(57)【要約】【課題】トナー担持ローラー上におけるトナーの帯電量のばらつきを抑えてカブリを抑制する。【解決手段】導電性規制ブレードにトナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧を印加してトナー担持ローラーに当接させるとともに、トナーにおける絶縁性外添剤（例えばシリカ粒子）と導電性外添剤（例えば酸化チタン粒子）との比率を、以下のいずれかとする：（１）導電性外添剤の体積平均粒径が、絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい；（２）導電性外添剤の体積平均粒径が、トナーにおける被覆率が当該導電性外添剤よりも高い絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい；（３）トナーにおける導電性外添剤の被覆率が、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい絶縁性外添剤の被覆率よりも高い。【選択図】図１２
2010224181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にトナーを収容するハウジングと、
前記ハウジングに軸着され、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、
前記トナー担持ローラーの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、前記トナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧が印加され、
前記トナーが、外添剤として絶縁性外添剤と、該絶縁性外添剤よりも導電性の高い導電性外添剤とを含み、しかも、下記の第１ないし第３条件、
第１条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第２条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記トナーにおける被覆率が当該導電性外添剤よりも高い前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第３条件：前記トナーにおける前記導電性外添剤の被覆率が、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい前記絶縁性外添剤の被覆率よりも高い、
のうちいずれかを満たすことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナーは、前記導電性外添剤として、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化スズまたはチタン酸ストロンチウムの少なくとも１つを含む請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナー担持ローラーは、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なる請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナー担持ローラーは、表面を非晶質めっき処理された金属製である請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナーの帯電極性が負極性であり、前記導電性外添剤は、表面にアミノシラン膜が形成されたものである請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
表面に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、
前記トナー担持ローラーの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、
前記規制ブレードに対し前記トナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧を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、
前記トナーが、外添剤として絶縁性外添剤と、該絶縁性外添剤よりも導電性の高い導電性外添剤とを含み、しかも、以下の第１ないし第３条件、
第１条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第２条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記トナーにおける被覆率が当該導電性外添剤よりも高い前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第３条件：前記トナーにおける前記導電性外添剤の被覆率が、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい前記絶縁性外添剤の被覆率よりも高い、
のうちいずれかを満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
トナー担持ローラーの表面にトナーを担持させ、
前記トナー担持ローラーの表面に、前記トナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧を印加した導電性の規制ブレードを当接させてトナーの量を規制し、
静電潜像を担持させた潜像担持体と前記トナー担持ローラーとを対向させて前記静電潜像をトナーにより現像し、しかも、
前記トナーとして、外添剤として絶縁性外添剤と、該絶縁性外添剤よりも導電性の高い導電性外添剤とを含み、しかも、下記の第１ないし第３条件、
第１条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第２条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記トナーにおける被覆率が当該導電性外添剤よりも高い前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第３条件：前記トナーにおける前記導電性外添剤の被覆率が、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい前記絶縁性外添剤の被覆率よりも高い、
のうちいずれかを満たすトナーを使用することを特徴とする画像形成方法。
【請求項８】
所定の規制バイアス電圧を印加した導電性の規制ブレードをトナー担持ローラー表面に当接させることにより前記トナー担持ローラー表面にトナー層を担持させる現像装置に使用されるトナーであって、
前記規制バイアス電圧と同極性の帯電極性を有し、外添剤として絶縁性外添剤と、該絶縁性外添剤よりも導電性の高い導電性外添剤とを含み、しかも、下記の第１ないし第３条件、
第１条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第２条件：前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記トナーにおける被覆率が当該導電性外添剤よりも高い前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
第３条件：前記トナーにおける前記導電性外添剤の被覆率が、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい前記絶縁性外添剤の被覆率よりも高い、
のうちいずれかを満たすことを特徴とするトナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表面に帯電トナーを担持する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ならびにトナー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、トナー担持ローラー表面に担持されるトナーの帯電量を高めるために、トナーとして導電性のトナーを使用するとともに、トナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加された電荷注入部材をトナー担持ローラーに対向させて、トナー担持ローラー表面のトナーに電荷を付与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２００５−３３１７８０号公報（例えば、図１）
【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に記載の技術では、電荷注入部材に印加されたバイアス電圧による電界が、既に帯電しているトナーをトナー担持ローラー側へ押しやる方向に作用するため、トナー担持ローラー上でのトナー搬送量が増大する。この結果、電荷を注入すべきトナーの量が多くなり、全体としての帯電量は多くなるものの、個々のトナーの帯電量のばらつきを抑える効果は十分とは言えなかった。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表面に帯電トナーを担持する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ならびにそのような装置および方法に適用されるトナーにおいて、トナー担持ローラー上におけるトナーの帯電量のばらつきを抑えて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、内部にトナーを収容するハウジングと、前記ハウジングに軸着され、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、前記トナー担持ローラーの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、前記トナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧が印加されるものである。
【０００７】
また、この発明にかかる画像形成装置は、表面に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、前記トナー担持ローラーの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、前記規制ブレードに対し前記トナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧を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
を備えるものである。
【０００８】
また、この発明にかかる画像形成方法は、トナー担持ローラーの表面にトナーを担持させ、前記トナー担持ローラーの表面に、前記トナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧を印加した導電性の規制ブレードを当接させてトナーの量を規制し、静電潜像を担持させた潜像担持体と前記トナー担持ローラーとを対向させて前記静電潜像をトナーにより現像するものである。
【０００９】
さらに、この発明にかかるトナーは、所定の規制バイアス電圧を印加した導電性の規制ブレードをトナー担持ローラー表面に当接させることにより前記トナー担持ローラー表面にトナー層を担持させる現像装置に使用されるトナーである。
【００１０】
これらの発明においては、上記目的を達成するため、前記トナーは、前記規制バイアス電圧と同極性の帯電極性を有し、外添剤として絶縁性外添剤と、該絶縁性外添剤よりも導電性の高い導電性外添剤とを含み、しかも、下記の第１ないし第３条件のうちいずれかを満たすものであることを特徴としている。
【００１１】
ここに、前記第１条件とは、前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きいことである。また、前記第２条件とは、前記導電性外添剤の体積平均粒径が、前記トナーにおける被覆率が当該導電性外添剤よりも高い前記絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きいことである。さらに、前記第３条件とは、前記トナーにおける前記導電性外添剤の被覆率が、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい前記絶縁性外添剤の被覆率よりも高いことである。
【００１２】
これらの発明において、トナーにおける外添剤の被覆率Ｓaについては、例えば次式：
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。
【００１３】
また、絶縁性外添剤として粒径の異なる複数種が使用されている場合には、上記第１ないし第３条件の適用については次のとおりとする。すなわち、第１条件においては、全ての絶縁性外添剤のうち、最も体積平均粒径の大きいものを比較対象とする。第２条件においては、当該導電性外添剤よりも被覆率が高い全ての絶縁性外添剤のうち、最も体積平均粒径の大きいものを比較対象とする。第３条件においては、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい全ての絶縁性外添剤の被覆率の合計を比較対象とする。
【００１４】
上記のように構成された発明では、トナー担持ローラー上におけるトナーの帯電量のばらつきを抑えてカブリを抑制することが可能である。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、バイアスを印加した導電部材と接触させて電荷を付与することでトナーを帯電させる帯電メカニズムにおいては、前記した特許文献１に記載されているようにトナーが導電性を有するか否かではなく、トナー表面に付与された特定の外添剤の存在がトナーの帯電に大きく寄与している、との知見を得た。具体的には、適量の導電性を有する微粒子を外添剤として付与したトナーでは、トナー母粒子自体の導電性とは関係なく、その正規帯電極性と同極性の電位を付与した導電部材からトナー表面の導電性外添剤に電荷を注入することによって、トナー全体の帯電量を効果的に制御することが可能である。その一方で、例えばシリカや樹脂ビーズなどの絶縁性の高い外添剤は、このような導電性外添剤による帯電量制御機能を阻害するように作用する。
【００１５】
このことから、導電性外添剤と絶縁性外添剤とをともに含むトナーと、規制バイアス電位を与えた規制ブレードによるトナー層規制とを組み合わせて使用するに際しては、導電性外添剤と絶縁性外添剤との比率を適宜に設定することが効果的であることがわかった。具体的には、その比率を上記した第１ないし第３条件のいずれかを満たす関係とすることにより、トナーの帯電量のばらつきを抑えてカブリを抑制することが可能となる。
【００１６】
このような機能を有する前記導電性外添剤としては、酸化チタン、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、酸化スズまたはチタン酸ストロンチウムがこれまで確認されており、前記トナーはこれらの少なくとも１つを含むものであることが望ましい。
【００１７】
また、前記トナー担持ローラーは、例えば、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なるものであってもよい。このような構造を有するトナー担持ローラーと、規制バイアス電圧を印加した規制ブレードとの組み合わせによれば、トナー担持ローラーの表面形状が管理されているため、該表面におけるトナー搬送量を精度よく管理することができる。そして、搬送されるトナーの帯電量ばらつきを上記のようにして抑えることにより、良好な画像品質を得ることが可能である。
【００１８】
この場合において、凸部に担持されるトナー層は１層未満とすることが好ましい。凸部に担持されるトナーはトナー担持ローラーの回転に起因する風圧を受けてトナー担持ローラー表面から飛散しやすいが、トナー層を１層未満とすれば、凸部のトナーはトナー担持ローラー表面に直接接触した状態で担持されることとなり、静電的に強い付着力が作用するので飛散が起こりにくくなる。一方、凹部に担持されるトナーは１層以上であることが好ましい。特に１層を超えるトナーを凹部に担持させた場合、凹部のトナーのうち一部はトナー担持ローラー表面に直接接触しない状態で担持されるものが含まれる。このようなトナーは電界によって飛翔しやすいため、現像濃度の向上に寄与する。なお、凸部の頂面からなる仮想的なトナー担持ローラーの表面から後退した位置で担持されているため、凹部のトナーは風圧を受けにくく飛散は起こりにくい。
【００１９】
また、前記トナー担持ローラーは、表面を非晶質めっき処理された金属製であってもよい。このようなトナー担持ローラーでは、ハウジング内でトナーを良好に摩擦帯電させることができることが、本願発明者らの実験により明らかになっている。このようなトナー担持ローラーと、規制バイアス電圧を印加した規制ブレードとを組み合わせることにより、トナー担持ローラー表面に担持されるトナーの特性を良好なものに維持し、優れた画像品質を得ることが可能となる。
【００２０】
また、前記トナーの帯電極性が負極性である場合には、前記導電性外添剤は、表面にアミノシラン膜が形成されたものであってもよい。アミノシランは正電荷を帯びやすい性質があるため、導電性外添剤の表面にアミノシラン膜が形成されていると、トナーの帯電極性と同極性（つまり負極性）の規制バイアス電圧を印加された規制ブレードとの接触が容易である。このため、導電性外添剤に規制ブレードからの電荷付与がより高い確率で発生するので、トナーの帯電量を向上させるのに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】外添剤が添加されたトナー表面を模式的に示した図。
【図１３】酸化チタン以外の導電性外添剤についての評価結果を示す図。
【図１４】凸部でのトナー担持を許容した変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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に調整されている。
【００３２】
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２２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。また、このトナーの体積平均粒径（以下、符号Ｄaveにより表す）は５μｍであり、外添剤として絶縁性の酸化ケイ素（シリカ）粒子と、これより導電性の高い導電性外添剤としての酸化チタン（チタニア）粒子とをそれぞれ含むものである。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。
【００５１】
規制ブレードにバイアスを印加して現像ローラー上のトナーの帯電特性を改善する技術は従来より多く提案されており、前記した特許文献１（特開２００５−３３１７８０号公報）の他にも例えば特開２００６−２２０９６７号公報、特開昭５８−１５３９７２号公報などがある。これらの文献においては、規制ブレードにバイアスを印加することに加えて、トナー粒子の導電性を適宜に調整することがトナーの帯電量を改善する上で有効であることが記載されている。しかしながら、本願発明者らが種々の実験を行った結果によれば、これとは異なる知見が得られた。
【００５２】
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、規制バイアス電圧Ｖrbやトナーの組成や物性値を種々に変化させてカブリ発生の程度を評価した。
【００５３】
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倍を越えない値に設定することで、凹部４４２でのトナー層を１〜２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。
【００５４】
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。
【００５５】
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３００Ｖとした。このとき規制ブレード４６は現像ローラー４４に対し負電位となっている。図の「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、負の規制バイアス電圧Ｖrbを加えたときにカブリが大きく低減されたケースを「○」、多少低減されたケースを「△」、ほとんど変化がなかったケースを「×」により示している。
【００５６】
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」という）と体積平均粒径４０ｎｍのシリカ（以下、「中粒径シリカ」という）とをそれぞれ１．５重量％（被覆率９０％）、１．０重量％（同１８％）含むが、導電性外添剤である酸化チタンを含まないトナーである。このようなトナーでは、規制バイアス電圧Ｖrbの印加によるカブリ低減効果は得られなかった。また、体積平均粒径２０ｎｍの酸化チタン（以下、「小粒径チタニア」という）を少量（０．５重量％、被覆率１０％）添加したトナー（２）も同様であった。
【００５７】
一方、小粒径チタニアの含有量を１．０％（被覆率２１％）まで増加させたトナー（３）では、規制バイアス電圧によるある程度のカブリ低減効果が認められた。また、トナー（３）から大粒径シリカを除いたものに相当するトナー（４）では、大きなカブリ低減効果が見られた。また、トナー（３）の小粒径チタニア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」という）を１．０重量％（被覆率８％）を加えたトナー（５）では、やはりトナー（３）よりも高いカブリ低減効果が得られた。ただし、大粒径チタニアの含有量を下げたトナー（６）では、トナー（３）と同程度の低減効果であった。
【００５８】
また、中粒径シリカに代えて体積平均粒径１００ｎｍのシリカ（以下、「大粒径シリカ」という）を加えたトナー（７）、トナー（８）では、大粒径シリカよりも多くの大粒径チタニアを加えたトナー（７）において高いカブリ低減効果が得られたが、大粒径シリカよりも少ない大粒径チタニアを加えたトナー（８）では改善が見られなかった。
【００５９】
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（２）、トナー（４）における測定結果を示している。なお、規制バイアス電圧Ｖrbの極性を図６のように規定しているので、図８の横軸においては右側ほど規制ブレード４６が現像ローラー４４に対し低電位であることを示す。酸化チタンの含有量の少ないトナー（２）では、規制ブレード４６に負電位をかけるとカブリ量が増加した。これに対し、大粒径シリカを廃し酸化チタンの量を多くしたトナー（４）では、規制ブレード４６に負の規制バイアス電圧を加えることで顕著なカブリ低減効果が得られた。バイアスを大きくすると再びカブリ量が増加してくるが、これは高電圧によりトナーにリーク電流が流れ、帯電量の乱れが生じたためと考えられる。
【００６０】
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酸化チタン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。なお、特許文献１に記載されたようにトナー自体の導電性についても検討したが、導電性粒子であるカーボンブラック顔料の含有量を変えてトナー母粒子の導電性を異ならせたトナーを用いて規制バイアス電圧によるカブリ低減効果を評価したところ、トナーの導電性を高めることは必ずしも良好な結果につながらず、むしろ逆効果となる場合もあった。
【００６１】
以上より、トナーの帯電量を向上させて飛散やカブリを低減するためには、トナーの導電性よりも、外添剤としての酸化チタンの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、外添剤として適当な量の酸化チタンをトナーに添加するとともに、トナーの帯電極性と同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。
【００６２】
図９ないし１１はこの実施形態においてトナーの帯電量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・誘導帯電モデル」と称する。
【００６３】
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。また、強帯電トナーのうち特に帯電量の高いものを「過帯電トナー」という。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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においては現像ローラー４４から規制ブレード４６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現像ローラー４４表面に向けて押しやる強い力が作用する。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、現像ローラー４４表面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表面から離れる方向に移動する。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現像ローラー４４表面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表面から離れた位置で担持されることになる。
【００６７】
この実施形態では凹部４４２のトナー層を２層未満としているので、図９（ｃ）に示すように、現像ローラー４４から離れた位置で担持される低帯電トナーや逆帯電トナーは規制ブレード４６に接触する。このとき、図９（ｄ）に示すように、規制バイアス電圧Ｖrb（現像ローラー４４に対して負電圧）を印加された規制ブレード４６からトナーに負電荷（符号「ｅ−」により表す）が注入されることにより、帯電量の不足していた低帯電トナーや逆帯電トナーの帯電量が上昇する。なお、現像ローラー４４に接触する形で担持されていたトナーのうち一部は規制ブレード４６にも接触することが考えられるが、このようなトナーはさらに帯電量が上昇して過帯電トナーとなる場合がある。過帯電トナーはその帯電量の高さゆえに現像ローラー４４表面から離れにくく、過帯電トナーが多くなりすぎると現像性が低下し濃度低下の原因となるが、飛散・カブリ抑制の観点からは特に問題とはならない。
【００６８】
規制ブレード４６との接触による電荷注入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、トナー粒子は母粒子Ｔｍの周囲により粒子の細かい導電性の外添剤Ａｃが分散された状態となっている。そして、このようなトナー粒子が現像ローラー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。
【００６９】
ここで、トナー母粒子Ｔｍおよび外添剤Ａｃ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、外添剤Ａｃが導電性でかつ母粒子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、導電性を持たないトナー母粒子について考える。
【００７０】
外添剤Ａｃとして用いられる酸化チタンやその他の金属酸化物では、同じく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）を示すことがわかっている。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外添剤を適量加えて、母粒子Ｔｍの表面を外添剤Ａｃにより疎らに覆った状態としたものである。
【００７１】
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、負バイアス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表面の外添剤Ａｃ内では静電誘導により正電荷が弾性部材４６２側に引き寄せられる。この状態で、外添剤Ａｃが弾性部材４６２と接触すると、図１１（ｂ）に示すように、正電荷が弾性部材４６２側に移動する。これは弾性部材４６２から負電荷が外添剤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が離間すると、図１１（ｃ）に示すように、外添剤Ａｃは負電荷が過剰な状態となる。その結果、摩擦帯電によりトナー母粒子Ｔｍがもともと有していた帯電電荷に外添剤Ａｃの電荷が加わって、トナー粒子全体としての帯電量が増加すると考えられる。
【００７２】
このような再配列・誘導帯電モデルによれば、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、外添剤Ａｃとして適量の酸化チタンを添加し、かつ規制ブレード４６にトナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加すると、トナーの帯電量が向上しカブリが抑制される。これは、酸化チタン外添剤が規制ブレード４６から負電荷を受け取りトナー粒子全体としての帯電量が向上したためと考えられる。また、トナー母粒子の導電性が高くなると外添剤に注入された電荷が母粒子側にリークし、外添剤が電荷を保持できなくなる（つまりトナー粒子全体としての電荷を保持できなくなる）ため、トナーの導電性が必ずしもカブリ低減効果につながらないものと考えられる。
【００７３】
また、絶縁性外添剤であるシリカの影響については、次のように考えることができる。このような絶縁性外添剤は、上記した規制ブレード４６から酸化チタン外添剤への電荷付与を阻害するものである。特にその粒径が大きい場合や、添加量が多い場合に影響が大きい。実験結果では、粒径の大きいシリカ外添剤よりも酸化チタンの量を多くしたときに帯電性の改善が見られ、このことから、酸化チタンを絶縁性外添剤よりも多くすることで、より確実に規制ブレード４６からの電荷を受け取ることができ、これが帯電性の改善につながっていると考えられる。これにより、絶縁性外添剤であるシリカと導電性外添剤である酸化チタンとの含有比率がカブリ低減効果に関係していることも説明できる。
【００７４】
図１２は外添剤が添加されたトナー表面を模式的に示した図である。図において、符号Ｔｍはトナー母粒子を表す。また白丸印および網点を付した丸印は例えばシリカのような絶縁性外添剤Ａｉを、斜線を付した丸印は例えば酸化チタンのような導電性外添剤Ａｃをそれぞれ表す。また、丸印の大きさはそれぞれの粒径を表している。比較例として図１２（ａ）に示すように、絶縁性外添剤Ａｉよりも導電性外添剤Ａｃの粒径や含有量が小さいとき、導電性外添剤Ａｃは絶縁性外添剤Ａｉによって規制ブレード４６の弾性部材４６２への接触を妨げられる。このため、上記した導電性外添剤Ａｃへの電荷付与が阻害されてしまう。
【００７５】
一方、図１２（ｂ）に示すように、絶縁性外添剤Ａｉよりも導電性外添剤Ａｃの方が粒径が大きければ、絶縁性外添剤Ａｉによって阻害されることなく、導電性外添剤Ａｃは確実に弾性部材４６２に接触することができる。なお、現像ローラー４４表面においてトナー粒子が転動することにより、トナー表面の導電性外添剤がまんべんなく弾性部材４６２に接触して電荷を受け取ることが可能である。複数種の絶縁性外添剤が添加されている場合でも、導電性外添剤Ａｃが最も大きければ同様の効果がある。
【００７６】
なお、導電性外添剤Ａｃの粒径は、全ての絶縁性外添剤Ａｉの粒径よりも大きくなければならないというわけではない。導電性外添剤Ａｃよりも粒径の大きな絶縁性外添剤Ａｉが含まれている場合でも、その量が少なければそれほど問題とならない。例えば、図１２（ｃ）に示すように、絶縁性外添剤Ａｉのうち同図に白丸印で示す、導電性外添剤Ａｃよりも多量に存在する絶縁性外添剤よりは、導電性外添剤Ａｃの方が粒径が大きいという状態でもよい。この状態でも、多くの導電性外添剤Ａｃが弾性部材４６２に接触し電荷を受け取ることができる。
【００７７】
また、導電性外添剤Ａｃの粒径が小さくても、図１２（ｄ）に示すように、より粒径の大きな絶縁性外添剤Ａｉのトナー母粒子Ｔｍ表面における分布を凌駕するような多数の導電性外添剤Ａｃが存在するという状態でも、導電性外添剤Ａｃのうち多くのものが弾性部材４６２に接触することが可能である。
【００７８】
したがって、図１２（ｂ）、１２（ｃ）、１２（ｄ）のいずれかに示す状態が実現されていれば、導電性外添剤への誘導帯電によるトナー帯電量の増加およびこれに起因するカブリ量の低減効果が得られる。また、前記したように、このような帯電量の増加は現像ローラー４４に接触していない（つまりもともと帯電量の低い）トナーにおいて優先的に生じるため、現像ローラー４４表面におけるトナー全体としての帯電量のばらつきが小さくなり、現像により得られる画像の品質向上にも寄与する。
【００７９】
図７の実験結果について検証すると、絶縁性外添剤Ａｉ（シリカ粒子）と導電性外添剤Ａｃ（酸化チタン粒子）との含有比率については、重量％で表されるその含有量よりも被覆率の方が高い相関性を有していると言える。これは、図１２のモデルにおいては外添剤がトナー母粒子Ｔｍ表面をどのように覆っているか、すなわち外添剤による被覆の状態が効果に関係しており、その重量は原理的に関係ないと考えられるという点とも符合している。
【００８０】
図１３は酸化チタン以外の導電性外添剤についての評価結果を示す図である。ここでは、他の導電性外添剤として酸化亜鉛、酸化アルミニウムのうち比較的導電性の高い遷移アルミナおよび酸化セリウムについての結果を示しているが、これらの金属酸化物以外にも、酸化スズはチタン酸ストロンチウム等でも酸化チタンと同様の傾向および効果が確認された。これらの微粒子はシリカに比べて２桁程度抵抗率の小さなものである。例えば、トナー（９）、トナー（１０）のように、絶縁性外添剤よりも粒径の小さな導電性外添剤であっても、その被覆率がより粒径の大きな絶縁性外添剤を上回っていればカブリ抑制効果が得られた。また、例えばトナー（１３）のように導電性外添剤の粒径が絶縁性外添剤より十分に大きければ、少量でも高いカブリ抑制効果が得られた。
【００８１】
以上より、絶縁性外添剤および導電性外添剤の双方を含むトナーを使用するとともに、現像ローラー４４に当接させた規制ブレード４６に対しトナーの帯電極性と同極性の規制バイアス電圧Ｖrbを印加することでトナーの帯電量を制御する構成においては、トナーに添加する外添剤について、以下のいずれかの条件、
条件１：導電性外添剤の体積平均粒径が、絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
条件２：導電性外添剤の体積平均粒径が、トナーにおける被覆率が当該導電性外添剤よりも高い絶縁性外添剤の体積平均粒径よりも大きい、
条件３：トナーにおける導電性外添剤の被覆率が、当該導電性外添剤よりも体積平均粒径の大きい絶縁性外添剤の被覆率よりも高い、
を満たすものであることが望ましいということができる。
【００８２】
こうすることによって、規制バイアス電圧Ｖrbを印加された導電性の弾性部材４６２から導電性外添剤に電荷が効率よく付与されて、トナーの帯電量を増加させることができる。特に、もともと帯電量の低いトナーの帯電量を増加させることにより、カブリの発生を抑制するとともに、画像品質の向上を図ることができる。例えば、図７に示したトナー（４）、（５）および（７）がそれぞれ上記条件１、条件２および条件３を満たすトナーである。
【００８３】
なお、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。これに対し、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おり、これは電荷を注入すべき弱帯電トナーや逆帯電トナーの量が多くなりすぎて、帯電量の不足を補いきれないトナーが多くなるためと考えられる。特に、２層を超えるトナー層では現像ローラー４４、規制ブレード４６のいずれにも接触しないトナーが存在するため、上記した再配列・誘導帯電モデルでも帯電量を上昇させることのできないトナーが現れてしまう。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極端に低下する。これは、単にトナーの搬送量が少ないというだけでなく、もともと帯電量の高いトナーがさらに電荷注入されることで過帯電となり、現像ローラー４４への付着力が強くなって感光体２２上に移行しにくくなっているためと考えられる。
【００８４】
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。そして、トナーが規制ブレード４６と接触することにより、さらに帯電量が増加する。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。
【００８５】
図１４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１４（ａ）に示すように、規制ブレード４６の上流側端部４６ａをさらに上流側（図において左方）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。
【００８６】
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１４（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から離脱しにくく、また規制ブレード４６との接触によりさらに帯電量が増加するため、このようなトナーのみを凸部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。
【００８７】
一方、凹部４４２での帯電ばらつきを抑える効果を得るためには、凹部４４２におけるトナー層を１層より多くかつ２層未満とする必要がある。トナー層が１層以下では過帯電となり、また２層を超えると現像ローラー４４、規制ブレード４６のいずれにも接触しないトナーが現れるからである。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倍より小さな値とすることが望ましい。
【００８８】
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、規制バイアス電圧Ｖrbによる帯電量の調整がより有効に機能することが確認されている。
【００８９】
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帯電量を制御性よく高め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。
【００９０】
また、本実施形態のように正規の帯電極性が負極性であるトナーの場合には、トナーに添加する導電性外添剤粒子を、表面処理により予めアミノシラン薄膜を形成したものとするのも効果的である。アミノシラン膜は陽イオンを取り込んで正極性に帯電しやすいことが知られており、このような正電荷が導電性外添剤の表面に存在することで、規制ブレード４６に印加された負の規制バイアス電圧により引き寄せられるので、導電性外添剤をより確実に規制ブレード４６に接触させるという効果を高める上で有効である。
【００９１】
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、カブリ抑制の観点からは、むしろ導電性が低い方が導電性外添剤による帯電制御を行いやすいという点で好ましい。この点からは、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てもよい。
【００９２】
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および規制ブレード４６がそれぞれ本発明の「潜像担持体」、「トナー担持ローラー」および「規制ブレード」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。また、規制バイアス用電源１４１が本発明の「バイアス印加手段」として機能している。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
また、上記実施形態のように現像ローラー表面に規則的な凹凸を設けたものに限らず、例えば表面をブラスト加工されたものなど、他の表面構造を有する現像ローラーを用いる装置においても、規制ブレードに規制バイアス電圧を印加して用いる構成であれば、上記した技術思想を好適に適用することが可能である。ただし、ブラスト加工された現像ローラーでは、表面にランダムな凹凸が形成されているため、トナー層の厚さを微視的に管理することが難しい。また、現像ローラー表面と規制ブレードとの間隔もランダムであるため、上記実施形態のように現像ローラーに接触しないトナーのみを選択的に規制ブレードに接触させることが難しいと考えられる。これらの点において、上記した規則的な凹凸を設けたローラーがより好ましいといえる。
【００９６】
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】
【００９７】
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）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、  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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