JP4183216B2 - 現像ローラ及びその現像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に形成された静電潜像に現像ローラ上に薄層形成した現像剤を付着させて、静電潜像をトナー像として顕在化させる現像装置、および、これに用いる現像ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、白黒の電子写真式現像装置に用いる現像剤（以下、「トナー」と記す）としては、磁性を持たせた単一の成分から成るトナー（磁性１成分トナー）が用いられているが、磁性を有するトナーはカラートナーには適さない。そこで、現在のカラーの画像を形成する電子写真式現像装置では、磁性を持たない単一の成分からなるトナー（非磁性１成分トナー）が主に用いられている。
【０００３】
電子写真式現像装置は、使用するトナーの種類によって若干構成が異なるが、特に、トナー自身の磁性の有無によって、トナーを現像ローラ（現像剤担持体）表面へ担持させる方法が異なってくる。すなわち、磁性１成分トナーを用いる場合では、現像ローラ内にマグネットを設けることによって、主に磁力により、トナーを現像ローラに担持し、搬送することが可能である。これに対して、磁性を持たない単一の成分から成るトナー（非磁性１成分トナー）を用いる場合は、磁力の代わりに、主としてトナー自身の帯電により、ローラ表面の帯電電荷との間に発生するクーロン力である鏡映力によって現像ローラ表面にトナーを担持し、搬送させる必要がある。したがって、非磁性１成分トナーを用いる場合は、マグネットは不要になるが、その代わり、現像ローラにトナーを担持させるために、トナーに鏡映力を生じさせるのに必要な帯電量を与える手段が必要となる。
【０００４】
図４に、非磁性１成分トナーを用いる電子写真式現像装置の一般的な従来例として、接触型の現像装置を示す。
【０００５】
図４に示すように、現像装置１０１は、図中Ｘ方向に回転する感光体ドラム（像担持体）１００に接触し、図中Ｙ方向に回転しながら現像を行う現像ローラ１０２と、図中Ｚ方向に回転して現像ローラ１０２に非磁性１成分トナーＴ’を供給するトナー供給ローラ１０４と、現像ローラ１０２上のトナーＴ’の塗布量および帯電量を規制する現像ブレード（トナー規制手段）１０３と、トナーＴ’を攪拌すると伴にトナー供給ローラ１０４に供給する攪拌部材１０５とを有している。感光体ドラム１００が剛体であり、これと現像ローラ１０２とを図４のＳで示した領域で接触させて現像を行う接触型現像装置では、感光体ドラム１００と現像ローラ１０２とが隙間なく密着するように現像ローラ１０２は弾性を有するローラである事が望ましい。弾性体である樹脂からなる現像ローラ１０２を有する現像装置では、非磁性１成分トナーＴ’への帯電量の調整のために、摩擦による帯電付与性が良好な金属製の現像ブレード１０３が好適に用いられる。
【０００６】
現像装置１０１は、不図示の電源により感光体ドラム１００と現像ローラ１０２との間に直流成分の現像バイアス電位を現像領域で印加する事によって、トナーＴ’を感光体１００表面に付着させる。すなわち、帯電したトナーＴ’が、クーロン力により、感光体１００表面に不図示の手段にて形成された静電潜像に対応したパターンで付着して、静電潜像をトナー像として可視化し現像する。現像に寄与せずに、現像ローラ１０２表面に残留したトナーは、トナー供給ローラ１０４を介して現像装置１０１内に回収される。
【０００７】
この現像装置１０１は、基本的には、絶縁性の非磁性１成分トナーを用いるものである。このトナーＴ’を現像ローラ１０２に担持して搬送するには、前記のように、トナーＴ’を帯電させて、トナーＴ’と現像ローラ１０２との間に鏡映力を生じさせる必要がある。
【０００８】
そこで、トナーＴ’を現像ローラ１０２に担持させる方法についてより詳しく説明する。トナー供給ローラ１０４は、現像ローラ１０２へトナーＴ’を供給すると共に、この現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４との当接ニップ領域において、トナーＴ’を摩擦帯電する。すなわち、トナー供給ローラ１０４の回転により、トナーＴ’は現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４との当接ニップ領域に導かれ、現像ローラ１０２との摩擦により帯電される。その結果、トナーＴ’を現像ローラ１０２に担持させる鏡映力を生じさせるために必要な帯電量がトナーＴ’に付与される。この際、トナーＴ’の現像ローラ１０２への供給量の調整は、現像ローラ１０２とトナー供給ローラ１０４との周速差を適当に設定することによって行われる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の現像装置が用いられる画像形成装置においては、出力画像の高画質化のために、粒子の形状が揃った球形のトナーＴ’が用いられるようになってきている。すなわち、従来用いられていた粉砕のように、トナーＴ’の形状にばらつきがある場合には、現像時に異なる形状の粒子が異なった運動をするため、一部のトナーＴ’が飛び散ったり、非画像域に付着したりする（いわゆるカブリ現像が生じる）が、球形のトナーＴ’を用いれば、このような不都合の発生を低減できる。
【００１０】
粉砕トナーは、トナー自身の摩擦力が高いため、図５に示すように現像ローラ１０２をシリコーンゴム単層の構成としても、このシリコーンゴムの表層との摩擦により、所定の帯電量を得ることができた。しかし、トナーＴ’の形状を球形とすると、トナーＴ’自身の摩擦力が低下し、その結果、トナーＴ’とシリコーンゴムの表層との摩擦により得られる帯電量が低下してしまい、所定の帯電量が得難い。
【００１１】
また、記録材表面に転写されたトナー画像の永久定着工程時に必要となる熱エネルギーの低減化（いわゆる省エネルギー定着化）のために、融点温度が低いワックス（ろう）を内包したコア／シェル構成のトナーＴ’が用いられるようになってきている。
【００１２】
このようなワックス内包型のコア／シェル構成の球形トナーＴ’は、ストレスにより劣化し易い。このため、現像ローラ１０２の硬度を低くし、さらには、現像ローラ１０２表面の動摩擦係数を小さくして球形トナーＴ’の劣化を低減する必要が生じ、トナー帯電量がさらに得難くなってきた。
【００１３】
現像ローラ１０２表面の動摩擦係数は、次のような理由で小さくする必要がある。現像ローラ１０２の硬度が低く、特にＡｓｋｅｒＣ硬度計（商品名：高分子計器株式会社製）で測定したＡｓｋｅｒＣ硬度が約４０度以下である場合、現像ローラ１０２の表面の動摩擦係数が大きいと現像ローラ１０２と感光体ドラム１００との接触領域で現像ローラ１０２に振動が生じ、担持されたトナーＴ’が飛び散り、この影響が出力画像上に現われ、画像品位を著しく低下させてしまう。これを防止するため、現像ローラ１０２表面の動摩擦係数を小さくする必要がある。ここで、現像ローラ１０２の硬度を上げれば、例えば、ＪＩＳ−Ａ規定の硬度で４５度程度まで上昇させれば、この問題は生じなくなるが、球形トナーＴ’の劣化が著しくなる。
【００１４】
そこで、現像ローラ１０２の代わりに、図６に示すように、動摩擦係数が小さく、かつ、球形トナーＴ’に対して帯電付与性が高い帯電付与層１１２ｄをローラの表面に形成した現像ローラ１１２を用いる必要が生じてきた。本願出願人らの検討によると、この帯電付与層１１２ｄの材料としては、アクリルウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン樹脂、ポリアミド樹脂などに代表される、トナーＴ’との摩擦帯電によりトナーＴ’を負に帯電させ、自身は正に帯電するネガ付与性の樹脂材料を用いれば良い。現像ローラ１１２のベース層１１２ｂの材料は、耐久性が高い、圧縮永久歪みが小さいなど、優れたゴム特性を有するシリコーンゴムが用いられる。
【００１５】
感光体ドラム１００表面と現像ローラ１１２表面の間に電界を形成するために現像ローラ１１２は、芯金１１２ａと現像ローラ１１２の表層との間は導電性にする必要がある。そこで、ローラの構成部材の主成分中に、金属酸化物やカーボンなどの導電性の粒子が適量分散されて導電性を有する現像ローラ１１２の実抵抗値（芯金１１２ａと現像ローラ１１２表面との間の抵抗値）が、一般的には１０⁵〜１０⁹Ω程度のものが用いられている。
【００１６】
ここで、帯電付与層１１２ｄの抵抗値が高いと、帯電付与層１１２ｄに付着したトナーＴ’の帯電電荷に対して働く鏡映力が大きくなってトナーＴ’が帯電付与層１１２ｄ表面に強固に固着し、トナーＴ’は現像ローラ１１２表面から取れ難くなる。例えば、帯電付与層１１２ｄの体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃｍ程度以上となると、現像に寄与しなかったトナーＴ’がトナー供給ローラ１０４に達しても、掻き落とされず、現像ローラ１１２表面に残留したトナーＴ’が、トナー供給ローラ１０４と現像ローラ１１２との当接ニップ領域、および現像ブレード１０３と現像ローラ１１２との当接ニップ領域を何度も通過することとなり、このニップ領域での摩擦により、残留したトナーＴ’はさらにチャージアップされ、現像され難くなり、出力画像の濃度低下が生じる。また、現像ローラ１１２表面からトナーＴ’が剥取られたとしても、高抵抗な帯電付与層１１２ｄ中に電荷が蓄積され、新たなトナーＴ’の供給が阻害される。その結果、現像ローラ１１２表面に付着するトナーＴ’の量が低下し、出力画像の濃度低下が生じる。
【００１７】
また、帯電付与層１１２ｄの抵抗率を通常の環境で１０⁹Ωｃｍ程度以上になるようにすると、導電性を持たせるために主成分中に分散される導電粒子の密度が低いため、温度や湿度の変化によって導電性が変化し易くなる。このため、帯電付与層１１２ｄの抵抗率が温度や湿度の影響を受け易くなって、環境の変化によって抵抗率が１０倍〜１００倍程度も変動し、例えば通常の環境で抵抗率が１０⁹Ωｃｍ程度であるものが、低湿環境では１０⁸Ωｃｍ程度となり、高湿環境では１０¹⁰Ωｃｍ程度に達してしまうという可能性がある。
【００１８】
このため、帯電付与層１１２ｄの体積抵抗率の上限値は、１０⁸Ωｃｍ程度である。
【００１９】
また、帯電付与層１１２ｄの体積抵抗率の下限値は、感光体ドラム１００表面に電気が流れることによる現像ローラ１０２への悪影響の発生を防止できる値で決定され、１０⁵Ωｃｍ程度以上の体積抵抗率なら問題ない。
【００２０】
すなわち、帯電付与層１１２ｄの抵抗値としては、体積抵抗率で１０⁵〜１０⁸Ωｃｍ程度の抵抗値が適当である。
【００２１】
ベース層１１２ｂの表層に帯電付与層１１２ｄを形成するためには、シリコーンゴム表面の表面エネルギーが低いため、両層を接着するための接着剤１１２ｃが必要となる。一般的に、この接着剤１１２ｃとしては、アミノ系のシランカップリング材などが用いられ、その塗布厚さは１μｍ以下である。
【００２２】
現像ローラ１１２は、前記のように、芯金１１２ａと現像ローラ１１２の表層との間に導電性を持たせる必要があるが、接着剤１１２ｃは、その塗布量が極く僅かであるので、導電化しなくても現像ローラ１１２の実抵抗値にはほとんど影響しない。すなわち、帯電付与層１１２ａとベース層１１２ｃとに導電性を持たせれば、芯金１１２ａと現像ローラ１１２表面との間に導電性を持たせることができる。例えば、帯電付与層１１２ａおよびベース層１１２ｃの体積抵抗率を１０⁵〜１０⁶Ωｃｍとすれば、帯電付与層１１２ａの厚さが数μｍ〜５０μｍ程度、ベース層１１２ｃの厚さが１ｍｍ〜５ｍｍ程度の現像ローラ１１２の実抵抗値は、芯金１１２ａと現像ローラ１１２表面と間の電位差が３００Ｖ程度の時、約１０⁴〜１０⁵Ωとなる。
【００２３】
しかし、このような多層構造の現像ローラ１１２を用いることには、下記のような問題がある。
【００２４】
前記のように、図４に示した現像装置は、感光体ドラム１００に現像ローラ１１２が当接した状態で、トナーＴ’を感光体ドラム１００に付着させる、接触現像方式を用いている。また、一般的に、充分な画像濃度を得るために、感光体ドラム１００の周速と現像ローラ１１２の周速との間には、周速差を持たせている。このため、現像ニップ領域で現像ローラ１１２と感光体ドラム１００との間には摩擦力が働き、現像ローラ１１２にストレスが加わる。一方、図６に示した現像ローラ１１２は、ベース層１１２ｂが低硬度のシリコーンゴム層であり、且つ、帯電付与層１１２ａがシリコーンゴムに比べて硬質な樹脂層である。このため、前記のストレスによる変形量が帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとの間で異なるので、ベース層１１２ｂから帯電付与層１１２ｄが剥がれる方向に力が加わる。さらに、シリコーンゴムは表面エネルギーが低いという特性があるため、接着剤１１２ｃを介在させていても、現像ローラ１１２に加わるストレスによりベース層１１２ｂの表面から帯電付与層１１２ｄが剥離してしまうという問題がある。
【００２５】
前記のようなストレスに弱い球形トナーＴ’の使用を考慮して、トナーＴ’へのストレスを低減するため、ベース層１１２ｂの硬度を低くすると（例えば、ＡｓｋｅｒＣ硬度計で、約４０度程度以下）、帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂの変形量の差が大きくなり、両層がさらに剥離し易くなる。
【００２６】
ここで、帯電付与層１１２ｄにゴム特性を持たせることで上記ストレスを吸収させ、上記剥離の発生を防止することが考えられるが、我々出願人らの検討によると、帯電付与層１１２ｄには、球形トナーに対する帯電付与性が高いという特性が要求されるほか、上記したように、その表面摩擦係数が低くなければならない。このため、帯電付与層１１２ａに表面摩擦係数が高いゴム特性を持たせる方法は不適当である。
【００２７】
帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとが剥離すると、以下に示す問題点が生じる。
【００２８】
第一の問題点は、剥離が発生した部分で帯電付与層１１２ｄが現像ローラ１１２表面から欠落してしまうということである。帯電付与層１１２ｄが欠落してしまうと、現像ローラ１１２の帯電付与性が失われる、感光体ドラム１００と現像ローラ１１２との接触不良が生じるなどして、著しい画像不良を起こしてしまう。
【００２９】
第二の問題点は、現像ローラ１１２の電気抵抗値が高くなるということである。すなわち、帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとの間で剥離が生じると、剥離発生領域で帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとの間に空隙ができ、この空隙が抵抗となって抵抗値が上昇し、この部分で現像ローラ１１２の実抵抗値が高くなってしまう。このため、剥離領域で現像電界が低下し、また、現像ローラ１１２の表面部分の抵抗値が上昇するため現像ローラ１１２表面からトナーＴ’を剥取り難くなり、その結果、剥離発生領域に対応した部分の出力画像の濃度が低下してしまう。さらに、帯電付与層１１２ｄが高抵抗である場合と同様に、剥離発生領域に対応した現像ローラ表面のトナーＴ’の付着量が低下し、画像濃度がより顕著に低下してしまう。
【００３０】
以上に示した帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとの剥離に起因する問題点は、低硬度の現像ローラ１１２で、より顕著に発生する。その理由は、以下のように考察される。
【００３１】
ベース層１１２ｂが高硬度、例えば、ＪＩＳ−Ａ硬度計で、約４０度程度の場合は、現像ニップ領域での現像ローラ１１２と感光体ドラム１００との当接圧が比較的高いので、感光体ドラム１００と現像ローラ１１２とが当接した状態では、剥離により生じた空隙部分で帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとが接触する接触ポイントができ、この接触ポイントで導電性が回復して実抵抗値が小さくなるため、剥離発生による影響が低硬度現像ローラと比較して小さくなる。ただし、この硬度の現像ローラ１１２は、劣化し易い球形トナーＴ’を用いる現像装置には適用できない。
【００３２】
これに対して、ベース層１１２ｂが低硬度だと、現像ニップ領域での現像ローラ１１２と感光体ドラム１００との当接圧力が低いため、前記のような帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂとの接触ポイントが少なく、剥離発生による影響が大きい。
【００３３】
このように、ベース層１１２ｂを低硬度化すると、帯電付与層１１２ｄとベース層１１２ｂ間の剥離が発生し易くなり、また、剥離による影響も大きくなる。すなわち、帯電付与表層１１２ｄを有する現像ローラ１１２を低硬度にすることは困難である。
【００３４】
以上説明したように、従来の現像装置に於いては、低硬度なベース層１１２ｂと、高い帯電付与性を有しかつ低い動摩擦係数を有する帯電付与層１１２ａとを有する現像ローラを得ることは困難であった。その結果、融点温度が低く、球形の形状を有する非磁性１成分トナーＴ’を用いる現像装置において、球形トナーＴ’を劣化することなく、かつ、良好に球形トナーＴ’を担持して現像を行うことが可能な現像ローラ１１２を得ることは困難であった。
【００３５】
そこで、本発明の目的は、表面の動摩擦係数が小さく、低硬度であるためトナーＴ’に対するストレスが小さく、かつ、トナーに対して高い帯電付与性を有する現像ローラ、および、これを用いた現像装置を提供する事にある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明による電子写真式現像ローラは、
表面に形成されてなる、トナーに対する帯電付与性を有する帯電付与層と、該帯電付与層よりも中心寄りの位置に形成されてなる、弾性を有するベース層とを有し、
該帯電付与層が樹脂材料からなり、該ベース層が低温硬化型シリコーンゴムで形成されたソリッド層からなる電子写真式現像ローラであって、
該ベース層と該帯電付与層との間に弾性中間層を有し、
該弾性中間層は、その表面の水に対する接触角が該ベース層の表面の水に対する接触角より小さくなるような材料からなり、該材料がＥＰＤＭ、ウレタンゴムおよびＮＢＲから選ばれる何れかであることを特徴とする。
【００３７】
この構成の電子写真式現像ローラは、ベース層が弾性を有しているので全体の硬度が小さく、トナーに対するストレスが小さい。しかも、表面に帯電付与層を有しているので、球形のトナーに対しても高い帯電付与性を有する。さらに、ベース層と帯電付与層の間に形成された弾性中間層表面の水に対する接触角がベース層表面の水に対する接触角よりも小さい、すなわち弾性中間層の表面エネルギーが高いので、弾性中間層と帯電付与層との接着強度が高く、帯電付与層の剥離が生じ難い。さらに、ベース層と弾性中間層は共に高い弾性を有しているので、両層間に応力が加わっても、両層の変形により応力を吸収でき、弾性中間層の剥離も生じ難い。
また、ベース層をシリコーンゴムを主成分とするソリッドゴムにより構成しているので、前記のような低硬度な電子写真式現像ローラを実現できる。
また、弾性中間層の主成分を、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲのうちいずれか１つとしているので、表面エネルギーが高いため接着力が高く、かつ高い弾性を持つ弾性中間層を形成できる。
【００３８】
本発明による電子写真式現像ローラの表面に形成された帯電付与層の体積抵抗率は、トナーに働く鏡映力を適当な大きさとし、かつ感光体表面に電気が流れて感光体ドラムに悪影響が生じない値として、１０⁵〜１０⁸Ωｃｍとすることが好ましい。また、本発明による電子写真式現像ローラは、中心の芯金に電圧を加えて、表面に現像用の電界を発生させるものであり、弾性中間層も帯電付与層と同程度の導電性を有している、すなわち、弾性中間層の体積抵抗率も帯電付与層の体積抵抗率とほぼ同等の１０⁵〜１０⁸Ωｃｍであることが好ましい。
【００３９】
本発明による電子写真式現像ローラは、ＡｓｋｅｒＣ硬度で４５度以下の硬度にすれば、トナーに対するストレスを小さくし、融点温度の低いワックスを内包したコア／シェル構成の球形トナーを使用しても、その劣化を低減できる。
【００４０】
ベース層をシリコーンゴムを主成分とするソリッドゴムにより構成すれば、前記のような低硬度な電子写真式現像ローラを実現できる。
【００４１】
弾性中間層を、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲのうちいずれか１つとすることで、表面エネルギーが高いため接着力が高く、かつ高い弾性を持つ弾性中間層を形成できる。
【００４２】
弾性中間層を多孔質構造以外で高弾性を有するソリッドゴムにより構成すれば、多孔質構造とした場合よりも、帯電付与層およびベース層との接触面を広く取って良好に接続でき、また、現像ローラの表面の形状を滑らかにして画像品位を良好にできる。
【００４３】
帯電付与層を接着剤によって弾性中間層に接着すれば、帯電付与層の接着力をさらに強くできる。
【００４４】
帯電付与層の主成分を、トナーの帯電極性と逆極性の帯電極性を有する樹脂とすれば、トナーと帯電付与層との摩擦により、それぞれが逆の極性に帯電するので、トナーと帯電付与層との間にクーロン力による引力が生じ、トナーを帯電付与層の表面に良好に付着させて搬送できる。
【００４５】
帯電付与層の表面の動摩擦係数を小さくすれば、トナーへのストレスをさらに低減し、球形トナーの劣化を低減できる。この際、帯電付与層は高い帯電付与性を有しているので、トナーとの摩擦を小さくしても、球形トナーに充分な摩擦帯電を生じさせることができる。
【００４６】
帯電付与層の主成分を、ポリアミド樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン樹脂、アクリルシリコーン樹脂のうちいずれか１つとすれば、表面の動摩擦係数が小さく、かつ高い帯電付与層を有する帯電付与層を形成できる。
【００４７】
本発明による電子写真式現像ローラを搭載した電子写真式現像装置は、トナーへのストレスが小さいため球形トナーの劣化が少なく、かつ、非磁性１成分の球形トナーを良好に帯電させて搬送し、現像に供することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における現像ローラおよび該現像ローラをを用いた現像装置の実施形態を図面に則して詳しく説明する。
【００４９】
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１による現像装置を用いた画像形成装置を示す。
【００５０】
図１に示すように、静電潜像上にトナー７を担持可能な感光体ドラム０の周りには、感光体ドラム０の表面を均一に帯電する帯電ローラ８と、画像情報に基づいて光を感光体ドラム０外周に照射して静電潜像を形成する光照射手段９と、静電潜像上にトナー７を付着する現像装置１と、現像されたトナー像を転写材１１に転写する転写ローラ１０とが配されている。
【００５１】
本実施形態では、感光体ドラム０として外径３０ｍｍの負帯電極性を有するＯＰＣ感光体を用い、光照射手段９としてレーザー光学系を用いている。転写方法はローラ転写方式を用いており、転写ローラ１０は、外径φ１６ｍｍで、体積抵抗率約１０⁹Ωｃｍの半導電性ローラである。
【００５２】
現像装置１は、トナー７を貯溜するトナーホッパー６と、トナーホッパー６内に貯溜されたトナー７を、回転して攪拌しつつトナー供給ローラ３近傍に搬送供給する攪拌手段５と、現像ローラ２に所定量のトナー７を供給するトナー供給ローラ３と、感光体ドラム０上の静電潜像にトナー７を付着させてトナー像とし現像する現像ローラ２と、現像ローラ２表面のトナー７を所定量に保ち、かつ、トナー７の帯電量を調整する現像ブレード４とを有している。
【００５３】
トナー供給ローラ３は、ＡｓｋｅｒＣｓＣ２硬度計（商品名：高分子計器社製）で硬度約１０度程度の発泡部材から構成される。本実施形態では、例として、外径１６ｍｍ、硬度は、ＡｓｋｅｒＣｓＣ２硬度計で約１０度のウレタンスポンジローラをトナー供給ローラ３として用いた。トナー供給ローラ３の材質としては、本実施形態で用いたウレタンの他、シリコーンを用いても良い。また、発泡形態は、連泡でも独泡でも良いが、トナーがローラ表面の空孔中に侵入して劣化することを抑止するため、独泡タイプを用いることが好ましい。また、現像ブレード４は、図１に示すように、現像ローラ２に当接する端部先端領域がＬ字形状に折り曲げられたいわゆるＬ字タイプの金属ブレードを用いた。材質としては、りん青銅、ステンレスなどのものを用いることが可能であるが、本実施形態では、厚さ１００μｍのステンレス薄板を用いた。
【００５４】
次に、この画像形成装置による画像形成方法について説明する。
【００５５】
感光体ドラム０は、図１の時計周り方向（図中矢印Ｘ方向）に周速値Ｖｘで回転駆動されており、その表面が帯電ローラ８に到達すると、均一に帯電される。均一に帯電された表面に、光照射手段９により画像情報に基づいて光が照射され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。静電潜像が現像装置１に到達すると、静電潜像上にトナー７が付着され、トナー像として現像される。トナー像が転写ローラ１０に到達すると、転写材１１に転写される。転写されたトナー像は不図示の定着手段で転写材１１上に永久定着される。本実施形態では、帯電ローラ８により、感光体ドラム０の表面を帯電電位Ｖｄ＝−７００ｖで均一に帯電し、光照射手段９により露光を行い、潜像電位Ｖ１＝−１００ｖを得た。
【００５６】
次に現像装置１による現像方法を説明する。
【００５７】
攪拌手段５は、図１の時計周り方向（図中矢印Ｋ方向）に回転して攪拌しつつトナー供給ローラ３にトナー７を供給する。トナー供給ローラ３は図１の反時計周り方向（図中矢印Ｚ方向）に回転してトナー７をトナー供給ローラ３と現像ローラ２との当接ニップ領域に導き、トナー７はこの部分で現像ローラ２との摩擦により帯電し、現像ローラ２の表面に担持される。現像ローラ２の表面に担持されたトナー７は、現像ローラ２の図１の反時計周り方向（図中矢印Ｙ方向）への回転により搬送され、現像ブレード４に到達すると、その付着量と帯電量が調整される。現像ローラ２には現像電圧−３５０ｖＤＣが印加されており、トナー７が感光体ドラム０と現像ローラ２との当接領域に到達すると、現像電圧によりトナー７が感光体ドラム０に付着され、静電潜像の現像が行われる。
【００５８】
この際、トナー供給ローラ３の周速値Ｖｚと現像ローラ２の周速値Ｖｙとの周速比を調整することによりトナー供給ローラ３から現像ローラ２へのトナー７の供給量を調整し、現像ローラ２の周速値Ｖｙと感光体ドラム０の周速値Ｖｘとの周速比を調整することにより現像ローラ２から感光体ドラム０へのトナー７の供給量を調整する。
【００５９】
感光体ドラム０の周速値Ｖｘは、転写速度を決めるもので、「プロセススピード」と称する。本実施形態では、Ｖｘを１とした時、Ｖｙが１．７、Ｖｚが０．６となるように周速値を設定した。すなわち、本実施形態では、プロセススピードＶｘ＝１００ｍｍ／ｓｅｃ，Ｖｙ＝１７０ｍｍ／ｓｅｃ，Ｖｚ＝６０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。このプロセススピードは、１分間にＡ４用紙を約１７枚出力する速度（１７ｐｐｍ（Paper Per Minutes））に相当する。但し、この周速比および周速値は、これに限るものではない。
【００６０】
次に、図２を用いて本発明の特徴である現像ローラ２の構成について説明する。現像ローラ２は、芯金２ａ上にベース層２ｂが形成され、さらにその上に弾性中間層２ｃが形成され、この表面に接着剤２ｄを介して、帯電付与層２ｅが形成されており、外径は１６ｍｍである。芯金２ａはアルミニウムやステンレスなどの金属で、ベース層２ｂは、低硬度のＬＴＶシリコーンゴム（低温硬化型シリコーンゴム）からなるソリッド層で構成されている。帯電付与層２ｅとしては、動摩擦係数が低く、帯電付与性が高いポリアミド樹脂、アクリル変成ウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン樹脂、アクリル変成シリコーン樹脂などを用いる。本実施形態では、ポリアミド樹脂から成る帯電付与層２ｅを形成した。
【００６１】
ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴムなどのゴム材は、 ＬＴＶシリコーンゴムに比べて硬度が高いので、このゴム材の単層上に帯電付与層２ｅを形成した現像ローラ２は、その硬度を充分に低くすることはできないが、ベース層２ｂにＬＴＶシリコーンゴムを用いることにより、現像ローラ２をトナー７へのストレスが小さい低硬度のローラとすることができる。現像ローラ２の硬度は、球形トナー７の劣化低減の観点から、ＡｓｋｅｒＣ硬度計で４５度以下が望ましく、本実施形態では４０度とした。
【００６２】
次に、本発明の特徴である弾性中間層２ｃの構成を説明する。弾性中間層２ｃとしては、厚さ数十μｍ程度のゴム材質のソリッド層を形成する。弾性中間層２ｃに用いるゴム材としては、高い表面エネルギーを有するＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲなどのゴムを用いる。このゴムを樹脂とブレンドしたものを用いても良い。本実施形態では、厚さ３０μｍのＮＢＲの弾性中間層２ｃを用いた。
【００６３】
このようにＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴムなどの表面エネルギーが高く、活性基を多く有するゴム材を有する弾性中間層２ｃの表面に帯電付与層２ａを形成することにより、従来例のように表面エネルギーが低いシリコーンゴム表面に形成するよりも強固に帯電付与層２ａを接着形成することができる。本発明では表面エネルギーの指標として、水に対する接触角を用いた。測定方法は、各種ゴム材を３〜５ｍｍ厚の平板上に形成し、協和界面化学社製接触角計（ＣＡ−Ｘ型）で測定した。表面エネルギーの低いシリコーンゴムは接触角が大きく、表面エネルギーの高いＮＢＲなどは接触角は小さくなる。シリコーンゴムの接触角は９０°、ＮＢＲでは７０°であった。また、ベース層２ｂと弾性中間層２ｃは両層とも弾性を有するので、両層間の密着力は、シリコーンゴムと弾性が低い樹脂との間の密着力よりも高い。すなわち、ベース層２ｂと弾性中間層２ｃとの密着面に働く応力は、両層の変形により吸収され小さくなるので、両者間の剥がれは生じ難い。したがって、本発明では、帯電付与層２ａの剥がれの発生を低減することが可能であり、さらに、弾性中間層２ｃの剥がれも発生し難い。
【００６４】
ここで、弾性中間層２ｃは数十μｍ程度の厚さを有するので、現像ローラ２の表面と芯金２ａとの間に導電性を持たせるために、弾性中間層２ｃに導電性を持たせる必要がある。そこで、弾性中間層２ｃに金属酸化物やカーボンなどの導電粉を適量分散し、導電性を持たせた。帯電付与層２ｅの体積抵抗率は、前記のように１０⁵〜１０⁸Ωｃｍとすることが望ましく、弾性中間層２ｃも帯電付与層２ｅと同程度の導電性を持たせるため、同程度の体積抵抗率とすることが望ましい。本実施形態では、弾性中間層２ｃ、帯電付与層２ｅ共に、約１０⁵Ωｃｍに調整した。その結果、現像ローラ２の実抵抗値としては、約１０⁵〜１０⁶Ωとなった。
【００６５】
図２に示す現像ローラを図１に示す現像装置１に装着し、画像出力耐久試験を行ったところ、５００００枚通紙しても、帯電付与層２ｅ、弾性中間層２ｃの剥離は生じなかった。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態の特徴とするところは、非磁性１成分トナー用現像装置に適用可能な現像ローラ２を、低硬度のベース層２ｂと、高い帯電付与性を有する帯電付与層２ｅと、弾性が高いためにベース層２ｂとの間に応力が加わり難く、表面エネルギーが高いために帯電付与層２ｅとの接着性が良い、ゴム弾性を有する弾性中間層２ｃとからなる多層構成とし、弾性中間層２ｃと帯電付与層２ｅの体積抵抗率を１０⁵〜１０⁸Ωｃｍ でほぼ同一となるように構成することにある。
【００６７】
すなわち、弾性が高く接着性に優れた弾性中間層２ｃを、ベース層２ｂの表面に形成し、その表面に帯電付与層２ｅを形成することによって、帯電付与層２ｅの剥離が生じ難く、かつ、低い動摩擦係数と、高い帯電付与性を有する低硬度な現像ローラ２、および、これを用いた現像装置を得ることが可能となる。
【００６８】
尚、本実施形態では、感光体ドラム０に現像ローラ２が接触配置された接触現像系を例にして説明したが、感光体ドラム０と現像ローラ２を非接触配置した非接触現像系でも同様な効果が得られる。すなわち、非接触現像系では、現像ブレード４やトナー供給ローラ３から加わる応力により、現像ローラ２の帯電付与層２ｅの剥離が発生する危惧があるが、本実施形態に示した現像ローラ２を用いれば、このような剥離の発生を防止できる。
【００６９】
（実施形態２）
図３に本発明の実施形態２による現像ローラ２０の模式図を示す。実施形態１では、ベース層２ｂがソリッドゴムの場合について説明した。実施形態２の現像ローラ２０は、このベース層２０ｂを多孔質構造にしたものであり、他の構成は実施形態１と同様である。
【００７０】
ベース層２０ｂとしてソリッドタイプの導電ゴムで、充分に低硬度な材料は実施形態１に示したＬＴＶシリコーンゴムぐらいしか無い。ＥＰＤＭ、ウレタンゴムなどを用いてソリッドタイプの導電ゴムを形成した場合は、実施形態１で示したベース層２ｂと同程度の低い硬度を得ることは困難である。一方、ベース層２０ｂを多孔質構造にすると、材料の選択の余地が広がる。すなわち、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲなどの材料を用いて多孔質構造の導電ゴムを形成すると、硬度を充分に低くすることが可能である。
【００７１】
しかし、ベース層２０ｂをスポンジゴムで形成し、この上に帯電付与層２０ｅを形成すると、両層の接触面積が小さくなるため、帯電付与層２０ｅの接着性が悪くなる。また、帯電付与層２０ｂは厚さ数μm程度の薄層であるため、現像ローラ２表面に、スポンジ層の表面の凹凸が現れてしまい、現像ローラ２表面の表面粗さＲｍａｘが大きくなる。本願出願人らの検討によると、現像ローラ２表面のＲｍａｘは１５μｍ程度以下である必要があり、この数値を越えると、出力画像上にスポンジ層の表面形状の影響が現れ、むらのある非常にがさついた画像となってしまう。尚、表面粗さＲｍａｘは、ＪＩＳＢ０６０１に示されている定義を用い、測定には表面粗さ試験器ＳＥ−３０Ｈ（商品名：小坂研究所社製）を使用した。
【００７２】
これらの問題点を防止するために、スポンジゴムを有するベース層２０ｂ表面に厚さ数ｍｍ以下程度（好ましくは約０．５〜１mm程度）のソリッドゴムからなる弾性中間層２０ｃを設ける事が好ましい。弾性中間層２０ｃを設けても、その厚さを約０．５〜１ｍｍ程度とし、ベース層２０ｂの硬度を充分に低くすれば、現像ローラ２０全体の硬度を、充分に低くすることが可能である。
【００７３】
この弾性中間層２０ｃの材質は、実施形態１と同様、帯電付与層２０ｅとの接着性に優れるＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＮＢＲなどを用いる。帯電付与層２０ｅは、実施形態１と同様、トナー７に対する高い帯電付与性を有し、感光体ドラム０との接触面での摺擦力が小さい、すなわち、その表面の動摩擦係数が小さい事が必要であり、ポリアミド樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂などの樹脂を用いる。ここで、高帯電付与層２０ｅ中には、現像ローラ２０表面の表面粗さ調整のために、フッ素系樹脂粒子、ポリアミド樹脂粒子などの離型性粒子を分散しても良い。これは、実施形態１についても同様である。
【００７４】
以下に図３に示した現像ローラ２０の詳細な構成例を示す。現像ローラ２０は、外径約１５．５ｍｍであり、外径φ６ｍｍの芯金２０ａ上に、ＥＰＤＭスポンジゴムから成るベース層２０ｂを４．５ｍｍ形成し、この上にＥＰＤＭソリッドゴムから成る弾性中間層２０ｃを５００μｍ形成した。弾性中間層２０ｃ表面には、接着剤２０ｄを１μｍ以下で形成し、その上に、アクリルウレタン樹脂からなる帯電付与層２０ｅを約１０μｍ形成した。帯電付与層２０ａの体積抵抗率は、前記のように約１０⁵〜１０⁸Ωｃｍが望ましく、本実施形態では、１０⁵Ωｃｍとした。各層の体積抵抗率は、実施形態１と同様、帯電付与層２０ａと同程度の約１０⁵Ωｃｍに設定した。
【００７５】
この例では、ベース層２０ｂと弾性中間層２０ｃの主材料は、共にＥＰＤＭであり、同材質から構成されているので、良好に両者間を接合できる。
【００７６】
以上説明した現像ローラ２０を図１に示す現像装置１に装着し、実施形態１と同様に画像出力耐久試験を行ったところ、５００００枚通紙しても、帯電付与層２０ｅ、弾性中間層２０ｃの剥離は生じなかった。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、接着性が優れる弾性中間層を、帯電付与層とベース層との間に設けることにより、ベース層の材料に表面エネルギーが低いＬＴＶシリコーンゴムを用いても、充分に高い帯電付与層の接着性を得ることが可能となり、従来得ることが困難であった低い動摩擦係数と高い帯電付与性を有する低硬度の現像ローラを得ることが可能である。さらに、ベース層を多孔質構造とすることで、ベース層の材質選択の余地を広げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の電子写真式画像形成装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１の電子写真式現像ローラの構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態２の電子写真式現像ローラの構成を示す模式図である。
【図４】従来例の電子写真式現像装置の構成を示す模式図である。
【図５】従来例の電子写真式現像ローラの構成を示す模式図である。
【図６】従来例の電子写真式現像ローラの表面に帯電付与層を形成した場合の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
０，１００ 感光体ドラム
１，１０１ 現像装置
２，２０，１０２ 現像ローラ
２ａ，２０ａ，１０２ａ，１１２ａ 芯金
２ｂ，２０ｂ，１１２ｂ ベース層
２ｃ，２０ｃ 弾性中間層
２ｄ，２０ｄ，１１２ｃ 接着剤
２ｅ，２０ｅ，１１２ｄ 帯電付与層
３，１０４ トナー供給ローラ
４，１０３ 現像ブレード
５，１０５ 攪拌手段
６ トナーホッパー
７，Ｔ’ トナー
８ 帯電ローラ
９ 光照射手段
１０ 転写ローラ
１１ 転写材
１０２ｂ シリコーンゴム層

Claims (8)

1. 表面に形成されてなる、トナーに対する帯電付与性を有する帯電付与層と、該帯電付与層よりも中心寄りの位置に形成されてなる、弾性を有するベース層とを有し、
   該帯電付与層が樹脂材料からなり、該ベース層が低温硬化型シリコーンゴムで形成されたソリッド層からなる電子写真式現像ローラであって、
   該ベース層と該帯電付与層との間に弾性中間層を有し、
   該弾性中間層は、その表面の水に対する接触角が該ベース層の表面の水に対する接触角より小さくなるような材料からなり、該材料がＥＰＤＭ、ウレタンゴムおよびＮＢＲから選ばれる何れかであることを特徴とする電子写真式現像ローラ。
2. 前記弾性中間層と前記帯電付与層の体積抵抗率が１０⁵〜１０⁸Ωｃｍである請求項１に記載の電子写真式現像ローラ。
3. ＡｓｋｅｒＣ硬度が４５度以下である請求項１または２のいずれか１項に記載の電子写真式現像ローラ。
4. 前記弾性中間層が多孔質構造以外で高弾性を有するソリッドゴムからなる請求項１から３のいずれか１項に記載の電子写真式現像ローラ。
5. 前記帯電付与層が接着剤によって前記弾性中間層に接着されている請求項１から４のいずれか１項に記載の電子写真式現像ローラ。
6. 前記帯電付与層が、トナーの帯電極性と逆極性の帯電極性を有する樹脂を主成分とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電子写真式現像ローラ。
7. 前記帯電付与層が、ポリアミド樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルポリエステルウレタン樹脂、アクリルシリコーン樹脂のうちいずれか１つを主成分とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子写真式現像ローラ。
8. 像担持体表面に形成された静電潜像に、帯電したトナーを付着させて現像する電子写真式現像装置において、請求項１から７のいずれか１項に記載の電子写真式現像ローラを有する電子写真式現像装置。

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