電子写真機器用スポンジロール
【課題】トナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスを低減することが可能な電子写真機器用スポンジロールを提供する。
【解決手段】電子写真機器用スポンジロール１０は、軸体１２と、軸体１２の外周に形成された単体のスポンジ弾性層１４とを有している。スポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たす。スポンジ弾性層１４内の硬さ分布は、内部１４ｄのセル１４ａに含浸成分１５ａを含浸させたり、表面部１４ｃを形成する材質を改質したりすることにより付与できる。スポンジロール１０は、トナー供給用またはクリーニング用として好適に用いることができる。
【解決手段】電子写真機器用スポンジロール１０は、軸体１２と、軸体１２の外周に形成された単体のスポンジ弾性層１４とを有している。スポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たす。スポンジ弾性層１４内の硬さ分布は、内部１４ｄのセル１４ａに含浸成分１５ａを含浸させたり、表面部１４ｃを形成する材質を改質したりすることにより付与できる。スポンジロール１０は、トナー供給用またはクリーニング用として好適に用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真機器用スポンジロールに関し、さらに詳しくは、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真機器のトナー供給ロールやクリーニングロール等に用いて好適な電子写真機器用スポンジロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真機器における複写は、次のようにして行われる。図７に示すように、トナーボックス１００内のトナー１０２を、トナー供給ロール１０４を介して現像ロール１０６の表面に供給し、このトナー１０２を、さらに現像ロール１０６とトナー層形成ブレード１０８との摩擦帯電により帯電させる。そして、帯電ロール１１０により感光ドラム１１２の表面に形成された静電潜像に、帯電したトナー１０２を付着させてトナー像を形成し、これを転写部１１４を経由させることにより、複写紙１１６上に転写定着させる。
【０００３】
静電潜像に付着されずに現像ロール１０６の表面に残ったトナー１０２は、トナー供給ロール１０４により掻き取られ、トナーボックス１００内に回収されて再使用に供される。また、感光ドラム１１２の表面に残ったトナー１０２は、クリーニングロール１１８により掻き取られ、感光ドラム１１２表面は清浄化される。
【０００４】
上記トナー供給ロールやクリーニングロールは、通常、軸体と、軸体の外周に形成されたスポンジ弾性層とを有している。この種のスポンジロールのスポンジ弾性層には、現像ロールや感光ドラム等の相手側部材の表面に残ったトナーを確実に掻き取るトナー掻き取り性能が要求される。トナー掻き取り性能を向上させることにより、現像ロールや感光ドラム上のトナーフィルミングを防止することが、電子写真機器の高耐久化に有利だからである。
【０００５】
特許文献１には、トナー掻き取り性能を向上させるため、芯金の外周に形成したポリウレタンフォーム層の表面を凹凸構造にする技術が開示されている。
【０００６】
また他にも、トナー掻き取り性能の向上を図る手法として、例えば、スポンジ弾性層の硬度を高くする方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５３６５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来知られる技術は以下の点で問題があった。
【０００９】
すなわち、スポンジ弾性層の表面に凹凸構造を形成するためには、それに対応した凸凹構造を形成した成形金型を用いなければならず、金型製造コストがかかるといった難点があった。さらに、トナー搬送量を減らした電子写真機器に適用した場合には、形成される画像にスポンジ弾性層表面の凹凸構造が転写されてしまうことがあった。
【００１０】
一方、スポンジ弾性層の硬度を高くする技術は、トナーに与えるストレスが増大し、トナー劣化が加速されてしまうため、有効な方策ではない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、トナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスを低減することが可能な電子写真機器用スポンジロールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、軸体と、上記軸体の外周に形成された単体のスポンジ弾性層とを有し、上記スポンジ弾性層は、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たすことを要旨とする。
【００１３】
ここで、上記スポンジ弾性層は、上記内部のセルに含浸させた含浸成分により、上記表面部よりも上記内部が硬く形成されていることが好ましい。
【００１４】
この際、上記スポンジ弾性層は、上記表面部のセル内壁面に撥水成分が付着されるとともに、上記内部のセルに水系の含浸成分が含浸されることにより、上記表面部よりも上記内部が硬く形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、上記スポンジ弾性層が、上記表面部を形成する材質が改質されることにより、上記内部よりも上記表面部が柔軟に形成されていても良い。
【００１６】
この場合、上記改質は、上記表面部を形成する材質の分解であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、軸体と、軸体の外周に形成された単体のスポンジ弾性層とを有し、スポンジ弾性層が、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たす。上記スポンジロールによれば、スポンジ弾性層の表面部が内部よりも柔軟であるため、スポンジ弾性層がトナーにストレスを与え難く、トナー劣化の抑制を図ることができる。また、スポンジ弾性層の内部が表面部よりも硬いので、従来のようにロール表面に凹凸構造を形成しなくても、スポンジ弾性層に現像ロール等の相手側部材が押し付けられた際に適度な硬さを発揮でき、トナー掻き取り性能を向上させることができる。
【００１８】
ここで、スポンジ弾性層の内部のセルに含浸させた含浸成分により、表面部よりも内部が硬く形成されている場合には、スポンジ弾性層上に別の層をコーティングし、二層構造にするなどの手法を採用しなくても、スポンジ弾性層内に所定の硬さ分布が付与される。そのため、単体のスポンジ弾性層でトナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスの低減を図りやすくなる。
【００１９】
この際、スポンジ弾性層の表面部のセル内壁面に撥水成分が付着されるとともに、スポンジ弾性層の内部のセルに水系の含浸成分が含浸されることにより、表面部よりも内部が硬く形成されている場合には、表面部の硬さ＜内部の硬さをより満たしやすくなる。また、水系の含浸成分を用いているので、取扱い性が良い上、環境にも優しい。
【００２０】
また、スポンジ弾性層の表面部を形成する材質が改質されることにより、内部よりも表面部が柔軟に形成されている場合には、スポンジ弾性層上に別の層をコーティングし、二層構造にするなどの手法を採用しなくても、スポンジ弾性層内に所定の硬さ分布が付与される。また、スポンジ弾性層のセル構造（独立セル、連通セル）によらずにスポンジ弾性層内に所定の硬さ分布が付与される。そのため、単体のスポンジ弾性層でトナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスの低減を図りやすくなる。
【００２１】
本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、電子写真機器におけるトナー供給ロール、クリーニングロールなどとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るスポンジロールの周方向断面図である。
【図２】スポンジ弾性層の例を拡大して模式的に示した図である。
【図３】スポンジ弾性層の他の例を拡大して模式的に示した図である。
【図４】スポンジ弾性層の押し込み変位と押し込み時の荷重を測定する方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係るスポンジロールについてスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を模式的に示した図である。
【図６】実施例１、比較例１に係るスポンジロールについてスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示した図である。
【図７】電子写真機器における一般的な複写原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本実施形態に係る電子写真機器用スポンジロール（以下、「スポンジロール」と略称する。）について説明する。
【００２４】
図１は、スポンジロールの周方向断面図である。図１に示すように、スポンジロール１０は、軸体１２と、軸体１２の外周に形成された単体のスポンジ弾性層１４とを有している。
【００２５】
軸体１２は、中実でも中空でも良く、その形成材料としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等の金属、またはポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリアミド等のプラスチックが挙げられる。また、軸体１２の外周面には、必要に応じて、接着剤やプライマー等が塗布されていても良い。
【００２６】
スポンジ弾性層１４の形成材料は、軟質ポリウレタンフォームの製造等に用いられるポリオール成分およびイソシアネート成分を組み合わせて得られるポリウレタンフォームを好適に用いることができる。
【００２７】
上記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、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソブチレンポリオール等のポリオレフィンポリオール等が挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。
【００２８】
上記イソシアネート成分としては、２官能以上のポリイソシアネートであれば特に限定はなく、例えば、２，４−（または２，６−）トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、カーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等が挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。
【００２９】
さらに、必要に応じて、上記ポリオール成分およびイソシアネート成分に加えて、架橋剤、発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、界面活性剤、触媒、難燃剤、充填剤、導電性付与剤、帯電防止剤等を適宜に配合することができる。
【００３０】
図２は、スポンジ弾性層の例を拡大して模式的に示した図である。図３は、スポンジ弾性層の他の例を拡大して模式的に示した図である。スポンジ弾性層１４は、多数のセル１４ａから形成されており、各セル１４ａは、セル骨格部１４ｂから構成されている。各セル１４ａは、図２に示すように連通していても良いし、図３に示すように独立していても良い。各セル１４ａが連通している場合には、スポンジ弾性層１４内部のトナー移動が容易となるため、トナーによるセル１４ａの詰まりが低減できる等の利点がある。
【００３１】
また、スポンジ弾性層１４の外周面には、セル１４ａの開口部が多数分布している。開口部の開口径は、使用されるトナーの大きさにもよるが、おおよそ１００〜８００μｍの範囲内に設定される。
【００３２】
ここで、スポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃと、内部１４ｄとを有する。表面部１４ｃは、スポンジ弾性層１４の表面近傍の部位であり、主にトナーストレスの緩和に寄与する。一方、内部１４ｄは、表面部１４ｃよりも軸体１２側に位置する部位であり、主にトナー掻き取り性の向上に寄与する。
【００３３】
スポンジロール１０に対する現像ロール等の相手側部材の最大押し込み深さは、おおよそ０．５〜２ｍｍ程度である。最大押し込み深さは、トナー掻き取り性能と関係があるため、トナーストレスの緩和に寄与する表面部１４ｃは、最大押し込み深さよりも浅い領域に存在するように設計される。表面部１４ｃの存在する領域は、スポンジ弾性層１４の表面から最大押し込み深さ以下の範囲、より好ましくは、最大押し込み深さの３０〜８０％の範囲に存在していると良い。
【００３４】
ここで、スポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たしている。そのため、スポンジ弾性層１４において表面部１４ｃが内部１４ｄよりも柔軟となり、スポンジ弾性層１４がトナーにストレスを与え難く、トナー劣化の抑制を図ることができる。また、スポンジ弾性層１４の内部１４ｄが表面部１４ｃよりも硬いので、スポンジ弾性層１４に現像ロール等の相手側部材が押し付けられた際に適度な硬さを発揮でき、トナー掻き取り性能を向上させることができる。
【００３５】
図４は、スポンジ弾性層の押し込み変位と押し込み時の荷重を測定する方法を説明するための図である。図４（ａ）に示すように、スポンジロール１０を、軸体１２の両端部分において支持し、板状押圧面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み７ｍｍ）を有する治具２０をスポンジ弾性層１４に押し込む。押し込み速度は、１０ｍｍ／分である。これにより、押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を求めることができる。但し、上記測定は、図４（ｂ）に示すように、軸方向（幅方向）２ヶ所×ロール周方向９０°毎４ヶ所の計８ヶ所の測定ポイントについて行い、平均値を求めることによる。
【００３６】
図５に、本発明に係るスポンジロールについてスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を模式的に示す。図５中、Ａが、本発明に係るスポンジロール１０におけるスポンジ弾性層１４の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示したものである。Ｂは、比較のために示したもので、均一なスポンジ弾性層を有する従来のスポンジロールにおけるスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示したものである。Ｘｍａｘは、最大押し込み変位であり、Ｐｍａｘは、最大押し込み荷重である。
【００３７】
図５に示すように、従来のスポンジロールは、押し込み変位Ｘが相対的に小さい領域において、上に凸の曲線Ｂとなる。これに対し、本発明に係るスポンジロール１０は、押し込み変位Ｘが相対的に小さい領域において、下に凸の曲線Ａとなり、押し込み変位Ｘが相対的に大きくなるに従い、押し込み荷重Ｐが大きくなる挙動を示す。このように曲線の挙動に差異が生じるのは、本発明に係るスポンジロール１０のスポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たしているからである。
【００３８】
図５の座標（０，０）、（Ｘｍａｘ，０）、（Ｘｍａｘ，Ｐｍａｘ）で囲まれる三角形の面積をＳ、Ｘ＝０からＸ＝Ｘｍａｘまでの曲線Ａの積分値をＳ’とすると、スポンジ弾性層１４は、Ｓ’／Ｓ＜１を満たしていることが好ましい。より好ましくは、Ｓ’／Ｓ≦０．９８、さらに好ましくは、Ｓ’／Ｓ≦０．９５を満たしていると良い。これによりトナーに対するストレスを与え難いことからトナー劣化の抑制を図ることができる上に、トナー掻き取り性能も確保できる。
【００３９】
表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たすようにするには、スポンジ弾性層１４は、具体的には次の通りに構成されていると良い。以下、図２、図３を用いて説明する。
【００４０】
図２に示すスポンジ弾性層１４は、各セル１４ａが連通している。そして、内部１４ｄのセル１４ａには、含浸成分１５ａが存在しており、これにより、表面部１４ｃよりも内部１４ｄが硬く形成されている。含浸成分１５ａは、内部１４ｄのセル１４ａ内全てを満たしていても良いし、セル１４ａ内全てを満たしていなくても良い。
【００４１】
上記含浸成分１５ａとしては、例えば、ポリアクリル酸エステル、変性ポリアクリル酸エステル等のアクリル樹脂、アクリル酸−スチレン共重合樹脂、アクリル酸エステル−スチレン共重合樹脂、アクリル酸−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル等の各種の樹脂や、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の各種のゴムなどを主とした成分を例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていても良い。これら成分は、硬化されていても良いし、硬化されていなくても良い。好ましくは、使用時に含浸成分の漏洩による汚染を防止できる等の観点から、硬化されていると良い。好ましくは、スポンジ弾性層１４をポリウレタンで形成した場合に、ポリウレタンが膨潤し難い利点がある等の観点から、上記含浸成分のうち、水系の分散液に適する含浸成分を好適に用いることができる。
【００４２】
また、図２に示すスポンジ弾性層１４では、表面部１４ｃのセル１４ａの内壁面に、撥水成分１５ｂが付着されている。この場合、スポンジ弾性層１４の表面から、水系の含浸成分１５ａを含浸させたときに、表面部１４ｃのセル１４ａ内に含浸成分１５ａが留まることはなく、速やかに内部１４ｄのセル１４ａ内に含浸成分１５ａを含浸させることができる。
【００４３】
上記撥水成分１５ｂとしては、例えば、パラフィン、ワックス類、高級脂肪酸エステル、アミドワックス、高級脂肪酸金属塩、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、シリコン系化合物、フッ素系化合物などの成分を含み、含浸成分１５ａよりも硬度の低いもの等を例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていても良い。これら成分は、硬化されていても良いし、硬化されていなくても良い。好ましくは、使用時に撥水成分の漏洩による汚染を防止できる等の観点から、硬化されていると良い。
【００４４】
一方、図３に示すスポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃを形成する材質が改質されることにより、内部１４ｄよりも表面部１４ｃが柔軟に形成されている。したがって、図３に示すスポンジ弾性層１４は、セル１４ａ内に含浸成分１５ａや撥水成分１５ｂを存在させる必要がない。そのため、図３では、各セル１４ａが独立している場合を例示しているが、これに限定されるわけではなく、各セル１４ａは、それぞれ連通していても構わない。
【００４５】
表面部１４ｃを柔軟に改質する方法としては、例えば、スポンジ弾性層１４を形成する材質を分解するエネルギーを持つ光を照射する方法などが挙げられる。より具体的には、例えば、スポンジ弾性層１４を形成する材質がポリウレタンである場合、スポンジ弾性層１４の表面に紫外線を照射してウレタン結合を部分的に切断することで、表面近傍を柔軟化して表面部１４ｃを形成することができる。
【００４６】
上述したスポンジロール１０は、例えば、次のようにして製造することができる。すなわち、先ず、軸体１２を、所定のロール成形型に装填する。このロール成形型は、スポンジ弾性層１４の軸方向の長さに略等しい長さの円筒型と、この円筒型の両端を閉塞するキャップとから構成されており、型締すると、軸体１２がキャップによって円筒型と同軸に支持され、円筒型内に目的とするスポンジロー１０の最終ロール形状を与える成形キャビティが形成されるようになっている。
【００４７】
そして、上記成形型の成形キャビティ内に、スポンジ弾性層１４の形成材料（ポリウレタンフォーム用組成物等）を注入し、発泡硬化させてベーススポンジ弾性層を軸体の周囲に一体成形した後、脱型する。ベーススポンジ弾性層は、硬さの異なる表面部１４ｃ、内部１４ｄは未だ形成されていない。
【００４８】
なお、スラブ発泡もしくは型発泡のフォーム材からロール素材を切り出し、それに軸体を通した後、表面を研磨して、ベーススポンジ弾性層を形成しても構わない。
【００４９】
図２に示すように、各セルに、適度の連通性をもたせるには、例えば、上記脱型後に、スポンジロール１０を軸体１２を中心に回転させながら、ノズル等を用いて高圧の気体（空気や窒素等のガス）をベーススポンジ弾性層に噴射する。これにより、高圧の気体が軸体１２の抵抗によってベーススポンジ弾性層内に拡散し、発泡セルと発泡セルの間のセル膜が破れ、セル間を連通させることができる。
【００５０】
そして、図２に示したスポンジ弾性層１４を形成するには、上記にて軸体に形成したベーススポンジ弾性層の表面近傍（例えば、１ｍｍ前後）に、撥水成分１５ｂを含む塗工液を塗工し、必要に応じて、乾燥、熱処理する。上記塗工方法としては、例えば、平滑な台上に塗工液を塗工して所定厚みの未乾燥の塗膜を形成した後、直ちにその塗膜上において、ベーススポンジ弾性層を形成したロール体を回転させながら移動させ、ベーススポンジ弾性層の表面に塗工液を付着させる方法などを例示することができる。
【００５１】
その後、含浸成分１５ａを含む塗工液中に、ロール全体または軸体１２程度までスポンジ弾性層１４を含浸させる。これにより、撥水成分１５ｂが付着しているセル１４ａには、含浸成分１５ａが塗工されず、内部１４ｄに含浸成分１５ａが含浸される。その後、このロールを含浸成分１５ａを含む塗工液から取り出し、必要に応じて、絞り、乾燥、熱処理すれば、スポンジロール１０が得られる。
【００５２】
一方、図３に示したスポンジ弾性層１４を形成するには、上記にて軸体１２に形成したベーススポンジ弾性層の表面に、ベーススポンジ弾性層を形成する材質に合わせて、この材質を分解するエネルギーを持つ光を照射し、ベーススポンジ弾性層の表面近傍の材質の化学結合を切り、柔軟化させる。これによりスポンジ弾性層１４の表面近傍に表面部１４ｃが形成されるとともに、材質が分解されなかった部位が分解された部位よりも相対的に硬くなって内部１４ｄが形成される。これにより、スポンジロール１０が得られる。
【００５３】
得られたスポンジロール１０は、トナー供給用ロール、クリーニングロールなどとして好適に用いることが可能である。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００５５】
１．実施例および比較例に係るスポンジロールの作製
（軸体）
直径５ｍｍのＳＵＭ２２製中実円柱状の軸体を準備した。
【００５６】
（スポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物の調製）
ポリエーテルポリオール（三井化学（株）製、ＥＰ−８２８、ＯＨ価＝２８）９０重量部、ポリマーポリオール（三井化学（株）製、ＰＯＰ−３１−２８、ＯＨ価＝２８）１０重量部、ジエタノールアミン２重量部、シリコン整泡剤（日本ユニカー（株）製、Ｌ−５３０９）３重量部、水２重量部、第三級アミン触媒（花王（株）製、カオライザーＮｏ．３１）０．５重量部、第三級アミン触媒（東ソー（株）製、トヨキャットＨＸ−３５）０．１重量部、ジブチル錫ジラウレート０．１重量部、およびイソシアネート（住友バイエルウレタン（株）製、スミジュールＶＴ−８０、ＮＣＯ％＝４５）３０．５重量部を配合してスポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物を調製した。
【００５７】
（各種スポンジロールの作製）
別途準備したパイプ型内に、上記軸体を同軸に配置し、パイプ型の両端をキャップにて閉塞するとともに軸体を支持し、その状態において、成形キャビティ内に調製した上述のスポンジ組成物を所定量注入し、６０℃×３０分間の条件にて発泡硬化させ、軸体の周りにベーススポンジ弾性層（厚み５．５ｍｍ）が一体的に形成されてなるロール体を作製した。なお、成形キャビティ内へのスポンジ組成物の注入量を変えることによって、ベーススポンジ弾性層の硬度が異なるロール体（以下、「ベースロール」ということがある。）を作製した。
【００５８】
（実施例１）
不揮発分が５％となるようにシリコーンゴム系塗工液（水系、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＭ−２００２Ｌ−１」不揮発分４３％）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した。次いで、この塗工液をロールコート法にて０．５ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度１１０ｇｆのベースロール表面に塗工した。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、ベーススポンジ弾性層に表面部を形成した。次いで、不揮発分が１５％となるようにアクリレートラテックス（日本ゼオン（株）製、「Ｎｉｐｏｌ ＬＸ８５２」、不揮発分４５％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、上記熱処理後のベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層の内部のセル内に全体含浸液を含浸させた後、さらに絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、実施例１に係るスポンジロールを作製した。
【００５９】
（実施例２）
不揮発分が２％となるようにシリコーンゴム系塗工液（水系、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＭ−２００２Ｌ−１」不揮発分４３％）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した点、塗工液をロールコート法にて０．３ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度７２ｇｆのベースロール表面に塗布した点以外は、実施例１と同様にして、実施例２に係るスポンジロールを作製した。
【００６０】
（実施例３）
不揮発分が１０％となるようにシリコーンゴム系塗工液（水系、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＭ−２００２Ｌ−１」不揮発分４３％）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した点、塗工液をロールコート法にて０．８ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度７２ｇｆのベースロール表面に塗布した点以外は、実施例１と同様にして、実施例３に係るスポンジロールを作製した。
【００６１】
（実施例４）
不揮発分が５％となるようにシリコーン系塗工液（溶剤系：ＩＰＡ溶剤、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＳ７００１」不揮発分２１％）をＩＰＡ溶剤にて希釈し、表面塗工液を調製した。次いで、この塗工液をロールコート法にて０．３ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度１１０ｇｆのベースロール表面に塗布した。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、ベーススポンジ弾性層に表面部を形成した。次いで、不揮発分が２０％となるように水系ウレタン（（株）ＡＤＥＫＡ製、「アデカボンタイターＨＵＸ−２９０Ｈ」、不揮発分６２％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、上記熱処理後のベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層の内部のセル内に全体含浸液を含浸させ、絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、実施例４に係るスポンジロールを作製した。
【００６２】
（実施例５）
不揮発分が５％となるようにフッ素ゴム系塗工液（ダイキン工業（株）製「ダイエルラテックスＧＬ−２５２Ｅ」と「ダイエルラテックスＧＬ−２００Ｂ」との混合物、ＧＬ−２５２Ｅ：ＧＬ−２００Ｂ＝１００質量部：５質量部）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した。次いで、この塗工液をロールコート法にて０．５ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度１１０ｇｆのベースロール表面に塗布した。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、ベーススポンジ弾性層に表面部を形成した。次いで、不揮発分が２０％となるように水系ウレタン（（株）ＡＤＥＫＡ製、「アデカボンタイターＨＵＸ−２９０Ｈ」、不揮発分６２％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、上記熱処理後のベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層の内部のセル内に全体含浸液を含浸させ、絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理し成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、実施例５に係るスポンジロールを作製した。
【００６３】
（実施例６）
ランプ出力８０／ｃｍ、定格電力４ＫＷ、波長２８０ｎｍ近傍の紫外線ランプから１２ｃｍ離し、かつ、表面１ｍｍにのみ紫外線ランプが照射されるようにベースロール（ロール硬度１７１ｇｆ）の大半を覆った形で配置し、配置したベースロールを回転（３０ｒｐｍ）させながら紫外線を２分間照射し、ベーススポンジ弾性層の表面近傍のウレタン結合を部分的に切断した。これにより、実施例６に係るスポンジロールを作製した。
【００６４】
（比較例１）
ベースロール（ロール硬度１７１ｇｆ）を比較例１に係るスポンジロールとした。
【００６５】
（比較例２）
ベースロール（ロール硬度１１０ｇｆ）を比較例２に係るスポンジロールとした。
【００６６】
（比較例３）
不揮発分が１５％となるようにアクリレートラテックス（日本ゼオン（株）製、「Ｎｉｐｏｌ ＬＸ８５２」、不揮発分４５％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、ロール硬度７２ｇｆのベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層のセル内に全体含浸液を含浸させ、その後絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、比較例３に係るスポンジロールを作製した。
【００６７】
２．ロール物性
（硬度）
図４に示した方法により、実施例、比較例に係るスポンジロールのスポンジ弾性層の硬さを測定した。具体的には、スポンジロールを、軸体の両端部分において支持し、スポンジ弾性層を、板状押圧面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み７ｍｍ）を有する治具にて、１０ｍｍ／分の速度で押圧し、押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を調べた。なお、今回の試験では、１ｍｍ変位（圧縮）時の荷重Ｐ（ｇｆ）を最大押し込み荷重とした。その結果、実施例１〜６に係るスポンジロールはいずれも、図５に示した曲線Ａと同等の挙動を示した。一方、比較例１〜３に係るスポンジロールはいずれも、図５に示した曲線Ｂと同等の挙動を示した。代表例として、図６に、実施例１、比較例１に係るスポンジロールについて測定された、スポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示す。また、押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係から、上述したＳ’／Ｓ値の値を求めた。また、１０ｍｍ／分の速度で押圧したときの、１ｍｍ変位（圧縮）時の押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）をロール硬度（ｇｆ）として測定した。なお、ロール硬度は、軸方向の２ヶ所×ロール周方向９０°毎の４ヶ所の、計８ヶ所とし、その平均値である。この値が大きくなる程、スポンジ弾性層全体が硬いことを示している。
【００６８】
３．画像評価
各スポンジロールをトナー供給ロールとして用いて、以下の画像評価を行った。
【００６９】
（初期・耐久後複写画像のゴースト評価）
トナー供給ロールとしての各スポンジロールのトナー掻き取り性を、次のようにして評価した。すなわち、スポンジロールを市販されているプリンタの現像装置に組み込み、所定の画像出しを行い、得られた初期複写画像を目視で観察した。ゴーストがなく画像が良好なものを初期のトナー掻き取り性が良好であるとして「○」と評価した。多少のゴーストはあるが軽微なものを「△」とした。実用に供し難いレベルのゴーストが存在するものを初期のトナー掻き取り性に劣るとして「×」と評価した。
【００７０】
また、トナー濃度が５％となる程度の文字列を１００００枚出力した。その後、さらに所定の画像出しを行い、得られた複写画像（耐久複写画像）を目視で観察した。ゴーストがなく画像が良好なものを耐久後のトナー掻き取り性が良好であるとして「○」と評価した。多少のゴーストはあるが軽微なものを「△」とした。実用に供し難いレベルのゴーストが存在するものを耐久後のトナー掻き取り性に劣るとして「×」と評価した。
【００７１】
（耐久複写画像のトナーフィルミング評価）
トナー供給ロールとしての各スポンジロールがトナーへ与えるストレスの程度を、次のようにして評価した。すなわち、スポンジロールを市販されているプリンタの現像装置に組み込み、トナー濃度が５％となる程度の文字列を１００００枚出力した。その後、所定の画像出しを行い、得られた複写画像（耐久複写画像）を目視で観察した。トナーフィルミングによる色抜け等の画像不具合がなく、画像が良好なものをトナーストレスが十分に低減されているとして「○」と評価した。多少の画像不具合は認められるものの軽微なものを「△」とした。実用に供し難いレベルの画像不具合が存在するものをトナーへのストレスが大であるとして「×」と評価した。
【００７２】
表１に、スポンジ弾性層形成時の製造条件、ロール物性、画像評価結果をまとめて示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１から以下のことが分かる。すなわち、比較例１〜３に係るスポンジロールは、いずれもスポンジ弾性層の表面近傍が硬いため、トナーにストレスを与えやすく、トナーフィルミングによる画像不具合が発生している。
【００７５】
これらに対し、実施例１〜６に係るスポンジロールは、いずれもスポンジ弾性層の表面から１ｍｍ程度の深さで表面部が形成されており、表面部の下部が内部とされている。そして、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たす。そのため、トナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスの低減を両立可能なことが確認できた。
【００７６】
以上、本発明の実施形態、実施例について説明したが、本発明は上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能なものである。
【００７７】
例えば、上記実施例では、実施例に係るスポンジロールをトナー供給ロールとして適用し評価を行ったが、クリーニングロールとしても適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０ スポンジロール
１２ 軸体
１４ スポンジ弾性層
１４ａ セル
１４ｂ セル骨格部
１４ｃ 表面部
１４ｄ 内部
１５ａ 含浸成分
１５ｂ 撥水成分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真機器用スポンジロールに関し、さらに詳しくは、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真機器のトナー供給ロールやクリーニングロール等に用いて好適な電子写真機器用スポンジロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真機器における複写は、次のようにして行われる。図７に示すように、トナーボックス１００内のトナー１０２を、トナー供給ロール１０４を介して現像ロール１０６の表面に供給し、このトナー１０２を、さらに現像ロール１０６とトナー層形成ブレード１０８との摩擦帯電により帯電させる。そして、帯電ロール１１０により感光ドラム１１２の表面に形成された静電潜像に、帯電したトナー１０２を付着させてトナー像を形成し、これを転写部１１４を経由させることにより、複写紙１１６上に転写定着させる。
【０００３】
静電潜像に付着されずに現像ロール１０６の表面に残ったトナー１０２は、トナー供給ロール１０４により掻き取られ、トナーボックス１００内に回収されて再使用に供される。また、感光ドラム１１２の表面に残ったトナー１０２は、クリーニングロール１１８により掻き取られ、感光ドラム１１２表面は清浄化される。
【０００４】
上記トナー供給ロールやクリーニングロールは、通常、軸体と、軸体の外周に形成されたスポンジ弾性層とを有している。この種のスポンジロールのスポンジ弾性層には、現像ロールや感光ドラム等の相手側部材の表面に残ったトナーを確実に掻き取るトナー掻き取り性能が要求される。トナー掻き取り性能を向上させることにより、現像ロールや感光ドラム上のトナーフィルミングを防止することが、電子写真機器の高耐久化に有利だからである。
【０００５】
特許文献１には、トナー掻き取り性能を向上させるため、芯金の外周に形成したポリウレタンフォーム層の表面を凹凸構造にする技術が開示されている。
【０００６】
また他にも、トナー掻き取り性能の向上を図る手法として、例えば、スポンジ弾性層の硬度を高くする方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５３６５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来知られる技術は以下の点で問題があった。
【０００９】
すなわち、スポンジ弾性層の表面に凹凸構造を形成するためには、それに対応した凸凹構造を形成した成形金型を用いなければならず、金型製造コストがかかるといった難点があった。さらに、トナー搬送量を減らした電子写真機器に適用した場合には、形成される画像にスポンジ弾性層表面の凹凸構造が転写されてしまうことがあった。
【００１０】
一方、スポンジ弾性層の硬度を高くする技術は、トナーに与えるストレスが増大し、トナー劣化が加速されてしまうため、有効な方策ではない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、トナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスを低減することが可能な電子写真機器用スポンジロールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、軸体と、上記軸体の外周に形成された単体のスポンジ弾性層とを有し、上記スポンジ弾性層は、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たすことを要旨とする。
【００１３】
ここで、上記スポンジ弾性層は、上記内部のセルに含浸させた含浸成分により、上記表面部よりも上記内部が硬く形成されていることが好ましい。
【００１４】
この際、上記スポンジ弾性層は、上記表面部のセル内壁面に撥水成分が付着されるとともに、上記内部のセルに水系の含浸成分が含浸されることにより、上記表面部よりも上記内部が硬く形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、上記スポンジ弾性層が、上記表面部を形成する材質が改質されることにより、上記内部よりも上記表面部が柔軟に形成されていても良い。
【００１６】
この場合、上記改質は、上記表面部を形成する材質の分解であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、軸体と、軸体の外周に形成された単体のスポンジ弾性層とを有し、スポンジ弾性層が、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たす。上記スポンジロールによれば、スポンジ弾性層の表面部が内部よりも柔軟であるため、スポンジ弾性層がトナーにストレスを与え難く、トナー劣化の抑制を図ることができる。また、スポンジ弾性層の内部が表面部よりも硬いので、従来のようにロール表面に凹凸構造を形成しなくても、スポンジ弾性層に現像ロール等の相手側部材が押し付けられた際に適度な硬さを発揮でき、トナー掻き取り性能を向上させることができる。
【００１８】
ここで、スポンジ弾性層の内部のセルに含浸させた含浸成分により、表面部よりも内部が硬く形成されている場合には、スポンジ弾性層上に別の層をコーティングし、二層構造にするなどの手法を採用しなくても、スポンジ弾性層内に所定の硬さ分布が付与される。そのため、単体のスポンジ弾性層でトナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスの低減を図りやすくなる。
【００１９】
この際、スポンジ弾性層の表面部のセル内壁面に撥水成分が付着されるとともに、スポンジ弾性層の内部のセルに水系の含浸成分が含浸されることにより、表面部よりも内部が硬く形成されている場合には、表面部の硬さ＜内部の硬さをより満たしやすくなる。また、水系の含浸成分を用いているので、取扱い性が良い上、環境にも優しい。
【００２０】
また、スポンジ弾性層の表面部を形成する材質が改質されることにより、内部よりも表面部が柔軟に形成されている場合には、スポンジ弾性層上に別の層をコーティングし、二層構造にするなどの手法を採用しなくても、スポンジ弾性層内に所定の硬さ分布が付与される。また、スポンジ弾性層のセル構造（独立セル、連通セル）によらずにスポンジ弾性層内に所定の硬さ分布が付与される。そのため、単体のスポンジ弾性層でトナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスの低減を図りやすくなる。
【００２１】
本発明に係る電子写真機器用スポンジロールは、電子写真機器におけるトナー供給ロール、クリーニングロールなどとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るスポンジロールの周方向断面図である。
【図２】スポンジ弾性層の例を拡大して模式的に示した図である。
【図３】スポンジ弾性層の他の例を拡大して模式的に示した図である。
【図４】スポンジ弾性層の押し込み変位と押し込み時の荷重を測定する方法を説明するための図である。
【図５】本発明に係るスポンジロールについてスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を模式的に示した図である。
【図６】実施例１、比較例１に係るスポンジロールについてスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示した図である。
【図７】電子写真機器における一般的な複写原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本実施形態に係る電子写真機器用スポンジロール（以下、「スポンジロール」と略称する。）について説明する。
【００２４】
図１は、スポンジロールの周方向断面図である。図１に示すように、スポンジロール１０は、軸体１２と、軸体１２の外周に形成された単体のスポンジ弾性層１４とを有している。
【００２５】
軸体１２は、中実でも中空でも良く、その形成材料としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等の金属、またはポリアセタール（ＰＯＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリアミド等のプラスチックが挙げられる。また、軸体１２の外周面には、必要に応じて、接着剤やプライマー等が塗布されていても良い。
【００２６】
スポンジ弾性層１４の形成材料は、軟質ポリウレタンフォームの製造等に用いられるポリオール成分およびイソシアネート成分を組み合わせて得られるポリウレタンフォームを好適に用いることができる。
【００２７】
上記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、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソブチレンポリオール等のポリオレフィンポリオール等が挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。
【００２８】
上記イソシアネート成分としては、２官能以上のポリイソシアネートであれば特に限定はなく、例えば、２，４−（または２，６−）トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、オルトトルイジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフチレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、カーボジイミド変成ＭＤＩ、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等が挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。
【００２９】
さらに、必要に応じて、上記ポリオール成分およびイソシアネート成分に加えて、架橋剤、発泡剤（水、低沸点物、ガス体等）、界面活性剤、触媒、難燃剤、充填剤、導電性付与剤、帯電防止剤等を適宜に配合することができる。
【００３０】
図２は、スポンジ弾性層の例を拡大して模式的に示した図である。図３は、スポンジ弾性層の他の例を拡大して模式的に示した図である。スポンジ弾性層１４は、多数のセル１４ａから形成されており、各セル１４ａは、セル骨格部１４ｂから構成されている。各セル１４ａは、図２に示すように連通していても良いし、図３に示すように独立していても良い。各セル１４ａが連通している場合には、スポンジ弾性層１４内部のトナー移動が容易となるため、トナーによるセル１４ａの詰まりが低減できる等の利点がある。
【００３１】
また、スポンジ弾性層１４の外周面には、セル１４ａの開口部が多数分布している。開口部の開口径は、使用されるトナーの大きさにもよるが、おおよそ１００〜８００μｍの範囲内に設定される。
【００３２】
ここで、スポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃと、内部１４ｄとを有する。表面部１４ｃは、スポンジ弾性層１４の表面近傍の部位であり、主にトナーストレスの緩和に寄与する。一方、内部１４ｄは、表面部１４ｃよりも軸体１２側に位置する部位であり、主にトナー掻き取り性の向上に寄与する。
【００３３】
スポンジロール１０に対する現像ロール等の相手側部材の最大押し込み深さは、おおよそ０．５〜２ｍｍ程度である。最大押し込み深さは、トナー掻き取り性能と関係があるため、トナーストレスの緩和に寄与する表面部１４ｃは、最大押し込み深さよりも浅い領域に存在するように設計される。表面部１４ｃの存在する領域は、スポンジ弾性層１４の表面から最大押し込み深さ以下の範囲、より好ましくは、最大押し込み深さの３０〜８０％の範囲に存在していると良い。
【００３４】
ここで、スポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たしている。そのため、スポンジ弾性層１４において表面部１４ｃが内部１４ｄよりも柔軟となり、スポンジ弾性層１４がトナーにストレスを与え難く、トナー劣化の抑制を図ることができる。また、スポンジ弾性層１４の内部１４ｄが表面部１４ｃよりも硬いので、スポンジ弾性層１４に現像ロール等の相手側部材が押し付けられた際に適度な硬さを発揮でき、トナー掻き取り性能を向上させることができる。
【００３５】
図４は、スポンジ弾性層の押し込み変位と押し込み時の荷重を測定する方法を説明するための図である。図４（ａ）に示すように、スポンジロール１０を、軸体１２の両端部分において支持し、板状押圧面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み７ｍｍ）を有する治具２０をスポンジ弾性層１４に押し込む。押し込み速度は、１０ｍｍ／分である。これにより、押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を求めることができる。但し、上記測定は、図４（ｂ）に示すように、軸方向（幅方向）２ヶ所×ロール周方向９０°毎４ヶ所の計８ヶ所の測定ポイントについて行い、平均値を求めることによる。
【００３６】
図５に、本発明に係るスポンジロールについてスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を模式的に示す。図５中、Ａが、本発明に係るスポンジロール１０におけるスポンジ弾性層１４の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示したものである。Ｂは、比較のために示したもので、均一なスポンジ弾性層を有する従来のスポンジロールにおけるスポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示したものである。Ｘｍａｘは、最大押し込み変位であり、Ｐｍａｘは、最大押し込み荷重である。
【００３７】
図５に示すように、従来のスポンジロールは、押し込み変位Ｘが相対的に小さい領域において、上に凸の曲線Ｂとなる。これに対し、本発明に係るスポンジロール１０は、押し込み変位Ｘが相対的に小さい領域において、下に凸の曲線Ａとなり、押し込み変位Ｘが相対的に大きくなるに従い、押し込み荷重Ｐが大きくなる挙動を示す。このように曲線の挙動に差異が生じるのは、本発明に係るスポンジロール１０のスポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たしているからである。
【００３８】
図５の座標（０，０）、（Ｘｍａｘ，０）、（Ｘｍａｘ，Ｐｍａｘ）で囲まれる三角形の面積をＳ、Ｘ＝０からＸ＝Ｘｍａｘまでの曲線Ａの積分値をＳ’とすると、スポンジ弾性層１４は、Ｓ’／Ｓ＜１を満たしていることが好ましい。より好ましくは、Ｓ’／Ｓ≦０．９８、さらに好ましくは、Ｓ’／Ｓ≦０．９５を満たしていると良い。これによりトナーに対するストレスを与え難いことからトナー劣化の抑制を図ることができる上に、トナー掻き取り性能も確保できる。
【００３９】
表面部１４ｃの硬さ＜内部１４ｄの硬さを満たすようにするには、スポンジ弾性層１４は、具体的には次の通りに構成されていると良い。以下、図２、図３を用いて説明する。
【００４０】
図２に示すスポンジ弾性層１４は、各セル１４ａが連通している。そして、内部１４ｄのセル１４ａには、含浸成分１５ａが存在しており、これにより、表面部１４ｃよりも内部１４ｄが硬く形成されている。含浸成分１５ａは、内部１４ｄのセル１４ａ内全てを満たしていても良いし、セル１４ａ内全てを満たしていなくても良い。
【００４１】
上記含浸成分１５ａとしては、例えば、ポリアクリル酸エステル、変性ポリアクリル酸エステル等のアクリル樹脂、アクリル酸−スチレン共重合樹脂、アクリル酸エステル−スチレン共重合樹脂、アクリル酸−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル等の各種の樹脂や、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の各種のゴムなどを主とした成分を例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていても良い。これら成分は、硬化されていても良いし、硬化されていなくても良い。好ましくは、使用時に含浸成分の漏洩による汚染を防止できる等の観点から、硬化されていると良い。好ましくは、スポンジ弾性層１４をポリウレタンで形成した場合に、ポリウレタンが膨潤し難い利点がある等の観点から、上記含浸成分のうち、水系の分散液に適する含浸成分を好適に用いることができる。
【００４２】
また、図２に示すスポンジ弾性層１４では、表面部１４ｃのセル１４ａの内壁面に、撥水成分１５ｂが付着されている。この場合、スポンジ弾性層１４の表面から、水系の含浸成分１５ａを含浸させたときに、表面部１４ｃのセル１４ａ内に含浸成分１５ａが留まることはなく、速やかに内部１４ｄのセル１４ａ内に含浸成分１５ａを含浸させることができる。
【００４３】
上記撥水成分１５ｂとしては、例えば、パラフィン、ワックス類、高級脂肪酸エステル、アミドワックス、高級脂肪酸金属塩、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、シリコン系化合物、フッ素系化合物などの成分を含み、含浸成分１５ａよりも硬度の低いもの等を例示することができる。これらは１種または２種以上含まれていても良い。これら成分は、硬化されていても良いし、硬化されていなくても良い。好ましくは、使用時に撥水成分の漏洩による汚染を防止できる等の観点から、硬化されていると良い。
【００４４】
一方、図３に示すスポンジ弾性層１４は、表面部１４ｃを形成する材質が改質されることにより、内部１４ｄよりも表面部１４ｃが柔軟に形成されている。したがって、図３に示すスポンジ弾性層１４は、セル１４ａ内に含浸成分１５ａや撥水成分１５ｂを存在させる必要がない。そのため、図３では、各セル１４ａが独立している場合を例示しているが、これに限定されるわけではなく、各セル１４ａは、それぞれ連通していても構わない。
【００４５】
表面部１４ｃを柔軟に改質する方法としては、例えば、スポンジ弾性層１４を形成する材質を分解するエネルギーを持つ光を照射する方法などが挙げられる。より具体的には、例えば、スポンジ弾性層１４を形成する材質がポリウレタンである場合、スポンジ弾性層１４の表面に紫外線を照射してウレタン結合を部分的に切断することで、表面近傍を柔軟化して表面部１４ｃを形成することができる。
【００４６】
上述したスポンジロール１０は、例えば、次のようにして製造することができる。すなわち、先ず、軸体１２を、所定のロール成形型に装填する。このロール成形型は、スポンジ弾性層１４の軸方向の長さに略等しい長さの円筒型と、この円筒型の両端を閉塞するキャップとから構成されており、型締すると、軸体１２がキャップによって円筒型と同軸に支持され、円筒型内に目的とするスポンジロー１０の最終ロール形状を与える成形キャビティが形成されるようになっている。
【００４７】
そして、上記成形型の成形キャビティ内に、スポンジ弾性層１４の形成材料（ポリウレタンフォーム用組成物等）を注入し、発泡硬化させてベーススポンジ弾性層を軸体の周囲に一体成形した後、脱型する。ベーススポンジ弾性層は、硬さの異なる表面部１４ｃ、内部１４ｄは未だ形成されていない。
【００４８】
なお、スラブ発泡もしくは型発泡のフォーム材からロール素材を切り出し、それに軸体を通した後、表面を研磨して、ベーススポンジ弾性層を形成しても構わない。
【００４９】
図２に示すように、各セルに、適度の連通性をもたせるには、例えば、上記脱型後に、スポンジロール１０を軸体１２を中心に回転させながら、ノズル等を用いて高圧の気体（空気や窒素等のガス）をベーススポンジ弾性層に噴射する。これにより、高圧の気体が軸体１２の抵抗によってベーススポンジ弾性層内に拡散し、発泡セルと発泡セルの間のセル膜が破れ、セル間を連通させることができる。
【００５０】
そして、図２に示したスポンジ弾性層１４を形成するには、上記にて軸体に形成したベーススポンジ弾性層の表面近傍（例えば、１ｍｍ前後）に、撥水成分１５ｂを含む塗工液を塗工し、必要に応じて、乾燥、熱処理する。上記塗工方法としては、例えば、平滑な台上に塗工液を塗工して所定厚みの未乾燥の塗膜を形成した後、直ちにその塗膜上において、ベーススポンジ弾性層を形成したロール体を回転させながら移動させ、ベーススポンジ弾性層の表面に塗工液を付着させる方法などを例示することができる。
【００５１】
その後、含浸成分１５ａを含む塗工液中に、ロール全体または軸体１２程度までスポンジ弾性層１４を含浸させる。これにより、撥水成分１５ｂが付着しているセル１４ａには、含浸成分１５ａが塗工されず、内部１４ｄに含浸成分１５ａが含浸される。その後、このロールを含浸成分１５ａを含む塗工液から取り出し、必要に応じて、絞り、乾燥、熱処理すれば、スポンジロール１０が得られる。
【００５２】
一方、図３に示したスポンジ弾性層１４を形成するには、上記にて軸体１２に形成したベーススポンジ弾性層の表面に、ベーススポンジ弾性層を形成する材質に合わせて、この材質を分解するエネルギーを持つ光を照射し、ベーススポンジ弾性層の表面近傍の材質の化学結合を切り、柔軟化させる。これによりスポンジ弾性層１４の表面近傍に表面部１４ｃが形成されるとともに、材質が分解されなかった部位が分解された部位よりも相対的に硬くなって内部１４ｄが形成される。これにより、スポンジロール１０が得られる。
【００５３】
得られたスポンジロール１０は、トナー供給用ロール、クリーニングロールなどとして好適に用いることが可能である。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００５５】
１．実施例および比較例に係るスポンジロールの作製
（軸体）
直径５ｍｍのＳＵＭ２２製中実円柱状の軸体を準備した。
【００５６】
（スポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物の調製）
ポリエーテルポリオール（三井化学（株）製、ＥＰ−８２８、ＯＨ価＝２８）９０重量部、ポリマーポリオール（三井化学（株）製、ＰＯＰ−３１−２８、ＯＨ価＝２８）１０重量部、ジエタノールアミン２重量部、シリコン整泡剤（日本ユニカー（株）製、Ｌ−５３０９）３重量部、水２重量部、第三級アミン触媒（花王（株）製、カオライザーＮｏ．３１）０．５重量部、第三級アミン触媒（東ソー（株）製、トヨキャットＨＸ−３５）０．１重量部、ジブチル錫ジラウレート０．１重量部、およびイソシアネート（住友バイエルウレタン（株）製、スミジュールＶＴ−８０、ＮＣＯ％＝４５）３０．５重量部を配合してスポンジ弾性層形成用のスポンジ組成物を調製した。
【００５７】
（各種スポンジロールの作製）
別途準備したパイプ型内に、上記軸体を同軸に配置し、パイプ型の両端をキャップにて閉塞するとともに軸体を支持し、その状態において、成形キャビティ内に調製した上述のスポンジ組成物を所定量注入し、６０℃×３０分間の条件にて発泡硬化させ、軸体の周りにベーススポンジ弾性層（厚み５．５ｍｍ）が一体的に形成されてなるロール体を作製した。なお、成形キャビティ内へのスポンジ組成物の注入量を変えることによって、ベーススポンジ弾性層の硬度が異なるロール体（以下、「ベースロール」ということがある。）を作製した。
【００５８】
（実施例１）
不揮発分が５％となるようにシリコーンゴム系塗工液（水系、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＭ−２００２Ｌ−１」不揮発分４３％）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した。次いで、この塗工液をロールコート法にて０．５ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度１１０ｇｆのベースロール表面に塗工した。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、ベーススポンジ弾性層に表面部を形成した。次いで、不揮発分が１５％となるようにアクリレートラテックス（日本ゼオン（株）製、「Ｎｉｐｏｌ ＬＸ８５２」、不揮発分４５％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、上記熱処理後のベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層の内部のセル内に全体含浸液を含浸させた後、さらに絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、実施例１に係るスポンジロールを作製した。
【００５９】
（実施例２）
不揮発分が２％となるようにシリコーンゴム系塗工液（水系、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＭ−２００２Ｌ−１」不揮発分４３％）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した点、塗工液をロールコート法にて０．３ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度７２ｇｆのベースロール表面に塗布した点以外は、実施例１と同様にして、実施例２に係るスポンジロールを作製した。
【００６０】
（実施例３）
不揮発分が１０％となるようにシリコーンゴム系塗工液（水系、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＭ−２００２Ｌ−１」不揮発分４３％）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した点、塗工液をロールコート法にて０．８ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度７２ｇｆのベースロール表面に塗布した点以外は、実施例１と同様にして、実施例３に係るスポンジロールを作製した。
【００６１】
（実施例４）
不揮発分が５％となるようにシリコーン系塗工液（溶剤系：ＩＰＡ溶剤、硬化タイプ、信越化学工業（株）製「ＫＳ７００１」不揮発分２１％）をＩＰＡ溶剤にて希釈し、表面塗工液を調製した。次いで、この塗工液をロールコート法にて０．３ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度１１０ｇｆのベースロール表面に塗布した。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、ベーススポンジ弾性層に表面部を形成した。次いで、不揮発分が２０％となるように水系ウレタン（（株）ＡＤＥＫＡ製、「アデカボンタイターＨＵＸ−２９０Ｈ」、不揮発分６２％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、上記熱処理後のベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層の内部のセル内に全体含浸液を含浸させ、絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、実施例４に係るスポンジロールを作製した。
【００６２】
（実施例５）
不揮発分が５％となるようにフッ素ゴム系塗工液（ダイキン工業（株）製「ダイエルラテックスＧＬ−２５２Ｅ」と「ダイエルラテックスＧＬ−２００Ｂ」との混合物、ＧＬ−２５２Ｅ：ＧＬ−２００Ｂ＝１００質量部：５質量部）を水にて希釈し、表面塗工液を調製した。次いで、この塗工液をロールコート法にて０．５ｍｍの塗工厚みになるよう調整し、ロール硬度１１０ｇｆのベースロール表面に塗布した。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、ベーススポンジ弾性層に表面部を形成した。次いで、不揮発分が２０％となるように水系ウレタン（（株）ＡＤＥＫＡ製、「アデカボンタイターＨＵＸ−２９０Ｈ」、不揮発分６２％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、上記熱処理後のベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層の内部のセル内に全体含浸液を含浸させ、絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理し成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、実施例５に係るスポンジロールを作製した。
【００６３】
（実施例６）
ランプ出力８０／ｃｍ、定格電力４ＫＷ、波長２８０ｎｍ近傍の紫外線ランプから１２ｃｍ離し、かつ、表面１ｍｍにのみ紫外線ランプが照射されるようにベースロール（ロール硬度１７１ｇｆ）の大半を覆った形で配置し、配置したベースロールを回転（３０ｒｐｍ）させながら紫外線を２分間照射し、ベーススポンジ弾性層の表面近傍のウレタン結合を部分的に切断した。これにより、実施例６に係るスポンジロールを作製した。
【００６４】
（比較例１）
ベースロール（ロール硬度１７１ｇｆ）を比較例１に係るスポンジロールとした。
【００６５】
（比較例２）
ベースロール（ロール硬度１１０ｇｆ）を比較例２に係るスポンジロールとした。
【００６６】
（比較例３）
不揮発分が１５％となるようにアクリレートラテックス（日本ゼオン（株）製、「Ｎｉｐｏｌ ＬＸ８５２」、不揮発分４５％）を水にて希釈し、全体含浸液を調製した。次いで、この全体含浸液中に、ロール硬度７２ｇｆのベースロール全体を含浸させ、ベーススポンジ弾性層のセル内に全体含浸液を含浸させ、その後絞り処理を行った。次いで、このベースロールを１３０℃で３０分間熱処理して成分を硬化させ、スポンジ弾性層を形成した。これにより、比較例３に係るスポンジロールを作製した。
【００６７】
２．ロール物性
（硬度）
図４に示した方法により、実施例、比較例に係るスポンジロールのスポンジ弾性層の硬さを測定した。具体的には、スポンジロールを、軸体の両端部分において支持し、スポンジ弾性層を、板状押圧面（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み７ｍｍ）を有する治具にて、１０ｍｍ／分の速度で押圧し、押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を調べた。なお、今回の試験では、１ｍｍ変位（圧縮）時の荷重Ｐ（ｇｆ）を最大押し込み荷重とした。その結果、実施例１〜６に係るスポンジロールはいずれも、図５に示した曲線Ａと同等の挙動を示した。一方、比較例１〜３に係るスポンジロールはいずれも、図５に示した曲線Ｂと同等の挙動を示した。代表例として、図６に、実施例１、比較例１に係るスポンジロールについて測定された、スポンジ弾性層の押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係を示す。また、押し込み変位Ｘ（ｍｍ）と押し込み時の荷重Ｐ（ｇｆ）との関係から、上述したＳ’／Ｓ値の値を求めた。また、１０ｍｍ／分の速度で押圧したときの、１ｍｍ変位（圧縮）時の押し込み荷重Ｐ（ｇｆ）をロール硬度（ｇｆ）として測定した。なお、ロール硬度は、軸方向の２ヶ所×ロール周方向９０°毎の４ヶ所の、計８ヶ所とし、その平均値である。この値が大きくなる程、スポンジ弾性層全体が硬いことを示している。
【００６８】
３．画像評価
各スポンジロールをトナー供給ロールとして用いて、以下の画像評価を行った。
【００６９】
（初期・耐久後複写画像のゴースト評価）
トナー供給ロールとしての各スポンジロールのトナー掻き取り性を、次のようにして評価した。すなわち、スポンジロールを市販されているプリンタの現像装置に組み込み、所定の画像出しを行い、得られた初期複写画像を目視で観察した。ゴーストがなく画像が良好なものを初期のトナー掻き取り性が良好であるとして「○」と評価した。多少のゴーストはあるが軽微なものを「△」とした。実用に供し難いレベルのゴーストが存在するものを初期のトナー掻き取り性に劣るとして「×」と評価した。
【００７０】
また、トナー濃度が５％となる程度の文字列を１００００枚出力した。その後、さらに所定の画像出しを行い、得られた複写画像（耐久複写画像）を目視で観察した。ゴーストがなく画像が良好なものを耐久後のトナー掻き取り性が良好であるとして「○」と評価した。多少のゴーストはあるが軽微なものを「△」とした。実用に供し難いレベルのゴーストが存在するものを耐久後のトナー掻き取り性に劣るとして「×」と評価した。
【００７１】
（耐久複写画像のトナーフィルミング評価）
トナー供給ロールとしての各スポンジロールがトナーへ与えるストレスの程度を、次のようにして評価した。すなわち、スポンジロールを市販されているプリンタの現像装置に組み込み、トナー濃度が５％となる程度の文字列を１００００枚出力した。その後、所定の画像出しを行い、得られた複写画像（耐久複写画像）を目視で観察した。トナーフィルミングによる色抜け等の画像不具合がなく、画像が良好なものをトナーストレスが十分に低減されているとして「○」と評価した。多少の画像不具合は認められるものの軽微なものを「△」とした。実用に供し難いレベルの画像不具合が存在するものをトナーへのストレスが大であるとして「×」と評価した。
【００７２】
表１に、スポンジ弾性層形成時の製造条件、ロール物性、画像評価結果をまとめて示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
表１から以下のことが分かる。すなわち、比較例１〜３に係るスポンジロールは、いずれもスポンジ弾性層の表面近傍が硬いため、トナーにストレスを与えやすく、トナーフィルミングによる画像不具合が発生している。
【００７５】
これらに対し、実施例１〜６に係るスポンジロールは、いずれもスポンジ弾性層の表面から１ｍｍ程度の深さで表面部が形成されており、表面部の下部が内部とされている。そして、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たす。そのため、トナー掻き取り性能の向上、トナーに与えるストレスの低減を両立可能なことが確認できた。
【００７６】
以上、本発明の実施形態、実施例について説明したが、本発明は上記実施形態、実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能なものである。
【００７７】
例えば、上記実施例では、実施例に係るスポンジロールをトナー供給ロールとして適用し評価を行ったが、クリーニングロールとしても適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０ スポンジロール
１２ 軸体
１４ スポンジ弾性層
１４ａ セル
１４ｂ セル骨格部
１４ｃ 表面部
１４ｄ 内部
１５ａ 含浸成分
１５ｂ 撥水成分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体と、前記軸体の外周に形成された単体のスポンジ弾性層とを有し、
前記スポンジ弾性層は、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たすことを特徴とする電子写真機器用スポンジロール。
【請求項２】
前記スポンジ弾性層は、
前記内部のセルに含浸させた含浸成分により、前記表面部よりも前記内部が硬く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【請求項３】
前記スポンジ弾性層は、
前記表面部のセル内壁面に撥水成分が付着されるとともに、前記内部のセルに水系の含浸成分が含浸されることにより、前記表面部よりも前記内部が硬く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【請求項４】
前記スポンジ弾性層は、前記表面部を形成する材質が改質されることにより、前記内部よりも前記表面部が柔軟に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【請求項５】
前記改質は、前記表面部を形成する材質の分解であることを特徴とする請求項４に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【請求項１】
軸体と、前記軸体の外周に形成された単体のスポンジ弾性層とを有し、
前記スポンジ弾性層は、表面部の硬さ＜内部の硬さを満たすことを特徴とする電子写真機器用スポンジロール。
【請求項２】
前記スポンジ弾性層は、
前記内部のセルに含浸させた含浸成分により、前記表面部よりも前記内部が硬く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【請求項３】
前記スポンジ弾性層は、
前記表面部のセル内壁面に撥水成分が付着されるとともに、前記内部のセルに水系の含浸成分が含浸されることにより、前記表面部よりも前記内部が硬く形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【請求項４】
前記スポンジ弾性層は、前記表面部を形成する材質が改質されることにより、前記内部よりも前記表面部が柔軟に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【請求項５】
前記改質は、前記表面部を形成する材質の分解であることを特徴とする請求項４に記載の電子写真機器用スポンジロール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−８８６３０（Ｐ２０１２−８８６３０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６９３２（Ｐ２０１０−２３６９３２）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
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