JP2009198674A - 現像ローラ、現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸部を形成しても、現像ローラの耐久性を更に一層向上させてより長期にわたって良好な現像を行うことができるようにする。
【解決手段】外周面の所定領域に形成された基材凹部（２９ａ′,２９ｂ′）および基材凸部３０′を有する基材２５ａと、この基材２５ａの外周面に形成された凹部（２９ａ,２９ｂ）および凸部３０を外周面に有する表面層２５ｂとを少なくとも有し、基材凸部３０′の頂部が基材平坦部３０ａ′に形成されているとともに、この基材平坦部３０′は湾曲した仮想の波面形状３０ｃ′の頂部に位置し、表面層２５ｂの厚みが、基材平坦部３０ａ′の側縁から波面形状３０ｃ′までの最大ずれ量ｘより大きく設定され、基材凹凸部の深さｄの２分の１の線δに対応する基材凸部３０′の幅Ｌ₁が、線δに対応する基材凹部（２９ａ′,２９ｂ′）の幅Ｌ₂より大きい現像ローラ２５である。
【選択図】図４

Description

本発明は外周面に凹凸部を有してトナーを潜像担持体に搬送する現像ローラ、現像ローラを有する現像装置、および現像装置を備えた画像形成装置の技術分野に関する。

従来、非磁性一成分トナーで静電潜像を現像する現像装置では、現像ローラ上で摩擦帯電によりトナーに電荷を付与している。この現像ローラとして、外周面に凹凸部を有しかつ凸部の表面が平坦またはほぼ平坦な現像ローラが知られている（例えば、特許文献１参照）。この凹凸部でトナーを現像ローラ上で効果的に摩擦帯電させている。図７（ａ）に示すように現像ローラａは基材ｂとこの基材ｂの表面をめっき等により被覆した表面層ｃとからなる。
特開２００７−１２１９４８号公報。

一般に、現像ローラａには、図示しないがトナー供給ローラおよびトナー規制部材が当接されている。また、トナー母粒子を被覆する外添剤の１つとして、硬度の高いシリカが用いられている。
一方、基材ｂの外周面には基材凹部ｍおよび基材凸部ｅからなる複数の基材凹凸部が形成されている。そして、基材凸部ｅの先端の基材平坦部ｆにおける側縁ｇはエッジ部に形成されている。また、表面層ｃの外周面にも凹部ｈおよび凸部ｉからなる複数の凹凸部が形成されている。そして、表面層ｃの凸部ｉの先端の平坦部ｊにおける側縁ｋもほぼエッジ部に形成されている。

ところで、画像形成により、トナー供給ローラ、トナー規制部材あるいはトナー粒子により表面層ｃが摩耗する。このとき、表面層ｃの凸部ｉの側縁ｋにエッジ部が形成されているため、表面層ｃのこのエッジ部が局色的に摩耗する。このため、画像形成回数が多くなってくると、図７（ｂ）に示すように現像ローラａの凸部ｉにおける表面層ｃが丸く湾曲して削られてくる。そして、凸部ｉの表面層ｃが湾曲して摩耗すると、基材凸部ｅの基材平坦部ｆにおける側縁ｇが早期に露出してしまう。基材ｂの一部が露出すると、現像ローラａのトナー帯電性が低下して良好な現像を行うことができなくなる。また、基材ｂに安価なＦｅ系材料を用いた場合には腐食の原因になるという問題もある。このように基材ｂが早期に露出することで現像ローラａが寿命となるため、現像ローラａの耐久性に改良の余地がある。なお、凸部ｉの側縁ｋが完全にエッジとなっていない場合でも側縁ｋにあたる部分については選択的に摩耗するために同様の課題を生じる。

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、凹凸部を形成しても、耐久性を更に一層向上させてより長期にわたって良好な現像を行うことのできる現像ローラ、現像装置および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、本発明に係る現像ローラ、現像装置、および画像形成装置によれば、表面層の厚みが凸部の平坦部の側縁における前述の最大ずれ量より小さく、かつ基材の凹凸部の深さの２分の１の線上における基材凸部の幅が、同線上の基材凹部の幅以上に設定される。このため、凸部の平坦部側における表面層の局所的な偏摩耗をその摩耗が進むに連れて抑制することができる。したがって、凸部の平坦部側における表面層を正弦波形状に湾曲して摩耗させることができる。その結果、画像形成が比較的長期にわたって表面層が摩耗しても、基材が早期に露出することを抑制することができる。これにより、現像ローラの耐久性がより効果的に向上する。その結果、現像ローラのトナー帯電性を長期にわたって良好に維持することができる。また、基材に安価なＦｅ系材料を用いることで、基材２５ａの腐食を長期にわたって防止することができる。

しかも、局所的な摩耗による表面層の偏摩耗の抑制で表面層の摩耗面積が増大するので、表面層の摩耗速度を低下させることができる。したがって、基材のエッジ部の露出を更に一層遅くすることができ、現像ローラの寿命を更に長くすることができる。

また、本発明の現像ローラを有する現像装置によれば、基材の露出を更に長期にわたって抑制することができることから、潜像担持体の静電潜像を長期にわたって良好に現像することができる。
更に、表面層が摩耗することで表面層の摩耗面がよりなめらかになる。しかし、表面層が正弦波形状に湾曲して摩耗するので、トナー規制ブレードと現像ローラとの接触面積が減少していくので、現像ローラとの密着によるトナー規制ブレードのなき（キュッ、キュッという音）やトナー規制ブレードのびびりを抑制することができる。

更に、外添剤に比較的硬いシリカを用いたトナーであって、トナー母粒子に対するシリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いることで、トナー母粒子の表面に多くのシリカが存在するだけでなく、遊離シリカも多くなるため、凸部の表面層の摩耗速度が比較的より速くなる。したがって、シリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いる現像装置に本発明の現像ローラを用いても、現像ローラの耐久性をより効果的に向上することができる。

一方、本発明の現像ローラ有する現像装置によれば、潜像担持体の静電潜像を長期にわたって良好に現像することができる。更に、この現像装置を備える画像形成装置は長期にわたって安定した良好な画質の画像を形成することができる。

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、本発明にかかる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に示すように、この例の画像形成装置１は、基本的には前述の特許文献１に記載の従来の画像形成装置１と同じ構成を有している。まず、この従来の画像形成装置１と同じ構成について説明する。

装置本体２内に図１において時計回りの回転方向αに回転可能に設けられた潜像担持体である感光体３を備えている。この感光体３の外周近傍に位置して、帯電装置４が設けられている。また、感光体３の外周近傍には、現像装置であるロータリー現像ユニット５、一次転写装置６、およびクリーニング装置７が、それぞれ帯電装置４より感光体３の回転方向αに向かってこれらの順に配置されている。ロータリー現像ユニット５は、イエロー用の現像装置５Ｙ、マゼンタ用の現像装置５Ｍ、シアン用の現像装置５Ｃ、およびブラック用の現像装置５Ｋを有している。そして、これらの各現像装置５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋは、中心軸を中心に回転方向β（図１において反時計回り）に回転可能に設けられたロータリ５ａに着脱可能に支持されている。更に、帯電装置４およびクリーニング装置７の下方には、露光装置８が配置されている。

更に、画像形成装置１は、中間転写媒体である無端ベルト状の中間転写ベルト９を備えている。この中間転写ベルト９は、ベルト駆動ローラ１０および従動ローラ１１に掛け渡されている。ベルト駆動ローラ１０には、図示しないモータの回転駆動力が伝達される。そして、ベルト駆動ローラ１０によって、中間転写ベルト９は一次転写装置６で感光体２に圧接されながら、回転方向γ（図１において、反時計回り）に回転するようになっている。

中間転写ベルト９のベルト駆動ローラ１０側には、二次転写装置１２が設けられている。また、露光装置８の下方には、転写紙等のシート状の転写材（不図示；本発明の転写媒体に相当）が収納された転写材カセット１３が設けられている。更に、転写材カセット１３から二次転写装置１２への転写材搬送経路１４には、二次転写装置１２の近傍に位置してピックアップローラ１５およびゲートローラ対１６が設けられている。

二次転写装置１２の上方には、定着装置１７が設けられている。この定着装置１７は、加熱ローラ１８と、この加熱ローラに圧接される加圧ローラ１９とを有している。更に、装置本体２の上部には、排転写材トレイ２０が設けられている。また、定着装置１７と排転写材トレイ２０との間には、排転写材ローラ対２１が設けられている。

このように構成されたこの例の画像形成装置１においては、帯電装置４によって一様に帯電された感光体３に、露光装置８の例えばレーザ光Ｌ等によって、例えばまずイエローの静電潜像を形成される。感光体３のイエローの静電潜像は、ロータリ５ａの回転で図示の現像位置に位置決めされたイエロー用の現像装置５Ｙのイエローのトナーによって現像される。こうして、感光体３にイエローのトナー像が形成される。このイエロートナー像は一次転写装置６によって中間転写ベルト９に転写される。転写後に感光体３に残留するトナーは、クリーニング装置７のクリーニングブレード等によって掻き落とされて、回収される。

次に、前述と同様に帯電装置４によって再び一様に帯電された感光体３に、露光装置８によって、マゼンタの静電潜像を形成される。このマゼンタの静電潜像は、現像位置に位置決めされたマゼンタ用の現像装置５Ｍのマゼンタのトナーによって現像される。この感光体３上のマゼンタのトナー像は一次転写装置６によって中間転写ベルト９に、イエローのトナー像に色重ねされて転写される。転写後に感光体３に残留するトナーは、クリーニング装置７によって回収される。以後、シアンおよびブラックについても同様にしてそれぞれ感光体３にトナー像が順次形成され、これらのトナー像が順次中間転写ベルト９に、先に転写されたトナー像に色重ねされて転写される。こうして、中間転写ベルト９にフルカラーのトナー像が形成される。同様にして、転写後に感光体３に残留する各トナーは、それぞれクリーニング装置７によって回収される。

中間転写ベルト９に転写されたフルカラーのトナー像は転写材カセット１３から転写材搬送経路１４を通って搬送されてくる転写材に、二次転写装置１２によって転写される。このとき、転写材はゲートローラ対１６によって、中間転写ベルト９のフルカラーのトナー像にタイミングを合わされて二次転写装置１２に搬送される。

転写材に定着されたトナー像は、定着装置１２の加熱ローラ１８および加圧ローラ１９によって加熱、加圧定着される。こうして画像が形成された転写材は転写材搬送経路１４を通って搬送されて、排転写材ローラ対２１によって排転写材トレイ２０に排出され、収容される。

次に、この例の画像形成装置１の特徴部分の構成について説明する。
この例の画像形成装置１における各色の現像装置５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋは、いずれもまったく同じ構成を有している。したがって、以下の現像装置５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋの説明においては、各色の符号Ｙ,Ｍ,Ｃ,Ｋを省略して説明する。その場合、現像装置には、ロータリー現像ユニット５と区別するために符号５′を付す。

図２は、この例の実施の形態の現像装置の長手方向と直交する方向に沿う断面図である。
この例の現像装置５′は長い容器状に形成される。図２に示すように、この現像装置５′は、前述の特許文献１に記載の現像装置と同様に長いハウジング２２に、トナー収容部２３、トナー供給ローラ２４、現像ローラ２５、およびトナー規制部材２６を有している。これらのトナー収容部２３、トナー供給ローラ２４、現像ローラ２５、およびトナー規制部材２６は、現像装置５′の長手方向（図２において紙面と直交する方向）に沿って延設されている。

トナー収容部２３は、仕切り壁２７によって２つの第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂに区画されている。その場合、トナー収容部２３は、図２において第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂの上部が互いに連通する連通部２３ｃとして形成されている。この状態では、仕切り壁２７により第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂ間のトナー２８の移動が抑制される。ロータリー現像ユニット５のロータリ５ａが回転して現像装置５′が図２に示す状態と上下逆の状態になると、第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂにそれぞれ収容されたトナー２８が連通部２３ｃ側に移動する。ロータリ５ａが更に回転して現像装置５′が図２に示す状態になると、トナー２８は第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂ側に再び移動する。これにより、前に第１トナー収容部２３ａ内に収容されたトナー２８の一部が第２トナー収容部２３ｂ内に移動し、また前に第２トナー収容部２３ｂ内に収容されたトナー２８の一部が第１トナー収容部２３ａ内に移動して、トナー収容部２３内のトナー２８が混合撹拌される。このトナー２８はそのトナー母粒子が外添剤で被覆された非磁性一成分トナーである。その場合、本発明では外添剤として少なくともシリカが用いられる。

第１トナー収容部２３ａ内の図２において下部には、トナー供給ローラ２４が図２において時計回りに回転可能に設けられている。また、ハンジング２２の外部には現像ローラ２５が図２において反時計回りに回転可能に設けられている。そして、現像ローラ２５は、感光体３に近接して（非接触で）設けられている。また、現像ローラ２５はハウジング２２の開口２２ａを通してトナー供給ローラ２４に所定の当接圧で当接されている。更に、トナー規制部材２６がハウジング２２に設けられている。このトナー規制部材２６は、現像ローラ２５とトナー供給ローラ２４とのニップ部（当接部）より現像ローラ２５の回転方向下流側の位置で現像ローラ２５に当接している。これにより、トナー規制部材２６は、トナー供給ローラ２４から現像ローラ２５に供給されたトナー２８の層厚を規制する。したがって、トナー規制部材２６によって規制されたトナー２８が現像ローラ２５によって感光体３の方へ搬送される。そして、現像ローラ２５で搬送されたトナー２８によって感光体３の静電潜像が非接触で現像されて、感光体３に各色のトナー像が形成される。

図３（ａ）に示すように、現像ローラ２５の外周面には、前述の特許文献１に記載の現像ローラと同様に網の目状の凹凸パターンが形成されている。この例の現像ローラ２５ではこの凹凸パターンとして、その外周面の軸方向所定位置に溝２９が全周にわたって形成されている。その場合、溝２９は、現像ローラ２５の軸方向に対して所定角（図示例では４５°であるが、これに限定されない）で傾斜した螺旋状に連続して形成され規則性を有する所定数の第１傾斜溝２９ａと、これらの第１傾斜溝２９ａと傾斜が逆方向に傾斜した螺旋状に連続する所定数の第２傾斜溝２９ｂとからなる。これらの第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂは、いずれもそれらの傾斜方向に所定のピッチ間隔ｐでかつ軸方向に所定幅Ｗに形成されている。なお、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂの各傾斜角および各ピッチは、いずれも互いに異ならせることもできる。

図３（ｂ）に示すように、現像ローラ２５は、基材２５ａと、この基材２５ａの外周面に形成された表面層２５ｂとからなる。基材２５ａは、５０５６アルミ合金や６０６３アルミ合金等のアルミニウム系やＳＴＫＭ等の鉄系等の金属材料のスリーブからなる。また、表面層２５ｂは基材２５ａ上に施されたニッケル系めっきやクロム系めっき等のめっき層からなる。

図３（ｃ）に示すように、現像ローラ２５の基材２５ａの外周面には、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂを構成するための第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′がそれぞれ転造加工によって形成されている。この基材における第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の加工方法は従来公知の加工方法を採用することができる。したがって、この加工方法の説明は省略する。そして、基材２５ａの外周面には、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′で囲まれた所定数の島状の基材凸部３０′が形成されている。なお、本発明では、基材凸部３０′は第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の底部から見て外方に突出していることで凸部という。

図３（ｃ）および図４（ａ）に示すように、基材凸部３０′の頂部は基材平坦部３０ａ′に形成されている。各基材凸部３０′の基材平坦部３０ａ′の形状は、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°でかつそれらのピッチが互いに同じに設定された場合には正方形状を呈し、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°以外の角度でかつそれらのピッチが互いに同じに設定された場合には菱形状を呈する。また、各基材凸部３０′の基材平坦部３０ａ′の形状は、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°でかつそれらのピッチが互いに異なるように設定された場合には長方形状を呈し、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°以外の角度でかつそれらのピッチが互いに異なるように設定された場合には平行四辺形状を呈する。そして、基材平坦部３０ａ′はいずれの四辺形形状でも、基材凸部３０′の基材平坦部３０ａ′側は、その四方の側壁が傾斜して截頭四角錐台形状に形成されている。このとき、基材平坦部３０ａ′の四辺の側縁はいずれもエッジ部３０ｂ′に形成される。

第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′は、それぞれそれらの傾斜方向に沿う正弦波形状凹面の湾曲凹部に形成されている。図４（ｂ）に示すように、基材２５ａの凹凸部の深さｄ（凸部３０′の高さ）の２分の１の線δ上における基材凸部３０′の幅Ｌ₁は、同線δ上の第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′（つまり、基材凹部）の幅Ｌ₂以上に設定されている（Ｌ₁≧Ｌ₂）。更に、基材凸部３０′の基材平坦部３０ａ′は、図４（ｂ）において第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の正弦波形状の湾曲凹部に連続しかつピッチｐで深さｄの仮想の正弦波形状面３０ｃ′（本発明の波面形状および正弦波形状凸面に相当）を形成した場合のこの正弦波形状面３０ｃ′の頂部に位置されている。そして、基材凸部３０′の截頭四角錐台形状の四方の側壁が、それぞれ第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の正弦波形状の湾曲凹部における四方の側壁に連続して形成されている。このとき、基材凸部３０′の截頭四角錐台形状の四方の側壁と正弦波形状の四方の側壁とが連続する点は正弦波形状面３０ｃ′の変曲点（略線δとの交点）である。

第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′、基材凸部３０′が形成された基材２５ａの外周面にニッケル系無電解めっき等のめっきを施すことで、基材２５ａの表面に表面層２５ｂが形成される。この表面層２５ｂに第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′、基材凸部３０′とそれぞれ同形状の第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ、凸部３０が形成される。凸部３０の頂部には四辺形状の平坦部３０ａが形成され、基材平坦部３０ａ′はいずれの四辺形形状でも、この平坦部３０ａの四辺の側縁もいずれもエッジ部３０ｂに形成される。また、基材２５ａに表面層２５ｂが形成された状態では、凸部３０の平坦部３０ａ側は、その四方の側壁が傾斜して截頭四角錐台形状に形成されている。そして、截頭四角錐台形状の四方の側壁が、それぞれ第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂの正弦波形状の四方の側壁に連続して形成されている。

更に、この例の現像ローラ２５では、表面層２５ｂの厚みｔが、図４（ｂ）に示す平坦部３０ａの四辺の側縁のエッジ部３０ｂ′と正弦波形状面３０ｃ′の最大ずれ量ｘより大きく設定されている（ｘ＜ｔ）。最大ずれ量としてはエッジ部３０ｂ′から仮想正弦波形状面３０ｃ′へ垂線をおろし、その線分の長さとすることができる。また、エッジ部３０ｂ′から不明確な場合やエッジ部３０ｂ′にＲ形状が形成されている場合には仮想正弦波形状の各点における垂線と、凸部３０の外形が交差する点を結ぶ線分の長さのうち、もっとも大きなものを最大ずれ量として採用すればよい。

一方、本発明者は、前述の図７（ｂ）に示すように現像ローラ２５の表面層２５ｂが湾曲した摩耗形状で摩耗する現象について、更に耐久実験をしながら検討した。なお、この摩耗の形状は、３次元測定用レーザ顕微鏡であるＫｅｙｅｎｃｅ ＶＫ−９５００で測定した。実験に用いた画像形成装置は、セイコーエプソン社製ＬＰ９０００Ｃのプリンタである。そして、このプリンタに用いられている現像ローラに代えて、次の現像ローラ２５を用いた。その場合、この現像ローラ２５が使用可能にするために、セイコーエプソン社製ＬＰ９０００Ｃのプリンタを改造した。耐久実験における画像形成条件は、ＬＰ９０００Ｃのプリンタの標準の画像形成条件である。

現像ローラ２５の基材２５ａにＳＴＫＭ材を用いて、基材２５ａに凹凸部を加工する前にセンタレス加工により基材２５ａの表面仕上げを行った。次に、転造加工により基材２５ａに第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′を形成した。次に、表面層２５ｂとして、無電解ニッケル-リン（Ｎｉ-Ｐ）めっきにより厚み３μｍのめっき層を基材表面に形成した。このとき、図５（ａ）に示すように、現像ローラ２５の凹凸部は、凹凸深さ（溝２９ａ,２９ｂの底から凸部３０の上面までの高さ）６μｍ、凹凸ピッチ１００μｍ、凹凸深さの１／２ラインでの凸部３０の幅６０μｍ、凹凸深さの１／２ラインでの凹部（溝２９ａ,２９ｂ）の幅４０μｍであった。

また、トナー供給ローラ２４はウレタン発泡ローラで形成して現像ローラ２５に対して食い込み量１.５ｍｍで設置した。更に、トナー規制部材２６はウレタンゴムからなるブレードで構成し、現像ローラ２５に対して当接圧４０ｇ／ｃｍで設置した。

更に、用いたトナーは２種類のトナーである。そのうち１つのトナーは、粉砕法で作製されたポリエステル粒子にＣＣＡ、ＷＡＸ、顔料を適量内添してトナー母粒子を構成するとともに、このトナー母粒子に２０ｎｍの小粒径シリカ、４０ｎｍの中粒径シリカ、および３０ｎｍチタニアを外添して、平均粒径Ｄ５０が８.５μｍである大粒径トナーである。他の１つのトナーは、粉砕法で作製されたポリエステル粒子にＣＣＡ、ＷＡＸ、顔料を適量内添してトナー母粒子を構成するとともに、このトナー母粒子に２０ｎｍの小粒径シリカ、４０ｎｍの中粒径シリカ、１００ｎｍの大粒径シリカ、および３０ｎｍチタニアを外添して、平均粒径Ｄ５０が６.５μｍである大粒径トナーである。

そして、ＬＰ９０００Ｃの標準画像形成条件で、Ａ４普通紙にモノクロのハーフトーン２５％で耐久画像形成実験を行った。この実験の結果、前述の最初の大粒径トナーを用いた場合、図５（ｂ）に実線で示された初期のプロファイルを有する凸部３０の表面層２５ｂの四方の上端側縁部が、画像形成回数が増加するにしたがって点線で示すように湾曲したプロファイルに摩耗し、画像形成回数が更に増加するにしたがって一点鎖線で示すように凸部３０の表面層２５ｂの平坦面３０ａが更に湾曲したプロファイルに摩耗する傾向となった。凸部３０のこのような湾曲した摩耗プロファイルは、前述の２番目の大粒径トナーを用いた場合にも、同様の湾曲したプロファイルに摩耗する傾向となった。

この摩耗プロファイルについて精緻に検討すると、図４（ｂ）に示される湾曲した摩耗プロファイルは、トナー粒径（Ｄ５０粒径；体積５０％の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸深さより大きい（トナー粒径＞現像ローラ２５の凹凸深さ）場合に生じる傾向にあることが分かった。

この理由は次のように考えられる。図６（ａ）において現像ローラ２５の回転に伴い、現像ローラ２５にそれぞれ圧接されるトナー供給ローラ２４およびトナー規制部材２６により、凸部３０の平坦面３０ａに位置するトナー粒子が第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ内にそれぞれ移動する。このとき、トナー粒子の平均粒径が凹凸部の深さより大きいことから、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ内に移動したトナー２８の粒子はほとんど一層になる。更に、現像ローラ２５の回転に伴い、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂに位置するトナー粒子が凸部３０の平坦面３０ａに移動する。また、凸部３０の平坦面３０ａに位置するトナー粒子が第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂに移動する。このとき、トナー粒子が凸部３０における表面層２５ｂの四方の上端側縁のエッジ部に比較的大きな荷重を加えるようになる。このおため、図６（ｂ）に示すようにトナー粒子の表面の比較的硬い外添剤によって表面層２５ｂの表面および四方の上端側縁部が長期にわたって徐々に湾曲状に摩耗される。

なお、図６（ａ）および（ｂ）は、図３（ｂ）と同様に第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂの傾斜方向に沿う断面図である。このため、これらの現像ローラ２５の部分断面は、現像ローラ２５の回転方向と異なる。したがって、第１傾斜溝２９ａに位置するトナー粒子が凸部３０の平坦面３０ａ上に移動し、その後平坦面３０ａ上のトナーは、この平坦面３０ａに隣接する第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂのいずれにも移動するようになる。また、第２傾斜溝２９ａに位置するトナー粒子が凸部３０の平坦面３０ａ上に移動し、その後平坦面３０ａ上のトナーは、この平坦面３０ａに隣接する第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂのいずれにも移動するようになる。他の例についても同様である。

次に、本発明の現像ローラ２５の具体例について説明する。
現像ローラ２５の基材２５ａにＳＴＫＭ材を用いて、基材２５ａに凹凸部を加工する前にセンタレス加工により基材２５ａの表面仕上げを行った。次いで、図４（ｂ）に示すように転造加工で表面に凹凸部を形成した。その場合、基材凹部２９ａ′,２９ｂ′（基材凸部３０′の基材凹部の底部側）を正弦波形状に形成する。また、これらの基材凹部２９ａ′,２９ｂ′の正弦波形状に連続する正弦波形状面３０ｃ′を形成した場合のこの正弦波形状面３０ｃ′の頂部に平坦部３０ａ′が位置するようにして、基材凸部３０′の平坦部３０ａ′側を截頭四角錐台形状に形成した。そして、截頭四角錐台形状の四方の側壁を、それぞれ正弦波形状の湾曲凹部２９ａ′,２９ｂ′における四方の側壁に連続して形成した。このとき、基材凸部３０′の截頭四角錐台形状の四方の側壁と正弦波形状の四方の側壁とが連続する点は正弦波形状面３０ｃ′の変曲点である。そして、このように形成された凹凸部は、基材凹凸深さ（基材凹部の底から基材凸部の上面までの高さ）ｄが８μｍ、基材凹凸ピッチｐが１５０μｍであった。また、前述の最大ずれ量ｘが２μｍであった。

表面層２５ｂとして、無電解ニッケル-リン（Ｎｉ-Ｐ）めっきにより厚みｔが３μｍのめっき層を基材表面に形成した（すなわち、ｘ＜ｔ）。このときの表面層２５ｂの凹凸深さ（凹部の底から凸部３０の上面までの高さ）も８μｍであった。

そして、この現像ローラ２５を用いて、前述のＬＰ９０００Ｃのプリンタを用いて前述と同様の耐久実験を行った。このとき、用いたトナーは、前述の平均粒径Ｄ５０が８.５μｍである大粒径トナーである。その場合、トナーの平均粒径Ｄ５０が８.５μｍであり、表面層２５ｂの凹凸深さｄの８μｍより大きい。したがって、表面層２５ｂの摩耗は、図５（ｂ）に示す例と同様に湾曲した摩耗プロファイルとなる。その場合、凸部３０における表面層２５ｂの平坦部３０ａの四方の側縁部にエッジ部が形成されているため、平坦部３０ａの四方の側縁部は前述の摩耗プロファイルにより丸く湾曲して摩耗する。

このとき、表面層２５ｂの平坦部３０ａのエッジ部が局所的に偏摩耗する。しかし、表面層２５ｂの厚みｔが平坦部３０ａの四方の側縁部のエッジ部における前述のずれ量ｘより小さいため、基材２５ａの基材凸部３０′におけるエッジ部は早期に露出することはない。そして、基材２５ａの凹凸部の深さｄ（凸部３０′の高さ）の２分の１の線δ上における基材凸部３０′の幅Ｌ₁が、同線δ上の第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′（つまり、基材凹部）の幅Ｌ₂以上に設定されている（Ｌ₁≧Ｌ₂）ため、画像形成が長期にわたると、表面層２５ｂは次第に正弦波形状面３０ｃ′に倣うようにほぼ正弦波形状に湾曲して摩耗するようになる。その結果、凸部３０の頂部（平坦部３０ａに相当）や凸部３０の傾斜した側壁等の凸部３０全体が、トナー供給ローラ２４、トナー規制ブレード２６、トナー粒子からの荷重を分散して受けるようになり、表面層２５ｂの局所的な偏摩耗が抑制される。そして、局所的な摩耗による偏摩耗の抑制で、表面層２５ｂの摩耗面積が増大するので、表面層２５ｂの摩耗速度が低下する。したがって、基材２５ａのエッジ部の露出が更に一層遅くなる。そして、図４（ｃ）に示すように基材２５ａの凸部３０′の頂部近傍の表面層２５ｂが比較的大きく摩耗して凸部３０′の頂部が露出するようになる。これにより、現像ローラ２５は寿命となる。このとき、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂにおける表面層２５ｂの摩耗は凸部３０′の頂部における表面層２５ｂの摩耗に比べて少ない。

このようにして、この例の現像ローラ２５によれば、表面層２５ｂの厚みｔが平坦部３０ａの四方の側縁部のエッジ部における前述のずれ量ｘより大きく、かつ基材２５ａの凹凸部の深さｄ（凸部３０′の高さ）の２分の１の線δ上における基材凸部３０′の幅Ｌ₁が、同線δ上の第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′（つまり、基材凹部）の幅Ｌ₂以上に設定されているため、凸部３０の平坦部３０ａ側における表面層２５ｂの局所的な偏摩耗をその摩耗が進むに連れて抑制することができる。したがって、凸部３０の平坦部３０ａ側における表面層２５ｂを正弦波形状に湾曲して摩耗させることができる。その結果、画像形成が比較的長期にわたって表面層２５ｂが摩耗しても、基材２５ａが早期に露出することを抑制することができる。これにより、現像ローラ２５の耐久性がより効果的に向上する。その結果、現像ローラ２５のトナー帯電性を長期にわたって良好に維持することができる。また、基材２５ａに安価なＦｅ系材料を用いることで、基材２５ａの腐食を長期にわたって防止することができる。

しかも、局所的な摩耗による表面層２５ｂの偏摩耗の抑制で表面層２５ｂの摩耗面積が増大するので、表面層２５ｂの摩耗速度を低下させることができる。したがって、基材２５ａのエッジ部の露出を更に一層遅くすることができ、現像ローラ２５の寿命を更に長くすることができる。

更に、表面層２５ｂが摩耗することで表面層２５ｂの摩耗面がよりなめらかになる。しかし、表面層２５ｂが正弦波形状に湾曲して摩耗するので、トナー規制ブレード２６と現像ローラ２５との接触面積が減少していくので、現像ローラ２５との密着によるトナー規制ブレード２６のなき（キュッ、キュッという音）やトナー規制ブレード２６のびびりを抑制することができる。

この現像ローラ２５を有する現像装置５′によれば、感光体３の静電潜像を長期にわたって良好に現像することができる。これにより、基材２５ａの露出を更に長期にわたって抑制することができる。また、トナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより大きいトナー２８を用いることで、トナー粒子移動時のトナー粒子の転動性が向上する。したがって、凸部３０における表面層２５ｂをより効果的に湾曲して摩耗させることができる。これにより、基材２５ａの露出を更に長期にわたって抑制することができる。一方、この現像装置５′を備える画像形成装置１は長期にわたって安定した濃度の良好な画質の画像を形成することができる。

なお、本発明では、必ずしも第２傾斜溝２９ｂの軸方向の間隔および数は、いずれも第１傾斜溝２９ａのそれらと必ずしも同じである必要はなく異なってもよい。また、第１および第２傾斜溝２９ａ,２２ｂの数は１本以上任意の数だけ設けることができる。

また、外添剤に比較的硬いシリカを用いたトナーであって、トナー母粒子に対するシリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いた場合には、トナー母粒子の表面に多くのシリカが存在するため、凸部３０の表面層２５ｂの摩耗速度が比較的より速くなる。したがって、シリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いる現像装置５′にこの例の現像ローラ２５を用いても、現像ローラ２５の耐久性をより効果的に向上することができる。

更に、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′からなる基材凹部は必ずしも正弦波形状に形成する必要はない。基材凹部は他の湾曲面で形成することできるし、平坦面の底を有する逆截頭四角錐台形状に形成することできる。その場合には、前述の変曲点（基材凹凸部の深さのほぼ１／２の位置）で基材凸部の截頭四角錐台形状に連続するようにして形成する。

更に、前述の例ではロータリー現像ユニット５を有する画像形成装置１に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば、画像形成ユニットがタンデムに配置された画像形成装置、４サイクルの画像形成装置、単色の画像形成装置、あるいはトナー像を潜像担持体から転写材（本発明の転写媒体に相当）へ直接転写する画像形成装置（つまり、中間転写媒体を備えない画像形成装置）等、少なくとも凹凸部を有する現像ローラを備える現像装置を備えたどのような画像形成装置にも適用することができる。要は、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内でどのような画像形成装置にも適用することができる。

本発明にかかる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に示す現像装置を模式的に示す断面図である。 （ａ）は現像ローラ、トナー供給ローラ、およびトナー規制部材を模式的に示す図、（ｂ）は（ａ）におけるIIIＢ−IIIＢ線に沿う部分断面図、（ｃ）は（ｂ）における基材のみを示す部分断面図である。 （ａ）は現像ローラの凹凸部のサイズを示す図、（ｂ）はトナー粒径が現像ローラの凹凸部の深さより大きい場合における現像ローラの摩耗の過程を説明する図である。 （ａ）はトナー粒径が現像ローラの凹凸部の深さより大きい場合における現像ローラでのトナー粒子の挙動を説明する図、（ｂ）は（ａ）における現像ローラの摩耗状態を示す図である。 （ａ）は現像ローラの図３（ｂ）における部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における現像ローラの摩耗状態を示す図である。 （ａ）は従来の現像ローラにおける凹凸部の部分断面図、（ｂ）は（ａ）における凸部の摩耗を説明する部分断面図である。

符号の説明

１…画像形成装置、３…感光体、５…ロータリー現像ユニット、５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋ,５′…現像装置、２４…トナー供給ローラ、２５…現像ローラ、２５ａ…基材、２５ｂ…表面層、２６…トナー規制部材、２８…トナー、２９…溝、２９ａ…第１傾斜溝、２９ｂ…第２傾斜溝、２９ａ′…第１傾斜基材溝、２９ｂ′…第２傾斜基材溝、３０…凸部、３０′…基材凸部、３０ｃ′…仮想の正弦波形状面、ｘ…ずれ量、Ｌ₁…基材凸部の幅、Ｌ₂…基材凹部の幅

Claims (8)

1. 外周面の所定領域に形成された基材凹部および基材凸部を有する基材と、この基材の外周面に形成されかつ前記基材凹部および前記基材凸部にそれぞれ対応した凹部および凸部を外周面に有する表面層とを少なくとも有し、
   前記基材凸部の頂部が基材平坦部に形成されているとともに、この基材平坦部は隣りあう凸部の中心を結んだ線で切った断面において凸部と凹部とを結ぶ湾曲した仮想の波面形状の頂部に位置するように形成されており、
   前記表面層の厚みが、前記基材凸部の、前記仮想の波面形状からの最大ずれ量より大きく設定されており、
   前記基材凹凸部の深さの２分の１の線に対応する前記基材凸部の幅が、前記線に対応する前記基材凹部の幅より大きく設定されていることを特徴とする現像ローラ。
2. 外周面の所定領域に形成された基材凹部および基材凸部を有する基材と、この基材の外周面に形成されかつ前記基材凹部および前記基材凸部にそれぞれ対応した凹部および凸部を外周面に有する表面層とを少なくとも有し、
   前記凹凸を隣りあう凸部の中心を結んだ線で切った断面において、凹凸深さと凹凸ピッチから規定される仮想の正弦波形状を仮定し、
   前記表面層の厚みが、前記基材凸部の、前記仮想の正弦波形状からの最大ずれ量より大きく設定されており、
   前記基材凹凸部の深さの２分の１の線に対応する前記基材凸部の幅が、前記線に対応する前記基材凹部の幅より大きく設定されていることを特徴とする現像ローラ。
3. 前記表面層は無電解めっきにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の現像ローラ。
4. 前記基材凹部は螺旋状に連続する溝で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の現像ローラ。
5. 前記基材凹凸は転造加工で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の現像ローラ。
6. 潜像担持体へトナーを搬送する現像ローラと、この現像ローラに当接して前記トナーを供給するトナー供給ローラと、前記現像ローラに当接して前記潜像担持体へ搬送するトナーの量を規制するトナー規制部材とを少なくとも有し、
   前記現像ローラは請求項１ないし５のいずれか１に記載の現像ローラであり、
   前記トナーの平均粒径が、前記現像ローラの前記凹部の深さより大きいことを特徴とする現像装置。
7. 前記トナーはトナー母粒子が外添剤で被覆された非磁性一成分トナーであり、前記外添剤として少なくともシリカが用いられているとともに、このシリカの被覆率が１００％以上であることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 少なくとも静電潜像が形成される潜像担持体と、非接触現像で前記静電潜像をトナーにより現像して前記潜像担持体にトナー像を形成する現像装置と、前記潜像担持体のトナー像を転写媒体に転写する転写装置とを少なくとも備え、
   前記現像装置は請求項６または７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。

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