导电性发泡辊的制作方法

本发明涉及一种导电性发泡辊，进一步详细而言，涉及一种用于复印机、打印机、传真机等电子照相设备的调色剂供给辊的导电性优良的发泡辊。

背景技术：

电子照相设备的调色剂供给辊，相对于显影辊进行调色剂的供给及清洁(刮取回收残存的调色剂)。为了提高调色剂输送性能及清洁性能，用发泡体(海绵)构成调色剂供给辊。其表面具备发泡单元开口而形成的多个凹部和划分该表面凹部的单元壁。以往，将调色剂物理积存在该表面凹部而对调色剂进行输送，并通过物理刮取该单元壁中残存的调色剂来进行清洁。近年来，进行了通过赋予发泡体以导电性并外加电压，在物理地进行调色剂的输送及清洁的基础上，利用电性吸附力进行调色剂的输送及清洁的研究。

作为导电性发泡辊，例如已知专利文献1。在专利文献1中，记载了在导电性发泡层中配合离子导电剂的方案。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-254519号公报

技术实现要素：

本发明要解决的问题

为了相比以往的调色剂供给辊更加提高清洁性能，需要提高基于发泡单元的表面开口率以增加在表面出现的单元壁的数量。但是，若提高表面开口率，则与显影辊接触的部分的面积变小，因此电阻变高。因此，在表面开口率较高的导电性发泡辊中，难以兼顾清洁性能和低电阻。

本发明要解决的问题在于，提供一种在表面开口率较高的导电性发泡辊中，兼顾清洁性能和低电阻的导电性发泡辊。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明所涉及的导电性发泡辊是具有轴体和在上述轴体的外周形成的导电性发泡体层的导电性发泡辊，其要旨在于，上述导电性发泡体层的表面开口率为50％以上90％以下，上述导电性发泡体层含有离子导电剂，该离子导电剂由二烯丙基型铵阳离子与选自N,N-双(三氟甲烷磺酰基)亚胺阴离子及N,N-双(氟磺酰基)亚胺阴离子中的一种以上的阴离子的盐构成。

在这种情况下，上述离子导电剂中的阴离子优选为N,N-双(氟磺酰基)亚胺阴离子。而且，上述离子导电剂中的阳离子优选为二烯丙基二甲基铵阳离子。

发明效果

根据本发明所涉及的导电性发泡辊，在表面开口率为50％以上90％以下的表面开口率较高的导电性发泡辊中，导电性发泡体层含有离子导电剂，该离子导电剂由特定的铵盐构成，在确保低电阻的同时可发挥较高的清洁性能。

而且，在离子导电剂的阴离子为N,N-双(氟磺酰基)亚胺阴离子时，低电阻化的效果进一步提高。另外，在离子导电剂的阳离子为二烯丙基二甲基铵阳离子时，低电阻化的效果进一步提高。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的导电性发泡辊的外观立体图(a)以及周向剖面图(图1(a)的A-A线处剖面图)(b)。

图2是导电性发泡体层的表面附近的剖面放大图，表示多个单元在厚度方向上连通的图(a)和多个单元在厚度方向上不连通的图(b)。

图3是表示导电性发泡体层的规定范围的表面的示意图，表示表面开口率较高的图(a)和表面开口率较低的图(b)。

图4是说明基于不同表面开口率的清洁性能的示意图，表示表面开口率较高的图(a)和表面开口率较低的图(b)。

图5是说明基于不同表面开口率的导电性的示意图，表示表面开口率较高的图(a)和表面开口率较低的图(b)。

图6是表示表面开口率和体积电阻率的关系的图表。

图7是对通过除去表层而使表面附近的单元开口的方法进行说明的工序图。

图8是表示实施例及对比例的表面开口率和体积电阻率的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的构成进行具体的说明。

图1表示本发明的一个实施方式所涉及的导电性发泡辊。如图1所示，导电性发泡辊10具有轴体12和在轴体12的外周形成的导电性发泡体层14。在图2中，对导电性发泡体层14的表面附近进行了放大表示。如图2(a)(b)所示，导电性发泡体层14由多个单元(气相)16和划分单元16的单元壁(树脂相)18构成。单元(气相)16及单元壁(树脂相)18分布于导电性发泡体层14的周向及厚度方向的整体。导电性发泡体层14通过具备多个单元16，而相比没有单元(气相)的实心树脂层在柔软性上更优异。多个单元16，可以如图2(a)所示在厚度方向上连通(连续气泡型构造)，也可以如图2(b)所示在厚度方向上不连通(独立气泡型构造)。若要形成连续气泡型构造，可以采用提高发泡倍率、添加破泡剂、在独立气泡型构造中吹送压缩气体或热风以除去单元壁18等方法。若要形成独立气泡型构造，可以采用降低发泡倍率、进行稳泡剂等的选择等方法。

如图2所示，在导电性发泡体层14的表面，存在表面附近的单元16a开口而形成的多个凹部20。在相邻的凹部20和凹部20之间，存在划分凹部20的表面单元壁18a。凹部20为积存调色剂的部分。利用该凹部20进行调色剂的输送(供给、去除)。表面单元壁18a为与显影辊的表面接触并物理刮取残存的调色剂的部分。从显影辊表面刮取的调色剂积存在表面单元壁18a旁边的凹部20中。利用该表面单元壁18a及凹部20进行清洁。另外，表面单元壁18a为与显影辊的表面接触的部分，利用该表面单元壁18a可实现与显影辊之间的导通。

如图2(a)所示，若多个单元16在厚度方向上连通，则积存调色剂的部分在厚度方向上扩大，可积存的调色剂的量变多，因此调色剂的输送量、刮取量变多。另外，可减少由调色剂导致的单元16的堵塞。

在导电性发泡辊10中，导电性发泡体层14的表面开口率为50％以上90％以下。导电性发泡体层14的表面开口率，可以通过对使用光学显微镜拍摄的导电性发泡体层14的表面照片进行二值化图像分析而求出。导电性发泡体层14的表面开口率，可以由在导电性发泡体层14的表面出现的气相和树脂相的面积比而求出。导电性发泡体层14的表面开口率，可以用导电性发泡体层14表面的包括多个单元的规定范围(3.2mm×2.4mm)内的开口率来表示。导电性发泡体层14的表面的平均开口径在50-500μm的范围内。

图3(a)(b)示意性地表示导电性发泡体层14的表面的规定范围。图4(a)(b)表示对基于不同表面开口率的清洁性能进行说明的示意图。并且，图5(a)(b)表示对基于不同表面开口率的导电性进行说明的示意图。图4(a)及图5(a)是与图3(a)对应的构成，图4(b)及图5(b)是与图3(b)对应的构成。

如图3(a)所示，若导电性发泡体层14的表面开口率较高，则规定范围内的表面单元壁18a的数量较多，如图4(a)所示，与显影辊30的表面接触并物理刮取残存的调色剂32的部分变多而使清洁性能提高。另一方面，如图3(b)所示，若导电性发泡体层14的表面开口率较低，则规定范围内的表面单元壁18a的数量较少，如图4(b)所示，与显影辊30的表面接触并物理刮取残存的调色剂32的部分变少而使清洁性能降低。从发挥较高的清洁性能的观点出发，导电性发泡体层14的表面开口率为50％以上。另外，从该观点出发，导电性发泡体层14的表面开口率更优选为55％以上，进一步优选为60％以上。

但是，如图3(a)所示，若导电性发泡体层14的表面开口率较高，则规定范围内的表面单元壁18a与显影辊30的表面接触的接触面积较小，因此，如图5(a)所示，在表面单元壁18a处产生离子的集中，与图3(b)所示的表面开口率较低的情况相比成为高电阻。如图3(b)所示，若导电性发泡体层14的表面开口率较低，则规定范围内的表面单元壁18a与显影辊30的表面接触的接触面积较大，因此，如图5(b)所示，在表面单元壁18a处不会产生离子的集中，而成为低电阻。若导电性发泡体层14的表面开口率在50％以上的范围，则虽然能够发挥较高的清洁性能，但是由于表面开口率较高而在表面单元壁18a处产生离子的集中。于是，通过使用特定的离子导电剂，即使是在导电性发泡体层14的表面开口率较高的情况下也能够确保导电性。

但是，若导电性发泡体层14的表面开口率过大，则即使使用特定的离子导电剂也无法确保必要的导电性。因此，从确保导电性的观点出发，导电性发泡体层14的表面开口率为90％以下。另外，从该观点出发，导电性发泡体层14的表面开口率更优选为85％以下，进一步优选为80％以下。

导电性发泡体层14含有离子导电剂。离子导电剂由特定的离子导电剂构成，由二烯丙基型铵阳离子与选自N,N-双(三氟甲烷磺酰基)亚胺阴离子(TFSI)及N,N-双(氟磺酰基)亚胺阴离子(FSI)中的一种以上的阴离子的盐构成。

该离子导电剂中的阴离子含有吸电子性的氟原子。通过该吸电子基团在阴离子内产生负电荷的非定域化。由此，与阳离子的静电相互作用降低，离子易于解离。

另外，上述TFSI、FSI，如表1所示，在含有氟原子的阴离子中，也属于分子量比较小的阴离子，在同一添加质量下阴离子的浓度变高，因此在同一添加质量下能增加阴离子的量。这样，通过增加阴离子的量，即使离子集中也能够确保导电性。从根据阴离子的分子量的不同来增加阴离子的量的观点出发，在TFSI和FSI中，更优选为分子量更小的FSI。

表1

作为分子量比TFSI大的氟系阴离子的N,N-双(五氟乙烷磺酰基)亚胺阴离子<C₂F₅>、N,N-双(七氟丙烷磺酰基)亚胺阴离子<C₃F₇>、N,N-双(九氟丁烷磺酰基)亚胺阴离子<C₄F₉>，如表1所示，其分子量较大，不能对导电性的提高做出贡献。另一方面，作为分子量比FSI小的氟系阴离子的三氟甲烷磺酸阴离子(TF)，如表1所示，其分子量较小，而使表面电荷密度变高且与阳离子的静电相互作用变高，因此离子难以解离。因此，TF不能对导电性的提高做出贡献。TFSI及FSI，增加阴离子量的效果和离子解离的容易程度的平衡性优异，因此能对导电性的提高做出贡献。

离子导电剂中的阳离子，具有两个与N原子键合的烯丙基。这种铵阳离子为二烯丙基型铵阳离子，在两个烯丙基之外，还具有两个烷基。两个烷基优选为碳原子数为1-8左右的烷基。两个烷基可以为相同种类，也可以为不同种类。烯丙基是吸电子基团，使正电荷在阳离子内非定域化。由此，与阴离子的静电相互作用降低，离子易于解离。在导电性发泡体层14中，离子导电剂的阳离子的烯丙基，以烯丙基的状态存在，没有因例如硫磺、过氧化物等自由基引发剂而高分子化(聚合化)。

二烯丙基型铵阳离子，在存在自由基引发剂的情况下，与具有不饱和键的基体预聚物成键而固定化在基体预聚物中。并且，此时，二烯丙基型铵阳离子被高分子化。若二烯丙基型铵阳离子被高分子化，则N上的电荷密度上升，相对介电常数变大。电荷处于定域化的方向，因此离子难以解离。像导电性发泡体层14这样与显影辊30的表面的接触面积较小的情况下，优选更易于离子解离的阳离子，因此，以未被高分子化的二烯丙基型铵阳离子为宜。

在二烯丙基型铵阳离子中，特别优选二烯丙基二甲基铵阳离子。由于在二烯丙基型铵阳离子中分子量较小，因此在与阴离子的组合中，能够相对提高阴离子的比例，在同一添加质量下阴离子的浓度变高，因此在同一添加质量下能增加阴离子的量。由此，能够对导电性的提高做出贡献。

二烯丙基型铵阳离子，相比与N原子键合的基团全部由烷基构成的四烷基铵阳离子(四烷基型铵阳离子)，离子易于离解，因此，使用含有二烯丙基型铵阳离子的离子导电剂的导电性发泡辊10的体积电阻率，如图6所示，对表面开口率的依赖性较低。特别是，即使表面开口率在50％以上的范围，体积电阻率的上升也较小，因此，作为导电性发泡辊的离子导电剂是有效的。若使用由四烷基铵阳离子的盐构成的离子导电剂，则如图6所示，从表面开口率为50％以上起，体积电阻率大幅上升，对表面开口率的依赖性较高。因此，难以作为导电性发泡辊的离子导电剂使用。

导电性发泡体层14由聚氨酯泡沫等发泡材料形成。从不使离子导电剂中的二烯丙基型铵阳离子高分子化的观点出发，在导电性发泡体层14的原料组合物中不含有硫磺、过氧化物等自由基引发剂。

聚氨酯泡沫的原料组合物由含有多元醇、聚异氰酸酯、离子导电剂的组合物构成。进一步的，可以根据需要含有发泡剂、催化剂、阻燃剂、填充剂、表面活性剂等。

作为聚氨酯泡沫中的多元醇，可列举为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚丁二烯多元醇、聚异丁烯多元醇、含有苯乙烯、丙烯酸微粒的聚合物多元醇等。这些可以单独使用或者两种以上并用。

作为聚氨酯泡沫中的聚异氰酸酯，只要是双官能以上的聚异氰酸酯，就没有特别限定。例如，可列举为2,4-(或2,6-)甲苯二异氰酸酯(TDI)、邻联甲苯二异氰酸酯(TODI)、萘二异氰酸酯(NDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、碳化二亚胺改性MDI、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯、聚合聚异氰酸酯(polymeric polyisocyanate)、以及改性异氰酸酯、预聚物化的异氰酸酯等。这些可以单独使用或者两种以上并用。

作为发泡剂，可以使用在聚氨酯反应中通常使用的发泡剂。作为这样的发泡剂，可列举为水、含有氢原子的卤化烃、低沸点烃、液化二氧化碳等。作为含有氢原子的卤化烃，可列举为含氢氯氟烃(HCFC)、氢氟烃(HFC)等。作为低沸点烃，可列举为丁烷、戊烷、环戊烷等沸点为-5～70℃左右的烃。这些发泡剂的含量，可以适当确定。例如，以多元醇成分为100质量份计，可以设为0.1-10质量份的范围内。

作为催化剂，可以使用在聚氨酯反应中通常使用的催化剂。作为这样的催化剂，可列举为胺系催化剂、金属催化剂。作为胺系催化剂，可列举为三乙烯二胺、五甲基二乙烯三胺、N-乙基吗啉、二乙基乙醇胺、N,N,N',N'-四甲基己二胺、1-异丁基-2-甲基咪唑、1,8-二氮杂双环-[5.4.0]-十一碳-7-烯、双(二甲基氨基乙基)醚(羧酸盐)等。作为金属催化剂，可列举为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸铅等。这些既可以单独使用，也可以两种以上并用。催化剂的含量没有特别限定，以多元醇成分为100质量份计，可以设为0.05-5质量份的范围内。

导电性发泡体层14可以通过在辊成形模具内使原料组合物发泡成形而形成，该辊成形模具具有能够成形为辊状的模具面。辊成形模具的构成包括圆筒模具(管)和盖，该圆筒模具与导电性发泡体层14的轴向长度大致等长，该盖安装于该圆筒模具的两端并将该圆筒模具的两端封闭。在将轴体与圆筒模具同轴地配置在圆筒模具内的状态下，若用盖将圆筒模具的两端封闭并合模，则轴体与圆筒模具同轴地被盖支撑，并在圆筒模具内形成目的为赋予导电性发泡体层的辊形状的成形腔。将原料组合物注入该成形腔内，发泡固化在轴体12的周围一体地成形导电性发泡体层14后，脱模。

若辊成形模具的模具面由氟树脂形成，或者在模具面上形成由氟树脂构成的涂覆层，则模具面具有防水性，由此成形的导电性发泡体层14，其表面附近的单元16a容易在导电性发泡体层14的表面开口，容易直接形成凹部20。

在成形后，在表面附近的单元16a未在导电性发泡体层14的表面开口的情况下，可以通过破坏将表面附近的单元16a覆盖的薄膜状的表层，而使表面附近的单元16a在导电性发泡体层14的表面开口。例如，如图7(a)(b)所示，可以通过拉起将表面附近的单元16a覆盖的薄膜状的表层34并将表层34从导电性发泡体层14的表面剥离，从而破坏将表面附近的单元16a覆盖的薄膜状的表层34，也可以通过使用前端尖锐的工具在将表面附近的单元16a覆盖的薄膜状的表层34上开孔，从而破坏将表面附近的单元16a覆盖的薄膜状的表层34。

导电性发泡体层14，可以通过从对原料组合物进行板发泡(slab foaming)或模具发泡而得到的块状的发泡体切割出辊状而形成。在这种情况下，需要对切割成辊状的辊体的表面进行抛光，以达到规定的尺寸。由于抛光而使辊体的表面起毛，因此需要进行将起毛去除的处理。

这样，导电性发泡体层14的表面开口率可以通过发泡倍率、作为在辊成形模具上涂布的脱模剂的种类而选择硅、氟、聚乙烯等种类、表层34的剥离、表层34的开孔、抛光等进行调整。

轴体12，例如，可列举为铁、不锈钢、铝、施加有镀层的铁等金属，或聚缩醛(POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯、聚酰胺等塑料。另外，可以根据需要在轴体12的外周面涂布粘合剂、底漆等。

实施例

以下，根据实施例对本发明具体地进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。

(实施例1-3)

<导电性发泡体层用组合物的制备>

通过将100质量份的聚醚多元醇(三洋化成工业公司制造“FA703”，含有EO10％，OH值＝33)、1.0质量份的硅系稳泡剂(东丽道康宁公司制造“SRX274DL”)、1.7质量份的蒸馏水(发泡剂)、0.2质量份的催化剂(三乙烯二胺，东曹公司制造“TEDA L33”)、0.05质量份的催化剂(双(二甲基氨基乙基)醚、东曹公司制造“TOYOCAT ET”)、1.0质量份的离子导电剂B混合，从而制备多元醇配合液。

通过将15.2质量份的异氰酸酯(TDI，日本聚氨酯公司制造“CORONATE T80”，NCO48％)、10.1质量份的异氰酸酯(crude-MDI，日本聚氨酯公司制造“MILLIONATE MR200”，NCO31％)混合，从而制备异氰酸酯混合液。

通过将多元醇配合液和异氰酸酯混合液混合，从而制备导电性发泡体层用组合物。

<导电性发泡辊的制备>

在辊成形模具的涂布有亲水性硅脱模剂的管模具内，同轴地配置实心圆柱状的轴体，用盖将管模具的两端封闭并对轴体进行支撑。在该状态下，向成形腔内注入导电性发泡体层用组合物，并在90℃×30分钟的条件下发泡固化，得到在轴体的周围一体地形成聚氨酯的导电性发泡体层而构成的导电性发泡辊，其中发泡比重为0.11(g/cm³)。在辊表面形成有表层，通过对该辊表面进行抛光，分别制备表面开口率为72％、50％、90％的导电性发泡辊(φ13.2mm)。

(实施例4)

按照与实施例1-3同样的方式，制备表面开口率为70％的导电性发泡辊，不同之处在于，在导电性发泡体层用组合物的制备中，使用离子导电剂A代替离子导电剂B。

(对比例1)

按照与实施例1同样的方式，制备表面开口率为70％的导电性发泡辊，不同之处在于，在导电性发泡体层用组合物的制备中，在多元醇配合液中进一步配合0.3质量份的过氧化物(日油公司制造“PERBUTYL ND”)。

(对比例2)

按照与实施例1同样的方式，制备导电性发泡辊，不同之处在于，将表面开口率调整为40％。

(对比例3)

按照与实施例1同样的方式，制备表面开口率为70％的导电性发泡辊，不同之处在于，在导电性发泡体层用组合物的制备中，使用离子导电剂C代替离子导电剂B。

(对比例4)

按照与实施例1同样的方式，制备表面开口率为70％的导电性发泡辊，不同之处在于，在导电性发泡体层用组合物的制备中，使用离子导电剂D代替离子导电剂B。

离子导电剂A-D，由表2所示的结构的物质构成。

对于制备的各导电性发泡辊，进行表面开口率的测定、体积电阻率的测定、清洁性能的评价、体积电阻率的表面开口率依赖性的评价。测定方法、评价方法、评价基准如下。将这些结果连同配比表示在表3中。

(表面开口率的测定)

使用光学显微镜获取规定范围(3.2mm×2.4mm)的表面图像，通过图像分析进行二值化处理，并基于下述表达式算出表面开口率。

表面开口率(％)＝开口面积/图像范围×100

(体积电阻率的测定)

在NN环境下(23℃50％RH)，使导电性发泡辊与金属棒线接触，以在轴体的两端分别施加300g的载荷的状态下旋转驱动金属棒，以30rpm带动导电性发泡辊旋转，并在从轴体的端部外加200V的直流电压的状态下，测定轴体与金属棒之间的电阻(1分钟)，由此求出导电性发泡辊的体积电阻率(Ω·cm)。

(清洁性能的评价)

将导电性发泡辊作为调色剂供给辊装入市售的打印机(RICOH公司制造“IPSIO CX3000”)，在LL环境下(15℃10％RH)打印立体图像(solid image)，并调查印刷的浓淡偏差。将观察到印刷浓淡偏差的情况视为不良“×”，未观察到印刷浓淡偏差的情况视为良好“○”。

(体积电阻率的表面开口率依赖性)

对于实施例1-3、对比例2，由实施例2、3的体积电阻率求出表面开口率为50％及90％时的体积电阻率。对于实施例4、对比例1、3、4，依据实施例4、对比例1、3、4分别制备表面开口率为50％的导电性发泡辊，测定其体积电阻率后，通过对导电性发泡体层的表面进行抛光以增大表面开口率调整至90％。对这样制备的表面开口率为50％及90％的导电性发泡辊进行体积电阻率测定。体积电阻率的表面开口率依赖性，由表面开口率为50％时的体积电阻率与表面开口率为90％时的体积电阻率之比以及图8进行评价。图8是表示实施例及对比例中的表面开口率和体积电阻率的关系的图表。

对比例1的离子导电剂中的阳离子被高分子化。因此，即使在表面开口率为50％的情况下，电阻也略高，在表面开口率超过70％的情况下，不能满足导电性发泡辊所要求的低电阻。另外，如图8所示，电阻的表面开口率依赖性较高，因此，不适合作为在导电性发泡辊中使用的离子导电剂。对比例2的表面开口率为40％。因此，不满足清洁性能。对比例3的离子导电剂中的阳离子为四烷基型铵阳离子。因此，即使在表面开口率为50％的情况下，也为高电阻，不能满足导电性发泡辊所要求的低电阻。另外，如图8所示，电阻的表面开口率依赖性较高，因此，不适合作为在导电性发泡辊中使用的离子导电剂。对比例4的离子导电剂中的阴离子由低分子量的TF构成。因此，即使在表面开口率为50％的情况下，也为高电阻，不能满足导电性发泡辊所要求的低电阻。另外，如图8所示，电阻的表面开口率依赖性较高，因此，不适合作为在导电性发泡辊中使用的离子导电剂。

与此相对，实施例1-4的离子导电剂中的阴离子由FSI或TFSI构成，阳离子由二烯丙基型铵阳离子构成。因此，在表面开口率为50-90％的范围内，电阻足够低，满足导电性发泡辊所要求的低电阻。另外，如图8所示，可知电阻的表面开口率依赖性较低，适合作为在导电性发泡辊中使用的离子导电剂。在实施例1-4中，可知在离子导电剂中的阴离子由FSI构成的实施例1-3中，在表面开口率为50-90％的范围内均为更低电阻，在导电性方面更优异。

以上对本发明的实施方式进行了详细的说明，但本发明不受上述实施方式的任何限定，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改变。