JP4416280B2 - 現像剤剥取り部材および現像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像剤担持体からの現像剤の剥取りを行う現像剤剥取り部材を備えた現像装置を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複写機や画像形成記録装置、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置においては、電子写真感光体や静電記録誘電体からなる像担持体上に形成した潜像を、現像装置により現像してトナー像として可視化することを行っている。
【０００３】
このような現像装置の１つとして乾式１成分現像装置が種々提案され、また実用化されている。しかし、いずれの現像装置でも、現像剤担持体上に非磁性１成分現像剤である非磁性トナー（非磁性１成分トナー）の薄層を形成することが困難である問題があった。
【０００４】
しかるに、画像の解像度、鮮明度等の向上が求められている現在、トナーの薄層形成方法およびその装置に関する開発は必須となっており、これに対していくつかの方策が提案されている。
【０００５】
たとえば特開昭５４−４３０３号に示されるように、現像剤担持体である現像ローラにゴムまたは金属製の弾性ブレードを当接させ、弾性ブレードと現像ローラとの当接部の間をトナーを通過させて規制することにより、現像ローラ上にトナーの薄層を形成し、かつ当接部での摩擦でトナーに十分な摩擦帯電電荷（トリボ）を付与させるものがある。
【０００６】
この場合、弾性ブレードにより非磁性トナーを規制するときには、現像ローラ上にトナーを供給するトナー供給部材が別途必要となる。これは、磁性トナーの場合には、現像ローラ内の磁石の磁力により現像ローラ上にトナーを供給することができるが、非磁性トナーの場合には、磁力によるトナーの供給が行えないためである。
【０００７】
特開昭５８−１１６５５９号の現像装置では、図８に示すように、非磁性１成分トナー１０６を収容した現像容器１０２内に、弾性ブレード１０４よりも現像ローラ１０３の回転方向上流側の位置で、現像ローラ１０３に当接するファーブラシ構造のローラ（ブラシローラ）１１５を設置して、現像ローラ１０３上の現像に消費されずに残存した現像残りのトナーをブラシローラ１１５により剥ぎ取るとともに、現像ローラ１０３上に新たなトナー１０６を供給するようにしている。
【０００８】
これによって、現像ローラ１０３上に非磁性トナー１０６の薄層を良好に形成することができるので、感光ドラム１０１上の静電潜像を良好に現像することができ、現像により高濃度、広面積のべた黒画像を忠実に再現して、良好な画像を得ることが可能となった。
【０００９】
ところで、上記したブラシローラ１１５は、金属の芯金上にナイロン、レーヨン等の繊維を植毛して構成されており、長期間にわたる現像装置の繰り返し使用において、繊維の抜けにより弾性ブレードと現像ローラ間に繊維が詰まり、その部分に白スジが発生したり、繊維の倒れによりブラシローラの現像ローラへの当接不良が起こり、トナー供給および剥取り不足からべた黒画像の再現が不十分になる場合があった。
【００１０】
そこで、トナー供給部材を、比較的低硬度のポリウレタンフォーム等の連泡性発泡体で形成した発泡骨格構造の弾性ローラとすることにより、現像ローラに対し過大な圧を加えることなく軽圧で当接させて、発泡体表面の適度な凹凸により、現像ローラ上へのトナーの供給および現像残りトナーの剥取りを行うことが可能となった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような現像装置では、弾性ローラが比較的低密度の連泡性発泡体から形成されているため、特に小粒径のトナーを高湿度環境下で用いた場合や、略球形のトナーを用いた場合には、現像動作を多数回繰り返すうちに、弾性ローラの気泡内部にトナーが入り込んでいき、詰まりを生じる。このようなトナー詰まりが弾性ローラの発泡体全体に達すると、弾性ローラが硬質化し、現像ローラに対する弾性ローラの当接圧が過大となり、現像ローラおよび弾性ローラの駆動トルクの増大を招いたり、現像ローラに対する弾性ローラのトナーの塗布および剥取りにむらが生じ、現像ローラ上にコーティングむらが発生し好ましくなかった。
【００１２】
この弾性ローラ内部のトナー詰まりによる不都合を防止するためには、以下の措置が考えられる。（１）弾性ローラ表面にトナー詰まり防止用のスキン層を設ける。（２）弾性ローラを単泡性の発泡体で構成する。（３）連泡性の発泡体のセル（気泡）を極力細かくし、密度の高いものを使用する。しかしながら、以下の問題が生じた。
【００１３】
まず、（１）の弾性ローラでは、そのスキン層を現像ローラ表面に当接し摺擦すると、現像ローラへトナーを擦りつけるスキン層表面の働きが強すぎ、現像動作を多数回繰り返した場合、現像ローラ上のトナーが融着したり、トナーが物性変化を起こし、すなわち劣化して、かぶりが増加する結果を招く。またスキン層表面を適度に粗した場合でも、発泡体表面に比べて局所的に硬度が高く、したがってトナーおよび現像ローラに対する局所的な圧力が高いため、同様の問題を防止できなかった。
【００１４】
またスキン層は非常に薄層に設けるため、現像ローラとの摺擦によりスキン層が摩耗したり、削られるために、発泡セル中にトナーが入り込む状況が発生し、長期間の使用での安定性を得ることが難しかった。
【００１５】
（２）の弾性ローラでは、単泡性の発泡体表面の凹凸により、連泡性の発泡体と同様に、現像ローラ上へのトナーの塗布、剥取りは良好に行えるが、単泡性の発泡体は、連泡性の発泡体に比べ硬度や反発弾性が高く、弾性ローラの硬度が高くなり過ぎ、このため現像ローラに対し弾性ローラを安定して確実に当接する配置をとると、現像ローラおよびトナーへの当接圧が過大となり、現像ローラおよび弾性ローラの駆動トルクの増大を招いたり、長期使用によるトナーの物性変化（トナー劣化）にともなうかぶりの増大を招くなど、不都合が生じる。
【００１６】
このような不都合を防止するには、単泡性の発泡体の硬度を極力下げればよいが、この場合はオイル成分が多く含まれることになり、現像ローラおよびトナーに弾性ローラを接触したまま高温環境下で長期間放置した際、オイル成分が染み出して現像ローラおよびトナーにオイルが付着し、現像ローラ上へのトナー融着が発生してしまう。現像ローラ上にトナーが融着すると、現像ローラに新たに供給されたトナーが、現像ローラ上の融着したトナーと摩擦されることになり、適正な摩擦帯電電荷を付与することができず、トナーの帯電量不足によるかぶりが発生し、好ましくなかった。
【００１７】
（３）の弾性ローラでは、一般的なセル数の連泡性の発泡体、たとえばセル数３０個〜５０個／インチのポリウレタンフォーム等の発泡体に対し、極力セルを細かくした、セル数１００個／インチ以上の連泡性の発泡体を使用すれば、凹凸のあるトナーでは弾性ローラ内に侵入するのをある程度防止可能となるが、略球形のトナーではあまり効果が認められなかった。その結果、全体の硬度が（２）の弾性ローラと同様に高くなり過ぎて、弾性ローラおよび現像ローラの駆動トルクの増大やトナー劣化、そのトナー劣化によるかぶりの増大といった同様な不具合を招いた。
【００１８】
本発明の目的は、現像剤担持体からの現像剤の剥取りを良好に行うことの可能な現像剤剥取り部材を備えた現像装置を有する画像形成装置を提供することである。
【００１９】
また、本発明の目的は、現像装置の弾性ローラを長期間使用しても、現像ローラおよびこの現像ローラ上のトナーに対して過大な圧力を加えることがなく、弾性ローラにより現像ローラ上へのトナーの供給および剥取りを良好に行って、良好な現像によりかぶり等のない高品質な画像を得ることを可能とした現像剤剥取り部材を備えた現像装置を有する画像形成装置を提供することである。
【００２０】
本発明の上記以外の目的および本発明の特徴とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、一層明確になるであろう。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、トナー担持体と、該トナー担持体からのトナーの剥取り及び該トナー担持体へのトナーの供給を行うトナー供給部材であって、芯金と、芯金上に形成された導電性の基層と、該基層上に形成され、該基層にトナーが侵入するのを防止する導電性の侵入防止層と、該侵入防止層上に形成され、トナーが侵入可能な連泡性発泡体からなる絶縁性の表層とを備えるトナー供給部材とを有し、像担持体の静電潜像をトナーにより現像する現像器と、
現像時に前記芯金と前記トナー担持体との間のトナーが前記トナー担持体に向かって付勢されるように、前記芯金と前記トナー担持体との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２５】
実施例１
図１は、本発明の現像装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。
【００２６】
本実施例において、画像形成装置は、図１に示すように、像担持体として矢印Ｘ方向に周速Ｖｘで回転する感光ドラム１を有し、その感光ドラム１の周囲に、回転方向に沿って、１次帯電ローラ（１次帯電器）２、露光器３、現像装置４、転写帯電器５および定着器７が配設されている。
【００２７】
画像形成するには、まず、感光ドラム１を矢印Ｘ方向に回転し、その感光ドラム１の表面を矢印Ｗ方向に回転する１次帯電ローラ２により一様に帯電する。１次帯電ローラ２は感光ドラム１に接触して帯電を行う接触帯電器であり、図示しない１次帯電バイアス電源が接続されている。本実施例では、感光ドラム１をＶｘ＝９３ｍｍ／秒で回転し、１次帯電ローラ２を感光ドラム１とほぼ同速に回転駆動し、１次帯電バイアス電源から帯電ローラ２に約−１３００Ｖを印加して、感光ドラム１の表面を約−７００Ｖに帯電した。
【００２８】
露光器３はレーザもしくはＬＥＤ等の発光器を備えている。上記の帯電した感光ドラム１に露光器３により情報信号に応じた光像を露光走査して、感光ドラム１の表面に情報信号に応じた静電潜像を形成し、その潜像を現像装置４により現像してトナー像として可視化する。
【００２９】
本画像形成装置は、感光ドラム１上の潜像の現像に反転現像方式をとっており、現像装置４は非磁性１成分トナーとして負帯電トナーを使用し、その負帯電トナーを感光ドラム１上の静電潜像の露光部に付着して、静電潜像を現像する。しかし、本発明は、現像方式をこれに限るものではない。
【００３０】
ついで、感光ドラム１上に形成されたトナー像を、図示しない搬送ローラにより感光ドラム１に供給された転写紙Ｐに、転写帯電器５の作用により転写する。本実施例では、転写帯電器５はローラタイプ、つまり転写ローラとされ、この転写帯電器５には、図示しない転写バイアス電源から約＋２〜＋５ｋＶの電圧が印加される。転写が終了した転写紙Ｐは、定着器７に送ってトナー像を熱溶融して定着し、転写紙Ｐ上に永久画像を得る。
【００３１】
上記の記録紙Ｐへのトナー像の転写の際、感光ドラム１上には転写されずに残留した転写残りのトナーが発生するが、本画像形成装置は、転写残りトナーを現像同時クリーニング方式により除去しており、感光ドラム１上の転写残りトナーは、１次帯電ローラ２を通過後、現像装置４の現像ローラ８に回収される。これについては後述する。
【００３２】
現像装置４は、内に１成分現像剤の非磁性トナー（非磁性１成分トナー）Ｔを収容し、その感光ドラム１と対面した長手方向に延在する開口部に、現像剤（トナー）担持体として上記の現像ローラ８が感光ドラム１と当接配置されている。この現像ローラ８は弾性ローラからなり、矢印Ｙ方向に周速Ｖｙで回転される。現像ローラ８の周速Ｖｙは感光ドラム１の周速Ｖｘに対し、Ｖｙ＞Ｖｘとしてあり、本例ではＶｙ＝１４５ｍｍ／秒である（Ｖｘ＝９３ｍｍ／秒）。
【００３３】
現像ローラ８には感光ドラム１とは反対側（背面側）の下寄りの位置に、トナー供給部材としての弾性ローラ９が当接配置されている。この弾性ローラ９は現像ローラ８に対し、矢印Ｚのカウンター方向に周速Ｖｚで回転される。弾性ローラ９の背面側にはトナー攪拌部材１１が設置される。また現像ローラ８の回転方向上、弾性ローラ９よりも下流側の位置には、現像ローラ８にトナー規制部材としての現像ブレード１０が当接配置されている。さらに、現像装置４外には、現像ローラ８に現像バイアスを印加する直流高圧電源（現像バイアス電源）１３が設置されている。本実施例では、この電源１３は、弾性ローラ９が同電位となるように、弾性ローラ９の芯金にも接続されている。
【００３４】
現像装置４内の非磁性トナーＴは攪拌部材１１により攪拌されつつ、弾性ローラ９に搬送される。弾性ローラ９に搬送されたトナーＴは、弾性ローラ９の表面の凹凸および空孔で担持されつつ、弾性ローラ９の回転により現像ローラ８に搬送される。現像ローラ８に搬送されたトナーＴは、弾性ローラ９と現像ローラ８との当接部において、それらの周速差により摩擦帯電され、現像ローラ上に塗布される（トナーコート）。本実施例では、弾性ローラ９の周速ＶｚをＶｚ＝７０ｍｍ／秒とした。
【００３５】
弾性ローラ９の周速Ｖｚは、現像ローラ８の周速Ｖｙの３０〜８０％程度にするのが好ましい。弾性ローラ周速Ｖｚが現像ローラ周速Ｖｙの３０％以下となると、現像ローラ８へのトナー供給が不足し、べた画像出力時に画像後端に濃度薄が生じる。弾性ローラ周速Ｖｚが現像ローラ周速Ｖｙの８０％以上となると、現像ローラ８へのトナーの供給が過剰になって、現像ローラ８の周囲表面でトナーが詰まり、ブロッキングを起こしてしまう。
【００３６】
本実施例では、上記したように、現像ローラ８の周速Ｖｙが１４５ｍｍ／秒、弾性ローラ９の周速Ｖｚが７０ｍｍ／秒であり、弾性ローラ周速Ｖｚは現像ローラ周速Ｖｙの約４８％である。弾性ローラ９の現像ローラ８に対する相対速度は、２０〜３００ｍｍ／秒の広い範囲とすることができ、本実施例では、カウンター方向回転なので、相対速度はＶｚ＋Ｖｙ＝２１５ｍｍ／秒である。この弾性ローラ９と現像ローラ８との当接幅（ニップ幅）は約１〜１０ｍｍ必要で、本実施例では当接幅を５ｍｍとした。
【００３７】
現像ローラ８上に塗布（コート）されたトナーＴは、現像ローラ８の回転により現像ブレード１０のところに搬送され、現像ブレード１０による規制および摩擦で、所定厚さのトナー層に形成され、また所定の帯電量まで電荷が付与される。現像ブレード１０は、厚さ約０．１ｍｍのステンレスの薄板を、その先端から約２ｍｍの位置で現像ローラ８と反対側に折曲形成してなっており、現像ブレード１０の折曲部を現像ローラ８の表面に若干食い込ませた状態で当接配置している。
【００３８】
現像ブレード８による層厚規制と電荷付与を受けたトナーＴは、現像ローラ８の回転により感光ドラム１と対向した現像領域へ搬送され、現像バイアス電源１３から現像ローラ８に印加した直流電圧、本例では−４６０Ｖにより、感光ドラム１に転移して静電潜像の露光部に付着し、潜像を反転現像して、トナー像として可視化する。
【００３９】
現像同時クリーニング方式について説明する。上述したように、トナー像の転写の際、感光ドラム１上に転写残りのトナーが発生する。この転写残りトナーは、通常、転写帯電器５による放電を受けるため、正規の帯電極性とは逆極性に帯電したトナー（反転トナー）となるが、一次帯電器２と感光ドラム１とによる摺擦、および一次帯電器２による放電で正規の帯電極性に戻され、感光ドラム１上に担持されたまま、また一次帯電器２から感光ドラム１上に吐き出されて、再度感光ドラム１上に担持されて一次帯電器２を通過する。
【００４０】
この感光ドラム１上の転写残りトナーのうち、感光ドラム１上の非画像部に存在するトナーが、感光ドラム１と現像ローラ８との接触部で、感光ドラム１の帯電電位（−７００Ｖ）と現像ローラ８に印加された現像バイアス（−４６０Ｖ）の電位差により、感光ドラム１から除去されて現像ローラ８に回収される。現像ローラ８に回収されたトナーは、現像ローラ８上の現像残りのトナーとともに、弾性ローラ９により剥ぎ取られる。
【００４１】
現像同時クリーニングを図３によりさらに説明すると、図３において、符号Ｔ′は感光ドラム１上に残留した転写残りトナーを示し、Ｔは現像ローラ８上に担持された現像前の新しいトナーを示す。転写残りトナーＴ′、新しいトナーＴのいずれもマイナス（−）に帯電している。
【００４２】
感光ドラム１上の静電潜像、つまり露光部電位（画像部電位）は、露光により約−１００Ｖとなっている。このとき、転写残りトナーＴ′は、そのまま感光ドラム１上に残り、現像バイアス−４６０Ｖと感光ドラム１０１上の露光部電位−１００Ｖとの電位差により、現像ローラ８上のトナーＴが感光ドラム１上の露光部に転移し、感光ドラム１上の静電潜像を現像する。
【００４３】
同時に、非露光部（非画像部）の負帯電の転写残りトナーＴ′は、感光ドラム１上の非露光部電位（非画像部電位、つまり一次帯電電位）−７００Ｖと現像バイアス−４６０Ｖとの電位差により現像ローラ８上に転移し、すなわちクリーニングされ、現像装置４に回収される。このとき、現像ローラ８上のトナーＴはそのまま現像ローラ８上に残る。以上により、現像同時クリーニングが実現される。
【００４４】
画像形成中に転写紙のジャム発生により、多量のトナーが現像ローラ８に回収されると、現像ブレード１０で規制したトナー量以上のトナーが現像ローラに担持されることになる。この場合でも、本発明では、後述するように、現像ローラ８上のトナーを剥ぎ取る弾性ローラ９にトナーが入り込まず、弾性ローラ９が硬化することがないので、トナーを劣化させることなく、トナーを回収することが可能となる。
【００４５】
以下、本発明の最も特徴とする弾性ローラ９について説明する。弾性ローラ９は、図２に示すように、導電性の芯金９ａの外周に、連泡性発泡体からなる基層９ｂ、トナー侵入防止層９ｃおよびトナー剥取り層９ｄを、内側から順に同心円状に積層した複数層構造に構成されている。本実施例では、基層９ｂ、侵入防止層９ｃおよび剥取り層９ｄは絶縁性とされており、芯金９ａには、前述したように、現像バイアス電源１３を接続して、現像時、弾性ローラ９を現像ローラ８と同電位に保っている。
【００４６】
本発明では、上記のように、基層９ｂとトナー剥取り層９ｄとの間に、トナー侵入防止層９ｃを介挿したが、これはつぎのような作用効果をもたらす。
【００４７】
（１）第１に、弾性ローラ９内部へのトナーの侵入を防止しつつ、所望のトナー量を現像ローラ８に搬送できることである。
【００４８】
弾性ローラ９の最表層は、現像ローラ８へのトナーの供給と、現像に寄与しなかった現像残りトナーの剥取りとの２つの役目を担う。現像ローラ８上のトナーは、発泡セルの縁の部分が摺擦することにより、メカニカルに剥ぎ取られるが、剥ぎ取られたトナーは発泡体中に侵入しても、侵入防止層９ｃによって堰き止められるので、弾性ローラ９全体の硬度上昇はほとんどない。
【００４９】
最表層がソリッドゴムや単泡性スポンジゴムの場合は、トナーを担持する量が少なくなりがちで、現像に必要なトナー量を現像ローラ８上に担持しにくくなるが、連泡性ならばセル中にトナーを含むことができるため、現像ローラ８に必要量のトナーを担持することができる。
【００５０】
その結果、トナーの弾性ローラ９内部へのトナーの侵入を防止しつつ、所望するトナー量を現像ローラ８に搬送することができる。
【００５１】
また剥取り層９ｄのセル中に含まれたトナーは、弾性ローラ９の表面近傍に存在するため、直ぐに現像ローラ８に担持される割合が高く、したがって同じトナーが同一場所に長く存在して何度も摺擦を受けるというようなことがなく、それによって生じるトナー劣化を防止できる。このトナー劣化を防止できることは、現像同時クリーニング方式では回収されたトナーを再利用するため、特に有益である。
【００５２】
（２）第２に、基層９ｂと剥取り層９ｄの機能分離が可能なことである。
【００５３】
従来の連泡性発泡体単層の弾性ローラでは、現像ローラ８へのトナーの供給および剥取りと耐久性とを考えて、現像ローラ８に過大な圧力を加えないように、またトナーへの電荷付与性を考慮して、材料を選択しなければならなかったので、弾性ローラの材料選択の幅が少なかった。
【００５４】
これに対し、基層９ｂは現像ローラ８上のトナーの剥取りに直接作用しないため、現像ローラ８に過大な圧力を加えないように発泡セル径および硬度を選択することができ、ゴム等の材料の種類の選択範囲が広がる。すなわち、基層９ｂは永久変形の発生しない領域で、セル径やセル密度、ゴム硬度を選択することができ、弾性ローラ９を、現像ローラ８との当接ニップが広く、かつ過剰な圧力を作用させないものとすることができる。
【００５５】
剥取り層９ｄの厚さは０．５〜３ｍｍが使用可能範囲である。剥取り層の厚さが０．５ｍｍ以下となると、トナーの搬送量が減少してしまうため、所望量のトナーを搬送しづらくなる。また３ｍｍ以上となると、剥取り層中にトナーが過多となり、剥取り層の硬度が高くなって、本発明の効果を得られなくなる。
【００５６】
剥取り層９ｄの厚さの層全体（基層９ｂ、トナー侵入防止層９ｃ、剥取り層９ｄの厚さ）に占める割合としては、５０％以下が好ましい。５０％を超えてしまうと、基層９ｂの割合が減ることから芯金９ａの影響を受け、所望のローラ硬度が得にくくなるからである。
【００５７】
本実施例では、弾性ローラ９の芯金９ａをステンレス製で外径５ｍｍとし、芯金９ａ上に基層９ｂとして、連泡性発泡体のウレタンスポンジゴム（密度：０．０３０ｇ／ｃｍ³、セル径：２００〜３５０μｍ、ゴム硬度：４°（アスカーＣ））を厚さ４．５ｍｍに形成し、その際、トナー侵入防止層９ｃを、基層９ｂの連泡性発泡体の成型時にできる基層９ｂ表層のスキン層として形成した。このトナー侵入防止層９ｃは１０μｍ程度の厚さに形成された。トナー侵入防止層９ｃ上にトナー剥取り層９ｄとして、連泡性発泡体のウレタンゴムスポンジ層（密度：０．０４２ｇ／ｃｍ³、セル径：１００〜１８０μｍ、ゴム硬度２０°（アスカーＣ））を厚さ１ｍｍに形成した。
【００５８】
ここで、セル径とは、任意断面の発泡セルの平均径をいい、任意断面の拡大画像から最大である発泡セルの面積を測定し、この面積から真円相当径を換算し最大セル径を得る。この最大セル径の１／２以下である発泡セルをノイズとして削除した後、残りの個々のセル面積から同様に換算した個々のセル径の平均値である。
【００５９】
これにより、外径１６ｍｍの弾性ローラを得た。基層９ｂ、侵入防止層９ｃおよび剥取り層９ｄは絶縁性である。なお、ゴム硬度の測定には、ＡｓｋｅｒＣゴム硬度計（高分子計器（株）製）を用いた。
【００６０】
基層９ｂおよび剥取り層９ｄのゴム材料としては、上記のウレタンゴムの他に、ＮＢＲゴム（ニトリルゴム）、シリコーンゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭゴム）、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムおよびこれらの複合混合物など、一般に用いられるゴムが使用可能である。
【００６１】
本発明における弾性ローラの製造方法について述べる。
【００６２】
図２の弾性ローラ９の芯金９ａを用意し、その外周面に接着剤を塗布して、円筒形金型の成型キャビティ内にセットし、液状としたイソシアネートとエチレンオキサイドを混入済みのポリオールとを同時にキャビティ内に流し込み、予め６０℃程度に温調した雰囲気中で約３０分保持して、反応を完了させる。いわゆるワンショット方式であり、これによりウレタンスポンジの基層９ｂが成型され、反応終了後、基層９ｂを金型から取り出す。スポンジ形成時の発泡により発生した気体は、金型上部からエアー抜きされる。こうして得られた中間成型品の基層９ｂの表面には、金型の内壁形状に沿ってスキン層が形成され、上記したトナー侵入防止層９ｃとして作用する。
【００６３】
同様に、最表層であるトナー剥取り層９ｄは、上記の基層９ｂの端部をマスキングした後、基層９ｂ上に同様に成型することにより得られる。剥取り層９ｄの表面にもスキン層が形成されるので、脱型後、円筒研削盤を用いて剥取り層９ｄ上のスキン層を研磨して、剥取り層９ｄを所定の厚さに仕上げる。このスキン層を研磨する理由は、剥取り層９ｄにスキン層がついたままであると、弾性ローラ９のトナー搬送力が低下することと、剥取り層が低硬度の場合には、長期間の使用による現像ローラ８との摺擦で、スキン層が削られる恐れがあるので、初めからない方がよいからである。
【００６４】
以下、本発明で用いた現像装置４の各部の部材等について説明する。
【００６５】
本実施例では、現像ローラ８は、外径８ｍｍの中実の円筒状金属棒の外周上に、シリコーンゴムからなる弾性層を約４ｍｍの厚さに積層して、外径１６ｍｍに形成してなっている。弾性層に使用するゴムとしては、その他に、ＮＢＲゴム、ブチルゴム、天然ゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴムおよびこれらの複合混合物など、一般に用いられるゴムが使用可能である。
【００６６】
通常、上記ゴム材料は、オイル含有量を多くすることで、低硬度化が図られる。現像ローラ８を単層とする場合には、トナーへの帯電付与性の観点から、負帯電性トナーを用いた場合には、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ＮＢＲゴム等が好適に用いられる。正帯電性トナーを用いるのであれば、フッ素ゴム等が好適である。また弾性層の外周に、トナーへの帯電を考慮して、コート層を設ける場合には、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、もしくはこれらを混合した樹脂等が好適に用いられる。
【００６７】
現像ローラ８の表面粗さとしては、使用するトナーの粒径にもよるが、十点平均粗さＲｚで３μｍから１５μｍが好ましい。使用するトナー粒径が体積平均粒径で６μｍであれば、表面粗さＲｚで５〜１２μｍが使用可能である。トナー粒径がより小さい場合には、表面粗さＲｚをやや小さくすることが好ましい。平均粗さＲｚが３μｍ以下であると、十分なトナー搬送力が得られず、その結果、画像の濃度不足となり、１５μｍ以上となると、転写残りトナーに十分な電荷付与を行えず、転写残りトナーを十分に回収できなかったり、非画像部にトナーが付着する所謂かぶりが発生したりすることになる。
【００６８】
十点平均粗さＲｚはＪＩＳ Ｂ０６０１に規定されている定義を用い、測定には小坂研究所製の表面粗さ試験機ＳＥ−３０Ｈを使用した。
【００６９】
現像ローラ８の表層における動摩擦係数は、０．０２から０．８程度が好適である。好ましくは０．０２〜０．４である。逆極性に帯電した転写残りトナーを正規の帯電極性に戻さなければならないため、動摩擦係数が０．０２以下では、トナーへの電荷付与性を考慮すると不適当であり、逆に動摩擦係数を０．８以上にすると、現像時に画像部周辺にトナーが飛び散る、所謂現像飛び散りが増加し、ともに好ましくない。
【００７０】
ここで、本発明における動摩擦係数の測定法を図４に示す。現像ローラ８の周面に厚さ０．０３ｍｍ、重さＷ２のステンレス薄板１１０を掛け、その薄板１１０の一端部を水平に延出してデジタルフォースゲージ１１２に取り付け、薄板１１０の他端部に重さＷ１の重り１１６を取り付けて鉛直方向に引張り、薄板１１０が現像ローラ８の表面にθ＝４５°にわたって接するように設置する。デジタルフォースゲージ１１２は、ステンレス薄板１１０も重りＷ１も取り付けない無負荷時に値０に調整しておく。
【００７１】
ついで、ステンレス薄板１１０および重りＷ１を取り付けた状態でデジタルフォースゲージ１１２の値の読みが安定したら、現像ローラ８を図の矢印Ｒで示す反時計方向に回転してステンレス薄板１１０と摺擦し、フォースゲージ１１２でこのときの現像ローラ８とステンレス薄板１１０間の摺擦力を測定する。測定値はフォースゲージ１１２からのアナログ出力値をレコーダで周波数１０Ｈｚでサンプリングし、サンプリングしたデータをコンピュータ１１４に導入して、動摩擦係数μを下記（１）式により計算する。これを現像ローラ８の１周について行い、その平均値を現像ローラ８の動摩擦係数とする。
【００７２】
μ＝１／θ×ｌｎＦ／Ｗ ・・・・・（１）
ただし、μ：動摩擦係数、θ＝４５°、Ｗ：Ｗ１＋Ｗ２、Ｗ１：重りの重さ、Ｗ２：ステンレス薄板の重さ、Ｆ：デジタルフォースゲージの測定値である。
【００７３】
上記のように、ステンレス薄板に対して現像ローラ８表面の動摩擦係数を測定したのは、感光ドラムがアルミニウム等の基体上に厚さ数１０μｍ程度の感光層を設けたものを使用しているので、現像ローラ８表面の動摩擦係数としては、ステンレス薄板に対するものを用いて比較することが現状に近く、より適切であると判断されるからである。
【００７４】
トナー規制部材としての現像ブレード１０は、前述したように、厚さ約０．１ｍｍのステンレスの薄板を先端から約２ｍｍの位置で折曲形成し、その折曲部を現像ローラ８の表面に若干食い込ませた状態で当接配置している。接触圧は線圧で約１０〜４５ｇｆ／ｃｍが好適であり、１０ｇｆ／ｃｍ以下になると、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。接触圧が４５ｇｆ／ｃｍ以上になると、圧力等によりトナーに混合されている外添剤がトナー表面から剥離しやすくなり、トナーを劣化して、トナーの帯電性を低下させることになる。
【００７５】
本実施例では、現像ブレード１０として、折曲形成したステンレス製薄板を用い、折曲部を現像ローラ８にエッジ当接させたが、直線状平板の金属薄板を用い、これを現像ローラ８に面当接させて使用することも可能である。この場合は、当接圧をエッジ当接よりも５〜１０ｇｆ／ｃｍ程度高くすることがよい。
【００７６】
現像ブレード１０の当接圧（線圧）はつぎのように測定することができる。引き抜き板として長さ１００ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ３０μｍのステンレス薄板を、挟み板として長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ３０μｍのステンレス薄板を長さが半分になるように折ったものを用意し、その折った挟み板間に引き抜き板を挿入し、その状態で挟み板を現像ローラ８と現像ブレード１０との間に挿入する。そして引き抜き板に取り付けたバネ計りを引張って、引き抜き板を一定速度で引き抜き、そのときのバネ計りが示す荷重（ｇｆ）を読む。バネ計りの値を１．５で除して、単位をｃｍあたりの荷重に換算すれば、現像ブレード１０の当接圧、すなわち線圧（ｇｆ／ｃｍ）が測定される。
【００７７】
現像ローラ８の感光ドラム１に対する当接圧は、上記の現像ブレード１０の当接圧の測定方法と同様な方法で測定して、１０〜５０ｇｆ／ｃｍが好ましい。現像ローラ８の当接圧が１０ｇｆ／ｃｍ以下となると、接触状態が不安定となり、逆に５０ｇｆ／ｃｍ以上となると、圧力等によりトナーに混合されている外添剤がトナー表面から剥離しやすくなり、トナーを劣化して、現像ブレード１０によるトナーの帯電性が低下する。
【００７８】
現像ローラ８と感光ドラム１の当接領域は、現像ローラ８および感光ドラム１の外径にもよるが、０．５〜３ｍｍ程度の長さにわたることが好ましい。当接領域の長さが３ｍｍ以上になると、トナーの現像ローラ８と感光ドラム１との摺擦時間が長くなり、トナー中に熱が蓄積されてトナー劣化の原因となる。より好ましくは０．７〜１．５ｍｍである。
【００７９】
現像ローラ８と弾性ローラ９の当接圧は、上記現像ブレード１０の当接圧の測定方法と同様な測定方法で測定して、１５〜７０ｇｆ／ｃｍが好ましい。当接圧が１５ｇｆ／ｃｍ以下では、前画像の履歴であるいわゆるゴーストが発生してしまう。当接圧が７０ｇｆ／ｃｍ以上では、トナーの剥取り性は向上するが、空孔のあるスポンジ部材で構成された弾性ローラといえども、トナーに与えるストレスが過大となり、トナー劣化を促進してしまうからである。
【００８０】
本発明において、非磁性１成分トナーは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いたトナー粒子の断層面観察において、ワックス成分が結着樹脂と相溶しない状態で、実質的に球状および／または紡錘形で島状に分散されていることが好ましい。ワックス成分を上記の如く分散させ、トナー中に内包化させることにより、トナーの劣化や画像形成装置への汚染等を防止することができるので、良好な帯電性が維持され、ドットの再現に優れたトナー画像を長期にわたって形成することが可能となる。また加熱時にはワックス成分が効率よく作用するため、低温定着性と耐オフセット性を満足なものとすることができる。
【００８１】
トナー粒子の断層面を観察する具体的な方法は、常温硬化性のエポキシ樹脂中にトナー粒子を十分分散させた後、温度４０℃の雰囲気中で２日間硬化させて得られた硬化物を、四三酸化ルテニウム、必要により四三酸化オスミウムを併用して染色を施した後、ダイヤモンド刃を備えたミクロトームを用いて薄片状のサンプルを切り出し、ＴＥＭでトナー粒子の断層形態を観察する。
【００８２】
この断層形態の観察の際、用いるワックス成分と外殻を構成する樹脂との若干の結晶化度の違いを利用して、材料間のコントラストを付けるため、四三酸化ルテニウム染色法を用いることが好ましい。このようにして観察したトナー粒子の代表例の断層形態を図５に模式的に二例示す。本実施例で用いたトナー粒子は、ワックス成分が外殻樹脂で内包化されていることが観測された。
【００８３】
ワックス成分は、示差走査熱量計により測定されるＤＳＣ曲線において、昇温時に４０〜１３０℃の領域に最大吸熱ピークを有するものが用いられる。上記の温度領域に最大吸熱ピークを有することにより、低温定着に大きく貢献しつつ、離型性をも効果的に発現する。最大吸熱ピークが４０℃未満であると、ワックス成分の自己凝集力が弱くなり、結果として耐高温オフセット性が悪化するとともに、グロスが高くなりすぎる。一方、最大吸熱ピークが１３０℃を超えると、定着温度が高くなるとともに、定着画像の表面を適度に平滑化させることが困難になるため、特にカラートナーを用いた場合には、混色性低下の点から好ましくない。
【００８４】
さらに、水系媒体中で造粒・重合を行う重合法により直接トナーを得る場合、最大吸熱ピーク温度が高いと、主に造粒中にワックス成分が析出する等の問題が生じ、好ましくない。
【００８５】
ワックス成分の最大吸熱ピーク温度の測定は、ＡＳＴｍ Ｄ ３４１８−８に準じて行う。測定には、たとえばパーキンエルマー社製のＤＳＣ−７を用いる。装置検出部の温度補正は、インジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。測定サンプルにはアルミニウム製のパン（皿）を用い、対照用に空パンをセットし、昇温−降下を１回させて前履歴をとった後、昇温速度１０℃／分で測定を行う。
【００８６】
上記のワックス成分としては、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、フィッシャートロピッシュワックス、アミドワックス、高級脂肪酸、エステルワックス、およびこれらの誘導体、またはこれらのグラフト／ブロック化合物等が利用できる。
【００８７】
本発明において、トナーは、画像解析装置で測定した形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１６０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１４０であることが好ましく、より好ましくは形状係数ＳＦ−１が１００〜１４０、ＳＦ−２が１００〜１２０である。上記条件を満たしつつ、ＳＦ−２／ＳＦ−１の値を１．０以下とすることにより、トナーの諸特性のみならず、画像解析装置とのマッチングが極めて良好なものとなる。
【００８８】
本発明において、形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２とは、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、倍率５００倍に拡大したトナー粒子像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製の画像解析装置（Ｌｕｓｅｘ３）に導入し、解析を行い、下記式から算出される値と定義した。
【００８９】
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）²／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×（１００）
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）²／ＡＲＥＡ｝×（１／４π）×（１００）
ただし、ＡＲＥＡ：トナーの投影面積、ＭＸＬＮＧ：絶対最大長、ＰＥＲＩ：周長
トナーの形状係数ＳＦ−１はトナー粒子の丸さの度合いを示し、ＳＦ−１が大きくなると、球形から徐々に不定形となる。ＳＦ−２はトナー粒子の凹凸度合いを示し、ＳＦ−２が大きくなると、トナー表面の凹凸が顕著になる。
【００９０】
ＳＦ−１が１６０を超えた場合は、トナーの形状が不安定となるため、トナーの帯電量分布がブロードになるとともに、現像装置内でトナー表面が摩擦されやすくなるため、画像濃度の低下や画像のかぶりの一因となる。
【００９１】
また弾性ローラ９と現像ローラ８間にトナーを現像ローラ側に付勢する電位差を設けた場合には、弾性ローラの剥取り層中に侵入したトナーは凹凸の引っかかりがないため、剥取り層のセル等に引っかかることなく、バイアスに忠実に移動する。その結果、所望のトナー量を現像ローラ８に供給できるのと同時に、同じトナーが剥取り層中に存在しつづけることがないため、トナー劣化を防止できる。
【００９２】
トナー像の転写効率を高めるためには、形状係数ＳＦ−２は１００〜１４０であり、ＳＦ−２／ＳＦ−１の値が１．０以下であるのがよい。ＳＦ−２／ＳＦ−１が１．０を超える場合、トナー粒子の表面が滑らかではなく、トナー粒子が多数の凹凸を有しており、感光ドラムから転写材（紙等）への転写効率が低下する傾向にある。
【００９３】
本発明において、トナーの粒径は、高画質化を目的として、微小な潜像ドットを中実に現像できるようにするために、重量平均粒径で１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４〜８μｍであり、個数分布における変動係数（Ａ）が３５％以下であることが好ましい。
【００９４】
重量平均粒径が４μｍ未満のトナー粒子では、転写効率の低下から感光ドラム上に転写残りのトナーが多く、さらに、かぶり、転写不良に基づく画像の不均一ムラの原因となりやすく、本発明で使用するには好ましくない。トナーの重量平均粒径が１０μｍを超える場合には、感光ドラムの表面へのトナーの融着が起きやすい。トナー粒子の個数分布における変動係数が３５％を超えると、さらにその傾向が強まる。
【００９５】
トナーの粒度分布は種々の方法によって測定することができる。本発明では、コールターカウンターを用いて行った。
【００９６】
たとえば、測定装置としてコールカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用い、個数分布および体積分布を出力するインターフェイス（日科機製）、およびパーソナルコンピュータを接続した。電解液は、１級塩化ナトリウムを用いて、１％のＮａｃｌ水溶液を調製した。市販の１％のＮａｃｌ水溶液としては、たとえばＩＳＯＴＯＮ ＩＩ（コールターサイエンティフィックジャパン製）を使用できる。
【００９７】
上記の電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１〜５ｍｌ加え、さらに測定試料のトナーを２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、上記のコールターカウンターＴＡ-ＩＩ型により、たとえば１００μｍのアパチャーを用いて、個数を基準として２〜４０μｍのトナー粒子の粒度分布を測定し、それから本発明に係る粒度分布の値を求める。
【００９８】
トナー粒子の個数分布における変動係数Ａは、
変動係数Ａ＝（Ｓ／Ｄ１）×１００
ただし、Ｓ：トナー粒子の個数分布における標準偏差値
Ｄ１：トナー粒子の個数平均粒径（μｍ）
の式から算出される。
【００９９】
トナー粒子は、表面を外添剤で被覆して、トナーに所望の帯電量が付与されやすいようにして用いることが好ましい。トナー粒子表面の外添剤による被覆率は、好ましくは５〜９９％、より好ましくは１０〜９９％である。
【０１００】
トナー粒子表面の外添剤の被覆率を求めるには、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、トナー粒子像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製の画像解析装置（Ｌｕｓｅｘ３）に導入する。得られる画像情報は、トナー粒子表面部分と外添剤部分との明度が異なるため、２値化して、外添剤部分の面積ＳＧとトナー粒子部分の面積（外添剤部分の面積を含む）ＳＴに分けて求め、
外添剤被覆率（％）＝（ＳＧ／ＳＴ）×１００
の式より算出する。
【０１０１】
外添剤としては、トナーに添加した状態での耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の１／１０以下の粒径であることが好ましい。本発明では、この外添剤の粒径とは、電子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めた、その平均粒径を意味する。
【０１０２】
外添剤としては、たとえば、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛など）、窒化物（窒化ケイ素など）、炭化物（炭化ケイ素など）、金属塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなど）、脂肪族金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなど）、カーボンブラック、シリカなどが用いられる。
【０１０３】
これらの外添剤は、トナー粒子１００重量部に対し０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは０．０５〜５重量部が用いられる。これらの外添剤は、単独で用いても、また複数併用してもよい。それぞれ疎水化処理を行ったものが、より好ましい。
【０１０４】
外添剤の添加量が０．０１重量部未満の場合には、トナーの流動性が悪化し、転写および現像の効率が低下してしまい、画像の濃度ムラや画像部周辺へのトナーの飛び散りが発生する。一方、外添剤の量が１０重量部を超える場合には、過多な外添剤が感光ドラムや現像ローラに付着して、トナーへの帯電性を悪化させたり、画像を乱したりする。
【０１０５】
本実施例において、弾性ローラ９を図１の現像装置４に組み込み、現像に供して、２０００枚の画像形成を行った。このとき、現像ローラ８と弾性ローラ９との当接圧は３８ｇｆ／ｃｍであった。現像時、現像バイアス電源１３から弾性ローラ９の芯金９ａに現像バイアスを印加し、弾性ローラ９を現像ローラ８と同電位に保った。その結果、非磁性１成分トナーＴとして小粒径の重合トナーを用いても、弾性ローラ９内へのトナーの詰まりによる画像ムラや、現像ローラ８および弾性ローラ９の駆動トルクの増大もなく、また現像ローラ８およびトナーＴへの当接圧が高すぎることによるトナー劣化、これにともなうかぶりの増大および帯電量低下も発生せず、２０００枚の画像形成の初期から最後まで、画像情報に忠実でかぶりのない良好な画像を得ることができた。
【０１０６】
以上述べたように、本実施例では、現像ローラへのトナー供給部材としての弾性ローラを、導電性の芯金上の連泡性発泡体の基層と最外層のトナー剥取り層との間に、トナー侵入防止層を介挿した構造に形成したので、トナーの弾性ローラ内部へのトナーの侵入を防止しつつ、所望量のトナーを現像ローラに供給することができる。また基層と剥離層との機能分離をさせたので、弾性ローラを長期間使用しても、弾性ローラを現像ローラとの当接ニップが広く、かつ過剰な圧力を作用させないものにでき、また材料選択の幅も広がる。本実施例によれば、良好な現像を行って、かぶり等のない高品質な画像を得るができ、現像同時クリーニング方式を採用しても、高画質を長期間にわたって維持することができる。
【０１０７】
実施例２
図６は、本発明の現像装置の他の実施例を備えた画像形成装置を示す概略構成図、図７は、図６の画像形成装置に設置された現像装置のトナー供給部材としての弾性ローラを示す断面図である。
【０１０８】
本実施例の特徴とするところは、現像装置４の弾性ローラ１２を、図７に示すように、導電性の芯金１２ａ上の連泡性発泡体の基層１２ｂと最外層の連泡性発泡体のトナー剥取り層１２ｄとの間に、導電性のトナー侵入防止層１２ｃを介挿し、そしてトナー侵入防止層１２ｃに供給バイアスを印加して、現像ローラ８と弾性ローラ１２との間に、トナーを現像ローラ８方向に付勢する電界を形成するようにしたことである。導電性のトナー侵入防止層１２ｃは、導電性の薄膜チューブから形成し、１０⁶Ω以下の導電性とした。
【０１０９】
本実施例では、トナー侵入防止層１２ｃのみならず、基層１２ｂを１０⁶Ω以下の導電性とし（トナー剥取り層１２ｄは絶縁性である）、図６に示すように、芯金１２ａに供給バイアス電源１４を接続して、芯金１２ａおよび基層１２ｂを介してトナー侵入防止層１２ｃに供給バイアスを印加した。この供給バイアスは、現像バイアス電源１３から現像ローラ８に印加する現像バイアスよりも大きな電圧で印加する。
【０１１０】
上記のように、基層１２ｂと剥取り層１２ｄとの間に導電性のトナー侵入防止層１２ｃを介挿し、供給バイアスを印加してトナー付勢電界を形成したしたので、以下のような作用効果がもたらされる。
【０１１１】
（１）第１に、弾性ローラ１２の近傍に存在するトナーをより多く現像ローラ８に供給できることである。
【０１１２】
通常、弾性ローラと現像ローラとによるトナーの摺擦前には、弾性ローラの周囲のトナーは弱帯電して存在しており、弾性ローラと現像ローラとによる摺擦により摩擦帯電を受けて、鏡映力により現像ローラ上に担持される。これが、高温高湿環境になると、トナーの摩擦帯電電荷量が少なくなって、現像ローラ上に担持されるトナー量が少なくなる傾向にある。
【０１１３】
しかし、本実施例では、上記したように、弾性ローラ１２上に担持されたトナーを、電界により弾性ローラ１２から現像ローラ８方向へ付勢するので、トナーの摩擦帯電電荷が高温高湿環境下で少なくなっても、図６中の弾性ローラ１２と現像ローラ８との摺擦部を過ぎた、これらの間の上側の領域Ａにおいて、弾性ローラ１２から多くのトナーを現像ローラ８に供給することができる。
【０１１４】
（２）第２に、従来の発泡スポンジ単層の弾性ローラで、現像ローラ側へトナーを付勢する方向のバイアスを印加した場合、スポンジ層の層厚が大きいため、低温低湿環境下では弾性ローラから多量のトナーが現像ローラに供給されたが、本実施例では、現像ローラ１２上のトナー量はトナー剥取り層１２ｄによって限定されるため、低温低湿下でも、電界の付勢により多量のトナーが供給されるようなことがない。
【０１１５】
このように、本実施例では、低温低湿および高温高湿環境下においても、トナーの供給量が従来の場合と比較して安定する。
【０１１６】
（３）弾性ローラに電圧を印加する場合、現像ローラへのリーク対策として、通常、中抵抗（１０⁷〜１０¹⁰Ω）のスポンジ製弾性ローラとして、芯金にバイアスを印加するため、どうしても不均一な電界が形成される。また材料的な面においても、中抵抗になる特殊な材料選択を迫られることになる。
【０１１７】
しかし、本実施例では、上記したように、基層１２ｂを１０⁶Ω以下の導電性とし、導電性のトナー侵入防止層１２ｃに供給バイアスを印加するため、侵入防止層１２ｃ表面において均一な電圧となり、現像ローラ８に対して均一なトナー供給が可能となる。
【０１１８】
（４）最後は、実施例１で述べたように、現像同時クリーニング方式において、画像形成中にジャムが発生し、感光ドラム上に残留したトナーを現像ローラ上に回収した場合のことで、この場合には、通常のトナー量よりも多量のトナーが現像ローラ８上に存在することになる。
【０１１９】
弾性ローラ１２は、図６中の当接部上側の領域Ａで、剥取り層１２ｄからトナーを電界により吐き出すので、剥取り層１２ｄ中のトナー量が減少した状態で、当接部下側の領域Ｂに達する。このため弾性ローラ１２の剥取り能力が減少することがなく、現像ローラ８上に多量のトナーが存在していても良好に剥ぎ取ることができ、現像同時クリーニング方式においても不具合が生じることがない。
【０１２０】
本実施例では、弾性ローラ１２は具体的には、芯金１２ａをステンレス製で外径５ｍｍとし、芯金１２ａ上に基層１２ｂとして、連泡性発泡体のシリコーンスポンジゴム（密度：０．０３３ｇ／ｃｍ³、セル径：２００〜３５０μｍ、ゴム硬度：１０°（アスカーＣ））を厚さ４．３ｍｍに形成した。基層１２ｂの成型時は表面にチューブを被覆するため、成型方法としては型内発泡にとらわれず、押し出し成型し、得られた成形物の表面を研磨して、所望の基層を成型するようにすることも可能である。
【０１２１】
トナー侵入防止層１２ｃは、導電カーボンを分散して導電性を付与したウレタン樹脂を押し出し成型した、膜厚５０μｍのウレタンチューブ製の薄膜導電チューブを用いて形成した。チューブの膜厚は３０〜３００μｍが可能であり、膜厚が３０μｍ以下になると成型が困難となり、３００μｍ以上になるとチューブの硬度が高くなる。
【０１２２】
侵入防止層１２ｃ上に剥取り層１２ｄとして、連泡性発泡体のウレタンゴムスポンジ層（密度：０．０３８ｇ／ｃｍ³、セル径：１００〜２５０μｍ、ゴム硬度１８°（アスカーＣ））を厚さ１．２ｍｍに形成した。これにより、外径１６ｍｍの弾性ローラを得た。基層１２ｂは導電性であり、剥取り層１２ｄは絶縁性である。
【０１２３】
供給バイアス電源１４から弾性ローラ１２には、現像バイアス電源１３の−４６０Ｖに対して４００Ｖの付勢バイアスとなるよう、供給バイアスを−８６０Ｖで印加した。供給バイアス電源１４の電圧としては、現像バイアス電源１３に対して１００〜６００Ｖの電位差が印加可能である。電位差が１００Ｖ以下では、トナーを現像ローラ８側に付勢する効果が少なく、６００Ｖ以上になると、場合によって放電が起こる可能性があり、好ましくない。
【０１２４】
本実施例において、弾性ローラ１２を図７の現像装置に組み込み、現像に供して、２０００枚の画像形成を行った。現像時、供給バイアス電源１４から弾性ローラ１２の芯金１２ａに供給バイアスを印加し、弾性ローラ１２から現像ローラ８方向へトナーを付勢する電界を形成した。その結果、低温低湿および高温高湿環境下でも、非磁性１成分トナーＴとして小粒径の重合トナーを用いて、トナーの供給変動による画像濃度の変動や、トナー劣化にともなうかぶりの増大および帯電量低下も発生せず、２０００枚の画像形成の初期から最後まで、画像情報に忠実でかぶりのない良好な画像を得ることができた。
【０１２５】
以上では、導電性のトナー侵入防止層１２ｃを薄膜導電チューブを用いて形成したが、これに限るものではなく、実施例１のように、基層を金型内発泡で形成して、基層表面にスキン層を有する場合には、スキン層表面に導電樹脂のスプレーコート等により導電層を形成し、この導電層をトナー侵入防止層とすればよい。
【０１２６】
以上述べたように、本実施例では、弾性ローラの導電性の芯金上の連泡性発泡体の基層と連泡性発泡体のトナー剥取り層との間に、導電性のトナー侵入防止層を介挿して、侵入防止層に直接または間接的に供給バイアスを印加して、弾性ローラから電界によりトナーを現像ローラに付勢するようにしたので、環境が変化した場合にも、現像ローラへの安定したトナー供給が可能となり、また弾性ローラの材料選択の余地が広がるなどの効果を有する。実施例１と同様、現像同時クリーニング方式に使用しても、かぶり等のない高品質な画像を長期間にわたって維持することができる。
【０１２７】
実施例３
本発明のさらに他の実施例について説明する。
【０１２８】
図９は、本実施例における現像装置のトナー供給部材としての弾性ローラを示す概略構成図である。
【０１２９】
実施例１では、連泡性発泡体からなる基層１２ｂの表面にあるスキン層をトナー侵入防止層１２ｃとして用いた。本実施例では、弾性ローラ１５の外殻層であるトナー剥取り層１５ｄの円筒内面にスキン層を設け、このスキン層をトナー侵入防止層１５ｃとした。
【０１３０】
前述の通り、図９において、芯金１５ａの周囲には連泡性発泡体からなる基層１５ｂが形成されている。ここで、基層１５ｂは押し出し成型機により芯金１５ａの周囲に形成される。この基層１５ｂは押し出し成形によるため寸法精度が出にくいことから、基層１５ｂの表面は研磨機により研磨される。
【０１３１】
トナー剥取り層１５ｄは、射出成型機により金型中にゴムを注入することにより、または前述のワンショット方式等の公知の方法により成型される。成型されたスポンジゴムの形状は、つまりトナー剥取り層１５ｄの形状は、図９に示すごとく円筒形とされる。このとき、スポンジゴムの周面には金型の表面に倣ってスキン層が形成される。この円筒内面に形成されたスキン層がトナー侵入防止層１５ｃとなる。
【０１３２】
そして、図９の矢印に示すように、基層１５ｂをトナー侵入防止層１５ｃの内側に挿入することにより、芯金１５ａ上に基層１５ｂ、トナー侵入防止層１５ｃ、トナー剥取り層１５ｄが積層された弾性ローラ１５が形成される。このとき、トナー侵入防止層１５ｃの内径（トナー剥取り層１５ｄを含む）を基層１５ａの外径より若干小さくしておくことで、基層１５ｂをトナー侵入防止層１５ｃの内側に挿入したときの密着性を向上することができる。
【０１３３】
本実施例においては、このように、トナー剥取り層１５ｄの内面に形成されたスキン層をトナー侵入防止層１５ｃとして利用する。
【０１３４】
通常、ゴム硬度を低下させる目的で、発泡セル径を大きくまたは密度を低下するようにすると、スキン層の形成が十分できなくなる。その結果、スキン層に穴があいたり、スキン層の膜厚が非常に薄いため脆くなったりする。したがって基層１５ｂ表面にスキン層を有する場合においては、セル径および密度の選択が必要であった。
【０１３５】
しかし、本実施例では、上述したように、トナー剥取り層１５ｄの内面にトナー侵入防止層としてのスキン層を成型することで、基層１５ｂの成型はスキン層の影響を受けることなく、発泡径や密度を選択することが可能となる。その結果、非常に低硬度にするために発泡セル径を大きくしたり、密度を小さくすることも可能となる。さらに、基層１５ｂの材料の選択および製法の自由度が広がることにより、安価な材料を使用することができる。
【０１３６】
本実施例に従う弾性ローラ１５を以下に示すように作製した。
【０１３７】
まず、ステンレス鋼からなる外径５ｍｍの芯金の周囲に、シリコーンゴムを押し出し成型機により押出し、加硫させて、円筒状の連泡性発泡体を成型した後、表面を研磨した。このとき連泡性発泡体は層厚が３．５ｍｍであり、密度が０．０２８ｇ／ｃｍ³、セル径が５００〜９００μｍ、ゴム硬度がアスカーＣで６゜であった。実施例１よりもゴム硬度は高くなっているが、これはスポンジゴムの層厚が薄いため、芯金の影響が測定値に反映したものと考えられる。
【０１３８】
円筒内面にスキン層を含むトナー剥取り層１５ｄは、連泡性発泡体のウレタンスポンジゴム層（密度０．０３２ｇ／ｃｍ³、セル径２００〜３５０μｍ）を形成し、前記基層１５ｂを内面に挿入した。その後、トナー剥取り層１５ｄの表面を研磨して、外径１６ｍｍの弾性ローラとした。この弾性ローラのゴム硬度は、アスカーＣｓＣ２硬度計（高分子計器（株））により測定して１６゜であった。
【０１３９】
本発明では、基層１５ｂと円筒内面にスキン層を含むトナー剥取り層１５ｄの密着性に関し、特にプライマー等を用いていないが、これにこだわるものではなく、公知のプライマーを使用することが可能である。
【０１４０】
つぎに、本実施例の弾性ローラを現像装置に配置し現像に供して、画像形成を行った。弾性ローラ１５の現像ローラ８への当接圧は２０ｇｆ／ｃｍ²で、所望の当接ニップを得るための弾性ローラと現像ローラの当接圧を低下させることが可能となった。
【０１４１】
弾性ローラ１５の芯金１５ａに、現像ローラ８と同電位のバイアスを印加して、２０００枚の画像出し耐久試験を行った。その結果、小粒径の重合トナーを用いても、弾性ローラ１５内へのトナーつまりによる画像ムラや、現像ローラ８および弾性ローラ１５の駆動トルクの増大もなく、また現像ローラ８およびとナーへの当接圧が高すぎる場合に生じるトナー劣化に伴うかぶりの増大およびトリボの低下も発生せず、耐久試験の初期から後半にわたって、画像情報に忠実でかぶりのない良好な画像を提供することができた。
【０１４２】
本実施例においては、侵入防止層をトナー剥取り層の内層に設けたが、これに限られず、実施例１と併用してもよい。すなわち、トナー侵入防止層を基層の外側表面（実施例１）とトナー剥取り層の内面（本実施例３）の両方に設けてもよい。トナー侵入防止層を両方に設けることで、トナー侵入防止層としての信頼性が向上するとともに、接着時の接触面が大きくなるので、複数層に構成した場合の界面における接着性が向上する。
【０１４３】
以上述べたように、弾性ローラを、導電性芯金の外周に連泡性発泡体からなる基層、侵入防止層、連泡性発泡体からなる剥取り層を同心円状に有する複数層構成とし、さらに侵入防止層を剥取り層の内層と一体化することで、前記実施例の効果に加えて、基層の低硬度化および材料選択の自由度が広がる。
【０１４４】
実施例４
本発明のさらに他の実施例について説明する。
【０１４５】
本実施例では、基層とトナー剥取り層は連泡性発泡体からなるが、基層およびトナー剥取り層のゴム硬度に応じて各層の連泡率を変えることが特徴である。
【０１４６】
ゴム材料に発泡剤を入れて加硫することで発泡ゴムとなるが、発泡剤の量により単泡から連泡になる。しかし、実際には連泡性発泡体においても、部分的に単泡の部分が残る場合がある。また一般的にはゴム硬度が低いものほど環境による外形変化が大きい。
【０１４７】
そのため、連泡性発泡体中に単泡の部分が存在すると、周囲の環境（温度または湿度）の変化により単泡を構成する空孔の膨張・収縮が起こって、弾性ローラの外径変動が生じる。特に材料のゴム硬度が低いものほどその傾向は顕著になる。外形が大きくなると、現像ローラに当接する当接圧が上昇し、トナー劣化を促進することになり、結果として現像装置の耐久性が悪化することになる。
【０１４８】
そこで、本実施例では、基層とトナー剥取り層のゴム硬度に違いがある場合、低硬度の層の連泡率を高硬度の層の連泡率より高くすることで、環境変動による外形変化を抑えるようにした。この連泡率は、配合ゴム材料中の発泡剤の量を変化させることにより、任意にコントロールすることができ、発泡剤の量を多くすると連泡率が増加し、発泡剤の量を少なくすると連泡率が低下する。
【０１４９】
ここでいう連泡率は、具体的に以下のようにして測定して調整する。
（ａ）連泡性発泡体の主成分となるべきゴム材料が発泡していない未加硫ゴム材料の状態で、その比重ρ0を測定する。ゴム材料中に空気が混在している場合には、脱気処理を施した後に比重を測定する。測定方法はＪＩＳ Ｋ６２２０による。
（ｂ）発泡成形後のゴム発泡体の試料片の重量Ｗ0と体積Ｖ0を測定する。
（ｃ）つぎに、弾性ローラの圧縮率が５０％となるように内径を有する円筒中に弾性ローラを挿入し、これを固定した後、温度２０±５℃の蒸留水中に浸漬し、弾性ローラが水面下約５０ｃｍの状態で１分間放置する。
（ｄ）水中で弾性ローラの圧縮を解除し、この水中の状態で試料片を５分間放置する。
（ｅ）弾性ローラを水中より取り出し、表面に付着している水滴を拭き取り、試料片の重量Ｗ1を測定する。
【０１５０】
ゴム発泡体の連泡率は、次式によって算出する。
【０１５１】
連泡率（％）＝（Ｗ1−Ｗ0）／（ρ×Ｖ2）×１００
ここで、
Ｗ0：浸漬前の試料片の重量（ｇ）
Ｖ0：試料片の体積（ｃｍ³）
Ｖ1：試料片中のゴム部分の体積（ｃｍ³）で、Ｖ1＝Ｗ0／ρ0
Ｖ2：試料中の気泡部分の体積（ｃｍ³）で、Ｖ2＝Ｖ0−Ｖ1
ρ0：発泡させる前の未加硫ゴム材料の比重
ρ ：蒸留水の比重
弾性ローラにおいて、低硬度弾性発泡体の連泡率は６０〜１００％に設定されることが好ましい。すなわち、そのセル構造として単泡と連泡とが混在したものであって、連泡の比率が６０〜１００％に設定される。連泡率が６０％以下になると、セル構造が単泡に近づくことになるため、基層のゴム硬度としては高くなってしまうからである。
【０１５２】
本実施例において、実施例３の同様な製法により、トナー剥取り層の発泡剤の量を低減して発泡させることで、連泡率が調整された弾性ローラを以下のように作製した。
【０１５３】
まず、ステンレス鋼からなる外径５ｍｍの芯金の周囲に、シリコーンゴムを押し出し成型機により押出し、加硫させて、円筒状の連泡性発泡体を成型した後、表面を研磨した。このとき連泡性発泡体は層厚が３．５ｍｍであり、密度が０．０３２ｇ／ｃｍ³、セル径が２５０〜３５０μｍ、ゴム硬度がアスカーＣで８゜、連泡率が８０％であった。
【０１５４】
円筒内面にスキン層を含むトナー剥ぎ取り層は、連泡性発泡体のウレタンスポンジゴム層（密度０．０３０ｇ／ｃｍ³、セル径３００〜４５０μｍ、ゴム硬度６゜（アスカーＣ））を形成した。トナー剥取り層の発泡率は、測定した結果６５％であった。そして前記基層を内面に挿入した。その後、トナー剥取り層の表面を研磨して、外径１６ｍｍの弾性ローラとした。
【０１５５】
前述の弾性ローラと現像ローラ間の当接圧を測定する方法により、低温低湿環境（１５℃、１２％）および高温高湿環境（３１℃、８２％）で当接圧を測定したが、ほとんど変化はなかった。さらに２０００枚の画出し耐久試験を両環境により行ったが、温度および湿度による不具合は発生しなかった。
【０１５６】
以上述べたように、弾性ローラを、導電性芯金の外周に連泡性発泡体からなる基層、侵入防止層、連泡性発泡体からなる剥取り層を同心円状に有する複数層構成とし、ゴム硬度により各層の連泡率を変えることで、環境変動による弾性ローラの外形が変化することによるトナー劣化を防止できる。
【０１５７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、弾性ローラを、導電性の芯金の外周に連泡性発泡体の基層、トナー侵入防止層、連泡性発泡体のトナー剥ぎ取り層を積層した複数層構造に形成したので、弾性ローラ内部へのトナーの侵入を防止しつつ、所望の量のトナーを現像ローラに供給することができ、また基層と剥離層の機能分離が可能となって、現像ローラとの接触に軽圧を保持したまま、現像ローラ上のトナーの剥ぎ取りが可能となり、その結果、現像同時クリーニング方式に使用しても、高画質を長期間にわたって維持することができる。
【０１５８】
また弾性ローラを、導電性の芯金の外周に連泡性発泡体の基層、導電性のトナー侵入防止層、および連泡性発泡体のトナー剥ぎ取り層を積層した構造として、弾性ローラへの供給バイアスの印加により、現像ローラ方向へのトナー付勢電界を形成させるようにしたときには、環境が変化したときにも現像ローラへの安定したトナー供給が可能となり、また材料選択の余地が広がるなどが可能となり、同様に、現像同時クリーニング方式に使用しても、高画質を長期間にわたって維持することができる。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現像剤担持体からの現像剤の剥取りを良好に行うことの可能な現像剤剥取り部材を備えた現像装置を有する画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された現像装置のトナー供給部材としての弾性ローラを示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置の現像装置による現像時の転写残りトナーの現像同時クリーニング動作を説明する電位図である。
【図４】現像装置の現像ローラの動摩擦係数の測定法を示す説明図である。
【図５】本発明で使用するトナーの断層形態の代表的な諸例を示す模式図である。
【図６】本発明の現像装置の他の実施例を備えた画像形成装置を示す概略構成図ある。
【図７】図６の画像形成装置に設置された現像装置のトナー供給部材としての弾性ローラを示す断面図である。
【図８】従来の画像形成装置における現像装置を示す概略図である。
【図９】本発明による弾性ローラの他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
４ 現像器
８ 現像ローラ
９、１２ 弾性ローラ
９ａ、１２ａ 芯金
９ｂ、１２ｂ 基層
９ｃ、１２ｃ トナー侵入防止層
９ｄ、１２ｄ トナー剥ぎ取り層
１０ 現像ブレード
１３ 現像バイアス電源
１４ 供給バイアス電源

Claims (1)

1. トナー担持体と、該トナー担持体からのトナーの剥取り及び該トナー担持体へのトナーの供給を行うトナー供給部材であって、芯金と、芯金上に形成された導電性の基層と、該基層上に形成され、該基層にトナーが侵入するのを防止する導電性の侵入防止層と、該侵入防止層上に形成され、トナーが侵入可能な連泡性発泡体からなる絶縁性の表層とを備えるトナー供給部材とを有し、像担持体の静電潜像をトナーにより現像する現像器と、
   現像時に前記芯金と前記トナー担持体との間のトナーが前記トナー担持体に向かって付勢されるように、前記芯金と前記トナー担持体との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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