモル／ｇ）である。
【００３４】
＜ウレタン結合基濃度の決定＞
（硬化剤の水酸基モル数／プレポリマー中のイソシアネートモル数）＜１の場合、ウレタンエラストマー中に生じるウレタン結合の数は、ポリエステルジオール、１，４−ブタンジオール及びトリメチロールプロパンが持っていた水酸基の数に等しい。よって、ウレタン結合基濃度は、ウレタンエラストマー中のウレタン結合基のミリモル数をウレタンの重量で除して得られるので、次式で表される。
【００３５】
ウレタン結合基濃度（ミリモル／ｇ）＝｛ポリエステルジオールの水酸基のモル数＋（１，４−ブタンジオールの水酸基のモル数）＋トリメチロールプロパンの水酸基のモル数｝×１０００÷｛ポリエステルジオールの重量（ｇ）＋ＭＤＩの重量（ｇ）＋（１，４−ブタンジオールの重量（ｇ））＋トリメチロールプロパンの重量（ｇ）｝
上式において、ポリエステルジオールの水酸基のモル数＝ポリエステルジオールの重量（ｇ）×ポリエステルジオールの水酸基価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）÷５６．１１（ＫＯＨの式量）÷１０００、
１，４ブタンジオールの分子量は９０．１２なので、
１，４−ブタンジオールの水酸基のモル数＝２×（１，４−ブタンジオールの重量（ｇ））÷９０．１２、
トリメチロールプロパンの分子量は１３４．１７なので、
トリメチロールプロパンの水酸基のモル数＝３×（トリメチロールプロパンの重量（ｇ））÷１３４．１７
例えば、参考例については、プレポリマー１００ｇ中のポリエステルジオールは７０．１４ｇであり、その水酸基のモル数は、７０．１４ｇ×５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）÷５６．１１（ＫＯＨの式量）÷１０００＝０．０７０００モルである。
【００３６】
１、４−ブタンジオールの水酸基のモル数は、
２×４．４ｇ÷９０．１２＝０．０９７６５モルである。
【００３７】
トリメチロールプロパンの水酸基のモル数は、
３×２．４ｇ÷１３４．１７＝０．０５３６６モルである。
【００３８】
したがって、ウレタン結合基濃度は、
（０．０７０００＋０．０９７６５＋０．０５３６６）÷（１００＋４．４＋２．４）＝２．０６（ミリモル／ｇ）である。
【００３９】
＜クリーニング性の評価＞
得られたウレタンエラストマーを所定の寸法に加工してクリーニングブレードを作製し室温で充分放置した後、直径３０ｍｍの感光ドラムに組み合わせた。感光ドラムの周速を周速５０ｍｍ／秒未満、周速５０ｍｍ／秒以上１００ｍｍ／秒未満、周速１００ｍｍ／秒以上１５０ｍｍ／秒未満、及び１５０ｍｍ／秒以上２００ｍｍ／秒未満の４段階に変化させて、クリーニング性の試験を行った。
【００４０】
結果を表１に示す。出力画像に感光ドラムの軸方向に対して平行な横筋が発生する場合を「×」、発生しない場合を「○」で示す。そのときの騒音を官能評価し、「有り」・「無し」で示す。
【００４１】
＜ｔａｎδのピーク値およびピーク温度の測定＞
ｔａｎδのピーク値およびピーク温度の測定は、レオメトリックファーイースト社製のＲＳＡIIを使用し、測定周波数１０Ｈｚ、低温側から１℃／分で昇温させて行った。
【００４２】
＜実施例１＞
ＭＤＩ１００重量部に、水酸基価５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２０００）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール１３９重量部を窒素雰囲気下８０℃で反応させ、次いで、水酸基価４３．１６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２６００）のポリ（ブチレンアジペート）系のポリエステルジオール９１重量部を反応させ、ＮＣＯ％が７．２％のプレポリマーを得た。
【００４３】
このプレポリマー１００重量部に、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロバンをそれぞれ４．５ｇ、２．４ｇ（６５：３５重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時問加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。評価は参考例と同様に行った。結果を表１に示す。
【００４４】
＜実施例２＞
ＭＤＩ１００重量部に、水酸基価５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２０００）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール１２１重量部を窒素雰画気下８０℃で反応させ、次いで、水酸基価４３．１６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２６００）のポリ（ブチレンアジペート）系のポリエステルジオール１０９重量部を反応させ、ＮＣＯ％が７．２％のプレポリマーを得た。
【００４５】
このプレポリマー１００重量部に、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンをそれぞれ４．４ｇ、２．６ｇ（６３：３７重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時間加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。評価は参考例と同様に行った。結果を表１に示す。
【００４６】
＜比較例＞
ＭＤＩ１００重量部に水酸基価８３．１（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量１３５０）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール２１３重量部を窒素雰囲気下８０℃で反応させ、ＮＣＯ％が６．４％のプレポリマーを得た。
【００４７】
このプレポリマー１００重量部に１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンをそれぞれ３．９ｇ、２．１ｇ（６５：３５重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時間加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。評価は参考例と同様に行った。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、高速プロセスにおいても、クリーニング性がよく騒音も無いクリーニングブレードを得ることができる。
【００５０】
また、比較的低温下の高速プロセスにおいても、硬度が高くならず、ゴム弾性が低下しないため、ブレードの欠けが生じにくく、クリーニング性に優れ、騒音の発生も抑制されたクリーニングブレードを得ることができる。
【発明の属する技術分野】
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画像形成装置、及びこれに用いられるクリーニングブレードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機やレーザービームプリンターは、感光ドラム上に形成された静電潜像上にトナーを付着させて、これを複写紙に転写させて複写を行うものである。この複写後に感光ドラム上に残ったトナーを除去する方法の一つにクリーニングブレード方式が実用化されている。
【０００３】
従来、このクリーニングブレードに用いられる材料としては、耐摩耗性等の機械的強度に優れ、且つクリープ性（応力による変形）の少ないポリエステル系ウレタンエラストマーが用いられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近、電子写真複写機やレーザービームプリンターのプロセスの高速化が進み、感光ドラムの周速が高速化している。それに伴い、クリーニングブレードが感光ドラムから受ける力が増大し、クリーニングブレードのバウンディング現象が起こりやすくなっている。このバウンディング現象は、クリーニングブレードの振動が大きくなると、クリーニングブレードが感光ドラム表面から瞬間的に離れたり接触したりするようになり、これを繰り返す現象である。このバウンディング現象が発生すると、安定的な摺刷ができにくくなる。その結果、トナーの除去が不完全なまま、次の帯電・現像・転写のサイクルに移行するので、出力画像に感光ドラムの軸方向に対して平行な横筋が発生しやすくなってくる。また、このようなバウンディング現象が発生すると、クリーニングブレードが感光ドラムを叩くときに騒音が発生するので、オフィスなどの環境を悪化させることにもなる。
【０００５】
また、従来のポリエステル系ウレタンエラストマーは、比較的低温下では硬度が高まるため、ゴム弾性が低下し、その結果、ブレード先端の欠けが起こったり、騒音が発生したりしていた。
【０００６】
従来、低温時のクリーニングを良好に保つには複写機やレーザービームプリンターが通常使用される最低温度である１２℃以上の環境で充分なゴム弾性を有する材料を用いる必要があった。したがって、粘弾性特性を示すものの一つであるｔａｎδピーク温度が１２℃以下の場合、クリーニングに充分な弾性が保たれることが認識されていた。
【０００７】
しかし、最近の電子写真プロセスの高速化に伴い、動的な特性を考慮した材料設計が必要となってきている。すなわち、プロセススピードを高速化すると、粘弾性特性の粘性項が大きく寄与するようになるため、従来には無かった低温域での振動、騒音が発生するようになる。さらにはクリーニングブレードの振動による欠けが生じ、クリーニング不良による画像不良が発生するに至っている。
【０００８】
そこで本発明の目的は、プロセススピードの速い電子写真複写機やレーザービームプリンター等の画像形成装置に用いられる、クリーニング性に優れ、騒音の発生しにくいクリーニングブレードを提供することである。また、本発明の目的は、さらに比較的低温下においてもクリーニング性に優れ、騒音の発生しにくいクリーニングブレードを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完成した。
【００１０】
本発明は、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１６７ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であることを特徴とするクリーニングブレードに関する。
また本発明は、感光ドラムと、該感光ドラムの回転に対してカウンター方向に設置されているクリーニングブレードと、を具備している画像形成装置において、
該クリーニングブレードが、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１６７ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であり、
該感光ドラムの画像形成の際の周速が、１００ｍｍ／秒以上１５０ｍｍ／秒未満であることを特徴とする画像形成装置に関する。
また本発明は、感光ドラムと、該感光ドラムの回転に対してカウンター方向に設置されているクリーニングブレードと、を具備している画像形成装置において、
該クリーニングブレードが、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１８１ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であり、
該感光ドラムの画像形成の際の周速が、１００ｍｍ／秒以上２００ｍｍ／秒未満であることを特徴とする画像形成装置に関する。
【００１１】
上記本発明においては、トリメチロールプロパン分岐濃度が０．１５１ミリモル／ｇ以上であることが必要であり、好ましくは０．１５１〜０．８００ミリモル／ｇであり、より好ましくは０．１６０〜０．５００ミリモル／ｇである。ウレタン結合基濃度は２．２０ミリモル／ｇ以下であることが必要であり、好ましくは１．６０〜２．２０ミリモル／ｇ、より好ましくは１．８５〜２．１０ミリモル／ｇである。粘弾性のｔａｎδピーク値は１．０８以下であることが必要であり、好ましくは０．１〜１．０８、より好ましくは０．７〜１．０６である。また、ｔａｎδピーク温度は８℃以下であることが好ましく、より好ましくは−２０〜８℃、さらに好ましくは−１０〜８℃である。
【００１２】
一般に、クリーニングブレードは、感光ドラムの回転に対して、カウンター方向に設置されていることが多く、ドラムの回転によりクリーニングブレードの自由長が縮み、その応力で感光ドラムを強く摺擦して、残留トナーを掻き取る仕組みになっている。
【００１３】
しかし、感光ドラムの周速が増加してくると、クリーニングブレードの自由長を縮ませる力が強まり、縮み幅も大きくなり、摺擦が不安定になる。この縮み幅を適度に保つためには、クリーニングブレード部材の粘弾性の損失正接を小さくする必要がある。すなわち、クリーニングブレードに与えられた縮みのエネルギーの保存率を高め、クリーニングブレードが元の長さに戻ろうとすることを促進する必要がある。それにより、感光ドラムの高速な周速に対して、クリーニングブレードの自由長の縮み幅を適度に保ち、バウンディングを防止できると考えられる。そのためには、クリーニングブレードに用いるエラストマー材料は、その弾性と粘性の割合を最適にする、分子構造を持つことが必要である。
【００１４】
そこで本発明者は、特定のポリエステル系ウレタンエラストマー中のウレタン基濃度、及びトリメチロールプロパン分岐濃度をある範囲に限定して、成形物の弾性と粘性の割合を最適化することによって、高速なプロセススピードでも、バウンディングや騒音のないクリーニングブレードを製造することができることを見い出し、本発明を完成した。
【００１５】
また、一般にウレタンエラストマーは、低温下でポリエステル分子鎖が結晶化し、硬度が高まるが、結晶性を阻むようにポリエステル鎖の配列や配向をランダム化することによって、結晶化温度を低下させ、低温域でも十分なゴム弾性を付与することができると考えられる。
【００１６】
そこで本発明者は、ｔａｎδピーク温度の低温度域へのシフト及びｔａｎδピーク値の低下を材料設計に盛り込んで検討を行った結果、ポリエステルポリオールの分子鎖の配列や配向をランダム化させて耐結晶性を向上させた材料で作製したクリーニングブレードは、低温下でも充分なゴム弾性を有し、高速プロセスによる欠けが低減し、騒音も著しく低下することを見い出し、本発明を完成した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を挙げて詳細に説明する。
【００１８】
本発明者は、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ウレタンエラストマーに、もしくはポリ（エチレンブチレンアジペート）系とポリ（ブチレンアジペート）系の共存するウレタンエラストマーに含まれるトリメチロールプロパン分岐濃度を０．１５１ミリモル／ｇ以上で且つウレタン基濃度を２．２ミリモル／ｇ以下にすることによって、損失正接であるｔａｎδを小さくすることができ、高速なプロセススピードでも、騒音やスティックスリップ、バウンディングが無いことを見い出した。
【００１９】
本発明のクリーニングブレードの製造方法は、ポリウレタン形成のためのポリオールとして、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを単独で用いるか、もしくはポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールとポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを併用する。本製造方法では、まず、これらのポリオールとジイソシアネートとを反応させてイソシアネートリッチなプレポリマーを作製する。次いでこのプレポリマーに硬化剤を撹拌混合し、予熱した金型内に注入して硬化処理を行なう。
【００２０】
本発明では、ウレタンエラストマー形成のために用いるポリオールはポリエステルジオールであることが好ましい。また、ポリエステルポリオールの分子量は７５０〜５０００が好ましく、より好ましくは１０００〜３０００である。
【００２１】
ここで、ポリエステルジオールの分子量（Ｍ）は、次式で算出される。
【００２２】
Ｍ＝（５６．１１×１０００×２）／水酸基価
ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールのエチレン単位／ブチレン単位のモル比は、５／９５〜９５／５が好ましく、より好ましくは３０／７０〜７０／３０である。
【００２３】
ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールとポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを併用する場合は、両者の混合比を任意に設定して使用することができる。好ましくは、混合物中のポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを９０ｗｔ％以内にする。この範囲内であれば、ポリマーの結晶性が著しく強くなることもなく、製造が容易で、適度なゴム弾性が得られる。
【００２４】
本発明では、上記プレポリマーの調製において使用するジイソシアネート化合物は、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）が好ましいが、特に制限される物ではなく、以下の化合物も使用できる。
【００２５】
例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート、３，３−ジメチルフェニルジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、カルボジイミド変性ＭＤＩ、キシレンジイソシアネート、ジメリルジイソシアネート、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、ナフ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、ヘキサメチレンジイソシアネート、ポリメチレンフェニルポリイソシアネート等のジイソシアネート等を用いることができる。
【００２６】
本発明では、硬化剤として、トリメチロールプロパン単独、又はトリメチロールプロパンと他のポリオールを併用する。これらのポリオールは、例えば１，４−ブタンジオールと１，１，１，−トリメチロールプロパンを任意の割合で混合して、前記プレポリマーと混合・撹拌して用いる。
【００２７】
このポリオールとしては、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、１，４−ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノールキシレングリコール、トリエチレングリコールなどのジオール（２価のポリオール）が使用できる。３価以上のポリオールとしては、１，１，１，−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、ソルビトール等が用いられる。また、これらの混合物を用いることもできる。その混合割合はいかなる割合でもよい。
【００２８】
以上のようにして作製するクリーニングブレードに用いられるポリウレタンエラストマーは、粘弾性特性のｔａｎδのピーク温度を８℃以下に制御することが好ましい。より好ましくは−２０〜８℃、さらに好ましくは−１０〜８℃である。また、粘弾性特性のｔａｎδのピーク値は１．０８以下であることが必要であり、より好ましくは０．１〜１．０８、さらに好ましくは０．７〜１．０６である。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。
【００３０】
＜参考例＞
４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（以下「ＭＤＩ」と略記する。）１００重量部に、水酸基価５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２０００）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール２３５重量部を窒素雰囲気下８０℃で反応させ、イソシアネート濃度（以下「ＮＣＯ％」と略記する。）７．０％のプレポリマーを得た。
【００３１】
このプレポリマー１００重量部に、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンをそれぞれ４．４ｇ、２．４ｇ（６５：３５重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時間加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。
【００３２】
＜トリメチロールプロパン分岐濃度の決定＞
トリメチロールプロパン分岐濃度は、ウレタン原料に用いたトリメチロールプロパンのミリモル数をウレタンの重量で除して得られる。トリメチロールプロパンの分子量は１３４．１７であるので、トリメチロールプロパン分岐濃度は以下の式で表される。
【００３３】
トリメチロールプロパン分岐濃度（ミリモル／ｇ）＝（トリメチロールプロパンの重量（ｇ）÷１３４．１７）×１０００÷（プレポリマーの重量（ｇ）＋１，４−ブタンジオールの重量（ｇ）＋トリメチロールプロパンの重量（ｇ））
例えば参考例では、トリメチロールプロパンの重量が２．４ｇ、プレポリマーの重量が１００ｇ、１，４−ブタンジオールの重量が４．４ｇなので、トリメチロールプロパン分岐濃度（ミリモル／ｇ）＝２．４÷１３４．１７×１０００÷（１００＋４．４＋２．４）＝０．１６７（ミリモル／ｇ）である。
【００３４】
＜ウレタン結合基濃度の決定＞
（硬化剤の水酸基モル数／プレポリマー中のイソシアネートモル数）＜１の場合、ウレタンエラストマー中に生じるウレタン結合の数は、ポリエステルジオール、１，４−ブタンジオール及びトリメチロールプロパンが持っていた水酸基の数に等しい。よって、ウレタン結合基濃度は、ウレタンエラストマー中のウレタン結合基のミリモル数をウレタンの重量で除して得られるので、次式で表される。
【００３５】
ウレタン結合基濃度（ミリモル／ｇ）＝｛ポリエステルジオールの水酸基のモル数＋（１，４−ブタンジオールの水酸基のモル数）＋トリメチロールプロパンの水酸基のモル数｝×１０００÷｛ポリエステルジオールの重量（ｇ）＋ＭＤＩの重量（ｇ）＋（１，４−ブタンジオールの重量（ｇ））＋トリメチロールプロパンの重量（ｇ）｝
上式において、ポリエステルジオールの水酸基のモル数＝ポリエステルジオールの重量（ｇ）×ポリエステルジオールの水酸基価（ｍｇＫＯＨ／ｇ）÷５６．１１（ＫＯＨの式量）÷１０００、
１，４ブタンジオールの分子量は９０．１２なので、
１，４−ブタンジオールの水酸基のモル数＝２×（１，４−ブタンジオールの重量（ｇ））÷９０．１２、
トリメチロールプロパンの分子量は１３４．１７なので、
トリメチロールプロパンの水酸基のモル数＝３×（トリメチロールプロパンの重量（ｇ））÷１３４．１７
例えば、参考例については、プレポリマー１００ｇ中のポリエステルジオールは７０．１４ｇであり、その水酸基のモル数は、７０．１４ｇ×５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）÷５６．１１（ＫＯＨの式量）÷１０００＝０．０７０００モルである。
【００３６】
１、４−ブタンジオールの水酸基のモル数は、
２×４．４ｇ÷９０．１２＝０．０９７６５モルである。
【００３７】
トリメチロールプロパンの水酸基のモル数は、
３×２．４ｇ÷１３４．１７＝０．０５３６６モルである。
【００３８】
したがって、ウレタン結合基濃度は、
（０．０７０００＋０．０９７６５＋０．０５３６６）÷（１００＋４．４＋２．４）＝２．０６（ミリモル／ｇ）である。
【００３９】
＜クリーニング性の評価＞
得られたウレタンエラストマーを所定の寸法に加工してクリーニングブレードを作製し室温で充分放置した後、直径３０ｍｍの感光ドラムに組み合わせた。感光ドラムの周速を周速５０ｍｍ／秒未満、周速５０ｍｍ／秒以上１００ｍｍ／秒未満、周速１００ｍｍ／秒以上１５０ｍｍ／秒未満、及び１５０ｍｍ／秒以上２００ｍｍ／秒未満の４段階に変化させて、クリーニング性の試験を行った。
【００４０】
結果を表１に示す。出力画像に感光ドラムの軸方向に対して平行な横筋が発生する場合を「×」、発生しない場合を「○」で示す。そのときの騒音を官能評価し、「有り」・「無し」で示す。
【００４１】
＜ｔａｎδのピーク値およびピーク温度の測定＞
ｔａｎδのピーク値およびピーク温度の測定は、レオメトリックファーイースト社製のＲＳＡIIを使用し、測定周波数１０Ｈｚ、低温側から１℃／分で昇温させて行った。
【００４２】
＜実施例１＞
ＭＤＩ１００重量部に、水酸基価５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２０００）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール１３９重量部を窒素雰囲気下８０℃で反応させ、次いで、水酸基価４３．１６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２６００）のポリ（ブチレンアジペート）系のポリエステルジオール９１重量部を反応させ、ＮＣＯ％が７．２％のプレポリマーを得た。
【００４３】
このプレポリマー１００重量部に、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロバンをそれぞれ４．５ｇ、２．４ｇ（６５：３５重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時問加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。評価は参考例と同様に行った。結果を表１に示す。
【００４４】
＜実施例２＞
ＭＤＩ１００重量部に、水酸基価５６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２０００）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール１２１重量部を窒素雰画気下８０℃で反応させ、次いで、水酸基価４３．１６（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量２６００）のポリ（ブチレンアジペート）系のポリエステルジオール１０９重量部を反応させ、ＮＣＯ％が７．２％のプレポリマーを得た。
【００４５】
このプレポリマー１００重量部に、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンをそれぞれ４．４ｇ、２．６ｇ（６３：３７重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時間加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。評価は参考例と同様に行った。結果を表１に示す。
【００４６】
＜比較例＞
ＭＤＩ１００重量部に水酸基価８３．１（ｍｇＫＯＨ／ｇ）（分子量１３５０）のポリ（エチレンブチレンアジペート）系のポリエステルジオール２１３重量部を窒素雰囲気下８０℃で反応させ、ＮＣＯ％が６．４％のプレポリマーを得た。
【００４７】
このプレポリマー１００重量部に１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンをそれぞれ３．９ｇ、２．１ｇ（６５：３５重量比）添加し、撹拌・脱泡の後１４０℃で１時間加熱処理を行ってウレタンエラストマーを得た。プレポリマー中のイソシアネートモル数に対する硬化剤の水酸基モル数は０．９である。評価は参考例と同様に行った。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、高速プロセスにおいても、クリーニング性がよく騒音も無いクリーニングブレードを得ることができる。
【００５０】
また、比較的低温下の高速プロセスにおいても、硬度が高くならず、ゴム弾性が低下しないため、ブレードの欠けが生じにくく、クリーニング性に優れ、騒音の発生も抑制されたクリーニングブレードを得ることができる。
Claims (4)
- ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１６７ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であることを特徴とするクリーニングブレード。 - 前記トリメチロールプロパン分岐濃度が０．１８１ミリモル／ｇ以上である請求項１記載のクリーニングブレード。
- 感光ドラムと、該感光ドラムの回転に対してカウンター方向に設置されているクリーニングブレードと、を具備している画像形成装置において、
該クリーニングブレードが、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１６７ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であり、
該感光ドラムの画像形成の際の周速が、１００ｍｍ／秒以上１５０ｍｍ／秒未満であることを特徴とする画像形成装置。 - 感光ドラムと、該感光ドラムの回転に対してカウンター方向に設置されているクリーニングブレードと、を具備している画像形成装置において、
該クリーニングブレードが、ジイソシアネートに、ポリ（エチレンブチレンアジペート）系ポリオールを反応させ、次いでポリ（ブチレンアジペート）系ポリオールを反応させて得られるプレポリマーを、トリメチロールプロパン、又はトリメチロールプロパンとポリオールの混合物で硬化させて得られたエラストマーからなり、
該エラストマーのトリメチロールプロパン分岐濃度が０．１８１ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が１．８５〜２．０３ミリモル／ｇで、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０８以下であり、
該感光ドラムの画像形成の際の周速が、１００ｍｍ／秒以上２００ｍｍ／秒未満であることを特徴とする画像形成装置。
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