JP2008275672A - トナー搬送ローラおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】横白スジ画像不良を発生させることのないトナー供給ローラを提供する。
【解決手段】弾性層２を、直径の平均値が0.1〜1.0mmの粒子を含有するポリウレタンで構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置において、感光体や紙等の画像形成体にトナー（現像剤）を供給してその表面に可視画像を形成する現像ローラに対しトナーを供給するために用いるトナー供給ローラとして好適に用いられるトナー供給ローラおよびその製造方法に関し、特に、トナーの帯電性を最適化し、前記可視画像の横白スジ入り不良を防止することのできるものに関する。

複写機やプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、感光体や紙等の画像形成体にトナー（現像剤）を供給してその表面に可視画像を形成する現像ローラに対しトナーを供給するため、トナー供給ローラが用いられる。

図１は、このようなトナー供給ローラを示す側面図、図２は、その弾性層の外周面を半径方向外側からみた展開図、図３は、弾性層の外周面近傍を示す断面図であり、トナー供給ローラ１０は、シャフト１の周囲に形成されたポリウレタン製の弾性層２を具えており、弾性層２の外周面２ａには、そこに開口するセル３が多数形成され、また、外周面に開口しないセル４も弾性層２の内部には多数形成されており、これらのセル４の多くは、直接的に、もしくは、他のセル４を介して、外周面２ａに開口するセル３に連通する。

図４は、トナー供給ローラ１０を、画像形成装置へ装着された状態において示す模式図であり、トナー供給ローラ１０は、現像ローラ１１に対して、相互に押圧しながら回転するとともに、所定の帯電量を有するよう調整された新しいトナー１２をホッパー１４から汲み上げ、汲み上げたトナー１２を外周面２ａ上に保持して現像ローラを凹み代δだけ押圧する押圧部分１５まで運び、押圧部分１５で、現像ローラ１１に新しいトナー１２を供給するとともに、現像ローラ１１から古いトナー１３を掻き取り、掻き取ったトナー１３を外周面２ａ上に保持してホッパー１４まで運びそこで古いトナー１３を放出して回収するよう機能する。

トナー供給ローラ１０にこのような機能を付与するため、その弾性層２には、その外周面２ａに、トナーを保持することのできるセル３を多数個、開口させる必要があり、また、トナーの貯蔵量を増加させるため、内部にも、それらの表面に開口するセル３に連通するセル４を多数具えた連通セル構造のポリウレタン製のものが用いられている。

そして、このようなトナー供給ローラ１０を形成するため、弾性層２を、粒子を含有させた弾性体で構成し、これらの粒子を外周面２ａに露出させることによって外周面２ａにトナーを保持する凹凸を形成することが提案されている（例えば、特許文献1参照。）。
特開平１−２５５８７３号公報

しかしながら、上記の従来技術においては、粒子の大きさを、0.01mm程度とするのが好ましいとしているが、実際、このような粒子入りのトナー供給ローラを装着した画像形成装置で可視画像を形成しても、必ずしも満足な結果を得ることができず、特に、横白スジ画像不良と言われる不良に関しては、これを十分に防止することができず、画像形成装置をしばらく停止したあと再始動したときトナー供給ローラの1回転分の周長を１ピッチとする横白スジが可視画像に現れてしまうことが判った。

そして、この横白スジ画像不良は、以下のようにして発生することも判った。すなわち、画像形成装置をしばらく停止させていると、トナー供給ローラ１０の前記押圧部分１５に含まれるセル３内のトナーは、時間の経過とともに周囲の電界の影響を受けて帯電過多となってゆき、装置を再稼働させたとき、装置の停止中に押圧されていた部分のトナーだけが帯電過多となっているため、その部分に対応する可視画像上のトナー濃度が他の部分より低くなり、トナー供給ローラの周長を１ピッチとする横白スジ入りが発生することが判った。

もちろん、装置を再稼働したあと、連続して使用していると、時間の経過とともに、トナー供給ローラ１０の外周面２ａに開口するセルに収容されているトナーは次第に入れ替わって行き、周方向に不均一だったトナーの帯電分布は均一化されてゆくが、可視画像上で横白スジとして顕在化させないためには、長時間空運転を継続する必要があり、その帯電分布の短時間での均一化が求められていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、横白スジ画像不良を発生させることのないトナー供給ローラを提供することを目的とする。

＜１＞は、シャフトの周囲に、外周面に開口するセルを多数含有した弾性層を配置してなり、画像形成装置内に設けられた現像ローラに周面同士を押圧させながら回転してトナーを供給するトナー供給ローラにおいて、弾性層を、直径の平均値が0.1〜1.0mmの粒子を含有するポリウレタンで構成してなるトナー供給ローラである。

＜２＞は、＜１＞において、前記粒子の、弾性層全体に対する容積割合を3〜50%とするトナー供給ローラである。

＜３＞は、＜１＞もしくは＜２＞のトナー供給ローラを製造する方法において、筒状金型の内周面によって形成されるキャビティに前記シャフトと前記粒子を配置したあと、このキャビティにウレタン材料を注入して硬化させ弾性層を形成するトナー供給ローラの製造方法である。

＜１＞によれば、弾性層を、直径の平均値が0.1〜1.0mmの粒子を含有するポリウレタンで構成したので、トナー供給ローラの、現像ローラに対する非押圧時には形成されていなかった外周面上の凹部が、現像ローラに対する押圧時に形成され、この凹部によってトナーを保持することができ、その結果、現像ローラとの間で行われるトナーの入替を効率的に行わせることができ、装置の停止状態において局部的に帯電過多となったトナーを早期に入れ替えてトナー供給ローラ上の帯電分布を速やかに均一化することができる。

＜２＞によれば、粒子の、弾性層全体に対する容積割合を3〜50%としたので、トナー供給ローラにおける帯電性能を最適化することができ、この容積割合を3%未満にすると、上記に記した、粒子を含有させることによる効果を十分に得ることができず、一方、これを50%を超えるものとする場合には、弾性層の柔軟性が犠牲になることにより現像ローラに所望の帯電性能を有するトナーを供給することができない。

＜３＞によれば、筒状金型の内周面によって形成されるキャビティに前記シャフトと前記粒子を配置したあと、このキャビティにウレタン材料を注入して硬化させ弾性層を形成するので、効率よく、粒子を含有する弾性層を形成することができ、もし、粒子を、予め成形材料中に混ぜておき、この材料を円筒状の金型内に注入しようとした場合には、粒子が大きいため、材料を供給する配管やノズルを詰まらせてしまう虞があるという問題を解消することができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。トナー供給ローラ１０は、先に、図１を参照して説明したように、シャフト１の周囲に形成されたポリウレタン製の弾性層２を具えて構成され、そして、図５に、弾性層外周面を半径方向外側から見た展開図で示すように、外周面には、弾性層２に含有された粒子５の少なくとも一部が露出するよう構成されており、また、外周面２ａには、そこに開口するセル３が多数形成され、さらに、外周面２ａに開口しないセル４も弾性層内部には多数形成されており、これらのセル３および４の多くは、互いに、連通していて連通セル構造を形成している。

本発明のトナー供給ローラ１０において、弾性層２に含有される粒子の直径の平均値が0.1〜1.0mmであることを特徴としており、トナー供給ローラ１０が現像ローラ１１と押圧しあうときに粒子５が形成する凹凸によって、、現像ローラとのトナーの受け渡たしを効果的に行わせ、よって、装置の停止時に、トナー供給ローラの周面上に局在化した帯電分布を速やかに均一化し、よって、横白スジ不良を防止することができる。

図６は、現像ローラ１１と接触していない部分における弾性層２の外周面２ａの近傍を示す断面図であり、図７は、これが、現像ローラ１１と押し合う押圧部分１５となった状態における断面図であり、外から力が加わらない状態においては、図６に示すように、弾性層２の外周面２ａは、粒子５の深さ位置にかかわらず、金型成型時に形成された通りの凹凸のない表面を有するが、表面近傍に位置する粒子５の深さが異なっていると、この外周面２ａが、現像ローラ１１と押圧しあう押圧部分１５に位置したときには、粒子５の部分とそれ以外の部分との変形性の違いにより全体が不規則に変形して僅かな凹部６が形成される。
そして、トナー供給ローラ１０の表面が、現像ローラ１１に対する押圧部分１５の領域を出入りするたびに、凹部６の形成・消滅が繰り返され、その結果、凹部６に貯められていたトナーは排出され、一方、トナー供給ローラ１０の外周面2ａが現像ローラ１１と離れるとき、現像ローラ周面上の古いトナーをここに取り込むことができ、トナーの入れ替えを効果的に行うことができるのである。

ここで粒子の直径は、0.1〜1.0mmであることが必須であり、これが0.1mm未満とした場合には、粒子が小さすぎて、トナーを十分に保持することができず、また、これが1.0mmを超えてしまうと粒子５の位置に対応する画像の濃淡が可視化画像に現れてしまう。

以上のような特徴を有するトナー供給ローラ１０は、例えば、以下のようにして形成することができる。すなわち、図６に断面図で示すように、円筒状の金型３１にシャフト１を配置し、金型３１の一端をキャップ３２で閉じた後、粒子を、例えば粉体滴下ノズル等を用いて注入し（図８（ａ）参照）、その後、金型３１の他端もキャップ３２で閉止してキャビティ３３を形成し（図８（ｂ）参照）、その中にポリウレタン材料を注入して、金型内で発泡硬化させる。注入する材料としては、ポリオール、イソシアネート、水、および、触媒を攪拌混合したものを用いる。

このように、ウレタン材料の注入前に、粒子５をキャビティ３３内に配置しておくことにより、粒子５を材料に含有させることができ、また、粒子５を先に注入しておいても、ウレタン材料を注入する際の圧力で、粒子５をキャビティ内で均一に攪拌することができ、その結果、弾性層の表面にも、粒子５を均一に露出させることができる。

ここで、粒子５として用いる材料には、ウレタンチップや他の高分子粒子、あるいは種々のセラミックスを用いることができる。また、これらの粒子５の形状は球形に限定される必要はなく、その場合、それらの粒子５の容積が、0.1〜1.0mmの球形の粒子に相当するものであればよい。

また、粒子の全弾性層体積に占める容積割合は、3〜50%とするのが好ましい。

円筒状の金型３１を用い、前述の説明にしたがって、この中にシャフト１を配置し、金型３１の一端をキャップ３２で閉じた後、粒子５を注入し、その後、金型３１の他端もキャップ３２で閉止してキャビティ３３を形成し、そのなかにポリオール、イソシアネート、水、および、触媒を攪拌混合した材料を注入して、金型内で発泡硬化させ、弾性層２に含有させる粒子の平均径が互いに異なる複数種類のトナー供給ローラを試作し、それらを、実施例１〜３、および、比較例１、２とした。

いずれの例においても、弾性層２に含有させる粒子５としては、ウレタンチップを用い、また、粒子の全弾性層体積に占める容積割合は、15%とした。

そして、それらの例のトナー供給ローラ１０について、それぞれの弾性層に含有される粒子の平均直径を算出するとともに、それらのローラを、対応するプリンタに装着して画像出しテストを行った。連続運転後、一旦、装置を24時間停止したあと、稼働を再開し、再開直後の横白スジの有無および凹凸跡の有無を目視で判定した。結果を表１に示す。

なお、これらの例のトナー供給ローラ１０は、すべて、同じ材料を用い、同じ寸法に仕上げた。シャフトの径は5mm、弾性層２の直径は16mm、その長さは200mmであった。また、弾性層の配合は、表２に記す通りである。また、粒子の平均直径は、粒子分布測定装置を用いて測定した。

*1) 三洋化成工業(株)製, ポリエーテルポリオール
*2) 架橋剤
*3) 東レ・ダウコーニングシリコーン(株)製, シリコーン整泡剤
*4) 花王(株)製, アミン触媒
*5) 花王(株)製, アミン触媒
*6) ＴＤＩ−８０と粗ＴＤＩの混合物中の質量比を示す。なお, ＴＤＩ−８０は, ２,４-トリレンジイソシアネート（Ａ）と２,６-トリレンジイソシアネート（Ｂ）との質量比（Ａ／Ｂ）が80／20の混合物である。
*7) ポリイソシアネート成分系の使用量を指数表示したものである。（ＮＣＯインデックス ＝ （ポリイソシアネート成分系中のＮＣＯのモル数／ポリオール成分系中の水を含めたイソシアネート反応性活性水素基の合計モル数）×100）

トナー供給ローラを示す側面図である。 トナー供給ローラの弾性層の外周面を半径方向外側からみた展開図である。 トナー供給ローラの弾性層の外周面近傍を示す断面図である。 画像形成装置への装着下にあるトナー供給ローラを示す模式図である。 弾性層の外周面を半径方向外側から見た展開図である。 押圧部分でない部分における弾性層の外周面の近傍を示す断面図である。 押圧部分における弾性層の外周面の近傍を示す断面図である。 トナー供給ローラを形成するのに用いる金型を示す断面図である。

符号の説明

１ シャフト
２ 弾性層
２ａ 弾性層の外周面
３ 外周面に開口するセル
４ 表面に開口しないセル
５ 粒子
６ 凹部
１０ トナー供給ローラ
１１ 現像ローラ
１２ 新しいトナー
１３ 古いトナー
１４ ホッパー
１５ 押圧部分
３１ 円筒状の金型
３１ａ 金型の内周面
３２ キャップ
３３ キャビティ

Claims (3)

1. シャフトの周囲に、外周面に開口するセルを多数含有した弾性層を配置してなり、画像形成装置内に設けられた現像ローラに周面同士を押圧させながら回転してトナーを供給するトナー供給ローラにおいて、
   弾性層を、直径の平均値が0.1〜1.0mmの粒子を含有するポリウレタンで構成してなるトナー供給ローラ。
2. 前記粒子の、弾性層全体に対する容積割合を3〜50%とする請求項１に記載のトナー供給ローラ。
3. 請求項１もしくは２に記載のトナー供給ローラを製造する方法において、筒状金型の内周面によって形成されるキャビティに前記シャフトと前記粒子を配置したあと、このキャビティにウレタン材料を注入して硬化させ弾性層を形成するトナー供給ローラの製造方法。

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