JP2009169097A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体ドラム表面に対する所要の現像性を確保しかつ、未現像トナーの現像ローラから磁気ローラへの引き剥がし性を所要のとおりに確保すること。
【解決手段】現像装置１００は、磁気ローラ１３０と、磁気ローラ１３０に所定の隙間をおいて配設された現像ローラ１４０とを備えている。磁気ローラ１３０に保持された現像剤中のトナーは現像ローラ１３０の周表面に静電的に付着させられ、磁気ローラ１３０と現像ローラ１４０の周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である。現像ローラ１４−の周表面には合成樹脂被覆層が配設され、合成樹脂被覆層は、磁性キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性である。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を周表面に保持して搬送する磁気ローラと、磁気ローラに所定の隙間をおいて配設された現像ローラとを備え、磁気ローラに保持された現像剤中のトナーが現像ローラの周表面に静電的に付着させられる現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置（例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機）に関する。

磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を周表面に保持して搬送する磁気ローラと、磁気ローラに所定の隙間をおいて配設された現像ローラとを備え、磁気ローラに保持された現像剤中のトナーが現像ローラの周表面に静電的に付着させられる現像装置は、特許文献１に開示されている。この、いわゆるハイブリッド式現像装置によれば、タンデム型のカラー画像形成装置において、色の異なるトナーを相互に乱すことなく像担持体上又は記録媒体上に正確に重ねることができるので、色ズレの少ない高画質のカラー画像の形成が可能である。
特開２００４−３１８０９２号公報

上記現像装置において、現像ローラはアルミニウム製であるが、現像ローラへの印加電位の、感光体ドラムへのリークを防止するため、現像ローラの表面にアルミニウムの酸化皮膜が形成されている（換言すれば、アルマイト処理が施されている）。そして上記現像装置を備えた画像形成装置において、エージング（電源投入後のウォームアップ、ジャム処理後のウォームアップなどの現像準備作動）が行われた場合には、現像ローラと磁気ローラとの間で相対回転が行われるが、その際、磁気ローラ上の現像剤(すなわち磁性キャリアと非磁性トナーとからなる磁気ブラシ)により現像ローラ上の未現像トナーが摺擦される。そして該摺擦において、トナーと現像ローラ表面に形成されたアルミニウムの酸化皮膜との間に摩擦が生ずるが、この摩擦によりトナーの帯電量が過剰にアップしてしまう場合がある。その結果、現像ローラ表面に存在する、帯電性が高く電荷鏡像力の大きな小径のトナーは、より大きな電荷を保持し鏡像力もより大きくなってしまった。このように、現像ローラ表面の、帯電量が過剰にアップしたトナーは、現像ローラに所定のバイアス電圧が印加されても、現像ローラ表面から離れにくくなるので、現像ローラ表面から感光体ドラム表面へのトナーの飛翔が所要のとおりに円滑に遂行されず、感光体ドラム表面に対する現像性が低下するとともに、現像ローラ表面に存在する未現像トナーの、現像ローラから磁気ローラへの引き剥がし性も低下するため、さらに現像性を低下させることになる。このような不具合の発生は、現像ローラと磁気ローラの周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である場合には、より顕著に認められた。よって、表面にアルマイト処理を施した現像ローラを含む現像装置を備えた画像形成装置においては、現像性と引き剥がし性を両立しつつ、長期に渡って安定した画像形成を行うことが困難であった。

本発明の目的は、現像ローラから感光体ドラム表面へのトナーの飛翔が所要のとおりに円滑に遂行されて感光体ドラム表面に対する所要の現像性を確保しかつ、未現像トナーの現像ローラから磁気ローラへの引き剥がし性を所要のとおりに確保することを可能にする、新規な現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することである。

本発明の一局面によれば、
磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を周表面に保持して搬送する磁気ローラと、磁気ローラに所定の隙間をおいて配設された現像ローラとを備え、磁気ローラに保持された現像剤中のトナーが現像ローラの周表面に静電的に付着させられ、磁気ローラと現像ローラの周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である現像装置において、
現像ローラの周表面には合成樹脂被覆層が配設され、合成樹脂被覆層は、磁性キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性である、
ことを特徴とする現像装置、が提供される。
合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成される、ことが好ましい。
合成樹脂被覆層は、体積抵抗率が１０^３〜１０^７Ω・ｃｍ、表面粗さＲａが０．１０〜０．８０、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０である、ことが好ましい。
現像ローラはアルミニウム製であり、合成樹脂被覆層の下層として、体積抵抗率が１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍである下層が配設され、該下層はアルミニウムの酸化皮膜から形成される、ことが好ましい。
磁気ローラの内部には静止永久磁石が配設され、現像ローラの内部であって、磁気ローラに対向する側の内部には、静止磁性部材が配設されている、ことが好ましい。
本発明の他の局面によれば、
像担持体と、像担持体に所定の隙間をおいて配置された現像ローラを含む現像装置とを備え、現像ローラの周表面に静電的に付着されたトナーが感光体ドラムの表面に飛翔されることにより感光体ドラムの周表面に形成された静電潜像を現像する画像形成装置において、
該現像装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置から構成される、
ことを特徴とする画像形成装置、が提供される。

以下、本発明に従って構成された現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置であるタンデム型カラープリンタ（以下、「プリンタ」と略称する）の好適な実施形態を、添付図面を参照して更に詳細に説明する。

図８には、本発明に従って構成された現像装置を備えたプリンタの概略構成断面図が示されている。図示のプリンタは、ほぼ直方体形状のプリンタ本体２を備えている。プリンタ本体２内には、ブラック用作像手段３、シアン用作像手段４、マゼンタ用作像手段５及びイエロー用作像手段６が、水平方向に図８において左から右に向かってこの順に配列されている。これらの作像手段３、４、５及び６は、それぞれ、感光体ドラム１０、帯電器１２、露光装置（実施形態においては露光装置の一部であるＬＥＤヘッド）１４、後に詳述する現像装置１００、転写ローラ１６、クリーニング装置１８などの作像エレメントを備えている。なお、図８においては、図示の簡略化のため、上記作像エレメントの符号は、ブラック用作像手段３においてのみ付してある。各作像手段３、４、５及び６の現像装置１００には、それぞれ、対応する色のトナーを補給するためのトナーコンテナ１００Ａが装着されている。

作像手段３、４、５及び６の下側には、搬送ベルト機構２０が配設されている。搬送ベルト機構２０は、駆動ローラ２０Ａと、被駆動ローラ２０Ｂと、駆動ローラ２０Ａ及び被駆動ローラ２０Ｂ間に巻き掛けられた無端状の搬送ベルト２０Ｃとを備えている。搬送ベルト２０Ｃの上側の移動面２０ａは、作像手段３、４、５及び６における感光体ドラム１０と転写ローラ１６との間を通ってほぼ水平横方向に延在し、かつ記録媒体である用紙の搬送面を形成している。搬送ベルト２０Ｃは、駆動ローラ２０Ａ及び被駆動ローラ２０Ｂにより、図８において反時計方向（図８における矢印方向）に回転移動させられる。搬送ベルト機構２０の下方には、３個の給紙カセット２２が配設されている。搬送ベルト機構２０の下流側には定着装置２４、排出ローラ２６、排紙トレイ２８などが配設されている。排紙トレイ２８はプリンタ本体２の上面に配設されている。給紙カセット２２のいずれか１個から送り出された用紙は、搬送ベルト機構２０により感光体ドラム１０と転写ローラ１６との間を通して搬送される。用紙には、カラー画像に対応した色のトナーが順次に重合転写され、定着装置２４により定着された後、排出ローラ２６により排紙トレイ２８にいわゆるフェースダウンの形態で排出される。

次に、上記プリンタに備えられた現像装置１００を含む作像手段３、４、５及び６について詳細に説明する。なお、作像手段３、４、５及び６の構成及び作用は相互に実質的に同じであるので、以下、それらを代表して、ブラック用作像手段３について説明する。

図１を参照して、先にも述べたように、作像手段３は、感光体ドラム１０、帯電器１２、露光装置１４、現像装置１００、転写ローラ１６、クリーニング装置１８などの作像エレメントを備えている。感光体ドラム１０における感光材料として、正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）、ａ−ｓｉ感光体などを用いることができる。露光装置１４は、半導体レーザもしくはＬＥＤヘッドを用いることができる。

現像装置１００は、適宜の合成樹脂から形成することができるハウジング１１０を備えている。ハウジング１１０の、感光体ドラム１０と対向する端面は開口されており、ハウジング１１０内には磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤が収容されている。ハウジング１１０内には、収容された２成分現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送手段１２０と、現像剤を周表面に磁気的に吸引保持して搬送する磁気ローラ１３０と、磁気ローラ１３０及び感光体ドラム１０の各々の周表面に対し所定の隙間をおいて配設されてトナーのみが付着させられる現像ローラ１４０とがそれぞれ回転自在に配設されている。

磁気ローラ１３０は、アルミニウムなどの非磁性材料からなる円筒状の磁気スリーブ１３２と、磁気スリーブ１３２内に配設されかつ複数の磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２がこの順に周方向に配列された静止永久磁石１３４とを備えている。静止永久磁石１３４については更に後述する。磁気スリーブ１３２の周表面には２成分現像剤が磁気的に吸引保持されて磁気ブラシが形成され、磁気スリーブ１３２の回転により２成分現像剤が搬送される。この磁気ローラ１３０には、第１の直流電源装置１３６によって所定の直流バイアス電圧が印加されると共に、第１の交流電源装置１３８によって交流バイアス電圧が重畳して印加されるよう構成されている。

現像ローラ１４０は、導電性の金属、実施形態においてはアルミニウムからなる円筒状部材（スリーブ）１４２と、円筒状部材１４２内に配設された静止磁性部材１４４とを備えている。静止磁性部材１４４は、現像ローラ１４０の、磁気ローラ１３０に対向する内側に配設されている。現像ローラ１４０には、第２の直流電源装置１４６によって所定の直流バイアス電圧が印加されると共に、第２の交流電源装置１４８によって交流バイアス電圧が重畳して印加されるよう構成されている。

ハウジング１１０内には、磁気ローラ１３０と隣接する位置に第１の現像剤撹拌室１１２が設けられ、更に第１の現像剤撹拌室１１２と隔壁１１３によって仕切られた第２の現像剤撹拌室１１４が設けられている。第１及び第２の現像剤撹拌室１１２及び１１４は、磁気ローラ１３０の軸方向両端部において相互に連通され、全体として無端状の循環搬送路が形成される。この循環搬送路は、ハウジング１１０内の現像室を構成する。第１の現像剤撹拌室１１２は、磁気ローラ１３０と平行に磁気ローラ１３０に沿って直線状に延在する。第２の現像剤撹拌室１１４は、隔壁１１３を挟んで第１の現像剤撹拌室１１２と平行に直線状に延在する。

撹拌搬送手段１２０は、第１の撹拌搬送部材である第１の回転螺旋羽根部材１２２と、第２の撹拌搬送部材である第２の回転螺旋羽根部材１２４とからなる。第１の回転螺旋羽根部材１２２は、第１の現像剤撹拌室１１２に沿って直線状に延在するよう第１の現像剤撹拌室１１２内に回転自在に配設され、第２の回転螺旋羽根部材１２４は、第２の現像剤撹拌室１１４に沿って直線状に延在するよう第２の現像剤撹拌室１１４内に回転自在に配設されている。ハウジング１１０内にはまた、磁気ローラ１３０の周表面に保持された現像剤の層厚を規制する層厚規制ブレード１１６が設けられている。

実施形態において、静止永久磁石１３４は、複数の磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２がこの順に周方向に配列されるよう構成され、相互に同極である一対の磁極（反発極）は、磁極Ｎ２とＮ３により構成されている。すなわち、静止永久磁石１３４は、現像ローラ１４０に最接近した位置にある磁極Ｎ１、第１の回転螺旋羽根部材１２２により撹拌搬送された２成分現像剤を受け取って保持し、磁気スリーブ１３２の周表面に形成された磁気ブラシの高さを規制する層厚規制ブレード１１６によって穂切りを行う穂切り領域に位置する穂切り磁極Ｎ３、最接近磁極Ｎ１へ穂切りされた磁気ブラシを搬送する搬送磁極Ｓ２、最接近磁極Ｎ１から磁気ブラシを受け取る搬送磁極Ｓ１、搬送磁極Ｓ１から磁気ブラシを受け取って第１の現像剤撹拌室１１２内に搬送する搬送磁極Ｎ２により構成されている。

図示の実施形態における作像手段３は上記したように構成されており、以下、作像手段３における現像装置１００の基本的な現像作用について説明する。

図１を参照して、感光体ドラム１０、現像装置１００における現像ローラ１４０、磁気ローラ１３０、第１の回転螺旋羽根部材１２２及び第２の回転螺旋羽根部材１２４は、それぞれ図示しない駆動手段により図１に示す矢印方向に回転駆動される。静電潜像担持体である感光体ドラム１０の表面は、帯電器１２により所定の電圧に一様に帯電され、露光装置１４により露光が行われて感光体ドラム１０の表面に静電潜像が形成される。第１及び第２の回転螺旋羽根部材１２２及び１２４の回転駆動により、現像剤が攪拌されてトナーが適正なレベルに帯電させられる。第１の現像剤撹拌室１１２内の２成分現像剤は、磁気スリーブ１３２の周表面に保持される。磁気スリーブ１３２の周表面に保持された現像剤は、層厚規正ブレード１１７を通過することにより所定の厚さに形成される。

このようにして磁気スリーブ１３２の周表面に保持された現像剤は、一定の厚さで現像ロール１４０の周表面に保持される。磁気スリーブ１３２には第１の直流電源装置１３６によって所定の直流バイアス電圧が印加されかつ、第１の交流電源装置１３８によって交流バイアス電圧が重畳して印加されており、現像ローラ１４０には第２の直流電源装置１４６によって所定の直流バイアス電圧が印加されているので、磁気スリーブ１３２と現像ローラ１４０の電位差によって、現像ローラ１４０の周表面にトナーのみが吸着されてトナーの薄層が形成される。

現像ローラ１４０の周表面に静電的に付着されたトナーは、現像ローラ１４０に、第２の交流電源装置１４８によって交流バイアス電圧を重畳して印加することにより、感光体ドラム１０の周表面に形成された静電潜像に飛翔させられ、静電潜像が現像される。なお、トナーの飛散を防ぐために、現像ローラ１４０への交流バイアス電圧の印加は現像の直前に行われる。

上記現像装置１００において、磁気ローラ１３０と現像ローラ１４０とは、その対向面においての周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定されている。図示の実施形態において、磁気ローラ１３０及び現像ローラ１４０の回転方向は共に同じ方向に設定されており、相互の対向面においては相互に逆方向に移動するので、上記周速度差は、相互の対向面における相対周速度差を意味する。他方、磁気ローラ１３０及び現像ローラ１４０の回転方向が相互に逆方向である実施形態の場合、相互の対向面においては相互に同じ方向に移動するので、上記周速度差は、単なる周速度差を意味する。

先に述べたように、従来装置において、現像ローラ１４０と磁気ローラ１４０の周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である場合には、感光体ドラム１０表面に対する現像性が低下するとともに、現像ローラ１４０表面に存在する未現像トナーの、現像ローラ１４０から磁気ローラ１３０への引き剥がし性も低下する、との不具合がより顕著に発生した。このような技術的課題を解消するため、本発明においては、現像ローラ１４０の周表面、すなわち現像ローラ１４０を構成するアルミニウムからなる円筒状部材（スリーブ）１４２の周表面に、合成樹脂被覆層が配設され、この合成樹脂被覆層は、磁性キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性であるよう構成されている。その結果、磁気ローラ１３０上の現像剤(すなわち磁性キャリアと非磁性トナーとからなる磁気ブラシ)により現像ローラ１４０上の未現像トナーが摺擦されて、トナーと現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層との間に摩擦が生じても、この摩擦によるトナーの帯電量の過剰なアップが抑制され、トナーの、現像ローラ１４０表面、すなわち合成樹脂被覆層の表面に対する付着性が低減されるので、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０表面へのトナーの飛翔（すなわちトナーの受け渡し）が所要のとおりに円滑に遂行されて感光体ドラム１０表面に対する所要の現像性を確保しかつ、現像ローラ１４０表面、すなわち合成樹脂被覆層の表面に存在する未現像トナーの、現像ローラ１４０から磁気ローラ１３０への引き剥がし性を所要のとおりに確保することを可能にする。

トナーとして正帯電トナーを用いた場合、合成樹脂被覆層をシリコーン変性ポリウレタンから構成することが好ましい。この理由は、ポリウレタンとトナーの摩擦帯電系列が同じであるのでトナーの静電的な付着力を低減できること、及びポリウレタンをシリコーンで変性することで付着力を更に低減できること、などである。

合成樹脂被覆層は、体積抵抗率が１０^３〜１０^７Ω・ｃｍ、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが０．１０〜０．８０、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０である、ことが好ましい。体積抵抗率が１０^３〜１０^７Ω・ｃｍであると、現像ローラ１４０への印加電位の、感光体ドラム１０へのリーク及び合成樹脂被覆層の過剰な電荷蓄積及びトナーの過剰な帯電を防止することができる。更に表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａを０．１０〜０．８０、表面摩擦係数μを０．１０〜０．５０とすることで、合成樹脂被覆層の表面を平滑にしてトナーの付着性を抑制することができる。このような構成は、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０表面へのトナーの飛翔を所要のとおりに円滑に遂行しながら現像ローラ１４０表面、すなわち合成樹脂被覆層の表面に存在する未現像トナーの、現像ローラ１４０から磁気ローラ１３０への引き剥がし性を所要のとおりに確保する、との効果の達成に有用である。現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層表面の算術平均粗さＲａが０．８０を超えると、トナー粒子が現像ローラ１４０表面の凹部に入り込んで静電気力以外の拘束力を受けるため、現像性、引き剥がし性を低減させる。

使用するトナーの体積平均粒子径は４〜８μm、キャリアの重量平均粒子径は２５〜４５μm程度が好ましい。キャリア重量平均径に関しては、均一なトナー薄層の形成と、未現像トナーの回収のために、磁気ブラシが密に形成される４５μm以下が好ましく、２５μm未満では磁気ブラシローラへの保持力が弱くなりキャリア飛びが発生したり、また流動性の低下や、トナーのキャリアの被覆率や、付着力の関係から、トナー薄層の形成及び未現像トナーの引き剥がしのバランスが取りづらくなる。

現像ローラ１４０の表面に形成されるトナーの層厚は、トナー体積平均粒子径×３．５以下にすることが好ましい。それ以上であると、現像後の現像ローラ１４０表面に未現像トナーの残る割合が高くなり、過剰な帯電による現像不良（画像濃度不良）などを発生し易くなる。

現像ローラ１４０はアルミニウム製であり、合成樹脂被覆層の下層として、体積抵抗率が１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍである下層が配設され、該下層はアルミニウムの酸化皮膜から形成される、ことが好ましい。アルミニウムの酸化皮膜は蓄電荷効果が小さいので、その表面を正帯電トナーとの摩擦帯電性が小さい合成樹脂、実施形態においてはシリコーン変性ポリウレタンで被覆することにより、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０への印加電位のリークを抑制しかつ、トナーとの摩擦帯電性を低下させてトナーの電気的な付着力を低下させる、との効果の達成に有用である。合成樹脂被覆層の体積抵抗率が低すぎると現像ローラ１４０の端部より、体積抵抗率の低い合成樹脂被覆層を介して印加電位のリークが発生する。また、合成樹脂被覆層の体積抵抗率が高すぎると、アルミニウムの酸化皮膜と合わせて体積抵抗率が高くなりすぎることと、合成樹脂被覆層の蓄電荷性が高くなるので、現像性が低下する。このため、先に述べたように、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は、アルミニウムの酸化皮膜の体積抵抗率よりも低い１０^３〜１０^７Ω・ｃｍに設定される。アルミニウムの酸化皮膜における体積抵抗率の下限未満（１０^３Ω・ｃｍ未満）では現像ローラ１４０から感光体ドラム１０への印加電位のリークが発生し、上限（１０^７Ω・ｃｍ）を超えると現像性が低下する。該下層、実施形態においてはアルミニウムの酸化皮膜の比誘電率は、５・０以上であることが、過剰な電荷蓄積を抑制するうえで好ましい。

磁気ローラ１３０の内部には静止永久磁石１３４が配設され、現像ローラ１４０の内部であって、磁気ローラ１３０に対向する側の内部には、静止磁性部材１４４が配設されている、ことが好ましい。いわゆるハイブリッド式の現像装置１００は、磁気ローラ１３０において二成分現像剤により形成された磁気ブラシからトナーのみを現像ローラ１４０の表面に供給し、該表面にトナー薄層を形成するよう構成されている。このため、現像ローラ１４０表面の未現像のトナーは磁気ブラシにより磁気ローラ１３０側に回収する必要があるが、磁気ブラシは同時にトナー供給も行うため、電気的な作用だけでは、供給と引き剥がしの両方を達成することができない。そこで、現像ローラ１４０側に静止磁性部材１４４を配置し、磁気ローラ１３０と現像ローラ１４０間の磁気ブラシの強度を高めることにより、トナーの掻き取り効果を高めている。しかしながら、掻き取り効果を高めると、摩擦帯電効果も高まるため、完全に回収し切れない未現像トナーがより摩擦帯電されてしまうという問題が生ずることになる。従って、この構成は、現像ローラ１４０の周表面に先に述べた合成樹脂被覆層を配設し、トナーとの摩擦帯電性を低下させ、トナーの付着力を低下させるよう構成された現像装置１００において、その効果を十分に発揮することができることになる。

現像装置１００の実施例は次のとおりである。磁気ローラ１３０は、アルミニウムからなる円筒状の磁気スリーブ１３２から構成し、現像ローラ１４０は、アルミニウムからなる円筒状部材（スリーブ）１４２表面にアルミニウムの酸化皮膜（厚み：１５μｍ、体積抵抗率１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍ）を形成し、酸化皮膜の表面を合成樹脂であるシリコーン変性ポリウレタン（厚み：１０μｍ）で被覆することにより構成した。図２において、符号１４２は現像ローラ１４０の円筒状部材（スリーブ）、１４２Ａはアルミニウムの酸化皮膜、１４２Ｂは合成樹脂被覆層であるシリコーン変性ポリウレタン樹脂層、Ｔは、シリコーン変性ポリウレタン樹脂層の表面に付着したトナー、をそれぞれ示している。

本発明において用いるシリコーン変性ポリウレタンは、それ自体公知のポリウレタンをシリコーン変性したものであるが、その好適例として、脂肪族不飽和基を有するポリオールと各種のポリイソシアネート化合物との反応により得られる脂肪族不飽和基を少なくとも１個有するポリウレタンをオルガノハイドロジェンポリシロキサンにより変性したものを挙げることができる。即ち、オルガノハイドロジェンポリシロキサンが有するヒドロシリル基（ＳｉＨ基）をポリウレタンが有する脂肪族不飽和基に付加反応させることによりシリコーン変性が行われる。このようなシリコーン変性ポリウレタンにおいて、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、一般に一分子中にヒドロシリル基を２個以上有するものを使用することが好ましく、かかるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、ポリウレタン１００重量部当り０．１〜１００重量部、特に１〜５０重量部の量で用いて変性を行うのがよい。シリコーン変性量が多すぎると、得られる表面保護層が柔らかくなり、耐摩耗性が損なわれるおそれがあり、また、シリコーン変性量が少ないと離型性が低下する傾向にある。

現像ローラ１４０の円筒状部材（スリーブ）１４２表面に、エーテル基1重量％（シリコーン変性ポリウレタンに対して）を導入したシリコーン変性ポリウレタン層（１０μm）を形成した。このシリコーン変性ポリウレタンには、電子導電材としてチタン酸カリウム表面に酸化スズを被覆したものを２５重量％含有させた。チタン酸カリウムは繊維形状であり強化材の効果を有しており、シリコーン変性ポリウレタン層の硬度を高くし、キャリアとの摺擦による削れを抑制する効果も有している。電子導電材としてカーボン、イオン導電材である過塩素酸リチウム（Li⁺ClO₄ ^-）などを用いてもよく、含有量は１０〜４０重量％が好ましい。１０重量％未満では体積抵抗率が高すぎて樹脂層に電荷が蓄積される。４０重量％を超えると体積抵抗率が低くなりすぎ、現像ローラ１４０から感光体ドラム１０への印加電位のリークが発生する。

シリコーン変性ポリウレタンにカーボン（４８ｎｍ）を含有させると、μは０.１〜０．２、酸化スズ（５００ｎｍ）を含有させると０．４となる。導電材の粒子径は２０〜６００ｎｍ程度が好ましい。

感光体ドラム１０の表面電位(暗電位)は３５０Ｖ、明電位は２０Ｖ、現像ローラ１４０の周速度／感光体ドラム１０の周速度（Ｓ／Ｄ）＝1．５、磁気ローラ１３０の周速度／現像ローラ１４０周速度（Ｍ／Ｓ）＝１．５である。この実施例において、感光体ドラム１０の周速度は３４０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ１４０の周速度は３７５ｍｍ／ｓｅｃ、磁気ローラ１３０の周速度は６７５ｍｍ／ｓｅｃである。現像ローラ１４０と磁気ローラ１３０は対向面で互いに反対方向に進行するように回転している。感光体ドラム１０と現像ローラ１４０間の隙間は２００μm、現像ローラ１４０と磁気ローラ１３０間の隙間は３００μmである。現像ローラ１４０内部には磁気ローラ１３０と対向する位置に静止磁性部材１４４が配置されている。静止磁性部材１４４は、磁性を有する金属、例えば鉄などから構成することができるが、ここでは永久磁石により構成した。この永久磁石の極性は、磁気ローラ１３０の、対向する位置に配置された永久磁石の極性（Ｎ１極）と反対の極性（Ｓ極）をなす。ちなみに、静止磁性部材１４４の法線方向磁力は４０ｍＴ、磁気ローラ１４０の主極位置の法線方向磁力は９０ｍＴである。

トナーとキャリアは、現像剤中のトナー帯電量がＱ／Ｍ＝１６μC／ｇ、トナー体積平均径＝６．５μm、キャリア重量平均径＝３５μmのものを用いた。現像バイアス電圧は、現像ローラ１４０に、直流バイアス電圧＝３００Ｖ、交流バイアス電圧Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝４０％、磁気ローラ１３０に、直流バイアス電圧＝４００Ｖ、現像ローラ１４０と同周期で逆位相の交流バイアス電圧Ｖｐｐ＝２．８ｋＶ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％、をそれそれ印加した。

上記条件でプリンタが安定した時の現像ローラ１４０表面の帯電量と、その後２０秒間エージングを行ったときの帯電量を比較したところ、安定時１６μC／ｇ、２０秒間エージング後１８μC／ｇであった。

図３には、現像装置１００の上記実施例を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層（シリコーン変性ポリウレタン被覆層）の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋ（１０００枚）プリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成し、合成樹脂被覆層表面の算術平均粗さＲａは０．４μm、合成樹脂被覆層表面の摩擦係数μは０．１にそれぞれ設定した。この実験によれば、体積抵抗率が１０^３〜１０^７Ω・ｃｍの範囲においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤとは、所要のＩＤである１．４を越えた範囲で変化しており（変化量も少ない）、現像性及び引き剥がし性も所要のとおりに得られた。しかしながら、体積抵抗率が１０^３Ω・ｃｍ未満（図３において左向きの矢印参照）では、現像ローラ１４０から感光体ドラム４への印加電位のリークが発生し、体積抵抗率が１０^７Ω・ｃｍを越えた範囲（図３において右向きの矢印参照）では、合成樹脂被覆層の過剰な電荷蓄積作用及びトナーの過剰な帯電により、１Ｋプリント後におけるＩＤが１．４未満に低下することが認められた。

図４には、現像装置１００の上記実施例を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層（シリコーン変性ポリウレタン被覆層）の表面粗さである算術平均粗さＲａを変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成し、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は１０^７Ω・ｃｍ、合成樹脂被覆層表面の摩擦係数μは０．４にそれぞれ設定した。この実験によれば、算術平均粗さＲａが０．１〜０．８の範囲においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤとは、所要のＩＤである１．４を越えた範囲でほとんど変化がなく、現像性及び引き剥がし性も所要のとおりに得られた。しかしながら、算術平均粗さＲａが０．８を越えた範囲（図４において右向きの矢印参照）では、現像性及び引き剥がし性が低下し、その結果、１Ｋプリント後におけるＩＤが１．４未満に低下することが認められた。

図５には、現像装置１００の上記実施例を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層（シリコーン変性ポリウレタン被覆層）の表面摩擦係数μを変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、現像ローラ１４０表面の合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成し、合成樹脂被覆層の体積抵抗率は１０^７Ω・ｃｍ、合成樹脂被覆層表面の算術平均粗さＲａは０．４μｍにそれぞれ設定した。この実験によれば、表面摩擦係数μが０．１〜０．５の範囲においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤとは、所要のＩＤである１．４を越えた範囲でほとんど変化がなく、現像性及び引き剥がし性も所要のとおりに得られた。しかしながら、表面摩擦係数μが０．５を越えた範囲（図５において右向きの矢印参照）では、現像性及び引き剥がし性が低下し、その結果、１Ｋプリント後におけるＩＤが１．４未満に低下することが認められた。

図６には、従来のいわゆるハイブリッド式現像装置（表面にフッ素シリコーン被覆層を形成した現像ローラを使用したハイブリッド式現像装置）を備えたプリンタ（図８）において、現像ローラ表面のフッ素シリコーン被覆層の表面摩擦係数μを変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図が示されている。この実験において、フッ素シリコーン被覆層の体積抵抗率は１０^７Ω・ｃｍ、フッ素シリコーン被覆層表面の算術平均粗さＲａは０．４μｍにそれぞれ設定した。この実験においては、プリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）のいずれにおいても、所要のＩＤである１．４は得られなかった。これは、フッ素シリコーン被覆層の過剰な電荷蓄積作用及びトナーの過剰な帯電に起因するものである。

上記実験において、体積抵抗率（Ω・ｃｍ）は、三菱油化社製のＨＩＲＥＳＴＡ ＵＰ（型式ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を用いて測定した。算術平均粗さＲａは、東京精密社製のＳＵＲＦＣＯＭ １５００ＤＸ（ＪＩＳ Ｂ０６０１-１９９４）を用い、測定条件（算出規格：ＪＩＳ−‘９４規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：４．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ）で測定した。また動摩擦係数μは、ＪＩＳ K７１２５に準拠して測定する。例えば島津製作所製のオートグラフと摩擦係数測定用専用冶具を用いて測定できる。本実験においては、商品名キムワイプ２００S（日本製紙クレシア社製）と現像ローラ表面との動摩擦係数を測定した。重錘は２１６ｇを使用した。

図７は、上記実験結果及びその他の実験結果に基づいて、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料、該合成樹脂製被覆層の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）、算術平均粗さＲａ（μｍ）及び表面摩擦係数μを組み合わせた実施例（１〜４）及び比較例（１〜５）の実験結果を表にまとめたものである。実施例１〜４においては、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料はシリコーン変性ポリウレタン、該シリコーン変性ポリウレタンの体積抵抗率は１０^３〜１０^７Ω・ｃｍ、表面粗さＲａが０．１０〜０．８０μｍ、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０、の各範囲内であって、いずれも、ＩＤ,現像性及び引き剥がし性に問題はない。他方、比較例１〜４においては、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料はシリコーン変性ポリウレタンであるが、体積抵抗率、表面粗さＲａ及び表面摩擦係数μの何れかの数値が、各々の上記範囲を外れて設定されている。その結果、ＩＤ、現像性及び引き剥がし性、現像ローラから感光体ドラムへの印加電位のリークのいずれかの不具合が発生した。また、比較例５においては、現像ローラ表面の合成樹脂製被覆層の材料としてフッ素シリコンを使用し、該フッ素シリコンの体積抵抗率は１０^３〜１０^７Ω・ｃｍ、表面粗さＲａが０．１０〜０．８０μｍ、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０、の各範囲内に設定したが、フッ素シリコーン被覆層の過剰な電荷蓄積作用及びトナーの過剰な帯電により現像性の低下が認められた。

図８に示すタンデム型カラー画像形成装置に備えられているブラック用作像手段を拡大して示す構成概略図である。 図１に示すブラック用作像手段の現像装置に備えられている現像ローラの一部を拡大して示す断面概略図である。 本発明に従って構成された現像装置の実施形態を備えたタンデム型カラープリンタの実施形態において、現像ローラ被覆層の体積抵抗率を変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図である（現像ローラ被覆層の材料、表面の算術平均粗さ及び表面摩擦係数は特定）。 本発明に従って構成された現像装置の実施形態を備えたタンデム型カラープリンタの実施形態において、現像ローラ被覆層の表面の算術平均粗さを変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図である（現像ローラ被覆層の材料、体積抵抗率及び表面摩擦係数は特定）。 本発明に従って構成された現像装置の実施形態を備えたタンデム型カラープリンタの実施形態において、現像ローラ被覆層の表面摩擦係数を変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図である（現像ローラ被覆層の材料、体積抵抗率及び表面の算術平均粗さは特定）。 従来の現像装置を備えたタンデム型カラープリンタにおいて、現像ローラ被覆層の表面摩擦係数を変化させたときのプリントスタート時（エージング後）と１Ｋプリント後におけるＩＤ（画像濃度）の変化を示す実験結果としての比較線図である（現像ローラ被覆層の材料、体積抵抗率及び表面の算術平均粗さは特定）。 本発明に従って構成された現像装置の実施例及び従来の現像装置の比較例の各々における実験の内容及び評価をまとめた表である。 本発明に従って構成された現像装置を備えたタンデム型カラー画像形成装置の実施形態を示す構成概略図である。

符号の説明

１００：現像装置
１３０：磁気ローラ
１４０：現像ローラ
１４２：円筒状部材（スリーブ）
１４２A：アルミニウムの酸化皮膜
１４２B：合成樹脂被覆層であるシリコーン変性ポリウレタン樹脂層
T：トナー

Claims (6)

1. 磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を周表面に保持して搬送する磁気ローラと、磁気ローラに所定の隙間をおいて配設された現像ローラとを備え、磁気ローラに保持された現像剤中のトナーが現像ローラの周表面に静電的に付着させられ、磁気ローラと現像ローラの周速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上である現像装置において、
   現像ローラの周表面には合成樹脂被覆層が配設され、合成樹脂被覆層は、磁性キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性である、
   ことを特徴とする現像装置。
2. 合成樹脂被覆層はシリコーン変性ポリウレタンから構成される、請求項１記載の現像装置。
3. 合成樹脂被覆層は、体積抵抗率が１０^３〜１０^７Ω・ｃｍ、表面粗さＲａが０．１０〜０．８０、表面摩擦係数μが０．１０〜０．５０である、請求項１又は請求項２記載の現像装置。
4. 現像ローラはアルミニウム製であり、合成樹脂被覆層の下層として、体積抵抗率が１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍである下層が配設され、該下層はアルミニウムの酸化皮膜から形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 磁気ローラの内部には静止永久磁石が配設され、現像ローラの内部であって、磁気ローラに対向する側の内部には、静止磁性部材が配設されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 像担持体と、像担持体に所定の隙間をおいて配置された現像ローラを含む現像装置とを備え、現像ローラの周表面に静電的に付着されたトナーが感光体ドラムの表面に飛翔されることにより感光体ドラムの周表面に形成された静電潜像を現像する画像形成装置において、
   該現像装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置から構成される、
   ことを特徴とする画像形成装置。