JP4692248B2 - トナー供給ロールおよびその製法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の電子写真装置に用いられるトナー供給ロールおよびその製法に関するものである。

一般に、電子写真装置における複写は、つぎのようにして行われる。すなわち、まず、図７に示すように、トナーボックス内のトナー１１を、トナー供給ロール１３を介して現像ロール１４の表面にトナー１１を供給し、このトナー１１を、さらに現像ロール１４と層形成ブレード１５との摩擦帯電により帯電させる。そして、感光ドラム１０の表面に形成された静電潜像（原稿像）に、上記帯電したトナーを付着させてトナー像を形成し、これを、転写部１２を経由させることにより、複写紙１６上に転写定着させるのである。

なお、上記静電潜像に付着されずに現像ロール１４の表面に残ったトナー１１は、トナー供給ロール１３により掻き取られ、トナーボックス内に回収されて再使用に供される。

上記トナー供給ロール１３は、通常、軸体１と、その外周面に形成されたウレタンフォームからなるスポンジ弾性層２とで構成されており、上記スポンジ弾性層２には、トナー１１を安定して現像ロール１４に供給するトナー供給性能に加え、現像ロール１４の表面に余ったトナー１１を確実に掻き取るトナー掻き取り性能が求められている。すなわち、このトナー掻き取り性能が不足すると、残ったトナーが現像ロール１４の表面に残留し、トナーフィルミング等の原因となるからである。

そこで、上記トナー掻き取り性能を向上させるために、上記スポンジ弾性層２の硬度を高く設定することも考えられるが、トナー１１に与えるストレスが増大し、トナー１１の劣化等の不具合を引き起こすおそれがあり、有効な方策ではない。

一方、スポンジ弾性層２の硬度を高めるのではなく、その表面に、軸方向に延びる複数の凸条を所定ピッチで設けたもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
特開平１１−３８７４９号公報

上記特許文献１に示すように、スポンジ弾性層２の表面に、軸方向に延びる複数の凸条を形成するには、（１）軸体の外周面にスポンジ弾性層を成形した後、その表面に、軸方向に延びる複数の凹溝を所定のピッチで周方向に切削加工等により形成することにより、隣り合う凹溝と凹溝の間の部分を上記凸条とする、（２）スポンジ弾性層２を成形するための金型として、その内周面に、上記凸条に対応する溝条が形成された特殊なものを用いる、という２通りの方法が考えられる。

しかしながら、上記（１）の方法では、スポンジ弾性層２が低硬度であるため、切削加工等をしようとすると変形して、精度よく加工することができないという問題がある。そして、加工精度を高めようとすると、時間がかかり生産性が低下する。また、上記（２）の方法では、金型製作にコスト、時間を要するだけでなく、金型内周面を高精度で研磨しなければ、脱型時にスポンジ弾性層２の凸条が金型の溝条から外れにくいため、研磨作業の負担が大きいという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、手間や高いコストをかけることなく得ることのできる、トナー供給性能とトナー掻き取り性能に優れたトナー供給ロールおよびその製法の提供を、その目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、軸体と、この軸体の外周面に沿って形成されたスポンジ弾性層とを有するトナー供給ロールであって、上記スポンジ弾性層の少なくとも外周面が、連泡スポンジＡと、その空間部に充填されたスポンジＢとで形成されており、上記連泡スポンジＡにおける発泡セルの平均セル径が、３００〜８０００μｍに設定され、上記スポンジＢにおける発泡セルの平均セル径が、５０μｍ以上で上記連泡スポンジＡの平均セル径の１／２以下に設定されているトナー供給ロールを第１の要旨とする。

また、本発明は、上記第１の要旨であるトナー供給ロールの製法であって、軸体の周囲に、連泡スポンジＡからなるスポンジ弾性層を形成し、上記スポンジ弾性層付き軸体を、ロール形成用金型内に装填して型締め後、金型内にスポンジＢ形成材料を注入し、スポンジＢが連泡スポンジＡの空間部に充填された状態で発泡硬化するようにしたトナー供給ロールの製法を第２の要旨とする。

そして、本発明は、そのなかでも、特に、上記軸体の周囲に、連泡スポンジＡからなるスポンジ弾性層を形成する前に、上記連泡スポンジＡとは異なる材質の中間スポンジ弾性層を形成し、この中間スポンジ弾性層付き軸体の周囲に、連泡スポンジＡからなるスポンジ弾性層を形成するようにしたトナー供給ロールの製法を第３の要旨とする。

なお、本発明において、「平均セル径」とは、そのスポンジが有する任意の１０個の発泡セルのセル径の平均値であり、各発泡セルのセル径は、スポンジを厚み方向に切断し、その直径を電子顕微鏡で見て測定したものである（以下同じ）。

すなわち、本発明者らは、トナー供給性能とトナー掻き取り性能を兼ね備えたスポンジ弾性層を開発すべく、スポンジ弾性層における発泡セルの大きさや分布についてさらに研究を重ねた。その結果、スポンジ弾性層を、単一のスポンジで構成するのではなく、連続する大きな発泡セルを有する連泡スポンジＡをスポンジ弾性層の骨格として用い、上記連泡スポンジＡの連泡によって形成される空間部に、上記連泡スポンジＡより小さな発泡セルを有するスポンジＢが充填された構成にすると、上記連泡スポンジＡとスポンジＢの硬さを適宜に調整して組み合わせることにより、上記連泡スポンジＡの部分で優れたトナー掻き取り性能を発揮させ、上記スポンジＢの部分で優れたトナー供給性能を発揮させることができることを見出し、本発明に到達した。

本発明のトナー供給ロールは、スポンジ弾性層の少なくとも外周面が、特定の連泡スポンジＡと、その空間部に充填された特定のスポンジＢとで形成されており、スポンジ弾性層において、上記連泡スポンジＡが骨格の役割を果たすことから、この部分を比較的硬く設定することにより、優れたトナー掻き取り性能を発揮させることができる。また、上記連泡スポンジＡの、連続的な空間部に充填されたスポンジＢが、上記連泡スポンジＡより比較的軟らかく、微細な発泡セルを有しているため、長期にわたってトナーを均一に供給させることができ、トナーかぶり等のトラブル発生を防止することができる。

また、本発明のトナー供給ロールの製法によれば、軸体の周囲に直接、もしくは中間スポンジ弾性層を介して、上記連泡スポンジＡとスポンジＢからなる特殊なスポンジ弾性層が形成されたトナー供給ロールを、特殊な金型を用いたり成形後に特殊な仕上げ処理を施したりすることなく、低コストで簡単に得ることができる。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

図１は、本発明のトナー供給ロールの一実施の形態を示している。このトナー供給ロールは、軸体１と、その外周面に形成されたスポンジ弾性層２とを備え、上記スポンジ弾性層２は、図１において鎖線で囲われた部分Ｘを拡大した図２（模式的な断面図）に示すように、連泡スポンジＡと、その気泡によって形成される空間部に充填されたスポンジＢとで構成されている。

まず、上記軸体１は、中実でも中空でもよく、その形成材料としては、例えば、鉄，ステンレス，アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等の金属、またはポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ナイロン等のプラスチックがあげられる。そして、上記軸体１の外周面には、必要に応じて、接着剤やプライマー等を塗布してもよい。

また、上記スポンジ弾性層２を構成する連泡スポンジＡおよびスポンジＢのスポンジ材料としては、どちらも、従来から、トナー供給ロールのスポンジ弾性層２を形成するために用いられているものであれば、どのようなものでもよいが、なかでも、軟質ポリウレタンフォームの製造等に用いられるポリオール成分およびイソシアネート成分を組み合わせて得られるポリウレタンフォームが好適である。

上記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、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール，ポリイソブチレンポリオール等のポリオレフィンポリオール等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

また、上記イソシアネート成分としては、２官能以上のポリイソシアネートであれば特に限定はなく、例えば、２，４−（または２，６−）トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、カーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

さらに、必要に応じて、上記ポリオール成分およびイソシアネート成分に加えて、架橋剤，発泡剤（水，低沸点物，ガス体等），界面活性剤，触媒，難燃剤，充填剤，導電性付与剤，帯電防止剤等を適宜に配合することができる。

本発明のスポンジ弾性層２を構成する連泡スポンジＡは、これらの成分によって得られるポリウレタンフォーム等からなり、連続気泡で、しかも発泡セルの平均セル径が３００〜８０００μｍに設定されていなければならない。すなわち、連泡スポンジＡが、優れたトナー掻き取り性を発揮し、しかも前記スポンジＢをその空間部に充填させるには、発泡セルの平均セル径が上記範囲内の大きさに設定されており、かつ各発泡セル同士が３次元的に全てまたは一部つながった連続気泡となっていることが必要だからである。なお、上記発泡セルの平均セル径は、スポンジ弾性層２を形成する際の発泡倍率を変えること等により、容易に調整することができる。また、各発泡セル間のセル膜を除去して連通させるには、公知のアルカリ処理や熔解処理等の適宜の方法を適用することができる。

なお、上記連泡スポンジＡは、スポンジ材料を用いて軸体１の周囲に発泡成形させるのではなく、予めスラブ発泡もしくは型発泡されたポリウレタンフォーム等のスポンジ材であって、本発明の連泡スポンジＡの特性を備えたものを、所定寸法の円筒状に切り出して用いるようにしても差し支えない。このような市販のスポンジ材としては、例えば、空気フィルターや吸音材等として市販されている各種ポリウレタンフォーム（例えばブリヂストン社製のエバーライトＳＦ等）があげられる。

一方、上記連泡スポンジＡとともに、本発明のスポンジ弾性層２を構成するスポンジＢは、上記連泡スポンジＡと同様、ポリウレタンフォーム等のスポンジ材料からなり、連泡スポンジＡの空間部に充填された状態になっているもので、その発泡セルは、連泡であっても独泡であっても差し支えない。もちろん両者が混在していてもよい。そして、発泡セルの平均セル径は、５０μｍ以上で、かつ上記連泡スポンジＡの平均セル径の１／２以下となるよう設定されていなければならない。すなわち、上記平均セル径が５０μｍ未満では、トナーの流動性が悪くなり、逆に連泡スポンジＡの平均セル径の１／２より大きくなると、連泡スポンジＡの空間部内で均一に発泡セルが分布することが困難となりトナーの供給ムラが生じるからである。

本発明のトナー供給ロールは、これらの材料を用い、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、まず、スラブ発泡もしくは型発泡されたポリウレタンフォームからなり、本発明の連泡スポンジＡの特性を備えたスポンジ材を準備する。そして、図４（ａ）に示すように、これを円筒状に切り出し、同図（ｂ）に示すように、軸体１の外周に取り付けてスポンジ弾性層２用の骨格層２′とする。そして、この骨格層２′が形成された軸体１を、図５（ａ）に示すように、スポンジ弾性層形成用の成形用金型２１の中空部に同軸的に装填して型締めした後、スポンジＢを形成するためのスポンジ材料組成物を注入する。

注入されたスポンジ材料組成物は、上記連泡スポンジＡからなる骨格層２′の空間部に入り込んだ状態で発泡し、その空間部を満たした状態で硬化する。このようにして、連泡スポンジＡの空間部にスポンジＢが充填された構造のスポンジ弾性層２が形成される。そして、このスポンジ弾性層２が形成された軸体１を脱型し、本発明のトナー供給ロールを得ることができる。

このようにして得られる本発明のトナー供給ロールによれば、スポンジ弾性層２の少なくとも外周面が、特定の連泡スポンジＡと、その空間部に充填された特定のスポンジＢとで形成されており、スポンジ弾性層において、上記連泡スポンジＡが骨格の役割を果たすことから、この部分を比較的硬く設定することにより、優れたトナー掻き取り性能を発揮させることができる。また、上記連泡スポンジＡの、連続的な空間部に充填されたスポンジＢが、上記連泡スポンジＡより比較的軟らかく、微細な発泡セルを有しているため、長期にわたってトナーを均一に供給させることができ、トナーかぶり等のトラブル発生を防止することができる。

なお、上記の例では、連泡スポンジＡの特性を備えたスポンジ材を円筒状に切り出して、軸体１の外周に連泡スポンジＡを取り付けるようにしたが、もちろん、すでに述べたように、金型を用いて、軸体１の周囲に、連泡スポンジＡ形成用のスポンジ材料を注入し、発泡硬化させることにより、連泡スポンジＡを形成することもできる。

そして、上記連泡スポンジＡは、スポンジ弾性層２の骨格となるものであり、スポンジＢが内部空間に充填される際に、その骨格が崩れず、長期にわたって良好なトナー掻き取り性能を発揮するものでなければならない。したがって、上記連泡スポンジＡは、通常、スポンジＢよりも高硬度に設定される。ちなみに、連泡スポンジＡの空間部にスポンジＢが充填した状態のスポンジ弾性層の硬度Ｈは、その部分をスポンジＢのみで形成した場合の硬度Ｈ₀ に比べて１０〜１５０ｇ高くなっていることが好適である。

なお、上記スポンジ弾性層２の硬度は、例えば、つぎのようにして得られる値である。すなわち、図８（ａ）に示すように、トナー供給ロールを、その両端の軸体１部分において支持し、スポンジ弾性層２を、板状押圧面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み７ｍｍ）を有する治具３０により１０ｍｍ／分の速度で押圧した時の、１ｍｍ変位時の荷重（ｇ）で表した値である。ただし、上記硬度の測定は、図８（ｂ）に示すように、軸方向（幅方向）の２ヶ所×周方向の９０°ごとの４ヶ所の計８ヶ所の測定ポイントについて行い、その平均値で示している。この数値が大きくなる程、スポンジ弾性層２の硬度が高い、すなわち硬いことを意味している。

そして、本発明のトナー供給ロールにおいて、そのスポンジ弾性層２の外周面は、図３のように、連泡スポンジＡの表面開口から溢れたスポンジＢによって薄く覆われた状態になっていてもよい。すなわち、このものを現像ロール（図７における１４）に圧接した場合、上記スポンジＢの薄い層が介在しても、その下の連泡スポンジＡの硬い骨格が、上記現像ロール表面を押圧して、充分なトナー掻き取り性能を発揮するからである。したがって、本発明において、図３に示す形態も「スポンジ弾性層２の少なくとも外周面が、連泡スポンジＡと、その空間部に充填されたスポンジＢとで構成されている」形態に含むものとする。

また、本発明のトナー供給ロールにおいて、スポンジ弾性層２を、軸体１に直接形成するのではなく、図６に示すように、他のスポンジ材からなる少なくとも一層の中間スポンジ弾性層２２（図６では一層）を介して形成するようにしてもよい。その場合、上記中間スポンジ弾性層２２の形成は、円筒状に切り出したスポンジ材を軸体１の外周に取り付けるようにしてもよいし、金型を用いて軸体１の周囲に円筒状に発泡硬化させたのち、脱型させるようにしてもよい。そして、この中間スポンジ弾性層２２の外周に、前記と同様にして、本来のスポンジ弾性層２（連泡スポンジＡ＋スポンジＢ）を形成することにより、多層構造のトナー供給ロールを得ることができる。

つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。

まず、直径５ｍｍのＳＵＭ２２製中実円柱状の軸体を準備するとともに、以下に示すスポンジ弾性層の連泡スポンジＡの材料、スポンジＢの材料を用意した。

〔連泡スポンジＡの材料〕
連泡スポンジＡに用いるスポンジ体として、下記の表１に示す４種類のもの（市販品）を用意した（イ〜ニ）。

〔連泡スポンジＡもしくはスポンジＢを形成するための材料組成物の調製〕
また、連泡スポンジＡもしくはスポンジＢを形成するために、下記の表２に示す５種類のスポンジ材料組成物（ａ〜ｅ）を調製した。

なお、連泡スポンジＡとして、表１に示す市販品のスポンジ体（イ）〜（ニ）のいずれかを用いる場合は、そのスポンジ体を、スポンジ弾性層の骨格となるよう円筒状に切り出し、軸体に嵌合させることにより、軸体と一体形成した。また、調製されたスポンジ材料組成物を用いて連泡スポンジＡを作製する場合は、軸体を装着した成形用金型に注入して発泡硬化させることにより、軸体周囲に一体形成した。

〔実施例１〜６、比較例１〜１０〕
成形用金型に、前記軸体（連泡スポンジＡが外周に形成されたもの）を同軸的にセットし、成形空間内に、上記スポンジＢの材料組成物を注入して、その成形金型をオーブン内に入れ、発泡硬化させる（６０℃×３０分間）ことにより、軸体の外周面にスポンジ弾性層（外径１６ｍｍ）を形成した。ただし、連泡スポンジＡの種類と、スポンジＢの材料組成物の種類、そして各スポンジのセル密度を変えることにより、表３、表４に示すように、６種類の実施例品と３種類の比較例品を得た。また、表５、表６に示すように、連泡スポンジＡのみでスポンジ弾性層が形成された、７種類の比較例品を得た。

このようにして得られた実施例１〜６および比較例１〜１０の各トナー供給ロールを用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を上記表３〜表６に併せて示す。

〔初期複写画像−濃度〕
各トナー供給ロールを市販のプリンタの現像装置に組み込み、画像出しを行った後、複写画像の評価を目視により行った。すなわち、濃度ムラがなく画像が良好なものを○、濃度ムラによる画像不具合が軽微なものを△、濃度ムラによる画像不具合が実用に供しがたいものを×と評価した。

〔初期複写画像−ゴースト〕 各トナー供給ロールを市販のプリンタの現像装置に組み込み、画像出しを行った後、複写画像の評価を目視により行った。すなわち、ゴーストがなく画像が良好なものを○、ゴーストによる画像不具合が軽微なものを△、ゴーストによる画像不具合が実用に供しがたいものを×と評価した。

〔耐久複写画像−トナーフィルミング〕
各トナー供給ロールを市販のプリンタの現像装置に組み込み、トナー濃度が５％となる程度の文字列を１００００枚まで出力した。そして、その後の複写画像の評価を目視により行った。その結果、トナーフィルミングによる色抜け等の画像不具合がなく画像が良好なものを○、画像不具合が軽微なものを△、画像不具合が実用に供しがたいものを×と評価した。

上記表３〜表６から、実施例１〜６のトナー供給ロールは、比較例１〜１０のトナー供給ロールと比較して、３つの評価項目のいずれに対しても、概ね良好な結果が得られることから、非常に優れた性能を備えていることがわかる。

本発明のトナー供給ロールの一実施の形態を模式的に示す説明図である。 上記一実施の形態における表面部分の模式的な拡大横断面図である。 本発明のトナー供給ロールの他の実施の形態における、表面部分の模式的な横断面図である。 （ａ）、（ｂ）はいずれも本発明のトナー供給ロールの製法の一実施の形態を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）はいずれも本発明のトナー供給ロールの製法の一実施の形態を示す説明図である。 本発明のトナー供給ロールのさらに他の実施の形態を模式的に示す説明図である。 トナー供給ロール，現像ロールおよび感光ドラムの配置状態を模式的に示す説明図である。 トナー供給ロールのスポンジ弾性層の硬度の測定方法を示す説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

２ スポンジ弾性層
Ａ 連泡スポンジ
Ｂ スポンジ

Claims (3)

1. 軸体と、この軸体の外周面に沿って形成されたスポンジ弾性層とを有するトナー供給ロールであって、上記スポンジ弾性層の少なくとも外周面が、連泡スポンジＡと、その空間部に充填されたスポンジＢとで形成されており、上記連泡スポンジＡにおける発泡セルの平均セル径が、３００〜８０００μｍに設定され、上記スポンジＢにおける発泡セルの平均セル径が、５０μｍ以上で上記連泡スポンジＡの平均セル径の１／２以下に設定されていることを特徴とするトナー供給ロール。
2. 請求項１記載のトナー供給ロールの製法であって、軸体の周囲に、連泡スポンジＡからなるスポンジ弾性層を形成し、上記スポンジ弾性層付き軸体を、ロール形成用金型内に装填して型締め後、金型内にスポンジＢ形成材料を注入し、スポンジＢが連泡スポンジＡの空間部に充填された状態で発泡硬化するようにしたことを特徴とするトナー供給ロールの製法。
3. 上記軸体の周囲に、連泡スポンジＡからなるスポンジ弾性層を形成する前に、上記連泡スポンジＡとは異なる材質の中間スポンジ弾性層を形成し、この中間スポンジ弾性層付き軸体の周囲に、連泡スポンジＡからなるスポンジ弾性層を形成するようにした請求項２記載のトナー供給ロールの製法。

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