JP5611381B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電子写真方式或いは静電記録方式を用いた画像形成装置、また、画像形成装置に設けられる現像装置やプロセスカートリッジに関する。

複写機やプリンタ等の画像形成装置としては、以下のような画像形成プロセスが知られている。具体的には、回転可能な感光ドラムの表面を帯電ローラ等の帯電手段により一様に帯電し、一様に帯電した感光ドラムの表面にレーザ光等の露光により静電潜像を形成する。

静電潜像を担持した感光ドラムに、現像ローラ表面に薄膜状に形成された現像剤を接触させながら、感光ドラムと現像ローラを相互に回転させる。このとき、現像ローラに現像バイアスを印加すると、現像剤は現像ローラ上から感光ドラムの静電潜像上へ移動し、静電潜像はトナー像として現像（可視化）される。

その後、感光ドラム上のトナー像は転写部において記録材に転写され、定着部において加熱、加圧等により記録材に定着される。これにより、記録材上への画像形成が終了し、画像形成装置外へ排出される。

このような画像形成において感光ドラムに現像剤を供給する現像装置としては、以下のような構成を有するものがある。現像剤を収納する現像剤容器の開口を閉塞し、且つ、一部を現像剤容器外に露出させ、この露出部分において感光ドラムに対向するように現像ローラが設けられる。

現像剤容器内には、現像ローラに現像剤を供給するトナー供給ローラ、現像ローラ上の現像剤を薄膜に形成する現像ブレードが設けられる。現像ブレードは、その先端近傍、例えば、先端から０．１ｍｍ〜５．０ｍｍの位置において、現像ローラに当接するように設置され、トナー供給ローラによって供給された現像ローラ上の現像剤を均一な厚さの薄膜状に形成する。

現像装置に用いられる現像ローラには、半導電領域の電気抵抗を有する弾性体ローラが使用され、感光ドラム、現像ブレード、トナー供給ローラに圧接し、電圧が印加されて使用される。現像ローラによるトナーへのストレスが高じると、現像ローラ表面に現像剤が融着し、現像剤の融着部分において画像上に縦スジが発生する場合があり、これをトナーフィルミングという。このトナーフィルミングを解決するために、トナーに対して低ストレスな現像ローラが特許文献１により提案されている。

特許文献１では、現像ローラの芯軸と、該芯軸の外周に設けられた導電性弾性層と、該導電性弾性層の外周に設けられた導電性表面層とを有する。そして、該導電性表面層がポリウレタンポリオールプレポリマーとイソシアネート化合物を重合させて得られたポリウレタンを有する現像ローラである。

そして、導電性表面層の表層硬度を柔軟化することでトナーへ加えるストレスを低減させ、トナーフィルミングの抑制を行っている。

特開２００５−１４１１９２号公報

しかしながら、特許文献１のように、導電性表面層の表層硬度を単に柔軟化するのみでは、現像ブレード（規制部材）が現像ローラ（現像剤担持体）に食い込む等により現像剤のコート量が減少してしまうという問題があった。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、トナーフィルミングを抑制しつつ、適正な量の現像剤を現像剤担持体に担持させることである。

前記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、画像形成装置に用いられる現像装置において、現像剤を担持搬送し、像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に当接して前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する規制部材と、を備え、前記現像剤担持体の表面には、貯蔵弾性率Ｅ’が１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａの範囲に設定された表面層が形成され、現像剤の体積平均粒径が５μｍ以上８μｍ以下であり、前記表面層の表面粗さＲａが０．５μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍの範囲に設定され、前記規制部材は、前記現像剤担持体に対して当接した部分の線圧Ｐが０．１Ｎ／ｃｍ≦Ｐ≦０．４Ｎ／ｃｍの範囲に設定されて前記表面層に食い込み、前記規制部材の先端には曲面が形成され、前記曲面と前記表面層の間の空間にて前記現像剤担持体に担持するための現像剤を取り込む取り込み部を形成するものであって、前記曲面の曲率半径Ｒが１００μｍ≦Ｒ≦５００μｍの範囲に設定されることを特徴とする。

上記構成によれば、トナーフィルミングを抑制しつつ、適正な量の現像剤を現像剤担持体に担持させることができる。

本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の構成を示す断面説明図である。 （ａ）は現像装置の現像剤担持体と現像剤層厚規制部材との構成を示す拡大断面図、（ｂ）は現像剤担持体と現像剤層厚規制部材の当接部と現像剤層厚規制部材の曲率半径を示す図である。 （ａ）は現像剤担持体の貯蔵弾性率Ｅ’とトナーフィルミングとの関係を示す図、（ｂ）は現像剤層厚規制部材の先端の曲率半径Ｒと、現像剤担持体の貯蔵弾性率Ｅ’と、現像剤担持体上の現像剤コート量との関係を示す図である。 現像剤層厚規制部材の先端の曲率半径Ｒと、現像剤担持体の貯蔵弾性率Ｅ’と、現像剤担持体上の現像剤コート量との関係を示すグラフである。 （ａ）は現像剤層厚規制部材の先端の曲率半径Ｒと、現像剤担持体の貯蔵弾性率Ｅ’と、トナーフィルミングとの関係を示す図である。（ｂ）は現像剤担持体の貯蔵弾性率Ｅ’と、現像剤担持体の導電性表面層の表面粗さＲａと、現像剤層厚規制部材による現像剤の規制性能との関係を示す図である。 現像剤担持体の貯蔵弾性率Ｅ’が２１のときの現像剤担持体の導電性表面層の表面粗さＲａと、現像剤担持体上の現像剤コート量との関係を印字画像がベタ白画像の形成後と、ベタ黒画像の形成後とで比較した様子を示す図である。 現像剤層厚規制部材の変形例を示す拡大断面図である。

図により本発明に係る現像装置、及びこれを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置の一実施形態を具体的に説明する。

＜画像形成装置＞
先ず、図１及び図２を用いて本発明に係る現像装置及びこれを備えた画像形成装置の構成について説明する。図１は本実施形態の画像形成装置の概略構成図である。

本実施形態の画像形成装置は、電子写真方式で現像装置を備えたプロセスカートリッジ21を画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されるレーザプリンタである。尚、以下に示す実施形態は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は、これらの実施形態によって、限定されるものではない。

図１において、１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体からなる感光ドラムである。本実施形態の感光ドラム１は負帯電性の有機感光体であり、図示しない駆動モータによって図１の矢印で示す図１の時計回り方向に所定の周速度で回転駆動される。

感光ドラム１の表面は、その回転過程で帯電手段となる帯電ローラ２によって負の所定電位に一様に帯電処理を受ける。本実施形態の帯電ローラ２は感光ドラム１の表面に接触する接触式の帯電装置である。帯電ローラ２は感光ドラム１に対して従動回転する。帯電ローラ２に対しては、図示しない帯電バイアス電源から帯電バイアス電圧が印加され、感光ドラム１の表面上を均一に帯電する。

次いで、感光ドラム１の表面は露光装置４により像露光を受ける。露光装置４は、均一に帯電された感光ドラム１の表面に静電潜像を形成するものであり、本実施形態では、半導体レーザスキャナを用いた。露光装置４は、画像形成装置内の図示しないホスト装置から送られてくる画像信号に対応して変調されたレーザ光11を出力して、プロセスカートリッジ21の露光窓部22を介して感光ドラム１の均一帯電面を走査露光（像露光）する。感光ドラム１の表面は露光箇所の電位の絶対値が帯電電位の絶対値に比べて低くなることによって、画像情報に応じた静電潜像が順次形成される。

次いで、その静電潜像は現像装置６により現像されてトナー像として顕像化される。その感光ドラム１の表面に形成されたトナー像が給送カセット15から給送された紙等の記録材25に対して転写手段となる転写ローラ14により転写される。

記録材25の給送は、所定の制御タイミングで、給送カセット15のピックアップローラ16と給送ローラ17が回転駆動される。これにより、給送カセット15に積載収納されている記録材25が最上位から一枚ずつ分離給送され、感光ドラム１の表面でのトナー像の形成と同期してレジストレーションローラ18まで給送される。そして、この記録材25は、感光ドラム１の表面上に形成されたトナー像の先端位置と同期してレジストレーションローラ18によって感光ドラム１と転写ローラ14とのニップ部に搬送される。ピックアップローラ16、給送ローラ17、レジストレーションローラ18等は、記録材25を搬送する搬送装置（搬送手段）である。

本実施形態では、転写ローラ14を用いた接触式の転写装置を用いた。転写ローラ14は感光ドラム１に対して該感光ドラム１の回転中心軸方向に図示しない押圧バネ等の付勢手段によって押圧されている。

記録材25が感光ドラム１と転写ローラ14とのニップ部に搬送されて転写工程が開始される。すると、図示しない転写バイアス電源から転写ローラ14に対して正極性の転写バイアス電圧が印加され、負極性に帯電している感光ドラム１の表面上の現像剤となるトナー３は記録材25上に転写される。

トナー像の転写を受けた記録材25は感光ドラム１の表面から分離され、定着手段となる定着装置23へ導入されてトナー像の定着処理を受ける。定着装置23は、記録材25に転写されたトナー像を熱と圧力により永久画像に定着する。

記録材25を分離した後の感光ドラム１の表面はクリーニング装置13により転写残トナーが掻き取られて清掃され、繰り返して作像に供される。本実施形態のクリーニング装置13はクリーニングブレード12を用いたものである。クリーニングブレード12は、転写ローラ14による転写工程時に感光ドラム１から記録材25に転写し切れなかった転写残トナーを回収するものであり、一定の圧力で感光ドラム１に当接して転写残トナーを回収することによって感光ドラム１の表面を清掃する。クリーニングブレード12によるクリーニング工程が終了した後、感光ドラム１の表面は再び帯電ローラ２による帯電工程に入る。

また、転写ローラ14を通った記録材25は感光ドラム１の表面から分離されて定着装置23に導入される。記録材25は、この定着装置23で未定着のトナー像が熱と圧力により固着像として定着される。そして、定着装置23を出た記録材25は排出ローラ19により装置外部の排出トレイ20に排出される。

本実施形態の画像形成装置は、上記の各手段を用いて帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各工程を繰り返して画像形成を行う。

＜現像装置＞
次に図２を用いて現像装置の構成について説明する。

本実施形態では、現像装置６の現像方式として接触現像方式を用いた。この方式では、現像剤を担持搬送し、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体となる現像ローラ５に対して図示しない現像バイアス電源から直流の現像バイアス電圧を印加する。そして、現像ローラ５は図示しない駆動モータによって図１の矢印で示す図１の反時計回り方向に４００ｒｐｍの周速度で回転駆動される。

現像ローラ５は、一定の電荷を持った非磁性一成分の重合トナーを感光ドラム１の表面まで担持搬送する機能を担っている。現像ローラ５により現像剤となるトナー３を担持搬送する際に該現像ローラ５に当接して該現像ローラ５の表面上（現像剤担持体上）のトナー３の層厚を規制する現像剤層厚規制部材７と、現像ローラ５との接触部位でトナー３を負極性に帯電する。そして、現像ローラ５の表面上に担持されたトナー３を均一に薄層化する。薄層化された負極性のトナー３は、感光ドラム１と現像ローラ５との接触部位において、感光ドラム１の表面の静電潜像に供給され静電潜像を反転現像する。

＜現像剤担持体＞
図２（ａ）に現像ローラ５の構成を示す。本実施形態の効果を得る上では、現像ローラ５の外形直径は１０ｍｍ〜３０ｍｍが好適であり、本実施形態では外形直径が１５ｍｍの現像ローラ５を用いている。また、現像ローラ５の軸として円柱状または中空円筒状の形状を有し、金属等の導電性材料で形成される外径直径８ｍｍの芯金８を用いている。

芯金８は画像形成装置の本体に設けられた駆動モータにより回転駆動される。芯金８の外周面上には導電性弾性層となる基層９が固定される。基層９は、原料主成分としてシリコーンゴムを用いている。また、基層９を形成するゴム成型体の硬度はアスカーＣ(ASKER C)硬度で１５°〜７０°の範囲に選択する。より好ましくは、基層９の硬度はアスカーＣ(ASKER C)硬度で２０°〜６０°の範囲に選択する。

更に、この基層９の外周面上には導電性の表面層10が積層されている。表面層10は、基層９と異なる材質であり、本実施形態ではポリウレタンポリオールプレポリマーとイソシアネート化合物を重合させて得られたポリウレタンから形成される。

ポリウレタンポリオールプレポリマーは、２官能のポリエーテルポリオールと、２官能のイソシアネート化合物を鎖延長させてなる。そして、重量平均分子量が10000〜50000である。且つ分子量分散度はＭｗ／Ｍｎ≦３．０、Ｍｚ／Ｍｗ≦２．５である。このようなポリウレタンポリオールプレポリマーが前記ポリウレタン中に７０質量％〜９５質量％の範囲で含まれる。

尚、上記分子量分散度におけるＭｎは各分子の分子量を全部足し合わせたものを、その分子数で割った数平均分子量である。また、Ｍｗは各分子の分子量に各分子の重量（分子量に比例）を掛け合わせた上で全て足し合わせたものを、その全重量で割った重量平均分子量である。また、Ｍｚは各分子の分子量を２乗したものに各分子の重量（分子量に比例）を掛け合わせた上で全て足し合わせたものを、その分子量×重量の総合計で割ったｚ平均分子量である。

表面層10におけるポリウレタンポリオールプレポリマーの含量等が上記の範囲にあることによって、トナー搬送性に優れ、かつ低硬度な現像ローラ５を形成することができる。具体的には、ポリウレタンポリオールプレポリマーの含量や重量平均分子量を調整し、表面層10を柔軟化することで、表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’が１５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の範囲になるようにしている。詳細は後述するが、これによりトナー３に与える負荷を低減し、トナー３のフィルミングを低減することが可能である。

＜現像剤層厚規制部材＞
次に、現像ローラ５の表面に当接して該現像ローラ５上（現像剤担持体上）のトナー３の層厚を規制する規制部材となる現像剤層厚規制部材７の構成について説明する。

本実施形態の現像装置６において、現像剤層厚規制部材７は、現像ローラ５の表面層10との当接面を支持する当接支持面7a1を有する支持部材７ａ上に形成された導電性樹脂またはエラストマーを主材とする被膜７ｂからなる。そして、該被膜７ｂが支持部材７ａを少なくとも当接支持面7a1から先端7b1面に亘って被覆してなるものである。

これにより、現像剤層厚規制部材７の先端7b1に所定の曲率を持たせることが可能である。即ち、現像剤層厚規制部材７の先端7b1は曲面である。また、現像剤層厚規制部材７は体積抵抗値が１０^６Ωであるものを用いた。また、図２（ｂ）に示されるように本実施形態の現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲面の曲率半径Ｒは１００μｍ≦Ｒ≦５００μｍの範囲に設定されており、先端7b1の中心角度θが９０°以上となるように設定される。この先端7b1の曲面と表面層10との間の空間によって、トナー３を取り込む取り込み部となる取り込み口（捕集部）24が形成される。

尚、本実施形態では、導電性樹脂またはエラストマ―を用いて現像剤層厚規制部材７の先端7b1を形成したが、これに限るものではない。また、被膜７ｂの平面部である当接面7b2が現像ローラ５の表面層10と当接する。

例えば、同等の効果を得るために、図７に示すように、規制部材となる金属製の現像剤層厚規制部材107の先端107aに先端曲げ加工により所定の曲率を有する金属ブレード等でも代用は可能である。即ち、図７に示す現像剤層厚規制部材107のように、ストレート板金をプレス加工等により現像剤層厚規制部材107の先端107aを曲面状に成形することが出来る。

規制部材となる現像剤層厚規制部材７，107は、現像ローラ５に対して当接した部分の線圧Ｐが０．１Ｎ／ｃｍ以上、且つ０．４Ｎ／ｃｍ以下の範囲に設定されることで、現像ローラ５は安定した現像剤量を担持することができる。

具体的な線圧Ｐの測定方法としては、以下のとおりである。平滑な厚さ３０μｍのステンレス（ＳＵＳ）製の薄板を用いて作成した、長さ１０ｃｍ×幅が１．５ｃｍの引き抜き板と、同じく長さ１８ｃｍ×幅が３ｃｍの薄板を長さを半分にするように折って作成した挟み板を用意する。この引き抜き板を挟み板に挟んだ状態で現像ローラ５と感光ドラム１との当接部に挿入する。引き抜き板の一端に、ばねばかり等を接続する。その状態で引き抜き板を一定速度で引き抜き、そのときの力を測定し、引き抜き板の幅の１．５ｃｍで除算（割り算）して、単位を［Ｎ／ｃｍ］とした引き抜き線圧Ｐが求められる。

＜トナー＞
次に、本実施形態で用いた現像剤となるトナー３について説明する。本実施形態で用いたトナー３は、乳化重合法により製造された非磁性一成分現像剤であり、摩擦帯電によって負極性に帯電する性質を有する。また、このトナー３は、体積平均粒径が６μｍであり、絶縁性外添剤としての酸化ケイ素（シリカ）粒子と、導電性の外添剤を外添したものである。導電性外添剤としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化スズ、チタン酸ストロンチウムが挙げられ、トナー３はこれらのうち少なくとも１つを（１種を単独で、または２種以上を組み合わせて）含むことができる。本実施形態では、トナー３には、導電性外添剤として酸化チタン粒子が外添されている。

また、トナー３の平均粒径は５μｍ〜８μｍのものが好適であり、トナー３の軟化点は６０℃以上であることが好ましい。

＜第１検証＞
先ず、図３（ａ）を用いて、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’とトナーフィルミングへの効果について説明する。本発明者らは、本実施形態における現像ローラ５の表面層10の柔軟化によるトナー３へのストレスの低減効果について検証した。

現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’を１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａ（単位はＭＰａ：メガパスカル）の範囲のうちで貯蔵弾性率Ｅ’＝１５ＭＰａ、２１ＭＰａ、３０ＭＰａの３サンプルを使用した。尚、貯蔵弾性率Ｅ’は、動的粘弾性測定装置によって、振動周波数を１０Ｈｚ、温度を摂氏２０℃とした条件下で測定したものである。また、比較例として現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＝３７ＭＰａのサンプルを使用した。そして、合計で４サンプルを用いて、先端7b1の曲率半径Ｒ＝０μｍでストレート形状の現像剤層厚規制部材７と組み合わせた。評価環境として温度が１５℃、相対湿度が３０％Ｒｈの低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境で画像比率が１％の横線を20000枚の記録材25の間欠印字で耐久試験を行った。

図３（ａ）に検証結果を示す。図３（ａ）において○はトナーフィルミングが生じなかったことを意味する。×はトナーフィルミングが生じたことを意味する。比較例として現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＝３７ＭＰａにおいては、いずれもトナーフィルミングが発生した。

現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’が１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａの範囲ではトナーフィルミングが低減し、現像ローラ５の表面層10の柔軟化によるトナー３へのストレス低減効果を確認することが出来た。尚、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＜１５ＭＰａでは、現像ローラ５を製造する際に体積抵抗値の調整が困難であり、大量生産に不向きである。このため、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＜１５ＭＰａの場合は実用的ではない。

＜第２検証＞
次に、図３（ｂ）及び図４を用いて、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒと、現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量との関係について説明する。図３（ｂ）において○はトナーコート量が適当であることを意味する。×はトナーコート量が不良であることを意味する。

評価環境として温度が３５℃、相対湿度が９０％Ｒｈの高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境で、前記第１検証と同様の検討を行った。こちらも現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’が１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａの範囲の現像ローラ５はトナーフィルミングの発生は見られなかった。しかし、現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量を計ったところ、現像剤層厚規制部材７の先端7b1が曲率半径Ｒ＝０μｍのストレート形状の場合には、現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量が低下していることが判明した。

本発明者らの鋭意検討の結果、高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境下では、柔軟化した現像ローラ５の表面層10は更に柔軟化する。これにより、現像ローラ５の表面層10と、現像剤層厚規制部材７の先端7b1とのニップ部において現像剤層厚規制部材７の先端7b1からの圧力により現像剤層厚規制部材７の先端7b1が現像ローラ５の表面層10に喰い込み易くなっていた。そして、現像ローラ５の表面層10と、現像剤層厚規制部材７とにより形成される楔形の取り込み口（トナー３を捕集する捕集部）24が狭くなる。これにより、現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量が減少してしまうことが分かった。

本発明者らは、現像剤層厚規制部材７の先端7b1が現像ローラ５の表面層10へ喰い込む量を低減するために現像剤層厚規制部材７の先端7b1に所定の曲率を設けた。これにより、現像剤層厚規制部材７の先端7b1が現像ローラ５の表面層10へ喰い込み難くなる。更に、現像ローラ５の表面層10と、現像剤層厚規制部材７とにより形成される楔形の取り込み口24が大きくなる。これにより、機械的に現像ローラ５の表面層10上へのトナーコート量を増やすことが可能となると考えた。

そこで、本発明者らは、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒを調節することによって現像剤層厚規制部材７の先端7b1が現像ローラ５の表面層10へ喰い込む問題を解決出来るか否かについて検証を行った。

評価環境として温度が３５℃、相対湿度が９０％Ｒｈの高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境下において、前記第１検証で効果のあった現像ローラ５と同等のものを用いて検証した。現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒ＝１００μｍ，２５０μｍ，５００μｍの３サンプルを使用した。また、比較例として、曲率半径Ｒ＝０μｍ，７００μｍの２サンプルを使用した。そして、合計で５サンプルに対して現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量の確認を行った。本検証において、現像ローラ５の表面層10上の単位面積当たりのトナーコート量が０．３５ｍｇ/ｃｍ^２以上、且つ０．５５ｍｇ/ｃｍ^２以下を適正なトナーコート量と判断した。

図３（ｂ）及び図４に検証結果を示す。図４に示すように、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒ＝０μｍのストレート形状を使用する。すると、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＝１５ＭＰａ，２１ＭＰａ，３０ＭＰａの何れの現像ローラ５においても０．３５ｍｇ/ｃｍ^２以上のトナーコート量を確保出来ない。また、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒ＞５００μｍでは０．５５ｍｇ/ｃｍ^２以上のトナーコート量となり、トナー層厚の規制不良となった。

一方、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒを１００μｍ≦Ｒ≦５００μｍの範囲に設定したものを使用する。これにより、現像ローラ５の表面層10上の単位面積当たりのトナーコート量が０．３５ｍｇ/ｃｍ^２以上、且つ０．５５ｍｇ/ｃｍ^２以下の適正なトナーコート量を得ることが出来、ベタ画像（印字率が１００％の画像）の濃度も十分確保出来ていた。即ち、現像ローラ５は十分なトナー３を担持していることから、印字率が高い画像を現像する場合であっても、画像の濃度が低減することが抑制できる。

＜第３検証＞
次に、図５（ａ）を用いて、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒと、トナーフィルミングへの影響について説明する。評価環境としてトナーフィルミングが発生し易い温度が１５℃、相対湿度が３０％Ｒｈの低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境下において検証した。前記第２検証で効果のあった現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒ＝１００μｍ，２５０μｍ，５００μｍの３サンプルを用いた。そして、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’を１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａの範囲のうちの現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＝１５ＭＰａ，２１ＭＰａ，３０ＭＰａの３サンプルと組み合わせてトナーフィルミングするか否かを前記第１検証と同様の手順で確認した。

図５（ａ）にその検証結果を示す。図５（ａ）において○はトナーフィルミングが生じなかったことを意味する。現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＝１５ＭＰａ，２１ＭＰａ，３０ＭＰａと、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒ＝１００μｍ，２５０μｍ，５００μｍとの何れの組み合わせにおいても現像ローラ５の表面層10へのトナーフィルミングは発生していなかった。

トナーフィルミングが発生し易い低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境下においてトナーフィルミングが発生しなかった。このため、評価環境として温度が３５℃、相対湿度が９０％Ｒｈの高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境下においても現像ローラ５の表面層10へのトナーフィルミングは発生しない。以上のことから、低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境下、高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境下の両環境下において、現像ローラ５の表面層10へのトナーフィルミングの防止と、適正なトナーコート量を得ることが可能となった。

更には、現像剤層厚規制部材７の先端7b1に所定の曲率を設けることで、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率部と、現像ローラ５の表面層10との間でトナー３が滞留する。これにより、トナー３同士の電荷のやり取りが活発化し、均一に帯電したトナー３が取り込み口24に溜まり、その結果、現像剤帯電量の不均一化による現像ゴーストの改善にもつながることも検討の結果分かった。

＜第４検証＞
次に、図５（ｂ）及び図６を用いて、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａと、現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量との関係について説明する。図５（ｂ）において、○はトナーコート量が適切であることを意味し、×はトナーコート量が不適切であることを意味する。現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量を増加させる方法として、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａを大きくすることが考えられる。そこで、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａを大きくした場合の効果を確認した。

図６に示すように、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＝２１ＭＰａとしたとき、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａを大きくするにつれ、ベタ白画像の形成後において現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量は増加していく。しかし、ベタ黒画像の形成後においては現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａを大きくしても現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量が増加しなかった。

つまり、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａを大きくするだけではベタ黒画像の形成後においては十分なトナーコート量を確保出来ないばかりか、ベタ白画像の形成後のトナーコート量のみが大きくなってしまった。

そこで、表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’＝１５ＭＰａ，２１ＭＰａ，３０ＭＰａと、表面層10の表面粗さＲａ＝０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ、２．３μｍとを組み合わせた現像ローラ５を使用した。更に、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒ＝０μｍのストレート形状を使用した。

そして、評価環境として温度が１５℃、相対湿度が３０％Ｒｈの低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境で画像比率が１％の横線を20000枚の記録材25の間欠印字で耐久試験を行った結果を図５（ｂ）に示す。

図５（ｂ）に示すように、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａ＝２．３μｍでは現像ローラ５の表面層10上のトナー層厚の規制不良が発生してしまった。一方、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａ＜０．５μｍにおいてはベタ黒画像の形成後に適正なトナーコート量を得ることが出来なかった。現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａ＝２．０μｍにおいては、現像ローラ５の表面層10上のトナー層厚の規制不良が発生せず、適正なトナーコート量を確保することが出来た。

また、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａを大きくするということは、現像ローラ５の表面層10内に粗し粒子をたくさん入れる方向になるため、現像ローラ５の表面層10の柔軟化の効果を半減させてしまう。他に、現像剤の帯電量不足により本来印刷されてはならない白地部にトナー３が転写される地かぶりも悪くなることが検討の結果分かった。そのため、現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａは０．５μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍの範囲から選択することが望ましい。

また、現像剤層厚規制部材７の現像ローラ５の表面層10に対する水平方向の侵入量の影響を確認した。現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量に対しては現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率の影響が支配的であった。このため、現像剤層厚規制部材７の現像ローラ５の表面層10に対する水平方向の侵入量を大きくしても現像ローラ５の表面層10上のトナーコート量を増加させるという所望の結果は得られなかった。

＜第５検証＞
以上の結果から、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’が１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａの範囲で、且つ現像ローラ５の表面層10の表面粗さＲａが０．５μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍの範囲に設定した現像ローラ５を使用した。そして、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒが１００μｍ≦Ｒ≦５００μｍの範囲に設定された現像剤層厚規制部材７を使用した。それらを組み合わせた現像装置６を使用して、評価環境として温度が１５℃、相対湿度が３０％Ｒｈの低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境下と、温度が３５℃、相対湿度が９０％Ｒｈの高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境下において検証した。

画像比率が１％の横線を20000枚の記録材25の間欠印字で耐久試験を行った結果、トナーフィルミングが発生することなく、十分なベタ画像濃度が確保出来た。

＜まとめ＞
以上説明したように、現像ローラ５の表面層10の貯蔵弾性率Ｅ’を１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａの範囲にすることで表面層10を柔軟化し、トナー３に与える負荷を低減した。これにより、トナーフィルミングを抑制した。ここで貯蔵弾性率Ｅ’が上記範囲である表面層10は柔らかく現像剤層厚規制部材７が表面層10に食い込む可能性がある。そこで、現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率半径Ｒを１００μｍ≦Ｒ≦５００μｍに設定した。

これにより、現像剤層厚規制部材７が表面層10に食い込んだ場合も、現像剤層厚規制部材７の先端7b1に形成された曲面によって、現像剤層厚規制部材７と現像ローラ５との間に十分な量のトナー３が取り込まれる。これにより現像ローラ５は十分な量のトナー３を担持することができる。これにより表面層10に現像剤層厚規制部材７が食い込んだ場合であっても、画像濃度の低下が生じることを抑制できる。

尚、本実施形態で用いた現像剤層厚規制部材７、現像剤担持体となる現像ローラ５、現像剤となるトナー３の構成は一例である。貯蔵弾性率Ｅ’と現像剤層厚規制部材７の先端7b1の曲率が上記範囲内であれば、本実施形態と異なる現像剤層厚規制部材７や、現像剤担持体となる現像ローラ５、現像剤となるトナー３を用いても本実施形態の効果を奏することができる。

例えば、本実施形態では現像剤層厚規制部材７の先端7b1を導電性樹脂で成形したが、先端7b1の材質が本実施形態の効果に与える影響は小さく、他の材料で、現像剤層厚規制部材７の先端7b1を形成しても良い。また、トナー３の球形度や、トナー３に外添される外添剤を変更しても本実施形態の効果に与える影響は小さい。

３ …トナー（現像剤）
５ …現像ローラ(現像剤担持体)
６ …現像装置
７ …現像剤層厚規制部材
7b1 …先端
８ …芯金(芯軸)
９ …基層(弾性層)
10 …表面層
24 …取り込み口（取り込み部）

Claims (8)

1. 画像形成装置に用いられる現像装置において、
   現像剤を担持搬送し、像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に当接して前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する規制部材と、
   を備え、
   前記現像剤担持体の表面には、貯蔵弾性率Ｅ’が１５ＭＰａ≦Ｅ’≦３０ＭＰａの範囲に設定された表面層が形成され、
   現像剤の体積平均粒径が５μｍ以上８μｍ以下であり、前記表面層の表面粗さＲａが０．５μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍの範囲に設定され、
   前記規制部材は、前記現像剤担持体に対して当接した部分の線圧Ｐが０．１Ｎ／ｃｍ≦Ｐ≦０．４Ｎ／ｃｍの範囲に設定されて前記表面層に食い込み、
   前記規制部材の先端には曲面が形成され、前記曲面と前記表面層の間の空間にて前記現像剤担持体に担持するための現像剤を取り込む取り込み部を形成するものであって、
   前記曲面の曲率半径Ｒが１００μｍ≦Ｒ≦５００μｍの範囲に設定されることを特徴とする現像装置。
2. 前記規制部材の先端は導電性樹脂によって形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。
3. 前記規制部材の先端はエラストマーで形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。
4. 前記規制部材は金属製であり、前記規制部材の先端は曲げ加工がされることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 前記規制部材は平面部を前記現像剤担持体に当接させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像剤担持体は、
   軸と、
   前記表面層と材質が異なり、前記軸の外周に設けられる導電性の弾性層と、
   を有し、
   前記表面層は、導電性であって前記弾性層の外周に形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 潜像が形成される像担持体と、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置と、
   を備え、
   画像形成装置の装置本体に着脱可能なことを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 潜像が形成される像担持体と、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置と、
   記録材を搬送する搬送装置と、
   を備え、
   記録材に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。

Images