(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、シャフト周辺に少なくとも２層以上の弾性層が設けられたローラにおいて、前記弾性層の基材がウレタンであり、かつ、前記弾性層のうち、最外層がポリウレタンエラストマーであり、上記最外層の基材であるポリウレタンエラストマーが、主に疎水性ポリオールとイソシアネートからなり、上記疎水性ポリオールが、ポリオレフィンポリオール又はシリコーンポリオール、フッ素ポリオール、ヒマシ油系ポリオール、ダイマー酸ポリオール、或はそれらの混合物であることを特徴とするローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複写機、プリンター等の電子写真装置や静電記録装置等に用いられるローラに係り、特に帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、給紙ローラ、搬送ローラ等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンター等の電子写真装置や静電記録装置には数多くの部材が用いられ、電子写真プロセス中で帯電、現像、転写、トナー層形成、クリーニング、定着、給紙、紙の搬送等の多様な役割を果している。
これらのプロセスにおいて装置の設計許容範囲を広げる為に、部材に対しては低硬度のものが要求されてきた。例えば現像ローラでは、低硬度にして感光ドラム表面にトナーを搬送する際の接触面積を大きくした方が良好な画像が得られ易い。又給紙ローラでは、記録紙の状態や温度、湿度の環境条件に幅広く対応して、記録紙を円滑に搬送する為には低硬度の方が望ましい。帯電ローラでは、低硬度の方が感光体とのニップ幅を大きく取れ、均一な帯電となり易く、又高速での帯電にも対応できる。
【０００３】
ウレタン材料を用いたローラにおいても、低硬度のものが求められていたが、エラストマータイプで低硬度を実現しようとすると分子量の大きい成分の割合が多くなる為、反応完結性が悪くなり、感光ドラムに対する汚染が問題となってくる。一方、フォームタイプでは非汚染性での低硬度を実現できるが、この場合は耐久性、特に耐摩耗性に問題を生じてくる。
帯電ローラの場合には、感光ドラムでの接触、現像ローラでは感光ドラム、トナー、及びトナー層形成ブレードとの接触、転写ローラ及び給紙ローラでは記録紙での接触が起こる為ローラに耐摩耗性が要求されるがフォームタイプでは十分な特性を得ることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複写機、プリンター等の電子写真装置や静電記録装置に用いられた場合に感光ドラムや記録紙を汚染することなく低硬度で、かつ、耐摩耗性等の耐久性に優れたローラを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、請求項１の如く、シャフトと、シャフト周辺に少なくとも２層以上の弾性層が設けられたローラにおいて、前記弾性層の基材がウレタンであり、かつ、前記弾性層のうち、最外層がエラストマーであることを特徴とするローラであり、請求項２の如く、上記最外層の基材であるウレタンが、主に疎水性ポリオールとイソシアネートからなるローラであり、その上記疎水性ポリオールがポリオレフィンポリオールであることを特徴とするローラとしたことによって、上記目的を達成することを見出し本発明に至ったものである。
【０００６】
更に、本発明は、請求項４の如く、シャフトと周辺に少なくとも２層以上の弾性層が設けられたローラにおいて、前記弾性層のうち、最外層がエラストマーであることを特徴とするローラであり、上記最外層の基材であるウレタンが、主にポリエステルポリオールとイソシアネートからなることを特徴とするローラとすることでも、その目的を達成し得る。
【０００７】
【作用】
すなわち、本発明のローラは、最外層が疎水性ポリオールまたはポリエステルポリオールを用いたウレタンエラストマーであることにより、感光体ドラムや記録紙への汚染及び耐久性を向上させ、また、最外層でないその他の弾性層として少なくとも１層以上のウレタンフォームを有することにより、簡単にローラ全体の硬度をＪＩＳ−Ａ硬度で４０度以下にすることができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明に用いられるシャフトには特に制限はなく、金属製であってもプラスチック製であってもローラ本体を保持して回転できるものであれば差し支えない。ローラ本体は、２層以上のポリウレタン組成物よりなり、最外層がポリウレタンエラストマー、最外層でない弾性層のうち少なくとも１層がポリウレタンフォーム層であることが必要である。
ローラ本体のポリウレタン組成物が１層であると、ポリウレタンエラストマーかポリウレタンフォームのいずれかとなり、前述したように感光ドラムや記録紙に対する非汚染、低硬度、対摩耗性をすべて満たすことができなくなる。
【０００９】
本発明では、最外層のポリウレタンエラストマーに耐摩耗性と非汚染性の機能を持たせ、最外層でない層のポリウレタンフォームに低硬度の機能を持たせている。本発明での低硬度はＪＩＳ−Ａ硬度で４０度以下と定義する。
本発明が提供するローラの最も一般的な構造は２層構造であり、外層がポリウレタンエラストマー、内層がポリウレタンフォームである。層の厚みはローラの用途により異なる為、特に制限はないが、外層の厚みは耐久性を考慮すると０．１ｍｍ以上必要である。外層が０．１ｍｍより薄いと他の部材と接触して摩耗が進んだ場合の耐久性が不十分である。
【００１０】
本発明が提供するローラの構造は２層以上のものでも差し支えない。この場合、最外層がポリウレタンエラストマーで、最外層でない弾性層のうち少なくとも１層がポリウレタンフォームである以外はどのような組み合わせであっても良い。組み合わせを例示すると外側から
エラストマー／フォーム／フォーム、エラストマー／フォーム／エラストマー、エラストマー／エラストマー／フォーム、エラストマー／フォーム／フォーム／フォーム、エラストマー／フォーム／エラストマー／フォーム／フォーム等無数に挙げることができる。
【００１１】
本発明が提供するローラにおける層間の界面すなわち、エラストマー／フォーム、エラストマー／エラストマー、フォーム／フォームにおいて、接着剤が不要であることも本発明の特徴の１つである。ウレタン組成物相互の化学結合、相溶性、浸漬効果により層間の接着をとることができる為接着剤を塗布する工程を省略することができる。
又、フォーム層の上に他の層（エラストマー或はフォーム）を形成する場合に、フォーム層の外皮すなわちスキン層は研磨により除いても良いし、研磨せずにそのまま他の層を形成しても良いが、これはいずれの場合でも接着剤なしで層間の接着をとることができる為である。
【００１２】
本発明における２層以上のウレタンよりなるローラは、２種類以上のポリウレタン組成を用いることを基本とするが、その特殊な場合とし１種類のポリウレタン組成で多層を形成しても差し支えない。すなわち、インテグラルスキン成形法と呼ばれるものであり、最外層の皮革状のスキン層をポリウレタンエラストマーとみなせば内層のポリウレタンフォームまで連続的に形成された多層状のローラとすることができるからである。
【００１３】
本発明で得られる疎水性ポリウレタンエラストマーは、疎水性ポリオールとイソシアネートからなる。
疎水性ポリオールとしては、ポリオレフィンポリオール又はシリコーンポリオール、フッ素ポリオール、ヒマシ油系ポリオール、ダイマー酸ポリオール、或はそれらの混合物が用いられる。ポリオールの官能基数としては２〜４が好ましい。又、分子量としては５００〜５０００が、好ましくは１０００〜３０００が良い。この範囲より小さいと得られるポリウレタンエラストマーは硬過ぎ、又この範囲より大きいとポリオールの粘度が高過ぎて好ましくない。
【００１４】
ポリオレフィンポリオールとしては、ポリイソプレンポリオール、ポリブタジエンポリオール或はそれらの水添物を挙げることができる。
更に、物性の低下を引き起こすことなく粘度を下げ、注型性を向上させる目的で、これら疎水性ポリオールにポリテトラメチレンエーテルグリコールを混合しても良い。ポリテトラメチレンエーテルグリコールとしては、通常のポリテトラメチレンエーテルグリコールの他にそのメチレン基にメチル基等のアルキル基等の置換基をグラフトさせたもの、或はその主鎖にプロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを共重合させたものも使用できる。
【００１５】
また、本発明で用いられるポリエステルポリオールは、通常用いられるものであれば、どのようなものでも差し支えないが、主鎖にアルキル基が分岐しているものが特に好適に用いられる。
例えば、３−メチル−１，５−ペンタンジオールを原料とした「化−１」に示すもの、或いは、β−メチル−δ−バレロラクトンを原料とした「化−２」に示すもの等が例示される。
【００１６】
【化１】
0003555707.tif 000002
【００１７】
【化２】
0003555707.tif 000003
【００１８】
イソシアネートとして、液状のジフェニルメタン−４，４’  ジイソシアネートが用いられる。液状のジフェニルメタン−４，４’  ジイソシアネートとしては、カルボジイミド変性ジフェニルメタン−４，４’  ジイソシアネート或はウレトンイミン変性ジフェニルメタン−４，４’  ジイソシアネート或は粗製ジフェニルメタン−４，４’  ジイソシアネート（クルードＭＤＩ或はポリメリックＭＤＩとも呼ばれる）或はそれらの混合物が好ましく用いられる。
イソシアネートの官能基数は２を越えて５まで、好ましくは２．５〜４なるイソシアネートが適当である。この範囲より小さいと得られるポリウレタンエラストマーは接触物を汚染することがあり、又この範囲より大きいともろくなるので好ましくない。
【００１９】
ポリオールとイソシアネートの配合比率はポリオール中の水酸基に対するイソシアネート基の比は０．７〜２．０、好ましくは０．９〜１．３になるように調整することが適当である。この範囲より小さいと得られるポリウレタンエラストマーは接触物を汚染することがあり、又この範囲より大きいともろくなるので好ましくない。
【００２０】
上記ポリオールとイソシアネートからインテグラルスキンフォームを作るには、通常のインテグラルスキンフォーム成形法が適用される。すなわち、適当な整泡力を有するシリコーン系界面活性剤と共にポリオールとイソシアネートを強力に撹拌混合し、気泡を反応混合物中に取り込み、内部は泡を巻き込んだまま硬化する一方、表面付近の泡は消泡し適当なスキン層を有するように反応調整された反応混合物を温度調整された金型に注入することによって得られる。
【００２１】
これまで述べてきたように、本発明で得られるローラは、最外層でない層は発泡体から構成されるが、その発泡密度は、インテグラルスキンフォーム成形法で得られたローラの内部発泡部も同様に０．０２〜０．９ｇ／ｃｍ３  ，好ましくは０．２〜０．７ｇ／ｃｍ３  である。
以上述べた方法で得られたローラは、低硬度かつ、良好な耐摩耗性、低い汚染性等の特性を有し従来の問題点を解決することができる。
【００２２】
以下に実施例、比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記に限定されるものではない。
［実施例１］
官能基数３、分子量５０００のポリエーテルポリオールにＮＣＯ％が６．７になるようにトリレンジイソシアネートを反応させて得られたプレポリマー１００部に、１，４−ブタンジオール６．５５部、シリコーン界面活性剤２部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を添加し、混合機を用いて２分攪拌した後、予め１９ｍｍのシャフトをセットし、６０℃に予熱されたモールドに反応混合液を注入し、６０℃で１２時間キュアした。脱型後研磨し、外形３１ｍｍの外層がウレタンフォームのローラを得た。
このようにして得られたウレタンフォーム製ローラに、下記に示す方法により、疎水性ウレタンエラストマーを最外層とし、内部がウレタンフォームである２層構造の外形３３ｍｍのローラを得た。
【００２３】
まず、官能基数２．３６、分子量２８００のポリイソプレンポリオール１００部を真空で３０分減圧脱泡した後、ＮＣＯ％が３１．７の粗製ジフェニルメタン−４．４′ジイソシアネート１２．７部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を添加し、やはり減圧脱泡しつつ３分間攪拌した後、予め上記で得られたウレタンフォーム製ローラがセットされ、９０℃に予熱した内径３４ｍｍのモールドに流し込み、９０℃で１６時間キュアを行い、脱型した後、所定の外径になるよう研磨した。出来上がったローラのＪＩＳ−Ａ硬度は３２度であった。
ローラの感光ドラムへの汚染性を試験するため、ヒューレットパッカード社のプリンターＬａｓｅｒ  Ｊｅｔ−３・Ｓｉ型の感光ドラムにローラを５００ｇの荷重で押し当て、５５℃、８５％湿度の条件で５日間放置した。取り出し後の感光ドラム表面に跡は残らず、プリンターに装着して画像を出しても影響はなかった。
給紙ローラとしての耐摩耗性を見るために紙送り装置にローラを装着して５００００枚の紙送りを行ったが、ローラ表面に変化は観察されず、紙送りも順調であった。
【００２４】［実施例２］
官能基数２．３６、分子量２８００のポリイソプレンポリオール１００部に、ＮＣＯ％が３１．７の粗製ジフェニルメタン−４．４′ジイソシアネート１２．７部、シリコーン界面活性剤を２部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を添加し、ダブル攪拌型混合機にて２分間攪拌した後、予め外径１９ｍｍのシャフトがセットされ、４０℃に予熱された内径３３ｍｍのモールドに流し込み、９０℃で１６時間キュアを行い、脱型し、最外層厚みが２００μｍのスキン層を有し、内部の密度が０．５ｇ／ｃｍ３  の発泡体であるインテグラルスキンタイプウレタン製ローラを得た。
得られたローラのＪＩＳ−Ａ硬度は２９度であり、感光ドラムへの汚染性、給紙ローラとしての耐摩耗性も問題がなかった。
【００２５】
［実施例３］
外層を形成するポリオールをポリエステルポリオールとした他は［実施例１］と同様に実施した。すなわち、ポリイソプレンポリオールに代えて、３−メチル−１，５−ペンタンジオールを原料とした官能基数２．０、分子量５０００のポリエステルポリオール１００部に対して、粗製ジフェニルメタン−４，４ジイソシアネート６．１部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を配合した。
得られたローラのＪＩＳ−Ａ硬度は３２度であり、感光ドラムへの汚染性、給紙ローラとしての耐摩耗性も問題がなかった。
【００２６】
［比較例１］
官能基数２．３６、分子量２８００のポリイソプレンポリオール１００部を真空で３０分減圧脱泡した後、ＮＣＯ％が３１．７の粗製ジフェニルメタン−４．４′ジイソシアネート１２．７部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を添加し、減圧脱泡しつつ３分間攪拌した後、９０℃に予熱した内径３４ｍｍのモールドに流し込み、９０℃で１６時間キュア後、脱型して研磨を行い３３ｍｍのウレタンエラストマーローラとした。得られたローラのＪＩＳ−Ａ硬度は４６度であり、感光ドラムへの汚染性、給紙ローラとしての耐摩耗性も問題がなかった。
【００２７】
［比較例２］
官能基数３、分子量５０００のポリエーテルポリオール１００部を真空で３０分減圧脱泡した後、ＮＣＯ％が３１．７％の粗製ジフェニルメタン−４，４’ジイソシアネート８．６９部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を添加した後、やはり減圧脱泡しつつ３分間攪拌した後、予め外径１９ｍｍのシャフトがセットされ、９０℃に予熱した内径３４ｍｍのモールドに流し込み、９０℃で１６時間キュアを行い、脱型した後、外径３３ｍｍになるよう研磨し、一層構造のウレタンエラストマー製ローラを得た。
ＪＩＳ−Ａ硬度は３８度であり、給紙ローラとしての耐摩耗性は問題がなかったが、感光ドラムへの汚染試験を行うと感光体表面に跡が残り、画像にも欠陥があった。
【００２８】
［比較例３］
官能基数２．３６、分子量２８００のポリイソプレンポリオール１００部にＮＣＯ％が３１．７％の粗製ジフェニルメタン−４，４’ジイソシアネート１２．７部、シリコーン界面活性剤を２部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を添加し、ダブル攪拌型混合機にて２分間攪拌した後、予め外径１９ｍｍのシャフトがセットされ、６０℃に予熱された内径３４ｍｍのモールドに流し込み、６０℃で１６時間キュアを行い脱型した。
研磨後３３ｍｍのローラとした。ＪＩＳ−Ａ硬度は２８度であり、感光ドラムへの汚染性は問題がなかったが、給紙ローラとしての紙送りを５０００枚行うと表面侵食が激しく、紙送り不能となった。
【００２９】
［比較例４］
官能基数３、分子量５０００のポリエーテルポリオールにＮＣＯ％が６．７になるようにトリレンジイソシアネートを反応させて得られたプレポリマー１００部に、１，４−ブタンジオール６．５５部、シリコーン界面活性剤２部、ジブチルチンジラウレート０．０１部を添加し、混合機を用いて２分間攪拌した後、予め外径１９ｍｍのシャフトをセットし６０℃に予熱されたモールドに反応混合液を注入し、６０℃で１２時間キュアした。脱型後研磨し、外径３４ｍｍの外層がウレタンフォームのローラを得た。
研磨後３３ｍｍのローラとした。ＪＩＳ−Ａ硬度は２８であったが、給紙ローラとしての耐摩耗性は、［比較例３］と同様であり、感光ドラムへの汚染性は［比較例２］と同様であり、いずれも満足のいくものではなかった。
【００３０】
以上、詳細に説明した各実施例、比較例を纏めて表１に示す。
【表１】
0003555707.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
すなわち、本発明のローラは、最外層が疎水性ポリオールまたはポリエステルポリオールを用いたウレタンエラストマーであることにより、感光体ドラムや記録紙への汚染及び耐久性を向上させ、また、最外層でないその他の弾性層として少なくとも１層以上のウレタンフォームを有することにより、簡単にローラ全体の硬度をＪＩＳ−Ａ硬度で４０度以下にすることができる。