JP4561780B2 - 一成分現像装置 - Google Patents

Description

本発明は一成分現像装置および該現像装置に使用される現像ローラに関する。特に本発明の現像ローラは、発泡層を有さないハードローラに分類されるものである。

一成分現像装置は、電子写真方式によってトナーからなる一成分現像剤を用いて潜像担持体上の静電潜像を顕像化する。二成分現像装置は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて静電潜像を顕像化する。一成分現像装置は、現像ローラの回転によってトナーを現像領域に搬送する際、二成分現像装置のように磁力を利用できず、トナーを十分に拘束できないので、現像ローラ軸方向のトナー移動によるトナー漏れが問題となっていた。

一成分現像装置においてトナー漏れを防止するために、図７に示すように、現像ローラ１００を両端部でシール部材１０１と摺擦させながら回転させる技術が知られている。そのような技術において、現像ローラ１００の両端部におけるシール部材との摺擦領域は、中央部におけるトナー担持領域と同様の処理が一様になされ、当該摺擦領域全面にわたって、例えば、ブラスト処理や樹脂コート処理が一様に施される。しかしながら、現像ローラ両端部におけるシール部材との間にトナーが入り込み、トナーの融着が起こり、トナー漏れを十分には防止できなかった。

そこで、金属の芯金に樹脂をコートした現像ローラにおいて、両端部におけるシール部材との摺擦領域を樹脂コートしない構成としたものが提案されている（特許文献１）。これによって、現像ローラとシール部材との間へのトナーの入り込みを防止し、トナー漏れを防止しようとするものである。
特開２００３−１８６２９９号公報

しかしながら、上記現像ローラでは、現像ローラとシール部材との密着性が高くなるため、現像ローラの駆動トルクが著しく上昇することが新たな問題となっていた。

本発明は、現像ローラの駆動トルクをほとんど上昇させることなく、トナー漏れを十分に防止する現像ローラおよび一成分現像装置を提供することを目的とする。

本発明は、両端部でシール部材と摺擦しながら回転することによって、中央部外周面に担持したトナーを現像領域に搬送する現像ローラであって、
前記両端部の外周面においてブラスト処理領域を有し、該ブラスト処理領域は各端部において、表面粗さが現像ローラ軸方向における現像ローラ端面方向で減少することを特徴とする一成分現像装置用現像ローラに関する。

本発明の現像ローラによれば、現像ローラの駆動トルクをほとんど上昇させることなく、トナー漏れを十分に防止できる。しかも本発明の現像ローラは安価に製造可能で、耐久性にも優れている。

本発明に係る一成分現像装置（以下、現像装置という）は、両端部でシール部材と摺擦しながら回転することによって、中央部外周面に担持したトナーを現像領域に搬送する特定の現像ローラを備えたものである。そのような現像装置１０は通常、図１に示すように、当該現像ローラ１だけでなく、現像ローラ１上のトナーを規制し、帯電させるための規制ブレード２、および当該規制ブレード２、現像ローラ１およびトナー３を収容するための現像槽４を有しており、所望によりさらに現像ローラ１にトナー３を供給するための供給ローラ５を有している。現像装置１０において、現像ローラ１はトナーを自己の外周面に担持して現像領域２０に搬送し、潜像担持体９上の静電潜像を顕像化するようになっている。図１は、本発明の現像装置の一例の概略構成図を示す。

本発明において現像ローラ１は、鉄、アルミニウム等の芯金に表面処理を施してなる、いわゆるハードローラに分類されるものである。詳しくは現像ローラ１は、図２に示すように、両端部１１（１１ａ，１１ｂ）でシール部材と摺擦しながら回転することによって、中央部１２の外周面に担持したトナーを現像領域に搬送するものであり、両端部１１の外周面において特定のブラスト処理領域１３を有するものである。図２は本発明に係る現像ローラの一例の概略見取り図である。

現像ローラ１が両端部１１（１１ａ，１１ｂ）の外周面に有するブラスト処理領域１３は、詳しくは図２に示すように、各端部において表面粗さが現像ローラ軸方向ｚにおける現像ローラ端面１５方向で減少するものである。図２において、ブラスト処理領域１３は、現像ローラ端面１５に近づくに従って表面粗さが段階的に減少する勾配を有しているが、図３に示すように、表面粗さが連続的に減少する勾配を有していてもよいし、またはそれらの勾配形態を組み合わせた複合的勾配を有していてもよい。

本発明において現像ローラ１は、両端部の外周面にそのような表面粗さ勾配を有するブラスト処理領域１３を備え、当該ブラスト処理領域１３にシール部材を圧接させて回転させる。これにより、現像ローラの駆動トルクをほとんど上昇させることなく、トナー漏れを十分に防止できる。詳しくは、そのような現像ローラを両端部でシール部材と摺擦させながら回転させても、ブラスト処理領域１３の存在により、現像ローラ表面とシール部材との密着性はあまり高くならないので、現像ローラの駆動トルクの上昇を十分に防止できる。また、たとえ現像ローラ表面とシール部材との間隙にトナーが入り込んでも、現像ローラ表面のブラスト処理領域１３は現像ローラ軸方向における端面１５方向で、表面粗さが減少するので、トナーの搬送性も減少する。そのような表面粗さ勾配によるトナー搬送性の勾配と、シール部材による圧接力とによって、当該トナーを中央部１２方向に戻す作用が働く。それらの結果、駆動トルクの上昇を抑えながらも、トナー漏れを有効に防止できるものと考えられる。例えば、現像ローラ１の両端部１１全面において、ブラスト処理が一様になされていると、トナー漏れを十分に防止できない。また例えば、現像ローラ１の両端部１１全面において、いかなる表面処理もなされていないと、シール部材と現像ローラとの密着性が高くなり、駆動トルクの上昇が著しい。

ブラスト処理は、粒径が数十μｍのガラスビーズやＳＵＳビーズ、アルミナビーズ等の媒体を高速で所定の領域に衝突させる処理である。ブラスト処理によって処理領域に所定の表面粗さを付与できる。媒体の硬さ、衝突速度、媒体の粒径等の制御因子を調整することによって、処理領域の表面粗さを制御できる。表面粗さが段階的に減少する勾配を付与するには、ブラスト処理領域１２にマスクをした上でマスクを用いて特定の表面粗さ段階毎に制御因子を選択してブラスト処理を行えばよい。表面粗さが連続的に減少する勾配を付与するには、ブラスト処理領域１２にマスクをした上でブラスト処理領域１３に処理を施す際に選択した制御因子を徐々に減少させてブラスト処理を行えばよい。

表面粗さは十点平均粗さ（Ｒｚ）であり、以下の方法によって測定された値を用いている。触針による接触式の表面粗さ形状測定機を用いる。本測定機は例えば東京精密（株）表面粗さ形状測定機サーフコム４８０Ａを用いて測定することができる。

現像ローラ軸方向においてブラスト処理領域１３よりさらに現像ローラ端面１５側には、図２または図３に示すようにブラスト処理を施さない鏡面領域１６を有することが好ましい。トナー漏れをより一層有効に防止できるためである。なお、本発明は鏡面領域１６を有さなければならないというわけでない。鏡面とは表面粗さが２μｍ以下、特に１μｍ以下の面を意味するものとする。

ブラスト処理領域１３における表面粗さの勾配は、現像ローラ軸方向ｚにおける現像ローラ端面方向で、表面粗さが中央部１２の値より減少する限り特に制限されるものではないが、現像ローラ端面１５方向において全体として一定であることが好ましい。例えば、現像ローラ端面に近づくに従って表面粗さが段階的に減少するとき、図４（Ａ）に示すように均等割りで減少することが好ましい。表面粗さが均等割りで減少するとは、各段階における現像ローラ軸方向長さが略同様であり、かつ全段階にわたる全体勾配と任意の隣接する段階における勾配とが略同様であることを意味する。また例えば、現像ローラ端面に近づくに従って表面粗さが連続的に減少するとき、図４（Ｂ）に示すように一定の割合（直線的な勾配）で減少することが好ましい。表面粗さを段階的均等割りまたは連続的一定割合で減少させることにより、現像ローラとシール部材との間でトナーを中央部１２方向に戻す作用がより有効に働くためである。

特にブラスト処理領域１３において表面粗さが段階的に減少するとき、減少段階数は図２に示すように２段階であってもよいし、１段階または３段階以上であってもよい。トナー漏れの防止と製造コストとのバランスの観点からは、２〜４段階が好ましい。

ブラスト処理領域１３における最小表面粗さＲｚ_１は特に制限されるものではなく、例えば中央部の表面粗さをＲｚ_２としたときＲｚ_２／５〜Ｒｚ_２／２、特にＲｚ_２／４〜Ｒｚ_２／３が好適である（図４参照）。そのようなＲｚ_１は通常、２〜７．５μｍ、好ましくは２．５〜５μｍである。

表面粗さの減少勾配が段階的または連続的のいずれの形態であっても、式；
（Ｒｚ_２−Ｒｚ_１）／ｒ
（式中、Ｒｚ_１はブラスト処理領域１３における最小表面粗さ（μｍ）である；Ｒｚ_２は中央部の表面粗さ（μｍ）である；ｒはブラスト処理領域１３の現像ローラ軸方向長さ（ｍｍ）である）で表される表面粗さの全体勾配は通常、０．４〜３．３μｍ／ｍｍであり、好ましくは０．５〜３．１μｍ／ｍｍである。

ブラスト処理領域１３における表面粗さの勾配形態は、両端部（１１ａ，１１ｂ）間で異なっていても、同様であってもよい。例えば、一方の端部においてブラスト処理領域１３が表面粗さの段階的勾配を有し、他方の端部において連続的勾配を有してもよい。

ブラスト処理領域１３、当該領域を有する端部１１およびシール部材の寸法は、本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではないが、以下の関係を満たすことが好ましい。図５に示すように、現像ローラの軸方向について、中央部１２のトナー担持領域端部１４から現像ローラ端面１５までの距離をｑ、現像ローラ端部のブラスト処理領域１３の長さをｒ、および現像ローラ端部１１におけるシール部材との摺擦領域（破線による斜線領域）の長さをｓとしたとき、以下の関係式；
ｑ≧ｓ＞ｒ、特にｑ＞ｓ＞ｒ
を満たすことが好ましい。これによって、トナー漏れをより一層有効に防止できる。なお、図５において、端部１１におけるシール部材との摺擦領域（破線による斜線領域）は、中央部１２（トナー担持領域）とちょうど隣接しているが、本発明はこれらの領域が互いに一部で重なることを妨げるものではない。

ｑ、ｒ、およびｓの寸法は特に制限されず、例えば現像ローラ寸法、感光体寸法、画像領域寸法等に適宜依存して決定される。通常は現像ローラの軸方向長さが２３０〜２５０ｍｍの場合で、ｑは１０〜１５ｍｍ、ｒは４〜１０ｍｍ、ｓは８〜１２ｍｍの範囲内で設定される。

トナーの担持・搬送を担う中央部１２は、従来のハードローラ型現像ローラで採用されている表面処理が行われていればよく、例えば、ブラスト処理、樹脂コート処理等の表面処理が行われる。例えば、「端部１１ａ−中央部１２−端部１１ｂ」の表面処理方法の組み合わせとして以下に示す具体例が挙げられる。製造コストの観点からは、組み合わせ（１）が好ましい。

（１）ブラスト処理−ブラスト処理−ブラスト処理；
（２）ブラスト処理−樹脂コート処理−ブラスト処理。

中央部１２がブラスト処理される場合、中央部１２の表面粗さＲｚ_２は特に制限されるものではなく、通常は６〜１５μｍ、特に１０〜１５μｍである。中央部１２のブラスト処理は、表面粗さを一様に付与すること以外、端部１１のブラスト処理方法と同様の方法によって行うことができる。

中央部１２が樹脂コート処理される場合、中央部１２の表面粗さＲｚ_２は通常、ブラスト処理される場合と同様の範囲内である。

樹脂コート処理は、樹脂および粗さ付与粒子を溶剤に溶解・分散させた溶液を所定の領域に塗布し、乾燥させる処理である。粗さ付与粒子の粒径および添加量等を調整することによって、表面粗さを制御できる。

樹脂としては特に制限されず、例えば、ウレタン樹脂（フッ素原子を含むウレタン樹脂も含む）、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ（メタ）アクリレート樹脂、スチレン−（メタ）アクリレート共重合体樹脂等が挙げられる。特に樹脂コート層がウレタン樹脂を含む場合の原料は、ポリオール成分とイソシアネート成分であり、ポリオール成分はフッ素原子含有ポリオールが好ましい。フッ素含有ポリオールの具体例として、例えば三フッ化エチレンモノマーを主原料とする共重合体ポリオール、四フッ化エチレンモノマーを主原料とする共重合体ポリオール等が挙げられる。フッ素含有ポリオールは市販品として入手可能であり、例えば、ゼッフル（ダイキン工業社製）、ルミフロン（旭硝子社製）、ディフェンサ（大日本インキ化学工業社製）等が使用可能である。イソシアネート成分は、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）等のジイソシアネート、ウレタン変性ジイソシアネート、アルコール変性ジイソシアネートが好ましい。ウレタン変性ジイソシアネートは、例えばデュラネート（旭化成工業社製）が、アルコール変性ジイソシアネートは、例えばコスモネート（三井武田ケミカル社製）が使用可能である。

粗さ付与粒子は、溶剤に不溶な有機粒子または無機粒子が使用される。有機粒子の具体例として、例えばアクリル樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子等が挙げられる。無機粒子の具体例として、例えばシリカ粒子、チタニア粒子等の金属酸化物粒子が挙げられる。

樹脂コート層には、通常導電性物質等の添加剤が分散されていてもよい。
導電性物質はコート層に導電性を付与できる限り特に制限されず、例えば、カーボンブラックや金属粒子等が挙げられる。好ましくはカーボンブラックを使用する。

溶剤は樹脂を溶解する限り特に制限されず、例えば、酢酸ブチル、酢酸エチル、キシレン、トルエン等の有機溶剤が挙げられる。

塗布方法は特に制限されず、ディッピング法、スプレー法、ロールコータ法、刷毛で塗布する方法等が挙げられる。
乾燥方法は、自然に乾燥させる風乾法、強制的に空気を当てて乾燥させる方法、熱による加熱法等が挙げられる。

中央部１２の樹脂コート層の平均厚みは通常、５〜３０μｍ、特に１０〜２０μｍが好適である。厚みの調整方法としては、ディッピング法の場合は引き上げ速度を早くすれば薄くなり、遅くすれば厚くすることができる。またロールコータ法の場合は、ロールとロールに当接するブレードとの隙間を調整することにより厚みを調整できる。
樹脂コート層の平均厚みはローラをカットして断面を顕微鏡等で拡大することによって測定できる。

上記組み合わせ（２）のように、中央部１２が樹脂コート処理される場合、当該中央部１２の樹脂コート層におけるブラスト処理領域１１との境界部には、当該層厚が当該境界に近づくに従って徐々に薄くなる傾斜を持たせることが好ましい。現像ローラとシール部材との間に入り込んだトナーが中央部１２方向に戻されたとき、比較的容易に中央部に戻れるためである。

シール部材は、従来より現像装置の分野でトナー漏れ防止のために現像ローラの両端部に当接させて使用されるものが使用可能である。具体例として、例えば、図７の１０１に示すような形状を有し発泡体からなるもの、フィルム形状を有するもの、植毛紙のような表面に細かな毛があるシート状のもの等が挙げられる。特にフィルム形状を有するシール部材は、短冊形状に切り出したものを、現像ローラの両端部に巻きつくように構成されて使用される。

本発明の現像装置が有する他の部材・装置、例えば、規制ブレード２、トナー３、現像槽４、および供給ローラ５は特に制限されず、従来より一成分現像装置に使用されている公知のものが使用可能である。

例えばトナーは、重合法等の湿式法で製造されたトナー粒子を含むものであってもよいし、または粉砕法（乾式法）で製造されたトナー粒子を含むものであってもよい。
トナーの平均粒径は特に制限されるものではなく、７μｍ以下、特に４．５μｍ〜６．５μｍが好ましい。トナーの平均円形度は０．９４〜０．９９、特に０．９５〜０．９７が好ましい。トナーは平均粒径が小さいほど、また平均円形度が高いほど、トナー漏れが発生し易いが、本発明ではそのような粒径および平均円形度であっても、トナー漏れの問題を有効に防止できる。

トナーの平均粒径はコールターカウンター（ベックマンコールター社製）によって測定された値を用いている。
トナーの平均円形度はＦＰＩＡ−２１００（シスメックス社製）によって測定された値を用いている。

（実施例／比較例；現像ローラの製造）
外径１６ｍｍのアルミニウム製芯金（軸方向長さ２３６．８ｍｍ）の外表面の中央部１２およびブラスト処理領域１３にブラスト処理を行い、図６に示すような現像ローラを得た。ブラスト処理においては、媒体の硬さ、衝突速度、ノズルからの距離を調整し、かつマスクを用いて、段階的または連続的勾配をもつ表面粗さもしくは一様な表面粗さを付与した。図６に示す現像ローラはブラスト処理領域１３が最大４段階の表面粗さ勾配を有するものである。各実施例／比較例における、各段階の表面粗さＲｚ_１１、Ｒｚ_１２、Ｒｚ_１３およびＲｚ_１４、鏡面領域の表面粗さＲｚ_１５、中央部１２の表面粗さＲｚ_２、ならびにそれらの部位の現像ローラ軸方向長さＬ_１１〜Ｌ_１５、およびＬ_２を表に示した。なお、実施例１、実施例２および実施例７においてブラスト処理領域１３の勾配は、表面粗さがＲｚ_２値から最小表面粗さＲｚ_１値まで直線的に減少する連続的勾配であった。なお、いずれの現像ローラにおいても、領域１６は未処理の鏡面であった。
比較例１では、ブラスト処理領域１３の全面に一様にブラスト処理を行った。

（評価）
現像ローラを、図１に示す構成を有するｍａｇｉｃｏｌｏｒ５４３０（コニカミノルタ社製）に組み込んで、１万枚の耐刷を行った。その後、機内を観察し、現像装置からのトナー漏れおよび現像ローラとシール部材とローラとの間のトナー融着について評価した。トナーの平均粒径は６．３μｍ、平均円形度は０．９６５であった。実施例１〜９において現像ローラの駆動トルクは、上記プリンタにおいて標準装備の現像ローラを使用した場合と同じであった。
５；トナー漏れは全く発生せず、トナー融着も起こらなかった；
４；トナー漏れは全く発生せず、トナー融着がわずかに起こった；
３；トナー漏れがわずかに発生し、トナー融着が起こったが、実用上問題なかった；
２；トナー漏れが発生し、トナー融着が起こり、実用上問題があった；
１；トナー漏れが大量に発生し、トナー融着が起こった。

各領域の表面粗さは、所定の領域において任意の４点で測定した値の平均値である。
ブラスト処理領域が段階的勾配を有するときの最小表面粗さＲｚ_１は、表面粗さ平均値が最も小さい領域の表面粗さ平均値である。
ブラスト処理領域が連続的勾配を有するときの最小表面粗さＲｚ_１は、ブラスト処理領域１３において、領域１６との境界から現像ローラ軸方向で約０．１ｍｍ離れたところの任意の４点で測定した値の平均値である。

本発明の現像装置の一例の概略構成図。 本発明に係る現像ローラの一例の概略見取り図。 本発明に係る現像ローラの一端におけるブラスト処理領域の別の具体例を示す概略図。 （Ａ）および（Ｂ）は共に、現像ローラ端部におけるブラスト処理領域の表面粗さ勾配の一例を示すグラフ。 現像ローラにおけるブラスト処理領域および当該領域を有する端部ならびにシール部材の寸法の関係を説明するための概略図。 実施例で製造した現像ローラを説明するための現像ローラの概略模式図。 従来の現像装置の一例の概略見取り図。

符号の説明

１：現像ローラ、２：規制ブレード、３：トナー、４：現像槽、５：供給ローラ、９：潜像担持体、１０：現像装置、１１：１１ａ：１１ｂ：端部、１２：中央部、１３：ブラスト処理領域、１４：中央部の端部、１５：現像ローラ端面、２０：現像領域。

Claims (3)

1. シール部材および両端部で該シール部材と摺擦しながら回転することによって、中央部外周面に担持したトナーを現像領域に搬送する現像ローラを備え、
   該現像ローラが、前記両端部の外周面においてブラスト処理領域を有し、該ブラスト処理領域は各端部において、表面粗さが現像ローラ軸方向における現像ローラ端面方向で減少する勾配を有し、該表面粗さ勾配を有するブラスト処理領域にシール部材を圧接させて該現像ローラを回転させることを特徴とする一成分現像装置。
2. 前記現像ローラ両端部のブラスト処理領域は各端部において、表面粗さが現像ローラ軸方向における現像ローラ端面方向で段階的または連続的に減少する請求項１に記載の一成分現像装置。
3. 現像ローラの軸方向について、中央部のトナー担持領域端部から現像ローラ端面までの距離をｑ、現像ローラ端部のブラスト処理領域の長さをｒ、および現像ローラ端部におけるシール部材との摺擦領域の長さをｓとしたとき、以下の関係式；
   ｑ＞ｓ＞ｒ
   を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の一成分現像装置。

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