(57)【要約】【課題】画像形成装置部品を成形するに用いる、少なくともポリイソシアネートとポリオールからなる高分子材料において成形時の混合撹拌性を改良し、良好な画像形成装置用部品を得る。【解決手段】ポリイソシアネートと混合するに際し、ポリオール中の気体成分を１〜５質量％とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともポリオールとポリイソシアネートを含む高分子材料であって、該ポリオールが気体成分を１〜５質量％含むことを特徴とする画像形成装置部品用高分子材料。
【請求項２】
気体成分が、空気、窒素あるいは炭酸ガスである請求項１に記載の画像形成装置部品用高分子材料。
【請求項３】
ポリオールが、触媒および助剤を含む混合ポリオールである請求項１または２に記載の画像形成装置部品用高分子材料。
【請求項４】
ポリオールが、ポリエーテルポリオールである請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置部品用高分子材料。
【請求項５】
ポリイソシアネートが、芳香族ポリイソシアネート及びその誘導体から選ばれる少なくとも一種である請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置部品用高分子材料。
【請求項６】
芳香族ポリイソシアネートが、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアナート（ＴＤＩ）あるいはそれらの混合物である請求項５に記載の画像形成装置部品用高分子材料。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置部品用高分子材料を用いて製造された画像形成装置部品。
【請求項８】
画像形成装置部品が、帯電ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、転写ローラあるいはクリーニングローラである請求項６に記載の画像形成装置部品。
【請求項９】
請求項７または８に記載の画像形成装置部品を装着してなる画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくともポリオールとポリイソシアナートからなる画像形成装置部品用高分子材料、それを用いた画像形成装置部品及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、高分子材料がからなる部材が注目されており、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やトナー層規制ブレード、クリーニングブレード等の弾性を有するブレード等の形態で用いられる。これらの目的に使用される高分子材料からなる部材には、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、低硬度であることが求められている。
【０００３】
前記高分子材料は、所定量のポリオール、ポリイソシアネートを攪拌装置で混合攪拌し、所定の形状に成形するのが一般的である。前記攪拌装置としては、低圧攪拌装置、高圧攪拌装置、ＲＩＭ（ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｌｄｉｎｇ、反応射出成形）装置などが挙げられる。
【０００４】
例えば、ＲＩＭ成形では、通常フロンＲ−１１を発泡剤として使用するが、クリーム時間（クリームタイム）を早め、より均一なセル構造の成形品を得るためには、溶存ガスが核となり、Ｒ−１１のガス気泡生成を助けることが分かっている。ガスを溶かす方法としては、プロセスタンク中の原液を乾燥空気又は乾燥窒素で加圧する方法がある。しかし、短時間に多くのガスを溶存させるには、乾燥ガスをバブリングさせ攪拌することにより、強制的に溶存ガス量を増加させることができるとされている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
本発明による画像形成装置部品用高分子材料は、非常に小型で低硬度であることから、フロン−１１を用いるＲＩＭ装置は適さない。よって、低圧攪拌機を用いて空気、窒素あるいは炭酸ガスを溶存させて成形することを特徴としている。
【０００６】
低圧攪拌装置で該部品用高分子材料を所定の形状に成形する場合、主成分であるポリオール及びポリイソシアネートの混合攪拌性は重要な因子である。十分な混合攪拌性が得られるように、攪拌装置の混合部分に製造者が独自の工夫を凝らしているほか、原料の混合攪拌性や粘度を考慮して製品開発が行われる場合が多い。
【０００７】
近年、安価で多機能な製品が求められるようになり、ポリエステルポリオールからポリエーテルポリオールへの原料転換が行われてきている。一般的に、ポリエーテルポリオールは、ポリエステルポリオールに比べ原料粘度が極めて低く、どちらかと言えば親水性の原料である。これに反して、ポリイソシアネートは低粘度で疎水性の原料である場合が多い。よって、両者の混合攪拌性は非常に悪く、攪拌不良や、セル粗大化、ピンホール混入などの混合攪拌性に基づく種々の問題が生じていた。
【０００８】
【非特許文献１】
岩田敬治著「ポリウレタン樹脂ハンドブック」日刊工業新聞社出版、１９８７年９月２５日、ｐ．２９３
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の高分子材料がもつ混合攪拌性の低さを克服し、十分な混合攪拌性が得られ、均一微細セルで、ピンホールの少ない画像形成装置部品用高分子材料、この材料を用いた画像形成装置部品及び画像形成装置を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ポリオールとポリイソシアネートを用いて得られる高分子材料において、前記ポリオール中の気体成分が１〜５質量％である画像形成装置部品用高分子材料が好ましい結果が得られること、すなわち、該高分子材料は十分な混合攪拌性を有し、成形すると均一微細なセルで、ピンホールの少ない画像形成装置部品が得られることを見出して、ついに、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち、本発明は、少なくともポリオールとポリイソシアネートを含む高分子材料であって、該ポリオールが気体成分を１〜５質量％含むことを特徴とする画像形成装置部品用高分子材料である。
【００１２】
また、前記ポリオールが触媒、その他助剤（整泡剤、発泡剤、添加剤など）を混合した混合ポリオールであること、および、気体成分が空気、窒素あるいは炭酸ガスであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、前記画像形成装置部品用高分子材料を用いたことを特徴とする画像形成装置部品、及び、この画像形成装置部品を装着したことを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ポリオールとポリイソシアネートを用いて得られる高分子材料を所定の形状に成形する場合、▲１▼ポリオール、ポリイソシアネート、触媒、その他助剤（整泡剤、発泡剤、添加剤など）を混合攪拌し、所定の画像形成装置部品を成形する、あるいは、▲２▼ポリオール、触媒、その他助剤（整泡剤、発泡剤、添加剤など）を予め混合して混合ポリオールとし、その後、ポリイソシアネートと混合攪拌し、所定の画像形成装置部品を成形するのが一般的である。
【００１５】
ポリオールとポリイソシアネートを混合攪拌する際に、ポリオール中に溶存している気体の混入量によって、前記画像形成装置部品用高分子材料の形成性が異なることを発見した。
【００１６】
ポリオール中に微細な気体を溶存させることで原料粘度がやや向上し、ポリイソシアネートとの混合攪拌性を格段が向上する。すなわち、前記ポリオール中の気体の割合を１〜５質量％に調整し、ポリイソシアネートと混合して画像形成装置部品用高分子材料を製造し、さらに発泡成形硬化させると、十分な混合攪拌性が得られ、均一微細セルでピンホールの少ない画像形成装置部品が得られる。
【００１７】
ポリオール中の気体成分の含有割合Ｇ（質量％）は、ポリオールの気体成分を含まない状態での液比重Ｗ０と気体成分を含ませた後の状態の液比重Ｗ１より、下記式にしたがって定義される。各液比重は、液比重計を用い、２５℃で測定する。なお、ポリオールは混合ポリオールを用いたときは該混合ポリオールを含む。
Ｇ＝（Ｗ０−Ｗ１）×１００
【００１８】
ポリオール中の気体成分の含有割合Ｇが５質量％より大きい場合には、ポリイソシアネートとの混合攪拌性においては良好であるが、形成した画像形成装置部品はピンホールの多い画像形成装置部品用高分子材料となりやすい。また、１質量％より小さい場合には、ポリイソシアネートと十分な混合攪拌性が得られず、気泡の大きさが不均一になりやすい。
【００１９】
なお、気体成分の含有割合と混合攪拌性の関係については、所定の組成を決定した後に数点の実験結果をプロットする等して、予め準備することが好ましい。また、気体成分としては、空気、窒素、炭酸ガスなどが挙げられる。タンクや配管中のポリオールや混合ポリオールにこれらを加圧し溶存させる。さらに、バブリングし攪拌すると短時間に多くのガスを溶存させることができる。
【００２０】
本発明で用いるポリオールとしては、特に制限は無く、従来公知の各種ポリオールの中から、適宜選択して使用することができる。具体的には、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキシレンアジペート、ポリ（エチレン、ブチレン）アジペート、ダイマー酸系ポリオール、ヒマシ油系ポリオール、ポリカプロラクトンポリオール等のポリエステルポリオールや、ポリオキシアルキレングリコール等のポリエーテルポリオールが挙げられる。この中でも、分子量が２０００〜１００００であるものを単独若しくは混合して用いることが好ましい。すなわち、２０００未満であると架橋密度が高くなりすぎて、得られる高分子材料の物性が低下する傾向がみられる。また、１００００を越えるとポリオールの粘度が高くなり、反応時の作業性が悪くなる傾向がみられるからである。
【００２１】
なお、上記ポリオールのうち、ポリエーテルポリオールを用いると、耐湿熱耐久性に優れた高分子材料を得るのに好適である。更に、エチレンオキサイドを５モル％以上含有するポリエーテルポリオールを使用すると、反応性に優れ好ましい。
【００２２】
また、あらかじめポリイソシアネートと反応させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【００２３】
ポリエーテルポリオールと組み合せる他の各種ポリオールとしては、上記したポリオールの他に、ポリエーテルポリオール中でエチレン性不飽和単量体（アクリロニトリル、スチレン、メタクリル酸メチル、塩化ビニリデン等）の重合により変性した通称ポリマーポリオール（商品名：三井武田ケミカル）、エチレンオキサイドを６０〜９５モル％ランダム付加重合させたポリエーテルポリオールなどが挙げられる。これらのポリオールを一部併用することにより材料の湿熱耐久性を低下させることなく、通気性向上等を図ることができる。
【００２４】
一方、本発明で用いうるポリイソシアネートとしては、特に制限は無く、従来公知の各種ポリイソシアネートの中から、適宜選択して使用する。このポリイソシアネートの例としては、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）やジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）などの芳香族ポリイソシアネート及びその誘導体、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）などの脂肪族ポリイソシアネート及びその誘導体、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）などの脂環式ポリイソシアネート及びその誘導体などが挙げられる。ここで誘導体とは、例えば、多核体、ポリオールなど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、カルボジイミド変性物、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を挙げることができる。これらのポリイソシアネートの中で、ＴＤＩ、ＭＤＩなどの芳香族ポリイソシアネート及びその誘導体を主成分とするものは、得られる高分子材料からなる部材の低硬度化、湿熱耐久性を向上させるので好適である。
【００２５】
ＴＤＩ、ＭＤＩなどの芳香族ポリイソシアネート及びその誘導体を単独で用いても良く、また、二種以上を組み合せて用いても良い。また、所望により、ＴＤＩ、ＭＤＩなどの芳香族ポリイソシアネート及びその誘導体とともに、ＨＭＤＩなどの脂肪族ポリイソシアネート、ＩＰＤＩなどの脂環式ポリイソシアネート及びその誘導体を併用することができる。
【００２６】
これらポリイソシアネートの配合量としては特に制限は無いが、ＮＣＯインデックスを６０〜１２０％になるように設定することが好ましく、より好ましくは７０〜１０５％である。
【００２７】
本発明の画像形成装置部品用高分子材料は、ポリオール、ポリイソシアネート、及び所望により用いられる整泡剤、触媒、水、その他助剤から製造される。
【００２８】
整泡剤としては、ポリジメチルシロキサンとＥＯ／ＰＯ共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサン、スルホン化リシノール酸のナトリウム塩やこれらとポリシロキサン・ポリオキシアルキレンコポリマーとの混合物等が挙げられる。これらの整泡剤の中で、ポリジメチルシロキサンとＥＯ／ＰＯ共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサンが好ましい。その使用量としては全ポリオール１００重量部に対して０．１〜３重量部が適当である。
【００２９】
水は、ポリイソシアネートと反応して炭酸ガスを発生することにより発泡剤として使用される。通常その配合量は、全ポリオール１００重量部に対して、０．１〜１０重量部が適当であり、好ましくは０．１〜５重量部である。なお、助剤として、ＨＦＣ−１３４Ａ等のクロロフルオロカーボン類、シクロペンタン等の炭化水素、その他の発泡剤を水と併用しても構わない。
【００３０】
その他助剤として、架橋剤、難燃剤、着色剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、酸化防止剤、導電性付与剤等が挙げられる。これらは必要に応じて使用する。
【００３１】
本発明の画像形成装置部品の製造方法については、ポリオールあるいは混合ポリオール中の気体成分の含有割合を特定にするほかは特に制限は無く常法によれば良い。その一例を示せば次の通りである。まず、ポリオール、触媒、その他助剤（整泡剤、発泡剤、添加剤など）を予め混合して混合ポリオールとする。その後、ポリイソシアネートと混合攪拌して高分子材料を得、次いで部品金型等に入れ、加熱して発泡硬化させることにより、画像形成装置部品が得られる。ここで、あらかじめ部品金型にローラ芯金等の金属部材をセットしておくことによって、金属部材を取り付けることができる。
【００３２】
ポリオール成分とポリイソシアネート成分を混合する際の温度や時間については特に制限は無いが、混合温度は、通常１０〜９０℃、好ましくは１５〜５０℃の範囲であり、混合時間は、通常１秒〜１０分間、好ましくは３秒〜５分間程度である。
【００３３】
また、加熱して発泡硬化させる際、従来公知の方法により、ポリウレタンフォームからなる画像形成装置部品を作製することができる。ここでの発泡方法については特に制限はない。なお、発泡倍率は、画像形成装置部品が必要とする強度や柔軟性等により決まるが、適宜定めればよく、特に制限はない。
【００３４】
本発明の画像形成装置部品は、必要により、ローラである場合には、通常、鉄にメッキを施したものやステンレス鋼などからなる芯金に取り付けることにより画像形成装置に組み込まれる。
【００３５】
また、用途によっては、導電性付与剤を添加してもよいし、導電性や半導電性、あるいは絶縁性の塗料により、その外側を塗装してもよい。
【００３６】
本発明の画像形成装置部品は、例えば帯電用部材、現像用部材、転写用部材、トナー供給用部材及びクリーニング用部材などとして用いられるものである。
【００３７】
なお、本発明の画像形成装置用部品と必要により取り付けられる金属部材との接合方法については特に制限は無いが、本発明の高分子材料を成形するに当たり金属部材を予めモールド（成形型）内部に配設しておく方法や、高分子材料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画像形成装置用部品との間に接着層を設けることができる。この接着層としては、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。
【００３８】
本発明の画像形成装置用部品の製造方法としては、上述した所定の形状のモールドに注型する方法によるほか、あらかじめブロック状のウレタン発泡体を得、この発泡体から切削加工により所定の寸法に切り出す方法、発泡体を研磨処理して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せる方法などを挙げることができる。
【００３９】
本発明の画像形成装置部品の種類としては、帯電ローラ、現像ローラ、トナー供給ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ、トナー層規制ブレード、クリーニングブレードなどを挙げることができる。
【００４０】
図１に、本発明の画像形成装置部品がトナー供給ローラである電子写真方式の画像形成装置の一例の説明図を示す。
【００４１】
トナー供給ローラ３と静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、該画像形成体１に紙などの記録媒体８を介して、転写ローラ５を当接させた構造をしている。トナー供給ローラ３及び現像ローラ２は反時計周りに、画像形成体１は時計周りに回転させることにより、トナーがトナー供給ローラ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後、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、クリーニングブレード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。
【００４２】
図２に現像ローラおよびトナー供給ローラを備えた現像ユニットの断面を示した。
【００４３】
現像ユニット９はトナー１１を蓄えるホッパーの出口部分にトナー供給ローラ３、現像ローラ２および現像ローラ２上のトナー１１を均一な層にする層規制ブレード４が設けられており、通常一体となって画像形成装置に組み込まれる。トナーがなくなるとこのユニットは取り替えられる。
【００４４】
また、図３にトナー供給ローラの斜視図を示す。
【００４５】
芯金１２の周りに本発明の高分子材料から形成されるポリウレタンフォーム層１３があり、このものは通常図４に示されるようなパイプ状の金型で製造される。
【００４６】
図４に示すように、成形用金型１４はローラの大きさを規定するパイプ１５と芯金１２を保持するキャップ１６からなる。芯金１２を組み込み、パイプ１５、キャップ１６および芯金１２から形成される成形キャビティ１７に本発明の高分子材料を流し込んで発泡硬化することによりトナー供給ローラは製造される。
【００４７】
【実施例】
以下、実施例により、本発明を更に具体的に説明する。本発明は、これら実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでない。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００４８】
実施例１〜４、比較例１〜３
図４に示したパイプ型の金型を用いた。パイプ内面をショットブラスト加工して、表面粗さＲｚが１０μｍになるように粗面化した後、シリコーン樹脂離型剤（デクスター社製、商品名：フリコート７７０ＮＣ）をコーティングし、更に加熱硬化して、型内面にシリコーン樹脂皮膜（厚さ：５μｍ）を形成した。内径１６ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、芯金の径５ｍｍであった。
【００４９】
ポリエーテルポリオールＦＡ−９０８（商品名、三洋化成工業社製、分子量７０００、ＯＨ価＝２４）９０重量部、ポリマーポリオールＰＯＰ−３１−２８（商品名、三井武田ケミカル社製、ＯＨ価＝２８）１０重量部、第３級アミン触媒ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ（商品名、東ソー社製）０．１重量部、第３級アミン触媒ＴＯＹＯＣＡＴ−ＭＲ（商品名、東ソー社製）０．３重量部、水（発泡剤）２重量部およびシリコーン整泡剤Ｌ５３６６（商品名、日本ユニカー株式会社製）１重量部を予め混合して混合ポリオールとした。
【００５０】
その後、ポリイソシアネート（日本ポリウレタン工業株式会社製、ＮＣＯ＝４０％、商品名、コロネート１０２５）２２重量部を上記混合ポリオールと混合攪拌し、次いで、前記成形型にて発泡成形することにより、トナー供給ローラを得た。なお、ポリイソシアネートと混合ポリオールの混合に際しては、所定の気体成分の含有割合になるように、あらかじめ作成した実験プロット等を参照にして混合条件を的確に設定した。なお、ここで気体成分として窒素を使用した。また、ＮＣＯインデックスは８０％であった。
【００５１】
なお、ポリオール中の気体成分の含有割合を表１に示す如く調整し、次いで、触媒、その他助剤（整泡剤、発泡剤、添加剤など）を混合した。
【００５２】
得られたトナー供給ローラの樹脂部を切断し、その断面でのセル径、ピンホールの有無を評価した。なお、セル径の測定及びピンホールの判定は、ビデオマイクロスコープで実施した。それらの結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2004285109.tif 000003
【００５４】
実施例５〜８、比較例４〜６
実施例１〜４、比較例１〜３において、ポリオール中の気体成分の含有割合を調節する代わりに、混合ポリオールでの気体成分の含有割合を表２に示す如く調整し、以下同様にしてトナー供給ローラを成形した。得られたトナー供給ポローラの断面のセル径、ピンホールの有無を評価した。それらの結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
2004285109.tif 000004
【００５６】
表１、２の結果から、ポリオールあるいは混合ポリオール中の気体成分が１〜５質量％であると成形ローラの樹脂部のセル径は良好であり、該樹脂部へのピンホールの混入はなく、成形時の原料である本発明の高分子材料は安定した混合攪拌性を示す。これに対し、気体成分が本発明の範囲外であると、樹脂部のセル径が微細であるがピンホールが大量に混入したり、ピンホールはないが粗大セルであったり、混合攪拌性が良好でない。
【００５７】
これらローラを画像形成装置カラーレーザービームプリンター２５１０（キャノン社製）に組み込み、１万枚の耐久を行ったところ、実施例のローラでは何ら問題がなかったが、比較例のものでは画像均一性が劣ることが判明し、４０００枚で耐久をやめた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の、高分子材料は成形時に十分な混合攪拌性が得られ、得られた画像形成装置用部品はその樹脂部が均一微細セルであり、ピンホールも少なく、この部品を用いると好ましい画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置部品がトナー供給ローラである電子写真方式の画像形成装置の一例の説明図である。
【図２】現像ローラおよびトナー供給ローラを備えた現像ユニットの断面図である。
【図３】本発明に従うトナー供給ローラの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明に従うトナー供給ローラの製造方法において用いられる成形金型の例を示す縦断説明図である。
【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
９．現像ユニット
１０．ホッパー
１１．トナー
１２．芯金
１３．ポリウレタンフォーム層（樹脂部）
１４．成形型
１５．パイプ
１６．キャップ
１７．成形キャビティ
【図１】
2004285109.tif 000005
【図２】
2004285109.tif 000006
【図３】
2004285109.tif 000007
【図４】
2004285109.tif 000008