JP4935587B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真画像形成装置に装填して用いる現像装置に関する。

近年、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成技術の発達は著しく、中でも電子写真方式に基づいた画像形成装置が多く用いられている。また、パーソナルコンピュータ等関連技術の性能向上に伴い、カラーの画像形成が可能な装置や小型、軽量、低価格の画像形成装置を要望する声が高くなり、さらなる改良、性能アップが望まれている。

画像形成装置に用いられる電子写真用現像剤としては、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤と非磁性又は磁性のトナーからなる一成分現像剤とがある。一成分現像剤を用いる現像装置は、キャリアを使用する必要が無いため、キャリアとトナーを混合する攪拌装置やトナーとキャリアの混合比を一定にするための制御を必要としないという利点がある。

また、非磁性一成分トナーを用いる非磁性一成分現像方式は現像ローラに磁石を使用しなくて済むため、より小型で低価額が求められるプリンターに好ましく用いられている。

また、非磁性一成分現像方式のなかでも、感光体と現像ローラを離設して現像を行う非接触現像方式は高画質化とカラー化に対して有利である。

また、低価格プリンターの普及に伴って、現像カートリッジに現像ローラを内蔵して現像装置の機能を持たせて小型化、低価格化するという技術の開発が進み、トナーカートリッジを交換するタイプの画像形成装置が注目されてきている。

更に、最近の環境への配慮の高まりより、カートリッジを交換するタイプから、現像ローラを内蔵した現像装置にトナーを補給して、現像装置を複数回使用するトナー補給方式の現像カートリッジも開発されている。これに伴い、メンテナンスが簡便である（カートリッジ寿命が長い）ことに対する要望も強く、繰り返し使用時の劣化に対する耐性が求められている。

また、最近になって、現像ローラのコスト抑制や軽量小型化をはかるため導電性弾性層を設けずに、基体の表面をブラスト加工等の表面加工を施した現像ローラや基体の表面に薄い機能層のみを設けた現像ローラを用いた現像装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２００１−６６８７６号公報 特開２００２−１４５３５号公報

基体の外周面に導電性弾性層を設けずに被覆層を設けた現像ローラを用いた現像装置は、コスト抑制や軽量小型化に対しては有効である。

しかしながら、この現像ローラは表面に柔らかい導電性弾性層を有さないので、トナーの薄層を規制部材により形成するときトナーに機械的ストレスを与え、トナーの劣化を促進させ、多数枚プリントするとプリント画像にカブリや濃度むらが発生し、現像装置の耐久性を低下させるという問題があった。

本発明は、基体の外周面に導電性弾性層を設けずに被覆層を設けた現像ローラを用いて多数枚プリントしても、使用環境による影響が少なく、機内汚れが発生せず、継続してカブリや画像むらがない高品質のプリント画質が得られる現像装置を提供することにある。

上記課題は、下記の記載の構成により解消されるものである。

１．基体の外周面に導電性弾性層を設けずに被覆層を設けた現像ローラと除電部材を有する現像装置において、
前記除電部材は、少なくとも、シート部材と該シート部材を固定するホルダーを有していて、前記ホルダーに固定された側の反対側のシート部材またはシート部材端部を前記現像ローラへ当接させるものであり、
前記除電部材を構成する前記シート部材の応力緩和時間（τ）が１〜１００ｍｓｅｃで、
前記現像ローラに当接する前記除電部材の押圧力（Ｐ）が０．５〜５０ｋＰａである
ことを特徴とする現像装置。

２．前記除電部材が、前記シート部材と前記ホルダーと押圧力均一化部材から構成されていることを特徴とする前記１に記載の現像装置。

本発明の現像装置は、基体の外周面に導電性弾性層を設けずに被覆層を設けた現像ローラを用いて多数枚プリントしても、使用環境による影響が少なく、機内汚れが発生せず、継続してカブリや画像むらがない高品質のプリント画質を得ることができる優れた効果を有する。

プリンター市場では、小型、低価格でありながら高品質のプリント画像が継続して得られるプリンターが要望されている。

この要望に答えるため、小型、低価格でありながら高画質が継続して得られやすい非磁性一成分トナーを用いた非接触現像方式が検討されている。

非接触現像方式に用いる現像装置では、一般に基体の外周面に柔らかい導電性弾性層を設けその上に被覆層を設けた現像ローラが用いられている。

最近、小型化と低コストの要望をより満足させるため、柔らかい導電性弾性層を設けず、基体の表面に直接被覆層を設けた現像ローラが提案されている。

ところが、柔らかい導電性弾性層を有さない現像ローラでは、規制部材を用いてトナーの薄層を現像ローラ表面に形成する際に、規制部材によりトナーが直接外圧（ストレス）を受けることになる。トナーは外圧を受けると、トナー母体表面に固着していた外添剤がトナー母体内部に外圧により埋没する。外添剤がトナー母体内部に埋没するとトナーは一定の帯電量を維持することができなくなり帯電量が低下し、プリント画像にカブリや濃度むらが発生し高品質のプリント画像が得られなくなる。

本発明者は、基体の外周面に導電性弾性層を設けずに被覆層を設けた現像ローラを用いる非接触非磁性一成分現像方式で、高温高湿（例えば、３０℃、８０％ＲＨ）環境や低温低湿（例えば、１０℃、１５％ＲＨ）環境で多数枚プリントしても、機内汚れが発生せず、継続してカブリや濃度むらのない高品質のプリント画像を得ることができる現像装置について種々検討を行った。

種々検討の結果、応力緩和時間が特定の値を有する除電部材を用い、該除電部材を現像ローラに特定の押圧力で当接するように設定した現像装置を用いると上記問題を解決することができることが確認できた。

応力緩和時間（τ）が１〜１００ｍｓｅｃの除電部材を用い、該除電部材を現像ローラに押圧力Ｐ０．５ｋＰａ≦Ｐ≦５０ｋＰａで当接するように設定した現像装置に、非磁性一成分トナーを搭載し、感光体に非接触で画像形成すると、現像に寄与しなかったトナーの除電が現像ローラ表面の各位置で均一に行われる。

除電されたトナーは次の工程（掻き取り工程及び供給工程）で新しいトナーに入れ替えが行われる。トナーの入れ替えは次の工程で１００％行われるわけではない。

現像に寄与しなかったトナー（残留トナー）の除電量が均一であれば、再度トナーが帯電工程へ搬送された時もほとんどのトナーが所望の帯電量を得ることができる。

残留トナーの新しいトナーの入れ替えは、残留トナーの除電量に左右されるため、トナーの除電量を一定にすることで、再度トナーが帯電工程へ搬送された時に所望の帯電量が維持でき、継続して高品質のプリント画像を得ることができる。

以下、本発明について詳細に説明する。

《現像装置》
先ず、本発明の現像装置について説明する。

図１は、本発明の現像装置の一例を示す概要断面図である。

図１において、１０は感光体、３０は現像器、３２は本発明におけるトナー担持体に相当する現像ローラ、３４は供給ローラ、３５はトナー規制部材、５０は除電部材、３６はアジテータ、３７はバイアス電源、３８はホッパー、３９は本体ケースを示す。現像器３０は、本体ケース３９内に現像ローラ３２、供給ローラ３４、トナー規制部材３５、除電部材５０、アジテータ３６等の部材を所定位置に配設して構成したものであり、この現像器３０を電子写真記録装置内の所定位置に設置したとき、現像ローラ３２は感光体１０に所定の間隙で対向するか、または当接する。

現像器３０内の新規トナーＴはアジテータ３６によって撹拌され、供給ローラ３４によって現像ローラ３２に運ばれる。現像ローラ３２は導電性の基体で構成され、その表面は樹脂コーティングされている。そのため、現像ローラ３２の表面にはトナーＴが吸着し、トナー層Ｔｓが形成される。このトナー層Ｔｓはトナー規制部材３５によって薄層化されるとともに摩擦帯電される。そして、摩擦帯電した現像ローラ３２表面のトナーＴが感光体１０表面の静電潜像に電気的に転移付着することにより、静電潜像が現像される。現像後に現像ローラ３２上に残留したトナーは、除電部材５０に当接されて通過し、除電される。

トナー規制部材３５と現像ローラ３２との当接圧力は、スリーブ母線方向の線圧として、３〜２５０Ｎ／ｍが好ましく、５〜３０Ｎ／ｍが特に好ましい。当接圧力を３〜２５０Ｎ／ｍとすることにより、トナーの搬送量を規定し、且つトナーの帯電量分布がシャープとなりカブリや飛散の発生を回避することができる。

トナー規制部材３５は、弾性ブレード、弾性ローラ等で、所望の極性にトナーを帯電するのに適した摩擦帯電系列の材質のものを用いることが好ましい。本発明においては、ＳＵＳ、りん青銅等の金属板、シリコーンゴム、ウレタンゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどが好適である。さらに、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、メラミン、メラミン架橋ナイロン、フェノール樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、スチレン系樹脂等の有機樹脂層を設けても良い。また導電性ゴム、導電性樹脂等を使用、または、金属酸化物、カーボンブラック、無機ウイスカー、無機繊維等のフィラーや荷電制御剤をブレードのゴム中、樹脂中に分散するなども適度の誘電性、帯電付与性を与え、トナーを適度に帯電させることができて好ましい。

次に、本発明の現像装置で用いられる除電部材について説明する。

《除電部材》
本発明で用いる除電部材の構成は、前述の押圧力が確保できれば、任意の構成を選択できる。

図２は、除電部材の構成の一例を示す模式図である。

図２において、５０は除電部材、５２はシート部材、５３は押圧力均一化部材、５１はホルダーを示す。

図２の（ａ）はシート部材をホルダーに固定し反固定側を現像ローラに接触当接する構成の除電部材を示す。（ｂ）はシート部材の裏面に押圧力均一化部材を設けたシート部材をホルダーに固定し、反固定側を現像ローラに当接接触する構成を示す。（ｃ）はシート部材の片側をホルダーに固定し、反固定側の平面或いは曲面を現像ローラに接触当接する構成を示す。

これらの中では、（ｂ）のシート部材の裏面に押圧力均一化部材を設けたシート部材をホルダーに固定し、反固定の平面或いは局面を現像ローラに当接接触する構成が前述の押圧力を確保しやすく好ましい。

シート部材の材質としては、ナイロン、ポリウレタン、アクリル、ポリエステル、塩化ビニル、シリコーン樹脂、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。

具体的には、前述の応力緩和時間を確保するためフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）にカーボンブラック等の導電剤を練りこんだものが好ましく挙げられる。

シート部材の厚さは、２０〜５００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。シート部材の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）０．０５〜２．０μｍが好ましく、０．１〜１．０μｍがより好ましい。シート部材の電気抵抗率は１０⁴〜１０⁹Ω・ｃｍが好ましく、１０⁵〜１０⁷Ω・ｃｍがより好ましい。

押圧力均一化部材の材質としては、特に限定しないが、ＥＰＤＭ、ウレタン、ナイロン、シリコーン、ＰＥＴ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、天然ゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、モルトプレンおよびポリノルボルネンゴム等が挙げられる。これらの中ではモルトプレンが好ましい。

押圧力均一化部材の硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３ タイプＥ硬度で３０〜７０°が好ましく、４０〜６０°がより好ましい。

尚、平均粗さＲａ、電気抵抗率及びＥ硬度は一般に用いられている測定装置を用いて測定した値である。

《応力緩和時間》
本発明において、応力緩和時間（τ）は、１〜１００ｍｓｅｃ、好ましくは〜８０ｍｓｅｃである。応力緩和時間（τ）を１ｍｓｅｃ以上にすることでトナーへの過度なストレスをかけることが無くなり、多数枚プリントしても継続して高品質の画像が得られる。また、応力緩和時間（τ）を１００ｍｓｅｃ以下にすることで、押圧力の均一性が高くなり、トナー帯電量、搬送量にむらが無くなり多数枚プリントしても継続して高品質の画像が得られるようになる。

本発明でいう除電部材の応力緩和時間（τ）とは、一定深さ測定圧子を押込んだ時の、初期応力をＦ０、応力の時間ｔを変数とした曲線をＦとし、下記式（１）で定義した係数を意味する。

式（１）
Ｆ＝Ｆ０ｅｘｐ（−ｔ／τ）
具体的には、−ｌｏｇ（Ｆ／Ｆ０）をｘ軸に、時間ｔをｙ軸にとった時のグラフの一次近似で得られる直線の傾きから緩和時間τが導かれる。

以下に測定方法を示す。

測定装置と測定条件
測定装置：ダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−Ｗ２０１Ｓ（島津製作所社製）
測定環境：２３℃、６０％ＲＨ
測定圧子：Φ５００μｍ平面圧子
測定モード：一定押込み試験
押込み深さ：１０μｍ
負荷速度：１０μｍ／ｓｅｃ
保持時間：５ｓｅｃ
《押圧力》
除電部材が現像ローラに当接する押圧力は０．５〜５０ｋＰａ、好ましくは５〜３０ｋＰａである。押圧力を０．５ｋＰａ以上とすることで、除電能力が不足することがなく、現像ローラ上のトナー薄層の増大が発生したり、トナーこぼれ等による機内汚れが発生することがない。また、押圧力を５０ｋＰａ以下とすることで、トナーへのストレスが過剰とならず、トナー割れ、外添剤の埋没等によるトナー帯電量低下が引き起こされず、トナー飛散等による機内汚れが発生しない。

本発明において、除電部材を現像ロールに当接する押圧力は、上記シート部材の材質、厚さ、表面粗さ、押圧力均一化部材の材質、硬度、除電部材の現像ローラへの押し込み量、擦過幅等でコントロールできる。具体的には、シート部材の材質はトナーとの帯電序列から除電性能を優先させるため、主に押圧力均一化部材の硬度と押し込み量、ニップ幅で押圧力を調整することが好ましい。

除電部材が現像ローラに当接する押圧力は、現像ローラと除電部材の当接部に、幅１ｃｍ、厚さ１００μｍのポリエステルフィルムをはさみ、引っ張り試験器で該ポリエステルフィルムを引っ張り試験で引っ張り、その引っ張り力をＦ（Ｎ）とした時、当接圧（Ｐ）＝Ｆ×１０（ｋＰａ）として押圧力（Ｐ）を算出する。

図３は、除電部材が現像ローラに当接する押圧力を測定する装置の模式図である。

図３において、５０は除電部材、３２は現像ロール、６０はポリエステルフィルム、１００は引っ張り試験器を示す。

測定条件
測定装置（引っ張り試験器）：ＨＥＩＤＯＮ表面性試験機ＴＹＰＥ１８Ｌ（新東科学社製）
引っ張り速度：３００ｍｍ／ｍｉｎ
測定レンジ：０．９８０５Ｎ／Ｖｏｌｔ（５０％フルスケール）
フィルター：１０Ｈｚ
測定環境：２３℃、６０％ＲＨ
測定手順
現像ローラの画像形成幅を１０等分し、１１カ所について押圧力を測定する。

得られた測定値の平均値を押圧力とする。

除電部材が現像ローラに当接する押圧力は、現像ローラと除電部材の当接部に、幅１ｃｍ、厚さ１００μｍのポリエステルフィルムをはさみ、引っ張り試験器で該ポリエステルフィルムを引っ張り試験で引っ張り、その引っ張り力をＦ（Ｎ）とした時、当接圧（Ｐ）＝Ｆ×１０（ｋＰａ）として押圧力（Ｐ）を算出する。

除電部材が現像ローラに当接する押圧力は０．５〜５０ｋＰａ、好ましくは５〜３０ｋＰａである。押圧力を０．５ｋＰａ以上とすることで、除電能力が不足することがなく、現像ローラ上のトナー薄層の増大が発生したり、トナーこぼれ等による機内汚れが発生することがない。また、押圧力を５０ｋＰａ以下とすることで、トナーへのストレスが過剰とならず、トナー割れ、外添剤の埋没等によるトナー帯電量低下が引き起こされず、トナー飛散等による機内汚れが発生しない。

次に、現像ローラについて説明する。

《現像ローラ》
図４は、本発明で用いられる現像ローラの構成の一例を示す概略図である。

図４においいて、１１は基体、２２は被覆層、２３は表面層、２０は塗膜を示す。

図４の（ａ）は基体の上に被覆層を形成した構成の現像ローラを示す。図４の（ｂ）は基体の上に被覆層を形成し、その上に表面層を形成した構成の現像ローラを示す。

図４（ａ）の現像ローラは構成が単純で小型化が可能で、且つ安価にできる。図４の（ｂ）は表面層を設けることで現像ローラの耐久性が向上する。

図５は、本発明で比較例となる導電性弾性層を有する現像ローラの模式図である。

図５において、１１は導電性基体、２２は被覆層、２１は導電性弾性層、２０は塗膜を示す。

導電性弾性層は通常５００μｍ〜６．０ｍｍ程度の膜厚を有する。図５の比較例の現像ローラは、小型化が難しく、コスト的にも高くなり不利である。

（基体）
基体は、現像ローラの軸芯となるもので、例えば、金属製の棒状体あるいは中空円筒体が用いられる。その材質としては、金属ではアルミニウム、ステンレス、表面をメッキ処理してなる鉄等があげられる。そのほか導電性樹脂棒等も用いることができる。基体の外径は、５〜３０ｍｍが好ましく、１０〜２０ｍｍがより好ましい。基体は、現像ローラ表面に蓄積される電荷をリークさせる部材も兼ねるため、比抵抗が１×１０⁴Ω・ｃｍ以下にすることが好ましい。具体的には、基体を軽量化するため中空のアルミニウム合金製スリーブ（肉厚は０．８〜２．０ｍｍ程度）の両端にフランジを装着したものが好ましい。尚、比抵抗は公知の方法により測定することができる。

（被覆層）
被覆層は、樹脂成分と導電剤（電子導電剤やイオン導電剤）、必要に応じ非導電性充填剤を適宜配合して調製した塗布液を基体の外周面に塗布しこれを乾燥し、所望の場合にはこれを加熱し硬化させて形成することができる。

（表面層）
表面層は、被覆層同様、樹脂成分と導電剤（電子導電剤やイオン導電剤）、必要に応じ非導電性充填剤を適宜配合して調製した塗布液を基体の外周面に塗布しこれを乾燥し、所望の場合にはこれを加熱し硬化させて形成することができる。

（樹脂成分）
樹脂成分としては、特に限定されるものではないが、具体的には、シロキサン変性ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール変性・シリコーン変性等の変性アルキッド樹脂、オイルフリーアルキッド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ウレタン樹脂等を挙げることができる。この内、自己膜補強性、トナー帯電性等の観点から、シロキサン変性ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等が好ましく用いられる。中でも、良好な耐磨耗性が得られる点から、シロキサン変性ポリウレタン樹脂を用いることが特に好ましい。

ウレタン樹脂とは、ポリヒドロキシ化合物とイソシアネート化合物を含むウレタン原料を反応させて得られたたもので、例えば、プレポリマーを架橋反応させる方法で得られたものや、ポリオールをワン・ショット法にてポリイソシアネートと反応させる方法で得られたものなどが挙げられる。

この場合、ウレタン樹脂を得る際に用いられるポリヒドロキシル化合物としては、一般の軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマーの製造に用いられるポリオール、例えば、末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルポリオールが挙げられるほか、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させて得られるいわゆるポリマーポリオール等の一般的なポリオールを使用することができる。また、イソシアネート化合物としては、同様に一般的な軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマーの製造に使用されるポリイソシアネート、即ち、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩと表すことがある）、粗製ＴＤＩ、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩと表すことがある）、粗製ＭＤＩ、炭素数２〜１８の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート及びこれらポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば部分的にポリオール類と反応させて得られるプレポリマー等を用いることができる。特に被覆層をユニバーサル硬さを低くする目的でポリイソシアネートの混合比率を低くしてもよい。

また、ウレタン樹脂は、ポリヒドロキシル化合物及びポリイソシアネートを含む、１液型や２液型のウレタン原料を用いて調製してもよいし、必要に応じてエポキシ樹脂やメラミン樹脂を架橋剤として用いても良い。

ポリアミド樹脂とは、ナイロン６、６・６、６・１０、６・１２、１１、１２、１２・１２及びそれらのポリアミドの異種モノマー間の重縮合から得られるポリアミドなどで、作業性の面からアルコール可溶性のものが好んで用いられている。例えばポリアミドの３元共重合体や４元共重合体の分子量を調整したもの、またはナイロン６やナイロン１２をメトキシメチル化し、アルコールや水に可溶性としたものが挙げられる。

また、アクリル樹脂とは、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルエタクリレート、これらの側鎖末端をヒドロキシアルキル基等で置換したもの、及び、これらの共重合体などである。

アクリル樹脂を構成するモノマーとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−２−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸−２−エチルヘキシル、β−ヒドロキシアクリル酸エチル、γ−アミノアクリル酸プロピル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等が挙げられる。

本発明で用いられる樹脂としては、シリコーン共重合ポリウレタン樹脂がより好ましい。シリコーン共重合ポリウレタン樹脂は、２官能以上の多価イソシアネート及び２官能以上の水酸基を持つシリコーン骨格を分子中に有する化合物から合成することができる。

このシリコーン共重合ポリウレタン樹脂は特に限定されるものではないが、特公平７−３３４２７号等に開示されるものを使用することができる。

シロキサン変性ポリウレタン樹脂としては、例えばポリオールとイソシアネートと鎖伸長剤から得られ、且つエポキシ基と反応性を持つ官能基を有するポリウレタン樹脂（１）と、１分子中に１つの水酸基を持つエポキシ化合物（Ａ）（以下、単にエポキシ化合物（Ａ）と略す。）とアルコキシシラン部分縮合物（Ｂ）との脱アルコール反応によって得られるエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物（２）とを反応させてなるアルコキシ基含有シロキサン変性ポリウレタン樹脂を用いることができるがこれに限定されるものではない。

ポリウレタン樹脂（１）におけるエポキシ基と反応性を有する官能基は、ポリウレタン樹脂（１）の末端、主鎖のいずれに存在していてもよい。かかる官能基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などの酸性基、アミノ基、水酸基、メルカプト基などがあげることができる。エポキシ基との反応性や、官能基付与容易性の点から酸性基、アミノ基が好ましい。ポリウレタン樹脂（１）に酸性基を付与する方法は特に限定されないが、例えば前記の鎖伸長剤や重合停止剤として前述の官能基を有する化合物を使用することで、官能基を付与することができる。

（電子導電剤）
電子導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、銅、錫、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫一酸化アンチモン固溶体、酸化錫一酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物、これらの導電性材料で被膜された絶縁性物質などの微粉末を用いることができる。この内、カーボンブラックが、比較的容易に入手でき良好な帯電性が得られるので好ましく用いられる。

カーボンブラックは、その種類には、特に制限はなく、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック等の従来公知の種々のカーボンブラックを使用することができる。カーボンブラックの配合量は、使用するカーボンブラックの種類によって異なるために特に限定されないが、通常、樹脂成分１００質量部に対して５〜５０質量部とするのが好ましく、１０〜４０質量部がより好ましい。

（イオン導電剤）
イオン導電剤としては、従来から無機イオン塩や有機イオン塩として公知のものが、何れも適宜に選択使用できる。具体的には、Ｌｉ、ＬｉＣｌ、ＮａＩ、ＮａＢｒ、ＫＩ等のアルカリ金属ハライド、ＬｉＣｌＯ₄、ＫＣｌｌＯ₄、ＣｕＣｌ₂Ｍｇ（ＣｌＯ₄）₂等の過塩素酸塩、ＬｉＳＣＮ、ＮａＳＣＮ、ＣｓＳＣＮ等のチオシアン酸塩等のごとき無機イオン塩や、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加リン酸エステル塩、４級アンモニウム塩、ベタイン等の有機イオン塩を挙げることができる。これらの中で特に好ましいものとして、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート、テトラメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド等の４級アンモニウム塩を挙げることができる。このイオン導電剤は、１種類で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。

イオン導電剤の配合量は、特に制限はなく各種状況に応じて適宜選定されるが、被覆層を形成する樹脂成分１００質量部に対し０．００１〜５質量部が好ましく、０．０５〜２質量部がより好ましい。

これにより、１×１０⁴〜１×１０¹⁰Ω・ｃｍの抵抗領域で、電気抵抗の位置ばらつきが少なく、且つ電気抵抗の電圧依存性が少ない上、温湿度の環境変化に対する電気抵抗の変動が少ない導電性を有する被覆層が得られる。

次に、現像ローラの作製について説明する。

（被覆層の作製）
被覆層を基体の外周面に直接被覆層を形成するする手段としては、上記構成材料（樹脂と導電剤、必要に応じ非導電性充填剤）を有機溶剤に溶解、分散した塗布液を基体上に塗布する方法が好ましい。この塗布液の樹脂成分濃度は特に制限はなく、必要とする層厚に応じ、適宜調整すればよいが、塗布液中の固形物の分散性や安定性から、樹脂成分濃度は１０質量％以上であることが好ましい。

塗布液の樹脂成分濃度を調製するために用いる溶剤は、上記樹脂成分を溶解することができるものであれば特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの低級アルコール、メチルエチルケトンなどのケトン類、シクロヘキサン、トルエン、キシレンなどが好ましく用いられる。

被覆層の塗布液は、主成分となる材料を形成する各成分を適当な分散機（ボールミル、サンドミル、ホモミキサー等）を用いて分散し、さらに有機溶媒等を加えて撹拌して調製することができる。

被覆層の膜厚は、３〜３０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。被覆層の厚みは、現像ローラより被覆層を含む断面試料を採取し、断面試料の顕微鏡写真より測定する。被覆層の膜厚は３μｍ以上あれば、磨耗や傷に十分耐えられる。また、被覆層の膜厚を３０μｍ以下にすることで、トナーの搬送量や帯電量を確保することができる。

（表面層の作製）
表面層を被覆層の外周面に形成するする手段としては、上記構成材料（樹脂と導電剤、必要に応じ非導電性充填剤）を有機溶剤に溶解、分散した塗布液を基体上に塗布する方法が好ましい。表面層の膜厚は、２〜１０μｍが好ましい。

塗布液を塗布する方法としては、ディップ塗布、ロール塗布、スプレー塗布、リング塗布等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

《トナー》
本発明では、現像装置の軽量小型化に適した非磁性１成分トナーが好ましく用いられる。非磁性１成分トナーは、樹脂と着色剤を有するトナー母体に流動性や帯電量を確保するため酸化チタンや樹脂微粒子等の外添剤をトナー母体表面に固着して作製されたものである。

非磁性１成分トナーの体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）径は、高品質のトナー画像を得るという観点から３〜９μｍのものが好ましい。

非磁性１成分トナーを構成する樹脂の具体例としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂を挙げることができる。

非磁性１成分トナーの製造方法は特に限定されず、公知の重合法や粉砕法により作製することができる。具体的には、トナー母体を作製した後、酸化チタンや樹脂微粒子等の外添剤を添加し、トナー母体に外添剤を固着させて製造される。

次に、本発明に使用される画像形成装置について説明する。

《画像形成装置》
図６は、本発明の現像装置が搭載可能なフルカラー画像形成装置の一例を示す構成断面図である。

図６に示すフルカラー画像形成装置には、回転駆動される感光体１０の周囲に、感光体１０表面を所定電位に均一に帯電させる帯電ブラシ１１や、感光体１０上に残留したトナーを掻き落すクリーナ１２が設けられている。

また、帯電ブラシ１１により帯電された感光体１０をレーザビームで走査露光するレーザ走査光学系２０が設けられ、レーザ走査光学系２０はレーザダイオード、ポリゴンミラー、ｆθ光学素子を内蔵する。ホストコンピュータよりレーザ走査光学系２０の制御部にシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色毎の印字データが転送され、レーザ走査光学系２０は各色毎の印字データに基づいてレーザビームを出力して、感光体１０上に各色毎の静電潜像を形成する。

静電潜像が形成された感光体１０に各色のトナーを供給してフルカラーの現像を行う現像装置３０は、支軸３３の周囲にシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各非磁性１成分トナーを収容した４つの色別の現像器３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙ、３０Ｂｋが設けられている。各現像器３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙ、３０Ｂｋは、支軸３３を中心にして感光体１０と対向する位置に導かれる。

また、各現像器３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙ、３０Ｂｋには、回転してトナーを搬送するトナー担持体（現像ローラ）３２の外周面にトナー規制部材３５が圧接され、トナー規制部材３５により、現像ローラ３２により搬送されるトナー量を規制するとともに、トナーを帯電させる。なお、現像装置３０は、現像ローラ３２により搬送されるトナー量の規制と帯電を適切に行うために、トナー規制部材を２つ設けることも可能である。

そして、レーザ走査光学系２０により感光体１０上に各色の静電潜像が形成される度に、現像装置３０は支軸３３を中心に回転させて、対応する色のトナーを収容する現像器３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙ、３０Ｂｋを感光体１０と対向する位置に順々に導く。そして、各現像器に設けられた現像ローラ３２を感光体１０に接触させ、各色の静電潜像が形成された感光体１０上に帯電された各色のトナーを供給することにより現像を行う。

また、現像装置３０より感光体１０の回転方向下流側に、中間転写体４０として回転駆動する無端状の中間転写ベルト４０が設けられ、中間転写ベルト４０は感光体１０と同期して回転駆動する。中間転写ベルト４０は、回転可能な１次転写ローラ４１により押圧されて感光体１０に接触する。中間転写ベルト４０を支持する支持ローラ４２の部分に２次転写ローラ４３が回転可能に設けられ、２次転写ローラ４３により記録紙等の転写シートＳが中間転写ベルト４０に押圧される。

さらに、前記現像装置３０と中間転写ベルト４０との間に設けられたスペースには、中間転写ベルト４０上に残留したトナーを掻き取るクリーナ５０が中間転写ベルト４０に対して接離可能に設けられている。

また、普通紙等の記録材Ｓを中間転写ベルト４０に導く給紙手段６０は、転写シートＳを収容させる給紙トレイ６１、給紙トレイ６１に収容された転写シートＳを１枚ずつ給紙する給紙ローラ６２、中間転写ベルト４０上に形成された画像と同期して給紙された転写シートＳを中間転写ベルト４０と２次転写ローラ４３との間に送るタイミングローラ６３とで構成される。このようにして中間転写ベルト４０と２次転写ローラ４３との間に搬送された転写シートＳを２次転写ローラ４３により中間転写ベルト４０に押圧させ、中間転写ベルト４０からトナー画像を転写シートＳに押圧転写させる。

トナー画像が押圧転写された転写シートＳは、エアーサクションベルト等で構成された搬送手段６６により定着装置７０に搬送され、定着装置７０で転写されたトナー画像が転写シートＳ上に定着される。定着処理後の転写シートＳは垂直搬送路８０を搬送されて装置本体１の上面に排出される。

次に、図６に示すフルカラー画像形成装置で行われるフルカラーの画像形成動作を具体的に説明する。先ず、感光体１０と中間転写ベルト４０を同じ周速度でそれぞれの方向に回転駆動させ、感光体１０を帯電ブラシ１１により所定電位に帯電させる。

このように帯電された感光体１０上にレーザ走査光学系２０によりシアン画像の露光を行って感光体１０上にシアン画像の静電潜像を形成する。静電潜像形成後、シアントナーを収容した現像器３０Ｃよりトナー規制部材で帯電されたシアントナーを供給して感光体１０にシアンのトナー画像を形成する。そして、シアンのトナー画像を形成した感光体１０に中間転写ベルト４０を１次転写ローラ４１を用いて押圧させ、感光体１０に形成されたシアンのトナー画像を中間転写ベルト４０上に１次転写させる。

シアンのトナー画像を中間転写ベルト４０上に転写後、現像装置３０を支軸３３を中心に回転させて、マゼンタトナーを収容した現像器３０Ｍを感光体１０との対向位置に導き、感光体１０上にレーザ走査光学系２０によりマゼンタ画像の静電潜像を形成する。そして、形成されたマゼンタの静電潜像を現像器３０Ｍによりマゼンタトナーで現像し、現像されたマゼンタのトナー画像を感光体１０から中間転写ベルト４０上に１次転写させる。さらに、同様の手順でイエロー画像と黒色画像の露光、現像及び１次転写を順次行い、中間転写ベルト４０上にシアン、マゼンタ、イエロー、黒色のトナー画像を重ねてフルカラーのトナー画像を形成する。

中間転写ベルト４０上に黒色のトナー画像が１次転写されると、転写シートＳがタイミングローラ６３により２次転写ローラ４３と中間転写ベルト４０との間に搬送され、２次転写ローラ４３により転写シートＳを中間転写ベルト４０に押圧して、中間転写ベルト４０上に形成されたフルカラーのトナー画像を転写シートＳ上に２次転写する。

このように、転写シートＳ上にフルカラーのトナー画像が２次転写されると、転写シートＳを搬送手段６６により定着装置７０に搬送し、定着装置７０により転写されたフルカラーのトナー画像を転写シート上に定着させる。その後、画像形成が行われた転写シートＳを垂直搬送路８０を経由して装置本体１の上面に排出される。

以下、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではない。

《現像ローラの作製》
下記のようにして現像ローラを作製した。

〈被覆層形成用材料の調製〉
（シロキサン変性ポリウレタン樹脂の調製）
撹拌機、温度計及び窒素ガス導入管を備えた反応装置に、ポリカーボネートジオール（プラクセルＣＤ２２０（ダイセル化学社製、数平均分子量２０００））１０００質量部とイソホロンジイソシアネート２７８質量部を投入し、窒素気流下にて１００℃で６時間反応させて、遊離イソシアネート価３．４４％のプレポリマーを形成した。これにメチルエチルケトン５４８質量部を添加してウレタンプレポリマーの溶液とした。

次いで、イソホロンジイソシアミン１．８質量部、ジ−ｎ−ブチルアミン４．０質量部、メチルエチルケトン９０６質量部及びイソプロピルアルコール６０３質量部からなる混合物の存在下に上記ウレタンプレポリマー溶液１０００質量部を添加し、５０℃で３時間反応させた。得られたポリウレタン樹脂溶液（以下、ポリウレタン樹脂１Ａという）は、樹脂固形分濃度が３０％、アミン価が１．２ＫＯＨ（ｍｇ／ｇ）であった。

次に、同様の反応装置に、上記ポリウレタン樹脂１Ａ５００質量部を５０℃に加温した後、下記エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物（２Ａ）１０．９５質量部を添加し、窒素気流下、６０℃で４時間反応させ、「シロキサン変性ポリウレタン樹脂」を得た。

なお、エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物（２Ａ）のエポキシ基の等量／ポリウレタン樹脂（１Ａ）のアミノ基の等量（等量比）が２、シロキサン変性ポリウレタン樹脂中の固形残分中のＳｉ含有量がシリカ質量換算で３．３％であった。

（シリコーン共重合ポリウレタン樹脂の調製）
撹拌機、温度計、窒素ガス導入管、及び還流冷却器を備えた反応器にε−カプロラクトン３１０質量部及びアルコール変性シロキサンオイル１５０質量部及びテトラブチルチタネート０．０５質量部を装入し、窒素気流下で１８０℃の温度で１０時間反応させ、水酸基価３７、酸価０．４０、数平均分子量３，０３０のポリシロキサン−ポリエステル共重合体を得た。

上記共重合体１５０質量部及び１，４−ブタンジオール２７質量部を、２００質量部のメチルエチルケトンと１００質量部のジメチルホルムアミドとの混合溶媒中に溶解し、６０℃でよく撹拌しながら９１質量部の水添化ジフェニルメタンジイソシアネート（水添化ＭＤＩ又はＨ１２ＭＤＩと略記することあり）を１８８質量部のジメチルホルムアミドに溶解したものを徐徐に滴下し、滴下終了後８０℃で６時間反応させて「シリコーン共重合ポリウレタン樹脂」を得た。

〈現像ローラ１の作製〉
メチルエチルケトン １００質量部
ウレタン樹脂（ニッポラン５１９９、日本ポリウレタン社製） ２０質量部
架橋アクリル樹脂粒子（粒径１５μｍ） ６質量部
ケッチェンブラック ６質量部
を混合し、サンドミルで２時間分散させ、被覆層塗布液１を作製した。

次に、直径１６ｍｍのＳＵＳ３０３製のセンタレス研磨中空円筒状基体を用意して、その表面に、上記被覆層塗布液１を浸漬法にて塗布した後、１２０℃で６０分乾燥を行い、膜厚１５μｍの被覆層を有する「現像ローラ１」を作製した。

〈現像ローラ２の作製〉
ｎ−ブチルアルコール ２０質量部
エタノール ８０質量部
シロキサン変性ポリウレタン樹脂 ２０質量部
架橋アクリル樹脂粒子（粒径１７μｍ） ７質量部
ケッチェンブラック ８質量部
を混合し、サンドミルで２時間分散させ、被覆層塗布液２を作製した。

次に、直径１６ｍｍのＳＵＳ３０３製のセンタレス研磨中空円筒状基体を用意して、その表面に、上記被覆層塗布液２を浸漬法にて塗布した後、１２０℃で６０分乾燥を行い、膜厚２０μｍの被覆層を有する「現像ローラ２」を作製した。

〈現像ローラ３の作製〉
シクロヘキサノン １０質量部
テトラヒドロフラン ９０質量部
ポリアミド樹脂（アミランＣＭ８０００、東レ社製） １６質量部
架橋アクリル樹脂粒子（粒径２０μｍ） ５質量部
ケッチェンブラック ７質量部
を混合し、サンドミルで２時間分散させ、被覆層塗布液３を作製した。

次に、直径１６ｍｍのＳＵＳ３０３製のセンタレス研磨中空円筒状基体を用意して、その表面に、上記被覆層塗布液３を浸漬法にて塗布した後、１２０℃で６０分乾燥を行い、膜厚２５μｍの被覆層を有する「現像ローラ３」を作製した。

〈現像ローラ４の作製〉
ｎ−ブチルアルコール ２０質量部
エタノール ８０質量部
シロキサン変性ポリウレタン樹脂１ ２０質量部
架橋アクリル樹脂粒子（粒径１５μｍ） ３質量部
ケッチェンブラック ８質量部
を混合し、サンドミルで２時間分散させ、被覆層塗布液４を作製した。

次に、直径１６ｍｍのＳＵＳ３０３製のセンタレス研磨中空円筒状基体を用意して、その表面に、上記被覆層塗布液４を浸漬法にて塗布した後、１２０℃で３０分乾燥を行い、膜厚１５μｍの被覆層を形成した。

次いで、
テトラヒドロフラン ９０質量部
トルエン １０質量部
シリコーン共重合ポリウレタン樹脂 １５質量部
ケッチェンブラック（カーボンブラック） ５質量部
を混合し、サンドミルで３時間分散させ、表面層塗布液４を作製した。

上記被覆層上に表面層塗布液４をリング塗布にて塗布した後、１２０℃で６０分乾燥を行い、膜厚３μｍの表面層を形成し、トータル１８μｍの塗膜を有する「現像ローラ４」を作製した。

表１に、上記で作製した現像ローラの層構成と膜厚を示す。

《除電部材の作製》
以下のようにして除電部材を作製した。

〈除電部材１の作製〉
押圧力均一化部材として厚さ６ｍｍ、ＪＩＳ Ｋ ６２５３ タイプＥ硬度（以下Ｅ硬度という）４５°のモルトプレンをホルダーに両面テープにて固定した。その上にシート部材として膜厚５０μｍの導電性テフロン（登録商標）シートをかぶせてホルダーに両面テープにて固定し「除電部材１」を作製した。

〈除電部材２の作製〉
除電部材１の作製において、押圧力均一化部材を厚さを２ｍｍ、Ｅ硬度を２０°のモルトプレンに、シート部材を膜厚７５μｍの絶縁性ＰＥＴシートに変更した以外は同様にして「除電部材２」を作製した。

〈除電部材３の作製〉
除電部材１の作製において、押圧力均一化部材を厚さ１２ｍｍ、Ｅ硬度７５°のウレタンフォームに、シート部材を膜厚１００μｍの絶縁性ウレタンシートに変更した以外は同様にして「除電部材３」を作製した。

〈除電部材４に作製〉
押圧力均一化部材を用いず、膜厚１００μｍの導電性テフロン（登録商標）シートの端部をホルダーに両面テープにて固定して「除電部材４」を作製した。

表２に、除電部材の作製で用いたシート部材と均一化部材の特性を示す。

尚、応力緩和時間、Ｅ硬度は前記の方法で測定して求めた値である。

《現像装置の調製》
評価用に準備した画像形成装置の現像装置に、上記で作製した現像ローラと除電部材を組み込み、「現像装置１〜９」を調製した。

表３に、各現像装置の押し込み量、押圧力を示す。

押圧力（Ｐ）は前記の方法で測定して求めた値である。押し込み量は実測して求めた値である。

《評価》
現像装置の評価装置としては、画像形成装置としてカラーレーザプリンター「Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２４３０ＤＬ（コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製）」を準備した。この画像形成装置に上記で準備した現像装置を順次装着し、高温高湿（３０℃、８０％ＲＨ）と低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）環境でプリントして行った。

現像装置初期の評価は、画素率２０％（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色５％のフルカラーモード）の原稿（Ａ４サイズ）を上質紙（坪量６４ｇ／ｍ²）に１０枚プリントした。

その後、画像率２％（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色０．５％のフルカラーモード）の原稿（Ａ４サイズ）を５０００枚プリントした。

５０００枚プリント後の評価は、初期の評価と同じ画素率２０％（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色５％のフルカラーモード）の原稿（Ａ４サイズ）を上質紙（坪量６４ｇ／ｍ²）に１０枚プリントした。尚、評価は◎、○を合格とし、×を不合格とする。

（濃度むら）
濃度むらは、低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）環境で５０００枚プリント修了後、画像濃度０．５の黒のハーフトーン画像をプリントした。得られたハーフトーン画像の濃度むらを目視で評価した。

評価基準
◎：ハーフトーン画像に、画像むらの無い画像
○：ハーフトーン画像に、スジ状の薄い濃度むらが存在するが実用上問題ないレベル
×：ハーフトーン画像に、スジ状の濃度むらが存在し実用上問題となるレベル。

（カブリ）
カブリは、低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）環境５０００枚プリント終了後、白地原稿をプリントし評価した。本発明でいうカブリはトナーがプリント画像面で集合せず広い領域にわたり散らばって、うっすらと地肌が汚れる現象であり、いくつかの集合したトナーによって点状の画像欠陥となるトナーこぼれと区別できる。尚カブリは、白地部分の相対濃度を画像濃度測定機「ＲＤ−９１８型」（マクベス社製）にて任意の１０点を測定して平均値を求めカブリ濃度を求めた。

評価基準
◎：カブリ濃度が、０．００５未満で良好
○：カブリ濃度が、０．００５以上、０．０１未満で実用上問題ないレベル
×：カブリ濃度が、０．０１以上で実用上問題となるレベル。

（機内汚れ）
機内汚れは、高温高湿（３０℃、８０％ＲＨ）環境で５０００枚プリント修了後、現像装置周辺を目視観察し、現像装置周辺のトナーによる機内汚れ状態を目視で観察し評価した。

評価基準
◎：機内汚れが、観察されず良好
○：機内汚れが、若干観察されるが実用上問題ないレベル
×：機内汚れが、明らかに観察され実用上問題となるレベル。

表４に、評価結果を示す。

表４の評価結果から、実施例１〜９の「現像装置１〜９」は全ての評価項目で良好な結果が得られ、本発明の効果を発現することが確認された。一方、比較例１、２の「現像装置１、２」は、評価項目の何れかで満足な結果が得られず、本発明の効果を発現しないことが確認された。

本発明の現像装置の一例を示す概要断面図である。 除電部材の構成の一例を示す模式図である。 除電部材が現像ローラに当接する押圧力を測定する装置の模式図である。 本発明で用いられる現像ローラの構成の一例を示す概略図である。 本発明で比較例となる導電性弾性層を有する現像ローラの模式図である。 本発明の現像装置が搭載可能なフルカラー画像形成装置の一例を示す構成断面図である。

符号の説明

１０感光体
３０ 現像器
３２ 現像ローラ
３４ 供給ローラ
３５ トナー規制部材
５０ 除電部材
３６ アジテータ
３７ バイアス電源
３８ ホッパー
３９ 本体ケース

Claims (2)

1. 基体の外周面に導電性弾性層を設けずに被覆層を設けた現像ローラと除電部材を有する現像装置において、
   前記除電部材は、少なくとも、シート部材と該シート部材を固定するホルダーを有していて、前記ホルダーに固定された側の反対側のシート部材またはシート部材端部を前記現像ローラへ当接させるものであり、
   前記除電部材を構成する前記シート部材の応力緩和時間（τ）が１〜１００ｍｓｅｃで、
   前記現像ローラに当接する前記除電部材の押圧力（Ｐ）が０．５〜５０ｋＰａである
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記除電部材が、前記シート部材と前記ホルダーと押圧力均一化部材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。