JP2020034850A - 現像ローラ、電子写真プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤搬送力が高く高品位な電子写真画像を形成し得る現像ローラの提供。【解決手段】導電性の基体と基体上の導電層とを有する現像ローラであって、導電層は複数個の樹脂粒子をその各々の少なくとも一部が現像ローラの外表面に露出するように保持し、現像ローラの外表面は該外表面に露出している樹脂粒子で構成されている複数個の絶縁ドメインと導電層の外表面の一部で構成されている導電マトリックスとで構成され、現像ローラ外表面に一辺２００μｍの正方形領域を現像ローラ長手方向に正方形領域の１辺が沿うように置いたとき、正方形領域内に複数個の絶縁ドメインが含まれ、そのうち少なくとも２個の絶縁ドメインは条件１（円相当径がそれぞれ１０〜８０μｍ、壁面間距離が１０〜１００μｍである）を満たし、現像ローラの表面の電位マップにおいて条件１を満たす２個の絶縁ドメインの各々の存在が確認できる。【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真用の現像ローラに関し、また、電子写真プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置に関する。

電子写真画像形成装置において、回転可能な静電潜像担持体である電子写真感光体（以降、「感光体」ということがある）の表面に静電潜像を形成し、感光体と現像ローラとの接触部でトナーによる静電潜像の現像を行うことが知られている。

特許文献１および特許文献２には、導電性材料中に絶縁粒子を分散させた表面層を有する現像ローラが開示されている。このような現像ローラでは、現像ローラ表面近傍に多数の微小閉電界（マイクロフィールド）を形成することができ、それにより、トナー搬送力を高めることができる。

特開平４−５０８７９号公報 特開平４−８８３８１号公報

本発明者らの検討によれば、特許文献１及び特許文献２に係る現像ローラは、未だ、現像剤の搬送能力が十分でない場合があった。現像剤搬送力の不足は、電子写真画像にガサツキが生じる原因となる。

本発明の一態様は、現像剤搬送力が高く、高品位な電子写真画像を形成し得る現像ローラの提供に向けたものである。また、本発明の他の態様は、高品位な電子写真画像の形成に資する電子写真プロセスカートリッジの提供に向けたものである。本発明の更に他の態様は、高品位な電子写真画像を形成することのできる電子写真画像形成装置の提供に向けたものである。

本発明の一態様によれば、
導電性の基体と、該基体上の導電層とを有する現像ローラであって、
該導電層は、複数個の樹脂粒子を、該樹脂粒子の各々の少なくとも一部が該現像ローラの外表面に露出するように保持しており、
該現像ローラの外表面は、該現像ローラの外表面に露出している該樹脂粒子で構成されている、複数個の絶縁ドメインと、該導電層の外表面の一部で構成されている導電マトリックスと、で構成され、
該現像ローラの外表面に、一辺が２００μｍの正方形領域を、該現像ローラの長手方向に該正方形領域の１辺が沿うように置いたときに、
該正方形領域内には、複数個の該絶縁ドメインが含まれ、
該正方形領域内の複数個の該絶縁ドメインのうちの少なくとも２個の絶縁ドメインは、下記の条件１を満たし、
条件１：円相当径がそれぞれ１０μｍ以上、８０μｍ以下であり、かつ、壁面間距離が１０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲にある；
該現像ローラの長手方向に略平行に、かつ、該現像ローラの表面から２ｍｍ離れた位置に放電ワイヤを配置し、温度２３℃、相対湿度５０％の環境において、該基体と該放電ワイヤとの間に−５ｋＶの直流電圧を印加して該現像ローラの表面を帯電させたのち、該正方形領域を、該正方形領域の一辺と平行な５０本の直線と、該直線に直交する５０本の直線とで等分し、これらの直線の交点における電位を電気力顕微鏡で測定して電位マップを作成したとき、該電位マップにおいて、該条件１を満たす２個の該絶縁ドメインの各々の存在が確認できる、ことを特徴とする現像ローラが提供される。

本発明の他の態様によれば、
電子写真画像形成装置の本体に着脱可能である電子写真プロセスカートリッジであって、
現像ローラを具備し、該現像ローラが前記の現像ローラであることを特徴とする電子写真プロセスカートリッジが提供される。

本発明の更に他の態様によれば、
現像ローラを具備する電子写真画像形成装置であって、該現像ローラが前記の現像ローラである電子写真画像形成装置が提供される。

本発明の一態様によれば、現像剤搬送力が高く、高品位な電子写真画像を形成し得る現像ローラを提供することができる。また、本発明の他の態様によれば、高品位な電子写真画像の形成に資する電子写真プロセスカートリッジを得ることができる。本発明の更に他の態様によれば、高品位な電子写真画像を形成することのできる電子写真画像形成装置を得ることができる。

本発明の一態様に係る現像ローラの一例を示す断面模式図である。 本発明の一態様に係る現像ローラの外表面の一例を示す模式図である。 本発明の一態様に係る現像ローラの外表面の観察像である。 （ａ）現像ローラの外表面の２００μｍ四方の領域を帯電させたときの電位マップである。 （ｂ）同領域の光学顕微鏡による観察像の模式図である。 比較例に係る現像ローラの外表面の観察像である。 （ａ）現像ローラの外表面の２００μｍ四方の領域を帯電させたときの電位マップである。 （ｂ）同領域の光学顕微鏡による観察像の模式図である。 本発明の一態様に係る電子写真画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の一態様に係る電子写真プロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。

本発明者らは、特許文献１および特許文献２に係る現像ローラのトナー搬送力をより一層向上させるべく検討を重ねた。ここで、外表面に電気絶縁性の第１領域と、第１領域よりも電気抵抗の低い第２領域が存在する現像ローラは、第１領域が帯電することにより、第２領域との間で電位差が生じ、グラディエント力によって該第１の領域の近傍に現像剤が吸着される。このことにより、安定した量の現像剤を外表面に担持し得る。

グラディエント力とは、電位差を有する領域間に発生する電界勾配中に存在する物体に対して影響する力である。電界勾配中に物体が存在することで、電界強度に応じて発生する物体内部の分極にも傾斜（大小）が生じる。その結果、分極が大きい方向、すなわち電界強度が強い方向へ物体を向かわせるように発生する力である。グラディエント力を生むような電界勾配は、例えば同一平面上に電位差を有する領域を設ける場合のように、電位差を有する面を、互いに対面しないような位置関係に存在させることで発生させることができる。

しかし、複数個の第１領域が物理的にきわめて近接して位置している場合、具体的には、例えば、２個の第１の領域の壁面間距離が１００μｍ以下であるような場合、当該２個の第１領域と、それらの間に存在する第２領域と、の電位差が不十分となる。当該２個の第１領域の各々の、互いに対向する境界部分には十分なグラディエント力が生じ難い。そのため、当該２個の第１領域の各々の、対向する境界部分の近傍には十分な量の現像剤が吸着され難いと考えられる。

かかる考察に基づき、本発明者らは、きわめて近接して位置している第１領域についてもそれらの間に存在する第２領域との電位差を十分に大きくすることについて検討した。この電位差を大きくできれば、当該２個の第１領域の各々の、互いに対向する境界部分にも十分な大きさのグラディエント力を生じさせることができ、その結果として、現像剤の搬送量のより一層の向上を図ることができると考えられる。

すなわち、本発明の一態様に係る現像ローラは、導電性の基体と、基体上の導電層とを有する。導電層は、複数個の樹脂粒子を、各々の樹脂粒子の少なくとも一部が現像ローラの外表面に露出するように、保持している。

なお、現像ローラの「外表面」は、現像ローラがトナー供給ローラ、トナー規制部材、電子写真感光体の如き他部材と当接する場合における当接面を意味する。また、導電層の外表面は、導電層の、基体と対向する側とは反対側の表面を指し、絶縁ドメインの存在のために、外部に露出していない面も含むものとする。

現像ローラの外表面は、複数個の絶縁ドメインと、導電マトリックスとで構成される。複数個の絶縁ドメインは、現像ローラの外表面に露出している樹脂粒子で構成されている。導電マトリックスは、導電層の外表面の一部で構成されている。導電層によって樹脂粒子が保持されている。

現像ローラの外表面に、一辺が２００μｍの正方形領域を、現像ローラの長手方向（現像ローラの軸方向に平行な方向）に正方形領域の１辺が沿うように置いたときに、正方形領域内には、複数個の絶縁ドメインが含まれる。そして、正方形領域内の複数個の絶縁ドメインのうちの少なくとも２個の絶縁ドメインは、次の条件１を満たす。
条件１：円相当径がそれぞれ１０μｍ以上、８０μｍ以下であり、かつ、壁面間距離が１０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲にある。

なお、正方形領域は、一辺が現像ローラの長手方向に沿う限り、任意に選んだ１箇所に置けばよい。

また、次のようにして前記正方形領域の電位マップを作成したとき、電位マップにおいて、前記条件１を満たす２個の該絶縁ドメインの各々の存在が確認できる。
電位マップ作成法：現像ローラの長手方向に略平行に、かつ、現像ローラの表面から２ｍｍ離れた位置に放電ワイヤを配置する。温度２３℃、相対湿度５０％の環境において、現像ローラの基体と放電ワイヤとの間に−５ｋＶの直流電圧を印加して現像ローラの表面を帯電させる。そののち、前記正方形領域を、正方形領域の一辺と平行な５０本の直線と、該直線に直交する５０本の直線とで等分し、これらの直線の交点（合計２５００点）における電位を電気力顕微鏡で測定して電位マップを作成する。

以上の構成によって、現像ローラの現像剤の搬送力が大きくなる。なお、本態様は非磁性一成分の現像剤を用いる場合に特に好適に適用できる。

現像ローラの一例につき、長手方向に直交する断面の模式図を図１に示し、現像ローラ外表面の模式図を図２に示した。この現像ローラは、導電性の基体１と、基体１上の導電層２を有する。導電層２には、球状樹脂粒子３が分散している。また導電層２は、平面部付き球状樹脂粒子４を、現像ローラの外表面に露出するように、複数個保持している。ここで「平面部付き球状樹脂粒子」は、外表面に平面部を有する球状の樹脂粒子である。平面部付き球状樹脂粒子４は、球状樹脂粒子３が一部削られたことにより得られた典型的には円形の平面部を有する。平面部付き球状樹脂粒子４の平面部は、絶縁ドメインとして機能する。

図２に、２つの絶縁ドメインの壁面間距離を示している。壁面間距離は、２個の絶縁ドメインの各々の外縁が最も近接している部分の距離を意味する。

本発明の一態様に係る現像ローラの外表面に、条件１を満たす絶縁ドメインを含むように、一辺が２００μｍの正方形領域を置いたときの光学顕微鏡による観察像の模式図を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）には、２００μｍ四方の領域内に、合計７個の絶縁ドメイン５が存在している。これらの絶縁ドメインは互いに条件１を満たしているものである。
そして、当該正方形領域を、所定の条件にて帯電させて作成してなる電位マップを図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示す電位マップでは、光学顕微鏡による観察像における絶縁ドメイン５と同じ位置に絶縁ドメイン５の存在が確認できた。この場合、隣り合う絶縁ドメインによる電界が互いに影響して、電界の傾きが急峻となるため、グラディエント力は増幅される。その結果、現像ローラの現像剤搬送力が大きくなる。

次に、比較例に係る現像ローラについて、光学顕微鏡による観察像を図４（ｂ）に示す。図３（ｂ）と同様に、２００μｍ四方の領域に、合計７個の絶縁ドメイン５が存在している。これらの絶縁ドメインは互いに条件１を満たしている。
そして、当該正方形領域を、所定の条件にて帯電させて作成してなる電位マップを図４（ａ）に示す。この電位マップ上では、７個の絶縁ドメインを確認することができず、あたかも、１個の絶縁ドメインが存在しているかのように観察される。これは、絶縁ドメインと導電マトリックスとの間での電位差が小さいことを意味している。この場合、個々の絶縁ドメインに、グラディエント力が作用しないため、個々のドメインが現像剤を担持し得ず、搬送し得る現像剤の量が、図３に係る現像ローラと比較して低下する。

以下、本発明の現像ローラの構成について詳細に説明する。なお、現像剤として、トナーを例にして説明する。

［導電性の基体］
導電性基体の形状は、円柱状または中空円筒状が好ましく用いられる。材質としては導電性の材質であれば限定はなく、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼、快削鋼などの金属または合金、クロムまたはニッケルでメッキ処理を施した鉄、導電性を有する合成樹脂などが挙げられる。導電性基体の表面にはその外周面に設けられる導電層との接着性を向上させる目的で接着剤を塗布することも可能である。

［導電層］
導電層の体積抵抗率は、導電マトリックスとして機能するために、１０^３Ω・ｃｍ以上、１０^１１Ω・ｃｍ以下が好ましい。導電層の体積抵抗率が上記範囲内であれば、トナーを搬送するのに十分な電荷を絶縁ドメインに保持することが容易である。

導電層は、上記体積抵抗率に調整するために、少なくともバインダー樹脂を含み、かつ、バインダー樹脂中に分散された導電性粒子を含んでいることが好ましい。導電性粒子としては、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属粒子、酸化スズ、酸化亜鉛などの金属酸化物粒子、カーボンブラック、カーボンファイバーなどの炭素材料などが挙げられる。また、導電層は、各種イオン導電剤などの導電性物質を含んでもよい。

［絶縁ドメイン］
前述のように現像ローラの外表面に一辺が２００μｍの正方形領域を置いたときに、その正方形領域内の複数の絶縁ドメインのうち少なくとも２個の絶縁ドメインは前述の条件１を満たす。条件１に規定されるように、これら少なくとも２個の絶縁ドメインの大きさは、円相当径で１０μｍ以上、８０μｍ以下である。これらの絶縁ドメインの大きさが、上述の範囲にあれば、絶縁ドメインの帯電量を大きくし、絶縁ドメインの電位を高くすることができる。その結果、現像ローラのトナー搬送力を大きくすることができる。

また、上記少なくとも２個の絶縁ドメインは、壁面間距離が１０μｍ以上、１００μｍ以下である。これらの絶縁ドメインの壁面間距離が上記の範囲である場合、これらの絶縁ドメインによる電界が互いに影響し、電界の傾きが急峻となるため、グラディエント力が増大し、トナーを吸着搬送する能力が大きくなる。

さらに、前述の正方形領域内の絶縁ドメインの面積の総和が、その正方形領域の面積に対して、５％以上、５０％以下の範囲であることが好ましい。絶縁ドメインの面積の総和の割合が上記範囲の場合、トナーを吸着搬送するのに十分な電荷の量を絶縁ドメインに持たせることが容易となる。

絶縁ドメインの体積抵抗率は、使用する樹脂粒子の体積抵抗として１０^１３Ω・ｃｍ以上、１０^１８Ω・ｃｍ以下が好ましい。体積抵抗率が上記の範囲の場合、トナーを搬送するのに十分な電荷を帯電ローラが保持することが容易である。

［樹脂粒子］
樹脂粒子の材質としては、電気絶縁性のものが好ましく、その体積抵抗率は１０^１３Ω・ｃｍ以上、１０^１８Ω・ｃｍ以下が好ましい。具体的には、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリメタクリル酸ブチル樹脂、ポリアクリル酸樹脂、などのアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられ、アクリル樹脂またはポリスチレン樹脂が好ましく用いられる。樹脂粒子は、１種単独で用いることも、複数種を用いることも可能である。

［バインダー樹脂］
導電層に含まれるバインダー樹脂としては、現像ローラの実使用温度範囲でゴム弾性を当該導電層に付与できるものを適宜用いることができる。具体的には、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンホモポリマー（ＣＯ）、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体（ＥＣＯ）、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル３元共重合体（ＧＥＣＯ）などのエピクロルヒドリンを含有するゴム、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体の水添物（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ、ＡＮＭ）等の原料ゴムに架橋剤を配合した熱硬化性のゴム材料や、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。バインダー樹脂は、これらの１種または２以上の組合せを用いることができる。
現像ローラとしての加工性、抵抗調整等の観点から、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）、および、エピクロルヒドリンを含有するゴム、が好ましく用いられる。

［混練方法］
現像ローラを製造するために、まず導電層の原材料となるバインダー樹脂、導電性粒子、その他添加剤、及び樹脂粒子を混練することができる。その混練方法としては、バンバリーミキサー、インターミックス、加圧式ニーダー等の密閉型混練機を使用する方法や、オープンロール等の開放型混練機を使用する方法を用いることができる。

なお、外表面に、円相当径が１０〜８０μｍの範囲内にある複数個の絶縁性ドメインを、壁面間距離が１０〜１００μｍの範囲に位置させるためには、導電層形成用の未加硫ゴム組成物中の樹脂粒子の平均粒子径、及び該未加硫ゴム組成物中の該樹脂粒子の含有量(体積％)を調整することが有効である。具体的には、例えば、樹脂粒子の粒径としては、体積平均粒径として、１０μｍ以上、８０μｍ以下が好ましい。また、該未加硫ゴム組成物中の該樹脂粒子の含有量としては、２体積％以上、４０体積％以下が好ましい。

［成形方法］
混練して得られた混練物を導電性基体の上に成形することができる。その方法としては、押出成形、射出成形、圧縮成形等の成形方法を使用することができる。導電層となる混練物を導電性基体と一体に押出すクロスヘッド押出成形が、作業の効率化等を考慮すると好ましい。その後、バインダー樹脂の架橋が必要な場合には、型架橋、加硫缶架橋、連続架橋、遠・近赤外線架橋、誘導加熱架橋等の架橋工程を経ることが好ましい。

［樹脂粒子の露出方法］
成形後、研磨をおこなうことで成形後の導電層から樹脂粒子を露出させることができる。例えば、平面部付き球状樹脂粒子を、その平面部の少なくとも一部が現像ローラの外表面に露出するように保持した導電層を得ることができる。研磨方法としては、トラバース研磨方式やプランジ研磨方式を採用することができる。トラバース研磨方式は短い砥石をローラ表面に移動させて研磨する方法であり、それに対して、プランジ研磨方式は、導電層の長さよりも広い幅の砥石を用い、砥石の半径方向に砥石を送って研磨を行う方法である。作業時間の短縮化から、プランジ研磨方式が好ましい。

［表面処理］
前記正方形領域内の少なくとも２個の絶縁ドメインが前記条件１を満たす場合であっても、前記電位マップにおいて条件１を満たす２個の絶縁ドメインの各々の存在が確認できないことがある。このように、電位マップにおいて絶縁ドメインと導電マトリックスの境界が不明瞭で、絶縁ドメイン同士が判別できない現像ローラでは、個々の絶縁ドメインにグラディエント力を生じさせることが困難である。
条件１を満たす絶縁ドメインが、電位マップ上で区別して判別できないのは、現像ローラ表面を帯電させた場合に、絶縁ドメインと導電マトリックスとの間で十分な電位差を生じさせることができないことによる。
そして、現像ローラの外表面を、表面処理することで、条件１を満たす２個の絶縁ドメインと、それらの間に存在する導電マトリックスとの間で十分な電位差を生じさせることができるようになり、その結果として、電位マップ上でも、２つの近接した絶縁ドメインを区別し得るようになる。

表面処理としては、例えば、紫外線照射、ドライアイスブラストが挙げられる。紫外線照射の場合、照射強度は、２５４ｎｍセンサーにおける感度で１，０００ｍＪ／ｃｍ^２以上、１５，０００ｍＪ／ｃｍ^２以下の範囲が好ましい。紫外線照射の照射強度を、上記範囲に設定することで隣り合う絶縁ドメインを判別可能にすることができる。

［絶縁ドメインおよび導電マトリックスの確認］
現像ローラの外表面に、一辺が２００μｍの正方形領域を、その一辺が現像ローラの長手方向に沿うように置いたと仮定したときに、当該正方形領域内に、絶縁ドメインおよび導電マトリックスが存在すること、及び複数個の絶縁ドメインが、条件１を充足するか否かは、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡などを用いて確認することができる。

絶縁ドメインを構成する電気絶縁性部の電気絶縁性や導電マトリックスを構成する導電層の導電性は、体積抵抗率によって評価することができ、また、電位減衰時定数によっても評価することができる。電位減衰時定数とは、残留電位が初期値の１／ｅまで減衰するのにかかる時間であり、帯電した電位の保持のしやすさの指標となる。ここで、ｅは自然対数の底である。電気絶縁性部（絶縁ドメイン）の電位減衰時定数が１．０ｍｉｎ以上であると、電気絶縁性部の帯電が速やかに行われ、且つ、帯電による電位を保持しやすいため好ましい。また、導電層（導電マトリックス）の電位減衰時定数が１．０×１０^−１ｍｉｎ以下であると、導電層の帯電が抑制され、帯電した電気絶縁性部との間に電位差を生じさせやすく、グラディエント力を発現させやすいため好ましい。なお、電位減衰時定数の測定において、測定開始の時点で残留電位が略０Ｖとなっていた場合、すなわち、測定開始の時点で電位が減衰しきっていた場合には、その測定点の時定数は１．０×１０^−１ｍｉｎ未満であったとみなすことができる。

［電位マップの測定］
前記電位マップを作成するには、まず測定する現像ローラ外表面のうちの少なくとも、前記正方形領域を置いた領域をコロナ帯電器によって帯電させる。具体的には、現像ローラの当該領域がコロナ帯電器の放電ワイヤと対向し、かつ、放電ワイヤの長手方向と、現像ローラの長手方向とが直交するように、かつ、現像ローラの表面から２ｍｍ離れた位置に放電ワイヤを配置する。そして、温度２３℃、相対湿度５０％の環境において、現像ローラを、その長手方向に速度２０ｍｍ／ｓで移動させつつ、現像ローラの基体と放電ワイヤとの間に−５ｋＶの直流電圧を印加して現像ローラの外表面の当該領域を帯電させる。

その後、現像ローラ外表面の当該領域を、当該領域の一辺と平行な５０本の直線と、これらの直線に直交する５０本の直線とで等分したときの、これらの直線の各交点で電位を測定する。電位の測定には、例えば、電気力顕微鏡（商品名：ＭＯＤＥＬ １１０ＴＮ、トレック・ジャパン社製）を用いることができる。測定した電位から電位マップを作成する。

［電位減衰時定数の測定］
電位減衰時定数τは、現像ローラの外表面をコロナ帯電器によって帯電させ、その外表面に存在する電気絶縁性部（絶縁ドメイン）上または導電層（導電マトリックス）上の残留電位の時間推移を測定する。そして、測定値を下記式（１）にフィッティングすることで求めることができる。このとき、電気力顕微鏡（商品名：ＭＯＤＥＬ １１００ＴＮ、トレック・ジャパン株式会社製）を用いることができる。
Ｖ_０＝Ｖ（ｔ）×ｅｘｐ（−ｔ／τ）…（１）
ｔ：測定箇所がコロナ帯電器直下を通過してからの経過時間（秒）
Ｖ_０：初期電位（ｔ＝０秒のときの電位）（Ｖ）
Ｖ（ｔ）：測定箇所がコロナ帯電器を通過してからｔ秒後の残留電位（Ｖ）
τ：電位減衰時定数（秒）。

［電子写真画像形成装置および電子写真プロセスカートリッジ］
電子写真画像形成装置は、静電潜像を形成、担持するための静電潜像担持体としての感光体と、感光体を帯電するための帯電装置と、帯電された感光体に静電潜像を形成するための露光装置とを有することができる。さらに電子写真画像形成装置は、静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための、現像ローラを含む現像装置と、トナー画像を転写材に転写するための転写装置とを有することができる。

図５に、本発明の一態様に係る電子写真画像形成装置の一例の概略を示す。また、図６には、図５の電子写真画像形成装置に装着される電子写真プロセスカートリッジの概略を示す。この電子写真プロセスカートリッジは、感光体２１と、帯電部材２２を具備する帯電装置、現像ローラ２４を具備する現像装置、クリーニング部材２３を具備するクリーニング装置とを内蔵している。そして、電子写真プロセスカートリッジは、図５の電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている。

感光体２１は、不図示のバイアス電源に接続された帯電部材２２によって一様に帯電（一次帯電）される。このときの感光体の帯電電位は例えば−８００Ｖ以上−４００Ｖ以下である。次に、感光体は、静電潜像を書き込むための露光光２９を、不図示の露光装置により照射し、その表面に静電潜像が形成される。露光光には、ＬＥＤ光、レーザー光のいずれも使用することができる。露光された部分の感光体の表面電位は例えば−２００Ｖ以上−１００Ｖ以下である。

次に、現像ローラ２４によって負極性に帯電したトナーが静電潜像に付与（現像）され、感光体上にトナー画像が形成され、静電潜像が可視像に変換される。このとき、現像ローラには不図示のバイアス電源によって例えば−５００Ｖ以上−３００Ｖ以下の電圧が印加される。なお、現像ローラは、感光体と例えば０．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下のニップ幅をもって接触している。トナー規制部材２５と現像ローラ２４との当接部に対して現像ローラの回転の上流側に、トナー供給ローラ２０が回転可能な状態で現像部材に当接される。

感光体上で現像されたトナー画像は、中間転写ベルト２６に１次転写される。中間転写ベルトの裏面には１次転写部材２７が当接しており、１次転写部材に例えば＋１００Ｖ以上＋１５００Ｖ以下の電圧を印加することで、負極性のトナー画像を像担持体から中間転写ベルトに１次転写する。１次転写部材はローラ形状であってもブレード形状であってもよい。

電子写真画像形成装置がフルカラー画像形成装置である場合、典型的には、上記の帯電、露光、現像、１次転写の各工程を、イエロー色、シアン色、マゼンタ色、ブラック色の各色に対して行う。そのために、図７に示す電子写真画像形成装置では、前記各色のトナーを内蔵した電子写真プロセスカートリッジが各１個、合計４個、電子写真画像形成装置本体に対し着脱可能な状態で装着されている。そして、上記の帯電、露光、現像、１次転写の各工程は、所定の時間差をもって順次実行され、中間転写ベルト上に、フルカラー画像を表現するための４色のトナー画像を重ね合わせた状態が作り出される。

中間転写ベルト２６上のトナー画像は、中間転写ベルトの回転に伴って、２次転写部材２８と対向する位置に搬送される。中間転写ベルトと２次転写部材との間には所定のタイミングで記録用紙の搬送ルート３１に沿って記録用紙が搬送されてきており、２次転写部材に２次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト上のトナー像を記録用紙に転写する。このとき、２次転写部材に印加されるバイアス電圧は、例えば＋１０００Ｖ以上、＋４０００Ｖ以下である。２次転写部材によってトナー像が転写された記録用紙は、定着装置３０に搬送され、記録用紙上のトナー画像を溶融させて記録用紙上に定着させた後、記録用紙を電子写真画像形成装置の外に排出することで、プリント動作が終了する。

以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
［導電層用の未加硫ゴム組成物の調製］
下記表１に示す材料を、６リットル加圧ニーダー（商品名：ＴＤ６−１５ＭＤＸ、トーシン社製）を用いて、充填率７０ｖｏｌ％、ブレード回転数３０ｒｐｍで１６分間混合してＡ練りゴム組成物を得た。

次いで、下記表２に示す材料を、ロール径１２インチのオープンロールにて、前ロール回転数１０ｒｐｍ、後ロール回転数８ｒｐｍ、ロール間隙２ｍｍで、左右の切り返しを合計２０回実施した。その後、ロール間隙を０．５ｍｍとして薄通し１０回を行い、導電層用の未加硫ゴム組成物を得た。

なお、得られた未加硫ゴム組成物中の樹脂粒子Ｎｏ．１の体積基準での含有量は、８．４体積％であった。

［現像ローラの作製］
直径６ｍｍ、長さ２５２ｍｍの円柱形の導電性芯金（鋼製、表面はニッケルメッキ）を用意した。その円柱面の軸方向の中央部２２６ｍｍに、導電性加硫接着剤（商品名：メタロックＵ−２０、東洋化学研究所製）を塗布し、８０℃で３０分間乾燥した。本実施例においては、前記接着剤を塗布した円柱形の導電性芯金を導電性基体として使用した。

次に、前記未加硫ゴム組成物を、クロスヘッドを用いた押出成形によって、導電性基体を中心として同軸状に円筒形に同時に押出し、導電性基体の外周に未加硫ゴム組成物がコーティングされた直径７．８ｍｍの未加硫ゴムローラを作製した。押出機は、シリンダー径４５ｍｍ（Φ４５）、Ｌ／Ｄ＝２０の押出機を使用し、押出時の温度はヘッド９０℃、シリンダー９０℃、スクリュー９０℃とした。成形した未加硫ゴムローラの両端を切断し、未加硫ゴム組成物部分の軸方向幅を２２８ｍｍとした後、電気炉にて１６０℃で４０分の加熱処理を行い、加硫ゴムローラを得た。

この加硫ゴムローラをプランジ研磨機で研磨して、端部直径７．３５ｍｍ、中央部直径７．５０ｍｍのクラウン形状の導電層（弾性層）を有する研磨ゴムローラを得た。このとき、プランジ研磨機（商品名：ゴムロール専用ＣＮＣ研磨盤 ＬＥＯ−６００Ｆ−Ｆ４Ｌ−ＢＭＥ、水口製作所（株）製）を用いた。また、砥石（商品名：研磨砥石ＧＣ−６０−Ｂ−ＶＲＧ−ＰＭ、（株）ノリタケカンパニーリミテド製）を用いて、砥石回転速度２８００ｒｐｍ、ローラ回転速度３３３ｒｐｍ、未加硫ゴムローラの直径に対する研磨速度３０ｍｍ／分の条件とした。

この研磨ゴムローラの紫外線による表面処理を行った。具体的には低圧水銀ランプ（商品名：ＧＬＱ５００ＵＳ／１１、ハリソン東芝ライティング社製）を用いて、研磨ゴムローラを回転させながらその外表面に均一に紫外線を照射し、現像ローラを得た。紫外線の光量は、２５４ｎｍのセンサーにおける感度で４，０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。

［光学顕微鏡観察、円相当径および壁面間距離測定］
絶縁性ドメインは、導電層表面（導電マトリックス）との表面形態の違いから、光学顕微鏡で判別可能である。ここでは、光学顕微鏡（商品名：ＤＩＧＩＴＡＬ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＶＨＸ−５０００、株式会社キーエンス社製）を用いて、３００倍の倍率で、作製した現像ローラの外表面を観察した。この観察により、複数個の絶縁ドメインと、導電層の外表面の一部で構成される導電マトリックスとを確認した。また、この観察の際に、現像ローラ外表面に一辺が２００μｍの正方形領域を、正方形領域の１辺が現像ローラの長手方向に沿うように置いたとき、正方形領域内に条件１を満たす、２個の絶縁ドメインが存在することを確認した。これら２個(第１、第２)の絶縁ドメインの円相当径と、これら２個の絶縁ドメインの間の壁面間距離を求めた。

また、前記、一辺が２００μｍの正方形領域にある絶縁ドメインの面積の総和を正方形領域の面積で割ることで、正方形領域面積に対する絶縁ドメインの面積比率を算出した。現像ローラ外表面の長手方向３点×周方向３点の計９点の正方形領域で観察を行い、その９点の平均値を本発明に係る正方形領域面積に対する絶縁ドメインの面積比率とした。測定結果を表３に示す。

［導電層の体積抵抗率測定］
作製した現像ローラから導電層を含むサンプルを切りだし、ミクロトームで平面サイズ５０μｍ四方、厚みＴが１００ｎｍの薄片サンプルを作製した。次に、この薄片サンプルを金属平板上に設置し、上方から、押しつけ面の面積Ｓが１００μｍ^２の金属端子で薄片サンプルの導電層に押し当てる。この状態で、金属端子と金属平板間にＫＥＩＴＨＬＥＹ社の「エレクトロメーター６５１７Ｂ」（商品名）により１Ｖの電圧を印加することにより抵抗Ｒが求められる。この抵抗Ｒから、体積抵抗率ｐｖ（Ω・ｃｍ）を下記式で算出した。
ｐｖ＝Ｒ×Ｓ／Ｔ
同様の操作を３サンプルについて行い、体積抵抗率ｐｖの３点相加平均値を求めた。このとき、得られた体積抵抗率は４×１０^５Ω・ｃｍであった。

［樹脂粒子の体積抵抗率測定］
作製した現像ローラから樹脂粒子を含むサンプルを切りだし、ミクロトームで平面サイズ５０μｍ四方、厚みＴが１００ｎｍの薄片サンプルを作製した。導電層の体積抵抗率測定と同様にして、樹脂粒子の体積抵抗率（３点相加平均値）を求めた。このとき、得られた体積抵抗率は４×１０^１５Ω・ｃｍであった。

［電位減衰時定数の測定］
電位減衰時定数は、現像ローラの外表面をコロナ帯電器によって帯電させ、その外表面に存在する電気絶縁性部（絶縁ドメイン）上、及び導電層（導電マトリックス）上の残留電位の時間推移を電気力顕微鏡によって測定した。このとき、電気力顕微鏡（商品名：ＭＯＤＥＬ １１００ＴＮ、トレック・ジャパン株式会社製）を用いた。測定値を前記式（１）にフィッティングすることで、電位減衰時定数を求めた。

具体的には、まず、作製した現像ローラを、室温２３℃、相対湿度５０％の環境下に２４時間放置した。続いて同環境内において、現像ローラを前記電気力顕微鏡に組み込んだ高精度ＸＹステージ上に設置した。コロナ帯電器は、放電ワイヤとグリッド電極間の距離が８ｍｍのものを用いた。現像ローラを、その長手方向と、放電ワイヤの長手方向とが直交するように、かつ、コロナ帯電器のグリッド電極と現像ローラ外表面との距離が２ｍｍとなるように配置した。次いで、現像ローラを接地し、放電ワイヤに−５ｋＶ、グリッド電極に−０．５ｋＶの電圧を、外部電源を用いて印加した。印加開始後に、高精度ＸＹステージを用い、現像ローラを、その長手方向に速度２０ｍｍ／ｓで移動させて、現像ローラを、コロナ帯電器直下を通過させて、現像ローラの外表面を帯電させた。

続いて、高精度ＸＹステージを用い、測定点を電気力顕微鏡のカンチレバー直下へ移動させ、残留電位の時間推移を測定した。測定には電気力顕微鏡を用いた。測定条件を以下に示す。
測定環境：温度２３℃、相対湿度５０％
測定箇所がコロナ帯電器直下を通過してから測定を開始するまでの時間：１５ｓｅｃ
カンチレバー：商品名「Ｍｏｄｅｌ １１００ＴＮ用カンチレバー」（型番；Ｍｏｄｅｌ １１００ＴＮＣ−Ｎ、トレック・ジャパン株式会社製）
測定面とカンチレバー先端とのギャップ：１０μｍ
測定周波数：６．２５Ｈｚ
測定時間：１０００ｓｅｃ。

絶縁ドメイン及び導電マトリックスのそれぞれについて、現像ローラ外表面の長手方向３点×周方向３点の計９点において、電位減衰時定数τの測定を行い、その９点の平均値を本発明に係る絶縁ドメインまたは導電マトリックスの電位減衰時定数とした。なお、導電マトリックスの測定において、測定開始の時点、すなわち、コロナ帯電してから１５ｓｅｃ後の時点で残留電位が略０Ｖとなっていた点を含む場合、その時定数は、残りの測定点の時定数により平均を算出した。また、全ての測定点の測定開始時の電位が略０Ｖであった場合、その時定数は６．０ｓｅｃ未満、とした（したがって下記のβ評価とした）。以下の基準で判定を行った。
α評価：電位減衰時定数 ６０．０ｓｅｃ以上。
β評価：電位減衰時定数 ６．０ｓｅｃ以下。

［条件１を満たす絶縁ドメインの電位マップ上での確認］
現像ローラ外表面の、前記光学顕微鏡観察を行った、一辺が２００μｍの正方形領域を、前記した方法にて帯電させて、電位マップを作成した。電位マップは、０．２Ｖ単位で階調表示を行い、光学顕微鏡観察によって観察された当該領域内に存在する、条件１を満たす２個の絶縁ドメインが、電位マップ上においても分離して確認できるか否を観察し、以下の基準で判定した。結果を表３に示す。
ランクＡ：条件１を満たす２個の絶縁ドメインが分離して確認できる。
ランクＢ：条件１を満たす２個の絶縁ドメインを分離して確認できない。

［画像のガサツキ評価、トナー搬送量評価］
まず、電子写真画像形成装置（商品名：Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｊｅｔ Ｐｒｏ Ｍ４５２ｄｗ、ＨＰ社製）のマゼンタ用のプロセスカートリッジからトナー供給ローラを取り外した。これにより、現像ローラへのトナー供給量が減少する。次に、このプロセスカートリッジの現像ローラとして、作製した現像ローラを装着し、温度３０℃、相対湿度８０％環境下で２４時間放置した。次に同環境下でＡ４用紙２８枚／分の速度でベタ画像を１０枚連続で出力し、１０枚目の画像により画像のガサツキを評価した。画像のガサツキは以下の基準で評価を行った。結果を表３に示す。
ランクＡ：画像に全くガサツキを感じなく、なめらかな画像である。
ランクＢ：画像にガサツキをあまり感じない。
ランクＣ：画像にややガサツキ感がある。
ランクＤ：画像にガサツキ感がある。

続いて、ベタ画像を１枚出力中に出力動作を停止し、現像ローラを取り外し、現像ローラ上に付着している現像剤量を計測した。その際、計測した領域は、出力動作停止時に感光体に当接していた箇所とトナー規制部材に当接していた箇所との間の領域とした。計測方法は、直径Φ５ｍｍの開口を有する吸引用ノズルを用いてトナーを吸引し、吸引したトナー質量と吸引した領域の面積を測定して、トナー搬送量（ｍｇ／ｃｍ^２）を求め、以下の基準で評価した。結果を表３に示す。
ランクＡ：１．２０ｍｇ／ｃｍ^２以上。
ランクＢ：０．８０ｍｇ／ｃｍ^２以上１．２０ｍｇ／ｃｍ^２未満。
ランクＣ：０．４０ｍｇ／ｃｍ^２以上０．８０ｍｇ／ｃｍ^２未満。
ランクＤ：０．４０ｍｇ／ｃｍ^２未満。

（実施例２〜６）
樹脂粒子の種類、及び添加量の少なくとも一方を表３に記載したように変えたこと以外は、実施例１と同様にして、現像ローラを作製し、評価した。
なお、表３に示した樹脂粒子Ｎｏ．２〜６の詳細を表４に示す。

（実施例７〜１０）
表面処理としての紫外線処理の光量を表３に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様にして、現像ローラを作製し、評価した。

（比較例１）
表面処理をしなかったこと以外は、実施例１と同様にして、現像ローラを作製し、評価した。

（比較例２〜３）
樹脂粒子の種類及び添加量を表３に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様にして、現像ローラを作製し、評価した。

（比較例４〜５）
表面処理としての紫外線処理の光量を表３に示すように変えたこと以外は、実施例１と同様にして、現像ローラを作製し、評価した。

以上の結果を表３にまとめた。なお、実施例２〜１０及び比較例１〜５においても、実施例１と同様に、光学顕微鏡によって、現像ローラ外表面に複数個の絶縁ドメインと導電マトリックスとが確認され、前記正方形領域内に条件１を満たす２個の絶縁ドメインが含まれることを確認した。

表３に示したように、本発明に係る実施例の現像ローラは、高いトナー搬送力を有することがわかった。

比較例１では、表面処理を行わなかったため、電位マップにおいて、絶縁ドメインと導電マトリックスの境界が不明瞭になり、絶縁ドメイン同士が判別できなくなり、トナー搬送力が低下したものと考えられる。

比較例２では、現像ローラの外表面に露出している平面部付き球状樹脂粒子の平面部で構成されている、絶縁ドメインの円相当径が１０μｍ未満となり、トナー搬送力が低い。これは、絶縁ドメインのサイズが小さ過ぎるため、絶縁ドメインの帯電量が不足するためと考えられる。

比較例３では、絶縁ドメインの円相当径が８０μｍを超え、画像にガサツキが発生した。これは、絶縁ドメインが円相当径８０μｍより大きいため、絶縁ドメイン由来の画像不良が画像上認識できるためと説明できる。

比較例４では、紫外線処理の光量を５００ｍＪ／ｃｍ^２にしたため、表面処理強度が低く、電位マップにおいて、絶縁ドメインと導電マトリックスの境界が不明瞭になり、絶縁ドメイン同士が判別できず、トナー搬送力が低下したものと考えられる。

また、比較例５では、紫外線処理の光量を１６，０００ｍＪ／ｃｍ^２にしたため、紫外線照射により絶縁ドメインが強く親水化して低抵抗化し、絶縁ドメインとして判別できなくなり、トナー搬送力が低下したと考えられる。

１：導電性の基体
２：導電層
３：球状樹脂粒子
４：平面部を有する樹脂粒子
５：電位マップ上の絶縁ドメイン

Claims (11)

1. 導電性の基体と、該基体上の導電層とを有する現像ローラであって、
   該導電層は、複数個の樹脂粒子を、該樹脂粒子の各々の少なくとも一部が該現像ローラの外表面に露出するように保持しており、
   該現像ローラの外表面は、該現像ローラの外表面に露出している該樹脂粒子で構成されている、複数個の絶縁ドメインと、該導電層の外表面の一部で構成されている導電マトリックスと、で構成され、
   該現像ローラの外表面に、一辺が２００μｍの正方形領域を、該現像ローラの長手方向に該正方形領域の１辺が沿うように置いたときに、
   該正方形領域内には、複数個の該絶縁ドメインが含まれ、
   該正方形領域内の複数個の該絶縁ドメインのうちの少なくとも２個の絶縁ドメインは、下記の条件１を満たし、
   条件１：円相当径がそれぞれ１０μｍ以上、８０μｍ以下であり、かつ、壁面間距離が１０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲にある；
   該現像ローラの長手方向に略平行に、かつ、該現像ローラの表面から２ｍｍ離れた位置に放電ワイヤを配置し、温度２３℃、相対湿度５０％の環境において、該基体と該放電ワイヤとの間に−５ｋＶの直流電圧を印加して該現像ローラの表面を帯電させたのち、該正方形領域を、該正方形領域の一辺と平行な５０本の直線と、該直線に直交する５０本の直線とで等分し、これらの直線の交点における電位を電気力顕微鏡で測定して電位マップを作成したとき、該電位マップにおいて、該条件１を満たす２個の該絶縁ドメインの各々の存在が確認できる、ことを特徴とする現像ローラ。
2. 前記樹脂粒子の体積抵抗率が、１０^１３Ω・ｃｍ以上、１０^１８Ω・ｃｍ以下である請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記導電層の体積抵抗率が、１０^３Ω・ｃｍ以上、１０^１１Ω・ｃｍ以下である請求項１または２に記載の現像ローラ。
4. 前記絶縁ドメインの電位減衰時定数が１．０ｍｉｎ以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像ローラ。
5. 前記導電マトリックスの電位減衰時定数が１．０×１０^−１ｍｉｎ以下である請求項１〜４のいずれか一項に記載の現像ローラ。
6. 前記正方形領域の面積に対する、前記正方形領域内の前記絶縁ドメインの面積の総和の割合が５％以上、５０％以下である請求項１〜５のいずれか一項に記載の現像ローラ。
7. 前記樹脂粒子が、アクリル樹脂またはポリスチレン樹脂を含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の現像ローラ。
8. 前記導電層が、バインダー樹脂と該バインダー樹脂中に分散された導電性粒子とを含む請求項１〜７のいずれか一項に記載の現像ローラ。
9. 前記バインダー樹脂が、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体またはエピクロルヒドリンを含有するゴムを含む請求項８に記載の現像ローラ。
10. 電子写真画像形成装置の本体に着脱可能である電子写真プロセスカートリッジであって、
    現像ローラを具備し、該現像ローラが請求項１〜９のいずれか一項に記載の現像ローラであることを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
11. 現像ローラを具備する電子写真画像形成装置であって、該現像ローラが請求項１〜９のいずれか一項に記載の現像ローラである電子写真画像形成装置。