JP2007333829A - トナー供給ローラ、現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー供給ローラの発泡層の性質を適切に設定することにより、トナーの劣化、現像剤担持体のフィルミング発生、及びかぶりや濃度不足等の画像不良などを防止する。
【解決手段】樹脂発泡体またはゴム発泡体からなる発泡層４８を少なくとも外周に備えたトナー供給ローラ３８において、通気性が１２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上で且つ２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であり、硬度が５０Ｎ以上で且つ２００Ｎ以下であり、平均セル密度が３０個／２５ｍｍ以上で且つ４０個／２５ｍｍ以下である発泡層４８を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはこれらの機能を複合的に備えた複合機等の画像形成装置、これらの画像形成装置において静電潜像担持体の静電潜像を現像するために用いられる現像装置、および現像装置において現像剤担持体にトナーを供給するために用いられるトナー供給ローラに関する。

電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置として、静電潜像担持体にトナーを付着させて現像を行う現像剤担持体と、その現像剤担持体に接触して設けられるとともに該接触部において現像剤担持体との間でトナーの供給・回収を行うトナー供給ローラを備えたものが提案されている。

トナー供給ローラとしては、例えば特許文献１に開示されているように、芯金と該芯金の外周に形成された発泡層とからなるものが提案されている。
特開２００１−３２４８６５号公報

発泡層の素材としては、ウレタンフォーム等の樹脂発泡体またはゴム発泡体が用いられ、発泡層の素材の性質によっては、様々な不具合が生じることが知られている。

具体的に、通気性が低い素材からなる発泡層は、その内部に入り込んだトナーが排出されにくく、トナーの凝集が発生しやすいため、トナーの凝集に伴う目詰まりにより硬度が上昇しやすく、現像剤担持体との摩擦力が増大しやすい。したがって、通気性が低い素材からなる発泡層は、現像剤担持体との摺擦によりトナーの劣化を招きやすく、これに起因するかぶりが発生する欠点がある。

逆に、通気性が高い素材からなる発泡層は、現像剤担持体からトナーを掻き取る掻き取り性が低い。発泡層の掻き取り性が低下すると、現像剤担持体上のトナーの入れ替わりが起こりにくくなるため、トナーの劣化が進みやすくなったり、現像剤担持体の表面にトナー等が擦り付けられて皮膜を生じやすくなったりする（以下、皮膜の発生する現象を「フィルミング」という。）欠点がある。

また、硬度の小さな素材からなる発泡層は、現像剤担持体に対するトナーの押し付け力が弱いため、現像剤担持体へ供給されるトナーの量が少なくなり濃度不足が生じやすくなるとともに、掻き取り性が低いことからフィルミングが発生しやすくなる。

逆に、硬度の大きな素材からなる発泡層は、現像剤担持体との摺擦に伴う強い圧縮作用により、トナーの劣化が進行し、トナー割れや外添材の埋め込みが生じやすい欠点を有している。

さらに、平均セル密度が小さな素材からなる発泡層は、現像剤担持体との接触箇所が少ないため、掻き取り性が低くなりやすく、上記と同様、トナーの劣化やフィルミングの発生を招きやすい。

逆に、平均セル密度が大きな素材からなる発泡層は、現像剤担持体との接触箇所が多いため、トナーの劣化が生じやすい欠点を有している。

以上のように、トナー供給ローラの発泡層の素材として、適切な通気性、硬度および平均セル密度を有するものを用いなければ、上記のような様々な不具合が生じてしまう。

そこで、本発明は、トナー供給ローラの発泡層の性質を適切に設定することにより、トナーの劣化、現像剤担持体のフィルミング発生、及びかぶりや濃度不足等の画像不良などを防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るトナー供給ローラは、
樹脂発泡体またはゴム発泡体からなる発泡層を少なくとも外周に備えたものであって、
上記発泡層は、通気性が１２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上で且つ２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であり、
硬度が５０Ｎ以上で且つ２００Ｎ以下であり、
平均セル密度が３０個／２５ｍｍ以上で且つ４０個／２５ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係る現像装置は、上記のトナー供給ローラを備えたことを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、上記の現像装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、トナー供給ローラの発泡層の通気性、硬度および平均セル密度の各値が適切に設定されているため、トナーの劣化、現像剤担持体のフィルミング発生、及びかぶりや濃度不足等の画像不良などを防止することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置２の概略構成を示す。ただし、本発明の特徴部分を明確にすることで発明の理解を容易にするために、画像形成装置の筺体は図面から除かれている。

画像形成装置２は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの機能を複合的に備えた複合機等の電子写真式画像形成装置である。現在、電子写真方式の画像形成装置として種々の形態のものが提案されているが、図示する画像形成装置は一つの現像装置しか備えていないモノクロ画像形成装置である。ただし、本発明は、この種の画像形成装置にのみ適用されるものではなく、他の形態の画像形成装置、例えば、所謂タンデム方式または４サイクル方式のカラー画像形成装置にも等しく適用できる。

画像形成装置２は、静電潜像担持体として円筒状の感光体４を有する。感光体の周囲には、その回転方向（図上時計回り方向）に沿って順に、帯電器６、露光装置８、現像装置１０、転写ローラ１２、およびクリーニング部材１４が配置されている。感光体４と転写ローラ１２との接触部（ニップ部）は転写領域２２を形成している。

実施の形態では、クリーニング部材１４として板状のブレードが使用されており、その一端側が感光体４の外周面に接触している。ただし、クリーニング部材１４はブレードに限るものでなく、その他のクリーニング部材（例えば、固定ブラシ、回転ブラシ、ローラ）を使用することもできる。

搬送路２６は、図示しない給紙装置から、給紙ローラ対１６のニップ部２０、転写領域２２、および定着ローラ対１８のニップ部２４を通って、図示しない排紙部まで延びている。

画像形成装置２は、画像形成装置２内の雰囲気温度を検知するための温度センサ６０（請求の範囲における温度検知手段に対応。）と、画像形成装置２内の湿度（相対湿度）を検知するための湿度センサ６２（請求の範囲における湿度検知手段に対応。）を備えている。

また、画像形成装置２は、温度センサ６０により検知された雰囲気温度と湿度センサ６２により検知された湿度に応じて、後述する除電バイアスＶ_ＲＢの大きさを制御する制御手段６４を備えている。制御手段６４による除電バイアスＶ_ＲＢの制御については後に詳述する。

画像形成動作の一例について簡単に説明する。先ず、所定の周速度で回転駆動されている感光体４の外周面が帯電器６により帯電される。次に、帯電された感光体４の外周面に、画像情報に応じた光が露光装置８から投射され、静電潜像が形成される。続いて、静電潜像は、現像装置１０から供給される現像剤のトナーにより顕在化される。このようにして感光体４上に形成されたトナー像は、感光体４の回転により転写領域２２に達する。

一方、そのタイミングに合わせて、給紙装置に収容された用紙（記録媒体）が、給紙ローラ１６の回転により搬送路２６に送り出されて転写領域２２に搬送される。そして、転写領域２２において、感光体４上のトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は、搬送路２６のさらに下流側へ搬送され、定着ローラ１８によってトナー像が用紙に定着された後、排紙部に送り出される。

用紙に転写されることなく感光体４上に残留しているトナーは、感光体４とクリーニング部材１４との接触部に達すると、クリーニング部材１４で掻き取られ、感光体４の外周面から除去される。

次に、現像装置１０の構成を詳細に説明する。

図２に示すように、現像装置１０は、現像ローラ３６（請求の範囲における現像剤担持体に対応。）、トナー供給ローラ３８、およびこれら現像ローラ３６と供給ローラ３８をトナーと共に収容するハウジング３２を有する。

トナーとしては、負極性に帯電する例えば一成分トナーが用いられ、必要に応じてチタン酸ストロンチウム等を含む外添剤が添加される。トナーの径は、特に限定されるものではないが、例えば６〜７μｍである。なお、本発明は、正極性に帯電するトナーを用いることを妨げるものではない。

現像ローラ３６と供給ローラ３８は、互いに平行な図示しない回転軸を中心として回転可能に、かつ、互いに接触した状態で設けられている。現像ローラ３６と供給ローラ３８は、図示しない駆動源に連結されており、その駆動源の駆動に基づいて図上反時計回り方向に回転するようになっている。供給ローラ３８の具体的な構成は後述する。

現像装置１０はまた、スクリュウ等からなる２つの搬送部材４０，４２を有し、これら搬送部材４０，４２によって、ハウジング３２内のトナーが循環されるようになっている。

ハウジング３２には、トナー供給用の開口部３４が形成され、この開口部３４に現像ローラ３６が位置している。

ハウジング３２の開口部３４近傍には、除電手段５０が設けられている。除電手段５０は、現像ローラ３６に当接する導電部材５２と、導電部材５２を現像ローラ３６へ押し当てるための押し当て部材５４を有する。

導電部材５２は、シート状の部材であり、その一端部がハウジング３２の開口部３４周縁に固定されるとともに、自由端である他端側が現像ローラ３６の外周面に沿って当接して設けられている。導電部材５２の素材としては、トナーよりも帯電系列上同極側に偏るとともに導電性を有するものが用いられ、具体的には例えばテフロン（商標名）等のフッ素樹脂が用いられる。

押し当て部材５４は、現像ローラ３６と共に導電部材５２を挟持するようにしてハウジング３２に保持されている。押し当て部材５４の素材としては、樹脂発泡体、ゴム発泡体、フェルト等が用いられ、具体的には例えばウレタンフォームが用いられる。

現像ローラ３６には、現像ローラ３６に現像バイアスを印加するための電源５６（現像バイアス印加手段）が接続されている。電源５６により現像ローラ３６に印加される現像バイアス電圧Ｖ_Ｄについては、後述の除電バイアスＶ_ＲＢの説明と併せて後に説明する。

導電部材５２には、現像ローラ３６上の極性と逆極性の除電バイアスＶ_ＲＢを導電部材５２に印加する電源５８（除電バイアス印加手段）が接続されている。電源５８により導電部材５２に印加される除電バイアス電圧Ｖ_Ｒについては、後述の除電バイアスＶ_ＲＢの説明と併せて後に説明する。

このような構成からなる現像装置１０では、供給ローラ３８の回転に基づいて、ハウジング３２に収容されているトナー、特に供給ローラ３８の周囲に存在するトナーが図上反時計回り方向に搬送され、現像ローラ３６と供給ローラ３８の対向する供給・回収領域６６で現像ローラ３６に担持される。この際、現像ローラ３６に供給されるトナーは、現像ローラ３６と供給ローラ３８との摩擦により予備帯電される。現像ローラ３６に担持されたトナーは、現像ローラ３６の回転とともに、現像ローラ３６の外周面に接触して配置されている規制部材４４の対向部に達すると、規制部材４４によって層厚が規制されるとともに、規制部材との摩擦接触により更に帯電される。このようにして所定の電荷が与えられたトナーは、現像ローラ３６の回転と共に感光体４と現像ローラ３６が対向する現像領域６８に達する。現像領域６８に達したトナーは、感光体４が担持する静電潜像（作像部分）に付着し、感光体４の外周面にトナー像を形成する。

現像領域６８を通過後、現像に供されずに現像ローラ３６上に残されたトナーは、現像ローラ３６の回転と共に現像ローラ３６と導電部材５２との接触部に達すると、導電部材５２により除電されて現像ローラ３６から剥離されやすい状態になった後、供給・回収領域６６で供給ローラ３８によって回収される。

次に、供給ローラ３８の構成を詳細に説明する。

供給ローラ３８は、円柱状の芯金４６と、該芯金４６の外周に形成された発泡層４８から構成されている。

芯金４６の素材としては、例えば鉄、ステンレス、アルミニウム、樹脂等が用いられる。芯金４６の表面には、腐食等を防止するためメッキ処理を行うようにしても良い。

発泡層４８の素材としては、樹脂発泡体またはゴム発泡体が用いられ、具体的には、耐久性に優れたポリウレタン発泡体を用いることが望ましい。発泡層４８の素材としてポリウレタン発泡体以外に用いられる具体例としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂の発泡体、ポリエチレン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂の発泡体が挙げられる。

図３に示すように、発泡層４８は、無数の微小セルが密集した状態（互いに隣接した状態）で構成されている。各微小セルの平均有効径は、トナー径（約６〜７μｍ）よりも遙かに大きく、例えば約３００〜１２００μｍである。各セルとこれに隣接するセルとの間には隔膜７２又は柱７４が存在しており、通常、隔膜７２に形成された開口部、柱７４と柱７４の間に形成された開口部、または隔膜７２と柱７４との間に形成された開口部を通じて連通している。

発泡層４８の通気性は、ＪＩＳ−Ｌ１０９６Ａの試験方法による値が１２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上で且つ２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であることが好ましく、特に１４０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上で且つ１８０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であることが望ましい。

発泡層４８の通気性を１２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上とすることで、トナーが排出され易くなり、発泡層４８内部でトナーが停滞し難くできる。また、発泡層４８の通気性を２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下とすることで、現像ローラ３６上のトナーを掻き取る掻き取り性の低下を防ぎ、掻き取り性の低下に起因するトナーの劣化や現像ローラ３６のフィルミングの発生などを防止できる。

発泡層４８の通気性は種々の方法により調整可能であるが、例えば、発泡後の発泡体に可燃性ガスを導入し、発泡体のセルを囲む隔膜を燃焼により除去することで、通気性を高めることができる。

発泡層４８の硬度は、ＪＩＳ−Ｋ６４００の試験方法による値が５０Ｎ以上で且つ２００Ｎ以下であることが好ましく、５０Ｎ以上で且つ１００Ｎ以下であることが望ましい。

発泡層４８の硬度を５０Ｎ以上とすることで、発泡層４８が現像ローラ３６へ所定の強さ以上の力で押し込まれるため、掻き取り性の低下を防ぐことができる。また、発泡層４８の硬度を２００Ｎ以下とすることで、発泡層４８が必要以上に強い力で現像ローラ３６に押し込まれることを防ぎ、トナー割れや外添剤の埋め込み等のトナー劣化を防止できる。

発泡層４８の硬度は種々の方法により調整可能であるが、例えば、発泡層４８の素材の選定や、発泡剤の添加量の増減等により調整することができる。

発泡層４８の平均セル密度は、３０個／２５ｍｍ以上で且つ４０個／２５ｍｍ以下とすることが好ましい。

発泡層４８の平均セル密度を３０個／２５ｍｍ以上とすることで、発泡層４８を現像ローラ３６に所定以上の箇所で接触させることができ、掻き取り性の低下を防止できる。また、発泡層４８の平均セル密度を４０個／２５ｍｍ以下とすることで、発泡層４８が現像ローラ３６に必要以上の箇所で接触することを回避して、トナーの劣化が進むことを防止できる。

発泡層４８の平均セル密度は種々の方法により調整可能であるが、例えば、発泡剤の添加量の増減等により調整することができる。

発泡層４８には、必要に応じて導電性付与物質を含有させるようにしても良い。導電性付与物質としては、導電性カーボン、酸化錫、酸化亜鉛等の電子導電性物質、または過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、各種四級アンモニウム塩等のイオン導電性物質などがある。

発泡層４８に導電性を付与する方法としては、例えば、導電性付与物質を含む液中に発泡体を含浸させる方法、または発泡体の原料に導電性付与物質を混合させた状態で発泡させる方法が用いられる。

導電性付与物質を含む液中に発泡体を含浸させることで発泡層４８に導電性を付与する方法の具体例を説明する。先ず、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ＮＢＲ、ＣＲ、ポリエステル樹脂等の固形の樹脂を水中に安定分散させてなるラテックス中、またはポリウレタンやシリコーン等の液状の樹脂中に、上記の導電性付与物質に相当する電子伝導性フィラー（例えば、カーボンブラックやグラファイト等の炭素粉、ニッケル、銅、銀等の金属粉、若しくは導電性金属酸化物）を分散させて液状の原料を得る。該液状原料にポリウレタンフォーム等の発泡体を含浸させ、乾燥させたり架橋したりすることによって、電子伝導性フィラーを発泡体に容易に分散させることができる。

続いて、除電バイアスＶ_ＲＢの制御について詳述する。

除電バイアスＶ_ＲＢは、現像ローラ３６と除電手段５０の導電部材５２との接触部を通る現像ローラ３６上のトナーを除電するために、導電部材５２に印加されるバイアスである。

具体的に、除電バイアスＶ_ＲＢは、電源５８により導電部材５２に印加される除電バイアス電圧Ｖ_Ｒと、電源５６により現像ローラ３６に印加される現像バイアス電圧Ｖ_Ｄとの差（Ｖ_Ｒ−Ｖ_Ｄ）であり、トナーの極性と逆極性となるように設定される。すなわち、トナーが負極性である場合、除電バイアスＶ_ＲＢは正極性となるように設定される。これにより、現像ローラ３６上のトナーは、導電部材５２に接触することで帯電量が低下し、現像ローラ３６から剥離し易くなる。

図４と図５に示すように、例えば現像バイアス電圧Ｖ_Ｄは、電圧が例えば−３２０Ｖの直流電圧Ｖ_ＤＣと、周波数がｆで電圧が例えば７００Ｖと−７００Ｖの間で変動する交流電圧Ｖ_ＡＣとを重畳した電圧であって、−１０２０Ｖ（最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)）と３８０Ｖ（最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)）の間で変動するようになっている。

現像バイアス電圧Ｖ_Ｄは、最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)の維持時間がＴ_１、最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)の維持時間がＴ_２、周期がＴ（１／ｆ）となっている。ｄｕｔｙ（Ｔ_１／Ｔ）は、例えば５０％とされている。

実施形態では、感光体４を露光する方式として、感光体４上の潜像画像部に光を照射する方式が採用されている。したがって、潜像非画像部の電位Ｖ_Ｏに比べて潜像画像部の電位Ｖ_Ｉが減衰している。具体的に、潜像画像部の電位Ｖ_Ｉが例えば−２０Ｖであり、潜像非画像部の電位Ｖ_Ｏが例えば−４５０Ｖである。

現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)であるとき、現像ローラ３６と感光体４との間に供給電界が形成され、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)であるとき、現像ローラ３６と感光体４との間に回収電界が形成される。供給電界と回収電界は、感光体４の潜像画像部と潜像非画像部のいずれにおいても形成されるが、潜像画像部では供給電界が回収電界よりも強く、潜像非画像部では回収電界が供給電界よりも強いため、現像ローラ３６上のトナーは潜像画像部にのみ移動する。

除電バイアスＶ_ＲＢの大きさは、画像形成装置２の温湿環境に応じて制御される。

画像形成装置２の温湿環境が高温度・高湿度環境（以下、「ＨＨ環境」という。）であるとき、図４に示すように、除電バイアス電圧Ｖ_Ｒは、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄと同じ電圧となるように設定され、導電部材５２に除電バイアスＶ_ＲＢは印加されない。これは、ＨＨ環境においては、トナーが比較的多量の水分を含み、帯電量が比較的低いため、除電バイアスＶ_ＲＢを印加しなくてもトナーの剥離性を確保できるからである。

画像形成装置２の温湿環境が中温度・中湿度環境（以下、「ＮＮ環境」という。）であるとき、図５に示すように、導電部材５２に除電バイアスＶ_ＲＢが印加される。ＮＮ環境における除電バイアスＶ_ＲＢは、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの変動に同期して現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)のときに印加される。ＮＮ環境における除電バイアスＶ_ＲＢは、ＮＮ環境におけるトナーの剥離性を適度に向上させる大きさに設定され、具体的には例えば５０Ｖに設定される。

画像形成装置２の温湿環境が低温度・低湿度環境（以下、「ＬＬ環境」という。）であるとき、除電バイアスＶ_ＲＢは、ＮＮ環境と同様、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの変動に同期して現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)のときに印加される。ＬＬ環境における除電バイアスＶ_ＲＢは、ＬＬ環境におけるトナーの剥離性を適度に向上させる大きさに設定され、具体的には例えば１００Ｖに設定される。

なお、ＮＮ環境及びＬＬ環境において、除電バイアスＶ_ＲＢの大きさは、必ずしも上記の値に限定されないが、実効値で５Ｖ以上３００Ｖ未満とすることが好ましい。

また、図５において、除電バイアスＶ_ＲＢは、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)のときに印加されているが、図６に示すように、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)のときに印加するようにしても良い。

さらに、図５と図６では、除電バイアスＶ_ＲＢが、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)または最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)のいずれか一方のときに印加されているが、図７に示すように、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)のときと最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)のときの両方に印加するようにしても良い。

続いて、除電バイアスＶ_ＲＢの大きさを画像形成装置２の温湿環境に応じて制御するための処理の流れを、図８に示すフローを参照しながら説明する。

図８に示すフローは、定期的に実行される処理、または画像形成動作の直前若しくは直後に行われる処理の流れの一例を示している。

除電バイアスＶ_ＲＢの大きさを制御するための処理が開始されると、まずステップ１００において、温度センサ６０により画像形成装置２内の雰囲気温度が測定される。

次に、ステップ１１０において、湿度センサ６２により画像形成装置２内の湿度が測定される。ただし、ステップ１１０の処理はステップ１００の処理の前に行っても良い。

ステップ１２０では、ステップ１００とステップ１１０で測定された雰囲気温度と湿度の情報に基づいて、制御手段６４により、画像形成装置２内の温湿環境がＨＨ環境、ＮＮ環境またはＬＬ環境のいずれに該当するかが確認される。

続くステップ１３０において、制御手段６４により、除電バイアス電圧Ｖ_Ｒが、ステップ１２０で確認された温湿環境に対応して予め設定された電圧となるように制御される。現像バイアス電圧Ｖ_Ｄは一定であるため、除電バイアス電圧Ｖ_Ｒを制御することにより、画像形成装置の温湿環境に応じた所定の除電バイアスＶ_ＲＢが得られ、除電バイアスＶ_ＲＢの大きさを制御するための処理が終了する。

（試験１）
供給ローラの発泡層のサンプルとして、素材の性質が異なる１６種類のサンプル（実施例１〜実施例４、比較例１〜比較例１２）を用意し、それぞれのサンプルの性能を評価する試験を行った。サンプルは、いずれもポリウレタンフォーム製のものを用いた。

各サンプルについて、通気性、硬度および平均セル密度をそれぞれ測定した。測定結果は、図９に示す通りである。

通気性は、ＪＩＳ−Ｌ１０９６Ａの測定方法に基づき、フラジール型試験機を使用し、差圧１２５Ｐａ時の通気度を測定した。

硬度は、ＪＩＳ−Ｋ６４００の測定方法に基づき、大きさが５０×３９０×３９０ｍｍである試料を用い、４．９Ｎ荷重時を元厚として、直径２００ｍｍの円板にて試料を元厚の７５％圧縮した後に円板を戻し、再び試料を元厚の２５％圧縮して、静止後２０秒後の力を測定した。

平均セル密度は、サンプルを拡大鏡で観察し、長さ２５ｍｍ中に並んだセルの個数を読み取った。３箇所の計測を行い、それらの平均値を算出した。

各サンプルの性能評価は、トナー割れ、トナーへの外添剤の埋め込み、目詰まり、掻き取り性、および供給安定性の各項目について行った。

性能評価試験に際して、各サンプルを発泡層とするトナー供給ローラを製造した。

各サンプルを発泡層とするトナー供給ローラの製造方法を説明する。先ず、サンプルを４０×４０×３００ｍｍの直方体にカットし、芯金を差し込むため直径６ｍｍの穴を空けておく。次に、予めホットメルト接着剤をロールコータにて塗布した直径８ｍｍの鉄製芯金をサンプルの穴に通した後、電磁誘導加熱機にて芯金を加熱して接着剤を溶融し、サンプルと芯金を接着する。続いて、芯金の冷却により接着が完了した後、サンプルを外径が１４．８ｍｍとなるように切削加工した。

なお、実施例２のサンプルについては、上記のようにサンプルと芯金を接着する工程の前に、ポリウレタンフォームに導電性カーボンを添加する作業を行った。導電性カーボンの添加は、サンプルを、樹脂と導電性カーボンの分散液に含浸させ、２本の金属ローラで圧縮した後に乾燥させることで行った。

トナー割れ、及びトナーへの外添剤の埋め込みの評価は、次の方法で行った。

現像装置としてＭａｇｉｃｏｌｏｒ７３００（コニカミノルタ製）を用いるとともに、該現像装置を駆動するための外部駆動機を作成した。外部駆動機の設定は、現像ローラの回転数が１４０ｒｐｍ、供給ローラの回転数が１５５ｒｐｍとなるように調整しておく。現像ローラと供給ローラとの間には電位バイアスを印加せずに同電位の状態にしておく。さらに、現像装置を分解して、供給ローラを上記のようにサンプルを用いて製造したものと交換した後、現像装置を組み立て直すとともに、ホッパー部に５０ｇのトナーを入れた。トナーとしては、Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用マゼンタトナーを使用した。そして、現像ローラと供給ローラを連続４時間駆動させた後、現像装置を分解して内部のトナーを取り出した。

取り出したトナーを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、トナー割れ、及びトナーへの外添剤の埋め込みの発生状況を確認した。トナー割れの評価は、観察した５００個のトナー粒子のうち割れたトナー粒子の個数をカウントし、割れたトナー粒子が２個以下の場合を○とし、３個以上の場合を×とした。トナーへの外添剤の埋め込みの評価は、トナー表面に付着している外添剤の粒子数が、初期状態と比較して半分以上である場合を○とし、半分未満である場合を×とした。

目詰まりの評価は次の方法で行った。

先ず、２０×２０×２０ｍｍの直方体に切り取ったサンプルの重量Ａを測定する。次に、該サンプルと１２０ｇのトナーを５００ｍｌのポリビンに入れ、３０分撹拌した後、サンプルの重量Ｂを測定する。続いて、該サンプルのみを５００ｍｌのポリビンに入れ、１５分撹拌した後、サンプルの重量Ｃを測定する。

重量Ａ〜重量Ｃを測定した後、下記の式により、サンプル中のトナー残存量（％）を求めた。目詰まりの評価は、トナー残存量が３５％以下のものを○、３５％より大きく４０％以下のものを△、４０％を超えるものを×とした。

掻き取り性の評価は次の方法で行った。

現像装置としてＭａｇｉｃｏｌｏｒ７３００（コニカミノルタ製）を用いるとともに、該現像装置を駆動するための外部駆動機を作成した。外部駆動機の設定は、現像ローラの回転数が１４０ｒｐｍ、供給ローラの回転数が１５５ｒｐｍとなるように調整しておく。現像ローラと供給ローラとの間には電位バイアスを印加せずに同電位の状態にしておく。さらに、現像装置を分解して、供給ローラを上記のようにサンプルを用いて製造したものと交換した後、現像装置を組み立て直す。この際、現像ローラ上のトナーをエアーやウエス等により取り除いておく。また、ホッパー部に５０ｇのトナーを入れておく。トナーとしては、Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用マゼンタトナーを使用した。

先ず、現像ローラと供給ローラを回転させるためのスイッチをオンにして、直ちにオフにする。これにより停止した現像ローラ上のトナー（以下、「１回転目のトナー」という。）を採取する。次に、上記スイッチを再びオンにして３０秒後にオフにする。これにより停止した現像ローラ上のトナー（以下、「３０秒後のトナー」という。）を採取する。

採取した１回転目のトナーと３０秒後のトナーのそれぞれについて、ＦＰＩＡ−２１００（シスメックス株式会社製）で体積粒度分布を測定する。粒度分布とは、どのような粒径の粒子がどのような割合（全体を１００％とする相対粒子量）で含まれているかを示す指標である。また、体積粒度分布とは、粒子量の基準として体積を用いた粒度分布である。

１回転目のトナーの粒度分布、および３０秒後のトナーの粒度分布をそれぞれ累積分布に置き換える。累積分布とは、特定の粒径以上の粒子量が全体の何％であるかを表したものである。

粒径水準を１０個作成し、小さいものから順に第１番目〜第１０番目とする。第１番目の粒径水準において、１回転目の粒度分布値をＸ_１、３０秒後の粒度分布値をＹ_１とし、第ｎ番目の粒径水準において、１回転目の粒度分布値をＸｎ、３０秒後の粒度分布値をＹｎとした。これにより得られる点Ｐｎ（Ｘｎ、Ｙｎ）、すなわちＰ_１〜Ｐ_１０について、標準ＳＮ比を求めるための公知の計算式を用いて、標準ＳＮ比を計算した。

標準ＳＮ比は、信号（Ｓ：シグナル）と誤差（Ｎ：ノイズ）の比をデシベル値で表したものであり、標準ＳＮ比の値が大きいほど誤差が小さいことを示す。すなわち、上記のように求めた標準ＳＮ比の値が大きいほど、１回転目の粒度分布と３０秒後の粒度分布の変化が小さいこととなる。

供給ローラの掻き取り性が悪いと、現像ローラ上のトナーの入れ替わりが起こりにくく、特にトナーの小径粒子が現像ローラ上に付着したまま残りやすくなる。したがって、トナー全体に占める小径粒子の割合が増加するため、１回転目と３０秒後の粒度分布が大きく変化し、ＳＮ比の値が小さくなる。逆に、供給ローラの掻き取り性が良好である場合、１回転目と３０秒後の粒度分布の変化が小さく、ＳＮ比の値が大きくなる。

このような観点から、掻き取り性の評価は、標準ＳＮ比の値が２７ｄｂ以上のものを○、２５ｄｂ以上２７ｄｂ未満のものを△、２５ｄｂ未満のものを×とした。

供給安定性の評価は次の方法で行った。

現像装置としてＭａｇｉｃｏｌｏｒ７３００（コニカミノルタ製）を用いた。現像装置を分解して、供給ローラを上記のようにサンプルを用いて製造したものと交換した後、現像装置を組み立て直すとともに、ホッパー部に５０ｇのトナーを入れた。トナーとしては、Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ７３００用マゼンタトナーを使用した。

その後、現像装置を画像形成装置にセットして印字を行い、印字した用紙を目視することで、かすれや画像欠損の有無を確認した。

図９に示す試験結果より、次のことを確認することができた。

通気性が１２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ未満の比較例１、比較例３、比較例７、比較例９のサンプルは、目詰まりが生じやすいことが分かった。他方、通気性が２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓを超える比較例４、比較例１１のサンプルは、供給安定性が悪かった。

硬度が５０Ｎ未満である比較例２、比較例１０のサンプルは、供給安定性が悪かった。他方、硬度が２００Ｎを超える比較例３、比較例９、比較例１２のサンプルは、トナー割れが生じた。

平均セル密度が３０個／２５ｍｍ未満の比較例４、比較例５、比較例１０のサンプルは、掻き取り性が悪かった。他方、平均セル密度が４０個／２５ｍｍを超える比較例１、比較例３、比較例６、比較例８のサンプルでは、トナーへの外添剤の埋め込みが生じ、平均セル密度が特に大きな比較例３、比較例６のサンプルではトナー割れも生じた。

以上より、供給ローラの発泡層は、通気性が１２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上で且つ２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下、硬度が５０Ｎ以上で且つ２００Ｎ以下、平均セル密度を３０個／２５ｍｍ以上で且つ４０個／２５ｍｍ以下であることが好ましく、それらの条件を全て満たす実施例１〜実施例４のサンプルは、いずれの項目においても良好な性能を示すことが分かった。

（試験２）
トナー供給ローラの発泡層の掻き取り性を、ＨＨ環境、ＮＮ環境およびＬＬ環境において除電バイアスを印加しない場合、ＮＮ環境において５０Ｖの除電バイアスを印加した場合、並びにＬＬ環境において１００Ｖの除電バイアスを印加した場合について評価した。

発泡層としては、試験１における実施例２のサンプルを用いた。各温湿環境の具体的な雰囲気温度及び湿度は、ＨＨ環境が雰囲気温度３０℃、湿度８５％、ＮＮ環境が雰囲気温度２３℃、湿度６５％、ＬＬ環境が雰囲気温度１０℃、湿度１５％として測定を行った。除電バイアスは、図５に示すように、現像バイアス電圧の変動に同期して現像バイアス電圧が最小電圧値のときに印加した。

掻き取り性の評価は、試験１と同様に標準ＳＮ比を求め、標準ＳＮ比が２９ｄｂ以上のものを◎、２７ｄｂ以上２９ｄｂ未満のものを○、２５ｄｂ以上２７ｄｂ未満のものを△、２５ｄｂ未満のものを×とした。

図１０に試験２の試験結果を示す。図１０に示すように、ＨＨ環境における発泡層の掻き取り性は、除電バイアスを印加しなくても非常に良好であった。

ＮＮ環境における発泡層の掻き取り性は、除電バイアスを印加しなくても良好であるが、現像バイアス電圧が最小電圧値のときに５０Ｖの除電バイアスを印加することで一層良好となった。

ＬＬ環境における発泡層の掻き取り性は、除電バイアスを印加しない状態ではやや悪かったが、現像バイアス電圧が最小電圧値のときに１００Ｖの除電バイアスを印加することで非常に良好となった。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置を示す断面図である。 発泡層のセル構造を示す図である。 除電バイアスを印加しない場合における除電バイアス電圧Ｖ_Ｒを示すグラフである。 現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)のときに除電バイアスを印加する場合における除電バイアス電圧Ｖ_Ｒを示すグラフである。 現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)のときに除電バイアスを印加する場合における除電バイアス電圧Ｖ_Ｒを示すグラフである。 現像バイアス電圧Ｖ_Ｄが最小電圧値Ｖ_Ｄ(Ｌ)のとき及び最大電圧値Ｖ_Ｄ(Ｈ)のときにに除電バイアスを印加する場合における除電バイアス電圧Ｖ_Ｒを示すグラフである。 除電バイアスの大きさを制御する処理のフロー図である。 試験１の試験結果を示す表である。 試験２の試験結果を示す表である。

符号の説明

２ 画像形成装置、
１０ 現像装置、
３６ 現像剤担持体（現像ローラ）、
３８ トナー供給ローラ、
４８ 発泡層、
５０ 除電手段、
５８ 除電バイアス印加手段、
６０ 温度検知手段、
６２ 湿度検知手段、
６４ 制御手段。

Claims (5)

1. 樹脂発泡体またはゴム発泡体からなる発泡層を少なくとも外周に備えたトナー供給ローラであって、
   上記発泡層は、通気性が１２０ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以上で且つ２００ｍｌ／ｃｍ^２／ｓ以下であり、
   硬度が５０Ｎ以上で且つ２００Ｎ以下であり、
   平均セル密度が３０個／２５ｍｍ以上で且つ４０個／２５ｍｍ以下であることを特徴とするトナー供給ローラ。
2. 請求項１に記載のトナー供給ローラを備えたことを特徴とする現像装置。
3. 請求項２に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
4. 上記トナー供給ローラより供給されたトナーを担持する現像剤担持体と、
   上記現像剤担持体の外周面に当接して上記トナーを除電する除電手段と、
   上記トナーの極性と逆極性の除電バイアスを上記除電手段に印加する除電バイアス印加手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 画像形成装置内の雰囲気温度を検知する温度検知手段と、
   画像形成装置内の湿度を検知する湿度検知手段と、
   上記温度検知手段によって検知された雰囲気温度および上記湿度検知手段によって検知された湿度に応じて上記除電バイアスの大きさを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
   

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