JP4483928B2 - 現像装置、画像形成装置および現像方法 - Google Patents

Description

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。

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。

特開２００７−１２７８００号公報（図７）

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、凸部に担持させたトナーがトナー層厚を規制する規制部材等との摺接により劣化するのを防止するために、トナーを凹部のみに担持させることが考えられる。このようにすると、凹部のトナーは規制部材からの摺接や押圧を受けないためトナーの劣化が少なく、初期のトナー特性を長期にわたり維持することが可能である。また、押圧を受けていないトナーを用いて現像を行うことにより、トナーの過剰な帯電を防止することができ、現像効率の改善や高濃度の画像を形成した後のメモリ現象の抑制など画質の向上を図ることも可能となる。

しかしながら、このようにするとトナー担持ローラの凸部が露出してしまうため、特にトナー担持ローラを導電性材料で形成した場合、潜像担持体との間で放電が起こりやすくなるという問題が生じる。放電防止の観点からは、トナー担持ローラの表面全体を絶縁体であるトナーにより覆うことが好ましい。

このように、表面に凹凸を設けたトナー担持ローラを使用するに際しては、トナーの劣化防止の観点からは凸部にトナーを担持させないことが望ましい一方、放電防止という観点からは凸部にもトナーを担持させたいという相反した要求があり、これらを両立させる技術が確立されるには至っていなかった。

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、トナーの劣化防止と放電防止とを両立させるための技術を提供することを目的とする。

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導電性材料からな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、前記トナー担持ローラにおいて、前記複数の凸部それぞれの頂面が単一の円筒面の一部をなすとともに、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の２倍以上であり、前記規制部材は、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し、しかも、前記規制部材は、前記トナー担持ローラと同じ電位、または、前記トナー担持ローラの電位にトナーの帯電極性とは逆極性の直流電位を加えた電位が与えられることを特徴としている。

このように構成された発明では、規制ニップの上流側で凸部に担持されたトナーを除去するため、規制ニップにおいては凸部にトナーが担持されない状態となる。このため、規制ニップでトナーが押圧されて圧粉状態となり互いに凝集したり、摺擦により劣化するなどの問題が回避される。また、前記規制部材に前記トナー担持ローラと同じ電位を与えることによって、凹部のトナーの一部を凸部に移動させることが可能である。規制部材とトナー担持ローラとを同電位とすると、トナー担持ローラの凹部に担持されたトナーに対するトナー担持ローラへの静電気的な拘束力が弱くなる。このため、凹部のトナーがより流動しやすくなる。そして、凹部から転動したトナーはファンデルワールス力や鏡像力によりトナー担持ローラの凸部に付着する。さらに、トナー担持ローラに対する規制部材の直流電位を、トナーの帯電極性とは逆極性の電位、つまり、負帯電トナーにおいては正の（トナー担持ローラよりも直流的に高い）電位を、また正帯電トナーにおいては負の（トナー担持ローラよりも直流的に低い）電位としてもよい。このようにすると、凹部に担持されたトナーは静電気力により規制部材に引き寄せられるので、凹部からのトナーの転動がより促進される。したがって、これらの構成では、規制ニップよりも下流側で、凹部に担持されたトナーの一部を凸部に移動させることができるので、凸部が露出していることに起因する放電の発生を防止することができる。このように、この発明によれば、規制部材による摺擦に起因するトナーの劣化を抑えつつ、放電を防止することができる。

このような作用は、例えば前記規制部材が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面を前記トナー担持ローラ表面に対し略垂直に屹立させるとともに、前記弾性当接体の弾性変形に起因する前記トナー担持ローラの前記凹部への前記弾性当接体の侵入量が、前記トナー担持ローラの回転方向における上流側から下流側に向かうほど少なくなるようにすることで得られる。

この構成によれば、規制ニップにおいて凹部に向かって侵入する弾性当接体によって凹部に担持されたトナーに加えられる押圧力は、規制ニップの下流側に向かうほど弱くなる。そして、規制ニップよりも下流側ではこの押圧力はゼロとなる。また、凹部と規制部材により囲まれる空間の容積は、下流側ほど大きくなる。このように、規制ニップにおいて下流側ほどトナーに加わる圧力が弱くなり、またトナーを担持する空間の容積が増大することによって、凹部に担持されたトナーは下流側ほど流動しやすくなる。特に凹部が規制ニップ内で連通している場合にはその効果がより顕著となる。その結果、規制ニップの下流側では、凹部に担持されたトナーの一部がトナーを担持せず露出している凸部に向かって移動し該凸部を覆うことになる。

具体的には、例えば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するようにし、しかも、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が前記上流側端部において最大となるようにすると、上記のように規制ニップにおいては上流側ほど凹部への弾性当接体の侵入量が大きくなるようにすることができる。

規制部材に電位を与える構成においては、前記規制部材は、比抵抗が１０^８Ω・ｃｍ以下である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するようにしてもよい。このような構成により、規制ニップにおいて凹部に担持されたトナーを引き出して凸部へ移動させることができる。

ここで、前記規制部材と前記トナー担持ローラとの電位差が１００Ｖ以下であることが好ましい。また、前記トナー担持ローラ全体における、前記トナー担持ローラ表面に当接しない状態で前記凹部に担持されるトナーの体積が、前記トナー担持ローラ全体における前記凸部の総面積とトナーの体積平均粒径との積以上であることが好ましい。

より好ましくは、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の３倍以上としてもよい。このようにすると、凹部のトナーの一部が凸部に移動した後においても、凹部に２層程度のトナー像を残存させることができる。トナー担持ローラに直接接触していないトナーはトナー担持ローラへの付着力が比較的弱いため、静電潜像を現像する際に効率よく利用することができる。すなわち、現像効率を向上させることができる。

この発明は、前記トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である場合に顕著な効果を奏する。このような粒径の小さなトナーでは、主にファンデルワールス力に起因するトナー担持ローラ表面への付着力が強い。このため、規制ニップの下流側においては、トナーが除去され露出したトナー担持ローラの表面にトナーが回り込みやすくなっており、放電防止効果が大きくなる。

また、この発明は、前記トナーの円形度が０．９４以上である場合にもその効果が顕著である。このようなトナーは流動性が高く、また本発明の構成では凹部に担持されたトナーに強い押圧力が加わらないため、トナーは流動性の高い状態を保ったまま凹部に担持されている。このため、規制ニップの下流側では凹部のトナーが凸部へ向けて移動しやすくなっており、凸部をトナーで覆うことによる放電防止効果が高くなる。

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導電性材料からな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しながら回転することで前記トナー層を前記像担持体との対向位置に搬送するトナー担持ローラを有する現像器と、前記トナー担持ローラに所定の現像バイアスを印加して、前記像担持体に担持された静電潜像を前記トナーにより現像するバイアス印加手段とを備え、前記現像器は、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を有しており、前記トナー担持ローラにおいて、前記複数の凸部それぞれの頂面が単一の円筒面の一部をなすとともに、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の２倍以上であり、前記規制部材は、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し、しかも、前記規制部材は、前記トナー担持ローラと同じ電位、または、前記トナー担持ローラの電位にトナーの帯電極性とは逆極性の直流電位を加えた電位が与えられることを特徴としている。

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、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させたトナー担持ローラを回転させることにより、前記トナー層を静電潜像を担持する像担持体との対向位置に搬送し、前記静電潜像を前記トナーにより現像し、しかも、前記トナー担持ローラは、導電性材料により形成され、前記複数の凸部それぞれの頂面が単一の円筒面の一部をなすとともに、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の２倍以上であり、前記トナー担持ローラの回転方向における前記対向位置の上流側で、前記トナー担持ローラ表面のうち前記凸部に担持されるトナーを除去する規制部材を当接させ、しかも、前記規制部材に、前記トナー担持ローラと同じ電位、または、前記トナー担持ローラの電位にトナーの帯電極性とは逆極性の直流電位を加えた電位を与えることを特徴としている。

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。

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。

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。

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。

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。

図３は現像器の外観を示す図である。また、図４は現像器の構造および現像バイアス波形を示す図である。より詳しくは、図４（ａ）は現像器の構造を示す断面図である。また、図４（ｂ）は現像バイアス波形と感光体表面電位との関係を示す図である。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（ａ）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、その内部に一成分トナー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と現像ギャップＤＧ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。

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。

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。

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。

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２との対向位置に搬送される。そして、エンジンコントローラ１０に制御されるバイアス用電源１４０からの現像バイアスが現像ローラ４４に印加される。図４（ｂ）に示すように、感光体２２の表面電位Ｖｓは、帯電ユニット２３により均一に帯電された後露光ユニット６からの光ビームＬの照射を受けた露光部では残留電位Ｖｒ程度にまで低下し、光ビームＬが照射されなかった非露光部ではほぼ均一の電位Ｖoとなっている。一方、現像ローラ４４に与えられる現像バイアスＶｂは直流電位Ｖaveを重畳した矩形波交流電圧であり、そのピーク間電圧を符号Ｖppにより表す。このような現像バイアスＶｂが印加されることにより、現像ローラ４４上に担持されたトナーは現像ギャップＤＧにおいて飛翔して感光体２２の表面各部にその表面電位Ｖｓ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。

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。

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。

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。

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、トナーの粒径よりも大きくすることが望ましく、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。上記のようにトナーを担持する現像ローラ４４表面に凹凸を設けた構成においては、その凸部４４１および凹部４４２の双方にトナーを担持させることが可能であるが、この実施形態では、規制ブレード４６を直接現像ローラ４４表面の凸部４４１に当接することにより凸部４４１のトナーを除去するようにしていう。このようにする理由は以下の通りである。

まず、凸部４４１に均一なトナー層を形成するためには規制ブレード４６と凸部４４１とのギャップの精密な管理が必要となるが、凹部４４２のみにトナーを担持させるためには規制ブレード４６と凸部４４２とを当接させて凸部４４１のトナーを全て除去すればよいので実現が比較的容易である。また、搬送されるトナーの量は規制ブレード４６と凹部４４２との隙間に生じる空間の容積によって決まるので、トナー搬送量を安定させることができる。

また、搬送されるトナー層の良好さという点においても利点がある。すなわち、凸部４４１にトナーを担持させると規制ブレード４６との摺擦に起因するトナーの劣化が起こりやすい。具体的には、トナーの流動性や帯電性が低下したり、トナーが圧粉状態となり凝集したり現像ローラ４４に固着してフィルミングを生じさせるなどの問題がある。これに対し、規制ブレード４６からの押圧をあまり受けない凹部４４２にトナーを担持させるとこのような問題が起こりにくい。また、凸部４４１に担持されるトナーと凹部４４２に担持されるトナーとでは規制ブレード４６との摺接のされ方が大きく異なるため、トナーの帯電量のばらつきが大きくなることが予想されるが、凹部４４２のみにトナーを担持させることでこのようなばらつきも抑えられる。

特に近年では、画像の高精細化やトナー消費量および消費電力の削減を実現するためにトナーの小粒径化や定着温度の低温化が求められているが、本実施形態の構成はこのような要求にも対応することが可能なものである。小粒径トナーにおいては一般に飽和帯電量は高いが、逆に帯電の立ち上がりが鈍いため、凸部４４１に担持されたトナーのうち先の現像に使用されずに残っているものは帯電量が上昇する。一方、先に現像に使用された部分については現像器内の新しいトナーが現像ローラ４４上に担持されるが、帯電の立ち上がりが鈍いためにすぐに他の部分と同じ帯電量にはならない。

現像ローラ４４上にこのようなトナー帯電量の異なる領域が存在すると、局所的な画像濃度の差（現像履歴、メモリ現象）が発生したり、例えばベタ画像形成時に現像ローラ４４の回転周期に対応した濃度ムラが発生したりする。このような現象は供給ローラ４３の回転数や押圧力などを調整して仕事量を増やし、供給ローラ４３のリセット性を高めることにより改善されつつあるが、これにより現像ローラ４４の駆動トルクが上昇したりトナー劣化を早めたりするなどの問題がある。また、低融点トナーでは摺擦によるトナー同士または現像ローラ４４等への固着の発生も懸念される。しかしながら、凹部４４２のみにトナーを担持する本実施形態の構成ではこのような問題は生じにくい。

他方、凸部４４１のトナーを除去することによって、現像ローラ４４全体としてのトナー搬送量は低下する。これに起因して、現像ギャップＤＧにおける放電開始電圧が低下するという別の問題が生じる。

図６は現像ギャップにおけるトナー層と放電の関係を説明する図である。上記したように、現像ローラ４４表面に担持されるトナー層の良好さという点では、図６（ａ）に示すようにその凹部４４２にのみトナーＴが担持され凸部４４１にはトナーが担持されていない状態が望ましい。しかしながら、このようにすると金属製の現像ローラ４４の一部である凸部４４１が現像ギャップＤＧにおいて感光体２２の表面２２ａに向けて露出することとなり、現像バイアスＶｂと感光体表面電位Ｖｓとの大小関係によっては、現像ギャップＤＧにおいて放電が発生する。これは現像ローラ表面のトナー層が誘電層として放電を抑制する効果を有していることを示しており、現像ローラ表面のトナー被覆状態が放電防止の重要な要素であることを示している。

放電を防止するためには、現像バイアスＶｂ、特にそのピーク間電圧Ｖppを低くすることが効果的であるが、現像バイアスを下げることは現像ギャップＤＧにおけるトナーの飛翔性を低下させ画像の濃度や品質を低下させてしまう。放電を防止するための他の方法は、図６（ｂ）に示すように、現像ローラ４４表面全体をトナーＴにより覆うことである。

図７はトナー搬送量と放電開始電圧との関係を示す図である。より詳しくは、現像ローラ４４表面の単位面積当たりのトナー搬送量を種々の値に設定したときに、現像バイアスＶｂのピーク間電圧Ｖppをどこまで増加させると放電が始まるかを示すグラフである。トナー搬送量の各値について放電が起きる電圧Ｖppの最小値を当該トナー搬送量における放電開始Ｖppと称している。図７に示すように、現像ローラ４４表面のトナー搬送量が少ないほど放電開始Ｖppは低下し、しかも、トナー搬送量の少ない領域で急激に放電開始Ｖppが低下する。放電開始Ｖppの落ち込みが激しくなるのは、現像ローラ表面のトナー層が１層を下回りその表面の一部が露出するような場合である。このことから、金属性の現像ローラ４４表面を絶縁物たるトナーにより覆うことで放電開始Ｖppを高め現像ギャップＤＧにおける放電を抑制することができることがわかる。

このように、現像ローラ４４に担持されるトナー層の良好さという点では凸部４４１にトナーを担持させないのが望ましい一方、放電防止という観点では凸部４４１にもトナーを担持させておくのが望ましいという相反する要求がある。しかしながら、これらを両立させることが可能である。凸部４４１にトナーを担持させたくないとするのは規制ニップにおける要求である。一方、凸部４４１にもトナーを担持させたいとするのは、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において規制ニップよりも下流側に位置する現像ギャップＤＧにおける要求である。

したがって、凸部４４１にトナーを担持させない状態で規制ニップを通過させた後、現像ギャップＤＧに到達する前に、凸部４４１にトナーを付着させて凸部４４１を覆うようにすればよい。さらには、規制ブレード４６により規制されたトナー搬送量や帯電量を維持するために、凸部４４１に付着させるトナーは規制ニップを通過した現像ローラ４４の表面に担持されているトナー、つまり凹部４４２に担持されたトナーであることが望ましい。本実施形態では、以下のようにして規制ニップを通過した凹部４４２のトナーを凸部４４１に移動させるようにしている。

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。

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。

図９は規制ニップの拡大模式図である。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表面直下には多くのトナーが集積している。これらのトナーの中には、十分な帯電量を有するトナーと、劣化により帯電量の低下したトナーとが含まれる。図９では、帯電の良好なトナーＴnを白丸印で示す一方、帯電の不十分なトナーＴoをハッチング付きの丸印で示している。現像ローラ４４の表面には、帯電量が高く現像ローラ４４への静電気的な付着力の強いトナーＴnの層が形成される一方、現像ローラ４４の表面から離れた層では帯電の良好なトナーＴnと帯電の不十分なトナーＴoとが混在している。

規制ブレード４６の弾性部材４６２は現像ローラ４４の凸部４４１に圧接されており、このため、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4における規制ニップＮ１の上流側端部領域では、凸部４４１のトナーは、現像ローラ４４表面に対し略垂直に屹立した弾性部材４６２の上流側端部４６２ａにより掻き取られる。一方、凹部４４２の内部に入り込んだトナーは弾性部材４６２に接触しないので掻き取られることはない。また、弾性部材４６２の上流側端部４６２ａが現像ローラ４４表面に対し略垂直に屹立しているため、凸部４４１上のトナーを規制ニップＮ１に押し込んだり、掻き取ったトナーを現像ローラ４４表面から離れる方向に押しやることがなく、掻き取られたトナーは規制ニップＮ１の上流側端部領域近傍に滞留する。

こうして凸部４４１から掻き取られたトナーには、帯電の良好なトナーＴnと帯電の不十分なトナーＴoとが混在するが、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もともと帯電量の高い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増加するため、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。このため、弾性部材４６２により掻き取られたトナーのうち帯電量の高いものＴn1は現像ローラ４４表面近傍に存在する帯電量の少ないトナーＴo1を弾き出す。つまり、規制ニップＮ１の上流側端部領域では、帯電量の低いトナーＴoは次第に帯電量の高いトナーＴnにより置換され、後方に追いやられてゆく。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、その中に含まれる帯電量の低いトナーの比率は極めて低くなり、トナー層は主に帯電量の高いトナーにより構成されることとなる。

一方、規制ニップＮ１の後端側、つまり現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4における下流側端部領域では、現像ローラ４４の凸部４４１に当接していた弾性部材４６２が次第に離間してゆく。これに伴い、規制ニップＮ１において弾性部材４６２により凹部４４２の開口を塞がれていたために凹部４４２に閉じ込められていたトナーはより自由に動くことができるようになる。特に現像ローラ４４表面に直接接触していないトナーは、現像ローラ４４に引き寄せられる力が弱いため動きやすい。これに対し、金属表面が露出した凸部４４１ではトナーを引き付ける力が強い。この結果、凹部４４２のトナーの一部が、図９の点線矢印で示すように、凸部４４１に向かって移動し該表面に付着する。こうして凸部４４１が凹部４４２に担持されたトナーの一部により覆われ、現像ギャップＤＧにおいて放電防止機能を果たす。

図１０は放電防止効果をより高めるための変形例の構成を示す図である。図１０（ａ）に示すように、この変形例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１０（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。

図１１はこの変形例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１１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１１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１）
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。

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トナーのうち弾性部材４６２表面と凹部４４２との間隔に対応する厚さのトナー層の搬送を許容し、それ以外のトナーを除去することになるが、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、現像ローラ４４の凹部４４２と規制ブレード４６の弾性部材４６２とにより囲まれる空間の容積は、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4における規制ニップＮ２の最上流側で最も小さく、下流側に向かうほど大きくなる。この結果、トナーに加わる圧力が規制ニップ内で上昇することがなく、下流側ほど凹部４４２内のトナーは移動しやすくなっている。

また、現像ローラ４４の凹部４４２と規制ブレード４６の弾性部材４６２とにより囲まれる空間の容積が増加するにつれて、凹部４４２には周囲からの空気が流れ込む。特に、図５に示すように凹部４４２は複数の凸部４４１の周囲を取り囲む網目状に張り巡らされた溝状となっているので、図上では孤立しているように表されている各凹部４４２は実際には互いに連通しており、この溝を伝って周囲から空気が流れ込む。この空気の流れがさらにトナーの流動を促進するので、凹部４４２から凸部４４１へのトナーの移動がより盛んとなる。

以上のように、この実施形態では、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における規制ニップＮ１またはＮ２の上粒側端部で凸部４４１に付着しているトナーを除去しトナーを凹部４４２のみに担持させる。そうして規制ニップを通過した後で、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における規制ニップの下流側端部で、凹部４４２に担持されたトナーの一部を凸部４４１に移動させることにより、凸部４４１をトナーにより覆うようにしている。このため、規制ニップにおいては凸部４４１のトナーに過剰な押圧力を加えることによって生じるトナーの過帯電やフィルミング等を防止することができる。

一方、現像ギャップＤＧよりも手前で再び凸部４４１にトナーが担持されているため、金属部が露出した状態で現像ローラ４４が感光体２２と対向することが回避され、現像ギャップＤＧにおける現像ローラ４４と感光体２２との間での放電の発生を防止することができる。その結果、この実施形態では、現像バイアスＶｂの交流成分Ｖppを高く設定することができるので、現像ギャップＤＧにおいて十分な量のトナーを飛翔させて良好な画像品質を得ることができる。

図１２はこの発明にかかる画像形成装置の第２および第３実施形態を示す図である。上記した第１実施形態の画像形成装置では、規制ニップの下流側端部領域における凹部４４２から凸部４４１へのトナーの移動に規制ブレード４６の弾性を利用している。一方、以下に示す第２および第３実施形態では、規制ブレード４６にバイアス電位を印加することにより凹部４４２から凸部４４１へのトナーの移動をより積極的に起こさせるようにしている。この点を除く装置の構成や基本的な動作は第１実施形態と同じであるので、ここでは同一構成には同一符号を付して説明を省略する。

図１２（ａ）に示す第２実施形態では、規制ブレード４６に現像ローラ４４に与える現像バイアスＶｂと同じ電位を与えている。一方、図１２（ｂ）に示す第３実施形態では、直流電位Ｖdcを発生する直流電源１４２を設け、現像バイアスＶｂにさらに直流電位Ｖdcを加えた電位を規制ブレード４６に与えている。第３実施形態においては、現像ローラ４４よりも規制ブレード４６側が直流的に高電位（＋電位）となるように、直流電圧Ｖdcを定めている。これは使用トナーが負帯電トナーであるためで、正帯電トナーを使用する場合には逆に規制ブレード４６の方が直流的に低電位（−電位）となるようにする。要するに、現像ローラ４４に対する規制ブレード４６の直流電位がトナーの帯電極性とは逆の極性になるようにすることが望ましい。

これらの実施形態においては、規制ブレード４６に設けた弾性部材４６２に導電性を持たせることが望ましく、例えばＪＩＳ−Ａ硬度７０度程度のウレタンゴムにカーボンを分散させて比抵抗を１０⁶Ω・ｃｍ程度としたものを用いることができる。なお、弾性部材４６２の比抵抗については上記値に限定されるものではないが、本願発明者の実験によれば、１０⁸Ω・ｃｍ以下としたときに良好な結果が得られている。また、金属板からなる板状部材４６１を電源に接続することにより、弾性部材４６２の全体に同電位を与えることができる。

なお、第１実施形態においても、現像ローラ４４との摺擦による弾性部材４６２の帯電を防止するため、同様の材料を用いることが好ましい。この点において、第１実施形態ないし第３実施形態における規制ブレード４６の構成は同一のものであってよい。

図１３は第２および第３実施形態における凸部へのトナー移動の様子を示す模式図である。規制ブレード４６の弾性部材４６２に現像ローラ４４と同電位を与えている第２実施形態では、弾性部材４６２と現像ローラ４４表面とに挟まれた空間ＳＰに電界が形成されていない。図１３（ａ）に示すように、凹部４４２に担持されたトナーのうち現像ローラ４４に直接接触しているトナー（白丸印で示す）には、現像ローラ４４との間に実線矢印で示す静電気力Ｆｅおよび破線矢印で示すファンデルワールス力Ｆｖが作用している。

一方、現像ローラ４４の表面から離れて担持されているトナー（斜線を付した丸印で示す）ではこのような力が弱いため現像ローラ４４表面に対する拘束が弱い。規制ニップ後端で弾性部材４６２と現像ローラ４４との間隔が広がると、拘束力の弱いトナーは凹部４４２の近傍で流動しやすいため、現像ローラ４４表面に直接接触したトナー層の表面を転動してよりファンデルワールス力等が強く作用する現像ローラ４４表面が露出した箇所に移動することになる。図ではトナーの移動を点線矢印により示している。こうして現像ローラ４４の凸部４４１のうちその表面が露出した箇所には凹部４４２から転動してきたトナーが次々に付着し、凸部４４１がトナーにより覆われて現像ギャップＤＧにおける放電が防止される。

また、規制ブレード４６に現像ローラ４４よりも高電位を与えた第３実施形態では、空間ＳＰに弾性部材４６２から現像ローラ４４に向かう電界が形成される。このため、図１３（ｂ）に示すように、現像ローラ４４表面から離れた位置にあるトナーには弾性部材４６２に引き寄せられるように静電気力Ｆｅが作用する。これにより凹部４４２からのトナーの転出はより起こりやすくなり、凸部４４１へのトナー移動がより盛んになる。

なお、弾性部材４６２に現像ローラ４４よりも高電位を与えた場合、図１３（ｃ）に示すように、現像ローラ４４表面の凸部４４１と凹部４４２とを結ぶ斜面部４４３に付着したトナーには、該斜面４４３に直交する方向のファンデルワールス力Ｆｖと、弾性部材４６２に向かう静電気力Ｆｅとが作用する。このため、トナーはこれらの合力であり凸部４４１に向かう成分を有する力Ｆｔを受けることとなり、斜面部４４３からはトナーが移動しやすい。このことは凸部４４１へのトナー移動を促進する点では好ましいが、斜面部４４３に付着したトナーが次々に凸部４４１に移動してしまうと斜面部４４３が露出し、放電防止効果が低下してしまうおそれがある。特に、弾性部材４６２と現像ローラ４４との電位差が大きすぎたり凹部４４２におけるトナーの担持量が十分でないと、このような斜面４４３の露出が顕著になる。

実際に、本願発明者が弾性部材４６２に与える電位を種々に変えながら現像ローラ４４表面のトナー担持の様子を観察したところ、弾性部材４６２と現像ローラ４４とが同電位または弾性部材４６２の方がわずかに高い電位となるようにした状態では、凸部４４１および斜面部４４３のいずれにも薄く略均一なトナー層が形成された。これに対し、例えば電位差を１００Ｖ程度まで大きくすると、凸部４４１におけるトナー量が増大する一方、斜面部４４３に付着するトナーが少なくなり、斜面部４４３が部分的に露出することがあった。

図１４は規制ニップ通過後の現像ローラの断面プロファイルを示す図である。より具体的には、規制ニップ通過後の現像ローラ４４表面付近の断面プロファイルを測定した結果を示す図である。図において、現像ローラ表面とトナー搬送面とのプロファイルの差はその場所にトナーが付着していることを示している。規制ブレード４６の弾性部材４６２を絶縁性の材質により形成し電位の制御を行わなかった場合、図１４（ａ）に示すように、凹部にはほぼ凸部の高さに相当する高さのトナー層が形成される一方、凸部にはごくわずかなトナーしか存在していない。これに対して、弾性部材４６２を導電性とし現像ローラ４４と同電位を与えた場合には、図１４（ｂ）に示すように、凹部のトナー層の厚さが減少する一方、凸部にも全体的にトナーが付着していることがわかる。

図１４（ｂ）に示す場合において、現像ローラ４４のトナー搬送量自体は規制ニップにおける値と変わっておらず、弾性部材４６２に電位を与えた場合に規制ニップ以後で凸部４４１を覆うトナーは、規制ニップにおいては凹部４４２に担持されていたトナーが移動したものであることが確認された。したがって、弾性部材４６２と現像ローラ４４との間は同電位とするか、弾性部材４６２の電位を若干（数十Ｖ程度）高くするのが好ましい。

以上のように、これらの実施形態では、規制ブレード４６にバイアス電位を与えることで凹部４４２からのトナーの転出および凸部４４１への移動をより促進している。そのため、これらの実施形態においても、第１実施形態と同様に、規制ニップにおいては凸部４４１にトナーを担持させないことでトナーの劣化等を防止しながら、規制ニップの後方で凸部４４１をトナーに覆うことにより現像ギャップＤＧにおける放電を防止することができる。

図１５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。上記各実施形態においては、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の先端との間隔を、トナーの体積平均粒径以上とする必要がある。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１５（ａ）に示すように、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔Ｇ１をトナーの体積平均粒径Ｄaveの２倍以上の値とすることが望ましい。このようにすると、規制ニップにおいては凹部４４２に平均して２層以上のトナーが担持されることとなる。これにより現像ローラ４４表面に直接接していないトナーの量を十分に確保することができ、十分な量のトナーを凸部４４１へ移動させることができる。また、凹部４４２にも少なくとも１層のトナー層を残すことができる。

また、凹部４４２と弾性部材４６２との間隔Ｇ１をトナーの体積平均粒径Ｄaveの３倍以上としてもよい。この場合、図１５（ｂ）に示すように、凹部４４２には平均して３層以上のトナー層が担持されることになる。そのため、規制ニップにおいて凹部４４２に担持されたトナーのうち１層分のトナーが凸部４４１へ移動したとしても、凹部４４２にはなお２層以上のトナー層が残る。現像ローラ４４から離れた位置に担持されている２層目以降のトナーは現像ローラ４４に直接接している第１層のトナーよりも現像ローラ４４から離脱しやすいから、こうして２層以上のトナーを凹部４４２に担持して現像ギャップＤＧへ搬送することにより、現像効率をより高めることができる。

なお、凹部４４２に担持されたトナーにより凸部４４１を完全に覆うために、凸部４４１と凹部４４２との面積比を以下のように設定するのが望ましい。原理的には、凹部４４２に担持されているトナーのうち現像ローラ４４に接触せず移動可能なトナーが凸部４４１に１層以上のトナー層を形成するに足る量が確保されればよい。したがって、現像ローラ４４全体において凹部４４２に担持される移動可能なトナーの体積の総計が、現像ローラ４４全体における凸部４４１の総面積にトナー体積平均粒径Ｄaveを乗じた値以上となればよい。概数を求めるために斜面部４４３に担持されるトナーは移動しないものと仮定すると、例えば凸部４４１と凹部４４２との高低差がトナーの体積平均粒径Ｄaveの２倍であるときには、現像ローラ４４表面全体における凸部４４１の面積と凹部４４２の面積との合計に占める凸部４４１の面積比を約５０％以下とすればよい。また例えば、凸部４４１と凹部４４２との高低差がトナーの体積平均粒径Ｄaveの３倍であるときには、同面積比を約６７％以下とすればよい。

なお、上記各実施形態において使用するトナーの粒径については特に限定しないが、特に小粒径のトナーを使用する場合には得られる効果が顕著である。ここでいう「小粒径トナー」とは、例えばその体積平均粒径が５μｍ以下程度のものを指している。

図１６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。また、図１７はトナー粒子径と現像開始帯電量との関係を示す図である。図１６に示すように、トナー粒子径が大きいときにはトナーと現像ローラ４４との間に働くファンデルワールス力と接触帯電による付着力との間に大きな差異がないが、トナー粒子径が小さくなるとファンデルワールス力が大きくなり、特に粒子径が５μｍ以下ではファンデルワールス力が支配的となる。このようなトナーが凹部４４２に担持されている場合、特に現像ローラ４４から離れた位置に担持されているトナーは露出した現像ローラ４４表面に向かおうとする傾向が強くなり、凸部４４１へのトナー移動が進みやすいため高い放電防止効果が得られる。

また、図１７に示すように、現像バイアスとして直流電圧を印加するＤＣ現像方式、交流成分を含む電圧を印加するＡＣ現像方式のいずれにおいても、現像開始帯電量、つまり現像バイアスの作用により現像ローラ４４から飛翔させるためにトナーに与えるべき電荷として最低限必要な量はトナー粒子径が小さいほど高くなり、特に５μｍ以下で急激に上昇する。このことは、粒子径の小さなトナーほど現像ローラ４４表面から離れにくいことを示している。現像ローラ４４からトナーが離れにくいということは、現像ギャップＤＧにおいて現像ローラ４４からの感光体２２上の静電潜像へ移動するトナーの比率、すなわち現像効率の低さにつながる。

このため、粒子径の小さなトナーを使用する場合において現像効率を向上させ十分な画像濃度を得るためには、トナーに十分な帯電量を与え、現像バイアスを高くする必要がある。粒子径の小さなトナーは帯電しにくい傾向があるため、現実的には現像バイアスをできるだけ大きくしたい。一方、前述したように現像バイアスを大きくすると現像ギャップＤＧにおいて放電が発生しやすくなる。このように相反する要求に対して、上記各実施形態のように規制ニップの後方で凹部４４２から凸部４４１にトナーを移動させ凸部４４１をトナーにより覆うようにすれば、現像ギャップＤＧにおける放電を防止しながら十分な現像バイアス電位を印加して高い現像効率を確保することが可能となる。

また、規制ニップ後方でのトナーの転動は、トナーの流動性が高いほど起こりやすい。つまり、本発明による放電防止効果は、流動性の高いトナーを用いた場合に特に顕著である。例えば、流動性を高めるための外添剤の母粒子に対する被覆率が１００％以上のトナーを用いた場合、高い放電防止効果を得られる。また、トナーの円形度が高いと流動性も高くなるが、本願発明者の実験によれば、特に円形度が０．９４以上のトナーを用いたときに高い放電防止効果が得られた。この点において、例えば粉砕法よりも円形度の高いトナーを得られる重合法で作製されたトナーを用いることが好ましい。

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に設けられた弾性部材４６２が本発明の「弾性当接体」として機能している。また、上記各実施形態の画像形成装置において、現像器４Ｋ等、感光体２２およびバイアス用電源１４０がそれぞれ本発明の「像担持体」、「現像器」および「バイアス印加手段」として機能している。

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。

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、本発明を適用した効果が顕著に現れることが確認されている。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。

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、金属板のみまたは金属板に樹脂コートしたものを用いることができる。

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。

この発明にかかる画像形成装置の第１実施形態を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 現像器の外観を示す図。 現像器の構造および現像バイアス波形を示す図。 現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。 現像ギャップにおけるトナー層と放電の関係を説明する図。 トナー搬送量と放電開始電圧との関係を示す図。 現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図。 規制ニップの拡大模式図。 放電防止効果をより高めるための変形例の構成を示す図。 変形例における規制ニップの拡大模式図。 この発明にかかる画像形成装置の第２および第３実施形態を示す図。 第２、第３実施形態における凸部へのトナー移動の様子を示す模式図。 規制ニップ通過後の現像ローラの断面プロファイルを示す図。 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。 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。 トナー粒子径と現像開始帯電量との関係を示す図。

符号の説明

４…ロータリー現像ユニット、 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）、 １４０…バイアス用電源（バイアス印加手段）、 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（規制部材、弾性当接体）

Claims (12)

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導電性材料からな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、
   前記トナー担持ローラにおいて、前記複数の凸部それぞれの頂面が単一の円筒面の一部をなすとともに、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の２倍以上であり、
   前記規制部材は、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し、しかも、
   前記規制部材は、前記トナー担持ローラと同じ電位、または、前記トナー担持ローラの電位にトナーの帯電極性とは逆極性の直流電位を加えた電位が与えられる
   ことを特徴とする現像装置。
2. 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面が前記トナー担持ローラ表面に対し略垂直に屹立し、
   前記弾性当接体の弾性変形に起因する前記トナー担持ローラの前記凹部への前記弾性当接体の侵入量が、前記トナー担持ローラの回転方向における上流側から下流側に向かうほど少なくなっている請求項１に記載の現像装置。
3. 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おり、しかも、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、前記上流側端部において最大となっている請求項２に記載の現像装置。
4. 前記規制ニップ内で前記弾性当接体と当接する複数の前記凸部を取り囲む凹部が互いに連通している請求項２または３に記載の現像装置。
5. 前記規制部材は、比抵抗が１０^８Ω・ｃｍ以下である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ている請求項３または４に記載の現像装置。
6. 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の３倍以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置。
7. 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６のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記トナーの円形度が０．９４以上である請求項１ないし７のいずれかに記載の現像装置。
9. 前記規制部材と前記トナー担持ローラとの電位差が１００Ｖ以下である請求項１ないし８のいずれかに記載の現像装置。
10. 前記トナー担持ローラ全体における、前記トナー担持ローラ表面に当接しない状態で前記凹部に担持されるトナーの体積が、前記トナー担持ローラ全体における前記凸部の総面積とトナーの体積平均粒径との積以上である請求項１ないし９のいずれかに記載の現像装置。
11. 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導電性材料からな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しながら回転することで前記トナー層を前記像担持体との対向位置に搬送するトナー担持ローラを有する現像器と、
    前記トナー担持ローラに所定の現像バイアスを印加して、前記像担持体に担持された静電潜像を前記トナーにより現像するバイアス印加手段と
    を備え、
    前記現像器は、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を有しており、
    前記トナー担持ローラにおいて、前記複数の凸部それぞれの頂面が単一の円筒面の一部をなすとともに、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の２倍以上であり、
    前記規制部材は、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し、しかも、
    前記規制部材は、前記トナー担持ローラと同じ電位、または、前記トナー担持ローラの電位にトナーの帯電極性とは逆極性の直流電位を加えた電位が与えられる
    ことを特徴とする画像形成装置。
12. 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させたトナー担持ローラを回転させることにより、前記トナー層を静電潜像を担持する像担持体との対向位置に搬送し、前記静電潜像を前記トナーにより現像し、しかも、
    前記トナー担持ローラは、導電性材料により形成され、前記複数の凸部それぞれの頂面が単一の円筒面の一部をなすとともに、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の２倍以上であり、
    前記トナー担持ローラの回転方向における前記対向位置の上流側で、前記トナー担持ローラ表面のうち前記凸部に担持されるトナーを除去する規制部材を当接させ、しかも、
    前記規制部材に、前記トナー担持ローラと同じ電位、または、前記トナー担持ローラの電位にトナーの帯電極性とは逆極性の直流電位を加えた電位を与える
    ことを特徴とする現像方法。

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