(57)【要約】【課題】トナー供給能力等に優れ、良好な画像を得ることができるトナー供給ローラ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のトナー供給ローラは、画像形成装置において、現像ローラにトナーを供給するためのトナー供給ローラ１であって、芯材１１と、この芯材を囲繞する弾性多孔質層１３（例えば、ウレタンフォーム等の弾性多孔質体からなる。）と、弾性多孔質層表面に短繊維（例えば、ポリアミド等）が植毛されて形成された短繊維体１５とを備える。弾性多孔質層は、セル数が３０〜３０００個／２５ｍｍ、且つアスカＣ硬度が０．５〜５０°の弾性多孔質体からなることが好ましい。また、本発明のトナー供給ローラの製造方法は、芯材の周面に形成された弾性多孔質層表面に、短繊維を静電力により植毛する短繊維体形成工程を備える。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置において、現像ローラにトナーを供給するためのトナー供給ローラであって、
芯材と、該芯材を囲繞する弾性多孔質層と、該弾性多孔質層表面に短繊維が植毛されて形成された短繊維体とを備えることを特徴とするトナー供給ローラ。
【請求項２】
上記弾性多孔質層は、セル数が３０〜３０００個／２５ｍｍ、且つアスカＣ硬度が０．５〜５０°の弾性多孔質体からなる請求項１記載のトナー供給ローラ。
【請求項３】
上記短繊維の長さは、０．１〜２ｍｍ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】
上記短繊維体は、接着層により上記弾性多孔質層の表面に固着されている請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のトナー供給ローラ。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のトナー供給ローラの製造方法であって、芯材の周面に形成された弾性多孔質層表面に、短繊維を静電力により植毛する短繊維体形成工程を備えることを特徴とするトナー供給ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー供給ローラ及びその製造方法に関する。更に詳しくは、トナー供給能力等に優れ、現像ローラに適正な量のトナーを供給することができ、良好な画像を得ることのできるトナー供給ローラ及びその製造方法に関する。
本発明は、複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ等に適用される電子写真方式の画像形成装置に広く利用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置においては、感光体上に静電潜像を形成し、それを現像剤であるトナーで現像してトナー像を形成し、そのトナー像を記録媒体に静電的に転写する方式のものが広く採用されている。
【０００３】
ところが、近年、この方式の画像形成装置に対する高画質化の要求が高まりつつあり、その一つの方法として、現像剤として用いられるトナー粒子の小径化及び球形化が進められている。このような微小化、真球化された現像剤を従来の画像形成装置に適用すると、比較的低密度で連泡性のシリコーンやポリウレタンで構成された弾性多孔体を備えるトナー供給ローラの気泡内部に、従来の場合以上に大きな速度でトナーが入り込んで蓄積されていき、トナー供給ローラの内部にまで現像剤が充填されて、ローラ表面が固くなり、現像ローラへのトナー供給が行われなくなったり、トナーが現像ローラの表面に融着、いわゆるトナーフィルミングを起こしたりして、著しい画像欠陥を引き起こす現象が発生することが分かった。
【０００４】
これらのことを解決するため、▲１▼ウレタンフォームの平均セル径を規定することで、トナー詰まりを抑制するもの（例えば、特開平３−１５５５７５号公報、及び特開２００２−６６１８号公報等）、▲２▼最外層に単泡性発泡体、内層に連泡性発泡体を用い、最外層においてトナーの侵入を抑制するもの（例えば、特開平５−１８１３５２号公報等）、▲３▼連泡性発泡体を内層と外層との二層で構成し、その間にトナーの侵入をくい止めるバリア層を設けたもの（例えば、特開平７−３６２７３号公報、及び特開２０００−１０４７２８号公報等）、及び▲４▼ローラ芯体表面に多数のファイバを植毛したもの（例えば、特開平１０−１２３８２１号公報等）などが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、平均セル径を小さくすることで、セル構造へのトナーの侵入、充填を抑制するものである▲１▼では、微細セルが必要であるため、これを実現するためには、弾性多孔体の密度を大きくする必要があり、その結果、硬度が上昇してしまい、トナーが供給ローラと現像ローラとの間で高い応力を受けるようになるためトナー供給ローラや現像ローラ表面へのトナー固着が起こりやすくなり、画像の不具合をもたらす。
▲２▼では、最外層が単泡であるため、また、▲３▼では、バリア層の効果により、内層の発泡体へのトナーの侵入や充填は起こらないが、▲２▼、▲３▼いずれの場合も外層部の発泡体セルにトナーが侵入し、セル表面への固着やトナー詰まりが起こる。これにより内部まで侵入する場合よりは軽度であるが、画像不具合を招く。
更に、▲４▼では、使用と共に、ファイバの屈曲変形が次第に大きくなり、いわゆる毛倒れ状態になる。このような状態になると、ファイバからトナーに作用する力が小さくなってしまい、トナー供給ローラと現像ローラとの接触量が小さくなり、トナー供給能力とトナー掻き落とし力が不足し、適正な量のトナーを供給することができない場合がある。こうならないように、繊維の剛性を高めたり、繊維径を太くすると、今度は現像ローラ表面を傷つけたり、摩耗させたりして、良好な現像を行うことができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであり、トナー供給能力等に優れ、現像ローラに適正な量のトナーを供給することができ、良好な画像を得ることのできるトナー供給ローラ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、トナー供給ローラの構成において検討した結果、芯材と、トナーを供給する能力に優れる短繊維体との間に、現像ローラと当接された場合に圧縮変形する弾性多孔質層を設けることにより、トナー詰まりを起こさず、現像ローラにトナーを良好に供給でき、更には現像ローラ表面に現像されずに残ったトナーを小さな凝集単位のまま、ローラ表面を傷付けることなく掻き取ることができ、良好な画像を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明のトナー供給ローラは、画像形成装置において、現像ローラにトナーを供給するためのトナー供給ローラであって、芯材と、該芯材を囲繞する弾性多孔質層と、該弾性多孔質層表面に短繊維が植毛されて形成された短繊維体とを備えることを特徴とする。
また、上記弾性多孔質層は、セル数が３０〜３０００個／２５ｍｍ、且つアスカＣ硬度が０．５〜５０°の弾性多孔質体からなるトナー供給ローラとすることができる。
更に、上記短繊維の長さは、０．１〜２ｍｍであるトナー供給ローラとすることができる。
また、上記短繊維体は、接着層により上記弾性多孔質層の表面に固着されているトナー供給ローラとすることができる。
本発明のトナー供給ローラの製造方法は、上記トナー供給ローラの製造方法であって、芯材の周面に形成された弾性多孔質層表面に、短繊維を静電力により植毛する短繊維体形成工程を備えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
上記「芯材」は、十分な機械的強度を有し、その表面に弾性多孔質層を支持できるものであればよく、その材質等は特に限定されない。この芯材としては、例えば、快削鋼等にめっきを施した芯材、アルミニウム合金及びステンレス鋼等からなる芯材、樹脂製の基体にめっきを施し、導電性を付与した芯材等を使用することができる。
また、芯材の長さ方向の断面形状は、特に限定されないが、通常、円形又は略円形であり、楕円形、四角又は三角形等の形状であってもよい。更に、この芯材は中実体であっても、中空体であってもよい。
【００１０】
上記「弾性多孔質層」は、弾性多孔質体からなり、芯材の周面に形成されているものである。この弾性多孔質体としては、例えば、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、メラミンフォーム、エチレンプロピレン非共役ジエンゴムスポンジフォーム、及びクロロプレンゴムスポンジフォーム等が挙げられる。なかでも、ウレタンフォームが用いられることが多い。また、ウレタンフォームなどのようにセル膜を有しているものは、除膜処理されていてもよいが、この場合、トナーがセルの内部まで侵入し易くなることがあるため、除膜処理されていない方が好ましい。
【００１１】
この弾性多孔質体の硬度は特に限定されないが、アスカＣ硬度が０．５〜５０°であることが好ましく、より好ましくは０．５〜４０°、更に好ましくは０．５〜３０°である。このアスカＣ硬度が０．５〜５０°である場合、トナーを固着させることがなく、トナーフィルミングの発生を十分に抑えることができ、よりトナー供給能力に優れる。
また、弾性多孔質体のセル数は、特に限定されないが、３０〜３０００個／２５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは４０〜３０００個／２５ｍｍ、更に好ましくは５０〜３０００個／２５ｍｍである。このセル数が３０〜３０００個／２５ｍｍである場合、弾性多孔質層へのトナー詰まりがより低減される。
更に、弾性多孔質体の圧縮永久歪が小さいほど、長期に渡って十分なニップ量で現像ローラに当接できるため好ましい。
【００１２】
特に、弾性多孔質体のアスカＣ硬度が０．５〜５０°であり、且つセル数が３０〜３０００個／２５ｍｍであることが好ましく、より好ましくはアスカＣ硬度が０．５〜４０°であり、且つセル数が４０〜３０００個／２５ｍｍ、更に好ましくはアスカＣ硬度が０．５〜３０°であり、且つセル数が５０〜３０００個／２５ｍｍである。このような組み合わせの場合、トナー詰まりを起こさず、トナー供給能力及びトナー掻き取り能力に優れ、現像ローラを傷付けることなく、良好な画像を与えることができる。
【００１３】
上記「短繊維体」は、弾性多孔質層の表面に複数の短繊維が植毛されて形成されている。この短繊維体は、通常、接着層により弾性多孔質層の表面に固着されている。
短繊維は、トナーを掻き落とすのに十分な硬度を有するものであればよく、例えば、ポリアミド、ポリエステル、アクリル及びレーヨン等の樹脂繊維などが用いられる。また、導電性物質を練り込んで繊維状にしたもの、繊維表面に導電性高分子や無機導電性物質を付着したもの等の導電性繊維を使用することもできる。導電性繊維としては、例えば、商品名「サンダーロン」（日本蚕毛株式会社製）、商品名「ＲＥＣ−Ｂ」（ユニチカ株式会社製）、商品名「ベルトロン」（株式会社カネボウ製）等が挙げられる。
【００１４】
短繊維の長さは特に限定されないが、０．１〜２ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜１．５ｍｍ、更に好ましくは０．２〜１．５ｍｍ、特に好ましくは０．２〜１ｍｍである。この長さが０．１〜２ｍｍである場合、毛倒れ状態になりにくく、トナーを現像ローラに良好に供給することができる。更には、現像ローラを傷付けることなく、現像ローラに残った余剰のトナーを小さな凝集体のまま十分に掻き落とすことができる。
また、短繊維の太さは特に限定されないが、０．５〜４ｄＴであることが好ましく、より好ましくは０．５〜３ｄＴ、更に好ましくは１〜３ｄＴ、特に好ましくは１〜２．５ｄＴである。この太さが０．５〜４ｄＴである場合、トナーが繊維の間をすり抜けにくく、よりトナー供給能力に優れる。更には、現像ローラに残ったトナーを、現像ローラを傷付けることなく、十分に掻き落とすことができる。
【００１５】
短繊維は弾性多孔質層の表面に均一に植毛されていることが好ましく、弾性多孔質層の表面に対する短繊維の本数の割合は、その太さにもよるが特に限定されず、５０〜１０００本／ｍｍ２であることが好ましく、より好ましくは７５〜８００本／ｍｍ２、更に好ましくは８０〜６００本／ｍｍ２である。この割合が５０〜１０００本／ｍｍ２である場合、トナーを現像ローラに良好に供給することができ、更には現像ローラを傷付けることなく、現像ローラに残った余剰のトナーを十分に掻き落とすことができる。
また、短繊維は、弾性多孔質層に対して、３０〜９０°の角度で植毛されていることが好ましく、より好ましくは５０〜９０°、更に好ましくは７０〜９０°である。この角度が９０°に近いほど、トナーを現像ローラに良好に供給することができ、更には現像ローラに残った余剰のトナーを現像ローラを傷付けることなく、十分に掻き落とすことができる。
【００１６】
短繊維体を固着する接着層を形成する接着剤としては、公知の接着剤を用いることができ、例えば、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、合成ゴム及び天然ゴム等を主成分とする接着剤を用いることができる。また、これらの樹脂を主成分とする水系接着剤は、弾性多孔質層を膨潤させることが少ないため好ましい。特に、この樹脂としてはアクリル樹脂であることが好ましい。例えば、アクリル樹脂は、非反応性ポリアクリル酸エステル（非架橋型）、反応性ポリアクリル酸エステル（メチロールメラミンを架橋剤として用いる）及び自己架橋型ポリアクリル酸エステルに分けられ、反応型、自己架橋型は耐水性、耐アルカリ性、耐溶剤性等に優れるため、多く用いられている。また、反応型アクリル樹脂の場合、物性を改良するために官能基としてカルボキシル基、アミド、アミノ基、エポキシ基、及び／又はヒドロキシル基等を導入したものであってもよい。
【００１７】
また、本発明のトナー供給ローラにおいては、弾性多孔質層、短繊維体及び短繊維体を弾性多孔質層に固着する接着層のうちの少なくとも１種が導電性を有していることが好ましい。これらが導電性を有していることにより、ファンデルワールス力や、摩擦帯電による静電気力に加え、電圧印加による静電気力をトナーに対して作用させることができ、トナーの帯電電位を必要なレベルに調節することができる。この場合、短繊維体が長手方向や周方向にほぼ一定の電位となるようにする必要があるため、弾性多孔質層、短繊維体及び接着層のうちの導電性を有するものの体積抵抗率が１０−６〜１０１０Ωｃｍであることが好ましく、特に１０−４〜１０８Ωｃｍであることが好ましい。
【００１８】
本発明のトナー供給ローラの製造方法は特に限定されないが、例えば、芯材１１の周面に形成された弾性多孔質層１３表面に、静電力により短繊維を植毛し、短繊維体１５を形成することにより図１に示すようなトナー供給ローラ１を製造することができる。
この芯材の周面に弾性多孔質層が形成されたローラは、例えば、弾性多孔質体ブロックを形成し、芯材を挿通させるための孔を開け、その後、接着剤を塗布した芯材を挿入し、弾性多孔質体ブロックと芯材とを接着し、次いで、芯材を回転させながらローラ形状となるように外形を研磨等することにより得ることができる。また、仮シャフトを用いたモールド成形等により得られたものであってもよい。
【００１９】
また、短繊維体の形成は、通常、静電力を利用した静電植毛法により行われる。具体的には、芯材の周面に形成された弾性多孔質層の表面に、短繊維体を固着するための接着剤を塗布し、導電性シャフトに高電圧を印加しながら、所定長さの短繊維を弾性多孔質層に向けて供給し、静電的に接着剤が塗布された弾性多孔質層に植え込み、その後、接着剤を乾燥及び／又は硬化させることで短繊維体を弾性多孔質層に固着させる。
この際の接着剤の塗布量は、所望の本数の短繊維を固着できれば特に限定されないが、２０ｇ／ｍ２以上であることが好ましく、より好ましくは２０〜２００ｇ／ｍ２、更に好ましくは４０〜１５０ｇ／ｍ２である。
また、接着剤の塗布方法は、公知の方法を用いることができ、特に限定されないが、例えば、スプレー塗布、ロールコート及び浸漬塗布等の方法が挙げられる。なかでも、均一に塗布することができ、塗布量の制御が容易であり、且つ塗布後の不要のラテックス液等を絞ったりするなどの後工程を必要としない、スプレー塗布法により塗布することが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
（１）トナー供給ローラの製造
実施例１
図２を用いて、実施例１のトナー供給ローラ１の製造方法を説明する。
芯材１１（直径；５ｍｍ、長さ；２５０ｍｍ、材質；ＳＵＭ２２）の表面に、厚さ２０μｍ程度となるようにホットメルト接着剤（乾燥後、接着層１２となる。）を塗布し、この芯材１１を、予め芯材１１を挿通させるための孔を開けた弾性多孔質体（エステル系軟質ウレタンフォーム、株式会社イノアックコーポレーション製、アスカＣ硬度；０．５°、セル数；５０個／２５ｍｍ、密度；３０ｋｇ／ｍ３、体積抵抗率；１０１２Ωｃｍ）の孔に挿通し、加熱して接着させた。その後、外形を研削、研磨し、弾性多孔質層１３を備えるローラ（直径；１４ｍｍ）を製造した。次いで、得られたローラの弾性多孔質層１３表面に、アクリル系ラテックス接着剤（不揮発分；約４５％）１００部に、導電性カーボンブラック（ライオン株式会社製、商品名「ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ」）５０部、純水５０部を加えて十分に混合したものを、塗着量が１０ｇとなるようにスプレー塗布した。その後、静電植毛装置（株式会社メサック製）により、ナイロン６繊維（長さ；１ｍｍ、太さ；１．７ｄＴ）を５０ｋＶの電圧で、ローラの弾性多孔質層１３に対して垂直の向きとなるように植毛（植毛密度；５００本／ｍｍ２）し、温度１２０℃に調整した熱風循環乾燥炉内で３０分間乾燥させ、弾性多孔質層１３の表面に接着層１４により固着された短繊維体１５を備えるトナー供給ローラ１を製造した。
【００２１】
比較例１（短繊維体を有していないトナー供給ローラ）
実施例１で用いたエステル系軟質ウレタンフォームに代えて、導電性軟質ウレタンフォーム（株式会社イノアックコーポレーション製、アスカＣ硬度；０．５°、セル数；７０個／２５ｍｍ、密度；５０ｋｇ／ｍ３、体積抵抗率；１０６Ωｃｍ）を弾性多孔質体として用い、且つ短繊維体を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてトナー供給ローラを製造した。
【００２２】
（２）トナー供給ローラの性能評価
実施例及び比較例のトナー供給ローラを用い、市販のレーザープリンタのトナー供給ローラと取り替えて、温度１０℃、湿度１５％の条件下、及び温度２８℃、湿度８５％の条件下において、黒ベタ画像の印刷を３００００枚連続で行い、１００００、２００００及び３００００枚の各枚数の印刷時における画像の評価（印刷画像の汚れ、にじみ、擦れ、ぼけ等の有無）を目視により行った。その結果を表１に示す。尚、この評価は、実施例及び比較例のローラをそれぞれ３本ずつ用いて行った。
（評価基準）
「○」は、３本全てにおいて、汚れ、にじみ、擦れ及びぼけ等の画像不良が無かったことを示す。
「△」は、３本のうち１〜２本において、汚れ、にじみ、擦れ及びぼけ等の画像不良が有ったことを示す。
「×」は、３本全てにおいて、汚れ、にじみ、擦れ及びぼけ等の画像不良が有ったことを示す。
【００２３】
また、実施例１のトナー供給ローラの表面及び断面を光学顕微鏡により観察し、このトナー供給ローラの顕微鏡写真による説明図を図３（トナー供給ローラの表面、倍率；２５倍）及び図４（トナー供給ローラの断面、倍率；１００倍）に示した。
【００２４】
【表１】
2004070007.tif 000003
【００２５】
（３）実施例の効果
表１によれば、短繊維体を有していない比較例１のトナー供給ローラでは、温度１０℃、湿度１５％の条件下においては、１００００枚の評価は「○」であったが、２００００枚の評価が「△」（画像不良は３本のうち２本）であり、３００００枚の評価が「×」であった。また、温度２８℃、湿度８５％の条件下においては、１００００枚の評価は「○」であったが、２００００枚及び３００００枚の評価が共に「×」であった。このように、比較例１のトナー供給ローラは、現像ローラへのトナー供給能力、及び現像ローラに残ったトナーの掻き取り能力が劣っており、良好な印刷画像を得ることができなかった。
【００２６】
これに対して、実施例１のトナー供給ローラは、温度１０℃、湿度１５％の条件下、及び温度２８℃、湿度８５％の条件下において、１００００〜３００００枚の評価が全て「○」であった。このように、実施例１のトナー供給ローラは、トナー供給能力及びトナー掻き取り能力に優れ、良好な印刷画像をえることができた。
また、図３及び４によれば、実施例１のトナー供給ローラの弾性多孔質層の表面には、複数の短繊維が植毛されて短繊維体が形成されていることが分かる。
更に、実施例１のトナー供給ローラでは、短繊維体を固着している接着層が導電性を有しているため、トナーの帯電電位を調節することが容易となっている。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のトナー供給ローラは、短繊維体が現像ローラに当接する際、弾性多孔質層が圧縮変形し、短繊維体のたわみ量が少なくなって毛倒れが防止され、更には短繊維体と現像ローラとの接触面積がより広く確保されるため、現像ローラへのトナー供給能力に優れる。また、現像ローラに残ったトナーを固着させることなく、小さな凝集単位のまま掻き取ることができる。そのため、複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ等に適用される電子写真方式の画像形成装置に有用である。
また、弾性多孔質層を構成する弾性多孔体のセル数及び硬度を特定の範囲の値とした場合には、トナー詰まりを起こさず、トナー供給能力等に優れ、現像ローラを傷付けることなく、良好な画像を与えることができるトナー供給ローラとすることができる。
更に、短繊維体を構成する短繊維の長さを特定の範囲の値とした場合には、トナーを現像ローラに良好に供給することができ、更には現像ローラに残ったトナーを、現像ローラを傷付けることなく、十分に掻き落とすことができるトナー供給ローラとすることができる。
また、弾性多孔質層の表面に短繊維体を接着層により固着した場合には、短繊維体が弾性多孔質層に強固に固定され、安定してトナーを現像ローラに供給することができるトナー供給ローラとすることができる。
本発明の製造方法によれば、トナー供給能力及びトナー掻き取り能力に優れ、良好な画像を得ることのできるトナー供給ローラを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トナー供給ローラを説明する模式図である。
【図２】トナー供給ローラの断面を説明する模式図である。
【図３】実施例１のトナー供給ローラの表面の光学顕微鏡による説明図である。
【図４】実施例１のトナー供給ローラの断面の光学顕微鏡による説明図である。
【符号の説明】
１；トナー供給ローラ、１１；芯材、１２；接着層、１３；弾性多孔質層、１４；接着層、１５；短繊維体。
【図１】
2004070007.tif 000004
【図２】
2004070007.tif 000005
【図３】
2004070007.tif 000006
【図４】
2004070007.tif 000007