JP2004070061A - トナー供給ロール - Google Patents
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Abstract
【課題】クリームタイムが長く、液流れ性が良く、不良品が生じることがないトナー供給ロールを提供する。
【解決手段】トナー供給ロール用成形型内にイソシアヌレート変性イソシアネートを除くポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有する組成物を注入して型内発泡を行い、次いで該型内の成形物を脱型して得られるトナー供給ロールにおいて、上記触媒が、ヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩を含有する。触媒として商品名DABCO TAC(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−2(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−3(三共エアプロダクツ社製)等がある。
【選択図】図4
【解決手段】トナー供給ロール用成形型内にイソシアヌレート変性イソシアネートを除くポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有する組成物を注入して型内発泡を行い、次いで該型内の成形物を脱型して得られるトナー供給ロールにおいて、上記触媒が、ヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩を含有する。触媒として商品名DABCO TAC(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−2(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−3(三共エアプロダクツ社製)等がある。
【選択図】図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー供給ロールに関し、特に複写装置、画像記録装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘導体からなる像担持体上に形成した静電潜像を現像して、可視化するのに使用される現像装置に内蔵され、所定のトナー(現像剤)を供給して、静電潜像が形成されている感光体の如き像担持体の表面において、目的とするトナー像を形成するために用いられるトナー供給ロールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、複写装置や画像記録装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真感光体や静電記録誘導体等からなる像担持体上に形成した静電潜像を現像装置により現像して、トナー像として可視化することが行われているが、そのような現像装置においては、ホッパー内に収容された所定のトナー(現像剤)を像担持体側に供給するための、軟質の弾性ロールからなるトナー供給ロールが内蔵せしめられている。
【0003】
このような現像装置におけるトナー供給ロールには、ポリウレタンフォーム(スポンジ)からなる弾性ロールが用いられてきている。そして、このポリウレタン製トナー搬送ロールは、例えば次のような方法で製造される。まず、トナー搬送ロール用成形型を準備し、この成形型内に、イソシアネート、ポリオール、触媒とを含有する組成物を注入し、これを型内で発泡させ、ついで該型内の成形物を脱型することによりトナー供給ロールを製造することができる。
【0004】
上記トナー供給ロールは、用途により所定の電気抵抗値を有することが必要とされる場合がある。従来から、導電性の付与を目的として、各種ポリウレタン材料に各種第四級アンモニウム塩を添加することが知られている。特開平11−293128号公報には、ポリウレタンを代表とした極性を有する構造単位を含む高分子化合物に、1個のアミド結合を有する第四級アンモニウム塩を含有させてなる導電性高分子材料が、また、特開平11−140306号公報には、第四級アンモニウム塩を含有し、イソシアヌレート変性した飽和脂肪族や飽和脂環族イソシアネートとポリオール成分を用いて得られた、ポリウレタンフォーム、又はポリウレタンエラストマーが開示されている。
【0005】
また、ポリウレタンフォーム及びイソシアヌレートフォーム用触媒として各種第四級アンモニウム塩を添加することが知られている。特開平9−104734号公報には、低温活性を有し、揮発性が低い、分子内に2個以上のヒドロキシル基を含有する第四級アンモニウム塩を用いたポリウレタンフォーム及びイソシアヌレートフォームが開示されている。上記第四級アンモニウム塩は、フォーム製造時における反応において、ポリイソシアネートとポリオールの反応に比べ、ポリイソシアネートどうしの反応を促進し、イソシアヌレート結合を形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記製法で、組成物中の触媒量を増量して脱型時間を短縮し製造効率の向上を図ろうとしても、触媒として、従来から汎用されているアミン系触媒(トリエチレンジアミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5、1,2−ジメチルイミダゾール、N−エチルモルホリン、N−メチルモルホリン等)や、有機金属系触媒(オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−i−プロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン等)等を使用した場合には、触媒の増量につれて組成物の初期発泡反応が速くなり液の粘度が高くなるため、成形型内に液が行き渡らず、流れ不足による不良品が増加したり、規定量を成形型内に充填したりするのが非常に困難である。また注型機(発泡機)のミキシングチャンバー内で反応したポリウレタンのカスが液に混入した状態で注型されるため、供給特性の好ましくない製品となる場合があるほか、チャンバー内がポリウレタンで固化してしまう場合もある。また、カルボン酸やホウ酸などで遅延化されたアミン触媒を使用した場合でも、初期反応が2〜3秒遅くなるだけで、大幅な反応性向上は達成できない。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、上記製法により高効率で安定して製造されるトナー供給ロールの提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、トナー供給ロール用成形型内にイソシアヌレート変性イソシアネートを除くポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有する組成物を注入して型内発泡を行い、次いで該型内の成形物を脱型して得られるトナー供給ロールであって、前記触媒が、下記の一般式(1)、若しくは(2)
【0009】
【化2】
で表されるヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩を含有することを特徴とする。
【0010】
すなわち、本発明者らは、上記課題を解決するため、ポリウレタン製造の際に使用する触媒について種々検討を重ねた。
【0011】
分子内に2個以上のヒドロキシル基を有する第四級アンモニウム塩は、上記第四級アンモニウム塩に比べ、低温での反応性に優れ、発泡開始時より徐々にポリウレタンの形成が進み、ポリウレタン反応の均一性に優れている。従って、自動車用シートクッション、マットレス、家具等の大型軟質ポリウレタンフォームを製造する場合に好適である。得られた成形物の各部での物性も均一となりやすい。
【0012】
一方、上記一般式(1)、若しくは(2)で表される第四級アンモニウム塩を触媒として、ポリウレタン製トナー供給ロールを製造すると、上記第四級アンモニウム塩が、従来の汎用触媒に比べて、感温性が高く液温が所定温度に達するまではほとんど活性を示さないため、その間液の粘度が上昇せず成形型への注型作業を良好に行うことが出来る。しかも、成形型への注入作業完了後に液温が所定温度よりも高くなると、上記第四級アンモニウム塩の活性は従来の汎用触媒に比べて高いため、発泡反応が急激に進行して全体として製造効率が大幅に向上することが分かった。また、トナー供給ロールのような小型軟質ポリウレタンフォームは、たとえ急激な反応が生じた場合でも、各部物性は均一となりやすいという優れた効果を持つことを見い出し、本発明に到達した。
【0013】
上記第四級アンモニウム塩を触媒として単独で使用し、あるいは他の触媒と併用した場合に、触媒の配合量は、組成物全体に対し0.002〜0.02質量%に設定すると、特に優れた製造効率向上効果が得られる。
【0014】
本発明の、上記一般式(1)、若しくは(2)で表される1個のヒドロキシル基を有する第四級アンモニウム塩は、導電性を付与することには適さず、ポリウレタン形成用触媒として用いる。
【0015】
仮に、導電性を付与する場合には、金属や金属酸化物の粉末、カーボンブラック、或いは極性を有するポリオールを用いることで導電性を付与することが可能である。
【0016】
上記第四級アンモニウム塩は、分子内に2個以上のヒドロキシル基を含有する第四級アンモニウム塩に比べ、高温活性を有し、また、イソシアヌレート結合を促進させることを目的としない。
【0017】
仮に、イソシアヌレート結合を促進させる場合には、過剰のポリイソシアネートを添加する必要がある。しかし、イソシアヌレート結合を有するポリウレタンは、一般的に高硬度であることから、本発明のトナー供給ロールには適さない。
【0018】
上記第四級アンモニウム塩は、イオン導電剤として使用される第四級アンモニウム塩に比べて、沸点が比較的低く、揮発しやすいという特徴を備えていることから、ポリウレタンの反応熱、もしくはアフターキュア(脱型後のエージング)などにより揮発する。よって、上記触媒が成形後に残存しトナーを汚染し、目的とするトナー像形成を阻害するのを防止することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【0020】
まず、本発明に用いるトナー供給ロール用成形型が、従来からトナー供給ロールに用いられるものであれば、どのようなものであっても差し支えない。
【0021】
次に、本発明において、上記トナー供給ロール用成形型内に注入される組成物は、イソシアヌレート変性イソシアネートを除くポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有するものである。
【0022】
上記ポリイソシアネートとしては、4,4’− 又は4,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(ピュアMDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添加MDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、オルトトルエンジイソシアネート(TODI)、ナフチレンジイソシアネート(NDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PDI)、リジンジイソシアネートメチルエステル(LDI)、ジメチルジイソシアネート(DOI)等が挙げられる。上記イソシアネートをカルボジイミド変性等の変性ポリイソシアネートとしても差し支えない。なかでも、MDI、TDI等を単独若しくは混合して用いるのが好ましく、反応性向上などの観点から、あらかじめポリオールと重合させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【0023】
また、上記ポリイソシアネートとともに用いられるポリオールとしては、ポリエチレンアジペート(PEA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、ポリヘキシレンアジペート(PHA)、エチレンアジペートとブチレンアジペートの共重合体、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2,000〜10,000の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、2,000未満であると架橋密度が不十分なため、得られるポリウレタンフォームの物性が低下する傾向がみられる。また、10,000を越えるとポリオールの粘度が高くなり、トナー供給ロールの作業性が悪くなる傾向がみられるからである。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軟質高弾性ポリウレタン製造に好適である。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、成形性が良く好ましい。また、あらかじめポリイソシアネートと重合させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【0024】
ポリオキシアルキレンポリオールの少なくとも一部を、ポリオキシアルキレンポリオール中でエチレン性不飽和単量体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)で置き換えることも出来る。上記ポリマーポリオールを一部併用することによりフォームの湿熱耐久性を低下させることなく、通気性向上、硬度向上等を図ることが出来る。エチレン性不飽和単量体は、特に限定されないが、アクリロニトリル、スチレン、メタクリル酸メチル、塩化ビニリデン等であり、これらの重合体は通常直径0.1〜10μの微粒子状で分散される。
【0025】
また、上記ポリイソシアネート、ポリオールとともに用いられる整泡剤としては、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。この中でもポリエーテルポリオール系整泡剤としては、水溶性ポリエーテルシロキサンが好適である。
【0026】
ホットモールドフォームは、スラブフォームに比べてゲル化が速いこと、型にオーバーパックされることからフォームの通気性が低くなる傾向にある。このため、スラブ用と基本的には類似しているが、やや整泡力が弱く通気性を高くする整泡剤が選ばれる。
【0027】
また、高弾性フォームは、系の粘度が高いことや反応性が高いことから、通常の軟質フォーム用整泡剤を用いると泡の安定化が過剰となり、連通化度が低下してフォームの収縮を生じる。このために、分子量の小さいコポリマーが用いられる。ポリエーテル鎖の代わりに有機官能基を付加したものが用いられることもある。
【0028】
上記ポリイソシアネート、ポリオールとともに用いられる発泡剤は、水、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、メチレンクロライド、トリクロロフルオロメタン、二酸化炭素等が単独で、又は混合して使用されるが、環境保護の観点より水を単独で使用することが好ましい。発泡剤の使用量は、使用ポリオール100質量部に対して、0.01〜10質量部である。
【0029】
また、必要により使用される架橋剤の構造は特に限定されないが、アルキレングリコール、1,4−ブタンジオール(1,4BD)等のジオール類、グリセリン、トリメチロールプロパン(TMP)等のトリオール類、ペンタエリスルトール等のテトラオール類、エチレンジアミン(EDA)等のジアミン類、ジエタノールアミン(DEA)、トリエタノールアミン(TEA)等のアミノアルコール類等を、単独、又は混合して使用することが出来る。その使用量は使用ポリオール100質量部に対して、0.1〜10質量部である。
【0030】
その他添加剤として、難燃剤、着色剤、老化防止剤、抗酸化剤等を必要に応じて使用することが出来る。
【0031】
そして、混合操作の容易性や得られるトナー供給ロールの特性の見地から、上記ポリイソシアネート、ポリオール、整泡剤の好適組み合せは、ポリイソシアネートとしては、MDIとTDIを混合したものを用い、ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、整泡剤としては水溶性ポリエーテルシロキサンとを用いた組み合せである。
【0032】
なお、上記ポリイソシアネート、ポリオール、触媒によって得られるポリウレタン成形品は、100〜350mmの軸方向の幅に形成される直径30mm以内のトナー供給ロールであって、硬度は、40〜400gとなるよう調整されることが好ましい。すなわち、得られるトナー供給ロールが、上記硬度内で特に優れたトナー供給効果を発揮するからである。なお、ここで言う硬度とは、図2(a)及び(b)に示される如く、ポリウレタンスポンジロールを、その両端の芯金部分において支持し、そしてそのポリウレタンスポンジ層を50mm幅(厚さ:10mm)の板状押圧面を有する治具にて、10mm/minの速度で押圧したときの、1mm変位(圧縮)時の荷重(g)にて表したものであって、その数値が大きくなるほど、ポリウレタンスポンジ層の硬さが高い、すなわち硬いことを示している。また、測定ポイントは、図示の如く、軸方向の2ヶ所×周方向の90度毎に4ヶ所の計8ヶ所とし、その平均値がポリウレタンスポンジ層の硬度とされる。
【0033】
そして、上記硬度を達成するためには、ポリオール100質量部に対し、ポリイソシアネートを10〜200質量部配合することが好適である。
【0034】
なお、上記ポリイソシアネートの一部を上記ポリオールと重合させたプレポリマーとしても差し支えない。
【0035】
また、上記ポリオールは、前記触媒と使用時に混合されるのが一般的であるが、あらかじめ触媒と混合しプレミックスポリオールとしても差し支えない。
【0036】
さらに、本発明において、上記ポリイソシアネート、ポリオールとともに用いられる触媒は、下記の一般式(1)、若しくは(2)で表されるヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩でなければならない。なお、上記第四級アンモニウム塩の詳細は不明であるが、触媒としての機能後、徐々に揮発して行くことや、感温性に優れ、高温での活性が高いことが分かった。
【0037】
【化3】
すなわち、上記第四級アンモニウム塩は、アミン系触媒(トリエチレンジアミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5、1,2−ジメチルイミダゾール、N−エチルモルホリン、N−メチルモルホリン等)や、有機金属系触媒(オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−i−プロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン等)といった従来の汎用触媒に比べて感温性が高いため、ポリイソシアネート、ポリオールを混合して発泡反応させる際の触媒として用いると、混合後の液温が所定温度に達するまではほとんど活性を示さず、液の初期反応を押さえ、初期粘度を低く維持することが出来るという特徴を有する。従って、クリームタイム(原料混合時から液が発泡反応を開始(増粘)するまでの時間)が長く、液の注入作業が良好でポリウレタンのカスやエア溜り等の不良品が生じることがない。また、上記第四級アンモニウム塩は、従来の汎用触媒に比べて活性が高いため、所定温度に達すると、その時点からの発泡反応は従来よりも速く進行する。従って、注型後の成形時間を大幅に短縮することが出来る。
【0038】
上記第四級アンモニウム塩としては、市販されている商品名DABCO TAC(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−2(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−3(三共エアプロダクツ社製)等が挙げられ、通常、汎用触媒と同様に使用される。また、特公平4−33287号公報によると、第三級アミン触媒であるトリエチレンジアミンをアルキレンオキシドと反応させることにより第四級アンモニウム塩とした触媒であるTEDA QUAT(三共エアプロダクツ社製)も述べられている。なお、上記DABCO TAC(三共エアプロダクツ社製)は、下記の式(3)で表される。上記DABCO TMR(三共エアプロダクツ社製)は、下記の式(4)で表される。また、上記DABCO TMR−2(三共エアプロダクツ社製)及び、DABCO TMR−3(三共エアプロダクツ社製)は、下記の式(5)で表される。
【0039】
【化4】
【0040】
【化5】
【0041】
【化6】
そして、上記第四級アンモニウム塩の配合量は、ポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有する組成物全体に対し、0.002〜0.02質量%に設定することが好適である。すなわち、0.002質量%以下では発泡反応促進効果が低く発泡反応完了までに時間を要し、製造効率を向上させる効果があまり期待出来ず、逆に0.02質量%を越えると発泡反応が速くなりすぎて成形型への注入時に流れ不良が生じる恐れがあるからである。
【0042】
また、本発明では、発泡反応促進用の触媒として、上記第四級アンモニウム塩とともに従来の汎用触媒(前記アミン系触媒、有機金属系触媒)を併用しても差し支えはない。この場合、上記第四級アンモニウム塩と汎用触媒との合計量は、前記第四級アンモニウム塩のみを使用する場合と同じく、上記組成物全体に対し、0.002〜0.02質量%に設定することが好適である。
【0043】
本発明では、上記各材料及びトナー供給ロール用成形型を用い、例えば次のようにしてトナー供給ロールを製造する。すなわち、まず、従来の方法に従って、所定のトナー供給ロール用成形型内に、棒状芯金を配置する。一方、ポリイソシアネート、ポリオールと、上記特定の触媒を混合してポリウレタン成形用組成物を調整する。そして、上記組成物を上記成形型に注入し、成形型を温度25〜80℃に加熱して発泡反応させる。場合によっては、温度80〜250℃の加熱炉で反応を促進させても差し支えない。そして、成形物を成形型から取り出すことにより、トナー供給ロールを得ることが出来る。
【0044】
この製法によれば、組成物が、上記触媒を含有しているため、クリームタイムが長く成形型への注入作業が容易で、流れ不足などによる不良品が生じることがない。そして、液が所定温度に達した後は発泡反応が急激に進行するため、注型から脱型までの時間が20分以内と短時間ですみ、型成形サイクルの短縮化による製造効率の向上を実現することが出来る。なお、本発明は、上記のように、触媒の感温性が非常に強いため、従来の汎用触媒のように撹拌効率等のバラツキが起こりにくく、原料温度や、成形型温で反応性を制御することが容易である。
【0045】
【実施例】
実施例について比較例と併せて説明する。
【0046】
[実施例1〜6、比較例1,2]
まず、下記の表1に示す組成のプレミックスポリオール、ポリイソシアネートを液温25℃に調整した。そして、両液を、NCOインデックスが100となるように配合し、撹拌羽根で5秒間撹拌した後、40℃に温調したフリー発泡確認用成形型に注入し発泡高さの変化を測定した。混合開始から、発泡高さが上昇し始める時間をクリームタイムとして、下記の表1に示した。また、上記各組成物を、40℃に温調したトナー供給ロール用成形型に注入して実際にトナー供給ロールを製造し、各組成物の成形時間、及び成形型内での流動性を評価した。その結果についても、下記の表1に示した。
【0047】
【表1】
上記表1の結果から、実施例品はいずれもクリームタイムが長く流動性が良好であるにも関わらず、成形時間が短いことが分かる。これに対し、比較例品1、2は、クリームタイムが速く、成形時間が長いので、製造効率が悪くなっていることが分かる。
【0048】
下記の表2に示す触媒を120℃オーブンに入れ、経時変化による重量変化を測定した。結果を表2に示す。
【0049】
【表2】
上記表2の結果から、第四級アンモニウム塩はいずれも、従来触媒と同様に、経時で揮発していくことが分かる。本発明の触媒として少量添加している第四級アンモニウム塩は、アフターキュア(2次硬化)中に十分に揮発してしまう。よって、本発明の第四級アンモニウム塩はフォーム中に残存し、イオン化し、導電性を付与するイオン導電剤とは異なる。
【0050】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、トナー供給ロールを製造するに際し、組成物に含有させる触媒として、ヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩を用いるため、クリームタイムが長く、液の流れ性がよく、不良品が生じることがない。また、上記組成物は所定温度に達すると、その時点から急速に硬化反応が進行するため、注型後の成形時間が短く、製造効率を大幅に向上させることが出来る。
【0051】
さらに、上記第四級アンモニウム塩を触媒として単独で使用し、あるいは他の触媒と併用した場合に、触媒配合量を、組成物全体に対し、0.002〜0.02質量%に設定すると、特に優れた製造効率向上効果を得ることが出来る。
【0052】
また、第四級アンモニウム塩を導電剤として用いた例もあるが、そのような例とは異なり、上記第四級アンモニウム塩は、徐々に揮発して行くため、導電剤としての機能を有さない。
【図面の簡単な説明】
【図1】トナー供給ロールの説明図である。
【図2】ポリウレタンスポンジロールのポリウレタンスポンジ層の硬度の測定方法を示す説明図であって、(a)は平面説明図、また(b)は左側面説明図である。
【図3】クリームタイム時間及びクリームタイム後の発泡反応を説明するための線図である。
【図4】実施例及び比較例の組成物の発泡高さ変化を経時的に示す線図である。
【符号の説明】
1: トナー供給ロール
2: 芯金
3: ポリウレタンスポンジ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー供給ロールに関し、特に複写装置、画像記録装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘導体からなる像担持体上に形成した静電潜像を現像して、可視化するのに使用される現像装置に内蔵され、所定のトナー(現像剤)を供給して、静電潜像が形成されている感光体の如き像担持体の表面において、目的とするトナー像を形成するために用いられるトナー供給ロールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、複写装置や画像記録装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真感光体や静電記録誘導体等からなる像担持体上に形成した静電潜像を現像装置により現像して、トナー像として可視化することが行われているが、そのような現像装置においては、ホッパー内に収容された所定のトナー(現像剤)を像担持体側に供給するための、軟質の弾性ロールからなるトナー供給ロールが内蔵せしめられている。
【0003】
このような現像装置におけるトナー供給ロールには、ポリウレタンフォーム(スポンジ)からなる弾性ロールが用いられてきている。そして、このポリウレタン製トナー搬送ロールは、例えば次のような方法で製造される。まず、トナー搬送ロール用成形型を準備し、この成形型内に、イソシアネート、ポリオール、触媒とを含有する組成物を注入し、これを型内で発泡させ、ついで該型内の成形物を脱型することによりトナー供給ロールを製造することができる。
【0004】
上記トナー供給ロールは、用途により所定の電気抵抗値を有することが必要とされる場合がある。従来から、導電性の付与を目的として、各種ポリウレタン材料に各種第四級アンモニウム塩を添加することが知られている。特開平11−293128号公報には、ポリウレタンを代表とした極性を有する構造単位を含む高分子化合物に、1個のアミド結合を有する第四級アンモニウム塩を含有させてなる導電性高分子材料が、また、特開平11−140306号公報には、第四級アンモニウム塩を含有し、イソシアヌレート変性した飽和脂肪族や飽和脂環族イソシアネートとポリオール成分を用いて得られた、ポリウレタンフォーム、又はポリウレタンエラストマーが開示されている。
【0005】
また、ポリウレタンフォーム及びイソシアヌレートフォーム用触媒として各種第四級アンモニウム塩を添加することが知られている。特開平9−104734号公報には、低温活性を有し、揮発性が低い、分子内に2個以上のヒドロキシル基を含有する第四級アンモニウム塩を用いたポリウレタンフォーム及びイソシアヌレートフォームが開示されている。上記第四級アンモニウム塩は、フォーム製造時における反応において、ポリイソシアネートとポリオールの反応に比べ、ポリイソシアネートどうしの反応を促進し、イソシアヌレート結合を形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記製法で、組成物中の触媒量を増量して脱型時間を短縮し製造効率の向上を図ろうとしても、触媒として、従来から汎用されているアミン系触媒(トリエチレンジアミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5、1,2−ジメチルイミダゾール、N−エチルモルホリン、N−メチルモルホリン等)や、有機金属系触媒(オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−i−プロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン等)等を使用した場合には、触媒の増量につれて組成物の初期発泡反応が速くなり液の粘度が高くなるため、成形型内に液が行き渡らず、流れ不足による不良品が増加したり、規定量を成形型内に充填したりするのが非常に困難である。また注型機(発泡機)のミキシングチャンバー内で反応したポリウレタンのカスが液に混入した状態で注型されるため、供給特性の好ましくない製品となる場合があるほか、チャンバー内がポリウレタンで固化してしまう場合もある。また、カルボン酸やホウ酸などで遅延化されたアミン触媒を使用した場合でも、初期反応が2〜3秒遅くなるだけで、大幅な反応性向上は達成できない。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、上記製法により高効率で安定して製造されるトナー供給ロールの提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、トナー供給ロール用成形型内にイソシアヌレート変性イソシアネートを除くポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有する組成物を注入して型内発泡を行い、次いで該型内の成形物を脱型して得られるトナー供給ロールであって、前記触媒が、下記の一般式(1)、若しくは(2)
【0009】
【化2】
で表されるヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩を含有することを特徴とする。
【0010】
すなわち、本発明者らは、上記課題を解決するため、ポリウレタン製造の際に使用する触媒について種々検討を重ねた。
【0011】
分子内に2個以上のヒドロキシル基を有する第四級アンモニウム塩は、上記第四級アンモニウム塩に比べ、低温での反応性に優れ、発泡開始時より徐々にポリウレタンの形成が進み、ポリウレタン反応の均一性に優れている。従って、自動車用シートクッション、マットレス、家具等の大型軟質ポリウレタンフォームを製造する場合に好適である。得られた成形物の各部での物性も均一となりやすい。
【0012】
一方、上記一般式(1)、若しくは(2)で表される第四級アンモニウム塩を触媒として、ポリウレタン製トナー供給ロールを製造すると、上記第四級アンモニウム塩が、従来の汎用触媒に比べて、感温性が高く液温が所定温度に達するまではほとんど活性を示さないため、その間液の粘度が上昇せず成形型への注型作業を良好に行うことが出来る。しかも、成形型への注入作業完了後に液温が所定温度よりも高くなると、上記第四級アンモニウム塩の活性は従来の汎用触媒に比べて高いため、発泡反応が急激に進行して全体として製造効率が大幅に向上することが分かった。また、トナー供給ロールのような小型軟質ポリウレタンフォームは、たとえ急激な反応が生じた場合でも、各部物性は均一となりやすいという優れた効果を持つことを見い出し、本発明に到達した。
【0013】
上記第四級アンモニウム塩を触媒として単独で使用し、あるいは他の触媒と併用した場合に、触媒の配合量は、組成物全体に対し0.002〜0.02質量%に設定すると、特に優れた製造効率向上効果が得られる。
【0014】
本発明の、上記一般式(1)、若しくは(2)で表される1個のヒドロキシル基を有する第四級アンモニウム塩は、導電性を付与することには適さず、ポリウレタン形成用触媒として用いる。
【0015】
仮に、導電性を付与する場合には、金属や金属酸化物の粉末、カーボンブラック、或いは極性を有するポリオールを用いることで導電性を付与することが可能である。
【0016】
上記第四級アンモニウム塩は、分子内に2個以上のヒドロキシル基を含有する第四級アンモニウム塩に比べ、高温活性を有し、また、イソシアヌレート結合を促進させることを目的としない。
【0017】
仮に、イソシアヌレート結合を促進させる場合には、過剰のポリイソシアネートを添加する必要がある。しかし、イソシアヌレート結合を有するポリウレタンは、一般的に高硬度であることから、本発明のトナー供給ロールには適さない。
【0018】
上記第四級アンモニウム塩は、イオン導電剤として使用される第四級アンモニウム塩に比べて、沸点が比較的低く、揮発しやすいという特徴を備えていることから、ポリウレタンの反応熱、もしくはアフターキュア(脱型後のエージング)などにより揮発する。よって、上記触媒が成形後に残存しトナーを汚染し、目的とするトナー像形成を阻害するのを防止することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【0020】
まず、本発明に用いるトナー供給ロール用成形型が、従来からトナー供給ロールに用いられるものであれば、どのようなものであっても差し支えない。
【0021】
次に、本発明において、上記トナー供給ロール用成形型内に注入される組成物は、イソシアヌレート変性イソシアネートを除くポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有するものである。
【0022】
上記ポリイソシアネートとしては、4,4’− 又は4,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート(ピュアMDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添加MDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMHDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、オルトトルエンジイソシアネート(TODI)、ナフチレンジイソシアネート(NDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PDI)、リジンジイソシアネートメチルエステル(LDI)、ジメチルジイソシアネート(DOI)等が挙げられる。上記イソシアネートをカルボジイミド変性等の変性ポリイソシアネートとしても差し支えない。なかでも、MDI、TDI等を単独若しくは混合して用いるのが好ましく、反応性向上などの観点から、あらかじめポリオールと重合させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【0023】
また、上記ポリイソシアネートとともに用いられるポリオールとしては、ポリエチレンアジペート(PEA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、ポリヘキシレンアジペート(PHA)、エチレンアジペートとブチレンアジペートの共重合体、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2,000〜10,000の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、2,000未満であると架橋密度が不十分なため、得られるポリウレタンフォームの物性が低下する傾向がみられる。また、10,000を越えるとポリオールの粘度が高くなり、トナー供給ロールの作業性が悪くなる傾向がみられるからである。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軟質高弾性ポリウレタン製造に好適である。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、成形性が良く好ましい。また、あらかじめポリイソシアネートと重合させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【0024】
ポリオキシアルキレンポリオールの少なくとも一部を、ポリオキシアルキレンポリオール中でエチレン性不飽和単量体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)で置き換えることも出来る。上記ポリマーポリオールを一部併用することによりフォームの湿熱耐久性を低下させることなく、通気性向上、硬度向上等を図ることが出来る。エチレン性不飽和単量体は、特に限定されないが、アクリロニトリル、スチレン、メタクリル酸メチル、塩化ビニリデン等であり、これらの重合体は通常直径0.1〜10μの微粒子状で分散される。
【0025】
また、上記ポリイソシアネート、ポリオールとともに用いられる整泡剤としては、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。この中でもポリエーテルポリオール系整泡剤としては、水溶性ポリエーテルシロキサンが好適である。
【0026】
ホットモールドフォームは、スラブフォームに比べてゲル化が速いこと、型にオーバーパックされることからフォームの通気性が低くなる傾向にある。このため、スラブ用と基本的には類似しているが、やや整泡力が弱く通気性を高くする整泡剤が選ばれる。
【0027】
また、高弾性フォームは、系の粘度が高いことや反応性が高いことから、通常の軟質フォーム用整泡剤を用いると泡の安定化が過剰となり、連通化度が低下してフォームの収縮を生じる。このために、分子量の小さいコポリマーが用いられる。ポリエーテル鎖の代わりに有機官能基を付加したものが用いられることもある。
【0028】
上記ポリイソシアネート、ポリオールとともに用いられる発泡剤は、水、トリクロロモノフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、メチレンクロライド、トリクロロフルオロメタン、二酸化炭素等が単独で、又は混合して使用されるが、環境保護の観点より水を単独で使用することが好ましい。発泡剤の使用量は、使用ポリオール100質量部に対して、0.01〜10質量部である。
【0029】
また、必要により使用される架橋剤の構造は特に限定されないが、アルキレングリコール、1,4−ブタンジオール(1,4BD)等のジオール類、グリセリン、トリメチロールプロパン(TMP)等のトリオール類、ペンタエリスルトール等のテトラオール類、エチレンジアミン(EDA)等のジアミン類、ジエタノールアミン(DEA)、トリエタノールアミン(TEA)等のアミノアルコール類等を、単独、又は混合して使用することが出来る。その使用量は使用ポリオール100質量部に対して、0.1〜10質量部である。
【0030】
その他添加剤として、難燃剤、着色剤、老化防止剤、抗酸化剤等を必要に応じて使用することが出来る。
【0031】
そして、混合操作の容易性や得られるトナー供給ロールの特性の見地から、上記ポリイソシアネート、ポリオール、整泡剤の好適組み合せは、ポリイソシアネートとしては、MDIとTDIを混合したものを用い、ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、整泡剤としては水溶性ポリエーテルシロキサンとを用いた組み合せである。
【0032】
なお、上記ポリイソシアネート、ポリオール、触媒によって得られるポリウレタン成形品は、100〜350mmの軸方向の幅に形成される直径30mm以内のトナー供給ロールであって、硬度は、40〜400gとなるよう調整されることが好ましい。すなわち、得られるトナー供給ロールが、上記硬度内で特に優れたトナー供給効果を発揮するからである。なお、ここで言う硬度とは、図2(a)及び(b)に示される如く、ポリウレタンスポンジロールを、その両端の芯金部分において支持し、そしてそのポリウレタンスポンジ層を50mm幅(厚さ:10mm)の板状押圧面を有する治具にて、10mm/minの速度で押圧したときの、1mm変位(圧縮)時の荷重(g)にて表したものであって、その数値が大きくなるほど、ポリウレタンスポンジ層の硬さが高い、すなわち硬いことを示している。また、測定ポイントは、図示の如く、軸方向の2ヶ所×周方向の90度毎に4ヶ所の計8ヶ所とし、その平均値がポリウレタンスポンジ層の硬度とされる。
【0033】
そして、上記硬度を達成するためには、ポリオール100質量部に対し、ポリイソシアネートを10〜200質量部配合することが好適である。
【0034】
なお、上記ポリイソシアネートの一部を上記ポリオールと重合させたプレポリマーとしても差し支えない。
【0035】
また、上記ポリオールは、前記触媒と使用時に混合されるのが一般的であるが、あらかじめ触媒と混合しプレミックスポリオールとしても差し支えない。
【0036】
さらに、本発明において、上記ポリイソシアネート、ポリオールとともに用いられる触媒は、下記の一般式(1)、若しくは(2)で表されるヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩でなければならない。なお、上記第四級アンモニウム塩の詳細は不明であるが、触媒としての機能後、徐々に揮発して行くことや、感温性に優れ、高温での活性が高いことが分かった。
【0037】
【化3】
すなわち、上記第四級アンモニウム塩は、アミン系触媒(トリエチレンジアミン、ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5、1,2−ジメチルイミダゾール、N−エチルモルホリン、N−メチルモルホリン等)や、有機金属系触媒(オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−i−プロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン等)といった従来の汎用触媒に比べて感温性が高いため、ポリイソシアネート、ポリオールを混合して発泡反応させる際の触媒として用いると、混合後の液温が所定温度に達するまではほとんど活性を示さず、液の初期反応を押さえ、初期粘度を低く維持することが出来るという特徴を有する。従って、クリームタイム(原料混合時から液が発泡反応を開始(増粘)するまでの時間)が長く、液の注入作業が良好でポリウレタンのカスやエア溜り等の不良品が生じることがない。また、上記第四級アンモニウム塩は、従来の汎用触媒に比べて活性が高いため、所定温度に達すると、その時点からの発泡反応は従来よりも速く進行する。従って、注型後の成形時間を大幅に短縮することが出来る。
【0038】
上記第四級アンモニウム塩としては、市販されている商品名DABCO TAC(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−2(三共エアプロダクツ社製)、DABCO TMR−3(三共エアプロダクツ社製)等が挙げられ、通常、汎用触媒と同様に使用される。また、特公平4−33287号公報によると、第三級アミン触媒であるトリエチレンジアミンをアルキレンオキシドと反応させることにより第四級アンモニウム塩とした触媒であるTEDA QUAT(三共エアプロダクツ社製)も述べられている。なお、上記DABCO TAC(三共エアプロダクツ社製)は、下記の式(3)で表される。上記DABCO TMR(三共エアプロダクツ社製)は、下記の式(4)で表される。また、上記DABCO TMR−2(三共エアプロダクツ社製)及び、DABCO TMR−3(三共エアプロダクツ社製)は、下記の式(5)で表される。
【0039】
【化4】
【0040】
【化5】
【0041】
【化6】
そして、上記第四級アンモニウム塩の配合量は、ポリイソシアネート、ポリオール、触媒を含有する組成物全体に対し、0.002〜0.02質量%に設定することが好適である。すなわち、0.002質量%以下では発泡反応促進効果が低く発泡反応完了までに時間を要し、製造効率を向上させる効果があまり期待出来ず、逆に0.02質量%を越えると発泡反応が速くなりすぎて成形型への注入時に流れ不良が生じる恐れがあるからである。
【0042】
また、本発明では、発泡反応促進用の触媒として、上記第四級アンモニウム塩とともに従来の汎用触媒(前記アミン系触媒、有機金属系触媒)を併用しても差し支えはない。この場合、上記第四級アンモニウム塩と汎用触媒との合計量は、前記第四級アンモニウム塩のみを使用する場合と同じく、上記組成物全体に対し、0.002〜0.02質量%に設定することが好適である。
【0043】
本発明では、上記各材料及びトナー供給ロール用成形型を用い、例えば次のようにしてトナー供給ロールを製造する。すなわち、まず、従来の方法に従って、所定のトナー供給ロール用成形型内に、棒状芯金を配置する。一方、ポリイソシアネート、ポリオールと、上記特定の触媒を混合してポリウレタン成形用組成物を調整する。そして、上記組成物を上記成形型に注入し、成形型を温度25〜80℃に加熱して発泡反応させる。場合によっては、温度80〜250℃の加熱炉で反応を促進させても差し支えない。そして、成形物を成形型から取り出すことにより、トナー供給ロールを得ることが出来る。
【0044】
この製法によれば、組成物が、上記触媒を含有しているため、クリームタイムが長く成形型への注入作業が容易で、流れ不足などによる不良品が生じることがない。そして、液が所定温度に達した後は発泡反応が急激に進行するため、注型から脱型までの時間が20分以内と短時間ですみ、型成形サイクルの短縮化による製造効率の向上を実現することが出来る。なお、本発明は、上記のように、触媒の感温性が非常に強いため、従来の汎用触媒のように撹拌効率等のバラツキが起こりにくく、原料温度や、成形型温で反応性を制御することが容易である。
【0045】
【実施例】
実施例について比較例と併せて説明する。
【0046】
[実施例1〜6、比較例1,2]
まず、下記の表1に示す組成のプレミックスポリオール、ポリイソシアネートを液温25℃に調整した。そして、両液を、NCOインデックスが100となるように配合し、撹拌羽根で5秒間撹拌した後、40℃に温調したフリー発泡確認用成形型に注入し発泡高さの変化を測定した。混合開始から、発泡高さが上昇し始める時間をクリームタイムとして、下記の表1に示した。また、上記各組成物を、40℃に温調したトナー供給ロール用成形型に注入して実際にトナー供給ロールを製造し、各組成物の成形時間、及び成形型内での流動性を評価した。その結果についても、下記の表1に示した。
【0047】
【表1】
上記表1の結果から、実施例品はいずれもクリームタイムが長く流動性が良好であるにも関わらず、成形時間が短いことが分かる。これに対し、比較例品1、2は、クリームタイムが速く、成形時間が長いので、製造効率が悪くなっていることが分かる。
【0048】
下記の表2に示す触媒を120℃オーブンに入れ、経時変化による重量変化を測定した。結果を表2に示す。
【0049】
【表2】
上記表2の結果から、第四級アンモニウム塩はいずれも、従来触媒と同様に、経時で揮発していくことが分かる。本発明の触媒として少量添加している第四級アンモニウム塩は、アフターキュア(2次硬化)中に十分に揮発してしまう。よって、本発明の第四級アンモニウム塩はフォーム中に残存し、イオン化し、導電性を付与するイオン導電剤とは異なる。
【0050】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、トナー供給ロールを製造するに際し、組成物に含有させる触媒として、ヒドロキシル基を1個有する第四級アンモニウム塩を用いるため、クリームタイムが長く、液の流れ性がよく、不良品が生じることがない。また、上記組成物は所定温度に達すると、その時点から急速に硬化反応が進行するため、注型後の成形時間が短く、製造効率を大幅に向上させることが出来る。
【0051】
さらに、上記第四級アンモニウム塩を触媒として単独で使用し、あるいは他の触媒と併用した場合に、触媒配合量を、組成物全体に対し、0.002〜0.02質量%に設定すると、特に優れた製造効率向上効果を得ることが出来る。
【0052】
また、第四級アンモニウム塩を導電剤として用いた例もあるが、そのような例とは異なり、上記第四級アンモニウム塩は、徐々に揮発して行くため、導電剤としての機能を有さない。
【図面の簡単な説明】
【図1】トナー供給ロールの説明図である。
【図2】ポリウレタンスポンジロールのポリウレタンスポンジ層の硬度の測定方法を示す説明図であって、(a)は平面説明図、また(b)は左側面説明図である。
【図3】クリームタイム時間及びクリームタイム後の発泡反応を説明するための線図である。
【図4】実施例及び比較例の組成物の発泡高さ変化を経時的に示す線図である。
【符号の説明】
1: トナー供給ロール
2: 芯金
3: ポリウレタンスポンジ層
Claims (3)
- 前記ポリイソシアネートが、4,4’− 又は4,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、カルボジイミド変性ポリイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びトリレンジイソシアネートからなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1記載のトナー供給ロール。
- 前記触媒の配合量が、前記組成物全体に対し0.002〜0.02質量%に設定されている請求項1または2記載のトナー供給ロール。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002230102A JP2004070061A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | トナー供給ロール |
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| JP2002230102A JP2004070061A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | トナー供給ロール |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019014863A (ja) * | 2017-07-04 | 2019-01-31 | 喜▲臨▼▲門▼家具股▲分▼有限公司 | 通気スポンジ組成物及びその通気スポンジを調製するための方法 |
-
2002
- 2002-08-07 JP JP2002230102A patent/JP2004070061A/ja active Pending
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