JP5575003B2 - 現像ローラ、現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に使用される現像ローラ、その現像ローラを用いた現像装置および画像形成装置に関する。

電子写真プロセスにおいては、感光体上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置によって現像されてトナー像となる。そして、感光体上のトナー像は用紙に転写され、用紙上のトナー像は定着装置によって定着される。このような画像形成装置に用いられる現像装置には、磁性キャリアとトナーを有する２成分現像剤を、磁気ローラ上に磁気ブラシとして形成、保持し、この磁気ブラシから現像ローラ上にトナー薄層を形成して、このトナーを感光体に供給することにより、感光体上に形成した静電潜像を非接触で現像するものがある。

この現像方式の場合、現像剤中に現像されない微粉や外添剤等が含まれることが現像性を落とす原因となる。そこで、現像性を向上させるために現像ローラと感光体との間隔を狭くしたり、交流ピーク電圧を高くしたりする手法がとられている。ところが、このような対策を施すと、現像ローラと感光体の間で、印加電位のリークが発生する。この結果、２成分現像剤のうちキャリアを移動させずに、十分帯電したトナーのみを現像ローラへ移動させるという目的を充分に果たせなくなる。

これに対し、現像ローラを構成する材質をアルミ素管として、その表面にアルミニウムの酸化皮膜処理を施す技術が報告されている（特許文献１）。そこでは、アルミニウムの酸化皮膜処理を施した現像ローラと感光体との間隔を所定の範囲に設定して、さらにアルミニウムの酸化皮膜の厚みを５μｍ以上にすることにより、現像ローラと感光体間の印加電圧のリークを防止している。

しかしながら、このような方法では、トナーのエージングによりトナーがアルミニウムの酸化皮膜上で摩擦帯電しやすくなり、トナーの表面電荷が大きくなり、所謂チャージアップ現象が発生するために、トナーが現像ローラ上に固着することが生じる。また、近年の高画質化、高精細化のために、粒径の小さいトナーを用いることが多くなり、粒径の小さいトナーでは、チャージアップによる現像ローラ上への固着が一層発生し易くなる。

これに対し、現像ローラ表面にトナーとの摩擦帯電によりチャージアップ現象を発生させない樹脂被覆層を形成し、その樹脂被覆層中にカーボンブラック等の抵抗調整剤を含有させるという技術が報告されている（特許文献２）。そこでは、この樹脂被覆層によりチャージアップによるトナーの現像ローラ上への固着を防止するとともに、抵抗調整剤により現像ローラ表面の体積抵抗および表面抵抗を調整し、現像ローラと感光体間の印加電圧によるリークを抑制している。

特開２００４−３１８０９２号公報 特開平１１−２４９４１４号公報

しかしながら、更なる高速現像を行う場合、現像ローラ/感光体ニップ時間の減少により現像性能が低下するため、現像電界ニップを広げるために更に高い現像ローラ交流ピーク電圧を印加する必要が生じる。

また、リークを抑える為には、現像ローラ樹脂皮膜層の抵抗を上げることが有用であるが、抵抗を上げすぎると連続印字時に現像ローラ表面に電荷が溜り、ベタ濃度が徐々に薄くなる（ハーフ濃度は徐々に上昇する）問題が発生してしまう。

したがって、現像ローラ樹脂皮膜層の抵抗を適切な範囲に保てる構成が必要とされている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、優れた耐電圧性を有し、高電界を印加できる現像ローラ、及び高速機においても安定した画像が得られる現像装置及び画像形成装置を提供することである。

本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を有する現像ローラを用いることにより前記課題が解決することを見出し、かかる知見に基づいて更に検討を重ねることによって本発明を完成した。

すなわち、本発明の一態様に係る現像ローラは、導電性基材の表面を樹脂層で被覆した現像ローラであって、前記樹脂層が、アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンとカーボンブラックとを少なくとも含むことを特徴とする。

本発明に係る現像ローラを用いることで、耐電圧性が向上し高電界を印加できるため、現像ローラから感光体へのトナー飛翔性が向上し、安定した画質が得られる。さらに、耐トナー付着性が向上し、トナー付着による表面抵抗上昇を抑制できるため、現像ローラにおける電荷溜まりによるソリッド画像濃度の低下や、ハーフ画像濃度の上昇が抑制される。そして、このような現像ローラを搭載することにより、高速機においても安定した画像が得られる現像装置及び画像形成装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る現像ローラの構造を示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態に係る現像装置を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る現像装置が適用された画像形成装置（複写機）の構成を示す概略図である。 図２に示す複写機の画像形成部周辺を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る現像装置が適用された、他の画像形成装置の構成を示す概略図である。 実施例における試験例１の結果を示すグラフその１である。 実施例における試験例１の結果を示すグラフその２である。 実施例における試験例２の結果を示すグラフである。 実施例における試験例３の結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

[現像ローラ]
本実施形態に係る現像ローラは、導電性基材の表面が樹脂層で被覆され、前記樹脂層が、前記樹脂層が、アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンとカーボンブラックとを少なくとも含むことを特徴とする。

以下に、図面を参照しながら、本実施形態に係る現像ローラについて説明する。なお、本明細書において用いられる「上」、「下」、「左」、「右」等の方向を表す用語は、単に説明の明瞭化を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。

図１は、本実施形態に係る現像ローラ６１の概略構成図である。図１（ａ）は、現像ローラ６１の一例の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す現像ローラ６１の斜視図であり、図１（ｃ）は、現像ローラ６１の他の一例の断面図であり、図１（ｄ）は、図１（ｃ）に示す現像ローラ６１の斜視図である。

まず、図１（ａ）に示す現像ローラ６１について説明する。前記現像ローラ６１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、円筒状の回転スリーブ１３と、この回転スリーブ１３に内包される固定軸１５とからなり、この固定軸１５の位置が固定された状態でその周囲を前記回転スリーブ１３が回転する構成となっている。

前記回転スリーブ１３は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、基材１９上に樹脂層１８が被覆されている。基材１９は、例えば、アルミニウムやスレンレス鋼等によって構成された円筒状部材である。また、前記固定軸１５は、現像ユニット２０に軸支されるシャフト２２に、複数個のリブ２８によって連結されている。

ここで、本実施形態における現像ローラの導電性基材の表面を被服する樹脂層１８は、基本構成として、少なくとも、アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンとカーボンブラックとを含む。このような構成により、現像ローラの耐電圧性が向上し、高電界を印加できるため、現像ローラから感光体へのトナー飛翔性が向上し、安定した画質が得られる。

また、本実施形態の樹脂層１８を構成する樹脂は、アクリル系ウレタン樹脂である。アクリル系ウレタン樹脂は、特に、ポリエステル系トナーとの摩擦帯電性が良好であるため、トナーが過度に帯電されてしまうといった不具合を抑えることができる。

さらに、アクリル系ウレタン樹脂でも、鉛筆硬度で２Ｈ以上の硬さのものが好ましい。このような硬度を有するアクリル系ウレタン樹脂を用いることにより、耐トナー付着性が向上し、トナー付着による表面抵抗上昇を抑制できるため、現像ローラにおける電荷溜まりによるソリッド画像濃度の低下や、ハーフ画像濃度の上昇が抑制される。なお、アクリル系ウレタン樹脂の鉛筆硬度は２Ｈ以上であればよいが、磨耗脆弱性の観点から、４Ｈ以下であることが好ましい。

樹脂層１８中の樹脂の含有量は、通常、樹脂層１８を構成する材料全体に対し、通常、４５〜６０質量％、溶液粘度にも依存するので一概には言えないが、好ましくは、５０〜５５質量％である。

また、本実施形態の樹脂層１８には、抵抗調整剤として、二酸化チタンとカーボンブラックとが含まれる。抵抗調整剤として二酸化チタンのみを用いると現像ローラの体積抵抗が高くなりすぎて、十分な現像性を得られないことがある。また、カーボンブラックのみを用いると、体積抵抗が低くなりすぎてリークが発生しやすくなる。そこで、これらを併用することによって、現像ローラの体積抵抗を良好に調整することができる。

本実施形態において用いられるカーボンブラックとしては、特に限定はされないが、樹脂への分散性などの観点から、ケッチェンブラックを用いることが好ましい。ケッチェンブラックを用いれば、二酸化チタンの凝集することもなく、二酸化チタンとともに前記樹脂に良好に分散される。

なお、本実施形態の樹脂層１８に用いる二酸化チタンの一次平均粒子径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。１０ｎｍ未満であると、製造上困難であり、１００ｎｍを超えると二酸化チタンの樹脂に対する分散状態が悪化するためである。

また、本実施形態の樹脂層１８に用いるカーボンブラックの一次平均粒子径は、２０ｎｍ〜６０ｎｍ程度であることが好ましい。２０ｎｍ未満であると、再凝集しやすくなり、６０ｎｍを超えると分散径が大きくなるためリークサイトになりやすくなる。

なお、酸化チタンおよびカーボンブラックの一次粒子径は、粒径分布測定装置（例えば、ゼータ電位測定装置ゼータサイザー（シスメックス社製）など）を用いて、後述の実施例に示す測定方法などを用いて測定することができる。

また、二酸化チタンの樹脂層における体積充填率については、樹脂に対して、１５〜２０体積％であることが好ましい。この体積充填率が１５体積％未満となると十分な体積抵抗率を得ることができず、また、２０体積％を超えると現像ローラの耐摩耗性が悪化する。なお、上記体積充填率は、質量比より算出したものである。

カーボンブラックの樹脂層における充填量については、樹脂に対して、３〜５質量％であることが好ましい。この質量比が３質量％未満となると体積抵抗を十分に下げることができない。また、５質量％を超えるとカーボン分散残留物が増え、それらが基点となった微小リーク（画像上の微小色点）が発生する確率が高くなる。

本実施形態においては、上述したような樹脂および酸化チタンとカーボンブラック以外に、本発明の効果を妨げない範囲において、その他の成分（例えば、カーボン、酸化亜鉛などの導電剤など）がさらに樹脂層１８に含まれていてもよい。また、その他必要に応じて種々の添加剤をさらに適量添加することも可能である。

また、樹脂層１８の厚さは、特に制限されるものではないが、通常３〜１０μｍ程度である。厚さが３μｍ未満であると、耐久で削れた場合に寿命をまっとうしない場合があり、一方、１０μｍを超えると、膜中に電荷が溜まる傾向があるため好ましくない。

また、本実施形態においては、樹脂層１８を形成後の現像ローラ６１の体積抵抗を、１Ｅ＋７〜１Ｅ＋９Ω、好ましくは、１Ｅ＋８〜１Ｅ＋９Ωとなるように調整することが好ましい。体積抵抗率が１Ｅ＋７Ω／□未満であると、感光体ドラム（Ｄ）と現像ローラの現像スリーブ（Ｓ）との間（ＤＳ間）にリークが発生しやすくなる。一方、１Ｅ＋９Ω／□を超えると、十分な現像性が得られないという傾向がある。

次に、図１（ｃ）に示す現像ローラ６１について説明する。前記現像ローラ６１は、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、ローラ本体２４と、ローラ本体２４の表面上に被覆された樹脂層２３とを含む。ローラ本体２４は、ローラ本体２４の両端に勘合されたフランジ（ベアリング入り）によって、シャフト２５に対して回転自在に軸支されている。そして、一端側のフランジにはギアが設けられていて外部からの駆動力を受ける。ローラ本体２４は、例えば、アルミニウム製やステンレス鋼製のいわゆる三ツ矢管等である。樹脂層２３は、前記樹脂層１８と同様のものを使用できる。

上述したような現像ローラ６１の製造方法については特に限定はないが、例えば、図１（ａ）に示す現像ローラ６１の場合、例えば、まず樹脂層１８を層形成する方法としては、上記樹脂と上記酸化チタンと上記カーボンブラックと、さらに必要に応じてその他の添加剤を含有する樹脂組成物を、現像ローラの基材１９の表面に塗布し、加熱する方法などを用いることができる。

ここで、前記樹脂組成物の作製においては、母体となる樹脂へ、まず二酸化チタンを分散させ、その後にカーボンブラックを分散させることにより、二酸化チタンおよびカーボンブラックがより均一に分散するため好ましい。

また、図１（ｃ）に示す現像ローラ６１の場合、例えば、前記樹脂組成物をローラ本体２４上に塗布し、加熱する。そうすることによって、ローラ本体２４上に樹脂層２３が形成され、前記現像ローラ６１が製造される。

さらに、樹脂組成物を均一に塗布するために、前記樹脂組成物に溶媒を添加した樹脂溶液を用いて樹脂層を形成することもできる。その場合、使用し得る溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、などの有機溶媒などが挙げられる。このような溶媒を添加する場合、その添加量は、前記酸化チタンが分散した状態の樹脂溶液において、固形分濃度が３０〜５０質量％程度となるように調整することが好ましい。

前記樹脂組成物や樹脂溶液を塗布する方法としては、樹脂液中に樹脂層のない現像ローラをディップ液に浸漬するディップ法やスプレーコート法、ロールコート法などの中から、状況に応じて適宜選択して用いることができる。また、加熱温度としては、例えば、
７０〜１００℃であることが好ましく、加熱時間としては、例えば、３０〜６０分間であることが好ましい。

このような本実施形態に係る現像ローラ６１は、耐摩耗性を有し、耐電圧性に優れているため高電界を印加できるため、これを用いることにより、高速化した画像形成においても優れた画像を長期間提供することが可能となる。

[現像装置]
次に、本発明の実施形態に係る現像ユニット（現像装置）２０について説明する。本発明の実施形態に係る現像装置は、いわゆるタッチダウン方式の現像装置であり、上述した現像ローラを備えたものであれば特に限定されないが、例えば、図２に示すような現像装置である。すなわち、像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像として顕像化させる現像装置であって、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を表面上に担持して、担持した２成分現像剤を搬送する磁気ローラと、前記像担持体及び前記磁気ローラのそれぞれに対向して配置され、前記磁気ローラによって搬送された２成分現像剤と接触又は近接して、前記２成分現像剤中のトナーを表面上に担持して、担持したトナーを前記像担持体の近傍まで搬送する現像ローラとを備える現像装置である。そして、前記現像ローラとして、少なくとも表面部が酸化チタン粒子と樹脂とを含有する樹脂層で構成されるローラを用いることを特徴とするものである。

図２は、前記現像装置２０を示す概略断面図であり、感光体ドラム３０１とともに図示している。

前記現像装置２０は、タッチダウン現像方式の現像装置であり、現像ローラ６１、磁気ローラ６２、撹拌ローラ６３，６４、及びブレード６５等を備える。

撹拌ローラ６３，６４は、らせん状羽根を有しており、互いに逆方向に２成分現像剤を搬送しながら攪拌して、２成分現像剤のトナーを帯電させる。さらに、撹拌ローラ６３は、帯電させたトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を磁気ローラ６２に供給する。

磁気ローラ６２は、内部に固定配置された磁石によって２成分現像剤を吸着させて、２成分現像剤を搬送する。その際、２成分現像剤は、磁気ローラ６２の内部の磁石によって磁気ブラシとなっており、ブレード６５と磁気ローラ６２との間を磁気ブラシが通過する際に、磁気ブラシの厚さが規制される。そして、現像ローラ６１の近傍まで搬送された２成分現像剤中のトナーが、現像ローラ６１と磁気ローラ６２との間に印加した電圧によって、現像ローラ６１に移行する。

現像ローラ６１は、磁気ローラ６２から移行されたトナーを、表面に担持して搬送する。そして、感光体ドラム３０１の近傍まで搬送されたトナーが、感光体ドラム３０１と現像ローラ６１との間の電位差が所定条件を満たした時、感光体ドラム３０１に移行する。

以上の動作によって、現像装置２０は、感光体ドラム３０１上に形成されている静電潜像に基づく現像を行う。

[画像形成装置]
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、上述したような現像装置と像担持体とを備えるものであれば特に限定はされないが、本発明の実施形態に係る現像装置が適用された画像形成装置として、図３に示す複写機６０を例に挙げて説明する。なお、図３は、本発明の実施形態に係る現像装置が適用された画像形成装置（複写機）の構成を示す概略図である。この複写機６０は、複写機本体の下部に配設された給紙部２００と、この給紙部２００の上方に配設された画像形成部３００と、この画像形成部３００よりも排出側に配設された定着部４００と、複写機本体の上部に配設された画像読取部５００と、複写機本体と画像読取部５００との間に配置された排紙部６００とを含む、いわゆる胴内排紙型の複写機である。なお、複写機本体には、前記給紙部２００、前記画像形成部３００、前記定着部４００、及び前記排紙部６００を繋ぐ用紙搬送部１００が備えられている。

前記画像形成部３００は、電子写真方式によって用紙に所定のトナー像を形成するものであり、回転可能に軸支された感光体ドラム３０１と、この感光体ドラム３０１の周囲にその回転方向Ａに沿って、帯電ユニット３０２と、露光ユニット３０３と、現像ユニット（現像装置）２０と、転写ユニット３０５と、クリーナー３０６とを備えている。現像ユニット２０は、静電潜像をトナーにより現像して、感光体ドラム３０１の表面にトナー像を形成するものである。

前記定着部４００は、前記画像形成部３００の用紙搬送方向の下流側に配置され、前記画像形成部３００においてトナー像が転写された用紙を、一対のローラ（加熱ローラ４０１及び加圧ローラ４０２）によって挟んで加熱し、用紙上にトナー像を定着させるものである。また、ここでいう「用紙」という用語は、例えば、上質普通紙、プリント専用紙、コピー用紙、トレーシングペーパ、厚紙、ＯＨＰシート等、画像を形成することが可能なあらゆる記録媒体を意味する。

前記画像読取部５００は、不図示のコンタクトガラス上に載置された原稿に、露光ランプから光を照射し、その反射光を反射鏡を介して光電変換部に導くことにより、原稿の画像情報を読み取るものである。

前記給紙部２００は、複数の給紙カセット２０１，２０２，２２１を備える。このうちの給紙カセット２２１は、複写機側面から用紙を補充するバイパストレイとなっており、蓋部２２２により閉じることができる。

それぞれの給紙カセット２０１，２０２，２２１には用紙搬送路１１０が接続され、この用紙搬送路１１０は、画像形成部３００に向かい、さらに定着部４００を経て排紙部６００に向かっている。これらの用紙搬送路１１０により前記用紙搬送部１００が構成されている。また複写が完了した用紙は、排紙部６００の排出ローラ対６０５から排出トレイ６１０上に排出される。

図４は、前記複写機６０の画像形成部３００周辺を示す模式図である。前記画像形成部３００は、電子写真プロセスによって記録紙１１５に所定のトナー像を形成する部分であり、感光性を有する感光体ドラム３０１の周囲に、感光体ドラム３０１の回転方向Ａに沿って順に、帯電ユニット３０２、露光ユニット３０３、現像ユニット２０、転写ユニット３０５、除電ユニット３０７、及びクリーニングユニット３０６を備えている。なお、前記除電ユニット３０７と前記クリーニングユニット３０６とが逆の配置であっても良い。

前記帯電ユニット３０２は、コロナ放電を発生させることによって感光体ドラム３０１の表面に所定電位を与えるものである。前記露光ユニット３０３は、所望の画像に対応する光を照射することにより感光体ドラム３０１の表面電位を選択的に減衰させて静電潜像を形成するものである。前記現像ユニット２０は、感光体ドラム３０１の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して、トナー像を形成するものであって、後述する、いわゆるタッチダウン方式の現像装置である。前記転写ユニット３０５は、感光体ドラム３０１上に形成されたトナー像を記録紙１１５上に転写するものである。前記除電ユニット３０７は、感光体ドラム３０１の残留表面電荷をランプ光によって除電するものである。前記クリーニングユニット３０６は、ファーブラシ３１６とゴムブレード３２６とにより構成されており、感光体ドラム３０１の表面に残留したトナーやその添加剤等を除去するものである。なお、図示例のクリーニングユニット３０６は、ファーブラシ３１６とゴムブレード３２６との両方を有するが、一方のみを有するクリーニングユニット３０６の場合もある。

前記画像形成部３００でトナー像が転写された記録紙１１５は、定着部４００（加熱ローラ４０１及び加圧ローラ４０２）により熱と圧力とが加えられてトナー像が定着され、その後排紙ローラ（図示せず）によって排紙トレイ上に排出されるようになっている。

以上、具体的な画像形成装置として、複写機を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、電子写真方式を利用した画像形成装置であれば、ファクシミリ装置、及びプリンタ等であってもよい。

また、像担持体として、ドラム状の感光体である感光体ドラムを例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、ベルト状の感光体、及びシート状の感光体等に対しても適用できる。

さらに、前記画像形成装置は、用紙に直接トナー像を転写する装置であったが、このような画像形成装置に限定されない。例えば、図５に示すような、複数色のトナー像を中間転写ベルトに、一旦転写して、その中間転写ベルトに転写された複数色のトナー像を用紙に転写する、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置であってもよい。

図５は、本発明の実施形態に係る現像装置が適用された、他の画像形成装置の構成を示す概略図である。

この画像形成装置１は、図５に示すように、箱型の機器本体１ａを有している。この機器本体１ａ内には、用紙Ｐを給紙する給紙部２と、この給紙部２から給紙された用紙Ｐを搬送しながら当該用紙Ｐに画像データ等に基づくトナー像を転写する画像形成部３と、この画像形成部３で用紙Ｐ上に転写された未定着トナー像を用紙Ｐに定着する定着処理を施す定着部４とが設けられている。さらに、前記機器本体１ａの上面には、前記定着部４で定着処理の施された用紙Ｐが排紙される排紙部５が設けられている。

前記給紙部２は、給紙カセット１２１、ピックアップローラ１２２、給紙ローラ１２３，１２４，１２５、及びレジストローラ対１２６を備えている。給紙カセット１２１は、機器本体１ａから挿脱可能に設けられ、各サイズの用紙Ｐを貯留する。ピックアップローラ１２２は、給紙カセット１２１の図３に示す左上方位置に設けられ、給紙カセット１２１に貯留されている用紙Ｐを１枚ずつ取り出す。給紙ローラ１２３，１２４，１２５は、ピックアップローラ１２２によって取り出された用紙Ｐを用紙搬送路に送り出す。レジストローラ対１２６は、給紙ローラ１２３，１２４，１２５によって用紙搬送路に送り出された用紙Ｐを一時待機させた後、所定のタイミングで２次転写ローラ３２とバックアップローラ３５との間の２次転写ニップに供給する。

また、給紙部２は、機器本体１ａの図３に示す左側面に取り付けられる不図示の手差しトレイとピックアップローラ１２７とをさらに備えている。このピックアップローラ１２７は、手差しトレイに載置された用紙Ｐを取り出す。ピックアップローラ１２７によって取り出された用紙Ｐは、給紙ローラ１２３，１２５によって用紙搬送路に送り出され、レジストローラ対１２６によって、所定のタイミングで２次転写ローラ３２とバックアップローラ３５との間の２次転写ニップに供給される。

前記画像形成部３は、画像形成ユニット７と、この画像形成ユニット７によってその表面（接触面）にコンピュータ等から電送された画像データに基づくトナー像が１次転写される中間転写ベルト３１と、この中間転写ベルト３１上のトナー像を給紙カセット２１から送り込まれた用紙Ｐに２次転写させるための２次転写ローラ３２とを備えている。

前記画像形成ユニット７は、上流側（図５では右側）から下流側に向けて順次配設されたブラック用ユニット７Ｋと、イエロー用ユニット７Ｙと、シアン用ユニット７Ｃと、マゼンタ用ユニット７Ｍとを備えている。各ユニット７Ｋ，７Ｙ，７Ｃ及び７Ｍは、それぞれの中央位置に像担持体としての感光体ドラム３０１が矢符（時計回り）方向に回転可能に配置されている。そして、各感光体ドラム３０１の周囲には、帯電器３９、露光装置３８、現像装置（現像ユニット）２０、不図示のクリーニング装置及び除電器等が、感光体ドラム３０１の回転方向上流側から順に各々配置されている。

帯電器３９は、矢符方向に回転されている感光体ドラム３７の周面を均一に帯電させる。帯電器３９としては、例えば、非接触型放電方式のコロトロン型およびスコロトロン型の帯電器、接触方式の帯電ローラおよび帯電ブラシ等が挙げられる。露光装置３８は、いわゆるレーザ走査ユニットであり、帯電器３９によって均一に帯電された感光体ドラム３０１の周面に、画像読取装置等から入力された画像データに基づくレーザ光を照射し、感光体ドラム３０１上に画像データに基づく静電潜像を形成する。前記現像ユニット２０は、感光体ドラム３０１の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して、トナー像を形成するものであって、後述する、いわゆるタッチダウン方式の現像装置である。そして、このトナー像が中間転写ベルト３１に１次転写される。クリーニング装置は、中間転写ベルト３１へのトナー像の１次転写が終了した後、感光体ドラム３７の周面に残留しているトナーを清掃する。除電器は、１次転写が終了した後、感光体ドラム３７の周面を除電する。クリーニング装置及び除電器によって清浄化処理された感光体ドラム３７の周面は、新たな帯電処理のために帯電器へ向かい、新たな１次転写が行われる。

中間転写ベルト３１は、無端状のベルト状回転体であって、表面（接触面）側が各感光体ドラム３０１の周面にそれぞれ当接するように駆動ローラ３３、従動ローラ３４、バックアップローラ３５、及び一次転写ローラ３６等の複数のローラに架け渡されている。また、中間転写ベルト３１は、各感光体ドラム３０１と対向配置された一次転写ローラ３６によって感光体ドラム３０１に押圧された状態で、前記駆動ローラ３３によって無端回転するように構成されている。駆動ローラ３３は、ステッピングモータ等の駆動源によって回転駆動し、中間転写ベルト３１を無端回転させるための駆動力を与える。従動ローラ３４、バックアップローラ３５、及び一次転写ローラ３６は、回転自在に設けられ、駆動ローラ３３による中間転写ベルト３１の無端回転に伴って従動回転する。これらのローラ３４，３５，３６は、駆動ローラ３３の主動回転に応じて中間転写ベルト３１を介して従動回転するとともに、中間転写ベルト３１を支持する。

１次転写ローラ３６は、１次転写バイアス（トナーの帯電極性とは逆極性）を中間転写ベルト３１に印加する。そうすることによって、各感光体ドラム３７上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム３７と１次転写ローラ３６との間で、駆動ローラ３３の駆動により矢符（反時計回り）方向に周回する中間転写ベルト３１に重ね塗り状態で順次転写（１次転写）される。

２次転写ローラ３２は、トナー像と逆極性の２次転写バイアスを用紙Ｐに印加する。そうすることによって、中間転写ベルト３１上に１次転写されたトナー像は、２次転写ローラ３２とバックアップローラ３５との間の２次転写ニップで用紙Ｐに転写され、これによって、用紙Ｐにカラーの転写画像（未定着トナー像）が転写される。

前記定着部４は、２次転写ニップで用紙Ｐに転写された転写画像に定着処理を施すものであり、通電発熱体により加熱される加熱ローラ４１と、この加熱ローラ４１に対向配置され、周面が加熱ローラ４１の周面に押圧当接される加圧ローラ４２とを備えている。

そして、前記２次転写ニップで２次転写ローラ３２により用紙Ｐに転写された転写画像は、当該用紙Ｐが加熱ローラ４１と加圧ローラ４２との間を通過する際の加熱による定着処理で用紙Ｐに定着される。そして、定着処理の施された用紙Ｐは、排紙部５へ排紙されるようになっている。また、本実施形態の画像形成装置１では、定着部４と排紙部５との間に適所に搬送ローラ対６が配設されている。

排紙部５は、画像形成装置１の機器本体１ａの頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された用紙Ｐを受ける排紙トレイ５１が形成されている。

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。

試験例１．
（現像ローラの製造）
用いた材料：
樹脂：アクリル系ウレタン樹脂（鉛筆硬度２Ｈ、住化バイエルウレタン（株）社製）
二酸化チタン：「ET300W」（製品名）石原産業（株）社製、一次平均粒子径１５ｎｍ
カーボンブラック：ケッチェンブラック、ライオン社製、一次平均粒子径３０〜６０ｎｍ

［実施例１〜５］
まず、実施例に係る現像ローラの製造方法を以下に示す。

現像ローラとしては、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような、表面に樹脂層を備えた現像ローラを作製した。

具体的には、まず、アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンとを、固形分濃度３０質量％となるように、メチルエチルケトン（溶媒）に１２０分間混合した。

次に、混合物にケッチェンブラックをさらに添加して３０分間混合し、樹脂組成物を得た。

上記のようにして得られた樹脂に対する二酸化チタンの体積充填率は１７体積％であり、ケッチェンブラックの樹脂に対する質量比は４質量％であった。ここで、各抵抗調整剤の体積充填率は、質量比より算出した。

この樹脂組成物を、最終的に得られる樹脂層の層厚が８μｍとなるように、直径２０ｍｍのアルミニウム製のスリーブをローラの表面に、スプレー法で塗布した。その後、８０℃で５０分加熱乾燥させた。そうすることによって、表面部が樹脂層で構成された、実施例１に係る現像ローラが得られた。また、酸化チタン粒子およびケッチェンブラック粒子の粒径は、ゼータ電位測定装置ゼータサイザー（シスメックス社製）を用いて測定した。

［比較例１〜３］
二酸化チタンとアクリル系ウレタン樹脂とを混合する工程を得ずに、アクリル系ウレタン樹脂にケッチェンブラックのみ混合した以外、実施例１と同様にして現像ローラを製造した。

［比較例４〜８］
アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンを混合した後、ケッチェンブラックを添加しなかった以外、実施例１と同様にして現像ローラを製造した。

（評価）
（リーク発生電圧、電荷溜まり電位）
上記実施例及び比較例におけるそれぞれの現像ローラを用いて、樹脂層の体積抵抗を変化させたときのリーク発生電圧および電荷溜まり電位を測定した。

リーク発生電圧は、上記現像ローラを用いて、現像ローラ−ドラム間距離：１００μｍで、現像ローラに交流バイアスを印加し、ＡＣバイアスを変化させて、異常画像の発生電圧を評価した。結果を図６に示す。

電荷溜まり電位は、上記実施例及び比較例の現像ローラを用いて、現像ローラのドラム側位置に表面電位プローブを設置し、現像ローラ上のトナー層をゴムブレードによって物理的に剥がして、現像ローラの表面電位を測定した。なお、測定には表面電位計：TREK社製を用いた。結果を図７に示す。

図６より、リーク発生電圧は抵抗調整剤によらず、ほぼ体積抵抗に依存していることがわかった。しかし、図７によれば、電荷溜まり電位は、カーボンのみの場合にくらべ、さらに二酸化チタンを含有したものは電荷溜まり発生する体積抵抗が１〜１．５乗オーダー上昇している。これは、二酸化チタンをさらに含有することにより、樹脂層のインピーダンスが低下しているためと思われる。これにより、リーク発生電圧を約１００Ｖ向上させることが可能になる。

なお、二酸化チタンのみを含有するものは、体積抵抗が高くなりすぎることがわかった。このように体積抵抗が高くなりすぎると、十分な現像性を得ることができないため、好ましくない。

試験例２．
用いた材料：
樹脂：アクリル系ウレタン樹脂（鉛筆硬度２Ｈ、住化バイエルウレタン（株）社製）
二酸化チタンＡ：ＳＭＴ−Ａ（製品名）テイカ（株）社製、一次平均粒子径１５ｎｍ、電気抵抗率１０^９Ω・ｃｍ
二酸化チタンＢ：「ＥＴ３００Ｗ」（製品名）石原産業（株）製、一次平均粒子径３０ｎｍ、電気抵抗率１０^１Ω・ｃｍ
カーボンブラック：ケッチェンブラック、ライオン社製、一次平均粒子径３０ｎｍ

［実施例６〜９］
上述の実施例１と同様の方法を用いて、二酸化チタンＢおよびケッチェンブラックを含有する樹脂層を有する現像ローラを作成した。

［比較例９〜１２］
上述の比較例４と同様の方法を用いて、二酸化チタンＡを含有する樹脂層を有する現像ローラを作成した。

［比較例１３〜１４］
上述の比較例４と同様の方法を用いて、二酸化チタンＢを含有する樹脂層を有する現像ローラを作成した。

（評価）
（抵抗調整剤体積充填率と体積抵抗）
上記の実施例および比較例におけるそれぞれの現像ローラを用いて、二酸化チタンの体積充填率と樹脂層の体積抵抗との関係について調べた。

具体的には、コート表面とアルミ基板間にDC電圧を印加し、オームの法則より算出した。結果を図８に示す。

試験例３．
（耐摩耗性）
上記の実施例および比較例におけるそれぞれの現像ローラを用いて、抵抗調整剤の体積充填率と樹脂層の摩耗量との関係について調べた。

具体的には、コート材料を平面円盤上に塗布し、この円盤に、砂状曲面を有した磨耗輪を50ｇ重で加重した状態で当接し、１０００回転させたときの磨耗重量を測定。その磨耗重量とコート密度から磨耗量（磨耗体積）算出した。結果を図９に示す。

以上試験例２および３の結果から以下のことが明らかとなった。まず、図９より、現像ローラの耐摩耗性については二酸化チタンの体積充填率が２０体積％を超えると、急激に悪化したことがわかる。よって、二酸化チタンの添加量は２０体積％以下に抑えるべきであることがわかった。

この点、図８によれば、二酸化チタンの体積充填率が１５％程度でもカーボン（ケッチェンブラック）を樹脂に対して３質量％含有させることで、体積抵抗を１．０×１０^９
Ω以下にすることができた。

試験例４．
用いた材料：
アクリル系ウレタン樹脂Ａ：鉛筆硬度２Ｈ、住化バイエルウレタン（株）社製
アクリル系ウレタン樹脂Ｂ：鉛筆硬度２Ｈ、住化バイエルウレタン（株）社製
アクリル系ウレタン樹脂Ｃ：鉛筆硬度Ｈ、住化バイエルウレタン（株）社製
アクリル系ウレタン樹脂Ｄ：鉛筆硬度ＨＢ、住化バイエルウレタン（株）社製
アクリル系ウレタン樹脂Ｅ：鉛筆硬度Ｂ、住化バイエルウレタン（株）社製
二酸化チタン：「ET300W」（製品名）石原産業（株）社製、一次平均粒子径３０ｎｍ

［比較例１５］
現像ローラとしては、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような、表面に樹脂層を備えた現像ローラを作製した。

具体的には、アクリル系ウレタン樹脂Ａ１００質量部を、固形分濃度４０質量％となるように、メチルエチルケトン（溶媒）に６０分間混合した。

上記のようにして得られた樹脂組成物を、最終的に得られる樹脂層の層厚が８μｍとなるように、直径２０ｍｍのアルミニウム製のスリーブをローラの表面に、スプレー法で塗布した。その後、８０℃で１時間加熱乾燥させた。そうすることによって、参考例１に係る現像ローラが得られた。

得られた現像ローラは、表面部が樹脂層で構成され、表面抵抗率が非常に高いものでであった。

［実施例１０］
現像ローラとしては、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような、表面に樹脂層を備えた現像ローラを作製した。

まず、アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンとを、固形分濃度３０質量％となるように、メチルエチルケトン（溶媒）に１２０分間混合した。

次に、混合物にケッチェンブラックをさらに添加して３０分間混合し、樹脂組成物を得た。

上記のようにして得られた樹脂に対する二酸化チタンの体積充填率は１７体積％であり、ケッチェンブラックの樹脂に対する質量比は４質量％であった。

この樹脂組成物を、最終的に得られる樹脂層の層厚が８μｍとなるように、直径２０ｍｍのアルミニウム製のスリーブをローラの表面に、スプレー法で塗布した。その後、８０℃で５０分加熱乾燥させた。そうすることによって、表面部が樹脂層で構成された、実施例１に係る現像ローラが得られた。

［実施例１１］
アクリル系ウレタン樹脂Ａの代わりにアクリル系ウレタン樹脂Ｂを用いた以外は、実施例１０と同様にして、実施例１１の現像ローラを得た。

［実施例１２］
アクリル系ウレタン樹脂Ａの代わりにアクリル系ウレタン樹脂Ｃを用いた以外は、実施例１０と同様にして、実施例１２の現像ローラを得た。

［実施例１３］
アクリル系ウレタン樹脂Ａの代わりにアクリル系ウレタン樹脂Ｄを用いた以外は、実施例１０と同様にして、実施例１３の現像ローラを得た。

［実施例１４］
アクリル系ウレタン樹脂Ａの代わりにアクリル系ウレタン樹脂Ｅを用いた以外は、実施例１０と同様にして、実施例１４の現像ローラを得た。

（評価）
（トナー付着耐性）
試験例４に係る画像形成装置は、複写機（京セラミタ株式会社製のTASKalfa 300ci）の現像装置の現像ローラを、上記比較例１５及び実施例１０〜１４で得られたローラに交換したものである。

そして、トナー及び現像剤としては、上記複写機（京セラミタ株式会社製のTASKalfa 300ci）に用いられるトナー及び現像剤を用いた。

比較例１５及び実施例１０〜１４で得られた現像ローラを搭載した上記画像形成装置を用いて、３２．５℃、８０％ＲＨ環境にて、現像ローラ軸方向に離して設けた二つの黒帯パターン（５０ｍｍ×２００ｍｍ）を１００００枚印字した後の現像ローラ表面上のトナー付着状態を観察した結果を表１に示す。

以上、この表１の結果より、アクリル系ウレタン樹脂の鉛筆硬度が高くなるほど、トナーの耐付着性が向上し、２Ｈ以上の鉛筆硬度ではトナーがまったく付着していないことがわかった。

以上、説明したように、本発明の一態様に係る現像ローラは、導電性基材の表面を樹脂層で被覆した現像ローラであって、前記樹脂層が、アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンとカーボンブラックとを少なくとも含むことを特徴とする。

このような構成により、現像ローラの耐電圧性が向上し高電界を印加できるため、現像ローラから感光体へのトナー飛翔性が向上し、高速現像においても安定した画像を得ることができる。

さらに、前記現像ローラにおいて、前記アクリル系ウレタン樹脂の鉛筆硬度が２Ｈ〜４Ｈであることが好ましい。このような構成により、耐トナー付着性が向上し、トナー付着による表面抵抗上昇を抑制できるため、現像ローラ電荷溜まりによるソリッド画像濃度の低下や、ハーフ画像濃度の上昇が抑制される。

また、前記現像ローラにおいて、前記二酸化チタンの一次平均粒径が１０〜１００ｎｍであり、かつ前記カーボンブラックの一次平均粒径が２０〜６０ｎｍであることが好ましい。これにより、上述したような効果がより確実に得られる。

さらに、前記現像ローラにおいて、二酸化チタンの樹脂に対する体積充填率が１５〜２０体積％、かつカーボンブラックの樹脂に対する質量比が３〜５質量％であることが好ましい。このような構成により、現像ローラの耐摩耗性も向上する。

さらには、前記カーボンブラックがケッチェンブラックであることが好ましい。このような構成であれば、二酸化チタンとカーボンブラックの樹脂に対する分散性が向上する。

前記課題を解決するための本発明の他の局面は、像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像として顕像化させる現像装置であって、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を表面上に担持して、担持した２成分現像剤を搬送する磁気ローラと、前記像担持体及び前記磁気ローラのそれぞれに対向して配置され、前記磁気ローラによって搬送された２成分現像剤と接触又は近接して、前記２成分現像剤中のトナーを表面上に担持して、担持したトナーを前記像担持体の近傍まで搬送する現像ローラとを備え、前記現像ローラとして、請求項１〜５のいずれかに記載の現像ローラを備える、現像装置である。

また、本発明のさらなる局面に係る画像形成装置は、前記現像装置と像担持体とを備えることを特徴とする。

上記構成の現像装置および画像形成装置を用いることにより、画像形成速度を上げても長期にわたって安定した高画質な画像を形成することができる。

１３ 回転スリーブ
１５ 固定軸
１８，２３ 樹脂層
１９ 基材
２０ 現像装置（現像ユニット）
２２，２５ シャフト
２４ ローラ本体
２８ リブ
６０ 複写機
６１ 現像ローラ
６２ 磁気ローラ
６３ 撹拌ローラ
６５ ブレード

Claims (6)

1. 導電性基材の表面を樹脂層で被覆した現像ローラであって、
   前記樹脂層が、アクリル系ウレタン樹脂と二酸化チタンとカーボンブラックとを少なくとも含み、
   二酸化チタンの樹脂に対する体積充填率が１５〜２０体積％、かつカーボンブラックの樹脂に対する質量比が３〜５質量％である、現像ローラ。
2. 二酸化チタンの一次平均粒径が１０〜１００ｎｍであり、かつカーボンブラックの一次平均粒径が２０〜６０ｎｍである、請求項１に記載の現像ローラ。
3. カーボンブラックがケッチェンブラックである、請求項１または２に記載の現像ローラ。
4. 前記アクリル系ウレタン樹脂の鉛筆硬度が２Ｈ〜４Ｈである、請求項１〜３のいずれかに記載の現像ローラ。
5. 像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像として顕像化させる現像装置であって、
   トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を表面上に担持して、担持した２成分現像剤を搬送する磁気ローラと、
   前記像担持体及び前記磁気ローラのそれぞれに対向して配置され、前記磁気ローラによって搬送された２成分現像剤と接触又は近接して、前記２成分現像剤中のトナーを表面上に担持して、担持したトナーを前記像担持体の近傍まで搬送する現像ローラとを備え、
   前記現像ローラとして、請求項１〜４のいずれかに記載の現像ローラを備える、現像装置。
6. 請求項５に記載の現像装置と像担持体とを備えることを特徴とする、画像形成装置。

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