JP6049604B2 - 現像ローラー、現像装置、及び現像装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体の外周面に非接触で対向配置される現像ローラーの技術に関する。

電子写真方式によって用紙に画像を形成する複写機やプリンター等の画像形成装置には現像装置が搭載されている。現像装置は、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像する。現像方式としては、磁性キャリアとトナーとを含む２成分現像剤を使用して像担持体にトナー像を現像する所謂２成分現像方式が知られている。２成分現像方式の一例として、従来から、インタラクティブタッチダウン現像方式と称する非接触による現像方式が知られている。前記インタラクティブタッチダウン現像方式では、前記像担持体から所定のギャップを隔てて配置された現像ローラーと、内部に磁石が設けられた磁気ローラーとが用いられる。前記磁気ローラーは、トナーとともに磁性キャリアを磁気的に汲み上げて表面に保持する。前記磁気ローラーは、磁気ブラシによって現像ローラーにトナーのみを転移させ、現像ローラー上にトナーの薄層を形成する。そして、現像ローラーに印加された交流成分を含む現像バイアスによって生じた交流電界により現像ローラーから前記像担持体の静電潜像へトナーを飛ばして付着させる。

この種の現像装置に用いられている現像ローラーは、アルミニウム製の基体の表面にアルマイト層がコーティングされ、更にその表面に樹脂コート層がコーティングされたものが知られている（特許文献１参照）。前記アルマイト層は、前記像担持体と前記現像ローラーとの間でリークが発生するのを抑制する役割を担っている。

特開２００９−２５１２７２号公報

ところで、現像ローラーのアルマイト層は、前記基体を陽極としてアルミニウムを酸性水溶液の電解浴槽に浸して電流を流すことにより、電気化学的な処理（アルマイト処理又は陽極酸化処理と称されている）によって前記基体の表面に形成された酸化アルミニウム皮膜である。このような処理を経て形成される前記アルマイト層の表層には、ポーラスと称する多数の孔を有する多孔質層が形成される。前記多孔質層における孔の数や孔の深さ、孔の外径などの要素は、現像装置に搭載される現像ローラーごとにばらつきがある。これらの要素のばらつきは、以下の問題を招く。すなわち、前記多孔質層の上に樹脂コート層が形成されると、多孔質層の孔に樹脂が入り込みことになる。樹脂の絶縁性とアルマイト層の絶縁性は異なるため、孔に入り込んだ樹脂の量によってアルマイト層の絶縁性能が変化する。つまり、孔の数やサイズが現像ローラーごとに異なると、アルマイト層に入り込んだ樹脂の量も現像ローラーごとに異なり、その結果、現像ローラー毎に絶縁性能がばらつくことになる。

また、前記アルマイト層の表面に樹脂コート層を形成する過程において、前記樹脂コート層を乾燥させるために現像ローラーは高温環境（例えば９０℃〜１３０℃）に置かれる。アルマイトは、素材であるアルミニウムの熱膨張係数との差により、高温環境に置かれるとクラックを生じ易い。前記樹脂コート層の乾燥過程において前記クラックが発生すると、そのクラックに樹脂が入り込み、現像ローラーの絶縁性能が変化する。前記クラックの数やサイズは、前記多孔質層の孔のサイズなどと同じく、現像ローラーごとに異なる。そのため、アルマイト層のクラックに入り込んだ樹脂の量も現像ローラーごとに異なり、その結果、現像ローラー毎に絶縁性能がばらつくことになる。なお、前記樹脂コート層を低温で乾燥させると乾燥工程に時間がかかることになる。また、低温で乾燥させる場合でも、現像ローラーの表面の曲率が大きい場合は、低温乾燥であってもクラックが生じる場合がある。

このように、現像ローラーの絶縁性能がばらつくと、現像バイアスの印加時に前記像担持体と前記現像ローラーとの間の絶縁が破られて、前記像担持体と前記現像ローラーとの間にリークが生じることになる。特に、前記クラックは、多孔質層の孔に比べてアルマイト層に深く入り込んでいるため、そのクラックの先端部が電極の代わりになり、リークを生じさせる大きな原因となる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ばらつきのない安定した絶縁性能を確保することができる現像ローラー、これを備えた現像装置及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る現像ローラーは、像担持体の外周面に非接触で対向配置されるローラー本体を備える。前記ローラー本体は、アルミニウムを含む金属からなる基体の外周面にベーマイト法による表面処理によってベーマイト層が形成され、そのベーマイト層の表面に樹脂材料からなる導電性を有する樹脂コート層が形成されている。

本発明の他の局面に係る現像装置は、前記現像ローラーと、磁気ローラーと、を備えている。前記磁気ローラーは、トナー及び磁性キャリアからなる磁気ブラシによって前記現像ローラーの表面にトナー層を形成する。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、前記現像装置を備える。

本発明によれば、現像ローラーにおいてばらつきのない安定した絶縁性能を確保することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す模式図である。 図１の画像形成装置が備える制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る現像装置の構成を示す断面図である。 現像装置が備える現像ローラーの現像スリーブの構成を示す断面図である。 現像スリーブに関するリーク発生電圧の評価を示す表である。 現像スリーブについての比較例１〜２、及び実施例１〜８を示す表である。 現像スリーブの交流インピーダンスＺ、抵抗成分Ｒｓ、静電容量成分Ｃｓを測定するための実験装置を示す図である。

以下、適宜図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明される実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態は適宜変更できる。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０（本発明の画像形成装置の一例）の概略構成を示す模式図である。図１に示されるように、画像形成装置１０は、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置であり、複数の画像形成部１〜４と、中間転写ベルト５と、駆動ローラー７Ａと、従動ローラー７Ｂと、二次転写装置１５と、定着装置１６と、制御部８と、給紙トレイ１７と、排紙トレイ１８と、を備えている。なお、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の具体例は、カラー画像又はモノクロ画像を形成可能なプリンターや複写機、ファクシミリ、これらの各機能を備えた複合機である。

画像形成部１〜４は、電子写真方式に基づいて画像を形成するものである。画像形成部１〜４は、並設された複数の感光体ドラム１１〜１４（本発明の像担持体の一例）それぞれに色の異なるトナー像を形成し、そのトナー像を走行中（移動中）の中間転写ベルト５に順次重ね合わせて転写する。図１に示される例では、中間転写ベルト５の移動方向（矢印１９方向）の下流側から順に、ブラック用の画像形成部１、イエロー用の画像形成部２、シアン用の画像形成部３、及びマゼンタ用の画像形成部４がその順番で一列に配置されている。

画像形成部１〜４それぞれは、感光体ドラム１１〜１４、帯電装置２１〜２４、露光装置３１〜３４、現像装置４１〜４４（本発明の現像装置の一例）、一次転写装置５１〜５４等を備えている。感光体ドラム１１〜１４は、その表面にトナー像を担持する。帯電装置２１〜２４は、対応する感光体ドラム１１〜１４の表面を所定の電位に帯電させる。露光装置３１〜３４は、帯電された感光体ドラム１１〜１４の表面を露光して光を走査することにより静電潜像を形成する。現像装置４１〜４４は、感光体ドラム１１〜１４上の静電潜像をトナーによって現像する。一次転写装置５１〜５４は、回転する感光体ドラム１１〜１４上のトナー像を中間転写ベルト５に転写する。なお、図１には示されていないが、各画像形成部１〜４は、感光体ドラム１１〜１４上に残存したトナー像を除去するクリーニング装置も備えている。

中間転写ベルト５は、例えばゴムやウレタン等の素材からなる無端環状のベルトである。中間転写ベルト５は、駆動ローラー７Ａ及び従動ローラー７Ｂによって回転駆動可能に支持されている。駆動ローラー７Ａは定着装置１６に近い位置（図１において左側）に配置されており、従動ローラー７Ｂは定着装置１６から離れた位置（図１において右側）に配置されている。駆動ローラー７Ａの表面は中間転写ベルト５との摩擦力を高めるために例えばゴムやウレタン等の素材で形成されている。駆動ローラー７Ａ及び従動ローラー７Ｂによって支持されることにより、中間転写ベルト５は、その表面が各感光体ドラム１１〜１４の表面に接しながら移動（走行）可能となる。そして、中間転写ベルト５は、その表面が感光体ドラム１１〜１４と一次転写装置５１〜５４との間を通過する際に、感光体ドラム１１〜１４からトナー像が順に重ね合わせて転写される。

二次転写装置１５は、中間転写ベルト５に転写されたトナー像を給紙トレイ１７から搬送されてきた印刷用紙に転写させる。トナー像が転写された印刷用紙は、図示しない搬送手段によって定着装置１６に搬送される。定着装置１６は、高温に加熱された加熱ローラー１６Ａと、この加熱ローラー１６Ａに対向配置された加圧ローラー１６Ｂとを有する。定着装置１６に搬送された印刷用紙は、加熱ローラー１６Ａと加圧ローラー１６Ｂとによって挟持されつつ搬送されることによって、トナー像が印刷用紙に溶着される。その後、印刷用紙は排紙トレイ１８に排出される。

このように、画像形成装置１０は、複数の画像形成部１〜４によって各色のトナー像を走行中の中間転写ベルト５上に重ねて転写することにより、カラーのトナー像を中間転写ベルト５の表面に形成させる。そして、そのカラーのトナー像は、二次転写装置１５によって中間転写ベルト５から印刷用紙へ転写される。これにより、印刷用紙上にカラー画像が形成される。なお、中間転写ベルト５を搬送ベルトとして用い、その搬送ベルト上に搬送される印刷用紙にトナー像が直接に重ね合わせて転写される構成や、中間転写ベルト５に代えてローラー状の中間転写部材を用いることも他の実施例として考えられる。

制御部８は、画像形成装置１０を統括的に制御する。制御部８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、モータードライバー等を有している。前記ＲＡＭは揮発性の記憶媒体、前記ＥＥＰＲＯＭは不揮発性の記憶媒体である。前記ＲＡＭおよび前記ＥＥＰＲＯＭは、前記ＣＰＵが実行する各種の処理の一時記憶メモリーとして使用される。前記モータードライバーは、前記ＣＰＵからの制御信号に基づいて各種用途のモーター（不図示）を駆動制御する。

また、制御部８は、図２に示されるように、第１バイアス回路７１、第２バイアス回路７２、および電圧可変装置７３を有している。第１バイアス回路７１は、現像装置４１〜４４が備える現像ローラー６３（図３参照）に電圧を印加する。また、第２バイアス回路７２は、現像装置４１〜４４が備える磁気ローラー６２（図３参照）に電圧を印加する。電圧可変装置７３は、現像ローラー６３および磁気ローラー６２に印加される電圧を可変する。

図３は、画像形成部１が備える現像装置４１の構成を示す断面図である。以下、図３を参照して、現像装置４１の構成について説明する。なお、他の現像装置４２〜４４は、現像装置４１と同じ構成であるため、その詳細な説明を省略する。

現像装置４１は、感光体ドラム１１に対して非接触状態でトナーを静電潜像に静電的に付着させる現像方式であって、インタラクティブタッチダウン現像方式と称される現像方式によって現像する装置である。図３に示されるように、現像装置４１は、トナーを含む２成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう。）が収納される現像容器６０を備えている。現像容器６０は仕切壁６０Ａによって第１撹拌室６０Ｂ及び第２撹拌室６０Ｃに区画されている。第１撹拌室６０Ｂ及び第２撹拌室６０Ｃそれぞれに、現像剤が収容されている。第１撹拌室６０Ｂには第１撹拌スクリュー６１Ａが回転可能に設けられている。第２撹拌室６０Ｃには第２撹拌スクリュー６１Ｂが回転可能に設けられている。第１撹拌スクリュー６１Ａ及び第２撹拌スクリュー６１Ｂは、トナーコンテナ（不図示）から現像容器６０に供給されたトナーを磁性キャリアと混合して撹拌し、前記トナーを帯電させる。

現像容器６０内に磁気ローラー６２及び現像ローラー６３（本発明の現像ローラーの一例）が設けられている。磁気ローラー６２は、トナーが付着された磁性キャリアがローラー面に保持されるものである。この磁気ローラー６２は、トナーが付着された磁性キャリアからなる後述の磁気ブラシによって現像ローラー６３の表面にトナー層を形成する。現像ローラー６３は、磁気ローラー６２に対向して配置されている。具体的には、磁気ローラー６２は、第２撹拌スクリュー６１Ｂの上方に配置されている。現像ローラー６３は、磁気ローラー６２の左斜め上方に、磁気ローラー６２と所定のギャップを隔てた状態で対向するように配置されている。また、現像ローラー６３は、現像容器６０の開口６４側（図３の左側）において感光体ドラム１１に所定のギャップを隔てた状態で対向している。つまり、現像ローラー６３は、感光体ドラム１１の外周面に対向するように配置されている。磁気ローラー６２及び現像ローラー６３は、図３において時計回転方向（矢印９１，９２参照）へ回転される。

磁気ローラー６２は、非磁性の回転スリーブ６２Ａと、複数の磁極を有する磁気ローラー側磁極６２Ｂとにより構成されている。回転スリーブ６２Ａは、現像装置４１のフレーム（不図示）に回転可能に支持されている。磁気ローラー側磁極６２Ｂは、回転スリーブ６２Ａに内包されている。つまり、磁気ローラー６２の内部に磁気ローラー側磁極６２Ｂが設けられている。磁気ローラー側磁極６２Ｂは、回転スリーブ６２Ａ内で固定されている。本実施形態では、磁気ローラー側磁極６２Ｂは、主極７５、規制極（穂切り用磁極）７６、搬送極７７、剥離極７８、及び汲上極７９の５極の磁極を有する。各磁極７５〜７９は、例えば、磁力を発生する永久磁石で構成されている。

主極７５は、その磁極面が現像ローラー６３側に向けられた状態で磁気ローラー側磁極６２Ｂに取り付けられている。この主極７５は、現像ローラー６３が備える現像ローラー側磁極６３Ｂとの間で引き合う方向の磁界を形成する。

現像容器６０には穂切りブレード６５が設けられている。穂切りブレード６５は、磁気ローラー６２の長手方向（図３の紙面に垂直な方向）に沿って取り付けられている。穂切りブレード６５は、磁気ローラー６２の回転方向（矢印９２参照）において、現像ローラー６３と磁気ローラー６２との対向位置よりも上流側に配置されている。穂切りブレード６５の先端部と磁気ローラー６２のローラー面との間には僅かなギャップ（隙間）が形成されている。

規制極７６は、その磁極面が穂切りブレード６５側に向けられた状態で磁気ローラー側磁極６２Ｂに取り付けられている。つまり、規制極７６と穂切りブレード６５とは互いに対向するように配置されている。穂切りブレード６５は、例えば、非磁性体或いは磁性体で構成されている。穂切りブレード６５に磁気ローラー側磁極６２Ｂの規制極７６が対向するため、穂切りブレード６５の先端と回転スリーブ６２Ａとのギャップに引き合う方向の磁界が発生する。この磁界により、穂切りブレード６５と回転スリーブ６２Ａとの間に、トナー及び磁性キャリアからなる磁気ブラシが形成される。

現像ローラー６３は、円筒状の現像スリーブ６３Ａ（本発明のローラー本体の一例）と、現像ローラー側磁極６３Ｂとにより構成されている。現像スリーブ６３Ａは、現像装置４１のフレーム（不図示）に回転可能に支持されている。

図４に示されるように、現像スリーブ６３Ａは、アルミニウム製の素管からなる筒形状の基体８１で構成されており、その外周面にベーマイト層８２がベーマイト法に基づく表面処理（以下「ベーマイト処理」という。）によりコーティングされている。

前記ベーマイト処理は、基体８１の表面に化学的に酸化皮膜を形成する表面処理方法であり、アルミニウムの化成処理の一つであることで知られている。具体的には、前記ベーマイト処理は、高温の純水中に基体８１を所定の処理時間だけ浸す、又は高温の純水を基体８１の表面に前記処理時間だけかけ流すことにより、基体８１の表面にＡｌＯ（ＯＨ）やＡｌ_２Ｏ_５・ｎＨ_２Ｏなどの組成式で表されるアルミニウム水和酸化皮膜（水和アルミナとも呼ばれている。）を生成する処理である。本実施形態では、このベーマイト処理により、基体８１の表面に、０．２μｍ〜１．０μｍのアルミニウム水和酸化皮膜が形成される。なお、前記処理時間に比例してベーマイト層８２の層厚は厚くなる。具体的には、本実施形態の基体８１に対するベーマイト処理において前記処理時間を３０秒から３００秒としたときに、ベーマイト層８２の層厚は０．２μｍ〜１．０μｍとなる。

そして、そのベーマイト層８２の表面に更に樹脂材料からなる導電性を有する樹脂コート層８３（本発明の樹脂コート層の一例）がコーティングされている。つまり、現像スリーブ６３Ａは、基体８１の外周面にベーマイト層８２が形成されており、そのベーマイト層８２の表面に樹脂コート層８３が形成されている。樹脂コート層８３の材料としては、ナイロン樹脂が用いられている。つまり、樹脂コート層８３は、ナイロン樹脂からなるコート層である。より詳細には、樹脂コート層８３は、前記ナイロン樹脂に導電剤として導電性を有する酸化チタンを分散状に含有したものである。前記酸化チタンが含まれているため、樹脂コート層８３は導電性を有する。

本発明者等は、次の実験１及び実験２を行うことによって、ベーマイト層８２に樹脂コート層８３が形成された現像スリーブ６３Ａは、従来のアルマイト層を用いたものに比べて絶縁性能のばらつきが小さいことを見出した。具体的には、実験１では、外径が１２ｍｍから２０ｍｍまでの複数の基体８１それぞれに対して、前記処理時間を３０秒、６０秒、９０秒、１２０秒、３００秒として前記ベーマイト処理（処理温度：９０℃）を施した複数の現像スリーブ６３Ａを用意した。そして、実験１の実験対象である現像スリーブ６３Ａに感光体ドラム１１と同じドラム部材を実際の現像時のギャップを隔てて配置させた状態で、現像スリーブ６３Ａの基体８１に交流電圧を印加した。また、実験２では、外径が１２ｍｍから２０ｍｍまでの複数の基体８１それぞれに対して層厚が１０μｍのアルマイト層が形成された複数の現像スリーブ６３Ａを用意した。そして、実験２の実験対象である現像スリーブ６３Ａに感光体ドラム１１と同じドラム部材を実際の現像時のギャップを隔てて配置させた状態で、前記ドラム部材をグランドなどに接地接続し、現像スリーブ６３Ａの基体８１に交流電圧を印加した。実験１及び実験２ともに、前記ドラム部材とグランドとの間にはリーク電流を測定するための電流計が設けられ、この電流計によってリーク電流が検出されるまで前記交流電圧を上昇させた。そして、リーク電流が検出されるまでの手順を各実験対象それぞれに対して１０回行い、各回ごとにリーク電流が検出されたときの印加電圧をプロットした。また、いずれの実験においても、樹脂コート層８３の層厚は一定とした。この実験により得られたクラック発生状態及びリーク発生電圧のばらつきに関する評価が図５に示されている。なお、前記クラック発生状態については、樹脂コート層８３が形成された状態で表面を目視確認し、クラックを確認できなかった場合を○（Ｇｏｏｄ：良好）、画質に影響する多数のクラックを確認した場合を×（Ｐｏｏｒ：悪い）とした。前記リーク発生電圧のばらつきは、リーク電流が流れたときの印加電圧の変動幅が平均印加電圧の１割未満である場合を○（Ｇｏｏｄ：良好）、前記変動幅が前記平均印加電圧の１割以上である場合を×（Ｐｏｏｒ：悪い）とした。

図５に示される各実験結果から、本実施形態の現像スリーブ６３Ａは、従来のアルマイト層を用いたものに比べてリーク発生電圧のばらつきが小さいこと、すなわち、絶縁性能のばらつきが小さいことが分かる。また、絶縁性能のばらつきが小さいことを裏付けるように、クラックの発生が少ないことが分かる。一方、従来のアルマイト層を有する現像スリーブは、リーク発生電圧のばらつきが大きく、その原因であるクラックが多数発生していることが分かる。つまり、基体８１にベーマイト層８２が形成され、更に樹脂コート層８３が形成されることにより、従来のアルマイト層を用いたものに比べて絶縁性能のばらつきが小さい現像スリーブ６３Ａを実現することができる。

本実施形態の現像スリーブ６３Ａは、次の工程を経て製作される。すなわち、基体８１の外周面に９０℃の熱水を用いて３０秒〜３００秒の範囲内で前記ベーマイト処理を施して、０．２μｍ〜１．０μｍのベーマイト層８２を形成する。その後、結着樹脂としての前記ナイロン樹脂、導電剤として前記酸化チタン、および分散媒体としてのメタノール８００［重量部］を直径１．０ｍｍのジルコニアビーズとともにボールミルで約４８時間混合し、その混合液に前記ベーマイト処理されたアルミニウム製の基体８１を浸漬させた後に引き上げ、１３０℃の高温環境の下で１０分間乾燥させることにより、厚み２μｍ〜９μｍの樹脂コート層８３がコーティングされた現像スリーブ６３Ａが製作される。

図３に示されるように、現像ローラー側磁極６３Ｂは、現像スリーブ６３Ａに内包されている。つまり、現像ローラー６２の内部に現像ローラー側磁極６３Ｂが設けられている。現像ローラー側磁極６３Ｂは、例えば、磁力を発生する永久磁石で構成されており、主極７５とは異なる極性である。このため、現像ローラー側磁極６３Ｂは、主極７５との間で引き合う方向の磁界を形成する。

現像ローラー６３の現像スリーブ６３Ａには、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ［ＤＣ］という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ［ＡＣ］という）を印加する第１バイアス回路７１（図２参照）が接続されている。磁気ローラー６２の回転スリーブ６２Ａには、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ［ＤＣ］という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ［ＡＣ］という）を印加する第２バイアス回路７２（図２参照）が接続されている。第１バイアス回路７１及び第２バイアス回路７２は共通のグランドに接地されている。第１バイアス回路７１及び第２バイアス回路７２は、直流電源（不図示）から供給される直流電圧に交流電源（不図示）から供給される交流電圧を重畳させて印加する。

第１バイアス回路７１及び第２バイアス回路７２には電圧可変装置７３（図２参照）が接続されている。電圧可変装置７３によって、現像ローラー６３に印加されるＶｓｌｖ［ＤＣ］、Ｖｓｌｖ［ＡＣ］、及び磁気ローラー６２に印加されるＶｍａｇ［ＤＣ］、Ｖｍａｇ［ＡＣ］が変更可能である。

前述のように、第１撹拌スクリュー６１Ａ及び第２撹拌スクリュー６１Ｂによって、現像剤が撹拌されつつ現像容器６０内を循環してトナーを帯電させ、第２撹拌スクリュー６１Ｂによって現像剤が磁気ローラー６２に搬送される。穂切りブレード６５には磁気ローラー側磁極６２Ｂの規制極７６が対向している。そのため、穂切りブレード６５と回転スリーブ６２Ａとの間に前記磁気ブラシが形成される。磁気ローラー６２上の前記磁気ブラシは穂切りブレード６５によって層厚が規制された後、回転スリーブ６２Ａの回転によって現像ローラー６３に対向する位置に移動する。この位置に移動した前記磁気ブラシは、磁気ローラー側磁極６２Ｂの主極７５及び現像ローラー側磁極６３Ｂにより引き合う磁界が付与される。そのため、前記磁気ブラシは現像ローラー６３のローラー面に接触される。これにより、磁気ブラシの磁性キャリアに付着したトナーが現像ローラー６２に転移する。また、磁気ローラー６２に印加されるＶｍａｇ［ＤＣ］と現像ローラー６３に印加されるＶｓｌｖ［ＤＣ］との電位差ΔＶによって、現像ローラー６３のローラー面上にトナー薄層が形成される。なお、前記電位差ΔＶが電圧可変装置７３によって調整されることにより、現像ローラー６３上のトナー層厚が変化する。

前記磁気ブラシによって現像ローラー６３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラー６３の回転によって感光体ドラム１１と現像ローラー６３との対向部分に搬送される。現像ローラー６３の現像スリーブ６３Ａには交流成分を含む電圧が印加されているため、感光体ドラム１１との間の電位差（現像バイアス）によってトナーが感光体ドラム１１へ飛翔する。このとき、現像スリーブ６３Ａに印加された交流電圧により形成される交流電界によって、トナーは感光体ドラム１１と現像スリーブ６３Ａとの間を活発に往復運動する。その往復運動において感光体ドラム１１上の静電潜像にたどりついたトナーは静電潜像に付着して、この静電潜像を現像する。一方、静電潜像以外の非画像領域との間で往復運動するトナーは、非画像領域に付着せずに現像スリーブ６３Ａに戻される。

さらに磁気ローラー６２の回転スリーブ６２Ａが時計回りに回転すると、今度は主極７５に隣接する異極性の搬送極７７により発生する水平方向（ローラー周方向）の磁界によって、前記磁気ブラシは現像ローラー６３のローラー面から引き離され、現像に用いられずに残ったトナーが現像ローラー６３から回転スリーブ６２Ａ上に回収される。さらに回転スリーブ６２Ａが回転すると、磁気ローラー側磁極６２Ｂの剥離極７８及びこれと同極性の汲上極７９により反発する磁界が付与されるため、トナーは現像容器６０内で回転スリーブ６２Ａから離脱する。そして、第２撹拌スクリュー６１Ｂにより撹拌、搬送された後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された２成分現像剤として汲上極７９により再び回転スリーブ６２Ａ上に保持されて、磁気ブラシを形成し、穂切りブレード６５へ搬送される。

ところで、現像装置４１においては、高い現像性が要求される。つまり、現像ローラー６３の現像スリーブ６３Ａから感光体ドラム１１の静電潜像に確実にトナーを付着させることが要求される。前記現像性を向上させるために現像ローラー６３の抵抗を小さくして現像電界（感光体ドラム１１との電位差）を大きくすることが考えられる。しかしながら、現像ローラー６３の抵抗を小さくすると、現像に使用されなかったトナーが現像スリーブ６３Ａの表面に付着する付着力（鏡像力）が大きくなり、不使用のトナーが現像スリーブ６３Ａから離脱しにくくなる。現像スリーブ６３Ａの表面に担持されたトナーが離脱せずに長時間保持されたままにされると、現像スリーブ６３Ａの表面にトナーフィルミングが生じ、ローラー汚染を招く。一方、前記鏡像力を小さくすれば、トナーが離脱しやすくなり、トナーフィルミングによる前記ローラー汚染が抑制され、耐汚染性が向上する。しかし、前記鏡像力が小さくなると、トナーが現像スリーブ６３Ａから離れ易くなり、不必要にトナーが感光体ドラム１１に付着してトナーかぶりが生じ、トナーによる現像性が低下する。つまり、現像装置４１では、前記現像性及び前記耐汚染性の両方が良好であることが求められる。

従来、現像装置４１による前記現像性は、現像スリーブ６３ＡのＤＣ体積抵抗値（直流体積抵抗値）のみによって評価されていた。前記ＤＣ体積抵抗値は、前記現像性の評価にある程度の関係性を有しており、そのため、前記ＤＣ体積抵抗値は、従来から前記現像性を評価する指標として使用されていた。しかしながら、前記ＤＣ体積抵抗値は、前記ローラー汚染を示す耐汚染性との間には何ら関係性を有しておらず、前記耐汚染性の評価には利用できない。また、交流電圧（ＡＣ電圧）を印加する現像方式においては、前記ＤＣ体積抵抗値を指標とする場合に現像性を十分に評価できない。そこで、本発明者等は、前記事情に鑑みて鋭意検討を行った結果、前記現像性については現像スリーブ６３Ａの交流インピーダンスＺ［Ω］における抵抗成分Ｒｓ［Ω］が影響しており、前記ローラー汚染については現像スリーブ６３Ａの交流インピーダンスＺ［Ω］における静電容量成分Ｃｓ［Ｆ］が影響していることを見出した。つまり、本発明者等は、前記現像性および前記耐汚染性の両方に関係性を有する指標として、現像スリーブ６３Ａの交流インピーダンスＺ［Ω］における抵抗成分Ｒｓ［Ω］および静電容量成分Ｃｓ［Ｆ］を利用できること、とりわけ、抵抗成分Ｒｓと静電容量成分Ｃｓとの積である数値Ｒｓ・Ｃｓを利用できることを後述の実験結果から見出した。

前記交流インピーダンスＺは、現像スリーブ６３Ａの基体８１に交流電圧を供給したときの電流の流れにくさを示すものであり、現像スリーブ６３Ａの抵抗成分Ｒｓ及び静電容量成分Ｃｓを用いて、以下の式（１）により表される。

前記静電容量成分Ｃｓの利用可能性については、ローラー汚染が現像スリーブ６３Ａに対するトナーの鏡像力（付着性）に密接に関係していることに基づいて検証できる。前記鏡像力が小さくなると、トナーの付着力が低下するので、トナーが現像スリーブ６３Ａから離れ易くなる。このため、前記ローラー汚染は抑制され、耐汚染性が向上すると考えられる。一般に、前記鏡像力Ｆｉは、補正係数をα、現像スリーブ６３Ａの比誘電率をε_ｒ、真空の誘電率をε_０、トナーの帯電量をｑ、トナーの直径をＤとすると、以下の式（２）により表される。

式（２）から、現像スリーブ６３Ａの比誘電率ε_ｒが小さい場合、つまり、現像スリーブ６３Ａの媒質の誘電率εが小さい場合、前記鏡像力Ｆｉは小さくなる。現像スリーブ６３Ａの静電容量Ｃｓは、ε・Ｓ／ｄで表されるため、誘電率εが小さいほどＣｓが小さくなることから、現像スリーブ６３Ａの静電容量Ｃｓが小さいほど前記鏡像力が小さくなり、前記ローラー汚染が軽減することが検証できる。

以下、図６及び図７を参照して、前記数値Ｒｓ・Ｃｓの適正値について説明する。図６は、現像スリーブ６３Ａについての比較例１〜２、及び実施例１〜８を示す表である。具体的には、各比較例及び各実施例それぞれについて、ベーマイト層８２の処理時間、酸化チタンの含有量、樹脂コート層８３の厚み、樹脂コート層８３の表面粗さＲａなどの各要素が異なる現像スリーブ６３Ａを用意し、各比較例及び各実施例それぞれについて、交流インピーダンスＺ、抵抗成分Ｒｓ、静電容量成分Ｃｓを測定し、前記数値Ｒｓ・Ｃｓを求めた。

図７は、現像スリーブ６３Ａの交流インピーダンスＺ、抵抗成分Ｒｓ、静電容量成分Ｃｓを測定するための実験装置９０を示す図である。この実験装置９０は、水平方向へ４ｍｍの間隔を隔てて配置された直径１８ｍｍの２本のステンレス製のＳＵＳローラー９１，９２を備える。ＳＵＳローラー９１，９２間には、アルミ製のフィルム電極９３（水平方向長さ１５０ｍｍ）が懸架されている。フィルム電極９３の上面にローラー面が密着するように、実験対象である現像スリーブ６３Ａ（比較例１〜２、実施例１〜８）が配置される。更に、その現像スリーブ６３Ａの上方に直径３０ｍｍのＳＵＳローラー９５が配置されている。ＳＵＳローラー９５には、５００ｇのウエイト９６によって下方へ荷重がかけられており、その荷重がＳＵＳローラー９５を介して現像スリーブ６３Ａにかけられている。なお、現像スリーブ６３Ａを含め各ローラー体は回転されない状態で実験される。２本のＳＵＳローラー９１，９２は、インピーダンス測定器９７（日置電機株式会社製のＬＣＲハイテスタ３５２２）の一方の電極に接続されており、現像スリーブ６３Ａの基体８１は、インピーダンス測定器９７の他方の電極に接続されており、この状態で、インピーダンス測定器９７によるインピーダンス測定が行われる。当該実験において、インピーダンス測定器９７の電極の両端には、電圧値が５．０Ｖの正弦波形の交流電圧が印加される。そして、印加される交流電圧の周波数を変化させながら、現像スリーブ６３Ａの交流インピーダンスＺ、抵抗成分Ｒｓ、及び静電容量成分Ｃｓを測定する。測定は複数回（２回〜１６回）行われ、測定値の平均値から算出された前記数値Ｒｓ・Ｃｓが実験結果として図５の表に示されている。なお、前記交流電圧の周波数が変わると交流インピーダンスＺは変化するが、抵抗成分Ｒｓ及び静電容量成分Ｃｓは変わらない。

更に、図６に示される各例の現像スリーブ６３Ａを搭載した現像装置４１を用いて印刷用紙に単色の画像形成を行った結果から、前記現像性及び前記耐汚染性について評価した。また、各例の現像スリーブ６３Ａに対して前記実験１を行った結果から、前記リーク発生電圧のばらつき（絶縁性能のばらつき）について評価した。それぞれの評価結果が図６の表に示されている。ここで、前記現像性については、１００％ベタ画像を画像形成したときの印刷物から得られる透過濃度値が１．０以上である場合を○（Ｇｏｏｄ：良好）、同透過濃度値が０．７以上であり１．０Ｔ．Ｄ．未満である場合を△（Ｆａｉｒ：中程度）、同透過濃度値が０．７未満である場合を×（Ｐｏｏｒ：悪い）とした。前記耐汚染性については、単色で１００％ベタ画像を画像形成したときの印刷物の画像を目視確認し、ほとんど汚染の影響が無い場合を○（Ｇｏｏｄ：良好）、若干汚染の影響があるが画像に大きな影響が無い場合を△（Ｆａｉｒ：中程度）、汚染の影響が画像にはっきり現れている場合を×（Ｐｏｏｒ：悪い）とした。また、前記リーク発生電圧のばらつきについては、リーク電流が流れたときの印加電圧の変動幅が平均印加電圧の１割未満である場合を○（Ｇｏｏｄ：良好）、前記変動幅が前記平均印加電圧の１割以上である場合を×（Ｐｏｏｒ：悪い）とした。

なお、前記現像性、及び前記耐汚染性を評価するにあたり、以下の条件の下で画像形成を行った。具体的な条件は、プリント速度を３０枚／分、感光体ドラム１１の周速を１８０ｍｍ／秒、感光体ドラム１１と現像スリーブ６３Ａとのギャップを０．１２ｍｍ、現像バイアスとして印加する交流電圧の周波数を３．７ｋＨｚ、トナー及びキャリアの重量比率を９％とした。

図６に示される各比較例１〜２では、前記リーク発生電圧のばらつきが小さいが、前記現像性及び前記耐汚染性の両方が良好にならなかった。一方、実施例１〜８では、前記現像性及び前記耐汚染性の両方が良好であるという評価となり、前記リーク発生電圧のばらつきも小さく、絶縁性能が良好であるという評価が得られた。図６に示される表から明らかなように、前記数値Ｒｓ・Ｃｓが８．０×１０^−７（図６の実施例８参照）以上であり、１．８×１０^−４（図６の実施例２参照）以下の範囲内であれば、現像スリーブ６３Ａの前記リーク発生電圧のばらつきに加えて、前記現像性及び前記耐汚染性の両方が良好であることが分かる。このことは、前記数値Ｒｓ・Ｃｓが前記現像性および前記耐汚染性の双方を客観的に評価できる指標として有効であることを意味する。したがって、新たな指標として前記数値Ｒｓ・Ｃｓを用い、前記数値Ｒｓ・Ｃｓが前記範囲内となる現像スリーブ６３Ａを構成することにより、前記リーク発生電圧のばらつき、前記現像性、および前記耐汚染性の全てが良好な現像ローラー６３を実現することができる。

この新たな指標となる前記数値Ｒｓ・Ｃｓは、交流電圧が印加された現像スリーブ６３Ａを抵抗とコンデンサーの等価回路としたときの時定数を表す。一般に、時定数が小さければ矩形波状の交流電圧の立ち上がり及び立ち下がりが早くなる。立ち下がり及び立ち上がりが早くなると、交流電圧の最大値が印加される時間が長くなる。これにより、感光体ドラム１１と現像ローラー４１との間で交流電界によるトナーの往復運動が活発になり、ハーフ画像が形成されるときのように静電潜像との電位差が低い場合であっても、ハーフ画像の現像性が良好となる。特に、経年劣化などによってトナーの帯電性が低下した場合や、感光体ドラム１１の帯電性が低下した場合は、前記時定数が大きいと、トナーが十分に往復運動しなくなり、ハーフ画像の現像性が悪化する。このため、本実施形態では、インピーダンスＺにおける抵抗成分Ｒｓ及び静電容量成分Ｃｓを個々に評価するのではなく、それらの積である前記数値Ｒｓ・Ｃｓを指標とし、その上限値を前記実験により２．２４×１０^−５と定めることにより、トナー或いは感光体ドラム１１の帯電性が悪化した場合でも、現像性及び耐汚染性が良好な現像スリーブ６３を実現することができる。

また、図６に示される表から、前記数値Ｒｓ・Ｃｓに関わらず、表面粗さＲａは０．２１［μｍ］〜０．２６［μｍ］の範囲内となっていることが分かる。このことから、現像スリーブ６３Ａの樹脂コート層８３の表面粗さＲａは、０．２１［μｍ］〜０．２６［μｍ］の範囲内であることが好ましいといえる。樹脂コート層８３の表面粗さＲａが小さすぎるとトナー離れが生じやすくなりトナーかぶれが発生し易くなる。他方、表面粗さＲａが大きすぎるとトナーが離れにくくなり、前記ローラー汚染が生じることが懸念される。図６に示される評価と前記数値Ｒｓ・Ｃｓとによれば、樹脂コート層８３の表面粗さＲａが０．２１［μｍ］〜０．２６［μｍ］の範囲内にあれば、良好な評価の現像スリーブ６３Ａを実現することができる。

なお、上述の実施形態では、磁気ブラシを用いて現像ローラー４１の現像スリーブ６３Ａにトナー層を形成する構成について例示したが、このようなトナー形成方式に限られず、他のトナー形成方式であっても本発明は適用可能である。また、２成分現像剤を用いて現像する現像装置４１を例示したが、トナーを主要成分とする１成分現像剤を用いて現像する現像装置及び現像ローラーにも本発明は適用可能である。

８：制御部
１０：画像形成装置
１１〜１４：感光体ドラム
４１〜４４：現像装置
６２：磁気ローラー
６３：現像ローラー
６３Ａ：現像スリーブ
８１：基体：
８２：ベーマイト層
８３：樹脂コート層

Claims (5)

1. 像担持体の外周面に非接触で対向配置されるローラー本体を備え、
   前記ローラー本体は、アルミニウムを含む金属からなる基体の外周面に形成されたアルミニウム水和酸化被膜からなるベーマイト層と、前記ベーマイト層の表面に導電性を有する樹脂材料で形成された樹脂コート層と、を有する現像ローラー。
2. 前記樹脂コート層の材質は、酸化チタンを分散状に含むナイロン樹脂である請求項１に記載の現像ローラー。
3. 請求項１又は２に記載の現像ローラーと、
   トナー及び磁性キャリアからなる磁気ブラシによって前記現像ローラーの表面にトナー層を形成する磁気ローラーと、を備える現像装置。
4. 前記現像ローラー及び前記磁気ローラーそれぞれの内部に設けられ、前記現像ローラーと前記磁気ローラーとの対向位置で前記磁気ブラシを引き合う磁界を発生させる磁石を更に備え、
   前記現像ローラーは、予め定められた回転方向へ回転し、
   前記磁気ローラーは、前記現像ローラーの外周面に非接触で対向配置され、前記現像ローラーの回転方向と同じ回転方向へ回転し、前記対向位置に形成された前記磁気ブラシが前記現像ローラーの表面に接触して前記磁気ブラシから前記トナーが転移することによって前記現像ローラーの表面に前記トナー層を形成する請求項３に記載の現像装置。
5. 請求項３又は４に記載の現像装置を備える画像形成装置。
   

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