JP2007333830A

JP2007333830A - トナー供給ローラ、現像装置および画像形成装置

Info

Publication number: JP2007333830A
Application number: JP2006163057A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sano; 哲夫佐野; Yohei Nakade; 洋平中出; Ichiro Izumi; 一郎出水; Yoshikazu Aoki; 義和青木; Yusuke Okuno; 裕介奥野
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-27
Also published as: US20070286648A1; US7639973B2; CN101089747B; CN101089747A

Abstract

【課題】トナー供給ローラの発泡層の性質を適切に設定することにより、トナーの劣化やトナーこぼれ等を防止する。
【解決手段】樹脂発泡体またはゴム発泡体からなる発泡層４８を少なくとも外周に備えたトナー供給ローラ３８において、通気性が５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下、密度が５０ｋｇ／ｍ^３以上で且つ２００ｋｇ／ｍ^３以下、ヒステリシスロス率が３５％以上で且つ４５％以下である発泡層４８を用いる。供給ローラ３８の電気抵抗値は１０^３Ω以上１０^９Ω以下であることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはこれらの機能を複合的に備えた複合機等の画像形成装置、これらの画像形成装置において静電潜像担持体の静電潜像を現像するために用いられる現像装置、および現像装置において現像剤担持体にトナーを供給するために用いられるトナー供給ローラに関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置として、静電潜像担持体にトナーを付着させて現像を行う現像剤担持体と、その現像剤担持体に接触して設けられるとともに該接触部において現像剤担持体との間でトナーの供給・回収を行うトナー供給ローラを備えたものが提案されている。

トナー供給ローラとしては、例えば特許文献１に開示されているように、芯金と該芯金の外周に形成された発泡層とからなるものが提案されている。
特開２００１−３２４８６５号公報

発泡層の素材としては、ウレタンフォーム等の樹脂発泡体またはゴム発泡体が用いられ、発泡層の素材の性質によっては、様々な不具合が生じることが知られている。

具体的に、通気性が高い素材からなる発泡層は、現像剤担持体からトナーを掻き取る掻き取り性が低い。発泡層の掻き取り性が低いと、現像剤担持体上のトナーの入れ替わりが起こりにくくなるため、トナーの劣化が進みやすくなる。劣化したトナーは、帯電量の低下により現像剤担持体への付着力が弱まることから、現像装置からのトナーこぼれが生じやすい。

また、密度の小さな素材からなる発泡層は、現像剤担持体へ押し付けられる力が弱いため、掻き取り性が低くなる。したがって、上記と同様、現像剤担持体上のトナーの劣化を招きやすく、トナーこぼれが生じやすい。

逆に、密度の大きな素材からなる発泡層は、現像剤担持体へ押し付けられる力が強いため、発泡層と現像剤担持体との摺擦により、トナーへの外添剤の埋め込みが進行しやすくなることから、外添剤の機能（トナーに流動性を付与する機能、トナーの荷電を制御する機能等。）が損なわれやすい。

さらに、ヒステリシスロス率（変形及び回復の１サイクルにおける機械的エネルギーの損失率。詳細は後述する。）の小さな素材からなる発泡層は、現像剤担持体との接触に伴う変形から回復しやすく、現像剤担持体との密着力が強い。したがって、発泡層と現像剤担持体との摺擦によりトナーが劣化しやすく、トナーこぼれが発生しやすい。

逆に、ヒステリシスロス率が大きな素材からなる発泡層は、現像剤担持体との密着力が弱く、トナーの掻き取り性が低いため、トナーの劣化が進行しやすく、やはりトナーこぼれが発生しやすい。

以上のように、トナー供給ローラの発泡層の素材として、適切な通気性、密度およびヒステリシスロス率を有するものを用いなければ、上記のような不具合が生じてしまう。

そこで、本発明は、トナー供給ローラの発泡層の性質を適切に設定することにより、トナーの劣化やトナーこぼれ等を防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るトナー供給ローラは、
樹脂発泡体またはゴム発泡体からなる発泡層を少なくとも外周に備えたものであって、
上記発泡層は、通気性が５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であり、
密度が５０ｋｇ／ｍ^３以上で且つ２００ｋｇ／ｍ^３以下であり、
ヒステリシスロス率が３５％以上で且つ４５％以下であることを特徴とする。

本発明に係る現像装置は、上記のトナー供給ローラを備えたことを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、上記の現像装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、トナー供給ローラの発泡層の通気性、密度およびヒステリシスロス率の各値が適切に設定されているため、トナーの劣化やトナーこぼれ等の不具合を防止することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置２の概略構成を示す。ただし、本発明の特徴部分を明確にすることで発明の理解を容易にするために、画像形成装置の筺体は図面から除かれている。

画像形成装置２は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの機能を複合的に備えた複合機等の電子写真式画像形成装置である。現在、電子写真方式の画像形成装置として種々の形態のものが提案されているが、図示する画像形成装置は一つの現像装置しか備えていないモノクロ画像形成装置である。ただし、本発明は、この種の画像形成装置にのみ適用されるものではなく、他の形態の画像形成装置、例えば、所謂タンデム方式または４サイクル方式のカラー画像形成装置にも等しく適用できる。

画像形成装置２は、静電潜像担持体として円筒状の感光体４を有する。感光体の周囲には、その回転方向（図上時計回り方向）に沿って順に、帯電器６、露光装置８、現像装置１０、転写ローラ１２、およびクリーニング部材１４が配置されている。感光体４と転写ローラ１２との接触部（ニップ部）は転写領域２２を形成している。

実施の形態では、クリーニング部材１４として板状のブレードが使用されており、その一端側が感光体４の外周面に接触している。ただし、クリーニング部材１４はブレードに限るものでなく、その他のクリーニング部材（例えば、固定ブラシ、回転ブラシ、ローラ）を使用することもできる。

搬送路２６は、図示しない給紙装置から、給紙ローラ対１６のニップ部２０、転写領域２２、および定着ローラ対１８のニップ部２４を通って、図示しない排紙部まで延びている。

画像形成動作の一例について簡単に説明する。先ず、所定の周速度で回転駆動されている感光体４の外周面が帯電器６により帯電される。次に、帯電された感光体４の外周面に、画像情報に応じた光が露光装置８から投射され、静電潜像が形成される。続いて、静電潜像は、現像装置１０から供給される現像剤のトナーにより顕在化される。このようにして感光体４上に形成されたトナー像は、感光体４の回転により転写領域２２に達する。

一方、そのタイミングに合わせて、給紙装置に収容された用紙（記録媒体）が、給紙ローラ１６の回転により搬送路２６に送り出されて転写領域２２に搬送される。そして、転写領域２２において、感光体４上のトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は、搬送路２６のさらに下流側へ搬送され、定着ローラ１８によってトナー像が用紙に定着された後、排紙部に送り出される。

用紙に転写されることなく感光体４上に残留しているトナーは、感光体４とクリーニング部材１４との接触部に達すると、クリーニング部材１４で掻き取られ、感光体４の外周面から除去される。

次に、現像装置１０の構成を詳細に説明する。

図２に示すように、現像装置１０は、現像剤担持体としての現像ローラ３６、トナー供給ローラ３８、およびこれら現像ローラ３６と供給ローラ３８をトナーと共に収容するハウジング３２を有する。

トナーとしては、例えば一成分トナーが用いられ、必要に応じてチタン酸ストロンチウム等を含む外添剤が添加される。トナーの径は、特に限定されるものではないが、例えば６〜７μｍである。

現像ローラ３６と供給ローラ３８は、互いに平行な図示しない回転軸を中心として回転可能に、かつ、互いに接触した状態で設けられている。現像ローラ３６と供給ローラ３８は、図示しない駆動源に連結されており、その駆動源の駆動に基づいて図上反時計回り方向に回転するようになっている。供給ローラ３８の具体的な構成は後述する。

現像装置１０はまた、スクリュウ等からなる２つの搬送部材４０，４２を有し、これら搬送部材４０，４２によって、ハウジング３２内のトナーが循環されるようになっている。

ハウジング３２には、トナー供給用の開口部３４が形成され、この開口部３４に現像ローラ３６が位置している。

ハウジング３２の開口部３４近傍には、除電手段５０が設けられている。除電手段５０は、現像ローラ３６に当接する導電部材５２と、導電部材５２を現像ローラ３６へ押し当てるための押し当て部材５４を有する。

導電部材５２は、シート状の部材であり、その一端部がハウジング３２の開口部３４周縁に固定されるとともに、自由端である他端側が現像ローラ３６の外周面に沿って当接して設けられている。導電部材５２の素材としては、トナーよりも帯電系列上同極側に偏るとともに導電性を有するものが用いられ、具体的には例えばテフロン（商標名）等のフッ素樹脂が用いられる。

押し当て部材５４は、現像ローラ３６と共に導電部材５２を挟持するようにしてハウジング３２に保持されている。押し当て部材５４の素材としては、樹脂発泡体、ゴム発泡体、フェルト等が用いられ、具体的には例えばウレタンフォームが用いられる。

このような構成からなる現像装置１０では、供給ローラ３８の回転に基づいて、ハウジング３２に収容されているトナー、特に供給ローラ３８の周囲に存在するトナーが図上反時計回り方向に搬送され、現像ローラ３６と供給ローラ３８の対向する供給・回収領域６６で現像ローラ３６に担持される。この際、現像ローラ３６に供給されるトナーは、現像ローラ３６と供給ローラ３８との摩擦により予備帯電される。現像ローラ３６に担持されたトナーは、現像ローラ３６の回転とともに、現像ローラ３６の外周面に接触して配置されている規制部材４４の対向部に達すると、規制部材４４によって層厚が規制されるとともに、規制部材との摩擦接触により更に帯電される。このようにして所定の電荷が与えられたトナーは、現像ローラ３６の回転と共に感光体４と現像ローラ３６が対向する現像領域６８に達する。現像領域６８に達したトナーは、感光体４が担持する静電潜像（作像部分）に付着し、感光体４の外周面にトナー像を形成する。

現像領域６８を通過後、現像に供されずに現像ローラ３６上に残されたトナーは、現像ローラ３６の回転と共に現像ローラ３６と導電部材５２との接触部に達すると、導電部材５２により除電されて現像ローラ３６から剥離されやすい状態になった後、供給・回収領域６６で供給ローラ３８によって回収される。

次に、供給ローラ３８の構成を詳細に説明する。

供給ローラ３８は、円柱状の芯金４６と、該芯金４６の外周に形成された発泡層４８から構成されている。

芯金４６の素材としては、例えば鉄、ステンレス、アルミニウム、樹脂等が用いられる。芯金４６の表面には、腐食等を防止するためメッキ処理を行うようにしても良い。

発泡層４８の素材としては、樹脂発泡体またはゴム発泡体が用いられ、具体的には、耐久性に優れたポリウレタン発泡体を用いることが望ましい。発泡層４８の素材としてポリウレタン発泡体以外に用いられる具体例としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂の発泡体、ポリエチレン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂の発泡体が挙げられる。

発泡層４８には、必要に応じて導電性付与物質を含有させるようにしても良い。導電性付与物質としては、導電性カーボン、酸化錫、酸化亜鉛等の電子導電性物質、または過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、各種四級アンモニウム塩等のイオン導電性物質などがある。

発泡層４８に導電性を付与する方法としては、例えば、発泡体の原料に導電性付与物質を混合させた状態で発泡させる方法、または導電性付与物質を含む液中に発泡体を含浸させる方法が用いられる。

ポリウレタン発泡体の原料にイオン導電剤を混合させた状態で発泡させることで、ポリウレタン発泡体からなる発泡層４８に導電性を付与する方法の具体例を説明する。

先ず、ポリオール成分をミキシングヘッドに連続的に流入させる。また、ミキシングヘッドに流入する直前のポリオール成分に、窒素ガスを所定の流量で混入させる。ポリオール成分としては、例えば、ポリマーポリオール（三井化学株式会社製、商品名「ＰＯＰ２４−３０」）２０〜４０質量部、ポリエーテルポリオール（三井化学株式会社製、商品名「ＥＤ−３７」）４０〜６５質量部、ポリエステルポリオール（ダイセル化学株式会社製、商品名「ＰＣＬ３０５」）７質量部、金属触媒としてのニッケルアセチルアセトネート（ＯＳｉ社製、商品名「ＬＣ−５６１５」）２質量部、トリエチレンジアミンを主成分とするアミン系触媒（中京油脂株式会社製、商品名「ＬＶ３３」）０．１質量部、整泡剤（日本ユニカー株式会社製、商品名「Ｌ５２０」）１０質量部、及びイオン導電剤（トリメチルオクチルアンモニウム塩化物）０〜５質量部を含有するものが用いられる。上記３種類のポリオール、すなわちポリマーポリオール、ポリエーテルポリオール、及びポリエステルポリオールの合計量は１００質量部とする。

ポリオール成分の流入と同時に、ポリイソシアネート（日本ポリウレタン工業株式会社製、商品名「ＭＴＬ」）をミキシングヘッドに流入させる。ポリイソシアネートの流入量は、ポリオールのＯＨ基とポリイソシアネートのＮＣＯ基の当量比が０．９〜１．５となるように調整する。

次に、ミキシングヘッドにおいて混合された発泡原料をオークスミキサに供給して撹拌することで、泡状体を調製した後、泡状体を成形型に流し込む

続いて、泡状体が流し込まれた成形型を、例えば１６０℃に調温された加熱炉に収容し、例えば６０分間加熱して硬化させる。これにより、導電性が付与された発泡体を得ることができる。

導電性付与物質を含む液中に発泡体を含浸させることで発泡層４８に導電性を付与する方法の具体例を説明する。

先ず、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ＮＢＲ、ＣＲ、ポリエステル樹脂等の固形の樹脂を水中に安定分散させてなるラテックス中、またはポリウレタンやシリコーン等の液状の樹脂中に、上記の導電性付与物質に相当する電子伝導性フィラー（例えば、カーボンブラックやグラファイト等の炭素粉、ニッケル、銅、銀等の金属粉、若しくは導電性金属酸化物）を分散させて液状の原料を得る。該液状原料にポリウレタンフォーム等の発泡体を含浸させ、乾燥させたり架橋したりすることによって、電子伝導性フィラーを発泡体に容易に分散させることができる。これにより、導電性が付与された発泡体を得ることができる。

図３に示すように、発泡層４８は、無数の微小セルが密集した状態（互いに隣接した状態）で構成されている。各セルとこれに隣接するセルとの間には隔膜７２又は柱７４が存在しており、通常、隔膜７２に形成された開口部、柱７４と柱７４の間に形成された開口部、または隔膜７２と柱７４との間に形成された開口部を通じて連通している。

各セルの平均有効径は、２３０μｍ以上であることが好ましい。このように、セルの平均有効径をトナー径（約６〜７μｍ）よりも遙かに大きく設定することにより、セル中にトナーを取り込みやすくして、供給ローラ３８によるトナーの搬送量を十分に確保することができ、現像ローラ３６と供給ローラ３８の回転速度を大きくした場合や、ベタ画像を形成する場合でも、十分な濃度の画像を形成することができる。

発泡層４８の通気性は、ＪＩＳ−Ｌ１０９６Ａの試験方法による値が５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であることが好ましい。これにより、現像ローラ３６からトナーを掻き取る掻き取り性を十分に確保することができ、現像ローラ３６上のトナーの入れ替わりを良好に行うことができる。したがって、トナーの劣化を防止でき、現像ローラ３６へのトナーの付着力を十分に確保して、現像装置１０からのトナーこぼれを防止できる。

発泡層４８の通気性は種々の方法により調整可能であるが、例えば、発泡後の発泡体に可燃性ガスを導入し、発泡体のセルを囲む隔膜を燃焼により除去することによって開口部を形成し、適切な通気性に調整することができる。

発泡層４８の密度は、５０ｋｇ／ｍ^３以上で且つ２００ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましい。

発泡層４８の密度を５０ｋｇ／ｍ^３以上とすることで、発泡層４８を現像ローラ３６へ十分な力で押し付けることができ、トナーの掻き取り性を高めることができる。したがって、現像ローラ３６上のトナーの劣化を防止でき、トナーの現像ローラ３６への付着力を十分に確保できることから、トナーこぼれの発生を防止できる。

また、発泡層４８の密度を２００ｋｇ／ｍ^３以下とすることで、発泡層４８が必要以上に強い力で現像ローラ３６へ押し付けられることを防止でき、トナーへの外添剤の埋め込みを防止できる。

発泡層４８の密度は種々の方法により調整可能であるが、例えば、発泡層４８の素材の選定や、発泡剤の添加量の増減等により調整することができる。

発泡層４８のヒステリシスロス率は、ＪＩＳ−Ｋ６４００の試験方法による値が３５％以上で且つ４５％以下であることが好ましい。

ここで、ヒステリシスロス率とは、変形及び回復の１サイクルにおける機械的エネルギーの損失率であり、圧縮により変形した状態から開放により形状が回復する際の回復し難さを示す。すなわち、ヒステリシスロス率が大きい発泡層４８ほど、現像ローラ３６との接触に伴う変形から回復し難いため、現像ローラ３６との密着力が弱く、ヒステリシスロス率が小さい発泡層４８ほど、現像ローラ３６との接触に伴う変形から回復し易いため、現像ローラ３６との密着力が強い。

発泡層４８のヒステリシスロス率を３５％以上とすることで、現像ローラ３６に対して必要以上に強い力で密着することを回避して、トナーの劣化を防止でき、トナーの劣化に伴うトナーこぼれの発生を防ぐことができる。

また、発泡層４８のヒステリシスロス率を４５％以下とすることで、現像ローラ３６との密着力を十分に確保でき、トナーの掻き取り性を良好にすることができる。したがって、現像ローラ３６上のトナーの入れ替わりが良好に行われることから、トナーの劣化を防止でき、トナーこぼれの発生を防ぐことができる。

発泡層４８のヒステリシスロス率は種々の方法により調整可能である。例えば、発泡層４８の素材の変更、素材の組成比の変更、または導電性付与物質の添加量の増減により調整することができる。また、発泡層４８の表面に樹脂の皮膜をコーティングするようにしても良く、この場合、皮膜として用いる樹脂の種類や量を変更することで、ヒステリシスロス率の調整が可能である。

供給ローラ３８の電気抵抗値は、１０^３Ω以上１０^９Ω以下であることが好ましい。供給ローラ３８の電気抵抗値を１０^３Ω以上とすることで、現像ローラ３６と供給ローラ３８の間にバイアスを印加した際のリークの発生を防止できる。また、供給ローラ３８の電気抵抗値を１０^９Ω以下とすることで、現像ローラ３６と供給ローラ３８の間にバイアスを印加した際に、供給ローラ３８から現像ローラ３６へのトナーの搬送性を十分に確保することができる。

供給ローラの発泡層のサンプルとして、素材の性質が異なる１８種類のサンプル（実施例１〜実施例６、比較例１〜比較例１２）を用意し、それぞれのサンプルの性能を評価する試験を行った。

サンプルは、いずれもポリウレタンフォーム製のものを用いた。実施例１〜実施例４、実施例６、比較例１〜比較例１０のサンプルにはイオン導電剤（トリメチルオクチルアンモニウム塩化物）を添加し、実施例５と比較例１２のサンプルには導電剤としてカーボンブラックを添加した。比較例１１のサンプルには導電剤を添加しなかった。

実施例１〜実施例４、実施例６、比較例１〜比較例１０のサンプルへのイオン導電剤の付与は、ポリウレタン発泡体の原料にイオン導電剤を混合させた状態で発泡させることで行った。実施例５と比較例１２のサンプルへのカーボンブラックの付与は、カーボンブラックを含有したアクリルエマルジョンをポリウレタン発泡体に含浸させ、乾燥させることで行った。

各サンプルを発泡層とするトナー供給ローラを製造した。

各サンプルを発泡層とするトナー供給ローラの製造方法を説明する。先ず、サンプルを４０×４０×３００ｍｍの直方体にカットし、芯金を差し込むため直径６ｍｍの穴を空けた。次に、予めホットメルト接着剤をロールコータにて塗布した直径８ｍｍの鉄製芯金をサンプルの穴に通した後、電磁誘導加熱機にて芯金を加熱して接着剤を溶融し、サンプルと芯金を接着した。続いて、芯金の冷却により接着が完了した後、サンプルを外径が１４．８ｍｍとなるように切削加工した。

各サンプルについて、通気性、密度、ヒステリシスロス率、抵抗およびセルの平均有効径をそれぞれ測定した。測定結果は、図５に示す通りである。

通気性は、ＪＩＳ−Ｌ１０９６Ａの測定方法に基づき、フラジール型試験機を使用し、差圧１２５Ｐａ時の通気度を測定した。

密度は、サンプルの寸法から体積を求めるとともに、質量を測定し、体積と質量の値から算出した。

ヒステリシスロス率は、ＪＩＳ−Ｋ６４００に準じた測定により求めた。具体的に、大きさが１００×１００×５０ｍｍである試料を用い、応力−歪測定器に取り付けた。直径２００ｍｍの円形加圧板で試料を元厚の７５％（試料の厚みが元厚の２５％になるまで）圧縮し、直ちに開放した。３〜５分間放置した後、加圧板を３０ｍｍ／ｍｉｎの速度で試料へ押し込み、試料を元厚の２５％（試料の厚みが元厚の７５％になるまで）圧縮した後、加圧板を押し込み時と同じ速度で且つ逆方向へ移動させ、試料への荷重を取り除いた。この加圧板の往復時における荷重の大きさと試料のたわみ率を測定した。かかる測定により、図４に示す変形時の荷重−たわみ曲線と回復時の荷重−たわみ曲線が得られ、これら２つのたわみ曲線を用いて、下記の式によりヒステリシスロス率を求めた。

供給ローラの電気抵抗値は、銅製の平板上に供給ローラを載置するとともに供給ローラの芯金の両端部に０．９８Ｎ（１００ｇｆ）の荷重をかけた状態で、芯金と平板との間の電気抵抗を測定することで求めた。具体的に、芯金と平板との間に１０Ｖの直流電圧を印加し、印加を開始した５秒後の電流値を計測することで、電気抵抗値を算出した。

発泡層のセルの平均有効径は、サンプルを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、３視野、倍率３５倍で観察・撮影した写真で、各視野で５０個、すなわち合計１５０個のセルの有効径を読み取り、それらの有効径の平均値を算出した。

各サンプルの性能評価は、トナーへの外添剤の埋め込み、掻き取り性、およびトナーこぼれの各項目について行った。また、各サンプルについて、現像を行う際に発生する問題点の有無を確認した。

トナーへの外添剤の埋め込みの評価は、次の方法で行った。

先ず、新品トナーに添加された外添剤の含有量Ａnew（％）を、蛍光Ｘ線分析機を用いて定量した。続いて、次に述べる方法により新品トナーの洗浄を行い、洗浄後の新品トナーに添加された外添剤の含有量Ｂnew（％）を定量した。具体的に、新品トナーを、トリトン溶液（ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテル水溶液）に入れた状態で超音波洗浄器により３分間洗浄した後、一晩静置した。この操作により、トナーに弱い力で付着していた外添剤が、トナーから離脱し溶液中に分散する。この溶液の上澄み液をデカンテーションし、沈殿物であるトナーを回収した。回収したトナーを真空乾燥機により約１２時間乾燥させた後、蛍光Ｘ線分析機を用いて外添剤の含有量Ｂnew（％）を定量した。

このようにして定量した外添剤の含有量Ａnew及びＢnewの値を用いて、下記の式により新品トナーの付着強度Ｃ・new（％）を算出した。

続いて、使用開始後のトナーの付着強度Ｃ・oldを、次の方法により求めた。

現像装置としてＭａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用トナーカートリッジ（コニカミノルタ製）を用意するとともに、該現像装置を駆動するための外部駆動機を作成した。外部駆動機の設定は、現像ローラの回転数が１４０ｒｐｍ、供給ローラの回転数が１５５ｒｐｍとなるように調整した。現像ローラと供給ローラとの間には電位バイアスを印加せずに同電位の状態とした。さらに、現像装置を分解して、供給ローラを上記のようにサンプルを用いて製造したものと交換した後、現像装置を組み立て直すとともに、ホッパー部に５０ｇのトナーを入れた。トナーとしては、Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用マゼンタトナーを使用した。そして、現像ローラと供給ローラを連続４時間駆動させた後、現像装置を分解して内部のトナーを取り出した。

取り出した使用開始後のトナーについて、新品トナーと同様に、洗浄前の外添剤の含有量Ａold（％）と洗浄後の外添剤の含有量Ｂold（％）を定量するとともに、下記の式により使用開始後のトナーの付着強度Ｃ・old（％）を算出した。

こうして得られた付着強度Ｃ・new及びＣ・oldの値を用いて、下記の式により付着強度の増加量（％）を算出した。トナーへの外添剤の埋め込みの評価結果を、付着強度の増加量が、５％以下のものを「○」、５％を超えるとともに１０％以下であるものを「△」、１０％を超えるものを「×」で表した（図５参照）。

掻き取り性の評価は次の方法で行った。

現像装置としてＭａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用トナーカートリッジ（コニカミノルタ製）を用いるとともに、該現像装置を駆動するための外部駆動機を作成した。外部駆動機の設定は、現像ローラの回転数が１４０ｒｐｍ、供給ローラの回転数が１５５ｒｐｍとなるように調整した。現像ローラと供給ローラとの間には電位バイアスを印加せずに同電位の状態にした。さらに、現像装置を分解して、供給ローラを上記のようにサンプルを用いて製造したものと交換した後、現像装置を組み立て直した。この際、現像ローラ上のトナーをエアーやウエス等により取り除いた。また、ホッパー部に５０ｇのトナーを入れた。トナーとしては、Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用マゼンタトナーを使用した。

先ず、現像ローラと供給ローラを回転させるためのスイッチをオンにして、直ちにオフにした。これにより停止した現像ローラ上のトナー（以下、「１回転目のトナー」という。）を採取した。次に、上記スイッチを再びオンにして３０秒後にオフにした。これにより停止した現像ローラ上のトナー（以下、「３０秒後のトナー」という。）を採取した。

採取した１回転目のトナーと３０秒後のトナーのそれぞれについて、ＦＰＩＡ−２１００（シスメックス株式会社製）で体積粒度分布を測定した。粒度分布とは、どのような粒径の粒子がどのような割合（全体を１００％とする相対粒子量）で含まれているかを示す指標である。また、体積粒度分布とは、粒子量の基準として体積を用いた粒度分布である。

１回転目のトナーの粒度分布、および３０秒後のトナーの粒度分布をそれぞれ累積分布に置き換えた。累積分布とは、特定の粒径以上の粒子量が全体の何％であるかを表したものである。

粒径水準を１０個作成し、小さいものから順に第１番目〜第１０番目とした。第１番目の粒径水準において、１回転目の粒度分布値をＸ_１、３０秒後の粒度分布値をＹ_１とし、第ｎ番目の粒径水準において、１回転目の粒度分布値をＸｎ、３０秒後の粒度分布値をＹｎとした。これにより得られる点Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）、すなわちＰ_１〜Ｐ_１０について、標準ＳＮ比を求めるための公知の計算式を用いて、標準ＳＮ比を計算した。

標準ＳＮ比は、信号（Ｓ：シグナル）と誤差（Ｎ：ノイズ）の比をデシベル値で表したものであり、標準ＳＮ比の値が大きいほど誤差が小さいことを示す。すなわち、上記のように求めた標準ＳＮ比の値が大きいほど、１回転目の粒度分布と３０秒後の粒度分布の変化が小さいこととなる。

供給ローラの掻き取り性が悪いと、現像ローラ上のトナーの入れ替わりが起こりにくく、特にトナーの小径粒子が現像ローラ上に付着したまま残りやすくなる。したがって、トナー全体に占める小径粒子の割合が増加するため、１回転目と３０秒後の粒度分布が大きく変化し、ＳＮ比の値が小さくなる。逆に、供給ローラの掻き取り性が良好である場合、１回転目と３０秒後の粒度分布の変化が小さく、ＳＮ比の値が大きくなる。

このような観点から、掻き取り性の評価結果を、標準ＳＮ比の値が２７ｄｂ以上のものを「○」、２５ｄｂ以上２７ｄｂ未満のものを「△」、２５ｄｂ未満のものを「×」で表した（図５参照）。

トナーこぼれの評価は次の方法で行った。

現像装置として４つのＭａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用トナーカートリッジ（コニカミノルタ製）を用いた。４つの現像装置を分解して、それぞれ供給ローラを上記のようにサンプルを用いて製造したものと交換した後、現像装置を組み立て直すとともに、各現像装置に対応する色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナーをホッパー部に２００ｇ入れた。トナーとしては、Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用のトナーを使用した。

その後、現像装置を画像形成装置にセットして、ＬＬ環境（雰囲気温度１０℃、湿度１５％）の下で白紙画像の印字を１００００枚行った。この印字によりトナーこぼれが発生した枚数をカウントし、トナーこぼれの評価結果を、トナーこぼれの発生枚数が５００枚以下のものを「◎」、５００枚を超えるとともに１０００枚以下であるものを「○」、１０００枚を超えるとともに１５００枚以下であるものを「△」、１５００枚を超えるものを「×」で表した（図５参照）。

現像を行う際に発生する問題点を、次の方法により確認した。

その後、現像装置を画像形成装置にセットして印字を行った。印字された画像を目視して、画像の濃度不足、かすれの発生、ノイズの発生（現像ローラと供給ローラの間のリークに起因するもの）などといった現像時に発生する問題点の有無を確認した。

図５に示す試験結果より、次のことを確認することができた。

通気性が５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓを超える比較例１、比較例４、比較例６、比較例７のサンプルは、いずれもトナーこぼれが発生した。

なお、実施例６では通気性が０．３２ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ未満でもトナーこぼれは発生しなかった。換言すれば、通気性の最適範囲の下限値は高くとも０．３２ｍｌ／ｃｍ^２／ｓとなる。

密度が５０ｋｇ／ｍ^３未満である比較例１、比較例２のサンプルは、掻き取り性が悪く、トナーこぼれが発生した。他方、密度が２００ｋｇ／ｍ^３を超える比較例３、比較例４、比較例８のサンプルは、トナーへの外添剤の埋め込みが発生した。

ヒステリシスロス率３５％未満の比較例５、比較例７のサンプルは、トナーこぼれが発生した。他方、ヒステリシスロス率が４５％を超える比較例３、比較例４、比較例９のサンプルは、掻き取り性が悪く、トナーこぼれが発生した。

なお、通気性と密度が適切に設定された比較例５のサンプルは、トナーこぼれ評価が△であり、トナーこぼれの発生率は比較的低かった。これは、トナーこぼれの発生が、発泡層のヒステリシスロス率に起因する度合いよりも、発泡層の通気性や密度に起因する度合いの方が大きいためであると考えられる。

供給ローラの電気抵抗値が１０^３Ω未満である比較例１２のサンプルは、印字した画像にノイズが発生した。これは、現像時において現像ローラと供給ローラの間にリークが発生したためであると考えられる。他方、供給ローラの電気抵抗値が１０^９Ωを超える比較例１１のサンプルは、印字した画像に濃度不足やかすれが発生した。

発泡層のセルの平均有効径が２３０μｍ未満である比較例３、比較例４、比較例７、比較例８、比較例１０のサンプルは、印字した画像に濃度不足が発生した。

これに対して、実施例１〜実施例６のサンプルは、いずれの項目においても良好な性能を示すことを確認できた。

以上より、供給ローラの発泡層は、通気性が５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下、密度が５０ｋｇ／ｍ^３以上で且つ２００ｋｇ／ｍ^３以下、ヒステリシスロス率が３５％以上で且つ４５％以下であることが好ましいことを確認できた。さらに、供給ローラの電気抵抗値が１０^３Ω以上で且つ１０^９Ω以下であり、発泡層のセルの平均有効径が２３０μｍ以上であることが好ましいことを確認できた。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る現像装置を示す断面図である。発泡層のセル構造を示す図である。ヒステリシスロス率を算出するための荷重−たわみ曲線を示すグラフである。発泡層の性能評価試験の試験結果を示す表である。

符号の説明

２画像形成装置、
１０現像装置、
３８トナー供給ローラ、
４６芯金、
４８発泡層。

Claims

樹脂発泡体またはゴム発泡体からなる発泡層を少なくとも外周に備えたトナー供給ローラであって、
上記発泡層は、通気性が５ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であり、
密度が５０ｋｇ／ｍ^３以上で且つ２００ｋｇ／ｍ^３以下であり、
ヒステリシスロス率が３５％以上で且つ４５％以下であることを特徴とするトナー供給ローラ。
電気抵抗値が１０^３Ω以上１０^９Ω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。
上記発泡層のセルの平均有効径が２３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のトナー供給ローラ。
請求項１〜３のいずれかに記載のトナー供給ローラを備えたことを特徴とする現像装置。
請求項４に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。