(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリウレタン原料と強電解質とを含む組成物を硬化させた導電性ポリウレタンからなり、画像形成体に当接しない転写ローラにおいて、
前記ポリウレタン原料が、重量平均分子量１５００以上、エチレンオキサイド単位の含有率が１５重量％以上かつ２官能のポリエーテルポリオールを６０重量％以上含むポリオールと、ポリイソシアネートからなり、前記強電解質が過塩素酸ナトリウムであり、該過塩素酸ナトリウムの添加量がポリオール１００重量部に対して０．３〜２．０重量部であり、電気抵抗が１０7Ω以下であることを特徴とする転写ローラ。
【請求項２】
前記転写ローラが、電子写真方式カラー画像形成装置の中間転写ローラ、中間転写ベルト方式画像形成装置の１次転写ローラもしくは２次転写ローラ又はタンデム方式画像形成装置の転写ローラである請求項１に記載の転写ローラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の転写ローラ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、複写機、ファクシミリ，プリンター等の電子写真装置又は静電記録装置等において、画像形成体に当接しないで使用される画像形成装置部材及びこの部材を装着した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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、導電性ポリウレタン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ている。
特に電子写真方式カラー画像形成装置の転写ローラ、中間転写ベルト方式画像形成装置の１次転写ローラもしくは２次転写ローラ又はタンデム方式画像形成装置の転写ローラにおいては、その電気抵抗が１０7 Ω以下の低抵抗であることが求められ、金属や金属酸化物の粉末あるいはカーボンブラック等の電子導電剤を混入する方法と電解質を原材料に配合する方法がある。
しかしながら、金属や金属酸化物の粉末あるいはカーボンブラック等の電子導電剤を混入する方法では、電気抵抗が一定であるポリウレタン部材を再現性良く製造することは困難であり、このような導電性ポリウレタン部材を製造できたとしても、電気抵抗の位置ばらつきが大きく、例えば電子写真方式カラー画像形成装置の中間転写ローラとして使用した場合、画像に色むらが生じるという問題がある。
一方、過塩素酸ナトリウムのような電解質（イオン導電剤）を用いると、電気抵抗が１０7 Ω以下で抵抗ばらつきのない導電性ポリウレタン部材を製造し得るが、多量の電解質を使用しなければならないという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少量の電解質の添加により低電気抵抗を実現したポリウレタンからなる画像形成装置部材を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ポリエチレンオキサイドはポリプロピレンオキサイドよりも親水性であり、イオンを解離する作用が強いため、電解質が充分に働くことに着目し、ポリウレタンエチレンオキサイド単位を所定量以上含有するポリオールを用いることにより、電解質の添加量が少量であっても低電気抵抗のポリウレタンが得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、ポリウレタン原料と強電解質及び／又は弱電解質を含む組成物を硬化させた導電性ポリウレタンからなり、画像形成体に当接しない画像形成装置部材において、ポリウレタン原料が、重量平均分子量４５００以上、エチレンオキサイド単位の含有率が１５重量％以上かつ３官能のポリエーテルポリオール及び／又は重量平均分子量１５００以上、エチレンオキサイド単位の含有率が１５重量％以上かつ２官能のポリエーテルポリオールを６０重量％以上含むポリオールと、ポリイソシアネートからなり、強電解質の添加量がポリオール１００重量部に対して0.３〜2.０重量部であり、弱電解質の添加量がポリオール１００重量部に対して1.０〜5.０重量部であることを特徴とする画像形成装置部材及びこの画像形成装置部材を装着した画像形成装置を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置部材は、ポリウレタン原料と強電解質及び／又は弱電解質を含む組成物を硬化させた導電性ポリウレタンからなる。本発明で用いるポリウレタン原料において、ポリエーテル成分を構成する３官能のポリエーテルポリオールの重量平均分子量は４５００以上、２官能のポリエーテルポリオールの重量平均分子量は１５００以上のものであるが、これらのポリエーテルポリオールにおいて、架橋点間の重量平均分子量は１５００〜７０００であることが好ましく、１６００〜４０００がより好ましい。ここで、３官能のポリエーテルポリオールにおいて重量平均分子量が４５００であるとは、架橋点間の重量平均分子量が１５００であることを意味し、２官能のポリエーテルポリオールにおいて重量平均分子量が１５００であるとは、架橋点間の重量平均分子量が１５００であることを意味する。架橋点間の重量平均分子量が１５００未満であると、エチレンオキサイド単位の含有率が１５重量％以上であっても、電解質が効果的に働かず、低電気抵抗のポリウレタンを得ることができないという不都合が生じる。
【０００６】
上記３官能のポリエーテルポリオール又は２官能のポリエーテルポリオールにおいて、エチレンオキサイド単位の含有率は１５重量％以上であるが、１５〜８０重量％が好ましく、１８〜７５重量％がより好ましい。エチレンオキサイド単位の含有率が１５重量％未満であると、電解質が効果的に働かず、低電気抵抗のポリウレタンを得ることができないという不都合が生じる。
本発明で用いるポリオール成分は、このような３官能のポリエーテルポリオール及び／又は２官能のポリエーテルポリオールを６０〜１００重量％含むものであることが好ましく、特に好ましくは７０〜１００重量％である。ポリオール成分におけるこのような特定のポリオールの含有率が６０重量％未満であると、低電気抵抗を有するポリウレタンを得ることができない。
【０００７】
上記３官能のポリエーテルポリオールは、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することにより得ることができる。また、上記２官能のポリエーテルポリオールは、水，プロピレングリコール，エチレングリコール等を出発物質とし、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することにより得ることができる。分子鎖中のエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの配列は、ランダムであるのが好ましい。
本発明で用いるポリオール成分において、上記特定のポリエーテルポリオールに他のポリオールを０〜４０重量％の範囲で併用することができる。他のポリオールとしては上記特定のポリエーテルポリオール以外の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て得られるポリエステルポリオール，ポリカーボネートジオール等が挙げられる。
ポリテトラメチレンエーテルグリコールは、例えばテトラヒドロフランのカチオン重合によって得られ、重量平均分子量が４００〜４０００のもの、特に６５０〜３０００の範囲にあるものが好ましく用いられる。また、分子量の異なるポリテトラメチレンエーテルグリコールをブレンドしてもよい。さらに、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドを共重合して得られたポリテトラメチレンエーテルグリコールを用いることもできる。
【０００８】
ポリウレタンを構成するポリイソシアネート成分として、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。この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特に制限はないが、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、特に制限はないが、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／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が、これらの中で、ウレタン変性物，カルボジイミド／ウレトンイミン変性物が特に好ましい。
【０００９】
本発明においては、ジフェニルメタンジイソシアネートやその誘導体を一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、所望により、本発明の目的が損なわれない範囲で、上記ジフェニルメタンジイソシアネートやその誘導体と共に、トリレンジイソシアネートなどの各種芳香族イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの各種脂肪族イソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環族イソシアネート又はそれらの誘導体を併用することができる。
このジフェニルメタンジイソシアネートやその誘導体の配合量としては特に制限はないが、このポリイソシアネート成分中のイソシアネート基と上記ポリオール成分中の水酸基との比ＮＣＯ基／ＯＨ基が、モル比で通常0.９〜1.５となるように配合量を設定することが好ましく、より好ましくは1.０〜1.２の範囲である。
【００１０】
本発明で用いる強電解質としては、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ドデシルトリメチルアンモニウム（例えばラウリルトリメチルアンモニウム），へキサデシルトリメチルアンモニウム，オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えばステアリ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，変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウム，ラウロイルアミノプロピルジメチルエチルアンモニウム等の第４級アンモニウム、リチウム，ナトリウム等のアルカリ金属又はカルシウム，マグネシウム等の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，硫酸塩などが挙げられる。また、弱電解質としては、上記第４級アンモニウム、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩などが挙げられる。本発明において強電解質としては、第４級アンモニウム，アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、過塩素酸塩，ホウフッ化水素酸塩又は塩酸塩が好ましく、弱電解質としては、第４級アンモニウム塩の、アルキル硫酸塩又はカルボン酸塩が好ましい。本発明において強電解質と弱電解質は併用してもよく、また、一種を単独で用いても二種以上を併用してもよい。
本発明において強電解質の添加量は、ポリオール１００重量部に対して0.３〜2.０重量部であるが、0.３〜1.０重量部が好ましい。強電解質の添加量が0.３重量部未満であると低抵抗の導電性ポリウレタンを得ることが困難であり、また2.０重量部を超えると不経済である。弱電解質の添加量は、ポリオール１００重量部に対して1.０〜5.０重量部であるが、1.０〜3.０重量部が好ましい。
【００１１】
本発明においては、本発明の効果を損なわない範囲で電子導電材を上記電解質と併用することができる。電子導電材としては、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。
【００１２】
ポリウレタン原料、電解質等を含む組成物を硬化させるための反応触媒としては、例えばトリエチルアミン，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などのジアミン類、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，ジブチル錫マーカブチド，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ブチド，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。これらの中で、有機錫触媒が特に好ましい。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。
【００１３】
導電性ポリウレタンをフォーム体とする場合、ポリウレタン原料にシリコーン整泡剤や各種界面活性剤を配合することが、ポリウレタンフォームのセルを安定させるために好ましい。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、ポリオール１００重量部に対して0.１〜１０重量部とすることが好ましく、0.５〜５重量部とすることが特に好ましい。
【００１４】
ポリウレタンフォームを製造する際の発泡方法としては特に制限はなく、公知の方法、例えば水，有機溶剤，各種代替フロンなどの発泡剤による方法、機械的な攪拌により気泡を混入させる方法などが好ましく用いられる。本発明においてはこれらの中で、機械的な攪拌により気泡を混入させる方法が特に好ましい。
本発明の画像形成装置部材を製造する際の配合及び加熱硬化は、上記ポリオール成分、イソシアネート成分、電解質、反応触媒及び所望により用いられる各種添加成分を混合攪拌し、必要に応じて上記方法により気泡を混入させ、所定のモールドなどに注型するか又はブロック状に自由発泡するなどの操作を行ったのち、加熱硬化させる方法が好ましく用いられる。
また、予め、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを反応させてイソシアネート基を有するプレポリマーを調製し、これをエチレングリコール，１，４−ブタジオール，トリメチロールプロパンなどの鎖延長剤を用いて硬化させるプレポリマー法も用いることができる。
【００１５】
本発明の画像形成装置部材は、ポリウレタン部材と金属部材とを構成部材とするものであって、その構造については特に制限はないが、通常、硫黄快削鋼などの鋼材に亜鉛などのメッキを施した金属部材やアルミニウム，ステンレス鋼などの金属部材を、その一部又は全体をポリウレタン部材で被覆したものであり、用途によりローラ，ドラム，ブレードなどの形態で使用される。画像形成装置部材が低抵抗導電性ローラである場合には、硫黄快削鋼などに亜鉛等のメッキを施した芯金を、導電性ポリウレタンで円筒形に被覆し、さらに必要に応じて、その外側に導電性，半導電性又は絶縁性の塗料を塗布したものを例示することができる。
【００１６】
金属部材とポリウレタン部材の接合方法については特に制限はないが、金属部材をあらかじめモールド内部に配設しておきポリウレタン組成物を注型硬化する方法や、ポリウレタン部材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ポリウレタンの間に接着層を設けることができ、この接着層としては、導電性塗料からなる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。
ポリウレタン部材の成形方法としては特に制限はなく、公知の方法、例えば前述した所定の形状のモールドに注型する方法の他に、ブロックから切削加工により、所定の寸法に切り出す方法、研磨処理により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わせる方法などを用いることができる。
本発明の画像形成装置部材は、その電気抵抗を１０7 Ω以下とすることができるものであり、画像形成体に当接しないで使用されるものである。このような画像形成装置部材として、例えば電子写真方式カラー画像形成装置の中間転写ローラ、中間転写ベルト方式画像形成装置の１次転写ローラもしくは２次転写ローラ又はタンデム方式画像形成装置の転写ローラが挙げられる。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
参考例１
エチレンオキサイド単位１６重量％とプロピレンオキサイド単位８４重量％からなる重量平均分子量５０００の３官能ポリエーテルポリオール８０重量部と重量平均分子量１０００のポリテトラメチレンエーテルグリコール２０重量部からなるポリオール成分１００重量部、ジフェニルメタンジイソシアネートとカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートとグリコール変性ジフェニルメタンジイソシアネートの混合物からなるイソシアネート１７重量部、ＮａＣｌＯ4 （強電解質）０．５重量部及びジブチル錫ジラウレート０．００５重量部を、気泡を機械的攪拌により混入しながら混合し、その混合物を直径６ｍｍの金属製シャフトを中心に配設したモールドに注型した後、９０℃で６時間加熱硬化して、直径１６ｍｍで長さ２１０ｍｍのポリウレタン製ローラを作製した。このローラの抵抗は１０6.3 Ωであった。なお、ローラの抵抗は、被試験ローラの両端に各５００ｇの荷重をかけて銅板上に押し付け、抵抗率計Ｒ８３４０Ａ（アドバンテスト社製）を用い、１００Ｖの電圧を印加して測定した。
【００１８】
比較例１
プロピレンオキサイド単位からなる重量平均分子量３０００の３官能ポリエーテルポリオール８０重量部と重量平均分子量１０００のポリテトラメチレンエーテルグリコール２０重量部からなるポリオール成分１００重量部、ジフェニルメタンジイソシアネートとカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートとグリコール変性ジフェニルメタンジイソシアネートの混合物からなるイソシアネート２６重量部、ＮａＣｌＯ4 （強電解質）0.５重量部及びジブチル錫ジラウレート0.００３重量部を混合し、その混合物を直径６ｍｍの金属製シャフトを中心に配設したモールドに注型した後、９０℃で６時間加熱硬化して、直径１６ｍｍで長さ２１０ｍｍのポリウレタン製ローラを作製した。このローラの抵抗は１０7.3 Ωであった。
比較例２
比較例１において、ＮａＣｌＯ4 （強電解質）0.５重量部の代わりにＲＣ2 Ｈ5 ＳＯ4 （Ｒはアルキル基，弱電解質）2.０重量部を用いた以外は比較例１と同様にしてローラを作製した。このローラの抵抗は１０7.3 Ωであった。
【００１９】
比較例３
エチレンオキサイド単位１６重量％とプロピレンオキサイド単位８４重量％からなる重量平均分子量５０００の３官能ポリエーテルポリオール８０重量部を、エチレンオキサイド単位７５重量％とプロピレンオキサイド単位２０重量％からなる重量平均分子量３３６０の３官能ポリエーテルポリオール８０重量部に代え、ジフェニルメタンジイソシアネートとカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートとグリコール変性ジフェニルメタンジイソシアネートの混合物からなるイソシアネートの配合量を１７重量部から２1.７重量部に代えた以外は実施例１と同様にしてローラを作製し、同様にしてローラの抵抗を測定したところ、１０7.4 Ωであり、画像形成装置の中間転写ローラとして用いるには電気抵抗が高すぎるものであった。
【００２０】
実施例１
エチレンオキサイド単位１６重量％とプロピレンオキサイド単位８４重量％からなる重量平均分子量５０００の３官能ポリエーテルポリオール８０重量部を、エチレンオキサイド単位２０重量％とプロピレンオキサイド単位８０重量％からなる重量平均分子量４０００の２官能ポリエーテルポリオール８０重量部に代え、ジフェニルメタンジイソシアネートとカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートとグリコール変性ジフェニルメタンジイソシアネートの混合物からなるイソシアネートの配合量を１７重量部から１６．３重量部に代えた以外は参考例１と同様にしてローラを作製し、同様にしてローラの抵抗を測定したところ、１０5.8Ωであり、画像形成装置の中間転写ローラとして用いるに適当な電気抵抗を有するものであった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、少量の電解質の添加により、１０7 Ω以下の電気抵抗を有する画像形成装置部材を得ることができる。