(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体周辺に配置され、前記像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着させ可視化する複数の現像装置と、前記像担持体上に付着したトナーを一時的に担持する中間転写体を有する画像形成装置において、
前記複数の現像装置はそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナーを内包するとともに、アルミ材を用いた表面にトナーを付着させる現像ロールを有し、前記それぞれの現像ロールの表面に付着させる同一の目標となるトナー付着量を設定し、前記それぞれの現像ロールの表面の平均粗さを０．１μｍから０．４μｍの範囲内で前記トナー付着量が得られるように調整し、前記複数の現像装置の中の一つの現像装置は、前記一つの現像装置と異なる前記平均粗さの現像ロールを有する前記一つの現像装置以外の現像装置とともに前記像担持体の周辺に配置され、フルカラー記録を行うことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項２】
前記複数の現像装置の現像ロールの前記平均粗さは、現像領域と非現像領域とで異なり、かつ、前記現像領域の平均粗さが非現像領域に比べて大きいことを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
【請求項３】
前記複数の現像装置は、それぞれ前記表面の平均粗さが０．１μｍから０．４μｍの範囲内の現像ロールと、トナー規制ブレードと、トナー供給室と、トナー回収室と、前記トナー供給室と前記トナー回収室とを分離するシート状部材とを有していることを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
【請求項４】
像担持体に形成された静電潜像に複数の色の異なるトナーを付着させ可視化する複数の現像装置において、
前記複数の現像装置は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナーを内包するとともに、アルミ材を用いた表面にトナーを付着させる現像ロールを有し、前記それぞれの現像ロール表面に付着させる同一の目標となるトナー付着量を設定し、前記それぞれの現像ロールの表面の平均粗さを０．１μｍから０．４μｍの範囲内で前記トナー付着量が得られるように調整し、前記複数の現像装置の中の一つの現像装置は、前記一つの現像装置と異なる前記平均粗さの現像ロールを有する前記一つの現像装置以外の現像装置とともに構成されることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式のプリンタやファクシミリおよび複写機などの画像形成装置に適用される現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタやファクシミリなどの印写方式として用いられる電子写真プロセスでは、感光体などの静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、それを帯電した微小粉体を付着・可視化することで、記録画像を形成する。静電潜像担持体を現像する現像機は、現像剤を保持し回転する現像剤担持体である現像ロールを有しており、この現像ロールを、静電潜像担持体に近接または接触させるとともに、適切な電圧を印加することで、静電潜像にトナーを付着させることができる。現像機では、現像機内のトナーを現像ロールに供給する供給手段が設けられており、現像ロール全体に均一にトナーを供給することで、現像ロールにトナー層を形成する。
【０００３】
現像に用いられる現像機は、大きく２成分現像方式と１成分現像方式に分類される。２成分現像方式は、感光体に付着して静電潜像を可視化する微小着色樹脂粉体からなるトナーとトナーの数倍から十数倍程度の大きさを有する磁性体からなるキャリアを現像剤として用いる方式である。この方式では、トナーとキャリアを混合撹拌することでトナーを摩擦帯電させる。また、現像ロールが磁性体ロールとなっており、磁力でトナーが付着したキャリアを吸着することで、現像ロール上に磁気ブラシを形成し、トナーを静電潜像担持体である感光体表面に搬送し、現像を行う。
【０００４】
一方、１成分現像方式は、キャリアを用いない方式であり現像ロールに搬送されたトナーは現像ロールに接触する規制ブレードによって、規制され、現像ロール上にトナー薄層が形成される。この時、トナー層の厚さは、現像ロール表面の細かい凹凸（表面粗さ）、および規制ブレードの現像ロールへの押し当て加重により適正となる。この方式におけるトナーの帯電は、規制ブレード通過時におけるトナーとブレードや現像ロールとの摩擦によって与えられる。
【０００５】
いずれの方式も、現像機に供給されたトナーの内、現像後のトナーや規制ブレードなどで規制されたトナーなどは、現像ロール付近から回収され、再び現像ロールに供給されるように循環する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記、いずれの現像機構成においても、現像ロール側全体に均一にトナー層を形成するためには、供給ロール、および規制ブレードの条件が重要であるが、特に１成分現像方式では、現像ロールの表面粗さがトナー層の形成に直接影響する。
【０００７】
１成分現像方式で用いられる現像ロールの部材には、様々な材質が用いられている。
【０００８】
特にアルミ材は、比較的重量が小さく、また加工しやすいことから小型の画像形成装置の現像装置用として向いている。現像ロールにアルミ材を用いる場合、トナーを現像ロール表面に付きやすくするため、表面をブラスト処理することによって、適度な粗さとすることが知られている。しかし、トナーの持つ帯電特性，流動性などにより、現像ロール表面に付着したトナーの量は様々であり、カラー画像形成装置などでは、各色のトナー付着量を均一にすることが必要である。また、一度の現像で消費される適正な付着量を設定することでランニングコストを抑えることが重要となる。
【０００９】
本発明の目的は、良好な画像を得るための付着量を設定し、現像ロールの表面粗さを規定した現像装置を提供することである。またトナーの消費量を押さえてランニングコストが掛からない画像形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するため、現像ロール上の付着量が各色均一になるように、現像ロールの表面をブラスト処理して、その粗さに対する各色トナーの付着量を測定し、目標とする付着量が得られる現像ロールの表面粗さを決定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を実施例を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用した非磁性１成分現像機の１実施例を示す図である。まず、図１に示される現像機の動作について説明する。トナー格納室６には、現像に用いられるトナー９が格納されている。装置を薄型とするために、本実施例の現像装置は、格納室内に３つの搬送羽根３，７，８を配置しており、それらの回転で順次現像ロール側にトナーを搬送するように構成されている。トナー格納室の前側に、必要以上のトナーが偏らないように、トナー格納室内の後方の羽根７，８は最前部の羽根３に比較して搬送力が小さくなるようにすることが好ましい。本実施例では、トナー格納室の最前部羽根３に対して、後方ほど回転速度が遅くなるようにしている。また、最前部の羽根に比較して、羽根面積の小さい送り羽根としている。
【００１３】
トナー格納室内６のトナー９は、これらの羽根の回転によって現像ロール側に搬送される。現像ロール側面上方には、ガイド板１６で分離されたトナー供給室１２がある。トナー格納室最前部まで搬送されたトナー９は、トナー格納室最前部に配置された搬送羽根３で、供給室に搬送される。供給室内には、導電性弾性発泡ロールからなる供給ロール２が配置されており、供給室内に供給されたトナーを現像ロール１側に供給し押し続ける。より安定に、現像ロール１に供給するためには、数百ミクロンから数ミリ程度現像ロール１と接触した状態で、供給ロール２を配置することが好ましい。供給室に供給されたトナーは、供給ロール２の回転によって、現像ロール１側に押しつけられ、供給室現像ロール側下方に配置されたシート状部材１４によって、現像ロールに押しつけながらトナー回収室１３側に漏れ出す。シート状部材１４の一方は、供給室を分離しているガイド板１６に固定されている。トナー９は現像ロール１やシート部材１４および供給ロール２などとの摩擦によって若干帯電するために、導電性部材からなる現像ロール１表面に付着し、現像ロール１表面にトナー層を形成する。
【００１４】
この様にして現像ロール上に形成されたトナー層は、トナー回収室１３内に設けられた規制ブレード５で現像に適正なトナー層厚とトナー帯電量に規制される。現像時に必要な最終的なトナー薄層の帯電量や付着量は、現像条件や装置条件および使用するトナー条件によって異なるが、一般に０.１〜１.５mg／cm2 、帯電量が５〜４０μＣ／ｇの範囲の値である。トナー供給室１２とトナー回収室  １３を分離しているシート状部材１４によって、規制ブレード通過前の現像ロール表面に付着させるトナーの付着量は、この最終的な目標付着量よりも十分多くなるようにしなければならない。また、帯電量は、最終的な目標帯電量よりも小さくなるようにしなくてはならない。比較的低い帯電量で多くのトナーを現像ロール１上に付着させるために、トナー供給室１２とトナー回収室１３を分離しているシート状部材１４は、現像ロール下流側に配置した規制ブレード５に比べ低い圧力で接触させるとともに、シート状部材１４の平面部（腹の部分）を現像ロール１に接触させる構成としている。
【００１５】
シート状部材１４の圧力が、必要以上に高いと形成されるトナー層が薄くなり、規制ブレードで適正なトナー層が形成できなくなる。シート状部材１４と現像ロール１との接触圧力は、供給ロール２の供給能力や使用するトナー材料の流動性および最終的なトナー量によって異なるが、一般に約０.１〜５０mg／cm 程度が適正値となる。本実施例の現像機においては、最終的に現像ロールに形成するトナー帯電量を１５〜２５μＣ／ｇとし、付着量を０.４〜０.８mg／cm2 としたとき、規制ブレード圧力が、約３０〜８０ｇ／cmであるのに対し、シート状部材の接触圧力を約１〜１０ｇ／cmとすることで、規制ブレード前に帯電量として１〜５μＣ／ｇとし、付着量として、０.６〜１.５mg／cm2 程度のトナー層を形成することができた。
【００１６】
また、シート平面部ではなく角部（エッジ部）が当たる構成では、形成されるトナー層がムラに成りやすく、最終的な規制ブレード５で形成されたトナー層の均一性が不安定に成りやすかった。安定した均一トナー層を形成するためには、シート状部材１４の平面部で現像ロール１と接触させることが好ましい。
【００１７】
規制ブレード５による規制で残ったトナー９は、トナー供給室下方に設けられたトナー回収室１３側に流れ落ちる。トナー回収室１３には、回転撹拌部材４が配置されており、回収経路内に回収されたトナーを撹拌し、停滞や塊となるのを防止するとともに、トナー格納室６側に掻き出し搬送を行う。これによって、トナー回収室１３内は常に空隙を維持し、規制ブレード５によって規制された残りのトナーが安定にトナー回収室１３内に流れ込む様になっている。
【００１８】
図２は、図１に示した現像装置を用いて各色のトナーの現像ロール表面の平均粗さに対する現像ロール上に付着したトナーの量を測定した一例である。ここで、Ｙはイエロー，Ｍはマゼンタ，Ｃはシアン，Ｋは黒トナーを示す。また、網点部は本現像装置を用いてカラー画像を記録する際に必要な付着量の範囲を示す。この図から、現像ロール表面の平均粗さに対して、各色トナーの付着量がほぼ一対一で対応することが分かる。また、ＹＭＣＫ間で付着量の差異が見られ、ＹとＫ，ＭとＣトナーが同様な傾向を示すことが分かった。これらのことから、同じ表面粗さを持つ現像ロールを用いても、付着量は色により同一にはならず、表面粗さを色ごとに設定する必要がある。本結果から、現像ロール上の目標トナー付着量を０.４２mg／cm2とした場合、各色の現像装置に用いる現像ロールの表面粗さはＹは０.２６，Ｍは０.３３，Ｃは０.３３，Ｋは０.２６となる。
【００１９】
図３は、本発明の現像ロールを示す。図で、現像ロールの大部分（領域Ａ）はブラスト処理されて粗された部分である。現像では領域Ａ全体を均一にトナー層を形成する。現像ロールの両端部（領域Ｂ）は上記した静電潜像担持体上に静電潜像が形成されていない領域であること、また、トナーが現像装置の容壁へ進行することがないように、ブラスト処理は行われない。
【００２０】
図４は、本発明の現像ロールを用いて、寿命試験を実施したときの現像ロール上の付着量の推移を示す一例である。ここでは、表面粗さが異なる２種類の現像ロールを用いた。どちらの現像ロールでもほぼ同様な傾向を示す。初期付着量が高めであるのは、現像ロールとトナーがよく馴染んでいないために、トナー層が若干不安定であるためである。全体を通じて付着量の推移は、目標の付着量の範囲内で安定であることが確認できた。また、消費量も低く抑えられており、現像装置内のトナーを使いきることなく、寿命を達成することも分かった。
【００２１】
次に本発明の現像機を用いたカラー電子写真装置の一実施例を図５に示す。先に示した本発明の非磁性１成分現像装置は、規制ブレードが現像ロール下面に配置されているために、感光体が下方から上方に移動する面を現像できる。このため、電子写真装置全体の配置構成の制約も少なく、小型の構成を実現できた。
【００２２】
本装置は、感光体ベルト１０と中間転写ドラム３３を用いている。装置の印写プロセスを説明する。帯電器２９により感光体１０を一様に帯電した後、レーザ露光装置３０で画像信号に従って露光を行い、感光体１０上に静電潜像を形成する。感光体１０上に形成された静電潜像は、イエロートナーを内包した本発明の現像機１１Ｙで現像する。現像後の画像は中間転写ドラム３３に静電的に転写される。転写後の感光体は、イレーズランプ３４で照射し、静電潜像を消去した後、ブレードクリーナ２８で、残留トナーがクリーニングされる。クリーニング後の感光体は、再び帯電，露光されて感光体１０上に再び静電潜像が形成される。その後マゼンタトナーを内包した本発明の現像機１１Ｍで現像され、感光体上にマゼンタ画像を形成する。現像する現像機は、感光体から離接することで切り替えられる。感光体上のマゼンタ画像は、イエロー画像に重ねて中間転写ドラム  ３３に転写される。続いて同様のプロセスでシアンおよび黒画像を形成し、中間転写ドラム３３上に順次重ね合わされる。４色の画像が重ね終わった中間転写ドラム３３は、用紙カセット３１から搬送された用紙上に、一括静電転写２７され、用紙上に４色画像を形成する。用紙上に画像を転写した中間転写ドラム３３は、クリーナ２５で残留トナーがクリーニングされる。画像転写が行われた用紙は、中間転写ドラム３３から除電器３２によって除電剥離され、定着機２６へ進み、加熱により定着され、最終画像となる。
【００２３】
本実施例で示した装置構成は、感光体ベルト１０を用いその一面に現像機を積層配置することで、簡単な構成で高密度実装を実現している。また、中間転写体３３を用いることで、用紙の搬送経路は急激な屈曲などもなく、厚紙などへの記録も可能であり、モノクロの電子写真装置と同様の幅広い紙種に対応できる。さらに、中間転写体の回転動作を安定化するために、ドラム型の中間転写体を採用することで、感光体ベルト上に形成された各色の画像を精度よく重ね合わせることが可能となり、高画質なフルカラー記録を実現できる。また、フェースダウン排紙や多種用紙対応などの使い勝手も考慮した。本発明の現像装置を適用することで、この様なより最適な構成を有する装置の実現も可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の画像形成装置では、トナーの特性に応じて現像ロール表面の粗さを調整することで、現像ロール上のトナー付着量を各色均一にすることができる。さらに、付着量を適正な値に設定できるため、消費量を抑えて低ランニングコスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用した一実施例を示す非磁性１成分現像機の構成図。
【図２】図１の実施例における現像ロール表面の平均粗さと現像ロール上に形成されたトナーの付着量との関係を示す一例。
【図３】本発明に適用した現像ロールの概略図。
【図４】図３の現像ロールを用いて効果を確認した結果の一例。
【図５】本発明となるカラー画像形成装置の一例を示す図。
【符号の説明】
１…現像ロール、２…供給ロール、３…格納室内第１搬送羽根、４…回転撹拌羽根、５…規制ブレード、６…トナー格納室、７…格納室内第２搬送羽根、８…格納室内第３搬送羽根、９…トナー、１０…感光体、１１Ｙ…現像装置（イエロー）、１１Ｍ…現像装置（マゼンタ）、１１Ｃ…現像装置（シアン）、１１Ｋ…現像装置（黒）、１２…トナー供給室、１３…トナー回収室、１４…シート状部材、１５…バイパストナーの流れ、１６…ガイド板、２５…中間転写ドラムクリーナ、２６…定着機、２７…転写装置、２８…感光体クリーナ、２９…帯電器、３０…露光装置、３１…給紙カセット、３２…除電剥離装置、３３…中間転写ドラム、３４…イレーズランプ。
【図１】
0004302787.tif 000002
【図２】
0004302787.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004302787.tif 000005
【図５】
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