(57)【要約】【課題】  耐久性に優れたトナーを利用した場合にも、良好なベタ追従性を得られる画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】  画像形成装置において、像担持体と現像担持体との周速比がΔｖで、現像コントラストがΔＶのときに、前記現像担持体が担持する現像剤が前記像担持体へ供給される部位であるニップ部に現像剤が挟まれた状態での前記像担持体と前記現像担持体との間の静電容量をＣ、前記現像担持体に担持された現像剤の単位面積当たりの電荷量をＱ／Ｓとしたとき、｜Ｑ／Ｓ×Δｖ｜＞｜Ｃ×ΔＶ｜で、且つ前記像担持体へ前記現像担持体から前記現像剤を現像した後の現像担持体上に前記現像剤の残存量が現像担持体に担持される現像量の５０％以上であることを特徴とする。【選択図】  図５
2019060938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置であって、
像担持体と、
帯電手段と、
前記像担持体に接触して前記像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像担持体と、
前記現像担持体に現像バイアスを印加する印加手段と、
前記帯電手段により帯電された前記像担持体表面に光を照射し、明部電位と暗部電位とを形成することで、前記像担持体に静電像を形成する潜像形成手段とを備え、
前記像担持体と、前記現像担持体とは、周速比Δｖをつけて回転し、
前記印加手段は、前記現像剤の移動先部分の前記像担持体表面の電位と前記現像バイアスとの間の電位差が現像コントラストΔＶとなるように現像バイアスを印加し、
前記現像担持体が担持する現像剤が前記像担持体へ供給される部位であるニップ部に現像剤が挟まれた状態における前記像担持体と前記現像担持体との間の静電容量をＣ、前記現像担持体に担持された現像剤の単位面積当たりの電荷量をＱ／Ｓとしたとき、
｜Ｑ／Ｓ×Δｖ｜＞｜Ｃ×ΔＶ｜の関係性が成り立ち、
前記像担持体へ前記現像担持体から前記現像剤を現像した後の前記現像担持体上に前記現像剤の残存量が、現像前に前記現像担持体に担持される現像剤量の５０％以上であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像剤の被覆率は８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
被覆率が８０％以上である現像剤は、外添剤による被覆率が８０％以上であることを特徴する請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
被覆率が８０％以上である現像剤は、有機シリカ重合体を含有する表層を有するトナー粒子を有する現像剤であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤の移動先部分の前記像担持体表面の電位は前記光が照射される明部電位又は前記光が照射された暗部電位であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
現像室と、
前記現像室よりも下方に配置されて現像剤を収容する収容室と、
前記収容室に収容された現像剤を前記現像室へ搬送する搬送部材とを備え、
前記搬送部材は前記収容室から前記現像室に向けて現像剤を搬送することを特徴とする請求項１乃至５に何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記現像剤の被覆率によって前記像担持体の周速に対する前記現像剤担持体の周速比を設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
像担持体と、帯電手段と、前記像担持体に接触して前記像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像担持体と、前記現像担持体に現像バイアスを印加する印加手段と、
前記帯電手段により帯電された前記像担持体表面に光を照射し、明部電位と暗部電位とを形成することで、前記像担持体に静電像を形成する潜像形成手段とを備える画像形成装置における画像形成方法であって、
前記像担持体と、前記現像担持体とが、周速比Δｖを付けて回転し、
前記印加手段は、前記現像剤の移動先部分の前記像担持体表面の電位と前記現像バイアスとの間の電位差が現像コントラストΔＶとなるように現像バイアスを印加し、
前記現像担持体が担持する現像剤が前記像担持体へ供給される部位であるニップ部に現像剤が挟まれた状態における前記像担持体と前記現像担持体との間の静電容量をＣ、前記現像担持体に担持された現像剤の単位面積当たりの電荷量をＱ／Ｓとしたとき、
｜Ｑ／Ｓ×Δｖ｜＞｜Ｃ×ΔＶ｜の関係性が成り立ち、前記像担持体へ前記現像担持体から前記現像剤を現像した後の前記現像担持体上に前記現像剤の残存量が、現像前に前記現像担持体に担持される現像剤量の５０％以上であることを特徴とする画像形成方法。
【請求項９】
像担持体と、帯電手段と、現像担持体に現像バイアスを印加する印加手段と、前記帯電手段により帯電された前記像担持体の表面に光を照射し、前記像担持体に静電像を形成する潜像形成手段と、を備える画像形成装置に着脱可能な現像装置であって、
前記像担持体に接触して前記像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像担持体を備え、
前記像担持体と、前記現像担持体とは、周速比Δｖをつけて回転し、
前記印加手段は、前記現像剤の移動先部分の前記像担持体表面の電位と前記現像バイアスとの間の電位差が現像コントラストΔＶとなるように現像バイアスを印加し、
前記現像担持体が担持する現像剤が前記像担持体へ供給される部位であるニップ部に現像剤が挟まれた状態における前記像担持体と前記現像担持体との間の静電容量をＣ、前記現像担持体に担持された現像剤の単位面積当たりの電荷量をＱ／Ｓ、としたとき、
｜Ｑ／Ｓ×Δｖ｜＞｜Ｃ×ΔＶ｜の関係性が成り立ち、前記像担持体へ前記現像担持体から前記現像剤を現像した後の前記現像担持体上に前記現像剤の残存量が、現像前に前記現像担持体に担持される現像剤量の５０％以上であることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真方式を用いて記録材上に画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置においては、電子写真感光体のような像担持体を帯電した後に画像情報に応じて露光して静電潜像を形成し、この静電潜像に応じて現像手段により現像剤を像担持体に供給して現像剤像とする。次いで、この現像剤像を転写手段によって記録材、例えば、記録用紙、ＯＨＰシート、布などに転写した後、定着手段によって現像剤像を記録材に定着して記録画像を得ている。
【０００３】
上記の現像手段として非磁性一成分接触現像がある。接触現像方式の現像装置は、像担持体と現像剤担持体間にギャップを作り、その間に交番電界を形成してトナーを飛翔させて現像する、所謂ジャンピング現像方式とは異なり、像担持体と現像剤担持体を接触させて現像を行う。そのため現像工程時に発生する現像剤の飛散が少ない点で優れ、かつ像担持体上の静電潜像に対して忠実に現像剤像を形成できることから近年実用化されてきている。
【０００４】
非磁性一成分接触現像では、現像剤規制部材によって、現像剤担持体上のトナー層厚が一定量に規制された後、静電潜像担持体との当接部付近の現像領域に搬送され、静電潜像をトナー像として可視化する。
【０００５】
現像装置内のトナーは、攪拌部でのトナー間の摺擦や、現像剤担持体上にて現像剤規制部材との摺擦を受け、更に、現像時において像担持体との間でも摺擦を受ける。このような摺擦が繰り返されることにより、現像装置内のトナーは、新品状態のトナーと異なった状態となる。
【０００６】
具体的には、トナー表面に外添されたシリカなどの外添剤がトナー粒子自体に埋め込まれてしまう。そのため、トナーは、現像剤として求められる流動性、帯電性などの性能が次第に変化してくる。この現象、すなわちトナーの物性変化は、画像形成動作を多数回繰り返すとより顕著になってくる。
【０００７】
このような外添剤の埋め込まれの対応として、外添剤を予め多量にトナー母体に被覆することで外添剤への応力を分散しやすくし、外添剤のトナー母体への埋め込まれ具合を抑制することが考えられる。
【０００８】
また、特許文献１では現像耐久性にすぐれたトナーとして有機ケイ素重合体を含有する表層を有するトナーを開示している。このようなトナーの場合、トナー粒子を表層で覆っているので外力を分散することができ、表面性を変化させず現像耐久性を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１６−２７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、シリカ等の外添剤の被覆率が高い場合に、トナー表面が表層で覆われていると、トナーへの電荷の授受がしにくくなる傾向が見られた。
【００１１】
結果的に現像装置内では帯電量の低いトナーが多く存在することになり、現像剤担持体にもそれらのトナーが供給される。しかし帯電量が低いトナーは静電付着力が弱く現像剤担持体へ付着しにくい。
【００１２】
結果、ベタ画像等の高濃度出力を実施した時など、現像剤担持体上のトナーが像担持体へ現像されることで消費が促進されると、現像剤担持体上のトナーが所望の量に対して不足する場合がある。この場合、画像後端部にかけて濃度がうすくなる所謂ベタ追従性不良が発生し易くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明における画像形成装置は、像担持体と、帯電手段と、前記像担持体に接触して前記像担持体に形成された静電像を現像剤で現像する現像担持体と、前記現像担持体に現像バイアスを印加する印加手段と、前記帯電手段により帯電された前記像担持体表面に光を照射し、明部電位と暗部電位とを形成することで、前記像担持体に静電像を形成する潜像形成手段とを備え、前記像担持体と、前記現像担持体とは、周速比Δｖをつけて回転し、前記印加手段は、前記現像剤の移動先部分の前記像担持体表面の電位と前記現像バイアスとの間の電位差が現像コントラストΔＶとなるように現像バイアスを印加し、前記現像担持体が担持する現像剤が前記像担持体へ供給される部位であるニップ部に現像剤が挟まれた状態における前記像担持体と前記現像担持体との間の静電容量をＣ、前記現像担持体に担持された現像剤の単位面積当たりの電荷量をＱ／Ｓとしたとき、｜Ｑ／Ｓ×Δｖ｜＞｜Ｃ×ΔＶ｜の関係性が成り立ち、前記像担持体へ前記現像担持体から前記現像剤を現像した後の前記現像担持体上に前記現像剤の残存量が、現像前に前記現像担持体に担持される現像剤量の５０％以上であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被覆率が高い現像剤を用いた場合でも、良好なベタ追従性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施例に係わる画像形成装置の概略断面図
【図２】本実施例に係わる画像形成装置のブロック図
【図３】本実施例に係わるプロセスカートリッジの概略断面図
【図４】本実施例に係わるトナーの模式図
【図５】本実施例に係わる現像可能量・トナーの供給量と周速の関係図
【図６】本実施例に係わる感光ドラム上トナー量と紙上濃度の関係図
【図７】本実施例に係わる現像コントラストと感光ドラム上のトナー量の関係図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１７】
＜画像形成装置の全体的な概略構成＞
先ず、本発明に係る電子写真画像形成装置（画像形成装置）の全体構成について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置１００の概略断面図である。本実施例の画像形成装置１００は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザープリンタである。画像形成装置１００は、画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体１００Ａに接続された画像読み取り装置、或いは、画像形成装置本体１００Ａに通信可能に接続されたパーンナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体１００Ａに入力される。
【００１８】
画像形成装置１００は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための第１、第２、第３、第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。本実施例では、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。
【００１９】
尚、本実施例では、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫの構成及び動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して、総括的に説明する。
【００２０】
本実施例では、画像形成装置１００は、複数の像担持体として、鉛直方向と交差する方向に並設された４個のドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１を有する。感光体ドラム１は、図示矢印Ａ方向（時計方向）に駆動手段（駆動源）により回転駆動される。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の表面を均―に帯電する帯電手段としての帯電ローラ２、画像情報に基づきレーザーを照射して感光体ドラム１上に静電像（静電潜像）を形成する露光手段としてのスキャナユニット（露光装置）３が配置されている。又、感光体ドラム１の周囲には、静電像をトナー像として現像する現像手段としての現像ユニット（現像装置）４、転写後の感光体ドラム１の表面に残ったトナー（転写残トナー）を除去するクリーニング手段としてのクリーニング部材６が配置されている。図中ではクリーニグ部材６はクリーニングブレードに相当する。更に、４個の感光体ドラム１に対向して、感光体ドラム１上のトナー像を記録材１２に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト５が配置されている。
【００２１】
尚、本実施例では、現像ユニット４は、現像剤として非磁性一成分現像剤のトナーを用いる。又、本実施例では、現像ユニット４は、現像剤担持体としての現像ローラ（後述）を感光体ドラム１に対して接触させて反転現像を行うものである。即ち、本実施例では、現像ユニット４は、感光体ドラム１の帯電極性と同極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーを、感光体ドラム１上の露光により電荷が減衰した部分（画像部、露光部）に付着させることで静電像を現像する。
【００２２】
本実施例では、感光体ドラム１と、感光体ドラム１に作用するプロセス手段としての帯電ローラ２、現像ユニット４及びクリーニング部材６とは、一体化され、即ち、一体的にカートリッジ化されて、プロセスカートリッジ７を形成している。プロセスカートリッジ７は、画像形成装置本体１００Ａに設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置１００に着脱可能となっている。本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ７は、全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ７内には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーが収容されている。
【００２３】
中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト５は、全ての感光体ドラム１に当接し、図示矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。中間転写ベルト５は、複数の支持部材として、駆動ローラ５１、二次転写対向ローラ５２、従動ローラ５３に掛け渡されている。
【００２４】
中間転写ベルト５の内周面側には、各感光体ドラム１に対向するように、一次転写手段としての、４個の一次転写ローラ８が並設されている。一次転写ローラ８は、中間転写ベルト５を感光体ドラム１に向けて押圧し、中間転写ベルト５と感光体ドラム１とが当接する一次転写部Ｎ１を形成する。そして、一次転写ローラ８に、一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。
【００２５】
又、中間転写ベルト５の外周面側において二次転写対向ローラ５２に対向する位置には、二次転写手段としての二次転写ローラ９が配置されている。二次転写ローラ９は、中間転写ベルト５を介して二次転写対向ローラ５２に圧接し、中間転写ベルト５と二次転写ローラ９とが当接する二次転写部Ｎ２を形成する。そして、二次転写ローラ９に、二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト５上のトナー像が記録材１２に転写（二次転写）される。
【００２６】
更に説明すれば、画像形成時には、先ず、感光体ドラム１の表面が帯電ローラ２によって一様に帯電される。次いで、スキャナユニット３から発された画像情報に応じたレーザー光によって、帯電した感光体ドラム１の表面が走査露光され、感光体ドラム１上に画像情報に従った静電像が形成される。次いで、感光体ドラム１上に形成された静電像は、現像ユニット４によってトナー像として現像される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ８の作用によって中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。
【００２７】
例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫにおいて順次に行われ、中間転写ベルト５上に各色のトナー像が次に重ね合わせて一次転写される。
【００２８】
その後、中間転写ベルト５の移動と同期が取られて記録材１２が二次転写部Ｎ２へと搬送される。中間転写ベルト５上の４色トナー像は、記録材１２を介して中間転写ベルト５に当接している二次転写ローラ９の作用によって、一括して記録材１２上に二次転写される。
【００２９】
トナー像が転写された記録材１２は、定着手段としての定着装置１０に搬送される。定着装置１０において記録材１２に熱及び圧力を加えられることで、記録材１２にトナー像が定着される。
【００３０】
又、一次転写工程後に感光体ドラム１上に残留した一次転写残トナーは、クリーニング部材６によって除去、回収される。又、二次転写工程後に中間転写ベルト５上に残留した二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１１によって清掃される。
【００３１】
尚、画像形成装置１００は、所望の一つの画像形成部のみを用いて、又は、幾つか（全てではない）の画像形成部のみを用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することもできるようになっている。
【００３２】
＜画像形成装置のブロック図＞
図２は、本実施例の画像形成装置１００のブロック図を示す。２００は各種周辺装置の制御を司る制御部である。周知の機器内蔵用マイクロコンピュータと同様の、例えば中央演算処理装置、メモリ、入出力Ｉ／Ｆ等の構成を備えている。
【００３３】
モータ２０１乃至２０３は、夫々対応する駆動機構２０４乃至２０６に駆動力を伝達可能に接続されており、駆動機構に接続された部材に回転駆動力を供給する。２２０乃至２２５の夫々のブロックは、先に説明した、各色のトナー供給ローラ、現像ローラ、感光ドラムに該当する。
【００３４】
２１０は先に説明した露光装置３に該当し、静電像（静電潜像）を形成する露光手段／潜像形成手段としてのスキャナユニットであったり、ＬＥＤアレイであったりする。高圧電源回路２１１は、先に説明した、帯電バイアス、一次転写バイアス、二次転写バイアス等の各種高圧負荷を、接続された部材に対して印加し、帯電バイアス手段、一次転写バイアス印加手段、二次転写バイアス手段として機能する。
【００３５】
＜プロセスカートリッジの概略構成＞
次に、本実施例の画像形成装置１００に装着されるプロセスカートリッジ７の全体構成について説明する。本実施例では、収容しているトナーの種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ７の構成及び動作は実質的に同一である。
【００３６】
図３は、感光体ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って見た本実施例のプロセスカートリッジ７の概略断面（主断面）図である。図３のプロセスカートリッジ７の姿勢は、画像形成装置本体に装着された状態での姿勢であり、以下でプロセスカートリッジの各部材の位置関係や方向等について記載する場合はこの姿勢における位置関係や方向等を示している。
【００３７】
プロセスカートリッジ７は、感光体ドラム１等を備えた感光体ユニット１３と、現像ローラ１７等を備えた現像ユニット４とを一体化して構成される。
【００３８】
感光体ユニット１３は、感光体ユニット１３内の各種要素を支持する枠体としてのクリーニング枠体１４を有する。クリーニング枠体１４には、感光体ドラム１が図示しない軸受を介して回転可能に取り付けられている。感光体ドラム１は、駆動手段（駆動源）としての駆動モータの駆動力が感光体ユニット１３に伝達されることで、画像形成動作に応じて図示矢印Ａ方向（時計方向）に回転駆動される。本実施例にて、画像形成プロセスの中心となる感光体ドラム１は、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層を順にコーティングした有機感光体ドラム１を用いている。
【００３９】
又、感光体ユニット１３には、感光体ドラム１の周面上に接触するように、クリーニング部材６、帯電ローラ２が配置されている。クリーニング部材６によって感光体ドラム１の表面から除去された転写残トナーは、クリーニング枠体１４内に落下、収容される。
【００４０】
帯電手段である帯電ローラ２は、導電性ゴムのローラ部を感光体ドラム１に加圧接触することで従動回転する。
【００４１】
ここで、帯電ローラ２の芯金には、帯電工程として、感光ドラム１に対して所定の直流電圧が印加されており、これにより感光ドラム１の表面には、一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。前述のスキャナユニット３からのレーザー光によって画像データに対応して発光されるレーザー光のスポットパターンは、感光ドラム１を露光し、露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は所定の明部電位（Ｖｌ）、未露光部位は所定の暗部電位（Ｖｄ）の静電潜像が、感光ドラム１上に形成される。本実施例では、Ｖｄ＝−５００Ｖ、Ｖｌ＝−１００Ｖとしている。
【００４２】
＜現像ユニットの説明＞
一方、現像ユニット４は、トナー４０を担持するための現像剤担持体としての現像ローラ１７と、現像ローラ１７にトナーを供給する供給部材としてのトナー供給ローラ２０が配置された現像室、を有している。更に、現像ユニット４は、トナーを収容するトナー収容部（現像剤収容部）１８ａをトナー供給ローラ２０よりも重力方向下方に有するトナー収容室１８を備えている。
【００４３】
トナー収容室１８内には、攪拌搬送部材２２が設けられている。攪拌搬送部材２２は、トナー収容室１８内に収容されたトナーを攪拌すると共に、トナー供給ローラ２０の上部に向けて図中矢印Ｇ方向にトナーを搬送するためのものでもある。本実施例において撹拌搬送部材は６０ｒｐｍで駆動回転している。
【００４４】
現像ローラ１７と感光体ドラム１とは、対向部において各々の表面が同方向（本実施例では下から上に向かう方向）に移動するようにそれぞれ回転する。
【００４５】
そして、現像ローラ１７に印加された所定のＤＣバイアス（現像バイアス）によって、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム１に接触する現像ニップ部で、現像バイアスとの電位差から、明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。この時の現像バイアスと明部電位部との電位差を現像コントラストと呼ぶ。現像コントラスト及び現像バイアスの設定については後述する。トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７とは、各々の表面がニップ部Ｎの上端から下端に移動する方向に回転している。すなわち、トナー供給ローラ２０は図示矢印Ｅ方向（時計方向）に、現像ローラ１７は矢印Ｄ方向（反時計方向）に回転している。トナー供給ローラ２０は、導電性芯金の外周に発泡体層を形成した弾性スポンジローラである。トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７は所定の侵入量△Ｅを持って接触している。
【００４６】
トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７とは、ニップ部Ｎにおいて互いに同方向に周速差を持って回転しており、この動作により、トナー供給ローラ２０による現像ローラ１７へのトナー供給を行っている。その際、トナー供給ローラと現像ローラとの電位差を調整することにより、現像ローラへのトナー供給量を調整することができる。
【００４７】
尚、本実施例においては、現像ローラ１７、トナー供給ローラ２０は、共に外径１５ｍｍである。また、トナー供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量、即ち、トナー供給ローラ２０が現像ローラ１７により凹状とされるその凹み量△Ｅが１．０ｍｍに設定されている。また、トナー供給ローラと現像ローラは中心の高さ（位置）が同じになるように配置されている。
【００４８】
＜トナーの詳細＞
本発明のトナーは、外添剤もしくは表層によるトナー表面被覆率が８０％以上であることが望ましい。表面被覆率が８０％以上の場合、外部からトナーに応力が加えられる際、より多くの外添剤が外力を受けることになり応力が分散される。これにより、外添剤のトナー母体への埋め込まれが起きにくくなる。一方、表面被覆率が８０％未満である場合、応力を受ける外添剤自体が少ない為、外添剤にかかる応力が分散しづらくなり、画像形成動作の多数回繰り返しによるトナー母体への埋め込まれが起きやすくなる。これが画像形成を繰り返していく中でかぶりが悪化してしまう大きな原因と考えられる。尚、現像剤の現像によって本来白抜けとなるべき非画像部にトナーが付着して濃度が高くなる現象を一般的にかぶりという。
【００４９】
また、発明者らにより、被覆率が同等の条件で、いくつか表層を変更し実験を行ったところ、有機ケイ素重合体を含有する表層を有する有機ケイ素重合体トナーであることが好ましいと発明者はわかった。トナー粒子の表面が広い面積の表層で覆われているため、外力を広い面積に渡って分散することができ、トナー母体への埋没をさらに抑制することができる。
【００５０】
本実施例に用いたトナーの模式図を図４に示す。本実施例では、母粒子４５ａに外添剤としてシリカ４５ｂ（有機シリカ重合体）を外添した無機粒子外添トナー４５と、母粒子４６ａに有機ケイ素重合体を含有する表層４６ｂを有する有機ケイ素重合体トナー４６を用いている。尚、母粒子４５ａの詳細や製法は、特開２０１６−３８５９１号公報に、母粒子４６ａについては特開２０１６−２７３９９号公報にそれぞれ記載してある通りである。
【００５１】
トナーａ乃至ｂは、特開２０１６−３８５９１号公報の記載にしたがって製造したトナー４５を用いるとともに、シリカ（ＳｉＯ２）被覆率は８０、９５％に設定されている。シリカの付着率は、ヘンシェルミキサー（日本コークス工業株式会社製）を使用し、外添条件である外添添加量と周速と時間を振ることで変更した。以下、表１にトナーａ乃至ｂの外添条件とシリカ粒子の付着率を示す。尚、外添条件である周速、時間についての詳細は特開２０１６−３８５９１号公報の記載の通りである。
【００５２】
【表１】
2019060938.tif 000003
【００５３】
トナーｃは、特開２０１６−２７３９９号公報の実施例１の記載にしたがって製造したトナー４６を用いた。トナーｃは図４（ｂ）に示すように有機ケイ素重合体を含有する表層で覆われている。
【００５４】
本実施例において、有機ケイ素重合体の被覆率は９５％に設定されており、粒子の重合条件を調整することで設定している。表２に重合条件と被覆率を示す。重合条件については、特開２０１６−２７３９９号公報の実施例１の記載に従う。
【００５５】
【表２】
2019060938.tif 000004
【００５６】
尚、トナーａ〜ｃの被覆率の測定は種々の周知測定方法が適用可能であるが、本実施例では、特開２０１３−１５２４６０号公報の段落２９〜段落３０の記載に従って測定が実施された。
【００５７】
これら実験により、発明者は、トナーの表面被覆率が高いと、通紙耐久による外添剤や表層の埋没を抑制することができる反面、トナーの電荷授受がしづらくなることが分かった。電荷授受がしづらいと、トナー間での摺擦による電荷のやりとりが少なくなり、トナー供給ローラ２０や現像ブレード２１から電荷をもらいにくくなるため、トナーの帯電量が低く抑えられてしまうと考えられる。しかし帯電量が低いトナーは静電付着力が弱くなり、現像剤担持体へ付着しにくくなる傾向が分かった。
【００５８】
結果、ベタ画像等の高濃度出力を実施した時など、現像ローラ１７上のトナーが現像されることで消費が促進されると、現像ローラ１７上のトナーが所望の量に対して不足する場合がある。この場合表４に説明するように、画像後端部にかけて濃度がうすくなるいわゆるベタ追従性不良が発生してしまう。
【００５９】
本実施例で使用するトナーａ〜ｃにおいて、現像ローラ１７上の単位面積当たりのトナー量（以下Ｍ／Ｓという）と、単位面積当たりのトナーの帯電電荷量（以下Ｑ／Ｓという）をトナーの帯電量が最大となるように現像ブレード２１の設定を調節した。その結果が表３に示されている。
【００６０】
【表３】
2019060938.tif 000005
【００６１】
この状態において、現像ローラ１７上のトナーを全て現像するようなベタ画像を出力した時に、ベタ画像を出力した直後における現像ローラ１７上の以下Ｍ／Ｓと、Ｑ／Ｓを求めると表４のようになった。ベタ画像を印字するとこで現像ローラ１７上のトナーが不足していることが分かる。
【００６２】
【表４】
2019060938.tif 000006
【００６３】
＜現像効率の説明＞
まず現像効率を以下定義すると、現像効率＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００（％）となる。Ａ及びＢは以下の通りである。
Ａ＝現像ローラと感光ドラムのニップ上流で現像ブレード２１（現像剤量規制部材）迄における現像ローラ表面の単位面積当たりの現像剤量
Ｂ＝現像ローラと感光ドラムのニップ下流で且つと現像ローラとトナー供給ローラニップ上流における現像ローラ表面の単位面積当たりの現像剤量
発明者らは、ベタ追従性不良を抑制する方法を実験で試行錯誤し探索していくうちに、現像効率を１００％未満に設定することで、ベタ追従性不良が改善する傾向が得られることを知った。これは現像後の現像ローラ１７上にトナーが残ることで、残ったトナーの電荷量によって現像ローラ１７に供給されるトナーを引きつける効果が働き、現像ローラ１７へのトナー供給追従性が向上したと考えられる。
【００６４】
この効果をより確かめる為に、トナーａを用いて現像効率とベタ追従性不良起因の濃度ムラの程度の関係を確かめた。表５にその結果を示す。発明者らは、現像効率が１００％のときに濃度が１．４５になるように現像コントラストを設定し、感光ドラム１と現像ローラ１７との周速比（以下、単に「周速比」と記す）を変えることで現像効率を調整した。また、濃度ムラに関してはＡ４サイズの用紙を用いて全面ベタ黒画像を連続して５枚印刷し、その時の濃度ムラの有無を確認した。より具体的には、Ａ４紙の四隅に形成された全面ベタ黒画像の濃度を濃度測定器にて測定し、最大濃度と最小濃度の差分で濃度ムラが求められる。５枚全てにおいて頁内での濃度ムラが０．１以内であれば、”○”、５枚全てにおいて濃度ムラが０．１５以内であれば”△”、一枚でも濃度ムラが０．１５を超えれば“×”とした。尚、周速比は、感光ドラム１と現像ローラ１７との回転速度の違いを表現する１つの指標であり、例えば周速比に代わり周速差を指標としても同様の夫々の回転速度を求めることができることは言うまでもない。
【００６５】
【表５】
2019060938.tif 000007
【００６６】
上記結果から、発明者らは、現像効率を下げていくとベタ追従性不良に起因する濃度ムラが改善されていくことが分かった。発明者は、特に現像効率が５０％以下の場合に良好な結果が得られることを実験結果より得た。これは、現像ローラ１７が現像されるトナー量の２倍以上を担持することにより、新たに供給されるトナーが少なくても所望の現像ローラ１７上のコート量を達成できるためと考えられる。そこで本実施例では、現像効率を５０％以下となるよう周速比を設定する。
【００６７】
次に、現像残トナーを残す方法について図５を用いて説明する。図５はトナーの現像可能量・現像ローラ１７からのトナーの供給量と周速の関係を示している。
【００６８】
明部で現像コントラストによって現像されるトナーの現像可能量は、（ｉ）トナーを担持した現像部における感光ドラム１と現像ローラ１７間の静電容量（Ｃ）と（ｉｉ）現像コントラスト（ΔＶ）の積で決められる。つまり、Ｃ×ΔＶが現像ニップ部で現像ローラ１７から感光ドラム１へ現像可能な単位面積当たりのトナーの帯電電荷量の総量を表している（図５の直線１）。ここで現像ニップ部とは、感光ドラム１が担持するトナーが現像ローラ１７へ供給される部位であり、感光ドラム１と現像ローラ１７とが対向して接触し形成される。また、感光ドラム１に供給されるトナーの帯電電荷の総量は、現像ローラ１７上の単位面積当たりの帯電電荷量（Ｑ／Ｓ）と感光ドラム１に対する周速比（Δｖ）に応じて決まり、Ｑ／Ｓ×Δｖの積で表わされる（図５の直線２）。
【００６９】
よって、Ｑ／Ｓ×Δｖ≦Ｃ×ΔＶとなった場合、現像ローラ１７から供給されるトナーの総電荷量は感光ドラム１が受け取れる電荷量よりも少ないことから、現像ローラ１７上のトナーは感光ドラム１へ全て現像される条件となる。この時ドラム上のトナー電荷量Ｑ／Ｓ×Δｖとなる。
【００７０】
逆に、Ｑ／Ｓ×Δｖ＞Ｃ×ΔＶの場合、現像ローラ１７から供給されるトナーの総電荷量は感光ドラム１が受け取れる電荷量よりも多い。従って、現像ローラ１７上のトナーは感光ドラム１へ現像された後、一部のトナーが現像ローラ１７上（現像担持体上）に残る条件となる。上記不等式が成立する場合、ドラム上のトナー電荷量はＣ×ΔＶとなる。また、容量Ｃの求め方は様々あるが、本実施例では実効的なＣを求めるため以下のようなことをした。Ｑ／Ｓ×Δｖ＝Ｃ×ΔＶが成り立つのは、ある現像コントラストに固定しておいて周速比Δｖを上げていきドラム上のｑ／ｓ（もしくはＭ／Ｓ）が増加しなくなる点である。よってその時のΔｖとΔＶと表２のＱ／Ｓを用いれば容量Ｃは求めることができる。本実施例のトナーａで現像コントラストを１４０Ｖとしたところ周速比Δｖが１１０％でドラム上のｑ／ｓ（単位面積当たりの電荷量）が増加しなくなった。そこで容量Ｃを求めたところ、Ｃ＝９．５×１０−７であった。
【００７１】
＜現像コントラスト、周速比Δｖの設定＞
以下はトナーａを用いて周速比Δｖ設定の説明をする。それ以外のトナーにおいても同様の方法で設定する。
【００７２】
■現像コントラストの設定
上記条件より、現像効率１００％未満（Ｑ／Ｓ×Δｖ＞Ｃ×ΔＶ）の設定の場合、感光ドラム１上のトナー量は感光ドラムが受け取れる電荷量Ｃ×ΔＶで決まる。感光ドラム上１のトナー量によって画像形成濃度は決まるので、現像コントラストΔＶは所望の濃度によって決定される。
【００７３】
図６は、現像ローラ１７から感光ドラム１へのトナー量［ｋｇ／ｍ２］と画像形成濃度特性を示す。一般的にオフィス文書で必要とされる濃度１．４５（Ｍａｃｂｅｔｈ  ＲＤ−９１８）を得るためには、感光ドラム１上にトナー量０．００３８［ｋｇ／ｍ２］程度必要であることがわかる。
【００７４】
図７はトナーａにおける現像コントラストと感光ドラム１のトナー量の関係を示す。
【００７５】
現像コントラストを上げていくと、感光ドラム１上のトナー量が増えていく。また、図７から周速比によってある現像コントラスト付近以降では供給量の増加が鈍化していることがわかる。これは、現像効率が１００％になり表３で設定した現像ローラ１７上のトナーが全て現像したことを示している。図６で説明したように、オフィス文書で必要とされる濃度１．４５を得る為のトナー量０．００３８［ｋｇ／ｍ２］を今想定する。図７よりドラム上のＭ／Ｓを０．００３８［ｋｇ／ｍ２］にするためには現像コントラスト１４０Ｖにする必要があるとわかる。よって現像コントラスト１４０Ｖを得るために、現像バイアスを−２４０Ｖに設定した。
【００７６】
■周速比の設定
上で説明したように、Ｑ／Ｓ×Δｖ＞Ｃ×ΔＶの関係性において、Δｖ＞１１０％と設定すれば現像残を残すことができる。本実施例では現像効率が５０％以下（現像ローラ１７上でのトナー残存量が、現像ニップでの現像前に現像ローラに担持されるトナー量（現像剤量）の５０％以上）となるように幾つかの周速比と現像効率の関係を実験で求めた。トナーａにおける周速比と現像効率および現像残量の関係を求めると以下の表６のようになった。この表６の結果より、トナーａにおいては周速比を２１０％以上に設定した。
【００７７】
【表６】
2019060938.tif 000008
【００７８】
＜実験内容＞
本実施例では、トナーａ〜ｃを用いて、周速比をいくつか振ることで現像効率を調整し、追従性不良起因のベタ濃度ムラの程度を確認した。
【００７９】
また、周速比を高くしすぎた場合、現像ローラ１７上の現像残が増え、現像ローラ１７と感光ドラム１でのトナー摺擦回数が多くなり、トナー劣化が起きてしまう場合がある。そこで本実施例では、トナー劣化起因のかぶりの程度を確認した。
【００８０】
本実施例と比較例で、Ａ４サイズの用紙を用いて全面ベタ黒画像を連続して５枚印刷し、その時のベタ濃度や濃度ムラの有無を確認した。また、ベタ濃度の測定はＡ４紙の四隅を濃度測定器にて測定を行い、頁内での濃度ムラが０．１以内であれば、視認性は低い為”○”とし、それ以外を“×”とした。
【００８１】
また、現像耐久性への影響を確認するため、４％印字率で１５０００枚間欠通紙後（例えば２枚印刷後に画像形成装置を停止させ、その後再度２枚印刷し、この印刷動作を繰り返し行う）にトナー劣化起因によるかぶりの有無を比較した。カブリ測定には反射濃度計ＤＥＮＳＩＴＯＭＥＴＥＲ  （ＴＣ−６ＤＳ／Ａ３０）を使用し、画像形成後の紙における白部分の濃度から本来の紙の反射の濃度（画像形成前の紙の白部）を差し引いて％表示で表わした。かぶり値が１．０％以内であれば“◎”３％以内であれば“〇”、それ以外を“×”とした。測定は、２３℃５０％ＲＨの環境で行った。
【００８２】
〔比較例１〕
比較例１として、トナーａ〜ｃのトナーをそれぞれ用い、現像効率が５０％より高くなる周速比で本実施例と同様の実験を行なった。
【００８３】
〔比較例２〕
比較例２として、実施例中のトナーに比べて被覆率が低いトナーｄを使用し本実施例と同様の実験を行った。
【００８４】
トナーｄは、特開２０１６−３８５９１号公報の記載にしたがって製造したトナー４５を用いるとともに、シリカ（ＳｉＯ２）被覆率は７０％に設定されている。シリカの付着率は、ヘンシェルミキサー（日本コークス工業株式会社製）を使用し、外添条件である外添添加量と周速と時間を振ることで変更した。以下、表７にトナーｄの外添条件とシリカ粒子の付着率を示す。尚、外添条件である周速、時間についての詳細は特開２０１６−３８５９１号公報の記載の通りである。
【００８５】
【表７】
2019060938.tif 000009
【００８６】
比較例で使用するトナーｄにおいて、現像ローラ１７上のＭ／Ｓと、単位面積当たりのＱ／Ｓを設定した。以下の表８に示す。
【００８７】
【表８】
2019060938.tif 000010
【００８８】
＜効果の確認＞
結果を表９に示す。表９に示すように、実施例の構成においては、夫々の濃度を維持しつつ、頁内の濃度ムラレベルも良好な結果であった。また、実施例のどのトナーにおいても周速比２２０％〜２８０％の間でかぶりの値も良好であり通紙による劣化も抑制できている。特に有機ケイ素重合体を含有する表層で覆われているトナーｄは周速比２５０％まではかぶり値が１．０％を未満であり、非常に劣化を抑制できている。
【００８９】
これに対し、従来例である比較例１（現像効率が５０％より高くなる周速比）においては追従性不良を抑えることができず、濃度ムラが発生してしまった。具体的には、現像効率が５５％のときは、現像効率５０％未満の場合と比べ、２枚目、３枚目の画像形成が終わると、現像ローラ上で担持される現像剤の量が減少してくる。現像効率が５０％を超える場合、現像効率５０％未満の場合と比べ、現像ローラ上に感光ドラムへ移動しない現像剤量が少なくなり、これがベタ濃度ムラを引き起こすと考えられる。
【００９０】
また、被覆率が低いトナーｄを使用した比較例２においては、現像効率が５０％を多少超えた場合でも濃度ムラは良好であった。しかし、周速比１８０％以上でかぶりの値が３％を超えておりトナーの劣化が発生してしまい、濃度ムラと耐久性の両立が図れなかった。これは現像効率を下げることで現像ローラ上の現像剤残量が増え、現像ローラ上に残ったトナーは現像ブレード２１に摺擦される回数が多くなり、現像剤の被覆率が低いこともあり、トナーが劣化したためと考えられる。
【００９１】
一般的に、被覆率の高い現像剤を用いると、かぶりの問題は解消されるものの、帯電量が低く現像剤の現像剤担持体への付着力が弱いことから、トナー供給量不足が発せいし、ベタ追従性不良の問題が発生してしまう。しかし、本実施例の構成においては、ベタ画像のようなカートリッジ内の現像剤を短期間に多量に使用する際で、且つ被覆率の高い現像剤を用い現像ローラ１７に対する現像剤の付着力が弱い場合でも、濃度安定性を得ることが可能となった。これは、図５のグラフに示された通り、周速比を高くすることで、現像ローラの供給可能電荷量が過多になり、残現像剤を多く現像ローラ上に残し、現像剤供給不足を解消したからである。より具体的には、新たなトナーが現像ローラ１７へ付着する過程で、電荷を付与された現像残りトナーがある場合、新たなトナーが現像残りトナーの電荷に引き寄せられ、トナー供給ローラ２０から現像ローラ１７への付着が進む。これにより濃度ムラが生じにくくなったと考察される。また本実施例では、被覆率８０％以上のトナーを用いているので、トナー表層に係る応力を分散し易くし、トナーの耐久変化を抑制し、かぶり程度を良好にできる。即ち、本実施例では、被覆率が８０％以上のトナーを用いて、周速比を上げることで現像効率を下げ５０％以内に収める（トナーの残存量を多くする）ことで、耐久性と濃度安定性の両立が達成できる。尚、本実施例の説明で用いた、設定条件も同様に一例でありその限りではない。
【００９２】
【表９】
2019060938.tif 000011
【実施例２】
【００９３】
実施例１では、現像剤の現像方式に関し、明部電位（Ｖｌ）を持つ感光ドラム表面部分に現像剤が移動する反転現像方式を例に説明をしてきた。しかし本発明はこれに限定されない。現像剤の移動先部分の感光ドラム表面（像担持体表面）の電位が暗部電位の現像方式、即ち正規現像方式の場合も本発明は適用可能である。反転現像の場合も、正規現像の場合も原理は同様であるが、正規現像の場合には、現像バイアスと暗部電位の差（現像コントラスト）が、｜Ｑ／Ｓ×Δｖ｜＞｜Ｃ×ΔＶ｜の関係式におけるΔＶに適用される。尚、その他の構成については実施例１と同様なので詳しい説明を省略する。
【実施例３】
【００９４】
表９における実験結果を見てもわかる通り、被覆率の大小に応じてかぶりの悪化が見られる周速比（比率）が異なっている。表９では、トナーａ（被覆里８０％）、トナーｂ（被覆里９０％）、トナーｃ（被覆里９５％）と、被覆率が上がるにしたがってかぶりの悪化が見られる周速比が異なっている。即ち、被覆率に応じた周速比Δｖで感光ドラム１及び現像ローラ１７を回転させても良い。より具体的には、画像形成装置１００の制御部２００により、被覆率に応じた周速比Δｖで、各種駆動部（モータ）を駆動制御すれば良い。現像剤の被覆率は、例えば、各色のプロセスカートリッジに設けられた不揮発性メモリタグに現像剤の被覆率の情報を記憶させておき、その情報を制御部２００が読み取り、制御部２００が、読み込まれた被覆率に応じた周速比Δｖを設定する。更に具体的には、制御部２００は、被覆率が高いほど、より高い周速比を設定し、各部材を駆動する。尚、その他の構成については実施例１と同様なので詳しい説明を省略する。
【符号の説明】
【００９５】
１  感光体ドラム
２  帯電ローラ
４  現像ユニット
５  中間転写ベルト
６  クリーニング部材
７  プロセスカートリッジ
８  一次転写ローラ
９  二次転写ローラ
１０  定着装置
１１  中間転写ベルトクリーニング装置
１２  記録材
１３  感光体ユニット
１４  クリーニング枠体
１７  現像ローラ
１８  トナー収容室
２０  トナー供給ローラ
２１  現像ブレード
２２  攪拌搬送部材
４０  トナー
４５  無機粒子外添トナー
４６  有機ケイ素重合体トナー
５１  駆動ローラ
５２  二次転写対向ローラ
５３  従動ローラ
【図１】
2019060938.tif 000012
【図２】
2019060938.tif 000013
【図３】
2019060938.tif 000014
【図４】
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【図５】
2019060938.tif 000016
【図６】
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【図７】
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