JP2012103641A - クリーニングローラ - Google Patents

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Abstract

【課題】弾性体の表面に研磨粉の付着が無く、しかも帯電ローラの表面に弾性体が充分に密着して、帯電ローラの表面に対して良好なクリーニング性が得られるクリーニングローラの提供を目的とする。
【解決手段】ポリウレタンフォームからなる弾性体の片面に接着層を設けた帯状の弾性テープ21を、接着層がシャフト11側になるようにしてシャフト11の外周に螺旋状に巻き付け、シャフトの軸方向に沿うポリウレタンフォームの幅が5mm〜24mm、ポリウレタンフォームの厚みが1.9mm〜3.6mmとなるようにして、シャフト11の外周面に固定した。
【選択図】図1

Description

本発明は、クリーニングローラに関し、特には複写機、プリンター装置、ファクシミリ装置等のOA機器における帯電ローラに付着した残留トナーや紙粉等の微粒子を除去するクリーニングローラに関する。
例えば複写装置、画像記録装置、プリンター装置、ファクシミリ装置等のOA機器では、電子写真システムにおける帯電系等に、クリーニングローラが使用されている。図7は、電子写真システムの構造を模式的に示す図である。符号81は感光ドラム、83は帯電ローラ、85はクリーニングローラ、87はレーザー発信機、89はトナー供給装置、91はブレード、93は転写ベルト、Pは用紙である。クリーニングローラ85は、帯電ローラ83の表面に付着した残留トナーや紙粉等の微粒子を除去するために設けられ、シャフト85aと、前記シャフト85aの外周に設けられた弾性体層85bとよりなり、前記弾性体層85aが帯電ローラ83の表面に押し付けられた状態で回転し、前記帯電ローラ83の表面の微粒子を前記弾性体層85bで除去する。上記回転するクリーニングローラ85は、クリーニングローラには駆動部がなく、帯電ローラの駆動回転に従い、上記クリーニングローラも従動する。
前記クリーニングローラとして、四角柱状に加工した弾性体の中心にシャフトを挿通して弾性体の外周を研磨することにより、弾性体を円筒形にしたものがある。
しかし、研磨加工により形成されたクリーニングローラは、研磨加工時に発生した研磨粉が弾性体表面の微細な凹凸に入り込み、使用時に悪影響を及ぼすことがあった。
また、前記研磨粉の問題を解消するため、紐状のウレタンスポンジからなるクリーニング部材をシャフトの外周に螺旋状に巻き付けたクリーニングローラが提案されている(特許文献1)。
しかし、紐状のクリーニング部材をシャフトの外周に螺旋状に巻き付けたクリーニングローラは、帯電ローラとクリーニング部材との接触が線接触となって接触面積が少ないために、クリーニング性能が劣る問題がある。
また、平行四辺形からなる幅広のフォームシートをシャフトの外周に螺旋状に巻き付けたクリーニングローラが提案されている(特許文献2)。
しかし、平行四辺形からなる幅広のフォームシートをシャフトの外周に螺旋状に巻き付けたクリーニングローラは、図8に示すように、シャフト95の軸方向(長さ方向)Lに沿って、フォームシート97の表面が両縁97aに対して中央97bで窪んだ溝状になる反りが発生し、シャフト95の軸方向Lに沿ってフォームシート97の表面に凹凸の波打ちを生じる。しかも、前記フォームシート97は、厚みが1.5mm程度であって薄いため、帯電ローラに押圧された際にフォームシート97の圧縮量が少なく、中央97bの窪んだ部分が帯電ローラの表面に充分に密着しない問題がある。そこで、前記フォームシート97を中央97bにおいても帯電ローラの表面に充分に密着させるため、フォームシート97の厚みを増大させて圧縮量を増やすようにすると、フォームシート97の弾性が増大することによって、フォームシート97をシャフト95の外周に巻き付けた後にフォームシート97が元の状態に戻り易くなり、時間の経過によってフォームシート97の端部、特にシャフト軸方向の両端部で剥がれる現象が発生するようになる。
特開2008−070532号公報 特開2010−107797号公報
本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、研磨粉の付着が無く、しかも帯電ローラの表面に密着して良好なクリーニング性が得られる、シャフト両端部での剥がれのないクリーニングローラの提供を目的とする。
請求項1の発明は、弾性体の片面に接着層を設けた帯状の弾性テープを、シャフトの外周に前記接着層が前記シャフト側になるようにして螺旋状に巻き付けたクリーニングローラであって、前記弾性体は、前記シャフトの外周に前記弾性テープが巻き付けられた状態で、前記シャフトの軸方向に沿う幅が5mm〜24mm、厚みが1.9mm〜3.6mmであることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1において、前記接着層は少なくとも粘着剤層を有し、前記接着層における粘着剤の重量%が80重量%以上であることを特徴とする。
本発明のクリーニングローラによれば、弾性体の片面に接着層を設けた帯状の弾性テープを、シャフトの外周に前記接着層が前記シャフト側になるようにして螺旋状に巻き付けた構成からなるため、角柱状の弾性体を円筒形に研磨加工する必要がなく、研磨粉が表面に付着することがない。しかも、シャフトの外周に弾性テープが巻き付けられた状態で、シャフトの軸方向に沿う弾性体の幅が5mm〜24mm、弾性体の厚みが1.9mm〜3.6mmであるため、帯電ローラの表面に充分に密着して良好なクリーニング性を得ることができる。
本発明の一実施形態に係るクリーニングローラの斜視図である。 図1の拡大平面図である。 図1の3−3拡大断面図である。 弾性テープの斜視図である。 図4の5−5断面図である。 弾性テープの他の実施形態の断面図である。 電子写真システムの構造を模式的に示す図である。 従来のクリーニングローラの一部を示す平面図である。 弾性体の反りを示すクリーニングローラの一部の平面図である。
図1〜図3に示すクリーニングローラ10は、例えば図7に示した帯電ローラ83の表面に接触しながら回転するように取り付けられ、帯電ローラ83の表面に付着している微粒子を除去するのに好適なものである。特に、駆動する帯電ローラに密着して、クリーニングローラが従動する機構において好適である。前記クリーニングローラ10は、シャフト11と、前記シャフト11の外周面に螺旋状に巻き付けられてシャフト11の外面に固定された弾性テープ21とよりなる。
前記シャフト11は、金属等からなる棒状体で構成されており、前記クリーニングローラ10の芯材を構成する。前記シャフト11は、前記クリーニングローラ10が取り付けられる機器に応じた長さ及び径とされるが、一般的な長さとして226〜350mm、径として3〜8mmを挙げる。
前記弾性テープ21は、図4及び図5に示すように、弾性体23と前記弾性体23の片面に設けられた接着層25とよりなる帯状のものが用いられる。前記弾性体23は、前記シャフト11に巻き付けられる前の幅w2が3.0〜13.0mm、厚みt2が2.0〜4.0mmのものが好ましい。なお、幅w2は、前記帯状の弾性テープ21において長さ方向Yと直交する方向Zの寸法である。
幅w2が3.0mmより狭くなると、帯電ローラとクリーニング部材との接触が、線接触から点接触の範囲で接触面積が少なくなるために、クリーニング性能が劣る、一方、幅w2が13.0mmより広くなるとフォームシート97の弾性が増大することによって、フォームシート97をシャフト95の外周に巻き付けた後にフォームシート97が元の状態に戻り易くなり、時間の経過によってフォームシート97の端部が剥がれやすくなる。
また、厚みt2が2.0mmより薄くなると、帯電ローラに押圧された際にフォームシート97の圧縮量が少なく、フォームシートの中央部分の窪んだ部分が帯電ローラの表面に充分に密着しなくなる。一方、厚みt2が4.0mmより厚くなると、フォームシート97の弾性が増大することによって、フォームシート97をシャフト95の外周に巻き付けた後にフォームシート97が元の状態に戻り易くなり、時間の経過によってフォームシート97の端部、特にシャフト軸方向の両端部で剥がれる。
前記弾性体23としては、連続気泡ポリウレタンフォーム、連続気泡ポリオレフィン等の発泡体が好ましく、特にはポリウレタンフォームが好適である。ポリウレタンフォームの場合、密度(JIS K7222)24〜80kg/m、硬さ(JIS K6400−2、25%圧縮硬さ)100〜410N、引張強度(JIS K6400−5)69〜300kPa、伸び(JIS K6400−5)100〜220%が好ましい。
密度が24kg/m未満の場合には帯電ローラー表面の付着物を掻き取りきれずにクリーニング性が低下する、一方、80kg/mを超える場合には、帯電ローラと密着して従動するのに負荷が大きくなる。
硬さが100N未満の場合には帯電ローラーにかかる応力が低くなり、掻き取り性能、クリーニング性が低下する、一方、410Nを超える場合には、帯電ローラーにかかる応力が高くなりすぎ、クリーニングローラを従動回転させるのに駆動装置の負荷が大きくなる。
引張強度(JIS K6400−5)が69kPa未満の場合には、弾性体表面がちぎれたり、削れたりする。
伸びは、帯電ロールとクリーニングロールが面接触するように、所定の範囲に設定される。また、弾性体をシャフトに巻き付けた後の巻戻る力も伸びがあることで緩和される。
前記接着層25は、前記弾性テープ21を前記シャフト11の外周面に固定するためのものであり、図5に示すように、支持体25aの両面に粘着剤層25bが設けられた両面接着テープからなるもの、あるいは図6に示すように、前記接着層25が粘着剤層25cのみからなるもので構成される。前記接着層25は、前記支持体25aの両面に粘着剤層25bが設けられたものである場合、前記接着層25における粘着剤の重量%が80重量%以上のもの、特には80〜95重量%のものが好ましい。なお、粘着剤の重量%は次式で計算される。
粘着剤の重量%=(粘着剤の重量)/(粘着剤の重量+支持体の重量)×100(%)
粘着剤の重量%が80重量%未満の場合、前記弾性テープ21を前記シャフト11の外周面に巻き付けた後に、前記弾性テープ21が前記シャフト11から剥がれ易くなる。また、前記支持体25aとしては、特に限定されず、例えば不織布、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステル、セルロースなどを挙げることができる。特に不織布は、前記シャフト11の外周に巻き付けた前記弾性テープ21の戻りを一層生じにくくできるため、好ましいものである。また、粘着剤層25b、25cを構成する粘着剤としては、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等を挙げることができる。前記接着層25の厚みは、30〜200μmが好ましい。30μm未満の場合には、弾性体への接着力が低下し剥がれ易くなり、一方200μmを超える場合、シャフト表面への弾性テープの追従性が劣り巻き付け後に剥がれ易くなる。
前記弾性テープ21は、前記接着層25が前記シャフト11側となるようにして、図2に示すように、前記シャフト11の軸方向(長さ方向と等しい)L1に対し傾斜させて、シャフト11の一端側から他端側へシャフト11の外周に巻き付けられ、前記接着層25の粘着剤によってシャフト11の外周面に固定される。前記弾性テープ21は、前記シャフト11の軸方向L1に対する傾斜角θ1を25〜65°として前記シャフト11の外周に巻き付けられるのが好ましい。
前記傾斜角θ1が25°未満の場合には、図9(9−A)にあるa1とb1の差が大きくなりc1部分が帯電ローラと接触しにくくなる。一方、傾斜角θ1が65°を超える場合、図9に示す弾性体の幅方向の端部e1、e2、e3、e4によって軸方向両端へ掻き取られたトナーを搬送する機構を用いている場合、距離が長くなりクリーニング効率が悪くなる。
すなわち、前記傾斜角が所定の範囲にあることで、トナー粒子を移動させるクリーニングが帯電ローラの円周方向のみならず、軸線方向にも効率的に作用する。
前記弾性テープ21は、前記シャフトの軸方向L1に沿う前記弾性体23の幅w1が5〜24mm、前記弾性体の厚みt1が1.9〜3.6mmとなるように、前記シャフト11の外周に巻き付けられる。前記w1とt1を前記範囲内とすることによって、前記シャフト11の軸方向L1における前記弾性体23の幅W1の中央位置c1においても、段差の生じることのない平滑な面となりやすく、クリーニング性が良好となる。一方、前記w1とt1の一方でも前記範囲から外れると、図9の(9−A)のように、前記シャフト11の軸方向L1における前記弾性体23の幅W1の中央位置c1で厚みa1が両端e1、e2の厚みb1より小となって中央位置c1で窪みが大きくなったり(すなわち前記弾性体25の表面の反りが大きくなったり)、あるいは図9の(9−B)のように前記弾性体23が前記シャフトの軸方向L1における一端e3の厚みa2よりも他端e4の厚みb2が大になって、前記弾性体23の表面の傾斜(すなわち反り)が大きくなったりして、前記弾性体23の表面が部分的に帯電ローラの表面に密着せず、クリーニング性が劣るようになる。
前記弾性体23がポリウレタンフォーム、前記接着層25が両面接着テープからなる弾性テープを、直径4mm、長さ230mmの鉄製シャフトの外周に、表1の巻き付け条件における巻き付け角度θ1で巻き付けて両面接着テープの粘着剤により固定し、表1に示す比較例及び実施例のクリーニングローラを作製した。弾性テープをシャフトの外周に巻き付けた状態における軸方向の弾性体の幅w1と厚みt1は表1に示す通りである。w1とt2の測定は、(株)ミツトヨ製レーザースキャンマイクロメータLSM−6000で行った。なお、弾性テープを巻き付ける際の巻き付け角度θ1は、巻き付けた状態における弾性テープの前記軸方向L1に対する傾斜角度と同一である。
使用したポリウレタンフォームは、軟質スラブポリウレタンフォームの切り出し品である。比較例1〜9及び実施例1〜6については、密度(JIS K7222)80kg/m、硬さ(JIS K6400−2、25%圧縮硬さ)410N、引張強度(JIS K6400−5)300kPa、伸び(JIS K6400−5)220%、(株)イノアックコーポレーション製、実施例7については、密度(JIS K7222)55kg/m、硬さ(JIS K6400−2、25%圧縮硬さ)250N、引張強度(JIS K6400−5)155kPa、伸び(JIS K6400−5)150%、(株)イノアックコーポレーション製、実施例8については、密度(JIS K7222)24kg/m、硬さ(JIS K6400−2、25%圧縮硬さ)100N、引張強度(JIS K6400−5)69kPa、伸び(JIS K6400−5)100%、(株)イノアックコーポレーション製である。また、シャフトに巻き付ける前のポリウレタンフォームの幅w2と厚みt2については、表1における巻き付け条件に示した通りである。
使用した両面接着テープは、支持体の材質が不織布、粘着剤の種類がアクリル酸エステル共重合樹脂、(粘着剤の重量)/(粘着剤の重量+支持体の重量)×100(%)で計算される粘着剤の重量%、すなわち両面接着テープ全体における粘着剤の重量%が91重量%、両面接着テープの厚み160μm、品番:No.5000NS、日東電工社製を用いた。不織布はシャフトにまとわりついた状態で安定する一方、粘着剤が巻戻り、形状を回復するように働くことから、支持体が不織布の両面接着テープを使用することは、シャフトに巻き付けた後の巻戻りを抑制するのに効果的である。
Figure 2012103641
比較例及び実施例のクリーニングローラについて、シャフトの軸方向に関してポリウレタンフォーム(すなわち弾性体)表面の反り率(%)とポリウレタンフォームの表面中央におけるクリーニング性を次のようにして測定した。
反り率(%)は、シャフトの長さ方向に沿って、ポリウレタンフォーム(弾性体)の最小肉厚部の厚みaと最大肉厚部の厚みbを測定し、反り率(%)=(b−a)/b×100で計算される値である。反り率の計算式におけるポリウレタンフォーム(弾性体)の最小肉厚部の厚みaと最大肉厚部の厚みbを、図9の(9−A)と(9−B)の場合について説明する。図9の(9−A)のように、弾性体(ポリウレタンフォーム)21の表面がシャフト11の長さ方向L1における中央位置c1で窪んでいる場合には、中央位置c1における厚みa1が反り率の計算式におけるaであり、両端位置e1、e2の厚みb1が反り率の計算式におけるbである。なお、一方の端e1と他方の端e2で肉厚が異なる場合には、肉厚が大の方の厚みをbとする。また、図9の(9−B)のように、弾性体(ポリウレタンフォーム)21の表面が傾斜して、シャフト11の長さ方向L1における弾性体21の一端e3の厚みa2よりも他端e4の厚みb2が大の場合には、厚みが小さい一端e3の厚みa2が反り率の計算式におけるaであり、厚みが大きい他端e4の厚みb2が反り率の計算式におけるbである。反り率(%)の測定結果を表1の下部に示す。
弾性体(ポリウレタンフォーム)の表面中央部におけるクリーニング性は、以下のように評価した。
回転円筒状の像担持体と、これに当接する帯電ローラからなる画像形成装置で、像担持体の回転駆動によって帯電ローラが従動回転するクリーニング装置に、実施例および比較例のクリーニングローラを取り付けた。上記クリーニングローラは画像形成装置内不動部に固定し、自由回転可能にしてあり、帯電ローラが回転する時、その表面を摺擦クリーニングする。上記クリーニング装置を公知のプリンタに組付けて、テストパターンを印刷し、その汚れのレベルを評価した。所定枚数を超えても、縦スジ・点状の汚れがなかった場合には○、縦スジ・点状の汚れが認められた場合には×とした。クリーニング性の結果を表1の下部に示す。
表1に示すように、実施例1〜8は、反り率が4〜18%と小さく、中央部のクリーニング性が○であった。
それに対して、巻き付けた状態における弾性体(ポリウレタンフォーム)のシャフトの軸方向の幅w1が28mmと大きい比較例1は、反り率が22%と大きく、中央部のクリーニング性が×であった。同様に、幅w1が37mmと大きい比較例8も、反り率が22%と大きく、中央部のクリーニング性が×であった。また、幅w1の値が3.5mmと小さい比較例2は、反り率が28%と大きく、中央部のクリーニング性が×であった。一方、巻き付けた状態におけるポリウレタンフォーム(弾性体)の厚みt1が1.35mmと薄い比較例3は、反り率が23%と大きく、中央部のクリーニング性が×であった。同様に、厚みt1が1.35mmと薄い比較例9も反り率が21%と大きく、中央部のクリーニング性が×であった。また、本発明における範囲よりも幅w1が大きく、かつ厚みt1が小さい比較例4〜比較例7は、反り率が29%(比較例6)〜40%(比較例5)の範囲にある、大きな値を示し、中央部のクリーニング性が×であった。
すなわち、駆動する帯電ローラに密着してクリーニングローラが従動する機構に好適に使用されるクリーニングローラの弾性体は、最少肉厚部が帯電ローラと密着するか、さらに最少肉厚部よりも圧縮されて帯電ロールと接触していることが好ましい。具体的には、上記反り率が、ゼロ以上20%以下とすることが好ましい。
こうすることで、クリーニングローラを、駆動する帯電ローラに対して良好に従動させることができる。また、クリーニングロールは、帯電ロールと面接触することになり、トナーの掻き取り性に優れ、トナーを弾性体の間に掃出し、シャフト端部へ搬送除去することができる。
また、弾性テープをシャフトの外周に巻き付けた後における弾性テープの戻りによる、剥がれと粘着剤の重量%との関係を確認するため、前記実施例1における両面接着テープを、粘着剤の重量%が91重量%のもの(品番:No.5000NS、日東電工株式会社製)に変更した実施例9、粘着剤の重量%が80重量%のもの(品番:No.5000NS改良品、日東電工株式会社製)に変更した実施例10、粘着剤の重量%が50重量%のもの(品番:No.5000NS改良品、日東電工株式会社製)に変更した比較例10をそれぞれ作製し、弾性テープを巻き付けた後、50℃で7時間経過後における弾性テープの剥離有無を確認した。剥離有無の結果を表2に示す。その結果、実施例9及び実施例10は、弾性テープが剥離しなかったのに対し、比較例10では、弾性テープの長さ方向の端から数mmの範囲で弾性テープがシャフトの外面から浮き上がって剥離していた。
Figure 2012103641
このように、本発明のクリーニングローラは、角柱状の弾性体を円筒形に研磨加工する必要がなく、研磨粉が弾性他の表面に付着するのを防ぐことができ、しかも、弾性体の表面が帯電ローラの表面に充分に密着して良好なクリーニング性を得ることができる。
10 クリーニングローラ
11 シャフト
21 弾性テープ
23 弾性体
25 接着層
25a 支持体
25b、25c 粘着剤層
L1 シャフトの軸方向

Claims (2)

  1. 弾性体の片面に接着層を設けた帯状の弾性テープを、シャフトの外周に前記接着層が前記シャフト側になるようにして螺旋状に巻き付けたクリーニングローラであって、
    前記弾性体は、前記シャフトの外周に前記弾性テープが巻き付けられた状態で、前記シャフトの軸方向に沿う幅が5mm〜24mm、厚みが1.9mm〜3.6mmであることを特徴とするクリーニングローラ。
  2. 前記接着層は少なくとも粘着剤層を有し、前記接着層における粘着剤の重量%が80重量%以上であることを特徴とする請求項1に記載のクリーニングローラ。
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