(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】トナー像を担持可能な感光体ドラム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に当接してトナーを供給する現像ローラ１４と、現像ローラ１４に担持されるトナーの層厚を規制する規制ブレード１６と、現像ローラ１６及び規制ブレード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５
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【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、
前記現像剤担持体及び前記規制部材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前記規制部材の電位差をＶとし、
前記現像剤担持体の回転により、前記現像剤担持体と前記規制部材との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、
2015094895.tif 000014
2015094895.tif 000015
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】
前記像担持体は、前記現像剤担持体との当接領域において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又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
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３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
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４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
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５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
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６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、現像ローラ上のトナー（現像剤）の層厚を規制する規制ブレード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トナーが向かう力を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、トナーの電荷の減衰は、感光体ドラムと現像ローラが接触する現像ニップ部だけでなく、規制ブレードと現像ローラが接触する規制ニップ部でも発生することが分かった。また、カブリには現像ローラの周速や、規制ニップ部に印加される電圧などに対する依存性も存在する。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、
前記現像剤担持体及び前記規制部材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前記規制部材の電位差をＶとし、
前記現像剤担持体の回転により、前記現像剤担持体と前記規制部材との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、
2015094895.tif 000003
2015094895.tif 000004
を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
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】
【００１０】
【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】本実施形態に係るカートリッジの構成を示す概略断面図
【図３】カブリのブレードバイアスＶ依存性を示すグラフ
【図４】ブレードバイアスＶの違いによるトナーの電荷密度を比較したグラフ
【図５】ｑ／ｓ減衰のメカニズムを説明する模式図
【図６】ｑ／ｓ減衰について説明するためのグラフ
【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】実施例１のｑ／ｓ減衰性を示すグラフ
【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グラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１、図２を参照して、本発明の実施形態（以下、本実施形態という）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、本実施形態に係るカートリッジの構成を示す概略断面図である。
【００１３】
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を一体に構成している。
【００１４】
感光体ドラム１は図１、図２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（暗電位）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）。この時の静電潜像の電位は明電位Ｖｌとなる。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）。
【００１５】
可視化された感光体ドラム１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、転写工程で転写されずに、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。
【００１６】
本実施形態において、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。
【００１７】
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、電荷輸送層としてアリレートを使った有機感光体が積層されて形成されている。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おり、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。
【００１８】
図２に示すように、現像装置４は、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、規制部材としての規制ブレード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、現像容器１３に収容されるトナー１２を現像ローラ１４に供給する。規制ブレード１６は、現像ローラ１４上（現像剤担持体上）のトナーの層厚を規制する。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。以下、感光体ドラム１と現像ローラ１４との当接領域を現像ニップ部Ｎ１とし、規制ブレード１６と現像ローラ１４との当接領域を規制ニップ部Ｎ２とする。
【００１９】
ここで、図２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。当接位置Ａは現像動作を行うための位置であり、離間位置Ｂは感光体ドラム１との摺擦によるトナー１２の劣化や感光体ドラム１の摩耗を防ぐための位置である。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。
【００２０】
本実施形態で用いたトナー１２は一成分非磁性トナーであり、現像に際して負極性に帯電される負帯電性のトナーである。感光体ドラム１も負に帯電され、レーザ光学装置３に
よって露光された露光部にトナー１２が付着するいわゆる反転現像方式で画像形成が行われる。なお、トナー１２の粒径は約５μｍである。
【００２１】
現像ローラ１４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基層としてのシリコンゴム層１４ｂが設けられて形成される。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コーティングしており、現像ローラ１４全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）である。
【００２２】
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。現像ローラ１４の供給ローラ１５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は、それら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。
【００２３】
発泡ウレタン層１５ｂには、こ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が侵入する。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。現像ローラ１４に供給され電荷を持ったトナー１２は、現像ローラ１４に強固に付着し、規制ブレード１６に向けて移動する。
【００２４】
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。この規制ブレード１６により、現像ローラ１４上のトナー１２の層厚が均一に規制される。また、規制ブレード１６との摺擦によって、トナー１２は所望の摩擦帯電電荷を得る。規制ブレード１６を通過した現像ローラ１４上のトナー１２は、感光体ドラム１との現像ニップ部Ｎ１で現像に供され、現像されなかったトナー１２は供給ローラ１５によって剥ぎ取られる。
【００２５】
現像ローラ１４には、電圧印加手段１７、１８によって、現像バイアスＶｄｃとする電圧が印加される。供給ローラ１５はＶｄｃと等電位に設定した。規制ブレード１６には現像ローラ１４に対して−２００Ｖを印加した。この現像ローラ１４と規制ブレード１６に印加する電位の電位差は、トナー１２のコートを安定化させるためのものであり、正規に帯電されたトナーが現像ローラ１４に押しつけられる方向の極性を持って印加される。この電位差の絶対値をブレードバイアスＶとする。
【００２６】
（実施例１）
以下の特徴を持つ現像ローラ１４を作製し、現像ローラＡとする。そして、この現像ローラＡを本実施形態の画像形成装置に適用したものを実施例１とする。
【００２７】
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１４全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）とした。さらに、電子線蒸着により表面層としてのＡｌ２Ｏ３層を１００ｎｍ（０．１μｍ）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層の体積抵抗ρｃは約１０１４Ωｃｍであった。
【００２８】
（比較例１）
以下の特徴を持つ現像ローラ１４を作製し、現像ローラＢとする。そして、この現像ロ
ーラＢを本実施形態の画像形成装置に適用したものを比較例１とする。
【００２９】
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１４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１０７Ωｃｍ２であった。また、ウレタン層の体積抵抗ρｃは約１０８Ωｃｍであった。
【００３０】
（比較例２）
以下の特徴を持つ現像ローラ１４を作製し、現像ローラＣとする。そして、この現像ローラＣを本実施形態の画像形成装置に適用したものを比較例２とする。
【００３１】
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１４全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）とした。さらに、電子線蒸着により表面層としてのＡｌ２Ｏ３膜を１μｍ設けた。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。本例は実施例１のＡｌ２Ｏ３層の膜厚を増したものに相当する。
【００３２】
（比較例３）
以下の特徴を持つ現像ローラ１４を作製し、現像ローラＤとした。そして、この現像ローラＤを本実施形態の画像形成装置に適用したものを比較例３とする。
【００３３】
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１４全体の外径はφ１１．５（ｍｍ）である。現像ローラＤ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１０８Ωｃｍ２であった。また、ウレタンの体積抵抗は約１０１０Ωｃｍであった。本例は比較例１のウレタン層の抵抗を増したものに相当し、特許文献１に準じている。
【００３４】
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。
【００３５】
表面層の目的は電荷の表出を防ぐことであり、ある層に電荷の表出を防ぐ機能があると仮定される場合、任意に表面層と設定して構わない。なお、実施例１、比較例１、２、３に示した現像ローラＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ローラ全体の平均体積抵抗を見積もると、いずれも特許文献１の提案（ρ＞７×１０６）を満たしている。
【００３６】
（評価）
実施例１、比較例１〜３の現像ローラＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いて、感光体ドラム１上のカブリ量を調べた。また、画像を出力し、現像性として濃度と残像について評価した。
【００３７】
＜評価の条件＞
評価の条件を表１に示す。評価は、特に断らない限り、カブリが問題となりやすい３０℃、８０％ＲＨの高温高湿下の環境で行った。
【００３８】
【表１】
2015094895.tif 000005
【００３９】
現像ローラ１４端部の不図示のコロによって、現像ニップ部Ｎ１における現像ローラ１４の感光体ドラム１への侵入量は４０μｍに設定される。現像ローラ１４は、現像ニップ部Ｎ１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Ｎ１における表面移動方向が現像ローラ１４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。
【００４０】
また、ブレードバイアスＶは２００Ｖとし、規制ニップ部Ｎ２の幅（現像ローラ１４の回転方向における規制ニップ部Ｎ２の長さ。以下、規制ニップ幅ともいう）は０．４ｍｍとする。規制ニップ部Ｎ２通過時間Ｔは、現像ローラ１４の周速と規制ニップ幅から与えられる。通過時間Ｔとは、規制ニップ部Ｎ２（現像ローラ１４と現像ローラ１４の当接領域）に進入した現像剤が、規制ニップ部Ｎ２を通過するのに必要な時間である。
【００４１】
未露光状態の感光体ドラム１の表面電位を暗電位Ｖｄとし、｜Ｖｄ−Ｖｄｃ｜をＶｂａｃｋとする。カブリ評価時のＶｂａｃｋは５００Ｖとした。また、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。
【００４２】
カブリ量の測定は以下のような方法で行った。まず透明のポリエステルテープで、感光体１上のカブリをテーピングし、ＸＥＲＯＸ社製の用紙ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ４２００に貼り付けた後、ＧｒｅｔａｇＭａｃｂｅｔｈ社製の反射濃度計によって反射濃度を測定した。測定の際は、単にテープを用紙に貼った部分の測定値を減算した。トナー１２の電荷量は、まずホソカワミクロン製のＥ−ｓｐａｒｔアナライザを用いて、個々のトナー１２の表面電荷密度を測定し、その平均値を算出してｑ／ｓとした。
【００４３】
＜評価結果＞
表２に各現像ローラが、特許文献１の提案や、いくつかの関係式を満たすか否かと、カブリと現像性の良否を一覧にして示す。いずれも特許文献１の提案を満たしているにもかかわらず、カブリに大きな差があることが分かる。
【００４４】
【表２】
2015094895.tif 000006
【００４５】
現像ローラの表面層の膜厚をｄｃ、誘電率をεｃ、トナー層の厚さをｄｔ、誘電率をεｔとして、実施例１の現像ローラＡは、下記の（式１）〜（式３）を満たしている。
【００４６】
【数１】
2015094895.tif 000007
【００４７】
【数２】
2015094895.tif 000008
【００４８】
【数３】
2015094895.tif 000009
【００４９】
実施例１においては、これら関係式を満たすことにより、反転カブリを顕著に抑制し、全体のカブリを良化させることができた。また、印刷画像は、濃度、残像等に問題のない良好な画像であった。
【００５０】
比較例１の現像ローラＢは、上記（式１）を満たさず、カブリが顕著にみられた。比較例２の現像ローラＣは上記（式３）を満たさず、濃度、残像に問題が見られた。比較例３の現像ローラＤは、上記（式１）を満たさず、カブリが顕著にみられた。
【００５１】
図３はカブリのブレードバイアスＶ依存性を、現像ローラＤについて調べたグラフである。このとき、Ｖｂａｃｋは２００Ｖに設定した。図３に示すように、一般的にブレードバイアスＶを高くすると、カブリは悪化する。しかし、前述したように、安定なトナーコートのためには、ブレードバイアスＶを印加する必要があり、カブリとはトレードオフの関係にあることが分かる。
【００５２】
＜カブリ抑制のメカニズム＞
以下にカブリを抑制するメカニズムを説明する。図４はブレードバイアスＶの違いによるトナーの電荷密度ｑ／ｓを比較したグラフである。一般に現像ローラ１４上のトナー１２の電荷密度ｑ／ｓは、ブレードバイアスＶが大きい程小さくなる。このため、ブレードバイアスＶが大きい程カブリは促進される。このとき、規制ブレード１６と現像ローラ１４に流れ込む電流を測定すると、規制ブレード１６からはトナー１２に正規の電荷が流入しており、トナー１２の電荷は、現像ローラ１４側に流れていることが分かった。
【００５３】
この原因を以下のように考察した。現像ローラ１４に電界を印加した時、その表面に到
達する電荷の面密度を、以下の（式４）で近似的に与えた。
【００５４】
【数４】
2015094895.tif 000010
【００５５】
これは以下の（式５）ように変形すればその意味を理解することができる。ただし電流をＩ、任意の面積をＳ、電荷量をＱとする。
【００５６】
【数５】
2015094895.tif 000011
【００５７】
すなわち、（式５）の左辺の分母は面積抵抗率であり、この面積抵抗率でブレードバイアスＶを除することで電流密度が得られる。これに時間積分の近似として規制ニップ部Ｎ２通過時間Ｔをかけることで、面電荷密度を得ることができる。
【００５８】
また、規制ブレード１６と現像ローラ１４に流れ込む電流は、現像ローラ１４を回転した時に顕著になることが分かった。これはトナー１２の体積抵抗は大きく、トナー１２の電荷は、トナー１２が回転して現像ローラ１４に接触することで移動しているためと考えられる。これらのことを考慮すると、現像ローラ１４の表面電荷密度が、トナー１２の表面電荷密度を上まわることで、トナー電荷の接触機会が増加し、減衰が促進すると考えられる。
【００５９】
図５は、トナー電荷密度の減衰のメカニズムを説明する模式図である。図５（ａ）に示す状態においては、トナー１２の表面電荷密度より現像ローラ１４の表面電荷密度が大きく、トナー１２と現像ローラ１４の接触部で再結合する電荷が存在する可能性が高い。図５（ｂ）に示す状態においては、トナー１２の表面電荷密度より現像ローラ１４の表面電荷密度が小さく、トナー１２と現像ローラ１４の接触部で再結合する電荷が存在する可能性が低い。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れば、トナー電荷の減衰は抑制されると考えられる。
【００６０】
そこで、以下の（式６）で与えられるトナー１２の表面電荷密度と現像ローラ１４の表面電荷密度の比と、ｑ／ｓの減衰率の関係を調べた。ｑ／ｓの減衰率とは、ブレードバイアスＶが任意の時と、ブレードバイアスＶが０Ｖの時の現像ローラ１４上のトナー１２のｑ／ｓの差を、ブレードバイアスＶが０Ｖの時の現像ローラ１４上トナー１２のｑ／ｓで除したものである。ここでは、現像ローラＤを用い、Ｖｂａｃｋは２００Ｖとした。
【００６１】
【数６】
2015094895.tif 000012
【００６２】
この結果を図６〜図８に示す。図６〜図８は、ｑ／ｓ減衰について説明するためのグラフである。図６（ａ）はブレードバイアスＶを０Ｖから３００Ｖまで、図６（ｂ）は規制
ニップ部Ｎ２通過時間Ｔを１．５ｍｓから５．８ｍｓまでそれぞれ変化させた結果である。図７（ａ）は表面層の膜厚ｄｃを１０μｍと６０μｍ、図７（ｂ）はトナーの電荷密度ｑ／ｓを１．２８×１０−５Ｃ／ｍ２から２．８８×１０−５Ｃ／ｍ２までそれぞれ変化させた結果である。また、図８にこれらのデータを実施例１の結果と共にまとめたものを示す。
【００６３】
図６〜図８より、トナー１２の表面電荷密度と現像ローラ１４の表面電荷密度の比と、ｑ／ｓの減衰率の間には明確な関係性が存在することが分かった。また、この比を１以下にすることで、トナー電荷の減衰を抑制できることが分かった。このように実験からも上記の考察を裏付けることができ、（式１）を満たすとき、減衰を抑制できることが分かった。
【００６４】
図９に実施例１のｑ／ｓ減衰性を示す。実施例１で用いた現像ローラＡは、上述したように現像ローラ１４とトナー１２の表面電荷密度の比を１以下とする、すなわち（式１）を満たすため、図９に示すように減衰を抑制することができ、顕著にカブリを抑制することができた。
【００６５】
次に、本発明の条件である上記（式２）、（式３）の条件について説明する。
【００６６】
まず、（式２）について説明する。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７）で表される。
【００６７】
【数７】
2015094895.tif 000013
【００６８】
Ｃｃは現像ローラ１４の表面層の容量、Ｖｃは現像ローラ１４の表面層の分担電圧、Ｃｔは現像ローラ１４上のトナー層の容量、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７）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２）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。
【００６９】
（式２）の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。
【００７０】
次に、図１０を参照して、（式３）について説明する。（式３）は、表面層が過度にチャージアップした時、適度にリークさせるため、膜厚を薄層に規定したものである。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２）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。
【００７１】
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。
【００７２】
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１４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１４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。
【００７３】
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。
【００７４】
つまり、本発明においては、（式３）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。
【００７５】
以上述べたように、本発明の実施例１においては、（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２）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（式３）の条件を満たすことで、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。本発明の実施例１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。
【００７６】
なお、本実施形態の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（第１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。
【符号の説明】
【００７７】
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】
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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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