JP3154861B2 - 現像機用ローラ及びその製造方法 - Google Patents

現像機用ローラ及びその製造方法

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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、複写機等の電子写真
装置の現像部において摩擦帯電によりトナーを帯電さ
せ、かつ感光体にトナーを搬送するための現像機用ロー
ラ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より電子写真装置に用いられる現像
機用ローラ(低硬度導電性ローラ)外周の円筒状部を構
成するゴム材としては、たとえばシリコンゴム、ウレタ
ンゴム、EPDM、NBRなどが使用されており、導電
性を付与する目的でこれらのゴム材に導電性カーボンを
添加して低硬度とすることが一般に行われている。
【0003】そして、上記ゴム材に導電性カーボンを添
加したもので作製したローラはそのままの状態で使用さ
れず、通常はローラ表面の摩擦係数を下げる目的あるい
は帯電特性を付与する目的で、ローラ表面に導電性塗料
をコーティングして導電性被膜を形成したり、導電性の
ある収縮チューブを被嵌するなどして、ローラ表面上に
新たに外層を設けてから使用していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、今日、特に
小型プリンタ等における電子写真装置用トナー装置にお
いては、有機感光体の普及によりマイナス帯電トナーを
用いた反転現像が主流となっている。
【0005】したがって、トナーに帯電させ、このトナ
ーをさらに感光体まで搬送させる機能を要求される現像
機用ローラにおいては、シリコンゴム等で形成されたド
クターブレードとウレタン発泡体等で形成された供給ロ
ーラとの摩擦帯電においてプラスに帯電させる必要があ
る。
【0006】また、ローラには、感光体と接触するため
に相手材を傷付けず、また均一に接触させるようにする
配慮から、低硬度(25〜40ショア−A)であること
と、感光体と接触する際にオイル等の可塑剤や添加剤が
滲み出ないという化学安定性とが要求される。
【0007】このような要求に照らし合わせて従来のゴ
ム材を検討すると、、摩擦帯電という点では、現在、シ
リコンゴムがこの種ローラに使用されているゴム材中で
最もプラス帯電性に優れているが、その反面、強度が低
いうえ、永久歪も大きい(低分子量未反応成分が滲み出
す)という欠点がある。したがって、このシリコンゴム
をローラのゴム材として使用する場合には、感光体との
接触幅を極力小さくした直接触に設計しなければなら
ず、そのためにローラ、ハウジング等に要求される寸法
精度はきわめて高水準のものとなり、かなりのコスト高
となる不都合がある。
【0008】一方、ウレタンゴムを用いたローラでは、
低歪という点では優れている反面、一般的に無可塑低硬
度化が困難であり、硬度を下げるために可塑剤を添加し
なければならない。そして、可塑剤をウレタンゴムに添
加すると、トナーとの接触でブリードしてそのままでは
使用できず、無可塑低硬度化したものでもプラス帯電性
に劣り、摩擦係数が高くなる。
【0009】さらに、EPDM、NBR等の練りゴムを
用いたローラについても低硬度化するにはオイル等の可
塑剤を添加しなければならず、ウレタンゴムの場合と同
様の不都合がある。
【0010】以上の理由により、シリコンゴム、ウレタ
ンゴム、EPDM及びNBRのいずれをゴム材として用
いて製造したローラにも一長一短があるので、現像機用
ローラとしては使用上好ましくない。
【0011】したがって、現像機用ローラとして好適に
使用するためには、上記ゴム材で製造したローラをその
ままの状態で用いるのではなく、上記ローラの表面に導
電塗料をコーティングして導電性被膜を形成するか、あ
るいは導電性のある収縮性チューブを被嵌して上記ロー
ラ表面に新たな外層を設けた多層構造にする必要があっ
た。
【0012】このように、ローラ表面に導電性のある外
層を設けて多層構造とすることで、上記各ゴム材で作製
した場合の問題を解決できるものの、生産効率が悪く、
製造コストも大幅にアップしてしまうには免れ得ない。
【0013】そこで、この発明は、上記の点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、ローラ外周の
円筒状部の材質を改良することにより、ローラ表面に導
電性のある外層を設けるなど多層構造とすることなく低
歪性と低摩擦係数化と優れた帯電特性とを具備し、しか
もブリードのおそれのない現像機用ローラを高い生産性
でしかも低コストで得ることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1記載の発明では、ローラ芯体とこのローラ
芯体に被嵌されるゴム製円筒状部とで構成される現像機
用ローラにおいて、上記ゴム製円筒状部が、片末端に活
性水素を有するポリシロキサンの上記活性水素にイソシ
アネートが反応してなるプレポリマーを平均官能基数が
2.0よりも大きくて3.0以下のポリオールの水酸基
に対しモル比で5〜20%反応させて得られ、かつ導電
性カーボンが分散配合されたグラフト変性ポリオールを
ポリイソシアネートで反応硬化させたポリウレタンエラ
ストマーにより形成されている構成としている。
【0015】また、請求項2の発明では、ローラ芯体に
ゴム製円筒状部が被嵌された現像機用ローラの製造方法
において、特に上記ゴム製円筒状部を、片末端に活性水
素を有するポリシロキサンの上記活性水素にイソシアネ
ートを反応させてなるプレポリマーを平均官能基数が
2.0よりも大きくて3.0以下のポリオールの水酸基
に対しモル比で5〜20%反応させて得られるグラフト
変性ポリオールに導電性カーボンを分散配合し、これを
ポリイソシアネートで反応硬化させたポリウレタンエラ
ストマーにより形成するように構成している。
【0016】
【作用】請求項1又は2の発明の構成によれば、現像機
用ローラを形成するポリウレタンエラストマーの構成成
分のうちで、ポリシロキサンはイソシアネートにより反
応しているため、ブリードすることがない。したがって
ブリードに起因する感光体、トナー等への悪影響がな
い。そしてまた、ポリシロキサンはグラフトされてお
り、極性差によりローラ表面にシロキサン成分が選択的
に集まることから、ローラ表面はプラス帯電性及び低摩
擦係数のシロキサンの特性を示し、他方でローラ内部で
は低歪性及び高強度等のウレタンの持つ特性が発揮され
るのみならず、グラフト変性ポリオールには導電性カー
ボンが分散配合されているので、製品には十分な帯電特
性が具備され、従来のような多層構造にせずとも同等の
作用を奏する。
【0017】ここで、プレポリマーを、平均官能基数が
2.0より大きく3.0以下のポリオールの水酸基に対
し、モル比で5〜20%反応させてプレポリマーと反応
させるとした限定理由は、部分的にグラフト化するため
であり、ポリオールの水酸基に対してプレポリマーをモ
ル比5%以下で反応させると、摩擦係数が高くなり、か
つ帯電特性及び耐フィルミング性が極端に劣化する傾向
があって好ましくなく、また、モル比20%を超えて反
応させると、高粘稠になりすぎて注型作業が困難となる
からである。
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。図1はこの発明の一実施例に係る現像機用ローラA
を示しており、この現像機用ローラAはシャフト3を備
えたローラ芯体2と、このローラ芯体2の外周に被嵌さ
れたゴム製円筒状部1とから構成されている。
【0019】ここで、上記ゴム製円筒状部1は、たとえ
ば下記のようにして得る。すなわち、片末端に活性水素
を有するポリシロキサンを用い、このポリシロキサンの
活性水素にイソシアネートを反応させて得られるプレポ
リマーを、平均官能基数が2.0より大きく3.0以下
のポリオールの水酸基に対し、モル比で5〜20%反応
させて得られるグラフト変性ポリオールに導電性カーボ
ンを分散配合し、これをポリイソシアネートで反応硬化
させたものを所定形状の金型内に注入成型し、経時後、
金型内からポリウレタンエラストマー製品として取り出
すことにより得られる。
【0020】つぎに、上記実施例による現像機用ローラ
Aの製造方法について説明する。まず、ポリウレタンの
低歪特性を生かしつつ、かつシリコンの帯電特性、低摩
擦係数を生かすためにポリウレタンとシリコンとをポリ
マーアロイ化した。この場合、ポリウレタン及びその主
成分であるポリオールは高極性であり、シリコンとの相
溶性がないために単純ブレンドでは相分離を生じ、得ら
れたエラストマーは不均一な構造となる。したがってポ
リマーアロイ化には官能基を有するポリシロキサンを用
い、化学反応させる手段を採用した。さらにシロキサン
の効果を十分発揮させるためには、ブロック体として分
子内部に組み込んでグラフト体にするほうがシロキサン
成分が表面に移行しやすいので、グラフト化構造とし
た。
【0021】また、グラフト化構造とするためには、下
記手段を採用した。すなわち、片末端に活性水素を有す
る片末端反応性ポリシロキサン、R−OH、R−SH、
R−NH2 、化学式(1)で表されるもの
【化1】
【0022】を用い、2つのイソシアネートの反応性の
異なるジイソシアネート(たとえば2.4トリレンジイ
ソシアネート、アルキル化4.4′ジフェニルメタンイ
シシアネート、イソホロンジイソシアネートなど)を用
いて、OH:NCO=1:1として低温(40〜50
℃)で24〜48時間反応させた後、減圧精製すること
により、OCN−Si構造のプレポリマーを得た。
【0023】そして、このプレポリマーを官能基数が
2.0より大きくて、3.0以下の末端OH基を有する
ポリオールのOHモルに対し5〜20%反応させて、部
分的にグラフト化することにより、グラフト変性ポリオ
ールを得た。
【0024】そして、このようにして得たポリオールに
導電性を付与するために導電性カーボンを分散させた
後、ポリイソシアネートで反応硬化させることにより、
所期のポリウレタンエラストマーを得た。
【0025】上記ポリウレタンエラストマーでゴム製円
筒状部1を作製し、これをローラ芯体2に被嵌すること
により、この発明に係る現像機用ローラAを製作した。
そして、これを実機使用したところ、低摩擦係数、帯電
性、耐フィルミング性のいずれの点でも格段に優れた効
果が得られることがわかった。
【0026】さらに、この発明の具体的実験例について
説明する。下記の本発明例1〜3、及び比較例1〜3の
手順にしたがってそれぞれローラを作製し、表1に示す
各評価項目について比較検討した。
【0027】(本発明例1)ポリシロキサンとしてOH
片末端を有する化学式(2)で表されるものを用い、ま
たイソシアネートとしてはアルキル化MDI化学式
(3)で表されるものを用いた。
【0028】
【化2】
【0029】
【化3】
【0030】これをモル比が1:1となるようにシロキ
サンポリオール100部に対し、イソシアネート12.
3部を加え、40℃×40時間N2 の条件下で反応させ
た後300Paで12時間減圧して片末端NCOを有す
るプレポリマーを得た。
【0031】つぎに、ジエチレングリコールとトリメチ
ロールプロパンとアジピン酸との縮重合ポリエステル
(水酸基値=60mgKOH/g、平均官能基数=2.
15)のOHモルの20%を上記プレポリマーで反応さ
せた。すなわち、ポリエステルポリオール100部に対
し、プレポリマー54部を加え、70℃×6時間N2
条件下で反応させた。得られたポリオールの水酸基値は
48mgKOH/gであった。
【0032】このポリオール100部に導電性カーボン
1.5部を加え、均一に分散させた後、100℃減圧下
で3時間脱水し、トリレンジイソシアネートを6.0g
加えて2〜3分激しく混合した後、150℃の金型に流
込み、2時間硬化反応させた後、金型より取出し、11
0℃×24時間アフターキュアーして研磨加工して所望
のローラを得た。
【0033】(本発明例2)ポリオールのOHモルの1
0%を本発明例1と同様のプレポリマーで反応させた。
つまり、ポリオール100部に対してプレポリマーを2
7部加え、同様に反応させた。得られたポリオールの水
酸基値数は54mgKOH/gであった。このポリオー
ルに本発明例1と同様のカーボンを加え、かつトリレン
ジイソシアネートを6.7g加えて、本発明例1と同様
の手順でローラを得た。
【0034】(本発明例3)ポリオールのOHモルの5
%を上記プレポリマーで反応させた。つまり、ポリオー
ル100部に対してプレポリマー1.4を加え、同様に
反応させた。得られたポリオールの水酸基価は57mg
KOH/gであった。これにトリレンジイソシアネート
7.2g加え、本発明例1と同様の手順でローラを得
た。
【0035】なお、上記本発明例1〜3の各々では、変
性ポリオールとイソシアネートの比(NCO:OH)=
0.81:1とした。
【0036】(比較例1)ジエチレングリコールとトリ
メチロールプロパンとアジピン酸との縮重合エステルに
カーボンを加え、トリジイソシアネートを100部に対
して7.5部加え、本発明例1と同様の手順でローラを
得た。
【0037】(比較例2)ポリオールのOHモルの30
%を上記プレポリマーで反応させた。つまり、ポリオー
ル100部に対し変性イソシアネート8gを加え、同様
に反応させた。得られたポリオールは高粘稠性であり、
注型作業が困難であった。
【0038】(比較例3)ポリオールのOHモルの2%
を上記プレポリマーで反応させた。つまり、ポリオール
100部に対し変性イソシアネート5.4gを加え、同
様に反応させた。得られたポリオールの水酸基価は59
mgKOH/gであった。同様にトリレンジイソシアネ
ートを7.4g加え、本発明例1と同様の手順でローラ
を得た。
【0039】以上のようにして得られた本発明例1〜3
及び比較例1〜3のローラを東芝製複写機(機種:普通
紙FAX COPIX TF-58HW )にそれぞれセットして実機評価
した。この評価結果を表1に示す。
【0040】
【表1】
【0041】上記表1の結果から明らかなように、本発
明例によるものでは比較例のものに比べ、低摩擦係数、
帯電性、耐フィルミング性の点で格段に優れていること
が判明した。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1又は2の
発明による現像機用ローラによれば、ポリウレタン成分
中にポリシロキサンをグラフト化したことにより、シロ
キサンのブリードがなく、かつローラ表面側にシロキサ
ン成分が移行するため、ローラ表面側ではシロキサンの
特性である帯電性、低摩擦係数化が発揮される一方、ロ
ーラ内部ではウレタンの特性である低歪化、高強度化が
発揮される。したがって、このように、従来の多層構造
によることなく帯電性、低摩擦係数化及び低歪、高強度
が実現できるので、高い生産性で安価に高機能な現像ロ
ーラが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る現像機用ローラの斜
視図である。
【符号の説明】
A 現像機用ローラ 1 ゴム製円筒状部 2 ローラ芯体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−249675(JP,A) 特開 昭64−62679(JP,A) 特開 平3−187732(JP,A) 特開 昭57−117524(JP,A) 特開 昭46−5750(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 13/08 - 13/095 G03G 15/08 - 15/095

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ローラ芯体と、このローラ芯体に被嵌さ
    れるゴム製円筒状部とで構成される現像機用ローラにお
    いて上記ゴム製円筒状部は、 片末端に活性水素を有するポリシロキサンの上記活性水
    素にイソシアネートが反応してなるプレポリマーを平均
    官能基数が2.0よりも大きくて3.0以下のポリオー
    ルの水酸基に対しモル比で5〜20%反応させて得ら
    れ、かつ導電性カーボンが分散配合されたグラフト変性
    ポリオールをポリイソシアネートで反応硬化させたポリ
    ウレタンエラストマーにより形成されていることを特徴
    とする現像機用ローラ。
  2. 【請求項2】 ローラ芯体にゴム製円筒状部が被嵌され
    た現像機用ローラの製造方法において上記ゴム製円筒状
    部を、片末端に活性水素を有するポリシロキサンの上記
    活性水素にイソシアネートを反応させてなるプレポリマ
    ーを平均官能基数が2.0よりも大きくて3.0以下の
    ポリオールの水酸基に対しモル比で5〜20%反応させ
    て得られるグラフト変性ポリオールに導電性カーボンを
    分散配合し、これをポリイソシアネートで反応硬化させ
    たポリウレタンエラストマーにより形成することを特徴
    とする現像機用ローラの製造方法。
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