(57)【要約】【課題】トナー搬送の均一性および安定性に優れたトナー搬送ローラ、および、それを用いることにより良質な画像を得ることのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】軸１と、軸１の外周に一体成形により設けられたポリウレタンフォーム層２とを備えるトナー搬送ローラ１０である。ポリウレタンフォーム層２が内部から連通する表面セル３を有し、かつ、表面セル３の長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａの平均値が、０．８以上である。トナー搬送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、トナー搬送ローラを画像形成体に接触または近接させて、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である。トナー搬送ローラとして、上記トナー搬送ローラ１０を用いた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、該軸の外周に一体成形により設けられたポリウレタンフォーム層とを備えるトナー搬送ローラにおいて、前記ポリウレタンフォーム層が内部から連通する表面セルを有し、かつ、該表面セルの長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａの平均値が、０．８以上であることを特徴とするトナー搬送ローラ。
【請求項２】
前記表面セルのうち、長径ａが１００μｍ以下であるものの比率が２５％以上である請求項１記載のトナー搬送ローラ。
【請求項３】
前記表面セルの長径ａおよび短径ｂが３０〜４００μｍの範囲内である請求項１または２記載のトナー搬送ローラ。
【請求項４】
前記表面セルの長径ａおよび短径ｂが、夫々ブロードな分布を示す請求項３記載のトナー搬送ローラ。
【請求項５】
トナー搬送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、該トナー搬送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、該トナー搬送ローラとして、請求項１〜４のうちいずれか一項記載のトナー搬送ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー搬送ローラ（以下、単に「ローラ」とも称する）およびそれを用いた画像形成装置に関し、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（現像剤）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に用いるトナー搬送ローラ（以下、単に「ローラ」とも称する）およびそ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ためのトナー搬送ローラ（トナー供給ローラおよび不要トナー剥ぎ取りのためのクリーニングローラを含む）とが設けられており、トナーを、トナー収容部からトナー搬送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上にムラなく均一に形成され、担持されていることが必要である。従って、かかる現像機構においては、現像ローラ自体のトナー保持性能等に加え、トナー搬送ローラの性能、特には表面性能が重要となってくる。即ち、トナー搬送ローラには、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】
上記要求を満足できる良好な表面性能を備えたトナー搬送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。近年では、かかるトナー搬送ローラとして、金軸上に網目状の表面構造を有する弾性発泡体を積層することで、トナーの搬送性と現像ローラ上の不要トナーの除去とに寄与できるよう工夫されたものが好ましく使用されており、この目的に対し適切な弾性発泡体として、柔軟性や強度面等から、一般に、ポリウレタンフォームが好適に使用されている。
【０００５】
このような表面構造を有するポリウレタンフォーム製ローラの製造方法としては、例えば、ポリ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、金軸周囲に網目状ポリウレタンフォーム層を設け、このローラ表面を研磨あるい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する方法が公知である。しかし、この方法では、研磨により表面性が悪化してしまう場合があり、優れた表面性能を有するローラを得ることができるものではなかった。
【０００６】
この問題を解決するために、一体成形後にローラの表面性を悪化させるような後加工を要しないポリウレタンフォーム製ローラの製造方法として、成形品が最終形状となる型において芯金とポリウレタンフォームとを一体成形し、さらに、ポリウレタン配合や成形型、プロセス等の改良によりフォームのセル径、セル数および開口率を制御することで、良好な表面特性を有し、ひいては良質な画像を得ることのできるローラに関する技術が種々提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１においては、最終ロール形状を呈する成形キャビティ内で芯金と軟質ポリウレタンスポンジ層とが一体成形されてなり、表面のスキン層が、所定の開口径を有する開口部を所定の割合で有するトナー供給ロールが提案されている。また、特許文献２には、最終形状を与える成形キャビティ内での発泡成形により芯金の周りに軟質ポリウレタンスポンジ層が一体的に形成され、該軟質ポリウレタンスポンジ層が、所定の物性値を有し、かつ、所定の開口径の独立開口セルを所定の割合で有する独立気泡型の発泡体構造を有するトナー供給ロールが記載されており、さらに、特許文献３には、芯金と、所定の硬度を有し、かつ、所定の開口径を有する開口部を所定の割合で有する軟質ポリウレタンフォーム層とからなり、該ポリウレタンフォーム層の外周面に所定の凹凸表面構造が形成されているトナー供給ロールが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２７４３７３号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献２】
特開平１０−２２１９４５号公報（特許請求の範囲等）
【特許文献３】
特開平１１−３８７４９号公報（特許請求の範囲等）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の技術によっても、トナー搬送ローラとしての要求特性を現状において十分満足しているとは言えず、よりトナー搬送の均一性および安定性に優れた高性能のトナー搬送ローラを実現することが求められていた。また、一般にトナー搬送ローラにおけるウレタンフォーム層のセル径は細かい程良いが、上記の従来技術では平均セル径は通常１００〜８００μｍ程度であり、セル径１００μｍ以下の微細なセルを多く含むローラについては言及されていなかった。
【００１０】
そこで本発明の目的は、上記の問題を解消して、トナー搬送の均一性および安定性に優れたトナー搬送ローラ、および、それを用いることにより良質な画像を得ることのできる画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明は、以下の通りである。
（１）軸と、該軸の外周に一体成形により設けられたポリウレタンフォーム層とを備えるトナー搬送ローラにおいて、前記ポリウレタンフォーム層が内部から連通する表面セルを有し、かつ、該表面セルの長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａの平均値が、０．８以上であることを特徴とするトナー搬送ローラである。
【００１２】
（２）前記（１）のトナー搬送ローラにおいて、前記表面セルのうち、長径ａが１００μｍ以下であるものの比率が２５％以上であるトナー搬送ローラである。
【００１３】
（３）前記（１）または（２）のトナー搬送ローラにおいて、前記表面セルの長径ａおよび短径ｂが３０〜４００μｍの範囲内であるトナー搬送ローラである。
【００１４】
（４）前記（３）のトナー搬送ローラにおいて、前記表面セルの長径ａおよび短径ｂが、夫々ブロードな分布を示すトナー搬送ローラである。
【００１５】
（５）トナー搬送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、該トナー搬送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、該トナー搬送ローラとして、前記（１）〜（４）のいずれかのトナー搬送ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置である。
【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、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（イ）に、本発明のトナー搬送ローラの一好適例の全体斜視図を示す。図示するように、本発明のトナー搬送ローラ１０は、軸１と、その外周に一体成形により設けられたポリウレタンフォーム層２とを備えている。
【００１７】
本発明のローラ１０においては、ポリウレタンフォーム層２が内部から連通する表面セル開口部３を有しており、かかる表面セル３の長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａ（図１（ロ）参照）の平均値が、０．８以上である。表面セル３の長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａの平均値を０．８以上とすることにより、即ち、長径ａと短径ｂとの差を小さくして、より真円に近いセル形状とすることにより、特に、現像ローラへのトナー供給時においてセル変形が方向性なく起こることになるため、トナー供給の均一性および安定性を向上することができる。
【００１８】
また、表面セル全体としては、長径ａが１００μｍ以下である微細セルの比率を２５％以上とすることが好ましい。かかる微細セルの比率を２５％以上とすることにより、トナー搬送の均一性をより向上して、より高品質のトナー搬送ローラとすることができる。
【００１９】
さらに、表面セルの長径ａおよび短径ｂは、いずれも３０〜４００μｍの範囲内であることが好ましく、特には、これら長径ａおよび短径ｂが夫々この範囲内でブロードに分布していることが好ましい。即ち、同一セル径の表面セルが一様に分布しているのではなく（図２参照：図中の（イ）は表面セルの分布状態を示す説明図であり、（ロ）は（イ）中のＡ−Ａ線に沿う表面近傍の断面図である）、大きなセルと小さなセルとが混在した状態で分布していることが好ましい（図３参照：図中の（イ）は表面セルの分布状態を示す説明図であり、（ロ）は（イ）中のＢ−Ｂ線に沿う表面近傍の断面図である）。同一セル径の表面セルが一様に分布している図２の場合と比較すると、その中にセル径の小さいものが存在する図３の場合は、開口率が同じであれば、単位表面積当りのセルのエッジ長の合計が長くなることがわかる（各図（ロ）中のエッジ部Ｅ参照）。ローラにおけるトナーの掻き取りはこの表面セルのエッジにて行われるので、特にトナー掻き取り性の向上の観点からは、セルのエッジ長が長い方がよく、ピークを有しないブロードなセル径分布が優れているといえる。
【００２０】
さらにまた、表面セルの表面１ｃｍ２あたりの個数は、１００〜２０００個であることが好ましい。かかる表面セル開口状態を有する構造を得るためのポリウレタンフォーム層２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。
【００２１】
本発明のトナー搬送ローラは、その表面セルが上記所定条件を満足するものであればよく、これにより良好なトナー搬送性を備えるものである。その具体的な原材料について以下に述べる。
【００２２】
ポリウレタンフォーム層２を形成するためのポリウレタン材料としては、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としては、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】
ポリウレタン材料中には、これらポリウレタン原料に加え、所望に応じて架橋剤、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】
本発明のトナー搬送ローラの製造方法には特に制限はなく、例えば、高圧発泡機を使用して製造を行うことができる。高圧発泡機とは、ポリウレタン材料を構成するポリオール成分系とイソシアネート成分系とを、高圧下で衝突混合させて発泡させる装置であり、高圧発泡機より射出された発泡ポリウレタン材料をローラの最終形状を決定する筒形内に注入し、硬化させることにより、微細で、局所的なセル径の不均一等の欠陥を有しない優れたポリウレタンフォーム層２を形成することができる。高圧下とは、好適には５０〜３００ｋｇ／ｃｍ２、特には１００〜２００ｋｇ／ｃｍ２程度である。
【００２７】
かかる高圧発泡機を用いたローラの製造には、例えば、図４に示すような注型装置を用いることができる。図示する注型装置は、ポリオール成分系の貯蔵タンク１２と、イソシアネート成分系の貯蔵タンク１３と、吐出ヘッド１１と、両成分系を夫々独立に循環させるための一対の油圧ピストン１４ａ、１４ｂとを備えている。かかる一対の油圧ピストン１４ａ、１４ｂにより高圧で循環される両成分系は、貯蔵タンク１２、１３と油圧ピストン１４ａ、１４ｂとを結ぶ循環流路１７ａ、１７ｂから、分岐部１６ａ、１６ｂを介して吐出流路１８ａ、１８ｂへと流通し、吐出ヘッド１１に流入する。
【００２８】
かかる吐出ヘッド１１の例としては、図５（イ）、（ロ）に示すものを挙げることができ、（イ）はいわゆるストレート型ヘッド、（ロ）はＬ型ヘッドを示している。図示するように、吐出ヘッド１１には、ポリオール成分系およびイソシアネート成分系の流入口１９、２０が、互いに対向する位置に設けられており、かかる流入口１９、２０から両成分系を流入させる際の圧力を上記所定の高圧範囲に調整することにより、両成分系を対向する方向から噴射混合することで、高圧発泡を行うことができる。
【００２９】
高圧発泡に際して圧力５０〜３００ｋｇ／ｃｍ２が好適であるのは、圧力がこれよりも高圧であると吐出ヘッド１１からの吐出液の供給量が多すぎて、ローラの製造には適さないためである。この場合のポリウレタン材料の好適供給量は、１〜５０ｇ／ｓｅｃ、特には３〜１０ｇ／ｓｅｃであるが、通常の高圧発泡機の場合、供給量では２００ｇ／ｓｅｃ、圧力では１００ｋｇ／ｃｍ２が下限であり、ローラの製造に使用できるものではない。図示する装置においては、油圧ピストン１４ａ、１４ｂが油圧回路の間にオイルバイパス１５ａ、１５ｂを有しているため、これにより、油圧ピストン１４ａ、１４ｂに供給されるオイルの量が減少してシリンダー速度が低下し、結果として装置内の流量と、それに伴い吐出ノズルからの供給量をも低減することを可能にしている。かかる供給量の少量化により、本発明のローラに好適に使用できる装置が実現される。
【００３０】
この場合、少ない流量でも各成分系を安定して循環させるために、配合比率の低いイソシアネート成分系側の油圧ピストン１４ｂを、ポリオール成分系側の油圧ピストン１４ａよりも小型化することが好ましい。これにより、少量供給を安定的に行うことができる。
【００３１】
また、吐出時において流量を安定化するために、吐出ヘッド１１のイソシアネート成分系側の流入口２０に設置するオリフィス（図示せず）として、ポリオール成分系側よりも小径化した、少量吐出に適した口径のものを用いることが好ましい。ポリオール成分系側と同じ大口径オリフィスのままで、ニードルにより流量を絞ることも可能であるが、これは非常に微妙な調整が必要であるうえに材料中の異物により隙間が詰まって流量が不安定になるなどの問題があるため、小口径オリフィスを用いることが好適である。この場合、更に、対応するイソシアネート成分系側の循環流路１７ｂと吐出流路１８ｂとの分岐部１６ｂに、小径オリフィスに合った微細ストレーナーを設けることが好ましい。
【００３２】
本発明のトナー搬送ローラ１０は、例えば、図６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、ローラ１０は、現像ローラ２２に当接して配置され、トナー収容部内のトナー２１を一旦現像ローラ２２の表面に担持させ、これを介して画像形成体２３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。尚、図中の２４はクリーニング部、２５はクリーニングブレード、２６はブレードを夫々示す。
【００３３】
本発明の画像形成装置は、図６に示すような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搬送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。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
実施例
図４に示す、ポリオール成分系の貯蔵タンク１２と、イソシアネート成分系の貯蔵タンク１３と、吐出ヘッド１１と、一対の油圧ピストン１４ａ、１４ｂと、油圧ピストン１４ａ、１４ｂの油圧回路間に設けられたオイルバイパス１５ａ、１５ｂとを備えた注型装置を用いて、ポリオール成分系とイソシアネート成分系とを吐出ヘッド１１内で衝突混合させて、生成する発泡ポリウレタン材料を筒型内に注入することにより、実施例のポリウレタン製ローラを得た。吐出ヘッド１１としては図５（イ）に示すストレート型のものを用い、吐出ヘッド１１内における噴射圧力１００ｋｇ／ｃｍ２、吐出ヘッド１１からの供給量１０ｇ／ｓｅｃとした。筒型としては、中心線上に径６．０ｍｍの芯金を貫設した内径２０．０ｍｍ、長さ３００ｍｍの筒型を用いた。ポリウレタン材料のポリオール成分系およびイソシアネート成分系の配合内容は下記の表１に示す通りである。
【００３５】
【表１】
2004184497.tif 000003
【００３６】
得られたローラのポリウレタンフォーム層２は、内部から連通する表面セルを有しており、その表面セルの長径ａの分布、短径ｂの分布、長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａの分布は、夫々図７〜９に示すとおりであった。また、表面セルの長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａの平均値は約０．８４であり、長径ａが１００μｍ以下であるものの比率は２７％であった。ローラの密度およびローラ性能についても全体として均一で、欠陥等もない良質なものであり、トナー搬送ローラとして好適に使用することができた。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、トナー搬送の均一性および安定性に優れたトナー搬送ローラを得ることができ、かかる本発明のトナー搬送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】（イ）は、本発明の一好適例のトナー搬送ローラを示す斜視図であり、（ロ）は、その表面セルの説明図である。
【図２】（イ）は従来の表面セルの分布状態を示す説明図であり、（ロ）は（イ）中のＡ−Ａ線に沿う表面近傍の断面図である。
【図３】（イ）は本発明に係る表面セルの分布状態を示す説明図であり、（ロ）は（イ）中のＢ−Ｂ線に沿う表面近傍の断面図である。
【図４】注型装置の一例を示す説明図である。
【図５】吐出ヘッドの例を示す説明図である。
【図６】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７】実施例のローラにおける表面セルの長径ａの分布を示すグラフである。
【図８】実施例のローラにおける表面セルの短径ｂの分布を示すグラフである。
【図９】実施例のローラにおける表面セルの長径ａと短径ｂとの比ｂ／ａの分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１  軸
２  ポリウレタンフォーム層
３  表面セル
１０  トナー搬送ローラ
１１  吐出ヘッド
１２  ポリオール成分系の貯蔵タンク
１３  イソシアネート成分系の貯蔵タンク
１４ａ、１４ｂ  油圧ピストン
１５ａ、１５ｂ  オイルバイパス
１６ａ、１６ｂ  分岐部
１７ａ、１７ｂ  循環流路
１８ａ、１８ｂ  吐出流路
１９、２０  流入口
２１  トナー
２２  現像ローラ
２３  画像形成体
２４  クリーニング部
２５  クリーニングブレード
２６  ブレード
【図１】
2004184497.tif 000004
【図２】
2004184497.tif 000005
【図３】
2004184497.tif 000006
【図４】
2004184497.tif 000007
【図５】
2004184497.tif 000008
【図６】
2004184497.tif 000009
【図７】
2004184497.tif 000010
【図８】
2004184497.tif 000011
【図９】
2004184497.tif 000012