(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金と円筒状の発泡弾性体層とを有し，画像形成装置の現像ローラへのトナーの供給を行うトナー供給ローラにおいて，
前記発泡弾性体層が，あらかじめ導電材料成分を混入した材料を発泡させて形成した導電性のものであり，
前記発泡弾性体層の表面を観察することによって測定されるセル数が，３０〜８０個／２５ｍｍの範囲内であり，
φ５０ｍｍの円板状の加圧部材を用いて，前記発泡弾性体層を半径方向に外側からその厚さの３０％まで押し込んだときの押し込み軸方向単位長さ当たりの反力が，１０〜６０ｍＮ／ｍｍの範囲内であることを特徴とするトナー供給ローラ。
【請求項２】
感光体と，現像ローラと，前記現像ローラへのトナーの供給を行うトナー供給ローラとを有し，前記トナー供給ローラが芯金と円筒状の発泡弾性体層とを有する画像形成装置において，前記トナー供給ローラは，
前記発泡弾性体層が，あらかじめ導電材料成分を混入した材料を発泡させて形成した導電性のものであり，
前記発泡弾性体層の表面を観察することによって測定されるセル数が，３０〜８０個／２５ｍｍの範囲内であり，
φ５０ｍｍの円板状の加圧部材を用いて，前記発泡弾性体層を半径方向に外側からその厚さの３０％まで押し込んだときの押し込み軸方向単位長さ当たりの反力が，１０〜６０ｍＮ／ｍｍの範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置において，
前記像担持体の回転速度が周速２００ｍｍ／ｓｅｃ以上であり，
前記トナー供給ローラによって供給されるトナーが，
重量平均粒径が４．５〜７．０μｍの範囲内であり，
ガラス転移による吸熱ピークが１０〜３０℃の範囲内と５０〜６５℃との範囲内との計２箇所にあり，
軟化点が７０〜１１０℃の範囲内にあるものであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電子写真方式の画像形成装置およびそれに用いられるトナー供給ローラに関する。さらに詳細には，弾性部材として低硬度ウレタンを使用しているトナー供給ローラおよび画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，電子写真方式の画像形成装置では，現像ローラにトナーを供給するトナー供給ローラとして，ウレタン等の発泡材料を用いた発泡弾性体ローラが多く使用されている。高速プロセスの画像形成装置において摩擦熱を低減させるためには，このトナー供給ローラに用いられる発泡弾性体として，低硬度のものが好適であることが分かっている。そのような低硬度のローラを得るために，例えば特許文献１には，ポリウレタン形成材料に発泡剤を混合して，発泡剤の沸点以上の温度に加熱し，攪拌後，すぐに金型に注入する製造方法が開示されている。
【０００３】
また，現像ローラへのトナー供給性の上昇のために，トナー供給ローラに現像ローラに対する電位差を設け，電気的な力で現像ローラへトナーを供給する画像形成装置もある。そのような装置に用いられるトナー供給ローラは，ある程度の導電性を有することが必要であった。そのため従来より，発泡弾性体に導電剤分散液等を含浸させることによって，導電剤を固定させたトナー供給ローラが多く用いられていた。すなわち，まず材料を発泡させて発泡弾性体を得た後に，その表面に導電剤を固定させたものである。あるいは，特許文献１に開示されているように，導電性付与剤を添加した材料液を用いて製造された導電性弾性ローラもある。
【特許文献１】特開２０００−３２０５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前記したように発泡弾性体の表面に導電剤を固定した従来のトナー供給ローラでは，長時間使用されることによって，ストレスにより導電剤が剥離するおそれがあった。剥離の程度によっては，トナー供給ローラの導電性が変化してしまうという問題点があった。
【０００５】
また，導電剤を材料に配合して製造されたトナー供給ローラでは，配合された導電剤によって，発泡剤の化学的発泡が阻害されるおそれがある。その場合には，例えばセル形状が不均一となることがあり，そのため，ローラへのトナーの含み量が不均一となるおそれがあった。あるいは，トナー供給ローラとしての硬度が高くなってしまうという問題点もあった。
【０００６】
本発明は，前記した従来のトナー供給ローラが有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，化学的発泡を利用して製造されるトナー供給ローラであって，長期間にわたって安定した導電性および低硬度性を有するトナー供給ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされた本発明のトナー供給ローラは，芯金と円筒状の発泡弾性体層とを有し，画像形成装置で現像ローラへのトナーの供給を行うトナー供給ローラであって，発泡弾性体層が，あらかじめ導電材料成分を混入した材料を発泡させて形成した導電性のものであり，発泡弾性体層の表面を観察することによって測定されるセル数が，３０〜８０個／２５ｍｍの範囲内であり，φ５０ｍｍの円板状の加圧部材を用いて，発泡弾性体層を半径方向に外側からその厚さの３０％まで押し込んだときの押し込み軸方向単位長さ当たりの反力が，１０〜６０ｍＮ／ｍｍの範囲内であるものである。
【０００８】
本発明のトナー供給ローラによれば，発泡弾性体層が適切なセル数を有し，また，適度に低硬度である。また，あらかじめ導電材料成分を材料に混入して発泡させているので，長期間にわたって安定した導電性を有するものとできる。従って，化学的発泡を利用して製造されるトナー供給ローラであって，長期間にわたって安定した導電性および低硬度性を有するものとなっている。なおここで，押し込み軸方向単位長さ当たりの反力とは，実質的に，発泡弾性層を半径方向に圧縮したときのバネ定数のことである。
【０００９】
さらに本発明は，感光体と，現像ローラと，現像ローラへのトナーの供給を行うトナー供給ローラとを有し，トナー供給ローラが芯金と円筒状の発泡弾性体層とを有する画像形成装置であって，トナー供給ローラが，発泡弾性体層が，あらかじめ導電材料成分を混入した材料を発泡させて形成した導電性のものであり，発泡弾性体層の表面を観察することによって測定されるセル数が，３０〜８０個／２５ｍｍの範囲内であり，φ５０ｍｍの円板状の加圧部材を用いて，発泡弾性体層を半径方向に外側からその厚さの３０％まで押し込んだときの押し込み軸方向単位長さ当たりの反力が，１０〜６０ｍＮ／ｍｍの範囲内である画像形成装置にも及ぶ。
【００１０】
さらに本発明は，像担持体の回転速度が周速２００ｍｍ／ｓｅｃ以上であり，トナー供給ローラによって付与されるトナーが，重量平均粒径が４．５〜７．０μｍの範囲内であり，ガラス転移による吸熱ピークが１０〜３０℃の範囲内と５０〜６５℃との範囲内との計２箇所にあり，軟化点が７０〜１１０℃の範囲内にあるものである画像形成装置において特に有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトナー供給ローラによれば，化学的発泡を利用して製造されるトナー供給ローラであっても，長期間にわたって安定した導電性および低硬度性を有するものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，現像ローラに現像剤を供給するためのトナー供給ローラを有する画像形成装置に本発明を適用したものである。
【００１３】
本形態に係る画像形成装置１０は，図１にその主要部分を示すように，感光体１１，現像装置１２，ホッパ１３を有している。また，感光体１１の周囲には，感光体１１の表面を所定の電位に帯電する帯電装置１４と，感光体１１の表面にレーザー光を照射して潜像を形成する露光装置１５，感光体１１上に残留した現像剤を回収するクリーナ１６も備えられている。なお，ここではホッパ１３が現像装置１２とは別に備えられた画像形成装置１０を図示しているが，本発明は，ホッパが一体となった使い切り式の画像形成装置にも適用できる。
【００１４】
現像装置１２は，図１に示すように，現像ローラ２１，トナー供給ローラ１，攪拌ローラ２３，搬送ローラ２４を有している。また，ホッパ１３内には，搬送部材３１および攪拌部材３２が設けられている。そして，ホッパ１３と現像装置１２との間には，現像剤を搬送するための搬送路３３が設けられている。なお，本形態による現像処理の実行時には，現像ローラ２１とトナー供給ローラ１とに，感光体１１に対するバイアス電圧が印加されるようになっている。
【００１５】
現像装置１２には適量の現像剤が収容され，画像形成に使用されるとともに，攪拌ローラ２３によって適宜攪拌されている。ホッパ１３内には新しい現像剤が収容され，図１中矢印で示すように回転する攪拌部材３２によって攪拌されている。現像装置１２内の現像剤が使用されて少なくなると，ホッパ１３から現像装置１２へ現像剤が供給される。その際には，搬送部材３１により，搬送路３３を介して現像装置１２へ現像剤が供給される。そして，現像装置１２では，搬送ローラ２４によって図中奥行き方向（感光体１１の軸方向）に搬送される。
【００１６】
本形態のトナー供給ローラ１は，図２に示すように，芯金２と弾性体層３とを有している。トナー供給ローラ１は，現像ローラ２１に接触して回転され，現像ローラ２１上にトナーを供給する。なお，弾性体層３は，現像ローラ２１に比較して柔らかい。そのため，現像ローラ２１とトナー供給ローラ１との接触箇所では，主に弾性体層３が圧縮されることによってニップ部が形成される。本形態では，芯金２は，円柱形状の鉄製芯金である。また，弾性体層３は，軸方向に貫通孔が形成された，円筒形状の発泡弾性体である。芯金２は弾性体層３の貫通孔に接着されている。ここでは，新品の帯電ローラ１の自由状態での弾性体層３の厚さをＤとする。
【００１７】
画像形成時には，図１中に矢印で示すように，感光体１１，トナー供給ローラ１，現像ローラ２１がそれぞれ回転される。感光体１１は，帯電装置１４によってその表面が一様に帯電され，露光装置１５によって部分的に露光されて，表面に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体１１の部分は，さらに回転されて，次に現像装置１２に対面する。このとき，現像ローラ２１の表面には，トナー供給ローラ１によって適量の現像剤が供給されている。なお，画像形成時には，トナー供給ローラ１にはバイアス電圧が印加される。さらに，感光体１１の静電潜像は，現像ローラ２１と対面した位置において現像される。感光体１１上に形成されたトナー像は，その後の工程で用紙に転写され，定着される。
【００１８】
なお，本形態の画像形成装置１０で使用されるトナーは，重量平均粒径が４．５〜７．０μｍの範囲内であり，ガラス転移による吸熱ピークが１０〜３０℃の範囲内と５０〜６５℃の範囲内との計２箇所にあり，さらに，フローテスターにおける軟化点が７０〜１１０℃の範囲内にあるものである。このようなトナーを使用しているので，本形態の定着温度は１６０℃程度でよい。
【００１９】
ここで，弾性部材の特性の評価方法の一つとして，押し込みに対する反力の大きさの測定によるものがある。すなわち，φ５０ｍｍの円板状の加圧部材を，新品のトナー供給ローラ１の外側から，芯金２に垂直な方向（半径方向）に押し込む。本形態のトナー供給ローラ１は，弾性体層３の厚さ方向に初期状態の厚さＤの３０％まで押し込んだ際の，押し込み軸方向の反力が１０〜６０ｍＮ／ｍｍの範囲内であるという特性を有する。
【００２０】
なお，この反力は，例えば以下のようにして測定することができる。まず，プッシュプルゲージ（ＩＭＡＤＡ社製，ＺＰ−２０Ｎ）の先端にφ５０ｍｍのアルミ製円板を取り付けて，弾性体層３に対して芯金２に垂直な方向に押し込む。そして，圧縮箇所での弾性体層３の厚さｈが初期状態の厚さＤの７０％となった時の，押し込み軸方向の反力を測定する。これより，押し込み軸方向の単位長さ当たりの反力を得ることができる。
【００２１】
この反力が大き過ぎると弾性が高すぎ，現像ローラ２１とのニップ幅が十分確保できない。逆に小さすぎると弾性が低すぎ，部材強度に劣る。本形態のトナー供給ローラ１は，この反力が１０〜６０ｍＮ／ｍｍであるので，十分なニップ幅が確保できるとともに，部材強度は確保されている。なお，本形態のトナー供給ローラ１は，かなり柔らかいものであり，アスカー硬度の測定は不可能である。
【００２２】
次に，本形態のトナー供給ローラ１の製造方法について説明する。ポリオールとしてはポリエーテルポリオール，イソシアネートとしてはトルエンジフェニルジイソシアネートを用い，これらに導電剤としてカーボンブラック，イオン導電剤，金属酸化物等のうち１種類以上のものを混合した。この混合物を，オークスミキサ等の空気を混ぜ込むことを目的とした混合装置に入れ，機械的に混合した。
【００２３】
これにより，化学反応によって発生するガスによる化学的発泡と，ミキサによって強制的に混ぜ込まれた空気による機械的発泡とが同時に起き，均一で細かい泡が多数発生した発泡状態が得られる。これを硬化させて，発泡ウレタンを作成した。この発泡ウレタンをトナー供給ローラ１の形状に加工した。このようにして得られた本形態のトナー供給ローラ１は，その表面を観察することにより測定できるセル数が，３０〜８０個／２５ｍｍの範囲内にある。
【００２４】
このように機械的発泡と化学的発泡とを併用することにより，セル数の多い発泡ウレタンが得られるのである。これは，化学的発泡のみでは，体積に占める空気の含有率を高くすることができるものの，泡径が大きくなりがちである。そのため，比較的セル壁の厚い発泡体となる。一方，機械的発泡のみでは，体積に占める空気の含有率を大きくすることは難しいが，泡径の小さい泡ができるからである。従って，セル壁の薄い発泡体を得ることができる。これらを併用することにより，トータルの空気量は従来のものとほとんど同じでありながら，個々のセルが小さく，セル数の多い発泡ウレタンを得ることができた。さらに，ポリオールとイソシアネートとの混合比率，または，オークスミキサの攪拌時間を調整することにより，本形態の反力の特性範囲を満たすトナー供給ローラ１を製造することができた。
【００２５】
次に，ポリオールとイソシアネートとの混合比率，または，オークスミキサの攪拌時間を変更して得た，特性の異なる複数種のトナー供給ローラを用いて，装置内でのトナー固着や画像への地肌かぶりの発生の有無，現像ローラ２１上のトナー搬送量を比較評価した。特に，低温定着トナーを用いた場合について比較した。
【００２６】
評価に用いた低温定着トナーの特性は，重量平均粒径が４．５〜７．０μｍであり，ガラス転移による吸熱ピークが１０〜３０℃と５０〜６５℃との２箇所にあり，さらに，フローテスターにおける軟化点が７０〜１１０℃にあるものである。ここでは，粒子径が４．５μｍ，吸熱ピークが１０℃と５０℃，軟化点が７０℃のもの（以下，トナーＢという）と，粒子径が６．５μｍ，吸熱ピークが２０℃と６０℃，軟化点が１００℃のもの（以下，トナーＣという）とを使用した。
【００２７】
このような低温定着トナーを用いると，例えば感光体１１の周速が３００ｍｍ／ｓ程度の高速プロセスにおいて，一般に行われているローラ定着では，１６０℃程度の定着温度で十分である。これは，従来のトナーが２００℃程度必要であったのに比較してかなり低温での定着である。なお，比較のために，従来より用いられており，低温定着ではないトナー（以下，トナーＡという）についても評価実験を行った。トナーＡの吸熱ピークは５５〜６５℃の間の１箇所で，軟化点は１２０〜１５０℃である。
【００２８】
なお，上記のトナーの特性は以下の方法で得たものである。トナーの粒子径は，ＳＹＳＭＥＸ社製のＦＰＩＡを用いて測定した。また，吸熱ピークは，ＡＳＴＭ規格のＤ３４１８−８に準じて測定した。フローテスターにおける軟化点は，島津製作所社製のフローテスターＣＦＴ−５００を用いて以下の条件で測定した。この測定条件は，高さ１０ｍｍのトナーペレットを作成し，昇温速度を６℃／分，プランジャ圧力は２００ＭＰａ，ノズル径は１ｍｍとした。そして，降下量５ｍｍとなった温度を軟化点とした。
【００２９】
評価は，ＫＯＮＩＣＡＭＩＮＯＬＴＡ社製のｍａｇｉｃｏｌｏｒ５４４０ＤＬの現像装置のトナー供給ローラを実施例や比較例のものに取り替える改造を施し，トナーカートリッジに，上記の低温定着トナー等を組み込んだもので実施した。このうち，実施例１〜６は，本形態の特性範囲を全て満たすトナー供給ローラである。実施例７〜１０は，現像装置以外の条件に本形態の範囲を満たさないものを使用しているが，トナー供給ローラは本形態の特性範囲を満たすものである例である。
【００３０】
例えば，実施例７〜９は感光体周速が小さすぎるものの，トナー供給ローラは本形態の特性範囲を満たすものである。実施例１０は上記した従来のトナーを使用しているが，トナー供給ローラは本形態の特性範囲を満たすものである。一方，比較例１〜６は本形態の特性範囲を満たさない帯電装置である。比較例１〜４は，反力が大きすぎる。比較例１，２，５は，導電剤を材料に混ぜ込む代わりに，発泡後に含浸させて製造したものである。比較例６〜７はセル数が多すぎるものである。
【００３１】
評価基準は以下の通りとした。
トナー固着については：現像装置内部にトナー固着がない場合に○
現像装置内部にトナー固着がある場合に×
地肌かぶりについては：目視で確認できない場合に○
目視で確認できる場合に×
トナー搬送量については：５〜７ｇ／ｍ2の範囲内である場合に○
それ以外である場合に×
総合評価は：トナー固着，地肌かぶり，トナー搬送量のいずれも○である場合に○
いずれかでも×である場合に×
【００３２】
なお，この評価試験では，ＮＮ環境（温度２３度，湿度６５％）とＨＨ環境（温度３０℃，湿度９０％）とで実験を行った。また，各環境条件において，帯電装置が新品の状態と，５％チャートを１万枚印刷した後のものとで実験を行った。そして，これらの各条件の全てにおいて基準を満たした場合にのみ○とした。
【００３３】
【表１】
0004992589.tif 000002
【００３４】
評価実験の結果は表１の通りであった。実施例１〜６のいずれも，良好な結果であった。また，実施例７〜１０の結果も良好であった。すなわち，本形態のトナー供給ローラ１は，高速プロセスであり低温定着トナーを採用した画像形成装置について有効であるとともに，従来の低速の画像形成装置や低温定着ではないトナーを使用した装置でも問題なく使用できることが確認できた。
【００３５】
以上詳細に説明したように本形態では，トナー供給ローラ１として，表面のセル数が３０〜８０個／２５ｍｍの範囲内であり，かつ，φ５０ｍｍの円板状の加圧部材を弾性体厚みの３０％まで押し込んだ際の押し込み軸方向の反力が１０〜６０ｍＮ／ｍｍの範囲内であるものを使用している。従って，小さい押し当て力で十分なニップが得られるとともに，ニップから脱出した後の復元が速い。すなわち，化学的発泡を利用して製造されるトナー供給ローラであって，長期間にわたって安定した導電性および低硬度性を有するものとなっている。
【００３６】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，画像形成装置のトナー供給ローラ以外の部材については，図示のものに限らず，どのようなものであっても良い。本発明は，カラーあるいはモノクロのプリンタ，コピー機，ＦＡＸ等のあらゆる画像形成装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】本形態のトナー供給ローラを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  トナー供給ローラ
２  芯金
３  弾性体層
１０  画像形成装置
１１  感光体
１２  現像装置
【図１】
0004992589.tif 000003
【図２】
0004992589.tif 000004