(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを収容する収容部と、
規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成され、その表面に前記収容部から供給される帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、
前記トナー担持ローラ表面に当接して規制ニップを形成し、該規制ニップにおいて前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層の厚さを規制する規制部材と
を備え、
前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて前記規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、
前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径の１倍以上３倍以下である
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
トナーを収容する収容部と、
規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成され、その表面に前記収容部から供給される帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、
前記トナー担持ローラ表面に当接して規制ニップを形成し、該規制ニップにおいて前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層の厚さを規制する規制部材と
を備え、
前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて前記規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、
前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの最大粒径以上である
ことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径と最大粒径との和以上である請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記複数の凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部を成している請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナー担持ローラの回転方向における前記弾性当接体の上流側端面は、前記トナー担持ローラ表面に対し略垂直に屹立している請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
前記トナー担持ローラとの当接により弾性変形する前記弾性当接体の変形量は、前記トナー担持ローラの回転方向における上流側端部で最大となっている請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置。
【請求項７】
前記凸部と前記凹部との高低差が前記トナーの体積平均粒径の２倍以上である請求項１ないし６のいずれかに記載の現像装置。
【請求項８】
前記トナー担持ローラの表面は導電性材料により形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の現像装置。
【請求項９】
前記収容部は、外部からトナーを補給するための補給口を有している請求項１ないし８のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１０】
前記収容部は、トナーを収容するトナー収容室を複数有しており、前記トナー担持ローラの表面の少なくとも一部が前記複数のトナー収容室のうち１つの内部に露出するとともに、該１つのトナー収容室に対し他のトナー収容室に収容されたトナーを送り込むためのトナー移送機構を備えている請求項１ないし８のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１１】
前記トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である請求項１ないし１０のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１２】
前記トナーには粒径が５０ｎｍ以下の外添剤が添加されており、トナー母粒子に対する前記外添剤の被覆率が１００％以上である請求項１ないし１１のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１３】
静電潜像を担持する像担持体と、
規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成され、その表面に帯電トナーによるトナー層を担持するトナー担持ローラ、および、前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナー層を除去する規制部材を有する現像器と
を備え、
前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて前記規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、
前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径の１倍以上３倍以下である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
静電潜像を担持する像担持体と、
規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成され、その表面に帯電トナーによるトナー層を担持するトナー担持ローラ、および、前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナー層を除去する規制部材を有する現像器と
を備え、
前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて前記規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、
前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの最大粒径以上である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
静電潜像を担持する像担持体に対し、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成されその表面に帯電トナーによるトナー層を担持するトナー担持ローラを対向配置して、前記静電潜像を前記トナーにより現像し、
前記トナー層を前記像担持体と対向させるのに先立って、前記トナー担持ローラ表面の前記凸部および前記凹部にトナー層を担持させ、さらに、そのうち前記凸部のトナー層を、前記トナー担持ローラ表面に当接させた規制部材により除去し、しかも、
前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、
前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径の１倍以上３倍以下である
ことを特徴とする現像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表面にトナーを担持するトナー担持ローラを有する現像装置、画像形成装置および該ローラを用いて静電潜像をトナーにより現像する現像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電潜像をトナーにより現像する技術においては、略円筒形状に形成されたトナー担持ローラの表面にトナーを担持させるものがある。本願出願人は、このようなトナー担持ローラの表面に担持されるトナーの特性を改善するため、円筒形状に形成されたローラの表面に規則的に配置された凸部と、該凸部の周囲を取り囲む凹部とを設けたトナー担持ローラの構造について先に開示した（特許文献１参照）。このような構造は、表面の凹凸パターンが管理されて均一であるために、ローラ表面に担持されるトナー層の厚さや帯電量等を制御しやすいという利点がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２７８００号公報（図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような構造を有するトナー担持ローラを使用する場合、凹凸が均一であるが故に、トナー担持ローラ上のトナー層厚を厳密に管理しなければトナー担持ローラ表面からのトナーの飛散やカブリの発生が問題となる。本願発明者の研究によれば、これらの現象が起きる主たる原因の１つは、特性の良好な新しいトナーに混じって、使用につれて特性の劣化した古いトナーが存在した場合、特にトナー担持ローラの表面から離れた層に古いトナーが担持されやすいという点にあると考えられる。そして、トナー担持ローラ表面から離れたトナー層ではトナー担持ローラへの付着力が弱いため、トナーの漏れ、飛散、カブリになりやすいと考えられる。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表面に凹凸を設けたトナー担持ローラを用いる現像装置、画像形成装置および現像方法において、トナー担持ローラからのトナーの漏れや飛散、カブリを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる現像装置は、上記目的を達成するため、トナーを収容する収容部と、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成され、その表面に前記収容部から供給される帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、前記トナー担持ローラ表面に当接して規制ニップを形成し、該規制ニップにおいて前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層の厚さを規制する規制部材とを備え、前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて前記規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上である。そして、この発明にかかる現像装置の第１の態様では、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径の１倍以上３倍以下である。また第２の態様では、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの最大粒径以上である。
【０００７】
詳しくは後に説明するが、本願発明者が種々の実験に基づき得た知見を簡単に説明する。トナー担持ローラの表面に担持されるトナーのうち、トナー担持ローラの表面近くには特性の良好な新しいトナー（以下、「新トナー」という）が集積している一方、これらのトナーの上に積層しトナー担持ローラの表面から離れた状態で担持されているトナーには、長期の使用に伴って特性の劣化したトナー（以下、「旧トナー」という）が多く含まれている。つまり、トナー担持ローラの表面には、まず新トナー主体のトナー層が形成され、さらにその表面に旧トナーを多く含むトナー層が形成されるという形になる。このような旧トナーはトナー担持ローラとの接触が少ないため十分な帯電量が得られず、漏れ、飛散したりカブリを生じさせる。
【０００８】
そこで、この発明では、トナー担持ローラの表面に形成されたトナー層のうちトナー担 持ローラの凸部上のトナー層を規制部材により除去する構成としている。このようにすると、凸部から除去されたトナーのうち帯電量の高い新トナーが、凹部に担持されている帯電量が弱くトナー担持ローラに対する静電気的な吸着力の弱い旧トナーを押し出すように作用する。この結果、規制後のトナー層に含まれる旧トナーの比率が低下するため、トナー飛散やカブリの発生を抑えることができる。
【０００９】
また、帯電量の低い旧トナーに圧力を加えると、トナー粒子同士が凝集して大径かつ低帯電の凝集体が生成され、この凝集体が現像装置外部へ漏れ出すことがある。しかし、本発明では、トナー担持ローラの表面のうちトナーが担持されるのは凹部のみとなっているので、該凹部に担持されているトナーは規制部材による加圧を受けない。このため、旧トナーが凝集してなる凝集体が生成されにくくなるだけでなく、トナー劣化の進行自体を抑制することができるので、このことによっても、現像装置外部へのトナー飛散を抑える効果が得られる。
【００１０】
上記を具体化するための構成としては、例えば、前記凸部と前記凹部との高低差をトナーの体積平均粒径以上とし、前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて前記規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して該凸部のトナーを掻き取るものを用いることができる。
【００１１】
このような構成によれば、凹部に１層以上のトナーを担持することができる一方、凸部のトナーは弾性当接体によって掻き取られる。そして、掻き取られたトナーのうち帯電量の高いものが、トナー担持ローラの回転方向において規制ニップより前方でトナー担持ローラに担持された旧トナーを押し出す作用をする。これにより、規制ニップの後方では、トナーが凹部のみに担持され、しかもそこに含まれる旧トナーの比率が少なくなっているので、トナー飛散やカブリの発生を抑えることができる。規制ニップにおける弾性当接体と凹部との間隔をトナーの体積平均粒径以上とすることで、凹部に確実に１層のトナーを担持させることができる。一方、弾性当接体と凹部との間隔を大きくしすぎると大量のトナーが凹部に担持されることとなりこれに含まれる旧トナーの量も多くなってしまう。そこで、弾性当接体と凹部との間隔をトナーの体積平均粒径の例えば３倍以下とすれば、凹部に担持されるトナーの量を適量に制限することができる。また、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの最大粒径以上となるようにしてもよい。ここで、トナーの最大粒径については例えば、トナーの粒径分布における個数基準の５０％粒子径の値に、幾何標準偏差の３倍を加えた値として規定することができる。現在製造されているトナーでは粒径のばらつきが小さくなっており、この値を超える粒径を有するトナー粒子の比率はきわめて低いからである。このような構成によれば、収容部に収容された新トナーのほぼ全てをトナー担持ローラに担持することが可能となり、粒径の大きなトナーが収容部に滞留するのを防止することができる。ここで、前記複数の凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部を成す、すなわち複数の凸部の頂面が成す包絡面が１つの円筒面であることが望ましい。これにより、巨視的にはトナー担持ローラを回転する円筒と見なすことができるので、その周方向における規制部材との当接圧を一定にすることができる。
【００１２】
この構成においては、前記トナー担持ローラの回転方向における前記弾性当接体の上流側端面は、前記トナー担持ローラ表面に対し略垂直に屹立していることが好ましい。こうすることにより、凸部に付着したトナーが規制ニップに引き込まれて弾性当接体により加圧されて凝集したりトナー担持ローラ表面に固着することが防止される。また、弾性当接体によりトナー担持ローラ表面から掻き取られたトナーが弾性当接体の上流側端面付近に滞留することにより、トナー担持ローラ表面における新トナーによる旧トナーの置換がより促進されるので、規制後にトナー担持ローラ表面に残る旧トナーの比率をさらに低下させることができる。
【００１５】
例えば、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径と最大粒径との和以上とすることができる。こうすれば、凹部表面に１層のトナーを担持した上にさらに最大粒径のトナー粒子を担持することが可能となるので、凹部に入り込んだ粒径の大きなトナーが弾性当接体により加圧されて劣化したり凝集するなどの問題を未然に防止することができる。また、このような大粒径トナーを効率よく現像に寄与させることができる。
【００１６】
また、前記トナー担持ローラとの当接により弾性変形する前記弾性当接体の変形量は、前記トナー担持ローラの回転方向における上流側端部で最大となっていることが好ましい。弾性当接体をトナー担持ローラ表面に圧接することにより弾性当接体が弾性変形する。より詳しくは、弾性当接体が凸部の表面に押し付けられて当該箇所が弾性的に窪むことにより、トナー担持ローラ表面に直交する方向における弾性当接体の厚みが縮められる。本発明にいう「弾性当接体の変形量」は、この厚みの減少量を表している。これを微視的に見たとき、トナー担持ローラの凹部に対向する箇所における弾性当接体の縮み量は、凸部に押し付けられた箇所における縮み量よりは少なくなる。つまり、凹部上方の空間においては、弾性当接体の表面が凹部の底に向けて撓み込む状態となっている。こうして撓み込んだ弾性当接体は、凹部に担持されたトナーを加圧することになる。凹部空間への弾性当接体の撓み込み量は、巨視的に見た弾性当接体の変形量が大きいほど大きくなると考えられる。また、弾性当接体の変形量が大きいほど、凸部に対する当接圧は大きくなる。
【００１７】
ここで、上記したようにトナー担持ローラの回転方向における上流側端部で弾性当接体の変形量が最大となるようにすれば、凸部への当接圧が規制ニップの上流側端部で最大となり、凸部からのトナー除去をより確実に行うことができる。また、凹部への弾性当接体の撓み込み量は規制ニップにおいて下流側ほど少なくなるので、凹部に担持されたトナーに対する圧力は規制ニップ内で下流側ほど弱くなり、トナーに無用な圧力がかかるのを回避することができる。
【００１８】
また例えば、前記凸部と前記凹部との高低差が前記トナーの体積平均粒径の２倍以上であってもよい。
【００１９】
このように構成された発明では、トナー担持ローラ表面のうち凸部のトナーが規制部材によって除去されるため、上記した現像装置と同様に、帯電量の不十分なトナーが漏れたり飛散したりするのを抑えることができる。一方、トナー担持ローラの凹部には２層以上のトナーを担持させることができる。このため、トナー担持ローラ表面に直接接触していない状態で凹部に担持されるトナーが存在する。このようなトナーをトナー担持ローラに担持可能とすることにより、この発明では、静電潜像を現像する際の現像効率を高めるという作用効果を得ることができる。
【００２０】
上記した各態様の現像装置においては、前記トナー担持ローラの表面が導電性材料により形成されてもよい。本願発明者の実験によれば、上記した現象、すなわちトナー担持ローラ表面に新トナーを主体とする層と旧トナーを主体とする層とが積層される現象（以下、「層分離現象」という）は、トナー担持ローラの表面が導電性材料により形成されている場合に特に顕著である。このような構成の現像装置に本発明の思想を適用すれば、より効果的である。
【００２１】
また、前記収容部が外部からトナーを補給するための補給口を有している場合にも、本発明の効果が顕著である。このような構成を有する現像装置では、長期間使用された収容部内の旧トナーに対し、補給口から大量の新トナーが注入されるという現象が起こり得る。このような場合に上記した層分離現象が起きやすくトナー飛散やカブリを生じやすい。このような構成の現像装置に本発明の思想を適用することにより、トナー飛散やカブリの発生を抑えることができる。
【００２２】
また、前記収容部が、トナーを収容するトナー収容室を複数有しており、前記トナー担持ローラの表面の少なくとも一部が前記複数のトナー収容室のうち１つの内部に露出するとともに、該１つのトナー収容室に対し他のトナー収容室に収容されたトナーを送り込むためのトナー移送機構を備えている場合も同様である。このような構成においても、トナー担持ローラ近傍の旧トナーに他のトナー収容室から新トナーが送り込まれてくるからである。
【００２３】
また、この発明は、体積平均粒径が５μｍ以下のトナーを使用した場合や、トナーの流動性を高めるためにトナーに添加された外添剤の粒径が５０ｎｍ以下かつトナー母粒子への被覆率が１００％以上であるトナーを使用した場合に特に顕著な効果を奏する。例えば、トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である場合、トナー粒子間のファンデルワールス力が強くなるため、旧トナーがトナー担持ローラ上のトナー層に付着しやすくなる。このような場合も旧トナーが飛散したりカブリを生じやすくなるので、本発明の効果が大きくなる。また、上記した外添剤を加えたトナーでは、トナーの流動性の経時変化が大きいため特に層分離現象が起きやすくなっているので、本発明を適用したときの効果が大きい。
【００２４】
また、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、静電潜像を担持する像担持体と、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成され、その表面に帯電トナーによるトナー層を担持するトナー担持ローラ、および、前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナー層を除去する規制部材を有する現像器とを備え、前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径の１倍以上３倍以下であることを特徴としている。
【００２５】
また、この発明にかかる画像形成装置の他の態様は、上記目的を達成するため、静電潜像を担持する像担持体と、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成され、その表面に帯電トナーによるトナー層を担持するトナー担持ローラ、および、前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナー層を除去する規制部材を有する現像器とを備え、前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの最大粒径以上であることを特徴としている。
【００２６】
また、この発明にかかる現像方法は、上記目的を達成するため、静電潜像を担持する像担持体に対し、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を表面に有する略円筒形状に形成されその表面に帯電トナーによるトナー層を担持するトナー担持ローラを対向配置して、前記静電潜像を前記トナーにより現像し、前記トナー層を前記像担持体と対向させるのに先立って、前記トナー担持ローラ表面の前記凸部および前記凹部にトナー層を担持させ、さらに、そのうち前記凸部のトナー層を、前記トナー担持ローラ表面に当接させた規制部材により除去し、しかも、前記規制部材は、弾性体により形成され前記トナー担持ローラの表面に圧接されて規制ニップを形成する弾性当接体を有し、前記トナー担持ローラの回転方向における前記規制ニップの上流側端部において、前記弾性当接体の上流側端部が前記トナー担持ローラの前記凸部と当接して、前記トナー担持ローラ表面に担持されたトナー層のうち前記凸部のトナーを除去し、前記凸部と前記凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上であるとともに、前記規制ニップ内における前記弾性当接体と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径の１倍以上３倍以下であることを特徴としている。
【００２７】
これらの発明によれば、上記した現像装置と同様に、トナー担持ローラに担持される旧トナーの量を低減させて、トナー担持ローラからのトナー飛散やカブリを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１はこの発明を適用した画像形成装置の第１実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００２９】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。
【００３０】
そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。
【００３１】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ４４が感光体２２に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００３２】
図３は現像器の外観を示す図である。また、図４は現像器の構造を示す断面図である。各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について図３および図４を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。この現像器４Ｋでは、その内部にトナーＴを収容するハウジング４１に供給ローラ４３および現像ローラ４４が軸着されており、当該現像器４Ｋが上記現像位置に位置決めされると、現像ローラ４４が感光体２と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。供給ローラ４３は例えば発泡ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料により円筒状に形成されている。また、現像ローラ４４は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金により円筒状に形成されている。そして、２つのローラ４３、４４が接触しながら回転することでトナーが現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ４４表面に形成される。この実施形態では負帯電トナーを用いるが、正帯電トナーであってもよい。
【００３３】
ハウジング４１の内部空間は隔壁４１ａによって第１室４１１および第２室４１２に仕切られている。供給ローラ４３および現像ローラ４４はともに第２室４１２に設けられており、これらのローラの回転に伴って第２室４１２内のトナーが流動し攪拌されながら現像ローラ４４の表面に供給される。一方、第１室４１１に貯留されているトナーは、供給ローラ４３および現像ローラ４４とは隔離されているので、これらの回転によっては流動しない。このトナーは、現像ユニット４が現像器を保持したまま回転することによって、第２室４１２に貯留されたトナーと混合され攪拌される。
【００３４】
このように、この現像器では、ハウジング内部を２室に仕切り、供給ローラ４３および現像ローラ４４の周囲をハウジング４１の側壁および隔壁４１ａで囲み比較的容積の小さい第２室４１２を設けることにより、トナー残量が少なくなった場合でも、トナーが効率よく現像ローラ４４の近傍に供給されるようにしている。また、第１室４１１から第２室４１２へのトナー供給およびトナー全体の攪拌を現像ユニット４の回転によって行うようにすることで、現像器内部にトナー攪拌のための攪拌部材（オーガ）を省いたオーガレス構造を実現している。
【００３５】
また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４６が配置されている。この規制ブレード４６は、ステンレスやリン青銅などの弾性を有する板状部材４６１と、板状部材４６１の先端部に取り付けられたシリコンゴムやウレタンゴムなどの樹脂部材からなる弾性部材４６２とで構成されている。この板状部材４６１の後端部はハウジング４１に固着されており、図４の矢印に示す現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において、板状部材４６１の先端部に取り付けられた弾性部材４６２が板状部材４６１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材４６２が現像ローラ４４表面に弾性的に当接することで規制ニップを形成し、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。
【００３６】
このようにして現像ローラ４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラ４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２２との対向位置に搬送される。そして、図示を省略するバイアス用電源からの現像バイアスが現像ローラ４４に印加されると、現像ローラ４４上に担持されたトナーは、感光体２２の表面各部にその表面電位に応じて部分的に付着し、こうして感光体２２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。
【００３７】
さらに、ハウジング４１には、現像ローラ４４の回転方向において感光体２２との対向位置よりも下流側で現像ローラ４４表面に圧接されたシール部材４７が設けられている。シール部材４７は、感光体２２との対向位置を通過した現像ローラ４４表面に残留しているトナーをハウジング４１内に案内するともに、ハウジング内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止している。
【００３８】
図５は現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図である。現像ローラ４４は略円筒形のローラ状に形成されており、その長手方向の両端にはローラと同軸にシャフト４４０が設けられており、該シャフト４４０が現像器本体により軸支されて現像ローラ４４全体が回転自在となっている。現像ローラ４４表面のうちその中央部４４ａには、図５の部分拡大図（点線円内）に示すように、規則的に配置された複数の凸部４４１と、それらの凸部４４１を取り囲む凹部４４２とが設けられている。
【００３９】
複数の凸部４４１のそれぞれは、図５紙面の手前側に向けて突出しており、各凸部４４１の頂面は、現像ローラ４４の回転軸と同軸である単一の円筒面の一部をそれぞれ成している。また、凹部４４２は凸部４４１の周りを網目状に取り囲む連続した溝となっており、凹部４４２全体も現像ローラ４４の回転軸と同軸かつ凸部の成す円筒面とは異なる１つの円筒面を成す。このような構造の現像ローラ４４については、例えば特開２００７−１４００８０号公報に記載の製造方法により製造することができる。なお、凸部４４１の頂面がいずれも平面となるように、さらに加工を施してもよい。
【００４０】
各凸部４４１の頂面の１辺の長さＬ1および各凸部の間隔Ｌ2は、例えば１０〜１００μｍ程度とすることができるがこれに限定されるものではない。また、凸部４４１の形状やその配列も、ここに説明したものには限定されない。また、凸部４４１と凹部４４２との高低差については後に説明する。
【００４１】
図１に戻って画像形成装置の説明を続ける。上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。
【００４２】
このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。
【００４３】
また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９によりトナー像を定着され、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。
【００４４】
また、図２に示すように、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ、４Ｋには無線通信器４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられた無線通信器１０９と非接触にてデータ通信を行い、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では、無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行っているが、本体側および各現像器側にコネクタ等を設け、コネクタ等を機械的に嵌合させることで相互にデータ送受を行うようにしてもよい。
【００４５】
また、この装置では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。
【００４６】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００４７】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。
【００４８】
さらに、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームＬの強度、さらには装置の階調補正特性などの調整を行っている。
【００４９】
この濃度センサ６０は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の濃淡に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。
【００５０】
次に、上記のように構成された画像形成装置の現像器４Ｋ等における、現像ローラ４４上のトナー層規制の詳細について説明する。前記したように、この画像形成装置の現像器４Ｋ等では、トナーＴを収容したハウジング４１内部において現像ローラ４４の表面に供給ローラ４３が当接するとともに、その現像ローラ回転方向において下流側で規制ブレード４６が現像ローラ上のトナー層に当接することによって、現像ローラ４４表面に担持されるトナー層の厚さを規定している。この厚さが適切でないと画像形成動作に影響を及ぼす。すなわち、トナー層が薄すぎると、感光体２２との対向位置へのトナー搬送量が少なくなり十分な画像濃度を得ることができない。また、トナー層を厚くしすぎると、トナーが現像ローラ４４表面から落下して装置内に漏れ出したり、現像ローラ４４からクラウドとして飛散したり、また感光体２２上に付着してカブリを生じさせたりする（以下ではこれらの現象を総称して「トナー飛散等」という）。
【００５１】
まず、この実施形態におけるトナー層規制の原理について説明する。本願発明者は、トナー層を比較的厚く（トナーの体積平均粒径の数倍程度）した状態で、トナー層が形成された現像ローラ４４の表面状態とトナー飛散等との因果関係について種々の実験を行った。その結果トナー飛散等の発生メカニズムについては、例えば以下のモデルにより説明することができることが明らかになった。
【００５２】
図６はトナー飛散等の発生メカニズムを説明するモデルを示す図である。現像器内には当初、新しいトナーが充填されているが、現像器を用いた画像形成動作が繰り返されるにつれて現像器内には、未使用で当初の特性を保持したトナー（本明細書では「新トナー」という）と、いったん現像ローラ４４表面に担持されたものの現像には使用されず再び現像器内に戻されたことによって特性が劣化した使用済みのトナー（本明細書では「旧トナー」という）とが混在することになる。そのため、図６（ａ）に示すように、現像ローラ４４の周囲は新トナーＴnと旧トナーＴoとが混在した状態となっている。なお、図６においては、新トナーＴnを白丸印により、旧トナーＴoをハッチング付きの丸印により表している。
【００５３】
このうち、新トナーＴnは流動性が高くまた帯電量も高いため、静電気力Ｆtにより現像ローラ４４の表面に引き寄せられる。一方、旧トナーは外添剤の埋没や剥離などの原因から流動性および帯電性に劣るため、現像ローラ４４に引き寄せられる力は新トナーよりも弱い。この結果、図６（ｂ）に示すように、現像ローラ４４に直接接触するトナーはその殆どが新トナーＴnとなる。つまり、現像ローラ４４表面に形成されるトナー層のうち現像ローラ４４直近の第１層は新トナーにより形成される。
【００５４】
一方、こうして形成された第１層の上に堆積する層では、図６（ｃ）に示すように、新トナーＴnおよび旧トナーＴoが混在している。というのは、現像ローラ４４表面が新トナー層により覆われると、その上層では現像ローラ自身の静電気力の影響が弱まるので、新トナーの持つ電荷が新たなトナーを引き寄せることになり、結果として新トナーだけでなく劣化して帯電量が低下したり逆極性に帯電するようになった旧トナーがこのような電荷に引き寄せられるからである。この明細書では、このように現像ローラ４４表面に近い層に新トナーが集中する一方、該表面から遠い層に旧トナーが多く含まれるという現象を「層分離現象」という。
【００５５】
なお、現像ローラ４４の持つ静電気力やトナー自身の帯電特性によっては、図６（ｄ）に示すように、現像ローラ４４の表面に２層以上の新トナー層が形成される場合もあり得る。このような場合においても、現像ローラ４４表面から離れた層では新トナーＴnと旧トナーＴoとが混在し層分離現象が起きている。
【００５６】
このように、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層のうち現像ローラ４４から離れた外側の層では旧トナーＴoの割合が多くなっている。旧トナーＴoは帯電量が低いため現像ローラ４４表面あるいはその上のトナー層への付着力が弱く、その結果、現像ローラ４４の回転によるトナー搬送の過程で現像ローラ４４表面から剥がれ落ちて装置内に飛散してしまう。また、本来の帯電極性とは逆極性に帯電したトナーは、感光体２２の静電潜像のうち本来トナーを付着させるべきでない領域に付着してカブリを生じさせる。
【００５７】
このモデルにより以下のような実験事実を説明することができる。例えば、長期間使用されてトナー残量が少なくなった現像器に新しいトナーを補充したところ、一時的にトナー飛散やカブリが多くなり、その後次第に減少してゆくことが観測された。これは、現像器内の劣化したトナーに大量の新トナーが混入された結果、現像ローラ４４表面近傍は新トナーにより占められ、トナー層の最表面が旧トナーを多く含むようになったためと考えられる。そして、さらに使用を続けると、新トナーが選択的に使用された結果、旧トナーとの特性差が少なくなって層分離現象は緩和されるため、トナー飛散等のレベルも低下するものと考えられる。
【００５８】
このことは、元のトナー色とは異なる色のトナーを補充する実験によってより裏付けられる。例えば、トナー残量が少なくなったシアン現像器４Ｃに新しいイエロートナーを補充して現像ローラ４４の表面を観察した。その結果、現像ローラ表面にはシアントナーとイエロートナーとが混じり合ったグリーンに近い色のトナー層が形成されたが、その表面にエアを吹き付けたり刷毛で払うなどして表面のトナーを除去してゆくと、現像ローラ４４表面の色は次第にイエロー色に変化していった。特に、現像ローラ４４の表面に直接接触している第１層のトナーは元のトナー色とほぼ同じイエロー色であった。一方、このような現像器を用いて画像形成動作を実行してみると、現像器の周囲に飛散したり、感光体２２上でカブリとなっていたのは主にシアン色のトナーであった。
【００５９】
これらのことから、現像ローラ４４表面に近い層は主に新トナーによって占められる一方、該表面から遠い層には旧トナーも多く含まれるという層分離現象が起きていること、トナー飛散等は主に旧トナーによって引き起こされていることがわかる。
【００６０】
なお、ここでいう「新トナー」および「旧トナー」は、現像器内のトナー粒子間の相対的な特性差を表す概念であって、トナー自体が新品であるか否かとは必ずしも関係しない。例えば新品のトナーであっても、その中には上記した旧トナーと同様に十分な特性の出ないトナーがいくらか含まれていることがあり、このような場合には当該トナーが「旧トナー」と同じように作用することになる。また、新品でないトナーであっても、各トナー粒子間の相対的な特性差が少なければ全て「新トナー」と考えることができる。
【００６１】
また、同様の現象は、現像器にトナーを補充するための補給口を設けた構造としている場合はもちろんのこと、そうでない場合であっても生じる。例えば本実施形態のように、現像器内が２室以上に分かれておりあるタイミングで１つの室から他の室へトナーが供給されるように構成されている場合には、その供給のタイミングで新トナーと旧トナーとの混合が生じる。この実施形態では現像器内にオーガを設けていないが、ロータリー現像ユニット４の回転に伴い現像器４Ｋ等が回転されると、第１室４１１に貯留されていた新トナーが旧トナーの比率の増大した第２室４１２に流れ込むことにより混合が起きる。現像器内にオーガ等のトナー輸送機構を設けた構成や、現像器とは別個に設けたトナータンクから定期的にトナーを補給する構成においても同様である。
【００６２】
図７はトナー粒子径と現像ローラへの付着力との関係を示す図である。トナー粒子を現像ローラ４４表面あるいは該表面上のトナー層に付着させるべく作用する力としては、帯電トナーに働く静電気的な引力である接触帯電付着力とファンデルワールス力とが主なものである。図７に示すように、トナー粒子径が大きいときには接触帯電付着力とファンデルワールス力とで大きさに顕著な差はない。これに対し、トナー粒子径が小さく、特に５μｍ以下になるとファンデルワールス力が支配的となる。ファンデルワールス力が強くなると、トナー粒子同士が付着しやすくなる。
【００６３】
このようにファンデルワールス力が強く作用する小粒径トナーを使用する場合に上記した層分離現象が特に問題となる。というのは、ファンデルワールス力が弱ければトナーは主に静電気的な引力により現像ローラ４４表面に付着するため、帯電量の小さな旧トナーが現像ローラ４４表面に集まることがない。これに対してファンデルワールス力の作用が強いと、現像ローラ４４上のトナー層に対して、帯電量の多少に関係なくさらなるトナーが付着することになる。このようなトナーには、必然的に旧トナーも多く含まれ、上記した層分離現象を引き起こす。また、旧トナー同士がファンデルワールス力によって凝集し大きなトナー塊を形成しやすくなり、こうしたトナー塊はその粒径に比して帯電量が小さいため現像ローラ４４表面から落下しやすく、トナー飛散等を引き起こす。このように、層分離現象に起因する問題は、使用するトナーＴの粒径が小さい場合に特に顕著であることがわかる。
【００６４】
そこで、この実施形態では、現像ローラ４４表面のうち凸部４４１にはトナーを担持させず、凹部４４２にのみ新トナーによる薄く均一なトナー層が担持されるようにした。凸部４４１にトナーを担持させないのは以下の理由による。凸部４４１にトナーを担持させると、規制ニップにおいて規制ブレード４６に加圧されることにより凝集し、現像ローラ４４表面に固着してフィルミング現象を起こしたり、凝集したトナー塊が現像器外へ飛散したりすることがある。このことは、凸部４４１に旧トナーが担持されている場合に顕著であり、また上記したようにトナーＴが例えば体積平均粒径５μｍ以下の小粒径トナーであれば特に顕著となる。このような問題を回避するために、ハウジング４１内で現像ローラ４４表面のうち凸部４４１に担持されたトナーについては、規制ブレード４６により掻き取ることとしている。
【００６５】
また、凹部４４２のみにトナーを担持させることで次のような効果が得られる。凹部４４２に担持されたトナーは規制ブレード４６による押圧や摺擦を受けないため、凝集したり劣化することが少ない。このことは、帯電量や流動性などのトナーの特性を長期にわたって新品に近い状態に維持することができるという点で有利である。また、特性の劣化した「旧トナー」の生成を抑えることによって、トナー飛散等をさらに抑制することが可能となる。
【００６６】
図８は現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図である。この実施形態では、図８（ａ）に示すように、現像ローラ４４の表面にその回転方向Ｄ4に対しいわゆるカウンタ方向に規制ブレード４６が当接しており、その先端に設けた弾性部材４６２が現像ローラ４４表面に圧接されて部分的に弾性変形することで、現像ローラ４４表面と弾性部材４６２とが接触する規制ニップＮ１を形成している。また、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における弾性部材４６２の上流側端部４６２ａはその上側のエッジが規制ニップＮ１内に含まれ、いわゆるエッジ規制によりトナーを規制している。
【００６７】
図８（ｂ）に示すように、弾性部材４６２の上流側端部４６２ａは、現像ローラ４４の回転中心から弾性部材４６２の上面に下ろした垂線よりも、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において上流側に位置している。このため、上流側端部４６２ａ近傍における弾性変形による弾性部材４６２の変形量Ｄｂは、上記垂線の足近傍における弾性部材４６２の最大変形量Ｄａよりは幾分小さくなっている。このようにすると、弾性部材４６２はその上面の広い範囲で現像ローラ４４と接触することとなり、規制ニップ幅Ｗn1も比較的大きくなる。
【００６８】
図９はこの実施形態における規制ニップの拡大模式図である。図９に「規制前」と記した、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4において規制ニップＮ１よりも上流側の領域では、現像ローラ４４表面直下には白丸印で示す新トナーＴnからなる層が形成される一方、該トナー層の表面には新トナーＴnおよびハッチング付きの丸印で示す旧トナーＴoが混在した層が形成されている。一方、規制ニップN１においては、規制ブレード４６の弾性部材４６２が現像ローラ４４の表面、特にその凸部４４１に圧接されているため、規制前に凸部４４１に担持されていたトナーはその新旧に関わりなく弾性部材４６２の上流側端部４６２ａで掻き取られる。
【００６９】
こうして凸部４４１から掻き取られたトナーには新トナーおよび旧トナーが混在しているが、このうち凸部４４１の表面近傍から除去されたトナーは特に帯電量が高い。これは、凸部４４１表面に付着していたトナーは帯電性の良好な新トナーがほとんどであり、さらに凸部４４１から掻き取られる際の規制ブレード４６との摺擦、転動により帯電量が上昇するため、現像ローラ４４に引き寄せられる強い静電気力が作用することとなるからである。一方、規制ブレード４６との当接位置よりも後方（図９において左方）には帯電量の低い旧トナーも存在している。このような旧トナーに凸部４４１表面近傍から掻き取られた帯電量の高いトナーが衝突すると、高帯電量の新トナーＴn1、Ｔn2は後方の低帯電量の旧トナーＴo1、Ｔo2を弾き出してしまう。こうして現像ローラ４４表面近傍に存在する旧トナーは次第に新トナーＴnにより置換されてゆくこととなり、旧トナーは後方へ追いやられてゆく。結果として、規制ニップＮ１内およびそれよりも現像ローラ回転方向Ｄ4において下流側では、トナーは凹部４４２にのみ担持され、しかも、その中に含まれる旧トナーの比率は極めて低くなっている。
【００７０】
このような現象を促進するために、弾性部材４６２の上流側端部４６２ａにおいては、端面が現像ローラ４４表面に対し略垂直に屹立した壁となっていることが好ましい。弾性部材４６２の端部が成す角θが鋭角であると、掻き取られたトナーは現像ローラ４４表面から引き離されるため、上記した新トナーによる旧トナーの置換が起こりにくくなる。また、上記角θが鈍角であると、掻き取られたトナーが規制ニップＮ１に押し込まれ押圧されてしまう。この角度θを９０度程度とすると、掻き取られたトナーが弾性部材４６２の上流側端部４６２ａ近傍に滞留することとなり、トナーの置換が促進される。
【００７１】
図１０は規制前後で測定したトナーの帯電量分布を示す図である。規制ブレード４６による規制前の現像ローラ４４表面から採取されたトナーの帯電量ごとの個数比率をプロットすると、図１０の実線で示すように、分布曲線は比較的ブロードで、電気的に中性のトナーや正帯電トナーも高い比率で含まれていたのに対し、規制ニップＮ１以降の現像ローラ４４表面から採取されたトナーでは、図１０の破線で示すように、分布曲線がシャープになり、しかも正帯電トナーの比率が格段に低下している。この結果から、本実施形態のトナー規制により、規制後のトナー層は帯電の良好なトナーにより構成されていることがわかる。このように規制されたトナー層を感光体２２との対向位置に搬送し静電潜像を現像することにより、この実施形態では、カブリの少ない良好な画像を形成することができるとともに、帯電量の低い旧トナーが現像器外へ飛散することも抑制される。
【００７２】
次に、現像ローラ４４表面の凸部４４１と凹部４４２との高低差について検討する。この実施形態では、規制ブレード４６との当接により凸部４４１のトナーが除去され、凹部４４２にのみトナーが担持される。したがって、感光体２２との対向位置へのトナー搬送量は凹部４４２に担持されるトナーの量によって決まることになり、良好な画質を得る上でこの高低差は重要な要素である。
【００７３】
図１１は現像ローラ表面の高低差と担持されるトナーとの関係を示す模式図である。この実施形態では、凸部４４１に弾性部材４６２を当接させた状態で凹部４４２にトナーを担持させるために、凸部４４１と凹部４４２との高低差、より厳密には、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔を、トナーの体積平均粒径以上とする必要がある。より詳しく述べると、弾性部材４６２の硬度が比較的高い、規制ニップＮ１の面積が比較的大きい等の理由で規制ニップＮ１における弾性部材４６２の弾性変形がさほど大きくない場合には、凸部４４１と凹部４４２との高低差と、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔とはほとんど等しくなるので、それらのいずれに着目しても実質的には問題がない。しかしながら、規制ニップＮ１において弾性部材４６２の弾性変形が大きく、凹部４４２の底に向けて大きくせり出しているような場合には、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔に着目し、この間隔をトナーの体積平均粒径以上とすることが好ましい。以下では、トナーの体積平均粒径を符号Ｄaveによって表す。ここで、図１１（ａ）に示すように、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔をトナーの体積平均粒径Ｄaveの２倍以上の値Ｇ１とすると、凹部４４２には平均的には２層分以上のトナーが担持されることとなる。
【００７４】
現像ローラ４４の表面に接触している第１層目のトナーは強い静電気力で現像ローラ４４に付着しているが、第１層目のトナーの上に付着している第２層目以降のトナーに働く静電気力はこれより弱いので現像ローラ４４から離れやすく、感光体２２との対向位置において静電潜像を現像する際に主要な役割を担う。すなわち、このように第２層目以降のトナー層を凹部４４２に形成しておくことで、１層のみのトナー層を担持させた場合よりも現像効率を高めることができる。このことは、ファンデルワールス力によるトナー粒子間の付着力が高くなる小粒径（例えば体積平均粒径が５μｍ以下）のトナーを使用する場合に特に有効である。この点において凹部４４２と弾性部材４６２との間隔をトナーの体積平均粒径Ｄaveの２倍以上とすることがより好ましいが、間隔を大きくしすぎると旧トナーの混入を許すこととなるので、トナーの体積平均粒径Ｄaveの３倍以下が適当である。すなわち、次式：
Ｄave≦Ｇ１≦３Ｄave  …  （式１）
の関係が成立するようにするとよい。特にトナーの粒径ばらつきが小さいトナーにおいてはこのようにすることが好ましい。
【００７５】
なお、十分な現像効率を確保するためには、現像ローラ４４表面の凹部４４２に２層以上のトナーを担持させることが好ましい。すなわち、
２Ｄave≦Ｇ１  …  （式１ａ）
であることがより好ましい。
【００７６】
一方、トナーの粒径ばらつきを考慮して、図１１（ｂ）に示すように、トナーＴのうち粒径が最大である最大粒径トナーＴｍの粒径以上となるように、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔Ｇ２を定めてもよい。ここで、トナーの最大粒径については統計的に次のように定めることができる。すなわち、トナーＴの個数基準の５０％粒子径Ｄ50、その幾何標準偏差σとしたとき、最大粒径Ｄｍを次式：
Ｄｍ＝Ｄ50＋３σ  …  （式２）
により定義することができる。常用されているトナーではこの最大粒径Ｄｍを超える粒径を有するトナーの比率は極めて小さい。
【００７７】
凹部４４２と弾性部材４６２との間隔が小さいと、凹部４４２に入り込んだ粒径の大きなトナーが弾性部材４６２により押圧されて劣化してしまう。また、粒径の大きなトナーが凹部４４２に取り込まれずにいつまでも現像器内に残留したままになり、現像器内におけるトナーの粒径分布が次第に大粒径側にシフトして現像に使えなくなる。これに対し、上記のように凹部４４２と弾性部材４６２との間隔を最大粒径Ｄｍ以上とすると、現像器内に収容されたトナーＴに含有されるトナー粒子のほとんどを凹部４４２に担持することが可能となり、現像器内のトナーを最後まで有効に使い切ることができる。すなわち、次式：
Ｇ２≧Ｄｍ＝Ｄ50＋３σ  …  （式３）
が成立するようにするとよい。
【００７８】
さらに、図１１（ｃ）に示すように、凹部４４２に担持されたトナー層の第１層目の上に最大粒径のトナーＴｍを担持可能としてもよい。すなわち、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔Ｇ３が次式：
Ｇ３≧Ｄave＋Ｄｍ＝Ｄave＋Ｄ50＋３σ  …  （式４）
が成立するように、間隔Ｇ３を定めてもよい。このようにすると、最大粒径のトナーＴｍであっても現像ローラ４４に接触したトナー層の上に担持させることができるので、大粒径トナーをより効率よく現像に使用することが可能となる。
【００７９】
以上のように、この実施形態では、現像ローラ４４表面のうち凸部４４１に担持されるトナーを規制ニップＮ１において規制ブレード４６により掻き落とし、凹部４４２にのみトナーを担持させるようにしている。こうすることで、規制ニップＮ１においてトナーに圧力が加わりトナーが凝集したり劣化したりするのを抑制している。こうしてトナーを劣化させないことにより、劣化したトナーが主因となっている現像ローラ４４から現像器外へのトナーの飛散を低減することができる。また、規制ブレード４６２の上流側端面を現像ローラ４４から略垂直に屹立した壁とし、掻き取ったトナーを滞留させることで、凹部４４２に入り込んだ旧トナーを新トナーにより置換して、トナー層に含まれる旧トナーの比率を低下させる。これにより、現像器外へ搬送される旧トナーの量が少なくなり、トナー飛散やカブリの抑制効果がさらに向上する。
【００８０】
次に、この発明を適用した画像形成装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態の装置においては、現像ローラ４４への規制ブレード４６の当接の状態が第１実施形態のものとは異なっている。これ以外の構成や動作は第１実施形態のものと同じである。そこで、第１および第２実施形態の間で共通する構成には同一符号を付して説明を省略し、第１実施形態との相違点を中心に第２実施形態を説明する。
【００８１】
図１２は第２実施形態における現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図である。図１２（ａ）に示すように、この実施形態においても規制ブレード４６を現像ローラ４４の表面にカウンタ方向に当接させて規制ニップＮ２を形成している。ただし、図１２（ｂ）に示すように、弾性部材４６２の上流側端部４６２ａは、現像ローラ４４の回転中心から弾性部材４６２の上面に下ろした垂線よりも、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において下流側に位置している。このため、弾性変形による弾性部材４６２の変形量は、その上流側端部４６２ａにおいて最大値Ｄｃとなっている。つまり弾性部材４６２はその上流側先端部が最も大きく弾性変形している。また、弾性部材４６２と現像ローラ４４との接触面積も小さくなり、規制ニップ幅Ｗn2は第１実施形態におけるニップ幅Ｗn1よりも小さくなっている。
【００８２】
図１３はこの実施形態における規制ニップの拡大模式図である。上記のように、弾性部材４６２はその上流側端部４６２ａにおいて最も大きく弾性変形しているため、規制ニップＮ２の上流側端部近傍では弾性部材４６２のうち現像ローラ４４の凸部４４１に対向する箇所に最も大きな当接圧が加わる。一方、現像ローラ４４の凹部４４２に対向する箇所では圧力が加わらない。このため、図１３に示すように、弾性部材４６２のうち凹部４４２に対向する箇所が凹部４４２の底（図１３においては上方）に向けて撓み込み、凹部４４２が臨む空間に対し弾性部材４６２の表面がせり出した状態となる。この撓み込み量は、最も当接圧の高い規制ニップＮ２の上流側端部で最も大きく、下流側に向かうにつれて小さくなる。つまり、次式：
Ｍ１＞Ｍ２＞Ｍ３  …  （式５）
の関係が成立する。また、この関係は規制ニップ内に含まれる凹部４４２が１つだけである場合においても成立し、１つの凹部４４２の中でも下流に向かうほど撓み込み量が小さくなる。
【００８３】
凹部４４２に向けてせり出した弾性部材４６２は当該凹部に担持されている複数層のトナーのうち、弾性部材４６２の先端と凹部４４２の底部との距離に対応する厚さのトナー層の搬送を許容しそれ以外を規制することになるが、上記のように現像ローラ４４の移動方向Ｄ4における下流側ほど撓み込み量が小さくなるので、トナーに加わる圧力が規制ニップ内で上昇することはなく、凹部４４２の底にトナーが固着することにはならない。また、弾性部材４６２の先端と凹部４４２の底部との距離が下流側に比べて大きい場合には、規制ニップに進入したトナー層が下流に進むにしたがい圧力が加わりトナー同士が変形・固着することも考えられるが、上記のようにすればこのような問題も生じない。
【００８４】
このような構成によっても、上記した第１実施形態と同様に、凸部４４１のトナーを規制ブレード４６により除去しているので、押圧によるトナーの劣化を防止することができる。また、凹部４４２に含まれる旧トナーを新トナーにより置換して、現像器外へ搬送される旧トナーの量を少なくすることができる。このため、第２実施形態の装置においても、第１実施形態と同様に、トナー飛散やカブリの発生を抑えることが可能である。また、第１実施形態においてした凸部４４１と凹部４４２との高低差についての考察は、本実施形態においても同様に成立する。
【００８５】
以上説明したように、上記各実施形態においては、現像器４Ｋ等が本発明の「現像装置」に相当しており、ハウジング４１、現像ローラ４４および規制ブレード４６がそれぞれ本発明の「収容部」、「トナー担持ローラ」および「規制部材」として機能している。また、規制ブレード４６に取り付けた弾性部材４６２が本発明の「弾性当接体」として機能している。また、上記各実施形態では、現像器４Ｋ内の第１室４１１および第２室４１２が本発明の「トナー収容室」に相当する一方、現像器全体を回転させることで第１室のトナーを第２室に送り込むロータリー現像ユニット４が本発明の「トナー移送機構」として機能している。また、上記実施形態の画像形成装置において、感光体２２および現像器４Ｋ等が本発明の「像担持体」および「現像器」として機能している。
【００８６】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の現像ローラ４４の凸部４４１は略菱形に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば凸部を円形や三角形など他の形状となるようにしてもよい。
【００８７】
また、上記実施形態の現像ローラ４４は金属製の円筒であるが、これ以外の材質により形成された現像ローラを有する装置に対しても本発明を適用することが可能である。ただし、本願発明者の実験によれば、金属製あるいは非金属に金属めっきを施した現像ローラなど、表面が導電性の材料で形成された現像ローラを使用した場合に前述の層分離現象が顕著に現れることが確認されており、本発明は、このような表面が導電性を有する現像ローラを持つ装置に適用されたときに特に大きな効果を発揮するものである。この点において、例えばゴムや樹脂製の円筒にカーボンブラックや金属微粉末などの導電性材料を分散させることによって導電性を持たせた現像ローラを備えた装置に対しても、本発明は有効である。
【００８８】
また、上記実施形態における規制ブレード４６は、金属製の板状部材４６１に樹脂製の弾性部材４６２を取り付けたものであるが、このような構造に限定されるものではない。例えば、金属板に弾性樹脂をコートしたものを用いることができる。また、規制ブレードに適宜のバイアス電位を与えてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態において使用するトナーについては特に限定しないが、帯電特性の経時変化の比較的大きい一成分系トナーを用いた場合において特に本発明の効果が顕著である。また、平均粒径の小さなトナーではトナー飛散等の問題がより深刻であることからこのようなトナーを用いる装置に対し本発明を適用するのが効果的である。特に、近年では画像の高精細化およびトナー消費量削減の観点からトナーの小粒径化が求められ、例えば体積平均粒径が５μｍ以下の微粉トナーが製造されるようになってきている。このような微粉トナーではトナー飛散等が発生しやすいが、本発明を適用することによりその問題を解消することが可能となる。
【００９０】
特に、トナーに添加された外添剤の粒径が５０ｎｍ以下であり、かつトナー母粒子への被覆率が１００％以上であるトナーを使用した場合に本発明の効果が顕著となる。このような外添剤を加えたトナーでは、その初期においては流動性が高いが経時的な流動性の変化が大きく、耐久（長時間の使用）により流動性が大きく低下する傾向がある。このようなトナーでは、新トナーと旧トナーとの間での流動性の違いに起因して層分離現象が起きやすいので、本発明を適用する効果が大きい。
【００９１】
また、上記実施形態の画像形成装置は、ロータリー現像ユニット４に現像器４Ｋ等を装着したカラー画像形成装置であるとともに、現像器４Ｋ等を回転させることにより現像器内のトナーを混合させる装置であるが、前述した通り、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、現像器を１個だけ備えてモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能であり、特に、現像器に設けた補給口からユーザまたは専任オペレータによりトナーを補充することが可能な装置や、現像器とは別個のトナータンク等から定期的にトナーを補給するように構成された装置に対して本発明を好適に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】この発明を適用した画像形成装置の第１実施形態を示す図。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】現像器の外観を示す図。
【図４】現像器の構造を示す断面図。
【図５】現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。
【図６】トナー飛散等の発生メカニズムを説明するモデルを示す図。
【図７】トナー粒子径と現像ローラへの付着力との関係を示す図。
【図８】現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図。
【図９】第１実施形態における規制ニップの拡大模式図。
【図１０】規制前後で測定したトナーの帯電量分布を示す図。
【図１１】現像ローラ表面の高低差と担持されるトナーとの関係を示す模式図。
【図１２】第２実施形態の現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図。
【図１３】第２実施形態における規制ニップの拡大模式図。
【符号の説明】
【００９３】
４…ロータリー現像ユニット（トナー移送機構）、  ２２…感光体（像担持体）、  ４Ｃ，４Ｋ，４Ｍ，４Ｙ…現像器（現像装置、現像器）、  ４１…ハウジング（収容部）、  ４４…現像ローラ（トナー担持ローラ）、  ４６…規制ブレード（規制部材）、  ４１１…第１室（トナー収容室）、  ４１２…第２室（トナー収容室）、  ４４１…（現像ローラ表面の）凸部、  ４４２…（現像ローラ表面の）凹部、  ４６１…板状部材（規制部材）、  ４６２…弾性部材（弾性当接体）
【図１】
0005374958.tif 000002
【図２】
0005374958.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005374958.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005374958.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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