JP2005115259A - 現像装置およびこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小粒径トナーを用いたＦＥＥＤ式の現像ローラであってもフィルミングによる画像形成不良を防止して、良好な画像形成を長期的にかつ確実に行う。
【解決手段】画像形成装置１は、表層に電荷注入層を有する像担持体２と現像ローラ５ａを有する現像装置５とを備えている。現像ローラ５ａは絶縁体部５ｅとこの絶縁体部５ｅの表層に独立分散された多数の独立フローティング電極部５ｆとを有するＦＥＥＤ式のローラとして形成されており、これらの独立フローティング電極部５ｆは絶縁体部５ｅより凸に形成されている。更に、画像形成装置１に用いられるトナーは、トナー粒子の個数平均粒径が０．５〜５．０μｍである小粒径トナーであり、このトナー粒子に流動性向上剤が外添されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられ、像担持体に形成された潜像を現像するための現像装置の技術分野に関し、特に、小粒径トナーを用いたＦＥＥＤ式の現像装置、およびこの現像装置と電荷注入層を有する像担持体とを備えている画像形成装置の技術分野に関する。

画像形成装置における現像装置においては、従来、トナー担持体の表面に、各々微小面積を有する誘電体部と導電体部を混在させると共に、誘電体部の表面に、炭素または炭素を主成分とする物質からなる機能層を形成した、いわゆるＦＥＥＤ式の現像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示の現像装置では、トナー担持体上に必要に応じて補助剤を外添した非磁性一成分系トナーを供給し、このトナーをトナー担持体表面近傍に形成した多数の微小閉電界によりトナー担持体上に担持させ、トナー担持体上に担持されたトナーによって像担持体の静電潜像を可視像化する。このＦＥＥＤ式の現像装置によれば、トナー付着量、トナー帯電量に関する摩擦帯電特性を満足し、潜像保持体とトナー担持体の等速現像を可能とし、かつ、優れたトナー離型性、低摩擦性、耐摩耗性、耐環境性等の特性が満足される。

また、従来、現像装置に用いられるトナーとして、高精細、高画質の画像を形成する目的で、トナー粒子の個数平均粒径が０．５〜５．０μｍで、かつ６．０μｍ以上のトナー粒子の含有割合が５個数％以下である小粒径のトナーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更に、静電潜像が形成される像担持体に電荷を注入することにより像担持体を帯電させる画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に開示されている画像形成装置は像担持体である感光体ドラムを備えている。この感光体ドラムは、受光により電荷を発生する電荷発生層と発生した電荷を輸送する電荷輸送層とからなる光導電層と、電荷輸送層の上に形成された電荷が注入される電荷注入層とを有している。この電荷注入層は、光硬化型のアクリル樹脂に、ＳｎＯ₂の超微粒子、４フッ化エチレン樹脂などの滑剤、重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光硬化法により膜形成したものである。そして、電荷注入層に接触帯電部材を接触させて接触帯電部材から電荷注入層のＳｎＯ₂に電荷を注入することにより感光体ドラムが一様帯電される。次いで、この感光体ドラムがレーザ光で露光されることにより、電荷発生層が受光して電荷を発生し、発生した電荷が電荷輸送層により感光体ドラムの表面に輸送されることで、感光体ドラムの表面の露光部分が除電されて静電潜像が形成される。

このように電荷注入方式で感光体ドラムを帯電することで、低電圧で帯電を行うことができるため、電源のコストが安くなるとともにオゾン生成物の発生を防止することができる。更に、低電圧での帯電により、感光体ドラムにピンホール等がある場合、リークによる画像形成不良を極力抑えることが可能となる。
特開平６−２０２４６５号公報。 特許第３３７２６５０号公報。 特開平９−２１８５６６号公報。

ところで、画像形成するにあたって、形成する画像をより高精細にかつより高画質にするために、前述のＦＥＥＤ式の現像装置に前述の一成分の小粒径トナーを用いることが考えられる。更に、前述の電荷注入方式の利点を得るために、この小粒径トナーを用いたＦＥＥＤ式の現像装置に、電荷注入方式の感光体ドラムを組み合わせることが考えられる。

図７は、このような小粒径トナーを用いたＦＥＥＤ式の現像装置に、電荷注入方式の感光体ドラムを組み合わせた画像形成装置を模式的に示す図、図８は、図７に示すＦＥＥＤ式の現像装置の現像ローラとトナー供給ローラとを模式的に示す図である。
図７に示すように、この画像形成装置１は、潜像が形成されるとともにトナー像を担持する像担持体２と、この像担持体２を一様帯電する帯電ローラ３ａを有する帯電装置３と、像担持体１に露光により静電潜像を書き込む露光装置４と、トナー担持体である現像ローラ５ａ、この現像ローラ５ａ上のトナーの層厚を規制するトナー層厚規制部材５ｂ、および現像ローラ５ａに現像バイアス電圧を供給する現像バイアス電源５ｃを有するＦＥＥＤ式の現像装置５と、転写ローラ６ａを有する転写装置６とを備えている。

像担持体２は、アルミニウム等の導電性材料からなる基材２ａと、この基材２ａ上に形成された下引き層（Under Coated Layer：以下、ＵＣＬともいう）２ｂと、このＵＣＬ２ｂの上に形成された感光体層２ｃと、この感光体層２ｃの上に形成された電荷注入層２ｄとから構成されている。電荷注入層２ｄはバインダー樹脂７中に多数の導電性微粒子（不図示）が独立分散されて構成されている。

図８に示すように、ＦＥＥＤ式の現像装置５の現像ローラ５ａは、導電部材からなる芯材５ｄと、この芯材５ｄの上に形成された絶縁体部５ｅとから構成されている。この絶縁体部５ｅの表層には、多数の独立フローティング電極部５ｆが設けられている。これらの独立フローティング電極部５ｆは絶縁体部５ｅから露出しているとともに、独立フローティング電極部５ｆの先端面は現像ローラ５ａの外周面（つまり、絶縁体部５ｅの外周面）と同じ面（湾曲面）となるように面一にされている。また、現像装置５はトナーのトナー供給ローラ５ｇを有している。

そして、図７および図８において、現像装置５のトナータンク等に収納されているトナーＴは、トナー供給ローラ５ｇに供給される。一方、現像を終了した現像ローラ５ａは、矢印の方向に回転し、トナー供給ローラ５ｇとの接触部にいたる。図９に示すように、トナー供給ローラ５ｇは現像ローラ５ａと同方向に回転し、現像ローラ５ａとトナーＴを帯電させ、現像ローラ５ａ上にトナーＴを付着させる。現像ローラ５ａが更に回転することで、現像ローラ５ａ上の付着トナーは、トナー層厚規制部材５ｂによりトナー層厚を規制されながら帯電も安定化され、像担持体２の潜像を現像する現像領域Ｄに達する。

現像領域Ｄにおいては、接触または非接触現像により潜像がトナーＴで現像される。ここで必要に応じて、現像ローラ５ａおよびトナー供給ローラ５ｇに、それぞれ、現像バイアス電源５ｃおよび供給バイアス電源５ｈからの直流、交流、直流重畳交流、パルス等の現像バイアス電圧および供給バイアス電圧を印加して、最適な画像に調整することができる。次に、このＦＥＥＤ式の現像ローラ５ａへのトナー付着のメカニズムについて説明する。現像ローラ５ａの例としては、例えば図９に示されるように、絶縁体部５ｅの表層に微小の多数の独立フローティング電極部５ｆが独立分散されて構成されている。

トナーＴの付着は次のように行なわれる。まず、現像を終了した現像ローラ５ａは、矢印の方向に回転してトナー供給ローラ５ｇと接触する。前回の現像後に現像ローラ５ａに残留する残トナーがトナー供給ローラ５ｇにより機械的、電気的にかきとられて、現像装置内のトナータンクに収容されるとともに、独立フローティング電極部５ｆは摩擦によって帯電する。この摩擦帯電により、現像ローラ５ａと残トナーの電荷は一定化されて初期化される。次に、トナー供給ローラ５ｇによってトナータンクから運ばれたトナーＴは、摩擦により帯電し、現像ローラ５ａの独立フローティング電極部５ｆに静電的に付着する。このときの極性は、像担持体電荷に対してトナーＴは逆極性に、また現像ローラ５ａの独立フローティング電極部５ｆは同極性となる。また、このときの現像ローラ５ａ上の電界は、図９に示されるように微小面積での閉電界Ｅとなり電界傾度の大きい電界となって、トナーＴを多層に付着させることが可能となる。更に、現像ローラ５ａが閉電界Ｅとなっているので、独立フローティング電極部５ｆに付着したトナーＴは現像ローラ５ａ側に強く引かれて離れにくい状態となる。このトナー層は、さらにトナー層厚規制部材５ｂによりトナー層厚が規制され、現像領域Ｄに達する。現像領域Ｄでの現像ローラ５ａ上のトナーＴは像担持体２に付量し易い電界となり現像が行なわれる。

そして、帯電装置３の帯電ローラ３ａを電荷注入層２ｄに当接させ、この帯電ローラ３ａの帯電電圧により像担持体１の電荷注入層２ｄの導電性微粒子に電荷を注入することにより、像担持体１が一様帯電される。帯電した像担持体１を露光装置４によって露光すると、潜像が像担持体１に書き込まれる。現像装置５では、トナー供給ローラ５ｇが供給バイアスを印加された状態でトナーを搬送して現像ローラ５ａの上に供給し、現像ローラ５ａは現像バイアスを印加された状態でトナーを担持して像担持体２の方へ搬送する。このとき、現像ローラ５ａ上のトナーはトナー層厚規制部材５ｂによってその層厚を規制されて像担持体２の方へ搬送される。

像担持体１に書き込まれた潜像は、現像装置５の現像ローラ５ａが搬送してくるトナーによって現像され、そのトナー像が転写装置６の転写ローラ６ａによって図示しない紙等の転写材に転写される。転写材に転写されたトナー像は図示しない定着装置によって定着され、転写材上に画像が形成される。

ところで、ＦＥＥＤ式ではない一般的な現像装置に前述のような一成分の小粒径トナーを用いると、このような一般的な現像装置の現像ローラは機械的な表面粗さを有しているため、小粒径トナーがこの現像ローラで搬送されかつトナー層厚規制部材で規制されることで、小粒径トナーにより現像ローラ上にフィルミングが起こる。これは、小粒径トナーのうちの更に小さな粒径のトナーー粒子が現像ローラ表面の微細な凹凸に侵入してこの凹凸をフィルミングしてしまうからである。

そこで、図７および図８に示すＦＥＥＤ式の現像装置を用いることで、トナーＴが独立フローティング電極部５ｆに静電的に付着するとともに、閉電界Ｅにより独立フローティング電極部５ｆに付着したトナーＴは現像ローラ５ａ側に強く引かれて離れにくい状態となるため、現像ローラ５ａに対するトナーＴによるフィルミングが抑制される。

しかしながら、特許文献１に開示のＦＥＥＤ式の現像装置（つまり、図７および図８に示すＦＥＥＤ式の現像装置）では、独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅと面一であるため、図９に示すようにトナーＴが独立フローティング電極部５ｆの周囲近傍の絶縁体部５ｅにも付着するようになる。そして、長期に印字が行われることで、このように絶縁体部５ｅに付着したトナーにより、独立フローティング電極部５ｆの周縁部および独立フローティング電極部５ｆの周囲近傍の絶縁体部５ｅに、それぞれフィルミングが起こる。このため、現像に使用されるトナーＴのための独立フローティング電極部５ｆにおける占有面積が小さく変化してしまい、トナー搬送量の変化を引き起こすばかりでなく、必要なトナー搬送量を確保することができなくなり、画像形成不良を生じてしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、小粒径トナーを用いたＦＥＥＤ式の現像ローラであってもフィルミングによる画像形成不良を防止して、良好な画像形成を長期的にかつ確実に行うことのできる現像装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することである。

前述の課題を解決するために、請求項１の発明に係る現像装置は、トナー粒子に流動性向上剤が外添されたトナーを搬送する現像ローラを備え、この現像ローラが絶縁体部とこの絶縁体部の表層に独立分散された多数の独立フローティング電極部とを有している現像装置において、前記トナー粒子の個数平均粒径が０．５〜５．０μｍであり、前記流動性向上剤が、ＢＥＴ法で測定した窒素吸着による比表面積が３００ｍ²／ｇ以上の範囲である、シリカ微粉末、酸化チタン微粉末、アルミナ微粉末、およびステアリン酸マグネシウム微粉末のいずれか１つの微粉末であり、前記独立フローティング電極部が前記絶縁体部より凸に形成されていることを特徴としている。

また、請求項２の発明に係る画像形成装置は、表層に電荷注入層を有する像担持体と、この像担持体に形成された潜像を現像する請求項１記載の現像装置とを備えていることを特徴としている。
更に、請求項３の発明に係る画像形成装置は、前記電荷注入層が、独立分散されて配置された多数の独立フローティング電極部を有することを特徴としている。

このように構成された本発明に係る現像装置および画像形成装置によれば、ＦＥＥＤ式の現像ローラを用いて、主として静電気力によって小粒径のトナーを搬送するため、従来のＦＥＥＤ式でない現像ローラによる小粒径（３μｍ以下の粒径）のトナーの搬送においてこの現像ローラの機械的凹凸部分に生じていたフィルミングの発生を抑制でき、現像ローラの表面の機械的な凹凸形状に影響を受けない確実なトナー搬送（帯電量、搬送量、ローラ軸方向での搬送均一性）を行うことが可能となる。

また、独立フローティング電極部を絶縁体部より凸に配置形成しているため、この凸の独立フローティング電極部に小粒径トナーを積極的にかつ確実に付着させることができる。したがって、像担持体に形成された潜像を良好なトナー像として確実に再現させることができる。その場合、凹状の絶縁体部に小粒径トナーがフィルミングしても、独立フローティング電極部が絶縁体部より凸となっているため、絶縁体部に付着した小粒径トナーにより、現像に使用されるトナーが付着するための、独立フローティング電極部における占有面積が小さく変化することが防止できる。したがって、トナー搬送量が変化するのを防止できるとともに、長期にわたって必要なトナー搬送量を確保することができる。更に、独立フローティング電極部が絶縁体部より凸となっていることから、絶縁体部の凹部にフィルミングした小粒径トナーが現像に用いられるのを防止できる。したがって、本発明の画像形成装置によれば、良好な画像形成を長期的にかつ確実に行うことが可能となる。

更に、本発明の画像形成装置によれば、多数の導電性微粒子が独立分散された電荷注入層を有する像担持体と独立フローティング電極部が独立分散されたＦＥＥＤ式の現像ローラとを組み合わせることで、小粒径トナーを搬送し、像担持体にＦＥＥＤ式の現像ローラを接触させて、このトナーで潜像を接触現像する際、像担持体の表層の静電潜像が現像ローラを通してリークすることを防止することができる。したがって、像担持体に形成された静電潜像を、現像工程でＦＥＥＤ式の現像ローラにより良好なトナー像として確実に再現させることができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の実施の形態の一例を模式的に示す図、図２は、図１に示す例の画像形成装置に用いられる像担持体を模式的にかつ部分的に示す横断面図、図３は図１に示す例の画像形成装置に用いられる現像装置の現像ローラとトナー供給ローラとを模式的に示す図である。なお、以下の実施の形態の説明において、図７および図８に示す画像形成装置と同じ構成要素には同じ符号を付すことで、その詳細な説明は省略する。

図１に示すように、この例の画像形成装置１は、前述の図７に示す画像形成装置１と同じ構成、すなわち、像担持体２と、帯電装置３と、露光装置４と、ＦＥＥＤ式の現像装置５と、転写装置６とを備えている。

図２に示すように、像担持体２は、図７に示す画像形成装置１の像担持体２と同様に、基材２ａ、ＵＣＬ２ｂ、感光体層２ｃおよび電荷注入層２ｄを有している。感光体層２ｃは、ＵＣＬ２ｂ上に形成された電荷発生層（Charge Generation Layer：以下、ＣＧＬともいう）２ｅと、このＣＧＬ２ｅ上に形成された電荷輸送層（Charge Transport Layer：以下、ＣＴＬともいう）２ｆとが積層されて形成されている。また、像担持体２の電荷注入層２ｄはＣＴＬ２ｆ上に形成され、バインダー樹脂２ｇとこのバインダー樹脂２ｇ中に独立分散されて配置された多数の導電性微粒子２ｈとから構成されている。

基材２ａは、アルミニウム等の導電性材料から円筒状に形成される。その場合、外径は約３０ｍｍ程度に、また厚みは１〜２ｍｍに形成される。
ＵＣＬ２ｂは、感光体層２ｃの表面あるいは基材２アからの電荷の注入を阻止する目的で設けられる電気的な絶縁薄膜の層であり、例えば、アミラン樹脂等の樹脂層またはアルマイト層で形成されている。このＵＣＬ２ｂの膜厚は０.５〜５μｍであり、好ましくは０.５〜１.５μｍである。

ＣＧＬ２ｅは、機能分離・積層型感光体で受光時に電荷を発生する機能を分担する層であり、バインダー樹脂中に電荷発生材料（以下、ＣＧ材ともいう）を分散して形成するタイプと、前述の基材２の上にアモルファスＳｉ層を真空蒸着して形成するタイプとがある。このＣＧＬ２ｅの膜厚は０.５〜２μｍであり、好ましくは０.５〜１.５μｍである。

バインダー樹脂中に電荷発生材料を分散するタイプでは、バインダー樹脂として、例えば、ポリビニルブチラール樹脂等の樹脂を用いることができ、また、ＣＧ材として、ビスアゾ系あるいはフタロシアニン系等の顔料を用いることができる。このＣＧＬ２ｅは、ＵＣＬ２ｂ上に電荷発生材料を前述の膜厚の範囲内の所定膜厚に塗布することで形成される。そして、ビスアゾ系あるいはフタロシアニン系の顔料を用いることにより、像担持体２は有機感光体（ＯＰＣ）として構成される。
また、基材２の上にアモルファスＳｉ層を真空蒸着するタイプでは、アモルファスＳｉを真空蒸着する際に、導電性微粒子７も同じく真空蒸着して、ＣＧＬ２ｅを形成する。この像担持体２は無機感光体として構成される。

ＣＴＬ２ｆは、機能分離・積層型感光体でＣＧＬ２ｅで発生した電荷を輸送する機能を分担する層であり、従来の通常の感光体用バインダー樹脂と同じように誘電体としての性質を示すバインダー樹脂中に、電荷輸送性を有する化合物（以下、ＣＴ材ともいう）を混合して形成される。バインダー樹脂としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオリフィン、ポリエチレンテレフタレート等の絶縁性を有して誘電体特性を示す樹脂を用いることができる。また、ＣＴ材としては、例えば、ヒドラゾン系等の電荷輸送材料を用いることができる。このＣＴＬ２ｆは、ＣＧＬ２ｅの上に所定膜厚（１０〜３０μｍ）に塗布することで形成される。

電荷注入層２ｄは、バインダー樹脂２ｇ中に多数の導電性微粒子２ｈがほぼ均一に分散されて構成されている。この電荷注入層２ｄの膜厚は１〜１５μｍであり、好ましくは２〜５μｍがよい。これは、電荷注入層２ｄの膜厚が薄すぎると、電荷注入層２ｄが削れてなくなるため耐久性がなく、また、膜厚が厚すぎると、光書込時の光エネルギを吸収する（つまり、熱に変えてしまう）ことや光書込を行った潜像データが電荷注入層２ｄで面方向のリークを起こして潜像のぼやけが生じることがあるためである。

バインダー樹脂２ｇとしては、例えば、ホスファゼン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂等の樹脂を用いることができ、また、これらに限定されることはなく、絶縁性を有して誘電体特性を示す樹脂であればどのような樹脂を用いることもできる。導電性微粒子２ｈとしては、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ等の金属微粒子、あるいは、酸化錫（ＳｎＯ₂）に、アンチモンまたはインジウム等をドービングして導電化処理した微粒子、あるいは、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等の他の金属酸化物や導電カーボン等の微粒子を用いることができる。

次に、このように構成されたこの例の像担持体２の製造方法の一例について説明する。
ＯＰＣとして構成される像担持体２の製造方法としては、従来公知の通常の感光体ドラムの製造方法と基本的に同じであり、像担持体２はディップコーティング法（浸水法）で作製することができる。これを具体的に説明すると、まず、例えば、アルミニウム材からなる外径約３０ｍｍで厚み１.５μｍの円筒状の基材２の上に、例えば絶縁性のアミラン樹脂に、ある程度のイオン導電性を示すメトキシメチル化ナイロンを混合したＵＣＬ液を塗工することで、電気的な絶縁薄膜のＵＣＬ２ｂを約１μｍ程度の膜厚に形成する。

次に、形成されたＵＣＬ２ｂの上に、バインダー樹脂であるポリビニルブチラール樹脂と電荷発生材料であるビスアゾ系の顔料とを１：２の重量比で分散したものを塗工することで、ＣＧＬ２ｅを約１μｍの膜厚に形成する。次いで、形成されたＣＧＬ２ｅの上に、バインダー樹脂であるポリカーボネート樹脂とＣＴ材であるヒドラゾンとを１：１の重量比で分散したＣＴＬ用樹脂とをＴＨＦの溶剤に溶かしたＣＴＬ用塗液を塗工する。

次に、形成されたＣＴＬ２ｆの上に、バインダー樹脂２ｇであるホスファゼン樹脂に、導電性微粒子２ｈとしてアンチモンまたはインジウム等をドービングして導電化処理した酸化錫（ＳｎＯ₂）の微粒子を、７０重量％（（導電性微粒子の重量／バインダー樹脂の重量）×１００％）独立分散させたものを塗工することで、電荷注入層２ｄを約５μｍの膜厚に形成する。こうして、像担持体２が製造される。この像担持体２は、電荷注入層２ｄがバインダー樹脂２ｇ内に多数の導電性微粒子２ｈを独立分散されて形成されていることから、電荷注入による帯電が可能となる。

図１および図３に示すように、ＦＥＥＤ式の現像装置５は、図７および図８に示す画像形成装置１の現像装置５と同様に、現像ローラ５ａ、トナー層厚規制部材５ｂ、現像バイアス電源５ｃ、およびトナー供給ローラ５ｇを有しているとともに、現像ローラ５ａは、芯材５ｄと、表層に多数の独立フローティング電極部５ｆを有する絶縁体部５ｅとから構成されている。

その場合、図７および図８に示す画像形成装置１の現像ローラ５ａでは、多数の独立フローティング電極部５ｆが現像ローラ５ａの外周面（つまり、絶縁体部５ｅの外周面）と面一とされているが、図１および図３に示すようにこの例の画像形成装置１の現像ローラ５ａでは、多数の独立フローティング電極部５ｆが現像ローラ５ａの絶縁体部５ｅの外周面５ｅ₁から突出して設けられている。すなわち、独立フローティング電極部５ｆは現像ローラ５ａの絶縁体部５ｅよりも凸に設けられている。独立フローティング電極部５ｆの絶縁体部５ｅの表面からの突出量は、トナー粒子の個数平均粒径より大きくすることが、仮に小粒径トナーＴが絶縁体部５ｅにフィルミングしてもこの絶縁体部５ｅ上の小粒径トナーＴが像担持体２に付着され難いので好ましい。

導電性の芯材５ｄは、例えばアルミニウム等の導電性部材から円柱状に形成されている。
芯材５ｄの上に形成される絶縁体部５ｅとしては、例えば、ホスファゼン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂等の樹脂を用いることができ、また、これらに限定されることはなく、絶縁性を有して誘電体特性を示す樹脂であればどのような樹脂を用いることもできる。

絶縁体部５ｅの表層に設けられる独立フローティング電極部５ｆとしては、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ等の金属微粒子、あるいは、酸化錫（ＳｎＯ₂）に、アンチモンまたはインジウム等をドービングして導電化処理した微粒子、あるいは、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等の他の金属酸化物や導電カーボン等の微粒子を用いることができる。

次に、このように構成されたこの例の現像ローラ５ａの製造方法の一例について説明する。
現像ローラ５ａはディップコーティング法（浸水法）で作製することができる。これを具体的に説明すると、まず、例えば、外径約２０ｍｍのアルミニウム材の芯材５ｄの上に、前述の像担持体２の場合と同様に、例えば絶縁性のアミラン樹脂に、ある程度のイオン導電性を示すメトキシメチル化ナイロンを混合したＵＣＬ液を塗工することで、電気的な絶縁薄膜の下引き層（ＵＣＬ）５ｉを約１μｍ程度の膜厚に形成する。

次に、形成されたＵＣＬ５ｉの上に、絶縁体部５ｅの樹脂としてポリカーボネート樹脂を用い、約２０μｍの膜厚の絶縁層を形成する。更に、この絶縁層の上にバインダー樹脂であるポリカーボネート樹脂に、Ｍｏ微粒子（（株）高純度科学研究所製）とをＴＨＦの溶剤に溶かして、Ｍｏ微粒子を独立分散させた塗液を、約３．０μｍの膜厚に塗工することで、絶縁体部５ｅの表層にＭｏ微粒子からなる多数の独立フローティング電極部５ｆを形成する。次に、多数の独立フローティング電極部５ｆが独立分散されている絶縁体部５ｅの表面にＴＨＦあるいはアセトンの溶剤をディップ法あるいはスプレー法で塗布して絶縁体部５ｅの表層のバインダー樹脂（ポリカーボネート樹脂）を溶解することにより、独立フローティング電極部５ｆを析出させるとともに絶縁体部５ｅの表面から突出量約３．０μｍ突出させる。なお、溶剤はＴＨＦあるいはアセトンに限定されることはなく、バインダー樹脂２ｇを溶かす溶剤であればよい。こうして、多数の独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅから凸に形成されたＦＥＥＤ式の現像ローラ５ａが形成させる。

なお、前述の像担持体２および現像ローラ５ａの製造方法は、いずれも、一例として挙げた前述の製造法に限定されることはなく、公知の種々の方法を採用することができる。
また、帯電装置３、トナー供給ローラ５ｇおよび転写装置６等は、従来の画像形成装置のものを用いることができる。
この例の画像形成装置１の他の構成は、図７および図８に示す画像形成装置１と同じである。

次に、この例の画像形成装置１に用いられるトナーＴについて説明する。
この例の画像形成装置１では、個数平均粒径が０．５〜５．０μｍのトナー粒子に流動性向上材が外添された小粒径トナーＴが用いられる。この小粒径のトナーＴの一例としては、例えば特許第３３７２６５０号公報に開示されているトナーを用いることができる。この特許第３３７２６５０号公報に開示されているように、トナー粒子の個数平均粒径が０．５μｍより小さい場合には、適切な摩擦帯電量を付与させることが困難であり、さらに、５．０μｍより大きい場合には、高画質化の達成が困難となる。

また、特許第３３７２６５０号公報に開示されているように、トナー粒子は、６００線画像の階調再現性が顕著に低下することから、６．０μｍ以上の粒径のトナー粒子の含有割合が５個数％以下であることが良く、更に、カブリが激しくなり画像コントラストが著しく劣化することから、０．３μｍ以下の粒径のトナー粒子の含有割合が１５個数％以下であることが良い。更に、トナーＴは従来のトナーに比べて微粒子であるため、種々の流動性向上剤を添加することで現像特性、搬送性等を向上することができる。流動性向上剤としては、シリカの微粉末、酸化チタンの微粉末、アルミナの微粉末、およびステアリン酸マグネシウムの微粉末を挙げることができる。その場合、ＢＥＴ法で測定した窒素吸着による比表面積が３００ｍ²／ｇ以上の範囲であることが好ましく、また、その添加量はトナーの粒径にもよるが１〜５０重量％の範囲であることが好ましい。

この例の画像形成装置１においては、前述の図７および図８に示す例の画像形成装置と同様にして、現像ローラ５ａの独立フローティング電極部５ｆがトナー供給ローラ５ｇとの摩擦接触により摩擦帯電されるとともにトナー供給ローラ５ｇによってトナータンクから運ばれたトナーＴは、摩擦により帯電し、現像ローラ５ａの独立フローティング電極部５ｆに静電的に付着する。このとき、図４に示すように独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅより凸状（つまり、絶縁体部５ｅが独立フローティング電極部５ｆより凹状）に配置形成されていることから、小粒径トナーＴはこの凸状の独立フローティング電極部５ｆに積極的にかつ確実に付着するようになる。そして、現像ローラ５ａが前述と同様に閉電界Ｅとなっているので、独立フローティング電極部５ｆに付着した小粒径トナーＴは現像ローラ５ａ側に強く引かれて離れにくい状態となる。

この例の画像形成装置１による画像形成にあたっては、帯電装置３の帯電ローラ３ａが電荷注入層２ｄに当接されて、この帯電ローラ３ａの帯電電圧により電荷が像担持体１の電荷注入層２ｄの導電性微粒子２ｈに注入されることにより、像担持体１が一様帯電される。帯電した像担持体１に対して露光装置４による露光が行われることで、静電潜像が像担持体１に書き込まれる。現像装置５では、トナータンク内の小粒径トナーＴが必要に応じて供給バイアス電圧を印加されたトナー供給ローラ５ｇにより搬送されて現像ローラ５ａの上に供給される。現像ローラ５ａは現像バイアスを印加された状態で小粒径トナーＴを担持して像担持体２の方へ搬送する。このとき、現像ローラ５ａ上の小粒径トナーＴはトナー層厚規制部材５ｂによってその層厚を規制されて像担持体２に対する現像領域Ｄへ搬送される。

像担持体１に書き込まれた潜像は現像領域Ｄにおいて、現像装置５の現像ローラ５ａが搬送してくるトナーによって現像される。このとき、現像は凸状の独立フローティング電極部５ｆに付着されている小粒径トナーＴによって確実に行われ、像担持体２に形成された静電潜像が良好なトナー像として確実に再現されるようになる。その場合、凹状の絶縁体部５ｅに小粒径トナーＴがフィルミングする場合があるが、独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅより凸となっているため、独立フローティング電極部５ｆに付着したトナーＴが現像に用いられて、絶縁体部５ｅの凹部にフィルミングした小粒径トナーＴは現像に用いられない。

このように小粒径のトナーＴを用いたこの例の画像形成装置１の現像装置５によれば、ＦＥＥＤ式の現像ローラ５ａを用いて、主として静電気力によって小粒径のトナーを搬送するため、従来のＦＥＥＤ式でない現像ローラによる小粒径（３μｍ以下の粒径）のトナーＴの搬送においてこの現像ローラの機械的凹凸部分に生じていたフィルミングの発生が抑制され、現像ローラの表面の機械的な凹凸形状に影響を受けない確実なトナー搬送（帯電量、搬送量、ローラ軸方向での搬送均一性）を行うことが可能となる。

また、独立フローティング電極部５ｆを絶縁体部５ｅより凸状（つまり、絶縁体部５ｅが独立フローティング電極部５ｆより凹状）に配置形成しているため、この凸状の独立フローティング電極部５ｆに小粒径トナーを積極的にかつ確実に付着させることができる。したがって、像担持体２に形成された潜像を良好なトナー像として確実に再現させることができる。その場合、凹状の絶縁体部５ｅに小粒径トナーＴがフィルミングしても、独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅより凸となっているため、絶縁体部５ｅに付着した小粒径トナーＴにより、現像に使用されるトナーＴのための独立フローティング電極部５ｆにおける占有面積が小さく変化することが防止できる。したがって、トナー搬送量が変化するのを防止できるとともに、長期にわたって必要なトナー搬送量を確保することができる。更に、独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅより凸となっていることから、絶縁体部５ｅの凹部にフィルミングした小粒径トナーが現像に用いられるのを防止できる。したがって、この例の画像形成装置によれば、良好な画像形成を長期的にかつ確実に行うことが可能となる。

更に、特許文献３に開示の像担持体のような、表層に独立フローティング電極部を有する電荷注入層を有する像担持体においては、電荷注入層に対して導電性の現像ローラを圧接させて静電潜像をトナー像に現像している。しかし、本発明者らの試験研究によって見いだされた現象であるが、像担持体の表層の独立フローティング電極部によって充電された静電気は、現像ローラに接触する際に電気的な通路を形成するために、現像前に作られた潜像を現像ローラにおいて放電あるいは充電することで、潜像が乱れる現象が発生する。そこで、この例の画像形成装置１のように、多数の導電性微粒子２ｈが独立分散された電荷注入層２ｄを有する像担持体２と独立フローティング電極部５ｆが独立分散されたＦＥＥＤ式の現像ローラ５ａとを組み合わせることで、小粒径トナーＴを搬送し、像担持体２にＦＥＥＤ式の現像ローラ５ａを接触させて、このトナーＴで潜像を接触現像する際、像担持体２の表層の静電潜像が現像ローラ５ａを通してリークすることを防止することができる。したがって、均一帯電および光書込を経て像担持体１に形成された静電潜像を、現像工程でＦＥＥＤ式の現像ローラ５ａにより良好なトナー像として確実に再現させることができる。

次に、この例の画像形成装置１の現像ローラに対するトナーのフィルミングの変化について、実験により調べた。実験は、現像ローラに対するトナーのフィルミングを調べるための実験１と、電荷注入層を有する像担持体２の静電潜像に対する現像ローラによる接触現像での静電潜像のリークを調べるための実験２である。

［実験１］
(a) 実験１の種類
実験１では、次の実験を行った。
(1) 機械研磨した従来の現像ローラ（ゴム製、金属製）を用いた非接触現像による耐久試 験、
(2) 機械研磨した従来の現像ローラ（ゴム製）を用いた接触現像による耐久試験、
(3) 従来のＦＥＥＤ式の現像ローラ（独立フローティング電極部と絶縁体部とが面一）を 用いた非接触現像による耐久試験、
(4) 従来のＦＥＥＤ式の現像ローラ（独立フローティング電極部と絶縁体部とが面一）を 用いた接触現像による耐久試験、
(5) ＦＥＥＤ式の現像ローラ（独立フローティング電極部が絶縁体部より凹）を用いた非 接触現像による耐久試験、
(6) ＦＥＥＤ式の現像ローラ（独立フローティング電極部が絶縁体部より凹）を用いた接 触現像による耐久試験、
(7) 本発明によるＦＥＥＤ式の現像ローラ（独立フローティング電極部が絶縁体部より 凸）を用いた非接触現像による耐久試験、
(8) 本発明によるＦＥＥＤ式の現像ローラ（独立フローティング電極部が絶縁体部より 凸）を用いた接触現像による耐久試験。

(b) 実験装置
(1) 画像形成装置：ＬＰ−１５００Ｃ（セイコーエプソン（株）製）
(2) 現像ローラ（外径約１６ｍｍ）
(i) 機械研磨したゴムローラ
（電気抵抗：１０⁸Ω・ｃｍ，表面粗さ（１０点平均粗さ）：３．０μｍ）
(ii) 機械研磨したアルミローラ（金属ローラ）
（電気抵抗：１０^-5Ω・ｃｍ，表面粗さ（１０点平均粗さ）：３．０μｍ）
(iii) ＦＥＥＤ式のローラ（独立フローティング電極部が凸）
（芯材：アルミニウム材，絶縁体部：ポリカーボネート，独立フローティング
電極部：Ｍｏ粒子（平均粒径１．５μｍ），独立フローティング電極部突出
量：３．０μｍ）
（電気抵抗：１０⁸Ω・ｃｍ；表面粗さ（１０点平均粗さ）：４．０μｍ）
(vi) ＦＥＥＤ式のローラ（独立フローティング電極部が凹）
（芯材：アルミニウム材，絶縁体部：ポリカーボネート，独立フローティング
電極部：Ｍｏ粒子（平均粒径１．５μｍ），独立フローティング電極部突出
量：３．０μｍ）
（電気抵抗：１０⁸Ω・ｃｍ；表面粗さ（１０点平均粗さ）：４．０μｍ）

(3) 使用トナー
特許第３３７２６５０号公報に開示の実施例１のトナー。
すなわち、還流冷却管、温度計、窒素導入用キャピラリーをとりつけた１リットル四口フラスコに、エタノール ５４０部、ｎ−ヘキサン ６０部、ポリメチルビニルエーテル（重量平均分子量２８０００） ６０部を有する溶液を投入し、高分子媒体を調製した。次いで、このフラスコの中に、スチレンモノマー １００部、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３ ５．０部、ジ−ｔ−ブチルサリチル酸金属化合物 ５．０部、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル １．０部を投入し、よく混合した。次いで、その反応混合物を７０℃で６時間窒素気流中で還流し、反応後得られた反応混合物を遠心分離器を用いてメチルアルコールで繰り返しデカンテーションして高分子マトリックスであるポリメチルビニルエーテルを洗浄除去した。その後、得られた反応物をさらに真空乾燥して平均粒径１．０μｍのトナー粒子を得た。このトナー粒子２部に対し、解砕処理したＢＥＴ値３５０ｍ²の酸化チタン０．４部をヘンシェルミキサーで混合して酸化チタン微粉末を外添し、トナーを得た。

(c) 実験方法
各現像ローラに対して現像効率が最大となる現像条件を基準にし、ＬＰ−１５００Ｃ（セイコーエプソン（株）製）におけるモノクロモードでベタ印字を行った。その場合、非接触現像の場合は、現像ローラ５ａと感光体ドラム（像担持体２）との距離は１５０μｍとした。そして、１００００枚の印字を行った場合に、最大現像効率が７０％を下回った場合を、画像形成装置として不良と判断した。

(d) 実験結果
実験結果を図５（ａ）および（ｂ）に示す。
図５（ａ）からわかるように、機械研磨した従来のゴム製現像ローラを用いた非接触現像および接触現像による耐久試験(1)および機械研磨した従来のゴム製現像ローラを用いた接触現像による耐久試験(2)では、いずれも、１００００枚の印字を行ったとき、現像効率は６０％より低下した。したがって、機械研磨した従来のゴム製あるいは金属製の現像ローラでは、非接触現像および接触現像とも、現像ローラの表面がトナーにフィルミングされてしまい、画像形成不良を起こすことが確認された。

また図５（ｂ）からわかるように、独立フローティング電極部と絶縁体部とが面一である従来のＦＥＥＤ式の現像ローラを用いた非接触現像による耐久試験(3)および独立フローティング電極部と絶縁体部とが面一である従来のＦＥＥＤ式の現像ローラを用いた接触現像による耐久試験(4)では、いずれも、１００００枚の印字を行ったとき、現像効率は７０％より低下した。これは、長期に印字が行われることで、図６（ｂ）に示すようにトナーＴが絶縁体部５ｅにフィルミングするようになるが、この絶縁体部５ｅにフィルミングしたトナーが独立フローティング電極部５ｆに付着したトナーとともに、現像領域で像担持体に付着するためであると考えられる。すなわち、独立フローティング電極部５ｆと絶縁体部５ｅとが面一である場合は、非接触現像および接触現像とも、現像ローラ５ａの絶縁体部５ｅの表面がトナーにフィルミングされてしまい、画像形成不良を起こすことが確認された。

更に、独立フローティング電極部が絶縁体部より凹であるＦＥＥＤ式の現像ローラを用いた非接触現像による耐久試験(5)および独立フローティング電極部が絶縁体部より凹であるＦＥＥＤ式の現像ローラを用いた接触現像による耐久試験(6)では、いずれも、１００００枚の印字を行ったとき、現像効率は５０％より低下した。これは、長期に印字が行われることで、図６（ｃ）に示すようにトナーＴが絶縁体部５ｅの凹部つまり独立フローティング電極部５ｆの上にフィルミングするようになる。その場合、トナーは独立フローティング電極部５ｆを部分的に覆うようにフィルミングする場合や独立フローティング電極部５ｆを完全に覆うようにフィルミングする場合がある。そして、独立フローティング電極部５ｆが完全にフィルミングされると、新たなトナー粒子が独立フローティング電極部５ｆに付着し難くなるとともに、独立フローティング電極部５ｆが部分的にフィルミングされると、新たなトナー粒子が独立フローティング電極部５ｆのフィルミングされない部分のみに付着して現像が良好に行われなくなるために、また、絶縁体部５ｅにフィルミングしたトナーが像担持体２に付着するために、現像効率が低下すると考えられる。すなわち、独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅより凹である場合は、非接触現像および接触現像とも、独立フローティング電極部５ｆがトナーにフィルミングされてしまい、画像形成不良を起こすことが確認された。

これに対して、図５（ａ），（ｂ）からわかるように、本発明によるＦＥＥＤ式の現像ローラ（独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅより凸）５ａを用いた非接触現像による耐久試験(7)および接触現像による耐久試験(8)では、いずれも、１００００枚の印字を行っても、現像効率はあまり低下することなく、約９０％前後であった。これは、図６（ａ）に示すように独立フローティング電極部５ｆが絶縁体部５ｅより凸に形成されることから、独立フローティング電極部５ｆに付着したトナー粒子が確実に像担持体２に付着するようになり、絶縁体部５ｅにフィルミングしたトナーは像担持体２に付着しないためであると考えられる。したがって、本発明の画像形成装置では、ＦＥＥＤ式の現像装置に小粒径トナーＴを用いても、フィルミングの影響がなく、良好な画像形成を長期的にかつ確実に行うことが可能であることが確認された。

［実験２］
(a) 実験２の種類
実験２では、次の実験を行った。
(1) 電荷注入層を有する感光体ドラム（像担持体）に対する、機械研磨した従来のゴム製 の現像ローラを用いた接触現像の際の電荷（静電潜像）のリーク性試験、
(2) 電荷注入層を有する感光体ドラム（像担持体）に対する、本発明によるＦＥＥＤ式の 現像ローラ（独立フローティング電極部が絶縁体部より凸）を用いた接触現像の際の電 荷（静電潜像）のリーク性試験。

(b) 実験装置
(1) 画像形成装置：ＬＰ−１５００Ｃ（セイコーエプソン（株）製）
(2) 現像ローラ（外径約１６ｍｍ）
(v) 実験１で使用したゴムローラ(i)、
(vi) 実験１で使用したＦＥＥＤ式のローラ（独立フローティング電極部が凹）(iii)。
(3) 電荷注入層を有する像担持体
ＬＰ−１５００Ｃの感光体ドラムの上に、ＳｎＯ₂微粒子を導電化処理した微粒子とポリカーボネートとを、混合比（質量比）１：２．５で混合し、溶剤ＴＨＦに溶かして膜厚３μｍになるように塗布して形成した。
(4) 使用トナー
実験１で使用したトナー。

(c) 実験方法
各現像ローラに対して、現像バイアスを−１００Ｖ、−２００Ｖおよび−３００Ｖ（ＤＣ電圧）の３電圧に設定し、ＬＰ−１５００Ｃ（セイコーエプソン（株）製）におけるモノクロモードでハーフトーン画像を１００枚印字して、感光体上のトナー画像にリーク跡があるかどうかを調べた。１箇所でもリーク箇所がある場合は、不良とした。
(d) 実験結果
実験結果を表１に示す。

表１中、８／１００とは、１００枚のハーフトーン画像を印字した場合に、リーク箇所が発見されたハーフトーン画像が８枚あったことを示す。
表１からわかるように、ゴムローラ(V)を用いた場合、−１００Ｖの現像バイアスでは１００枚のハーフトーン画像のうち、８枚のハーフトーン画像にリーク箇所があり、また−２００Ｖの現像バイアスでは１００枚のハーフトーン画像のうち、３枚のハーフトーン画像にリーク箇所があり、更に−３００Ｖの現像バイアスでは１００枚のハーフトーン画像のうち、２枚のハーフトーン画像にリーク箇所があった。

これに対して、本発明のＦＥＥＤ式の現像ローラ(vi)を用いた場合、−１００Ｖ、−２００Ｖおよび−３００Ｖの３つの現像バイアスとも、１００枚のハーフトーン画像でリーク箇所が生じたハーフトーン画像はなかった。したがって、本発明の画像形成装置１では、像担持体として電荷注入型の感光ドラムを用いても、ＦＥＥＤ式の現像ローラを用いることで、電荷（静電潜像）のリークを確実に防止することができ、良好な画像形成を安定して行うことができることが確認された。

本発明の画像形成装置および画像形成方法は、電子写真、静電複写機、プリンタ、ファクシミリ等の像担持体に静電潜像を形成する画像形成装置および画像形成方法に好適に利用することができる。

本発明の画像形成装置の実施の形態の一例を模式的に示す図である。 図１に示す例の画像形成装置に用いられる像担持体を模式的にかつ部分的に示す横断面図である。 図１に示す例の画像形成装置に用いられる現像装置の現像ローラとトナー供給ローラとを模式的に示す図である。 図１に示す現像装置の現像ローラによるトナー搬送を説明する図である。 図１に示す画像形成装置の現像ローラに対するトナーのフィルミングの変化についての実験結果を示す図である。 現像ローラにおけるトナー付着状態を説明し、（ａ）は本発明による現像ローラの場合を示す図、（ｂ）は独立フローティング電極部と絶縁体部とが面一である従来の現像ローラの場合を示す図、（ｃ）は独立フローティング電極部が絶縁体部より凹である現像ローラの場合を示す図である。 従来のＦＥＥＤ式の現像装置と従来の電荷注入層を有する像担持体と従来の小粒径のトナーとを単に組み合わせて形成される画像形成装置を模式的に示す図である。 図７に示す画像形成装置に用いられる現像装置の現像ローラとトナー供給ローラとを模式的に示す図である。 図７に示す現像装置の現像ローラによるトナー搬送を説明する図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…像担持体、２ｄ…電荷注入層、２ｈ…導電性微粒子、３…帯電装置、４…露光装置、５…現像装置、５ａ…現像ローラ、５ｅ…絶縁体部、５ｆ…独立フローティング電極部、５ｇ…トナー供給ローラ、６…転写装置、Ｔ…小粒径トナー、Ｅ…閉電界

Claims (3)

1. トナー粒子に流動性向上剤が外添されたトナーを搬送する現像ローラを備え、この現像ローラが絶縁体部とこの絶縁体部の表層に独立分散された多数の独立フローティング電極部とを有している現像装置において、
   前記トナー粒子の個数平均粒径が０．５〜５．０μｍであり、
   前記流動性向上剤は、ＢＥＴ法で測定した窒素吸着による比表面積が３００ｍ²／ｇ以上の範囲である、シリカ微粉末、酸化チタン微粉末、アルミナ微粉末、およびステアリン酸マグネシウム微粉末のいずれか１つの微粉末であり、
   前記独立フローティング電極部が前記絶縁体部より凸に形成されていることを特徴とする現像装置。
2. 表層に電荷注入層を有する像担持体と、この像担持体に形成された潜像を現像する請求項１記載の現像装置とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記電荷注入層は、独立分散されて配置された多数の独立フローティング電極部を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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