JP5039447B2

JP5039447B2 - トナー供給ローラの検査方法

Info

Publication number: JP5039447B2
Application number: JP2007163037A
Authority: JP
Inventors: 暁草野; 渉高橋; 亨益山
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: JP2009003123A

Description

本発明は、複写機やプリンタ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）を供給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供給ローラの検査方法に関し、特に、トナーの帯電性を最適化し、前記可視画像の横白スジ入り不良を防止することのできるトナー供給ローラの検査方法に関する。

複写機やプリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、感光体や紙等の画像形成体にトナー（現像剤）を供給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、トナー供給ローラが用いられる。

図１は、このようなトナー供給ローラを示す側面図、図２は、その弾性層の外周面を半径方向外側からみた展開図、図３は、弾性層の外周面近傍を示す断面図であり、トナー供給ローラ１０は、シャフト１の周囲に形成されたポリウレタン製の弾性層２を具えており、弾性層２の外周面２ａには、そこに開口するセル３が多数形成され、また、外周面に開口しないセル４も弾性層２の内部には多数形成されており、これらのセル４の多くは、直接的に、もしくは、他のセル４を介して、外周面２ａに開口するセル３に連通する。

図４は、トナー供給ローラ１０を、画像形成装置へ装着された状態において示す模式図であり、トナー供給ローラ１０は、現像ローラ１１に対して、相互に押圧しながら回転するとともに、所定の帯電量を有するよう調整された新しいトナー１２をホッパー１４から汲み上げ、汲み上げたトナー１２を外周面２ａ上に保持して現像ローラを凹み代δだけ押圧する押圧部分１５まで運び、押圧部分１５で、現像ローラ１１に新しいトナー１２を供給するとともに、現像ローラ１１から古いトナー１３を掻き取り、掻き取ったトナー１３を外周面２ａ上に保持してホッパー１４まで運びそこで古いトナー１３を放出して回収するよう機能する。

トナー供給ローラ１０にこのような機能を付与するため、その弾性層２には、その外周面２ａに、トナーを保持することのできるセル３を多数個、開口させる必要があり、また、トナーの貯蔵量を増加させるため、内部にも、それらの表面に開口するセル３に連通するセル４を多数具えた連通セル構造のポリウレタン製のものが用いられている。

そして、このようなトナー供給ローラ１０を形成するため、金型内でポリウレタン材料を発泡硬化させて弾性層を形成し、脱型後直ちに、弾性層に負荷応力を与えながらローラを１〜１０回回転させることで、ローラの外周面および内部に良好な連通セル構造を形成する技術が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

また、特許文献１には、セル同士の連通の度合いを表す通気度を測定し、測定された通気度の適合範囲を定めて連通セル構造の良否を判定することも提案されており、この場合の通気度として、例えば、図５において概念図で示すように、トナー供給ローラ１０を、その弾性層２の外径と同じ内径を有するパイプ９５に挿入し、弾性層２の長手方向一端１０ａを大気に開放するとともに、長さ方向他端１０ｂから真空ポンプ９６により真空引きし、長さ方向他端１０ｂを所定の負圧状態に保ったときの流量を通気度としており、したがって、ここで定義されている通気度は、非圧縮状態における弾性層２全体の長さ方向に沿ったセルの連通の程度を表していることになる。なお、図５において、符合９６は流量計を、符合９８は真空計をそれぞれ表す。
特開２００４−２２６９５３号公報

しかしながら、上記の測定方法による通気度は、連通セル構造の良否を判定するには不十分であり、特に、横白スジ画像不良と言われる不良に関しては、これを十分に防止することができず、上記提案に規定される連通度を有するトナー供給ローラを画像形成装置に取り付けて可視画像を作成した場合でも、画像形成装置をしばらく停止したあと再始動したときトナー供給ローラの1回転分の周長を１ピッチとする横白スジが可視画像に現れてしまうことが判った。

そして、この横白スジ画像不良は、以下のようにして発生することも判った。すなわち、画像形成装置をしばらく停止させていると、トナー供給ローラ１０の前記押圧部分１５に含まれるセル３内のトナーは、時間の経過とともに周囲の電界の影響を受けて帯電過多となってゆき、装置を再稼働させたとき、装置の停止中に押圧されていた部分のトナーだけが帯電過多となっているため、その部分に対応する可視画像上のトナー濃度が他の部分より低くなり、トナー供給ローラの周長を１ピッチとする横白スジ入りが発生することが判った。

もちろん、装置を再稼働したあと、連続して使用していると、時間の経過とともに、トナー供給ローラ１０の外周面２ａに開口するセルに収容されているトナーは次第に入れ替わって行き、周方向に不均一だったトナーの帯電分布は均一化されてゆくが、可視画像上で横白スジとして顕在化させないためには、長時間空運転を継続する必要があり、その帯電分布の短時間での均一化が求められていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、横白スジ画像不良を発生させることのないトナー供給ローラを提供することを目的とする。

本発明は、シャフトの周囲に、外周面に開口するセルを多数含有した弾性層を配置してなり、画像形成装置内に設けられた現像ローラに周面同士を押圧させながら回転してトナーを供給するトナー供給ローラの検査方法において、
外表面に開口するセルの平均直径が、300〜1000μmであり、
かつ、両端が閉じ内周面の直径が前記弾性層の外径と等しいパイプで前記弾性層の外周面を覆い、このパイプの長さ方向中央位置の周上の一点に形成された開口面積1.2mm²の穴から、この穴の真反対の周方向位置に半周分の角度にわたって切り欠かれた幅15mmの切欠部分までの流路を、5l/mの流量の空気を通過させるのに要する給気圧力をローラ通気抵抗と定義したとき、ローラ通気抵抗が10kPa以上であることにより、トナー供給ローラが良好であると判定することを特徴とするトナー供給ローラの検査方法である。

本発明によれば、外表面に開口するセルの平均直径が、300〜1000μmであり、かつ、前述の通り定義するローラ通気抵抗が10kPa以上のトナー供給ローラを良好であると判定するので、詳細を後述するように、弾性層の外周面からのトナーの出入りを容易にすることができ、装置の停止状態において局部的に帯電過多となったトナーを早期に入れ替えてトナー供給ローラ上の帯電分布を速やかに均一化し、その結果、横白スジ入り不良を効果的に防止することができるトナー供給ローラを提供することができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。トナー供給ローラ１０は、先に、図１、および図２を参照して説明したように、シャフト１の周囲に形成されたポリウレタン製の弾性層２を具えて構成され、そして、弾性層２の外周面２ａには、そこに開口するセル３が多数形成されており、また、外周面に開口しないセル４も弾性層内部には多数形成されている。

本発明のトナー供給ローラ１０は、弾性層２の外周面に出現するセル３の平均直径を、300〜1000μmとするとともに、ローラ通気抵抗というパラメータを用いて、セル３、４の連通度合いを規定するものだが、まず、本明細書において定義する通気抵抗について説明する。

本明細書では、内周面の直径が前記弾性層の外周の直径と同じ内径を有する、両端が閉じたパイプ内にトナー供給ローラを収容し、このパイプの長さ方向中央位置の周上の一点に形成された開口面積1.2mm²の穴から、この穴の真反対の周方向位置に半周分の角度にわたって切り欠かれた幅15mmの切欠部分までの流路を、5l/mの流量の空気を通過させるのに要する給気圧力Pを、通気抵抗と定義する。

そして、本発明のトナー供給ローラ１０は、このように定義したときのPが、10kPa以上であることを特徴としている。以下、図を参照してより具体的に説明する。

図６（ａ）は、ローラ通気抵抗を測定する方法を示す概念図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ矢視に対応する矢視図であり、コンプレッサ２１、圧力計２２、および、流量計２３を準備し、測定の対象となるトナー供給ローラ１０の外径D1と同じ内径の、長さ方向中央位置の周上の一点に形成された開口面積1.2mm²の穴２５と、この穴２５の真反対の周方向位置に半周分の角度にわたって切り欠かれた幅15mmの切欠部分２６とを有するパイプ２０Aに、トナー供給ローラ１０をその長さ方向中央が、パイプ２０Ａの長さ方向中央と一致するまで挿入する。なお、パイプ２０Ａの両端は、トナー供給ローラ１０を収容したあとシャフト１の部分を除いて閉止する。

そして、コンプレッサ２１から圧縮空気を送り、穴２５から切欠部分２６までの流路を通過する空気の流量を流量計２３でモニターしこの流量が5mm/lとなるよう流量調整バルブ２４の開度を調整し、これが一定流量となったときの給気穴２５の手前における圧力を記録し、この圧力Pを、通気抵抗とする。

以上説明したように、通気抵抗Pは、まさに、給気穴２５から切欠部分２６までの圧力損失であり、セルのローラ半径方向の連通がよければ、圧力損失は小さい。

そして、本発明は、この圧力損失が10kPa以上であることを要件とするものであり、このことは、セル３，４が連通していない方がよいことを意味し、もし、この圧力損失Pが10kPa未満となってしまうと連通がよすぎて、ホッパー１４から汲み上げた新しいトナー１２や現像ローラ１１から掻き取った古いトナー１３が内部のセル４にしまい込まれてしまい、これらのトナーがトナー供給ローラ１０から出入りしにくくなり、装置が停止していた間に押圧部分１５だけが帯電過多となってしまった外周面２ａ上の帯電分布を速やかに均一化することがむつかしくなるからである。

ここで、50kPaを超える圧力損失（差圧）を給気穴２５と排気穴２６との間に加えてしまうと弾性層のセル構造が破壊して圧力損失が急激に低下してしまうので、50kPa以上の通気抵抗を得ることはむつかしい。

また、本発明は、通気抵抗を10kPa以上とすることの他に、弾性層２の外周面に現れるセル３の平均直径を、300〜1000μmとするものであり、これは、このセルの平均径が300μm未満とした場合には、セル径が小さすぎて、トナーが入れ替わりにくくなり、一方、これが1000μmを超えるものとなった場合には、セルが大きくなりすぎてトナーを保持することができなくなるじるからである。

このようなローラを形成するには、図8に金型を断面図で示すように、円筒状の金型３１内にシャフト１を配置し、金型３１の両端をキャップ３２で閉じてキャビティ３３を形成し、その中に材料を注入して、金型３１内で発泡硬化させる。注入する材料としては、ポリオール、イソシアネート、水、および、触媒を攪拌混合したものを用いる。

そして、金型３１内でポリウレタン材料を発泡硬化させるに際し、整泡性の高い発泡剤を用いることと、水の添加量を増加させることの組み合わせによって、先に規定した範囲のセル平均径を得るとともに、10kPa以上の通気抵抗を得ることができる。

トナー供給ローラ１０を、円筒状の金型３１を用いて成形するに際し、通気抵抗を変化させ、これらのパラメータを組み合わせた実施例１〜３、および比較例１〜５のトナー供給ローラを試作した。

そして、これらのトナー供給ローラについて外周面に開口するセルの平均直径と通気抵抗とを測定し、合わせて、これらのローラをこのローラに対応するプリンタに装着して画像出しテストを行った。連続運転後、一端、装置を、8時間停止したあと、稼働を再開し、再開直後の横白スジの有無を目視で判定した。結果を表１に示す。

なお、これらの例のトナー供給ローラ１０は、すべて、同じ材料を用い、同じ寸法に仕上げた。シャフトの径は5mm、弾性層２の直径は16mmであった。また、弾性層の配合は、表１に記す通りである。また、外周面に開口するセル３の平均直径の算出は、画像処理ソフトを用いて求めた。

*1) 三洋化成工業(株)製, ポリエーテルポリオール
*2) 架橋剤
*3) 東レ・ダウコーニングシリコーン(株)製, シリコーン整泡剤
*4) 花王(株)製, アミン触媒
*5) 花王(株)製, アミン触媒
*6) ＴＤＩ−８０と粗ＴＤＩの混合物中の質量比を示す。なお, ＴＤＩ−８０は, ２,４-トリレンジイソシアネート（Ａ）と２,６-トリレンジイソシアネート（Ｂ）との質量比（Ａ／Ｂ）が80／20の混合物である。
*7) ポリイソシアネート成分系の使用量を指数表示したものである。（ＮＣＯインデックス＝（ポリイソシアネート成分系中のＮＣＯのモル数／ポリオール成分系中の水を含めたイソシアネート反応性活性水素基の合計モル数）×100）

トナー供給ローラを示す側面図である。トナー供給ローラの弾性層の外周面を半径方向外側からみた展開図である。トナー供給ローラの弾性層の外周面近傍を示す断面図である。画像形成装置への装着下にあるトナー供給ローラを示す模式図である。従来の通気性の測定方法を示す概念図である。本発明に係る通気抵抗を測定する方法を示す概念図である。トナー供給ローラを形成するのに用いる金型を示す断面図である。

符号の説明

１シャフト
２弾性層
２ａ弾性層の外周面
３表面に開口するセル
４内部のセル
１０トナー供給ローラ
１１現像ローラ
１２新しいトナー
１３古いトナー
１４ホッパー
２０パイプ
２１コンプレッサ
２２圧力計
２３流量計
２４流量調節バルブ
２５給気穴
２６排気穴
３１円筒状の金型
３１ａ金型の内周面
３２キャップ
３３キャビティ

Claims

シャフトの周囲に、外周面に開口するセルを多数含有した弾性層を配置してなり、画像形成装置内に設けられた現像ローラに周面同士を押圧させながら回転してトナーを供給するトナー供給ローラの検査方法において、
外表面に開口するセルの平均直径が、300〜1000μmであり、
かつ、両端が閉じ内周面の直径が前記弾性層の外径と等しいパイプで前記弾性層の外周面を覆い、このパイプの長さ方向中央位置の周上の一点に形成された開口面積1.2mm²の穴から、この穴の真反対の周方向位置に半周分の角度にわたって切り欠かれた幅15mmの切欠部分までの流路を、5l/mの流量の空気を通過させるのに要する給気圧力をローラ通気抵抗と定義したとき、ローラ通気抵抗が10kPa以上であることにより、トナー供給ローラが良好であると判定するトナー供給ローラの検査方法。