JP4689021B2

JP4689021B2 - 転写ローラ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4689021B2
Application number: JP2000308841A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎森
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP2002156841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置や静電記録装置などに用いられる転写ローラ及び画像形成装置に関し、さらに詳しくは、弾性層に導電性ポリウレタンフォームを用いたものであって、導電性付与剤として、従来のものよりも多量の強電解質を含み、連続通電時の抵抗安定性に優れ、しかも強電解質を多量に含むにもかかわらず、所定の範囲のローラ抵抗を有する転写ローラ、及び該転写ローラ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】
従来、複写機、レーザープリンタなどの電子写真装置や静電記録装置などにおいては、紙、ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）、ベルトなどの記録媒体に帯電させ、現像剤を、この記録媒体に転写させる部材として、転写ローラが使用されている。例えば、カラー複写機などでは、像担持体上に担持された帯電絶縁性トナー像を中間転写体へ一次転写したのち、これを中間転写体から記録媒体へ二次転写させる画像形成方法において、記録媒体を帯電させ、中間転写体上のトナー像を記録媒体へ転写させるための二次転写用の転写ローラが使用されている。
【０００３】
また、レーザープリンタでは、像担持体上に担持された帯電絶縁性トナー像を記録媒体へ転写させるようにした画像形成方法において、記録媒体を帯電させ、トナーによって可視化された静電潜像からトナーを記録媒体に転写させるための転写ローラが使用されている。
このレーザープリンタなどの画像形成装置としては、図１に示す装置を例示することができる。図１は、転写ローラを用いたレーザープリンタなどの画像形成装置の一例を示す概略図であって、感光体１は帯電器２により一様に帯電される。次に、画像露光系３により静電潜像が形成され、現像器４により可視化されてトナー像となる。感光体上のトナー像が転写ローラ５との接触領域に達すると、それと同期して搬送されてきた記録用紙１０にトナー像が押圧されるとともに、転写ローラ５にバイアス電源８から電圧が印加され、トナー像は感光体１から記録用紙１０に転写される。なお、符号６は軸受、７はスプリング、９はクリーナーである。
【０００４】
この画像形成装置に用いられる転写ローラは、通常金属などの良導電性材料からなるシャフトの外周に、シリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭなどのゴム状弾性体やポリウレタンフォームなどの主材に導電剤を配合して導電性を付与した材料を用いて弾性層を形成した構造となっている。ここで、弾性層の硬度は、感光体又は中間転写体と転写ローラ間で均一なニップを得るために、また、装置の高速化に伴い適度な転写量を得るために、低硬度であることが必要である。
このような転写ローラにおいては、一般に温度２２℃、相対温度５５％ＲＨにおける１０００Ｖ印加時のローラ抵抗が１×１０⁷〜１×１０^8.5Ωの範囲にあるものが要求される。したがって、上記弾性層には、通常導電性付与剤として電解質を用い、その種類と配合量によって、ローラ抵抗が所定の範囲に制御されている。
【０００５】
このように、電解質を配合する場合、その配合量は、連続通電時の抵抗安定性に影響を与えることが知られている。すなわち、連続通電時においては、該電解質が分極することにより、ローラ抵抗が上昇するが、このローラ抵抗の上昇度合いは、電解質の配合量が少ないほど大きい。該ローラ抵抗は、連続して通電した際においても、変動が少ないことが望ましい。
導電性付与剤として、弱電解質を用いる場合、ローラ抵抗を所定の範囲に制御するのに、比較的多量を配合することができるが、強電解質の場合は、多量に配合すると、ローラ抵抗が所定の範囲より低くなるので、多量に配合することができないという問題が生じる。
無機過塩素酸塩などの無機系強電解質は、第四級アンモニウム塩などの有機系弱電解質に比べて、感光体に対する汚染性が少ないという長所を有しており、したがって、転写ローラの弾性層における導電性付与剤として、好ましいものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下で、弾性層に導電性ポリウレタンフォームを用いたものであって、導電性付与剤として、従来のものよりも多量の強電解質を含み、連続通電時の抵抗安定性に優れ、しかも強電解質を多量に含むにもかかわらず、所定の範囲のローラ抵抗を有する転写ローラ及びこの転写ローラを装着した画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の好ましい性質を有する転写ローラを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、弾性層を構成する導電性ポリウレタンフォームの形成に、鎖延長剤として、１，４−ブタンジオールを用いることにより、強電解質を従来のものより多量に配合しても、ローラ抵抗を所定の範囲に制御することができ、その目的を達成しうることを見出した。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、弾性層に導電性ポリウレタンフォームを用いた転写ローラにおいて、温度２２℃、相対温度５５％ＲＨにおける１０００Ｖ印加時のローラ抵抗が１×１０⁷〜１×１０^8.5Ωであって、上記導電性ポリウレタンフォームが、鎖延長剤として１，４−ブタンジオールを用いたものであり、かつポリマー成分１００重量部当たり、強電解質0.４〜１０重量部を含むことを特徴とする転写ローラ及びこの転写ローラを装着してなる画像形成装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
電子写真装置や静電記録装置などにおける転写ローラは、一般にシャフトと、その外周に設けられた弾性層を有しており、本発明においては、該弾性層として、導電性ポリウレタンフォームが用いられる。
本発明の転写ローラにおいては、上記導電性ポリウレタンフォームは、鎖延長剤として１，４−ブタンジオールを用いて形成されたものであり、このように、鎖延長剤として１，４−ブタンジオールを用いることにより、導電性付与剤として、強電解質を従来のものよりも多量に配合しても、ローラ抵抗を所定の範囲に制御することができる。その理由は、１，４−ブタンジオールを配合することにより架橋点が増えると共に、イソシアネート成分も増えるために架橋点が増えるためであると推定される。
本発明の転写ローラにおけるローラ抵抗は、温度２２℃、相対温度５５％ＲＨにおける１０００Ｖ印加時において、１×１０⁷〜１×１０^8.5Ωの範囲に制御される。このローラ抵抗が上記範囲を逸脱すると、転写ローラとしての機能が充分に発揮されにくい。好ましいローラ抵抗は、１×１０⁷〜１×１０⁸Ωの範囲である。
【０００９】
本発明の転写ローラにおいては、導電性ポリウレタンフォーム中の強電解質の含有量は、ポリマー成分１００重量部当たり、0.４〜１０重量部の範囲で選定される。この強電解質の含有量が0.４重量部未満ではローラ抵抗が１×１０^8.5Ωを超えるおそれがあり、一方、１０重量部を超えるとローラ抵抗が１×１０⁷Ω未満になるおそれがある。ローラ抵抗の面から、該強電解質の好ましい含有量は、0.８〜５重量部の範囲である。ここで、ポリマー成分とは、例えば、（Ａ）ポリエーテルポリオール，（Ｂ）１，４−ブタンジオールを含む鎖延長剤及び（Ｃ）ポリイソシアネート化合物を反応させて得られるポリウレタン成分をいう。
【００１０】
従来の転写ローラにおいては、導電性付与剤として強電解質を用いる場合、その配合量は、一般に、ポリマー成分１００重量部に対し、0.０１〜0.２重量部程度である。これに対し、本発明の転写ローラにおいては、従来のものより、強電解質が多量に配合されており、その結果、連続通電時における抵抗安定性に優れるものとなっている。また、強電解質を用いているため、有機系の弱電解質を用いたものに比べて、感光体などに対する汚染性も少ない。
上記強電解質としては特に制限はないが、感光体などに対する非汚染性の面から、無機系のものが好ましく、例えば無機系の過塩素酸塩，塩素酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，フッ化水素酸塩，ホウフッ化水素酸塩などを挙げることができる。これらの中で、無機過塩素酸塩が好ましく、具体的には過塩素酸リチウム，過塩素酸カリウム，過塩素酸ナトリウムなどのアルカリ金属の過塩素酸塩などが挙げられる。
本発明においては、これらの強電解質は一種を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。
【００１１】
本発明の転写ローラにおいては、弾性層の硬度は、感光体又は中間転写体と転写ローラ間で均一なニップを得るために、また、装置の高速化に伴い、適度な転写量を得るために、アスカーＣ硬度で６０度以下であるのが好ましく、特に１０〜５０度の範囲が好ましい。なお、このアスカーＣ硬度は、ＪＩＳＫ６３０１に準拠して測定した値である。
本発明の転写ローラにおける弾性層を構成する導電性ポリウレタンフォームの製造方法としては特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば（Ａ）ポリエーテルポリオール，（Ｂ）１，４−ブタンジオールを含む鎖延長剤，（Ｃ）ポリイソシアネート化合物及び（Ｄ）強電解質を含むポリウレタン成形材料を、機械的攪拌しながら不活性ガスを導入して気泡を混入させ、このものを所定のモールド等に注型するか又はブロック状に自由に発泡させた後、加熱硬化させる方法、あるいはポリエーテルポリオールをあらかじめイソシアナート化しておき、１，４−ブタンジオールを含む鎖延長剤を用いて、上記と同様に発泡硬化させるプレポリマー法を用いることができる。
【００１２】
上記（Ａ）成分のポリエーテルポリオールとしては、例えば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などを出発物質としてアルキレンオキサイドを付加重合してなるものが好ましく、特にグリセリンにエチレンオキサイド又は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させたものが好適である。上記エチレンオキサイド又はエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの付加モル数は、得られるポリエーテルポリオールの重量平均分子量が１０００〜１５０００の範囲になるように選定される。重量平均分子量が上記範囲を逸脱すると、所望の物性を有するポリウレタンフォームが得られにくい。好ましい重量平均分子量は２０００〜８０００の範囲である。
【００１３】
グリセリンに付加重合させるアルキレンオキサイドは、エチレンオキサイドのみであってもよいし、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの組合わせであってもよい。エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとを組み合わせて付加重合させる場合、それらの使用割合としては特に制限はないが、末端水酸基中の一級水酸基の割合が５０モル％以上になるような方法で付加重合させるのが好ましい。
なお、分子鎖中のオキシエチレン基とオキシプロピレン基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ウレタン成形材料においては、（Ａ）成分として、上記ポリエーテルポリオールを一種用いてもよく、二種以上組み合わせて用いてもよい。
ポリウレタン成形材料において、（Ｂ）成分として用いられる鎖延長剤としては、本発明においては、少なくとも１，４−ブタンジオールを含むものが用いられる。また、１，４−ブタンジオール以外の鎖延長剤としては、例えばエチレングリコール，トリメチロールプロパン，ポリテトラメチレンエーテルグリコール，ポリエチレングリコールなどを用いることができる。本発明においては、上記１，４−ブタンジオールの使用量は、ローラ抵抗の制御効果及び形成される弾性層の物性などを考慮すると、（Ａ）成分のポリエーテルポリオール１００重量部に対し0.５〜１０重量部の範囲が好ましく、特に１〜５重量部の範囲が好ましい。
【００１４】
ポリウレタン形成材料において、（Ｃ）成分として用いられるポリイソシアネート化合物としては、例えばジフェニルメタンジイソシアナートやトリレンジイソシアナートなどの各種芳香族ポリイソシアナート化合物又はそれらの誘導体、ヘキサメチレンジイソシアナートなどの各種脂肪族ポリイソシアナート化合物又はそれらの誘導体、イソホロンジイソシアナートなどの脂環族ポリイソシアナート化合物又はそれらの誘導体などが挙げられる。これらのポリイソシアナート化合物の中で、各種芳香族ポリイソシアナート化合物及びそれらの誘導体が、不活性ガスの導入と機械的撹拌の併用によって発泡硬化させた場合にセル径が安定するので、特に好ましい。
【００１５】
芳香族ポリイソシアナート化合物としては多核体があり、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ナート、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ナ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ナ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ナ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ナ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。またいずれのポリイソシアナート化合物も誘導体として用いることができ、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が用いられるが、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。これらのポリイソシアナート化合物は単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。また、数種類のジフェニルメタンジイソシアナートやその誘導体をブレンドして用いることもできる。また本発明の利点を損なわない範囲で、ジフェニルメタンジイソシアナートやその誘導体と共に、トリレンジイソシアナート等のその他の芳香族ポリイソシアナート化合物やヘキサメチレンジイソシアナート等の各種脂肪族ポリイソシアナート化合物やイソホロンジイソシアナート等の脂環族ポリイソシアナート化合物又はそれらの誘導体を併用することを妨げない。
【００１６】
前記（Ａ）成分及び（Ｂ）成分と（Ｃ）成分とは、ＮＣＯ基／ＯＨ基モル比が、0.９〜1.５、好ましくは1.０〜1.２の範囲になるような割合で用いるのが有利である。
ポリウレタン成形材料において、（Ｄ）成分として用いられる強電解質については、前述で説明したとおりである。また、その試料量は、形成されるポリマー成分１００重量部当たり、0.４〜１０重量部の範囲になるように選定される。
このポリウレタン成形材料においては、整泡剤を用いるのが好ましく、該整泡剤としてはシリコーン系整泡剤が好適である。このシリコーン系整泡剤としては、例えば反応性シリコーン系界面活性剤などが好ましく挙げられる。
【００１７】
このシリコーン系整泡剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、この整泡剤と共に、所望によりカチオン性、アニオン性、両性等のイオン性界面活性剤や各種ポリエーテルやポリエステル等のノニオン性界面活性剤を併用してもよい。
このシリコーン系整泡剤の配合量は、一般に前記（Ａ）成分と（Ｂ）成分との合計量１００重量部当たり、0.１〜１０重量部の範囲が好ましく、特に0.５〜５重量部の範囲が好ましい。
このポリウレタン成形材料には、所望により、ウレタン反応触媒や、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウムなどの無機質粉体を配合することができる。
【００１８】
上記ウレタン反応触媒としては、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ルアミン類、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、オクテン酸塩等の有機金属化合物等の公知の触媒を単独、または二種以上組み合わせて用いることができる。これらの中で不活性ガスの導入と機械的撹拌の併用によって発泡硬化させた場合に、セル径が安定する点から、特に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、オクテン酸塩等の有機金属化合物が好ましい。
【００１９】
本発明の転写ローラにおいて用いられるシャフトとしては、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が用いられる。また、弾性層の表面を、導電性や半導電、あるいは絶縁性の塗料により塗装してもよい。
上記のようにして得られた導電性ポリウレタンフォームと金属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金型内部に配設しておきポリウレタン成形材料を注型硬化する方法や、導電性ポリウレタンフォーム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導電性ポリウレタンフォーム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。
該導電性ポリウレタンフォーム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金型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。
【００２０】
【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。
なお、通電初期及び４８時間の定電流通電におけるローラ抵抗を、下記の方法に従って測定した。
（ローラ抵抗の測定）
ローラを厚さ５ｍｍのアルミニウム板の上に載せ、ローラの両端をそれぞれ4.９Ｎの力で圧接しながら、温度２２℃，相対湿度５５％ＲＨ，印加電圧１０００Ｖの条件で通電を行ない、初期及び通電４８時間における芯金と銅板の間の電気抵抗を測定した。
【００２１】
実施例１
グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドをランダム付加した分子量５０００のポリエーテルポリオール５０重量部、分子量１０００であるポリテトラメチレンエーテルグリコール５０重量部，１，４−ブタンジオール0.５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の混合物（住友バイエルウレタン社製，商標「スミジュールＰＦ」）２7.５重量部，反応性シリコーン系界面活性剤４重量部，ジブチルチンジラウレート0.３重量部及び過塩素酸ナトリウム0.４重量部をミキサーで気泡を混入させながら混合し、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、１００℃で５時間キュアしてから研磨し、直径１6.５ｍｍで長さ２１５ｍｍのポリウレタンフォームローラを作製した。このローラについて、通電初期及び通電４８時間におけるローラ抵抗を測定した。その結果を第１表に示す。
実施例２，３及び比較例１，２
実施例１において、１，４−ブタンジオール、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の混合物（前出）及び過塩素酸ナトリウムの量を、第１表に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして各ポリウレタンフォームローラを作製した。
各ローラについて、通電初期及び通電４８時間におけるローラ抵抗を測定した。その結果を第１表に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
（注）
１）１，４−ＢＤ：１，４−ブタンジオール
２）ジイソシアネート：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の混合物，住友バイエルウレタン社製，商標「スミジュールＰＦ」。
３）ローラ抵抗：温度２２℃，相対湿度５５％ＲＨ，印加電圧１０００Ｖの条件で測定。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の転写ローラは、弾性層に導電性ポリウレタンフォームを用いたものであって、導電性付与剤として、従来のものよりも多量の強電解質を含み、連続通電時の抵抗安定性に優れ、感光体などに対する汚染性も少なく、しかも強電解質を多量に含むにもかかわらず、所定の範囲のローラ抵抗を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】転写ローラを用いた画像形成装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１感光体
２帯電器
３画像露光系
４現像器
５転写ローラ

Claims

弾性層に導電性ポリウレタンフォームを用いた転写ローラにおいて、温度２２℃、相対湿度５５％ＲＨにおける１０００Ｖ印加時のローラ抵抗が１×１０⁷〜１×１０ ⁸Ωであって、上記導電性ポリウレタンフォームが、鎖延長剤として１，４−ブタンジオール及びポリテトラメチレンエーテルグリコールを用いたものであり、かつ導電性付与剤として強電解質のみを含み、該強電解質の含有量が、ポリマー成分１００重量部当たり０．４〜１０重量部であることを特徴とする転写ローラ。
導電性ポリウレタンフォームが、（Ａ）ポリエーテルポリオール、（Ｂ）１，４−ブタンジオールを含む鎖延長剤、（Ｃ）ポリイソシアネート化合物及び（Ｄ）強電解質を含むポリウレタン成形材料を発泡硬化させてなるものである請求項１記載の転写ローラ。
強電解質が無機過塩素酸塩である請求項１又は２記載の転写ローラ。
ポリウレタン成形材料が、ポリエーテルポリオール１００重量部に対し、１，４−ブタンジオール０．５〜１０重量部を含むものである請求項２又は３記載の転写ローラ。
弾性層のアスカーＣ硬度が６０度以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の転写ローラ。
請求項１ないし５のいずれかに記載の転写ローラを装着してなる画像形成装置。