(57)【要約】【課題】  現像剤担持体上の現像残トナーの残留を抑制することにより、トナーの劣化を低減し、現像剤担持体表面の帯電性能を維持することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供する。【解決手段】  感光体１に対向して設けられ現像器４０内に収容された現像剤を担持して搬送する現像ローラ４１と、現像ローラ４１上の現像剤量を規制する規制ブレード４３と、現像ローラ４１に当接して現像剤の供給及び掻き取りを行う供給ローラ４２とを備えた画像形成装置において、現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、現像ローラ４１と供給ローラ４２との当接部で互いの表面が順方向に移動し、現像ローラ４１の周速ＶＤＲと供給ローラ４２の周速ＶＳＰとの比が｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦０．５若しくは１．５≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦４である。【選択図】  図２
2006208619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
該像担持体に対向して設けられ現像器内に収容された現像剤を担持して搬送する回動可能な現像剤担持体と、該現像剤担持体上の現像剤量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤担持体に当接して現像剤の供給及び掻き取りを行う回動可能な現像剤供給部材とを備えた画像形成装置において、
上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、
上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が順方向に移動し、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比が｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦０．５若しくは１．５≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦４であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
潜像担持体に対向して設けられ現像器内に収容された現像剤を担持して搬送する回動可能な現像剤担持体と、該現像剤担持体上の現像剤量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤担持体に当接して現像剤の供給及び掻き取りを行う回動可能な現像剤供給部材とを備える画像形成装置において、
上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、
上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動し、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比が０．８≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦３であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２の画像形成装置において、
上記現像剤供給部材は厚みｄからなる弾性層が形成され、
該現像剤供給部材の現像剤担持体への喰い込み量Ｘが０＜Ｘ＜１．８＜ｄ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、２，又は３の画像形成装置において、
上記現像器内の現像剤を該現像剤供給部材から離す方向へ移送する現像剤移動部材を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２，３又は４の画像形成装置において、
上記現像剤担持体の径を１８ｍｍ、上記現像剤供給部材の径を１６ｍｍ、該現像剤担持体に対する該現像剤供給部材の喰い込み量を１ｍｍとし、該現像剤担持体と該現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動し、該現像剤担持体と該現像相供給部材との周速比｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜が０．９となる条件で連続作動するとき、該現像剤担持体の摩耗量が０．５μｍ／ｈｒ以上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、
上記現像剤に、トナー粒子の平均径による面積に対する投影面積の比率が９０％以上である球形トナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５又は６の画像形成装置において、
上記現像剤担持体と上記現像剤規制部材と上記現像剤供給部材とは、画像形成装置本体に対して着脱可能な一体構成物として構成されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
現像器内に収容された１成分現像剤を現像剤供給部材により現像剤担持体に供給及び掻き取りを行って、該現像剤担持体上の現像剤を現像剤規制部材により規制し、該現像剤担持体と予め潜像が形成された像担持体との間に形成された現像電界により、該像担持体上の潜像に現像剤を付着させてトナー像を形成する画像形成方法において、
上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、
上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が順方向に移動するように回転させ、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比を｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦０．５若しくは１．５≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦４とすることを特徴とする画像形成方法。
【請求項９】
現像器内に収容された１成分現像剤を現像剤供給部材により現像剤担持体に供給及び掻き取りを行って、該現像剤担持体上の現像剤を現像剤規制部材により規制し、該現像剤担持体と予め潜像が形成された像担持体との間に形成された現像電界により、該像担持体上の潜像に現像剤を付着させてトナー像を形成する画像形成方法において、
上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、
上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動するように回転させ、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比を０．８≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦３とすることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１０】
請求項８又は９の画像形成方法において、
上記現像剤供給部材を厚みｄからなる弾性層で形成し、
該現像剤供給部材の現像剤担持体への喰い込み量Ｘを０＜Ｘ＜１．８＜ｄとすることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１１】
請求項８，９又は１０の画像形成方法において、
上記現像器内の現像剤を現像剤移動部材により該現像剤供給部材から離す方向へ移送することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１２】
請求項８，９，１０又は１１の画像形成方法において、
上記現像剤担持体の径を１８ｍｍ、上記現像剤供給部材の径を１６ｍｍ、該現像剤担持体に対する該現像剤供給部材の喰い込み量を１ｍｍとし、該現像剤担持体と該現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動し、該現像剤担持体と該現像相供給部材との周速比｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜が０．９となる条件で連続作動するとき、該現像剤担持体の摩耗量が０．５μｍ／ｈｒ以上である材料を該現像剤担持体に用いることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１３】
請求項８，９，１０、１１又は１２の画像形成方法において、
上記現像剤にトナー粒子の平均径による面積に対する投影面積の比率が９０％以上である球形トナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファックス、複写機等に用いられる画像形成装置及び画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より１成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像装置として、静電潜像担持体に対向して設けられた現像剤担持体を有し、この現像剤担持体の周囲に現像剤規制部材と現像剤供給部材とを備えたものが知られている。この現像装置において、現像器内に収容されている１成分現像剤は、現像剤担持体と現像剤供給部材との摺擦により適度に摩擦帯電されながら現像剤担持体に供給される。現像剤担持体表面に担持された現像剤は、現像剤規制部材により規制されて均一な薄層とされるとともに所望の電荷が付与さる。そして、静電潜像担持体と現像剤担持体との間の現像領域では、現像剤担持体上の現像剤が現像電界によって静電潜像担持体上の静電潜像に転移し、静電潜像がトナー像として可視化される。現像領域で現像に使用されず現像剤担持体上に残留する現像剤は、現像剤供給部材との当接部で現像剤担持体から掻き取られる。同時に現像剤担持体上には現像剤供給部材の回転により新たな現像剤が供給される。一方、現像剤供給部材によって掻き取られた現像剤は、現像剤供給部材の回転により現像器内の現像剤と混合される。上記現像剤供給部材としては、単泡性の発泡体を用いた現像装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この単泡性の現像剤供給部材は、従来の連泡性の発泡体に比べ現像剤担持体に対する実質的な接触面積が増えるので、現像剤担持体への供給率が向上する。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１６０７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１をはじめ従来提案されている多くの現像装置では、上記現像剤供給部材の現像剤供給、摩擦帯電の機能については言及しているが、現像残トナーの掻き取りに十分必要な条件が明示されていない。これは、現像剤の供給効率が向上すると、現像残トナーの掻き取り機能がおざなりになってしまうためであると考えられる。現像により消費されないトナーが現像剤担持体表面から掻き取られず残留したままの状態では、画像によりトナー消費量が場所で異なれば、現像剤担持体に残留するトナーと後で供給されるトナーとで帯電量が異なってしまう。そのために、例えばベタ有無の画像形成後にハーフトーン画像を形成すると、トナー未消費部分での現像開始電圧が変化してしまい濃度の均一なハーフトーン画像が形成できない。
【０００５】
また、一般に使用されるトナーは、粉砕法や重合法により得られ、母体樹脂中に着色剤、離型剤、極性制御剤等が分散した構成となっているが、流動性の機能を持たせるために、母体樹脂表面に外部添加剤が点在した構成となっている。しかし、現像により消費されないトナーが現像剤担持体表面から掻き取られず残留したままの状態では、現像剤供給部材や現像剤規制部材との摩擦により外部添加剤が母体樹脂中に埋没し、流動性の低下、トナー帯電特性の変化等のトナー劣化が促進される。また、トナーの劣化により、現像剤担持体上にトナーが付着する所謂トナーフィルミングが発生しやすくなって、現像剤担持体表面の帯電性能を維持できない。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤担持体上の現像残トナーの残留を抑制することにより、トナーの劣化を低減し、現像剤担持体表面の帯電性能を維持することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の画像形成装置は、該像担持体に対向して設けられ現像器内に収容された現像剤を担持して搬送する回動可能な現像剤担持体と、該現像剤担持体上の現像剤量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤担持体に当接して現像剤の供給及び掻き取りを行う回動可能な現像剤供給部材とを備えた画像形成装置において、上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が順方向に移動し、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比が｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦０．５若しくは１．５≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦４であることを特徴とするものである。
請求項２の画像形成装置は、潜像担持体に対向して設けられ現像器内に収容された現像剤を担持して搬送する回動可能な現像剤担持体と、該現像剤担持体上の現像剤量を規制する現像剤規制部材と、該現像剤担持体に当接して現像剤の供給及び掻き取りを行う回動可能な現像剤供給部材とを備える画像形成装置において、上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動し、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比が０．８≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦３であることを特徴とするものである。
請求項３の画像形成装置は、請求項１又は２の画像形成装置において、
上記現像剤供給部材は厚みｄからなる弾性層が形成され、該現像剤供給部材の現像剤担持体への喰い込み量Ｘが０＜Ｘ＜１．８＜ｄであることを特徴とするものである。
請求項４の画像形成装置は、請求項１、２，又は３の画像形成装置において、上記現像器内の現像剤を該現像剤供給部材から離す方向へ移送する現像剤移動部材を備えていることを特徴とするものである。
請求項５の画像形成装置は、請求項１、２，３又は４の画像形成装置において、上記現像剤担持体の径を１８ｍｍ、上記現像剤供給部材の径を１６ｍｍ、該現像剤担持体に対する該現像剤供給部材の喰い込み量を１ｍｍとし、該現像剤担持体と該現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動し、該現像剤担持体と該現像相供給部材との周速比｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜が０．９となる条件で連続作動するとき、該現像剤担持体の摩耗量が０．５μｍ／ｈｒ以上であることを特徴とするものである。
請求項６の画像形成装置は、請求項１、２，３，４又は５の画像形成装置において、上記現像剤に、トナー粒子の平均径による面積に対する投影面積の比率が９０％以上である球形トナーを用いることを特徴とするものである。
請求項７の画像形成装置は、請求項１，２，３，４，５又は６の画像形成装置において、上記現像剤担持体と上記現像剤規制部材と上記現像剤供給部材とは、画像形成装置本体に対して着脱可能な一体構成物として構成されることを特徴とするものである。
請求項８の画像形成方法は、現像器内に収容された１成分現像剤を現像剤供給部材により現像剤担持体に供給及び掻き取りを行って、該現像剤担持体上の現像剤を現像剤規制部材により規制し、該現像剤担持体と予め潜像が形成された像担持体との間に形成された現像電界により、該像担持体上の潜像に現像剤を付着させてトナー像を形成する画像形成方法において、上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が順方向に移動するように回転させ、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比を｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦０．５若しくは１．５≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦４とすることを特徴とするものである。
請求項９の画像形成方法は、現像器内に収容された１成分現像剤を現像剤供給部材により現像剤担持体に供給及び掻き取りを行って、該現像剤担持体上の現像剤を現像剤規制部材により規制し、該現像剤担持体と予め潜像が形成された像担持体との間に形成された現像電界により、該像担持体上の潜像に現像剤を付着させてトナー像を形成する画像形成方法において、上記現像剤に凝集度が４〜８０％の範囲で変化する１成分現像剤を用い、上記現像剤担持体と上記現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動するように回転させ、該現像剤担持体の周速ＶＤＲと現像剤供給部材の周速ＶＳＰとの比を０．８≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦３とすることを特徴とするものである。
請求項１０の画像形成方法は、請求項８又は９の画像形成方法において、
上記現像剤供給部材を厚みｄからなる弾性層で形成し、該現像剤供給部材の現像剤担持体への喰い込み量Ｘを０＜Ｘ＜１．８＜ｄとすることを特徴とするものである。
請求項１１の画像形成方法は、請求項８，９又は１０の画像形成方法において、上記現像器内の現像剤を現像剤移動部材により該現像剤供給部材から離す方向へ移送することを特徴とするものである。
請求項１２の画像形成方法は、請求項８，９，１０又は１１の画像形成方法において、上記現像剤担持体の径を１８ｍｍ、上記現像剤供給部材の径を１６ｍｍ、該現像剤担持体に対する該現像剤供給部材の喰い込み量を１ｍｍとし、該現像剤担持体と該現像剤供給部材との当接部で互いの表面が逆方向に移動し、該現像剤担持体と該現像相供給部材との周速比｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜が０．９となる条件で連続作動するとき、該現像剤担持体の摩耗量が０．５μｍ／ｈｒ以上である材料を該現像剤担持体に用いることを特徴とする画像形成方法。
請求項１３の画像形成方法は、請求項８，９，１０、１１又は１２の画像形成方法において、上記現像剤にトナー粒子の平均径による面積に対する投影面積の比率が９０％以上である球形トナーを用いることを特徴とするものである。
この画像形成装置及び画像形成方法によれば、現像剤供給部材が現像剤担持体に当接することによって現像剤担持体上のトナーが掻き取られるとともに現像剤担持体上にトナーが新たに供給されて現像剤担持体上のトナーが入れ替わる。この際、現像剤担持体と現像剤供給部材との周速比が上記範囲に設定されているため、後述する実験結果から明らかなように、現像剤供給部材による掻き取り率が高く、現像剤担持体上に現像残トナーが残留することを抑制する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、現像剤担持体上の現像残トナーの残留を抑制することにより、トナーの劣化を低減し、現像剤担持体表面の帯電性能を維持することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供できるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を画像形成装置であるプリンタに適用した場合の第１の実施形態について説明する。まず、プリンタの全体概略構成及び動作について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの全体概略構成を示す構成図である。このプリンタは、像担持体であるドラム状の感光体１の周辺に、感光体１の表面を一様帯電する帯電ローラ２、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を感光体１に照射する露光装置３、感光体１に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置４、感光体１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙Ｐに転写する転写ベルト５、転写後に感光体１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６等が順に配設されている。また、図示しない給紙トレイ等から感光体１と転写ベルト５との間に感光体１の回転と同期して転写紙Ｐを給紙・搬送するレジストローラ対７と、転写紙Ｐ上のトナー像の定着を行う図示しない定着装置とが備えられている。
【００１０】
上記構成のプリンタにおいて、矢印ａ方向に回転する感光体１の表面は、帯電ローラ２で正又は負の所定の帯電電位に一様帯電された後、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線が感光体軸方向にスキャンされて照射される。これにより、感光体１上に静電潜像が形成される。感光体１上に形成された静電潜像は、現像領域において、現像装置４により帯電したトナーを付着させることで現像されトナー像となる。一方、転写紙Ｐは図示しない給紙搬送装置で給紙・搬送され、レジストローラ７対により所定のタイミングで感光体１と転写ベルト５とが対向する転写部に送出・搬送される。そして、転写ベルト５により、転写紙２０に感光体１上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体１上に形成されたトナー像が転写紙Ｐに転写される。次いで、転写紙Ｐは、感光体１から分離され、図示しない定着装置に送られ、定着装置でトナー像が定着された後、装置外に排出される。転写ベルト５でトナー像が転写された後の感光体１の表面は、クリーニング装置６のクリーニングブレード６１によりクリーニングされ、感光体１上に残ったトナーが除去される。
【００１１】
図２は、上記現像装置の構成を示す構成図である。図２に示すように、この現像装置４は、現像器４０の開口部から周面の一部を露出させて感光体１に対向する現像剤担持体としての現像ローラ４１と、現像剤供給部材としての供給ローラ４２と、現像剤規制部材としての規制ブレード４３とを備える。また、現像器４０内には、現像剤移送部材としてのアジテータ４４を備えている。
【００１２】
上記現像装置４において、現像器４０内に収容されている現像剤は、上記アジテータ４４により撹拌されながら、供給ローラ４２の表面に機械的に供給され担持される。供給ローラ４２は、トナーを担持しながら現像ローラ４１との対向部まで搬送し、現像ローラ４１に摺察しながらトナーを適度に摩擦帯電しながら供給する。現像ローラ４１に供給されたトナーは、現像ローラ４１にトナーを介して当接している規制ブレード４３により適当な層厚に薄層化される。同時に、現像ローラ４１に供給されたトナーは、現像ローラ４１と規制ブレード４３との間に挟まれることで現像ローラ４１表面、規制ブレード４３表面と摩擦され、所望の極性に摩擦帯電される。そして、現像ローラ４１の矢印方向の回転により、感光体１との対向部である現像領域に搬送される。現像領域では、現像ローラ４１上のトナー層が現像電界によって感光体１上の静電潜像に転移し、静電潜像がトナー像として可視化される。現像領域で現像に使用されず現像ローラ４１上に残留するトナー層は、供給ローラ４２との当接部で現像ローラ４１から掻き取られる。同時に現像ローラ４１上には供給ローラ４２の回転により現像剤が新たに供給される。一方、供給ローラ４２によって掻き取られた現像剤は、供給ローラ４２の回転により現像器４０内に戻され、アジテータ４４の回転により供給ローラ４２から離れる方向に移送されて、現像器４０内で攪拌混合される。
【００１３】
上記規制ブレード４３は、図２に示すように先端が現像ローラ４１の回転方向に対して下流側を向き、規制ブレ−ド４３の中央部が当接する、いわゆる腹当て当接である。規制ブレード４３の当接方法は、これに限られず逆方向でも可能であるし、エッジ当接でも可能である。規制ブレード４３の材料には、厚さ０．１〜０．１５[ｍｍ]のＳＵＳ３０４等の金属や、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４１との間に電界を形成することも可能である。
【００１４】
また、上記規制ブレード４３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装置４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、下限を下回ると現像ローラ４１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]）の範囲が良好である。上限を越えると現像ローラ４１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４３を通過することもあり、画像品質が著しく低下する。また、規制ブレード４３の当接角度は先端が現像ローラ４１の下流側を向く方向で現像ローラ４１の接線に対して１０〜４５゜が良好である。規制ブレード４３と現像ローラ４１に挟まれたトナ−の薄層形成に不必要な分は、現像ローラ４１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−１０〜−３０［μＣ／ｇ］の範囲である。なお、本実施形態では、規制ブレード４３には、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、現像ローラ上に目標のトナー付着量を得ることができた。
【００１５】
上記供給ロ−ラ４２は、可撓性を有する材料、例えば発泡ポリウレタン等で構成され、５０〜５００μｍの径のセルでトナ−を保持し易い構造となっている。また、供給ローラの硬度は１０〜３０゜（ＪＩＳ−Ａ）と比較的低く、現像ローラ４１とも均一に当接させることができる。
【００１６】
次に、本発明の特徴部となる上記現像ローラと上記供給ローラとの線速比について説明する。第１の実施形態において、上記供給ローラ４２は、現像ローラ４１と逆方向に回転、すなわち両ローラ４１，４２の当接部で互いに表面が順方向に移動するように回転駆動されている。供給ローラ４２上（若しくは供給ローラ４２内部）に存在する所定極性のトナーは、両ローラ４１，４２の当接部で互いに表面が順方向に回転する両ローラ４１、４２の間に挟まれることにより摩擦帯電効果で帯電電荷を得る。そして、供給ローラ４２上のトナーは、この摩擦帯電効果による静電気力と現像ローラ４１の表面粗さによる搬送効果とにより現像ローラ４１上に保持されるようになる。しかし、この時の現像ローラ４１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、本実施形態では、現像ローラ４１の線速をＶＤＲとし、供給ローラ４２の線速をＶＳＰとするとき、両ローラ４１，４２の線速比を｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦０．５若しくは１．５≦｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦４の範囲とすることを特徴とする。
【００１７】
図３は、上記現像ローラと供給ローラとの線速比に対する掻き取り率との関係を示す特性図である。掻き取り率の定義はある色のトナーを担持した供給ローラが別の色のトナーを担持した現像ローラに接触する時に一度の接触でどれだけの相互移動が発生するかであり、色度の分布で見る事により最初のトナー量と接触後のそれぞれのトナー量を算出することができる。図３に示すように、新しいトナー（図中Ｎｅｗで示す）を使用した場合では線速比が０．６、１．２の臨界部内で掻き取り率が７０％を下回っている。劣化して凝集率が８０％となった古いトナー（図中Ｏｌｄで示す）を使用した場合は線速比が０．５、１．５の臨界部内で掻き取り率が７０％を下回っている。以上の結果から、掻き取り率７０％以上を得るためには、現像ローラ４１と供給ローラ４２との線速比を｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≦０．５若しくは｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜≧１．５の範囲とすることが好ましいことがわかる。掻き取り率が７０％を下回る場合には、トナーが劣化し、経時でトナー帯電特性が変化したり、トナーフィルミングが発生したりして、画像品質が低下してしまう。一方、現像ローラ４１と供給ローラ４２との線速比｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜が４を上回ると、現像ローラ４１と供給ローラとの線速差が過剰となり当接部で摩擦熱が発生してしまう。そのために、当接部近傍に存在するトナーが溶融しやすくなり、ローラ４１，４２へのフィルミングが発生しやすくなってしまい好ましくない。
【００１８】
次に、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態に係る現像装置の構成を示す構成図である。なお、第２の実施形態に係る現像装置においては、供給ローラの回転方向以外は同一であるので、同一符号を付し説明を省略する。図４に示すように、第２の実施形態において、上記供給ローラ４２は、現像ローラ４１と順方向に回転、すなわち両ローラ４１，４２の当接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。供給ローラ４２上（若しくは供給ローラ４２内部）に存在する所定極性のトナーは、両ローラ４１，４２の接触点で互いに反対方向に回転する両ローラ４１、４２の間に挟まれることにより摩擦帯電効果で帯電電荷を得る。そして、供給ローラ４２上のトナーは、この摩擦帯電効果による静電気力と現像ローラ４１の表面粗さによる搬送効果とにより現像ローラ４１上に保持されるようになる。しかし、この時の現像ローラ４１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、本実施形態では、現像ローラ４１の線速をＶＤＲとし、供給ローラ４２の線速をＶＳＰとするとき、両ローラの４１，４２線速比を０．８≦｜ＶＤＲ／ＶＳＰ｜≦３の範囲とすることを特徴とする。
【００１９】
図５は、上記現像ローラと供給ローラとの線速比に対する掻き取り率を示す特性図である。図５に示すように、新しいトナー（図中Ｎｅｗで示す）を使用した場合では線速比が０．７の臨界部を下回ると掻き取り率が７０％を下回っている。劣化して凝集率が８０％となった古いトナー（図中Ｏｌｄで示す）を使用した場合は線速比が０．８の臨界部を下回ると掻き取り率が７０％を下回っている。以上の結果から、掻き取り率７０％以上を得るためには、両ローラの線速比を｜ＶＤＲ／ＶＳＰ｜≧０．８の範囲とすることが好ましいことがわかる。掻き取り率が７０％を下回る場合には、トナーが劣化し、経時でトナー帯電特性が変化したり、トナーフィルミングが発生したりして、画像品質が低下してしまう。一方、現像ローラ４１と供給ローラ４２との線速比｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜が３を上回ると、現像ローラ４１と供給ローラとの線速差が過剰となり当接部で摩擦熱が発生してしまう。そのために、当接部近傍に存在するトナーが溶融しやすくなり、ローラ４１，４２へのフィルミングが発生しやすくなってしまい好ましくない。
【００２０】
また、第１及び第２の実施形態においては、現像ローラ４１に対する供給ローラ４２の喰い込み量を以下のように設定することが好ましい。図６は、現像ローラに対する供給ローラの喰い込み量を説明する説明図である。図６に示すように現像ローラ径をＲ１、供給部材の径をＲ２、供給ローラの内弾性部材の厚みをｄ２とし、喰い込み量をＸとしたとき、０＜Ｘ＜１．８＜ｄ２の関係を満たすことが好ましい。喰い込み量Ｘを調整することで、さらに掻き取り率を向上させることができる。本実施形態では、Ｒ１＝Ｒ２＝１６ｍｍ、ｄ２＝２ｍｍ、Ｘ＝１．２ｍｍとして均一な画像を得ているが、喰い込み量Ｘが１．８ｍｍを越えると現像ローラに弾性体のピッチが現れ供給が不均一な状態となる。なお、現像ローラ４１に対する供給ローラ４２の喰い込み量は、トナ−の帯電特性、供給性に依存するので、上記範囲で最適条件を設定する必要がある。また、現像ローラ４１に対する供給ローラ４２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。
【００２１】
また、図２及び図４に示すように、現像器４０内には、現像器４０内の現像剤を供給ローラ４２から遠ざかる方向へ移送する現像剤移送部材であるアジテータ４４を配設するとよい。現像器４０内のトナーは、アジテータ４４の回転により現像ローラ４１と供給ローラ４２との間の供給ニップ部や、現像ローラ４１と規制ブレード４３との間の規制ニップ部を通過する頻度が減る。その結果、供給ニップ部や規制ニップ部での摩擦によるトナー劣化が低減され、寿命が延びる。
【００２２】
次に、第１及び第２の実施形態で用いられる現像ローラの構成について説明する。本実施形態で用いられる感光体１には、アルミ素管をベースとした剛体ドラムを使用している。そのため、本実施形態で用いられる現像ローラ４１は芯金上に弾性層が形成された構成であることが好ましい。現像ローラ４１の弾性層には、硬度（ＪＩＳ−Ａ）が１０〜７０°であるゴム材料を用いることが好ましい。現像ローラ４１の直径は１０〜３０ｍｍが好ましい。現像ローラ４１の表面は適宜あらして表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）を１〜４μｍとした。この表面粗さＲｚの範囲は、トナーの体積平均粒径に対して１３〜８０％となり、現像ローラ４１の表面に埋没することなくトナーが搬送される範囲である。ここで、現像ローラ４１のゴム材料として使用できるものとしては、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。本実施形態では、硬度（ＪＩＳ−Ａ）が３０゜直径が１６ｍｍの現像ローラ４１を用いた。
【００２３】
また、上記現像ローラ４１の表層を樹脂でコートしてもよい。現像ローラ４１の表層をコートする材料は、帯電極性がトナーと逆極性であることが好ましい。使用する材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等を含有する樹脂、ゴム材料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てもよい。更に均一に現像ローラ４１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。
【００２４】
また、上記現像ローラ４１は、材料に依存するが、単一層の構成であってもよい。現像ローラ４１は経時で削れるが、トナーその他のものが付着して表面上に所謂トナーフィルミングが発生する場合がある。原因はトナーと現像ローラ４１表面の付着力の増加によるものが大きいがトナーの添加剤埋没による流動性低下も大きな要因となる。そこで、現像ローラ４１に摩耗しやすい材料を用いて現像ローラ４１の磨耗を積極的に行ってもよい。現像ローラ４１としてはどの厚さであっても体積固有抵抗が同じになるように構成する事で現像能力は安定化できる。材料としてはシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等のゴム材料にカーボンブラック等の導電剤を分散させるものであるが、どれだけ削れても抵抗が変化しないようにするものでマクロレベルの分散の均一性向上により現像特性の安定化が可能となる。現像ローラ４１に用いる材料としては、具体的には、現像ローラ４１の径を１８ｍｍ、供給ローラ４２の径を１６ｍｍ、現像ローラ４１に対する供給ローラ４２の喰い込み量を１ｍｍとし、現像ローラ４１と供給ローラ４２との当接部で互いの表面が逆方向に移動し、現像ローラ４１と供給ローラ４２との周速比｜ＶＳＰ／ＶＤＲ｜が０．９となる条件で連続作動するとき、現像ローラの摩耗量が０．５［μｍ／ｈｒ］以上となるようなものを用いることが好ましい。摩耗量が［μｍ／ｈｒ］を下回ると、従来の体表面エネルギー材料（シリコン系樹脂、フッ素系樹脂等）をコートしたものであれば問題ないが、通常のゴム材料（ブタジエン、ヒドリン等）で現像剤と親和力のあるものは現像剤が付着しやすくなり、経時的にフィルミングが発生しやすくなり好ましくない。
【００２５】
次に、本実施形態で用いられるトナーについて説明する。トナーは、ポリエステル、ポリオ−ル、スチレンアクリル等の母体樹脂に帯電制御剤（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。トナーには、更に場合によって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は、メイン樹脂にポリエステル、添加剤にシリカ、チタンを外添している。また、トナーの体積平均粒径は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。
【００２６】
また、トナーには、凝集度が４〜８０％の範囲で変化するものを用いる。トナー凝集度が４％を下回るトナーは、流動性は極めて高くなるが、実際にはトナー母体に対して極めて多量の添加剤を混入する必要がある。そのため、トナー母体に対する添加剤による被覆率が異常に高くなると同時に、トナー母体表面に付着しきれなかった添加剤がトナー中に存在することになる。添加剤はシリカに代表されるように樹脂に対して非常に硬度が高いので、現像ローラ４１や感光体１等の部材を傷つけることになり、部材劣化を促進させてしまうため好ましくない。
【００２７】
なお、トナーの凝集度の測定は特開平７−１６００３３号公報に記載されているトナー凝集度の測定方法及び定義による。このトナー凝集度の測定方法は、篩の目開きが１５０μｍ（上段）、７５μｍ（中段）、４５μｍ（下段）の組合せの第１組のものと、篩の目開きが７５μｍ（上段）、４５μｍ（中段）、２２μｍ（下段）の組合せの第２組のものとを用いる。そして、上段の篩にトナー２グラムを載せ、振幅１ｍｍで、Ｔ＝２０＋｜（１．６−Ｗ）／０．０１６｜［ｓｅｃ］（但しＷはトナーの動的見掛け比重であって、Ｗ＝（Ｐ−ａ）ｃ／１００＋ａの数式で計算され、Ｐ；固め見掛け比重、ａ；ゆるみ見掛け比重、ｃ；ゆるみ見掛け比重と固め見掛け比重との比から求めた圧縮度）の数式で計算された時間を振動させた後、各篩に残留したトナーの重量を測定して次の式で計算する。
（１）｜（上段に残ったトナー重量）／２｜×１００
（２）｜（中段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（３／５）
（３）｜（下段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（１／５）
上記３つの計算値の合計をトナーの凝集度と定義している。
【００２８】
また、本実施形態で使用されるトナーには、トナー粒子の平均径による面積に対して投影面積の比率が９０％以上である球形トナーを用いることが好ましい。通常の粉砕トナーではこの比率が９０％よりも小さい。この比率が９０％以上の球形トナーは、現像ローラに付着しにくく、フィルミングなどの発生も抑制することができる。また、突起物が少なく回転しやすいので、攪拌によるトナー劣化を抑制することができる。よって、径時にわたりトナーが凝集することがなく、この凝集したトナーによる現像ローラのフィルミングも抑制することができる。
これらのトナーは重合法（乳化、懸濁、分散）等で作製される事が多い。またトナー径を均一に作ることも可能である。本実施形態では重合法で制作したトナーは、平均粒径６μｍ、比率９６％である。
【００２９】
なお、上記プリンタを構成する複数の装置の一部は、プリンタ本体に対して一体になって着脱可能に構成されるプロセスカートリッジとして構成してもよい。図７は、感光体の周りの構成を示す模式図である。図７に示すように、現像装置４は、現像器４０内に収められた現像ローラ４１，供給ローラ４２，規制ブレード４３，アジテータ４４は、プリンタ本体に対して着脱可能な一体構成物であるプロセスカートリッジ４５として構成してもよい。現像器４０、現像ローラ４１、供給ローラ４２、規制ブレード４３等の部品をカートリッジ式に交換することができれば、トナーの劣化に影響されず、常に均一な現像特性を維持することができ、均一な画像を得ることが可能となる。また、感光体１と帯電装置２と現像装置４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な一体構造物であるプロセスカートリッジとして構成してもよい。
【００３０】
以上、第１及び第２の実施形態によれば、現像剤供給部材である供給ローラ４２によって現像剤担持体である現像ローラ４１上の現像残トナーが掻き取られるとともに、現像剤ローラ４１上にトナーが新たに供給されて現像ローラ４１上のトナーが入れ替わる。この際、現像ローラと供給ローラとの線速比が上記範囲に規定されているため、供給ローラ４２による掻き取り率が高く、現像ローラ４１上に現像残トナーが残留することを抑制する。よって、トナーの劣化が低減され、現像ローラ表面の帯電性能を維持することができる。
また、実施形態によれば、供給ローラ４２の現像ローラ４１への喰い込み量が上記範囲に規定することにより、供給ローラ４２による掻き取り率をさらに向上させることができる。
また、本実施形態によれば、現像剤移送部材であるアジテータ４４を備えているので、現像ローラ４１と供給ローラ４２との間の供給ニップ部、現像ローラ４１と規制ブレード４３との間の規制ニップ部を通過する回数が減少する。よって、トナーの添加剤埋没の進行が抑制され、トナーの劣化が抑制される。
また、本実施形態によれば、現像ローラ４１が摩耗しやすい材料で構成されるので、現像ローラ４１表面にトナーが付着しにくく、現像ローラ４１表面を初期の帯電性能に維持することができる。
また、本実施形態によれば、球形トナーを用いているので、現像ローラ４１に付着しにくく、攪拌によるトナー劣化が抑制される。
また、本実施形態によれば、現像装置４を装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジとして構成することにより、トナーの劣化に影響されずに均一な画像を得ることができる。
【００３１】
図８は、別の実施形態に係る現像装置の構成図である。図８に示す現像装置は、現像容器５０の開口部から周面の一部を露出して感光体ベルト５１に対向する現像剤担持体としての現像ローラ５２を備えている。そして、現像剤規制部材としての規制ローラ５３と、現像剤供給部材としての供給ローラ５４と、現像剤移送部材としてのアジテータ５５，５６，５７を備えている。第１及び第２の実施形態では、規制部材として規制ブレード４３を用いたが、図８に示すように、円筒状の規制ローラ５３を当接させて薄層を形成してもよい。また、第１及び第２の実施形態では、現像剤移送部材としてひとつのアジテータ４４を用いたが、図８に示すように複数のアジテータ５５，５６、５７を設けてもよい。また、第１及び第２の実施形態では、弾性層を有する現像ローラ４１を用いたが、図８に示すように、いわゆる感光体ベルトを使用した場合には、現像ローラ４１の硬度は高くても問題がないので、金属ローラ等も使用可能である。
【００３２】
また、上記実施形態では、感光体上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する画像形成装置について説明したがこれに限られない。例えば、感光体上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置にも適用できるものである。また、上記実施形態では、ひとつの感光体１及びひとつの現像装置４を有するモノクロ画像形成装置を例に説明したがこれに限られない。例えば、一つの感光体上に各色ごとのトナー像を順次形成し、感光体上の各色トナー像を順次中間転写体又は転写紙に重ね合わせて転写するカラー画像形成装置にも適用することができる。また例えば、感光体を含む画像形成ユニットを複数組並べて配置し、各画像形成ユニットの感光体上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体上のトナー像を中間転写体又は転写紙に重ね合わせて転写す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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係るプリンタの全体概略構成を示す構成図。
【図２】第１の実施形態に係る現像装置の構成を示す構成図。
【図３】同現像装置における現像ローラと供給ローラとの線速比に対する掻き取り率を示す特性図。
【図４】第２の実施形態に係る現像装置の構成を示す構成図。
【図５】同現像装置における現像ローラと供給ローラとの線速比に対する掻き取り率を示す特性図。
【図６】現像ローラに対する供給ローラの喰い込み量を説明する説明図。
【図７】感光体周りの構成を示す模式図。
【図８】別の実施形態に係る現像装置の構成を示す構成図。
【符号の説明】
【００３４】
１    感光体
４    現像装置
４０    現像器
４１    現像ローラ
４２    供給ローラ
４４    アジテータ
【図１】
2006208619.tif 000003
【図２】
2006208619.tif 000004
【図３】
2006208619.tif 000005
【図４】
2006208619.tif 000006
【図５】
2006208619.tif 000007
【図６】
2006208619.tif 000008
【図７】
2006208619.tif 000009
【図８】
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