トナー供給ローラ
【課題】フォーム内の目詰まりによるトナー搬送力の低下や硬度の増大等の問題を防止し、トナーの供給、掻き取りを良好かつ均一に行うことができるトナー供給ローラを提供する。
【解決手段】ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラにおいて、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
【解決手段】ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラにおいて、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー供給ローラに関する。特に複写装置、画像記録装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘電体等からなる潜現像剤担持体上に形成した静電潜像を現像して、可視化するのに使用される現像装置に内蔵されるトナー供給ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写装置や画像記録装置、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置においては、電子写真感光体や静電記録誘導体上に形成した静電潜像を現像装置により現像して、トナー像として可視化することが行われている。そのような現像装置においては、ホッパー内に収容された所定のトナー（現像剤）を現像剤担持体（現像ローラ）側に供給するためのローラ表面のセルが開口した、ポリウレタンフォーム等の発泡弾性体からなる表面層を有するトナー供給ローラが内蔵されている。
【０００３】
発泡弾性体としては、個々のセル（気泡）が独立でセル同士がつながっていない独泡のものと、セル同士がセル膜に開いた開口部でつながっている連泡のものとがある。独泡の発泡弾性体は、表面近傍のみでのトナー吸排出になるためトナー供給量が少なく、また表面に劣化トナーがつまってトナーが流動しにくくなり、トナーの搬送力が低下する。そのため、濃度低下、ゴースト等の画像不具合が発生したり、つまったトナーが排出されないため硬度が増大するといった問題がある。
【０００４】
一方、連泡の発泡弾性体は、ロール表面のトナーが流動しやすく、常に新しいトナーを供給し、さらに低硬度化しやすい等の利点がある。しかしながら、単に連泡の発泡弾性体としただけでは、使用初期には発泡弾性体の内部にトナーが入り込んでいくためトナー供給性が低下し、長期使用によって、発泡弾性体の内部に入ったトナーが徐々に蓄積されトナーの流動性が低下する。このことにより、トナーの劣化が起こるとともに、使用末期においては独泡の発泡弾性体と同様な画像不具合が発生する場合がある。
【０００５】
トナー詰まりの問題を解決するために、平均セル径０．５ｍｍ以上、連続気泡率７０％以上、アスカーＦ硬度９０°以下であるトナー供給ローラが提案されている（特許文献１）。しかし、連続気泡率を高めただけでは使用初期には発泡弾性体の内部にトナーが入り込んでいくためトナー供給性が低くなったり、セル径が大きいため現像剤担持体の掻き取りが十分になされないことがある。即ち、このようなトナー供給ローラは、トナー供給性、トナー掻き取り性の課題を十分に解決し得るものではない。
【特許文献１】特開２００４−００４９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のトナー供給ローラは、このような事情を背景になされたものである。すなわち、その解決しようとする課題は、フォーム内の目詰まりによるトナー搬送力の低下や硬度の増大等の問題を防止し、トナーの供給、掻き取りを良好かつ均一に行うことができ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】
そして、そのような課題を解決するために、本発明にあっては、ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラにおいて、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラをその要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、フォーム内の目詰まりによるトナー搬送力の低下や硬度の増大等の問題を防止し、トナーの供給、掻き取りを良好かつ均一に行うことができるトナー供給ローラを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラである。そして、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
【００１０】
以下、本発明について述べる。
【００１１】
表面層のヒステリシスロス率が適正なローラをトナー供給ローラとして用いることにより、トナー供給性、トナー掻き取り性が改善され好適なトナー供給、トナー掻き取りが行えるようになる。さらに、表面層のセル形状が適正なローラをトナー供給ローラとして用いることにより、トナー流動性が改善され好適なトナー吸排出が行えるようになるので、その結果、画像不具合のない現像を行うことができる。即ち、本発明に従うトナー供給ローラは所定のヒステリシスロス率、セル形状を有しているために、現像剤担持体からその表面に現像に使用されずに戻ってくる残存トナーを一旦ほぼ完全に掻き取ることができる。したがって、現像剤担持体へは新鮮なトナーを均一に供給することが可能となる。また、トナーの出入りが均一化されて発泡弾性体内部でトナーの移動が速やかであり、目詰まりや硬度の上昇を抑制し、現像剤担持体へのトナー供給および掻き取りが良好かつ均一に長期の使用にわたって安定化できるのである。
【００１２】
本発明では、表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である形状を有しているものが、有利に用いられることとなる。この範囲にあるとき、トナーの出入りが均一化されて発泡弾性体内部でトナーの移動が速やかであり、目詰まりや硬度の上昇を抑制し、現像剤担持体へのトナー供給および掻き取りが均一化できる。また、表面層のヒステリシスロス率が２０％以下である必要がある。セル形状が規定の範疇にあっても表面層のヒステリシスロス率が２０％を超えると、形状が速やかに回復しにくい。そのためトナーがポリウレタンフォームの内部から速やかに排出されにくくなり、ポリウレタンフォーム中に入り込んだトナーの量により現像剤担持体へのトナー供給性が異なるため、トナー供給性が安定せず不均一となる。また、形状が速やかに回復しないことは、掻き取りも不均一となり、濃度ムラ等の画像不良を引き起こす。表面層のヒステリシスロス率は好ましくは１５％以下である。
【００１３】
表面層表面のセル径が小さくなりすぎると、内部に侵入したトナーが表面から出にくくなり、硬度の上昇により画像不具合が発生する。また表面層表面のセル径が大きくなりすぎると、現像剤担持体へのトナー供給が過剰になり消費が早く、また現像剤担持体上のトナー掻き取りが不均一となる。
【００１４】
表面層内部のセル径が小さくなりすぎると、内部に侵入したトナーが移動しにくくなり、硬度の上昇により画像不具合が発生する。また表面層内部のセル径が大きくなりすぎると、トナーが速やかに移動できるが、成形時に、セル径が不均一となりやすく、トナーの供給がばらつき画像不具合が発生する。
【００１５】
表面層表面のセル壁が細くなりすぎると、トナーの掻き取りが低下し、表面層表面のセル壁が太くなりすぎるとトナーの供給が低下し、いずれも画像不具合が発生する。
【００１６】
本発明にて規定されるセル形状を有するトナー供給ローラは、原料の配合組成や成形温度、攪拌混合性といった成形条件の選択、離型剤の選択等によって、実現されるものであり、特に水系の離型剤を塗布したパイプ型を成形型とすることによって設計できる。なお、本発明にて規定されるヒステリシスロス率を有するトナー供給ローラは、ポリウレタン原料を構成する成分の選択、例えば、高分子量のポリオール成分の使用、架橋密度の調整等によって、実現され得るものである。
【００１７】
表面層の通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．０Ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎより小さくなると、発泡弾性体内部に侵入したトナーが表面から出にくくなり、硬度の上昇により画像不具合が発生する場合がある。通気量が５．０Ｌ／ｍｉｎを超えると、トナーが内部から速やかに排出されるが、現像剤担持体へのトナー供給が過剰になり消費が早く、また現像剤担持体上のトナー掻き取りが不均一となる場合がある。
【００１８】
本発明にて規定される通気量を有するトナー供給ローラは、原料の配合組成、例えば、泡化触媒や酸ブロックされたアミン触媒の使用、あるいは成形型への充填量、クラッシング方法等の選択等によって、実現され得るものである。
【００１９】
本発明のトナー供給ローラの表面層となるポリウレタンフォームは、ポリオール、イソシアネート、及び所望により用いられる触媒、発泡剤、整泡剤、導電性付与剤、その他助剤を混合発泡して得られるものである。なお、ポリイソシアネート以外の成分の混合物を「ポリオール成分」と称する。
【００２０】
本発明では、ポリオールは、質量平均分子量が４５００以上８０００以下のポリエーテルポリオールであり、かつ水酸基価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、平均官能基数が２．０以上４．０以下であることが好ましい。
【００２１】
質量平均分子量が８０００より大きくなると粘度が高くなり、取扱いや注型、イソシアネートとの均一な混合が困難になる場合がある。逆に質量平均分子量が４５００より小さいと、低温低湿下で物性値が大きく変化し、ヒステリシスロス率が大きく、硬度が高くなる場合がある。すなわち、質量平均分子量がこの範囲内にあることによって、トナー供給ローラとしての低温低湿から高温高湿な使用環境において、使用に好適な物性とすることができる。
【００２２】
水酸基価２０ｍｇＫＯＨ／ｇよりも小さい、若しくは平均官能基数２．０よりも小さいと、トナー供給ローラが高温高湿下での圧縮永久歪が悪くなる傾向がある。水酸基価が５０ｍｇＫＯＨ／ｇよりも大きい、若しくは平均官能基数４．０よりも大きいと、トナー供給ローラの硬度が高くなる傾向がある。上記水酸基価は２０〜４０ｍｇＫＯＨ／ｇであることがより好ましい。なお、上記水酸基価はＪＩＳ Ｋ−１５５７記載の方法で測定したものである。
【００２３】
ポリエーテルポリオールは一種用いてもよいし、二種以上を用いてもよく、また本発明の効果が損なわれない範囲で、所望により、他の各種ポリオールと適宜組み合わせて用いることができる。例えば、そのような液状のポリウレタン原料を構成するポリオールとしては、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられているポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知のポリオール類の中から適宜選択して使用することができる。また、あらかじめポリイソシアネートと重合させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【００２４】
本発明では、ポリイソシアネートは、トルイレンジイソシアネートを７０質量％以上含有することが好ましい。さらには、ポリイソシアネートが、トルイレンジイソシアネートと、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート及び／又はジフェニルメタンジイソシアネートの混合物であることが好ましい。トルイレンジイソシアネートが７０質量％未満であると、通気量が小さくなりやすい。さらに、トルイレンジイソシアネートと、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート及び／又はジフェニルメタンジイソシアネートの混合物を用いることで、低硬度で成形性が良く、かつ、引き裂き強度が大きいトナー供給ローラが容易に得られる。なお、前記ポリイソシアネートを公知の活性水素化合物の１種または２種以上と反応させることにより得られるイソシアネート基末端プレポリマーも、ポリイソシアネートとして使用することもできる。
【００２５】
ポリオールとポリイソシアネートを反応させてポリウレタン樹脂を製造する際に使用する触媒の活性を評価するのに触媒活性定数（Ｌ2／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））が知られている（東洋曹達研究報告第２８巻第１号２４〜２７頁（１９８４年））。
【００２６】
この触媒活性定数は、ポリオールとポリイソシアネートの組合せに対し、それぞれの触媒に個別に求められるものである。本発明では、ポリイソシアネートとしてＴＤＩを用い、水との反応の触媒活性定数を、芳香族ウレア結合の形成と炭酸ガス発生による発泡作用を示す泡化定数（Ｋ２）とした時に、これら定数がきわめて重要であることを見出した。
【００２７】
すなわち、泡化定数Ｋ２（ＴＤＩ−Ｈ2Ｏ（Ｌ2／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））が２．０以上である触媒を使用して製造されたポリウレタンフォームは、高通気量が得られやすく、電子写真装置等の画像形成装置用の部材として特に好ましいものである。このようなＫ２を満足する触媒としては、ビス（２−ジメチルアミノ）エーテル、ペンタメチルジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリエチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−ペンタメチレンジエチレントリアミンなどが挙げられる。
【００２８】
また、アミン系触媒及び有機金属系触媒の初期反応を遅延化する効果をもつ酸塩触媒（カルボン酸塩や蟻酸塩、オクチル酸塩、ホウ酸塩等）は、高通気量が得られやすく、有利に用いられる。
【００２９】
本発明では、触媒の種類には特に制限はなく、従来公知のものを併用しても良い。例えば、アミン系触媒（トリエチレンジアミン、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５、１，２−ジメチルイミダゾール、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−メチルモルホリン等）、有機金属系触媒（オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−ｉ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタン等）が用いられる。この触媒は一種用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良い。触媒は、全ポリオール１００質量部に対して０．００１質量部以上３．０質量部以下含有させることが好適である。
【００３０】
発泡剤の種類については特に制限はなく、水、低沸点物、ガス体等を用いることができる。
【００３１】
整泡剤の種類については特に制限はなく、ポリジメチルシロキサンとエチレンオキサイド（ＥＯ）／プロピレンオキサイド（ＰＯ）共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサン、スルホン化リシノール酸のナトリウム塩やこれらとポリシロキサン・ポリオキシアルキレンコポリマーとの混合物等が挙げられる。これらの整泡剤の中で、ポリジメチルシロキサンとＥＯ／ＰＯ共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサンが好適であり、共重合体の分子量が小さく、ＥＯ率が低く、末端に反応性基をもたないものが、連通化が高く、好ましい。整泡剤は全ポリオール１００質量部に対して０．１質量部以上３質量部以下含有させることが好適である。
【００３２】
導電性付与剤の種類については特に制限はなく、アンモニウム塩やアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩といったイオン導電性付与剤や、カーボンブラックや金属粉，金属酸化物粉などのフィラー系導電材料などが挙げられる。これらの中で、特に過塩素酸リチウム等のアルカリ金属の過塩素酸塩が、ポリオールとの相溶性が良く均一に分散されやすく、好適である。これら導電性付与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。導電性付与剤は、全ポリオール１００質量部に対して０．０１質量部以上１０質量部以下含有させることが好適である。
【００３３】
導電性付与剤の含有量が０．０１質量部未満であると、実質的に電気抵抗の低下作用の効果が得られない場合がある。一方、導電性付与剤の含有量が１０質量部を越えると、反応性が低下して、生成するウレタンフォームのヒステリシスロス率が大きくなったり、脆くなり耐久性の低下を招く場合がある。
【００３４】
また、本発明のローラは導電性を有する場合、体積抵抗率が１０4Ω・ｃｍ以上１０10Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１０6Ω・ｃｍ以上１０8Ω・ｃｍ以下である。トナー供給ローラが低ヒステリシスロス率であるとトナー供給性が向上し画像濃度が濃くなるため濃度むらが目立ちやすくなる。ところが、導電性を付与することにより画像濃度が制御されて、画像濃度の均一性が向上し、さらにトナー消費が抑えられ寿命も延ばすことができる。
【００３５】
また、ポリオール成分とポリイソシアネートとが配合されてなるポリウレタン原料には、さらに、従来と同様に、架橋剤、界面活性剤等が、必要に応じて適量用いることができる。また、そのような原料には、必要に応じて難燃剤や充填剤、帯電防止剤等も、従来と同様に添加せしめられる。
【００３６】
また、トナー供給ローラの硬度が５０ｇ以上３５０ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｇ以上３００ｇ以下である。この範囲にあるときトナー供給ローラにおけるトナー供給性が良好となる。
【００３７】
またポリウレタンフォーム密度が０．０５ｇ／ｃｍ3以上０．２ｇ／ｃｍ3以下であることが好ましい。密度が０．０５ｇ／ｃｍ3より小さくなりすぎるとフォーム強度が保てない等により成形が困難になる場合がある。密度が０．２ｇ／ｃｍ3を超えるとトナー供給ローラ内にトナーを含むことができる空間が減り、トナーの搬送力低下により画像不具合が発生する場合がある。
【００３８】
図１は本発明のトナー供給ローラの一例を示す平面図および側面図である。図１に示すように、トナー供給ローラ１は、円柱状の芯金２と、芯金２の両端部を除いて芯金２の周りに設けられた発泡弾性体であるポリウレタンフォームからなる表面層３を備える。
【００３９】
芯金２は、従来のトナー供給ローラ用の芯金を用いることができ、例えば鉄等の金属で作製することができる。芯金の外径は２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。
【００４０】
また、ポリウレタンフォームからなる表面層３は、表面に内部に連通した複数のセル開口部を有している。表面層の厚さは１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。厚さがこれらの範囲にあることによってトナー供給ローラはより良好なトナー搬送性を有するようになる。
【００４１】
本発明のトナー供給ローラは、上記の芯金と表面層の間に、接着層や弾性層等を必要に応じて有していても良い。
【００４２】
そして各物性については、実施例に記載の方法に従って測定したものである。
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明の実施例及び比較例を示し、本発明をさらに具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもない。また、本発明には、以下の実施例の他にも、さらには上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが理解されるべきである。
【００４４】
（実施例１〜５、比較例１〜３）
実施例１〜５及び比較例１〜３において、トナー供給ローラの表面層形成に使用したウレタンフォーム原料の配合組成及び得られたトナー供給ローラの物性を、それぞれ表１及び表２に示す。
【００４５】
また、各実施例及び比較例のトナー供給ローラは、以下のようにして製造した。水系の離型剤を塗布した内径１６ｍｍのパイプ状金型に直径５ｍｍ、長さ２９０ｍｍの金属製シャフトを挿入した。比較例３は、水系の離型剤の代わりにフッ素樹脂コーティングを施した金型を用いた。
【００４６】
表１に示す各成分を機械的攪拌により混合し、この混合物を６０℃のパイプ状金型に表２の密度になるように充填した。その後、６０℃のオーブン中に１５分間加熱することにより発泡硬化させた後、脱型、エアーを吹き付けてクラッシングしてトナー供給ローラを作製した。
【００４７】
また、実施例及び比較例で作製したトナー供給ローラの測定値は、下記の方法により測定した。
【００４８】
〈ヒステリシスロス率〉〈硬度〉
トナー供給ローラの表面層のヒステリシスロス率は、ＪＩＳ Ｋ ６４００法に準じ測定した。
【００４９】
図１は本発明のトナー供給ローラの表面層のヒステリシスロス率、硬度の測定方法を示す説明図である。まず、図１（ａ）及び（ｂ）に示される如く、トナー供給ローラ１を、その両端の芯金２部分において支持した。そして、ポリウレタンフォームからなる表面層３を、長さ５０ｍｍ（ローラ長手方向）×幅１０ｍｍ（厚さ：１０ｍｍ）の板状押圧面を有する治具４にて、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧して２ｍｍ変形させた後、冶具４を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で開放していった。その時、押圧していった時と開放していった時の荷重−ローラ変形量曲線を記録し（図１（ｃ））、ヒステリシスロス率は、２ｍｍ変形押圧していった時と開放していった時の面積比率から求めた。
【００５０】
硬度Ｈｓは、押圧して１ｍｍ変形させた時の該ローラ表面にかかる荷重から求めた。その数値が大きくなるほど、ポリウレタンフォームからなる表面層３が硬いことを示している。
【００５１】
図１に示すように硬度Ｈｓおよびヒステリシスロス率は、軸方向に３ヶ所、各軸方向において周方向の９０度毎に４ヶ所、計１２ヶ所測定し、その平均値を求めた。測定は、硬度は、温度２３℃、相対湿度５３％環境下、ヒステリシスロス率は温度１５℃、相対湿度１０％環境下で行った。
【００５２】
〈密度〉
トナー供給ローラの表面層の密度は、ウレタンフォームの体積Ｖを計算し、ウレタンフォームの質量Ｍを測定し、Ｍ／Ｖから密度を求めた。
【００５３】
〈平均表面セル径〉〈平均内部セル径〉〈平均セル壁〉
リアルタイム走査型レーザー顕微鏡で得られたローラの画像を倍率５０倍で取り込み、無作為に５０個のセルの径を読み取り、ローラの表面の平均値を「平均表面セル径」とし、ローラ断面の平均値を「平均内部セル径」として算出した。
【００５４】
セル壁としてはローラ表面の隣接するセルの中心同士を結んだときの壁を横断する長さのことであり、無作為に５０個のセル壁を読み取りその平均値を「平均セル壁」として算出する。
【００５５】
〈通気量〉
図２は本発明のトナー供給ローラの通気量の測定方法を示す説明図である。通気量測定用治具６は、ローラの外径より小さい内径（ローラ外径より１ｍｍ小さい内径）を有する円筒体の周面に、円筒体の中心軸について互いに略対称な位置に貫通孔６ａ、６ｂ（１０ｍｍ）が配されている。通気量測定用治具６の貫通孔６ｂを覆うように、圧力計８、流量計９および吸引ポンプ１０が接続されたチャンバー５が配されている。この通気量測定用治具６に、芯金２の周囲にポリウレタンフォームからなる表面層３が配されたトナー供給ローラを挿入し、貫通孔６ａ、６ｂ以外の通気量測定用治具６に覆われていない部分を密閉用治具７にて密閉した。そして、貫通孔６ａを大気圧に、貫通孔６ｂを１２５Ｐａの減圧状態として、貫通孔６ａから貫通孔６ｂへと吸引されチャンバー５内に導入される外気の流量を測定した。
【００５６】
〈画像評価〉
図３は本発明のトナー供給ローラを装着した電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図である。画像形成体１１は矢印の方向に回転しており、帯電ローラ１６により画像形成体１１の表面が均一帯電され、その後露光により画像形成体１１の表面に静電潜像が形成される。一方、現像ローラ１２は矢印の方向に回転しており、現像ローラ１２の表面には矢印の方向に回転しているトナー供給ローラ１からトナーが供給され、さらに層規制ブレード１３によりトナーの薄層が形成される。そして、そのトナーが画像形成体の静電潜像に移動することにより、画像形成体１１の表面にトナー像が形成される。そのトナー像は、画像形成体１１と転写ローラ１４との間に挿入された記録媒体１７に転写され、定着装置（不図示）により定着される。転写されずに画像形成体１１上に残ったトナーはクリーニングブレード１５により除去される。
【００５７】
具体的には、各トナー供給ローラをフルカラーレーザービームプリンタ（キヤノン（株）製；ＬＢＰ−２５１０）のシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各トナーカートリッジに組み込んだ。そして、このカートリッジを取り付けたフルカラーレーザービームプリンタを用いて、温度１５℃、相対湿度１０％環境下において、組み込み終了後１晩以上放置してから初期画像として各色ベタ画像を作像した。その後、連続耐久試験用のテキストページを連続４０００枚出力した。出力終了後１晩以上放置してから耐久画像として各色ベタ画像を作像して下記の方法に従って評価した。低温、低湿下では、画像結果が厳しいので、温度１５℃、相対湿度１０％環境下で、以下の基準によって、評価した。
◎：画像に不良（色抜け、濃度むら）なし。
○：部分的に画像に不良発生（色抜け、濃度むら）。
×：画像全面に不良発生（色抜け、濃度むら）。
【００５８】
【表１】
【００５９】
配合量＝質量部
１）三洋化成工業（株）製商品名、ポリエーテルポリオール、質量平均分子量７０００、水酸基価２４ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数３
２）三洋化成工業（株）製商品名、ポリエーテルポリオール、質量平均分子量５１００、水酸基価３３ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数３
３）三洋化成工業（株）製商品名、ポリエーテルポリオール、質量平均分子量３０００、水酸基価５３ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数３
４）キシダ化学（株）製、架橋剤
５）東レ・ダウコーニング（株）製商品名、シリコーン整泡剤
６）東ソー（株）製商品名、第三級アミン触媒、泡化定数Ｋ2＝８．１９
７）東ソー（株）製商品名、第三級アミン酸塩触媒、泡化定数Ｋ2＝０．４６
８）東ソー（株）製商品名、第三級アミン触媒、泡化定数Ｋ2＝０．４８
９）日本カーリット（株）製商品名、イオン導電性付与剤、質量平均分子量１３００、水酸基価８８ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数２、過塩素酸リチウム１０質量％含有
１０）三井化学ポリウレタン（株）製商品名、ＴＤＩ、ＮＣＯ％＝４８
１１）三井化学ポリウレタン（株）製商品名、ＭＤＩ（モノメリックおよびポリメリックＭＤＩ混合物）、ＮＣＯ％＝３１．４
【００６０】
【表２】
【００６１】
実施例１〜５では、表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。これに対して、比較例１では、使用するポリオールの質量平均分子量が小さく、表面層のヒステリシスロス率が２０％より大きい。比較例２では、表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ未満、表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ未満、比較例３では、表面層の表面の平均セル径が１．５ｍｍより大きく、表面層内部の平均セル径が３．０ｍｍより大きい。比較例１〜３では画像評価結果が悪かった。本結果より、本実施例に示したトナー供給ローラは、トナーの供給、掻き取りに優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】トナー供給ローラの表面層の硬度およびヒステリシスロス率の測定方法を示す説明図であって、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は側面説明図、（ｃ）は荷重−ローラ変形量曲線の図である。
【図２】トナー供給ローラの表面層の通気量の測定方法を示す説明図である。
【図３】本発明のトナー供給ローラを装着した電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ トナー供給ローラ
２ 芯金
３ 表面層
４ 冶具
５ チャンバー
６ 通気量測定用治具
６ａ、ｂ 貫通孔
７ 密閉用治具
８ 圧力計
９ 流量計
１０ 吸引ポンプ
１１ 画像形成体
１２ 現像ローラ
１３ 層規制ブレード
１４ 転写ローラ
１５ クリーニングブレード
１６ 帯電ローラ
１７ 記録媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー供給ローラに関する。特に複写装置、画像記録装置、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘電体等からなる潜現像剤担持体上に形成した静電潜像を現像して、可視化するのに使用される現像装置に内蔵されるトナー供給ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写装置や画像記録装置、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置においては、電子写真感光体や静電記録誘導体上に形成した静電潜像を現像装置により現像して、トナー像として可視化することが行われている。そのような現像装置においては、ホッパー内に収容された所定のトナー（現像剤）を現像剤担持体（現像ローラ）側に供給するためのローラ表面のセルが開口した、ポリウレタンフォーム等の発泡弾性体からなる表面層を有するトナー供給ローラが内蔵されている。
【０００３】
発泡弾性体としては、個々のセル（気泡）が独立でセル同士がつながっていない独泡のものと、セル同士がセル膜に開いた開口部でつながっている連泡のものとがある。独泡の発泡弾性体は、表面近傍のみでのトナー吸排出になるためトナー供給量が少なく、また表面に劣化トナーがつまってトナーが流動しにくくなり、トナーの搬送力が低下する。そのため、濃度低下、ゴースト等の画像不具合が発生したり、つまったトナーが排出されないため硬度が増大するといった問題がある。
【０００４】
一方、連泡の発泡弾性体は、ロール表面のトナーが流動しやすく、常に新しいトナーを供給し、さらに低硬度化しやすい等の利点がある。しかしながら、単に連泡の発泡弾性体としただけでは、使用初期には発泡弾性体の内部にトナーが入り込んでいくためトナー供給性が低下し、長期使用によって、発泡弾性体の内部に入ったトナーが徐々に蓄積されトナーの流動性が低下する。このことにより、トナーの劣化が起こるとともに、使用末期においては独泡の発泡弾性体と同様な画像不具合が発生する場合がある。
【０００５】
トナー詰まりの問題を解決するために、平均セル径０．５ｍｍ以上、連続気泡率７０％以上、アスカーＦ硬度９０°以下であるトナー供給ローラが提案されている（特許文献１）。しかし、連続気泡率を高めただけでは使用初期には発泡弾性体の内部にトナーが入り込んでいくためトナー供給性が低くなったり、セル径が大きいため現像剤担持体の掻き取りが十分になされないことがある。即ち、このようなトナー供給ローラは、トナー供給性、トナー掻き取り性の課題を十分に解決し得るものではない。
【特許文献１】特開２００４−００４９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のトナー供給ローラは、このような事情を背景になされたものである。すなわち、その解決しようとする課題は、フォーム内の目詰まりによるトナー搬送力の低下や硬度の増大等の問題を防止し、トナーの供給、掻き取りを良好かつ均一に行うことができ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】
そして、そのような課題を解決するために、本発明にあっては、ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラにおいて、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラをその要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、フォーム内の目詰まりによるトナー搬送力の低下や硬度の増大等の問題を防止し、トナーの供給、掻き取りを良好かつ均一に行うことができるトナー供給ローラを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラである。そして、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。
【００１０】
以下、本発明について述べる。
【００１１】
表面層のヒステリシスロス率が適正なローラをトナー供給ローラとして用いることにより、トナー供給性、トナー掻き取り性が改善され好適なトナー供給、トナー掻き取りが行えるようになる。さらに、表面層のセル形状が適正なローラをトナー供給ローラとして用いることにより、トナー流動性が改善され好適なトナー吸排出が行えるようになるので、その結果、画像不具合のない現像を行うことができる。即ち、本発明に従うトナー供給ローラは所定のヒステリシスロス率、セル形状を有しているために、現像剤担持体からその表面に現像に使用されずに戻ってくる残存トナーを一旦ほぼ完全に掻き取ることができる。したがって、現像剤担持体へは新鮮なトナーを均一に供給することが可能となる。また、トナーの出入りが均一化されて発泡弾性体内部でトナーの移動が速やかであり、目詰まりや硬度の上昇を抑制し、現像剤担持体へのトナー供給および掻き取りが良好かつ均一に長期の使用にわたって安定化できるのである。
【００１２】
本発明では、表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である形状を有しているものが、有利に用いられることとなる。この範囲にあるとき、トナーの出入りが均一化されて発泡弾性体内部でトナーの移動が速やかであり、目詰まりや硬度の上昇を抑制し、現像剤担持体へのトナー供給および掻き取りが均一化できる。また、表面層のヒステリシスロス率が２０％以下である必要がある。セル形状が規定の範疇にあっても表面層のヒステリシスロス率が２０％を超えると、形状が速やかに回復しにくい。そのためトナーがポリウレタンフォームの内部から速やかに排出されにくくなり、ポリウレタンフォーム中に入り込んだトナーの量により現像剤担持体へのトナー供給性が異なるため、トナー供給性が安定せず不均一となる。また、形状が速やかに回復しないことは、掻き取りも不均一となり、濃度ムラ等の画像不良を引き起こす。表面層のヒステリシスロス率は好ましくは１５％以下である。
【００１３】
表面層表面のセル径が小さくなりすぎると、内部に侵入したトナーが表面から出にくくなり、硬度の上昇により画像不具合が発生する。また表面層表面のセル径が大きくなりすぎると、現像剤担持体へのトナー供給が過剰になり消費が早く、また現像剤担持体上のトナー掻き取りが不均一となる。
【００１４】
表面層内部のセル径が小さくなりすぎると、内部に侵入したトナーが移動しにくくなり、硬度の上昇により画像不具合が発生する。また表面層内部のセル径が大きくなりすぎると、トナーが速やかに移動できるが、成形時に、セル径が不均一となりやすく、トナーの供給がばらつき画像不具合が発生する。
【００１５】
表面層表面のセル壁が細くなりすぎると、トナーの掻き取りが低下し、表面層表面のセル壁が太くなりすぎるとトナーの供給が低下し、いずれも画像不具合が発生する。
【００１６】
本発明にて規定されるセル形状を有するトナー供給ローラは、原料の配合組成や成形温度、攪拌混合性といった成形条件の選択、離型剤の選択等によって、実現されるものであり、特に水系の離型剤を塗布したパイプ型を成形型とすることによって設計できる。なお、本発明にて規定されるヒステリシスロス率を有するトナー供給ローラは、ポリウレタン原料を構成する成分の選択、例えば、高分子量のポリオール成分の使用、架橋密度の調整等によって、実現され得るものである。
【００１７】
表面層の通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．０Ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎより小さくなると、発泡弾性体内部に侵入したトナーが表面から出にくくなり、硬度の上昇により画像不具合が発生する場合がある。通気量が５．０Ｌ／ｍｉｎを超えると、トナーが内部から速やかに排出されるが、現像剤担持体へのトナー供給が過剰になり消費が早く、また現像剤担持体上のトナー掻き取りが不均一となる場合がある。
【００１８】
本発明にて規定される通気量を有するトナー供給ローラは、原料の配合組成、例えば、泡化触媒や酸ブロックされたアミン触媒の使用、あるいは成形型への充填量、クラッシング方法等の選択等によって、実現され得るものである。
【００１９】
本発明のトナー供給ローラの表面層となるポリウレタンフォームは、ポリオール、イソシアネート、及び所望により用いられる触媒、発泡剤、整泡剤、導電性付与剤、その他助剤を混合発泡して得られるものである。なお、ポリイソシアネート以外の成分の混合物を「ポリオール成分」と称する。
【００２０】
本発明では、ポリオールは、質量平均分子量が４５００以上８０００以下のポリエーテルポリオールであり、かつ水酸基価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、平均官能基数が２．０以上４．０以下であることが好ましい。
【００２１】
質量平均分子量が８０００より大きくなると粘度が高くなり、取扱いや注型、イソシアネートとの均一な混合が困難になる場合がある。逆に質量平均分子量が４５００より小さいと、低温低湿下で物性値が大きく変化し、ヒステリシスロス率が大きく、硬度が高くなる場合がある。すなわち、質量平均分子量がこの範囲内にあることによって、トナー供給ローラとしての低温低湿から高温高湿な使用環境において、使用に好適な物性とすることができる。
【００２２】
水酸基価２０ｍｇＫＯＨ／ｇよりも小さい、若しくは平均官能基数２．０よりも小さいと、トナー供給ローラが高温高湿下での圧縮永久歪が悪くなる傾向がある。水酸基価が５０ｍｇＫＯＨ／ｇよりも大きい、若しくは平均官能基数４．０よりも大きいと、トナー供給ローラの硬度が高くなる傾向がある。上記水酸基価は２０〜４０ｍｇＫＯＨ／ｇであることがより好ましい。なお、上記水酸基価はＪＩＳ Ｋ−１５５７記載の方法で測定したものである。
【００２３】
ポリエーテルポリオールは一種用いてもよいし、二種以上を用いてもよく、また本発明の効果が損なわれない範囲で、所望により、他の各種ポリオールと適宜組み合わせて用いることができる。例えば、そのような液状のポリウレタン原料を構成するポリオールとしては、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられているポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知のポリオール類の中から適宜選択して使用することができる。また、あらかじめポリイソシアネートと重合させたプレポリマーとして用いても差し支えない。
【００２４】
本発明では、ポリイソシアネートは、トルイレンジイソシアネートを７０質量％以上含有することが好ましい。さらには、ポリイソシアネートが、トルイレンジイソシアネートと、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート及び／又はジフェニルメタンジイソシアネートの混合物であることが好ましい。トルイレンジイソシアネートが７０質量％未満であると、通気量が小さくなりやすい。さらに、トルイレンジイソシアネートと、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート及び／又はジフェニルメタンジイソシアネートの混合物を用いることで、低硬度で成形性が良く、かつ、引き裂き強度が大きいトナー供給ローラが容易に得られる。なお、前記ポリイソシアネートを公知の活性水素化合物の１種または２種以上と反応させることにより得られるイソシアネート基末端プレポリマーも、ポリイソシアネートとして使用することもできる。
【００２５】
ポリオールとポリイソシアネートを反応させてポリウレタン樹脂を製造する際に使用する触媒の活性を評価するのに触媒活性定数（Ｌ2／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））が知られている（東洋曹達研究報告第２８巻第１号２４〜２７頁（１９８４年））。
【００２６】
この触媒活性定数は、ポリオールとポリイソシアネートの組合せに対し、それぞれの触媒に個別に求められるものである。本発明では、ポリイソシアネートとしてＴＤＩを用い、水との反応の触媒活性定数を、芳香族ウレア結合の形成と炭酸ガス発生による発泡作用を示す泡化定数（Ｋ２）とした時に、これら定数がきわめて重要であることを見出した。
【００２７】
すなわち、泡化定数Ｋ２（ＴＤＩ−Ｈ2Ｏ（Ｌ2／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））が２．０以上である触媒を使用して製造されたポリウレタンフォームは、高通気量が得られやすく、電子写真装置等の画像形成装置用の部材として特に好ましいものである。このようなＫ２を満足する触媒としては、ビス（２−ジメチルアミノ）エーテル、ペンタメチルジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’−トリエチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”−ペンタメチレンジエチレントリアミンなどが挙げられる。
【００２８】
また、アミン系触媒及び有機金属系触媒の初期反応を遅延化する効果をもつ酸塩触媒（カルボン酸塩や蟻酸塩、オクチル酸塩、ホウ酸塩等）は、高通気量が得られやすく、有利に用いられる。
【００２９】
本発明では、触媒の種類には特に制限はなく、従来公知のものを併用しても良い。例えば、アミン系触媒（トリエチレンジアミン、ビス（ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルヘキサンジアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５、１，２−ジメチルイミダゾール、Ｎ−エチルモルホリン、Ｎ−メチルモルホリン等）、有機金属系触媒（オクチル酸錫、オレイン酸錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、テトラ−ｉ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタン、テトラキス（２−エチルヘキシルオキシ）チタン等）が用いられる。この触媒は一種用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良い。触媒は、全ポリオール１００質量部に対して０．００１質量部以上３．０質量部以下含有させることが好適である。
【００３０】
発泡剤の種類については特に制限はなく、水、低沸点物、ガス体等を用いることができる。
【００３１】
整泡剤の種類については特に制限はなく、ポリジメチルシロキサンとエチレンオキサイド（ＥＯ）／プロピレンオキサイド（ＰＯ）共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサン、スルホン化リシノール酸のナトリウム塩やこれらとポリシロキサン・ポリオキシアルキレンコポリマーとの混合物等が挙げられる。これらの整泡剤の中で、ポリジメチルシロキサンとＥＯ／ＰＯ共重合物からの水溶性ポリエーテルシロキサンが好適であり、共重合体の分子量が小さく、ＥＯ率が低く、末端に反応性基をもたないものが、連通化が高く、好ましい。整泡剤は全ポリオール１００質量部に対して０．１質量部以上３質量部以下含有させることが好適である。
【００３２】
導電性付与剤の種類については特に制限はなく、アンモニウム塩やアルカリ金属又はアルカリ土類金属の過塩素酸塩といったイオン導電性付与剤や、カーボンブラックや金属粉，金属酸化物粉などのフィラー系導電材料などが挙げられる。これらの中で、特に過塩素酸リチウム等のアルカリ金属の過塩素酸塩が、ポリオールとの相溶性が良く均一に分散されやすく、好適である。これら導電性付与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。導電性付与剤は、全ポリオール１００質量部に対して０．０１質量部以上１０質量部以下含有させることが好適である。
【００３３】
導電性付与剤の含有量が０．０１質量部未満であると、実質的に電気抵抗の低下作用の効果が得られない場合がある。一方、導電性付与剤の含有量が１０質量部を越えると、反応性が低下して、生成するウレタンフォームのヒステリシスロス率が大きくなったり、脆くなり耐久性の低下を招く場合がある。
【００３４】
また、本発明のローラは導電性を有する場合、体積抵抗率が１０4Ω・ｃｍ以上１０10Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１０6Ω・ｃｍ以上１０8Ω・ｃｍ以下である。トナー供給ローラが低ヒステリシスロス率であるとトナー供給性が向上し画像濃度が濃くなるため濃度むらが目立ちやすくなる。ところが、導電性を付与することにより画像濃度が制御されて、画像濃度の均一性が向上し、さらにトナー消費が抑えられ寿命も延ばすことができる。
【００３５】
また、ポリオール成分とポリイソシアネートとが配合されてなるポリウレタン原料には、さらに、従来と同様に、架橋剤、界面活性剤等が、必要に応じて適量用いることができる。また、そのような原料には、必要に応じて難燃剤や充填剤、帯電防止剤等も、従来と同様に添加せしめられる。
【００３６】
また、トナー供給ローラの硬度が５０ｇ以上３５０ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｇ以上３００ｇ以下である。この範囲にあるときトナー供給ローラにおけるトナー供給性が良好となる。
【００３７】
またポリウレタンフォーム密度が０．０５ｇ／ｃｍ3以上０．２ｇ／ｃｍ3以下であることが好ましい。密度が０．０５ｇ／ｃｍ3より小さくなりすぎるとフォーム強度が保てない等により成形が困難になる場合がある。密度が０．２ｇ／ｃｍ3を超えるとトナー供給ローラ内にトナーを含むことができる空間が減り、トナーの搬送力低下により画像不具合が発生する場合がある。
【００３８】
図１は本発明のトナー供給ローラの一例を示す平面図および側面図である。図１に示すように、トナー供給ローラ１は、円柱状の芯金２と、芯金２の両端部を除いて芯金２の周りに設けられた発泡弾性体であるポリウレタンフォームからなる表面層３を備える。
【００３９】
芯金２は、従来のトナー供給ローラ用の芯金を用いることができ、例えば鉄等の金属で作製することができる。芯金の外径は２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。
【００４０】
また、ポリウレタンフォームからなる表面層３は、表面に内部に連通した複数のセル開口部を有している。表面層の厚さは１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。厚さがこれらの範囲にあることによってトナー供給ローラはより良好なトナー搬送性を有するようになる。
【００４１】
本発明のトナー供給ローラは、上記の芯金と表面層の間に、接着層や弾性層等を必要に応じて有していても良い。
【００４２】
そして各物性については、実施例に記載の方法に従って測定したものである。
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明の実施例及び比較例を示し、本発明をさらに具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもない。また、本発明には、以下の実施例の他にも、さらには上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが理解されるべきである。
【００４４】
（実施例１〜５、比較例１〜３）
実施例１〜５及び比較例１〜３において、トナー供給ローラの表面層形成に使用したウレタンフォーム原料の配合組成及び得られたトナー供給ローラの物性を、それぞれ表１及び表２に示す。
【００４５】
また、各実施例及び比較例のトナー供給ローラは、以下のようにして製造した。水系の離型剤を塗布した内径１６ｍｍのパイプ状金型に直径５ｍｍ、長さ２９０ｍｍの金属製シャフトを挿入した。比較例３は、水系の離型剤の代わりにフッ素樹脂コーティングを施した金型を用いた。
【００４６】
表１に示す各成分を機械的攪拌により混合し、この混合物を６０℃のパイプ状金型に表２の密度になるように充填した。その後、６０℃のオーブン中に１５分間加熱することにより発泡硬化させた後、脱型、エアーを吹き付けてクラッシングしてトナー供給ローラを作製した。
【００４７】
また、実施例及び比較例で作製したトナー供給ローラの測定値は、下記の方法により測定した。
【００４８】
〈ヒステリシスロス率〉〈硬度〉
トナー供給ローラの表面層のヒステリシスロス率は、ＪＩＳ Ｋ ６４００法に準じ測定した。
【００４９】
図１は本発明のトナー供給ローラの表面層のヒステリシスロス率、硬度の測定方法を示す説明図である。まず、図１（ａ）及び（ｂ）に示される如く、トナー供給ローラ１を、その両端の芯金２部分において支持した。そして、ポリウレタンフォームからなる表面層３を、長さ５０ｍｍ（ローラ長手方向）×幅１０ｍｍ（厚さ：１０ｍｍ）の板状押圧面を有する治具４にて、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧して２ｍｍ変形させた後、冶具４を１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で開放していった。その時、押圧していった時と開放していった時の荷重−ローラ変形量曲線を記録し（図１（ｃ））、ヒステリシスロス率は、２ｍｍ変形押圧していった時と開放していった時の面積比率から求めた。
【００５０】
硬度Ｈｓは、押圧して１ｍｍ変形させた時の該ローラ表面にかかる荷重から求めた。その数値が大きくなるほど、ポリウレタンフォームからなる表面層３が硬いことを示している。
【００５１】
図１に示すように硬度Ｈｓおよびヒステリシスロス率は、軸方向に３ヶ所、各軸方向において周方向の９０度毎に４ヶ所、計１２ヶ所測定し、その平均値を求めた。測定は、硬度は、温度２３℃、相対湿度５３％環境下、ヒステリシスロス率は温度１５℃、相対湿度１０％環境下で行った。
【００５２】
〈密度〉
トナー供給ローラの表面層の密度は、ウレタンフォームの体積Ｖを計算し、ウレタンフォームの質量Ｍを測定し、Ｍ／Ｖから密度を求めた。
【００５３】
〈平均表面セル径〉〈平均内部セル径〉〈平均セル壁〉
リアルタイム走査型レーザー顕微鏡で得られたローラの画像を倍率５０倍で取り込み、無作為に５０個のセルの径を読み取り、ローラの表面の平均値を「平均表面セル径」とし、ローラ断面の平均値を「平均内部セル径」として算出した。
【００５４】
セル壁としてはローラ表面の隣接するセルの中心同士を結んだときの壁を横断する長さのことであり、無作為に５０個のセル壁を読み取りその平均値を「平均セル壁」として算出する。
【００５５】
〈通気量〉
図２は本発明のトナー供給ローラの通気量の測定方法を示す説明図である。通気量測定用治具６は、ローラの外径より小さい内径（ローラ外径より１ｍｍ小さい内径）を有する円筒体の周面に、円筒体の中心軸について互いに略対称な位置に貫通孔６ａ、６ｂ（１０ｍｍ）が配されている。通気量測定用治具６の貫通孔６ｂを覆うように、圧力計８、流量計９および吸引ポンプ１０が接続されたチャンバー５が配されている。この通気量測定用治具６に、芯金２の周囲にポリウレタンフォームからなる表面層３が配されたトナー供給ローラを挿入し、貫通孔６ａ、６ｂ以外の通気量測定用治具６に覆われていない部分を密閉用治具７にて密閉した。そして、貫通孔６ａを大気圧に、貫通孔６ｂを１２５Ｐａの減圧状態として、貫通孔６ａから貫通孔６ｂへと吸引されチャンバー５内に導入される外気の流量を測定した。
【００５６】
〈画像評価〉
図３は本発明のトナー供給ローラを装着した電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図である。画像形成体１１は矢印の方向に回転しており、帯電ローラ１６により画像形成体１１の表面が均一帯電され、その後露光により画像形成体１１の表面に静電潜像が形成される。一方、現像ローラ１２は矢印の方向に回転しており、現像ローラ１２の表面には矢印の方向に回転しているトナー供給ローラ１からトナーが供給され、さらに層規制ブレード１３によりトナーの薄層が形成される。そして、そのトナーが画像形成体の静電潜像に移動することにより、画像形成体１１の表面にトナー像が形成される。そのトナー像は、画像形成体１１と転写ローラ１４との間に挿入された記録媒体１７に転写され、定着装置（不図示）により定着される。転写されずに画像形成体１１上に残ったトナーはクリーニングブレード１５により除去される。
【００５７】
具体的には、各トナー供給ローラをフルカラーレーザービームプリンタ（キヤノン（株）製；ＬＢＰ−２５１０）のシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各トナーカートリッジに組み込んだ。そして、このカートリッジを取り付けたフルカラーレーザービームプリンタを用いて、温度１５℃、相対湿度１０％環境下において、組み込み終了後１晩以上放置してから初期画像として各色ベタ画像を作像した。その後、連続耐久試験用のテキストページを連続４０００枚出力した。出力終了後１晩以上放置してから耐久画像として各色ベタ画像を作像して下記の方法に従って評価した。低温、低湿下では、画像結果が厳しいので、温度１５℃、相対湿度１０％環境下で、以下の基準によって、評価した。
◎：画像に不良（色抜け、濃度むら）なし。
○：部分的に画像に不良発生（色抜け、濃度むら）。
×：画像全面に不良発生（色抜け、濃度むら）。
【００５８】
【表１】
【００５９】
配合量＝質量部
１）三洋化成工業（株）製商品名、ポリエーテルポリオール、質量平均分子量７０００、水酸基価２４ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数３
２）三洋化成工業（株）製商品名、ポリエーテルポリオール、質量平均分子量５１００、水酸基価３３ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数３
３）三洋化成工業（株）製商品名、ポリエーテルポリオール、質量平均分子量３０００、水酸基価５３ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数３
４）キシダ化学（株）製、架橋剤
５）東レ・ダウコーニング（株）製商品名、シリコーン整泡剤
６）東ソー（株）製商品名、第三級アミン触媒、泡化定数Ｋ2＝８．１９
７）東ソー（株）製商品名、第三級アミン酸塩触媒、泡化定数Ｋ2＝０．４６
８）東ソー（株）製商品名、第三級アミン触媒、泡化定数Ｋ2＝０．４８
９）日本カーリット（株）製商品名、イオン導電性付与剤、質量平均分子量１３００、水酸基価８８ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均官能基数２、過塩素酸リチウム１０質量％含有
１０）三井化学ポリウレタン（株）製商品名、ＴＤＩ、ＮＣＯ％＝４８
１１）三井化学ポリウレタン（株）製商品名、ＭＤＩ（モノメリックおよびポリメリックＭＤＩ混合物）、ＮＣＯ％＝３１．４
【００６０】
【表２】
【００６１】
実施例１〜５では、表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。これに対して、比較例１では、使用するポリオールの質量平均分子量が小さく、表面層のヒステリシスロス率が２０％より大きい。比較例２では、表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ未満、表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ未満、比較例３では、表面層の表面の平均セル径が１．５ｍｍより大きく、表面層内部の平均セル径が３．０ｍｍより大きい。比較例１〜３では画像評価結果が悪かった。本結果より、本実施例に示したトナー供給ローラは、トナーの供給、掻き取りに優れていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】トナー供給ローラの表面層の硬度およびヒステリシスロス率の測定方法を示す説明図であって、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は側面説明図、（ｃ）は荷重−ローラ変形量曲線の図である。
【図２】トナー供給ローラの表面層の通気量の測定方法を示す説明図である。
【図３】本発明のトナー供給ローラを装着した電子写真方式の画像形成装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ トナー供給ローラ
２ 芯金
３ 表面層
４ 冶具
５ チャンバー
６ 通気量測定用治具
６ａ、ｂ 貫通孔
７ 密閉用治具
８ 圧力計
９ 流量計
１０ 吸引ポンプ
１１ 画像形成体
１２ 現像ローラ
１３ 層規制ブレード
１４ 転写ローラ
１５ クリーニングブレード
１６ 帯電ローラ
１７ 記録媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラにおいて、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラ。
【請求項２】
該表面層の通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．０Ｌ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１記載のトナー供給ローラ。
【請求項３】
該ポリオールは、質量平均分子量が４５００以上８０００以下のポリエーテルポリオールであり、かつ水酸基価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、平均官能基数が２．０以上４．０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー供給ローラ。
【請求項４】
該ポリオール成分に、ＴＤＩと水（Ｈ2Ｏ）との触媒活性定数である泡化定数（Ｌ2／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））Ｋ２が２．０以上である触媒の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトナー供給ローラ。
【請求項５】
該ポリオール成分に、酸塩触媒の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトナー供給ローラ。
【請求項１】
ポリオールを含有するポリオール成分と、ポリイソシアネートとを用いて得られるポリウレタンフォームからなる表面層を有するトナー供給ローラにおいて、該表面層のヒステリシスロス率が２０％以下、かつ該表面層表面の平均セル径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、該表面層内部の平均セル径が０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、該表面層表面の平均セル壁が０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラ。
【請求項２】
該表面層の通気量が２．０Ｌ／ｍｉｎ以上５．０Ｌ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１記載のトナー供給ローラ。
【請求項３】
該ポリオールは、質量平均分子量が４５００以上８０００以下のポリエーテルポリオールであり、かつ水酸基価が２０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、平均官能基数が２．０以上４．０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー供給ローラ。
【請求項４】
該ポリオール成分に、ＴＤＩと水（Ｈ2Ｏ）との触媒活性定数である泡化定数（Ｌ2／（ｅｑ・ｍｏｌ・ｈｒ））Ｋ２が２．０以上である触媒の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトナー供給ローラ。
【請求項５】
該ポリオール成分に、酸塩触媒の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトナー供給ローラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１４９８１（Ｐ２００９−１４９８１Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７６２５７（Ｐ２００７−１７６２５７）
【出願日】平成１９年７月４日（２００７．７．４）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月４日（２００７．７．４）
【出願人】（３９３００２６３４）キヤノン化成株式会社 (640)
【Ｆターム（参考）】
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