JP5550920B2

JP5550920B2 - 電子写真機器用スポンジロール

Info

Publication number: JP5550920B2
Application number: JP2010012026A
Authority: JP
Inventors: 和徳遠山
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP2011150176A

Description

本発明は、電子写真機器用スポンジロールに関し、さらに詳しくは、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真機器のトナー供給ロールやクリーニングロール等に用いて好適な電子写真機器用スポンジロールに関するものである。

一般に、電子写真機器における複写は、次のようにして行われる。図６に示すように、トナーボックス１００内のトナー１０２を、トナー供給ロール１０４を介して現像ロール１０６の表面に供給し、このトナー１０２を、さらに現像ロール１０６とトナー層形成ブレード１０８との摩擦帯電により帯電させる。そして、帯電ロール１１０により感光ドラム１１２の表面に形成された静電潜像に、帯電したトナー１０２を付着させてトナー像を形成し、これを転写部１１４を経由させることにより、複写紙１１６上に転写定着させる。

静電潜像に付着されずに現像ロール１０６の表面に残ったトナー１０２は、トナー供給ロール１０４により掻き取られ、トナーボックス１００内に回収されて再使用に供される。また、感光ドラム１１２の表面に残ったトナー１０２は、クリーニングロール１１８により掻き取られ、感光ドラム１１２表面は清浄化される。

上記トナー供給ロールやクリーニングロールは、通常、軸体と、軸体の外周に形成されたスポンジ弾性層とから構成されている。この種のスポンジロールのスポンジ弾性層には、現像ロールや感光ドラム等の相手部材の表面に残ったトナーを確実に掻き取るトナー掻き取り性能が要求される。

特許文献１には、トナー掻き取り性能を向上させるため、スポンジ弾性層の表面に、軸方向に延びた状態で周方向に細かいピッチの凸条を形成する技術が開示されている。

また他にも、トナー掻き取り性能の向上を図る手法として、例えば、スポンジ弾性層の硬度を高くする方法も知られている。

特開２００９−２３００１４号公報

しかしながら、従来知られる技術は以下の点で問題があった。

すなわち、スポンジ弾性層の表面に凸条を形成するためには、凹溝を付けた成形金型を用いなければならず、金型製造コスト、時間がかかることに加え、金型加工技術の問題、成形作業性等の制限があり、トナー掻き取り性向上を図るには難易度が高い。

一方、スポンジ弾性層の硬度を高くする技術は、トナーに与えるストレスが増大してトナー劣化等の不具合を引き起こすおそれがあるため有効ではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、トナー掻き取り性能の向上、トナー劣化の抑制を図ることが可能な電子写真機器用スポンジロールを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、軸体と、上記軸体の外周に形成されたスポンジ弾性層とを有し、上記スポンジ弾性層を構成するセル骨格部の最外表面の粗度Ｒａが２．０〜５．０μｍの範囲内、ロール硬度が２２０ｇｆ以下、上記スポンジ弾性層表面の非開口部の割合が２０％以下であることを要旨とする。

本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、トナー供給用またはクリーニング用として好適に用いることができる。

本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、スポンジ弾性層を構成するセル骨格部の最外表面の粗度Ｒａが２．０〜５．０μｍの範囲内にある。そのため、従来のようにロール表面に凸条を形成しなくても、トナー掻き取り性能を向上させることができる。また、ロール硬度が２２０ｇｆ以下であるので、スポンジ弾性層がトナーにストレスを与え難く、トナー劣化の抑制を図ることができる。また、スポンジ弾性層表面の非開口部の割合が２０％以下であるので、トナー供給用ロールに用いた場合に、トナー供給性能を損なうことがない。

したがって、本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、電子写真機器におけるトナー供給ロール、クリーニングロールとして好適に用いることができる。

本発明に係るスポンジロールの周方向断面図である。図１のＡ部（スポンジ弾性層の一部）を拡大し、模式的に示した図である。ロール硬度の測定方法を説明するための図である。実施例１〜６に係るスポンジロールのスポンジ弾性層表面のレーザー顕微鏡写真である。比較例１〜４に係るスポンジロールのスポンジ弾性層表面のレーザー顕微鏡写真である。電子写真機器における一般的な複写原理を説明するための図である。

以下、本実施形態に係る電子写真機器用スポンジロール（以下、「本スポンジロール」ということがある。）について説明する。

図１は、本スポンジロールの周方向断面図である。図１に示すように、本スポンジロール１０は、軸体１２と、軸体１２の外周に形成されたスポンジ弾性層１４とを有している。

図２は、図１のＡ部（スポンジ弾性層１４の一部）を拡大し、模式的に示した図である。スポンジ弾性層１４は、多数のセル１４ａから形成されており、各セル１４ａは、セル骨格部１４ｂから構成されている。なお、図２では、各セル１４ａが連通している場合を例示している。このように各セルが連通している場合には、スポンジ内部のトナー移動が容易となるため、トナーによるセルの詰まりが低減できる等の利点がある。

スポンジ弾性層１４の外周面には、セル１４ａの開口部が多数分布している。開口部の開口径は、トナーの大きさにもよるが、おおよそ１００〜５００μｍの範囲内に設定される。

ここで、本スポンジロール１０は、セル骨格部１４ｂの最外表面１４ｃの粗度Ｒａが２．０〜５．０μｍの範囲内にある。そのため、従来のように、ロール表面に凸条を形成しなくても、トナー掻き取り性能を向上させることができる。

セル骨格部１４ｂの最外表面１４ｃの粗度Ｒａの下限が、２．０μｍを下回ると、ロール成形型からの脱型時に破損が生じる等して成形性が悪くなり、さらに開口ムラが生じやすくなる。一方、セル骨格部１４ｂの最外表面１４ｃの粗度Ｒａの上限が、５．０μｍを上回ると、トナー掻き取り性能が不足する。セル骨格部１４ｂの最外表面１４ｃの粗度Ｒａは、好ましくは、２．０〜４．０μｍ、より好ましくは、２．０〜３．５μｍの範囲内にあると良い。

上記セル骨格部１４ｂの最外表面１４ｃの粗度Ｒａは、レーザー顕微鏡を用いて、スポンジ弾性層１４の軸方向中央部、ロール周方向９０°毎の４箇所について測定された値の平均値である。

また、本スポンジロール１０は、ロール硬度が２２０ｇｆ以下である。ロール硬度が２２０ｇｆ以下であるので、スポンジ弾性層１４がトナーにストレスを与え難く、トナー劣化の抑制を図ることができる。ロール硬度は、好ましくは、２００ｇｆ以下、さらに好ましくは、１８０ｇｆ以下であると良い。

図３は、上記ロール硬度の測定方法を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、スポンジロール１０を、軸体１２の両端部分において支持し、スポンジ弾性層１４を、板状押圧面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み７ｍｍ）を有する治具２０により１０ｍｍ／分の速度で押圧した時の、１ｍｍ変位時の荷重（ｇ）で表した値を、ロール硬度とする。但し、上記ロール硬度の測定は、図３（ｂ）に示すように、軸方向（幅方向）２ヶ所×ロール周方向９０°毎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、ロール硬度が高い、すなわちスポンジ弾性層１４が硬いことを意味している。

また、本スポンジロール１０は、スポンジ弾性層１４表面の非開口部の割合が２０％以下である。非開口部の割合は、従来の平均的な指標であるセル開口率に代えて、局所的な開口ムラを表す指標としての意義がある。非開口部の割合が２０％を上回ると、トナー掻き取りムラに起因する画像不良が発生しやすくなる。また、本スポンジロール１０をトナー供給ロールとして用いた場合に、トナー供給性が悪くなる。非開口部の割合は、好ましくは、１５％以下、さらに好ましくは、１０％以下であると良い。

上記非開口部の割合は以下のようにして求められる。すなわち、レーザー顕微鏡を用いて、スポンジ弾性層１４の軸方向５箇所×ロール周方向９０°毎４箇所の合計２０箇所につき、スポンジ弾性層１４表面を観察する。そして、１５０μｍ相当の非開口部が見られた箇所は開口不良有りとして数え、２０箇所（全測定箇所）に占める非開口部の見られた箇所の割合を、非開口部の割合とする。

本スポンジロール１０は、トナー供給用ロール、クリーニングロールとして好適に用いることが可能である。

次に、本スポンジロール１０を構成する軸体１２、スポンジ弾性層１４の形成材料等について説明する。

軸体１２は、中実でも中空でも良く、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、ポリアミド等のプラスチックが挙げられる。そして、上記軸体１２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良い。

スポンジ弾性層１４の形成材料は、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を好適に用いることができる。

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挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。

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挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。

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。

上述した本スポンジロール１０は、上記軸体１２およびスポンジ弾性層１４の形成材料を用い、例えば、次のようにして製造することができる。すなわち、先ず、上記軸体を、所定のロール成形型に装填する。このロール成形型は、スポンジ弾性層の軸方向の長さに略等しい長さの円筒型と、この円筒型の両端を閉塞するキャップとから構成されており、型締すると、軸体がキャップによって円筒型と同軸に支持され、円筒型内に目的とするスポンジロールの最終ロール形状を与える成形キャビティが形成されるようになっている。

そして、上記円筒型の内周面には、スポンジ弾性層のセル骨格部の最外表面に本願で規定される粗度を付与するための凹凸が形成されている。円筒型の内周面への凹凸付与方法としては、例えば、ショットブラスト加工、エッチング加工、放電加工、樹脂塗工等を例示することができる。これらは１又は２以上組み合わせることができる。上記加工時の加工条件（例えば、ショットブラスト加工時の投射材の粒径調節等）や樹脂塗工時の厚みを可変させることにより、円筒型の内周面の粗度、ひいては、スポンジ弾性層のセル骨格部の最外表面の粗度を制御することができる。

そして、上記成形型の成形キャビティ内に、スポンジ弾性層の形成材料（ポリウレタンフォーム用組成物等）を注入し、発泡硬化させてスポンジ弾性層を軸体の周囲に一体成形した後、脱型する。この際、ロール硬度は、スポンジ弾性層の形成材料の注入量を変更することにより調整することができる。

なお、上記成形型内でのスポンジ弾性層の形成において、発泡倍率を８〜１２倍程度に設定すると、スポンジ弾性層の表面に開口する開口部の開口径を、１００〜５００μｍの範囲に形成することができる。

また、セルは、独立気泡であっても連続気泡であっても、それらが混在していても差し支えない。好ましくは、トナー掻き取り性能の向上の観点から、連続気泡であると良い。各セルに、適度の連通性をもたせるには、例えば、上記脱型後に、スポンジロールを軸体を中心に回転させながら、ノズル等を用いて高圧の気体（空気や窒素等のガス）をスポンジ弾性層に噴射すると、高圧の気体が軸体の抵抗によってスポンジ弾性層内に拡散し、発泡セルと発泡セルの間の壁を部分的に破壊して連通させることができる。その連通の程度は、噴射する気体の圧力を変えることにより、調節することができる。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

１．実施例および比較例に係るスポンジロールの作製
（軸体）
直径５ｍｍのＳＵＭ２２製中実円柱状の軸体を準備した。

（スポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物の調製）
ポリエーテルポリオール（三井化学社製、ＥＰ−８２８、ＯＨ価＝２８）９０重量部、ポリマーポリオール（三井化学社製、ＰＯＰ−３１−２８、ＯＨ価＝２８）１０重量部、ジエタノールアミン２重量部、シリコン整泡剤（日本ユニカー社製、Ｌ−５３０９）３重量部、水２重量部、第三級アミン触媒（花王社製、カオライザーＮｏ．３１）０．５重量部、第三級アミン触媒（東ソー社製、トヨキャットＨＸ−３５）０．１重量部、ＤＢＴＤＬ０．１重量部、およびイソシアネート（住友バイエルウレタン社製、スミジュールＶＴ−８０、ＮＣＯ％＝４５）３０．５重量部を配合してスポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物を調製した。

（ロール成形型の準備）
鉄製の円筒金型内面に、ショットブラスト加工およびフッ素樹脂塗工により凹凸を付与し、金型内面粗度の異なる複数のロール成形型を準備した。この際、金型内面粗度は、ショットブラスト加工時の投射材粒径を変化させたり、フッ素樹脂塗工の厚みを変化させたりすることにより制御した。また、金型内面粗度は、表面粗さ計（東京精密（株）製、「サーフコム」）を用いて測定した。

（各種スポンジロールの作製）
準備した金型内面粗度の異なる各ロール成形型に、上記軸体を同軸的にセットし、成形キャビティ内に上記スポンジ組成物を注入した後、その成形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、上記軸体の外周面にスポンジ弾性層（外径１６ｍｍ）を形成し、各スポンジロール（実施例１〜６、比較例１〜４）を得た。この際、成形キャビティ内に注入するスポンジ組成物の注入量を変化させることにより、各スポンジロールのロール硬度を変化させた。

２．ロール特性
（セル骨格部の最外表面の粗度Ｒａ）
各スポンジロールのスポンジ弾性層を構成するセル骨格部の最外表面の粗度Ｒａをレーザー顕微鏡（キーエンス製、「ＶＫ−９５００型」）を用いて測定した。測定倍率は４００倍、測定面積は約６７０μｍ×約５００μｍである。上記測定は、スポンジ弾性層の軸方向中央部、ロール周方向９０°毎の４箇所について行った。

（ロール硬度）
上述した方法により、各スポンジロールのロール硬度を測定した。

（スポンジ弾性層表面の非開口部の割合）
各スポンジロールのスポンジ弾性層表面の非開口部の割合を以下のようにして求めた。すなわち、レーザー顕微鏡（キーエンス製、「ＶＫ−９５００型」）を用いて、各スポンジ弾性層の軸方向５箇所×ロール周方向９０°毎の４箇所の合計２０箇所につき、非開口部を観察した。測定倍率は２００倍、測定面積は約１．４ｍｍ×１．０ｍｍである。１５０μｍ相当の非開口部が見られた箇所を、開口不良有りとして数え、２０箇所（全測定箇所）に占める非開口部の見られた箇所の割合を、非開口部の割合とした。上記非開口部の割合が２０％以下の場合を○、２０％を越える場合を×とした。

３．ロール評価
各スポンジロールをトナー供給ロールとして用いて、ロール評価を行った。
（トナー供給性）
トナー供給ロールとしての各スポンジロールを市販トナーカートリッジに組み込み、このトナーカットリッジを、低温低湿（１５℃×１０％）の環境下に７日間放置した後、カラーレーザープリンタにセットし、画像出しを行った。そして、初期複写画像について、濃淡ムラの有無を目視により確認して、トナー供給性能を評価した。その結果、濃度ムラがないものを良好なトナー供給性能を有するとして○、濃度ムラがあるものをトナー供給性に劣るとして×と評価した。なお、トナー供給性の評価は、トナー供給ロールの基本性能を満たすか確認するために行ったものである。

（トナー掻き取り性）
上記初期複写画像について、ゴーストの有無を目視により確認し、トナー掻き取り性を評価した。その結果、ゴーストがないものを○、ゴーストが明確に確認できるものを×と評価した。

（トナー劣化）
トナーカートリッジ寿命まで連続して画像出しを行った後、目視にて、縦スジ画像の有無を確認した。その結果、縦スジ画像が無い場合を○、縦スジ画像がある場合を×と評価した。

表１および表２に、金型内面粗度の形成方法、ロール特性、ロール評価結果をまとめて示す。図４に、実施例１〜６に係るスポンジロールのスポンジ弾性層表面のレーザー顕微鏡写真を示す。図５に、比較例１〜４に係るスポンジロールのスポンジ弾性層表面のレーザー顕微鏡写真を示す。

表１および表２から以下のことが分かる。すなわち、比較例１に係るスポンジロールは、ロール硬度が本願で規定される範囲を超えている。そのため、スポンジ弾性層がトナーにストレスを与えるため、トナーカートリッジ寿命までトナー劣化の抑制を図ることができない。

比較例２に係るスポンジロールは、スポンジ弾性層を構成するセル骨格部の最外表面の粗度Ｒａが本願で規定される下限を下回っている。そのため、ロール成形型からの脱型時に破損が生じる等して成形性が悪く、さらに開口ムラが生じやすい。非開口部の割合が高くなると、トナー供給性が低下し、トナー掻き取りムラに起因する画質低下も発生しやすくなる

比較例３に係るスポンジロールは、スポンジ弾性層を構成するセル骨格部の最外表面の粗度Ｒａが本願で規定される上限を上回っている。そのため、トナー掻き取り性能が十分でない。

比較例４に係るスポンジロールは、スポンジ弾性層を構成するセル骨格部の最外表面の粗度Ｒａが本願で規定される上限を上回っている。また、ロール硬度も本願で規定される範囲を超えている。そのため、スポンジ弾性層がトナーにストレスを与え、トナーカートリッジ寿命までトナー劣化の抑制を図ることができない。

これら比較例１〜４に係るスポンジロールに対し、実施例１〜６に係るスポンジロールは、いずれも本願で規定される条件を満足している。そのため、トナー掻き取り性能の向上、トナー劣化の抑制を図ることが可能なことが分かる。また、これら効果を得るためにトナー供給性が損なわれることもない。

以上、本発明の実施形態、実施例について説明したが、本発明は上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能なものである。

例えば、上記実施例では、実施例に係るスポンジロールをトナー供給ロールとして適用し評価を行ったが、クリーニングロールとしても適用することが可能である。

１０スポンジロール
１２軸体
１４スポンジ弾性層
１４ａセル
１４ｂセル骨格部
１４ｃ最外表面

Claims

軸体と、前記軸体の外周に形成されたスポンジ弾性層を有するスポンジロールであって、
前記スポンジ弾性層は、セル骨格部により周囲が囲まれた空隙として形成されているセルを多数有し、前記スポンジ弾性層の外周面には、前記セルの開口部が多数分布しており、前記開口部の開口径が１００〜５００μｍの範囲内であり、
前記スポンジ弾性層を構成する前記セル骨格部の最外表面の粗度Ｒａが２．０〜５．０μｍの範囲内であり、
前記スポンジロールが、成形型に前記スポンジ弾性層の形成材料が注入されて成形され、前記骨格部の最外表面の粗度が、前記成形型の表面に形成された凹凸により付与されたものであり、
前記スポンジロールのロール硬度が２２０ｇｆ以下であり、
前記スポンジ弾性層表面の軸方向５箇所及びロール周方向４箇所の合計２０箇所につき、１．４ｍｍ×１．０ｍｍの範囲を観察し、前記セル骨格の最外表面に１５０μｍのセル径に相当する大きさの非開口部が見られた箇所を開口不良有として数え、全測定箇所に占める前記開口不良有の箇所の割合を、前記スポンジ弾性層表面の非開口部の割合とした場合、前記非開口部の割合が２０％以下であることを特徴とする電子写真機器用スポンジロール。
トナー供給用またはクリーニング用であることを特徴とする請求項１に記載の電子写真機器用スポンジロール。