JP2007121698A

JP2007121698A - トナー供給ロール

Info

Publication number: JP2007121698A
Application number: JP2005314120A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Toyama; 和徳遠山; Motoharu Ishihara; 基晴石原
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP5072213B2

Abstract

【課題】手間や高いコストをかけることなく得ることができ、トナー供給性能とトナー掻き取り性能に優れたトナー供給ロールを提供する。
【解決手段】軸体と、この軸体の外周面に沿って形成されたスポンジ弾性層とを有するトナー供給ロールであって、上記スポンジ弾性層の外周面に、平均開口径が１０００〜３０００μｍの粗大開口凹部が点在した状態で形成されているとともに、上記点在する粗大開口凹部の間に、平均開口径が１５０〜３００μｍの微細開口凹部が多数分布形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の電子写真装置に用いられるトナー供給ロールに関するものである。

一般に、電子写真装置における複写は、つぎのようにして行われる。すなわち、まず、図９に示すように、トナーボックス内のトナー１１を、トナー供給ロール１３を介して現像ロール１４の表面にトナー１１を供給し、このトナー１１を、さらに現像ロール１４と層形成ブレード１５との摩擦帯電により帯電させる。そして、感光ドラム１０の表面に形成された静電潜像（原稿像）に、上記帯電したトナーを付着させてトナー像を形成し、これを、転写部１２を経由させることにより、複写紙１６上に転写定着させるのである。

なお、上記静電潜像に付着されずに現像ロール１４の表面に残ったトナー１１は、トナー供給ロール１３により掻き取られ、トナーボックス内に回収されて再使用に供される。

上記トナー供給ロール１３は、通常、軸体１と、その外周面に形成されたウレタンフォームからなるスポンジ弾性層２とで構成されており、上記スポンジ弾性層２には、トナー１１を安定して現像ロール１４に供給するトナー供給性能に加え、現像ロール１４の表面に余ったトナー１１を確実に掻き取るトナー掻き取り性能が求められている。すなわち、このトナー掻き取り性能が不足すると、残ったトナーが現像ロール１４の表面に残留し、トナーフィルミング等の原因となるからである。

そこで、上記トナー掻き取り性能を向上させるために、上記スポンジ弾性層２の硬度を高く設定することも考えられるが、トナー１１に与えるストレスが増大し、トナー１１の劣化等の不具合を引き起こすおそれがあり、有効な方策ではない。

一方、スポンジ弾性層２の硬度を高めるのではなく、その表面に、軸方向に延びる複数の凸条を所定ピッチで設けたもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
特開平１１−３８７４９号公報

上記特許文献１に示すように、スポンジ弾性層２の表面に、軸方向に延びる複数の凸条を形成するには、（１）軸体の外周面にスポンジ弾性層を成形した後、その表面に、軸方向に延びる複数の凹溝を所定のピッチで周方向に切削加工等により形成することにより、隣り合う凹溝と凹溝の間の部分を上記凸条とする、（２）スポンジ弾性層２を成形するための金型として、その内周面に、上記凸条に対応する溝条が形成された特殊なものを用いる、という２通りの方法が考えられる。

しかしながら、上記（１）の方法では、スポンジ弾性層２が低硬度であるため、切削加工等をしようとすると変形して、精度よく加工することができないという問題がある。そして、加工精度を高めようとすると、時間がかかり生産性が低下する。また、上記（２）の方法では、金型製作にコスト、時間を要するだけでなく、金型内周面を高精度で研磨しなければ、脱型時にスポンジ弾性層２の凸条が金型の溝条から外れにくいため、研磨作業の負担が大きいという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、手間や高いコストをかけることなく得ることができ、トナー供給性能とトナー掻き取り性能に優れたトナー供給ロールの提供を、その目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、軸体と、この軸体の外周面に沿って形成されたスポンジ弾性層とを有するトナー供給ロールであって、上記スポンジ弾性層の外周面に、平均開口径が１０００〜３０００μｍの粗大開口凹部が点在した状態で形成されているとともに、上記点在する粗大開口凹部の間に、平均開口径が１５０〜３００μｍの微細開口凹部が多数分布形成されているトナー供給ロールを第１の要旨とする。

また、本発明は、そのなかでも、特に、上記粗大開口凹部の平均深さが、粗大開口凹部の平均開口径の１／２以下に設定されているトナー供給ロールを第２の要旨とする。

なお、本発明において、上記「平均開口径」とは、スポンジ弾性層の表面を電子顕微鏡で観察し、その表面に開口する粗大開口凹部もしくは微細開口凹部の開口径を、任意の１０個について測定した値の平均値である。また、上記「平均深さ」とは、スポンジ弾性層を厚み方向に切断し、その断面を電子顕微鏡で観察し、スポンジ弾性層表面に開口する粗大開口凹部の深さを、任意の１０個について測定した値の平均値である。

すなわち、本発明者らは、スポンジ弾性層の硬度を高めることなく、トナー供給性能とトナー掻き取り性能を兼ね備えたスポンジ弾性層を開発すべく、スポンジ弾性層における発泡セルの開口径や分布についてさらに研究を重ねた。その結果、スポンジ弾性層の外周面に分布する凹部開口を、全て同一もしくは近似する大きさのものに揃えるのではなく、点在する粗大な開口と、その間に多数分布する微細な開口とを混在させた状態にすると、上記粗大な開口の開口縁部によって優れたトナー掻き取り性能を得ることができ、上記多数の微細な開口によって、優れたトナー供給性能が得られることを見いだし、本発明に到達した。

本発明のトナー供給ロールは、スポンジ弾性層の外周面に、平均開口径が１０００〜３０００μｍの粗大開口凹部が点在し、さらにその点在する粗大開口凹部の間に、平均開口径が１５０〜３００μｍの微細開口凹部が多数分布した状態になっている。したがって、スポンジ弾性層の硬度を高くすることなく、上記点在する粗大開口凹部の開口縁部によって、優れたトナー掻き取り性能を得ることができ、上記多数分布する微細開口凹部によって、優れたトナー供給性能を得ることができる。

このように、上記粗大開口凹部と微細開口凹部を、互いに混在した状態でスポンジ弾性層の外周面に開口させるには、スポンジ弾性層成形用の金型内周面に、粗大開口凹部成形用の凸部を形成したものを用い、この金型内で、微細開口となる微細な発泡セルを多数有するスポンジ弾性層を成形するか、通常の金型内で、大小２種類の発泡セルが混在するスポンジ弾性層を成形することにより、簡単に目的のトナー供給ロールを得ることができる。

本発明において、粗大開口凹部を、上記のように、金型内周面に形成した凸部によって賦形する場合、凸部は点在し、その周縁部が通常丸等の曲線となるため、従来の、金型内周面に形成した溝条によって凸条を賦形する場合のように、金型内周面を高精度で研磨しなければ脱型しにくい等の不具合がなく、効率よく生産することができる。また、大小２種類の発泡セルが混在するスポンジ弾性層を成形する場合も、発泡セル自体の形状や分布状態を制御する必要はなく、比較的効率よく生産することができる。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

図１は、本発明のトナー供給ロールの一実施の形態を示している。このトナー供給ロールは、軸体１と、その外周面に形成されたスポンジ弾性層２とを備え、上記スポンジ弾性層２の硬度は、１００〜３５０ｇの範囲に設定されている。そして、その外周面は、図１において鎖線で囲われた部分Ｘを拡大した図２（模式的な平面図）および図３（模式的な断面図）に示すようなっている。

なお、上記スポンジ弾性層２の硬度は、例えば、つぎのようにして得られる値である。すなわち、図４（ａ）に示すように、トナー供給ロールを、その両端の軸体６１部分において支持し、スポンジ弾性層６２を、板状押圧面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み７ｍｍ）を有する治具６３により１０ｍｍ／分の速度で押圧した時の、１ｍｍ変位時の荷重（ｇ）で表した値である。ただし、上記硬度の測定は、図４（ｂ）に示すように、軸方向（幅方向）の２ヶ所×周方向の９０°ごとの４ヶ所の計８ヶ所の測定ポイントについて行い、その平均値で示している。この数値が大きくなる程、スポンジ弾性層６２の硬度が高い、すなわち硬いことを意味している。

上記スポンジ弾性層２（図２および図３に戻る）の外周面には、開口径の大きな粗大開口凹部３が適宜の間隔で点在し、その点在する粗大開口凹部３の間に、開口径の小さな微細開口凹部４が多数分布形成されている。

上記粗大開口凹部３の開口は、スポンジ弾性層２の外周面において、その開口縁部によってトナー掻き取り性能を発現する部分であり、その平均開口径は、１０００〜３０００μｍに設定される。すなわち、平均開口径が上記範囲を外れると、トナー掻き取り性能が低下するからである。そして、上記粗大開口凹部３の表面からの平均深さ（図３においてＤで示す）は、粗大開口凹部３の平均開口径の１／２以下に設定することが、優れたトナー掻き取り性能を得る上で好適である。また、上記粗大開口凹部３同士の間隔（図２においてＥで示す）は、その間に微細開口凹部４が３〜８個並ぶ程度の間隔に設定することが、優れたトナー供給性能を得る上で好適である。

一方、上記微細開口凹部４の開口は、スポンジ弾性層２の外周面において、その開口凹部にトナーを収容することによってトナー供給性能を発現する部分であり、その平均開口径は、１５０〜３００μｍに設定される。すなわち、平均開口径が上記範囲を外れると、トナー供給性能が低下するからである。

上記構成のトナー供給ロールによれば、スポンジ弾性層２の硬度を高くすることなく、上記点在する粗大開口凹部３の開口縁部によって、優れたトナー掻き取り性能を発現し、上記多数分布する微細開口凹部４によって、優れたトナー供給性能を発現することができる。したがって、このトナー供給ロールを装備した電子写真装置は、トナーの供給・掻き取りに伴う不具合がなく、優れた画質の複写を、長期にわたって維持することができる。

つぎに、本発明のトナー供給ロールの形成材料について説明する。

まず、軸体１は、中実でも中空でもよく、その形成材料としては、例えば、鉄，ステンレス，アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等の金属、またはポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリアミド等のプラスチックがあげられる。そして、上記軸体１の外周面には、必要に応じて、接着剤やプライマー等を塗布してもよい。

また、スポンジ弾性層２の形成材料は、従来から、トナー供給ロールのスポンジ弾性層２を形成するために用いられているものであれば、どのようなものでもよいが、なかでも、軟質ポリウレタンフォームの製造等に用いられるポリオール成分およびイソシアネート成分を組み合わせて得られるポリウレタンフォームが好適である。

上記ポリオール成分としては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール，ポリイソブチレンポリオール等のポリオレフィンポリオール等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

また、上記イソシアネート成分としては、２官能以上のポリイソシアネートであれば特に限定はなく、例えば、２，４−（または２，６−）トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイ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）、カーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

さらに、必要に応じて、上記ポリオール成分およびイソシアネート成分に加えて、架橋剤，発泡剤（水，低沸点物，ガス体等），界面活性剤，触媒，難燃剤，充填剤，導電性付与剤，帯電防止剤等を適宜に配合することができる。

本発明のトナー供給ロールは、上記軸体１およびスポンジ弾性層２の形成材料を用い、例えばつぎのようにして作製することができる。すなわち、まず、上記軸体１を、図５に示すように、所定の成形型に装填する。この成形型は、トナー供給ロールのスポンジ弾性層２（図１参照）の軸方向の長さに略等しい長さの円筒型２１と、この円筒型２１の両端を閉塞するキャップ２２とから構成されており、型締すると、上記軸体１がキャップ２２によって円筒型２１と同軸に支持され、円筒型２１内に目的とするトナー供給ロールの最終ロール形状を与える成形キャビティ２３が形成されるようになっている。

そして、上記円筒型２１の内周面には、図５において鎖線で囲われた部分Ｙを拡大した図６（模式的な断面図）に示すように、スポンジ弾性層２の外周面に粗大開口凹部３（図３参照）を賦形するための凸部３０が所定間隔で突設されている。

そして、上記成形型の成形キャビティ２３内に、スポンジ弾性層２の形成材料（ポリウレタンフォーム用組成物等）を注入し、発泡硬化させてスポンジ弾性層２を軸体１の周囲に一体成形した後、脱型する。このようにして得られたトナー供給ロールのスポンジ弾性層２の外周面には、円筒型２１側に設けられた凸部３０によって賦形された粗大開口凹部３が点在した状態で形成されており、この粗大開口凹部３の間に、発泡セルによる微細開口凹部４が多数分布形成されている。

なお、上記成形型内でのスポンジ弾性層２の形成において、発泡倍率を５〜２０倍程度に設定すると、スポンジ弾性層２の表面に開口する微細開口凹部４の平均開口径を、１５０〜３００μｍの範囲に形成することができる。

また、上記微細開口凹部４となる発泡セルは、独立気泡であっても連続気泡であっても、それらが混在していても差し支えないが、各発泡セルに、適度の連通性をもたせるには、例えば、上記脱型後に、上記トナー供給ロールを軸体１を中心に回転させながら、ノズル等を用いて高圧の気体（空気や窒素等のガス）をスポンジ弾性層２に噴射すると、高圧の気体が軸体１の抵抗によってスポンジ弾性層２内に拡散し、発泡セルと発泡セルの間の壁を部分的に破壊して連通させることができる。その連通の程度は、噴射する気体の圧力を変えることにより、調節することができる。

なお、上記製法において、スポンジ弾性層２を、軸体１に直接形成するのではなく、図７に示すように、少なくとも一層の他の弾性層４０（図６では一層）を介して形成するようにしてもよい。その場合は、軸体１に、他の弾性層４０を形成するための形成材料を用いて、スポンジ弾性層２を形成する場合と同様にして、成形型を用いて軸体１の外周に、上記他の弾性層４０を一体成形したのち、この弾性層４０付の軸体１を、スポンジ弾性層２を成形するための成形型（図５参照）に装填して、弾性層４０の外周に、スポンジ弾性層２を一体成形することができる。もちろん、上記他の弾性層４０を、既成のスポンジ成形体から円筒状に切り出し、これを軸体１に嵌合一体化したものを用い、その外周にスポンジ弾性層２を一体成形するようにしてもよい。

また、スポンジ弾性層２の外周面に形成する粗大開口凹部３は、上記の製法のように、円筒型２１の内周面に設けた凸部３０を賦形するのではなく、微細開口凹部４のみが多数分布形成されたスポンジ弾性層２をまず作製し、その外周面に、レーザー加工等によって、粗大開口凹部３を所定間隔で点在させるようにしてもよい。

さらに、スポンジ弾性層２の外周面に形成する粗大開口凹部３を、発泡セルによって、微細開口凹部４と同時に形成するようにしてもよい。この場合、スポンジ弾性層２形成用の材料組成物における各材料の種類と組成を調整することにより、特定の大きさに設定された粗大開口凹部３と微細開口凹部４とを、同時にスポンジ弾性層２の外周面において開口するよう形成することができる。なお、その場合、発泡によって得られる発泡セルのセル径分布が、例えば図８に示すような分布となるよう調整することが好適である。

つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。
〔実施例１〕
下記の軸体およびスポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物を用いて、以下の手順に従って、スポンジ弾性層の外周面に特定の粗大開口凹部と微細開口凹部が形成されたトナー供給ロール（図２および図３参照）を作製した。なお、スポンジ弾性層の外周面に粗大開口凹部を付与するために、上記スポンジ弾性層の成形型の内周面に、エッチング加工により、直径１５００μｍの半球状凸部を、１ｃｍ²当たり平均２０〜４０個となるようランダムに形成した。

＜軸体＞
直径５ｍｍのＳＵＭ２２製中実円柱状の軸体を準備した。

＜スポンジ弾性層のスポンジ組成物＞
ポリエーテルポリオール（三井化学社製、ＥＰ−８２８、ＯＨ価＝２８）９０重量部、ポリマーポリオール（三井化学社製、ＰＯＰ−３１−２８、ＯＨ価＝２８）１０重量部、ジエタノールアミン２重量部、シリコン整泡剤（日本ユニカー社製、Ｌ−５３０９）３重量部、水２重量部、第三級アミン触媒（花王社製、カオライザーＮｏ．３１）０．５重量部、第三級アミン触媒（東ソー社製、トヨキャットＨＸ−３５）０．１重量部、ＤＢＴＤＬ０．１重量部、およびイソシアネート（住友バイエルウレタン社製、スミジュールＶＴ−８０、ＮＣＯ％＝４５）３０．５重量部を配合してスポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物を調製した。

＜トナー供給ロールの作製＞
上記成形型に軸体を同軸的にセットして型を締め、成形空間内に上記スポンジ弾性層のスポンジ組成物を充填した後、その成形金型をオーブン内に入れ、発泡硬化させる（６０℃×３０分間）ことにより、軸体の外周面にスポンジ弾性層（外径１６ｍｍ）を形成した。このスポンジ弾性層の外周面には、平均開口径１５００μｍの粗大開口凹部が、１ｃｍ²当たり平均２０〜４０個の割合でランダムに並んでいる（すなわち点在している）。そして、上記粗大開口凹部と粗大開口凹部の間には、スポンジ弾性層成形時に発泡硬化して得られた微細開口凹部が、多数分布している。なお、上記微細開口凹部の平均開口径は、２００μｍであった。

〔比較例１〕
上記実施例１と同様のスポンジ組成物を用いて、スポンジ弾性層の外周面に凸条が形成されていないトナー供給ロール（図１参照）を作製した。それ以外は、上記実施例１と同様にした。

〔実施例２〜５、比較例２〜５〕
上記実施例１におけるスポンジ組成物の組成と、成形型内周面に形成する凸部の形状を変えることにより、後記の表１、表２に示すように、スポンジ弾性層の外周面に形成される粗大開口凹部の平均開口径と、微細開口凹部の平均開口径とが、実施例１とは異なるものを作製した。

このようにして得られた実施例１〜５および比較例１〜５の各トナー供給ロールの硬度を、前述の方法（図４参照）により測定した。また、各トナー供給ロールをトナーカートリッジに組み込み、このトナーカットリッジを、低温低湿（１５℃×１０％）の環境下に７日間放置した後、カラーレーザープリンタにセットし、画像出しを行った。そして、初期複写画像に濃淡ムラがないか否かを目視により評価して、トナー供給性能を評価した。また、同じく初期複写画像にゴースト等の不具合がないか否かを目視により評価して、トナー掻き取り性能を評価した。なお、上記評価は、いずれも、良好…○、やや不良…△、不良…×、の３段階評価とした。また、使用したトナーは、平均粒子径が７〜１０μｍのものであった。これらの結果を後記の表１、表２に併せて示す。

上記表１、表２の結果から、実施例１〜５のトナー供給ロールは、比較例１〜５のトナー供給ロールと比較して、トナー供給性能およびトナー掻き取り性能の両方の性能に優れていることがわかる。

本発明のトナー供給ロールの一実施の形態を示す模式的な説明図である。図１の要部拡大平面図である。図１の要部拡大断面図である。トナー供給ロールのウレタンスポンジ層の硬度の測定を方法を示す説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本発明のトナー供給ロールの製造に用いられる成形型の一例を示す模式的な説明図である。上記成形型の要部拡大断面図である。本発明のトナー供給ロールの他の実施の形態を示す模式的な説明図である。本発明のトナー供給ロールのさらに他の実施の形態におけるスポンジ弾性層のセル径分布を示す線図である。トナー供給ロール，現像ロールおよび感光ドラムの配置状態を模式的に示す説明図である。

符号の説明

２スポンジ弾性層
３粗大開口凹部
４微細開口凹部

Claims

軸体と、この軸体の外周面に沿って形成されたスポンジ弾性層とを有するトナー供給ロールであって、上記スポンジ弾性層の外周面に、平均開口径が１０００〜３０００μｍの粗大開口凹部が点在した状態で形成されているとともに、上記点在する粗大開口凹部の間に、平均開口径が１５０〜３００μｍの微細開口凹部が多数分布形成されていることを特徴とするトナー供給ロール。
上記粗大開口凹部の平均深さが、粗大開口凹部の平均開口径の１／２以下に設定されている請求項１記載のトナー供給ロール。