JP2006301512A - 電子写真装置用現像部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸湿性が抑制された電子写真装置用現像部材を提供することにある。
【解決手段】 ポリオールとポリイソシアネートとを用いて形成されたポリウレタン弾性体が備えられてなる電子写真装置用現像部材であって、前記ポリオールには、ポリプロピレンポリオールと疎水性ポリオールとが混合された混合ポリオールが用いられていることを特徴とする電子写真装置用現像部材を提供する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真装置用現像部材に関し、より詳しくは、ポリウレタン弾性体が備えられた電子写真装置用現像部材に関する。

従来、感光ドラムにレーザーなどで描かれた静電潜像をカーボントナーにて顕像化し、紙などの表面に転写して印刷を行う電子写真装置が広く用いられている。このような、電子写真装置には、上記の感光ドラムの他に、感光ドラムを帯電させる帯電ローラー、感光ドラムにトナーを供給して感光ドラムの潜像を顕像化させる現像ローラー、この現像ローラーにトナーを供給する供給ローラー、この現像ローラーを帯電させる現像ブレード、被印刷物を感光ドラムに押付ける転写ローラー、転写後の感光ドラムに残るトナーを除去する、クリーニングローラーやクリーニングブレードといった種々の現像部材が用いられており、このような各種ローラーやブレードには、通常、弾性体が用いられている。例えば、ローラーにおいては、芯金にゴムや低硬度の樹脂などの弾性体が周設されたものが用いられ、ブレードにおいては、このような弾性体により形成された長板状のものが用いられている。

このような電子写真装置用現像部材は、通常、各用途に求められている特性（例えば、弾性、ひずみ、耐磨耗性など）と異なる特性を有していたり、形状、寸法にバラツキを有していたりすると、印刷物にかすれや欠けが生じたり、あるいは逆に異常に濃い部分が生じたり、不要な部分にトナーが付着したりして印刷精度が低下するおそれがある。このことに対し、ポリイソシアネートとポリオールとの組み合わせを変えたり、異なる種類のポリオールを混合させた混合ポリオールを用いたりすることにより種々の弾性やひずみ特性など所望の特性に調整することが容易である点から、近年、電子写真装置用現像部材の弾性体には、ポリウレタンが用いられたりしている。そして、特許文献１には、この電子写真装置用現像部材に用いるポリウレタン弾性体として、平均官能基数や分子量が所定の値のポリオールを用いることにより、電子写真装置用現像部材の研削加工性を高めて、その寸法精度を高めることが記載されている。

ところで、一般に樹脂は極性基などを有していると吸湿を生じやすく、その吸湿により寸法が変動することが知られている。通常、ポリウレタンにおいても側鎖などに極性基を多く有していたり、ウレタン基が多く存在したりする場合には吸湿しやすく、寸法変動を生じ易いものとなる。そのため、ポリウレタン弾性体が用いられた電子写真装置用現像部材も、電子写真装置の設置環境によっては電子写真装置用現像部材の寸法が変化して印刷精度を低下させてしまうおそれを有している。このようなポリウレタンの吸湿性については、疎水性ポリオールを用いることでポリウレタンの吸湿性を低下させ得ることも知られているが、疎水性ポリオールは、通常、他のポリオールとの相溶性が低く、疎水性ポリオールと他のポリオールとを混合しても分離を起こしてしまうことから他のポリオールと混合して用いることが困難である。そのため、疎水性ポリオールを用いてポリウレタン弾性体を形成させる場合には、疎水性ポリオールを単独で用いることとなり、ポリウレタン弾性体の特性が制限され、ポリウレタン弾性体を種々の弾性やひずみ特性に調整することは困難である。したがって、電子写真装置用現像部材には、疎水性ポリオールが含有されたポリウレタン弾性体を用いることが困難である。
すなわち、従来の、ポリウレタン弾性体が備えられてなる電子写真装置用現像部材においては、吸湿性を低下させることが困難であるという問題を有している。
なお、本明細書中における疎水性ポリオールとは、３５℃、相対湿度７０％の高温高湿環境下に２４時間放置しても水分量が１０００ｐｐｍ以下となるものと意図しており、このポリオール中の水分量はカールフィッシャー法により測定することができる。

特開平９−１７６２６９号公報

本発明の課題は、吸湿性が抑制された電子写真装置用現像部材を提供することにある。

本発明者らは、疎水性ポリオールと他のポリオールとの相溶性について鋭意検討したところ、ポリプロピレンポリオールが疎水性ポリオールと優れた相溶性を示すことを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、ポリオールとポリイソシアネートとを用いて形成されたポリウレタン弾性体が備えられてなる電子写真装置用現像部材であって、前記ポリオールには、ポリプロピレンポリオールと疎水性ポリオールとが混合された混合ポリオールが用いられていることを特徴とする電子写真装置用現像部材を提供する。

本発明によれば、疎水性ポリオールにポリプロピレンポリオールを混合させた混合ポリオールを用いてポリウレタン弾性体を形成することから混合ポリオールの分離を抑制しつつ、ポリウレタン弾性体を電子写真装置用現像部材に求められる所望の特性とすることが容易となる。
したがって、電子写真装置用現像部材のポリウレタン弾性体に疎水性ポリオールを用いることができ、ポリウレタン弾性体の吸湿性を低下させ得る。
すなわち、吸湿性が抑制された電子写真装置用現像部材を提供し得る。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について電子写真装置用現像ローラーを例に挙げて説明する。
図１は、本実施形態の現像ローラーを示す斜視図である。
図２に示すように、本実施形態の現像ローラー１は、トナー８を担持して感光ドラム５に供給し得るように構成され、数ｍｍ〜十数ｍｍの直径を有する芯金２と仕上がり外径十数ｍｍ〜数十ｍｍの太さとなるように、該芯金２の外周に周設された基材層３と、トナー８等との摩擦によりトナー８を負帯電させ且つ負帯電したトナー８を担持すべく、この基材層３の表面に数μｍ〜数十μｍの厚さに形成された表面層４を備えている。

前記基材層３は、ポリウレタンにカーボンブラックが配合されたポリウレタン弾性体から形成されてなり、表面層４の摩擦帯電量を所定範囲に調整すべく、所定の導電性に調整されている。
前記カーボンブラックとしては、ライオン株式会社より市販されている「ケッチェンブラック」、ＣＡＢＯＴ社の「ＶＵＬＣＡＮ」などの他、一般にアセチレンブラックと称される高導電性カーボンブラックが好適である。また、要すれば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラックを用いることもできる。

前記ポリウレタン弾性体としては、疎水性ポリオールとポリプロピレンポリオールとが混合された混合ポリオールと、ポリイソシアネートとを反応、硬化させたポリウレタン弾性体が用いられる。このとき、疎水性ポリオールとポリプロピレンポリオールとを、疎水性ポリオールが混合ポリオール中にＯＨ基モル％で２５〜９０％含有される混合割合とすることが好ましい。この混合ポリオール中の疎水性ポリオールの混合割合がＯＨ基モル％で２５〜９０％であることが好ましいのは、疎水性ポリオールの混合割合がＯＨ基モル％で２５％未満の場合には、得られるポリウレタン弾性体の吸湿性を十分に低下させることができないおそれを有し、逆に９０％を超えても吸湿性がそれ以上低下することを期待できず、さらに、ポリウレタン弾性体の特性を疎水性ポリオールが単独で用いられている場合に比べて異なったものとすることが困難となるためである。
なお、このＯＨ基モルとは、ＪＩＳ Ｋ １５５７で求められる水酸基価を５６，１００で除して得られるポリオール１ｇ中に含まれる水酸基のモル数とポリオールの質量とを積算することにより得られる値を意図しており、ＯＨ基モル％とは混合ポリオールに含有される総ＯＨ基モルに占める各ポリオールのＯＨ基モルを百分率にて表したものを意図している。

この疎水性ポリオールとしては、ポリオレフィン系疎水性ポリオール、アクリル系疎水性ポリオールなどを用いることができ、このポリオレフィン系疎水性ポリオールとしては、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオールを用いることができる。
このポリブタジエンポリオールとしては、出光興産社より商品名「ポリＢＤ−Ｒ４５ＨＴ」、「ポリＢＤ−Ｒ１５ＨＴ」として市販のものなどを用いることができ、ポリイソプレンポリオールとしては、出光興産社より商品名「ポリＩＰ」として市販のものなどを用いることができる。さらに、前記アクリル系疎水性ポリオールとしては、綜研化学社より「アクトフローＵＴ３００１」、「アクトフローＵＴ２００１」として市販のものなどを用いることができる。
なお、これらの疎水性ポリオールの内、ポリブタジエンポリオールは、粘度が低く、ポリプロピレンポリオールとの混合が容易で、しかも、混合後の混合ポリオールの粘度も低下させることができ電子写真用現像部材の製造を容易なものとし得る点において好適である。

前記ポリプロピレンポリオールは、分子量が３０００〜６０００の高分子量ポリプロピレンポリオールと、分子量が４００〜１０００の低分子量ポリプロピレンポリオールとを混合して用いる。
また、この高分子量ポリプロピレンポリオールと低分子量ポリプロピレンポリオールのいずれも末端エチレンオキサイド（ＥＯ）付加されていないものを用いる。
さらに、低分子量ポリエチレンポリオールには、平均官能基数が２〜３のものを用いる。

なお、高分子量ポリプロピレンポリオールと、低分子量ポリプロピレンポリオールとの混合割合としては、低分子量ポリプロピレンポリオールが全ポリプロピレンポリオール中ＯＨ基モル％で１０〜７０％であることが好ましい。
この高分子量ポリプロピレンポリオールと、低分子量ポリプロピレンポリオールとが上記のような混合割合とされることが好ましいのは、低分子量ポリプロピレンポリオールが１０％よりも少ないＯＨ基モル％で混合されている場合には、現像ローラーの基材層が好ましい研削加工性とならず、現像ローラーの寸法精度を高めるために多大な手間がかかるおそれを有し、逆に７０％よりも多く低分子量ポリプロピレンポリオールが混合されている場合には、ポリウレタン弾性体の架橋密度が高くなりすぎて、現像ローラーに求められる柔軟性が得られないおそれがあるためである。
また、通常、架橋点は、分極が大きく吸湿を生じやすい点からも低分子量ポリプロピレンポリオールは、７０％以下の割合で混合されていることが好ましい。

前記高分子量ポリプロピレンポリオールの分子量が３０００〜６０００の範囲とされているのは、分子量が３０００未満の場合には、架橋点密度が高くなり現像ローラーに求められる柔軟性が得られないおそれがあるためである。一方、分子量が６０００を超えている場合には、現像ローラーの基材層が好ましい研削加工性とならず、現像ローラーの寸法精度を高めるために多大な手間がかかるおそれがあるためである。
また、前記低分子量ポリプロピレンポリオールの分子量が４００〜１０００の範囲とされているのは、分子量が４００未満の場合には、架橋点密度が高くなり現像ローラーに求められる柔軟性が得られないおそれがあるためである。一方、分子量が１０００を超えている場合には、現像ローラーの基材層が好ましい研削加工性とならず、現像ローラーの寸法精度を高めるために多大な手間がかかるおそれがあるためである。
なお、本明細書中における分子量とは、下記のごとく測定した数平均分子量を意図している。
（数平均分子量の求め方）
数平均分子量（Ｍｎ）は、ＪＩＳ Ｋ １５５７により求められる水酸基価（ＯＨｖ）により、次の式により求められる。
Ｍｎ＝（５６１００／ＯＨｖ）・ｆｎ
なお、式中のｆｎは、ポリオールの名目上の官能基数を表す。

また、前記低分子量ポリプロピレンポリオールの平均官能基数が２〜３とされているのは、平均官能基数が２未満の場合には、未反応部分ができてポリウレタン弾性体にタック性が生じてしまうためである。一方、平均官能基数が３を超えた場合には架橋点密度が高くなり現像ローラーに求められる柔軟性が得られないおそれがあるためである。
なお、本明細書中における低分子量ポリプロピレンポリオールの平均官能基数とは、下記のごとく測定した平均官能基数を意図している。
（ポリオールの平均官能基数の求め方）
平均官能基数（Ｆ）は、ＪＩＳ Ｋ １５５７により求められる水酸基価（ＯＨｖ）とポリオールの総不飽和度（ＵＳＶ）（ｍｅｑ／ｇ）により、次の式により求められる。
Ｆ＝（ＯＨｖ／５６．１）／〔｛（ＯＨｖ／５６．１）−ＵＳＶ｝／ｆｎ＋ＵＳＶ〕
なお、式中のｆｎは、ポリオールの名目上の官能基数を表す。

また、高分子量ポリプロピレンポリオールや低分子量ポリプロピレンポリオールとしての末端にＥＯ付加がされていないものを用いているのは、ＥＯが付加されていないものは、ＥＯが付加されているものに比べて疎水性ポリオールとの相溶性が優れており、混合ポリオールの分離をより防止し得るためである。

前記ポリイソシアネートとしては、一般のポリウレタンに用いられているものを使用することができ、なかでも、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルネンイソシアネートなどを用いることが好ましい。
また、前記ポリウレタン弾性体中における混合ポリオールに対するポリイソシアネートの配合割合は、ＮＣＯ／ＯＨ＝０．７〜１．２であることが好ましい。このＮＣＯ／ＯＨが０．７〜１．２の範囲であることが好ましいのは、ＮＣＯ／ＯＨが０．７未満の場合には、ポリウレタン弾性体にベタツキが生じてしまうためである。一方、１．２を超えた場合には、反応時間が長くなり電子写真装置用現像部材の製造コストを増大させるおそれがあるためである。

前記芯金は、導電性の棒状体、具体的には、断面円形で且つ中空又は中実の金属製棒状体である。
この芯金には、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル等の金属及びその合金や、これらに、溶融めっき、電解めっき、無電解めっきなどの手段によるめっきを施して用いることができ、より詳しくは、強度、耐久性に優れるステンレス鋼に、さらに導電性と基材層との密着性を高めるために無電解ニッケルめっきを施したものを用いることができる。

前記表面層は、トナーとの摩擦によってトナーに負帯電させ得るようにアクリル樹脂とエポキシ樹脂とを含む樹脂混和物により形成されている。

このような、材料ならびに構成の現像ローラーを製造する方法としては、一般的に用いられているポリウレタン製ローラーの製造方法を用いることができ、例えば、芯金に基材層（ポリウレタン弾性体）を周設した後、芯金に基材層が周設された成形体の表面を研磨して所定の表面平滑度に調整し、次いで、該成形体のポリウレタン弾性体表面に前記表面層用樹脂組成物溶液を塗布し、加熱して形成する方法などを採用することができる。

また、本実施形態の電子写真装置用現像ローラーは、図２に示すように、感光ドラム５とトナー供給ローラー７との間に介装され且つこれらに当接するように配置されて使用される。このように使用されることで、該現像ローラーは、トナー供給ローラー７から供給されたトナー８を摩擦によって負帯電させるとともに、負帯電したトナー８を表面層４で担持し、感光ドラム５に供給し得るものとなる。
なお、現像ローラーに担持されるトナー８の層は、現像ローラー近傍に配された現像ブレード６によって均一な薄層とされる。

以上のごとく、本実施形態においては、上記のごとく構成され、上記のごとく使用される電子写真用現像ローラーを例に説明したが、本発明の電子写真装置用現像部材としては、本発明の電子写真用現像部材は、上記構成に限定されるものではない。
また、本実施形態においては、吸湿性を抑制して寸法変化が発生するおそれを低減させることにより電子写真装置の印刷精度を向上させ得る点において、他の電子写真装置用現像部材に比べて、より顕著な効果が得られることから電子写真用現像部材として現像ローラーを例に説明したが、本発明においては、電子写真用現像部材が現像ローラーに限定されるものではなく、現像ブレード（図２、符号６参照）も本発明の意図する範囲内である。さらに、帯電ローラー、供給ローラー、転写ローラー、クリーニングローラーやクリーニングブレードといった種々の電子写真用現像部材に用いる場合も本発明の意図する範囲内である。
また、電子写真装置としても、これらの電子写真装置用現像部材を備えることにより、印刷精度に優れたものとなる。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜２、比較例１〜６）
（評価用ローラーの作製）
表１に示す配合の内、まず、疎水性ポリオールとポリプロピレンポリオールとを混合攪拌し混合ポリオールを作製した。なお、このとき、全ポリオール量に対して質量で１％となるようにカーボンブラック（ライオン社製、「ケッツェンＥＣ」）を配合した。
次いで、この混合ポリオールにポリイソシアネートを表に示す配合量加え、さらに、混合ポリオールとポリイソシアネートとの総量に対して、質量で１００ｐｐｍとなるようにジブチルスズラウレートを加え混合攪拌した。なお、表１のポリイソシアネートは、全て、ＮＣＯ／ＯＨ＝１．０５となるよう配合量が決定されている。
このポリオールとポリイソシアネートとが混合されたものを、直径８ｍｍの芯金に、ポリウレタン弾性体が５ｍｍ強の厚さとなるように金型に流し込み、１３０℃×１時間の架橋を実施した後に、金型より取り出し、さらに８０℃×１２時間のアフターキュアを実施し外径１８．５ｍｍのローラー形状とした。
このローラー形状の試料を２００ｒｐｍで回転させつつ、２０００ｒｐｍで回転させたローラー砥石（ノリタケカンパニー社製「＃ＧＣ８０」）を表面に当接させてウレタン弾性体厚さが５ｍｍとなるまで研磨を行い外径１８．０ｍｍの評価用ローラーを作製した。なお、試料とローラー砥石の回転方向は、当接位置での移動方向が同一方向となるように回転させた。

※ 疎水性ポリオール１：
出光興産社製「ポリＢＤ−Ｒ４５ＨＴ」（ポリブタジエンポリオール：ＯＨｖ＝４５．４ｍｇＯＨ／ｇ）
※ 疎水性ポリオール２：
綜研化学社製「アクトフローＵＴ３００１」（アクリルポリオール：ＯＨｖ＝７６．０ｍｇＯＨ／ｇ）
※ 高分子量ポリプロピレンポリオール１：
旭硝子社製「プレミノールＳ−Ｘ３００３」（数平均分子量約３０００：ＯＨｖ＝５６ｍｇＯＨ／ｇ）
※ 低分子量ポリプロピレンポリオール１：
住化バイエルウレタン社製「スミフェンＴＭ」（数平均分子量約４５０：ＯＨｖ＝３７６ｍｇＯＨ／ｇ）
※ 他ポリオール１：
クラレ社製「クラポールＦ３０１０」（３−メチル−１，５−ペンタンアジペートエステルポリオール：ＯＨｖ＝５６．０ｍｇＯＨ／ｇ）
※ 他ポリオール２：
ダイセル化学社製「プラクセル Ｌ３３０ＡＬ」（ポリカプロラクトンエステルポリオール：ＯＨｖ＝５６．０ｍｇＯＨ／ｇ）
※ ポリイソシアネート１：
住化バイエルウレタン社製「デスモジュールＴ−８０」（トリレンジイソシアネート）

（実施例３〜７）
また、上記の実施例１、２では、疎水性ポリオールとポリプロピレンポリオールとのＯＨ基モルの比率を６０：４０（疎水性ポリオール：高分子量ポリプロピレンポリオール：低分子量ポリプロピレンポリオール＝６０：２４：１６）としたが、これらの比率や低分子量ポリプロピレンポリオールの種類ならびにポリイソシアネートの種類を変えて評価用ローラーを作製した。
なお、ここでは、ポリオールやポリイソシアネートを表２に示す配合とした以外は、実施例１と同様に評価用ローラーを作製した。
また、表２中に示す疎水性ポリオール１、２、高分子量ポリプロピレンポリオール１、低分子量ポリプロピレンポリオール１およびポリイソシアネート１は、実施例１と同じものを用いている。

※ 低分子量ポリプロピレンポリオール２：
住化バイエルウレタン社製「スミフェンＳ４２９」（数平均分子量約６７０：ＯＨｖ＝２５０ｍｇＯＨ／ｇ）
※ ポリイソシアネート２：
三井武田ケミカル社製「タケネートＴ５００」（ｍ−キシレンジイソシアネート）

（吸湿性評価）
（寸法変化）
各実施例、比較例により製造されたローラーの長手方向中央ならびに両端から１０ｃｍ内側の計３箇所の表面に打点を行い、各打点位置で打点に対して正面から測定される状態となるようにレーザー外径測定器（キーエンス社製「ＬＳ−３１００」）にセットし、ローラーの左右の端部間の距離を測定し、各打点の測定値の平均を求めローラー幅寸法とした。
次いで、この寸法測定後のローラーを５０℃、相対湿度９０％の状態で２４時間保持する吸湿試験を実施し、先に測定した打点位置を再度測定して吸湿試験後のローラー幅寸法を測定した。
この吸湿試験後のローラー幅寸法と初期のローラー幅寸法との差を寸法変化量（単位：ｍｍ）として求めた。結果を表３に示す。
なお、比較例１乃至４のローラーは、ポリオールが分離して表面が均一なものとならなかったため寸法変化の測定は実施できなかった。

表３からも、わかるように電子写真装置用現像部材に備えられているポリウレタン弾性体に疎水性ポリオールとポリプロピレンポリオールとを混合させた混合ポリオールを用いることで、吸湿性が低下され寸法変化が抑制されていることがわかる。

一実施形態の電子写真用現像部材（現像ローラー）を示す斜視図。 同現像ローラーの使用状況を示す要部拡大断面図。

符号の説明

１：電子写真用現像部材（現像ローラー）、２：芯金、３：基材層（ポリウレタン弾性体）

Claims (11)

1. ポリオールとポリイソシアネートとを用いて形成されたポリウレタン弾性体が備えられてなる電子写真装置用現像部材であって、
   前記ポリオールには、ポリプロピレンポリオールと疎水性ポリオールとが混合された混合ポリオールが用いられていることを特徴とする電子写真装置用現像部材。
2. 前記混合ポリオール中には、疎水性ポリオールがＯＨ基モル％で２５〜９０％混合されている請求項１に記載の電子写真装置用現像部材。
3. 前記疎水性ポリオールがアクリル系疎水性ポリオールである請求項１又は２に記載の電子写真装置用現像部材。
4. 前記疎水性ポリオールがオレフィン系疎水性ポリオールである請求項１又は２に記載の電子写真装置用現像部材。
5. 前記オレフィン系疎水性ポリオールがポリブタジエンポリオールである請求項４に記載の電子写真装置用現像部材。
6. 芯金にポリウレタン弾性体が周設された電子写真装置用現像ローラーであって、
   前記ポリウレタン弾性体が、ポリオールとポリイソシアネートとを用いて形成されてなり、前記ポリオールには、ポリプロピレンポリオールと疎水性ポリオールとが混合された混合ポリオールが用いられていることを特徴とする電子写真装置用現像ローラー。
7. 前記混合ポリオール中には、疎水性ポリオールがＯＨ基モル％で２５〜９０％混合されている請求項６に記載の電子写真装置用現像ローラー。
8. 前記疎水性ポリオールがアクリル系疎水性ポリオールである請求項６又は７に記載の電子写真装置用現像ローラー。
9. 前記疎水性ポリオールがオレフィン系疎水性ポリオールである請求項６又は７に記載の電子写真装置用現像ローラー。
10. 前記オレフィン系疎水性ポリオールがポリブタジエンポリオールである請求項９に記載の電子写真装置用現像ローラー。
11. 請求項６乃至１０のいずれかに記載の電子写真装置用現像ローラーが用いられている電子写真装置。

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