(57)【要約】【課題】現像剤供給ローラ表面に形成する現像剤層の層厚制御に関わるパラメータ設計を短時間で実現するとともに、経時劣化や環境変動の発生に応じて現像剤層の層厚の補正を行い、常に一定の画質を保つことを可能にする現像装置および現像装置の設計方法を提供する。【解決手段】現像ローラ１６のトナー搬送力Ｆ（Ｒａ１）とドクターローラ１７のトナー搬送力Ｆ（Ｒａ２）との比Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）、および現像ローラ１６とドクターローラ１７との周速比Ｖ２／Ｖ１の積が、現像ローラ１６に付着するトナー層の層厚を決定する要因であることを利用して、現像ローラ１６のトナー搬送力Ｆ（Ｒａ１）や周速、およびドクターローラ１７のトナー搬送力Ｆ（Ｒａ２）や周速を設定する。【選択図】図１
2004151350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を収容する収容部と、
前記収容部内の現像剤を像担持体表面に供給する現像剤供給ローラと、
前記現像剤供給ローラの表面に付着している現像剤の層厚を規制する層厚規制ローラと、を備えた現像装置の設計方法であって、
前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記積の値と負の相関関係にある前記現像剤の層厚の値を前記像担持体に対する現像処理上で適正な値にする値になるように、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの搬送力および周速を設定することを特徴とする現像装置の設計方法。
【請求項２】
前記搬送力の比と前記周速比との積をＸとしたときに、０＜Ｘ≦１０になるように、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの搬送力および周速が設定されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置の設計方法。
【請求項３】
現像剤を収容する収容部と、
前記収容部内の現像剤を像担持体表面に供給する現像剤供給ローラと、
前記現像剤供給ローラの表面に付着している現像剤の層厚を規制する層厚規制ローラと、
前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ別個に調整する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記積の値と負の相関関係にある前記現像剤の層厚の値を前記像担持体に対する現像処理上で適正な値にする値になるように、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することを特徴とする現像装置。
【請求項４】
前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比をＹとしたときに、１≦Ｙ≦５０になるように前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの算術平均粗さが設定されており、
前記制御手段は、前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積をＸとしたときに、０＜Ｘ≦１０になるように前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤担持体に保持された前記現像剤層の反射率を測定し、前記反射率の測定結果から前記現像剤担持体に保持されたトナーの付着量を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することを特徴とする請求項３または４に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の画像形成装置における現像工程で使用される現像装置の設計方法および現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタなどの電子写真技術を利用した画像出力機器に関して、その出力画像に対しては、年々、高画質化への要求が高まっている。この要求に応えるべく、露光光学系の高性能化や露光制御技術のブラッシュアップ、さらには新規感光体材料の開発などの高解像度化への取り組みのみならず、現像剤特性に起因する画像濃度の均一性や同一画像の再現性の向上が図られている。
【０００３】
ところが、高解像度化や画像の再現性の向上が達成された場合でも、像担持体上に形成された静電潜像担持体に現像剤を供給する役割を担う現像剤担持体上において、その表層に形成される現像剤層を均一に保つことができない場合には画像形成処理の高画質化を実現することができない。このため、現像剤担持体の表層に形成される現像剤層を均一に保つことが重要であり、さらには、経時変化や環境変動の影響が生じる場合でもこの現像剤層の均一化が実現されることが望ましい。
【０００４】
そこで、従来、上述の課題に対して現像剤担持体にある一定量のトナーを搬送するトナー供給過程や、現像に用いる均一なトナー薄層を形成するトナー層規制過程に関して数々の試みをしている技術が開発されている。
【０００５】
この従来の技術の中には、トナー層規制過程に着目するものもあり、例えば、現像動作の進行に伴って、トナー薄層化規制ローラの現像剤担持体に対する回転周速比およびトナー薄層化規制ローラに印加されたトナー層規制用のバイアス電圧値の少なくとも一方が変動制御されることにより、現像剤担持体上のトナー付着量が常時適正量に維持され、良好な画像を得られる技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
そして、上述の技術によれば、トナーホッパ内におけるトナー消費の進行に応じて現像剤担持体表面に付着されるべき適正なトナー量を算出し、この算出結果に従って上記周速比あるいは上記バイアス電圧のうち、少なくとも制御の容易な一方を制御することでトナーホッパ内におけるトナー残量に関わらず、現像剤担持体上のトナー付着量を常に一定量に維持し、均一な画質を保つことができる、とされている。
【０００７】
また、従来技術として現像剤担持体上のトナー付着量を該現像剤担持体の表面粗さによりある一定の範囲に制御することにより、トナーの付着ムラや搬送性の低下、帯電ムラを低減し、高画質の画像を得る技術がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
この技術によれば、表面粗さが極端に小さい、つまりはトナー付着量が極端に少ないことに起因する濃度ムラやトナー付着の立ち上がりが鈍くなることによるスリーブゴーストの発生、また表面粗さが極端に大きい、つまりはトナー付着量が極端に多いことに起因する帯電ムラが引き起こす反転かぶりを回避でき、良好な現像画像を得ることができる、とされている。
【０００９】
さらに、他の従来技術として、高品質の画像を得るためのトナー層厚取得手段として、現像ローラの表面粗さを制御する技術が開示されている（例えば、特許文献３および４参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１−２３００６３号公報
【特許文献２】
特開平７−１８１８０６号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３２５５２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２３４８７
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術のように、現像剤担持体およびトナー薄層化規制ローラ各表面の算術平均粗さのみによってトナー層の層厚を調整する場合、その表面粗さが現像剤担持体表面に担持されるトナー付着量を決定するパラメータとして支配的になるという不都合がある。
【００１１】
また、トナー薄層化規制ローラの現像剤担持体に対する回転周速比およびトナー薄層化規制ローラに印加されたトナー層規制用のバイアス電圧値によって、現像剤担持体上のトナー付着量を補正できない場合がある。そして、現像剤担持体表面に担持されるトナー付着量を調整する場合、層厚規制パラメータとして２つの可変要素を制御する必要があるため、その制御に関わる回路が複雑となり、装置のコストアップを招くという不都合ある。
【００１２】
さらに、上述の従来技術では現像剤担持体上に担持するトナーの付着量の制御に関わるパラメータが、現像剤担持体の表面粗さのみであるため、設計の自由度が狭いという不都合がある。加えて、層規制部材としてブレードを用いているため、該表面粗さが大きくトナー付着量が増加する場合には、ブレードによる掻き取り効果が低下し、現像剤担持体とブレードとの間に過剰のトナーが残留するため現像剤担持体表面もしくはブレード表面にトナーのフィルミングが生じる虞がある。
【００１３】
この発明の目的は、現像剤供給ローラ表面に形成する現像剤層の層厚制御に関わるパラメータ設計を短時間で実現するとともに、経時劣化や環境変動の発生に応じて現像剤層の層厚の補正を行い、常に一定の画質を保つことを可能にする現像装置および現像装置の設計方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は以下の構成を備えている。
【００１５】
（１）現像剤を収容する収容部と、
前記収容部内の現像剤を像担持体表面に供給する現像剤供給ローラと、
前記現像剤供給ローラの表面に付着している現像剤の層厚を規制する層厚規制ローラと、を備えた現像装置の設計方法であって、
前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記積の値と負の相関関係にある前記現像剤の層厚の値を前記像担持体に対する現像処理上で適正な値にする値になるように、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの搬送力および周速を設定することを特徴とする。
【００１６】
この構成においては、前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記現像剤供給ローラに付着する現像剤の層厚と負の相関関係にあり、前記現像剤の層厚を決定する重要な要素であることに着目して、前記現像剤の層厚が適正な値になるような前記積の値を実現すべく前記現像剤ローラおよび前記層厚規制ローラの搬送力および周速が設定される。
【００１７】
したがって、前記現像剤担持体の周速に対する前記層規制ローラの周速の周速比と前記現像剤担持体の搬送力に対する前記層規制ローラの搬送力の比の積に基づいて現像剤層を所望の層厚に調整することで、周速比または現像剤担持体等の表面粗さのみに着目して現像剤層の層厚を調整する方法に比べて、より正確で、かつ、安定した現像剤層の層厚の調整が実現される。
【００１８】
また、前記周速比、および搬送力の比の積が所望の値となる条件のもとでは、前記現像剤担持体または前記層厚規制ローラの周速または搬送力について任意の値に設定しても、所望の現像剤層の層厚が得られるため、前記周速および前記搬送力の設定等を含む現像装置の設計に要する時間が大幅に短縮される。
【００１９】
さらに、上記条件を満たす周速比及び搬送力の比の組み合わせが複数得られるため、コスト面から前記現像剤担持体または前記層厚規制ローラに使用される材質が限定される場合や、前記現像剤担持体または前記層厚規制ローラの駆動系の性能によって設定できる周速に制限がある場合でも、前記周速比と前記搬送力の比の積が容易に所望の値に設定されるため、設計の自由度が拡大する。
【００２０】
（２）前記搬送力の比と前記周速比との積をＸとしたときに、０＜Ｘ≦１０になるように、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの搬送力および周速が設定されることを特徴とする。
【００２１】
この構成においては、前記搬送力の比と前記周速比との積の値が１０よりも大きい場合には、前記積の値を増減させても前記現像剤層の層厚がほとんど変化しないことを考慮して、前記搬送力の比と前記周速比との積の値が１０以下の値になるように設定される。
【００２２】
したがって、前記搬送力の比と前記周速比との積の値の増減によって、前記現像剤層の層厚が所望の値に調整されるとともに、所望の層厚が得られる条件が効率的に導き出される。
【００２３】
（３）現像剤を収容する収容部と、
前記収容部内の現像剤を像担持体表面に供給する現像剤供給ローラと、
前記現像剤供給ローラの表面に付着している現像剤の層厚を規制する層厚規制ローラと、
前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ別個に調整する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記積の値と負の相関関係にある前記現像剤の層厚の値を前記像担持体に対する現像処理上で適正な値にする値になるように、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することを特徴とする。
【００２４】
この構成においては、前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記現像剤供給ローラに付着する現像剤の層厚と負の相関関係にあり、前記現像剤の層厚を決定する重要な要素であることに着目して、前記制御手段が、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整する。
【００２５】
したがって、前記制御手段により、前記現像剤担持体および前記層規制ローラ周速が適正な値に調整されることで、前記現像剤担持体の周速に対する前記層規制ローラの周速の周速比と前記現像剤担持体の搬送力に対する前記層規制ローラの搬送力の比の積が前記現像剤層を所望の層厚にする値に設定される。
【００２６】
（４）前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比をＹとしたときに、１≦Ｙ≦５０になるように前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの算術平均粗さが設定されており、
前記制御手段は、前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積をＸとしたときに、０＜Ｘ≦１０になるように前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することを特徴とする。
【００２７】
この構成においては、前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比が１〜５０の範囲内であるときに１〜２層分の現像剤層が安定して形成されることに鑑みて、前記層厚規制ローラの搬送力の比が１〜５０の範囲内に設定された状態で、前記制御手段が前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積が１０より大きくならないように前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整する。
【００２８】
したがって、前記現像剤供給ローラにおいて安定した現像剤層が形成されるとともに、前記制御手段によって、現像剤層の層厚の調整が効率的に行われる。
【００２９】
（５）前記現像剤担持体に保持された前記現像剤層の反射率を測定し、前記反射率の測定結果から前記現像剤担持体に保持されたトナーの付着量を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することを特徴とする。
【００３０】
この構成においては、現像装置の構成要素における経時的劣化等に起因して、本来形成されるべき層厚の現像剤層が形成されていない場合でも、前記検出手段によって前記現像剤担持体に保持された前記現像剤層の反射率が測定され、前記反射率の測定結果から前記現像剤担持体に保持されたトナーの付着量が検出されるとともに、前記制御手段によって、前記検出手段の検出結果に基づく前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速の調整がされる。
【００３１】
したがって、現像剤層の層厚を随時管理して現像剤の層厚が適宜補正されるため、経時変化や環境変動が生じても、常に、現像剤層の層厚が一定に保持される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の現像装置および現像装置の設計方法の実施形態を説明する。
【００３３】
図１は、第１の実施形態に係る現像装置の構成の概要を示す図である。本発明の現像装置が適用される画像形成装置１は、表面に光導電性膜を有する像担持体としての感光体１０と、感光体１０の表面を均一に帯電させる帯電装置と、帯電装置により帯電された感光体１０の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、露光装置によって感光体１０の表面に形成された静電潜像を現像剤（トナー）によって可視化する現像装置１１と、現像装置１１により感光体１０の表面に形成された現像剤像を用紙に転写する転写装置と、用紙上に転写された未定着の現像剤像を熱と圧力によって定着させる定着装置と、を備えている。
【００３４】
画像形成装置１においては、帯電装置、露光装置、現像装置１１、転写装置、および定着装置によって帯電・露光・現像・転写・定着の各工程からなる画像形成処理行われるが、同図では当該画像形成処理のうちの現像工程の状況が示されている。
【００３５】
同図に示すように、現像装置１１は、現像剤としてのトナー１３を収容する収容部としてのトナーホッパ１２、トナーホッパ１２内のトナーを攪拌する攪拌スクリュ１４、トナーホッパ１２内のトナーを像担持体としての感光体１０に供給する現像ローラ１６、現像ローラ１６にトナーを供給する供給ローラ１５、現像ローラ１６の付着したトナーの層厚を規制するドクターローラ１７、およびドクターローラ１７表面を清掃するクリーニングブレード１８を備えている。また、現像装置１１は、現像装置１１の動作を統括する図外の制御部を備えている。なお、ここでは、現像ローラ１６が本発明の現像剤供給ローラを構成し、ドクターローラ１７が本発明の層厚規制ローラを構成する。
【００３６】
上述の現像装置１１の構成において、撹拌スクリュ１４および供給ローラ１５によりトナーホッパ１２内に蓄積されたトナー１３を現像ローラ１６近傍に搬送する。搬送されたトナー１３は、現像ローラ１６表面に堆積し、次にドクターローラ１７との接触領域にて現像ローラ１６とドクターローラ１７に関わる設計パラメータにより所定の堆積量に規制される。
【００３７】
ここで、現像ローラ１６とドクターローラ１７とは独立駆動されており、それぞれのローラの駆動系を前記制御部により制御している。このため、現像ローラ１６の周速をＶ１、ドクターローラ１７の周速をＶ２とした場合に、現像ローラ１６に対するドクターローラの周速比Ｖ２／Ｖ１を自在に調整することができる。ドクターローラ１７に付着したトナーはクリーニングブレード１８により掻き取られ、トナーホッパ１２内に戻される。なお、ローラの材質は、現像ローラ１６がアルミニウム、ドクターローラ１７はウレタンゴムである。
【００３８】
次に、所定のトナー堆積量を維持した現像ローラ１６は、図示しない露光装置によって感光体１０の表面に形成された静電潜像に対してトナー１３を供給し、静電付着させて現像剤像を形成する。
【００３９】
なお、感光体１０との対向位置に搬送される現像ローラ１６上のトナーは、供給ローラ１５やドクターローラ１７との接触界面における摩擦により、帯電時の感光体１０表面と同極性に帯電している。このため、感光体１０上における電位の絶対値が、現像ローラ１６に所定のバイアス電圧を印加したときのトナー層表面の絶対電位よりも低い潜像エリアに現像剤が静電付着して、適正に可視像である現像剤像が形成される。
【００４０】
本実施形態では、現像ローラ１６上に所望の層厚のトナー層を形成するために、現像ローラ１６およびドクターローラ１７に関わる各設計パラメータ（ローラ間における電位差、現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の当接圧、現像ローラ１６の算術平均粗さＲ１、ドクターローラ１７の算術平均粗さＲ２、現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の周速比Ｖ２／Ｖ１）を用いた層厚制御を行っている。
【００４１】
特に、本発明では、各ローラの算術平均粗さならびに現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の周速比Ｖ２／Ｖ１が、トナー層の層厚制御において支配的かつ良好な制御性を示すことを利用して現像ローラ１６上に形成されるトナー層の層厚を調整している。
【００４２】
図２は、現像ローラ１６の周速に対するドクターローラ１７の周速比と現像ローラ１６表面のトナー付着量との関係を示す図である。同図において、グラフ縦軸には、トナー層厚に依存する現像ローラ１６上に付着したトナーの付着量を取っている。
【００４３】
同図に示す実験結果によって、ローラの算術平均粗さＲａ１およびＲａ２を一定とした場合に、ローラ同士の周速比Ｖ２／Ｖ１の増加に伴い付着量が減少し、また、周速比Ｖ２／Ｖ１が同一でもローラの算術平均粗さＲａ１およびＲａ２が異なれば、付着量が増減することが把握される。このため、現像工程における条件を適切に選定することで、現像ローラ１６におけるトナー付着量を適正に調整することが可能となる。
【００４４】
そこで、本発明では、図２に表された傾向に基づき、ローラの算術表面粗さによって決定されるトナー搬送力とローラの周速とに依存する仕事率、およびローラ同士の周速比がトナー付着量を決定する点に着目して現像ローラ１６に付着するトナーの量を制御する手法を採用している。
【００４５】
ここで、現像ローラ１６およびドクターローラ１７の仕事率をそれぞれａ、ｂとすると、ドクターローラ１７通過後に現像ローラ１６上に付着するトナーの付着量は、ａ／（ａ＋ｂ）に比例するものと考えられる。また、現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の当接圧、および当接する２つのローラの直径に依存すると考えられるドクターローラ１７によるトナーの掻取り限界量をｃ、ドクターローラ１７を通過する前のトナー付着量に依存する比例係数をｄとすると、現像ローラ１６表面に付着するトナーの付着量は、
付着量＝ｄ（［ａ／（ａ＋ｂ）］＋ｃ）・・・（１）
とおける。さらに、現像ローラ１６の算術平均粗さＲａ１に依存する現像ローラ１６のトナー搬送力をＦ（Ｒａ１）、ドクターローラ１７の算術平均粗さＲａ２に依存するドクターローラ１７のトナー搬送力をＦ（Ｒａ２）とすると、各ローラの仕事率ａおよびｂは、
それぞれａ＝Ｆ（Ｒａ１）×Ｖ１、ｂ＝Ｆ（Ｒａ２）×Ｖ２
であるから、上述の式（１）は、
付着量＝ｄ｛Ｆ（Ｒａ１）×Ｖ１／［Ｆ（Ｒａ１）×Ｖ１＋Ｆ（Ｒａ２）×Ｖ２］  ＋ｃ｝・・・（２）
と置き換えることができる。さらに上式（２）を展開すると、
付着量＝ｄ｛Ｆ（Ｒａ１）／［Ｆ（Ｒａ１）＋Ｆ（Ｒａ２）×Ｖ２／Ｖ１］  ＋ｃ｝・・・（３）
となる。
【００４６】
さらに、ドクターローラ１７を静止させた状態でも現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の当接圧に応じてトナーの流動を堰き止める作用が生じるため、この当接圧に依存するドクターローラ静止時のトナー掻き取り係数ｆを付加することにより、トナーの付着量は、
付着量＝ｄ｛Ｆ（Ｒａ１）／［Ｆ（Ｒａ１）＋Ｆ（Ｒａ２）×（ｆ＋  Ｖ２／Ｖ１）］  ＋ｃ｝・・・（４）
となる。
【００４７】
ここで上式（４）において算術表面粗さとローラ同士の周速比に依存しないｃ、ｄ、ｆを求めるため、Ｖ２／Ｖ１に対する付着量が実験値に近似するようＦ（Ｒａ１）、Ｆ（Ｒａ２）、ｃ、ｄ、ｆをランダムに変化させた。
【００４８】
図３は、現像ローラ１６の周速に対するドクターローラ１７の周速比と現像ローラ１６表面のトナー付着量との関係についての実験結果と計算結果との整合性を示す図である。同図では、実験値と計算値とが略一致しているが、このとき上述のｃ、ｄ、ｆのパラメータは、それぞれ、ｃ＝０．２９、ｄ＝１．１、ｆ＝０．００１に設定されている。このため、ｃ＝０．２９、ｄ＝１．１、ｆ＝０．００１に設定すると、図３に示すように実験値と計算値が近似することが把握される。また、このときのＦ（Ｒａ１）は１、Ｆ（Ｒａ２）は７であった。
【００４９】
図４は、現像ローラ１６およびドクターローラ１７の算術平均粗さを変化させた場合における、現像ローラ１６の周速に対するドクターローラ１７の周速比と現像ローラ１６表面の現像剤付着量との関係についての実験結果と計算結果との整合性を示している。
【００５０】
同図に示すように、現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の当接圧や現像ローラ１６およびドクターローラ１７の直径、ドクターローラ１７通過前の現像ローラ１６へのトナー供給量を一定にして、これらに依存するｃ、ｄ、ｆを一定とし、Ｒａ１およびＲａ２の変化に依存するＦ（Ｒａ１）、Ｆ（Ｒａ２）を変化させたところ、実験値（プロット点）と計算値（線）が整合するようになった。ここで、上述の式（４）を展開すると、
付着量＝ｄ｛１／［１＋（ｆ＋  Ｖ２／Ｖ１）×Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）］  ＋ｃ｝・・・（５）
となるが、ここで図２、図３、および図４が示すようにＶ２／Ｖ１が微小な領域ではＶ２／Ｖ１の変化に対して付着量の変動が大きいため、現実的には付着量の変動が小さいＶ２／Ｖ１を適用する必要がある。また、ｆは前述した通り現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の当接圧に依存する値であり、この当接圧を大きくするとローラの回転に要する駆動トルクが大きくなり、さらには摩擦係数の増大によりローラの周速変動が大きくなるという不都合がある。したがって、この当接圧は必要以上に強くできないため、ｆを可能な範囲で小さくすることが重要である。
【００５１】
今回の実験において、ｆは０．００１と極めて小さく、また、上述の傾向を踏まえると、ｆは極端に大きくなることはない。従って、式（５）中でのｆとＶ２／Ｖ１の関係はｆ≪（Ｖ２／Ｖ１）となるため、（ｆ＋Ｖ２／Ｖ１）≒Ｖ２／Ｖ１と近似することが可能である。したがって、上述の式（５）は以下の式に置き換えることができる。
【００５２】
付着量＝ｄ｛１／［１＋（Ｖ２／Ｖ１）×Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）］  ＋ｃ｝・・・（６）
以上の結果より、現像ローラ１６表面に付着するトナーの付着量は、現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の周速比Ｖ２／Ｖ１とＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）との積に依存することが把握される。
【００５３】
図５は、（Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１））と周速比Ｖ２／Ｖ１の積に対する現像ローラ１６におけるトナー付着量との関係を示している。同図に示すように、［Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）］×［（Ｖ２／Ｖ１）］の増加に伴い、付着量が減少することが分かる。ここで、同図より［Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）］×［（Ｖ２／Ｖ１）］の比較的大きな領域では付着量の変動はほとんど無く、したがって効率的に付着量を制御するためには［Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）］×［（Ｖ２／Ｖ１）］が比較的小さい範囲を適用することが必要である。本実施形態では、０＜［Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）］×［（Ｖ２／Ｖ１）］≦１０を満たすように設定している。
【００５４】
図６は、現像ローラ１６とドクターローラ１７のそれぞれの算術平均粗さの比（Ｒａ２／Ｒａ１）と、現像ローラ１６とドクターローラ１７のそれぞれの現像剤搬送力の比（Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１））との関係を示している。同図において、Ｒａ１およびＲａ２に依存するＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）とＲａ２／Ｒａ１との関係を示しているが、本実施形態ではＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）は、
Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）＝３５０（Ｒａ２／Ｒａ１）２  ・・・（７）
にて算出できる。この式（７）により、Ｒａ２／Ｒａ１に基づいてＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）を的確に導き出すことが可能になる。
【００５５】
以上のように、現像装置の設計過程において所望とするトナー層厚を得るには、Ｖ２／Ｖ１とＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）の積に基づいて上記規定範囲内でＶ１、Ｖ２、Ｒａ１、Ｒａ２を設定すれば良い。したがって、所望の層厚を得るための設計条件を導出する過程において、各パラメータの組み合わせを限定できるため、実験回数を少なくでき、これにより条件を導き出すのに要する時間を短縮ことができるため、非常に効率的な設計を実現することが可能になる。
【００５６】
ところが、上述の実施形態により設計が行われた現像装置１１においても、経時変化や環境変動により、ドクターローラ１７に到達する前のトナー層厚の変化、すなわち式（６）におけるｄの値の増減が生じることになる。例えば、その要因として、シリカ等の外添剤が経時的に剥離することによるトナーの流動性低下や、湿度変化に伴うトナー帯電量の変化等が考えられる。
【００５７】
そこで、本発明の第２の実施形態では、式（６）におけるＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）が現像装置１１を一旦生産した後においては調整することが極めて困難であるパラメータであることを考慮して、ドクターローラ１７通過後に現像ローラ１６表面に付着したトナーの付着量を随時検出し、この検出結果に基づいて現像ローラ１６表面の初期トナー付着量に対する増減に応じた分だけ周速比Ｖ２／Ｖ１を制御することで、常に一定のトナー層厚を保つようにしている。
【００５８】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る現像装置１１の構成を示している。第２の実施形態における現像装置１１の基本構成は、上述の第１の実施形態における現像装置１１と同様である。同図に示すように、第２の実施形態に係る現像装置１１は、現像ローラ１６に保持されたトナーの反射率を測定するフォトインタラプタ７０等の測定手段を備えている。そして、制御部７１は、フォトインタラプタ７０によって測定した反射率と現像ローラ１６におけるトナー付着量との相関を示したデータテーブル（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）を含む換算手段７２と、換算手段７２の換算結果に基づいて現像ローラ１６およびドクターローラ１７の周速をそれぞれ制御する周速比制御手段７３を備えている。
【００５９】
この構成において、換算手段７２で、フォトインタラプタ７０によって測定された現像ローラ１６の表面の反射率からデータテーブルを用いて、トナー付着量を導出（換算）する。次に、周速比制御手段７３において、導出された付着量から式（６）を用いて変化したｄを算出し、さらに、同式（６）に算出したｄと所望の付着量を代入することによって層厚維持に必要となる周速比Ｖ２／Ｖ１を導出する。
【００６０】
そして、得られたＶ２／Ｖ１に応じてドクターローラ１７の周速Ｖ２を制御することで、経時変化や環境変動の影響を受けずに、常に一定のトナー層厚を保つことができる。
【００６１】
ここで、現在レーザープリンタやディジタル複写機に用いられる現像システムに着目してみると、現像に使用される現像ローラ１６上のトナー層として１層〜２層に制御するものが主流となっている。これに対し、今回の実験系においてトナー層厚１層に対するトナー付着量は０．４６ｍｇ／ｃｍ２  、トナー層厚２層に対しては０．９２ｍｇ／ｃｍ２  である。つまり所望の層厚を得るためには、付着量を０．４６〜０．９２ｍｇ／ｃｍ２  に制御する必要がある。
【００６２】
図８は、適正な（Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１））の設定範囲を示す図である。ここで、現像ローラ１６に対するドクターローラ１７の周速比Ｖ２／Ｖ１を１以上に設定しない場合、現像ローラ１６上のトナー層にランダムなムラが発生することが確認されている。この傾向を踏まえ、同図に示す網点領域内で周速比Ｖ２／Ｖ１およびトナー付着量を制御する必要があるといえる。
【００６３】
ここで、同図中の実線はＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）＝１およびＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）＝５０とした場合の周速比Ｖ２／Ｖ１と付着量との関係を示している。図５により把握されるように、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）の減少に伴いトナー付着量は増加することから、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）＜１に設定することにより、相関曲線はＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）＝１の曲線に対して上方に移動して網点領域を外れ、所望の付着量が得られなくなる。
【００６４】
したがって、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）は１以上に設定することが必要である。次に、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）＝５０に設定すると、２層分の付着量が得られる周速比に設定しても付着量は安定しないが、所望のトナー層厚の下限である１層分の付着量が得られる周速比に設定し、周速比を一定としたままトナーの層厚（トナー付着量）の再現性を確認したところ、良好な結果が得られた。
【００６５】
しかしながら、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）＞５０に設定した場合、１層分の付着量が得られる周速比に設定し、付着量の安定性を確認したところ、トナー層厚にばらつきを生じてしまうことが分かった。このため、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）を５０以下に設定することにより、最低限１層分の付着量は安定して得ることができる。上記結果から、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）を１≦Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）≦５０の範囲内で設定することにより、１〜２層分の均一なトナー層を安定して形成できる。
【００６６】
また、１≦Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）≦５０に対し、算術平均粗さの比Ｒａ２／Ｒａ１による規定を行うとすると、式（７）より０．０５≦Ｒａ２／Ｒａ１≦０．３８であり、この範囲内でＲａ２／Ｒａ１を設定することにより上述と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
なお、上述の実施形態では現像ローラ１６の材質としてアルミを用いたが、これに対してドクターローラ１７を金属製とした場合、現像ローラ１６表面あるいはドクターローラ１７表面にトナーの融着を生じるため、ドクターローラ１７は金属製であってはならない。また、現像ローラ１６はゴム製であってもよい。その場合、ドクターローラ１７には金属製、ゴム製のいずれを用いてもよい。また、これまで、ドクターローラ１７を現像ローラ１６に圧接することによりトナー層を形成する機構を用いて説明してきたが、これらを非接触として、ドクターローラ１７を現像ローラ１６との間に所定ギャップを設けて配置しても良い。この場合、各々のローラの材質として、ゴムまたは金属等の任意のものを採用することが可能になる。
【００６８】
以上にように、上述の実施形態によれば、現像ローラ１６の算術平均粗さＲａ１に依存する現像ローラ１６の現像剤搬送力をＦ（Ｒａ１）、ドクターローラ１７の算術平均粗さＲａ２に依存する層規制ローラの現像剤搬送力をＦ（Ｒａ２）とした場合、現像ローラ１６の周速Ｖ１に対するドクターローラ１７の周速Ｖ２である周速比Ｖ２／Ｖ１とＦ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）との積に基づいてトナー層の層厚を制御することができるため、トナーの層厚規制に関わる設計パラメータの絞込みが可能になり、現像装置１６の設計に要する時間を短縮することができる。
【００６９】
また、Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１）とＶ２／Ｖ１の積をトナー付着量の制御性が高い範囲内に設定することにより、所望のトナー付着量が得られる条件を効率的に導き出すことができる。
【００７０】
さらに、シリカ等の外添剤が経時的に剥離することによるトナーの流動性低下や、湿度変化に伴うトナー帯電量の変化などがもたらすトナー層厚の変動を管理して、これを周速比Ｖ２／Ｖ１により付着量補正をかけることで、常に一定の層厚を保てるため、画質劣化を抑えることができる。
【００７１】
特に、第２の実施形態では現像ローラ１６表面に形成されたトナー層の反射率を測定することによりトナーの付着量を認識でき、これに応じた周速比の可変制御が可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００７３】
（１）前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記現像剤供給ローラに付着する現像剤の層厚と負の相関関係にあり前記現像剤の層厚を決定する重要な要素であることに着目して、前記現像剤の層厚が適正な値になるような前記積の値を実現すべく前記現像剤ローラおよび前記層厚規制ローラの搬送力および周速を設定することにより、前記現像剤担持体の周速に対する前記層規制ローラの周速の周速比と前記現像剤担持体の搬送力に対する前記層規制ローラの搬送力の比との積に基づいて現像剤層を所望の層厚に調整することで、周速比または現像剤担持体等の表面粗さのみに着目して現像剤層の層厚を調整する方法に比べて、より正確で、かつ、安定した現像剤層の層厚の調整を行うことができる。
【００７４】
また、前記周速比、および搬送力の比の積が所望の値となる条件のもとでは、前記現像剤担持体または前記層厚規制ローラの周速または搬送力について任意の値に設定しても、所望の現像剤層の層厚が得られるため、前記周速および前記搬送力の設定等を含む現像装置の設計に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００７５】
さらに、上記条件を満たす周速比及び搬送力の比の組み合わせが複数得られるため、コスト面から前記現像剤担持体または前記層厚規制ローラに使用される材質が限定される場合や、前記現像剤担持体または前記層厚規制ローラの駆動系の性能によって周速の制限がある場合でも、前記周速比と前記搬送力の比の積を容易に所望の値に設定することができ、円滑に現像装置の設計を行うことができる。
【００７６】
（２）前記搬送力の比と前記周速比との積の値が１０よりも大きい場合には、前記積の値を増減させても前記現像剤層の層厚がほとんど変化しないことを考慮して、前記搬送力の比と前記周速比との積の値を１０以下の値に設定することにより、前記搬送力の比と前記周速比との積の値の増減によって、前記現像剤層の層厚を所望の値に調整できるとともに、所望の層厚が得られる条件を効率的に導き出すことができる。
【００７７】
（３）前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積の値が、前記現像剤供給ローラに付着する現像剤の層厚と負の相関関係にあり、前記現像剤の層厚を決定する重要な要素であることに着目して、前記制御手段が、前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することにより、前記現像剤担持体および前記層規制ローラの周速を適正な値に調整することができるため、前記現像剤担持体の周速に対する前記層規制ローラの周速の周速比と前記現像剤担持体の搬送力に対する前記層規制ローラの搬送力の比の積を設定することで、前記現像剤層を所望の層厚にすることができる。
【００７８】
（４）前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比が１〜５０の範囲内であるときに１〜２層分の現像剤層が安定して形成されることに鑑みて、前記層厚規制ローラの搬送力の比が１〜５０の範囲内に設定された状態で、前記制御手段が前記現像剤供給ローラの搬送力に対する前記層厚規制ローラの搬送力の比と、前記現像剤供給ローラの周速に対する前記層厚規制ローラの周速の比と、の積が１０より大きくならないように前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速をそれぞれ調整することにより、前記現像剤供給ローラにおいて安定した現像剤層を形成できるとともに、前記制御手段によって、現像剤層の層厚の調整を効率的に行うことができる。
【００７９】
（５）現像装置の構成要素における経時的劣化等に起因して、本来形成されるべき層厚の現像剤層が形成されていない場合でも、前記検出手段が前記現像剤担持体に保持された前記現像剤層の反射率を測定して、前記反射率の測定結果から前記現像剤担持体に保持されたトナーの付着量を検出するとともに、前記制御手段が、前記検出手段の検出結果に基づいて前記現像剤供給ローラおよび前記層厚規制ローラの周速を調整することにより、現像剤層の層厚を随時管理して現像剤の層厚を適宜補正できるため、経時変化や環境変動が生じても、常に、現像剤層の層厚を一定に保持することができる。
【００８０】
よって、現像剤供給ローラ表面に形成する現像剤層の層厚制御に関わるパラメータ設計を短時間で実現するとともに、経時劣化や環境変動の発生に応じて現像剤層の層厚の補正を行い、常に一定の画質を保つことを可能にする現像装置および現像装置の設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る現像装置の構成を示す図である。
【図２】現像剤担持体の周速に対する層規制ローラの周速比と現像剤担持体表面の現像剤付着量との相関についての実験結果を示す図である。
【図３】現像剤担持体の周速に対する層規制ローラの周速比と現像剤担持体表面の現像剤付着量との相関についての実験結果と計算結果の整合性を示す図である。
【図４】現像剤担持体および層規制ローラの算術平均粗さを変化させた場合における、現像剤担持体の周速に対する層規制ローラの周速比と現像剤担持体表面の現像剤付着量との相関についての実験結果と計算結果の整合性を示す図である。
【図５】（Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１））と周速比Ｖ２／Ｖ１の積に対する付着量の変動を示す図である。
【図６】現像剤担持体と層規制ローラのそれぞれの算術平均粗さの比（Ｒａ２／Ｒａ１）と、現像担持体と層規制ローラのそれぞれの現像剤搬送力の比（Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１））との相関を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る現像装置の構成を示す図である。
【図８】（Ｆ（Ｒａ２）／Ｆ（Ｒａ１））の設定範囲を示す図である。
【符号の説明】
１−現像装置
１０−感光体
１１−現像装置
１２−トナーホッパ
１５−供給ローラ
１６−現像ローラ
１７−ドクターローラ
１８−クリーニングブレード
７０−フォトインタラプタ
７１−制御部
【図１】
2004151350.tif 000003
【図２】
2004151350.tif 000004
【図３】
2004151350.tif 000005
【図４】
2004151350.tif 000006
【図５】
2004151350.tif 000007
【図６】
2004151350.tif 000008
【図７】
2004151350.tif 000009
【図８】
2004151350.tif 000010