(57)【要約】【課題】  帯電部材による帯電前の現像剤層の帯電量を抑え、帯電むらによって現像剤の帯電状態が不均一になることを防ぐ。【解決手段】  静電潜像が担持される像担持体１に対向し且つ回転可能で表面に現像剤Ｇを担持する現像剤担持体２と、この現像剤担持体２に離間配置されると共に当該現像剤担持体２との間に現像剤担持体２への現像剤供給を促す供給バイアス４が印加され且つ表面に担持された現像剤Ｇを現像剤担持体２に供給する現像剤供給部材３と、この現像剤供給部材３より現像剤担持体２の現像剤搬送方向下流側に配設されると共に現像剤担持体２との間に現像剤Ｇを帯電する帯電バイアス６が印加され且つ現像剤担持体２上の現像剤Ｇの帯電規制を行う帯電部材５と、帯電部材５による帯電前の現像剤層の表面電位を絶対値で１０Ｖ以下に調整する現像剤層調整手段７とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が担持される像担持体に対向し且つ回転可能で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
この現像剤担持体に離間配置されると共に当該現像剤担持体との間に現像剤担持体への現像剤供給を促す供給バイアスが印加され且つ表面に担持された現像剤を現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、
この現像剤供給部材より現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に配設されると共に現像剤担持体との間に現像剤を帯電する帯電バイアスが印加され且つ現像剤担持体上の現像剤の帯電規制を行う帯電部材と、
帯電部材による帯電前の現像剤層の表面電位を絶対値で１０Ｖ以下に調整する現像剤層調整手段とを備えることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
現像剤層調整手段は、現像剤供給部材から現像剤担持体へ供給される現像剤量を１０ｇ／ｍ２以下に調整するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
現像剤担持体と現像剤供給部材とのギャップが５０μｍ乃至４００μｍの範囲内に設定されることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
現像剤層調整手段は、現像剤担持体に印加される現像バイアスに供給バイアスを重畳し、この供給バイアスの１周期中に、少なくとも現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤担持体と現像剤供給部材との間で現像剤の移動に作用する作用領域と、現像剤の移動に作用しない非作用領域とを含ませることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項４記載の現像装置において、
現像剤層調整手段は、供給バイアスの１周期に占める作用領域の時間の割合を、０．３以下にするものであることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項４記載の現像装置において、
現像剤層調整手段は、供給バイアスの１周期に占める作用領域の時間の割合を、０．０７以下にするものであることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項６記載の現像装置において、
現像剤供給部材上での現像剤付着量が５０ｇ／ｍ２乃至１００ｇ／ｍ２の範囲内であり且つ現像剤担持体上での現像剤付着量が７ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
現像剤供給部材は、剛性材料で構成されることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
帯電部材は、現像剤担持体上の現像剤と接触するフィルム状部材で構成されることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
帯電部材は、現像剤担持体上の現像剤と離間する位置に配設されることを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の現像装置において、
帯電部材の少なくとも現像剤担持体に対向する表面には、電導剤としてイオン伝導性物質にて抵抗調整され、体積抵抗率が１×１０９Ω・ｃｍ以上且つ１×１０１１Ω・ｃｍ以下の表面層を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項１２】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
現像剤担持体上の現像剤量は、前記帯電部材との対向部位を通過しても７０％以上の現像剤量が確保されることを特徴とする現像装置。
【請求項１３】
請求項１又は２に記載の現像装置において、
帯電部材には、現像剤担持体との間で定電流制御された帯電バイアスが印加されることを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の現像装置において、
現像剤担持体の表面粗さは、算術平均粗さＲａを０．７μｍ以下とするものであることを特徴とする現像装置。
【請求項１５】
静電潜像が担持される像担持体と、
この像担持体上の静電潜像を現像する請求項１乃至１４のいずれかに記載の現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷装置等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、一成分現像剤を用いた現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、トナーのみからなる一成分現像剤（トナー）を用いた一成分現像方式と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式とが知られている。中でも、一成分現像方式の現像装置は、キャリアとの混合、撹拌、トナー濃度の制御が不要であるため、装置の小型化、低コスト化が可能であり、更に、現像剤の交換作業などが不要なため、主としてメンテナンスフリーが要望されるプリンタにおいて使用されることが多くなってきている。
【０００３】
従来、一成分現像方式においては、現像ロール上に所定のトナー量及びトナー帯電量を備えたトナー層を形成する一般的な方式としては、発泡体からなるトナー供給ロールを現像ロールに押し付け、この押圧力にて形成されたニップ域内で、現像ロール上に多量のトナーを付着させ、その後規制ブレードによってトナーの層厚を規制し、同時に摩擦帯電を行う方法（接触トナー供給方式）が採られている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、このような方式では、トナー供給ロールを現像ロールに圧接し、その接触部では互いに反対方向に移動させているため、トナー供給量の制御はある程度容易であるが、トナー供給時に過大なストレスがトナーに付与され、トナー表面の外添剤粒子が剥離したり、あるいは内部に埋め込まれたりして、結果的にトナー粒子の流動性、凝集性、帯電特性等が初期とは変化するようにもなり、画質が劣化する。
また、トナー供給ロールによる摩擦帯電により、帯電部材による帯電前にてトナーが予め帯電してしまい、帯電部材による帯電制御を一様に行うことが困難となる。そのため、帯電時に帯電むらを生じ、現像特性のばらつきによる画質劣化が懸念される。
更にまた、現像装置の駆動トルクが大きくなり、画像のバンディングの原因にもなる。更には、トナー供給ロールの発泡体内部にトナー粒子が入り込んで、発泡体の硬さが変化し、その結果トナー供給能力が低下したり、この供給能力の低下による画像濃度の低下等を来す。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７５３５７号公報（発明の実施の形態、図２）
【特許文献２】特開平９−２７４３７６号公報（実施例１、図２）
【特許文献３】特開平９−３１１５３９号公報（発明の実施の形態、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような問題を解決するために、現像ロールとトナー供給ロールとを離間配置した方式（非接触トナー供給方式）が提案されている（例えば特許文献２，３参照）。
確かに、このような方式にあっては、トナー供給ロールと現像ロールとを離間配置させていることから、トナー供給ロールから現像ロールへトナーを供給する際のトナーへのストレス付与や摩擦帯電は小さくなる。
しかしながら、トナー供給ロールと現像ロールとの間にギャップがあるため、このギャプでのトナーの充填度合の違いが現像ロール上のトナー層厚に直接影響し易く、均一な薄層を形成し難い。そこで、現像ロール上で均一なトナー薄層を形成するには、前記ギャップ部位にトナーを多く供給し、後段の帯電部材の配設部位にて層厚規制する方式や前記ギャップに至る前にトナーに対して事前層厚規制を行い、しかる後、薄層に規制されたトナーを現像ロールに供給する方式が考えられる。
【０００６】
確かに、このような非接触トナー供給方式は、接触トナー供給方式に比べれば、トナー供給ロールから現像ロールへのトナー供給時に摩擦帯電がない分、帯電前の現像ロール上のトナー帯電量は少なく抑えられる。しかし、非接触トナー供給方式のうち、前者の方式にあっては、ギャップへのトナー供給量が多くなる分、ギャップでのトナー相互の摩擦による帯電量も大きくなり、また、現像ロール上に形成されるトナー層も厚くなることから、帯電部材による帯電時に帯電むらの要因になり易い。
更に、帯電部材によるトナーの層厚規制を行う必要があることから、帯電部材によるトナーの層厚規制時にトナーに対してストレスが必然的に付与されることになる。特に、この現象は帯電部材へのトナー供給量が多いと一層顕著になる。つまり、帯電部材前のトナー供給量が多いと、帯電部材でせき止めるトナー量そのものが多くなることから、帯電部材を通過するトナーと帯電部材との間の摺擦抵抗が増え、その分、トナーに対するストレスが大きくなる。極端な場合には、トナーが帯電部材に固着する虞があり、この場合にはトナー粒子の通過が阻害される結果、画像に白スジを発生させたり、帯電部材に固着して硬くなった固形物が、現像ロールの表面に窪み状の傷を形成してしまい、その傷にトナー粒子が目詰まりして画像に黒スジが発生するという懸念もある。その他、現像ロール表面にトナー成分がフィルムミングして、トナーの帯電量に変動を来し画像にかぶりが発生する懸念もある。
【０００７】
一方、後者の方式（事前層厚規制方式）にあっては、例えばトナー供給ロール上のトナーを層厚規制ブレードにて事前規制し、トナー供給ロール上のトナーを減らして現像ロールに供給しようとすると、層厚規制ブレードによる事前規制時にトナー相互の摩擦が増え、帯電されたトナーが現像ロールに供給されるため、現像ロール上に形成されるトナー層の層厚は薄くなるが、その表面電位は高くなってしまい、帯電部材による帯電時の帯電むらに繋がる虞がある。
【０００８】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、帯電部材による帯電前の現像剤層の帯電量を抑え、帯電むらによって現像剤の帯電状態が不均一になることを防ぎ、長期に亘って安定した現像特性を備えた現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は、図１に示すように、静電潜像が担持される像担持体１に対向し且つ回転可能で表面に現像剤Ｇを担持する現像剤担持体２と、この現像剤担持体２に離間配置されると共に当該現像剤担持体２との間に現像剤担持体２への現像剤供給を促す供給バイアス４が印加され且つ表面に担持された現像剤Ｇを現像剤担持体２に供給する現像剤供給部材３と、この現像剤供給部材３より現像剤担持体２の現像剤搬送方向下流側に配設されると共に現像剤担持体２との間に現像剤Ｇを帯電する帯電バイアス６が印加され且つ現像剤担持体２上の現像剤Ｇの帯電規制を行う帯電部材５と、帯電部材５による帯電前の現像剤層の表面電位を絶対値で１０Ｖ以下に調整する現像剤層調整手段７とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
このような技術的手段において、本発明に係る現像装置は、一成分現像剤（現像剤）Ｇを使用するものであり、現像剤担持体２は現像剤Ｇを担持できるものであればよく、ドラム状、ベルト状を含む。また、効果的に現像を行う観点からは、現像剤担持体２は像担持体１と接触配置される態様が好ましいが、非接触であっても差し支えない。更に、現像剤担持体２としては弾性体であっても剛体であってもよく、例えば可撓性チューブであっても差し支えない。
また、現像剤供給部材３は、現像剤Ｇを担持搬送できるものであれば特に限定されないが、現像剤担持体２と離間配置される観点から、安定したギャップを維持できる剛性ロール状が好ましい。そして、現像剤担持体２と現像剤供給部材３との間に現像剤担持体２への現像剤供給を促す供給バイアス４が印加されることで、現像剤担持体２への現像剤Ｇの供給を安定に行うことが可能になる。
更に、本発明においては、現像剤担持体２と現像剤供給部材３との回転方向は、両者の対向部位で互いに異なる方向（Ａｇａｉｎｓｔ方向）であっても同方向（Ｗｉｔｈ方向）であってもよい。
【００１１】
また、帯電部材５は、現像剤担持体２との間で現像剤Ｇに対し、帯電を付与できるものであればよく、現像剤担持体２に対し接触する態様、離間する態様のいずれでもよい。
更に、帯電バイアス６は、現像剤Ｇを帯電するものであればその制御方式は問わず、例えば定電流制御方式や定電圧制御方式が挙げられる。
【００１２】
そして、特に、本発明においては、現像剤層調整手段７によって現像剤供給部材３から供給される現像剤Ｇが、帯電部材５による帯電前の現像剤担持体２上の現像剤層の表面電位を絶対値（以降、本件でいう表面電位は、絶対値で表し、特に必要な場合には「絶対値」を記載する）で１０Ｖ以下になるように調整することで、帯電部材５での帯電制御が容易になり、現像剤Ｇの均一な帯電制御が可能になる。
一方、例えば現像剤担持体２へ現像剤供給部材３を接触させる方式のように、現像剤層の表面電位が１０Ｖを超えるようになると、現像剤層中の現像剤粒子への不均一な帯電が想定され、帯電部材５での均一な帯電制御が困難になり易い。また、現像剤Ｇの層厚自体も厚くなることから、帯電部材５での現像剤Ｇへの層厚規制を必要とし、現像剤Ｇへの余分なストレスを付与させるようになり易い。
【００１３】
また、現像剤層調整手段７としては、現像剤担持体２上へ供給される現像剤量が１０ｇ／ｍ２以下となるように調整することが好ましく、この場合、現像剤量を少なくすることで、現像剤Ｇの表面電位も小さくなり、更に、帯電部材５による現像剤Ｇの層厚規制を殆ど不要にすることができ、現像剤Ｇへのストレス付与も一層小さくできるようになる。そのため、一層安定した現像特性が可能になり、高画質な画像形成を維持することができる。
【００１４】
更に、本発明における現像剤層調整手段７は、現像剤担持体２に印加される現像バイアスに供給バイアス４を重畳し、この供給バイアス４の１周期中に、少なくとも現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤Ｇの移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤担持体２と現像剤供給部材３との間で現像剤Ｇの移動に作用する作用領域と、現像剤Ｇの移動に作用しない非作用領域とを含ませるようにすることが好ましく、このような供給バイアス４を現像剤担持体２と現像剤供給部材３との間に印加することで、現像剤供給部材３から現像剤担持体２へ供給される現像剤Ｇへの不要な摩擦帯電を防ぎ、更に、現像剤量をも制御し易くなる。
【００１５】
また、現像剤層調整手段７として、この供給バイアス４の１周期に占める作用領域の時間の割合（デューティ比）を、０．３以下にすることが好ましく、この場合、現像剤担持体２へ供給される現像剤Ｇ相互の摩擦が少なくなり、現像剤層の表面電位を小さくすることができ、更に、供給される現像剤量を１０ｇ／ｍ２以下にすることが容易になり、現像剤層の表面電位も一層小さくなる。
更にまた、現像剤層調整手段７によって、１周期に占める作用領域の時間の割合（デューティ比）を、０．０７以下にすることが一層好ましく、この場合、現像剤担持体２への現像剤量を７ｇ／ｍ２以下にすることができ、一層所望の現像剤薄層が形成できるようになる。
【００１６】
ここで、供給バイアス４に近似した先行技術としては、例えば特許文献３にて示される技術があるが、本発明の供給バイアス４とは全く相違するものである。
特許文献３には、現像剤担持体上のゴーストを防止する目的で、現像剤担持体に現像バイアスとしてブランクパルス（交流電圧と直流電圧を重畳して印加する区間（振幅部）と、これに続いて直流電圧のみを印加する区間（ブランク部）の全体を１サイクルとして、このサイクルを繰り返すバイアス）を印加する非接触現像方式が開示されている。そして、このとき、現像剤供給部材には一定電圧を印加するか、上述のブランクパルスを印加するようになっている。
この特許文献３記載の技術は、潜像担持体と現像剤担持体の間の現像バイアスをブランクパルスにすることにより、現像されるトナーの帯電量が偏る現像選択性を解消し、現像ゴーストを防止しようとするものであり、潜像担持体へ現像付着するトナーの挙動を改善しようとしたものである。したがって、現像剤担持体へ供給され付着するトナーの挙動を改善するものではない。まして、現像剤供給部材から現像剤担持体に供給される現像剤量を低く抑制し、均一化することに着目したものではない。例えば、現像剤供給部材から現像剤担持体に供給される現像剤量が不足することに対しては、現像剤供給部材と現像剤担持体との間の電界作用によって防止することは記載されているが、現像剤量を低く抑制する技術については何ら示唆されていない。このように、現像剤担持体へ供給される現像剤の帯電量（表面電位）や供給量に関しては何ら示されていない。更に、上述のブランクパルスでは、常に直流電圧が重畳されていることから、現像剤担持体に供給される現像剤の帯電量は少なくないものと想定される。よって、この方式は、本件とは異なるものである。
【００１７】
また、本発明においては、現像剤担持体２と現像剤供給部材３とのギャップを５０〜４００μｍの範囲内に設定することが好ましく、ギャップがこの範囲内であれば、例えばギャップ内での現像剤Ｇ相互の不要な摩擦等を抑制でき、一層表面電位が小さい現像剤層を現像剤担持体２上に供給することができるようになる。仮に、ギャップが５０μｍ未満では、現像剤Ｇがギャップに詰まり易くなり、現像剤Ｇ相互の摩擦も増え不均一で表面電位の大きい現像剤層となり易く、厚い現像剤層になり易い。また、４００μｍ以上では、現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤Ｇの供給そのものが困難となり、供給バイアス４を工夫して現像剤担持体２上に現像剤Ｇを供給したとしても、表面の均一性に欠けた薄い現像剤層になり易い。
【００１８】
更に、本発明では、上述のごとく、表面電位が小さい現像剤Ｇを供給する観点から、現像剤供給部材３上の現像剤付着量が５０〜１００ｇ／ｍ２であり、現像剤担持体２上の現像剤付着量が７ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。このようにすれば、現像剤供給部材３と現像剤担持体２とのギャップでの現像剤Ｇ相互の不要な摩擦を防ぐことが可能になり、現像剤担持体２上での現像剤層の表面電位を小さくすることが可能になり、更に、現像剤層を均一な薄層にすることができるようになる。そのため、帯電部材５では主に帯電付与のみを行えばよいようになり、一層帯電むらを抑止した帯電制御を行うことができ、また、帯電部材５による現像剤Ｇへのストレス付与を一層少なくすることができる。
【００１９】
また、本発明における帯電部材５としては、現像剤Ｇへのストレスを低減させる観点から、現像剤担持体２上の現像剤Ｇと接触するフィルム状部材で構成することが好ましく、フィルム状部材としては、シート状やチューブ状の態様が挙げられる。
更に、本発明では、帯電部材５を現像剤担持体２上の現像剤Ｇと離間する位置に配設することも可能で、この場合、現像剤Ｇへのストレス付与をなくすことができるようになる。
そして、帯電部材５の少なくとも現像剤担持体２に対向する表面には、導電剤としてイオン伝導性物質にて抵抗調整され、体積抵抗率が１×１０９Ω・ｃｍ以上且つ１×１０１１Ω・ｃｍ以下の表面層を備えることが好ましく、このようにすれば、帯電時の異常放電等の発生を抑制し、現像剤Ｇの帯電均一性が向上する。また、イオン伝導性物質を用いることで、例えばカーボンブラック等の電子伝導性物質を用いた場合に比べ、表面層での導電剤の分散性が大幅に良くなり、現像剤Ｇに対する均一な帯電電界を印加することが可能になり、帯電時の安定性が一層向上する。
【００２０】
更に、帯電部材５には、現像剤担持体２との間で定電流制御された帯電バイアス６が印加されるようにすることが好ましく、定電流制御された帯電バイアス６を印加することで、帯電制御が一層安定し、現像特性の安定性を一層向上させることができる。
そして、現像剤担持体２上の現像剤量は、前記帯電部材５との対向部位を通過しても７０％以上の現像剤量が確保されるようにすれば、帯電部材５による現像剤Ｇへのストレス付与を小さくする観点から好ましい。
【００２１】
また、本発明においては、現像剤担持体２の表面粗さを算術平均粗さＲａが０．７μｍ以下となるようにすることが好ましく、現像剤担持体２の表面粗さを小さくすることで、現像後の現像剤担持体２上に残る残留現像剤を現像剤担持体２から容易に剥離することができ、現像剤供給部材３からの現像剤Ｇの安定した供給が一層可能になり、現像剤担持体２での現像剤Ｇの薄層形成が一層安定して行われるようになる。仮に、算術平均粗さＲａが０．７μｍ以上であると、現像剤担持体２表面からの残留現像剤の剥離性能が劣り、現像履歴を解消することが困難となる。その結果、ゴースト画像が出易くなる。
更に、本発明による画像形成装置の態様としては、静電潜像が担持される像担持体１と、この像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置として、上述の現像装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、現像剤担持体と、この現像剤担持体との間で現像剤を供給する供給バイアスが印加された現像剤供給部材とを離間配置させ、また、現像剤担持体との間で現像剤を帯電する帯電バイアスが印加された帯電部材を現像剤担持体に対向配置させ、帯電部材による帯電前の現像剤層の表面電位を１０Ｖ以下（絶対値）に調整するようにしたので、帯電部材による現像剤への均一な帯電量を付与することが容易になり、安定した現像特性が得られると共に、安定した画質の維持を図ることができる。
また、現像剤供給部材から現像剤担持体へ供給される現像剤量を１０ｇ／ｍ２以下にするようにしたので、帯電部材での現像剤層厚規制を不要とし、一層安定した帯電制御が可能になると共に、帯電部材による現像剤へのストレス付与を防ぐことができ、安定した現像特性を維持することが可能になる。
このため、長期に亘って良好な画質を維持できる現像装置を提供することが可能になり、更に、これらの現像装置を用いることで、長期に亘って安定した画像が形成できる画像形成装置を容易に構築することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された実施の形態１の画像形成装置を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像が担持される感光体であり、この感光体２１は帯電ロール等の帯電装置２２によって帯電され、レーザ書き込み装置又はＬＥＤアレイ等を有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この書き込まれた静電潜像は、光の当たった部分の感光体２１の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
また、現像装置３０は、現像ハウジング３１内に一成分現像剤であるトナーを収容し、現像剤担持体としての現像ロール３２にトナーを担持させ、この現像ロール３２に直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスをバイアス電源３３から印加することで、現像ロール３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。
【００２４】
更に、現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間した位置にトナーを現像ロール３２へ供給するトナー供給ロール３４が設けられ、トナーがトナー供給ロール３４から現像ロール３２へ供給されるようになっている。
また、転写装置２６は、例えば感光体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって感光体２１上で現像されたトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスが印加され、感光体２１上のトナー像を記録材２８に転写するようにしたものである。
更に、転写後に感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
【００２５】
更にまた、感光体２１上のトナー像が転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によってトナー像は記録材２８に定着される。定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像が記録材２８に定着されるようになっている。
【００２６】
ここで、本件発明の特徴点である現像装置３０について、図３に基づいて詳細に説明する。同図において、現像装置３０は、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面する位置に、感光体２１とギャップをもって現像ロール３２を回動自在に収容している。
本実施の形態での現像ロール３２は、例えばステンレス（ＳＵＳ）の表面を鏡面仕上げした直径３０ｍｍの金属製ロールで構成され、算術平均粗さＲａが０．１４５μｍ、最大高さＲｙが１．８０１μｍ、十点平均粗さＲｚが１．１１８μｍの表面粗さとなっている。尚、表面粗さの測定は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に準拠し、（株）東京精密製Ｓｕｒｆｃｏｍ１４００Ａにて、ロールの円周方向に沿って測定長１．５ｍｍ、カットオフ波長０．２５ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
【００２７】
この現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と１００μｍのギャップをもって離間した位置に、現像ロール３２に現像剤としてのトナーを供給するため、例えば直径２０ｍｍで表面が現像ロール３２同様の鏡面仕上げを施されたＳＵＳロールからなるトナー供給ロール３４が配設されている。また、現像ロール３２の周速を２２０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー供給ロール３４の周速を４４０ｍｍ／ｓｅｃとし、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とは両者の対向部位で互いに同方向（Ｗｉｔｈ方向）に回転するように構成されている。尚、トナー供給ロール３４としては、現像ロール３２にトナーを供給できるものであればベルト状の態様であっても差し支えない。
【００２８】
そして、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との間にはバイアス電源３５が接続され、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給を行う供給バイアスが印加されるようになっている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、例えば図示外のアジテータによってトナーが撹拌され、トナー供給ロール３４側へトナーが搬送されるようになっている。尚、図中符号３７は、トナー供給ロール３４上のトナーを掻き落とすためのＰＥＴ（ポリエステル）シート等の掻き取り部材であり、トナー供給ロール３４に付着したトナーを掻き取り、トナー供給ロール３４上のトナー量が一定に維持されるようになっている。
【００２９】
更に、本実施の形態では、現像ロール３２と対向する位置で、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位のトナー搬送方向下流側に、現像ロール３２上のトナーの帯電を行う帯電部材としての帯電シート４１が配設されている。
本実施の形態における帯電シート４１は、イオン伝導性物質を分散させた５０μｍ厚のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）よりなる体積抵抗率１×１０１０Ω・ｃｍのフィルム部材４１ａを一部が現像ハウジング３１に固定された導電性支持体４１ｂに片側固定したもので、フィルム部材４１ａの自由端側を現像ロール３２の回転方向下流側となるようにして現像ロール３２に接触させている。このとき、現像ロール３２とフィルム部材４１ａとの接触ニップ幅（現像ロール３２の周長方向）は約１０ｍｍであった。
また、本実施の形態では、帯電シート４１の導電性支持体４１ｂと現像ロール３２との間に帯電バイアスを印加するため、バイアス電源４３が接続されており、このバイアス電源４３によって定電流制御された帯電バイアスが印加されるようになっている。
尚、使用されるイオン伝導性物質としては、過塩素酸塩（例えば過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等）や四級アンモニウム塩等が挙げられる。
【００３０】
ここで、本実施の形態におけるトナー供給ロール３４と現像ロール３２との間に印加される供給バイアスについて説明する。
図４は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の一例を示すもので、台形波（矩形波）の大きな電圧変動がある作用時間（作用領域に相当）と、その後に続く電圧ゼロの非作用時間（非作用領域に相当）とで１周期をなす電圧波形となっている。そして、この電圧波形が加わるように、バイアス電源３５が構成されている。尚、トナー供給ロール３４には、現像ロール３２へ印加される現像バイアスに重畳された波形として加えられる。
すなわち、本実施の形態では、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー飛翔を台形波の大きな変動がある作用時間に行い、１周期に占める作用時間の割合（デューティ比）を変えることで現像ロール３２へ供給されるトナー量を制御できるようにしている。また、トナーが不要な帯電をすることもない。仮に、この作用時間を連続させると、供給されるトナー量が多くなりすぎて所定の供給量に制御することが困難となる。
本実施の形態では、１周期が０．５ｍｓｅｃ、デューティ比が０．０７の供給バイアスを用いている。尚、供給バイアスとしては、図４に示す台形波（矩形波）に限らず、作用時間と非作用時間をもっていれば、例えば正弦波や三角波であってもよい。
【００３１】
そして、本実施の形態において使用した一成分トナーは、所謂粉砕法で作製した体積中心粒径８．９μｍの不定形トナーで、凝集度２４％、圧縮度４７％のものである。
ここで、体積中心粒径は、コールターカウンタ（コールター社製）にて測定した値である。
また、トナーの凝集度は、パウダーテスターＰ−１００（ホソカワミクロン社製）を使用し、目開きが７５μｍ、４５μｍ、２５μｍの３種類（最上段からの順番）のふるいを用いて、最上段のふるいにトナー１０ｇを載せ、振幅１ｍｍで３０秒間振動させた後の各段のふるいに残ったトナー重量を求めることで行った。そして、夫々のふるいに次のような重み付けを行い（（ａ）〜（ｃ）のように重み付けする）、それらの合計値を凝集度（％）として算出した。
（ａ）（（上段のふるいに残ったトナー重量）／（投入トナー重量））×１００
（ｂ）（（中段のふるいに残ったトナー重量）／（投入トナー重量））×１００×３／５
（ｃ）（（下段のふるいに残ったトナー重量）／（投入トナー重量））×１００×１／５
【００３２】
更に、トナーの圧縮度は、パウダーテスターＰ−１００（ホソカワミクロン社製）を使用し、ゆるみ見かけ比重Ａと、固め見かけ比重Ｐとを測定し、次式で求めた。
圧縮度（％）＝１００（Ｐ−Ａ）／Ｐ
ここで、ゆるみ見かけ比重Ａと固め見かけ比重Ｐとは、次の方法によって測定した。
（１）ゆるみ見かけ比重Ａ
直径５ｃｍ、高さ５．２ｃｍ、内容量１００ｍＬのカップにトナーが山盛りになるまでの時間が、おおよそ２０〜３０秒くらいになるように流出速度を調整しながら、測定用トナーを上部シュートから流出させてカップに山盛りに盛る。すばやく金属ブレードでカップ表面をすり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷１００」がゆるみ見かけ比重Ａとなる。
（２）固め見かけ比重Ｐ
ゆるみ見かけ比重で使用した測定用カップに、付属のキャップを継ぎ足す。トナーをキャップの上部まで静かに入れ、カップを１８０回タップさせる。タッピングが終了した時点でキャップを外し、カップに山盛りになっている余分なトナーを金属ブレードですり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷１００」が固め見かけ比重Ｐとなる。
尚、トナーの凝集度及び圧縮度の測定は、２５〜２６℃、４０〜５０％ＲＨの環境下で行った。
【００３３】
次に、本実施の形態に係る、特に現像装置３０の作動について図３を基に説明する。
同図において、トナーホッパ３６内でアジテータ（図示せず）によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール３４へ供給される。このとき、トナー供給ロール３４上には厚みむらや付着むらがあり、トナー量もおおよそ５０〜１００ｇ／ｍ２と多くのトナーが付着していた。尚、付着量は雰囲気の温湿度、トナーホッパ３６内のトナー量等に応じて変動する。このとき、付着量の測定は、トナー供給ロール３４上及び現像ロール３２上のいずれの場合も、所定面積のテープにてトナーを剥離して計量する方法を用いた。
そして、トナー供給ロール３４上に付着したトナーは、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との対向ギャップに達すると、バイアス電源３５による供給バイアスによりギャップ内で往復振動する。この往復振動は、トナーのうち、ごく僅かに帯電している粒子に作用する静電力によって生じているものと考えられる。尚、この対向ギャップに至るまで、トナーには積極的な帯電（摩擦帯電）は施されていないことから、このごく僅かの帯電は、トナーホッパ３６の内壁やアジテータとトナー粒子との摺擦、トナー粒子間での摩擦等によってごく小さい摩擦帯電電荷を帯びているものと推測される。
【００３４】
通常、トナー粒子がトナーホッパ３６の内壁やアジテータと摺擦することでは、その材料による単一電荷を帯びるが、トナー粒子間での摩擦では両極性電荷を帯びることから、供給バイアスの交番電界作用により一部のトナー粒子が現像ロール３２側に付着すること  となる。
このとき、供給バイアスの小さい交番電界により、トナー粒子がギャップ間で往復振動を行う結果、現像ロール３２上に付着したトナーは均一な薄層を構成する。また、供給バイアスのデューティ比が小さく、非作用時間を長く取っていることから、現像ロール３２上に付着したトナーの帯電量も少なくて済む。仮に、供給バイアスとして直流電界のみを印加すると、現像ロール３２上に形成されるトナー層は帯電量が多く、厚みむらの大きな不均一な層が形成されることになる。
【００３５】
すなわち、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間に印加された供給バイアスによって、現像ロール３２へ帯電量の少ない所定量のトナーが供給され、現像ロール３２上には均一で表面電位の小さなトナー薄層が形成されるようになる。
このとき、本実施の形態では、供給バイアスとして、図４に示す電圧波形のバイアスが印加されているが、このようなバイアスを印加するには、例えばＣＰＵ等を基にした波形発生回路を用い、現像バイアスとしては直流成分と交流成分を重畳したものをバイアス電源３３に、更に、供給バイアスとしては図４のような波形を合成した後バイアス電源３５に印加するようにすればよい。
【００３６】
更に、このとき、本実施の形態では、トナーの凝集度が２４％、圧縮度が４７％となっているため、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのギャップでのトナー流動性が良好に保たれ、現像ロール３２へのトナー供給がスムーズに行われると共に、トナー粒子相互の摩擦も低減され、現像ロール３２上に形成されるトナー薄層は、一層表面電位が小さく、均一性が優れるものとなる。
【００３７】
本実施の形態では、現像ロール３２上に供給されるトナー薄層は、均一で、トナー量が約７ｇ／ｍ２、トナー層の表面電位が約５Ｖの層とすることができ、帯電シート４１ではトナー層を特に層厚規制する必要もなく、定電流制御された帯電バイアスが印加された帯電シート４１によって、所定の帯電量が容易に付与されることとなる。その後、この所定の帯電量が付与された均一なトナー薄層が、感光体２１と現像ロール３２との対向部位である現像領域にて現像に供される。その結果、常時安定した現像特性が維持できるようになる。本実施の形態では、帯電シート４１の前後でのトナー量は、約７ｇ／ｍ２から約６ｇ／ｍ２に減少したのみで、このことからも帯電シート４１による層厚規制によってトナーがせき止められる量は非常に少なく、トナーへ与えるストレスが非常に小さいことが理解される。
尚、現像ロール３２上のトナー薄層の帯電量を抑える（表面電位を小さくする）ために、例えばトナー供給ロール３４上のトナーに対し、除電を施すようにしても、差し支えない。
【００３８】
また、本実施の形態では、帯電シート４１による定電流制御では、この定電流値を最適値に制御することでトナーの帯電量を所望の値に制御することができるようになる。そのため、例えば環境変動等によりトナーの帯電量が所望の値よりも増減したときには、定電流値を変動させてトナーの帯電量を増減させ所望の値に復帰させることもできる。更に、帯電シート４１の少なくとも表面は、導電剤としてイオン伝導性物質を使用した樹脂層で形成されているため、帯電時のトナーに与える電界を一様にすることができ、一層安定した帯電量をトナーに付与することができる。
【００３９】
そして、現像領域では、現像ロール３２上に均一に形成されたトナー薄層が感光体２１側の静電潜像に沿って現像されるが、トナー消費量は潜像に沿って行われるため箇所毎に異なる。その結果、現像を終えた後の現像ロール３２上には消費されなかったトナーが残留している。そして、この現像ロール３２上に残留したトナーは現像ロール３２の回転に伴ってそのまま搬送され、トナー供給ロール３４との対向ギャップに到達する。本実施の形態では、現像ロール３２表面の粗さを小さくしていることから、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのギャップ間で飛翔するトナーによって、現像ロール３２上の残留トナーは容易に剥離されるようになる。その結果、現像ロール３２上に残った現像履歴は解消され、この現像ロール３２上には新たなトナーのみが供給されるようになり、一層均一なトナー薄層が形成されるようになる。
更に、トナー供給ロール３４上で現像ロール３２側に供給されなかったトナーは、掻き取り部材３７によって掻き取られ、トナー供給ロール３４上に供給されるトナー量も常時安定する。そのため、現像ロール３２へ供給されるトナー量の安定性が一層維持されることとなる。
【００４０】
本実施の形態では、現像ロール３２の表面粗さを算術平均粗さＲａが０．１４５μｍのものを使用したが、更に、現像ロール３２の表面粗さを変えて上述同様の評価を行い、現像ロール３２の算術平均粗さＲａが、０．７μｍ以下であれば、現像履歴が解消されることが確認された。また、現像ロール３２の表面粗さを小さくすることで、トナー供給ロール３４からトナーを供給する際、現像ロール３２上でのトナー同士の余分な摩擦を防ぐ効果もあり、一層現像ロール３２上のトナーの帯電量を小さくすることが可能になる。
【００４１】
また、本実施の形態では、供給バイアスとして図４に示す台形波（矩形波）を使用したが、これに限らず、作用時間と非作用時間をもっていれば、例えば図５に示すような波形であっても差し支えない。
図５に示す波形は、作用時間では片側（本例ではマイナス電圧）にのみ三角波の電圧ＶＬが印加され、非作用時間では、作用時間の三角波の面積に等しい面積を有する三角波の電圧ＶＨが作用時間とは異なるプラス電圧側に形成されている。
【００４２】
このような電界を供給バイアスとして印加したときの作用について、負帯電トナーを使用したときを想定し、図３の現像装置３０を基に説明する。
今トナーホッパ３６内の負帯電トナーは、殆ど帯電していないが、個々のトナー粒子では僅かにマイナスに帯電していたり、プラスに帯電したりしており、トナーホッパ３６内にはこれらのトナー粒子が混在している。また、トナー供給ロール３４に担持される段階では、トナー粒子同士が接触し、一方がマイナスに他方がプラスに帯電する。
このような各種の帯電量をもつトナー粒子が存在しているときに、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間に、図５の供給バイアスを印加する（トナー供給ロール３４側にマイナス側のピークが大きい）と、マイナスに帯電したトナー粒子が現像ロール３２側に強く引き付けられ、プラスに帯電したトナー粒子が現像ロール３２側に向かう力を小さくすることができる。
【００４３】
そのため、現像ロール３２上のトナーは、マイナスに帯電したトナー粒子が多くなり、極性を揃え易くなる。そして、現像ロール３２上に供給されたトナーの帯電量は、例えば供給バイアスとして図４の台形波を使用した場合に比べ、若干大きくなるが、数Ｖ程度と小さく、また、極性が揃った方向で確保されることから、その後の帯電シート４１での帯電を行う際に、例えば接触圧（線圧）をより一層小さくしてトナーへのストレスを低減させるようにしても、目標のトナー帯電量を安定して得ることができるようになる。結果的に、長寿命化が可能な現像装置３０を提供することが可能になる。
【００４４】
◎実施の形態２
図６は、本発明が適用された実施の形態２に係る現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態１の現像装置３０（図３参照）と略同様に構成されるが、帯電部材として実施の形態１の帯電シート４１の代わりに帯電ロール４２を使用している点が異なる。尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施の形態における帯電ロール４２は、直径１４．９ｍｍのＳＵＳロールに、導電剤としてイオン伝導性物質を使用し、体積抵抗率を１×１０１０Ω・ｃｍとしたＰＶＤＦチューブを被覆したもので、現像ロール３２とのギャップは、０〜５０μｍになるように配置した。ここで、ギャップが０〜５０μｍとは、現像ロール３２及び帯電ロール４２の寸法公差と取り付け公差により、帯電ロール４２が１周したときに、この０〜５０μｍの範囲内でギャップが変動したことを意味している。
また、帯電ロール４２は、現像ロール３２の周速に対し、０．５の周速比で対向部位で同方向に回転（Ｗｉｔｈ方向）させるようにしている。
更に、帯電ロール４２の現像ロール３２と略反対側には、帯電ロール４２上の付着トナーを掻き取る、例えばＰＥＴ（ポリエステル）シートからなる掻き取り部材４４が設けられ、帯電ロール４２表面をクリーニングすることで常に安定した帯電バイアスが印加され、現像ロール３２上のトナー層への安定した帯電制御が行われるようになっている。
【００４６】
本実施の形態では、帯電ロール４２の前後でのトナー量は、約７ｇ／ｍ２から約５〜６ｇ／ｍ２に変化し、実施の形態１の帯電シート４１（図３参照）に比べ若干トナー規制量が多くなった。
しかしながら、帯電ロール４２で通過を規制されたトナー量は１４〜２９％程度であり、従来法であるブレード規制では、例えば、トナー供給ロールによって供給され現像ロール上に付着した３０〜５０ｇ／ｍ２程度のトナー層が、ブレード通過後に５ｇ／ｍ２程度になるように規制されており、通過を規制されたトナー量が８３〜９０％にも達する点を考慮すると、本実施の形態での規制量が圧倒的に少ないことが分かる。
したがって、帯電ロール４２によるトナーへのストレス付与は、従来に比べ、大幅に小さくなることが理解される。
【００４７】
また、本実施の形態では、帯電ロール４２として、ＳＵＳロール上にＰＶＤＦチューブを被覆する構成としたが、これに限らず、例えば可撓性チューブを中空体に被せる構成としてもよい。
これは、例えば、ＰＶＤＦのチューブ内面に導電層を設けた可撓性チューブとし、このチューブの両端内面にはチューブを固定するための回転支持体を設け、可撓性チューブ表面を現像ロール３２に圧接するようにすればよい。このように、可撓性チューブを現像ロール３２に圧接する構成にしても、可撓性を備えているため、トナーに与えるストレスは小さくなり、また、帯電時のニップ域を広く（現像ロール３２の周長方向）保つことができ、安定した帯電制御が可能になる。
【００４８】
◎実施の形態３
図７は、本発明が適用された実施の形態３に係る現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態１の現像装置３０（図３参照）とは異なり、現像ロール３２が可撓性を備えた態様となっている。実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは詳細な説明は省略する。尚、本実施の形態の現像装置３０が適用される画像形成装置は、実施の形態１と異なり、現像ロール３２と感光体２１との配置及びその回転方向が実施の形態１と異なるが、基本的構成は同じであるため、ここでは省略する。
【００４９】
本実施の形態における現像装置３０は、図７に示すように、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面し且つ感光体２１と対向して接触する位置に、現像ロール３２を回動自在に収容している。
本実施の形態における現像ロール３２は、体積抵抗率を１×１０８Ω・ｃｍとした厚さ１００μｍのＰＶＤＦの可撓性チューブ６１内に可撓性チューブ６１の形状保持を行う摺動部材６２を固定的に設け、更に、その可撓性チューブ６１の両端部には、可撓性チューブ６１を内面から押圧するリング状の支持部材６３を設けた構造を採っている。このとき、可撓性チューブ６１の表面は算術平均粗さＲａが０．１７２μｍとなっている。
【００５０】
この現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間配置され、現像ロール３２にトナーを供給するトナー供給ロール３４が配設されている。本実施の形態におけるトナー供給ロール３４は、ステンレス等の金属製ロールで構成され、現像ロール３２との間にはトナー供給ロール３４から現像ロール３２側へトナーを供給するための図示外の供給バイアス（実施の形態１と同様であり、例えば図４に示すもの）が印加されている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、アジテータ３８の回転によってトナーが撹拌されるようになっている。このアジテータ３８は、プラスチック製のシャフト３８ａにポリエステルフィルム等の樹脂フィルムの羽根３８ｂを装着した構成をしており、現像動作時にシャフト３８ａの回転によって羽根３８ｂが回転することで、トナーホッパ３６内のトナーを撹拌すると共に、トナー供給ロール３４へトナーを供給するようになっている。
尚、符号３１ａは、現像ハウジング３１の一部に設けられ、トナーホッパ３６内のトナーが直接現像ロール３２に触れないように仕切る仕切壁であり、この仕切壁３１ａによって、現像ロール３２上に供給されたトナー薄層に余分のトナーが降りかからないようにしている。
【００５１】
更に、本実施の形態においては、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位より現像ロール３２の回転方向下流側に、現像ロール３２上のトナー層に対しトナー帯電量を規制する帯電ロール４７が配置されている。この帯電ロール４７は、ＳＵＳ等の金属製ロール上に導電剤としてイオン伝導性物質を使用し、体積抵抗率を１×１０１０Ω・ｃｍとした１００μｍ厚のＰＶＤＦチューブが被覆されており、現像ロール３２に対しＷｉｔｈ方向に回転（互いの対向部位では同方向に回転）すると共に、現像ロール３２に対し所定量食い込んだ状態で維持されている。また、この帯電ロール４７のシャフトには図示外のバイアス電源が接続され、現像ロール３２との対向部位で現像ロール３２上のトナー層に有効な帯電量を付与するための定電流制御された帯電バイアスが印加されるようになっている。そのため、この帯電ロール４７によって、トナー帯電量及びトナー量が適正に規制されたトナー層が現像ロール３２上に形成されるようになり、感光体２１と現像ロール３２との対向部位である現像領域で安定した接触現像が行われるようになっている。
【００５２】
ここで、特に、現像ロール３２と帯電ロール４７との圧接状態について、詳細に説明する。図８は、現像ロール３２の内部断面を示したもので、現像ロール３２の内部の摺動部材６２には、帯電ロール４７と対向する位置に凹部（図中Ａで示す部分）を備え、現像ロール３２の可撓性チューブ６１と帯電ロール４７との安定した圧接が十分確保されるように、可撓性チューブ６１が変形可能なスペースが確保されている。
また、この現像ロール３２と帯電ロール４７との関係は、図９の断面図に示すようになっている。すなわち、帯電ロール４７の軸４７ａに装着されたゴム等の弾性コロからなる押圧部材４８に対し、現像ロール３２の可撓性チューブ６１を挟んで対向する位置に当該可撓性チューブ６１を支持する支持部材６３を設け、帯電ロール４７の回転に伴い押圧部材４８と可撓性チューブ６１との摩擦力によって可撓性チューブ６１が摺動部材６２の周りを回転するようになっている。
【００５３】
更に、本実施の形態では、現像ロール３２と感光体２１との対向部位より現像ロール３２の回転方向下流側で、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位より上流側には、現像ロール３２上のトナーを回収するトナー回収ロール４９が設けられ残留トナーを回収できるようになっている。尚、トナー回収ロール４９には、現像ロール３２からのトナー回収を効率的に行うように、図示外の回収バイアスが印加されるようになっている。
【００５４】
次に、このような実施の形態に係る、特に現像装置３０の作動について、図７〜９を基に説明する。
トナーホッパ３６内でアジテータ３８によって撹拌されたトナーは、アジテータ３８の羽根３８ｂの回転によってトナー供給ロール３４側に供給される。トナー供給ロール３４上に担持されたトナーは、トナー供給ロール３４の回転に伴い搬送され、現像ロール３２との対向部位に到達する。この対向部位での現像ロール３２とトナー供給ロール３４との機械的な摺擦力や供給バイアスによる電界作用により、トナー供給ロール３４上のトナーは現像ロール３２側へ供給される。
このとき、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とはＡｇａｉｎｓｔ方向（両者の対向部位で互いに反対方向）に回転しており、更に、適切なギャップが維持されていることから、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給量が安定する。尚、例えばＷｉｔｈ方向（両者の対向部位で互いに同方向）の回転であれば、トナーの供給量が不安定になり易くなる。
【００５５】
本実施の形態では、実施の形態１と同様のトナーを使用しており、現像ロール３２へ供給されたトナーは、表面電位が約５Ｖであり、付着量が約７ｇ／ｍ２の均一なトナー薄層を形成することができる。
現像ロール３２へ供給されたトナーは、帯電ロール４７によって所定の帯電制御が行われ、現像ロール３２上には所定のトナー帯電量で且つ所定のトナー量のトナー薄層が形成される。このとき、現像ロール３２の可撓性チューブ６１と帯電ロール４７とは、可撓性チューブ６１に内包された摺動部材６２の凹部（図中Ａで示す部分）によって、可撓性チューブ６１と帯電ロール４７とのニップ形状が安定し、トナーの帯電制御が一層安定して行われるようになる。
【００５６】
そして、この現像ロール３２上で十分帯電制御されたトナー薄層が、現像ロール３２と感光体２１との対向部位の現像領域に搬送される。
現像領域では、図示外の現像バイアスにより接触現像が行われ、感光体２１上の静電潜像が現像され顕像化される。また、現像ロール３２上に現像されずに残った残留トナーは、現像ロール３２上をそのまま搬送され、トナー回収ロール４９にて容易に回収される。このとき、可撓性チューブ６１の表面粗さが小さいこともあり、可撓性チューブ６１（現像ロール３２）から残留トナーを容易に回収することができ、現像履歴によるゴースト等の発生を抑止できるようになる。
【００５７】
◎実施の形態４
図１０は、本発明が適用された実施の形態４に係る現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態１における現像装置３０と略同様に構成されるが、トナー供給ロール３４と現像ロール３２とが互いに対向する部位で反対方向（Ａｇａｉｎｓｔ方向）に回転する点、トナー供給ロール３４の上流側に補助供給ロール７１が追加されている点が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５８】
本実施の形態では、補助供給ロール７１は、トナー供給ロール３４と離れた位置に設けられ、トナー供給ロール３４へトナーを供給するものであり、トナー供給ロール３４同様ＳＵＳの表面を鏡面仕上げした金属製ロールで構成されている。そして、トナー供給ロール３４と補助供給ロール７１との間にバイアス電源７２が接続され、バイアス電源３５と同様の電圧波形が印加されるようになっている。
そのため、補助供給ロール７１からトナー供給ロール３４上に供給されたトナー層は、事前規制されたトナー層となり、トナー供給ロール３４上には、ある程度薄く、均一なトナー層が形成されるようになる。また、このとき、事前規制されたトナー層は、帯電量やストレスが小さく抑えられた層となる。
【００５９】
そして、この事前規制されたトナー層は、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との対向部位にて、バイアス電源３５による供給バイアスによって、現像ロール３２側へ所定量のトナーが供給される。このとき、本実施の形態では、トナー供給ロール３４上のトナー層が事前規制されていることから、実施の形態１より一層容易に現像ロール３２上でのトナー薄層を形成することができる。
【００６０】
現像ロール３２上に形成されたトナー薄層は、実施の形態１同様、帯電量が抑えられ、帯電シート４１による図示外の帯電バイアスによって所定の帯電が行われても、帯電むらのないトナー薄層となる。したがって、本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
尚、本実施の形態では、補助供給ロール７１として、トナー供給ロール３４と離間配置した金属製ロールを使用したが、これに限らず、補助供給ロール７１として、例えば弾性発泡体、ブラシロール、ゴムロール、可撓性チューブロールを使用し、これらをトナー供給ロール３４に軽く接触させるような態様であっても、トナー供給ロール３４上のトナー帯電量が抑えられ、現像ロール３２上のトナー帯電量が表面電位として１０Ｖ以下になるようになっていれば差し支えない。
【実施例】
【００６１】
◎実施例１
本実施例は、実施の形態１の構成にて、供給バイアスのデューティ比を変えたときの現像ロール上に供給されたトナー薄層のトナー供給量及びトナー層表面電位を測定したものである。尚、使用したトナーは、実施の形態１と同様に、粉砕法で作製した体積中心粒径８．９μｍ、凝集度２４％、圧縮度４７％のものとした。
また、現像ロールは直径３０ｍｍのＳＵＳロールで周速を２２０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー供給ロールは直径２０ｍｍのＳＵＳロールで周速を４４０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを１００μｍとした。
そして、現像ロールとトナー供給ロールとの間へ印加する供給バイアスとしては、図４の電圧波形で、ピーク間電圧Ｖｐｐが１．５ｋＶ、１周期が０．５ｍｓｅｃとなるように調整した。また、帯電シートには、帯電バイアスとして現像ロールの軸方向有効長８ｃｍ当たり−１０μＡとなるように、定電流を付加した（これにより、トナー帯電量は約−３０μＣ／ｇとなる）。
【００６２】
結果は、図１１に示すように、トナー供給量はデューティ比に比例して増加する傾向が確認された。また、トナー層表面電位は、デューティ比０．６程度までは０〜５Ｖ程度であったが、それを超えると急激に変化し、トナー層の表面電位（絶対値）が増加する傾向が確認された。
本実施例では、トナー供給時にトナーに対する積極的な摩擦力は加えておらず、トナーの帯電量はかなり小さいものと推測され、結果もそれを反映したものであった。
この結果から、現像ロールでのトナー供給量（トナー付着量に相当）を６〜１４ｇ／ｍ２程度と薄層にした場合には、トナー層表面電位は０〜＋５Ｖ程度と小さくなることから、このような薄層のトナー層を供給することで、供給されたトナーは殆ど帯電していないレベルと判断して差し支えないことが確認された。また、トナー供給量が１４ｇ／ｍ２を超えると、トナー層厚が厚くなることも手伝って、トナー層表面電位（絶対値）が急に大きくなり、帯電時への影響が懸念されるようになる。
【００６３】
そして、特に、トナー供給量を１０ｇ／ｍ２以下にすることで、トナー層表面電位も小さく確保され、帯電時の均一な帯電制御が一層可能になり、トナーへのストレスも一層低減させることができるということが理解される。
更に、本実施例では、トナー層表面電位が１０Ｖ（具体的には−１０Ｖ）の状態でも、トナーの帯電制御、画質について評価を行い、この状態であっても均一な帯電がなされることを確認した。
その後、更に、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを５０〜４００μｍとして、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
以上のことから、本件によれば、十分均一なトナー薄層が形成され、その後の均一な帯電制御が可能であり、トナーへのストレス付与も小さいことが理解された。
【００６４】
◎実施例２
本実施例は、実施の形態１の構成にて、帯電シートに印加する定電流値と、帯電シートによって帯電制御された現像ロール上のトナー薄層の帯電量との関係を測定したものである。このとき、トナーは実施例１と同一のものを使用した。
結果は、図１２に示すように、印加電流に比例してトナーの帯電量が大きくなる（負帯電トナーを使用したことから帯電量の絶対値が大きくなる）ことが確認された。このことから、本実施例によれば、帯電シートの定電流値を変えることで０〜−６０μＣ／ｇの帯電量制御が容易になされることが確認された。
以上のことから、本件における現像ロール上のトナー薄層の帯電制御が十分有効であることが理解される。
【００６５】
◎実施例３
本実施例は、実施の形態１の構成にて、帯電シートの体積抵抗率とトナー帯電との関係について評価確認したものである。
帯電シートの定電流値は、−１０μＡ（現像ロールの軸方向長さ８ｃｍ当たりに流す電流）として行い、実施例１のトナーを使用した。
帯電シートのフィルム材としては、導電材として電子伝導性のカーボンブラックを使用した体積抵抗率１×１０７Ω・ｃｍと、１×１０８Ω・ｃｍの２種と、イオン伝導性物質を使用した体積抵抗率１×１０９Ω・ｃｍ、１×１０１０Ω・ｃｍ、１×１０１１Ω・ｃｍ、１×１０１２Ω・ｃｍの４種の計６種のＰＶＤＦシートとした。
【００６６】
その結果、カーボンブラックを使用した１×１０７Ω・ｃｍと１×１０８Ω・ｃｍのものでは、トナーの帯電量が−５μＣ／ｇ以下と小さく、実用性がないものであり、帯電時に局部的な電流のリークが発生して帯電シートと現像ロール間での均一な放電が確保されなかったものと推測された。また、イオン伝導性物質を使用したもののうち、体積抵抗率が１×１０１２Ω・ｃｍのものでは、トナーの帯電量が小さく、実用性がないものとなった。この場合は、帯電シートと現像ロール間での有効な放電が発生しなかったものと推測された。尚、その他の体積抵抗率の帯電シートでは、トナーへの良好な帯電がなされたことが確認された。
このことから、帯電シートの体積抵抗率として１×１０９〜１×１０１１Ω・ｃｍの範囲が好ましいことが分かる。
【００６７】
更に、帯電シートの代わりに帯電ロールとした実施の形態２の構成にて、同様の評価を行った。このとき、帯電ロールの表面に被覆されているＰＶＤＦチューブとして、上述の６種のＰＶＤＦシートと同様の体積抵抗率のチューブを作製し、評価した。
その結果、カーボンブラックを使用した１×１０７Ω・ｃｍと１×１０８Ω・ｃｍの帯電ロールでは、トナーの帯電量が小さく、実用性がないものであった。また、イオン伝導性物質を使用した１×１０１２Ω・ｃｍのものも、トナーの帯電量は小さく、実用性がないものであった。尚、その他の体積抵抗率の帯電ロールでは、トナーへの良好な帯電がなされたことが確認された。
以上のことから、本実施例において、帯電シート、帯電ロールの区別なく、帯電部材の表面に体積抵抗率を１×１０９〜１×１０１１Ω・ｃｍとする樹脂層が構成されることが好ましいことが理解される。
【００６８】
◎実施例４
本実施例は、現像ロール上にトナーの薄層を形成する際、層の均一性と使用するトナーの圧縮度との関係を評価確認したものである。
評価は、実施の形態１の構成にて、トナー供給ロールから現像ロールへ供給され、現像ロール上に形成されたトナー層の均一性を目視で評価した。
使用したトナーは、次の（１）〜（７）に示すものとした。
尚、後述する形状係数とは、光学顕微鏡（ミクロフォトＦＸＡ：ニコン社製）で撮影した拡大写真をイメージアナライザＬＵＺＥＸ３（ＮＩＲＥＣＯ社製）により画像解析を行い、次の式にて算出した値である。
形状係数＝｛（トナー径の絶対最大長）２／トナーの投影面積｝×（π／４）×１００
すなわち、形状係数は、トナーの投影面積と、それに外接する円の面積の比で表され、真球の場合１００となり、真球の形状が崩れるにつれ増加するようになる。尚、求める形状係数は、トナー粒子複数個に対する平均値を代表値としている。
【００６９】
（１）所謂粉砕トナーで、体積中心粒径（Ｄ５０）が７．９μｍの不定形トナーであり、圧縮度が５１％のもの。
（２）粉砕トナーで、体積中心粒径が８．９μｍの不定形トナーであり、圧縮度が４７％のもの。
（３）所謂重合トナーで、体積中心粒径が６．７μｍ、形状係数が１３８のトナーであり、圧縮度が４６％のもの。
（４）重合トナーで、体積中心粒径が５．８μｍ、形状係数が１３２のトナーであり、圧縮度が４４％のもの。
（５）重合トナーで、体積中心粒径が６．５μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、圧縮度が４２％のもの。
（６）重合トナーで、体積中心粒径が６．９μｍ、形状係数が１１９のトナーであり、圧縮度が３６％のもの。
（７）重合トナーで、体積中心粒径が６．１μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、圧縮度が２３％のもの。
【００７０】
結果は、図１３に示すように、使用するトナーの体積中心粒径や形状（球形か不定形かによる）に関係なく、圧縮度が３６〜４７％の範囲であれば、現像ロール上に形成されるトナー層は均一であることが確認された。また、このとき、トナー層の付着量は１０ｇ／ｍ２以下であり、表面電位も１０Ｖ以下であった。すなわち、このように使用するトナーの圧縮度を選定することで、トナー供給ロールと現像ロールとのギャップでのトナー流動性が適正に確保され、現像ロール上に形成されるトナー層は一層均一な薄層となる。そして、その後の帯電制御が一層容易になると共に、帯電時のトナーへ与えるストレスも小さくできることが理解される。
その後、更に、トナーの圧縮度について、２３％から５１％の中で上記同様の評価を行ったところ、３５％以上で５０％未満であれば、上記同様の効果が得られることが確認された。
【００７１】
◎実施例５
本実施例は、現像ロール上にトナーの薄層を形成する際、使用するトナーの体積中心粒径及び凝集度と層の均一性の関係を評価確認したものである。
評価は、実施の形態１の構成にて、トナー供給ロールから現像ロールへ供給され、現像ロール上に形成されたトナー層の均一性を目視で評価した。
使用したトナーは、次の（８）〜（１８）に示すものとした。
（８）所謂重合トナーで、体積中心粒径が６．５μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が４．５％のもの。
（９）重合トナーで、体積中心粒径が６．９μｍ、形状係数が１１９のトナーであり、凝集度が４．５％のもの。
（１０）重合トナーで、体積中心粒径が６．７μｍ、形状係数が１３８のトナーであり、凝集度が５．０％のもの。
（１１）重合トナーで、体積中心粒径が５．８μｍ、形状係数が１３２のトナーであり、凝集度が６．７％のもの。
（１２）重合トナーで、体積中心粒径が６．１μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が１２％のもの。
（１３）所謂粉砕トナーで、体積中心粒径が１０．０μｍの不定形トナーであり、凝集度が１５％のもの。
（１４）粉砕トナーで、体積中心粒径が７．２μｍの不定形トナーであり、凝集度が２１％のもの。
（１５）粉砕トナーで、体積中心粒径が７．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２３％のもの。
（１６）粉砕トナーで、体積中心粒径が８．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２４％のもの。
（１７）粉砕トナーで、体積中心粒径が９．５μｍの不定形トナーであり、凝集度が２５％のもの。
（１８）粉砕トナーで、体積中心粒径が１０．０μｍの不定形トナーであり、凝集度が３９％のもの。
【００７２】
結果は、図１４に示すように、現像ロール上に形成されるトナー層の均一性は、使用するトナーの凝集度の大小によって決まるのではないことが判明した。
そこで、体積中心粒径と凝集度との関係をプロットすると、図１５のようになり、図の直線によって現像ロール上のトナー層が均一な層となるかどうかが分かれることが推測された。そして、この直線は、図から、体積中心粒径をｘ（μｍ）、凝集度をｙ（％）とすると、ｙ＝５．５ｘ−２３の関係になった。
すなわち、体積中心粒径が５．８〜１０．０μｍにおいて、凝集度がこの関係式を超える場合には、現像ロール上に形成されるトナー層が不均一になることが確認された。また、このとき形成されたトナー層では、均一な帯電が行われ、良好な画像が得られることが確認された。
【００７３】
その後、更に、トナーの凝集度について、体積中心粒径を約４．５〜１１μｍの範囲で上記同様の評価を行ったところ、上記同様、体積中心粒径において関係式を超えない範囲の凝集度であれば、同様の効果が得られることが確認された。
【００７４】
◎比較例
本比較例は、帯電部材としてフィルムシートを使用した従来方式でのトナー付着量を評価確認するために行ったものである。
従来方式としては、例えば、特開昭６３−１５５０６５号公報によれば、規制部材は、内部に空間を備え一端が開放された支持枠体の開放部位にシート状部材を張り渡し、この開放部位に対応する部分を現像ロール側に押し付けることで、トナーの層厚規制並びに帯電量規制を行う方式が示されている。ここで、シート状部材としては、ステンレス等の金属やプラスチック等からなる０．２ｍｍ以下のものが使用され、例えばマイナストナーに対してはポリアミド（ＰＡ）のシートがよく、このことにより、トナーに対する安定した押圧力が与えられ、均一な薄層規制を行いつつ十分な帯電（摩擦帯電）をトナーに与えることができるとしている。
【００７５】
また、特許第２９８２３８４号公報によれば、図１６に示すように、トナーの層厚規制と帯電量規制とを行う規制部材１０３を、金属やプラスチックからなるシート状部材で構成し、この部材の一方を支持し、他方を自由端として配設し、更に、この部材の現像ロール１０２への接触部から自由端までを現像ロール１０２に沿って静電吸着させ、自由端がトナー搬送方向下流側になるように配置させる方式が示されている。そして、シート状部材のヤング率をＥ（ｇ／ｃｍ２）、断面２次モーメントをＩ（ｃｍ４）、曲率半径をρ（ｃｍ）としたとき、Ｍ＝ＥＩ／ρ（ｇ・ｃｍ）で示される曲げモーメントＭが、０．００１≦Ｍ≦２０を満たすようにすることで、現像ロール１０２と規制部材１０３との間をトナーが通過する間に、通過トナーの現像ロール１０２への付着量が規制されると共に所定の帯電がなされるとしている。尚、図中符号１０１は潜像が担持される感光体である。
【００７６】
そして、具体的には、規制部材１０３としては、片面にアルミ蒸着を施した５０μｍ厚のポリアミド（ＰＡ）フィルムを支持部位より２０ｍｍの長さで配置し、アルミ蒸着が施されていない絶縁面を現像ロール１０２側に接触させるようにしている。そして、規制部材１０３に−７００Ｖを印加させて規制部材１０３を現像ロール１０２側に静電吸着させるようになっている。その結果、トナー付着量は約０．５ｍｇ／ｃｍ２（５ｇ／ｍ２）までであり、トナー帯電量は約−２０μＣ／ｇで良好な画像が得られるとしている。
【００７７】
しかしながら、一般に、規制部材の板厚が厚いと、トナーへのストレス付与が問題となる。すなわち、トナーに加わる圧力は板厚の三乗で効いてくるため、板厚を薄くする方がトナーへのストレスを大幅に小さくすることができる。そのため、本比較例では、板厚を薄くする方向で、評価を行った。
【００７８】
図１７に示すように、本比較例での構成は、感光体８１に対向配置される現像ロール８２には、片面にアルミ蒸着を施した２５μｍ厚のＰＥＴフィルム８４を２枚のアルミ板からなる支持枠８５にて支持し、現像ロール８２との接触ニップ幅（現像ロール８２の周長方向）が約５ｍｍになるようになっている。尚、支持枠８５は、現像ハウジングに設けられたブラケット８６に固定されている。
このような構成において、発泡体からなるトナー供給ロール８３を現像ロール８２に圧接させ、ＰＥＴフィルム８４の蒸着面を現像ロール８２側にしたり、反対に絶縁面を現像ロール８２側にしたりして、トナーへの層厚規制効果を確認した。
結果は、トナー供給ロール８３から現像ロール８２に供給された時点でのトナー層は薄層とはいえず、表面が不均一で、付着量も平均約４０ｇ／ｍ２であり、ＰＥＴフィルム８４を通過した後は、ＰＥＴフィルム８４の表裏によらず、いずれも約３７ｇ／ｍ２となった。
【００７９】
更に、図１８に示すような構成についても評価を行った。尚、図１７と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここでは説明を省略する。
この構成では、片面にアルミ蒸着を施した１２．５μｍのＰＥＴフィルム８４を使用し、現像ロール８２との間に６００Ｖの電位差を与え（現像ロール８２側が正になるように）、静電吸着するようにした。このとき、ＰＥＴフィルム８４と現像ロール８２との接触ニップ幅（現像ロール８２の周長方向）は約１０ｍｍであった。
そして、この構成では、ＰＥＴフィルム８４を通過したトナーは、約３８ｇ／ｍ２であった。
一般的には、現像ロール上に形成されるトナー層としては、現像に要する付着量として４〜７ｇ／ｍ２程度の薄い層が必要とされる。このことから、本比較例で示したような構成では、トナー層が厚くなりすぎ、実用性がないものと判断された。
尚、本比較例では、帯電部材としてのＰＥＴフィルム８４に侵入する前のトナー量が多いことから、特にその表面電位について確認をしていないが、現像ロール８２上にはトナー供給ロール８３と摩擦して供給する方式を採っているため、表面電位も大きいものと判断される。そのため、ＰＥＴフィルム８４での帯電制御の安定性が懸念される。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された実施の形態１の画像形成装置を示す説明図である。
【図３】実施の形態１の現像装置を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の供給バイアスの波形を示す説明図である。
【図５】実施の形態１の供給バイアスの他の波形を示す説明図である。
【図６】実施の形態２に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図７】実施の形態３に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図８】実施の形態３の現像装置の要部を示す説明図である。
【図９】実施の形態３の現像装置の要部断面図である。
【図１０】実施の形態４に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図１１】実施例１の結果を示す説明図である。
【図１２】実施例２の結果を示す説明図である。
【図１３】実施例４の結果を示す説明図である。
【図１４】実施例５の結果を示す説明図である。
【図１５】実施例５の結果を示すグラフである。
【図１６】現像装置の従来例を示す説明図である。
【図１７】比較例の現像装置の要部を示す説明図である。
【図１８】比較例の他の現像装置の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…像担持体，２…現像剤担持体，３…現像剤供給部材，４…供給バイアス，５…帯電部材，６…帯電バイアス，７…現像剤層調整手段，Ｇ…現像剤
【図１】
2006195182.tif 000003
【図２】
2006195182.tif 000004
【図３】
2006195182.tif 000005
【図４】
2006195182.tif 000006
【図５】
2006195182.tif 000007
【図６】
2006195182.tif 000008
【図７】
2006195182.tif 000009
【図８】
2006195182.tif 000010
【図９】
2006195182.tif 000011
【図１０】
2006195182.tif 000012
【図１１】
2006195182.tif 000013
【図１２】
2006195182.tif 000014
【図１３】
2006195182.tif 000015
【図１４】
2006195182.tif 000016
【図１５】
2006195182.tif 000017
【図１６】
2006195182.tif 000018
【図１７】
2006195182.tif 000019
【図１８】
2006195182.tif 000020