JP4222752B2 - トナー搬送ローラの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー搬送ローラ（以下、単に「ローラ」とも称する）の製造方法に関し、特には、複写機やプリンター等の画像形成装置において、感光体や紙等の画像形成体にトナー（現像剤）を搬送してその表面に可視画像を形成する現像ローラに対しトナーを供給するために用いるトナー搬送ローラ（以下、単に「ローラ」とも称する）の製造方法、この方法により得られるトナー搬送ローラ、および、このトナー搬送ローラを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンター等の電子写真方式の画像形成装置等における現像部には、静電潜像を保持する画像形成体と、この画像形成体に当接して表面に担持したトナーを付着させることにより静電潜像を可視画像化する現像ローラと、この現像ローラにトナーを供給するためのトナー搬送ローラ（トナー供給ローラおよび不要トナー剥ぎ取りのためのクリーニングローラを含む）とが設けられており、トナーを、トナー収容部からトナー搬送ローラおよび現像ローラを介して画像形成体まで搬送する一連のプロセスにより、画像形成が行われる。
【０００３】
この現像機構において良好な画像形成を行うには、トナーの薄層が現像ローラ表面上にムラなく均一に形成され、担持されていることが必要である。従って、かかる現像機構においては、現像ローラ自体のトナー保持性能等に加え、トナー搬送ローラの性能、特には表面性能が重要となってくる。即ち、トナー搬送ローラには、現像ローラに当接して、摩擦帯電、トナーの供給および掻き取りを行うことにより、現像ローラ表面上に均一なトナー層を形成することが要求される。
【０００４】
上記要求を満足できる良好な表面性能を備えたトナー搬送ローラを得るために、従来より、様々な検討が重ねられてきている。近年では、かかるトナー搬送ローラとして、金軸上に網目状の表面構造を有する弾性発泡体を積層することで、トナーの搬送性と現像ローラ上の不要トナーの除去とに寄与できるよう工夫されたものが好ましく使用されており、この目的に対し適切な弾性発泡体として、柔軟性や強度面等から、一般に、ウレタンフォームが好適に使用されている。
【０００５】
このような表面構造を有するウレタンフォーム製ローラの製造方法としては、例えば、ウレタンフォームを金軸と一体で筒状型内で発泡成形して、金軸周囲に網目状ウレタンフォーム層を設け、このローラ表面を研磨あるいはピーリング等により円柱状に削り落とすことでフォームの網目をローラ表面とする方法が公知である。しかし、この方法においては、研磨により表面性が悪化してしまう場合があり、優れた表面性能を有するローラを得ることができるものではなかった。
【０００６】
この問題を解決するために、一体成形後にローラの表面性を悪化させるような後加工を要しないウレタンフォーム製ローラの製造方法として、成形品が最終形状となる型において芯金とウレタンフォームとを一体成形し、さらに、ポリウレタン配合や成形型、プロセス等の改良によりフォームのセル径、セル数および開口率を制御することで、良好な表面特性、ひいては良質な画像を得る方法が種々提案されている。
【０００７】
例えば、特開平９−２７４３７３号公報には、最終ロール形状を呈する成形キャビティ内で芯金と軟質ポリウレタンスポンジ層とが一体成形されてなり、表面のスキン層が、所定の開口径を有する開口部を所定の割合で有するトナー供給ロールが提案されている。また、特開平１０−２２１９４５号公報には、最終形状を与える成形キャビティ内での発泡成形により芯金の周りに軟質ポリウレタンスポンジ層が一体的に形成され、該軟質ポリウレタンスポンジ層が、所定の物性値を有し、かつ、所定の開口径の独立開口セルを所定の割合で有する独立気泡型の発泡体構造を有するトナー供給ロールが記載されており、さらに、特開平１１−３８７４９号公報には、芯金と、所定の硬度を有し、かつ、所定の開口径を有する開口部を所定の割合で有する軟質ポリウレタンフォーム層とからなり、該ポリウレタンフォーム層の外周面に所定の凹凸表面構造が形成されているトナー供給ロールが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載の方法においては、印刷初期や、多量の印刷を繰り返し行った際に発生するトナーのボタ落ちや画像不良を完全に抑制することはできず、トナー搬送ローラとしての要求特性を十分満足しているとは言えなかった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、上記の問題を解消して、良好な表面特性を有し、実機搭載時、特には、印刷初期や、多量の印刷を繰り返し行った際などにおいてもトナーのボタ落ちや画像不良の発生がなく、良質な画像を得ることのできるトナー搬送ローラの製造方法、トナー搬送ローラおよびそれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明は、以下の通りである。
（１）軸と、該軸の外周に一体成形により設けられたポリウレタンフォーム層とを備えるトナー搬送ローラの製造方法であって、原料成分を、筒型の中心線上に軸が貫設された状態にて該筒型内に注入し、発泡、硬化させて、前記軸とポリウレタンフォーム層とを一体化する工程を含むトナー搬送ローラの製造方法において、前記軸と一体化させたポリウレタンフォーム層を脱型した後、上下の板状体でローラを挟んで垂直方向に圧迫を加え、前記ポリウレタンフォーム層を押しつぶした状態で、上下の板状体の平行状態を維持したまま互いに逆方向へ移動させて、該ポリウレタンフォーム層の外周面にクラッシング処理を行い、次いで、該ポリウレタンフォーム層の二次キュア処理を行うことを特徴とするトナー搬送ローラの製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のトナー搬送ローラの製造方法においては、筒型として、例えば、図１（イ）に示すような円筒状金型１を用いることができ、この円筒状金型１内で、（ハ）に示すような最終形状のローラ１０における軸２とポリウレタンフォーム層３との一体成形を行う。具体的には、図１（イ）に示すように、円筒状金型１の中心線上に軸２を貫設した状態で、内部にポリウレタン材料を注入し、円筒状金型１を密閉した後（図１（ロ））、発泡、硬化を行えばよく、この一体成形の工程の条件等には特に制限はない。
【００１７】
本発明においては、筒型内での一体成形により軸２と一体化したポリウレタンフォーム層３を脱型した後、このポリウレタンフォーム層３に対し、所定の二工程からなる後加工を行う。かかる後加工を行うことにより、▲１▼ローラの外径寸法精度が向上するとともに、▲２▼フォームに残留する原料の不純物を減少させることができるため、トナー供給ローラの現像ローラへの面圧（接触圧）が均等になり、かつ、トナー帯電圧が向上する。これにより、ボタ落ちや印刷画像の不良を生じない良好なトナー搬送ローラを得ることができるものである。
【００１８】
具体的には、後加工として、ポリウレタンフォーム層３の外周面に対するクラッシング処理と、ポリウレタンフォーム層３を再度加熱する二次キュア処理との双方を行う。これらの工程を行う順序は制限されず、いずれを先に行っても本発明の効果は得られるが、これら二工程のうちの一方のみではなく、双方を行うことが必要である。
【００１９】
クラッシング処理の手法としては特に制限はなく、物理的圧迫、エアー吹き付け等の公知の手法を適宜用いることができ、これにより、トナー搬送ローラの外径寸法を良好に整えることができる。ポリウレタンフォーム部材に対してクラッシングを行うことは公知であり、フォーム通気性を向上させるための公知の手段として、例えば、特開平９−２７４３７３号公報等に記載されているが、本発明においては、かかるクラッシング処理と二次キュア処理とを組み合わせることにより、従来技術にはない優れた効果を得ることができ、トナー搬送ローラに求められる要求性能を高度に満足し得る高性能のトナー搬送ローラが実現できることを見出した。
【００２０】
物理的圧迫による処理は、例えば、板状体で挟んだり、金属、ゴム等からなる一対の硬いローラ間を通すなどにより、ポリウレタンフォーム層３の厚みが５〜６０％程度、好ましくは１０〜２５％となるよう押しつぶすことにより行う。但し、この押しつぶしの割合はポリウレタンフォーム層３の密度や硬度等により変動する。板状体で挟んでクラッシング処理する場合の模式図を図３に示す。この場合、ローラ１０を板状体４で挟んで図３（イ）の状態から垂直方向に圧迫を加え、図３（ロ）のようにポリウレタンフォーム層を押しつぶした状態で、上下の板状体４を、平行状態を維持したまま互いに逆方向へ移動させて、クラッシングする。また、エアー吹き付けは、ローラを約５００〜１０００ｒｐｍの速度で回転させ、ローラ表面から約３ｍｍの距離に位置させた径約１．５ｍｍのエアーノズルをローラの軸方向にゆっくりと移動させながら、約１．０ＭＰａの高圧エアーをローラに対し略垂直方向から吹き付けることにより行うことができる。
【００２１】
二次キュア処理は、好ましくは４５〜３００℃、より好ましくは８０〜１５０℃の温度範囲で、３０秒〜８時間、より好ましくは４分〜３０分間にて行う。この範囲よりも温度が低いかまたは時間が短いと、本発明の効果を十分に得ることができず、一方、この範囲よりも温度が高いかまたは時間が長いと、却ってローラの表面性を損なう場合があり、いずれも好ましくない。この際の環境条件は制限されず、静置した状態でも、送風を行ってもよく、また、減圧下で硬化させてもよい。
【００２２】
ポリウレタンフォーム層３を形成するためのポリウレタン材料としては、樹脂中にウレタン結合を含むものであれば、特に制限はない。ポリオール成分としては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ＴＨＦ−アルキレンオキサイド共重合体ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分鹸化物、フォスフェート系ポリオール、ハロゲン含有ポリオール等を好適に用いることができる。
【００２３】
また、イソシアネート成分についても特に制限はなく、汎用であるＴＤＩ、ＭＤＩ、粗製−ＭＤＩ（ポリメリックＭＤＩ）、および変性ＭＤＩだけでなく、特殊なイソシアネートを用いても差し支えない。特殊なイソシアネートとしては、例えば、１，５−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン１，４ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、水添−ＸＤＩ、水添−ＭＤＩ、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス（イソシアネートフェニール）チオフェスフェート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、１，６，１１−ウンデカントリイソシアネート、１，８−ジイソシアネート−４−イソシアネートメチルオクタン、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロへプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられ、これらも好適に用いることができる。
【００２４】
ポリウレタン材料中には、これらポリウレタン原料に加え、所望に応じて架橋剤、発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、界面活性剤、触媒等を添加することができ、これにより所望に応じた層構造とすることができる。また、難焼剤や充填材、イオン導電剤や電子導電剤等の導電剤、公知の充填剤や架橋剤等を適宜使用することも可能である。イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ラウリルトリメチルアンモニウム）、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウム（例えば、ステアリルトリメチルアンモニウム）、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウムなどの過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩などのアンモニウム塩、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩などが挙げられる。
【００２５】
また、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン；酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト；酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などを挙げることができる。
【００２６】
また、本発明のトナー搬送ローラ１０は、図１（ハ）に示すように、軸２の外周にポリウレタンフォーム層３が一体成形された構造を有し、本発明の上記製造方法により製造されてなるものである。かかるトナー搬送ローラ１０は、例えば、図２に概略的に示す非磁性一成分系の現像装置に適用される。図示するように、ローラ１０は、現像ローラ１２に当接して配置され、トナー収容部内のトナー１１を一旦現像ローラ１２の表面に担持させ、これを介して画像形成体１３に搬送することにより、静電潜像の可視化を行う現像プロセスの一部を構成する。尚、図中の１４はクリーニング部、１５はクリーニングブレード、１６はブレードを夫々示す。
【００２７】
本発明のトナー搬送ローラ１０は、ローラ表面に、内部から連通するセル開口部を有することが好ましく、これによりトナーがフォーム内部から良好に供給されて、トナー搬送量の不安定化の問題が解消されることになる。好ましくは、セル開口部の径が５０〜４００μｍであり、また、開口部のポリウレタンフォーム層３表面１ｃｍ²あたりの個数が１００〜２０００個であることが好ましい。かかるセル開口部を有する構造を得るためのポリウレタンフォーム層３の形成は、ポリウレタン配合と離型剤との組合せで従来技術に基づき行うことができる。尚、本発明の上記２工程とかかるセル開口部との関係については、二次キュア工程はセル開口には基本的に寄与するものではないが、クラッシング工程においては、ポリウレタンフォーム層３内部の未開口セルを開口させてポリウレタンフォーム層３内部のセル開口率を上げる効果を得ることができ、また、ポリウレタンフォーム層３表面のセル開口率も若干上げることができる。
【００２８】
本発明の画像形成装置は、図２に示すような非磁性一成分系の現像装置を備えるものであって、本発明の上記トナー搬送ローラを用いたものであればよく、他の部材等の条件には特に制限はない。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらによりなんら限定されるものではない。
実施例
図１（イ）に示すような、内径１２ｍｍの円筒状金型１に、図示するようにして直径５ｍｍの軸２をセットし、下記表１に示す配合の軟質ポリウレタンフォーム発泡性混合液を型内に注入し、発泡、硬化させて、軸２とポリウレタンフォーム層３とを一体化させた。脱型後に得られた軟質ウレタンフォーム製ローラ（図１（ハ））のポリウレタンフォーム層は密度０．０７ｇ／ｃｍ³の連通セルフォームであり、ローラ表面全面も均一な連通口を有していた。
【００３０】
【表１】

【００３１】
脱型後のローラを２枚のアルミ板の間に挟んで、ポリウレタンフォーム層３の厚みが約１５％程度となるように均等に圧迫を加えた後、そのまま上下の板を、平行状態を維持したまま、間でローラを転がすようにして互いに逆方向に移動させ、クラッシングした（図３参照）。次いで、１４０℃ ２０分の条件にてポリウレタンフォーム層の二次キュア処理を行って、実施例のローラを得た。
【００３２】
比較例１〜３
クラッシング処理および二次キュア処理のいずれも行わないものを比較例１、クラッシング処理のみを行ったものを比較例２、二次キュア処理のみを行ったものを比較例３として、夫々の条件にて各比較例のローラを得た。
得られた実施例および比較例のローラについて、初期および５０００枚印刷後の印刷画像を評価した。評価点としてはトナーボタ落ちおよび濃度ムラの２点で行い、不良が発生したものを×、問題が生じなかったものを○とした。この結果を下記の表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のトナー搬送ローラの製造方法によれば、良好な表面特性を有し、実機搭載時、特には、印刷初期や、多量の印刷を繰り返し行った際などにおいてもトナーのボタ落ちや画像不良の発生がなく、良質な画像を得ることのできるトナー搬送ローラを得ることができる。従って、かかる本発明のトナー搬送ローラを用いた本発明の画像形成装置によれば、トナーのボタ落ちや画像不良の発生等がなく、良好な画像を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）本発明の製造方法に用いることのできる円筒状金型を示す斜視図である。
（ロ）（イ）に示す円筒状金型を密閉した状態を示す斜視図である。
（ハ）本発明の一例のトナー搬送ローラを示す斜視図である。
【図２】本発明に係る非磁性一成分系の現像装置の概略図である。
【図３】クラッシング処理の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 円筒状金型
２ 軸
３ ポリウレタンフォーム層
４ 板状体
１０ トナー搬送ローラ
１１ トナー
１２ 現像ローラ
１３ 画像形成体
１４ クリーニング部
１５ クリーニングブレード
１６ ブレード

Claims (1)

1. 軸と、該軸の外周に一体成形により設けられたポリウレタンフォーム層とを備えるトナー搬送ローラの製造方法であって、原料成分を、筒型の中心線上に軸が貫設された状態にて該筒型内に注入し、発泡、硬化させて、前記軸とポリウレタンフォーム層とを一体化する工程を含むトナー搬送ローラの製造方法において、前記軸と一体化させたポリウレタンフォーム層を脱型した後、上下の板状体でローラを挟んで垂直方向に圧迫を加え、前記ポリウレタンフォーム層を押しつぶした状態で、上下の板状体の平行状態を維持したまま互いに逆方向へ移動させて、該ポリウレタンフォーム層の外周面にクラッシング処理を行い、次いで、該ポリウレタンフォーム層の二次キュア処理を行うことを特徴とするトナー搬送ローラの製造方法。

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