(57)【要約】【課題】  ピッチムラや濃度ムラ等の出力画像上の不具合やスリーブ表面へのトナー固着が確実に抑止できて、経時においても現像剤を安定的に汲み上げることができる、現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供する。【解決手段】  現像ローラ２３ａのスリーブ２３ａ２は、その外周面が不規則な凹凸面となるように形成される。スリーブ２３ａ２の外周面は、粗さプロファイルにおける表面粗さＲｚが５〜２０μｍの範囲になって、深さが１μｍ以上の凹部の数が０．２ｍｍの測定長さ当たりに１〜５個の範囲になるように形成される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に対向して当該像担持体上に形成される潜像を現像する現像ローラであって、
複数の固定磁極を有するマグネットと、
前記マグネットを内設するとともに、トナーとキャリアとからなる現像剤を担持して前記マグネットの周りを相対的に回転するスリーブと、を備え、
前記スリーブは、その外周面が不規則な凹凸面となるように形成されて、
前記外周面は、粗さプロファイルにおける表面粗さＲｚが５〜２０μｍの範囲になって、深さが１μｍ以上の凹部の数が０．２ｍｍの測定長さ当たりに１〜５個の範囲になるように形成されたことを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
前記外周面における前記深さが１μｍ以上の凹部は、円錐状又は多角錐状であってその頂角が９０度以上になるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】
前記外周面は、前記深さが１μｍ以上の凹部の隣接するもの同士のピッチをＰとしてそれらのピッチの平均値をＰ0として、前記キャリアの平均粒径をＤとしたときに、
Ｐ0／３＜Ｄ＜Ｐ／０．７
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像ローラ。
【請求項４】
前記像担持体とのギャップが０．１〜０．４ｍｍの範囲になるように設置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項５】
前記スリーブは、非磁性材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項６】
前記キャリアは、平均粒径が２０〜５０μｍの範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項７】
前記キャリアは、磁性を有する芯材上に樹脂コート膜を形成したものであって、
前記樹脂コート膜は、熱可塑性樹脂とメラミン樹脂とを架橋させた樹脂成分に帯電調整剤を含有させたものであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項８】
前記トナーは、少なくとも、プレポリマー、着色剤、離型剤からなるトナー組成物を、水系媒体中で樹脂微粒子とともに分散して、そのトナー組成物を重付加反応させて形成したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像ローラを備え、前記現像剤が収容されることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、
請求項９に記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
請求項９に記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置と、そこに設置される現像ローラと、それを備えた現像装置及びプロセスカートリッジとに関し、特に、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いた現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤（外添剤等を添加する場合も含むものとする。）を収容した現像装置が多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
このような２成分現像方式の現像装置においては、マグネットとスリーブとを備えた現像ローラを像担持体（感光体ドラム）に対向させて、現像ローラ上に現像剤を担持して像担持体上に形成された潜像を現像する。
【０００３】
このように画像形成プロセスにおいて重要な機能を担う現像ローラは、現像剤に対する搬送性や汲み上げ性等を向上するために、そのスリーブの表面に凹凸面を形成するのが一般的になっている。具体的には、現像ローラのスリーブ表面をサンドブラスト等で粗面加工してスリーブ表面に比較的不規則で微細な凹凸面を形成する技術や、引抜き加工等によってスリーブ表面の円周方向に複数の溝を設けてスリーブ表面に規則的な凹凸面を形成する技術が知られている。
【０００４】
一方、特許文献１等には、粗面加工したスリーブ表面（凹凸面）にトナーが固着するのを防止することを目的として、導電性樹脂皮膜や金属処理層等を設けたスリーブ表面に多角形の稜線突出部を複数形成してその周囲に微細な凹凸を形成する技術が開示されている。
また、特許文献２等には、ブラスト処理したスリーブ表面に重合トナー中のワックス成分が固着するのを防止することを目的として、スリーブ表面の表面粗さＲｚを４〜２０μｍとして、凹凸の平均間隔Ｓｍを３０〜８０μｍとする技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１６０７３６号公報
【特許文献２】特開２０００−１０３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の現像ローラは、ピッチムラや濃度ムラ等の出力画像上の不具合やスリーブ表面へのトナー固着を充分に防止できなかったり、経時において現像剤を安定的に汲み上げることができなかったりする問題があった。
【０００７】
現像ローラのスリーブ表面（スリーブの外周面）の形状は、出力画像の画質や、現像剤の搬送性・汲み上げ性や、スリーブ表面へのトナー固着等、に対して大きく寄与する。
現像ローラのスリーブ表面に複数の溝を引抜き加工等によって設けた場合には、スリーブ上への現像剤の汲み上げ性は経時においても低下しにくい。その反面、溝と溝とのピッチが比較的大きい場合には、出力画像上に溝ピッチのムラ（ピッチムラ）が生じてしまうことがあった。また、溝ピッチの偏差によって、現像ローラの回転周期に一致するムラが生じてしまうことがあった。
まとめると、溝加工が施された現像ローラは、汲み上げ量の経時変動が少ないものの、ピッチムラに対する余裕度が低かった。
【０００８】
これに対して、現像ローラのスリーブ表面をサンドブラスト等で粗面加工した場合には、ピッチムラの発生がなく初期的な画質も優れるものの、経時において汲み上げ性が低下してしまうという不具合があった。
これは、粗面加工したスリーブ表面が現像剤との摩擦によって経時で磨耗して、凹凸の高低差が小さくなったスリーブ表面上を現像剤がすべってしまうためである。また、経時においては、キャリアの表面にトナーが融着して帯電能力が低下するとともに摩擦係数が小さくなることによって、汲み上げ性の低下が助長される。
さらに、粗面加工によるものは溝加工によるものよりもその凹凸が微細であることから、経時において凹部にトナーが固着しやすかった。これにより、初期における画質が良好であっても、経時において画質が劣化することが多かった。
まとめると、粗面加工が施された現像ローラは、ピッチムラは生じないものの、汲み上げ量の経時変動があり、トナー固着に対する余裕度も小さかった。
【０００９】
一方、特許文献１等の技術は、導電性樹脂皮膜や金属処理層等を設けた多層構造のスリーブ表面に多角形の稜線突出部を複数形成してその周囲に微細な凹凸を形成するものであって、その製造工程が複雑であった。また、このような複雑な工程を経て形成されたスリーブ表面の凹凸面は極めて微細なものであって、経時における凹部へのトナー固着を抑止する充分な効果が期待できない。
【００１０】
また、特許文献２等の技術は、スリーブ表面に比較的滑らかな凹凸面を形成するために、スリーブ表面の表面粗さＲｚを４〜２０μｍとして、凹凸の平均間隔Ｓｍを３０〜８０μｍとしている。しかし、表面粗さＲｚと平均間隔Ｓｍとを規定するだけでは、トナー固着を抑止するのに必要な滑らかな凹凸面を得ることができないために、経時における凹部へのトナー固着を抑止する充分な効果が期待できない。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ピッチムラや濃度ムラ等の出力画像上の不具合やスリーブ表面へのトナー固着が確実に抑止できて、経時においても現像剤を安定的に汲み上げることができる、現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、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】
【００１２】
本願発明者は、上述した課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、ピッチムラの発生を抑止するためには、粗面加工によってスリーブの外周面に不規則な凹凸面を形成する必要がある。そして、不規則な凹凸面を滑らかに形成することで、スリーブ表面へのトナー固着が抑止される。さらには、不規則な凹凸面を滑らかに形成することで、スリーブ表面自体の磨耗が軽減されるとともに、スリーブ表面にて搬送される現像剤のダメージ（表面磨耗）も軽減されて、経時においても現像剤を安定的に汲み上げることができる。
この不規則で滑らかな最適な凹凸面の形状は、粗さプロファイルにおける、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）と、深さが１μｍ以上の凹部の単位長さ当たりの数と、を規定することで具現化することができる。
【００１３】
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる現像ローラは、像担持体に対向して当該像担持体上に形成される潜像を現像する現像ローラであって、複数の固定磁極を有するマグネットと、前記マグネットを内設するとともに、トナーとキャリアとからなる現像剤を担持して前記マグネットの周りを相対的に回転するスリーブと、を備え、前記スリーブは、その外周面が不規則な凹凸面となるように形成されて、前記外周面は、粗さプロファイルにおける表面粗さＲｚが５〜２０μｍの範囲になって、深さが１μｍ以上の凹部の数が０．２ｍｍの測定長さ当たりに１〜５個の範囲になるように形成されたものである。
【００１４】
また、請求項２記載の発明にかかる現像ローラは、前記請求項１に記載の発明において、前記外周面における前記深さが１μｍ以上の凹部は、円錐状又は多角錐状であってその頂角が９０度以上になるように形成されたものである。
【００１５】
また、請求項３記載の発明にかかる現像ローラは、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記外周面は、前記深さが１μｍ以上の凹部の隣接するもの同士のピッチをＰとしてそれらのピッチの平均値をＰ0として、前記キャリアの平均粒径をＤとしたときに、
Ｐ0／３＜Ｄ＜Ｐ／０．７
なる関係が成立するように形成されたものである。
【００１６】
また、請求項４記載の発明にかかる現像ローラは、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記像担持体とのギャップが０．１〜０．４ｍｍの範囲になるように設置されるものである。
【００１７】
また、請求項５記載の発明にかかる現像ローラは、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記スリーブは、非磁性材料で形成されたものである。
【００１８】
また、請求項６記載の発明にかかる現像ローラは、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記キャリアは、平均粒径が２０〜５０μｍの範囲になるように形成されたものである。
【００１９】
また、請求項７記載の発明にかかる現像ローラは、前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記キャリアは、磁性を有する芯材上に樹脂コート膜を形成したものであって、前記樹脂コート膜は、熱可塑性樹脂とメラミン樹脂とを架橋させた樹脂成分に帯電調整剤を含有させたものである。
【００２０】
また、請求項８記載の発明にかかる現像ローラは、前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記トナーは、少なくとも、プレポリマー、着色剤、離型剤からなるトナー組成物を、水系媒体中で樹脂微粒子とともに分散して、そのトナー組成物を重付加反応させて形成したものである。
【００２１】
また、この発明の請求項９記載の発明にかかる現像装置は、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像ローラを備え、前記現像剤が収容されるものである。
【００２２】
また、この発明の請求項１０記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、請求項９に記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたものである。
【００２３】
また、この発明の請求項１１記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項９に記載の現像装置と前記像担持体とを備えたものである。
【００２４】
なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置（現像部）と、像担持体上をクリーニングするクリーニング部とのうち、少なくとも１つと、像担持体とが、一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたユニットと定義する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、現像ローラにおけるスリーブの外周面に形成される凹凸面の形状を最適化しているために、ピッチムラや濃度ムラ等の出力画像上の不具合やスリーブ表面へのトナー固着が確実に抑止されて、経時においても現像剤が安定的に汲み上げられる、現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
実施の形態．
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００２７】
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部（露光部）、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ、２１は各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにそれぞれ収容された像担持体としての感光体ドラム、２２は感光体ドラム２１上を帯電する帯電部、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する現像装置（現像部）、２４は感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２７に転写する転写バイアスローラ、２５は感光体ドラム２１上の未転写トナーを回収するクリーニング部を示す。
【００２８】
また、２７は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、２８は中間転写ベルト２７上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する第２転写バイアスローラ、２９は中間転写ベルト２７上の未転写トナーを回収する中間転写ベルトクリーニング部、３０は４色カラーのトナー像が転写された記録媒体Ｐを搬送する搬送ベルト、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫは各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに各色のトナーを補給するトナー補給部、５１は原稿Ｄを原稿読込部５５に搬送する原稿搬送部、５５は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部（スキャナ）、６１は転写紙等の記録媒体Ｐが収納される給紙部、６６は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着部を示す。
【００２９】
ここで、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング部２５が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、装置本体１に対して所定の交換サイクルにて交換される。同様に、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫも、装置内に収容された現像剤の寿命等に基いて、装置本体１に対して所定の交換サイクルにて交換される。
各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。
【００３０】
以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部５１の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部５５のコンタクトガラス５３上に載置される。そして、原稿読込部５５で、コンタクトガラス５３上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
【００３１】
詳しくは、原稿読込部５５は、コンタクトガラス５３上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部（不図示である。）で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。
【００３２】
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応するプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの感光体ドラム２１上に向けて発せられる。
【００３３】
一方、４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電部２２との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム２１上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。
【００３４】
イエロー成分に対応したレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。
【００３５】
同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム１２表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面左から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。
【００３６】
その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、それぞれ、現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫとの対向位置に達する。そして、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫから感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、フォトセンサ４１（図２を参照できる。）との対向位置を通過した後に、中間転写ベルト２７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト２７の内周面に当接するように転写バイアスローラ２４が設置されている。そして、転写バイアスローラ２４の位置で、中間転写ベルト２７上に、感光体ドラム２１上に形成された各色の画像が、順次重ねて転写される（第１転写工程である。）。
【００３７】
そして、第１転写工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、クリーニング部２５との対向位置に達する。そして、クリーニング部２５で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム２１表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。
【００３８】
他方、感光体ドラム２１上の各色の画像が重ねて転写された中間転写ベルト２７表面は、図中の矢印方向に走行して、第２転写バイアスローラ２８の位置に達する。そして、第２転写バイアスローラ２８の位置で、記録媒体Ｐ上に中間転写ベルト２７上のフルカラーの画像が２次転写される（第２転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト２７表面は、中間転写ベルトクリーニング部２９の位置に達する。そして、中間転写ベルト２７上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部２９に回収されて、中間転写ベルト２７上の一連の転写プロセスが完了する。
【００３９】
ここで、第２転写バイアスローラ２８位置の記録媒体Ｐは、給紙部６１から搬送ガイド６３、レジストローラ６４等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部６１から、給紙ローラ６２により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４に導かれる。レジストローラ６４に達した記録媒体Ｐは、中間転写ベルト２７上のトナー像とタイミングを合わせて、第２転写バイアスローラ２８の位置に向けて搬送される。
【００４０】
その後、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、搬送ベルト３０により、定着部６６に導かれる。定着部６６では、加熱ローラ６７と加圧ローラ６８とのニップにて、カラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、排紙ローラ６９によって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００４１】
次に、図２及び図３にて、画像形成装置の作像部について詳述する。図２は作像部を示す断面図であり、図３はその現像装置を示す長手方向（図２の紙面垂直方向である。）の断面図である。
なお、装置本体１に設置される４つの作像部は、作像プロセスに用いられるトナーＴの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジ及び現像装置及びトナー補給部における符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を省略して図示する。
【００４２】
図２に示すように、プロセスカートリッジ２０には、主として、像担持体としての感光体ドラム２１と、帯電部２２と、クリーニング部２５とが、ケース２６に一体的に収納されている。クリーニング部２５には、感光体ドラム２１に当接するクリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂが設置されている。
【００４３】
現像装置２３は、主として、感光体ドラム２１に対向する現像ローラ２３ａと、現像ローラ２３ａに対向する第１搬送スクリュ２３ｂと、仕切部材２３ｅを介して第１搬送スクリュ２３ｂに対向する第２搬送スクリュ２３ｃと、現像ローラ２３ａに対向するドクターブレード２３ｄと、で構成される。図３を参照して、現像ローラ２３ａは、内部に固設されて複数の磁極を有するマグネット２３ａ１、マグネット２３ａ１の周りを回転するスリーブ２３ａ２、それらを支持するフランジ、等で構成される。現像装置２３内には、キャリアＣとトナーＴとからなる２成分現像剤Ｇが収容されている。なお、スリーブ２３ａ２と現像剤Ｇとについては、後で詳しく説明する。
【００４４】
先に述べた作像プロセスを、現像工程を中心にしてさらに詳しく説明する。
現像ローラ２３ａは、図２中の矢印方向に回転している。現像装置２３内の現像剤Ｇは、図３に示すように、間に仕切部材２３ｅを介在するように配設された第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃの矢印方向の回転によって、トナー補給部３２からトナー補給口２３ｆを介して補給されたトナーＴとともに撹拌混合されながら長手方向に循環する（図３中の破線矢印方向の循環である。）。
【００４５】
そして、摩擦帯電してキャリアＣに吸着したトナーＴは、キャリアＣとともに現像ローラ２３ａ上（スリーブ２３ａ２の外周面上）に担持される。現像ローラ２３ａ上に担持された現像剤Ｇは、その後にドクターブレード２３ｄの位置に達する。そして、現像ローラ２３ａ上の現像剤Ｇは、ドクターブレード２３ｄの位置で適量に調整された後に、感光体ドラム２１との対向位置（現像領域である。）に達する。
【００４６】
その後、現像領域において、現像剤Ｇ中のトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。詳しくは、レーザ光Ｌが照射された画像部の潜像電位（露光電位）と、現像ローラ２３ａに印加された現像バイアスとの、電位差（現像ポテンシャル）によって形成される電界によって、トナーＴが潜像に付着する。
なお、本実施の形態においては、高画質化を達成するために、現像ローラ２３ａ（スリーブ２３ａ２）と感光体ドラム２１とのギャップ（現像ギャップ）が０．１〜０．４ｍｍの範囲になるように設定されている。
【００４７】
その後、現像工程にて感光体ドラム２１に付着したトナーＴは、そのほとんどが中間転写ベルト２７上に転写される。そして、感光体ドラム２１上に残存した未転写のトナーＴが、クリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂによってクリーニング部２５内に回収される。
【００４８】
ここで、装置本体１に設けられたトナー補給部３２は、交換自在に構成されたトナーボトル３３と、トナーボトル３３を保持・回転駆動するとともに現像装置にフレッシュトナーＴを補給するトナーホッパ部３４と、で構成されている。また、トナーボトル３３内には、トナーＴ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれかである。）が収容されている。また、トナーボトル３３の内周面には、螺旋状の突起が形成されている。
【００４９】
なお、トナーボトル３３内のトナーＴは、装置内のトナーＴの消費にともない、トナー補給口２３ｆから装置内に適宜に補給されるものである。装置内のトナーＴの消費は、感光体ドラム２１に対向する反射型フォトセンサ４１と、現像装置２３の第２搬送スクリュ２３ｃの下方に設置された磁気センサ４０（トナー濃度検知手段）と、によって間接的又は直接的に検知される。また、トナー補給口２３ｆは、第２搬送スクリュ２３ｃの長手方向（図３の左右方向である。）の一端であって、第２搬送スクリュ２３ｃの上方に設けられている。
【００５０】
以下、本実施の形態で特徴的な、現像ローラ２３ａのスリーブ２３ａ２について詳述する。
現像ローラ２３ａのスリーブ２３ａ２は、非磁性材料からなる円筒体であって、その外周面に現像剤の穂立ちを生じさせるように磁界を形成するマグネット２３ａ１を内設している。スリーブ２３ａ２は、出力画像上に回転周期の濃度ムラが生じるのを抑止するために、その振れが所定範囲内になるように形成されている。
【００５１】
また、スリーブ２３ａ２は、その外周面が不規則な凹凸面となるように形成されている。この外周面（不規則な凹凸面）は、比較的滑らかな凹凸面であって、粗さプロファイルをおこなったときに、その表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が５〜２０μｍの範囲になって、深さが１μｍ以上の凹部の数が０．２ｍｍの測定長さ当たりに１〜５個の範囲（５個以内）となるように形成されたものである。
このように、表面粗さＲｚと深さが１μｍ以上の凹部の単位長さ当たりの数とで所定形状に規定された滑らかな凹凸面を、スリーブ２３ａ２表面に形成することで、ピッチムラの発生を抑止して、スリーブ表面へのトナー固着を抑止して、経時においても現像剤を安定的に汲み上げることができる。
【００５２】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、いずれも、上述のように規定されたスリーブ２３ａ２（本実施の形態のものである。）の外周面における粗さプロファイルを示す図である。また、図４（Ｃ）は、従来のスリーブ２３ａ２の外周面における粗さプロファイルを示す図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）と図４（Ｃ）とを比較して、本実施の形態におけるスリーブ２３ａ２の外周面は、全体的に緩やかな変化（凹凸）が不規則に存在することがわかる。この場合、微小な粗さは測定誤差レベルとなっている。
このようなスリーブ２３ａ２表面を有する現像ローラ２３ａが現像装置２３に搭載された場合、現像剤の搬送力を得るための現像剤との摩擦状態は必要かつ十分なものであって、微細な粗さが小さいためにトナーやトナー中の成分がスリーブ表面に固着する不具合も防止され、初期から経時にいたるまで良好な画質を維持することができる。
【００５３】
このような粗さプロファイルを特性値として具現化する場合、ＪＩＳ等で定められている既存の規格のみであらわすことは難しい。本実施の形態では、既存の表面粗さＲｚに加えて、深さが１μｍ以上の凹部の単位長さ当たりの数を用いて、所望の凹凸面の形状を具現化している。
なお、図５を参照して、ＪＩＳ等では山ピッチを表す特性値として凹凸の平均間隔Ｓｍが用いられるが、Ｓｍは粗さプロファイルの平均線Ｎに対する山の間隔をあらわすものであるために、上述のように不規則な粗さの曲線形状を具現化するのは難しい。
【００５４】
ここで、単位長さ辺り（測定長さ０．２ｍｍ当たり）の凹部の数とは、その長さの中にいくつの凹凸が存在するのかをあらわすものであって、本実施の形態における効果に対する寄与の大きさを考慮して極めて微小な凹部はカウントしないで１μｍ以上の凹部に限ってカウントしている。
【００５５】
具体的に、図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、説明する。
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、いずれも、凹部４３が形成されたスリーブ２３ａ２の外周面上にキャリアＣが担持された状態を示す模式図である。図６（Ａ）は深さが１μｍ以上の凹部４３の数が適量である場合のものであり、図６（Ｂ）は深さが１μｍ以上の凹部４３の数が多い場合のものであり、図６（Ｃ）は深さが１μｍ以上の凹部４３の数が少ない場合のものである。
【００５６】
図６（Ｂ）を参照して、深さが１μｍ以上の凹部４３の数が多い場合（微細な凹凸形状である場合）、１つの凸部の断面積が小さくなるために、経時において現像剤との摩擦等によって凸部の先端部が磨耗してしまう。このような場合には、現像ローラ２３ａにおける現像剤の搬送性が低下するとともに、キャリア表面（コート層）が磨耗してキャリアが劣化してしまう。
これに対して、図６（Ｃ）を参照して、深さが１μｍ以上の凹部４３の数が少ない場合（粗大な凹凸形状である場合）、スリーブ表面と現像剤との摩擦が小さくなるために、スリーブ表面と現像剤との間で滑りが生じてしまう。このような場合にも、キャリア表面（コート層）が磨耗してキャリアが劣化してしまう。
【００５７】
したがって、キャリアとスリーブ表面との間で必要かつ十分な摩擦が得られる条件は、スリーブ表面にある程度一様に凹部４３が形成されていて、その凹部４３間のピッチ（Ｐ）がキャリアとの摩擦が得やすいようにある程度の大きさに形成されているというものになる（図６（Ａ）の状態である。）。
【００５８】
本願発明者が研究を重ねた結果、上述の条件でスリーブ２３ａ２に形成される凹部について、さらなる最適条件として次の２つのものを導くことができた。
第１に、深さが１μｍ以上の凹部は、略円錐状又は略多角錐状に形成されて、その頂角（図６（Ａ）のαである。）が９０度以上になるように形成されることが好ましい。これによって、キャリアＣが凹部４３の位置にあるときに、キャリアＣと凹部４３との隙間が少なくなって、外周面上にトナー（又はトナー成分）が固着しにくくなる。
【００５９】
第２に、深さが１μｍ以上の凹部は、隣接するもの同士のピッチをＰとして、それらのピッチＰの平均値をＰ0として、キャリアＣの平均粒径（重量平均粒径）をＤとしたときに、
Ｐ0／３＜Ｄ＜Ｐ／０．７
なる関係が成立するように形成されることが好ましい。
凹部間の最小ピッチはキャリアとスリーブ表面とが線接触になるための条件であって、キャリアの平均粒径Ｄの０．７倍以上（Ｐ＞０．７Ｄ）であることが好ましい。また、スリーブ表面において現像剤に対する搬送力を確保するためには、平均ピッチＰ0が大き過ぎずに、キャリアの平均粒径の３倍以下（Ｐ0＜３Ｄ）であることが好ましい。
【００６０】
なお、凹部間のピッチＰやその平均値Ｐ0は、図７のように、粗さプロファイルをピッチ換算用に変換したものを用いて求めることができる。詳しくは、粗さ計で取得したプロファイルから、凹部の頂点と凸部の頂点とを直線で結んで、隣接する凹部のピッチを読み出して凹部間のピッチＰやその平均値Ｐ0を算出する。
また、キャリアの平均粒径は、例えば、「コールターカウンターＴＡ−ＩＩ」（コールター社製）や「コールターマルチサイザーＩＩ」（コールター社製）を用いて測定することができる。
【００６１】
なお、このような粗さプロファイルのスリーブ表面を形成する加工方法としては、スリーブ表面にメディアを衝突させるブラスト工法を用いることができる。その際、メディアとして比較的形状の大きいカットワイヤ（金属ワイヤを短尺状に切断したものである。）を用いることが好ましい。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態では、現像ローラ２３ａにおけるスリーブ２３ａ２の外周面に形成される凹凸面の形状を最適化しているために、ピッチムラや濃度ムラ等の出力画像上の不具合やスリーブ表面へのトナー固着が確実に抑止されて、経時においても現像剤がスリーブ上に安定的に汲み上げられる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、上述したように現像ギャップ（感光体ドラム２１と現像ローラ２３ａとのギャップである。）が、０．１〜０．４ｍｍの範囲内になるように設定されている。さらに、キャリアＣは、その平均粒径が２０〜５０μｍの範囲内になるように形成されている。これにより、出力画像の高画質化が達成される。
【００６４】
現像ギャップが０．１ｍｍよりも小さいときには、現像領域に形成される電界が強くなりすぎて、感光体ドラム２１上にキャリアが付着する不具合が生じる。これに対して、現像ギャップが０．４ｍｍよりも大きいときには、現像領域に形成される電界が小さくなるために、現像効率が低下するとともに、画像部のエッジにおいて電界のエッジ効果が大きくなって画像が不均一になってしまう。
また、キャリアＣの平均粒径が２０μｍよりも小さいときには、１つのキャリアが磁化する大きさが小さくなってしまうために、現像ローラ２３ａから受ける磁気的拘束力が弱まってキャリア付着が生じてしまう。これに対して、キャリアＣの平均粒径が５０μｍよりも大きいときには、キャリアと感光体ドラム２１上の潜像との間の電界が疎になってしまうために、均一な画像が得られなくなってしまう。
【００６５】
また、本実施の形態では、図８を参照して、キャリアＣとして、磁性を有する芯材４６（フェライト等の磁性体である。）に樹脂コート膜４７を被覆したものを用いている。樹脂コート膜４７は、アクリル等の熱可塑性樹脂とメラミン樹脂とを架橋させた樹脂成分に、帯電調整剤４８（大粒子）としてのアルミナ（大粒子）を含有させたものである。
このように形成された樹脂コート膜４７は、弾力性を有して接着力が強いために、キャリアに対する衝撃を吸収してキャリアの膜削れを抑止するとともに、アルミナ４８を強い力で保持する。また、大粒子のアルミナ４８は、樹脂コート膜４７に対する直接的な衝撃を阻止して、スペント物をクリーニングする。
このように構成されたキャリアを用いることで、キャリアの膜削れやスペント化が軽減されて現像剤が長寿命化されるとともに、現像剤の汲み上げ性が安定化する。
【００６６】
また、本実施の形態では、トナーＴとして、少なくとも、プレポリマー、着色剤、離型剤からなるトナー組成物を、水系媒体中で樹脂微粒子とともに分散して、そのトナー組成物を重付加反応させて形成したものを用いている。このように構成されたトナーＴを用いることで、出力画像の高画質化が達成される。
なお、このトナーＴを用いて従来のスリーブ表面を有する現像ローラを搭載した画像形成装置によって画像形成をおこなった場合、初期の画質は優れるものの、経時においてトナーからの抽出物や添加剤がキャリア上やスリーブ上に堆積して汲み上げ量が大きく低下して画質劣化が生じてしまう。これに対して、本実施の形態のスリーブ表面を有する現像ローラ２３ａを用いた場合には、経時での汲み上げ量の低下は低減されて、長期間にわたって良好な画質を維持することができる。
【００６７】
以下、図９及び図１０にて、本実施の形態における効果を確認するための実験について説明する。
図９及び図１０は、いずれも、効果確認実験の条件及び結果を示す表図である。
【００６８】
図９における効果確認実験は、スリーブ表面（スリーブ２３ａ２の外周面）の表面性が異なる３つの現像ローラ２３ａ（実施例１、比較例１、比較例２）を用意して、それぞれ、ランニング試験をおこなったものである。
３つの現像ローラ２３ａは、図９を参照して、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）、深さが１μｍ以上の凹部の数、凹部間のピッチ（Ｐ、Ｐ0）が異なる。なお、３つの現像ローラ２３ａは、いずれも、そのスリーブ径が１８ｍｍのものを用いている。また、キャリアＣは、その平均粒径が３５μｍのものを用いている。
【００６９】
ランニング試験は、６万枚の通紙（画像形成）をおこなった後の、現像ローラ２３ａ上における汲み上げ量の低下の度合いを評価した。
図９中の、「○」は汲み上げ量の低下率が５％以下となる結果を示し、「△」は汲み上げ量の低下率が５〜１０％となる結果を示し、「×」は汲み上げ量の低下率が１０％以上となる結果を示す。
【００７０】
比較例１に示すように、凹部間のピッチＰ（最小ピッチ）がキャリアの平均粒径Ｄの７０％以下（Ｄ＞Ｐ／０．７）であるときには、キャリアが凹部に点接触してしまい、経時において汲み上げ量が大きく低下するのがわかる。また、比較例２に示すように、凹部間の平均ピッチＰ0がキャリアの平均粒径Ｄの３倍以上（Ｐ0／３＞Ｄ）であるときには、キャリアに対する搬送力が不足してしまい、経時において汲み上げ量が低下するのがわかる。
実施例１に示すように、Ｐ0／３＜Ｄ＜Ｐ／０．７なる関係が成立することによって、経時における汲み上げ量の低下を軽減することができる。
【００７１】
一方、図１０における効果確認実験は、スリーブ表面の表面性が異なる２種類の現像ローラ２３ａ（実施例２〜４、比較例３〜４）を用意して、それぞれ、キャリアの平均粒径Ｄ（キャリア径）と現像ギャップとの水準を振って、ランニング試験をおこなったものである。
実施例２〜４の現像ローラ２３ａは、深さが１μｍ以上の凹部の数が１〜４となっている。比較例３〜４の現像ローラ２３ａは、深さが１μｍ以上の凹部の数が４〜９となっている。キャリアの平均粒径Ｄは、３５μｍ、５５μｍの２水準振っている。現像ギャップは、０．３ｍｍ、０．５ｍｍの２水準振っている。
【００７２】
ランニング試験は、１０万枚の通紙（画像形成）をおこなった前後の、出力画像の画質を評価（官能評価である。）した。
図１０中の、「◎」は画質が非常に良好である状態を示し、「○」は画質が良好である状態を示し、「△」は画質が劣化している状態を示し、「×」は画質が大きく劣化している状態を示す。
【００７３】
図１０の実験結果から、現像ローラのスリーブ表面が、滑らかで不規則な凹凸面となっていて、キャリア径Ｄと現像ギャップとがそれぞれ最適化されたときに、初期から経時にかけて非常に良好な画質を維持できることがわかる。
【００７４】
なお、本実施の形態では、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫを、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング部２５を一体化して構成した。また、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫを、単体のユニットとして構成した。これに対して、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫを、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫと一体化することもできる。すなわち、プロセスカートリッジ２０を、感光体ドラム２１、帯電部２２、現像装置２３、クリーニング部２５で構成することもできる。この場合にも、本実施の形態と同様の効果を奏することになる。さらには、作像部のメンテナンス性が向上する。
【００７５】
なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の画像形成装置における作像部を示す断面図である。
【図３】現像装置を長手方向にみた断面図である。
【図４】凹凸面における粗さプロファイルを示す図である。
【図５】凹凸面における平均間隔Ｓｍを示す図である。
【図６】現像ローラにおけるスリーブの外周面にキャリアが担持された状態を示す模式図である。
【図７】凹部間のピッチを求めるために変換した粗さプロファイルを示す図である。
【図８】キャリアの構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態における効果を確認するための実験の条件及び結果を示す表図である。
【図１０】実施の形態における効果を確認するための別の実験の条件及び結果を示す表図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  画像形成装置本体（装置本体）、
２０、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫ  プロセスカートリッジ、
２１  感光体ドラム（像担持体）、  ２２  帯電部、
２３、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫ  現像装置（現像部）、
２３ａ  現像ローラ（現像剤担持体）、
２３ａ１  マグネット、  ２３ａ２  スリーブ、
２３ｂ  第１搬送スクリュ、  ２３ｃ  第２搬送スクリュ、
２３ｅ  仕切部材、  ２３ｆ  トナー補給口、  ２５  クリーニング部、
３２、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫ  トナー補給部、
４３  凹部、  ４６  芯材、  ４７  樹脂コート膜、  ４８  アルミナ、
Ｇ  ２成分現像剤（現像剤）、  Ｔ  トナー、  Ｃ  キャリア。
【図１】
2006163098.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006163098.tif 000008
【図７】
2006163098.tif 000009
【図８】
2006163098.tif 000010
【図９】
2006163098.tif 000011
【図１０】
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