JP4736575B2

JP4736575B2 - 現像ローラ

Info

Publication number: JP4736575B2
Application number: JP2005200604A
Authority: JP
Inventors: 洋平中出; 哲夫佐野; 一郎出水
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: JP2007017795A

Description

本発明は，電子写真方式の画像形成装置の現像装置に利用される現像ローラに関する。さらに詳細には，トナーを搬送する現像ローラに関するものである。

従来から，電子写真方式の画像形成装置に利用される１成分方式現像装置として，非磁性のトナーを供給する方式が採用されている。一般的にこの方式の現像装置は，像担持体（例えば，感光体ドラム）と対向し，所定の現像バイアスが印加される現像ローラと，その現像ローラと圧接し，現像ローラに向けて現像容器内のトナーを供給するトナー供給ローラと，この現像ローラの表面に当接し，現像ローラ上のトナーの付着量を規制する規制部材とを有している。

そして，この１成分現像方式の現像装置では，現像ローラとトナー供給ローラとの摺動摩擦によって非磁性の１成分トナーが現像ローラに付着する。さらに，現像ローラに当接する規制部材により，現像ローラ上の１成分トナーがさらに摩擦帯電され，現像ローラ上に均一なトナー層が形成される。トナー層となった１成分トナーは，現像ローラの回動に伴って感光体ドラム側へと搬送される。そして，感光体ドラムとの対向部にて，現像ローラと感光体ドラムとの電位差により，感光体ドラム表面の静電潜像に吸引され，顕像化される。

１成分現像方式の現像装置に利用される現像ローラは，図４に示すように，導電性を有する芯金２１と，その芯金２１上に形成された導電性を有する弾性層２２と，表面に形成された表面コート層２３とを有している（例えば，特許文献１）。また，このように構成された現像ローラには，表面コート層２３と凹凸が形成された弾性層２２との間にプライマ層２４が設けられている。このプライマ層２４は，表面コート層２３と弾性層２２との接着強度を高める機能を有している。また，プライマ層２４は，イオン導電材が添加されることで，表面コート層２３と弾性層２２との間の電荷の移動を促進する機能も兼ねている。

また，現像ローラ２のトナー保持力は，機械的な力である現像ローラ２の表面粗さと，電気的な力である現像ローラの表面電荷量（鏡像力）とによって決定される。そこで，現像ローラ２の表面は，機械的なトナー保持力を向上させるため，図５に示すようにトナー粒径の１〜２倍程度の凹凸粗面（表面粗さＲａが２μｍとなる程度）となっている。すなわち，弾性層２２の外周面を凹凸粗面とし，トナーの搬送性を向上させている。
特開２００３−９８７８２号公報

しかしながら，前記した従来の現像ローラには，次のような問題があった。すなわち，弾性層２２の外周面が凹凸粗面となっているため，プライマ層２４の厚さが弾性層２２の凸部上に位置する部分（図５中の囲みＡ）と，凹部上に位置する部分（図５中の囲みＢ）とで異なる。つまり，プライマ層２４の厚さは，凸部に位置する部分では薄く凹部に位置する部分では厚いことから不均一となる。そのため，電荷の移動ムラが発生し，荷電搬送性にばらつきが生じる。よって，結果として表面荷電量にばらつきが生じ，トナー保持力が低下する。

そこで，弾性層２２の外周面の凹凸を小さくする，つまり現像ローラ２の表面粗さＲａを小さくすることにより，プライマ層２４の厚さのばらつきを小さくすることが考えられる。しかしながら，表面粗さＲａを小さくするほど，表面電荷量のばらつきは小さくなるが機械的なトナー保持力が低下してトナーの搬送性が悪くなる。つまり，表面電荷量（電気的なトナー保持力）のばらつきの抑制と機械的なトナー保持力の確保とがトレードオフの関係にある。

本発明は，前記した従来の現像ローラが有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，現像ローラのトナー保持力の安定化が図られた現像ローラを提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた現像ローラは，１成分のトナーを担持し，像担持体に向けてそのトナーを搬送する現像ローラであって，芯金と，芯金上に位置する弾性層と，現像ローラの表面に位置し，その厚さが１０μｍ以上１５μｍ以下である表面層と，表面層と弾性層との間に位置し，導電性を有するプライマ層とを備え，プライマ層の厚さが１．８μｍ以上３μｍ以下であり，表面層の厚さが前記プライマ層の最も厚い部分の厚さの５倍以上であり，表面粗さＲａが１．８μｍ〜２．６μｍの範囲内であり，弾性層の外周面の凹凸の大きさはトナー粒径と同等であることを特徴としている。

弾性層としては，一般的なローラの弾性層として使用される低抵抗でかつ低硬度のゴム材であればよく，その材質としては例えばシリコンゴムが適用可能である。表面層としては，一般的にローラの表面をコーティングするゴム材であればよく，その材質としては例えばウレタン系のコート材が適用可能である。プライマ層としては，一般的なカップリング剤であればよく，その材質としては，例えばフッ素系プライマが適用可能である。

なお，プライマ層の厚さは，薄すぎると接着機能が低下する。そのため，１μｍ〜３μｍの範囲が好ましい。また，表面層の厚さは，厚すぎると表面荷電量が少なくなる。そのため，１０μｍ〜３０μｍの範囲が好ましい。

本発明によれば，表面層の厚さ，プライマ層の厚さ，あるいは現像ローラの表面粗さの適切な範囲を規定することにより，荷電搬送性，トナー搬送安定性，トナー保持力の少なくとも１つが向上する。よって，現像ローラのトナー保持力の安定化が図られる。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，非磁性の１成分トナーを収容・供給する現像装置を備えた電子写真方式のカラー複写機に本発明を適用したものである。

実施の形態の画像形成装置１００は，図１に示すように，像担持体である感光体ドラム１１を有し，その感光体ドラム１１の周囲に，感光体ドラム１１の表面を一様に帯電するための帯電装置１２と，感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成するための露光装置１３と，感光体ドラム１１上の静電潜像を可視像（トナー像）とするための現像装置１４と，感光体ドラム１１上のトナー像を用紙に転写するための転写装置１５と，転写残トナーを感光体ドラム１１から取り除くためのクリーニング装置１６とを感光体ドラム１１の回転方向に沿って備えている。さらに，用紙搬送路には，転写位置への用紙の搬送タイミングを調節するためのタイミングローラ１７および転写されたトナー像を用紙に定着させるための定着装置１８が設けられている。本形態では，帯電装置１２，転写装置１５，定着装置１８はいずれもローラ形状のものを用いている。また，クリーニング装置１６には，クリーニングブレードを用いる。

続いて，画像形成装置１００による画像形成の動作について簡単に説明する。画像形成装置１００は，スタート信号や画像データ等を受信することにより動作を開始する。感光体ドラム１１は，図１中の矢印方向に回転駆動される。そして，帯電装置１２と対向する位置で，帯電ローラによって一様に帯電される。次に，露光装置１３によって露光され，表面上に画像データに基づいた静電潜像が形成される。

次に，静電潜像が現像装置１４の位置に達すると，現像ローラに印加された現像バイアス電圧と感光体ドラム１１の静電潜像との間で形成される電界により帯電したトナーが移動し，静電潜像がトナーによって現像される。

一方，用紙搬送路を搬送されてきた用紙は，タイミングローラ１７にて画像先端位置にタイミングを合わせられ，感光体ドラム１１と転写装置１５との間に搬送される。そして，転写装置１５によって感光体ドラム１１上のトナー像が用紙に転写される。さらに，転写されたトナー像を保持した用紙はさらに搬送され，定着装置１８によって熱と圧力とが加えられることにより，トナー像が用紙に定着される。また，転写装置１５によって用紙に転写されず，感光体ドラム１１上に残った転写残トナーはクリーニング装置１６によって掻き取られる。これにより，１枚分の画像形成が終了する。

続いて，現像装置１４について詳説する。現像装置１４は，図２に示すように，１成分現像剤である非磁性のトナーを収容する現像容器１と，トナーを担持しトナーを感光体ドラム１１に向けて搬送する現像ローラ２と，現像ローラ２へのトナーの供給および現像ローラ２上のトナーの掻き取りを行うトナー供給ローラ３と，現像ローラ２上のトナーの厚みを規制するトナー量規制部材４と，トナー漏れを防止するとともに現像後に現像ローラ２上に残留するトナーを除電するトナー除電シート６とを備えている。また，現像ローラ２には，電源５が接続され，現像のためのバイアスが印加される。

現像装置１４では，トナー供給ローラ３と現像ローラ２との電位差および表面が発泡体であるトナー供給ローラ３の機械的搬送力により，現像容器１内のトナーをトナー供給ローラ３から現像ローラ２に搬送する。現像ローラ２に供給されたトナーは，現像ローラ２の回転に伴ってトナー量規制部材４により摩擦帯電されつつ薄層化され，感光体ドラム２との対向部にて静電潜像を可視化する。

現像ローラ２は，現像容器１に収容されているとともに，その一部が現像容器１の開口部によって現像容器１から露出している。また，現像ローラ２は，図３に示すように，感光体ドラム１１に対して両端部に設けられたコロ等のスペーサ部材８によって接触配置されている。また，現像ローラ２は，トナー供給ローラ３が強く当接していることから，感光体ドラム１１側に付勢されている。そのため，現像ローラ２は，感光体ドラム１１の長手方向に沿って，僅かな隙間をもって対向するように構成されている。

また，現像ローラ２は，その外形がストレート形状，すなわち円柱形状であり，端部の直径と中央部の直径とが等しい。なお，現像ローラ２の外形はストレート形状に限るものではない。例えば，クラウン形状や逆クラウン形状であってもよい。

また，現像ローラ２は，図４に示すように，導電性を有する芯金２１と，その芯金２１の周囲に位置し，発泡部材からなる導電性を有する弾性層２２と，その表面に導電性を有する表面コート層２３と，弾性層２２と表面コート層２３とを接着するプライマ層２４とを有している。

具体的に，芯金２１には，メッキを施したＳＵＳを用いる。なお，芯金２１としては，防錆処理を行った金属であれば適用可能である。例えば，アルミニウム、ステンレス、鉄にメッキを施したもの等が適用可能である。

弾性層２２には，低抵抗でかつ低硬度のシリコンゴムを用いる。なお，シリコンゴムに限定するものではなく，この他にウレタンゴム，ＮＢＲ，ＥＰＤＭゴム等が適用可能である。また，弾性層２２には，電気抵抗を調整するため，各種の導電性付与剤が添加されている。導電性材料には、例えば，導電性カーボン，金属粉，イオン導電性物質などを用いる。

さらに，弾性層２２の外周面は，図５に示すように，トナー粒径と同等の凹凸を有する凹凸粗面となっている。この凹凸により，トナーの機械的な搬送能力を向上させている。なお，この凹凸粗面による現像ローラ２の表面粗さＲａの具体的な範囲については後述する。

表面コート層２３は，下層材料のブリード阻止，トナーの荷電調節および搬送などの機能を有し，本形態ではウレタン樹脂を用いる。なお，下層材料のブリード阻止，トナーの荷電調節および搬送の各機能を充足する材料であればよく，この他シリコン樹脂，フッ素樹脂が適用可能である。なお，電気抵抗を調整するため，各種の導電性付与剤が添加されている。なお，具体的な膜厚については後述する。

プライマ層２４は，表面コート層２３と弾性層２２とを接着させる層であり，本形態ではイソシアネート系シランカップリング剤（ＫＢＥ−９００７：信越化学工業社製）を用いる。なお，プライマ層２４は，一般的なカップリング剤であればよい。また，プライマ層２４を構成するカップリング剤にはイオン導電材が添加されている。そのため，表面コート層２３と弾性層２２との間の電荷の移動が可能である。なお，具体的な膜厚については後述する。

［実施の形態の評価］
続いて，実施の形態にかかる現像ローラの評価結果について説明する。本評価では，コニカミノルタ社製の「magicolor7300」（以下，「評価機」とする）を利用し，現像ローラの構成を変えて評価を行った。

具体的には，現像ローラの構成として，次のようなものを用意した。すなわち，芯金径を１８ｍｍとし，弾性層の膜厚を１ｍｍとした。また，弾性層の体積抵抗率を１０⁷Ωｃｍとし，ゴム硬度をＭＤ−１硬度で４５度とした。

また，ローラの表面粗さを評価するため，添加する材料の量を調節し，表面粗さＲａが１．５μｍ〜３．０μｍの範囲内で粗さが異なるものを用意した。また，表面コート層の厚さを評価するため，表面コート材の塗布回数を調節し，表面コート層の厚さが６μｍ〜１５μｍの範囲内で異なるものを用意した。また，プライマ層の厚さを評価するため，カップリング剤の塗布回数を調節し，プライマ層の厚さが１μｍ〜４μｍの範囲内で異なるものを用意した。

結果を図６〜図１２の表に示す。なお，各図中，「表面粗さ」は，表面粗さＲａ（μｍ）のことである。表面粗さの測定には，東京精密社製の「SURFCOM480A」を使用した。また，「表面層厚」は，表面コート層の平均厚さ（μｍ），「接着層厚」は，プライマ層の最も厚い部分の厚さ（μｍ）のことである。

まず，荷電安定性および搬送安定性についての評価を行った。本評価では，印字率５％のテスト画像を１００００枚印刷し，その前後のトナーの荷電量（μＣ／ｇ）の変化と，トナーの搬送量（ｇ／ｍ²）の変化とを評価した。荷電安定性の評価基準は，荷電量の変化量が−１０μＣ／ｇ以下であれば良好（○），それよりも大きければ不良（×）とした。一方，搬送安定性の評価基準は，搬送量の変化量が１ｇ／ｍ²以下であれば良好（○），それよりも大きければ不良（×）とした。

本評価の結果，表面コート層の表面層厚が少なくとも１０μｍあれば荷電量の変化が小さく，良好な荷電安定性が得られることがわかった。

また，表面粗さＲａが１．８μｍ〜２．６μｍの範囲内であれば搬送量の変化が小さく，良好な搬送安定性が得られることがわかった。

次に，トナー阻止力（トナー保持力）についての評価を行った。本評価では，現像ローラ上のトナー除電部にトナーを荷電させるバイアスを印加し，その印加バイアスを徐々に上昇させ，トナーが現像ローラからこぼれ出したときの印加電圧を評価した。評価基準は，印加バイアスが３００Ｖ以上であれば良好（○），２００Ｖ〜３００Ｖであれば普通（△），２００Ｖ以下であれば不良（×）とした。

本評価の結果，現像ローラ２の表面粗さＲａが１．８μｍ〜２．６μｍの範囲内であれば，ほとんど不良は生じなかった。さらに詳細には，接着層厚が４μｍ以上になると良好な結果が得られなかった。また，表面コート層の厚さがプライマ層の厚さの５倍以上なければ，良好な結果が得られなかった。従って，接着層厚が３μｍ以下であって，表面コート層の表面層厚がプライマ層の接着層厚の５倍以上であれば良好なトナー阻止力が得られることがわかった。

以上詳細に説明したように本形態の現像ローラ２は，芯金２１上に，弾性層２２，プライマ層２４，表面コート層２３の順に積層されており，弾性層２２の外周面を凹凸粗面とすることとしている。そして，表面コート層２３の厚さ，プライマ層２４の厚さ，および現像ローラ２の表面粗さＲａを次のように規定する。すなわち，表面コート層２３の厚さを１０μｍ以上とし，プライマ層の厚さを３μｍ以上とし，さらに表面コート層の厚さをプライマ層の厚さの５倍以下とする。さらに，現像ローラ２の表面粗さＲａを１．８μｍ〜２．６μｍの範囲内とする。これにより，機械的なトナー保持力と電気的なトナー保持力との両立が図られ，トナーの搬送性が確保される。よって，現像ローラのトナー保持力の安定化が図られた現像ローラが実現している。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本発明は，カラープリンタ，モノクロプリンタ，コピー機，ファクシミリ等の各種の画像形成装置に適用可能である。

また，像担持体としてローラ形状の感光体ドラムを用いているが，ベルト状の感光体ベルトを使用してもよい。また，帯電装置は，ローラ帯電方式のほか，コロナ放電方式の帯電チャージャ，ブレード，ブラシ等を使用してもよい。また，露光装置は，レーザによるものでもＬＥＤによるものでもよい。また，転写装置は，転写ローラのほか，転写チャージャを使用してもよい。あるいは，感光体から用紙へ直接トナー像を転写する方式のほか，中間転写体を備え，２段階以上の転写を行う方式であってもよい。また，クリーニング装置は，クリーニングブレードのほか，クリーニングブラシ，クリーニングローラまたはそれらの組合せでもよい。あるいは，現像装置によって転写残トナーの回収を行うものであってもよい。また，定着装置は，定着ローラのほか，定着ベルトを用いてもよいし，非接触方式のものであってもよい。

実施の形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す図である。実施の形態にかかる現像装置の概略構成を示す図である。感光体ドラムおよび現像装置の配置を示す平面図である。現像ローラの断面を示す図である。現像ローラの表面の構成を示す図である。現像ローラの評価結果（表面粗さ：１．５μｍ）を示す表である。現像ローラの評価結果（表面粗さ：１．７μｍ）を示す表である。現像ローラの評価結果（表面粗さ：１．８μｍ）を示す表である。現像ローラの評価結果（表面粗さ：２．２μｍ）を示す表である。現像ローラの評価結果（表面粗さ：２．６μｍ）を示す表である。現像ローラの評価結果（表面粗さ：２．７μｍ）を示す表である。現像ローラの評価結果（表面粗さ：３．０μｍ）を示す表である。

符号の説明

１現像容器
２現像ローラ（現像ローラ）
２１芯金（芯金）
２２弾性層（弾性層）
２３表面コート層（表面層）
２４プライマ層（プライマ層）
３トナー供給ローラ
１１感光体ドラム
１４現像装置
１００画像形成装置

Claims

１成分のトナーを担持し，像担持体に向けてそのトナーを搬送する現像ローラにおいて，
芯金と，
前記芯金上に位置する弾性層と，
現像ローラの表面に位置し，その厚さが１０μｍ以上１５μｍ以下である表面層と，
前記表面層と前記弾性層との間に位置し，導電性を有するプライマ層とを備え，
前記プライマ層の厚さが１．８μｍ以上３μｍ以下であり，前記表面層の厚さが前記プライマ層の最も厚い部分の厚さの５倍以上であり，
表面粗さＲａが１．８μｍ〜２．６μｍの範囲内であり，
前記弾性層の外周面の凹凸の大きさはトナー粒径と同等であることを特徴とする現像ローラ。