JPH11153934A - クリーニングブレード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセススピードの速い画像形成装置に用い
られる、クリーニング性に優れ且つ騒音の発生しにくい
クリーニングブレードを提供する。 【解決手段】 ポリ（エチレンブチレンアジペート）系
ポリオールと、もしくはポリ（エチレンブチレンアジペ
ート）系ポリオール及びポリ（ブチレンアジペート）系
ポリオールと、ジイソシアネートと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を用い、該エラストマーのトリメ
チロールプロパン分岐濃度を０．１５１ミリモル／ｇ以
上に、かつウレタン結合基濃度を２．２０ミリモル／ｇ
以下に、粘弾性のｔａｎδピーク値を１．０８以下に制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、ポリ（エチレンブチレンアジペ
ート）系ポリオールと、もしくはポリ（エチレンブチレ
ンアジペート）系ポリオール及びポリ（ブチレンアジペ
ート）系ポリオールと、ジイソシアネートとを反応させ
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０．１５１ミリ
モル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃度が２．２０ミ
リモル／ｇ以下で、粘弾性のｔａｎδピーク値が１．０
８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。

【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０．１６０〜０．５
００ミリモル／ｇである。ウレタン結合基濃度は２．２
０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ｔａ
ｎδ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１０
００〜３０００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３０／７０〜７０／３
０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ｔａ
ｎδ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】＜実施例１＞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２
０００）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）÷１
３４．１７）×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）） 例えば実施例１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）＝０．１
６７（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、実施例１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＝０．０
７０００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５
０ｍｍ／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。
評価は実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。

【００４４】＜実施例３＞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。
評価は実施例１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、Ｎ
ＣＯ％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。
評価は実施例１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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリ（エチレンブチレンアジペート）系
   ポリオールと、もしくはポリ（エチレンブチレンアジペ
   ート）系ポリオール及びポリ（ブチレンアジペート）系
   ポリオールと、ジイソシアネートと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
   ０．１５１ミリモル／ｇ以上で、かつウレタン結合基濃
   度が２．２０ミリモル／ｇ以下で、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。
2. 【請求項２】 前記ジイソシアネートが４，４−ジフェ
   ニルメタンジイソシアネートである請求項１記載のクリ
   ーニングブレード。
3. 【請求項３】 硬化に用いられるポリオールが１，４−
   ブタンジオールである請求項１記載のクリーニングブレ
   ード。