JPH11258903A

JPH11258903A - 現像ローラ

Info

Publication number: JPH11258903A
Application number: JP7360398A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Tokuwaki; 泰輔徳脇; Kyoichi Ashikawa; 恭一芦川; Takayuki Yoshii; 孝之吉井
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】均一なトナー付着／帯電を得ることができ、
画像、特に、ハーフトーン部の均一性、ドットの現像性
をその現像プロセスに対して最大限に引き出すことがで
きる現像ローラの表面形状パターンを提供する現像ロー
ラを提供する。【解決手段】画像形成装置の電子写真プロセスに用い
られる１成分現像剤を用いた現像装置内における現像ユ
ニットの現像剤を担持する現像ローラにおいて、現像ロ
ーラ表面１６の凹凸の隣合う全ての山の部分または全て
の谷の部分のピッチ間隔（波長）が、画像形成装置の電
子写真プロセスで書き込まれる最小書き込みドット間隔
以下となるように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリやレーザープリンタ等の電子写真現像装置に用いら
れるトナーを担持する現像ローラに関し、更に詳しく
は、この現像ローラの表面に直接トナーまたは現像剤が
接触するスリーブを用いない直接接触式電子写真現像法
に適した特性を有する誘電体現像ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複写機やファクシミリ等に用
いられる現像ローラは、回転駆動されることにより現像
剤を担持しつつ、潜像担持体に搬送する機能を有してい
る。磁性トナーを用いる１成分現像装置におけるほとん
ど全ての現像ローラは、フェライト等の磁性体を含む樹
脂材料またはゴム材料の誘電材料を、現像ローラの導電
性支持体の表面を被覆する被覆層として用いて構成さ
れ、その被覆層を磁化させて複数の磁極を有するように
して用いられている。一般的に現像ローラは、その被覆
層の磁力と磁性トナーとの摩擦帯電により磁性トナーを
担持し、潜像担持体と対向する位置に搬送し、潜像担持
体に形成された静電潜像部に磁性トナーを転移させる。
このような機能から、現像ローラには、所定の電気特性
が必要であり、具体的には、体積固有抵抗、及び、誘電
率と、磁気特性が必要となる。また、直接に現像ローラ
上にトナーを担持するために、形状に特性が必要であ
り、具体的には、外径精度、振れ精度、表面粗さ、うね
り等が必要となる。また、非磁性トナーを用いる１成分
現像装置に使用される現像ローラでは、上記磁性トナー
を使用する現像ローラに必要とされた磁気特性について
基本的に必要ないので、フェライト等の磁性体は処方し
ないで、樹脂材料のみの配合となる。しかし、一部の非
磁性トナーを用いる１成分現像装置に使用される現像ロ
ーラでは、そのローラに当接するブレードに磁性体を用
い、且つ、現像ローラを磁性体にすることで、ブレード
と現像ローラの当接力を均一にしてトナー薄層の均一
化、つまり、安定した画像を得ることが可能となる現像
装置もある。また、上記した磁性、または、非磁性のど
ちらのトナーを使用する場合であっても、トナー帯電の
安定性と均一性を得た画像を得る為には、現像ローラの
重要な特性として、電気特性（抵抗値、静電容量）と表
面形状（粗さ形状）が必要である。上記の電気特性を制
御するためには、現像ローラのベース材料となる有機高
分子材料、磁性体粉、添加剤等の配合処方が非常に重要
となり、また、上記の表面形状についても、材料、もし
くは、表面加工方法や条件が、トナー帯電の安定性と均
一性大きく影響する。図４は、一般的な現像ローラの斜
視図である。図４では、金属製の軸部１の円筒形の周囲
に樹脂材料とフェライト等を配合するか樹脂材料のみの
被覆層２が形成されている。

【０００３】次に、非磁性１成分現像方式について説明
する。図５は、非磁性１成分現像方式のレイアウトの一
例を示す図である。非磁性１成分現像方式は、電子写真
の現像プロセスの１つであり、そのトナー３は、現像ユ
ニット４内を攪拌ローラ５により循環されるようになっ
ている。補給ローラ６、現像ローラ７は、中心の回転軸
が導電体で、その外側を絶縁体、若しくは、中抵抗（１
０の６乗〜１０の１０乗）の物質で覆って構成されてい
る。そして、補給ローラ６、現像ローラ７には、それぞ
れバイアス電圧が作用しており、まず、トナー３は、補
給ローラ６に電気力で担特、搬送され、次に、補給口ー
ラ６と現像ローラ７との接触回転により帯電される。ト
ナー３は、現像ローラ７と、補給ローラ６間に、電位ポ
テンシャルを持たせることにより、補給口ーラ６から現
像ローラ７へ搬送される。この現像ローラ７に保持され
たトナー３は、現像ローラ７と金属製ブレード８との摩
擦接触により、帯電状態がより顕著になる。そして、現
像ローラ７上の帯電トナーは光半導体である感光体ベル
ト９上の電位が保持された部分には移り、感光体ベルト
９上の電位がアースされた部分にはトナーは移らず、結
果的に画像を形成することとなる。このように、適切な
画像を得るためには、現像ローラ７上に適切なトナー量
（ｍ／ａ：単位面積当たりのトナー重量）とトナー帯電
（ｑ／ｍ：単位重量あたりのトナー帯電量）を均一に与
えることが第１条件となる。特に、非磁性トナー方式の
場合には、トナーの現像ローラ７上における担持は、電
気付着力、または、現像ローラ７の表面の拡大図である
図６に示すような表面形状の凹凸部（山１０と谷１１の
部分）による摩擦力、汲み上げ力等の機械的な搬送力に
依るところが大きいために、現像ローラの電気特性、ト
ナー１２と接触する表面形状が重要な要因となる。

【０００４】非磁性トナー方式における現像ローラの表
面形状（粗さ形状）は、上記のように重要な要因である
が、その形状に要求される機能、或いは、形状に要求さ
れる課題について以下のようになる。（１）現像ローラへのトナーの付着量、帯電量の均一性
が得られる形状であること。トナーは、直接に現像ロー
ラの表面に付着しているために、例えば、従来の現像ロ
ーラの表面粗さ形状を示す図である図７に示したよう
に、現像ローラの表面の粗さ形状部分１３（山の部分と
谷の部分）にトナーの付着量や帯電性に差が生じること
になる。この表面粗さ形状部分１３のピッチが不均一に
なればなるほど、トナー付着量／帯電量ともにローラ内
でムラが生じ、そのムラが画像にもそのまま表現されて
しまうことがある。（２）現像ローラと感光体との間の電界量が増加し、且
つ、その電界量に均一性が得られる形状であること。上
記（１）のように、現像ローラの表面１３と感光体１４
間には、現像電界１５が作用している。これらの現像電
界１５が強くなることにより、トナーへの電気的な力が
強くなるので、現像されるべき感光体１４の現像部には
トナーが適正に現像され、より鮮明な画像を得ることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、例えば、現像
電界が弱いと、特に、デジタル式電子写真のハーフトー
ン画像の場合には画像が悪くなる。デジタル式電子写真
でのハーフトーンでは、ある面積内にドットを現像し、
そのドット面積の大きさや隣接するドットの間隔によ
り、トーン（色調）を変化させる。従って、このドット
に抜け（現像されるべき箇所のドットが現像されない）
や、欠け（ドットが一部欠如）、ドット現像面積の現象
などが生じると、画像にムラやカスレなどが見られるこ
とになる。このドット現像における、抜けや、欠け、ド
ット面積減少は、現像電界１５が減少する程顕著に表れ
る傾向にある。この現像電界１５部を細かく見ていく
と、図７に示したように、感光体１４（ＯＰＣ）の表面
と現像ローラの表面１３間の電気力線は、感光体１４に
おける潜像部と現像ローラ１３表面の凸部との間で強く
作用していると考えられる。つまり、現像ローラ１３表
面の凹凸のピッチが小さくなるとそれだけ、電気力線
（＝現像電界１５）が増加する。更に、このピッチを均
一化することで、電界が均一になり、ムラのない現像が
可能になると考えられる。特に、デジタル機において、
精密で確実な現像をするためには、ドットの現像をムラ
なく行わなくてはならず、ハーフトーン画像において顕
著にその傾向が見られる。本発明では、上記問題に鑑み
て、均一なトナー付着／帯電を得ることができ、画像、
特に、ハーフトーン部の均一性、ドットの現像性をその
現像プロセスに対して最大限に引き出すことができる現
像ローラの表面形状パターンを提供する現像ローラを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の本発明では、画像形成装置の電子写真プ
ロセスに用いられる１成分現像剤を用いた現像装置内に
おける現像ユニットの現像剤を担持する現像ローラにお
いて、該現像ローラ表面の凹凸の隣合う全ての山の部分
または全ての谷の部分のピッチ間隔（波長）が、前記画
像形成装置の電子写真プロセスで書き込まれる最小書き
込みドット間隔以下となるように形成された前記現像ロ
ーラの表面の組さ形状であることを特徴とし、現像ロー
ラの表面の凹凸のピッチを小さく、且つ、均一な形状に
して、現像電界も均一とした。請求項２の本発明では、
請求項１に記載の表面組さ形状の現像ローラにおいて、
前記現像ローラ表面の山の頂点部から谷の最深部までの
深さ（表面粗さの振幅）が、３〜６μｍ以内であること
を特徴とし、現像ローラ表面の山の頂点部から谷の最深
部までの深さを規定した。請求項３の本発明では、請求
項１または２に記載の表面粗さ形状の現像ローラにおい
て、前記現像ローラの軸と平行な軸方向の前記ピッチ間
隔は、前記最小書込ドット間隔以下とし、前記現像ロー
ラの回転方向に平行な通紙方向の前記ピッチ間隔は、前
記最小書込ドット間隔に感光体と現像ローラの線速比
（感光体の線速／現像ローラの線速）を乗じた間隔より
小さい表面粗さピッチ間隔としたことを特徴とし、現像
ローラの回転方向に平行な通紙方向の前記ピッチ間隔
を、前記最小書込ドット間隔に感光体と現像ローラの線
速比（を乗じた間隔より小さい表面粗さピッチ間隔とし
た。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。図１は、本発明の現像ローラの表面形
状の一実施形態を示す図である。図１において、現像ロ
ーラの表面１６には、ほぼ均一のピッチで凸凹の山と谷
が形成され、そのピッチは従来のものよりも密に形成さ
れることから、感光体表面１７からの現像電界１８の電
気力線は、従来の図７の現像電界１５よりも密で、且
つ、ほぼ均等間隔に発生される。一般的に、現像ローラ
は、プラスチックローラ、ゴムローラ、金属スリーブ等
が使用されている。上記を基体として、トナーの離型性
や感光体汚染対策として、表面層をコーテイング処理し
たりする。また、磁性トナーを使用する場合には、フェ
ライト等の磁性材料を材料中に処方したマグネットロー
ラを作成したり、スリーブ内にマグネットローラを装着
する場合もある。現像ローラの加工方法としては、射出
成形や、押し出し成形で、形状を作製して、表面形状、
外経、振れ等を仕上げる為に、切削加工や研磨加工等が
行われる。プラスチックローラ材料は、有機高分子化合
物、フェライト粉、及び、添加剤等から構成される。
尚、本実施形態の現像ローラでは、図４に示すように、
導電性基体の芯金（図４の記号１の部分）と芯金の回り
に被覆された誘電層（図４の記号２の部分）を備える。
上記有機高分子材料としては、熱可塑性樹脂が一般的に
使用され、ポロプロピレン、ポリエステル、ポリウレタ
ン、ポリオレフィン等が挙げられる。また、それらの樹
脂に要求される特性としては、トナーとの帯電特性、ト
ナーのフィルミング性（トナー担持体へのトナーの固着
具合）、機械強度、加工性、及び、混合するフェライト
の充填性、均一分散性が要求され、その特性により使用
される樹脂が決定される。

【０００８】現像ローラに配合（処方）されるフェライ
トとしては、バリウムフェライト、ストロンチウムフェ
ライトが一般的だが、直接トナーを担持する１成分現像
方式では、高磁力、及び、円周方向に不均一な数極の磁
気特性が必要である２成分現像万式と異なり、低磁力
で、かつ、円周方向に等分布で数十極の磁気特性が要求
される。よって、ほとんどの場合、磁場配向は不必要で
あるため、異方性のストロンチウムフェライトよりも、
等方性のバリウムフェライトが使用される。また、上記
樹脂とフェライトの分散性、加工性、熱安定性、機械的
強度等を高める目的で添加剤を添加することも可能であ
る。添加剤としては、フェライトの表面処理剤、酸化防
止剤、滑材等があるが、いずれについても、初期、及
び、経時において、トナー担持体の表面に析出して、ト
ナー、及び、潜像担持体等を汚染しないことが前提案件
である。これらの原材料を、混合・混練工程において分
散混合させた後、射出成形、または、押し出し成形によ
りローラ形状に加工する。例えば、図４においては、金
属性の芯軸１上にこれらのプラスチック材料を誘電層２
として被覆した形状になっている。成形品では、金型の
合わせ目の樹脂のバリがあったり、振れ精度が粗くなる
ために、切削、または、研摩加工によって、表面部分仕
上げを行うことが多くある。特に、切削加工（旋盤加
工）においては、バイトの刃先形状、切削送り、削り
代、ローラチャック圧等により、表面形状が異なってく
る。この中でも、刃先形状と切削送りの影響が大きい。
刃先のノーズ半径Ｒが小さくなればなるほど、切削面に
その形状が転写される為、切削面の波長は短く、細か
く、鋭角な形状となる。本実施形態では、解像度４００
ｄｐｉの電子写真装置を使用し、この電子写真装置にお
いて、ｌドットを均一に強く再現する本発明の実施形態
の現像ローラ表面形状と、比較対照として従来の現像ロ
ーラの表面形状を得るようにした。その実施形態と比較
対照について、以下に記す。尚、１ドットの間隔は約
０．０６ｍｍである。

【０００９】［本実施形態］（実施例）ローラサンプル：プラスチックローラ材料：樹脂ＰＰ（ポリプロピレン）１０ｗｔ％＋ＥＥＡ
（エチレンエチルアクリレート）１０ｗｔ％フイラー：バリウムフェライト８０ｗｔ％添加剤：酸化防止剤加工：原料→混合／混練→射出成形→旋盤切削形状：全長Ａ３体積抵抗：１０の８乗Ωｃｍ表面形状：粗さＲｚ＝３〜４μｍ凹凸のピッチ＝０．０５〜０．０６ｍｍ＊ピッチ＝現像ローラ表面の隣り合う凸部〜凸部の間隔［比較対象形態（従来例）］（比較例）ローラ表面形状以外は、上記実施例と同じとする。表面形状：粗さＲｚ＝３〜４μｍ凹凸のピッチ＝０．０８〜０．１０ｍｍまた、本実施形態と比較対象形態で使用したトナーは、
平均一次粒径φ＝５μｍで、ポリスチレン製の非磁性ト
ナーであり、現像ローラと接触するブレードは、厚みｔ
＝０．２ｍｍのＳＵＳ製材から構成されている。この条
件で、図２に示すように、ｌｂｙｌ画像（ｌドット毎に
ドットを現像）、２ｂｙ２画像（２ドット毎にドットを
現像）をとり、ドットの再現性、均一性を濃度（ＩＤ）
で評価した。ＩＤは径φ＝５μｍの測定領域とし、画像
に対して軸方向に７点平均間隔で測定を行った。その結
果を示す図表が図３（ａ）であり、図３（ａ）を折れ線
グラフ化したものが図３（ｂ）である。この図３に示し
た結果から、実施形態（実施例）の表面形状を持った現
像ローラの方がＩＤが濃く、幅方向全面に渡って均一で
きる事が分かる。また、２ｂｙ２画像の結果より、ｌｂ
ｙｌ画像の方が、その差が顕著であることが分かる。こ
れは、本実施形態（現像ローラ表面ピッチが小さい方）
の方が、感光体と現像ローラ間に作用する現像電界が
強く働き、現像されるべきドット（潜像部）に対して、
均一に現像電界（電気力線）が作用していた為と考え
られる。上記したの現像電界が強く作用した理由とし
ては、感光体と現像ローラ間に作用する電界（電気力
線）は、現像ローラの山（凸）の部分に強く作用したた
めと考えられる。これは落雷と同じ原理で、電界は、帯
電部と間隔の最も近いところに強く作用すると考えられ
る。つまり、感光体から発生した電界（電気力線）は、
主に現像ローラの凸部との間で強く作用するといえる。
よって、本実施形態の方が、粗さのピッチが小さいこと
により、帯電部と間隔の最も近い粗さ形状凸部が増加し
ており、感光体と現像ローラ間の電気力線、電界が増加
することが分かる。

【００１０】そして、上記のように電界が増加する事に
より、感光体と現像ローラ間のトナーはより強い電界の
力を受け、現像されるトナー量（トナーを移動させる電
気量）が増大し、ドットの１つ１つの再現性が良くな
り、結果的に、ＩＤの増加、ドットの現像抜けなどが防
止でき、鮮明なハーフトーン画像が得られる。また、本
実施形態のように、書込ドット間隔より、現像ローラの
粗さピッチが小さい場合には、書込ドット間隔内に少な
くとも１つはローラの凹凸ピッチが存在していることに
なり、ドットの再現性が良くなる。従って、ドットの欠
け、抜け、面積の減少等が生じにくくなる。次に、上記
したの均一に現像電界（電気力線）が作用した理由と
しては、現像ローラの粗さピッチが、現像ドットのピッ
チより小さい事により、感光体ベルト（ＯＰＣ）と現像
ローラ表面の凸部間における電界が強い部分が、ｌドッ
トに対して１つ以上存在する事になる。従って、比較例
のようなドットに対して粗さピッチが大きい現像ローラ
に比べて、各ドットへのトナー現像性は向上する。更
に、上記の現像ローラ上のピッチの条件を満たしていて
も、現像ローラの粗さの振幅が１μｍ以下では、ほとん
ど凹部と凸部の差がなくなり、凸部に強い電界が作用し
ないことになる。また、現像ローラと感光体の接触部
は、トナー層を挟んでいるため、約１０〜２０μｍの間
隔がある。このことから、現像ローラの表面粗さの凹部
と凸部の差が１μｍの振幅では、凹部と凸部では感光体
表面と１／１０〜１／２０程度の距離の差しか生じなく
なり、現像ローラの凸部に電界が集中して生じなくな
り、電界の増加が顕著に見られなくなる。また、逆に、
表面形状の粗さＲｚ＝８μｍ以上であると、表面トナー
層の厚さが現像ローラ粗さピッチの山部と谷部で異なっ
てくる。つまり部分的にトナー搬送量が異なり、現像ム
ラが生じる原因となる。従って、現像ローラの粗さの振
幅としては、Ｒｚ＝３〜６μｍ以内が妥当であると考え
られる。

【００１１】ところで、現像ローラと感光体の線速比
（現像ローラの線速／感光体の線速）が、１以下である
ならば、現像ローラ回転方向でのｌドット間隔は、実質
上小さくなる。（現像ローラの粗さピッチが１ドット間
隔であっても、回転が遅いためである。）例えば、４００ｄｐｉでは、ｌドットが約０．０６ｍｍ
四方であるが、上記した線速比が０．８であれば、感光
体上の１ドット間隔に対応させるためには、現像ローラ
の表面粗さピッチは約０．０５ｍｍ（０．０４８ｍｍ）
にしなければ、上記のようにピッチを密に且つ均等にし
て示した効果が十分に得られないことになる。逆に、線
速比が１以上の場合は、感光体上ｌドット間隔に対し
て、ローラのピッチは実質上大きくなる。例えば、線速
比１．５の場合では、０．０９ｍｍのローラ粗さピッチ
で対応できる、つまり、ｌドットピッチ以上の粗さピッ
チであっても、請求項１で示した効果は十分に得られる
事となる。通常のプロセスでは、感光体潜像部が現像ロ
ーラの現像を済ませた箇所を追い抜いて回転するため、
現像不良が生じ易くなることから、上記した線速比が１
未満になることは少ないとはいえ、全くあり得ないこと
ではなく、線速比が１以上になる場合も同様にあり得な
いことではないので、対応が必要になる。そのため、現
像ローラの軸と平行な軸方向のピッチ間隔については、
上記したように最小書込ドット間隔以下とするが、現像
ローラの回転方向に平行な通紙方向のピッチ間隔につい
ては、最小書込ドット間隔に感光体と現像ローラの線速
比（感光体の線速／現像ローラの線速）を乗じた間隔よ
り小さい表面粗さピッチ間隔とすることで、線速比が１
未満や１以上になる場合にも対応させることができる。

【００１２】

【発明の効果】上記のように、請求項１の本発明では、
現像ローラの表面の凹凸のピッチを小さく、且つ、均一
な形状にして、現像電界も均一とすることで、均一なト
ナー付着／帯電を得ることができ、画像、特に、ハーフ
トーン部の均一性、ドットの現像性をその現像プロセス
に対して最大限に引き出すことができる現像ローラの表
面形状パターンを提供する。請求項２の本発明では、現
像ローラ表面の山の頂点部から谷の最深部までの深さを
規定することで、請求項１より均一性に優れた画像を得
ることができ、なおかつ、トナーの搬送性を安定して得
られる現像ローラを提供する。請求項３の本発明では、
現像ローラの回転方向に平行な通紙方向の前記ピッチ間
隔を、前記最小書込ドット間隔に感光体と現像ローラの
線速比を乗じた間隔より小さい表面粗さピッチ間隔とし
たことで、請求項１、２に対して、通紙方向、幅方向と
もに画像、特に、ハーフトーン部の均一性、ドットの現
像性を、その現像プロセスに対して最大限に引き出すこ
とができる現像ローラの表面形状パタ−ンを提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像ローラの表面形状の一実施形態を
示す図である。

【図２】本発明におけるｌｂｙｌ画像（ｌドット毎にド
ットを現像）、２ｂｙ２画像（２ドット毎にドットを現
像）を示す図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は図２の画像の測定結果を示
す図である。

【図４】一般的な現像ローラの斜視図である。

【図５】非磁性１成分現像方式のレイアウトの一例を示
す図である。

【図６】現像ローラ７の表面の拡大図である。

【図７】従来の現像ローラの表面粗さ形状を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・・軸部、２・・・被覆層、３、１２・・・トナ
ー、４・・・現像ユニット、５・・・攪拌ローラ、６・
・・補給ローラ、７・・・現像ローラ、８・・・金属製
ブレード、９・・・感光体ベルト、１０・・・現像ロー
ラの表面の山部、１１・・・現像ローラの表面の谷部、
１３、１６・・・現像ローラ表面、１４、１７・・・感
光体、１５・・・現像電界（電気力線）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像形成装置の電子写真プロセスに用い
られる１成分現像剤を用いた現像装置内における現像ユ
ニットの現像剤を担持する現像ローラにおいて、前記現像ローラの表面の組さ形状を、該現像ローラ表面
の凹凸の隣合う全ての山の部分または全ての谷の部分の
ピッチ間隔（波長）が、前記画像形成装置の電子写真プ
ロセスで書き込まれる最小書き込みドット間隔以下とな
るように構成したことを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】前記表面組さ形状の現像ローラにおい
て、前記現像ローラ表面の山の頂点部から谷の最深部ま
での深さ（表面粗さの振幅）が、３〜６μｍ以内である
ことを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】前記表面粗さ形状の現像ローラにおい
て、前記現像ローラの軸と平行な軸方向の前記ピッチ間
隔は、前記最小書込ドット間隔以下とし、前記現像ロー
ラの回転方向に平行な通紙方向の前記ピッチ間隔は、前
記最小書込ドット間隔に感光体と現像ローラの線速比
（感光体の線速／現像ローラの線速）を乗じた間隔より
小さい表面粗さピッチ間隔としたことを特徴とする請求
項１または２に記載の現像ローラ。