(57)【要約】【課題】経時に渡っても高品位の画像を形成できる画像形成方法及び装置を提供する。【解決手段】感光体ドラムを均一に帯電し、光学系により露光することで静電潜像を形成し、現像剤を担持した現像ローラを対向させて現像し、この顕像化された画像を転写紙に転写する画像形成方法において、感光体ドラムの未露光の電位をＶＤ、露光後の電位をＶＬ、現像バイアス電圧をＶＢとすると、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜２５０Ｖを満たすように各電位を制御し、且つ現像ローラの表面に対するトナーの非静電的付着力を低減させるようにする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体を均一に帯電し、光学系により露光することにより静電潜像を形成し、現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像し、この顕像化された画像を転写材に転写する画像形成方法において、
前記像担持体の未露光の電位をＶＤ、露光後の電位をＶＬ、現像バイアス電圧をＶＢとすると、
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜２５０Ｖ
を満たすように各電位を制御し、且つ現像剤担持体の表面に対する前記現像剤の非静電的付着力を低減させることを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
像担持体を均一に帯電し、光学系により露光することにより静電潜像を形成し、現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像し、この顕像化された画像を転写材に転写する画像形成装置において、
前記像担持体の未露光の電位をＶＤ、露光後の電位をＶＬ、現像バイアス電圧をＶＢとすると、
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜２５０Ｖ
を満すように各電位を制御する現像バイアス印加手段と、
前記現像剤担持体の表面に対する前記現像剤の非静電的付着力を低減する手段と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記低減する手段は、前記現像剤担持体の摩擦係数を０．１〜０．４の範囲に設定することにより構成されていることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記低減する手段は、現像後の前記現像剤担持体から前記現像剤を掻き取り、潤滑剤を塗布する手段で構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記低減する手段は、前記現像剤に粒径範囲が０．０５〜０．８μｍの無機微粒子を含有させることにより構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記低減する手段は、前記現像剤に球形度９５％以上の球形トナーを使用することで構成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記低減する手段は、前記現像剤の粒径範囲を４〜６μｍに設定することで構成されていることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記低減する手段は、前記像担持体の摩擦係数をμＰＣ、前記現像剤担持体の摩擦係数をμＤＲとすると
μＰＣ＜μＤＲ
の関係を満たすように設定することにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記低減する手段は、金属フィラー含有の樹脂で前記現像剤担持体の表層を形成することにより構成されていることを特徴とする請求２ないし８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記低減する手段は、前記現像剤に対して無機微粒子を被着させ、その被覆率の範囲を５０％以上に設定することで構成されていることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記低減する手段は、前記現像剤担持体の表層部の帯電極性を前記現像剤と同一の極性にすることで構成されていることを特徴とする請求項２ないし１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記光学系が書き込み色ごとに設けられ、各色ごとに現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像し、この顕像化された画像を転写材に転写し、カラー画像を形成することを特徴とする請求項２ないし１１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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体に形成された潜像を現像剤担持体に担持された現像剤によって現像する画像形成方法及びその画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機、プリンタ、ＦＡＸなどの画像形成装置では、感光体のような像担持体の表面を一様に帯電した後、画像情報に基づいて像担持体の表面に光を選択的に照射することにより、像担持体上に潜像を形成している。この潜像は、トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を用いる二成分現像装置や、トナーを一成分現像剤として用いる一成分現像装置によって現像された後、転写装置によって転写紙のような転写材に転写される。
【０００３】
また、像担持体の帯電電位を４００Ｖ以下の比較的低い電位に抑えた低電位システムを採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この低電位システムを採用することにより、潜像担持体の帯電・露光という繰り返しによる通電電荷量による静電疲労を低減することができ、潜像担持体の寿命を延ばすことができる。
【０００４】
特許文献２には、現像ローラと供給ローラに挟まれたトナーが主として現像ローラ表面と摩擦帯電して付着し、搬送され、規制部材でトナー層厚を均一に均すとともに帯電させて現像領域に至る。ここで２カ所の摩擦帯電でトナーは多大な機械的ストレスを受ける。トナーは一般的に母体樹脂の周りに流動性を付与するために無機物の外添剤を付着させており、機械的ストレスで母体樹脂に埋没してしまう。これによりトナーは十分帯電していても流動性が低下して凝集することと現像ローラに対する非静電的付着力が増加することにより現像ローラ上トナー付着量の増加、現像能力の低下等が起こり、地汚れ、濃度低下等の悪影響が特に経時で現れる。
【０００５】
特許文献３では、１成分現像装置において現像ローラの表面摩擦係数を規定しているが、そもそもトナー帯電を現像ローラ表面との摩擦に頼るために帯電量低下による現像量低下が予測される。
【０００６】
更に、特許文献４には、感光体の摩擦係数を低下させるための潤滑材を一定枚数おきに直接塗布したり、又は潤滑剤を坦持した部材を常時又は一定枚数おきに感光体に当接させることにより、感光体のクリーニング性を改善することが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−８４４３９号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−１４８９３７号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平１１−１５２６２号公報
【００１０】
【特許文献４】
特開平４−３７２９８１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１における低電位システムでは、潜像担持体の帯電電位の低下にともなって、潜像担持体上の露光部電位ＶＬと現像剤担持体に印加する現像バイアスＶＢとの電位差の絶対値である現像ポテンシャルも低く設定される。そのため、現像装置の現像能力を高めたりすることによって、従来よりも低い現像ポテンシャルで所定の画像濃度が得られるようにする必要があった。
【００１２】
図１７に従来例の比較的高ポテンシャルで現像を行う方式と比較的低ポテンシャルで現像を行う方式のトナー付着量の比較を示した。現像時の電界は潜像による電界と地肌部の電界がある。低ポテンシャルの場合、ＶＢ−Ｖ０となりポテンシャルの極性は現像される方向とは逆になる。トナーの中には逆帯電極性を有するものが含まれている場合があることが分かっており、それが現像され易くなる。トナーの現像ローラに対する非静電的付着力を低減させた場合、従来例では、特に図１７の領域Ａではトナーの現像ローラに対する非静電的付着力が低くなるので、電界に対する感度が上がって地汚れが増加してしまう。ところが低電位現像では領域Ａでは地汚れに対する感度が鈍く現像ローラの非静電的付着量が低下しても地汚れの影響は少ない。
【００１３】
そこで、本発明の適用範囲として画像形成に用いる現像ポテンシャルを低く設定した場合に、低い現像ポテンシャルで所定の画像濃度を得ているが、現像ローラへトナー等が付着したり、フィルミングしたりするとトナーの現像ローラに対する非静電的付着力が増加して見かけの現像能力が低下し、画像濃度が低下する等の悪影響が現れる。
【００１４】
本発明は以上のような背景のもとでなされたものであり、その目的は、像担持体の帯電電位を下げたシステムにおいて、トナーの現像ローラに対する非静電的付着力の増加を防止し、常に均一な現像能力が得られるようにすることにより、経時に渡っても高品位の画像を形成できる画像形成方法及び装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の手段は、像担持体を均一に帯電し、光学系により露光することで静電潜像を形成し、現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像し、この顕像化された画像を転写材に転写する画像形成方法において、前記像担持体の未露光の電位をＶＤ、露光後の電位をＶＬ、現像バイアス電圧をＶＢとすると、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜２５０Ｖを満たすように各電位を制御し、且つ現像剤担持体の表面に対する前記現像剤の非静電的付着力を低減させることを特徴としている。
【００１６】
前記目的を達成するため、第２の手段は、像担持体を均一に帯電し、光学系により露光することで静電潜像を形成し、現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像し、この顕像化された画像を転写材に転写する画像形成装置において、前記像担持体の未露光の電位をＶＤ、露光後の電位をＶＬ、現像バイアス電圧をＶＢとすると、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜２５０Ｖを満たすように各電位を制御する現像バイアス印加手段と、前記現像剤担持体の表面に対する前記現像剤の非静電的付着力を低減する手段を備えていることを特徴としている。
【００１７】
前記目的を達成するため、第３の手段は、第２の手段における前記低減する手段が、前記現像剤担持体の摩擦係数を０．１〜０．４の範囲に設定することにより構成されていることを特徴としている。これにより、現像剤担持体の表面摩擦係数を下げることができ、トナーフィルミングが発生しにくくなり、経時であっても現像能力が初期と同様に維持することが可能となる。
【００１８】
前記目的を達成するため、第４の手段は、第２又は第３の手段における前記低減する手段が、現像後の前記現像剤担持体から前記現像剤を掻き取り、潤滑剤を塗布する手段で構成されていることを特徴としている。このように、現像剤担持体の表面をクリーニングして、その表面に潤滑剤を塗布しているので、現像剤担持体の表面摩擦係数が維持され、経時であっても現像能力が初期と同様に維持することが可能となるとともに前の現像の履歴を完全に消去するので、残像防止が可能である。
【００１９】
前記目的を達成するため、第５の手段は、第２ないし第４の手段における前記低減する手段が、前記現像剤に粒径範囲が０．０５〜０．８μｍの無機微粒子を含有させることで構成されていることを特徴としている。したがって、現像剤の添加剤が埋没することが無いので非静電的付着力を低めで安定化でき、現像能力維持が可能となる。
【００２０】
前記目的を達成するため、第６の手段は、第２ないし第５の手段における前記低減する手段が、前記現像剤に球形度９５％以上の球形トナーを使用しているので、現像剤の現像剤担持体に対する非静電的付着力が低減できる、常に均一な現像能力が得られる。
【００２１】
前記目的を達成するため、第７の手段は、第２ないし第６の手段における前記低減する手段が、前記現像剤の粒径範囲を４〜６μｍに設定しており、現像剤の粒径範囲を狭めることで現像剤担持体との接触面積を均一にすることができるのでトナーの現像剤担持体に対する非静電的付着力を均一化して現像能力を一定にできるという優れた効果がある。
【００２２】
前記目的を達成するため、第８の手段は、第２ないし第７の手段における前記低減する手段が、前記像担持体の摩擦係数をμＰＣ、前記現像剤担持体の摩擦係数をμＤＲとすると、μＰＣ＜μＤＲの関係を満たすように設定することにより構成されていることを特徴としている。これにより、像担持体の摩擦係数が現像剤担持体のものより小さく設定できるので不必要なトナーが付着せず、地汚れ防止という優れた効果を発揮することができる。
【００２３】
前記目的を達成するため、第９の手段は、第２ないし第８の手段における前記低減する手段が、金属フィラー含有の樹脂で前記現像剤担持体の表層を形成することにより構成しているので、現像剤担持体の表面の磨耗を低減できる、表面劣化を防止することができる。
【００２４】
前記目的を達成するため、第１０の手段は、第２ないし第９の手段における前記低減する手段が、前記現像剤に対して無機微粒子を被着させ、その被覆率の範囲を５０％以上に設定することで構成されていることを特徴としている。これにより、現像剤に付着する外添剤の被覆率を高めることができ、現像剤担持体への非静電的付着力を低減でき、現像能力を向上できる。
【００２５】
前記目的を達成するため、第１１の手段は、第２ないし第１０の手段における前記低減する手段が、前記現像剤担持体の表層部の帯電極性を前記現像剤と同一の極性にすることで構成されていることを特徴としている。これにより、現像剤担持体表層の帯電による静電的付着力を低減でき、現像能力を向上することができる。
【００２６】
前記目的を達成するため、第１２の手段は、第２ないし第１１の手段において、前記光学系が書き込み色ごとに設けられ、各色ごとに現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて現像し、この顕像化された画像を転写材に転写し、カラー画像を形成することを特徴としている。これにより、カラー画像形成装置においても第１ないし第１１の手段を効果を得ることができる。
【００２７】
なお、以下に説明する第１の実施の形態は、請求項１〜３，８，１２に対応し、第２の実施の形態は、請求項４，９に対応し、第３の実施の形態は、請求項６〜７，１１に対応し、第４の実施の形態は、請求項５，１０に対応している。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明を画像形成装置としての電子写真式レーザプリンタ（以下、単にプリンタと称する）に適用した実施の形態について説明する。
【００２９】
最初に図１及び２に示す本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの全体概略構成図、図２は図１の現像装置の概略構成図である。
【００３０】
図１に示すように、第１の実施の形態に係るプリンタは、矢印ａの方向に回転する潜像担持体としての感光体ドラム１の周辺に、回転方向に沿って、感光体ドラム１の表面を一様帯電する帯電装置２、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を感光体ドラム１に照射する露光装置３、感光体ドラム１に形成された静電潜像に対し現像ローラ４０２上の帯電トナーを付着させることでトナー像を形成する二成分現像方式の現像装置４、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙２０に転写する転写装置５、転写後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング板６０１を備えたクリーニング装置６等が感光体ドラム１の回転方向ａに沿って順に配設されている。感光体ドラム１上に静電潜像を形成する潜像形成手段は、帯電装置２及び露光装置３により構成される。７は転写紙２０を所定のタイミングで転写装置５に搬送するための搬送プーリである。
【００３１】
また、図示していないが、プリンタにはその他に、給紙トレイ等から転写紙を給紙・搬送する図示しない給紙搬送装置と、転写装置５で転写されたトナー像を転写紙２０に定着する定着装置等が備えられている。
【００３２】
感光体ドラム１は、その詳細は図示していないが、接地された導電性基体（例えば、アルミニウム等の素管）上に、感光性を有する無機又は有機感光体を塗布することにより感光層を形成したものである。この感光層は、電荷発生層と電荷輸送層とにより構成され、帯電装置２により表面が負極性に一様帯電される。なお、潜像担持体としては、厚みの比較的薄いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ニッケル等に感光層を形成したベルト感光体を使用することも可能である。また、本実施の形態では負極性に一様帯電する感光体ドラム１を使用しているが、トナーの帯電極性等との関係を考慮し必要に応じて正極性に一様帯電した感光体ドラムを使用してもよい。
【００３３】
現像装置４は、図２に示すように、ケーシング４０１の感光体ドラム１側の開口から一部露出するように、トナー担持体としての現像ローラ４０２が配設されている。現像ローラ４０２は、複数の磁極を有する磁石部材４２２を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４２１で構成されている。ケーシング内のトナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤（以下単に現像剤と称する）１２は、図示しない現像剤撹拌部材や現像ローラ４０２のスリーブ４２１の回転力及び磁石部材４２２の磁力によって撹拌される。この撹拌の際に、トナー１０は磁性粒子１１との摩擦帯電によって電荷が付与され、現像剤の一部が現像ローラ４０２上に担持される。現像ローラ４０２上に担持された現像剤１２は、現像剤規制部材としてのドクタ４２３で層厚が規制され、一定量の現像剤１２が現像ローラ４０２に担持されて現像領域Ａ１（図１）に搬送され、残りはケーシング４０１内に戻される。現像領域Ａ１に搬送された現像剤１２中のトナー１０が、現像ローラ４０２と感光体ドラム１との間に形成される現像電界によって感光体ドラム１の表面に転移し、感光体ドラム１上に静電潜像が現像される。
【００３４】
現像ローラ４０２の磁石部材４２２は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４２１上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。現像ローラ４０２の直径は１０〜３０ｍｍが好適であり、現像ローラ４０２の表面は、サンドブラスト若しくは１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行い、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲内に入るようにするのが好ましい。また、現像ローラ４０２のスリーブ４２１は、図示しない回転駆動装置により矢印ｂ方向に回転駆動され、かつ現像領域Ａ１で現像電界を形成するための現像バイアス電圧ＶＢを印加する電源４０９が接続されている。
【００３５】
現像ローラ４０２に内蔵された磁石部材４２２は、ドクタ４２３による規制箇所から現像ローラ回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）の４つの磁極を有する。なお、磁石部材４２２の磁極の配置は、図２の構成に限定されるものではなく、現像ローラ４０２の周囲のドクタ４２３等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。また、図２の現像装置の例では磁石部材４２２を固定配置しスリーブ４２１を回転駆動するように構成したが、スリーブ４２１を固定配置しその内側のローラ状の磁石部材を回転させるように構成してもよい。
【００３６】
磁石部材４２２の磁力により、スリーブ４２１上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１２がブラシ状に担持される。そして、現像ローラ４０２上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この現像ローラ４０２上のトナーの帯電量としては、−１０〜−３０μＣ／ｇの範囲が好適である。
【００３７】
また、本実施の形態では、ドクタ４２３とスリーブ４２１との間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、ドクタ４２３に対向した磁石部材４２２の磁極Ｎ１が、ドクタ４２３との対向位置よりも現像ローラ回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。この磁極Ｎ１の傾斜角度は０〜１５度が好適である。
【００３８】
なお、本実施の形態のより具体的な実施例では、感光体ドラム１の直径を５０ｍｍ、感光体ドラム１の線速を２００ｍｍ／ｓ、スリーブ４２１の直径を１８ｍｍ、スリーブ４２１の線速を２４０ｍｍ／ｓに設定した。スリーブ４２１上のトナー帯電量は−１０〜−２５μＣ／ｇの範囲である。また、感光体ドラム１とスリーブ４２１の間隙である現像ギャップＧＰは０．８ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内で設定した。このように現像ギャップＧＰを従来の装置よりも小さくすることにより、現像効率の向上を図っている。
【００３９】
現像剤１２を構成するトナー１０は、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μｍの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。また、トナー１０としては、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することもできる。
【００４０】
トナー１０は、磁性体を含有させて磁性トナーとしても使用することもできる。具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金及びその混合物等が挙げられる。これらの磁性体は平均粒径が０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂１００質量部に対して２０〜２００質量部、特に好ましくは結着樹脂１００質量部に対して４０〜１５０質量部である。
【００４１】
添加剤としては、従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。
【００４２】
また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００質量部に対して０．５〜１．８質量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５質量部である。添加剤の添加量が０．５質量部未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。
【００４３】
一方、添加剤の添加量が１．８質量部よりも多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体ドラム１等へのフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレード６０１や感光体ドラム１等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。また、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著である。さらに、カラートナーとして用いる場合には、添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。
【００４４】
添加剤の含有量の測定には種々の方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。すなわち、添加剤の含有量既知のトナーについて、蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求めることができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態に用いられる添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されていることが好ましい。ここで、表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等が挙げられる。また、処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、本実施の形態においては、いずれの方法も好適に用いることができる。
【００４６】
トナー１０の体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施の形態で用いたトナー１０の体積平均粒径は６μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。また、本実施形態では、帯電極性が負極性のトナー１０を使用しているが、感光体ドラム１の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【００４７】
トナーの粒径及び帯電量分布の測定には、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置（商品名：「Ｅ−ＳＰＡＲＴ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ」）を使用した。この分析装置は、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ４０２上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。
【００４８】
磁性粒子１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子１１の電気抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０６Ωの範囲が好適である。
【００４９】
磁性粒子１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定は、図３に示す測定装置を用いて次のように行った。まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性粒子を所定量（１４ｇ）だけ担持させ、該スリーブ２０１の回転により該磁性粒子を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉｏｆｆ（Ａ）を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧ＥＶを５分間印加する。本実施形態では２００Ｖを印加した。そして、電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉｏｎ（Ａ）を電流計２０３で測定する。これらの測定結果から、次式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ（Ω）を算出する。
【００５０】
ＤＲ＝Ｅ／（Ｉｏｎ−Ｉｏｆｆ）                    ・・・（１）
図４は、現像領域における感光体ドラム１の表面電位と現像バイアスとの関係を模式的に示したものである。図中の「ＶＤ」が未露光の帯電電位、「ＶＬ」が露光後の露光部電位、「ＶＢ」が現像バイアスの電圧である。図中の「ＶＤ−ＶＬ」の絶対値は、露光の有無における電位の差異を示す「露光ポテンシャル」である。また、「ＶＢ−ＶＬ」の絶対値は、現像領域における実質的な現像電位差を示す「現像ポテンシャル」であり、「ＶＤ−ＶＢ」の絶対値は、地肌部（未露光部）と現像バイアスとの電位差を示す「地肌ポテンシャル」である。
【００５１】
ここで、ネガポジ現像方式を採用した場合、地肌部が現像されないように、現像バイアスＶＢの絶対値｜ＶＢ｜は帯電電位ＶＤの絶対値｜ＶＤ｜よりも小さく設定される。また、画像濃度と地肌汚れのバランスが取れるように、地肌ポテンシャル｜ＶＤ−ＶＢ｜は少なくとも現像ポテンシャル｜ＶＢ−ＶＬ｜より小さくなるように設定される。
【００５２】
また、現像ローラ４０２の摩擦係数を下げることにより、本来現像ローラ４０２への付着に不必要な過剰トナーを除去でき、また現像ローラ４０２の表面を保護できるので、寿命を延ばすことが可能である。そこで本実施の形態においては、現像ローラ４０２の表面の摩擦係数μを０．１〜０．４の範囲に維持させている。この状態を維持する方法は、上記特許文献４において開示されている「感光体の摩擦係数を低下させる潤滑材を一定枚数おきに直接塗布、又は潤滑剤を坦持した部材を常時又は一定枚数おきに感光体に当接させる」という技術を現像ローラ４０２にも適用することにより行っている。
【００５３】
これを図５により説明する。図５は現像ローラのクリーニング機構を概略的に示す図である。
【００５４】
現像ローラ４０２には、クリーニング部材５０１が当接し、現像残トナーを掻き取る。図５ではクリーニング部材５０１は、円筒形の部材を描いているが、剛体のブレードでもかまわない。しかしながら、現像ローラ４０２に機械的なハザードを与えないためにもは筒形の方が望ましい。クリーニング部材５０１の材質は、上述したような現像ローラ４０２の材質と同様の弾性部材でもかまわないし、金属もしくは導電性樹脂等で構成された剛体のもでもかなわない。クリーニング部材５０１は現像ローラ２と接触部で逆方向に回転することが好ましく、現像ローラに対する線速比は０．９〜２ぐらいが好ましい。上下限の範囲では遅いと回転精度を維持することが難しく、変動を起こすと現像ローラ２の回転精度に影響を与える。上限を超えると現像ローラ４０２への機械的ハザードが高まり、表面を磨耗させてしまう。当接圧は２〜１０ｇ／ｍｍが好ましい。また現像ローラ４０２と同様に低抵抗である１０１〜１０４Ω・ｃｍの範囲が好ましく、図５に示すようにバイアス電源５０２が配設され、電圧が印加された状態になっている。クリーニング部材５０１に掻き取られたトナーは、クリーニング部材５０１に当接する剛体の掻き取り部材５０３によって掻き落とされ、図示しないホッパに戻すようになっている。なお、クリーニングは機械的な摩擦力で掻き取っても良いし、バイアス電圧等を印加しても良い。クリーニング部材５０１で表面がきれいになった現像ローラ４０２は、潤滑部材５０４の当接で表面摩擦係数を下げることになる。潤滑部材５０４は材料はステアリン酸亜鉛、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂が上げられ、直接現像ローラ２に付着する構成となっている。また、潤滑部材５０４の現像ローラ４０２に対する当接圧は５〜２０ｇ／ｍｍが好ましい。
【００５５】
次に感光体や現像ローラの最大静止摩擦係数の測定をオイラー法による行う場合について図６により説明する。図６はオイラー法による表面摩擦係数の測定法を模式的に示す図である。まず、紙片（ＴＹＰＥ  ６２００  Ａ４  Ｔ  目：株式会社リコー製）を２９７ｍｍ×３０ｍｍに切り、両端に糸１０１を付けて測定紙片１００を作成する。紙片の特性は秤量：７１．７ｇ／ｍ２、厚さ：８９μｍ、密度：０．８１ｇ／ｃｍ３、平滑度：表；４０ｓ、裏；３７ｓ、体積抵抗：１．２Ｅ＋１１Ω・ｃｍ、摩擦係数：表／裏；（ゴム付きオモリ）ｔａｎθで、縦；０．６４、横；０．６５である。測定紙片１００をテーブル１０２の一端に支持部材１０３により支持された感光体ドラム１にのせて、一方の糸１０１に０．９８Ｎ（１００ｇ重）の重り１０４を結び付け、他方の糸１０１にはデジタルプッシュプルゲージ１０５を結び付ける。この状態でデジタルプッシュプルゲージ１０５によって糸１０１を介して測定紙片１００を引っ張り、測定紙片１００が動き出した時のデジタルプッシュプルゲージ１０５の値を読む。この時の値をＦ（Ｎ）とすると、摩擦係数μは、
μ＝〔ｌｎ（Ｆ／０．９８）〕／（π／２）          ・・・（２）
で求められる。
【００５６】
上述の感光体ドラム１に代えて現像ローラ４０２を支持部材１０３上に載せて、摩擦係数を測定した。その結果、現像ローラ４０２の表面に潤滑剤等を塗布しない、未処理の場合の現像ローラ４０２に於ける測定値は、０．５〜０．８であり、経時で増加する傾向にある。これに対して潤滑剤を塗布した現像ローラ４０２の測定を行うとその値は０．１〜０．４の範囲であった。
【００５７】
感光体ドラム１と現像ローラ３は現像ローラ３上のトナー層を介して当接している。押圧方法は図示していないが、バネで当接させるのが良好で特に複数のバネを当接させると当接ムラを低減させることが可能である。当接用バネとしてはコイルバネ、板バネ等が使用可能である。本実施の形態における現像ローラ４０２は、硬度が３０゜（ＪＩＳ−Ａ）とすると、現像ローラ４０２の感光体ドラム１に対する当接線圧は１〜１６ｇｆ／ｍｍの範囲が好ましい。また押圧手段の数は多い程圧が分散されるので当接ムラを低減できるので、良好である。
【００５８】
このように現像ローラ４０２の摩擦係数の範囲がμ＞０．１であるので、μ≦０．１の場合の弊害を述べる。μ≦０．１の範囲では感光体ドラム１のスキャベンジ能力が高まって感光体ドラム１と現像ローラ３の間のトナー６が地汚れ状態で付着するために品質が著しく劣化する。一方、μ≧０．４では現像ローラ４０２へのトナーの非静電的付着力が増加して付着・フィルミングが発生しやすくなる。その防止手段として現像ローラ３の感光体ドラム１に対する当接圧を増やすとか回転線速比を増やすことが有効であるが、バンディング等の異常画像が発生し易くなる。
【００５９】
経時摩擦係数の安定性比較を行ったのが図７である。図７は現像ローラの表面摩擦係数の時間変化における本発明と従来例との比較を示すグラフである。このグラフから明らかなように、従来例では５０ｋ枚の通紙では現像ローラ４０２の摩擦係数μＤＲが０．６を越えるのに対して、本発明では５０ｋ枚の通紙でもこのμＤＲは０．２２と低い値を維持している。これにより、トナーの現像ローラ４０２に対する非静電的付着力が低減され、現像能力の維持が可能になっている。
【００６０】
次に、現像ローラ４０２上の現像剤層のダイナミック抵抗について説明する。図８は現像ローラ上の現像剤層のダイナミック抵抗の影響を示す模式図である。図において、１Ｂは感光体ドラム１の導電性基体、１Ｐは感光層、Ｔｐｃは感光層１Ｐの厚さ、ＴＬはトナー層、Ｔｔｌはトナー層ＴＬの厚さである。本実施の形態において、現像ローラ４０２上に形成される現像剤層のダイナミック抵抗は１０６Ω以下が好ましい。
【００６１】
図１６は、現像ローラ４０２上にダイナミック抵抗が異なる現像剤層を形成したときの現像特性を示したものである。ダイナミック抵抗の測定方法としては、図４で示した前述の方法を用いた。この図１６の結果から、ダイナミック抵抗が低いほど現像γの傾きが大きくなる。ダイナミック抵抗が１０７Ωの現像剤層を形成した場合は、トナー付着量が飽和する領域に達するまでに現像ポテンシャルが４００Ｖを超えてしまう。これに対してダイナミック抵抗が１０２Ωでは、現像能力が高く、現像ポテンシャルが４００Ｖ以内で飽和付着量に達するので、より低い現像ポテンシャルで現像を行うことができる。
【００６２】
次に、図９に示す本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は請求項５，１０に対応している。図９は本発明の第２の実施の形態における現像装置の概略構成図である。なお、プリンタ全体の構成及び動作並びに光書込みによる潜像形成方法については、上記第１の実施の形態と同様であるので、図示及びその説明を省略する。
【００６３】
本実施の形態で用いた現像装置は、一成分現像剤を使用し、トナー担持体としての現像ローラ４０２上にトナー層を形成し、現像ローラ４０２上のトナー層を感光体ドラム１と接触させるように搬送することにより、感光体ドラム１上の静電潜像を現像する接触一成分現像を行うものである。
【００６４】
図９において、ケーシング４０１内のトナー１０は、撹拌手段としてのアジテータ４１１の回転により攪拌され、機械的にトナー供給部材としての供給ローラ４１２に供給される。供給ローラ４１２は発泡ポリウレタン等で形成されていて、可撓性を有し、５０〜５００μｍの径のセルでトナーを保持し易い構造となっている。また、硬度は１０〜３０゜（ＪＩＳ−Ａ）と比較的低く、現像ローラ４０２に均一に当接させることができる。
【００６５】
供給ローラ４１２は現像ローラ４０２と同方向、すなわち両ローラの対向部で互いに表面が逆方向に移動するように回転駆動されている。両ローラの線速比は０．５〜１．５が最適である。また、供給ローラ４１２を、現像ローラ４０２と逆方向、すなわち両ローラの対向部で互いに表面が同方向に移動するように回転させてもよい。なお、本実施の形態では供給ローラ４１２は現像ローラ４０２と同方向の回転で、その線速比は０．９に設定した。供給ローラ４１２の現像ローラ４０２に対する喰い込み量は０．５〜１．５ｍｍに設定している。これはトナー１０の帯電特性、供給性に依存するので、更に広い範囲で最適条件を設定する必要がある。現像ローラ４０２に対する供給ローラ４１２の喰い込み量は、最終的には現像装置４を駆動するモータ及びギヤヘッドの特性にも依存するので、全ての駆動系を含めた上で検討を行うことが必要である。本実施の形態ではユニット有効幅が２４０ｍｍ（Ａ４縦）の場合、必要なトルクは１４．７〜２４．５Ｎ・ｃｍ（１．５〜２．５ｋｇｆ・ｃｍ）である。
【００６６】
トナー１０は前述の第１の実施の形態のものと同じであり、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）、色材を混合し、その周りにシリカ、酸化チタン等の物質を外添している。平均粒径の範囲は３〜１２μｍであるが、本実施形態では５．５μｍのものを用いた。
【００６７】
現像ローラ４０２は、導電性基体上にゴム材からなる表層を有し、直径が１０〜３０ｍｍで、表面を適宜あらして表面粗さＲＺを１〜４μｍとしたものである。この表面粗さの値はトナー粒径に対して１３〜８０％となり、現像ローラ４０２表面に埋没することなくトナーが搬送されるものである。特に、現像ローラ４０２の表面粗さＲＺは、著しく低帯電のトナーを保持しないように、トナーの平均粒径の２０〜３０％の範囲が好ましい。本実施の形態ではトナーの平均粒径が５．５μｍなので１．２〜１．８μｍＲＺが最適である。
【００６８】
また、上記ゴム材料としては、シリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。更に現像ローラ４０２の表面に、特に経時品質を安定化させるためにコート材料を被覆することが好ましい。材料はシリコン系及びテフロン（登録商標）系が特に良好であり、前者はトナー帯電性に優れ、後者は離型性に優れている。また導電性を得るために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させる場合もある。コート層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、それを超えると割れ易い等の不具合が発生しやすい。本実施の形態では、現像ローラの硬度が低く、感光体の硬度が高いが、その逆でも成立する。
【００６９】
供給ローラ４１２上もしくは内部に存在する、所定極性（本実施形態の場合は、負極性）のトナーは、回転により接触点で互いに反対方向に回転する現像ローラ４０２と挟まれることにより、摩擦帯電効果で負の帯電電荷を得て静電気力により、また現像ローラ４０２の表面粗さによる搬送効果により現像ローラ４０２上に保持されるようになる。しかし、この時の現像ローラ４０２上のトナー層は均一ではなくかなり過剰に付着している（１〜３ｍｇ／ｃｍ２）。
【００７０】
そこで、規制ブレード４１３を現像ローラ４０２に当接させることにより、現像ローラ４０２上に均一な層厚を有するトナー薄層を形成している。規制ブレード４１３は先端が現像ローラ４０２の回転方向に対して下流側を向き、規制ブレード４１３の中央部が当接する、いわゆる腹当て当接である。もちろん逆方向でも設定可能であるし、エッジ当接を実現することも可能である。材料はＳＵＳ３０４等の金属で厚さは０．１〜０．１５ｍｍとしているが、そのほか厚み１〜２ｍｍのポリウレタンゴム等のゴム材料やシリコン樹脂等の比較的硬度の高い樹脂材料が使用可能である。金属以外でもカーボンンブラック等を混ぜ込むことにより低抵抗化出来るので、バイアス電源を接続して現像ローラ４０２との間に電界を形成することも可能である。
【００７１】
上記規制ブレード４１３はホルダからの自由端長として１０〜１５ｍｍが好ましい。上限を越えると現像装置が大きくなってコンパクトに納めることができなくなり、下限を下まわると現像ローラ４０２表面と接触するときに振動が生じやすくなり画像上に横方向の段々ムラ等の異常画像が発生し易くなる。当接圧は０．０４９〜２．４５Ｎ／ｃｍ（５〜２５０ｇｆ／ｃｍ）の範囲が良好で、現像能力に与える影響は、上限を越えると現像ローラ４０２上のトナー付着量が減少し且つトナー帯電量が増加し過ぎるので、現像量が減少して画像濃度が低くなる。下限を下回ると薄層が均一に形成されずにトナーの固まりが規制ブレード４１３を通過することもあり、画像品質が著しく低下する。本実施形態における一実施例では、現像ローラ４０２の硬度がＪＩＳ−Ａで３０゜のものを、規制ブレード４１３は厚み０．１ｍｍのＳＵＳ板を使用し、その当接圧は６０ｇｆ／ｃｍに設定した。このとき、目標の現像ローラ上のトナー付着量を得ることができた。
【００７２】
また、規制ブレード４１３の当接角度は、先端が現像ローラ４０２の下流側を向く方向で、現像ローラ４０２の接線に対して１０〜４５゜が良好である。規制ブレード４１３と現像ローラ４０２に挟まれたトナーの薄層形成に不必要な分は、現像ローラ４０２から剥ぎ取られ、目標範囲である単位面積当たり０．４〜０．８ｍｇ／ｃｍ２の均一な厚みを持った薄層が形成される。この時のトナー帯電は最終的に本実施の形態では−１０〜−３０μＣ／ｇの範囲であり、感光体ドラム１上の潜像と対向して現像される。
【００７３】
以上、この第２の実施の形態における一成分現像装置では、感光体ドラム１の表面と現像ローラ４０２の表面の距離が２成分現像装置の場合より更に狭くなり、現像能力が高まり、更なる低電位でも現像が可能となる。
【００７４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７５】
最初に、トナーについて説明すると、本実施の形態の現像装置で使用するトナーとしては、投影法で測定した球形度（ＳＦ係数）が９５％以上の球形トナーが好ましい。この球形トナーは、例えば、重合法や、ウレア結合で変成されたポリエステルを少なくともトナーバインダーとして含有させる方法などで作製することができる。このような球形度を有するトナーは添加剤の被覆率も極めて高い。
【００７６】
図１０は、平均粒径５．５μｍの上記球形トナーを現像ローラ４０２上に担持したときのトナー帯電量に対する個数分布を示すグラフである。図中の曲線Ｃ１が球形トナーの帯電量個数分布であり、曲線Ｃ２は比較例として挙げた従来の粉砕トナーの帯電量個数分布である。この図１０から判るように、球形トナーの帯電量個数分布プロファイルは、従来の粉砕トナーよりもシャープになっている。球形トナーの帯電量個数分布プロファイルにおける半値幅は、１．７ｆＣ／１０μｍあった。
【００７７】
なお、図１０のデータは、後述のＥ−ＳＰＡＲＴ分析装置で測定したものである。また、各トナーにおいて電荷がトナー全体にわたって均一に存在するならば、トナー帯電量はトナー粒径の３乗に比例するが、実際にはトナー粒径そのものに比例している。このようにトナー帯電量とトナー粒径とが比例関係にあるため、図１０では、トナーの帯電量ｑを粒径ｄで除した値、すなわちトナー粒径の影響をなくしたｑ／ｄ（ｆＣ／１０μｍ）の値についてトナーの個数分布をプロットしている。
【００７８】
図１１は、平均粒径５．５μｍの球形トナーを現像ローラ４０２上に担持したときのトナー粒径に対する個数分布を示すグラフである。図１１中の曲線Ｃ１が球形トナーの粒径個数分布であり、曲線Ｃ２は比較例として挙げた従来の粉砕トナーの粒径個数分布である。なお、図１１のデータも後述のＥ−ＳＰＡＲＴ分析装置で測定したものである。この図１１の結果からわかるように、球形トナーの粒径個数分布プロファイルについても、従来の粉砕トナーよりシャープになっている。
【００７９】
上術のトナー帯電量やトナー粒径の個数分布プロファイルにおけるシャープさに関する指標は一般には半値幅で表され、その値が小さい方がシャープである。一般にトナー帯電量の個数分布プロファイルがシャープであると、平均値に近い帯電量の値ｑ／ｄを有するトナーが多く存在することになり、各トナーの現像能力がほぼ同じになることから、均一な現像が達成できる。一方、トナー帯電量の個数分布プロファイルがブロードになると、存在するトナーの帯電量の範囲が広がり、各トナーの現像能力の範囲も広がることから、現像量の変動が生じてしまうとともに、低帯電量側のトナーが増加すると地汚れが発生しやすくなる。地汚れを経時で比較すると、上記球形トナーは帯電量分布の変化が少ないので、プリント枚数が２００ｋ枚でも問題なかった。これに対し、従来の粉砕トナーを用いた場合は、１２０ｋ枚で地汚れが顕著となり、画像品質の著しい劣化が認められた。
【００８０】
また、プリント枚数が１５０ｋ枚の経時において、トナー帯電量の個数分布プロファイルの半値幅を求めたところ１．９ｆＣ／１０μｍであり、初期の半値幅１．７ｆＣ／１０μｍからほとんど変化がなかった。
【００８１】
これに対し、従来の粉砕トナーを使用したときの初期とプリント枚数が１５０ｋ枚の経時において、トナー帯電量の個数分布プロファイルの半値幅を求めたところそれぞれ２．７ｆＣ／１０μｍ及び３ｆＣ／１０μｍであった。経時において、現像装置内の現像剤が撹拌部材で撹拌されたり、感光体表面のクリーニング時にトナーがクリーニング部材であるブレードと感光体ドラム１との間に挟まれたりすると、トナーに加わる押圧力によりトナーが粉砕され易くなる。このため、平均粒径に対して小粒径のトナーの存在比が増加したり、さらに小粒径トナーが別のトナーに付着して２次粒子的になって大粒径トナーとして存在したりすることにより、トナー帯電量ｑ／ｄの個数分布プロファイルがブロード化すると考えられる。
【００８２】
以上のように、本実施の形態における現像剤のトナー１０として、球形度が９５％以上の球形トナーを用いることにより、トナー帯電量ｑ／ｄの個数分布プロファイルの半値幅をシャープに保つことができ、地汚れ余裕度を高い状態で維持することができる。なお、上述した第１及び第２の実施の形態におけるトナーも本実施の形態と同様に、球形度が９５％以上の球形トナーを用い手も良いことは勿論である。
【００８３】
この第３の実施の形態におけるプリンタは、現像ローラにトナーを供給するトナー供給部材として磁気ブラシローラを用いた二成分現像装置を使用している点が、上記第１の実施形態に係るプリンタと異なっている。
【００８４】
図１２は、第３の実施の形態に係る現像装置の概略構成図である。現像装置４のケーシング４０１の内部には、感光体ドラム１側から、現像剤担持体（トナー担持体）としての現像ローラ４０２、トナー供給部材としての磁気ブラシローラ４０３、攪拌・搬送部材４０４、４０５が配設されている。ケーシング４０１内のトナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）１２は、攪拌・搬送部材４０４、４０５で攪拌され、その一部が、磁気ブラシローラ４０３上に担持される。磁気ブラシローラ４０３上の現像剤１２は、現像剤規制部材としての規制ブレード４０６で層厚が規制された後、トナー供給領域Ａ２で現像ローラ４０２に接触する。このトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４０３上の現像剤１２よりトナー１０のみ分離されて現像ローラ４０２に供給される。
【００８５】
本実施形態の現像装置では、アルミ素管をベースとした剛体の感光体ドラム１を用いているので、現像ローラ４０２はゴム材料が好ましく、その硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲が好ましい。また、現像ローラ４０２の直径は１０〜３０ｍｍが好適である。本実施の形態では、現像ローラ４０２は直径１６ｍｍのものを用いた。また、現像ローラ４０２の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を１〜４μｍとした。この表面粗さＲｚの範囲は、トナー１０の体積平均粒径に対して１３〜８０％となり、現像ローラ４０２の表面に埋没することなくトナー１０が搬送される範囲である。ここで、現像ローラ４０２のゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。また、感光体ドラムに代えていわゆるベルト感光体を使用した場合には、現像ローラ４０２の硬度は低くする必要がないので、金属ローラ等も使用可能である。また、現像ローラ４０２の表面には、経時品質を安定化させるために適宜コート材料を被覆することが好ましい。また、本実施の形態における現像ローラ４０２の機能はトナー１０を担持するためだけのものであり、従来の一成分現像装置のようにトナー１０と現像ローラ４０２との摩擦帯電によるトナー１０への帯電電荷付与の必要がないために、現像ローラ４０２は電気抵抗、表面性、硬度と寸法精度を満たせば良く、材料の選択幅は格段に増えることとなる。
【００８６】
現像ローラ４０２の表層コート材料は、帯電がトナー１０と逆極性でも良いし、トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせない場合は同極性でも良い。前者の表層コート材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また後者の表層コート材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一に現像ローラ４０２にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、１０３〜１０８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施の形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。
【００８７】
現像ローラ４０２の表面部の体積抵抗率は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示す方法で測定したものである。図１３は現像ローラの表層の体積抵抗率測定システムの説明図で、（ａ）はシステムの構成を示す図、（ｂ）は現像ローラとベース板との間に形成されるニップを示す図である。まず、図１３の（ａ）に示すように、測定対象の現像ローラ４０２を、接地された導電性のベース板３００上にセットし、現像ローラ４０２の芯金（回転軸）４０２ａの両端にそれぞれにＦ＝４．９Ｎ（＝５００ｇｆ）の荷重をかけ、全体でＦ＝９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の荷重をかける。これにより、図１３の（ｂ）に示すように、ベース板３００との間にニップＷを形成する。現像ローラ４０２の芯金４０２ａには、電流計３０１を介して直流電源３０２を接続する。そして、直流電圧Ｖ（＝１Ｖ）を印加し、そのときの電流値Ｉ（Ａ）を読み取る。この印加電圧値Ｖ（Ｖ）及び電流値Ｉ（Ａ）の測定値と、現像ローラ４０２の軸方向長さＬ１（ｃｍ）、芯金４０２ａの外周から現像ローラの外周までの長さＬ２（ｃｍ）及びニップの幅Ｗ（ｃｍ）の測定値とを用いて、次式により現像ローラ４０２の弾性層４０２ｂの体積抵抗率ρｖを求める。
【００８８】
ρｖ＝（Ｖ／Ｉ）・（Ｌ１×Ｗ）／Ｌ２              ・・・（３）
また、現像ローラ４０２のコート層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、５０μｍを越えると、コート層の硬度とベース層の硬度差が大きい場合で応力が発生した時にひび割れ等の不具合が生じやすくなる。また５μｍを下回ると、表面磨耗が進むとベース層の露出が発生してトナーが付着しやすくなる。
【００８９】
現像剤１２を構成するトナー１０は、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は０．０５〜０．５μｍの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。トナー１０は更に場合によってはワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することができる。
【００９０】
トナー１０の体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施の形態で用いたトナー７の体積平均粒径は５．５μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
【００９１】
また、本実施の形態では、帯電極性が負極性のトナー１０を使用しているが、感光体ドラム１の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【００９２】
磁性粒子１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０８Ωの範囲が好適である。
【００９３】
磁気ブラシローラ４０３は、複数の磁極を有する磁石部材４０７を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４０８で構成されている。磁石部材４０７は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。本実施の形態で用いたスリーブ４０８は、直径がφ１８ｍｍであり、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されている。
【００９４】
磁気ブラシローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を有する。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図１２の構成に限定されるものではなく、磁気ブラシローラ４０３の周囲の規制ブレード４０６等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。例えば、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）の４つの磁極を配置してもよい。また、図１２の現像装置の例では、磁石部材４０７を固定配置しスリーブ４０８を回転駆動するように構成したが、スリーブ４０８を固定配置しその内側のローラ状にした磁石部材４０７を回転させるように構成してもよい。
【００９５】
磁石部材４０７の磁力により、スリーブ４０８上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１３がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０μＣ／ｇの範囲が好適である。
【００９６】
現像ローラ４０２は、磁気ブラシローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ１で感光体ドラム１に対向するように配設されている。
【００９７】
また、本実施の形態では、規制ブレード４０６と磁気ブラシローラ４０３の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、また規制ブレード４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。
【００９８】
規制ブレード４０６は、磁気ブラシローラ４０３との対向部で磁気ブラシローラ４上に形成された現像剤１２の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤がトナー供給領域に搬送されるようにするとともに、現像剤１２中のトナー１０と磁性粒子１１との摩擦帯電を促進させている。
【００９９】
また、現像ローラ４０２及び磁気ブラシローラ４０３はそれぞれ、図示しない回転駆動装置により図１１の矢印ｂ方向及びｃ方向に回転駆動され、トナー供給領域Ａ２では両ローラの表面が互いに逆方向に移動するようになっている。本実施形態では、感光体ドラム１の線速２００ｍｍ／ｓに対し、現像ローラ４０２を線速３００ｍｍ／ｓで回転駆動している。また、トナー供給領域Ａ２における現像ローラ４０２と磁気ブラシローラ４０３のスリーブとのギャップは０．６ｍｍに設定した。
【０１００】
さらに、現像ローラ４０２の軸部には、現像領域Ａ１に現像電界を形成するための現像バイアスＶｂを印加する電源４０９が接続されている。また、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスＶｓｕｐを印加する電源４１０が接続されている。
【０１０１】
上述したような構成の現像装置４において、ケーシング４０１内に収容された現像剤１２は、トナー１０と磁性粒子１１が混合されたものであり、攪拌・搬送部材４０４，４０５や磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナー１０に磁性粒子１１との摩擦帯電により電荷が付与される。一方、磁気ブラシローラ４０３上に担持された現像剤１２は規制ブレード４０６によって規制され、現像剤１２の一定量がトナー供給バイアスで形成された電界等により、現像ローラ４０２に転移し、残りはケーシング４０１内に戻される。
【０１０２】
トナー供給領域Ａ２では、磁気ブラシ中のトナーが分離されて現像ローラ４０２に転移し、薄層状のトナー１０が担持される。そして、現像ローラ４０２上に担持された薄層状のトナー１０は、現像ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、上記現像バイアスで形成された現像電界により、感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着し、静電潜像が顕像化される。
【０１０３】
ここで、現像ローラ４０２に供給される磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量と、現像ローラ４０２に薄層状に担持されたトナーの帯電量を、従来の一成分現像装置と比較して説明する。
【０１０４】
本実施の形態の現像装置においては、現像ローラ４０２上のトナーの粒径及び帯電量分布と画像品質との間に、以下に示すような関係があることがわかった。トナーの粒径及び帯電量分布の測定には、Ｅ−ＳＰＡＲＴ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ（ホソカワミクロン株式会社製の分析装置であり、以下、「Ｅ−ＳＰＡＲＴ分析装置」という。）を使用した。このＥ−ＳＰＡＲＴ分析装置は、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ４０２上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。本確認実験では３０００個のトナーをサンプリングして分布の相違を見た。
【０１０５】
図１４は、トナー供給領域Ａ２に到達する直前の磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量個数分布（破線）と、現像ローラ４０２上に供給されたトナーの帯電量個数分布（実線）とを測定した実験結果を示している。図１４に示す実験結果から、磁気ブラシローラ４０４から現像ローラ４０２にトナーが供給されるときに、ピークの帯電量が絶対値で高帯電側にシフトしていることが判る。このようにシフトすることにより、磁気ブラシローラ４０４を用いない従来の現像装置の場合と比較して地汚れに対する余裕度低減が少なく、地汚れに対する余裕度が維持できていることが分かる。
【０１０６】
また、本実施の形態によれば、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ（二成分現像剤）から帯電済みのトナーのみを、現像ローラ４０２上に供給し担持させることができる。したがって、現像ローラ４０２上のトナーを薄層化すすためのブレードなどの接触部材で摩擦帯電する必要がなく、現像ローラ４０２上のトナーフィルミングや、現像ローラ及び接触部材の摩耗による現像特性の経時的な変化などの問題がなくなる。
【０１０７】
また、現像ローラ４０２上のトナーの帯電量分布と、磁気ブラシローラ上のトナーの帯電量分布とを異ならせている。このため、磁気ブラシローラ４０３上の摩擦帯電特性に制約等があって磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量分布が所望の分布でない場合でも、現像ローラ４０２上には所望の帯電量分布からなるトナーを担持することができる。したがって、地汚れや画像濃度不足（ドット抜け）のない高品質のトナー像を得ることができる。また、地汚れ防止により感光体ドラム１上の残留トナーの量が少なくなるので、感光体表面をクリーニングするクリーニング装置６の小型化を図ることができる。
【０１０８】
また、現像ローラ４０２上に担持したトナーの帯電量にバラツキが少なく、安定した帯電量分布を得ることができるので、特に２値プロセスで画像を形成する場合において安定した飽和現像が可能となる。したがって、地汚れや画像濃度不足（ドット抜け）に起因するザラツキがない画像を、安定して形成することができる。
【０１０９】
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態は請求項６，１１に対応している。すなわち、添加剤のトナーへの付着状態により非静電的付着力を低減し、現像能力変動を防止することが可能であり、トナーの母体樹脂に無機物の添加剤を混入して保持させることが行われているが、この第４の実施の形態では、経時に於ける非静電的付着力を増加させないために添加剤を固定化し易いように大粒径添加剤もしくは添加量の規定を行っている。その一つの手段として、添加剤の固定化を行うことで、埋没を防止しようとしたものである。従来はトナー母体樹脂に０．０５〜０．３μｍの粒径を有するシリカ、酸化チタン等の無機微粒子を添加して表面に保持するのであるが、本実施の形態では微粒子の粒径の更に大きなものも添加する。具体的には０．８μｍ程度の粒径を有する酸化シリカを加える。トナーの質量に対して従来の小粒径の添加剤が酸化シリカ；０．８重量部、酸化チタン；０．６重量部、酸化シリカ（大粒径）；０．５ｗｔ％を添加してトナー母体粒子に保持させる。この状態で通紙を行い、経時のトナー表面上の添加剤埋没ランクを比較すると図１５のようになった。図１５はトナー添加剤埋没ランクの時間変化における本発明の第４の実施の形態と従来例との比較を示すグラフである。ここで埋没ランクは添加剤のトナー樹脂に対する埋没状態をランク分けしたもので初期トナーはランク５になるが、経時で添加剤が完全に埋没してしまった状態では添加剤が見えず、ランク１となる。図１５のグラフでは、従来のトナー母体に添加剤（従来の小粒径）を都合１．５重量部添加したもので、本発明では前記合計１．９重量部になる。粒径の大きな添加剤が存在することで、部材等の圧力による添加剤の押圧に対してトナー樹脂により入り込みにくくなるために前記の結果になったと考えられる。
【０１１０】
なお、上記各実施形態では、感光体ドラム１上に反転現像用の静電潜像を形成し、現像装置により該静電潜像を反転現像する場合について説明したが、本発明は、感光体ドラム１上に正規現像用の静電潜像を形成し、該静電潜像を正規現像する場合にも適用することができる。
【０１１１】
また、上記各実施形態では、感光体ドラム上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する場合について説明したが、本発明は、感光体ドラム上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
【０１１２】
例えば、一つの感光体ドラム上に各色ごとのトナー像を順次形成し、感光体ドラム上の各色トナー像を一次転写装置で中間転写体としての中間転写ベルトに重ね合わせて転写し、中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
【０１１３】
また例えば、中間転写体としての中間転写ベルトの直線状の移動経路部分に沿って感光体ドラムを含む画像形成ユニットを複数組並べて配置し、各画像形成ユニットの感光体ドラム上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体ドラム上のトナー像を一次転写装置で該中間転写ベルト上に重ね合わせて転写し、中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するタンデム型のカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
【０１１４】
また、上記各実施形態では、プリンタ及びそれに用いる現像装置の場合について説明したが、本発明は、複写機やＦＡＸなど他の画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
【０１１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、像担持体の帯電電位の絶対値を２５０Ｖ以下にすることにより像担持体の長寿命化を図ることができ、かつ、現像剤担持体の表面に対するトナーの非静電的付着力を低減させているので、画像濃度の低下や画像濃度ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタの全体概略構成図である。
【図２】図１の現像装置の概略構成図である。
【図３】現像剤の磁性粒子のダイナミック抵抗を測定する測定装置を説明するための図である。
【図４】現像領域における感光体ドラムの表面電位と現像バイアスとの関係を模式的に示す図である。
【図５】現像ローラのクリーニング機構を概略的に示す図である。
【図６】オイラー法による表面摩擦係数の測定法を模式的に示す図である。
【図７】現像ローラの表面摩擦係数の時間変化における本発明と従来例との比較を示すグラフである。
【図８】現像ローラ上の現像剤層のダイナミック抵抗の影響を示す模式図である
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る現像装置の概略構成図である。
【図１０】トナー帯電量に対するトナー個数分布を示すグラフである。
【図１１】トナー粒径に対するトナー個数分布を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る現像装置の概略構成図である。
【図１３】図１３は現像ローラの表層の体積抵抗率測定システムの説明図で、（ａ）はシステムの構成を示す図、（ｂ）は現像ローラとベース板との間に形成されるニップを示す図である。
【図１４】現像ローラ上のトナー帯電量分布の測定結果を示すグラフである。
【図１５】トナー添加剤埋没ランクの時間変化における本発明の第４の実施の形態と従来例との比較を示すグラフである。
【図１６】異なった値のダイナミック抵抗による現像特性の比較を示すグラフである。
【図１７】比較的高ポテンシャルで現像を行う場合と比較的低ポテンシャルで現像を行う場合のトナー付着量の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
１  感光体ドラム
２  帯電装置
３  露光装置
４  現像装置
５  転写装置
６  クリーニング装置
１０  トナー
１１  磁性粒子
１２  現像剤
４０２  現像ローラ
４０３  磁気ブラシローラ
４０４，４０５  攪拌・搬送部材
４０６，４１３  規制ブレード
４０７，４２２  磁石部材
４０８，４２１  スリーブ
４０９  電源（現像バイアス用）
４１０  電源（トナー供給バイアス用）
４１１  アジテータ
４１２  供給ローラ
４２３  ドクタ
Ａ１    現像領域
Ａ２    トナー供給領域
【図１】
2004212642.tif 000002
【図２】
2004212642.tif 000003
【図３】
2004212642.tif 000004
【図４】
2004212642.tif 000005
【図５】
2004212642.tif 000006
【図６】
2004212642.tif 000007
【図７】
2004212642.tif 000008
【図８】
2004212642.tif 000009
【図９】
2004212642.tif 000010
【図１０】
2004212642.tif 000011
【図１１】
2004212642.tif 000012
【図１２】
2004212642.tif 000013
【図１３】
2004212642.tif 000014
【図１４】
2004212642.tif 000015
【図１５】
2004212642.tif 000016
【図１６】
2004212642.tif 000017
【図１７】
2004212642.tif 000018