説明

トナー搬送ローラ及び画像形成装置

【課題】 トナーにダメージを与えることなく現像ローラへと良好にトナーを搬送供給することができ、かつ現像ローラに残留したトナーを良好に掻き取り除去して、現像ローラ端部のトナー積りに起因するトナー漏れの発生を良好に防止することができるトナー搬送ローラを提供することを目的とする。
【解決手段】 トナーによる現像操作を伴う画像形成装置の現像機構部で、現像ローラ表面に当接して回転し、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、上記現像ローラ表面にトナーを供給するトナー搬送ローラであって、少なくとも外周面が発泡体12により形成され、ローラの両端部b,bを除く所定範囲をクラッシングすることにより上記発泡体12のセル膜を破壊し、ローラ中央部の所定範囲aをローラ両端部b,bよりも低硬度に設定したことを特徴とするトナー搬送ローラを提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機やプリンターなどの画像形成装置において、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、現像ローラ表面にトナーを供給するトナー搬送ローラに関し、更に詳述すると、良好なトナー搬送性とトナー掻き取り性を有し、良好な画像を安定的に得ることができると共に、ローラの端部からトナーが漏れ出ることを可及的に防止することができるトナー搬送ローラ、及び該トナー搬送ローラを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、複写機、プリンター等の画像形成装置では、まず、感光体(画像形成体)の表面を帯電ローラ等の帯電手段により一様に帯電させ、この感光体に光学系から映像を投射して光の当たった部分の帯電を消去することによって静電潜像を形成し、次いで、この静電潜像に現像ローラからトナーを供給してトナーの静電的付着によりトナー像を形成し、これを転写ローラ等の転写手段により紙等の記録媒体へと転写し、更に転写した画像を定着ローラ等の定着手段により記録媒体に加熱定着させて、プリント画像を得る方法が採られている。
【0003】
例えば、図2に示したように、感光ドラム(潜像保持体)3に現像ローラ2を当接又は近接させた状態に配置すると共に、更にこの現像ローラ2にトナー搬送ローラ1を当接させた状態に配置して、これら感光ドラム3、現像ローラ2、及びトナー搬送ローラ1をそれぞれ図中矢印方向に回転させることにより、トナーカセット内のトナー溜りからトナー搬送ローラ1によってトナーtを搬送して現像ローラ1の表面に供給し、このトナーtを成層ブレード4により均一な薄層に整え、この状態で現像ローラ2が感光ドラム3と接触又は近接した状態で回転することにより、薄層に形成されたトナーtが現像ローラ2から感光ドラム3の潜像に付着して、該潜像を可視化することにより、現像が行われる。ここで、図中5は転写部であり、ここで紙等の記録媒体6にトナー画像を転写するようになっており、また7はクリーニング部であり、そのクリーニングブレード8により転写後に感光ドラム3表面に残留するトナーを除去するようになっている。なお、図2では、帯電ローラ等の帯電手段は省略されている。
【0004】
ここで、上記トナー搬送ローラ1は、単にトナーtを現像ローラ2へと搬送供給するだけではなく、現像に供されることなく現像ローラ2の表面に残留したトナーを掻き取ることも重要な作用であり、このトナー搬送ローラ1のトナー供給性能及びトナー掻き取り性能が、得られる画像に大きく影響する。
【0005】
上記トナー供給ローラ1としては、シャフトの外周に軟質ポリウレタンフォームなどの発泡体からなる弾性層を形成したものが知られており、トナーの搬送性や掻き取り性を調整するために、物理的圧迫やエアーの噴きつけによってセル膜を破壊し、その破壊の程度の調整によりフォームの硬度を調整することも行われている(特許文献1:特開2003−156930号公報)
【0006】
【特許文献1】特開2003−156930号公報
【0007】
しかしながら、トナーにダメージを与えることなく良好にトナーを搬送して良好な画像を得るためには、フォームの硬度を低く(柔らかく)する必要があるが、硬度を低くするとトナーの掻き取り性が低下して、特に現像に供されることのないトナーが多く発生する現像ローラの両端部でトナー積りが発生し、積ったトナーがトナーカセットから漏れ出てしまい、紙等の記録媒体を汚すなどの不都合が発生する。一方、掻き取り性能を向上させるためにフォームの硬度を高く(硬く)すると、トナーダメージが大きくなり、画像品質を低下させることになってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、トナーにダメージを与えることなく現像ローラへと良好にトナーを搬送供給することができ、かつ現像ローラに残留したトナーを良好に掻き取り除去して、現像ローラ端部のトナー積りに起因するトナー漏れの発生を良好に防止することができるトナー搬送ローラ及び該トナー搬送ローラを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、トナーによる現像操作を伴う画像形成装置の現像機構部で、現像ローラ表面に当接して回転し、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、上記現像ローラ表面にトナーを供給するトナー搬送ローラを、ポリウレタンフォーム等の発泡体を用いて形成する場合に、ローラの両端部を除く所定範囲をクラッシングすることにより上記発泡体のセル膜を破壊して、現像に直接的に関与するローラ中央部の所定範囲を低硬度に調整する一方、残留トナーの積りが生じ易いローラ両端部は良好な掻き取り性能が得られるように所定の硬度を維持させることにより、トナーにダメージを与えることなく良好に現像ローラへとトナーを搬送供給して良好な画像を確実に得ることができる共に、多くの残留トナーが発生する現像ローラ端部では、良好な掻き取り性能を発揮してトナー積りを発生させることなく、トナーカセットからのトナー漏れを良好に防止し得ることを見い出し、本発明を完成したものである。
【0010】
従って、本発明は、トナーによる現像操作を伴う画像形成装置の現像機構部で、現像ローラ表面に当接して回転し、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、上記現像ローラ表面にトナーを供給するトナー搬送ローラであって、少なくとも外周面が発泡体により形成され、ローラの両端部を除く所定範囲をクラッシングすることにより上記発泡体のセル膜を破壊し、ローラ中央部の所定範囲をローラ両端部よりも低硬度に設定したことを特徴とするトナー搬送ローラを提供する。
また、本発明は、現像機構部に上記本発明のトナー搬送ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、トナーにダメージを与えることなく現像ローラへと良好にトナーを搬送供給することができ、かつ現像ローラに残留したトナーを良好に掻き取り除去して、現像ローラ端部のトナー積りに起因するトナー漏れの発生を良好に防止することができるトナー搬送ローラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明のトナー搬送ローラは、上述のように、少なくとも外周面が発泡体により形成され、その中央部の所定範囲をクラッシングしてローラ両端部よりも低硬度に調整したものである。
【0013】
ここで、上記発泡体は、従来からトナー供給ローラの外周面を構成する発泡体として用いられる公知の材料により形成することができ、具体的には、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム等のエラストマーを、発泡剤を用いて化学的に発泡させたものや、成形時に空気を機械的に巻き込んで発泡させたフォーム体が用いられるが、本発明においては、ポリウレタンフォームが特に好ましく用いられる。
【0014】
ポリウレタンフォームを形成するためのポリウレタン材料としては、樹脂中にウレタン結合を含むものであれば、特に制限はない。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、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、THF−アルキレンオキサイド共重合体ポリオール、ポリエステルポリオール、アクリルポリオール、ポリオレフィンポリオール、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分鹸化物、フォスフェート系ポリオール、ハロゲン含有ポリオール等を好適に用いることができる。
【0015】
また、イソシアネート成分についても特に制限はなく、汎用されているTDI、MDI、粗製−MDI(ポリメリックMDI)、および変性MDIだけでなく、特殊なイソシアネートを用いても差し支えない。特殊なイソシアネートとしては、例えば、1,5−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン1,4ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、水添−XDI、水添−MDI、リジンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニール)チオフェスフェート、テトラメチルキシレンジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロへプタントリイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられ、これらも好適に用いることができる。
【0016】
ポリウレタン材料中には、これらポリウレタン原料に加え、所望により架橋剤、発泡剤(水、低沸点物、ガス体等)、界面活性剤、触媒等を添加することができ、これにより所望に応じた層構造とすることができる。また、難焼剤や充填材、イオン導電剤や電子導電剤等の導電剤、公知の充填剤や架橋剤等を適宜使用することも可能である。イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム(例えば、ラウリ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、オクタデシルトリメチルアンモニウム(例えば、ステアリ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、変性脂肪酸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、エチル硫酸塩、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、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどのアルカリ金属や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。
【0017】
また、電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン;SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン;酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト;酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などを挙げることができる。
【0018】
上記ポリウレタン材料を用いてローラを構成する発泡体を得る方法に制限はなく、上記発泡剤を用いて化学的に発泡させる方法、成形時に空気を機械的に巻き込んで発泡させる方法など公知の方法を適宜選択して用いることができる。また、本発明のトナー搬送ローラは、通常シャフト(軸芯)の外周に上記ポリウレタンフォームなどからなる発泡体層を形成した構成とされるが、この場合シャフトの外周に発泡体層を形成する方法にも制限はなく、例えば、予め発泡成形したブロックフォームから切り出したフォーム材をシャフトの外周に貼り付ける方法、円筒状に成形したフォーム体にシャフトを圧入する方法、シャフトを配置した金型内で発泡成形を行ってシャフトの外周に上記ポリウレタンナフォームなどからなる発泡体層を直接的に発泡形成する方法などを好適に採用し得る。
【0019】
ここで、発泡体の発泡倍率や密度、セル径などは、特に制限されるものではなく、発泡体の材質などに応じて適宜設定されるが、例えば軟質ポリウレタンフォームの場合、通常は発泡倍率5〜15倍、密度0.2〜0.06g/cm3、セル径200〜400μmとすることが好ましい。また、この発泡体層はローラの最外層を形成するものであるが、その厚さはローラが用いられる条件などに応じて適宜選定され、特に制限されるものではないが、通常は3〜5mm、特に3.5〜4mm程度とされる。また、本発明のトナー搬送ローラは、少なくとも外周面が上記発泡体で形成されたものであり、シャフトとこの最外層を構成する発泡体層との間に必要に応じて適宜な中間層を設けることもできるが、通常はシャフトの外周に直接上記発泡体層を形成することが好ましい。
【0020】
本発明のトナー搬送ローラは、上記ポリウレタンフォームなどの発泡体で形成された発泡体層の両端部を除く所定範囲にクラッシングを施して、発泡体のセル膜を破壊し、発泡体層の中央部の所定範囲の硬度を低く設定したものである。この場合、クラッシングの方法は、物理的圧迫やエアー吹き付けなどの公知の方法を採用することができるが、クラッシングを行うローラ中央部とクラッシングを行わないローラ両端部との境界を比較的正確に設定することができることから、物理的圧迫による方法が好適に採用される。物理的圧迫を行う方法として具体的には、板状体でローラを挟んで圧迫したり、金属やゴムからなる一対の硬いローラで圧迫する方法が例示される。
【0021】
一対のローラで圧迫する方法を詳述すれば、図1に示したように、シャフト11の外周に発泡体層12を形成したローラ1を一対の圧迫ローラ13,13で挟み込み、両端部の所定範囲b,bを除いた中央部の所定範囲aを圧迫ローラ13,13で圧縮し、この状態でローラ1及び圧迫ローラ13,13を互いに従動回転させて、ローラ1の全周に亘って中央部の所定範囲aを圧縮し、これにより所定範囲aのセル膜を所定の程度まで破壊して、この部分の硬度を両端部分b,bよりも低く(柔らかく)調整する。
【0022】
ここで、クラッシング処理を施すローラ中央部の所定範囲aは、ローラ1の大きさに応じて適宜設定されるもので、現像ローラの実際に現像に供される範囲に合せて設定すればよい。一方、クラッシング処理を行わないローラ両端部の所定範囲bは、特に制限されるものではないが、現像ローラとの接触範囲として5〜30mm、特に10〜20mm程度とすることが好ましく、この範囲bの現像ローラとの接触距離が5mm未満であると、現像ローラ端部のトナー掻き取りが不十分となりローラの端部からトナー漏れが生じる場合があり、また30mmを超えると現像システムによっては現像に供されるべきトナーにダメージを与えて画像低下を招く虞がある。
【0023】
また、クラッシングの程度は、特に制限されるものではないが、50〜100%圧縮、特に80〜100%圧縮の範囲で任意に設定することができる。このクラッシング処理により、中央部の所定範囲aにおいて、発泡体12のセル膜が破壊され、この中央部の硬度が低下して、クラッシングを行わない両端部b,bよりも低硬度となる。この場合、上記クラッシングの程度を表す上記圧縮率は、圧縮により発泡体内の空隙が完全になくなり、密度が非発泡樹脂と変わらない状態となったときを100%圧縮とし、無圧縮のときを0%としたものである。例えば、50%圧縮とは、無圧縮に対して空隙の体積が半分になったとき、又は密度測定により0%圧縮時と100%圧縮時との差に対して50%の密度のときである。なお、クラッシングによるセル膜の破壊の程度は、通気度を測定することにより確認することができる。
【0024】
本発明のトナー搬送ローラは、クラッシング処理によりローラの中央部の所定範囲aを低硬度化させ、両端部b,bよりも柔らかくしたものである。ローラ中央部の所定範囲aの硬度は、特に制限されるものではないが、ASKER−FP型硬度計による測定で45〜55度、特に48〜52度とすることが好ましく、この中央部aの硬度が55度を超えて高すぎると、搬送供給するトナーにダメージを与えてしまう場合があり、一方45度より低いと、現像ローラーのトナー搬送性が低下してしまう場合がある。また、ローラ端部b,bの硬度はASKER−FP型硬度計による測定で50〜65度、特に55〜60度とすることが好ましく、50度未満であるとトナーの掻き取り性能が低下して、現像ローラの端部にトナー積りが発生してトナーの漏れを招く場合があり、また65度を超えると、現像ローラへ直接影響を与えてしまう場合がある。そして、特に制限させれるものではないが、ローラの中央部の所定範囲aと両端部b,bとの硬度の差は、ASKER−FP型硬度計による測定で5〜10度とすることが好ましい。
なお、上記ASKER−FP型硬度計による硬度測定は、次のようにして行われるものである。即ち、図3に示したように、ASKER−FP型硬度計21の底面23がローラ1の表面に接触するまで押針22をローラ1に押し当てた際の目盛りを読むことにより、測定したものである。
【0025】
本発明のトナー搬送ローラは、トナーによる現像操作を伴う画像形成装置の現像機構部で、現像ローラ表面に当接して回転し、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、上記現像ローラ表面にトナーを供給するものであり、具体的には図2に示した画像形成装置のトナー搬送ローラ1として好適に用いられるものである。なお、図2の画像形成装置については、背景技術の欄で詳述しているので、その説明を省略する。
【実施例】
【0026】
以下、実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
[ポリウレタンフォームローラの製造]
グリセリンにエチレンオキシド15重量%とプロピレンオキシド85重量%を付加した分子量5000のポリエーテルポリオールをべ一スポリオールとした固形分約28%のポリマーポリオール20重量部と、グリセリンにエチレンオキシド75重量%とプロピレンオキシド25重量%を付加した分子量3400である親水性ポリエーテルポリオール40重量部と、グリセリンにエチレンオキシド15重量%とプロピレンオキシド85重量%を付加した分子量4800であるポリエーテルポリオール40重量部およびトリレンジイソシアネート(TDI−80)21重量部を十分に攪拌した後、60℃に保温し、12時間ごとに攪拌を繰り返し、48時間後にポリエーテルポリオールのプレポリマーを得た。次に、このプレポリマー100重量部に対して、導電性カーボンを含有する水分散カーボン(カーボン含有量8重量%)27重量部に、触媒としてビス−(ジメチルアミノエチル)エーテルの70%ジプロピレングリコール溶液0.1重量部およびエーテル鎖の70重量%がポリオキシエチレンからなるポリエーテル変性シリコーン整泡剤2.5重量部を溶解させた混合物(合計29.6重量部)を調整した。
【0027】
この混合物を、円筒の内面がテフロン(登録商標)でコーティングされ、端部が取り外し可能なキャップにより閉塞された円筒形の型に注入し、キャップを閉じて、70℃に調整した熱風オーブン中に30分間放置してポリウレタンフォームを成形した。
【0028】
硬化したポリウレタンフォームを型枠端部のキャップを取り外して脱型し、端面の中心に内径4mmの穴を開け、接着剤を塗布した外径5.0mmで長さが240mmの硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したシャフトを圧入した。これを60℃のオープン中で15分聞加熱接着処理して、シャフトの外周に厚さ4.0mmのポリウレタンフォーム層が形成された、長さ210mm、直径13.0mmのポリウレタンフォームローラを得た。得られたポリウレタンフォーム層の硬度は上記ASKER−FP型硬度計で55度であった。
【0029】
[実施例1]
得られたポリウレタンフォームローラの中央部の180mmの範囲を図1に示されているように、一対のローラで挟み込み、ポリウレタンフォーム層を100%圧縮した状態で回転させ、中央部の180mmの範囲に亘ってポリウレタンフォーム層にクラッシング処理を施してトナー搬送ローラとした。得られたローラは、中央部の硬度が上記ASKER−FP型硬度計で45度に低硬度化されていた。
【0030】
[比較例1]
得られたポリウレタンフォームローラの全体に亘って、100%圧縮のクラッシング処理を施し、トナー搬送ローラとした。得られたローラは、全体が上記ASKER−FP型硬度計で45度に低硬度化されていた。
【0031】
[比較例2]
クラッシング処理を一切施さず、得られた上記ポリウレタンフォームローラをそのままトナー搬送ローラとした。
【0032】
得られた各トナー搬送ローラを、図2と同様の構成を有する画像形成装置に装着し、下記方法でトナー漏れ及び画像品質を評価した。結果を表1に示す。
[トナー漏れ]
15000枚の連続印刷を行い、トナー漏れが発生した際の印刷枚数を調べた。評価は各ローラで複数回行い、トナー漏れ発生枚数の平均値が12000枚以上のものを○、12000枚未満のものを×とした。
[画像品質]
所定の評価画像を連続して印刷し、画像にカブリが発生し始めた印刷枚数を調べた。評価は各ローラで複数回行い、カブリ発生枚数の平均値が9000枚以上のものを○、9000枚未満のものを×とした。
【0033】
【表1】

【0034】
表1に示されているように、発泡体層の中央部のみにクラッシングを施して、ローラの硬度を、ローラ中央部は柔らかく、両端部は比較的硬くなるように調整した本発明のトナー搬送ローラは、比較的柔らかい中央部でトナーにダメージを与えることなく良好にトナーを搬送供給して、カブリのない良好な画像を安定的に得ることができ、かつ比較的硬い両端部でトナーを確実に掻き取り、現像ローラ端部にトナーが積もってトナー漏れが発生するのを確実に防止しえるものであることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】クラッシング処理を行う方法の一例を示す概略図である。
【図2】本発明のトナー搬送ローラを用いた画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図3】ASKER−FP型硬度計による硬度測定方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【0036】
1 トナー搬送ローラ
11 シャフト
12 発泡体層
13 圧迫ローラ
2 現像ローラ
3 感光体
4 成層ブレード
5 転写部
6 記録媒体
7 クリーニング部
8 クリーニングブレード
t トナー

【特許請求の範囲】
【請求項1】
トナーによる現像操作を伴う画像形成装置の現像機構部で、現像ローラ表面に当接して回転し、トナー溜り内のトナーを外周面に担持して搬送し、上記現像ローラ表面にトナーを供給するトナー搬送ローラであって、
少なくとも外周面が発泡体により形成され、ローラの両端部を除く所定範囲をクラッシングすることにより上記発泡体のセル膜を破壊し、ローラ中央部の所定範囲をローラ両端部よりも低硬度に設定したことを特徴とするトナー搬送ローラ。
【請求項2】
上記クラッシングにより低硬度化したローラ中央部の硬度がASKER−FP型硬度計による測定で45〜55度であり、ローラ両端部の硬度がASKER−FP型硬度計による測定で55〜65度である請求項1記載のトナー搬送ローラ。
【請求項3】
上記クラッシングにより低硬度化したローラ中央部とローラ両端部との硬度の差が、ASKER−FP型硬度計による測定で5〜10度である請求項1又は2記載のトナー搬送ローラ。
【請求項4】
上記発泡体がポリウレタンフォームである請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー搬送ローラ。
【請求項5】
軸芯の外周にポリウレタンフォームからなる単層構造の弾性層を形成したものである請求項4記載のトナー搬送ローラ。
【請求項6】
現像機構部に請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナー搬送ローラを用いたことを特徴とする画像形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−65103(P2007−65103A)
【公開日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−248570(P2005−248570)
【出願日】平成17年8月30日(2005.8.30)
【出願人】(000005278)株式会社ブリヂストン (11,469)
【Fターム(参考)】