JP3963616B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像装置に関し、特に、電子写真装置、レーザープリンター等の静電潜像を乾式トナーで顕像化する現像装置の現像ローラ（現像剤担持体）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁性トナー、非磁性トナー等の乾式一成分トナーを用いる電子写真装置等の現像装置において、現像ローラの表面をブラスト処理して粗面化する提案が特公平６−４６３３１号、特公平３−３５６６４号において提案されている。特公平６−４６３３１号のものは、現像ローラを鏡面化、粗面化、メッキ処理の順で加工するものであり、特公平３−３５６６４号のものは、不定形粒子によるブラスト後、硬質メッキを施すものであった。
【０００３】
ここで、現像ローラを粗面化するのは、トナー（現像剤）の搬送性を確保のためであり、メッキ処理を施すのは耐久性を確保のためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術は、何れも現像ローラ表面の粗面化のために不定形粒子によるブラスト処理を施している。そのため、メッキ前の現像ローラ表面の形状が複雑であるため、メッキ処理の際のメッキ層の結晶成長の方向が複雑になり、図２にメッキ後の表面を模式的に示すようなノジュール（粒状成長）が発生する。このようなノジュールが発生すると、図３（ａ）に表面部の断面を模式的に示すように、ノジュール間にメッキ表面に鋭利な凹部が形成されるため、その箇所にトナーがフィルム状に固着するトナーフィルミングが起きやすく、そのため現像された画像にカブリの発生や階調性の低下が起き、現像画像の画質が劣化してしまう。また、メッキ層が脆くなるため、長時間現像し続けるとメッキ層が割れたり、剥がれたりして表面性が維持できず、搬送面が不均一になったり、現像剤帯電量が変化して、現像画像の画質が劣化してしまう。
【０００５】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子写真装置、レーザープリンター等の静電潜像を乾式トナーで顕像化する現像装置において、トナーフィルミングが起き難く良好なが画像が得られ、耐久性の高い現像ローラ（現像剤担持体）を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の現像装置は、回転して現像剤を担持し静電潜像担持体上へ搬送して潜像を現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体によって担持される現像剤の厚さを規制して現像剤の層を現像剤担持体上に形成する層形成部材とを有する現像装置において、
現像剤担持体を構成する基体の表面に球形ブラスト処理により凹凸を形成後、メッキ液中に非イオン性界面活性剤を混入させて無電解メッキ処理を施して作製された現像剤担持体を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
この場合に、無電解メッキ処理前の基体の表面のピークカウント値Ｐｃが２００以下である現像剤担持体を備えていることが望ましい。
【０００８】
また、無電解メッキ処理前の基体の表面の十点平均粗さＲｚが８μｍ以下である現像剤担持体を備えていることが望ましい。
【０００９】
また、無電解メッキ層の厚みが１０μｍ以下である現像剤担持体を備えていることが望ましい。
【００１０】
また、層形成部材はその少なくとも一部を構成する弾性体が現像剤担持体と当接するものであり、その弾性体の体積抵抗率が１０⁸ Ωｃｍ以下であることが望ましい。
【００１１】
また、フォーム状の供給部材が現像剤担持体に圧接されていることが望ましい。
【００１３】
以下、本発明の現像装置の作用・効果を説明する。
【００１４】
本発明においては、現像剤担持体を構成する基体の表面に球形ブラスト処理により凹凸を形成後、無電解メッキ処理を施して作製された現像剤担持体を用いるものである。
図２に示したように、メッキ処理において、メッキ処理前の状態により、メッキ処理後の表面にノジュール（粒状成長）を生ずる場合がある。ノジュールを発生した表面には、図３（ａ）に示したように、ノジュール間に鋭利な凹部が形成され、その箇所にトナーフィルミングが発生しやすい。
【００１５】
これに対して、ノジュールを発生しないメッキ表面には、このような凹部がないため、トナーフィルミングを発生しない。
【００１６】
現像剤担持体を構成する基体の表面に球形粒子を用いたブラスト処理（球形ブラスト処理）を行った後、メッキ処理をすれば、図３（ｂ）に示すように、下地がディンプル形状で比較的単純なため、ノジュールが発生しないか、あるいは極微量しか発生しない。そのため、メッキ面に不規則な凹凸が発生せず、トナーフィルミングを発生しない。また、メッキ面の強度が高く、長時間現像しても、メッキ面が割れたり、剥がれたりすることがない。
【００１７】
この場合に、無電解メッキ処理前の基体の表面のピークカウント値Ｐｃが２００以下であることが望ましい。
【００１８】
無電解メッキ処理前の凹凸のピッチが細かい程、結晶成長の方向がランダムになりノジュールが発生しやすい。
【００１９】
粗面の凹凸のピッチは、ピークカウント値Ｐｃで表される。このピークカウント値Ｐｃは、１０ｍｍ当たりの山の数であり、Ｓｍを平均山間隔（ｃｍ）とすると、
Ｐｃ＝１／Ｓｍ
で表される。
【００２０】
無電解メッキ処理前の下地表面の凹凸のピッチを示すＰｃを２００以下とすると、より一層ノジュールが発生し難くなる。
【００２１】
また、無電解メッキ処理前の基体の表面の十点平均粗さＲｚが８μｍ以下であることが望ましい。
無電解メッキ処理前の凹凸が粗い程、結晶成長の方向がランダムになるため、ノジュールが発生しやすい。
【００２２】
粗面の凹凸の粗さは、十点平均粗さＲｚで表される。この十点平均粗さＲｚは、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さＬだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から、最も高い山頂から５番目までの山頂の標高（Ｙｐ）の絶対値の平均値と、最も低い谷底から５番目までの谷底の標高（Ｙｖ）の絶対値の平均値との和であり、
Ｒｚ＝（｜Ｙｐ₁ ＋Ｙｐ₂ ＋Ｙｐ₃ ＋Ｙｐ₄ ＋Ｙｐ₅ ｜
＋｜Ｙｖ₁ ＋Ｙｖ₂ ＋Ｙｖ₃ ＋Ｙｖ₄ ＋Ｙｖ₅ ｜）／５
で表される。
【００２３】
無電解メッキ処理前の下地表面の十点平均粗さＲｚを８μｍ以下とすると、ノジュールがより一層発生しない。
【００２４】
しかし、Ｒｚが８μｍ以下であっても、Ｐｃが２００を越える場合は、表面形状が若干複雑になるために、ノジュールが発生する場合がある。
【００２５】
また、無電解メッキ層の厚みは１０μｍ以下であることが望ましい。
無電解メッキは、メッキ厚みが増す程結晶成長が進むために、ノジュールが発生しやすい。メッキ厚みが１０μｍ以下であると、より一層ノジュールは発生し難い。
【００２６】
また、層形成部材を構成し現像剤担持体と当接する弾性体の体積抵抗率が１０⁸ Ωｃｍ以下であることが望ましい。
【００２７】
以上のような構成によりノジュールの発生がない場合であっても、層形成部材の当接部の抵抗が高いと、当接部での摩擦帯電量が多くなるため、トナーに静電凝集が発生しやすくなり、静電凝集が発生するとその当接箇所でトナーが滞留するため、繰り返し現像剤担持体と擦られることで現像剤担持体にトナーフィルミングが発生しやすい。層形成部材の当接部の弾性体の体積抵抗率が１０⁸ Ωｃｍ以下であれば、このような静電凝集は発生しないため、トナーフィルミングは発生しない。
【００２８】
また、フォーム状の供給部材が現像剤担持体に圧接されていることが望ましい。
【００２９】
以上のような構成によりノジュールの発生がないため、フォーム状の供給部材（現像剤供給ローラ）を現像剤担持体に圧接させても、トナーを擦り付け、かつ、掻き取りながら供給するため、現像剤担持体上に固定層を発生させずにトナーを供給し続けられるので、トナーフィルミングを発生せずに安定して画像形成を続けることができる。
【００３０】
また、現像剤担持体の最外層の無電解メッキ処理時に非イオン性界面活性剤を混入させることが望ましい。
メッキ液と被メッキ品との濡れ性が悪いと、メッキ層と被メッキ品との間に水素が混入したり、メッキ工程において析出する物質が間に侵入するために、メッキ接着性が悪くなる。界面活性剤、特に非イオン性界面活性剤をメッキ液中に入れることにより、密着性の良い安定したメッキ表面が形成できる。
【００３１】
また、メッキ液中の水素ガスがメッキ面より離間しないと、水素ガスが付着した箇所はメッキ成長が阻害されるために、ピットと呼ばれる表面の凹部が発生する。ピットがあると、トナーが付着しやすくなり、トナーフィルミングが発生しやすく、耐久劣化を起こしやすい。非イオン性界面活性剤を用いれば、現像剤担持体に残留しても、摩擦帯電系列上マイナスであったりプラスであったりせずに比較的中性であるため、トナーの摩擦帯電に悪影響を及ぼすことがない。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の現像装置の実施例を説明する。
【００３３】
（実施例１）
図１に本発明の１実施例の現像器１の構成を示す。感光体１０の周りには、その回転方向に沿って、不図示の帯電手段、露光手段が設けられ、現像器１、不図示の、転写装置、及び、クリーニング手段が配置されている。
【００３４】
帯電手段は、感光体１０の外周面に当接して外周面を一様に帯電させる。一様に帯電した感光体１０の外周面には、露光手段によって所望の画像情報に応じた選択的な露光がなされ、この露光によって感光体１０上に静電潜像が形成される。
【００３５】
現像器１は、現像室５と、メインホッパ６と、トナーカートリッジ８とからなり、現像室５には、現像ローラ（現像剤担持体）２と、その現像ローラ２表面にトナーを供給する供給ローラ（供給部材）３と、現像ローラ２表面に担持されているトナーの厚さを規制してトナーの層を現像ローラ２に形成するブレード（層形成部材）４とが配置され、現像ローラ２とウレタンフォームからなる供給ローラ３は相互に接触して図示の方向に回転しており、現像ローラ２には現像バイアス電圧が、供給ローラ３には供給バイアス電圧がそれぞれ印加されており、供給ローラ３の回転により摩擦帯電されたトナーは供給ローラ３から現像ローラ２へ供給され、その表面に担持されているトナー層の厚さは現像ローラ２と当接しているブレード４で規制されると共に、現像ローラ２表面に担持されているトナーはさらなる摩擦帯電を受ける。
【００３６】
メインホッパ６内には、トナーカートリッジ８からトナー補給口９を介して補給されたトナーを攪拌して流動性の高い状態に保ったまま現像室５へと搬送するアジテータ７が配置されており、トナーを現像室５へと搬送している。
【００３７】
感光体１０上の静電潜像は、現像器１の現像ローラ２が感光体１０表面に接触して例えば一成分非磁性トナーが付与されて現像される。
【００３８】
現像器１中の現像ローラ２及び供給ローラ３には上記のようにバイアス電圧が印加されており、現像ローラ２は感光体１０の潜像領域にトナーを付着させて画像を形成するようなバイアス電圧が印加されており、また、供給ローラ３には現像ローラ２にトナーを供給する電界を形成するようなバイアス電圧が印加されている。
【００３９】
この実施例においては、現像ローラ２は−３００Ｖ、供給ローラ３は−５００Ｖのバイアス電圧を印加し、ＯＰＣで−１２００Ｖに帯電された感光体１０上の静電潜像を反転現像して画像形成を行った。
【００４０】
このような現像装置に用いる現像ローラ２は、アルミニウム製のシャフト表面に、ショットブラストにより凹凸形成後、ニッケル無電解メッキ処理をして作製する。
【００４１】
本実施例の現像ローラ２は、ショットブラストとして＃４００（ＪＩＳＲ６００１、３０μｍのメッシュ）の真球セラミックビーズを用い、ショット圧力２ｋｇ／ｃｍ² 、ノズル距離３０ｃｍ、２０ｒｐｍにて回転させたアルミシャフトに、シャフト全域にショットブラスト処理がされるように往復運動されたノズルにより、１分間ショットブラスト処理をして、凹凸を形成させた。
【００４２】
ショットブラストに使用できるのは、セラミックビーズには限定されず、ガラスビーズやステンレス等の金属ビーズを使用することもできる。
【００４３】
このようなショットブラスト後の表面粗さを測定したところ、表面粗さＲｚは５μｍ、Ｐｃは１６０であった。
【００４４】
表面を切断して、電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて５００〜１０００倍で観察を行ったところ、表面凹凸はクレータ状で、均一な凹凸面が形成されていた。
【００４５】
このようなショットブラストを行ったアルミシャフトに、ニッケル無電解メッキ処理を行い、メッキ層を形成させて、現像ローラ（現像剤担持体）２を完成させた。メッキ厚みを５〜７μｍを狙いとして、洗浄・脱脂・前処理後・ニッケル無電解メッキ処理を行い、その後、洗浄・乾燥して作製した。
【００４６】
このようなメッキ処理後の現像ローラ２の表面粗さを測定したところ、Ｒｚ＝４．８μｍ、Ｐｃ＝１６０であった。
【００４７】
また、電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて５００〜１０００倍で観察したところ、メッキは下地のショットブラスト面に綺麗に倣って形成されているため、ショットブラスト後に観察されたディンプル形状が再現良く残っていた。このような表面には、ノジュールやピット等のメッキ欠陥は観察されなかった。
【００４８】
このように作製した現像ローラ２を用いて図１の現像装置を組み立て、ポリエステル樹脂をメインとする一成分非磁性トナー（現像剤）を用いて画像形成を行ったところ、階調性が優れた良好な画像を形成することができた。また、連続印字試験を行ったところ、２５万枚の印字をしても現像ローラ２上にトナーフィルミングを発生することはなかった。さらに詳細に特性評価を行ったところ、初期において２５μＣ／ｇであった現像剤帯電量が、２５万枚印字後も２５μＣ／ｇであり、完全に維持することができた。
【００４９】
（比較例）
現像ローラ２をショットブラスト条件を変えて作製し、同様の評価を行った。ショットブラストは、＃２２０（ＪＩＳＲ６００１、５３μｍのメッシュ）のアルミナセラミックの異形粒子を用い、ショット圧力１．８ｋｇ／ｃｍ² 、ノズル距離３０ｃｍ、２０ｒｐｍにて回転させたアルミシャフトに、シャフト全域にショットブラスト処理がされるように往復運動されたノズルにより、１分間ショットブラスト処理をして、凹凸を形成させた。 このようにして作製したアルミシャフトの表面粗さを測定したところ、Ｒｚ＝５μｍ、Ｐｃ＝２４０であった。
【００５０】
表面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）により５００〜１０００倍にて観察したところ、異形粒子によって処理されたために、鋭利な凹凸面が形成されていた。
【００５１】
このようなショットブラスト後のアルミシャフト表面に、ニッケル無電解メッキ処理を実施例１と全く同様に行った。ニッケル無電解メッキ処理後の表面粗さを測定したところ、Ｒｚ＝４．５μｍ、Ｐｃ＝２５０であった。
【００５２】
表面を電子顕微鏡にて観察したところ、ノジュールが多数発生しており、ショットブラスト後の表面と全く異なる表面形状をしていた。
【００５３】
このような現像ローラ２を用いて図１の現像装置を組み立て、実施例１と同様の現像評価を行った。
【００５４】
現像ローラ２上に形成された搬送面を観察したところ、トナーが均一に薄層形成されずにスジ状のムラが発生していた。また、形成された画像は、非画像部にカブリを生じており、階調性も悪かった。
【００５５】
このような現像装置にて連続印字を行ったところ、１万枚にて現像ローラ２表面にトナーフィルミングを発生し、その結果、画像にカブリを生ずる等の劣化が発生した。
【００５６】
（変形例１）
現像ローラ表面のショットブラスト条件を最適化するために、真球セラミックビーズを用いてブラスト粒子径、ショット圧力を変化させた現像ローラ２を作製して、現像特性評価を行った。表１は、ブラスト粒子とショット圧力条件を変化させた場合の、ショットブラスト後の表面のＲｚ、Ｐｃの結果である。
表１

【００５７】
このようにしてブラスト処理を行った後、実施例１と同様にニッケル無電解メッキ処理を行い、現像ローラ２を作製した。この現像ローラ２を用いて図１の現像装置を組み立て、実施例１と同様の現像評価を行ったところ、何れも良好な画像が得られた。
【００５８】
さらに、連続印字試験を行ったところ、条件▲１▼は２５万枚までトナーフィルミングを発生せずに良好な画像を形成することができ、同様に条件▲２▼は１２万枚、条件▲３▼は１５万枚、条件▲４▼は８万枚まで良好な画像を形成することができた。
【００５９】
このような差がどのようにして発生するか原因を調査するために、電子顕微鏡にて詳細に観察を行ったところ、Ｒｚが８μｍを越えると、メッキ処理後の表面がショットブラスト表面を忠実には再現し難くなることが分かった。条件▲４▼のようにＰｃが２００を越える場合は、異形粒子によりブラストショットを行った程ではなくとも、極めて細かくまた深く表面処理がされているために、メッキ厚み５μｍではディンプル形状が再現されず、一部ではノジュールとまではいかないものの、それに近い形状になっていた箇所があったために、トナーフィルミングが他よりも早く発生した。
【００６０】
（変形例２）
無電解メッキ厚を最適化するために、実施例１において作製したのと同様のブラスト処理後のアルミシャフトに、メッキ厚み２０μｍと７μｍの比較を行った。メッキ厚みは、メッキ処理時問を変化させて作製した。
【００６１】
その結果、２０μｍでは、表面粗さＲｚ＝３．２μｍ、７μｍではＲｚ＝４．８μｍとなった、
このような現像ローラ２を用いて図１の現像装置を組み立てたときのトナー搬送量を測定したところ、メッキ厚み２０μｍでは搬送量が少なかった。
【００６２】
また、現像剤帯電量を測定したところ、メッキ厚み２０μｍでは４２μＣ／ｇで、メッキ厚み７μｍでは２５μＣ／ｇであったことと比較すると、現像剤帯電量が高く、画像上では転写散りが多く発生するために、階調性が悪い画像であった。
【００６３】
このような差が生じる原因を調査するため、電子顕微鏡にて詳細に観察したところ、７μｍ厚みのメッキ表面は下地のクレータ形状を忠実に再現していたが、２０μｍ厚みのメッキ表面はクレータ形状を確認きるものの、その輪郭が不明瞭であり、忠実に再現していなかった。このようなことから、トナーの機械的な搬送力が不足し、搬送量が低下すると共に、現像剤帯電量が高くなり、画像が劣化したことが分かった。
【００６４】
（変形例３）
ブレード４として金属板にに弾性体であるゴムチップを貼り付けたものを使用して、実施例１と同様の方法で作製した現像ローラ２を用いて図１の現像装置を組み立てた。ここで、画像上のスジムラを少なくするために、ブレード４の抵抗値を変化させて比較を行ったところ、弾性体のゴムチップの体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃｍと１０⁶ Ωｃｍの場合で比較した結果、１０¹⁰Ωｃｍでは、画像上は良好だが、搬送面上に搬送ムラがわずかに発生していることが確認され、１０⁶ Ωｃｍでは全く確認できなかった。
【００６５】
ブレード４の弾性体ゴムチップの抵抗値により、搬送面のスジムラが異なっており、メッキ表面とブレード４の弾性体ゴムチップを組み合わせることにより、現像剤帯電量が比較的高くなるため、１０¹⁰Ωｃｍでは、帯電量が非常に高いトナーが発生するために静電凝集を発生し、その静電凝集したトナーがブレード４と現像ローラ２の間に滞留してスジムラを発生していることが分かった。
【００６６】
ブレード４の弾性体ゴムチップの抵抗を１０⁶ Ωｃｍとすることにより、非常に帯電量が高いトナーを中和し、静電凝集の発生を防止できるために、スジムラがなくなった。
【００６７】
ブレード４の弾性体ゴムチップの抵抗と現像剤帯電量の関係を調べたところ、１０⁷ Ωｃｍ以下で適正な現像剤帯電量が得られた。
【００６８】
（変形例４）
実施例１の現像装置において使用したウレタンフォームからなる供給ローラ３の代わりに、金属ローラからなる供給ローラ３を現像ローラ２と離間させて設置し、現像ローラ２と同様に回転させて構成した現像装置により、画像形成を行ったところ、初期においては安定して画像形成を行うことができたが、連続して画像形成を行ったところ、３万枚で現像ローラ２上の搬送量にスジ状ムラが発生した。このときの現像ローラ２を観察したところ、トナーフィルミングを発生していた。
【００６９】
（変形例５）
実施例１の現像ローラ２で、メッキ処理時に非イオン系界面活性剤を混入する場合と混入しない場合で比較を行った。非イオン系界面活性剤として、カルボン酸系界面活性剤を４０ｐｐｍ混入させたとき、現像ローラ２表面のメッキ面は滑らかで欠陥等を発生せずに良かった。
【００７０】
このような非イオン系界面活性剤を使用せずにメッキ処理を行ったところ、１０００本中２〜３本でピットが発生した。電子顕微鏡により５００〜１０００倍で観察を行ったところ、表面に多数ピットが発生していた。このような現像装置を用いて画像を形成したところ、現像剤帯電量が不均一であり、カブリを生じてしまうため、良好な画像を得られなかった。
【００７１】
以上、本発明の現像装置を実施例、変形例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例等に限定されず種々の変形が可能である。なお、本発明が適用できる現像装置としては、図１のような接触現像器に限定されずジャンピング現像装置であってもよく、また、現像ローラも金属ローラに限定されない。
【００７２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の現像装置によると、現像剤担持体を構成する基体の表面に球形粒子を用いたブラスト処理を行った後、メッキ処理をすれば、下地がディンプル形状で比較的単純なため、ノジュールが発生しないか、あるいは極微量しか発生しない。そのため、メッキ面に不規則は凹凸が発生せず、トナーフィルミングを発生しないので、カブリの発生や階調性の低下が起きず良好な画質の画像が得られる。また、メッキ面の強度が高く、長時間現像しても、メッキ面が割れたり、剥がれたりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の現像器の構成を示す図である。
【図２】メッキ後の表面に発生するノジュール（粒状成長）を模式的に示す図である。
【図３】従来の現像ローラと本発明の現像ローラのメッキ層の断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…現像器
２…現像ローラ（現像剤担持体）
３…供給ローラ（供給部材）
４…ブレード（層形成部材）
５…現像室
６…メインホッパ
７…アジテータ
８…トナーカートリッジ
９…トナー補給口
１０…感光体

Claims (6)

1. 回転して現像剤を担持し静電潜像担持体上へ搬送して潜像を現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体によって担持される現像剤の厚さを規制して現像剤の層を現像剤担持体上に形成する層形成部材とを有する現像装置において、
   現像剤担持体を構成する基体の表面に球形ブラスト処理により凹凸を形成後、メッキ液中に非イオン性界面活性剤を混入させて無電解メッキ処理を施して作製された現像剤担持体を備えていることを特徴とする現像装置。
2. 無電解メッキ処理前の基体の表面のピークカウント値Ｐｃが２００以下である現像剤担持体を備えていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 無電解メッキ処理前の基体の表面の十点平均粗さＲｚが８μｍ以下である現像剤担持体を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
4. 無電解メッキ層の厚みが１０μｍ以下である現像剤担持体を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の現像装置。
5. 層形成部材はその少なくとも一部を構成する弾性体が現像剤担持体と当接するものであり、その弾性体の体積抵抗率が１０⁸ Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の現像装置。
6. フォーム状の供給部材が現像剤担持体に圧接されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の現像装置。

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