(57)【要約】【課題】従来のローラの製造工程よりも簡略化した工程で製造され、かつ平滑なローラ表面を有する導電性ローラを提供することを目的とする。【解決手段】ポリウレタン発泡体からなる弾性層を備える導電性ローラにおいて、該弾性層表面から深さ0.05mmまでの該弾性層の密度勾配が単調減少しており、該弾性層表面に存在するピンホールの径が0.10mm以下であり、該ピンホールの存在数が4個／mm2以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリウレタン発泡体からなる弾性層を備える導電性ローラにおいて、該弾性層の表面から深さ0.05mmまでの部分の密度勾配が単調減少しており、該弾性層表面に存在するピンホールの径が0.10mm以下であり、該ピンホールの存在数が4個／mm2以下であることを特徴とする導電性ローラ。
【請求項２】
前記弾性層の表面から深さ0.05mmのところでの密度が0.75g/cm3〜0.99g/cm3であることを特徴とする請求項１記載の導電性ローラ。
【請求項３】
前記弾性層のポリウレタン発泡体が独立気泡を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性ローラ。
【請求項４】
前記弾性層上に１〜５層の塗膜を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【請求項５】
表面粗さ（Ra）が0.3〜2.0μm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】
静止抵抗値が103〜109Ω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】
アスカーＣ硬度が20〜80°である請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性ローラ、特に複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真複写装置に使用する導電性ローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真複写装置等に使用される導電性ローラの一つとして、ポリウレタン発泡体からなる弾性層を備える導電性ローラが知られている（特許文献１）。前記ポリウレタン発泡体からなる弾性層は、あらかじめ金属製等のシャフトを配置し、予熱した内面が円筒状の金型に、機械的攪拌によって発泡させた発泡体原料を注入し、反応硬化させるか、又は金型に発泡体原料を注入し、不活性ガスを混入し、かつ機械的攪拌を加えながら、該発泡体原料を反応硬化させることによって製造される。
上記方法により得られた弾性層の表面には発泡により形成されたピンホールによる凹みが存在することから、最終的に得られる導電性ローラの表面を平滑にするために、該弾性層の表面に塗膜を施す手法や、弾性層と塗膜との間に中間層を設ける手法が採られてきた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０４２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、当該弾性層に塗膜を施す方法では、塗膜が凹みに落ち込むため、一回の塗装では表面が平滑とならず、塗装工程を繰り返す必要があるため、導電性ローラの製造工程が煩雑となるという問題があった。また、弾性層と塗膜との間に中間層を設ける方法でも、中間層を設ける工程が別途必要となるため、同様に導電性ローラの製造工程が煩雑となるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決し、従来の導電性ローラの製造工程よりも簡略化した工程で製造され、かつ平滑なローラ表面を有する導電性ローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記目的を達するために鋭意検討を行った結果、弾性層表面のピンホール径、ピンホールの存在数、弾性層表面付近の密度勾配を規定することによって、塗装を繰り返したり、弾性層と塗膜との間に中間層を設けたりしなくても平滑なローラ表面を得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明の導電性ローラは、ポリウレタン発泡体からなる弾性層を備える導電性ローラにおいて、該弾性層の表面から深さ0.05mmまでの部分の密度勾配が単調減少しており、該弾性層表面に存在するピンホールの径が0.10mm以下であり、該ピンホールの存在数が4個／mm2以下であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の導電性ローラの好適例においては、前記弾性層の表面から深さ0.05mmのところでの密度が0.75g/cm3〜0.99g/cm3であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の導線性ローラの好適例においては、前記弾性層のポリウレタン発泡体が独立気泡を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の導電性ローラの好適例においては、前記弾性層上に１〜５層の塗膜を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の導電性ローラの好適例においては、表面粗さ（Ra）が0.3〜2.0μmであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の導電性ローラの好適例においては、静止抵抗値が103〜109Ωであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の導電性ローラの好適例においては、アスカーＣ硬度が20〜80°であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ポリウレタン発泡体からなる弾性層を備える導電性ローラにおいて、従来より製造工程を簡略化しても平滑なローラ表面を得ることができるという有利な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の導電性ローラの詳細について説明する。本発明の導電性ローラは、ポリウレタン発泡体からなる弾性層を具える導電性ローラにおいて、該弾性層の表面から深さ0.05mmまでの部分の密度勾配が単調減少しており、該弾性層表面に存在するピンホールの径が0.10mm以下であり、該弾性層表面における該ピンホールの存在数が4個／mm2以下であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の導電性ローラは、ポリウレタン発泡体からなる弾性層を備え、該弾性層の表面から深さ0.05mmまでの部分の密度勾配が単調減少していることを特徴とする。このように、弾性層の表面から深さ0.05mmまでの部分の密度勾配が単調減少していることで、発泡体としての柔らかさを維持することができ、ひいては平滑なローラ表面を得ることができる。なお、導電性ローラとしての表面の平滑性及び均一性の観点から、該弾性層の表面から深さ0.05mmのところでの密度が、0.75g/cm3〜0.99g/cm3であることが好ましく、0.89〜0.99g/cm3がより好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の上記導電性ローラは、上記弾性層表面に存在するピンホールの径が0.10mm以下であり、該弾性層表面における該ピンホールの存在数が4個／mm2以下であることを要する。このように、ピンホールの径とピンホールの存在数を上記のように規定することによって、弾性層の塗装工程の際にピンホールの凹みに塗膜が落ち込むのを防ぐことができ、塗装工程の回数を従来より少なくしても、平滑な表面を有するローラを得ることができる。なお、より平滑な表面が得られるという観点から、ピンホールの径は0.06mm以下が好ましい。また、同様の理由により、ピンホールの存在数が2.5個／mm2以下であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の導電性ローラにおいては、上記弾性層が独立気泡を有するのが好ましい。独立気泡を有する弾性層を形成することによって、圧縮永久歪みが良好となり、かつ塗装工程で弾性層表面に塗装しやすくなる。
【００１９】
上記弾性層を構成するポリウレタン発泡体の原料は、イソシアネート成分とポリオール成分から構成される。イソシアネート成分としては、芳香族イソシアネート又はその誘導体、脂肪族イソシアネート又はその誘導体、脂環族イソシアネート又はその誘導体が用いられる。これらの中でも芳香族イソシアネート又はその誘導体が好ましく、特にトリレンジイソシアネート又はその誘導体、ジフェニルメタンジイソシアネート又その誘導体が好適に用いられる。トリレンジイソシアネート又はその誘導体としては、粗製ト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，２，４−トリレンジイソシアネートと２，６−トリレンジイソシアネートとの混合物，これらのウレア変性物，ビュレット変性物，カルボジイミド変性物等が用いられる。さらに、トリレンジイソシアネート又はその誘導体を変性して得られた誘導体、例えばポリオール等で変性したウレタン変性物なども用いることができる。ジフェニルメタンジイソシアネート又はその誘導体としては、例えばジアミノジフェニルメタン又はその誘導体をホスゲン化して得られたジフェニルメタンジイソシアネート又はその誘導体が用いられる。ジアミノジフェニルメタンの誘導体としては多核体などがあり、ジアミノジフェニルメタンから得られた純ジフェニルメタンジイソシアネート、ジアミノジフェニルメタンの多核体から得られたポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートなどを用いることができる。ポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートの官能基数については、通常純ジフェニルメタンジイソシアネートと様々な官能基数のポリメリック・ジフェニルメタンジイソシアネートとの混合物が用いられ、平均官能基数が好ましくは２.０５〜４.００、より好ましくは２.５０〜３.５０のものが用いられる。またこれらのジフェニルメタンジイソシアネート又はその誘導体を変性して得られた誘導体、例えばポリオール等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／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も用いることができる。また、数種類のジフェニルメタンジイソシアネートやその誘導体をブレンドして用いることもできる。
【００２０】
ポリウレタン原料を構成するポリオール成分としては、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとを付加重合したポリエーテルポリオール，ポリテトラメチレンエーテルグリコール，酸成分とグリコール成分を縮合したポリエステルポリオール，カプロラクトンを開環重合したポリエステルポリオール，ポリカーボネートジオール等を用いることができる。エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとを付加重合したポリエーテルポリオールは、例えば、水，プロピレングリコール，エチレングリコール，グリセリン，トリメチロールプロパン，ヘキサントリオール，トリエタノールアミン，ジグリセリン，ペンタエリスリトール，エチレンジアミン，メチルグルコジット，芳香族ジアミン，ソルビトール，ショ糖，リン酸等を出発物質とし、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加重合したものを挙げることができるが、特に、水，プロピレングリコール，エチレングリコール，グリセリン，トリメチロールプロパン，ヘキサントリオールを出発物質としたものが好適である。付加するエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの比率やミクロ構造については、エチレンオキサイドの比率が２〜９５質量％が好ましく、より好ましくは５〜９０質量％である。このポリエーテルポリオールの分子量は、水，プロピレングリコール，エチレングリコールを出発物質とする場合は２官能となり、重量平均分子量で３００〜６０００の範囲のものが好ましく、特に４００〜３０００の範囲のものが好ましい。また、グリセリン，トリメチロールプロパン，ヘキサントリオールを出発物質とする場合は３官能となり、重量平均分子量で３００〜７０００の範囲のものが好ましく、特に４００〜５０００の範囲のものが好ましい。また、２官能のポリオールと３官能のポリオールを適宜ブレンドして用いることもできる。
【００２１】
ポリウレタン原料の硬化反応に用いる触媒としては、トリエチルアミン，ジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類、テトラメチルエチレンジアミン，テトラメチルプロパンジアミン，テトラメチルヘキサンジアミン等のジアミン類、ペンタメチルジエチレントリアミン，ペンタメチルジプロピレントリアミン，テトラメチルグアニジン等のトリアミン類、トリエチレンジアミン，ジメチルピペラジン，メチルエチルピペラジン，メチルモルホリン，ジメチルアミノエチルモルホリン，ジメチルイミダゾール等の環状アミン類、ジメチルアミノエタノール，ジメチルアミノエトキシエタノール，トリメチルアミノエチルエタノールアミン，メチルヒドロキシエチルピペラジン，ヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル，エチレングリコールビス（ジメチル）アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類、スタナスオクトエート，ジブチル錫ジアセテート，ジブチル錫ジラウレート，ジブチル錫マーカプチド，ジブチル錫チオカルボキシレート，ジブチル錫ジマレエート，ジオクチル錫マーカプチド，ジオクチル錫チオカルボキシレート，フェニル水銀プロピオン酸塩，オクテン酸鉛等の有機金属化合物などが挙げられる。これらの触媒は単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２２】
上記ポリウレタン発泡体原料に導電剤を加えることによって、得られるポリウレタン弾性層の導電性を調整することができる。導電剤にはイオン導電剤と電子導電剤がある。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，ラウリルトリメチルアンモニウム等のドデシ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，ステアリルトリメチルアンミニウム等のオクタデシ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，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウム等のアンモニウムの過塩素酸塩，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，アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩などの有機イオン導電剤；リチウム，ナトリウム，カルシウム，マグネシウム等のアルカリ金属又は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，スルホン酸塩などの無機イオン導電剤が挙げられる。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ブラック；ＳＡＦ，ＩＳＡＦ，ＨＡＦ，ＦＥＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ，ＦＴ，ＭＴ等のゴム用カーボンブラック；酸化カーボンブラック等のインク用カーボンブラック，熱分解カーボンブラック，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，銅等の金属；カーボンウイスカー，黒鉛ウイスカー，炭化チタンウイスカー，導電性チタン酸カリウムウイスカー，導電性チタン酸バリウムウイスカー，導電性酸化チタンウイスカー，導電性酸化亜鉛ウイスカー等の導電性ウイスカーなどが挙げられる。
【００２３】
ポリウレタン発泡体の原料には、上記導電剤の他に無機炭酸塩等の充填材、シリコーン整泡剤や各種界面活性剤等の整泡剤、フェノールやフェニルアミン等の酸化防止剤、低摩擦化剤、電荷調整剤などを添加することができる。シリコーン整泡剤としては、ジメチルポリシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合物等が好適に用いられ、分子量３５０〜１５０００のジメチルポリシロキサン部分と分子量２００〜４０００のポリオキシアルキレン部分からなるものが特に好ましい。ポリオキシアルキレン部分の分子構造は、エチレンオキサイドの付加重合物やエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共付加重合物が好ましく、その分子末端をエチレンオキサイドとすることも好ましい。界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤，アニオン性界面活性剤，両性等のイオン系界面活性剤や各種ポリエーテル，各種ポリエステル等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。シリコーン整泡剤や各種界面活性剤の配合量は、発泡体原料１００質量部に対して0.１〜１０質量部とすることが好ましく、0.５〜５質量部とすることがさらに好ましい。
【００２４】
上記発泡体を製造する方法としては、メカニカルフロス法、水発泡法、発泡剤フロス法などがあるが、本発明においてはメカニカルフロス法を用いることが好ましい。メカニカルフロス法により発泡体ローラを製造するには、あらかじめ金属製等のシャフトを配置し、予熱した内面が円筒状の金型に、機械的攪拌により発泡させた発泡体原料を注入し、反応硬化させるか、あるいは金型に発泡体原料を注入し、不活性ガスを混入しながらかつ機械的攪拌を加えながら反応硬化させればよい。ここで、メカニカルフロス法において用いる不活性ガスは、ポリウレタン反応において不活性なガスであればよく、ヘリウム，アルゴン，キセノン，ラドン，クリプトン等の狭義の不活性ガスの他、窒素，二酸化炭素，乾燥空気等のポリイソシアネートと反応しない気体が挙げられる。
【００２５】
本発明の導電性ローラは、前記弾性層上に１〜５層の塗膜を有することが好ましい。このような範囲の層数の塗膜を有することにより、表面粗さ、抵抗、硬度、クラウン形状等を任意に制御できる。また、製造工程の簡略化の観点から、塗膜の層数は、１〜２層であるのが好ましい。
【００２６】
該塗膜の材料としては、特に限定されるものではないが、水系塗料及び溶剤系塗料を用いることができる。
水系塗料としては、水溶性タイプ、エマルジョンタイプ、サスペンジョンタイプ等のいずれのタイプでもよく、また、カルボキシル基、水酸基、アミノ基等の活性水素を有する水系塗料が好ましい。該水系塗料としては、ポリエステル系、アクリル系、ウレタン系、ポリジオキソラン等の温水可溶性の樹脂が挙げられ、これらの中でもアクリル樹脂が好ましい。該アクリル樹脂としては、特に限定されるものではないが、ガラス転移温度が-60〜-20℃のものが好ましく、-50℃〜10℃のものが更に好ましい。また、上記アクリル樹脂には、熱可塑性タイプを、自己架橋、メラミン架橋、イソシアネート架橋等の架橋タイプとがあるが、上記ガラス転移温度の範囲内のものであれば、いずれのタイプのものでもよく、塗膜形成工程上及び硬度の面から熱可塑性タイプが好ましい。
溶剤系塗料としては、特に限定されるものではないが、ナイロン、ポリエステル、ウレタン変性アクリル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂等の樹脂を用いることができる。
これらの水系塗料及び溶剤系塗料の中でも、導電性ローラの表面平滑性や感光ドラムとの低密着性の観点からフッ素樹脂が好ましい。
【００２７】
塗膜を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、塗膜を形成する各成分を含む塗料を調整し、該塗料をディッピング法やスプレー法により塗布する方法が好ましく用いられる。
【００２８】
また、本発明の導電性ローラにおいては、ローラの表面粗さ（Ra）が0.3〜2.0μmであるのが好ましい。Raがこの範囲であれば、十分良好な画像を得ることができる。
【００２９】
本発明の導電性ローラは、良好な画像を得るという観点から、静止抵抗値が103〜109Ωであるのが好ましく、105〜107Ωがより好ましい。
【００３０】
また、本発明の導電性ローラは、良好な画像を得るという観点から、アスカーＣ硬度が20〜80°であるのが好ましく、40〜70°がより好ましい。
【００３１】
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００３２】
実施例
ポリエーテルポリオールによりプレポリマー化されたNOC含有率6.7％のポリオール変性トリレンジイソシアネートであるイソシアネート成分１００質量部と、導電性カーボンブラック２．０質量部、水酸基価37.0mgKOH、平均官能基数３のポリエーテルポリオール２１質量部、水酸基価388mgKOH、平均官能基数３のポリエーテルポリオール１９質量部、水酸基価34mgKOHの反応性シリコーン整泡剤（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）５質量部、過塩素酸ナトリウム０．３質量部及びジブチル錫ジラウレート０．２質量部とを混合し、ポリウレタン原料を調製した。このポリウレタン原料をメカニカルフロス法により発泡させた。この発泡ポリウレタン原料を、金属軸がセットされた金型に注型することにより、軸の周囲にウレタン発泡体の弾性層を有する基材を形成させた。なお、得られたウレタン発泡体の発泡倍率は1.6倍であった。得られた基材に、ポリウレタン樹脂１００質量部、カーボンブラック３５質量部、ウレタン粒子１０質量部、メチルエチルケトン３５０質量部、及びイソシアネート硬化剤２０質量部からなる溶剤系塗料をディッピング塗装法により塗装して導電性ローラを得た。得られた導電性ローラの弾性層表面のピンホール径（最大）は0.031mm、ピンホールの存在数は2.8個/mm2、弾性層の表面から深さ0.05mmのところでの密度は0.85g/cm3であった。また、得られた導電性ローラのアスカーＣ硬度は65°、静止抵抗値（印加電圧100V）は2x106Ω、表面粗さ（Ｒａ）は1.3μmであった。
得られたローラの画像評価を以下の方法に従って行った。すなわち、HP製レーザービームプリンターLaserjet 4050にてベタ黒を印刷し、得られた画像を目視で評価した。その結果、形成された画像にムラがないことが確認された。
【００３３】
比較例１
ポリエーテルポリオールによりプレポリマー化されたNOC含有率6.7％のポリオール変性トリレンジイソシアネートであるイソシアネート成分１００質量部と、導電性カーボンブラック２．０質量部、水酸基価282mgKOH、平均官能基数２のポリエーテルポリオール２０質量部、水酸基価388mgKOH、平均官能基数３のポリエーテルポリオール６質量部、水酸基価34mgKOHの反応性シリコーン整泡剤（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）５質量部、過塩素酸ナトリウム０．２質量部及びジブチル錫ジラウレート０．２質量部とを混合し、ポリウレタン原料を調製した。このポリウレタン原料を用いて、実施例１と同様の方法で導電性ローラを製造した。得られた導電性ローラの弾性層を構成する発泡体の発泡倍率は2倍であった。得られた導電性ローラの弾性層の表面上のピンホール径（最大）は0.045mm、ピンホールの存在数は11.6個/mm2、弾性層の表面から深さ0.05mmのところでの密度は0.68g/cm3であった。また、得られた導電性ローラのアスカーＣ硬度は60°、静止抵抗値（印加電圧100V）は2x106Ω、表面粗さ（Ｒａ）は2.2μmであった。得られたローラの画像評価を実施例１と同様にして行ったところ、画像ムラの発生が認められた。
【００３４】
比較例２
比較例１において、反応性シリコーン整泡剤を非反応性シリコーン整泡剤（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）に変更した以外は比較例１と同様の方法で導電性ローラを作製した。得られた導電性ローラの弾性層を構成する発泡体の発泡倍率は２倍であった。得られた導電性ローラの弾性層の表面上のピンホール径（最大）は0.136mm、ピンホールの存在数は4.4個/mm2、弾性層の表面から深さ0.05mmのところでの密度は0.46g/cm3であった。また、得られた導電性ローラのアスカーＣ硬度は60°、静止抵抗値（印加電圧100V）は2x106Ω、表面粗さ（Ｒａ）は1.9μmであった。得られた導電性ローラの画像評価を、実施例１と同様にして行ったところ、画像ムラの発生が認められた。