JP4130538B2 - 連通セルを有する発泡体ローラの製造方法及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連通セルを有する発泡体ローラの製造方法及び画像形成装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、画像形成装置に用いられるトナー供給ローラとして有用な、セル骨格がそれを形成する膜が破断し、内部が連通した形で表面の近傍に存在する発泡体ローラを製造する方法及びこの方法で得られた該発泡体ローラを装着してなる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、乾式電子写真装置等の画像形成装置には、現像用、転写用、トナー供給用、クリーニング用、給紙用など種々の目的で弾性層を有するローラが使用されており、特に、弾性層として、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）やシリコーンゴムなどを、４，４′−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）のような発泡剤で発泡させたフォームや、ポリウレタンを水やフロンなどの発泡剤で発泡させたフォーム、特にポリウレタン発泡体が賞用されている。
【０００３】
この、発泡体からなる弾性層を有するローラは、例えば、回転軸がセットされた円筒状の金型に、発泡体形成材料を注型して発泡硬化させる一体発泡成形法等により製造されるが、弾性層である発泡体は、膜によって互いに連通しない独立空間として形成された、多数のセル骨格から成り立っている。
一方、特にトナー供給ローラにおいては、トナーを均一に供給・掻き取るために、表面が自由度を有することが必要である。
しかるに、セル骨格が互いに連通しない独立空間の形で発泡体の表面に存在する場合には、表面にトナー供給ローラとして必要な自由度はなく、トナー搬送性等の性能が不十分となる。
【０００４】
又、上記のような方法により発泡体ローラを製造した場合、表面にスキン層が形成されるが、このスキン層もトナー搬送性等に不都合なものとされ、例えば、金型の表面にフッ素樹脂をコーティングしたり、離型剤を塗布した金型を使用して成形する方法や、スキン層のある発泡弾性体層を成形した後に、表面を研磨したり研削することによりスキン層を取り除く方法が提案されている。
しかし、スキン層を取り除いても、セル骨格が互いに連通しない独立空間の形で発泡体の表面に存在する限り、トナー供給ローラとして必要な自由度は得られなかった。
従って、表面の近傍においては、セル骨格がそれを形成する膜が破断し、内部が連通した形で存在する発泡体ローラの製造方法が求められている。
かかる方法としては、発泡体の表面に熱風をあててセル骨格を形成する膜を消失させたり、粘着テープを貼りつけて剥がす等の方法が考えられるが、これらの方法ではセル骨格そのものが消滅してしまい、弾性体としての機能も失われる結果となる。即ち、表面の近傍においては、セル骨格は内部が連通した形で存在することが必要なのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、画像形成装置に用いられるトナー供給ローラとして有用な、セル骨格がそれを形成する膜が破断し、内部が連通した形で表面の近傍に存在する発泡体ローラを製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、発泡体ローラの表面をセル骨格を形成する膜の破断伸び以上に引っ張ることにより、成形した発泡体ローラの表面に外力を加えて、該表面の近傍に存在するセル骨格を形成する膜を破断して該セル骨格を内部が連通した形とすることにより、その目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。また、本発明は、上記製造方法で得られた連通セルを有する発泡体ローラを装着したことを特徴とする画像形成装置をも提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の方法は、成形した発泡体ローラの表面に外力を加えて、該表面の近傍に存在するセル骨格を形成する膜を破断する方法である。
当該方法に供する発泡体ローラとしては、回転軸がセットされた円筒状の金型に、発泡体形成材料を注型して発泡硬化させる一体発泡成形法により製造される、回転軸の外周に発泡体からなる弾性層を有する発泡体ローラが適当である。
回転軸としては、例えば硫黄快削鋼などの鋼材に亜鉛などのメッキを施した金属部材、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム合金などの金属部材が挙げられる。
弾性層を形成する発泡体としては特に制限はなく、ポリウレタン発泡体、シリコーンゴム発泡体、ＥＰＤＭ発泡体など、いずれであってもよいが、特にポリウレタン発泡体（回転軸の外周にポリウレタン発泡体を設けてなるローラを、以下、ポリウレタン発泡体ローラと称す。）が、性能などの点から好適である。
このポリウレタン発泡体ローラの製造においては、ポリウレタン発泡体形成材料として、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤及び所望により用いられる導電性付与剤、触媒、整泡剤などを含有するものが使用される。
上記ポリウレタン発泡体形成材料においては、ポリオール成分やポリイソシアネート成分は、それらを反応させてなるプレポリマーの形で含まれていてもよい。
【０００８】
ポリオールあるいはプレポリマーの製造に用いられるポリオール成分としては特に制限はなく、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、疎水性ポリオールなどを挙げることができる。ここで、ポリエーテルポリオールとしては、グリセリン等にエチレンオキシドやプロピレンオキシドを付加重合したポリオール、ポリテトラメチレングリコール、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール等のポリオールが好ましく用いられる。ポリエステルポリオールとしては、ジカルボン酸とジオールやトリオールなどとの縮合により得られる縮合系ポリエステルポリオール、ジオールやトリオールをベースとしラクトンの開環重合により得られるラクトン系ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールの末端をラクトンでエステル変性したエステル変性ポリオールなどのポリオールが好ましく用いられる。また、疎水性ポリオールとしては、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などが用いられる。これらのポリオール成分は、一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【０００９】
一方、ポリイソシアネートあるいはプレポリマーの製造に用いられるポリイソシアネート成分としては、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それらのイソシアヌレート、カルボジイミド、グリコール等による変性物などが挙げられる。これらのポリイソシアネート成分は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１０】
次に、発泡剤としては、製造プロセス上の取扱いやすさ、気化や発泡のしやすさなどを考慮して、一般に沸点が２０〜６０℃の範囲にある物理的発泡剤が好ましく用いられる。そして、この発泡剤をポリウレタン発泡体の原料として用いる場合、発泡剤単独では粘度が低く、発泡機で安定した流量を得にくいため、ポリオールなどの粘度の高い原料成分とあらかじめ混合して用いるのが有利である。このような発泡剤としては、例えばｎ−ペンタン、イソペンタン、シクロペンタン、メチレンクロリド、フロン１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン）、フロン２４５ｆａ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン）、フロン３６５ｍｆｃ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン）、フロン３５６、フロン１４１ｂ（１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン）、フロン１４２ｂ（１−クロロ−１，１−ジフルオロエタン）、フロン２２（クロロジフルオロメタン）、さらには水などが挙げられる。これら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。
【００１１】
次に、本発明におけるポリウレタン発泡体形成材料において、所望により用いられる導電性付与剤としては、カーボンブラックやイオン導電剤などが挙げられる。
カーボンブラックとしては、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。イオン導電剤としては、例えばテトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウムなどのドデシルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウムなどのオクタデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムなどの過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、アルキル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩などのアンモニウム塩；リチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩などが挙げられる。
【００１２】
これらの導電性付与剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は特に制限はなく、各種状況に応じて適宜選定されるが、通常、高分子材料１００重量部に対し、０．１〜４０重量部、好ましくは０．３〜２０重量部の割合で配合される。また、上記のカーボンブラックやイオン導電剤と共に金属粉末や金属酸化物粉末などのフィラー系導電剤を添加することができる。
また、ポリウレタン発泡体形成材料において、所望により用いられる触媒としては、例えば有機金属触媒のジブチルチンジラウレート、ジブチルチンジアセテート、スタナスオクトエート、ジブチルチンマーカブチド、ジブチルチンチオカルボキシレート、ジブチルチンジマレニート、ジオクチルチンマーカブチド、ジオクチルチンチオカルボキシレート、フェニル水銀、プロピオン酸銀、オクテン酸錫、アミン触媒のトリエチルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、ジメチルアミノエタノール、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７等が好ましく用いられる。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】
さらに、該ポリウレタン発泡体形成材料においては、所望により用いられる整泡剤としては、例えばポリエーテルシリコーンオイル、ノニオン性界面活性剤、イオン性界面活性剤などが挙げられ、これらは一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
成形用金型としては、樹脂、セラミックス又は金属からなる円筒状のものが好適である。樹脂製成形金型を用いる場合には、それに注型される発泡体形成材料に対して耐性を有するものが用いられる。発泡体形成材料が、前記ポリウレタン発泡体形成材料である場合、樹脂性成形金型としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどからなる成形金型が好適である。
成形の条件については特に制約はなく、通常の一体発泡成形法の条件が採用でき、ポリウレタン発泡体の場合は、１５〜８０℃、好ましくは２０〜６５℃の範囲の温度において発泡を開始させ、型内空隙部がポリウレタン発泡体で埋められたのち、７０〜１２０℃程度の温度でキュアを行い、次いで脱型することにより発泡体ローラを得る。
なお、前記したように、この一体発泡成形法で得られた発泡体ローラの発泡体表面には通常スキン層が形成されるが、金型の表面にＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＰＦＡ（四フッ化エチレンペルフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）等のフッ素樹脂をコーティングしたり、離型剤を塗布した金型を使用すれば、スキン層のない発泡体ローラが得られる。
本発明の方法においては、表面にスキン層を有する発泡体ローラを用いても有効であるが、上記のような方法で得られるスキン層のない発泡体ローラを用いた方が、更にトナー搬送性等の性能に優れたものが得られるので好ましい。
【００１４】
次に、本発明の、連通セルを有する発泡体ローラの製造方法について、説明する。
本発明の方法は、上記のような構成材料、成形方法等により成形した発泡体ローラの表面に外力を加えて、該表面の近傍に存在するセル骨格を形成する膜を破断する方法である。
この「外力」は、表面の近傍に存在するセル骨格を形成する膜を破断する力であり、例えば、「セル骨格を形成する膜の破断伸び以上に変形させる外力」である。
この「セル骨格を形成する膜の破断伸び以上に変形させる外力」としては、発泡体ローラの表面をセル骨格を形成する膜の破断伸び以上に引っ張ることを挙げることができる。
図１は、発泡体ローラの表面を引っ張る方法の１例を示す図であり、互いに反対方向に回転する１対の歯車１，２の間に発泡体ローラ３の表面４を挟み込んで引っ張り、それにより表面近傍のセル骨格を形成する膜を破断させる。
発泡体ローラの表面は、歯車の回転により引っ張られるが、膜の破断伸び以上に引っ張った段階で、歯車を逆回転させ、発泡体ローラの表面を挟み込んだ状態から開放させる。発泡体ローラを所定角度ずつ回転させ、表面の位置を変えながら、この処置を、発泡体ローラの全表面に施すことにより、連通セルを有する発泡体ローラが得られる。無論複数対の歯車を用いて、複数箇所に同時に処置を施して、効率を高めることもできる。
【００１５】
図２は、「セル骨格を形成する膜の破断伸び以上に変形させる外力」を与える他の例を示す図であり、歯車５を発泡体ローラ３の表面４に、セル骨格を形成する膜の破断伸び以上に変形させる強度で押しつけている。歯車４と発泡体ローラとを互いに反対方向に回転させて、発泡体ローラの全表面に外力を与えることにより、連通セルを有する発泡体ローラが得られる。
【００１６】
本発明の画像形成装置は、前述の本発明の方法で得られた連通セルを有する発泡体ローラを、上記の各種部材として装着してなるものである。
【００１７】
次に、該発泡体ローラを、トナー供給ローラとして画像形成装置に装着した例について説明する。
図３は、本発明の方法で得られた連通セルを有する発泡体ローラを、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１３と静電潜像を保持した画像形成体１１との間に現像ローラ１２がその外周面を画像形成体１１の表面に近接させた状態で配設され、かつ画像形成体１１に紙などの記録媒体１８を介して、転写ローラ１５を当接させた構造を示している。トナー供給ローラ１３、現像ローラ１２及び画像形成体１１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１３により、現像ローラ１２の表面に供給され、層規制ブレード１４によって均一な薄層に整えられたのち、画像形成体１１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１１と転写ローラ１５との間に電界を発生させることにより、画像形成体１１上のトナー画像を記録媒体１８に転写させる。また、１６はクリーニングローラであり、このクリーニングローラ１６により、転写後に画像形成体１１表面に残留するトナーが除去される。なお、１７は帯電ローラである。
【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。
（発泡体ローラの作製）
▲１▼平均分子量５０００，官能基数３のポリエーテルポリオール７０重量部、▲２▼スチレングラフトタイプのポリマーポリオール３０重量部、▲３▼トリエチレンジアミン０．３重量部、▲４▼Ｎ−メチルモルフォリン０．２重量部、▲５▼水１．５重量部、▲６▼シリコーン整泡剤１．５重量部及び▲７▼ＴＤＩ−８０／ポリメリックＭＤＩの重量比率が５０／５０のイソシアネートをインデックス１０５となる量配合することにより、ポリウレタン発泡体形成材料を調製した。
このポリウレタン発泡体形成材料は、別途行われたカップ内でのフリー発泡実験において、攪拌注入後、温度２５℃にて１０秒で発泡を開始し、９０秒間で発泡を終了した。その際の密度は０．１０ｇ／ミリリットルであった。
ステンレス製の円筒形状で底部にシャフト保持用穴を有する成形金型、鉄製シャフト（径６ｍｍ、長さ２６０ｍｍ）、及びシャフト保持用孔とベントホールを設けた蓋を用意した。また、金型の内表面には、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）をコーティングした。
まず、成形金型底部のシャフト保持用穴にシャフトを差し込んだ状態で成形金を立てた。
次いで、この成形金型内に、上記のポリウレタン発泡体形成材料６．５ｇを発泡機から注入し、ただちにベントホールを有する蓋をシャフト保持用孔にシャフトの端部が入るように成形金型の開口部に装着した。
２５℃で９０秒間発泡させ、発泡体が成形金型内に充満しベントホールから溢れ出した時点で、ベントホールにキャップをして、金型内を密閉系とした。
次いで、金型を９０℃に保持したオーブンに入れ２０分間加熱した。
次いで脱型後、裁断して直径１８ｍｍ、長さ２２０ｍｍのシャフト付きポリウレタン発泡体ローラを作製した。
このローラは、表面にスキン層は全くなかった。
【００１９】
実施例１
上記のようにして成形された発泡体ローラを用い、図１に示した如く、互いに反対方向に回転する１対の歯車１，２の間に発泡体ローラ３の表面４を挟み込んで引っ張り、それにより表面近傍のセル骨格を形成する膜を破断させた。発泡体ローラも回転させて、１周分の表面にこの処置を施した。
得られた発泡体ローラの表面状態をマイクロスコ−プを用い、１００〜２００倍の倍率で観察したところ、セル骨格が破壊されていることが確認された。
【００２０】
実施例２
実施例１で得られた連通セルを有する発泡体ローラを、図３に示した電子写真方式の画像形成装置にトナー供給ローラとして装着し、画像形成試験を行ったところ、画像の乱れもなく、トナー搬送の掻き取り・搬送が安定的に行われていることが証明された。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、表面にセル骨格が残っており、しかもそのセル骨格はそれを形成する膜が破断されていて自由に動くことができるため、トナーの供給・掻き取り機能が特に要求される、トナー供給ローラとして好適な、連通セルを有する発泡体ローラを、効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の、発泡体ローラの表面に外力を加える方法の１例を示す図である。
【図２】 本発明の、発泡体ローラの表面に外力を加える方法の他の例を示す図である。
【図３】 本発明の画像形成装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２ 歯車
３ 発泡体ローラ
４ 発泡体ローラの表面
５ 歯車
１１ 画像形成体
１２ 現像ローラ
１３ トナー供給ローラ
１４ 層規制用ブレード
１５ 転写ローラ
１６ クリーニングローラ
１７ 帯電ローラ
１８ 記録媒体

Claims (4)

1. 発泡体ローラの表面をセル骨格を形成する膜の破断伸び以上に引っ張ることにより、成形した発泡体ローラの表面に外力を加えて、該表面の近傍に存在するセル骨格を形成する膜を破断して該セル骨格を内部が連通した形とすることを特徴とする連通セルを有する発泡体ローラの製造方法。
2. 発泡体ローラが、スキン層を形成させない方法で成形されたものであることを特徴とする請求項１に記載の連通セルを有する発泡体ローラの製造方法。
3. 互いに反対方向に回転する１対の歯車の間に発泡体ローラの表面を挟み込み引っ張ることを特徴とする請求項１又は２に記載の連通セルを有する発泡体ローラの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法で得られた連通セルを有する発泡体ローラを装着したことを特徴とする画像形成装置。

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