JP4459582B2 - クリーニングブレード及びその製造方法 - Google Patents
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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、転写ベルト、現像ローラー等の表面の残存トナーをいわゆるカウンター方式にて除去するクリーニングブレード及びその製造方法に関するものである。
ジイソシアネート化合物、２官能ポリエステルポリオール、３官能アルコール、鎖延長剤を使用したポリウレタン弾性体を裁断したクリーニングブレードは公知である（例えば特許文献１、２）。
特許文献１に開示されたクリーニングブレードは、特定範囲の架橋密度とｔａｎ δのピーク温度が１０℃以下のポリウレタン弾性体から形成され、耐摩耗性に優れ、かつ低温クリーニング性が良好なクリーニングブレードである。
特許文献２に開示されたクリーニングブレードは、分子量７００以下のポリオールと分子量４５００以上のポリオールとの混合物をポリオール成分として使用したポリウレタン弾性体から形成され、５０〜６０℃の高温域における反発弾性率を７５％以下に制御し、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である。
特開平１１−２１２４１８号公報
特開平９−６８９０４号公報
しかし、静電方式の画像形成装置においては、年々画像精度の向上が求められており、そのためにトナーが微粒子化されている。係るトナーの微粒子化に伴い、従来のクリーニングブレードを使用すると、高温環境下、とりわけ高温高湿環境下において、従来のトナーのクリーニングにおいては存在しても問題とならなかった微細なエッジ欠けのためにクリーニング不良が発生し、画像精度が低下するという問題が生じ、さらなる改善が求められている。
本発明の目的は、高温環境下、とりわけ高温高湿環境下におけるエッジ欠けの発生を改善したクリーニングブレード並びにその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく、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組成について鋭意研究したところ、網目形成に寄与する３官能架橋剤（３官能アルコール）に消費されるイソシアネート化合物を除いたイソシアネート化合物と鎖延長剤の合計量の占める比率、即ちポリウレタン弾性体中の結晶性のハードセグメント（Ｈｓ）を構成する成分の比率を従来技術にはない特定範囲に設定することにより、高温環境下、とりわけ高温高湿環境下におけるエッジ欠けの発生を改善したクリーニングブレードが得られることを見出して、本発明を完成するに至った。
上記目的は、下記の本発明により達成できる。即ち、本発明のクリーニングブレードはポリエステル系ポリウレタン弾性体からなり、
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分は、ジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（平均分子量Ｍｂ，重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
数式（数４）
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分は、ジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（平均分子量Ｍｂ，重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
数式（数４）
Ｈｓが２９未満の場合には、耐久性が十分ではなくなり、より長時間の耐久性が求められる現状においては、改善が必要となものである。またＨｓが３１を超えると耐エッジ欠け性能が低下する。
係る構成のポリウレタン弾性体にて構成したクリーニングブレードは、強度（耐久性）、クリーニング性に優れたものである。
本発明のポリエステル系ポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードの製造方法は、
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分はジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、数式（数４）で定義されるＨｓが２９以上３１以下であり、
前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
前記ジイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールとをそれぞれ全量混合して加熱させてイソシアネート基を含有するプレポリマーと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鎖延長剤とをＮＣＯ／ＯＨ比０．９５〜１．１０にて混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程、及び前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程を有することを特徴とする。
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分はジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、数式（数４）で定義されるＨｓが２９以上３１以下であり、
前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
前記ジイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールとをそれぞれ全量混合して加熱させてイソシアネート基を含有するプレポリマーと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鎖延長剤とをＮＣＯ／ＯＨ比０．９５〜１．１０にて混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程、及び前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程を有することを特徴とする。
別の本発明のポリエステル系ポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードの製造方法は、
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分はジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、数式（数４）で定義されるＨｓが２９以上３１以下であり、
前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
前記ジイソシアネート化合物の全量と２官能ポリエステルポリオールの一部とを混合して加熱させてイソシアネート基を含有する擬プレポリマーとする擬プレポリマー製造工程、前記擬プレポリマーと残部の２官能ポリエステルポリオール、架橋剤及び鎖延長剤とをＮＣＯ／ＯＨ比０．９５〜１．１０にて混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程、及び前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程を有することを特徴とする。
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分はジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、数式（数４）で定義されるＨｓが２９以上３１以下であり、
前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
前記ジイソシアネート化合物の全量と２官能ポリエステルポリオールの一部とを混合して加熱させてイソシアネート基を含有する擬プレポリマーとする擬プレポリマー製造工程、前記擬プレポリマーと残部の２官能ポリエステルポリオール、架橋剤及び鎖延長剤とをＮＣＯ／ＯＨ比０．９５〜１．１０にて混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程、及び前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程を有することを特徴とする。
上述のいずれの製造方法によっても、高温環境下、とりわけ高温高湿環境下におけるエッジ欠けの発生を改善したクリーニングブレードを製造することができる。
係る構成の製造方法により、特に強度（耐久性）、クリーニング性に優れたクリーニングブレードを得ることができる。
本発明においてポリウレタン弾性体の構成材料として使用する２官能ポリエステルポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、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、ネオペンチルグリコ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、スベリン酸、セバシン酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸あるいはその他の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、上記の低分子量グリコールを開始剤としてプロピオラクトン、ε−カプロラクトン、バレロラクトン等の環状エステル類を開環付加させた開環重合体等が例示できる。
上記例示の２官能ポリエステルポリオールの中でも、ε−カプロラクトンの開環重合体であるポリカプロラクトンポリオールの使用が特に好ましい。ポリカプロラクトンポリオールは、触媒の存在下に低分子量グリコールを開始剤としてε−カプロラクトンを開環付加させることにより製造されるが、特に触媒としてハロゲン化第１錫、より好ましくは塩化第１錫を触媒として使用したポリカプロラクトンポリオールは、分子量分布が狭く、優れた耐エッジ欠け性能を有するクリーニングブレードが得られるので好ましい。分子量分布の狭いポリカプロラクトンポリオールとしては、市販品としてプラクセル−Ｎシリーズ（プラクセル２２０Ｎ等）があり、使用可能である。２官能ポリエステルポリオールの数平均分子量は、７００〜３０００であることが好ましく、１０００〜２５００であることがより好ましい。
架橋剤である３官能アルコールとしては、ポリウレタンの技術分野において公知の化合物が限定なく使用可能であり、具体的にはグリセリンやトリメチロールプロパン等のトリメチロールアルカンが例示される。これらの中でも、３個の水酸基が同等の反応性を有し、安定した架橋構造を有するポリウレタン弾性体が形成できることから、トリメチロールプロパンの使用が特に好ましい。
鎖延長剤としては、ポリウレタンの技術分野における公知の化合物が限定なく使用可能であるが、エチレングリコール、プロピレングリコール、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、ネオペンチルグリコール等の低分子量グリコールからなる群から選択される少なくとも１種の使用が特性の優れたクリーニングブレードが得られるので好ましい。これらの中でも、１，４−ブタンジオールの使用が特に好ましい。
ジイソシアネート化合物としては、公知の化合物が使用可能であり、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ），２，４−トルエンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）等の芳香族ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、水素添加ＭＤＩ等の脂肪族ないし脂環族ジイソシアネート化合物が例示されるが、ＭＤＩの使用がクリーニングブレードのクリーニング性等の特性、とりわけ耐エッジ欠け性能上好ましい。
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におけるイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールの比率は、ＮＣＯ／ＯＨ当量比にて２／１〜６／１であることが好ましい。また架橋剤、鎖延長剤を含めたポリウレタン弾性体全体のＮＣＯ／ＯＨ当量比は、０．９５〜１．１５であることが好ましく、０．９５〜１．１０であることがより好ましい。
上述の構成材料に加えて、本発明のクリーニングブレードの構成材料として、必要に応じて触媒、着色剤、消泡剤、潤滑剤等を添加することは好ましい態様である。触媒としては、トリエチレンジアミンのような第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は、プレポリマー法又は擬プレポリマー法により製造する。
プレポリマー法による製造方法は、
（１）ジイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールとをそれぞれ全量混合して加熱させてイソシアネート基を含有するプレポリマーとするプレポリマー製造工程
（２）プレポリマーと架橋剤及び鎖延長剤とを混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程
（３）前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程
を有する。
（１）ジイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールとをそれぞれ全量混合して加熱させてイソシアネート基を含有するプレポリマーとするプレポリマー製造工程
（２）プレポリマーと架橋剤及び鎖延長剤とを混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程
（３）前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程
を有する。
プレポリマーは、ジイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールのそれぞれ全量を反応させて製造する。
成形工程は、一般的にはミキサーにてプレポリマーと架橋剤及び鎖延長剤とを均一に混合して硬化性組成物とする混合工程、並びに該硬化性組成物を金型にキャスティングした後に加熱、硬化させる硬化工程を含む。金型は、円筒ドラム状で、内面にキャスティングし、遠心成形により行うことが好ましい。
また擬プレポリマー法による製造方法は、
（１）ジイソシアネート化合物の全量と２官能ポリエステルポリオールの一部とを混合して加熱させてイソシアネート基を含有する擬プレポリマーとする擬プレポリマー製造工程（２）擬プレポリマーと残部の２官能ポリエステルポリオール、架橋剤及び鎖延長剤とを混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程
（３）前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程
を有する。
（１）ジイソシアネート化合物の全量と２官能ポリエステルポリオールの一部とを混合して加熱させてイソシアネート基を含有する擬プレポリマーとする擬プレポリマー製造工程（２）擬プレポリマーと残部の２官能ポリエステルポリオール、架橋剤及び鎖延長剤とを混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程
（３）前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程
を有する。
擬プレポリマーは、ジイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールをＮＣＯ／ＯＨ当量比にて５／１〜１２／１の範囲となるように２官能ポリエステルポリオールの一部を使用して製造し、残部の２官能ポリエステルポリオールは、例えば架橋剤、鎖延長剤と混合して成形工程中の硬化性組成物を製造する混合工程において使用する。
成形工程において使用する金型等の設備や方法は、プレポリマー法、擬プレポリマー法いずれにおいても同じ物、方法が使用可能である。混合工程は、架橋剤、鎖延長剤、擬プレポリマー法による場合には残部の２官能ポリエステルポリオールを別々に供給、混合してもよく、プレポリマー、擬プレポリマー以外のこれらの成分を予め混合して供給、混合してもよい。
裁断工程により得られたクリーニングブレードは粘着剤、瞬間接着剤、ホットメルト接着剤当を使用して金具に固定され、クリーニングブレードユニットとして複写機等の組立に供される。
ポリウレタン弾性体を構成する材料としては、下記のものを使用した。
ａ）ジイソシアネート化合物：４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（分子量２５０．３）
ｂ）２官能ポリエステルポリオール［ＰＣＬ］：ポリカプロラクトンポリオールプラクセル２２０Ｎ（ダイセル化学工業、平均分子量２０００）
２官能ポリエステルポリオール［ＰＢＡ］：ポリブ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、平均分子量２０００）
ｃ）架橋剤：トリメチロールプロパン（分子量１３４．２）
ｄ）鎖延長剤：１，４−ブタンジオール（分子量９０．１）
（実施例１〜４、比較例１〜４）
実施例１〜４、比較例１〜４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組成は、表１の上段に示した。ＰＣＬ（１）、ＰＢＡ（１）はプレポリマーないし擬プレポリマーを製造するに使用する２官能ポリエステルポリオールであり、ＰＣＬ（２）、ＰＢＡ（２）は、擬プレポリマー法において架橋剤、鎖延長剤と混合して混合工程に供される２官能ポリエステルポリオールである。実施例１、４、比較例１、２はプレポリマー法であり、その他は擬プレポリマー法である。比較例３、４は、それぞれ特許文献１、２の実施例に開示された中で本件発明のＨｓに最も近いＨｓを有するポリウレタン弾性体である。
ａ）ジイソシアネート化合物：４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（分子量２５０．３）
ｂ）２官能ポリエステルポリオール［ＰＣＬ］：ポリカプロラクトンポリオールプラクセル２２０Ｎ（ダイセル化学工業、平均分子量２０００）
２官能ポリエステルポリオール［ＰＢＡ］：ポリブ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、平均分子量２０００）
ｃ）架橋剤：トリメチロールプロパン（分子量１３４．２）
ｄ）鎖延長剤：１，４−ブタンジオール（分子量９０．１）
（実施例１〜４、比較例１〜４）
実施例１〜４、比較例１〜４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組成は、表１の上段に示した。ＰＣＬ（１）、ＰＢＡ（１）はプレポリマーないし擬プレポリマーを製造するに使用する２官能ポリエステルポリオールであり、ＰＣＬ（２）、ＰＢＡ（２）は、擬プレポリマー法において架橋剤、鎖延長剤と混合して混合工程に供される２官能ポリエステルポリオールである。実施例１、４、比較例１、２はプレポリマー法であり、その他は擬プレポリマー法である。比較例３、４は、それぞれ特許文献１、２の実施例に開示された中で本件発明のＨｓに最も近いＨｓを有するポリウレタン弾性体である。
上述した製造方法により厚さ２ｍｍのポリウレタン弾性体シートを製造し、これを裁断して長さ３１７．６ｍｍ，幅１１．５ｍｍのクリーニングブレードを作製した。クリーニングブレードはテープ状のホットメルト接着剤を使用して所定の金具に接着してクリーニングブレードユニットとし、レーザービームプリンターに装着して評価を行った。
（評価）
微粒子トナーを使用した市販のレーザービームプリンターＤＯＣＵ ＰＲＩＮＴ２１０（富士ゼロックス製）に実施例１〜４、比較例１〜４のクリーニングブレードユニットを装着し、プリンターを温度３５℃、相対湿度８５％の高温高湿条件下に設置して連続プリントを行い、エッジ欠け発生までのプリント枚数を測定した。評価は２０００枚まで行い、評価結果を表１の下段に示した。
（評価）
微粒子トナーを使用した市販のレーザービームプリンターＤＯＣＵ ＰＲＩＮＴ２１０（富士ゼロックス製）に実施例１〜４、比較例１〜４のクリーニングブレードユニットを装着し、プリンターを温度３５℃、相対湿度８５％の高温高湿条件下に設置して連続プリントを行い、エッジ欠け発生までのプリント枚数を測定した。評価は２０００枚まで行い、評価結果を表１の下段に示した。
なお、微粒子トナーを使用しない場合には、比較例のクリーニングブレードは耐エッジ欠け性能において、特段の問題は発生しなかった。
Claims (3)
- ポリエステル系ポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードであって、
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分は、ジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、数式（数１）で定義されるＨｓが２９以上３１以下であり、ＮＣＯ／ＯＨ比０．９５〜１．１０で反応させて得られたものであり、前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であることを特徴とするクリーニングブレード。
- ポリエステル系ポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードの製造方法であって、
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分はジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、数式（数２）で定義されるＨｓが２９以上３１以下であり、
前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
前記ジイソシアネート化合物と２官能ポリエステルポリオールとをそれぞれ全量混合して加熱させてイソシアネート基を含有するプレポリマーと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鎖延長剤とをＮＣＯ／ＯＨ比０．９５〜１．１０にて混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程、及び前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程を有するクリーニングブレードの製造方法。
- ポリエステル系ポリウレタン弾性体からなるクリーニングブレードの製造方法であって、
前記ポリエステル系ポリウレタン弾性体の重合体構成成分はジイソシアネート化合物（平均分子量Ｍａ，重量比ａ）、２官能ポリエステルポリオール（重量比ｂ）、架橋剤トリメチロールプロパン（分子量Ｍｃ，重量比ｃ）、及び鎖延長剤1,4-ブタンジオール（重量比ｄ）からなり、数式（数３）で定義されるＨｓが２９以上３１以下であり、
前記２官能ポリエステル系ポリオールが、ポリカプロラクトンポリオールであり、前記ジイソシアネート化合物がジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）であり、
前記ジイソシアネート化合物の全量と２官能ポリエステルポリオールの一部とを混合して加熱させてイソシアネート基を含有する擬プレポリマーとする擬プレポリマー製造工程、前記擬プレポリマーと残部の２官能ポリエステルポリオール、架橋剤及び鎖延長剤とをＮＣＯ／ＯＨ比０．９５〜１．１０にて混合して金型に流して硬化させ、シート体とする成形工程、及び前記シート体を裁断してブレードとする裁断工程を有するクリーニングブレードの製造方法。
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