(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】例えば酸化チタンのような金属酸化物系外添剤を所定量含有したトナーＴ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よりも負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。規制ブレード４６に接触したトナーの外添剤に負電荷が注入されることにより当該トナーの帯電量が増加し、帯電量不足に起因するトナーの飛散やカブリが抑制される。【選択図】図６
2010224182.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、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、
前記トナーが金属酸化物からなる外添剤を有するものであり、前記規制ブレードには前記トナーの正規帯電極性と同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い
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
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に記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナーが、前記金属酸化物として酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化セリウムまたは酸化スズの少なくとも１つを含む請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
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３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
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４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
前記トナーにおける前記外添剤としての金属酸化物の含有率が、０．５重量％以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置。
【請求項７】
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、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、
前記規制ブレードに対し所定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、
前記トナーが金属酸化物からなる外添剤を有するものであり、前記規制バイアス電圧が前記トナーの正規帯電極性と同極性であり、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い
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
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、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、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、
前記トナーを金属酸化物からなる外添剤を有するものとし、前記規制ブレードに前記トナーの正規帯電極性と同極性の規制バイアス電圧を印加し、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未満とする
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、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、上記目的を達成するため、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、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、前記トナーが金属酸化物からなる外添剤を有するものであり、前記規制ブレードには前記トナーの正規帯電極性と同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い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、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、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、前記規制ブレードに対し所定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、前記トナーが金属酸化物からなる外添剤を有するものであり、前記規制バイアス電圧が前記トナーの正規帯電極性と同極性であり、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い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、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、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、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、前記トナーを金属酸化物からなる外添剤を有するものとし、前記規制ブレードに前記トナーの正規帯電極性と同極性の規制バイアス電圧を印加し、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未満とす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同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、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、適量の金属酸化物の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金属酸化物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。
【００１１】
そこで、上記の発明では、金属酸化物外添剤を付与されたトナーと、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。その上で、トナーの正規帯電極性と同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に電荷を付与しその帯電量を制御している。その結果、これらの発明では、帯電量の不足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。
【００１２】
これらの発明において、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る受ける風圧で飛散しやすい。この発明では凸部に薄く付着させたトナーに規制ブレードから電荷を付与することで帯電量を上昇させ、トナー担持ローラー表面から離れにくくさせることで飛散は起こりにくいが、このことは凸部のトナーが現像濃度の向上にあまり寄与しないということでもある。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。
【００１３】
また、前記トナーが、前記金属酸化物として酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化セリウムまたは酸化スズの少なくとも１つを含むことが望ましい。これらの金属酸化物については、本発明の構成による帯電量制御が有効に機能することが本願発明者らの実験により確認されている。
【００１４】
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。凹部におい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は、もともと帯電量が高くトナー担持ローラー表面に対し静電的に強く付着したものである。一方、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は帯電量がより低いものが主体であり、トナー担持ローラー表面に付着した接触トナー層を覆う形で担持されている。このように帯電量の低いトナーは飛散やカブリの原因となりうるが、凸部表面から後退した凹部に担持されたトナーは風圧を受けにくいので飛散は抑制される。なお、接触トナーのみを担持する系においては、ほぼ全てのトナーが規制ブレードに接触するために帯電量が過剰となりやすく、これはトナー担持ローラーへのトナーの付着力を増大させるので、飛散やカブリ抑制の点からは問題ないが、高い現像濃度を得るという観点からは不利である。
【００１５】
また、このような凹部のトナー層にバイアス印加した規制ブレードを接触させた場合、表面側に露出した非接触トナーのみに電荷を付与することとなるので、非接触トナーのみ帯電量を上昇させることが可能である。その一方で、もともと帯電量の高い接触トナーの帯電量を過剰に上昇させることがない。また、非接触トナーであっても帯電量の高いものに対しては、規制バイアス電圧が斥力を生じさせるように作用するので、やはり過剰な帯電は抑制される。その結果、凹部に担持されるトナーのうち低帯電のもののみ帯電量が上昇して帯電量のばらつきが小さくなり、カブリの発生が抑制される。
【００１６】
具体的には、例えば、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。なお、凹部に担持されるトナー層の層数が多くなると、非接触トナーの中に規制ブレードと当接することができないものが出現する。このようなトナーはカブリの原因となるので、非接触トナーに確実に電荷を付与するためには、層数を２層以下とするのが望ましい。すなわち、規制ブレードの先端と凹部との間隔はトナーの体積平均粒径の２倍以下とすることが望ましい。
【００１７】
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。
【００１８】
また、前記トナーにおける前記外添剤としての金属酸化物の含有率が、０．５重量％以上であることが望ましい。金属酸化物外添剤の添加量が少なすぎたのでは本発明の帯電制御効果は薄く、本願発明者らの実験によれば、少なくとも０．５重量％以上の金属酸化物を加えることが好ましい。特に、シリカや樹脂ビーズなど絶縁性の高い他の外添剤を添加したトナーにおいては、金属酸化物外添剤の量をさらに多くすれば効果的であった。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】トナーの物性値によるカブリ量、現像濃度の評価結果を示す図。
【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】異なる規制条件におけるトナー層の特性の測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
現像バイアス電圧Ｖｂとしては、例えば、ピーク間電圧Ｖppが１５００Ｖ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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１０μｍ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１９０μｍとする。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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８μｍで、外添剤として体積平均粒径１２ｎｍ、５０ｎｍの２種類のシリカをそれぞれ１．０重量％、０．５重量％含んでいる。さらに、帯電量を調整する金属酸化物外添剤として、体積平均粒径３０ｎｍの酸化チタン（チタニア）を１．０重量％含んでいる。トナーの組成をこのようにした理由について、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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現像特性を評価した。
【００５１】
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１〜１．５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１５μｍ（≒１．８８Ｄave）とした。
【００５２】
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。
【００５３】
図７および図８は実験結果の一部を示す図である。個々の実験内容およびその結果について詳しく説明する。図７（ａ）は、規制バイアス電圧Ｖrbとして２００〜５００Ｖを印加し、トナー母粒子におけるカーボンブラック含有量、外添剤としての酸化チタンの含有量を変化させたときの感光体２２へのカブリ量および現像濃度を評価した結果である。ここでは、いずれも体積平均粒径が８μｍであるマゼンタトナーと、カーボン含有量の異なる２種類のブラックトナーとを用いている。カーボンブラックは黒色顔料としてブラックトナー母粒子に添加されるものであるが、導電性を有するため、その含有量が多いほどトナー母粒子の導電性が高くなるという点で、トナーの導電性を制御する機能も有している。当然にマゼンタトナーにはカーボンブラックは含まれない。したがって、これら３種類のトナーは母粒子の導電性が互いに異なっている。
【００５４】
外添剤としての粒径５０ｎｍのシリカの量を一定（０．５重量％）とし、酸化チタンの含有量を変化させると、それに応じてカブリ量が変化した。図において、「○」印はカブリ量が少なく、「×」印はカブリ量が多く、「△」印は中程度であることを示している。この結果によると、トナー母粒子のカーボン含有量とは関係なく、外添剤としての酸化チタンの含有量が多いほど、カブリ量は少なくなっている。より具体的には、酸化チタンの含有量がシリカの含有量よりも多いとき、カブリが少ない。十分なカブリ抑制効果を得るためには、少なくともシリカ含有量と同程度の０．５重量％の酸化チタンが必要である。
【００５５】
記載を省略しているが、外添剤としてのシリカの量を変化させても、上記実験では結果にほとんど差が出なかった。ただし、シリカの量を酸化チタンの量よりも多く、特に粒径の大きなものの含有量を大きくすると、酸化チタンの量を加減してもカブリ低減効果はほとんど得られなかった。
【００５６】
一方、現像濃度については、次のようにして評価した。図６に示すように、規制バイアス電圧Ｖrbの極性は、現像ローラー４４に対し規制ブレード４６を低電位とする方向に規定されている。したがって、この実験における規制バイアス電圧Ｖrbの値（２００〜５００Ｖ）では、現像ローラー４４よりも規制ブレード４６側が負電位となっている。規制ブレード４６に印加された負電圧により、トナー帯電量が上昇するだけでなく、規制ブレード４６から現像ローラー４４に向かう電界が形成され、負極性に帯電したトナーが現像ローラー４４側に押し付けられるようになった結果、現像性が低下し現像濃度が低下する。また、規制ブレード４６への印加電圧を大きくしすぎると、トナー粒子内またはトナー表面を電流が流れるようになり、帯電電荷が乱れて搬送不良を起こし画像の濃度ムラを生じる。そこで、搬送不良が発生し始める規制バイアス電圧Ｖrbの値を「上限電圧」として記載している。外添剤としての酸化チタンの量が少ないと上限電圧が低下し、このことは規制バイアス電圧Ｖrbが取りうる範囲が狭くなり設計の自由度が低下することを意味している。
【００５７】
図７（ｂ）は互いに粒径の異なるブラックトナーについて、現像ローラー４４表面でのトナー搬送量および上記した上限電圧を比較した結果である。ここでも、凹部４４２におけるトナー層を１〜１．５層に調整しているので、各トナー間の差は主に母粒子のカーボンブラック含有量によると考えられる。図７（ａ）に示す結果とも一致するが、カーボン含有量の多いトナーでは上限電圧が低くなっている。また、このように上限電圧の低い条件では、現像ローラー４４表面のトナーの帯電量の安定的な向上は見られなかった。これは、トナー母粒子の導電性が高くなると、現像ローラー４４と規制ブレード４６との間でトナーを介したリーク電流が流れ、これによりトナーの帯電量が乱されるためと考えられる。
【００５８】
このように、規制ブレードにバイアス電圧を印加して現像ローラー表面のトナーの帯電量を制御しようという構成においては、トナーの導電性を高めることは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。つまり、「導電性トナーに電荷付与することで帯電量を向上させる」とするモデルは、この実験では実証することができなかった。
【００５９】
図８は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である。トナーとしては、酸化チタン１重量％を含むマゼンタトナーと、酸化チタンの量を１重量％および０．５重量％とした２種類のブラックトナーを用いた。その結果、酸化チタンの量を１重量％としたトナーでは、マゼンタ、ブラックのいずれにおいても、規制バイアス電圧Ｖrbとして適当な正電圧（規制ブレード４６から見れば、トナーの帯電極性と同じ負電圧）を印加したときに、カブリ量が最小となった。これに対して、酸化チタンの含有量の少ないトナーでは、規制ブレード４６に負電圧を与えるとカブリ量は増加し、むしろトナーの帯電極性と逆極性の電圧を規制ブレード４６に印加したときの方がカブリ量が少なくなった。また、酸化チタンの含有量が同じである場合、ブラックトナーよりも、カーボン含有量が少なくより導電性の低いマゼンタトナーの方がカブリ量は少なかった。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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８μｍであるのに対して凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｈdが１０μｍ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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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外添剤Ａｄ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。
【００６８】
ここで、トナー母粒子Ｔｍおよび外添剤Ａｄ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Ａｄ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。
【００６９】
外添剤Ａｄ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Ａｄにより疎らに覆った状態としたものである。
【００７０】
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Ａｄ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Ａｄ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Ａｄ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Ａｄ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Ａｄ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。
【００７１】
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Ａｄ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、カーボン含有量の少ない、つまり導電性の低いトナーの方がカブリが少なく現像濃度を得るための上限電圧も高いという結果が見られるが（例えば図８）、これは、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）ためと考えられる。
【００７２】
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。
【００７３】
また、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、カブリ、現像濃度とも最も良好な結果が得られたが、これは、上記した凹部４４２でのトナーの再配列および誘導帯電プロセスによれば、もともと帯電量の高い強帯電トナーには影響を与えることなく、弱帯電トナーや逆帯電トナーのみに選択的に電荷を注入することができるため、帯電量のばらつきが小さくなっているためと考えられる。このような帯電ばらつきを抑える効果は、現像ローラー４４表面に規則的な凹凸を設けたことによって凸部と凹部との高低差を管理し、かつ凹部のみにトナーを担持させる構成としたことによって得られるものである。
【００７４】
実際に、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
次に、現像ローラー４４上でのトナー搬送量と規制ブレード４６に印加する規制バイアス電圧Ｖrbとの組み合わせを変えて、現像ローラー上のトナー層の特性を評価した。具体的には、現像ローラー４４表面の凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｈdと、凸部４４１と規制ブレード４６の最上流側エッジ部４６２ｅとの間隔（開口高さ）Ｈoとを変えることによりトナー層の厚さが異なる２つのサンプルを作成し、それぞれのサンプルにおいて規制バイアス電圧Ｖrbを変化させた。
【００８０】
第１のサンプルでは、開口高さＨoを２０μｍ、高低差Ｈdを６μｍとした。以下ではこの条件を「規制条件１」と称する。このとき、開口高さＨoはトナーの体積平均粒径Ｄaveよりも大きく、凸部、凹部とも２層以上のトナーが担持される。一方、第２のサンプルでは、開口高さＨoを５μｍ、高低差Ｈdを１０μｍとした。以下ではこの条件を「規制条件２」とする。この規制条件が、本実施形態において採用している条件である。このとき、開口高さＨoはトナーの体積平均粒径Ｄaveよりも小さく、また凹部４４２と規制ブレード４６との間隔Ｈp（＝Ｈo＋Ｈd＝１５μｍ）はトナーの体積平均粒径Ｄaveの約１．８８倍である。
【００８１】
図１３は異なる規制条件におけるトナー層の特性の測定結果を示す図である。図において横軸の規制バイアス電圧Ｖrbは、右側ほど規制ブレード４６の負電位が大きくなることを示している。まず、現像ローラー４４のトナー搬送量については、図１３（ａ）に示すように、規制条件１ではバイアス値に応じて搬送量の増大が見られたが、規制条件２ではほぼ一定であった。また、トナーの質量当たりの帯電量（Ｑ／Ｍ）については、図１３（ｂ）に示すように、規制条件１ではほぼ変化がなく、規制条件２ではバイアス値に応じて帯電量が増加した。また、カブリ量については、図１３（ｃ）に示すように、規制条件１ではバイアス値によってあまり変化しないか僅かに増加する一方、規制条件２では、適当な規制バイアス電圧Ｖrb（代表的には、４００Ｖ程度）を与えることによってカブリ量を大きく低減することができた。
【００８２】
このことから、トナーの帯電量のばらつきを抑えてカブリを抑えるという目的からは、規制ブレード４６を当接させることで現像ローラー４４上に送り込まれるトナーの量を予め機械的に規制した上で、導電性を持たせた規制ブレード４６（弾性部材４６２）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Ｖrbを印加することが有効である。より一般的には、現像ローラー４４表面に担持された強帯電トナーによって生じる現像ローラー４４表面に搬送されるトナー層の表面電位に対し、極性が同じでその絶対値が現像ローラー４４表面に搬送されるトナー層の表面電位より大きい電位を規制ブレード４６に印加することが望ましい。この点において、トナー量を規制するよりも前に導電性トナーに電荷付与する特許文献１に記載の技術や、搬送量増大を期待して導電性トナーに電荷付与する特開２００６−２２０９６７号公報に記載された技術と本発明とは相違している。
【００８３】
以上より、この実施形態では、体積平均粒径が８μｍである粉砕法によるトナー母粒子に対し、その流動性を向上させるための外添剤として、粒径５０ｎｍのシリカを０．５重量％、粒径１２ｎｍのシリカを１重量％添加するとともに、トナーの帯電性を調整するため、金属酸化物外添剤である酸化チタンを１重量％添加したものをトナーとして使用している。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規制バイアス電圧Ｖrbを印加している。
【００８４】
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帯電量のばらつきを抑えて、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。
【００８５】
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。特に、シリカなどのより絶縁性の高い外添剤よりも被覆率が高くなる程度の量を添加したときに、その効果が顕著である。また、シリカなどの絶縁物外添剤については、その粒径が金属酸化物系外添剤よりも小さなものはあまり問題とならず、より粒径の大きなものがトナーの帯電特性に大きな影響を与える。そこで、このように粒径の大きな絶縁物外添剤よりも多くの金属酸化物系外添剤を加えることが望ましい。本実施形態では、粒径の大きな（５０ｎｍ）シリカ外添剤の含有量が０．５重量％であるので、少なくともこれと同量、より好ましくはより多くの金属酸化物系外添剤を加えるのがよい。また、粒径の小さな絶縁性外添剤でも、その含有量が多くなると金属酸化物系外添剤の機能を阻害することが考えられるので、その含有量と同等以上の金属酸化物系外添剤を加えることが望ましい。本実施形態では、粒径３０ｎｍの酸化チタンの含有量を１重量％とすることで、大粒径シリカ（５０ｎｍ、０．５重量％）よりは十分に多く、また小粒径シリカ（１２ｎｍ、１重量％）と同程度の含有量となるようにしている。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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、金属酸化物等の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、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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】
【００９３】
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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