JP2010096965A

JP2010096965A - トナー供給ローラとその製造方法

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Publication number: JP2010096965A
Application number: JP2008267316A
Authority: JP
Inventors: Fuzen Niwa; 冨善丹羽; Masahiko Yamazaki; 昌彦山崎
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】ローラの周方向及び長手方向に沿ってポリウレタンフォームに硬さのムラが少なく、長期使用でも良好な画像を得ることができるトナー供給ローラの提供を目的とする。
【解決手段】回転するシャフトの外周面に供給したポリウレタンフォーム原料から発泡した発泡体の表面が研磨加工されたポリウレタンフォームを有し、研磨加工されたポリウレタンフォーム２１は、吸引ホース４３の先端に設けた先端開口径５ｍｍの吸引ノズル４７をポリウレタンフォームの表面に圧接させてポリウレタンフォーム２１の表面を２ｍｍ圧縮し、その状態で３０Ｌ／ｍｉｎの流量でポリウレタンフォーム２１の表面から空気を吸引した際の吸引ホース４３の内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値であると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３であるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写装置、画像記録装置、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式画像形成装置において使用されるトナー供給ローラとその製造方法に関する。

トナー供給ローラは、電子写真感光体からなる像担持体上に形成した静電潜像にトナーを搬送してその表面にトナー像として可視化する現像ローラにトナーを供給するためのローラであり、シャフトの外周に発泡体を設けたものが多用されている。

前記シャフトの外周の発泡体としては、ポリウレタンフォーム、ＥＰＤＭフォーム等が挙げられる。特にポリウレタンフォームは、低密度ながら適度な硬度があること、圧縮永久歪が小さいこと、密度が低いため低価格なローラが提供できることなど、利点が多い材質であるため、前記シャフトの外周の発泡体として主流となっている。

ポリウレタンフォームをシャフトの外周に設けたトナー供給ローラとしては、（１）スラブポリウレタンフォームにシャフト挿通孔を形成し、次いでローラ１本分の大きさで切り出した後、シャフト挿通孔にシャフトを挿通し接着剤を介してシャフトとウレタンフォームを接着させた後、表面を研磨して円周面に加工したもの、（２）シャフトと一体にポリウレタンフォームを形成した後、ポリウレタンフォームの不要部分を研磨したもの、（３）シャフトを配置したローラ形状の発泡型内でポリウレタンフォームを発泡（型発泡）し、ポリウレタンフォームをシャフトと一体に形成したもの等がある。なお、スラブポリウレタンフォームは、混合撹拌したポリウレタンフォーム原料をベルトコンベア上に吐出し、コンベアベルトが移動する間に原料を常温、大気圧下で自然発泡させ、硬化させることで連続的に製造し、その後に乾燥炉内で硬化（キュア）させた後、所定サイズのブロック（通常は直方体形状）に裁断したものである。一方、型発泡ポリウレタンフォームは、混合撹拌したポリウレタンフォーム原料を発泡型に注入して型内で発泡させるあるいは気体混入法により泡を混入したポリウレタン原料を型内に注入し硬化させることにより得られるものである。

前記（１）〜（３）の中でも（１）スラブポリウレタンフォームを用いるトナー供給ローラは、ローラ形状の発泡型を必要としないので型の管理・補修に伴う煩雑さがなく、型へのポリウレタンフォーム原料注入に伴う不良（例えばエアの巻き込みによるピンホールの発生、ポリウレタンフォーム原料の配合比変動に伴うポリウレタンフォームの特性変動等）のおそれがなく、かつ歪みや耐摩耗性などの機械物性に優れるスラブポリウレタンフォームが使用できるなどの利点がある。

しかし、スラブポリウレタンフォームから表面が円周状のポリウレタンフォームを切り出す方法では、切り出す際の精度や、シャフト挿通孔の孔開け位置精度等から、余裕を見越した大きさで切り出す必要があり、切り出したポリウレタンフォームの５０％以上を除去しないと所望のローラを得られず、材料ロス等の無駄あるいは研磨加工工数が多い問題がある。

さらに、スラブポリウレタンフォームは、発泡方向（コンベアベルト上で発泡する際の上下方向）と、前記発泡方向に対して直交方向とでは、セル形状や硬さが異なっている。そのため、スラブポリウレタンフォームの発泡方向と直交する方向をローラの長手方向としてスラブポリウレタンフォームから角柱状に切り出し、その後に表面を円周状に加工したポリウレタンフォームを有するトナー供給ローラは、トナーの掻き取り性やトナーの供給性がローラの回転角度によって異なり、印刷面に数ｍｍから数１０ｍｍの周期で画像濃度の不均一部分が現れることがある。それに加えて、ポリウレタンフォームの硬さやセル形状がローラの回転角度によって異なり、トナーの掻き取り性や現像ローラと当接する部分の変形の仕方が周期的に異なることから、出力画像にムラが周期的に現れることがある。一方、スラブポリウレタンフォームの発泡方向をローラの長手方向としてスラブポリウレタンフォームから角柱状に切り出し、その後に表面を円周状に加工したポリウレタンフォームを有するトナー供給ローラ（特許文献１、２参照）は、ローラの長手方向でポリウレタンフォームの硬さが異なるため、現像ローラへのトナー供給量が変化することで画像の濃淡を生じるおそれがある。

また、トナー供給ローラは、電子写真方式画像形成装置内に現像ローラと平行に配設され、現像ローラと接触して回転するが、前記トナー供給ローラの回転方向は、現像ローラの回転方向と同一のカウンター方式と、逆のウィズ方式の２種類あり、最近ではトナーをより均一に現像ローラへ供給できるカウンター方式が主流となっている。しかし、カウンター方式の場合、トナー供給ローラと現像ローラは、ローラ同士の接触位置ではローラ表面が互いに反対向きに動いて擦れあうため、トナー供給ローラのポリウレタンフォーム内にトナーが入り込みやすくなる。そのため、特にカウンター方式の場合のトナー供給ローラは、長期間の使用によってポリウレタンフォームの表面にトナーが詰まったり、そのトナーの詰まりによってポリウレタンフォームの表面が硬くなったりして、トナー供給ローラの初期使用時と比べてトナー供給量が減少し、画像濃度が薄くなるという不具合が発生する問題がある。

前記ポリウレタンフォーム内へのトナーの入り込みを少なくするため、使用するスラブポリウレタンフォームの独立気泡比率を高めることが考えられるが、その場合にはスラブポリウレタンフォームの発泡時にガス抜けが悪くなって、形成されるスラブポリウレタンフォームはセルが均一にならなくなり、トナー供給ローラに使用した場合、画像に濃淡を生じるようになる。また、発泡時のガス抜けを良好にするため、添加剤をスラブポリウレタンフォームに添加すると、前記添加剤がトナーに付着して最終的に電子写真方式画像形成装置における感光体ドラムを汚染させるおそれがある。

また、他のローラとして、円柱又は円筒形状からなるローラ基材を回転させながら、その外周面に配置したアプリケータにより室温硬化型シリコーンゴムフォーム用液状原料をローラ基材の外周面に塗布して塗膜を形成した電子機器用のスポンジローラが提案されている（特許文献３参照）。しかし、前記シリコーンゴムフォームの塗膜を有するスポンジローラは、電子機器のクリーニングローラ及び紙送りローラとして好適なものであり、トナーを安定して、かつ均一に現像ローラへ供給することが要求されるトナー供給ローラとはフォームの特性が異なっている。

さらに、他のローラとして、シャフトを回転させながら、該シャフトの外周面に気体混入法によって微細気泡を混入させた混合体を連続供給して硬化させたものが提案されている（特許文献４参照）。しかし、微細気泡を混入させた混合体は、泡立った状態でシャフト外周面に吐出されるため、吐出された部分で凸状に盛り上がり、シャフトの外周に均一な厚みで形成され難いことから、硬化後の表面が凹凸となり、その後に行う混合体表面の研磨に手間取る問題がある。

特開平８−３３４９７１号公報特開平８−３３２６７９号公報特開平７−７６０４９号公報特開２０００−１９８５７０号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、ローラの周方向及び長手方向に沿ってポリウレタンフォームに硬さのムラが少なく、かつ長期使用によっても良好な電子写真方式画像を得ることができるトナー供給ローラとその製造方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、シャフトと、前記シャフトを回転させながら前記シャフトの外周面に供給したポリウレタンフォーム原料から前記シャフトの外周面で発泡させて発泡後の表面を研磨加工したポリウレタンフォームと、よりなるトナー供給ローラであって、前記研磨加工されたポリウレタンフォームは、吸引ポンプに接続した吸引ホースの先端に設けた先端開口径５ｍｍの吸引ノズルを前記ポリウレタンフォームの表面に圧接させて前記ポリウレタンフォームの表面を２ｍｍ圧縮し、その状態で前記吸引ポンプにより３０Ｌ／ｍｉｎの流量で前記ポリウレタンフォームの表面から空気を吸引した際の前記吸引ホースの内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値となる吸引圧を有すると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする。

請求項２の発明は、シャフトを回転させながら前記シャフトの外周面にポリウレタンフォーム原料を供給して前記シャフトの外周面で発泡させてポリウレタンフォームを形成し、その後に前記ポリウレタンフォームの表面を研磨加工するトナー供給ローラの製造方法であって、前記ポリウレタンフォーム原料は、ポリオール、ポリイソシアネート、触媒、発泡剤、整泡剤を含み、前記ポリオールは、粘度が４００〜３０００ｍＰａ・ｓｅｃ／２５℃であり、前記触媒は泡化触媒と樹脂化触媒を含み、前記研磨後のポリウレタンフォームは、吸引ポンプに接続した吸引ホースの先端に設けた先端開口径５ｍｍの吸引ノズルを前記ポリウレタンフォームの表面に圧接させて前記ポリウレタンフォームの表面を２ｍｍ圧縮し、その状態で前記吸引ポンプにより３０Ｌ／ｍｉｎの流量で前記ポリウレタンフォームの表面から空気を吸引した際の前記吸引ホースの内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値となる吸引圧を有すると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする。

請求項１の発明のトナー供給ローラは、シャフト外周面のポリウレタンフォームが、シャフトを回転させながらシャフトの外周面に供給したポリウレタンフォーム原料からシャフトの外周面で発泡させて発泡後の表面を研磨加工したものからなるため、ポリウレタンフォームの発泡方向がシャフトの径方向となり、ポリウレタンフォームの硬さがローラの周方向及び長手方向に沿ってムラの少ないものとなり、電子写真方式画像形成装置に組み付けて使用した場合に、良好な電子写真方式画像を得ることができる。

また、請求項１の発明では、シャフト外周面に設けたポリウレタンフォームは、吸引ポンプに接続した吸引ホースの先端に設けた先端開口径５ｍｍの吸引ノズルをポリウレタンフォームの表面に圧接させてポリウレタンフォームの表面を２ｍｍ圧縮し、その状態で前記吸引ポンプにより３０Ｌ／ｍｉｎの流量でポリウレタンフォームの表面から空気を吸引した際の吸引ホースの内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値となる吸引圧を有すると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３であるため、請求項１の発明のトナー供給ローラを電子写真方式画像形成装置に組み付けて使用した場合に、長期使用によってもポリウレタンフォームの表面にトナーが詰まりにくく、良好な電子写真方式画像を得ることができる。

請求項２の発明によれば、シャフトの外周面に供給された直後のポリウレタンフォーム原料は、発泡開始前の低い粘度状態にあり、シャフトの回転によりポリウレタンフォーム原料の表面が平滑化され、その後、表面に凹凸の無い、あるいは凹凸のほとんどないポリウレタンフォームとなる。そのため、ポリウレタンフォームの研磨作業を簡単、かつ容易に行うことができる。

さらに、請求項２の発明によれば、シャフトの外周面に形成した研磨後のポリウレタンフォームは、吸引ポンプに接続した吸引ホースの先端に設けた先端開口径５ｍｍの吸引ノズルを前記ポリウレタンフォームの表面に圧接させて前記ポリウレタンフォームの表面を２ｍｍ圧縮し、その状態で前記吸引ポンプにより３０Ｌ／ｍｉｎの流量で前記ポリウレタンフォームの表面から空気を吸引した際の前記吸引ホースの内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値となる吸引圧を有すると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３であるため、得られたトナー供給ローラを電子写真方式画像形成装置に組み付けて使用した場合に、長期使用によってもポリウレタンフォームの表面にトナーが詰まりにくく、良好な電子写真方式画像を得ることができる。

図１は本発明の一実施形態に係るトナー供給ローラの断面図、図２はシャフト外周面へのポリウレタンフォーム原料の供給時を示す斜視図、図３は吸引圧測定方法を示す図、図４は吸引ノズルを示す図である。

図１に示すトナー供給ローラ１０は、複写装置、画像記録装置、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式画像形成装置に組み込まれて、同装置内の現像ローラにトナーを供給するものである。前記トナー供給ローラ１０は、シャフト１１と、前記シャフト１１の外周面に設けられたポリウレタンフォーム２１とよりなる。

前記シャフト１１は、トナー供給ローラ１０の芯材であって、金属等の棒状体で構成され、前記トナー供給ローラ１０の回転軸となる。前記シャフト１１の寸法は、シャフト１１が組み付けられる装置等に応じて適宜の径及び長さとされる。

前記ポリウレタンフォーム２１は、表面２２にトナーを保持して現像ローラにトナーを供給するものである。前記ポリウレタンフォーム２１は、図２に示すように、前記シャフト１１を円周方向へ回転させながらシャフト１１の外周面に供給したポリウレタンフォーム原料Ｐからシャフト１１の外周面で発泡させたポリウレタンフォームの表面を研磨加工したものであり、円柱状あるいは円筒状からなる。前記ポリウレタンフォーム表面の研磨加工は、ポリウレタンフォームの発泡時に形成されるポリウレタンフォーム表面の薄膜を除去して、ポリウレタンフォーム表面でトナーを保持し易くするために行われる。符号２２は研磨加後の表面である。前記ポリウレタンフォーム２１は、長さが前記シャフト１１の長さよりも所定寸法短くされ、厚みについては、通常３〜５ｍｍ程度とされる。

前記表面２２が研磨加工されたポリウレタンフォーム２１は、図３に示すように、吸引ポンプ４１に接続した吸引ホース４３の先端に設けた先端開口径５ｍｍのノズル４７を前記ポリウレタンフォーム２１の表面２２に圧接させて前記ポリウレタンフォーム２１の表面２２を２ｍｍ圧縮した状態で、前記吸引ポンプ４１により３０Ｌ／ｍｉｎの流量で前記ポリウレタンフォーム２１の表面２２から空気を吸引した際における前記吸引ホース４３の内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値となる吸引圧を有する。吸引圧が前記吸引圧の範囲０．５ｋＰａより小さい値の範囲は、空気がフォーム中のセル内を透過しやすいフォーム特性を示し、ローラとして使用した場合、耐久後の画像特性が悪くなる。一方、吸引圧が４．０ｋＰａより、高くなると、実施例に述べる保管歪の結果が悪くなる。前記吸引ホース４３の途中には圧力計４５が接続され、前記圧力計４５によって吸引ホース４３の内圧が測定される。

前記吸引ノズル４７は、図４に示すように、平面視形状が一辺ｉの正方形の立体からなり、前記ポリウレタンフォーム２１の表面２２と当接して押圧する押圧面４８が半径ｒの円弧形状に湾曲すると共に、前記押圧面４８の中央で開口した貫通孔４９が内部を貫通して形成されている。前記貫通孔４９は、前記押圧面４８での先端開口径ｄ１が５ｍｍ、吸引ホース４３との接続側の開口径ｄ２が本実施例では５ｍｍとなっている。また、前記吸引ノズル４７における各部の寸法は、本実施例では前記平面視形状の一辺ｉが１２ｍｍ、高さｋが３ｍｍ、前記押圧面４８の頂部を通る高さ（すなわち貫通孔４９部分の高さ）ｊが１ｍｍ、前記押圧面４８の半径ｒが１０ｍｍである。

前記吸引ノズル４７は、図３に示すように、治具５１に取り付けられる。前記治具５１は、下面が開口した角筒状からなり、前記治具５１の上面５２の内側に前記吸引ノズル４７が下向きに取り付けられる。前記治具５１の上面５２には、前記吸引ノズル４７の貫通孔４９と連通する接続孔５３が形成されており、前記接続孔５３を介して前記吸引ホース４３と前記吸引ノズル４７の貫通孔４９が接続される。また、前記治具５１は、トナー供給ローラ支持体５５上に載置されたトナー供給ローラ１０に上方から被さるようにセットされ、その状態で前記吸引ノズル４７の押圧面４８が、前記トナー供給ローラ１０のポリウレタンフォーム２１の表面２２に圧接して前記表面２２を２ｍｍ圧縮するようになっている。前記トナー供給ローラ支持体５５は、前記トナー供給ローラ１０において前記ポリウレタンフォーム２１が設けられていないシャフト１１の両端部を下側から受けることができる受け部を上部に有し、前記受け部５６でトナー供給ローラ１０のシャフト１１を受けることにより、前記トナー供給ローラ１０のポリウレタンフォーム２１の表面２２が前記吸引ノズル４７の押圧面４８で２ｍｍ圧縮される位置となるように、前記シャフト１１の支持高さが設定されている。

前記ウレタンフォーム２１は、前記吸引圧を有すると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３のものからなる。セル数は、ＪＩＳＫ６４００−１に基づいて測定した値、密度はＪＩＳＫ６４００に基づき測定した値である。また、前記ウレタンフォーム２１の平均セル径は２３０〜５００μｍであるのが、より好ましい。前記平均セル径は、前記ポリウレタンフォーム２１において任意に選択した１５個のセルに対してセル直径を測定し、測定した１５個の内、セル直径が最大のものから５個と、最小のものから５個を取り除き、残りの５個のセルについてセル直径の平均値を求めることにより得た値である。なお、セル直径が１０００μｍ以上の大きなセルは、ピンホールと見なして、平均セル径を求める際の１５個のセルから除外する。

前記トナー供給ローラの製造方法について説明する。前記トナー供給ローラの製造に際し、まず、前記シャフト１１を回転装置（図示せず）にセットして、図２のように、所定回転速度でシャフト１１を一方の周方向へ回転させる。そして、前記シャフト１１の上方に配置した原料供給ノズルＮを、前記シャフト１１の長さ方向に沿って一方向へ所定速度で移動させながら、ポリウレタンフォーム原料Ｐを、回転中のシャフト１１の外周面に前記原料供給ノズルＮから供給する。

前記シャフト１１の回転数は、６０〜２４０ｒｐｍが好ましい。前記シャフト１１の回転数が６０ｒｐｍよりも小さいと、前記シャフト１１の外周面に供給したポリウレタンフォーム原料がシャフト１１から垂れ落ちやすくなり、一方、２４０ｒｐｍよりも大きいと前記シャフト１１の外周面に供給したポリウレタンフォーム原料から形成されるポリウレタンフォームの表面が凹凸になりやすい。前記シャフト１１の回転数は、より好ましくは１２０〜１８０ｒｐｍである。

また、前記シャフト１１の長さ方向に沿う前記原料供給ノズルＮの移動速度は、５〜２０ｍｍ／ｓ、前記原料供給ノズルＮからの前記シャフト１１の外周面に対するポリウレタンフォーム原料Ｐの供給量は１５〜６０ｇ／ｍｉｎが好ましい。

前記ポリウレタンフォーム原料Ｐは、前記シャフト１１の外周面に供給された直後の粘度の低い流動性を有する状態から、反応の進行により粘度が上昇してクリーム状となるまでの流動性を有する間に、前記シャフト１１の回転によって、表面が平滑化（セルフレベリング）され、最終的に凹凸のない、あるいはほとんど凹凸のない平滑な表面を有する円柱状あるいは円筒状のポリウレタンフォームになる。

前記ポリウレタンフォーム原料Ｐは、ポリオール、ポリイソシアネート、触媒、発泡剤、整泡剤を含むものである。
前記ポリオールとしては、ポリウレタン発泡体に用いられる公知のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルエステルポリオールの何れか一つが単独で又は二以上が混合して用いられる。

ポリエーテルポリオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、シュークロース等の多価アルコール、またはその多価アルコールにエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールを挙げることができる。また、ポリエステルポリオールとしては、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸やフタル酸等の芳香族カルボン酸と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等の脂肪族グリコール等とから重縮合して得られたポリエステルポリオールを挙げることできる。ポリエーテルエステルポリオールとしては、前記ポリエーテルポリオールと多塩基酸を反応させてポリエステル化したもの、あるいは１分子内にポリエーテルとポリエステルの両セグメントを有するものを挙げることができる。

特に、本発明では、前記回転中のシャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料Ｐの平滑化（セルフレベリング）を高めるために、前記ポリオールは、粘度が４００〜３０００ｍＰａ・ｓｅｃ／２５℃のものが好ましく、より好ましくは８００〜１６００ｍＰａ・ｓｅｃ／２５℃のものである。さらに、前記ポリウレタンフォーム２１を前記吸引圧及び密度とするためには、ポリオールは、官能基数が２〜４、分子量が４００〜６０００のものが好ましい。

ポリイソシアネートとしては、芳香族系、脂環式、脂肪族系の何れでもよく、また、１分子中に２個のイソシアネート基を有する２官能のイソシアネートであっても、あるいは１分子中に３個以上のイソシアネート基を有する３官能以上のポリイソシアネートであってもよく、それらを単独であるいは複数組み合わせて使用してもよい。

例えば、２官能のポリイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネートなどの芳香族系のもの、シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネートなどの脂環式のもの、ブタン−１，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、リジンイソシアネートなどの脂肪族系のものを挙げることができる。

また、３官能以上のポリイソシアネートとしては、１−メチルベンゾール−２，４，６−トリイソシアネート、１，３，５−トリメチルベンゾール−２，４，６−トリイソシアネート、ビフェニル−２，４，４’−トリイソシアネート、ジフェニルメタン−２，４，４’−トリイソシアネート、メチルジフェニルメタン−４，６，４’−トリイソシアネート、４，４’−ジメチルジフェニルメタン−２，２’，５，５’テトライソシアネート、トリフェニルメタン−４，４’，４”−トリイソシアネート、ポリメリックＭＤＩ等を挙げることができる。なお、その他ウレタンプレポリマーも使用することができる。また、ポリイソシアネートは、それぞれ一種類に限られず一種類以上であってもよい。例えば、脂肪族系イソシアネートの一種類と芳香族系イソシアネートの二種類を併用してもよい。

なお、前記ポリイソシアネートのイソシアネートインデックスは、９０〜１２０が好ましい。イソシアネートインデックスは、ポリウレタンの分野で使用される指数であって、原料中の活性水素基（例えばポリオールの水酸基及び発泡剤としての水等の活性水素基等に含まれる活性水素基）に対するポリイソシアネートのイソシアネート基の当量比を百分率で表した数値である。

発泡剤としては水、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、炭酸ガス等が用いられるが、特に水は好適である。発泡剤が水の場合、添加量は目的とする密度や良好な発泡状態が得られる範囲に決定されるが、前記ポリウレタンフォーム２１を前記の吸引圧、平均セル径、密度とするには、ポリオール１００質量部に対して０．３〜２．０質量部が好ましい。なお、水と他の発泡剤を併用してもよい。

触媒としては、本発明では、泡化触媒と樹脂化触媒が併用される。泡化触媒は、ポリイソシアネートと水の反応を促進して炭酸ガスを発生させるアミン系触媒であり、ポリウレタンフォームの反応時における流動性に影響を与える。前記泡化触媒は限定されるものではなく、例えば、トリエチルアミン、ジメチルアミノエトキシエタノール、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリメチルアミノエチル−エタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル等を挙げることができる。

樹脂化触媒は、ポリオールとポリイソシアネートとのウレタン化反応（樹脂化反応）を促進させるアミン系触媒である。前記樹脂化触媒は限定されるものではなく、例えば、１，２−ジメチルイミダゾール、Ｎ・（Ｎ’，Ｎ’−ジメチルアミノエチル）−モルホリン、テトラメチルグアニジン、ジメチルアミノエタノール、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチル−Ｎ’−（２ヒドロキシエチル）−ピペラジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルプロパン１，３−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルピペラジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサン−１，６−ジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジプロピレン−トリアミン、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）モルホリン、エチレングリコールビス（３−ジメチル）−アミノプロピルエーテル、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、Ｎ−メチル−Ｎ’−（２ジメチルアミノ）エチルピペラジン等を挙げることができる。

前記泡化触媒と樹脂化触媒の割合は、前記回転中のシャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料が、表面の平滑性を良好に実現できるように設定するのが好ましい。すなわち、前記回転中のシャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料が、表面を平滑にした後に泡化反応を始め、泡化反応終了後に樹脂化反応が始まるように、前記泡化触媒と樹脂化触媒の割合を設定するのが最も好ましい。具体的には、前記泡化触媒と樹脂化触媒の量比は、１／２０〜１／３が好ましく、より好ましくは１／１０〜１／６である。

前記触媒の比率よりも樹脂化触媒量が少ないと、回転中のシャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料は、泡化が早く行われるようになって表面の平滑化が悪くなり、ポリウレタンフォームの表面が平滑化されずに凹凸になる。また、樹脂化が遅れることにより、前記シャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料が、前記シャフト１１の回転数によってはシャフト１１から垂れたり、形成されるポリウレタンフォームが変形した状態となったりする。

一方、前記触媒の比率よりも樹脂化触媒量が多いと、回転中のシャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料は、泡化が遅くなって充分な発泡層を得る前に樹脂化が進むことになるため、ポリウレタンフォームの密度が高くなりすぎたり、前記平滑化が悪い状態で樹脂化が進んでポリウレタンフォームの表面が平滑化されずに凹凸になったりする。

前記泡化触媒と樹脂化触媒を含む触媒の量は、前記ポリオール１００質量部に対して０．１〜３．０質量部が好ましい。前記の範囲よりも触媒量が少ないと、前記シャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料の反応が遅くなりすぎて、前記シャフト１１の回転数によってはシャフト１１からポリウレタンフォーム原料が垂れるようになり、また、生産性も悪化する。一方、前記の範囲よりも触媒量が多いと、前記シャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料の反応が速くなりすぎて、前記平滑化が良好に行われなくなる。

整泡剤としては、ポリウレタンフォームの製造に用いられる公知のものを使用することができる。例えば、シリコーン化合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等のアニオン界面活性剤、ポリエーテルシロキサン、フェノール系化合物等を挙げることができる。整泡剤の量は、ポリオール１００質量部当たり０．３〜３．０質量部が好ましい。前記範囲よりも整泡剤量が少ない場合、整泡作用を充分に発揮できず、良好なポリウレタン発泡体を得難くなる。また、通気性が高くなり、吸引圧が低くなって、トナーがロール上に詰まりやすくなり、画像特性が悪くなる。一方、前記範囲よりも整泡剤量が多い場合、整泡作用が強くなりすぎて通気性が低下（前記吸引圧が増大）する。５質量部よりも多いと、フォームがシュリンクする。）

その他、前記ポリウレタンフォーム原料には、架橋剤やその他の添加剤が適宜含まれる。架橋剤としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリレン−２，４，６−トリアミン、エチレンジアミン、アミノエタノール、トリエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、ヒドラジントリエタノールアミン、ベンゼン−１，２，４−トリカルボン酸、ニトリロトリ酢酸、クエン酸、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）等が挙げられる。これらの中でも、グリセリンやトリメチロールプロパンが広く使用されていることから好ましい。架橋剤の量は、ポリオール１００質量部に対して０．３〜５．０質量部である。

前記シャフト１１の外周面に供給されたポリウレタンフォーム原料が発泡してポリウレタンフォームとなった後に、前記ポリウレタンフォームの外周表面を研磨加工して、研磨加工後の円周面からなる前記表面２２を有するポリウレタンフォーム２１をシャフト１１の外周面に形成し、前記トナー供給ローラ１０を得る。なお、前記ポリウレタンフォームの外周表面を研磨加工することにより、前記ポリウレタンフォームは表面の薄膜が除去されてポリウレタンフォーム表面で気孔が開口するため、前記ポリウレタンフォーム２１の表面２２にトナーを効率よく保持することができるようになる。

直径６ｍｍ、長さ２７０ｍｍの金属製シャフトを一方の周方向へ回転数１４０ｒｐｍで回転させ、シャフトの上方４ｍｍの位置に配置した原料供給ノズルから表１の配合のポリウレタンフォーム原料を４５ｇ／ｍｉｎの供給量でシャフトの外周面に供給しながら、原料供給ノズルを１５ｍｍ／ｍｉｎの移動速度で前記シャフトの一端側から他端側へ向けて移動させることにより、シャフトの外周面にポリウレタンフォーム原料を供給した。その際、シャフトの両端からそれぞれ、１５ｍｍの部分にはポリウレタンフォーム原料を供給せず、シャフトの外周面が露出した状態とした。シャフトの外周面に供給したポリウレタンフォーム原料の発泡により形成されたポリウレタンフォームは、表面が平滑化されており、凹凸のないものであった。その後、ポリウレタンフォームの表面を研磨装置（品番：ＬＧ−７０、水口製作所製）により研磨加工して実施例１〜５のトナー供給ローラを得た。

表１における原料は以下の通りである。ポリオールはエーテル系ポリオール、官能基数３、分子量５０００、水酸基価３３．６６ｍｇＫＯＨ／ｇ、粘度９３０ｍＰａ・ｓｅｃ／２５℃、品番：Ｎｏ．３８、三洋化成工業（株）製、架橋剤はグリセリン、（株）旭電化製、触媒１（樹脂化触媒）はトリエチレンジアミン、品番：３３ＬＶ、中京油脂（株）製、触媒２（泡化触媒）はビス−（２−ジメチルアミノエチル）エーテル／ジプロピレングリコール＝７０／３０の混合物、品番：ＮＩＡＸ−１、ＵＣＣ社製、触媒３（樹脂化触媒）はＮ，Ｎ−ジメチルアミノエトキシエトキシエタノール、品番：カオーライザーＮｏ．２３ＮＰ、花王（株）製、触媒４（泡化触媒）はＮ，Ｎ−ジメチルアミノエトキシエタノール、品番：カオーライザーＮｏ．２６、花王（株）製、整泡剤はシリコーン系、品番：ＳＦ−２９６１、東レ・ダウコーニング（株）製、ポリイソシアネートはウレタンプレポリマー（ジフェニルメタンジイソシアネートの変性物）、ＮＣＯ＝２５．９％、品番：０３７９、ＳＢＵ社製である。

比較のため、スラブポリウレタンフォームに発泡方向と直交する方向にシャフト挿通孔を形成し、次いでローラ１本分の大きさで切り出した後、シャフト挿通孔にシャフトを挿通し、表面を研磨して円周面に加工したポリウレタンフォームをシャフトの外周面に設けた比較例１〜３のトナー供給ローラを製造した。比較例１〜３のシャフトは実施例１〜５のシャフトと同一材質、同一寸法からなり、また比較例１〜３においてシャフトの外周面に設けたポリウレタンフォームの寸法は実施例１〜５におけるポリウレタンフォームと同一である。なお、比較例１のスラブポリウレタンフォームは、品番：ＥＰ−７０、（株）イノアックコーポレーション製、比較例２のスラブポリウレタンフォームは、品番：ＥＲＧ−Ｈ、（株）イノアックコーポレーション製、比較例３のスラブポリウレタンフォームは、品番：ＥＳＨ、（株）イノアックコーポレーション製である。

実施例１〜５及び比較例１〜３に対して、平均ＣＬＤ硬度（ｇｆ）、密度（ｇ／ｃｍ^３）、平均セル径（μｍ）、セル数（個／２５ｍｍ）、吸引圧（ｋＰａ）を測定した。平均ＣＬＤ硬度は、ローラを構成するポリウレタンフォームの中央位置の外周表面を、周方向に４５度毎に、すなわちローラを構成するポリウレタンフォームの中央における８方向の表面を直径５０ｍｍの円盤で１ｍｍ圧縮した時の圧縮時荷重（ＣＬＤ硬度）を測定し、８方向の測定値の平均を計算した値である。また、前記８方向のＣＬＤ硬度に対して、最大値と最小値及びσを求めた。密度はＪＩＳＫ６４００に基づき測定した。平均セル径は（株）ＫＥＹＥＮＣＥ製のマイクロスコープＶＨ−８０００を用いてポリウレタンフォームの表面を１００倍に拡大し、前記のように任意の１５個のセルについてセル直径を測定し、１５個の内最大のものから５個と、最小のものから５個をそれぞれ除き、残りの５個のセルの直径の平均を計算で求めた。その際、セル直径が１０００μｍ以上の大きなセルは、ピンホールと見なして、平均セル径を求める際の１５個のセルから除外した。また、セル数はＪＩＳＫ６４００−１に基づき測定した。吸引圧は、図３に示した前記方法で測定した吸引ホースの内圧である。吸引圧の測定に用いた吸引ポンプは、品番：ＭＰ−Σ１００Ｈ、柴田科学（株）製、圧力計は品番：ＡＰ−Ｃ３０、（株）ＫＥＹＥＮＣＥ製、吸引ホースは、材質シリコーン、外径７ｍｍ、内径５ｍｍ、長さ９００ｍｍであり、吸引ノズルは図４で説明した寸法からなる樹脂製のものである。

前記４５度毎のＣＬＤ硬度測定結果を表２に示す。表２の測定結果から、実施例１〜５のローラは、８方向において圧縮加重の変化、すなわち硬さの変化が少ないものであることがわかる。また、実施例１〜５のローラをトナー供給ローラとして、レーザープリンター（品番：ＦＬＢ８０１、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製）に取り付け、１００００枚の通紙後にプリント画像を判断したところ、プリント画像に不具合は見られなかった。

前記平均ＣＬＤ硬度（ｇｆ）、密度（ｇ／ｃｍ^３）、平均セル径（μｍ）、セル数（個／２５ｍｍ）、吸引圧（ｋＰａ）の測定結果を表３に示す。なお、表３において吸引圧特性の評価は、前記吸引圧（吸引ホースの内圧）が０．５ｋＰａ以上であって、かつ２．０ｋＰａ未満の場合に「○」、２．０ｋＰａ以上であって、かつ４．０ｋＰａ以下の場合には「◎」とした。

また、実施例１〜５及び比較例１〜３のトナー供給ローラに対して耐久後の画像評価試験と保管歪の試験を行った。
耐久後の画像評価試験は、実施例１〜５及び比較例１〜３のトナー供給ローラをそれぞれレーザープリンター（品番：ＦＬＢ８０１、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製）に取り付けて、黒色の５％印字を１万枚行った後に全面黒色の画像を印刷して印刷画像について、黒ベタ、ピッチムラ及び縦スジの３項目を目視で判断した。黒ベタは画像の黒さが濃いものは「○」、薄いものは「×」とし、ピッチムラはピッチ毎のムラが無かった場合は「○」、少し有る場合は「△」、目立つ場合は「×」とした。また、縦スジは縦スジが無い場合は「○」、有る場合は「×」とした。

保管歪の試験は、実施例１〜５及び比較例１〜３のトナー供給ローラをレーザープリンター（品番：ＦＬＢ８０１、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ製）に取り付けて、５０℃の環境で現像ローラにトナー供給ローラを５日間当接させ、その後に常温環境に移して１時間経過後に全面黒色の画像を印刷し、その印刷画像を目視で判断し、初期画像と同等の場合には「○」、ローラピッチで画像が薄くなっている筋が発生した場合には「×」とした。トナー供給ローラは、現像ローラと当接させた部分の回復が悪い場合、トナーを充分供給することができないため、回復が悪い部分のみ画像が白く抜けた状態となる。耐久後の画像評価と保管歪の結果を表３の下部に示す。

表３から理解されるように、実施例１〜５のトナー供給ローラは耐久後の画像評価が黒ベタ、ピッチムラ及び縦スジの測定結果が何れも「○」であり、かつ保管歪の結果が「○」であり、良好な画像が得られるものであった。それに対して、比較例１〜３は、耐久後の画像評価において、黒ベタ、ピッチムラ及び縦スジの測定結果が、少なくとも一つにおいて「△」または「×」となった。また、吸引圧が本発明の吸引圧の範囲より高い比較例３について、保管歪の結果が悪かった。

比較例における耐久後の画像評価について詳述する。黒ベタの項目については、トナー詰まりのある比較例１、２は、耐久後のトナー供給量が減少し、黒ベタ画像が薄くなって「×」となり、比較例３はトナー詰まりが無いため黒ベタ画像が初期と変わらず濃いままであり、「○」となった。なお、トナー詰まりについては、吸引圧特性「×」のものはトナー詰まりがあり、一方、吸引圧特性が「○」または「◎」のものはトナー詰まりがほとんどない、あるいは無いものである。ピッチムラの項目については、比較例１はトナー詰まりがあるものの、表２に示すように硬さの周ムラにおいて（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／平均値が、他の比較例よりも小さく、周ムラが比較的少ないため、ピッチムラが「△」となった。また、比較例２は周ムラが大きいためピッチムラが「×」となり、一方、比較例３は周ムラが大きいもののトナー詰まりがないのでピッチムラが「△」となった。また、縦スジは、トナー詰まりによりローラが硬くなることでトナー劣化を生じ、それが凝集してブレードに固着することで発生するものであるため、トナー詰まりがある比較例１及び２で「×」となり、トナー詰まりの無い比較例３で「○」となった。

このように、本発明の実施例で製造したトナー供給ローラは、ローラのセルの全てが同じローラ半径（芯）方向に成長したものになるので、セルの形状が周方向によって異方性を生じない。従って、トナーの供給力と剥ぎ取り力が均一になり、また、トナー供給ローラの周方向全域において、現像スリーブに対する当接圧を等しくできて、ピッチムラ等の画像欠陥を解消することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るトナー供給ローラの断面図である。シャフト外周面へのポリウレタンフォーム原料の供給時を示す模式的な斜視図である。吸引圧測定方法を示す図である。吸引ノズルを示す図である。

符号の説明

１０トナー供給ローラ
１１シャフト
２１ポリウレタンフォーム
４１吸引ポンプ
４３吸引ホース
４５圧力計
４７吸引ノズル

Claims

シャフトと、前記シャフトを回転させながら前記シャフトの外周面に供給したポリウレタンフォーム原料から前記シャフトの外周面で発泡させて発泡後の表面を研磨加工したポリウレタンフォームと、よりなるトナー供給ローラであって、
前記研磨加工されたポリウレタンフォームは、吸引ポンプに接続した吸引ホースの先端に設けた先端開口径５ｍｍの吸引ノズルを前記ポリウレタンフォームの表面に圧接させて前記ポリウレタンフォームの表面を２ｍｍ圧縮し、その状態で前記吸引ポンプにより３０Ｌ／ｍｉｎの流量で前記ポリウレタンフォームの表面から空気を吸引した際の前記吸引ホースの内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値となる吸引圧を有すると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とするトナー供給ローラ。
シャフトを回転させながら前記シャフトの外周面にポリウレタンフォーム原料を供給して前記シャフトの外周面で発泡させてポリウレタンフォームを形成し、その後に前記ポリウレタンフォームの表面を研磨加工するトナー供給ローラの製造方法であって、
前記ポリウレタンフォーム原料は、ポリオール、ポリイソシアネート、触媒、発泡剤、整泡剤を含み、
前記ポリオールは、粘度が４００〜３０００ｍＰａ・ｓｅｃ／２５℃であり、
前記触媒は泡化触媒と樹脂化触媒を含み、
前記研磨後のポリウレタンフォームは、吸引ポンプに接続した吸引ホースの先端に設けた先端開口径５ｍｍの吸引ノズルを前記ポリウレタンフォームの表面に圧接させて前記ポリウレタンフォームの表面を２ｍｍ圧縮し、その状態で前記吸引ポンプにより３０Ｌ／ｍｉｎの流量で前記ポリウレタンフォームの表面から空気を吸引した際の前記吸引ホースの内圧が０．５〜４．０ｋＰａの値となる吸引圧を有すると共に、セル数が５０〜１１０個／２５ｍｍ、密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とするトナー供給ローラの製造方法。