JP4510245B2 - 画像形成装置用部材及びそれを具備した画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置用部材、さらに詳しくは、粗大セルがなく、均一で微細なセルを有するポリウレタンフォームを用いたものであって、帯電用部材、現像用部材、転写用部材、トナー供給用部材、クリーニング用部材、さらには給紙用部材などとして用いられる、良好な性能を有する画像形成装置用部材及びそれを具備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、乾式電子写真装置等の画像形成装置には、帯電用、現像用、転写用、トナー供給用、クリーニング用などに供される部品の部材として、高分子部材が注目されており、そして、一般に帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、トナー供給ローラ、クリーニングローラなどの弾性を有するローラの形態で用いられている。弾性ローラによる帯電や転写などのプロセスでは、この高分子部材は、従来のコロトロン帯電器などと比較し、より低い電源電圧で必要な画像形成体帯電電位やトナー転写量が得られるなどの利点がある。
これらの目的に使用される高分子部材には、通常ゴム又はポリウレタンなどの高分子エラストマーやフォームが用いられ、そして、これらには、低硬度であって、画像形成体や転写材などを汚染することがなく、かつ１０⁴ 〜１０¹⁰Ωという中抵抗領域で所定の抵抗値を有することが求められる場合が多い。
【０００３】
ところが、ゴムやポリウレタンのエラストマーを低硬度化しようとすると、ジオクチルフタレートのような可塑剤やアロマオイルのようなオイル類を配合する必要があり、その結果、画像形成体などを汚染しないという要求を満たすのは困難である。したがって、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を用いるのが有利であり、特にポリウレタンフォームが賞用されている。
前記の画像装置用の各部材に用いられるポリウレタンフォームに対しては、粗大セルがなく、かつ均一で微細なセルを有することが要求される。画像不良を引き起こす粗大セルの大きさとしては、画像装置に装着されている各部材の種類により異なるが、例えば転写用部材においては、一般に最大セル径が９００μｍ以下で、かつ平均セル径が３００μｍ以下であれば、良好な画像が得られ、この範囲を逸脱すると画像むらが生じるとされている。
【０００４】
【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、粗大セルがなく、均一で微細なセルを有するポリウレタンフォームを用いたものであって、帯電用部材、現像用部材、転写用部材、トナー供給用部材、クリーニング用部材、さらには給紙用部材などとして用いられる、良好な性能を有する画像形成装置用部材及びそれを具備した画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、粗大セルがなく、均一で微細なセルを有するポリウレタンフォームを用いてなる画像形成装置用部材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、ポリウレタン成形材料として、特定の構造を有するポリエーテルポリオールと、ポリイソシアネート化合物と、特定の構造を有するシリコーン系整泡剤を含むものを用いることにより、その目的を達成しうることを見出した。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）グリセリンにエチレンオキシド又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドを付加重合してなる、重量平均分子量が１０００〜１５０００で、かつ末端水酸基中の一級水酸基の割合が５０モル％以上であるポリエーテルポリオール、（Ｂ）ポリイソシアネート化合物、及び（Ｃ）重量平均分子量４００〜３０００のポリオルガノシロキサンセグメントと重量平均分子量１０００〜７０００のポリオキシアルキレンセグメントとを、セグメント比９０：１０〜６０：４０の割合で有するポリオルガノシロキサン−ポリアルキレンオキシド共重合物からなるシリコーン系整泡剤を含むポリウレタン成形材料を、発泡硬化させてなるポリウレタンフォームを用いたことを特徴とする画像形成装置用部材及びそれを具備した画像形成装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明におけるポリウレタン成形材料においては、（Ａ）成分のポリエーテルポリオールとして、グリセリンにエチレンオキシド又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドを付加重合させたものが用いられる。上記エチレンオキシド又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドの付加モル数は、得られるポリエーテルポリオールの重量平均分子量が１０００〜１５０００の範囲になるように選定される。重量平均分子量が上記範囲を逸脱すると、所望の物性を有するポリウレタンフォームが得られない。好ましい重量平均分子量は２０００〜８０００の範囲である。
【０００７】
このポリエーテルポリオールは、末端水酸基中の一級水酸基の割合が５０モル％以上である。この一級水酸基の割合が５０モル％未満では粗大セルがなく、均一で微細なセルを有するポリウレタンフォームが得られにくく、本発明の目的が達せられない。この一級水酸基の好ましい割合は５０モル％以上であり、特に７０モル％以上が好ましい。
なお、末端水酸基の第一級化率はプロトン核磁気共鳴スペクトル（ ¹Ｈ−ＮＭＲ）の測定により、定量することができる。
グリセリンに付加重合させるアルキレンオキシドは、エチレンオキシドのみであってもよいし、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの組合わせであってもよい。エチレンオキシドとプロピレンオキシドとを組み合わせて付加重合させる場合、それらの使用割合としては特に制限はないが、末端水酸基中の一級水酸基の割合が５０モル％以上になるような方法で付加重合させることが必要である。なお、このポリエーテルポリオール中のエチレンオキシド成分の含有量は、通常３〜５０重量％の範囲である。また、分子鎖中のオキシエチレン基とオキシプロピレン基の配列は、ランダムであるのが好ましい。
【０００８】
本発明においては、（Ａ）成分として、上記ポリエーテルポリオールを一種用いてもよく、二種以上組み合わせて用いてもよい。
ポリウレタン成形材料において、（Ｂ）成分として用いられるポリイソシアネート化合物としては、例えばジフェニルメタンジイソシアネートやトリレンジイソシアネートなどの各種芳香族ポリイソシアネート化合物又はそれらの誘導体、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの各種脂肪族ポリイソシアネート化合物又はそれらの誘導体、イソホロンジイソシアネートなどの脂環族ポリイソシアネート化合物又はそれらの誘導体などが挙げられる。これらのポリイソシアネート化合物の中で、各種芳香族ポリイソシアネート化合物及びそれらの誘導体が、不活性ガスの導入と機械的攪拌の併用によって発泡硬化させた場合にセル径が安定するので、特に好ましい。
【０００９】
芳香族ポリイソシアネート化合物としては多核体があり、ジアミノジフェニルメタンから得られた純ジフェニルメタンジイソシアネート、ジアミノジフェニルメタンの多核体から得られたポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートなどを用いることができる。ポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートの官能基数については特に制限はないが、通常純ジフェニルメタンジイソシアネートと様々な官能基数のポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物が用いられ、平均官能基数が、好ましくは２．０５〜４．００、より好ましくは２．５０〜３．５０のものが用いられる。またいずれのポリイソシアネート化合物も誘導体として用いることができ、ポリオール等で変性したウレタン変性物、ウレチジオン形成による二量体、イソシアヌレート変性物、カルボジイミド／ウレトンイミン変性物、アロハネート変性物、ウレア変性物、ビュレット変性物などが用いられるが、ウレタン変性物、カルボジイミド／ウレトンイミン変性物が特に好ましい。これらのポリイソシアネート化合物は単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。また、数種類のジフェニルメタンジイソシアネートやその誘導体をブレンドして用いることもできる。また本発明の利点を損なわない範囲で、ジフェニルメタンジイソシアネートやその誘導体と共に、トリレンジイソシアネート等のその他の芳香族ポリイソシアネート化合物やヘキサメチレンジイソシアネート等の各種脂肪族ポリイソシアナート化合物やイソホロンジイソシアネート等の脂環族ポリイソシアネート化合物又はそれらの誘導体を併用することを妨げない。
前記（Ａ）成分と（Ｂ）成分は、ＮＣＯ基／ＯＨ基モル比が、０．９〜１．５、好ましくは１．０〜１．２の範囲になるような割合で用いるのが有利である。
【００１０】
ポリウレタン成形材料における（Ｃ）成分のシリコーン系整泡剤としては、重量平均分子量４００〜３０００のポリオルガノシロキサンセグメントと重量平均分子量１０００〜７０００のポリオキシアルキレンセグメントとを、セグメント比９５：５〜５０：５０、好ましくは９０：１０〜６０：４０の割合で有するポリオルガノシロキサン−ポリアルキレンオキシド共重合物が用いられる。ここで、セグメント比とは、各セグメントを構成する繰り返し単位の総数の比を指称する。
このような性状のシリコーン系整泡剤を用いることにより、不活性ガス導入と機械的攪拌の併用によって発泡硬化させた場合、セル径が安定し、所望のポリウレタンフォームが得られる。
上記ポリオルガノシロキサン−ポリアルキレンオキシド共重合物を構成するポリオルガノシロキサンとしては、特に制限はなく、様々なものを用いることができるが、効果及び経済性などの点から、ポリジメチルシロキサンが好適である。
【００１１】
一方、ポリアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド付加重合物、又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドの共付加重合物が好ましい。エチレンオキシドとプロピレンオキシドの共付加重合物の場合、エチレンオキシドが５０〜１００モル％で、プロピレンオキシドが５０〜０モル％の割合になるように用いるのが好ましい。
このシリコーン系整泡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、この整泡剤と共に、所望によりカチオン性、アニオン性、両性等のイオン性界面活性剤や各種ポリエーテルやポリエステル等のノニオン性界面活性剤を併用してもよい。
このシリコーン系整泡剤の配合量は、一般に前記（Ａ）成分のポリエーテルポリオール１００重量部当たり、０．１〜１０重量部の範囲が好ましく、特に０．５〜５重量部の範囲が好ましい。
本発明の画像形成装置用部材が、導電性部材として用いられる場合、該ポリウレタン成形材料には、（Ｄ）成分として、導電性付与剤を配合することができる。
【００１２】
この導電性付与剤としては、カーボン導電剤やイオン導電剤などを用いることができる。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。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。これらの中で、特にアルキル硫酸の第四級アンモニウム塩及び多塩基カルボン酸の第四級アンモニウム塩が、連続通電時の抵抗上昇が小さいので好適である。
【００１３】
これらの導電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、ポリウレタンフォームを構成する高分子材料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。
本発明で用いるポリウレタン成形材料には、所望により、ウレタン反応触媒や、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムなどの無機質粉体を配合することができる。
上記ウレタン反応触媒としては、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等のジアミン類、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、ジブチル錫マーカプチド、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、オクテン酸塩等の有機金属化合物等の公知の触媒を単独、または二種以上組み合わせて用いることができる。これらの中で不活性ガスの導入と機械的攪拌の併用によって発泡硬化させた場合に、セル径が安定する点から、特に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、ジブチル錫マーカプチド、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、オクテン酸塩等の有機金属化合物が好ましい。
【００１４】
ポリウレタンフォームの製造方法としては、例えば（Ａ）成分のポリエーテルポリオール、（Ｂ）成分のポリイソシアネート化合物、（Ｃ）成分のシリコーン系整泡剤及び所望により（Ｄ）成分の導電性付与剤やウレタン反応触媒などを含むポリウレタン成形材料を、機械的攪拌しながら不活性ガスを導入して気泡を混入させ、このものを所定のモールド等に注型するか又はブロック状に自由に発泡させた後、加熱硬化させる方法、あるいはポリエーテルポリオールをあらかじめイソシアナート化しておき、エチレングリコールや１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなどの鎖延長剤を用いて、上記と同様に発泡硬化させるプレポリマー法を用いることができる。
このようにして得られたポリウレタンフォームにおいては、最大セル径９００μｍ以上の粗大セルが実質上存在せず、平均セル径は、通常１６０〜２８０μｍの範囲である。また、嵩密度は、０．２〜０．７ｇ／ミリリットル程度にするのがよい。
【００１５】
本発明の画像形成装置用部材の形状としては特に制限はなく、用途によりローラ、ドラム、ブレードなどの形態で使用される。また、本発明の画像形成装置用部材が導電性部材である場合、該部材は、通常、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やアルミニウム、ステンレス鋼などの金属部材を、その一部又は全体を導電性付与剤を含むポリウレタンフォーム（以下、導電性ポリウレタンフォームと称す。）で、被覆したものであり、必要に応じ、金属部材を被覆してなる導電性ポリウレタンフォームの表面を導電性や半導電性、あるいは絶縁性の塗料により塗装してもよい。具体的には、この画像形成装置用部材が中抵抗弾性導電性ローラである場合には、硫黄快削鋼などに亜鉛などのメッキを施した芯金を、前記の導電性ポリウレタンフォームで円筒形に被覆し、さらに必要に応じて、その外側に導電性、半導電性又は絶縁性の塗料を塗布したものを例示することができる。
【００１６】
金属部材と導電性ポリウレタンフォームの接合方法については特に制限はないが、金属部材をあらかじめ金型内部に配設しておきポリウレタン成形材料を注型硬化する方法や、導電性ポリウレタンフォームを所定の形状に成形した後接着する方法などを用いることができる。どちらの方法でも、必要に応じて金属部材と導電性ポリウレタンフォームの間に接着層を設けることができ、この接着層としては、導電性塗料からなる接着剤やホットメルトシートなどの公知の材料を用いることができる。
該導電性ポリウレタンフォームの成形方法としては特に制限はなく、公知の方法、例えば前述した所定の形状の金型に注型する方法の他に、ブロックから切削加工により、所定の寸法に切り出す方法、研磨処理により所定の寸法にする方法、あるいはこれらの方法を適宜組み合わせる方法などを用いることができる。
本発明の画像形成装置用部材の種類としては特に制限はないが、例えば電子写真装置に使用する場合には、帯電用部材、現像用部材、トナー供給用部材、転写用部材、クリーニング用部材、さらには給紙用部材などを挙げることができる。
【００１７】
図１は、本発明の画像形成装置用部材を転写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、トナー供給用ローラ３と潜電潜像を保持した画像形成体１との間に現像ローラ２がその外周面を画像形成体１の表面に近接させた状態で配設され、かつ画像形成体１に紙などの記録媒体８を介して、本発明に係る転写ローラ５を当接させた構造を示している。トナー供給用ローラ３、現像ローラ２及び画像形成体１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用ローラ３により、現像ローラ２の表面に供給され、層規制ブレード４によって均一な薄層に整えられたのち、画像形成体１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１と転写ローラ５との間に電界を発生させることにより、画像形成体１上のトナー画像を記録媒体８に転写させる。また、６はクリーニングローラであり、このクリーニングローラ６により、転写後に画像形成体１表面に残留するトナーが除去される。なお、７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。
実施例１
グリセリンにプロピレンオキシドとエチレンオキシドをランダムに付加し、オキシエチレン単位の含有量が１８重量％、官能基数が実質上３、重量平均分子量が５０００、末端水酸基中の一級水酸基の含有率が８０モル％、ＯＨ価３５ｍｇＫＯＨ／ｇのポリエーテルポリオールを製造した。
このポリエーテルポリオール１００重量部、ジフェニルメタンジイソシアネートとウレタン変性ジフェニルメタンジイソシアネートとカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物（イソシアネート基含有率２６重量％）２３重量部、イオン導電剤である変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウム・エチル硫酸塩０．８重量部、シリコーン系整泡剤であるポリジメチルシロキサン−ポリ（エチレンオキシド・プロピレンオキシド）共重合物〔ポリジメチルシロキサンセグメントの重量平均分子量７００、ポリオキシアルキレンセグメントの重量平均分子量３０００、それらのセグメント比８０：２０〕４．０重量部及び触媒であるジブチル錫ジラウレート０．００５重量部を、機械的攪拌により発泡させながら混合し、その混合物を直径６ｍｍの金属製シャフトを中心に配設した金型に注型した後、１００℃で１０時間加熱硬化して、直径１６．５ｍｍで長さ２１５ｍｍのポリウレタンフォーム製ローラを作製した。フォーム部分の嵩密度０．４ｇ／ミリリットル、アスカーＣ硬度３０°、平均セル径２１０μｍで、径７００μｍ以上のセルは存在しなかった。
【００１９】
上記ローラを、図１に示す画像形成装置に転写ローラとして組み込んだ。温度、湿度がそれぞれ１５℃、１０％の環境でグレースケール、黒ベタ、白ベタ画像を印刷させたところ画像むらがなく、良好な画像が得られた。
比較例１
実施例１において、ポリエーテルポリオールとして、その末端水酸基中の一級水酸基の含有率が１モル％のものを用いた以外は、実施例１と同様にして、ポリウレタンフォーム製ローラを作製した。フォーム部分の嵩密度０．４ｇ／ミリリットル、アスカーＣ硬度３０°、平均セル径２７０μｍで、径９００μｍ以上のセルが存在していた。
このポリウレタンフォーム製ローラを用い、実施例１と同様にして画像を印刷させたところ、画像むらが生じ、良好な画像が得られなかった。
【００２０】
比較例２
実施例１において、整泡剤として、シロキサンとエーテルのセグメント比が０：１００のもの（即ち、ポリ（エチレンオキシド・プロピレンオキシド）共重合物）を用いた以外は、実施例１と同様にして、ポリウレタンフォーム製ローラを作製した。フォーム部分の嵩密度０．４ｇ／ミリリットル、アスカーＣ硬度３０°、平均セル径３５０μｍで、径９００μｍ以上のセルが存在していた。
このポリウレタンフォーム製ローラを用い、実施例１と同様にして画像を印刷させたところ、画像むらが生じ、良好な画像が得られなかった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、粗大セルがなく、均一で微細なセルを有するポリウレタンフォームを用いてなる画像形成装置用部材を容易に得ることができる。
本発明の画像形成装置用部材は、例えば帯電用部材、現像用部材、転写用部材、トナー供給用部材、クリーニング用部材、さらには給紙用部材などとして用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置用部材を転写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る。
【符号の説明】
１ 画像形成体
２ 現像ローラ
３ トナー供給用ローラ
４ 層規制ブレード
５ 転写ローラ
６ クリーニングローラ
７ 帯電ローラ
８ 記録媒体

Claims (7)

1. （Ａ）グリセリンにエチレンオキシド又はエチレンオキシドとプロピレンオキシドを付加重合してなる、重量平均分子量が１０００〜１５０００で、かつ末端水酸基中の一級水酸基の割合が５０モル％以上であるポリエーテルポリオール、（Ｂ）ポリイソシアネート化合物、及び（Ｃ）重量平均分子量４００〜３０００のポリオルガノシロキサンセグメントと重量平均分子量１０００〜７０００のポリオキシアルキレンセグメントとを、セグメント比９０：１０〜６０：４０の割合で有するポリオルガノシロキサン−ポリアルキレンオキシド共重合物からなるシリコーン系整泡剤を含むポリウレタン成形材料を、発泡硬化させてなるポリウレタンフォームを用いたことを特徴とする画像形成装置用部材。
2. （Ｂ）成分のポリイソシアネート化合物が芳香族ポリイソシアネート化合物である請求項１記載の画像形成装置用部材。
3. （Ｃ）成分のシリコーン系整泡剤が、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンオキシド共重合物及び／又はポリジメチルシロキサン−ポリ（エチレンオキシド・プロピレンオキシド）共重合物である請求項１又は２記載の画像形成装置用部材。
4. ポリウレタン成形材料が、さらに（Ｄ）成分として導電性付与剤を含む請求項１、２又は３記載の画像形成装置用部材。
5. 導電性付与剤がイオン導電剤である請求項４記載の画像形成装置用部材。
6. 帯電用部材、現像用部材、転写用部材、トナー供給用部材、クリーニング用部材又は給紙用部材として用いられる請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置用部材。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置用部材を具備した画像形成装置。

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