JP2007079252A - トナー供給ローラおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、その発泡層の材料の密度が小さくても充分に現像ローラ上の残余トナーを掻き取り、供給することにより、印画を繰り返した場合にも画質の低下が少なく、耐久性の高いトナー供給ローラおよび画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】芯金と、該芯金上に形成された少なくとも一層以上のポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラであって、該ポリウレタンフォーム層の密度と該トナー供給ローラの隙間を小さくすることによって得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、トナー供給ローラに関し、特には複写装置、画像記録装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘電体等からなる潜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、静電潜像が形成されている感光体の如き潜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現像ローラ又は現像スリーブへ所定のトナー（現像剤）を供給すると共に現像ローラ又は現像スリーブに現像残りで戻ってくるトナーを掻き取るトナー供給ローラ、およびこのトナー供給ローラを用いた画像形成装置に関するものである。

近年、画像をデジタル化して扱うコンピュータなどでの画像の需要が増し、これに伴いより高精細、高耐久な画像が要求され、さらにはカラー画像と電子写真画像の改良が求められている。また高解像度の要求を満たすため、トナーは粒径１０μｍ以下と微粒化しており、トナーへのストレスはより顕著に画像に現れる傾向にある。

発泡層を有するトナー供給ローラを現像装置に組み込み、印画を繰り返した場合に、印画されない部分にもトナーが付着してしまうことがある。このトナーの付着は、かぶりと言われ、トナー供給ローラと現像ローラ又は現像スリーブと感光体ドラムの摩擦等にともなうトナーの劣化を主要因として生ずるものである。このトナーの劣化を抑えるため、従来より、軟質ポリウレタンフォーム等の硬度の低い発泡層とすること等によって、トナー供給ローラを現像ローラ又は現像スリーブに適度に押圧して当接させる等の対策が提案されている。

しかしながら、低硬度のトナー供給ローラは、トナー供給ローラから現像ローラへの現像剤供給力（特性）が変化して現像ローラ上に供給されて担持される現像剤の量が不均一となり、濃度むら（現像むら）が発生したり、トナー供給ローラによる現像ローラからの現像剤掻き取り力（特性）が変化して現像後における現像ローラの表面にある現像剤を均一かつ確実に掻き取ることができず、ゴースト現象（あるパターンで現像した際に、トナーが消費された部分と未消費部分のそれぞれの次の現像ローラまたは現像スリーブの１周での現像濃度に差が生じる現象）が発生してしまい、しかも、濃度むらが発生してしまうこともあった。

また、現像ローラからのトナーの掻き取り性を上げるため高硬度化などを行うこともあるがトナー劣化し易く、長時間使用すると画像不良の問題をひきおこす場合があった。

このような欠点を解消する方法として、弾性発泡体の密度が５０〜80kg/m³の範囲であって引っ張り強度が1.3kg/cm²以上といった弾性発泡体を使用していることを特徴とする現像装置が提案されている。（特許文献1参照。）
しかしながら、前記特許文献1にあっては、初期の画像は良好でも、トナー劣化を引き起こし、画像に不具合を生ずるといった問題が発生する場合があり、印画を繰り返すことによる耐久性に関しては全く検討が為されていない。
特開２０００−１１２２２３号公報

以上を鑑みて、本発明は為されたものであり、本発明は、主に、電子写真、静電記録技術を利用した複写機等の現像装置に組み込まれて使用され、その発泡層の材料の密度が小さくても充分に現像ローラ上の残余トナーを掻き取り、供給することにより、印画を繰り返した場合にも画質の低下が少なく、耐久性の高いトナー供給ローラを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記問題を解決するため鋭意研究を行い、以下の発明により前記本発明の目的を達成できることを見出した。

芯金と、該芯金上に形成された少なくとも一層以上のポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラであって、該ポリウレタンフォーム層の密度が５０〜２００kg/m³であり、現像ローラまたは現像スリーブに対する侵入量を0.8ｍｍ〜1.5ｍｍに設定し、該トナー供給ローラを回転して測定した周方向の隙間の最大値が１０μｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラ、およびこのトナー供給ローラを用いた画像形成装置である。

本発明によれば、電子写真、静電記録技術を利用した複写機等の現像装置に組み込まれて使用され、その発泡層の材料の密度が小さくても充分に現像ローラ上の残余トナーを掻き取り、供給することにより、印画を繰り返した場合にも画質の低下が少なく、耐久性の高いトナー供給ローラ、及びこれを用いた画像形成装置を提供する。

次に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、芯金と、該芯金上に形成された少なくとも一層以上のポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラであって、該ポリウレタンフォーム層の密度が５０〜２００kg/m³であり、現像ローラまたは現像スリーブに対する侵入量を0.8ｍｍ〜1.5ｍｍに設定し、該トナー供給ローラを回転して測定した周方向の隙間の最大値が１０μｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラである。
発泡層の密度は５０〜２００kg/m³が好ましく、更に7０〜1００kg/m³であることがより好ましい。発泡層の密度は、ＪＩＳ Ｋ ６４００法に準じ計測した。
密度が50ｋｇ／ｍ3未満であると、ローラとして成形が困難であり、出来ても発泡剤である水を過剰に用いるため永久変形が大きく画質が低下し、使用に耐えないものとなる。一方、200ｋｇ／ｍ³を越える場合は、必然的にトナーとの接触面積が大きくなり、トナー劣化を促進する等の問題がある。

隙間検査機により、侵入量を0.8ｍｍ〜1.5ｍｍに設定し、トナー供給ローラを回転して測定した隙間の最大値は１０μｍ以下であることが好ましい。隙間量が１０μｍを越える場合は現像ローラ又は現像スリーブ上のトナー掻き取り性が不十分になり、画像不良になる。画像を出力していくとトナーが埋まり徐々に良化することがあるものの、特に初期画像にムラが発生しやすい。同様に、ローラ周方向の隙間５μｍ以上がローラ長手方向に連続した場合の、隙間長さ最大値は1ｍｍ以下であることが好ましい。
隙間検査機を用いると、容易にローラ回転時の他部材との接触状態を予測することが出来るのである。

一方、外径振れや真直度といった測定においては、測定部位の寸法精度が良くても、測定部以外では悪い部位がある場合があり、また他部材との当接状態などはわからない。隙間は、ローラの精度だけではなく、材料特性が影響し、より実用に近い状態でのトナー供給ローラを現しているのである。

前記隙間検査機は、株式会社オプトロン製「ゴムローラ隙間検査機ＧＭ１０００」を用いた。測定は、図2に示すように、真直度の良い基準ローラ上に被検査ローラ（トナー供給ローラ）を所定の圧力または侵入量で当接し、トナー供給ローラと基準ローラにて形成される隙間の測定は、トナー供給ローラを基準ローラに当接させた状態で従動させ、２つのローラの接触部分にレーザービームを照射し、ローラの長さ方向に高速で繰り返し走査し、被検査ローラに凹みがあるとレーザービームが反対側に透過し、その量を測定することで行なえる。検査条件は侵入量1.25ｍｍ（ローラ外径Φ16.0ｍｍでは芯金にコロ外径Φ13.5ｍｍを装着）とし、両端芯金部に1ｋｇ荷重、基準ローラ回転速度25rpm（ローラ径設定48ｍｍ）、検査時間10秒の設定で行った。侵入量は、カートリッジプロセスにより異なるが、芯金にコロを装着することで侵入量を調整でき、対応する機種に合わせた侵入量で測定を行うことができる。また、カートリッジプロセスによっては当接圧を一定にする場合があり、荷重を調整することで対応する機種に合わせた条件で測定を行うことができる。

トナー供給ローラは現像ローラまたは現像スリーブ等と圧接する際、表面のセルや凹凸形状により当接部材との間に微小な隙間（ギャップ）が生じる場合がある。特に密度が低いウレタンフォームや、周方向に歯車形状の断面をもつトナー供給ローラでは微小な隙間が生じることが多い。

隙間を低減するためには、芯金の振れ精度を向上、型の精度を向上、材料組成の選択、または硬化温度や硬化時間を厳密に調整等を行うことで、達成することができる。

このように、従来のポリウレタンフォーム製トナー供給ローラに比べて、密度が小さく、隙間が小さいと、トナーの掻き取り不足による印画性能の低下が抑えられ、連続印画した場合の耐久性に優れるトナー供給ローラとすることができる。

本発明のトナー供給ローラは、ポリウレタンフォームからなり、前記ポリウレタンフォームが、少なくともポリオールとポリイソシアネートとを含むウレタン原料から形成されたものである。

前記ポリオールとしては特に制限は無く、従来公知の各種ポリオールの中から適宜選択して使用することが出来る。例えば、そのような液状のポリウレタン原料を構成するポリオール成分としては、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられているポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知のポリオール類の中から適宜選択して使用することが出来、一種又は二種以上を組み合せて用いても良い。

なお、前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、エチレンオキシドを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。

また、前記ポリイソシアネートとしては特に制限は無く、従来公知の各種ポリイソシアネートの中から、適宜選択して使用することが出来る。例えば２、４−及び２、６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４、４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、及びカーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等が、単独で、又は二種以上を組み合わせて用いても良い。なお、前記ポリイソシアネートを公知の活性水素化合物の１種または２種以上と反応させることにより得られるイソシアネート基末端プレポリマーも、ポリイソシアネートとして使用することもできる。

ポリウレタン原料のＮＣＯインデックスは６０〜１２０であることが好ましく、７０〜１００であることがより好ましい。なお、ＮＣＯインデックスとは、ポリイソシアネート中のイソシアネート基の総数をイソシアネート基と反応する活性水素の総数で除したものに１００を乗じた値とする。即ち、イソシアネート基と反応する活性水素数とポリイソシアネート中のイソシアネート基が化学量論的に等しい場合にそのＮＣＯインデックスは１００となる。

触媒としては特に制限は無く、従来公知の各種触媒の中から適宜選択して使用することが出来る。トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン、ビス（ジメチルアミノ）エチルエーテル等、従来公知の触媒が使用できる。

整泡剤としては特に制限は無く、従来公知の各種整泡剤の中から適宜選択して使用することが出来る。例えばシリコーン系界面活性剤としては、東レ・ダウコーニング社製のＳＲＸ−２７４Ｃ、日本ユニカー社製のＬ−５３０９、Ｌ−５２０等が使用できる。

また、これらポリオール成分とポリイソシアネート成分とが配合されてなるポリウレタン原料には更に、従来と同様に架橋剤、発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、破泡剤等が、目標とする発泡成形後のポリウレタンスポンジ層の構造、即ち、連続気泡型若しくは独立気泡型の何れか一方を生ぜしめ易い公知の配合となるように添加されて、反応性の発泡原料とされる。また、そのような原料には必要に応じて所望の導電性を付与するための導電性付与剤や帯電防止剤等も、従来と同様に公知のものが添加せしめられる。導電付与剤は公知の物を使用することができ、例えば導電付与剤としては、カーボンブラック、グラフアイト、酸化チタン、酸化錫などの導電性の金属酸化物、Ｃｕ、Ａｇなどの金属、これら導電性材料を粒子表面に被覆して導電化した粒子などが挙げられる。これらの導電付与剤は単独、あるいは複数種を組み合わせて用いることができる。特に、カーボンブラックは、比較的少量（重量比）の添加によって、所望の導電性を付与できる点で好ましい。その他添加剤として、難燃剤、減粘剤、顔料、安定剤、着色剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、酸化防止剤等を必要に応じて配合することが出来る。架橋剤としてはトリエタノールアミン、ジエタノールアミン等の従来公知のものが挙げられる。

そして、混合操作の容易性や得られるポリウレタンフォームの特性の見地から、前記ポリイソシアネート、ポリオール、整泡剤の好適な組み合わせは、ポリイソシアネートとしては、ジフェニルメタンジイソシアネートと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わせである。

本発明の画像形成装置用ローラ用成形型は特に限定されず、従来公知の材質、形状の中から適宜選択して使用することが出来る。例えば、ＳＵＳ３０４製で、ベントホール（型内にガスがたまり発泡体に欠肉を生じるのを未然に防止するため設けられた孔径約１ｍｍ程度の金型内外に連通する小孔）を有し、内面に凹凸形状を有するパイプ状成形型等がある。
離型剤は公知の物を使用することができ、好ましくは原料に対する接触角の大きなコート材、例えばシリコーン樹脂系,フッ素樹脂系離型剤などを用いることができる。なかでもシリコーンオイル及びフッ素系化合物、且つ少なくとも一種以上のワックスを含有する水系離型剤が環境面、表面性からも好ましい。塗布する離型剤の膜厚については、製品寸法に影響を与えない範囲であれば特に制限しないが、前記膜厚としては、１〜１０００μｍであるとより好ましい。

（トナー供給ローラの製造方法）
本発明のトナー供給ローラの製造方法は特に限定されず、常法によれば良い。その一例を示せば次の通りである。まず、金型に水系離型剤をスポンジに含ませて均一に約5μｍ塗布し５０℃に加温乾燥した。前記ポリオール、ポリイソシアネート、触媒及び所望により用いられる整泡剤、水、その他助剤などを均質に混合してウレタン原料を調整した後、これを型に注入し、加熱して反応硬化させることによりポリウレタンフォームを形成することができる。

前記ウレタン原料を混合する際の温度や時間については特に制限は無いが、混合温度は、通常１０〜９０℃、好ましくは２０〜６０℃の範囲であり、混合時間は、通常１秒〜１０分間、好ましくは３秒〜５分間程度である。
また、加熱して反応硬化させる際、従来公知の方法により、発泡させることにより、ポリウレタンフォームからなるトナー供給ローラを作製することが出来る。発泡方法については特に制限は無く、発泡剤を用いる方法、機械的な撹拌により気泡を混入する方法など、いずれの方法をも用いることが出来る。この発泡時の成形型の温度を３５〜１００℃にすることが好ましく、４０〜８０℃にすることがより好ましい。

（トナー供給ローラ）
本発明のトナー供給ローラはこのようにして得られたポリウレタンフォームを用いたものであって通常、鉄にメッキを施したものやステンレス鋼などからなる例えば直径が４〜６ｍｍ、長さが２００〜４００ｍｍの芯金を、前記ポリウレタンフォームで被覆して弾性体層を形成することにより製造することができる。用途によっては、導電性や半導電性、或いは絶縁性の塗料により、その外側を塗装してもよい。

本発明のトナー供給ローラの外径は特に限定されず、その目的によりさまざまな外径を有するものとすることができるが、一般的には１０〜２０ｍｍの外径を有する。
芯金とポリウレタンフォームとの接合方法については特に限定されないが、芯金を予めモールド（成形型）内部に配設しポリウレタン原料を注型し硬化する方法や、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出来る。どちらの方法においても、必要に応じて芯金とポリウレタンフォームの間に接着層を設けることが出来る。この接着層としては、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出来る。
トナー供給ローラは前記構成のものに限定されるわけではなく、ポリウレタンフォーム層の内周側及び外周側に更に複数の層を有していても良い。

図１は、本発明の電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図であって、本発明に係るトナー供給ローラ３と静電潜像を保持した画像形成体１との間に現像ローラ２がその外周面を画像形成体１の表面に近接させた状態で配設され、かつ画像形成体１に紙などの記録媒体８を介して、転写ローラ５を当接させた構造を示している。トナー供給ローラ３、現像ローラ２及び画像形成体１を矢印方向に回転させることにより、トナーがトナー供給ローラ３により現像ローラ２の表面に供給され、層規制ブレード４によって均一な薄層に整えられた後、画像形成体１上に供給される。画像形成体１は帯電ローラ７によって所定の極性・電位に一様帯電処理され、次いで露光系（図示していない）により目的の画像情報に対応したネガ画像露光（原稿像のアナログ露光、デジタル走査露光）を受けて周面に目的画像情報の静電潜像が形成される。この静電潜像上に現像ローラから供給されたトナーが付着し、該潜像が可視化される。そして画像形成体１と転写ローラ５との間に電界を発生させることにより、画像形成体１上のトナー画像を記録媒体８に転写させる。また、６はクリーニングブレードであり、このクリーニングブレード６により、転写後に画像形成体１表面に残留するトナーが除去される。本発明のトナー供給ローラは寸法精度に優れているため前記ローラとして使用した場合、安定的に回転することができ該ローラとの接触体を傷つけることがない。また、トナー供給ローラに要求される性能を長期間、維持することができ安定性に優れたローラとすることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、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。

［実施例1、比較例3］
まず、シリコーン成分,フッ素成分、ワックス成分を含む水系離型剤をスポンジ等に含ませてＳＵＳ３０４製金型に塗布し、５０℃で２０分間に加温乾燥した。ポリオール成分（ポリオール、整泡剤、触媒、水など）、ポリイソシアネート成分を液温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、表１に示す密度になる材料量を、予めＳＵＳ３０４製の直径５ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、振れが12μｍの芯金を内部の所定位置に取り付けた金型内に流し込んだ。次に、１００℃の電気炉でトナー供給ローラ用成形型を６０℃に温度調節し、この金型内で２０分硬化し金型から取り出して外径が１６ｍｍのトナー供給ローラを製造した。
［実施例2］
表１に示す密度になる材料量を、振れが18μｍの芯金を内部の所定位置に取り付けた金型内に流し込み、トナー供給ローラ用成形型を６５℃に温度調節し、８分硬化し金型から取り出した以外は実施例1と同様にトナー供給ローラを製造した。
［比較例1、比較例2］
表１に示す密度になる材料量を、振れが30μｍの芯金を内部の所定位置に取り付けた金型内に流し込み、この金型内で１０分硬化し金型から取り出した以外は実施例1と同様にトナー供給ローラを製造した。

〈ウレタン原料〉
ポリオール：ＭＦ78（商品名：三井武田ケミカル（株）製）・・・１００質量部
整泡剤：Ｌ−５３６６（商品名：日本ユニカー（株）製）・・・１質量部
触媒：ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ（商品名：東ソー（株）製）・・・０．１質量部
ＴＯＹＯＣＡＴ−ＭＲ（商品名：東ソー（株）製）・・・０．３質量部
蒸留水・・・２.３質量部
ポリイソシアネート：ＴＭ−５０（商品名：三井武田ケミカル（株）製）・・・１５.２質量部
モネートＭ２００（商品名：三井武田ケミカル（株）製）・・・ ４．４質量
得られたポリウレタンフォームローラについて、密度、及び隙間量を計測した。また、前記各トナー供給ローラをフルカラーレーザービームプリンタ（キヤノン（株）製；ＬＢ
Ｐ−２５１０）のシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各トナーカートリッジに組み込み、このカートリッジを取り付けたフルカラーレーザービームプリンタを用いて、組み込み終了後１晩以上放置してから初期画像として各色ベタ画像を作像した後、連続耐久試験用のテキストページを連続４０００枚出力した。出力終了後１晩以上放置してから耐久画像として各色ベタ画像を作像して下記の方法に従って評価した。これらの結果を表１に示す。

〈画像評価〉
目視による判定を行った。
◎：極めて良好
○：良好
×：不良（色抜け、濃度むら）。

〈隙間検査条件〉
図１の装置を用いて測定した。侵入量1.25ｍｍ（ローラ外径Φ16.0ｍｍでは芯金にコロ外径Φ13.5ｍｍを装着）とし、両端芯金部に1ｋｇ荷重、基準ローラ回転速度25rpm（ローラ径設定48ｍｍ）、検査時間10秒の設定で行った。

本結果より本実施例に示したポリウレタンフォーム製トナー供給ローラにおいて、該ポリウレタンフォーム層の密度が５０〜２００kg/m3であり、現像ローラまたは現像スリーブに対する侵入量を0.8ｍｍ〜1.5ｍｍに設定し、該トナー供給ローラを回転して測定した周方向の隙間の最大値が１０μｍ以下であることを特徴とすることで、印画を繰り返した場合にも画質の低下が少なく、耐久性の高いトナー供給ローラ、及びこれを用いた画像形成装置が得られることがわかる。

本発明の画像形成装置用ローラを装着した電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図である。 本発明に伴うトナー供給ローラの隙間検査の説明図であって、(a)は平面図、(b)は断面図である。

符号の説明

１ 画像形成体
２ 現像ローラ
３ トナー供給ローラ
４ 層規制ブレード
５ 転写ローラ
６ クリーニングブレード
７ 帯電ローラ
８ 記録媒体
1１ 荷重治具
1２ 芯金
1３ コロ
1４ 基準ローラ
１５ トナー供給ローラ

Claims (4)

1. 芯金と、該芯金上に形成された少なくとも一層以上のポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラであって、
   該ポリウレタンフォーム層の密度が５０〜２００kg/m³であり、該トナー供給ローラの現像ローラまたは現像スリーブに対する侵入量を0.8ｍｍ〜1.5ｍｍに設定し、該トナー供給ローラを回転して測定した周方向の隙間の最大値が１０μｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラ。
2. 該トナー供給ローラを回転して測定したローラ周方向の隙間５μｍ以上がローラ長手方向に連続した場合の、隙間長さ最大値は1ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー供給ローラ。
3. 該ポリウレタンフォーム層の密度が７０〜１００kg/m³であることを特徴とする請求項１または2に記載のトナー供給ローラ。
4. 請求項１〜3のいずれか１項に記載のトナー供給ローラを装着してなる画像形成装置。

Images