JP2012103641A

JP2012103641A - クリーニングローラ

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Publication number: JP2012103641A
Application number: JP2010254450A
Authority: JP
Inventors: Toshinari Hayashi; 俊成林
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-11-15
Also published as: JP5871459B2

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（ＪＩＳＫ７２２２）２４〜８０ｋｇ／ｍ^３、硬さ（ＪＩＳＫ６４００−２、２５％圧縮硬さ）１００〜４１０Ｎ、引張強度（ＪＩＳＫ６４００−５）６９〜３００ｋＰａ、伸び（ＪＩＳＫ６４００−５）１００〜２２０％が好ましい。
密度が２４ｋｇ／ｍ^３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^３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（ＪＩＳＫ６４００−５）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（ＪＩＳＫ７２２２）８０ｋｇ／ｍ^３、硬さ（ＪＩＳＫ６４００−２、２５％圧縮硬さ）４１０Ｎ、引張強度（ＪＩＳＫ６４００−５）３００ｋＰａ、伸び（ＪＩＳＫ６４００−５）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（ＪＩＳＫ７２２２）５５ｋｇ／ｍ^３、硬さ（ＪＩＳＫ６４００−２、２５％圧縮硬さ）２５０Ｎ、引張強度（ＪＩＳＫ６４００−５）１５５ｋＰａ、伸び（ＪＩＳＫ６４００−５）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（ＪＩＳＫ７２２２）２４ｋｇ／ｍ^３、硬さ（ＪＩＳＫ６４００−２、２５％圧縮硬さ）１００Ｎ、引張強度（ＪＩＳＫ６４００−５）６９ｋＰａ、伸び（ＪＩＳＫ６４００−５）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。

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。

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

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。
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。