JP2006106352A - トナー供給ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】原反を加工してトナー供給ローラにするに際し、該原反における発泡方向と、該トナー供給ローラの軸方向との関係で発現する、該トナー供給ローラの外周面に開口しているセルの開口形状の部位による差違および開口面積等の問題を回避し、トナー供給ローラの印刷に係る安定性を高める。
【解決手段】各種樹脂からなる円筒状発泡体２２と、この円筒状発泡体２２の中心軸方向に沿って位置する芯材２４とからなるトナー供給ローラにおいて、前記円筒状発泡体２２の発泡方向を、前記芯材２４の軸方向に対して２０〜７０°の範囲に設定されるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、トナー供給ローラに関し、殊に複写装置、画像記録装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置でトナー像を形成するに際して、画像ムラ等を低減し、安定した画像を印刷し得るトナー供給ローラに関するものである。

従来から、複写装置や画像記録装置、プリンタ、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電体等からなる像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置の現像ローラから供給されるトナー(現像剤)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。このような現像装置のうち、主流となっている非磁性一成分現像方式の現像装置においては、カートリッジ内に収容された１０μｍ以下の固体現像剤(以下、トナーと云う)を現像ローラに適量供給し、かつ現像されなかったトナーを現像ローラから剥ぎ取るため、軟質の弾性多孔体からなるトナー供給ローラが内蔵されている。このトナー供給ローラは、様々な方法で製造されるが、(１)低硬度かつ小さい圧縮永久歪みといった機械物性に優れたポリウレタン発泡体が得られる、(２)成形型が不要なので、成形型の清掃・管理・補修等に伴う煩雑さがなく、また成形型への原料注入に伴う、例えばエアの巻き込みによるピンホール等の変動の不良発生を抑制し得る、(３)量産性に優れるといったメリットがあるため、スラブ発泡体からトナー供給ローラ１本分の大きさに切り出して、これに芯材を挿入・固定し、その表面を研磨等する製造方法(以下、スラブ発泡法と云う)が好適に採用されていた。また(１)の特徴と、一度に最終製品形状とし得る特徴とを有するモールド成形法によって製造されるトナー供給ローラも好適に使用し得る。

一方、トナー供給ローラには以下のような特性が必要とされる。すなわち、
(Ａ)トナー物性(流動性や帯電性)の劣化を極力起こさない、具体的には適度な硬度を持ち、該トナーに対してブリード物を与えない物性を備えること。これは硬度が高い場合、トナー外周部に付着した外添剤が脱落したり、またブリード物等の化学物質がトナーに付着したりすると、該トナーの帯電性が変化し、更にトナー粒子同士が固着して塊状となり、所謂フィルミングが発生するためである。
(Ｂ)トナーを貯蔵するカートリッジの寿命期間中、適度な量のトナーを現像ローラに供給可能であること。
(Ｃ)トナーを貯蔵するカートリッジの寿命期間中、現像ローラ上に残留した現像に供されなかった、所謂残留トナーに適度な掻き取り性を与えて回収し、現像完了毎に現像ローラをリセットすると共に、回収トナーと貯留トナーとの混合が可能であること。
(Ｄ)トナーを貯蔵するカートリッジの寿命期間中、規制ブレードおよび現像ローラと共にトナーに適切な帯電量を維持できること。

このうち(Ｂ)〜(Ｄ)については、ムラなく均一な現像に必要とされ、またトナー供給ローラの構造に関わる要素である。例えば図５に示すような各種樹脂からなる円筒状発泡体２２と、この円筒状発泡体２２の中心軸方向に沿って位置する芯材２４とからなるトナー供給ローラについて、円筒状発泡体２２の発泡方向、すなわちそのセル１８の配向方向が芯材２４の軸方向に対して垂直(図５においては９０°または２７０°方向)となっている(以下、横取りと呼称する)場合、その外周面２２ａにおいて開口しているセル１８の開口形状は、図６に示す如く、１８０°を一単位として周期的に変化するため、(Ｂ)および(Ｃ)が外周面の部位によって、セル１８の開口形状が異なるため、各種物性が均質化されず、これにより濃度ムラが発生してしまう。ここで図６は、横取りのトナー供給ローラにおける発泡方向が上下を指向するように載置した際の、芯材２４から真横(０°(１８０°))となる部位(図６(ａ)参照)、真上(９０°(真下２７０°))部位(図６(ｃ)参照)、およびこれらの中間(４５°(１３５°、２２５°および３１５°))部位(図６(ｂ)参照)の外周面２２ａにおけるセル１８の開口形状を現している。なお本願のトナー供給ローラにおける角度の説明においては、図５に示す如く、芯材２４の一端から他端方向を望んだ状態において、芯材２４を中心として図面手前側を０°と設定し、以後反時計回りに角度が増加し、真上を９０°、真下を２７０°として現している。

このような画像濃度のムラを抑制する手段として、例えば以下の［特許文献１］記載の発明「トナー供給ローラ」または［特許文献２］記載の発明「現像装置及びトナー供給ローラ」に記載する如く、スラブ発泡法で得られたブロック状の発泡体(以下、原反と云う)から、芯材の方向が発泡方向に平行になる(以下、縦取りと呼称する)ようにして製造されたトナー供給ローラの使用が好適である。この場合のセル１８の外周面における開口形状は、図７に示す如く、角度によって変化せず均質化されるため、その外周面２２ａに現れるセル１８の開口形状に由来する濃度ムラは抑制される。なお図７において記載される角度は、図５に従うものである。
特開平５−１１９６１８号公報 特開平８−３３４９７１号公報

しかし、前述の［特許文献１］または［特許文献２］に係るトナー供給ローラを使用する場合、次のような別の問題が発生する。すなわち
(１)前述のトナー供給ローラは、図６および図７の比較から明らかなように、セル１８の開口形状面積が大きく、これに伴って該荷重を支持する構造骨格も少なく硬度も小さなものとなっているため、圧縮歪みも悪化している。ところでトナー供給ローラは、保管状態または使用休止状態においては、常に転写ローラにその一部を押し付けられて荷重を掛けられた状態となっており、このような荷重状態が長時間続くと、圧縮歪みが悪いトナー供給ローラにおいては当該荷重支持部位が歪んでしまい、その結果、３６０°毎の濃度ムラが発生してしまう。また一般的に保管歪みと呼ばれるこの歪みは、５０℃を超えるような高温下で更に大きくなるが、昨今の物資の世界的な流通において、高温下での長時間に亘る輸送・保管は日常的に発生するため、非常に大きな問題として認識されている。
(２)また同じく、外周面２２ａにおけるセル１８の開口形状に由来する面積が大きいため、トナー掻き取り性が全体的に弱くなり、その結果、残留トナーが原因であるゴーストパターンが強く現れる。

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、各種樹脂からなる円筒状発泡体と、この円筒状発泡体の中心軸方向に沿って位置する芯材とからなるトナー供給ローラにおいて、
前記円筒状発泡体の発泡方向が、前記芯材の軸方向に対して２０〜７０°の範囲に設定されていることを特徴とする。

本発明に係るトナー供給ローラによれば、円筒状発泡体の発泡方向を芯材の軸方向に対して２０〜７０°の範囲に設定することで、円筒状発泡体の外周面の部位によらず、開口しているセルの形状の差違を小さくし、かつ外周面の歪み量を小さくすると共に、高いトナー掻き取り性を併有させたことで、円筒状発泡体の構造に伴う各種物性を外周面の全域に亘って略均質な状態とし、かつトナー供給ローラを各種機器に組み込んで使用する際の保管歪みを小さくすることで、均一性の高い画像濃度を達成する印刷が可能となった。

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、添付図面を参照して以下に説明する。本願の発明者は、芯材を円筒状発泡体の中心軸方向に沿って位置させてトナー供給ローラを製造するに際し、該円筒状発泡体のセルの配向方向、すなわち該円筒状発泡体の発泡方向(以下、単に発泡方向と云う)が、該芯材の軸方向(以下、単に軸方向と云う)に対して所要の角度となるように設定されることで、該円筒状発泡体の外周面に開口するセルの開口形状を、発泡方向を軸方向に対して垂直とした場合に比べて該外周面の部位による差違を小さくすると共に、発泡方向を軸方向に対して沿うようにした場合に比べてその開口面積を減少させることで構造的強度を向上させ、例えば圧縮歪み等の物性値を小さくし得ることを知見したものである。なお本実施例において、円筒状発泡体の元となる発泡体は、公知のスラブ発泡法で製作されたものとして説明している。

実施例に係るトナー供給ローラ２０は、図１に示す如く、基本的に各種樹脂からなる円筒状発泡体２２と、この円筒状発泡体２２に同軸的に挿入・固定された芯材２４とからなり、円筒状発泡体２２の骨格１６が形成するセル１８の配向方向、すなわち円筒状発泡体２２の発泡方向が芯材２４の軸方向に対して所要の角度となるように設定されている。ここで円筒状発泡体２２の材質としては、ポリウレタン発泡体またはシリコーン発泡体等の各種樹脂を原料とした発泡体が使用される。また芯材２４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、一般的には鉄系金属等が採用される。

そして円筒状発泡体２２の発泡方向は、図２に示す如く、芯材２４の軸方向に対して２０〜７０°、好適には２５〜６５°の範囲に設定されている(図２においては、芯材２４の軸方向を水平として設定し、そこから時計回りがマイナス、反時計回りがプラスであるとして説明している)。この角度の範囲に設定することでトナー供給ローラ２０の外周面、すなわち円筒状発泡体２２の外周面２２ａに開口するセル１８の開口形状は、図３に示す如く、図６に示す横取りのトナー供給ローラの場合に比べて、外周面の部位による差違が小さくされ、図７に示す縦取りのトナー供給ローラの場合に比べて、その開口面積が小さなものとなっている。なお図３において記載される角度は、図６および図７に準じて、図５に従うものである。また本発明において指定される２０〜７０°の角度は、当該角度の測定基準となる点を中心とした点対称領域、すなわち１１０〜１６０°、２００〜２５０°および２９０〜３４０°と実質同一であり、これを含むことは云うまでもない。

また実施例に係るトナー供給ローラの製造方法は、原反製造工程、原反切断工程および最終工程から構成されている。ここで原反製造工程は、円筒状発泡体の元となる原反を、公知のスラブ発泡法で製造する工程であり、最終工程は後加工および検査等を実施する工程であるので、詳細な説明は省略する。なお原反製造工程については、市販品を使用し省略してもよい。

原反切断工程は、図４に示す如く、前工程である原反製造工程で製造された原反(発泡体)１０に対して、円筒状発泡体２２の発泡方向が、芯材２４の軸方向に対して設定される角度だけ傾斜させた状態(図４(ａ)参照)とし、かつトナー供給ローラ２０の所要径に準じた適宜の厚さとする切断を実施して板状体１２とする(図４(ｂ)参照)。なお、図４(ａ)において２点鎖線は、板状体１２を得るための切断予定線を示している。そしてその所要位置に芯材２４の外径に略一致する通孔を設けて、そこに芯材２４を挿入・固定し(図４(ｃ)参照)、この板状体１２をトナー供給ローラ２０が切り出せる大きさの角柱体１４に切断し(図４(ｄ)参照)、更に必要に応じて所要長さに切断した後、グラインダーによる研削加工またはニクロム線や各種刃物を用いた切断加工等により円筒加工を施して円筒状発泡体２２の形状とする(図４(ｅ)参照)工程である。このように通常のスラブ発泡法により得られた原反１０を傾けて切断を施し、次いで通常のトナー供給ローラの製造に供される方法を採用することで、本発明に係るトナー供給ローラが容易に製造される。このため、本発明に係るトナー供給ローラを製造するに際しては、既存の設備だけで対応が可能であり、新たに初期コストが発生することはない。なおトナー供給ローラ２０に、例えば導電性等の特性を付与する場合には、芯材を挿入・固定する前の板状体１２の段階で、必要とされる特性を付与し得る溶液に含浸する等する公知の処理も実施可能であることは云うまでもない。

また実施例では、トナー供給ローラ２０をなす原反１０の製造方法として、スラブ発泡法を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、原反１０のセル１８が、製造時の重力等の多様な要因により配向性を持ってしまう場合に好適に採用可能である。そしてスラブ発泡法だけでなくモールド成形法や、これらの所謂化学的発泡法以外の体積膨張等によりセルが配向性を備えることがある機械的発泡法にも採用し得る。殊に発泡倍率が高く設定された場合等においては、トナー供給ローラ２０の元となる原反１０に形成されるセル１８の断面における長手方向の軸と短手方向の軸との差、すなわちアスペクト比が大きくなる。このようにアスペクト比が大きくなると、例えば図６に示す横取りによるトナー供給ローラの場合には、芯材２４の直径方向に沿った断面において９０°の角度差をつけた外周面２２ａでは、セル１８の開口形状の差違が大きくなって外周面の構造に著しい不均質が発生してしまう。しかしながら、本発明に係るトナー供給ローラにおいては、このような事態は全く発生せず、逆にセル１８のアスペクト比が大きい程、具体的には２以上となる方が、均質性が高く外周面の周方向の部位による差違を小さくし得る。これはより好適な物性等を発現するトナー供給ローラは、意図的にそのセルの配向方向、すなわち円筒状発泡体の発泡方向が、芯材の軸方向に対して所要の角度の範囲に設定されるよう製造することが好適であることを示唆している。

(実験例)
本発明に係るトナー供給ローラにおいて、円筒状発泡体の発泡方向を芯材の軸方向に対して、表１に記載の角度に設定した際の外周面におけるセルの開口形状に由来する構造的な均質性と、圧縮歪みと、トナー掻き取り性とについての実験を行なった。なお本発明に係るトナー供給ローラはこれに限定されるものではない。

円筒状発泡体および芯材として、以下に記載のものを使用し、円筒状発泡体の芯材の軸方向に対する発泡方向の角度を、表１に記載の角度として設定して原反を切断し、その面に平行に厚さ１８ｍｍとなるようにスキ加工し、得られた板状体(シート状物)に(発泡方向に対して表１に記載の角度となるよう確認しつつ)芯材を挿入・固定させるφ５の芯材穴を穿孔し、次いでこの板状体を、アクリルエマルジョン(商品名 ＬＸ８５１；日本ゼオン製(固形分４５％))にカーボンブラック分散液(商品名 ＥＭＡＣＯＬ ＢＬＡＣＫ；山陽色素製;(固形分３６％))を配合してなる混合液に含浸し、乾燥後の重量増が３０％になるように含浸量を調整した後、温度１２０℃、４時間の条件でダンパー解放状態の熱風循環式オーブン(商品名 ＥＴＡＣ ＨＩＳＰＥＣ ＨＴ２１０；楠本化成製)で乾燥した。この後、芯材穴が、その概略中心にくるように板状体を切り出して角柱体とし、ＥＶＡ製ホットメルト接着剤を約５０μｍ厚に塗布した芯材を挿入して、温度１６０℃、３０分の条件で加熱し、次いで常温まで冷却することで芯材を接着・固定してから、角柱体の外形を研削よりΦ１３ｍｍの円柱形状に加工することで実施例１〜５並びに比較例１および２に係るトナー供給ローラとした。そしてこれらについて、セルの開口形状に由来する構造的な均質性、圧縮歪みおよびトナー掻き取り性について、夫々濃度ムラＳＮ比、保管歪み解消枚数およびゴースト濃度差を用いることで評価を行なった(評価方法の詳細は後述(［００１７］))。また円筒状発泡体の芯材の軸方向に対する発泡方向の角度を垂直とした参考例１と、平行にした参考例２についても同様に作製・評価を行なった。

(使用品)
・円筒状発泡体：ウレタンフォーム(密度７０ｋｇ／ｍ^３、顕微鏡観察によりアスペクト比は約２、発泡方向に直交する平面内で数えたセル数約７０／１ｉｎｃｈ(２５.４ｍｍ))
・芯材：φ６の無電解ニッケルメッキを施した鋼鉄材
(評価方法)
・プリンタ(商品名 ＨＬ−７０５０Ｎ；ブラザー工業製)に、実施例１〜５、比較例１および２並びに参考例１および２に係る各トナー供給ローラを組み込んで評価を行なった。
・均質性(濃度ムラＳＮ比)：カートリッジに組み込んで、温度１５℃、湿度１０％の環境下で１２時間放置後、１００％ベタパターンを印刷し、印刷先端部分より１３５ｍｍに位置から５ｍｍピッチで２８０ｍｍまで、画像濃度をマクベス濃度計(商品名 ＲＤ９１８；サカタインクス製)で測定し、望目特性のＳＮ比を算出して比較した。なおこの濃度ムラＳＮ比は、濃度ムラが大きい程、小さくなる指標である。
・圧縮歪み(保管歪み解消枚数)：カートリッジに組み込んだまま、温度５０℃、５日間の保管を行なった後に取り出して、１時間載置後、５０％ベタパターンを３０枚連続印刷を実施し、保管歪みによる濃度ムラが見えなくなる印刷枚数を計量した。
・トナー掻き取り性(ゴースト濃度差)：１００％濃度短冊パターンと、その後の５０％ベタパターンとからなるゴーストパターンを印刷し、５０％ベタパターンの印刷先端から１０５ｍｍの部分における地の部分の濃度と、１００％濃度短冊パターンのゴースト部とのマクベス濃度の差を測定した。なおこのゴースト濃度差が大きい程、トナー掻き取り性は悪いといえる。

(実験の結果)
実験１のトナー供給ローラにおいて、その周方向における硬度の変動幅が、硬度の平均に対して±１０％以下に抑えられていることが確認できた。このように、円筒状発泡体の低硬度部分に選択的に樹脂被膜原料Ｍを塗布して乾燥・硬化させて樹脂被膜を形成することで、周方向における硬度の差を小さくできる。

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。 実施例のトナー供給ローラにおける芯材の軸方向と、発泡方向との関係を示す説明図である。 実施例のトナー供給ローラにおいて、芯材の直径方向に沿った断面における、(ａ)真横(０°(１８０°))の外周面、(ｂ)斜め上方(４５°(１３５°、２２５°および３１５°))の外周面および(ｃ)真上(９０°(真下２７０°))の外周面のセルの開口形状を示す状態図である。 スラブ発泡法のより得られた原反から、実施例に係るトナー供給ローラを製造する手順を示す工程図である。 図３、図６および図７において使用されている角度を示す説明図である。 従来技術に係る横取りされたトナー供給ローラにおいて、芯材の直径方向に沿った断面における、(ａ)真横(０°(１８０°))の外周面、(ｂ)斜め上方(４５°(１３５°、２２５°および３１５°))の外周面および(ｃ)真上(９０°(真下２７０°))の外周面のセルの開口形状を示す状態図である。 従来技術に係る縦取りされたトナー供給ローラにおいて、芯材の直径方向に沿った断面における、(ａ)真横(０°(１８０°))の外周面、(ｂ)斜め上方(４５°(１３５°、２２５°および３１５°))の外周面および(ｃ)真上(９０°(真下２７０°))の外周面のセルの開口形状を示す状態図である。

符号の説明

２２ 円筒状発泡体
２４ 芯材

Claims (1)

1. 各種樹脂からなる円筒状発泡体(22)と、この円筒状発泡体(22)の中心軸方向に沿って位置する芯材(24)とからなるトナー供給ローラにおいて、
   前記円筒状発泡体(22)の発泡方向が、前記芯材(24)の軸方向に対して２０〜７０°の範囲に設定されている
   ことを特徴とするトナー供給ローラ。
   

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