(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様に帯電し画像情報に基づいて露光することにより該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持し該潜像担持体に対向する現像領域に搬送することにより該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該現像剤担持体に現像バイアスＶＢを印加する現像バイアス印加手段と、該潜像担持体に形成されたトナー像を、中間転写体を介して転写材に転写しあるいは中間転写体を介さずに所定方向に搬送されている転写材に直接転写する転写手段とを備え、該転写材上に複数のトナー像を重ね合わせた画像を形成する画像形成装置において、
該潜像担持体の露光前の帯電電位の絶対値が４００Ｖ以下であり、
該現像に用いる現像剤が、磁性粒子と球形度が９５％以上の球形トナーとを含む二成分現像剤であり、
該現像剤担持体上に担持される二成分現像剤に含まれる磁性粒子のダイナミック抵抗が１０６Ω以下であり、
該現像剤担持体上のトナーの平均帯電量の絶対値が１０μＣ／ｇ以上２１μＣ／ｇ未満であり、該トナーの体積平均粒径が３μｍ以上１２μｍ以下であり、
該潜像担持体と該現像剤担持体との間隙である現像ギャップが０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、
該潜像担持体上の露光によって電位が低下した露光部電位ＶＬと該現像バイアスＶＢとの電位差の絶対値である現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜の画像形成時における最大画像濃度に対応するように設定された最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜maxが、３００Ｖ以下であり、
該潜像担持体が、導電性基体上に感光層を有するものであり、
該現像領域における該潜像担持体表面に隣接し該二成分現像剤の磁性粒子からなる磁気ブラシの潜像担持体側の先端と該潜像担持体表面との間のトナー層が形成された領域であって該潜像担持体表面に接触して現像に寄与するトナーが存在している現像寄与トナー存在領域の単位面積あたりの静電容量ＣＴＬが、該潜像担持体の感光層の単位面積あたりの静電容量ＣＰＣよりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記潜像担持体上の最大付着量が、０．６ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２の画像形成装置において、
上記潜像担持体上のトナーの最大付着層厚が３層以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１の画像形成装置において、
上記現像剤担持体上に形成される磁気ブラシにおけるトナー供給量に対する上記現像に使用されるトナー使用量の比率が７０％以上であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４の画像形成装置において、
上記現像領域において上記現像剤担持体の表面及び上記潜像担持体の表面が同方向に移動し、
該潜像担持体の表面の線速に対する該現像担持体の表面の線速の比率が３以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、
現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜を一定値に制御する制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１の画像形成装置において、
上記現像剤担持体に対する現像剤の汲み上げ量が６０ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１の画像形成装置において、
上記現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの高さが、上記潜像担持体と該現像剤担持体との間の現像ギャップの２倍以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項８の画像形成装置において、
上記現像剤担持体に設けた現像極による該現像剤担持体表面における磁束密度Ｔが６０≦Ｔ≦８０［ｍＴ］の範囲内にあり、
上記磁性粒子の飽和磁化の強さＭＣが３０×４π×１０−７≦ＭＣ≦１４０×４π×１０−７［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］）の範囲内にあることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１の画像形成装置において、
上記磁性粒子に対する上記トナーの被覆率が、５０％以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の画像形成装置において、
上記現像剤のトナーに対する添加剤の添加量が、０．５質量部以上且つ１．８質量部以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１の画像形成装置において、
上記現像装置に入力する現像駆動トルクが、０．１５Ｎ・ｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２の画像形成装置における上記潜像担持体と、上記潜像形成手段を構成する帯電装置、該潜像担持体の表面をクリーニングするクリーニング装置及び上記現像装置の少なくとも一つとを、画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成したことを特徴とする画像形成プロセスユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置及び該装置に用いる画像形成プロセスユニットに係り、詳しくは、潜像担持体に潜像を形成し、現像バイアス電圧を印加した現像剤担持体に現像剤を担持し潜像担持体に対向する現像領域に搬送することにより、潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置及び画像形成プロセスユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種の画像形成装置では、潜像担持体の表面を一様に帯電した後、画像情報に基づいて潜像担持体の表面に光を選択的に照射することにより、潜像担持体上に潜像が形成される。この潜像は、トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を用いる二成分現像装置や、トナーを一成分現像剤として用いる一成分現像装置によって現像された後、転写装置によって転写材に転写される。【０００３】  また、上記現像装置を備えた画像形成装置として、回転駆動される感光体ドラム等の潜像担持体と、エンドレスに張設されて回転駆動される中間転写ベルト等の中抵抗の中間転写体とを備え、潜像担持体と中間転写体との間に静電界を形成し、その静電力により、帯電した着色トナーを用いて潜像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体へ順次重ね転写する１次転写工程を有するカラー画像形成装置がよく知られている（例えば、特開平１０−３１３７３号公報、特開平１０−１２３８５３号公報、特開平１０−３１９７５５号参照）。【０００４】  また、上記現像装置を用いる画像形成装置として、潜像担持体（感光体）の帯電電位を４００Ｖ以下の比較的低い電位に抑えた低電位システムを採用したものが知られている（例えば、特開平７−８４４３９号参照）。この低電位システムを採用することにより、潜像担持体の帯電・露光という繰り返しによる通電電荷量による静電疲労を低減することができ、潜像担持体の寿命を延ばすことができるため、上記中間転写体を用いたカラー画像形成装置についても低電位システムを適用することが考えられる。
また、上記潜像担持体の初期帯電時には強いハザードを受けるおそれがある。スコロトロンチャージャに代表される放電を利用した帯電システムでは、潜像担持体の表面に直接荷電粒子が降りかかるために、電離作用が表面劣化を促進させる要因となる。このような放電による潜像担持体の表面劣化に対しても、上記低電位システムが有効である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上記中間転写体を用いたカラー画像形成装置において本発明者らが画像評価を行った結果、トナー像を順次中間転写体へ重ねて転写を行う場合、後から中間転写体へ転写されるトナーが周辺へ散ったり、中抜け現象が発生したりすることにより、著しく画像品質を落としてしまうおそれがあることが判明した。このトナー像を重ね合わせて転写するときの画質低下は、いわゆるタンデム型の画像形成装置のように並設された複数の潜像担持体上のトナー像を所定方向に搬送されている転写材に重ね合わせて転写する場合にも同様に発生するおそれがある。
【０００６】  また、上記低電位システムでは、潜像担持体の帯電電位の低下にともなって、潜像担持体上の露光部電位ＶＬと現像剤担持体に印加する現像バイアスＶＢとの電位差の絶対値である現像ポテンシャルも低く設定される。そのため、現像装置の現像能力を高めたりすることによって、従来よりも低い現像ポテンシャルで所定の画像濃度が得られるようにする必要があった。
【０００７】  ところが、画像形成に用いる現像ポテンシャルが低くなると、現像ポテンシャルの絶対値に対して、潜像担持体の帯電電位の変動や潜像形成時に照射する光量の変動によって発生する現像ポテンシャルの変化分が、相対的に大きくなってくる。この帯電電位や光量の変動は、帯電装置の放電部材の汚れや照射光学系の汚れなどによって発生し、時間的に変動する場合もあるし、空間的に変動する場合もある。このような帯電電位や光量の変動に伴う現像ポテンシャルの変化分が大きくなると、画像濃度に対する影響も大きくなり、従来の高い帯電電位を用いる場合に比して画像濃度の低下や画像濃度ムラが発生しやすくなる。
【０００８】
特に、画像形成に用いる現像ポテンシャルを低く設定した場合は、低い現像ポテンシャルで所定の画像濃度を得るために、磁性キャリア粒子の電気抵抗の低減もしくは誘電率の増加、現像ギャップの低減、現像剤担持体の潜像担持体に対する線速比の増加、トナー帯電量の低減等により、現像ポテンシャルを増加していったときの画像濃度の変化を示す現像特性曲線における立ち上がり部の傾き（以下「現像γ」という。）を大きくする必要がある。ところが、上記現像γが大きくなると、従来の高い帯電電位を用いる場合に比して、画像濃度が現像ポテンシャルの変動の影響を受けやすくなる。
また、上記現像γが大きくなると、磁気ブラシ現像では十分なトナーが存在しているので、必要なトナー量を超えて付着してしまうことがある。このトナーの過剰付着は、転写紙への転写後に定着された時に飽和反射濃度を得るための最低付着量を超えたものであり、地汚れ、転写時の散り、細線画像のつぶれ等の著しい画像品質の劣化の原因となるおそれがある。
【０００９】  本発明は以上の背景のもとでなされたものであり、その目的は、潜像担持体から中間転写体又は転写材にトナー像を重ね合わせて転写するときのトナーの散りや中抜け現象の発生を抑制して高品質の画像を得るとともに、潜像担持体の長寿命化を図り、しかも現像ポテンシャルの変動による画像濃度の低下や画像濃度ムラを抑制することができる画像形成装置及び画像形成プロセスユニットを提供することである。
また、他の目的は、潜像担持体から中間転写体又は転写材にトナー像を重ね合わせて転写するときのトナーの散りや中抜け現象の発生を抑制して高品質の画像を得るとともに、潜像担持体の長寿命化を図り、トナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下を防止することができる画像形成装置及び画像形成プロセスユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様に帯電し画像情報に基づいて露光することにより該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持し該潜像担持体に対向する現像領域に搬送することにより該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該現像剤担持体に現像バイアスＶＢを印加する現像バイアス印加手段と、該潜像担持体に形成されたトナー像を、中間転写体を介して転写材に転写しあるいは中間転写体を介さずに所定方向に搬送されている転写材に直接転写する転写手段とを備え、該転写材上に複数のトナー像を重ね合わせた画像を形成する画像形成装置において、該潜像担持体の露光前の帯電電位の絶対値が４００Ｖ以下であり、該現像に用いる現像剤が、磁性粒子と球形度が９５％以上の球形トナーとを含む二成分現像剤であり、該現像剤担持体上に担持される二成分現像剤に含まれる磁性粒子のダイナミック抵抗が１０６Ω以下であり、該現像剤担持体上のトナーの平均帯電量の絶対値が１０μＣ／ｇ以上２１μＣ／ｇ未満であり、該トナーの体積平均粒径が３μｍ以上１２μｍ以下であり、該潜像担持体と該現像剤担持体との間隙である現像ギャップが０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、該潜像担持体上の露光によって電位が低下した露光部電位ＶＬと該現像バイアスＶＢとの電位差の絶対値である現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜の画像形成時における最大画像濃度に対応するように設定された最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜maxが、３００Ｖ以下であり、該潜像担持体が、導電性基体上に感光層を有するものであり、該現像領域における該潜像担持体表面に隣接し該二成分現像剤の磁性粒子からなる磁気ブラシの潜像担持体側の先端と該潜像担持体表面との間のトナー層が形成された領域であって該潜像担持体表面に接触して現像に寄与するトナーが存在している現像寄与トナー存在領域の単位面積あたりの静電容量ＣＴＬが、該潜像担持体の感光層の単位面積あたりの静電容量ＣＰＣよりも大きいことを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、上記「画像濃度」は、上記現像装置で現像された潜像担持体上のトナー像が転写材上に転写された転写画像について、光反射法で測定された画像濃度である。ここで、画像から反射される光量を「Ｘ」とし、バックグラウンドから反射される光量を「Ｘｍ」としたとき、上記「画像濃度」ＩＤは次式で算出したものである。以下の請求項２においても同様である。
【数２】
ＩＤ＝−log（Ｘ/Ｘｍ）
また、上記「ダイナミック抵抗」は、後述の図５の測定システムを用いた方法で測定したものである。
【００１２】
請求項１の画像形成装置では、潜像担持体の帯電電位の絶対値が４００Ｖ以下であるため、潜像担持体における通電電荷量が少なくなり、潜像担持体に対する帯電・露光の繰り返しによる潜像担持体の疲労を低減することができるので、潜像担持体の寿命が延びる。また、潜像担持体の帯電電位の絶対値を４００Ｖ以下とすることにより、潜像担持体上のトナー像を中間転写体又は転写材に転写するときの転写電界を低減することができる。
しかも、現像に用いる現像剤が、磁性粒子と球形度が９５％以上の球形トナーとを含む二成分現像剤であり、現像剤担持体上に担持される二成分現像剤のダイナミック抵抗、現像剤担持体上のトナーの平均帯電量の絶対値、トナーの体積平均粒径、潜像担持体と現像剤担持体との間隙である現像ギャップ、及び現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜の最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜maxがそれぞれ、上記所定の範囲にあることにより、潜像担持体の帯電電位の変動等によって現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜が下記の（１）乃至（３）式又は（４）乃至（６）式を満たす範囲内で変化したときでも、画像濃度の変化幅が、現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜maxに対する画像濃度の１０％以下に抑えられるため、画像濃度低下や画像濃度ムラが視認されにくい。
【数１】
｜ＶＢ−ＶＬ｜≦｜ＶＢ−ＶＬ｜max＋｜ＶＢ−ＶＬ｜max×０．２  ・・・（１）
｜ＶＢ−ＶＬ｜≧｜ＶＢ−ＶＬ｜max−｜ＶＢ−ＶＬ｜max×０．２  ・・・（２）
｜ＶＢ−ＶＬ｜max≦３００Ｖ  ・・・（３）
【数３】
｜ＶＢ−ＶＬ｜≦｜ＶＢ−ＶＬ｜max＋５０Ｖ  ・・・（４）
｜ＶＢ−ＶＬ｜≧｜ＶＢ−ＶＬ｜max−５０Ｖ  ・・・（５）
｜ＶＢ−ＶＬ｜max≦３００Ｖ  ・・・（６）
特に、現像剤担持体上に担持される二成分現像剤のダイナミック抵抗が１０６Ω以下であるため、現像剤担持体上の磁性粒子の潜像担持体側先端縁と潜像担持体表面との間の領域に現像電界が形成されるようになるので、所定強度の現像電界を形成するための現像ポテンシャルの大きさを低減することができる。
【００１７】
上記請求項１の画像形成装置において、上記現像バイアスＶＢ、上記潜像担持体上の露光によって電位が低下した露光部電位ＶＬ及び露光されていない非露光部電位ＶＤが次の（７）式の関係を満たすとともに、該潜像担持体上で飽和画像濃度を得ることができる最少トナー付着量Ｘが次の（８）式で定義されるとき、該潜像担持体上の最大トナー付着量が１．５×Ｘ以下であってもよい。
【数４】
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜２５０Ｖ  ・・・（７）
Ｘ＝０．６×トナー粒径×トナーの真比重／転写率  ・・・（８）
【００１８】
この画像形成装置では、現像バイアスＶＢ、露光部電位ＶＬ及び非露光部電位ＶＤが上記（７）式の関係を満たすことにより、潜像担持体における通電電荷量が少なくなり、潜像担持体に対する帯電・露光の繰り返しによる潜像担持体の疲労を低減することができるので、潜像担持体の寿命が延びる。また、潜像担持体の帯電電位の絶対値を４００Ｖ以下とすることにより、潜像担持体上のトナー像を中間転写体又は転写材に転写するときの転写電界を低減することができる。
しかも、潜像担持体上の最大トナー付着量が、潜像担持体上で飽和画像濃度を得ることができる最少トナー付着量Ｘの１．５倍以下であるため、画像濃度を飽和画像濃度よりも高く設定した場合でも、潜像担持体上にトナーが過剰に付着しない。
【００２４】
また、請求項１の画像形成装置では、上記現像領域における潜像担持体表面に隣接し二成分現像剤の磁性粒子からなる磁気ブラシの潜像担持体側の先端と潜像担持体表面との間のトナー層が形成された領域であって潜像担持体表面に接触して現像に寄与するトナーが存在している現像寄与トナー存在領域の単位面積あたりの静電容量ＣＴＬを、潜像担持体の感光層の単位面積あたりの静電容量ＣＰＣよりも大きくすることにより、潜像担持体の感光体層上に形成された潜像のトナー付着部の周辺におけるトナーを感光層側に引き付ける向きの縁端電界の強度を、エッジ効果を視認できない程度まで弱める。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記潜像担持体上の最大付着量が、０．６ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とするものである。
【００３４】
請求項２の画像形成装置では、潜像担持体上の最大付着量を０．６ｍｇ／ｃｍ２以下にすることにより、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止する。
【００３５】
請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記潜像担持体上のトナーの最大付着層厚が３層以下であることを特徴とするものである。
【００３６】
請求項３の画像形成装置では、潜像担持体上のトナーの最大付着層厚を３層以下にすることで、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止する。
【００３７】
請求項４の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像剤担持体上に形成される磁気ブラシにおけるトナー供給量に対する上記現像に使用されるトナー使用量の比率が７０％以上であることを特徴とするものである。
【００３８】
請求項４の画像形成装置では、現像剤担持体上に形成される磁気ブラシにおけるトナー供給量に対する上記現像に使用されるトナー使用量の比率が７０％以上であるため、磁気ブラシから潜像担持体へのトナー供給能力を抑制し、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止することができる。
【００３９】
請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記現像領域において上記現像剤担持体の表面及び上記潜像担持体の表面が同方向に移動し、該潜像担持体の表面の線速に対する該現像担持体の表面の線速の比率が３以下であることを特徴とするものである。
【００４０】
請求項５の画像形成装置では、現像剤担持体の表面及び上記潜像担持体の表面が同方向に移動する条件下で、潜像担持体の表面の線速に対する該現像担持体の表面の線速の比率が３以下にすることにより、現像剤担持体上の磁気ブラシから潜像担持体へのトナー供給能力をさらに抑制する。
【００４１】
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の画像形成装置において、現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜を一定値に制御する制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００４２】
請求項６の画像形成装置では、現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜を一定値に制御することにより、潜像担持体上の画像濃度及びトナーの過剰付着をより確実に制御できる。
【００４３】
請求項７の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像剤担持体に対する現像剤の汲み上げ量が６０ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とするものである。
【００４４】
請求項７の画像形成装置では、現像剤担持体に対する現像剤の汲み上げ量を６０ｍｇ／ｃｍ２以下にすることにより、現像剤担持体上の磁気ブラシから潜像担持体へのトナー供給能力を抑制し、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止する。
【００４５】
請求項８の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの高さが、上記潜像担持体と該現像剤担持体との間の現像ギャップの２倍以下であることを特徴とするものである。
【００４６】
請求項８の画像形成装置では、現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの高さを現像ギャップの２倍以下にすることにより、現像剤担持体上の磁気ブラシから潜像担持体へのトナー供給能力を抑制し、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止する。
【００４７】
請求項９の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記現像剤担持体に設けた現像極による該現像剤担持体表面における磁束密度Ｔが６０≦Ｔ≦８０［ｍＴ］の範囲内にあり、上記磁性粒子の飽和磁化の強さＭＣが３０×４π×１０−７≦ＭＣ≦１４０×４π×１０−７［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］）の範囲内にあることを特徴とするものである。
【００４８】
請求項９の画像形成装置では、現像剤担持体に設けた現像極による現像剤担持体表面における磁束密度Ｔと磁性粒子の飽和磁化ＭＣとを、上記所定範囲内にすることにより、磁気ブラシをやわらかく形成し、磁気ブラシから潜像担持体へのトナー供給能力を抑制し、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止する。
【００４９】
請求項１０の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記磁性粒子に対する上記トナーの被覆率が、５０％以下であることを特徴とするものである。
【００５０】
請求項１０の画像形成装置では、磁性粒子に対するトナーの被覆率を５０％以下にすることにより、磁気ブラシから潜像担持体へのトナー供給能力を抑制し、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止する。
【００５１】
請求項１１の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の画像形成装置において、上記現像剤のトナーに対する添加剤の添加量が、０．５質量部以上且つ１．８質量部以下であることを特徴とするものである。
【００５２】
請求項１１の画像形成装置では、現像剤のトナーに対する添加剤の添加量を０．５質量部以上にすることにより、トナーの流動性を確保する。そして、添加剤の添加量を１．８質量部以下にすることにより、経時において、添加剤がトナーや磁性粒子に埋没することによる現像剤の特性変化や、過剰な添加剤に起因した潜像担持体上のフィルミングの発生等を抑制する。
【００５３】
請求項１２の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１の画像形成装置において、上記現像装置に入力する現像駆動トルクが、０．１５Ｎ・ｍ以下であることを特徴とするものである。
【００５４】
請求項１２の画像形成装置では、現像装置に入力する現像駆動トルクを０．１５Ｎ・ｍ以下にすることにより、経時において、現像剤の機械的損傷（ハザード）を抑制する。
【００５５】
請求項１３の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１又は１２の画像形成装置における上記潜像担持体と、上記潜像形成手段を構成する帯電装置、該潜像担持体の表面をクリーニングするクリーニング装置及び上記現像装置の少なくとも一つとを、画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成した画像形成プロセスユニットである。
【００５６】
請求項１３の画像形成プロセスユニットを画像形成装置本体に装着して用いることにより、潜像担持体の長寿命化を図るとともに、潜像担持体の帯電電位の変動等によって現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜が変化したときでも、画像濃度低下や画像濃度ムラが抑制することができる。また、上記画像形成プロセスユニットを画像形成装置本体から取り外すことにより、画像形成プロセスユニットに含まれる潜像担持体などを個別に交換することができる。
【発明を実施するための形態】
【００５７】  以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真式カラー画像形成装置（以下「カラー画像形成装置」という。）に適用した実施形態について説明する。
〔実施形態１〕
まず、本発明の第１の実施形態に係るカラー画像形成装置の全体の概略構成及び動作について説明する。
図２は、本実施形態のカラー画像形成装置の主要部である画像形成部の概略構成図である。このカラー画像形成装置は、図２に示す画像形成部のほか、図示しないカラー画像読み取り部（以下「カラースキャナ」という。）、給紙部及びこれらを駆動制御する制御部などによって構成されている。
上記カラースキャナは、原稿のカラー画像情報を、例えばレッド、グリーン、ブルー（以下、それぞれ「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」という）の色分解光ごとに読み取り、電気的な画像信号に変換する。そして、このカラースキャナで得たＲ、Ｇ、Ｂの色分解画像信号の強度レベルをもとにして、図示しない画像処理部で色変換処理を行い、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー（以下、それぞれ「Ｂｋ」、「Ｃ」、「Ｍ」、「Ｙ」という）の画像データを得る。
【００５８】  図２の画像形成部は、潜像担持体としての感光体ドラム１、帯電手段としての帯電チャージャ２、クリーニングブレード６０１及びファーブラシ６０２からなる感光体クリーニング装置６、露光手段としての図示しない書き込み光学ユニット３、現像手段としてのリボルバ現像ユニット４、転写手段としての中間転写ユニット５００及び２次転写ユニット５５０、並びに定着ローラ対８０１を用いた定着手段としての定着ユニット８などで構成されている。
【００５９】  なお、上記画像形成部を構成する複数の装置の一部は、カラー画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成した画像形成プロセスユニット（以下「プロセスカートリッジ」という。）であってもよい。例えば、感光体ドラム１と帯電チャージャ２とクリーニング装置６とを、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物（プロセスカートリッジ）として構成してもよい。このようにプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱可能に構成することにより、感光体ドラム１等を個別に交換することができる。
特に、本実施形態のようにリボルバ現像ユニット４が上記プロセスカートリッジに含まれない場合には、寿命が一致しない感光体ドラム１とリボルバ現像ユニット４あるいは各現像器とをそれぞれ別々に容易に交換することが可能となる。また、非現像時に現像器内の現像ローラを感光体ドラム１から離間するように退避させることが可能となるので、現像ローラへのトナーフィルミングの促進が低減され、更にリボルバ現像ユニット４の寿命を延ばすことができる。
【００６０】  上記感光体ドラム１は、図３に示すように、接地された導電性基体（例えば、アルミ等の素管）上に、感光性を有する無機又は有機感光体を塗布することにより感光層１Ｐを形成したものである。この感光層１Ｐは、電荷発生層１Ｐａと電荷輸送層１Ｐｂとにより構成され、上記帯電チャージャ２により表面が負極性に一様帯電される。なお、潜像担持体としては、厚みの比較的薄いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ニッケル等に感光層を形成したベルト感光体を使用することも可能である。また、本実施形態では負極性に一様帯電する感光体ドラム１を使用しているが、トナーの帯電極性等との関係を考慮し必要に応じて正極性に一様帯電するものを使用してもよい。
また、感光体ドラム１は図中に矢印で示すように反時計廻り方向に２００ｍｍ／ｓの線速にて回転し、その周囲には、帯電チャージャ２，感光体クリーニング装置６，リボルバ現像ユニット４中の選択された現像器、中間転写ユニット５００の中間転写体としての中間転写ベルト５０１などが配置されている。
【００６１】  上記書き込み光学ユニット３は、カラースキャナからのカラー画像データを光信号に変換して、帯電チャージャ２によって所定の帯電電位（絶対値で４００Ｖ以下の帯電電位）に一様に帯電された感光体ドラム１の表面に、原稿の画像に対応したレーザ光Ｌを照射して光書き込みを行い、感光体ドラム１の表面に静電潜像を形成する。この書き込み光学ユニット３は、例えば、光源としての半導体レーザ、レーザ発光駆動制御部、ポリゴンミラーとその回転用モータ、ｆ／θレンズ、反射ミラーなどによって構成することができる。
【００６２】  上記リボルバ現像ユニット４は、Ｂｋトナーを用いるＢｋ現像器４０Ｂｋ、Ｃトナーを用いるＣ現像器４０Ｃ、Ｍトナーを用いるＭ現像器４０Ｍ、Ｙトナーを用いるＹ現像器４０Ｙ、及びユニット全体を反時計回りに回転させる現像リボルバ駆動部などによって構成されている。
【００６３】  図４は、上記リボルバ現像ユニット４に設置された各現像器４０Ｂｋ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｙ（図４中では添え字なしの符号４０で示している）の概略構成図である。各現像器４０は、ケーシング４０１の感光体ドラム側の開口から一部露出するように、トナー担持体としての現像ローラ４２０が配設され、現像剤を汲み上げて攪拌するために回転する図示しない現像剤パドル、及び現像スリーブ４２０を矢印で示す時計方向に回転させる現像スリーブ駆動部などを備えている。ケーシング４０１内のトナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）１２は、図示しない現像剤撹拌部材や現像ローラ４２０のスリーブ４２１の回転力及び磁石部材４２２の磁力によって撹拌される。この撹拌の際に、トナー１０は磁性粒子１１との摩擦帯電によって電荷が付与され、現像剤の一部が現像ローラ４２０上に担持される。現像ローラ４２０上に担持された現像剤１２は、現像剤規制部材としてのドクタ４２３で層厚が規制され、一定量の現像剤１２が現像ローラ４２０に担持されて現像領域Ａ１に搬送され、残りはケーシング内に戻される。現像領域Ａ１に搬送された現像剤１２の中のトナー１０が、現像ローラ４２０と感光体ドラム１との間に形成される現像電界によって感光体ドラム表面に転移し、感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。
【００６４】  上記現像ローラ４２０は、複数の磁極を有する磁石部材４２２を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４２１で構成されている。磁石部材４２２は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４２１上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。現像ローラ４２０の直径は１０〜３０ｍｍが好適であり、現像ローラ４２０の表面は、サンドブラスト若しくは１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行い、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲内に入るようにするのが好ましい。
【００６５】  また、現像ローラ４２０のスリーブ４２１は、図示しない回転駆動装置により矢印ｂ方向に回転駆動され、現像領域Ａ１で現像電界を形成するための現像バイアス電圧ＶＢを印加する電源４０９が接続されている。この現像バイアス電圧ＶＢとしては、負の直流電圧Ｖｄｃ（直流成分）に交流電圧Ｖａｃ（交流成分）が重畳されたものを印加してもよい。
【００６６】  現像ローラ４２０に内蔵された磁石部材４２２は、ドクタ４２３による規制箇所から現像ローラ回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）の４つの磁極を有する。なお、磁石部材４２２の磁極の配置は、図４の構成に限定されるものではなく、現像ローラ４２０の周囲のドクタ４２３等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。また、図４の現像器の例では磁石部材４２２を固定配置しスリーブ４２１を回転駆動するように構成したが、スリーブ４２１を固定配置しその内側のローラ状の磁石部材を回転させるように構成してもよい。
上記磁石部材４２２の磁力により、スリーブ４２１上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１２がブラシ状に担持される。そして、現像ローラ４２０上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この現像ローラ４２０上のトナーの帯電量としては、−１０〜−３０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【００６７】  また、本実施形態では、ドクタ４２３とスリーブ４２１との間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、ドクタ４２３に対向した磁石部材４２２の磁極Ｎ１が、規制ブレード４０６との対向位置よりも現像ローラ回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。この磁極Ｎ１の傾斜角度は０〜１５度が好適である。
【００６８】  なお、本実施形態のより具体的な実施例では、感光体ドラム１の直径を５０ｍｍ、感光体ドラム１の線速を２００mm/s、スリーブ４２１の直径を１８ｍｍ、スリーブ４２１の線速を２４０mm/sに設定した。スリーブ４２１上のトナー帯電量は−１０〜−２５μＣ/ｇの範囲である。また、感光体ドラム１とスリーブ４２１の間隙である現像ギャップＧＰは０．８ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内で設定した。このように現像ギャップＧＰを従来の装置よりも小さくすることにより、現像効率の向上を図っている。
【００６９】  上記現像剤１２を構成するトナー１０は、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μmの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。また、トナー１０としては、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することもできる。
【００７０】  上記トナー１０は、磁性体を含有させて磁性トナーとしても使用することもできる。具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金及びその混合物等が挙げられる。これらの磁性体は平均粒径が０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂１００質量部に対して２０〜２００質量部、特に好ましくは結着樹脂１００質量部に対して４０〜１５０質量部である。
【００７１】  上記添加剤としては、従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。
また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００質量部に対して０．５〜１．８質量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５質量部である。
添加剤の添加量が０．５質量部未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。
一方、添加剤の添加量が１．８質量部よりも多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体ドラム１等へのフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレードや感光体ドラム等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。また、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著である。さらに、カラートナーとして用いる場合には、添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。
【００７２】  上記添加剤の含有量の測定には種々の方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。すなわち、添加剤の含有量既知のトナーについて、蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求めることができる。
【００７３】  さらに、本実施形態に用いられる添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されていることが好ましい。
ここで、表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等が挙げられる。また、処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、本実施形態においては、いずれの方法も好適に用いることができる。
【００７４】  トナー１０の体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施形態で用いたトナー１０の体積平均粒径は６μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。また、本実施形態では、帯電極性が負極性のトナー１０を使用しているが、感光体ドラム１の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【００７５】  上記トナーの粒径及び帯電量分布の測定には、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置（商品名：「Ｅ−ＳＰＡＲＴ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ」）を使用した。この分析装置は、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ４０２上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。
【００７６】  上記磁性粒子１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子１１の電気抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０６Ωの範囲が好適である。
【００７７】  上記磁性粒子１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定は、図５に示す測定装置を用いて次のように行った。まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性粒子を所定量（１４ｇ）だけ担持させ、該スリーブ２０１の回転により該磁性粒子を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉoff［Ａ］を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧ＥＶを５分間印加する。本実施形態では２００Ｖを印加した。そして、電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉon［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの測定結果から、次式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
【００７８】［数５］
ＤＲ＝Ｅ／（Ｉon−Ｉoff）
【００７９】  また本実施形態のカラー画像形成装置は、次のような中間転写ユニット５００及び２次転写ユニット５５０を備えている。
中間転写ユニット５００は、後述する複数のローラに張架された中間転写体としての中間転写ベルト５０１などで構成されている。この中間転写ベルト５０１の周りには、２次転写ユニット５５０の転写材担持体である２次転写ベルト５５１、２次転写電荷付与手段である２次転写バイアスローラ５５２、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード５０２、潤滑剤塗布手段である潤滑剤塗布ブラシ５０３などが対向するように配設されている。
【００８０】  中間転写ベルト５０１は、１次転写電荷付与手段（１次転写手段）である１次転写バイアスローラ５０４、ベルト駆動ローラ５０５、ベルトテンションローラ５０６、２次転写対向ローラ５０７、クリーニング対向ローラ５０８、及びアースローラ５０９に張架されている。各ローラは導電性材料で形成され、１次転写バイアスローラ５０４以外の各ローラは接地されている。１次転写バイアスローラ５０４には、定電流または定電圧制御された１次転写電源９０１により、トナー像の重ね合わせ数に応じて所定の大きさの電流又は電圧に制御された転写バイアスが印加されている。また、中間転写ベルト５０１は、図示しない駆動モータによって矢印方向に回転駆動されるベルト駆動ローラ５０５により、矢印ｃ方向に駆動される。また、この中間転写ベルト５０１は、体積抵抗１０９Ω・ｃｍの中抵抗材料（例えば、カ−ボン等の導電材が分散されたＰＶＤＦ、ポリカ−ボネ−ト、ＥＴＦＥ等）にて形成されている。感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト５０１に転写する転写部（以下「１次転写部」という）Ｂ１では、１次転写バイアスローラ５０４及びアースローラ５５０９で中間転写ベルト５０１を感光体ドラム１側に押し当てるように張架することにより、感光体ドラム１と中間転写ベルト５０１との間に所定幅のニップ部を形成している。
上記潤滑剤塗布ブラシ５０３は、板状に形成された潤滑剤としてのステアリン酸亜鉛５１０を研磨し、この研磨された微粒子を中間転写ベルト５０１に塗布するものである。この潤滑剤塗布ブラシ５０３も、中間転写ベルト５０１に対して接離可能に構成され、所定のタイミングで中間転写ベルト５０１に接触するように制御される。
【００８１】  ２次転写ユニット５５０は、３つの支持ローラ５５２、５５３、５５４に張架された２次転写ベルト５５１などで構成され、２次転写ベルト５５１の支持ローラ５５２と５５３間の張架部が、中間転写ベルト５０１の２次転写対向ローラ５０７に巻き付いている部分に対して圧接可能になっている。３つの支持ローラ５５２、５５３、５５４の一つは、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラであり、その駆動ローラにより２次転写ベルト５５１が図中矢印ｄで示す方向に駆動される。２次転写ベルト５５１はＰＶＤＦ等の絶縁性材料にて形成されている。２次転写バイアスローラ５５５は、２次転写手段を構成しており、中抵抗の部材にて形成されている。この２次転写バイアスローラ５５５は２次転写対向ローラ５０７との間に中間転写ベルト５０１と２次転写ベルト５５１を挟持するように配設され、定電流制御される２次転写電源９０２によって所定電流の転写バイアスが印加されている。また、２次転写ベルト５５１及び２次転写バイアスローラ５５５が、２次転写対向ローラ５０７に対して圧接する位置と離間する位置とを取り得るように、支持ローラ５５２及び２次転写バイアスローラ５５５を矢印方向に駆動する図示しない離接機構が設けられている。その離間位置にある２次転写ベルト５５１及び支持ローラ５５２を、図２に２点鎖線で示している。
【００８２】  図２中のレジストローラ対５５６は、２次転写部Ｂ２の２次転写バイアスローラ５５５と２次転写対向ローラ５０７とに挟持された中間転写ベルト５０１と２次転写ベルト５５１の間に、図示しない給紙部から送られてきた転写材である転写紙Ｐを所定のタイミングで送り込む。２次転写ベルト５５１の定着ローラ対８０１側の支持ローラ５５３に張架されている部分には、転写材除電手段である転写紙除電チャージャ５５７と、転写材担持体除電手段であるベルト除電チャージャ５５８とが対向している。また、２次転写ベルト５５１の図中下側の支持ローラ５５４に張架されている部分には、転写材担持体クリーニング手段であるクリーニングブレード５５９が当接している。転写紙除電チャージャ５５７は、転写紙Ｐ保持されている電荷を除電することにより、転写紙自体のこしの強さで転写紙Ｐを２次転写ベルト５１１から良好に分離できるようにするものである。ベルト除電チャージャ５５８は、２次転写ベルト５５１上に残留する電荷を除電するものである。また、上記クリーニングブレード５５９は、２次転写ベルト５５１の表面に付着した付着物を除去してクリーニングするものである。
【００８３】  上記構成のカラー画像形成装置本体の待機状態では、リボルバ現像ユニット４はＢｋ現像器４０Ｂｋが現像位置に位置するホームポジションで停止しており、コピースタートキーが押されると、原稿が画像データの読み取りを開始し、そのカラー画像データに基づいて、レーザ光Ｌによる光書き込みすなわち静電潜像形成が始まる（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像を「Ｂｋ静電潜像」という。Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様）。このＢｋ静電潜像の先端部から現像可能にすべく、Ｂｋ現像位置に静電潜像の先端部が到達する前に、Ｂｋ現像スリーブの回転を開始してＢｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。そして、以後Ｂｋ静電潜像の現像動作を続けるが、Ｂｋ静電潜像の後端部がＢｋ現像位置を通過した時点で、速やかに次の色の現像器が現像位置に来るまで、リボルバ現像ユニット４が回転する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。
【００８４】  また、感光体ドラム１側ではＢｋ画像形成工程の次にＣ画像形成工程に進み、所定のタイミングでカラースキャナによるＣ（Ｃｙａｎ）画像データの読み取りが始まり、そのＣ画像データによるレーザ光書き込みによって、感光体ドラム１の表面にＣ静電潜像を形成する。そして、先のＢｋ 静電潜像の後端部が通過した後で、且つＣ静電潜像の先端部が到達する前にリボルバ現像ユニット４の回転動作が行われ、Ｃ現像器４０Ｃが現像位置にセットされ、Ｃ静電潜像がＣトナーで現像される。以後、Ｃ静電潜像領域の現像を続けるが、Ｃ静電潜像の後端部が通過した時点で、先のＢｋ現像器４０Ｂｋの場合と同様にリボルバ現像ユニット４の回転動作を行い、次のＭ現像器４０Ｍを現像位置に移動させる。これもやはり次のＭ静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。なお、Ｍ及びＹの画像形成工程については、それぞれのカラー画像データ読み取り、静電潜像形成、現像の動作が上述のＢｋ、Ｃの工程と同様であるので説明は省略する。
【００８５】  中間転写ベルト５０１上には、感光体ドラム１上に順次形成されるＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナー像が、同一面に順次位置合わせされて転写される。それにより、中間転写ベルト５０１上には最大で４色が重ね合わされたトナー像（最終トナー像）が形成される。
【００８６】  上記画像形成動作が開始される時期に、転写紙Ｐは図示しない転写紙カセット又は手差しトレイなどの給紙部から給送され、レジストローラ対５５６のニップで待機している。２次転写対向ローラ５０７及び２次転写バイアスローラ５５５によりニップ部が形成された２次転写部Ｂ２に中間転写ベルト５０１上のトナー像の先端がさしかかるときに、ちょうど転写紙Ｐの先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対５５６が駆動され、転写紙Ｐとトナー像とのレジスト合わせが行われる。
そして、転写紙Ｐが中間転写ベルト５０１上の最終トナー像と重ねられて２次転写部Ｂ２を通過する。このとき、２次転写電源９０２によって２次転写バイアスローラ５５５に印加される電圧による２次転写バイアスにより、中間転写ベルト５０１上の４色重ねトナー像が転写紙Ｐ上に一括転写される。転写紙Ｐは、２次転写ベルト５５１の移動方向における２次転写部Ｂ２の下流側に配置した転写紙除電チャージャ５５７との対向部を通過するときに除電され、２次転写ベルト５５１から剥離して定着ローラ対８０１に向けて送られる。この定着ローラ対８０１のニップ部でトナー像が溶融定着され、図示しない排出ローラ対で装置本体外に送り出され、図示しないコピートレイに表向きにスタックされ、フルカラー等の多色画像を得る。
一方、上記１次転写後の感光体ドラム１の表面は、感光体クリーニング装置６でクリーニングされ、図示しない除電ランプで均一に除電される。また、転写紙Ｐにトナー像を転写した後の中間転写ベルト５０１の表面に残留したトナーは、図示しない離接機構によって中間転写ベルト５０１に押圧されるベルトクリーニングブレード５０２によってクリーニングされる。
【００８７】  図６は、本実施形態のカラー画像形成装置の現像領域における感光体ドラム１の表面電位と現像バイアスとの関係を模式的に示したものである。図中の「ＶＤ」が未露光の帯電電位、「ＶＬ」が露光後の露光部電位、「ＶＢ」が現像バイアスの電圧である。図中の「ＶＤ−ＶＬ」の絶対値は、露光の有無における電位の差異を示す「露光ポテンシャル」である。また、「ＶＢ−ＶＬ」の絶対値は、現像領域における実質的な現像電位差を示す「現像ポテンシャル」であり、「ＶＤ−ＶＢ」の絶対値は、地肌部（未露光部）と現像バイアスとの電位差を示す「地肌ポテンシャル」である。
ここで、ネガポジ現像方式を採用した場合、地肌部が現像されないように、現像バイアスＶＢの絶対値｜ＶＢ｜は帯電電位ＶＤの絶対値｜ＶＤ｜よりも小さく設定される。また、画像濃度と地肌汚れのバランスが取れるように、地肌ポテンシャル｜ＶＤ−ＶＢ｜は少なくとも現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜より小さくなるように設定される。
【００８８】  上記３つのポテンシャルは、最終的な画像特性の一つである画像濃度に影響を与えるため、現像プロセスの諸条件を設定するときに特に重要なパラメータである。
図７は一般的には「四限チャート」と呼ばれるグラフである。図７の第１象限は現像ポテンシャルと画像濃度ＩＤとの関係を示している。第２象限はトナー付着量と画像濃度ＩＤとの関係を示し、ここではトナーの着色度が大きく関係する。特性的にはほぼ線形になるが、規定の画像濃度になるときのトナー付着量がトナー着色度によって大きく異なる。第３象限はそのままトナーの付着量である。第４象限は現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示し、一般的にはｍ−ＩＤ特性と呼ばれる、現像ポテンシャルに対するトナー付着量の関係を表している。
図７の第１象限のグラフより、現像ポテンシャルが決まると画像濃度ＩＤが一義的に決まり、現像ポテンシャルが変動すると画像濃度ＩＤも変動することがわかる。実際の画像形成プロセスでは、▲１▼帯電装置で帯電する感光体ドラムの帯電電位の変動によるもの、▲２▼感光体ドラムの光疲労による露光後電位ＶＬの上昇（見かけの感度低下）によるもの、▲３▼露光量の変動、▲４▼現像バイアス変動によるもの、▲５▼１枚の画像中で部分的に画像濃度が低下する「ムラ」と呼ばれるもの、などがある。特に、本実施形態で規定している現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max （≦３００Ｖ）の近傍の領域では、画像濃度が最大となる最高濃度領域であるので、画像濃度ＩＤの変動はこの最高濃度での変動となって現れる。画像形成装置では最高濃度が変動すると、画像品質が劣化することとなり、大きな問題である。また上記「ムラ」に対しても、その影響が大きくなる。
【００８９】  そこで、本実施形態では、現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜が次の（１）〜（３）式又は（４）〜（６）式を満たす範囲内で変化するときの画像濃度ＩＤの変化幅が、目標の最大画像濃度の１０％以下になるように、現像条件を設定することにより、画像濃度ＩＤの安定性を得ている。
［数６］
｜ＶＢ−ＶＬ｜≦｜ＶＢ−ＶＬ｜max＋｜ＶＢ−ＶＬ｜max×０．２  …（１）｜ＶＢ−ＶＬ｜≧｜ＶＢ−ＶＬ｜max−｜ＶＢ−ＶＬ｜max×０．２  …（２）｜ＶＢ−ＶＬ｜max≦３００Ｖ  …（３）
［数７］
｜ＶＢ−ＶＬ｜≦｜ＶＢ−ＶＬ｜max＋５０Ｖ  …（４）
｜ＶＢ−ＶＬ｜≧｜ＶＢ−ＶＬ｜max−５０Ｖ  …（５）
｜ＶＢ−ＶＬ｜max≦３００Ｖ  …（６）
【００９０】  本実施形態のプリンタでは、例えば感光体ドラム１の露光前の帯電電位ＶＤを−３５０Ｖ、露光後電位ＶＬを−５０Ｖ、現像バイアス電圧ＶＢを−３００Ｖに設定し、上記現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜の最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜maxが２５０Ｖという条件下で現像工程が行われるものである。このとき、露光ポテンシャル（｜ＶＤ−ＶＬ｜＝３００Ｖ）は、感光体の露光部分とそうで無い部分との間の放電を回避するために、図８に示すパッシェンの法則に基づいて設定されたものである。
【００９１】  上記画像濃度ＩＤは、現像の後、転写及び定着の工程を経て転写紙上に画像として形成された画像に対する反射濃度である。反射濃度ＩＤは−log（Ｘ/Ｘｍ）で算出される。ここで、「Ｘ」は画像から反射される光量であり、「Ｘｍ」はバックグラウンドから反射される光量である。
【００９２】  図１は、本実施形態のより具体的な実施例のカラー画像形成装置について測定した現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜と画像濃度ＩＤとの関係の測定結果を、比較例１，２とともに示している。図中の画像濃度ＩＤは、現像の後、転写、定着工程を経て転写紙上に画像として形成されたものの反射濃度であり、Ｄ＝−ｌｏｇ（Ｘ/Ｘｍ）で表される。ここで、Ｘは画像から反射される光量であり、Ｘｍはバックグラウンドから反射される光量である。
本実施例１において、画像形成するときの現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＢＬ｜max  は２５０Ｖである。また、本実施例１及び比較例におけるトナーの平均帯電量及び現像ギャップは表１のとおりである。本実施例１では、比較例に比して、トナー帯電量が低く且つ現像ギャップが狭い条件になっている。
【表１】
0005459568.tif 000002
【００９３】  図１からわかるように、本実施例１では、現像ポテンシャルが２００Ｖのときに画像濃度ＩＤが２．０、２５０Ｖのときに２．１、３００Ｖのときに２．１５であり、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動幅が０．１５であって現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max ＝２５０Ｖに対する画像濃度ＩＤ（２．１）の１０％＝０．２１以下になっている。別の見方をすると、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動幅が、人間が濃度ムラとして感じる、現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max ＝２５０Ｖに対する画像濃度ＩＤ（２．１）の±０．１すなわち２．０〜２．２の範囲内に入っていると言える。
従って、現像ポテンシャルが何らかの原因で５０Ｖ程度変化したとしても、画像濃度ＩＤの変動が上記所定範囲内に抑えられるため、画像濃度ＩＤの低下や画像濃度ムラが視認されない。実際に画像濃度変動を評価したところ、画像濃度の変動ムラが少ない良好な結果が得られた。
【００９４】  これに対し、現像ギャップが広い比較例１やトナー帯電量が高い比較例２では、現像ポテンシャルに対する画像濃度ＩＤの変化の度合いを示す現像特性曲線の傾きが小さくなり、現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max において十分飽和に近い状態になく画像濃度が変動しやすくなっている。このため、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動幅が、比較例１では、現像ポテンシャルが２００Ｖのときに画像濃度ＩＤが０．７、２５０Ｖのときに１．０、３００Ｖのときに１．２であり、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動幅が０．５であって現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max ＝２５０Ｖに対する画像濃度ＩＤ（１．０）の１０％＝０．１以上になっている。また、比較例２では、現像ポテンシャルが２００Ｖのときに画像濃度ＩＤが０．５５、２５０Ｖのときに０．７５、３００Ｖのときに０．９であり、画像濃度ＩＤの変動幅が０．４５であって現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max ＝２５０Ｖに対する画像濃度ＩＤ（０．７５）の１０％＝０．０７５以上になっている。
従って、現像ポテンシャルが５０Ｖ程度変化すると、画像濃度ＩＤが大きく変動することにより、視認できる程度の画像濃度ＩＤの低下や画像濃度ムラによる画質低下が発生してしまう。これらの比較例１，２についても本実施例１と同様に、実際に画像濃度変動を評価したところ、画像濃度の変動ムラが観察された。
【００９５】  また、表２は、本実施形態に係るカラー画像系装置のより具体的な実施例について得られたトナー帯電量と転写特性（トナー散り）との関係を、感光体ドラム１の帯電電位が絶対値で４００Ｖよりも大きい従来例の装置における結果とともに示している。本実施例ではトナー帯電量が絶対値で２１μＣ／ｇより小さい領域では転写電界も低くトナー同士の反発力が弱いため、トナー散りは問題無い状態であった。ところが、従来例の装置では絶対値で２１μＣ／ｇを超えるとトナー同士の反発力が増し、また絶対値で２１μＣ／ｇより小さい領域では感光体ドラム１の帯電電位が高いために転写電界が強くなって結果的にトナー散りが発生し易い状態となった結果と考えられる。
【表２】
0005459568.tif 000003
【００９６】  図９は本実施形態のカラー画像形成装置におけるトナー散りに対する効果を説明する説明図である。図９では、ＣトナーとＭトナーで形成される青色部について示している。本実施例の効果がわかるよう従来例と対比しながら以下に説明する。
図９の上段に示した本実施例では、Ｃトナー１次転写前において、中間転写ベルト５０１上のベルト電位は図示の如く、０Ｖのままである。対応する従来例の場合には、中間転写ベルト５０１は、Ｃトナーの１次転写に備えたクリーニングによって初期化されている。ベルト表面電位も同じく０Ｖである。
次に、Ｃトナー１次転写時には、上段に図示のように比較的帯電量の低いＣトナー１０Ｃを１次転写する。Ｃトナー付着部のベルト表面電位は、Ｃトナーの持つ電荷によって−４０Ｖとなる。対応する従来例の場合には、中間転写ベルト５０１の表面に直接Ｃトナー１０Ｃを１次転写する。Ｃトナー付着部は、Ｃトナーの持つ電荷によってベルト表面電位が−６０Ｖとなる。
次に、Ｍトナー１次転写時には、上段に図示のように中間転写ベルト５０１上のＣトナー１０Ｃ上にＭトナー１０Ｍを１次転写する。Ｍトナー付着部は、Ｃトナー、Ｍトナーの持つ電荷によってベルト表面電位が−８０Ｖとなる。この際、画像背景部の電位によりＭトナーは周辺に移動（チリ）しにくい状態となる。下段に示す従来例においては、中間転写ベルト５０１上のＣトナー上にＭトナー１０Ｍを１次転写する。Ｍトナー付着部は、Ｃトナー、Ｍトナーの持つ電荷によってベルト表面電位が−１２０Ｖとなる。この際、画像背景部の電位は０Ｖであり、Ｍトナー１０Ｍは、エッジ電界により周辺に移動（チリ）し易い状態となっている。
【００９７】  以上、本実施形態によれば、感光体ドラム１の帯電電位の絶対値を４００Ｖ以下にすることにより、感光体ドラムの感光体層に対する帯電・露光の繰り返しによる感光体層の疲労を低減することができるため、感光体ドラム１の長寿命化を図ることができる。
また、感光体ドラム１の帯電電位の変動等に起因した現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜の変動による画像濃度の低下や画像濃度ムラを抑制することができる。
更に、感光体ドラム１の帯電電位の絶対値を４００Ｖ以下とすることにより、感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト５０１に転写するときの転写電界を低減することができるので、感光体ドラム１から中間転写ベルト５０１にトナー像を重ね合わせて転写するときのトナーの散りや中抜け現象の発生を抑制して高品質の画像を得ることができる。
【００９８】  なお、上記実施形態の現像器で使用するトナーとしては、投影法で測定した球形度（ＳＦ係数）が９５％以上の球形トナーが好ましい。この球形トナーは、例えば、重合法や、ウレア結合で変成されたポリエステルを少なくともトナーバインダーとして含有させる方法などで作製することができる。このような球形度が高いトナーは添加剤の被覆率も極めて高い。
【００９９】  図１０は、平均粒径６μｍの上記球形トナーを現像ローラ４２０上に担持したときのトナー帯電量に対する個数分布を示すグラフである。図１０中の曲線Ｃ１が球形トナーの帯電量個数分布であり、曲線Ｃ２は比較例として挙げた従来の粉砕トナーの帯電量個数分布である。
この図１０の結果からわかるように、球形トナーの帯電量個数分布プロファイルは、従来の粉砕トナーよりもシャープになっている。球形トナーの帯電量個数分布プロファイルにおける半値幅は、１．７［ｆＣ／１０μｍ］であった。
なお、図１０のデータは、後述のＥ−ＳＰＡＲＴ分析装置で測定したものである。また、各トナーにおいて電荷がトナー全体にわたって均一に存在するならば、トナー帯電量はトナー粒径の３乗に比例するが、実際にはトナー粒径そのものに比例している。このようにトナー帯電量とトナー粒径とが比例関係にあるため、図１０では、トナーの帯電量ｑを粒径ｄで除した値、すなわちトナー粒径の影響をなくした（ｑ／ｄ）の値についてトナーの個数分布をプロットしている。
【０１００】  図１１は、上記平均粒径６μｍの球形トナーを現像ローラ４２０上に担持したときのトナー粒径に対する個数分布を示すグラフである。図１１中の曲線Ｃ１が球形トナーの粒径個数分布であり、曲線Ｃ２は比較例として挙げた従来の粉砕トナーの粒径個数分布である。なお、図１１のデータも後述のＥ−ＳＰＡＲＴ分析装置で測定したものである。この図１１の結果からわかるように、球形トナーの粒径個数分布プロファイルについても、従来の粉砕トナーよりシャープになっている。
【０１０１】  上記トナー帯電量やトナー粒径の個数分布プロファイルにおけるシャープさに関する指標は一般には半値幅で表され、その値が小さい方がシャープである。一般にトナー帯電量の個数分布プロファイルがシャープであると、平均値に近い帯電量の値q/dを有するトナーが多く存在することになり、各トナーの現像能力がほぼ同じになることから、均一な現像が達成できる。一方、トナー帯電量の個数分布プロファイルがブロードになると、存在するトナーの帯電量の範囲が広がり、各トナーの現像能力の範囲も広がることから、現像量の変動が生じてしまうとともに、低帯電量側のトナーが増加すると地汚れが発生しやすくなる。地汚れを経時で比較すると、上記球形トナーは帯電量分布の変化が少ないので、プリント枚数が２００ｋ枚でも問題なかった。これに対し、従来の粉砕トナーを用いた場合は、１４０ｋ枚で地汚れが顕著となり、画像品質の著しい劣化が認められた。
【０１０２】  また、プリント枚数が１５０ｋ枚の経時において、トナー帯電量の個数分布プロファイルの半値幅を求めたところ１．９[ｆＣ／１０μｍ]であり、初期の半値幅１．７[ｆＣ／１０μｍ]からほとんど変化がなかった。
一方、従来の粉砕トナーを使用したときの初期とプリント枚数が１５０ｋ枚の経時において、トナー帯電量の個数分布プロファイルの半値幅を求めたところそれぞれ２．７[ｆＣ／１０μｍ]及び３[ｆＣ／１０μｍ]であった。経時において、現像器内の現像剤が撹拌部材で撹拌されたり、感光体表面のクリーニング時にトナーがクリーニング部材であるブレードと感光体ドラム１との間に挟まれたりすると、トナーに加わる押圧力によりトナーが粉砕され易くなる。このため、平均粒径に対して小粒径のトナーの存在比が増加したり、さらに小粒径トナーが別のトナーに付着して２次粒子的になって大粒径トナーとして存在したりすることにより、トナー帯電量ｑ／ｄの個数分布プロファイルがブロード化すると考えられる。
【０１０３】  図１２は上記トナー帯電量ｑ／ｄの個数分布プロファイルの半値幅と地汚れΔＩＤとの関係を示すグラフである。なお、図中の地汚れΔＩＤは、未現像の転写紙に対する反射濃度の差である。
この図１２から、上記半値幅が２．２[ｆＣ／１０μｍ]を超えると、地汚れΔＩＤの限界値０．０８を超えてしまうことが分かる。従って、上記球形トナーを用いた場合は、経時においても２．２[ｆＣ／１０μｍ]よりも小さい１．９[ｆＣ／１０μｍ]までしか上昇せず、十分な帯電量を維持することができるので、地汚れが発生しにくい。これに対し、従来の粉砕トナーを用いた場合は、経時で上記半値幅が３[ｆＣ／１０μｍ]まで大きくなるため、地汚れランクが低下する。
以上のように、上記実施形態における現像剤のトナー１０として、上記球形度が９５％以上の球形トナーを用いることにより、トナー帯電量ｑ／ｄの個数分布プロファイルの半値幅をシャープに保つことができ、地汚れ余裕度を高い状態で維持することができる。
【０１０４】  また、上記実施形態において、現像器４０内に入力する現像駆動トルクは０．１５Ｎ・ｍ以下に設定するのが好ましい。
現像剤の攪拌はトナーの均一な帯電に必要であるため、一般的に、現像器における駆動トルクの内、現像剤の攪拌に使用される割合は大きい。現像剤撹拌部材によるトナーの帯電状態を決める条件としては、現像剤量、攪拌に使用する部材の種類（例えば、スクリュウ形状の部材）、現像剤に当接する面積、接触頻度（回転数）、スリーブ４２１中の磁極の磁力、現像剤中のキャリアの飽和磁化の強さ、ドクタ４２３とスリーブ４２１との間隙等が挙げられる。これらの条件を組み合わせてトナーの効率的な帯電を促すことができるが、トナーの帯電を促進する条件は、現像剤が受ける機械的なハザードが寿命を短くする要因になる場合があるため、トナーの良好な帯電と現像剤の長寿命化との両立を図ることが重要である。
そこで、トナーへストレスを与える要因の一つである現像駆動トルクに着目し、この現像駆動トルクを低減する構成にすることによって、比較的低い帯電量でも十分な現像特性を得つつ、現像剤の寿命を延ばそうとしたものである。
【０１０５】  表３は、現像器４０における幾つかのパラメータを変更したときの現像駆動トルクとトナー帯電量の値を測定した実験結果である。
【表３】
0005459568.tif 000004
【０１０６】  上記表３からわかるように、条件Ａ〜Ｄを選択した場合はトナーの平均帯電量は低減するが、経時における現像剤の劣化促進が抑制される。比較例の１５０ｋ枚通紙の寿命に対して、条件Ａ〜Ｄでは１８０ｋ枚以上の通紙まで寿命を延ばすことができる。
特に、現像器４０内に入力する現像駆動トルクを０．１５Ｎ・ｍ以下に設定することにより、２００ｋ枚以上の通紙まで寿命を延ばすことができる。
【０１０７】  また、上記実施形態において、現像器４０の現像ローラ４２０に内蔵されている磁石部材４２２の全ての磁極が、磁性粒子１１を含めた現像剤１２の搬送及び磁気ブラシの硬さに影響を及ぼす。この現像剤１２の搬送及び磁気ブラシの硬さは、各磁極の磁力と磁性粒子１１の飽和磁化の強さによって決まる。例えば、上記実施形態の現像器４０において、最大磁極である主磁極（Ｓ１極）の磁力ＭＤが７０［ｍＴ］、磁性粒子１１の飽和磁化の強さＭＣが１００×４π×１０−７［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］（＝１００［ｅｍｕ／ｇ］）の条件下で、磁気ブラシの硬さは適度であり、経時でも現像剤がストレスを受けることなく使用し続けることができる。
【０１０８】  図１３のハッチングで示した領域は、磁気ブラシの硬さは適度であって且つ経時でも現像剤がストレスを受けることなく使用し続けることができる範囲を示している。ＭＤ＜５０[ｍＴ]又はＭＣ＜３５×４π×１０−７［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］（＝３５［ｅｍｕ／ｇ］）では十分強固な磁気ブラシが形成できず、均一な現像が行えない。また、ＭＤ＞１３０[ｍＴ]もしくはＭＣ＞１３０×４π×１０-7［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］（＝１３０[ｅｍｕ／ｇ]）では磁気ブラシが現像スリーブ４２１上で強固に形成されるのでトナー１０と磁性粒子１１との摩擦力が高まる。このため、両者の表面が前者では添加剤の埋まり、後者ではトナー１０の一部が磁性粒子１１に付着するという、所謂スペント化現象が発生し、トナー１０の流動性が低減し、トナー帯電量の低減により現像特性が著しく劣化して、画像品質も劣化する。
【０１０９】  また、上記実施形態において、潜像形成時の光量を高密度としてビーム径を絞って露光することにより、いわゆる２値プロセスを実行することができる。ところが、露光時の光量をアップすることによって次のような問題点が生じる。一つの問題点は、高密度の光量のビーム径を絞ることは光学設計の余裕度が低減し、部品精度の向上が不可欠でコストが上昇してしまう。更にもう一つの問題点は、光量が大きいために感光体ドラム１に対する帯電・露光における通電電荷量がアップし、感光体ドラム１がいわゆる静電ハザードを受けて、寿命が短くなる要因の一つとなることである。
そこで、上記実施形態では、感光体ドラム１の初期帯電電位を４００Ｖ以下に低くするとともに、露光量も同時に低減することが好ましい。この場合は、汎用光学部品を使用して高精細な潜像を形成するとともに、感光体ドラム１への静電ハザードを低減して長寿命化を図ることができる。
【０１１０】  上記実施形態では、現像特性におけるγ曲線（現像ポテンシャルに対する現像量）をみるとその傾きが大きく比較的低電位でも現像し易くすぐに飽和してしまう。この現像特性により、現像ローラ４２０上のトナー担持量を一定にしてベタ画像で現像ローラ４２０上の全量のトナーを現像するのは比較的容易ではある。しかしながら、小径ドットを形成するには従来の感光体ドラム及び書き込みの諸条件では微分感度が十分下がらない場合に現像量の変化が生じて、その結果ドット径の変動が見られる。これに対し、上記実施形態では帯電電位が４００Ｖ以下と低く、上記潜像形成条件が１／ｅ２で規定される潜像ドット径の部分で微分感度が十分下がっているので、均一なドット画像が形成できる。そして、上記実施形態では従来の０．４７ｍＷに対して０．２３ｍＷの露光パワーで十分均一な地汚れの無い画像が得られた。
【０１１１】  また、上記実施形態においては、現像領域Ａ１における感光体ドラム表面に隣接し現像に寄与するトナーが存在している現像寄与トナー存在領域ＴＬの単位面積あたりの静電容量ＣＴＬが、感光体ドラム１の導電性基体１Ｂ上に形成された感光層１Ｐの単位面積あたりの静電容量ＣＰＣよりも大きくなるように、感光層１Ｐの材料及び厚さやトナーの材料等を設定するのが好ましい（図１４参照）。この設定により、現像時のエッジ効果を低減することができる。
本実施形態の場合、ダイナミック抵抗ＤＲが１０６Ω以下の低抵抗の磁性粒子１１を用いているため、上記現像寄与トナー存在領域は、現像ローラ４２０上の磁気ブラシの磁性粒子１１の先端と感光体ドラム１表面との間のトナー層（図１４中のＴＬ）に対応する。
例えば、比誘電率が２．７、厚さＴＰＣが３０μｍの感光層１Ｐを有する感光体ドラム１を用いた場合、感光層１Ｐの単位面積あたりの静電容量は７９．６［ｐＦ／ｃｍ２］となる。そして、現像領域Ａ１において感光体ドラム表面に隣接するトナー層ＴＬは比誘電率が３であり、層厚ＴＴＬが１５μmになるように形成すると、トナー層ＴＬの静電容量ＣＴＬは１７７［ｐＦ／ｃｍ２］となり、ＣＰＣ＜ＣＴＬの条件を満たしている。この条件下で、ベタ画像とライン画像について画像形成の実験を行った。
また、比較例として、感光層１Ｐの単位面積あたりの静電容量が１１９［ｐＦ／ｃｍ２］（比誘電率：２．７、厚さＴＰＣ：２０μｍ）であり、トナー層ＴＬの静電容量ＣＴＬが１０６［ｐＦ／ｃｍ２］（比誘電率：３、層厚ＴＴＬ：２５μm）であり、本実施例とは逆のＣＰＣ＞ＣＴＬの条件下で同様な画像形成を行った。
【０１１２】  上記実験の結果、図１５に示すように、トナー付着量と現像ポテンシャルとの関係を示す現像特性曲線（現像ガンマ曲線）における立ち上がり部の傾き及び飽和し始める飽和現像ポテンシャルの値が、ベタ画像の場合とライン画像の場合とでほぼ同じようになり、ベタ画像とライン画像（ドット画像）との間の濃度差を低減できることがわかった。これに対し、上記比較例の場合は、図１６に示すように現像特性曲線（現像ガンマ曲線）がベタ画像の場合とライン画像の場合とで異なり、現像ポテンシャルを同じように設定しても、ベタ画像とライン画像（ドット画像）との間で大きな濃度差が発生した。
また、ベタ画像における画像濃度の端部での濃度変化で比較すると、図１７に示すように、比較例（■）ではエッジ効果が顕著であるが、本実施例（◆）ではエッジ効果の影響がほとんどなかった。この結果からも、本実施例では、ベタ画像とライン画像（ドット画像）との濃度の差を低減することができることがわかる。
【０１１３】  また、上記実施形態において、現像ローラ４２０上に形成される現像剤層のダイナミック抵抗は１０６Ω以下が好ましい。
図１８は、現像ローラ４２０上にダイナミック抵抗が異なる現像剤層を形成したときの現像特性を示したものである。ダイナミック抵抗の測定方法としては、図６で示した前述の方法を用いた。この図１８の結果から、ダイナミック抵抗が低いほど現像γの傾きが大きくなる。ダイナミック抵抗が１０７Ωの現像剤層を形成した場合は、トナー付着量が飽和する領域に達するまでに現像ポテンシャルが４００Ｖを超えてしまう。これに対してダイナミック抵抗が１０５Ω、１０６Ωでは、現像能力が高く、現像ポテンシャルが４００Ｖ以内で飽和付着量に達するので、より低い現像ポテンシャルで現像を行うことができる。
【０１１４】〔実施形態２〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るカラー画像形成装置について説明する。
図１９は、本実施形態のカラー画像形成装置に用いたリボルバ現像ユニットの各現像器の概略構成図である。カラー画像形成装置全体の構成及び動作並びに光書込みによる潜像形成方法については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態で用いた現像器は、一成分現像剤を使用し、トナー担持体としての現像ローラ４０２上にトナー層を形成し、現像ローラ４０２上のトナー層を感光体ドラム１と接触させるように搬送することにより、感光体ドラム１上の静電潜像を現像する接触一成分現像を行うものである。
【０１１５】  図１９において、ケーシング４０１内のトナー１０は、撹拌手段としてのアジテータ４１１の回転により攪拌され、機械的にトナ−供給部材としての供給ローラ４１２に供給される。供給ローラ４１２は発泡ポリウレタン等で形成されていて、可撓性を有し、５０〜５００μｍの径のセルでトナーを保持し易い構造となっている。また、硬度は１０〜３０°（ＪＩＳ−Ａ）と比較的低く、現像ローラ４０２とも均一に当接させることができる。
【０１１６】  供給ローラ４１２は現像ローラ４０２と同方向、すなわち両ローラの対向部で互いに表面が逆方向に移動するように回転駆動されている。両ローラの線速比は０．５〜１．５が最適である。また、供給ローラ４１２を、現像ローラ４０２と逆方向、すなわち両ローラの対向部で互いに表面が同方向に移動するように回転させてもよい。なお、本実施形態では現像ローラ４０２と同方向の回転で、その線速比は０．９に設定した。現像ローラ４０２に対する喰い込み量は０．５〜１．５ｍｍに設定している。これはトナ−の帯電特性、供給性に依存するので、更に広い範囲で最適条件を設定する必要がある。現像ローラ４０２に対する供給ローラ４１２の喰い込み量は、最終的には現像を駆動するモータ及びギヤヘッドの特性にも依存するので、全ての駆動系を含めた上で検討を行うことが必要である。本実施形態ではユニット有効幅が２４０ｍｍ（Ａ４縦）の場合、必要なトルクは１４．７〜２４．５Ｎ・ｃｍ（１．５〜２．５［ｋｇｆ・ｃｍ］）である。
【０１１７】  トナーは前述のものと同じであり、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）、色材を混合し、その周りにシリカ、酸化チタン等の物質を外添している。平均粒径の範囲は３〜１２μｍであるが、本実施形態では６μｍのものを用いた。
【０１１８】  現像ローラ４０２は、導電性基体上にゴム材からなる表層を有し、直径が１０〜３０ｍｍで、表面を適宜あらして表面粗さＲＺを１〜４μｍとしたものである。この表面粗さの値はトナー粒径に対して１３〜８０％となり、現像ローラ４０２表面に埋没することなくトナーが搬送されるものである。特に、現像ローラ４０２の表面粗さＲＺは、著しく低帯電のトナーを保持しないように、トナーの平均粒径の２０〜３０％の範囲が好ましい。本実施形態ではトナーの平均粒径が６μｍなので１．２〜１．８μｍＲＺが最適である。
また、上記ゴム材料としては、シリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。更に現像ローラ４０２の表面に、特に経時品質を安定化させるためにコート材料を被覆することが好ましい。材料はシリコン系及びテフロン（登録商標）系が特に良好であり、前者はトナー帯電性に優れ、後者は離型性に優れている。また導電性を得るために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させる場合もある。コ−ト層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、それを超えると割れ易い等の不具合が発生しやすい。本実施形態では、現像ローラの硬度が低く、感光体の硬度が高いが、その逆でも成立する。
【０１１９】  上記供給ローラ４１２上もしくは内部に存在する、所定極性（本実施形態の場合は、負極性）のトナーは、回転により接触点で互いに反対方向に回転する現像ローラ４０２と挟まれることにより、摩擦帯電効果で負の帯電電荷を得て静電気力により、また現像ローラ４０２の表面粗さによる搬送効果により現像ローラ４０２上に保持されるようになる。しかし、この時の現像ローラ４０２上のトナー層は均一ではなくかなり過剰に付着している（１〜３［ｍｇ／ｃｍ２］）。
そこで、規制ブレード４１３を現像ローラ４０２に当接させることにより、現像ローラ４０２上に均一な層厚を有するトナー薄層を形成している。規制ブレード４１３は先端が現像ローラ４０２の回転方向に対して下流側を向き、規制ブレ−ド４１３の中央部が当接する、いわゆる腹当て当接である。もちろん逆方向でも設定可能であるし、エッジ当接を実現することも可能である。材料はＳＵＳ３０４等の金属で厚さは０．１〜０．１５[ｍｍ]としているが、そのほか厚み１〜２[ｍｍ]のポリウレタンゴム等のゴム材料やシリコン樹脂等の比較的硬度の高い樹脂材料が使用可能である。金属以外でもカ−ボンンブラック等を混ぜ込む事により低抵抗化出来るので、バイアス電源を接続して現像ローラ４０２との間に電界を形成する事も可能である。
【０１２０】  上記規制ブレード４１３はホルダからの自由端長として１０〜１５[ｍｍ]が好ましい。上限を越えると現像器が大きくなってコンパクトに納めることができなくなり、下限を下まわると現像ローラ４０２表面と接触するときに振動が生じやすくなり画像上に横方向の段々ムラ等の異常画像が発生し易くなる。当接圧は０．０４９〜２．４５［Ｎ／ｃｍ］（５〜２５０[ｇｆ／ｃｍ]）の範囲が良好で、現像能力に与える影響は、上限を越えると現像ローラ４０２上のトナ−付着量が減少し且つトナ−帯電量が増加し過ぎるので、現像量が減少して画像濃度が低くなる。下限を下回ると薄層が均一に形成されずにトナ−の固まりが規制ブレード４１３を通過する事もあり、画像品質が著しく低下する。本実施形態における一実施例では、現像ローラ４０２の硬度がＪＩＳ−Ａで３０°のものを、規制ブレード４１３は厚み０．１ｍｍのＳＵＳ板を使用し、その当接圧は６０[ｇｆ／ｃｍ]に設定した。このとき、目標の現像ローラ上のトナー付着量を得ることができた。
【０１２１】  また、規制ブレード４１３の当接角度は先端が現像ローラ４０２の下流側を向く方向で現像ローラ４０２の接線に対して１０〜４５°が良好である。規制ブレード４１３と現像ローラ４０２に挟まれたトナ−の薄層形成に不必要な分は、現像ローラ４０２から剥ぎ取られ、目標範囲である単位面積当たり０．４〜０．８［ｍｇ／ｃｍ２］の均一な厚みを持った薄層が形成される。この時のトナ−帯電は最終的に本実施例では−１０〜−３０［μＣ／ｇ］の範囲であり、感光体ドラム１上の潜像と対向して現像される。
【０１２２】  本実施形態の一成分現像器では、感光体ドラム１の表面と現像ローラ４０２の表面の距離が従来の２成分現像器の場合より更に狭くなり、現像能力が高まり、更なる低電位でも現像が可能となる。そのため、図２０の「１成分」のデータに示すように、現像ポテンシャルが５０Ｖであっても十分飽和現像が可能であった。
【０１２３】  図２１は、本実施形態のより具体的な実施例のカラー画像形成装置における現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜と画像濃度ＩＤとの関係の測定結果を、比較例３，４とともに示している。本実施例２において、画像形成するときの現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max は２５０Ｖである。また、本実施例２及び比較例におけるトナーの平均帯電量及び現像ローラ４０２の表層の抵抗は表４のとおりである。
【表４】
0005459568.tif 000005
【０１２４】  図２１からわかるように、本実施例２では、現像ポテンシャルが約１５０Ｖになっているところで画像濃度ＩＤが飽和し、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動が０．１５（２．０〜２．１５）であって目標の最大画像濃度（２．１）の１０％＝０．２１以下になっている。別の見方をすると、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動幅が、人間が濃度ムラとして感じる、目標の最大画像濃度（２．１）の±０．１すなわち２．０〜２．２の範囲内に入っていると言える。
従って、現像ポテンシャルが何らかの原因で５０Ｖ程度変化したとしても、画像濃度ＩＤの変動が上記所定の範囲内に抑えられるため、画像濃度ＩＤの低下や画像濃度ムラが視認されない。実際に画像濃度変動を評価したところ、画像濃度の変動ムラが少ない良好な結果が得られた。
【０１２５】  これに対し、現像ローラの表層の抵抗が高い比較例３やトナー帯電量が高い比較例４では、現像ポテンシャルに対する画像濃度ＩＤの変化の度合いを示す現像特性曲線の傾きが小さくなり、現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max において十分飽和に近い状態になく画像濃度の変動しやすくなっている。このため、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動幅が、比較例３では、現像ポテンシャルが２００Ｖのときに画像濃度ＩＤが０．５５、２５０Ｖのときに０．７、３００Ｖのときに０．８５であり、現像ポテンシャルが前述の規定の範囲内（２００Ｖ〜３００Ｖ）にある条件下において、画像濃度ＩＤの変動幅が０．３であって現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max ＝２５０Ｖに対する画像濃度ＩＤ（０．７）の１０％＝０．０７以上になっている。また、比較例４では、現像ポテンシャルが２００Ｖのときに画像濃度ＩＤが０．６５、２５０Ｖのときに０．９、３００Ｖのときに１．２であり、画像濃度ＩＤの変動幅が０．５５であって現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜max ＝２５０Ｖに対する画像濃度ＩＤ（０．９）の１０％＝０．０９以上になっている。
従って、現像ポテンシャルが５０Ｖ程度変化すると、画像濃度ＩＤが大きく変動することにより、視認できる程度の画像濃度ＩＤの低下や画像濃度ムラによる画質低下が発生してしまう。これらの比較例３，４についても本実施例２と同様に、実際に画像濃度変動を評価したところ、画像濃度の変動ムラが観察された。
【０１２６】  以上、本実施形態によれば、現像ポテンシャルの最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜maxを１００Ｖ〜３００Ｖ程度に設定した場合でも、上記第１の実施形態と同様に、上記（１）〜（３）式又は（４）〜（６）式を満たす範囲で画像濃度ＩＤの変動を目標の最大画像濃度の１０％以下に抑えることができる。従って、感光体ドラム１の帯電電位の変動等に起因した現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜の変動による画像濃度の低下や画像濃度ムラを抑制することができる。
更に、感光体ドラム１の帯電電位の絶対値を４００Ｖ以下とすることにより、感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト５０１に転写するときの転写電界を低減することができるので、感光体ドラム１から中間転写ベルト５０１にトナー像を重ね合わせて転写するときのトナーの散りや中抜け現象の発生を抑制して高品質の画像を得ることができる。
【０１２７】  また、本実施形態の一成分現像器においては、現像領域Ａ１における感光体ドラム表面と現像ローラ表面との間に形成される現像寄与トナー存在領域のトナー層の単位面積あたりの静電容量ＣＴＬが、感光体ドラム１の感光層１Ｐの単位面積あたりの静電容量ＣＰＣよりも大きくなるように、感光層１Ｐの材料及び厚さやトナーの材料及び層厚等を決めている。このように両静電容量間の大小関係を設定することにより、現像時のエッジ効果を低減し、細線や小径ドットの太りがなく、感光体ドラム１上の潜像を忠実に再現して均一性に優れた画像を形成することができる。
【０１２８】  また、本実施形態の一成分現像器においては、図２２に示すように、上記規制ブレード４１３の代わりにローラ部材からなる規制ローラ４１４を用いてもよい。この規制ローラ４１４を用いた場合は、上記規制ブレード４１３を用いた場合に比して、現像ローラ４０２と規制ローラ４１４との間に形成されるニップ部における当接圧力を弱めることができるので、経時において、トナーの機械的ハザードを低減することができる。
【０１２９】  表５は、トナー層規制部材として規制ブレード４１３及び規制ローラ４１４のそれぞれを用いた場合について、経時における縦スジの発生状況を調べた実験結果を示している。この表５の結果からわかるように、上記規制ローラ４１４を用いた場合は、３０ｋ枚のプリントを行ったときでも縦スジが発生しなかった。一方、上記規制ブレード４１３を用いた場合は、プリント枚数が１０ｋ枚を超えたところで縦スジが発生し、規制ブレード４１３の清掃を行なうとともにトナーを交換しないと回復しない状態となった。
【表５】
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【０１３０】〔実施形態３〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
本実施形態に係るカラー画像形成装置全体の構成及び動作並びに光書込みによる潜像形成方法については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態のカラー画像形成装置は、現像ローラにトナーを供給するトナー供給部材として磁気ブラシローラを用いた一成分現像器を使用している点が、上記第１の実施形態に係るカラー画像形成装置と異なっている。
なお、本実施形態においても、カラー画像形成装置を構成する複数の装置の一部を、カラー画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物（ユニット）として構成してもよい。例えば、感光体ドラム１と帯電チャージャ２とクリーニング装置６とを、カラー画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成し、プロセカートリッジとしてもよい。
【０１３１】  図２３は、本実施形態の現像器４０の概略構成図である。現像器４０のケーシング４０１の内部には、感光体ドラム１側から、現像剤担持体（トナー担持体）としての現像ローラ４０２、トナー供給部材としての磁気ブラシローラ４０３、攪拌・搬送部材４０４、４０５が配設されている。ケーシング４０１内のトナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）１２は、攪拌・搬送部材４０４、４０５で攪拌され、その一部が、磁気ブラシローラ４０３上に担持される。磁気ブラシローラ４０３上の現像剤１２は、現像剤規制部材としての規制ブレード４０６で層厚が規制された後、トナー供給領域Ａ２で現像ローラ４０２に接触する。このトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４０３上の現像剤１２よりトナー１０のみ分離されて現像ローラ４０２に供給される。
【０１３２】  本実施形態の現像器４０では、アルミ素管をベースとした剛体の感光体ドラム１を用いているので、現像ローラ４０２はゴム材料が良好で、硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲が良好である。また、現像ローラ４０２の直径は１０〜３０ｍｍが好適である。本実施形態では直径１６ｍｍのものを用いた。また、現像ローラ４０２の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を１〜４μｍとした。この表面粗さＲｚの範囲は、トナー１０の体積平均粒径に対して１３〜８０%となり、現像ローラ４０２の表面に埋没することなくトナー１０が搬送される範囲である。ここで、現像ローラ４０２のゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。また、いわゆるベルト感光体を使用した場合には現像ローラ４０２の硬度は低くする必要がないので、金属ローラ等も使用可能である。また、上記現像ローラ４０２の表面には、経時品質を安定化させるために適宜コ−ト材料を被覆することが有好である。また、本実施形態における現像ローラ４０２の機能はトナーを担持するためだけのものであり、従来の一成分現像器のようにトナー１０と現像ローラ４０２との摩擦帯電によるトナー１０への帯電電荷付与の必要がないために、現像ローラ４０２は電気抵抗、表面性、硬度と寸法精度を満たせば良く、材料の選択幅は格段に増えることとなる。
【０１３３】  上記現像ローラ４０２の表層コート材料は、帯電がトナー１０と逆極性でも良いし、トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせない場合は同極性でも良い。前者の表層コート材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また後者の表層コート材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一に現像ローラ４０２にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、１０３〜１０８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。
【０１３４】  上記現像ローラ４０２の表面部の体積抵抗率は、図２４（ａ）及び（ｂ）に示す方法で測定したものである。まず、測定対象の現像ローラ４０２を、接地された導電性のベース板３００上にセットし、現像ローラ４０２の芯金（回転軸）４０２ａの両端にそれぞれにＦ＝４．９Ｎ（＝５００ｇｆ）の荷重をかけ、全体でＦ＝９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の荷重をかける。これにより、図２４（ｂ）に示すようにベース板３００との間にニップＷを形成する。現像ローラ４０２の芯金４０２ａには、電流計３０１を介して直流電源３０２を接続する。そして、直流電圧Ｖ（＝１Ｖ）を印加し、そのときの電流値Ｉ［Ａ］を読み取る。この印加電圧値Ｖ［Ｖ］及び電流値Ｉ［Ａ］の測定値と、各種寸法Ｌ１［ｃｍ］、Ｌ２［ｃｍ］及びＷ［ｃｍ］の測定値とを用いて、次式により現像ローラ４０２の弾性層４０２ｂの体積抵抗率ρｖを求める。
［数８］
ρｖ＝（Ｖ／Ｉ）・（Ｌ１×Ｗ）／Ｌ２
【０１３５】  また、上記現像ローラ４０２のコ−ト層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、５０μｍを越えるコート層の硬度とベース層の硬度差が大きい場合で応力が発生した時にひび割れ等の不具合が生じやすくなる。また５μｍを下回ると表面磨耗が進むとベース層の露出が発生してトナーが付着しやすくなる。
【０１３６】  上記現像剤１２を構成するトナー１０は、ポリエステル、ポリオ−ル、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μmの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。トナー１０は更に場合によってはワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することができる。
トナー１０の体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施形態で用いたトナー7の体積平均粒径は７μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
また、本実施形態では、帯電極性が負極性のトナー１０を使用しているが、感光体ドラム１の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【０１３７】  上記磁性粒子１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０８Ωの範囲が好適である。
【０１３８】  上記磁気ブラシローラ４０３は、複数の磁極を有する磁石部材４０７を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４０８で構成されている。磁石部材４０７は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。本実施形態で用いたスリーブ４０８は、直径がφ１８ｍｍであり、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されている。
【０１３９】  磁気ブラシローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を有する。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図２３の構成に限定されるものではなく、磁気ブラシローラ４０３の周囲の規制ブレード４０６等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。例えば、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）の４つの磁極を配置してもよい。また、図２３の現像器４０の例では磁石部材４０７を固定配置しスリーブ４０８を回転駆動するように構成したが、スリーブ４０８を固定配置しその内側のローラ状の磁石部材を回転させるように構成してもよい。
【０１４０】  上記磁石部材４０７の磁力により、スリーブ４０８上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１３がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【０１４１】  上記現像ローラ４０２は、磁気ブラシローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ１で感光体ドラム１に対向するように配設されている。
また、本実施形態では規制ブレード４０６と磁気ブラシローラ４０３の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、また規制ブレード４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。
【０１４２】  上記規制ブレード４０６は、磁気ブラシローラ４０３との対向部で磁気ブラシローラ４上に形成された現像剤１２の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤がトナー供給領域に搬送されるようにするとともに、現像剤１２中のトナー１０と磁性粒子１１との摩擦帯電を促進させている。
【０１４３】  また、現像ローラ４０２及び磁気ブラシローラ４０３はそれぞれ、図示しない回転駆動装置により図２３の矢印ｂ方向及びｃ方向に回転駆動され、トナー供給領域Ａ２では両ローラの表面が互いに逆方向に移動するようになっている。本実施形態では、感光体ドラム１の線速２００ｍｍ／ｓに対し、現像ローラ４０２を線速３００ｍｍ／ｓで回転駆動している。
また、トナー供給領域Ａ２における現像ローラ４０２と磁気ブラシローラ４０３のスリーブとのギャップは０．６ｍｍに設定した。
【０１４４】  また、現像ローラ４０２の軸部には、現像領域Ａ１に現像電界を形成するための現像バイアスＶｂを印加する電源４０９が接続されている。また、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスＶsupを印加する電源４１０が接続されている。
【０１４５】  上記構成の現像器４０において、ケーシング４０１内に収容された現像剤１２は、トナー１０と磁性粒子１１が混合されたものであり、攪拌・搬送部材４０４，４０５や磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナー１０に磁性粒子１１との摩擦帯電により電荷が付与される。
一方、磁気ブラシローラ４０３上に担持された現像剤１２は規制ブレード４０６によって規制され、現像剤１２の一定量がトナー供給バイアスで形成された電界等により、現像ローラ４０２に転移し、残りはケーシング４０１内に戻される。
上記トナー供給領域Ａ２では、磁気ブラシ中のトナーが分離されて現像ローラ４０２に転移し、薄層状のトナー１０が担持される。そして、現像ローラ４０２上に担持された薄層状のトナー１０は、該ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、上記現像バイアスで形成された現像電界により、感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着し、該静電潜像が現像される。
【０１４６】  ここで、現像ローラ４０２に供給される磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量と、現像ローラ４０２に薄層状に担持されたトナーの帯電量を、従来の一成分現像器と比較して説明する。
表６は、本実施形態の現像器４０及び従来の一成分現像器で同じトナーを使用し、現像ローラに供給される直前の磁気ブラシローラ４０３又は従来のトナー供給ローラ上のトナーの帯電量と、現像ローラ４０２に薄層状に担持されたトナーの帯電量とを測定した実験結果を示している。地汚れのランクは、前述のΔＩＤの測定値に基づいて設定されたものである。例えば、ΔＩＤが０．０８〜０．０４の範囲内にあるときをランク「３」としている。
【表６】
0005459568.tif 000007
【０１４７】  従来の一成分現像器においては、現像ローラ上の担持量は１〜３［ｍｇ／ｃｍ２］とかなり多い。これを薄層化ブレードで一部掻き取るがかなり広範な帯電量のトナーが通過せざるを得ないと考える。したがって、表６に示すように実際に薄層形成時のトナー帯電量は平均で−１２［μＣ／ｇ］まで上がっているが、画像を確認すると地汚れランクは「３」と平均的であった。
一方、本実施形態の現像器４０では、現像時の現像ローラ４０２上のトナー帯電量は平均で−１２［μＣ／ｇ］と従来の一成分現像器と同じであるが、地汚れのランクは「５」であり、画像特性が優れていることが分かった。
【０１４８】  また、本実施形態の現像器において、現像ローラ４０２上のトナーの粒径及び帯電量分布と画像品質との間に、以下に示すような関係があることがわかった。トナーの粒径及び帯電量分布の測定には、Ｅ−ＳＰＡＲＴ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ（ホソカワミクロン株式会社製の分析装置であり、以下、「Ｅ−ＳＰＡＲＴ分析装置」という。）を使用した。このＥ−ＳＰＡＲＴ分析装置は、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ４０２上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。本確認実験では３０００個のトナーをサンプリングして分布の相違を見た。
【０１４９】  図２５は、トナー供給領域Ａ２に到達する直前の磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量個数分布（破線）と、現像ローラ４０２上に供給されたトナーの帯電量個数分布（実線）とを測定した実験結果を示している。
図２５の実験結果から、磁気ブラシローラ４０４から現像ローラ４０２にトナーが供給されるときにピークの帯電量が絶対値で高帯電側にシフトしている。このようにシフトすることにより、磁気ブラシローラ４０４を用いない従来の現像器の場合と比較して地汚れに対する余裕度低減が少なく、地汚れに対する余裕度が維持できていることが分かる。
図２６は、本実施形態の現像器（◇）と磁気ブラシローラを用いない従来の現像器の場合（□）で経時における地汚れの比較を行った実験結果を示している。この結果からわかるように、従来の現像器では５０ｋ枚で地汚れランクが著しく低下したのに対し、本実施形態の現像器では２００ｋ枚を超えても問題の無い地汚れのレベルで維持している。
【０１５０】  以上のように、本実施形態では、現像ローラ４０２に担持したトナーの帯電量のバラツキが少ないので、極低帯電トナーや逆帯電トナーの発生を抑えつつ、図２７に示すようにトナーの帯電量を小さくして現像能力を高めて低い現像ポテンシャルでの飽和現像が可能となる。
また、本実施形態で用いるトナーについても、球形度が９５％以上の球形トナーが好ましい。この球形トナーを用いた場合は、前述のようにトナーの帯電量個数分布プロファイルがさらにシャープになるので、図２８に示すように従来の粉砕トナーを用いた場合に比して、現像ポテンシャルがより低い条件下で飽和現像が可能となる。
【０１５１】  以上、本実施形態によれば、上記磁気ブラシローラ４０４から供給された帯電量のばらつきが少ないトナーを感光体ドラム１上の静電潜像の現像に用いることができるので、上記低電位プロセスでの飽和現像ができるようにトナーの帯電量を小さくして現像能力を高めた場合でも、極低帯電トナーや逆帯電トナーの存在確率が小さくなる。従って、上記第１の実施形態と同様に、上記（１）〜（３）式又は上記（４）〜（６）式を満たす範囲で画像濃度ＩＤの変動を目標の最大画像濃度の１０％以下に抑えることができるとともに、極低帯電トナーや逆帯電トナーに起因した地汚れなどの画質低下を防止することができる。
更に、感光体ドラム１の帯電電位の絶対値を４００Ｖ以下とすることにより、感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト５０１に転写するときの転写電界を低減することができるので、感光体ドラム１から中間転写ベルト５０１にトナー像を重ね合わせて転写するときのトナーの散りや中抜け現象の発生を抑制して高品質の画像を得ることができる。
【０１５２】  また、本実施形態によれば、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ（二成分現像剤）から帯電済みのトナーのみを現像ローラ４０２上に供給し担持させることができる。したがって、現像ローラ４０２上のトナーを薄層化ブレードなどの接触部材で摩擦帯電する必要がなく、現像ローラ４０２上のトナーフィルミングや、現像ローラ及び接触部材の摩耗による現像特性の経時的な変化などの問題がなくなる。
【０１５３】  また、現像ローラ４０２上のトナーの帯電量分布と、磁気ブラシローラ上のトナーの帯電量分布とを異ならせている。このため、磁気ブラシローラ４０３上の摩擦帯電特性に制約等があって磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量分布が所望の分布でない場合でも、現像ローラ４０２上には所望の帯電量分布からなるトナーを担持することができる。したがって、地汚れや画像濃度不足（ドット抜け）のない高品質のトナー像を得ることができる。また、地汚れ防止により感光体ドラム１上の残留トナーの量が少なくなるので、感光体表面をクリーニングするクリーニング装置６の小型化を図ることができる。
【０１５４】  また、現像ローラ４０２上に担持したトナーの帯電量にバラツキが少なく安定した帯電量分布を得ることができるので、特に２値プロセスで画像を形成する場合において安定した飽和現像が可能となる。したがって、地汚れや画像濃度不足（ドット抜け）に起因するザラツキがない画像を安定して形成することができる。
【０１５５】  更に、本実施形態の一成分現像器においては、現像領域Ａ１における感光体ドラム表面と現像ローラ表面との間に形成される現像寄与トナー存在領域（トナー層）の単位面積あたりの静電容量ＣＴＬが、感光体ドラム１の感光層１Ｐの単位面積あたりの静電容量ＣＰＣよりも大きくなるように、感光層１Ｐの材料及び厚さやトナーの材料及び層厚等を決めている。このように両静電容量間の大小関係を設定することにより、現像時のエッジ効果を低減し、細線や小径ドットの太りがなく、感光体ドラム１上の潜像を忠実に再現して均一性に優れた画像を形成することができる。
【０１５６】〔実施形態４〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、前述のように現像γを大きくし、小さな現像ポテンシャルで飽和濃度を得るようにした場合に、感光体ドラム上でのトナーの過剰付着を抑制することにより、地汚れ、転写時の散り、細線画像のつぶれ等の著しい画像品質の劣化を防止している。
【０１５７】  図２９は、本実施形態のカラー画像形成装置に用いた現像器４０の概略構成図である。カラー画像形成装置全体の構成及び動作並びに光書込みによる潜像形成方法については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施形態においても、カラー画像形成装置を構成する複数の装置の一部を、カラー画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物（ユニット）として構成してもよい。
【０１５８】  本実施形態の現像器４０で用いる現像剤１２を構成するトナー１０は、磁性体を含有させ、磁性トナーとしても使用することもできる。具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金及びその混合物等が挙げられる。これらの磁性体は平均粒径が０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂１００質量部に対して最大５〜２０質量部、特に好ましくは結着樹脂１００質量部に対して１５質量部である。
【０１５９】  上記トナー１０に対して添加剤は用いない場合もあるが、近年はトナーに流動性及び均一な帯電能力を与えるために用いられる場合が多い。この添加剤としては、従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００質量部に対して０．５〜１．８質量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．２質量部である。
添加剤の添加量が、０．５質量部未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。
また、１．８質量部より多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体等へのフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレードや感光体等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。さらに、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著である。
さらに、カラートナーとして用いる場合には、添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。
【０１６０】  上記添加剤の含有量の測定には種々の方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。すなわち、添加剤の含有量既知のトナーについて、蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求めることができる。
【０１６１】  さらに、本実施形態で用いられる添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されていることが好ましい。この表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等が挙げられる。また、処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、本発明においては、いずれの方法も好適に用いることができる。
【０１６２】  トナー１０の体積平均粒径の範囲は３〜１２μｍが好適であるが、本実施形態で用いたトナー１０の体積平均粒径は６μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。なお、トナーの体積平均粒径は、前述の第１の実施形態と同様に前述の分析装置を用いた方法で測定した。
【０１６３】  現像剤１２を構成する磁性粒子１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。更に被覆を行わないノンコートでも使用することが可能である。この磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が良好である。また、磁性粒子１１の電気抵抗はダイナミック抵抗ＤＲで１０２〜１０７Ωの範囲が最適である。なお、磁性粒子１１のダイナミック抵抗ＤＲは、前述の第１の実施形態で用いた方法と同様な方法で測定したものである。
【０１６４】  現像剤担持体としての現像スリーブ４２１は非磁性の回転可能ないわゆるスリーブ状の形状を持ち、内部には複数の磁石部材４２２を配設している。磁石部材４２２は固定されているため、現像剤１２が所定の場所を通過するときに磁力を作用させられるようになっている。本実施形態では現像スリーブの直径をφ１８ｍｍとし、その表面はサンドブラスト処理等をおこない、５〜５０μｍＲＺの範囲に入るようにしている。また、１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行い、現像剤の担持性を上げる場合もある。磁石部材４２２はドクタ４２３の対向箇所から現像スリーブ４２１の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ３）、Ｓ極（Ｓ２）の５つの磁極を有する。磁石部材４２２の磁極により、現像スリーブ４２１上にトナー１０及び磁性粒子１１からなるは現像剤１２がブラシ状に担持され、トナー１０は磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。本実施形態では−５〜−３０[μＣ／ｇ]の範囲が好適である。なお、トナーの帯電量は、上記第１の実施形態と同様な分析装置を用いた方法で測定した。
【０１６５】  上記ドクタ４２３は、現像スリーブ４２１上に形成された現像剤１２の磁気ブラシと接触するように、現像スリーブ４２１と対向している。このドクタ４２３と現像スリーブ４２１の間の最近接部における間隔は５００μｍに設定され、またドクタ４２３に対向した磁石部材４２２の磁極Ｎ１はドクタ４２３よりも現像スリーブ４２１の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、現像剤１２のドクタ４２３から戻るような循環流を容易に形成することができる。
【０１６６】
上記構成の現像器４０において、ホッパ４００に収容された現像剤１２はトナー１０と磁性粒子１１が混合されたものであり、図示しない攪拌・搬送部材や現像スリーブ４２１の回転力、磁石部材４２２の磁力によって攪拌され、そのとき、トナー１０には磁性粒子１１との摩擦帯電により電荷が付与される。一方、現像スリーブ４２１上に担持された現像剤１２はドクタ４２３によって規制されて一定量が担持され、残りはホッパ４００内に戻される。
現像スリーブ４２１上の現像剤１２のうちトナー１０は感光体ドラム１上に形成された潜像に対して、現像スリーブ４２１に印加された現像バイアスにより現像され、感光体ドラム１上で顕像化される。なお、本実施形態では感光体ドラム１の線速を２００mm/s、現像スリーブ４２１の線速を２４０mm/sに設定している。感光体ドラム１の直径をφ５０ｍｍ、現像スリーブ４２１の直径をφ１８ｍｍとして、現像工程を行なっている。現像スリーブ４２１上のトナー帯電量は−５〜−３０［μＣ/ｇ］の範囲である。感光体ドラム１と現像スリーブ４２１の間隙である現像ギャップＧＰは従来の０．８ｍｍから０．２ｍｍの範囲で設定でき、値を小さくすることで現像効率の向上を図ることが可能である。
【０１６７】  次に、本実施形態における現像条件について説明する。本実施形態では感光体ドラム１の帯電（露光前）電位ＶＤを−３００Ｖ、露光後電位ＶＬを−５０Ｖ、現像バイアス電圧ＶＢを−２５０Ｖ、すなわち現像ポテンシャル（ＶＬ−ＶＢ＝２００Ｖ）として現像工程を行なっている。
図３０は、横軸に│ＶＤ−ＶＬ│を取り、縦軸に│ＶＬ−ＶＢ│を取ったグラフである。│ＶＤ−ＶＬ│＜３００Ｖの領域は、感光体ドラム表面の露光部分とそうで無い部分との間の放電を避けるためにパッシェンの放電則より設定したものである。前述の図８に示すように電位差が４００Ｖ以下では剥離放電が発生しにくいことが実験的に検証されている。また、理論上でも電位差が３１５Ｖ以下では放電しないことが証明されており、本実施形態において│ＶＤ−ＶＬ│＜３００Ｖの領域では放電はほとんど発生しないものである。
【０１６８】  図３０のグラフの斜めの線は│ＶＤ−ＶＬ│＝│ＶＬ−ＶＢ│の線を示すものであり、本実施形態はネガポジのプロセスであり、ＶＤ、ＶＬ、ＶＢの値が全て同一極性なので、ハッチングを付した領域は│ＶＤ│−│ＶＢ│＞０の範囲を示すものになる。このハッチング領域が│ＶＤ−ＶＬ│及び│ＶＬ−ＶＢ│の取り得る範囲となる。
【０１６９】  本実施形態においても、現像ポテンシャルと画像濃度ＩＤとの関係は、前述の第１の実施形態における図１のようになる。ここで、図１の各曲線の傾き等の計算したデータを表７に示す。
【表７】
0005459568.tif 000008
【０１７０】  本実施形態では、飽和画像濃度ＩＤを得るために必要な量を次の（８）式で定義されるＸとしたとき、感光体ドラム１上のトナー付着量がＸの１.５倍以下になるように構成している。
［数９］
Ｘ＝０．６×トナー粒径×トナーの真比重／転写率  …（８）
【０１７１】
上記Ｘの値はトナー粒径を６.８μｍ、トナーの真比重を１.０５ｇ／ｃｍ３、転写率を９０％として、必要量を６０％とすると、Ｘ＝６.８×１０−４[ｃｍ]×１.０５[ｇ／ｃｍ３]／０.９×０.６＝０.４７６[ｍｇ／ｃｍ２]となり、１.５×Ｘ＝０.７１４[ｍｇ／ｃｍ２]となる。
【０１７２】  図３１は、トナー粒径をパラメータとして、トナー付着量とトナー層厚（それぞれトナー個数に換算）との関係を示したグラフである。また、図３２はトナー粒径をパラメータとして、感光体ドラム１上のトナー付着量が飽和画像濃度ＩＤを得るために必要な量Ｘのとき、０.６ｍｇ/ｃｍ２のとき、Ｘの１.５倍のときの各条件下におけるトナー層厚（それぞれトナー個数に換算）を示すグラフである。図３１及び図３２において、トナーの充填率は３０％である。
これらのグラフによると、感光体ドラム１上のトナー付着量を上記Ｘの１.５倍以下に設定することでトナー層厚が５層以下になっていることがわかる。トナー層厚が５層になるとトナーの静電的な付着力が１層と比較して約１/２５となり、何とか保持できる状態であるが、トナー層厚が５層を超えると例えば６層では１/３６となりトナーの静電的な付着力が低減して、特に転写時に散りの原因となる。また、トナーの最大付着量を０.６ｍｇ/ｃｍ２とすることで図３２に示すように最大付着量を０.６ｍｇ/ｃｍ２のときの層厚を示したもので、これも５層以下になっているので、転写時に散りを発生させない。
【０１７３】  特に、本実施形態の現像器をカラー画像形成装置に用いた場合、トナー層を転写等で重ね合わせるために散りが特に発生し易いが、本発明ではトナー付着量を低減することができるので、前記のトナー散り等の防止に有効である。
【０１７４】  なお、本実施形態において、磁気ブラシのトナー供給能力を制限するために現像剤１２中のトナー１０の使用比率（磁気ブラシへのトナーの供給量に対するトナー使用量の比率）は、７０％以上設定して余分な供給能力を持たせないようにするのが好ましい。ここで、上記トナーの使用比率が７０％、８０％の場合を、比較例の６０％の場合と比較して説明する。
感光体ドラム１上に必要なトナー付着量を０.７ｍｇ/ｃｍ２とするとトナー粒径を６．８μｍ、キャリア径を５０μｍ、トナー濃度を５質量％で現像スリーブ４２１の感光体ドラム１に対する線速比を２とする。そして、現像剤１２の汲み上げ量は、上記使用比率が７０％では１０ｍｇ/ｃｍ２となり、６０％では１１.６ｍｇ/cｍ２となり、８０％では８.７５ｍｇ/ｃｍ２となる。
図３３は、磁気ブラシ中のトナーの使用比率をパラメータとして横軸の現像ポテンシャルと縦軸の感光体ドラム１上のトナー付着量との関係を示すグラフである。現像ポテンシャルが何らかの理由で大きくなった場合に実施例の７０％、８０％ではトナー付着量が約０.８ｍｇ/ｃｍ２で問題無いのに対して、比較例の６０％ではトナー付着量が約０.９２ｍｇ/ｃｍ２となり、過剰付着により転写時の散りが発生した。
【０１７５】〔実施形態５〕
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、▲１▼現像ポテンシャルＶＰや▲２▼現像剤の穂の高さを制限することにより、トナー供給能力を低減し、余分なトナー供給能力を持たせないようにしている。
基本的な構成及び動作は、上記第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１７６】  上記▲１▼の現像ポテンシャルＶＰを制御する例では、電位変動を制御して変動を少なくしようとしたものであり、感光体ドラム１の潜像形成後の部分に対向するように図示しない電位センサを配設している。この電位センサの検知結果に基づいて前記２者の差異を一定値に制御することにより、初期帯電時に帯電電位もしくは露光量が変動したときでも、現像ポテンシャルＶＰの変動を低減することができる。比較例として制御しない場合の変動は帯電によるΔＶＤが＋２０Ｖ、露光によるΔＶＬが＋１０Ｖで合わせて３０Ｖとなり、現像量として０．４ｍｇ／ｃｍ２増加して転写時に散りが発生してランクが４から２．５に低減（悪化）した。
【０１７７】  また、上記▲２▼の現像剤による穂（磁気ブラシ）の現像時の高さを規定したものである。この穂（磁気ブラシ）の高さは、感光体ドラムがないと仮定した場合の高さである。具体的には、現像ギャップ４００μｍに対して穂の高さを現像ギャップの２倍以下にして７５０μｍに設定する。ここで、２倍を越えた穂の高さ８２０μｍのものと比較を行う。基本的にＴＣは５質量％で同一とするが、ドクタギャップＧＤを変化させて汲み上げ量が変化することで磁気ブラシの穂の高さが変化している。
図３４には、ドクタギャップＧＤが５５０μｍで汲み上げ量が６０ｍｇ／ｃｍ２である実施例と、ドクタギャップＧＤが７００μｍで汲み上げ量が８０ｍｇ／ｃｍ２である比較例について、穂の高さを示している。この両者の場合の現像γ特性を、図３５に示した。実施例ではトナー付着量が約０.８１ｍｇ/ｃｍ２でトナーの過剰付着の問題がなかったが、これに対し、比較例ではトナー付着量が約０.９３ｍｇ／ｃｍ２となり、トナーの過剰付着により転写時の散りが発生した。
【０１７８】〔実施形態６〕
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態では、磁性粒子（キャリア）に対するトナーの被覆率を５０％以下に規定することにより、トナー供給能力を低減し、余分なトナー供給能力を持たせないようにしている。
基本的な構成及び動作は、上記第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１７９】  キャリアに対するトナーの被覆率Ｔｎは添加剤の添加率ＴＣの関数であり、（９）式で算出できる。ここで、Ｃはトナー濃度ＴＣ［質量％］、ｒはトナー粒子半径、Ｒはキャリア粒子の半径、ρｒはトナーの真比重、ρｔはキャリアの真比重である。
【数１０】
0005459568.tif 000009
【０１８０】  図３６はキャリアに対するトナーの被覆率とトナーの過剰付着（過剰飽和）との関係を示したものである。被覆率が５０％以下ではトナーの供給量が抑制できるので、過剰飽和に対する余裕度が得られるが、被覆率が５０％を越えると現像剤の穂（磁気ブラシ）のトナー供給能力が向上するので、過剰飽和の状態になる可能性が出てくる。ここで、トナー粒径を６．８μｍ、キャリア径を５０μｍ、トナー濃度を７質量％の場合、被覆率は約５０％となる。トナー濃度が７質量％を越えたときに現像ポテンシャルＶＰの変動が光量変動により発生し、現像ポテンシャルＶＰが＋３０Ｖとなったときに７．２質量％ではＶＰ２５０Ｖでトナー付着量が０．９５ｍｇ/ｃｍ２に増加して、転写における散りが発生して画像品質が著しく劣化した。これに対して、トナー濃度が６．８質量％では上記同一条件で現像ポテンシャルＶＰが増加してもトナー付着量の増加は０．７７ｍｇ/ｃｍ２に抑えられたので、転写時の散りは問題無かった。
【０１８１】〔実施形態７〕
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態では、感光体ドラムに対する現像スリーブの回転線速比、現像スリーブへの現像剤の汲み上げ量、現像スリーブ上の現像剤に作用する磁気力を規定することにより、トナー供給能力を低減し、余分なトナー供給能力を持たせないようにしている。
基本的な構成及び動作は、上記第４の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１８２】  本実施形態では、上記第４の実施形態及び第５の実施形態の構成に加えて、▲１▼現像スリーブ４２１の感光体ドラム１に対する回転線連比、▲２▼磁気ブラシにおける現像剤の汲み上げ量、及び▲３▼磁気ブラシの穂を柔らかく形成して感光体ドラム１に対する当接圧の少なくとも一つを規定することにより、トナー供給能力を低減している。以下、異なった部分の設定なので、順番に説明を行う。
【０１８３】  ▲１▼回転線速比：
現像スリーブ４２１の感光体ドラム１に対する回転線速比については３以下が好ましい。このように回転線速比を低減することでトナー供給能力を抑制し、トナーの過剰付着を防止することができる。ここで、より具体的な実施例として上記回転線速比が２．８の場合と、比較例としての上記回転線速比が３．２の場合におけるトナー付着量を比較してみた。
図３７は、現像スリーブ４２１の感光体ドラム１に対する回転線連比ＶＤ/ＶＰが異なるときのトナーの過剰付着による転写時の散りのランクを示したものである。図３７の縦軸は感光体ドラム１上のトナー付着量であり、横軸は現像ポテンシャルである。このときの基本条件は、トナー径が６．８μｍ、磁性粒子（キャリア）の径が５０μｍ、トナー濃度ＴＣが５質量％である。画像の比較を行ったところ、回転線連比２．８ではトナー供給能力が抑制されていることから、トナーの過剰付着は現像ポテンシャルＶＰ＝２５０Ｖで０．７３ｍｇ/ｃｍ２と問題ないレベルであった。これに対し、比較例の回転線速比３．２の場合ではトナーの過剰付着が０．９６ｍｇ/ｃｍ２で、転写時に散りが問題になるレベルであった。
【０１８４】  ▲２▼汲み上げ量：
現像スリーブ４２１上に汲み上げられて担持される現像剤量については、６０ｍｇ/ｃｍ２以下が好ましい。このように現像スリーブ４２１上に担持された現像剤量を低減することでトナー供給能力を抑制し、トナーの過剰付着を防止することができる。ここで、より具体的な実施例として現像剤の汲み上げ量が５８ｍｇ/ｃｍ２の場合と、比較例としての６４ｍｇ/ｃｍ２の場合におけるトナー付着量を比較してみた。
図３８は、現像剤の汲み上げ量が異なるときのトナーの過剰付着による転写時の散りのランクを示したものである。図３８の縦軸は感光体ドラム１上のトナー付着量であり、横軸は現像ポテンシャルである。このときの基本条件はトナー径が６．８μｍ、磁性粒子（キャリア）の径が５０μｍ、トナー濃度ＴＣが５質量％である。画像の比較を行ったところ現像剤の汲み上げ量が５８ｍｇ/ｃｍ２の場合ではトナーの過剰付着は０．７３ｍｇ/ｃｍ２と問題ないレベルであった。これに対し、現像剤の汲み上げ量が６４ｍｇ/ｃｍ２の場合は、トナーの過剰付着が０．９４ｍｇ/ｃｍ２で転写時に散りが問題になるレベルであった。
【０１８５】  ▲３▼感光体ドラム１に対する磁気ブラシの穂の当接圧：
現像スリーブ４２１上に形成される磁気ブラシの穂は柔らかく形成し、感光体ドラム１に対する当接圧を低減するのが好ましい。これによ、りトナー供給能力を低減させて、余分な供給能力を持たせないようにし、トナーの過剰付着を防止することができる。ここで、前述の表３に示したように、本実施形態の現像器における幾つかのパラメータを変更したときの現像トルクとトナー帯電量の値が分かっている。これらのパラメータを、本実施形態の具体例である実施例Ａ〜Ｄの範囲で選択することにより、現像能力が抑制されてトナーの過剰付着を防止することができる。
【０１８６】  また、本実施形態の現像器では、現像スリーブ４２１内に設けられた磁石部材４２２のＳ１極がいわゆる主磁極となるが、全ての磁極が、磁性粒子を含めた現像剤の搬送及び磁気ブラシの硬さに影響を及ぼす。これは、各磁極の磁力と磁性粒子の飽和磁化の強さによって決まるもので、本実施形態では主磁極の磁力ＭＤが７０［ｍＴ］、磁性粒子１１の飽和磁化の強さＭＣが１００×４π×１０−７［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］（＝１００［ｅｍｕ／ｇ］）である。この範囲では磁気ブラシの硬さは適度であり、経時でも現像剤がストレスを受けることなく使用し続けることができる。
【０１８７】  図３９のハッチングを付した領域は主磁極の磁力ＭＤ及び磁性粒子１１の飽和磁化の強さＭＣの好適範囲を示しているが、主磁極の磁力ＭＤ＜６０［ｍＴ］もしくは磁性粒子１１の飽和磁化の強さＭＣ＜３０×４π×１０−７［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］（＝３０［ｅｍｕ／ｇ］）では十分強固な磁気ブラシが形成できず、均一な現像が行えない。また、主磁極の磁力ＭＤ＞８０［ｍＴ］もしくはＭＣ＞１４０×４π×１０−７［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］（＝１４０［ｅｍｕ／ｇ］）では磁気ブラシが現像スリーブ４２１上で強固に形成されるのでトナーの供給量が増加して転写時に散りが発生した。これに対し、図３９のハッチングを付した好適範囲では、十分強固な磁気ブラシを形成でき均一な現像が行えるとともに、転写時に散りが発生するという問題もなかった。
【０１８８】  なお、上記各実施形態では、感光体ドラム１上に反転現像用の静電潜像を形成し、各現像器により該静電潜像を反転現像する場合について説明したが、本発明は、感光体ドラム１上に正規現像用の静電潜像を形成し、該静電潜像を正規現像する場合にも適用することができる。
【０１８９】  また、上記各実施形態では、感光体ドラム１上の各色のトナー像を一旦中間転写ベルト５０１に転写し、その後、中間転写ベルト５０１上のトナー像を転写紙Ｐに一括転写してカラー画像を形成する場合について説明したが、本発明は、中間転写ベルトの直線状の移動経路部分や転写紙の搬送方向に沿って感光体ドラムを含む画像形成ユニットを複数組並べて配置した、いわゆるタンデム型のカラー画像形成装置にも適用することができる。
図４０は、中間転写ベルト５０１を用いたタンデム型のカラー画像形成装置の一構成例を示す概略構成図である。なお、上記図２のカラー画像形成装置と同様な部分については、同じ符号を付している。このカラー画像形成装置では、各画像形成ユニット１０Ｂｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃの感光体ドラム１Ｂｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体ドラム上のトナー像を一次転写ローラ５６０Ｂｋ、５６０Ｙ、５６０Ｍ、５６０Ｃで中間転写ベルト５０１上に重ね合わせて転写し、中間転写ベルト５０１上の重ねトナー像を２次転写ベルト５５１で搬送されている転写紙Ｐに一括転写する。転写紙Ｐ上のカラー画像は定着ユニット８で定着される。
図４１は、中間転写ベルト５０１を用いずに、各感光体ドラム１上のトナー像を紙搬送ベルト５７０で搬送されている転写紙Ｐ上に直接転写するタンデム型のカラー画像形成装置の一構成例を示す概略構成図である。なお、上記図２のカラー画像形成装置と同様な部分については、同じ符号を付している。このカラー画像形成装置では、各画像形成ユニット１０Ｂｋ、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃの感光体ドラム１Ｂｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体ドラム上のトナー像を転写ローラ５７１Ｂｋ、５７１Ｙ、５７１Ｍ、５７１Ｃにより、紙搬送ベルト５７０で搬送されてしいる転写紙Ｐに一括転写する。転写紙Ｐ上のカラー画像は定着ユニット８で定着される。
【０１９０】  また、上記各実施形態ではカラースキャナを備えたカラー複写機の場合について説明したが、本発明は、カラープリンタやカラーＦＡＸなど他の画像形成装置にも適用できるものである。
【発明の効果】
【０１９１】
【発明の効果】
請求項１乃至１３の発明によれば、潜像担持体における通電電荷量が少なくなり、潜像担持体に対する帯電・露光の繰り返しによる潜像担持体の疲労を低減することができるので、潜像担持体の長寿命化を図ることができる。しかも、上記特定の現像ポテンシャルの変動範囲における画像濃度の変動幅を所定範囲内に抑えるので、潜像担持体の帯電電位の変動等に起因した現像ポテンシャルの変動による画像濃度の低下や画像濃度ムラを抑制することができる。更に、潜像担持体から中間転写体又は転写材にトナー像を重ね合わせて転写するときのトナーの散りや中抜け現象の発生を抑制して高品質の画像を得ることができる。また、所定強度の現像電界を形成するための現像ポテンシャルの大きさを低減することができるので、上記現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜の画像形成時における最大画像濃度に対応するように設定された最大設定値｜ＶＢ−ＶＬ｜maxが３００Ｖ以下であっても、その近傍における現像ポテンシャルの変動範囲における画像濃度の変動幅をより確実に所定範囲内に抑えることができるという優れた効果がある。
【０１９４】
特に、請求項１の発明によれば、エッジ効果を低減することができるという優れた効果がある。
【０１９９】
特に、請求項２乃至１０の発明によれば、潜像担持体上のトナーの過剰付着による地汚れ等の画質低下をより確実に防止することができるという優れた効果がある。
【０２００】
特に、請求項５の発明によれば、現像担持体上の磁気ブラシから潜像担持体へのトナー供給能力をさらに抑制することができるという優れた効果がある。
【０２０１】
特に、請求項６の発明によれば、潜像担持体上の画像濃度及びトナーの過剰付着をより確実に制御できるという優れた効果がある。
【０２０２】
特に、請求項１１の発明によれば、トナーの流動性を確保するとともに、経時において、添加剤がトナーや磁性粒子に埋没することによる現像剤の特性変化や、過剰な添加剤に起因した潜像担持体上のフィルミングの発生等を抑制することができるという優れた効果がある。
【０２０３】
特に、請求項１２の発明によれば、経時において、現像剤の機械的損傷（ハザード）を抑制することができるという優れた効果がある。
【０２０４】
特に、請求項１３の発明によれば、画像形成プロセスユニットに含まれる潜像担持体などを個別に交換することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係るカラー画像形成装置における現像ポテンシャルと画像濃度ＩＤとの関係を示すグラフ。
【図２】  同カラー画像形成装置の概略構成図。
【図３】  感光体ドラムの感光層の断面図。
【図４】  同カラー画像形成装置の現像器の概略構成図。
【図５】  ダイナミック抵抗ＤＲの測定装置の説明図。
【図６】  同カラー画像形成装置における各部電位の関係を示す説明図。
【図７】  同カラー画像形成装置における現像特性を示す四限チャート。
【図８】  パッシェンの法則を示すグラフ。
【図９】  トナ−散りに対する効果を説明する説明図。
【図１０】  トナー帯電量ｑ／ｄに対する個数分布を示すグラフ。
【図１１】  トナー粒径に対する個数分布を示すグラフ。
【図１２】  トナー帯電量ｑ／ｄの個数分布プロファイルの半値幅と地汚れΔＩＤとの関係を示すグラフ。
【図１３】  現像ローラの最大磁極の磁力（磁束密度）及び現像剤の磁性粒子の飽和磁化の強さの好適範囲を示すグラフ。
【図１４】  同カラー画像形成装置の現像領域におけるトナー及び磁性粒子の様子を示す説明図。
【図１５】  同カラー画像形成装置におけるライン画像及びベタ画像に対する現像ガンマ特性のグラフ。
【図１６】  比較例におけるライン画像及びベタ画像に対する現像ガンマ特性のグラフ。
【図１７】  ベタ画像のエッジ近傍における画像濃度の変化を示すグラフ。
【図１８】  現像ガンマ特性に対する現像ローラ上の現像剤層のダイナミック抵抗の影響を示すグラフ。
【図１９】  本発明の第２の実施形態に係るカラー画像形成装置に用いた現像器の概略構成図。
【図２０】  同カラー画像形成装置における現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図２１】  同カラー画像形成装置における現像ポテンシャルと画像濃度ＩＤとの関係を示すグラフ。
【図２２】  変形例に係る現像器の概略構成図。
【図２３】  本発明の第３の実施形態に係るカラー画像形成装置に用いた現像器の概略構成図。
【図２４】  （ａ）及び（ｂ）は、現像ローラの表層の体積抵抗率測定システムの説明図。
【図２５】  現像ローラ上のトナー帯電量分布の測定結果を示すグラフ。
【図２６】  経時における地汚れ発生の状況を示すグラフ。
【図２７】  トナーの平均帯電量を変化させたときの現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図２８】  球形トナー及び粉砕トナーのそれぞれを用いたときの現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図２９】  本発明の第４の実施形態に係るカラー画像形成装置に用いた現像器の概略構成図。
【図３０】  電位差｜ＶＤ−ＶＬ｜と電位差｜ＶＬ−ＶＢ｜との関係を示すグラフ。
【図３１】  トナー粒径をパラメータとした感光体ドラム上のトナー付着量とトナー層厚との関係を示すグラフ。
【図３２】  トナー粒径をパラメータとした感光体ドラム上のトナー付着量とトナー層厚との関係を示すグラフ。
【図３３】  トナーの使用比率をパラメータとした現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図３４】ドクターギャップＧＤと磁気ブラシの穂の高さとの関係を示すグラフ。
【図３５】  磁気ブラシの穂の高さをパラメータとした現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図３６】  磁性粒子（キャリア）に対するトナーの被覆率をパラメータとした現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図３７】  感光体ドラムに対する現像スリーブの回転線速比をパラメータとした現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図３８】  現像剤の汲み上げ量をパラメータとした現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図３９】  現像極の磁力及び磁性粒子（キャリア）の好適範囲を示すグラフ。
【図４０】  本発明の他の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図。
【図４１】  本発明の更に他の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図。
【符号の説明】  １      感光体ドラム
１Ｂ    感光体ドラムの導電性基体
１Ｐ    感光体ドラムの感光層
２      帯電チャージャ
３      露光装置
４      リボルバ現像ユニット
５      転写装置
６      クリーニング装置
１０    トナー
１１    磁性粒子
１２    二成分現像剤
２０    転写紙
４０（）    現像器
５０    画像形成プロセスユニット
４０１  ケーシング
４０２、４２０  現像ローラ
４０２ａ  現像ローラの芯金（導電性基体）
４０２ｂ  現像ローラの弾性層
４０３  磁気ブラシローラ
４０４、４０５  攪拌・搬送部材
４０６  規制ブレード
４０７  磁石部材
４０８  スリーブ
４０９  電源（現像バイアス用）
４１０  電源（トナー供給バイアス用）
４１１  アジテータ
４１２  供給ローラ
４１３  規制ブレード
４１４  規制ブレード
５００  中間転写ユニット
５０１  中間転写ベルト
５５０  ２次転写ユニット
５５１  ２次転写ベルト
Ａ１    現像領域
Ａ２    トナー供給領域
Ｂ１    １次転写部
Ｂ２    ２次転写部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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