(57)【要約】【課題】電子写真方式による画像形成装置において良好な画像を得ることができ、かつローラを形成する発泡弾性体の選択の幅が広いトナー供給ローラを提供すること。【解決手段】シャフトの外周に発泡弾性層が形成されたトナー供給ローラにおいて、シャフトが、円筒又は円柱の軸心に平行で、かつ円筒又は円柱の長手方向に延びる複数の凸条が、円筒又は円柱の外周に形成された形状を有するトナー供給ローラである。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの外周に発泡弾性層が形成されたトナー供給ローラにおいて、シャフトが、円筒又は円柱の軸心に平行で、かつ円筒又は円柱の長手方向に延びる複数の凸条が、円筒又は円柱の外周に形成された形状を有することを特徴とするトナー供給ローラ。
【請求項２】
複数の凸条が、円筒又は円柱の外周に等間隔で形成されたものである請求項１に記載のトナー供給ローラ。
【請求項３】
発泡弾性層が、イソシアネート成分とポリオール成分を含むポリウレタン材料を反応硬化させることにより得られるポリウレタンフォームからなるものである請求項１又は２に記載のトナー供給ローラ。
【請求項４】
ポリウレタン材料が、さらに導電性付与剤，触媒及び整泡剤の中から選ばれた少なくとも一種を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載のトナー供給ローラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のトナー供給ローラを装着してなる画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真・静電記録等のプリンターの現像装置において用いる、トナー搬送性の良好なトナー供給ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真技術の進歩に伴い、乾式電子写真装置などの画像形成装置には、帯電用，現像用，転写用，トナー供給用などに供される部材として、高分子材料からなる部材が注目されており、帯電ローラ，現像ローラ，転写ローラ，トナー供給ローラなどの弾性を有するローラの形態で用いられている。これらのローラとして、シャフトの外周に発泡弾性層を形成したものが広く用いられており、シャフトとしては、一般に、表面に凹凸のない円筒状のものが用いられている。
また、発泡弾性層を形成する材料としては、天然ゴム，ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム），シリコーンゴム等のゴム又はポリウレタンなどの高分子エラストマーやフォームが用いられ、これらはカーボンブラックのような導電性カーボン、金属や金属酸化物の粉末、過塩素酸ナトリウムのようなイオン導電性物質を混入することにより、導電性が付与されている。
高分子材料の中でもポリウレタンは、上記導電性部材に適した低硬度の部材となり得るため、多用されている。低硬度のポリウレタンフォームを得る方法としては、水，低沸点化合物などの発泡剤を用いる方法、機械的攪拌による方法、ポリウレタンの化学構造を決定する原料及び配合の選択による方法などがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
しかしながら、トナー供給ローラの場合、特定の発泡弾性体を用いないと、トナー搬送量にばらつきが生じ、画像ムラが発生するという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３２０５３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−３４７４９６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来のトナー供給ローラが有する問題を解消し、発泡弾性体の選択の幅が広く、良質な画像を与え得るトナー供給ローラ、及びこのトナー供給ローラを装着してなる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、トナー供給ローラなどとして好適な、発泡弾性層を有するローラについて鋭意研究を重ねた結果、発泡弾性層を形成するシャフトの形状を特定のものとすることにより、トナー供給ローラとして用いたときに良好な画像を得ることができ、また、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ及び紙送りローラなどとしても好適であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、シャフトの外周に発泡弾性層が形成されたトナー供給ローラにおいて、シャフトが、円筒又は円柱の軸心に平行で、かつ円筒又は円柱の長手方向に延びる複数の凸条が、円筒又は円柱の外周に形成された形状を有することを特徴とするトナー供給ローラ、及び該トナー供給を装着してなる画像形成装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のトナー供給ローラは、シャフトとして、円筒又は円柱の軸心に平行で、かつ円筒又は円柱の長手方向に延びる複数の凸条が、円筒又は円柱の外周に形成された形状を有するものを用いる。この複数の凸条は、円筒又は円柱の外周に等間隔で形成することが好ましい。このようなシャフトを用いたトナー供給ローラとして、例えば図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すものが挙げられる。図１（ａ）、（ｂ）において、１１は発泡弾性層である。図１（ａ）に示すシャフト１２ａは、断面が三角形の凸条が、円筒又は円柱の外周に連続して形成された形状を有するものである。図１（ｂ）示すシャフト１２ｂは、断面が四角形の凸条が所定の距離を保って、円筒又は円柱の外周に形成された形状を有するものである。なお、シャフトの形状はこれらに限定されるものではない。
本発明のトナー供給ローラにおいては、図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シャフト１２ａ又はシャフト１２ｂの端部に、凸条なしのシャフト１３を設けることが、トナー供給ローラを、画像形成装置における軸受けに取り付ける際に好適である。この場合、シャフト１２ａ又はシャフト１２ｂは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、発泡弾性層１１からその端部が露出していてもよく、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シャフト１２ａ又はシャフト１２ｂの全体が発泡弾性層１１で覆われていてもよい。なお、シャフト１２ａ又はシャフト１２ｂの全体が発泡弾性層１１で覆われている場合、シャフト１２ａ又はシャフト１２ｂの端面は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように露出していてもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、発泡弾性層１１に覆われていてもよい。
【０００７】
本発明に係るシャフトにおいて、隣り合う凸条同士の円周方向又は円柱方向における間隔（シャフト１２ａにおいては、三角形の頂点同士の距離であり、シャフト１２ｂにおいては、四角形の上面同士の距離である。）は、０．０１〜１０ｍｍが好ましく、０．０１〜１ｍｍがより好ましい。また、凸条の高さ（シャフト１２ａにおいては、円筒表面又は円柱表面から三角形の頂点までの距離であり、シャフト１２ｂにおいては、円筒表面又は円柱表面から四角形の上面までの距離である。）は、０．０１〜８ｍｍが好ましく、０．０１〜１ｍｍがより好ましい。
本発明において、シャフトは、その外周に発泡弾性層が形成されない部分において凸条が形成されていればよく、発泡弾性層が形成されている部分は、凸条が形成されない円筒又は円柱であってもよい。本発明において、シャフトは、合成樹脂製のものであっても金属製のものであってもよい。金属製シャフトとしては、硫黄快削鋼などの鋼材に亜鉛等のメッキを施したもの、アルミニウム，ステンレス鋼，りん青銅等からなるものが挙げられる。シャフトの凸条は、公知の加工法により形成することができる。
【０００８】
トナー供給ローラにおいて、シャフトを上記形状のものととすることにより、現像ローラと圧接する箇所における押し付け力が断続的なものとなる、すなわち押し付け力の強弱が繰り返されることとなるので、トナーの搬送量を増加させることができるという利点がある。また、円筒状又は円柱状のシャフトを用いたトナー供給ローラの発泡弾性層として用いたときには耐久印刷において良好な画像を得ることができなかった発泡弾性体を使用した場合も、上記形状のシャフトを用いると、良好な画像を得ることができるという利点がある。
発泡弾性体として、イソシアネート成分とポリオール成分を含むポリウレタン材料を反応硬化させることにより得られるポリウレタンフォームを用いる場合、イソシアネート成分として、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）とジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）との混合物を用いることができる。出願人が先に出願した特願２００１−２６９６６９号では、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）とジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）とは、その質量比は３０／７０〜７０／３０（ＴＤＩ／ＭＤＩ）であることを要し、好ましくは４０／６０〜６０／４０であった。ＴＤＩ／ＭＤＩが３０／７０〜７０／３０の範囲外であるローラをトナー供給ローラとして用いた場合、画像ムラが生じてしまうものであったが、本発明においては、例えばＴＤＩ／ＭＤＩが８０／２０であっても良好な画像が得られる。なお、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）には、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート（クルードＭＤＩ）も含む。
【０００９】
ポリエーテルポリオールとして、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加重合して得られるものを用いる。重量平均分子量は3,０００〜１3,０００、官能基数が２〜５のものが好ましく、重量平均分子量は3,０００〜8,０００がより好ましい。このようなポリエーテルポリオールは、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、トリエタノールアミン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール、エチレンジアミン、メチルグルコジット、芳香族ジアミン、ソルビトール、ショ糖、リン酸等を出発物質としてエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加重合することにより得ることができる。特に、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオールを出発物質としたものが好適である。付加するエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの比率やミクロ構造については、エチレンオキサイドの比率が３〜８０質量％が好ましく、より好ましくは７〜５０質量％である。そして末端にエチレンオキサイドが付加しているものが好ましく用いられる。また、分子鎖中のエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの配列は、ランダムであるのが好ましい。
本発明で用いるポリエーテルポリオールは、その末端水酸基が１級水酸基であるものが５０％以上であることが、フォームのセルを微細化させる点から好ましく、６３％以上がより好ましい。ポリエーテルポリオールの配合量は、ポリオール成分とイソシアネート成分の合計量中６０〜９５質量％であることが好ましく、７０〜８８質量％がより好ましい。
【００１０】
エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加重合したポリエーテルポリオールに、ポリテトラメチレンエーテルグリコールをブレンドして用いることも好ましく、この場合エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドを付加重合したポリエーテルポリオールと、ポリテトラメチレンエーテルグリコールの比率が９０：１０〜１０：９０の範囲になるように用いるのが好ましく、特に７０：３０〜４０：６０の範囲になるように用いるのがさらに好ましい。
また、上記ポリオール成分とともに、本発明の目的が損なわれない範囲で、ポリオールにメラミンを付加したポリオール、アジピン酸等の酸成分とエチレングリコール等のグリコール成分を縮合して得られるポリエステルポリオール、ε一カプロラクタムを開環重合して得られるポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオール、ブタンジオール等のジオール類、トリメチロールプロパンなどのポリオール類やそれらの誘導体を併用することができる。
前記ポリイソシアネート成分とポリオール成分は、ＮＣＯ基／ＯＨ基モル比が、0.９〜1.５、好ましくは1.０〜1.２の範囲になるような割合で用いるのが有利である。
本発明において、発泡弾性体としては、ポリウレタンフォームに限定されるものではなく、例えばニトリルゴム，エチレンプロピレンゴム，エチレンプロピレンジエンゴム，スチレンブタジエンゴム，ブタジエンゴム，イソプレンゴム，天然ゴム，シリコーンゴム，アクリルゴム，クロロプレンゴム，ブチルゴム，エピクロルヒドリンゴムなどのゴム材料のフォームを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく二種以上を組み合わせて発泡体としてもよい。
【００１１】
本発明のローラを導電性のものとする場合、カーボン導電剤又はイオン導電剤を、ポリオール成分及びイソシアネート成分を含むポリウレタン材料に添加する。カーボン導電剤としては、例えば電化ブラック，ケッチェンブラック，アセチレンブラックなどのガスブラック，インクブラックを含むオイルファーネスブラック，サーマルブラック，チャンネルブラック，ランプブラックなどが挙げられる。イオン導電剤としては、例えばテトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ラウリルトリメチルアンモニウムなどのドデシルトリメチルアンモニウム，ステアリルトリメチルアンモニウムなどのオクタデシ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，ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪族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，アルキル硫酸塩，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，カルシウム，マグネシウムなどのアルカリ金属又は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。
これらの導電剤は一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は特に制限はなく、各種状況に応じて適宜選定されるが、通常、高分子材料１００質量部に対し、0.１〜４０質量部、好ましくは0.３〜２０質量部の割合で配合される。また、ポリウレタン材料には、本発明の効果が損なわれない範囲で、所望により、前記カーボン導電剤及びイオン導電剤と共に、金属粉，金属酸化物粉などのフィラー系導電材料を適宜添加することができる。
【００１２】
本発明で用いるポリウレタン材料には、整泡剤や界面活性剤を含有させることがポリウレタンフォームのセルを安定させるために好ましい。整泡剤としては、例えばポリジメチルシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合物からなるシリコーン整泡剤が、不活性ガスの導入と機械的攪拌の併用によって発泡硬化させた場合に、セル径が安定するので好適である。上記ポリジメチルシロキサン−ポリオキシアルキレン共重合物の分子構造は、通常分子量３５０〜１5,０００程度のポリジメチルシロキサン部分と分子量２００〜9,０００程度のポリオキシアルキレン部分からなり、ポリオキシアルキレン部分の分子構造は、エチレンオキサイドの付加重合物やエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共付加重合物が好ましく、またその末端がエチレンオキサイドであるものが好ましい。界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤，アニオン性界面活性剤，両性界面活性剤等のイオン系界面活性剤や各種ポリエーテル，各種ポリエステル等のノニオン性界面活性剤が挙げられ、シリコーン整泡剤と併用することができる。
シリコーン整泡剤や各種界面活性剤の配合量は、ポリオール成分１００質量部に対して0.１〜１０質量部とすることが好ましく、0.５〜５質量部とすることがさらに好ましい。
【００１３】
本発明で用いるポリウレタン材料には、通常ウレタン反応触媒が配合される。このウレタン反応触媒としては、トリエチルアミン，ジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類、テトラメチルエチレンジアミン，テトラメチルプロパンジアミン，テトラメチルヘキサンジアミン等のジアミン類、ペンタメチルジエチレントリアミン，ペンタメチルジプロピレントリアミン，テトラメチルグアニジン等のトリアミン類、トリエチレンジアミン，ジメチルピペラジン，メチルエチルピペラジン，メチルモルホリン，ジメチルアミノエチルモルホリン，ジメチルイミダゾール等の環状アミン類、ジメチルアミノエタノール，ジメチルアミノエトキシエタノール，トリメチルアミノエチルエタノールアミン，メチルヒドロキシエチルピペラジン，ヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル，エチレングリコールビス（ジメチル）アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類、スタナスオクトエート，ジブチル錫ジアセテート，ジブチル錫ジラウレート，ジブチル錫マーカプチド，ジブチル錫チオカルボキシレート，ジブチル錫ジマレエート，ジオクチル錫マーカプチド，ジオクチル錫チオカルボキシレート，フェニル水銀プロピオン酸塩，オクテン酸塩等の有機金属化合物等の公知の触媒を単独、または二種以上組み合わせて用いることができる。これらの中で不活性ガスの導入と機械的攪拌の併用によって発泡硬化させた場合に、セル径が安定する点から、特にスタナスオクトエート，ジブチル錫ジアセテート，ジブチル錫ジラウレート，ジブチル錫マーカプチド，ジブチル錫チオカルボキシレート，ジブチル錫ジマレエート，ジオクチル錫マーカプチド，ジオクチル錫チオカルボキシレート，フェニル水銀プロピオン酸塩，オクテン酸塩等の有機金属化合物が好ましい。
【００１４】
ポリウレタンフォームを製造する際の発泡方法としては、例えば水、有機溶剤、各種代替フロン等の発泡剤による方法、機械的な攪拌により気泡を混入する方法等が好ましく用いられる。なお発泡倍率は、適宜定めればよく、特に制限はない。
ポリウレタンフォームを製造する際の配合及び加熱硬化は、上記ポリオール成分、イソシアネート成分、導電剤、反応触媒及び所望により用いられる各種添加成分を混合撹絆し、上記方法により気泡を混入させ、所定のモールド等に注型するか又はブロック状に自由発泡させるなどの操作を行った後、加熱硬化させる方法が好ましく用いられる。
【００１５】
上記シャフトとポリウレタンフォームの接合方法としては、特に制限はないが、例えばシャフトを予めモールド内部に配設しておき、ポリウレタン材料を発泡硬化させて金属部材の外周にポリウレタンフォームからなる弾性層を形成させる方法、スラブ状ポリウレタンフォームを所定の形状に切断や研削などの方法で成形した後、シャフトに接着させる方法などを用いることができる。いずれの方法でも必要に応じてシャフトとポリウレタンフォームの間に接着層を設けることができ、この接着層には、接着剤やホットメルトシート等の公知の材料を用いることができる。
【００１６】
本発明のトナー供給ローラを装着した画像形成装置としては、図４に示す画像形成装置を例示することができる。図４は、電子写真方式による画像形成装置の一例を示す概要図であって、トナー供給ローラ３と潜電潜像を保持した画像形成体（静電潜像担持体）１との間に現像ローラ２がその外周面を画像形成体１の表面に近接させた状態で配設され、かつ画像形成体１に紙などの記録媒体８を介して、転写ローラ５を当接させた構造を示している。トナー供給ローラ３，現像ローラ２及び画像形成体１を矢印方向に回転させることにより、トナーがトナー供給ローラ３により、現像ローラ２の表面に供給され、層規制ブレード４によって均一な薄層に整えられたのち、画像形成体１上の潜像に付着し、該潜像が可視化される。そして画像形成体１と転写ローラ５との間に電界を発生させることにより、画像形成体１上のトナー画像を記録媒体８に転写させる。また、６はクリーニングローラであり、このクリーニングローラ６により、転写後に画像形成体１表面に残留するトナーが除去される。なお、７は帯電ローラである。
本発明のローラは、トナー供給ローラとしてだけでなく、帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ、クリーニングローラ及び紙送りローラなどとして用いることもできる。シャフトを上述した形状とすることにより、帯電ローラとして用いる場合、駆動力が向上することで帯電力が上がり、帯電ローラとしての性能が向上するという利点があり、現像ローラとして用いる場合、トナー供給ローラとの摩擦帯電性とトナー供給／掻き取り性が向上するという利点があり、転写ローラとして用いる場合、駆動力が向上し紙の搬送性が上がるという利点があり、クリーニングローラとして用いる場合、駆動力が向上することで帯電力が上がり、クリーニング性が向上するという利点があり、紙送りローラとして用いる場合、紙粉発生時の動摩擦係数低下に対する抑止効果があるという利点がある。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で得られたローラを、下記の方法により評価した。
（１）画像ムラ
初期印刷及び３万枚印刷後の画像を目視で観察し、画像ムラがない場合を○、画像ムラがある場合を×とした。
（２）かぶり
初期印刷及び３万枚印刷後の画像を目視で観察し、かぶりがない場合を○、画像ムラがある場合を×とした。
【００１８】
実施例１〜３及び比較例１、２
ポリエーテルポリオールとして、官能基数が３、重量平均分子量が約5,０００、エチレンオキサイドの割合が約１３質量％、かつ末端水酸基が１級水酸基である割合が約８０％である、プロピレンオキサイド・エチレンオキサイド付加重合ポリエーテルポリオール（ＦＡ７０３，三共化成（株）製）を用い、イソシアネートとして、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ−８０）と粗製ジフェニルメタンジイソシアネート（粗ＭＤＩ）とを表１に示す質量比で用い、表１に示す配合成分を混合攪拌した。表１において、ジエタノールアミンは架橋剤である。得られた混合物を直径６ｍｍ、長さ３００ｍｍの金属製シャフトを中心に配設した、内径２０ｍｍ、長さ３４０ｍｍのモールドに注型し、テフロン（登録商標）製キャップで密閉し、１００℃で５時間キュアして、脱型し、ポリウレタンフォーム製トナー供給ローラを作製した。
実施例１及び実施例３において、シャフトの形状は図１（ａ）に示す円筒状のものであり、底辺０．５ｍｍ、高さ０．２ｍｍの二等辺三角形が連続して形成された断面を有するものである。実施例２のシャフトは図１（ｂ）に示す円筒状のものであり、底辺０．５ｍｍ、高さ０．２ｍｍの長方形が、０．５ｍｍの間隔を保って形成された断面を有するものである。
これらのローラを上記評価法により評価した。また、得られたトナー供給ローラを図１に示す画像形成装置に組み込み、上記評価方法により評価した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2004184431.tif 000002
【００２０】
【発明の効果】
本発明のトナー供給ローラは、良好な画像を得ることができるものであり、発泡弾性を形成する発泡弾性体の選択の幅が広いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナー供給ローラの一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】本発明のトナー供給ローラの一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図３】本発明のトナー供給ローラの一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図４】電子写真方式による画像形成装置の一例を示す概要図である。
【符号の説明】
１：画像形成体
２：現像ローラ
３：トナー供給ローラ
４：層規制ブレード
５：転写ローラ
６：クリーニングローラ
７：帯電ローラ
８：記録媒体
１１：発泡弾性層
１２ａ：シャフト
１２ｂ：シャフト
１３：凸条なしのシャフト
【図１】
2004184431.tif 000003
【図２】
2004184431.tif 000004
【図３】
2004184431.tif 000005
【図４】
2004184431.tif 000006