JP3957141B2 - Toner supply roller and image forming apparatus - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置、静電記録装置およびトナー飛翔記録装置等の画像形成装置などにおいて使用される弾性部材およびこれを装着した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真技術の進歩に伴い、乾式電子写真装置の転写用部材，トナー供給用部材，帯電用部材などとして中抵抗弾性ローラが注目され、転写ローラ，現像ローラ，トナー供給ローラ，帯電ローラなどに用いられている。そして、この中抵抗弾性ローラを形成する材料として、これまで、ゴム弾性を有する高分子エラストマーや高分子フォームが用いられてきた。
従来、このような目的に使用される部材としては、カーボンブラック等の導電性カーボン，金属酸化物，イオン導電剤などにより導電性を付与した、ＮＢＲ，ＥＰＤＭ，シリコーンゴム，ポリウレタンなどのエラストマーやフォームがあり、用途によりこれらの導電性付与剤を添加しない非導電性部材も用いられている。
これらの中でもポリウレタン材料は、上記導電性部材に適した低硬度の部材が得られ、水、低沸点化合物などの発泡剤を用いる方法、機械的攪拌による方法などにより、低硬度のフォームとすることができ、上記部材に好んで用いられている。ポリウレタンフォームは、ポリウレタンの化学構造を決定する原料およびその配合量の選択によっても硬度を下げることができる。
【０００３】
電子写真装置におけるトナー供給部材としてはウレタンフォームやシリコーンフォームからなるローラが用いられているが、ウレタンフォームはシリコーンフォームに比べて機械的強度が強く、安価であることから広く用いられている。
電子写真装置において、トナーは、トナーカートリッジからトナー供給ローラにより現像ローラ上に供給される。トナー供給ローラに対しては、トナーを均一に現像ローラに供給することが求められるため、低硬度で微細セルを有するフォームが好ましく用いられている。フォームからなるトナー供給ローラにおいて、トナーは、トナー供給ローラの表面に付着するだけでなく、フォームの内部にも入り込む。このため、ローラを長期間使用すると、ローラの柔軟性が乏しくなり、トナーが均一に現像ローラに搬送されなくなり、画像不良を引き起こすことがある。また、最近の電子写真装置においては、省エネルギー等の目的で、比較的低融点のトナーが使用されるケースが増加しているが、トナー供給ローラの硬度が高いと、ローラとトナーとの摩擦によりトナーが融着しやすくなる傾向が見られ、より低硬度のトナー供給ローラが求められている。
【０００４】
トナー供給ローラの硬度を下げる方法としては種々の方法があり、例えば水等の発泡剤の添加量を増加してフォームの密度を下げることにより、低硬度のフォームを得る方法がある。しかしながら、この方法では、フォームが低硬度になると共にセルが粗大化する傾向が見られ、低硬度と微細セルを同時に満たすことは難しい。フォームからなるトナー供給ローラの場合、低硬度かつ微細セルのフォームを得ることが大きな技術的課題であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、初期画像についてはもちろんのこと、長時間使用しても良好な画像が得られ、低硬度かつ微細セルのポリウレタンフォームからなる弾性部材、およびこの弾性部材を装着した画像形成装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、長時間使用してもトナー融着が少なく、良好な画像が得られるポリウレタンフォームからなるトナー供給ローラについて鋭意探索した結果、発泡剤として蟻酸および／または蟻酸塩を配合したポリウレタンフォーム原料を加圧下で発泡成形することにより、低硬度かつ微細セルを有するポリウレタンフォームが得られ、このようなポリウレタンフォームからなるトナー供給ローラは、画像形成装置に装着した場合、初期画像が良好で、長時間使用しても良好な画像が得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、（Ａ）ポリオール、ポリイソシアネート、触媒、発泡剤および整泡剤を含むポリウレタンフォーム原料を攪拌混合して得られるポリウレタンフォーム、または（Ｂ）ポリオールとポリイソシアネートから合成したウレタンプレポリマー、鎖延長剤、触媒、発泡剤および整泡剤を含むポリウレタンフォーム原料を攪拌混合して得られるポリウレタンフォームからなるトナー供給ローラにおいて、ポリオールとして、プロピレンオキサイド７５〜９２重量％とエチレンオキサイドを８〜２５重量％を付加させ、末端水酸基が１級水酸基である割合が６５〜１００％で、重量平均分子量２０００〜１００００、官能基数が2.０〜4.５のポリエーテルポリオールを用い、発泡剤として、ポリウレタンフォーム（Ａ）におけるポリオール１００重量部またはポリウレタンフォーム（Ｂ）におけるウレタンプレポリマー１００重量部に対して、蟻酸および／または蟻酸塩を0.０５〜４重量部含有するものを用い、これらの原料を攪拌混合した後、円筒状のモールドに注入し、注入口を閉じ、加圧下で発泡成形してなるトナー供給ローラ、および該トナー供給ローラを装着した画像形成装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の弾性部材は、（Ａ）ポリオール、ポリイソシアネート、触媒、発泡剤および整泡剤を含むポリウレタンフォーム原料を攪拌混合して得られるポリウレタンフォームまたは（Ｂ）ポリオールとポリイソシアネートから合成したウレタンプレポリマー、鎖延長剤、触媒、発泡剤および整泡剤を含むポリウレタンフォーム原料を攪拌混合して得られるポリウレタンフォームからなるものである。
【０００８】
本発明で用いる発泡剤としては、蟻酸および／または蟻酸塩を含有するものであり、使用量は、ポリウレタンフォーム（Ａ）におけるポリオール１００重量部またはポリウレタンフォーム（Ｂ）におけるウレタンプレポリマー１００重量部に対して、0.０５〜４重量部であり、0.１〜3.５重量部であると好ましく、0.２〜3.０重量部であるとより好ましい。蟻酸および／または蟻酸塩の量が0.０５重量部未満であると、硬度が十分低下せず良好な画像が得られないおそれがあり、４重量部を越えるとセルが粗大化したり、圧縮残留歪が低下するおそれがある。前記蟻酸塩としては、蟻酸と、トリエチレンジアミン，テトラメチルヘキサンジアミン，ジエタノールアミン，ジメチルベンジルアミン，トリエチルアミン又はヒドラジン等とからなる塩が挙げられる。
本発明で用いる発泡剤に含まれる、蟻酸および／または蟻酸塩以外の成分としては、例えば、水，メチレンクロライド，代替フロン，シクロペンタン，イソペンタン，液化二酸化炭素等が挙げられる。また、発泡剤は蟻酸および／または蟻酸塩のみからなっていても好ましい。
【０００９】
本発明で用いるポリオールは、エチレンオキサイドを８〜２５重量％、好ましくは１０〜２０重量％付加させ、末端水酸基が１級水酸基である割合が６５〜１００％、好ましくは７０〜１００％で、重量平均分子量が２０００〜１００００、好ましくは２５００〜９０００、平均官能基数が2.０〜4.５、好ましくは2.５〜4.０のものである。本発明においては、このようなポリオールと他の種類のポリオールとをブレンドして用いることもできる。この場合、本発明に係るポリオールと他のポリオールの使用割合は、本発明に係るポリオール／他のポリオール＝７０〜１００／３０〜０（重量比）とすることができる。他のポリオールとしては、上記以外のポリエーテルポリオール，ポリエステルポリオール，ポリイソプレンポリオール，ポリブタジエンポリオール，水素添加ポリブタジエンポリオール，ポリマーポリオールなどが挙げられる。
【００１０】
本発明で用いるポリイソシアネートとしては、イソシアネート成分としてトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ），ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ），粗製ジフェニルメタンジイソシアネート（クルードＭＤＩ），イソホロンジイソシアネート，水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート，水素添加トリレンジイソシアネート，ヘキサメチレンジイソシアネート等の不飽和結合を持たないポリイソシアネート類やこれらのイソシアヌレート変性物，カルボジイミド変性物，グリコール変性物等の変性物などが好ましく用いられる。特に好ましくは、２，４−トリレンジイソシアネートと２，６−トリレンジイソシアネートとの比率が重量比で８０／２０であるＴＤＩ−８０、ＴＤＩ−８０と粗製ジフェニルメタンジイソシアネート（クルードＭＤＩ）との比率が重量比で８０／２０であるブレンドイソシアネート（例えは、日本ポリウレタン社製のコロネート１０２１）である。
【００１１】
本発明で用いるポリイソシアネートは、ポリオールとワンショット法で反応させても、あらかじめポリオールと反応させてウレタンプレポリマーとし、これを発泡剤および整泡剤と反応させても、発泡剤として蟻酸および／または蟻酸塩を含有するものを用いることにより、低硬度で微細セルを有するポリウレタンフォームを得ることができる。
【００１２】
フォームを硬化させるための触媒としては、例えば、トリエチルアミン，ジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類、テトラメチルエチレンジアミン，テトラメチルプロパンジアミン，テトラメチルヘキサンジアミンなどのジアミン類、ペンタメチルジエチレントリアミン，ペンタメチルジプロピレントリアミン，テトラメチルグアニジン等のトリアミン類、トリエチレンジアミン，ジメチルピペラジン，メチルエチルピペラジン，メチルモルホリン，ジメチルアミノエチルモルホリン，ジメチルイミダゾール等の環状アミン類、ジメチルアミノエタノール，ジメチルアミノエトキシエタノール，トリメチルアミノエチルエタノールアミン，メチルヒドロキシエチルピペラジン，ヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル，エチレングリコールビス（ジメチル）アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類、スタナスオクトエート，ジブチル錫ジアセテート，ジブチル錫ジラウレート，ジブチル錫マーカブチド，ジブチル錫チオカルボキシレート，ジブチル錫ジマレエート，ジオクチル錫マーカプチド，ジオクチル錫チオカルボキシレート，フェニル水銀プロピオン酸塩，オクテン酸鉛等の有機金属化合物などが挙げられる。これらの中で、有機錫触媒が特に好ましい。これらの触媒は単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１３】
本発明で用いる整泡剤としては、変性シリコーンオイルすなわちシリコーン整泡剤が用いられ、上記ポリウレタンフォーム（Ａ）におけるポリオール１００重量部または上記ポリウレタンフォーム（Ｂ）におけるポリウレタンプレポリマー１００重量部に対して0.５〜5.０重量部が好ましく、0.８〜3.０重量部がより好ましい。
本発明で用いる鎖延長剤としては、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパン等が挙げられ、上記ポリウレタンフォーム（Ｂ）におけるポリウレタンプレポリマー１００重量部に対して0.５〜２0.０重量部が好ましく、1.０〜１0.０重量部がより好ましい。
また、必要に応じて、難燃剤，打抜・裁断加工性改良剤，有機充填剤，無機充填剤等の他の添加剤を添加することができる。
【００１４】
本発明の弾性部材は、非導電性部材および導電性部材の両方に適用することができ、非導電性部材の場合は導電剤を添加する必要がない。導電性部材とする場合、カーボン導電剤やイオン導電剤により導電性を付与することが好ましい。カーボン導電剤としては、例えば、電化ブラック，ケッチェンブラック，アセチレンブラックなどのガスブラック，インクブラックを含むオイルファーネスブラック，サーマルブラック，チャンネルブラック，ランプブラックなどが挙げられる。カーボンの添加によりポリウレタンフォーム原料の粘度が上昇し、このため攪拌混合が不十分となるのを回避するために水分散カーボンも好ましく用いられる。イオン導電剤としては、例えば、過塩素酸リチウム，過塩素酸ナトリウム，過塩素酸カルシウムなどの無機塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド，ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド，オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド，ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド，ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート，過塩素酸テトラエチルアンモニウム，過塩素酸テトラブチルアンモニウム，ホウフッ化テトラエチルアンモニウム，ホウフッ化テトラブチルアンモニウム，塩化テトラブチルアンモニウムなどの第４級アンモニウム塩などが好ましく用いられる。また、金属酸化物粉末、金属粉末などを導電剤として用いることもできる。
【００１５】
本発明の弾性部材は、ポリウレタンフォーム原料を攪拌混合した後、円筒状のモールドに注入し、注入口を閉じ、加圧下で発泡成形することにより製造されるものである。注入口は、例えば円筒状のモールドの端部に設けることができ、この場合、モールドに注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をすることが好ましい。
このような条件でポリウレタンフォーム原料を発泡成形することにより、ローラ表面の初期圧縮バネ定数が0.３〜0.８Ｎ／ｍｍ、画像形成装置に組み込み、１０００枚印刷した後の圧縮バネ定数が2.０Ｎ／ｍｍ以下、かつローラ表面のフォームの開口径が４００μｍ以下、フォーム表面の面積に対する該開口の総面積の比率が４０％以上である弾性部材を得ることができる。
【００１６】
上記初期圧縮バネ定数が0.３Ｎ／ｍｍ未満であると、トナーの掻き取りと供給が不十分で画像の濃度低下やむらが発生するおそれがあり、0.８Ｎ／ｍｍを超えると、初期画像が良好でも耐久性に問題があるおそれがある。１０００枚印刷した後の圧縮バネ定数が2.０Ｎ／ｍｍを超えると、色むらが発生するおそれがある。ローラ表面のフォームの開口径が４００μｍを越えると、色むらが発生するおそれがある。フォーム表面の面積に対する該開口の総面積の比率が４０％未満では、トナーの掻き取りと供給が不十分で画像の濃度低下やむらが発生するおそれがある。初期圧縮バネ定数は好ましくは0.４〜0.６Ｎ／ｍｍ、画像形成装置に組み込み、１０００枚印刷した後の圧縮バネ定数は好ましくは1.６Ｎ／ｍｍ以下、ローラ表面のフォームの開口径は好ましくは２５０μｍ以下、フォーム表面の面積に対する該開口の総面積の比率は好ましくは５０％以上である。
【００１７】
本発明の弾性部材は、非導電性部材および導電性部材共に種々の用途に供することができ、画像形成装置のトナー供給部材として、特に好ましく用いられる。本発明の弾性部材をローラ形状のものとする場合、金属製シャフトの周囲にポリウレタンフォームが形成された形態とすることができる。金属製シャフトとしては、硫黄快削鋼などの鋼材に亜鉛等のメッキを施したもの、アルミニウム，ステンレス鋼，りん青銅等からなるものを用いることができる。
【００１８】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、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。
なお、実施例および比較例で得られたローラ等について、下記の要領で特性試験を行った。
（１）密度
ポリウレタンフォームの空気中での重量を、体積で除した。
（２）圧縮バネ定数
図１に示す測定方法によって、ローラの長手方向３箇所（中央部付近と両端部付近）の圧縮バネ定数をローラの周方向に亘って測定した。図１に示すように、ローラ２のシャフト１をＶブロック４にて水平に固定し、ローラ２のポリウレタンフォーム３上部に設置したフォースゲージ５を下方向に一定速度（0.１ｍｍ／ｓｅｃ）で移動させて、フォースゲージ５の先端部に設けた直径１３ｍｍの円板状圧縮治具（円板圧子）６によって約1.０ｍｍの深さまで圧縮し、測定された応力−歪曲線から、バネ定数を算出する方法にて行った。本測定は、ローラ長手方向に対しては中央部、左端から３０ｍｍの部分、右端から３０ｍｍの部分、ローラ周方向に対しては９０度間隔で４点測定した。
（３）開口径および開口率
ハイロックス社製のＣＣＤビデオカメラを用い、約７０倍の倍率で写真撮影を行い、ポリウレタンフォーム表面の開口径を測定し、その平均を求めた。また、開口面積を算出し、ポリウレタンフォーム表面の面積で除して開口率を求めた。
【００１９】
実施例１
グリセリンにエチレンオキサイド１２重量％とプロピレンオキサイド８８重量％を付加した、重量平均分子量が５０００、官能基数が３、末端水酸基が１級水酸基である割合が８０％であるポリエーテルポリオール１０0.００重量部、発泡剤として蟻酸0.５１重量部および水1.８０重量部、架橋剤としてジエタノールアミン1.００重量部、触媒としてトリエチレンジアミンの３３重量％ＤＰＧ（ジプロピレングリコール）溶液0.６０重量部、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン0.３０重量部、ポリエーテル変性シリコーンオイル（東レダウコーニングシリコーン（株）製，ＳＦ２９６５）2.００重量部をあらかじめ攪拌混合し、混合物（Ａ成分）を得た。
ポリイソシアネートとしては、８０重量％のＴＤＩ−８０と２０重量％のクルードＭＤＩからなるブレンドイソシアネート（日本ポリウレタン工業（株）製，コロネート１０２１）（Ｂ成分）を用いた。
上記Ａ成分およびＢ成分をそれぞれ小型発泡機のタンクに仕込み、Ａ成分とＢ成分の単位時間当たりの吐出量の重量比がＡ成分／Ｂ成分＝１０5.７０／２6.７７となるように吐出流量を調整し、インペラー回転数を約３０００ｒｐｍとして２成分を混合攪拌した。その混合物を、中心部に金属製のシャフトを配置した、内径１6.０ｍｍ、長さ２２ｃｍの円筒形状のモールドに、その端部に設けられた開口部から吐出ノズルにより注入し、注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をした。これを７０℃の熱風循環式オーブン中で１０分間加熱して硬化させ、シャフトの外周にポリウレタンフォーム層が形成されたローラをモールドから取り出し、更に１２０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間加熱して硬化させ、非導電性ポリウレタンフォームローラを作製した。
【００２０】
このポリウレタンフォームローラは、フォーム密度が0.０９２４ｇ／ｃｍ3 、初期圧縮バネ定数が0.４６Ｎ／ｍｍ、ローラ表面のフォームの開口径の平均が２１７μｍ、フォーム表面の面積に対する開口の総面積の比率（開口率）が６２％であった。
このローラをトナー供給ローラとして乾式電子写真装置に組み込み、温度２０℃、湿度５０％ＲＨにおいて４８時間放置した後、グレー（濃度８％）の画像を印刷したところ、良好な画像が得られた。更に連続して白ベタ画像を１０００枚印刷した後、グレーの画像を再び印刷したところ、良好な画像が得られた。耐久試験（１０００枚印刷）後の圧縮バネ定数は1.７９Ｎ／ｍｍであった。
【００２１】
実施例２
グリセリンにエチレンオキサイド１２重量％とプロピレンオキサイド８８重量％を付加した、重量平均分子量が５０００、官能基数が３、末端水酸基が１級水酸基である割合が８０％であるポリエーテルポリオール１０0.００重量部、発泡剤として蟻酸1.０２重量部および水1.６０重量部、架橋剤としてジエタノールアミン1.００重量部、触媒としてトリエチレンジアミンの３３重量％ＤＰＧ溶液0.６０重量部、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン0.３０重量部およびポリエーテル変性シリコーンオイル（東レダウコーニングシリコーン（株）製，ＳＦ２９６５）2.００重量部をあらかじめ攪拌混合し、混合物（Ａ成分）を得た。
ポリイソシアネートとしては、８０重量％のＴＤＩ−８０と２０重量％のクルードＭＤＩからなるブレンドイソシアネート（日本ポリウレタン工業（株）製，コロネート１０２１）（Ｂ成分）を用いた。
上記Ａ成分およびＢ成分を小型発泡機のタンクに仕込み、Ａ成分とＢ成分の単位時間当たりの吐出量の重量比がＡ成分／Ｂ成分＝１０5.５０／２5.７３となるように、吐出流量を調整し、インペラー回転数を約３０００ｒｐｍとして２成分を混合攪拌した。その混合物を、中心部に金属製のシャフトを配置した、内径１6.０ｍｍ、長さ２２ｃｍの円筒形状のモールドに、その端部に設けられた開口部から吐出ノズルにより注入し、注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をした。これを７０℃の熱風循環式オーブン中で１０分間加熱して硬化させ、シャフトの外周にポリウレタンフォーム層が形成されたローラをモールドから取り出し、更に１２０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間加熱して硬化させ、非導電性ポリウレタンフォームローラを作製した。
【００２２】
このポリウレタンフォームローラは、フォーム密度が0.０９０８ｇ／ｃｍ3 、圧縮バネ定数が0.４３Ｎ／ｍｍ、ローラ表面のフォームの開口径の平均が２３７μｍ、フォーム表面の面積に対する開口の総面積の比率（開口率）が６３％であった。
このローラをトナー供給ローラとして乾式電子写真装置に組み込み、温度２０℃、湿度５０％ＲＨにおいて４８時間放置した後、グレー（濃度８％）の画像を印刷したところ、良好な画像が得られた。更に連続して白ベタ画像を１０００枚印刷した後、グレーの画像を再び印刷したところ、良好な画像が得られた。耐久試験（１０００枚印刷）後の圧縮バネ定数は1.６５Ｎ／ｍｍであった。
【００２３】
実施例３
グリセリンにエチレンオキサイド１２重量％とプロピレンオキサイド８８重量％を付加した、重量平均分子量が５０００、官能基数が３、末端水酸基が１級水酸基である割合が８０％であるポリエーテルポリオール１０0.００重量部、発泡剤として蟻酸1.５３重量部および水1.４０重量部、架橋剤としてジエタノールアミン1.００重量部、触媒としてトリエチレンジアミンの３３重量％ＤＰＧ溶液0.６０重量部、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン0.３０重量部およびポリエーテル変性シリコーンオイル（東レダウコーニングシリコーン（株）製，ＳＦ２９６５）2.００重量部をあらかじめ攪拌混合し、混合物（Ａ成分）を得た。
ポリイソシアネートとしては、８０重量％のＴＤＩ−８０と２０重量％のクルードＭＤＩからなるブレンドイソシアネート（日本ポリウレタン工業（株）製，コロネート１０２１）（Ｂ成分）を用いた。
上記Ａ成分およびＢ成分を小型発泡機のタンクに仕込み、Ａ成分とＢ成分の単位時間当たりの吐出量の重量比がＡ成分／Ｂ成分＝１０5.３０／２4.６８となるように、吐出流量を調整し、インペラー回転数を約３０００ｒｐｍとして２成分を混合攪拌した。その混合物を、中心部に金属製のシャフトを配置した、内径１6.０ｍｍ、長さ２２ｃｍの円筒形状のモールドに、その端部に設けられた開口部から吐出ノズルにより注入し、注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をした。これを７０℃の熱風循環式オーブン中で１０分間加熱して硬化させ、シャフトの外周にポリウレタンフォーム層が形成されたローラをモールドから取り出し、更に１２０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間加熱して硬化させ、非導電性ポリウレタンフォームローラを作製した。
【００２４】
このポリウレタンフォームローラは、フォーム密度が0.０８５８ｇ／ｃｍ3 、圧縮バネ定数が0.４１Ｎ／ｍｍ、ローラ表面のフォームの開口径の平均が２４３μｍ、フォーム表面の面積に対する開口の総面積の比率（開口率）が６５％であった。
このローラをトナー供給ローラとして乾式電子写真装置に組み込み、温度２０℃、湿度５０％ＲＨにおいて４８時間放置した後、グレー（濃度８％）の画像を印刷したところ、良好な画像が得られた。更に連続して白ベタ画像を１０００枚印刷した後、グレーの画像を再び印刷したところ、良好な画像が得られた。耐久試験（１０００枚印刷）後の圧縮バネ定数は1.５８Ｎ／ｍｍであった。
【００２５】
比較例１
グリセリンにエチレンオキサイド１２重量％とプロピレンオキサイド８８重量％を付加した、重量平均分子量が５０００、官能基数が３、末端水酸基が１級水酸基である割合が８０％であるポリエーテルポリオール１０0.００重量部、発泡剤として水2.００重量部、架橋剤としてジエタノールアミン1.００重量部、触媒としてトリエチレンジアミンの３３重量％ＤＰＧ溶液0.６０重量部、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン0.３０重量部およびポリエーテル変性シリコーンオイル（東レダウコーニングシリコーン（株）製，ＳＦ２９６５）2.００重量部をあらかじめ攪拌混合し、混合物（Ａ成分）を得た。
ポリイソシアネートとしては、８０重量％のＴＤＩ−８０と２０重量％のクルードＭＤＩからなるブレンドイソシアネート（日本ポリウレタン工業（株）製，コロネート１０２１）（Ｂ成分）を用いた。
上記Ａ成分およびＢ成分を小型発泡機のタンクに仕込み、Ａ成分とＢ成分の単位時間当たりの吐出量の重量比がＡ成分／Ｂ成分＝１０5.９０／２9.２０となるように、吐出流量を調整し、インペラー回転数を約３０００ｒｐｍとして２成分を混合攪拌した。その混合物を、中心部に金属製のシャフトを配置した、内径１6.０ｍｍ、長さ２２ｃｍの円筒形状のモールドに、その端部に設けられた開口部から吐出ノズルにより注入し、注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をした。これを７０℃の熱風循環式オーブン中で１０分間加熱して硬化させ、シャフトの外周にポリウレタンフォーム層が形成されたローラをモールドから取り出し、更に１２０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間加熱して硬化させ、非導電性ポリウレタンフォームローラを作製した。
【００２６】
このポリウレタンフォームローラは、フォーム密度が0.０９６ｇ／ｃｍ3 、圧縮バネ定数が0.６４Ｎ／ｍｍ、ローラ表面のフォームの開口径の平均が２３５μｍ、フォーム表面の面積に対する開口の総面積の比率（開口率）が５９％であった。
このローラをトナー供給ローラとして乾式電子写真装置に組み込み、温度２０℃、湿度５０％ＲＨにおいて４８時間放置した後、グレー（濃度８％）の画像を印刷したところ、良好な画像が得られた。更に連続して白ベタ画像を１０００枚印刷した後、グレーの画像を再び印刷したところ、画像に濃度のむらが現れた。耐久試験（１０００枚印刷）後の圧縮バネ定数は2.４６Ｎ／ｍｍであった。
【００２７】
比較例２
グリセリンにエチレンオキサイド１２重量％とプロピレンオキサイド８８重量％を付加した、重量平均分子量が５０００、官能基数が３、末端水酸基が１級水酸基である割合が８０％であるポリエーテルポリオール１０0.００重量部、発泡剤として水2.５０重量部、架橋剤としてジエタノールアミン1.００重量部、触媒としてトリエチレンジアミンの３３重量％ＤＰＧ溶液0.６０重量部、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン0.３０重量部およびポリエーテル変性シリコーンオイル（東レダウコーニングシリコーン（株）製，ＳＦ２９６５）2.００重量部をあらかじめ攪拌混合し、混合物（Ａ成分）を得た。
ポリイソシアネートとしては、８０重量％のＴＤＩ−８０と２０重量％のクルードＭＤＩからなるブレンドイソシアネート（日本ポリウレタン工業（株）製，コロネート１０２１）（Ｂ成分）を用いた。
上記Ａ成分およびＢ成分を小型発泡機のタンクに仕込み、Ａ成分とＢ成分の単位時間当たりの吐出量の重量比がＡ成分／Ｂ成分＝１０6.４０／３4.６７となるように、吐出流量を調整し、インペラー回転数を約３０００ｒｐｍとして２成分を混合攪拌した。その混合物を、中心部に金属製のシャフトを配置した、内径１6.０ｍｍ、長さ２２ｃｍの円筒形状のモールドに、その端部に設けられた開口部から吐出ノズルにより注入し、注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をした。これを７０℃の熱風循環式オーブン中で１０分間加熱して硬化させ、シャフトの外周にポリウレタンフォーム層が形成されたローラをモールドから取り出し、更に１２０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間加熱して硬化させ、非導電性ポリウレタンフォームローラを作製した。
【００２８】
このポリウレタンフォームローラは、フォーム密度が0.０８７ｇ／ｃｍ3 、圧縮バネ定数が0.６０Ｎ／ｍｍ、ローラ表面のフォームの開口径の平均が３１６μｍ、フォーム表面の面積に対する開口の総面積の比率（開口率）が６２％であった。
このローラをトナー供給ローラとして乾式電子写真装置に組み込み、温度２０℃、湿度５０％ＲＨにおいて４８時間放置した後、グレー（濃度８％）の画像を印刷したところ、画像に濃度のむらが現れた。
【００２９】
比較例３
グリセリンにエチレンオキサイド１２重量％とプロピレンオキサイド８８重量％を付加した、重量平均分子量が５０００、官能基数が３、末端水酸基が１級水酸基である割合が８０％であるポリエーテルポリオール１０0.００重量部、発泡剤として水2.００重量部、架橋剤としてジエタノールアミン1.００重量部、触媒としてトリエチレンジアミンの３３重量％ＤＰＧ溶液0.６０重量部、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン0.３０重量部およびポリエーテル変性シリコーンオイル（東レダウコーニングシリコーン（株）製，ＳＦ２９６５）2.００重量部をあらかじめ攪拌混合し、混合物（Ａ成分）を得た。
ポリイソシアネートとしては、８０重量％のＴＤＩ−８０と２０重量％のクルードＭＤＩからなるブレンドイソシアネート（日本ポリウレタン工業（株）製，コロネート１０２１）（Ｂ成分）を用いた。
上記Ａ成分およびＢ成分を小型発泡機のタンクに仕込み、Ａ成分とＢ成分の単位時間当たりの吐出量の重量比がＡ成分／Ｂ成分＝１０8.９０／２9.２０となるように、吐出流量を調整し、インペラー回転数を約３０００ｒｐｍとして２成分を混合攪拌した。その混合物を、中心部に金属製のシャフトを配置した、内径１6.０ｍｍ、長さ２２ｃｍの円筒形状のモールドに、その端部に設けられた開口部から吐出ノズルにより注入し、注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をした。これを７０℃の熱風循環式オーブン中で１０分間加熱して硬化させ、シャフトの外周にポリウレタンフォーム層が形成されたローラをモールドから取り出し、更に１２０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間加熱して硬化させ、非導電性ポリウレタンフォームローラを作製した。
【００３０】
このポリウレタンフォームローラは、フォーム密度が0.０８６ｇ／ｃｍ3 、圧縮バネ定数が0.４７Ｎ／ｍｍ、ローラ表面のフォームの開口径の平均が３８６μｍ、フォーム表面の面積に対する開口の総面積の比率（開口率）が６３％であった。
このローラをトナー供給ローラとして乾式電子写真装置に組み込み、温度２０℃、湿度５０％ＲＨにおいて４８時間放置した後、グレー（濃度８％）の画像を印刷したところ、画像に濃度のむらが現れた。
【００３１】
比較例４
グリセリンにエチレンオキサイド１０重量％とプロピレンオキサイド９０重量％を付加した、重量平均分子量が３０００、平均官能基数が３、末端水酸基が１級水酸基である割合が５５％であるポリエーテルポリオール９0.００重量部、水2.００重量部、触媒としてトリエチレンジアミンの３３重量％ＤＰＧ溶液0.６０重量部、Ｎ−メチルモルフォリン0.３０重量部、エーテル変性シリコーンオイル（東レダウコーニングシリコーン（株）製，ＳＲＸ２９４Ａ）2.００重量部を攪拌混合し、混合物（Ａ成分）を得た。次に、上記ポリオール１0.００重量部とスタナスオクトエート0.１２重量部を攪拌混合し、混合物（Ｂ成分）を得た。ポリイソシアネートとして、ＴＤＩ−８０（日本ポリウレタン工業（株）製，コロネートＴ−８０）（Ｃ成分）を用いた。
上記Ａ成分、Ｂ成分およびＣ成分をそれぞれ小型発泡機のタンクに仕込み、Ａ成分、Ｂ成分およびＣ成分の単位時間当たりの吐出量の重量比がＡ成分／Ｂ成分／Ｃ成分＝９4.９０／１0.１２／３0.２２となるように、吐出流量を調整し、インペラー回転数を約３０００ｒｐｍとして３成分を混合攪拌した。その混合物を、中心部に金属製のシャフトを配置した、内径１6.０ｍｍ、長さ２２ｃｍの円筒形状のモールドに、その端部に設けられた開口部から吐出ノズルにより注入し、注入されたポリウレタン原料が発泡して円筒の端部から漏れだす前に端部に蓋をした。これを１００℃の熱風循環式オーブン中で２０分間加熱して硬化させ、シャフトの外周にポリウレタンフォーム層が形成されたローラをモールドから取り出し、更に１２０℃の熱風循環式オーブン中で１５分間加熱して硬化させ、非導電性ポリウレタンフォームローラを作製した。
【００３２】
このポリウレタンフォームローラは、フォーム表面に開口部を持たず、フォーム密度が0.１２１ｇ／ｃｍ3 、圧縮バネ定数が0.８６Ｎ／ｍｍ、フォーム表面の面積に対する開口の総面積の比率（開口率）が０％であった。
このローラをトナー供給ローラとして乾式電子写真装置に組み込み、温度２０℃、湿度５０％ＲＨにおいて４８時間放置した後、グレー（濃度８％）の画像を印刷したところ、画像に濃度むらが現れた。更に連続して白ベタ画像を１０００枚印刷した後、グレーの画像を再び印刷したところ、画像に更に大きな濃度むらが現れた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の弾性部材は、長時間使用してもトナー融着が少なく、良好な画像が得られるものであり、トナー供給ローラなどの画像形成装置用部材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に示したトナー供給ローラの圧縮バネ定数の測定法を示す概略図である。
【符号の説明】
１：ローラ
２：シャフト
３：ポリウレタンフォーム
４：Ｖブロック
５：フォースゲージ
６：圧縮治具（円板圧子）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an elastic member used in an image forming apparatus such as an electrophotographic apparatus, an electrostatic recording apparatus, and a toner flight recording apparatus, and an image forming apparatus equipped with the elastic member.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the advancement of electrophotographic technology, medium resistance elastic rollers have attracted attention as transfer members, toner supply members, charging members, etc. of dry electrophotographic apparatuses. Transfer rollers, developing rollers, toner supply rollers, charging rollers, etc. It is used for. In the past, polymer elastomers and polymer foams having rubber elasticity have been used as materials for forming the medium resistance elastic roller.
Conventionally, as a member used for such purpose, NBR, EPDM, silicone rubber, polyurethane and other elastomers and foams provided with conductivity by conductive carbon such as carbon black, metal oxide, ionic conductive agent, etc. There are also non-conductive members to which these conductivity-imparting agents are not added depending on the application.
Among these, the polyurethane material is a low-hardness foam suitable for the above-mentioned conductive member, and can be made into a low-hardness foam by a method using a foaming agent such as water or a low-boiling compound or a method using mechanical stirring. And is preferably used for the above members. The hardness of the polyurethane foam can be lowered by selecting the raw materials that determine the chemical structure of the polyurethane and the amount of the polyurethane foam.
[0003]
As a toner supply member in an electrophotographic apparatus, a roller made of urethane foam or silicone foam is used. Urethane foam is widely used because it has higher mechanical strength than silicone foam and is inexpensive.
In the electrophotographic apparatus, toner is supplied from a toner cartridge onto a developing roller by a toner supply roller. Since the toner supply roller is required to supply the toner uniformly to the developing roller, a foam having low hardness and fine cells is preferably used. In the toner supply roller made of foam, the toner not only adheres to the surface of the toner supply roller but also enters the foam. For this reason, when the roller is used for a long period of time, the flexibility of the roller becomes poor, and the toner is not uniformly conveyed to the developing roller, which may cause image defects. In recent electrophotographic apparatuses, there is an increasing number of cases where a toner having a relatively low melting point is used for the purpose of energy saving or the like. However, if the hardness of the toner supply roller is high, friction between the roller and the toner is caused. There is a tendency for the toner to be easily fused, and there is a need for a toner supply roller having a lower hardness.
[0004]
There are various methods for reducing the hardness of the toner supply roller. For example, there is a method of obtaining a low-hardness foam by increasing the amount of a foaming agent such as water and lowering the density of the foam. However, in this method, the foam tends to have low hardness and the cell tends to become coarse, and it is difficult to simultaneously satisfy the low hardness and the fine cell. In the case of a toner supply roller made of foam, obtaining a foam with low hardness and fine cells has been a major technical problem.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides an elastic member made of polyurethane foam having a low hardness and fine cells, and an image forming apparatus equipped with the elastic member, which can obtain a good image even when used for a long time as well as an initial image. To do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent search for a toner supply roller made of a polyurethane foam that produces a good image with little toner fusion even when used for a long time, the present inventors have found that a polyurethane containing formic acid and / or formate as a foaming agent by foam molding the foam raw material under pressure, the polyurethane foam is obtained having a low hardness and microcellular, a toner supply roller composed of such polyurethane foams, when attached to the images forming apparatus, good initial image Thus, it has been found that a good image can be obtained even when used for a long time. The present invention has been completed based on such findings.
That is, the present invention provides (A) a polyurethane foam obtained by stirring and mixing a polyurethane foam raw material containing a polyol, a polyisocyanate, a catalyst, a foaming agent and a foam stabilizer, or (B) a urethane pre-synthesized from a polyol and a polyisocyanate. In a toner supply roller comprising a polyurethane foam obtained by stirring and mixing a polyurethane foam raw material containing a polymer, a chain extender, a catalyst, a foaming agent and a foam stabilizer, 8 to 80% of propylene oxide and 8% of ethylene oxide are used as polyols. A polyether polyol having a weight average molecular weight of 2,000 to 10,000 and a functional group number of 2.0 to 4.5 is used, with a proportion of 65 to 100% added at a terminal hydroxyl group of 65 to 100%. Polio in polyurethane foam (A) After mixing these raw materials with stirring, those containing 0.05 to 4 parts by weight of formic acid and / or formate with respect to 100 parts by weight of polyurethane or 100 parts by weight of urethane prepolymer in polyurethane foam (B) , it poured into a cylindrical mold, closing the inlet, a toner supply roller formed by foam molding under pressure, and is intended to provide an image forming apparatus equipped with the toner supply roller.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The elastic member of the present invention comprises (A) a polyurethane foam obtained by stirring and mixing a polyurethane foam raw material containing a polyol, a polyisocyanate, a catalyst, a foaming agent and a foam stabilizer, or (B) a urethane pre-synthesized from a polyol and a polyisocyanate. The polyurethane foam is obtained by stirring and mixing a polyurethane foam raw material containing a polymer, a chain extender, a catalyst, a foaming agent and a foam stabilizer.
[0008]
The foaming agent used in the present invention contains formic acid and / or formate, and the amount used is 100 parts by weight of polyol in polyurethane foam (A) or 100 parts by weight of urethane prepolymer in polyurethane foam (B). On the other hand, it is 0.05 to 4 parts by weight, preferably 0.1 to 3.5 parts by weight, and more preferably 0.2 to 3.0 parts by weight. If the amount of formic acid and / or formate is less than 0.05 parts by weight, the hardness may not be sufficiently reduced and a good image may not be obtained. There is a risk that the distortion will decrease. Examples of the formate include salts composed of formic acid and triethylenediamine, tetramethylhexanediamine, diethanolamine, dimethylbenzylamine, triethylamine, hydrazine, and the like.
Examples of components other than formic acid and / or formate contained in the blowing agent used in the present invention include water, methylene chloride, alternative chlorofluorocarbon, cyclopentane, isopentane, and liquefied carbon dioxide. Moreover, even if a foaming agent consists only of formic acid and / or a formate, it is preferable.
[0009]
In the polyol used in the present invention, ethylene oxide is added in an amount of 8 to 25% by weight, preferably 10 to 20% by weight, and the ratio of the terminal hydroxyl group to a primary hydroxyl group is 65 to 100%, preferably 70 to 100%. The average molecular weight is 2000 to 10000, preferably 2500 to 9000, and the average number of functional groups is 2.0 to 4.5, preferably 2.5 to 4.0. In the present invention, such polyols and other types of polyols can be blended and used. In this case, the use ratio of the polyol according to the present invention and the other polyol can be set as polyol according to the present invention / other polyol = 70 to 100/30 to 0 (weight ratio). Examples of other polyols include polyether polyols, polyester polyols, polyisoprene polyols, polybutadiene polyols, hydrogenated polybutadiene polyols, and polymer polyols other than those described above.
[0010]
The polyisocyanate used in the present invention includes tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), crude diphenylmethane diisocyanate (crude MDI), isophorone diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, hydrogenated tolylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate. Polyisocyanates having no unsaturated bond such as these, isocyanurate-modified products, carbodiimide-modified products, glycol-modified products and the like are preferably used. Particularly preferably, the ratio of 2,4-tolylene diisocyanate to 2,6-tolylene diisocyanate is 80/20 by weight ratio of TDI-80, TDI-80 to crude diphenylmethane diisocyanate (crude MDI). It is a blended isocyanate (for example, Coronate 1021 manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd.) having a weight ratio of 80/20.
[0011]
The polyisocyanate used in the present invention may be reacted with a polyol by a one-shot method, or previously reacted with a polyol to form a urethane prepolymer, and this may be reacted with a foaming agent and a foam stabilizer. Alternatively, by using a material containing formate, a polyurethane foam having low hardness and fine cells can be obtained.
[0012]
Examples of the catalyst for curing the foam include monoamines such as triethylamine and dimethylcyclohexylamine, diamines such as tetramethylethylenediamine, tetramethylpropanediamine, and tetramethylhexanediamine, pentamethyldiethylenetriamine, pentamethyldipropylenetriamine, Triamines such as tetramethylguanidine, cyclic amines such as triethylenediamine, dimethylpiperazine, methylethylpiperazine, methylmorpholine, dimethylaminoethylmorpholine, dimethylimidazole, dimethylaminoethanol, dimethylaminoethoxyethanol, trimethylaminoethylethanolamine, methyl Alcohol amines such as hydroxyethylpiperazine, hydroxyethylmorpholine, Ether amines such as bis (dimethylaminoethyl) ether, ethylene glycol bis (dimethyl) aminopropyl ether, stannous octoate, dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin marker butylide, dibutyltin thiocarboxylate, dibutyltin dimaleate And organometallic compounds such as dioctyltin marker peptide, dioctyltin thiocarboxylate, phenylmercury propionate, and lead octenoate. Of these, organotin catalysts are particularly preferred. These catalysts may be used alone or in combination of two or more.
[0013]
As the foam stabilizer used in the present invention, a modified silicone oil, that is, a silicone foam stabilizer is used, and 100 parts by weight of the polyol in the polyurethane foam (A) or 100 parts by weight of the polyurethane prepolymer in the polyurethane foam (B). 0.5 to 5.0 parts by weight is preferable, and 0.8 to 3.0 parts by weight is more preferable.
Examples of the chain extender used in the present invention include ethylene glycol, 1,4-butanediol, trimethylolpropane and the like, and 0.5 to 20% with respect to 100 parts by weight of the polyurethane prepolymer in the polyurethane foam (B). 0 parts by weight is preferable, and 1.0 to 10.0 parts by weight is more preferable.
In addition, other additives such as a flame retardant, a punching / cutting processability improver, an organic filler, and an inorganic filler can be added as necessary.
[0014]
The elastic member of the present invention can be applied to both a non-conductive member and a conductive member. In the case of a non-conductive member, it is not necessary to add a conductive agent. In the case of a conductive member, it is preferable to impart conductivity with a carbon conductive agent or an ionic conductive agent. Examples of the carbon conductive agent include gas black such as electrified black, ketjen black, and acetylene black, oil furnace black including ink black, thermal black, channel black, and lamp black. Addition of carbon increases the viscosity of the polyurethane foam raw material, and water-dispersed carbon is also preferably used to avoid insufficient stirring and mixing. Examples of ionic conductive agents include inorganic salts such as lithium perchlorate, sodium perchlorate, and calcium perchlorate, lauryl trimethyl ammonium chloride, stearyl trimethyl ammonium chloride, octadecyl trimethyl ammonium chloride, dodecyl trimethyl ammonium chloride, hexadecyl trimethyl. Preferred are quaternary ammonium salts such as ammonium chloride, modified aliphatic dimethylethylammonium ethosulphate, tetraethylammonium perchlorate, tetrabutylammonium perchlorate, tetraethylammonium borofluoride, tetrabutylammonium borofluoride, tetrabutylammonium chloride, etc. Used. Moreover, a metal oxide powder, a metal powder, etc. can also be used as a electrically conductive agent.
[0015]
The elastic member of the present invention is manufactured by stirring and mixing polyurethane foam raw materials, then pouring them into a cylindrical mold, closing the injection port, and performing foam molding under pressure. The inlet can be provided, for example, at the end of a cylindrical mold, and in this case, it is preferable to cover the end before the polyurethane raw material injected into the mold foams and leaks from the end of the cylinder. .
By foaming the polyurethane foam raw material under these conditions, the initial compression spring constant on the roller surface is 0.3 to 0.8 N / mm, and the compression spring constant after printing 1000 sheets after being incorporated into the image forming apparatus is 2 An elastic member having 0.0 N / mm or less, a foam opening diameter on the roller surface of 400 μm or less, and a ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface of 40% or more can be obtained.
[0016]
If the initial compression spring constant is less than 0.3 N / mm, the toner is not sufficiently scraped and supplied, which may cause image density reduction and unevenness. If the initial compression spring constant exceeds 0.8 N / mm, the initial image Even if it is good, there may be a problem in durability. If the compression spring constant after printing 1000 sheets exceeds 2.0 N / mm, color unevenness may occur. If the opening diameter of the foam on the roller surface exceeds 400 μm, uneven color may occur. If the ratio of the total area of the openings to the area of the foam surface is less than 40%, the toner is not sufficiently scraped and supplied, and there is a possibility that the density and unevenness of the image may be reduced. The initial compression spring constant is preferably 0.4 to 0.6 N / mm. The compression spring constant after 1,000 sheets are printed in an image forming apparatus is preferably 1.6 N / mm or less, and the opening diameter of the foam on the roller surface is Preferably, the ratio of the total area of the openings to the area of the foam surface is 250% or less, preferably 50% or more.
[0017]
The elastic member of the present invention can be used for various uses for both non-conductive members and conductive members, and is particularly preferably used as a toner supply member of an image forming apparatus. When the elastic member of the present invention is of a roller shape, a polyurethane foam can be formed around the metal shaft. As the metal shaft, a steel material such as sulfur free-cutting steel plated with zinc or the like, aluminum, stainless steel, phosphor bronze, or the like can be used.
[0018]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
In addition, about the roller etc. which were obtained by the Example and the comparative example, the characteristic test was done in the following way.
(1) The weight of the density polyurethane foam in air was divided by the volume.
(2) Compression spring constant The compression spring constants at three locations in the longitudinal direction of the roller (near the center and both ends) were measured over the circumferential direction of the roller by the measuring method shown in FIG. As shown in FIG. 1, the
(3) Opening diameter and opening ratio Using a CCD video camera manufactured by Hilox Co., Ltd., a photograph was taken at a magnification of about 70 times, the opening diameter of the polyurethane foam surface was measured, and the average was obtained. The opening area was calculated and divided by the area of the polyurethane foam surface to obtain the opening ratio.
[0019]
Example 1
100.0 parts by weight of a polyether polyol in which 12% by weight of ethylene oxide and 88% by weight of propylene oxide are added to glycerin, the weight average molecular weight is 5000, the number of functional groups is 3, and the proportion of terminal hydroxyl groups is primary hydroxyl groups is 80%. 0.51 part by weight of formic acid as a blowing agent and 1.80 parts by weight of water, 1.00 part by weight of diethanolamine as a crosslinking agent, 0.60 part by weight of a 33 wt% DPG (dipropylene glycol) solution of triethylenediamine as a catalyst, N , N, N ′, N′-tetramethylhexanediamine, 0.30 part by weight, polyether-modified silicone oil (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SF2965), 2.00 parts by weight are mixed with stirring in advance. Ingredient) was obtained.
As the polyisocyanate, blended isocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate 1021) (component B) composed of 80% by weight TDI-80 and 20% by weight crude MDI was used.
The above A component and B component are respectively charged into a tank of a small foaming machine, and discharged so that the weight ratio of the discharge amount per unit time of the A component and the B component is A component / B component = 105.70 / 26.77. The flow rate was adjusted, and the two components were mixed and stirred at an impeller rotational speed of about 3000 rpm. The mixture was injected into a cylindrical mold having an inner diameter of 16.0 mm and a length of 22 cm with a metal shaft at the center by a discharge nozzle from an opening provided at the end, and injected polyurethane Before the raw material foamed and leaked from the end of the cylinder, the end was covered. This is heated for 10 minutes in a 70 ° C. hot air circulating oven for curing, and a roller having a polyurethane foam layer formed on the outer periphery of the shaft is removed from the mold and further heated in a 120 ° C. hot air circulating oven for 15 minutes. And cured to produce a non-conductive polyurethane foam roller.
[0020]
This polyurethane foam roller has a foam density of 0.0924 g / cm 3 , an initial compression spring constant of 0.46 N / mm, an average foam diameter on the roller surface of 217 μm, and a ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface (Opening ratio) was 62%.
When this roller was incorporated in a dry electrophotographic apparatus as a toner supply roller and allowed to stand for 48 hours at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH, a gray image (density 8%) was printed, and a good image was obtained. Furthermore, after 1000 white solid images were continuously printed, a gray image was printed again, and a good image was obtained. The compression spring constant after the durability test (printing 1000 sheets) was 1.79 N / mm.
[0021]
Example 2
100.0 parts by weight of a polyether polyol in which 12% by weight of ethylene oxide and 88% by weight of propylene oxide are added to glycerin, the weight average molecular weight is 5000, the number of functional groups is 3, and the proportion of terminal hydroxyl groups is primary hydroxyl groups is 80%. 1.02 parts by weight of formic acid and 1.60 parts by weight of water as a blowing agent, 1.00 parts by weight of diethanolamine as a crosslinking agent, 0.60 part by weight of a 33 wt% DPG solution of triethylenediamine as a catalyst, N, N, N ′ , N'-tetramethylhexanediamine (0.30 parts by weight) and polyether-modified silicone oil (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SF2965) were mixed with stirring in advance to obtain a mixture (component A). .
As the polyisocyanate, blended isocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate 1021) (component B) composed of 80% by weight TDI-80 and 20% by weight crude MDI was used.
The above A component and B component are charged into a tank of a small foaming machine, and the discharge is performed so that the weight ratio of the discharge amount per unit time of the A component and the B component is A component / B component = 105.50 / 25.73 The flow rate was adjusted, and the two components were mixed and stirred at an impeller rotational speed of about 3000 rpm. The mixture was injected into a cylindrical mold having an inner diameter of 16.0 mm and a length of 22 cm with a metal shaft at the center by a discharge nozzle from an opening provided at the end, and injected polyurethane Before the raw material foamed and leaked from the end of the cylinder, the end was covered. This is heated for 10 minutes in a 70 ° C. hot air circulating oven for curing, and a roller having a polyurethane foam layer formed on the outer periphery of the shaft is removed from the mold and further heated in a 120 ° C. hot air circulating oven for 15 minutes. And cured to produce a non-conductive polyurethane foam roller.
[0022]
This polyurethane foam roller has a foam density of 0.0908 g / cm 3 , a compression spring constant of 0.43 N / mm, an average foam diameter on the roller surface of 237 μm, and a ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface ( Opening ratio) was 63%.
When this roller was incorporated in a dry electrophotographic apparatus as a toner supply roller and allowed to stand for 48 hours at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH, a gray image (density 8%) was printed, and a good image was obtained. Furthermore, after 1000 white solid images were continuously printed, a gray image was printed again, and a good image was obtained. The compression spring constant after the durability test (printing 1000 sheets) was 1.65 N / mm.
[0023]
Example 3
100.0 parts by weight of a polyether polyol in which 12% by weight of ethylene oxide and 88% by weight of propylene oxide are added to glycerin, the weight average molecular weight is 5000, the number of functional groups is 3, and the proportion of terminal hydroxyl groups is primary hydroxyl groups is 80%. 1.53 parts by weight of formic acid and 1.40 parts by weight of water as a foaming agent, 1.00 parts by weight of diethanolamine as a crosslinking agent, 0.60 part by weight of a 33% by weight DPG solution of triethylenediamine as a catalyst, N, N, N ′ , N'-tetramethylhexanediamine (0.30 parts by weight) and polyether-modified silicone oil (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SF2965) were mixed with stirring in advance to obtain a mixture (component A). .
As the polyisocyanate, blended isocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate 1021) (component B) composed of 80% by weight TDI-80 and 20% by weight crude MDI was used.
The above A component and B component are charged into a tank of a small foaming machine, and discharged so that the weight ratio of the discharge amount per unit time of the A component and B component is A component / B component = 105.30 / 2.68. The flow rate was adjusted, and the two components were mixed and stirred at an impeller rotational speed of about 3000 rpm. The mixture was injected into a cylindrical mold having an inner diameter of 16.0 mm and a length of 22 cm with a metal shaft at the center by a discharge nozzle from an opening provided at the end, and injected polyurethane Before the raw material foamed and leaked from the end of the cylinder, the end was covered. This is heated for 10 minutes in a 70 ° C. hot air circulating oven for curing, and a roller having a polyurethane foam layer formed on the outer periphery of the shaft is removed from the mold and further heated in a 120 ° C. hot air circulating oven for 15 minutes. And cured to produce a non-conductive polyurethane foam roller.
[0024]
This polyurethane foam roller has a foam density of 0.0858 g / cm 3 , a compression spring constant of 0.41 N / mm, an average foam diameter on the roller surface of 243 μm, and a ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface ( Opening ratio) was 65%.
When this roller was incorporated in a dry electrophotographic apparatus as a toner supply roller and allowed to stand for 48 hours at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH, a gray image (density 8%) was printed, and a good image was obtained. Furthermore, after 1000 white solid images were continuously printed, a gray image was printed again, and a good image was obtained. The compression spring constant after the durability test (printing 1000 sheets) was 1.58 N / mm.
[0025]
Comparative Example 1
100.0 parts by weight of a polyether polyol in which 12% by weight of ethylene oxide and 88% by weight of propylene oxide are added to glycerin, the weight average molecular weight is 5000, the number of functional groups is 3, and the proportion of terminal hydroxyl groups is primary hydroxyl groups is 80%. 2.00 parts by weight of water as a blowing agent, 1.00 parts by weight of diethanolamine as a crosslinking agent, 0.60 part by weight of a 33% by weight DPG solution of triethylenediamine as a catalyst, N, N, N ′, N′-tetramethylhexane 0.30 parts by weight of diamine and 2.00 parts by weight of a polyether-modified silicone oil (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SF2965) were mixed in advance to obtain a mixture (component A).
As the polyisocyanate, blended isocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate 1021) (component B) composed of 80% by weight TDI-80 and 20% by weight crude MDI was used.
The above A component and B component are charged into a tank of a small foaming machine and discharged so that the weight ratio of the discharge amount per unit time of the A component and B component is A component / B component = 105.90 / 29.20. The flow rate was adjusted, and the two components were mixed and stirred at an impeller rotational speed of about 3000 rpm. The mixture was injected into a cylindrical mold having an inner diameter of 16.0 mm and a length of 22 cm with a metal shaft at the center by a discharge nozzle from an opening provided at the end, and injected polyurethane Before the raw material foamed and leaked from the end of the cylinder, the end was covered. This is heated for 10 minutes in a 70 ° C. hot air circulating oven for curing, and a roller having a polyurethane foam layer formed on the outer periphery of the shaft is removed from the mold and further heated in a 120 ° C. hot air circulating oven for 15 minutes. And cured to produce a non-conductive polyurethane foam roller.
[0026]
This polyurethane foam roller has a foam density of 0.096 g / cm 3 , a compression spring constant of 0.64 N / mm, an average foam diameter on the roller surface of 235 μm, and a ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface ( Opening ratio) was 59%.
When this roller was incorporated in a dry electrophotographic apparatus as a toner supply roller and allowed to stand for 48 hours at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH, a gray image (density 8%) was printed, and a good image was obtained. Further, after 1000 white solid images were printed continuously and then a gray image was printed again, uneven density appeared in the image. The compression spring constant after the durability test (printing 1000 sheets) was 2.46 N / mm.
[0027]
Comparative Example 2
100.0 parts by weight of a polyether polyol in which 12% by weight of ethylene oxide and 88% by weight of propylene oxide are added to glycerin, the weight average molecular weight is 5000, the number of functional groups is 3, and the proportion of terminal hydroxyl groups is primary hydroxyl groups is 80%. 2.50 parts by weight of water as a blowing agent, 1.00 parts by weight of diethanolamine as a crosslinking agent, 0.60 part by weight of a 33 wt% DPG solution of triethylenediamine as a catalyst, N, N, N ′, N′-tetramethylhexane 0.30 parts by weight of diamine and 2.00 parts by weight of a polyether-modified silicone oil (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SF2965) were mixed in advance to obtain a mixture (component A).
As the polyisocyanate, blended isocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate 1021) (component B) composed of 80% by weight TDI-80 and 20% by weight crude MDI was used.
The above A component and B component are charged into a tank of a small foaming machine, and discharged so that the weight ratio of the discharge amount per unit time of A component and B component is A component / B component = 106.40 / 34.67 The flow rate was adjusted, and the two components were mixed and stirred at an impeller rotational speed of about 3000 rpm. The mixture was injected into a cylindrical mold having an inner diameter of 16.0 mm and a length of 22 cm with a metal shaft at the center by a discharge nozzle from an opening provided at the end, and injected polyurethane Before the raw material foamed and leaked from the end of the cylinder, the end was covered. This is heated for 10 minutes in a 70 ° C. hot air circulating oven for curing, and a roller having a polyurethane foam layer formed on the outer periphery of the shaft is removed from the mold and further heated in a 120 ° C. hot air circulating oven for 15 minutes. And cured to produce a non-conductive polyurethane foam roller.
[0028]
This polyurethane foam roller has a foam density of 0.087 g / cm 3 , a compression spring constant of 0.60 N / mm, an average of the foam opening diameter on the roller surface of 316 μm, and the ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface ( Opening ratio) was 62%.
This roller was incorporated in a dry electrophotographic apparatus as a toner supply roller and left for 48 hours at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH. After printing a gray image (density 8%), uneven density appeared in the image.
[0029]
Comparative Example 3
100.0 parts by weight of a polyether polyol in which 12% by weight of ethylene oxide and 88% by weight of propylene oxide are added to glycerin, the weight average molecular weight is 5000, the number of functional groups is 3, and the proportion of terminal hydroxyl groups is primary hydroxyl groups is 80%. 2.00 parts by weight of water as a blowing agent, 1.00 parts by weight of diethanolamine as a crosslinking agent, 0.60 part by weight of a 33 wt% DPG solution of triethylenediamine as a catalyst, N, N, N ′, N′-tetramethylhexane 0.30 parts by weight of diamine and 2.00 parts by weight of a polyether-modified silicone oil (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SF2965) were mixed in advance to obtain a mixture (component A).
As the polyisocyanate, blended isocyanate (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate 1021) (component B) composed of 80% by weight TDI-80 and 20% by weight crude MDI was used.
The above A component and B component are charged into a tank of a small foaming machine, and discharged so that the weight ratio of the discharge amount per unit time of the A component and the B component is A component / B component = 108.90 / 29.20. The flow rate was adjusted, and the two components were mixed and stirred at an impeller rotational speed of about 3000 rpm. The mixture was injected into a cylindrical mold having an inner diameter of 16.0 mm and a length of 22 cm with a metal shaft at the center by a discharge nozzle from an opening provided at the end, and injected polyurethane Before the raw material foamed and leaked from the end of the cylinder, the end was covered. This is heated for 10 minutes in a 70 ° C. hot air circulating oven for curing, and a roller having a polyurethane foam layer formed on the outer periphery of the shaft is removed from the mold and further heated in a 120 ° C. hot air circulating oven for 15 minutes. And cured to produce a non-conductive polyurethane foam roller.
[0030]
This polyurethane foam roller has a foam density of 0.086 g / cm 3 , a compression spring constant of 0.47 N / mm, an average of the foam opening diameter on the roller surface of 386 μm, and the ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface ( Opening ratio) was 63%.
This roller was incorporated in a dry electrophotographic apparatus as a toner supply roller and left for 48 hours at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH. After printing a gray image (density 8%), uneven density appeared in the image.
[0031]
Comparative Example 4
Polyether polyol having a weight average molecular weight of 3000, an average number of functional groups of 3, and a terminal hydroxyl group being a primary hydroxyl group of 55% by adding 10% by weight of ethylene oxide and 90% by weight of ethylene oxide to glycerin is 9.00% by weight. Parts, 2.00 parts by weight of water, 0.60 part by weight of 33% DPG solution of triethylenediamine as a catalyst, 0.30 part by weight of N-methylmorpholine, ether-modified silicone oil (manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., SRX294A) 2.00 parts by weight were mixed with stirring to obtain a mixture (component A). Next, 10.00 parts by weight of the polyol and 0.12 parts by weight of stannous octoate were stirred and mixed to obtain a mixture (component B). As the polyisocyanate, TDI-80 (manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd., Coronate T-80) (C component) was used.
The above A component, B component and C component are respectively charged into a tank of a small foaming machine, and the weight ratio of the discharge amount per unit time of the A component, B component and C component is A component / B component / C component = 94.90. The three components were mixed and agitated at an impeller rotational speed of about 3000 rpm by adjusting the discharge flow rate so as to be /0.12/30.22. The mixture was injected into a cylindrical mold having an inner diameter of 16.0 mm and a length of 22 cm with a metal shaft at the center by a discharge nozzle from an opening provided at the end, and injected polyurethane Before the raw material foamed and leaked from the end of the cylinder, the end was covered. This is heated for 20 minutes in a 100 ° C. hot air circulating oven for curing, and a roller having a polyurethane foam layer formed on the outer periphery of the shaft is removed from the mold and further heated in a 120 ° C. hot air circulating oven for 15 minutes. And cured to produce a non-conductive polyurethane foam roller.
[0032]
This polyurethane foam roller has no opening on the foam surface, the foam density is 0.121 g / cm 3 , the compression spring constant is 0.86 N / mm, and the ratio of the total area of the opening to the area of the foam surface (opening ratio) Was 0%.
When this roller was incorporated in a dry electrophotographic apparatus as a toner supply roller and allowed to stand for 48 hours at a temperature of 20 ° C. and a humidity of 50% RH, a gray (density 8%) image was printed. Further, after 1000 continuous white solid images were printed, and a gray image was printed again, a larger density unevenness appeared in the image.
[0033]
【The invention's effect】
The elastic member of the present invention is suitable for a member for an image forming apparatus such as a toner supply roller, because even if it is used for a long time, toner fusion is small and a good image can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a method for measuring a compression spring constant of a toner supply roller shown in an embodiment.
[Explanation of symbols]
1: Roller 2: Shaft 3: Polyurethane foam 4: V block 5: Force gauge 6: Compression jig (disc indenter)
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