JP4334721B2

JP4334721B2 - クリーニングブレード

Info

Publication number: JP4334721B2
Application number: JP2000068129A
Authority: JP
Inventors: 竜也石井; 幸伸岡裏
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: JP2001253927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の静電写真プロセスによる画像形成装置において画像転写後の感光体表面や転写ベルト表面等に残存するトナーをクリーニング・除去するクリーニングブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機は、一般に、感光体表面に形成した静電潜像にトナーを付着させて現像し、そのトナー像を記録紙に転写し、最終的に加熱加圧によりトナー像を記録紙上に定着させることによつて複写を行なう。かかる複写工程において、トナー像を記録紙に転写した感光体表面にはトナーが残留するため、順次複写を行なうためには、感光体表面からトナーを除去する必要があり、トナー除去手段の一つとしてクリーニングブレードが用いられている。
【０００３】
従来より、クリーニングブレードを形成する材料としては、耐摩耗性等の機械的強度が優れていることから、ポリウレタンエラストマーからなる成形物が賞用されている。かかるポリウレタンエラストマーは、通常、高分子ポリオール成分とポリイソシアネート成分からウレタンプレポリマーを調製し、これに、１，4 −ブタンジオール等の二価アルコールとトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の三価以上の多価アルコールからなる低分子ポリオールを加えて、所定の型内にて架橋し、炉内にて後架橋させた後、常温で放置熟成することによつて製造されている。しかし、従来より知られているポリウレタンエラストマーからなるクリーニング・ブレードは、長期使用によつてエツジ磨耗が大きいため、その耐久性が十分ではなかった。
【０００４】
このようなポリウレタンエラストマーの耐久性を向上させる方法としては、クリーニング・ブレードの大変形領域でのモジュラスを向上させる方法が知られている。たとえば、特開平５−１５０６９７号公報では、ポリウレタンエラストマー形成時のポリオール成分の水酸基（−ＯＨ）とポリイソシアネート成分のイソシアネート基（−ＮＣＯ）の当量比（−ＯＨ）／（−ＮＣＯ）を０．８〜０．９に調整することにより、アロファネート結合による架橋を増加させて大変形領域でのモジュラスを向上させる方法が提案されている。しかし、アロファネート結合はその生成速度が遅いため、ポリウレタンエラストマーの形成を前記当量比の範囲で行うと、ポリウレタンエラストマーを脱型しうる強度に達するまでの硬化時間が非常に長くなり、生産性が悪い。また、長期に硬化時間を要すと成形物の濁りの原因にもなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、生産性のよいポリウレタンエラストマー用いてなり、かつ耐久性に優れるクリーニングブレードを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべくポリウレタンエラストマーの構成成分に着目し鋭意検討を重ねた結果、以下示す構成成分からなるポリウレタンエラストマーにより前記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、（ａ）ポリイソシアネート成分および（ｂ）数平均分子量が５００〜３０００の高分子ポリオール成分から得られたイソシアネート末端ウレタンプレポリマー、（ｂ）数平均分子量が５００〜３０００の高分子ポリオール成分および（ｃ）分子量が５００未満の低分子ポリオール成分を反応させて得られ、当該反応においてウレタン結合を構成しうるイソシアネート基（−ＮＣＯ）と水酸基（−ＯＨ）の当量比（−ＮＣＯ／−ＯＨ）が、１．００〜１．１５であるポリウレタンエラストマーを含有してなるクリーニングブレードにおいて、（ｃ）低分子ポリオール成分が、（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと（ｃ２）エチレングリコールのみからなることを特徴とするクリーニングブレードに関する。
【０００８】
従来より、（ｃ）分子量が５００未満の低分子ポリオール成分として、（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと二官能の低分子ポリオールを併用することは知られており、さらには二官能の低分子ポリオールの一つとして（ｃ２）エチレングリコールが例示されているが、二官能の低分子ポリオールとして（ｃ２）エチレングリコールを単独で用いると、成形シートに濁りが生じるため、二官能の低分子ポリオールとして（ｃ２）エチレングリコールが単独で用いられたことはなく、また用いられるとしても１，４−ブタンジオール等と併用された例のみであった。本発明は、このように二官能の低分子ポリオールとして単独使用されたことのない（ｃ２）エチレングリコールを、（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと併用することを特徴とするものであり、特定の低分子ポリオールを選択することで、大変形領域でのモジュラスが向上して、ポリウレタンエラストマーの耐磨耗性が向上して耐久性が向上することを見出したものである。また、本発明のクリーニングブレードは、ヘタリが小さくクリーニングブレードのヘタリ改善がされている。さらには、本発明のクリーニングブレードは、特開平５−１５０６９７号公報に記載のものに比して、成形時間、温度ともに低く設定でき、生産性もよい。
【００１０】
ポリウレタンエラストマーは、前記（ａ）ポリイソシアネート成分、（ｂ）数平均分子量が５００〜３０００の高分子ポリオール成分および（ｃ）分子量が５００未満の低分子ポリオール成分を各種方法により反応させて得られるが、最終的にポリウレタンエラストマーとする場合に、前記当量比（−ＮＣＯ／−ＯＨ）を前記範囲に調整することにより、ポリウレタンエラストマーの硬化速度、永久伸び等の物性が良好となる。
【００１１】
前記当量比が小さくなると、永久伸び等の物性が悪くなる傾向があることから、前記当量比は１. ０５以上とするのがより好ましい。一方、前記当量比が大きくなると、硬化速度が遅くなり、成形性が悪くなる傾向があることから、前記当量比は１．１０以下とするのがより好ましい。
【００１２】
また、（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと（ｃ２）エチレングリコールの割合をモル比で、（ｃ１）／（ｃ２）＝１／２〜１２に調整するのが好ましい。かかるモル比で、（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと（ｃ２）エチレングリコールを併用することにより、実用的な範囲の硬度、一般的にはショアＡ硬度を６５〜７７を有するポリウレタンエラストマーが得られる。前記モル比における（ｃ２）の値が小さくなると、硬度が低くなり所望の物性が得られにくくなる傾向があるため、（ｃ２）の値は４以上とするのがより好ましい。一方、前記モル比における（ｃ２）の値が大きくなると、永久伸びが大きく硬化時間が長くなり生産性が悪くなる傾向があるため、（ｃ２）の値は１０以下とするのがより好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のクリーニングブレードの主成分であるポリウレタンエラストマーを構成する（ａ）ポリイソシアネート成分、（ｂ）高分子ポリオール成分および（ｃ）低分子ポリオール成分について説明する。
【００１４】
（ａ）ポリイソシアネート成分は、ポリウレタンエラストマーの形成に用いられている各種のものの１種または２種以上を適宜に選択して使用できる。例えば、トリレンジイソシアネート、３，３´−ジメチルジフエニルジイソシアネート、４，４´−ジフエニルメタンジイソシアネート、ｐ−フエニレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート等があげられる。これらのなかでも４，４´−ジフエニルメタンジイソシアネートが好ましい。
【００１５】
（ｂ）高分子ポリオール成分も、ポリウレタンエラストマーの形成に用いられている各種のものの１種または２種以上を適宜に選択して使用できる。たとえば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール等を例示できる。
【００１６】
ポリエーテル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、グリセリン、トリメチロールプロパン等の多価アルコールの１種又は２種以上にプロピレンオキサイドを付加して得られるポリオキシプロピレンポリオール類、エチレンオキサイドを付加して得られるポリオキシエチレンポリオール類、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド等を付加して得られるポリオール類、および、前記多価アルコールにテトラヒドロフランを開環重合により付加して得られるポリオキシテトラメチレンポリオール類が例示できる。また、上記環状エーテルを２種以上使用した共重合体も例示できる。
【００１７】
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、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールあるいはその他の低分子量多価アルコールの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、テレフタル酸、イソフタル酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸あるいはその他の低分子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、前記多価アルコールを開始剤とするプロピオラクトン、カプロラクトン、バレロラクトン等の環状エステル類の開環重合体等が例示できる。上記以外にも、（ｂ）高分子ポリオールとしては、例えば、ポリカーボネートジオール等を例示できる。
【００１８】
本発明の（ｂ）高分子ポリオールとしてはポリエステルポリオールが好ましく、特にアジピン酸系ポリエステルポリオールや、ポリカプロラクトン系ポリエステルポリオールが好ましい。
【００１９】
（ｂ）高分子ポリオール成分の数平均分子量は、通常、５００〜３０００程度のものが好適である。なお、（ｂ）高分子ポリオール成分の官能基数は特に制限されず、グリコール等の官能基数により二官能または三官能以上のものを適宜に選択して使用できる。通常は、二官能の（ｂ）高分子ポリオール成分を用いるのが好ましい。
【００２０】
（ｃ）低分子ポリオール成分としては、（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと（ｃ２）エチレングリコールが用いられる。（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールとしては、分子量が５００未満のポリウレタンエラストマーの形成に用いられている各種のものの１種または２種以上を適宜に選択して使用できる。（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールとしては、たとえば、三官能のものとして，１，１−トリメチロールプロパン、グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、トリメチロールエタン、１，１，１−トリス（ヒドロキシエトキシメチル）プロパン等があげられ、四官能以上のものとしてジグリセリン、ペンタエリスリトール等があげられる。
【００２１】
前記（ａ）ポリイソシアネート成分、（ｂ）高分子ポリオール成分および（ｃ）低分子ポリオール成分からポリウレタンエラストマーを製造する方法は特に制限されず、各種の方法を採用できる。
【００２２】
たとえば、（ａ）ポリイソシアネート成分および（ｂ）高分子ポリオール成分から得られたイソシアネート末端ウレタンプレポリマーと（ｃ）低分子ポリオール成分を反応させるプレポリマー法、前記イソシアネート末端ウレタンプレポリマーと（ｂ）高分子ポリオール成分および（ｃ）低分子ポリオール成分を反応させる擬似プレポリマー法、（ａ）ポリイソシアネート成分、（ｂ）高分子ポリオール成分および（ｃ）低分子ポリオール成分を一括反応させるワンショット法等を採用できる。こられポリウレタンエラストマーの製造法のなかでも、プレポリマー法または擬似プレポリマー法が、成形の際にシートに気泡が入るなどの問題がない点で好ましい。
【００２３】
前記プレポリマー法、擬似プレポリマー法におけるイソシアネート末端ウレタンプレポリマーは、イソシアネート基含量８〜２０％となるように調製するのが好ましい。
【００２４】
また、擬似プレポリマー法においてイソシアネート末端ウレタンプレポリマーの製造に用いる（ｂ）高分子ポリオール成分と、当該ウレタンプレポリマーの硬化に用いる（ｂ）高分子ポリオール成分とは同じものでもよく、異なるものであってもよい。
【００２５】
また、擬似プレポリマー法において、硬化に用いる（ｂ）高分子ポリオール成分は、ポリウレタンエラストマーを構成する（ｂ）高分子ポリオール成分全体の６０〜８０重量％であることが好ましい。また硬化に用いる（ｂ）高分子ポリオール成分と（ｃ）低分子ポリオール成分の割合は、（ｃ）低分子ポリオール成分が１０重量％以下となるように用いるのが好ましい。
【００２６】
なお、前述の通り、ポリウレタンエラストマーを製造する際、（ａ）ポリイソシアネート成分またはイソシアネート末端ウレタンプレポリマーのイソシアネート基（−ＮＣＯ）と（ｂ）高分子ポリオール成分および／または（ｃ）低分子ポリオール成分の水酸基（−ＯＨ）の当量比（−ＮＣＯ／−ＯＨ）を１．００〜１．１５とするのが好ましい。
【００２７】
ポリウレタンエラストマーの製造（硬化）に際しては、硬化触媒を用いてもよい。たとえば、アミン系触媒としてトリエチレンジアミン、ジメチルアミノヘキサノール等、イミダゾール系触媒として２−メチルイミダゾールや１, ２−ジメチルイミダゾール等、金属系触媒としてオクチル酸鉛、ジブチル錫ラウレイト等があげられる。硬化触媒を用いる場合、その使用量は、通常、ポリウレタンエラストマー｛（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の合計｝１００重量部に対して、0.００１〜0.０５重量部程度、好ましくは0.００５〜0.０３重量部の範囲である。
【００２８】
クリーニングブレードの成形方法は特に制限されないが、ポリウレタンエラストマーを、擬似プレポリマー法、プレポリマー法により製造する場合にはプレポリマーと硬化剤を反応させる際に、硬化剤を硬化触媒と共に混合攪拌した後、これらを所定の所定の金型に内に注入する注型法によつて、また遠心成形機を使用した遠心成形法により行う。
【００２９】
また、成形にあたっては、予め接着処理を施した接続具を装入することもできる。硬化温度は所定の温度、通常１２０〜１６０℃程度である。
【００３０】
なお、クリーニングブレードの成形にあたっては、ポリウレタンエラストマーの他に、帯電防止剤や滑剤等の添加剤を含有することができ、これら添加剤は、硬化触媒とともに混合される。上記のような一次硬化した後には、通常、常法に従つて加熱して、二次硬化させることができる。
【００３１】
このように得られたポリウレタンエラストマーは、使用する電子写真複写機の規格に合わせて裁断されて、クリーニング・ブレードとして供される。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。各例中、部は重量部を意味する。
【００３３】
実施例１
二官能のポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２２０Ｎ，数平均分子量２０００，水酸基価５６．１）１３３．３部を７０℃で３時間、減圧下に攪拌加熱し、脱水した後、反応容器に仕込み、さらに４，４´−ジフエニルメタンジイソシアネート１００部を反応容器に加え、窒素ガス雰囲気下に７０℃で１〜２時間攪拌して、イソシアネート基含量１２％のイソシアネート末端ウレタンプレポリマーを調製した。イソシアネート基含量は、ジブチルアミン法にて測定した。
【００３４】
別途、前記二官能のポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２２０Ｎ，数平均分子量２０００，水酸基価５６．１）１５０．２部、トリメチロールプロパン３．６部およびエチレングリコール１１．７部を、それぞれ別の容器中で、１００℃で１時間、減圧下に攪拌加熱し、脱水した後、ガラス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、混合液が無色透明になるまで、１００℃で攪拌混合した。これに更に、さらに硬化触媒としてトリエチレンジアミンを０. ００５部加えて、硬化剤成分（ＯＨ成分）を調製した。なお、ウレタンプレポリマーのイソシアネート基（−ＮＣＯ）と硬化剤成分の水酸基（−ＯＨ）の当量比（−ＮＣＯ／−ＯＨ）は、１．１０になるように調整した。
【００３５】
上記ウレタンプレポリマーと硬化剤成分とを６０℃に加熱しながらミキシング・ヘツドに供給し、混合攪拌しつつ、予め１４０℃に加熱した型内に注入してポリウレタンエラストマーの成形を行なつた。次いで、成形物を型から取出し、１１０℃で２４時間加熱して二次硬化を行なった。
【００３６】
実施例２〜３、比較例１〜４
実施例１において、ポリウレタンエラストマーの各成分の使用量、割合を表１に示すように変えた他は実施例１と同様にしてクリーニングブレードを製造した。なお、比較例３では硬化速度が遅く、ポリウレタンエラストマーの成形をすることができずクリーニングブレードは得られなかった。
【００３７】
［物性評価］：得られたクリーニングブレードについて以下の物性を評価した。結果を表１に示す。
【００３８】
物性の測定方法は、ＪＩＳＫ７３１２に準拠した。ただし、硬度（ショアＡ硬度による）と反発弾性の測定は厚さ１．５〜２ｍｍのシートを１２〜１５ｍｍまで重ねて測定した（サンプルは３５ｍｍ角）。また、反発弾性（％）の測定には、ＪＩＳＫ６３０１の測定器（リュプケ式測定器）を使用した。また、永久伸びの測定は、サンプル（１５０ｍｍ×１０ｍｍ）の標線１００ｍｍに印を付け、１０分間１００％伸長させ、解放して１０分後に標線を測定し１００ｍｍに対しての残留歪み率を測定した。
【００３９】
［耐久性評価］：得られたクリーニング・ブレードをミノルタ（株）製の普通紙用複写機に装着し、常温常湿下にブラツク／ホワイト７％文字チヤートを被複写画像として、毎分２５枚の割合にて連続して行ない、クリーニング・ブレードのエツジの欠損の磨耗量が５０μｍまで達する時間を２０時間毎にチェックした。結果を表１に示す。なお、表１には、実機により、正常に複写可能な予測枚数も示した。
【００４０】
【表１】

表中、プレポリマーのａ：ＭＤＩは４，４´−ジフエニルメタンジイソシアネートを示す。
【００４１】
プレポリマーのｂ：２ＰＣＬは二官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２２０Ｎ，数平均分子量２０００，水酸基価５６．１）を示す。ただし、比較例４の２ＰＣＬは、二官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２２０Ｎ，数平均分子量２０００，水酸基価５６．１）と二官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２１０Ｎ，数平均分子量１０００，水酸基価１１２. ２）のブレンド物であり、数平均分子量を１９００に調整したものである。
【００４２】
高分子ポリオールのｂ：２ＰＣＬは二官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２２０Ｎ，数平均分子量２０００，水酸基価５６．１）を示す。ただし、比較例４の２ＰＣＬは、二官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２２０Ｎ，数平均分子量２０００，水酸基価５６．１）と二官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル２１０Ｎ，数平均分子量１０００，水酸基価１１２. ２）のブレンド物であり、数平均分子量を１４５０に調整したものである。
【００４３】
高分子ポリオールのｂ：３ＰＣＬは三官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル３２０，数平均分子量２０００，水酸基価８４. ２）と三官能ポリラクトンポリオール（ダイセル化学製，商品名プラクセル３１２，数平均分子量１２５０，水酸基価１３４. ６）のブレンド物であり、数平均分子量を１９００に調整したものである。
【００４４】
ＴＭＰ：トリメチロールプロパン、ＥＧ：エチレングリコール、ＢＤ：１，４−ブタンジオールを示す。
【００４５】
表１から明らかなように、実施例に示す本発明のクリーニングブレードは各種物性に優れており、比較例に比べてエツジの磨耗時間が長く耐久性に優れていることが認められる。また、当量比（−ＮＣＯ／−ＯＨ）を所定範囲としているため硬化速度も良好である。なお、比較例３は、当量比が所定範囲を外れており他の例と同様の時間では硬化できなかった。
【００４６】
なお、耐久性及び予測枚数は、硬度が低くなると耐久性が悪くなり予測枚数も減る傾向がある。実施例１は硬度６５、比較例２は硬度７７であり、実施例１は比較例２に比べて低いにも拘わらず同じまたはそれ以上の耐久性及び予測枚数である。同じ硬度の実施例と比較例を比べると耐久性及び予測枚数は、実施例が比較例の２倍程優れている。

Claims

（ａ）ポリイソシアネート成分および（ｂ）数平均分子量が５００〜３０００の高分子ポリオール成分から得られたイソシアネート末端ウレタンプレポリマー、（ｂ）数平均分子量が５００〜３０００の高分子ポリオール成分および（ｃ）分子量が５００未満の低分子ポリオール成分を反応させて得られ、当該反応においてウレタン結合を構成しうるイソシアネート基（−ＮＣＯ）と水酸基（−ＯＨ）の当量比（−ＮＣＯ／−ＯＨ）が、１．００〜１．１５であるポリウレタンエラストマーを含有してなるクリーニングブレードにおいて、（ｃ）低分子ポリオール成分が、（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと（ｃ２）エチレングリコールのみからなることを特徴とするクリーニングブレード。
（ｃ１）三官能以上の低分子ポリオールと（ｃ２）エチレングリコールの割合がモル比で、（ｃ１）／（ｃ２）＝１／２〜１２である請求項１記載のクリーニングブレード。