JP2004037630A

JP2004037630A - Toner supply roller

Info

Publication number: JP2004037630A
Application number: JP2002192115A
Authority: JP
Inventors: Yoshie Takahashi; 高橋　美江; Michihiro Harada; 原田　倫宏
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a toner supply roller the hardness of which is low and compression permanent distortion of which is small even when temperature and humidity are high. <P>SOLUTION: The external surface of the toner supply roller is formed from flexible polyurethane foam which has an unsaturation degree of 0.05m equivalent weight/g or less, and obtained by polymerizing polyether polyol having a weight-average molecular weight of 4,500 to 8,000 and a polymerizable composition containing polyisocyanate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー供給ローラに係り、特に複写装置、画像記録装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘電体等からなる潜像担持体上に形成した静電潜像を現像して、可視化するのに使用される現像装置に内蔵され、所定のトナー（現像剤）を供給して、静電潜像が形成されている感光体の如き潜像担持体の表面において、目的とするトナー像を形成するために用いられるトナー供給ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写装置や画像記録装置、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置においては、電子写真感光体や静電記録誘電体などからなる潜像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置により現像してトナー像として可視化している。このような現像装置の一つとして、非磁性トナーの一成分現像剤を使用した一成分現像装置が種々提案され、また、実用化されている。
【０００３】
たとえば、特開昭５４−４３０３８号公報に示されているように、現像剤担持体としての現像スリーブの表面に現像剤規制部材としてのゴムまたは金属製の弾性ブレードを当接させ、この弾性ブレードと現像スリーブとの当接部の間に非磁性トナーを通過させて規制することにより、現像スリーブ上にトナーの薄層を形成し、かつ当接部での摩擦でトナーに十分な摩擦帯電電荷（トリボ）を付与させる現像装置がある。
【０００４】
上記の非磁性トナーを使用する一成分現像装置は、現像スリーブ上にトナーを供給するトナー供給部材が別途、必要となる。これは、磁性トナーの場合は、現像スリーブ内の磁石の磁力により現像スリーブ上にトナーを供給することができるが、非磁性トナーの場合には磁力によるトナーの供給が行えないためである。
【０００５】
近年、画像をデジタル化して扱うコンピュータなどでの画像の需要が増し、これに伴い、より高精細、高品位な画像が要求され、さらにはカラー画像と電子写真画像の改良が求められている。
【０００６】
このような要求に応える現像装置として、トナー供給ローラに発泡弾性体を用いたものが数多く提案され、製品化されている。このトナー供給ローラは、金属製シャフトの回転軸の周囲にポリウレタンフォーム等の発泡弾性体（スポンジ）を設けた弾性ローラで、従来から使用されているファーブラシによるトナー供給ローラよりも、耐久性、生産性に優れ、またファーブラシの植毛されている毛が抜け、現像スリーブと弾性ブレードの当接部に挟まってしまうというような、現像装置として致命的な不具合がないからである。
【０００７】
さらに、このような現像装置におけるトナー供給ローラは、トナー供給性の観点からより低硬度化（柔軟性）が求められており、発泡弾性体として使用されるポリウレタンフォームは、低硬度（軟質）である必要がある。
【０００８】
このようなトナー供給ローラに使用される軟質ポリウレタンフォームは、各種ポリオール、発泡剤としての水、整泡剤、触媒、必要により架橋剤等とポリイソシアネートを混合することにより製造される。発泡剤としての水は、ポリイソシアネートと水が反応し、脱離した炭酸ガスが発泡ガスとなり、同時にポリ尿素を生成する反応により発泡剤として機能する。また、ポリオールとしては、高温高湿環境下の使用に際し加水分解しにくいという観点からポリエーテルポリオールを使用し、ポリイソシアネートとしては、より低硬度な軟質ポリウレタンフォームが製造し易いという点からトルイレンジイソシアネートを主体としたポリイソシアネートが使用されている。
【０００９】
また、前記トナー供給ローラにおいては現像スリーブとの当接による圧縮力に対して充分な回復性を有する必要もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来、トルイレンジイソシアネートを主体としたポリイソシアネートを使用して製造された軟質ポリウレタンフォームは、高温高湿環境下での圧縮永久歪が悪いという問題点があった。
【００１１】
この軟質ポリウレタンフォームの高温高湿環境下での圧縮永久歪を向上させる方法として、配合上使用する架橋剤の添加量を増加する方法があるが、このような方法では、軟質ポリウレタンフォームの硬度も高くなり、ポリイソシアネートとしてポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）及び／又は、ジフェニルメタンジイソシアネート（モノメリックＭＤＩ）を使用したポリウレタンフォームは、高温高湿環境下での圧縮永久歪性には優れるが、充分に低硬度の軟質ウレタンフォームを得ることが難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような事情を背景になされたものであって、その解決しようとする課題は、少なくとも低硬度であり、及び、高温高湿下の圧縮永久歪みが小さい特性を有するポリウレタンフォームからなる表面を有するトナー供給ローラを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ポリウレタンフォームからなる外周面を有するトナー供給用ローラにおいて、
ポリウレタンフォームの総不飽和度が０．０５ｍ当量／ｇ以下であり、かつ重量平均分子量が４５００〜８０００であるポリエーテルポリオールとポリイソシアネートを含む重合性組成物を重合させて得られた軟質ポリウレタンフォームであることを特徴とするトナー供給用ローラに関するものである。
【００１４】
軟質ポリウレタンフォームの原料であるポリエーテルポリオールとポリイソシアネートとから求められるイソシアネートインデックスが６０〜９０であることが好ましい。
【００１５】
ポリエーテルポリオールの総不飽和度は０．０３５ｍ当量／ｇ以下であることが好ましい。
【００１６】
ポリエーテルポリオールの平均官能基数は２．５〜４．０であることが好ましい。
【００１７】
ポリエーテルポリオールの水酸基価は２０〜５０ＫＯＨｍｇ／ｇであることが好ましい。
【００１８】
ポリイソシアネートはトルイレンジイソシアネートを含有することが好ましい。
【００１９】
ポリイソシアネートはさらにポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートを含有することが好ましい。
【００２０】
ポリイソシアネートがトルイレンジイソシアネートおよびポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートに加えて、さらにジフェニルメタンジイソシアネートを含有することが好ましい。
【００２１】
ポリウレタンフォームの密度は０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。
【００２２】
トナー供給ローラの硬度は５０〜３００ｇであることが好ましい。
【００２３】
トナー供給ローラの圧縮永久歪率は２０％以下であることが好ましい。
【００２４】
ポリウレタンフォームの密度、トナー供給ローラの硬度およびトナー供給ローラの圧縮永久歪率を上記範囲内に調整することによって、トナー供給時の現像スリーブとの当接による圧縮に対してローラの変形が小さくなり、安定的なトナー供給を行うことができるようになる。また、トナー供給時にローラが適当に変形し、ローラが現象スリーブに引っかからず、安定的なトナー供給性を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について述べる。まず、本発明で用いる材料について述べる。一般にポリエーテルポリオール中には、モノオールが数％から数十％含有されていることが知られている。通常、モノオールの含有量は、総不飽和度で表記され、この値が小さいほどモノオール含有量が低いことを示す。総不飽和度が小さなポリエーテルポリオールは、ポリイソシアネートと反応後、網目構造が均一になりやすく、このため高温高湿下での耐圧縮永久歪性が良くなると考えられる。また、このようなモノオールが少ないポリエーテルポリオールでは、通常のポリエーテルポリオールを使用した場合に比べ、イソシアネートの添加比率［イソシアネートインデックス＝（ＮＣＯ基／活性水素基の当量比）×１００］を小さくすることが出来る。この理由としては、モノオールが少ないポリエーテルポリオールでは、網目構造を不均一化するモノオールとイソシアネートの反応が少ないためであると考えられる。また、イソシアネートインデックスを小さくすることにより、より低硬度化が可能となる。
【００２６】
ポリエーテルポリオールとしては、全体のポリエーテルポリオールの総不飽和度が０．０５ｍ当量／ｇ以下であれば良く、１種類のポリエーテルポリオールを用いても二種類以上のポリエーテルポリオールを混合して用いてもかまわない。逆に、０．０５ｍ当量／ｇを超えると、圧縮永久歪が悪くなる。好ましくは、ポリエーテルポリオールの総不飽和度が０．０３５ｍ当量／ｇ以下である。さらにポリエーテルポリオールの重量平均分子量は４５００〜８０００であればよく、１種類のポリエーテルポリオールを用いても二種類以上のポリエーテルポリオールを混合して用いても良い。重量平均分子量が８０００を超えると粘度が高くなり、取扱いや注型、イソシアネートとの均一な混合が困難になる。逆に重量平均分子量が４５００未満であると、硬度が高くなる。
【００２７】
また、イソシアネートインデックスは６０〜９０であることが好ましい。イソシアネートインデックスがこの範囲内にあることにより、十分な樹脂化が行われ、適度なローラ硬度に保てると共に、トナー供給ローラの成形性も向上する。
【００２８】
また、ポリエーテルポリオールの平均官能基数は、２．５〜４．０であることが好ましい。平均官能基数がこの範囲内にあることにより、トナー供給ローラの高温高湿下での圧縮永久歪が小さくなると共に、トナー供給ローラを適度な低硬度に保つことができる。
【００２９】
また、ポリエーテルポリオールは、水酸基価２０〜５０ＫＯＨｍｇ／ｇであることが好ましい。水酸基価がこの範囲内にあることにより、トナー供給ローラの高温高湿下での圧縮永久歪が小さくなると共に、トナー供給ローラを適度な低硬度に保つことができる。
【００３０】
また、ポリイソシアネートとしては、トルイレンジイソシアネートを含有することが好ましい。トルイレンジイソシアネートを含有することにより、軟質ポリウレタンフォームは、低硬度で且つ高温高湿環境下での圧縮永久歪が優れたものとすることができる。
【００３１】
さらには、ポリイソシアネートは、トルイレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートおよびジフェニルメタンジイソシアネートを含有することが好ましい。例えば、ポリイソシアネートとしてトルイレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートおよびジフェニルメタンジイソシアネートの混合物を用いる場合、ポリイソシアネート中のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート含量が４．５質量％以上かつ、ポリイソシアネート中のポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートおよびジフェニルメタンジイソシアネートの含量が９０質量％以上であることが好ましい。これらのポリイソシアネートを用いることで、低硬度で成形性が良く、かつ、高温高湿下での圧縮永久歪が良好なトナー供給ローラが容易に得られる。
【００３２】
なお、トナー供給ローラに使用される軟質ポリウレタンフォームの密度は、０．０５〜０．２０ｇ／ｃｍ^３、トナー供給ローラの硬度は、５０〜３００ｇ、圧縮永久歪率は、２０％以下であることが好ましい。この範囲内にあるとき、トナー供給性に優れている。
【００３３】
本発明のトナー供給ローラは、ポリエーテルポリオール、ポリイソシアネート、及び所望により用いられる整泡剤、触媒、水、その他助剤から製造される。整泡剤は、ポリジメチルシロキサンとエチレンオキサイド（ＥＯ）／プロピレンオキサイド（ＰＯ）共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサン、スルホン化リシノール酸のナトリウム塩やこれらとポリシロキサン・ポリオキシアルキレンコポリマーとの混合物等が挙げられる。これらの整泡剤の中で、ポリジメチルシロキサンとＥＯ／ＰＯ共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサンが好適である。使用量は全ポリエーテルポリオール１００質量部に対して、０．１〜３質量部が好適である。
【００３４】
触媒は、特に制限は無く、公知のものを使用しても良い。触媒の使用量は全ポリエーテルポリオール１００質量部に対して、０．００５〜１０質量部を使用することが好適である。触媒としては、例えば、アミン系触媒（トリエチレンジアミン、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン、１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７、１、５−ジアザビシクロ（４、３、０）ノネン−５、１、２−ジメチルイミダゾール、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−メチルモルホリン等）や、有機金属系触媒（オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−ｉ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタン等）や、アミン系触媒及び有機金属系触媒の初期活性を低下させた有機酸塩触媒（カルボン酸塩やホウ酸塩等）が用いられる。この触媒は一種、用いても良く、二種以上を組み合せて用いても良い。
【００３５】
水は、ポリイソシアネートと反応して炭酸ガスを発生することにより発泡剤として使用される。通常使用される量は、全ポリエーテルポリオール１００質量部に対して、０．１〜１０質量部が良い。好ましくは、１〜５質量部、より好ましくは１．５〜３．５質量部を使用するのが良い。また、地球環境保護の目的で開発されたクロロフルオロカーボン類（ＨＦＣ−１３４Ａ等）、炭化水素（シクロペンタン等）、その他の発泡剤を助剤として水と併用して使用しても良い。
【００３６】
その他、助剤として、架橋剤、難燃剤、着色剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、酸化防止剤、導電性付与剤等が挙げられる。また、その他の助剤を必要に応じて添加しても良い。
【００３７】
本発明の高分子材料の製造方法については、特に制限は無く常法によれば良い。例えば、ポリエーテルポリオール、ポリイソシアネート、及び所望により用いられる整泡剤、触媒、水、その他、助剤などを均質に混合した後、加熱して反応硬化させることにより、本発明の高分子材料が得られる。原料を混合する際の温度や時間については特に制限は無いが、混合温度は、通常１０〜９０℃、好ましくは２０〜６０℃の範囲であり、混合時間は、通常１秒〜１０分間、好ましくは３秒〜５分間程度である。また、加熱して反応硬化させる際、公知の方法により、発泡させることにより、ポリウレタンフォームからなる高分子材料を作製することが出来る。ここでの発泡方法については特に制限は無く、発泡剤を用いる方法、機械的な撹拌により気泡を混入する方法など、いずれの方法を用いることも出来る。なお、発泡倍率は、適宜定めれば良く、特に制限はない。
【００３８】
芯金とポリウレタン部材の接合方法については特に制限は無いが、芯金を予めモールド（成形型）内部に配設しておきポリウレタン組成物を注型硬化する方法や、ポリウレタン部材を所定の形状に成形した後、接着する方法などを用いることが出来る。どちらの方法でも、必要に応じて芯金とポリウレタンフォームの間に接着層を設けることが出来、この接着層としては、接着剤やホットメルトシートなどの公知の材料を用いることが出来る。本発明のポリウレタン部材の成形方法としては特に制限は無く、公知の方法、例えば前述した所定の形状のモールドに注型する方法のほかに、ブロックから切削加工により、所定の寸法に切り出す方法、研磨処理により所定の寸法にする方法、或いはこれらの方法を適宜組み合せる方法などを用いることが出来る。
【００３９】
本発明では、上記に示す各材料及びトナー供給ローラ用成形型を用い、例えば、次のようにしてトナー供給ローラを製造する。すなわち、まず、従来の方法に従って、所定のトナー供給ローラ用成形型内に、棒状芯金を配置する。成形型としてはパイプ状型や割型等いずれを用いても良いが、本発明ではパイプ状型を用いた。そして、上記組成物を上記成形型に注入し、成形型を温度２５〜８０℃に加熱して発泡反応させる。場合によっては、温度５０〜２５０℃の加熱炉等で反応を促進させても良い。そして、成形物を成形型から取り出すことにより、トナー供給ローラを得ることが出来る。
【００４０】
本願発明に係るトナー供給ローラは例えば、図１のような画像形成装置に用いることができる。２は像担持体としての感光体ドラムであり、４は帯電部材としての帯電ローラである。この帯電ローラ４の外周面が所定の極性電位に一次帯電処理された後、露光機構部６により目的の画像情報が露光Ｌ（スリット露光・走査露光等）されて回転感光体の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。このように形成された静電潜像が現像部８によりトナー画像として現像される。この感光体ドラム２の表面に形成担持されているトナー画像は順次に静電力と押圧力によって、転写ドラム１０に転写されていく。一方、給紙装置１４から記録材が１枚ごとに繰り出されて、転写ドラム１０と転写ローラ１６の圧接ニップ部に所定のタイミングで給送され、所望のトナー画像が記録される。また、図２は、現像部８を構成するホッパー２２および現像ローラ１６からなる現像ユニットを表す断面図である。
【００４１】
【実施例】
表２では、実施例１〜４、比較例１〜４のポリウレタンフォームの原料組成、イソシアネートインデックス及び物性を、表３は、実施例１、５〜８、比較例２、５及び６のポリウレタンフォームの原料組成、イソシアネートインデックス及び物性を表す。
【００４２】
また、表中のトナー供給ローラ及びポリエーテルポリオールの物性値は、下記の方法により測定した。
〈水酸基価〉ＪＩＳ　Ｋ−１５５７記載の方法により測定した。
〈総不飽和度〉ＪＩＳ　Ｋ−１５５７記載の方法により測定した。
〈硬度〉図３（ａ）及び（ｂ）に示される如く、トナー供給ローラを、その両端の芯金部分において支持し、ポリウレタンフォーム層を５０ｍｍ幅（厚さ：１０ｍｍ）の板状押圧面を有する治具にて、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧したときの、１ｍｍ変位（圧縮）時の荷重（ｇ）にて表したものであって、その数値が大きくなるほど、ポリウレタンフォーム層が硬いことを示している。また、測定ポイントは、図示の如く、ローラの軸方向に３ヶ所、軸方向に垂直なローラの周方向上に９０度毎に４ヶ所、計３×４＝１２ヶ所、測定した。
〈湿熱圧縮永久歪率〉図４（ａ）及び（ｂ）に示される如く、トナー供給ローラを、その両端の芯金部分において支持し、そのポリウレタンフォーム層にφ１６のスリーブを当接し、１．５ｍｍ圧縮した状態で、温度５０℃、湿度９５％にて７２時間放置し、取り出し解放後３０分経過した後のローラの復元度合いを示したもので、以下の計算式に従って計算した。
Ｃｓ（湿熱圧縮永久歪率）（％）＝（ｔ_０−ｔ_１）／１．５×１００
ｔ_０：試験前の半径、ｔ_１：圧縮解放３０分後の半径
なお、測定ポイントは、圧縮部分を軸方向に３ヶ所、測定し、その平均値を求めた。
〈密度〉トナー供給ローラのポリウレタンフォームの体積及び質量を測定することにより求めた。
【００４３】
また、実施例及び比較例のトナー供給ローラは、以下のようにして製造した。表２に示す各ウレタンフォーム組成物を機械的攪拌により混合し、この混合物を、直径５ｍｍ、長さ２９０ｍｍの金属製シャフトを挿入した内径１６ｍｍのパイプ状金型に注入し、６０℃のオーブン中で３０分間加熱することにより発泡硬化させた。その後、脱型してトナー供給ローラを作製した。
【００４４】
【表１】

【００４５】
【表２】

【００４６】
１）キシダ化学（株）製架橋剤
２）日本ユニカ（株）製シリコーン整泡剤
３）東ソー（株）製第三級アミン触媒
４）三共エアプロダクツ（株）製第三級アミン触媒
５）日本ポリウレタン工業（株）製ポリイソシアネート、ＮＣＯ％＝３６％
実施例１〜４では、密度０．１２〜０．１４ｇ／ｃｍ^３、硬度１５４〜２５５ｇ、湿熱圧縮永久歪率９．７〜１５．２％であった。これに対し比較例１〜３では、ほぼ同等の密度、硬度において湿熱圧縮永久歪率２５．６〜３５．３％であり、比較例４では、ほぼ同等の密度で、総不飽和度が０．０５ｍ当量／ｇ以下、湿熱圧縮永久歪率２０％だが、硬度は３５５ｇであった。本結果より本実施例に示したトナー供給ローラは、低硬度で耐湿熱圧縮永久歪性に優れていることが分かった。
【００４７】
【表３】

【００４８】
−：測定せず
実施例１、５及び６では、密度０．１２〜０．１３ｇ／ｃｍ^３、硬度１０５〜１８０ｇ、湿熱圧縮永久歪率８．７〜９．７％であった。また、実施例８では、ほぼ同等の密度で、総不飽和度が０．０５ｍ当量／ｇ以下、湿熱永久歪率２０％以下であった。また、比較例２、５及び６では、実施例とほぼ同等の密度、硬度であるが、湿熱永久歪率２７．０〜３３．９％であった。本結果より本実施例に示したトナー供給ローラは、低硬度で耐湿熱永久歪性に優れていることが分かった。
【００４９】
【発明の効果】
従来のトナー供給ローラよりも低硬度で、かつ、耐湿熱圧縮永久歪性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トナー供給ローラを含む画像形成装置の模式図である。
【図２】ホッパーおよび現像ローラからなる現像ユニットを表す断面図である。
【図３】トナー供給ローラのポリウレタンフォーム層の硬度の測定方法を示す説明図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】トナー供給ローラのポリウレタンフォーム層の湿熱圧縮永久歪率の測定方法を示す説明図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
２　　　感光体ドラム
４　　　帯電ローラ
６　　　露光機構部
８　　　現像部
１０　　　転写ドラム
１２　　　クリーニング装置
１４　　　給紙装置
１６　　　転写ローラ
１８　　　定着ローラ
２０　　　現像ユニット
２２　　　ホッパー
２４　　　トナー
２６　　　トナー搬送ローラ
２８　　　現像ローラ
３０　　　トナー規制ブレード
３１　　　トナー供給ローラ
３２　　　芯金
３３　　　ポリウレタンフォームのスポンジ層
３４　　　冶具
３５　　　スリーブ（φ１６ｍｍ）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a toner supply roller, and more particularly, to an image forming apparatus such as a copying machine, an image recording apparatus, a printer, a facsimile, etc., which forms a latent image carrier formed of an electrophotographic photosensitive member, an electrostatic recording dielectric, or the like. A latent image carrier such as a photoconductor on which an electrostatic latent image is formed by supplying a predetermined toner (developer) built in a developing device used to develop and visualize the electrostatic latent image And a toner supply roller used to form a target toner image on the surface of the toner supply roller.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an image forming apparatus such as a copying apparatus, an image recording apparatus, a printer, and a facsimile, an electrostatic latent image formed on a latent image carrier made of an electrophotographic photosensitive member or an electrostatic recording dielectric is used by a developing device. It is developed and visualized as a toner image. As one of such developing devices, various one-component developing devices using a one-component developer of a non-magnetic toner have been proposed and put into practical use.
[0003]
For example, as disclosed in JP-A-54-43038, a rubber or metal elastic blade as a developer regulating member is brought into contact with the surface of a developing sleeve as a developer carrier, A non-magnetic toner is passed between the abutment portion and the developing sleeve to regulate the toner, thereby forming a thin layer of the toner on the developing sleeve, and sufficient frictional charge of the toner due to friction at the abutting portion. There is a developing device for applying (tribo).
[0004]
The one-component developing device using the above non-magnetic toner requires a separate toner supply member for supplying the toner onto the developing sleeve. This is because in the case of magnetic toner, toner can be supplied onto the developing sleeve by the magnetic force of a magnet in the developing sleeve, but in the case of non-magnetic toner, toner cannot be supplied by magnetic force.
[0005]
2. Description of the Related Art In recent years, demands for images in computers and the like that handle images in digital form have increased, and accordingly, higher definition and higher quality images have been demanded, and further improvements in color images and electrophotographic images have been demanded.
[0006]
Many developing devices that use a foamed elastic material for a toner supply roller have been proposed and commercialized to meet such demands. The toner supply roller is an elastic roller having a foamed elastic body (sponge) such as polyurethane foam provided around a rotation shaft of a metal shaft, and is more durable and more durable than a conventionally used fur brush toner supply roller. This is because it is excellent in productivity, and there is no fatal defect as a developing device such that the fur on which the fur brush is implanted comes off and is caught in the contact portion between the developing sleeve and the elastic blade.
[0007]
Further, the toner supply roller in such a developing device is required to have lower hardness (flexibility) from the viewpoint of toner supply property, and the polyurethane foam used as the foamed elastic body has low hardness (softness). Need to be.
[0008]
The flexible polyurethane foam used for such a toner supply roller is manufactured by mixing a polyisocyanate with various polyols, water as a foaming agent, a foam stabilizer, a catalyst, and, if necessary, a crosslinking agent. Water as a foaming agent functions as a foaming agent by a reaction in which polyisocyanate and water react and desorbed carbon dioxide gas becomes a foaming gas, and at the same time, generates polyurea. Further, as the polyol, a polyether polyol is used from the viewpoint of being less likely to be hydrolyzed when used in a high-temperature and high-humidity environment, and as a polyisocyanate, toluylene diisocyanate is used because a soft polyurethane foam having a lower hardness is easily produced. Is used.
[0009]
In addition, the toner supply roller needs to have sufficient recoverability against a compressive force caused by contact with the developing sleeve.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, a flexible polyurethane foam produced using a polyisocyanate mainly containing toluylene diisocyanate has a problem that compression set in a high-temperature and high-humidity environment is poor.
[0011]
As a method for improving the compression set of this flexible polyurethane foam in a high-temperature and high-humidity environment, there is a method of increasing the amount of a cross-linking agent used in the formulation, but in such a method, the hardness of the flexible polyurethane foam is also increased. Polyurethane foam using polymethylene polyphenyl polyisocyanate (polymeric MDI) and / or diphenylmethane diisocyanate (monomeric MDI) as polyisocyanate is excellent in compression set under high temperature and high humidity environment, There is a problem that it is difficult to obtain a soft urethane foam having sufficiently low hardness.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the problem to be solved is at least a low hardness, and a polyurethane foam having a characteristic that compression set under high temperature and high humidity is small. An object of the present invention is to provide a toner supply roller having a surface having the following characteristics.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention relates to a toner supply roller having an outer peripheral surface made of polyurethane foam,
A flexible polyurethane foam obtained by polymerizing a polymerizable composition containing a polyether polyol and a polyisocyanate having a total degree of unsaturation of the polyurethane foam of 0.05 meq / g or less and a weight average molecular weight of 4500 to 8000. And a roller for supplying toner.
[0014]
It is preferable that the isocyanate index obtained from the polyether polyol and the polyisocyanate which are the raw materials of the flexible polyurethane foam is 60 to 90.
[0015]
The total degree of unsaturation of the polyether polyol is preferably 0.035 meq / g or less.
[0016]
The polyether polyol preferably has an average number of functional groups of 2.5 to 4.0.
[0017]
The hydroxyl value of the polyether polyol is preferably 20 to 50 KOHmg / g.
[0018]
The polyisocyanate preferably contains tolylene diisocyanate.
[0019]
The polyisocyanate preferably further contains polymethylene polyphenyl polyisocyanate.
[0020]
It is preferable that the polyisocyanate further contains diphenylmethane diisocyanate in addition to toluylene diisocyanate and polymethylene polyphenyl polyisocyanate.
[0021]
The polyurethane foam preferably has a density of 0.05 to 0.20 g / cm ³ .
[0022]
The toner supply roller preferably has a hardness of 50 to 300 g.
[0023]
The compression set of the toner supply roller is preferably 20% or less.
[0024]
By adjusting the density of the polyurethane foam, the hardness of the toner supply roller, and the compression set of the toner supply roller within the above ranges, the deformation of the roller is reduced with respect to the compression due to the contact with the developing sleeve during the toner supply. Thus, stable toner supply can be performed. Further, the roller is appropriately deformed at the time of supplying the toner, and the roller is not stuck on the phenomenon sleeve, so that a stable toner supply property can be obtained.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described. First, the materials used in the present invention will be described. In general, it is known that monoether is contained in the polyether polyol from several% to several tens%. Usually, the monool content is represented by the total degree of unsaturation, and a smaller value indicates a lower monool content. It is considered that a polyether polyol having a small total unsaturation tends to have a uniform network structure after reacting with a polyisocyanate, and thus has improved compression set resistance under high temperature and high humidity. In addition, in such a polyether polyol having a small number of monols, the addition ratio of isocyanate [isocyanate index = (equivalent ratio of NCO group / active hydrogen group) × 100] is smaller than in the case of using a normal polyether polyol. You can do it. It is considered that the reason for this is that, in the polyether polyol having a small amount of monool, the reaction between the monool and the isocyanate which makes the network structure nonuniform is small. Further, by reducing the isocyanate index, lower hardness can be achieved.
[0026]
As the polyether polyol, the total degree of unsaturation of the entire polyether polyol may be 0.05 meq / g or less, and even if one kind of polyether polyol is used, two or more kinds of polyether polyols are mixed. You may use it. Conversely, if it exceeds 0.05 meq / g, the compression set becomes poor. Preferably, the total degree of unsaturation of the polyether polyol is 0.035 meq / g or less. Further, the weight average molecular weight of the polyether polyol may be 4,500 to 8,000, and one kind of polyether polyol may be used, or two or more kinds of polyether polyols may be mixed and used. When the weight average molecular weight exceeds 8000, the viscosity becomes high, and it becomes difficult to handle, cast, and uniformly mix with the isocyanate. Conversely, when the weight average molecular weight is less than 4500, the hardness increases.
[0027]
Further, the isocyanate index is preferably from 60 to 90. When the isocyanate index is within this range, the resin is sufficiently resinified, the roller hardness can be maintained at an appropriate level, and the moldability of the toner supply roller is also improved.
[0028]
The average number of functional groups of the polyether polyol is preferably from 2.5 to 4.0. When the average number of functional groups is within this range, the compression set of the toner supply roller under high temperature and high humidity can be reduced, and the toner supply roller can be maintained at an appropriate low hardness.
[0029]
The polyether polyol preferably has a hydroxyl value of 20 to 50 KOHmg / g. When the hydroxyl value is within this range, the permanent compression set of the toner supply roller under high temperature and high humidity is reduced, and the toner supply roller can be maintained at an appropriate low hardness.
[0030]
It is preferable that the polyisocyanate contains tolylene diisocyanate. By containing toluylene diisocyanate, the flexible polyurethane foam can have low hardness and excellent compression set under a high temperature and high humidity environment.
[0031]
Further, the polyisocyanate preferably contains tolylene diisocyanate, polymethylene polyphenyl polyisocyanate and diphenylmethane diisocyanate. For example, when a mixture of toluylene diisocyanate, polymethylene polyphenyl polyisocyanate and diphenylmethane diisocyanate is used as the polyisocyanate, the polymethylene polyphenyl polyisocyanate content in the polyisocyanate is 4.5% by mass or more, and the polymethylene in the polyisocyanate is The content of polyphenyl polyisocyanate and diphenylmethane diisocyanate is preferably 90% by mass or more. By using these polyisocyanates, a toner supply roller having low hardness, good moldability and good compression set under high temperature and high humidity can be easily obtained.
[0032]
The density of the flexible polyurethane foam used for the toner supply roller is 0.05 to 0.20 g / cm ³ , the hardness of the toner supply roller is 50 to 300 g, and the compression set is 20% or less. Is preferred. When in this range, the toner supply property is excellent.
[0033]
The toner supply roller of the present invention is manufactured from a polyether polyol, a polyisocyanate, and optionally a foam stabilizer, a catalyst, water, and other auxiliaries. Foam stabilizers include water-soluble polyether siloxanes from polydimethylsiloxane and ethylene oxide (EO) / propylene oxide (PO) copolymers, sodium salts of sulfonated ricinoleic acid, and polysiloxane / polyoxyalkylene copolymers. Mixtures and the like can be mentioned. Among these foam stabilizers, polydimethylsiloxane and a water-soluble polyether siloxane from an EO / PO copolymer are preferred. The amount used is preferably from 0.1 to 3 parts by mass based on 100 parts by mass of the total polyether polyol.
[0034]
The catalyst is not particularly limited, and a known catalyst may be used. It is preferable to use the catalyst in an amount of 0.005 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the total polyether polyol. Examples of the catalyst include amine catalysts (triethylenediamine, bis (dimethylaminoethyl) ether, N, N, N ', N'-tetramethylhexanediamine, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene- 7,1,5-diazabicyclo (4,3,0) nonene-5,1,2-dimethylimidazole, N-ethylmorpholine, N-methylmorpholine and the like, and organometallic catalysts (tin octylate, tin oleate) , Dibutyltin dilaurate, dibutyltin diacetate, tetra-i-propoxytitanium, tetra-n-butoxytitanium, tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium, etc.), amine catalysts and organometallic catalysts. An organic acid salt catalyst (carboxylate, borate, etc.) is used. One of these catalysts may be used, or two or more of them may be used in combination.
[0035]
Water is used as a blowing agent by reacting with polyisocyanate to generate carbon dioxide gas. The amount usually used is preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total polyether polyol. Preferably, 1 to 5 parts by mass, more preferably 1.5 to 3.5 parts by mass is used. Further, chlorofluorocarbons (HFC-134A and the like), hydrocarbons (cyclopentane and the like) and other foaming agents developed for the purpose of protecting the global environment may be used in combination with water as an auxiliary.
[0036]
In addition, examples of the auxiliary agent include a crosslinking agent, a flame retardant, a colorant, an ultraviolet absorber, an antioxidant, an antioxidant, and a conductivity imparting agent. Further, other auxiliaries may be added as needed.
[0037]
The method for producing the polymer material of the present invention is not particularly limited, and may be a conventional method. For example, after uniformly mixing a polyether polyol, a polyisocyanate, and a foam stabilizer used as required, a catalyst, water, and other auxiliaries, the polymer material of the present invention is reacted and cured by heating, whereby the polymer material of the present invention is obtained. can get. The temperature and time for mixing the raw materials are not particularly limited, but the mixing temperature is usually in the range of 10 to 90 ° C, preferably 20 to 60 ° C, and the mixing time is usually 1 second to 10 minutes, preferably Is about 3 seconds to 5 minutes. In addition, when the reaction is cured by heating, a polymer material made of a polyurethane foam can be produced by foaming by a known method. The foaming method here is not particularly limited, and any method such as a method using a foaming agent and a method of mixing bubbles by mechanical stirring can be used. The expansion ratio may be appropriately determined, and is not particularly limited.
[0038]
There is no particular limitation on the method of joining the core metal and the polyurethane member, but a method in which the core metal is disposed in advance in a mold (molding mold) and the polyurethane composition is cast and cured, or the polyurethane member is formed into a predetermined shape. After molding, a method of bonding and the like can be used. In either method, an adhesive layer can be provided between the cored bar and the polyurethane foam as required, and a known material such as an adhesive or a hot melt sheet can be used as the adhesive layer. The method for molding the polyurethane member of the present invention is not particularly limited, and in addition to a known method, for example, a method of casting into a mold having a predetermined shape as described above, a method of cutting a block into predetermined dimensions by cutting, polishing, and the like. It is possible to use a method of processing to a predetermined size, a method of appropriately combining these methods, or the like.
[0039]
In the present invention, the toner supply roller is manufactured, for example, as follows using the above-described materials and the toner supply roller forming die. That is, first, according to the conventional method, a rod-shaped core is disposed in a predetermined toner supply roller forming die. As a molding die, any of a pipe-shaped mold and a split mold may be used. In the present invention, a pipe-shaped mold is used. Then, the composition is poured into the mold, and the mold is heated to a temperature of 25 to 80 ° C. to cause a foaming reaction. In some cases, the reaction may be promoted in a heating furnace at a temperature of 50 to 250 ° C. Then, the toner supply roller can be obtained by removing the molded product from the mold.
[0040]
The toner supply roller according to the present invention can be used, for example, in an image forming apparatus as shown in FIG. Reference numeral 2 denotes a photosensitive drum as an image carrier, and reference numeral 4 denotes a charging roller as a charging member. After the outer peripheral surface of the charging roller 4 is subjected to primary charging processing to a predetermined polarity potential, target image information is exposed L (slit exposure / scanning exposure, etc.) by the exposure mechanism unit 6 and the target image information is applied to the surface of the rotating photoconductor. An electrostatic latent image corresponding to the image information is formed. The electrostatic latent image thus formed is developed by the developing unit 8 as a toner image. The toner image formed and carried on the surface of the photosensitive drum 2 is sequentially transferred to the transfer drum 10 by electrostatic force and pressing force. On the other hand, the recording material is fed out one by one from the paper feeding device 14 and fed to the nip portion between the transfer drum 10 and the transfer roller 16 at a predetermined timing to record a desired toner image. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a developing unit including the hopper 22 and the developing roller 16 that constitute the developing unit 8.
[0041]
【Example】
Table 2 shows the raw material composition, isocyanate index and physical properties of the polyurethane foams of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4. Table 3 shows the polyurethane foams of Examples 1, 5 to 8 and Comparative Examples 2, 5 and 6. Represents the raw material composition, the isocyanate index and the physical properties.
[0042]
The physical properties of the toner supply roller and the polyether polyol in the table were measured by the following methods.
<Hydroxyl value> It was measured by the method described in JIS K-1557.
<Total Unsaturation> Measured according to the method described in JIS K-1557.
<Hardness> As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the toner supply roller is supported at the cores at both ends thereof, and the polyurethane foam layer is pressed against a 50 mm wide (thickness: 10 mm) plate-shaped pressing surface. It is expressed as a load (g) at a displacement of 1 mm (compression) when pressed at a speed of 10 mm / min with a jig having the polyurethane foam layer. The larger the value, the harder the polyurethane foam layer. Is shown. As shown in the figure, three measurement points were measured in the axial direction of the roller, and four measurement points were formed at every 90 degrees in the circumferential direction of the roller perpendicular to the axial direction, for a total of 3 × 4 = 12 measurement points.
<Wet heat compression set> As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the toner supply roller is supported at the cores at both ends of the roller, and a φ16 sleeve is brought into contact with the polyurethane foam layer. The roller was left standing at a temperature of 50 ° C. and a humidity of 95% for 72 hours in a state of being compressed by 5 mm, and showed a degree of restoration of the roller after 30 minutes had passed after being taken out and released, and was calculated according to the following formula.
Cs (wet heat compression set) (%) = (t ₀ −t ₁ ) /1.5×100
t ₀ : radius before the test, t ₁ : radius after 30 minutes of compression release The measurement points were measured at three points in the axial direction of the compressed portion, and the average value was obtained.
<Density> The density was determined by measuring the volume and mass of the polyurethane foam of the toner supply roller.
[0043]
The toner supply rollers of the examples and the comparative examples were manufactured as follows. Each urethane foam composition shown in Table 2 was mixed by mechanical stirring, and the mixture was poured into a pipe-shaped mold having an inner diameter of 16 mm into which a metal shaft having a diameter of 5 mm and a length of 290 mm was inserted. For 30 minutes to foam and harden. Thereafter, the mold was removed to produce a toner supply roller.
[0044]
[Table 1]

[0045]
[Table 2]

[0046]
1) Crosslinking agent manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. 2) Silicone foam stabilizer manufactured by Nippon Unica Ltd. 3) Tertiary amine catalyst manufactured by Tosoh Corporation 4) Tertiary amine catalyst manufactured by Sankyo Air Products Co., Ltd. 5) Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd. polyisocyanate, NCO% = 36%
In Examples 1 to 4, the density was 0.12 to 0.14 g / cm ³ , the hardness was 154 to 255 g, and the wet heat compression set was 9.7 to 15.2%. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the wet heat compression set was 25.6 to 35.3% at almost the same density and hardness, and in Comparative Example 4, the total unsaturation was 0 at almost the same density and hardness. 0.055 eq / g or less, wet heat compression set 20%, but hardness was 355 g. From these results, it was found that the toner supply roller shown in this example has low hardness and excellent resistance to wet heat compression set.
[0047]
[Table 3]

[0048]
-: Not measured. In Examples 1, 5 and 6, the density was 0.12 to 0.13 g / cm ³ , the hardness was 105 to 180 g, and the wet heat compression set was 8.7 to 9.7%. In Example 8, the density was almost the same, the total degree of unsaturation was 0.05 meq / g or less, and the wet heat permanent distortion rate was 20% or less. Further, in Comparative Examples 2, 5, and 6, the density and hardness were almost the same as those of the Examples, but the wet heat permanent distortion rate was 27.0 to 33.9%. From these results, it was found that the toner supply roller shown in this example has low hardness and excellent resistance to permanent set under wet heat.
[0049]
【The invention's effect】
It has lower hardness than the conventional toner supply roller, and can improve the wet heat compression set resistance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an image forming apparatus including a toner supply roller.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a developing unit including a hopper and a developing roller.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for measuring the hardness of a polyurethane foam layer of a toner supply roller. (A) is a plan view and (b) is a side view.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method for measuring a wet heat compression set of a polyurethane foam layer of a toner supply roller. (A) is a plan view and (b) is a side view.
[Explanation of symbols]
2 Photoconductor drum 4 Charging roller 6 Exposure mechanism section 8 Developing section 10 Transfer drum 12 Cleaning device 14 Paper feeder 16 Transfer roller 18 Fixing roller 20 Developing unit 22 Hopper 24 Toner 26 Toner transport roller 28 Developing roller 30 Toner regulating blade 31 Toner Supply roller 32 Core metal 33 Polyurethane foam sponge layer 34 Jig 35 Sleeve (φ16 mm)

Claims

In a toner supply roller having an outer peripheral surface made of polyurethane foam,
Soft polyurethane obtained by polymerizing a polymerizable composition containing a polyether polyol and a polyisocyanate having a total degree of unsaturation of the polyurethane foam of 0.05 meq / g or less and a weight average molecular weight of 4500 to 8000. A toner supply roller characterized by being a foam.

2. The toner supply roller according to claim 1, wherein an isocyanate index determined from the polyether polyol and the polyisocyanate is 60 to 90. 3.

3. The toner supply roller according to claim 1, wherein a total degree of unsaturation of the polyether polyol is 0.035 meq / g or less.

The toner supply roller according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyether polyol has an average number of functional groups of 2.5 to 4.0.

The toner supply roller according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydroxyl value of the polyether polyol is 20 to 50 KOHmg / g.

The toner supply roller according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyisocyanate contains toluylene diisocyanate.

The toner supply roller according to claim 6, wherein the polyisocyanate further contains polymethylene polyphenyl polyisocyanate.

The toner supply roller according to claim 6, wherein the polyisocyanate further contains diphenylmethane diisocyanate.

Toner supply roller according to any one of 1-8, wherein the polyurethane foam is the density 0.05~0.20g / cm ^3.

The toner supply roller according to any one of claims 1 to 9, wherein the hardness of the toner supply roller is 50 to 300 g.

The toner supply roller according to claim 1, wherein a compression set of the toner supply roller is 20% or less.