JP2008015075A - 現像ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】非磁性１成分現像剤を用いた現像方式のプリンタで、多数枚プリントを行っても現像ローラの表面に傷が発生せず、且つ機内にトナーが飛散して機内汚れを発生させない現像ローラを提供する。
【解決手段】導線性シャフト１１の外周に導電性を有する被覆層１２を形成してなり、該被覆層の表面に非磁性１成分現像剤を担持して該現像剤の薄層を形成し、この状態で静電潜像を表面に保持した潜像保持体に接触せずに該薄層から該現像剤を潜像保持体表面の静電潜像に付着させ、該静電潜像を可視化する現像ローラ３２において、上記被覆層中にイオン導電剤を含有し、且つ被覆層表面のユニバーサル硬さＨＵ（Ｎ／ｍｍ²）と塑性硬さＨＵｐｌａｓｔ（Ｎ／ｍｍ²）との関係を０．２５≦ＨＵ／ＨＵｐｌａｓｔ≦０．９５とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ或いはファクシミリの受信装置などの電子写真方式を採用した画像形成装置に組み込まれる現像ローラに関し、特に非磁性１成分現像方式を採用した現像装置に用いられる現像ローラに関するものである。

現在広く用いられている電子写真画像形成方法は、電荷付与されたトナーを静電潜像担持体（通常電子写真感光体）上に形成した静電潜像に接触、或いは狭い間隙を介して対向させ、静電潜像をトナーにより顕像化する現像過程を経て形成された静電潜像担持体上のトナー画像を、普通紙等に転写した後、定着して最終画像を形成するものである。

トナー画像を形成するための現像方法として、キャリアとトナーとから構成される２成分現像剤を用いてトナーを帯電させ現像する２成分現像方式や、トナーのみを用いて現像剤を搬送する現像ローラや現像剤規制部材などとの摩擦で帯電させ現像する１成分現像方式がある。この１成分現像方式ではキャリアを使用しないため、現像装置が簡略化できるため、近年ではかなり幅広く使用されている。特に、近年のカラー化の流れに伴い、磁性体を含有しないトナーを用いる非磁性１成分現像方式がカラー化も可能であるため、注目されている。

この方式は、２成分現像方式とは異なり、キャリアを使用せず、トナーのみを帯電部材と摩擦させ、或いは、現像ローラ面等に押圧することにより帯電させるものであり、現像器の機構が複雑でなく、且つコンパクトにできるという大きなメリットがある。その結果、通常、現像機構を４個以上必要とするカラー画像形成装置にも適用し易いという特徴も有する。特に近年、装置の軽量化、小型化が積極的に進められており、プリンタでは非磁性１成分現像剤を用いた現像方式が主流となっている。

この非磁性１成分現像方式における現像ローラとしては、従来、例えば導電性シャフトの外周にシリコーンゴムを用いた弾性層を形成したものが用いられてきた。トナーを帯電させるためには、金属板或いはローラ等の帯電部材を用いて現像ローラ上にトナーの薄層を形成すると共に、これと摩擦させることにより行うため、機構的には極めて単純な構成の現像器となる。

この現像ローラは、金属性の導電性シャフトの外周面にシリコーンゴム等のゴム状弾性体を用いた弾性層が形成されているが、トナーへの帯電付与或いはトナーの搬送性を付与するために、弾性層上に表面層が形成されることがある。この表面層にはトナーの付着や融着を防止するために、フッ素ゴムを用いることが知られている。弾性層上にフッ素ゴムの層を形成するためには、接着性を向上させる必要があり、弾性層表面をシランカップリング剤の中間層を形成させ、更にその上にフッ素ゴム等を主成分として用いた塗布層を形成することが知られている（例えば特許文献１参照。）。

近年の装置の小型化やプリントアウトタイムの短縮により、現像ローラの機能であるトナー搬送、帯電、現像、入れ替えのサイクルが高速になり現像ローラに対する負荷が高まっている。

非磁性１成分現像方式ではトナーと現像ローラの間での電荷の授受が行われ、トナーのカウンター電荷が現像ローラ表面に蓄積する。このカウンター電荷は現像ローラ内部へリークすることで除去され、現像ローラ表面の電荷を常に中和することが必要である。しかしながら、現像サイクルの高速化により、特に低温低湿環境において、現像ローラのチャージアップ（残電上昇）により、トナーの入れ替え性が悪化し、トナー帯電量分布の悪化、搬送量の増大により現像装置からトナーこぼれ、トナー飛散等の問題が発生する課題があった。

この課題に対して、現像ローラの電気抵抗を調整するために電子導電剤として一般的に使用されるカーボンブラックの量を調整してチャージアップを抑制する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

しかし、この場合、塗膜の強度が低下するために、ローラ表面に傷が付きやすく、この傷へトナー外添剤（シリカ、チタニア等）が埋め込まれることで徐々に現像ローラ表面の汚染が発生する。

また、塗膜の強度に関係する物性として、塗膜のユニバーサル硬さＨＵの硬度分布から求められる平均値Ａと標準偏差δを規定する検討がされている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平８−１９０２６３号公報 特開平３−０３６５７０号公報 特開平３−０３６５７０号公報

しかしながら、現像ローラの被覆層表面のユニバーサル硬さが低すぎると外力により変形が大きくなり磨耗が増大する。またユニバーサル硬さが高くても、塑性硬さが低いと磨耗は少なくなるものの微細な傷が発生しやすくなる。

この現象は、厚い導電性弾性層を持たない、導電性シャフト上に直接塗膜を形成する現像ローラで顕著である。

多数枚プリントするとこの傷に異物が付着し、異物付着からフィルミングへと発展する問題があった。

本発明は、非磁性１成分現像剤を用いた現像方式のプリンタで、多数枚プリントを行っても現像ローラの表面に傷が付かず、結果としてフィルミングが発生せず、且つ機内にトナーが飛散して機内汚れを発生させない現像ローラを提供することを目的とする。

本発明は、下記構成を採ることにより達成される。
１．
導線性シャフトの外周に導電性を有する被覆層を形成してなり、該被覆層の表面に非磁性１成分現像剤を担持して該現像剤の薄層を形成し、この状態で静電潜像を表面に保持した潜像保持体に接触せずに該薄層から該現像剤を潜像保持体表面の静電潜像に付着させ、該静電潜像を可視化する現像ローラにおいて、
上記被覆層中にイオン導電剤を含有し、且つ被覆層表面のユニバーサル硬さＨＵ（Ｎ／ｍｍ²）と塑性硬さＨＵｐｌａｓｔ（Ｎ／ｍｍ²）との関係が
０．２５≦ＨＵ／ＨＵｐｌａｓｔ≦０．９５であることを特徴とする現像ローラ。
２．
前記被覆層表面のユニバーサル硬さＨＵ（Ｎ／ｍｍ²）が、５≦ＨＵ≦３００であることを特徴とする前記１に記載の現像ローラ。

本発明の現像ローラは、非磁性１成分現像剤を用いた現像方式のプリンタで、多数枚プリントを行っても現像ローラの表面に傷が付かず、結果としてフィルミングが発生せず、且つ機内にトナーが飛散して機内汚れを発生させない優れた効果を有する。

本発明者等は、イオン導電剤を含有し、更に被覆層表面のユニバーサル硬さと塑性硬さをバランスさせることで、上記問題を解決することができることを見出した。

ユニバーサル硬さＨＵ（Ｎ／ｍｍ²）と塑性硬さＨＵｐｌａｓｔ（Ｎ／ｍｍ²）を０．２５≦ＨＵ／ＨＵｐｌａｓｔ≦０．９５、好ましくは０．４０≦ＨＵ／ＨＵｐｌａｓｔ≦０．８０とすると、ＨＵとＨＵｐｌａｓｔとがバランスがとれ、傷の発生を防止でき、傷がトリガーとなって発生するフィルミングの発生を抑えることがでたものと推察している。

また、本発明においてＨＵは、５≦ＨＵ≦３００が好ましく、１０≦ＨＵ≦１００がより好ましい。表面の硬さを上記範囲とすることで、多数枚プリントしても、傷の発生を防止でき、フィルミングの発生も防止できたものと推察している。

また、イオン導電剤を被覆層に含有させることにより、被覆層の電気抵抗を好ましい範囲にすることができ、多数枚プリントしても残留電位が上昇せず、トナー飛散による機内汚れを防止できたものと推察している。

更に、本発明の現像ローラの算術平均粗さＲａを０．３〜３．０μｍとすることで、現像部に好ましい範囲の非磁性１成分現像剤（以下、トナーともいう）を搬送することができ高濃度のトナー画像が得られ好ましい。

最初に、本発明の現像ローラの硬さについて説明する。

《ユニバーサル硬さ及び塑性硬さの定義》
ＨＵ及びＨＵｐｌａｓｔは、次の数式（１）、数式（２）、及び数式（３）によって規定される。

上記数式において、Ｆは、試験荷重（Ｎ）、Ａ（ｈ）は圧子が被測定物と接触している表面積（ｍｍ²）、ｈは試験荷重作用時の押込み深さ（ｍｍ）である。Ａ（ｈ）は、圧子の形状と押込み深さから計算され、圧子がビッカース圧子の場合、角錐形の貫入体の向かい合う面の角度ａ（１３６°）より２６．４３・ｈ²と計算される。

図１は、ｈ−Ｆ曲線の一例を示すグラフを示す。

図１において、ｈｒ（ｍｍ）は、ｈ−Ｆ曲線の（ｈｍａｘ、Ｆｍａｘ）点における接線のｈ軸交点のｈ座標値である。

図１における、（１）は荷重を０からＦｍａｘまで加重したときのｈ−Ｆ曲線であり、（２）は、続いて荷重をＦｍａｘから０まで徐荷したときのｈ−Ｆ曲線であり、そして、（３）はｈ−Ｆ曲線の（ｈｍａｘ、Ｆｍａｘ）点における接線である。

《ユニバーサル硬さ及び塑性硬さの測定》
このユニバーサル硬さ及び塑性硬さの測定は、市販の硬度測定装置を用いて行うことができ、例えば、超微小硬度計「Ｈ−１００Ｖ」（フィッシャーインストルメント社製）を用いて測定することができる。

測定条件
測定機：微小硬度計「Ｈ−１００Ｖ」（フィッシャーインストルメント社製）
圧子形状：ビッカース圧子（ａ＝１３６°）
測定環境：２０℃、６０％ＲＨ
最大試験荷重：３ｍＮ
荷重速度：３ｍＮ／２０ｓｅｃ
最大荷重クリープ時間：５秒
除荷速度：３ｍＮ／２０ｓｅｃ
尚、測定は各試料とも軸方向に均等間隔で５点、周方向に均等角度で３点の合計１５点測定し、その平均値を本発明で定義するユニバーサル硬さＨＵ及び塑性硬さＨＵｐｌａｓｔとする。

《算術平均粗さＲａの測定》
算術平均粗さＲａ（以後，単にＲａともいう）について説明する（ＪＩＳ Ｂ ０６０１に同じ）。

本発明で、Ｒａは粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さＬｒだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にｘ軸を、縦倍率の方向にｙ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、下記式（４）によって求められる値をマイクロメートル（μｍ）で表したものをいう。

測定機は表面粗さ計「サーフコム１４００Ｄ」（東京精密社製）で測定した。但し、誤差範囲内で同一の結果を生じる測定器であれば、他の測定器を用いても良い。

表面粗さの測定条件
測定長さＬ ：４．０ｍｍ
基準長さＬｒ ：０．８ｍｍ
カットオフ波長λｃ ：０．８ｍｍ
触針先端形状 ：先端角度６０°円錐
触針先端半径 ：２μｍ
測定速度 ：０．３ｍｍ／ｓｅｃ
測定倍率 ：１００００倍
尚、測定は各試料とも軸方向に均等間隔で３点、周方向に均等角度で３点の合計９点測定し、その平均値を本発明で定義する算術平均粗さＲａとする。

次に、現像ローラの構成、材料、作製方法について説明する。

《現像ローラの構成》
現像ローラは導電性シャフトとして導電性シャフトを使用し、少なくとも樹脂と導電性材料より構成される被覆層より構成される。

図２は、本発明の現像ローラの一例を示す断面概略図である。

図２において、３２は現像ローラ、１１は導電性シャフト、１２は被覆層、１２ｂは接着層を示す。

本発明の現像ローラは、図２（ａ）に示すように導電性シャフトに直接被覆層１を設けても、（ｂ）に示すようには、導電性シャフトに接着層を設けその上に被覆層を設ける２層以上の積層でもよい。

《導電性シャフト》
導電性シャフトは、現像ローラ表面に蓄積される電荷をリークさせる部材も兼ねるため、導電性の金属で構成されることが好ましい。代表的なものとして、直径１〜３０ｍｍのステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）、鉄、アルミニウム、ニッケル、アルミニウム合金、ニッケル合金等の導電性金属があり、また導電性樹脂で構成されるものでもよい。

《被覆層》
被覆層は、樹脂成分と、電子導電剤、イオン導電剤、非導電性充填剤、架橋剤等の各種添加剤を適宜配合して得られる塗布液を導電性シャフトの外周面に塗布しこれを乾燥し、所望の場合にはこれを加熱し硬化させて形成することができる。被覆層の導電性は、被覆層中に配合する電子導電剤とイオン導電剤により付与される。

被覆層のユニバーサル硬さ（Ｎ／ｍｍ²）ＨＵと塑性硬さＨＵｐｌａｓｔを調整する方法としては、被覆層を構成する樹脂成分の種類、導電剤の種類、量、添加剤の種類、量等が挙げられ、適宜調整される。

〈被覆層の樹脂成分〉
被覆層の樹脂成分としては、特に限定されるものではないが、具体的には、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール変性・シリコーン変性等の変性アルキッド樹脂、オイルフリーアルキッド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸樹脂、ウレタン樹脂等を挙げることができる。この内、自己膜補強性、トナー帯電性等の観点から、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂等が好ましく用いられる。中でも、良好な耐磨耗性や弾性が得られる点から、ウレタン樹脂を用いることが特に好ましい。

ウレタン樹脂としては、例えばポリヒドロキシ化合物とイソシアネート化合物を含むウレタン原料を反応させて得たもの、例えば、プレポリマーを架橋反応させる方法で得たものや、ポリオールをワン・ショット法にてポリイソシアネー卜と反応させる方法で得たものなどが挙げられる。

この場合、ウレタン樹脂を得る際に用いられるポリヒドロキシル化合物としては、一般の軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマーの製造に用いられるポリオール、例えば、末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルポリオールが挙げられるほか、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させて得られるいわゆるポリマーポリオール等の一般的なポリオールを使用することができる。また、イソシアネート化合物としては、同様に一般的な軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマーの製造に使用されるポリイソシアネート、即ち、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩと表すことがある）、粗製ＴＤＩ、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩと表すことがある）、粗製ＭＤＩ、炭素数２〜１８の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート及びこれらポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば部分的にポリオール類と反応させて得られるプレポリマー等を用いることができる。特に被覆層をユニバーサル硬さを低くする目的でポリイソシアネートの混合比率を低くしてもよい。

また、ウレタン樹脂は、ポリヒドロキシル化合物及びポリイソシアネートを含む、１液型や２液型のウレタン原料を用いて調製してもよいし、必要に応じてエポキシ樹脂やメラミン樹脂を架橋剤として用いても良い。

ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、６・６、６・１０、６・１２、１１、１２、１２・１２及びそれらのポリアミドの異種モノマー間の重縮合から得られるポリアミドなどであり、作業性の面からアルコール可溶性のものが好んで用いられている。例えばポリアミドの３元共重合体や４元共重合体の分子量を調整したもの、またはポリアミド６やポリアミド１２をメトキシメチル化し、アルコールや水に可溶性としたものが挙げられる。

また、アクリル樹脂としては、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルエタクリレート、これらの側鎖末端をヒドロキシアルキル基等で置換したもの、及び、これらの共重合体等が用いられる。

本発明で用いられる樹脂としては、シリコーン共重合ポリウレタン樹脂がより好ましい。シリコーン共重合ポリウレタン樹脂は、２官能以上の多価イソシアネート及び２官能以上の水酸基をもつシリコーン骨格を分子中に有する化合物から合成することができる。

このシリコーン共重合ポリウレタン樹脂は特に限定されるものではないが、特公平７−３３４２７号等に開示されるものを使用することができる。

電子導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、銅、錫、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化チタン、酸化錫一酸化アンチモン固溶体、酸化錫一酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物、これらの導電性材料で被膜された絶縁性物質などの微粉末を用いることができる。この内、カーボンブラックが、比較的容易に入手でき良好な帯電性が得られるので好ましく用いられる。

カーボンブラックは、その種類には、特に制限はなく、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック等の従来公知の種々のカーボンブラックを使用することができる。カーボンブラックの配合量は、使用するカーボンブラックの種類によって異なるために特に限定されないが、通常、樹脂成分１００質量部に対して５〜５０質量部とするのが好ましく、より好ましくは１０〜４０質量部の範囲において、被覆層に要求される導電性及びユニバーサル硬さに応じて適宜設定される。

カーボンブラックの配合量を５０質量部以下とすると、現像ローラの導電性及びユニバーサル硬さが適切なものとなり、更に、樹脂層内での分布の均一性が上がるため、導電性の均一性も向上する。一方、カーボンブラックの配合量を５質量部以上とすると、好ましいレベルの導電性を確保することができる。更に、添加したカーボンブラックを十分パーコレートすることが可能となり、導電性を安定させることができる。

〈イオン導電剤〉
イオン導電剤としては、従来から無機イオン塩や有機イオン塩として公知のものが、何れも適宜に選択使用できる。具体的には、Ｌｉ、ＬｉＣｌ、ＮａＩ、ＮａＢｒ、ＫＩ等のアルカリ金属ハライド、ＬｉＣｌＯ₄、ＫＣｌＯ₄、ＣｕＣ₁₂Ｍｇ（ＣｌＯ₄）₂等の過塩素酸塩、ＬｉＳＣＮ、ＮａＳＣＮ、ＣｓＳＣＮ等のチオシアン酸塩等のごとき無機イオン塩や、脂肪族スルホン酸塩、高級あるオール硫酸エステル塩、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加リン酸エステル塩、４級アンモニウム塩、ベタイン等の有機イオン塩を挙げることができる。これらの中で特に好ましいものとして、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート、テトラメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド等の４級アンモニウム塩を挙げることができる。このイオン導電剤は、１種類で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。

イオン導電剤の配合量は、特に制限はなく各種状況に応じて適宜選定されるが、被覆層を形成する樹脂成分１００質量部に対し０．００１〜５質量部が好ましく、０．０５〜２質量部がより好ましい。

これにより、１×１０⁴〜１×１０¹⁰Ω・ｃｍの抵抗領域で、電気抵抗の位置ばらつきが少なく、且つ電気抵抗の電圧依存性が少ない上、温湿度の環境変化に対する電気抵抗の変動が少ない導電性を有する被覆層が得られる。

〈非導電性充填剤〉
非導電性充填剤としては、珪藻土、石英粉末、乾式シリカ、湿式シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウム、樹脂粒子等が挙げられる。これらの中では樹脂粒子が好ましく、樹脂粒子としては架橋アクリル樹脂粒子、架橋ウレタン樹脂粒子が特に好ましい。

《現像ローラの作製》
被覆層を導電性シャフトの外周面に付与する手段としては、上記構成材料を有機溶剤に溶解、分散等された塗布液を導電性シャフト上に塗布する方法が有効に採用される。この塗布液の樹脂成分濃度は特に制限はなく、必要とする層厚に応じ、適宜調整すればよいが、塗布液における各種添加剤の分散性や安定性から、樹脂成分濃度は１０質量％以上であることが好ましい。塗布液を調製するために用いる溶剤は、上記樹脂成分を溶解することができるものであれば何れのものでもよく、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの低級アルコール、メチルエチルケトンなどのケトン類、シクロヘキサン、トルエン、キシレンなどが好ましく用いられる。

被覆層の形成方法としては、例えば樹脂層を構成する樹脂成分の粘度などに応じて、ディッピング、スプレー、ロールコートまたは刷毛塗りなどが挙げられるが、本発明はこの形成方法を特に限定するものではない。

また、本発明の現像ローラの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、０．３〜３．０μｍが好ましい。この範囲にすることで、トナーの搬送量を好適にすることができる。

被覆層の厚みは、１〜３０μｍの範囲に設定することが好ましく、５〜２０μｍが特に好ましい。樹脂層の厚みは、現像ローラより樹脂層を含む断面試料を採取し、断面試料の顕微鏡写真より測定される。

また、導電性シャフトの周りに形成される樹脂層は、表面層や中間層等の複数の層を有する多層構造としてもよい。

次に、本発明の現像ローラを用いる画像形成方法、画像形成装置、現像剤について説明する。

図３は、本発明の現像ローラが装着して用いられる現像器の一例を示す概要断面図である。

図３において、１０は潜像保持体（感光体ドラム）であり、潜像形成は図示しない電子写真プロセス手段または静電記録手段により成される。３２は現像ローラであり、アルミニウム或いはステンレス等からなる導電性シャフトに被覆層が設けられている。

トナーＴはホッパー６に貯蔵されており、供給ロール４によって現像ローラ上へ供給される。供給ロールはポリウレタンフォーム等の発泡材より成っており、現像ローラ３２に対して、順または逆方向に相対速度をもって回転し、トナー供給とともに、現像ローラ上の現像後のトナー（未現像トナー）のはぎ取りも行っている。現像ローラ３２上に供給されたトナーはトナー薄層化と帯電を行う部材の一種であるトナー規制ブレード５によって均一なトナーの薄層が形成される。

トナー規制ブレードと現像ローラとの当接圧力は、現像ローラ母線方向の線圧として、３〜２５０Ｎ／ｍ、好ましくは１０〜３０Ｎ／ｍが有効である。当接圧力を上記範囲とすることによりが３Ｎ／ｍより小さい場合、均一なトナーの薄層の形成が困難となり、トナーの帯電量分布がブロードになりカブリや飛散の原因となることがある。また当接圧力が２５０Ｎ／ｍを超えると、トナーに大きな圧力がかかり、トナーが劣化するため、トナーの凝集が発生するなど好ましくない。また現像ローラを駆動させるために大きなトルクを要するため好ましくない。即ち、当接圧力を３〜２５０Ｎ／ｍに調整することで、本発明のトナーの凝集を効果的にほぐすことが可能になり、またトナーの帯電量を瞬時に立ち上げることが可能になる。

均一なトナーの薄層の形成と帯電を行う部材としては、弾性ブレードや弾性ローラ等が挙げられ、摩擦帯電によりトナーに所望の極性に帯電させることが可能な材質で形成される。

尚、ブレードにより現像ローラ上にトナーを薄層コートする非磁性１成分トナーにおいては、十分な画像濃度を得るために、現像ローラ上のトナー層の厚さを現像ローラと感光体ドラムとの対向空隙長よりも小さくし、いわゆる非接触現像方式とし、この空隙に交番電場を印加することが好ましい。感光体面と現像ローラ面には５０〜５００μｍ、より好ましくは１００〜３００μｍの間隙を設け、一方現像ローラ上に設けるトナー層は、トナー粒子１〜３層程度に重なっている、膜厚としては５〜３０μｍのトナー層であることが好ましい。尚、現像ローラ上のトナー層の膜厚は顕微鏡観察により求めることができる。

即ち、実際の画像形成装置に装填した現像カートリッジを現像プロセスの断面方向より平行光を照射し、高速・高解像力カメラ（例えば、Ｐｈｏｔｏｒｏｎ社製：ＦＡＳＴＣＡＭ ＭＡＸにて撮影速度１００，０００（ＦＰＳ））により撮影し、現像部の挙動を可視化したものから計測できる。

現像ローラ上のトナー層の膜厚（ａ）は、感光体に近接する領域の現像ローラ上のトナー層と感光体間の間隙（ｂ）と、現像ローラと感光体に挟まれた現像ニップ中央の間隔（ｃ）を測定し、その差（ａ＝ｃ−ｂ）より求められる。

また、図３に示すバイアス電源７により、現像ローラ３２と感光体ドラム１０との間に交番電場または交番電場に直流電場を重畳した現像バイアスを印加することにより、現像ローラ上から感光体ドラム上へのトナー移動を容易にし、良質の画像を得ることができる。

図４は、フルカラー画像形成装置の一例を示す概略断面図である。

図４に示すフルカラー画像形成装置においては、回転駆動される感光体ドラム１０の周囲に、この感光体ドラム１０の表面を所定の電位に均一に帯電させる帯電ブラシ１１１や、この感光体ドラム１０上に残留したトナーを掻き落すクリーナ１１２が設けられている。

また、帯電ブラシ１１１によって帯電された感光体ドラム１０をレーザビームによって走査露光するレーザ走査光学系２０が設けられており、このレーザ走査光学系２０はレーザダイオード，ポリゴンミラー，ｆθ光学素子を内蔵した周知のものであり、その制御部にはイエロー，マゼンタ，シアン，ブラック毎の印字データがホストコンピュータから転送されるようになっている。そして、このレーザ走査光学系２０は、上記の各色毎の印字データに基づいて、順次レーザビームとして出力し、感光体ドラム１０上を走査露光し、これにより感光体ドラム１０上に各色毎の静電潜像を順次形成するようになっている。

また、このように静電潜像が形成された感光体ドラム１０に各色のトナーを供給してフルカラーの現像を行うフルカラー現像装置３０は、支軸３３の周囲にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各非磁性１成分トナーを収容させた４つの色別の現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋが設けられており、支軸３３を中心として回転し、各現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋが感光体ドラム１０と対向する位置に導かれるようになっている。

また、このフルカラー現像装置３０における各現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋにおいては、上記図４に示すように、回転してトナーを搬送する現像剤担持体（現像ローラ）３２の外周面にトナー規制部材が圧接されており、このトナー規制部材により、現像ローラ３２によって搬送されるトナーの量を規制すると共に、搬送されるトナーを帯電させるようになっている。尚、このフルカラー現像装置３０においては、現像ローラによって搬送されるトナーの規制と帯電とを適切に行うために、トナー規制部材を２つ設けるようにしてもよい。

そして、上記のようにレーザ走査光学系２０によって感光体ドラム１０上に各色の静電潜像が形成される毎に、上記のように支軸３３を中心にして、このフルカラー現像装置３０を回転させ、対応する色彩のトナーが収容された現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋを感光体ドラム１０と対向する位置に順々に導き、各現像器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｂｋにおける現像ローラ３２を感光体ドラム１０に接触させて、上記のように各色の静電潜像が順々に形成された感光体ドラム１０上に、帯電された各色のトナーを順々に供給して現像を行うようになっている。

また、このフルカラー現像装置３０より感光体ドラム１０の回転方向下流側の位置には、中間転写体４０として、回転駆動される無端状の中間転写ベルト４０が設けられており、この中間転写ベルト４０は感光体ドラム１０と同期して回転駆動されるようになっている。そして、この中間転写ベルト４０は回転可能な１次転写ローラ４１により押圧されて感光体ドラム１０に接触するようになっており、またこの中間転写ベルト４０を支持する支持ローラ４２の部分には、２次転写ローラ４３が回転可能に設けられ、この２次転写ローラ４３によって記録紙等の記録材Ｓが中間転写ベルト４０に押圧されるようになっている。

更に、前記のフルカラー現像装置３０とこの中間転写ベルト４０との間のスペースには、中間転写ベルト４０上に残留したトナーを掻き取るクリーナ５０が中間転写ベルト４０に対して接離可能に設けられている。

また、普通紙等の記録材Ｓを中間転写ベルト４０に導く給紙手段６０は、記録材Ｓを収容させる給紙トレイ６１と、この給紙トレイ６１に収容された記録材Ｓを１枚ずつ給紙する給紙ローラ６２と、上記の中間転写ベルト４０上に形成された画像と同期して給紙された記録材Ｓを中間転写ベルト４０と上記の２次転写ローラ４３との間に送るタイミングローラ６３とで構成されており、このようにして中間転写ベルト４０と２次転写ローラ４３との間に送られた記録材Ｓを２次転写ローラ４３によって中間転写ベルト４０に押圧させて、中間転写ベルト４０からトナー像を記録材Ｓへ押圧転写させるようになっている。

一方、上記のようにトナー像が押圧転写された記録材Ｓは、エアーサクションベルト等で構成された搬送手段６６により定着装置７０に導かれるようになっており、この定着装置７０において転写されたトナー像が記録材Ｓ上に定着され、その後、この記録材Ｓが垂直搬送路８０を通して装置本体１００の上面に排出されるようになっている。

次に、このフルカラー画像形成装置を用いてフルカラーの画像形成を行う動作について具体的に説明する。

まず、感光体ドラム１０と中間転写ベルト４０とを同じ周速度でそれぞれの方向に回転駆動させ、感光体ドラム１０を帯電ブラシ１１によって所定の電位に帯電させる。

そして、このように帯電された感光体ドラム１０に対して、上記のレーザ走査光学系２０によりイエロー画像の露光を行い、感光体ドラム１０上にシアン画像の静電潜像を形成した後、この感光体ドラム１０にイエロートナーを収容させた現像器３１Ｙから前記のようにトナー規制部材によって荷電されたイエロートナーを供給してイエロー画像を現像し、このようにイエローのトナー像が形成された感光体ドラム１０に対して中間転写ベルト４０を１次転写ローラ４１によって押圧させ、感光体ドラム１０に形成されたイエローのトナー像を中間転写ベルト４０に１次転写させる。

このようにしてイエローのトナー像を中間転写ベルト４０に転写させた後は、前記のようにフルカラー現像装置３０を支軸３３を中心にして回転させ、マゼンタトナーが収容された現像器３１Ｍを感光体ドラム１０と対向する位置に導き、上記のイエロー画像の場合と同様に、レーザ走査光学系２０により帯電された感光体ドラム１０に対してマゼンタ画像を露光して静電潜像を形成し、この静電潜像をマゼンタトナーが収容された現像器３１Ｍによって現像し、現像されたマゼンタのトナー像を感光体ドラム１０から中間転写ベルト４０に１次転写させ、更に同様にして、シアン画像及びブラック画像の露光，現像及び１次転写を順々に行って、中間転写ベルト４０上にイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックのトナー画像を順々に重ねてフルカラーのトナー像を形成する。

そして、中間転写ベルト４０上に最終のブラックのトナー像が１次転写されると、記録材Ｓをタイミングローラ６３により２次転写ローラ４３と中間転写ベルト４０との間に送り、２次転写ローラ４３により記録材Ｓを中間転写ベルト４０に押圧させて、中間転写ベルト４０上に形成されたフルカラーのトナー像を記録材Ｓ上に２次転写させる。

そして、このようにフルカラーのトナー像が記録材Ｓ上に２次転写されると、この記録材Ｓを上記の搬送手段６６により定着装置７０に導き、この定着装置７０によって転写されたフルカラーのトナー像を記録材Ｓ上に定着させ、その後、この記録材Ｓを垂直搬送路８０を通して装置本体１の上面に排出させるようになっている。

非磁性１成分現像剤としては、熱定着可能な非磁性１成分トナーを用いる。

非磁性１成分トナーを構成する樹脂としては、比誘電率が２〜４のものを用いることが好ましい。

非磁性１成分トナーの体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）径は、高品質のトナー画像を得るという観点から３〜９μｍのものがこのましい。

非磁性１成分トナーを構成する樹脂の具体例としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂を挙げることができる。

非磁性１成分トナーの製造方法は特に限定されず、公知の重合法や粉砕法により作製することができる。

以下に、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。

現像ローラの作製
（導線性シャフト）
現像ローラの導電性シャフトとして、ＳＵＳ３０３の中空筒状の導線性シャフトを準備した。これを「シャフト１」とする。

《現像ローラ１》
（被膜層形成用塗布液１）
メチルエチルケトン５００質量部に、熱可塑性エラストマーであるウレタン樹脂「ニッポラン５１９９」（日本ポリウレタン社製）（以下、ウレタン１とも呼ぶ）１００質量部を溶解した溶液に、カーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」（ライオン社製）２０質量部、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド０．００１質量部と、体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）５μｍの架橋アクリル樹脂粒子１０質量部とをサンドミルを用いて２時間分散させ、被膜層形成用塗布液を調製した。これを「被膜層形成用塗布液１」とする。

（被覆層形成）
「被覆層形成用塗布液１」を「シャフト１」の外周面にスプレー塗布した後、１２０℃で１時間乾燥を行い、乾燥後の膜厚が１５μｍの被覆層を形成し、「現像ローラ１」を作製した。

《現像ローラ２》
（被膜層形成用塗布液２）
メチルエチルケトン５００質量部に、熱可塑性エラストマーであるウレタン樹脂「ニッポラン５１９９」（日本ポリウレタン社製）（以下、ウレタン１とも呼ぶ）１００質量部を溶解した溶液に、カーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」３０質量部、テトラメチルアンモニウムクロライド２．０質量部と、体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）５μｍの架橋アクリル樹脂粒子１０質量部とをサンドミルを用いて２時間分散させ、被膜層形成用塗布液を調製した。これを「被膜層形成用塗布液２」とする。

（被覆層形成）
「被覆層形成用塗布液２」を「シャフト１」の外周面にスプレー塗布した後、１２０℃で１時間乾燥を行い、乾燥後の膜厚が１５μｍの被覆層を形成し、「現像ローラ２」を作製した。

《現像ローラ３》
（被膜層形成用塗布液３）
特開２００２−２２０４３１号公報に記載されている方法で得た、Ｓｉ含有量が、シリカ質量換算で６．０質量％のアルコキシ基含有シラン変性ポリウレタン樹脂（以下、ウレタン２とも呼ぶ）を１００質量部をメチルエチルケトン４００質量部、イソプロピルアルコール３００質量部の混合溶媒に溶解した。この溶液にカーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」３０質量部、テトラメチルアンモニウムクロライド１．０質量部、体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）２０μｍの架橋アクリル樹脂粒子１０質量部とをサンドミルを用いて２時間分散させ、被膜層形成用塗布液を調製した。これを「被膜層形成用塗布液３」とする。

（被覆層形成）
「被覆層形成用塗布液３」を「シャフト１」の外周面にスプレー塗布した後、１３０℃で１時間乾燥を行い、乾燥後の膜厚が１０μｍの被覆層を形成し、「現像ローラ３」を作製した。

《現像ローラ４》
（被膜層形成用塗布液４）
メチルエチルケトン７００質量部に、アクリル樹脂「スミペックスＬＧ」（住友化学社製）（以下、アクリル１とも呼ぶ）１００質量部を溶解した溶液に、カーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」４０質量部、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート５．０質量部と、体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）２０μｍの架橋アクリル樹脂粒子３０質量部とをサンドミルを用いて２時間分散させ、被膜層形成用塗布液を調製した。これを「被膜層形成用塗布液４」とする。

（被覆層形成）
「被覆層形成用塗布液４」を「シャフト１」の外周面にスプレー塗布した後、１２０℃で１時間乾燥を行い、乾燥後の膜厚が１０μｍの被覆層を形成し、「現像ローラ４」を作製した。

《現像ローラ５》
（被膜層形成用塗布液５）
メチルエチルケトン７００質量部に、アクリル樹脂「パラペットＨＲ−Ｓ」（クラレ社製）（以下、アクリル２とも呼ぶ）１００質量部を溶解した溶液に、カーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」４０質量部、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド０．０２質量部と、体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）２０μｍの架橋アクリル樹脂粒子２０質量部とをサンドミルを用いて２時間分散させ、被膜層形成用塗布液を調製した。これを「被膜層形成用塗布液５」とする。

（被覆層形成）
「被覆層形成用塗布液５」を「シャフト１」の外周面にスプレー塗布した後、１２０℃で１時間乾燥を行い、乾燥後の膜厚が１２μｍの被覆層を形成し、「現像ローラ５」を作製した。

《現像ローラ６》
（被膜層形成用塗布液６）
メタノール４００質量部と１−ブタノール３００質量部の混合溶媒に、ポリアミド樹脂「トレジンＭＦ−３０」（ナガノケムテックス社製）（以下、ポリアミド１とも呼ぶ）１００質量部を溶解した溶液に、カーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」２０質量部、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート３．０質量部と、体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）２０μｍの架橋アクリル樹脂粒子１０質量部とをサンドミルを用いて２時間分散させ、被膜層形成用塗布液を調製した。これを「被膜層形成用塗布液６」とする。

（被覆層形成）
「被覆層形成用塗布液６」を「シャフト１」の外周面にスプレー塗布した後、１２０℃で１時間乾燥を行い、乾燥後の膜厚が１７μｍの被覆層を形成し、「現像ローラ６」を作製した。

《現像ローラ７》
（被膜層形成用塗布液７）
メチルエチルケトン５００質量部に、ウレタン樹脂「エクセスターＥＳ−Ｓ２４１０」（旭硝子ウレタン社製）（以下、ウレタン３とも呼ぶ）１００質量部を溶解した溶液に、カーボンブラック「ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ」２０質量部、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド０．０４質量部と、体積基準におけるメディアン径（Ｄ₅₀）１０μｍの架橋アクリル樹脂粒子１０質量部とをサンドミルを用いて２時間分散させ、被膜層形成用塗布液を調製した。これを「被膜層形成用塗布液７」とする。

（被覆層形成）
「被覆層形成用塗布液７」を「シャフト１」の外周面にスプレー塗布した後、１２０℃で１時間乾燥を行い、乾燥後の膜厚が８μｍの被覆層を形成し、「現像ローラ７」を作製した。

《現像ローラ８》
現像ローラ１の作製で用いたベンジルトリメチルアンモニウムクロライド０．００１質量部を添加しなかった以外は同様にして、「現像ローラ８」を作製した。

《現像ローラ９》
現像ローラ４の作製で用いたケッチェンブラック４０質量部を５０質量部に、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート５．０質量部を添加しなかった以外は同様にして、「現像ローラ９」を作製した。

《現像ローラ１０》
（被膜層形成用塗布液１０）
現像ローラ６の作製で用いたケッチェンブラック２０質量部を１０質量部に、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレートを３．０質量部から１０．０質量部にした以外は同様にして、「現像ローラ１０」を作製した。

表１に、現像ローラ作製に用いた樹脂種、カーボン量、イオン導電剤量、得られた現像ローラの硬さ、表面粗さ等を示す。

《評価》
現像ローラの評価は、カラーレーザプリンタ「Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２３００ＤＬ」（コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製）に上記で作製した現像ローラを順次装着し、常温常湿（２０℃、５５％ＲＨ）環境で多数枚（連続５０００枚）プリントして行った。

現像ローラ初期の性能評価は、画素率２０％（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色５％のフルカラーモード）でＡ４サイズの原稿を上質紙（６４ｇ／ｍ²）に１０枚プリントし、そのトナー画像品質と現像ローラの残留電位で評価した。

その後、画像率２％（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色０．５％のフルカラーモード）の原稿を用いて連続５０００枚プリントを行った。

５０００枚プリント後の性能評価は、初期性能評価と同じ画素率２０％（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色５％のフルカラーモード）でＡ４サイズの原稿を上質紙（６４ｇ／ｍ²）に１０枚プリントし、そのトナー画像品質と現像ローラの残留電位、傷の発生と機内汚れで評価した。

〈画像濃度〉
画像濃度は、初期と５０００枚プリント後のべた黒画像部の濃度を反射濃度計「ＲＤ−９１８」（マクベス社製）を用いて１２点測定して評価した。

評価基準
◎：べた黒画像部の濃度が、１．４０以上で優れている
○：べた黒画像部の濃度が、１．２０以上、１．４０未満で良好である
×：べた黒画像部の濃度が、１．２０未満で実用上問題となるレベル。

〈現像ローラの残留電位〉
図５に示す残留電位測定装置に上記で作製した新品現像ローラを取り付け、新品現像ローラの残留電位を下記測定条件で測定した。その後、画像形成装置に現像ローラをセットして連続５０００枚プリントを行い、プリント修了後画像形成装置から現像ローラを取り出し、前記残留電位測定装置に取り付け残留電位を測定した。

残留電位の測定結果では、本発明の実施例１〜６は新品での残留電位が低く、５０００枚プリント修了後での残留電位の上昇も少なかったのに比較し、本発明外の比較例１〜３は新品での残留電位が高く、５０００枚プリント修了後での残留電位の上昇も大きかった。

測定条件
帯電器 ：コロトロン
帯電電流Ｉｃ ：８５０μＡ
帯電ギャップ ：１ｍｍ
回転数 ：２４０ｒｐｍ
測定環境 ：２０℃、６０％ＲＨ
〈フィルミング〉
フィルミングの評価は、５０００枚修了後の現像ローラ表面のフィルミングの状態、及びフィルミングに起因するプリント画像欠陥で行った。

評価基準
◎：現像ローラ表面に、フィルミングの発生が見られなかった
○：現像ローラ表面に、軽微なフィルミングの発生が見られたが、プリント画像にフィルミングに起因する欠陥が現れず、実用上問題無いレベル
×：現像ローラ表面に、フィルミングの発生が見られ、プリント画像にもフィルミングに起因する欠陥が現れ、実用上問題となるレベル。

〈機内汚れ〉
機内汚れの評価は、５０００枚プリント終了後に現像器周辺のトナーこぼれとトナー飛散による機内汚れ状態を目視で観察した結果と、トナー飛散によるプリント画像の欠陥で行った。

評価基準
◎：トナーこぼれ、トナー飛散による機内汚れ全くなく、トナー飛散によるプリント画像の欠陥もなし
○：軽微なトナーこぼれ、トナー飛散による機内汚れはあるが、トナー飛散によるプリント画像の欠陥が無く、実用上問題無いレベル
×：トナーこぼれ、トナー飛散による機内汚れがひどく、トナー飛散によるプリント画像の欠陥が認められ、実用上問題となるレベル。

表２に、評価結果を示す。

表２の結果から、本発明の実施例１〜６は何れの特性も優れていることが判る。しかし、本発明外の比較例１〜３は、少なくとも何れかの特性に問題がでることが判る。

ｈ−Ｆ曲線の一例を示すグラフを示す。 本発明の現像ローラの一例を示す断面概略図である。 本発明の現像ローラが装着して用いられる現像器の一例を示す概要断面図である。 フルカラー画像形成装置の一例を示す概要断面図である。 残留電位測定装置を示す。

符号の説明

４ 供給ロール
５ トナー規制ブレード
６ ホッパー
７ バイアス電源
Ｔ トナー
１１ 導電性シャフト
１２ 被覆層
１２ｂ 接着層
３２ 現像ローラ

Claims (2)

1. 導線性シャフトの外周に導電性を有する被覆層を形成してなり、該被覆層の表面に非磁性１成分現像剤を担持して該現像剤の薄層を形成し、この状態で静電潜像を表面に保持した潜像保持体に接触せずに該薄層から該現像剤を潜像保持体表面の静電潜像に付着させ、該静電潜像を可視化する現像ローラにおいて、
   上記被覆層中にイオン導電剤を含有し、且つ被覆層表面のユニバーサル硬さＨＵ（Ｎ／ｍｍ²）と塑性硬さＨＵｐｌａｓｔ（Ｎ／ｍｍ²）との関係が
   ０．２５≦ＨＵ／ＨＵｐｌａｓｔ≦０．９５であることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記被覆層表面のユニバーサル硬さＨＵ（Ｎ／ｍｍ²）が、５≦ＨＵ≦３００であることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。

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