(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、その外周に低硬度導電弾性層とを同心に積層一体化して設けた導電性ローラにおいて、前記低硬度導電弾性層がポリオール成分およびイソシアネート成分の合計１００重量部に対して、２５℃における粘度が１００，０００〜８００，０００ｃｐｓのジメチルシロキサンを０．５〜１０重量部含有させて反応硬化させたポリウレタンエラストマーからなることを特徴とする導電性ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、導電性ローラに関し、特に電子写真装置等に用いることができる低硬度、低表面粘着性の導電性ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やファクシミリ、プリンタ等の電子写真装置には、感光体を帯電させたり、静電潜像を顕像化するため、その目的に合った導電性を有する弾性ローラが一般に備えられる。たとえば、１成分現像方式の電子写真装置では、互いに圧接されている現像ローラから感光ドラム（感光体）へ現像剤（トナー）が移動し、静電潜像を顕像化し、現像が成される。このような現像ローラは感光ドラムと所定の接触幅をもって圧接されたり、ブレード等によって現像剤を薄層担時されるため、弾性を持つ必要があり、典型的には、回転軸（金属芯）の外周に低硬度で導電性付与剤を含有した弾性体（エラストマ）または発泡体（フォーム）から成る導電弾性層が形成されたローラが用いられる。これらローラの導電弾性層には、容易に変形しかつ復元性に優れしかも感光体を汚染しない点よりポリウレタンエラストマやフォームが好ましく用いられる。
【０００３】
このような導電弾性層には、１）低硬度である（たとえば、ＪＩＳＡ２０〜３０°）、２）導電性が良い（たとえば１０7Ω以下）、３）粘着性が低い、および４）ローラに成形したときに表面粗度が小さい等の特性が要求される。しかしながら、公知の低硬度のポリウレタンは表面粘着性が高いという難点がある。表面粘着性が高いと、ローラを研磨したとき、砥石が目詰まりしやすくなる、あるいは砥石表面のべたつきを起こす。砥石が目詰まりするとローラを規定の寸法に研磨できなくなるし、また研磨されたローラの表面も粗くなる。さらに、砥石の目詰まり、べとつきにより、砥石のドレッシング（掃除）頻度が増加し、結果として作業性の低下をもたらす。
【０００４】
表面粘着性が高いときの別の問題点は、ローラ表面にトナーが付着し、感光体にトナーが円滑に移送されないことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の低硬度ポリウレタンエラストマは、表面粘着性が高いため、導電性ローラとして用いると種々の問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、表面粘着性の低い低硬度ポリウレタンエラストマから成る導電性ローラを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の粘度のジメチルシロキサンを配合することによって、表面粘着性が改善された低硬度の導電性ポリウレタンエラストマからなる弾性層を備える導電性ローラを要旨とする。
【０００８】
本発明によれば、回転軸と、その外周に低硬度導電弾性層とを同心に積層一体化して設けた導電性ローラにおいて、前記低硬度導電弾性層がポリオール成分およびイソシアネート成分の合計１００重量部に対して、２５℃における粘度が１００，０００〜８００，０００ｃｐｓのジメチルシロキサンを０．５〜１０重量部含有させて反応硬化させたポリウレタンエラストマーからなることを特徴とする導電性ローラが提供される。
【０００９】
本明細書中用いる「導電性ローラ」とは、金属等の剛性体に防錆等の表面処理を施した回転軸の外周に低硬度の導電性ポリウレタンエラストマーからなる導電弾性層を同心状に積層一体化して形成し、さらに必要に応じて表面性能を付与するために、前記導電弾性層の外周を被覆する表面層を設けたローラを意味する。ここで「低硬度」とは、ＪＩＳＡ  ４０°以下の硬度を指す。
【００１０】
本発明で使用できるポリウレタンエラストマは、イソシアネートと、ポリオールを必須成分とし、必要に応じて鎖伸長剤、架橋剤等を含むポリウレタン生成用調合物を反応硬化させて得られる。イソシアネートとして、脂肪族または芳香族のいずれのものを用いてもよい。たとえば、好ましいイソシアネートとしては、トルレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（水添ＭＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、１，３−キシリレンジイソシアネート、１，４−キシリレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、１，５−ナフタリンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネートおよびこれらの変性体が挙げられる。本明細書中用いる「変性体」とは前記のイソシアネートモノマが相互に反応して得られる２量体、３量体、ウレア変性体等を意味する。これらのイソシアネートは単独または２種以上の混合物として使用することができる。
【００１１】
本発明の好適な実施態様において、使用されるイソシアネートは常温（約１０〜約４０℃）で液状である。特に好ましいものは、ＴＤＩ、変性ＭＤＩ、水添ＭＤＩ、ＨＤＩおよびＩＰＤＩである。
【００１２】
本発明で使用できるポリオールは、大別してポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールから成る。ポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレンポリエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール、ポリオクタメチレンエーテルグリコール、ポリデカメチレンエーテルグリコールおよびこれらの混合物を挙げることができる。ポリオールとして、１分子中に３個の水酸基を有するもの、たとえばポリプロピレンエーテルトリオールを使用することも可能である。またポリエステルグリコールとしては、まず二塩基性酸をグリコールと反応させることによって得られるものが挙げられる。この際用いる二塩基性酸としてはアジピン酸、コハク酸、セバシン酸、テレフタル酸、これらの酸のアルキル誘導体およびハロゲン誘導体等があり、またグリコールとしてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等が用いられる。さらにラクトンの開環重合によるポリカプロラクトンポリオールなども用いることができる。これらのポリオールは単独または２種以上の混合物として使用することができる。
【００１３】
前記イソシアネートと同様、常温で液状であるポリオールを使用することが好ましい。特に好ましいものは、ポリプロピレンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルトリオール、β−メチル−δ−バレロラクトンポリオール、３−メチル−ペンチレンアジペートである。
【００１４】
本発明で、常温で液状のポリオール、イソシアネートが好適に使用される理由は、常温で液状であると計量、混合、注型等の操作がやりやすく、安全であるばかりでなく光熱費の節約にもなるからである。
【００１５】
また、イソシアネート、ポリオールの他に、鎖伸長剤を用いることもできる。鎖伸長剤としては、従来公知のもののいずれでもよいが、それらは大別して、ヒドロキシ鎖伸長剤とアミン鎖伸長剤とに分かれる。ヒドロキシ鎖伸長剤の代表例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール等が挙げられる。アミン鎖伸長剤の代表例としては、エチレンジアミン、１，２−プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン、ヒドラジン等が挙げられる。
【００１６】
さらに加えて、本発明で用いるポリウレタン調合物に架橋剤を配合してもよい。架橋剤にも鎖伸長剤と同様にヒドロキシ架橋剤とアミン架橋剤とがある。ヒドロキシ架橋剤の代表例は、グリセリンおよびトリメチロールプロパンおよび他のアルキレントリオールである。アミン架橋剤の代表例は、アルカノールアミン、たとえばジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等である。
【００１７】
本発明に係わるポリウレタンエラストマに導電性を付与するのに、ポリウレタン生成用調合物に導電性付与材を添加して使用する。この導電性付与材としては、公知のカーボンブラックの他酸化錫粒子等の金属粒子が挙げられる。使用量はポリオール成分１００重量部に対して０．３〜２．０重量部であり、好適には約０．５重量部である。
【００１８】
【作用】
本発明者らは、導電性ローラの低硬度導電弾性層を形成する低硬度ポリウレタンエラストマの表面粘着性を低下させるため、所定粘度のジメチルシロキサンを一定量導電性付与材と共に、ポリオール成分に配合し、反応硬化をさせると、初期目的が達成されることを見い出し、本発明を完成した。
【００１９】
本発明の顕著な特徴は、ポリウレタン調合物中のポリオール成分およびイソシアネート成分の合計に対して一定比の特定粘度を有するジメチルシロキサンを配合してポリウレタン生成用調合物を反応硬化させ、本発明に係るポリウレタンエラストマを得ることである。使用するジメチルシロキサンの粘度は、２５℃で約１００，０００〜約８００，０００ｃｐｓの範囲内にあることが好ましい。粘度が１００，０００ｃｐｓ未満であると、ジメチルシロキサンがブリードして、トナーのフィルミング（ローラにトナーが固着する）が生じるし、また８００，０００ｃｐｓを超えると、ポリウレタンエラストマ中に良好に分散しない。
【００２０】
ジメチルシロキサンの配合量については、前記ポリオール成分およびイソシアネート成分の合計１００重量部に対して、約０．５〜約１０重量部が好ましい。約０．５重量部未満であると、課題であるローラの表面粘着性の低下が認められない。また約１０重量部を超えると、ポリウレタン調合物との相溶性が悪く、ジメチルシロキサンのブリードが見られる。
【００２１】
本発明の導電性ローラの低硬度導電弾性層を構成するポリウレタンエラストマは前記原料を使用し、公知の方法で製造することができる。たとえば、前記のポリオール成分に導電性付与材成分、および所望ならば触媒その他の付加成分を混合し、ポリウレタン生成用調合物を調製し、反応硬化させることによりポリウレタンエラストマを得る。本発明で使用できる付加成分の例としては、着色剤、難燃剤、抗酸化剤、離型剤等である。重合反応を促進させるために、通常のウレタン重合反応において使用されるアミン系触媒（トリエチルアミン、Ｎ−エチルモルホリン、トリエチレンジアミン等）、錫系触媒（トリメチルチンラウレート、ジブチルチンジラウレート等）を使用してもよい。
【００２２】
ウレタン化反応は、前述のように常温で液状のポリオールに導電性付与材および本発明の特徴であるジメチルシロキサンを加え、均一に混合したものに、常温で液状のイソシアネートを加え、無溶媒で行うことが望ましい。
【００２３】
本発明の導電性ローラの製造はポリウレタン生成用調合物を金型内に注入充填し、前記反応温度において硬化させることによって行うことができる。すなわち、調合物を環境温度の金型に入れ、充填後、金型を約７０〜約１８０℃の温度に加熱する。別の実施態様によれば調合物を約８０℃に予備加熱した金型に充填後、硬化を行うために金型を同様に約１５０℃まで加熱する。いずれの場合も金型の加熱は、所望の金型温度よりやや高めの温度に設定したオーブンに金型を置くことによって達成される。金型温度は約７０〜約１８０℃、好ましくは約８０〜約１５０℃に維持される。典型的な方法においては、５〜６０分の金型内硬化時間が適切である。硬化後、常法により脱金型し、成形されたローラを得る。本発明のローラは電子写真装置用導電性ローラとして有用であるが、その他の多岐の用途にわたる導電性ローラにも適用できる。
【００２４】
【実施例】
以下の例は実施例および比較例による本発明を説明するものであるが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。すべての部は特に示す以外重量基準である。
【００２５】
実施例１
ポリエステルポリオール（ニッポラン４０３２、日本ポリウレタン株式会社製）９９．５部と、ジメチルシロキサン（ＫＦ９６Ｈ１００，０００、２５℃の粘度１００，０００ｃｐｓ、信越シリコン株式会社製）０．５部と、導電性カーボンブラック（ライオンアクゾ株式会社製）０．５部とをよく混合撹拌した後、ロールで練った。この混合物が均一になった後、１０５℃、３Ｔｏｒｒ以下の圧力で５時間減圧脱水した。
【００２６】
前記のようにして調製したポリオール成分混合液（液温１０５℃）にイソシアネート（ＴＤＩ−８０、日本ポリウレタン株式会社製）７．５部を液温４０℃に保ちながら添加し、アジテータで撹拌し、ポリウレタン生成用調合物を得た。
【００２７】
外周に接着剤を塗布したステンレス製（ＳＵＳ３０３）の芯金（回転軸）をローラ成形用金型にセットし、１５０℃に加熱した。この金型に、ポリウレタン生成用調合物を注入し、約６０分間反応硬化させ、その後脱型した。脱型後、さらに１５０℃で２時間後架橋反応を行い、回転軸の外周に、導電弾性層を有する成形体を得、得られた成形体を室温で１日放置熟成した。この成形体を研磨機にセットし、１３０ｒｐｍで回転させ、かつ７ｍｍ／ｓの速度で横送りしつつ、成形体の外周面に、周速１７００ｍ／ｓで回転する砥石を当てて表面研磨し、導電性ローラを得た。
【００２８】
実施例２
実施例１において、ジメチルシロキサンの添加量を１０部とした以外は、実施例１と同様にして回転軸の外周に導電弾性層を有する成形体を得た。これを実施例１に記載する研磨条件で表面研磨し、導電性ローラを得た。
【００２９】
実施例３
実施例１において、ジメチルシロキサンとしてＤＫＱ８−７７０（ダウコーニング社製、２５℃で粘度８００，０００ｃｐｓ）を使用した以外は、実施例１と同様にして回転軸の外周に、導電弾性層を有する成形体を得た。この成形体を前述のように表面研磨し、導電性ローラを得た。
【００３０】
実施例４
実施例１において、ジメチルシロキサンとしてＤＫＱ８−７７０（ダウコーニング社製、２５℃で粘度８００，０００ｃｐｓ）を１０部使用した以外は実施例１と同様にして回転軸の外周に、導電弾性を有する成形体を得た。この成形体を前述のように表面研磨し、導電性ローラを得た。
【００３１】
実施例５
実施例１において、ジメチルシロキサンとしてＫＦ９６Ｈ５００，０００（信越シリコン株式会社製、２５℃で粘度５００，０００ｃｐｓ）を使用した以外は、実施例１と同様にして回転軸の外周に、導電弾性を有する成形体を得た。この成形体を前述のように表面研磨し、導電性ローラを得た。
【００３２】
比較例１
実施例１において、ジメチルシロキサンの添加量を０．２部とした以外は、実施例１と同様にして導電性ローラを得た。
【００３３】
比較例２
実施例１において、ジメチルシロキサンの添加量を１５部とした以外は、実施例１と同様にして導電性ローラを得た。
【００３４】
比較例３
実施例１において、ジメチルシロキサンとしてＤＫＱ８−７７０を１５部使用した以外は、実施例１と同様にして導電性ローラを得た。
【００３５】
比較例４
実施例１において、ジメチルシロキサンとしてＫＦ９６Ｈ１，０００，０００（信越シリコン株式会社製、２５℃で粘度１，０００，０００ｃｐｓ）を使用した以外は、実施例１と同様にしてポリウレタン生成用調合液を調製しようとしたが、ジメチルシロキサンがポリオール成分に分散しなかったのでウレタン硬化反応は実施しなかった。
【００３６】
比較例５
実施例１において、ジメチルシロキサンとしてＫＦ９６Ｈ６０，０００（信越シリコン株式会社製、２５℃で粘度６０，０００ｃｐｓ）を使用した以外は、実施例１と同様にして導電性ローラを得た。
【００３７】
比較例６
実施例１において、ジメチルシロキサンを全く使用しなかった以外は、実施例１と同様にして導電性ローラを得た。
【００３８】
ローラの特性試験
前記実施例よりそれぞれ比較例から得られたそれぞれの導電性ローラについて以下の特性試験を行った結果を表１に示す。
【００３９】
ａ）ジメチルシロキサンのブリード
ローラからジメチルシロキサンのブリードの有無を肉眼で観察した。
【００４０】
ｂ）表面粘着性
ローラを電子写真装置（複写機）に装填して実際に使用したときにトナーのローラ表面上への粘着の有無を使用後、ローラを外して目視にて確認した。
【００４１】
製造上の特性評価
前記実施例、比較例において、製造上のポイントを次のように評価した結果を表１に示す。
【００４２】
ａ）ジメチルシロキサンのポリオール成分への分散性
ロール練り時に均一に分散しているか、分散不良を起こしているかを目視でチェックした。
【００４３】
ｂ）砥石のドレッシングの頻度（間隔）
研磨機に備えられた砥石の必要なドレッシング（掃除）頻度をドレッシングとドレッシングの間に研磨できたローラの本数で評価した。
【００４４】
【表１】
0003653122.tif 000002
【００４５】
比較例４以外の全ての例ではジメチルシロキサンのポリオール成分への分散性は許容できる範囲であった。
【００４６】
比較例１は低硬度の導電弾性層の焼付きによる砥石の目詰まりが、また、比較例２〜５においては、ジメチルシロキサンのブリードがいずれも認められたのでローラとして機能しないため、研磨砥石のドレッシングの検討は行っていない。
【００４７】
表１の結果から明らかなように、ジメチルシロキサンを前記所定範囲内で配合する限り、ブリードは見られなかった。さらに本発明の導電性ローラは表面粘着性において比較例のそれらより優れ、研磨機の砥石のドレッシング回数も実施例のローラに関しては顕著に減少した。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明の導電性ローラは、ポリウレタン生成用調合物に粘度調製したジメチルシロキサンを配合し、硬化成形したことにより、ローラ表面の粘着性が低下し、トナーの不要な付着がなくなるとともに、望ましくない埃やくず等の表面への付着も防止することができる。また、研磨時の砥石表面のつまりも減少し、砥石表面も比較的長時間奇麗に保てるので必要なドレッシングの周期が長くなり（すなわち回数が減り）研磨作業性が飛躍的に向上した。したがって本発明は工業上極めて利用価値がある。