JP5084320B2 - トナー供給ローラ - Google Patents

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として好適に用いられるトナー供給ローラおよびその製造方法に関し、特に、トナー供給能力を最適化し、前記可視画像の画像濃度不足を防止することのできるものに関する。

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、弾性層２の外周面２ａに開口するセル３のうち、100〜800μmであるセルの総面積が開口全面積の20%以上を占めるよう構成することが提案されている（例えば、特許文献1参照。）。
特開２０００−５６５５６号公報

しかしながら、上記の従来技術においては、セル開口面積の分布に関する規定が余りにも広く（緩く）、実際、このようなセル開口面積分布の弾性層を有するトナー供給ローラを装着した画像形成装置で可視画像を形成しても、必ずしも満足な結果を得ることができず、特に、現像ローラへのトナー供給量を増加させることが難しく、その結果、画像濃度不足と言われる不良に関しては、どうしても、これを確実に防止することができないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、画像濃度不足を起こさせないトナー供給ローラを提供することを目的とする。

＜１＞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において、前記外周面に開口するセルの数を100%として、開口部の直径が300μm以上のセル数が10%以上50%以下、かつ、開口部の直径が100μm以下のセル数が10%以上30%以下であることを特徴とするトナー供給ローラである。

＜１＞によれば、弾性層の外周面に開口するセルの数を100%として、開口部の直径が300μm以上のセル数が10%以上、かつ、開口部の直径が100μm以下のセル数が10%以上であることを特徴とするので、詳細を後述するように、大きなセルを剛直な壁で囲まれた構造にすることができ、このことによって、トナー供給ローラが現像ローラに押圧されて外周面が圧縮変形したとき、セルの奥まで変形を生じさせ、このことによって、セルの奥に閉じこめられていたトナーをセルから吐き出すことができ、トナーの供給量を増加させ、画像濃度不足の問題を解消することができる。

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、図５に、弾性層外周面を半径方向外側から見た展開図で示すように、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、図６に、外周面の近傍を断面図で示すように、外周面２ａに開口しないセル４も弾性層内部には多数形成されており、これらのセル３および４の多くは、互いに、連通していて連通セル構造を形成している。

本発明のトナー供給ローラ１０は、外周面２ａに開口するセル３の総数を100%として、開口部の直径が300μm以上のセル数が10%以上、かつ、開口部の直径が100μm以下のセル数が10%以上であることを特徴としている。ここで、本明細書において、セル３の開口部の形状が円形でない場合には、その直径を、図５に例示するように、開口部の長径L₁（すなわち、相互の離隔距離がもっとも長い、開口縁上の２点P₁,P₂間の距離）と、開口部の短径L₂（すなわち、長径L₁を与える前記２点P₁,P₂を結んだ方向と直角な方向に沿って測った、相互の離隔距離がもっとも長い、開口縁上の２点Q₁,Q₂間の距離）との平均値として定義する。

上記のような表面セル構造の作用について以下に説明する。まず、従来のトナー供給ローラのように、表面に開口するセルの開口面積の分布が、図７に、横軸に開口直径（μm）をとり縦軸にセルの個数割合（%）をとったグラフで示すように、狭い幅のものである場合、トナーの多くは、容積の大きい、前記分布の平均値もしくはそれ以上の面積を有するセル９３に収容されるが、このような大きなセル９３は、その近傍に、このセル９３に対してかけ離れて小さいセルをもたないので、図８（ａ）に断面図で示すように、厚さの薄い壁９７で囲まれることになる。

この場合、図８（ｂ）に断面図で示すように、トナー供給ローラが現像ローラ１１と押圧し合う部分では、壁９７は変形されるが、剛性が小さいので、現像ローラ１１に接触する部分だけが押しつぶされて変形し、壁９７の基部は変化しない。このため、セル９３の底部の形状がほとんど変化することがなく、したがって、セル９３の底部に収容されたトナー２０は、セル９３から吐き出されることもない。

すなわち、トナー供給ローラが十分な吐出能力を有するためには、トナーを保有するのに十分に大きなサイズのセルと剛直な壁を形成するのに十分に小さなサイズのセルとがともに十分な数量あることが必要で、セルの開口面積の分布幅が狭いトナー供給ローラでは、トナーを保有するのに十分に大きなサイズのセルも少ないし、一方、剛直な壁を形成するのに十分に小さなサイズのセルも少なく、従って、必要な吐出能力を担持することができなくなってしまうのである。

これに対して、本発明に係るトナー供給ローラ１０においては、表面に開口するセルの開口面積の分布が、図９（ａ）、図９（ｂ）に、横軸に開口直径（μm）をとり縦軸にセルの個数割合（%）をとったグラフで示すように、セル径が300μm以上の大きなセル３Ａの他にも、セル径が100μm以下のセル３Ｂも多数存在するので、大きなセル３Ａの周囲の壁７は、図１０（ａ）に断面図で示すように、厚さが厚く、このため、トナー供給ローラ１０が現像ローラ１１と押圧し合う押圧部分１５において、壁７が変形を余儀なくされたとき、壁７の剛性は高いため、現像ローラ１１に接触する部分だけではなく、その基部から変形し、その結果、セル３Ａの底部も大きく変形して振動するので、その際セル３Ａの底部に収容されたトナー２０はセル３から吐き出されやすくなる。

ここで、セル直径が300μm以上のセルは、その中に多量のトナーを収容することができるが、このようなセルが、セル個数において10%未満であるとした場合には、トナー供給ローラ１０の外周面２ａにおけるトナー収容力が低下し必然的にトナーの吐き出し能力も低下することになり、一方、直径が100μm以下のセルは、トナーを収容能力は低いものの、先述の通り、剛直な壁７を形成するのに寄与するが、このようなセル３Ｂが10%未満であるとした場合には、大きなセル３Ａの周囲に剛直な壁７を形成することができず、先述のメカニズムに従ってこの場合も、トナー２０のセル３Ａからの吐出能力を向上させることができない。

また、セル直径が300μm以上のセルの個数割合が、大きくなりすぎると、セル直径が300μm以上のセル同士が近接して存在する確率が高くなり、その結果、セル直径が100μm以下のセルによる剛直な壁ができにくくなってしまって吐出能力が低下するので、セル直径が300μm以上のセルの個数割合を50%以下とするのが好ましく、一方、セル直径が100μm以下のセルの個数割合が、大きくなりすぎると、表面に開口するセルの総体積を十分確保することができないため、トナーの保持能力が低下するので、セル直径が100μm以下のセルの個数割合は30%以下とするのが好ましい。

以上のような特徴を有するトナー供給ローラ１０は、例えば、次のようにして形成することができる。すなわち、図１１に断面図で示すように、円筒状の金型３１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を形成した後、その中にポリウレタン材料を注入して、金型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を用いて弾性層２を成形するに際し、後述する実施例に示すような配合を用いることにより、、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すようなセル開口面積の分布を有するような弾性層を形成することができる。

円筒状の金型３１を用い、前述の説明にしたがって、この中にシャフト１を配置し、金型３１の両端をキャップ３２で閉じた後、そのなかにポリオール、イソシアネート、水、および、触媒を攪拌混合した材料を注入して、金型内で発泡硬化させ、複数種類のトナー供給ローラのサンプルを作成し、注入する材料の配合に応じてそれぞれ実施例１〜３、および、比較例１〜３とした。

そして、それらの例のトナー供給ローラ１０について、それらのローラを、対応するプリンタに装着して画像出しテストを行いマクベス濃度計を用いて画像濃度をチェックして判定を行った。また、各例のトナー供給ローラについて、外周面に開口するセル３の、直径100μm以下の個数割合および直径300μm以上の個数割合を算出するとともに、トナーの吐出性能も測定した。これらの評価結果および各例のサンプルの作成に用いた配合を表１に示す。

各例のトナー供給ローラ１０の外周面２ａに開口するセル３の上記個数割合は、それぞれのトナー供給ローラについて、外周面のランダムに選択した12カ所について顕微鏡写真を撮像し（倍率100倍、視野面積20(μm)²、得られた画像を画像処理して、これら12カ所全部において、外周面に開口するセルのおのおのについて面積を算出し、全個数、直径100μm以下の個数、直径300μm以上の個数を計算し、上記個数割合を求めた。なお、ここで、セルの開口部の直径は、先述の通り、開口部の長径（すなわち、相互の離隔距離がもっとも長い、開口縁上の２点間の距離）と、開口部の短径（すなわち、長径を与える前記２点を結んだ方向と直角な方向に沿って測った、相互の離隔距離がもっとも長い、開口縁上の２点間の距離）との平均値として計算した。

また、各例のトナー供給ローラのトナー吐出能力は、弾性層にトナーを満たした各例のトナー供給ローラを1mmの凹み代が得られるような押圧で平板に押し当てながら平板上を50mmだけ転がし、その間に平板上に吐出されたトナーの重量を測定してトナー吐出能力とした。

なお、これらの例のトナー供給ローラ１０は、すべて、同じ寸法に仕上げた。シャフトの径は6mm、弾性層２の直径は15mm、その長さは260mmであった。

表１から明らかなように、外周面に開口するセルの数を100%として、開口部の直径が300μm以上のセル数が10%以上、かつ、開口部の直径が100μm以下のセル数が10%以上である場合にのみ画像濃度が良好な印刷が可能であり、それ以外の場合には良好な画像が得られない。また、水分や、カオライザーNo1の配合割合を増加させた場合には、大きなセル径の分布割合を上昇させ、一方、カオライザーNo31の配合割合を増加させた場合には、小さなセル径の分布割合を上昇させる傾向があることが分かり、このことを利用して、セル径の分布を制御することができることも分かった。

*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。 弾性層の外周面を半径方向外側から見た展開図である。 弾性層の外周面近傍の断面図である。 従来のトナー供給ローラにおけるセルの開口部直径の分布を示すグラフである。 従来のトナー供給ローラにおける開口セルの押圧時における形状変化を示す、弾性層の外周面近傍における断面図である。 本発明に係るトナー供給ローラにおけるセルの開口部直径の分布を示すグラフである。 本発明に係るトナー供給ローラにおける開口セルの押圧時における形状変化を示す、弾性層の外周面近傍における断面図である。 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 外周面に開口するセル
３ 開口部直径300μm以上のセル
３ 開口部直径100μm以下のセル
４ 表面に開口しないセル
７ 壁
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
１５ 押圧部分
２０ トナー
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 (1)

1. 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において、
   前記外周面に開口するセルの数を100%として、開口部の直径が300μm以上のセル数が10%以上50%以下、かつ、開口部の直径が100μm以下のセル数が10%以上30%以下であることを特徴とするトナー供給ローラ。

Images