JP4311198B2

JP4311198B2 - ウレタンスポンジロール及びその製造方法

Info

Publication number: JP4311198B2
Application number: JP2003427648A
Authority: JP
Inventors: 可大竹山
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP2005186323A

Description

本発明は、ウレタンスポンジロール及びその製造方法に係り、特に、電子写真現像方式を利用した複写機やプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において用いられているロール部材として好適なウレタンスポンジロールと、それを有利に製造し得る方法に関するものである。

従来から、軸体（芯金）の周りに、ウレタン発泡体からなるスポンジ状の層が、所定の厚さで形成されてなるウレタンスポンジロールは、電子写真方式を利用した複写機やプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、帯電ロールや現像ロール、トナー供給ロール、転写ロール、給紙ロール、クリーニングロール等として、用いられてきている。例えば、特開平８−２７６５１２号公報には、帯電ロールが、また特開平１０−２５４２３３号公報には、トナー供給ロールが、更に特開平８−１６６６９５号公報には、現像部材としての現像ロールが、軟質のスポンジ層を軸体の周りに一体的に形成してなるロール構造において、明らかにされている。

ところで、そのような軸体の周りに多孔構造のウレタンスポンジ層を一体的に形成してなるウレタンスポンジロールにあっては、そのロール表面性状が、かかるウレタンスポンジ層を与えるセル構造によって影響を受け、例えば、画像形成装置における各種ロールとして用いた場合において、表面の凹凸やセル開口形状等によって、表面性状が悪化し、そのために、画像の均一性に大きな影響をもたらし、画像ムラを惹起する問題を内在する他、ウレタンスポンジ層におけるセルの連通性や、その成形性等においても、問題を内在し、各種ロールとしての用途に充分に応え得るものではなかったのである。

例えば、帯電ロールにあっては、ウレタンスポンジ層における内部スポンジの連通性が高い方が、同様の材料を用いても、連通性が低い方よりも、ロール形状を変形させた後の形状回復性が良好となるのであり、更に、成形時においては、内部スポンジの連通性が高いと、ガス抜け、収縮変形を抑制し、金型の内面形状の追随性が向上して、成形キャビティの形状乃至は大きさにより適合した、形状安定性に優れたロールとすることが出来るのであるが、従来からのウレタンスポンジロールにおいては、内部スポンジの連通性が充分でなく、従って、型内面形状の追随性、更には形状安定性に劣り、画像均一性においても、充分なものではなかったのである。

また、トナー供給ロールにおいては、均一なトナー供給性と、トナーへのストレス低減とがスポンジ層に要求されることとなるが、現像ロール上へのトナーの供給性は、当接する表面セルの形状や開口率による影響が大きいことを考慮し、また、ロール内部のトナーの流動性を高め、トナーの循環効率を高めて、トナーの凝集や詰まりの防止を図って、前記した要求を満足させるためには、ロール表面近傍のセルを変化（拡大）させることなく、内部セルのみを連通化させることが有効と考えられる。

ここにおいて、ウレタン発泡体であるウレタンスポンジ層の表面と内部との間でセル径に分布をもたせてなるスポンジロールを製造する方法としては、一般に、金型を用いたインテグラルスキンフォームの形成手法の採用が考えられる。而して、かかるインテグラルスキンフォームの成形手法は、金型の成形キャビティ面を、撥水性の平滑面にて構成して発泡成形を行うことにより、表面層は硬いスキン層となり、内部は軟らかいフォーム層となったサンドイッチ構造状のものとして得られるのであり、そこでは、高密度発泡となるが故に、ロール表面近傍のセル微細化には効果があるものの、ロールの表面硬度が高くなるという問題があり、軟質ポリウレタンフォーム層を形成する上においては、制約のあるものであった。

特開平８−２７６５１２号公報特開平１０−２５４２３３号公報特開平８−１６６６９５号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決すべき課題とするところは、表面近傍のセル形状に極力影響を与えることなく、ロール内部のセルのみを拡大連通化させ、ロールとしての機能を高めたウレタンスポンジロールと、その有利な製造方法を提供することにあり、また、他の課題とするところは、セルの連通度に優れ、且つ形状追随性を高めた、圧縮永久歪み値も低く抑えてなるウレタンスポンジロールを有利に得る技術を提供することにある。

そして、本発明にあっては、かくの如き技術的課題の解決のために、ロール形状を与える成形キャビティを有する金型を用い、該成形キャビティ内において、ロール軸となる長手棒状の軸体を同心的に配置した状態にて、ウレタン発泡原料を発泡成形せしめることにより、該軸体の周りに連続気泡型のウレタンスポンジ層を所定厚さで形成してなるウレタンスポンジロールを製造するに際して、前記金型の温度よりも前記軸体の温度を高めて、前記発泡成形を行うことにより、前記ウレタンスポンジ層の該軸体近傍におけるセル径が、該金型側となる表層近傍のセル径よりも大きくなるようにしたことを特徴とするウレタンスポンジロールの製造方法を、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従うウレタンスポンジロールの製造方法によれば、前記軸体と前記金型との温度差は、２０〜８０℃とされ、これによってより一層有効なセル構造が実現される。

また、そのような本発明に従う製造方法の望ましい態様の別の一つによれば、前記金型よりも高い温度に予熱された前記軸体が、該金型の前記成形キャビティ内に同心的に配置せしめられて、前記発泡成形が実施されることとなるのである。

さらに、本発明に従うウレタンスポンジロールの製造方法によれば、前記金型の成形キャビティの内周面側にチューブ状のカバーゴムを配置して、該カバーゴムと前記軸体との間で、前記ウレタン発泡原料を発泡成形せしめることにより、形成される前記ウレタンスポンジ層の外周面に、該カバーゴムが一体的に固着されてなるロール構造とされる手法が、採用される。

加えて、本発明に従う製造方法の更に他の有利な態様の一つによれば、前記発泡成形操作の後、前記金型から取り出された発泡成形体を用い、該発泡成形体の表面に位置する前記カバーゴムによって抵抗調整層を構成する一方、該カバーゴムの外周面上に、保護層をコーティングにより更に形成して、帯電ロールとする手法が、好適に採用されることとなる。

そして、本発明にあっては、また、上記した何れかの方法によって得られたウレタンスポンジロールであって、前記ウレタンスポンジ層が、前記軸体近傍において表層近傍よりも大なるセル径とされていると共に、セル連通度において高められた構造とされていることを特徴とするウレタンスポンジロールをも、その要旨としているのである。

このように、本発明にあっては、金型発泡の特徴を生かして、金型と軸体の予熱温度に差を持たせ、ロール内部と外部に相当する両部位における発泡速度を変化させることによって形成されるセルの径と連通性を制御し、ロール表層近傍のセルを小さいままに維持する一方、軸体近傍のセルを大きくして、結果的にロール表面と内部のセル径に分布を持たせることが可能となったのであり、これによって、ウレタンスポンジロールの機能を効果的に高め、また、その成形性に関しても、例えば、表層を有する多層構成スポンジロールの製造に際して、表層直下のセルに影響を与えることなく、内部セルのみを拡大連通化させることで、成形時に発生する発泡ガスの置換性を、ロール内部で高め、金型からの脱型後のロール形状を安定して、金型形状に沿わせることが可能となったのである。

また、かかる本発明に従って得られるウレタンスポンジロールにあっては、セル連通度が高められ、且つ形状追随性に優れたものであって、その圧縮永久歪みも低く抑えられ得て、耐ヘタリ性に優れたものであるところから、画像形成装置における帯電ロールやトナー供給ロール等の各種ロールとして、有利に用いられ得、それによって、画像ムラのない優れた画像均一性の特徴を発揮し得るのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の構成について、図面を参照しつつ、更に詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従って製造されるウレタンスポンジロールのうち、帯電ロールの如き導電性ロールとして、有利に用いられるウレタンスポンジロールの代表的な構造の一例が、軸芯に直角な方向の断面において、示されている。そこにおいて、ウレタンスポンジロール１０は、ステンレス等からなる金属製の導電性軸体（芯金）１２の外周面上に、軟質乃至は低硬度のウレタン発泡体（スポンジ）からなる導電性のウレタンスポンジ層（ベース層）１４が、弾性体層として形成されており、更に、該ウレタンスポンジ層１４の外周面上に、ロール径方向の内側から外側に、半導電性材料からなる抵抗調整層１６及び保護層１８が、それぞれ所定厚さで、順次積層形成されている。即ち、かかるウレタンスポンジロール１０にあっては、軸体１２の周りに、ロール径方向の内側から外側に向かって、ベース層１４と抵抗調整層１６と保護層１８とが、それぞれ、所定の厚さにおいて、順次、一体的に積層形成されてなる構造を有して、構成されているのである。

そして、かかるウレタンスポンジロール１０にあっては、本発明に従って、そのウレタンスポンジ層１４が、図示の如く、軸体１２近傍において、抵抗調整層１６側の表層近傍よりも大なるセル径とされているのであり、しかも、セル連通度において高められた構造を呈しているところに、大きな特徴を有しているのである。

ところで、このような構造を有するウレタンスポンジロール１０は、本発明に従って、目的とするウレタンスポンジロールのロール形状を与える成形キャビティを有する金型（成形型）を用い、その成形キャビティ内において、ロール軸となる長手棒状の軸体１２を同心的に配置した状態にて、所定のウレタン発泡原料を発泡成形せしめることにより、かかる軸体１２の周りに、連続気泡型のウレタンスポンジ層１４を、所定厚さで形成するに際して、軸体１２の温度を金型温度よりも高めて、発泡成形を行うようにした手法が採用され、これによって、ウレタンスポンジ層１４の軸体１２近傍におけるセル径が、金型側の表層近傍のセル径よりも大きくなって、連通性の高められたウレタンスポンジロール１０が、有利に形成されることとなる。

具体的には、目的とするウレタンスポンジロール１０のロール形状を与える成形キャビティを有する適当な発泡成形型、好適には、図２に示されるように、パイプ状の型構造を有する、所謂パイプ型を用いて、通常のモールド発泡成形操作によって、軸体１２の周りに、軟質のウレタン発泡体からなるウレタンスポンジ層１４を所定厚さで一体的に形成せしめる手法が採用され、そこにおいて、軸体１２の温度が、成形キャビティを与える金型部分の温度よりも高くされるのである。

すなわち、図２において、金型２０は、目的とするウレタンスポンジロール１０の最終形状におけるウレタンスポンジ層１４の軸方向長さにほぼ等しい長さのパイプ部２２と、かかるパイプ部２２の両端に取り付けられて、それぞれの端部を閉塞する上下キャップ体２４、２６とから構成されており、図示の如く、パイプ部２２の中心に、長手棒状の軸体１２を位置せしめた状態において、かかるパイプ部２２の両端を、キャップ体２４、２６にてそれぞれ閉塞せしめることによって、パイプ部２２内に円筒状の成形キャビティ２８が形成されるようになっている。

そして、図示の如き構造のウレタンスポンジロール１０を得るべく、図に示されるように、金型２０の所定位置に軸体１２を配置して、所定の成形キャビティ２８を形成する一方、その形成された成形キャビティ２８におけるロール外周面を与える側の内面、即ち、パイプ部２２の内面３０には、前記した図１における抵抗調整層１６を与えるチューブ状のカバーゴム３２がセットされて、配置せしめられることにより、かかるパイプ内面３０のほぼ全体を覆うように、所定厚さの層として配設されている。その後、この状態において、金型２０の成形キャビティ２８内には、ウレタン発泡体からなるウレタンスポンジ層１４を与えるウレタン発泡原料が、従来と同様に、注型機等を用いて注入されて、通常の発泡成形操作により、モールド成形が行われるのであり、それによって、図示の如く、軸体１２の周りにおいて、軟質のポリウレタン発泡体からなるウレタンスポンジ層１４が、一体的に形成されると共に、かかるウレタンスポンジ層１４の外表面に、上記したチューブ状のカバーゴム３２が、抵抗調整層１６として固着乃至は接着され、以て、ウレタンスポンジ層１４及び抵抗調整層１６（カバーゴム３２）がロール径方向の内側から外側に向かって一体的に積層されてなるモールド成形品３４が、形成されるのである。

そして、本発明においては、かくの如き発泡成形操作において、軸体１２の温度を、金型２０、具体的にはパイプ部２２の温度よりも高くして、発泡成形を行うこととしたのである。具体的には、金型２０（パイプ部２２）や軸体１２は、一般に、結露を避け、また材料劣化を避け、発泡硬化反応を効果的に進行せしめるべく、２０℃程度から１５０℃程度に予熱され、特に、５０〜１３０℃程度に予熱されて、発泡成形操作に供されるものであるところ、本発明にあっては、そのような軸体１２の予熱温度を、金型２０（パイプ部２２）の予熱温度よりも高くして、注入されたウレタン発泡原料の発泡硬化を行なわしめることにより、ウレタン発泡原料の発泡速度を、軸体１２側において速くする一方、パイプ部２２側においては遅くして、パイプ部２２側よりも軸体１２側において、より大きなセル径を有する発泡セルが形成されるようにすると共に、その大きな発泡セルの連通性を効果的に高め得たのである。

特に、このように、金型２０と軸体１２との予熱温度に差を持たせて、内側と外側の発泡速度を変化させることによって、形成されるセルの径と連通性が効果的に制御せしめ得ることとなったのであり、以て、ロールとして用いられるに際しての機能面での優れた特徴に加えて、成形性においても格別の効果が奏され得ることとなったのである。例えば、図２に示される如きチューブ状のカバーゴム３２の存在下でのウレタンスポンジ層１４の発泡成形に際しても、表層（３２；１６）直下のセルに影響を与えることなく、内部セルのみを拡大連通化させることが可能となり、成形時に発生する発泡ガスの置換性が、ウレタンスポンジ層１４（ロール）内部において効果的に高められ得、金型２０からのモールド成形品３４の脱型後の外径形状（ロール形状）を、安定して、金型形状に効果的に沿わせることが可能となったのである。

ところで、上述の如き軸体１２と金型２０（パイプ部２２）との間に設定される温度差としては、形成されるウレタンスポンジ層１４におけるセル径の分布やその径、更には連通性の程度に応じて、適宜に決定されることとなるが、一般に、上記した軸体１２や金型２０の予熱温度において、一般に２０〜８０℃、好ましくは３０〜７０℃の温度差となるように、それら軸体１２及び金型２０（パイプ部２２）の温度が設定され、これによって、より有効なセル構造を有するウレタンスポンジ層１４が形成されることとなる。

また、かくの如くして形成されるウレタンスポンジ層１４にあっては、そのロールとしての機能を高める上において、特に、画像形成装置における各種ロールとして、有利に適用するために、その発泡構造を与える発泡セルの平均セル径としては、２００μｍ〜８００μｍ程度、好ましくは３００〜６００μｍとされることとなる。この平均セル径が、小さくなり過ぎると、成形性が困難となり、また上限を超えるようになると、ロール表面の平滑性が悪化するようになるからである。そして、このような平均セル径の範囲内において、軸体１２近傍におけるセル径が大きくなるように、また、表層近傍のセル径が小さくなるように、制御されることとなるのである。

なお、上記せる如きウレタンスポンジ層１４の一体的な発泡形成操作において、金型２０の成形キャビティ２８内に導入されて、反応・発泡せしめられるウレタン発泡原料としては、従来と同様なものが用いられ、型内で発泡硬化する従来から公知の反応性原料（ポリオール成分とポリイソシアネート成分との配合物）の何れもが、特に限定されることなく、適宜に選択されて使用されることとなる。例えば、そのようなポリウレタン原料を構成するポリオール成分としては、従来よりウレタン発泡体の製造に一般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何れもが用いられ得る。また、ポリイソシアネート成分としては、少なくとも２官能以上のポリイソシアネートの全てが用いられ得、例えば、２，４−及び２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイ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性ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネートや、それらのうちの少なくとも一種をポリオールと反応せしめてなるプレポリマー等が、単独で、または組み合わせて使用されることとなる。そして、それらポリオール成分とポリイソシアネート成分は、従来と同様に、それらの比（ポリオール成分：ポリイソシアネート成分）が、一般に、９：１〜５：５程度となるように配合せしめられている。

また、そ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ウレタン発泡原料には、それらを反応せしめて形成されるポリウレタンを発泡させるために、水が発泡剤として用いられる。なお、この発泡剤としての水の添加量は、一般に、ポリオール成分の１００重量部に対して、０．１〜３．０重量部程度とされるが、好ましくは０．５〜２．０重量部程度が採用される。なお、この水の添加量が少なくなると、充分な発泡を行い難くなると共に、また形成される発泡セルが大きくなる問題があり、逆に、多くなり過ぎると、発泡速度が速く、金型２０へ注入を行う前に、注型機内において発泡反応が進み過ぎ、これにより、ウレタン発泡原料の体積が増加して、注型口から反応途中の原料が漏れたりして、安定した注入作業を行うことが出来なくなって、歩留りが悪くなったり、更には、発泡状態の均一化が有利に図られ得ないために、ウレタン発泡体からなるウレタンスポンジ層１４の表面にうねりが発生して、表面が凹凸となる等の問題が生ずるようになる。

更に、そのようなウレタン発泡原料には、目的とするウレタンスポンジロール１０に、所望とする導電性が付与され得るように、カーボンブラック、金属粉末、導電性金属酸化物、第４級アンモニウム塩等の導電剤が配合され、そのような導電剤が配合されたウレタン発泡原料にて形成される導電性のウレタンスポンジ層１４の体積抵抗値は、一般に、１×１０³ 〜１×１０⁶ Ω・ｃｍ程度に調整されることとなる。

加えて、上述せる如きウレタン発泡原料には、従来と同様に、必要に応じて触媒、整泡剤、難燃剤、減粘剤、安定剤、充填剤、架橋剤、着色剤等の各種添加剤が、所望とするスポンジ（発泡体）硬度を生ぜしめ易い公知の配合となるように、適宜に添加せしめられる。

また、かかる発泡成形操作にて形成されるウレタンスポンジ層１４の硬度や厚みにあっては、ロールの用途等に応じて、適宜に設定されるものの、硬度としては、一般に、アスカーＣ硬度で、６０゜以下の硬度であることが望ましく、また厚みとしては、一般に２〜１０ｍｍ程度が好適に採用されることとなる。

さらに、金型２０内にセットされるチューブ状のカバーゴム３２は、例示の如き抵抗調整層１６等の所定のゴム層を与えるべく、適宜のゴム材料からなるチューブが用いられるものであるが、ここでは、抵抗調整層１６を形成すべく、エピクロルヒドリンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等のゴム材料に、導電剤、好ましくはイオン導電剤や帯電防止剤などが配合されて、体積抵抗率が、一般に１０⁷ 〜１０¹⁰Ωｃｍ程度に調整されてなる形成材料が用いられる。そして、そのようなカバーゴム３２の厚みとしては、一般に１０〜１０００μｍ程度、好ましくは１００〜５００μｍ程度が有利に採用されることとなる。

そして、上述の如くして、発泡成形して得られたモールド成形品３４は、金型２０から脱型された後、その外周面上に、保護層１８が形成されることにより、図１に示される構造のウレタンスポンジロール１０が製造されるのである。なお、かかる保護層１８は、画像形成装置における帯電ロールとして用いられる場合において、ロール表面にトナーなどが付着堆積するのを抑制するために設けられるものであって、例えば、Ｎ−メトキシメチル化ナイロン等のナイロン系材料や、弗素変性アクリレート系樹脂を含む樹脂組成物等にカーボンブラックや導電性金属酸化物等の導電剤が配合されて、その体積抵抗率が１×１０⁸ 〜１×１０¹³Ωｃｍ程度となるようにして、形成されることとなる。また、このような保護層１８は、従来と同様に、ディッピングやロールコート等の公知のコーティング手法により形成され、その厚みは、通常３〜２０μｍ程度とされる。

そして、このような構成を有するウレタンスポンジロール１０（導電性ロール）にあっては、軸体１２上にウレタン発泡体からなるウレタンスポンジ層１４が形成され、更に抵抗調整層１６、保護層１８が順次設けられているところから、導電性のウレタンスポンジ層１４にて、抵抗度乃至は柔軟性と良好な導電性とが付与され、また抵抗調整層１６にて、優れた耐電圧性（耐リーク性）が付与され、更に、保護層１８にてロール表面へのトナー等の付着体積が効果的に抑制され得たものとなっていることにより、画像形成装置における帯電ロール等として、好適に用いられ得るようになっている。

以上、本発明の代表的な実施形態について詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等、限定的に解釈されるものではないことが理解されるべきである。

例えば、上記の実施形態においては、ウレタンスポンジロール１０として、帯電ロールに好適な導電性を有するロールの代表的な構造を例示し、その製造方法を詳細に説明したが、本発明は、軸体１２の周りに、ウレタンスポンジ層を所定厚さにおいて形成してなるウレタンスポンジロールの全てに適用され得るものであり、そのような構造のウレタンスポンジロールが、本発明に従って有利に製造されて、上述せる如き導電性を有するロール１０の他にも、現像ロール、トナー供給ロール、転写ロール、給紙ロール等の従来から電子写真方式を利用した複写機やプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置における各種ロールとして、用いられるのである。

また、本発明の対象とするウレタンスポンジロールにおいて、そのロール構造や導電性の有無等は、目的とするウレタンスポンジロールの用途等に応じて、適宜に決定されるものであり、例えばトナー供給ロールの場合にあっては、図２において、チューブ状のカバーゴム３２を成形キャビティ２８内にセットすることなく、軸体１２とパイプ部２２との間で、ウレタン発泡原料を用いて、直接に発泡成形が行われ、以て、形成されるウレタンスポンジ層（１４）の外表面が直接に外部に露呈せしめられた形態のモールド成形品として形成され、それが、そのまま、トナー供給ロールとして用いられることとなる。

そして、そのような構成のトナー供給ロールにあっても、本発明に従えば、ウレタンスポンジ層の表層近傍のセル径が小さくされている一方、軸体近傍におけるセル径が大きくされてなる構造となっているところから、セル連通度が向上され、また圧縮永久歪やトナーの詰まり性が、効果的に改善され得ていると共に、トナーのかき取り性が悪化することもなく、均一なトナーの供給性が有利に確保され得たものとなっているのである。

その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、またそのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。

実施例１
先ず、ウレタン発泡原料を調製するために、下記の配合組成に従って、ポリオール成分を含むポリオール配合剤と、ポリイソシアネート成分としてプレポリマーを含むポリイソシアネート配合剤を、それぞれ調製した。そして、それらポリオール配合剤とポリイソシアネート配合剤とをポリオール配合剤：ポリイソシアネート配合剤＝１００：２５の重量比となるように混合して、ウレタン発泡原料を調製した。

−ポリオール配合剤− （配合比）
ＥＰ−８２８（三井化学(株)製、ポリオール成分）９０重量部
ＰＯＰ−３１−２８（三井化学(株)製、ポリオール成分）１０重量部
ケッチェンＥＣ（導電剤）２重量部
カオライザーＮＯ．３１（花王(株)製、第三級アミン触媒）０．５重量部
トヨキャットＨＸ−３５（東ソー(株)製、第三級アミン触媒）０．１重量部
ジブチル錫ジラウレート（錫系触媒）０．１重量部
Ｌ−５３０９（日本ユニカー(株)製、シリコーン系整泡剤）３重量部
水（発泡剤）２重量部

−ポリイソシアネート配合剤− （配合比）
スミジュールVT-80(住友バイエルウレタン(株)製、ポリイソシアネート成分)
２６．９重量部

一方、下記配合組成の抵抗調整層用形成材料を、押出機により、チューブ状に押し出して、１６０℃で加硫を行なった後、カットして、厚み：０．５ｍｍ×外径：１４ｍｍ×長さ：２４０ｍｍのゴム弾性体チューブ（３２）を作製した。

−抵抗調整層用形成材料− （配合比）
エピクロルヒドリンゴム１００重量部
イオン導電剤１重量部
シリカ５０重量部
加硫剤２重量部
加硫促進剤５重量部
加硫助剤１０重量部
加工助剤１重量部

次いで、金型として、図２に示される如きパイプ型（２０）を用い、その成形キャビティ（２８）内に、外径：６ｍｍ×長さ：２６０ｍｍの金属製の軸体（１２）を配置する一方、ロール外周面を与える、内径：１４ｍｍの金属（ＳＵＳ）製パイプ（２２）の内面（３０）に、上記で得られたゴムチューブ（３２）を挿入して、セットせしめた。なお、金属製パイプ（２２）の内面（３２）は、中央部径が端部径よりも０．０７０ｍｍだけ大となるようにして、太鼓型形状のウレタンスポンジ層（１４）が形成されるようにした。また、パイプ型（２０）と軸体（１２）とは、下記表１に示される所定の温度となるように予熱して、セットせしめた。

そして、かかるパイプ型（２０）に対して軸体（１２）やゴムチューブ（３２）をセットせしめた状態下において、成形キャビティ（２８）内に、上記で調製されたウレタン発泡原料を注入し、１１０℃の温度で２０分間発泡硬化させることにより、発泡成形されたモールド成形品（３４）を作成した。そして、冷却の後、得られたモールド成形品（３４）をパイプ型（２０）から取り出した後、両ゴムチューブ（３２）の外周面上に最外層としての保護層（１８）を、弗素変性アクリレート系樹脂を含む樹脂組成物を用いて、ロールコート法にてコーティングし、目的とする図１に示される如き構造の帯電ロール（１０）を得た。

かくして得られたパイプ型（２０）と軸体（１２）との予熱温度差のある各種のロールについて、それぞれ、通気量、形状追随性、製品断面セル径、圧縮永久歪及び画像評価を行い、その結果を、下記表１〜表３に示した。

−通気量：Ａの評価−
図３の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、各々のウレタンスポンジロール（１０）から、軸方向長さが５ｍｍとなるロール部分（１４＋１６＋１８）を残して、他のロール部分を除去した状態のサンプル４０を作製し、これを、Ａｌ材質の保持リング４２に設けたロール製品外径よりも０．１ｍｍ小さな内径（φ）の保持孔４４内に嵌入固定せしめて、図３（ａ）に示される如く、保持筒４６の開口端に気密に固定して、サンプル４０の軸方向の一端側が大気にさらされるようにする一方、その他端側が、保持筒（４６）の内部に露呈せしめられるようにした。そして、かかる保持筒４６の内部に連通するように、流量計４８を介して、真空ポンプ５０を設ける一方、保持筒４６内の圧力を検出する圧力計としてのマノメータ５２を設けた状態において、真空ポンプ５０を作動せしめ、マノメータ５２にて検出される保持筒４６内部の圧力と外気圧との差圧が１ｋＰａとなるようにして、そのときの空気流量を流量計４８で測定し、その測定値を、サンプル４０のウレタンスポンジ層（１４）部分の断面積で除することによって、目的とする空気量：Ａ（ｃｃ／ｍｉｎ・ｃｍ² ）を得た。

−平均セル径の評価−
それぞれのロール製品の断面をＣＣＤビデオカメラ（ソニー株式会社製）を用いて、約７０倍の倍率で拡大撮影し、その画像により、表層近傍と軸体近傍におけるセル径を測定した。また、表層近傍の平均セル径と軸体近傍の平均セル径との比及びウレタンスポンジ層（１４）全体としての平均セル径（Ｂ）も、求めた。そして、この得られた全体的なセル径の平均値（Ｂ）にて、前記求められた通気量（Ａ）を除することによって、セル連通度（Ａ／Ｂ）を算出した。

−形状追随性の評価−
各得られたロール製品の軸心方向における中央部径と両端部径とを、それぞれ測定し、その中央部径から端部径を差し引いた値をもって、形状追随性の良否を判定した。具体的には、その求められた数値が、パイプ型（２０）内のキャビティの中央部径と端部径の差である０．０７０ｍｍに近い値を示すものほど、形状追随性が良好であるものと判断した。

−圧縮永久歪の評価−
各製品ローラに対して、４０℃×９５％ＲＨなる環境条件下において、２ｋｇの荷重を１週間作用させた後の変形量を、％にて表示して、圧縮永久歪の評価を行った。なお、この数値が大なる程、変形を受けやすいことを示している。

−画像均一性の評価−
画成品ローラを、市販のレーザービームプリンター：カラー・レーザー・ジェット４６００（ヒューレット・パッカード社製）に対して、帯電ロールとしてセットした後、ハーフトーンパターン（黒）にて画出しして、画像ムラの有無について調べ、画像均一性を評価した。評価結果において、○は画像ムラが全く認められないことを、また△は画像ムラが僅かに認められることを、更に△×は画像ムラがやや認められることを、それぞれ示している。

かかる表の結果とそれをグラフ化した図４より明らかな如く、本発明に従って、軸体（１２）の予熱温度がパイプ型（２０）の予熱温度よりも高くして得られたロールにあっては、軸体とパイプ型の予熱温度が同じ温度である基準の製品ロールに比べて、通気量（Ａ）が著しく増大せしめられ、また、平均セル径においても表層近傍は小さく、一方、芯金近傍の平均セル径がより大きくなっており、セル連通度（Ａ／Ｂ）においても、著しく優れた値となっていることに加えて、形状追随性や圧縮永久歪において、優れた改善効果が認められ、更に、画像均一性においても、何等の画像ムラも認められ得ない優れた特徴を発揮するものであることが認められる。

なお、軸体（１２）の予熱温度よりも、パイプ型（２０）の予熱温度の方が高い場合にあっては、ロール表層部において異常発泡し、発泡セルが大きくなることにより、ゴムチューブ（３２）が存在しても、ロール表面が影響を受けて凹凸化し、これにより、感光ドラムとの接地性が悪化して、均一な帯電性が得られない結果、画像ムラが発生しているものと考えられている。

実施例２
実施例１の場合とは異なり、パイプ型（２０）の成形キャビティ（２８）内にゴムチューブ（３２）を挿入配置することなく、かかる成形キャビティ（２８）内に、実施例１と同様なウレタン発泡原料を注入して、発泡硬化せしめることにより、軸体（１２）の周りにウレタンスポンジ層（１４）を所定厚さにおいて一体的に形成してなるトナー供給ロールを、発泡成形せしめた。なお、その際、軸体（１２）とパイプ型（２０）のそれぞれの予熱温度を、実施例１と同様に、下記表４に示される如き温度差に設定して、それぞれ目的とするトナー供給ロールを得た。

そして、この得られた各種トナー供給ロールについて、それぞれ、通気量（Ａ）、平均セル径、セル連通度（Ａ／Ｂ）を、実施例１と同様にして求め、その結果を、下記表４〜表６に示した。また、製品ロールの圧縮永久歪については、４０℃×９５％ＲＨの環境条件下において、２０％の定変位を７日間加えた後の永久歪について調べ、その永久変位量を％にて表示した。更に、画像均一性については、実施例１と同様なレーザービームプリンターを用い、ベタ青評価を行い、その結果を、○：画像ムラなし、×：画像ムラありとして、評価した。加えて、耐久後ロール硬度上昇評価については、各製品ロールを上記のレーザービームプリンターのカートリッジに組み付け、２時間空運転して、その前後のロールの硬度（１ｍｍ変位時の応力）の変化を調べた。そして、それら得られた結果を、下表に併せ示した。

かかる表の結果から明らかなように、本発明に従って、軸体（１２）の予熱温度をパイプ型（２０）の予熱温度よりも高くすることにより、表層近傍よりも軸体近傍の平均セル径がより一層高められたウレタンスポンジ層（１４）が、高い通気量で、セル連通度の向上された構造において得られ、また、耐久後のロール硬度上昇も抑制される他、圧縮永久歪においても軽減されていることが認められる。また、画像均一性に関しても、軸体予熱温度をパイプ型の予熱温度よりも高くすることにより、画像ムラの惹起されない優れた特徴を有するトナー供給ロールとなっているのに対して、本発明とは逆に、軸体の予熱温度よりもパイプ型の予熱温度を高くした場合にあっては、ロール表面のセルが拡大し、トナーの供給性はよくなる反面、トナーのかき取り性が悪化して、均一なトナーの供給性が得られなくなったことにより、画像が悪化していることが認められる。

本発明に従って製造されるウレタンスポンジロールの一例を示す横断面説明図である。本発明において用いられる金型の一例を示す縦断面説明図であって、その成形キャビティ内において、ウレタン発泡原料が発泡硬化せしめられた状態を示している。ウレタンスポンジロールの軟質ウレタンスポンジ層の通気量の測定手法を示す説明図であって、（ａ）はシステム全体の装置配設形態を示す説明図であり、（ｂ）は各製品ロールから取り出されたサンプルのセット形態を示す説明図である。実施例１において求められた通気量と表層近傍セル径との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ウレタンスポンジロール１２軸体
１４ウレタンスポンジ層１６抵抗調整層
１８保護層２０金型
２２パイプ部（金属製パイプ）２４、２６キャップ体
２８成形キャビティ３０内面
３２カバーゴム（ゴムチューブ）３４モールド成形品
４０サンプル４２保持リング
４４保持孔４６保持筒
４８流量計５０真空ポンプ
５２マノメータ

Claims

ロール形状を与える成形キャビティを有する金型を用い、該成形キャビティ内において、ロール軸となる長手棒状の軸体を同心的に配置し、固定した状態にて、ウレタン発泡原料を発泡成形せしめることにより、該軸体の周りに連続気泡型のウレタンスポンジ層を所定厚さで形成してなるウレタンスポンジロールを製造するに際して、
前記金型の成形キャビティの内周面側にチューブ状のカバーゴムを配置して、該カバーゴムと前記軸体との間で、前記ウレタン発泡原料を発泡成形せしめることにより、形成される前記ウレタンスポンジ層の外周面に、該カバーゴムが一体的に固着されてなるロール構造が形成されるようにすると共に、該金型の温度よりも該軸体の温度を高めて、該軸体と該金型との温度差が２０〜８０℃となるようにして、前記発泡成形を行うことにより、前記ウレタンスポンジ層の該軸体近傍におけるセル径が、該金型側となる表層近傍のセル径よりも大きくなるように為し、且つセル連通度において高められた構造となるようにしたことを特徴とするウレタンスポンジロールの製造方法。
前記金型よりも高い温度に予熱された前記軸体が、該金型の前記成形キャビティ内に同心的に配置せしめられて、前記発泡成形が実施される請求項１に記載のウレタンスポンジロールの製造方法。
前記発泡成形操作の後、前記金型から取り出された発泡成形体を用い、該発泡成形体の表面に位置する前記カバーゴムによって抵抗調整層を構成する一方、該カバーゴムの外周面上に、保護層をコーティングにより更に形成して、帯電ロールとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウレタンスポンジロールの製造方法。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の方法によって得られたウレタンスポンジロールにして、
前記ウレタンスポンジ層が、前記軸体近傍において表層近傍よりも大なるセル径とされていると共に、セル連通度において高められた構造とされていることを特徴とするウレタンスポンジロール。
請求項４に記載のウレタンスポンジロールからなる帯電ロール。
ロール形状を与える成形キャビティを有する金型を用い、該成形キャビティ内において、ロール軸となる長手棒状の軸体を同心的に配置した状態にて、ウレタン発泡原料を発泡成形せしめることにより、該軸体の周りに連続気泡型のウレタンスポンジ層を所定厚さで形成してなるウレタンスポンジロールを製造するに際して、前記金型の温度よりも前記軸体の温度を高めて、前記発泡成形を行うことにより、前記ウレタンスポンジ層の該軸体近傍におけるセル径が、該金型側となる表層近傍のセル径よりも大きくなるようにすることからなる方法によって得られたトナー供給ロールにして、前記ウレタンスポンジ層が、前記軸体近傍において表層近傍よりも大なるセル径とされていると共に、セル連通度において高められた構造とされていることを特徴とするトナー供給ロール。