導電性ローラ及び導電性ローラの製造方法
【課題】ポリウレタン発泡体からなる弾性層上に直接樹脂塗膜層を塗工形成しても良好に表面性状をコントロールし得、目止め層の形成を省略して、低コストで良好な性能を有する現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどの導電性ローラを得ることを目的とする。
【解決手段】ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体からなる弾性層を有する導電性ローラにおいて、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の発泡体であることを特徴とする導電性ローラを提供する。
【解決手段】ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体からなる弾性層を有する導電性ローラにおいて、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の発泡体であることを特徴とする導電性ローラを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置に用いられる現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどの導電性ローラ、及び該導電性ローラの製造方法に関する。
【０００２】
従来から、電子写真装置に用いられる現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどの導電性ローラに、ポリウレタン発泡体を弾性層として用いることが行われており、弾性層をポリウレタン発泡体で形成することにより、ローラの軽量化、低コスト化を図ることが可能となる。
【０００３】
このように、発泡体で弾性層を形成した導電性ローラには、通常、弾性層上にローラ表面を構成する樹脂塗膜層が塗工成形され、この塗膜層でローラの表面性状を調整することが行われている。
【０００４】
しかしながら、ポリウレタン発泡体の表面には、機械撹拌発泡（メカニカルフロス法）により得られる比較的微細な気泡を有するものでも、発泡セルの開口による穴が存在するため、その上に樹脂塗膜層を形成してもこの穴による凹部が樹脂層上に現れ、ローラの表面粗さが十分に制御できず、良好な画像を得ることが困難である。
【０００５】
そこで、従来は、ポリウレタン発泡体からなる弾性層表面に存在する穴を埋めるための目止め層を塗工形成して、その上に樹脂塗膜層を形成し、多層構造の導電性ローラとすることが行われている（特許文献１等）。
【０００６】
しかしながら、樹脂塗膜層の他に更に目止め層を成形する方法は、製造工程が煩雑となり、コスト上昇の原因ともなるため、ポリウレタン発泡体からなる弾性層表面に直接ローラ表面を構成する樹脂塗膜層を塗工形成して良好な性能を有する導電性ローラを得ることが望まれる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２６２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ポリウレタン発泡体からなる弾性層上に直接樹脂塗膜層を塗工形成しても良好に表面性状をコントロールし得、目止め層の形成を省略して、低コストで良好な性能を有する現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどの導電性ローラを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体で芯金の周囲に弾性層を形成することにより導電性ローラを得る場合に、原料成分の工夫や発泡成形の条件設定を種々工夫することにより、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体の表面近傍の密度を高くして弾性層表面に現れる気泡の穴を小さく、かつ少なくすると共に、厚さ方向中央部の密度を比較的低くして良好な柔軟性を維持させることにより、上記目止め層を省略してこの弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成しても、良好な性能を有する導電性ローラを得ることが可能であることを見出した。
【００１０】
そこで本発明者は、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体の具体的な密度設定につき、更に検討を進めた結果、弾性層表面から表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつ表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上であれば、このポリウレタン発泡体からなる弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成することによりローラの表面性状を確実に調整し得ると共に、導電性ローラとして十分な柔軟性も維持し得、上記目止め層の形成を省略し、良好な性能を有する導電性ローラを低コストに製造しえることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１１】
従って、本発明は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体からなる弾性層を有する導電性ローラにおいて、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の発泡体であることを特徴とする導電性ローラを提供する。
【００１２】
更に、本発明者は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡させて芯金の周囲に弾性層を形成する場合に、かかるポリウレタン発泡体からなる弾性層を上記密度分布を有する発泡体とする方法について鋭意検討を重ねた結果、機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型する際、該金型を予熱せずに常温又は冷却した状態の金型にポリウレタン原料を注型し、注型後に熱硬化温度まで金型を加熱してポリウレタン発泡体を熱硬化させることにより、発泡体表面部のセル径は小さく中央部のセル径は比較的大きくなって、表面部の密度が大で中央部の密度が小さく、かつその密度差が比較的大きな密度分布を有するポリウレタン発泡体が得られることを見出した。
【００１３】
即ち、機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型してポリウレタン発泡体の弾性層を芯金周囲に成形する場合、従来は、予め熱硬化温度の５０〜８０℃に予熱した金型にポリウレタン原料を注型して熱硬化が行われるが、本発明者は金型を予熱せずに２５〜−１０℃の常温又は冷却した状態の金型に上記ポリウレタン原料を注型し、注型後に熱硬化温度に金型を加熱して熱硬化を行うことにより、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の特殊な密度分布（密度勾配）を有するポリウレタン発泡体を得ることが可能であり、この特殊なポリウレタン発泡体で弾性層を形成した導電性ローラが得られることを、本発明者は見出したものである。
【００１４】
従って、本発明は、上記本発明導電性ローラの製造方法として、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料を機械撹拌発泡させ、芯金を配置した金型に注型し熱硬化させて、芯金の周囲にポリウレタン発泡体からなる弾性層を形成する導電性ローラの製造方法において、上記金型を予熱することなく、２５〜−１０℃の常温又は冷却状態の金型に上記ポリウレタン原料を注型した後、熱硬化温度に昇温して熱硬化させることを特徴とする導電性ローラの製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の導電性ローラは、弾性層を形成するポリウレタン発泡体の表面近傍の密度が高く弾性層表面に現れる気泡の穴が小さく、少ないと共に、厚さ方向中央部の密度が比較的低く良好な柔軟性を有しており、上記目止め層を省略してこの弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成して、低コストで製造することができ、しかも良好な性能を確実に発揮し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の導電性ローラは、上述のように、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械攪拌発泡により得られるポリウレタン発泡体で芯金の周囲に弾性層を形成したものである。
【００１７】
この場合、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が、本発明では、特にポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールが好ましく用いられ、これらのいずれか一方又は両方を混合して用いることができる。
【００１８】
ポリエーテルポリオールとしてより具体的には、グリセリン等にポリエチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加重合して得られたポリエーテルポリオール，テトラヒドロフランなどを開環重合して得られたポリエーテルポリール，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エーテルポリオールが例示される。
【００１９】
また、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等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などが例示される。
【００２０】
これらポリオールは、特に制限させるものではないが、数平均分子量３６０〜５６００、特に４００〜１０００であることが好ましく、水酸基価は３０〜３９０ｍｇＫＯＨ、特に１８０〜３９０ｍｇＫＯＨであることが好ましく、また官能基数は２．５〜３であることが好ましく、更にポリエーテルポリオールについては、エチレンオキサイド含有量が１〜１０％であることが好ましい。
【００２１】
次に、上記イソシアネートも特に制限はなく、従来公知の各種イソシアネート化合物の中から、適宜選択して使用することができる。具体的には、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），ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、変性ＴＤＩ，変性ＭＤＩ，変性ＨＤＩなどが例示され、特に変性ＴＤＩ，変性ＭＤＩ，変性ＨＤＩが好ましく用いられる。この場合、変性体の種類としては、特に制限されるものではないが、ポリオール変性体が好ましく、中でもポリオール変性ＴＤＩが、上記ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールとの組み合わせで、特に好ましく用いられる。なお、これらイソシアネートは、特に制限されるものではないが、ＮＣＯ含有率が１〜２５％、特に４〜１０％であることが好ましい。
【００２２】
通常、このポリウレタン発泡体は導電剤が配合されて、導電性の付与又は調整が行われる。導電剤としては、公知のイオン導電剤や電子導電剤を用いることができ、更にはイオン導電剤と電子導電剤とを併用することもできる。
【００２３】
上記イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリ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、変性脂肪酸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、エチル硫酸塩、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、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属や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例示される。
【００２４】
また、電子導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などが例示される。
【００２５】
更に、本発明導電性ローラの弾性層を構成する上記ポリウレタン発泡体には、上記ポリオール成分、イソシアネート成分及び導電剤の他に、要に応じて、整泡剤、架橋剤、界面活性剤、触媒等の公知の添加剤を適量添加することができる。
【００２６】
上記整泡剤としては、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンオキサイド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリプロピレンオキサイド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンアジペート共重合体などが例示される。
【００２７】
上記触媒としては、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プチド、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プチド、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、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
本発明の導電性ローラは、上記イソシアネート成分、ポリオール成分、導電剤、及び必要に応じて添加される上記添加剤を混合し、機械撹拌発泡させて芯金をセットした金型内に注型して熱硬化させて、上記芯金の周囲にポリウレタン発泡体からなる弾性層を形成することにより得ることができる。
【００２９】
この場合、本発明では上記弾性層を形成するポリウレタンフォームの密度分布を調整したものであり、弾性層表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度を０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度を０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3、これら表面部密度と中央部密度との差を０．２５ｇ／ｃｍ3以上としたものである。
【００３０】
ここで、上記表面部の密度が０．７５ｇ／ｃｍ3未満であると、ポリウレタンフォームが塗料溶剤で膨潤しやすく、表面粗さの制御が困難となり、本発明の目的を達成し得ない。また、上記中央部の密度が０．２ｇ／ｃｍ3未満であると、ポリウレタンフォームの硬度が軟らかくなりすぎて、ローラとした場合に相手部材への圧接力が弱くなってしまい、逆に０．７ｇ／ｃｍ3を超えると、ポリウレタンフォームが硬くなって、フォーム材としての軟らかさが得られなくなり、いずれの場合も本発明の目的を達成し得ない。更に、表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3未満であると、低硬度化及び表面粗さの制御が困難となり、この場合も本発明の目的を十分に達成し得ない。なお、表面部密度の好ましい範囲は、０．８５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、中央部密度の好ましい範囲は、０．３〜０．５ｇ／ｃｍ3、密度差の好ましい範囲は０．５ｇ／ｃｍ3以上である。
【００３１】
また、特に制限されるものではないが、弾性層全体の平均密度は、０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3、特に０．６〜０．７ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。この場合、上記密度分布の規定が満足されていても、弾性層全体の平均密度が０．５ｇ／ｃｍ3未満であると、表面部と中央部との密度差を十分にとることができなくなり、一方０．８ｇ／ｃｍ3を超えると、発泡体としての特性を得ることができなくなる場合がある。
【００３２】
更に、このポリウレタン発泡体からなる弾性層の厚さは、導電性ローラの用途やローラがセットされる電子写真機器の設計などによって適宜設定され、特に制限されるものではないが、通常は１〜１０ｍｍ、特に３〜６ｍｍであることが好ましく、この程度の厚みの弾性層において、上記密度分布とすることによって、より確実に本発明の目的を達成することができる。
【００３３】
ここで、上記密度分布はポリウレタン発泡体の気泡のセル径を表面部と中央部との間で変化させることにより、達成することが可能であり、勿論、表面部と中央部とのセル数の差など、他の要因も発泡体の密度に影響するが、気泡のセル径を調整することは上記密度分布を達成する上で非常に有効であり、また目止め層を省略し得る表面状態を得る点からも有効である。
【００３４】
この気泡のセル径は、特に制限されるもではないが、表面から深さ０．０５ｍｍまでの範囲（以下、「表面部」における平均セル径は０．００５〜０．１５ｍｍで、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲（以下、「中央部」における平均セル径が０．０１〜０．５ｍｍであることが好ましく、より好ましい範囲は表面部のセル径０．００５〜０．０５ｍｍ、中央部のセル径０．０１〜０．１ｍｍである。表面部のセル径が上記範囲を逸脱すると、たとえ上記密度分布が達成されていても表面にピンホールが発生し表面粗さの制御が困難になる虞があり、また中央部のセル径が上記範囲を逸脱すると、たとえ上記密度分布が達成されていてもセルの潰れが生じたり、印刷画像に影響を及ぼす虞がある。なお、特に制限されるものではないが、この弾性層を形成するポリウレタン発泡体の気泡は、独立気泡であることが好ましい。
【００３５】
機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型して、芯金の外周に弾性層を成形する際の諸条件は、用いられる各成分の種類などに応じて適宜通常の条件を採用すればよいく、上記密度分布を有するポリウレタン発泡体からなる弾性層を成形することができる条件であればよい。
【００３６】
上述したように、本発明は、上記密度分布を達成することが可能な成形条件の一例として、常温乃至冷却温度で金型に機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を注型し、注型後に熱硬化温度まで金型を昇温する方法を提案する。
【００３７】
この場合、上記ポリウレタン原料注型時の金型温度は、２５℃〜−１０℃であり、好ましくは２５〜１５℃の常温乃至冷却温度とされる。これにより、金型の成形面と接触する表面付近の気泡を比較的小さくして密度を比較的高くすることができると共に、金型の成形面や芯金から離れた中央部の気泡は通常通りに拡大させて比較的低い密度とすることができ、弾性層を形成するポリウレタン発泡体の密度分布を上記本発明の範囲に調整することが可能となる。
【００３８】
ここで、上記注型時の金型温度が、２５℃を超えると、ポリウレタン発泡体の表面付近の気泡が大きくなって密度が上昇し、上記本発明に規定の密度分布を達成することができなくなり、一方−１０℃未満であると、成形時のウレタンフォームの液流れが悪化してボイドが発生するなどの問題を生じることになる。
【００３９】
また、注型後には、通常の熱硬化温度まで金型を加熱して昇温するが、その際の熱硬化温度は、ポリウレタン原料の成分や求められる弾性層の硬度や厚さなどに応じて適宜設定され特に制限されるものではないが、通常は９０〜１２０℃、特に１００〜１１０℃とすることが好ましい。この場合、上記注型時の２５〜−１０℃から熱硬化温度まで加熱昇温する際の昇温速度は、特に制限されるものではないが、２〜１２００℃／ｍｉｎ、特に６００〜１２００℃／ｍｉｎとすることが好ましく、２℃／ｍｉｎ未満であると硬化時間が必要以上に長くなって製造効率が大きく低下すると共に、フォームのセルが潰れるなどの問題を生じる場合もあり、一方１２００℃／ｍｉｎを超えると表面部の気泡が大きくなって、表面部の密度が低下し、上記密度分布を達成し得ない場合がある。
【００４０】
本発明の製造方法は、上記のように金型の温度管理を行って、弾性層をポリウレタン発泡体で成形するものである。この際、特に制限されるものではないが、機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型した後、ゲート孔やガス抜き孔などの金型の開口部を密封して保圧した状態で金型を熱硬化温度に昇温させ、熱硬化を行うことが好ましい。このように、保圧を行うことにより気泡を必要以上に拡大させることを防止することができ、特にポリウレタン発泡体の表面部分の密度が上昇することを効果的に防止することができる。
【００４１】
なお、金型に注型するポリウレタン原料の調製は、上記各成分を常法に従って、混合し機械撹拌発泡させて、上記金型に注型すればよく、特に制限されるものではないが、上記各成分の混合については、上記触媒、整泡剤及びイオン導電剤はポリオール成分に予め混合した後にイソシアネート成分と混合することが好ましく、またカーボンブラックを用いる場合には、カーボンブラックをイソシアネート成分に予め混合した後にポリオール成分と混合することが好ましい。
【００４２】
本発明の導電性ローラは、上記のように、特定の密度分布を有するポリウレタン発泡体からなる弾性層を有するものであるが、例えば現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどとする場合には、通常この弾性層上に樹脂塗膜層が形成される。この場合、本発明では、目止め層を形成することなく、この樹脂塗膜層を上記弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成することができ、このように目止め層を省略しても良好な表面性状を得ることができ、目止め層の省略により製造コストの削減を図ることができる。
【００４３】
この樹脂塗膜層としては、ローラの用途等に応じて選択される公知の樹脂を用いて形成することができ、例えばウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが例示される。
【００４４】
この樹脂塗膜層には、ローラの用途等に応じて適宜な添加剤を配合することができ、例えば上記弾性層で例示したものと同様の導電剤や樹脂の硬化剤などを必要に応じて適量添加することができる。
【００４５】
また、この樹脂塗膜層には、ローラの表面粗さを調製するため樹脂粒子などを配合分散することもできる。この場合、樹脂粒子は、表面樹脂層を形成する樹脂の種類や表面樹脂層の厚さなどに応じて適宜選定することができる。具体的には、例えばウレタン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、シリカ粒子、ポリアミド樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子などが例示され、これらの１種又は２種以上を用いることができる。また、粒子の形状や大きさ、粒度分布なども適宜選定され、特に制限されるものではないが、通常は球形、角型、針型の粒子が好ましく用いられ、また粒径はＤ50＝１〜５０μｍ、特にＤ50＝５〜２０であることが好ましい。
【００４６】
この樹脂塗膜層の厚さは、該樹脂層を構成する樹脂の種類やローラの用途、弾性層の特性などに応じて適宜設定され、特にい制限されるものではないが、通常は１〜２０μｍ、特に５〜１０μｍとすることが好ましい。また、この樹脂塗膜層は、複数層を積層形成してもよく、通常は１〜５層とすることができる。
【００４７】
なお、この樹脂塗膜層の形成は、上記樹脂成分及び添加剤をメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、メチルシクロヘキサンなどの溶剤に溶解・分散して樹脂塗料を調製し、樹脂塗料をディッピング、スプレー、ロールコータなどの公知の方法により弾性層上に塗工すればよい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例，比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００４９】
［実施例１〜３及び比較例１〜４］
下記表１，２に示した配合組成のポリウレタンフォームを発泡成形し、芯金（６ｍｍφ）の外周にポリウレタンフォームからなる弾性層（厚さ３ｍｍ）を形成した。この際、イソシアネート及びカーボンブラックを混合したＡ液と、ポリオール、整泡剤、イオン導電剤、触媒を混合したＢ液とを予め調製し、これらＡ液とＢ液とを機械撹拌して混合すると共に発泡させ、芯金をセットした金型内に注型して芯金の外周にポリウレタンフォーム弾性層を形成した。この場合、実施例１〜３及び比較例２〜４では、金型を予熱せずに２５℃の常温で注型し、注型後に７００℃／ｍｉｎの速度で７０℃まで昇温して、成形を行った。一方、比較例１では、予め７０℃まで予熱した金型に上記Ａ，Ｂ混合液を注型し、そのままの温度で成形を行った。また、実施例１〜３及び比較例１，３，４では、注型後直ちにゲート孔とガス抜き孔を密封して保圧し、そのままの状態で熱硬化を行った。一方、比較例２ではゲート孔とガス抜き孔の密封操作を行わず、これらを開放したままの状態で熱硬化を行った。なお、表１，２中の配合部数は、全て質量部である。また、表１，２中のイソシアネート成分及びポリオール成分の詳細は下記の通りである。
【００５０】
ポリオール変性トリレンジイソシアネート（１）
旭硝子ウレタン株式会社製、試作品「ＢＳ００８」
ポリエーテルポリオール（２）
旭硝子ウレタン株式会社製、「エクセノール４３０」
ポリエーテルポリオール（３）
三洋化成工業株式会社製、「サンニックス ＦＡ−９５１」
ポリエステルポリオール（４）
株式会社クラレ製、「クラレポリオール Ｆ−５１０」
ポリエーテルポリオール（５）
旭硝子ウレタン株式会社製、「エクセノール４２０」
【００５１】
得られた、弾性層のフォーム密度、表面部のフォーム密度、中央部のフォーム密度、表面部と中央部との密度差を測定した。結果を表１，２に示すと共に、弾性層断面の密部分布をグラフにしたものを図１に示す。また、表面部及び中央部のセル径を測定した。結果を表１，２に併記する。
【００５２】
次いで、この弾性層上に下記組成の塗料を塗布して、厚さ１０μｍの表面樹脂層を形成し、導電性ローラを得た。
塗料組成
ウレタン樹脂（日本ポリウレタン社製「N5196」） １００質量部
カーボンブラック ３５質量部
ウレタン粒子（大日本インキ社製「バーノック」、球状、Ｄ50＝１０μｍ） １０質量部
メチルエチルケトン ３５０質量部
イソシアネート硬化剤（日本ポリウレタン社製「コロネートHX」） ２０質量部
【００５３】
得られた各ローラにつき、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に従って、輪郭曲線の算術平均高さ（Ｒａ）及び輪郭曲線要素の平均長さ（Ｒａ）を測定して表面粗さを調べた。また、アドバンテスト社製の抵抗測定機により１００Ｖ印加時の静止抵抗を測定した。更に、アスカーＣ硬度を測定した。これらの結果を表１，２に示す。
【００５４】
そして、上記各ローラを現像ローラとしてプリンタカートリッジに装着し、このカートリッジをヒューレット・パッカード社製のレーザービームプリンタ「Laser Jet4050」にセットして黒ベタ画像を印刷し、画像濃度の均一性を、○、○△、△、×の４段階で評価した。結果を表１，２に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
表１に示されているように、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上のポリウレタン発泡体で弾性層を形成した実施例１〜３の導電性ローラは、目止め層を省略して直接樹脂塗膜層を形成しても良好な表面性状が得られ、現像ローラとして良好な性能を発揮し、良好な画像を形成することができるものであることが確認された。
【００５８】
これに対し、表１，２に示されているように、比較例１〜４の導電性ローラは、表面部の密度が低く、また比較例１，２では表面部と中央部との密度も小さいため、ローラの表面性状、特に表面粗さ（Ｒａ）を十分に制御することができず、このため画像品質に大きく劣り、目止め層を省略することが困難であることが確認された。
【００５９】
また、比較例１は金型を予め熱硬化温度の７０℃に予熱して弾性層の成形を行ったものであるが、このため表面部の密度が低く、密度差も小さくなっている。更に、比較例２はゲート孔及びガス抜き孔を開放したまま保圧なしで成形を行ったものであるが、これも同様に表面部の密度が十分でなく、密度差も不十分なものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例，比較例で得られた各導電性ローラの弾性層の密度分布を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置に用いられる現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどの導電性ローラ、及び該導電性ローラの製造方法に関する。
【０００２】
従来から、電子写真装置に用いられる現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどの導電性ローラに、ポリウレタン発泡体を弾性層として用いることが行われており、弾性層をポリウレタン発泡体で形成することにより、ローラの軽量化、低コスト化を図ることが可能となる。
【０００３】
このように、発泡体で弾性層を形成した導電性ローラには、通常、弾性層上にローラ表面を構成する樹脂塗膜層が塗工成形され、この塗膜層でローラの表面性状を調整することが行われている。
【０００４】
しかしながら、ポリウレタン発泡体の表面には、機械撹拌発泡（メカニカルフロス法）により得られる比較的微細な気泡を有するものでも、発泡セルの開口による穴が存在するため、その上に樹脂塗膜層を形成してもこの穴による凹部が樹脂層上に現れ、ローラの表面粗さが十分に制御できず、良好な画像を得ることが困難である。
【０００５】
そこで、従来は、ポリウレタン発泡体からなる弾性層表面に存在する穴を埋めるための目止め層を塗工形成して、その上に樹脂塗膜層を形成し、多層構造の導電性ローラとすることが行われている（特許文献１等）。
【０００６】
しかしながら、樹脂塗膜層の他に更に目止め層を成形する方法は、製造工程が煩雑となり、コスト上昇の原因ともなるため、ポリウレタン発泡体からなる弾性層表面に直接ローラ表面を構成する樹脂塗膜層を塗工形成して良好な性能を有する導電性ローラを得ることが望まれる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２６２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ポリウレタン発泡体からなる弾性層上に直接樹脂塗膜層を塗工形成しても良好に表面性状をコントロールし得、目止め層の形成を省略して、低コストで良好な性能を有する現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどの導電性ローラを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体で芯金の周囲に弾性層を形成することにより導電性ローラを得る場合に、原料成分の工夫や発泡成形の条件設定を種々工夫することにより、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体の表面近傍の密度を高くして弾性層表面に現れる気泡の穴を小さく、かつ少なくすると共に、厚さ方向中央部の密度を比較的低くして良好な柔軟性を維持させることにより、上記目止め層を省略してこの弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成しても、良好な性能を有する導電性ローラを得ることが可能であることを見出した。
【００１０】
そこで本発明者は、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体の具体的な密度設定につき、更に検討を進めた結果、弾性層表面から表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつ表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上であれば、このポリウレタン発泡体からなる弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成することによりローラの表面性状を確実に調整し得ると共に、導電性ローラとして十分な柔軟性も維持し得、上記目止め層の形成を省略し、良好な性能を有する導電性ローラを低コストに製造しえることを見出し、本発明を完成したものである。
【００１１】
従って、本発明は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体からなる弾性層を有する導電性ローラにおいて、上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の発泡体であることを特徴とする導電性ローラを提供する。
【００１２】
更に、本発明者は、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡させて芯金の周囲に弾性層を形成する場合に、かかるポリウレタン発泡体からなる弾性層を上記密度分布を有する発泡体とする方法について鋭意検討を重ねた結果、機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型する際、該金型を予熱せずに常温又は冷却した状態の金型にポリウレタン原料を注型し、注型後に熱硬化温度まで金型を加熱してポリウレタン発泡体を熱硬化させることにより、発泡体表面部のセル径は小さく中央部のセル径は比較的大きくなって、表面部の密度が大で中央部の密度が小さく、かつその密度差が比較的大きな密度分布を有するポリウレタン発泡体が得られることを見出した。
【００１３】
即ち、機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型してポリウレタン発泡体の弾性層を芯金周囲に成形する場合、従来は、予め熱硬化温度の５０〜８０℃に予熱した金型にポリウレタン原料を注型して熱硬化が行われるが、本発明者は金型を予熱せずに２５〜−１０℃の常温又は冷却した状態の金型に上記ポリウレタン原料を注型し、注型後に熱硬化温度に金型を加熱して熱硬化を行うことにより、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の特殊な密度分布（密度勾配）を有するポリウレタン発泡体を得ることが可能であり、この特殊なポリウレタン発泡体で弾性層を形成した導電性ローラが得られることを、本発明者は見出したものである。
【００１４】
従って、本発明は、上記本発明導電性ローラの製造方法として、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料を機械撹拌発泡させ、芯金を配置した金型に注型し熱硬化させて、芯金の周囲にポリウレタン発泡体からなる弾性層を形成する導電性ローラの製造方法において、上記金型を予熱することなく、２５〜−１０℃の常温又は冷却状態の金型に上記ポリウレタン原料を注型した後、熱硬化温度に昇温して熱硬化させることを特徴とする導電性ローラの製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の導電性ローラは、弾性層を形成するポリウレタン発泡体の表面近傍の密度が高く弾性層表面に現れる気泡の穴が小さく、少ないと共に、厚さ方向中央部の密度が比較的低く良好な柔軟性を有しており、上記目止め層を省略してこの弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成して、低コストで製造することができ、しかも良好な性能を確実に発揮し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の導電性ローラは、上述のように、ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械攪拌発泡により得られるポリウレタン発泡体で芯金の周囲に弾性層を形成したものである。
【００１７】
この場合、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が、本発明では、特にポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールが好ましく用いられ、これらのいずれか一方又は両方を混合して用いることができる。
【００１８】
ポリエーテルポリオールとしてより具体的には、グリセリン等にポリエチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加重合して得られたポリエーテルポリオール，テトラヒドロフランなどを開環重合して得られたポリエーテルポリール，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エーテルポリオールが例示される。
【００１９】
また、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等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などが例示される。
【００２０】
これらポリオールは、特に制限させるものではないが、数平均分子量３６０〜５６００、特に４００〜１０００であることが好ましく、水酸基価は３０〜３９０ｍｇＫＯＨ、特に１８０〜３９０ｍｇＫＯＨであることが好ましく、また官能基数は２．５〜３であることが好ましく、更にポリエーテルポリオールについては、エチレンオキサイド含有量が１〜１０％であることが好ましい。
【００２１】
次に、上記イソシアネートも特に制限はなく、従来公知の各種イソシアネート化合物の中から、適宜選択して使用することができる。具体的には、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），ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、変性ＴＤＩ，変性ＭＤＩ，変性ＨＤＩなどが例示され、特に変性ＴＤＩ，変性ＭＤＩ，変性ＨＤＩが好ましく用いられる。この場合、変性体の種類としては、特に制限されるものではないが、ポリオール変性体が好ましく、中でもポリオール変性ＴＤＩが、上記ポリエーテルポリオールやポリエステルポリオールとの組み合わせで、特に好ましく用いられる。なお、これらイソシアネートは、特に制限されるものではないが、ＮＣＯ含有率が１〜２５％、特に４〜１０％であることが好ましい。
【００２２】
通常、このポリウレタン発泡体は導電剤が配合されて、導電性の付与又は調整が行われる。導電剤としては、公知のイオン導電剤や電子導電剤を用いることができ、更にはイオン導電剤と電子導電剤とを併用することもできる。
【００２３】
上記イオン導電剤としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリ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、変性脂肪酸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、エチル硫酸塩、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、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属や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例示される。
【００２４】
また、電子導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などが例示される。
【００２５】
更に、本発明導電性ローラの弾性層を構成する上記ポリウレタン発泡体には、上記ポリオール成分、イソシアネート成分及び導電剤の他に、要に応じて、整泡剤、架橋剤、界面活性剤、触媒等の公知の添加剤を適量添加することができる。
【００２６】
上記整泡剤としては、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンオキサイド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリプロピレンオキサイド共重合体、ポリジメチルシロキサン−ポリエチレンアジペート共重合体などが例示される。
【００２７】
上記触媒としては、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プチド、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プチド、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、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
本発明の導電性ローラは、上記イソシアネート成分、ポリオール成分、導電剤、及び必要に応じて添加される上記添加剤を混合し、機械撹拌発泡させて芯金をセットした金型内に注型して熱硬化させて、上記芯金の周囲にポリウレタン発泡体からなる弾性層を形成することにより得ることができる。
【００２９】
この場合、本発明では上記弾性層を形成するポリウレタンフォームの密度分布を調整したものであり、弾性層表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度を０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度を０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3、これら表面部密度と中央部密度との差を０．２５ｇ／ｃｍ3以上としたものである。
【００３０】
ここで、上記表面部の密度が０．７５ｇ／ｃｍ3未満であると、ポリウレタンフォームが塗料溶剤で膨潤しやすく、表面粗さの制御が困難となり、本発明の目的を達成し得ない。また、上記中央部の密度が０．２ｇ／ｃｍ3未満であると、ポリウレタンフォームの硬度が軟らかくなりすぎて、ローラとした場合に相手部材への圧接力が弱くなってしまい、逆に０．７ｇ／ｃｍ3を超えると、ポリウレタンフォームが硬くなって、フォーム材としての軟らかさが得られなくなり、いずれの場合も本発明の目的を達成し得ない。更に、表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3未満であると、低硬度化及び表面粗さの制御が困難となり、この場合も本発明の目的を十分に達成し得ない。なお、表面部密度の好ましい範囲は、０．８５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、中央部密度の好ましい範囲は、０．３〜０．５ｇ／ｃｍ3、密度差の好ましい範囲は０．５ｇ／ｃｍ3以上である。
【００３１】
また、特に制限されるものではないが、弾性層全体の平均密度は、０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3、特に０．６〜０．７ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。この場合、上記密度分布の規定が満足されていても、弾性層全体の平均密度が０．５ｇ／ｃｍ3未満であると、表面部と中央部との密度差を十分にとることができなくなり、一方０．８ｇ／ｃｍ3を超えると、発泡体としての特性を得ることができなくなる場合がある。
【００３２】
更に、このポリウレタン発泡体からなる弾性層の厚さは、導電性ローラの用途やローラがセットされる電子写真機器の設計などによって適宜設定され、特に制限されるものではないが、通常は１〜１０ｍｍ、特に３〜６ｍｍであることが好ましく、この程度の厚みの弾性層において、上記密度分布とすることによって、より確実に本発明の目的を達成することができる。
【００３３】
ここで、上記密度分布はポリウレタン発泡体の気泡のセル径を表面部と中央部との間で変化させることにより、達成することが可能であり、勿論、表面部と中央部とのセル数の差など、他の要因も発泡体の密度に影響するが、気泡のセル径を調整することは上記密度分布を達成する上で非常に有効であり、また目止め層を省略し得る表面状態を得る点からも有効である。
【００３４】
この気泡のセル径は、特に制限されるもではないが、表面から深さ０．０５ｍｍまでの範囲（以下、「表面部」における平均セル径は０．００５〜０．１５ｍｍで、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲（以下、「中央部」における平均セル径が０．０１〜０．５ｍｍであることが好ましく、より好ましい範囲は表面部のセル径０．００５〜０．０５ｍｍ、中央部のセル径０．０１〜０．１ｍｍである。表面部のセル径が上記範囲を逸脱すると、たとえ上記密度分布が達成されていても表面にピンホールが発生し表面粗さの制御が困難になる虞があり、また中央部のセル径が上記範囲を逸脱すると、たとえ上記密度分布が達成されていてもセルの潰れが生じたり、印刷画像に影響を及ぼす虞がある。なお、特に制限されるものではないが、この弾性層を形成するポリウレタン発泡体の気泡は、独立気泡であることが好ましい。
【００３５】
機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型して、芯金の外周に弾性層を成形する際の諸条件は、用いられる各成分の種類などに応じて適宜通常の条件を採用すればよいく、上記密度分布を有するポリウレタン発泡体からなる弾性層を成形することができる条件であればよい。
【００３６】
上述したように、本発明は、上記密度分布を達成することが可能な成形条件の一例として、常温乃至冷却温度で金型に機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を注型し、注型後に熱硬化温度まで金型を昇温する方法を提案する。
【００３７】
この場合、上記ポリウレタン原料注型時の金型温度は、２５℃〜−１０℃であり、好ましくは２５〜１５℃の常温乃至冷却温度とされる。これにより、金型の成形面と接触する表面付近の気泡を比較的小さくして密度を比較的高くすることができると共に、金型の成形面や芯金から離れた中央部の気泡は通常通りに拡大させて比較的低い密度とすることができ、弾性層を形成するポリウレタン発泡体の密度分布を上記本発明の範囲に調整することが可能となる。
【００３８】
ここで、上記注型時の金型温度が、２５℃を超えると、ポリウレタン発泡体の表面付近の気泡が大きくなって密度が上昇し、上記本発明に規定の密度分布を達成することができなくなり、一方−１０℃未満であると、成形時のウレタンフォームの液流れが悪化してボイドが発生するなどの問題を生じることになる。
【００３９】
また、注型後には、通常の熱硬化温度まで金型を加熱して昇温するが、その際の熱硬化温度は、ポリウレタン原料の成分や求められる弾性層の硬度や厚さなどに応じて適宜設定され特に制限されるものではないが、通常は９０〜１２０℃、特に１００〜１１０℃とすることが好ましい。この場合、上記注型時の２５〜−１０℃から熱硬化温度まで加熱昇温する際の昇温速度は、特に制限されるものではないが、２〜１２００℃／ｍｉｎ、特に６００〜１２００℃／ｍｉｎとすることが好ましく、２℃／ｍｉｎ未満であると硬化時間が必要以上に長くなって製造効率が大きく低下すると共に、フォームのセルが潰れるなどの問題を生じる場合もあり、一方１２００℃／ｍｉｎを超えると表面部の気泡が大きくなって、表面部の密度が低下し、上記密度分布を達成し得ない場合がある。
【００４０】
本発明の製造方法は、上記のように金型の温度管理を行って、弾性層をポリウレタン発泡体で成形するものである。この際、特に制限されるものではないが、機械撹拌発泡させたポリウレタン原料を金型に注型した後、ゲート孔やガス抜き孔などの金型の開口部を密封して保圧した状態で金型を熱硬化温度に昇温させ、熱硬化を行うことが好ましい。このように、保圧を行うことにより気泡を必要以上に拡大させることを防止することができ、特にポリウレタン発泡体の表面部分の密度が上昇することを効果的に防止することができる。
【００４１】
なお、金型に注型するポリウレタン原料の調製は、上記各成分を常法に従って、混合し機械撹拌発泡させて、上記金型に注型すればよく、特に制限されるものではないが、上記各成分の混合については、上記触媒、整泡剤及びイオン導電剤はポリオール成分に予め混合した後にイソシアネート成分と混合することが好ましく、またカーボンブラックを用いる場合には、カーボンブラックをイソシアネート成分に予め混合した後にポリオール成分と混合することが好ましい。
【００４２】
本発明の導電性ローラは、上記のように、特定の密度分布を有するポリウレタン発泡体からなる弾性層を有するものであるが、例えば現像ローラ、トナー搬送ローラ、帯電ローラなどとする場合には、通常この弾性層上に樹脂塗膜層が形成される。この場合、本発明では、目止め層を形成することなく、この樹脂塗膜層を上記弾性層上に直接樹脂塗膜層を形成することができ、このように目止め層を省略しても良好な表面性状を得ることができ、目止め層の省略により製造コストの削減を図ることができる。
【００４３】
この樹脂塗膜層としては、ローラの用途等に応じて選択される公知の樹脂を用いて形成することができ、例えばウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが例示される。
【００４４】
この樹脂塗膜層には、ローラの用途等に応じて適宜な添加剤を配合することができ、例えば上記弾性層で例示したものと同様の導電剤や樹脂の硬化剤などを必要に応じて適量添加することができる。
【００４５】
また、この樹脂塗膜層には、ローラの表面粗さを調製するため樹脂粒子などを配合分散することもできる。この場合、樹脂粒子は、表面樹脂層を形成する樹脂の種類や表面樹脂層の厚さなどに応じて適宜選定することができる。具体的には、例えばウレタン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、シリカ粒子、ポリアミド樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子などが例示され、これらの１種又は２種以上を用いることができる。また、粒子の形状や大きさ、粒度分布なども適宜選定され、特に制限されるものではないが、通常は球形、角型、針型の粒子が好ましく用いられ、また粒径はＤ50＝１〜５０μｍ、特にＤ50＝５〜２０であることが好ましい。
【００４６】
この樹脂塗膜層の厚さは、該樹脂層を構成する樹脂の種類やローラの用途、弾性層の特性などに応じて適宜設定され、特にい制限されるものではないが、通常は１〜２０μｍ、特に５〜１０μｍとすることが好ましい。また、この樹脂塗膜層は、複数層を積層形成してもよく、通常は１〜５層とすることができる。
【００４７】
なお、この樹脂塗膜層の形成は、上記樹脂成分及び添加剤をメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、メチルシクロヘキサンなどの溶剤に溶解・分散して樹脂塗料を調製し、樹脂塗料をディッピング、スプレー、ロールコータなどの公知の方法により弾性層上に塗工すればよい。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例，比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００４９】
［実施例１〜３及び比較例１〜４］
下記表１，２に示した配合組成のポリウレタンフォームを発泡成形し、芯金（６ｍｍφ）の外周にポリウレタンフォームからなる弾性層（厚さ３ｍｍ）を形成した。この際、イソシアネート及びカーボンブラックを混合したＡ液と、ポリオール、整泡剤、イオン導電剤、触媒を混合したＢ液とを予め調製し、これらＡ液とＢ液とを機械撹拌して混合すると共に発泡させ、芯金をセットした金型内に注型して芯金の外周にポリウレタンフォーム弾性層を形成した。この場合、実施例１〜３及び比較例２〜４では、金型を予熱せずに２５℃の常温で注型し、注型後に７００℃／ｍｉｎの速度で７０℃まで昇温して、成形を行った。一方、比較例１では、予め７０℃まで予熱した金型に上記Ａ，Ｂ混合液を注型し、そのままの温度で成形を行った。また、実施例１〜３及び比較例１，３，４では、注型後直ちにゲート孔とガス抜き孔を密封して保圧し、そのままの状態で熱硬化を行った。一方、比較例２ではゲート孔とガス抜き孔の密封操作を行わず、これらを開放したままの状態で熱硬化を行った。なお、表１，２中の配合部数は、全て質量部である。また、表１，２中のイソシアネート成分及びポリオール成分の詳細は下記の通りである。
【００５０】
ポリオール変性トリレンジイソシアネート（１）
旭硝子ウレタン株式会社製、試作品「ＢＳ００８」
ポリエーテルポリオール（２）
旭硝子ウレタン株式会社製、「エクセノール４３０」
ポリエーテルポリオール（３）
三洋化成工業株式会社製、「サンニックス ＦＡ−９５１」
ポリエステルポリオール（４）
株式会社クラレ製、「クラレポリオール Ｆ−５１０」
ポリエーテルポリオール（５）
旭硝子ウレタン株式会社製、「エクセノール４２０」
【００５１】
得られた、弾性層のフォーム密度、表面部のフォーム密度、中央部のフォーム密度、表面部と中央部との密度差を測定した。結果を表１，２に示すと共に、弾性層断面の密部分布をグラフにしたものを図１に示す。また、表面部及び中央部のセル径を測定した。結果を表１，２に併記する。
【００５２】
次いで、この弾性層上に下記組成の塗料を塗布して、厚さ１０μｍの表面樹脂層を形成し、導電性ローラを得た。
塗料組成
ウレタン樹脂（日本ポリウレタン社製「N5196」） １００質量部
カーボンブラック ３５質量部
ウレタン粒子（大日本インキ社製「バーノック」、球状、Ｄ50＝１０μｍ） １０質量部
メチルエチルケトン ３５０質量部
イソシアネート硬化剤（日本ポリウレタン社製「コロネートHX」） ２０質量部
【００５３】
得られた各ローラにつき、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に従って、輪郭曲線の算術平均高さ（Ｒａ）及び輪郭曲線要素の平均長さ（Ｒａ）を測定して表面粗さを調べた。また、アドバンテスト社製の抵抗測定機により１００Ｖ印加時の静止抵抗を測定した。更に、アスカーＣ硬度を測定した。これらの結果を表１，２に示す。
【００５４】
そして、上記各ローラを現像ローラとしてプリンタカートリッジに装着し、このカートリッジをヒューレット・パッカード社製のレーザービームプリンタ「Laser Jet4050」にセットして黒ベタ画像を印刷し、画像濃度の均一性を、○、○△、△、×の４段階で評価した。結果を表１，２に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
【００５７】
表１に示されているように、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上のポリウレタン発泡体で弾性層を形成した実施例１〜３の導電性ローラは、目止め層を省略して直接樹脂塗膜層を形成しても良好な表面性状が得られ、現像ローラとして良好な性能を発揮し、良好な画像を形成することができるものであることが確認された。
【００５８】
これに対し、表１，２に示されているように、比較例１〜４の導電性ローラは、表面部の密度が低く、また比較例１，２では表面部と中央部との密度も小さいため、ローラの表面性状、特に表面粗さ（Ｒａ）を十分に制御することができず、このため画像品質に大きく劣り、目止め層を省略することが困難であることが確認された。
【００５９】
また、比較例１は金型を予め熱硬化温度の７０℃に予熱して弾性層の成形を行ったものであるが、このため表面部の密度が低く、密度差も小さくなっている。更に、比較例２はゲート孔及びガス抜き孔を開放したまま保圧なしで成形を行ったものであるが、これも同様に表面部の密度が十分でなく、密度差も不十分なものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例，比較例で得られた各導電性ローラの弾性層の密度分布を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体からなる弾性層を有する導電性ローラにおいて、
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の発泡体であることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体の平均密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3である請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの範囲における平均セル径が０．００５〜０．１５ｍｍで、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲における平均セル径が０．０１〜０．５ｍｍの発泡体である請求項１又は２記載の導電性ローラ。
【請求項４】
上記弾性層の厚さが１〜１０ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項５】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、独立気泡を有する発泡体である請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項６】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、ポリオール成分としてポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオール或いはこれらの両方を用い、イソシアネート成分としてポリオール変性トリレンジイソシアネートを用いて得られたものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項７】
上記弾性層上に１層又は複数層の樹脂塗膜層が形成された請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項８】
ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料を機械撹拌発泡させ、芯金を配置した金型に注型し熱硬化させて、芯金の周囲にポリウレタン発泡体からなる弾性層を形成する導電性ローラの製造方法において、
上記金型を予熱することなく、２５〜−１０℃の常温又は冷却状態の金型に上記ポリウレタン原料を注型した後、熱硬化温度に昇温して熱硬化させることを特徴とする導電性ローラの製造方法。
【請求項９】
上記金型の昇温速度が２〜１２００℃／ｍｉｎである請求項８記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項１０】
上記金型に上記ポリウレタン原料を注型した後、金型の開口部を密封して保圧し、この保圧状態を保ちながら金型を加熱して、熱硬化を行う請求項８又は９記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項１１】
上記金型から脱型したローラの上記弾性層上に、直接溶剤系塗料を塗工して１層又は複数層の樹脂塗膜層を形成する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項１】
ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料から機械撹拌発泡により得られるポリウレタン発泡体からなる弾性層を有する導電性ローラにおいて、
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの密度が０．７５〜０．９９ｇ／ｃｍ3、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲の密度が０．２〜０．７ｇ／ｃｍ3で、かつこれら表面部密度と中央部密度との差が０．２５ｇ／ｃｍ3以上の発泡体であることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体の平均密度が０．５〜０．８ｇ／ｃｍ3である請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、表面から深さ０．０５ｍｍまでの範囲における平均セル径が０．００５〜０．１５ｍｍで、厚さ方向中央部の厚さ０．０５ｍｍ範囲における平均セル径が０．０１〜０．５ｍｍの発泡体である請求項１又は２記載の導電性ローラ。
【請求項４】
上記弾性層の厚さが１〜１０ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項５】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、独立気泡を有する発泡体である請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項６】
上記弾性層を形成するポリウレタン発泡体が、ポリオール成分としてポリエステルポリオール又はポリエーテルポリオール或いはこれらの両方を用い、イソシアネート成分としてポリオール変性トリレンジイソシアネートを用いて得られたものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項７】
上記弾性層上に１層又は複数層の樹脂塗膜層が形成された請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項８】
ポリオール成分とイソシアネート成分とを含むポリウレタン原料を機械撹拌発泡させ、芯金を配置した金型に注型し熱硬化させて、芯金の周囲にポリウレタン発泡体からなる弾性層を形成する導電性ローラの製造方法において、
上記金型を予熱することなく、２５〜−１０℃の常温又は冷却状態の金型に上記ポリウレタン原料を注型した後、熱硬化温度に昇温して熱硬化させることを特徴とする導電性ローラの製造方法。
【請求項９】
上記金型の昇温速度が２〜１２００℃／ｍｉｎである請求項８記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項１０】
上記金型に上記ポリウレタン原料を注型した後、金型の開口部を密封して保圧し、この保圧状態を保ちながら金型を加熱して、熱硬化を行う請求項８又は９記載の導電性ローラの製造方法。
【請求項１１】
上記金型から脱型したローラの上記弾性層上に、直接溶剤系塗料を塗工して１層又は複数層の樹脂塗膜層を形成する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の導電性ローラの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２８０４４５（Ｐ２００８−２８０４４５Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２６５８４（Ｐ２００７−１２６５８４）
【出願日】平成１９年５月１１日（２００７．５．１１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１１日（２００７．５．１１）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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