JP2001066877A

JP2001066877A - 現像ローラ及びその現像装置

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Publication number: JP2001066877A
Application number: JP23691199A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Ozeki; 行弘大関; Manami Sekiguchi; 真奈実関口; Katsuhiro Sakaizawa; 勝弘境澤; Makoto Nonomura; 真野々村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-16
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: US6484007B1; DE60019211D1; US6714754B2; EP1079280B1; DE60019211T2; EP1079280A2; US20030016967A1; EP1079280A3; JP4183216B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トナーへのストレスが小さく、高い帯電付与
性を有する電子写真式現像ローラを提供する。【解決手段】現像ローラ２は、低硬度のLTVシリコー
ンゴム（低温硬化型シコーンゴム）を有するベース層２
ｂと、高い弾性と高い表面エネルギーを有するゴムを有
する弾性中間層２ｃと、高い帯電付与性を有する樹脂を
有する帯電付与層２ｅとを有している。この現像ローラ
２は、ベース層２ｂを有するので硬度が低く、トナーに
対するストレスが小さく、かつ帯電付与層２ｅを有する
ためトナーに対する帯電付与性を有している。また、ベ
ース層２ｂと帯電付与層２ｅとの間に弾性中間層２ｃを
有しているため、帯電付与層２ｅの剥離が生じ難い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体上に形成
された静電潜像に現像ローラ上に薄層形成した現像剤を
付着させて、静電潜像をトナー像として顕在化させる現
像装置、および、これに用いる現像ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、白黒の電子写真式現像装置に用い
る現像剤（以下、「トナー」と記す）としては、磁性を
持たせた単一の成分から成るトナー（磁性１成分トナ
ー）が用いられているが、磁性を有するトナーはカラー
トナーには適さない。そこで、現在のカラーの画像を形
成する電子写真式現像装置では、磁性を持たない単一の
成分からなるトナー（非磁性１成分トナー）が主に用い
られている。

【０００３】電子写真式現像装置は、使用するトナーの
種類によって若干構成が異なるが、特に、トナー自身の
磁性の有無によって、トナーを現像ローラ（現像剤担持
体）表面へ担持させる方法が異なってくる。すなわち、
磁性１成分トナーを用いる場合では、現像ローラ内にマ
グネットを設けることによって、主に磁力により、トナ
ーを現像ローラに担持し、搬送することが可能である。
これに対して、磁性を持たない単一の成分から成るトナ
ー（非磁性１成分トナー）を用いる場合は、磁力の代わ
りに、主としてトナー自身の帯電により、ローラ表面の
帯電電荷との間に発生するクーロン力である鏡映力によ
って現像ローラ表面にトナーを担持し、搬送させる必要
がある。したがって、非磁性１成分トナーを用いる場合
は、マグネットは不要になるが、その代わり、現像ロー
ラにトナーを担持させるために、トナーに鏡映力を生じ
させるのに必要な帯電量を与える手段が必要となる。

【０００４】図４に、非磁性１成分トナーを用いる電子
写真式現像装置の一般的な従来例として、接触型の現像
装置を示す。

【０００５】図４に示すように、現像装置１０１は、図
中Ｘ方向に回転する感光体ドラム（像担持体）１００に
接触し、図中Ｙ方向に回転しながら現像を行う現像ロー
ラ１０２と、図中Ｚ方向に回転して現像ローラ１０２に
非磁性１成分トナーＴ’を供給するトナー供給ローラ１
０４と、現像ローラ１０２上のトナーＴ’の塗布量およ
び帯電量を規制する現像ブレード（トナー規制手段）１
０３と、トナーＴ’を攪拌すると伴にトナー供給ローラ
１０４に供給する攪拌部材１０５とを有している。感光
体ドラム１００が剛体であり、これと現像ローラ１０２
とを図４のＳで示した領域で接触させて現像を行う接触
型現像装置では、感光体ドラム１００と現像ローラ１０
２とが隙間なく密着するように現像ローラ１０２は弾性
を有するローラである事が望ましい。弾性体である樹脂
からなる現像ローラ１０２を有する現像装置では、非磁
性１成分トナーＴ’への帯電量の調整のために、摩擦に
よる帯電付与性が良好な金属製の現像ブレード１０３が
好適に用いられる。

【０００６】現像装置１０１は、不図示の電源により感
光体ドラム１００と現像ローラ１０２との間に直流成分
の現像バイアス電位を現像領域で印加する事によって、
トナーＴ’を感光体１００表面に付着させる。すなわ
ち、帯電したトナーＴ’が、クーロン力により、感光体
１００表面に不図示の手段にて形成された静電潜像に対
応したパターンで付着して、静電潜像をトナー像として
可視化し現像する。現像に寄与せずに、現像ローラ１０
２表面に残留したトナーは、トナー供給ローラ１０４を
介して現像装置１０１内に回収される。

【０００７】この現像装置１０１は、基本的には、絶縁
性の非磁性１成分トナーを用いるものである。このトナ
ーＴ’を現像ローラ１０２に担持して搬送するには、前
記のように、トナーＴ’を帯電させて、トナーＴ’と現
像ローラ１０２との間に鏡映力を生じさせる必要があ
る。

【０００８】そこで、トナーＴ’を現像ローラ１０２に
担持させる方法についてより詳しく説明する。トナー供
給ローラ１０４は、現像ローラ１０２へトナーＴ’を供
給すると共に、この現像ローラ１０２とトナー供給ロー
ラ１０４との当接ニップ領域において、トナーＴ’を摩
擦帯電する。すなわち、トナー供給ローラ１０４の回転
により、トナーＴ’は現像ローラ１０２とトナー供給ロ
ーラ１０４との当接ニップ領域に導かれ、現像ローラ１
０２との摩擦により帯電される。その結果、トナーＴ’
を現像ローラ１０２に担持させる鏡映力を生じさせるた
めに必要な帯電量がトナーＴ’に付与される。この際、
トナーＴ’の現像ローラ１０２への供給量の調整は、現
像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４との周速差を
適当に設定することによって行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の現像装
置が用いられる画像形成装置においては、出力画像の高
画質化のために、粒子の形状が揃った球形のトナーＴ’
が用いられるようになってきている。すなわち、従来用
いられていた粉砕のように、トナーＴ’の形状にばらつ
きがある場合には、現像時に異なる形状の粒子が異なっ
た運動をするため、一部のトナーＴ’が飛び散ったり、
非画像域に付着したりする（いわゆるカブリ現像が生じ
る）が、球形のトナーＴ’を用いれば、このような不都
合の発生を低減できる。

【００１０】粉砕トナーは、トナー自身の摩擦力が高い
ため、図５に示すように現像ローラ１０２をシリコーン
ゴム単層の構成としても、このシリコーンゴムの表層と
の摩擦により、所定の帯電量を得ることができた。しか
し、トナーＴ’の形状を球形とすると、トナーＴ’自身
の摩擦力が低下し、その結果、トナーＴ’とシリコーン
ゴムの表層との摩擦により得られる帯電量が低下してし
まい、所定の帯電量が得難い。

【００１１】また、記録材表面に転写されたトナー画像
の永久定着工程時に必要となる熱エネルギーの低減化
（いわゆる省エネルギー定着化）のために、融点温度が
低いワックス（ろう）を内包したコア／シェル構成のト
ナーＴ’が用いられるようになってきている。

【００１２】このようなワックス内包型のコア／シェル
構成の球形トナーＴ’は、ストレスにより劣化し易い。
このため、現像ローラ１０２の硬度を低くし、さらに
は、現像ローラ１０２表面の動摩擦係数を小さくして球
形トナーＴ’の劣化を低減する必要が生じ、トナー帯電
量がさらに得難くなってきた。

【００１３】現像ローラ１０２表面の動摩擦係数は、次
のような理由で小さくする必要がある。現像ローラ１０
２の硬度が低く、特にＡｓｋｅｒＣ硬度計（商品名：高
分子計器株式会社製）で測定したＡｓｋｅｒＣ硬度が約
４０度以下である場合、現像ローラ１０２の表面の動摩
擦係数が大きいと現像ローラ１０２と感光体ドラム１０
０との接触領域で現像ローラ１０２に振動が生じ、担持
されたトナーＴ’が飛び散り、この影響が出力画像上に
現われ、画像品位を著しく低下させてしまう。これを防
止するため、現像ローラ１０２表面の動摩擦係数を小さ
くする必要がある。ここで、現像ローラ１０２の硬度を
上げれば、例えば、ＪＩＳ−Ａ規定の硬度で４５度程度
まで上昇させれば、この問題は生じなくなるが、球形ト
ナーＴ’の劣化が著しくなる。

【００１４】そこで、現像ローラ１０２の代わりに、図
６に示すように、動摩擦係数が小さく、かつ、球形トナ
ーＴ’に対して帯電付与性が高い帯電付与層１１２ｄを
ローラの表面に形成した現像ローラ１１２を用いる必要
が生じてきた。本願出願人らの検討によると、この帯電
付与層１１２ｄの材料としては、アクリルウレタン樹
脂、アクリルポリエステルウレタン樹脂、ポリアミド樹
脂などに代表される、トナーＴ’との摩擦帯電によりト
ナーＴ’を負に帯電させ、自身は正に帯電するネガ付与
性の樹脂材料を用いれば良い。現像ローラ１１２のベー
ス層１１２ｂの材料は、耐久性が高い、圧縮永久歪みが
小さいなど、優れたゴム特性を有するシリコーンゴムが
用いられる。

【００１５】感光体ドラム１００表面と現像ローラ１１
２表面の間に電界を形成するために現像ローラ１１２
は、芯金１１２ａと現像ローラ１１２の表層との間は導
電性にする必要がある。そこで、ローラの構成部材の主
成分中に、金属酸化物やカーボンなどの導電性の粒子が
適量分散されて導電性を有する現像ローラ１１２の実抵
抗値（芯金１１２ａと現像ローラ１１２表面との間の抵
抗値）が、一般的には１０⁵〜１０⁹Ω程度のものが用い
られている。

【００１６】ここで、帯電付与層１１２ｄの抵抗値が高
いと、帯電付与層１１２ｄに付着したトナーＴ’の帯電
電荷に対して働く鏡映力が大きくなってトナーＴ’が帯
電付与層１１２ｄ表面に強固に固着し、トナーＴ’は現
像ローラ１１２表面から取れ難くなる。例えば、帯電付
与層１１２ｄの体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃｍ程度以上とな
ると、現像に寄与しなかったトナーＴ’がトナー供給ロ
ーラ１０４に達しても、掻き落とされず、現像ローラ１
１２表面に残留したトナーＴ’が、トナー供給ローラ１
０４と現像ローラ１１２との当接ニップ領域、および現
像ブレード１０３と現像ローラ１１２との当接ニップ領
域を何度も通過することとなり、このニップ領域での摩
擦により、残留したトナーＴ’はさらにチャージアップ
され、現像され難くなり、出力画像の濃度低下が生じ
る。また、現像ローラ１１２表面からトナーＴ’が剥取
られたとしても、高抵抗な帯電付与層１１２ｄ中に電荷
が蓄積され、新たなトナーＴ’の供給が阻害される。そ
の結果、現像ローラ１１２表面に付着するトナーＴ’の
量が低下し、出力画像の濃度低下が生じる。

【００１７】また、帯電付与層１１２ｄの抵抗率を通常
の環境で１０⁹Ωｃｍ程度以上になるようにすると、導
電性を持たせるために主成分中に分散される導電粒子の
密度が低いため、温度や湿度の変化によって導電性が変
化し易くなる。このため、帯電付与層１１２ｄの抵抗率
が温度や湿度の影響を受け易くなって、環境の変化によ
って抵抗率が１０倍〜１００倍程度も変動し、例えば通
常の環境で抵抗率が１０⁹Ωｃｍ程度であるものが、低
湿環境では１０⁸Ωｃｍ程度となり、高湿環境では１０
¹⁰Ωｃｍ程度に達してしまうという可能性がある。

【００１８】このため、帯電付与層１１２ｄの体積抵抗
率の上限値は、１０⁸Ωｃｍ程度である。

【００１９】また、帯電付与層１１２ｄの体積抵抗率の
下限値は、感光体ドラム１００表面に電気が流れること
による現像ローラ１０２への悪影響の発生を防止できる
値で決定され、１０⁵Ωｃｍ程度以上の体積抵抗率なら
問題ない。

【００２０】すなわち、帯電付与層１１２ｄの抵抗値と
しては、体積抵抗率で１０⁵〜１０⁸Ωｃｍ程度の抵抗値
が適当である。

【００２１】ベース層１１２ｂの表層に帯電付与層１１
２ｄを形成するためには、シリコーンゴム表面の表面エ
ネルギーが低いため、両層を接着するための接着剤１１
２ｃが必要となる。一般的に、この接着剤１１２ｃとし
ては、アミノ系のシランカップリング材などが用いら
れ、その塗布厚さは１μｍ以下である。

【００２２】現像ローラ１１２は、前記のように、芯金
１１２ａと現像ローラ１１２の表層との間に導電性を持
たせる必要があるが、接着剤１１２ｃは、その塗布量が
極く僅かであるので、導電化しなくても現像ローラ１１
２の実抵抗値にはほとんど影響しない。すなわち、帯電
付与層１１２ａとベース層１１２ｃとに導電性を持たせ
れば、芯金１１２ａと現像ローラ１１２表面との間に導
電性を持たせることができる。例えば、帯電付与層１１
２ａおよびベース層１１２ｃの体積抵抗率を１０⁵〜１
０⁶Ωｃｍとすれば、帯電付与層１１２ａの厚さが数μ
ｍ〜５０μｍ程度、ベース層１１２ｃの厚さが１ｍｍ〜
５ｍｍ程度の現像ローラ１１２の実抵抗値は、芯金１１
２ａと現像ローラ１１２表面と間の電位差が３００Ｖ程
度の時、約１０⁴〜１０⁵Ωとなる。

【００２３】しかし、このような多層構造の現像ローラ
１１２を用いることには、下記のような問題がある。

【００２４】前記のように、図４に示した現像装置は、
感光体ドラム１００に現像ローラ１１２が当接した状態
で、トナーＴ’を感光体ドラム１００に付着させる、接
触現像方式を用いている。また、一般的に、充分な画像
濃度を得るために、感光体ドラム１００の周速と現像ロ
ーラ１１２の周速との間には、周速差を持たせている。
このため、現像ニップ領域で現像ローラ１１２と感光体
ドラム１００との間には摩擦力が働き、現像ローラ１１
２にストレスが加わる。一方、図６に示した現像ローラ
１１２は、ベース層１１２ｂが低硬度のシリコーンゴム
層であり、且つ、帯電付与層１１２ａがシリコーンゴム
に比べて硬質な樹脂層である。このため、前記のストレ
スによる変形量が帯電付与層１１２ｄとベース層１１２
ｂとの間で異なるので、ベース層１１２ｂから帯電付与
層１１２ｄが剥がれる方向に力が加わる。さらに、シリ
コーンゴムは表面エネルギーが低いという特性があるた
め、接着剤１１２ｃを介在させていても、現像ローラ１
１２に加わるストレスによりベース層１１２ｂの表面か
ら帯電付与層１１２ｄが剥離してしまうという問題があ
る。

【００２５】前記のようなストレスに弱い球形トナー
Ｔ’の使用を考慮して、トナーＴ’へのストレスを低減
するため、ベース層１１２ｂの硬度を低くすると（例え
ば、ＡｓｋｅｒＣ硬度計で、約４０度程度以下）、帯電
付与層１１２ｄとベース層１１２ｂの変形量の差が大き
くなり、両層がさらに剥離し易くなる。

【００２６】ここで、帯電付与層１１２ｄにゴム特性を
持たせることで上記ストレスを吸収させ、上記剥離の発
生を防止することが考えられるが、我々出願人らの検討
によると、帯電付与層１１２ｄには、球形トナーに対す
る帯電付与性が高いという特性が要求されるほか、上記
したように、その表面摩擦係数が低くなければならな
い。このため、帯電付与層１１２ａに表面摩擦係数が高
いゴム特性を持たせる方法は不適当である。

【００２７】帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂと
が剥離すると、以下に示す問題点が生じる。

【００２８】第一の問題点は、剥離が発生した部分で帯
電付与層１１２ｄが現像ローラ１１２表面から欠落して
しまうということである。帯電付与層１１２ｄが欠落し
てしまうと、現像ローラ１１２の帯電付与性が失われ
る、感光体ドラム１００と現像ローラ１１２との接触不
良が生じるなどして、著しい画像不良を起こしてしま
う。

【００２９】第二の問題点は、現像ローラ１１２の電気
抵抗値が高くなるということである。すなわち、帯電付
与層１１２ｄとベース層１１２ｂとの間で剥離が生じる
と、剥離発生領域で帯電付与層１１２ｄとベース層１１
２ｂとの間に空隙ができ、この空隙が抵抗となって抵抗
値が上昇し、この部分で現像ローラ１１２の実抵抗値が
高くなってしまう。このため、剥離領域で現像電界が低
下し、また、現像ローラ１１２の表面部分の抵抗値が上
昇するため現像ローラ１１２表面からトナーＴ’を剥取
り難くなり、その結果、剥離発生領域に対応した部分の
出力画像の濃度が低下してしまう。さらに、帯電付与層
１１２ｄが高抵抗である場合と同様に、剥離発生領域に
対応した現像ローラ表面のトナーＴ’の付着量が低下
し、画像濃度がより顕著に低下してしまう。

【００３０】以上に示した帯電付与層１１２ｄとベース
層１１２ｂとの剥離に起因する問題点は、低硬度の現像
ローラ１１２で、より顕著に発生する。その理由は、以
下のように考察される。

【００３１】ベース層１１２ｂが高硬度、例えば、ＪＩ
Ｓ−Ａ硬度計で、約４０度程度の場合は、現像ニップ領
域での現像ローラ１１２と感光体ドラム１００との当接
圧が比較的高いので、感光体ドラム１００と現像ローラ
１１２とが当接した状態では、剥離により生じた空隙部
分で帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとが接触す
る接触ポイントができ、この接触ポイントで導電性が回
復して実抵抗値が小さくなるため、剥離発生による影響
が低硬度現像ローラと比較して小さくなる。ただし、こ
の硬度の現像ローラ１１２は、劣化し易い球形トナー
Ｔ’を用いる現像装置には適用できない。

【００３２】これに対して、ベース層１１２ｂが低硬度
だと、現像ニップ領域での現像ローラ１１２と感光体ド
ラム１００との当接圧力が低いため、前記のような帯電
付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとの接触ポイントが
少なく、剥離発生による影響が大きい。

【００３３】このように、ベース層１１２ｂを低硬度化
すると、帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂ間の剥
離が発生し易くなり、また、剥離による影響も大きくな
る。すなわち、帯電付与表層１１２ｄを有する現像ロー
ラ１１２を低硬度にすることは困難である。

【００３４】以上説明したように、従来の現像装置に於
いては、低硬度なベース層１１２ｂと、高い帯電付与性
を有しかつ低い動摩擦係数を有する帯電付与層１１２ａ
とを有する現像ローラを得ることは困難であった。その
結果、融点温度が低く、球形の形状を有する非磁性１成
分トナーＴ’を用いる現像装置において、球形トナー
Ｔ’を劣化することなく、かつ、良好に球形トナーＴ’
を担持して現像を行うことが可能な現像ローラ１１２を
得ることは困難であった。

【００３５】そこで、本発明の目的は、表面の動摩擦係
数が小さく、低硬度であるためトナーＴ’に対するスト
レスが小さく、かつ、トナーに対して高い帯電付与性を
有する現像ローラ、および、これを用いた現像装置を提
供する事にある。

【００３６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による電子写真式現像ローラは、表面にトナー
を付着させて搬送する電子写真式現像ローラにおいて、
ローラの表面に形成され、トナーに対する帯電付与性を
有する帯電付与層と、帯電付与層よりもローラの中心寄
りの位置に形成され、弾性を有するベース層と、ベース
層と帯電付与層との間に形成される弾性中間層とを有
し、かつ弾性中間層表面の水に対する接触角がベース層
表面の水に対する接触角より小さいことを特徴とする。

【００３７】この構成の電子写真式現像ローラは、ベー
ス層が弾性を有しているので全体の硬度が小さく、トナ
ーに対するストレスが小さい。しかも、表面に帯電付与
層を有しているので、球形のトナーに対しても高い帯電
付与性を有する。さらに、ベース層と帯電付与層の間に
形成された弾性中間層表面の水に対する接触角がベース
層表面の水に対する接触角よりも小さい、すなわち弾性
中間層の表面エネルギーが高いので、弾性中間層と帯電
付与層との接着強度が高く、帯電付与層の剥離が生じ難
い。さらに、ベース層と弾性中間層は共に高い弾性を有
しているので、両層間に応力が加わっても、両層の変形
により応力を吸収でき、弾性中間層の剥離も生じ難い。

【００３８】本発明による電子写真式現像ローラの表面
に形成された帯電付与層の体積抵抗率は、トナーに働く
鏡映力を適当な大きさとし、かつ感光体表面に電気が流
れて感光体ドラムに悪影響が生じない値として、１０⁵
〜１０⁸Ωｃｍとすることが好ましい。また、本発明に
よる電子写真式現像ローラは、中心の芯金に電圧を加え
て、表面に現像用の電界を発生させるものであり、弾性
中間層も帯電付与層と同程度の導電性を有している、す
なわち、弾性中間層の体積抵抗率も帯電付与層の体積抵
抗率とほぼ同等の１０⁵〜１０⁸Ωｃｍであることが好ま
しい。

【００３９】本発明による電子写真式現像ローラは、Ａ
ｓｋｅｒＣ硬度で４５度以下の硬度にすれば、トナーに
対するストレスを小さくし、融点温度の低いワックスを
内包したコア／シェル構成の球形トナーを使用しても、
その劣化を低減できる。

【００４０】ベース層をシリコーンゴムを主成分とする
ソリッドゴムにより構成すれば、前記のような低硬度な
電子写真式現像ローラを実現できる。また、ベース層を
多孔質構造にすれば、シリコーンゴムのほか、ＥＰＤ
Ｍ、ウレタンゴム、ＮＢＲなどの材料でも、同等の低硬
度を実現できる。

【００４１】弾性中間層の主成分を、ＥＰＤＭ、ウレ
タンゴム、ＮＢＲのうちいずれか１つとすれば、表面エ
ネルギーが高いため接着力が高く、かつ高い弾性を持つ
弾性中間層を形成できる。

【００４２】弾性中間層を多孔質構造以外で高弾性を有
するソリッドゴムにより構成すれば、多孔質構造とした
場合よりも、帯電付与層およびベース層との接触面を広
く取って良好に接続でき、また、現像ローラの表面の形
状を滑らかにして画像品位を良好にできる。

【００４３】帯電付与層を接着剤によって弾性中間層に
接着すれば、帯電付与層の接着力をさらに強くできる。

【００４４】帯電付与層の主成分を、トナーの帯電極性
と逆極性の帯電極性を有する樹脂とすれば、トナーと帯
電付与層との摩擦により、それぞれが逆の極性に帯電す
るので、トナーと帯電付与層との間にクーロン力による
引力が生じ、トナーを帯電付与層の表面に良好に付着さ
せて搬送できる。

【００４５】帯電付与層の表面の動摩擦係数を小さくす
れば、トナーへのストレスをさらに低減し、球形トナー
の劣化を低減できる。この際、帯電付与層は高い帯電付
与性を有しているので、トナーとの摩擦を小さくして
も、球形トナーに充分な摩擦帯電を生じさせることがで
きる。

【００４６】帯電付与層の主成分を、ポリアミド樹脂、
アクリルウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン
樹脂、アクリルシリコーン樹脂のうちいずれか１つとす
れば、表面の動摩擦係数が小さく、かつ高い帯電付与層
を有する帯電付与層を形成できる。

【００４７】本発明による電子写真式現像ローラを搭載
した電子写真式現像装置は、トナーへのストレスが小さ
いため球形トナーの劣化が少なく、かつ、非磁性１成分
の球形トナーを良好に帯電させて搬送し、現像に供する
ことができる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明における現像ローラ
および該現像ローラをを用いた現像装置の実施形態を図
面に則して詳しく説明する。

【００４９】（実施形態１）図１に、本発明の実施形態
１による現像装置を用いた画像形成装置を示す。

【００５０】図１に示すように、静電潜像上にトナー７
を担持可能な感光体ドラム０の周りには、感光体ドラム
０の表面を均一に帯電する帯電ローラ８と、画像情報に
基づいて光を感光体ドラム０外周に照射して静電潜像を
形成する光照射手段９と、静電潜像上にトナー７を付着
する現像装置１と、現像されたトナー像を転写材１１に
転写する転写ローラ１０とが配されている。

【００５１】本実施形態では、感光体ドラム０として外
径３０ｍｍの負帯電極性を有するＯＰＣ感光体を用い、
光照射手段９としてレーザー光学系を用いている。転写
方法はローラ転写方式を用いており、転写ローラ１０
は、外径φ１６ｍｍで、体積抵抗率約１０⁹Ωｃｍの半
導電性ローラである。

【００５２】現像装置１は、トナー７を貯溜するトナー
ホッパー６と、トナーホッパー６内に貯溜されたトナー
７を、回転して攪拌しつつトナー供給ローラ３近傍に搬
送供給する攪拌手段５と、現像ローラ２に所定量のトナ
ー７を供給するトナー供給ローラ３と、感光体ドラム０
上の静電潜像にトナー７を付着させてトナー像とし現像
する現像ローラ２と、現像ローラ２表面のトナー７を所
定量に保ち、かつ、トナー７の帯電量を調整する現像ブ
レード４とを有している。

【００５３】トナー供給ローラ３は、ＡｓｋｅｒＣｓＣ
２硬度計（商品名：高分子計器社製）で硬度約１０度程
度の発泡部材から構成される。本実施形態では、例とし
て、外径１６ｍｍ、硬度は、ＡｓｋｅｒＣｓＣ２硬度計
で約１０度のウレタンスポンジローラをトナー供給ロー
ラ３として用いた。トナー供給ローラ３の材質として
は、本実施形態で用いたウレタンの他、シリコーンを用
いても良い。また、発泡形態は、連泡でも独泡でも良い
が、トナーがローラ表面の空孔中に侵入して劣化するこ
とを抑止するため、独泡タイプを用いることが好まし
い。また、現像ブレード４は、図１に示すように、現像
ローラ２に当接する端部先端領域がＬ字形状に折り曲げ
られたいわゆるＬ字タイプの金属ブレードを用いた。材
質としては、りん青銅、ステンレスなどのものを用いる
ことが可能であるが、本実施形態では、厚さ１００μｍ
のステンレス薄板を用いた。

【００５４】次に、この画像形成装置による画像形成方
法について説明する。

【００５５】感光体ドラム０は、図１の時計周り方向
（図中矢印Ｘ方向）に周速値Ｖｘで回転駆動されてお
り、その表面が帯電ローラ８に到達すると、均一に帯電
される。均一に帯電された表面に、光照射手段９により
画像情報に基づいて光が照射され、画像情報に対応した
静電潜像が形成される。静電潜像が現像装置１に到達す
ると、静電潜像上にトナー７が付着され、トナー像とし
て現像される。トナー像が転写ローラ１０に到達する
と、転写材１１に転写される。転写されたトナー像は不
図示の定着手段で転写材１１上に永久定着される。本実
施形態では、帯電ローラ８により、感光体ドラム０の表
面を帯電電位Ｖｄ＝−７００ｖで均一に帯電し、光照射
手段９により露光を行い、潜像電位Ｖ１＝−１００ｖを
得た。

【００５６】次に現像装置１による現像方法を説明す
る。

【００５７】攪拌手段５は、図１の時計周り方向（図中
矢印Ｋ方向）に回転して攪拌しつつトナー供給ローラ３
にトナー７を供給する。トナー供給ローラ３は図１の反
時計周り方向（図中矢印Ｚ方向）に回転してトナー７を
トナー供給ローラ３と現像ローラ２との当接ニップ領域
に導き、トナー７はこの部分で現像ローラ２との摩擦に
より帯電し、現像ローラ２の表面に担持される。現像ロ
ーラ２の表面に担持されたトナー７は、現像ローラ２の
図１の反時計周り方向（図中矢印Ｙ方向）への回転によ
り搬送され、現像ブレード４に到達すると、その付着量
と帯電量が調整される。現像ローラ２には現像電圧−３
５０ｖＤＣが印加されており、トナー７が感光体ドラム
０と現像ローラ２との当接領域に到達すると、現像電圧
によりトナー７が感光体ドラム０に付着され、静電潜像
の現像が行われる。

【００５８】この際、トナー供給ローラ３の周速値Ｖｚ
と現像ローラ２の周速値Ｖｙとの周速比を調整すること
によりトナー供給ローラ３から現像ローラ２へのトナー
７の供給量を調整し、現像ローラ２の周速値Ｖｙと感光
体ドラム０の周速値Ｖｘとの周速比を調整することによ
り現像ローラ２から感光体ドラム０へのトナー７の供給
量を調整する。

【００５９】感光体ドラム０の周速値Ｖｘは、転写速度
を決めるもので、「プロセススピード」と称する。本実
施形態では、Ｖｘを１とした時、Ｖｙが１．７、Ｖｚが
０．６となるように周速値を設定した。すなわち、本実
施形態では、プロセススピードＶｘ＝１００ｍｍ／ｓｅ
ｃ，Ｖｙ＝１７０ｍｍ／ｓｅｃ，Ｖｚ＝６０ｍｍ／ｓｅ
ｃに設定した。このプロセススピードは、１分間にＡ４
用紙を約１７枚出力する速度（１７ｐｐｍ（Paper Per
Minutes））に相当する。但し、この周速比および周速
値は、これに限るものではない。

【００６０】次に、図２を用いて本発明の特徴である現
像ローラ２の構成について説明する。現像ローラ２は、
芯金２ａ上にベース層２ｂが形成され、さらにその上に
弾性中間層２ｃが形成され、この表面に接着剤２ｄを介
して、帯電付与層２ｅが形成されており、外径は１６ｍ
ｍである。芯金２ａはアルミニウムやステンレスなどの
金属で、ベース層２ｂは、低硬度のＬＴＶシリコーンゴ
ム（低温硬化型シリコーンゴム）からなるソリッド層で
構成されている。帯電付与層２ｅとしては、動摩擦係数
が低く、帯電付与性が高いポリアミド樹脂、アクリル変
成ウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン樹脂、
アクリル変成シリコーン樹脂などを用いる。本実施形態
では、ポリアミド樹脂から成る帯電付与層２ｅを形成し
た。

【００６１】ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴムなどのゴ
ム材は、ＬＴＶシリコーンゴムに比べて硬度が高いの
で、このゴム材の単層上に帯電付与層２ｅを形成した現
像ローラ２は、その硬度を充分に低くすることはできな
いが、ベース層２ｂにＬＴＶシリコーンゴムを用いるこ
とにより、現像ローラ２をトナー７へのストレスが小さ
い低硬度のローラとすることができる。現像ローラ２の
硬度は、球形トナー７の劣化低減の観点から、Ａｓｋｅ
ｒＣ硬度計で４５度以下が望ましく、本実施形態では４
０度とした。

【００６２】次に、本発明の特徴である弾性中間層２ｃ
の構成を説明する。弾性中間層２ｃとしては、厚さ数十
μｍ程度のゴム材質のソリッド層を形成する。弾性中間
層２ｃに用いるゴム材としては、高い表面エネルギーを
有するＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲなどのゴムを用
いる。このゴムを樹脂とブレンドしたものを用いても良
い。本実施形態では、厚さ３０μｍのＮＢＲの弾性中間
層２ｃを用いた。

【００６３】このようにＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴ
ムなどの表面エネルギーが高く、活性基を多く有するゴ
ム材を有する弾性中間層２ｃの表面に帯電付与層２ａを
形成することにより、従来例のように表面エネルギーが
低いシリコーンゴム表面に形成するよりも強固に帯電付
与層２ａを接着形成することができる。本発明では表面
エネルギーの指標として、水に対する接触角を用いた。
測定方法は、各種ゴム材を３〜５ｍｍ厚の平板上に形成
し、協和界面化学社製接触角計（ＣＡ−Ｘ型）で測定し
た。表面エネルギーの低いシリコーンゴムは接触角が大
きく、表面エネルギーの高いＮＢＲなどは接触角は小さ
くなる。シリコーンゴムの接触角は９０°、ＮＢＲでは
７０°であった。また、ベース層２ｂと弾性中間層２ｃ
は両層とも弾性を有するので、両層間の密着力は、シリ
コーンゴムと弾性が低い樹脂との間の密着力よりも高
い。すなわち、ベース層２ｂと弾性中間層２ｃとの密着
面に働く応力は、両層の変形により吸収され小さくなる
ので、両者間の剥がれは生じ難い。したがって、本発明
では、帯電付与層２ａの剥がれの発生を低減することが
可能であり、さらに、弾性中間層２ｃの剥がれも発生し
難い。

【００６４】ここで、弾性中間層２ｃは数十μｍ程度の
厚さを有するので、現像ローラ２の表面と芯金２ａとの
間に導電性を持たせるために、弾性中間層２ｃに導電性
を持たせる必要がある。そこで、弾性中間層２ｃに金属
酸化物やカーボンなどの導電粉を適量分散し、導電性を
持たせた。帯電付与層２ｅの体積抵抗率は、前記のよう
に１０⁵〜１０⁸Ωｃｍとすることが望ましく、弾性中間
層２ｃも帯電付与層２ｅと同程度の導電性を持たせるた
め、同程度の体積抵抗率とすることが望ましい。本実施
形態では、弾性中間層２ｃ、帯電付与層２ｅ共に、約１
０⁵Ωｃｍに調整した。その結果、現像ローラ２の実抵
抗値としては、約１０⁵〜１０⁶Ωとなった。

【００６５】図２に示す現像ローラを図１に示す現像装
置１に装着し、画像出力耐久試験を行ったところ、５０
０００枚通紙しても、帯電付与層２ｅ、弾性中間層２ｃ
の剥離は生じなかった。

【００６６】以上説明したように、本実施形態の特徴と
するところは、非磁性１成分トナー用現像装置に適用可
能な現像ローラ２を、低硬度のベース層２ｂと、高い帯
電付与性を有する帯電付与層２ｅと、弾性が高いために
ベース層２ｂとの間に応力が加わり難く、表面エネルギ
ーが高いために帯電付与層２ｅとの接着性が良い、ゴム
弾性を有する弾性中間層２ｃとからなる多層構成とし、
弾性中間層２ｃと帯電付与層２ｅの体積抵抗率を１０⁵
〜１０⁸Ωｃｍでほぼ同一となるように構成することに
ある。

【００６７】すなわち、弾性が高く接着性に優れた弾性
中間層２ｃを、ベース層２ｂの表面に形成し、その表面
に帯電付与層２ｅを形成することによって、帯電付与層
２ｅの剥離が生じ難く、かつ、低い動摩擦係数と、高い
帯電付与性を有する低硬度な現像ローラ２、および、こ
れを用いた現像装置を得ることが可能となる。

【００６８】尚、本実施形態では、感光体ドラム０に現
像ローラ２が接触配置された接触現像系を例にして説明
したが、感光体ドラム０と現像ローラ２を非接触配置し
た非接触現像系でも同様な効果が得られる。すなわち、
非接触現像系では、現像ブレード４やトナー供給ローラ
３から加わる応力により、現像ローラ２の帯電付与層２
ｅの剥離が発生する危惧があるが、本実施形態に示した
現像ローラ２を用いれば、このような剥離の発生を防止
できる。

【００６９】（実施形態２）図３に本発明の実施形態２
による現像ローラ２０の模式図を示す。実施形態１で
は、ベース層２ｂがソリッドゴムの場合について説明し
た。実施形態２の現像ローラ２０は、このベース層２０
ｂを多孔質構造にしたものであり、他の構成は実施形態
１と同様である。

【００７０】ベース層２０ｂとしてソリッドタイプの導
電ゴムで、充分に低硬度な材料は実施形態１に示したＬ
ＴＶシリコーンゴムぐらいしか無い。ＥＰＤＭ、ウレタ
ンゴムなどを用いてソリッドタイプの導電ゴムを形成し
た場合は、実施形態１で示したベース層２ｂと同程度の
低い硬度を得ることは困難である。一方、ベース層２０
ｂを多孔質構造にすると、材料の選択の余地が広がる。
すなわち、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲなどの材料
を用いて多孔質構造の導電ゴムを形成すると、硬度を充
分に低くすることが可能である。

【００７１】しかし、ベース層２０ｂをスポンジゴムで
形成し、この上に帯電付与層２０ｅを形成すると、両層
の接触面積が小さくなるため、帯電付与層２０ｅの接着
性が悪くなる。また、帯電付与層２０ｂは厚さ数μm程
度の薄層であるため、現像ローラ２表面に、スポンジ層
の表面の凹凸が現れてしまい、現像ローラ２表面の表面
粗さＲｍａｘが大きくなる。本願出願人らの検討による
と、現像ローラ２表面のＲｍａｘは１５μｍ程度以下で
ある必要があり、この数値を越えると、出力画像上にス
ポンジ層の表面形状の影響が現れ、むらのある非常にが
さついた画像となってしまう。尚、表面粗さＲｍａｘ
は、ＪＩＳＢ０６０１に示されている定義を用い、測定
には表面粗さ試験器ＳＥ−３０Ｈ（商品名：小坂研究所
社製）を使用した。

【００７２】これらの問題点を防止するために、スポン
ジゴムを有するベース層２０ｂ表面に厚さ数ｍｍ以下程
度（好ましくは約０．５〜１mm程度）のソリッドゴムか
らなる弾性中間層２０ｃを設ける事が好ましい。弾性中
間層２０ｃを設けても、その厚さを約０．５〜１ｍｍ程
度とし、ベース層２０ｂの硬度を充分に低くすれば、現
像ローラ２０全体の硬度を、充分に低くすることが可能
である。

【００７３】この弾性中間層２０ｃの材質は、実施形態
１と同様、帯電付与層２０ｅとの接着性に優れるＥＰＤ
Ｍ、ウレタンゴム、ＮＢＲなどを用いる。帯電付与層２
０ｅは、実施形態１と同様、トナー７に対する高い帯電
付与性を有し、感光体ドラム０との接触面での摺擦力が
小さい、すなわち、その表面の動摩擦係数が小さい事が
必要であり、ポリアミド樹脂、アクリルウレタン樹脂、
アクリルポリエステルウレタン樹脂、アクリル変性シリ
コーン樹脂などの樹脂を用いる。ここで、高帯電付与層
２０ｅ中には、現像ローラ２０表面の表面粗さ調整のた
めに、フッ素系樹脂粒子、ポリアミド樹脂粒子などの離
型性粒子を分散しても良い。これは、実施形態１につい
ても同様である。

【００７４】以下に図３に示した現像ローラ２０の詳細
な構成例を示す。現像ローラ２０は、外径約１５．５ｍ
ｍであり、外径φ６ｍｍの芯金２０ａ上に、ＥＰＤＭス
ポンジゴムから成るベース層２０ｂを４．５ｍｍ形成
し、この上にＥＰＤＭソリッドゴムから成る弾性中間層
２０ｃを５００μｍ形成した。弾性中間層２０ｃ表面に
は、接着剤２０ｄを１μｍ以下で形成し、その上に、ア
クリルウレタン樹脂からなる帯電付与層２０ｅを約１０
μｍ形成した。帯電付与層２０ａの体積抵抗率は、前記
のように約１０⁵〜１０⁸Ωｃｍが望ましく、本実施形態
では、１０⁵Ωｃｍとした。各層の体積抵抗率は、実施
形態１と同様、帯電付与層２０ａと同程度の約１０⁵Ω
ｃｍに設定した。

【００７５】この例では、ベース層２０ｂと弾性中間層
２０ｃの主材料は、共にＥＰＤＭであり、同材質から構
成されているので、良好に両者間を接合できる。

【００７６】以上説明した現像ローラ２０を図１に示す
現像装置１に装着し、実施形態１と同様に画像出力耐久
試験を行ったところ、５００００枚通紙しても、帯電付
与層２０ｅ、弾性中間層２０ｃの剥離は生じなかった。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接着性が優れる弾性中間層を、帯電付与層とベース層と
の間に設けることにより、ベース層の材料に表面エネル
ギーが低いＬＴＶシリコーンゴムを用いても、充分に高
い帯電付与層の接着性を得ることが可能となり、従来得
ることが困難であった低い動摩擦係数と高い帯電付与性
を有する低硬度の現像ローラを得ることが可能である。
さらに、ベース層を多孔質構造とすることで、ベース層
の材質選択の余地を広げることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の電子写真式画像形成装置
の構成を示す模式図である。

【図２】本発明の実施形態１の電子写真式現像ローラの
構成を示す模式図である。

【図３】本発明の実施形態２の電子写真式現像ローラの
構成を示す模式図である。

【図４】従来例の電子写真式現像装置の構成を示す模式
図である。

【図５】従来例の電子写真式現像ローラの構成を示す模
式図である。

【図６】従来例の電子写真式現像ローラの表面に帯電付
与層を形成した場合の構成を示す模式図である。

【符号の説明】０，１００感光体ドラム１，１０１現像装置２，２０，１０２現像ローラ２ａ，２０ａ，１０２ａ，１１２ａ芯金２ｂ，２０ｂ，１１２ｂベース層２ｃ，２０ｃ弾性中間層２ｄ，２０ｄ，１１２ｃ接着剤２ｅ，２０ｅ，１１２ｄ帯電付与層３，１０４トナー供給ローラ４，１０３現像ブレード５，１０５攪拌手段６トナーホッパー７，Ｔ’ トナー８帯電ローラ９光照射手段１０転写ローラ１１転写材１０２ｂシリコーンゴム層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者境澤勝弘東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者野々村真東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H077 AA11 AB01 AB13 AC04 AD02 AD06 AD13 AD24 AD35 AE03 EA14 EA15 EA16 FA01 FA13 FA22 FA25 3J103 AA02 AA15 AA23 BA41 EA07 FA10 FA30 GA02 GA03 GA52 HA03 HA12 HA18 HA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にトナーを付着させて搬送する電子
写真式現像ローラにおいて、ローラの表面に形成され、
トナーに対する帯電付与性を有する帯電付与層と、該帯
電付与層よりもローラの中心寄りの位置に形成され、弾
性を有するベース層と、該ベース層と前記帯電付与層と
の間に形成される弾性中間層とを有し、かつ該弾性中間
層表面の水に対する接触角が前記ベース層表面の水に対
する接触角より小さいことを特徴とする電子写真式現像
ローラ。
【請求項２】前記弾性中間層と前記帯電付与層の体積
抵抗率が１０⁵〜１０⁸Ωｃｍである請求項１に記載の電
子写真式現像ローラ。
【請求項３】ＡｓｋｅｒＣ硬度が４５度以下である請
求項１または２のいずれか１項に記載の電子写真式現像
ローラ。
【請求項４】前記ベース層がシリコーンゴムを主成分
とするソリッドゴムからなる請求項１から３のいずれか
１項に記載の電子写真式現像ローラ。
【請求項５】前記ベース層が多孔質構造である請求項
１から３のいずれか１項に記載の電子写真式現像ロー
ラ。
【請求項６】前記ベース層が、シリコーンゴム、ＥＰ
ＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）、ウレ
タンゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）のうちいずれか１つ
を主成分とする請求項５に記載の電子写真式現像ロー
ラ。
【請求項７】前記弾性中間層が、ＥＰＤＭ、ウレタン
ゴム、ＮＢＲのうちいずれか１つを主成分とする請求項
１から６のいずれか１項に記載の電子写真式現像ロー
ラ。
【請求項８】前記弾性中間層が多孔質構造以外で高弾
性を有するソリッドゴムからなる請求項１から７のいず
れか１項に記載の電子写真式現像ローラ。
【請求項９】前記帯電付与層が接着剤によって前記弾
性中間層に接着されている請求項１から８のいずれか１
項に記載の電子写真式現像ローラ。
【請求項１０】前記帯電付与層が、トナーの帯電極性
と逆極性の帯電極性を有する樹脂を主成分とする請求項
１から９のいずれか１項に記載の電子写真式現像ロー
ラ。
【請求項１１】前記帯電付与層の表面の動摩擦係数が
小さい請求項１から１０のいずれか１項に記載の電子写
真式現像ローラ。
【請求項１２】前記帯電付与層が、ポリアミド樹脂、
アクリルウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン
樹脂、アクリルシリコーン樹脂のうちいずれか１つを主
成分とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電
子写真式現像ローラ。
【請求項１３】像担持体表面に形成された静電潜像
に、帯電したトナーを付着させて現像する電子写真式現
像装置において、請求項１から１２のいずれか１項に記
載の電子写真式現像ローラを有する電子写真式現像装
置。