JP2009175372A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤担持体と、その現像剤担持体に当接して現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材との摩擦による現像剤の劣化を防止し、カブリや汚れといった画質の悪化を防ぐことができる現像装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤担持体の表面層４１がアクリル樹脂及びウレタン樹脂とから形成され、アクリル樹脂の重合割合Ａ［％］、表面層４１の厚さＤ［μｍ］、アスカーＦ硬度Ｆ［度］及び重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が２０≦Ａ≦８０、０．６≦Ｄ≦２．０、４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５を満たすことにより、カブリが少なくなり、汚れやフィルミングが発生しない良好な画像を形成することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、現像装置に関するものであり、この現像装置を備える画像形成装置に関するものである。

像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体として、導電性弾性層の表面にウレタン樹脂からなる表面層を備えるものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１８６８３４号公報

現像ローラは、現像剤を搬送する搬送部材等の部材と当接している。特許文献１に示されるウレタン樹脂からなる表面層を備える場合、これら当接する部材との摩擦力が大きくなり、トナーが劣化し、カブリや汚れといった画質悪化を引き起こしてしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、上記実状に鑑み、現像剤担持体と、その現像剤担持体に当接して現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材との摩擦による現像剤の劣化を防止し、カブリや汚れといった画質の悪化を防ぐことができる現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の現像装置は、弾性層及び該弾性層を覆う表面層を有する現像剤担持体と、前記現像剤担持体と接触し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材とを有し、前記表面層は、少なくともアクリル樹脂及びポリエーテル系ウレタン樹脂を有する混合物からなり、前記表面層の厚さＤ［μｍ］、前記アクリル樹脂及び前記ポリエーテル系ウレタン樹脂の合計重量に対する前記アクリル樹脂の重量割合Ａ［％］、前記供給部材の少なくとも表面のアスカーＦ硬度Ｆ［度］、及び、前記現像剤担持体前記現像剤担持体に対して前記供給部材が食い込んでいる量を示す重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が２０≦Ａ≦８０、０．６≦Ｄ≦２．０、４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５を満たすことを特徴とする。

アクリル樹脂の重合割合Ａ［％］、表面層の厚さＤ［μｍ］、アスカーＦ硬度Ｆ［度］及び重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が２０≦Ａ≦８０、０．６≦Ｄ≦２．０、４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５を満たすことにより、カブリが少なくなり、汚れやフィルミングが発生しない良好な画像を形成することができる現像装置を提供することができる。

また、本発明の現像装置は、弾性層及び該弾性層を覆う表面層を有する現像剤担持体と、前記現像剤担持体と接触し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材とを有し、前記表面層は、少なくともアクリル樹脂及びポリエステル系ウレタン樹脂を有する混合物からなり、前記表面層の厚さＤ［μｍ］、前記アクリル樹脂及び前記ポリエステル系ウレタン樹脂の合計重量に対する前記アクリル樹脂の重量割合Ａ［％］、前記供給部材の少なくとも表面のアスカーＦ硬度Ｆ［度］、及び、前記現像剤担持体前記現像剤担持体に対して前記供給部材が食い込んでいる量を示す重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が４０≦Ａ≦８０、０．６≦Ｄ≦２．０、４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５を満たすことを特徴とする。

現像剤担持体の表面層にポリエステル系ウレタン樹脂を使用することで機械的強度が向上し、アクリル樹脂の重合割合Ａ［％］が、４０≦Ａ≦８０であることで、現像剤が現像剤担持体上に固着しない。そして、そして、アクリル樹脂の重合割合Ａ［％］、表面層の厚さＤ［μｍ］、アスカーＦ硬度Ｆ［度］及び重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が４０≦Ａ≦８％、０．６≦Ｄ≦２．０、４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５を満たすことにより、カブリが少なくなり、汚れやフィルミングが発生しない良好な画像を長期にわたって形成することができる現像装置を提供することができる。

さらに、本発明の画像形成装置は、上述の現像装置備えることを特徴とする。これにより、良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。

本発明は、現像剤担持体の表面層がアクリル樹脂及びウレタン樹脂とから形成され、アクリル樹脂の重合割合Ａ［％］、表面層の厚さＤ［μｍ］、アスカーＦ硬度Ｆ［度］及び重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が２０≦Ａ≦８０、０．６≦Ｄ≦２．０、４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５を満たすことにより、カブリが少なくなり、汚れやフィルミングが発生しない良好な画像を形成することができる現像装置及びこの現像装置を備える画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明の画像形成装置は、現像剤担持体としての現像ローラを有する現像装置を搭載するものである。まずは、本発明の画像形成装置について説明する。図１は画像形成装置及び現像装置の構造を説明する図であり、図２は、画像形成装置の制御を行う制御ブロック図である。

画像形成装置には、画像形成ユニットが搭載されており、画像形成ユニットは、画像形成装置本体から着脱自在となっている。この画像形成ユニットには、静電潜像担持体としての感光ドラム３と、感光ドラム３を帯電させる帯電部材としての帯電ローラ４と、感光ドラム３に形成される静電潜像を現像剤としてのトナー５によって現像して現像剤像としてのトナー画像を形成する現像装置と、感光ドラム３から記録媒体としての用紙１３に形成されたトナー画像を転写した後、感光ドラム３上に残された転写残トナー及び感光ドラム３上のカブリトナーを掻き落とすためのクリーニングブレード９と、掻き落とされたカブリトナー及び転写残トナーを廃トナーとして回収するためのトナー回収ボックス１０とを有している。このトナー回収ボックス１０には、廃トナーを回収するための図示しないスパイラルが備えられている。

画像形成ユニットに搭載される現像装置は、トナー５が収容され、画像形成ユニットに対して着脱自在に備えられるトナーカートリッジ８と、感光ドラム３に対向して配置され、感光ドラム３を現像する現像剤担持体としての現像ローラ１と、現像ローラ１にトナー５を供給する供給部材としてのトナー供給ローラ２と、現像ローラ１上に供給されたトナー５を薄層形成するトナー層厚規制ブレードとしての現像ブレード６と、現像装置内のトナー５の流動性を維持するための撹拌部材７とを有している。トナー５は、静電潜像を現像することができるものであればどのようなトナーであってもよいが、例えば、バインダーとしてポリエステル樹脂を用いた非磁性一成分の負帯電性粉砕トナーで、ガラス転移点Ｔｇが６０〜６５℃、軟化点を１１０〜１１７℃のトナーを使用できる。現像ブレード６は、現像ローラ１上のトナーを薄層化することができればどのようなものであってもよいが、例えば板厚０．０８ｍｍのＳＵＳからなり、現像ローラ１との接触部分において曲げ部の曲率半径が０．２ｍｍとなるような曲げ加工が施されたものを使用することができる。

現像ローラ１、トナー供給ローラ２、感光ドラム３及び帯電ローラ４は、それぞれ図１中の矢印方向に回転可能に備えられており、感光ドラム３及びトナー供給ローラ２は、現像ローラ１に当接されている。感光ドラム３の外径は例えば２４ｍｍで、例えば９３．７ｍｍ／ｓの周速で回転している。現像ローラ１の外径は例えば１４．１ｍｍで、感光ドラム３に対して例えば０．１ｍｍ押し込まれ、感光ドラム３に対して例えば１．３９の周速比（周速１３０．２ｍｍ／ｓ）で回転している。帯電ローラ４は、感光ドラム３に連れ回りしており、トナー供給ローラ２は、感光ドラム３に対して例えば０．９０の周速比（周速８４．３ｍｍ／ｓ）で回転し、現像ローラ１に対して１２．７ｍｍの中心間距離（両ローラの回転軸間の距離）で備えられている。なお、本発明において、周速とは、ローラ又はドラムの外周での接線方向における線速のことを示す。

また、画像形成装置には、用紙１３を搬送する用紙搬送ローラ１４，１５，１６と、感光ドラム３の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ヘッド１１と、感光ドラム３上に現像されたトナー画像を、図中矢印方向に回転し、用紙１３に転写する転写部としての転写ローラ１２と、転写ローラ１２によって用紙１３に転写されたトナー像のトナーを溶融させるための図示しない加熱部材が備えられた加熱ローラ及びその加熱ローラとともに搬送されていくる用紙１３を加圧する加圧ローラによって構成される定着器１７とを備えている。この加熱ローラには、記録媒体上のトナー像を構成するトナーを溶融させるための図示しないヒータが備えられており、その温度を検出するための図示しない温度センサを備えている。

また、画像形成装置は、図２のように、印刷制御部２７と、ドラムカウンタ２８と、ドットカウンタ２９と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）制御部２２と、受信メモリ２３と、画像データ編集メモリ２４と、操作部２５と、センサ群２６と、帯電ローラ用電源３０と、現像ローラ用電源３１と、供給ローラ用電源３２と、転写ローラ用電源３３と、ヘッド駆動制御部３４と、定着制御部３５と、搬送モータ制御部３６と、駆動制御部３８とを有している。

印刷制御部２７は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、入力ポート、タイマ等によって構成され、感光ドラム３の回転数を計測するドラムカウンタ２８や印刷ドットをカウントするドットカウンタ２９を制御している。そして、この印刷制御部２７は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部２２を介して、図示しない上位装置から印刷データや制御コマンドを受信し、画像形成全体を統括制御し、印刷動作を実行する。

受信メモリ２３は、Ｉ／Ｆ制御部２２を介して受信する印刷データや制御コマンドを一時的に記録する。そして、画像データ編集メモリ２４は、この受信メモリ２３に記録された印刷データを受け取り、この印刷データを編集処理することによって形成された画像データ、すなわちイメージデータを記録する。

操作部２５は、画像形成装置の状態を表示するためのＬＥＤ及び画像形成装置に操作者からの指示を与えるためのスイッチや表示部を備えたものである。センサ群２６は、画像形成装置の動作状態を監視するために備えられる複数の図示しないセンサにより構成され、例えば用紙位置検出センサ、温湿度センサ、濃度センサ等である。

帯電ローラ用電源３０は、帯電ローラ４に所定の電圧を印加する。現像ローラ用電源３１は、現像ローラ１に所定の所定の電圧を印加する。供給ローラ用電源３２は、トナー供給ローラ２に所定の電圧を印加する。転写ローラ用電源３３は、転写ローラ１２に所定の電圧を印加する。なお、帯電ローラ用電源３０、現像ローラ用電源３１及び供給ローラ用電源３２は印刷制御部２７の指示に従って印加する電圧を変更することができる。

ヘッド駆動制御部３４は、ＬＥＤヘッド１１を駆動制御し、画像データ編集メモリ２４に記憶されたイメージデータをＬＥＤヘッド１１に送る。定着制御部３５は、定着器１７の図示しない温度センサからの出力を読み込み、このセンサ出力に基づいて、図示しないヒータを通電させて定着器１７の温度が一定となるように制御する。搬送モータ制御部３６は、用紙搬送モータ３７を制御し、用紙搬送ローラ１４，１５，１６を駆動させたり、停止させたりすることによって、図１の矢印１８，１９，２０の方向に用紙１３を搬送させる。駆動制御部３８は、感光ドラム３を回転させるための駆動モータ３９を制御する。そして、この感光ドラム３の図１中の矢印方向への回転に伴い、帯電ローラ４、現像ローラ１及びトナー供給ローラ２は、図１中の矢印方向に回転する。

このような画像形成装置は、まず、Ｉ／Ｆ制御部２２で受信した印刷データを受信メモリ２３に記憶し、印刷制御部２７は、画像形成装置の全体のシーケンスを制御し、印刷動作を行う。印刷データを受信した後、印刷制御部２７は、搬送モータ制御部３６を制御し、用紙搬送モータ３７によって用紙搬送ローラ１４を駆動させ、所定のタイミングで用紙１３をロールアップし、矢印１８方向に搬送させる。搬送された用紙１３は、用紙搬送モータ３７によって駆動する用紙搬送ローラ１５によって画像形成ユニットに搬送される。用紙搬送ローラ１５を通過した用紙１３は、画像形成ユニットと転写ローラ１２との間を矢印１９の方向に向かって、画像形成ユニットによって形成されるトナー像が転写できるタイミングで搬送される。

このとき、画像形成ユニットでは、トナー像が形成される。この画像形成プロセスは、まず、印刷制御部２７から駆動制御部３８に制御データが送られる。この制御データを受けて駆動制御部３８は、駆動モータ３９を制御し、感光ドラム３を回転させる。感光ドラム３の回転に合わせて回転する帯電ローラ４に帯電ローラ用電源３０より負の電圧が印加されることによで、感光ドラム３の表面が帯電する。

一方で、受信メモリ２３に記憶された印刷データは、画像データ編集メモリ２４によってイメージデータに変換される。変換されたイメージデータは、印刷制御部２７を介してヘッド駆動制御部３４に送られる。ヘッド駆動制御部３４は、受け取ったイメージデータに基づいてＬＥＤヘッド１１を制御し、制御されたＬＥＤヘッド１１が感光ドラム３の表面を露光する。この露光によって、表面が帯電した感光ドラム３に、イメージデータに対応する静電潜像が形成される。

また、感光ドラム３に合わせて回転する現像ローラ１及びトナー供給ローラ２にも印刷制御部２７から指示された電圧が印加され、トナーカートリッジ８に納められていたトナー５が撹拌部材７により撹拌されながらトナー供給ローラ２に搬送され、このトナー供給ローラ２を介して現像ローラ１に供給される。供給されたトナー５は、現像ブレード６を通過することで、現像ローラ１上で薄層が形成される。そして、現像ローラ１上で薄層が形成されたトナー５によって、感光ドラム３の表面に形成された静電潜像が現像され、感光ドラム３上にトナー像が形成される。

用紙１３が画像形成ユニットと転写ローラ１２との間を通過する前に、転写ローラ１２には、転写ローラ用電源３３から所定の電圧が印加される。これにより、感光ドラム３と転写ローラ１２との圧接部で物理的圧力と電気的静電力とで、感光ドラム３と転写ローラ１２との間を通過する用紙にトナー像を転写することになる。

トナー像が転写された用紙１３は、定着制御部３５により制御された定着器１７を通過することによりトナーが熱圧着され、トナー像が用紙１３に定着する。定着後、用紙１３は、矢印２０の方向に向かって搬送され、用紙搬送モータ３７によって駆動する用紙搬送ローラ１６によって、矢印２１の方向、すなわち画像形成装置の外側に搬送される。

上述した画像形成装置は、１つの画像形成ユニットを備えるものとして説明したが、本発明はこれだけに限られるものではなく、例えばシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーのそれぞれに対応する画像形成ユニットを用紙の給紙側から排紙側へと搬送路に沿って並設されたものであってもよい。この場合、各色のトナーに対応する画像形成ユニットは、印刷制御部２７の制御に基づいて搬送される用紙１３のタイミングに合わせて、各色のトナー像をそれぞれ転写することで、カラー画像を形成することができる。

図３は、現像ローラ１の断面図である。現像装置に備えられる現像ローラ１は、図３のように、例えばＳＵＳ等の導電性の芯金４２上に、弾性層４０が周設され、その弾性層４０上にトナー５を帯電させるべく表面層４１が周設された構造となっている。

弾性層４０は、例えばポリエーテル系ウレタン樹脂で形成され、電子導電剤であるカーボンブラック及び炭酸カルシウムやシリカ等といった絶縁性無機微粒子が配合されている。そして、この弾性層４０のアスカーＣ硬度は７６度である。この弾性層４０の硬度を示すアスカーＣ硬度は、例えばアスカーＣ高度計（高分子計器（株）社製）によって、ローラ外周の頂点に測定器の圧子を接触させることで測定可能である。

表面層４１は、アクリル樹脂とウレタン樹脂とを含む混合物で構成されいる。表面層４１を構成するアクリル樹脂としては、種々のアクリル酸又はメタクリル酸の誘導体を重合して得られる高分子を主鎖としたものを使用することができる。表面層４１は、例えば、所定の溶媒にアクリル樹脂とウレタン樹脂とを溶解させた溶液を弾性層４０上に所望の方法で塗布し、塗布された溶液を加熱乾燥することによって、溶媒を揮発させ、弾性層４０上に表面層４１を周設さえることができる。例えば、表面層４１に使用できるアクリル樹脂としては、メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体を主鎖とするものを使用することができる。表面層４１を構成するウレタン樹脂としては、熱可塑性のポリエーテル系ウレタン樹脂やポリエステル系ウレタン樹脂を使用することができる。

この表面層４１には、半導電性となるようにカーボンブラックが配合していてもよく、その配合量は、樹脂成分１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲で含まれることが好ましい。この現像ローラ１は、表面粗さＲｚ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）が５〜９μｍであることが好ましい。この表面粗さＲｚはサーフコーダＳＥＦ３５００（（株）小坂研究所製）によって計測できる。

図４は、現像ローラとトナー供給ローラとの断面図である。現像装置に備えられるトナー供給ローラ２は、図４のように、例えばＳＵＳ等の導電性の芯金５２上にシリコーンゴムスポンジ５１が周設された構造となっている。

シリコーンゴムスポンジ５１は、シリコーンゴムコンパウンドを押し出し等の方法で成型し、加熱より加硫発泡して得られる。このシリコーンゴムコンパウンドとしては、例えばジメチルシリコーン生ゴム、メチルフェニルシリコーン生ゴム等の各種生ゴムを成分として有するもので、これらに補強性シリカ充填剤や加硫硬化に必要な加硫剤及び発泡剤を添加してなる。発泡剤としては、重炭酸ナトリウム等の無機発泡剤、アゾジカルボンアミド等の有機発泡剤を用いることができる。また、半導電性を付与するために、アセチレンブラックやカーボンブラック等の添加剤を添加してもよい。このトナー供給ローラ２の発泡により生じた微細な孔（セル目）の直径としては、特に限定するものではないが、例えば２００〜５００μｍである。

このトナー供給ローラ２の硬度は、使用する生ゴムのビニル基密度、補強性シリカ充填剤の添加量、発泡剤の添加量、及び、付加加硫剤の触媒量の増減による発泡倍率によって調整することができる。例えば、使用する生ゴムのビニル基密度を上げたり、補強性シリカ充填剤の添加量を増やしたり、発泡剤の添加量を減らしたり、及び、付加加硫剤の触媒量を増やして発泡倍率を下げることで、トナー供給ローラ２の硬度を高くすることができる。一方、使用する生ゴムのビニル基密度を下げたり、補強性シリカ充填剤の添加量を減らしたり、発泡剤の添加量を増やしたり、及び、付加加硫剤の触媒量を減らして発泡倍率を上げることで、トナー供給ローラ２の硬度を低くすることができる。

このトナー供給ローラ２は、図４のように、現像ローラ１に対して食い込ませて備えられており、本発明ではその食い込み量を重なり量Ｎ［ｍｍ］とする。この重なり量Ｎは、現像ローラ１の軸である芯金４２の中心軸と、トナー供給ローラ２の軸である芯金５２の中心軸との距離をＬ_１［ｍｍ］とし、現像ローラの外径をφｄ［ｍｍ］、トナー供給ローラの外径をφｓ［ｍｍ］とした場合、下記式１によって算出することができる。また、現像ローラ１とトナー供給ローラ２とのニップ幅Ｌ_２［ｍｍ］は、図４のように、断面方向における現像ローラ１とトナー供給ローラ２との接触部分の長さのことである。

以下、上述した現像装置に備えられる現像ローラ１と現像ローラ１の表面層４１の厚さＤ、現像ローラ１のアクリル樹脂の重量割合Ａ、トナー供給ローラ２のアスカーＦ硬度Ｆ、及び現像ローラ１とトナー供給ローラ２との重なり量Ｎの異なる現像装置を用意し、ハーフトーン汚れ、カブリ、ベタ濃度及びトナーフィルミングを対象として評価を行い、画像悪化を防止することができる現像装置について検討した。

［実施例１］
実施例１では、アクリル樹脂及びポリエーテル系ウレタン樹脂からなる表面層を有する現像ローラについて検討した。実施例１において、現像ローラの表面層には、アクリル樹脂とウレタン樹脂との合計重量に対するアクリル樹脂の重量割合を示すアクリル樹脂量Ａが２０％、４０％、６０％、８０％とし、表面層の厚さＤを０．６μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ、３．０μｍと変量したものを使用した。また、トナー供給ローラには、少なくとも表面のアスカーＦ硬度Ｆを４８〜６２度と変量させたものを使用した。そして、このトナー供給ローラの現像ローラに対する重なり量Ｎは０．９ｍｍ（ニップ幅Ｌ_２として４．３ｍｍ）、１．０ｍｍ（ニップ幅Ｌ_２として４．９ｍｍ）、１．１ｍｍ（ニップ幅Ｌ_２として５．４ｍｍ）とした。このような現像装置を用いて印字試験により評価を行った。なお、表面層の厚さＤは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、加速電圧５ｋＶ、倍率５０００倍として現像ローラの断面観察により確認し、重なり量Ｎは、トナー供給ローラの外径φｓをφ１３．０ｍｍ、φ１３．２ｍｍ、φ１３．４ｍｍと変量させることで調整した。ここで使用されるトナーは、ガラス転移点Ｔｇが６０〜６５℃、軟化点が１１０〜１１７℃のトナーを使用した。なお、本実施例では、少なくともバインダー（結着樹脂）で構成されるトナーであり、バインダーがポリエステル樹脂であるトナーを用いたが、バインダーが、例えば、スチレン−アクリル共重合体であっても構わない。

なお、アクリル樹脂量Ａが０％、１０％である場合、現像ローラと現像ローラに当接する当接部材との摩擦が大きくなり、トナーが劣化して、大きく汚れが発生した。また、アクリル樹脂量Ａが９０％、１００％である場合、温度４５℃、相対湿度８０％の環境下で１週間、現像装置を保存する保存試験を行ったところ、現像ローラ上の感光ドラムと現像ブレードの接触部分でトナーが固着し、画像上横スジが発生してしまった。そのため、アクリル樹脂量Ａが０％、１０％、９０％、１００％における印字試験を行わなかった。また、表面層の厚さＤを３μｍ以上にすると、トナーフィルミング、濃度ムラが悪化したため、同様に印字試験を行わなかった。

評価項目は、ハーフトーン汚れ、カブリ、ベタ濃度及びトナーフィルミングで、下記に示す表１乃至表４にその結果を示した。このときの印字試験は、現像ローラへの印加バイアスを−２５０Ｖ、トナー供給ローラへの印加バイアスを−２７０Ｖ、現像ブレードへの印加バイアスを−２７０Ｖ、帯電ローラへの印加バイアスを−１０５０Ｖとした。

ハーフトーン汚れは、図５のように、６００ｄｐｉで２ｂｙ２ドットのハーフトーン画像の画像形成を行って評価した。この２ｂｙ２ドットは、縦方向４ドット分及び横方向４ドット分で形成される１６マスのうち、縦方向２ドット及び横方向２ドットで形成される４マスのドットを形成するものである。汚れは、トナー帯電が高くなりすぎて感光ドラムのトナーが付着せずに白地となる未露光部分にトナーが現像されることで起こる。すなわち、帯電量の高い過剰帯電トナーによって画像の背景となる白地部分、すなわち非画像部分にトナーが付着することで起こる。ハーフトーン画像を形成した際、汚れ、すなわち白地となる部分にトナーが付着することで、２ｂｙ２ドットがつぶれてしまう。すなわち、汚れによって、白地となる部分にトナーが付着することで、印字領域全体として濃度が上昇する。このハーフトーン汚れの評価では、画像形成初期におけるハーフトーン画像と、現像装置による画像形成が現像ローラを約１１０００回転、トナー供給ローラを約８０００回転させた状態に相当する空回し、すなわち、Ａ４サイズの用紙を縦送りした際の１０００枚分相当の空回しを行った後のハーフトーン画像とにおける濃度上昇をＸ−Ｒｉｔｅ５２８（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）によって測定して評価し、ハーフトーン画像の形成時に全く汚れのないものを基準とし、この基準に対して、濃度の上昇が２０％未満である場合に○とし、濃度の上昇が２０％以上である場合に×とした。

カブリは、正常に帯電したトナーに対して、低い帯電量のトナーや逆極性に帯電したトナー（以下、カブリトナーと称する）によって画像の背景部分、すなわち、非画像部分にトナーが付着することで起こる。このカブリの評価では、０％濃度印刷の途中で装置を止め、現像後、転写前の感光ドラム上にあるトナーを粘着テープ（住友スリーエム社製、スコッチメンディングテープ）に付着させた。この粘着テープをカブリ採取テープと称する。そのカブリ採取テープを真白な用紙上に貼り付けた。また、カブリ採取テープの比較として、感光ドラムに貼り付けていない粘着テープ（住友スリーエム社製、スコッチメンディングテープ）を真白な用紙上に貼り付けた。この粘着テープを比較用テープと称する。このカブリ採取テープと、比較用テープとの濃度差を分光測色計（コニカミノルタ社製、ＣＭ−２６００ｄ、測定径＝φ８ｍｍ）にて測定し、色相差ΔＥ（Ｌ×ａ×ｂ表色系色度）は、ΔＥ＝（ΔＬ^２×Δａ^２×Δｂ^２）で算出し、算出された色相差ΔＥが１．５未満である場合に○とし、ΔＥが１．５以上である場合に×とした。

ベタ濃度は、図６のように、画像形成領域の全面にトナーを付着させることで形成された画像（ベタ画像）の印字濃度について評価したものである。一般的に現像装置内のトナーの帯電が上がりきっていないために、現像ローラへのトナー供給量が少なくなることで、印刷初期において濃度が薄くなりやすい。そこで、この評価では、濃度が薄くなりやすい印刷初期のベタ画像を対象に印字濃度の測定を行った。印字濃度は、図６中の白丸で示されたように、各頂角から用紙の縦方向及び横方向に３０ｍｍずつ内側に移動した４つと、用紙の略中央にある測定箇所の１つとを合わせた５箇所に対して、Ｘ−Ｒｉｔｅ（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）によって測定し、その平均値を濃度とした。このベタ濃度の評価では、測定された印字濃度が１．３以上である場合に○とし、印字濃度が１．３未満である場合×とした。

トナーのフィルミングは、溶着したトナーが現像ローラの表面を覆ってしまう現象である。トナーフィルミングの評価では、現像ローラ１を約１１００００回転、トナー供給ローラを約８００００回転させた状態に相当する１００００枚（Ａ４サイズの用紙を縦送り）の印刷後の現像ローラの表面をＳＥＭで観察し、トナーフィルミングが発生していない場合に○とし、トナーフィルミングが発生している場合に×とした。

表１乃至表４から、現像ローラの表面層の厚さＤを３．０μｍ以下とすることで、現像ローラの表面へのトナーフィルミングは発生しなかった。また、カブリも良好で、１００００枚分の画像形成後であっても、表面層がほとんど摩耗せずに残っていることがＳＥＭでの観察で確認できた。

図７は、トナー供給ローラのアスカーＦ硬度Ｆと、現像装置の駆動トルクとの関係を示す図であり、図８は、トナー供給ローラの現像ローラとの重なり量Ｎと現像装置の駆動トルクの関係を示す図である。駆動トルクは、感光ドラムを例えば９３．７ｍｍ／ｓという周速で駆動させるのに必要とするトルクで、図７及び図８のように、トナー供給ローラの現像ローラとの重なり量Ｎやトナー供給ローラのアスカーＦ硬度Ｆに比例して増加する。画像形成装置の駆動モータへの影響を考慮すると、駆動トルクは、７ｋｇ・ｃｍ以下とすることが好ましい。駆動トルクが７ｋｇ・ｃｍより大きい場合、回転させるために大きな駆動力が必要となるため、感光ドラムを回転させることができなくなる。図７及び図８から、アスカーＦ硬度Ｆと重なり量Ｎとの積（Ｆ×Ｎ）が６５以下であれば、駆動トルクが７ｋｇ・ｃｍとなることが分かった。

図９乃至図１２は、現像ローラの表面層の厚さＤと、アスカーＦ硬度Ｆと重なり量Ｎとの積（Ｆ×Ｎ）との関係を示す図で、図９はアクリル樹脂量Ａを２０％、図１０はアクリル樹脂量Ａを４０％、図１１はアクリル樹脂量Ａを６０％、図１２はアクリル樹脂量Ａを８０％の場合を示している。なお、図９乃至図１２中の○及び×は、ハーフトーン汚れに対する評価を示したもので、上述の表１乃至表４に対応したものである。

図９乃至図１２に示されているとおり、各図中に示された直線を境界として、ハーフトーン汚れの発生と未発生とが分布していることが分かった。各図における汚れの発生と未発生との境界を示す直線は、アクリル樹脂量Ａが２０％の場合２Ｄ＝Ｆ×Ｎ−４５となり、アクリル樹脂量Ａが４０％の場合４Ｄ＝Ｆ×Ｎ−４５となり、アクリル樹脂量Ａが６０％の場合６Ｄ＝Ｆ×Ｎ−４５となり、アクリル樹脂量Ａが８０％の場合８Ｄ＝Ｆ×Ｎ−４５となっている。これら直線の式とアクリル樹脂量Ａとの関係から０．１×Ａ×Ｄ＝Ｆ×Ｎ−４５を導き出すことができる。そして、上述した駆動トルクへの影響を考慮すると、アクリル樹脂量Ａ、表面層の厚さＤ、アスカーＦ硬度Ｆ及び重なり量Ｎが４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５を満たすことが好ましいことが分かる。

また、図９乃至図１２から、アクリル樹脂量Ａが２０％、４０％及び６０％では、表面層の厚さＤが３．０μｍの場合であっても汚れが発生しない範囲があるが、アクリル樹脂量Ａが８０％の場合、帯電が高い表面層の厚さＤが２．０μｍ以下で汚れが発生しないものもあることが分かった。すなわち、アクリル樹脂量Ａが２０％以上、８０％以下であって、表面層の厚さが０．６μｍ以上、２．０μｍ以下であれば汚れが発生しない。すなわち、図９乃至図１２から、汚れが発生せずに、現像装置の駆動トルクが良好な範囲は、アクリル樹脂量Ａ、表面層の厚さＤ、アスカーＦ硬度Ｆ及び重なり量Ｎが下記式２で表すことができる。

以上の関係から、アクリル樹脂量Ａを８０％より多くすると、現像ローラ上のトナーの帯電が高くなりすぎるため、汚れと現像装置の駆動トルクの良好範囲が極めて狭くなることが推定できる。図１３は、アクリル樹脂量ＡとカブリΔＥの関係図である。アクリル樹脂量Ａが多くなると、トナー５の帯電製が向上するため、図１３のように、カブリが改善される傾向にあるが、アクリル樹脂量Ａを２０％以下とした場合、カブリΔＥが画像上許容できる上限（ΔＥ＜１．５）付近となっている。したがって、アクリル樹脂量Ａを４０％以上８０％以下とすることでよりカブリが改善されることが分かった。そして、上記式２の関係を満たしつつ、トナー供給ローラの重なり量Ｎを１．０ｍｍ以上１．１ｍｍ（ニップ幅Ｌ_２で４．９ｍｍ以上５．４ｍｍ以下）とすることで、カブリ、汚れマージンの拡大の両面において効果が得られることが分かった。

以上のように、実施例１によれば、アクリル樹脂量Ａ、表面層の厚さＤ、アスカーＦ硬度Ｆ及び重なり量Ｎが上記式２を満たすことで、カブリが少なくなり、汚れやフィルミングが発生しない良好な画像を形成することができる現像装置を提供することができる。そして、この現像装置を備える画像形成装置であれば、カブリが少なく、汚れやフィルミングが発生しない良好な画像を形成することができる。

［実施例２］
実施例２では、実施例１で現像ローラの表面層に使用したアクリル樹脂及びポリエーテル系ウレタン樹脂に変えて、アクリル樹脂及びポリエステル系ウレタン樹脂からなる表面層を有する現像ローラについて検討した。実施例２において、現像ローラには、表面層の厚さＤを１．５μｍとし、アクリル樹脂量Ａが２０％、４０％、６０％、８０％と変量したものを使用した。そして、この現像ローラは、感光ドラム３に対して０．１ｍｍ押し込まれ、現像ブレードが押し圧９００ｇとなるように備えられている。ここで使用されるトナーは、ガラス転移点Ｔｇが６０〜６５℃、軟化点が１１０〜１１７℃であり、少なくともバインダーとしてポリエステル樹脂で構成されるトナーである。

実施例２では、現像ローラの保存試験を行い、表面粗さＲｚ［μｍ］を測定した。その結果を下記表５に示す。保存試験は、印刷することなく放置されていることを想定した試験である。現像ローラは、現像ローラと感光ドラム及び現像ローラと現像ブレードとの接触部分において、接触圧と温度及び湿度との影響により、トナーが溶けて現像ローラ表面に付着する現象が起こる。保存試験は、この現象の有無を確認するための試験で、上述した現像ローラを備える画像形成ユニットを温度５０℃、相対湿度５１％の環境下で１週間経過させた後、ベタ画像及び上述した２ｂｙ２パターンを形成するハーフトーン画像の形成を行い、形成される画像にトナーの固着によって発生するスジの有無により評価する試験である。なお、スジが発生しなかった場合を○、スジが発生した場合を×と示した。

表面粗さＲｚ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４）は、現像ローラの表面の粗さを示す指標で、画像形成初期の現像ローラと１００００枚分画像形成した後の現像ローラの周方向に対して、サーフコーダＳＥＦ３５００（（株）小坂研究所製）にて測定し、その差を算出した。

アクリル樹脂とポリエステル系ウレタン樹脂とからなる表面層を有する現像ローラのうち、アクリル樹脂量Ａが２０％における保存試験の結果、現像ローラと感光ドラム及び現像ローラと現像ブレードとの接触部分にトナーの固着が確認された。これは、トナーがポリエステル樹脂からなるため、エステル結合といったようにトナーの主成分に近い分子構造を有することで、ポリエステル系ウレタン樹脂との親和性が高くなるためであると考えられる。なお、ポリエーテル系ウレタン樹脂の場合は、アクリル樹脂量Ａに関わらずトナーの固着は確認されなかった。また、表面層にポリエステル系ウレタン樹脂を利用しても、アクリル樹脂量の高い現像ローラに関しては、トナーの固着が確認されなかった。

また、表５から、アクリル樹脂及びポリエーテル系ウレタン樹脂からなる表面層よりも、アクリル樹脂及びポリエステル系ウレタン樹脂からなる表面層の方が、画像形成初期の現像ローラの表面粗さＲｚと１００００枚分画像形成した後の現像ローラの表面粗さＲｚとの差が小さいことが分かった。現像ローラの表面層は、感光ドラムや現像ブレードなどのように現像ローラに当接する当接部材によって表面の凹凸における凸部が摩耗し、この摩耗によって表面の粗さが低下してしまう。すなわち、この結果から、アクリル樹脂及びポリエーテル系ウレタン樹脂からなる表面層よりも、アクリル樹脂及びポリエステル系ウレタン樹脂からなる表面層の方が、摩耗量が少ないことから機械的な強度が高いことが分かった。

また、対象とした現像ローラに対して実施例１と同様に印字試験を行った。その結果、実施例１と同様に、カブリが少なく、汚れやフィルミングが発生しない良好な画像を形成することができることが分かった。すなわち、アクリル樹脂量Ａ、表面層の厚さＤ、アスカーＦ硬度Ｆ及び重なり量Ｎが実施例１で示された上記式２を満たすことで、ポリエステル系ウレタン樹脂を使用しても、良好な結果が得られることが分かった。以上のことから、実施例１と同様に、トナー供給ローラの重なり量Ｎを１．０ｍｍ以上１．１ｍｍ（ニップ幅Ｌ_２で４．９ｍｍ以上５．４ｍｍ以下）とすることで、カブリ、汚れマージンの拡大の両面において効果が得られることが分かった。

以上のように、実施例２によれば、ポリエステル系ウレタン樹脂を用いて、アクリル樹脂量Ａが４０％以上８０％以下の場合、表面層の機械的強度が高くなることで表面粗さの経時的変化を少なくすることができるとともに、トナーの主成分がポリエステル樹脂であってもトナーの固着が起こらずに良好な保存性を保つことができる。すなわち、長期にわたり良好な画質を提供することができる。

本発明の現像装置及び画像形成装置の概略を示す概略図である。 本発明の画像形成装置のブロック図である。 本発明の現像装置に備えられる現像ローラの断面図である。 本発明の現像装置に備えられる現像ローラ及びトナー供給ローラの断面図である。 ２ｂｙ２ドットのハーフトーン画像を説明する図である。 印字濃度の測定方法を説明する図である。 トナー供給ローラの硬度と現像装置駆動トルクの関係を示す図である。 トナー供給ローラの重なり量と現像装置駆動トルクの関係を示す図である。 実施例１におけるアクリル樹脂量Ａが２０％である場合の表面層の厚さＤとアスカーＦ硬度Ｆと重なり量Ｎとの積（Ｆ×Ｎ）との関係を示す図である。 実施例１におけるアクリル樹脂量Ａが４０％である場合の表面層の厚さＤとアスカーＦ硬度Ｆと重なり量Ｎとの積（Ｆ×Ｎ）との関係を示す図である。 実施例１におけるアクリル樹脂量Ａが６０％である場合の表面層の厚さＤとアスカーＦ硬度Ｆと重なり量Ｎとの積（Ｆ×Ｎ）との関係を示す図である。 実施例１におけるアクリル樹脂量Ａが８０％である場合の表面層の厚さＤとアスカーＦ硬度Ｆと重なり量Ｎとの積（Ｆ×Ｎ）との関係を示す図である。 実施例１におけるアクリル樹脂量ＡとカブリΔＥの関係を示す図である。

符号の説明

１ 現像ローラ
２ トナー供給ローラ
３ 感光ドラム
４ 帯電ローラ
５ トナー
６ 現像ブレード
７ 撹拌部材
８ トナーカートリッジ
９ クリーニングブレード
１０ トナー回収ボックス
１１ ＬＥＤヘッド
１２ 転写ローラ
１３ 用紙
１４，１５，１６ 用紙搬送ローラ
１７ 定着器
２２ Ｉ／Ｆ制御部
２３ 受信メモリ
２４ 画像データ編集メモリ
２５ 操作部
２６ センサ群
２７ 印刷制御部
２８ ドラムカウンタ
２９ ドットカウンタ
３０ 帯電ローラ用電源
３１ 現像ローラ用電源
３２ 供給ローラ用電源
３３ 転写ローラ用電源
３４ ヘッド駆動制御部
３５ 定着制御部
３６ 搬送モータ制御部
３７ 用紙搬送モータ
３８ 駆動制御部
３９ 駆動モータ
４０ 弾性層
４１ 表面層
４２ 芯金
５１ シリコーンゴムスポンジ
５２ 芯金

Claims (5)

1. 弾性層及び該弾性層を覆う表面層を有する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と接触し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材とを有し、
   前記表面層は、少なくともアクリル樹脂及びポリエーテル系ウレタン樹脂を有する混合物からなり、
   前記表面層の厚さＤ［μｍ］、
   前記アクリル樹脂及び前記ポリエーテル系ウレタン樹脂の合計重量に対する前記アクリル樹脂の重量割合Ａ［％］、
   前記供給部材の少なくとも表面のアスカーＦ硬度Ｆ［度］、及び、
   前記現像剤担持体前記現像剤担持体に対して前記供給部材が食い込んでいる量を示す重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が
   ２０≦Ａ≦８０、
   ０．６≦Ｄ≦２．０、
   ４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５
   を満たすことを特徴とする現像装置。
2. 前記重なり量Ｎは、１．０≦Ｎ≦１．１を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 弾性層及び該弾性層を覆う表面層を有する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と接触し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材とを有し、
   前記表面層は、少なくともアクリル樹脂及びポリエステル系ウレタン樹脂を有する混合物からなり、
   前記表面層の厚さＤ［μｍ］、
   前記アクリル樹脂及び前記ポリエステル系ウレタン樹脂の合計重量に対する前記アクリル樹脂の重量割合Ａ［％］、
   前記供給部材の少なくとも表面のアスカーＦ硬度Ｆ［度］、及び、
   前記現像剤担持体前記現像剤担持体に対して前記供給部材が食い込んでいる量を示す重なり量Ｎ［ｍｍ］との関係が
   ４０≦Ａ≦８０、
   ０．６≦Ｄ≦２．０、
   ４５＋０．１×Ａ×Ｄ≦Ｆ×Ｎ≦６５
   を満たすことを特徴とする現像装置。
4. 前記重なり量Ｎは、１．０≦Ｎ≦１．１を満たすことを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。