JP2011509431A - プラスチックを含有する絶縁層を備えたトナーローラ - Google Patents

Abstract

トナーローラは、ローラ状の基体（１２）を備えており、基体（１２）に、絶縁層（１４）が配置されており、絶縁層（１４）は、プラスチックを含有している。好適には絶縁層は、プラスチックの他に充填剤、たとえば導電カーボンブラックおよび酸化セラミックを含有している。

Description

本発明は、プリンタまたはコピー機の現像ステーションに用いるためのトナーローラであって、ローラ状の基体を備えており、基体は、導電性の表面を有しており、表面に、絶縁層が配置されているものに関する。さらに本発明は、トナーローラを製造する方法に関する。

トナーローラは、プリンタまたはコピー機の現像ステーションにおける重要な構成要素を成している。典型的なトナーローラは、アプリケータローラとして用いられ、アプリケータローラは、中間担体、たとえば感光ドラムまたは感光ベルトに対向している。アプリケータローラは、運転中にトナー粒子から成る均質な層を支持する。中間担体の表面は、印刷しようとする像に応じた電荷潜像を備えている。電場の力に基づいて、トナー粒子は中間担体の表面から引き付けられ、場合によっては空隙を越えてアプリケータローラから中間担体の表面に搬送され、電荷潜像に応じて配置される。

ローラ状の基体は、導電性の表面を備えており、これによってトナー粒子は電圧を用いてトナー粒子の表面に保持することができる。現像ステーションの内側で中間担体に向かってフラッシュオーバーが生じないようにするために、トナーローラは、絶縁層を備える必要がある。絶縁層は、トナー粒子と強磁性のキャリヤ粒子とを含有する現像剤混合物に対して十分な耐磨耗性を有する必要がある。

米国特許第６３２７４５２号明細書および米国特許第５４７３４１８号明細書においてトナーローラが公知であり、トナーローラは、絶縁層として、セラミック層を用いている。このセラミック層は、湿気を吸収することのできる多孔を備えており、これにより特にトナー粒子を受け取り、引き渡すというトナーローラの機能が抑制される。

本発明の課題は、トナーローラおよびトナーローラを製造する方法を改善して、トナーローラの表面が、トナー層を支持するのに適切で、高電圧耐性を有し、耐磨耗性を有するものを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成を有するトナーローラによって解決される。有利な改良形は、従属請求項に記載した。

本発明によれば、絶縁層は、プラスチックを含有していて、１５０μｍ〜１０００μｍの範囲の層厚を有している。絶縁層は、シリンダスリーブとして構成され、基体の表面と接触する。

好適な形態によれば、絶縁層は、プラスチックの他に充填剤を含有しており、絶縁層は、所定の電気抵抗と、所定の高電圧耐性と、所定の耐磨耗性とを提供する。プラスチック材料として、特にウレタン（たとえばＰＵポリウレタン）またはフッ化炭素材料（ポリフルオロカーボン、たとえばＰＴＦＥ（テフロン^(R)）、ＥＣＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＥ）のグループが考えられる。ウレタンのグループから成るプラスチックは、イソシアネート基もしくはＮＣＯ基を特徴としており、ポリフルオロカーボンのグループから成るプラスチックは、フッ素原子によるＣＨ_２基の置換を特徴としている。両方のプラスチックグループは、多量の充填剤を混合できることを特徴としている。さらに両方のプラスチックグループは、ポリマー構造に基づいて格別な耐磨耗性を有している。電気抵抗を調節するために、導電性の添加物が用いられ、好適には導電カーボンブラックまたはナノ粒子、たとえばカーボンナノチューブが用いられる。プラスチックに混合される充填剤として、特に非プラスチック材料、たとえばＳｉＯ_２、炭素、酸化セラミック、酸化アルミニウム、酸化チタンおよび／または酸化クロムおよびこれらの混合物が考えられる。

本発明の別の観点から、トナーローラ製造方法を記載した。

以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳説する。

トナーローラの横断面図および縦断面図である。 現像ステーションにおけるトナーローラの使用状態を示す図である。 現像ステーションにおける電位の状態を示す図である。

図１には、上側にトナーローラ１０を横断面図で示し、下側に縦断面図で示した。トナーローラ１０は、ローラ状の基体１２と絶縁層１４とを備えている。絶縁層１４は、１５０μｍ〜１０００μｍ、好適には４００μｍ〜６００μｍの範囲の層厚を有している。基体１２は、本形態では、軸受けジャーナル１６を備えた内実ローラとして形成することができる。また基体１２として中空ローラを用いてもよい。好適にはローラ状の基体１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（アルミニウム−鍛造用合金（Alminium-Knetlegierung）、アルミニウム−鋳造用合金およびアルミニウム−ダイカスト用合金を含む）、もしくは純粋なチタンまたはチタン合金から成っている。選択的に基体は、プラスチックから製作することができ、基体は、導電性の表面を備えている。基体１２の導電性の表面は重要である。なぜならば導電性の表面に直流電圧が印加され、トナー粒子が電場の力に基づいて絶縁層１４の外面に引き付けられるからである。基体１２もしくは基体１２の導電性の表面における導電性材料の固有抵抗は、１０．０Ω・ｍｍ²／ｍより小さい。帯電防止効果を有する層が設けられており、これによって場合によっては生じる表面電荷が導出可能である（相対値（層材料の固有抵抗）：１０⁶ Ｏｈｍ ｃｍ ＜ 層 ＜１０¹⁴ Ｏｈｍ ｃｍ、もしくは絶対値（層の絶対抵抗）＜１０⁸ Ｏｈｍ）。このような要求から層厚が規定される。ローラ表面に対する、基体に印加される直流電場の、結果として得られる減衰は、最大で８０％でなければならない。層構造の容量は、小さな容量性抵抗を得るために、１００ｐＦ（ｐｉｋｏ−Ｆａｒａｄ）〜１μＦ（Ｍｉｋｒｏ−Ｆａｒａｄ）でなければならない。理想的には、層の比誘電率は７より大きい。層の電気的な値として、正弦振動では０Ｈｚ〜１Ｈｚの周波数範囲が当てはまる。

図２には、現像ステーション２０におけるトナーローラ１０の使用状態を示した。トナー粒子と強磁性のキャリヤ粒子とを含有する現像剤混合物２２は、混合物取出部材２４によって、着肉ローラ２６に搬送される。着肉ローラ２６は、マグネットステータとしてマグネットエレメント２８を備えており、マグネットエレメント２８は、磁性を有するキャリヤ粒子を引き付ける。着肉ローラ２６のスリーブが回転すると、キャリヤ粒子は、スリーブに付着するトナー粒子と共に、さらに上方に搬送される。着肉ローラ２６とトナーローラ１０との接触部分３０で、トナー粒子とキャリヤ粒子とは分離する。トナー粒子は、電場の力に基づいて、トナーローラ１０の絶縁層１４に保持されて、上方に搬送され、これに対して強磁性のキャリヤ粒子は、矢印Ｐ１の方向に、現像剤混合物２２に向かって戻されるか、またはクリーニングローラ３４に向かって搬送される。

トナーローラの表面に付着するトナー粒子は、中間担体３２、たとえば帯状の感光体の感光層の傍にガイドされ、中間担体３２の感光層とトナーローラ１０の表面との間の電荷潜像に基づいて形成される電場の力により、感光層に飛翔し、像を着色する。トナーローラ１０と中間担体３２との接触部分における、トナー粒子の飛翔動作により、使用されるトナーローラ１０は、多くの場合ジャンプローラ（Ｊｕｍｐ−Ｗａｌｚｅ）とも呼ばれる。転写されないトナー粒子は、マグネットエレメント３５を有するマグネットステータを備えたクリーニングローラ３４から、強磁性のキャリヤ粒子を用いて除去される。除去されるトナー粒子およびキャリヤ粒子は、矢印Ｐ２の方向に再び現像剤混合物２２に供給される。

図３には、現像ステーション２０における電位の状態を例示した。着肉ローラ２６は、直流電圧電位を掛けられ、これに対してトナーローラ１０は、直流電圧と重畳することができる交流電圧を掛けられる。クリーニングローラ３４は、着肉ローラ２６の電位とは逆の電位を掛けられる。掛けられる電位は、トナー粒子が一方では現像剤混合物２２から上方に中間キャリヤ３２に向かって搬送され、他方ではトナーローラ１０から再び離間することができるように選択されており、これによって中間担体３２の感光層に飛翔することができる。

着肉ローラ２６とトナーローラ１０との間、ならびにトナーローラ１０とクリーニングローラ３４との間の接触部分では、比較的狭いギャップ（典型的には１．０ｍｍ）に起因して、このギャップを通って搬送される固い強磁性のキャリヤ粒子に基づいて、ローラ表面の高い機械負荷が生じる。したがってトナーローラ１０上の絶縁層１４は、耐磨耗性を有する必要があり、これによって磨耗は小さく、トナーローラ１０の長い耐用期間が得られる。さらに絶縁層１４は、印加される高電圧に基づいて、個々のローラの間に短絡が生じないように形成する必要がある。したがってトナーローラ１０では絶縁層が必要であり、これに対して着肉ローラ２６およびクリーニングローラ３４には、導電性の層を設けることができる。トナーローラ１０に印加される交流電圧のプラスの半波では、クリーニングローラ３４に対する電位差は、約２ｋＶｓｓであり、マイナスの半波では、３ｋＶｓｓ以下である。したがって高品質の運転は、十分な高電圧耐性がトナーローラ１０の絶縁層１４によって所与されている場合にしか実現されない。一方では高い耐摩耗性の要求、他方では高い高電圧耐性の要求によって、絶縁層１４にとって適切な材料を見出すのは困難である。絶縁層１４の厚さは、典型的には１５０μｍ〜１０００μｍである。薄過ぎる層では、高電圧によるフラッシュオーバーが生じ得る。さらに薄い層では、耐摩耗性に関して問題が生じる。厚過ぎる絶縁層では、電気絶縁効果が大き過ぎる。

以下に、絶縁層１４の実施例を説明する。

実施例１
絶縁層は、プラスチックの他に充填剤から成っている。充填剤に、導電性の添加物、特に導電カーボンブラックが供給される。充填剤としてニッケル−プラスチック、たとえばＳｉＯ_２、炭素、酸化アルミニウム、酸化チタンおよび／または酸化クロムが考えられる。絶縁層に含まれる充填剤の含量は、０〜１５質量パーセント、好適には３．６〜１５質量パーセントである。絶縁層に含まれる導電性の添加物の含量は、０．１〜０．５質量パーセント、好適には０．２〜０．２８質量パーセントである。

実施例２
実施例１と同様、ただしプラスチックとしてＰＴＦＥ（テフロン^(R)）が設けられる。

実施例３
実施例１と同様、ただしプラスチックとしてＰＶＤＦ（たとえばカイナー^(R)、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥ、ＰＶＣ、ポリオレフィンまたはポリウレタン（ＰＵ）が用いられる。

実施例４
絶縁層は、純粋な、つまり添加物の加えられていないポリウレタン（ＰＵ）から成っている。

これらの実施例により得られる絶縁層は、以下の特性を有している。
ａ）絶縁層は、強磁性のキャリヤ粒子および鉄粉に対する擦過に強く、耐磨耗性を有しており、
ｂ）絶縁層は、電気絶縁性を有しており、
ｃ）絶縁層は、少なくとも２ｋＶｓｓまでの高電圧耐性を有しており、
ｄ）絶縁層の固有接触抵抗は、少なくとも１０⁷Ωｃｍであり、
ｅ）表面特性は、周辺環境の影響、たとえば空気の湿度、温度による影響をほとんど受けず、
ｆ）表面粗さは、平均粗さＲｚとして２μｍよりも小さく、
ｇ）表面の非円形度は７μｍよりも小さく、
ｈ）表面は、好適には非付着性を有している。

提案した絶縁層は、十分な高電圧耐性を有している。これによって外側表面が剥離して破損することはなく、これによってトナーローラひいては現像ステーションの長い耐用期間が得られる。記載の絶縁層は、十分な耐摩耗性を有している。絶縁層にプラスチックを用いたことによって、表面は、良好に封止されるので、表面は、湿気を吸収しない。湿気の吸収は、多孔の形成された表面では生じ得る。特定のプラスチックでは、後処理、たとえば研磨が省略される。

以下に、トナーローラを製造するための異なる幾つかの製造方法を説明する。

製造方法１
前述の実施例に従って、粒子状または粉末状のプラスチックを、粒子状または粉末状の充填剤と混合して、分散液または懸濁液を形成する。基体は、分散液に浸漬され、基体に分散液の薄い層が被覆される。層が乾燥したあとで、層を、切削加工で処理（たとえば研磨による）し、これによって、要求される幾何学寸法、要求される粗さおよび表面構造が得られる。

製造方法２
プラスチックと充填剤とから成る混合物からシートを製作する。シートを、２つの端部で相互に溶接して、基体に取り付ける。そのあとで後処理を行い、幾何学寸法が得られる。

製造方法３
プラスチックと充填剤とから成る混合物から収縮チューブを製作し、基体に取り付ける。次いで後処理を行う。

製造方法４
プラスチックと充填剤とから成る混合物を用いて、基体を、粉末被覆方法（たとえば焼結被覆（Wirbelsintern）、プラスチック粉末成形、射出成形、静電被覆）で被覆する。次いで後処理を行う。

前述の製造方法では、プラスチックと充填剤とから成る混合物の代わりに、純粋なポリウレタンを用いてもよい。

基体の材料として、複合材料、たとえばガラス複合材料（たとえばガラス繊維強化プラスチック）または炭素繊維複合材料（たとえば炭素繊維強化プラスチック）も適している。そのような複合材料では、プラスチックの含量は、５０％を下回る。同様に材料として、セラミックまたはガラスが、たとえば管の状態で用いられる。これらの材料は、その表面で、導電層を有している。基体に導電性の炭素繊維、たとえば巻成された炭素繊維管を用いると、炭素繊維管が十分な導電性を有している場合、特別に取り付けられる導電層を省略することができる。

１０ トナーローラ、 １２ 基体、 １４ 絶縁層、 １６ 軸受けジャーナル、 ２０ 現像ステーション、 ２２ 現像剤混合物、 ２４ 混合物取出部材、 ２６ 着肉ローラ、 ２８ マグネットエレメント、 ３０ 接触部分、 Ｐ１，Ｐ２ 方向矢印、 ３２ 中間担体、 ３４ クリーニングローラ、 ３５ マグネットエレメント

Claims (17)

1. プリンタまたはコピー機の現像ステーションに用いるためのトナーローラであって、
   ローラ状の基体（１２）を備えており、該基体（１２）は、導電性の表面を有しており、該表面に、絶縁層（１４）が配置されているものにおいて、
   該絶縁層（１４）は、プラスチックを含有し、かつ１５０μｍ〜１０００μｍの範囲の層厚を有していることを特徴とする、トナーローラ。
2. 絶縁層（１４）は、プラスチックの他に充填剤を含有している、請求項１記載のトナーローラ。
3. 充填剤は、導電性の添加物、特に導電カーボンブラックまたはナノ粒子を含有している、請求項２記載のトナーローラ。
4. 充填剤は、ＳｉＯ_２、炭素、酸化セラミック、酸化アルミニウム、酸化チタンおよび／または酸化クロムを含有している、請求項３記載のトナーローラ。
5. 絶縁層（１４）に含まれる充填剤の含量は、０〜１５質量パーセントである、請求項２から４までのいずれか１項記載のトナーローラ。
6. 絶縁層（１４）に含まれる導電性の添加物の含量は、０．１質量パーセント〜０．５質量パーセント、好適には０．２質量パーセント〜０．２８質量パーセントの範囲にある、請求項１から５までのいずれか１項記載のトナーローラ。
7. 絶縁層（１４）用のプラスチックとして、ＰＴＦＥが設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のトナーローラ。
8. 絶縁層は、純粋なポリウレタンから成っている、請求項１記載のトナーローラ。
9. 絶縁層（１４）は、収縮チューブとして、基体に取り付けられる、請求項１から８までのいずれか１項記載のトナーローラ。
10. 絶縁層（１４）は、端部で溶接されるシートによって形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のトナーローラ。
11. ローラ状の基体は、アルミニウム、または、アルミニウム鍛造用合金、アルミニウム鋳造用合金およびアルミニウムダイカスト用合金を含むアルミニウム合金から形成されているか、もしくは、純粋なチタンまたはチタン合金から形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のトナーローラ。
12. 基体（１２）は、プラスチック、ガラス、セラミック、もしくは、複合材料、好適にはガラス複合材料または炭素繊維複合材料を含有しており、基体（１２）は、導電性の表面を備えている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のトナーローラ。
13. プリンタまたはコピー機の現像ステーションに用いるためのトナーローラを製造する方法であって、
    導電性の表面を有する、ローラ状の基体（１２）に、絶縁層（１４）を設け、
    該絶縁層（１４）は、プラスチックを含有し、かつ１５０μｍ〜１０００μｍの範囲の層厚を有することを特徴とする、トナーローラを製造する方法。
14. 絶縁層（１４）を、収縮チューブとして、基体に取り付ける、請求項１３記載の方法。
15. 絶縁層（１４）を、端部で溶接されるシートによって形成する、請求項１３または１４記載の方法。
16. 絶縁層（１４）を、後続の乾燥プロセスを有する含浸プロセスで形成する、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. 絶縁層（１４）を、粉末被覆法または射出成形法によって製作する、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の方法。

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