JP5808075B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる現像装置、及び、その現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

トナーからなる一成分現像剤を用いて感光体上に形成された潜像を可視化する、画像形成装置に用いられる現像装置として、感光体に対向して設けられた現像ローラを有し、この現像ローラに現像剤規制部材と現像剤供給ローラとを当接させて備えたものが知られている。このような現像装置において、現像装置内に収容されている現像剤言い換えればトナーは、現像ローラと現像剤供給ローラとの摺擦により適度に摩擦帯電されながら現像ローラに供給される。現像ローラ表面に担持されたトナーは、現像剤規制部材により規制されて均一な薄層とされるとともに所望の電荷が付与される。そして、感光体と現像ローラとの間の現像領域では、現像ローラ表面のトナーが現像電界によって感光体上の潜像に転移し、潜像がトナー像として可視化される。現像領域で現像に使用されず現像ローラ表面に残留するトナーは、現像剤供給ローラとの当接部で現像ローラから掻き取られる。同時に現像ローラ表面には現像剤供給ローラの回転により新たなトナーが供給される。一方、現像剤供給ローラによって掻き取られたトナーは、現像剤供給ローラの回転により現像装置内のトナーと混合される。

ここで、現像に使用されなかった現像ローラ表面のトナーが現像ローラ表面から掻き取られずに現像ローラ表面に残留したままの状態では、その残留したトナーに大きなストレスが繰り返しかかりトナーの帯電特性が低下するなどのトナーの劣化が促進される。また、トナーの劣化により現像ローラ表面に所謂トナーフィルミングが発生し易くなって、現像ローラ表面の帯電性能を維持することができなくなったり、現像ローラ表面でトナーを保持することができなくなったりする。そのため、形成した画像に画像ムラや白スジなどが発生し画質に大きな悪影響が及ぶといった不具合が生じる。

上記不具合は、一成分現像剤を用いる現像装置だけではなく、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる現像装置においても同様に生じ得る。

特に、近年の画像形成装置では、部品点数削減のため、紙にトナーを定着させる定着工程での定着ローラへのワックス塗布を、トナーを介して行うようになりつつあり、トナー粒子内部にワックスを含有させたワックス含有トナーが使用されるようになっている。ワックス含有トナーは現像ローラ表面に付着しやすいため、現像ローラ表面にトナーフィルミングが起こりやすくなる。また、高画質化のためにトナーの小粒径化が進められているが、トナーの粒径が小さくなるとトナー１個の単位体積あたりにかかるストレスが大きくなり、トナーの劣化の進行速度が大きくなる。よってトナーが劣化されやすくなるので、現像ローラ表面にトナーが付着しやすくなり、現像ローラ表面にトナーフィルミングが起こりやすくなる。

そのため、現像ローラ表面からのトナーの離型性を向上させてトナーが現像ローラ表面に付着しにくくし、現像ローラ表面にトナーフィルミングが起こりにくくなるようにすることが望まれる。より具体的には、現像ローラ表面の表面粗さ、もしくは、表面エネルギーを最適化することにより、離型性の向上が試みられることが多い。

特許文献１では、現像ローラ表面を構成する部材として、ゴム系材料とトナーが付き難い樹脂系材料とゴム系材料とを混合した部材を用い、現像ローラ表面の摩擦係数を低減させることで現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制するという提案がなされている。

また、特許文献２では、現像ローラ表面の表面粗さを規定することで、現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制するという提案がなされている。

しかしながら、何れのアプローチも根本的な解決には至っていないのが実情である。理由は主に二つある。
一つ目の理由は、最終的に達成したい離型性を直接的に評価、管理できていないことである。表面粗さ、摩擦係数ともに、トナーの離型性に影響することは事実であるが、それらがどのような値のときに、どれだけ離型性向上に寄与するかは明らかでない。すなわち、間接的な指標でしかない。
もう一つの理由は、これらの手法、評価方法がマクロ的なものである、ということである。この理由について、摩擦係数を用いて詳しく述べる。

摩擦係数の測定方法としては、例えばオイラーベルト法が知られている。このオイラーベルト法を用いて現像ローラ表面の摩擦係数を測定する場合は、まず現像ローラ表面まわりに紙を巻きつける。そして、その紙の一端に錘を付けて一定速度で紙を巻き上げ、紙が始動し始める荷重を読み取る。この読み取った荷重を換算式によって摩擦係数に換算することで、現像ローラ表面の摩擦係数が算出される。

一般に摩擦係数を測定するときには、上述したオイラーベルト法などのように、１個のトナーが接触する部材の箇所の面積よりも遥かに広い面積の部材の箇所の平均化された表面状態における摩擦係数が測定される。ところが、上記接触する箇所、例えば数［μｍ^２］の範囲における表面状態と上記広い面積の部材の箇所、例えば数［ｍｍ^２］の範囲における表面状態とは必ずしも同じではない。例えば、上記広い面積の部材の箇所全体では表面状態が凸凹した状態であったとしても、上記接触する箇所全体では表面がうねった状態となる。そのため、その測定した摩擦係数は厳密に言うと１個のトナーにとって上記接触する箇所における摩擦係数とは異なったものとなる。よって、上記広い面積の部材の箇所における摩擦係数が小さくても、実際にトナーが接触している上記接触する箇所における摩擦係数ではないので、その結果、現像ローラ表面からのトナーの離型性が改善されない場合があると考えられる。したがって、摩擦係数によって現像ローラ表面からのトナーの離型性を的確に判断するのは困難であると考えられる。

また、現像ローラ表面の表面粗さについても、上述した理由から、現像ローラ表面からのトナーの離型性を的確に判断することも困難であると考えられる。

したがって、現像ローラ表面の摩擦係数や表面粗さを規定したとしても、現像ローラ表面にトナーフィルミングが発生するのを抑えられない虞がある。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、現像剤担持体表面にトナーフィルミングが発生するのを抑えることができる現像装置、及び、その現像装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーと、潜像担持体上の潜像を少なくとも前記トナーからなる現像剤によって現像する現像手段に設けられ無端移動可能な表面に現像剤を担持し該潜像担持体に対向する現像領域へ搬送する現像剤担持体とを備えた現像装置において、前記現像剤担持体に供給される現像剤を収容する現像剤収容部と、１［μｍ］以下の無機微粒子を前記現像剤収納部に供給することで、現像剤と共に該１［μｍ］以下の無機微粒子を、前記現像剤担持体の表面に均一に分散した状態で配置されるように供給する粒子供給手段とを有しており、前記表面に前記１［μｍ］以下の無機微粒子を均一且つ隙間なく複数配置したことにより、原子間力顕微鏡を用いて、現像剤担持体表面上を測定間隔が１［μｍ］以下で、格子状に位置をずらしながら、前記表面と、前記トナー１個体との間で生じる付着力を測定する測定手段で測定した該付着力の値が、１００［ｎＮ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、前記トナー１個体は、外部添加剤がトナー表面に添加されておらず粒子径３［μｍ］以上１０［μｍ］以下のトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の現像装置において、予め上記１［μｍ］以下の無機微粒子を混合した現像剤と該現像剤を現像領域に補給する現像剤補給手段とを有しており、該現像剤補給手段が上記粒子供給手段を兼ねることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記無機微粒子がシリカであることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上に担持された潜像を少なくともトナーからなる現像剤によって現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記現像手段として、請求項１、２、３または４の現像装置を用いることを特徴とするものである。

本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、現像剤担持体表面に対する１個のトナーの付着力を測定し、その測定した付着力によって現像剤担持体表面からのトナーの離型性を的確に判断できることを見出した。

本発明においては、後述する実験で明らかにしたように、現像剤担持体表面とトナー１個体との間で生じる付着力が１００［ｎＮ］以下であることで、現像剤担持体表面にトナーフィルミングが発生するのを抑えることができる。

以上、本発明によれば、現像剤担持体表面にトナーフィルミングが発生するのを抑えることができるという優れた効果がある。

シリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラの付着力の測定結果を示したグラフ。 本実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。 同プリンタにおけるＹ用の作像プロセス部を示す拡大構成図。 インクジェット法によって現像ローラ表面に凹凸を設ける場合の説明図。 インクジェット法を用いた場合の加工工程の説明図。 現像ローラ表面に機能性材料の薄膜を得た場合の模式図。 複数のヘッドからなる現像ローラ長手方向に長尺なラインヘッドを用いた場合の模式図。 溶液浸漬法によって現像ローラ表面に凹凸を設ける場合の説明図。 リソグラフィー法によって現像ローラ表面に凹凸を設ける場合の説明図。 レーザーアブレーション法によって現像ローラ表面に凹凸を設けた場合の模式図。 インクジェット法によって現像ローラ表面に凹凸を設けた場合の説明図。 実施例１に係る現像装置の概略構成図。 トナー容器中にシリカを放出する方法を模式的に示した説明図。 付着力測定エリアを示した図。 未使用品の現像ローラの表面状態を示した図。 シリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラの表面状態を示した図。 シリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラの表面状態を示した図。 未使用品の現像ローラの付着力の測定結果を示したグラフ。 シリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラの付着力の測定結果を示したグラフ。 外部添加剤を用いていないトナーをカンチレバー先に取り付けたプローブで、シリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラの付着力を測定した測定結果を示したグラフ。 実施例２に係る現像装置の概略構成図。 シリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラの表面状態を示した図。 シリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラの表面状態を示した図。 シリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラの付着力の測定結果を示したグラフ。 シリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラの付着力の測定結果を示したグラフ。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタという）の一実施形態について説明する。

まず、本実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図２は、本実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。同図のプリンタは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（以下、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋと記す）用の４つの作像プロセス部１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。Ｙトナー像を生成するためのＹ用の作像プロセス部１Ｙを例にすると、これは図３に示すような構成になっている。そして、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動せしめられる感光体２Ｙの周囲に、クリーニング装置１００Ｙ、除電手段３Ｙ、帯電ローラ４Ｙ、光書込装置５Ｙ、現像装置６Ｙなどを有している。

感光体２Ｙに接触あるいは所定の間隙を介して対向するように配設された帯電ローラ４Ｙには、不図示の帯電バイアス電源から帯電バイアスが印加される。そして、帯電ローラ４Ｙは、図中反時計回り方向に回転しながら感光体２Ｙとの間に放電を生じせしめることで、感光体２Ｙの表面を一様帯電せしめる。帯電ローラ４Ｙの代わりに、帯電ブラシを当接させてもよい。また、感光体２Ｙを一様帯電せしめる帯電手段として、スコロトロンチャージャーのように、チャージャー方式によって感光体２Ｙを一様帯電せしめるものを用いてもよい。

帯電ローラ４Ｙとしては、硬質の導電性材料でローラ部が形成されたものを、微小ギャップを介して感光体２Ｙに対向させたものであって、次に説明する構成を有するものであることが望ましい。即ち、その軸線方向の寸法がプリンタの出力可能な最大画像幅（Ａ４横通紙の機械ならば約２９０［ｍｍ］）よりも少し長く設定され、軸線方向の両端部に、それぞれ中央部よりも大きな径で且つ絶縁性のスペーサとしてのギャップコロ部を有するものである。かかる構成では、両端のギャップコロ部を感光体２Ｙの軸線方向の両端部に存在する非画像形成領域に当接させることで、自らの中央部と感光体２Ｙとの間に５〜１００［μｍ］程度（より望ましくは２０〜６５［μｍ］）の微小ギャップを容易に形成することができる。なお、本実施形態では、５５［μｍ］となるように設定した。

帯電ローラ４Ｙによって一様帯電せしめられた感光体２Ｙの表面は、光書込装置５Ｙから発せられる走査光によって露光走査されてＹ用の静電潜像を担持する。この光書込装置５Ｙは、外部のパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて変調したレーザー光あるいはＬＥＤ光を照射するものである。

現像手段たる現像装置６Ｙは、周知の技術により、感光体２Ｙ表面に担持された静電潜像にＹトナーを付着させることで、静電潜像を現像してＹトナー像を得る。このＹトナー像は、後述する中間転写ベルトに一次転写される。

クリーニング装置１００Ｙは、一次転写工程を経た後の感光体２Ｙ表面に付着している転写残トナーを除去する。なお、本実施形態のクリーニング装置では、クリーニングブレードよりも感光体回転方向下流側の感光体表面に接触摺擦するようにクリーニングブラシを配し、さらにクリーニングブラシに接触してトナー回収ローラを配し、トナー回収ローラからゴムブレードによってトナーを除去する構成を適用している。クリーニング装置１００Ｙによって、クリーニング処理が施された感光体２Ｙ表面は、図示しない除電ランプ等の除電手段３Ｙによって除電されて、次の画像形成に備えられる。

先に示した図２において、他色用の作像プロセス部１Ｃ、Ｍ、Ｋにおいても、同様にして感光体２Ｃ、Ｍ、Ｋ上にＣ、Ｍ、Ｋトナー像が形成されて、中間転写ベルト２１上に中間転写される。

作像プロセス部１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの図中下方には、像担持体たる中間転写ベルト２１を張架しながら図中反時計回り方向に無端移動せしめる転写ユニット２０が配設されている。転写手段たる転写ユニット２０は、中間転写ベルト２１の他、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、４つの一次転写ローラ２４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ、二次転写ローラ２５、図示しないベルトクリーニング装置などを備えている。

中間転写ベルト２１は、そのループ内側に配設された駆動ローラ２２と従動ローラ２３とによって張架されながら、駆動ローラ２２の回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。

４つの一次転写ローラ２４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、このように無端移動せしめられる中間転写ベルト２１を感光体２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋとの間に挟み込んでＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ用の一次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト２１の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する。転写体たる中間転写ベルト２１は、その無端移動に伴ってＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ用の一次転写ニップを順次通過していく過程で、そのおもて面に感光体２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ上のＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋトナー像が重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト２１上に４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

中間転写ベルト２１のループ外側には、図示しない電源から出力される二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ２５が配設されており、これはベルトループ内側の駆動ローラ２２との間に中間転写ベルト２１を挟み込んで二次転写ニップを形成している。

転写ユニット２０の下方には、図示しない給紙カセットが配設されている。この給紙カセット内には、転写体たる記録紙Ｐが複数枚重ねられた記録紙束の状態で収容されており、一番上の記録紙Ｐを所定のタイミングで図示しない給紙路に送り出す。この給紙路の末端には、レジストローラ対３１が配設されている。レジストローラ対３１は、記録紙Ｐを互いに当接しながら回転するローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、記録紙Ｐを中間転写ベルト２１上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで二次転写ニップに向けて送り出す。

中間転写ベルト２１上に形成された４色トナー像は、二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ２５と接地された駆動ローラ２２との間に形成される二次転写電界や、ニップ圧の影響により、二次転写ニップ内で記録紙Ｐに一括二次転写される。そして、記録紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー像となる。

二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト２１には、記録紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、従動ローラ２３との間に中間転写ベルト２１を挟み込んでいる図示しないベルトクリーニング装置によって除去される。

二次転写ニップの上方には、図示しない定着装置が配設されている。この定着装置は、電子写真方式の画像形成装置で周知になっているように、加圧や加熱によってトナー像を記録紙に定着せしめるものである。

なお、感光体２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ上のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーは、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ用の一次転写ニップにおいて、自らと逆極性の一次転写バイアスが印加されることで、逆極性の電荷注入を受けてしまう場合がある。このため、感光体２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ上の転写残トナーの中には、正規極性トナー粒子と逆帯電トナー粒子とが混在している。

以上の基本的な構成を備える本プリンタにおいては、４つの作像プロセス部１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋが、像担持体たる感光体２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの無端移動する表面にトナー像を形成するトナー像形成手段として機能している。また、４つの作像プロセス部１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋと転写ユニット２０との組合せが、像担持体たる中間転写ベルト２１の無端移動する表面にトナー像を形成するトナー像形成手段ととして機能している。

トナーとしては、粒子に添加剤が含有せしめられたものを用いている。この添加剤としては、従来から公知のものを使用することができる。具体的には、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等である。特に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナなどが好適である。添加剤の添加量は、母体粒子１００重量部に対して０．５から１．８重量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７から１．５重量部である。

また、トナーとしては、処理剤を用いた表面処理を施したものを用いることが望ましい。かかる表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物などが好ましい。例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類である。また、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等でもよい。表面処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等が挙げられる。

また、トナーとしては、体積平均粒径の範囲が３［μｍ］から７［μｍ］であるものを用いることが望ましい。

磁性キャリアとしては、粒子径２０［μｍ］から２００［μｍ］程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど、従来から公知のものを使用することができる。本プリンタでは、金属又は樹脂からなるコア中にフェライト等の磁性材料を含有し、且つ表層にシリコーン樹脂等による被覆が施された平均粒径５５［μｍ］のものを用いている。表層の被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。また、ポリビニル樹脂、ポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂等でもよい。また、スチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂などでもよい。また、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体などでもよい。また、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂などでもよい。なお、必要に応じて導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。かかる導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などを用いることができる。これらの導電粉としては、平均粒子径１［μｍ］以下のものが好ましい。平均粒子径が１［μｍ］よりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になるからである。

感光体に形成された静電潜像を現像する現像部には一般的に感光体にトナーを供給する部材として現像ローラを有する。現像ローラはトナーを像担持体へ受け渡す機能を有するため、トナーに対して大きな付着力を持つことは好ましくない。ゆえに本発明を好適に用いることができる。

現像ローラは、一成分トナーを摩擦により帯電させるために外周部がゴム等の摩擦係数の低い弾性材により形成されたローラ部と、このローラ部の中心を貫通する金属製の軸部とからなる。

弾性材に用いられる材料としては、弾性材ゴム、エラストマー等の弾性部材が挙げられ、具体的には、ブチルゴム、フッ素系ゴム、アクリルゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シンジオタクチック１、２−ポリブタジエン、エピクロロヒドリン系ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、熱可塑性エラストマー（例えばポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリウレア、ポリエステル系、フッ素樹脂系）等からなる群より選ばれる１種類あるいは２種類以上を使用することができる。ただし、上記材料に限定されるものではない。

外周部がゴム等の摩擦係数の低い弾性材により形成されたローラ部と、このローラ部の中心を貫通する金属製の軸部とからなるローラ、また表面が金属からなるローラ、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属も用いられる。上記現像ローラの表面には、経時品質を安定化させるために適宜コ−ト材料を被覆されることがある。表層コート材料は、帯電がトナーと逆極性でも良いし、トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせない場合は同極性でも良い。前者の表層コート材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また後者の表層コート材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一に現像ローラコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。

以下に、現像ローラ表面に１［μｍ］以下の凹凸を設ける手段を述べる。いずれの方式も、上述した方法で現像ローラを作製した後に、最終工程として用いるものである。

現像ローラ表面に凹凸を設ける方法としては、現像ローラ表面上に凸部を付加する方法と、現像ローラ表面に穴あけ加工を施して凹部を設ける方法の２通りがある。いずれの方法でも、現像ローラ表面に設けられる凹凸の最終的な周期としては、５００［ｎｍ］間隔、望ましくは５０［ｎｍ］間隔とし、凹凸の高さは１０［ｎｍ］以上１０００［ｎｍ］以下とするのが良い。

（１）インクジェット法
現像ローラ表面に微細な凹凸を設ける手法としては、現像ローラ表面に微小なインク（液滴）を吹き付けて、そのインク（液滴）により現像ローラ表面に凸部を形成するインクジェット方式の方法がある。より具体的には、図４に示すように、インク（液滴）が噴出されるノズル８２が設けられたヘッド８１を、図５（ａ）に示すように現像ローラ長手方向に一端側から他端側に移動させつつ、現像ローラ表面にヘッド８１のノズル８２から周期的にインク（液滴）を噴出することで、現像ローラ表面にインク（液滴）による微細な凸部が複数形成される。ヘッド８１が現像ローラ長手方向の一端側から他端側に移動し終えたら、図５（ｂ）に示すように現像ローラ８０を周方向に回転させる。その後、図５（ｃ）に示すようにヘッド８１を現像ローラ長手方向の前記他端側から前記一端側に移動させつつ、現像ローラ表面にヘッド８１のノズル８２から周期的にインク（液滴）を噴出して、現像ローラ表面にインク（液滴）による微細な凸部を複数形成する。以後、図５（ｄ）や図５（ｅ）に示すように、このような動作を繰り返すことで、最終的に現像ローラ表面全体に微細な凹凸を設けることができる。

現像ローラ８０に吹き付けるインク（液滴）は、大きさが数［μｍ］から数十［μｍ］程度の開口を持つノズル８２から噴出される。このノズル８２はインクで充てんされた微小な圧力室につながっており、この圧力室に極めて大きな圧力を発生させてインクをノズル８２から噴出させる。圧力発生源としてはピエゾ素子を用いたピエゾ方式と熱による液体の沸騰現象を用いたバブル方式とがある。

使用できるインク（液滴）は、圧力発生源の種類により異なるが、ピエゾ方式のヘッド８１では数十［ｍＰａ・ｓ］以下であることが要求される。その他の条件としては、ヘッド８１内で固化や析出物を出さない、乾燥による目詰まりを起こさない等がある。

また、インク（液滴）中には、ナノ粒子９０を独立分散されている。ナノ粒子９０に金属系のものを用いる場合は、有機物でナノ粒子９０をコートした状態で用いる。これは、金属の表面が活性であるために凝集し易い傾向にあるためである。より具体的なナノ粒子９０としては、数［ｎｍ］〜数十［ｎｍ］の大きさのＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＳｉＯ_２等を用いることが可能である。これらのナノ粒子９０の大きさが、現像ローラ表面に設けられる微細な凹凸の最終的なサイズに大きく寄与する。

インクは、無溶媒系と溶媒系とに大別される。無溶媒系とは揮発性の溶媒を含まない機能性インクで、インク全体が揮発性材料として機能する。この無溶媒系の機能性インクの例としては、液晶材料、紫外線効果樹脂、及び、熱硬化性樹脂等がある。溶媒系の機能性インクは、揮発性の溶媒に機能性材料を溶解または分散させ、溶媒を乾燥プロセスで除去することで機能性材料９１の薄膜を得る（図６参照）。

また、現像ローラ表面に凹凸を設ける加工を施す加工時間を短くするために、現像ローラ表面にインク（液滴）によって付加したい凸部の周期と同じサイズのヘッド８１を複数用意し、その複数のヘッド８１を図７に示すように現像ローラ８０の長手方向の幅にアレイ状に連ねて現像ローラ長手方向に長尺なラインヘッド８３を構成することで、上述したようなヘッド８１の現像ローラ長手方向の移動を略し、現像ローラ８０を周方向に回転させつつラインヘッド８３のノズル８２からインク（液滴）を現像ローラ表面に噴出させて、現像ローラ表面に凸部を形成する加工工程を行なうことも可能である。このようにヘッド８１を現像ローラ８０の長手方向の幅にアレイ状に連ねた構成を採用した場合には、ヘッドの作製コストが上がるが、現像ローラ８０の加工時間は短くすることができるため、現像ローラ８０に量産性が見込める場合はこの手法が有利となる。

（２）溶液浸漬法
溶液浸漬法では、図８に示すように、溶媒９２にナノ粒子９３が分散された溶液９４に現像ローラ８０を浸し、溶液９４から現像ローラ８０を取り出した後、現像ローラ８０を乾燥させることで、現像ローラ表面の全面に一度で微細な凹凸を設けることができる。上述したインクジェット法に比べて、現像ローラ８０の表面に設けられる凹凸の周期を制御するのは難しくなるが、インクジェット法のようなヘッド８１を複数回、現像ローラ長手方向に移動させる必要がないため、加工時間を短くすることが可能となる。

溶液浸漬法で用いることができる具体的な溶媒９２やナノ粒子９３としては、基本的に上述したインクジェット法と同じものを用いることができる。この手法の場合、現像ローラ表面に設けられる微細な凹凸の周期は、溶媒９２の粘土や、その溶媒９２に混合させるナノ粒子９３の濃度などに依存する。また、加工後の現像ローラ表面の凹凸ムラは、溶液９４中のナノ粒子９３のナノオーダーの分散状態に依存するので、溶液９４をよく撹拌するとともに、撹拌した後の溶液９４中に現像ローラ８０を浸すまでの時間も管理すべきである。

（３）リソグラフィー法
リソグラフィーによっても、現像ローラ表面に微細な凹凸を設けることができる。図９は現像ローラ８０の現像ローラ長手方向の断面図であり、具体的には、図９に示すように、現像ローラ表面に感光性樹脂（レジスト）８４を塗布した後、露光により感光性樹脂（レジスト）８４の改質させた部分８７を溶媒で除去することで、感光性樹脂（レジスト）８４に凹部８９が形成され、現像ローラ表面に微細な凹凸のパターンを設けることができる。また、感光性樹脂の改質させた部分８７を溶媒で除去するのではなく、感光性樹脂の改質させなかった部分８８を溶媒で除去することで、現像ローラ表面に微細な凹凸のパターンを設けることもできる。感光性樹脂の改質させた部分（露光部分）８７を溶媒で除去する方法はポジ型と呼ばれ、感光性樹脂の改質させなかった部分（非露光部分）８８を溶媒で除去する方法はネガ型と呼ばれている。

ポジ型の感光性樹脂（レジスト）８４の材料としては、トリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベンゾフェノン、６−ジアゾ−５，６−ジヒドロ−５−オキソ−１−ナフタレンスルホン酸のようなナフトキノンジアジド化合物が、ネガ型の感光性樹脂（レジスト）材料としては、ビスアジド化合物が用いることができる。実際にどのような材料を使用するかは、現像ローラ８０の表層に用いる材料と感光性樹脂（レジスト）８４との親和性で決定する。半導体やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）のような平坦な基板に塗布する場合は、通常、平滑性を重視してスピンコータで塗布するが、本実施形態では液槽に現像ローラ８０を一定時間浸すディッピング方式、もしくは、現像ローラ８０の表面にスプレーで直接、感光性樹脂（レジスト）８４を吹き付けることで、現像ローラ８０上に感光性樹脂（レジスト）８４の層を設ける。

リソグラフィーは、露光の光源の種類で、パターニングの精度が決まる。本実施形態のようにサブミクロンからナノオーダーの凹凸を現像ローラ表面に作製したい場合は、ＡｒＦレーザーやＦ_２レーザー、極端紫外線（ＥＵＶ）、更には、電子線を用いる必要がある。露光の際には、加工したいパターン周期のマスクを介して露光をするが、加工時間が長くなるというデメリットはあるものの電子線リソグラフィーでは、マスク無しで露光することが可能である。

露光後の感光性樹脂（レジスト）８４の除去には、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）、ＮＨ_４Ｆ・ＨＦ・Ｈ_２Ｏの水溶液、ＨＦ・Ｈ_２Ｏの水溶液を用いるが、具体的な種類は感光性樹脂（レジスト）８４の材料の種類による。また、この溶液が、感光性樹脂（レジスト）８４の除去後に微量でも現像ローラ表面に残存すると、実機使用時に現像ローラ表面に担持されたトナーが溶液によって溶融されてしまう。そのため、感光性樹脂（レジスト）８４の除去後に、専用リンスや純水で現像ローラ表面をしっかり洗うことが肝要である。

（４）レーザーアブレーション法
レーザーアブレーション（レーザーによるドライ加工）によっても、現像ローラ表面に微細な凹凸を設けることができる。レーザーアブレーションは、加工対象にレーザーを照射させて、対象表面を熱的、もしくは、化学的に分解させ、更には、その分解されたフラグメントが蒸発することで、現像ローラ表面に穴あけ加工を施す手法である。このレーザーアブレーションは、上述したリソグラフィーのように、現像・露光・乾燥といった複数の工程を経ず、単一の工程で加工できることが特徴である。レーザーアブレーションは、様々な光源で開発がされているが、特に、本実施形態のようにサブミクロンの凹凸を現像ローラ表面に作製したい場合は、レーザー照射による熱的拡散は可能な限り抑制すべきであり、そのためにはパルス長は短い方が有利である。近年の研究で、フェムト秒レーザーでアブレーションが起こる閾値近傍の低フルーエンス（エネルギー密度）で照射すると、レーザー波長の１／１０〜１／５と非常に小さい周期的微細構造が形成されることがわかっており、数十［ｎｍ］オーダーの加工は十分に可能である。

レーザーアブレーションによる現像ローラ表面に微細な凹凸を設ける加工の順序としては、上述したようなインクジェット法と同じであり、まず現像ローラ表面の現像ローラ長手方向に穴あけ加工を施し、その後、現像ローラ８０を周方向に回転させて、穴あけ加工が施されていない現像ローラ表面の現像ローラ長手方向に穴あけ加工を施す、という作業を繰り返す。本手法の場合、図１０に示すように現像ローラ表面に穴あけ加工を施して凹凸を設けるため、図１１に示すように現像ローラ表面にインク（液滴）を吹き付けてインク（液滴）による凸部を形成して現像ローラ表面に凹凸を設けるインクジェット法とは凹凸の関係が異なるが、凹凸の周期Ｔや高さｈは同じ条件である。

ここで、近年、電子写真方式を利用した複写機やレーザープリンタなどの画像形成装置は、画質、印刷速度の向上、機械サイズの小型化等、多様な点で著しい進歩を遂げている。電子写真方式は、光導電性物質を利用し、感光体上に電気的潜像を形成する工程と、潜像をトナーを用いて現像する現像工程と、紙等の記録媒体にトナー画像を転写する転写工程と、定着ローラを用いた加熱等により、トナー画像を定着する定着工程を有しているが、これらの工程のなかで画像形成に直接関わる現像工程は、画像形成装置の高機能化で非常に重要である。

一般に、電子写真における現像方式においては、トナーのみを現像剤として用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアとを現像剤として用いる二成分現像方式とがある。

一成分現像方式は、これらのトナーを現像ローラに移動させて搬送し、トナー層規制部材によってトナーを摩擦帯電すると同時にトナーの層の厚みを規制し、現像ローラ上の薄層状態のトナーを電気的な力により現像するものである。この現像ローラと潜像担持体とがお互いに対向した現像領域において、潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって可視像化しているが、所定濃度の高品質な可視像を形成するには、充分に帯電した多量のトナーを現像領域に搬送し、かかるトナーによって潜像を可視像化する必要がある。

一方、二成分現像方式は、トナーとキャリアとを攪拌することによってトナーに適正な帯電量をもたせる。この方式は、マグネットローラの外側に回転可能な非磁性スリーブを設けた現像ローラにより、現像剤を潜像担持体まで搬送し、潜像を現像する方式である。二成分現像方式においては、キャリアがトナーの帯電、搬送の役割を担っており、それらの混合比や攪拌状態が画像形成に大きく関わることが知られている。

何れの現像方式でも、慢性課題の一つとして、トナーを保持する現像ローラ、もしくは、キャリアの表面汚染がある。現像ローラやキャリアなどは、マシン使用中、常に、トナーと接触・摺擦しているため、その表面にトナー成分が付着し剥がれない状態になることがある。このような状態になると、本来、現像ローラやキャリアなどが持つトナーを帯電させる機能が低下するだけでなく、現像ローラ表面やキャリア表面などの汚染が酷い状態になると、トナーを保持することすらできなくなる。この結果、画像ムラの発生や、ベタ画像中での白スジの発生等の不具合が起こる。

このような現像ローラ表面やキャリア表面などがトナーで汚染させる現象はトナーフィルミングと呼ばれるが、近年のトナー開発のトレンドにより、トナーフィルミングは特に大きな課題となっている。

その理由としては、トナーのワックス含有化である。近年の画像形成装置は、部品点数削減のため、紙にトナーを定着させる定着工程での定着ローラへのワックス塗布を、トナーを介して行うようになりつつある。そのため、トナー粒子内部にワックスを含有させたワックス含有トナーが使用されるようになっている。ワックスは分子量が小さいため、粘性が低く、それ故に、通常の樹脂材料よりも、更に、現像ローラ表面やキャリア表面の汚染を引き起こし易くなってきている。

また、他の理由としては、トナーの小粒径化である。近年、高画質化の為のトナーの小粒径化が進んできているが、トナーの粒径が小さくなると、１個のトナーの単位体積あたりにかかるストレスが大きくなるため、トナーの劣化の進行速度は大きくなる。故に、現像ローラ表面やキャリア表面にトナーが付着しやすくなり、トナーフィルミングが起こりやすくなる。

現像ローラのトナーフィルミングを抑制する為に、従来より様々な手法が提案されているが、何れの方法も根本的な解決には至っていないのが実情である。以下、一成分現像の現像ローラのトナーフィルミングを抑制する従来の発明を記す。主な発明としては、現像ローラ以外の条件を改良する発明と現像ローラ自体を改良する発明の２通りある。

前者については、例えば、特開２００２−３５１１３３号公報では、用いるトナー中の微粉トナー率を制限するというような方法が提案されているが、そもそもトナーの粒径が小さくなりつつあるというトレンドの中では、その効果は限定的である。また、特開平８−４４１６９号公報では現像ローラの下方側に下シール材を設け、この下シール材に除電用電圧を印加することで、現像ローラ上のトナーを回収し易いようする方法が提案されているが、トナーの除電は必ずしも容易なものではなく、特に複数層のトナーが重なった個所においては除電効率が低くなる為、その効果は限定的である。

一方、後者のように現像ローラそのものの特性を変えることで、フィルミングを抑制しようという提案も多数ある。より具体的には、現像ローラ表面の離型性を向上させて、トナーが現像ローラに付着しにくくしようというものである。

特開２００６−２２７４４７号公報（特許文献２）は、現像ローラ表面を構成する部材としてシリコーン系の化合物を用い、現像ローラ表面の表面粗さを規定することで、現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制しようという提案である。また、特開平１１−２８２２４８号公報（特許文献１）はトナーが付き難い樹脂系材料とゴム系材料とをブレンドした部材を現像ローラ表面を構成する部材として用いることで現像ローラ表面の低摩擦係数化を図り、現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制しようという提案である。

しかしながら、何れの提案もその効果は限定的である。理由は主に二つある。まず一つ目の理由は、最終的に達成したい現像ローラ表面からのトナーの離型性を直接的に評価、管理できていないことである。例えば、特開平１１−２８２２４８号公報（特許文献２）ではトナーフィルミング低減の達成方法として、現像ローラ表面を低摩擦係数な状態にすることを挙げているが、摩擦係数は摩擦対象物により大きく変化するもので、必ずしも現像ローラ表面からのトナーの離型性につながるものにはならない。もう一つの理由は、これらの処方、評価方法がマクロ的なものである、ということである。というのも、現像ローラ表面上のほとんどの領域が上記離型性の良い状態であったとしても、現像ローラ表面上で部分的に上記離型性の悪い領域が存在していると、その離型性の悪い領域がトリガーとなってトナーフィルミングが進行してしまうからである。

本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、現像ローラ表面に対する１個のトナーの付着力を測定し、その測定した付着力によって現像ローラ表面からのトナーの離型性を的確に判断できることを見出した。

［実施例１］
図１２は、本発明を具現化するために、トナーからなる一成分現像剤を用いる現像装置６内にシリカ供給機構を備えた例である。本実施例の現像装置６の上部にはシリカ粒子を収容するシリカ容器７１ａ，７１ｂ，７１ｃが設けられており、シリカ容器７１ａ，７１ｂ，７１ｃと現像装置６とは図示しない連通口によってそれぞれ連通しており、図１２においてはそれら連通口がシール７２ａ，７２ｂ，７２ｃによって塞がれている。このシール７２ａ，７２ｂ，７２ｃは図１３（ａ）に示すように一部が現像装置６の外壁よりも外側にはみ出しており、ユーザーがそのはみ出した部分を摘んでシール７２ａ，７２ｂ，７２ｃを引き抜くことにより、シリカ容器７１ａ，７１ｂ，７１ｃと現像装置６とが連通しシリカ容器７１ａ，７１ｂ，７１ｃ内に収容されたシリカが上記連通口を通って現像装置６のトナー容器内に放出される。

本実施例においては予め設定された出力枚数の後に、ユーザーが図１３（ｂ）、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）の順にシール７２を引き抜くことにより、シリカ容器７１ａ，７１ｂ，７１ｃから現像装置６のトナー容器内にシリカを放出させる。

トナー中に放出されたシリカは、アジテータ６４、スクリュー６５、供給ローラ６５を介して、トナーと共に現像ローラ６１の表面に搬送される。特に、重要であることは、この搬送中にトナーが撹拌され、その作用として、シリカが分散されることである。この結果、現像ローラ表面に、均一に分散した状態で、シリカが配置されるようになる。

本発明では、本来、凝集し易いナノオーダーの粒子を、均一に隙間なく現像ローラ表面に配置することが鍵となる。トナーが撹拌・搬送される前に、トナー中にシリカを供給することで、シリカを分散させるという方法は、本発明を具現化する代表的な方法である。

このような方法が機能しているか否かを判断するためには、後述するようにトナー１個体を４［μｍ］角という狭い領域で位置をずらしながら付着力を測定することが大変、効果的である。というのも、トナーフィルミングは現像ローラ表面の僅かな領域の離型性が悪いだけで発生しうるからである。この手法により、現像ローラ表面に隙間無くシリカを配給できているかがわかる。

ここで、現像ローラ表面内の付着力の特性値分布の取得を、トナー１個体との付着力測定により行うことが重要であることについて説明する。従来より知られているトナーなどの粉体の付着力測定方法の多くは、集団としての粉体と部材との付着力を測定しているが、集団としての粉体は粒子径や形状などの分布を持つので、部材表面の特性値の分布を繰り返し精度を維持して評価することができない。例えば、「Ｍ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ａ． Ｏｎｏｓｅ，Ｍ．Ａｎｚａｉ，Ｒ．Ｋｏｊｉｍａ ａｎｄ Ｋ．Ｋａｗａｉ：Ｐｒｏｃ． ＩＳ＆Ｔ ７ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ａｄｖ． Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２１９９１，ｖｏｌ．１，ｐｐ．２００−２０８」で用いられている遠心力を用いて付着力を測定する方法は、粉体を付着させた試料基板を用意して、その試料基板から粉体が離れる遠心力を評価している。ところが、この方法では上述した理由から部材表面の特性値の分布を評価することはできない。そのため、本実施形態では常に同じ粒子（トナー１個体）で付着力を測定することで、部材表面上の付着力の面内分布を繰り返し精度を維持して評価を行う。

現像ローラ表面に対するトナー１個体の付着力の測定は、現像ローラ表面の複数箇所、例えば図１４に示すような４［μｍ］角のエリア内で７×７＝４９の点数の位置で行う。このような測定間隔で評価すれば、仮に部分的に離型性の悪い領域があっても、漏れなく検出することができる。

なお、この付着力測定には、例えば、原子間力顕微鏡を用いておこなえる。以下に、原子間力顕微鏡とそれを用いた付着力測定方法の概要を述べる。ただし、トナー等の粉体１個体と現像ローラ６１などの部材との付着力測定方法は、部材上の複数の位置で付着力測定が可能であればよく、原子間力顕微鏡を用いた方法には限らない。特開２００１−１８３２８９号公報に記載されている方法を応用しても可能である。

原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の動作原理については多くの公知の文献（例えばＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．５６号１７５８頁（１９９０年））がある。窒化ケイ素や２酸化ケイ素などの物質表面を有する針（プローブチップ、以下、チップともいう。）を先端に有するカンチレバーを用いて、チップを測定試料表面に近付けて、試料表面間とプローブチップの間にはたらく力（表面間力）を、フォトダイオードの反射を用いてカンチレバーの反りあるいは撓みとして測定し、シグナルとしてフィードバック制御に結び付け、チップと試料表面との間の距離をピエゾ素子によって制御するというのが代表的な非接触型ＡＦＭの動作原理である。

原子間力顕微鏡を用いて付着力を測定する際は、カンチレバーを装飾しなければならない。具体的には、エポキシ樹脂等の接着剤で、カンチレバー先端に対象の粉体を取り付ける。取り付ける作業は、特開２００２−６２２５３号公報に記載されているような専用機器を用いるか、もしくは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によっても、取り付けることができる。

また、原子間力顕微鏡で付着力を測定する方法は、主に二通りの方法がある。
一つは、フォースカーブ法、もしくは、フォースディスタンスカーブ法という方法である。具体的な測定行為としては、カンチレバー先端と試料表面の離間、接触、離間を連続しておこなう。カンチレバー先端と試料表面の離間の瞬間のカンチレバーのたわみ量から、カンチレバーと試料表面の付着力を測定する方法である（例えば、特開２００２―６２２５３号公報）。

もう一つは、パルスフォースモード法という方法で、フォースカーブ法を応用したものである（例えばＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．１８号２６３２頁（１９９７年））。概念としては、フォースカーブ法がある一点でおこなう測定であるのに対して、パルスフォースモード法は、二次元領域内でフォースカーブ法を連続的におこなう測定である。具体的には、試料表面上を０．１［Ｈｚ］から１０［Ｈｚ］程度でスキャンしながら、垂直方向に試料台を１００［Ｈｚ］から１０００［Ｈｚ］程度で振動させることで、カンチレバー先端と試料表面の接触、離間を連続的におこなう。

試料の測定領域条件は５００［ｎｍ］から１００００［ｎｍ］の領域設定で評価をおこなうのが好適である。付着力分布評価時に、領域が小さすぎる場合、付着力の局所的な偏りの影響が大きくなり、付着力分布から判別を行うのに適した標準偏差が得られないため適正な判別が行えない。評価対象にも依存するが、具体的には５００［ｎｍ］以上の領域に設定するのが良い。

また、付着力測定装置として、原子間力顕微鏡を用いる場合、あまりに大きな領域設定は、設定できない。機種にもよるが、例えば、パルスフォースモード法での最大の設定領域は、数千［ｎｍ］から１００００［ｎｍ］である。また、原子間力顕微鏡は、試料台の移動速度（もしくは、カンチレバーの移動速度）が最大で高々、数千［ｎｍ／ｓ］である。故に、あまりに大きな領域設定になると、測定時間が長くなり過ぎるため、あまり好ましくない。

付着力分布を構成する、データ数は７×７＝４９点以上とするのが好ましい。データ数が少なすぎるとデータに偏りが生じやすくなってしまう可能性が高くなる。付着力測定装置として、原子間力顕微鏡を用いる場合、あまりに大きなデータ数とするのは測定が困難であるので２５６×２５６＝６５５３６点以下とするのが好ましい。

［実験１］
＜現像ローラ表面シリカ量とフィルミングの関係について＞
以下に、現像ローラ表面にシリカを供給したときの現像ローラ表面の付着力と現像ローラ表面のフィルミング状態を示す。本実験結果から、シリカ供給により、現像ローラ表面の付着力を低い状態にでき、その結果から、現像ローラ表面のフィルミングを防止できる事がわかる。

［実験概要］
・実験装置：ＩＰＳｉＯ ＳＰ Ｃ２２０改造機
・画像出力条件：画像濃度５［％］チャートで６０００枚出力

＜カートリッジ内トナー条件＞
・トナー種：ワックス含有粉砕トナー（平均粒径７［μｍ］）
・添加剤条件：小径シリカ（１０［ｎｍ］）１部、大径シリカ（５０［ｎｍ］）２部
・トナー容量：１８０［ｇ］
・トナー色：シアン

＜現像ローラ条件＞
芯金であるφ６［ｍｍ］のアルミニウムに、３［ｍｍ］厚の弾性ゴム層を形成した。また、現像ローラ表面上のトナー量を制御するために、径２０［μｍ］の粗さ粒子を現像ローラの表面に埋め込んである（現像ローラ表面粗さＲａ：１．８［μｍ］）。

＜シリカ供給条件＞
・供給シリカ種：粒径の異なる２種類（小径１０［ｎｍ］、大径１００［ｎｍ］）のシリカを供給
・供給シリカ量：２０００枚出力毎に小径シリカ０．５［ｇ］、大径シリカ１．０［ｇ］を供給
・現像ローラ表面上のシリカ配置状態確認方法：出力枚数６０００枚後の現像ローラ表面を電子顕微鏡を用い、２００００倍の条件で現像ローラ表面の状態を評価した。
ただし、シリカ供給機構を作動させない条件では、フィルミングを発生している為、現像ローラ表面上への直接のシリカ供給状態を把握できるように、フィルミングが発生していない領域を選択して観察した結果である。

＜現像ローラ付着力評価条件＞
・評価方法：原子間力顕微鏡を用いたトナー付着力評価方法で評価した。より具体的には、画像出力後の現像ローラ表面を芯金から引き剥がし、約１０［ｍｍ］角へ切り出して測定を行った。
・原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）：走査型プローブ顕微鏡ＳＰＩ４０００、多機能型ユニット
・ＳＰＡ４００（ＳＩＩナノテクノロジー（株）製）
・付着力測定方法：フォースカーブ法
・測定モード：コンタクトモード
・カンチレバー：オリンパス（株）社製 標準窒化シリコンカンチレバーＯＭＣＬ−Ｒ
Ｃ８００ＰＳＡ、バネ定数：０．７６［Ｎ／ｍ］
・計測エリア：４［μｍ］角
・測定点数：縦方向７×横方向７＝４９点
・最大負荷条件：カンチレバー先端と試料表面の押し付け強さ５０［ｎＮ］狙いで設定
・カンチレバー先端のトナー粒径：６．５［μｍ］
・トナー種類：（株）リコー社製 ＰｘＰトナーの試作品、及び、外部添加剤を用いていないＰｘＰトナーの試作品

＜現像ローラフィルミング評価条件＞
・評価方法：出力枚数６０００枚後に、レーザー顕微鏡観察とサックイン法による帯電量評価を実施した。
なお、帯電量評価は、帯電・現像バイアスを印加した状態で、１分間駆動させた後に測定した。また、現像ローラ単体の劣化状態を評価するために、現像ローラ以外の部品とトナーは未使用のものを使用する。
・レーザー顕微鏡：キーエンス社製 ＶＫ８５００（測定倍率：２０倍、５０倍）
・観察はローラ中央部と両端部の計３箇所でおこなった。フィルミングの有無は、使用したトナーの色が現像ローラ表面上に着色されているか否かで判断した。

以下に、実験結果の詳細を説明する。
図１５、図１６、図１７から、本発明によってシリカ供給機構が機能していることがわかる。すなわち、図１５に示すように未使用の現像ローラ表面には、荷電制御のカーボン粒子が点在している以外は基本的に平坦な表面であるのに対し、図１６に示すようにシリカ供給機構を作動させた現像ローラ表面では、現像ローラ表面に均一且つ隙間無くシリカが配置されていることがわかる。一方、図１７に示すようにシリカ供給機構を作動させていない場合の現像ローラ表面は、トナー粒子から遊離したシリカが部分的に付着してはいるものの、元々の現像ローラ表面が露出している領域が大きい。

図１、図１８、図１９は、これらの現像ローラ表面の付着力である。シリカ供給機構を作動させた現像ローラ６１では、図１に示すように全ての測定位置で付着力が１００［ｎＮ］以下となる低付着力の状態を達成できていることがわかる。一方、シリカ供給機構を作動させないと、図１９に示すように部分的に付着力が１００［ｎＮ］を超える大きな領域が存在する。図１８に示した未使用品の現像ローラ表面の付着力の測定結果から明らかなように、本実験で使用した現像ローラ６１の表面はトナーとの間で生じる付着力が１００［ｎＮ］を超える材料からなるものであるので、図１９に示された付着力が１００［ｎＮ］を超える高付着力の領域は、元々の現像ローラ表面を構成する材料が露出している領域である。

更に、図２０は、トナー表面に外部添加剤を添加していないトナーをカンチレバー先に取り付けたプローブで、シリカ供給機構を作動させた現像ローラ６１の付着力を測定した結果である。トナー表面に外部添加剤を添加していないトナーでは、その付着力は非常に大きくなるが、そのようなトナーを用いてもシリカ供給機構を作動させた現像ローラ表面の付着力は低い状態におさえることができている。長時間使用すると、現像装置６内のトナーはその外部添加剤の埋没、剥がれた状態になり、かつ、フィルミングが起こり易くなる。図２０は、そのようなトナーが現像装置６内に存在していたとしても、シリカ供給機構を作動させていれば、現像ローラ表面とトナーとの間の付着力を小さくし、かつ、フィルミングの発生を抑制できることを示している。

表１にシリカ供給機構を作動させた場合と作動させない場合それぞれにおける現像ローラ表面のフィルミング状態の評価結果を示す。

シリカ供給機構を作動させないと現像ローラ表面にトナー樹脂が数百［μｍ］の大きさで海島状に付着しているのに対して、シリカ供給機構を作動させると部分的に削れてはいるものの現像ローラ表面にトナー樹脂の付着はなかった。また、シリカ供給機構を作動させると、現像ローラ６１の重要な機能であるトナー帯電機能も低下しなかった。

また、本実施例では、シリカ供給方法として、手動でユーザーがシールを引き抜く機構を採用しているが、必ずしもこの機構である必要は無く、シャッター等でシリカ容器底面を自動開閉する機構を採用することも可能である。

また、本実施例では、シリカ蓄積のためのシリカ容器を３箱配置したものだが、このシリカ容器の数、また、１箱あたりのシリカ量もこれに限るものではない。

また、本実施例は、搭載する現像ローラの種類によらず有効である。シリカが現像ローラ表面に配置されることで、現像ローラ表面とトナーとの間の付着力は現像ローラ表面上のシリカ量とその密度で決まるようになり、また、その量が粗になった領域の付着力は、元々の現像ローラ表面材質で決まるというメカニズムは、現像ローラの種類に依存しないからである。

［実施例２］
本実施例は図２１に示す現像装置６を用いて、随時、トナーをユニット内に補給することで、トナーに添加したシリカを現像ローラ表面に供給し、現像ローラ表面の低付着力化を実現する例である。

［実験２］
＜現像ローラ表面シリカ量とフィルミングの関係について＞
（トナーを介して、現像ローラ表面にシリカを供給した場合）

［実験概要］
・実験装置： ＩＰＳｉＯ ＳＰ Ｃ２２０改造機
・画像出力条件：画像濃度５［％］チャートで３０００枚出力

［カートリッジ内トナー条件］
・トナー種：ワックス含有粉砕トナー（平均粒径７［μｍ］）
・添加剤条件：小径シリカ（１０［ｎｍ］）１部、大径シリカ（５０［ｎｍ］）２部
・トナー容量：６０［ｇ］
・トナー色：シアン

［シリカ供給条件］
以下のトナーを出力枚数１０００枚毎にカートリッジ内に補給することで、トナーに添加されているシリカを現像ローラ表面に供給
・トナー種：ワックス含有粉砕トナー（平均粒径７［μｍ］）
・添加剤条件：小径シリカ（１０［ｎｍ］）１部、大径シリカ（５０［ｎｍ］）２部
・トナー容量：６０［ｇ］
・トナー色：シアン
・現像ローラ表面上のシリカ配置状態確認方法：出力枚数３０００枚後の現像ローラ表面を電子顕微鏡を用い、２００００倍の条件で現像ローラ表面の状態を評価した。
ただし、シリカ供給機構を作動させない条件では、フィルミングを発生している為、現像ローラ表面への直接のシリカ供給状態を把握できるように、フィルミングをしていない領域を選択して観察した結果である。

［現像ローラ付着力評価条件］
・評価方法：原子間力顕微鏡を用いたトナー付着力評価方法で評価した。より具体的には、画像出力後の現像ローラ表面を芯金から引き剥がし、約１０［ｍｍ］角へ切り出して測定を行った。
・原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）：走査型プローブ顕微鏡ＳＰＩ４０００、多機能型ユニット
ＳＰＡ４００（ＳＩＩナノテクノロジー（株）製）
・測定モード：コンタクトモード
・付着力測定方法：フォースカーブ法
・カンチレバー：オリンパス（株）社製 標準窒化シリコンカンチレバーＯＭＣＬ−Ｒ
Ｃ８００ＰＳＡ、バネ定数：０．７６［Ｎ／ｍ］
・計測エリア：４［μｍ］角
・測定点数：縦方向７×横方向７＝４９点
・最大負荷条件：カンチレバー先端と試料表面の押し付け強さ５０［ｎＮ］狙いで設定
・カンチレバー先端のトナー粒径：６．３［μｍ］
・トナー種類：（株）リコー社製 ＰｘＰトナーの試作品

［現像ローラフィルミング評価条件］
・評価方法：出力枚数３０００枚後に、レーザー顕微鏡観察によって評価した。
・レーザー顕微鏡：キーエンス社製 ＶＫ８５００（測定倍率：２０倍、５０倍）

図２２はシリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラ６１の表面状態を示した図であり、図２３はシリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラ６１の表面状態を示した図である。また、図２４はシリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラ表面の付着力の測定結果を示したグラフであり、図２５はシリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラ表面の付着力の測定結果を示したグラフである。

図２２に示したシリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラ６１の表面状態と、図２３に示したシリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラ６１の表面状態とを比較すると、本実施例のような構成においてもシリカ供給機構を作動させることで、現像ローラ表面に均一且つ隙間無くシリカが配置されるようにシリカを現像ローラ表面に供給できることがわかる。さらに、図２４に示したシリカ供給機構を作動させない場合の現像ローラ表面の付着力の測定結果を示したグラフと、図２５に示したシリカ供給機構を作動させた場合の現像ローラ表面の付着力の測定結果を示したグラフとを比較すると、本実施例においても、シリカ供給機構を作動させることで、現像ローラ表面上の全ての測定位置で付着力が１００［ｎＮ］以下となる低付着力の状態を達成できていることがわかる。そして、その結果として、表２に示すように本実施例においても、シリカ供給機構を作動させた場合に現像ローラ表面にフィルミングが生じるのを抑制することができた。すなわち、本実験結果から、トナーを介してシリカ供給をおこなっても、現像ローラ表面の付着力を低い状態にでき、その結果から、現像ローラ表面にフィルミングが生じるのを抑制できることがわかる。

本実施例の効果としては、予め分散した状態でシリカを現像ローラ表面に供給できることである。したがって、実施例１に比べて、シリカ量、もしくは、アジテータ、スクリュー等のトナー搬送条件の余裕度が大きい。

また、本実施例は、従来のカートリッジ内のトナーが消費し尽くされた後に、トナーを補給するという機構とは思想が全く異なる。あくまで、現像ローラ表面にシリカを供給する手段として、トナーを補給するものである。したがって、必ずしも、カートリッジ内のトナーを消費し終えなくても、他のユニット内の条件により現像ローラ６１がフィルミングし易い状態になっていたら、トナーを補給するようなシステムにするのも十分に有効である。

また、本実施例では、元々カートリッジ内にあるトナーと補給トナーのシリカ添加量を同じ場合を示したが、実際の発明としてはこの限りでない。特に、装置スペースをより小さくするためには、補給トナー中のシリカ量は多い方が良い。通常、トナーの表面を覆い尽くす以上のシリカは添加しないが、本発明の狙いはシリカの分散効果である為、通常のトナーへのシリカ添加量を超えるようなシリカを添加することも十分に有効である。

なお、上述した実施例１や実施例２では、現像ローラ表面の低付着力化を達成する為に、現像装置６内にシリカ供給機構を設けたが、現像ローラ自体がその表層にナノ粒子を配置させたものであっても、本発明は具現化できる。その際に重要なことは、現像ローラ表面に隙間無く、且つ、均一にシリカを配置させることである。シリカの配置の良否は、原子間力顕微鏡によるトナー１個体の付着力測定と電子顕微鏡による表面観察とで判断できる。

また、実施例１及び実施例２では、トナーからなる一成分現像剤を用いる現像装置６について説明したが明であったが、本発明は必ずしも一成分現像剤を用いる現像装置に限るものではない。すなわち、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる二成分現像装置では、キャリア粒子へのトナー樹脂溶着が発生し、トナーの帯電量低下や、それにともなう画質の悪化などが起こる。二成分現像装置に対して本発明を適用することで、キャリアとトナーとの間で生じる付着力を下げて、キャリア表面の汚染やトナーの帯電量低下などを抑制できる。

さらに実施例１及び実施例２では、現像ローラ表面の低付着力化を達成するためのナノ粒子としてシリカを用いたが、本発明を具現化するためには、ナノサイズの粒子であれば必ずしもシリカに限らない。例えば、チタン、アルミナ、酸化セリウム、炭化ケイ素等からなるナノサイズの粒子を用いることができる。

なお、特に規定されるものではないが、現像ローラ表面とトナー１個体との間で生じる付着力の下限は、現像ローラ表面とシリカ粒子１個体との間で生じる付着力である２〜３［ｎＮ］を常に超えることになる。この値は、トナーを取り付けていないカンチレバーを用いて測定した付着力の値に相当する。カンチレバー先の先端径が１０［ｎｍ］であり、シリカ粒子の粒子径とほぼ等しいからである。例えば、標準窒化シリコンカンチレバーＯＭＣＬ−ＲＣ８００ＰＳＡ（オリンパス（株）社製、バネ定数：０．０５［Ｎ／ｍ］）のカンチレバーを用いて、上記実験１で用いた現像ローラの付着力を測定すると、その最小値として、このような値を得る。

以上、本実施形態によれば、潜像担持体である感光体上の潜像を少なくともトナーからなる現像剤によって現像する現像手段である現像装置６に設けられ無端移動可能な表面に現像剤を担持し感光体に対向する現像領域へ搬送する現像剤担持体である現像ローラ６１において、前記表面とトナー１個体との間で生じる付着力が１００［ｎＮ］以下であることで、上述した実験で明らかのように、現像ローラ表面とトナー１個体との間で生じる付着力が１００［ｎＮ］以下であることで、現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、上記付着力が、原子間力顕微鏡を用いて上記表面とトナー１個体との間で生じる付着力を測定する測定手段で測定した値であることが望ましい。これは、上記測定手段においては、上記付着力の測定位置を自由に且つ微小にずらしながら変えられるため、現像ローラ表面上のあらゆる箇所の付着力を測定することができるからである。
また、本実施形態によれば、上記付着力が、外部添加剤がトナー表面に添加されていないトナーを用いて測定した値であることで、外部添加剤がトナー表面に添加されていない付着性の高いトナーを用いた場合でも、現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、上記付着力が、粒子径３［μｍ］以上１０［μｍ］以下のトナーを用いて測定した値であることで、粒径によらず現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、現像ローラ表面に１［μｍ］以下の凹凸を設けてあることで、現像ローラ表面とトナーとの間で生じる付着力を小さくすることができる。
また、本実施形態によれば、現像ローラ表面に１［μｍ］以下の粒子が複数配置されていることで現像ローラ表面に１［μｍ］以下の凹凸を設けることができ、現像ローラ表面とトナーとの間で生じる付着力を小さくすることができる。
また、本実施形態によれば、無端移動可能な表面に少なくともトナーからなる現像剤を担持し感光体に対向する現像領域へ搬送する現像ローラ６１を有し、現像ローラ６１によって現像領域へ搬送された現像剤によって感光体上の潜像を現像する現像装置６において、前記現像ローラ６１として本発明の現像ローラ６１を用いることで、上述したように現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制することができ、経時にわたって良好に前記潜像の現像を行うことができる。
また、本実施形態によれば、現像装置６が現像ローラ６１の表面に１［μｍ］以下の粒子を供給する粒子供給手段を有することで、サブミクロン以下の粒子を現像装置６の中で、簡易的に現像ローラ表面やキャリア表面などに、微小な凹凸を設けることができ、且つ、経時で現像ローラ表面やキャリア表面などの状態が変化したときにでも、再度、現像ローラ表面やキャリア表面などに微小な凹凸を設けることができる。これにより、経時にわたって、経時で現像ローラ表面やキャリア表面などトナーとの間で生じる付着力を低減することができる。
また、本実施形態によれば、上記現像ローラ６１に供給される現像剤を収容する現像剤収容部を有しており、上記粒子供給手段は、上記１［μｍ］以下の粒子を現像剤収納部に供給することで現像剤と共に該１［μｍ］以下の粒子を現像ローラ６１の表面に供給するものである。トナーに上記粒子を混合することで、現像ローラ表面にトナーが搬送される間に、凝集していた粒子を分散させることができる。また、２成分現像剤を用いた場合には現像ローラ表面に現像剤が搬送される間に、キャリア上で十分に上記粒子が分散される。よって、現像ローラ表面全体やキャリア表面全体に上記粒子を分散させた状態で配置することができる。
また、本実施形態によれば、予め上記１［μｍ］以下の粒子を混合した現像剤と現像剤を現像領域に補給する現像剤補給手段とを有しており、現像剤補給手段が上記粒子供給手段を兼ねる。トナーの添加剤を利用して、現像ローラ表面やキャリア表面などに上記粒子を配置することで、従来の現像装置６を大幅に改良する事無くマイナーチェンジするだけで、現像ローラ表面やキャリア表面などに微小な凹凸を設けることができる。
また、本実施形態によれば、上記１［μｍ］以下の粒子が無機微粒子であることで、上記粒子として用いることができる材料の選択の幅を広くすることができる。
また、本実施形態によれば、上記無機微粒子がシリカである。シリカはトナーの添加剤として利用されているため特に大きな不具合が生じることがない。
また、本実施形態によれば、上記１［μｍ］以下の粒子が樹脂微粒子であることで、研磨効果が少ないため、上記粒子により現像装置６内の各部材が傷付けられるのを抑えることができる。
また、本実施形態によれば、潜像を担持する感光体と、感光体上に担持された潜像を少なくともトナーからなる現像剤によって現像する現像装置６とを備えた画像形成装置において、前記現像装置６として上述した現像装置６を用いることで、現像ローラ表面にトナーフィルミングが生じるのを抑制でき、画像ムラの発生や、ベタ画像中での白スジなどの発生などの不具合が起こるのを抑えられ、良好な画像形成を行うことができる。

１ 作像プロセス部
２ 感光体
３ 除電手段
４ 帯電ローラ
５ 光書込装置
６ 現像装置
２０ 転写ユニット
２１ 中間転写ベルト
２２ 駆動ローラ
２３ 従動ローラ
２４ 一次転写ローラ
２５ 二次転写ローラ
３１ レジストローラ対
１００ クリーニング装置

特開平１１−２８２２４８号公報 特開２００６−２２７４４７号公報

Claims (5)

1. トナーと、
   潜像担持体上の潜像を少なくとも前記トナーからなる現像剤によって現像する現像手段に設けられ無端移動可能な表面に現像剤を担持し該潜像担持体に対向する現像領域へ搬送する現像剤担持体とを備えた現像装置において、
   前記現像剤担持体に供給される現像剤を収容する現像剤収容部と、
   １［μｍ］以下の無機微粒子を前記現像剤収納部に供給することで、現像剤と共に該１［μｍ］以下の無機微粒子を、前記現像剤担持体の表面に均一に分散した状態で配置されるように供給する粒子供給手段とを有しており、
   前記表面に前記１［μｍ］以下の無機微粒子を均一且つ隙間なく複数配置したことにより、原子間力顕微鏡を用いて、現像剤担持体表面上を測定間隔が１［μｍ］以下で、格子状に位置をずらしながら、前記表面と、前記トナー１個体との間で生じる付着力を測定する測定手段で測定した該付着力の値が、１００［ｎＮ］以下であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   前記トナー１個体は、外部添加剤がトナー表面に添加されておらず粒子径３［μｍ］以上１０［μｍ］以下のトナーであることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２の現像装置において、
   予め上記１［μｍ］以下の無機微粒子を混合した現像剤と該現像剤を現像領域に補給する現像剤補給手段とを有しており、該現像剤補給手段が上記粒子供給手段を兼ねることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１、２または３の現像装置において、
   上記無機微粒子がシリカであることを特徴とする現像装置。
5. 潜像を担持する潜像担持体と、
   該潜像担持体上に担持された潜像を少なくともトナーからなる現像剤によって現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、
   前記現像手段として、請求項１、２、３または４の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。