現像ローラ、それを用いた現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置
【課題】各環境下で表面層硬度を一定に保ち、耐久濃度を安定にする現像ローラの提供であり、このような現像ローラを用いた現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置を提供する。
【解決手段】軸芯体１と、弾性層２と、中空樹脂粒子を含有している表面層３とを有する現像ローラ６において、該中空樹脂粒子は、その個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であり、該弾性係数Ａと、温度４０℃での弾性係数Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であり、該表面層の径方向の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下である現像ローラ。
【解決手段】軸芯体１と、弾性層２と、中空樹脂粒子を含有している表面層３とを有する現像ローラ６において、該中空樹脂粒子は、その個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であり、該弾性係数Ａと、温度４０℃での弾性係数Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であり、該表面層の径方向の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下である現像ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真用画像形成装置に使用される現像ローラ、これを用いた現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ及びプリンターの如き電子写真装置には、感光体を帯電させたり、静電潜像を現像するため、１×１０3から１×１０10Ωの半導電性領域でその目的にあった体積抵抗、及び弾性を有する現像ローラが一般に用いられている。たとえば、非磁性一成分接触現像方式の電子写真装置では、互いに圧接されている現像ローラから感光体ドラムへ現像剤を移動させて静電潜像を現像し、トナー像が形成される。このような電子写真装置に用いられる現像ローラはより高いレベルの要求品質を満たした半導電性の現像ローラにするために、導電性ゴム層上に単または複数の樹脂層を形成した構成の半導電性の現像ローラが多く用いられる。
【０００３】
また、通常の現像方式では、現像剤を介した規制ブレードと現像ローラの加圧摺動により、現像剤を摩擦帯電させる。また、規制ブレードにより現像ローラ上の現像剤のコート量を規制する。そして、現像ローラ上の現像剤を感光体と接触させながら回転することにより、現像剤が現像ローラから感光体へと移動していく。ここで、このような現像装置における現像ローラに発生する課題として、各環境での規制ブレードによる現像剤コート量に差が生じることが挙げられる。これにより画像濃度の環境差が生じやすくなる。現像ローラは、通常、高温高湿下に放置された場合、現像ローラの表面層が受ける熱及び吸湿により表面層の硬度が軟化する場合がある。このとき、図１に示す現像ローラと規制ブレードが形成する斜線部の取り込み面積αが小さくなり、現像剤を取り込む量が減ることで現像ローラ上の現像剤コート量が減り、画像濃度薄となる場合がある。
【０００４】
これまでに内部に空隙を有する粒子を含有した現像ローラの開発がなされている。現像ローラ表面層或は基層に中空粒子を含有させる提案として、特許文献１には弾性層に中空粒子を含有させる現像ローラが開示されている。また、特許文献２には熱膨張マイクロカプセルと中空ガラスを混合分散した基材を有する導電性ロールが開示されている。また、特許文献３には現像ローラ被覆層に連通過した熱可塑性樹脂マイクロカプセルを含有している導電性部材が開示されている。また、特許文献４には厚さ３０〜３００μｍのコート層に１０〜１５０μｍの中空粒子が分散した帯電ロールが開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記課題を更に良好に解決した現像ローラが待望されている。
【特許文献１】特開２００１−８２４５２号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５６２８号公報
【特許文献３】特開２００６−０６５０５９号公報
【特許文献４】特開２００４−２４０３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、各環境下で表面層の硬度を良好に一定に保つことができる現像ローラを提供することにある。また、本発明の目的はこのような現像ローラを用いた現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る現像ローラは、軸芯体と、弾性層と、中空樹脂粒子を含有している表面層とを有する現像ローラにおいて、
該中空樹脂粒子は、
その個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、
温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であり、
該弾性係数Ａと、温度４０℃での弾性係数Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であり、
現像ローラの径方向の該表面層の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る現像装置は、一成分乾式現像剤と、上記の現像ローラと、現像ローラ上の現像剤量を制御する現像ブレードとを少なくとも有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るプロセスカートリッジは、電子写真用画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジにおいて、上記の現像ローラを具備することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る電磁写真用画像形成装置は、潜像を担持し得る感光体と、
該感光体に対向した状態でトナーを担持し得る、上記の現像ローラとを備え、該現像ローラが該感光体に該トナーを付与することにより該潜像を現像するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る現像ローラにおいて、現像ローラの表面層に特定範囲の粒子径及び温度上昇に伴い弾性係数が高くなる中空樹脂粒子を、表面層の断面に対し特定の割合の面積を占めるように分散させることにより、各環境下で表面層硬度を一定に保つことができる。それにより現像ローラ上の現像剤コート量を各環境で一定とし、且つ耐久濃度を安定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施態様に係る現像ローラについて図２及び図３を用いて説明する。本発明に係る現像ローラ６は、中実または中空円筒状の導電性軸芯体１の外周面に弾性層２が形成されている。また、弾性層２の外周面に表面層３が形成されている。
【００１３】
導電性軸芯体１は、導電性部材の電極および支持部材として機能するもので、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼、炭素鋼の如き金属または合金、または導電性を有する合成樹脂の如き導電性の材質で構成される。更に、それらにクロム又は、ニッケルで鍍金処理を施すこともできる。尚、導電性基体の外径は通常４から１０ｍｍの範囲とする。
【００１４】
弾性層２は、感光体表面に形成された静電潜像にトナーを過不足なく供給することができるように、適切なニップ幅とニップ圧をもって感光体に押圧されるような硬度や弾性を現像ローラに付与するものである。この弾性層は、通常ゴム材の成型体により形成される。上記ゴム材としては、従来より導電性ゴムローラに用いられている種々のゴム材を用いることができる。ゴム材に使用するゴムとしては、具体的には、以下のものがあげられる。エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＮＢＲの水素化物、多硫化ゴム、ウレタンゴム。これらのゴムを単独であるいは２種以上を混合して用いることができる。
【００１５】
この中でも、特にセット性能の観点からシリコーンゴムを用いることが好ましい。シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらポリシロキサンの共重合体が挙げられる。
【００１６】
ゴム材中には、導電性付与剤を添加し、非導電性充填剤、架橋剤、触媒の如き各種添加剤が適宜配合される。導電性付与剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アルミニウム、銅の如き導電性金属微粒子；酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの如き導電性金属酸化物の微粒子を用いることができる。このうち、カーボンブラックは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い。非導電性充填剤としては、珪藻土、シリカ、石英粉末、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウムが挙げられる。架橋剤としては、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエートが挙げられる。
【００１７】
弾性層２の体積固有抵抗率は、１００Ｖの直流電圧印加時で１×１０3から１×１０10Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。例えば、導電性付与剤としてカーボンブラックを用いる場合は、ゴム材中のゴム１００．０質量部に対して５．０から８０．０質量部が配合される。また、弾性層２の厚さはゴムの成型コストを低く抑える上で、１．０から６．０ｍｍの範囲にあることが好ましく、２．０から５．０ｍｍの範囲にあることがより好ましい。
【００１８】
表面層３には、導電性を付与するために導電性付与剤が含有されることが好ましい。導電性付与剤としては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックの含有量は、表面層を形成する基体樹脂１００．０質量部に対して、０．５から５０．０質量部であると、現像ローラとしての導電性を好ましい範囲にすることができる。使用するカーボンブラックの平均粒径およびＤＢＰ吸油量に特に制限はないが、皮膜強度と導電付与性の点から、平均粒径が１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ＤＢＰ吸油量７０から１５０ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。
【００１９】
また、本発明にかかる表面層は、中空樹脂粒子を含有している。当該中空樹脂粒子は、以下の（１）〜（３）の条件を満たしているものである。
（１）個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であること。
（２）温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であること。
（３）該弾性係数Ａと、４０℃での弾性係数Ｂとの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であること。
【００２０】
更に、該中空樹脂粒子を含む表面層は、以下の（４）の条件を満たしているものである。
（４）表面層の径方向の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下であること。
【００２１】
通常、現像ローラは高温高湿下において、熱可塑性樹脂或いは熱硬化性樹脂からなる表面層の場合、温度、吸湿の影響を受け、表面層硬度が軟化する場合がある。この場合、図１に示す現像ローラと規制ブレードの接触面積が増え、取り込み面積αが小さくなる方向に変化する場合がある。これにより、現像ローラ上の現像剤のコート量が減り、濃度薄となる場合がある。
【００２２】
これに対し、本発明における現像ローラでは、現像ローラ表面層に極めて小粒径で表面積が大きく、また弾性係数が所望の範囲で、且つ弾性係数が温度上昇に伴い高くなる中空樹脂粒子を、表面層断面積に対して所望の面積割合で分散させている。これにより、現像ローラの表面層硬度を各環境において一定に保つものである。例えば、本発明における図４に示す表面層３では、小粒径の中空樹脂粒子２６が分散されている。この中空樹脂粒子２６は通常環境における弾性係数よりも高温高湿環境における弾性係数がわずかに高くなるため、これが支えとなり表面層硬度の軟化を高温高湿下において防ぐものである。つまり、各環境で表面層硬度を一定に保ち、現像ローラと規制ブレードが形成する取り込み面積αが一定となることで、濃度が安定するものである。
【００２３】
ここで本発明において使用する中空樹脂粒子について説明する。本発明における中空樹脂粒子は図５に示すように内部に空隙３０を有し、且つ外殻２９を有するものである。外殻２９は０．１μｍ以上２．０μｍ未満の厚みである場合、所望の弾性係数が得られ好ましい。このような構造の中空樹脂粒子は温度が上昇した場合でも外殻により体積が一定である。ここで理想気体の状態方程式：ＰＶ＝ｎＲＴより、温度Ｔが上昇した際に体積Ｖが一定であれば圧力Ｐが大きくなることがわかる。そのため、本発明における中空樹脂粒子は温度２５℃より温度４０℃で弾性係数が高くなる。このような性質をもつ中空樹脂粒子を現像ローラ表面層に分散させることにより、高温高湿下における表面層材質の軟化を支え、表面層硬度を一定に保つことが可能となる。また、低温低湿下においては中空樹脂粒子の弾性係数に変化がないため、表面層硬度は一定である。
【００２４】
尚、中空樹脂粒子の材質としては、粒子空隙内の気体圧力が変化しても外殻が伸縮せず、一定の粒子体積を保つものであれば、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれでも良い。例えば、スチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂が挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００２５】
本発明において、該中空樹脂粒子の個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下である。より好ましくは０．６μｍ以上１．５μｍ以下である。この場合、各環境における現像ローラの表面層硬度を適切に得られやすく好ましい。個数平均粒径が０．３μｍ未満の場合には表面層中の単位体積にしめる中空樹脂粒子の表面積が大きくなりすぎ、表面層硬度が極端に高くなる場合がある。また、３．０μｍ超の場合には表面層中の単位体積に占める中空樹脂粒子の表面積が小さく、表面層硬度が極端に低くなる場合がある。ここで、表面層硬度が極端に高くなる場合は現像ローラ表面層に現像剤が融着し、画像弊害が発生する場合がある。一方、表面層硬度が極端に低くなる場合には、規制ブレードと現像ローラの接触角が小さくなり、現像ローラ上の現像剤コート量が減り、濃度薄など生じる場合がある。
【００２６】
本発明において、２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０―4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下である。この場合、表面層硬度が所望の範囲となり、適切な規制ブレードと現像ローラの接触角が得られることで、濃度が安定する。また、温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ未満である場合、表面層硬度が低すぎ、濃度薄が生じる場合がある。また、０．１Ｎ／μｍ超である場合、表面層硬度が高くなり過ぎ、濃度が高くなりすぎ、トナーかぶりを生じる場合がある。
【００２７】
また、本発明において温度２５℃での弾性係数Ａと４０℃での弾性係数Ｂの比Ｂ／Ａが１．１以上１．６以下である。この範囲とすることにより、高温高湿環境において表面層中に分散している中空樹脂粒子の弾性係数が上昇し、表面層全体の硬度低下を防ぎ、濃度を一定に保つことができる。
【００２８】
また、本発明において、該表面層の径方向断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合は、１０％以上５０％以下である。この場合、各環境における表面層硬度の調整が容易となるため好ましい。断面積の合計が１０％未満では高温高湿下における表面層硬度が低くなり、濃度薄が生じる場合がある。また、５０％超である場合には、高温高湿下における表面層硬度が高くなりすぎ、かぶりが生じやすくなる場合がある。この表面層の断面積に対する中空樹脂粒子の断面積の合計の割合は、現像ローラを径方向の表面層断面において求めることが出来る。
【００２９】
また、本発明において該表面層断面における該中空樹脂粒子の粒度分布における変動係数は１０％以上４０％以下であることが好ましい。この場合、各環境における表面層硬度が均一となり、濃度ムラを防ぐことができるため好ましい。変動係数が１０％未満である場合、表面層中の中空樹脂粒子の分散がよく、充填性が高まることで、表面層硬度が高くなりすぎる場合がある。また、４０％超の場合、表面層硬度が不均一となる場合がある。
【００３０】
また、本発明において該現像ローラの環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨでのＭＤ１硬度は３０°以上４０°以下であることが好ましい。この場合、適切な規制ブレードと現像ローラの接触角が得られ、濃度が安定し好ましい。該表面層のＭＤ１硬度が３０°未満の場合、該接触角が小さくなり濃度薄を生じる場合がある。また４０°超の場合、濃度が高くなりすぎ、かぶりが生じる場合がある。
【００３１】
また、本発明において現像ローラの表面層厚さは５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。表面層厚さが５μｍ未満である場合、基層硬度の影響を受け、各環境における表面層硬度が低下する場合がある。また、２０μｍ超である場合表面層自体の硬度が高くなりすぎる場合がある。
【００３２】
また、本発明における中空樹脂粒子は熱膨張型マイクロカプセルとは違い、内側に含有する揮発性物質が、熱により揮発することで膨張するものではない。この熱膨張型マイクロカプセルの場合、熱による膨張後の粒径を均一にコントロールすることが困難である場合がある。また、膨張後の粒径に対する外殻の厚みが薄すぎるため弾性係数が低く、表面層硬度の低下しすぎる場合がある。また、内側にガスを含有させるため、未膨張、既膨張の場合でも本発明における０．３μｍ以上３．０μｍ以下の小粒径に調整することが困難である。
【００３３】
また、本発明における現像ローラの表面層は中実の弾性粒子により粗面が形成されているものでも良い。この場合、表面層中の中実の弾性粒子部以外の表面層中に中空樹脂粒子が分散されていればよい。
【００３４】
本発明において、個数平均粒度分布を制御する為に、中空樹脂粒子を分級しても良い。分級方法は特に制限されるものではなく、ふるい分け機、重力分級機、遠心分級機、慣性分級機の如き通常の分級装置を用いることができる。生産性が良好で分級点の変更が容易にできることから、重力分級機、遠心分級機、慣性分級機の如き風力分級機を使用することが好ましい。
【００３５】
表面層の形成方法として、塗料によるスプレー法、浸漬法、ロールコート法が挙げられる。特開昭５７−５０４７号公報に記載されているような浸漬槽上端から塗料をオーバーフローさせる浸漬塗工方法は、表面層を形成する方法として簡便で生産安定性に優れ、一般的に利用されている。
【００３６】
また、本発明は、前記現像ローラを具備した、電子写真用画像形成装置（以降、単に「画像形成装置」ともいう）に用いられる現像装置に関するものである。該現像装置は、一成分乾式現像剤と、現像剤（すなわち、トナー）を表面に担持することができる現像ローラと、現像ローラ上の現像剤量を制御する規制ブレード（すなわち、現像ブレード）を有する。本発明の現像ローラを用いることにより、良好な画像濃度を得られる。また、より良好な画像濃度と白すじ画像不良の抑制のため、現像剤の体積平均粒径は３．０μｍ以上６．５μｍ以下であることが特に好ましい。
【００３７】
ここで、現像剤の体積平均粒径は、コールターマルチサイザーＩＩ（コールター社製）により測定することができる。コールターマルチサイザーＩＩに、個数分布および体積分布を出力するインターフェース（日科機製）ならびにＰＣ９８０１パーソナルコンピューター（ＮＥＣ製）を接続する。電解液として、一級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。電解液としてＩＳＯＴＯＮ Ｒ−ＩＩ（コールターサイエンティフィックジャパン社製）などを使用してもよい。前記電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を１ｍｌ加え、さらに測定試料を１０ｍｇ加える。測定試料を懸濁した電解液を、超音波分散器で約１〜３分間分散処理する。前記超音波処理された電解液を測定サンプルとして、１００μｍのアパーチャーを採用する前記コールターマルチサイザーにより、１．５９μｍから６４．００μｍの範囲で１６チャンネルの体積粒度分布を測定する。そして、測定された５０％Ｄ径を本発明における現像剤の体積平均粒径とする。
【００３８】
本発明に用いることのできるトナー粒子は以下の方法で製造することができるが、これらの方法に限定されるものではない。特公昭３６−１０２３１号公報、特開昭５９−５３８５６号公報、特開昭５９−６１８４２号公報、特開２００６−１０６１９８号公報等に記載されている懸濁重合法を用いて直接トナー粒子を生成する方法。また、単量体には可溶で水溶性重合開始剤の存在下で直接重合させてトナー粒子を生成するソープフリー重合法に代表される乳化重合法。また、マイクロカプセル製法のような界面重合法、ｉｎ ｓｉｔｅ重合法による方法。コアセルベーション法による方法。特開昭６２−１０６４７３号公報や特開昭６３−１８６２５３号公報に開示されている少なくとも１種以上の微粒子を凝集させ所望の粒径のトナー粒子を得る会合重合法による方法。また、単分散を特徴とする分散重合法による方法。非水溶性有機溶媒に必要な樹脂類を溶解させた後、水中でトナー粒子を得る乳化分散法による方法。また、以下の工程を有する粉砕法。すなわち、加圧ニーダーやエクストルーダー又はメディア分散機を用いてトナー粒子を形成するための成分を混練、均一に分散させた後、冷却し、混練物を機械的又はジェット気流下でターゲットに衝突させて所望のトナー粒子の粒径に微粉砕する。更に分級工程を経て粒度分布をシャープにしてトナー粒子を製造する方法である。さらに、粉砕法で得られたトナー粒子を溶媒中で加熱により球形化処理し、トナー粒子を得る方法。なかでも、懸濁重合法、会合重合法、乳化分散法によるトナー粒子の製造が好ましく、より好ましくは小粒径のトナー粒子が容易に得られる懸濁重合方法である。
【００３９】
また、現像剤粒子の形状は球形に近いことが好ましく、具体的にはトナー粒子の平均円形度（Ｓ）は、０．９６０≦Ｓ≦１．０００であることが好ましい。現像剤の平均円形度（Ｓ）の測定方法を以下に示す。本発明におけるトナー粒子の平均円形度とは、トナー粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明ではフロー式粒子像測定装置ＦＰＩＡ−２０００型（東亜医用電子社製）を用いて測定を行い、下式を用いて算出した。
【００４０】
【数１】
【００４１】
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に１．０００を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。また、前記規制ブレードにバイアスを印加する機構を有する現像装置においても、本発明の現像ローラを用いた場合、白すじ画像不良の抑制と、良好な画像濃度をえることができることから好ましい。
【００４２】
図６は、本発明の現像ローラおよび現像ローラを具備した図７に示すプロセスカートリッジを用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。先述の通り図６の画像形成装置には、以下の構成からなるオールインワンプロセスカートリッジ４が脱着可能に装着されている。
【００４３】
当該プロセスカートリッジは、現像ローラ６、現像剤塗布部材７、現像剤８及びブレードバイアスを印加できる機構を有する規制ブレード９からなる現像装置１０、感光ドラム５、クリーニングブレード１４、廃現像剤収容容器１３、及び帯電部材１２を有する。
【００４４】
一方、給紙ローラ２３により供給される記録材２２を搬送する転写搬送ベルト２０が駆動ローラ１６、従動ローラ２１、テンションローラ１９に懸架されて設けられる。転写搬送ベルト２０には吸着ローラ２４を介してバイアス電源１８の電荷が印加され、記録材２２を表面に静電気的に付着させて搬送するようになっている。また、感光ドラム５は矢印方向に回転し、感光ドラム５を帯電処理するための帯電部材１２によって一様に帯電され、感光ドラム５に静電潜像を書き込む露光手段であるレーザー光１１により、その表面に静電潜像が形成される。上記静電潜像は、感光ドラム５に対して接触配置される現像装置１０によって現像剤を付与されることにより現像され、現像剤像として可視化される。現像は露光部に現像剤像を形成する反転現像を行っている。可視化された感光ドラム５上の現像剤像は、転写部材である転写ローラ１７によって記録媒体である記録材２２に転写される。現像剤像を転写された記録材２２は、定着装置１５により定着処理され、装置外に排紙されプリント動作が終了する。
【００４５】
一方、転写されずに感光ドラム上５上に残存した転写残現像剤は、感光体表面をクリーニングするためのクリーニング部材であるクリーニングブレード１４により掻き取られ廃現像剤容器１３に収納される。また、クリーニングされた感光ドラム５は上述作用を繰り返し行う。
【００４６】
現像装置１０は、一成分現像剤として非磁性現像剤８を収容した現像容器と、現像容器内の長手方向に延在する開口部に位置し感光ドラム５と対向設置された現像剤担持体としての現像ローラ６とを備える。そして、感光ドラム５上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。
【００４７】
現像装置１０における現像プロセスを以下に説明する。回転可能に支持された現像剤塗布部材７により現像ローラ６上に現像剤が塗布される。現像ローラ６上に塗布された現像剤は、現像ローラ６の回転により規制ブレード９と摺擦される。ここで、規制ブレード９に印加されたバイアスにより現像ローラ上の現像剤は現像ローラ上に均一にコートされる。現像ローラ６は感光ドラム５と回転しながら接触し、感光ドラム５上に形成された静電潜像を現像ローラ６上にコートされた現像剤により現像することにより画像が形成される。ここで、規制ブレード９に印加されるバイアスの極性は、現像剤の帯電極性と同極性であり、その電圧としては現像バイアスよりも数十Ｖから数百Ｖ高い電圧が一般的である。このように規制ブレードにバイアスを印加する場合は、規制ブレードは導電性であることが好ましく、リン青銅やステンレスの如き金属であることがより好ましい。
【００４８】
現像剤塗布部材７の構造としては、発泡骨格状スポンジ構造や軸芯体上にレーヨン、ポリアミドの如き繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像ローラ６への現像剤８供給および未現像現像剤の剥ぎ取りの点から好ましい。例えば、軸芯体上にポリウレタンフォームを設けた弾性ローラを用いることができる。
【００４９】
この現像剤塗布部材７の現像ローラ６に対する当接幅としては、１〜８ｍｍが好ましく、また、現像ローラ６に対してその当接部において相対速度をもたせることが好ましい。
【００５０】
以下に本発明における、測定方法を示す。
【００５１】
＜弾性係数の測定方法＞
集束イオンビーム加工観察装置（ＦＩＢ）、ＦＢ−２０００Ｃ（日立製作所）を用い試料を加工観察した。中空樹脂粒子は現像ローラから表面層３をはがし、液体窒素で凍結させて衝撃を加え、粒子と表面層バインダの界面を剥離させることにより得た。次に超微小硬度計ＥＮＴ１１００ａ（エリオニクス社製）にて下記条件で測定を行った。図８には微小硬度測定法の概念を示しており、試料台２８には表面層から回収した中空樹脂粒子２６を配置し、上方から平板圧子２７を押圧して計測する。
【００５２】
（測定条件）
・荷重レンジＡ
・試験荷重：０．００１Ｎ
・分割数：１０００
・ステップインターバル１０ｍｓｅｃ
・圧子種：直径２０μｍの平板状
得られた変位−荷重線図から最大変位（μｍ）を読み取り、下記式により算出される弾性係数を本発明における中空樹脂粒子の弾性係数とした。
【００５３】
中空樹脂粒子の弾性係数＝試験荷重０．００１（Ｎ）／最大変位（μｍ）
また、２５℃、４０℃の各温度での弾性係数測定は、超微小硬度計の試料台を温調することにより行った。尚、測定は試料台が設定温度に達してから３０分後に行うものとした。
【００５４】
＜中空樹脂粒子の面積割合測定＞
本発明の中空樹脂粒子の面積合計割合は以下の測定方法により行った。測定にはデジタルマイクロスコープ ＶＨ−８０００（商品名、ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を使用した。カッターにより厚さ２．５ｍｍの半円状の試験片を図９に示すように任意の場所から１０箇所切り出した。次に切り取った試験片の断面を上記デジタルマイクロスコープで観察し、面積モードにて表面層の断面積１１００μｍ2を特定した。そして、その面積範囲にある中空樹脂粒子の面積を測定した。倍率は１５００倍とした。このように、特定の表面層断面積１１００μｍ2にしめる中空樹脂粒子の面積合計の割合を本発明における面積合計の割合とした。測定は１試験片につき２ヵ所で計２０箇所行い、算術平均値を本発明の値とした。尚、表面層中に粗面形成のため中実の弾性粒子が存在する場合、それを除いた部分の表面層断面積を１１００μｍ2とし、同様の測定を行うものとする。
【００５５】
＜個数平均粒径、膜厚の測定＞
試料は上述の試験片１つを使用し、表面層断面から任意の中空樹脂粒子を５０個選び、それぞれの粒子について長径と短径の平均値、（長径＋短径）／２より粒経を算出した。ここで５０個の粒経の算術平均値を本発明における個数平均粒径とした。また、膜厚測定は１試験片につき３ヵ所を１０試験片にて行い、計３０箇所の算術平均値を本発明の膜厚とした。
【００５６】
尚、粒経、膜厚の測定にはデジタルマイクロスコープ ＶＨ−８０００（商品名、ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を使用した。このとき、倍率は１５００倍とした。また、いずれも環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨで行った。
【００５７】
＜変動係数の測定＞
変動係数は上記５０個の中空樹脂粒子の粒径を用い、下記式から算出した。
５０個の粒経をＡ1，Ａ2，・・・Ａ50とすると、
【００５８】
【数２】
【００５９】
＜ＭＤ１硬度の測定＞
高分子計器社製マイクロ硬度計ＭＤ１型（商品名）により、環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨの各環境下に１日放置したローラに対して、任意の表面１０点測定の算術平均値をＭＤ１硬度とした。
【００６０】
＜現像ローラの電気抵抗測定方法＞
電気抵抗測定装置としては、図１０に示されるような装置を用いる。測定装置、現像ローラは環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨに１日放置し、エージングしたものとする。現像ローラ６は、現像ローラの軸芯体の両端にそれぞれ４．９Ｎの荷重をかけて直径５０ｍｍの金属ローラ２５に当接されており、金属ローラ２５を不図示の駆動手段により表面速度５０ｍｍ／ｓｅｃで駆動することにより現像ローラ６は従動回転される。高圧電源ＨＶから現像ローラの軸芯体に＋５０Ｖの電圧を印加する。そして、金属ローラ２５とグランドとの間に配設した既知の電気抵抗を有する抵抗器Ｒの両端の電位差をデジタルマルチメーターＤＭＭ（ＦＬＵＫＥ社製 １８９ＴＲＵＥ ＲＭＳ ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ）を用いて計測する。抵抗器Ｒの電気抵抗の値としては現像ローラの電気抵抗に対して２桁以上電気抵抗が低いものを用いる。計測した電位差と抵抗器の電気抵抗から、現像ローラを介して金属ローラに流れた電流を計算により求め、その電流と印加電圧５０Ｖから現像ローラの電気抵抗値を算出する。ここで、デジタルマルチメーターでの測定は、電圧印加２秒後から３秒間サンプリングを行い、その算術平均値から計算される値を現像ローラの抵抗値とする。
【００６１】
＜カーボンブラックの平均粒径＞
カーボンブラックの平均粒径は以下の方法により求められる値とすることができる。
【００６２】
まず、表面層を現像ローラから切り出し、切り出した表面層から超薄切片を作製し、観察用のサンプルとする。超薄切片は、結切片作製装置（ライカマイクロシステムズ（株）；Ｌｅｉｃａ ＥＭ ＦＣＳ）を使用し、−１２０℃〜−５０℃以下の雰囲気で、ダイヤモンドナイフ（Ｃｒｙｏ ｄｒｙ ３５°；ディアトーム社製）を用いて、約５０ｎｍの厚みの超薄切片を作製する。
【００６３】
作成した観察用サンプルをＴＥＭで観察する。直接観察倍率は１４万倍とする。撮影されたフィルムを２倍に拡大して現像し、最終的に、２８万倍の写真を得る。
【００６４】
該写真から、カーボンブラックの粒子５００個を任意に選び出し、各々のカーボンブラック粒子について、その面積相当径（投影面積と等しい面積を持つ円の直径）を求める。この面積相当径の算術平均値を本発明におけるカーボンブラックの平均粒経とした。
【００６５】
＜カーボンブラックのＤＢＰ吸油量測定方法＞
カーボンブラックのＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−４「ゴム用カーボンブラック−基本特性−第４部：ＤＢＰ吸収量の求め方」の規定に従って測定した。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
軸芯体１としてＳＵＳ３０４製の芯金にニッケルメッキを施し、さらにプライマー（商品名ＤＹ３５−０５１，東レ・ダウコーニング社製 ）を塗布、焼付けしたものを用いた。ついで、軸芯体１を金型に配置し、以下の組成の付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
【００６７】
（シリコーンゴム組成物）
・液状シリコーンゴム材料（商品名ＳＥ６７２４Ａ／Ｂ，東レ・ダウコーニング社製 ） １００．０質量部
・カーボンブラック（商品名トーカブラック＃７３６０ＳＢ，東海カーボン社製） ３５．０質量部
・シリカ粉体（耐熱性付与剤） ０．２質量部
・白金触媒 ０．１質量部
続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを温度１５０℃、１５分間加硫硬化し、脱型した後、さらに温度１８０℃、１時間加熱し硬化反応を完結させ、弾性層２を軸芯体１の外周に設けた。
【００６８】
表面層の材料として用いるポリウレタンポリオールは次のようにして得た。ポリテトラメチレングリコール（商品名ＰＴＧ１０００ＳＮ，保土谷化学社製）１００質量部に、イソシアネート化合物（商品名ミリオネートＭＴ，日本ポリウレタン工業社製）２３質量部をＭＥＫ溶媒中で段階的に混合した。次に、窒素雰囲気下温度８０℃にて６時間反応させて、重量平均分子量（Ｍｗ）０．１Ｎ／μｍ、水酸基価１８．２のポリウレタンポリオールを得た。
【００６９】
この基体樹脂１００質量部に対し、硬化剤（商品名コロネート２５２１，日本ポリウレタン工業社製）３３．４質量部、カーボンブラック（商品名ＭＡ２３０，三菱化学社製）を樹脂成分に対し３０質量部混合した。次に、総固形分比３０質量％になるようにＭＥＫに溶解、混合し、サンドミルにて均一に分散し、分散液１を得た。
【００７０】
次いで、中空樹脂粒子（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を風力分級機（ＥＪ−Ｌ−３型，日鉄鉱業株式会社製）を用いて分級し、コールターマルチサイザーＩＩ（コールター社製）による測定で体積平均径１．５０μｍとした。この中空樹脂粒子を分散液１に対して３８質量部添加し、攪拌モーターで１０分間攪拌し、表面層形成用塗料１を得た。次にこの表面層形成用塗料を前記弾性層上に浸漬塗工した後乾燥させ、温度１５０℃にて４時間加熱処理することで弾性層外周に表面層を設け、実施例１の現像ローラを得た。
【００７１】
＜画像出力試験方法＞
キヤノン製プリンターＬＢＰ５５００用のプロセスカートリッジ（ＯＰＣ感光ドラムを有し、現像ローラはＯＰＣ感光ドラムを押圧している）について、現像剤規制ブレードを、厚さ８０μｍのＳＵＳ製の現像剤規制ブレードに変えた。また、当該現像剤規制ブレードの現像ローラに対する線圧を０．１５Ｎ／ｃｍとし、この規制ブレードにブレードバイアスを印加できるように改造した。また、現像ローラとして、上記で得た本実施例の現像ローラを組み込んだ。更に、このプロセスカートリッジに、特開２００６−１０６１９８号公報の実施例１に記載された重合方法により製造した体積平均粒径５．５μｍ、形状係数ＳＦ−１が１１４、ＳＦ−２が１０８のマゼンタ現像剤を充填した。こうして画像出力試験用プロセスカートリッジを得た。
【００７２】
キヤノン製プリンターＬＢＰ５５００改造機（規制ブレードにブレードバイアスを印加できるように改造したもの）に、作製した画像出力試験用プロセスカートリッジを組み込んだものを用いた。温度１５℃／湿度９％Ｒｈ（Ｌ／Ｌ環境）、温度３０℃／湿度８０％Ｒｈ（Ｈ／Ｈ環境）の各環境に４０日間放置し、その後各環境で画像出力試験を行った。ここでは、現像バイアスに対して−２００Ｖのブレードバイアスを印加して１％印字率の画像を連続で７０００枚画だし後、１００％印字率の画像を３枚画だしし濃度評価を行った。各環境において、耐久初期、後半にかけて画像濃度低下が抑えられ、良好であった。
【００７３】
画像濃度については、上述の連続３枚画だしした１００％印字率の画像の２枚目を反射式濃度計ＴＣ−６ＤＳ／Ａ（（有）東京電色製）を用いて、反射濃度を測定した。画像上で測定した１０点の算術平均値を画像濃度の値とした。以上の評価結果を表１に示す。また、評価後の現像ローラについてカッターにより厚さ２．５ｍｍの半円状の試験片を図９に示すように任意の場所から１０箇所切り出した。次に切り取った試験片の断面をデジタルマイクロスコープで観察し、表面層中の中空樹脂粒子の粒径を測定した。測定は任意の箇所から樹脂粒子を５０個選び、長径と短径の算術平均値、（長径＋短径）／２を粒径として測定を行ったところ１．５μｍであった。また、ＦＩＢにより中空樹脂粒子部を取り出し、超微小硬度計ＥＮＴ１１００ａ（エリオニクス社製）にて各温度の弾性係数を測定した。各温度での弾性係数は２５℃で０.０００５１、４０℃で０.０００６６であり、弾性係数比は１．３であった。また、上述の半円状の試験片を用い、特定の表面層断面積１１００μｍ2にしめる中空樹脂粒子の面積合計の割合を算出したところ３０％であった。また、上述の粒径から算出した変動係数は１０％であった。また、通常環境における現像ローラのＭＤ１硬度は３０°であり、表面層厚さは１０μｍであった。物性値及び評価結果を表１に示す。
【００７４】
（実施例２）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.６０μｍに分級して添加し、表層厚さを５．０μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例２の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７５】
（実施例３）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.００μｍに分級して添加し、表層厚さを２０．０μｍとし、分散液に対して１５質量部添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例３の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７６】
（実施例４）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.００μｍに分級して、分散液に対して７５質量部添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例４の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７７】
（実施例５）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.６０μｍに分級して、分散液に対して１１質量部添加した以外は実施例１と同様にして実施例５の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７８】
（実施例６）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.３０μｍに分級して添加した以外は実施例２と同様にして実施例６の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７９】
（実施例７）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を、現像ローラ断面から測定される粒度分布における変動係数が４１％になるように分級して添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例７の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８０】
（実施例８）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を、現像ローラ断面から測定される粒度分布における変動係数が９％になるように分級して添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例８の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８１】
（実施例９）
表面層膜厚を４μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例９の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８２】
（実施例１０）
表面層膜厚を２２μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例１０の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８３】
（比較例１）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.２４μｍに分級し、分散液に対して４５質量部添加した以外は実施例１と同様にして比較例１の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８４】
（比較例２）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.０６μｍ、現像ローラ断面から測定される粒度分布における変動係数が４１％になるように分級して添加した。それ以外は実施例１と同様にして比較例２の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８５】
（比較例３）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径１.５０μｍに分級し、分散液に対して４５質量部添加した以外は実施例１と同様にして比較例３の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８６】
（比較例４）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.００μｍに分級し、分散液に対して１５質量部添加した以外は実施例１と同様にして比較例４の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８７】
（比較例５）
中空樹脂粒子として熱膨張型マイクロカプセルである（商品名エクスパンセル ０５４−４０，日本フィライト株式会社製）を個数平均粒経７.１４μｍに分級した以外は実施例３と同様にして比較例５の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８８】
以下に本発明における評価基準を示す。
【００８９】
＜濃度低下の評価＞
反射式濃度計ＴＣ−６ＤＳ／Ａ（（有）東京電色製）を用いて、反射濃度を測定した。画像上で測定した１０点の算術平均値を画像濃度の値とした。
【００９０】
下記式により耐久初期、連続７０００枚画だし後の画像濃度差を求め、下記基準で評価した。
【００９１】
画像濃度差＝耐久初期濃度−連続７０００枚画だし後の濃度
Ａ ：０．０５未満
Ｂ ：±０．０５以上０．１０未満
Ｃ ：±０．１０以上０．２０以下
Ｄ ：０．２０超
＜カブリの評価＞
本発明における、各環境の耐久初期、耐久後において形成された画質上の問題の有無を判断した。その判断に基づき、下記の基準で評価した。
【００９２】
Ａ：肉眼では確認されず良好なもの
Ｂ：カブリが少なく画像上問題がないもの
Ｃ：ひどいカブリが確認されるもの
【００９３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の現像ローラと規制ブレードの取り込み面積αを示す概略図である。
【図２】本発明の現像ローラの一例を示す概念図である。
【図３】本発明の現像ローラの一例の断面を示す概念図である。
【図４】本発明の現像ローラの表面層断面の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の中空樹脂粒子を示す概念図である。
【図６】本発明の画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図７】本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略図である。
【図８】本発明の微小硬度測定法を示す概念図である。
【図９】本発明の現像ローラ試験片を示す概念図である。
【図１０】本発明の現像ローラの電気抵抗を測定する装置の概略図である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 軸体
２ 導電性弾性層
３ 表面層
４ プロセスカートリッジ
５ 感光ドラム
６ 現像ローラ
７ 現像剤塗布部材
８ 現像剤
９ 規制ブレード
１０ 現像装置
１１ レーザー光
１２ 帯電部材
１３ 廃現像剤容器
１４ クリーニングブレード
１５ 定着装置
１６ 駆動ローラ
１７ 転写ローラ
１８ バイアス電源
１９ テンションローラ
２０ 転写搬送ベルト
２１ 従動ローラ
２２ 記録材
２３ 給紙ローラ
２４ 吸着ローラ
２５ 金属ローラ
２６ 中空樹脂粒子
２７ 平板圧子
２８ 試料台
２９ 外殻
３０ 空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真用画像形成装置に使用される現像ローラ、これを用いた現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ及びプリンターの如き電子写真装置には、感光体を帯電させたり、静電潜像を現像するため、１×１０3から１×１０10Ωの半導電性領域でその目的にあった体積抵抗、及び弾性を有する現像ローラが一般に用いられている。たとえば、非磁性一成分接触現像方式の電子写真装置では、互いに圧接されている現像ローラから感光体ドラムへ現像剤を移動させて静電潜像を現像し、トナー像が形成される。このような電子写真装置に用いられる現像ローラはより高いレベルの要求品質を満たした半導電性の現像ローラにするために、導電性ゴム層上に単または複数の樹脂層を形成した構成の半導電性の現像ローラが多く用いられる。
【０００３】
また、通常の現像方式では、現像剤を介した規制ブレードと現像ローラの加圧摺動により、現像剤を摩擦帯電させる。また、規制ブレードにより現像ローラ上の現像剤のコート量を規制する。そして、現像ローラ上の現像剤を感光体と接触させながら回転することにより、現像剤が現像ローラから感光体へと移動していく。ここで、このような現像装置における現像ローラに発生する課題として、各環境での規制ブレードによる現像剤コート量に差が生じることが挙げられる。これにより画像濃度の環境差が生じやすくなる。現像ローラは、通常、高温高湿下に放置された場合、現像ローラの表面層が受ける熱及び吸湿により表面層の硬度が軟化する場合がある。このとき、図１に示す現像ローラと規制ブレードが形成する斜線部の取り込み面積αが小さくなり、現像剤を取り込む量が減ることで現像ローラ上の現像剤コート量が減り、画像濃度薄となる場合がある。
【０００４】
これまでに内部に空隙を有する粒子を含有した現像ローラの開発がなされている。現像ローラ表面層或は基層に中空粒子を含有させる提案として、特許文献１には弾性層に中空粒子を含有させる現像ローラが開示されている。また、特許文献２には熱膨張マイクロカプセルと中空ガラスを混合分散した基材を有する導電性ロールが開示されている。また、特許文献３には現像ローラ被覆層に連通過した熱可塑性樹脂マイクロカプセルを含有している導電性部材が開示されている。また、特許文献４には厚さ３０〜３００μｍのコート層に１０〜１５０μｍの中空粒子が分散した帯電ロールが開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記課題を更に良好に解決した現像ローラが待望されている。
【特許文献１】特開２００１−８２４５２号公報
【特許文献２】特開２００１−３５５６２８号公報
【特許文献３】特開２００６−０６５０５９号公報
【特許文献４】特開２００４−２４０３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、各環境下で表面層の硬度を良好に一定に保つことができる現像ローラを提供することにある。また、本発明の目的はこのような現像ローラを用いた現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真用画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る現像ローラは、軸芯体と、弾性層と、中空樹脂粒子を含有している表面層とを有する現像ローラにおいて、
該中空樹脂粒子は、
その個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、
温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であり、
該弾性係数Ａと、温度４０℃での弾性係数Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であり、
現像ローラの径方向の該表面層の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る現像装置は、一成分乾式現像剤と、上記の現像ローラと、現像ローラ上の現像剤量を制御する現像ブレードとを少なくとも有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るプロセスカートリッジは、電子写真用画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジにおいて、上記の現像ローラを具備することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る電磁写真用画像形成装置は、潜像を担持し得る感光体と、
該感光体に対向した状態でトナーを担持し得る、上記の現像ローラとを備え、該現像ローラが該感光体に該トナーを付与することにより該潜像を現像するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る現像ローラにおいて、現像ローラの表面層に特定範囲の粒子径及び温度上昇に伴い弾性係数が高くなる中空樹脂粒子を、表面層の断面に対し特定の割合の面積を占めるように分散させることにより、各環境下で表面層硬度を一定に保つことができる。それにより現像ローラ上の現像剤コート量を各環境で一定とし、且つ耐久濃度を安定にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施態様に係る現像ローラについて図２及び図３を用いて説明する。本発明に係る現像ローラ６は、中実または中空円筒状の導電性軸芯体１の外周面に弾性層２が形成されている。また、弾性層２の外周面に表面層３が形成されている。
【００１３】
導電性軸芯体１は、導電性部材の電極および支持部材として機能するもので、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼、炭素鋼の如き金属または合金、または導電性を有する合成樹脂の如き導電性の材質で構成される。更に、それらにクロム又は、ニッケルで鍍金処理を施すこともできる。尚、導電性基体の外径は通常４から１０ｍｍの範囲とする。
【００１４】
弾性層２は、感光体表面に形成された静電潜像にトナーを過不足なく供給することができるように、適切なニップ幅とニップ圧をもって感光体に押圧されるような硬度や弾性を現像ローラに付与するものである。この弾性層は、通常ゴム材の成型体により形成される。上記ゴム材としては、従来より導電性ゴムローラに用いられている種々のゴム材を用いることができる。ゴム材に使用するゴムとしては、具体的には、以下のものがあげられる。エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ＮＢＲの水素化物、多硫化ゴム、ウレタンゴム。これらのゴムを単独であるいは２種以上を混合して用いることができる。
【００１５】
この中でも、特にセット性能の観点からシリコーンゴムを用いることが好ましい。シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらポリシロキサンの共重合体が挙げられる。
【００１６】
ゴム材中には、導電性付与剤を添加し、非導電性充填剤、架橋剤、触媒の如き各種添加剤が適宜配合される。導電性付与剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アルミニウム、銅の如き導電性金属微粒子；酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの如き導電性金属酸化物の微粒子を用いることができる。このうち、カーボンブラックは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い。非導電性充填剤としては、珪藻土、シリカ、石英粉末、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウムが挙げられる。架橋剤としては、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエートが挙げられる。
【００１７】
弾性層２の体積固有抵抗率は、１００Ｖの直流電圧印加時で１×１０3から１×１０10Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。例えば、導電性付与剤としてカーボンブラックを用いる場合は、ゴム材中のゴム１００．０質量部に対して５．０から８０．０質量部が配合される。また、弾性層２の厚さはゴムの成型コストを低く抑える上で、１．０から６．０ｍｍの範囲にあることが好ましく、２．０から５．０ｍｍの範囲にあることがより好ましい。
【００１８】
表面層３には、導電性を付与するために導電性付与剤が含有されることが好ましい。導電性付与剤としては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックの含有量は、表面層を形成する基体樹脂１００．０質量部に対して、０．５から５０．０質量部であると、現像ローラとしての導電性を好ましい範囲にすることができる。使用するカーボンブラックの平均粒径およびＤＢＰ吸油量に特に制限はないが、皮膜強度と導電付与性の点から、平均粒径が１５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、ＤＢＰ吸油量７０から１５０ｍｌ／１００ｇであることが好ましい。
【００１９】
また、本発明にかかる表面層は、中空樹脂粒子を含有している。当該中空樹脂粒子は、以下の（１）〜（３）の条件を満たしているものである。
（１）個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であること。
（２）温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であること。
（３）該弾性係数Ａと、４０℃での弾性係数Ｂとの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であること。
【００２０】
更に、該中空樹脂粒子を含む表面層は、以下の（４）の条件を満たしているものである。
（４）表面層の径方向の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下であること。
【００２１】
通常、現像ローラは高温高湿下において、熱可塑性樹脂或いは熱硬化性樹脂からなる表面層の場合、温度、吸湿の影響を受け、表面層硬度が軟化する場合がある。この場合、図１に示す現像ローラと規制ブレードの接触面積が増え、取り込み面積αが小さくなる方向に変化する場合がある。これにより、現像ローラ上の現像剤のコート量が減り、濃度薄となる場合がある。
【００２２】
これに対し、本発明における現像ローラでは、現像ローラ表面層に極めて小粒径で表面積が大きく、また弾性係数が所望の範囲で、且つ弾性係数が温度上昇に伴い高くなる中空樹脂粒子を、表面層断面積に対して所望の面積割合で分散させている。これにより、現像ローラの表面層硬度を各環境において一定に保つものである。例えば、本発明における図４に示す表面層３では、小粒径の中空樹脂粒子２６が分散されている。この中空樹脂粒子２６は通常環境における弾性係数よりも高温高湿環境における弾性係数がわずかに高くなるため、これが支えとなり表面層硬度の軟化を高温高湿下において防ぐものである。つまり、各環境で表面層硬度を一定に保ち、現像ローラと規制ブレードが形成する取り込み面積αが一定となることで、濃度が安定するものである。
【００２３】
ここで本発明において使用する中空樹脂粒子について説明する。本発明における中空樹脂粒子は図５に示すように内部に空隙３０を有し、且つ外殻２９を有するものである。外殻２９は０．１μｍ以上２．０μｍ未満の厚みである場合、所望の弾性係数が得られ好ましい。このような構造の中空樹脂粒子は温度が上昇した場合でも外殻により体積が一定である。ここで理想気体の状態方程式：ＰＶ＝ｎＲＴより、温度Ｔが上昇した際に体積Ｖが一定であれば圧力Ｐが大きくなることがわかる。そのため、本発明における中空樹脂粒子は温度２５℃より温度４０℃で弾性係数が高くなる。このような性質をもつ中空樹脂粒子を現像ローラ表面層に分散させることにより、高温高湿下における表面層材質の軟化を支え、表面層硬度を一定に保つことが可能となる。また、低温低湿下においては中空樹脂粒子の弾性係数に変化がないため、表面層硬度は一定である。
【００２４】
尚、中空樹脂粒子の材質としては、粒子空隙内の気体圧力が変化しても外殻が伸縮せず、一定の粒子体積を保つものであれば、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれでも良い。例えば、スチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂が挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００２５】
本発明において、該中空樹脂粒子の個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下である。より好ましくは０．６μｍ以上１．５μｍ以下である。この場合、各環境における現像ローラの表面層硬度を適切に得られやすく好ましい。個数平均粒径が０．３μｍ未満の場合には表面層中の単位体積にしめる中空樹脂粒子の表面積が大きくなりすぎ、表面層硬度が極端に高くなる場合がある。また、３．０μｍ超の場合には表面層中の単位体積に占める中空樹脂粒子の表面積が小さく、表面層硬度が極端に低くなる場合がある。ここで、表面層硬度が極端に高くなる場合は現像ローラ表面層に現像剤が融着し、画像弊害が発生する場合がある。一方、表面層硬度が極端に低くなる場合には、規制ブレードと現像ローラの接触角が小さくなり、現像ローラ上の現像剤コート量が減り、濃度薄など生じる場合がある。
【００２６】
本発明において、２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０―4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下である。この場合、表面層硬度が所望の範囲となり、適切な規制ブレードと現像ローラの接触角が得られることで、濃度が安定する。また、温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ未満である場合、表面層硬度が低すぎ、濃度薄が生じる場合がある。また、０．１Ｎ／μｍ超である場合、表面層硬度が高くなり過ぎ、濃度が高くなりすぎ、トナーかぶりを生じる場合がある。
【００２７】
また、本発明において温度２５℃での弾性係数Ａと４０℃での弾性係数Ｂの比Ｂ／Ａが１．１以上１．６以下である。この範囲とすることにより、高温高湿環境において表面層中に分散している中空樹脂粒子の弾性係数が上昇し、表面層全体の硬度低下を防ぎ、濃度を一定に保つことができる。
【００２８】
また、本発明において、該表面層の径方向断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合は、１０％以上５０％以下である。この場合、各環境における表面層硬度の調整が容易となるため好ましい。断面積の合計が１０％未満では高温高湿下における表面層硬度が低くなり、濃度薄が生じる場合がある。また、５０％超である場合には、高温高湿下における表面層硬度が高くなりすぎ、かぶりが生じやすくなる場合がある。この表面層の断面積に対する中空樹脂粒子の断面積の合計の割合は、現像ローラを径方向の表面層断面において求めることが出来る。
【００２９】
また、本発明において該表面層断面における該中空樹脂粒子の粒度分布における変動係数は１０％以上４０％以下であることが好ましい。この場合、各環境における表面層硬度が均一となり、濃度ムラを防ぐことができるため好ましい。変動係数が１０％未満である場合、表面層中の中空樹脂粒子の分散がよく、充填性が高まることで、表面層硬度が高くなりすぎる場合がある。また、４０％超の場合、表面層硬度が不均一となる場合がある。
【００３０】
また、本発明において該現像ローラの環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨでのＭＤ１硬度は３０°以上４０°以下であることが好ましい。この場合、適切な規制ブレードと現像ローラの接触角が得られ、濃度が安定し好ましい。該表面層のＭＤ１硬度が３０°未満の場合、該接触角が小さくなり濃度薄を生じる場合がある。また４０°超の場合、濃度が高くなりすぎ、かぶりが生じる場合がある。
【００３１】
また、本発明において現像ローラの表面層厚さは５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。表面層厚さが５μｍ未満である場合、基層硬度の影響を受け、各環境における表面層硬度が低下する場合がある。また、２０μｍ超である場合表面層自体の硬度が高くなりすぎる場合がある。
【００３２】
また、本発明における中空樹脂粒子は熱膨張型マイクロカプセルとは違い、内側に含有する揮発性物質が、熱により揮発することで膨張するものではない。この熱膨張型マイクロカプセルの場合、熱による膨張後の粒径を均一にコントロールすることが困難である場合がある。また、膨張後の粒径に対する外殻の厚みが薄すぎるため弾性係数が低く、表面層硬度の低下しすぎる場合がある。また、内側にガスを含有させるため、未膨張、既膨張の場合でも本発明における０．３μｍ以上３．０μｍ以下の小粒径に調整することが困難である。
【００３３】
また、本発明における現像ローラの表面層は中実の弾性粒子により粗面が形成されているものでも良い。この場合、表面層中の中実の弾性粒子部以外の表面層中に中空樹脂粒子が分散されていればよい。
【００３４】
本発明において、個数平均粒度分布を制御する為に、中空樹脂粒子を分級しても良い。分級方法は特に制限されるものではなく、ふるい分け機、重力分級機、遠心分級機、慣性分級機の如き通常の分級装置を用いることができる。生産性が良好で分級点の変更が容易にできることから、重力分級機、遠心分級機、慣性分級機の如き風力分級機を使用することが好ましい。
【００３５】
表面層の形成方法として、塗料によるスプレー法、浸漬法、ロールコート法が挙げられる。特開昭５７−５０４７号公報に記載されているような浸漬槽上端から塗料をオーバーフローさせる浸漬塗工方法は、表面層を形成する方法として簡便で生産安定性に優れ、一般的に利用されている。
【００３６】
また、本発明は、前記現像ローラを具備した、電子写真用画像形成装置（以降、単に「画像形成装置」ともいう）に用いられる現像装置に関するものである。該現像装置は、一成分乾式現像剤と、現像剤（すなわち、トナー）を表面に担持することができる現像ローラと、現像ローラ上の現像剤量を制御する規制ブレード（すなわち、現像ブレード）を有する。本発明の現像ローラを用いることにより、良好な画像濃度を得られる。また、より良好な画像濃度と白すじ画像不良の抑制のため、現像剤の体積平均粒径は３．０μｍ以上６．５μｍ以下であることが特に好ましい。
【００３７】
ここで、現像剤の体積平均粒径は、コールターマルチサイザーＩＩ（コールター社製）により測定することができる。コールターマルチサイザーＩＩに、個数分布および体積分布を出力するインターフェース（日科機製）ならびにＰＣ９８０１パーソナルコンピューター（ＮＥＣ製）を接続する。電解液として、一級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。電解液としてＩＳＯＴＯＮ Ｒ−ＩＩ（コールターサイエンティフィックジャパン社製）などを使用してもよい。前記電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を１ｍｌ加え、さらに測定試料を１０ｍｇ加える。測定試料を懸濁した電解液を、超音波分散器で約１〜３分間分散処理する。前記超音波処理された電解液を測定サンプルとして、１００μｍのアパーチャーを採用する前記コールターマルチサイザーにより、１．５９μｍから６４．００μｍの範囲で１６チャンネルの体積粒度分布を測定する。そして、測定された５０％Ｄ径を本発明における現像剤の体積平均粒径とする。
【００３８】
本発明に用いることのできるトナー粒子は以下の方法で製造することができるが、これらの方法に限定されるものではない。特公昭３６−１０２３１号公報、特開昭５９−５３８５６号公報、特開昭５９−６１８４２号公報、特開２００６−１０６１９８号公報等に記載されている懸濁重合法を用いて直接トナー粒子を生成する方法。また、単量体には可溶で水溶性重合開始剤の存在下で直接重合させてトナー粒子を生成するソープフリー重合法に代表される乳化重合法。また、マイクロカプセル製法のような界面重合法、ｉｎ ｓｉｔｅ重合法による方法。コアセルベーション法による方法。特開昭６２−１０６４７３号公報や特開昭６３−１８６２５３号公報に開示されている少なくとも１種以上の微粒子を凝集させ所望の粒径のトナー粒子を得る会合重合法による方法。また、単分散を特徴とする分散重合法による方法。非水溶性有機溶媒に必要な樹脂類を溶解させた後、水中でトナー粒子を得る乳化分散法による方法。また、以下の工程を有する粉砕法。すなわち、加圧ニーダーやエクストルーダー又はメディア分散機を用いてトナー粒子を形成するための成分を混練、均一に分散させた後、冷却し、混練物を機械的又はジェット気流下でターゲットに衝突させて所望のトナー粒子の粒径に微粉砕する。更に分級工程を経て粒度分布をシャープにしてトナー粒子を製造する方法である。さらに、粉砕法で得られたトナー粒子を溶媒中で加熱により球形化処理し、トナー粒子を得る方法。なかでも、懸濁重合法、会合重合法、乳化分散法によるトナー粒子の製造が好ましく、より好ましくは小粒径のトナー粒子が容易に得られる懸濁重合方法である。
【００３９】
また、現像剤粒子の形状は球形に近いことが好ましく、具体的にはトナー粒子の平均円形度（Ｓ）は、０．９６０≦Ｓ≦１．０００であることが好ましい。現像剤の平均円形度（Ｓ）の測定方法を以下に示す。本発明におけるトナー粒子の平均円形度とは、トナー粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明ではフロー式粒子像測定装置ＦＰＩＡ−２０００型（東亜医用電子社製）を用いて測定を行い、下式を用いて算出した。
【００４０】
【数１】
【００４１】
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に１．０００を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。また、前記規制ブレードにバイアスを印加する機構を有する現像装置においても、本発明の現像ローラを用いた場合、白すじ画像不良の抑制と、良好な画像濃度をえることができることから好ましい。
【００４２】
図６は、本発明の現像ローラおよび現像ローラを具備した図７に示すプロセスカートリッジを用いた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。先述の通り図６の画像形成装置には、以下の構成からなるオールインワンプロセスカートリッジ４が脱着可能に装着されている。
【００４３】
当該プロセスカートリッジは、現像ローラ６、現像剤塗布部材７、現像剤８及びブレードバイアスを印加できる機構を有する規制ブレード９からなる現像装置１０、感光ドラム５、クリーニングブレード１４、廃現像剤収容容器１３、及び帯電部材１２を有する。
【００４４】
一方、給紙ローラ２３により供給される記録材２２を搬送する転写搬送ベルト２０が駆動ローラ１６、従動ローラ２１、テンションローラ１９に懸架されて設けられる。転写搬送ベルト２０には吸着ローラ２４を介してバイアス電源１８の電荷が印加され、記録材２２を表面に静電気的に付着させて搬送するようになっている。また、感光ドラム５は矢印方向に回転し、感光ドラム５を帯電処理するための帯電部材１２によって一様に帯電され、感光ドラム５に静電潜像を書き込む露光手段であるレーザー光１１により、その表面に静電潜像が形成される。上記静電潜像は、感光ドラム５に対して接触配置される現像装置１０によって現像剤を付与されることにより現像され、現像剤像として可視化される。現像は露光部に現像剤像を形成する反転現像を行っている。可視化された感光ドラム５上の現像剤像は、転写部材である転写ローラ１７によって記録媒体である記録材２２に転写される。現像剤像を転写された記録材２２は、定着装置１５により定着処理され、装置外に排紙されプリント動作が終了する。
【００４５】
一方、転写されずに感光ドラム上５上に残存した転写残現像剤は、感光体表面をクリーニングするためのクリーニング部材であるクリーニングブレード１４により掻き取られ廃現像剤容器１３に収納される。また、クリーニングされた感光ドラム５は上述作用を繰り返し行う。
【００４６】
現像装置１０は、一成分現像剤として非磁性現像剤８を収容した現像容器と、現像容器内の長手方向に延在する開口部に位置し感光ドラム５と対向設置された現像剤担持体としての現像ローラ６とを備える。そして、感光ドラム５上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。
【００４７】
現像装置１０における現像プロセスを以下に説明する。回転可能に支持された現像剤塗布部材７により現像ローラ６上に現像剤が塗布される。現像ローラ６上に塗布された現像剤は、現像ローラ６の回転により規制ブレード９と摺擦される。ここで、規制ブレード９に印加されたバイアスにより現像ローラ上の現像剤は現像ローラ上に均一にコートされる。現像ローラ６は感光ドラム５と回転しながら接触し、感光ドラム５上に形成された静電潜像を現像ローラ６上にコートされた現像剤により現像することにより画像が形成される。ここで、規制ブレード９に印加されるバイアスの極性は、現像剤の帯電極性と同極性であり、その電圧としては現像バイアスよりも数十Ｖから数百Ｖ高い電圧が一般的である。このように規制ブレードにバイアスを印加する場合は、規制ブレードは導電性であることが好ましく、リン青銅やステンレスの如き金属であることがより好ましい。
【００４８】
現像剤塗布部材７の構造としては、発泡骨格状スポンジ構造や軸芯体上にレーヨン、ポリアミドの如き繊維を植毛したファーブラシ構造のものが、現像ローラ６への現像剤８供給および未現像現像剤の剥ぎ取りの点から好ましい。例えば、軸芯体上にポリウレタンフォームを設けた弾性ローラを用いることができる。
【００４９】
この現像剤塗布部材７の現像ローラ６に対する当接幅としては、１〜８ｍｍが好ましく、また、現像ローラ６に対してその当接部において相対速度をもたせることが好ましい。
【００５０】
以下に本発明における、測定方法を示す。
【００５１】
＜弾性係数の測定方法＞
集束イオンビーム加工観察装置（ＦＩＢ）、ＦＢ−２０００Ｃ（日立製作所）を用い試料を加工観察した。中空樹脂粒子は現像ローラから表面層３をはがし、液体窒素で凍結させて衝撃を加え、粒子と表面層バインダの界面を剥離させることにより得た。次に超微小硬度計ＥＮＴ１１００ａ（エリオニクス社製）にて下記条件で測定を行った。図８には微小硬度測定法の概念を示しており、試料台２８には表面層から回収した中空樹脂粒子２６を配置し、上方から平板圧子２７を押圧して計測する。
【００５２】
（測定条件）
・荷重レンジＡ
・試験荷重：０．００１Ｎ
・分割数：１０００
・ステップインターバル１０ｍｓｅｃ
・圧子種：直径２０μｍの平板状
得られた変位−荷重線図から最大変位（μｍ）を読み取り、下記式により算出される弾性係数を本発明における中空樹脂粒子の弾性係数とした。
【００５３】
中空樹脂粒子の弾性係数＝試験荷重０．００１（Ｎ）／最大変位（μｍ）
また、２５℃、４０℃の各温度での弾性係数測定は、超微小硬度計の試料台を温調することにより行った。尚、測定は試料台が設定温度に達してから３０分後に行うものとした。
【００５４】
＜中空樹脂粒子の面積割合測定＞
本発明の中空樹脂粒子の面積合計割合は以下の測定方法により行った。測定にはデジタルマイクロスコープ ＶＨ−８０００（商品名、ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を使用した。カッターにより厚さ２．５ｍｍの半円状の試験片を図９に示すように任意の場所から１０箇所切り出した。次に切り取った試験片の断面を上記デジタルマイクロスコープで観察し、面積モードにて表面層の断面積１１００μｍ2を特定した。そして、その面積範囲にある中空樹脂粒子の面積を測定した。倍率は１５００倍とした。このように、特定の表面層断面積１１００μｍ2にしめる中空樹脂粒子の面積合計の割合を本発明における面積合計の割合とした。測定は１試験片につき２ヵ所で計２０箇所行い、算術平均値を本発明の値とした。尚、表面層中に粗面形成のため中実の弾性粒子が存在する場合、それを除いた部分の表面層断面積を１１００μｍ2とし、同様の測定を行うものとする。
【００５５】
＜個数平均粒径、膜厚の測定＞
試料は上述の試験片１つを使用し、表面層断面から任意の中空樹脂粒子を５０個選び、それぞれの粒子について長径と短径の平均値、（長径＋短径）／２より粒経を算出した。ここで５０個の粒経の算術平均値を本発明における個数平均粒径とした。また、膜厚測定は１試験片につき３ヵ所を１０試験片にて行い、計３０箇所の算術平均値を本発明の膜厚とした。
【００５６】
尚、粒経、膜厚の測定にはデジタルマイクロスコープ ＶＨ−８０００（商品名、ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を使用した。このとき、倍率は１５００倍とした。また、いずれも環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨで行った。
【００５７】
＜変動係数の測定＞
変動係数は上記５０個の中空樹脂粒子の粒径を用い、下記式から算出した。
５０個の粒経をＡ1，Ａ2，・・・Ａ50とすると、
【００５８】
【数２】
【００５９】
＜ＭＤ１硬度の測定＞
高分子計器社製マイクロ硬度計ＭＤ１型（商品名）により、環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨの各環境下に１日放置したローラに対して、任意の表面１０点測定の算術平均値をＭＤ１硬度とした。
【００６０】
＜現像ローラの電気抵抗測定方法＞
電気抵抗測定装置としては、図１０に示されるような装置を用いる。測定装置、現像ローラは環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨに１日放置し、エージングしたものとする。現像ローラ６は、現像ローラの軸芯体の両端にそれぞれ４．９Ｎの荷重をかけて直径５０ｍｍの金属ローラ２５に当接されており、金属ローラ２５を不図示の駆動手段により表面速度５０ｍｍ／ｓｅｃで駆動することにより現像ローラ６は従動回転される。高圧電源ＨＶから現像ローラの軸芯体に＋５０Ｖの電圧を印加する。そして、金属ローラ２５とグランドとの間に配設した既知の電気抵抗を有する抵抗器Ｒの両端の電位差をデジタルマルチメーターＤＭＭ（ＦＬＵＫＥ社製 １８９ＴＲＵＥ ＲＭＳ ＭＵＬＴＩＭＥＴＥＲ）を用いて計測する。抵抗器Ｒの電気抵抗の値としては現像ローラの電気抵抗に対して２桁以上電気抵抗が低いものを用いる。計測した電位差と抵抗器の電気抵抗から、現像ローラを介して金属ローラに流れた電流を計算により求め、その電流と印加電圧５０Ｖから現像ローラの電気抵抗値を算出する。ここで、デジタルマルチメーターでの測定は、電圧印加２秒後から３秒間サンプリングを行い、その算術平均値から計算される値を現像ローラの抵抗値とする。
【００６１】
＜カーボンブラックの平均粒径＞
カーボンブラックの平均粒径は以下の方法により求められる値とすることができる。
【００６２】
まず、表面層を現像ローラから切り出し、切り出した表面層から超薄切片を作製し、観察用のサンプルとする。超薄切片は、結切片作製装置（ライカマイクロシステムズ（株）；Ｌｅｉｃａ ＥＭ ＦＣＳ）を使用し、−１２０℃〜−５０℃以下の雰囲気で、ダイヤモンドナイフ（Ｃｒｙｏ ｄｒｙ ３５°；ディアトーム社製）を用いて、約５０ｎｍの厚みの超薄切片を作製する。
【００６３】
作成した観察用サンプルをＴＥＭで観察する。直接観察倍率は１４万倍とする。撮影されたフィルムを２倍に拡大して現像し、最終的に、２８万倍の写真を得る。
【００６４】
該写真から、カーボンブラックの粒子５００個を任意に選び出し、各々のカーボンブラック粒子について、その面積相当径（投影面積と等しい面積を持つ円の直径）を求める。この面積相当径の算術平均値を本発明におけるカーボンブラックの平均粒経とした。
【００６５】
＜カーボンブラックのＤＢＰ吸油量測定方法＞
カーボンブラックのＤＢＰ吸油量は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−４「ゴム用カーボンブラック−基本特性−第４部：ＤＢＰ吸収量の求め方」の規定に従って測定した。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
軸芯体１としてＳＵＳ３０４製の芯金にニッケルメッキを施し、さらにプライマー（商品名ＤＹ３５−０５１，東レ・ダウコーニング社製 ）を塗布、焼付けしたものを用いた。ついで、軸芯体１を金型に配置し、以下の組成の付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
【００６７】
（シリコーンゴム組成物）
・液状シリコーンゴム材料（商品名ＳＥ６７２４Ａ／Ｂ，東レ・ダウコーニング社製 ） １００．０質量部
・カーボンブラック（商品名トーカブラック＃７３６０ＳＢ，東海カーボン社製） ３５．０質量部
・シリカ粉体（耐熱性付与剤） ０．２質量部
・白金触媒 ０．１質量部
続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを温度１５０℃、１５分間加硫硬化し、脱型した後、さらに温度１８０℃、１時間加熱し硬化反応を完結させ、弾性層２を軸芯体１の外周に設けた。
【００６８】
表面層の材料として用いるポリウレタンポリオールは次のようにして得た。ポリテトラメチレングリコール（商品名ＰＴＧ１０００ＳＮ，保土谷化学社製）１００質量部に、イソシアネート化合物（商品名ミリオネートＭＴ，日本ポリウレタン工業社製）２３質量部をＭＥＫ溶媒中で段階的に混合した。次に、窒素雰囲気下温度８０℃にて６時間反応させて、重量平均分子量（Ｍｗ）０．１Ｎ／μｍ、水酸基価１８．２のポリウレタンポリオールを得た。
【００６９】
この基体樹脂１００質量部に対し、硬化剤（商品名コロネート２５２１，日本ポリウレタン工業社製）３３．４質量部、カーボンブラック（商品名ＭＡ２３０，三菱化学社製）を樹脂成分に対し３０質量部混合した。次に、総固形分比３０質量％になるようにＭＥＫに溶解、混合し、サンドミルにて均一に分散し、分散液１を得た。
【００７０】
次いで、中空樹脂粒子（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を風力分級機（ＥＪ−Ｌ−３型，日鉄鉱業株式会社製）を用いて分級し、コールターマルチサイザーＩＩ（コールター社製）による測定で体積平均径１．５０μｍとした。この中空樹脂粒子を分散液１に対して３８質量部添加し、攪拌モーターで１０分間攪拌し、表面層形成用塗料１を得た。次にこの表面層形成用塗料を前記弾性層上に浸漬塗工した後乾燥させ、温度１５０℃にて４時間加熱処理することで弾性層外周に表面層を設け、実施例１の現像ローラを得た。
【００７１】
＜画像出力試験方法＞
キヤノン製プリンターＬＢＰ５５００用のプロセスカートリッジ（ＯＰＣ感光ドラムを有し、現像ローラはＯＰＣ感光ドラムを押圧している）について、現像剤規制ブレードを、厚さ８０μｍのＳＵＳ製の現像剤規制ブレードに変えた。また、当該現像剤規制ブレードの現像ローラに対する線圧を０．１５Ｎ／ｃｍとし、この規制ブレードにブレードバイアスを印加できるように改造した。また、現像ローラとして、上記で得た本実施例の現像ローラを組み込んだ。更に、このプロセスカートリッジに、特開２００６−１０６１９８号公報の実施例１に記載された重合方法により製造した体積平均粒径５．５μｍ、形状係数ＳＦ−１が１１４、ＳＦ−２が１０８のマゼンタ現像剤を充填した。こうして画像出力試験用プロセスカートリッジを得た。
【００７２】
キヤノン製プリンターＬＢＰ５５００改造機（規制ブレードにブレードバイアスを印加できるように改造したもの）に、作製した画像出力試験用プロセスカートリッジを組み込んだものを用いた。温度１５℃／湿度９％Ｒｈ（Ｌ／Ｌ環境）、温度３０℃／湿度８０％Ｒｈ（Ｈ／Ｈ環境）の各環境に４０日間放置し、その後各環境で画像出力試験を行った。ここでは、現像バイアスに対して−２００Ｖのブレードバイアスを印加して１％印字率の画像を連続で７０００枚画だし後、１００％印字率の画像を３枚画だしし濃度評価を行った。各環境において、耐久初期、後半にかけて画像濃度低下が抑えられ、良好であった。
【００７３】
画像濃度については、上述の連続３枚画だしした１００％印字率の画像の２枚目を反射式濃度計ＴＣ−６ＤＳ／Ａ（（有）東京電色製）を用いて、反射濃度を測定した。画像上で測定した１０点の算術平均値を画像濃度の値とした。以上の評価結果を表１に示す。また、評価後の現像ローラについてカッターにより厚さ２．５ｍｍの半円状の試験片を図９に示すように任意の場所から１０箇所切り出した。次に切り取った試験片の断面をデジタルマイクロスコープで観察し、表面層中の中空樹脂粒子の粒径を測定した。測定は任意の箇所から樹脂粒子を５０個選び、長径と短径の算術平均値、（長径＋短径）／２を粒径として測定を行ったところ１．５μｍであった。また、ＦＩＢにより中空樹脂粒子部を取り出し、超微小硬度計ＥＮＴ１１００ａ（エリオニクス社製）にて各温度の弾性係数を測定した。各温度での弾性係数は２５℃で０.０００５１、４０℃で０.０００６６であり、弾性係数比は１．３であった。また、上述の半円状の試験片を用い、特定の表面層断面積１１００μｍ2にしめる中空樹脂粒子の面積合計の割合を算出したところ３０％であった。また、上述の粒径から算出した変動係数は１０％であった。また、通常環境における現像ローラのＭＤ１硬度は３０°であり、表面層厚さは１０μｍであった。物性値及び評価結果を表１に示す。
【００７４】
（実施例２）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.６０μｍに分級して添加し、表層厚さを５．０μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例２の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７５】
（実施例３）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.００μｍに分級して添加し、表層厚さを２０．０μｍとし、分散液に対して１５質量部添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例３の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７６】
（実施例４）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.００μｍに分級して、分散液に対して７５質量部添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例４の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７７】
（実施例５）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.６０μｍに分級して、分散液に対して１１質量部添加した以外は実施例１と同様にして実施例５の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７８】
（実施例６）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.３０μｍに分級して添加した以外は実施例２と同様にして実施例６の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００７９】
（実施例７）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を、現像ローラ断面から測定される粒度分布における変動係数が４１％になるように分級して添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例７の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８０】
（実施例８）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を、現像ローラ断面から測定される粒度分布における変動係数が９％になるように分級して添加した。それ以外は実施例１と同様にして実施例８の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８１】
（実施例９）
表面層膜厚を４μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例９の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８２】
（実施例１０）
表面層膜厚を２２μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例１０の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８３】
（比較例１）
中空樹脂粒子として架橋スチレン−アクリル樹脂粒子である（商品名ＳＸ８７８２（Ｐ），ＪＳＲ株式会社製）を個数平均粒径０.２４μｍに分級し、分散液に対して４５質量部添加した以外は実施例１と同様にして比較例１の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８４】
（比較例２）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.０６μｍ、現像ローラ断面から測定される粒度分布における変動係数が４１％になるように分級して添加した。それ以外は実施例１と同様にして比較例２の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８５】
（比較例３）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径１.５０μｍに分級し、分散液に対して４５質量部添加した以外は実施例１と同様にして比較例３の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８６】
（比較例４）
中空樹脂粒子としてアクリル樹脂粒子である（商品名ガンツパール ＧＭＨ−０８５０，ガンツ化成株式会社製）を個数平均粒径３.００μｍに分級し、分散液に対して１５質量部添加した以外は実施例１と同様にして比較例４の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８７】
（比較例５）
中空樹脂粒子として熱膨張型マイクロカプセルである（商品名エクスパンセル ０５４−４０，日本フィライト株式会社製）を個数平均粒経７.１４μｍに分級した以外は実施例３と同様にして比較例５の現像ローラを得た。物性、評価結果を表１に示す。
【００８８】
以下に本発明における評価基準を示す。
【００８９】
＜濃度低下の評価＞
反射式濃度計ＴＣ−６ＤＳ／Ａ（（有）東京電色製）を用いて、反射濃度を測定した。画像上で測定した１０点の算術平均値を画像濃度の値とした。
【００９０】
下記式により耐久初期、連続７０００枚画だし後の画像濃度差を求め、下記基準で評価した。
【００９１】
画像濃度差＝耐久初期濃度−連続７０００枚画だし後の濃度
Ａ ：０．０５未満
Ｂ ：±０．０５以上０．１０未満
Ｃ ：±０．１０以上０．２０以下
Ｄ ：０．２０超
＜カブリの評価＞
本発明における、各環境の耐久初期、耐久後において形成された画質上の問題の有無を判断した。その判断に基づき、下記の基準で評価した。
【００９２】
Ａ：肉眼では確認されず良好なもの
Ｂ：カブリが少なく画像上問題がないもの
Ｃ：ひどいカブリが確認されるもの
【００９３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の現像ローラと規制ブレードの取り込み面積αを示す概略図である。
【図２】本発明の現像ローラの一例を示す概念図である。
【図３】本発明の現像ローラの一例の断面を示す概念図である。
【図４】本発明の現像ローラの表面層断面の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の中空樹脂粒子を示す概念図である。
【図６】本発明の画像形成装置の一例を示す概略図である。
【図７】本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略図である。
【図８】本発明の微小硬度測定法を示す概念図である。
【図９】本発明の現像ローラ試験片を示す概念図である。
【図１０】本発明の現像ローラの電気抵抗を測定する装置の概略図である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 軸体
２ 導電性弾性層
３ 表面層
４ プロセスカートリッジ
５ 感光ドラム
６ 現像ローラ
７ 現像剤塗布部材
８ 現像剤
９ 規制ブレード
１０ 現像装置
１１ レーザー光
１２ 帯電部材
１３ 廃現像剤容器
１４ クリーニングブレード
１５ 定着装置
１６ 駆動ローラ
１７ 転写ローラ
１８ バイアス電源
１９ テンションローラ
２０ 転写搬送ベルト
２１ 従動ローラ
２２ 記録材
２３ 給紙ローラ
２４ 吸着ローラ
２５ 金属ローラ
２６ 中空樹脂粒子
２７ 平板圧子
２８ 試料台
２９ 外殻
３０ 空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯体と、弾性層と、中空樹脂粒子を含有している表面層とを有する現像ローラにおいて、
該中空樹脂粒子は、
その個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、
温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であり、
該弾性係数Ａと、温度４０℃での弾性係数Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であり、
該表面層の径方向の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下であることを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
該中空樹脂粒子の個数平均粒径が０．６μｍ以上１．５μｍ以下である請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】
該表面層断面における該中空樹脂粒子の粒度分布の変動係数が１０％以上４０％以下である請求項１または２に記載の現像ローラ。
【請求項４】
該現像ローラの環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨにおけるＭＤ１硬度が３０°以上４０°以下である請求項１乃至３の何れかに記載の現像ローラ。
【請求項５】
該表面層の厚さが５μｍ以上２０μｍ以下である請求項１乃至４の何れかに記載の現像ローラ。
【請求項６】
該表面層が導電性付与剤を含有する請求項１乃至５の何れかに記載の現像ローラ。
【請求項７】
一成分乾式現像剤と、請求項１乃至６の何れかに記載の現像ローラと、現像ローラ上の現像剤量を制御する現像ブレードとを少なくとも有することを特徴とする現像装置。
【請求項８】
該現像剤の体積平均粒径が３．０μｍ以上６．５μｍ以下である請求項７に記載の現像装置。
【請求項９】
該現像ブレードにバイアスを印加する機構を有する請求項７または８のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１０】
電子写真用画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジにおいて、請求項１乃至６のいずれかに記載の現像ローラを具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
潜像を担持し得る感光体と、
該感光体に対向した状態でトナーを担持し得る請求項１乃至７のいずれかに記載の現像ローラとを備え、該現像ローラが該感光体に該トナーを付与することにより該潜像を現像するものであることを特徴とする電子写真用画像形成装置。
【請求項１】
軸芯体と、弾性層と、中空樹脂粒子を含有している表面層とを有する現像ローラにおいて、
該中空樹脂粒子は、
その個数平均粒径が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、
温度２５℃での弾性係数Ａが３．０×１０-4Ｎ／μｍ以上０．１Ｎ／μｍ以下であり、
該弾性係数Ａと、温度４０℃での弾性係数Ｂの比（Ｂ／Ａ）が１．１以上１．６以下であり、
該表面層の径方向の断面における該中空樹脂粒子の断面積の総和の、該表面層の断面の単位面積１１００μｍ2に占める割合が１０％以上５０％以下であることを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
該中空樹脂粒子の個数平均粒径が０．６μｍ以上１．５μｍ以下である請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】
該表面層断面における該中空樹脂粒子の粒度分布の変動係数が１０％以上４０％以下である請求項１または２に記載の現像ローラ。
【請求項４】
該現像ローラの環境温度２３℃、湿度５５％ＲＨにおけるＭＤ１硬度が３０°以上４０°以下である請求項１乃至３の何れかに記載の現像ローラ。
【請求項５】
該表面層の厚さが５μｍ以上２０μｍ以下である請求項１乃至４の何れかに記載の現像ローラ。
【請求項６】
該表面層が導電性付与剤を含有する請求項１乃至５の何れかに記載の現像ローラ。
【請求項７】
一成分乾式現像剤と、請求項１乃至６の何れかに記載の現像ローラと、現像ローラ上の現像剤量を制御する現像ブレードとを少なくとも有することを特徴とする現像装置。
【請求項８】
該現像剤の体積平均粒径が３．０μｍ以上６．５μｍ以下である請求項７に記載の現像装置。
【請求項９】
該現像ブレードにバイアスを印加する機構を有する請求項７または８のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１０】
電子写真用画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジにおいて、請求項１乃至６のいずれかに記載の現像ローラを具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
潜像を担持し得る感光体と、
該感光体に対向した状態でトナーを担持し得る請求項１乃至７のいずれかに記載の現像ローラとを備え、該現像ローラが該感光体に該トナーを付与することにより該潜像を現像するものであることを特徴とする電子写真用画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１５６９１５（Ｐ２０１０−１５６９１５Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４（Ｐ２００９−１９４）
【出願日】平成２１年１月５日（２００９．１．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月５日（２００９．１．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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