JP5142423B2

JP5142423B2 - トナー供給ローラおよびこれを用いた画像形成装置

Info

Publication number: JP5142423B2
Application number: JP2001042231A
Authority: JP
Inventors: 功二阿知葉; 渉高橋; 暁草野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: JP2002236416A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウレタンフォーム製ローラに関し、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のトナー供給ローラ（以下、単に「供給ローラ」とも称する）、およびこれ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トナー供給ローラとが設けられており、トナーを、トナー収容部から、トナー供給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にムラなく均一に形成されて担持されていることが必要となるため、現像ローラ自体のトナー保持性能等に加え、トナー供給ローラの性能、特には表面性能が重要となる。即ち、トナー供給ローラには、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】
上記要請を満足できる良好な表面性能を備えたトナー供給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。かかるトナー供給ローラとしては、一般に、ウレタンフォームをローラ材料として用いたウレタンローラが使用されており、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るトナー供給ローラの製造方法が公知である。この方法においては、金軸上に積層したウレタンフォームの表面を研磨また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して得るが、研磨により表面性が悪化してしまう場合があり、また、研磨またはピーリングの工程増とそのための設備投資が大きいことから、最終的に製品コスト増につながるという問題を有していた。
【０００５】
これに対して、成形品が最終形状となる型において金軸とウレタンフォームとを一体成形するとともに、特殊な型表面を用いることで成形品表面のスキン開口率をコントロールして、ローラの表面開口率を２０％以上とするウレタン供給ローラの製造方法が提案されている（特開平９−２７４３７３号公報）。しかし、この方法では、表面がスムースになりすぎてしまい、ローラに不要なトナーを掻き取る機能を持たせようとする場合に不都合があるため、その対策として、成形物の表面の軸と平行する複数の溝を設ける構造等が提案されている（特開平４−５５８７３号、特開平１１−３８７４９号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、掻き取り性を上げようとすると溝部凹凸を大きくする必要があり、この凹凸の大きさがあるレベルを超えるとトナーの不均一を生じて、凹凸が画像に反映し、画像性を損うという問題点があった。また、他の手段として発泡体の樹脂構造を硬くする方法があるが、この方法を用いた場合、ローラ全体の硬度が高くなってしまい、押し付け圧を低く抑えてトナーのダメージを減らしたい場合に不都合を生じていた。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上記の問題を解消して、全体的に柔軟で、スムースな表面を有しながら、かつ、良好なトナーの搬送性および不要トナーの掻き取り性を兼ね備えた、現像ローラ上に均一なトナー層を繰り返し形成することのできるトナー供給ローラおよびこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、金軸とウレタンフォーム層とが一体成形されたトナー供給ローラにおいて、ウレタンフォーム層表面に、全面にわたり、所定の高さの突起部を設けることにより、ローラ全体の柔軟性とスムースな表面性を保ちつつ、良好なトナー搬送性および不要トナー掻き取り性を有するトナー供給ローラが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、以下のとおりである。
【０００９】
（１）表面に担持したトナーを画像形成体に搬送することにより可視画像を形成する現像ローラに当接して、該現像ローラにトナーを供給するトナー供給ローラであって、金軸と、該金軸の外周に一体成形により設けられたウレタンフォーム層とを含むトナー供給ローラにおいて、
前記ウレタンフォーム層が、表面全体に溝形状の凹凸ではない突起部がランダムに設けられ、該突起部の高さが５０〜１００μｍ（ただし、５０μｍを除く）であり、かつ、該突起部が、前記金軸およびウレタンフォーム層を一体成形する型内にて形成されてなることを特徴とするトナー供給ローラである。
【００１０】
（２）前記（１）のトナー供給ローラにおいて、前記ウレタンフォーム層表面が内部から連通するセル開口部を有するトナー供給ローラである。
【００１１】
（３）前記（１）または（２）のトナー供給ローラにおいて、前記ウレタンフォーム層が、前記突起部を、表面１ｃｍ²当たり１０²〜１０⁶個の割合で有するトナー供給ローラである。
【００１２】
（４）前記（１）〜（３）のうちいずれかのトナー供給ローラにおいて、押し込み量１ｍｍの際の応力を軸方向の圧接長さで割った値としてのローラ硬度が、０．２〜０．７Ｎ／ｃｍの範囲内であるトナー供給ローラである。
【００１３】
（５）前記（１）〜（４）のうちいずれかのトナー供給ローラにおいて、表面にスプレー塗装が施されてなるトナー供給ローラである。
【００１４】
（６）トナー供給ローラ表面にトナーを担持させてトナーの薄膜を形成し、該トナー供給ローラを画像形成体に接触または近接させて、該画像形成体表面にトナーを供給することにより可視画像を形成する画像形成装置において、該トナー供給ローラとして、前記（１）〜（５）のうちいずれかのトナー供給ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１５】
上述のように、表面にロール軸方向に伸びる凸条を形成した凹凸表面構造を有するトナー供給ロールは公知であり、かかる構造を成形型により形成する技術も知られているが（特開平１１−３８７４９号公報）、本発明においては、ローラ表面の凹凸構造を、溝形状の凹凸ではなく、表面全体にわたってランダムに設けられた無数の突起からなる凹凸構造としたことにより、よりスムースな表面性とトナーの掻き取り性とを両立させたものである。また、突起部に塗装を施した場合には、塗膜の補強効果により実使用時の突起部の摩耗を軽減するとともに、表面改質により摩擦力をトナーに合わせ適正な範囲に調整することにより現像ローラ上への均一なトナー層の繰り返し形成を実現し、繰り返し使用後においても良好な画像を得ることのできる供給ローラを提供することができる。
【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詳細に説明する。
本発明のトナー供給ローラ１は、図１に示すように、金軸２と、その外周に一体成形により設けられたウレタンフォーム層３とを備えており、例えば、図４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、供給ローラ１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１４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。
【００１７】
図２に、図１に示す丸で囲まれたウレタンフォーム層３の表面４付近の拡大部分断面図を示す。図示するように、ウレタンフォーム層３の表面４には、突起部５が、全面にわたりランダムに形成されている。本発明においては、この突起部５により、トナー供給ローラ全体の硬度および表面性に影響を与えることなくトナーの掻き取り性を向上して、繰り返し使用においても良好な画像性を維持し得る良好なトナー供給ローラを得ることができる。
【００１８】
突起部５は、図示するように、ウレタンフォーム層３の表面４に一体的に設けられており、高さは１０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１００μｍの範囲である。この高さが１０μｍ未満であると掻き取り性が不十分で画像に不具合を生ずるために好ましくなく、一方、１００μｍを超えると、現像ローラ表面のトナー均一性に問題が生じたり、凸部のチギレ等の問題が発生するために好ましくない。また、突起部５は、表面１ｃｍ²当たり１０²〜１０⁶個の割合で形成されていることが好ましい。１０²個未満であると現像ローラ表面のトナーに不均一が生じたり、掻き取り性が不十分となるために好ましくなく、一方、１０⁶個を超えると、凸部高さが高い場合は必然的に凸部が細くなり、チギレ等の強度的な問題が生ずるために好ましくない。
【００１９】
かかる突起部５は、金軸２およびウレタンフォーム層３を一体成形する型内にて形成される。即ち、放電加工等により直接、またはフィルム等にあらかじめ所望の凹みをつけたものを型内に密着もしくは貼り付ける等の方法により、型の内壁表面に、所望の高さの突起部５に対応する深さの凹部を所望の密度にて設けておき、この型内において一体成形を行うことにより、成形時には、ウレタンフォーム層３の表面４に、突起部５が一体的に形成されることになる。
【００２０】
また、成形後の供給ローラ１の表面には、スプレー塗装が施されていることが好ましい。表面に、スプレー塗装による塗膜が形成されていることにより突起部５が補強され、実使用時の突起部５の摩耗が軽減するため、本発明による効果を長期間維持して、耐久性に優れた供給ローラとすることができる。また、塗膜の形成により表面改質効果も得られるため、使用するトナーに合わせて摩擦力を適正な範囲に調整することができ、現像ローラ上への均一なトナー層の繰り返し形成を実現して、繰り返し使用時においても良好な画像を得ることのできる高性能の供給ローラを実現することができる。塗装に用いる塗液材料としては、特に制限はされないが、例えば、ポリウレタン系、アクリル系、アクリルウレタン系、ナイロン系、シリコーン系等の合成樹脂材料やアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）系、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）系、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）系等の合成ゴム材料等を挙げることができる。
【００２１】
さらに、本発明の供給ローラ１においては、押し込み量１ｍｍの際の応力を軸方向の圧接長さで割った値として求めるローラ硬度が、０．２〜０．７Ｎ／ｃｍの範囲内であることが好ましい。ローラ硬度が０．７Ｎ／ｃｍより大きいとトナーが十分に搬送されないために好ましくなく、一方、０．２Ｎ／ｃｍ未満であるとトナーが十分に摩擦帯電されないために好ましくない。このローラ硬度は、例えば、図５に示す圧縮試験装置により求めることができ、図示するように供給ローラ１を押し込み量１ｍｍにて圧縮した際にロードセルにより測定される応力をローラの軸方向圧接長さＬで割ることにより得られる。
【００２２】
ウレタンフォーム層３の材料としては、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】
ウレタンフォーム層３には、これらポリウレタン原料に加え、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、ウレタンフォーム層３は、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、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。
【００２７】
ウレタンフォーム層３と金軸２との一体成形は、例えば、図３に示すような最終形状としてのローラ形状を得る円筒状の型７にて行うことができる。即ち、内壁に所望に応じシリコーン系等の離型剤を塗布した円筒状型７内に、金軸２を、図３（イ）に示すようにセットしたのち、上述のポリウレタン原料に適宜添加剤を加えた混合液を金型に注入、発泡させることにより、（ロ）に示す形状のローラを得ることができる。上述したように、本発明においては、かかる成形に使用する型として、内壁表面に突起部５に対応する凹部を設けたものを用いることが重要である。
【００２８】
また、本発明の画像形成装置は、図４に示す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供給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】
次に、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。
比較例１
図３に示す内径１６ｍｍの円筒状金型７にシリコン系離型剤を塗布したのち、図示するように直径６ｍｍの金軸２をセットして、下記表１に示す配合の軟質ウレタンフォーム発泡性混合液を型内に注入発泡させて、軟質ウレタンフォーム製の供給ローラを得た。得られたローラのウレタンフォーム層は密度０．０８ｇ／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】
参考例１
比較例１で用いた円筒状型７内に、放電加工により、深さ約５０μｍの凹部を、１ｃｍ^２当たり５００〜１０００個の割合でランダムに形成した。この型を用いた以外は比較例１と同様にして、参考例１の供給ローラを得た。得られたローラは、表面全体に、高さ４０〜５０μｍの突起部を有していた。
【００３２】
実施例１
凹部の深さを約１００μｍとした以外は参考例１と同様にして、実施例１の供給ローラを得た。得られたローラは、表面全体に高さ９０〜１００μｍｍの突起部４を無数に有していることが確認できた。
【００３３】
参考例２
凹部の深さを約１０μｍとした以外は参考例１と同様にして、参考例２の供給ローラを得た。得られたローラは、表面に高さ約１０μｍｍの突起部４をまばらに有していた。
【００３４】
上記実施例および比較例にて得られた各供給ローラの硬度を下記手順に従い測定した。
＜ローラ硬度測定＞
各供給ローラの押し込み量１ｍｍの際の応力を（株）島津製作所製圧縮試験機ＡＵＴＯＧＲＡＰＨＡＧＳ−５００Ａにて測定し、この測定値をローラの軸方向の圧接長さで割った値をローラ硬度として得た。
【００３５】
また、各供給ローラを市販のレーザービームプリンターに搭載し、画像出しを行って、初期の画像と１０万枚目の画像を評価した。画像性の評価基準は以下の通りである。
○：濃灰色ベタ画像にて画質が均一で良好である。
×：濃度低下大かつ濃淡ムラ大。
これらの結果を下記表２中に併せて示す。
【００３６】
【表２】

【００３７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のトナー供給ローラによれば、ウレタンフォーム層表面の全面にわたり所定の突起部塗装を設けたことにより、ローラ全体の硬度を変更することなくトナーの搬送性と掻き取り性とを両立させることができ、良好な画像耐久性および画像再現性を実現することが可能となった。従って、かかる本発明のトナー供給ローラを用いた本発明の画像形成装置によれば、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】本発明のトナー供給ローラの模式的断面図である。
【図２】本発明のトナー供給ローラの表面付近の拡大部分断面図である。
【図３】本発明のトナー供給ローラに係る一体成形用円筒状型を示す斜視図である。
【図４】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５】本発明に係るローラ硬度測定に用いる圧縮試験装置を示す部分概略図である。
【符号の説明】
１トナー供給ローラ
２金軸
３ウレタンフォーム層
４表面
５突起部
７円筒状型
１２現像ローラ
１３画像形成体
１４トナー

Claims

表面に担持したトナーを画像形成体に搬送することにより可視画像を形成する現像ローラに当接して、該現像ローラにトナーを供給するトナー供給ローラであって、金軸と、該金軸の外周に一体成形により設けられたウレタンフォーム層とを含むトナー供給ローラにおいて、
前記ウレタンフォーム層が、表面全体に溝形状の凹凸ではない突起部がランダムに設けられ、該突起部の高さが５０〜１００μｍ（ただし、５０μｍを除く）であり、かつ、該突起部が、前記金軸およびウレタンフォーム層を一体成形する型内にて形成されてなることを特徴とするトナー供給ローラ。
前記ウレタンフォーム層表面が内部から連通するセル開口部を有する請求項１記載のトナー供給ローラ。
前記ウレタンフォーム層が、前記突起部を、表面１ｃｍ２当たり１０２〜１０６個の割合で有する請求項１または２記載のトナー供給ローラ。
押し込み量１ｍｍの際の応力を軸方向の圧接長さで割った値としてのローラ硬度が、０．２〜０．７Ｎ／ｃｍの範囲内である請求項１〜３のうちいずれか一項記載のトナー供給ローラ。
表面にスプレー塗装が施されてなる請求項１〜４のうちいずれか一項記載のトナー供給ローラ。
トナー供給ローラ表面にトナーを担持させてトナーの薄膜を形成し、該トナー供給ローラを画像形成体に接触または近接させて、該画像形成体表面にトナーを供給することにより可視画像を形成する画像形成装置において、該トナー供給ローラとして、請求項１〜５のうちいずれか一項記載のトナー供給ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置。