(57)【要約】      （修正有）【課題】長期にわたって現像剤担持体のトナー固着を改善し、かつ汲み上げ量の低下を防止して、異常画像及びトナー飛散の発生を防止することが可能な現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置を提供する。【解決手段】現像装置５０は、像担持体２１の表面と対向する第１現像領域に担持した二成分現像剤Ｇを搬送する第１現像剤担持体５１Ａと、第１現像領域を通過した後の第１現像剤担持体５１Ａが担持している現像剤Ｇの少なくとも一部をその表面で受け取り、像担持体２１の表面と対向する第２現像領域に担持した二成分現像剤Ｇを搬送する第２現像剤担持体５１Ｂとを備え、各現像剤担持体５１Ａ，５１Ｂはそれぞれの表面が溝により粗面化されており、各現像剤担持体５１Ａ，５１Ｂに形成された各溝はそれぞれその幅が深さよりも大きく形成され、第１現像剤担持体５１Ａに形成された溝の深さは、第２現像剤担持体５１Ｂに形成された溝の深さ以上である。【選択図】図２
2018081152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面にキャリアを含む二成分現像剤を担持し、像担持体の表面と対向する第１現像領域に担持した二成分現像剤を搬送する第１現像剤担持体と、
前記第１現像領域を通過した後の前記第１現像剤担持体が担持している現像剤の少なくとも一部をその表面で受け取り、前記像担持体の表面と対向する第２現像領域に担持した二成分現像剤を搬送する第２現像剤担持体とを備え、
前記各現像剤担持体はそれぞれの前記表面が溝により粗面化されており、前記各現像剤担持体に形成された前記各溝は、それぞれの深さが前記キャリアの粒径よりも大きく形成されると共にそれぞれの幅が前記深さよりも大きく形成され、前記第１現像剤担持体に形成された前記溝の深さは、前記第２現像剤担持体に形成された前記溝の深さ以上である現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記各現像剤担持体は前記表面に低摩擦抵抗層を有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２記載の現像装置において、
前記低摩擦抵抗層は少なくとも前記第１現像剤担持体に設けられていることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一つに記載の現像装置において、
非磁性部材と磁性部材とを備え、前記第１現像剤担持体に対向配置された現像剤規制部材を有す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、
前記磁性部材が前記非磁性部材よりも前記第１現像剤担持体の表面側に突出していることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一つに記載の現像装置において、
現像剤排出口を有することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一つに記載の現像装置において、
前記各溝はそれぞれ溶射により形成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７記載の現像装置において、
前記各溝と前記各現像剤担持体の基材とは同一材料であることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一つに記載の現像装置において、
前記各現像剤担持体はそれぞれ縦方向に並んで配置されていることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一つに記載の現像装置と、前記像担持体または帯電装置またはクリーニング装置の少なくとも一つとを一体的に有し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
請求項１ないし９の何れか一つに記載の現像装置を少なくとも一つ有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１０記載のプロセスカートリッジを少なくとも一つ有する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、現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に用いられる２成分現像剤を使用する現像装置において、現像剤を磁力により外周面上に担持して現像領域へと搬送する現像剤担持体が知られている。この現像装置では、現像剤担持体と潜像担持体との間に電界を形成することにより潜像担持体上の静電潜像を現像するが、現像領域において全てのトナーが静電潜像の現像に寄与するわけではなく、現像剤担持体に引き寄せられたままのトナーが残留する。そして、この残留トナーが経時により現像剤担持体の外周面上に固着する。
【０００３】
１分間当たりの画像形成枚数が多い高速機では、現像剤担持体の移動が早いことから潜像担持体の現像能力を安定化させるために複数の現像剤担持体を使用する構成が提案されているが、この場合においても画像形成枚数の多さから特に現像装置内の現像剤を現像領域へと搬送する第１の現像剤担持体にトナー固着が発生し、現像領域へと運ばれる現像剤量（汲み上げ量）の低下が発生する。
また、第１の現像剤担持体の表面を粗面化し、粗さの凹凸平均間隔を大きくする構成を採用することによりトナー固着を抑制する構成も提案されているが、この場合には凹凸の平均間隔を大きくするだけでは現像領域へと運ばれる現像剤量（汲み上げ量）の低下が早期に発生する。つまり、トナー固着と汲み上げ量低下との両方を改善できないことから、経時にわたって画像濃度低下等の画像品質の劣化やトナー飛散が生じるという問題点があった。
【０００４】
上述した問題点を解決すべく、現像剤担持体である現像部材へのトナー融着による汚染と画質低下という２つの現象の発生を防止すべく、現像部材の表面を粗面化した後にコーティングを施した第１の現像部材と、同様に表面を粗面化した後にコーティングを施した第２の現像部材とを備え、第１の現像部材の凹凸平均間隔をＳｍ１、第２の現像部材の凹凸平均間隔をＳｍ２、現像剤のキャリア粒径をＤとしたとき、Ｓｍ１＞Ｓｍ２、かつＳｍ２＜Ｄ＜Ｓｍ１を満足する構成が提案されている（例えば「特許文献１」参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述の技術でも第１の現像部材の汲み上げ量が早期に低下するという問題点は改善されていない。
また、第２の現像部材の凹凸平均間隔がキャリア粒径よりも小さい構成では１万枚での効果確認しかなされておらず、５００万枚以上の要求がある高生産性かつ長寿命の画像形成装置では１万枚程度の寿命では不十分であり、５００万枚の画像形成ではキャリア粒径よりも小さな凹凸平均間隔ではスリーブ固着が発生してしまうという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決し、長期にわたって現像剤担持体のトナー固着を改善し、かつ汲み上げ量の低下を防止して、異常画像及びトナー飛散の発生を防止することが可能な現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、その表面にキャリアを含む二成分現像剤を担持し、像担持体の表面と対向する第１現像領域に担持した二成分現像剤を搬送する第１現像剤担持体と、前記第１現像領域を通過した後の前記第１現像剤担持体が担持している現像剤の少なくとも一部をその表面で受け取り、前記像担持体の表面と対向する第２現像領域に担持した二成分現像剤を搬送する第２現像剤担持体とを備え、前記各現像剤担持体はそれぞれの前記表面が溝により粗面化されており、前記各現像剤担持体に形成された前記各溝は、それぞれの深さが前記キャリアの粒径よりも大きく形成されると共にそれぞれの幅が前記深さよりも大きく形成され、前記第１現像剤担持体に形成された前記溝の深さは、前記第２現像剤担持体に形成された前記溝の深さ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、各現像剤担持体の表面を溝により粗面化し、溝の深さ及び幅を現像剤のキャリア粒径よりも大きくすることにより溝に付着したトナーをキャリアによって回収することができ、かつ溝の深さが十分に深いために現像剤の搬送性も十分に確保できるので、長期にわたって現像ローラのトナー固着を改善できると共に、汲み上げ量の低下を防止して画像濃度低下等の異常画像の発生防止及びトナー飛散の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に用いられるプロセスカートリッジの概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる現像装置の概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に用いられる現像剤規制部材を説明する概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に用いられる現像ローラを説明する概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に用いられる現像ローラの磁極を説明する概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に用いられる現像装置における現像剤の流れを説明する概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に用いられる磁性キャリアの体積固有抵抗値を測定する測定装置の概略図である。
【図９】本発明の一実施形態に用いられる現像ローラの表面性状を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態における５００万枚画像形成時における現像ローラの表面における十点平均粗さとスリーブ固着との関係を示す線図である。
【図１１】本発明の一実施形態における５００万枚画像形成時における現像ローラの表面における凹凸平均間隔とスリーブ固着との関係を示す線図である。
【図１２】本発明の一実施形態に用いられる現像ローラの静摩擦係数を測定する測定方法を説明するための概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態における５００万枚画像形成時における現像ローラの表面における十点平均粗さとスリーブ固着との関係を示す線図にｔａ−Ｃコートあり現像ローラのデータを追加したグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態における５００万枚画像形成時における現像ローラの表面における凹凸平均間隔とスリーブ固着との関係を示す線図にｔａ−Ｃコートあり現像ローラのデータを追加したグラフである。
【図１５】本発明の各実施形態の変形例に用いられる現像装置の概略断面図である。
【図１６】本発明の各実施形態及び変形例の効果を確認する確認試験での第１現像ローラにおける画像形成枚数とスリーブ固着ランクとの関係を示す線図である。
【図１７】本発明の各実施形態及び変形例の効果を確認する確認試験での第２現像ローラにおける画像形成枚数とスリーブ固着ランクとの関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置としてのプリンタ１０を示している。同図において書き込み部２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、画像情報に基づいて帯電工程後の像担持体である４個の感光体ドラム２１に対してそれぞれ静電潜像を書き込むための装置であり、ポリゴンミラー３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ及び光学素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ等を用いた光走査装置である。
なお、書き込み部としては光走査装置に代えてＬＥＤアレイ装置を用いることも可能である。
【００１１】
給紙部６１は、記録紙、ＯＨＰ等の被記録媒体Ｐを格納して、画像形成時において被記録媒体Ｐを転写ベルト３０に向けて給送する。転写ベルト３０は、被記録媒体Ｐをその表面に静電吸着しつつ搬送させ、各感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を被記録媒体Ｐに転写させるための無端状のベルト体であり、転写ベルト３０の近傍には転写ベルト３０の外周面上に当接する態様で吸着ローラ６４及びベルトクリーナ６５が配設されている。
転写ベルト３０を介して各感光体ドラム２１に対向する４個の転写ローラ２４は、芯金及び芯金を被覆する導電性弾性層を有している。転写ローラ２４の導電性弾性層は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料にカーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を中抵抗に調整した弾性体である。
定着部６６は、加熱ローラ６８及び加圧ローラ６７を有し、被記録媒体Ｐ上のトナー像を熱と圧力とにより被記録媒体Ｐ上に定着させる。
【００１２】
転写ベルト３０に沿って、図１において縦方向に配設された４個のプロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋは、それぞれイエロ、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像を形成する。各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ上には、磁性キャリアＣと各色のトナーＴとを含む二成分現像剤を現像装置５０に供給する剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｂｋを有している。各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ及び各剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｂｋは図示しない回転軸を中心としてそれぞれ一体的に回動自在であり、転写ベルト３０を開放してそれぞれ装置本体１に対して着脱自在に構成されている。
【００１３】
本実施形態で示すプリンタ１０は、コンピュータ等から送信されるページ記述言語やビットマップ形式等の画像情報に対して画像処理を施し、書込データに変換している。画像形成時には、各書き込み部２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄから各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋに対して、ブラック、マゼンタ、シアン、イエロの画像情報に応じた露光光がそれぞれ照射される。換言すると、各光源から発せられた露光光（レーザ光）が各ポリゴンミラー３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ及び各光学素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを介して各感光体ドラム２１上に照射される。これにより、各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋの感光体ドラム２１上に、露光光に応じた静電潜像がそれぞれ形成される。この静電潜像は、各感光体ドラム２１の表面に対向配置されている現像装置５０によって各色のトナーで現像される。各感光体ドラム２１上には各色トナー像が形成され、各トナー像が被記録媒体Ｐ上に順次転写される。
【００１４】
給紙部６１において、給紙ローラ６２の回転により給送された被記録媒体Ｐはレジストローラ対６３において一時停止され、タイミングを取って転写ベルト３０上に送り込まれる。転写ベルト３０への被記録媒体送り込み位置に配設された吸着ローラ６４は、電圧の印加により送り込まれてきた被記録媒体Ｐを転写ベルト３０に吸着させる。転写ベルト３０に吸着された被記録媒体Ｐは、転写ベルト３０の図１における矢印方向への走行に伴い各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋとの対向位置を順次通過し、このときに各色のトナー像がそれぞれ重なり合うように重畳転写される。
このように各色トナーが転写された被記録媒体Ｐは転写ベルト３０から分離されて定着部６６に送られ、被記録媒体Ｐ上のトナー像は加圧ローラ６７及び加熱ローラ６８に挟持されつつ加熱されることによって被記録媒体Ｐ上に定着される。一方、被記録媒体Ｐが分離した後の転写ベルト３０は、ベルトクリーナ６５によってその表面に付着したトナー等の汚れをクリーニングされて次の画像形成に備えられる。
【００１５】
次に、プリンタ１０における各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ及び各剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｂｋについて説明する。図２は、装置本体１に配設されたプロセスカートリッジ２０及び剤カートリッジ２８を示す図である。
なお、各プロセスカートリッジ２０Ｙ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｂｋ及び各剤カートリッジ２８Ｙ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｂｋはほぼ同一構造であるので、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの添え字を適宜省略する。
【００１６】
図２に示すように、プロセスカートリッジ２０は感光体ドラム２１、帯電装置２２、現像装置５０、クリーニング装置２５が一体的に構成されたものである。
感光体ドラム２１は負帯電性の有機感光体であり、図示しない回転駆動機構により図２において反時計回り方向に回転駆動される。
帯電装置２２は、芯金上にウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した弾性を有する帯電ローラである。帯電装置２２の中抵抗の材質としては、ウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の基材に、抵抗調整のためのカーボンブラック、金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材、これ等のゴム材を発泡させたものを用いることができる。
クリーニング装置２５は、感光体ドラム２１の表面に当接するクリーニングブラシまたはクリーニングブレードを有しており、感光体ドラム２１上の転写残トナーを機械的に除去及び回収する。
【００１７】
図３は、プロセスカートリッジ２０に設けられた現像装置５０を示している。同図において現像装置５０は、第１現像剤担持体としての第１現像ローラ５１Ａ及び第２現像剤担持体としての第２現像ローラ５１Ｂという２本の現像ローラが設けられたいわゆる多段現像方式の現像装置である。
各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂは、感光体ドラム２１の表面に近接するようにそれぞれ対向配置されており、各対向位置がそれぞれ現像領域となる。各現像領域では、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面に穂立ちした現像剤からなる磁気ブラシが感光体ドラム２１の表面にそれぞれ接触する。現像装置５０の内部にはトナーＴと磁性キャリアＣとを含む二成分現像剤Ｇが収容されており、現像装置５０は感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像してトナー像とする現像処理を行う。
なお本実施形態では、第１現像ローラ５１Ａを重力方向上側、第２現像ローラ５１Ｂを重力方向下側にそれぞれ縦配列しており、これにより現像装置５０の幅方向における省スペース化を図り、プリンタ１０全体の幅方向における省スペース化も実現している。
【００１８】
次に、感光体ドラム２１上で行われる作像プロセスについて説明する。
感光体ドラム２１が反時計回り方向に回転駆動されると、帯電装置２２によって感光体ドラム２１の表面が一様に帯電され、その後、帯電された感光体ドラム２１の表面は書き込み部２からの図２に示す露光光Ｌにより露光される。すなわち、露光光Ｌの照射によって感光体ドラム２１上を画像情報に応じて選択的に除電することにより、露光光Ｌが照射されなかった非画像部との電位差（電位コントラスト）を生じさせて静電潜像を形成する。この露光工程は、感光体ドラム２１の感光層中で電荷発生物質が光を受けて電荷を発生し、このうちの正電荷が感光体ドラム２１の表面における帯電電荷と打ち消し合うものである。
【００１９】
静電潜像が形成された感光体ドラム２１の表面は、回転移動により現像装置５０との対向位置に到達する。そしてこの静電潜像は、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂ上の磁気ブラシと順次接触し、磁気ブラシ中の負帯電されたトナーＴが付着することによって可視化される。上方に配置されている第１現像ローラ５１Ａ上に汲み上げられた現像剤Ｇは、現像剤規制部材５２によって適量化される。
本実施形態において、現像剤規制部材５２は現像装置本体にねじ止めされており、詳しくは現像ローラの軸方向において中央部と両端部との３箇所で固定されている。現像剤規制部材５２によって適量化された現像剤Ｇは、第１現像ローラ５１Ａによって感光体ドラム２１との対向部である第１現像領域に搬送される。
【００２０】
近年の高画質化（ドットの再現性の向上）により感光体と現像ローラとのギャップ（現像ギャップ）は狭まる方向にあり、現像ギャップが狭まることに連れて現像ローラ上の現像剤量を少なくする必要がある。ここで、非磁性体からなる現像剤規制部材のみでは規制ギャップ（ドクタギャップ）を狭めるしか方法はなく、これにより現像剤規制部材と現像ローラとの間であるドクタ部で現像剤の摺擦により現像剤が現像スリーブに固着するスリーブ固着の状態が悪化する。
ドクタギャップを広げるためには、現像剤規制部材として磁性部材からなるものを用いる必要がある。これにより現像剤規制部材に磁界を集めることで現像剤を穂立ちさせることができ、ドクタギャップを広げることができる。これによりドクタ部での現像剤の摺擦を少なくすることができ、上述したスリーブ固着の状態が悪化することを抑制することができる。また、ドクタ部でのトルクも減少するため、現像剤の劣化を抑制することもできる。
【００２１】
図４は、本実施形態に用いられる現像剤規制部材５２の拡大図である。同図において現像剤規制部材５２は、非磁性であり厚さ２ｍｍのステンレス板からなる非磁性部材としてのドクタブレード５２Ａと、ドクタブレード５２Ａの現像ローラ回転方向上流側に配設された厚さ０．３ｍｍのＳＵＳ４３０板からなる磁性部材としての磁性体５２Ｂとから構成されている。現像剤規制部材５２は、第１現像ローラ５１Ａと対向する面において、磁性体５２Ｂがドクタブレード５２Ａよりも第１現像ローラ５１Ａ側に０．２ｍｍ突出するように配置されている。
【００２２】
上述の構成により、ドクタ部に磁性部材を有することからドクタギャップが広がり、これにより現像ローラ５１Ａのトルクを低減することができ、ドクタ部での現像剤Ｇとの摺擦が減少することから経時でのドクタ部へのトナー固着を防止して現像剤汲み上げ量の低下を防止することができる。また、磁性体５２Ｂがドクタブレード５２Ａよりも第１現像ローラ５１Ａ側に突出しているので、さらにドクタギャップを広げて現像ローラ５１Ａのトルクを低減でき、磁性体５２Ｂがドクタブレード５２Ａから突出していない構成に比してより一層ドクタ部でのトナー固着を低減することができる。
なお、経時での現像剤汲み上げ量の低下が許容可能なレベルであれば、ドクタブレード５２Ａと磁性体５２Ｂとを同一面に配置する構成、あるいは磁性体５２Ｂよりもドクタブレード５２Ａを突出させる構成、あるいは磁性体５２Ｂよりもドクタブレード５２Ａを突出させかつ磁性体５２Ｂを現像ローラ回転方向上流側に折り曲げる構成としてもよい。
【００２３】
第１現像領域では、第１現像ローラ５１Ａ上の現像剤Ｇが第１現像ローラ５１Ａ内に設けられた現像磁極の磁力によって穂立ちし、形成された磁気ブラシが感光体ドラム２１の表面を摺擦する。このとき、現像剤Ｇ中のトナーＴは、図示しない電源部から第１現像ローラ５１Ａに印加されている所定の現像バイアスにより形成される現像電界の作用により、感光体ドラム２１上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像を形成する。
第１現像領域を通過した第１現像ローラ５１Ａ上の現像剤Ｇは、第１現像ローラ５１Ａの回転に伴い第２現像ローラ５１Ｂの内部に配置された受け渡し磁極と対向する現像剤受け渡し領域まで搬送される。現像剤受け渡し領域では、第１現像ローラ５１Ａ上の一部または全ての現像剤Ｇが受け渡し磁極の磁力作用を受けて第２現像ローラ５１Ｂの表面に移動し、第２現像ローラ５１Ｂの表面上に担持される。
【００２４】
上述のように第２現像ローラ５１Ｂに担持された現像剤Ｇは、第２現像ローラ５１Ｂの回転により感光体ドラム２１の表面と対向する第２現像領域へと搬送される。第２現像領域では、第２現像ローラ５１Ｂ上の現像剤Ｇが第２現像ローラ５１Ｂ内に設けられた現像磁極の磁力によって穂立ちし、形成された磁気ブラシが感光体ドラム２１の表面を摺擦する。このとき、現像剤Ｇ中のトナーＴは、図示しない電源部から第２現像ローラ５１Ｂに印加されている所定の現像バイアスにより形成される現像電界の作用により、感光体ドラム２１上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像を形成する。
その後、第２現像領域を通過した第２現像ローラ５１Ｂ上の現像剤Ｇは、第２現像ローラ５１Ｂの表面から離脱して現像装置５０内に戻される。
【００２５】
本実施形態では、現像バイアスとして直流電圧（ＤＣ）に交流電圧（ＡＣ）を重畳した重畳電圧を印加しており、重畳電圧は周波数が０．９９ｋＨｚ、ピークトゥピーク電圧（Ｖｐｐ）が８００Ｖ、＋側デューティが１０％の矩形波を使用している。重畳電圧や波形形状はこれには限定されず、例えば周波数が８ｋＨｚ等の高周波数を用いてもよく、ｓｉｎ波や三角波等の他の波形形状としてもよい。また現像バイアスとして、直流電圧のみを使用することも可能である。
【００２６】
第１現像領域及び第２現像領域での現像処理によってトナー像が形成された感光体ドラム２１の表面部分は、感光体ドラム２１の回転に伴い転写ベルト３０及び転写ローラ２４との対向位置に到達する。そして、このタイミングで被記録媒体Ｐがレジストローラ対６３の作動により搬送され、被記録媒体Ｐ上に感光体ドラム２１上のトナー像が転写される。このとき、転写ローラ２４には所定の電圧が印加されている。トナー像が転写された被記録媒体Ｐは、定着部６６を通過して画像を定着された後に排出ローラ６９によって機外に排出される。
一方、転写工程時において被記録媒体Ｐに転写されずに感光体ドラム２１上に残留したトナー（転写残トナー）Ｔは、感光体ドラム２１に付着したままクリーニング装置２５との対向部に到達し、クリーニング装置２５により除去及び回収される。その後、感光体ドラム２１は図示しない除電装置によって表面の電荷を除電され、一連の作像プロセスが完了する。
【００２７】
次に、本実施形態における現像装置５０の構成及び動作について説明する。
現像装置５０は、第１現像ローラ５１Ａ、第２現像ローラ５１Ｂ、第１搬送スクリュ（オーガスクリュ）５３Ａ、第２搬送スクリュ５３Ｂ、第３搬送スクリュ５３Ｃ、現像剤規制部材５２、キャリア捕集ローラ５４、スクレーパ５５、排出スクリュ５６等を有している。また現像装置５０内には、現像剤Ｇを搬送して循環経路を形成する現像剤供給搬送路Ｂ１、現像剤回収搬送路Ｂ２、現像剤循環搬送路Ｂ３の３本の現像剤搬送路が形成されている。
【００２８】
図５は、第１現像ローラ５１Ａ及び第２現像ローラ５１Ｂの概略図である。なお、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂは同一の構成であるので第１現像ローラ５１Ａについて説明し、第２現像ローラ５１Ｂは符号を付すに止める。
第１現像ローラ５１Ａは、ステンレス、アルミニウム、真鍮、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成したスリーブ５１Ａ１が図示しない駆動手段によって図５において時計回り方向に回転駆動される。スリーブ５１Ａ１内には、スリーブ５１Ａ１の周面に現像剤Ｇの穂立ちを生じさせるための磁界を形成するマグネット５１Ａ２が配設されている。そして、マグネット５１Ａ２により発生する磁力線に沿うように、現像剤Ｇ中のキャリアＣがスリーブ５１Ａ１上においてチェーン状に穂立ちし、このキャリアＣに帯電したトナーＴが付着して磁気ブラシが形成される。形成された磁気ブラシはスリーブ５１Ａ１の回転に伴って搬送される。
また、スリーブ５１Ａ１の表面には、現像剤Ｇの搬送能力を向上させるために凹凸状の処理が施された粗面部が設けられている。この粗面部については後述する。
【００２９】
各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面上には、マグネット５１Ａ２の各磁極Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５，Ｈ１６及びマグネット５１Ｂ２の各磁極Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ２３，Ｈ２４により、図６に破線で示すような磁束密度分布が形成される。図中の破線は、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面上での法線方向における磁束密度の大きさを示しており、その表面から遠ければ遠いほど法線方向の磁束密度が大きい地点であることを示している。
【００３０】
マグネット５１Ａ２は、感光体ドラム２１との対向位置に磁力線が形成される主磁極Ｈ１１、現像剤規制部材５２と主磁極Ｈ１１との間に磁力線が形成される搬送磁極Ｈ１２、現像剤規制部材５２に対向する規制磁極Ｈ１３、第１搬送スクリュ５３Ａとの対向位置に磁力線が形成される汲み上げ磁極Ｈ１４、第２現像ローラ５１Ｂとの対向位置に磁力線が形成される第１受け渡し磁極Ｈ１６、第１受け渡し磁極Ｈ１６と汲み上げ磁極Ｈ１４との間に磁力線が形成される搬送磁極Ｈ１５を備えている。
マグネット５１Ｂ２は、感光体ドラム２１との対向位置に磁力線が形成される主磁極Ｈ２１、第１受け渡し磁極Ｈ１６との対向位置に磁力線が形成される第２受け渡し磁極Ｈ２２、現像剤回収搬送路Ｂ２との対向位置に磁力線が形成される剤離れ磁極Ｈ２３、主磁極２１と剤離れ磁極Ｈ２３との間に磁力線が形成される搬送磁極Ｈ２４を備えている。
【００３１】
汲み上げ磁極Ｈ１４の磁力線がキャリアＣに作用し、現像剤供給搬送路Ｂ１に収容されている現像剤Ｇが第１現像ローラ５１Ａの表面上に担持される。第１現像ローラ５１Ａに担持された現像剤Ｇは、その一部が現像剤規制部材５２と第１現像ローラ５１Ａとの間隔である規制ギャップを通過する際に現像剤規制部材５２によって掻き取られ、掻き取られた現像剤Ｇは現像剤供給搬送路Ｂ１に戻される。
一方、規制磁極Ｈ１３による磁力が作用する規制ギャップを通過した第１現像ローラ５１Ａ上の現像剤Ｇは、搬送磁極Ｈ１２の磁力により第１現像領域へと搬送され、主磁極Ｈ１１が対向する第１現像領域において主磁極Ｈ１１の磁力により穂立ちし、感光体ドラム２１の表面を摺擦する。
【００３２】
その後、第１現像領域を通過した現像剤Ｇは、第１受け渡し磁極Ｈ１６の位置（第２受け渡し磁極Ｈ２２と対向する位置）である現像剤受け渡し領域まで搬送され、第１現像ローラ５１Ａ上の一部または全ての現像剤Ｇが第１受け渡し磁極Ｈ１６及び第２受け渡し磁極Ｈ２２の磁力（受け渡し磁力）により第２現像ローラ５１Ｂ上に受け渡される。第２現像ローラ５１Ｂ上に受け渡された現像剤Ｇは、その後、主磁極Ｈ２１が対向する第２現像領域において主磁極Ｈ２１の磁力により穂立ちし、感光体ドラム２１の表面を摺擦する。
その後、第２現像領域を通過した第２現像ローラ５１Ｂ上の現像剤Ｇは、搬送磁極Ｈ２４を通過して剤離れ磁極Ｈ２３の位置に到達する。そして、剤離れ磁極Ｈ２３における反発磁界がキャリアＣに作用し、第２現像ローラ５１Ｂに担持されている現像処理後の現像剤Ｇが第２現像ローラ５１Ｂから離脱する。離脱後の現像剤Ｇは現像剤回収搬送路Ｂ２に回収され、第２搬送スクリュ５３Ｂによって現像ローラ軸方向である長手方向に沿って搬送される。
【００３３】
各搬送スクリュ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは何れも軸部上に螺旋状のスクリュ部が形成されたものであり、現像装置５０内に収容されている現像剤Ｇをその軸部に沿って搬送する。第１搬送スクリュ５３Ａは現像剤供給搬送路Ｂ１内に配設されており、現像剤供給搬送路Ｂ１内の現像剤Ｇを長手方向である図３において手前側から奥側に搬送する。第１搬送スクリュ５３Ａによって搬送されているとき、現像剤供給搬送路Ｂ１内の現像剤Ｇは第１現像ローラ５１Ａの表面に順次汲み上げられる。従って本実施形態で示した現像装置５０では、現像剤供給搬送路Ｂ１の現像剤搬送方向下流側に行けば行くほど現像剤Ｇの量が少なくなる。
【００３４】
第２搬送スクリュ５３Ｂは、現像剤回収搬送路Ｂ２の内部に配設されており、第１搬送スクリュ５３Ａの鉛直方向下方に位置している。第２現像ローラ５１Ｂから離脱して現像剤回収搬送路Ｂ２に回収された現像処理後の現像剤Ｇは、現像剤回収搬送路Ｂ２内を図３において手前側から奥側へと搬送される。各搬送スクリュ５３Ａ，５３Ｂは、それぞれの軸部が各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの回転軸とほぼ平行となるように配設されている。
【００３５】
第３搬送スクリュ５３Ｃは現像剤攪拌搬送路Ｂ３の内部に配設されており、現像剤回収搬送路Ｂ２の現像剤搬送方向下流部と現像剤供給搬送路Ｂ１の現像剤搬送方向上流部とを直線的に結ぶべく、図７に示すように、各搬送スクリュ５３Ａ，５３Ｂに対して斜めに配設されている。第３搬送スクリュ５３Ｃは、第２搬送スクリュ５３Ｂによって現像剤回収搬送路Ｂ２内を搬送されてきた現像剤Ｇを、現像剤供給搬送路Ｂ１の現像剤搬送方向上流側へと搬送する。
また第３搬送スクリュ５３Ｃは、第１搬送スクリュ５３Ａによって現像剤供給搬送路Ｂ１の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送されて落下経路Ｂ４を通過した現像剤Ｇも、現像剤供給搬送路Ｂ１の現像剤搬送方向上流側へと搬送する。
【００３６】
図７は、現像剤Ｇの搬送経路を図３の左側から見た模式図である。なお、現像剤Ｇの搬送方向を各領域に白抜き矢印で示している。
図７に示すように、現像剤回収搬送路Ｂ２の現像剤搬送方向下流側と現像剤攪拌搬送路Ｂ３の現像剤搬送方向上流側との間は、第１中継部Ｂ５を介して連通している。また、現像剤攪拌搬送路Ｂ３の現像剤搬送方向下流側と現像剤供給搬送路Ｂ１の現像剤搬送方向上流側との間は、第２中継部Ｂ６を介して連通している。なお、現像剤供給搬送路Ｂ１の現像剤搬送方向下流側と現像剤攪拌搬送路Ｂ３の現像剤搬送方向上流側との間は、上述したように落下経路Ｂ４を介して連通している。
【００３７】
上述の構成により、各現像剤搬送路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３内を各搬送スクリュ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの搬送力によって現像剤Ｇが移動することにより、現像装置５０内を現像剤Ｇが循環する。
なお、本実施形態では、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの外周面上の線速は１１３６ｍｍ／ｓｅｃ、プロセス線速（感光体ドラム２１の外周面上の線速及び被記録媒体Ｐの搬送速度）は７３８ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定されている。
現像剤攪拌搬送路Ｂ３の内部にはトナー濃度センサとして機能する磁気センサ２６が配設されており、磁気センサ２６からの情報に基づいて剤カートリッジ２８から現像装置５０に向けてトナーが所定量補給される。補給トナーは現像剤攪拌搬送路Ｂ３の図７において左端である符号Ｔで示す部位から補給され、本実施形態では現像装置５０内での現像剤Ｇのトナー濃度が４〜７重量％となるように制御される。
【００３８】
次に、本実施形態で好適に用いられる二成分現像剤について説明する。
現像剤Ｇの磁性キャリアＣは、例えば酸化鉄を主成分としたフェライト、マグネタイト、または鉄粉を芯材として樹脂によりコーティングした磁性体樹脂キャリアを用いることができる。このような磁性キャリアの被覆材料（コーティング材料）としては、アミノ系樹脂、例えば尿素―ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
また、ポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂及びスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂及びポリブチレンテレフタラート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、フッ化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマ等のフルオロターポリマ、及びシリコーン樹脂等が挙げられる。
本実施形態で使用する磁性キャリアは、アミノ系樹脂のコーティングを施している。
【００３９】
磁性キャリアＣの体積固有抵抗は、磁性キャリアＣの体積固有抵抗測定装置の概略斜視図である図８に示すように、電極間距離２ｍｍ、表面積２×４ｃｍの電極８２ａ，８２ｂを収容したフッ素樹脂製容器からなるセル８１を使用して測定する。各電極８２ａ，８２ｂ間に磁性キャリア８３を充填し、三協パイオテク社製タッピングマシンＰＴＭ−１型を用い、タッピングスピード３０回／ｍｉｎにて１分間タッピング操作を行う。
各電極８２ａ，８２ｂ間に１０００Ｖの直流電圧を印加し、ハイレジスタンスメータ４３２９Ａ（４３２９＋ＬＪＫ５ＨＶＬＶＷＤＱＦＨ  ０ＨＷＨＵ横川ヒューレットパッカード株式会社製）により直流抵抗を測定して電気抵抗率ＲΩ・ｃｍを求め、ＬｏｇＲを算出する。本実施形態では、１５ＬｏｇΩ・ｃｍの磁性キャリアを使用した。
【００４０】
磁性キャリアＣの重量平均粒径は２０〜６５μｍが好ましく、２０〜５０μｍがより好ましい。重量平均粒径が２０μｍ未満であると、芯材の均一性が低下することに起因する感光体へのキャリア付着が発生する場合があり、重量平均粒径が６５μｍを超えると、画像細部の再現性が悪化して精細な画像を得られない場合がある。
ここで、重量平均粒径の測定としては粒度分布を測定可能な機器であれば特に制限なく測定でき、目的に応じて適宜選択可能である。一例として、マイクロトラック粒度分布計（モデルＨＲＡ９３２０−Ｘ１００）を使用することが可能である。
本実施形態で使用する磁性キャリアＣの重量平均粒径は３５μｍとした。
【００４１】
現像剤ＧのトナーＴについては、二成分現像剤として使用されるトナーであれば制限はなく、さらにバインダ樹脂、着色剤、離型剤、帯電調整剤、外添剤等を含むトナーも使用可能である。
また、本実施形態では粉砕法によって製造されたトナーを使用しているが、トナーの製造方法についても重合法等の公知の方法を用いることができ、本発明において粉砕法に限定されるものではない。
本実施形態では、トナーＴとして粒径５．３μｍ程度のものを使用している。
【００４２】
次に、図５に基づいて各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂについて説明する。
一般に、高速で回転する現像スリーブの表面で現像剤がスリップして停滞し、現像スリーブに対する現像剤の追従性が悪化することにより画像濃度が低下するという問題点がある。これを解決するため、現像スリーブの表面を粗面化することにより、現像剤の追従性を維持する構成が考えられる。
【００４３】
現像スリーブの表面を粗面化する方法としては、現像スリーブの素管をサンドブラストやビースブラスト等の加工により粗面化処理する方法、Ｖ溝形状や平面視で円形あるいは楕円形を呈する小さな凹部を、互いに重ならないように間隔を空けて規則的に多数設ける（間隔は不規則的に多数設けられてもよく、また互いに重なるような間隔であってもよい）方法、素管に金属材料を溶射する方法等が挙げられる。
これ等の表面加工により、経時変化による現像剤搬送量の低下を防止することが可能であるが、現像スリーブの目標寿命に応じて取るべき構成が異なってくる。
【００４４】
現像スリーブは、素管をアルミニウムとしてブラスト処理あるいは溝形状を形成して表面を粗面化する構成が一般的であるが、これは素管のコストと加工性の観点から選択されている場合が多い。加工性が良好であるということは、ビッカース硬さＨｖ＝１００以下のアルミニウムよりも硬度の高い鉄粉であるＨｖ＝１８０程度のキャリアによって、現像スリーブが摩耗し易いということとなる。
高速かつ多量画像形成に対応するためには、現像スリーブを長寿命化して画像安定性を高めることが必須である。このためには、キャリアよりも高硬度のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４でＨｖ＝２００程度）等を素管として選択することとなる。しかし、硬度が高いということは切削加工性が悪く、生産コストがかさむという問題点がある。そこで、本実施形態ではステンレス鋼にステンレスを溶射して粗面化する構成とした。
【００４５】
現像スリーブ表面の粗面化は、先ず素管のステンレス鋼としてＳＵＳ３０４からなる外径３０ｍｍ、肉厚１ｍｍ、長さ４９０ｍｍの中空管を用意し、この中空管の外表面にブラスト処理を施してＲｚ６μｍの表面粗さとする。その後、キャリアよりも高硬度な材質をアーク溶射し、現像スリーブの表面に凹凸を形成する。
溶射時において、ステンレスはアルミニウムに比して熱膨張率が小さいため素管の温度上昇による熱変形が少なく、また機械的強度が高いので溶射時の衝撃力による変形が少ない。従って、素管をステンレスにすることにより、アルミニウムの場合に比して現像スリーブの外径振れ精度の悪化が抑制され、画像濃度の周期的な変動が抑制される。
【００４６】
溶射材としては、アルミニウムやチタン等、様々な金属が選択可能であるが、アルミニウムのように磁性キャリアＣよりも低硬度の材料では、磁性キャリアＣによる摩耗のため粗面化形状が高速多量画像形成に対応した長期寿命を維持することができない。チタンは高硬度材料であり寿命は達成できるが、生産コストがかさんでしまう。また、現像スリーブの素管と溶射材とが異なると、素管と溶射材との融合性が低いために長期使用に際して溶射材が剥がれ易いという問題点もある。
そこで本実施形態では、素管と同材質であるＳＵＳ３０４のワイヤをアーク溶射することにより、現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面に凹凸を形成している。素管と溶射材とが同材質であることから両者の融合性が高く、長期間の使用に際しても溶射材が剥がれにくく耐久性を高めることができる。素管と溶射材とを同材質とすれば、素管及び溶射材共にチタンとする構成を採用してもよい。この場合にもステンレスを用いた場合と同程度の長寿命が望めるが、生産コストは大幅に増加することとなる。
【００４７】
このように、現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面に磁性キャリアＣよりも高硬度で素管と同材質のステンレス材を溶射して凹凸を形成することにより、高速かつ多量画像形成時での磁性キャリアＣによる現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１表面の凹凸の摩耗を長期にわたって防止することができる。そして、これにより現像ローラ５１Ａ，５１Ｂは長期間にわたり安定して現像剤を汲み上げることができ、これにより経時変化による現像剤汲み上げ量の減少を防止することができる。
【００４８】
本実施形態における各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂは、何れもステンレスの中空管にステンレスをアーク溶射した表面加工を施したものを使用している。そして、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面、すなわち現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面での十点平均粗さＲｚ及び凹凸平均間隔Ｓｍを測定した。測定方法は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４に準拠した測定方法であれば、特には限定されない。本実施形態では、ミツトヨ社製ＦＯＲＭＴＲＡＣＥＲ  ＳＶ−Ｃ５００を用いて測定を行った。
【００４９】
図９は、現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの外周面に形成した凹凸における溝の深さと幅、及び磁性キャリアＣとトナーＴとを示した模式図である。図９に基づいて、本発明の特徴である磁性キャリアＣの粒径と現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの溝深さ及び溝幅との関係について説明する。
先ず、現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの溝深さについて説明する。現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの溝の深さは、磁性キャリアＣがある程度溝に入ることでスリーブが磁性キャリアＣ（現像剤Ｇ）を搬送し易くして汲み上げ量を安定化させ、溝に付着したトナーＴを磁性キャリアＣで回収するという働きがある（図９（Ａ）参照）。従って、溝の深さに相当する十点平均粗さＲｚとキャリア粒径Ｄとの関係が重要である。
【００５０】
図１０は、５００万枚画像形成時における十点平均粗さＲｚとスリーブ固着ランクとの関係を示している。スリーブ固着ランクの目標、すなわち市場にて影響のないスリーブ固着レベルはランク３．５以上であり、評価に使用した磁性キャリアＣの粒径は３５μｍである。
図１０から判るように、十点平均粗さＲｚがキャリア粒径Ｄに対して１．４倍程度の大きさである約５０μｍからスリーブ固着は良化傾向を示し、１．５倍以上の大きさである５５μｍでは磁性キャリアＣが溝に十分入り込み、現像剤Ｇの搬送を安定化させると共に溝に付着したトナーＴを回収してスリーブ固着ランクを目標レベルに抑制することができた。従って、スリーブ固着の発生を防止するためには、１．５Ｄ＜Ｒｚの関係が必要である。なお、このときの凹凸平均間隔Ｓｍは２２０μｍであった。
【００５１】
次に、現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの溝幅について説明する。
図９（Ｂ）に示すように溝の幅が狭い場合には、溝の内部に付着したトナーＴを磁性キャリアＣで回収することはできないが、図９（Ａ）に示すように溝の幅が広ければ、溝の内部に付着したトナーＴを接触する磁性キャリアＣによって回収することができるため、溝部におけるトナー付着は発生しない。
スリーブ固着は溝に付着したトナーＴが原因であることから、磁性キャリアＣが溝に入り込み付着したトナーＴが回収できればよいこととなる。すなわち、溝の幅と深さとの関係が重要である。溝の幅に相当する凹凸平均間隔Ｓｍがキャリア粒径Ｄより小さいと、磁性キャリアＣは溝に進入することができないため、溝の内部に付着したトナーＴを磁性キャリアＣで回収することができずにスリーブ固着が発生してしまう。凹凸平均間隔Ｓｍはキャリア粒径Ｄよりも大きいことが条件となるが、効果的に溝に付着したトナーＴを回収するためには、凹凸平均間隔Ｓｍと十点平均粗さＲｚとの関係も必要となる。
【００５２】
図１１は、５００万枚画像形成時における凹凸平均間隔Ｓｍとスリーブ固着ランクとの関係を示している。スリーブ固着の目標、すなわち市場にて影響のないスリーブ固着レベルはランク３．５以上であり、評価に使用した磁性キャリアＣの粒径は３５μｍである。
図１１から判るように、凹凸平均間隔Ｓｍが２００μｍを超えるとスリーブ固着は良化傾向を示し、凹凸平均間隔Ｓｍが２２０μｍ以上の場合にスリーブ固着を目標レベルに抑制することができた。なお、このときの十点平均粗さＲｚは５５μｍであった。従って、スリーブ固着の発生を防止するためには、凹凸平均間隔Ｓｍが十点平均粗さＲｚの４倍以上、すなわち４・Ｒｚ＜Ｓｍの関係が必要である。
以上の結果より、キャリア粒径Ｄ、十点平均粗さＲｚ、凹凸平均間隔Ｓｍの間には、以下の関係式が成立することとなる。
１．５Ｄ＜Ｒｚ＜１／４・Ｓｍ・・・式１
【００５３】
なお、本実施形態における十点平均粗さＲｚ、凹凸平均間隔Ｓｍの測定方向は現像ローラ軸方向である。
キャリア粒径Ｄ、十点平均粗さＲｚ、凹凸平均間隔Ｓｍの関係は、現像ローラ軸方向、現像ローラ回転方向の何れかで満足する必要があり、他方（本実施形態では現像ローラ回転方向）の溝深さ、溝間隔はキャリア粒径Ｄよりも大きいことが最低条件となる。もちろん、現像ローラ軸方向、現像ローラ回転方向の両方でキャリア粒径Ｄ、十点平均粗さＲｚ、凹凸平均間隔Ｓｍの関係を満足する構成としてもよい。
【００５４】
本発明の第１の実施形態では、第１現像ローラ５１Ａ、第２現像ローラ５１Ｂ共に同じ表面性状の構成を採用し、キャリア粒径Ｄ＝３５μｍに対して十点平均粗さＲｚ１＝Ｒｚ２＝７０μｍ、凹凸平均間隔Ｓｍ１＝Ｓｍ２＝３００μｍとした（表１上段参照）。
第１の実施形態では、キャリア粒径Ｄ＝３５μｍから１．５Ｄ＝５２，５μｍ、凹凸平均間隔Ｓｍ＝３００μｍより１／４Ｓｍ１＝１／４Ｓｍ２＝７５μｍとなる。すなわち、１．５Ｄ＝５２．５＜Ｒｚ１＝７０＜１／４Ｓｍ１＝７５、１．５Ｄ＝５２．５＜Ｒｚ２＝７０＜１／４Ｓｍ２＝７５となり、第１現像ローラ５１Ａ、第２現像ローラ５１Ｂ共に式１を満足する構成であることが明らかとなった（表１下段参照）。
【００５５】
この結果、式１を満足する構成であることからスリーブ固着の発生を抑制し、かつ汲み上げ量の低下を抑制することができるので、画像濃度低下等の異常画像の発生防止及びトナー飛散の発生を防止することができる。
上述の構成より本発明によれば、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面に溝を形成することによって表面を粗面化し、溝の深さ及び幅をキャリア粒径Ｄよりも大きくすることにより溝に付着したトナーＴを磁性キャリアＣによって回収することができ、かつ溝の深さが十分に深いために現像剤Ｇの搬送性も十分に確保できるので、長期にわたって現像ローラ５１Ａ，５１Ｂのトナー固着を改善できると共に、汲み上げ量の低下を防止して画像濃度低下等の異常画像の発生防止及びトナー飛散の発生を防止することができる。
【００５６】
【表１】
2018081152.tif 000003
【００５７】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態は第１現像ローラ５１Ａと第２現像ローラ５１Ｂとでそれぞれの表面性状が異なる構成とし、第１現像ローラ５１Ａは第１の実施形態と同様に十点平均粗さＲｚ１＝７０μｍ及び凹凸平均間隔Ｓｍ１＝３００μｍ、第２現像ローラ５１Ｂは第１現像ローラ５１Ａよりも十点平均粗さＲｚ及び凹凸平均間隔Ｓｍ共に小さく構成し、十点平均粗さＲｚ２＝５５μｍ、凹凸平均間隔Ｓｍ２＝２４０μｍとした（表２上段参照）。
キャリア粒径Ｄ＝３５μｍから、第１現像ローラ５１Ａは第１の実施形態と同様に１．５Ｄ＝５２．５＜Ｒｚ１＝７０＜１／４Ｓｍ１＝７５となり、式１を満足する。第２現像ローラ５１Ｂはキャリア粒径Ｄ＝３５μｍから１．５Ｄ＝５２．５、Ｓｍ２＝２４０μｍから１／４Ｓｍ２＝６０μｍとなる。従って、１．５Ｄ＝５２．５＜Ｒｚ２＝５５＜１／４Ｓｍ２＝６０となり、式１を満足する構成であることが明らかである（表２下段参照）。
【００５８】
この結果、スリーブ固着の発生を抑制しかつ汲み上げ量の低下を抑制できるので、画像濃度低下等の異常画像の発生防止並びにトナー飛散の発生を防止することができる。さらに、第２現像ローラ５１Ｂの表面性状を第１現像ローラ５１Ａよりも小さくしていることから、ドット再現性等の画質を向上することができる。
【００５９】
【表２】
2018081152.tif 000004
【００６０】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。この第３の実施形態は、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面に低摩擦抵抗層をコーティングしている点においてのみ第１の実施形態と相違しており、他の構成は同一である。
各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面には、図５に示すように低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３がコーティングされている。このコーティングは現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１に付着するトナーＴを減少させる効果があるため、濃度ムラ画像の形成を防止すると共に、長期使用の観点からスリーブ固着の発生抑制に寄与している。
また、低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３により現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面を保護していることから、磁性キャリアＣによる現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面の凹凸の摩耗を抑制する効果もあり、現像ローラ５１Ａ，５１Ｂのさらなる長寿命化を目指す場合に好適な構成である。
【００６１】
低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３は、例えばテトラヘデラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）や窒化チタン（ＴｉＮ）等、現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の基材よりも低摩擦係数の材料で構成されたものを薄層化する。低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３としては、現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の基材よりも低摩擦係数の材料であれば、本発明の目的に反しない限りどのようなものを使用してもよく、例えば炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、モリブデン酸等、ｔａ−ＣやＴｉＮ以外の材料を用いてもよい。なお、各材料における摩擦係数は、ステンレス、アルミニウム合金：０．５以上、ＴｉＮ：０．３〜０．４、ｔａ−Ｃ：０．１以下程度である。
【００６２】
また、感光体の非画像部と対向する現像スリーブに付着したトナーは電荷を有しているため、付着トナーが固着すると画像形成時には現像スリーブ上のトナーが有する電荷分だけ現像電位が嵩上げされ、トナー現像量が増加することにより発生する濃度ムラ、いわゆるゴースト画像が生じる。
本実施形態では、現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面に基材よりも低摩擦係数の低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３を形成することにより、現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１に付着するトナーＴを減少させてゴースト画像の発生を抑制することができ、さらにスリーブ固着の発生も防止することができる。
また、低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３のコーティングにより、現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１をさらに高硬度とすることができる。つまり、磁性キャリアＣによる現像ローラ５１Ａ，５１Ｂ表面に形成された凹凸の摩耗を抑制できることから、スリーブ表面の凹凸の摩耗に起因する汲み上げ量の低下も抑制することが可能である。
【００６３】
次に、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面摩擦抵抗の測定方法について説明する。
図１２は、静摩擦係数測定装置７０の概略構成図である。上述した現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面摩擦抵抗は、オイラーベルト法により最大静摩擦係数μを求めることによって測定する。同図に示すように、ベルトとして中厚の上質紙７１ａを用い、その両端に糸７１ｂを取り付けて測定紙片７１を作成する。作成した測定紙片７１を現像ローラ７２の円周１／４に張架し、一方の糸７１ｂに例えば０．９８Ｎ（１００ｇ）の錘７３を取り付ける。そして、他方の糸７１ｂの端部よりデジタルプッシュプルゲージ７４により測定紙片７１を引っ張り、測定紙片７１が動き始めたときのデジタルプッシュプルゲージ７４の値（荷重）を読み取る。この荷重をＦ（Ｎ）とすると、最大静摩擦係数μは、μ＝ｌｎ（Ｆ／０．９８）／（π／２）で求められる。
【００６４】
この静摩擦係数測定方法により、上述したようにフッ素樹脂により被覆した現像ローラの最大静摩擦係数μを測定したところ０．４以下であった。本実施形態において、低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３は広く実用化されているフィルタ処理陰極真空アーク方式（ＦＣＶＡ：Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｉｃ  Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ）により現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面に成膜されたｔａ−Ｃ膜で形成されている。
ＦＣＶＡ方式によるｔａ−Ｃ膜の成膜の概略を説明すると、ほぼ真空状態のチャンバ内にターゲットとして純度の高い炭素（黒鉛）配置し、このターゲットに対しアーク放電を行う。そして、アーク放電により発生したプラズマを電磁誘導により蒸着対象である現像スリーブの基材に導く。この誘導過程において、電磁気的空間フィルタにより蒸着に不要なマクロ粒子や中性原子、中性分子等を除去し、イオン化した炭素のみを抽出する。そして、基材に到達したイオン化した炭素は、基材表面に凝集してｔａ−Ｃ膜を形成する。これによりｔａ−Ｃ膜からなる低摩擦抵抗層が現像スリーブの表面に形成される。
このようなｔａ−Ｃ膜からなる低摩擦抵抗層は、メッキや塗布等で形成された膜に比して均一な厚みに形成できると共に、比較的低温での成膜処理が可能であるので現像スリーブの温度による歪み等が発生しにくい。そのため、現像スリーブの形状精度を高めることができる。
【００６５】
低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３は、ＦＣＶＡ方式に代えて広く実用化されている中空陰極方式（ＨＣＤ：Ｈｏｌｌｏｗ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）により現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の表面に成膜されたＴｉＮ膜で構成してもよい。物理蒸着法（ＰＶＤ）の一つであるイオンプレーティング方式によれば密着性に優れた膜が比較的容易に得られ、イオンプレーティング方式の中でも特にＨＣＤ方式を用いることにより、均質かつ膜厚が均一で現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面粗さ（中空管に溶射した後の形状）に沿った被膜を得ることができる。
本実施形態では、低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３としてｔａ−Ｃをコーティングし、コーティング後の現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面性状である十点平均粗さＲｚ及び凹凸平均間隔Ｓｍは実施形態１と同様とした（表３上段参照）。キャリア粒径Ｄ＝３５μｍから１．５Ｄ＝５２．５μｍ、凹凸平均間隔Ｓｍ＝３００μｍから１／４Ｓｍ１＝１／４Ｓｍ２＝７５μｍとなる。従って、１．５Ｄ＝５２．５＜Ｒｚ１＝７０＜１／４Ｓｍ１＝７５、１．５Ｄ＝５２．５＜Ｒｚ２＝７０＜１／４Ｓｍ２＝７５となり、第１現像ローラ５１Ａ及び第２現像ローラ５１Ｂが共に式１を満足する構成であることが明らかとなった（表３下段参照）。
これにより、スリーブ固着の発生を抑制できかつ汲み上げ量の低下を抑制することが可能であるので、画像濃度低下等の異常画像の発生防止並びにトナー飛散の発生を防止することができる。
【００６６】
【表３】
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【００６７】
図１３は、図１０に示した十点平均粗さＲｚとスリーブ固着との関係を示したグラフにｔａ−Ｃコートを有する現像ローラ５１Ａ，５１Ｂのデータ（■プロット）を追加したものである。また図１４は、図１１に示した凹凸平均間隔Ｓｍとスリーブ固着との関係を示したグラフにｔａ−Ｃコートを有する現像ローラ５１Ａ，５１Ｂのデータ（■プロット）を追加したものである。
何れの場合も、ｔａ−Ｃコートを行うことによりスリーブ固着ランクが１程度良化している。つまり、低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３をコーティングすることで現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１へのトナーＴの固着を抑制でき、かつ現像スリーブ５１Ａ１，５１Ｂ１の凹凸の摩耗を抑制することが明らかとなり、その結果として現像ローラ５１Ａ，５１Ｂのさらなる長寿命化を達成できることとなる。
【００６８】
なお、現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面性状は第２の実施形態のように各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂにおいて異なるものとすることも可能である。この場合も、各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの何れも式１を満足する構成であれば、スリーブ固着の発生を抑制する効果を得ることができる。
また、現像剤規制部材５２等の摺擦部材が対向している第１現像ローラ５１Ａは第２現像ローラ５１Ｂに比してスリーブ固着が発生し易いことから、第１現像ローラ５１Ａのみに低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３を形成する構成としても、式１を満足する構成であればスリーブ固着の発生を抑制することが可能である。
【００６９】
次に、上述した第１ないし第３の実施形態の変形例を図１５に基づいて説明する。この変形例で示す現像装置５０Ａは、上述した各実施形態で示した現像装置５０と比較すると、現像剤排出口５７を有している点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。
図１５において、現像剤供給搬送路Ｂ１の壁部には、現像装置５０Ａ内に収容された現像剤Ｇの一部を外部に設けられた図示しない現像剤貯留部へと排出するための現像剤排出口５７が配設されている。現像剤排出口５７は、剤カートリッジ２８から現像装置５０Ａ内に現像剤Ｇが供給され現像装置５０Ａ内の現像剤量が増加し、現像剤排出口５７と対応する位置に搬送される現像剤Ｇの上面が所定高さを超えたときに、所定高さを超えた分である余剰分の現像剤Ｇを図示しない現像剤貯留部に向けて排出させるものである。余剰分の現像剤Ｇは、現像剤排出口５７の開口高さを超えて現像剤排出口５７から排出され、排出経路５８を経由して現像剤貯留部に向けて搬送される。
この場合、補給トナーは磁性キャリアＣとトナーＴとを予め混合させたものを使用することにより、排出による現像剤量の低下を防止できると共に劣化したトナーＴを含む現像剤Ｇが自動的に現像装置５０Ａの外部に排出される。これにより、経時においてもスリーブ固着の発生を抑制することができ、さらに画像品質の劣化を抑制することができる。
【００７０】
次に、本発明の比較例を説明する。この比較例は、キャリア粒径Ｄ＝３５μｍに対して各現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの表面性状を、それぞれ十点平均粗さＲｚ１＝Ｒｚ２＝３５μｍ、凹凸平均間隔Ｓｍ１＝Ｓｍ２＝１５０μｍとした（表４上段参照）。本比較例は、第１の実施形態との違いは表面性状のみであり、キャリア粒径Ｄ＝３５μｍから１．５Ｄ＝５２．５μｍ、凹凸平均間隔Ｓｍ１＝Ｓｍ２＝１５０μｍより１／４Ｓｍ１＝１／４Ｓｍ２＝３７．５μｍとなる。従って、１．５Ｄ＝５２．５＞Ｒｚ１、Ｒｚ２＝３５＜１／４Ｓｍ１、１／４Ｓｍ２＝３７．５となり、式１を満足しない構成である（表４下段参照）。
【００７１】
【表４】
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【００７２】
上述した第１ないし第３の各実施形態及び比較例の形態に基づいて、以下の条件で確認試験を行った。評価機は、ＲＩＣＯＨ  ＰＲＯ  ８１００Ｓを用い、画像面積率５％でＡ４サイズの被記録媒体に５００万枚の画像形成を行った。評価項目は、画像濃度（全面ベタ画像のＩＤ・・・Ｘ−Ｒｉｔｅ９３９にて測定）、現像スリーブのトナー固着（ランク評価：５段階評価、１（固着状態悪）〜５（固着なし））、トナー飛散（目視確認）である。結果を表５に示す。
【００７３】
【表５】
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【００７４】
総合判定において、○は合格、×は不合格をそれぞれ示している。表５から明らかなように、第１ないし第３の各実施形態では全ての項目で問題がなく、総合判定として合格となった。特に第３の実施形態では、低摩擦抵抗層５１Ａ３，５１Ｂ３を設けたことにより現像ローラ５１Ａ，５１Ｂの耐久性が増加したことを顕著に示す結果となった。
一方比較例では、画像濃度の低下、現像ローラへのトナー固着の発生、トナー飛散の発生と行った各種不具合が発生し、全ての項目で判定基準を満足できずに総合判定で不合格となった。
【００７５】
図１６は上述した確認試験における第１現像ローラ５１Ａの画像形成枚数とスリーブ固着ランクとの関係を、図１７は第２現像ローラ５１Ｂの画像形成枚数とスリーブ固着ランクとの関係をそれぞれ示している。
比較例では画像形成枚数２００万枚までにスリーブ固着の目標ランク３．５を下回ってしまうが、第１ないし第３の各実施形態では何れも画像形成枚数５００万枚まで目標ランク３．５を維持できていることが判る。以上の確認試験より、本発明の効果を確認することができた。
【００７６】
上述した各実施形態では、画像が形成されるものとして被記録媒体Ｐを示したが被記録媒体Ｓとは記録紙には限定されず、厚紙、ハガキ、封筒、普通紙、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ等も含まれる。また用紙以外の記録媒体として、ＯＨＰシート、ＯＨＰフィルム、樹脂フィルム等、シート状を呈し画像形成可能な物質であればどのようなものを用いてもよい。
【００７７】
以上、プロセスカートリッジ２０を用いたプリンタ１０を例に説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、プロセスカートリッジ２０としては感光体ドラム２１、現像装置５０等を別体とする構成を採用することも可能である。また、画像形成装置の構成も任意であり、タンデム方式における各色作像ユニットの並び順等は任意である。また、４色機に限られず３色機あるいは５色以上のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーを用いる多色機、あるいはモノクロ機にも本発明は適用可能である。
また、画像形成装置としてはプリンタには限られず、複写機、ファクシミリ、プロッタ、これ等の複合機であってもよい。
【００７８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７９】
１０  画像形成装置（プリンタ）
２０  プロセスカートリッジ
２１  像担持体（感光体ドラム）
２２  帯電装置
２５  クリーニング装置
５０  現像装置
５１Ａ  第１現像剤担持体（第１現像ローラ）
５１Ｂ  第２現像剤担持体（第２現像ローラ）
５１Ａ３，５１Ｂ３  低摩擦抵抗層
５２  現像剤規制部材
５２Ａ  非磁性部材（ドクタブレード）
５２Ｂ  磁性部材（磁性体）
５７  現像剤排出口
Ｇ  二成分現像剤
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８０】
【特許文献１】特許第４７３２５３６号公報
【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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