JP2011059235A - 現像ローラ、現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】高温高湿又は低温低湿環境下においても、トナー濃度の影響が抑制されて優れた階調性を有する濃度ムラの抑制された画像を得ることのできる現像ローラ、これを備えた現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】本発明による現像ローラ８は、導電性芯金８ｂと、少なくとも電子導電剤を含有する弾性体によって形成される電子導電層８ｃと、イオン導電剤を含有する樹脂バインダーによって形成されるイオン導電層８ｄとを有している。そして、電子導電層８ｃは、所定間隔で形成された径方向に突出する突部８ｃ１を備えており、突部８ｃ１の頭部８ｃ２は、イオン導電層８ｄの表面に所定間隔で点在して露出されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリンタ、複写機あるいはファクシミリなどに用いられる電子写真法を用いた画像形成装置に使用される現像ローラに係り、特に、非磁性一成分系現像剤を使用する現像ローラ、この現像ローラを備えた現像装置、画像形成装置並びにプロセスカートリッジに関する。

従来、非磁性一成分系現像剤を用いる画像形成装置としては、像担持体としてのドラム状の感光体上に形成された静電潜像に対して、回転しながら感光体と接触して非磁性一成分系現像剤を供給して当該静電潜像をトナー像化する現像ローラを備えた、所謂、接触現像装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

図７に非磁性一成分系現像剤（以下、「現像剤」を「トナー」ともいう）を接触現像装置にて画像形成を行う画像形成装置の従来例の一形態を示す。図７に示すように、従来、この種の画像形成装置は、図中Ｘ方向に回転する像担持体であるドラム状感光体１００の周囲に、一次帯電装置としての帯電ローラ１０１、静電潜像形成装置としての露光器１０２、現像装置１０３、転写装置としての転写ローラ１０４、クリーニング装置１０５が配設される。

現像装置１０３は、感光体１００に接触し、図中Ｙ方向に回転しながら現像を行う現像ローラ１０７、図中Ｚ方向に回転することによって現像ローラ１０７の外周面に非磁性一成分系現像用トナーＴを供給するトナー供給手段である供給ローラ１０８、現像ローラ１０７上のトナーＴの塗布量及び帯電量を規制するトナー規制手段である現像ブレード１１０、トナーＴを供給ローラ１０８に供給するとともに非磁性一成分系現像用トナーを攪拌する攪拌部材１０９等からなる。この場合、現像ローラ１０７としては、剛体の感光体１００に対して適度の弾性を有して当接するように、金属の芯金１０７ａ上にシリコーンゴムやＮＢＲゴム等を成型した、所謂ソリッド単層弾性体層１０７ｂを有する弾性現像ローラが使用されている。また現像ブレード１１０としては、ステンレス等の薄板の現像ローラ１０７との当接部にウレタンゴム等のゴム部材を貼り付けたタイプの現像ブレードが一般に使用されている。

このような画像形成装置を用いて、転写紙等の転写材に対して画像形成する場合について、図７に基づいて説明する。

外部からのプリント信号により感光体１００は矢印Ｘ方向に回転し始める。まず感光体１００上は帯電ローラ１０１により一様に帯電される。次に、露光器１０２による露光により感光体１００上には静電潜像が形成され、感光体１００の回転により静電潜像が現像装置１０３の現像ローラ１０７との接触部に到達する。上記動作と連動して現像装置１０３は以下の動作を行う。

攪拌部材１０９により攪拌されたトナーＴが、Ｙ方向に回転する現像ローラ１０７と、Ｚ方向に回転する供給ローラ１０８との摺擦によって、現像ローラ１０７上に供給される。現像ローラ１０７上のトナーＴは、現像ブレード１１０によって所望の帯電量が付与されるとともにトナー量が規制されて、現像ローラ１０７の外周面上にトナーが担持される。現像ローラ１０７上に担持されたトナーＴが感光体１００と接触する部位、即ち現像領域に到達すると、電源（図に示さず）により現像ローラ１０７に現像バイアスを印加することによって、感光体１００表面に形成された静電潜像を、現像ローラ１０７の外周面に担持されているトナーＴで現像し、可視化する。現像に寄与せず現像ローラ１０７表面に残留したトナーは供給ローラ１０８を介して現像装置１０３内に回収される。

感光体１００上のトナーＴは、感光体１００の回転により転写ローラ１０４の対向部に到達して、転写ローラ１０４により転写紙Ｐ上に転写される。転写紙Ｐ上に転写されたトナー像は定着装置１０６により加熱、加圧されて転写紙Ｐ上に定着される。一方、転写ローラ１０４により転写紙Ｐ上に転写されずに残った感光体１００上のトナーＴはクリーニング装置１０５により感光体１００上から除去、回収される。上記動作を繰り返すことにより、画像形成が繰り返される。

この場合、感光体１００上の静電潜像に対して、適切にトナーを供給するために、上記のように、現像ローラ１０７に現像バイアスを印加して静電気的にトナーを静電潜像に対して供給するようになっている。そのために、現像ローラ１０７の芯金１０７ａ上に形成される弾性体層１０７ｂに電子導電剤やイオン導電剤を混入したりすることが行なわれている。しかしながら、このような、弾性体層１０７ｂに電子導電剤を混入する場合（電子導電系）や、弾性体層１０７ｂにイオン導電剤を混入する場合（イオン導電系）では、それぞれ、次のような問題点がある。

（１）現像ローラとして、電子導電系を用いた場合
現像ローラとして、シリコーンゴムを用いる場合には、カーボン粒子や金属粒子等の電子導電剤をシリコーンゴム中に分散させ、所望の現像ローラ抵抗を得る。このような電子導電剤の分散により所望の抵抗を得る導電形態を一般的に電子導電系という。しかし、１×１０^４Ω程度の低抵抗な電子導電系の現像ローラを用いた場合には、現像特性が２値的になり、所望する階調特性が得られない。２値現像特性を有するということは、文字画像（所謂、線画像）に対しては有利に働くが、階調性のある写真画像（所謂、面画像）においては、ハイライト画像の表現ができなくなり、不利に働くことになる。このように、電子導電系を有する現像ローラにおいては、出力画像において、十分な階調表現を得ることは困難である。

一方、１×１０^６Ω以上の高抵抗な電子導電系の現像ローラとすることで、階調特性を緩やかにすることができる。しかしながら、電子導電系の現像ローラにおいて、抵抗値を高くすると、ゴム中の電子導電剤以外の部分で電荷が蓄積し、同じ静電潜像条件でも現像される濃度が変化し、濃度ムラが発生してしまうという問題が生じる。このような現象は、特に低濃度であるハイライト画像にて顕著であり、所望する均一な濃度の画像が得られない。また、電子導電系では、印加電圧が低い場合には、弾性体の抵抗値が増加するという電圧依存特性を有しており、極端な場合には３オーダー以上も抵抗値が変化し、所望の画像形成が困難となる場合も生じる。

（２）現像ローラとして、イオン導電系を用いた場合
現像ローラの弾性体層１０７ｂとして、ＮＢＲゴムやウレタンゴム等にイオン導電のためのイオン導電剤を添加して、材料自身がイオン化することで導電経路をつくり、所望の現像ローラ抵抗を得るものがある。このような、イオンの働きによる導電系は、一般的にイオン導電系といわれる。イオン導電系の現像ローラを用いた場合には、電子導電系の現像ローラと異なり、印加電圧に対してほぼ一定の抵抗値が得られる。そのため、面画像のような階調を有する画像形成においては、電子導電系のものより有利である。しかし、イオン導電系においては、材料のイオン化により電流経路が発生するため、周囲の環境によりイオン化の度合いが異なってくる。そのため、高温高湿環境下においては現像ローラ抵抗が低下し、逆に低温低湿環境においては現像ローラ抵抗が上昇してしまう。その結果、高温高湿環境下においては、抵抗が下がることによってトナーの荷電性が低下し、耐久劣化時のベタ追従不良が発生する。このように、イオン導電系を有する現像ローラにおいては、周囲の環境により画像濃度が変動してしまい、安定した画像濃度を得ることは困難である。

以上のように、電子導電系又はイオン導電系における単層弾性体層の現像ローラにおいては、所望の階調性やムラの無い安定した画像濃度を得ることは困難である。

このような問題を解決するために、芯金の表面に、バインダー樹脂中に電子導電剤とイオン導電剤を混合した半導電性被覆層を形成することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３記載のものでは、優れた耐リーク性を発揮して良好な画像鮮明度を得ることが可能となるが、現像ローラの表面に電子導電剤とイオン導電剤が同時に存在するため、電子導電性特有の電圧依存性とイオン導電性特有の環境依存性が大きくなり、特に高温高湿環境下での抵抗低下によるトナー荷電性低下が発生する問題を招く。

また、導電性芯金上に電子導電剤を弾性体中に混在させた電子導電層と、この電子導電層上にイオン導電剤を樹脂中に含有させたイオン導電層とを積層させた現像ローラが提案されている（例えば、特許文献４参照）。この特許文献４記載のものでは、現像ローラの外周表面がイオン導電層単独で形成されているために、イオン導電性特有の環境依存性が大きくなり、特に高温高湿環境下での抵抗低下によるトナー荷電性低下が発生する問題を招く。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、高温高湿又は低温低湿環境下においても、トナー濃度の影響が抑制されて優れた階調性を有する濃度ムラの抑制された画像を得ることのできる現像ローラ、この現像ローラを備えた現像装置、画像形成装置並びにプロセスカートリッジを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、導電性芯金上に、少なくとも電子導電剤を含有する弾性体によって構成され、外周面に所定間隔で径方向に形成される突部を有する電子導電層と、該電子導電層上にイオン導電剤を含有する樹脂バインダーによって構成されるイオン導電層とを有し、かつ、該イオン導電層の表面に、該電子導電層の突部の頭部が所定間隔で露出されていることを特徴とする現像ローラである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の現像ローラにおいて、
前記電子導電層は、１×１０^３〜１×１０^５Ωの電気抵抗を有し、前記現像ローラの電気抵抗が５×１０^５〜１×１０^９Ωとなるように、前記イオン導電層が形成されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の現像ローラにおいて、
前記イオン導電層は、３μｍ〜５０μｍの厚みで形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の現像ローラにおいて、
前記電子導電層の突部の頭部は、前記現像ローラの外周面の前記イオン導電層の表面に、点状又は格子状に所定間隔で露出されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４記載の現像ローラにおいて、
前記電子導電層の突部の頭部は、当該電子導電層の外周面に所定間隔で突出する突部を有し、当該突部上に前記イオン導電層を形成し、当該イオン導電層の表面を研摩して点状又は格子状に露出されていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５記載の現像ローラにおいて、
前記電子導電層の突部は、前記導電性芯金上に導電性付与物質を含有する弾性体で一体成型によって形成されることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５記載の現像ローラにおいて、
前記電子導電層の突部は、前記導電性芯金上に導電性付与物質を含有する弾性体で一体成型された円柱状成型体の外周表面に、導電性付与物質を含む電子導電性液を所定間隔で塗布して形成されていることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、一成分系現像剤を担持して、像担持体上に形成された静電潜像に対して前記一成分系現像剤を供給する現像ローラを備えた現像装置であって、
前記現像ローラは、請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、静電潜像を担持するための像担持体と、当該像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、当該帯電装置によって帯電された像担持体表面に静電潜像を形成させる静電潜像形成装置と、一成分系現像剤を前記静電潜像に当接させて現像し、可視像を形成する現像装置とを備えた画像形成装置であって、
前記現像装置は、請求項８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。

また、請求項１０に記載の発明は、静電潜像を担持するための像担持体と、少なくとも一成分系現像剤を前記静電潜像に当接させて現像し可視像を形成する現像装置とを一体に連結し、画像形成装置本体に着脱可能であるプロセスカートリッジにおいて、
前記現像装置は、請求項８に記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

本発明によれば、現像ローラは、導電性芯金と、少なくとも当該導電性芯金上に電子導電剤を含有する弾性体によって形成され、外周面に所定間隔で形成される突部を有する電子導電層と、当該電子導電層上にイオン導電剤を含有する樹脂バインダーによって形成されるイオン導電層とを有し、前記イオン導電層の表面に、前記電子導電層の突部の頭部を所定間隔で露出させていることによって、高温高湿又は低温低湿環境下においても、トナー濃度の影響が抑制されて優れた階調性を有する濃度ムラの抑制された画像を得ることのできる現像ローラを提供することができ、また、この現像ローラを備えた現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することができる。

本発明による一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１の現像ローラの部分を拡大して示す断面図である。 現像ローラの外周面を拡大した平面図である。 本発明による実施例１に係る現像ローラの概略構成を示す図で、（ａ）は、現像ローラの外周面の拡大平面図、（ｂ）は現像ローラの外周面部分の拡大断面図である。 本発明による実施例２に係る現像ローラの概略構成を示す図で、（ａ）は、現像ローラの外周面の拡大平面図、（ｂ）は現像ローラの外周面部分の拡大断面図である。 本発明による実施例３に係る現像ローラの概略構成を示す図で、（ａ）は、現像ローラの外周面の拡大平面図、（ｂ）は現像ローラの外周面部分の拡大断面図である。 従来の画像形成装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明による一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る画像形成装置は、図１に示すように、Ｘ方向に回転する像担持体であるドラム状感光体１の周囲に、感光体１の表面を一様に帯電させる帯電ローラ２、このように帯電された感光体１の表面に画像情報に応じた露光Ｌを照射して感光体１の表面に静電潜像を形成する露光装置３、このようにして形成された静電潜像に対して、一成分系現像剤である非磁性トナーＴを供給してトナー像化する現像装置４、このようにして形成されたトナー像を感光体１から転写材としての転写紙Ｐ上に転写する転写ローラ５及び、転写紙Ｐ上に転写後に残存する感光体１上のトナーを感光体１の表面から除去するクリーニング装置６を備えている。

そして、帯電ローラ２、現像装置４及びクリーニング装置６は、感光体１と一体に連結されてプロセスカートリッジ２０を構成し、このプロセスカートリッジ２０を画像形成装置から着脱自在に取り付けている。従って、このプロセスカートリッジ２０を画像形成装置から取り外して、感光体１、帯電ローラ２、現像装置４及びクリーニング装置６の保守、点検、交換を容易に行なうことが可能となっている。この実施形態においては、感光体１と帯電ローラ２、現像装置４及びクリーニング装置６を一体に連結したプロセスカートリッジ２０としているが、感光体１と帯電ローラ２、現像装置４及びクリーニング装置６の全てを一体にしたプロセスカートリッジとする必要はなく、感光体１と少なくとも現像装置４とを一体に連結したプロセスカートリッジであっても良い。

現像装置４は、図１および図２に示すように、Ｘ方向に回転する感光体１に接触し、Ｙ方向に回転しながら現像を行なう現像ローラ８、Ｚ方向に回転することによって現像ローラ８の外周面８ａに非磁性一成分系現像用トナーＴを供給する供給ローラ９及び現像ローラ８の外周面８ａ上のトナーＴの塗布量及び帯電量を規制するトナー規制手段である現像ブレード１０を備えている。なお、図１中、符号７は定着装置、符号１１はトナーＴを供給ローラ９に供給すると共に非磁性一成分系現像用トナーＴを攪拌する攪拌部材である。

現像ローラ８は、ステンレス、鉄、アルミニウム等の金属からなる導電性芯金８ｂ上に電子導電層８ｃ及び電子導電層８ｃ上に形成されるイオン導電層８ｄを備えている。そして、導電性芯金８ｂに、現像バイアス電源１２から現像バイアスが供給され、この現像バイアスは、電子導電層８ｃ及びイオン導電層８ｄを介して、外周面８ａ上に担持されたトナーＴに供給されるようになっている。なお、電子導電層８ｃ及びイオン導電層８ｄについては、後述する。

このような、画像形成装置を使用して転写紙Ｐ上に画像形成する方法について説明する。

一次帯電装置としての帯電ローラ２は、Ｘ方向に回転する感光体１の表面を一様に帯電するように、帯電バイアス電源（図示せず）が接続されており、画像形成動作中は、約−１１００Ｖを帯電ローラ２に印加して、感光体１表面を約−５００Ｖに一様に帯電することができる。帯電ローラ２は、直径１０ｍｍであり、感光体１に対して従動である。そして、静電潜像形成装置として通常用いられる、例えば、レーザ又はＬＥＤの露光装置３によって、情報信号により感光体１上を露光走査して、情報信号に応じた露光を行い、感光体１の表面に静電潜像を形成する。このとき、被露光部の電位は約−１２０Ｖとなる。

本実施形態においては、感光体１は直径２４ｍｍであり、矢印Ｘ方向に回転速度Ｖｘで回転し、Ｖｘを１２０ｍｍ／ｓｅｃとすることができる。一方、非磁性一成分系現像剤（トナー）Ｔを収容する現像装置４は、感光体１と接触し、矢印Ｙ方向に回転速度Ｖｙで回転する現像ローラ８を有する。さらに、トナー規制部材としての現像ブレード１０、矢印Ｚ方向に回転する供給ローラ９、トナーＴを攪拌する攪拌部材１１を備えている。ここで感光体１と現像ローラ８の回転速度の関係はＶｙ＞Ｖｘであり、好ましくはＶｙ＞１．３Ｖｘである。ここで、Ｖｙは１７５ｍｍ／ｓｅｃで回転している。

現像装置４内に収容されたトナーＴを現像ローラ８に付着させるには、トナーＴを供給ローラ９と現像ローラ８で摩擦させ、ある程度の電荷付与を行わなければならない。供給ローラ９の材料としては、発泡ウレタンゴム、発泡ＥＰＤＭゴムの如き公知の材料が用いられる。本実施形態では、発泡ウレタンゴムからなる供給ローラ９を現像ローラ８に対してカウンター回転（回転方向矢印Ｚ）で、速度Ｖｚ回転させる。回転速度としては、Ｖｚは１５０ｍｍ／ｓｅｃである。供給ローラ９には、現像バイアス電源１２に対して−１００ｖの電位が接続されている。また、本実施形態におけるトナーは、負極性帯電性を有するトナーを用いた。

現像ローラ８上に供給ローラ９により塗布されたトナーは、次にトナー規制部材である現像ブレード１０によりトナー量の規制及び摩擦によるトリボ付与が行われる。現像ブレード１０は、ステンレス製の薄板（０．１ｍｍ）であり、板バネ弾性を有している。現像ブレード１０の先端部から約０．４ｍｍの位置を現像ローラ８と反対方向に折り曲げたものであり、該折り曲げ部より現像ローラ回転方向下流側が現像ローラ８に接触する状態で配設する。但し、これにとらわれるものではなく、ウレタンゴムブレードのような弾性ブレードも使用可能である。また、現像ブレード１０の接触圧は、線圧１５〜４５ｇ／ｃｍが好適である。１５ｇ／ｃｍ未満になると、トナーに対して適切な帯電付与ができず、「かぶり」となって画質を低下させる。４５ｇ／ｃｍを超えると、圧力等によりトナーに混合されている外添剤がトナー粒子表面から剥離しやすくなり、トナーを劣化させ、トナーの帯電性が低下していくことになる。なお、ここでいう線圧とは、現像ローラ８に加える現像ブレード１０の押圧力を、現像ローラ８の当接部における現像ブレード１０軸方向長さで割った値をいう。
上記実施形態においては、現像ブレードは金属製からなるが、トナーへの帯電性付与向上のために、金属製の現像ブレード上に樹脂をコーティングしてもよい。該樹脂としては、トナーの帯電極性が負極性の場合は、ポリアミド樹脂が好適に用いられ、トナーの帯電極性が正極性の場合は、フッ素樹脂が好ましく用いられる。現像ブレード１０を通過し、現像ローラ８上に担持される単位面積当たりのトナー量は約４〜７（ｇ／ｍ^２）であることが好ましい。

また、現像ローラ８は現像バイアス電源１２が接続されており、一方、感光体１は接地されている。現像バイアス電源１２は負極性のＤＣ電源であり、本実施形態においては、−２５０Ｖの電位を印加している。本実施形態においては、被露光部電位が−７０Ｖであるため、現像コントラストは１８０Ｖとなる。現像ブレード１０により電荷を付与され、現像ローラ８上に担持されたトナーは、上記現像バイアスにより感光体１上に供給されて静電潜像を顕像化する。現像バイアスの印加電位としては、被露光部電位（本実施形態では−７０Ｖ）に対して、１００〜３３０Ｖの電位差を有する電位であることが好ましい。この電位差を現像コントラストといい、本実施形態では、現像バイアスとして−１７０Ｖ〜４００Ｖの電位を印加することが好ましい。現像コントラストを上記の範囲に設定した場合には、現像時において静電潜像を乱すことがなく、ハイライト画像の再現を良好に行うことができるようになる。現像コントラストが１００Ｖ未満である場合には、十分な画像濃度を得るだけのトナーを感光体１側へ転移させることが困難になりやすく、逆に現像コントラストが４００Ｖを超える場合には、感光体１上の非露光部の帯電電位との電位差が小さくなるため、非画像部にもトナーが付着してしまい、カブリが生じやすくなってしまう。

また、現像ローラ８の感光体１に対する当接圧としては、線圧２０〜１００ｇ／ｃｍが好ましい。線圧２０ｇ／ｃｍ未満となると接触状態が不安定となり、逆に線圧１００ｇ／ｃｍを超えると圧力等によりトナーに混合されている外添剤がトナー粒子表面から剥離しやすくなり、トナーの劣化が生じやすくなる。そのためいずれの場合においても、現像ブレード１０によるトナーへの帯電の付与力が低下し、トナーの帯電不足を引き起こす確率が高くなる。現像ローラ８と感光体１の当接部において、静電潜像が乱されるのを抑制するという観点からは、線圧２０〜７０ｇ／ｃｍがより好ましい。なお、ここでいう線圧とは、感光体１に加える現像ローラ８の押圧力を、感光体１の当接部における現像ローラ８軸方向長さで割った値をいう。

レジストローラ１３（図１参照）によりタイミングを合わせて搬送された転写紙Ｐが転写部Ｎに到達した時、感光体１表面に形成されたトナー像を転写装置である転写ローラ５により転写紙Ｐに転写する。転写ローラ５には転写バイアス電源（図示さず）が接続されている。転写バイアス電源では、約＋２〜５ｋＶの電圧が印加される。なお、図１中、Ｎは感光体１と転写ローラ５とで形成されるニップ部を示している。

トナー像が転写された転写紙Ｐは定着装置７にて加熱ローラ７ａ、加圧ローラ７ｂによって加熱、加圧されてトナー像が転写紙Ｐ上に熱溶融定着される。転写ローラ５により転写紙Ｐ上に転写されず感光体１上に残ったトナーはクリーニングブレード６ａを有するクリーニング装置６にて感光体１の表面から除去、回収される。上記動作を繰り返すことによって画像形成が繰り返される。

次に、本発明の特徴である現像ローラについて、図２、図３に基づいて説明する。図２は、図１の現像ローラの部分を拡大して示す断面図である。図３は、現像ローラの外周面を拡大した平面図である。

本発明による現像ローラ８は、図２に示すように、導電性芯金８ｂと、少なくとも導電性付与物質を含有する弾性体によって形成される電子導電層８ｃと、イオン導電剤を含有するイオン導電層８ｄとを有している。そして、電子導電層８ｃは、図３に示すように、所定間隔で形成された径方向に突出する突部８ｃ１を備えており、突部８ｃ１の頭部８ｃ２は、図３に示すように、イオン導電層８ｄの表面に所定間隔で点在して露出されている。

このように、現像ローラ８の外周面８ａは、後述するように、１×１０^３〜１×１０^５Ωの電気抵抗を有する低抵抗の電子導電層８ｃの突部８ｃ１の頭部８ｃ２が高抵抗のイオン導電層８ｄ中に小面積で多数、点在して露出されているために、現像ローラ８の外周面８ａは、イオン導電層８ｄの抵抗値とほぼ同じ抵抗値を示すことになり、低抵抗の電子導電層８ｃ及び高いイオン導電性を示すイオン導電層８ｄのそれぞれの欠点を改善して使用環境に拘わらず良好な画像形成が可能となる。即ち、低抵抗の電子導電層８ｃによる良好な階調特性の低下、及び高抵抗のイオン導電層８ｄによる高いイオン導電性による環境変化に伴う抵抗値の変動を適切に抑制して、高温高湿下及び低温低湿下においても優れた階調性を有する濃度ムラを抑制した画像を得ることが可能となる。

このような現像ローラ８は、導電性芯金８ｂの外周に、表面に千鳥状等の点状或いは、格子状等の突部８ｃ１を有する電子導電層８ｃを一体成型してソリッド状の弾性ローラを作製し、この電子導電層８ｃの表面に、イオン導電剤をバインダー中に分散させたイオン導電液を塗布して固着させてイオン導電層８ｄを形成後、表面を研摩して、突部８ｃ１の頭部８ｃ２の先端を被覆するイオン導電層８ｃを除去することによって容易に形成することができる。

また、上記弾性ローラとしては、導電性芯金８ｂの外周に、円筒状の電子導電層を一体成型して円柱状の成型体を作製し、この円柱状成型体の表面に、電子導電剤を分散させた電子導電性塗布液によって、電子導電層の表面に所定形状の突部模様を形成したものも使用することができる。

本発明の現像ローラ８に用いられる電子導電層８ｃは、弾性体に電子導電剤（電子導電機構による導電性付与物質）が分散されたもので構成することができる。弾性体としては、シリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、アクリルゴム、ＥＰＤＭ（エチレン、プロピレン共重合体）又はこれらが混合されたゴムの如き一般的に用いられるゴムが使用可能である。

電子導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、カーボン繊維、金属粒子が挙げられる。上記のゴムを弾性体として用い、それに上記の電子導電剤を分散させることで現像ローラの所望する抵抗値が得られる。電子導電剤の含有量は、弾性体１００質量部に対して、３〜４０質量部であることが好ましく、５〜２５質量部であることがより好ましい。本発明における電子導電層８ｃとしては、シリコーンゴムにカーボンブラックを分散させたものが特に好ましい。シリコーンゴムを用いて弾性体を形成すると、ソリッドのままで低硬度化しやすく、カーボンブラックの分散性が良好であるためである。

本発明の現像ローラ８に用いられるイオン導電層８ｄは、イオン導電剤（イオン導電機構による導電性付与物質）が分散された樹脂バインダー液を使用することによって容易に形成することができる。

過塩素酸リチウム、４級アンモニウム塩の如きイオン導電機構による導電性付与物質としてのイオン導電剤を樹脂バインダー中に分散させることで、イオン導電層８ｄを形成できる。また、上記以外のイオン導電機構による導電性付与物質（イオン導電剤）としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋの如き周期率表第１族の金属の塩、例えば、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＮａＣｌＯ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＮａＣｌ、あるいはＮＨ^４＋の塩の如き電解質、又Ｃａ、Ｂａの如き周期率表第２族の金属の塩、例えばＣａ（ＣｌＯ_４）_２やそれ等と１，４−ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコールの如き多価アルコール又はその誘導体との錯体あるいはエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルの如きモノオールとの錯体が挙げられる。

イオン導電層８ｄの樹脂バインダーとしては、負帯電性トナーを用いる場合には、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂が好適に用いられる。また、正帯電性トナーを使用するのであれば、フッ素樹脂が好適に用いられる。更に、電子導電層との弾性への追従性を向上させるため、樹脂中に可溶性ゴムを混合しても良い。本発明におけるイオン導電層８ｄは、上記イオン導電剤０．１〜２質量部を樹脂バインダー１００質量部中に分散することが好ましい。０．１質量部未満では導電性が発揮されないことがあり、２質量部を超えると、表層における抵抗の環境変動が大きくなることがある。

イオン導電層８ｄの塗工厚さは、３〜５０μｍであることが好ましい。３μｍ未満では感光体１との摺擦による削れが懸念され、５０μｍを超える塗工厚さを得るためには、何度も塗工を繰り返さねばならず生産するのに現実的ではない。環境変動に対する安定性の面から５〜３０μｍであることがより好ましい。
電子導電層８ｃの厚さ（突部８ｃ１の高さを除く）は８０μｍ〜３ｍｍであることが好ましい。８０μｍ未満では、弾性効果が不十分でトナーが劣化し、３ｍｍを超えるとローラ外径の環境変動が大きくなる。環境変動に対する安定性の面から８０μｍ〜３ｍｍであることがより好ましい。また、突部８ｃ１の高さ（イオン導電層８ｄの表面から突出した突部８ｃ１の高さ）は２〜１５μｍであることが好ましい。２μｍ未満では、十分なトナー量が得られず、１５μｍを超えると低湿環境においてトナー量が過多となってしまう。環境変動に対する安定性の面から２〜１５μｍであることがより好ましい。

本発明の現像ローラ８は、弾性体の硬度（「ゴム硬度」ともいう）が３５〜７０度（ＡｓｋｅｒＣ）のものが好適に使用される。７０度（ＡｓｋｅｒＣ）超えると、現像ローラ８の摺擦によってトナーが溶融し、ブレード融着やローラ融着を発生させることがあるため好ましくない。また、現像ローラ８と感光体１との当接状態が不安定となりやすいこともある。３５度未満となると、圧縮永久歪みによる永久変形により、現像ローラ８としての使用は困難となることがある。更に好ましくは、３５〜６０度であり、この範囲の低硬度にすることで、本発明の如き、現像ローラ８と感光体１とが接触している画像形成装置においても、トナーに過度なストレスをかけることなく、摩擦帯電をすることができる。

また、現像ローラ８の弾性体の硬度を上記の範囲内にするには、例えば、シリコーンゴムであれば可塑剤の含有量を調整することにより行われる。可塑剤としては、例えば、比較的分子量の低いオルガノポリシロキサンが用いられる。即ち、可塑剤の量を減少させると弾性体の硬度が上がり、可塑剤の量を増加させると弾性体の硬度が低下する。弾性体の硬度は、ＡｓｋｅｒＣゴム硬度計（高分子計器社製）を用いることにより測定できる。

本発明における現像ローラ８の外周面８ａの表面粗さとしては、使用するトナーの粒径にもよるが、算術平均粗さＲａで０．４〜１．５μｍが好ましい。使用するトナーの粒径が体積平均粒径で６μｍ程度であれば、算術平均粗さＲａで０．５〜１．２μｍが好ましい。トナー粒径がより小さい場合は、算術平均粗さＲａをやや小さくすることが好ましい。算術平均粗さＲａが０．４μｍ未満であると、十分なトナー搬送力が得られないことがあり濃度不足となることもある。１．５μｍ超えると、トナーに十分な帯電が得られないことがあり、非画像部にトナーが付着する所謂「かぶり」が発生することがある。算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に示されている定義を用い、小坂研究所製の表面粗さ試験器「ＳＥ−３０Ｈ」を用いることで測定できる。

本発明において、現像ローラ８の抵抗としては、表層であるイオン導電層８ｄの抵抗値を電子導電層８ｃの抵抗値より高くすることが、環境変動を抑制できやすく好ましい。更に、表層であるイオン導電層８ｄを下層の電子導電層８ｃより抵抗値を高くし、かつ、表層を薄層に形成することで、イオン導電系の欠点である抵抗の環境変動をより少なくすることができる。即ち、電子導電層８ｃは高抵抗になるほど抵抗値の電圧依存性（低電圧部での抵抗の上昇）があるため、全体の抵抗値を低く抑えることが好ましい。これにより、電圧依存性を減少させることができる。そして、表層であるイオン導電層８ｄの抵抗値を高くして、現像剤担持体の全体の抵抗としては、イオン導電層で調整することが好ましい。

また、イオン導電層８ｄは薄層に形成されているため、環境が変動しても抵抗値の変動分は少なくおさえられることになる。このように、現像ローラの表面を機能分離することで、周囲の環境に左右されず、ローラ表面の部分的な画像濃度の変化もなく、濃度ムラのない画像を忠実に形成できる。

実際の抵抗値は、後述する抵抗測定法にて求められ、電子導電層８ｃとしては１×１０^３〜１×１０^５Ωが好ましい。さらに好ましくは、５×１０^３〜７×１０^４Ωである。１×１０^３Ω未満となると、現像ローラ８が当接する感光体１に欠陥があった場合に、リークが発生することがある。また、１×１０^５Ωを超えると、現像ローラ８の電圧依存性が強まり、低電圧領域での抵抗値の上昇が生じることがある。電子導電層８ｃに上記のような抵抗を持たせるには、電子導電層８ｃ中の電子導電剤の含量を調節することにより、実施できる。即ち、電子導電層８ｃ中の電子導電剤の含量を多くすれば抵抗が下がり、少なくすれば抵抗が上がる。

イオン導電層８ｄの実抵抗としては、ほぼ現像ローラの状態での抵抗値の値となる。従って、現像ローラの状態での抵抗値として、５×１０^５〜１×１０^９Ωが好ましい。より好ましくは、１×１０^６〜５×１０^９Ω、更には１×１０^６〜５×１０^８Ω、特には１×１０^６〜５×１０^７Ωである。イオン導電層８ｄに上記のような抵抗を持たせるには、イオン導電層８ｄ中のイオン導電剤の含量を調節することにより、実施できる。即ち、イオン導電層８ｄ中のイオン導電剤の含量を多くすれば抵抗が下がり、少なくすれば抵抗が上がる。

上記、現像ローラ８の抵抗の測定として、以下の方法で測定することができる。２５℃／５５％ＲＨの環境下において、直径２０ｍｍのアルミ円筒導体に上方向から現像ローラを当接させる。そのとき、現像ローラ両端には、それぞれ５００ｇの加重としておもりを乗せる。同時に、アルミ円筒導体への侵入量を５０μｍにするため（現像ローラとアルミ円筒導体との当接領域を一定にするため）に、現像ローラの両端部に現像ローラの外径よりも１００μｍ外径が小さい円筒形状をした侵入量保持部材をはめ込む。そして、現像ローラに電流計及び高圧電源を接続して、電圧を印加する。上記状態で、アルミ円筒導体を約５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させると、現像ローラはアルミ円筒導体により従動回転され、この状態において、電圧を印加し、上記電流計の測定値から抵抗値を算出する。本発明における抵抗値測定における印加電圧は、電子導電層の抵抗測定では３０Ｖとし、現像ローラ全体の抵抗測定においては１００Ｖの電圧を印加した。電子導電層８ｃの測定においては、抵抗値が低いため印加電圧が３０Ｖより大きい場合にはオーバーレンジになりやすいためである。また、現像ローラ８全体の測定では、電子導電層８ｃより抵抗値が高いため電圧の低い部分での抵抗の変化が大きく、１００Ｖ程度以上となると抵抗値の変化量が少なくなるためである。

次に、本発明の現像ローラの製造方法について、実施例に基づいて説明する。

〔実施例１〕
内面に千鳥状の凹凸面を有する金型の中心部に、外周に接着及び導電性を確保する接着剤を塗布した導電性芯金８ｂを配設し、この金型内に導電性付与物質としてのカーボンブラック３０重量部をシリコーンゴム１２０重量部に分散させた液状導電性ゴムを注入し、熱及び圧力を加えて加硫させ、表面に千鳥状の突部を有する電子導電層８ｃを備えた弾性ゴムローラ６０度（ＡｓｋｅｒＣ）を作製する。このようにして形成された弾性ゴムローラの外周面に、過塩素酸リチウム（イオン導電剤）０．５重量部をシリコーン樹脂液（固形分：１０％）１００重量部中に分散させたイオン導電液を、ロールコーター法、スプレー法、ディッピング法の如き方法により塗布してイオン導電層８ｄを形成する。このようにしてイオン導電層８ｄを塗工後、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、テープ研磨にて電子導電層８ｃの突部８ｃ１の頭部８ｃ２のイオン導電層８ｄを研磨し、電子導電層８ｃの突部８ｃ１の頭部８ｃ２を現像ローラ８の外周面８ａ上に露出させる。
因みに、頭部８ｃ２は、短径ｄ１＝２０μｍ、長径ｄ２＝４０μｍの長円であり、突部８ｃ１の高さＨ１は、Ｈ１＝８μｍ、イオン導電層８ｄの厚みＨ２は、Ｈ２＝４μｍであった。また、突部８ｃ１の頭部８ｃ２の間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はそれぞれＤ１＝１００μｍ、Ｄ２＝５０μｍ、Ｄ３＝５０μｍである。外周面８ａに占める露出している電子導電層８ｃの頭部８ｃ２の面積（表面積、又は投影面積）は１５％である。突部８ｃ１を除いた電子導電層８ｃの厚さは２μｍである。また、電子導電層の電気抵抗は５×１０^５Ω、現像ローラの電気抵抗は４×１０^６Ωである。

〔実施例２〕
実施例１において、弾性ゴムローラを形成する金型として内面に平滑な凹面を有する金型を使用して、導電性芯金の外周面にカーボンブラック３０重量部をシリコーンゴム１２０重量部に分散させた液状導電性ゴムを注入し、熱及び圧力を加えて加硫させ、円筒状の電子導電層８ｃ３を形成する。このようにして作製された円柱状の弾性ゴムローラ６０度（ＡｓｋｅｒＣ）の外周面に、カーボンブラック３０重量部をシリコーン樹脂（固形分：２５％）１００重量部中に分散させた電子導電性塗布液を、グラビア印刷法によって、塗布して所定間隔で離間した千鳥状の導電性の突部８ｃ４を形成する。このようにして形成された千鳥状の突部８ｃ４を有する弾性ゴムローラの外周面に、過塩素酸リチウム（イオン導電剤）０．５重量部をシリコーン樹脂液（固形分：１０％）１００重量部中に分散させたイオン導電液を、ロールコーター法、スプレー法、ディッピング法の如き方法により塗布してイオン導電層８ｄを形成する。このようにしてイオン導電層８ｄを塗工後、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、テープ研磨にて電子導電層８ｃの突部８ｃ４の頭部８ｃ５のイオン導電層８ｄを研磨し、電子導電層８ｃの突部８ｃ４の頭部８ｃ５を現像ローラ８の外周面８ａ上に露出させる。
因みに、頭部８ｃ５は、短径ｄ１＝１０μｍ、長径ｄ２＝３０μｍの長円であり、突部８ｃ１の高さＨ１は、Ｈ１＝８μｍ、イオン導電層８ｄの厚みＨ２は、Ｈ２＝４μｍであった。また、突部８ｃ４の頭部８ｃ５の間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はそれぞれＤ１＝１００μｍ、Ｄ２＝５０μｍ、Ｄ３＝５０μｍである。外周面８ａに占める露出している電子導電層８ｃの頭部８ｃ２の面積（表面積、又は投影面積）は２０％である。突部８ｃ１を除いた電子導電層８ｃの厚さは２ｍｍである。また、電子導電層の電気抵抗は７×１０^５Ω、現像ローラの電気抵抗は９×１０^６Ωである。

〔実施例３〕
実施例１において、弾性ゴムローラを形成する金型として内面に格子状の凹凸面を有する金型を使用して、導電性芯金の外周面にカーボンブラック３０重量部をシリコーンゴム１２０重量部中に分散させた格子状の凹凸面８ｃ６を有する電子導電層８ｃを形成する。このようにして作製された弾性ゴムローラ６０度（ＡｓｋｅｒＣ）の外周面に、過塩素酸リチウム（イオン導電剤）１重量部をシリコーン樹脂液（固形分：２０％）１００重量中に分散させたイオン導電液を、ロールコーター法、スプレー法、ディッピング法の如き方法により塗布してイオン導電層８ｄを形成する。このようにしてイオン導電層８ｄを形成後、図６５（ａ）、（ｂ）に示すように、テープ研磨にて電子導電層８ｃの格子状の突部８ｃ１の頭部８ｃ２のイオン導電層８ｄを研磨し、電子導電層８ｃの格子状の突部８ｃ１の頭部８ｃ２を現像ローラ８の外周面８ａ上に露出させる。
因みに、格子状の頭部８ｃ２の幅ｄ３は、ｄ３＝１５μｍ、であり、突部８ｃ１の高さＨ１は、Ｈ１＝７μｍ、イオン導電層８ｄの厚みＨ２は、Ｈ２＝５μｍであった。また、突部８ｃ１の頭部８ｃ２の間隔Ｄ４、Ｄ５はそれぞれＤ４＝３５μｍ、Ｄ５＝７０μｍである。外周面８ａに占める露出している電子導電層８ｃの頭部８ｃ２の面積（表面積、又は投影面積）は３０％である。突部８ｃ１を除いた電子導電層８ｃの厚さは２ｍｍである。また、電子導電層の電気抵抗は３×１０^５Ω、現像ローラの電気抵抗は２×１０^６Ωである。

〔比較例１〕
実施例２で調製された円柱状の弾性ゴムローラの外周面全面に、一様の厚みで粗さ付与粒子とカーボンブラックとをシリコーン樹脂中に分散させた電子導電性塗布液を塗布して形成された電子導電層を有する現像ローラを調製した。

〔比較例２〕
実施例２で調製された円柱状の弾性ゴムローラの外周面全面に、一様の厚みで粗さ付与粒子と過塩素酸リチウム（イオン導電剤）をシリコーン樹脂液中に分散させたイオン導電液を塗布して形成されたイオン導電層８ｄを有する現像ローラを調製した。

リコー社製複写機ＳＰ Ｓ３１０（現像ローラの感光体に対する当接圧：２４ｇ／ｃｍ）に各実施例及び比較例で調製された現像ローラを用いて、低温低湿環境（１０℃／１５％ＲＨ）（ＬＬ環境）下において、画像をプリントし、連続印字時おける現像ローラ上のトナー量増加に伴う画像ムラ及び１２時間放置後における画像ムラを調べた。また、前記画像形成装置に各実施例及び比較例で調製された現像ローラを用いて、高温高湿環境（３２℃／８５％ＲＨ）（ＨＨ環境）下において、間欠ジョブにて画像をプリントし、地肌カブリ及びベタ画像追従性を調べた。これらの結果を表１に示す。なお、表中の、○は未発生、△は、発生するが問題ないレベル、×は発生を意味する。

上記結果から明らかなように、比較例１で示すように、電子導電層のみを有する現像ローラを使用した場合には、ＬＬ環境下において、現像ローラ上のトナー量増加に伴う画像濃度ムラが発生したり、休止保管後の画像ムラが発生する。また、比較例２で示すように、電子導電層の外周面に一様厚みのイオン導電層を形成した現像ローラを使用した場合には、ＨＨ環境下において、地肌カブリが発生したり、ベタ画像追従不良が発生したりする問題を招く。

これに対して、本発明による各実施例で調製された現像ローラを使用した場合には、ＬＬ環境下における現像ローラ上のトナー量増加に伴う画像濃度ムラや休止保管後の画像ムラの発生が抑制され、しかもＨＨ環境下において、地肌カブリの発生が抑制され、ベタ画像追従性が良好となる。

（図１〜図６において）
１ 感光体
２ 帯電ローラ
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写ローラ
６ クリーニング装置
６ａ クリーニングブレード
７ 定着装置
７ａ 加熱ローラ
７ｂ 加圧ローラ
８ 現像ローラ
８ａ 外周面
８ｂ 導電性芯金
８ｃ 電子導電層
８ｃ１、８ｃ４ 突部
８ｃ２、８ｃ５ 頭部
８ｃ６ 凹凸面
８ｄ イオン導電層
９ 供給ローラ
１０ 現像ブレード
１１ 攪拌部材
１２ 現像バイアス電源
２０ プロセスカートリッジ
Ｌ 露光
Ｐ 転写紙
Ｔ トナー
（図７において）
１００ 感光体
１０１ 帯電ローラ
１０２ 露光器
１０３ 現像装置
１０４ 転写ローラ
１０５ クリーニング装置
１０６ 定着装置
１０７ 現像ローラ
１０８ 供給ローラ
１０９ 攪伴部材
１１０ 現像ブレード
Ｌ 露光
Ｐ 転写紙
Ｔ トナー

特公平２−２６２２４号公報 特開平３−２６１９７８号公報 特許第３０７０３３９号公報 特開２００１−１４７５８３号公報

Claims (10)

1. 導電性芯金上に、少なくとも電子導電剤を含有する弾性体によって構成され、外周面に所定間隔で径方向に形成される突部を有する電子導電層と、該電子導電層上にイオン導電剤を含有する樹脂バインダーによって構成されるイオン導電層とを有し、かつ、該イオン導電層の表面に、該電子導電層の突部の頭部が所定間隔で露出されていることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記電子導電層は、１×１０^３〜１×１０^５Ωの電気抵抗を有し、前記現像ローラの電気抵抗が５×１０^５〜１×１０^９Ωとなるように、前記イオン導電層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記イオン導電層は、３μｍ〜５０μｍの厚みで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像ローラ。
4. 前記電子導電層の突部の頭部は、前記現像ローラの外周面の前記イオン導電層の表面に、点状又は格子状に所定間隔で露出されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像ローラ。
5. 前記電子導電層の突部の頭部は、当該電子導電層の外周面に所定間隔で突出する突部を有し、当該突部上に前記イオン導電層を形成し、当該イオン導電層の表面を研摩して点状又は格子状に露出されていることを特徴とする請求項４に記載の現像ローラ。
6. 前記電子導電層の突部は、前記導電性芯金上に導電性付与物質を含有する弾性体で一体成型によって形成されることを特徴とする請求項５記載の現像ローラ。
7. 前記電子導電層の突部は、前記導電性芯金上に導電性付与物質を含有する弾性体で一体成型された円柱状成型体の外周表面に、導電性付与物質を含む電子導電性液を所定間隔で塗布して形成されていることを特徴とする請求項５に記載の現像ローラ。
8. 一成分系現像剤を担持して、像担持体上に形成された静電潜像に対して前記一成分系現像剤を供給する現像ローラを備えた現像装置であって、
   前記現像ローラは、請求項１〜７のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とする現像装置。
9. 静電潜像を担持するための像担持体と、当該像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、当該帯電装置によって帯電された像担持体表面に静電潜像を形成させる静電潜像形成装置と、一成分系現像剤を前記静電潜像に当接させて現像し、可視像を形成する現像装置とを備えた画像形成装置であって、
   前記現像装置は、請求項８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。
10. 静電潜像を担持するための像担持体と、少なくとも一成分系現像剤を前記静電潜像に当接させて現像し可視像を形成する現像装置とを一体に連結し、画像形成装置本体に着脱可能であるプロセスカートリッジにおいて、
    前記現像装置は、請求項８に記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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