現像装置および現像剤担持体
【課題】低温低湿環境下における、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し良好な画像を形成することができるとともに、長期の使用にわたって画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する優れた現像特性を備え、常に高画質の画像を形成することが可能な現像装置を提供すること。
【解決手段】現像スリーブにおける外周表面の面粗さを、二乗平均平方根傾斜：Δｑと算術平均粗さ：Ｒａで規定し、Δｑの値は、０．０９≦Δｑ≦０．１３、Ｒａの値は、０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍとする。
【解決手段】現像スリーブにおける外周表面の面粗さを、二乗平均平方根傾斜：Δｑと算術平均粗さ：Ｒａで規定し、Δｑの値は、０．０９≦Δｑ≦０．１３、Ｒａの値は、０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤を担持して搬送する現像剤担持体を備えた現像装置および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用した複写機やプリンタにおいては、静電潜像担持体として設けられたドラム状の電子写真感光体、すなわち感光ドラムの表面に形成した潜像を現像装置から供給される一成分系現像剤である磁性トナーにより現像し顕像化することが行われている。このような現像装置では、トナー粒子相互の摩擦、現像剤層厚規制部材（現像ブレード）による摩擦、および現像剤担持体（現像スリーブ）と磁性トナー粒子との摩擦等によって、感光ドラム上に形成された静電像電荷とは逆極性の電荷を磁性トナー粒子に与える。そして、その磁性トナーを現像スリーブ上に極めて薄く層状に形成して感光ドラムと現像スリーブで形成される現像領域まで搬送する。その後、現像領域において、現像スリーブ内に固定された磁石による磁界の作用によってトナーを感光ドラム側に飛翔させる。
【０００３】
このような現像装置に用いられている現像剤担持体（現像スリーブ）として、従来から少なくとも樹脂およびグラファイトを含有するカーボンや樹脂等からなる塗料を円筒管の外周表面にコーティング（塗布）した構成を有するものが知られている。このような構成の現像スリーブによれば、外周表面にカーボンなどの塗料のコーティングをすることで、外周表面が適度に削れていくことによって、現像剤や外添剤による汚染を防止することが可能となる。
【０００４】
一方特許文献１には、現像剤層厚規制部材と現像剤担時体との当接部に磁性トナーが部分的に凝集、固着するのを防ぐため、現像剤担時体の外周表面の表面粗さ（凹凸の相対負荷長さｔｐ値、算術平均高さＲａ値）を適宜の範囲に規定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においても、現像剤層厚規制部材と現像剤担持体の当接および近接によって、薄層化および均一化されずに現像剤の層形成不良によるブロッチが発生した。このブロッチは、現像剤の摩擦帯電量が大きくなりがちな低温低湿環境下において顕著に発生しやすい。
【０００７】
そこで本発明は、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのため本発明の現像剤担持体は、現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体において、前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の現像装置は、現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体を備え、前記現像剤によって画像を形成する現像装置において、
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば現像剤担持体は、現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができる。
【００１１】
また、本発明によれば現像装置は、現像剤担持体における現像剤を担持する面の表面粗さを、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態を適用可能な電子写真方式を採用した画像形成装置の概略構成を示した図である。
【図２】算術平均粗さ：Ｒａを説明するための図である。
【図３】二乗平均平方根傾斜：Δｑを説明するための図である。
【図４】（ａ）から（ｃ）は、現像スリーブ外周表面形状の一部を拡大して模式的に示した拡大断面図である。
【図５】現像スリーブの外周表面における面粗度（Ｒａ値およびΔｑ値）と、その際の層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。
【図６】図５に示した検証よりも、面粗度を高く設定した場合の、面粗度に対する層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。
【図７】二乗平均平方根傾斜：Δｑと、算術平均粗さ：Ｒａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。
【図８】二乗平均平方根傾斜：Δｑと、算術平均粗さ：Ｒａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態を適用可能な電子写真方式を採用した画像形成装置の概略構成を示した図である。静電潜像担持体としての感光ドラム１は、例えば矢印ａの方向に１００〜３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって回転駆動されるように構成されている。感光ドラム１の周辺には、回転方向（矢印ａ方向）に沿って順に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５およびクリーニング装置６が環状をなすように配置されている。帯電装置２は、例えば周知の帯電ローラなどからなるものであり、感光ドラム１の外周表面を所定電位に均一に帯電する機能を備えている。また帯電装置２は、帯電バイアス印加電源（帯電部材用電源）２ａを備えており、帯電バイアス印加電源２ａから帯電装置２の芯金２ｂに所定のバイアス電圧が印加されることで感光ドラム１の外周表面が接触帯電方式で所定の極性・電位に一様に帯電処理される。なお、本実施形態における帯電バイアス印加電源２ａは、交流電圧のバイアス電圧（ＡＣ＋ＤＣ）を帯電装置２に印加するＡＣ印加方式が採用されている。この方式では直流電圧成分として−７５０Ｖの電圧、交流電流成分として１２００Ｈｚの周波数、１１００μＡの電流を帯電装置２に印加することで、感光ドラム１の外周表面電位（帯電電位、暗電位）として−６００Ｖを得るようになっている。
【００１４】
また、露光装置３は、具体的な構成図は省略するが、例えばレーザ光などを記録すべき画像の画像データに応じてＯＮ／ＯＦＦする周知のレーザスキャナ等からなるものである。これは、上述したように帯電装置２により均一帯電された感光ドラム１の外周表面が、露光装置３から画像信号に従って出射されるレーザで露光されることによって感光ドラム１の外周表面に静電潜像が形成される（露光された部分は、Ｖｌ＝−２００Ｖとなる）。感光ドラム１の外周表面に形成される静電潜像を現像する現像装置４は、現像容器である現像ホッパ４ａを有しており、その現像ホッパ４ａ内部には、静電潜像担持体である感光ドラム１に対向して配置される現像剤担持体である現像スリーブ４ｂが設けられている。この現像スリーブ４ｂの内部には、磁界発生手段としてマグネットロール４ｃが固定配置されているとともに、現像スリーブ４ｂの外周表面側には、現像ブレードユニット１０に現像剤層厚規制部材として設けられた現像ブレード１０ａが設けられている。そして、現像ホッパ４ａに設けられたトナー補給口４ｄより、静電潜像を可視化するための磁性現像剤Ｔが投入されて現像ホッパ４ａ内に収容される構成になされている。
【００１５】
本実施形態における磁性現像剤Ｔとしては、負帯電性磁性１成分トナー（以下、単にトナーという）が用いられている。そのトナーは、例えば、結着樹脂としてスチレンｎ一ブチルアクリレート共重合体１００重量部に、磁性体粒子８０重量部、モノアゾ系鉄錯体の負荷電制御剤２部、ワックスとして低分子量ポリプロピレン３部を１４０℃に加熱された２軸エクストルーダーで溶融混錬し、冷却した混錬物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均径５．０μｍの分級粉を得た後、体積平均拉径５．０μｍの分級品に疎水性シリカ微粉体１．０重量部をヘンシェルミキサーで混合したものが採用される。
【００１６】
トナーの定着性の指標であるメルトインデックス（ＭＩ）は、２０ｇ／１０ｍｉｎに設定されている。なお、そのときのメルトインデックス（ＭＩ）の測定は、ＪＩＳ−Ｋ７２１０に記載された装置（熱可塑性プラスチックの流れ試験方法に用いる装置）を用いて行う。その際の条件は、測定温度：１２５℃、荷重：５ｋｇ、試料充填量：５−１０ｇとして手動切り取り法で測定したものであり、そのときの測定値は１０分値に換算したものである。また、トナーの平均粒径の測定には、コールターマルチサイザーＩＩ型（コールター社製）を使用して行った。また、本実施形態の現像装置４に用いられるトナーとしては、ＭＩ３〜３０ｇ／１０ｍｉｎ、体積平均粒径８．０〜９．６μｍの範囲のものを採用することが可能である。一方、感光ドラム１と対向して配置されている現像スリーブ４ｂは、内部に多極永久磁石からなるマグネットロール４ｃが回転しないよう固定されているとともに、トナーＴを外周表面に薄い層状に担持しながら矢印ｂ方向に回転駆動されるように構成されている。また、その現像スリーブ４ｂと感光ドラム１とは、両部材の間隔が最近接位置で３００μｍのギャップを保って対向するように配置されている。このような現像スリーブ４ｂの外周表面には、後述する導電性微粒子を含有した被膜層４ｅが、約０．５μｍ〜３０μｍの厚さに形成されている。この被膜層４ｅの構造は、本願発明の要部となるものであるので後段において詳細に説明する。
【００１７】
さらに、上述した現像スリーブ４ｂの外周表面には、現像ブレードユニット１０に設けられた板状の現像ブレード（現像剤量規制部材）１０ａが、現像スリーブ４ｂの外周表面上の薄層状トナーＴを介して近接するように配置されている。この現像ブレード１０ａの自由端部分が、上述した現像スリーブ４ｂの外周表面の所定位置に近接されることによって、現像スリーブ４ｂの回転方向下流側の外周表面上に均一な厚さのトナー層が薄層状に形成される。このとき薄層状トナーＴは、現像スリーブ４ｂと距離Ｗの間隔を開けて配置された磁性ブレード１０ａにより規制されて、現像スリーブ４ｂ上にトナー薄層に塗布される。距離Ｗは、一般に１００μｍ〜１ｍｍの範囲に設定されることが多い。このような条件での現像スリーブ４ｂ上のトナー量（トナーコート量）Ｗは、約１．５０（ｍｇ／ｃｍ２）となった。また、上記構成を有する現像装置４によって感光ドラム１の外周表面の静電潜像を現像するにあたっては、上述した現像スリーブ４ｂに対して、直流に交流を重畳した交互電圧がバイアス電源（不図示）から印加される。そして、その現像スリーブ４ｂと感光ドラム１との間に形成される現像電界によって静電潜像の現像が実行される。
【００１８】
本実施形態では、現像スリーブ４ｂに対して、直流電圧に、ＡＣを重畳した現像バイアスを印加され、現像装置４により負帯電性トナーで反転現像することによって感光ドラム１上の静電潜像が現像されるようになっている。
【００１９】
一方、転写装置５は、上述した感光ドラム１に当接した転写ローラ５ａと、その転写ローラ５ａに正極性で所定電圧の転写電圧を印加する不図示の転写電源とから構成されている。転写ローラ５ａは、導電性芯金５ｂの外周表面を円筒状のスポンジ層で囲繞した（取り囲んだ）もので、そのスポンジ層としては、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、ＮＢＲ等を発泡加硫させたものが採用されており導電性を持たせている。この転写ローラ５ａのスポンジ部の外径は、例えばφ１６．０ｍｍに設定されている。
【００２０】
転写装置５は、感光ドラム１に並行に配置して不図示の押圧手段で感光ドラム１に対して所定の押圧力をもって圧接させられているが、本実施形態の場合は、感光ドラム１の回転駆動に伴って反時計方向に従動回転されるように構成されている。そして本実施形態では、これら感光ドラム１と転写ローラ５ａとの圧接ニップ部が転写部位となる。不図示の給紙部から給紙された転写材Ｐは、所定のタイミングに合わせて感光ドラム１と転写ローラ５ａの圧接ニップ部である転写部位に給送される。すなわち、回転する感光ドラム１の外周表面上に形成されたトナー画像の先端部が転写部位に到達したとき、転写材Ｐの先端部も丁度転写部位に到達するタイミングにて転写材Ｐが転写部位に給送される。転写部位に給送された転写材Ｐは、その外周表面が感光ドラム１に密着して転写装置５に挟持搬送されていく。転写部位に転写材Ｐの先端部が到達してから後端部が転写部位を抜け出るまでの間、転写ローラ５ａの芯金５ｂには転写バイアス印加電源（転写部材用電源）からトナーと逆極性の所定の直流バイアスが転写バイアスとして印加される。本実施形態では＋７μＡのＤＣ定電流が印加される。
【００２１】
転写材Ｐが転写部位を挟持搬送されていく過程において、転写ローラ５ａによって形成される転写電界の作用と転写部位における押圧力により、感光ドラム１側のトナー画像が転写材Ｐ側に順次に転写されていく。そして、転写部位を通過し、感光ドラム１面から分離された転写材Ｐは、不図示の定着装置へ搬送されてトナー画像が定着され、その後、装置本体外部に排出されるか、または、裏面にも像形成するものであれば転写部位への再搬送手段へ搬送される。
【００２２】
転写が完了し、転写材が分離した後の感光ドラム１の外周表面は、転写材Ｐに転写されずに感光ドラム１面に残ったトナー（転写残りトナー）や紙粉等の残留付着汚染物の除去のためクリーニング装置６のクリーニングブレード（不図示）で清浄面化される。なお、本実施形態においては、帯電ローラ２および転写装置５が感光ドラム１に従動回転されているが、それぞれギア等をとりつけてモータ等の駆動手段により強制駆動してもよい。
【００２３】
次に、本発明の要部である現像装置４の現像スリーブ（現像剤担持体）４ｂの構造について詳細に説明する。現像装置４が起動して現像スリーブ４ｂが矢印ｂの方向に回転すると、現像容器（現像剤収納室）としての現像ホッパ４ａ内でトナーＴどうしまたは現像スリーブ４ｂの外周表面とトナーＴの接触摩擦によって、負極性の電荷がトナーＴに与えられる。そして、現像ブレード１０ａによって薄層状になされたトナーＴが感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとで形成される現像領域に搬送される。現像領域でのトナー層の厚みは感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの間隙よりも薄く、いわゆる非接触現像が行なわれる。ここで、前述したように現像スリーブ４ｂの外周表面は、導電性微粒子を含有した被膜層４ｅが、約０．５μｍ〜３０μｍの厚さとなるように形成されている。その被膜層４ｅとしては、被膜形成高分子材料（樹脂）に導電性微粒子が含まれたものが使用されており、そのときの導電性微粒子は、結晶性グラファイト、または結晶性グラファイトとカーボン微粒子であることが好ましい。さらに、被膜形成高分子材料としては、熱可塑性樹脂（例えばスチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、繊維素系樹脂、アクリル系樹脂等）、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂等）、あるいは光硬化性樹脂等を使用することができる。中でも、シリコン樹脂、フッ素樹脂のような離型性のあるもの、あるいはポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリアミド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、スチレン系樹脂のような機械的性質に優れたものがより好ましい。
【００２４】
ここで、本願発明の解決すべき課題である「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」について説明する。現像剤の層形成不良におけるブロッチが発生したときの現像スリーブ４ｂの外周表面を、本願発明者が詳しく観察してみると、現像スリーブ４ｂの外周表面に近接しているニップ部（以下、ブレードニップ部という）でトナーが層形成不良を起こし波状形状を示した。そして、そのとき現像スリーブ４ｂ上のトナー帯電量（以下、「トリボ」という。）を測定してみると、正常な場合と比べて高い値であることが分かった。すなわち、正常に帯電されたトナー以外で、部分的に帯電が過剰に行なわれたトナーは、静電気的鏡像力により現像スリーブ４ｂに付着し易くなる。また、ブレードニップ部において帯電過剰トナーと通常帯電量トナー間で静電的な凝集が起こり、トナー層の円滑な形成が阻害されたと考えられる。
【００２５】
この現象は、トナーが小粒径化するほど単位体積あたりの表面積は増加し、トナーの帯電可能な表面積が増加すること、およびその小粒径のトナーに対する現像スリーブの拘束力が弱く所定位置から動いてしまう事が原因であると考えられる。これによって、「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」が発生すると考えた。
【００２６】
そこで本願発明者は以下の知見を得た。つまり、このような「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」の発生を防止するためには、トナーを十分に拘束・確保することが必要であり、そのために現像スリーブに所定範囲の凹凸形状を設けることが必要であると考えた。そしてこれらの凹凸は、トナーが凝集し難い凹凸形状にするために、トナーに対する十分な拘束力を備えていなければならない。
【００２７】
そこで、十分な拘束力を備えた凹凸を検証するに当たり、表面粗さを規定する複数のパラメータについて確認を行った。確認を行ったパラメータは最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚ、負荷長さ率ｔｐ、凹凸の平均間隔Ｓｍ、展開長さ率ｌｒ、二乗平均平方根傾斜Δｑであり、これらの各パラメータを算術平均粗さＲａと組み合わせてブロッチの発生を確認した。その結果、ブロッチの発生に最も影響を与えるのは、凹凸の微小範囲における傾斜の標準偏差である二乗平均平方根傾斜Δｑであることがわかった。つまり、凹凸形状における夫々の微小部分の傾斜が急峻になると、現像スリーブにトナーが確保され移動が規制されることから、所定の位置に残留し易くなるとの知見を得た。そこで、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａとで凹凸形状を規定することで、効果的にブロッチの発生を抑制できると考えた。
【００２８】
（二乗平均平方根傾斜および算術平均粗さ）
ここで、算術平均粗さＲａと二乗平均平方根傾斜Δｑについて説明する。
図２は、算術平均粗さＲａを説明するための図であり、図３は、二乗平均平方根傾斜Δｑを説明するための図である。算術平均粗さＲａは図２に示される様に基準長さＬにおいて、
【００２９】
【数１】
【００３０】
と定義されるものであり、凹凸形状の基準長さＬにおけるf(x)の絶対値の平均を表している。
【００３１】
また、二乗平均平方根傾斜Δｑは、図３に示されるように基準長さＬにおいて、
【００３２】
【数２】
【００３３】
と定義されるものであり、凹凸形状の局部傾斜d|f(x)|/dxの二乗平均平方根傾斜を表している。
【００３４】
図４（ａ）から（ｃ）は、現像スリーブ外周表面形状の一部を拡大して模式的に示した拡大断面図である。図４（ａ）と図４（ｂ）とは、同じ二乗平均平方根傾斜Δｑであるが、図４（ｂ）の方が算術平均粗さＲａが大きくなっており凹凸形状が異なる。また、図４（ａ）と図４（ｃ）とでは、算術平均粗さＲａは同じであるが、図４（ｃ）は図４（ａ）より二乗平均平方根傾斜Δｑが小さい。
【００３５】
二乗平均平方根傾斜Δｑは、図３に示されている様に基準長さＬに対する局所傾斜である。図４（ａ）、（ｂ）においては二乗平均平方根傾斜Δｑが同じであるので局所傾斜の標準偏差は等しいが、図４（ａ）の凹凸は、図４（ｂ）の凹凸と比較して算術平均粗さＲａが小さいので微小な傾斜谷部を持っている。また、図４（ｃ）の様な凹凸形状では、図４（ａ）より二乗平均平方根傾斜Δｑが小さく、傾斜の標準偏差が小さいので、起伏谷部が画一的であり、より鏡面状態に近い表面形状である。
【００３６】
このような、算術平均粗さ：Ｒａと二乗平均平方根傾斜Δｑとで凹凸形状を規定するにあたり、凹凸形状と現像剤（トナー）の層形成不良によるブロッチの発生との関係について評価を行った。なおこの評価において、ブロッチは発生しないものの、現像スリーブの外周表面とトナーの接触摩擦によるトリボが十分に得られず高画質を維持できなかった結果については画質劣化と表記した。
【００３７】
図５は、現像スリーブ４ｂの外周表面における面粗度（Ｒａ値およびΔｑ値）と、その際の層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。検証Ｉと検証ＩＩとを比較してみると、算術平均粗さＲａは同じであるが、二乗平均平方根傾斜Δｑの値によって層形成不良によるブロッチの発生に差が見られることが判る。また、検証ＩＩと検証ＩＩＩとから、二乗平均平方根傾斜Δｑは同じでも、算術平均粗さＲａの値によっても層形成不良によるブロッチの発生に差が見られることが判る。
【００３８】
図６は、図５に示した検証よりも、面粗度を高く設定した場合の、面粗度に対する層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。検証ＩＶと検証Ｖから同値のＲａ値でもΔｑ値の違いにより、現像剤の層形成不良によるブロッチは発生しないもののトリボが十分に得られず出力した画像の劣化が見受けられた。また、検証Ｖと検証ＶＩから同値のΔｑであっても、Ｒａの違いによってトリボが十分に得られず出力した画像の劣化が見受けられた。
【００３９】
これらの検証により現像剤の層形成不良によるブロッチは、算術平均粗さＲａが良好な画質を得られるのに十分な範囲であっても二乗平均平方根傾斜Δｑが小さい図４（ｃ）の様な外周表面の凹凸形状において顕著に発生することが明らかになった。これは図４（ｃ）の様な、外周表面における凹凸形状の起伏傾斜が小さく鏡面状態に近いことで、現像スリーブに担時されるトナー量を減少させ、単位重量あたりのトナー帯電量が増加し、それによって微粉トナーがより多くの電荷を蓄えることが原因と考えられる。しかし、図４（ｃ）は、過剰帯電トナーとなった微粉トナーを保持する微小部分の傾斜をもつ起伏谷部を備えていないために、通常トナーとの間に静電的な凝集が起こり、層形成不良を発生させると推測される。一方、微小部分の傾斜をもつ起伏谷部を持っていれば良好な画質を得られる帯電量を持ったトナーを十分保持できるので層形成不良が発生しないと推測される。
【００４０】
ここで、層形成不良が発生しない最適な領域を見つけるべく、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａの値を振って、各値における層形成状態および画像状態の確認を行った。
【００４１】
図７は、上記の検証に基づいて、二乗平均平方根傾斜Δｑと、算術平均粗さＲａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。同表における横軸は二乗平均平方根傾斜Δｑ、縦軸が算術平均粗さＲａとなっている。このグラフにおいて、トナーの層形成不良によるブロッチが発生しないものは○、発生するものは×とし、現像剤の層形成不良によるブロッチは発生しないものの出力した画像が劣化するものは△とした。なお、ここでは体積平均粒径が９．６μｍのトナーを用いて確認を行った。
【００４２】
また図８は、トナーの平均粒径を小さくし、体積平均粒径８．０μｍのトナーを用いた場合における二乗平均平方根傾斜Δｑと、算術平均粗さＲａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。
【００４３】
これらのグラフより、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａの適正範囲が、Δｑは、０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲で、Ｒａは、０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生を抑制できることが判った。また、この時の現像スリーブ上における現像剤の単位重量あたりの帯電量Ｑ／Ｍは、−２０μＣ／ｇ≦Ｑ／Ｍ≦―３μＣ／ｇの範囲であり、単位面積あたりのコート量Ｍ／Ｓは、０．５ｍｇ／ｃｍ-2≦Ｍ／Ｓ≦２．５ｍｇ／ｃｍ-2の範囲であった。
【００４４】
なお、ブロッチの発生は抑制することができたが、トナーの凝集については、目視で認識できない範囲では発生していると考えられ、その発生率が極めて少なくなっていると考えられる。また、この検証で用いたトナーの粒径の分布は、今日電子写真による画像形成で用いられるトナーの粒径のほぼ全てを含む分布である。
【００４５】
（現像スリーブの作製）
以下、本実施形態を適用可能な現像スリーブの作製方法の一例を挙げて説明するが本発明はこれに限定されるものではない。現像スリーブ４ｂの元素材として形成したアルミニウム製の円筒管（スリーブ）の外周表面上に、以下のようにして作製した被膜層を均一にコーティングすることで形成した。
フェノール樹脂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１００重量部
グラファイト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８０重量部
カーボンブラック・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２０重量部
粗し粒子（５μｍ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１５重量部
荷電制御剤（ＣＡ剤）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５重量部
【００４６】
以上のように処方されたコート材をメタノール／ブタノール（１：１）混合溶媒２５０重量部中にサンドミルを用いて分散混合して塗料化する。そして、これをエアスプレー法にてアルミニウム製の円筒管（スリーブ）の外周表面上に１０μｍの膜厚となるように均一に被膜層４ｅを形成し、それを乾燥して現像スリーブ４ｂとした。そして、上述したようにして形成した現像スリーブ４ｂの外周表面の面粗度を、表面粗度計（小坂研究所製、サーフコーダーＳＥ−３０Ｈ型）を使用して測定した。そのときの測定は、カットオフ０．８ｍｍ、測定距離８．０ｍｍ、送り速度０．５ｍｍ／ｓｅｃにて行なうこととし、各６回測定の値の平均値を取ることにより表記した。
【００４７】
このようにして作製した現像スリーブを用いて、気温１５℃、湿度１０％ＲＨの環境下にて現像を行う。
【００４８】
このように、現像スリーブにおける外周表面の面粗さを、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａで規定し、Δｑの値は、０．０９≦Δｑ≦０．１３、Ｒａの値は、０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍとする。このように形成された現像スリーブを用いた現像装置を作製する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができた。
【符号の説明】
【００４９】
１ 感光ドラム
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤を担持して搬送する現像剤担持体を備えた現像装置および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を採用した複写機やプリンタにおいては、静電潜像担持体として設けられたドラム状の電子写真感光体、すなわち感光ドラムの表面に形成した潜像を現像装置から供給される一成分系現像剤である磁性トナーにより現像し顕像化することが行われている。このような現像装置では、トナー粒子相互の摩擦、現像剤層厚規制部材（現像ブレード）による摩擦、および現像剤担持体（現像スリーブ）と磁性トナー粒子との摩擦等によって、感光ドラム上に形成された静電像電荷とは逆極性の電荷を磁性トナー粒子に与える。そして、その磁性トナーを現像スリーブ上に極めて薄く層状に形成して感光ドラムと現像スリーブで形成される現像領域まで搬送する。その後、現像領域において、現像スリーブ内に固定された磁石による磁界の作用によってトナーを感光ドラム側に飛翔させる。
【０００３】
このような現像装置に用いられている現像剤担持体（現像スリーブ）として、従来から少なくとも樹脂およびグラファイトを含有するカーボンや樹脂等からなる塗料を円筒管の外周表面にコーティング（塗布）した構成を有するものが知られている。このような構成の現像スリーブによれば、外周表面にカーボンなどの塗料のコーティングをすることで、外周表面が適度に削れていくことによって、現像剤や外添剤による汚染を防止することが可能となる。
【０００４】
一方特許文献１には、現像剤層厚規制部材と現像剤担時体との当接部に磁性トナーが部分的に凝集、固着するのを防ぐため、現像剤担時体の外周表面の表面粗さ（凹凸の相対負荷長さｔｐ値、算術平均高さＲａ値）を適宜の範囲に規定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においても、現像剤層厚規制部材と現像剤担持体の当接および近接によって、薄層化および均一化されずに現像剤の層形成不良によるブロッチが発生した。このブロッチは、現像剤の摩擦帯電量が大きくなりがちな低温低湿環境下において顕著に発生しやすい。
【０００７】
そこで本発明は、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのため本発明の現像剤担持体は、現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体において、前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の現像装置は、現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体を備え、前記現像剤によって画像を形成する現像装置において、
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば現像剤担持体は、現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができる。
【００１１】
また、本発明によれば現像装置は、現像剤担持体における現像剤を担持する面の表面粗さを、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態を適用可能な電子写真方式を採用した画像形成装置の概略構成を示した図である。
【図２】算術平均粗さ：Ｒａを説明するための図である。
【図３】二乗平均平方根傾斜：Δｑを説明するための図である。
【図４】（ａ）から（ｃ）は、現像スリーブ外周表面形状の一部を拡大して模式的に示した拡大断面図である。
【図５】現像スリーブの外周表面における面粗度（Ｒａ値およびΔｑ値）と、その際の層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。
【図６】図５に示した検証よりも、面粗度を高く設定した場合の、面粗度に対する層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。
【図７】二乗平均平方根傾斜：Δｑと、算術平均粗さ：Ｒａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。
【図８】二乗平均平方根傾斜：Δｑと、算術平均粗さ：Ｒａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態を適用可能な電子写真方式を採用した画像形成装置の概略構成を示した図である。静電潜像担持体としての感光ドラム１は、例えば矢印ａの方向に１００〜３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって回転駆動されるように構成されている。感光ドラム１の周辺には、回転方向（矢印ａ方向）に沿って順に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５およびクリーニング装置６が環状をなすように配置されている。帯電装置２は、例えば周知の帯電ローラなどからなるものであり、感光ドラム１の外周表面を所定電位に均一に帯電する機能を備えている。また帯電装置２は、帯電バイアス印加電源（帯電部材用電源）２ａを備えており、帯電バイアス印加電源２ａから帯電装置２の芯金２ｂに所定のバイアス電圧が印加されることで感光ドラム１の外周表面が接触帯電方式で所定の極性・電位に一様に帯電処理される。なお、本実施形態における帯電バイアス印加電源２ａは、交流電圧のバイアス電圧（ＡＣ＋ＤＣ）を帯電装置２に印加するＡＣ印加方式が採用されている。この方式では直流電圧成分として−７５０Ｖの電圧、交流電流成分として１２００Ｈｚの周波数、１１００μＡの電流を帯電装置２に印加することで、感光ドラム１の外周表面電位（帯電電位、暗電位）として−６００Ｖを得るようになっている。
【００１４】
また、露光装置３は、具体的な構成図は省略するが、例えばレーザ光などを記録すべき画像の画像データに応じてＯＮ／ＯＦＦする周知のレーザスキャナ等からなるものである。これは、上述したように帯電装置２により均一帯電された感光ドラム１の外周表面が、露光装置３から画像信号に従って出射されるレーザで露光されることによって感光ドラム１の外周表面に静電潜像が形成される（露光された部分は、Ｖｌ＝−２００Ｖとなる）。感光ドラム１の外周表面に形成される静電潜像を現像する現像装置４は、現像容器である現像ホッパ４ａを有しており、その現像ホッパ４ａ内部には、静電潜像担持体である感光ドラム１に対向して配置される現像剤担持体である現像スリーブ４ｂが設けられている。この現像スリーブ４ｂの内部には、磁界発生手段としてマグネットロール４ｃが固定配置されているとともに、現像スリーブ４ｂの外周表面側には、現像ブレードユニット１０に現像剤層厚規制部材として設けられた現像ブレード１０ａが設けられている。そして、現像ホッパ４ａに設けられたトナー補給口４ｄより、静電潜像を可視化するための磁性現像剤Ｔが投入されて現像ホッパ４ａ内に収容される構成になされている。
【００１５】
本実施形態における磁性現像剤Ｔとしては、負帯電性磁性１成分トナー（以下、単にトナーという）が用いられている。そのトナーは、例えば、結着樹脂としてスチレンｎ一ブチルアクリレート共重合体１００重量部に、磁性体粒子８０重量部、モノアゾ系鉄錯体の負荷電制御剤２部、ワックスとして低分子量ポリプロピレン３部を１４０℃に加熱された２軸エクストルーダーで溶融混錬し、冷却した混錬物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均径５．０μｍの分級粉を得た後、体積平均拉径５．０μｍの分級品に疎水性シリカ微粉体１．０重量部をヘンシェルミキサーで混合したものが採用される。
【００１６】
トナーの定着性の指標であるメルトインデックス（ＭＩ）は、２０ｇ／１０ｍｉｎに設定されている。なお、そのときのメルトインデックス（ＭＩ）の測定は、ＪＩＳ−Ｋ７２１０に記載された装置（熱可塑性プラスチックの流れ試験方法に用いる装置）を用いて行う。その際の条件は、測定温度：１２５℃、荷重：５ｋｇ、試料充填量：５−１０ｇとして手動切り取り法で測定したものであり、そのときの測定値は１０分値に換算したものである。また、トナーの平均粒径の測定には、コールターマルチサイザーＩＩ型（コールター社製）を使用して行った。また、本実施形態の現像装置４に用いられるトナーとしては、ＭＩ３〜３０ｇ／１０ｍｉｎ、体積平均粒径８．０〜９．６μｍの範囲のものを採用することが可能である。一方、感光ドラム１と対向して配置されている現像スリーブ４ｂは、内部に多極永久磁石からなるマグネットロール４ｃが回転しないよう固定されているとともに、トナーＴを外周表面に薄い層状に担持しながら矢印ｂ方向に回転駆動されるように構成されている。また、その現像スリーブ４ｂと感光ドラム１とは、両部材の間隔が最近接位置で３００μｍのギャップを保って対向するように配置されている。このような現像スリーブ４ｂの外周表面には、後述する導電性微粒子を含有した被膜層４ｅが、約０．５μｍ〜３０μｍの厚さに形成されている。この被膜層４ｅの構造は、本願発明の要部となるものであるので後段において詳細に説明する。
【００１７】
さらに、上述した現像スリーブ４ｂの外周表面には、現像ブレードユニット１０に設けられた板状の現像ブレード（現像剤量規制部材）１０ａが、現像スリーブ４ｂの外周表面上の薄層状トナーＴを介して近接するように配置されている。この現像ブレード１０ａの自由端部分が、上述した現像スリーブ４ｂの外周表面の所定位置に近接されることによって、現像スリーブ４ｂの回転方向下流側の外周表面上に均一な厚さのトナー層が薄層状に形成される。このとき薄層状トナーＴは、現像スリーブ４ｂと距離Ｗの間隔を開けて配置された磁性ブレード１０ａにより規制されて、現像スリーブ４ｂ上にトナー薄層に塗布される。距離Ｗは、一般に１００μｍ〜１ｍｍの範囲に設定されることが多い。このような条件での現像スリーブ４ｂ上のトナー量（トナーコート量）Ｗは、約１．５０（ｍｇ／ｃｍ２）となった。また、上記構成を有する現像装置４によって感光ドラム１の外周表面の静電潜像を現像するにあたっては、上述した現像スリーブ４ｂに対して、直流に交流を重畳した交互電圧がバイアス電源（不図示）から印加される。そして、その現像スリーブ４ｂと感光ドラム１との間に形成される現像電界によって静電潜像の現像が実行される。
【００１８】
本実施形態では、現像スリーブ４ｂに対して、直流電圧に、ＡＣを重畳した現像バイアスを印加され、現像装置４により負帯電性トナーで反転現像することによって感光ドラム１上の静電潜像が現像されるようになっている。
【００１９】
一方、転写装置５は、上述した感光ドラム１に当接した転写ローラ５ａと、その転写ローラ５ａに正極性で所定電圧の転写電圧を印加する不図示の転写電源とから構成されている。転写ローラ５ａは、導電性芯金５ｂの外周表面を円筒状のスポンジ層で囲繞した（取り囲んだ）もので、そのスポンジ層としては、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ヒドリンゴム、シリコーンゴム、ＮＢＲ等を発泡加硫させたものが採用されており導電性を持たせている。この転写ローラ５ａのスポンジ部の外径は、例えばφ１６．０ｍｍに設定されている。
【００２０】
転写装置５は、感光ドラム１に並行に配置して不図示の押圧手段で感光ドラム１に対して所定の押圧力をもって圧接させられているが、本実施形態の場合は、感光ドラム１の回転駆動に伴って反時計方向に従動回転されるように構成されている。そして本実施形態では、これら感光ドラム１と転写ローラ５ａとの圧接ニップ部が転写部位となる。不図示の給紙部から給紙された転写材Ｐは、所定のタイミングに合わせて感光ドラム１と転写ローラ５ａの圧接ニップ部である転写部位に給送される。すなわち、回転する感光ドラム１の外周表面上に形成されたトナー画像の先端部が転写部位に到達したとき、転写材Ｐの先端部も丁度転写部位に到達するタイミングにて転写材Ｐが転写部位に給送される。転写部位に給送された転写材Ｐは、その外周表面が感光ドラム１に密着して転写装置５に挟持搬送されていく。転写部位に転写材Ｐの先端部が到達してから後端部が転写部位を抜け出るまでの間、転写ローラ５ａの芯金５ｂには転写バイアス印加電源（転写部材用電源）からトナーと逆極性の所定の直流バイアスが転写バイアスとして印加される。本実施形態では＋７μＡのＤＣ定電流が印加される。
【００２１】
転写材Ｐが転写部位を挟持搬送されていく過程において、転写ローラ５ａによって形成される転写電界の作用と転写部位における押圧力により、感光ドラム１側のトナー画像が転写材Ｐ側に順次に転写されていく。そして、転写部位を通過し、感光ドラム１面から分離された転写材Ｐは、不図示の定着装置へ搬送されてトナー画像が定着され、その後、装置本体外部に排出されるか、または、裏面にも像形成するものであれば転写部位への再搬送手段へ搬送される。
【００２２】
転写が完了し、転写材が分離した後の感光ドラム１の外周表面は、転写材Ｐに転写されずに感光ドラム１面に残ったトナー（転写残りトナー）や紙粉等の残留付着汚染物の除去のためクリーニング装置６のクリーニングブレード（不図示）で清浄面化される。なお、本実施形態においては、帯電ローラ２および転写装置５が感光ドラム１に従動回転されているが、それぞれギア等をとりつけてモータ等の駆動手段により強制駆動してもよい。
【００２３】
次に、本発明の要部である現像装置４の現像スリーブ（現像剤担持体）４ｂの構造について詳細に説明する。現像装置４が起動して現像スリーブ４ｂが矢印ｂの方向に回転すると、現像容器（現像剤収納室）としての現像ホッパ４ａ内でトナーＴどうしまたは現像スリーブ４ｂの外周表面とトナーＴの接触摩擦によって、負極性の電荷がトナーＴに与えられる。そして、現像ブレード１０ａによって薄層状になされたトナーＴが感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとで形成される現像領域に搬送される。現像領域でのトナー層の厚みは感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの間隙よりも薄く、いわゆる非接触現像が行なわれる。ここで、前述したように現像スリーブ４ｂの外周表面は、導電性微粒子を含有した被膜層４ｅが、約０．５μｍ〜３０μｍの厚さとなるように形成されている。その被膜層４ｅとしては、被膜形成高分子材料（樹脂）に導電性微粒子が含まれたものが使用されており、そのときの導電性微粒子は、結晶性グラファイト、または結晶性グラファイトとカーボン微粒子であることが好ましい。さらに、被膜形成高分子材料としては、熱可塑性樹脂（例えばスチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、繊維素系樹脂、アクリル系樹脂等）、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリコン樹脂、ポリイミド樹脂等）、あるいは光硬化性樹脂等を使用することができる。中でも、シリコン樹脂、フッ素樹脂のような離型性のあるもの、あるいはポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリアミド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、スチレン系樹脂のような機械的性質に優れたものがより好ましい。
【００２４】
ここで、本願発明の解決すべき課題である「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」について説明する。現像剤の層形成不良におけるブロッチが発生したときの現像スリーブ４ｂの外周表面を、本願発明者が詳しく観察してみると、現像スリーブ４ｂの外周表面に近接しているニップ部（以下、ブレードニップ部という）でトナーが層形成不良を起こし波状形状を示した。そして、そのとき現像スリーブ４ｂ上のトナー帯電量（以下、「トリボ」という。）を測定してみると、正常な場合と比べて高い値であることが分かった。すなわち、正常に帯電されたトナー以外で、部分的に帯電が過剰に行なわれたトナーは、静電気的鏡像力により現像スリーブ４ｂに付着し易くなる。また、ブレードニップ部において帯電過剰トナーと通常帯電量トナー間で静電的な凝集が起こり、トナー層の円滑な形成が阻害されたと考えられる。
【００２５】
この現象は、トナーが小粒径化するほど単位体積あたりの表面積は増加し、トナーの帯電可能な表面積が増加すること、およびその小粒径のトナーに対する現像スリーブの拘束力が弱く所定位置から動いてしまう事が原因であると考えられる。これによって、「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」が発生すると考えた。
【００２６】
そこで本願発明者は以下の知見を得た。つまり、このような「現像剤の層形成不良におけるブロッチ」の発生を防止するためには、トナーを十分に拘束・確保することが必要であり、そのために現像スリーブに所定範囲の凹凸形状を設けることが必要であると考えた。そしてこれらの凹凸は、トナーが凝集し難い凹凸形状にするために、トナーに対する十分な拘束力を備えていなければならない。
【００２７】
そこで、十分な拘束力を備えた凹凸を検証するに当たり、表面粗さを規定する複数のパラメータについて確認を行った。確認を行ったパラメータは最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚ、負荷長さ率ｔｐ、凹凸の平均間隔Ｓｍ、展開長さ率ｌｒ、二乗平均平方根傾斜Δｑであり、これらの各パラメータを算術平均粗さＲａと組み合わせてブロッチの発生を確認した。その結果、ブロッチの発生に最も影響を与えるのは、凹凸の微小範囲における傾斜の標準偏差である二乗平均平方根傾斜Δｑであることがわかった。つまり、凹凸形状における夫々の微小部分の傾斜が急峻になると、現像スリーブにトナーが確保され移動が規制されることから、所定の位置に残留し易くなるとの知見を得た。そこで、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａとで凹凸形状を規定することで、効果的にブロッチの発生を抑制できると考えた。
【００２８】
（二乗平均平方根傾斜および算術平均粗さ）
ここで、算術平均粗さＲａと二乗平均平方根傾斜Δｑについて説明する。
図２は、算術平均粗さＲａを説明するための図であり、図３は、二乗平均平方根傾斜Δｑを説明するための図である。算術平均粗さＲａは図２に示される様に基準長さＬにおいて、
【００２９】
【数１】
【００３０】
と定義されるものであり、凹凸形状の基準長さＬにおけるf(x)の絶対値の平均を表している。
【００３１】
また、二乗平均平方根傾斜Δｑは、図３に示されるように基準長さＬにおいて、
【００３２】
【数２】
【００３３】
と定義されるものであり、凹凸形状の局部傾斜d|f(x)|/dxの二乗平均平方根傾斜を表している。
【００３４】
図４（ａ）から（ｃ）は、現像スリーブ外周表面形状の一部を拡大して模式的に示した拡大断面図である。図４（ａ）と図４（ｂ）とは、同じ二乗平均平方根傾斜Δｑであるが、図４（ｂ）の方が算術平均粗さＲａが大きくなっており凹凸形状が異なる。また、図４（ａ）と図４（ｃ）とでは、算術平均粗さＲａは同じであるが、図４（ｃ）は図４（ａ）より二乗平均平方根傾斜Δｑが小さい。
【００３５】
二乗平均平方根傾斜Δｑは、図３に示されている様に基準長さＬに対する局所傾斜である。図４（ａ）、（ｂ）においては二乗平均平方根傾斜Δｑが同じであるので局所傾斜の標準偏差は等しいが、図４（ａ）の凹凸は、図４（ｂ）の凹凸と比較して算術平均粗さＲａが小さいので微小な傾斜谷部を持っている。また、図４（ｃ）の様な凹凸形状では、図４（ａ）より二乗平均平方根傾斜Δｑが小さく、傾斜の標準偏差が小さいので、起伏谷部が画一的であり、より鏡面状態に近い表面形状である。
【００３６】
このような、算術平均粗さ：Ｒａと二乗平均平方根傾斜Δｑとで凹凸形状を規定するにあたり、凹凸形状と現像剤（トナー）の層形成不良によるブロッチの発生との関係について評価を行った。なおこの評価において、ブロッチは発生しないものの、現像スリーブの外周表面とトナーの接触摩擦によるトリボが十分に得られず高画質を維持できなかった結果については画質劣化と表記した。
【００３７】
図５は、現像スリーブ４ｂの外周表面における面粗度（Ｒａ値およびΔｑ値）と、その際の層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。検証Ｉと検証ＩＩとを比較してみると、算術平均粗さＲａは同じであるが、二乗平均平方根傾斜Δｑの値によって層形成不良によるブロッチの発生に差が見られることが判る。また、検証ＩＩと検証ＩＩＩとから、二乗平均平方根傾斜Δｑは同じでも、算術平均粗さＲａの値によっても層形成不良によるブロッチの発生に差が見られることが判る。
【００３８】
図６は、図５に示した検証よりも、面粗度を高く設定した場合の、面粗度に対する層形成状態と画質状態の関係を表に示した図である。検証ＩＶと検証Ｖから同値のＲａ値でもΔｑ値の違いにより、現像剤の層形成不良によるブロッチは発生しないもののトリボが十分に得られず出力した画像の劣化が見受けられた。また、検証Ｖと検証ＶＩから同値のΔｑであっても、Ｒａの違いによってトリボが十分に得られず出力した画像の劣化が見受けられた。
【００３９】
これらの検証により現像剤の層形成不良によるブロッチは、算術平均粗さＲａが良好な画質を得られるのに十分な範囲であっても二乗平均平方根傾斜Δｑが小さい図４（ｃ）の様な外周表面の凹凸形状において顕著に発生することが明らかになった。これは図４（ｃ）の様な、外周表面における凹凸形状の起伏傾斜が小さく鏡面状態に近いことで、現像スリーブに担時されるトナー量を減少させ、単位重量あたりのトナー帯電量が増加し、それによって微粉トナーがより多くの電荷を蓄えることが原因と考えられる。しかし、図４（ｃ）は、過剰帯電トナーとなった微粉トナーを保持する微小部分の傾斜をもつ起伏谷部を備えていないために、通常トナーとの間に静電的な凝集が起こり、層形成不良を発生させると推測される。一方、微小部分の傾斜をもつ起伏谷部を持っていれば良好な画質を得られる帯電量を持ったトナーを十分保持できるので層形成不良が発生しないと推測される。
【００４０】
ここで、層形成不良が発生しない最適な領域を見つけるべく、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａの値を振って、各値における層形成状態および画像状態の確認を行った。
【００４１】
図７は、上記の検証に基づいて、二乗平均平方根傾斜Δｑと、算術平均粗さＲａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。同表における横軸は二乗平均平方根傾斜Δｑ、縦軸が算術平均粗さＲａとなっている。このグラフにおいて、トナーの層形成不良によるブロッチが発生しないものは○、発生するものは×とし、現像剤の層形成不良によるブロッチは発生しないものの出力した画像が劣化するものは△とした。なお、ここでは体積平均粒径が９．６μｍのトナーを用いて確認を行った。
【００４２】
また図８は、トナーの平均粒径を小さくし、体積平均粒径８．０μｍのトナーを用いた場合における二乗平均平方根傾斜Δｑと、算術平均粗さＲａと、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生との関係をグラフにまとめたものである。
【００４３】
これらのグラフより、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａの適正範囲が、Δｑは、０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲で、Ｒａは、０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で、現像剤の層形成不良によるブロッチの発生を抑制できることが判った。また、この時の現像スリーブ上における現像剤の単位重量あたりの帯電量Ｑ／Ｍは、−２０μＣ／ｇ≦Ｑ／Ｍ≦―３μＣ／ｇの範囲であり、単位面積あたりのコート量Ｍ／Ｓは、０．５ｍｇ／ｃｍ-2≦Ｍ／Ｓ≦２．５ｍｇ／ｃｍ-2の範囲であった。
【００４４】
なお、ブロッチの発生は抑制することができたが、トナーの凝集については、目視で認識できない範囲では発生していると考えられ、その発生率が極めて少なくなっていると考えられる。また、この検証で用いたトナーの粒径の分布は、今日電子写真による画像形成で用いられるトナーの粒径のほぼ全てを含む分布である。
【００４５】
（現像スリーブの作製）
以下、本実施形態を適用可能な現像スリーブの作製方法の一例を挙げて説明するが本発明はこれに限定されるものではない。現像スリーブ４ｂの元素材として形成したアルミニウム製の円筒管（スリーブ）の外周表面上に、以下のようにして作製した被膜層を均一にコーティングすることで形成した。
フェノール樹脂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１００重量部
グラファイト・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・８０重量部
カーボンブラック・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・２０重量部
粗し粒子（５μｍ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・１５重量部
荷電制御剤（ＣＡ剤）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・５重量部
【００４６】
以上のように処方されたコート材をメタノール／ブタノール（１：１）混合溶媒２５０重量部中にサンドミルを用いて分散混合して塗料化する。そして、これをエアスプレー法にてアルミニウム製の円筒管（スリーブ）の外周表面上に１０μｍの膜厚となるように均一に被膜層４ｅを形成し、それを乾燥して現像スリーブ４ｂとした。そして、上述したようにして形成した現像スリーブ４ｂの外周表面の面粗度を、表面粗度計（小坂研究所製、サーフコーダーＳＥ−３０Ｈ型）を使用して測定した。そのときの測定は、カットオフ０．８ｍｍ、測定距離８．０ｍｍ、送り速度０．５ｍｍ／ｓｅｃにて行なうこととし、各６回測定の値の平均値を取ることにより表記した。
【００４７】
このようにして作製した現像スリーブを用いて、気温１５℃、湿度１０％ＲＨの環境下にて現像を行う。
【００４８】
このように、現像スリーブにおける外周表面の面粗さを、二乗平均平方根傾斜Δｑと算術平均粗さＲａで規定し、Δｑの値は、０．０９≦Δｑ≦０．１３、Ｒａの値は、０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍとする。このように形成された現像スリーブを用いた現像装置を作製する。これによって、低温低湿環境下での現像剤層形成不良によるブロッチの発生を簡易な構成で防止し、長期使用に亘って画像濃度を安定的に維持し、良好な環境安定性を有する現像特性を備え、高画質の画像を形成可能な現像装置を実現することができた。
【符号の説明】
【００４９】
１ 感光ドラム
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体において、前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする現像剤担持体。
【請求項２】
現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体を備え、前記現像剤によって画像を形成する現像装置において、
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面は、樹脂およびグラファイトを含む被膜層を円筒管の外周表面にコーティングすることで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
内部に固定された磁界発生手段を備えた前記現像剤担持体と、該現像剤担持体に近接して前記現像剤を担持する前記面に担持された前記現像剤の層の厚さを規制する現像剤層厚規制部材と、を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤層厚規制部材によって層の厚さを規定された、前記面上の前記現像剤の単位重量あたりの帯電量Ｑ／Ｍは、−２０μＣ／ｇ≦Ｑ／Ｍ≦―３μＣ／ｇの範囲であり、前記面における単位面積あたりのコート量Ｍ／Ｓは、０．５ｍｇ／ｃｍ-2≦Ｍ／Ｓ≦２．５ｍｇ／ｃｍ-2の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項１】
現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体において、前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする現像剤担持体。
【請求項２】
現像剤を担持して搬送することで、他の部材に前記現像剤を与える現像剤担持体を備え、前記現像剤によって画像を形成する現像装置において、
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面の表面粗さが、二乗平均平方根傾斜Δｑが０．０９≦Δｑ≦０．１３の範囲であり、算術平均粗さＲａが０．５５μｍ≦Ｒａ≦０．８０μｍの範囲で形成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面は、樹脂およびグラファイトを含む被膜層を円筒管の外周表面にコーティングすることで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
内部に固定された磁界発生手段を備えた前記現像剤担持体と、該現像剤担持体に近接して前記現像剤を担持する前記面に担持された前記現像剤の層の厚さを規制する現像剤層厚規制部材と、を備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤層厚規制部材によって層の厚さを規定された、前記面上の前記現像剤の単位重量あたりの帯電量Ｑ／Ｍは、−２０μＣ／ｇ≦Ｑ／Ｍ≦―３μＣ／ｇの範囲であり、前記面における単位面積あたりのコート量Ｍ／Ｓは、０．５ｍｇ／ｃｍ-2≦Ｍ／Ｓ≦２．５ｍｇ／ｃｍ-2の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１３３６６５（Ｐ２０１１−１３３６６５Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９３１３３（Ｐ２００９−２９３１３３）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００２０８７４３）キヤノンファインテック株式会社 (1,218)
【Ｆターム（参考）】
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