(57)【要約】【課題】表面に凸部および凹部を配したトナー担持ローラーを有する現像装置、画像形成装置および該ローラーを用いて画像を形成する画像形成方法において、トナー担持ローラーからのトナーの飛散やカブリを抑制する。【解決手段】導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する絶縁性外添剤を含むトナーを使用する。金属製の板状部材４６１と導電性ゴムによる弾性部材４６２とよりなる規制ブレード４６に、現像ローラー４４よりも正電位となるような規制バイアス電圧Ｖrbを規制バイアス用電源１４１により付与する。トナーは負極性に帯電しており、規制バイアス電圧Ｖrbは逆極性になっている。【選択図】図６
2010243547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外添剤として絶縁性外添剤および該絶縁性外添剤より導電性の高い導電性外添剤を含むトナーを内部に収容するハウジングと、
前記ハウジングに軸着され、それぞれの頂面が互いに同一の円筒面の一部をなす複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に形成されて、該表面に前記ハウジングから供給される帯電トナーを担持しながら回転するトナー担持ローラーと、
自由端が前記トナー担持ローラーの回転方向上流側を向くとともに該自由端または該自由端に隣接する隣接部位が前記トナー担持ローラー表面に当接することで、前記トナー担持ローラー表面に担持されるトナーの量を規制する、導電性の規制ブレードと
を備え、
前記規制ブレードには、前記トナーの正規帯電極性と逆極性の規制バイアス電圧が印加され、
前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔が前記トナーの体積平均粒径よりも小さく、
前記トナーが前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤を含むことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤の前記トナーにおける被覆率が、前記導電性外添剤の被覆率より高い請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤の前記トナーにおける含有量が、前記導電性外添剤の含有量より多い請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔が０である請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記凹部に、前記トナー担持ローラー表面に直接接触する接触トナーと、前記トナー担持ローラー表面に直接接触しない非接触トナーとの双方を担持する請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凹部との間隔が、前記トナーの体積平均粒径よりも大きく、かつ当該体積平均粒径の２倍以下である請求項５に記載の現像装置。
【請求項７】
外添剤として絶縁性外添剤および該絶縁性外添剤より導電性の高い導電性外添剤を含むトナーを内部に収容するハウジングと、
前記ハウジングに軸着され、それぞれの頂面が互いに同一の円筒面の一部をなす複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に形成されて、該表面に前記ハウジングから供給される帯電トナーを担持しながら回転するトナー担持ローラーと、
自由端が前記トナー担持ローラーの回転方向上流側を向くとともに該自由端または該自由端に隣接する隣接部位が前記トナー担持ローラー表面に当接することで、前記トナー担持ローラー表面に担持されるトナーの量を規制する、導電性の規制ブレードと、
前記トナーの正規帯電極性と逆極性の規制バイアス電圧を前記規制ブレードに対して印加するバイアス印加手段と、
前記トナー担持ローラーと対向配置され、表面に静電潜像を担持する潜像担持体と
を備え、
前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔が前記トナーの体積平均粒径よりも小さく、
前記トナーが前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
外添剤として絶縁性外添剤および該絶縁性外添剤より導電性の高い導電性外添剤を含むトナーを、それぞれの頂面が互いに同一の円筒面の一部をなす複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に形成したトナー担持ローラーの該表面に担持させ、
導電性の規制ブレードの自由端が前記トナー担持ローラーの回転方向上流側に向いた状態で、前記トナー担持ローラーの前記表面に、前記自由端または該自由端に隣接する隣接部位を当接させて、該表面に担持されるトナーの量を規制し、
前記トナー担持ローラーと対向配置された潜像担持体に静電潜像を形成し、
前記静電潜像を前記トナーにより現像し、
しかも、
前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔を前記トナーの体積平均粒径よりも小さくし、
前記トナーとして、前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤を含むトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表面に凸部および凹部を配したトナー担持ローラーを有する現像装置、画像形成装置および該ローラーを用いて画像を形成する画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電潜像をトナーにより現像する技術においては、略円筒形状に形成されたトナー担持ローラーの表面にトナーを担持させるものが一般的である。この種の技術においては、トナーの帯電量にばらつきが不可避的に生じるため、特に帯電量の低いトナーや本来の帯電極性とは逆極性に帯電したトナーが、画像のうち本来トナーを付着させるべきでない部分に付着していわゆるカブリを生じさせる。そこで、逆極性トナーを正規極性に帯電させるために、トナー担持ローラー表面に担持されるトナー量を規制する規制部材に、トナーの正規帯電極性と逆極性のバイアス電圧を印加して、トナー担持ローラー表面のトナーを再配列するように構成されたものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１４０７８３号公報（例えば、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本願発明者らの実験によれば、特許文献１に記載の技術のように単にトナーの正規帯電極性と逆極性のバイアス電圧を規制部材に印加するだけでは、逆極性に帯電したトナーがトナー担持ローラー側に移動する再配列効果が得られるのみで、十分な帯電付与効果は得られなかった。また、トナーの導電性が高い場合には、トナーの正規帯電極性と逆極性のバイアス電圧印加によりトナーが逆極性に帯電してしまい、かえってカブリの悪化を招いた。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表面に凸部および凹部を配したトナー担持ローラーを有する現像装置、画像形成装置および該ローラーを用いて画像を形成する画像形成方法において、トナー担持ローラーからのトナーの飛散やカブリを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる現像装置は、上記目的を達成するため、外添剤として絶縁性外添剤および該絶縁性外添剤より導電性の高い導電性外添剤を含むトナーを内部に収容するハウジングと、前記ハウジングに軸着され、それぞれの頂面が互いに同一の円筒面の一部をなす複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に形成されて、該表面に前記ハウジングから供給される帯電トナーを担持しながら回転するトナー担持ローラーと、自由端が前記トナー担持ローラーの回転方向上流側を向くとともに該自由端または該自由端に隣接する隣接部位が前記トナー担持ローラー表面に当接することで、前記トナー担持ローラー表面に担持されるトナーの量を規制する、導電性の規制ブレードとを備え、前記規制ブレードには、前記トナーの正規帯電極性と逆極性の規制バイアス電圧が印加され、前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔が前記トナーの体積平均粒径よりも小さく、前記トナーが前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤を含むことを特徴としている。
【０００７】
また、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、外添剤として絶縁性外添剤および該絶縁性外添剤より導電性の高い導電性外添剤を含むトナーを内部に収容するハウジングと、前記ハウジングに軸着され、それぞれの頂面が互いに同一の円筒面の一部をなす複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に形成されて、該表面に前記ハウジングから供給される帯電トナーを担持しながら回転するトナー担持ローラーと、自由端が前記トナー担持ローラーの回転方向上流側を向くとともに該自由端または該自由端に隣接する隣接部位が前記トナー担持ローラー表面に当接することで、前記トナー担持ローラー表面に担持されるトナーの量を規制する、導電性の規制ブレードと、前記トナーの正規帯電極性と逆極性の規制バイアス電圧を前記規制ブレードに対して印加するバイアス印加手段と、前記トナー担持ローラーと対向配置され、表面に静電潜像を担持する潜像担持体とを備え、前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔が前記トナーの体積平均粒径よりも小さく、前記トナーが前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる画像形成方法は、上記目的を達成するため、外添剤として絶縁性外添剤および該絶縁性外添剤より導電性の高い導電性外添剤を含むトナーを、それぞれの頂面が互いに同一の円筒面の一部をなす複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に形成したトナー担持ローラーの該表面に担持させ、導電性の規制ブレードの自由端が前記トナー担持ローラーの回転方向上流側に向いた状態で、前記トナー担持ローラーの前記表面に、前記自由端または該自由端に隣接する隣接部位を当接させて、該表面に担持されるトナーの量を規制し、前記トナー担持ローラーと対向配置された潜像担持体に静電潜像を形成し、前記静電潜像を前記トナーにより現像し、しかも、前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔を前記トナーの体積平均粒径よりも小さくし、前記トナーとして、前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤を含むトナーを用いることを特徴としている。
【０００９】
これらの発明では、まず規制ブレードをトナー担持ローラー表面に当接させ、しかも、規制ブレードの自由端の先端とトナー担持ローラーの凸部との間隔（以下、「開口高さ」という）をトナーの体積平均粒径未満とすることで、凸部に担持されるトナーを１層未満に規制している。また、このように開口高さを規定することで、規制ブレードの先端と凹部との間隔も規定されるため、凹部に担持されるトナーの量もほぼ一定に規制される。したがって、トナー担持ローラーに担持されるトナーの量については、規制ブレードへのバイアス印加の有無によらず機械的にほぼ一定量とすることができる。このような効果は、凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部をなすような構造のトナー担持ローラーを採用することによって得られるものである。こうしてトナー量を機械的に規制した上で、これらの発明では、導電性の規制ブレードにトナーの正規帯電極性と逆極性の規制バイアス電圧を印加している。
【００１０】
後に詳述するが、本願発明者らは種々の実験を行った結果、トナーの正規帯電極性と逆極性のバイアス電圧を印加した規制ブレードと接触させることによりカブリを抑制するメカニズムにおいては、前記した特許文献１には一切記載されていないが、トナー表面に付与された特定の外添剤の存在が大きく寄与している、との知見を得た。具体的には、外添剤として絶縁性外添剤および該絶縁性外添剤より導電性の高い導電性外添剤を含むトナーが、導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する絶縁性外添剤を含むことによって、トナーを逆極性に帯電させることなく、効果的にカブリを抑制することが可能になることが判明した。
【００１１】
そこで、上記の発明では、絶縁性外添剤および導電性外添剤を含むトナーと、凸部頂面の高さが管理されたトナー担持ローラーとを採用し、その表面に担持されるトナーの量を規制ブレードによって機械的に規制することで、トナー担持ローラーと規制ブレードとの当接により形成されるニップ部に送り込まれるトナーの量を管理している。そして、トナーの正規帯電極性と逆極性の規制バイアス電圧を規制ブレードに印加することにより、ニップ部に送り込まれたトナーの再配列を促進している。すなわち、逆極性の規制バイアス電圧印加により、正規極性に強く帯電したトナーはトナー担持ローラーから離れて規制ブレード側に移動し、これによって、正規極性で弱く帯電したトナーや逆極性に帯電したトナーは、トナー担持ローラー側に移動する。その結果、これらの発明では、帯電量の不足したトナーや逆極性に帯電したトナーがトナー担持ローラーから離脱して飛散したり、画像に付着してカブリを生じさせるのを効果的に防止することができる。また、正規極性に強く帯電したトナーがトナー担持ローラーから離れるため、強帯電トナーがトナー担持ローラーの鏡像力によりトナー担持ローラーに強く付着して現像に寄与しないという事態を避けることができ、現像濃度を向上することができる。さらに、トナーが導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する絶縁性外添剤を含むことにより、規制ブレードと導電性外添剤との接触が絶縁性外添剤により阻止されることから、逆極性の規制バイアス電圧によりトナーが逆極性に帯電するという弊害を防止することができる。
【００１２】
また、前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤の前記トナーにおける被覆率が、前記導電性外添剤の被覆率より高い構成を採用すると、より確実に、規制ブレードと導電性外添剤との接触が絶縁性外添剤により阻止されることから、トナーが逆極性に帯電するという弊害を確実に防止することができる。
【００１３】
この発明において、トナーにおける外添剤の被覆率Ｓａについては、例えば、
Ｓａ＝(Ｗａ・Ｄｔ・ρｔ)／(π・Ｄａ・ρａ)×１００  ［％］  …  （式１）
により表すことができる。上式において、
Ｗａ：外添剤の含有量（重量比）
Ｄｔ：トナーの粒径
Ｄａ：外添剤の粒径
ρｔ：トナーの真比重
ρａ：外添剤の真比重
である。
【００１４】
また、前記導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する前記絶縁性外添剤の前記トナーにおける含有量が、前記導電性外添剤の含有量より多い構成を採用しても、より確実に、規制ブレードと導電性外添剤との接触が絶縁性外添剤により阻止され、これによって、トナーが逆極性に帯電するという弊害を確実に防止することができる。
【００１５】
また、前記自由端の先端と前記トナー担持ローラーの前記凸部との間隔を０としてもよい。すなわち、規制ブレードの先端がトナー担持ローラーの凸部に直接接触する、いわゆるエッジ規制としてもよい。このようにすると、凸部にはほとんどトナーが担持されないことになる。凸部に担持されたトナーのうち帯電量の低いものはトナー担持ローラーの回転により受ける風圧で飛散しやすい。したがって、飛散やカブリをより確実に抑制し、また凹部でのトナー担持量をより正確に制御するという観点から、凸部でのトナー担持をなくしてもかまわない。
【００１６】
また、前記凹部に、前記トナー担持ローラー表面に直接接触する接触トナーと、前記トナー担持ローラー表面に直接接触しない非接触トナーとの双方を担持するようにしてもよい。ハウジングから供給される帯電トナーのうち正規極性に強く帯電したトナーは、トナー担持ローラー表面に対し静電的に付着してトナー担持ローラー表面に直接接触している接触トナーを構成する一方、正規極性に弱く帯電したり逆極性に帯電したトナーは、トナー担持ローラー表面に直接接触しない非接触トナーを構成する。そして、トナー担持ローラーの回転により、これらのトナーがトナー担持ローラーと規制ブレードとの当接により形成されるニップ部に送り込まれる。そうすると、逆極性の規制バイアス電圧印加によって、正規極性に強く帯電したトナーが規制ブレード側に移動して非接触トナーを構成することになる。したがって、正規極性に弱く帯電したり逆極性に帯電したトナーはトナー担持ローラー側に移動して接触トナーを構成する。このようにしてトナーの再配列が行われることとなる。このトナーの再配列によって、正規極性に弱く帯電したり逆極性に帯電したトナーを多く含む接触トナー層は、正規極性高帯電のトナーを多く含む非接触トナー層により覆われた形で、トナー担持ローラー表面の凹部に担持されることとなる。一般に低帯電トナーや逆極性帯電トナーは飛散やカブリの原因となり得るが、これらのトナーは非接触トナーにより覆われているため、飛散やカブリが抑制されることとなる。なお、非接触トナーを構成する正規極性強帯電トナーが、トナー担持ローラーから離れて規制ブレードに付着してしまい、現像位置へのトナー搬送量が低下することも考えられる。しかし、後に詳述するように、発明者らの実験によれば現像濃度の顕著な不足は生じていない。これは、ニップ部の通過終了地点において、一部のトナーが規制ブレードに移動したとしても、移動したトナーが規制ブレード上に堆積することなどによって、それ以上の規制ブレードへのトナー移動が抑制するためと考えられる。
【００１７】
トナー担持ローラーの表面に形成された凹部が、トナー担持ローラー表面に直接接触する接触トナーと、トナー担持ローラー表面に直接接触しない非接触トナーとの双方を担持するためには、具体的には例えば、規制ブレードの自由端の先端とトナー担持ローラーの凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径の１倍より大きくなるように構成すればよい。こうすることで、凹部には１層を超えるトナー層が担持され、結果として接触トナーと非接触トナーとの双方を含むことになる。この構成によれば、飛散やカブリの原因となり得る低帯電トナーや逆極性帯電トナーが凹部の底に移動して接触トナーを構成し、非接触トナーにより確実に覆われることとなるため、飛散やカブリを確実に抑制することが可能になる。なお、凹部に担持されるトナー層の層数が多くなると、トナー搬送量が増大するため現像濃度を確保しやすくなるものの、飛散やカブリも発生しやすくなると考えられる。そこで、これらを考慮して、トナー層の層数を決めればよい。例えば、規制ブレードの自由端の先端とトナー担持ローラーの凹部との間隔をトナーの体積平均粒径の２倍以下となるように構成すると、トナー層の層数が２層以下となるため、飛散やカブリを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】現像器の外観を示す図。
【図４】現像器の構造および現像バイアス波形を示す図。
【図５】現像ローラーおよびその表面の部分拡大図を示す図。
【図６】本願発明者らの行った実験の概要を示す図。
【図７】トナーの外添剤組成を変えたときのカブリ量の評価結果の例を示す図。
【図８】規制バイアス電圧を変化させたときのカブリ量の測定結果を示す図。
【図９】凹部でのトナーの挙動を示すモデル図。
【図１０】図９の現象をより微視的に見たモデル図。
【図１１】図１０の現象をさらに微視的に見たモデル図。
【図１２】凸部でのトナー担持を許容した変形例を示す図。
【図１３】図１２の形態におけるカブリ量の評価結果を示す図。
【図１４】図１３の例におけるカブリ量の測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１はこの発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピューターなどの外部装置から画像信号がメインコントローラー１１に与えられると、このメインコントローラー１１からの指令に応じてエンジンコントローラー１０に設けられたＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００２０】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。
【００２１】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【００２２】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラー１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラー１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラー４４が感光体２２に対し所定のギャップを隔てて対向配置され、その対向位置において現像ローラー４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００２３】
図３は現像器の外観を示す図である。また、図４は現像器の構造および現像バイアス波形を示す図である。より詳しくは、図４（ａ）は現像器の構造を示す断面図である。また、図４（ｂ）は現像バイアス波形と感光体表面電位との関係を示す図である。各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について図３および図４（ａ）を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。
【００２４】
この現像器４Ｋでは、その内部に非磁性一成分トナーＴを収容するハウジング４１に供給ローラー４３および現像ローラー４４が回転自在に軸着されており、当該現像器４Ｋが上記現像位置に位置決めされると、現像ローラー４４が感光体２と現像ギャップＤＧを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラー４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。供給ローラー４３は例えば発泡ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料により円筒状に形成されている。また、現像ローラー４４は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金により円筒状に形成されている。この実施形態では、鉄製の円筒表面を無電解ニッケル・リンめっき処理したものを使用している。そして、２つのローラー４３、４４が接触しながら回転することでトナーが現像ローラー４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラー４４表面に形成される。この実施形態では負帯電トナーを用いるが、正帯電トナーであってもよい。
【００２５】
ハウジング４１の内部空間は隔壁４１ａによって第１室４１１および第２室４１２に仕切られている。供給ローラー４３および現像ローラー４４はともに第２室４１２に設けられており、これらのローラーの回転に伴って第２室４１２内のトナーが流動し攪拌されながら現像ローラー４４の表面に供給される。一方、第１室４１１に貯留されているトナーは、供給ローラー４３および現像ローラー４４とは隔離されているので、これらの回転によっては流動しない。このトナーは、現像ユニット４が現像器を保持したまま回転することによって、第２室４１２に貯留されたトナーと混合され攪拌される。
【００２６】
このように、この現像器では、ハウジング内部を２室に仕切り、供給ローラー４３および現像ローラー４４の周囲をハウジング４１の側壁および隔壁４１ａで囲み比較的容積の小さい第２室４１２を設けることにより、トナー残量が少なくなった場合でも、トナーが効率よく現像ローラー４４の近傍に供給されるようにしている。また、第１室４１１から第２室４１２へのトナー供給およびトナー全体の攪拌を現像ユニット４の回転によって行うようにすることで、現像器内部にトナー攪拌のための攪拌部材（オーガ）を省いたオーガレス構造を実現している。
【００２７】
また、この現像器４Ｋでは、現像ローラー４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４６が配置されている。この規制ブレード４６は、ステンレスやリン青銅などの弾性を有する板状部材４６１と、板状部材４６１の先端部に取り付けられたシリコンゴムやウレタンゴムなどの樹脂部材からなる弾性部材４６２とで構成されている。弾性部材４６２にはカーボン粒子などの導電性粒子が分散されて、その抵抗率が約１０６Ωｃｍに調整されている。また、その硬度はＪＩＳ−Ａ硬度７０度である。
【００２８】
この板状部材４６１の後端部はハウジング４１に固着されており、図４の矢印に示す現像ローラー４４の回転方向Ｄ4において、板状部材４６１の先端部に取り付けられた弾性部材４６２が板状部材４６１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。つまり、規制ブレード４６は、一方端（後端部）が固定されるとともにこれとは反対側の自由端である先端部４６ａ（図６参照）が現像ローラー４４の回転方向Ｄ4において上流側に向かうように取り付けられており、弾性部材４６２が現像ローラー４４表面に対しいわゆるカウンタ方向に弾性的に当接することで規制ニップを形成し、現像ローラー４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。現像ローラー４４表面への規制ブレード４６の当接圧、すなわち規制荷重は５ｇｆ／ｃｍ（≒４．９Ｎ／ｍ）に調整されている。
【００２９】
このようにして現像ローラー４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラー４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に搬送される。そして、エンジンコントローラー１０に制御されるバイアス用電源１４０からの現像バイアスが現像ローラー４４に印加される。図４（ｂ）に示すように、感光体２２の表面電位Ｖｓは、帯電ユニット２３により均一に帯電された後露光ユニット６からの光ビームＬの照射を受けた露光部では残留電位Ｖｒ程度にまで低下し、光ビームＬが照射されなかった非露光部ではほぼ均一の電位Ｖoとなっている。一方、現像ローラー４４に与えられる現像バイアスＶｂは直流電位を重畳した矩形波交流電圧であり、そのピーク間電圧を符号Ｖppにより表す。このような現像バイアスＶｂが印加されることにより、現像ローラー４４上に担持されたトナーは現像ギャップＤＧにおいて飛翔して感光体２２の表面各部にその表面電位Ｖｓに応じて部分的に付着し、こうして感光体２２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。
【００３０】
現像バイアス電圧Ｖｂとしては、例えば、ピーク間電圧Ｖppが１２００Ｖで３〜４ｋＨｚ程度の周波数を有する矩形波電圧を用いることができる。現像バイアスＶbの交流成分の繰り返し周期Ｔcのうち、電位が正側に振れている期間を符号Ｔp、負側に振れている期間を符号Ｔnにより表すとともに、現像バイアスＶbの波形デューティＷＤを次式：
ＷＤ＝Ｔp／（Ｔp＋Ｔn）＝Ｔp／Ｔc
により定義すると、この実施形態ではＴp＞Ｔnとなるように、つまり波形デューティＷＤが５０％より大きくなるように、バイアス波形が定められている。代表的には、ＷＤ＝６０％程度とすることができる。
【００３１】
矩形波交流電圧に重畳された直流成分に、上記波形デューティに起因して生じる直流成分を加えた、現像バイアスＶbの加重平均電圧Ｖaveは、感光体２２の残留電位Ｖｒとの電位差がいわゆる現像コントラストとなり画像濃度に影響を与えるので、所定の画像濃度を得るために必要な値とすることができる。代表的には、例えば（−２００）Ｖ程度とすることができる。
【００３２】
また、詳しくは後述するが、この実施形態では、規制ブレード４６を構成する金属製の板状部材４６１と現像ローラー４４との間に規制バイアス用電源１４１が接続されており、導電性を有する弾性部材４６２に所定の規制バイアス電圧が印加されている。
【００３３】
さらに、ハウジング４１には、現像ローラー４４の回転方向において感光体２２との対向位置よりも下流側で現像ローラー４４表面に圧接されたシール部材４７が設けられている。シール部材４７は、ポリエチレン、ナイロンまたはフッ素樹脂などの柔軟性を有する樹脂材料により形成され、現像ローラー４４の回転軸に平行な方向Ｘに沿って延びる帯状のフィルムであり、長手方向Ｘに直交する短手方向（現像ローラー４４の回転方向に沿った方向）における一方端部がハウジング４１に固着されるとともに、他方端部が現像ローラー４４表面に当接されている。他方端部は現像ローラー４４の回転方向Ｄ4における下流側に向かうように、いわゆるトレイル方向に現像ローラー４４に当接されており、感光体２２との対向位置を通過した現像ローラー４４表面に残留しているトナーをハウジング４１内に案内するともに、ハウジング内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止している。
【００３４】
図５は現像ローラーおよびその表面の部分拡大図を示す図である。現像ローラー４４は略円筒形のローラー状に形成されており、その長手方向の両端にはローラーと同軸にシャフト４４０が設けられており、該シャフト４４０が現像器本体により軸支されて現像ローラー４４全体が回転自在となっている。現像ローラー４４表面のうちその中央部４４ａには、図５の部分拡大図（点線円内）に示すように、規則的に配置された複数の凸部４４１と、それらの凸部４４１を取り囲む凹部４４２とが設けられている。
【００３５】
複数の凸部４４１のそれぞれは、図５紙面の手前側に向けて突出しており、各凸部４４１の頂面は、現像ローラー４４の回転軸と同軸である単一の円筒面の一部をそれぞれ成している。また、凹部４４２は凸部４４１の周りを網目状に取り囲む連続した溝となっており、凹部４４２全体も現像ローラー４４の回転軸と同軸かつ凸部のなす円筒面とは異なる１つの円筒面をなす。そして、凸部４４１とそれを取り囲む凹部４４２との間は緩やかな側面４４３によって繋がれている。すなわち、該側面４４３の法線は現像ローラー４４の半径方向外向き（図において上方）、つまり現像ローラー４４の回転軸から遠ざかる方向の成分を有する。
【００３６】
この実施形態では、現像ローラー４４表面における凸部４４１の配列ピッチＰは、周方向、軸方向（Ｘ方向）とも８０μｍである。凹部４４２の深さ、つまり凸部４４１と凹部４４２との高低差は８μｍである。また、現像位置における感光体２２と現像ローラー４４とのギャップ（現像ギャップ）は１５０μｍとする。
【００３７】
このような構造の現像ローラー４４については、例えば特開２００７−１４００８０号公報に記載のいわゆる転造加工を用いた製造方法により製造することができる。これにより、現像ローラー４４の円筒面に規則的かつ均一な凹凸部を形成することができる。そのため、得られる現像ローラー４４は、その円筒面に均一かつ最適な量のトナーを担持させることができ、また、現像ローラー４４の円筒面でのトナーの転動性（転がりやすさ）も均一なものとすることができる。その結果、トナーの局所的な帯電不良や搬送不良を防止して、優れた現像特性を発揮させることができる。また、型を用いて凹凸部を形成するため、ブラスト加工により得られた一般的な現像ローラーと異なり、得られる凹凸部はその凸部の先端の幅を比較的大きくすることができる。このような凹凸部は優れた機械的強度を有する。特に、型により押圧された部位は機械的強度が向上するので、得られる凹凸部は、切削加工のような処理で得られたものと比しても優れた機械的強度を有する。このような凹凸部を有する現像ローラー４４は、優れた耐久性を発揮することができる。また、凹凸部の凸部の先端の幅が比較的大きいと、磨耗しても形状変化が少ないので、現像特性が急激に低下することも防止して、長期にわたり優れた現像特性を発揮することができる。
【００３８】
図１に戻って画像形成装置の説明を続ける。上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラー７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラー７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。
【００３９】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラー８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラー８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。
【００４０】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９によりトナー像を定着され、排出前ローラー８２および排出ローラー８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラー８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラー８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラー８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００４１】
また、図２に示すように、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するメモリー９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ、４Ｋには無線通信器４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられた無線通信器１０９と非接触にてデータ通信を行い、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリー９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では、無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行っているが、本体側および各現像器側にコネクター等を設け、コネクター等を機械的に嵌合させることで相互にデータ送受を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、この装置では、図２に示すように、メインコントローラー１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザーへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００４３】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピューターなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラー１１に設けられた画像メモリーである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００４４】
また、ローラー７５の近傍には、クリーナー７６が配置されている。このクリーナー７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラー７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラー７５側に移動した状態でクリーナー７６のブレードがローラー７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。
【００４５】
さらに、ローラー７５の近傍には、濃度センサー６０が配置されている。この濃度センサー６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームＬの強度、さらには装置の階調補正特性などの調整を行っている。
【００４６】
この濃度センサー６０は、例えば反射型フォトセンサーを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の濃淡に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサー６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。
【００４７】
次に、この実施形態において使用するトナーについて説明する。トナーは公知の粉砕法により製造された非磁性一成分トナーであり、摩擦帯電によって負極性に帯電する性質を有する。このトナーは、体積平均粒径（以下、符号Ｄaveにより表す）が５μｍで、絶縁性外添剤としてシリカ（酸化ケイ素）粒子を含み、かつ、これより導電性の高い導電性外添剤としてチタニア（酸化チタン）粒子を含んでいる。トナーの組成をどのように決めるかについて、次に説明する。なお、以下の説明においては、特に説明のない限り、実験に使用したトナーの物性値は上記したとおりのものである。
【００４８】
図６は本願発明者らの行った実験の概要を示す図である。この実験では、感光体２２を回転方向Ｄ1に回転させながら帯電ユニット２３により所定の表面電位に帯電させ、露光ユニット６による露光を行わない状態で、現像ローラー４４に現像バイアスＶbを印加した。このとき、現像ローラー４４と規制ブレード４６との間を規制バイアス用電源１４１を介して電気的に接続し、規制ブレード４６に対し規制バイアス電圧Ｖrbを印加した。この状態で、トナーの組成や物性値を種々に変化させて、規制バイアス電圧Ｖrb印加時のカブリを評価した。
【００４９】
まず、現像ローラー４４表面のうち、凸部４４１に１層を超えるトナー層を担持させたり、凹部４４２に２層を超えるトナー層を担持させた場合には、その他の条件によらず現像ローラー４４からのトナーの飛散やカブリ発生が顕著である。そこで、以下の実験では、規制ブレード４６の弾性部材４６２の上流側エッジ部を現像ローラー４４表面の凸部４４１に当接させる、いわゆるエッジ規制によって凸部４４１へのトナー担持を規制するとともに、凸部４４１と凹部４４２との高低差を、トナーの体積平均粒径の１倍を超え２倍を超えない値に設定することで、凹部４４２でのトナー層を１〜１．５倍程度となるようにした。この目的のため、実験に用いた現像ローラー４４では凸部４４１と凹部４４２との高低差を８μｍ（＝１．６Ｄave）とした。
【００５０】
現像ローラー上のトナー層が１層を超えると、該トナー層には、現像ローラー表面に直接接触する形で担持されるトナー（接触トナー）と、現像ローラー表面には直接接触せず、該表面上の接触トナーの上に担持されるトナー（非接触トナー）とが混在することとなる。後に詳述するが、現像ローラーへの付着力の差に起因して、接触トナーは現像ローラー表面から離脱しにくく、非接触トナーは離脱しやすい。この点において、飛散・カブリ防止の観点からはトナー層は接触トナーのみで構成されることが望ましいが、十分な現像濃度を得るとの観点からは、離脱しやすい非接触トナーを含んでいることが望ましい。理想的なのは、接触トナー、非接触トナーの双方を含むトナー層が担持され、かつ飛散・カブリを防止するための方策が採られている状態である。
【００５１】
図７はトナーの外添剤組成を変えたときのカブリ量の評価結果の例を示す図である。より具体的には、トナーに加える外添剤の組成を種々に変化させ、各組成において規制ブレード４６に規制バイアス電圧Ｖrbを加えることで、カブリ量がどの程度低減されるかを調べた結果を示す図である。規制バイアス電圧Ｖrbは２００Ｖとした。このとき規制ブレード４６は現像ローラー４４に対し正電位となっている。図７の「規制バイアス印加時のカブリ評価」欄においては、規制ブレード４６を現像ローラー４４と同電位とした場合を基準として、正の規制バイアス電圧Ｖrbを加えたときにカブリが低減されたケースを「○」、あまり変化がなかったケースを「△」、悪化したケースを「×」により示している。
【００５２】
番号「１」を付したトナー（１）は、絶縁性外添剤として体積平均粒径（図において符号Ｄで示す）１２ｎｍのシリカ（以下、「小粒径シリカＡｉ１」という）と体積平均粒径４０ｎｍのシリカ（以下、「中粒径シリカＡｉ２」という）とをそれぞれ１．５重量％（被覆率９０％）、１．０重量％（同１８％）含むとともに、導電性外添剤である体積平均粒径２０ｎｍの酸化チタン（以下、「小粒径チタニアＡｃ１」という）を少量（０．５重量％、被覆率１０％）添加したトナーである。このようなトナーにおいて、規制バイアス電圧Ｖrbの印加によるカブリ低減効果が得られた。一方、小粒径チタニアＡｃ１の含有量を１．０％（被覆率２１％）まで増加させるとともに、中粒径シリカＡｉ２を除去したトナー（２）では、かえってカブリが悪化した。また、酸化チタンを含まないトナー（３）では、あまり変化がなかった。
【００５３】
また、中粒径シリカＡｉ２に代えて体積平均粒径１００ｎｍのシリカ（以下、「大粒径シリカＡｉ３」という）を加えるとともに、小粒径チタニアＡｃ１に代えて体積平均粒径５０ｎｍの酸化チタン（以下、「大粒径チタニアＡｃ２」という）を加えたトナー（４）、トナー（５）では、大粒径チタニアＡｃ２よりも多くの大粒径シリカＡｉ３を加えたトナー（４）においてカブリ低減効果が得られたが、大粒径シリカＡｉ３よりも多くの大粒径チタニアＡｃ２を加えたトナー（５）ではカブリが悪化した。
【００５４】
図８は２種類のトナーにおける規制バイアス電圧の効果を示す図である。上記各トナーを用いて、規制バイアス電圧Ｖrbを種々に変化させたときのカブリ量を測定した。図８はその一部であるトナー（１）、トナー（２）における測定結果を示している。チタニアの含有量の多いトナー（２）では、規制ブレード４６に正電位を印加するとカブリ量が増加した。これに対し、中粒径シリカを加えチタニアの量を低減したトナー（１）では、規制ブレード４６に正の規制バイアス電圧を加えることでカブリ低減効果が得られた。
【００５５】
このように、規制バイアス電圧Ｖrbによるカブリ低減効果は、トナーに加える外添剤の組成、この例ではシリカ粒子とチタニア粒子との含有比率に大きく左右されていることが明らかになった。
【００５６】
以上より、トナーを再配列させて飛散やカブリを低減するためには、外添剤としてのシリカ（酸化ケイ素）の粒径および含有量を制御するのが有効であると言える。より具体的には、トナーに外添剤として少量のチタニア（酸化チタン）を添加するとともにチタニアより大粒径で多量のシリカ（酸化ケイ素）を添加した上で、トナーの帯電極性と逆極性の適当な規制バイアス電圧を規制ブレード４６に印加することが望ましい。
【００５７】
図９ないし１１は、この実施形態においてトナーの飛散またはカブリが改善されるメカニズムのモデルを示す図である。より具体的には、図９は凹部でのトナーの挙動を示すモデル図である。また、図１０は図９の現象をより微視的に見たモデル図であり、図１１は図１０の現象をさらに微視的に見たモデル図である。ここでは、このモデルを「再配列モデル」と称する。
【００５８】
トナーには帯電ばらつきがあり、帯電量の高いものや低いもの、また本来の帯電極性（負極性）とは反対の正極性に帯電したものなどが含まれる。以下では便宜的に、本来の帯電極性である負極性に帯電したトナーのうち比較的帯電量の高いものを「強帯電トナー」、帯電量の低いものを「弱帯電トナー」、反対極性（つまり正極性）に帯電したものを「逆帯電トナー」と称する。
【００５９】
図９（ａ）に示すように、規制ブレード４６によって層規制される前では、帯電量の様々に異なるトナー粒子が現像ローラー４４の表面に分布している。このうち、比較的帯電量の高い強帯電トナーは、鏡像力の作用によって現像ローラー４４の金属表面に強く引き付けられる。そのため、強帯電トナーが現像ローラー４４の表面に近い位置に多く存在する一方、これに押しやられて弱帯電トナーや逆帯電トナーは現像ローラー４４の表面から離れた位置に多く存在している。
【００６０】
現像ローラー４４がその回転方向Ｄ4に回転することにより、規制ブレード４６（より詳しくは規制ブレード４６を構成する弾性部材４６２）は相対的に（−Ｄ4）方向に移動している。この実施形態では、現像ローラー４４の回転方向Ｄ4において最上流側に当たる弾性部材４６２のエッジ部４６２ｅが凸部４４１に当接するエッジ規制としているため、図９（ｂ）に示すように、規制ブレード４６の（−Ｄ4）方向への進行に伴い、凸部４４１からはトナーが排除される。また、凹部４４２においては、凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｈdに相当する厚さ以上のトナーはすり切られてやはり排除される。この実施形態では、トナーの体積平均粒径Ｄaveが５μｍであるのに対して凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｈdが８μｍであり、Ｄave ＜ Ｈd ＜ (Ｄave×２) となっているため、凹部４４２のトナー層は１層よりは多いが２層よりは少ない厚さとなる。
【００６１】
このとき、現像ローラー４４と規制ブレード４６との間に規制バイアス電圧Ｖrbが印加されていると、図９（ｃ）に示すように、凹部４４２においては規制ブレード４６から現像ローラー４４に向かう方向の電界（以下、「規制電界」という）Ｅrが形成されている。この規制電界Ｅrは、負に帯電するトナーに対し、現像ローラー４４表面から離れて規制ブレード４６側に押しやる方向の力を生じさせる。この力は帯電量の高いトナーにより強く作用するから、強帯電トナーに対しては該トナーを規制ブレード４６側に向けて押しやる強い力が作用する。但し、一部の強帯電トナーは、金属製の現像ローラー４４の強い鏡像力により、現像ローラー４４に付着して離れない。これに対して、より帯電量の低い低帯電トナーや逆帯電トナーに対してはこの力がより弱く、あるいは逆方向に力が作用するため、結果として、規制ブレード４６に近い位置には強帯電トナーが集まってくる一方、弱帯電トナーや逆帯電トナーは現像ローラー４４表面に近接する方向に移動する。こうして凹部４４２においてトナーの再配列が生じ、帯電量の高いトナーほど規制ブレード４６に近い位置で担持される一方、帯電量の低い、あるいは逆極性に帯電したトナーは現像ローラー４４表面側で担持されることになる。
【００６２】
規制ブレード４６の規制バイアス電圧によるトナー再配列のメカニズムについて、図１０および図１１を参照しながらさらに詳しく説明する。図１０に示すように、トナーは母粒子Ｔｍの周囲に、より粒径の細かい絶縁性外添剤Ａｉ１，Ａｉ２および導電性外添剤Ａｃ１（図７のトナー（１）参照）が分散された状態となっている。そして、このようなトナーが現像ローラー４４の凹部４４２と規制ブレード４６の弾性部材４６２との間に充填された状態となっており、ここに規制バイアス電圧Ｖrbによる規制電界Ｅrが形成されている。基本的に、現像ローラー４４（凹部４４２）表面に接触しているトナーは規制ブレード４６（弾性部材４６２）には接触しておらず、逆に規制ブレード４６に接触しているトナーは現像ローラー４４には接触していない。
【００６３】
ここで、トナー母粒子Ｔｍおよび導電性外添剤Ａｃ１が十分な導電性を有する場合には、これらを通じてリーク電流が流れる。このような電流は、トナー粒子内を通過するだけでトナーの帯電には寄与しないと考えられる。ただし、トナーの帯電電荷が外部に散逸して帯電量が乱れる可能性がある。一方、トナー母粒子Ｔｍの導電性が低ければ、導電性外添剤Ａｃ１が母粒子Ｔｍの表面全体を密に覆っているのでない限り、このようなリーク電流はほとんど流れない。ここでは、母粒子Ｔｍが導電性を持たない場合について考える。
【００６４】
導電性外添剤として用いられる金属酸化物（この実施形態では酸化チタン）では、絶縁性外添剤として使用される絶縁性の高いシリカなどとは異なって、微粒子の状態で若干の導電性（１０７〜１０８Ωｃｍ程度）を示すことが分かっている。この実施形態におけるトナーは、このような性質を有する導電性外添剤Ａｃ１を少量加えて、母粒子Ｔｍの表面を外添剤により疎らに覆った状態としたものである。
【００６５】
現像ローラー４４と接触していないトナーに対しては、現像ローラー４４の回転に伴って規制ブレード４６が次第に接近して接触し、そして離間してゆくという現象が生じる。このうち、接近過程では、図１１（ａ）に示すように、正の規制バイアス電圧Ｖrbを付与された弾性部材４６２が接近することにより、トナー母粒子Ｔｍ表面の絶縁性外添剤Ａｉ１，Ａｉ２内では誘電分極により、導電性外添剤Ａｃ１内では静電誘導により、それぞれ負電荷が弾性部材４６２側に引き寄せられる。この状態で、外添剤が弾性部材４６２と接触するが、絶縁性外添剤Ａｉ２の直径が導電性外添剤Ａｃ１の直径より大きいため、図１１（ｂ）に示すように、弾性部材４６２と接触するのは絶縁性外添剤Ａｉ２だけであり、導電性外添剤Ａｃ１と弾性部材４６２との接触は、大径の絶縁性外添剤Ａｉ２により阻止される。絶縁性外添剤Ａｉ２は誘電分極により電荷が生成されるだけであり、弾性部材４６２と接触しても、絶縁性外添剤Ａｉ２と弾性部材４６２との間で電荷のやり取りは行われない。そして、最終的に弾性部材４６２が離間すると、図１１（ｃ）に示すように、各外添剤Ａｉ１，Ａｉ２，Ａｃ１は、電荷のない元の状態となる。その結果、正の規制バイアス電圧Ｖrbを付与された弾性部材４６２によって、トナーの再配列が促進されるだけで、トナーが逆極性に帯電することはない。
【００６６】
このような再配列モデルによれば、先の実験結果をうまく説明することができる。すなわち、トナー母粒子Ｔｍが導電性であるか否かに関わらず、導電性外添剤Ａｃよりも大径の絶縁性外添剤Ａｉを添加し、かつ規制ブレード４６にトナーの正規帯電極性と逆極性のバイアス電圧を印加すると、カブリが抑制される。これは、現像ローラー４４表面においてトナーの再配列が効果的に行われたためと考えられる。
【００６７】
一方、導電性外添剤Ａｃよりも大径の絶縁性外添剤Ａｉが添加されていない場合や（図７のトナー（２）参照）、導電性外添剤Ａｃよりも大径の絶縁性外添剤Ａｉを添加していても、導電性外添剤Ａｃの方が大径の絶縁性外添剤Ａｉよりも含有量が高い場合には（図７のトナー（５）参照）、カブリは悪化した。これは、導電性外添剤Ａｃが弾性部材４６２に接触したためであり、図１１のモデルにより、次のように考えられる。すなわち、図１１（ａ）に示すように、導電性外添剤Ａｃ内で静電誘導により負電荷が弾性部材４６２側に引き寄せられた後、当該導電性外添剤Ａｃが弾性部材４６２に接触すると、負電荷が弾性部材４６２に移動する。これは、弾性部材４６２から正電荷が導電性外添剤Ａｃに注入されるのと等価である。そして、最終的に弾性部材４６２が離れると、当該導電性外添剤Ａｃは正（逆極性）に帯電することとなる。このため、正規に帯電しているトナーの電荷を打ち消して、弱帯電トナーや逆帯電トナーが増加してしまうことから、カブリが悪化したと考えられる。
【００６８】
凹部４４２に担持されるトナー層の厚さについては特に限定されないが、凹部４４２に担持されるトナー層を１層より多くかつ２層より少なくしたときに、トナーの飛散やカブリを抑え、しかも十分な現像濃度を得ることができた。すなわち、凹部４４２に担持されるトナー層を１層より多くすることにより、接触トナーを構成する弱帯電トナーや逆帯電トナーを非接触トナー（強帯電トナー）により確実に覆うことができ、飛散やカブリを抑制することができる。また、強帯電トナーが現像ローラー４４表面から離れて非接触トナーとなるため、強帯電トナーが現像ローラー４４の鏡像力により現像ローラー４４に強く付着して現像に寄与しないという事態を避けることができ、現像濃度を向上することができる。
【００６９】
一方、凹部４４２に担持されるトナー層を厚くしすぎると飛散やカブリが多くなることが観察されている。これは、特に２層を超えるトナー層では、弱帯電トナーや逆帯電トナーの量が多くなり、接触トナーだけで収まらずに非接触トナーにも分布し、強帯電トナーにより確実に覆うことができなくなるためと考えられる。逆に、トナー層を薄くするとカブリは良好であるが現像濃度が低下する。これは、単にトナーの搬送量が少ないというだけでなく、非接触トナーが少量のため強帯電トナーが十分に再配列されて非接触トナーにならず、現像ローラー４４の鏡像力により付着したままとなって、感光体２２上に移行しにくくなっているためと考えられる。
【００７０】
なお、上記のように凸部４４１でのトナー担持を禁止するのに代えて、１層未満のトナーを凸部４４１に担持させるようにしてもよい。トナー層を１層未満とすることで、トナーは凸部４４１頂面に直接接触した状態で担持されることとなる。このため、トナーは鏡像力により凸部４４１の頂面に強く付着しており、現像ローラー４４の回転に起因するトナー飛散は起こりにくい。また、このような凸部のトナーが現像バイアスＶｂの作用により現像ギャップＤＧにおいて飛翔すれば現像濃度の向上が期待できる。また飛翔しなかったとしても、現像濃度としては凸部にトナーを担持させない場合と同等であるので、現像濃度の点でも不利益はない。むしろ、凸部４４１に小粒径トナーを選択的に付着させることによって凹部４４２におけるトナーの粒径ばらつきが抑えられるので、特に小粒径のものを多く含むトナーや粒度ばらつきの大きなトナーを使用する場合などにはこの方法が有効である。
【００７１】
図１２は凸部でのトナー担持を許容した変形例を示す図である。凸部でのトナー担持を許容する場合には、図１２（ａ）に示すように、規制ブレード４６の先端部４６ａをさらに上流側（図１２において左方）に突出させ、弾性部材４６２のエッジ部４６２ｅと、現像ローラー４４表面との間に所定の間隔Ｈo（＞０）を設ければよい。これにより、弾性部材４６２と現像ローラー４４表面との間に上流側に向けた開口部が形成され、両者の間隔に対応する開口高さＨo以下の粒径を有するトナーが凸部に担持されることが許容される。ここで、開口高さＨoについては、現像ローラー４４の回転中心と弾性部材４６２のエッジ部４６２ｅとを結ぶ直線Ｒに沿った間隔として定義される。図１２の形態では、弾性部材４６２のエッジ部４６２ｅに隣接する当接部４６２ｔが、現像ローラー４４表面に当接することとなる。
【００７２】
この開口高さＨoをトナーの体積平均粒径Ｄaveより小さくすれば、図１２（ｂ）に示すように、凸部４４１には体積平均粒径Ｄaveより小さな粒径を有するトナーＴsのみを担持させることができる。粒径の小さなトナーは小径ゆえに強い鏡像力が作用するため、現像ローラー４４から離脱しにくいことから、このようなトナーのみを凸部４４１に付着させることで、確実に飛散やカブリを防止することができる。なお、この実施形態では規制ブレード４６によるトナーの摩擦帯電は期待していないので、規制ブレード４６を高い荷重で現像ローラー４４に押し当てる必要はなく、規制荷重は５ｇｆ／ｃｍ（≒４．９Ｎ／ｍ）程度である。この程度の荷重であれば、凸部４４１のトナーが規制ブレード４６に押圧されることに起因するフィルミングは問題とならない。
【００７３】
一方、凹部４４２でのトナー再配列を効果的に行って、トナーの飛散やカブリを抑制するためには、上述したように、凹部４４２におけるトナー層を１層より多くかつ２層以下とすることが好ましい。トナー層が１層以下ではトナーを十分に再配列できず、また２層を超えると弱帯電トナーや逆帯電トナーが強帯電トナーで十分に覆われなくなり、飛散やカブリの原因となるからである。凹部４４２と規制ブレード４６との間隔Ｈpは、凸部４４１と規制ブレード４６との間隔（つまり開口高さ）Ｈoに凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｈdを加えたものであるから、この値Ｈpがトナーの体積平均粒径Ｄaveの１倍より大きく２倍以下の値とすることが望ましい。
【００７４】
次に、図１２に示した形態においてカブリを評価した結果を説明する。最初に実験条件について、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。トナーの体積平均粒径Ｄaveは８μｍである。また、凸部４４１と規制ブレード４６との間隔（開口高さ）Ｈoは５μｍ、凹部４４２と規制ブレード４６との間隔Ｈpは１５μｍである。すなわち、凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｈdは１０μｍになっている。これによって、上記実施形態と同様に、Ｄave＜Ｈp＜（Ｄave×２）に設定されている。また、現像バイアス電圧Ｖｂのピーク間電圧Ｖｐｐは１５００Ｖ、現像ギャップ（現像位置における感光体２２と現像ローラー４４との間隔）は１９０μｍに設定されている。これら以外の条件は上記実施形態と同じである。この条件で、上記実施形態と同様に、トナーの組成や物性値を種々に変化させて、規制バイアス電圧Ｖrb印加時のカブリを評価した。
【００７５】
図１３は、図１２の形態においてトナーの外添剤組成を変えたときのカブリ量の評価結果の例を示す図である。すなわち、トナーに加える外添剤の組成を種々に変化させ、各組成において規制ブレード４６に規制バイアス電圧Ｖrbを加えることで、カブリ量がどの程度低減されるかを調べた結果を示す図である。規制バイアス電圧Ｖrbは上記実施形態と同様に２００Ｖとした。このとき、上記実施形態と同様に、規制ブレード４６は現像ローラー４４に対し正電位となっている。図１２の「規制バイアス印加時のカブリ評価」欄においては、上記実施形態と同様に、規制ブレード４６を現像ローラー４４と同電位とした場合を基準として、正の規制バイアス電圧Ｖrbを加えたときにカブリが低減されたケースを「○」、あまり変化がなかったケースを「△」、悪化したケースを「×」により示している。
【００７６】
トナー（６），（７），（８）は、いずれも、絶縁性外添剤である体積平均粒径１２ｎｍの小粒径シリカＡｉ１と体積平均粒径５０ｎｍのシリカ（以下、「中粒径シリカＡｉ４」という）とを、それぞれ１．０重量％、０．５重量％含んでいる。そして、導電性外添剤である体積平均粒径３０ｎｍの酸化チタン（以下、「中粒径チタニアＡｃ３」という）を、トナー（６）は少量（０．２重量％）だけ含み、トナー（７）は比較的多量（１．０重量％）に含み、トナー（８）は含んでいない。そして、トナー（６）において、規制バイアス電圧Ｖrbの印加によるカブリ低減効果が得られた。一方、中粒径チタニアＡｃ３を比較的多量に含むトナー（７）では、かえってカブリが悪化した。また、トナー（８）では、あまり変化がなかった。
【００７７】
図１４は２種類のトナーにおける規制バイアス電圧の効果を示す図である。上記各トナーを用いて、規制バイアス電圧Ｖrbを種々に変化させたときのカブリ量を測定した。図１４はトナー（６）、トナー（７）における測定結果を示している。チタニアの含有量の多いトナー（７）では、規制ブレード４６に正電位を印加するとカブリ量が増加した。これに対し、チタニアの含有量を低減したトナー（６）では、規制ブレード４６に正の規制バイアス電圧Ｖrbを加えることでカブリ低減効果が得られた。
【００７８】
このように、図１２に示すように、凸部４４１と規制ブレード４６との間隔（開口高さ）Ｈoを５μｍとして、凸部４４１にも１層未満のトナーを担持するようにしても、トナーに加える外添剤の組成（この例ではシリカ粒子とチタニア粒子との含有比率）を調整することにより、規制バイアス電圧Ｖrbによるカブリ低減効果が得られた。
【００７９】
以上より、この実施形態では、所定の体積平均粒径を有する例えば粉砕法によるトナー母粒子に対し、例えばトナーの流動性を向上させるための絶縁性外添剤（この実施形態では酸化ケイ素）と、例えばトナーの帯電性を調整するための導電性外添剤（この実施形態では酸化チタン）とを添加してトナーとして使用している。ここで、トナーは、導電性外添剤の体積平均粒径より大きい体積平均粒径を有する絶縁性外添剤を含んでいる。また、その絶縁性外添剤の含有率は、導電性外添剤の含有率より高くなっている。そして、現像ローラー４４としてその表面に転造加工により規則的な凹凸を形成された金属製の円筒を用いるとともに、その表面に当接させる規制ブレード４６を導電性ゴムによる弾性部材４６２を有するものとして、トナーの正規帯電極性（この実施形態では負極性）と逆極性の規制バイアス電圧Ｖrbを印加している。
【００８０】
このような構成とすることにより、この実施形態では、現像ローラー４４表面に担持されるトナーの再配列を促進して、現像ローラー４４からのトナーの飛散やカブリの発生を防止しながら良好な画像品質で画像を形成することができる。このように、絶縁性外添剤および導電性外添剤の粒径や含有率を考慮している点で、上記実施形態は特許文献１に記載の技術と大きく相違している。
【００８１】
なお、本願発明者らの実験によれば、上記した酸化チタン以外にも、金属酸化物系の外添剤、例えば酸化アルミニウム（特に、遷移アルミナ）、酸化亜鉛、酸化セリウムおよび酸化スズなどを使用したときに、同様の効果が得られることが確認されている。但し、シリカなどの絶縁性外添剤よりも小粒径であって、含有量（被覆率）が低くなる量を添加することが必要である。すなわち、シリカなどの絶縁性外添剤については、導電性外添剤より粒径が大きく含有量（被覆率）が高いものをトナーに添加することが必要である。これによって、逆極性の規制バイアス電圧Ｖrbの印加によって、トナー（導電性外添剤）が逆極性に帯電することなく、トナーの再配列のみを効果的に行わせることができる。
【００８２】
また、現像ローラー４４の表面処理によっても効果に差のあることが確認されており、例えば現像ローラー４４を鉄製とした場合、表面を非晶質の無電解めっき処理としたときに良好な結果が得られている。好ましい処理としては、例えば、ニッケル・リンめっき処理、ニッケル・タングステンめっき処理、ニッケル・ホウ素・タングステンめっき処理およびクロムカーバイドめっき処理などが挙げられる。このような非晶質材料で表面を覆った現像ローラーでは、供給ローラー４３との摺擦によってトナーの摩擦帯電が起きやすいとみられ、規制ブレード４６との当接位置に送り込まれてくるトナーの帯電量が高められているので、弱帯電トナーや逆帯電トナーを低減できることが確認されている。
【００８３】
また、現像ローラー４４がアルミニウム製であるとき、表面をアルマイト処理すると、現像ローラー４４表面に薄い絶縁膜が形成されるため、現像ローラー４４と規制ブレード４６との間の絶縁抵抗を高めることができ、特に小粒径のトナーやカーボンブラック顔料の含有量が多く導電性の高いトナーであっても電流リークを防止しつつ高い絶縁耐圧を確保することができ、十分な規制バイアス電圧を印加してトナーの再配列を効率良く行わせることが可能となる。このことは、絶縁性に劣る小粒径あるいは高顔料トナーにおける飛散・カブリの抑制を図る上で有効である。
【００８４】
また、本発明の思想によればトナー母粒子自体は必ずしも導電性を必要とせず、逆極性の規制バイアス電圧印加によるトナーの帯電低下を防止する観点からは、むしろ導電性が低い方が好ましい。この意味からは、粉砕法によるよりも、顔料を樹脂により覆って導電性を低く抑えることが可能な重合法により製造されたトナーを用いるのがより好ましいと言える。
【００８５】
以上説明したように、この実施形態においては、感光体２２、現像ローラー４４、規制ブレード４６および規制バイアス用電源１４１がそれぞれ本発明の「潜像担持体」、「トナー担持ローラー」、「規制ブレード」および「バイアス印加手段」として機能している。また、これらを備える現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃおよび４Ｋが本発明の「現像装置」に相当している。
【００８６】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、逆極性の規制バイアス電圧Ｖrbを２００Ｖとしているが、これに限られない。但し、低過ぎるとトナーの再配列が十分に行われず、高過ぎるとトナー（導電性外添剤）の逆極性帯電を促進してしまう。そこで、絶縁性外添剤および導電性外添剤の粒径や含有量などに応じて、適正な規制バイアス電圧に設定すればよい。
【００８７】
また、例えば、上記実施形態は感光体２２と現像ローラー４４とを所定のギャップを隔てて対向させ両者の間でトナーを飛翔させる、いわゆるジャンピング現像方式の画像形成装置であるが、両者を当接させた状態で交流現像バイアスを印加する装置に対しても、本発明を適用することが可能である。
【００８８】
また、例えば、上記実施形態の現像ローラー４４の凸部４４１は略菱形に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば凸部を円形や三角形など他の形状となるようにしてもよい。また、各凸部の形状が同一である必要はなく、異なる形状のものが混在していてもよい。ただし、いずれの場合においても、本発明にかかるトナー層制御の効果を得るためには、少なくとも各凸部の頂面については、互いに同一の円筒面の一部をそれぞれなすような構造であることが望ましい。また凹部の深さも概ね一定であることが望ましい。この点において、元は平滑な円筒面に凹部を刻み込むことによって凹凸を形成した構造のものが特に有効である。
【００８９】
また、上記実施形態の画像形成装置は、ロータリー現像ユニット４に現像器４Ｋ等を装着したカラー画像形成装置であるが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、中間転写ベルトに沿って複数の現像器を並べたいわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置や、現像器を１個だけ備えてモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
２２…感光体（潜像担持体）、  ４１…ハウジング、  ４４…現像ローラー（トナー担持ローラー）、  ４６…規制ブレード、  ４６ａ…（規制ブレードの）先端部（自由端）、  １４１…規制バイアス用電源（バイアス印加手段）、  ４４１…（現像ローラー表面の）凸部、  ４４２…（現像ローラー表面の）凹部、  ４６２…弾性部材、  ４６２ｅ…（弾性部材の）エッジ部（自由端の先端）、  ４６２ｔ…（弾性部材の）当接部（隣接部位）、  Ａｃ１，Ａｃ２，Ａｃ３…チタニア（導電性外添剤）、  Ａｉ１，Ａｉ２，Ａｉ３，Ａｉ４…シリカ（絶縁性外添剤）、  Ｈd…（凸部と凹部との）高低差、  Ｈo…凸部開口高さ、  Ｈp…（規制ブレードと凹部との）開口高さ、  Ｔ…トナー
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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