JP4447379B2 - クリーニングブレードの製造方法 - 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の製造方法に関するものである。

静電方式の画像形成装置においてトナー画像を用紙等に転写した後の感光体、転写ベルト等の像担持体表面に残存するトナーを拭き取り、除去するために、従来から厚さが約１〜３ｍｍ程度のポリウレタン系弾性体のシートから裁断して形成されるクリーニングブレードが使用されていた。

近年においては、画像形成装置の高機能化、カラー化が進んでおり、静電潜像をレーザーで形成する方法により高解像度と同時に高速化することが要請されている。さらに、電子写真機の世界的な普及に伴い、画像形成が行われる条件が高温高湿から低温低湿まで広い範囲の環境条件で使用されるようになっている。

トナーに対しては高解像度化に対応できるように小粒径化、粒子径分布のシャープ化が要求されている。従来の粉砕法によって製造されたトナーは、小粒径化が困難であり、粒子径分布をシャープにするため分級操作をする必要があり、製造工程が複雑であった。また、粉砕して得られたトナーの表面には粉砕により副生する微粉が残留しているため、この微粉の影響による帯電量の変化によって画像濃度の低下など、画像の質の低下が発生しやすいものであった。

このような問題を解決するため、懸濁重合法をはじめとして、各種重合法によるトナー製造方法が提案されている。重合法トナーは多くの利点を有するものであるが、一方で、感光体上に残留したトナーのクリーニングが難しくなり画質を低下させるという問題を生じることが判明した。

特にカラートナーによる画像形成においては、感光体などの像担持体に転写残トナーが存在していると、混色が発生するという問題があり、黒トナーを使用した画像形成方法以上に像担持体の表面に残留した転写残トナーを除去するクリーニングブレードが重要となる。

係るクリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体としては、２官能のポリオール化合物、ジイソシアネート化合物、３官能以上の架橋剤及び２官能の鎖延長剤を反応させたポリウレタンが公知である（特許文献１〜4等）。

特許文献1に開示された技術は、感光体を摩滅させることが少なく、また、紙粉の介在や微小トナーによるフィルミングが生じ難く、その結果画像形成装置の耐久性にすぐれる電子写真複写機用クリーニングブレードを製造する方法を提供することを目的とし、ポリイソシアネートと分子量１０００〜３０００のポリカプロラクトンエステルジオールとから調製したイソシアネート基含量８〜２０％の擬プレポリマーに分子量１０００〜３０００の高分子量ポリオールと分子量６０〜２５０の低分子量ポリオールとからなる硬化剤を水酸基／イソシアネート基当量比0.８〜0.９として混合撹拌し、予め加熱した型内に注入して、ＪＩＳ Ａ硬度６５〜８０、３００％モジユラス１３０〜２５０ｋg／ｃｍ² 、２０℃における反発弾性が４５％以上のクリーニングブレードとする製造方法である。

特許文献2に開示されたクリーニングブレードは、低温域から高温域にわたって、適正な反発弾性を有するクリーニングブレードを提供することを目的とし、ポリオール成分として、低級アルキル基を置換基として有するラクトンの開環ポリエステルポリオールを用い、ポリイソシアネート成分として、ｐ−フエニレンジイソシアネート及び／又は１，４−シクロヘキサンジイソシアネートを用い、これらを反応させて得られるウレタンプレポリマーを硬化剤にて硬化させることによって得られる、硬度（ショア Ａ）が６５〜８０、０〜６０℃の温度域において反発弾性が２５〜７０％、ガラス転移点が−１０℃以下であるクリーニングブレードである。

特許文献３に開示のクリーニングブレードは、環境が変化しても十分に安定した反発弾性を有し、高機能なクリーニングブレードを提供することを目的として、エステル濃度が特定範囲に入るポリエステルポリオールを長鎖ポリオールとして使用したポリウレタン弾性体にて構成されるクリーニングブレードである。

特許文献４には、低温でのクリーニング性に優れ、高温でビビリ音が発生せず、しかも、長期にわたり広範囲の温度条件下で安定したクリーニング性を有する電子写真装置用クリーニングブレードを提供することを目的として、分子量が４０００以上であるラクトン系ポリオールと分子量が１２００以下である縮合系ポリエステルポリオールとを混合したポリオールを使用する熱硬化性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５−２７８０４５号公報 特公平７−１１３８０７号公報 特開２００３−７３４４０号公報 特開平８−２９７４５１号公報

しかし、近年、画像形成のより一層の高速化が求められており、また画像形成装置における感光体や転写ベルト、転写搬送ベルトなどのクリーニング対象部材も多様化し、クリーニングブレードに対する要求特性も多様となっている。クリーニングブレードに対する係る多様な要求特性に対して特許文献１〜３に開示された単一のポリオールを使用するポリウレタン弾性体では対応できず、特許文献４に開示されているように異なる種類のポリオールを併用することにより対応する必要が生じる場合がある。

２種以上のポリオールを使用することによりそれぞれ単独のポリオールを使用した場合に得られる長所を併せ持ったポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードが得られる場合があるが、その一方でそれぞれ単独のポリオールを使用したポリウレタン弾性体よりも悪くなる特性が生じる場合、個々のポリオールを使用したポリウレタン弾性体の欠点がそのまま残る場合、ポリオール化合物の併用によって得た特性を維持しつつ例えばモジュラスをさらに高くする等の特定の特性をより一層改善したクリーニングブレードが求められる場合などがあり、特許文献４に開示の技術では係る要請に十分に対応できない。

本発明は、２種以上のポリオール化合物を使用した場合において、単にポリオール化合物を混合して使用した場合よりも優れた特性が得られるクリーニングブレードの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ジイソシアネート化合物とポリオール化合物とを反応させてプレポリマーとするプレポリマー製造工程及び前記プレポリマーを架橋剤と鎖延長剤とを含む硬化剤成分と混合、反応させてシート状ポリウレタン弾性体とする成形工程を有し、静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するクリーニングブレードの製造方法であって、
前記ポリオール化合物を2種以上使用し、前記プレポリマー製造工程は前記ポリオール化合物の1種（ポリオールＰ１）を使用してイソシアネート基（ＮＣＯ基）含有擬似プレポリマーを製造するものであり、
前記硬化剤成分は残余のポリオール化合物（ポリオールＰｒ）、架橋剤及び鎖延長剤とを 含むものであることを特徴とする。

係る構成の製造方法により、２種以上のポリオール化合物を使用した場合において、単にポリオール化合物を混合して使用した場合よりも優れた特性を有するクリーニングブレードを製造することができた。

上述のクリーニングブレードの製造方法においては、 前記Ｐ１／Ｐｒ比は、０．１〜９．０（モル比）であることが好ましい。

Ｐ１／Ｐｒ比が係る範囲を逸脱する場合には、一方のポリオール化合物が少なくなりすぎて擬似プレポリマーとはならずに目的とするクリーニングブレードが形成されない場合が生じる。

また上述のクリーニングブレードの製造方法においては、前記ポリオール化合物は、いずれもポリエステルポリオール化合物であることが好ましい。

本発明のクリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体の形成成分である２官能ポリオール化合物としては、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等の公知のポリオール化合物を使用することができる。

ポリエステルポリオールは、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、マレイン酸等のジカルボン酸の１種以上と、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、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，１０−デカンジオール、ジエチレングリコール等のグリコールの１種以上を縮重合させて得られる縮合系ポリエステルポリオール、側鎖含有グリコールに加えて必要に応じて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、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，１０−デカンジオール、ジエチレングリコール等のグリコールの１種以上を開始剤としてε−カプロラクトンやγ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン化合物の開環重合により得られるラクトン系ポリエステルが例示できる。

ポリエーテルポリオールとしては、上述のポリエステルポリオール構成成分である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、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，１０−デカンジオール、ジエチレングリコール等のグリコールの１種以上を開始剤として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフラン等の環状エーテルを開環付加重合させたポリオール化合物が使用可能である。

ポリカーボネートポリオールは、例えば、１，３−プロパンジオール、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、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のジオールとホスゲン、ジアリルカーボネート（例えばジフェニルカーボネート）もしくは環式カーボネート（例えばプロピレンカーボネート）との反応により製造された生成物が使用可能である。原料のジオールは単独で使用したものであってもよく、２種以上を併用したものであってもよい。

上述のポリオール化合物は、２官能で、数平均分子量は５００〜４０００、好ましくは８００〜３５００、より好ましくは１０００〜３０００である。ポリオール化合物は、相分離をしないものを選択することが好ましい。また、クリーニングブレードの耐摩耗性や耐欠け性が優れていることから、ポリエステルポリオール化合物を組み合わせて使用することが好ましく、ラクトン系ポリオールと縮合系ポリエステルを含む２種以上を選択することがより好適な態様である。

特にラクトン系ポリオールと縮合系ポリエステルポリオールの２種を選択した場合、本発明によれば、個々のポリオール化合物を使用したポリウレタン弾性体、並びに両者を併用したポリオール化合物を使用したポリウレタン弾性体のＤＳＣ分析結果に共通してみられる６０〜７０℃近傍の吸熱ピークが殆ど認められず、係る温度領域での物性変化が小さいという特有の効果が得られる。係る特性は、例えば耐摩耗性に反映される。即ち、クリーニングブレードは像担持体との摺動により摩擦熱を発生する。この摩擦熱は、高速の画像形成装置ほど大きく、高温条件では、クリーニングブレードの像担持体との当接部では６０℃を超える温度になると推測される。従って係る温度で吸熱ピークを有しない本発明の製造方法によるクリーニングブレードは、吸熱ピークを有するクリーニングブレードと比較して物理特性の低下が小さく、摩耗が小さい等の特性を有するものと考えられる。

本発明のクリーニングブレードの製造方法に使用する、ポリウレタン弾性体の形成成分である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、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、４，４’−フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）等の脂肪族ジイソシアネート化合物、水素添加４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート（ＣＨＤＩ）、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水素添加ｍ−キシリレンジイソシアネート（ＨＸＤＩ）、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート化合物が例示できる。ジイソシアネート化合物も２種以上を併用することができる。ジイソシアネート化合物としては、より耐摩耗性に優れたブレードが得られることから、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートの使用が好ましい。

本発明のクリーニングブレードの製造方法に使用する、ポリウレタン弾性体の形成成分である架橋剤としては、トリメチロールプロパン、トリエチロールプロパン、ペンタエリスリトール、トリエタノールアミン等の低分子量トリオールが例示される。架橋剤も２種以上を併用することができる。

本発明のクリーニングブレードを構成するポリウレタン弾性体の形成成分である鎖長延長剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール等の低分子量グリコールが例示される。鎖延長剤も２種以上を併用することができる。

クリーニングブレードの製造に際しては、ポリウレタン重合触媒を使用してもよく、係る重合触媒としては、ジブチル錫ジラウレートやオクチル酸錫等の有機錫系触媒、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−２−エチル）エーテル、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル等の第３級アミン系触媒、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム等のカルボン酸金属塩触媒、イミダゾール系触媒等が例示される。これらの中でも、第３級アミン触媒の使用が好ましい。

本発明のクリーニングブレードの製造方法においては、必要に応じて公知の他の工程を設ける。クリーニングブレードの成形は、シート状のポリウレタン弾性体の成形と、該シート状のポリウレタン弾性体を所定形状のブレードに裁断する裁断工程、該ブレードを金具に接着してクリーニングブレードユニットとする接着工程を有していてもよく、所定形状のブレードを形成可能なキャビティーを有する金型内に金具を配設して反応性組成物を該キャビティーに注入して硬化させると共に金具と接着する成形工程を有するものであってもよい。

クリーニングブレードを使用したクリーニング方法は、公知の方法が使用可能である。例えば、感光体、転写ベルト、ローラー等の画像形成装置を構成するクリーニングを行う部材に、所定の角度と当接圧にて当接させてクリーニングを行う方法が例示される。

（クリーニングブレード製造例１）
２官能のポリカプロラクトンポリオールであるプラクセル２２０Ｎ（数平均分子量２０００；ダイセル化学工業製）６５．１ｇに対して４，４‘−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）３４．９ｇを添加し、窒素気流中にて８０℃にて３時間反応させてＮＣＯ基含有擬似プレポリマーを得た。

８０℃に加熱した前記擬似プレポリマーに対して、ポリエチレンアジペートポリオールニッポラン４０４０（数平均分子量２０００；日本ポリウレタン工業製）２８．０ｇ、架橋剤としてトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）１．８ｇ及び鎖延長剤として１，４−ブタンジオール（ＢＤ）５．７ｇの混合物である硬化剤成分を添加、撹拌して反応性組成物とした後に真空脱泡を行い、内面が直径３４０ｍｍ、幅６００ｍｍの成形面である円筒状金型に反応性組成物をキャスティングして１５０℃にて１時間加熱反応させて硬化させて厚さ１．６ｍｍのポリウレタン弾性体シートを成形した。ポリウレタン弾性体シートを金型より脱型し、１２０℃にて６時間ポストキュアを行った後にさらに室温で７日放置、熟成した。

（クリーニングブレード製造例２）
ポリエチレンアジペートポリオールニッポラン４０４０（日本ポリウレタン工業製）４４．４ｇに対して４，４‘−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）５５．６ｇを添加し、窒素気流中にて８０℃にて３時間反応させてＮＣＯ基含有擬似プレポリマーを得た。

８０℃に加熱した前記擬似プレポリマーに対して、２官能のポリカプロラクトンポリオールであるプラクセル２２０Ｎ（ダイセル化学工業製）１０３．３ｇ、架橋剤としてトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）２．９ｇ及び鎖延長剤として１，４−ブタンジオール（ＢＤ）８．９ｇの混合物である硬化剤成分を添加、撹拌して反応性組成物とした後に真空脱泡を行い、以後は製造例１と同様にしてポリウレタン弾性体シートを成形した。

（クリーニングブレード製造例３）
プラクセル２２０Ｎ（ダイセル化学工業製）４０．０ｇ、ニッポラン４０４０（日本ポリウレタン工業製）１７．２ｇを混合したポリオール化合物に対して４，４‘−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）４２．８ｇを添加し、窒素気流中にて８０℃にて３時間反応させてＮＣＯ基含有擬似プレポリマーを得た。

８０℃に加熱した前記擬似プレポリマーに対して、プラクセル２２０Ｎ（ダイセル化学工業製）３９．５ｇ、ニッポラン４０４０（日本ポリウレタン工業製）１６．９ｇ、架橋剤としてトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）２．２ｇ及び鎖延長剤として１，４−ブタンジオール（ＢＤ）６．８ｇの混合物である硬化剤成分を添加、撹拌して反応性組成物とした後に真空脱泡を行い、以後は製造例１と同様にしてポリウレタン弾性体シートを成形した。

＜評価＞
クリーニングブレード用ポリウレタン弾性体シートの特性
ａ）硬度
硬度はＪＩＳ Ｋ ６２５３に準拠して、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１２ｍｍとしたサンプルについて行った。
ｂ）引張試験
ＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠して１００％伸長モジュラスと引張強さを測定した。
ｃ）引裂強さ
ＪＩＳ Ｋ ６２５２に準拠して測定した。
ｄ）ＤＳＣ測定
測定装置としてメトラートレド社製の測定装置を使用し、アルミ製容器中に約１０ｍｇのポリウレタン弾性体試料を入れ、窒素気流中で−８０℃に冷却した後に２０℃／ｍｉｎで昇温して測定した。評価は、６０〜７０℃近傍の吸熱ピークの大きさにより行った。

評価結果は（表１）に示した。

（表１）の評価結果より、本発明の製造方法による製造例１、２のクリーニングブレード用ポリウレタン弾性体シートと２種のポリオール化合物を混合して使用する従来の製造例である製造例３のクリーニングブレード用ポリウレタン弾性体シートとを比較すると、同じ２種のポリオール化合物を使用しているが、製造例１、２のサンプルの特性が優れており、またＤＳＣ測定結果における６０〜７０℃の吸熱ピークがほとんど認められないか消失しており、物性の温度依存性が小さいことが示唆されている。

Claims (2)

1. ジイソシアネート化合物とポリオール化合物とを反応させてプレポリマーとするプレポリマー製造工程及び前記プレポリマーを架橋剤と鎖延長剤とを含む硬化剤成分と混合、反応させてシート状ポリウレタン弾性体とする成形工程を有し、静電転写プロセスを利用した画像形成装置に使用するクリーニングブレードの製造方法であって、
   前記ポリオール化合物として少なくともラクトン系ポリエステルポリオール及びアジペート系ポリエステルポリオールを使用し、前記プレポリマー製造工程はラクトン系ポリエステルポリオール又はアジペート系ポリエステルポリオール（ポリオールＰ１）を使用してイソシアネート基（ＮＣＯ基）含有擬似プレポリマーを製造するものであり、
   前記硬化剤成分は、前記擬似プレポリマーを製造する際に使用したポリオールを除く残余のポリオール化合物（ポリオールＰｒ）、架橋剤及び鎖延長剤とを含むものであることを特徴とするクリーニングブレードの製造方法。
2. 前記Ｐ１／Ｐｒ比は、０．１〜９．０（モル比）であることを特徴とする請求項１に記載のクリーニングブレードの製造方法。