(57)【要約】【課題】本発明は、接触せしめられる現像ローラに対するトナー供給性、トナー掻き取り性が安定しており、ローラ表面の欠落が起こらないトナー供給ローラを提供する。【解決手段】芯金と該芯金の外周に形成された発泡弾性層を有し、該発泡弾性層の表面にドーム状の凸部が最密充填様に配置されている。【選択図】図１
2008158427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金と該芯金の外周に形成された発泡弾性層を有するトナー供給ローラにおいて、該発泡弾性層の表面にドーム状の凸部が最密充填様に配置されていることを特徴とするトナー供給ローラ。
【請求項２】
ドーム状の凸部が、径０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、高さ０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー供給ローラ。
【請求項３】
発泡弾性層がポリウレタンフォームからなることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー供給ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体上に形成した静電潜像をトナー像として可視化するのに使用される現像装置に内蔵される、現像ローラ（現像スリーブ)にトナー（現像剤）を供給するために用いられるトナー供給ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写装置、画像記録装置、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置においては、電子写真感光体や静電記録誘導体などの像担持体上に形成した静電潜像を現像装置により現像して、トナー像として可視化することが行われている。そのような現像装置においては、ホッパー内に収容されたトナー（現像剤）を像担持体に供給するために現像ローラが設けられている。この現像ローラからトナー像形成に用いられずに残るトナーを掻き取り、該現像ローラに新たにトナーを供給するために、軟質の弾性ローラであるトナー供給ローラが現像ローラに当接して設けられている。
【０００３】
トナー供給ローラとして用いられる軟質の弾性ローラとしては、ポリウレタンフォーム（スポンジ）からなる発泡弾性体ローラが一般的である。また、そのような発泡弾性体ローラの製造方法としては、例えば、次のような方法で製造される。
【０００４】
つまり、まず、スラブ発泡若しくは型発泡によりポリウレタンフォームを成形し、そこからロール素材を切り出し、それに芯金を通した後、表面を研磨して、ローラ形状に仕上げる方法、回転軸となる芯金と一体で型内発泡した後、不要部分を研磨して、ローラ形状に仕上げる方法等である。しかしながら、これらの製造方法は製造工程が煩雑であり、研磨によるローラ表面の毛羽立ちや研磨での寸法精度不良等の問題がある。これら不良があると、該ローラをトナー供給ロールとして使用すると、トナー搬送量が不安定であり、画像不良を惹き起こすことがある。また、ロール表面から毛羽が欠落しやすいので、欠落した毛羽は画像形成装置内の他の部位に詰まる等の異物となり、画像不良や故障の原因となる。
【０００５】
そこで、ローラ表面を研磨する方法での問題を解消するには、ローラ形状の型内で芯金と一体になるように発泡成形し、ローラ表面に研磨を行なわない方法が提案されている。このローラ表面に研磨を行なわない方法においては、ローラ表面の毛羽立ち、寸法精度不良等は解消される。しかしながら、この方法で製造されたローラは、表面のスキン層が薄いため、接触している現像ロールに対する摩擦抵抗で破れ易く、耐久性が悪いという問題がある。ロールの表面に形成されているスキン層に破れが発生した場合に、スキン層の欠落による破片が異物として表面研磨において生じる同様な不具合が惹き起こされる。それにに加えて、その破れた部分からトナーが入り込み、当該部分が硬くなり、ロール硬度が部分的に変化し、トナー搬送量が不安定となる。これらの問題の解消には、（１）フォーム密度を上げて、スキン層を厚くし、強度を上げる、（２）フォームの物性（抗張力、伸び、硬さ）を上げる、（３）スキン層を形成し易いインテグラルスキンフォームにする等の手段を講ずることが考えられる。しかし、これらの対策は、何れも、フォーム硬さが上昇する方向であるため、トナー供給ローラに要求される柔軟性およびその耐久性を両立させることは極めて困難である。
【０００６】
一方、トナーに関しては、画質の向上とプリントスピードの向上のニーズから、小粒径で低融点のものが用いられる傾向にあり、それに伴い、帯電や長期放置によって、より凝集し易くなってきている。このために、現像ローラ上に凝集、付着したトナーがトナー供給ロールにて十分に掻き取ることが困難となり、現像ローラ表面に残存しやすくなる（トナーのフィルミング）。それに起因して、画像上にのムラが現れ、ゴースト等の問題となっている。
【０００７】
なお、そのようなトナー供給ロールのトナーの掻き取り性を改良する方策としては、トナー供給ロール自体の硬度を高めたり、現像ロールへの圧接量を大きくしたりする対策が採られる。しかし、何れの場合も、トナーの掻き取り性は向上するものの、現像ロールとの摺擦力（摩擦力）が大きくなって、現像ロールの摩耗や傷が発生したり、トナーの劣化（細粒化）が促進されたりする。そのために、異常帯電が生じたり、長期使用においては、濃度低下、地汚れ等の画像不具合の問題を発生したりする。また、トナー供給ロールを構成する発泡体のセル径を大きくすることでも良いが、その場合にあっては、トナーがセル内に侵入し易くなるために、そのトナーが侵入した部位において発泡体が硬くなり、結果として、画像不具合が起きる恐れがある。
【０００８】
また、トナー供給ロールのトナーの掻き取り性を改良する別の方策として、ウレタンフォーム層の外周面に、回転軸方向に回転軸と平行な直線状又は螺旋状に延びるように凹凸が設けることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。すなわち、ローラ周方向に歯車形状の断面をもって延びる複数の凸条によって、現像ローラ上のトナーの掻き取り性が向上する。さらには、掻き取られたトナーがローラにより積極的に排出されることになり、現像ローラ上にトナーがフィルミングすることが殆どなくなり、ゴースト発生を解消する。また、同時に、現像ロールの摩耗による傷の発生やトナー劣化の促進を抑制せしめることができるとしている。
【０００９】
しかしながら、このローラ表面を形成する複数の凸条が回転軸である芯金と平行な直線状であった場合、ローラ表面が凹凸であるが故に、現像ローラへの押圧が不均一となり、画像上にローラ表面の凹凸ピッチでムラが発生する恐れがある。また、ローラ表面を形成する複数の凸条が螺旋状であった場合、螺旋状であるが故、掻き取られたトナーが一方向に排出される傾向があり、排出されたトナーが芯金長手方向の左右どちらかに蓄積してしまい、ローラへのトナー侵入量に左右差ができる。さらには、ローラへのトナー侵入量の違いから芯金長手方向でローラ硬度に左右差が生じることで現像ローラへの押圧が不均一となり、画像濃度の左右差が発生する恐れがあり、常に安定した高品質の画像を得るのは困難となる。
【００１０】
そこで、本発明者らは、トナー供給ローラとして、凸条の断面形状を台形にし、かつ台形の凸部角の曲率を特定にすることをにより、上記問題を解決できることを示した(特許文献３参照)。この方法で十分に良好な性能が得られたが、現像ローラへの押圧に凸状頂部と谷底部との間に差があり、また、螺旋形状とするとトナーを螺旋に沿って移動させる傾向となり、トナー容器内でトナーを偏らせる恐れがあり、更なる改良が求められている。
【００１１】
トナー供給ローラとして、特許文献1には、表面に四角錐凸部を設けたものが示され、特許文献２には、ポリウレタンシートに交差する複数の切込みを入れて芯金に巻きまわすことにより頂部がひし形形状である凸部を設けたものも示されている。しかしながら、特許文献１に記載のトナー供給ローラでは、その製造が芯金を設けたポリウレタンフォームを熱線カットによるものであり、また、トナー供給ローラとしても現像ローラと押圧に凸条を設けたものと同様の不均一が発生する。また、特許文献２に記載のものでは、ポリウレタンシートに線状の切込みを入れただけであるので凸部角が欠けやすく、トナー供給ローラとして使用すると、ポリウレタン破片がトナーや現像装置内の他の部署を汚染する恐れがある。
【特許文献１】特開平０５−０６１３５０号公報
【特許文献２】特登録０２８３４７１６号公報
【特許文献３】特開２００６−０９１６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の課題は、接触せしめられる現像ローラに対するトナー供給性、トナー掻き取り性が安定しており、ローラ表面の欠落が起こらないトナー供給ローラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために検討をし、芯金と該芯金の外周に形成された発泡弾性層を有するトナー供給ローラにおいて、ローラ表面に設ける凸条を円形ドーム状の凸部とし、これを最密充填様に配置することにより、良好な結果を得た。さらに、本発明者らは検討し、ついに、本発明に至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、下記の構成である。
【００１５】
（１）芯金と該芯金の外周に形成された発泡弾性層を有するトナー供給ローラにおいて、該発泡弾性層の表面にドーム状の凸部が最密充填様に配置されていることを特徴とするトナー供給ローラ。
【００１６】
（２）ドーム状の凸部が、径０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、高さ０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする上記トナー供給ローラ。
【００１７】
（３）発泡弾性層がポリウレタンフォームからなることを特徴とする上記トナー供給ローラ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のトナー供給ローラは、接触せしめられる現像ローラに対するトナー供給性、トナー掻き取り性が安定しており、ローラ表面の欠落が起きず、また、掻き取られたトナーが多方向に排出され、部分的なローラの硬度変化が発生しない良好な性能を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、芯金と該芯金の外周に形成された発泡弾性層を有するトナー供給ローラであって、発泡弾性層の表面にドーム状の凸部が最密充填あるいはそれに近い状態で配置されていることを特徴とするトナー供給ローラである。
【００２０】
以下、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
本発明のトナー供給ローラの一例の模式斜視図を図１に示す。また、図２にトナー供給ローラの凸部の頂点で切断したときの模式断面図を示す。
【００２２】
本発明のトナー供給ローラは、回転軸となる芯金１の外周に発泡弾性層２を有している。そして、発泡弾性層２の表面にドーム状の凸部３が最密充填様に配置されている。この外周面が現像ローラに対して押し付けられて回転することにより、現像ローラ上のトナー掻き取り性が向上し、さらには掻き取られたトナーがローラより積極的に排出されるやすくなる。また、排出されたトナーは多方向に分散され、発泡弾性層２へのトナー浸入量の差が生じにくく、部分的なローラの硬度変化は発生しにくくなる。
【００２３】
ここで、凸部３がドーム状というのは、ローラ表面基底に対して突出している凸部の底面の形状が円形状または楕円形状であり、凸部の断面が円弧を形成している形状を意味する。なお、凸部の断面形状において、その頂が平坦であっても構わない。また、凸部が最も急峻な形状であっても、凸部の底部の立ち上がりが球を半分に切ったものを伏せた形であることが好ましい。
【００２４】
凸部底部の径Dは、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが望ましく、０．２ｍｍ未満であると、発泡弾性層の気泡の状態により、凸部が欠落したり、欠落によるローラ表面の毛羽立ちが発生したりしやすく、結果として、寸法精度が悪くなる。また、２．０ｍｍより大きい場合は、掻き取られたトナーが多方向に排出される特性が十分に発揮されず、部分的なローラの硬度変化が起きやすい。好ましくは、該径Dは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、この範囲では、寸法精度、発泡弾性層へのトナー侵入量等に問題が起こりづらく、安定した高品質の画像が得られる。なお、底面形状が楕円形状であるときは、径Dとはその長径と短径の平均値を意味し、該平均値が上記範囲にあることが望ましい。なお、この長径と短径の比（長径／短径）が１以上１．５以下、好ましくは１以上１．２以下であることが望ましい。
【００２５】
該凸部３の高さHは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが望ましく、０．２ｍｍ未満であるとローラ表面が緩やかな凹凸構造となり、ローラ全体のトナー掻き取り性が低下し、さらに、１．０ｍｍより大きいと、凸部の現像ローラに対する押圧差が大きくなり、トナーの摩擦帯電量のムラが起きる可能性があり、画像に濃度ムラとして表れることがある。
【００２６】
本発明による発泡弾性層表面の凸部は、最密充填様に配置されていることが重要である。なお、最密充填様とは、凸部の底部が円形であるとき、その凸部に対して４個あるいは６個の他の凸部がほぼ等距離にほぼ等角度で配置されていることを意味する。ここで、凸部の配置は、底部が直に接するものから径Ｄの1／２程度まで開いているものまでを意味する。なお、隣り合う凸部の間隔は、凸部の径Ｄ、高さＨを勘案して、適宜決められる。なお、隣り合う凸部の間隔が径Ｄの1／２を超えるときは高さＨが不足するときと同様にトナーの掻き取り性が低下することがあり好ましくない。
【００２７】
該凸部を有する発泡弾性体層を有するトナー供給ローラは、金型内面に凸部に対応する窪みが形成された円筒状金型を用い、該芯金を備えた金型内で発泡弾性体層原料を発泡加硫させることにより製造される。なお、芯金として、ステンレス、真鍮、鉄等の丸棒を、必要により表面メッキ、接着剤処理等の表面処理をして、用いる。
【００２８】
なお、上記金型の製作方法は特に限定されず、例えば、金型内面に対して、電鋳めっきや鋳造によって形状転写する等の手法によって、目的とする金型内面の形状が実現できる。また、パイプ型を縦に分割し、それぞれの内面に対して、目的とする型内面形状の電極を用いて放電加工を行ない、その後、その分割されたパイプ型を結合して、あるいは結合することなく、金型として用いることも可能である。
【００２９】
本発明では、発泡弾性層２としては、弾性体ゴムの発泡体であれば支障ないが、ポリウレタンフォームからなることが、製造のし易さ、耐久性等から望ましい。
【００３０】
ポリウレタンフォーム形成材料として、ポリオール成分、ポリイソシアネート成分、発泡剤、触媒、整泡剤、所望により用いられる導電性付与剤などを含有するものが使用される。
【００３１】
ポリオール成分としては、特に制限は無く、従来公知の各種ポリオールの中から、適宜選択して使用する。この例としては、ポリエチレンアジペート（ＰＥＡ）、ポリブチレンアジペート（ＰＢＡ）、ポリヘキシレンアジペート（ＰＨＡ）、エチレンアジペートとブチレンアジペートの共重合体、ダイマー酸系ポリオール、ヒマシ油系ポリオール、ポリカプロラクトンポリオール等のポリエステルポリオール、ポリオキシアルキレングリコール等のポリエーテルポリオールなどが挙げられる。また、予めポリイソシアネート成分と反応させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【００３２】
ポリイソシアネート成分としても、特に制限は無く、従来公知の各種ポリイソシアネートの中から、適宜選択して使用する。この例としては、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート及びその誘導体、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート及びその誘導体、イソホロンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネート及びその誘導体などが挙げられる。
【００３３】
整泡剤としては、ポリジメチルシロキサンとＥＯ／ＰＯ共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサン、スルホン化リシノール酸のナトリウム塩、これらとポリシロキサン・ポリオキシアルキレンコポリマーとの混合物などが使用できる。この中でも、ポリエーテルポリオール系整泡剤である水溶性ポリエーテルシロキサンが好適である。
【００３４】
また、発泡剤としては、水、ペンタン類、ブタン類およびプロパンのような液状炭化水素、フラン、ジメチルエーテルおよびジエチルエーテルのようなエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メチルホルマート、ジメチルオキサラート、エチルアセタート等のカルボン酸アルキルエステル、二酸化炭素などが単独で又は混合して使用される。なお、環境保護の観点より水を単独で使用することが望ましい。
【００３５】
本発明に用いられる触媒としては、公知のもので特に限定はなく、アミン系、有機金属系の中から適宜選択して使用できる。
【００３６】
アミン系触媒としては、例えば、１，２−ジメチルイミダゾール、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ヘキサデシルジメチルアミン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−オクタデシルモルホリン、ジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルプロピレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルブタンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−１，３−ブタンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ビス〔２−（Ｎ．Ｎ−ジメチルアミノ）エチル〕エーテル、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ″，Ｎ″−ペンタメチルジエチレントリアミン、トリエチレンジアミン、トリエチレンジアミンの塩類、第一及び第二アミンのアミノ基のオキシアルキレン付加物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５、Ｎ，Ｎ−ジアルキルピペラジン類のようなアザシクロ化合物、種々のＮ，Ｎ′，Ｎ″−トリアルキルアミノアルキルヘキサヒドロトリアミン類等がある。
【００３７】
また、有機金属系触媒としては、酢酸錫、オクチル酸錫、オクテタン酸錫、オレイン酸錫、ラウリン酸錫、ジブチル錫ジクロリド、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタン、ナフテン酸鉛、ナフテン酸ニッケル、ナフテン酸コバルト等がある。
【００３８】
さらに、、これらアミン系触媒や有機金属系触媒の初期活性を低下させた有機酸塩触媒（カルボン酸塩やホウ酸塩等）がある。
【００３９】
必要により使用される架橋剤は、特に限定されないが、アルキレングリコール、１，４−ブタンジオール（１，４ＢＤ）等のジオール類、グリセリン、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）等のトリオール類、ペンタエリスルトール等のテトラオール類、エチレンジアミン（ＥＤＡ）等のジアミン類、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）等のアミノアルコール類等を、単独で、また、混合して使用することができる。
【００４０】
必要により導電性を付与するための導電性材料としては、一般の導電性付与剤が使用でき、例えば、金属粉、導電性カーボン、イオン導電性物質も用いることができる。イオン導電剤としては、第四級アンモニウム塩等が挙げられ、単独であるいは併せて用いられる。
【００４１】
その他添加剤として、難燃剤、着色剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、酸化防止剤、破泡剤等を必要に応じて使用する。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４３】
実施例１〜３、比較例１
ポリエーテルポリオール「ＦＡ−９０８」（商品名、三洋化成株式会社製）１００質量部、ジエタノールアミン０．５質量部、シリコーン系整泡剤「Ｌ５３６６」（商品名、日本ユニカー株式会社製）１質量部、第３級アミン触媒「ＴｏｙｏＣａｔ−ＥＴ」（商品名、東ソー株式会社製）０．１質量部、第３級アミン触媒「ＴＥＤＡ−Ｌ３３」（商品名、東ソー株式会社製）０．５質量部及び水（発泡剤）２質量部を混合した混合ポリオールに、ポリイソシアネート「コスモネートＴ８０」（商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、ＮＣＯ％＝４８）２９．５質量部とポリイソシアネート「コスモネートＭ２００」（商品名、三井化学ポリウレタン株式会社製、ＮＣＯ％＝３１）７．４質量部を混合攪拌した（ＮＣＯインデックス１００であった）。
【００４４】
次いで、上記して作成された弾性発泡層原料を径５ｍｍのＳＵＳ製芯金を備えた成形金型に注型し、温度６０℃、１０分間発泡成形して、外径約１６ｍｍのトナー供給ローラを得た。その際に、得られるトナー供給ローラが表１に示す表面形状となるように加工された内表面を凹凸加工した金型を使用した。また、凸部は概略半球状であり、隣り合う凸部の中心を結ぶ距離は、凸部の幅をDとしたとき、Ｄ＋０．２ｍｍとし、凸部に対して６個の凸部が配される細密充填配置とした。なお、比較例１については、内表面が鏡面である金型を使用した。
【００４５】
製造したトナー供給ローラの発泡弾性層の硬さを下記により測定したところ、これらのトナー供給ローラでいずれも２００ｇであった。また、発泡弾性層表面の光学顕微鏡による観察では、いずれもセル径３００μｍから７００μｍの範囲内であった。
【００４６】
〔発泡弾性層の硬さ測定〕
幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの押し圧面を有する金属製治具を、長手方向を芯金方向と一致させて当接させ、該治具に力を加え、発泡弾性層が１ｍｍ圧縮されたとき、そのときに加えてる力をｇで測定する。この測定を、長手方向３ヶ所、周方向４ヶ所の計１２ヶ所行い、得られた測定値を平均して、発泡弾性層の硬さとする。
【００４７】
トナー供給ローラの発泡弾性層を、ローラの凸部の頂上となる箇所を芯金と垂直になるように複数箇所裁断し、幅Ｄ及び高さＨを測定し、その平均値を表１に示す。
【００４８】
また、得られたトナー供給ローラを市販の複写機「ＬＢＰ−２５１０」（商品名、キヤノン株式会社製）のトナーカートリッジにトナー供給ローラとして組み込み、画像評価をした。画像評価は評価用画出しで得られた画像の濃度ムラを目視により調べ、下記基準で行った。なお、評価用画出しは、トナー供給ローラを組み込んだトナーカートリッジを１５℃×１０％ＲＨで１日間保管後に、複写機にセットし、１５℃×１０％ＲＨ環境下において、４％印字画出し６０００枚を行った後、通常の複写機用普通紙にベタ黒で行った。
【００４９】
〔画像評価（濃度ムラ）の基準〕
○：殆ど観察されず良好
△：やや見られるものの使用には問題ない程度
×：顕著に観察される
【００５０】
【表１】
2008158427.tif 000003
【００５１】
実施例1では、画像評価が優れた結果であり、優れたトナー掻き取り性とトナー排出性があり、高画質な画像を得ることができた。なお、実施例２は、トナー掻き取り性とトナー排出性が実施例１に比べ若干劣っていたが、良好な結果が得られた。実施例３は、試験終了後にローラの硬度を測定すると部分的な硬度差がみとめられたが、比較的良好な結果であった。
【００５２】
一方、比較例１では、芯金長手方向でローラ硬度に左右差が発生し、その結果、得られた画像に左右の濃度ムラが認められた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】トナー供給ローラの一例の模式斜視図である。
【図２】トナー供給ローラの芯金長手方向に直交する凸部頂で切断した模式断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    芯金
２    発泡弾性層
３    凸部
６    トナー供給ローラ
Ｄ    凸部幅
Ｈ    凸部高さ
【図２】
2008158427.tif 000004
【図１】
2008158427.tif 000005