JP2009198671A - 現像ローラ、現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラに凹凸部を転造加工で形成しても、耐久性を更に一層向上させてより長期にわたって良好な現像を行うことができるようにする。
【解決手段】外周面の所定領域に転造加工で形成された基材凹部（第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′）および基材凸部３０′を有する基材２５ａと、この基材２５ａの外周面に形成されかつ基材凹部および基材凸部にそれぞれ対応した凹部（第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ）および凸部３０を外周面に有する表面層２５ｂとを少なくとも有し、表面層２５ｂの厚みｔが、基材凸部３０′の側縁近傍にこの基材凸部３０′の正規面（基材平坦面３０ａ′）より盛り上がった盛り上がり部３０ｂ′の基材凸部３０′の正規面からの最大高さｈより大きい現像ローラ２５である。
【選択図】図４

Description

本発明は外周面に凹凸部を有してトナーを潜像担持体に搬送する現像ローラ、現像ローラを有する現像装置、および現像装置を備えた画像形成装置の技術分野に関する。

従来、非磁性一成分トナーで潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置では、現像ローラ上で摩擦帯電によりトナーに電荷を付与している。この現像ローラとして、外周面に転造加工による溝から凹凸部を形成された基材と、基材の表面にめっき処理を施して形成された一様厚みの表面層とからなっている（例えば、特許文献１参照）。この凹凸部でトナーを現像ローラ上で効果的に摩擦帯電させている。

一方、一般に現像ローラにはトナー供給ローラおよびトナー規制部材が当接されている。また、トナー母粒子を被覆する外添剤の１つとして、硬度の高いシリカが用いられている。このため、画像形成回数が多くなってくると、現像ローラの外周面が削られてしまう。そこで、前述の表面層により現像ローラの外周面の削れが抑制されている。
特開２００７−１２１９４８号公報。

ところで、現像ローラの基材に凹凸パターンを押圧して凹凸部を形成すると、押圧された凹部の肉が凹部の周囲に盛り上がってしまうことがある。すなわち、図８（ａ）に示すように現像ローラａの基材ｂの基材凸部ｃの側縁部近傍に、基材凸部ｃの正規面である基材表面ｄから径方向（図８）（ａ）において上方）に盛り上がった微小な基材盛り上がり部ｅが生じる場合がある。特に、凹凸深さを大きくする場合に押圧でつぶれきれなかった凹部の余分な肉が多くなるためこの傾向が強い。また、基材凸部ｃの基材表面ｄには、転造加工前に実施されたセンタレス加工による微小な基材凹部ｆが形成されることもある。

そして、従来は、基材ｂに表面層ｇを形成する際、これらの基材盛り上がり部ｅや基材凹部ｆがなんら考慮されず、めっき処理が施されていた。このため、基材盛り上がり部ｅのうち、基材表面ｄからの高さｈが表面層ｇの厚みｔより大きい（ｔ＜ｈ）基材盛り上がり部ｅに対応した表面層ｇの盛り上がり部ｉが存在してしまう。

しかし、前述のように現像ローラａの表面層ｇの摩耗が抑制されるとはいえ、長期にわたる画像形成により、表面層ｇの摩耗は次第に大きくなる。そして、表面層ｇが次第に摩耗していくと、図８（ｂ）に示すように表面層ｇの盛り上がり部ｉが早期に摩耗して、基材盛り上がり部ｅが早期に露出してしまう。このため、表面層ｇで現像ローラａの耐久性を向上させても、この現像ローラａの耐久性の向上は十分ではなく、改良の余地がある。

同様に、図８（ｃ）に示すように現像ローラａの基材ｂの基材凸部ｃの側縁部近傍に、基材凹部ｊ方向に盛り上がる基材盛り上がり部ｋが生じる場合もある。この基材盛り上がり部ｋにおいても、正規面である基材側面ｍからの高さｈ′が表面層ｇの厚みｔより大きい（ｔ＜ｈ′）基材盛り上がり部ｋに対応した表面層ｇの盛り上がり部ｎが存在する。この現像ローラａでも、前述と同様の耐久性の向上が十分ではなく、改良の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、凹凸部を転造加工で形成しても、耐久性を更に一層向上させてより長期にわたって良好な現像を行うことのできる現像ローラ、現像装置および画像形成装置を提供することである。

前述の課題を解決するために、本発明に係る現像ローラ、現像装置、および画像形成装置によれば、現像ローラの基材に押圧加工によって基材凹凸部が形成される。その場合、押圧加工のため、基材凸部の側縁近傍にこの基材凸部の正規面より盛り上がった微小な基材盛り上がり部が形成される。また、この基材の外周面に表面層が形成される。そして、この表面層の厚みが基材凸部の正規面からの基材盛り上がり部の最大高さより大きく設定される。押圧加工そしては、転造加工が好適に用いられる。

したがって、長期にわたって画像形成が行われたとき、最初、基材盛り上がり部に対応する表面層の盛り上がり部が摩耗する。そして、表面層の盛り上がり部が摩耗により消滅しても、表面層の厚みが前述のように設定されているので、基材は露出することはない。また、表面層の盛り上がり部が消滅すると、凸部の表面層は基材凸部の正規面に対応する平坦な面となるため、凸部の表面層の平坦面面積が増大する。したがって、トナー規制部材やトナー供給部材からの押圧力を受ける面積が広がり押圧力が分散されることとなるため、凸部の表面層の平坦面の摩耗速度が抑制される。これにより、現像ローラの耐久性が従来に比べてより一層向上することができ、現像ローラのトナー帯電性を長期にわたって良好に維持することができる。また、基材が長期にわたって露出しないことから、Ｆｅ系の腐食性材料を基材に用いた場合には、基材の腐食を長期にわたって防止することができる。

また、本発明の現像ローラを有する現像装置によれば、潜像担持体の静電潜像を長期にわたって良好に現像することができる。また、トナーの平均粒径が現像ローラの凹部の深さより小さいトナーを用いた場合、凸部における表面層の表面をほぼ平坦状に摩耗させることができる。これにより、更に長期にわたって表面層の摩耗を効果的に抑制することができる。

更に、外添剤に比較的硬いシリカを用いたトナーであって、一成分非磁性非接触現像用として流動性を確保するために、トナー母粒子に対するシリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いた場合、トナー母粒子の表面に多くのシリカが存在するだけでなく遊離したシリカも存在するようになる。このため、凸部の表面層の摩耗速度が比較的より速くなる。しかし、このようなシリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いる現像装置に本発明の現像ローラを用いることで、現像ローラの耐久性をより効果的に向上することができる。
一方、本発明の現像装置を備える画像形成装置によれば、長期にわたって良好な画質の画像を形成することができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態の一例を模式的に示す図である。
図１に示すように、この例の画像形成装置１は、基本的には前述の特許文献１に記載の従来の画像形成装置１と同じ構成を有している。まず、この従来の画像形成装置１と同じ構成について説明する。

装置本体２内に図１において時計回りの回転方向αに回転可能に設けられた潜像担持体である感光体３を備えている。この感光体３の外周近傍に位置して、帯電装置４が設けられている。また、感光体３の外周近傍には、現像装置であるロータリー現像ユニット５、一次転写装置６、およびクリーニング装置７が、それぞれ帯電装置４より感光体３の回転方向αに向かってこれらの順に配置されている。ロータリー現像ユニット５は、イエロー用の現像装置５Ｙ、マゼンタ用の現像装置５Ｍ、シアン用の現像装置５Ｃ、およびブラック用の現像装置５Ｋを有している。そして、これらの各現像装置５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋは、中心軸を中心に回転方向β（図１において反時計回り）に回転可能に設けられたロータリ５ａに着脱可能に支持されている。更に、帯電装置４およびクリーニング装置７の下方には、露光装置８が配置されている。

更に、画像形成装置１は、中間転写媒体である無端ベルト状の中間転写ベルト９を備えている。この中間転写ベルト９は、ベルト駆動ローラ１０および従動ローラ１１に掛け渡されている。ベルト駆動ローラ１０には、図示しないモータの回転駆動力が伝達される。そして、ベルト駆動ローラ１０によって、中間転写ベルト９は一次転写装置６で感光体２に圧接されながら、回転方向γ（図１において、反時計回り）に回転するようになっている。

中間転写ベルト９のベルト駆動ローラ１０側には、二次転写装置１２が設けられている。また、露光装置８の下方には、転写紙等のシート状の転写材（不図示；本発明の転写媒体に相当）が収納された転写材カセット１３が設けられている。更に、転写材カセット１３から二次転写装置１２への転写材搬送経路１４には、二次転写装置１２の近傍に位置してピックアップローラ１５およびゲートローラ対１６が設けられている。

二次転写装置１２の上方には、定着装置１７が設けられている。この定着装置１７は、加熱ローラ１８と、この加熱ローラに圧接される加圧ローラ１９とを有している。更に、装置本体２の上部には、排転写材トレイ２０が設けられている。また、定着装置１７と排転写材トレイ２０との間には、排転写材ローラ対２１が設けられている。

このように構成されたこの例の画像形成装置１においては、帯電装置４によって一様に帯電された感光体３に、露光装置８の例えばレーザ光Ｌ等によって、例えばまずイエローの静電潜像を形成される。感光体３のイエローの静電潜像は、ロータリ５ａの回転で図示の現像位置に位置決めされたイエロー用の現像装置５Ｙのイエローのトナーによって現像される。こうして、感光体３にイエローのトナー像が形成される。このイエロートナー像は一次転写装置６によって中間転写ベルト９に転写される。転写後に感光体３に残留するトナーは、クリーニング装置７のクリーニングブレード等によって掻き落とされて、回収される。

次に、前述と同様に帯電装置４によって再び一様に帯電された感光体３に、露光装置８によって、マゼンタの静電潜像を形成される。このマゼンタの静電潜像は、現像位置に位置決めされたマゼンタ用の現像装置５Ｍのマゼンタのトナーによって現像される。この感光体３上のマゼンタのトナー像は一次転写装置６によって中間転写ベルト９に、イエローのトナー像に色重ねされて転写される。転写後に感光体３に残留するトナーは、クリーニング装置７によって回収される。以後、シアンおよびブラックについても同様にしてそれぞれ感光体３にトナー像が順次形成され、これらのトナー像が順次中間転写ベルト９に、先に転写されたトナー像に色重ねされて転写される。こうして、中間転写ベルト９にフルカラーのトナー像が形成される。同様にして、転写後に感光体３に残留する各トナーは、それぞれクリーニング装置７によって回収される。

中間転写ベルト９に転写されたフルカラーのトナー像は転写材カセット１３から転写材搬送経路１４を通って搬送されてくる転写材に、二次転写装置１２によって転写される。このとき、転写材はゲートローラ対１６によって、中間転写ベルト９のフルカラーのトナー像にタイミングを合わされて二次転写装置１２に搬送される。

転写材に定着されたトナー像は、定着装置１２の加熱ローラ１８および加圧ローラ１９によって加熱、加圧定着される。こうして画像が形成された転写材は転写材搬送経路１４を通って搬送されて、排転写材ローラ対２１によって排転写材トレイ２０に排出され、収容される。

次に、この例の画像形成装置１の特徴部分の構成について説明する。
この例の画像形成装置１における各色の現像装置５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋは、いずれもまったく同じ構成を有している。したがって、以下の現像装置５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋの説明においては、各色の符号Ｙ,Ｍ,Ｃ,Ｋを省略して説明する。その場合、現像装置には、ロータリー現像ユニット５と区別するために符号５′を付す。

図２は、この例の実施の形態の現像装置の長手方向と直交する方向に沿う断面図である。
この例の現像装置５′は長い容器状に形成される。図２に示すように、この現像装置５′は、前述の特許文献１に記載の現像装置と同様に長いハウジング２２に、トナー収容部２３、トナー供給ローラ２４、現像ローラ２５、およびトナー規制部材２６を有している。これらのトナー収容部２３、トナー供給ローラ２４、現像ローラ２５、およびトナー規制部材２６は、現像装置５′の長手方向（図２において紙面と直交する方向）に沿って延設されている。

トナー収容部２３は、仕切り壁２７によって２つの第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂに区画されている。その場合、トナー収容部２３は、図２において第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂの上部が互いに連通する連通部２３ｃとして形成されている。この状態では、仕切り壁２７により第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂ間のトナー２８の移動が抑制される。ロータリー現像ユニット５のロータリ５ａが回転して現像装置５′が図２に示す状態と上下逆の状態になると、第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂにそれぞれ収容されたトナー２８が連通部２３ｃ側に移動する。ロータリ５ａが更に回転して現像装置５′が図２に示す状態になると、トナー２８は第１および第２トナー収容部２３ａ,２３ｂ側に再び移動する。これにより、前に第１トナー収容部２３ａ内に収容されたトナー２８の一部が第２トナー収容部２３ｂ内に移動し、また前に第２トナー収容部２３ｂ内に収容されたトナー２８の一部が第１トナー収容部２３ａ内に移動して、トナー収容部２３内のトナー２８が混合撹拌される。このトナー２８はそのトナー母粒子が外添剤で被覆された非磁性一成分トナーである。その場合、本発明では外添剤として少なくともシリカが用いられる。

第１トナー収容部２３ａ内の図２において下部には、トナー供給ローラ２４が図２において時計回りに回転可能に設けられている。また、ハンジング２２の外部には現像ローラ２５が図２において反時計回りに回転可能に設けられている。そして、現像ローラ２５は、感光体３に近接して（非接触で）設けられている。また、現像ローラ２５はハウジング２２の開口２２ａを通してトナー供給ローラ２４に所定の当接圧で当接されている。更に、トナー規制部材２６がハウジング２２に設けられている。このトナー規制部材２６は、現像ローラ２５とトナー供給ローラ２４とのニップ部（当接部）より現像ローラ２５の回転方向下流側の位置で現像ローラ２５に当接している。これにより、トナー規制部材２６は、トナー供給ローラ２４から現像ローラ２５に供給されたトナー２８の層厚を規制する。したがって、トナー規制部材２６によって規制されたトナー２８が現像ローラ２５によって感光体３の方へ搬送される。そして、現像ローラ２５で搬送されたトナー２８によって感光体３の静電潜像が非接触で現像されて、感光体３に各色のトナー像が形成される。

図３（ａ）に示すように、現像ローラ２５の外周面には、前述の特許文献１に記載の現像ローラと同様に網の目状の凹凸パターンが形成されている。この例の現像ローラ２５ではこの凹凸パターンとして、その外周面の軸方向所定位置に溝２９が全周にわたって形成されている。その場合、溝２９は、軸方向に対して所定角（図示例では４５°であるが、これに限定されない）で傾斜した螺旋状に連続して形成され規則性を有する所定数の第１傾斜溝２９ａと、これらの第１傾斜溝２９ａと傾斜が逆方向に傾斜した螺旋状に連続する所定数の第２傾斜溝２９ｂとからなる。これらの第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂは、いずれもその傾斜方向に所定のピッチ間隔ｐでかつ現像ローラ２５ｎ軸方向に所定幅Ｗに形成されている。なお、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂの各傾斜角および各ピッチは、いずれも互いに異ならせることもできる。

図３（ｂ）に示すように、現像ローラ２５は、基材２５ａと、この基材２５ａの外周面に形成された表面層２５ｂとからなる。基材２５ａは、５０５６アルミ合金や６０６３アルミ合金等のアルミニウム系やＳＴＫＭ等のＦｅ系等の金属材料のスリーブからなる。また、表面層２５ｂは基材２５ａ上に施されたニッケル系めっきやクロム系めっき等のめっき層からなる。

図３（ｃ）に示すように、現像ローラ２５の基材２５ａの外周面には、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂを構成するための第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′がそれぞれ転造加工によって形成されている。この基材における第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の加工方法は従来公知の加工方法を採用することができる。したがって、この加工方法の説明は省略する。また、転造加工以外の加工方法として、従来公知の押圧加工方法を用いることもできる。そして、基材２５ａの外周面には、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′で囲まれた所定数の島状の基材凸部３０′が形成されている。なお、本発明では、基材凸部３０′は第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の底部から見て外方に突出していることで凸部という。

これらの基材凸部３０′の形状は、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°でかつそれらのピッチが互いに同じに設定された場合には正方形状を呈し、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°以外の角度でかつそれらのピッチが互いに同じに設定された場合には菱形状を呈する。また、基材凸部３０′の形状は、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°でかつそれらのピッチが互いに異なるように設定された場合には長方形状を呈し、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の傾斜角が４５°以外の角度でかつそれらのピッチが互いに異なるように設定された場合には平行四辺形状を呈する。

そして、第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′、基材凸部３０′が形成された基材２５ａの外周面にニッケル系無電解めっき等のめっきを施すことで、基材２５ａの表面に表面層２５ｂが形成される。基材２５ａに表面層２５ｂが形成された状態では、この表面層２５ｂに第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′、基材凸部３０′とそれぞれ同形状の第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ、凸部３０が形成される（なお、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂの大きさは第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の大きさより小さく、また凸部３０の大きさは基材凸部３０′の大きさより大きい。）。

こうして、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂと凸部３０とにより、現像ローラ２５の外周面には凹凸部（つまり、凹部および凸部）が形成される。その場合、凸部３０の幅（例えば、図３（ｂ）において凸部３０の左右両側壁間の長さ）が凸部３０の下部側から上部側に向かって連続して小さくなるように、凸部３０の左右の側壁（つまり、凹凸部の境界部）が傾斜して形成されている。なお、図３（ｂ）は現像ローラ２５の軸方向に沿う断面を示しているが、現像ローラ２５の周方向（現像ローラ２５の回転方向）においても、凸部３０の両側壁が同様に傾斜して形成されている。すなわち、凸部３０は、その四方の側壁が傾斜して截頭四角錐台形状に形成されている。

ところで、転造加工により形成された基材２５ａの基材凸部３０′の上端側縁部には、前述の従来と同様、図４（ａ）に示すように基材凸部３０′の基材平坦面（基材２５ａの正規面；基材２５ａの外周面）３０ａ′より上方に盛り上がった所定数の基材盛り上がり部３０ｂ′が形成される場合がある。また、基材凸部３０′の基材平坦面３０ａ′の上端側縁部より内側には、基材平坦面３０ａ′より下方に凹んだ所定数の基材凹部３０ｃ′が形成される場合がある。基材盛り上がり部３０ｂ′の基材平坦面３０ａ′からの高さおよび基材凹部３０ｃ′の深さは、それぞれ、基材凸部３０′の高さおよび第１および第２傾斜基材溝２９ａ′,２９ｂ′の深さに比べて微小な大きさである。そして、基材凸部３０′の基材盛り上がり部３０ｂ′により、基材２５ａの外周面に形成された表面層（めっき層）２５ｂにおける凸部３０の上端側縁部に、その頂部の表面３０ａより盛り上がった盛り上がり部３０ｂが形成される。また、基材凸部３０′の基材凹部３０ｃ′により、表面層（めっき層）２５ｂにおける凸部３０の頂部の表面３０ａの上端側縁部より内側に、その頂部の表面３０ａより凹んだ凹部３０ｃが形成される。

この例の現像ローラ２５では、表面層（めっき層）２５ｂの厚みｔが、基材盛り上がり部３０ｂ′のうち最も高い基材盛り上がり部３０ｂ′の基材平坦面３０ａ′からの最大高さｈ₁より大きく設定されている。更に、表面層２５ｂの凸部３０における凹部３０ｃのうち最も深い凹部３０ｃの底の基材平坦面３０ａ′からの高さｈ₂が基材盛り上がり部３０ｂ′の高さｈ₁より大きくなるように、表面層２５ｂの厚みｔが設定されている（つまり、ｈ₁＜ｈ₂＜ｔ）。

一方、本発明者は、前述の図８（ｂ）および（ｄ）に示すように現像ローラ２５の表面層２５ｂが異なった摩耗形状で摩耗する現象に注目した。すなわち、図８（ｂ）に示す例では、現像ローラ２５の凸部３０の頂部の表面３０ａがほぼ平坦状に摩耗し、図８（ｄ）に示す例では、現像ローラ２５の凸部３０の頂部の表面３０ａが湾曲状に摩耗している。なお、この摩耗の形状は、３次元測定用レーザ顕微鏡であるＫｅｙｅｎｃｅ ＶＫ−９５００で測定した。

そこで、本発明者は凸部３０の頂部の表面３０ａがほぼ平坦状に摩耗する場合と、凸部３０の頂部の表面３０ａが湾曲状に摩耗する場合について、更に耐久実験をしながら研究を行った。実験に用いた画像形成装置は、セイコーエプソン社製ＬＰ９０００Ｃのプリンタである。そして、このプリンタに用いられている現像ローラに代えて、次の現像ローラ２５を用いた。その場合、この現像ローラ２５が使用可能にするために、セイコーエプソン社製ＬＰ９０００Ｃのプリンタを改造した。耐久実験における画像形成条件は、ＬＰ９０００Ｃのプリンタの標準の画像形成条件である。

現像ローラ２５の基材２５ａにＳＴＫＭ材を用いて、基材２５ａに凹凸部を加工する前にセンタレス加工により基材２５ａの表面仕上げを行った。このとき、図４（ａ）に示す複数の凹部３０ｃ′が形成された。これらの凹部３０ｃ′のうち、最も深い凹部３０ｃ′の最大深さは１μｍであった。

次いで、図４（ａ）で示すように転造加工で表面に基材凹凸深さ（基材凹部の底から基材凸部の上面までの高さ）３μｍ、基材凹凸ピッチ１００μｍ、基材凹凸深さの１／２ラインでの基材凸部の幅５４μｍ、基材凹凸深さの約１／２ラインでの基材凹部の幅４６μｍの凹凸部を形成した。また、このときの基材凸部の基材盛り上がり部の基材凸部の正規面からの最大高さｈ₁は３μｍであった。

表面層２５ｂとして、無電解ニッケル-リン（Ｎｉ-Ｐ）めっきにより厚み３μｍのめっき層を基材表面に形成した。図５（ａ）に示すように、このときの現像ローラ２５の凹凸部は、凹凸深さ（溝２９ａ,２９ｂの底から凸部３０の上面までの高さ）６μｍ、凹凸ピッチ１００μｍ、凹凸深さの１／２ラインでの凸部３０の幅６０μｍ、凹凸深さの１／２ラインでの凹部（溝２９ａ,２９ｂ）の幅４０μｍであった。また、表面層２５ｂの形成後、凸部３０の頂部の表面３０ａにおける表面層２５ｂに、複数の凹部３０ｃが形成された。このとき、基材平坦面３０ａ′から基材の２５ａの最も深い凹部３０ｃの底までの高さｈ₂は４.５μｍであった（すなわち、基材盛り上がり部３０ｂ′の最大高さｈ₁＜基材平坦面３０ａ′から基材２５ａの最も深い凹部３０ｃの底までの高さｈ₂＜表面層２５ｂの厚みｔ）。前述の基材凹凸部（溝２９ａ′,２９ｂ′、凸部３０′）および表面層凹凸部（溝２９ａ,２９ｂ、凸部３０）は、３次元測定用レーザ顕微鏡であるＫｅｙｅｎｃｅ製 ＶＫ−９５００で測定した。

また、トナー供給ローラ２４はウレタン発泡ローラで形成して現像ローラ２５に対して食い込み量１.５ｍｍで設置した。更に、トナー規制部材２６はウレタンゴムからなるブレードで構成し、現像ローラ２５に対して当接圧４０ｇ／ｃｍで設置した。

更に、用いたトナーは４種類のトナーである。そのうち１つのトナーは、粉砕法で作製されたポリエステル粒子にＣＣＡ、ＷＡＸ、顔料を適量内添してトナー母粒子を構成するとともに、このトナー母粒子に２０ｎｍの小粒径シリカ、４０ｎｍの中粒径シリカ、および３０ｎｍチタニアを外添して、平均粒径Ｄ５０が８.５μｍである大粒径トナーである。他の１つのトナーは、粉砕法で作製されたポリエステル粒子にＣＣＡ、ＷＡＸ、顔料を適量内添してトナー母粒子を構成するとともに、このトナー母粒子に２０ｎｍの小粒径シリカ、４０ｎｍの中粒径シリカ、１００ｎｍの大粒径シリカ、および３０ｎｍチタニアを外添して、平均粒径Ｄ５０が６.５μｍである大粒径トナーである。更に他の１つのトナーは、粉砕法で作製されたポリエステル粒子にＣＣＡ、ＷＡＸ、顔料を適量内添してトナー母粒子を構成するとともに、このトナー母粒子に２０ｎｍの小粒径シリカ、４０ｎｍの中粒径シリカ、１００ｎｍの大粒径シリカ、および３０ｎｍチタニアを外添して、平均粒径Ｄ５０が４.５μｍである小粒径トナーである。残りのトナーは、重合法で作製されたスチレンアクリル粒子にＷＡＸ、顔料を適量内添してトナー母粒子を構成するとともに、このトナー母粒子に２０ｎｍの小粒径シリカ、４０ｎｍの中粒径シリカ、１００ｎｍの大粒径シリカ、および３０ｎｍチタニアを外添して、平均粒径Ｄ５０が４.５μｍである小粒径トナーである。

そして、ＬＰ９０００Ｃの標準画像形成条件で、Ａ４普通紙にモノクロの画占率５％の文字パターンで耐久画像形成実験を行った。この実験の結果、前述の最初の大粒径トナーを用いた場合、図５（ｂ）に実線で示された初期のプロファイルを有する凸部３０の表面層２５ｂの四方の上端側縁部が、画像形成回数が増加するにしたがって点線で示すように湾曲したプロファイルに摩耗し、画像形成回数が更に増加するにしたがって一点鎖線で示すように凸部３０の頂部における表面層２５ｂの表面３０ａが更に湾曲したプロファイルに摩耗する傾向となった。凸部３０のこのような湾曲した摩耗プロファイルは、前述の２番目の大粒径トナーを用いた場合にも、同様の湾曲したプロファイルに摩耗する傾向となった。

一方、前述の最初の小粒径トナーを用いた場合、図５（ｃ）に実線で示された初期のプロファイルを有する凸部３０の頂部における表面層２５ｂの表面３０ａが、画像形成回数が増加するにしたがって一点鎖線で示すように更に平坦状のプロファイルに摩耗する傾向となった。凸部３０のこのような平坦状の摩耗プロファイルは、前述の２番目の小粒径トナーを用いた場合にも、同様の湾曲したプロファイルに摩耗する傾向となった。

これらの摩耗プロファイルについて精緻に検討すると、図５（ｂ）に示される湾曲した摩耗プロファイルは、トナー粒径（Ｄ５０粒径；体積５０％の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸深さより大きい（トナー粒径＞現像ローラ２５の凹凸深さ）場合に生じる傾向にあることが分かった。また、図５（ｃ）に示されるほぼ平坦状の摩耗プロファイルは、トナー粒径（Ｄ５０粒径）が現像ローラ２５の凹凸深さより小さい（トナー粒径＜現像ローラ２５の凹凸深さ）場合に生じる傾向にあることが分かった。

この理由は次のように考えられる。図６（ａ）において現像ローラ２５の回転に伴い、現像ローラ２５にそれぞれ圧接されるトナー供給ローラ２４およびトナー規制部材２６により、凸部３０の頂部の表面３０ａに位置するトナー粒子が第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ内にそれぞれ移動する。このとき、トナー粒子の平均粒径が凹凸部の深さより大きいことから、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ内に移動したトナー２８の粒子はほとんど一層になる。更に、現像ローラ２５の回転に伴い、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂに位置するトナー粒子が凸部３０の頂部の表面３０ａに移動する。このトナー粒子の移動により、図６（ｂ）に示すようにトナー粒子の表面の比較的硬い外添剤によって表面層２５ｂの表面および四方の上端側縁部が長期にわたって徐々に湾曲状に摩耗される。

なお、図６（ａ）ないし（ｄ）は、図３（ｂ）と同様に第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂの傾斜方向に沿う断面図である。このため、これらの現像ローラ２５の部分断面は、現像ローラ２５の回転方向と異なる。したがって、第１傾斜溝２９ａに位置するトナー粒子が凸部３０の頂部の表面３０ａ上に移動し、その後頂部の表面３０ａ上のトナーは、この頂部の表面３０ａに隣接する第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂのいずれにも移動するようになる。また、第２傾斜溝２９ａに位置するトナー粒子が凸部３０の頂部の表面３０ａ上に移動し、その後頂部の表面３０ａ上のトナーは、この頂部の表面３０ａに隣接する第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂのいずれにも移動するようになる。以下の他の例の説明についても同様である。

また、図６（ｃ）に示すように、前述のトナー粒径（Ｄ５０粒径）が凹凸部の深さより小さい場合には、図６（ｄ）に示すように凸部３０における表面層２５ｂの表面が主として略平坦状に摩耗する。この理由は次のように考えられる。図６（ｃ）において現像ローラ２５の回転に伴い、前述と同様に凸部３０の頂部の表面３０ａに位置するトナー粒子が第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ内にそれぞれ移動する。このとき、トナー粒子の平均粒径が凹凸部の深さより小さいことから、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ内に移動したトナー２８の粒子は複数の層になる。更に、現像ローラ２５の回転に伴い、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂに位置するトナー粒子が凸部３０の頂部の表面３０ａに移動する。このとき、最上層のトナー粒子の位置は凸部３０の頂部の表面３０ａとほぼ同じ高さ位置となっているため、第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂ内に位置するトナー２８の粒子のうち、主として最上層のトナー粒子がほぼ横移動し、下層のトナー粒子はほとんど移動しない。この最上層のトナー粒子の横移動により、トナー粒子の表面の比較的硬い外添剤によって表面層２５ｂの表面が長期にわたって徐々に平坦状に摩耗される。

そこで、図４（ａ）に示すこの例の現像ローラ２５を有する現像装置５′にトナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより小さいトナー２８を用いて長期にわたって画像を形成した場合、凸部３０における頂部の表面層２５ｂの表面３０ａはほぼ平坦状に摩耗していく。このとき、図４（ｂ）に示すようにすべての盛り上がり部３０ｂが消滅し、かつ前述のように凸部３０の四方の側壁が傾斜していることから、トナー供給ローラ２４およびトナー規制部材２６等から頂部の表面３０ａに加えられる力の受圧面積が大きくなる。したがって、頂部の表面３０ａにおける圧力が小さくなる。これにより、凸部３０における表面層２５ｂの摩耗が抑制される。しかも、表面層２５ｂの厚みｔが基材盛り上がり部３０ｂ′の最大高さｈ₁より大きいことから、基材盛り上がり部３０ｂ′がすぐに露出することはない。

画像形成が更に繰り返し行われて、凸部３０の頂部における表層部２５ｂの表面３０ａが摩耗していくと、図４（ｃ）に示すように凸部３０の頂部の表面３０ａにおける最大深さの凹部３０ｃが消滅する（すなわち、すべての凹部３０ｃが消滅する。）。この凹部３０ｃが消滅および凸部３０の四方の側壁の傾斜により、摩耗した凸部３０の頂部の表面３０ａの受圧面積が更に大きくなる。したがって、頂部の表面３０ａにおける圧力が更に小さくなる。これにより、凸部３０における表面層２５ｂの摩耗が更に一層抑制される。しかも、表面層２５ｂの最も深い凹部３０ｃの底の基材平坦面３０ａ′からの高さｈ₂が基材盛り上がり部３０ｂ′の最大高さｈ₁より大きいことから、最大深さの凹部３０ｃが消滅しても基材盛り上がり部３０ｂ′は露出することはない。なお、この例では、摩耗した凸部３０の頂部の表面３０ａが比較的なめらかになるため、トナー規制ブレード２６によりトナーが規制される際に、頂部の表面３０ａがトナー粒子でほぼ完全に（好ましくは１００％）被覆されるトナー規制方式が最も好ましい。

このようにして、この例の現像ローラ２５によれば、表面層（めっき層）２５ｂの厚みｔを、最も高い基材盛り上がり部３０ｂ′の基材平坦面３０ａ′からの最大高さｈ₁より大きく設定している。したがって、長期にわたって画像形成が行われたとき、最初、基材盛り上がり部３０ｂ′に対応する表面層２５ｂの盛り上がり部３０ｂが摩耗する。そして、表面層２５ｂの盛り上がり部３０ｂが摩耗により消滅しても、表面層２５ｂの厚みｔが前述のように設定されているので、基材２５ａの基材盛り上がり部３０ｂ′は露出することはない。また、表面層２５ｂの盛り上がり部３０ｂが消滅すると、凸部３０の表面層２５ｂは基材凸部３０′の正規面に対応する頂部の表面３０ａとなるため、凸部３０の表面層２５ｂの平坦面面積が増大する。これにより、凸部３０の頂部における表面層２５ｂの表面３０ａの摩耗速度が抑制されて、長期にわたって表面層２５ｂの摩耗を効果的に抑制することができる。

したがって、現像ローラの耐久性が従来に比べてより一層向上することができ、現像ローラのトナー帯電性を長期にわたって良好に維持することができる。特に、凸部３０における表面層２５ｂの最も深い凹部３０ｃの底の基材平坦面３０ａ′からの高さｈ₂が基材盛り上がり部３０ｂ′の高さｈ₁より大きくなるように、表面層２５ｂの厚みｔを設定しているので、現像ローラ２５の耐久性を更に効果的に抑制することができる。また、基材が長期にわたって露出しないことから、Ｆｅ系の腐食性材料を基材に用いた場合には、基材の腐食を長期にわたって防止することができる。

この現像ローラ２５を有する現像装置５′によれば、感光体３の静電潜像を長期にわたって良好に現像することができる。また、トナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより小さいトナー２８を用いているので、凸部３０の頂部における表面層２５ｂの表面３０ａをほぼ平坦状に摩耗させることができる。これにより、更に長期にわたって表面層２５ｂの摩耗を効果的に抑制することができる。

なお、本発明では、必ずしも最大深さの凹部３０ｃにおける底の高さｈ₂を基材盛り上がり部３０ｂ′の高さｈ₁より大きくする必要はない。しかし、現像ローラ２５の耐久性をより効果的に向上させるためには、高さｈ₂を高さｈ₁より大きくすることが好ましい。
また、第２傾斜溝２９ｂの周方向の間隔および数は、いずれも第１傾斜溝２９ａのそれらと必ずしも同じである必要はなく異なってもよい。また、第１および第２傾斜溝２９ａ,２２ｂの数は１本以上任意の数だけ設けることができる。

更に、トナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより大きいトナー２８を用いることもできる。この場合には、凸部３０の頂部における表面層２５ｂの表面３０ａが湾曲して摩耗するようになる。したがって、現像ローラ２５の耐久性を向上することができる。しかし、トナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより小さいトナー２８を用いた場合より、現像ローラ２５の耐久性を向上させることができないので、トナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより小さいトナー２８を用いることが、現像ローラ２５の耐久性をより効果的に向上させるうえで、好ましい。

更に、外添剤に比較的硬いシリカを用いたトナーであって、トナー母粒子に対するシリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いた場合には、トナー母粒子の表面に多くのシリカが存在するだけではなく遊離シリカも多くなるため、凸部３０の表面層２５ｂの摩耗速度が比較的より速くなる。このようなトナーは非磁性一成分非接触現像で流動性を必要とする場合に多く用いられるが、シリカ被覆率が１００％以上であるトナーを用いる現像装置５′にこの例の現像ローラ２５を用いることで、現像ローラ２５の耐久性をより効果的に向上することができる。
一方、この現像装置５′を備える画像形成装置１は長期にわたって良好な画質の画像を形成することができる。

図７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の実施の形態の他の例における現像ローラの一部を示す、図４（ａ）および（ｃ）と同様の部分断面図である。なお、前述の例と同じ構成要素には、同じ符号を付すことでその詳細な説明は省略する。
図７（ａ）に示すように、この例の現像ローラ２５では、転造加工による第１および第２傾斜溝２９ａ,２９ｂの形成時に生じる盛り上がり部３０ｄが、凸部３０の側壁２９ｅから第１傾斜溝２９ａの方へ盛り上がっている。そして、前述の例と同様にこの例の現像ローラ２５においても、表面層２５ｂの厚みｔが、最大に盛り上がった基材２５ａの基材盛り上がり部３０ｄ′の側壁３０ｅの基材側面（基材２５ａの正規の面）２９ｅ′からの高さｈ′より大きく設定されている。
また、この例の現像ローラ２５を有する現像装置５′では、トナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより大きいトナー２８（図７（ａ）,（ｂ）には不図示）が用いられる。

したがって、この現像装置５′を備える画像形成装置１によれば、長期にわたって画像を形成したとき、図７（ｂ）に示すように凸部３０の頂部における表面層２５ｂの表面３０ａは湾曲状に摩耗するようになる。このとき、表面層２５ｂの厚みｔを、基材盛り上がり部３０ｄ′の高さｈ′より大きく設定しているので、基材２５ａの基材盛り上がり部３０ｃ′が容易にかつ早期に露出することはない。
この例の現像ローラ２５、現像装置５′、および画像形成装置１の他の構成および他の作用効果は、前述の例のそれらと実質的に同じである。

なお、この例の現像ローラ２５を有する現像装置５′でも、トナー２８の平均粒径（Ｄ５０の平均粒径）が現像ローラ２５の凹凸部の深さより小さいトナーを用いることもできる。この場合には、凸部３０の頂部の表面３０ａにおける表面層２５ｂはほぼ平坦状に摩耗するようになる。したがって、凸部３０の頂部の表面３０ａにおける表面層２５ｂが摩耗していくと、トナー供給ローラ２４およびトナー規制部材２６等から頂部の表面３０ａに加えられる力の受圧面積が大きくなる。したがって、頂部の表面３０ａにおける圧力が小さくなる。これにより、凸部３０における表面層２５ｂの摩耗が抑制される。

なお、前述の例ではロータリー現像ユニット５を有する画像形成装置１に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば、画像形成ユニットがタンデムに配置された画像形成装置、４サイクルの画像形成装置、単色の画像形成装置、あるいはトナー像を潜像担持体から転写材（本発明の転写媒体に相当）へ直接転写する画像形成装置（つまり、中間転写媒体を備えない画像形成装置）等、少なくとも転造加工により形成された凹凸部を有する現像ローラを備える現像装置を備えたどのような画像形成装置にも適用することができる。要は、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内でどのような画像形成装置にも適用することができる。

本発明にかかる画像形成装置の実施の形態の一例を模式的に示す図である。 図１に示す現像装置を模式的に示す断面図である。 （ａ）は現像ローラ、トナー供給ローラ、およびトナー規制部材を模式的に示す図、（ｂ）は（ａ）におけるIIIＢ−IIIＢ線に沿う断面を部分的に示す部分断面図、（ｃ）は（ｂ）における基材のみをを示す部分断面図である。 （ａ）は現像ローラの１つの凸部を模式的に示す部分断面図、（ｂ）は現像ローラの摩耗の一過程を模式的に示す部分断面図、（ｃ）は現像ローラの摩耗の更なる一過程を模式的に示す部分断面図である。 （ａ）は現像ローラの凹凸部のサイズを示す図、（ｂ）はトナー粒径が現像ローラの凹凸部の深さより大きい場合における現像ローラの摩耗の過程を説明する図、（ｃ）はトナー粒径が現像ローラの凹凸部の深さより小さい場合における現像ローラの摩耗の過程を説明する図である。 （ａ）はトナー粒径が現像ローラの凹凸部の深さより大きい場合における現像ローラでのトナー粒子の挙動を説明する図、（ｂ）は（ａ）における現像ローラの摩耗状態を示す図、（ｃ）はトナー粒径が現像ローラの凹凸部の深さより小さい場合における現像ローラでのトナー粒子の挙動を説明する図、（ｄ）は（ｃ）における現像ローラの摩耗状態を示す図である。 （ａ）は本発明の実施の形態の他の例における現像ローラの一部を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）における現像ローラの摩耗状態を示す図である。 （ａ）は従来の現像ローラにおける凸部の径方向の膨出部を説明する部分断面図、（ｂ）は（ａ）における凸部の摩耗を説明する部分断面図、（ｃ）は従来の現像ローラにおける凸部の凹部方向の膨出部を説明する部分断面図、（ｄ）は（ｃ）における凸部の摩耗を説明する部分断面図である。

符号の説明

１…画像形成装置、３…感光体、５…ロータリー現像ユニット、５Ｙ,５Ｍ,５Ｃ,５Ｋ,５′…現像装置、２４…トナー供給ローラ、２５…現像ローラ、２５ａ…基材、２５ｂ…表面層、２６…トナー規制部材、２８…トナー、２９…溝、２９ａ…第１傾斜溝、２９ｂ…第２傾斜溝、２９ａ′…第１傾斜基材溝、２９ｂ′…第２傾斜基材溝、３０…凸部、３０′…基材凸部、３０ａ…表面、３０ａ′…基材表面、３０ｂ…盛り上がり部、３０ｂ′…基材盛り上がり部、３０ｃ…凹部、３０ｃ′…基材凹部

Claims (8)

1. 外周面の所定領域に規則性のあるパターンを押圧して形成された基材凹部および基材凸部を有する基材と、この基材の外周面に形成されかつ前記基材凹部および前記基材凸部にそれぞれ対応した凹部および凸部を外周面に有する表面層とを少なくとも有し、
   前記表面層の厚みが、前記基材凸部の側縁近傍にこの基材凸部の正規面より盛り上がった基材盛り上がり部の前記基材凸部の正規面からの最大高さより大きいことを特徴とする現像ローラ。
2. 前記表面層は無電解めっきにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記基材凹部は螺旋状に連続する溝で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の現像ローラ。
4. 前記押圧加工は転造加工であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の現像ローラ。
5. 前記基材盛り上がり部は径方向に盛り上がった盛り上がり部であるか、または前記基材凹部の方へ盛り上がった盛り上がり部であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の現像ローラ。
6. 潜像担持体へトナーを搬送する現像ローラと、この現像ローラに当接して前記トナーを供給するトナー供給ローラと、前記現像ローラに当接して前記潜像担持体へ搬送するトナーの量を規制するトナー規制部材とを少なくとも有し、
   前記現像ローラは請求項１ないし５のいずれか１に記載の現像ローラであり、
   前記トナーの平均粒径が、前記現像ローラの前記凹部の深さより小さいことを特徴とする現像装置。
7. 前記トナーはトナー母粒子が外添剤で被覆された非磁性一成分トナーであり、前記外添剤として少なくともシリカが用いられているとともに、このシリカの被覆率が１００％以上であることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 少なくとも静電潜像が形成される潜像担持体と、非接触現像で前記静電潜像をトナーにより現像して前記潜像担持体にトナー像を形成する現像装置と、前記潜像担持体のトナー像を転写媒体に転写する転写装置とを少なくとも備え、
   前記現像装置は請求項６または７に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

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