JP2002099141A - 現像装置、およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像装置において、ネガトナーを使用した場
合において、トナーの劣化および現像時のトナーの飛び
散りを防止する。 【解決手段】 現像装置１は、負帯電極性の１成分のト
ナーによって現像を行う。現像ローラ２は、表面に表層
として導電性フッ素系樹脂層を有し、トナー供給ローラ
４は、現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極
性の部材であり、トナー規制部材５は、現像ローラ２に
接触配置されている。ネガトナーを使用した場合におい
ても、現像ローラ表面の動摩擦係数の低減を図り、現像
ローラ硬度を低硬度化させることが可能となるので、ト
ナーの劣化および現像時のトナーの飛び散りを防止する
ようにすることができる。

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
された静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現
像する現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置の現像装置
は、使用する現像剤（以下「トナー」という。）の種類
によって若干、構成が異なる。特に、トナー自体の磁性
の有無によって、トナーを現像剤担持体（以下「現像ロ
ーラ」という。）表面に担持する力が異なってくる。

【０００３】トナー自体が磁性を有するいわゆる磁性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
ローラ表面に担持し、搬送することが可能となる。

【０００４】他方、トナー自体が磁性を有さないいわゆ
る非磁性１成分トナーを用いる場合は、この磁力に代わ
り、トナー自体の帯電量によって生じる現像ローラ表面
への鏡映力が主な力となる。非磁性１成分トナーでは、
この鏡映力によりトナーを現像ローラ表面に担持し、搬
送させることが可能となる。この非磁性１成分トナーを
用いる場合は、磁性１成分トナーで必要であったマグネ
ットは不要になるが、その代わり、現像ローラヘトナー
を供給するとともにトナーに鏡映力を生じさせるための
帯電量を付与する手段が必要となる。

【０００５】帯電量付与手段としては、一般的には、現
像ローラ表面と、現像ローラヘトナーを供給するために
現像ローラに当接配置されたトナー供給ローラ（トナー
供給手段）との摺擦力が利用される。すなわち、帯電量
付与手段としては、トナーに対して帯電付与性の高い表
面を有する現像ローラとトナーを担持供給可能なトナー
供給ローラとが用いられる。

【０００６】トナー供給ローラは、現像ローラへトナー
を供給するとともに、この現像ローラとトナー供給ロー
ラとの当接ニップ領域において、現像ローラとトナー、
トナー供給ローラとトナー、そしてトナー相互のそれぞ
れの間で生じる摺擦力により、トナーが摩擦帯電されて
必要なトナー帯電量、すなわち、トナーが現像ローラ表
面に担持されるための鏡映力を生じさせるだけのトナー
帯電量を得る。

【０００７】この非磁性１成分トナーは、非磁性である
ため、カラー化が可能となり、現在のカラー画像形成装
置において、主に用いられているトナーである。

【０００８】図４に、従来の、磁性１成分の現像装置の
概略構成を示す。同図に示す現像装置は、現像ローラを
感光ドラムに接触させた接触現像装置である。

【０００９】この現像装置１０１は、同図中の矢印Ｘ方
向に回転する感光ドラム（像担持体）１１０に接触しつ
つ、矢印Ｙ方向に回転しながら現像を行う現像ローラ１
０２、矢印Ｚ方向に回転することによって、非磁性１成
分トナーＴを現像ローラ１０２に供給するトナー供給ロ
ーラ１０４、現像ローラ１０２上のトナーＴの塗布量お
よびその帯電量を規制する現像ブレード（トナー規制部
材）１０５、トナーＴをトナー供給ローラ１０４に供給
するとともに非磁性１成分トナーを攪拌する攪拌部材１
０６等から構成されている。剛体の感光ドラム１１０を
用い、現像ローラ１０２が接触して現像を行う場合に
は、現像ローラ１０２は弾性体を有する現像ローラであ
ることが望ましい。そして、弾性体を有する現像ローラ
１０２を用いた現像装置においては、非磁性１成分トナ
ーヘの帯電付与のために金属製の現像ブレード１０５が
好適に用いられる。

【００１０】一方、現像装置１０１は、電源（不図示）
によって現像ローラ１０２に直流成分の現像バイアスを
印加することにより、現像ローラ１０２の表面に鏡映力
にて担持されているトナーＴを、現像ニップ領域Ｓにお
いて、感光ドラム１１０表面に形成されている静電潜像
に付着させてトナー像として現像し可視化する。

【００１１】このとき、現像に寄与せずに、現像ローラ
１０２表面に残留したトナーは、トナー供給ローラ１０
４を介して現像装置１０１内に回収される。

【００１２】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り、また、ト
ナー供給ローラ１０４から現像ローラ１０２へのトナー
Ｔの供給は、上述したように、トナー供給ローラ１０４
と現像ローラ１０２との摺擦領域においてトナーＴが摩
擦帯電することにより生じる鏡映力によって行われる。

【００１３】また、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１
０４との周速差によって行われる。

【００１４】上述の現像ローラ１０２としては、一般的
に、硬度４０〜５０度（ＪＩＳ−Ａ硬度計）の１層ソリ
ッドゴム層からなる現像ローラが用いられている。ま
た、現像ローラ１０２は、負極性の非磁性１成分トナー
を負極性に摩擦帯電させるため、ゴム弾性を有してい
て、かつ自身の帯電極性が正極性になる材質、例えば、
シリコーンゴム、ウレタンゴム等が一般的に用いられて
いる。

【００１５】周知の接触現像系では、所定の現像量を確
保するために、一般に、感光ドラム１１０と現像ローラ
１０２との間で、周速差を設けている。このような場
合、従来の現像ローラは、ゴム硬度が、４０〜５０度
（ＪＩＳ−Ａ硬度計）と高いため、感光ドラム１１０と
現像ローラ１０２との当接圧を高くする必要があった。
具体的には、母線方向の線圧で約１００ｇ／ｃｍ程度に
する必要があった。感光ドラム１１０と現像ローラ１０
２との当接圧が小さいと、現像ローラ１０２の感光ドラ
ム１１０への接触当接が不安定となり、現像ローラ１０
２が感光ドラム１１０から離れてしまうため、周期的な
現像不良やピッチムラ等の画像不良が生じてしまう。

【００１６】そこで、上述のように、現像ローラ１０２
の感光ドラム１１０への当接圧を強め、画像不良を防止
するようにしている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例によると、感光ドラム１１０と現像ローラ１０２
との当接圧が高いため、感光ドラム１１０と現像ローラ
１０２との当接領域である現像ニップ領域Ｓにおいて、
その摺擦力のため、感光ドラム１１０の削れによる摩耗
や、現像ローラ１０２の削れによる摩耗が生じ、さらに
は、現像ローラ１０２表面に担持されるトナーの劣化を
も生じていた。

【００１８】特に、近年の省エネルギー化のために用い
られる、定着装置の発熱量低減のための低融点なトナー
においては、現像ニップ領域Ｓでの高い摺擦力のため
に、上述のトナー劣化が著しかった。このため、現像性
の低下による濃度低下や、カブリ増加、さらには、現像
ローラ１０２表面へのトナー融着も生じてしまってい
た。

【００１９】そこで、現像ローラ１０２の硬度を低下さ
せ、現像ニップ領域Ｓにおける摺擦力を低下させること
が考えられる。現像ローラ１０２の硬度を低下させるこ
とで、現像ニップ領域Ｓでの当接圧を低減でき、上述の
摺擦力を低減できると考えたからである。また、現像ロ
ーラ１０２の硬度低下は、同時に、現像ブレード１０
５、およびトナー供給ローラ１０４の現像ローラ１０２
への当接圧をも低下させることができ、上述の問題点の
解決には有利と考えた。具体的には、現像ローラ１０２
の硬度を３０〜５０度（ＡｓｋｅｒＣ硬度計）にするこ
とで、感光ドラム１１０や現像ローラ１０２の摩耗とい
う問題点は解決され、また、トナー劣化の問題点解決の
可能性があることを見いだした。このときの、現像ロー
ラ１０２の感光ドラム１１０への当接圧は、線圧で、約
３０〜４０ｇ／ｃｍであったが、現像ローラ１０２の感
光ドラム１１０への当接は安定し、ピッチムラ等の問題
も生じなかった。

【００２０】しかしながら、このように現像ローラ１０
２の硬度を低硬度化させると、出力画像上、トナー飛び
散りが増加するという問題点が生じた。この問題点は、
本願出願人らの検討によると、以下に示す現象が原因で
あることが判明した。

【００２１】その現象とは、現像ローラ１０２と感光ド
ラム１１０との現像ニップ領域Ｓにおいて、両者間の摺
擦により、現像ローラ１０２表面が振動し、非磁性１成
分トナーの現像時に、現像トナー像を飛び散らせてしま
うという現象である。

【００２２】現像ローラ１０２の硬度が４０〜５０度
（ＪＩＳ−Ａ硬度計）と高ければ問題ないが、上述した
様に３０〜５０度（ＡｓｋｅｒＣ硬度計）と低硬度化さ
せると、上述の摺擦時に現像ローラ１０２表面に発生す
る歪み力が大きくなり、その結果、現像ローラ１０２表
面の振動が加速され大きくなり、現像されたトナー像を
かき乱してしまい、出力画像上にトナー飛び散りを発生
させて、画質を低下させてしまうものと考えられる。こ
こで、ＡｓｋｅｒＣ硬度計は、ＪＩＳ−Ａ硬度計より
も、低硬度の現像ローラの硬度測定に用いられ、その測
定値は、ＪＩＳ−Ａ硬度計よりも、約２０度程度高く測
定される。

【００２３】次に、硬度が低い場合の現像ローラ１０２
表面に歪み力および振動が発生する理由を説明する。

【００２４】上述したように、従来、弾性体からなる現
像ローラ１０２は、シリコーンゴムやウレタンゴムのソ
リッド層からなる弾性ローラ構成をしており、現像ロー
ラ表面の動摩擦係数が、およそ０．６〜１．５程度、表
面粗さＲｚが、およそ５〜１０μｍ程度に構成されてい
るのが一般的である。現像ローラ１０２として、シリコ
ーンソリッドローラを用いた場合は、この現像ローラ表
面の動摩擦係数は、約１．０〜１．２程度となる。

【００２５】ここでいう動摩擦係数とは、以下に示すオ
イラーベルト方法といわれている方式により測定するも
のであり、ステンレス薄板２１に対する現像ローラ１０
２表面の摩擦係数である。摩擦係数μは、図５に示すよ
うにして求めた。先端部に重りＷ１を負荷し、基端部を
デジタルフォースゲージ２２（重りＷ１もステンレス薄
板２１も負荷しない無負荷時に０値に調整しておく）に
セットした、厚さ０．０３ｍｍのステンレス薄板２１を
現像ローラ１０２表面に巻きかけ、図５中のθを４５度
に設定した。デジタルフォースゲージ２２の値が安定し
た後、現像ローラ１０２を図中の矢印Ｒ方向に回転さ
せ、このときの現像ローラ１０２とステンレス薄板２１
間の摺擦力をデジタルフォースゲージ２２で測定する。
測定値は、デジタルフォースゲージ２２からアナログ出
力された値をレコーダにて周波数１０Ｈｚでサンプリン
グし、サンプリングデータをコンピュータ２３で以下に
示す式（１）により計算し、さらに、現像ローラ１０２
の１回転分の計算値を平均して求めた。

【００２６】 μ＝（１／θ）１ｎ（Ｆ／Ｗ） ……（１） ここで、μ：動摩擦係数、 θ：４５度、 Ｗ：Ｗ１とＷ２の合計値、 Ｗ１：重りの重量、 Ｗ２：ステンレス薄板の重量、 Ｆ：デジタルフォースゲージの測定値 である。上述のようにして、ステンレス薄板２１に対し
て、現像ローラ１０２表面の動摩擦係数を測定した理由
は、現像ブレード１０５が、本発明では、ステンレス薄
板（厚さは、０．１ｍｍ程度）のものを使用しており、
また、感光ドラム１１０もアルミニウム等の基板上に、
厚さ数十μｍ程度の感光層を有するものを用いているた
め、現像ローラ１０２表面の動摩擦係数としては、ステ
ンレス薄板２１に対するものを用いて、比較することが
現状に近く、より適切と判断したためである。

【００２７】このようにして測定した動摩擦係数μが大
きいと、上述の現像ローラ１０２と感光ドラム１１０間
の摺擦力が大きくなり、現像ローラ１０２表面の振動が
発生すると考えられる。この現象は、現像ローラ１０２
の硬度が低い方がより顕著であり、特に、弾性層とし
て、低硬度のソリッド層やスポンジ層を用いた、硬度５
０（ＡｓｋｅｒＣ硬度計）度程度以下のローラを用いる
と、上述の現像ニップ領域Ｓが増加し、現像ローラ１０
２表面の感光ドラム１１０への密着力が増し、摺擦力が
増加する。このため、現像ローラ１０２表面の動摩擦係
数が大きいと、現像ローラ１０２表面の歪みが大きくな
り、上述の振動がより顕著になり、出力画像上、トナー
飛び散りとなって現れると考えられる。

【００２８】そこで、トナー飛び散りの発生を防止し、
トナー劣化等を防止して、従来の問題点を解決するため
には、現像ローラの硬度として、ＡｓｋｅｒＣ硬度計
で、５０度以下、上述した測定方法による動摩擦係数と
して、０．６以下であることが必要であることが本願出
願人らによって、別に提案されている。

【００２９】さらに、本願出願人らは、上述の提案を具
体的に実現させるべく、検討を行った結果、現像ローラ
表面動の摩擦係数を低下させるためには、現像ローラ表
面に含フッ素樹脂層を形成することにより可能であるこ
とが知られている。しかしながら、この一般に知られて
いる技術は、正帯電極性のポジトナーに対する技術であ
り、現像ブレード構成もトナーに対して、ポジ付与性の
樹脂である、エチレン−４フッ化エチレン共重合体を用
いている。これによって、現像ローラの耐摩耗性向上
と、ポジトナーヘの帯電安定性を維持し、ポジトナー搬
送性の向上を図っている。つまり、上述の従来技術は、
ポジトナーに対する技術であり、そのままでは、ネガト
ナーに用いることは不可能である。また、一般的に、フ
ッ素系樹脂は、負帯電極性の摩擦帯電極系列に属してお
り、トナーに対しては、正帯電付与性となるので、ネガ
トナーを用いた現像システムの現像ローラ表面材質とし
ては、用いられていなかった。

【００３０】本発明は、上述事情に鑑みてなされたもの
であり、ネガトナーを使用した場合において、トナーの
劣化および現像時のトナーの飛び散りを防止するように
した現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供
することを目的とするものである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１に係る本発明は、像担持体上に形成された
静電潜像に負帯電極性の１成分のトナーを付着させてト
ナー像として現像する現像装置において、表面に導電性
フッ素系樹脂層を有する回転可能な現像ローラと、前記
現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極性のト
ナー供給ローラと、前記現像ローラに接触配置されたト
ナー規制部材と、を備え、前記トナー供給ローラと前記
トナーとの摩擦帯電によって生じた摩擦帯電電荷によっ
て前記現像ローラ表面に前記トナーを担持し、前記現像
ローラの回転によって前記現像ローラと前記トナー規制
部材との当接領域に搬送して前記トナーに電荷を付与す
るとともに前記現像ローラ表面に担持されるトナー量を
規制し、前記像担持体と前記現像ローラとが対向する現
像領域に搬送して、現像電界によって前記静電潜像にト
ナーを付着させる、ことを特徴とする。

【００３２】請求項２に係る本発明は、請求項１の現像
装置において、前記現像ローラは、表面の動摩擦係数が
０．６未満である、ことを特徴とする。

【００３３】請求項３に係る本発明は、請求項１または
２の現像装置において、前記トナー供給ローラは、連続
気泡を有するスポンジ部材によって形成されている、こ
とを特徴とする。

【００３４】請求項４に係る本発明は、請求項１、２、
または３の現像装置において、前記トナーは、画像解析
装置で測定した形状係数ＳＦ１が１００〜１６０であ
り、形状係数ＳＦ２が１００〜１４０である、ことを特
徴とする。

【００３５】請求項５に係る本発明は、像担持体と、前
記像担持体表面を均一に帯電する帯電手段と、帯電後の
前記像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手
段と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像とし
て現像する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を他
部材に転写する転写手段と、を備えた画像形成装置にお
いて、前記現像手段が、請求項１、２、３、または４に
記載の現像装置である、ことを特徴とする。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明に係る現像装置は、感光体
や現像ローラの削れによる摩耗、また、低融点のトナー
を用いた場合のトナーの劣化、さらに現像時の現像領域
でのトナー飛び散り等を防止するために、フッ素系樹脂
を主成分とする低硬度でかつ低摩擦係数の表層を有する
現像装置を備えている。

【００３７】本発明においては、現像ローラ表面を導電
化することで、トナーとフッ素系樹脂との摩擦帯電の影
響を低減し、さらに、トナー供給ローラおよび現像ブレ
ードのトナーに対する摩擦帯電電界付与性を向上させる
ことで、ネガトナーを使用した場合においても、現像ロ
ーラの表層の低摩擦係数化のために、フッ素系樹脂の使
用を可能としている。

【００３８】以下、図面に沿って、本発明の実施の形態
について説明する。

【００３９】〈実施の形態１〉図１に、本発明に係る現
像装置の一例を示す。なお、本発明と直接的に関係しな
い構成要素については、一般的に用いられている技術を
用いることが可能であるので、ここでは、その説明を適
宜省略する。

【００４０】図１に示す現像装置１は、負帯電極性の感
光体（像担持体）表面にイメージ露光により形成された
静電潜像に、負帯電極性のトナーＴを付着させてトナー
像として反転現像する、接触方式の現像装置である。な
お、本実施の形態では、接触現像による例を示すが、本
発明は、非接触現像に対しても適用することができる。
また、反転現像に限らず、アモルファスシリコン感光体
のような正帯電極性の感光体表面をアナログ露光し、画
像域を負帯電極性のトナーで正規現像するような場合に
も適用できるのはもちろんである。つまり、本発明は、
負帯電極性のトナーを用いた現像装置において有効な技
術となる。さらに、以下の実施の形態では、非磁性１成
分トナーを用いた場合について説明するが、磁性トナー
を用いてもよいことは言うまでもない。

【００４１】図１においては、符号１０は、像担持体と
しての負帯電極性のドラム形の電子写真感光体（以下
「感光ドラム」という。）を示している。本実施の形態
では、感光ドラム１は、外径３０ｍｍのＯＰＣ感光ドラ
ムが使用されており、駆動手段（不図示）によって矢印
Ｘ方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。

【００４２】符号１は、本実施の形態における現像装置
を示す。符号２は、発明の構成要素の１つである、表層
に導電化されたフッ素系樹脂層が形成された現像ローラ
を示す。現像ローラ２の外径は１６ｍｍとした。現像ロ
ーラ２について後に詳述する。符号３は、感光ドラム１
０に対する現像ローラ２の進入量を規制する進入量規制
コロを示す。進入量規制コロ３は、外径が１５．５ｍｍ
に形成されており、感光ドラム１０の長手方向の両端部
に設けられた非画像形成領域に当接されている。これに
より、外径１６ｍｍの現像ローラ２の、感光ドラム１０
に対する進入量を２５０μｍ程度に設定している。

【００４３】符号４は、本発明の特徴の１つであるトナ
ー供給ローラを示す。トナー供給ローラ４は、低融点の
負帯電極性の非磁性１成分トナーＴを、現像ローラ２表
面に供給する。本実施の形態では、本発明の特徴の１つ
である導電化されたフッ素系樹脂表層を有する現像ロー
ラ２表面に、負帯電極性のトナーＴを適量供給するため
に、トナー供給ローラ４として、連続発泡セルを有する
絶縁性のウレタンスポンジローラを用いた。

【００４４】トナー供給ローラ４を連続発泡セルを有す
るスポンジ（連泡スポンジ）で形成することで、トナー
供給ローラ４の硬度をＡｓｋｅｒＣ硬度計による測定
で、１０度以下と低硬度化することが可能であり、現像
ローラ２表面へのトナー供給ローラ４の当接圧を増加さ
せずに、当接ニップ領域を拡大できる。本実施の形態で
は、トナー供給ローラ４の外径を１６ｍｍ、トナー供給
ローラ４の現像ローラ２への進入量を約５００μｍ程度
としても、当接圧を線圧で、約３０ｇ／ｃｍ程度に押さ
えながら、その当接ニップ領域の幅（ニップ幅）を約２
〜３ｍｍ程度に保つことができる。また、本実施の形態
のように、トナー供給ローラ４を低硬度の連泡スポンジ
構成とすることで、トナー供給ローラ４のセル中へのト
ナー吸引量を増大することができ、単独発泡のセルを有
するスポンジの場合に比べ、格段に、現像ローラ２への
トナーＴの搬送量を増大させることが可能となる。さら
に、トナー供給ローラ４の材質をトナーＴの帯電極性と
逆極性の帯電極性を有するウレタンを用いることで、ト
ナーＴへの当接ニップ領域における摺擦による摩擦帯電
性を向上させ、トナー搬送量の増大効果と相まって、適
量のトナーＴを現像ローラ２表面に供給可能となる。こ
こで、現像ローラ２表面にフッ素系樹脂層を設けるに当
たって、トナー供給ローラ４との材質的なマッチングが
重要となる。つまり、現像ローラ２表面は、その表面の
低い動摩擦係数μ（以下適宜「低μ」という。）とトナ
ー搬送性を重視するために、導電化が必要であり、逆
に、トナー供給ローラ４は、トナーＴとの摩擦帯電性を
重視するため、絶縁化、または体積抵抗率が１０⁸ Ω・
ｃｍ程度となるように半導電化する必要がある。

【００４５】現像ローラ２表面を導電化、具体的には、
１０⁵ 〜１０⁶ Ω・ｃｍ程度以下に導電化する必要があ
るのは、トナーＴとフッ素系樹脂との摩擦帯電性を低減
させ、同時に、トナーＴを鏡映力で、現像ローラ２表面
に担持させるためであり、これを絶縁、または体積抵抗
率１０⁸ Ω・ｃｍ以上の半導電性を持たせると、トナー
Ｔとフッ素系樹脂との摩擦帯電の影響が無視できなくな
り、トナーの供給阻害を起こすためである。よって、現
像ローラ２表面は、導電化する必要があり、トナー供給
ローラ４と現像ローラ２との間にトナー供給電界を形成
し、トナー供給量の増加を試みる場合も、トナー供給ロ
ーラ４側を半導電化する必要がある。

【００４６】符号５は現像ブレード（トナー規制部材）
を示す。現像ブレード５は、トナー供給ローラ４によっ
て現像ローラ２表面に供給されたトナーＴを所定量に規
制するとともに、トナーＴに摩擦帯電により電荷付与を
行い、所定量の電荷を与えるものである。本実施の形態
では、現像ローラ２のローラ硬度を低硬度化すること
で、現像ローラ２現像ブレード５の当接圧の低減を図っ
ている。具体的には、現像ローラ２の硬度をＡｓｋｅｒ
Ｃ硬度計の測定で約４０度程度とすることで、現像ブレ
ード線圧を約３０ｇ／ｃｍにし、安定当接を得ている。
また、現像ブレード５も、トナー供給ローラ４と同様の
理由により、トナー帯電付与性の高い材質が望まれる。
現像ブレード５は、トナー量を規制し、トナーＴへの帯
電付与が目的であるので、金属ブレード、例えば、ステ
ンレス製のブレードとすることが可能である。この場
合、現像ローラ２表面が導電化する必要があるので、現
像ローラ２と現像ブレード５とは、同電位、またはこれ
に近い電位関係とする必要が生じる。現像ブレード５
は、もちろん、ポリアミド、ウレタン等のネガトナーヘ
の帯電付与性の高い樹脂により構成することも可能であ
る。

【００４７】上述のような現像ローラ２と現像ブレード
５とのマッチングとした場合でも、トナーＴへの帯電付
与性が高まるのは、次のような理由による。これは、現
像ローラ２表面が低μのため、現像ブレード５でのトナ
ー規制力が高く、規制後の現像ローラ２表面のトナー層
を１〜２層程度と薄層化することが可能であるため、現
像ブレード５と現像ローラ２との当接ニップ領域中での
現像ブレード５とトナーＴとの接触機会が増加し、現像
ブレード５によるトナーＴへの摩擦帯電機会が増加する
ためである。

【００４８】なお、各部材の回転方向については、上述
の感光ドラム１０は矢印Ｘ方向、現像ローラ２は矢印Ｙ
方向、そして、トナー供給ローラ４は矢印Ｚ方向であ
る。

【００４９】次に、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、図２に示すよ
うに、芯金２ｃ上に弾性層２ｂを形成し、この弾性層２
ｂの表層周囲に表層２ａを設けている。表層２ａは、従
来技術の課題において説明したように、現像ローラ２表
面を低動摩擦係数とするために、フッ素系樹脂を主成分
とする導電性低動摩擦係数層によって形成している。フ
ッ素系樹脂表層を形成することで、上述した測定方法に
よる現像ローラ２表面の動摩擦係数は、約０．２程度と
することが可能となり、従来のシリコーンゴム表層の現
像ローラの動摩擦係数１．０以上と比べて、大幅に低減
することができる。ここで、フッ素系樹脂の導電化に
は、カーボンを分散させて、体積抵抗率約１０⁵ 〜１０
⁶ Ω・ｃｍに抵抗値を調整した。もちろん、金属微粉末
等のカーボン以外の導電紛を分散させて導電化してもよ
い。また、弾性層２ｂとしては、低硬度のカーボン分散
導電性ＬＴＶシリコーンゴムを用い、体積抵抗率をフッ
素系樹脂層の体積抵抗率と同程度の１０⁵ 〜１０⁶ Ω・
ｃｍ、硬度を、現像ローラ２の硬度として、Ａｓｋｅｒ
Ｃ硬度計で、約４０度とした。弾性層２ｂとしては、こ
れ以外に、スポンジ構成とすることも可能であり、これ
により、ソリッド構成の現像ローラより、さらにＡｓｋ
ｅｒＣ硬度計で、５度程度の低硬度化を図ることが可能
となる。ただし、スポンジ構成とする場合は、図３に示
すように、芯金２ｃ上に、スポンジ層２ｂ₁ 、さらにこ
のスポンジ層２ｂ₁ 表面に厚さ０．５〜１ｍｍ程度のソ
リッド層２ｂ₂ を設け、このソリッド層２ｂ₂ 表面に表
層２ａとして導電性低動摩擦係数層を形成する必要があ
る。ここで、弾性層２ｂ₁ 、ソリッド層２ｂ₂ ともに導
電化されており、その体積抵抗率は、約１０⁵ 〜１０⁶
Ω・ｃｍ程度に調整されていることが望ましい。現像ロ
ーラ２をスポンジ構成とするために、このように３層構
成とする必要が生じるのは、スポンジ層の表面に直接、
導電性低動摩擦係数層を形成すると、スポンジ表面形状
が現像ローラ２表面に現れて、画像上好ましくないから
である。すなわち、スポンジ層２ｂ₁ の研磨ムラやセル
径要因による凹凸の影響を、ソリッド層２ｂ₂ を設ける
ことによって、現像ローラ２表面に現れることを防止で
きる。また、表層２ａである導電性低動摩擦係数層の表
面粗さＲｚは、５〜１０μｍ程度の調整することが望ま
しい。この場合、ソリッド層２ｂ₂ 表面の研磨により、
Ｒｚを調整することも可能であるが、導電性フッ素系樹
脂中に、フッ素樹脂粒子等の微粒子を分散配合すること
で、Ｒｚを調整することが好ましい。

【００５０】以上のようにして構成される実施の形態の
現像装置１は、一般的に用いられる、負帯電極性の非磁
性１成分トナーを用いた反転現像系の画像形成装置（不
図示）に、好適に用いることが可能である。本実施の形
態では、例として、画像出力条件として、感光ドラム１
０の帯電電位を−６５０Ｖ、感光ドラム１０上の露光領
域の画像域電位を−１００Ｖ、現像ローラ２に印加する
現像電圧を−３５０ＶのＤＣ電圧とした。

【００５１】従来、負帯電極性のトナーに対しては、フ
ッ素系樹脂表面層を有する現像ローラを用いることがで
きなかったが、実施の形態１の構成とすることによっ
て、これが可能となり、その結果、従来技術で問題であ
った、感光ドラムや現像ローラの削れによる摩耗や、ト
ナー劣化、さらには、現像時のトナー飛び散り等の問題
点の発生を防止することが可能となった。

【００５２】以下、本実施の形態の動作原理について図
１を用いて説明する。

【００５３】図１中の現像装置１において、負帯電極性
の非磁性１成分トナーＴは、トナー供給ローラ４の矢印
Ｚ方向への回転動作に伴い、トナー供給ローラ４の連泡
セル中に、吸引され、現像ローラ２とトナー供給ローラ
４との当接ニップ領域へ搬送される。現像ローラ２とト
ナー供給ローラ４との当接ニップ領域においては、現像
ローラ２より低硬度のトナー供給ローラ４がつぶれるこ
とで、トナー供給ローラ４のセル中に吸引されていたト
ナーＴは、トナー供給ローラ４から掃出される。と同時
に、現像ローラ２とトナー供給ローラ４との摺擦によ
り、トナーＴは、摩擦帯電させる。

【００５４】ここで、現像ローラ２表面には、表層２ａ
としてフッ素系樹脂からなる導電性低動摩擦係数層が存
在するが、フッ素系樹脂は導電化されており、トナーＴ
とフッ素系樹脂の摩擦帯電の影響は緩和される。フッ素
系樹脂の抵抗が高いと、負帯電極性を有するフッ素系樹
脂と、負帯電極性のトナーＴとの摩擦帯電の影響が無視
できず、正極性に帯電された反転トナーの存在確率が増
加し、出力画像上、いわゆるカブリが増加する。この反
転トナーによるカブリは、転写時に、感光ドラム１０表
面に残留する確率が高いが、接触転写方式を用いた画像
形成装置の場合、転写材に、メカニカルな力で付着して
しまうことがあり、出力画像上のカブリが増加してしま
う。

【００５５】また、感光ドラム１０表面に反転トナーが
転写残トナーとして残留することは、クリーニング装置
を除去した、いわゆるクリーナレス方式の画像形成装置
に用いた場合、帯電装置等をトナーで汚し、さまざまな
不具合を生む。さらに、上述のフッ素系樹脂の抵抗値を
高くし、体積抵抗値で約１０⁸ Ω・ｃｍ以上、特に、絶
縁状態とすると、トナーＴは、ほとんど負電荷を得るこ
とができなくなり、現像ローラ６表面に、トナーＴを供
給することが不可能となる。これに対し、本実施の形態
では、現像ローラ２表面のフッ素系樹脂を導電化するこ
と、およびトナー供給ローラ４を上述のように、トナー
電荷付与性の高い構成とすることで、従来、不可能であ
った、フッ素系樹脂表面層を有する現像ローラ１への負
帯電極性トナーの供給を可能としている。

【００５６】次に、現像ローラ２表面に供給されたトナ
ーＴは、導電化された現像ローラ２表面に、トナーＴ自
体の電荷量による鏡映力によって担持され、現像ローラ
２の矢印Ｙ方向への回転動作に伴って現像ブレード５と
現像ローラ２との当接ニップ領域へ搬送される。現像ブ
レード５と現像ローラ２との当接ニップ領域において、
現像ローラ２表面に担持搬送されたトナーＴは、その塗
布量を規制されるが、このとき、現像ローラ２表面の動
摩擦係数が約０．２程度と極めて低いため、１〜３層程
度の薄層に規制することが可能である。単位面積当たり
のトナー量としては、０．２〜０．４ｍｇ／ｃｍ² 程度
に規制することが可能である。これにより、現像ブレー
ド５と現像ローラ２との当接ニップ領域においても、現
像ブレード５表面とトナーＴとの接触機会が増加され、
かつ上述したように現像ブレード５をトナーＴに対し帯
電付与性の高い材質で構成することにより、当接ニップ
領域においてトナーＴはさらに帯電電荷量を得ることが
できる。

【００５７】ここで、現像ローラ２表面の動摩擦係数が
極めて低いため、トナーＴは、現像ローラ２表面からの
メカニカルな摩擦力を受けて転動することはなくなる。
すなわち、トナーＴと現像ローラ２表面間の摩擦帯電の
影響は、フッ素系樹脂の導電化と合わせて、さらに、低
減することが可能となる。一方、従来技術のように、現
像ローラ２表面の動摩擦係数が１．０以上と高い場合
は、当接ニップ領域を通過した規制後のトナー量が約
０．７ｍｇ／ｃｍ² 以上と増加し、その分、現像ブレー
ドとトナーとの接触機会が減少し、現像ブレードによる
摩擦帯電付与性が低下してしまう。さらに、現像ローラ
２表面の動摩擦係数の上昇は、現像ローラ２とトナーＴ
との間の摩擦力による転動を生み、現像ローラ表面に負
帯電極性の離型性樹脂層を形成した場合、その帯電極性
がトナーと同極性のため、離型層を導電化しても上述し
た反転トナーの発生する確率が本実施の形態よりも増加
してしまい、本発明の効果が不十分となる。

【００５８】すなわち、本発明は、トナー供給ローラ４
および現像ブレード５にトナーＴへの帯電付与性の高い
材質を用い、現像ローラ２として、低硬度の弾性ローラ
表面に、低動摩擦係数を有する導電性フッ素系樹脂層を
形成することにより、トナーＴと、トナー供給ローラ４
および現像ブレード５との摩擦帯電性を向上させ、一
方、現像ローラ２表面とトナーＴとの間では、相互の摩
擦力による転動の発生を防ぎ、かつ現像ローラ２表面を
導電化することで、互いの摩擦帯電の発生を防ぎ、現像
ローラ２表面にフッ素系樹脂を主成分とする低動摩擦係
数層を形成しても、反転トナーの発生を防止するととも
に、その鏡映力により、トナーを現像ローラ表面に担持
可能とする。

【００５９】このようにして、適性帯電量に帯電された
トナーを適量、現像ローラ表面に担持することが可能と
なる。

【００６０】次に、現像ローラ２表面に担持されたトナ
ーＴは、感光ドラム１０と現像ローラ２との当接領域で
ある現像領域に搬送され、この現像領域で、現像電界に
よって、感光ドラム１０表面の静電潜像に付着されてこ
れをトナー像として現像（可視化）する。

【００６１】ここで、従来技術においては、現像ローラ
をＡｓｋｅｒＣ硬度計で４０度程度に低硬度化した場合
には、その表面の動摩擦係数が１．０以上と高いため、
上述したトナー飛び散りが発生し、非常に画像品位を低
下させていた。これに対し、本実施の形態では、現像ロ
ーラ２を低硬度化しても、表面の動摩擦係数が低いた
め、上述のトナー飛び散り等の問題点は生じない。

【００６２】以上説明した本実施の形態を上述した画像
形成条件において、１００００枚画像出力を行ったとこ
ろ、高品位な画像を得ることができた。また、１０００
０枚画像出力後の現像ローラ２表面を観察したところ、
トナー融着の発生は見られなかった。つまり、現像装置
としての耐久性も向上させることができた。

【００６３】以上説明したように、本実施の形態による
と、フッ素系樹脂を主成分とする表面層を有する現像ロ
ーラを負帯電極性のトナーを用いる現像装置に対しても
用いることが可能となった。その結果、低硬度で、低動
摩擦係数の表層を有する現像ローラを用いることがで
き、上述した従来技術における問題点を解決できる現像
装置を提供することが可能となった。

【００６４】〈実施の形態２〉本実施の形態２では、前
述の実施の形態１のトナーとして、非磁性１成分の球形
トナーを用いた。これにより、トナーと現像ローラ２表
面間の摩擦力をさらに低減でき、その結果、実施の形態
１よりも、現像ローラ２表面のフッ素系樹脂層のトナー
に対する摩擦帯電の影響をさらに低減可能となり、本発
明の効果を実施の形態１より高めることができる。

【００６５】次に、本実施の形態で用いた非磁性１成分
トナーについて説明する。本実施の形態では、低融点
で、転写性の優れる重合トナーを用いた。トナーの球形
度合いは、トナーの形状係数ＳＦ１、および形状係数Ｓ
Ｆ２を用いて示すことが可能である。形状係数ＳＦ１、
ＳＦ２とは、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）
を用いトナー像を無作為に１００個サンプリングし、そ
の画像情報をインターフェースを介してニコレ社製画像
解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入し解析を行い、下式よ
り算出して得られた値と定義している。

【００６６】ＳＦ１＝｛（ＭＸＬＮＧ）² ／（ＡＲＥ
Ａ）｝×（π／４）×１００ ＳＦ２＝｛（ＰＥＲＩ）² ／（ＡＲＥＡ）｝×（１／４
π）×１００ ただし、ＭＸＬＮＧ：トナーの絶対最大長、 ＡＲＥＡ ：トナーの投影面積、 ＰＥＲＩ ：トナーの周長。

【００６７】上述の形状係数ＳＦ１、ＳＦ２とも１００
が最小で、このときトナーは完全な球形である。形状係
数ＳＦ１は、トナーの球形度合いを示すものであり、１
４０より大きいと、球形から徐々に不定形となる。一
方、形状係数ＳＦ２は、凹凸度合いを示し、１２０より
大きいとトナーの凹凸が顕著になる。トナーは重量平均
粒径が３〜１０μｍで、前述のＳＦ１が１００〜１４
０、ＳＦ２が１００〜１２０の範囲のものを用いること
が好ましい。また、ここで示す本実施の形態で用いられ
るトナーの帯電極性は負極性である。なお、本実施の形
態においては、トナーの重量平均粒径は７μｍ、ＳＦ１
は１３０、ＳＦ２は１２０であった。

【００６８】トナーの重量平均粒径は、種々の方法によ
って測定できるが、本実施の形態においては、コールカ
ウンターのマルチサイザーを用いて行った。

【００６９】このような球形トナーを用いることで、上
述したように、現像ローラ２表面とトナー間での摩擦力
による摺擦を、実施の形態１よりもさらに低減でき、現
像ローラ２表面のフッ素系樹脂の摩擦帯電的な影響を実
施の形態１より低減できる。その理由は、トナーを球形
化することで、トナー自体の滑り性が粉砕トナー等の異
形トナーより向上し、上述の現像ローラ２表面とトナー
間での摩擦力による摺擦を、粉砕トナ一等の異形トナー
を用いた場合よりも低減できるからと考えられる。つま
り、実施の形態２は、本発明の効果をより高めることが
可能となる。また、滑り性の高い球形トナーは、トナー
自体の滑り性向上に起因する転写効率の向上により、い
わゆるクリーナレスの画像形成装置に対して一層、適し
ている。さらに、トナーを球形化すれば、上述したよう
に、現像ローラ２とトナー間の摺擦力がより低下するの
で、上述したような低融点なトナーに対しては、本発明
の効果は顕著に現れ、低融点なトナーを用いた現像装置
の寿命を大幅に向上させることが可能である。

【００７０】〈実施の形態３〉本実施の形態は、画像形
成装置に係るものであり、上述の現像装置を備えた画像
形成装置に関するものである。

【００７１】本実施の形態に係る画像形成装置は、感光
ドラム表面を所定の極性、所定の電位に均一に帯電する
帯電手段と、帯電後の感光ドラム表面を露光して静電潜
像を形成する露光手段と、静電潜像にトナーを付着させ
てトナー像として現像する現像手段と、感光ドラム上に
形成されたトナー像を他の部材、例えば紙等の転写材に
転写する転写手段とを備えたものである。

【００７２】上述の感光ドラム、帯電手段、露光手段、
転写手段としては、一般的な構成のものを使用すること
が可能である。これに対して、現像手段としては、前述
の実施の形態１、または上述の実施の形態２で説明した
現像装置を使用するものとする。

【００７３】なお、画像形成装置としては、複写機、レ
ーザプリンタ、ファクシミリ等がある。

【００７４】上述構成の画像形成装置によると、現像装
置がトナーの劣化および現像時の卜ナーの飛び散りを防
止できることに対応して、画像形成装置としても、劣化
のないトナーによって現像後のトナー像の転写や定着を
行うことができるので、画質を向上させることができ
る。また、現像時のトナーの飛散を抑制できるので、ト
ナーが他の部材や転写材に付着することを防止すること
ができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
負帯電極性の１成分のトナーによって現像を行う現像装
置、およびこれを備えた画像形成装置において、表面に
導電性フッ素系樹脂層を有する回転可能な現像ローラ
と、現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極性
のトナー供給ローラと、現像ローラに接触配置されたト
ナー規制部材とを備え、トナー供給ローラとトナーとの
摩擦帯電によって生じた摩擦帯電電荷によって現像ロー
ラ表面にトナーを担持し、現像ローラの回転によって現
像ローラとトナー規制部材との当接領域に搬送してトナ
ーに電荷を付与するとともに現像ローラ表面に担持され
るトナー量を規制し、像担持体と現像ローラとが対向す
る現像領域に搬送して、現像電界によって前記静電潜像
にトナーを付着させることにより、ネガトナーを使用し
た場合においても、現像ローラ表面の動摩擦係数の低減
を図り、現像ローラ硬度を低硬度化させることが可能と
なるので、トナーの劣化および現像時のトナーの飛び散
りを防止するようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の現像装置の概略構成を示す縦断
面図。

【図２】実施の形態１の現像ローラの概略構成を示す縦
断面図。

【図３】実施の形態１の他の現像ローラの概略構成を示
す縦断面図。

【図４】従来の現像装置の概略構成を示す縦断面図。

【図５】動摩擦係数の測定方法を説明するための図。

【符号の説明】

１ 現像装置 ２ 現像装置（現像手段） ２ａ 導電性フッ素系樹脂層（表層） ４ トナー供給ローラ ５ トナー規制部材（現像ブレード） １０ 像担持体（感光ドラム） Ｔ トナー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｆ１６Ｃ 13/00 Ｂ Ｇ０３Ｇ 9/08 Ｇ０３Ｇ 9/08 15/08 ５０７Ｌ (72)発明者 関口 真奈実 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 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 Ｆターム(参考） 2H005 AA15 DA02 EA10 FA05 2H077 AC04 AD06 AD13 AD17 AD23 AD35 AE02 AE03 EA13 EA14 EA15 FA01 FA13 FA22 FA25 GA17 3J103 AA02 AA14 AA23 AA51 BA41 FA30 GA02 GA57 GA58 GA60 HA03 HA04 HA12 HA20 HA43 HA53

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体上に形成された静電潜像に負帯
   電極性の１成分のトナーを付着させてトナー像として現
   像する現像装置において、 表面に導電性フッ素系樹脂層を有する回転可能な現像ロ
   ーラと、 前記現像ローラに接触配置された回転可能な正帯電極性
   のトナー供給ローラと、 前記現像ローラに接触配置されたトナー規制部材と、を
   備え、 前記トナー供給ローラと前記トナーとの摩擦帯電によっ
   て生じた摩擦帯電電荷によって前記現像ローラ表面に前
   記トナーを担持し、前記現像ローラの回転によって前記
   現像ローラと前記トナー規制部材との当接領域に搬送し
   て前記トナーに電荷を付与するとともに前記現像ローラ
   表面に担持されるトナー量を規制し、前記像担持体と前
   記現像ローラとが対向する現像領域に搬送して、現像電
   界によって前記静電潜像にトナーを付着させる、 ことを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】 前記現像ローラは、表面の動摩擦係数が
   ０．６未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の
   現像装置。
3. 【請求項３】 前記トナー供給ローラは、連続気泡を有
   するスポンジ部材によって形成されている、 ことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 【請求項４】 前記トナーは、画像解析装置で測定した
   形状係数ＳＦ１が１００〜１６０であり、形状係数ＳＦ
   ２が１００〜１４０である、 ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の現像装
   置。
5. 【請求項５】 像担持体と、前記像担持体表面を均一に
   帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を露光
   して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にト
   ナーを付着させてトナー像として現像する現像手段と、
   前記像担持体上のトナー像を他部材に転写する転写手段
   と、を備えた画像形成装置において、 前記現像手段が、請求項１、２、３、または４に記載の
   現像装置である、 ことを特徴とする画像形成装置。