(57)【要約】【課題】現像性を維持しつつ、カブリの発生を抑制する。【解決手段】トナー像を担持する感光体ドラム１と、トナーを担持して回転可能に設けられ、感光体ドラム１にトナーを供給することにより潜像を現像する現像ローラ１４と、現像ローラ１４に電圧を印加する電圧印加手段１７、１８と、を有する画像形成装置において、現像ローラ１４は、導電性の基層と基層を覆う表面層とを備え、現像ローラ１４の表面電荷密度がトナーの表面電荷密度以下であることを特徴とする。【選択図】図６
2015094894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成される潜像に現像剤が供給されることにより形成される現像剤像を担持可能な像担持体と、
現像剤を担持して回転可能に設けられ、前記像担持体に当接して現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、導電性の基層と、前記基層を覆う表面層とを備え、
前記表面層の体積抵抗をρｃ、膜厚をｄｃ、比誘電率をεｃとし、
前記規制部材によって層厚が規制された前記現像剤担持体上の現像剤の表面電荷密度をｑ／ｓ、比誘電率をεｔ、層厚をｄｔとし、
前記現像剤担持体との当接領域における前記像担持体の表面の電位をＶとし、
前記現像剤担持体の回転により前記当接領域に進入した現像剤が、前記当接領域を通過するのに要する時間をＴとした場合に、
2015094894.tif 000021
2015094894.tif 000022
を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記膜厚ｄｃは１μｍよりも小さい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】
前記像担持体の表面を帯電する帯電装置と、帯電された前記像担持体の表面を露光することにより前記潜像を形成する露光装置とを備える画像形成装置であって、
前記像担持体の静電容量をＣｐとし、
前記規制部材によって層厚が規制された前記現像剤担持体上の現像剤の静電容量をＣｔとし、
前記帯電装置によって帯電された前記像担持体の表面のうち露光されない領域の表面電位と、前記現像剤担持体の表面電位との電位差をＶｂａｃｋ、とした場合に、
2015094894.tif 000023
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
表面に形成される潜像に現像剤が供給されることにより形成される現像剤像を担持可能な像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電する帯電装置と、
帯電された前記像担持体の表面を露光することにより前記潜像を形成する露光装置と、
現像剤を担持して回転可能に設けられ、前記像担持体に当接して現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、導電性の基層と、前記基層を覆う表面層とを備え、
前記表面層の体積抵抗をρｃ、膜厚をｄｃ、比誘電率をεｃとし、
前記規制部材によって層厚が規制された前記現像剤担持体上の現像剤の表面電荷密度をｑ／ｓ、比誘電率をεｔ、層厚をｄｔとし、
前記帯電装置によって帯電された前記像担持体の表面のうち露光されない領域の表面電位と、前記現像剤担持体の表面電位との電位差をＶｂａｃｋとし、
前記現像剤担持体の回転により前記当接領域に進入した現像剤が、前記当接領域を通過するのに要する時間をＴとした場合に、
2015094894.tif 000024
2015094894.tif 000025
を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記膜厚ｄｃは１μｍよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体は、前記当接領域における表面移動方向が前記現像剤担持体と同方向となるよう回転可能に設けられ、
前記現像剤担持体の方が前記像担持体よりも回転の速さが速いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記現像剤担持体は、前記像担持体に対して当接離間可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記像担持体が第１速度で回転する第１モードと、前記第１速度よりも遅い第２速度で回転する第２モードとを有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記現像剤は一成分非磁性トナーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記表面層は、アルミナからなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置として、像担持体としての感光体ドラムと、現像剤担持体としての現像ローラとを有するものが知られている。この画像形成装置においては、感光体ドラム上に形成された潜像に対して、現像ローラに担持される現像剤としてのトナーを転移させることにより、潜像を顕在化させる現像工程が行われる。感光体ドラムと現像ローラが当接する当接領域（以下、現像ニップ部という）のうち、本来トナーを転移させたくない感光体ドラム上の領域（以下、非画像部という）では、感光体ドラムから現像ローラへと向かう力をトナーが受けるように電圧が印加されている。
【０００３】
ここで、本来トナーを転移させたくない感光体ドラム上の非画像部にも、トナーが転移してしまう非画像部汚れ（以下、カブリという）という問題が発生する場合がある。カブリは、感光体ドラムと現像ローラが接触する現像ニップ部で、トナーの電荷が減衰したり、トナーの極性が反転することにより発生する。特に、高湿環境下において、トナーに対する帯電付与性が低下することが知られている。トナーに対する帯電付与性が低下すると、トナーの電荷が減衰し、カブリ量が増加してしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１においては、感光体ドラムの非画像部にトナーが転移してしまうカブリを抑制するため、現像ローラの体積抵抗を所定値以上に設定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−３１４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、カブリの発生は、現像ローラの周速や、現像ローラと感光体ドラムとが接触する現像ニップ部に印加される電圧等にも依存する。また、印字枚数が増加すると、トナーの劣化が進行し、トナーの電荷が著しく低下し、カブリ量が増加しやすい。これらの影響は非常に大きく、特許文献１に提案されている方法では、経時的に安定してカブリを抑制することが出来ないことが分かった。また、単に現像ローラの体積抵抗を大きくするだけでは、濃度薄が発生するなど現像性が悪化してしまう。
【０００７】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明は、現像性を維持しつつ、カブリの発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、
表面に形成される潜像に現像剤が供給されることにより形成される現像剤像を担持可能な像担持体と、
現像剤を担持して回転可能に設けられ、前記像担持体に当接して現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、導電性の基層と、前記基層を覆う表面層とを備え、
前記表面層の体積抵抗をρｃ、膜厚をｄｃ、比誘電率をεｃとし、
前記規制部材によって層厚が規制された前記現像剤担持体上の現像剤の表面電荷密度をｑ／ｓ、比誘電率をεｔ、層厚をｄｔとし、
前記現像剤担持体との当接領域における前記像担持体の表面の電位をＶとし、
前記現像剤担持体の回転により前記当接領域に進入した現像剤が、前記当接領域を通過するのに要する時間をＴとした場合に、
2015094894.tif 000003
2015094894.tif 000004
を満たすことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る画像形成装置は、
表面に形成される潜像に現像剤が供給されることにより形成される現像剤像を担持可能な像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電する帯電装置と、
帯電された前記像担持体の表面を露光することにより前記潜像を形成する露光装置と、
現像剤を担持して回転可能に設けられ、前記像担持体に当接して現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持される現像剤の層厚を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、導電性の基層と、前記基層を覆う表面層とを備え、
前記表面層の体積抵抗をρｃ、膜厚をｄｃ、比誘電率をεｃとし、
前記規制部材によって層厚が規制された前記現像剤担持体上の現像剤の表面電荷密度をｑ／ｓ、比誘電率をεｔ、層厚をｄｔとし、
前記帯電装置によって帯電された前記像担持体の表面のうち露光されない領域の表面電位と、前記現像剤担持体の表面電位との電位差をＶｂａｃｋとし、
前記現像剤担持体の回転により前記当接領域に進入した現像剤が、前記当接領域を通過するのに要する時間をＴとした場合に、
2015094894.tif 000005
2015094894.tif 000006
を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、現像性を維持しつつ、カブリの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図
【図２】実施形態１に係るカートリッジの構成を示す概略断面図
【図３】カブリとＶｂａｃｋとの関係について示すグラフ
【図４】実施形態２に係るカートリッジの構成を示す概略断面図
【図５】現像ニップ部通過前後のトナーの表面電荷密度を比較したグラフ
【図６】トナーの電荷の減衰について説明するための模式図
【図７】ｑ／ｓ減衰について説明するためのグラフ
【図８】ｑ／ｓ減衰について説明するためのグラフ
【図９】ｑ／ｓ減衰について説明するためのグラフ
【図１０】膜厚に対するベタ濃度の推移及び平均電荷量の推移を示す図
【図１１】現像ニップ部通過前後のトナーの表面電荷密度を比較したグラフ
【図１２】トナー層に印加される実効電圧について説明する模式図
【図１３】現像ローラ内部、現像ローラ表面の等価回路を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、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、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、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べきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１３】
＜＜実施形態１＞＞
図１、図２を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。図２は、実施形態１に係るカートリッジの構成を示す概略断面図である。図２（ａ）は、現像ローラと感光体ドラムとが当接した状態を示し、図２（ｂ）は、現像ローラと感光体ドラムとが離間した状態を示している。
【００１４】
図１に示すように、画像形成装置は、露光装置としてのレーザ光学装置３、一次転写装置５、中間転写体６、二次転写装置７、定着装置１０を有している。また、画像形成装置は、画像形成プロセスを行うプロセスカートリッジ（以下、単にカートリッジという）１１を装置本体に着脱可能に有している。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、カートリッジ１１は、潜像を担持可能な像担持体としての感光体ドラム１、帯電装置としての帯電ローラ２、現像装置４、クリーニングブレード９を有している。
【００１５】
感光体ドラム１は図２（ａ）、図２（ｂ）中の矢印ｒ方向に回転可能に設けられており、帯電ローラ２によって、感光体ドラム１表面は一様な表面電位Ｖｄに帯電される（帯電工程）。そして、レーザ光学装置３からレーザ光が照射されることにより、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される（露光工程）。さらに、現像装置４から現像剤としてのトナーが供給されることにより、静電潜像は現像剤像としてのトナー像として可視化される（現像工程）。
【００１６】
可視化された感光体ドラム１上（像担持体上）のトナー像は、一次転写装置５によって中間転写体６上に転写された後、二次転写装置７によって記録メディアである紙８に転写される（転写工程）。ここで、転写工程時に転写されずに感光体ドラム１上に残存した転写残トナーは、クリーニングブレード９によって掻き取られる（クリーニング工程）。感光体ドラム１の表面のクリーニングが行われた後、さらに、上述の帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程が繰り返し行われる。一方、トナー像が転写された紙８は、定着装置１０によってトナー像が定着された後、画像形成装置外に排出される。
【００１７】
実施形態１において、装置本体にはカートリッジ１１の装着部が４つ設けられている。そして、中間転写体６の移動方向上流側から、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブ
ラックのトナーが充填されたカートリッジ１１が装着され、それら各色のトナーが中間転写体６に順次転写されてカラー画像が形成される。
【００１８】
感光体ドラム１は、導電性基体であるＡｌ（アルミニウム）シリンダ上に、正電荷注入防止層、電荷発生層、電荷輸送層を順に重ねて塗工された有機感光体が積層されて形成される。感光体ドラム１の電荷輸送層としてアリレートを用い、電荷輸送層の膜厚ｄＰは２３μｍに調整した。電荷輸送層は、電荷輸送材料を結着剤と共に溶剤に溶解させて形成される。有機の電荷輸送材料の例としては、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリフェニレンオキシド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキド樹脂、及び不飽和樹脂等が挙げられる。これらの電荷輸送材料は１種類を用いてもよいし、２種類以上組み合わせて用いてもよい。
【００１９】
帯電ローラ２は、導電性支持体である芯金に半導電性のゴム層が設けられて形成される。この帯電ローラ２の抵抗は、導電性の感光体ドラム１に対して２００Ｖの電圧を印加したときに約１０５Ωの抵抗を示す。
【００２０】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、現像装置４は、現像剤収容部である現像容器１３と、トナーを担持可能な現像剤担持体としての現像ローラ１４と、供給ローラ１５と、規制部材である規制ブレード１６を備える。現像容器１３には、現像剤としてのトナー１２が収容されている。現像ローラ１４は、図２中の矢印Ｒ方向に回転可能に設けられている。供給ローラ１５は、現像ローラ１４にトナー１２を供給する。規制ブレード１６は、現像ローラ１４上（現像剤担持体上）のトナーを規制する。また、供給ローラ１５は現像ローラ１４に当接して回転可能に設けられており、規制ブレード１６はその一端が現像ローラ１４に当接している。
【００２１】
供給ローラ１５は、導電性支持体である外径φ５．５（ｍｍ）の芯金電極１５ａの周囲に、発泡ウレタン層１５ｂが設けられて構成されている。発泡ウレタン層１５ｂを含んだ供給ローラ１５全体の外径はφ１３（ｍｍ）である。供給ローラ１５の現像ローラ１４に対する侵入量は１．２ｍｍである。供給ローラ１５と現像ローラ１４とは、その当接部において、お互いが逆方向の速度を持つような方向に回転する。発泡ウレタン層１５ｂにはその周囲に存在するトナー１２の粉圧が作用し、さらに供給ローラ１５が回転することで、トナー１２が発泡ウレタン層内に取り込まれる。トナー１２を含んだ供給ローラ１５は、現像ローラ１４との当接部において現像ローラ１４にトナー１２を供給し、さらにトナー１２と摺擦することでトナー１２に予備的な摩擦帯電電荷を与える。一方、供給ローラ１５は、感光体ドラム１と現像ローラ１４との当接領域（以下、現像ニップ部という）Ｎにおいて、感光体ドラム１に供給されることなく現像ローラ１４上に残留したトナーを引き剥がす役割も有する。
【００２２】
供給ローラ１５から現像ローラ１４へ供給されたトナー１２は、現像ローラ１４の回転により、規制ブレード１６に達し、所望の帯電量と層厚に調整される。規制ブレード１６は、厚さ８０μｍのＳＵＳ（ステンレス鋼）ブレードであり、現像ローラ１４の回転に逆らう向き（カウンター方向）に配置されている。また、規制ブレード１６には、現像ローラ１４に対して電位差２００Ｖとなるように電圧が印加される。この電位差は、トナー１２のコートを安定化させるためのものである。規制ブレード１６により現像ローラ１４上に形成されたトナー層（現像剤層）は、現像ニップ部Ｎへ搬送され、現像ニップ部Ｎにおいて反転現像が行われる。
【００２３】
ここで、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、現像装置４は感光体ドラム１に対し、当接離間動作が可能となっている。すなわち、現像装置４は、感光体ドラム１に当接する当接位置Ａ（図２（ａ）、及び図２（ｂ）の破線で示す位置）と、感光体ドラム１と離間
する離間位置Ｂ（図２（ｂ）の実線で示す位置）との間を移動可能（当接離間可能）に設けられている。感光体ドラム１との摺擦によるトナー１２の劣化や感光体ドラム１の磨耗を防ぐために、非画像形成中に適宜、感光体ドラム１と離間するように調整した。
【００２４】
当接位置Ａにおいて、現像ローラ１４端部に設けられる不図示のコロによって、現像ローラ１４の感光体ドラム１への侵入量は４０μｍに設定する。また、現像ローラ１４は感光体ドラム１と当接する現像ニップ部Ｎにおいて、感光体ドラム１に対して１１７％の周速比を持って、感光体ドラム１の回転方向（ｒ方向）と同方向（Ｒ方向）に回転する。すなわち、感光体ドラム１は、現像ニップ部Ｎにおける表面移動方向が現像ローラＡと同方向となるよう回転可能に設けられ、現像ローラ１４の方が感光体ドラム１よりも回転の速さが速い。このような周速差を設ける理由は、トナーにせん断力を与え、実質的な付着力を低減させて、電界による制御性を高める目的がある。この時の現像ニップ部Ｎの幅（現像ローラ１４の回転方向における長さ）は１．１ｍｍである。
【００２５】
また、図２（ｂ）に示すように、画像形成装置は電圧印加手段１７、１８を備えており、電圧印加手段１７、１８から、現像ローラ１４、供給ローラ１５、規制ブレード１６に電圧が印加される。
【００２６】
実施形態１の構成における具体的な電圧について説明する。帯電ローラ２へ−１０５０Ｖを印加することにより、感光体ドラム１表面を−５００Ｖに均一に帯電することで、暗電位Ｖｄを形成する。画像が形成される画像部の電位（明電位Ｖｌ）は、レーザ光学装置３により、−１００Ｖに調整する。このとき、現像ローラ１４に−３００Ｖの電圧を印加することで、ネガ極性のトナーを画像部（明電位Ｖｌの領域）へ転移することで反転現像を行う。また、｜Ｖｄ−Ｖｄｃ｜をＶｂａｃｋと呼び、Ｖｂａｃｋを２００Ｖとした。
【００２７】
実施形態１においては、現像剤であるトナー１２として一成分非磁性トナーを用いた。トナー１２は、結着樹脂、電荷制御剤を含むように調整され、流動化剤などを外添剤として添加することでネガ極性を有するように作製した。また、トナー１２は、重合法により作製され、平均粒径は約５μｍに調整した。
【００２８】
さらに、現像装置４の現像容器１３内に充填するトナー量は、画像比率５％換算画像を３０００枚印字可能相当量とした。画像比率５％の横線の具体例としては、１ドットライン印字後、１９ドットライン非印字を繰り返すような画像が挙げられる。
【００２９】
画像形成プロセスにおいて、感光体ドラム１は、２４０ｍｍ／ｓｅｃの回転速度（第１速度）で画像形成装置により図中矢印ｒ方向へ回転駆動する第１モードの動作を行う。また、本実施形態の画像形成装置においては、厚い記録紙（厚紙）通紙時における定着のための熱量を確保するため、第１速度よりも遅い６０ｍｍ／ｓｅｃ（第２速度）のプロセススピードの低速モード（第２モード）を有している。なお、本実施形態おいては、２種類のプロセスモード（大モード、第２モード）のみの動作であるが、記録紙の厚み等に応じて、複数のプロセスモードを有し、各プロセスモードに対応した制御を実行可能に構成されていてもよい。
【００３０】
＜＜実施形態２＞＞
次に、図４を参照して、実施形態２について説明する。図４は、実施形態２に係るカートリッジの構成を示す概略断面図である。実施形態２に係る画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、トナーリサイクルプロセス（クリーナレスシステム）のレーザプリンタである。前述の実施形態１の画像形成装置と同様の点については再度の説明を省略し、異なる点についてのみ以下説明する。本発明の実施形態１と最も異なる点は、感光体ドラムをクリーニングするクリーニングブレード９を廃し、転写残トナーをリサイクルすると
ころにある。転写残トナーが帯電など他のプロセスに悪影響を及ぼさないように、転写残トナーを循環させて現像装置４に回収する。具体的には、実施形態１に対し以下の構成を変更した。
【００３１】
帯電について、帯電ローラ２は実施形態１と同様のものを用いているが、帯電ローラ２のトナー汚れを防止する目的から帯電ローラ当接部材２０を備える。帯電ローラ当接部材２０は、１００μｍのポリイミドのフィルムを使用し、線圧１０（Ｎ／ｍ）以下で帯電ローラ２に当接する。ポリイミドを用いたのは、トナーに対し負電荷を与える摩擦帯電特性を有しているためである。帯電ローラ２がその帯電極性と逆極性（プラス極性）のトナーで汚れた場合であっても、帯電ローラ当接部材２０がトナーの電荷をプラスからマイナスへと帯電し、帯電ローラ２が速やかにトナーを吐き出し現像装置４に回収することが可能となる。
【００３２】
また、現像装置４でのトナー回収性を向上するため、暗電位Ｖｄの絶対値および、Ｖｂａｃｋの値を大きく設定した。具体的には、帯電ローラ２への印加電圧を−１３５０Ｖとすることで、感光体ドラム１表面を一様な表面電位Ｖｄ＝−８００Ｖを設定した。さらに、現像バイアスを−３００Ｖとすることで、Ｖｂａｃｋ=５００Ｖと設定した。
【００３３】
＜現像ローラの作製＞
以下、後述する実施例、比較例で用いた現像ローラ１４（現像ローラＡ〜Ｅ）の作製方法等について説明する。なお、実施形態１の画像形成装置の構成に、現像ローラＡを適用したものを実施例１、現像ローラＢを適用したものを比較例１、現像ローラＣを適用したものを比較例２、現像ローラＥを適用したものを実施例２とする。また、実施形態２の画像形成装置の構成に、現像ローラＡを適用したものを実施例３、現像ローラＢを適用したものを比較例３、現像ローラＣを適用したものを比較例４、現像ローラＥを適用したものを実施例４とする。
【００３４】
（現像ローラＡの作製）
実施例１、３で用いる現像ローラＡは、以下のように作製した。導電性支持体である外径φ６（ｍｍ）の芯金電極１４ａの周囲に、導電剤が配合された導電性の基層としてのシリコンゴム層１４ｂを設けた。シリコンゴム層１４ｂの表層には粗し粒子と導電剤を分散させたウレタン樹脂を１０μｍコーティングし、現像ローラＡ全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）とした。さらに、表面層として、電子線蒸着によりＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）層を１００ｎｍ設けた。現像ローラＡの抵抗は、シリコンゴム層とウレタン樹脂とＡｌ２Ｏ３層を一体に切り出し、厚さ方向に２００Ｖを印加した時に約１０９Ωｃｍ２であった。また、Ａｌ２Ｏ３層（表面層）の体積抵抗ρｃは約１０１４Ωｃｍであった。
【００３５】
（現像ローラＢの作製）
比較例１、３で用いる現像ローラＢは、以下のように作製した。導電性支持体である外径φ６（ｍｍ）の芯金電極１４ａの周囲に、導電剤が配合された導電性のシリコンゴム層１４ｂを設けた。シリコンゴム層１４ｂの表層には、表面層として粗し粒子と導電剤を分散させたウレタン樹脂を１０μｍコーティングし、現像ローラＢ全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）とした。現像ローラＢの抵抗は、シリコンゴム層とウレタン層を一体に切り出し、厚さ方向に２００Ｖを印加した時に約１０６Ωｃｍ２であった。また、ウレタン層の体積抵抗ρｃは約１０８Ωｃｍであった。
【００３６】
（現像ローラＣの作製）
比較例２、４で用いる現像ローラＣは、現像ローラＢに対して平均体積抵抗を大きくすることを目的に、以下のように作製した。現像ローラＣは導電性支持体である外径φ６（ｍｍ）の芯金電極１４ａの周囲に、導電剤が配合された導電性のシリコンゴム層１４ｂが
設けられている。シリコンゴム層１４ｂの表層には、粗し粒子や導電剤を分散しないウレタン樹脂１０μｍを表面層としてコーティングしており、現像ローラＣ全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）とした。現像ローラＣの抵抗は、シリコンゴム層とウレタン樹脂を一体に切り出し、厚さ方向に２００Ｖを印加した時に約１０７Ωｃｍ２であった。また、ウレタンの体積抵抗ρｃは約１０１０Ωｃｍであった。
【００３７】
（現像ローラＤの作製）
現像ローラＤは、以下のように作製した。導電性支持体である外径φ６（ｍｍ）の芯金電極１４ａの周囲に、導電剤が配合された導電性のシリコンゴム層１４ｂを設けた。シリコンゴム層１４ｂの表層には粗し粒子と導電剤を分散させたウレタン樹脂を１０μｍコーティングし、現像ローラＤ全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）とした。さらに、表面層として、電子線蒸着によりＡｌ２Ｏ３膜を１μｍ設けた。現像ローラＤの抵抗は、シリコンゴム層とウレタン樹脂とＡｌ２Ｏ３膜を一体に切り出し、厚さ方向に２００Ｖを印加した時に約１０１０Ωｃｍ２であった。また、Ａｌ２Ｏ３膜の体積抵抗ρｃは約１０１４Ωｃｍであった。現像ローラＤは、実施例１、３で用いた現像ローラＡのＡｌ２Ｏ３層の膜厚を大きくし、１μｍとした例である。
【００３８】
（現像ローラＥの作製）
実施例２、４で用いる現像ローラＥは、以下のように作製した。導電性支持体である外径φ６（ｍｍ）の芯金電極１４ａの周囲に、導電剤が配合された導電性のシリコンゴム層１４ｂを設けた。シリコンゴム層１４ｂの表層には粗し粒子と導電剤を分散させたウレタン樹脂を１０μｍコーティングし、現像ローラＥ全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）とした。さらに表面層として、電子線蒸着によりＡｌ２Ｏ３膜を２００ｎｍ設けた。さらに、１５０℃下で、３０分加熱した。現像ローラＥの抵抗は、シリコンゴム層とウレタン樹脂とＡｌ２Ｏ３膜を一体に切り出し、厚さ方向に２００Ｖを印加した時に約１０１０Ωｃｍ２であった。また、Ａｌ２Ｏ３膜の体積抵抗ρｃは約３．０×１０１４Ωｃｍであった。
【００３９】
なお、表面層とは、トナーと接触する現像ローラ１４表面に形成された最表層のことである。最表層以外の内部の構造は、少なくとも１層以上で構成されていれば、本発明においては、同様の効果を得ることができる。なお、本実施例では、表面層として、酸化アルミニウムを使用したが、酸化アルミニウム以外のアルミナを用いて表面層を形成することもできる。アルミナとは、αアルミナやγアルミナ等の酸化アルミニウム、ベーマイトや擬ベーマイト等の酸化アルミニウム水和物、水酸アルミニウム、アルミニウムアルコキシドを加水分解、縮合反応により得られるアルミニウム化合物のことである。
【００４０】
＜実施例１＞
以下、実施形態１のカートリッジの構成に現像ローラＡを用いた実施例１について詳細に説明する。発明者らは、鋭意検討を重ね以下の（式１）の関係を有する時、カブリ量を著しく抑制することを見出した。なお、カブリとは、感光体ドラム１と現像ローラＡが接触する現像ニップ部Ｎで、トナーの電荷が減衰したり、トナーの極性が反転することにより、本来印字しない非画像部（未露光部）においてトナーがわずか現像され地汚れのように現れる画像不良のことである。カブリ量とは、カブリの発生によって、感光体ドラム１上に転移したトナーの量である。
【００４１】
【数１】
2015094894.tif 000007
【００４２】
ここで、ρｃは現像ローラの表面層の体積抵抗、ｄｃは表面層の膜厚である。また、Ｔ
は、現像ローラＡの回転によって現像ローラＡと感光体ドラム１との当接部である現像ニップ部Ｎに進入したトナーが、現像ニップ部Ｎを通過するために要する時間である。実施例１に係る画像形成装置は、プロセススピードが２４０ｍｍ／ｓｅｃ（第１速度）と６０ｍｍ／ｓｅｃ（第２速度）の２つのモード（第１モード、第２モード）を有している。上述の周速比と現像ニップ部Ｎの幅（１．１ｍｍ）を考慮すると、トナー通過時間Ｔは、各モードにおいて、それぞれ３．９１ｍｓｅｃ、１５．７ｍｓｅｃとなる。また、Ｖは、感光体ドラム１と、トナーを担持する現像ローラが当接した状態で、現像ニップ部Ｎにおいける感光体ドラム１の表面電位である。すなわち、Ｖは、感光体ドラム１と現像ローラＡがトナー１２層を介して近接した時のトナー層に実質的に印加される実効電圧であり、詳細については後述する。
【００４３】
また、ｑ／ｓは、現像ローラ上のトナー層と感光体ドラム１が当接する直前のトナー層を形成するトナーの平均表面電荷密度である。その測定は、ホソカワミクロン社製のＥ−ｓｐａｒｔアナライザを用いて、個々のトナー１２の表面電荷密度を３０００個測定し、その平均値を算出した。実施例１におけるトナーの平均表面電荷密度は、−３２μＣ／ｍ２であった。トナーの平均表面電荷密度の測定は、試験環境３０℃、８０％ＲＨ、１００枚印字終了後、２４時間放置後に行った。なお、この印字テストは、画像比率５％の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。ここでは、画像比率５％の横線の画像として、１ドットライン印字後１９ドットライン非印字を繰り返す画像を用いた。
【００４４】
次に、（式１）の物理的意味について、図１３を参照して説明する。図１３は、現像ローラ内部、現像ローラ表面（現像ローラの表面層、現像ローラ表面のトナー層）の等価回路を示す模式図である。図１３（ａ）は現像ローラの内部、現像ローラの表面の等価回路を示し、図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示す等価回路を近似的に置き換えた等価回路を示している。なお、ここで、現像ローラ表面とは、現像ローラの表面層と表面層上のトナー層であり、現像ローラの内部とは、現像ローラのうち表面層を除いた部分をいう。
【００４５】
現像ローラの内部、現像ローラの表面層、現像ローラ表面上のトナー層の模式的な等価回路と、そこに電圧を印加した時の応答について考える。現像ローラの内部は、抵抗とコンデンサの並列回路で表すことができ、現像ローラの内部が多層で形成される場合は、さらにそれらの直列回路で表すことができる。図１３（ａ）においては、現像ローラの内部が二層で形成された場合を示している。
【００４６】
現像ローラの表面層も同様に現像ローラ内部と直列に接続された、抵抗とコンデンサの並列回路で表せる。トナー層はコンデンサを含むが、それに並列された抵抗に相当する成分は、複雑な挙動をし、単純な等価回路に表すことができない。それはトナーが空間電荷を持っており、その空間電荷が現像ローラ表面と電気的な相互作用をすることで、電流を流すような作用をする成分だからである。この相互作用は、トナーの単位表面積あたりの空間電荷と再結合するような空準位が、現像ローラ表面にどれだけの密度で形成されるかで決まると考えられる。つまり、トナーの電荷が減衰するという現象は、上記の等価回路を通じて、図１３（ａ）の破線で囲われた現像ローラ表面にどれだけの電荷が流入するかで決まると考えられる。
【００４７】
問題を簡単にするために、上記の等価回路を図１３（ｂ）に示す近似的な等価回路に置き換える。まず、現像ローラ内部は導電性であるため、単純な抵抗で置き換えても問題はない。次に、トナー層は現像ローラ表面の電荷量に応じて電流を流すから、トナー層の抵抗に相当する成分はいったん除外し、単純なコンデンサとする。そして、トナー層のコンデンサと表面層のコンデンサに挟まれた現像ローラ表面に流れる電荷量を考え、トナーの電荷量と比較することで、トナー層の電流、すなわちトナーの電荷量の減衰を表現できると考えられる。現像ローラ表面の電荷量やトナーの電荷量は、単位面積当たりの表面電荷
密度で考えるのが良い。なぜならば、トナーは回転しないときは電流を流さないが、回転すると電流を流すなど、表面の空間電荷が接続された端子と直接接することで電荷をやり取りする性質を持つからである。
【００４８】
次に、図１３（ｂ）を参照して、電荷が表面層の抵抗側を通過する経路Ａと、コンデンサ側を通過する経路Ｂについて考える。経路Ｂで流れる電荷は、表面層とトナー層に分担される電荷量を変化させるが、その総量である現像ローラ表面の電荷量は変化させない。したがって経路Ｂを通過する電荷はトナーの電荷を減衰させない。
【００４９】
現像ローラ表面の電荷量を変化させるのは、経路Ａを流れる電荷である。経路Ａを流れる電荷量は、表面層やトナー層のコンデンサの影響を受けるが、それが最大となるのは表面層のコンデンサを排除し、トナー層のコンデンサを短絡した場合である。このとき、現像ローラ内部の抵抗は小さいことを考慮すると、全体の電気伝導を支配するのは表面層の抵抗ということになる。
【００５０】
表面層の体積抵抗をρｃ、膜厚をｄｃとすると、単位面積当たりの抵抗はρｃｄｃとなる。上記の経路Ａを流れる電荷量が最大となるときの条件で考えると、表面層に全体の実効電圧Ｖがそのまま印加される。このときの電流密度はＶ／ρｃｄｃとなる。またコンデンサの充電による電流の低下を考えないから、経路Ａを通じて現像ローラ表面に流入する電荷量は、電界が印加される時間をＴとして、ＶＴ／ρｃｄｃとなる。
【００５１】
したがって、（式１）の左辺は現像ローラ表面に流入する電荷密度を示し、右辺はトナーの表面電荷密度を示している。すなわち、（式１）は、現像ローラ表面の電荷密度とトナーの表面電荷密度とを比較して、現像ローラ表面の電荷密度をトナーの表面電荷密度以下にするという条件を表現している。
【００５２】
表面電荷密度は、その値が大きいとき、トナー表面に存在する電荷量が大きいのはもちろん、電荷が密に形成されていることを意味する。逆に値が小さいときは、電荷量が小さいことはもちろん表面に形成された電荷同士が、疎であり距離が離れていることを意味する。
【００５３】
図６を参照して、（式１）の関係を満たす場合、トナー電荷の減衰を抑制できるメカニズムについて述べる。図６は、トナーの電荷の減衰について説明するための模式図である。図６（ａ）は、現像ローラ表面に誘起される電荷密度がトナーの表面電荷密度よりも大きい状態を示しており、図６（ｂ）は、現像ローラ表面に誘起される電荷密度がトナーの表面電荷密度よりも小さい状態を示している。
【００５４】
図６（ａ）に示すように、現像ローラ表面に誘起される電荷密度がトナーの表面電荷密度よりも大きい場合、現像ニップ部Ｎにおいて、トナー表面の電荷（負極性）は現像ローラに誘起された逆極性の電荷（正極性）と接触し、再結合する確率が高い。すなわち、トナー表面に存在した電荷は０となり、トナーの電荷が減衰しやすい状態となる。
【００５５】
一方、図６（ｂ）に示すように、現像ローラ表面に誘起される電荷密度がトナーの表面電荷密度よりも小さい場合、現像ニップ部Ｎにおいて、トナー表面の電荷は現像ローラ表面に誘起された逆極性の電荷と接触する確率は低いため、再結合しにくい。つまり、トナー電荷の減衰を著しく抑制することができる。
【００５６】
すなわち、現像ローラ１４の表面電荷密度をトナー１２の表面電荷密度以下にすると、トナー電荷の減衰が抑制されることが分かる。
【００５７】
次に、図１２を用いて、トナー層に実効的に印加される実効電圧Ｖについて説明する。図１２は、トナー層に印加される実効電圧について説明する模式図である。図１２（ａ）は、現像ニップ部付近を示す概略図であって、図１２（ｂ）は、現像ローラと感光体ドラム表面に保持される電荷量Ｑ０について説明するための模式図である。現像ローラと非接触時に感光体ドラム１表面に保持される電荷量Ｑ０は、感光体ドラム１のキャパシタンス（静電容量）Ｃｐ、感光体ドラム１の暗電位Ｖｄを用いて、下記の（式２）で表される。
【００５８】
【数２】
2015094894.tif 000008
【００５９】
一方、現像ローラが感光体ドラム１と当接時の感光体ドラム１上の電位Ｖｐは、トナー層に実質的に印加される実効電圧Ｖと現像電圧Ｖｄｃを用いて下記の（式３）で表される。なお、この式からも分かるように、実効電圧Ｖは感光体ドラム１上の電位Ｖｐと現像ローラ１４の表面電位Ｖｄｃとの電位差である。
【００６０】
【数３】
2015094894.tif 000009
【００６１】
また、感光体ドラム１と現像ローラＡが当接する前と当接後の電荷量は保持されるため、電荷量Ｑ０は、感光体ドラム１のキャパシタンス（静電容量）Ｃｐ、トナー層のキャパシタンス（静電容量）Ｃｔを用いて下記の（式４）で表される。
【００６２】
【数４】
2015094894.tif 000010
【００６３】
そして、上述したように、Ｖｂａｃｋ＝Ｖｄ−Ｖｄｃの関係が成り立つため、（式２）〜（式４）を用いて、下記の（式５）の関係が成り立つ。
【００６４】
【数５】
2015094894.tif 000011
【００６５】
これは、空間電荷を挟んだ誘電体の分圧を考えればよい。任意の面積をＳ、真空の誘電率をε０、電荷輸送層の比誘電率をεＰ、膜厚をｄＰ、トナー層の比誘電率をεｔ、層厚をｄｔとして、Ｃｐは下記の（式６）で表され、Ｃｔは下記の（式７）で表される。厳密には表面層のキャパシタンスも考慮する必要があるが、トナーや感光体ドラムに比べ十分低抵抗であるため無視する。
【００６６】
【数６】
2015094894.tif 000012
2015094894.tif 000013
【００６７】
各比誘電率は、Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ社製の１２６０型インピーダンスアナライザ、１２９６型インピーダンスアナライザを用いて、インピーダンス測定から求めた。本実施例においてεＰは２、εｔは３であり、感光体ドラム１の膜厚ｄＰは２３μｍ、トナー層厚ｄｔは１０μｍである。ここで、トナー層厚ｄｔは、レーザ顕微鏡により、トナーコートしている部分としていない部分の差を長手１０点計測し、平均値をした。ここから、Ｃｐ／（Ｃｔ＋Ｃｐ）=（εＰ／ｄＰ）／（εｔ／ｄｔ＋εＰ／ｄｔ）=０．４０となり、実効電圧Ｖは、Ｖｂａｃｋの約４０％程度の値になった。
【００６８】
（式５）から、Ｃｐ／（Ｃｔ＋Ｃｐ）は、１より大きい値になることはないため、実効電圧Ｖは、Ｖｂａｃｋよりも小さい値となることを示している。感光体ドラム１は、印字枚数が増加すると削れが発生し、膜厚が小さくなると感光体ドラム１のキャパシタンスＣｐは大きくなり、トナー層の影響が小さくなる。つまり、実効電圧Ｖは、Ｖｂａｃｋに近い値となる。実効電圧Ｖを小さくするためには、感光体ドラム１の膜厚が大きいことが好ましい。一方、トナー層厚が変化しても実効電圧Ｖは、変化する。つまり、感光体ドラム１やトナー層電圧が変化しても実効電圧Ｖは、Ｖｂａｃｋより大きくなることはないため、（式１）の実効電圧Ｖの代わりにＶｂａｃｋとして下記の（式８）を満たす時、経時的に安定してトナー電荷の減衰を抑制することができると考えられる。
【００６９】
【数７】
2015094894.tif 000014
【００７０】
ここで、実施例１で用いた各値を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2015094894.tif 000015
【００７２】
さらに、トナーの電荷の減衰のしやすさと（式１）の関係を検証するため、平均抵抗を現像ローラＢよりも大きくした現像ローラＣを用いて検証を行った。まずは、カブリ量を測定した。カブリ量の評価方法は以下のように行った。
【００７３】
ベタ白画像の印字中に画像形成装置の画像形成動作を停止する。現像工程の終了後、かつ、転写工程前の感光体ドラム１上のトナーを一旦透明性のテープに転写し、トナーが付着したテープを記録紙などに貼り付ける。また同一の記録紙上に、トナー付着していないテープも同時に貼り付ける。その記録紙に貼り付けられたテープの上から、光学反射率測定機（東京電飾製ＴＣ−６ＤＳ）によりグリーンフィルタによる光学反射率を測定し、トナー付着していないテープの反射率から差し引いてカブリ分の反射率量を求めカブリ量として評価した。カブリ量はテープ上を３点以上測定しその平均値を求めた。
【００７４】
カブリ評価は、試験環境３０℃、８０％ＲＨ、１００枚印字終了後、２４時間放置後に行った。印字テストは、画像比率５％の横線の記録画像を連続的に通紙して行った。ここでは、画像比率５％の横線の画像として、１ドットライン印字後１９ドットライン非印字を繰り返す画像を用いた。
【００７５】
ここで、図３を用いて、カブリ（％）とＶｂａｃｋの関係について説明する。図３は、Ｖｂａｃｋと、現像ローラＡ、Ｂ及びＣのカブリ量の関係について示すグラフである。ここで、Ｖｂａｃｋ（＝Ｖｄ−Ｖｄｃ）の値は、現像ローラに印加する電圧Ｖｄｃを変更することで調整した。図３より、Ｖｂａｃｋの値が大きくなるにつれて、現像ローラＢ、Ｃのカブリ量が大きくなることが分かる。
【００７６】
図５は、Ｖｂａｃｋ=５００Ｖ時の現像ローラＣの現像ニップ部通過前後のトナーの表
面電荷密度ｑ／ｓを比較したグラフである。図５の縦軸は、横軸に示す電荷密度の値をとるトナーの個数頻度を示している。本例では３０００個のトナーを測定した。図５から分かるように、現像ローラ１４上のトナー１２の表面電荷密度ｑ／ｓは、現像ニップ部Ｎを通過することで減衰していることを確認した。結果、カブリは促進される。
【００７７】
次に、上記（式１）とトナー電荷の減衰量を検証するため、現像ローラＣを用いて、現像ローラの表面電荷密度とトナーの表面電荷密度の比と、トナーの表面電荷密度の減衰率（ｑ／ｓ減衰率）の関係を調べた。ｑ／ｓ減衰率とは現像ニップ部Ｎ通過前のｑ／ｓと現像ニップ部Ｎ通過後のｑ／ｓの差を現像ニップ部Ｎ通過前のｑ／ｓで除したものである。
【００７８】
【数８】
2015094894.tif 000016
【００７９】
（式９）は１以下であれば、（１）式を満たし、１より大きければ（式１）の範囲外であることを示す。以下の検証において、変化させるパラメータ以外は、実効電圧Ｖ＝２００Ｖ、現像ニップ部Ｎ通過時間Ｔ＝１９．６ｍｓｅｃ（ただし、図８（ｂ）に示すｑ／ｓの値の水準振り（ｑ／ｓ振り）については４．６ｍｓｅｃ）、表面層の膜厚ｄｃ＝１０μｍで固定した。
【００８０】
図７〜図９は、ｑ／ｓ減衰について説明するためのグラフである。図７〜図９において、縦軸はｑ／ｓ減衰率（範囲：−０．１〜＋０．６）であり、横軸は（式９）の値（範囲：１×１０−１〜１×１０３）を示している。
【００８１】
まず、実効電圧Ｖを変化させた時について検証を行った。具体的には実効電圧Ｖを６０Ｖ、８０Ｖ、１２０Ｖ、１６０Ｖ、２００Ｖに変化させたときの（式９）に対するｑ／ｓの減衰率を求め、結果を図７（ａ）に示す。この結果から、実効電圧Ｖの値が大きくなることで、（式９）の値が大きくなるとｑ／ｓ減衰率が大きくなることが分かる。
【００８２】
また、同様に現像ニップ部Ｎ通過時間Ｔを４．６ｍｓ、９．２ｍｓ、１３．９ｍｓ、１９．６ｍｓとなるように、プロセススピード変えることにより現像ニップ部Ｎ通過時間変化に対するｑ／ｓの減衰率を求め、結果を図７（ｂ）に示す。この結果から、現像ニップ部Ｎ通過時間Ｔの値が大きくなることで、（式９）の値が大きくなるとｑ／ｓの減衰率が大きくなることが分かる。
【００８３】
さらに、表面層の膜厚ｄｃを１０μｍと６０μｍ変化させたときの結果を図８（ａ）に示す。図８（ａ）より表面層の膜厚ｄｃを大きくすることで、（式９）の値が大きくなるとｑ／ｓの減衰率が大きくなることが分かる。また、トナー電荷ｑ／ｓを１．６４×１０−５Ｃ／ｍ２、２．５６×１０−５Ｃ／ｍ２、３．２８×１０−５Ｃ／ｍ２にそれぞれ変化させた結果を図８（ｂ）に示す。この結果から、ｑ／ｓの値を小さくすることで、（式９）の値が大きくなるとｑ／ｓの減衰率が大きくなることが分かる。なお、ｑ／ｓ振りはトナーの外添剤の添加量を変化させることで行った。
【００８４】
さらに、図７（ａ）、図７（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）の結果を同一グラフ上にまとめたものを図９に示す。図９に示すように、（式９）すなわち現像ローラの表面電荷密度とトナーの表面電荷密度の比の値と、トナーの表面電荷密度の減衰率には高い相関関係があることが分かった。
【００８５】
さらに、図９には、現像ローラＡを用いた実施例１の（式９）の値を表記している。実施例１の条件下における（式９）の比は、１以下、すなわち、（式１）を満たしており、電荷量の減衰を著しく抑制できることが分かった。
【００８６】
図１１は、現像ローラＡを用い、現像ニップ部通過前後のトナーの表面電荷密度ｑ／ｓを比較したグラフである。図１１の縦軸は、横軸に示す電荷密度の値をとるトナーの個数頻度を示している。本例では３０００個のトナーを測定した。図１１によると、現像ニップ部通過後におけるｑ／ｓ減衰が抑制されていることが分かる。つまり、（式１）を満たすことにより、トナーの電荷量の減衰を抑制することで、カブリ量を著しく抑制することができる。
【００８７】
また、感光体ドラム１と現像ローラ１４に周速差が大きくなると、トナーの電荷の減衰量が大きくなることが分かった。これはトナー１２が回転して現像ローラに接触するため、トナー表面の電荷が現像ローラ１４表面に誘起された電荷と接触する確率が増加していることを示唆すると考えられる。このことからも、本件の電荷減衰メカニズムが正しいと考えられる。
【００８８】
次に、下記（式１０）で表される本発明の条件について説明する。
【００８９】
【数９】
2015094894.tif 000017
【００９０】
ここで、現像工程時にトナー層および現像ローラ表面層の各層に対して、誘電成分により分割された電圧がかかる。そのとき、誘起される電荷量Ｑは、下記の（式１１）で表される。
【００９１】
【数１０】
2015094894.tif 000018
【００９２】
Ｃｃは表面層の容量、Ｖｃは表面層の分担電圧、Ｃｔはトナー層の容量、Ｖｔはトナー層の分担電圧である。トナー層の分担電圧Ｖｔより表面層の分担電圧Ｖｃが大きくなると、現像するための必要な電圧が得られなくなるため、現像できるトナー量が激減、すなわち、現像性が低下する。つまり、現像性の低下を抑制するためには、Ｖｔ／Ｖｃ＞１満たす必要がある。すなわち、（式１１）から、Ｃｃ／Ｃｔ＞１を得ることができる。さらに、Ｃｃ=εｃε０Ｓ／ｄｃ、Ｃｔ=εｔε０Ｓ／ｄｔの関係が成り立つことより、（式１０）を得ることができる。ここで、εｃは現像ローラの表面層の比誘電率である。
【００９３】
ｄ／εの形は、電気的に等価な厚さを示している。つまり、電気的に等価な表面層の厚さがトナー層より厚いと、現像特性が現像ローラに近づき、現像するのに高い電圧を必要とし、現像部と非現像部の電位差を十分確保できないため濃淡画像エッジ部での鮮明さが失われたりする傾向が顕著となる。
【００９４】
さらに、図１０を参照して、表面層の膜厚に関して説明する。図１０は、膜厚に対するベタ濃度の推移及び平均電荷量Ｑ／Ｍ［ｕＣ／ｇ］の推移を示している。Ｍはトナーの電荷の質量［ｇ］である。図１０（ａ）は膜厚に対する濃度の推移及び平均電荷量の推移を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、膜厚（ｎｍ）が１０、１００、５００、１０００の場合の濃度、平均電荷量を示す表である。発明者らが鋭意検討を重ねた結果、上述の（式１０）を満たしているにも関わらず、表面層の厚みが１ｕｍ（１０００ｎｍ）以上のときに濃度低下が生じる場合があることが分かった。
【００９５】
図１０より、１ｕｍ（１０００ｎｍ）時に著しく電荷量が上昇するとともに、濃度が減少していることが分かる。この現象は、現像コントラス（｜Ｖｄｃ−Ｖｌ｜）を埋めるために必要となる電荷量よりも、現像ローラ上に形成されたトナー層の電荷量が大きいために生じると考えられる。つまり、１ｕｍ以上の表面層を形成する時は、トナーの電荷量が著しく大きくなるために、現像コントラスト分のトナー量が少なくなり、現像効率が低下すると考えられる。
【００９６】
上記現象のメカニズムは概ね以下のように考えられる。現像ローラＡのＡｌ２Ｏ３表面層は、電子線加熱を用いた真空蒸着により、弾性層を有する現像ローラ表面に形成されている。一方、現像ローラＡは、規制ブレード１６や感光体ドラム１と当接するため、それら当接部で微小な変形を生じている。その動きに表面層が追従するために細かい粒塊を形成していると思われる。そのため、表面層が１ｕｍ未満では、粒塊間の隙間により局所的に現像ローラ側へ、トナー電荷のリークが生じていると考えられる。またその時の電荷の移動はトンネル電流が支配的と考えられる。
【００９７】
一方、１ｕｍより大きいときは、表面層として、現像ローラ表層をほぼ完全に覆っているため、現像ローラ側への電荷のリークが生じないと考えられる。また、表面層の膜厚が大きくなると、表面層の変位が当接部より広い範囲において変形するが、表面層そのものの変形量は小さくなり、細かい粒塊が生じにくくなる。結果、リーク発生が生じにくくなり、トナー層の著しい電荷量の増加を生じ、濃度低下を引き起こすと考えられる。
【００９８】
つまり、本発明においては、（式１０）を満たすことで、現像するための必要な電圧条件を満たして現像性を維持し、表面層の膜厚を１ｕｍ未満にすることで、局所的なリークを生じさせて過度なトナー電荷の上昇を抑制している。結果、現像性を維持しつつ、カブリ量を著しく抑制することができる。
【００９９】
以下、表２に、実施形態１（実施例１、２、比較例１、２）におけるカブリ評価結果、表３に、実施形態２（実施例３、４、比較例３、４）におけるカブリ評価結果を示す。なお、カブリ評価の方法は上述した実施例１と同様である。評価結果については、以下の５段階に分けてランク付けをした。
××：カブリ量が５．０％以上である。
×：カブリ量が３．０％以上５．０％未満である。
△：カブリ量が１．０％以上３．０％未満である。
○：カブリ量が０．５％以上１．０％未満である。
◎：カブリ量が０．５％未満である。
なお、１００枚印字後におけるカブリ評価を表中の「初期カブリ」に示し、３０００枚印字後におけるカブリ評価を表中の「耐久カブリ」に示す。
【０１００】
表２、３に示すように、現像ローラＢを用いた比較例１、３において、トナーの平均表面電荷密度は−２４μＣ／ｍ２であった。また、現像ローラＢよりも平均抵抗を大きくした現像ローラＣを用いた比較例２、４において、トナーの表面電荷は−３８μＣ／ｍ２で
あった。
【０１０１】
表面層の膜厚を０．２μｍ（２００ｎｍ）、体積抵抗３．０×１０１４Ωｃｍとした現像ローラＥを用いた実施例２、４において、トナーの表面電荷は−３２μＣ／ｍ２であった。
【０１０２】
【表２】
2015094894.tif 000019
【０１０３】
【表３】
2015094894.tif 000020
【０１０４】
＜実施形態１におけるカブリ評価結果＞
比較例１において、通常速モード時の初期においてカブリは良好である。この理由は、Ｖｂａｃｋが小さく、現像ニップ部Ｎ通過時間Ｔが小さいため、現像ローラ側へのトナー電荷が逃げにくいためと考えられる。またトナー劣化も進行していないため、トナーの電荷量の絶対量が大きいため、トナー電荷が減衰しても、著しくカブリ量の増加を抑制できると考えられる。しかしながら、厚紙等を通紙時に実行される低速モード時においては、現像ニップ部Ｎ通過時間Ｔが増加し、トナー電荷が現像ローラ側へ逃げやすくなるため、カブリ量の増加が認められる。
【０１０５】
また、比較例２において、現像ローラ側への逃げを抑制するため、現像ローラの抵抗を大きくした例であり、比較例１に比べ改善するものの、低速モード時にカブリ量が増加する。
【０１０６】
一方、本発明の実施例１においては、通常速モード時および低速モード時とともにカブリを抑制し良好な画像を得ることができる。その理由は、トナーの表面電荷密度よりも現像ローラ表面に誘起される電荷が小さく、トナー上の電荷と現像ローラ上に誘起された電荷の接触する確率を低くしているため、トナー上の電荷の減衰が抑制されているからと考えられる。
【０１０７】
また、表２の耐久カブリの欄で示されるように、通紙枚数が増加したときに、比較例１、２は、著しいカブリ量の増加が発生する。この理由としては、以下のようなことが考えられる。
【０１０８】
まず、印字枚数が増加するとトナーの劣化が進行し、トナーの電荷量の減少が生じる。結果、カブリ量の増加を促進する。さらに、トナー層に印加される実効電圧Ｖは、Ｖ＝Ｃｐ／（Ｃｐ＋Ｃｔ）Ｖｂａｃｋによって表される。感光体ドラム１の電荷輸送層の膜厚は
、クリーニングブレード９により削られると、Ｃｐは膜厚に反比例するため大きくなる。その結果、Ｃｔの影響が小さくなり、実効的電圧Ｖは、Ｖｂａｃｋに近くなる。その結果、現像ニップ部Ｎ間において、トナー層にかかる実効電圧Ｖは大きくなり、トナー電荷の減衰及びカブリ量が著しく増加すると考えられる。
【０１０９】
一方、本発明の実施例１においては、トナー表面の電荷密度より現像ローラに表面に誘起される電荷密度が小さいため、カブリ量を著しく抑制することができる。さらに、本発明の実施例２においては、実効電圧はＶｂａｃｋ以上にはならいことから、実効電圧がＶｂａｃｋの値であるときのトナー表面の電荷密度より現像ローラ表面に誘起される電荷が小さく設定されている。そのため、通紙枚数増加時においても著しくカブリ量を抑制することができる。
【０１１０】
以上、述べたように、（式１）を満たすことにより、トナー電荷の減衰を抑制することでカブリ量を抑制することができる。また、（式１０）を満たすことにより、現像するために現像ローラ１４に必要な電圧を供給することができ現像性を維持することができる。また、現像ローラ１４の表面層の膜厚ｄｃを１ｕｍ未満にすることで、局所的なリークを生じさせて過度な電荷の上昇を抑制する。実施例１、２においては、これら条件を満たしており、カブリ量が増加しやすい低速モード時や、印字枚数増加時においても、安定してカブリ量を抑制でき、経時的に良好な画像形成を行うことができる。
【０１１１】
＜実施形態２における評価結果＞
実施形態２に係る画像形成装置は、クリーニングブレード９を有しておらず、転写工程で転写されずに感光体ドラム１上に残留した転写残トナーが、帯電ローラ２通過時にネガ化され、現像ニップ部Ｎにおいて現像装置４に回収されるように構成した例である。また、現像ニップ部Ｎでの戻りトナーの回収性を向上するため、Ｖｂａｃｋを５００Ｖと大きく設定した例である（このときのＶｂａｃｋを以下、高Ｖｂａｃｋという）。
【０１１２】
このため、従来の現像ローラＢ、Ｃを用いた比較例３、４において、著しくカブリ量が増加する。また、経時変化時においても著しいカブリ量の増加を生じる。一方、本発明の実施例３及び実施例４は、現像ローラ表面に誘起される電荷密度をトナー表面の電荷密度以下に設定しているため、トナー電荷の減衰およびカブリ量を著しく抑制することができる。特に、実施例４においては、実効電圧ＶはＶｂａｃｋ以下であることから、実効電圧ＶがＶｂａｃｋの値であるときのトナー表面の電荷密度より現像ローラ表面に誘起される電荷を小さく設定している。そのため、通紙枚数増加時においても著しくカブリ量を抑制することができる。
【０１１３】
特に、高Ｖｂａｃｋでの使用に対して著しくカブリ量抑制出来るため、転写残トナーを現像装置４へ回収するためのトナー回収性が高い状態を維持しながら使用でき、より安定した画像を得ることができる。
【０１１４】
以上、述べたように本発明の実施例３、４においては、カブリ量が増加しやすい低速モード時や印字枚数増加時に加えて、高Ｖｂａｃｋ時に、高いトナー回収性を維持しつつ、安定してカブリ量を抑制でき、経時的に良好な画像形成を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１…感光体ドラム（像担持体）、１４…現像ローラ（現像剤担持体）、１７、１８…電圧印加手段
【図１】
2015094894.tif 000026
【図２】
2015094894.tif 000027
【図３】
2015094894.tif 000028
【図４】
2015094894.tif 000029
【図５】
2015094894.tif 000030
【図６】
2015094894.tif 000031
【図７】
2015094894.tif 000032
【図８】
2015094894.tif 000033
【図９】
2015094894.tif 000034
【図１０】
2015094894.tif 000035
【図１１】
2015094894.tif 000036
【図１２】
2015094894.tif 000037
【図１３】
2015094894.tif 000038