JP6104841B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリ機、ＭＦＰ（複合型プリンタ：Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｅｒ）等の画像形成装置においては、静電潜像担持体、並びに、該静電潜像担持体に作用する帯電部材、現像剤担持体及びクリーニング機構などを一体化した現像装置を装置本体に搭載し、印刷用紙等の記録媒体にトナー像を形成するようになっている。

一般に、現像装置は、静電潜像担持体としての感光体ドラム上に、現像剤であるトナーを現像させるための現像剤担持体としての現像ローラと、該現像ローラ上へのトナーの供給及び現像ローラ上に残存する未現像トナーの掻（か）き取りを行うトナー供給ローラとを有している。

前記現像ローラに求められる特性としては、トナーの均一な帯電性、及び、均一なトナー搬送性が挙げられる。これらの特性を得るために、現像ローラは、軸芯（しん）体の外周に取り付けられた弾性層と、該弾性層の表面を被覆する表面層とを有し、さらに、該表面層中に樹脂微粒子を分散させることによって、現像ローラの表面に凸部を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−１８０１９５号公報

しかしながら、前記従来の現像装置においては、現像ローラの表面を所望の表面粗さとするために表面層に樹脂微粒子を添加した場合、該樹脂微粒子の硬度が、弾性層及び表面層に比べて高く、前記現像ローラに当接する感光体ドラム、層規制ブレード及びトナー供給ローラから現像ローラ上のトナーに加えられる機械的ストレスが局所的に大きくなるため、現像ローラの表面にトナーが固着する現象である、いわゆる、トナーフィルミングが発生するという問題があった。

本発明は、前記従来の現像装置における問題点を解決して、弾性層の外周面を覆う微粒子を含有しない表面層を有する現像剤担持体の表面が所定の条件を満足するようにして、現像剤担持体の表面に現像剤が固着することのない現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の現像装置においては、静電潜像担持体上の潜像を現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材とを備える現像装置であって、前記現像剤担持体は、弾性層と、該弾性層の外周面を覆う表面層であって微粒子を含有しない表面層とを有し、前記現像剤担持体の表面の周方向の粗さが以下の条件を満足する。

凹凸の平均間隔Ｓｍ＝５０〜２００〔μｍ〕
十点平均粗さＲｚ＝２〜１０〔μｍ〕
負荷長さ率ｔ_p （２０〔％〕）：３０〔％〕以上６５〔％〕以下
負荷長さ率ｔ_p （９０〔％〕）：８０〔％〕以上
ｔ_p （（ｎ＋１）×１０〔％〕）−ｔ_p （ｎ×１０〔％〕）：２０〔％〕以下（ｎ：２〜８の整数）

本発明によれば、現像装置は、現像剤担持体上の現像剤に加えられるストレスを低減し、かつ、現像剤供給部材による未現像の現像剤の掻き取り性を向上させることができ、結果として、現像剤担持体の表面への現像剤の固着の発生を抑えることができる。

本発明の実施の形態における現像装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における画像形成装置の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態における現像ローラの断面図である。 本発明の実施の形態における現像ローラの抵抗値測定方法を示す図である。 本発明の実施の形態における連続印刷パターンを示す図である。 本発明の実施の形態における現像ローラの表面にトナーフィルミングが発生していないときのベタ画像を示す図である。 本発明の実施の形態における現像ローラの表面にトナーフィルミングが発生したときのベタ画像を示す図である。 本発明の実施の形態における１ｂｙ１パターンを示す図である。 本発明の実施の形態における凸と凹とによって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図である。 本発明の実施の形態における凸によって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図である。 本発明の実施の形態における凹によって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図である。 本発明の実施の形態における表面層に添加した樹脂微粒子によって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図である。 本発明の実施の形態における型転写と樹脂微粒子の添加とによって粗さを形成した現像ローラの表面を示す拡大図である。 本発明の実施の形態における研磨によって粗さを形成した現像ローラの表面を示す拡大図である。 本発明の実施の形態における負荷長さ率ｔ_p を説明する図である。 本発明の実施の形態における仮定の粗さ曲線に対応する負荷長さ率ｔ_p を示す図である。 本発明の実施の形態における現像ローラの表面粗さを示す表である。 本発明の実施の形態における実施例１〜９の試験結果を示す表である。 本発明の実施の形態における比較例１〜６の試験結果を示す表である。 本発明の実施の形態における負荷長さ率ｔ_p （２０〔％〕）及びｔ_p （９０〔％〕）並びに切断レベル１０〔％〕当たりの負荷長さ率の変化量の最大値を示す表である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における現像装置の構成を示す断面図、図２は本発明の実施の形態における画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

図２において、１０は本実施の形態における画像形成装置であり、例えば、プリンタ、ファクシミリ機、複写機、各種の機能を併せ持つ複合機等であるが、いかなる種類のものであってもよい。ここでは、前記画像形成装置１０が、電子写真方式によって画像を形成する電子写真式プリンタであるものとして説明する。なお、前記画像形成装置１０は、カラー画像を形成する装置であってもよいが、説明の都合上、モノクロ画像を形成する装置であるものとする。

この場合、前記画像形成装置１０の内部には、画像形成ユニット２８及び定着器２７が媒体としての記録媒体２１の搬送路に沿って配設されている。そして、用紙カセット等に積層されてセットされた記録媒体２１は、給紙ローラ３１によって１枚ずつ分離された状態で給紙され、矢印Ａで示される方向に搬送されて用紙搬送ローラ３２に送り込まれる。続いて、記録媒体２１は、用紙搬送ローラ３２によって所定のタイミングで矢印Ｂで示される方向に送り出され、搬送路に沿って搬送される途中で、画像形成ユニット２８によって形成された現像剤像であるトナー像が転写ローラ２５により、転写される。

そして、記録媒体２１が定着器２７に送り込まれると、該定着器２７によって定着プロセスが行われ、トナー像が記録媒体２１上に定着される。続いて、トナー像が定着された記録媒体２１は、矢印Ｃで示される方向に搬送され、用紙排出ローラ３３によって矢印Ｄで示される方向に排出され、画像形成装置１０の外部におけるスタッカに収容される。

ここで、画像形成ユニット２８は、現像装置２０を有する。該現像装置２０は、図１に示されるように、現像剤収容器としてのトナー収容部２２と、該トナー収容部２２から補給された現像剤としてのトナー１７を内部に収容するケーシング２３とを備える。また、現像装置２０は、静電潜像担持体としての感光体ドラム１３、該感光体ドラム１３に対向させて配設された現像剤担持体としての現像ローラ１１、該現像ローラ１１にトナー１７を供給する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ１２、前記感光体ドラム１３を帯電させる帯電部材としての帯電ローラ１４、前記現像ローラ１１上に供給されたトナー１７を薄層に形成するトナー層厚規制ブレードとしての現像ブレード１５、ケーシング２３内のトナー１７の流動性を維持するための攪拌（かくはん）部材２４ａ、２４ｂ及び２４ｃ、並びに、前記感光体ドラム１３上の転写残トナーを掻き落として回収するためのクリーニングブレード１６を備える。

前記現像ローラ１１、トナー供給ローラ１２、感光体ドラム１３及び帯電ローラ１４は、それぞれ、矢印で示される方向に回転する。前記攪拌部材２４ａ、２４ｂ及び２４ｃは、クランク形状の捧体であり、図に示される破線上を矢印で示される方向に回転する。

また、２６は、発光素子としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を備え、イメージデータに基づいて感光体ドラム１３の表面を露光して静電潜像を形成するための露光装置としてのＬＥＤヘッドである。

次に、前記画像形成装置１０の制御装置について説明する。

図３は本発明の実施の形態における画像形成装置の制御ブロック図である。

図において、３０は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、タイマ等を備える印刷制御部であり、図示されない上位装置からインターフェイス（Ｉ／Ｆ）制御部３６を介して印刷データ及び制御コマンドを受信し、画像形成装置１０の全体のシーケンスを制御して印刷動作を行わせる。

また、３７は、前記上位装置からインターフェイス制御部３６を介して入力された印刷データを一時的に記録する受信メモリである。さらに、４１は、該受信メモリ３７に記録された印刷データを受け取るとともに、該印刷データを編集処理することによって形成された画像データ、すなわち、イメージデータを記録する画像データ編集メモリである。

そして、４２は、画像形成装置１０の状態を表示するためのＬＥＤ等の表示手段、及び、画像形成装置１０に操作者からの指示を与えるためのスイッチ等の入力手段を備える操作部である。さらに、４３は、センサ群であり、画像形成装置１０の動作状態を監視するための各種のセンサ、例えば、用紙位置検出センサ、温湿度センサ、印刷濃度センサ、トナー残量検知センサ等を含んでいる。

また、４６は、帯電ローラ用電源であり、印刷制御部３０の指示によって帯電ローラ１４に電圧を印加し、感光体ドラム１３の表面を帯電させる。そして、４４は、静電潜像にトナー１７を付着させるために現像ローラ１１に所定の電圧を印加する現像ローラ用電源である。また、４５は、前記現像ローラ１１にトナー１７を供給するためのトナー供給ローラ１２に所定の電圧を印加するトナー供給ローラ用電源である。

さらに、４７は、前記現像ローラ１１の表面にトナー１７の薄層を形成するための現像ブレード１５に所定の電圧を印加する現像ブレード用電源である。そして、５１は、前記感光体ドラム１３に形成されたトナー像を記録媒体２１に転写するための転写ローラ２５に所定の電圧を印加する転写ローラ用電源である。

なお、前記帯電ローラ用電源４６、現像ローラ用電源４４、トナー供給ローラ用電源４５、現像ブレード用電源４７及び転写ローラ用電源５１は、印刷制御部３０の指示によって各部材に印加する電圧を変更することができるようになっている。

そして、５２は、前記画像データ編集メモリ４１に記録されたイメージデータをＬＥＤヘッド２６に送り、該ＬＥＤヘッド２６を駆動するヘッド駆動制御部である。また、５３は、転写されたトナー像を記録媒体２１に定着するために、定着手段としての定着器２７に電圧を印加する定着制御部である。なお、前記定着器２７は、記録媒体２１上のトナー像を構成するトナー１７を溶融させるための図示されないヒータ、温度を検出する図示されない温度センサ等を備える。前記定着制御部５３は、前記温度センサのセンサ出力を読み込み、該センサ出力に基づいてヒータを通電させ、定着器２７が一定の温度になるように制御を行う。

そして、５４は、前記記録媒体２１を搬送するための用紙搬送モータ３４の制御を行う搬送モータ制御部である。該搬送モータ制御部５４は、印刷制御部３０の指示によって所定のタイミングで記録媒体２１を搬送したり停止させたりする。なお、前記給紙ローラ３１、用紙搬送ローラ３２及び用紙排出ローラ３３は、用紙搬送モータ３４によって回転させられる。そして、記録媒体２１は矢印Ａ〜Ｄで示される方向に搬送される。

また、５５は、前記感光体ドラム１３を動作させるための駆動モータ３５を駆動する駆動制御部である。そして、該駆動制御部５５によって駆動モータ３５が駆動されると、図２に示されるように、感光体ドラム１３が矢印で示される方向に回転させられるとともに、帯電ローラ１４、現像ローラ１１及びトナー供給ローラ１２が、それぞれ、矢印で示される方向に回転させられる。

次に、前記現像装置２０の主な構成要素について詳細に説明する。

図４は本発明の実施の形態における現像ローラの断面図である。

本実施の形態におけるトナー１７は、粉砕法で製造され、バインダーとしてポリエステル樹脂を用いた非磁性一成分の負帯電性トナーである。トナー１７の粒子の体積平均粒径は、５．７〔μｍ〕、円形度は、０．９２、ブローオフ帯電量は、−３６〔μＣ／ｇ〕である。なお、体積平均粒径の測定には、コールターマルチサイザーII（コールター社製）を使用した。また、円形度の測定には、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−３０００（シスメックス株式会社製）を使用した。ブローオフ帯電量の測定には、粉体帯電量測定装置ＴＹＰＥ ＴＢ−２０３（京セラ株式会社製）を使用した。０．５〔ｇ〕のトナー１７と、９．５〔ｇ〕のフェライトキャリア（Ｆ−６０）（パウダーテック株式会社製）とを混合し、３０分攪拌した後、ブロー圧７．０〔ｋＰａ〕、吸引圧−４．５〔ｋＰａ〕の条件で飽和帯電量を測定した。

図４に示されるように、現像ローラ１１は、導電性の芯金６１、該芯金６１上に配設された弾性層６２、及び、該弾性層６２の表面を被覆する表面層６３を備える。

前記弾性層６２の材料は、例えば、シリコーンゴム、ウレタン、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴムとエピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）との混合物等の一般的なゴム材料である。

前記弾性層６２のゴム硬度は、一般的に、アスカーＣ硬度で６０〜８０度であることが好ましい。前記弾性層６２のアスカーＣ硬度が６０度より低いと、現像装置２０を長期間に亘（わた）って動作させない場合、現像ローラ１１における感光体ドラム１３及び現像ブレード１５との当接部に凹みが発生し、印刷画像上に横スジが発生してしまうという問題がある。また、前記弾性層６２のアスカーＣ硬度が８０度より高いと、現像ローラ１１にかかる負荷が大きくなり、該現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生しやすくなるだけでなく、感光体ドラム１３との当接圧が高くなるため、微細なパターンを印刷する際の再現性が低下するという問題がある。なお、本実施の形態においては、弾性層６２の材料として、アスカーＣ硬度が６５度のシリコーンゴムを用いている。

また、前記弾性層６２には、必要に応じて、導電剤、充填（てん）剤、硬化剤、加硫促進剤等の各種添加剤を適宜添加することもできる。導電剤としては、カーボンブラック等の電子導電剤、第４級アンモニウム塩等のイオン導電剤等、一般的な導電剤を用いることができる。

前記表面層６３の材料は、耐摩耗性、トナー１７への電荷付与性等を考慮して選ぶ必要がある。一般的には、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が用いられるが、本実施の形態においては、ウレタン樹脂を用い、その層厚は約１０〔μｍ〕である。

前記表面層６３にウレタン樹脂を用いる場合、ポリオール成分としては、ポリエーテルポリオール、ポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールとの混合物、ポリエーテルポリオールとポリカーボネートジオールとの混合物等が好ましい。ポリウレタンのポリイソシアネート成分は、ＭＤＩ、ＨＤＩ等が好ましい。ウレタンには、ポリイソシアネート及びポリオールに加え、触媒、充填剤、可塑剤等を適宜配合して用いることも可能である。

次に、前記現像ローラ１１の抵抗値測定方法について説明する。

図５は本発明の実施の形態における現像ローラの抵抗値測定方法を示す図である。

現像ローラ１１の抵抗値の測定には、ハイレジスタンスメータ（型番：４３３９Ｂ）（ヒューレット・パッカード社製）６４を使用した。現像ローラ１１は、両端にＷ＝５００〔ｇ〕の荷重をかけて、直径３０〔ｍｍ〕のステンレス鋼（ＳＵＳ）材の金属ローラ６５に接触させた。該金属ローラ６５を５０〔ｒｐｍ〕の速度で回転させ、現像ローラ１１の芯金６１に−１００〔Ｖ〕の電圧を印加し、現像ローラ１１の１周につき１００ポイントで抵抗値を測定し、その平均値を現像ローラ１１の抵抗値とした。

該現像ローラ１１の抵抗値は、１×１０⁴ 〜１×１０⁸ 〔Ω〕の範囲が好ましく、本実施の形態においては、抵抗値が１×１０⁵ 〔Ω〕の現像ローラ１１を用いる。

現像ブレード１５は、ステンレス鋼製で、板厚が０．０８〔ｍｍ〕であり、現像ローラ１１との当接部に曲げ加工が施されており、曲げ部（当接部）の曲率半径は０．１８〔ｍｍ〕であり、現像ローラ１１に対する圧力（線圧）は４０〔ｇｆ／ｃｍ〕である。

前記現像ブレード１５の設定条件に鑑み、現像ローラ１１上のトナー層厚、トナー帯電量等を所望の量にするため、現像ローラ１１の表面粗さ、抵抗値等を検討する必要がある。本実施の形態において使用する現像ローラ１１の表面粗さは、周方向における十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４）が２〜１０〔μｍ〕、凹凸の平均間隔Ｓｍ（ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４）が５０〜２００〔μｍ〕であることが適当である。なお、表面粗さの測定は、サーフコーダＳＥＦ３５００（小坂研究所製）を用いて行い、測定器の触針半径は２〔μｍ〕、触針圧は０．７〔ｍＮ〕、触針の送り速さは０．１〔ｍｍ／ｓｅｃ〕、測定長さは２．５〔ｍｍ〕である。

なお、十点平均粗さＲｚが２〔μｍ〕より小さいと、現像ローラ１１上に形成されるトナー層が薄くなり、トナー１７の粒子１個当たりに加わるストレスが大きくなる。そのため、トナー１７から離脱する外添剤の量が増え、該外添剤が、現像ローラ１１と現像ブレード１５との当接部に詰まって、該現像ブレード１５にトナーフィルミングが発生しやすいという問題がある。

また、十点平均粗さＲｚが１０〔μｍ〕より大きいと、現像ローラ１１上のトナー層厚が大きくなるため、トナー供給ローラ１２によるトナー１７の掻き取りが十分に行えず、現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生しやすいという問題がある。

一方、凹凸の平均間隔Ｓｍが５０〔μｍ〕より小さいと、谷の幅が狭くなるため、トナー供給ローラ１２によるトナー１７の掻き取りが十分に行えず、現像ローラ１１の表面にトナー１７の搬送量増大に起因する汚れとトナーフィルミングとが発生しやすいという問題がある。

また、凹凸の平均間隔Ｓｍが２００〔μｍ〕より大きいと、トナー１７の搬送性が低下するため、印刷濃度が低くなるという問題がある。

トナー供給ローラ１２は、図示されない導電性の芯金、及び、該芯金上に配設された図示されないシリコーンゴムスポンジを備える。

該シリコーンゴムスポンジは、未加硫のシリコーンゴムコンパウンドを押し出し等の方法で成形し、加熱によって、加硫発泡することにより得られる。前記シリコーンゴムコンパウンドは、ジメチルシリコーン生ゴム、メチルフェニルシリコーン生ゴム等の各種生ゴムに、補強性シリカ充填剤、加硫硬化に必要な加硫剤及び発泡剤を添加することによって得られる。該発泡剤としては、重炭酸ナトリウム等の無機発泡剤、及び、ＡＤＣＡ等の有機発泡剤が用いられる。なお、半導電性を持たせる場合は、アセチレンブラック、カーボンブラック等を添加する。また、トナー供給ローラ１２の硬度の調整は、加硫剤の添加量によって調整される。

本実施の形態におけるトナー供給ローラ１２のセル目（発泡によって生じた微細な孔（あな））の直径は、２００〜５００〔μｍ〕であり、アスカーＦ硬度は３５〜６５度のものが適当である。

また、トナー供給ローラ１２の抵抗値は、図５に示される測定方法において、荷重Ｗ＝２００〔ｇ〕、印加電圧を−３００〔Ｖ〕としたとき、１×１０⁴ 〜１×１０⁸ 〔Ω〕の範囲が好ましく、本実施の形態においては、１×１０⁵ 〔Ω〕である。

前記トナー供給ローラ１２は、現像ローラ１１に対して、それぞれ０．５〜１．５〔ｍｍ〕程度食い込むように配置され、その接触部において現像ローラ１１とは逆方向に回転する。

トナー供給ローラ１２のアスカーＦ硬度が低く、かつ、トナー供給ローラ１２の現像ローラ１１に対する食い込み量が小さい場合、現像ローラ１１上の未現像トナーの掻き取り性が低下するために、現像ローラ１１上の未現像トナーが当接部材からストレスを受け続け、現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生しやすくなる。

また、トナー供給ローラ１２のアスカーＦ硬度が高く、かつ、トナー供給ローラ１２の現像ローラ１１に対する食い込み量が大きい場合、現像ローラ１１に対するトナー供給ローラ１２の当接圧が高く、現像ローラ１１上のトナー１７に加わる機械的なストレスが大きくなるため、現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生しやすくなる。

以上のことから、現像ローラ１１の表面のトナーフィルミングの発生を抑制するには、現像ローラ１１上のトナー１７に加わるストレスを軽減すること、及び、トナー供給ローラ１２による現像ローラ１１上の未現像トナーの掻き取り性を向上させることが必要になる。

現像ローラ１１として、上記の条件を満たすには、現像ローラ１１の表面の硬度を局所的に高くしすぎないこと、及び、現像ローラ１１の周方向の表面粗さの形状をトナー１７が掻き取られやすいものにすることが挙げられる。

次に、前記構成の現像装置２０の画像形成時の動作について説明する。

感光体ドラム１３の回転に伴い、現像ローラ１１及びトナー供給ローラ１２が、図１において矢印で示される方向に回転すると、芯金上にスポンジ状の弾性体が配設されたトナー供給ローラ１２は、ローラの表面及びセル目内にトナー１７を担持しながら回転し、該トナー１７は、現像ローラ１１との接触部に至る。なお、トナー供給ローラ１２には、トナー供給ローラ用電源４５によって、直流電圧−３００〔Ｖ〕が印加される。また、現像ローラ１１には、現像ローラ用電源４４によって、直流電圧−２００〔Ｖ〕が印加される。

現像ローラ１１とトナー供給ローラ１２との間に生じた電位差によって、負に帯電したトナー１７は、現像ローラ１１に供給される。また、該現像ローラ１１とトナー供給ローラ１２とが接触部において互いに逆方向に回転するため、トナー供給ローラ１２は、現像ローラ１１上の未現像トナーの掻き取りも行う。

現像ローラ１１の表面に担持されたトナー１７は、現像ブレード用電源４７によって直流電圧−３００〔Ｖ〕が印加された現像ブレード１５により、薄層化された後、感光体ドラム１３上に形成された静電潜像に付着して、該静電潜像を現像する。

次に、本実施の形態における効果を確認するために本発明の発明者が行った試験について説明する。

図６は本発明の実施の形態における連続印刷パターンを示す図、図７は本発明の実施の形態における現像ローラの表面にトナーフィルミングが発生していないときのベタ画像を示す図、図８は本発明の実施の形態における現像ローラの表面にトナーフィルミングが発生したときのベタ画像を示す図、図９は本発明の実施の形態における１ｂｙ１パターンを示す図である。

本発明の発明者は、図２に示されるような画像形成装置１０と同様の構成の実機を使用して、試験を行った。具体的には、温度２５〔℃〕及び相対湿度５０〔％〕の環境下において、前述の画像形成条件にて、３００００枚の連続印刷試験を行った。

連続印刷時の印刷パターンは、図６に示されるような、記録媒体２１の印刷方向すなわち現像ローラ１１の周方向に平行な罫（けい）線７１ａ及び７１ｂを配したパターンとした。現像ローラ１１の周上における前記罫線７１ａ及び７１ｂに対応する部分には、現像ローラ１１上に未現像トナーがほとんど残らないため、トナーフィルミングは発生しないことになる。一方、現像ローラ１１の周上における前記罫線７１ａ及び７１ｂに対応する部分以外の部分には、トナー１７による現像が全く行われず、未現像トナーが現像ローラ１１上に滞留し続けることとなるため、該現像ローラ１１の表面粗さの形状、トナー供給ローラ１２の当接条件等が適切でないと、トナーフィルミングが発生する。

３００００枚の連続印刷後に、現像ローラ１１の表面へのトナーフィルミングが発生したか否かは、記録媒体２１にベタパターンを印刷して確認した。

現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生しなかった場合は、図７に示されるように、均一なベタ画像７２を印刷することができる。一方、現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生した場合、図８に示されるように、罫線７１ａ及び７１ｂを印刷していない部分のベタ部７３の印刷濃度は、トナーフィルミングによる現像ローラ１１の表面の抵抗値上昇に伴う現像効率の低下によって、罫線７１ａ及び７１ｂを印刷した部分である罫線印刷部７４ａ及び７４ｂの印刷濃度より薄くなる。

連続印刷後のベタ画像７２において、罫線印刷部７４ａ及び７４ｂと、罫線非印刷部であるベタ部７３との濃度差を目視で確認することができなかった場合は、トナーフィルミングは発生していないと判定し、前記濃度差を目視で確認することができた場合は、トナーフィルミングが発生していると判定した。

前記連続印刷後に、トナーフィルミング発生の有無を確認するためのベタパターンに加えて、１ｂｙ１パターンを記録媒体２１に印刷した。前記１ｂｙ１パターンは、図９に示されるように、６００〔ｄｐｉ〕における１ドットのパターンを１ドット間隔で配列したものである。前記１ｂｙ１パターンを印刷することによって、微細なパターンの印刷再現性を確認することができる。なお、６００〔ｄｐｉ〕の１ドットの大きさの理論値は、０．０４２〔ｍｍ〕となる。

現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生した場合、現像ローラ１１上に形成されたトナー層の帯電量ばらつきが大きくなり、また、現像ローラ１１の表面粗さの形状が適切でない場合、トナー１７の搬送むらが大きくなることによって、感光体ドラム１３上に形成された１ｂｙ１パターンのような微細な静電潜像のトナー１７による現像が正常に行われなくなる。

印刷された１ｂｙ１パターンの画像を顕微鏡で拡大観察し、画像解析ソフトＳＡＬＴ（レーザーテック株式会社製）を使用して、記録媒体２１上に形成されたドットを１００個抽出した。次に、各ドットの面積を測定し、該面積に対する円相当直径〔ｍｍ〕を算出した。そして、算出された１００個の円相当直径データの標準偏差σによって、ドット再現性の良し悪しを判定した。

σ≦０．００７のときは、ドット欠けが目立たないレベル、０．００７＜σ≦０．０１のときは、ドット欠けを所々確認することができるが実使用上影響ないレベル、０．０１＜σのときは、観察領域において、広範囲でドット欠けを確認することができるレベルであり、拡大観察しなくても、ドットの抜け又は欠けを目視で確認することができる。

本試験においては、σ≦０．０１のときを合格とし、０．０１＜σのときを不合格とした。

次に、前記試験すなわち連続印刷試験を行った現像ローラ１１について説明する。

図１０は本発明の実施の形態における凸と凹とによって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図、図１１は本発明の実施の形態における凸によって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図、図１２は本発明の実施の形態における凹によって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図、図１３は本発明の実施の形態における表面層に添加した樹脂微粒子によって表面粗さを形成した現像ローラの拡大断面図、図１４は本発明の実施の形態における型転写と樹脂微粒子の添加とによって粗さを形成した現像ローラの表面を示す拡大図、図１５は本発明の実施の形態における研磨によって粗さを形成した現像ローラの表面を示す拡大図、図１６は本発明の実施の形態における負荷長さ率ｔ_p を説明する図、図１７は本発明の実施の形態における仮定の粗さ曲線に対応する負荷長さ率ｔ_p を示す図、図１８は本発明の実施の形態における現像ローラの表面粗さを示す表、図１９は本発明の実施の形態における実施例１〜９の試験結果を示す表、図２０は本発明の実施の形態における比較例１〜６の試験結果を示す表、図２１は本発明の実施の形態における負荷長さ率ｔ_p （２０〔％〕）及びｔ_p （９０〔％〕）並びに切断レベル１０〔％〕当たりの負荷長さ率の変化量の最大値を示す表である。

現像ローラ１１の弾性層６２及び表面層６３については、前述の通りであるが、本発明の発明者は、表面粗さの大きさ、表面粗さの形状及び表面粗さの形成方法が異なる現像ローラ１１を実験例として用いて連続印刷試験を行った。

現像ローラ１１の粗さ形成手段、すなわち、表面粗さを形成する方法としては、２通りとした。１つは、弾性層６２の外周面に粗さを形成し、前記弾性層６２に表面層６３を被覆する方法である。もう１つは、外周面が平滑な弾性層６２に、図１３に示されるように、粗さ形成用の樹脂微粒子７５を添加した表面層６３を被覆する方法である。

弾性層６２の表面に粗さを形成する方法としては、研磨による方法と、型転写による方法とを用いた。

粗さ形成手段が研磨である場合、すなわち、研磨による方法では、湿式で行い、耐水研磨ペーパ、例えば、耐水性のサンドペーパを用い、これに研磨液を供給しながら、ロールを回転させた状態で当接させることで、弾性層６２の外周面に粗さを形成する。それにより、現像ローラ１１の断面は、図１０に示されるような形状になり、表面には、図１５に示されるように、現像ローラ１１の周方向に微細な縦溝が多数形成される。

粗さ形成手段が型転写である場合、すなわち、型転写による方法では、微小な凹若しくは凸、又は、凹及び凸の両方が、内面に特定の面積割合で存在している成形用の金型を用い、該金型の中空部に芯金６１をセットし、前記金型と芯金６１との間の空隙（げき）部にゴム材料を注型して加熱架橋させた後、前記金型から脱型することによって、弾性層６２の外周面に粗さを形成する。それにより、現像ローラ１１の断面は、図１０〜１２に示されるような形状になり、表面は、図１４に示されるように、微小な凸若しくは凹、又は、凸及び凹が均一に多数存在する形状になる。

粗さ形成手段が粒子である場合、すなわち、表面層６３に樹脂微粒子７５を添加して表面粗さを形成する方法では、現像ローラ１１の断面は、図１３に示されるような形状になり、表面は、図１４に示されるように、凸が均一に多数存在した形状になる。今回の実験例では、樹脂微粒子７５として、球状のポリウレタン樹脂粒子を用いた。また、前記樹脂微粒子７５の粒径は、２〜８〔μｍ〕とした。さらに、樹脂微粒子７５の粒子単体の微小硬度は、マルティンス硬度で、０．６〔Ｎ／ｍｍ² 〕以下とした。

また、表面粗さの大きさについては、凹凸の平均間隔Ｓｍ、及び、十点平均粗さＲｚを指標とし、表面粗さの形状については、負荷長さ率ｔ_p （ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４）を指標とした。

負荷長さ率ｔ_p について、図１６を参照して説明する。負荷長さ率ｔ_p （ｃ〔％〕）は、ある切断レベルｃで粗さ曲線を切断したときの、切断部分長さの測定長さＬに対する百分率であり、次の式（１）で表される。このとき、切断レベルｃは、粗さ曲線の最高山頂が０〔％〕、最深谷底が１００〔％〕となり、切断レベル０〔％〕のときの負荷長さ率ｔ_p （０〔％〕）は０〔％〕、切断レベル１００〔％〕のときの負荷長さ率ｔ_p （１００〔％〕）は１００〔％〕となる。

このように、負荷長さ率ｔ_p は、粗さ曲線の凸部の幅（凹部の幅）と粗さの高さ方向の情報とを含んでいるので、表面粗さの範囲規定には有用である。

具体的には、切断レベルｃが１０〔％〕及び２０〔％〕のときの、負荷長さ率ｔ_p （１０〔％〕）及びｔ_p （２０〔％〕）が小さいと、粗さ曲線の山の部分が尖（とが）った形状になり、切断レベルｃが８０〔％〕及び９０〔％〕のときの、負荷長さ率ｔ_p （８０〔％〕）及びｔ_p （９０〔％〕）が小さいと、粗さ曲線の谷の部分の幅が広い形状となる。また、切断レベルｃ₁ 〔％〕からｃ₂ 〔％〕の範囲で、負荷長さ率の変化量ｔ_p （ｃ₂ ）−ｔ_p （ｃ₁ ）が大きいと、切断レベルｃ₁ 〔％〕からｃ₂ 〔％〕の範囲で、粗さ曲線の傾きが緩やかな部分があることを意味する。

粗さ曲線の山の先端部分が尖った形状になっていると、その部分に乗ったトナー１７に当接部材から加えられる圧力が局所的に高くなるため、トナーフィルミングが発生しやすくなる。また、粗さ曲線において、傾きがフラットに近い緩やかな部分や、谷の部分の幅が広すぎると、トナー供給ローラ１２によるトナー１７の掻き取り性が低下するため、トナーフィルミングが発生しやすくなる。

したがって、負荷長さ率ｔ_p は、トナー供給ローラ１２による現像ローラ１１上のトナー１７の掻き取り性を向上させるためには、把握しておくべき指標である。

また、凹凸の平均間隔Ｓｍは、粗さ曲線が山から谷になる点を変化点として、ある変化点から次の変化点までの間隔の平均値である。そして、凹凸の平均間隔Ｓｍは、十点平均粗さＲｚ及び負荷長さ率ｔ_p と同じ測定方法及び測定条件で測定することができる。

ここで、図１７に示されるような粗さ曲線の形態１及び形態２を仮定すると、負荷長さ率ｔ_p の値が両方の形態で同一になることが分かる。つまり、表面粗さを正確に規定するためには、凹凸の平均間隔Ｓｍも必要であることが分かる。

前述のように、本実施の形態において使用する現像ローラ１１の場合、凹凸の平均間隔Ｓｍが５０〜２００〔μｍ〕である。

図１８は、連続印刷試験において実験例として使用した現像ローラ１１の表面粗さの形状、粗さ形成手段、十点平均粗さＲｚ、及び、負荷長さ率ｔ_p を示す表である。ここでは、前記実験例のうちで現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生せずに良好な結果が得られたものを実施例１〜９とし、その他のものを比較例１〜６とした。また、前記実験例の現像ローラ１１に対し、トナー供給ローラ１２のアスカーＦ硬度を３０〜７０度とし、前記現像ローラ１１に対する食い込み量を０．４〜１．６〔ｍｍ〕の間で変量させて連続印刷試験を行った結果が、図１９及び２０に示されている。

図１９及び２０中の判定記号「○」、「□」、「△」及び「×」は、以下の判定結果を表している。
○：トナーフィルミング未発生、１ｂｙ１パターンのドット径のばらつきσが０．００７以下
□：トナーフィルミング未発生、１ｂｙ１パターンのドット径のばらつきσが０．００７より大きく、０．０１以下
△：トナーフィルミング未発生、１ｂｙ１パターンのドット径のばらつきσが０．０１より大きい
×：トナーフィルミング発生
なお、以上の判定結果においては、「○」及び「□」を合格とし、「△」及び「×」を不合格とした。

実施例１〜９では、トナー供給ローラ１２のアスカーＦ硬度が３５〜６５度、及び、トナー供給ローラ１２の現像ローラ１１に対する食い込み量が０．５〜１．５〔ｍｍ〕の範囲であれば、トナーフィルミングは発生せず、１ｂｙ１パターンのドット径のばらつきσが０．０１以下となった。また、実施例１〜６では、前記トナー供給ローラ１２の設定範囲においては、１ｂｙ１パターンのドット径のばらつきσが０．００７以下であり、実施例７〜９より良好な結果となった。

一方、比較例１〜６では、ほとんどの条件においてトナーフィルミングが発生した。

比較例２においてトナーフィルミングが発生したのは、表面層６３に比べて硬度の高い樹脂微粒子７５を前記表面層６３に添加したことによって、当接部材から現像ローラ１１の表面に加わる圧力が局所的に高くなったためと考えられる。

比較例２を除く他の実験例の現像ローラ１１の場合、トナーフィルミングが発生するか否かは、表面粗さの負荷長さ率ｔ_p に依る。本発明の発明者は、図１８の表に示される負荷長さ率ｔ_p のうちから、ｔ_p （２０〔％〕）及びｔ_p （９０〔％〕）、並びに、次の式（２）で示される切断レベル１０〔％〕当たりの負荷長さ率の変化量に着目した。図２１に示される表は、これらの数値を抜粋したものを示している。

ｔ_p （（ｎ＋１）×１０〔％〕）−ｔ_p （ｎ×１０〔％〕） ・・・式（２）
図２１の表から、現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生しなかった実施例１〜９は、以下の条件のすべてを満足していることが分かる。

十点平均粗さＲｚ：２〜１０〔μｍ〕
負荷長さ率ｔ_p （２０〔％〕）：３０〔％〕以上６５〔％〕以下
負荷長さ率ｔ_p （９０〔％〕）：８０〔％〕以上
ｔ_p （（ｎ＋１）×１０〔％〕）−ｔ_p （ｎ×１０〔％〕）：２０〔％〕以下（ｎ：２〜８の整数）
ここで、負荷長さ率ｔ_p （２０〔％〕）が３０〔％〕以上６５〔％〕以下というのは、表面粗さの山の部分が尖りすぎていない方がよいことを示しており、負荷長さ率ｔ_p （９０〔％〕）が８０〔％〕以上というのは、表面粗さの谷の部分の幅が広すぎない方がよいことを示している。また、切断レベル１０〔％〕当たりの負荷長さ率の変化量が２０〔％〕以下というのは、表面粗さの山と谷との間の傾斜が緩やかすぎない方がよいことを示している。

一方、現像ローラ１１の表面にトナーフィルミングが発生した比較例１、及び、比較例３〜６は、上記条件のすべてを満足するものではない。

以上の結果から、弾性層６２と該弾性層６２の表面を覆う表面層６３とを有する現像ローラ１１においては、該現像ローラ１１の表面粗さが弾性層６２の表面に形成された凹凸によって発現したもの（表面層６３に微粒子を添加することによって発現したものでないもの）であって、かつ、ＪＩＳ Ｂ−０６０１−１９９４で測定される現像ローラ１１の周方向の表面粗さが上記の条件のすべてを満足するものであれば、現像ローラ１１の表面のトナーフィルミングの発生が抑制される、と言える。

また、１ｂｙ１パターンのドット径のばらつきσについて、実施例１〜６が、実施例７〜９より小さくなったのは、現像ローラ１１の表面粗さの形状が、微細な縦溝形状よりも、微小な凸と凹とが多数存在した形状である方が、現像ローラ１１上に形成されるトナー層厚のばらつきを小さく抑えることができるからである、と考えられる。

さらに、上記条件を満足するような粗さの形状を型転写で形成するには、凸のみ又は凹のみよりも、凸と凹とを混在させた方が容易であると思われる。

このように、本実施の形態においては、弾性層６２と、弾性層６２の外周面を覆う表面層６３であって微粒子を含有しない表面層６３とを有する現像ローラ１１は、表面粗さが弾性層６２の外周面に形成された凹凸によって発現し、かつ、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４で測定される現像ローラ１１の周方向の表面粗さが以下の条件を満足することによって、現像ローラ１１の表面へのトナーフィルミングの発生を抑制することができる。

凹凸の平均間隔Ｓｍ＝５０〜２００〔μｍ〕
十点平均粗さＲｚ＝２〜１０〔μｍ〕
負荷長さ率ｔ_p （２０〔％〕）：３０〔％〕以上６５〔％〕以下
負荷長さ率ｔ_p （９０〔％〕）：８０〔％〕以上
ｔ_p （（ｎ＋１）×１０〔％〕）−ｔ_p （ｎ×１０〔％〕）：２０〔％〕以下（ｎ：２〜８の整数）
また、トナー供給ローラ１２のアスカーＦ硬度を３５〜６５度とし、現像ローラ１１に対するトナー供給ローラ１２の食い込み量を０．５〜１．５〔ｍｍ〕とすることが好ましい。

さらに、弾性層６２の外周面に形成される粗さの形状は、研磨によって現像ローラ１１の周方向に延在する微細な溝を多数形成するよりも、型転写によって半球に近い形状の凸と凹とを形成した方が、１ｂｙ１パターンのような微細なパターンを印刷する場合、感光体ドラム１３に現像されるトナー像の大きさのばらつきを抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、画像形成装置１０が１台の現像装置２０を有する直接転写方式のモノクロ画像を形成するプリンタである場合について説明したが、本発明は、画像形成装置１０が複数台の現像装置２０を有するカラー画像を形成する装置や、中間転写方式の装置である場合にも、適用可能である。

さらに、本発明は、画像形成装置１０がＭＦＰ、ファクシミリ機及び複写機である場合にも適用することができる。

また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、現像装置及び画像形成装置に利用することができる。

１０ 画像形成装置
１１ 現像ローラ
１２ トナー供給ローラ
１３ 感光体ドラム
１７ トナー
２０ 現像装置
６２ 弾性層
６３ 表面層

Claims (7)

1. 静電潜像担持体上の潜像を現像する現像剤担持体と、
   該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材とを備える現像装置であって、
   前記現像剤担持体は、弾性層と、該弾性層の外周面を覆う表面層であって微粒子を含有しない表面層とを有し、
   前記現像剤担持体の表面の周方向の粗さが以下の条件を満足することを特徴とする現像装置。
   凹凸の平均間隔Ｓｍ＝５０〜２００〔μｍ〕
   十点平均粗さＲｚ＝２〜１０〔μｍ〕
   負荷長さ率ｔ_p （２０〔％〕）：３０〔％〕以上６５〔％〕以下
   負荷長さ率ｔ_p （９０〔％〕）：８０〔％〕以上
   ｔ_p （（ｎ＋１）×１０〔％〕）−ｔ_p （ｎ×１０〔％〕）：２０〔％〕以下（ｎ：２〜８の整数）
2. 前記現像剤担持体の表面の周方向の粗さは、前記弾性層の外周面に形成される粗さによって発現する請求項１に記載の現像装置。
3. 前記弾性層の外周面の粗さは、型転写によって形成される請求項２に記載の現像装置。
4. 前記弾性層の外周面の粗さの形状は、凸と凹とが混在した形状である請求項２又は３に記載の現像装置。
5. 前記現像剤供給部材は、アスカーＦ硬度が３５度以上６５度以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像剤担持体に対する前記現像剤供給部材の食い込み量は、０．５〔ｍｍ〕以上１．５〔ｍｍ〕以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置を備える画像形成装置。

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