JP4352218B2

JP4352218B2 - Ｏａローラ及びｏａローラの製造方法

Info

Publication number: JP4352218B2
Application number: JP2003201010A
Authority: JP
Inventors: 暁草野; 渉高橋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: JP2005041940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置に用いられるトナー供給ローラ、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、バイアスローラ、バックアップローラ、クリーニングローラ、給紙ローラ等として用いられるスキンレスタイプのウレタンフォーム層を有するＯＡローラ及びその製造方法に関し、更に詳述すれば、ワンショット法により効率的に製造することができる上記ＯＡローラ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンター等の電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置においては、トナー供給ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、バイアスローラ、バックアップローラ、クリーニングローラ、給紙ローラ等のＯＡローラが用いられている。
【０００３】
これらのＯＡローラとして、シャフトの外周にウレタンフォーム層を形成したものが知られており、特にトナー供給ローラ等では、上記ウレタンフォーム層の発泡セルがローラの外周面に開口したスキンレス発泡体層で外周面が形成されたローラが用いられている。
【０００４】
従来、このようなウレタンフォーム層を有するローラの製造方法としては、ポリオール、イソシアネート、水、及び整泡剤を含有する発泡性組成物を攪拌し、これをシャフトを配置した金型内に注入し、該発泡性組成物を発生した炭酸ガスにより発泡させると共に固化させて、シャフトの外周にウレタンフォーム層を形成する方法が知られている（特許文献１：特開２０００−３２０５３６号、特許文献２：特開２０００−３４７４９６号、特許文献３：特開２０００−２１９７１７号、等参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３２０５３６号
【特許文献２】
特開２０００−３４７４９６号
【特許文献３】
特開２０００−２１９７１７号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、ウレタンフォーム層を発泡セルがローラ外周面に開口したスキンレス発泡体層とするためには、成形を行う毎に離型剤を金型内周面に塗布する必要があり、これが生産性を低下させる原因の一つとなっている。
【０００７】
また、フッ素樹脂コートやＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ処理による撥水化処理を金型内周面に施して金型内面の離型性を高めることにより、離型剤を用いることなく、スキンレスタイプのウレタンフォーム層を成形することが可能であるが、金型にこのような撥水化処理を施しても通常１０〜１５ショットでその撥水性（離型性）が劣化し、良好なスキンレス発泡体層を得ることができなくなる。このため、撥水化処理を施した金型を用いても目標とする製品物性を安定的に達成するには、場合によっては成形毎に毎回金型の洗浄を行わなければならず、この方法による量産化は、事実状困難であるのが現状である。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、発泡セルが外周面に開口したスキンレスタイプのポリウレタンフォーム層で外周面が形成されたトナー供給ローラ等のＯＡローラを効率よく得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、ポリオール、イソシアネート、水及び整泡剤を含有する発泡性組成物を金型内で成形発泡させ、発泡セルが外周面に開口したスキンレスタイプのウレタンフォーム層で外周面が形成されたＯＡローラを得る場合に、上記発泡性組成物のポリオール成分として、エチレンオキサイド含有量０〜２０質量％のメインポリオールとエチレンオキサイド含有量２５〜１００質量％のサブポリオールとを併用すること共に、このサブポリオールの配合量を上記メインポリオール１００重量部に対して２〜２０重量部とし、かつシリコーン整泡剤を上記メインポリオール１００重量部に対し２〜１０重量部添加して上記発泡性組成物を調製することにより、フッ素樹脂コートやＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキ等の撥水化処理を施した金型で、離型剤を用いることなく、発泡セルの開口部の開口全面積がローラ外周面の５５％以上となるスキンレスタイプのウレタンフォーム層を得ることができ、しかも金型の洗浄を行うことなく５０ショット以上の連続成形を行うことが可能であり、極めて効率的に上記スキンレスタイプのウレタンフォーム層を有するＯＡローラが得られることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１０】
従って、本発明は、少なくとも外周面が、ポリオール、イソシアネート、水及び整泡剤を含有する発泡性組成物を成形発泡させたウレタンフォーム層で形成され、かつ該ウレタンフォーム層の発泡セルが外周面に開口したスキンレス発泡体層であるＯＡローラにおいて、上記ウレタンフォーム層を成形する発泡性組成物が、エチレンオキサイド含有量０〜２０質量％のメインポリオール１００重量部に対して、エチレンオキサイド含有量２５〜１００質量％のサブポリオール２〜２０重量部、及びシリコーン整泡剤２〜１０重量部を含有するものであり、かつ上記ウレタンフォーム層の上記発泡セルの開口部の開口全面積がローラ外周面の５５％以上であることを特徴とするＯＡローラを提供する。
【００１１】
更に、本発明は、金型内にシャフト又はその他の基体を配置し、該金型内にポリオール、イソシアネート、水及び整泡剤を含有する発泡性組成物を注入して、上記シャフト又はその他の基体の外周にウレタンフォーム層を発泡成形し、外周面が、発泡セルが外周面に開口したスキンレスウレタンフォーム層で形成されたＯＡローラを得る、ＯＡローラの製造方法において、上記金型として、キャビティー内周面に撥水化処理を施したものを用いると共に、該キャビティー内周面に離型剤を塗布することなく、上記発泡性組成物として、エチレンオキサイド含有量０〜２０質量％のメインポリオール１００重量部に対して、エチレンオキサイド含有量２５〜１００質量％のサブポリオール２〜２０重量部、及びシリコーン整泡剤２〜１０重量部を含有する発泡性組成物を上記金型内に注入して上記発泡セルの開口部の開口全面積がローラ外周面の５５％以上であるスキンレスウレタンフォーム層を成形することを特徴とするＯＡローラの製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき、更に詳しく説明する。
本発明のＯＡローラは、上記のように、ポリオール、イソシアネート、水及び整泡剤を含有する発泡性組成物を成形発泡させたスキンレスタイプのウレタンフォーム層でローラ外周面を形成したものである。
【００１３】
上記発泡性組成物の上記ポリオール成分としては、特に制限はなく、ウレタンフォーム製造の原料ポリオールとして公知のものを用いることができ、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリエステルポリエーテル系ポリオール等をローラの用途等に応じて適宜選択することができる。例えば、トナー供給ローラとする場合には、特に制限されるものではないが、耐久性の点でポリエーテル系ポリオールが特に好ましく用いられる。
【００１４】
ここで、本発明では、このポリオール成分として、エチレンオキサイド含有量（「ＥＯ含有量」と略記する）が０〜２０質量％、好ましくは１０〜２０質量％、より好ましくは１０〜１５質量％のメインポリオールと、ＥＯ含有量２５〜１００質量％、好ましくは５０〜８５質量％、より好ましくは６０〜８５質量％のサブポリオールとを併用するものである。この場合、上記メインポリオールとサブポリオールとは同種のものであっても、異種のものであってもよいが、通常は同種のポリオールを用いることが好ましい。
【００１５】
上記メインポリオールは、特に制限させるものではないが、数平均分子量２０００〜１００００、特に５０００〜８０００であることが好ましく、また１級ＯＨ価は０〜９０、特に７５〜９０であることが好ましい。一方上記サブポリオールは、特に制限されるものではないが、数平均分子量２０００〜１００００、特に３０００〜６０００であることが好ましく、また１級ＯＨ価は１０〜５０、特に１５〜４５であることが好ましい。
【００１６】
上記メインポリオールとサブポリオールとの混合割合は、上記メインポリオール１００重量部に対してサブポリオールを２〜２０重量部とする。この場合、サブポリオールの使用量が２重量部未満であると、独気性が強くなりすぎて本発明の目的を良好に達成することが困難となり、一方２０重量部を超えるとセル荒れという不都合を生じることとなる。なお、より好ましいサブポリオールの使用量は、メインポリオール１００重量部に対して３〜１５重量部、更には５〜１０重量部である。
【００１７】
次に、上記発泡性組成物の上記イソシアネート成分としては、特に制限はなく公知のイソシアネートを使用することができ、例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ＭＤＩ、トリフェニルジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が例示され、これらの１種又は２種以上を混合して用いることができる。
【００１８】
上記イソシアネートの配合量は、上記ポリオール成分の官能基数などに応じて適宜設定され、に制限されるものではないが、通常はＮＣＯＩｎｄｅｘで８０〜１２０、特に９０〜１００とすることが好ましく、ＮＣＯＩｎｄｅｘが８０未満では、硬度が低くなり過ぎて、製品毎の目標硬度が得られない場合があり、一方ＮＣＯＩｎｄｅｘが１２０を超えると硬度が高くなりすぎて、同じく製品毎の目標硬度が得られない場合がある。
【００１９】
上記発泡性組成物に配合される整泡剤としては、シリコーン整泡剤が用いられる。シリコーン整泡剤としては、オルガノポリシロキサン、変性シリコーンオイルや界面活性剤などが用いられ、より具体的には、東レ・ダウコーニング・シリコン（株）社製「ＳＲＸ２７４Ｃ」などが挙げられる。
【００２０】
このシリコーン整泡剤の配合量は、上記メインポリオール１００重量部に対して２〜１０重量部とされ、２重量部未満であると撥水処理を施した金型を用いても１０〜１５ショット程度で金型の撥水性が低下して、良好にスキンレスタイプの発泡体層を得ることができなくなり、本発明の目的を達成することができない。一方、１０重量部を超えると、独気性が必要以上に高くなってしまう。なお、より好ましい配合量は、メインポリオール１００重量部に対して３〜９重量部、特に５〜８重量部である。
【００２１】
上記発泡性組成物には、上記シリコーン整泡剤以外の整泡剤を併用することもできる。この場合、その他の整泡剤としては、アルキルカルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩などが挙げられ、これらその他の整泡剤の配合量は、特に制限されるものではないが、上記メインポリオール１００重量部に対して０．１〜３重量部、特に０．１〜１重量部とすることが好ましい。
【００２２】
この発泡性組成物には、水が必須成分として配合されるが、この水の配合量は、通常上記メインポリオール１００重量部に対して１〜４重量部、特に１．５〜２．５重量部とすることが好ましい。
【００２３】
この発泡性組成物には、上記ポリオール成分、イソシアネート成分、整泡剤、及び水の他に、触媒、充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、導電剤等の公知の添加剤を必要に応じて適量添加配合することができる。
【００２４】
この場合、上記触媒は、特に制限させるものではないが、良好な発泡成形を促す点から適量を添加配合することが好ましい。触媒としては、アミン系、錫系のいずれの触媒も用いることができ、アミン系触媒としては、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、ビス−（ジメチルアミノエチル）エーテル、テトラメチルプロピレンジアミン、トリメチルアミノエチルピペラジン、トリメチルエチレンジアミン、ジメチルベンジルアミン、メチルモルホリン、エチルモルホリン、トリエチレンジアミン等が挙げられ、錫系触媒としては、スタナスオクテート、ジブチルチンジラウレート等が挙げられる。これら触媒の配合量は、上記メインポリオール１００重量部に対して０．１〜２重量部、特に０．５〜１．５重量部とすることができる。
【００２５】
本発明のＯＡローラは、上記発泡性組成物を成形発泡させたスキンレスタイプのウレタンフォーム層で外周面を形成したものであり、この場合、このウレタンフォーム層は、上記発泡性組成物を構成する各成分を混合攪拌し、これをシャフト又はその他の基体を配置した金型内に注入し、該金型内で発泡性組成物を成形発泡させることにより、シャフト又はその他の基体の外周にＯＡローラの表面を構成する発泡体層として形成することができる。
【００２６】
この場合、金型としてキャビティー内面にフッ素樹脂コートやＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキなどの撥水化処理を施した金型を用いることにより、離型剤を要することなくワンショット法により、容易に発泡セルが外周面に開口したスキンレス発泡体層とすることができる。しかも、１０〜１５ショット程度で金型の洗浄が必要になるようなこともなく、５０〜２００ショットもの連続成形を行っても良好なスキンレス発泡体層を確実に得ることができるものである。なお、本発明によれば、金型の洗浄を省略することが可能なものであるが、勿論１０〜１５ショット毎又は毎回金型を洗浄してもよく、その場合には金型の寿命を延長化することができるものである。
【００２７】
ここで、上記金型のキャビティー内面に施す撥水化処理は、上記フッ素樹脂コートやＰＴＦＥ含有Ｎｉメッキに制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、適宜選択することができる。
【００２８】
なお、上記発泡性組成物を金型内で成形発泡し、スキンレスタイプのウレタンフォーム層を形成する際の成形温度や圧縮率などの成形条件に特に制限はなく、成形条件は、発泡性組成物の組成やウレタンフォーム層に求められる物性等に応じて適宜設定すればよい。また、ローラの軸心となる基体は、金属等からなるシャフト又は、このシャフトの外周に他の発泡体やエラストマーなどからなる中間層を設けたものを用いることもできるが、通常はシャフトのみを用い、シャフトの外周に直接上記ウレタンフォーム層を形成することが好ましい。
【００２９】
本発明のＯＡローラは、上記のように、発泡セルが外周面に開口したスキンレスタイプのウレタンフォーム層でローラ外周面を構成したものである。この場合、このウレタンフォーム層の物性は特に制限されるものではなく、ローラの用途等に応じて適宜選定される。例えば、トナー供給ローラの場合、ローラ外周面に開口した発泡セルの開口径は１００〜８００μｍ、特に２００〜４００μｍとすることが好ましく、また発泡セルは、その開口部の開口全面積がローラ外周面の５５％以上とされ、特に５５〜７０％であることが好ましい。更に硬度は３５０ｇ以下、特に５０〜２００ｇとすることが好ましい。
【００３０】
なお、硬度の測定は、図２に示したように、ローラ１のシャフト両端部を支持し、５０ｍｍ角（厚さ７ｍｍ）の押圧板１０を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度でローラ１の表面に押圧し、１ｍｍ変位時の押圧加重を硬度として測定したものである。この場合、ローラ１の軸方向に沿った２箇所で、それぞれ周方向に９０°ずつ変位させて４箇所を測定し、これら８箇所の平均値をローラの硬度とする。
【００３１】
本発明のＯＡローラは、複写機やプリンター等の電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置における、トナー供給ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、バイアスローラ、バックアップローラ、クリーニングローラ、給紙ローラ等に用いられるものであるが、これらの中では特にトナー供給ローラとして好適に用いられるものである。
【００３２】
この場合、上記トナー供給ローラとは、電子写真装置や静電記録装置の現像機構部で、現像ローラ表面に当接して回転し、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、上記現像ローラ表面にトナーを供給するローラであり、このようなトナー供給ローラを用いた現像機構部としては、図１に示した現像機構を例示することができる。即ち、図１の機構では、感光ドラム（潜像保持体）３に現像ローラ２を当接又は近接させた状態に配置すると共に、更にこの現像ローラ２にトナー供給ローラ１を当接させた状態に配置して、これら感光ドラム３、現像ローラ２、及びトナー供給ローラ１をそれぞれ図中矢印方向に回転させることにより、トナーカセット内のトナー溜りからトナー供給ローラ１によってトナーｔを現像ローラ２の表面に供給し、このトナーｔを成層ブレード４により均一な薄層に整え、この状態で現像ローラ２が感光ドラム３と接触又は近接した状態で回転することにより、薄層に形成されたトナーｔが現像ローラ２から感光ドラム３の潜像に付着して、該潜像を可視化することにより、現像が行われるようになっている。そして、本発明のＯＡローラは、上記トナー供給ローラ１として好適に用いられるものである。なお、図中５は転写部であり、ここで紙等の記録媒体６にトナー画像を転写するようになっており、また７はクリーニング部であり、そのクリーニングブレード８により転写後に感光ドラム３表面に残留するトナーを除去するようになっている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のＯＡローラは、上記特定組成の発泡性組成物から形成されたスキンレスタイプのウレタンフォーム層で外周面が形成されたものであり、本発明によればこのＯＡローラを良好な物性を保持したままワンショット法により生産性よく製造することができる。
【００３４】
【実施例】
内周面をフッ素樹脂でコートした円筒状の金型（１６ｍｍφ）内に金属製のシャフトをセットし、この金型内に下記表１に示した組成のウレタンフォーム発泡性組成物をよく攪拌して注入し、離型剤を用いることなくワンショット法によりシャフトの外周にスキンレスタイプのウレタンフォーム層（厚さ５．５ｍｍ）を形成して、トナー供給ローラを作製した。この場合、金型の洗浄を行うことなくこの操作を連続的に繰り返し、金型内周面に施したフッ素樹脂コートの撥水性（離型性）が低下して、良好なスキンレスタイプのウレタンフォーム層が得られなくなるショット数（コーティング耐久性）を調べた。結果を表１に示す。なお、表１中の「ＴＤＩ／粗ＭＤＩ」の欄はＴＤＩと粗ＭＤＩとの重量混合比、「ＮＣＯＩｎｄｅｘ」の欄はＴＤＩ／粗ＭＤＩ混合物の配合量をＮＣＯＩｎｄｅｘで示したものであり、その他の配合割合は全て重量部である。
【００３５】
次に、得られた各ローラのウレタンフォーム層について、上述の測定法による硬度、ローラ外周面に開口した発泡セルの開口部の開口全面積がローラ外周面に占める割合（開口率）を調べた。また、各ローラを図１に示された構成の現像装置にトナー供給ローラ１として装着し、３枚の画像出しを行って画像ムラの有無及び程度を、◎：全くなし、○：ほとんどなし、×：ムラあり、の三段階で評価した。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

＊１：三洋化成（株）社製「ＦＴ７０３」（ＥＯ／ＰＯ質量比：１３／８７）
＊２：三洋化成（株）社製「ＦＴ１０３」（ＥＯ／ＰＯ質量比：７５／２５）
＊３：東レ・ダウコーニング・シリコン（株）社製「ＳＲＸ２７４Ｃ」
＊４：花王（株）社製「カオライザーＮｏ．３１」
＊５：花王（株）社製「カオライザーＮｏ．１」
【００３７】
表１に示されているように、本発明にかかる実施例１〜９のＯＡローラ（トナー供給ローラ）は、表面のスキンレスウレタンフォーム層が良好な物性を有し、良好な性能を確実に発揮し得ると共に、フッ素樹脂コートを施した金型を用いて離型剤を用いることなく、ワンショット法によって５０〜２００ショットの連続成形を行うことができ、非常に効率よく生産し得ることが確認された。一方、比較例１のローラは、シリコーン整泡剤の作用により良好なコーティング耐久性を示すものの、サブポリオールを用いていないためにスキンレスウレタンフォーム層の物性及びローラの性能に劣るものであった。また、比較例２のローラは、良好なスキンレスウレタンフォーム層の物性及びローラ性能が得られるものの、シリコーン整泡剤の使用量が足りないために、コーティング耐久性に著しく劣り、１０ショット毎に金型の洗浄を行う必要が生じて、生産性が非常に悪いものであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】トナー供給ローラを用いた現像機構の一例を示す概略図である。
【図２】ローラ表面に形成されたウレタンフォーム層の硬度の測定方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１トナー供給ローラ
２現像ローラ
３感光ドラム
４成層ブレード
５転写部
６記録媒体
７クリーニング部
８クリーニングブレード
ｔトナー

Claims

少なくとも外周面が、ポリオール、イソシアネート、水及び整泡剤を含有する発泡性組成物を成形発泡させたウレタンフォーム層で形成され、かつ該ウレタンフォーム層の発泡セルが外周面に開口したスキンレス発泡体層であるＯＡローラにおいて、
上記ウレタンフォーム層を成形する発泡性組成物が、エチレンオキサイド含有量０〜２０質量％のメインポリオール１００重量部に対して、エチレンオキサイド含有量２５〜１００質量％のサブポリオール２〜２０重量部、及びシリコーン整泡剤２〜１０重量部を含有するものであり、かつ上記ウレタンフォーム層の上記発泡セルの開口部の開口全面積がローラ外周面の５５％以上であることを特徴とするＯＡローラ。
上記ウレタンフォーム層の上記発泡セルの開口部の開口全面積がローラ外周面の５５〜７０％である請求項１記載のＯＡローラ。
上記ウレタンフォーム層が、硬度３５０ｇ以下である請求項１又は２記載のＯＡローラ。
シャフト又はその他の基体を配置した金型に、上記発泡性組成物を注入して、上記シャフト又はその他の基体の外周に上記ウレタンフォーム層を発泡成形したものである請求項１〜３のいずれか１項に記載のＯＡローラ。
電子写真装置や静電記録装置の現像機構部で、現像ローラ表面に当接して回転し、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、上記現像ローラ表面にトナーを供給するトナー供給ローラである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＯＡローラ。
金型内にシャフト又はその他の基体を配置し、該金型内にポリオール、イソシアネート、水及び整泡剤を含有する発泡性組成物を注入して、上記シャフト又はその他の基体の外周にウレタンフォーム層を発泡成形し、外周面が、発泡セルが外周面に開口したスキンレスウレタンフォーム層で形成されたＯＡローラを得る、ＯＡローラの製造方法において、
上記金型として、キャビティー内周面に撥水化処理を施したものを用いると共に、該キャビティー内周面に離型剤を塗布することなく、上記発泡性組成物として、エチレンオキサイド含有量０〜２０質量％のメインポリオール１００重量部に対して、エチレンオキサイド含有量２５〜１００質量％のサブポリオール２〜２０重量部、及びシリコーン整泡剤２〜１０重量部を含有する発泡性組成物を上記金型内に注入して上記発泡セルの開口部の開口全面積がローラ外周面の５５％以上であるスキンレスウレタンフォーム層を成形することを特徴とするＯＡローラの製造方法。