(57)【要約】【課題】ローラとしては低硬度であり、かつローラ表面に未反応ポリオール成分の染み出しが殆どないトナー供給ローラの製造方法を提供する。【解決手段】芯金を内蔵したローラ形状成型金型にウレタンフォーム原料を注入し、該金型内で発泡硬化して、芯金の外周上にウレタンフォーム層を形成し、ウレタンフォーム層の表面にイソシアネート化合物を塗布含浸させ、ついで、塗布含浸させたイソシアネート化合物の融点以上の温度で温風処理した後、反応させる。【選択図】図１
2008015008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金上にウレタンフォーム層を設けたトナー供給ローラの製造方法であって、少なくとも工程（１）〜工程（４）からなることを特徴とするトナー供給ローラの製造方法。
（１）芯金を内蔵したローラ形状成型金型にポリオール成分およびポリイソシアネート成分を主成分とするウレタンフォーム原料を注入し、該金型内で発泡硬化して、芯金の外周上にウレタンフォーム層を形成する工程。
（２）工程（１）で形成されたウレタンフォーム層の表面に、イソシアネート化合物を塗布含浸させる工程。
（３）工程（２）で用いたイソシアネート化合物の融点以上の温度で温風処理する工程。
（４）含浸したイソシアネート化合物をウレタンフォームと反応させ、イソシアネート変性ウレタンフォーム層を形成する工程。
【請求項２】
ウレタンフォーム原料のＮＣＯインデックスが６０以上９０以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー供給ローラの製造方法。
【請求項３】
工程（２）のウレタンフォーム層表面へのイソシアネート化合物の塗布含浸が、イソシアネート化合物の吹き付けであることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー供給ローラの製造方法。
【請求項４】
工程（２）のウレタンフォーム層表面へのイソシアネート化合物の塗布含浸が、イソシアネート化合物のロールコートであることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー供給ローラの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のトナー供給ローラの製造方法により製造されたことを特徴とするトナー供給ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー供給ローラの製造方法及びトナー供給ローラに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複写機、プリンター等の電子写真方式の画像形成装置（以下、電子写真装置ということがある）における現像部には、静電潜像を保持する画像形成体と、この画像形成体に当接して表面に担持したトナーにより静電潜像をトナー画像として可視画像化する現像ローラがある。そして、この現像ローラにはトナー供給ローラによりトナーが供給される。すなわち、トナーが、トナー収容部からトナー供給ローラおよび現像ローラを介して静電潜像が形成されている画像形成体まで搬送され、現像部でトナー画像が形成される。
【０００３】
この現像機構において良好な画像形成を行うには、トナーの薄層が現像ローラ表面にムラなく均一に形成されて担持されていることが必要で、現像ローラ自体のトナー保持性能等に加え、トナー供給ローラの性能、特に表面のセル開口等の表面性能が重要となる。すなわち、トナー供給ローラには、現像ローラに当接して、摩擦帯電、トナーの供給および掻き取りを行うことにより、現像ローラ表面上に均一な帯電および厚みのトナー層を形成する性能が要求されている。
【０００４】
上記要求を満足できる良好な表面のセル開口を有するトナー供給ローラを得るために、従来から、様々な検討が重ねられてきている。例えば、トナー供給ローラは、一般に、スラブ発泡や型発泡して製造されたフォーム材からロール素材を切り出し、それに芯金を通した後、表面を研磨して、ロール形状に仕上げて製造される。この製造方法では、ウレタンフォームの表面を研磨により円柱状に削り落とし、フォームの網目をローラ表面とするが、研磨により表面が毛羽立ち、表面性状が悪化してしまう場合がある。また、研磨工程が必要であり、そのための設備投資も過大となり、最終的に製品コスト高につながるという問題を有していた。
【０００５】
これに対して、成形品が最終形状となる金型にて、芯金とウレタンフォームとを一体成形するとともに、特殊な金型表面とし、表面のスキン開口率をコントロールし、表面開口率２０％以上、ローラ硬度３５０ｇ以下であるウレタンフォーム製トナー供給ローラの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
このようにして形成されたウレタンフォーム製トナー供給ローラは、ポリオール成分が反応しきれず残ってしまい、ローラ表面に未反応ポリオール成分が染み出し、他のキーパーツ（現像ローラ、画像形成体、トナー等）を汚染し、画像不良を起こす場合があった。未反応ポリオール成分をなくすために、ポリオール成分とポリイソシアネート成分の当量比を同等若しくはポリイソシアネート成分過剰にすることが知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００７】
しかしながら、ポリイソシアネート成分の比率を高くした場合、ローラ硬度が高くなり、トナーにかかる負荷が多くなってしまい、トナーの劣化が促進され、ひいては画像不良の原因となる。
【特許文献１】特開平９−２７４３７３号公報
【非特許文献１】今井嘉夫著、「ウレタンフォーム」、（株）高分子刊行会、１９８７年５月２０日、ｐ．４１−４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の課題は、ローラとしては低硬度であり、かつローラ表面に未反応ポリオール成分の染み出しが殆どないトナー供給ローラおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下により、その目的を達成する。
【００１０】
すなわち、本発明は、芯金上にウレタンフォーム層を設けたトナー供給ローラの製造方法であって、少なくとも工程（１）〜工程（４）からなることを特徴とするトナー供給ローラの製造方法である。
（１）芯金を内蔵したローラ形状成型金型にポリオール成分およびポリイソシアネート成分を主成分とするウレタンフォーム原料を注入し、該金型内で発泡硬化して、芯金の外周上にウレタンフォーム層を形成する工程。
（２）工程（１）で形成されたウレタンフォーム層の表面に、イソシアネート化合物を塗布含浸させる工程。
（３）工程（２）で用いたイソシアネート化合物の融点以上の温度で温風処理する工程。（４）含浸したイソシアネート化合物をウレタンフォームと反応させ、イソシアネート変性ウレタンフォーム層を形成する工程。
【００１１】
ウレタンフォーム原料のＮＣＯインデックスが、６０以上９０以下であることが好ましい。
【００１２】
工程（２）のウレタンフォーム層表面へのイソシアネート化合物の塗布含浸が、イソシアネート化合物の吹き付けであることが好ましい。
【００１３】
工程（２）のウレタンフォーム層表面へのイソシアネート化合物の塗布含浸が、イソシアネート化合物のロールコートであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記トナー供給ローラの製造方法により製造されたことを特徴とするトナー供給ローラである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の製造方法により、ウレタンフォーム層表面から未反応ポリオール成分の染み出しが殆んどないトナー供給ローラが安価かつ確実に製造できる。また、該製造方法で製造されたトナー供給ローラは、最表面のみがポリイソシアネート成分が多い状態のウレタンフォームで、ウレタンフォーム層内部はポリオール成分の比率が低いために低硬度である。したがって、ローラ全体としては低硬度で、かつ表面に未反応ポリオール成分の染み出しが殆んどないので、本発明の製造方法で製造されたトナー供給ローラは電子写真装置のトナー供給ローラとしてきわめて優れた性能を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細について説明する。
【００１７】
図１は、本発明が対象とするトナー供給ローラの一例の斜視図である。
【００１８】
図１において、１はトナー供給ローラであり、該トナー供給ローラ１は、円柱状の芯金２と、該芯金２の周りにウレタンフォームからなる弾性層（ウレタンフォーム層）３を備えている。
【００１９】
芯金２は、従来公知のローラに使用される材料と同様のものでよく、例えば、鉄等で作製することができる。本発明においては、芯金２の外径としては２ｍｍから１０ｍｍの範囲が適当である。
【００２０】
本発明は、上記したように、芯金２上にウレタンフォーム層３を設けたトナー供給ローラ１の製造方法であり、該製造方法は、少なくとも下記工程からなっている。
（１）芯金を内蔵したローラ形状成型金型にポリオール成分およびポリイソシアネート成分を主成分とするウレタンフォーム原料を注入し、該金型内で発泡硬化して、芯金の外周上にウレタンフォーム層を形成する工程。
（２）工程（１）で形成されたウレタンフォーム層の表面に、塗布範囲を少なくともローラ中央部を中心として長手方向に画像幅として、イソシアネート化合物を塗布含浸させる工程。
（３）工程（２）で用いたイソシアネート化合物の融点以上の温度で温風処理する工程。
（４）含浸したイソシアネート化合物をウレタンフォームと反応させ、イソシアネート変性ウレタンフォーム層を形成する工程。
【００２１】
本発明で使用するウレタンフォーム原料は、従来公知のウレタンフォーム製造に使用されるポリオール成分とポリイソシアネート成分からなるものであれば限定されず、いずれでも使用可能である。
【００２２】
ポリオール成分としては、特に軟質ウレタンフォームの製造に用いられている、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知にものの中からの適宜選択して使用する。
【００２３】
また、ポリイソシアネート成分としても、少なくとも２官能のポリイソシアネートであれば使用可能である。例えば、２、４−及び２、６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４、４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、カーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート成分（ポリメリックＭＤＩ）等が挙げられる。そして、これらポリイソシアネートは単独でまた２種以上を併用して使用する。
【００２４】
また、ウレタンフォーム原料は、上記ポリオール成分およびポリイソシアネート成分と共に、架橋剤、発泡剤、ウレタン化触媒、難燃剤、充填剤、所望の導電性を付与するための導電性付与剤、帯電防止剤等が適宜使用される。
【００２５】
本発明の製造方法において、まず、芯金を内蔵したローラ形状成型金型にポリオール成分およびポリイソシアネート成分を主成分とするウレタンフォーム原料を注入し、該金型内で発泡硬化して、芯金の外周上にウレタンフォーム層を形成して、芯金上にウレタンフォーム層を有するローラ（原料ローラ）を製造する。
【００２６】
ここで、製造される原料ローラは、ウレタンフォーム層が十分に柔軟であることが望ましいので、ポリオール成分に対してポリイソシアネート成分を等モルより少なめで使用することが好ましい。そのためにイソシアネートと反応する活性水素に対するイソシアネートの比率を示すＮＣＯインデックス（活性水素に対し等モル量のイソシアネートがあるとき１００である）で６０から９０の範囲、好ましくは６０から８０の範囲とすることが望ましい。ポリイソシアネート成分の量を少なくしすぎる（すなわち、ＮＣＯインデックスを小さくしすぎる）と、未反応のポリオール成分が多くて、染み出し量が多くなり、トナーや現像ローラを汚染し、画像不良の原因となるので好ましくない。また、ポリイソシアネート成分の比率を高くしすぎると、ローラ硬度が高くなり、トナーに負荷がかかり、トナーの劣化を促進するので好ましくない。
【００２７】
金型内でのウレタンフォーム層の形成は、ウレタンフォーム原料の組成、触媒の使用量等により適宜決定されるが、通常、温度２５℃から８０℃、反応時間３分から３０分で行われる。発泡硬化終了後に金型から取り出され、必要により追加の硬化処理が行われた後、次の工程（２）に供される。
【００２８】
なお、芯金の周りのウレタンフォーム層としては、芯金の長手方向に、使用する画像形成装置で必要とされる長さは、通常１００ｍｍから３００ｍｍであり、そして厚みは通常１ｍｍから２０ｍｍ、好ましくは２ｍｍから１０ｍｍとされる。そして、ここでウレタンフォーム層の硬度はできるだけ、低い方が望ましく、後に形成されるイソシアネート化合物による表面処理後のローラ硬度が後述する方法で測定したとき、４０ｇから３００ｇの範囲になる硬度であることが好ましい。
【００２９】
工程（２）では、以上により製造された原料ローラのウレタンフォーム層表面から、イソシアネート化合物を塗布し、ウレタンフォーム層にイソシアネート化合物を含浸させる。ここでの塗布範囲としては、少なくともローラ中央部を中心として長手方向に画像幅とすることが好ましい。
【００３０】
ここで使用するイソシアネート化合物として、上記ウレタンフォーム原料で挙げたポリイソシアネート成分の他、フェニルイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、水添キシレンジイソシアネート（水添ＸＤＩ）等も使用可能である。なお、ウレタンフォーム層への塗布含浸はイソシアネート化合物を液状で行うので、常温で液状あるいは比較的融点が低いものが好ましい。
【００３１】
イソシアネート化合物のウレタンフォーム層への塗布含浸は、液状のイソシアネート化合物を刷毛、ローラ、スプレー、浸漬等により行うことが可能である。なお、含浸の容易さ、確実さ、操作の容易さ、過剰のイソシアネート化合物の除去の容易さ等から、（ａ）イソシアネート化合物の吹き付け、あるいは（ｂ）イソシアネート化合物のロールコートが適当である。
【００３２】
イソシアネート化合物をウレタンフォーム層に含浸させる最も簡便な方法は、原料ローラをイソシアネート化合物浴に浸漬することであるが、浸漬では、イソシアネート化合物がウレタンフォーム層内部にまで行き渡り、ローラ硬度が高くなる。また、イソシアネート化合物浴への浸漬では、ウレタンフォーム層表面上にイソシアネート化合物が過剰に残存しやすい。その残存イソシアネート化合物が空気中の水分と反応してウレア樹脂を形成し、結果として硬いウレア樹脂層がウレタン樹脂表面に形成されてしまい、弾性が損なわれる原因になる。したがって、ウレタンフォーム層表面にイソシアネート化合物を吹き付けやロールコートすることが好ましい。イソシアネート化合物のウレタンフォーム層への塗布含浸は、イソシアネート化合物が液状である温度で行う。
【００３３】
なお、イソシアネート化合物の塗布範囲を、少なくともローラ中央部を中心として長手方向に画像幅とするのは、トナー供給ローラが当接する現像ローラへトナーを供給する際に、染み出すポリオール成分の影響が大きいからである。現像ローラの染み出したポリオール成分汚染を防止する意味から、トナー供給ローラのウレタンフォーム層の表面長手方向全部にイソシアネート化合物を塗布含浸させることが好ましい。
【００３４】
イソシアネート化合物のウレタンフォーム層表面への塗布量は、ウレタンフォーム層の表面から１０μｍ程度まで浸透する量が適当である。なお、該塗布量は、使用するイソシアネート化合物、ウレタンフォーム層の密度、ウレタンフォーム原料のＮＣＯインデックス等により適宜好適な範囲は変わる。
【００３５】
その後、工程（３）において、ウレタンフォーム層表面に塗布含浸されたイソシアネート化合物は、該イソシアネート化合物の融点以上の温度で温風処理される。この工程における温風処理は、ウレタンフォーム層表面に塗布含浸されたイソシアネート化合物を確実にウレタンフォーム層の表面層内部に均等に浸透させるとともに、表面に過剰に残るイソシアネート化合物を温風により除去する役割をする。そのために、イソシアネート化合物が溶解していることが望ましいので、通常、温風処理の温度をイソシアネート化合物の融点以上とする。したがって、ここで用いる温風として、塗布したイソシアネート化合物融点以上の温度である空気、窒素、アルゴン等の気体を使用することが好ましい。なお、温風処理の温度を高くしすぎると、過剰で除去されるべきイソシアネート化合物がウレタンフォーム層と部分的に反応して、ウレタンフォーム層を部分的に硬くしてしまうので、ウレタンフォーム層と反応が生じない最高温度以下であることが望ましい。ここでいうウレタンフォーム層と反応が生じない最高温度とは、温風処理の間にウレタンフォーム層と反応が進行しない最高温度のことであり、イソシアネート化合物とウレタンフォーム原料のポリオール成分がウレタン化反応する温度よりも高くてもかまわない。
【００３６】
なお、工程（２）においてイソシアネート化合物を吹き付けでウレタンフォーム層表面に塗布する場合は、吹き付け後に温風をノズルからウレタンフォーム層表面に吹きつけることができるので好ましい方法である。
【００３７】
また、温風処理の時間としては、特に限定はないが、あまり長くしても、タクトタイムが長くなり生産効率が落ちるので、ウレタンフォーム層表面に残存するイソシアネート化合物が観察されなくなるまでで十分で、通常、１０秒から５分程度である。
【００３８】
なお、ウレタンフォーム層表面に残存するイソシアネート化合物をより十分に除去するために、温風処理後に、さらに溶剤で除去することも可能である。
【００３９】
温風処理後に、工程（４）において、含浸したイソシアネート化合物をウレタンフォーム層、特に残存する未反応ポリオール成分と反応させるために、反応が進行する温度に置く。これにより、表面層をイソシアネート基リッチな条件で反応させたイソシアネート変性ウレタンフォーム層とする。
【００４０】
すなわち、ウレタンフォーム層内部はポリオール成分リッチなウレタンフォームで十分な柔軟性を確保し、表面層近傍はポリイソシアネート成分リッチとなり、表面層からのポリオール成分滲出が抑えられる。なお、表面部分層がイソシアネート変性ウレタンフォームとなったトナー供給ローラにおいて、後記する方法で測定したローラ硬度が４０ｇから３００ｇの間、好ましくは８０ｇから２５０ｇの間にあることがトナー供給ローラとしての機能が良好になるので望ましい。
【００４１】
上記したようにして製造されたトナー供給ローラは、十分な柔軟性を有するとともに、表面からのポリオール成分の滲出が抑えられているので、現像ローラ、画像形成体、トナー等の汚染がない。すなわち、このトナー供給ローラを組み込んだ電子写真装置は、トナー供給ローラからのポリオール成分の染み出しに起因する画像不良が発生せず、好ましいものである。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４３】
（参考例１）ウレタンフォーム層を有するローラ（原料ローラ）の製造
ポリエーテルポリオール成分「ＦＡ−９０８」（商品名、三洋化成株式会社製）１００質量部、ジエタノールアミン０．５質量部、シリコーン系整泡剤「Ｌ５３６６」（商品名、日本ユニカー株式会社製）１質量部、第３級アミン触媒「ＴｏｙｏＣａｔ−ＥＴ」（商品名、東ソー株式会社製）０．１質量部、第３級アミン触媒「ＴＥＤＡ−Ｌ３３」（商品名、東ソー株式会社製）０．５質量部および水（発泡剤）２質量部を混合して、混合ポリオール成分を得た。この混合ポリオール成分に対し、ポリイソシアネート成分「コスモネートＴ８０」（商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、ＮＣＯ％＝４８）２９．５質量部とポリイソシアネート成分「コスモネートＭ２００」（商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、ＮＣＯ％＝３１）７．４質量部からなるポリイソシアネート成分混合物をＮＣＯインデックス７５となるように混合攪拌して、ウレタンフォーム原料組成物を得、径６ｍｍの表面を化学ニッケルした鉄製芯金を収めた円筒形金型に注型し、温度６０℃で発泡成形して、ウレタンフォーム層の厚みが３ｍｍである原料ローラを製造した。
【００４４】
実施例１
参考例１で用いたポリイソシアネート混合物をイソシアネート化合物として用い、参考例１で製造した原料ローラのウレタンフォーム層表面に、スプレーガンにて吹き付けた（液温２５℃）。次いで、開口径１ｍｍのノズルから、５０℃の温風を０．５ｍ3／分で、表面からイソシアネート化合物が滴り落ちなくなるまで吹き付けた。その後、イソシアネート化合物を含浸した原料ローラを１２０℃の熱風炉中で１時間加熱し、さらに室温で２日間静置して、トナー供給ローラを作成した。
【００４５】
実施例２
イソシアネート化合物の塗布を、スプレーガンによる吹き付けに代えて、ロールコーターによるロールコートにした他は、実施例１と同様にして、トナー供給ローラを作成した。
【００４６】
比較例１
イソシアネート化合物によるウレタンフォーム層表面の処理を行わずに、参考例１で製造した原料ローラをトナー供給ローラとした。
【００４７】
比較例２
混合ポリオール成分とポリイソシアネート成分混合物をＮＣＯインデックス１２０となるように使用した他は、参考例１と同様にして、芯金上にウレタンフォーム層が形成されたトナー供給ローラを作成した。
【００４８】
以上で作成したトナー供給ローラについて、ポリオール成分の染み出し、ローラ硬度および画像ムラについて下記方法にて、評価した。結果を表１に示す。
【００４９】
（ポリオール成分の染み出し）
作成したトナー供給ローラを、荷重２００ｇ重でＳＵＳ板に当接し、５０℃、８０％ＲＨの環境下で１０日間置く。その後、このＳＵＳ板上に染み出したポリオール成分をニコレー・ジャパン株式会社製のフーリエ変換赤外分光装置「Ｎｅｘｕｓ  ４７０」（商品名）にて、ポリオール成分に基づく吸光度ピークを観察し、下記基準にて評価する。
○：吸光度ピークが殆ど確認できない。
△：吸光度ピークが僅かではあるが確認できる。
×：吸光度ピークが確認できる。
【００５０】
（ローラ硬度）
作成したトナー供給ローラを、芯金部分両端で支持し、ウレタンフォーム層に幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍの板状押圧面を有する治具（厚さ１０ｍｍ）を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧し、１ｍｍ変位（圧縮）時の荷重（ｇ）を測定し、その値をローラ硬度とする。その値が大きくなるほど、ウレタンフォーム層が硬いことを示している。
【００５１】
（画像ムラ）
作成したトナー供給ローラを、キヤノン株式会社製のレーザービームプリンタ「ＬＢＰ−１３１０」（商品名）のカートリッジのトナー供給ローラとして、黒ベタ画像を画出する。得られた黒ベタ画像を目視により観察し、トナー供給ローラ表面へのポリオール成分の染み出しに基づくムラの発生の有無を下記基準で評価する。
○：黒ベタ画像にムラは見られない。
△：黒ベタ画像に僅かムラは見られるが、使用可能範囲内である。
×：黒ベタ画像に顕著なムラが見られる。
【００５２】
【表１】
2008015008.tif 000003
【００５３】
ポリオール成分の染み出しは、実施例１、２では赤外分光スペクトルのピークを確認することはできなかったが、比較例１では明らかにポリオール成分の染み出しが観察された。すなわち、表面処理で未反応ポリオール成分の染み出しが削減されていた。また、比較例１と比較例２を比べると比較例２の方がポリオール成分のピークは弱かった。すなわち、染み出し量は、（少ない  実施例１・実施例２≪比較例２＜比較例１  多い）であった。
【００５４】
ローラ硬度に関しては、実施例のトナー供給ローラは、トナー供給ローラとして適したローラ硬度であったが、比較例２のものはローラ硬度が高く、トナー供給ローラとしては適さないと判断できた。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のトナー供給ローラの一例の斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      トナー供給ローラ
２      芯金
３      ウレタンフォーム層（弾性層）
【図１】
2008015008.tif 000004