JP2006301478A

JP2006301478A - 画像形成用現像装置

Info

Publication number: JP2006301478A
Application number: JP2005126029A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kato; 洋加藤; Takeshi Ikuma; 健井熊
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】トナー坦持体（現像ローラ）のトナーリセット性（掻き取り性）とトルクの低減に優れると共に、トナーダメージが低減されることにより、印字枚数増加に際しても画像均一性に優れる画像形成用現像装置を提供する。
【解決手段】画像形成用現像装置は、トナー坦持体からなる画像形成用現像装置であって、該トナー坦持体が、金属ローラ芯体２０１と、該金属ローラ芯体表面が凸凹に粗面化処理されると共に該凸凹形状の芯体表面に設けられる動摩擦係数が０．５以下のセラミックス被覆層２０２とからなり、前記金属ローラ芯体表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）を凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）より薄くした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式又は静電記録方式等に使用されるローラ状トナー坦持体からなる画像形成用現像装置に関する。

電子写真方式にあっては、例えば静電潜像が形成されている感光体にトナー坦持体（現像ローラ）よりトナーが供給された後、転写工程において中間転写媒体を介するかまたは介さないで感光体上のトナー像が転写紙に転写され、定着工程において紙面に熱圧定着される。一成分現像方式においては、トナー坦持体は現像装置内においてその表面にトナーが供給され、また、供給されたトナーは層規制部材により薄く均一なトナー層とされて現像位置までトナーを搬送するもので、現像位置では、感光体と接触または非接触状態で、かつ、現像バイアスの存在下で感光体上の静電潜像を顕像化する。

このような一成分現像方式におけるトナー坦持体としては、その表面の材質は金属やゴム弾性体等とされているが、いずれにあってもトナー搬送性を良好にするために、その表面は故意に凸凹形状とされている。しかしながら、現像ローラ表面の凸凹部は、トナー搬送性の特性を発現する一方で、供給ローラとのニップ部におけるトナー掻き取り性を向上させようとすると摺擦摩擦が大きくなり、現像ローラのトルクが大きくなってしまう。このように現像ローラ表面のトナーリセット性（掻き取り性）とトルクの低減との関係はトレードオフの関係にある。また、このような現像ローラと供給ローラ間の摺擦摩擦が大きい場合、長期の使用においてトナーの劣化が大きく、画像均一性に影響するという問題もある。

従来、トナー坦持体の芯体表面に、表面に金属メッキされていないホウ化金属、炭化金属、窒化金属、酸化金属、カーボンブラック、固体潤滑性粒子等の導電性無機粉体を含有し、かつ、被覆層の表面には細かい凸凹を有する被覆層を電着塗装により形成し、体積抵抗率が１０^-3〜１０⁴Ω・ｃｍの現像スリーブとすることが記載され、固体潤滑材と共に導電性セラミックス粒子を含有する被覆層が提案（特許文献１）されているが、被覆層における凸凹は、含有させる無機粉体の粒径により形成されるものであり、無機粉体自体、一定の粒径分布を有することから、Ｒｚの管理手段としては適切ではなく、現像ローラ表面のトナーリセット性（掻き取り性）に関しては問題があり、また、固体潤滑材の含有量が少なく、トルクの低減性も不十分である。
特許第３２６２４６７号公報

本発明は、トナー坦持体（現像ローラ）のトナーリセット性（掻き取り性）とトルクの低減に優れると共に、トナーダメージが低減されることにより、印字枚数増加に際しても画像均一性に優れる画像形成用現像装置の提供を課題とする。

本発明の画像形成用現像装置は、トナー坦持体からなる画像形成用現像装置であって、該トナー坦持体が、金属ローラ芯体と、該金属ローラ芯体表面が凸凹に粗面化処理されると共に該凸凹形状の芯体表面に設けられる動摩擦係数が０．５以下のセラミックス被覆層とからなり、前記金属ローラ芯体表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）を凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）より薄くしたことを特徴とする。

金属ローラ芯体表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）が１μｍ〜５μｍ、該凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）が３μｍ〜１０μｍとされ、かつ、ｔ₁がｔ₂より２μｍ以上薄くされたことを特徴とする。

金属ローラ芯体における表面粗度（Ｒｚ）が７μｍ〜１８μｍであることを特徴とする。

セラミックス被覆層における表面粗度（Ｒｚ）が５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする。

トナーの体積平均粒径が４．５μｍ〜９μｍであり、平均円形度が０．９５〜０．９９であることを特徴とする。

トナーが、負帯電性トナーであって、トナー母粒子と少なくとも正極性外添粒子とからなる非磁性一成分トナーであることを特徴とする。

本発明の画像形成用現像装置は、金属ローラ芯体表面が凸凹に粗面化処理され、さらに、粗面化表面に高潤滑性のセラミックス被覆層を設けてトナー坦持体とするものであり、セラミックス被覆層を動摩擦係数が０．５以下のセラミックス被覆層とすると共に、金属ローラ芯体表面における凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）を凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）より厚くすることにより、セラミックス被覆表面のＲｚを所望の粗さに調整できると共に、供給ローラとの摺擦摩擦を低下させることができ、現像ローラのトルク低減を可能とするので、印字枚数増加時にあっても、トナーダメージがなく、画像均一性に優れるものとできる。また、画像均一性に優れるので、各色トナーの重ねに際して、色再現性に優れ、カラー画像形成用現像装置として適したものとできる。

また、表面が凸凹に形成された金属ローラ芯体をセラミックス被覆用塗液中に浸漬した後、金属ローラ芯体に付着したセラミックス被覆用塗液を回転による遠心力により除去するだけで、金属ローラ芯体表面における凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）を凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）より厚くすることができ、また、トナー坦持体表面をトナー搬送性に適した凸凹形状とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は、本発明の画像形成用現像装置におけるトナー坦持体（現像ローラ）において、芯体を金属ローラ２０１とする場合の断面図であり、金属ローラ２０１上にセラミックス被覆層２０２が被覆されている。金属ローラ２０１はアルミニウム、ＳＵＳ、真鍮等の金属からなる厚みが０．５ｍｍ〜２ｍｍで、外径が１ｃｍ〜５ｃｍの円筒形状を有するものである。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部の拡大断面図であり、金属ローラ２０１の外表面はサンドブラスト処理、ローレット加工等の粗面化処理されることにより、その表面粗さ（Ｒｚ）が７μｍ〜１８μｍとされる。Ｒｚが小さいとセラミックス被覆用塗液に浸漬した際にセラミックス被覆層表面の凸凹が十分に形成されず、また１８μｍより大きいとセラミックス被覆用塗液に浸漬した際に、凸凹上に残存するセラミックス被覆用塗液を乾燥させても、セラミックス被覆層表面における凸凹が大きく、トナー搬送性に問題を生じるものとなる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部の拡大断面図であり、金属ローラ２０１の粗面上にセラミックス粒子を分散したセラミックス被覆層２０２を付着させた状態を示す。なお、セラミックス被覆層２０２を凹部中にのみ図示するが、凸部上にも薄膜状に存在するものであり、強調のため凸部表面におけるセラミックス被覆層は省略して図示されている。

次いで、粗面化された金属ローラ芯体２０１をセラミックス被覆用塗液中に浸漬させた後、セラミックス被覆用塗液から引上げ、乾燥前に回転による遠心力によりセラミックス被覆用塗液を除去するとよい。凹部中の塗液は毛細管現象による付着力により残存するため、金属ローラ芯体表面の凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）を凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）より薄く（ｔ₂＞ｔ₁）成膜することができ、また、セラミックス被覆層表面の粗さを所望の粗さに調整することができる。

金属ローラ表面の凸部上におけるセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）としては１μｍ〜５μｍ、凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）は３μｍ〜１０μｍに成膜し、ｔ₁をｔ₂より２μｍ以上薄く形成するとよい。

また、成膜されるセラミックス被覆層の表面粗度（Ｒｚ）は５μｍ〜１５μｍ、凸凹のピッチを１０μｍ〜５０μｍとするとよい。これにより、体積平均粒径が４．５μｍ〜９μｍのトナー粒子の搬送性に優れるものとできる。

セラミックス被覆用塗液は、体積平均粒径が１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ〜０．５μｍの微粒子状に調整された窒化硼素（ＢＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ₂）、グラファイト、ＭｏＳ₂等の固体潤滑性を有するセラミックス粒子とカーボンブラック粒子とをナイロン等のバインダー樹脂と共にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に溶解・懸濁させたものである。セラミックス粒子の粒径が１μｍを越えると、セラミックス被覆層表面を均一な凸凹形状に形成することができない。また、溶解・懸濁液の粘度（Ｂ型粘度計、２５℃）としては０．０５Ｐａ・ｓ〜５Ｐａ・ｓとするとよい。

セラミックス被覆層において固体潤滑性を発現するセラミックス粒子の含有量は、セラミックス被覆層における動摩擦係数が０．５以下、好ましくは０．３５以下となるように含有させるとよく、セラミックス被覆層中８質量％〜３０質量％とするとよい。また、セラミックス被覆層の比抵抗は１×１０^-6Ω・ｃｍ以下とするとよい。

次に、本発明で使用するトナーについて説明する。本発明におけるトナーは、非磁性一成分球形トナーとするとよく、トナー粒子は、トナー母粒子に外添剤を外添させて形成される。

トナー母粒子は、粉砕法、重合法、溶解懸濁法のいずれによるものでもよい。粉砕法による方法としては、バインダー樹脂に少なくとも顔料を含有し、離型剤、荷電制御剤等を添加し、ヘンシェルミキサー等で均一混合した後、２軸押し出し機で溶融混練され、冷却後、粗粉砕−微粉砕工程を経て、分級処理されてトナー母粒子とされる。

バインダー樹脂としては、スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体、ポリエステル樹脂等が例示され、着色剤、離型剤、荷電制御剤等が添加される。フルカラー用着色剤としては、カーボンブラック、ランプブラック、マグネタイト、チタンブラック、クロムイエロー、群青、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧ、ローダミン６Ｇ、カルコオイルブルー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、マラカイトグリーンレーキ、キノリンイエロー、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド５７：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１８４、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー１２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー１７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー９７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー１８０、Ｃ．Ｉ．ソルベント・イエロー１６２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー５：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー１５：３等の染料および顔料を単独あるいは混合して使用できる。

トナー母粒子における成分比としては、バインダー樹脂１００質量部に対して、着色剤は０．５〜１５質量部、好ましくは１〜１０質量部であり、また、離型剤は１〜１０質量部、好ましくは２．５〜８質量部であり、また、荷電制御剤は０．１〜７質量部、好ましくは０．５〜５質量部である。

粉砕法トナーにあっては、転写効率の向上のために球形化処理されるとよく、粉砕工程で、比較的丸い球状で粉砕可能な装置、例えば機械式粉砕機として知られるターボミル（ターボ工業製）を使用すれば円形度を０．９３まで高めることができ、また、粉砕したトナーを熱風球形化装置（日本ニューマチック工業製）を使用することによって円形度を１．００まで高めることができる。

次に、重合法トナーは、懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法等により得られるものであり、フルカラートナーに適したものとできる。懸濁重合法においては、重合性単量体、着色顔料、離型剤と、更に、必要により染料、重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤を添加した複合物を溶解又は分散させた単量体組成物を、懸濁安定剤（水溶性高分子、難水溶性無機物質）を含む水相中に攪拌しながら添加して造粒し、重合させて所望の粒子サイズを有する着色重合トナー粒子を形成するものである。重合法トナー作製に用いられる材料において、着色剤に関しては、上述した粉砕トナーと同様の材料が使用できる。乳化重合法においては、単量体と離型剤、必要により更に重合開始剤、乳化剤（界面活性剤）などを水中に分散させて重合を行い、次いで凝集過程で着色剤、荷電制御剤と凝集剤（電解質）等を添加することによって所望の粒子サイズを有する着色トナー粒子を形成する。

重合性単量体成分としては、例えばスチレン、またはその誘導体、ジビニルベンゼン、アクリル酸メチル等の（メタ）アクリル酸エステル誘導体等が挙げられ、乳化剤（界面活性剤）としては、ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム等、また、重合開始剤としては、過硫酸カリウム等、また、凝集剤（電解質）としては、例えば、塩化ナトリウム等が挙げられる。

重合法トナーの円形度の調節法としては、乳化重合法は２次粒子の凝集過程で温度と時間を制御することで、円形度を自由に変えることができ、その範囲は０．９４〜１．００とできる。懸濁重合法では、真球のトナーの作成が可能であり、円形度は０．９８〜１．００の範囲とできる。平均円形度を０．９５〜０．９９とするには、トナーのＴｇ温度以上で加熱変形させることで適宜調節できる。

次に、溶解懸濁法トナーについて説明する。バインダー樹脂としては、上記粉砕トナーの項で説明したバインダー樹脂を用いることができるが、カラー発色性等の観点からポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂としては、特開２００３−１４０３８０に記載のものが例示される。

溶解懸濁法トナー母粒子は、バインダー樹脂と粉砕トナーの項で記載した着色剤、必要により離型剤や電荷制御剤とを有機溶媒中に溶解・分散した後、得られる有機溶媒への溶解・分散液に水性媒体を徐々に投入して転相乳化させることにより、混合物の微粒子を形成することができる。得られた微粒子を凝集させて所望の大きさの着色剤含有樹脂微粒子に造粒した後、分離・洗浄・乾燥の各工程を経てトナー母粒子とすることとができる。溶解懸濁法においては、乳化と会合を制御しながらトナー母粒子を製造することが可能である。

本発明におけるトナー母粒子やトナー粒子の体積平均粒径は、粉砕法トナー母粒子、重合法トナー母粒子、溶解懸濁法トナー母粒子共に９μｍ以下であることが好ましく、８μｍ〜４．５μｍであることがより好ましい。体積平均粒径が９μｍよりも大きいトナー粒子では、１２００ｄｐｉ以上の高解像度で潜像を形成しても、その解像度の再現性が小粒子径のトナーに比べて低下し、また４．５μｍ以下になると、トナーによる隠蔽性が低下するとともに、流動性を高めるために外添剤の使用量が増大し、その結果、定着性能が低下する傾向がある。

また、本発明におけるトナー母粒子やトナー粒子の体積平均粒径、平均円形度は、フロー式粒子像分析装置（シスメックス製ＦＰＩＡ２１００）で測定した値である。

トナー母粒子形状としては、真球に近い形状のトナー粒子が好ましい。具体的には、トナー母粒子は下記式
Ｒ＝Ｌ₀／Ｌ₁
｛但し、式中、Ｌ₁（μｍ）は、測定対象のトナー粒子の投影像の周囲長、Ｌ₀（μｍ）は、測定対象のトナー粒子の投影像の面積に等しい面積の真円（完全な幾何学的円）の周囲長を表す。｝
で表される平均円形度（Ｒ）が０．９５〜０．９９、好ましくは０．９７２〜０．９８３とするとよい。これにより、転写効率が高く、連続印字しても転写効率の変動が少なく、帯電量の安定すると共に、クリーニング性にも優れるトナーとできる。

次に、外添粒子としては、環境安定性に優れる疎水化処理された外添粒子が例示される。なお、外添剤粒子の粒径は電子顕微鏡法により測定されるものであり、外添剤粒子の平均粒径は一次平均粒径である。

外添剤粒子としては、負帯電性のシリカ微粒子や帯電調整を目的として正帯電性シリカ微粒子が例示されるが、シリカ微粒子はトナーの流動性向上を目的として、トナー母粒子１００質量部に対して０．５〜２．０質量部、好ましくは０．５〜１．５質量部添加される。シリカ微粒子は疎水化処理されていることが好ましい。疎水性シリカ微粒子としては、市販の日本アエロジル（株）製のＲＸ２００（平均粒径１２ｎｍ）、同ＲＸ５０（４０ｎｍ）などが例示される。

また、外添粒子として、比較的電気抵抗率の小さい酸化チタンの微粒子が例示される。酸化チタンは、粒径あるいは長軸の大きさが１０ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍであり、トナー母粒子１００質量部に対して０．２〜１．０質量部添加される。酸化チタンの微粒子の表面は疎水性であることが、トナーの外部環境の変化に対する帯電性の変化を小さくし（すなわち、安定な帯電性を維持し）、かつトナーの流動性を良好にするために好ましい。酸化チタン微粒子の疎水化は、上記負帯電性シリカ微粒子の疎水化と同じ方法で行われる。疎水性酸化チタン微粒子としては、チタン工業（株）製のＳＴＴ−３０Ｓ（平均粒径３０ｎｍ）などが例示される。酸化チタン粒子は例えば負帯電性トナーから遊離すると正極性外添粒子として挙動する。

酸化チタン微粒子以外の無機微粒子も、帯電性の制御、流動性の向上を目的として外添され得る。例えば、無機微粒子としては、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、酸化錫、酸化ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化インジウム等の金属酸化物の微粒子、窒化珪素等窒化物の微粒子、炭化珪素等の炭化物の微粒子、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩の微粒子、並びにこれらの複合物等の無機微粒子が挙げられる。電気抵抗が１０⁹Ωｃｍ以下の、比較的電気抵抗の小さい金属酸化物の微粒子が好ましく用いられる。添加する無機微粒子の大きさとしては、粒径が１０〜３０ｎｍの大きさであることが好ましい。これらの無機微粒子は、帯電特性の安定化を目的として、その表面を疎水化処理することが好ましい。

トナー母粒子を外添粒子により外添処理するには、三井鉱山（株）製のヘンシェルミキサー、Ｑ型ミキサー等を使用して外添処理するとよい。

次に、本発明における現像装置を組み込んだカラー画像形成装置について説明する。

図３はタンデムタイプを例とした画像形成装置の全体構成を示す断面図であり、画像形成装置１は、ハウジング３と、ハウジング３の上部に形成された排紙トレイ５と、ハウジング前面に開閉可能に設けられた扉体７とを備え、ハウジング３内には、露光ユニット９、画像形成ユニット１１、送風ファン１３、転写ベルトユニット１５及び給紙ユニット１７が設けられ、扉体７内には用紙搬送ユニット１９が設けられている。

画像形成ユニット１１は、異なる色のトナーを収納する４つの現像装置をセットすることができる４つの画像形成ステーション２１を備えている。４つの画像形成ステーション２１は、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各現像装置用であり、図中、符号２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ及び２１Ｋで示している。各画像形成ステーション２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ及び２１Ｋには、感光ドラム２３と、感光ドラム２３の周囲に設けられた、コロナ帯電手段２５と、本発明の現像装置１００とが配設されている。

転写ベルトユニット１５は、図示しない駆動源に回転駆動される駆動ローラ２７と、駆動ローラ２７の斜め上方に設けられる従動ローラ２９と、テンションローラ３１と、これら各ローラ間に張架され、図３の反時計方向Ｘへ循環駆動される中間転写ベルト３３と、中間転写ベルト３３の表面に当接するクリーニング手段３４とを備えている。従動ローラ２９、テンションローラ３１および中間転写ベルト３３は、駆動ローラ２７に対して傾斜するように並んで配設されており、これにより中間転写ベルト３３が駆動されるとき、ベルト搬送方向Ｘが下向きになるベルト面３５が下側に位置し、搬送方向が上向きとなるベルト面３７が上側に位置するようになっている。

感光ドラム２３は、アーチ状のラインに沿ってベルト面３５に圧接され、図３中、矢印で示す方向に回転駆動される。テンションローラ３１の位置を調節することにより、中間転写ベルト３３の張力、アーチの曲率等を制御することができる。

駆動ローラ２７は、２次転写ローラ３９のバックアップローラを兼ねている。
また駆動ローラ２７の周面には、例えば厚さ３ｍｍ程度、体積抵抗率１０⁵Ω・ｃｍ以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、２次転写ローラ３９を介して供給される２次転写バイアスの導電経路を構成している。また駆動ローラ２７の径は従動ローラ２９及びテンションローラ３１の径より小さく、これにより２次転写後の記録紙が記録紙自身の弾性力で剥離し易くすることができる。従動ローラ２９はクリーニング手段３４のバックアップローラとしても機能している。

クリーニング手段３４は、搬送方向下向きのベルト面３５側に設けられ、２次転写後に中間転写ベルト３３の表面に残留しているトナーを除去するクリーニングブレード４１と、回収したトナーを搬送するトナー搬送経路４２とを備えている。クリーニングブレード４１は、従動ローラ２９に中間転写ベルト３３が巻回している箇所に当接している。また中間転写ベルト３３の裏面には、各画像形成ステーション２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ及び２１Ｋの感光ドラム２３に対向する位置に１次転写部材４３が当接し、１次転写部材４３には転写バイアスが印加されるようになっている。

露光ユニット９は、画像形成ユニット１１の斜め下方の空間に設けられており、その斜め上方には送風ファン１３が設けられている。露光ユニット９の下方には給紙ユニット１７が設けられている。露光ユニット９は、底部にポリゴンミラーモータ４５及びポリゴンミラー４７からなるスキャナ手段４９を垂直に配設している。また光路Ｂには、単一のｆ−θレンズ５１及び反射ミラー５３が設けられ、反射ミラー５３の上方には各色の走査光路が感光ドラム２３にそれぞれ非平行となって折り返すように複数の折り返しミラー５５が設けられている。

露光ユニット９では、ポリゴンミラー４７から各色に対応した画像信号が、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されたレーザビームで射出され、ｆ−θレンズ５１、反射ミラー５３、折り返しミラー５５を経て、各画像形成ステーション２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ及び２１Ｋの感光ドラム２３に照射され、潜像が形成される。各画像形成ユニット１１に対する露光ユニット９のポリゴンミラー４７から感光ドラム２３までの光路長がほぼ同一の長さになるように構成されており、そのため各光路で走査された光ビームの走査幅もほぼ同一になり、画像信号の形成にも特別な構成を必要としない。従ってレーザ光源は、それぞれ異なる画像信号によってそれぞれ異なる色の画像に対応して変調されるにも関わらず、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成可能であり、共通の反射面を用いるために副走査方向の相対差から生じる色ずれを防止し、構造が簡単で安価なカラー画像形成装置を構成することができる。

送風ファン１３は、冷却手段として機能し、矢印の方向へ空気を導き、露光ユニット９やその他の発熱部からの熱を放出する機能を果たす。これによりポリゴンミラーモータ４５の温度上昇を抑制し、画質劣化の防止とポリゴンミラーモータ４５の寿命の長期化を図ることができる。

給紙ユニット１７は、記録媒体Ｐが積層されている給紙カセット５７と、給紙カセット５７から記録媒体Ｐを１枚ずつ給送するピックアップローラ５９とを備えている。用紙搬送ユニット１９は、２次転写部への記録媒体Ｐの給紙タイミングを規定するゲートローラ対６１と、駆動ローラ２７及び中間転写ベルト３３に圧接される２次転写ローラ３９と、定着手段６３と、排紙ローラ対６５と、両面プリント用搬送路６７とを備えている。

定着手段６３は、少なくとも一方にハロゲンヒータ等の発熱体を内蔵した回転自在な定着ローラ対６９と、定着ローラ対６９の少なくとも一方側のローラを他方側へ押圧付勢してシート材に２次転写された２次画像を記録媒体Ｐに押圧する押圧手段とを有し、記録媒体に２次転写された２次画像は、定着ローラ対６９の形成するニップ部において所定温度で記録媒体に定着される。

本発明で使用する現像装置１００は、トナーを循環して使用するタイプのものであり、各画像形成ステーション２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ及び２１Ｋにセットして使用する。これら現像装置の構成は基本的に同じである。

図４は現像装置１００の断面図である。現像装置１００は、内部にほぼ円筒状のトナー収容部１０１が形成されたハウジング１０３を備え、ハウジング１０３に対して供給ローラ１０５および現像ローラ１０７が設けられている。現像装置１００が画像形成ステーションにセットされた状態（図３参照）では、現像ローラ１０７は感光ドラム２３に対して僅かな間隔（例えば１００〜３００μｍ）を開けて隣接しており、感光ドラム２３の回転方向（図中の矢印参照）と反対方向へ回転駆動しながら、現像ローラ１０７の周面に供給されたトナーで感光ドラム２３上に形成された潜像を現像する機能を有する。このような現像作用は、現像ローラ１０７に現像バイアス電源（図示しない）から直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを印加させて、現像ローラと感光ドラムとの間に振動電圧を作用させ、感光ドラム２３に形成された静電潜像部分に現像ローラ１０７からトナーが供給されることにより行われる。尚、現像ローラ１０７を感光ドラム２３の周面に接触させて現像を行うことも可能である。

供給ローラ１０５は、表面がウレタンスポンジで形成されており、供給ローラ１０５の周面が現像ローラ１０７に接触した状態で現像ローラ１０７と同方向（図４では反時計回り方向）に回転可能である。供給ローラ１０５にも現像ローラ１０７に印加される現像バイアス電圧と同等の電圧が印加されるようになっている。

現像ローラ１０７には、規制ブレード１０９が、板バネ部材１１１及びその下側に設けられる弾性部材１１２の作用により、常時現像ローラ１０７の周面の長手方向に亘って均一となるように圧接されており、現像ローラ１０７の周面に付着したトナーのうち余分な分を掻き落として、一定量のトナーが現像ローラ１０７の周面に担持されるようにしている。また規制ブレード１０９は、トナー１１３を適切に帯電させる機能をも有する。

掻き落とされたトナーは、自然落下してトナー収容部１０１内のトナー１１３に混入されるが、この点については後で詳述する。また現像ローラ１０７周面の上側には、ハウジング１０３に一端が固定されているシール部材１１５の他端側が圧接しており、これによりハウジング１０３内のトナー１１３が外部へ飛散することを防止している。

トナー収容部１０１内には、回転軸１１７を中心として図４の時計回り方向に回転するアジテータ１１９が設けられている。アジテータ１１９は、回転軸１１７を中心に互いに反対方向へ延びる２つのアーム部材１２１を備え、各アーム部材１２１はトナー収容部１０１の断面の円の直径よりも若干短い寸法に設定されている。各アーム部材１２１の先端からはアジテータ１１９の回転方向と反対方向へ撹拌フィン１２３が延びている。撹拌フィン１２３は、可撓性を有するシート部材から構成されており、その先端側は可撓性に起因する弾性力により円筒状のトナー収容部１０１の内周面に圧接している。このような構成によりアジテータ１１９が回転するとき、トナー収容部１０１の内周面と撹拌フィン１２３との間の領域１２５に存在するトナー１１３を撹拌フィン１２３で掻き上げるようにして、後述するトナーガイド部材上に搬送することができる。

トナー収容部１０１内に収容されるトナー１１３の上面１１４は、規制ブレード１０９が現像ローラ１０７の周面に当接している箇所１２７よりも低い位置となるように設定されている。これはトナー量が規制ブレード１０９を埋没させる程多いと、規制ブレード１０９によって掻き落とされたトナーが当該規制ブレードの近くに存在することになる結果、トナー収容部１０１内へ戻される循環経路が阻害され、また規制ブレード１０９が現像ローラ１０７から余分なトナーを掻き落として現像領域に搬送するトナー量を規制する機能およびトナーを適切に帯電させる機能が阻害されるからである。

本実施の形態では、トナー収容部１０１内に収容されるトナー１１３の上面１１４の位置は、より具体的には、規制ブレード１０９の下端より下方であって、板バネ部材１１１と弾性部材１１２との交点１２８の位置を上限として設定されている。トナー収容部１０１内のトナー１１３の上面１１４の位置が、前記交点１２８より上にまでくると板バネ部材１１１の動きを拘束する虞があり、これにより適正な規制圧が得られなくなる虞があり、その結果として、「一定量のトナーを現像ローラ１０７の周面に担持させる機能」や「トナーを適正に帯電させる機能」が阻害される虞がある。しかし、上記の如く、トナー１１３の上面１１４位置の上限を前記交点１２８の位置とすることにより、前記各機能が阻害される虞をなくすことができる。

規制ブレード１０９が現像ローラ１０７の周面に当接している箇所１２７と、トナー収容部１０１内に収容されるトナー１１３の上面１１４との間には、トナー１１３の安息角以上の傾斜角度でトナーの上面１１４側へ斜めに傾斜しているトナー案内面１２９がハウジング１０３の一部として形成されている。トナー案内面１２９は、規制ブレード１０９によって現像ローラ１０７の周面から掻き落とされたトナー１１３をトナー収容部１０１側へ案内する機能を有する。

規制ブレード１０９によって現像ローラ１０７の周面から掻き落とされたトナー１１３は、必ずしもトナー案内面１２９によってトナー収容部１０１に案内される必要はなく、掻き落とされたトナー１１３が直接、トナー収容部１０１に落下するような構成としてもよい。このように規制ブレード１０９が現像ローラ１０７の周面に当接している箇所１２７の下方には、規制ブレード１０９によって現像ローラ１０７の周面から掻き落とされたトナー１１３がトナー収容部１０１へ導かれるためのトナー案内空間部１３１が形成されている。

トナー収容部１０１の上方にはトナーガイド部材１３３が設けられている。トナーガイド部材１３３は、供給ローラ１０５から離れた側の端部１３４に設けられ、撹拌フィン１２３によって搬送されたトナー１１３を掻き取るための鋭角的に形成されたスクレーパ１３５と、該スクレーパ１３５よりも供給ローラ１０５側において上面側がトナー１１３の安息角以上の角度で傾斜し且つ平面的に形成された平坦搬送部１３７と、該平坦搬送部１３７の下流側に形成され、上面側が凹曲面を形成するように湾曲している湾曲部１４１と、該湾曲部１４１より下流側において供給ローラ１０５の周面に設定された適切な線圧で接触している当接部１４３とを備えて成る。前記平坦搬送部１３７、前記湾曲部１４１および前記当接部１４３を含むトナーガイド部材１３３の表面粗さは、トナー平均粒径未満に形成されている。

また、上記の当接部１４３の存在により、供給ローラ１０５の下面側に付着しているトナー１１３が重力により落下し、現像ローラへ供給できるトナーの量が減少することによる画像濃度低下を防止することができる。また湾曲部１４１と供給ローラ１０５の周面との間には、断面が楔形に狭まるようなトナーの一時貯留部１３９が形成されている。ここで断面が楔状とは、入口側が相対的に大きく、トナーの進行方向に向かって狭くなっていき、且つ楔の先端側においてトナーが自然滑落しない程度に十分狭くなっていることを意味する。

このような形状を有するトナーガイド部材１３３では、撹拌フィン１２３によって搬送されたトナー１１３をスクレーパ１３５で掻き取った後、トナー１１３は平坦搬送部１３７に沿って、その幅方向に亘って及びその傾斜方向の任意の地点において均一の速度で重力落下してゆき、一旦、トナーの一時貯留部１３９に貯留される。楔形に狭まるトナーの一時貯留部１３９では、トナー１１３が狭い領域に進行していくのに伴い、供給ローラ１０５の周面に対する圧接力が徐々に増加するため、供給ローラ１０５の周面にトナー１１３が押し付けられて、該周面にトナー１１３が担持され易くなる。尚、トナー１１３が当接部１４３を越えて押し出された場合には、トナー案内空間部１３１を落下して、直接にまたはトナー案内面１２９に案内されてトナー収容部１０１に戻される。
以下、実施例により本発明を説明する。

まず、（１）実施例、比較例で使用したトナーの製法、（２）実施例、比較例で得られるトナー坦持体における表面粗さ測定方法、（３）トナー坦持体表面の膜厚測定方法、（４）トナー坦持体表面の動摩擦係数の測定方法、（５）現像ローラの摩擦トルクの測定方法について説明する。

（１）トナーの調製
スチレンモノマー８０質量部、アクリル酸ブチルモノマー２０質量部、アクリル酸モノマー５質量部からなるモノマー混合物を準備した。この混合物を、水１０５質量部、ノニオン系乳化剤（ニューコール５０６：日本乳化剤（株）製）１質量部、アニオン系乳化剤（リボタックＴＥ：ライオン（株）製）１．５質量部、および過硫酸カリウム０．５５質量部からなる水溶液に加え、分散・乳化して、乳化重合を行い、乳白色の粒径０．２５μｍの樹脂エマルジョンを得た。

得られた樹脂エマルジョンを２００質量部、ポリエチレンワックスエマルジョン（三洋化成工業（株）製）を２０重量部およびフタロシアニンブルー７質量部を、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（界面活性剤）を０．２質量部含有する５００ｇの水中に分散した。次に、ジエチルアミンを添加してｐＨを５．５に調整した後、攪拌しながら電解質である硫酸アルミニウムを０．３質量部加えた。ついで、ＴＫホモミキサーで高速攪拌し、分散を行った。

さらに、スチレンモノマー４０質量部、アクリル酸ブチル１０質量部、およびサリチル酸亜鉛５質量部を水４０質量部とともに追加し、窒素気流下で攪拌しながら、９０℃に加熱し、過酸化水素水を加えて５時間重合させ、粒子を成長させた。重合停止後、会合粒子の結合強度を向上させるためにｐＨを５以上に調整しながら、９５℃に昇温し、９５℃で５時間保持した。得られた粒子を水洗し、４５℃で真空乾燥を１０時間行った。この方法で、体積平均粒径が７．０μｍのトナー母粒子を調製した。得られたトナー母粒子の平均円形度は、０．９７であった。

トナー母粒子１００質量部に対して、日本アエロジル（株）製、疎水性負帯電性シリカ粒子「ＲＸ２００」（平均粒径１２ｎｍ）を１質量部、日本アエロジル（株）製、疎水性負帯電性シリカ粒子「ＲＸ５０」（平均粒径４０ｎｍ）を１質量部、チタン工業（株）製、疎水性酸化チタン粒子「ＳＴＴ−３０Ｓ」（平均粒径５０ｎｍ）を０．５質量部の割合で添加し、三井鉱山社製「ＦＭ２０Ｂ型ヘンシェルミキサー」を使用し、攪拌羽根周速３０ｍ／ｓｅｃ、攪拌時間５ｍｉｎ．の混合条件で外添処理し、体積平均粒径が７．０μｍの負帯電性トナー粒子を得た。

（２）トナー坦持体における表面粗さ測定方法
表面粗さは、（株）キーエンス社製レーザー顕微鏡「ＶＫ−９５００」を使用し、観察倍率１０００倍で得られるもので、ＪＩＳＢ−０６０１−１９９４に従い、現像ロールの軸方向と周縁方向の２箇所の線粗さの平均値で求める。

（３）トナー坦持体表面の膜厚測定方法
現像ローラ表面の塗膜の膜厚測定は、日立製作所製「ＦＩＢ（ＦＢ２０００）」を用い、ビーム径１μｍ、ビーム電流１０ｎＡで、塗膜を表面から研削して計測し、平均値を求めた。

（４）トナー坦持体表面の動摩擦係数の測定方法
トナー坦持体表面の動摩擦係数は、日立電線技報Ｎｏ．２１（２００２−１）の図３に記載の方法に従い、測定した。

（５）現像ローラの摩擦トルクの測定方法
図４に示すセイコーエプソン（株）製「カラーレーザープリンターＬＰ９０００Ｃ」のブラック現像カートリッジにおける現像ローラの端面にトルクケージを取り付け、静トルク、動トルクの測定を行った。なお、現像ローラは感光体２３には非接触の状態にあり、また、供給ローラは、その表面がウレタンスポンジから構成され、現像ローラに当接トルクが２．０ｋｇｆ・ｃｍ以下となるように当接した状態で同方向に回転速度３００ｍ／ｓで回転させた。
以下、本発明および比較例のトナー坦持体について、実施例として示す。

（実施例１）
鉄製ローラ（ＳＵＳ３０４、厚み１ｍｍ、外径１８ｍｍ）表面を、ショットブラスト（ブラスト砥粒：１００〜２００番のアルミナビーズ）処理し、表面粗度（Ｒｚ）を７μｍとした。

次いで、粗面化した鉄製ローラを、平均粒径１μｍに調整されたＢＮ微粒子１０質量部、カーボンブラック粒子１０質量部、ナイロン樹脂８０質量部をイソプロパノールに溶解・懸濁して固形分１５％としたセラミックス被覆用塗液に浸漬した後、引上げ、次いで、中心軸を回転中心として回転させ、ローラ表面に付着したセラミックス被覆用塗液を飛ばし、乾燥後の現像ローラ表面粗度（Ｒｚ）が５μｍとした。

成膜後、セラミックス被覆層の膜厚を測定した。芯体（鉄製ローラ）表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）は３μｍ、凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）は７μｍであった。また、セラミックス被覆層の動摩擦係数は０．２５であり、比抵抗は１０^-6Ω・ｃｍであった。

（実施例２）
アルミニウム製ローラ（厚み２ｍｍ、外径１８ｍｍ）表面を、ショットブラスト（ブラスト砥粒：１００〜２００番のジルコニアビーズ）処理し、表面粗度（Ｒｚ）を７μｍとした。

次いで、粗面化したアルミニウム製ローラを、平均粒径１μｍに調整されたＺｎＯ₂微粒子１０質量部、カーボンブラック粒子１５質量部、ナイロン樹脂７５質量部をイソプロパノールに溶解・懸濁して固形分１２％としたセラミックス被覆用塗液に浸漬した後、引上げ、次いで中心軸を回転中心として回転させ、ローラ表面に付着したセラミックス被覆用塗液を飛ばし、乾燥後の現像ローラ表面粗度（Ｒｚ）を５μｍとした。

成膜後、セラミックス被覆層の膜厚を測定した。アルミニウム製ローラ表面の凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）は２μｍ、凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）は５μｍであった。また、セラミックス被覆層の動摩擦係数は０．２５であり、比抵抗は１０^-6Ω・ｃｍであった。

（比較例１）鉄製ローラ（ＳＵＳ３０４、厚み１ｍｍ、外径１８ｍｍ）表面を、ショットブラスト（ブラスト砥粒：１００〜２００番のアルミナビーズ）処理し、表面粗度（Ｒｚ）を７μｍとした。

次いで、平均粒径１μｍに調整されたＢＮ微粒子１０質量部、カーボンブラック粒子１０質量部、ナイロン樹脂８０質量部をイソプロパノールに溶解・懸濁して固形分３０％としたセラミックス被覆用塗液を電着塗装液とし、（株）イセヤマ製の電着塗装装置（印加電圧２００Ｖ）により、粗面化した鉄製ローラ表面にセラミックス被覆層を電着塗装した。乾燥後の現像ローラ表面粗度（Ｒｚ）は５μｍであった。

成膜後、セラミックス被覆層の膜厚を測定した。芯体（鉄製ローラ）表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）は７μｍ、凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）は２μｍであった。また、セラミックス被覆層の動摩擦係数は０．２５であり、比抵抗は１０^-6Ω・ｃｍであった。

（比較例２）
アルミニウム製ローラ（厚み２ｍｍ、外径１８ｍｍ）表面を、ショットブラスト（ブラスト砥粒：１００〜２００番のジルコニアビーズ）処理し、表面粗度（Ｒｚ）を７μｍとした。

次いで、粗面化したアルミニウム製ローラを、カーボンブラック粒子１０質量部、ナイロン樹脂７５質量部をイソプロパノールに溶解・懸濁して固形分２０％とした被覆用塗液｛粘度０．８Ｐａ・ｓ（２５℃）｝に浸漬した後、引上げ、次いで中心軸を回転中心として回転させ、ローラ表面に付着したセラミックス被覆用塗液を飛ばし、乾燥後の現像ローラ表面粗度（Ｒｚ）を５μｍとした。

成膜後、セラミックス被覆層の膜厚を測定した。アルミニウム製ローラ表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）は３μｍ、凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）は３μｍであった。また、セラミックス被覆層の動摩擦係数は１．２５であり、比抵抗は１０^-6Ω・ｃｍであった。

（評価）
セイコーエプソン（株）製「カラーレーザープリンターＬＰ９０００Ｃ」のブラック現像カートリッジに上記で調製したトナーを投入した後、本発明および比較例のトナー坦持体（現像ローラ）を取り付け、現像ギャップ１２０μｍ、直流電圧（ＤＣ）の現像バイアス−２００Ｖ、これに重畳する交流電圧（ＡＣ）３ｋＨｚ、Ｐ−Ｐ電圧１．５ｋＶとし、反時計方向に回転する現像ローラの周速を時計方向に回転する潜像坦持体に対して１．６倍の周速比とした。

現像ローラの静トルク（ｋｇＦ・ｃｍ）、動トルク（ｋｇＦ・ｃｍ）を測定すると共に、Ａ３サイズのモノクロベタ画像を印字した後の画像先端と後端の画像濃度差により初期の画像均一性を、また、Ａ４サイズで５％トナー消費パターンを連続３０００枚印字した際の画像濃度低下より３０００枚印字後の画像均一性の良否を判定した。

結果を合わせて下記表１に示す。

表１から明らかなように、本発明の画像形成用現像装置は、供給ローラとの摺擦性が改善されるばかりでなく、印字枚数同化時もトナーダメージが低減され、均一な画像が得られることがわかる。

本発明の画像形成用現像装置によれば、トナー坦持体（現像ローラ）のトナーリセット性（掻き取り性）とトルクの低減に優れると共に、トナーダメージが低減されることにより、印字枚数増加に際しても画像均一性に優れるので、産業上の利用価値は大きい。

図１は、本発明の画像形成用現像装置のトナー坦持体（現像ローラ）の断面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大断面図である。図２は、タンデムタイプの画像形成装置の全体構成を示す断面図である。図３は、現像装置の断面図である。

符号の説明

２３…感光ドラム、１００…現像装置、１０１…トナー収容部、１０３…ハウジング、１０５…供給ローラ、１０７…現像ローラ、１０９…規制ブレード、１１１…板バネ部材、１１２…弾性部材、１１３…トナー、２０１…現像ローラ芯体、２０２…セラミックス被覆層、２０５…セラミックス粒子等の微粒子

Claims

トナー坦持体からなる画像形成用現像装置であって、該トナー坦持体が、金属ローラ芯体と、該金属ローラ芯体表面が凸凹に粗面化処理されると共に該凸凹形状の芯体表面に設けられる動摩擦係数が０．５以下のセラミックス被覆層とからなり、前記金属ローラ芯体表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）を凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）より薄くしたことを特徴とする画像形成用現像装置。
金属ローラ芯体表面における凸部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₁）が１μｍ〜５μｍ、該凹部上のセラミックス被覆層の膜厚（ｔ₂）が３μｍ〜１０μｍとされ、かつ、ｔ₁がｔ₂より２μｍ以上薄くされたことを特徴とする請求項１記載の画像形成用現像装置。
金属ローラ芯体における表面粗度（Ｒｚ）が７μｍ〜１８μｍであることを特徴とする請求項１記載の画像形成用現像装置。
セラミックス被覆層における表面粗度（Ｒｚ）が５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする請求項１記載の画像形成用現像装置。
トナーの体積平均粒径が４．５μｍ〜９μｍであり、平均円形度が０．９５〜０．９９であることを特徴とする請求項１記載の画像形成用現像装置。
トナーが、負帯電性トナーであって、トナー母粒子と少なくとも正極性外添粒子とからなる非磁性一成分トナーであることを特徴とする請求項１記載の画像形成用現像装置。