JP2005049714A

JP2005049714A - トナー供給ローラ

Info

Publication number: JP2005049714A
Application number: JP2003283216A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yamamoto; 敏博山本
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】トナー供給ローラの外周面に略Ｖ字状の溝を設けて、トナーの搬送機能および掻き取り機能を両立し、該掻き取り時に溝に入り込んたトナーの排出性を向上させて、該トナーの詰まりに起因する各種弊害を回避するトナー供給ローラを提供する。
【解決手段】各種エラストマを材質とし、外周面１６ａに溝２０を備える筒状弾性体１６と、該弾性体１６の所要位置に挿通される所要長の芯材１２とからなるトナー供給ローラにおいて、円弧状の周面に所要の深さおよびパターンの切込を形成した扇状体を、該扇状体の半径部分をなす２つの開放端面１４ｂ,１４ｂを接合することで前記筒状弾性体１６とし，これに伴って前記切込が開いて、前記外周面１６ａに略Ｖ字状の溝２０を形成するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明はトナー供給ローラに関し、更に詳細には、複写装置、画像記録装置、プリンタまたはファクシミリ等の画像形成装置の現像装置をなす感光体の如き像担持体表面に、所要のトナー像を形成する際に使用されるトナー供給ローラに関するものである。

一般に複写装置、画像記録装置、プリンタまたはファクシミリ等の画像形成装置は、電子写真感光体や静電記録誘電体等の像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置の現像ローラから供給される現像剤としてのトナーにより現像、すなわちトナー像として可視化することが行われている。このような現像装置には、前記トナーを収容するカートリッジと、該トナーを現像ローラに適量供給するトナー供給ローラとが備えられている。

図１２に、従来技術に係る電子写真方式による画像形成装置１００の一例を概略図で示す。前記画像形成装置１００は、トナー供給ローラ１０およびカートリッジ１０ａを備える現像装置１０２と、静電潜像を保持した画像形成体１０４との間に現像ローラ１０６がその外周面を該画像形成体１０４の表面に近接させた状態で配設され、かつ該画像形成体１０４に紙等の記録媒体１０８を介して、転写ローラ１１０を当接させるように構成されている。そして前記トナー供給ローラ１０、現像ローラ１０６および画像形成体１０４を回転させることにより、トナーがトナー供給ローラ１０により現像ローラ１０６の表面に供給され、層規制ブレード１０６ａによって均一な薄層に整えられたのち、画像形成体１０４上の潜像に付着し、該潜像が可視化されるようになっている。また、符号１１１はクリーニングローラを、符号１１２は帯電ローラを夫々示している。

一般に前記トナー供給ローラ１０等の、所謂トナー搬送をなすローラは、トナー搬送機能とトナー掻き取り機能との両機能が要求される。このような機能が要求されるトナー供給ローラ１０は、表面にセルを多数有する発泡体構造とすることで、トナー搬送機能を向上させると共に、該トナー供給ローラ１０と現像ローラ１０６との当接力を高めることで、トナー掻き取り機能を向上させていた。このようなトナー供給ローラ１０の好適な例として、下記の[特許文献１]に示す、ポリウレタンフォームまたはシリコーンフォームからなる軟質の弾性ローラが挙げられる。
特開平３−１５５５７５号公報

しかしながら、近年更なる高画質化を図るために、電子写真方式の画像形成装置１００に用いられるトナーは、その粒径が１０μｍ程度の非常に微小な大きさに設定されるようになっており、またトナーカートリッジ１台当たりの印刷可能枚数も多く設定されるようになっている。その結果、これまでのトナーに比較して、殊に前述した掻き取りが困難になる問題が生じている。トナー掻き取り機能が不足すると、現象領域から回帰してくる現像ローラ１０６上の未現像トナーを、該現像ローラ１０６から充分に掻き取りできなくなるため、前記カートリッジ１０ａ内のトナーとの間で充分な攪拌が期待できなくなってしまう。その結果、前記現象ローラ１０６上には粒径の細かいトナーが選択的に堆積し、その上に供給されるトナーに充分な帯電量を付与できなくなってしまう。このような状況下において１００％濃度画像を印刷すると、例えば先端が濃く、終端が薄くなるといった、印刷部先端付近の印刷濃度と終端付近の印刷濃度とに差違が生じてしまう。

また前記トナーは、前記トナー供給ローラ１０の使用によって前記カートリッジ内で機械的に攪拌された状態となるが、この攪拌や、該トナー供給ローラ１０と現像ローラ１０６との間の摺擦により、該トナーには多大な機械的ストレスが掛かってしまう。この他に、使用する部材や放電生成物による化学的汚染も、前述した機械的ストレスと複合して起きている。これら現象により、前記トナーに適度な流動性や摩擦帯電性を与えている外添剤のトナー粒子内部への埋没や脱落による劣化や、トナーが更に微粉化する問題もある。なお前記トナーの劣化は、前記現像ローラ１０６からカートリッジ１０ａへの、所謂トナー回収時に生じ易いことが経験的に分かっている。

前記トナーが劣化すると、該トナーに対して適切かつ均一な摩擦帯電量が与えられなくなり、印刷される画像が劣化する。そして更に劣化が進むと、トナーの流動性が低下して、前記現像ローラ１０６の表面や層規制ブレード１０６ａに固着したり、トナー供給ローラ１０内に侵入して固着することになる。これらの現象が発生すると、一旦固着したトナーは、次々に接触あるいは侵入してくるトナーを捕捉し、凝集・固着トナー塊が成長していき、すじ状の画像となって印刷品質を著しく劣化させることとなる。

一方、前記トナー搬送機能は、前記トナー供給ローラ１０から現像ローラ１０６へ移行する物理的なトナー量によって評価され、トナーの流動性が高い場合には、該トナー供給ローラ１０の表面近傍に存在する凹部構造の容積の和が大きいほど、多くのトナー供給をなし得る。そしてこの量が多過ぎる場合には廃トナーの増加やトナー漏れを起こし易くなり、少な過ぎる場合には画像濃度が低くなることが知られている。そして前記トナー供給ローラ１０の近接領域におけるトナー供給量の均一性が高い程、すなわち該トナー供給ローラ１０の微小範囲においてトナーが均一に付与されている程、画像(殊にハーフトーン画像)は濃度が全領域に亘って良好なものとなる。しかし前述のトナーの劣化に伴って流動性が低下した場合、あまり微小な凹部構造内から前記現像ローラ１０６への移動が困難となる。すなわちトナー搬送機能が低下することになる。

そして前記トナー搬送機能を向上させる発泡体構造においては、その表面に開口しているセルに必然的に前記トナーが入り込んでしまう。そしてこのように前記セルに入り込んだトナーは、一般に前記トナー供給ローラ１０が現像ローラ１０６に当接した際の変形や、この変形復元によって該セル内部から押し出されている。しかし実際には、前記セルに入り込んだ多くのトナーは押し出されず、更に前記トナー供給ローラ１０の回転進行により、既に入り込んだトナーの上から新たなトナーが更に入り込む事態となってしまう。このようにして前記セルに対するトナーの捕捉が繰り返され、捕捉された該トナーは次第に発泡体内部へと入り込むこととなる。その結果、捕捉されたトナーが発泡体内部に堆積し、凝集・固化してしまうこととなる。このような状態となったトナーは、もはや現像剤として機能しないばかりか、入り込んだトナー供給ローラ１０の表面硬度を高くしてしまう。

このような経緯を経て、前記トナー供給ローラ１０の表面硬度が高くなった場合、該トナー供給ローラ１０と現像ローラ１０６との間の摺擦の度合いは更に強くなる。このためトナー供給時に掛かる機械的ストレスは、前記トナー供給ローラ１０の使用時間に伴って高いものになり、その結果、該トナーの劣化が進むことになる。そして劣化の進んだトナーは、前述の如く、微粉化が進んでいるため、前記セル内により入り込み易く、更に前記トナー供給ローラ１０の表面硬度を高くする、といった悪循環が成立する。この悪循環はトナー搬送機能の著しい低下を引き起こし、前記現像ローラ１０６に対する所定量のトナー供給が不可能とされてしまう。この外、前記トナー供給ローラ１０と現像ローラ１０６との過大な摺擦力により前記トナーの融着が発生する場合もあり、このトナーの融着により該トナー供給ローラ１０および／または現像ローラ１０６にトナー融着カスが付着して、得られる画像が不鮮明となったり、該トナー供給ローラ１０の作動が不良となることも考えられる。更にこれらの問題は、前述のトナー粒径の微細化により、更に悪化するものである。

ところで前記トナーの劣化は、摺擦時の機械的ストレスを下げれば抑制されるものであるため、前記トナー供給ローラ１０を構成する発泡体を硬度の低い軟質ポリウレタンフォーム等とすることで対応が可能である。しかし前記トナー供給ローラ１０の硬度を低下させると、トナー掻き取り機能が低下してしまう。またポリウレタンフォ一ム等の低硬度化を、発泡倍率の増大により達成すると、前記トナー供給ローラ１０を構成する発泡体のセル径が大きくなり、トナー搬送機能、殊にトナー搬送の均一性が悪化してしまう、という別の問題が生じ、増大した印刷枚数に対応し得るトナーの掻き取り機能およびトナー搬送機能の維持が困難となってしまう。すなわち、トナー供給ローラ１０に要求される各機能をバランスよく充足することは極めて困難である。

この他、前記トナー供給ローラ１０の表面硬度の変化による様々な問題を解決する方法として、前記セルがセル膜で閉じられた、所謂独立気泡性の高い発泡体の使用が考えられる。しかしこの場合、前記トナー供給ローラ１０の柔軟性が低下して硬くなるため、該トナー供給ローラ１０と現像ローラ１０６とが押圧的に接触する際に充分なニップ幅が確保されなくなり、その結果、前述のトナー搬送機能が充分でなくなる問題が指摘される。

更に、図１３に示す如く、トナー供給ローラ１２０の外周面１２２に軸方向に沿って複数の切込み１２４を設けることで、前述したトナー搬送機能とトナー掻き取り機能との両機能を安定的に発現し得るローラも案出されている([特許文献２]参照)。前記トナー供給ローラ１２０を図１２に係る画像形成装置１００に組み込んだ場合、そのトナー掻き取り機能は、図１４に示す如く、該トナー供給ローラ１２０が現像ローラ１０６に押圧された際に前記切込み１２４の側面１２６が、所謂「エッジ」として作用することで好適なものとなる(図１４(ａ)参照)。
特開２００２−１９６５７９号公報

このような構造であると、前述のトナー掻き取り機能は向上する一方で、使用されているトナーまたは機械的ストレスによって劣化した微細なトナーが前記切込み１２４の中に入り込む。更に前記切込み１２４は前記トナー供給ローラ１２０が現像ローラ１０６に押圧されることでしか開いた状態とならないため、一旦入り込んだトナーは該切込み１２４の内部から外に排出されることが殆どなくなってしまう(図１４(ｂ)参照)。その結果、前記切込み１２４を有するトナー供給ローラ１２０の表面硬度は使用に伴って高くなるため、該ローラ１２０の表面に開口しているセル内に入り込んでいるトナーの排出がより困難となり、更にその表面硬度が高くなる、といった前述と同様の悪循環が発生する。この場合、前記トナー供給ローラ１２０をなす発泡体のセルは埋まってしまい、その結果、トナー搬送機能の著しい悪化が問題となる。

この他、外周面にローラの軸方向に延びるように設けられた、２０〜３０００μｍの高さと、３００〜３０００μｍのピッチを有する凸条によって、凹凸表面構造が設けられた軟質ポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラも案出されている([特許文献３]参照)。この発明に係るローラは、凸構造を有する側面が、[特許文献２]のエッジとして作用すると共に、凹部の空間でトナーが流動して掻き取ったトナーと新しいトナーの撹拌が行われ、かつトナー搬送機能が維持される優れた特性を持つ。
特開平１１−３８７４９号公報

しかしこのような構造を有するローラはモールド成形で製造されるため、ウレタンフォームの硬度を一定値以下に小さくすることが困難である。このため前述のトナー搬送機能とトナー掻き取り機能を併有する一方で、低硬度を達成できないために発現する高い当接圧により、トナー劣化の抑制が困難となってしまう問題がある。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明に係るトナー供給ローラは、各種エラストマを材質とし、外周面に溝を備える筒状弾性体と、該筒状弾性体の所要位置に挿通される所要長の芯材とからなるトナー供給ローラにおいて、
円弧状の周面に所要の深さおよびパターンの切込を形成した扇状体を、該扇状体の半径部分をなす２つの開放端面を接合することで前記筒状弾性体を構成しており、
前記扇状体を筒状弾性体へ変形させるに伴って前記切込が開いて、前記外周面に略Ｖ字状の溝が形成されていることを特徴とする。

以上に説明した如く、本発明に係るトナー供給ローラによれば、トナー供給ローラの外周面に略Ｖ字状の溝を設けることで、トナー搬送機能およびトナー掻き取り機能を両立すると共に、該トナーの掻き取り時に溝に入り込んでしまうトナーの排出性を向上させて、該トナーの詰まりに起因する各種弊害を効率的に回避し得る。

次に本発明に係るトナー供給ローラにつき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら製造方法の流れに従って以下説明する。なお、図１２を参照して説明した従来技術で既出の同一部材については、同じ符号を付して示し、その詳細説明は省略する。そして本発明に係るトナー供給ローラは、従来技術と同じく現像ローラに当接して回転するように使用されるものとする。

実施例に係るトナー供給ローラ１０は、図１に示す如く、所要の芯材１２と、この芯材１２と同軸的に形成された各種エラストマからなる筒状弾性体１６とから構成される。そして前記筒状弾性体１６の外周面１６ａには、複数の略Ｖ字状の溝２０が等間隔に設けられている。また硬化した各種エラストマの筒状弾性体１６は、後述する如く、メカニカルフロス法による発泡体であっても、また化学的発泡法による発泡体であってもよい。そして前記筒状弾性体１６をなす発泡体は、その表面にセルが開口していれば、連通気泡構造であっても独立気泡構造の何れであってもよい。前記芯材１２の材質としては、引張強度等の一定以上の機械的強度を有する素材で有れば如何なるものでも採用可能であり、例えばアラミド繊維を芯材として、その周囲をＡＢＳの如き樹脂で囲繞したものや、この他鉄系金属等も採用可能である。前記筒状弾性体１６の材質としては、ウレタン系発泡体またはシリコーン系発泡体等のエラストマが使用される。なお、本発明において扇形状とは、図２に示すように円弧に臨む角度(以下、円弧角度と云う)が１８０°を越えるようなもの(図２(ａ)参照)を含む数学的な扇形状を含むと共に、ドーナツ形状の一部を切り取るようにして形成される、所謂Ｃ字形状(図２(ｂ)参照)のものも含むものと定義する。また扇状体１４(後述[００１９])の断面形状における円弧を延長することで形成される円の中心を、該扇状体１４の中心と定義する。

前記筒状弾性体１６は、後述([００２４])する製造工程において、先ず所要角度(本実施例においては２７０°)の扇状体１４として製造される。ここで扇状体とは、その断面形状が扇形状となっている棒状体を指す。そして前記扇状体１４の円弧状の周面１４ａには、所要の深さおよびパターンの切込１８が複数設けられている(図９参照)。そして、前記扇状体１４における２つの開放端面１４ｂ,１４ｂを接合することで、断面形状がドーナツ状となる筒状弾性体１６が形成される。この際、前記周面１４ａに設けられた複数の切込１８は、図３に示す如く、前記扇状体１４から筒状弾性体１６への変形に伴った該周面１４ａの引き延しのため、該切込１８の形成時には接触状態にある対向した２つの切込面１８ａ,１８ａが離間して開いた形状となる。すなわち前記切込１８は、前記筒状弾性体１６においては外周面１６ａ側がより開いた略Ｖ字状の溝２０となる。

このように形成される略Ｖ字状の溝２０は、前記切込面１８ａが、所謂エッジとして作用するため良好なトナー掻き取り機能を発現する。その一方で前記溝２０は、前記切込面１８ａ,１８ａが離間することで画成される一定の内部空間１８ｂを備える構造となっているため、前述の掻き取りにより掻き取られたトナーは該内部空間１８ｂに一時的に保持され、前記筒状弾性体１６の回転運動等により容易に該内部空間１８ｂ外に排出されることになる。すなわち前記内部空間１８ｂ内に補足され続けることがないため、前記トナーの凝集・固化に伴って前記トナー供給ローラ１０の表面硬度が高くなる事態を回避し得る。

前記内部空間１８ｂについては、前記トナーの充分な排出をなし得る程度に設定する必要があるが、この設定は基本的に、前記周面１４ａに対する切込１８の数と、前記円弧角度との双方によって決定される。そして前記溝２０は、前記切込１８が開かれることによって形成されるため、前記内部空間１８ｂは前記２つの開放端面１４ｂ,１４ｂの離間の具合、すなわち前記円弧角度が小さいほど、該切込１８の数が少ないほど大きなものとなる。本実施例において前記円弧角度は２７０°に設定されているが、これはこれより小さい値であると前記筒状弾性体１６が形成された際その外周面１６ａが無理矢理引き延ばされた形となって、耐久性等に悪影響を及ぼす畏れがあるためであり、通常においては３００°程度の設定で充分な内部空間１８ｂの画成が可能である。なお耐久性については、前記筒状弾性体１６をなす原料の種類および配合を変化させることによる引張強度の向上によっても回避は可能である。

また前記溝２０については、その深さをトナー供給ローラ１０における長手方向の両端部近傍と、中央部近傍とで異なるようにすることも可能である。この場合、前記現像ローラ１０６と直接的に当接する部分と、それ以外の部分とで当接力や摺擦性を変化させることが可能となるため、使用されるシステム等に合致したトナー供給ローラ１０の設計が可能となる。

２つの前記開放端面１４ｂ,１４ｂを接合するに際しても、この接合部分が前記溝２０を形成するようにされている。すなわち前記開放端面１４ｂ,１４ｂの周面１４ａから前記溝２０の深さ分だけを接合しない、言い換えると前記扇状体１４における中心側の該溝２０の深さ以外の部分を接合させることで、該溝２０を形成するようになっている(図３参照)。前記開放端面１４ｂ,１４ｂの接合については、その全面に亘って実施することも可能であるが、該開放端面１４ｂ,１４ｂの接合位置にズレがある場合、図４に示す如く、このズレにより何れか一方の該開放端面１４ｂの一部が予定されるべき外周面１６ａから突出してしまう畏れがある。このような突出がある場合、従来技術で述べたトナー供給ローラ１０と現像ローラ１０６との摺擦が発生し、その結果、トナー劣化により該トナー供給ローラ１０の表面硬度が高くなってしまう。

前記溝２０については、その深さが前記外周面１６ａから０.５〜５ｍｍの寸法に設定されている。この深さが０.５ｍｍ未満であると、トナーの効率的な掻き取りをなす前記切込面１８ａが充分に形成されなくなり、その結果、充分なトナー掻き取り機能が得られなくなってしまう。また５ｍｍを越えると、前記現像ローラ等に対する押圧力が低下して、充分なトナー掻き取り機能が得られなくなってしまう。また前記外周面１６ａにおけるパターンは、本実施例においては前記筒状弾性体１６の軸線方向に沿うよう設定される。しかし殊にこの形状に限定されるものではなく、例えば前記筒状弾性体１６に対してスパイラル状に設定することも可能である。

(製造方法の一例)
以下に本実施例に係るトナー供給ローラを製造する方法を、その製造装置の一例と共に以下説明する。前記トナー供給ローラ１０は、図５に示す如く、チューブ状外被形成工程Ｓ１、エラストマ充填工程Ｓ２、加熱工程Ｓ３、切込形成工程Ｓ４、引張り工程Ｓ５、切断工程Ｓ６、筒状弾性体形成工程Ｓ７、芯材挿入工程Ｓ８および最終工程Ｓ９から基本的に構成される。そして本実施例に係るトナー供給ローラ１０は、図６〜図１０に示される製造装置３５および図１１に示す付属機構Ｇよって好適に製造される。ここで図６は前記製造装置３５の全体的な構成を示す概略図である。図６において、符号Ａは熱可塑性樹脂およびエラストマの供給機構、符号Ｂはエラストマの加熱領域、符号Ｃは扇状体の周面に切込を形成する切込形成機構、符号Ｄは扇状体の引張り機構、符号Ｅはチューブ状外被の巻取り機構、符号Ｆは扇状体の定尺切断機構を示している。また図７は、図６の熱可塑性樹脂およびエラストマの供給機構Ａを示し、図８は、図６のエラストマの加熱領域Ｂを示し、図９は、図６の切込形成機構Ｃを示し、図１０は、図６の扇状体の引張り機構Ｄおよびチューブ状外被の巻取り機構Ｅを示している。なお本製造方法においては、前記エラストマとして熱硬化性樹脂が採用されている。

(チューブ状外被形成工程Ｓ１およびエラストマ充填工程Ｓ２をなす樹脂供給機構Ａについて)
前記チューブ状外被形成工程Ｓ１およびエラストマ充填工程Ｓ２は、図６の全体略図において上流側に位置する樹脂供給機構Ａでなされる。具体的には、熱可塑性樹脂３０が扇形状のチューブ状外被３２として連続成形されると共に、このチューブ状外被３２内に流動状態にあるエラストマ(発泡性の樹脂)３４が充填供給される工程である。図７は、熱可塑性樹脂３０を供給して扇形状のチューブ状外被３２に成形すると共に、流動状態にあるエラストマ３４を該チューブ状外被３２の内部に供給する樹脂供給機構Ａの概略断面図である。すなわち樹脂供給機構Ａは、可塑化された熱可塑性樹脂３０を扇形状のチューブ状外被３２として連続押出しするクロスヘッドダイ３６と、筒状のチューブ状外被３２の外部輪郭形状を規制しつつ該チューブ状外被３２を冷却固化させるサイジングスリーブ３８と、前記チューブ状外被３２の内部にエラストマ３４を充填供給する供給管３９とから基本的に構成される。前記熱可塑性樹脂３０はペレット等としてホッパ３６ａに貯留され、電熱ヒータ等が配置されたスクリュー３６ｂを同軸的に備えたシリンダ３６ｃで溶融・可塑化状態とされ、クロスヘッド３７を介して連通接続された前記クロスヘッドダイ３６に供給される。そして前記クロスヘッドダイ３６から水平方向へ最終的に得るべき扇状体の外部輪郭形状に合致する内部輪郭形状を有する扇形状となるよう押出される。前記熱可塑性樹脂３０は、扇形状のチューブ状外被３２を形成するが、その材質としては適宜の熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレン等が好適に使用される。

前記クロスヘッドダイ３６の下流側、すなわち図７の右方には、該クロスヘッドダイ３６の扇形状となっている開口部から押出された熱可塑性樹脂３０を扇形状のチューブ状外被３２となすべく収束させて外部輪郭形状を規制し、扇形状に成形されたチューブ状外被３２の冷却固化を行なうサイジングスリーブ３８が水平に配設されている。そして前記サイジングスリーブ３８の中央には、前記熱可塑性樹脂３０が押し出される方向に貫通する所要の大きさの扇形孔３８ａ(すなわちスリーブ内面)をなし、冷却水の循環供給や、負圧保持がなされるチャンバーとして機能するジャケット３８ｂが画成されている。このサイジングスリーブ３８は、前記扇形孔３８ａを整列させて複数個(図示例では３基)が配設され、その一列をなす各扇形孔３８ａの内周面はチューブ状外被３２の外部輪郭形状を規制している。ここで第１列目および第３列目の各サイジングスリーブ３８のジャケット３８ｂは、図示しない水等の冷却媒体供給部から冷却媒体の循環供給がなされて冷却機能を発現し、中間に位置する第２列目のジャケット３８ｂには、扇形孔３８ａに連通しかつ図示しない負圧源に接続されている細孔３８ｃが所要間隔で周方向に穿設されて、扇形状をなす熱可塑性樹脂３０(冷却固化後はチューブ状外被３２となるので、以下、チューブ状外被３２と云う)を吸引して該扇形孔３８ａ内面に密着させ得る。

また前記クロスヘッドダイ３６内には、流動状態にあるエラストマ３４を前記チューブ状外被３２の内部に充填供給する供給管３９が配設されている。すなわち前記供給管３９は、流動状態にあるエラストマ３４を貯留した供給タンク３９ａに一端部が接続されると共に、その他端部を前記クロスヘッドダイ３６を貫通して前記チューブ状外被３２の内側に臨ませるよう配設されている。そして前記供給管３９を介してチューブ状外被３２の内部に供給されたエラストマ３４は、該チューブ状外被３２の内側においてサイジングスリーブ３８における扇形孔３８ａの内周面により規制されつつ、該外被３２の押出方向に充満される。そして図６に示す時点では、チューブ状外被３２内部に供給されたエラストマ３４は未だ流動状態を保持しているので、該エラストマ３４を図８に示す加熱領域Ｂに通過させて、その熱硬化を進行させる。なお、後述の如くエラストマ３４は熱硬化させられるので、本明細書では、チューブ状外被３２により被覆されたエラストマ３４の熱硬化した断面形状が扇形となっている棒状体部分を扇状体１４と称する。またエラストマ３４は、例えばウレタンを公知のメカニカルフロス法に供して得た樹脂発泡体であるが、先にも述べた如く、化学的発泡法により得た樹脂発泡体であってもよい。

(加熱工程Ｓ３をなす加熱領域Ｂについて)
前記加熱工程Ｓ３は、扇形状をなす前記チューブ状外被３２内に供給され、未だ流動状態を保持しているエラストマ３４を該チューブ状外被３２と共に下流側に給送しつつ加熱領域Ｂにおいて加熱・硬化する工程である。この加熱領域Ｂにおける加熱手段としては、誘導加熱原理や誘電加熱原理その他輻射加熱原理が各単体で、または適宜の組合わせとして用いられる。図８は、前記扇形状のチューブ状外被３２の内側に充填された流動性を有するエラストマ３４を加熱硬化させる加熱領域Ｂを示している。すなわち加熱領域Ｂは、図６に示すように、前記サイジングスリーブ３８の下流側に押し出されたチューブ状外被３２がスムーズに導入されるよう水平に配置した加熱装置４０から基本的に構成され、この加熱装置４０により流動状態にあり、熱硬化性の前記エラストマ３４を加熱硬化させ、該エラストマ３４を棒状発泡体の扇状体１４とするようになっている。前記加熱装置４０は、前記チューブ状外被３２の内側に充填供給された流動性を有するエラストマ３４を、該チューブ状外被３２と共に下流側へ給送する途次において加熱硬化させるものであるから、そのような目的に適うものであれば、加熱原理としては、例えば誘導加熱、誘電加熱、輻射加熱等の各種方法が採用可能である。すなわち図８は、一例として、誘導加熱装置４２と誘電加熱装置４４とをその順序で直列に配設した状態を示す概略断面図であって、個々の装置の詳細は以下に説明される通りである。なお、これら各種の加熱原理による装置は、所要に応じて単独使用としても、複数基の使用としても、また配列順序を逆にするようにしてもよい。

図８において符号４６は、加熱硬化後のエラストマ３４を引続き熱エネルギーの損失の少ない環境を通過させて、その硬化を更に緩徐に進行させるための養生装置を示している。この養生装置４６は、例えば塩化ビニル等を材質とするパイプ４６ａの外側に充分な断熱被覆４６ｂを施した断熱領域を構成するものである。すなわち、上流側に設けた前記加熱装置４２,４４を通過して硬化した直後のエラストマ３４に関して、該エラストマ３４からの急激な熱逃失を養生装置４６により防止することで、前記扇状体１４における気泡の分散状態を均一かつ安定化させ、これによりトナー供給ローラ１０とした際に均質な物性を発現し得ることができる。図示例の養生装置４６では、充分な断熱処理を施した構成としたが、このように厳密に施した断熱構造に加えて、所要の電熱ヒータ等の積極加熱手段を設けるようにしてもよい。

(切込形成工程Ｓ４をなす切込形成機構Ｃについて)
前記切込形成工程Ｓ４は、前記加熱領域Ｂを経た扇状体１４の周面１４ａに対して、該扇状体１４を被覆したチューブ状外被３２を介して所要の深さおよびパターンを有する切込１８を形成する工程であり、図９は本工程Ｓ４を実施する切込形成機構Ｃを示す概略斜視図である。すなわち切込形成機構Ｃは、前記チューブ状外被３２と共に下流側へ給送される扇状体１４に対して、前記切込１８を設ける位置に対応して設置されたカッター等の切開手段４８からなり、該切開手段４８は制御下(制御装置および可動機構等は図示せず)に前記扇状体１４の周面１４ａに接触、更に該扇状体１４の内部にまで至るよう刺通するよう構成され、所要深さを有する切込１８を形成し得る。ここで前記扇状体１４は、常に下流側に移送されているので、前記切開手段４８が周面１４ａに接触または所要深さ刺通するだけで途次切込１８が形成される。また前記切開手段４８を、前記扇状体１４の移送速度に同調させつつ、周面１４ａに沿って移動させれば所要のパターンを有する前記切込１８を形成することも可能である。なお、製造者やユーザーの希望するところに従い、後述する引張り工程Ｓ５以降に実施される各工程Ｓ６〜Ｓ８の実施後に本工程Ｓ４を行なうようにしてもよい。

(引張り工程Ｓ５をなす引張り機構Ｄについて)
前記引張り工程Ｓ５は、切込形成機構Ｃの下流側に設けられた引張り機構Ｄにより、硬化したエラストマからなる扇状体１４を、該扇状体１４を被覆するチューブ状外被３２と共に引張って下流へ連続的に移送する工程である。本引張り工程Ｓ５は、１つの工程として記載されているが、前記製造装置３５における各機器の設置位置に対応しただけであり、本本引張り工程Ｓ５によりなされる前記扇状体１４およびチューブ状外被３２の移送は、全工程に対して並行的に実施されている。そして図１０は、前記加熱領域Ｂおよび切込形成機構Ｃを経た扇状体１４と、該扇状体１４を被覆したチューブ状外被３２を引張って下流側へ移送する引張り機構Ｄを示す概略斜視図である。すなわち引張り機構Ｄは、長尺の扇状体１４における給送軌跡を挟んで対向する一対のベルトコンベヤ５２,５２からなり、各ベルトコンベヤ５２は、所要間隔だけ長手方向に離間させたプーリ５４,５４に巻掛けられている。対向し合う両ベルトコンベヤ５２,５２の間隙寸法は、給送すべき扇状体１４の対応部分の断面寸法より僅かに小さい程度に設定され、各コンベヤ５２における少なくとも１つのプーリ５４を回転駆動することで、該扇状体１４を両側から押圧した状態下に下流側へ強制的に引張り移送し得るものである。従って図示例に係る引張り機構Ｄは、所謂サンドイッチコンベヤを基本としており、この機構Ｄによって、最上流側に位置する前記樹脂供給機構Ａにおけるチューブ状外被３２の下流側への給送、加熱領域Ｂおよび切込形成機構Ｃにおける扇状体１４の下流側への給送が達成されている。

そして引張り工程Ｓ５の後段において、前記チューブ状外被３２は前記引張り機構Ｄの下流側に設置された巻取り機構Ｅにより、前記扇状体１４から長手方向に剥ぎ取って巻取られ、中味たる硬化後のエラストマの扇状体１４を露出されるようになっている。図１０には、前記引張り機構Ｄの下流側においてチューブ状外被３２の巻取りを行なうチューブ状外被の巻取り機構Ｅが設けられている。この巻取り機構Ｅは、引張り機構Ｄにより下流側へ引張り移送される扇状体１４から、チューブ状外被３２を長手方向に剥ぎ取ってリール等の巻取体５６に巻取るもので、これにより前記扇状体１４はその周面１４ａが全面的に露出される。

(切断工程Ｓ６をなす定尺切断機構Ｆについて)
前記切断工程Ｓ６は、前記チューブ状外被３２が剥ぎ取られて周面１４ａを露出させた扇状体１４を、定尺切断機構Ｆにおいて所定長に切断する工程である。なお、製造者やユーザーの希望するところに従い、前記チューブ状外被３２を剥ぎ取った扇状体１４に対し、先に後述([００３５])する筒状弾性体形成工程Ｓ７および／または芯材挿入工程Ｓ８を実施した後に本切断工程Ｓ６を行なうようにしてもよい。図６には、前記サンドイッチコンベヤからなる移送装置５０の下流側に切断装置６０が配設されている。すなわち切断装置６０は上下一対のカッタ６２,６２からなり、両カッタ６２,６２はオリジナルポジションとなる切断待機位置で相互に大きく離間待機しているが、前記扇状体１４が下流側へ給送されるのに同期して、相互に近接しつつ下流側へ所要距離だけ移動して該扇状体１４を切断し、次いで相互に離間した後、上流側へ所要距離だけ移動して切断待機位置に復帰する所謂ブロックモーションを行なうようになっている。この切断装置６０によって、前記チューブ状外被３２が剥ぎ取られ、かつその周面１４ａに切込１８が形成された扇状体１４の定尺切断がなされる。

(筒状弾性体形成工程Ｓ７および芯材挿入工程Ｓ８を実施する付属機構Ｇについて)
前記筒状弾性体形成工程Ｓ７は、前記製造装置３５により製造された扇状体１４における２つの開放端面１４ｂ,１４ｂを所定の接着剤等の使用により接合して略円柱形とすると共に、前記周面１４ａに形成された切込１８を開くことで溝２０を形成し、更に略円柱形とされた硬化したエラストマ３４の中心軸部分に後述する芯材挿入工程Ｓ８で挿入される芯材１２の挿入を許容する通孔１５を形成した筒状弾性体１６を製造する工程である。また前記芯材挿入工程Ｓ８は、前記筒状弾性体１６の通孔１５に最終製品たるトナー供給ローラ１０の軸心となる芯材１２を挿入する工程である。前記各工程Ｓ７およびＳ８は、前記製造装置３５の下流側に位置する付属機構Ｇによって実施される。

前記付属機構Ｇは、図１１に示す如く、土台となる載置台７２と、該載置台７２上に前記扇状体１４における２つ開放端面１４ｂ,１４ｂを効率的に接合し得るよう、例えば該２つの開放端面１４ｂ,１４ｂにより画成されている略Ｖ字状の開口部が下方を指向するように載置し、該扇状体１４をその両側方向から押圧することで該２つの開放端面１４ｂ,１４ｂを接合する押圧装置７４と、この接合により得られた略円柱形となっている硬化したエラストマ３４の中心軸部分に前記芯材１２の挿通を許容し得る通孔１５を穿設する図示しない穿設部材と、穿設された該通孔１５に対して中心軸線を整列させつつ芯材１２を挿入する図示しない芯材供給装置とからなる。そして前記２つの開放端面１４ｂ,１４ｂの接合に当たっては、該開放端面１４ｂにおいて接合させずに前記溝２０をなす部分以外には接着剤等の付与がなされる。この２つの開放端面１４ｂ,１４ｂの接合については、殊に接着剤の使用に限定されず、該２つ開放端面１４ｂ,１４ｂの接合を確実になし得る、例えば熱溶着等の方法でも採用可能である。また前記芯材１２についても、前記通孔１５への挿入に先立ち該芯材１２の外周面に対して、接着を強固になし得るための接着剤が塗布されるようになっている。そして前記扇状体１４は、前記２つの開放端面１４ｂ,１４ｂの接合(図１１(ａ)参照)および通孔１５(図１１(ｂ)参照)の穿設により筒状弾性体１６とされ、更に芯材１２の挿入することでトナー供給ローラ１０が完成する。

ここまでの各工程Ｓ１〜Ｓ８を経ることで得られるトナー供給ローラ１０は、最終的に表面形状を整える研磨加工および検査を行なう最終工程Ｓ９が実施されることで最終製品とされる。

本実施例においては、前記通孔１５を備えない扇状体１４を連続的に製造する方法を説明しているが、前記チューブ状外被３２の内部に前記エラストマ３４と共に、該チューブ状外被３２の扇形状をなす断面形状と略一致した断面形状を有する心出し部材を着脱自在に外挿したダミーシャフトを、前記筒状弾性体１６の中心軸線となるべき位置に整列させて供給し、前記筒状弾性体形成工程Ｓ７において該ダミーシャフトを抜脱することで通孔１５を形成する方法も採用可能である。また本実施例においては、前記トナー供給ローラ１０を略連続的に製造し得る１つの製造方法を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば得るべき筒状弾性体１６とし得る扇状体１４の外部輪郭形状と合致する内部輪郭形状を有する成形型を使用することにより、該扇状体１４をバッチ式で製造する方法等も採用可能である。

この他、本発明に係るトナー供給ローラは、各種エラストマを主原料として形成される発泡体であるため、例えば原料たる該エラストマ中に予め導電性物質を混合するようにすれば、導電性を付加した付加価値型のトナー供給ローラを製造し得る。このように、エラストマ内に均質に分散し得る第３成分による機能化は容易である。また、製造されたトナー供給ローラの表面に別途液状の導電性物質を付与すること等の従来公知の技術の採用によっても、導電性の付加は容易である。

(実験例)
次に溝が形成された本発明に係るトナー供給ローラおよび溝がないトナー供給ローラを夫々、図１２に示す画像形成装置１００に組み込み、設定印刷枚数の間要求される画像品質が実現されるような、トナー劣化の抑制、トナー搬送機能およびトナー掻き取り機能を目視で観察した。これらの評価には耐久印刷パターンを所定枚数印刷する毎に評価画像を印刷し、その画像品質の変化を比較観察することで行なう。なお、印刷に現れた画像から各要求特性を独立して評価することは困難であるが、本実験例においてはトナー供給ローラのパラメータを系統的に変化させて得られる画像の挙動から評価するようにしている。

(トナー供給ローラの製造について)
本実験例で使用した実施例および各比較例に係るトナー供給ローラは、以下に記載の方法により夫々４本製造した。
・実施例：その円弧角度が２７０°となる扇状体(半径７ｍｍ)を製造し得る注入成形用型に、熱硬化性ポリウレタンフォーム配合原料を注入し、汎用の加熱炉にて温度１２０℃、時間３０分の条件で加熱を実施し、更に温度１２０℃、時間３０分の条件で二次キュアを実施して扇状体を製造した。そして前記扇状体の全長に亘り、軸方向に平行に深さ１.５ｍｍの切込を、該扇状体の周面に１５°刻みで１８本形成した。そして９０°の角度で開いた状態となっている２つの開放端面同士を、扇状体製造に使用した配合物を接着剤として接合させた。そしてその中心軸部分にφ５ｍｍの芯材を挿入し得る通孔を穿設し、φ５ｍｍの芯材を挿入した後、内径φ１４ｍｍのアルミニウム製パイプに挿入して温度１２０℃、時間３０分の条件で加熱して一体化させた。
・比較例１：エーテル系ポリウレタンスラブフォーム(密度５０ｋｇ／ｍ³；セル数５０／２５.４ｍｍ；株式会社イノアックコーポレーション製)の直方体ブロックの略中心部分にφ４ｍｍの芯材を挿入し得る通孔を穿設して所定長さに切断し、該通孔に対してホットメルト接着剤を外周面に塗布した芯材を挿入し、更に該芯材を加熱し冷却して接着した後、切削加工を実施してφ１４ｍｍの比較例１に係るローラとした。
・比較例２：比較例１で得たローラの軸心に沿った全長に亘って、芯材に平行であり、深さが２ｍｍの切込み、該切込同士の間隔が１.５ｍｍとなるように形成して、φ１４ｍｍの比較例２に係るローラとした。
・比較例３：市販プリンタに使用されている特開平１１−３８７４９号公報([特許文献３])開示のローラ(外径φ１４ｍｍ、凸条高さ５００μｍ、ピッチ１５００μｍ、幅８００μｍ)をそのまま比較例３に係るローラとした。

(評価の具体的方法)
実施例および比較例１〜３に係るトナー供給ローラを、市販プリンタの現像装置に組み付け、トナー濃度が５％となる程度の文字列を１００００枚まで出力した。その間、初期(２０枚程度印刷後)および１,０００枚印刷する毎に１００％濃度の黒べた印刷の評価画像と、５０％%濃度のハーフトーン画像とを夫々２枚ずつ連続して出力し、マクベス濃度計(商品名ＲＤ−９１８;サカタインクス製)で画像濃度測定を実施し、その夫々４本製造したローラの平均を算出した。測定した条件等は、(１)１００％濃度画像と、５０％濃度画像との濃度差、(２)たてすじ(◎：なし、○：僅かにあり、△：ややあり、×：顕著にある)、(３)１００％濃度画像の先端２０ｍｍ位置の画像濃度と、終端から２０ｍｍ位置の画像濃度との濃度差(夫々の画像濃度含む)、および(４)５０％濃度ハーフトーンにおける出力の鮮明度(官能評価)の４つである。なおここで、(１)および(２)はトナー劣化の度合いの評価指標として、(３)はトナー掻き取り機能の評価指標として、(４)はトナー搬送機能の評価指標として夫々使用されている。殊に(４)の官能評価については、前述のマクベス濃度計が平均５ｍｍ四方の範囲におけるの画像濃度の平均値として出力するものであり、ハーフトーン等の評価には不適であると考え、○：良好、△：薄い濃度差、所謂もやもやが少しある、△△：薄い濃度差、所謂もやもやがある、△△△：薄い濃度差、所謂もやもやがかなりある、×：濃い濃度差がある、の五段階で評価した。また、表１および表３については、各印刷枚数毎の濃度の中の最大値と最小値との差、すなわち発現された濃度の存在幅を補足的に附記した。

(結果)
画像不良についての結果を、以下の表１〜４に示す。この表から、略Ｖ字状の溝を有する本発明に係るトナー供給ローラは、トナー劣化の抑制、トナー搬送機能およびトナー掻き取り機能が何れも従来技術に係るローラよりも良好な結果を示し、夫々が高い水準を達成していることが確認された。

この発明は、前述した従来技術に内在している課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、トナー供給ローラの外周面に略Ｖ字状の溝を設けることで、トナー搬送機能およびトナー掻き取り機能を両立すると共に、該トナーの掻き取り時に溝に入り込んでしまうトナーの排出性を向上させて、該トナーの詰まりに起因する各種弊害を効率的に回避し得るトナー供給ローラを提供することができる。

本発明の好適な実施例に係るトナー供給ローラを示す概略斜視図である。本発明に係る扇状体の定義を示す概略図である。扇状体から筒状弾性体への変形に伴った周面の引き延しによる切込からの溝の形成および２つの開放端面の接合による溝の形成を示す状態図である。２つの開放端面を接合する際に、その接合位置がずれて何れか一方の開放端面が、予定されるべき外周面から突出した状態を示す状態図である。実施例に係るトナー供給ローラを好適に製造し得る製造工程の一例を示すフローチャート図である。実施例に係るトナー供給ローラを好適に製造し得る製造装置の全体的な構成を示す概略図である。熱可塑状態にある熱可塑性樹脂および流動状態にあるエラストマを供給する機構の概略断面図である。一例として、誘導加熱装置と誘電加熱装置とを直列に配設した状態を示す概略断面図である。加熱装置を経た扇状体の周面に所要深さおよびパターンの切込を形成する切込形成機構の概略斜視図である。加熱装置を経た扇状体を引張って下流側へ移送する引張り機構の概略斜視図である。切断されて所定長さとされた扇状体を、付属機構により筒状弾性体に加工する様子を示す状態図である。トナー供給ローラを使用する画像形成装置の内部構造を示す概略図である。従来技術に係るトナー供給ローラの構造を示す概略図である。図１３で示すトナー供給ローラを、図１２で示す画像形成装置に組み込んで使用した際の様子を示す状態図である。

符号の説明

１２芯材
１４扇状体
１４ａ周面
１４ｂ開放端面
１６筒状弾性体
１６ａ外周面
１８切込
２０溝
３４エラストマ

Claims

各種エラストマ(34)を材質とし、外周面(16a)に溝(20)を備える筒状弾性体(16)と、該筒状弾性体(16)の所要位置に挿通される所要長の芯材(12)とからなるトナー供給ローラにおいて、
円弧状の周面(14a)に所要の深さおよびパターンの切込(18)を形成した扇状体(14)を、該扇状体(14)の半径部分をなす２つの開放端面(14b,14b)を接合することで前記筒状弾性体(16)を構成しており、
前記扇状体(14)を筒状弾性体(16)へ変形させるに伴って前記切込(18)が開いて、前記外周面(16a)に略Ｖ字状の溝(20)が形成されている
ことを特徴とするトナー供給ローラ。
前記開放端面(14b,14b)の接合は、前記芯材(12)側の所要部分だけに実施することで、前記外周面(16a)側が開かれた略Ｖ字状の溝(20)が形成されるようにした請求項１記載のトナー供給ローラ。
前記溝(20)の深さは、前記外周面(16a)から０.５〜５ｍｍの寸法に設定される請求項１または２記載のトナー供給ローラ。
前記溝(20)のパターンは、軸線方向に沿うよう設定される請求項１〜３の何れかに記載のトナー供給ローラ。
前記溝(20)のパターンは、前記筒状弾性体(16)に対してスパライル状に設定される請求項１〜３の何れかに記載のトナー供給ローラ。
前記扇状体(14)の前記２つの開放端面(14b,14b)の交差または該２つの開放端面(14b,14b)を延出させた際に形成される交差における前記周面(14a)を臨む側の角度は、２７０°以上、好適には３００°以上に設定される請求項１〜４の何れかに記載のトナー供給ローラ。