JP2021021796A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤担持体上のトナーから現像剤担持体への電荷リークを現像体担持体の高抵抗化のみに頼らず効果的に抑制する。
【解決手段】導電性を有する現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持された前記現像剤と接触して該現像剤に電荷を注入する電荷注入部材と、を有する現像装置において、前記現像剤の体積抵抗率が１．０×１０^５Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^１１Ω・ｃｍ以下であり、且つ、前記現像剤が含有するトナー母粒子の表面には、絶縁性を有する複数の突起部が形成されており、前記現像剤の表面における最大山高さＳｐ１が、前記現像剤担持体の表面における最大山高さＳｐ２よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、帯電された導電性トナーによって静電潜像を可視像化する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関わる。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、現像剤の一例として絶縁性トナーを摩擦帯電して電荷を与え、現像に供する方法が広く一般的に用いられている。このようなトナーの帯電方法において、摩擦によって帯電したトナーの帯電量には、ある程度の分布が存在しているため、帯電量が少ない低帯電トナーや、本来の帯電極性とは逆の帯電極性を有する逆極性トナーが含まれていることが多い。
このとき、低帯電トナーは、現像装置内の現像剤担持体から離れて画像形成装置内を漂う所謂トナークラウドとなりやすく、このトナークラウドは画像形成装置の不良原因となる。また、逆極性トナーは、像担持体上の静電潜像のうち、本来トナーが付着しない背景部に引きつけられ、背景部の一様な汚れ（以下かぶりと称する）を発生させる。更に、この種の摩擦帯電方法にあっては、環境変化や経時変化の影響を受けやすく、トナーや攪拌部材等の摩擦帯電機構の表面状態が変化し、結果的に、トナーの帯電状態が不安定になり易い。
そこで、このような不具合を解消するために、現像剤として絶縁性トナーではなく導電性トナーを使用する方法、具体的には、導電性トナーへ電荷を注入して帯電させ、現像に供する方法が知られている。この方法は、摩擦帯電を利用しないため、種々の利点がある。特に、導電性トナーは電荷が移動し易く、均一な電荷をトナーに与えることができるため、トナークラウドやかぶりを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくいことは最大の特長である。また、摩擦帯電機構が不要なため、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能であることも、大きな魅力である。
なお、導電性トナーを用いた従来技術として例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。

特開２００６−０５８７４５号公報

一方、導電性トナーを用いた場合の技術課題として電荷が他部材にリークし易く、電界によるトナー移動が困難であることが挙げられる。
例えば、転写プロセスにおいては、転写材の一例である吸湿して電気抵抗が低下した紙に導電性トナーを静電転写する場合、トナーと紙が接触するとトナー電荷が紙にリークするためクーロン力に基づく静電転写が困難になる。またカラー画像を形成する場合も、転写材（紙や中間転写体）上に形成された下地となるトナーの上に、別色のトナーを転写する際、トナー電荷が下地となるトナーにリークするため、カラー画像の形成も困難になる。

現像プロセスにおいても、現像ローラ等の現像剤担持体上のトナーを感光ドラム等の像担持体上に電界で移動させるためには、トナーが現像剤担持体上で電荷を保持し続ける必要があり、そのためには現像剤担持体への電荷リークを抑制する必要がある。以下、現像プロセスにおける電荷リークについて詳細に説明する。
導電性トナーは自身の電気抵抗が低いため、他の導電性部材と接触すると導電パスが形成され、電荷授受をし易い特性がある。注入帯電方式はこの特性を利用したものであり、導電性の注入帯電部材と導電性トナーを接触させた状態で注入帯電部材に所定の電圧を印加すると、注入帯電部材から導電性トナーへ電荷が流れ込み（電荷注入し）、導電性トナーは電荷を得ることができる。導電性トナーで現像プロセスを成立させるためには、導電性トナーがこのとき得た電荷と部材間電位差に基づくクーロン力により、ゴムローラ等の現像剤担持体から感光ドラム等の像担持体へと移動する必要がある。そのためには、導電性トナーが現像剤担持体上で注入帯電部材から得た電荷を、少なくとも像担持体への移動を終えるまでの間保持し続けることが求められる。

しかしながら、他部材との接触で電荷授受し易いという導電性トナーの特性は、注入帯電性に優れる一方で、他部材と接触した際、相手部材を介して電荷リークし易い特性にも繋がるものである。現像剤担持体上のトナーに注入帯電で電荷注入を行っても、現像剤担持体側への電荷リークが発生すると、注入電荷はトナーを素通りしてしまうためトナー自身が電荷を保持することができない。そのため、現像剤担持体からの電荷リークを抑制するため何らかの手段が必要であり、その手段の１つとして現像剤担持体表面を高抵抗化する方法が特許文献１にも記載があり従来から知られている。しかしながら現像剤担持体を過度に高抵抗化すると、現像剤担持体表面の電位減衰による現像性能低下など別の課題が発生する場合があり、現像体担持体の高抵抗化のみに頼って電荷リークを防止するのは困難であった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものである。その目的は、導電性トナーに注入帯電方式で電荷付与を行う構成の現像装置および画像形成装置において、現像剤担持体上のトナーから現像剤担持体への電荷リークを現像体担持体の高抵抗化のみに頼らず効果的に抑制することである。

上記目的を達成するために、本発明における現像装置は、
導電性を有する現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持された前記現像剤と接触して該現像剤に電荷を注入する電荷注入部材と、
を有する現像装置において、
前記現像剤は、
体積抵抗率が１．０×１０^５Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^１１Ω・ｃｍ以下であり、且つ、
前記現像剤が含有するトナー母粒子の表面には、絶縁性を有する複数の突起部が形成されており、
前記現像剤の表面における最大山高さＳｐ１が、前記現像剤担持体の表面における最大山高さＳｐ２よりも大きいことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明における画像形成装置は、
静電潜像が形成される像担持体と、
上記の現像装置と、
前記電荷注入部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記現像装置が前記静電潜像を現像して形成された現像剤像を前記像担持体から記録材に転写することで記録材に画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、導電性トナー表面の最大山高さを現像剤担持体表面の最大山高さより
も大きくし、表面に絶縁性の突起部を有する導電性トナーの非突起部（導電部）と、表面に高抵抗層を持たない現像剤担持体表面が直接接触しないように構成する。そうすることで導電性トナーが保持する電荷が現像剤担持体を介してリークするのを抑制することができる。

本実施例に係るトナーと現像ローラの接触状態の説明図 本実施例に係る画像形成装置の構成図 本実施例に係るカートリッジおよび現像装置の構成図 本実施例に係る導電性トナーの説明図 本実施例に係る現像ローラの説明図 現像ローラの体積抵抗率の測定方法の説明図 本実施例に係る電荷注入部材の説明図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

＜画像形成装置＞
図２は、本発明の一実施の形態である電子写真画像形成装置（以下、画像形成装置と称する）の画像形成装置本体（以下、装置本体Ａと称する）及びプロセスカートリッジ（以下、カートリッジＢと称する）の断面図である。
図２において、画像形成装置は、カートリッジＢを装置本体Ａに着脱自在とした電子写真技術を利用したレーザビームプリンタである。カートリッジＢが装置本体Ａに装着されたとき、カートリッジＢの上側に露光装置３（レーザスキャナユニット）が配置される。また、カートリッジＢの下側に画像形成対象となる記録材（以下、シート材Ｐと称する）を収容したシートトレイ４が配置されている。更に、装置本体Ａには、シート材Ｐの搬送方向Ｄに沿って、ピックアップローラ５ａ、給送ローラ対５ｂ、搬送ローラ対５ｃ、転写ガイド６、転写ローラ７、搬送ガイド８、定着装置９、排出ローラ対１０、排出トレイ１１等が順次配置されている。なお、定着装置９は、加熱ローラ９ａ及び加圧ローラ９ｂにより構成されている。

＜カートリッジ＞
次にカートリッジＢの全体構成について図３を用いて説明する。図３は、カートリッジＢの構成を説明する断面図である。カートリッジＢは、クリーニングユニット６０と現像装置としての現像装置ユニット２０を互いに回動可能に結合することによって構成される。クリーニングユニット６０は、クリーニング枠体７１、像担持体としての電子写真感光ドラム６２（以下、ドラム６２と称する）、帯電ローラ６６およびクリーニングブレード７７等からなる。一方、現像装置ユニット２０は、底部材２２、現像容器２３、電荷注入部材４２、現像剤担持体としての現像ローラ３２、供給ローラ３４、搬送部材４３、現像剤としての導電性トナーＴ（以下、トナーＴ）、等からなる。

＜画像形成プロセス＞
次に、図２および図３を用いて画像形成プロセスの概略を説明する。プリントスタート信号に基づいて、ドラム６２は矢印Ｒ方向に所定の周速で回転駆動される。電圧が印加された帯電ローラ６６は、ドラム６２の外周面に接触し、ドラム６２の外周面を均一に帯電する。露光装置３は、画像情報に応じたレーザ光Ｌを出力する。レーザ光Ｌはカートリッ
ジＢの上面の露光窓部７３を通り、ドラム６２の外周面を走査露光する。これにより、ドラム６２の外周面には画像情報に対応した静電潜像が形成される。一方、図３に示すように、現像装置ユニット２０において、トナー室２９内の現像剤であるトナーＴは、搬送部材４３の回転によって撹拌、搬送され、トナー供給室２８に送り出される。トナー供給室２８内で発泡性樹脂からなる現像剤供給手段としての供給ローラ３４に担持されたトナーＴは、現像ローラ３２との当接部において現像ローラ３２の表面に供給される。現像ローラ３２は図３中矢印Ｒｃの方向に回転駆動し、トナーＴは、電荷注入ユニット４２からの注入帯電によって電荷付与されつつ、現像ローラ３２周面の層厚が規制される。トナーＴへの電荷注入については詳細に後述する。

現像ローラ３２上に均一にコートされたトナーＴは、ドラム６２上に形成された静電潜像に応じてドラム６２へ現像され、トナー像（現像剤像）として可視像化される。また、図２に示すように、レーザ光Ｌの出力タイミングとあわせて、ピックアップローラ５ａ、給送ローラ対５ｂ、搬送ローラ対５ｃによって、装置本体Ａの下部に収納されたシート材Ｐがシートトレイ４から給送される。そして、そのシート材Ｐが転写ガイド６を経由して、ドラム６２と転写ローラ７との間の転写位置へ供給される。この転写位置において、トナー像（現像剤像）はドラム６２からシート材Ｐ（記録材）に順次静電転写されていく。トナー像が転写されたシート材Ｐは、ドラム６２から分離されて搬送ガイド８に沿って定着装置９に搬送される。そしてシート材Ｐは、定着装置９を構成する加熱ローラ９ａと加圧ローラ９ｂとのニップ部を通過する。このニップ部で加圧・加熱定着処理が行われてトナー像はシート材Ｐに定着される。トナー像の定着処理を受けたシート材Ｐは、排出ローラ対１０まで搬送され、排出トレイ１１に排出される。一方、図３に示すように、転写後のドラム６２は、クリーニングブレード７７により外周面上の残留トナーが除去されて、再び、画像形成プロセスに使用される。ドラム６２から除去されたトナーはクリーニングユニット６０の廃トナー室７１ｂに収容される。

＜導電性トナー＞
本実施形態における現像剤としての導電性トナーＴについて図４を用いて説明する。導電性トナーＴの粒子の形状は略球体であり、図４（ａ）はその半球部分を拡大した模式図である。導電性を有する導電性トナー母粒子（導電性コア）８１を有し、その表面には複数の絶縁性突起８２（突起部）を有している。図中で網掛け部が導電性微粒子８１ｂで形成された導電層からなる導電部を、非網掛け部が前述の絶縁性突起８２による絶縁部を示しており、トナー表面は導電部と絶縁部が混在した構成となっている。
図４（ｂ）は図４（ａ）の断面を示す模式図である。導電性コア８１はトナー母粒子８１ａの表面を導電性微粒子８１ｂで被覆し導電層を形成して構成されており、前述の絶縁性突起８２は球形の絶縁粒子をトナー母粒子に埋没させることで形成されている。埋没の深さは、ＩＳＯ２５１７８で平均面からの高さの最大値で定義される最大山高さＳｐを用いてトナー表面の最大山高さをＳｐ１と定義し、Ｓｐ１（絶縁性突起８２により形成されるＳｐ１）が５０ｎｍとなるよう形成した。最大山高さＳｐ１は３０ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下の範囲とするのが良好な注入帯電性を得るのにより好ましい。最大山高さＳｐ１の測定方法については別途後述する。

以下、トナーＴの作製方法を説明する。トナーＴは大きく以下３段階の手順で作成した。

手順１：トナー母粒子の作成
トナー製造方法として公知技術である懸濁重合法でトナー母粒子を作成した。
懸濁重合法でトナー母粒子を得る方法を以下に述べる。
まず、結着樹脂を生成しうる重合性単量体、着色剤、ワックス、荷電制御剤、重合開始剤を混合し、分散機として、ホモジナイザーを用いて各材料の分散を行った。次いで、重
合性単量体組成物を、難水溶性の無機微粒子を含有する水系媒体中に投入し、高速分散機を用いて、重合性単量体組成物の液滴を調製する（造粒工程）。前記液滴中の重合性単量体を重合してトナー母粒子の水分散液を得る（重合工程）。その後、トナー母粒子の水分散液を濾過して固液分離し、固形分を乾燥することでトナー母粒子を得た。

手順２：導電性コアの作成（トナー母粒子に導電性を付与）
手順１で作成したトナー母粒子の表面を導電性微粒子（平均粒径１０ｎｍ程度の酸化チタン粒子）で覆うことでトナー母粒子に導電性を付与し導電性コアを作成した。具体的には、トナー母粒子１００重量部と酸化チタン粒子０．２重量部を撹拌混合器（日本コークス工業株式会社 ＦＭミキサ）に混入し、１２０００ｒｐｍで３０秒撹拌混合することでトナー母粒子の表面を覆うように酸化チタン粒子を付着させ導電層を形成した。

手順３：絶縁性突起の形成
手順１〜２で作成した導電性コアの表面に絶縁性の球形二酸化ケイ素（平均粒径１００ｎｍ程度）を埋没させることで、前述の突起部である絶縁性突起８２を形成した。具体的には手順２同様、導電性コア１００重量部と球形二酸化ケイ素３．０重量部を撹拌混合器（日本コークス工業株式会社 ＦＭミキサ）に混入し、１２０００ｒｐｍで１０分間撹拌混合することでトナー母粒子に球形二酸化ケイ素を埋没させた。トナーＴ表面の最大山高さＳｐ１は、ここで添加する二酸化ケイ素の大きさを変更するなどの手段で調整可能である。また、後述するトナー表面の凹凸平均間隔Ｚｓｍ１は、ここで添加する二酸化ケイ素の添加量を変更するなどの手段で調整可能である。

なお、トナーＴは、製造方法によらず導電性コアと絶縁性突起を有した上でトナーとしての体積抵抗率（測定方法は後述）が１．０×１０^５Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^１１Ω・ｃｍ以下であれば本発明の効果を得ることが可能である。よって、製造方法は上記方法以外でも問題ない。
例えば、トナー母粒子の作製方法としては懸濁重合法以外にも混練粉砕法や乳化凝集法、溶解懸濁法などが挙げられるが、いずれの方法で作製してもよい。また、トナー母粒子への導電性付与方法として本実施例ではトナー母粒子を作製した後に、別途撹拌混合器で表面に導電性微粒子を付着させたが、トナー母粒子を作製する一連の過程で導電性を付与する方法でもよい。

懸濁重合法以外のトナー母粒子の作製方法の一つとして、乳化凝集法の例を説明する。乳化凝集法は、乳化重合により調整した樹脂微粒子分散液、着色剤分散液、離型剤分散液、等を混合してトナー粒径に相当する凝集粒子を形成し、加熱して凝集粒子を融合・合一してトナーを製造する方法である。
乳化凝集法の製造プロセスは分散液を一度に混合して凝集してもよいし、凝集工程を複数段階的に行わせ、第１段階の母体凝集を形成した後、凝集形成の第２段階で加えた粒子を第１段階の母体凝集粒子の表面に付着させるようにしてもよい。したがって、第１段階で形成した母体凝集に対し第２段階で導電性微粒子を形成することも可能である。また或いは、第１段階の際に導電性微粒子分散液を加えて母体凝集の際に導電性を付与することも可能である。

また絶縁性突起の作製方法についても同様に、本実施例で説明した方法に限定するものではなく、トナー母粒子を作製する一連の過程で絶縁性突起を設けても良い。具体的には例えば乳化凝集法の凝集形成の第３段階として絶縁性の樹脂を導電性コアの表面に形成する方法などが挙げられる。また、トナーＴの表面において絶縁性突起８２により形成される最大山高さＳｐ１、および凹凸平均間隔Ｚｓｍ１の調整方法もトナーの製造方法に応じて適宜選択すればよく、本実施例記載の方法に限定するものではない。

＜トナーの体積抵抗率の測定方法＞
装置としては６４３０型サブフェムトアンペア・リモートソースメーター（ケースレーインスツルメンツ社製）を用いる。前記装置のＦＯＲＣＥ端子にＳＨ２−Ｚ ４端子測定可能サンプルホルダ（Ｂｉｏ−Ｌｏｇｉｃ社製）を接続し、電極部に金属化合物を０．２０ｇ乗せてトルクレンチを用いて１２３．７ｋｇｆの荷重をかけた状態で、電極間の距離を測定する。
サンプルに２０Ｖの電圧を１分間印加した時の抵抗値を測定し、下記式を用いて体積抵抗率を算出する。
体積抵抗率（Ω・ｃｍ）＝Ｒ×Ｓ／Ｌ
（Ｒ：抵抗値（Ω）、Ｌ：電極間距離（ｃｍ）、Ｓ：電極面積（ｃｍ^２））

＜現像ローラ＞
本実施例で用いる現像剤担持体としての現像ローラ３２について図５を用いて説明する。図５（ａ）は現像ローラ３２の斜視図、（ｂ）は断面図である。現像ローラ３２、はＳＵＳ製の軸芯体３２ａの外周に２層構造の弾性層（シリコーンゴムからなる基層３２ｂとウレタン樹脂からなる表層３２ｃ）を設けて構成される。以下、現像ローラ３２の作成方法を説明する。
軸芯体３２ａには、ＳＵＳ製のΦ８芯金の表面にニッケルメッキを施しさらにプライマ−ＤＹ３５−０５１（商品名、東レダウコーニングシリコーン社製）を塗布、焼付けしたものを用いた。ついで、軸芯体３２ａを金型に配置し、以下に示す材料を金型内に形成されたキャビティに注入した。注入する材料は、まず、液状シリコーンゴム材料ＳＥ６７２４Ａ／Ｂ（商品名、東レ・ダウコーニングシリコーン社製）１００質量部に対し、カーボンブラックトーカブラック＃７３６０ＳＢ（商品名、東海カーボン社製）を３５質量部混合する。それに加えて、耐熱性付与剤としてシリカ粉体を０．２質量部、および白金触媒０．１質量部を混合した付加型シリコーンゴム組成物である。続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを１５０℃、１５分間加硫硬化し、脱型した後、さらに１８０℃、１時間加熱し硬化反応を完結させ、弾性層を軸芯体の外周に設けた。

次にポリエステルポリオール ニッポラン３０２７（商品名、東ソー社製）１００質量部に対し、コロネート２５２１（商品名、日本ポリウレタン工業社製）３０．４質量部、カーボンブラックＭＡ２３０（商品名、三菱化学社製）を混合する。そして、総固形分比３０質量％になるようにＭＥＫ（メチルエチルケトン）に溶解、混合し、サンドミルにて均一に分散し、分散液を得た。さらに、この分散液を粘度１０〜１３ｃｐｓにＭＥＫで希釈後、前記弾性層上に浸漬塗工した後乾燥させ、１５０℃にて２時間加熱処理することで弾性層外周に膜厚約１５μｍの平滑性の高い導電性樹脂層を設け、本実施例の現像ローラ３２を得た。
現像ローラ３２は特段電気的に高抵抗とする必要はなく、体積抵抗率が１．０×１０^６Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^９Ω・ｃｍ未満で本発明の効果を得ることができる。本実施例の現像ローラ３２の体積抵抗率（測定方法は後述）は１．０×１０^７Ω・ｃｍとなっている。また、現像ローラ表面３２表面の最大山高さＳｐ２は、表層の導電性樹脂層にアートパールＣ−４００（商品名、根上工業社製）等の形状調整粒子を添加することで調整することが可能である。本実施例で現像ローラ３２表面のＳｐ２は、３０ｎｍとなっている。

＜現像ローラの体積抵抗率の測定方法＞
図６を用いて現像ローラ３２の体積抵抗率の測定方法を説明する。図６は現像ローラの体積抵抗率測定装置の概念図である。測定準備として、測定対象の現像ローラ３２を直径３０ｍｍの金属円筒Ｅ（ＳＵＳ製）と軸方向が平行になるよう当接配置する。そして現像ローラ３２の軸芯体３２ａの長手方向両側端部それぞれに４．９Ｎの荷重Ｆをかけ、現像ローラ３２と金属円筒Ｅを密着させる。
現像ローラ３２の軸芯体３２ａには高圧電源（Ｔｒｅｋ社製ＭＯＤＥＬ６１５−３）が接続されており、金属円筒Ｅは抵抗値Ｒ１（＝１０ｋΩ）の抵抗体Ｒを介してアースに接続されている。また、抵抗体Ｒの両端にはデジタルマルチメータ（ＦＬＵＫＥ社製８０シリーズ）が接続されており、抵抗体Ｒ両端の電圧値を測定可能になっている。
測定にあたっては、まず金属円筒Ｅを６０ｒｐｍで任意方向に回転させ、現像ローラ３２が金属円筒Ｅに対して従動回転した状態とする。次に高圧電源からＶ０（＝−５０Ｖ）の直流電圧を軸芯体３２ａに１０秒間印加し、このときデジタルマルチメータで検出される電圧の平均値Ｖ１からオームの法則を用いて抵抗体Ｒに流れる電流Ｉを算出する（Ｉ＝Ｖ１／Ｒ１）。ここで算出される電流Ｉは現像ローラ３２を流れる電流に等しいので、この電流Ｉを用いて現像ローラ３２の体積抵抗値Ｒｄをオームの法則（Ｒｄ＝Ｖ０／Ｉ）から算出することができる。この体積抵抗値Ｒｄから下式を用いて体積抵抗率ρｄを算出することができる。なお式中のＳは現像ローラ３２の表面積（周長×長手幅）を、ｔは弾性層（基層＋表層）の厚みを示している。

ρｄ（Ω・ｃｍ）＝Ｒｄ（Ω）×Ｓ（ｃｍ２）／ｔ（ｃｍ）

＜最大山高さＳｐの測定方法＞
ＩＳＯ２５１７８で定義される最大山高さＳｐは、表面の平均面からの高さの最大値で定義され、走査型プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと称する）で測定することができる。本実施例では、トナーＴの表面において絶縁性突起８２により形成される最大山高さをＳｐ１、現像ローラ３２表面における最大山高さをＳｐ２とし、下記条件でトナーＴおよび現像ローラ３２表面の測定を行った。
走査型プローブ顕微鏡：日立ハイテクサイエンス（株）製
測定ユニット ：Ｅ−ｓｗｅｅｐ
測定モード ：ＤＦＭ（共振モード）形状像
解像度 ：Ｘデータ数 ２５６、Ｙデータ数 １２８
測定エリア ：１μｍ四方（１μｍ×１μｍ）
Ｓｐ算出の際は、測定データを「３次元傾き補正」モードの「表面粗さ解析」画面より解析した。

＜電荷注入ユニット＞
本実施例で用いる電荷注入ユニット４２について図７を用いて説明する。図７（ａ）は電荷注入ユニット４２全景斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）を図中矢印方向から見た断面図である。電荷注入ユニット４２は、厚さ１ｍｍのＳＵＳ板をＬ字曲げ加工した支持板金４２ａ、厚さ１００μｍのＳＵＳ板からなるブレード４２ｂ、ブレード４２ｂ表面に貼りつけられた電荷注入部材４２ｃ（図中網掛けで示す）から構成される。電荷注入部材４２ｃは、厚さが１００μｍ程度で、導電性アクリル樹脂で形成されている。電荷注入部材４２ｃの体積抵抗率は１．０×１０^６Ω・ｃｍ以下とすることでより良好な注入帯電性能を得ることができる。体積抵抗率は前述のトナーの体積抵抗率と同様の方法で測定することができる。
ブレード４２ｂは支持板金４２ａに対して、長手５か所に左右対称に配された固定点４２ｇにおいてレーザ溶接で接合されている。電荷注入ユニット４２は、支持板金４２ａの長手両端部近傍に設けられたビス穴を介して現像容器２３にビス４２ｅで組み付けられている。
本実施例では電荷注入部材としてブレード形状の部材を用いたが、電荷注入部材の形状は導電性を有してトナーに電荷注入を行うことが可能であれば、この形状および材質に限定するものではない。例えばローラ形状、チューブ形状など他の形状でも同様の効果を得ることができる。

＜トナーへの電荷注入＞
図１〜３を用いて、電荷注入ユニット４２を用いた導電性トナーＴへの電荷付与について説明する。図１（ａ）は現像装置ユニット２０内の電荷注入ユニット４２と現像ローラ３２の当接部を拡大した模式図である。トナーＴは両者の当接部を通過する際、電荷注入ユニット４２からの電荷注入により画像形成に必要な電荷を獲得するとともに画像形成に適した層厚に規制される。以下詳細に説明する。

電荷注入ユニット４２はブレード４２ｂのバネ弾性により約２０ｇ／ｃｍの圧力で現像ローラ３２と圧接し、支持板金４２ａには装置本体に搭載された高圧電源５０が装置本体ＡとカートリッジＢのインターフェース部（不図示）を介して接続されている。
画像形成動作中、現像ローラ３２は図中矢印Ｒｃの方向に４００ｒｐｍで回転し、芯金３２ａには装置本体が持つ不図示の高圧電源から−３００Ｖのバイアスが印加され現像ローラ３２の表面電位は略−３００Ｖとなっている。このとき、電荷注入ユニット４２には電圧印加手段である高圧電源５０から−５００Ｖの電荷注入バイアスが印加され、注入帯電部材４２ｃと現像ローラ３２表面間には２００Ｖの電位差が形成される。トナー供給室２８内のトナーＴは供給ローラ３４により現像ローラ３２表面に供給され、現像ローラ３２の回転に伴い電荷注入ユニット４２と現像ローラ３２の当接部に突入する。このとき、トナー供給室２８内のトナーＴは、供給ローラ３４の表面に付着しており、図２に示すように供給ローラ３４の表面が現像ローラ３２の表面と摺擦することで、現像ローラ３２の表面に付着する。すなわち、供給ローラ３４と現像ローラ３２とトナーＴ、３者の機械的摺擦でトナーＴを現像ローラ３２表面に付着させることで当接部内に安定して必要なトナー量を供給することが可能となる。当接部に突入したトナーＴには、高圧電源５０から供給された負極性の電荷が支持板金４２ａ、ブレード４２ｂ、電荷注入部材４２ｃを介して注入される。
図１（ｂ）は現像ローラ３２とトナーＴの当接部の一部を拡大した模式図であり、導電部を網掛けで示している。ここで、現像ローラ３２表面の最大山高さＳｐ２は前述の通り３０ｎｍ、トナーＴ表面の最大山高さＳｐ１は５０ｎｍとなっており、下記関係式を満たすよう構成されている。

現像ローラ３２表面の最大山高さＳｐ２ ＜ トナー表面の最大山高さＳｐ１

この関係を満たすよう現像ローラ３２とトナーＴの表面形状を構成することで、トナーＴが現像ローラ３２表面と接する箇所は絶縁性突起８２にほぼ限定され、導電性微粒子８１ｂで形成された導電部は、現像ローラ３２の表面とは接触しにくくなる。そのため、導電部と現像ローラ３２の直接接触で両者間に導電パスが形成されにくくなり、トナーＴに注入した電荷が現像ローラ３２にリークするのを抑制することが可能となる。その結果トナーＴは現像ローラ３２上で電荷保持し続けることが可能となり、ドラム６２上の静電潜像に対しクーロン力で移動し可視像化することが可能となる。

ここで、トナーＴから現像ローラ３２への電荷リークをより効果的に防止するためには、トナーＴの導電性微粒子８１ｂからなる導電部と現像ローラ３２の接触確率を低減することが有効である。そのためには、現像ローラ３２表面の凹凸平均間隔よりもトナーＴの表面の絶縁性突起８２同士の平均間隔が短くなるように構成することが有効である。現像ローラ３２表面の凹凸平均間隔および絶縁性突起８２同士の平均間隔の指標としてはＪＩＳＢ０６０１において下式で定義される要素の平均長さＺｓｍを用いる。（Ｘｓｉ：１つの輪郭線要素に対応する長さ、ｍ：要素の個数）

ここで、トナーＴの表面における要素の平均長さをＺｓｍ１とし、現像ローラ３２の表面における要素の平均長さをＺｓｍ２と定義し、Ｚｓｍ１とＺｓｍ２が下記関係式を満たすように構成する。すると、トナーＴの導電性微粒子８１ｂによる導電部と現像ローラ３２表面の接触確率を低減し、トナーＴから現像ローラ３２への電荷リークを更に効果的に抑制することができる。

トナー表面のＺｓｍ１ ＜ 現像ローラ３２表面のＺｓｍ２

本実施例ではトナーＴにおける表面のＺｓｍ１＝１５０ｎｍ、現像ローラ３２表面のＺｓｍ２＝３００ｎｍとなっており上式を満たすよう構成し、トナー表面における突起部同士の平均間隔を、現像ローラ３２の表面の凹凸平均間隔よりも小さくした。
Ｚｓｍ１、Ｚｓｍ２は前述のＳＰＭを用いて下記条件で測定可能である。
走査型プローブ顕微鏡：日立ハイテクサイエンス（株）製
測定ユニット ：Ｅ−ｓｗｅｅｐ
測定モード ：ＤＦＭ（共振モード）形状像
解像度 ：Ｘデータ数 ２５６、Ｙデータ数 １２８
測定エリア ：１μｍ長
Ｚｓｍ１、Ｚｓｍ２算出の際は、測定データを「３次元傾き補正」モードの「表面粗さ解析」画面より解析した。

以上説明したように、本発明によれば、表面に絶縁部と導電部が混在する導電性トナーに注入帯電で電荷付与する際、トナーの導電部が現像ローラ表面と直接接触しないよう両者の表面形状を構成する。その結果、トナーに注入した電荷が現像ローラを介してリークすることを抑制することができる。

２０…現像装置ユニット、３２…現像ローラ、４２ｃ…電荷注入部材、Ｔ…導電性トナー

Claims (11)

1. 導電性を有する現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に担持された前記現像剤と接触して該現像剤に電荷を注入する電荷注入部材と、
   を有する現像装置において、
   前記現像剤は、
   体積抵抗率が１．０×１０^５Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^１１Ω・ｃｍ以下であり、且つ、
   前記現像剤が含有するトナー母粒子の表面には、絶縁性を有する複数の突起部が形成されており、
   前記現像剤の表面における最大山高さＳｐ１が、前記現像剤担持体の表面における最大山高さＳｐ２よりも大きいことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤の表面において前記突起部により形成される最大山高さＳｐ１が、３０ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤担持体の体積抵抗率が１．０×１０^６Ω・ｃｍ以上かつ１．０×１０^９Ω・ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記現像剤の表面において前記突起部により形成される要素の平均長さＺｓｍ１が、前記現像剤担持体の表面における要素の平均長さＺｓｍ２よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記現像剤の表面における前記突起部同士の平均間隔が、前記現像剤担持体の表面における凹凸平均間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記電荷注入部材の体積抵抗率が１．０×１０^６Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記現像剤は、前記トナー母粒子の表面に、導電層と前記突起部とが混在して形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 前記導電層は、前記トナー母粒子の表面を被覆する導電性微粒子により形成されることを特徴とする請求項７に記載の現像装置。
9. 前記突起部は、球形の二酸化ケイ素を用いて形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の現像装置。
10. 前記現像剤担持体の表面に接触して前記現像剤を前記表面に供給する現像剤供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の現像装置。
11. 静電潜像が形成される像担持体と、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の現像装置と、
    前記電荷注入部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
    を備え、
    前記現像装置が前記静電潜像を現像して形成された現像剤像を前記像担持体から記録材に転写することで記録材に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。

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