JP2005266691A - 画像形成装置用ローラおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ローラ性能を安定化し濃度ムラのない高品質の画像が得られる画像形成装置用ローラおよび画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】芯金の外周上に、少なくともポリウレタンフォーム層形成用材料を用いて形成されたポリウレタンフォーム層を有する画像形成装置用ローラであって、ポリウレタンフォーム層形成用材料が、整泡剤として少なくともフッ素系界面活性剤を含有するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置用ローラ、及びそれを用いた画像形成装置に関する。さらに詳しくは、本発明は画像形成装置部品としての各種ローラ、例えば帯電ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、転写ローラに好適に利用できるものである。

電子写真技術の進歩に伴い、乾式電子写真装置等の画像形成装置には、帯電用、現像用、転写用、トナー供給用などに供される部品の部材として、画像形成装置部品用高分子材料からなる部材が注目されており、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、トナー供給ローラなどの弾性を有するローラ等の形態で用いられる。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。これらの目的に使用される画像形成装置部品用高分子材料からなる部材としては、トナーへのストレス低減や再生画像の画質向上の特性を有するため、低硬度のポリウレタンフォームが使用されている。近年、これらのポリウレタンフォーム層を設けたローラの使用が増加してきている。

ポリウレタンフォーム製ローラの製造の際には、一般に水溶性シリコーン整泡剤が使用される（特許文献１）。これらの整泡剤は、メチル基やカルビノール基を有し、軟質、半硬質や硬質ポリウレタン用整泡剤として使用される（非特許文献１〜３）。

しかし、成形型を用いたポリウレタンフォーム製ローラは、通常、脱型後、そのまま放置すると収縮を起こし、その表面状態が不均一なため画像に不具合を生じる場合があった。これらの問題点を解消するために例えば、強制的にセル膜を破壊して連続気泡率を高めるクラッシングを行ない、この収縮を防止している（特許文献２）。

また、ポリウレタンフォーム製造の際には原料の分散性向上等のために整泡剤が用いられている。特許文献３〜５には、各種コーティング分野において、得られる塗膜の均質性及び平滑性を向上させる目的で、炭化水素系、シリコーン系、フッ素系等の様々なレベリング剤と称される界面活性剤が使用されている。
特開平９−２７４３７３号公報 特開２００３−１５６９３０号公報 「ウレタンフォーム用シリコーン整泡剤」東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、ＮＯ．Ｆ５０５、１９８９年１２月発行 「樹脂改質用シリコーン」東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、ＮＯ．Ｙ５１６、１９９６年９月発行 技術資料「ウレタンフォーム用シリコーン整泡剤」東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、平成１２年５月１日作成 特開平１０−２３０１５４号公報 特開平１０−３０９４５５号公報 特開平１０−３３０６８３号公報

前記水溶性シリコーン整泡剤は、ポリウレタン発泡（成形）時の整泡効果、フォームの通気性制御を期待するものである。一般的に整泡力の強いものを用いると発泡成形したポリウレタンフォーム層のセルは細かく、スキンが張りやすくなるため表面のセル開口性が不十分となる。また、連続気泡率が低くなるため成形後に収縮しやすい傾向がある。

クラッシング方法としてはローラークラッシング法や真空クラッシング法があるが、連続気泡率が低い場合にはセル膜の破壊が十分に行われない場合があり、ポリウレタンフォーム層の収縮が大きく形状が充分に戻らず、表面状態が不均一なためこのポリウレタンフォーム層を有するローラを画像形成装置内で使用した場合、画像に不具合が生じていた。更に、かかる画像形成装置用ローラが、独立気泡型の発泡体構造を呈するポリウレタンフォームにて形成されると、そのようなローラはローラやブレードや感光体、中間転写体等の他の部材に押しつけられた状態で回転させて使用されるので、その使用中に揉まれることとなり、発泡体内部のセル膜が破れて通気性が高くなる場合があった。

また、例えば本発明のローラをトナー供給ローラとして用いたとき、トナーの供給及び掻き取りが十分に行われず画像不良を引き起こす場合があった。更に、その破れた部位からトナーが入り込んで、トナーが蒸留しやすくなり、ローラの硬度上昇を引き起こし、それによってトナーの供給特性、ひいては画像特性に悪影響をもたらす場合があった。

一方、整泡力の弱いシリコーン整泡剤を用いて製造された連続気泡性が高いポリウレタンフォームでは、セル自体の粗大化や、いくつかのセル合体を引き起こし、所定の安定したセル開口性をもつポリウレタンフォーム製ローラを得ることは一般的に非常に困難であった。また、例えば、このようなローラをトナー供給ローラとして用いた場合、トナーがポリウレタン層の奥まで侵入し、ローラが高硬度化し画像不良を引き起こす場合があった。

本発明は、このような従来の画像形成装置用ローラがもつ欠点を克服するためになされたものであり、他部材に押しつけられた状態で長時間使用されても高品質の画像が得られる画像形成装置用ローラ、およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは上記課題に鑑み種々検討した結果、フッ素系界面活性剤を含むポリウレタン原料を用いてポリウレタンフォーム層を製造することなどにより、適正な連続気泡率、ローラ性能を安定化し濃度ムラのない高品質の画像が得られる高耐久な優れた画像形成装置用ローラと成し得るとの知見を得、本発明に到達した。すなわち、本発明は芯金の外周上に、少なくともポリウレタンフォーム層形成用材料を用いて形成されたポリウレタンフォーム層を有する画像形成装置用ローラであって、
該ポリウレタンフォーム層形成用材料が、整泡剤として少なくともフッ素系界面活性剤を含有することを特徴とする画像形成装置用ローラに関する。

本発明によれば、整泡性に優れたフッ素系界面活性剤を用いてポリウレタンフォーム層の発泡成形を行うことにより、セル開口性が充分であり、他部材に押しつけられた状態で長時間使用されてもトナーがポリウレタン層の奥まで侵入してローラを高硬度化し画像不良を引き起こすといった問題もなく、高品質の画像が得られる画像形成装置用ローラ、およびこれを用いた画像形成装置を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、芯金と、該芯金の外周上に設けられ、少なくともポリオールと、ポリイソシアネートと、整泡剤とを含むポリウレタン原料（ポリウレタンフォーム形成用材料）を用いて製造されるポリウレタンフォーム層を有する画像形成装置用ローラであって、該整泡剤が少なくともフッ素系界面活性剤を含有することを特徴とするものである。この整泡剤を用いて成形したポリウレタンフォーム層はセル開口性が充分であり、該ローラを長時間使用してもトナーの混入が発生せず、長期使用安定性を有するローラとすることができる。

（フッ素系界面活性剤）
本発明において、フッ素系界面活性剤とは、炭化水素系界面活性剤の疎水基の水素原子をフッ素原子で全部あるいは一部置換したものをいう。またパーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤とは、前記疎水基の水素原子をフッ素原子で全部置換したものをいう。

本発明に使用されるフッ素系界面活性剤としては、分子中にフッ素を含むものであれば特に制限はなく、様々なポリオール類の中から、適宜選択して使用することができる。また、これらのフッ素系界面活性剤は一種又は二種以上を組み合せて用いてもよく、ノニオン系、アニオン系、カチオン系のいずれも使用することができる。ノニオン系では、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、パーフルオロアルキル燐酸エステル等、アニオン系ではパーフルオロアルキルスルホン酸のカリウム塩やアンモニウム塩等、カチオン系ではパーフルオロアルキルトリチルアンモニウム塩等の第４級アンモウム塩等が好適である。これらのノニオン系、アニオン系、カチオン系のフッ素系界面活性剤は単独で、又は複数種を組み合わせて使用することができる。これらの整泡剤を用いることによって、発泡剤をポリウレタン原料中に均一に分散させ、セル開口性及び連続気泡率に優れたポリウレタンフォーム層を得ることができる。

フッ素系界面活性剤としては分子中に水酸基、カルボキシル基等の活性水素を有するものが好ましい。フッ素系界面活性剤が、これらの活性水素を有する官能基を有することによって、ポリウレタンフォーム層形成時にフッ素系界面活性剤が上記ポリイソシアネートと反応してポリウレタンに該フッ素系界面活性剤が結合する。このため、該フッ素系界面活性剤のポリウレタンフォーム層からの染み出しを抑制でき、トナーや周辺部材への悪影響、ひいては画像不良が防止される。

このようなフッ素系界面活性剤（１）としては、フッ素化アルキル基含有エチレン性不飽和単量体（Ａ）と、シリコーン鎖を有するエチレン性不飽和単量体（Ｂ）とを重合せしめた共重合体を挙げることができる。単量体（Ａ）としては

が挙げられる。
（ここで、上記一般式（１）及び（２）中、Ｒ_fは炭素数１〜２０のパ−フルオロアルキル基、または部分的にフッ素化されたアルキル基であり、直鎖状、分岐状、または主鎖中に酸素原子が介入したものである。Ｒ₁はＨ，ＣＨ₃，ＣｌまたはＦである。
また、Ｘは２価の連結基で具体的には、
−（ＣＨ₂）_n−、

（ただし、ｎは１〜１０の整数であり、Ｒ₁₉はＨまたは炭素数１〜６のアルキル基である。）、

又は

で表される。）
単量体（Ｂ）は、下記一般式（３）で表されるものを用いるのが良い。

（上記一般式（３）中、Ｒ₂、Ｒ₃は炭素数１〜２０のアルキル基、フェニル基、若しくは下記一般式（４）で表される官能基を示し、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆は炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基を示し、

一般式（４）中、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉は炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基を示す。
また、一般式（４）及び（５）式中のｐは０〜３の整数を示す。）
また、上記フッ素系界面活性剤（１）において単量体（Ｂ）は、分岐状脂肪族炭化水素基を有するエチレン性不飽和単量体であっても良い。好ましくは単量体（Ｂ）の分岐状脂肪族炭化水素基が、３級炭素または４級炭素を少なくとも１つ有し、より好ましくは３級炭素又は４級炭素を２つ以上含有するのが良い。また、好ましくは単量体（Ｂ）の分岐状脂肪族炭化水素基の分岐部分の炭素数の合計が４以上であり、より好ましくは８以上である。単量体（Ｂ）としては、下記一般式（５）で化合物を挙げることができる。

フッ素系界面活性剤（１）はさらに構成単位として、ポリオキシアルキレン基含有エチレン性不飽和単量体（Ｃ）を含有しても良い。単量体（Ｃ）としては、分子中にエチレン性不飽和基とポリオキシアルキレン基を含む化合物であれば特に制限はないが、例えば、重合度１〜１００の、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、そしてエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体等のポリアルキレングリコ−ルのモノ（メタ）アクリル酸エステル等が挙げられる。

フッ素系界面活性剤（１）は更に、１分子中に２個以上の不飽和結合を有するエチレン性不飽和単量体（Ｄ）を含有していても良い。単量体（Ｄ）としては、重合度１〜１００の、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、そしてエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体等のポリアルキレングリコ−ルのジ（メタ）アクリル酸エステル等が挙げられる。これらの単量体（Ｃ）及び（Ｄ）を構成単位として有することによって、ポリウレタン原料中に優れた相溶性を有することができる。

また、本発明の他のフッ素系界面活性剤（２）としてはポリアルキレンオキシド基とパーフルオロアルキル基とを分子中に含有するものを用いることができる。このフッ素系界面活性剤としては例えば、下記一般式（６）で表される物を用いることができる。

（ただし、一般式（６）中のＲ_gは炭素数が４〜２０なるパーフルオロアルキル基を、Ａは−Ｔ−、−ＣＯＮ（Ｒ₁₀）−Ｔ−または−ＳＯ₂Ｎ（Ｒ₁₀）−Ｔ−を表す。また、式中のＴは炭素数が１〜１０なるアルキレン基、Ｒ₁₀は炭素数が１〜４なるアルキル基を表し、ｑは５〜４０なる整数であるものとする。）
で示される。

また、本発明の他のフッ素系界面活性剤（３）として下記一般式（７）と（８）で示される化合物を主構成単位とする共重合体よりなっていても良い。

ここで、一般式（７）の化合物は、

（ただし、式中のＲ_hは炭素数が４〜２０なるパーフルオロアルキル基を、Ｒ₁₁は−Ｈまたは−ＣＨ₃を、Ｅは−Ｇ−、−ＣＯＮ（Ｒ₁₂）−Ｇ−または−ＳＯ₂Ｎ（Ｒ₁₂）−Ｇ−を表す。また、式中のＧは炭素数が１〜１０なるアルキレン基、Ｒ₁₂は炭素数が１〜４なるアルキル基を表わす。）
で示されるパーフルオロアルキル基含有（メタ）アクリレートである。

また、一般式（８）の化合物は、

（ただし、式中のＲ₁₃およびＲ₁₄は、それぞれ独立して−Ｈまたは−ＣＨ₃を、Ｒ₁₅は−Ｈまたは炭素数が１〜４なるアルキル基、アクリロイル基またはメタクリロイル基を表わすものとし、また、ｒは１〜１００なる整数であるものとする。）
で表されるポリオキシエチレンモノ−ないしはジ（メタ）アクリレート、ポリオキシプロピレンモノ−ないしはジ（メタ）アクリレートまたはポリオキシエチレンポリオキシプロピレンモノ−ないしはジ（メタ）アクリレートである。

更に、本発明の他のフッ素系界面活性剤（４）として一般式（９）で示される含フッ素アマイド化合物を使用することができる。

（ただし、Ｒ_iは、炭素数が４〜２０のパーフルオロアルキル基又はパーフルオロアルケニル基を示す。
Ｊは、

−（ＣＨ₂）_k−ＣＯ−又は−（ＣＨ₂）_k−ＳＯ₂−を表し、Ｒ₁₆及びＲ₁₇は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数が１〜２０なるアルキル基、−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_t−Ｒ₁₈または

である。
（ただし、ｋは０〜８であり、ｔおよびｖはそれぞれ独立して１〜２０の整数であり、Ｒ₁₈は水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基で示されるポリオキシアルキレン誘導体である。）
これらのフッ素系界面活性剤（１）〜（４）は単独で、又は複数種を組み合わせて使用することができる。また、これらのフッ素系界面活性剤（１）〜（４）は上記ノニオン系、アニオン系、カチオン系のフッ素系界面活性剤と併用して使用することもできる。

フッ素系界面活性剤（１）〜（４）では、分子中にパーフルオロアルキル基を有することによって、表面エネルギーを非常に小さくでき、疎水、撥油性の大きなものに対しては相溶性が良く、少量で大きな相溶性改善効果を挙げることができる。このようなフッ素系界面活性剤を使用した場合、フルオロアルキル側鎖がポリウレタンフォーム層の表面に配向して良好な撥水性（離型性）を該表面に付与し、また樹脂親油性側鎖がウレタンフォーム層内に配向して良好な相溶性が付与される。

フッ素系界面活性剤の使用量は、ポリオール成分１００質量部に対して０．００１５〜５．０質量部が好ましい範囲であり、特に好ましい範囲は０．００５〜０．２質量部である。フッ素系界面活性剤の使用量が０．００１５質量部以上の場合はセル自体の粗大化やセル合体が起こらず、所定の安定したセル開口性をもつポリウレタンフォーム製ローラを得ることができる。一方、使用量が５．０質量部以下であると、発泡体はセルが不均一とならず、強度が低下しない。特に好ましい使用量の範囲である０．００５〜０．２質量部の範囲では、充分な低密度と通気量を得ることができる。ポリウレタンフォーム層の密度は０．０７〜０．１５ｇ／ｃｍ³であることが好ましく、０．０８〜０．１３ｇ／ｃｍ³であることがより好ましい。密度がこれらの範囲内にあることによって、低硬度かつ圧縮永久歪に優れたローラを得ることができる。

本発明の製造方法の一態様においては、フッ素系界面活性剤と共に該フッ素系界面活性剤以外の整泡剤を使用しても良く、このフッ素系界面活性剤以外の整泡剤としては例えば、シリコーン整泡剤を併用することもできる。

シリコーン整泡剤としては特に制限は無く、従来公知の各種シリコーン整泡剤の中から、適宜選択して使用することが出来る。例えばシリコーン系界面活性剤としては、東レ・ダウコーニング社製のＳＲＸ−２７４Ｃ、日本ユニカ社製のＬ−５３０９、Ｌ−５２０等が使用できる。

フッ素系界面活性剤と併用されるシリコーン整泡剤の使用量についてはシリコーン整泡剤の種類にも依存し、特に限定はないが、通常ポリオール成分１００質量部に対して０．１〜３質量部程度で充分な低密度と通気量を得ることができる。
フッ素系界面活性剤はシリコーン整泡剤に比べて高価なものであるから、微量のフッ素系界面活性剤をシリコーン整泡剤と併用することにより、フッ素系界面活性剤を単独で使用する場合に比べて低コストで生産することができる。

ポリウレタン原料を発泡成形する際にフッ素系界面活性剤は起泡効果があり、また、フッ素系界面活性剤のもつ撥油性あるいは表面張力を低下させる作用が有効に働き、適切な通気量、セル骨格のポリウレタンフォーム層を得ることができる。また、このポリウレタンフォーム層を設けたローラは、トナーの入り込みによるローラの硬度上昇を抑制又は解消することができる。

（ポリオール）
前記ポリウレタンフォーム層の原料であるポリオールとしては、特に制限は無く、従来公知の各種ポリオールの中から、適宜選択して使用することが出来る。例えば、、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられている、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知のポリオール類の中から、適宜選択して使用することが出来、一種、又は二種以上を組み合せて用いても良い。

なお、上記ポリオールのうち、ポリエーテルポリオールを用いると、耐湿熱耐久性に優れた軟質高弾性ポリウレタン製造に好適である。更に、エチレンオキシドを５モル％以上含有するポリエーテルポリオールを使用すると、成形性が良く好ましい。また、あらかじめポリイソシアネートと重合させたプレポリマーとして用いても差し支えない。

これらポリオールの重量平均分子量は２０００〜１００００であることが好ましく、３０００〜７０００であることがより好ましい。ポリオールの重量平均分子量がこれらの範囲内にあることによって、取り扱いが容易で低硬度のローラとすることができる。

また、ポリオールの平均官能基数は２〜４であることが好ましい。ポリオールの平均官能基数がこれらの範囲内にあることによって、信頼安定性に優れたローラを得ることができる。

（ポリイソシアネート）
また、前記ポリイソシアネートとしては、特に制限は無く、従来公知の各種ポリイソシアネートの中から、適宜選択して使用することが出来る。例えば２、４−及び２、６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４、４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、及びカーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等が、単独で、又は二種以上を組み合せて用いても良い。なお、前記ポリイソシアネートを公知の活性水素化合物の１種または２種以上と反応させることにより得られるイソシアネート基末端プレポリマーも、ポリイソシアネートとして使用することもできる。

ポリイソシアネート中のイソシアネート基の含量は５〜５０質量％であることが好ましく、１０〜４５質量％であることがより好ましい。また、ポリイソシアネートの平均官能基数は２以上であることが好ましい。イソシアネート基の含量及びポリイソシアネートの平均官能基数がこれらの範囲内にあることによって、低硬度かつ信頼安定性に優れたローラとすることができる。

なお、本明細書ではポリイソシアネート中のイソシアネート基の総数を、ポリオール、架橋剤、水等の水酸基やアミノ基等のイソシアネート基と反応する活性水素の総数で除した値に１００を乗じたものをＮＣＯインデックスとする。即ち、イソシアネート基と反応する活性水素数とポリイソシアネート中のイソシアネート基が化学量論的に等しい場合に、そのＮＣＯインデックスは１００となる。本発明におけるＮＣＯインデックスは６０〜１５０が好ましく、より好ましくは８０〜１００の範囲である。６０以上のときローラの耐摩耗性が低下せず、１５０以下のとき画像形成装置用ローラとして使用した場合に、トナーや周辺部材に与えるストレスが増加せず、画像不良が発生しない。

（その他の助剤、添加物）
発泡剤としては、単独で、又は複数種を組み合せて１種または２種以上用いても良い。発泡剤としては、特に制限は無く、水、低沸点物、ガス体等、従来公知の各種発泡剤の中から、適宜選択して使用することが出来る。特に発泡剤としての１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）や含フッ素エーテルは、フッ素系界面活性剤と相溶性が良く、少量で大きな相溶性改善効果を挙げることができる。

ポリウレタン原料中の発泡剤の含量は０．１〜５．０質量％であることが好ましく、０．５〜３．０質量％であることがより好ましい。含量がこれらの範囲内にあることによって、ポリウレタン原料は良好な発泡特性を有し、低硬度のローラを得ることができる。

触媒としては、特に制限は無く、従来公知の各種触媒の中から、適宜選択して使用することが出来る。トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、ビス（ジメチルアミノ）エチルエーテル等、従来公知の触媒が使用できる。

また、これらポリオール成分とポリイソシアネート成分とが配合されてなるポリウレタン原料には、更に、従来と同様に、架橋剤、破泡剤等を添加することができる。これらの添加剤は、目標とする発泡成形後のポリウレタンフォーム層の構造（即ち、連続気泡型とするか、若しくは独立気泡型とするか）、物性などに応じて所望の割合で配合されて、反応性の発泡原料とされる。

また、これらの添加剤等に加えて、必要に応じて所望の導電性を付与するための導電性付与剤や、帯電防止剤等も、従来と同様に公知のものが添加せしめられる。導電付与剤としては公知の物を使用することができ、カーボンブラック、グラフアイト、酸化チタン、酸化錫などの導電性の金属酸化物、Ｃｕ、Ａｇなどの金属、これら導電性材料を粒子表面に被覆して導電化した粒子などが挙げられる。これらの導電付与剤は単独、あるいは複数種を組み合わせて用いることができる。本発明のローラは導電性を有する場合、体積抵抗率が１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍであることが好ましい。

その他添加剤として、難燃剤、減粘剤、顔料、安定剤、着色剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、酸化防止剤等を必要に応じて配合することが出来る。架橋剤としてはトリエタノールアミン、ジエタノールアミン等の従来公知のものが挙げられる。

そして、混合操作の容易性や得られるポリウレタンフォームの特性の見地から、前記ポリイソシアネート、ポリオール、フッ素系界面活性剤、シリコーン整泡剤の好適組み合せは、ポリイソシアネートとしてジフェニルメタンジイソシアネートとＴＤＩを混合したもの、ポリオールとしてポリエーテルポリオール、フッ素系界面活性剤としてパーフルオロアルキル基を有するフッ素系界面活性剤、シリコーン整泡剤として水溶性ポリエーテルシロキサンとを用いた組み合わせが挙げられる。

（通気量）
本発明のポリウレタンフォーム製画像形成装置用ローラの通気量は、０．１〜５ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、０．３〜３ｌ／ｍｉｎであることがより好ましい。なお、本発明において通気量とは、画像形成装置用ローラのポリウレタンフォーム層の一方を大気圧に、他方を１２５Ｐａの減圧下に晒した時の通気量を表す。例えば、本発明の画像形成装置用ローラをトナー供給ローラとして用いた場合、通気量の制御により各セル間の連通の程度が低く抑えられて、粒子径のかなり微細なトナーを使用しても、スキン層直下の発泡体セルから内部のセルへのトナー侵入を有利に抑制することができる。また、長時間使用後の画像形成装置用ローラの硬度上昇が可及的に抑制され、粒子径の微細なトナーを使用する場合においても、長時間使用後の画像の劣化が少ないという効果を発揮する。すなわち、通気量が０．１ｌ／ｍｉｎ以上であると独立気泡性ポリウレタンのため、トナーの供給及び掻き取りが十分に行われ画像不良が起きない。また、通気量が５ｌ／ｍｉｎ以下であると連続気泡性が高まらず、トナーがポリウレタン層の奥まで侵入せず、ローラの高硬度化や画像不良といった問題が起こらない。

図２に通気量の測定を行なっている状態を表した図である。通気量の測定は以下の手順で行う。

この通気量の調整は、ポリウレタン原料の種類、整泡剤の種類、触媒の量や種類（例えば強樹脂化触媒を使用し、その使用量を多くすると通気量が低くなる。）、攪拌条件（羽根の形状、回転数で大幅に変化する）、溶存エア量（少ないと通気量が低くなり、多いと高くなる）、その他発泡剤の種類や量、反応温度、或いはクラッシング手法等の選択により変化するので、これらを調整することによって行うこともできる。

（画像形成装置用ローラの製造方法）
本発明の画像形成装置用ローラ用成形型は、特に限定されず、従来公知の材質、形状の中から、適宜選択して使用することができる。例えば、ＳＵＳ３０４製で、ベントホール（型内にガスがたまり発泡体に欠肉を生じるのを未然に防止するため設けられた孔径約１ｍｍ程度の金型内外に連通する小孔）を有し、内面に凹凸形状を有するパイプ状成形型等がある。

本発明の画像形成装置用ローラの製造方法の一例を示せば次の通りである。まず、金型に水系離型剤をスポンジに含ませて均一に塗布し、５０℃に加温乾燥した。前記のポリオール、ポリイソシアネート、触媒、及び所望により用いられる整泡剤、水、その他助剤などを均質に混合してポリウレタン原料を調整した後、これを型に注入し、加熱して反応硬化、発泡させることにより、ポリウレタンフォーム層を形成することができる。

前記ウレタン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。ポリウレタンフォーム層の加熱硬化、発泡の温度は３０〜１００℃であることが好ましく、４０〜８０℃であることがより好ましい。また、加熱硬化、発泡の時間は５〜４０分であることが好ましく、１０〜３０分であることがより好ましい。

また、加熱して反応硬化させる際、従来公知の方法により、発泡させることにより、ポリウレタンフォームからなる画像形成装置用ローラを作製することが出来る。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、いずれの方法をも用いることが出来る。なお、発泡倍率は、適宜定めればよく、特に制限はない。

本発明の画像形成装置用ローラは、芯金と芯金上に上記のようにして得られたポリウレタンフォーム層を用いたものである。芯金は通常、鉄にメッキを施したものやステンレス鋼などからなり、本発明のローラは例えば直径が４〜６ｍｍ、長さが２００〜４００ｍｍの芯金を、前記ポリウレタンフォーム層で被覆して弾性体層を形成することにより製造することができる。用途によっては、導電性や半導電性、或いは絶縁性の塗料により、その外側を塗装してもよい。

本発明の画像形成装置用ローラは、その用途が画像形成装置用であれば特に制限は無いが、例えば帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、トナー供給ローラ及びクリーニングローラなどとして用いられる。本発明の画像形成装置用ローラの外径は、特に限定されず、その目的によりさまざまな外径を有するものとすることができるが、一般的には１０〜２０ｍｍの外径を有する。また、ローラの用途に応じて様々な硬度とすることができるが例えば、４０〜４００ｇ／ｍｍであることが好ましく、１００〜３００ｇ／ｍｍであることがより好ましい。

芯金とポリウレタンフォーム層との接合方法については特に限定されないが、芯金を予めモールド（成形型）内部に配設しポリウレタン原料を注型し硬化する方法や、ポリウレタンフォーム層を所定の形状に成形した後、芯金に接着する方法などを用いることが出来る。どちらの方法においても、必要に応じて芯金とポリウレタンフォーム層との間に接着層を設けることが出来る。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。

（画像形成装置）
図１は、本発明の画像形成装置用ローラをトナー供給ローラとして装着した電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図であって、本発明に係るトナー供給ローラ３と静電潜像を保持した画像形成体１との間に現像ローラ２がその外周面を画像形成体１の表面に近接させた状態で配設され、かつ画像形成体１に紙などの記録媒体８を介して、転写ローラ５を当接させた構造を示している。トナー供給ローラ３、現像ローラ２及び画像形成体１を矢印方向に回転させることにより、トナーがトナー供給ローラ３により、現像ローラ２の表面に供給され、層規制ブレード４によって均一な薄層に整えられた後、画像形成体１上の潜像に付着し、該潜像が可視化される。そして画像形成体１と転写ローラ５との間に電界を発生させることにより、画像形成体１上のトナー画像を記録媒体８に転写させる。また、６はクリーニングブレードであり、このクリーニングブレード６により、転写後に画像形成体１表面に残留するトナーが除去される。なお、７は帯電ローラである。本発明のローラは、このように画像形成装置内でトナー供給ローラとして使用した場合、長期安定的にトナー搬送を行うことができる。

本発明のローラの用途はトナー供給ローラに限られるわけではなく、例えば、上記画像形成装置において帯電ローラ７、現像ローラ２、転写ローラ５などのローラ等として使用することができる。これらのローラとして使用した場合、耐久性に優れ、それぞれのローラの用途に応じて所望の特性を有するローラとすることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

［実施例１〜４、比較例１〜４］
まず、離型剤をスポンジに含ませて金型に均一に塗布し、５０℃に加温乾燥した。次に、ポリオール成分（ポリオール、整泡剤、触媒、水など）、ポリイソシアネートを液温２５℃に調整した。そして、両液を、表１記載のＮＣＯインデックスとなるように配合し、撹拌羽根で５秒間撹拌してポリウレタン原料とした後、トナー供給ローラ用成形型内に注入した。成形型は４０℃に温度調節し、成形型内には予めＳＵＳ３０４製の直径５ｍｍ、長さ２７０ｍｍの芯金を内部の所定位置に取り付けておいた。この成形型内に注入したポリウレタン原料を１００℃の電気炉で２０分硬化、発泡させた後、金型から取り出して、芯金の外周上にポリウレタンフォーム層を有し、外径が１４ｍｍのトナー供給ローラを製造した。得られたポリウレタンフォームローラについて、ローラークラッシング法によりクラッシングを行い、通気量を測定した。これらの結果を表１に示す。なお、表１記載の評価項目は以下のようにして測定した。

〔成形品の収縮〕
成形品の脱型時の収縮は、クラッシングにより形状がすみやかに回復するものを○、クラッシングにより形状が回復するものを△、形状が回復せずにばらつきがあるものは×として表示した。

また、上記方法によって製造した各トナー供給ローラをキヤノンカラーレーザービームプリンター２０５０（キヤノン（株）製；商品名）のシアン、マゼンタ、イエロー、ブラ
ックの各トナーカートリッジに組み込み、このカートリッジを取り付けたフルカラーレーザービームプリンタを用いて、連続耐久試験用のテキストページを連続４０００枚出力した。出力終了後１晩以上放置してから各色ベタ画像を作像して下記の方法に従って評価した。これらの結果を表１に示す。

〔画像評価〕
印刷したベタ画像を目視し評価した。そして、良好なものを○として表示し、欠点の発生したもの（色抜け、濃度ムラ）は×として表示した。色抜けとはイメージのあるところにトナーが供給されていないものをいう。濃度ムラとはベタ画像が不均一になることを言う。

配合量＝質量部
１）三井武田ケミカル（株）製ポリオキシアルキレンポリオール（ＯＨ価＝５４ｍｇＫＯＨ／ｇ）
２）東ソー（株）製アミン触媒
３）東ソー（株）製アミン触媒
４）セイミケミカル（株）製フッ素系界面活性剤（パーフルオロアルキル基を含む）
５）大日本インキ化学工業製フッ素系界面活性剤（活性水素を有する官能基を含む）
６）東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製シリコーン整泡剤
７）東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製シリコーン整泡剤
８）三井武田ケミカル（株）製ポリイソシアネート（ＮＣＯ＝４５％）
９）三井武田ケミカル（株）製ポリイソシアネート（ＮＣＯ＝４０％）
比較例１〜４では、画像耐久試験中にベタ黒画像に濃度むらまたは色抜けが周期的に発生した。

これに対し実施例１〜５では、画像耐久試験では問題なく良好な画像が得られた。本結果より本実施例に示したローラのポリウレタンフォーム層は、高品質の画像が得られることがわかる。また、ポリウレタン原料中にフッ素系界面活性剤を含有した結果として、フルオロアルキル側鎖が表面に配向して良好な撥水性（離型性）を該表面に付与し成形型から脱型する際の剥離性の悪さを克服し、さらには良好なトナー離型性を得ることを可能にした。

本発明の画像形成装置部品をトナー供給ローラとして装着した電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図である。 本発明に従う画像形成装置用ローラのポリウレタンフォーム層の通気量の測定手法を示す説明図である。

符号の説明

１ 画像形成体
２ 現像ローラ
３ トナー供給ローラ
４ 層規制ブレード
５ 転写ローラ
６ クリーニングブレード
７ 帯電ローラ
８ 記録媒体
１８ 円筒
１９ 流量計
２０ 真空ポンプ
２１ 圧力計

Claims (7)

1. 芯金の外周上に、少なくともポリウレタンフォーム層形成用材料を用いて形成されたポリウレタンフォーム層を有する画像形成装置用ローラであって、
   該ポリウレタンフォーム層形成用材料が、整泡剤として少なくともフッ素系界面活性剤を含有することを特徴とする画像形成装置用ローラ。
2. 前記フッ素系界面活性剤が、分子中にパーフルオロアルキル基を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置用ローラ。
3. 前記フッ素系界面活性剤が、分子中に水酸基又はカルボキシル基を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置用ローラ。
4. 前記ポリウレタンフォーム層形成用材料中の前記フッ素系界面活性剤の含量が、該ポリウレタンフォーム層形成用材料に含まれるポリオール１００質量部に対して０．００１５〜５．０質量部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置用ローラ。
5. 前記ポリウレタンフォーム層を、その一方の側を大気圧に、他方の側を大気圧よりも１２５Ｐａだけ低い気圧にしたときの通気量が、０．１〜５ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置用ローラ。
6. 前記画像形成装置用ローラが、トナー供給ローラである請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置用ローラ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置用ローラを装着してなる画像形成装置。

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