JP2009020198A - トナー供給ローラー - Google Patents

Abstract

【課題】ポリウレタンフォーム層のセルへのトナーの蓄積を抑制し、現像ローラーへのトナーの搬送や、現像ローラー上の残留トナーの掻き取りを充分に均一に行うことができ、画像形成装置において良好な画像が得られるトナー供給ローラーを提供する。
【解決手段】芯金外周に、ポリオールとポリイソシアネートとを含むポリウレタン材料を用いて形成されるポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラーにおいて、
ポリウレタンフォーム層が、通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．５Ｌ／ｍｉｎ以下で、ヒステリシスロス率が２０％以下であり、且つ密度が０．０５ｇ／ｃｍ³以上０．２ｇ／ｃｍ³以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、複写装置、画像記録装置、ページプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置の現像装置に備えられるトナー供給ローラーに関する。

複写装置、画像記録装置、ページプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置には、感光体や静電記録誘電体等の潜像担持体に形成した静電潜像の現像を行う現像装置が備えられている。現像装置には、トナー（現像剤）を収納するホッパーと、このホッパーの開口を閉塞するように、その一部をホッパーから露出して設けられる現像ローラーと、現像ローラーに当接して、その上に一定厚さのトナー薄膜を形成する現像ブレードとが備えられる。トナーは現像ローラーの回転に伴い現像ブレード間を通過する際、摩擦帯電され、感光体等の静電潜像担持体に搬送され、より高電位の静電潜像へ移動し、現像を行うようになっている。

このような現像装置には、ホッパー内において、現像ローラー表面に静電潜像の現像に使用されずに残留するトナーを掻き取り、ホッパー内の新たなトナーを現像ローラー上に供給するトナー供給ローラーが設けられる。尚、現像ローラーから掻き取られた現像残トナーは、ホッパー内のトナーと混合され、その帯電が希釈され消失される。

この種のトナー供給ローラーには、現像ローラーとの間で、現像残トナーを除去し新たなトナーの供給を滞りなく行うため、低硬度若しくは柔軟性を有し、トナーの搬送性が要求される。このため、トナー供給ローラーには、柔軟で表面に開口を有するポリウレタンフォーム等の発泡弾性体層が設けられている。

発泡弾性体層としては、個々のセル（気泡）が独立した独立気泡によるものと、セル同士がセル膜に開いた開口により連結された連続気泡によるものとがある。独立気泡の発泡弾性体においては、表面に開口したセルにより現像ロ−ラーへのトナーの供給を行う。このため、トナー供給量が少ない上に、トナーが表面のセルに詰まりセルを閉塞しトナーのの循環を低下させる結果、トナー供給ローラーにおいてトナーの搬送力が低下する傾向を有する。このようなトナー供給ローラーを用いて画像の形成を行うと、得られる画像において濃度低下や、ゴースト等の不具合が発生するという問題がある。

一方、連続気泡の発泡弾性体においては、発泡弾性体上のトナーが流動しやすく、新しいトナーを供給し、更に低硬度を維持することができるという利点がある。しかしながら、単にセルを連続気泡とした発泡弾性体においては、長期使用により発泡弾性体の内部にトナーが徐々に蓄積されトナーの流動性が低下し、トナー供給ローラーの硬度が増加する結果、独立気泡の発泡弾性体の場合と同様な不具合が発生する場合がある。

このようなトナー供給ローラーにおいて、トナーや回収トナーに含まれる異物の蓄積によりセルを閉塞する問題を解決するために、平均セル径０．５ｍｍ以上、連続気泡率７０％以上、アスカーＦ硬度９０°以下であるトナー供給ローラーが報告されている。（特許文献１）。しかしながら、特許文献１に記載されるトナー供給ローラーにおいては、セルの開口径が大きいため、トナーのセル内への蓄積によりトナーの供給量が低減したり、現像ローラー上の残留トナーの掻き取りが十分になされない場合がある。
特開２００４−００４９６３号公報

本発明の課題は、ポリウレタンフォーム層のセルへのトナーの蓄積を抑制し、現像ローラーへのトナーの搬送や、現像ローラー上の残留トナーの掻き取りを充分に均一に行うことができ、画像形成装置において良好な画像が得られるトナー供給ローラーを提供することにある。

本発明は、芯金外周に、ポリオールとポリイソシアネートとを含むポリウレタン材料を用いて形成されるポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラーにおいて、ポリウレタンフォーム層が、通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．５Ｌ／ｍｉｎ以下で、ヒステリシスロス率が２０％以下であり、且つ密度が０．０５ｇ／ｃｍ³以上０．２ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とするトナー供給ローラーに関する。

本発明のトナー供給ローラーは、ポリウレタンフォーム層のセルへのトナーの蓄積を抑制し、現像ローラーへのトナーの搬送や、現像ローラー上の残留トナーの掻き取りを充分に均一に行うことができ、画像形成装置において良好な画像が得られる。

本発明のトナー供給ローラーは、芯金外周に、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを含むポリウレタン材料を用いて形成されるポリウレタンフォーム層を有する。

［芯金］
本発明のトナー供給ローラーに用いる芯金は、その上に形成されるポリウレタンフォーム層を支持し、現像ローラーとの当接による負荷に十分に耐え得る強度を有するものである。その形状としては、円柱状、円筒状等を挙げることができる。芯金の材質としては、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル等の金属製（合金製）を挙げることができる。これらの芯金には、耐傷性、防錆を目的としてメッキ処理等の表面処理が施されていてもよい。

芯金の外径としては、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下を挙げることができる。

［ポリウレタンフォーム層］
本発明のトナー供給ローラーの表面を構成するポリウレタンフォーム層は、トナーを現像ローラー等の現像剤担持体に供給すると共に、現像ローラー上に残留する現像残トナーを掻き取る機能を有する。

上記ポリウレタンフォーム層は、表面に開口したセルと、この表面に開口したセルや内部のセル間に開口を有し相互に連結された、いわゆる連続セルとを有する発泡弾性体である。ポリウレタンフォーム層の発泡状態を指標する通気量として、２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．５Ｌ／ｍｉｎ以下を有する。通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上であれば、セル内に進入したトナーがセル外へ排出され易く、セル内へのトナーの堆積を抑制し、ポリウレタンフォーム層の硬度の上昇を抑制することができる。また、通気量が５．５Ｌ／ｍｉｎ以下であれば、トナーの無駄な消費を抑制し、現像ローラーへの適正量のトナーの供給により現像ローラーからの残留トナーの掻き取りを適正に行うことができる。このため、現像ローラーへの残留トナーの付着を抑制し現像ローラーの付着物に起因する画像不良の発生を抑制することができる。

通気量は、以下の測定方法による測定値を採用することができる。図１に示すように、ポリウレタンフォーム層の外径より小さい内径、例えば、１ｍｍ小さい内径を有する円筒体６の周面に、その中心軸に対して略対称の位置に、口径１ｃｍの１対の貫通孔６ａ、６ｂ、を設けた測定用冶具を用意する。この測定用冶具にポリウレタンフォーム層３を設けたトナー供給ローラー１を挿入し、円筒体６に被覆されていない部分のポリウレタンフォーム層を密閉材７で密封する。円筒体６の一方の貫通孔６ｂを圧力計８、流量計９を備えた吸引ポンプ１０に接続する。円筒体６の他方の貫通孔６ａを大気圧下におき、吸引ポンプを駆動して１２５Ｐａに減圧し、このときの流量計９により測定される流量を通気量とすることができる。

このような通気量を有するポリウレタンフォーム層は、原料の組成、発泡剤や後述する酸ブロックされたアミン触媒の使用量、又は成形型を用いて成形する場合は注型量、クラッシング方法等を選択することで調整することができる。

また、上記ポリウレタンフォーム層は、ヒステリシスロス率が２０％以下である。一般に、ゴムは、荷重により伸張した後荷重から解放されて収縮するとき、収縮時において、エネルギーの一部が熱に変換されて失われ、荷重に対する変形量が、伸張時における荷重に対する変形量より低減した状態で復元する。この収縮時における荷重に対する変形量の低減量をヒステリシスロス率といい、ヒステリシスロス率は荷重により変形したゴムの復元性の指標となるものである。上記ポリウレタンフォーム層のヒステリシスロス率が２０％以下であれば、現像ローラーに押圧されて変形したポリウレタンフォーム層が速やかに回復することにより、ポリウレタンフォーム層の内部のセルに進入したトナーが速やかにセルから排出される。このため現像ローラーへのトナーの供給量を一定に保持することができ、画像形成装置において良好な画像形成が行われる。また、上記ヒステリシスロス率を有することにより、現像ローラー上の残留トナーの掻き取りを均一に行うことができ、現像ローラー上へのトナーの融着を抑制し、濃度ムラ等がない良好な画像形成を行うことができる。ポリウレタンフォーム層のヒステリシスロス率は、好ましくは１５％以下である。

ヒステリシスロス率は、ＪＩＳ Ｋ ６４００法に準じた測定方法による測定値を採用することができる。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ポリウレタンフォーム層３を形成した芯金２を両端で支持し、温度１５℃、相対湿度１０％環境下で行う。長さ５０ｍｍ（ローラ長手方向）×幅１０ｍｍ（厚さ：１０ｍｍ）の板状押圧面を有する冶具４を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度でポリウレタンフォーム層を押圧して２ｍｍ変形させた後、冶具を１０ｍｍ／ｍｉｎ の速度で解放する。押圧時と解放時における荷重とポリウレタンフォーム層の変形量を、横軸に変形量、縦軸に荷重を表したグラフに記録し、図２（ｃ）に示すように、押圧時の荷重−変形量の曲線Ｄｅと、解放時の荷重−変形量の曲線Ｄｄを得る。以下の式からヒステリシスロス率を得る。測定は、温度１５℃、相対湿度１０％環境下で行うことができる。
ヒステリシスロス率＝｛（Ｓｅ−Ｓｄ）／Ｓｅ｝×１００
Ｓｅ：曲線Ｄｅと横軸とのなす面積
Ｓｄ：曲線Ｄｄと横軸とのなす面積
この測定を、軸方向に３ヶ所、各軸方向において周方向の９０度毎に４ヶ所、計１２ヶ所行い、算出したヒステリシロス率の平均値を、ポリウレタンフォーム層のヒステリシスロス率とすることができる。

このようなヒステリシスロス率を有するポリウレタンフォーム層の調製は、ポリウレタンを構成する成分の選択、例えば、高分子量のポリオールの使用、架橋密度の調整等によることができる。

また、上記ポリウレタンフォーム層は、密度が０．０５ｇ／ｃｍ³以上０．２ｇ／ｃｍ³以下である。ポリウレタンフォーム層の密度が０．０５ｇ／ｃｍ³以上であれば、ポリウレタンフォーム層の強度を保持することができ、トナーを現像ローラーへ供給することができ、また、成形も容易に行うことができる。密度が０．２ｇ／ｃｍ³以下であれば、ウレタンフォーム層がトナーを進入させ得る充分なセルを有するものとなり、トナーの搬送を良好に行うことができ、良好な画像形成を行うことができる。

密度は、ポリウレタンフォーム層の外形と質量Ｍを測定し、算出した体積ＶからＭ／Ｖとして算出される値を採用することができる。

このような密度を有するポリウレタンフォーム層の調製は、ポリウレタンを構成する成分の使用量の調整等によることができる。

上記ポリウレタンフォーム層は、表面に平均０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の開口を有し、その開口間隔（セル壁の厚さ）が平均０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることが好ましく、内部のセルの平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。表面の開口が平均０．３ｍｍ以上であれば、ポリウレタンフォーム層内部に進入したトナーの排出が容易になり、ポリウレタンフォーム層の硬度の上昇を抑制し、良好な画像形成を行うことができる。また、表面の開口が平均２．０ｍｍ以下であれば、現像ローラーへのトナーの過剰の供給を抑制し、また現像ローラー上の残留トナーの掻き取りを充分に行うことができる。また、内部セルの平均セル径が０．５ｍｍ以上であれば、内部に進入したトナーの移動が容易になり、ポリウレタンフォーム層の硬度の上昇を抑制し、良好な画像形成を行うことができる。また、内部セルの平均セル径が３．０ｍｍ以下であれば、成形時の制御が容易であり、均一なセル径を有するセルを成形することができ、一定量のトナーを供給することができ、濃度が均一な画像が得られる。また、セル壁の平均厚さが０．０１ｍｍ以上であれば、現像ローラー上の残留トナーの掻き取りを良好に行うことができ、０．３ｍｍ以下であれば、トナーの供給量が低減するのを抑制することができる。

このようなセル径やセル壁は、以下の方法による測定値を採用することができる。

リアルタイム走査型レーザー顕微鏡で得られたローラーの画像を倍率５０倍で取り込み、無作為に５０個のセルの径を読み取り、ローラーの表面の平均値を「平均表面セル径」とし、ローラー断面の平均値を「平均内部セル径」として算出する。

セル壁としてはローラ表面の隣接するセルの中心同士を結んだときの壁を横断する長さのことであり、無作為に５０個のセル壁を読み取りその平均値を「平均セル壁」として算出する。

このようなセル形状を有するポリウレタンフォーム層は、ポリウレタンの組成や成形温度、攪拌混合等の成形条件、離型剤等を調整することにより調製することができる。

また、上記ポリウレタンフォ−ム層の厚さとしては、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。このような範囲の厚さを有することにより、トナーの良好な搬送を行うことができる。

上記ポリウレタンフォーム層は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを含むポリウレタン材料を用いて形成される。

ポリオール成分としては、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を使用することができるが、これらは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。これらのポリオールはポリイソシアネートと予め重合させたプレポリマーとして用いることもできる。これらのうち、特に、ポリエーテルポリオールが好ましい。ポリエーテルポリオールとしては、具体的には、以下のものを挙げることができる。ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリヘキシレンアジペート、エチレンアジペートとブチレンアジペートとの共重合体、ダイマー酸系ポリオール、ヒマシ油系ポリオール、ポリカプロラクトンポリオール等のポリエステルポリオールや、ポリオキシアルキレングリコール等のポリエーテルポリオール。

ポリエーテルポリオールとしては、質量平均分子量が４５００以上８０００以下であり、水酸基価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であり、平均官能基数が２．０以上４．０以下であることが好ましい。ポリエーテルポリオールの質量平均分子量が８０００以下であれば、高粘度になることを抑制し、イソシアネート成分との混合が容易であり、成形型を使用する場合の注型等取り扱いが容易である。質量平均分子量が４５００以上であれば、低温低湿下においても物性値の変化が少なく、ヒステリシスロス率や硬度が高くなるのを抑制することができる。すなわち、質量平均分子量がこの範囲内にあることによって、低温低湿から高温高湿までいずれの使用環境においても、好適な物性を有するポリウレタンフォーム層を得ることができる。

また、ポリエーテルポリオールの水酸基価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であれば、又は平均官能基数が２．０以上であれば、高温高湿下においてポリウレタンフォーム層の圧縮永久歪の発生を抑制することができる。ポリエーテルポリオールの水酸基価が５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であれば、又は平均官能基数が４．０以下であれば、ポリウレタンフォーム層が好ましい硬度を有するものとなる。上記ポリエーテルポリオールの水酸基価は２０〜４０ｍｇＫＯＨ／ｇであることがより好ましい。

水酸基価はＪＩＳ Ｋ−１５５７に準じた方法で測定した測定値を採用することができる。

上記ポリウレタン材料に用いられるポリイソシアネートとしては、具体的には、以下のものを例示することができる。トルイレンジイソシアネート（ＴＤＩ）やジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネートやこれらの誘導体。これらのうち、ＴＤＩを７０質量％以上含有することが好ましい。更に、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート若しくはジフェニルメタンジイソシアネート、又はこれらの双方を含有することがより好ましい。ＴＤＩを７０質量％以上含有することにより、上記通気量を有するポリウレタンフォーム層を容易に得ることができる。更に、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートを含有することにより、低硬度で成形性がよく、かつ、引き裂き強度が大きいポリウレタンフォーム層を容易に得ることができる。

また、上記ポリイソシアネートとして、活性水素化合物と反応させイソシアネート基を末端に有するプレポリマーを使用することもできる。

ポリウレタン材料中のポリオールとポリイソシアネートの含有量は、ポリオールが、イソシアネートインデックスとして、８０％以上１１５％以下、好ましくは９０％以上１１０％以下の範囲となる含有割合とすることが好ましい。イソシアネートインデックスは、イソシアネートとの反応において、反応に与る活性水素基に対するＮＣＯ基の当量比（ＮＣＯ基当量／活性水素基当量）×１００で表されるものである。

上記ポリイソシアネートとポリオールとからポリウレタンフォームを生成するために使用する触媒として、ＴＤＩと水との反応に対する触媒定数Ｋ₂（Ｌ²／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））が２．０以上の触媒を含有することが好ましい。ポリウレタンフォームはポリイソシアネートとポリオールとの樹脂生成と共に、ポリイソシアネートと水との反応により発生する二酸化炭素が発泡に寄与して生成される。このため、ＴＤＩと水との反応に対する触媒定数Ｋ₂（これを泡化定数Ｋ₂と称する。）が、２．０以上の触媒を用いることにより、ポリウレタンフォームの発泡化が促進される。特に、ポリイソシアネートとしてＴＤＩを用いた場合、ＴＤＩと水との反応に対する泡化定数Ｋ₂が２．０以上の触媒を用いることにより、上記通気性を有するポリウレタンフォームを容易に得ることができる。

上記ＴＤＩと水との反応に対する泡化定数Ｋ₂は東洋曹達研究報告第２８巻第１号（１９８４年）に記載された手法により求めることができる。以下、その算出法について説明する。

ＮＣＯ基とＯＨ基との反応が各々の濃度に一次であると仮定すると、ＮＣＯ基とＯＨ基の濃度が等しいので、以下の式（Ｉ）を満たす。

ｄｘ／ｄｔ＝ｋ（ａ−ｘ）² （Ｉ）
式（Ｉ）中、ｘは反応したＮＣＯ基あるいはＯＨ基の濃度（ｍｏｌ／Ｌ）、ａはＮＣＯ基あるいはＯＨ基の初期濃度（ｍｏｌ／Ｌ）、ｋは反応速度定数（Ｌ／ｍｏｌ・ｈｒ）、ｔは反応時間（ｈｒ）である。

式（Ｉ）に初期条件（ｔ＝０のときｘ＝０）を代入して積分すると、以下の式（II）が得られる。

１／（ａ−ｘ）＝ｋｘ＋１／ａ （II）
式（II）における１／（ａ−ｘ）は、反応によって減少したＮＣＯ基あるいはＯＨ基の濃度の逆数であり、実測可能であるため、反応速度定数ｋを算出することができる。この反応速度定数ｋに関して以下の式（III）が成り立つと仮定したときのＫ_cを触媒活性とする。

ｋ＝ｋ₀＋Ｋ_cＣ （III）
式（III）において、ｋは触媒濃度がＣ（ｍｏｌ／Ｌ）のときの反応速度定数（Ｌ／ｍｏｌ・ｈｒ）、ｋ₀は無触媒での反応時の反応速度定数（Ｌ／ｍｏｌ・ｈｒ）、Ｋ_cは触媒定数（Ｌ²／ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ）である。

式（III）から、ポリイソシアネートと水との反応において、使用する触媒の濃度Ｃにおける反応速度、無触媒における反応速度を測定し、その触媒の泡化定数Ｋ₂を算出することができる。

ポリイソシアネートとしてＴＤＩを用いた場合、泡化定数Ｋ₂（Ｌ²／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ）が２．０以上の触媒としては、具体的には、以下のものを挙げることができる。ビス（２−ジメチルアミノ）エーテル、ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N'-トリエチルアミノエチルエタノールアミン、N,N,N',N"-ペンタメチレンジエチレントリアミン等。

上記泡化定数Ｋ₂（Ｌ²／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ）が２．０以上の触媒の使用量としては、０．０１質量部以上０．５質量部以下を挙げることができる。

更に、ポリウレタンフォームの生成に用いる触媒として、酸塩触媒が好ましい。酸塩触媒は、反応の初期において、ポリオールとポリイソシアネートとの樹脂化反応を遅延する効果を有し、発泡化を促進させ、上記通気性を有するポリウレタンフォームを生成させ得る。酸塩触媒としては、有機金属のカルボン酸塩、ギ酸塩、オクチル酸塩、ホウ酸塩等が好ましく、具体的に、以下のものを挙げることができる。オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−ｉ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタン等。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

上記酸塩触媒の使用量としては、０．０１質量部以上３．０質量部以下を挙げることができる。

上記触媒と共に、アミン系触媒等公知の触媒を使用することもできる。例えば、以下のものを例示することができる。トリエチレンジアミン、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５、１，２−ジメチルイミダゾール。Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−メチルモルホリン。

上記ポリウレタン材料には、発泡剤として、水を含むことが好ましい。水は、上記のように、ポリイソシアネートと反応してポリウレアを形成すると共に二酸化炭酸を発生し、この二酸化炭酸が発泡剤となる良質な発泡剤であり、取り扱いが容易であるため、好適である。発泡剤としての水の使用量は、ポリオール１００質量部に対して、０．１質量部以上１０質量部以下が好ましく、より好ましくは、０．１質量部以上５質量部以下である。

更に、発泡剤として、クロロフルオロカーボン類（ＨＦＣ−１３４Ａ等）、炭化水素（シクロペンタン等）、炭酸ガス等を使用することができ、これらを組み合わせて使用してもよい。

上記ポリウレタン材料には、必要に応じて、上記物質の機能を損なわない範囲で、整泡剤、導電性付与剤、架橋剤、低沸点物やガス等の発泡剤、界面活性剤、更に、難燃剤や充填剤、帯電防止剤等を用いることもできる。

導電剤としては、アンモニウム塩やアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩等のイオン導電性付与剤や、カーボンブラック、金属粉、金属酸化物粉等のフィラー系導電材料等を挙げることができる。これらの中で、特に過塩素酸リチウム等のアルカリ金属の過塩素酸塩が、ポリオールとの相溶性がよく均一に分散されやすく、好適である。これら導電剤は１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。導電剤の使用量としては、ポリオール１００質量部に対して０．０１質量部以上１０質量部以下が好適である。導電剤の含有量が０．０１質量部以上であれば、所望の電気抵抗値を得ることができる。一方、導電剤の使用量が１０質量部以下であれば、樹脂化反応が低速化するのを抑制し、生成するウレタンフォームのヒステリシスロス率の増大や脆弱化を抑制し耐久性が低下するのを抑制することができる。

整泡剤としては、具体的には、以下のものを挙げることができる。ポリジメチルシロキサンとエチレンオキサイド（ＥＯ）／プロピレンオキサイド（ＰＯ）共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサン。スルホン化リシノール酸のナトリウム塩やこれらとポリシロキサン・ポリオキシアルキレンコポリマーとの混合物等。これらの整泡剤の中で、ポリジメチルシロキサンとＥＯ／ＰＯ共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサンが好適であり、共重合体の分子量が小さく、ＥＯ率が低く、末端に反応性基を持たないものが好ましい。このような水溶性ポリエーテルシロキサンは、内部硬度低下率が低く、連続気泡のセを有するポリウレタンフォームが得られ、好ましい。整泡剤の使用量はポリオール１００質量部に対して、０．１質量部以下３質量部以上が好ましい。

上記ポリウレタンフォームの厚さとしては、例えば、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下を挙げることができる。このような厚さを有することにより、優れたトナーの搬送性を有するものとできる。

上記ポリウレタン材料を用いてポリウレタンフォーム層の調製方法の一例としては、以下の方法を挙げることができる。

まず、上記ポリオール、ポリイソシアネート、必要に応じて、発泡剤、触媒、整泡剤、その他助剤等を均質に混合してポリウレタン材料を調製する。このとき、ポリイソシアネートを除く原料をポリオールと共に混合した後、ポリイソシアネートと混合することが好ましい。ポリウレタン材料の調製の際の温度や時間については特に制限はないが、例えば、混合温度は、１８℃以上５０℃以下、好ましくは２５℃以上４０℃以下の範囲、混合時間は、２秒〜１分間、好ましくは３秒〜１０秒間等を挙げることができる。

得られたポリウレタン材料を、芯金を配設した、パイプ状型や割型等のモールド（成形型内の成形キャビティ）に注入し、発泡硬化する方法や、板状若しくは円筒状等の所定の形状に成形した後、芯金に接着する方法等がある。どちらの方法でも、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でき、この接着層としては、接着剤やホットメルトシート等の公知の材料を用いることができる。ポリウレタンフォーム層の成形方法としては、特に、芯金を配した成形型内の成形キャビティに、ポリウレタン材料を注入してポリウレタンフォーム層を成形する方法が好ましい。

芯金の周囲に接合させたポリウレタンフォーム層を研磨処理により、表面に開口を形成すると共に、所定の寸法にする成形を行うことができる。

上記ポリウレタンフォーム層が上記範囲のヒステリシスロス率を有することにより、現像ローラー間におけるトナーの供給、残留トナーの掻き取りが改善され、適切なトナーの除去、供給を行なうことができる。更に、ポリウレタンフォーム層が上記範囲の通気量、密度を有することにより、ポリウレタンフォーム層のセルにおけるトナー流動性が改善され好適なトナー吸排出が行われる結果、良好な現像を行うことができる。即ち、ポリウレタンフォーム層により、現像ローラー上の残留トナーを一旦ほぼ完全に掻き取ることができ、現像ローラーへ新鮮なトナーを均一に供給することが可能となる。且つ、ポリウレタンフォーム層のセル内において、トナーの移動が速やかであり、目詰まりや硬度の上昇が抑制され、現像ローラーへのトナー供給、掻き取りを良好かつ均一に長期に亘って安定して行うことができる。
［トナー供給ローラー］
本発明のトナー供給ローラーにおいて、体積抵抗率が１０⁴Ω・ｃｍ以上１０¹⁰Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１０⁶Ω・ｃｍ以上１０⁸Ω・ｃｍ以下である。トナー供給ローラーが上記範囲の体積抵抗率を有することにより、ポリウレタンフォーム層が低ヒステリシスロス率を有する場合、現像ローラーへのトナー供給量の増加に伴い、画像濃度が高濃度になり濃度むらが目立ちやすくなるのを、相殺することができる。また、画像濃度が制御されて、画像濃度の均一性が向上し、トナー消費量が低減され、現像装置の延命を図ることができる。

体積抵抗率は、以下の測定方法による測定値を採用することができる。

トナー供給ローラーの体積抵抗値は、金属製円筒５を用い、トナー供給ローラーを、その両端の芯金部分において支持し、その両端をそれぞれ５００ｇ荷重で押圧して、表面層に１ｍｍ侵入させた状態で測定する。測定は回転する金属円筒とトナー供給ローラーの芯金間に２０００Ｖを印加し、温度２３℃、相対湿度５５％環境下で行うことができる。

また、トナー供給ローラーにおいて、硬度が５０ｇ／ｍｍ以上３５０ｇ／ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｇ／ｍｍ以上３００ｇ／ｍｍ以下である。トナー供給ローラーの硬度が５０ｇ／ｍｍ以上であれば現像ローラー上の残留トナーの掻き取りを充分に行うことができ、３５０ｇ／ｍｍ以下であれば、トナーを劣化させるのを抑制することができる。

トナー供給ローラーの硬度は、以下の測定方法による測定値を採用することができる。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、治具４を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度でトナー供給ローラーに押圧したときの、１ｍｍ変位（圧縮）時の荷重（ｇ）を測定する。測定ポイントを、図示のように、軸方向に３ヶ所、各軸方向に於いて周方向の９０度毎に４ヶ所、計１２ヶ所とし、その平均値を硬度とする。その数値が大きくなるほど、トナー供給ローラーが硬いことを示している。測定は、温度２３℃、相対湿度５５％環境下で行うことができる。

本発明のトナー供給ローラーの一例として、図２の正面図に示すものを挙げることができる。図２に示すトナー供給ローラー１は、円柱状の芯金２と、その周囲に設けられたポリウレタンフォーム層３を有する。

本発明のトナー供給ローラーは、更に、芯金２とポリウレタンフォーム層３間に接着層、弾性層等の各種機能をトナー供給ローラーに付与する機能層を備えたものであってもよい。

［電子写真装置］
本発明のトナー供給ローラーを適用した電子写真装置の一例として、カラー電子写真装置を挙げることができる。かかるカラー電子写真装置には、イエロートナー、マゼンダトナー、シアントナー、ブラックトナーの各色トナー毎に設けられる、図３に示すような、画像形成ユニットが設けられる。画像形成ユニットには、所定の速度で回転する感光体１１が設けられる。感光体の周囲には、感光体を一様に帯電するための帯電ローラー１６、一様に帯電した感光体にレーザー光を照射して静電潜像を形成する露光手段、静電潜像を形成した感光体にトナーを供給し静電潜像を現像する現像装置Ｄが設けられる。現像装置Ｄには図示しないトナーの収納容器内に設けられた、上記トナー供給ローラー１と、トナー供給ローラーにより残留するトナーが掻き取られ、新たなトナーが供給される現像ローラー１２が設けられる。更に、現像ローラーに当接してブレード１３が設けられ、現像ローラーの回転に伴い現像ローラー上のトナーは薄膜状に形成されつつ搬送され、感光体上の静電潜像へ移動し、トナー像となる。一方、紙等の記録媒体１７が搬送ベルト等により、感光体と転写ローラー１４間に搬送され、裏面から転写ローラーを介して静電潜像と逆極性の電荷が印加されると、感光体上のトナー像は記録媒体に転写される。記録媒体は順次各画像形成ユニットに搬送され、各画像形成ユニットにおいて形成された各色のトナー像が、記録媒体上のトナー像に順次重畳して転写される。更に、電子写真装置には、記録媒体上に重畳転写したトナー像を加熱等により定着する定着装置が設けられ、画像が形成された記録材が装置外へ排出されるようになっている。

一方、各画像形成ユニットには各感光体上に転写されずに残存する転写残トナーを除去し表面をクリーニングするクリーニングブレード１５が設けられ、クリーニングされた感光体が画像形成可能状態とされて待機するようになっている。

以下に、本発明のトナー供給ローラーを具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。
［実施例１〜５、比較例１〜３］
水系の離型剤を塗布した内径１６ｍｍのパイプ状金型に直径５ｍｍ、長さ２９０ｍｍの金属製シャフトを挿入した。表１に示す各成分を機械的攪拌により混合し、この混合物をパイプ状金型に注入し、６０℃のオーブン中に１５分間加熱することにより発泡硬化させた。その後、脱型、エアーを吹き付けてクラッシングしてトナー供給ローラーを作製した。表１に示す配合比率及び、表２に示す密度になるように発泡硬化させた。

得られたトナー供給ローラーについて、密度、通気量、ヒステリシスロス率を上記方法により測定した。結果を表２に示す。

表１中の表記は以下を表す。
配合量＝質量部
1）三洋化成工業（株）製ポリエーテルポリオール、質量平均分子量7000、水酸基価24ｍｇＫＯＨ/ｇ、平均官能基数3
2）三洋化成工業（株）製ポリエーテルポリオール、質量平均分子量5100、水酸基価33ｍｇＫＯＨ/ｇ、平均官能基数3
3）三洋化成工業（株）製ポリエーテルポリオール、質量平均分子量3000、水酸基価53ｍｇＫＯＨ/ｇ、平均官能基数3
4）キシダ化学（株）製架橋剤
5）東レ・ダウコーニング（株）製シリコーン整泡剤の商品名
6）東ソー（株）製第三級アミン触媒、泡化定数Ｋ₂＝8.19
7）東ソー（株）製第三級アミン酸塩触媒、泡化定数Ｋ₂＝0.46
8）東ソー（株）製第三級アミン触媒、泡化定数Ｋ₂＝0.48
9）日本カーリット（株）製イオン導電性付与剤、質量平均分子量1300、水酸基価88ｍｇＫＯＨ/ｇ、平均官能基数2、過塩素酸リチウム１０質量％含有。
10）三井化学ポリウレタン（株）製ＴＤＩ、ＮＣＯ％＝４８
11）三井化学ポリウレタン（株）製ＭＤＩ（モノメリックおよびポリメリックＭＤＩ混合物）、ＮＣＯ％＝31.4
［画像評価］
得られたトナー供給ローラーをフルカラーレーザービームプリンタ（キヤノン（株）製；ＬＢＰ−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フルカラーレーザービームプリンタにセットした。組み込み終了後、温度１５℃、相対湿度１０％環境下に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基準により評価した。結果を表２に示す。温度１５℃、相対湿度１０％の低温、低湿環境下では、現像不良に起因する画像不良が顕著に現れる、現像に対する苛酷な条件であり、この環境下の試験により、問題がなければ、いずれの環境においも良好な画像が得られることは明らかである。
○：不具合が全く認められない良好な画像。
△：不具合の予兆が若干認められる画像。
×：不具合が明確に認められる画像。

実施例１〜５では、トナー供給ローラーの通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．５Ｌ／ｍｉｎ以下、ヒステリシスロス率が２０％以下、ポリウレタンフォーム密度が０．０５ｇ／ｃｍ³以上０．２ｇ／ｃｍ³以下である。これに対して、比較例１では、使用するポリオールの質量平均分子量が小さく、ヒステリシスロス率が２０％より大きい。比較例２ではポリウレタンフォーム密度が０．２ｇ／ｃｍ³より大きく、比較例３では酸塩触媒ではなく泡化定数Ｋ₂が２.０以下である触媒を用いており、通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎより小さい。比較例１〜３では画像評価結果が悪かった。結果から本発明のトナー供給ローラーは、トナーの供給、掻き取りに優れていることが分かる。

本発明のトナー供給ローラーの一例のポリウレタンフォーム層の通気量の測定方法を示す図である。 本発明のトナー供給ローラーの一例のポリウレタンフォーム層のヒステリシスロス率、硬度の測定方法を示す図である。 本発明のトナー供給ローラーの一例を適用した電子写真装置の概略構成図を示す図である。

符号の説明

１ トナー供給ローラー
２ 芯金
３ ポリウレタンフォーム層

Claims (4)

1. 芯金外周に、ポリオールとポリイソシアネートとを含むポリウレタン材料を用いて形成されるポリウレタンフォーム層を有するトナー供給ローラーにおいて、
   ポリウレタンフォーム層が、通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．５Ｌ／ｍｉｎ以下で、ヒステリシスロス率が２０％以下であり、且つ密度が０．０５ｇ／ｃｍ³以上０．２ｇ／ｃｍ³以下であることを特徴とするトナー供給ローラー。
2. ポリオールが、質量平均分子量が４５００以上８０００以下のポリエーテルポリオールを含み、該ポリエーテルポリオールが、水酸基価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、又は平均官能基数が２．０以上４．０以下であることを特徴とする請求項１記載のトナー供給ローラー。
3. ポリウレタン材料が、トルイレンジイソシアネート（ＴＤＩ）と水との反応に対する触媒定数Ｋ₂（Ｌ²／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））が２．０以上の触媒を含有することを特徴とする請求項１又は２記載のトナー供給ローラー。
4. ポリウレタン材料が酸塩触媒を含有することを特徴とする請求項１又は２記載のトナー供給ローラー。

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