JP2001356591A

JP2001356591A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2001356591A
Application number: JP2001057717A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kin; 英憲金
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2001-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】濃淡むらやスジの発生、カブリ、散り、フィ
ルミング等の発生を防止して高画質化を図る。【解決手段】静電潜像が形成される静電潜像担持体１
と、一成分非磁性現像剤が供給され、静電潜像担持体と
接触して静電潜像を現像する現像剤担持体１０と、現像
剤担持体に交流重畳バイアス電圧を印加する電圧印加手
段２０、２１と、現像剤担持体に当接し先端に半導電性
の部材を用いることにより交流重畳バイアス電圧が印加
される現像剤担持体との間に電位差を生じさせて現像剤
担持体上の現像剤層の厚みを規制する弾性規制部材１２
とを備え、現像剤担持体１０に印加される交流重畳バイ
アス電圧により現像剤担持体１０上に現像剤層がライン
状の凹凸搬送面を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接触現像により画
像上に濃淡ムラやスジが発生するのを極力低減するよう
にした画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、一成分非磁性現像方法においては、現像ローラ上に
トナーを供給し、規制ブレードで現像ローラ上にトナー
層を所定厚みに規制してトナー薄層を形成し、その後感
光体と接触、あるいは非接触状態で直流バイアスあるい
は交流バイアスを印加させて、感光体上潜像にトナーを
付着させて現像し、画像形成を行っている。このような
画像形成装置においては、現像ローラは一般にギヤによ
り駆動され、噛み合わせのあそびにより間欠的な駆動に
なることが避けられないために、現像ローラに送りムラ
が発生して現像ローラ上の搬送面が周方向で不均一とな
り、その結果副走査方向に濃淡ムラ（バンディング）が
発生したり、また、現像ローラ表面のトナー層の厚みを
規制する際に、現像ローラと規制ブレードとのニップ部
分にトナーがつまりやすいため、現像ローラ上搬送面の
軸方向に厚みムラを生じ、その結果画像上に縦帯ムラや
縦スジが発生して画像品質が劣化するという問題があ
る。

【０００３】また、感光体に接触させて現像する接触現
像においては、非画像部にトナーが付着するカブリが発
生したり、中間調画像での細線の途切れ、太り、散りに
よるにじみが発生したり、さらに連続して印字を行った
場合に現像ローラにトナーが付着するフィルミングが発
生してトナーの搬送性や帯電性が変化することにより画
質が低下するという問題点がある。

【０００４】本発明は、上記課題を解決するためのもの
で、バンディングや縦ムラ・縦スジの発生を防止すると
ともに、カブリや散りを防止し、さらにフィルミングの
発生を防止することができる画像形成装置を提供するも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、静
電潜像が形成される静電潜像担持体と、一成分非磁性現
像剤が供給され、静電潜像担持体と接触して静電潜像を
現像する現像剤担持体と、現像剤担持体に交流重畳バイ
アス電圧を印加する電圧印加手段と、現像剤担持体に当
接し先端に半導電性の部材を用いることにより交流重畳
バイアス電圧が印加される現像剤担持体との間に電位差
を生じさせて現像剤担持体上の現像剤層の厚みを規制す
る弾性規制部材とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００６】また、前記現像剤担持体に印加される交流
重畳バイアス電圧により現像剤担持体上に現像剤層がラ
イン状の凹凸搬送面を形成させるようにし、前記弾性規
制部材は、板バネの先端に半導電性の部材としてゴムチ
ップを取り付け、半導電性の部材として体積抵抗率が１
０⁹Ωｃｍ以下のゴムチップ、硬度がＪＩＳＡで５５
〜８０°のゴムチップ、ウレタンゴムを取り付け、現像
剤担持体にエッジ当接し、フロート電位または接地電位
または一定電位とすることを特徴とするものである。

【０００７】さらに、前記交流重畳バイアス電圧の周波
数が現像剤担持体駆動ギヤの２次ピッチの振動周波数よ
りも大きく、前記交流重畳バイアス電圧が方形波、台形
波、三角波、または正弦波であり、前記現像剤担持体の
周速ｖと前記交流重畳バイアス電圧の周波数ｆとの比ｖ
／ｆが０．０９（ｍｍ）以上であり、前記現像剤担持体
表面の平均山間隔は、前記比ｖ／ｆ（ｍｍ）以下であ
り、前記現像剤担持体表面は、アルミローラで、表面が
球状ブラスト処理されていることを特徴とするものであ
る。

【０００８】かかる構成により、駆動手段の送りムラの
影響を低減化し、また現像ニップ部における現像剤充填
率を少なくして、現像剤の動ける自由度を高め、潜像を
忠実に再現してノイズのない良好な画像が得られ、ま
た、カブリや散りを低減し、さらに現像剤凝集体による
詰まりを低減化して、縦帯ムラや縦スジをなくし、高画
質化、長寿命化を達成することが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明の現像装置を説明
する概略図である。なお、フルカラー現像装置の場合、
Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの現像装置があるが、図１では１つの
現像装置のみ示している。

【００１０】図において、１は静電潜像担持体としての
感光体ドラムで、表面に感光層が形成された弾性ローラ
からなり、感光体ドラム表面が他部材、例えば帯電装置
と当接する位置において弾性ローラを内方から支持する
バックアップローラが設けられている。感光体ドラム１
に対向して設けられた現像装置２には、現像器筐体４が
台３に固定され、筐体内には現像剤としての一成分非磁
性トナーを攪拌搬送するアジテータ機構１３、アジテー
タ機構１３から搬送されたトナーを供給する弾性供給ロ
ーラ１１、弾性供給ローラ１１と弾性接触して表面に供
給されたトナーを弾性感光体に移行させる現像剤担持体
としての硬質現像ローラ１０、現像ローラ表面のトナー
層の厚みを規制する規制ブレード（金属先端にゴムチッ
プを形成した弾性規制部材）１２を備えている。なお、
本実施例においては、硬質現像ローラ１０は、例えば表
面を粗面化した金属ローラで構成される。

【００１１】現像ローラ１０と供給ローラ１１とは弾性
接触して周速差をもってアゲインスト方向に回転し、ト
ナーを擦り付けるようにして現像ローラ表面に所定厚み
（例えば、数１００μｍ）の厚みのトナー層を形成す
る。この時、トナーは現像ローラと供給ローラとの摩擦
により所定極性に帯電し、さらに規制ブレード１２で１
０μｍ程度の層厚に規制され、このときブレードとの摩
擦によっても同じ極性に帯電する。現像ローラと感光体
ドラムはフォワード方向に回転して、周速差によりスリ
ップしながら感光体上の静電潜像を接触現像する。

【００１２】図２は交流重畳バイアスを用いた本発明の
現像装置を説明する図、図３は方形交流電圧波形を示す
図である。現像ローラ１０には、図２に示すように直流
電源２０と交流電源２１の電圧が重畳された交流重畳バ
イアス電圧が印加され、供給ローラ１１には直流電源２
２により直流バイアス電圧が印加されている。供給ロー
ラ１１に加えられるバイアス電圧は現像ローラにトナー
を供給するような電界を形成する。現像ローラ１０に対
して加える交流重畳バイアスは、本実施例では方形波を
用いているが、この他にも台形波、三角波、正弦波等を
使用することも可能である。交流バイアスは図３に示す
ように、例えば、ピーク／ピーク電圧Ｖｐｐ＝４００
Ｖ、周波数ｆ＝１ｋＨｚに制御されている。この周波数
は現像ローラの駆動ギヤの噛み合わせによって発生する
振動（１次周波数成分）と、これに軸偏心が加わって発
生する振動（１次周波数の２倍である２次周波数成分）
より大きい値に設定される。

【００１３】供給ローラ１１には、現像ローラ１０に対
して、イエローとマゼンタ現像器はＩｓ＝−２μＡ、シ
アン現像器はＩｓ＝−３μＡ、黒現像器はＩｓ＝−５μ
Ａの定電流が流れるよう直流電源２２（定電流電圧電
源）に接続し、供給バイアスを印加している。現像ロー
ラおよび供給ローラに対しては感光体上の潜像を現像す
るときのみ電圧を印加し、その他では電圧は印加しな
い。

【００１４】次に、本発明の現像方法による作用効果に
ついて説明する。規制ブレード１２の先端に設けられて
いる弾性体ゴムはその体積抵抗率が１０⁹Ωｃｍ以下、
好ましくは１０⁵乃至１０⁷Ωｃｍの半導電性のゴムで
ある。規制ブレード１２は金属製の現像ローラ１０に当
接しており、金属製の現像ローラ１０に対して交流重畳
バイアスを印加したとき、現像ローラ１０と規制ブレー
ド１２とは電位差をもって電位変動する。

【００１５】現像ローラ１０の電位変動は、図３に示し
たように、例えばピーク／ピーク電圧Ｖ_ppが４００Ｖと
し、０Ｖ〜−４００Ｖに変化されたとする。ライン状の
凹凸搬送面が形成されるメカニズムは、規制ブレードと
現像ローラとの間に電位差が生じ、トナーが現像ローラ
に電位的付着する場合と規制ブレードに付着する場合が
交互に繰り返されることにより形成される。規制ブレー
ドが現像ローラに対してフロート電位である場合は、現
像ローラの電位に対して規制ブレードは、時定数τ＝Ｃ
Ｒ（Ｃ：トナーおよび規制ブレードゴムの静電容量、
Ｒ：トナーおよび規制ブレードゴムの抵抗値）だけ遅れ
て、現像ローラ電位と同一になるべく電位が立ち上がる
ため、この時間内で現像ローラと規制ブレード間に電位
差を生ずることになる。本実施例においては、規制ブレ
ードを現像ローラに対してトナーを介してフロート電位
としたが、現像ローラに対して電位差を生じさせるべ
く、アース電位や直流バイアスを印加させて定電位とし
た場合も良好なライン状凹凸搬送面が形成される。一
方、現像ローラと規制ブレードを短絡させるなどによ
り、同一の交流重畳バイアスを印加させた場合、ライン
状凹凸搬送面は形成されずに、均一搬送面となる。

【００１６】ライン状の凹凸搬送面のライン幅やトナー
層厚は、現像ローラの周速、交流重畳バイアスの周波
数、ピーク／ピーク電圧、規制ブレードゴムの抵抗値、
規制ブレードの現像ローラに対する当接荷重、規制ブレ
ードの現像ローラに当接した場合のトナー進入開口幅、
トナー流動性、トナー帯電量、現像ローラ表面粗さ、現
像ローラ表面形状、現像ローラ表面摩擦係数などによ
り、制御することが可能である。

【００１７】図４はこのような現像ローラ上のライン状
凹凸トナー層を示しており、３０はトナー層、３１は現
像ローラの表面を示している。詳細は後述するように、
このピッチと幅は、印加する交流重畳バイアスの周波数
と現像ローラの周速に依存する。本実施例の画像形成装
置においては、現像ローラの周速ｖを３６０ｍｍ／ｓ、
交流重畳バイアスの周波数ｆを１ｋＨｚとすることによ
り、ライン状の凹凸搬送面は、ｖ／ｆより０．３６ｍｍ
ピッチ、幅０．１８ｍｍとなるが、ライン状の凹凸搬送
面は、交流バイアスの周波数設計によりその凹凸ピッチ
をコントロールすることが可能である。

【００１８】ライン状の凹凸搬送面は、駆動ギヤー送り
ムラのピッチよりも小さくすることにより、現像ローラ
駆動ギヤーの間欠送りのムラを是正してトナーの搬送量
を常に一定にするという搬送量の安定化作用が得られ
る。ライン状の凹凸搬送面によれば、このように搬送量
を均一にすることができるため、所謂バンディングが低
減されるという効果が達成される。交流重畳バイアス
は、周波数ｆを２００Ｈｚ以下にすると画像上に横方向
の濃淡ムラが発生し、５ｋＨｚ以上にするとトナー振動
が追従できずに直流バイアスの挙動に近くなり、さらに
８ｋＨｚを越えると直流バイアスの挙動と同じになり、
画像が向上しない。これらの条件を変えることにより、
現像ローラの周速ｖと交流重畳バイアス電圧の周波数ｆ
との比ｖ／ｆが０．０９ｍｍ以上、例えば現像ローラの
周速ｖが３６０ｍｍ／ｓでは交流重畳バイアスの周波数
ｆが４ｋＨｚ以下で良好な結果が得られた。

【００１９】またバンディングの発生にはもう１つの原
因がある。感光体と現像ローラの接触部において現像ロ
ーラ送りムラにより、現像される量に差が発生すること
に起因して、濃淡差が画像上に現れるものである。この
ようなバンディングは実質的に搬送量の厚みを一定にし
ても現像ニップ部に入った時点で周速が変動すると発生
する。現像ローラに交流バイアスを印加しない場合の搬
送面においては、トナー充填率（現像ニップ部での空間
とトナーの比率）が８０％以上と高く、現像ローラ送り
方向のトナーが動ける自由度（スペース）がほとんどな
いために、現像ニップ部で現像量差が発生すると、それ
がそのまま画像上の濃淡となる。

【００２０】本発明の画像形成装置では、交流重畳バイ
アスにより搬送面に積極的にライン状の凹凸を形成して
いるため、トナー充填率が少なくとも５０％以下とな
る。しかも、現像ローラ送り方向に対するトナーの動け
る自由度が高いため、現像バイアスに従って送り方向前
後にもトナーが自由に動くことができる。その結果、感
光体表面への付着が可能になるため静電潜像が忠実に再
現され、バンディングを発生しなくなる。本実施例では
弾性感光体を用いているため、ニップ部において感光体
が弾性変形し、その結果、一層トナーが動けるスペース
が増すためバンディングの発生を抑止することができ
る。

【００２１】図５はトナー層厚と搬送量の関係を示す図
であり、現像ローラ上のトナー層厚は、発光部と受光部
が別々であるレーザー測定器を用いて、現像ローラを静
止させた状態にて測定を行った。まず搬送面を形成させ
ずに現像ローラのみの状態で位置を測定した後、搬送面
を形成させてトナー層の位置を測定し、その差を計算し
てトナー層厚とした。トナー層厚は、良好な再現性を得
るためにレーザー走査回数を多くするとともに、繰り返
し測定を行い、その平均値を算出した。測定は、均一搬
送面形成時とライン状凹凸搬送面（縞状搬送面）形成時
で行い、搬送量とトナー層厚の結果を示したのが図５で
ある。ライン状凹凸搬送面においては、均一搬送面と比
較してトナー層厚は約２倍になり、図５に示す通り搬送
量に対して線形の相関があるため、搬送量変動要因とな
る現像ローラ表面粗さ、規制条件として規制荷重・突き
出し量（腹当て規制の場合の突き出し長さ）、トナーの
流動性などにより、変動させることができる。

【００２２】さらに、搬送量以外の変動要因としては、
ライン状凹凸搬送面の状態を変化させることによりトナ
ー層厚を変化させることができ、ライン状凹凸搬送面を
コントラストが強くなるように形成させる（トナーが付
着する部分はキチンと付着させ、付着しない部分はほぼ
１００％付着させない）と、同一搬送量でも付着する部
分のトナーの密度が高くなるために、層厚が大きくな
る。コントラストが強くなるようにライン状凹凸搬送面
を形成させる方法としては、現像ローラと規制ブレード
の電位差が大きくなるようにすることが有効であり、Ｖ
ｐｐを大きくするほど良好である。また、交流重畳バイ
アスの周波数が小さいほどライン状凹凸搬送面はコント
ラストを強く形成することができ、現像ローラの周速度
との関係もあるが周波数ｆを２ｋＨｚ以下にした方がラ
イン状凹凸搬送面が良好に形成され、層厚を大きくする
ことができた。

【００２３】搬送面がライン状の凹凸に形成されるた
め、非画像部に付着したトナーがこの凹凸によりかき取
られ、カブリや散りが低減される。また、搬送面上の凹
凸周期は、交流重畳バイアスの周波数に応じて現像ロー
ラ上に形成され、同じ搬送量がある場合は凸部のトナー
の厚みは一般的な薄層搬送面と比較して約２倍となる。
このような凹凸トナー層が感光体と接触した場合、凹部
ではトナー充填率が低いため、トナーがバイアス電界に
したがって移動しやすく、非画像部に付着したトナーは
現像ローラ側に剥離されやすい。また凸部では、非画像
部に付着したトナーと凸部とが少なくとも一旦は接触
し、その際ファンデルワールス力により付着しているト
ナーがかき取られて現像ローラ側に移ることになる。こ
のような作用からカブリや散りをほとんどなくすことが
できる。

【００２４】現像ローラと感光体とは、軽接触させた方
がトナーに対するストレスが小さく、感光体の削れや感
光体フィルミングを発生しにくくなり、感光体をベルト
状にすれば、軽接触化に非常に効果があるため良い。こ
のベルト状感光体はＮｉ電鋳管を基材とし、表面に感光
層を塗布した構成であれば弾性が小さく変形が安定して
いるため、低荷重な接触が可能である。また、ベルト状
感光体をテンションローラを組み合わせて担持駆動する
場合、蛇行の問題があるため、ある程度強いテンション
が張らなければならず、その結果現像ローラとの接触圧
力が大きくなってしまう。円筒状感光体とそのバックア
ップローラ構成とすれば、駆動が安定し、軽接触化が可
能なため好ましい。また、感光体と現像ローラの接触荷
重は小さい程よく、２０ｇ／ｃｍ以下が良い。また、現
像ローラ周速比が感光体に対して２．５以下であればト
ナー充填率を小さくできるため、好ましい。

【００２５】上記のように本発明によれば、ライン状の
凹凸搬送面とすることにより、現像ローラの表面を被覆
するトナーの面積が１／２になるため、トナー層厚を大
きくして層厚が増加する分空隙率を大きくし、トナーの
自由度を高くし、鏡像力を働きにくくすることができ
る。したがって、従来消費されにくかったトナー帯電量
ｑ／ｍが大きい小粒径トナーでも消費確率が増加して残
存率を低減でき、フィルミングなどを発生せずに長期に
わたり安定した現像特性を得ることが可能となる。ライ
ン状の凹凸搬送面のトナー層厚は、交流重畳バイアス電
圧のピーク／ピーク電圧Ｖｐｐを大きくすることにより
制御することができ、トナーが現像ローラと規制ブレー
ドとの当接部で振動するため、トナー層厚を大きくして
も十分に帯電させることができ、しかも、安定した、ト
ナー層厚が大きいライン状の凹凸搬送面を形成させるこ
とができる。したがって、カブリを生じにくくし、良好
な画像が得られる。

【００２６】さらに、積極的にライン状の凹凸搬送面を
形成することにより、ギヤー送りムラによる影響を低減
することと、現像ニップ部においてトナー充填率を低減
化してトナーの動ける自由度を高くできることの相乗効
果により、実質的にバンディングの発生を皆無にするこ
とが可能となり、カラープリンタのように多くの色を重
ねて形成される画像においてノイズのない良好な画質が
得られる。

【００２７】また、本発明においては、トナー凝集体の
解砕効果により規制ブレードと現像ローラ間の詰まりを
低減する作用がある。現像器内のトナーは、放置等によ
りある程度の大きさの凝集体を形成して存在する。アジ
テータの攪拌により、このような凝集体は、機械的にあ
る程度の大きさに解砕されて現像ローラに供給される
が、規制ブレードと現像ローラのニップ部に進入する
と、すり抜けることができず、詰まりを生ずる場合があ
る。この詰まりが発生した箇所では、搬送量が少なくな
り、縦帯ムラや縦スジ等の搬送ムラとなり、画像上の濃
淡ムラとなる。また、詰まったトナーは、その箇所に溜
まるために繰り返し現像ローラと接触して現像ローラフ
ィルミングを発生する。しかし、本発明では、現像ロー
ラに交流重畳バイアスを印加し、規制ブレードと現像ロ
ーラとのニップ部の前半で電位変動によりトナーを振動
させて凝集塊が解砕し、１次粒子に近い状態で現像ロー
ラ規制／ブレード間に進入するようになる。このため、
規制ブレードと現像ローラとの間のニップ部を容易にす
り抜けるか、もしくは規制されて現像器後方に流動する
ため、トナー詰まりがなく良好な画像を得ることができ
る。

【００２８】以上のような作用は、それぞれ大きな効果
を奏するが、その相乗効果により、一成分非磁性現像器
として、また、感光体用現像器として、特段の作用効果
を発揮し、高画質化および長寿命化が達成できる。

【００２９】前述したように、交流重畳バイアスにより
規制ブレードと現像ローラとが電位差をもって電位変動
し、トナーに対して高または低電位の時はトナーがすり
抜け、低または高電位のときはトナーが遮断されること
により、ライン状の凹凸搬送面が形成される。規制ブレ
ードが絶縁性（１０¹⁰Ωｃｍ以上）の場合は、チャージ
アップ等により現像ローラに対する電位が不安定とな
り、ライン状の凹凸搬送面が安定してできないので好ま
しくない。そのため、規制ブレードでは、金属製板バネ
の先端に体積抵抗率が１０⁹Ωｃｍ以下、好ましくは１
０⁵乃至１０⁷Ωｃｍの半導電性のゴムチップを形成し
たものを用い、フロート、接地電位または定電位とす
る。このことにより、現像ローラに対して当接圧力が一
定にでき、かつニップを大きくすることができるため、
トナーへの帯電付与が十分にでき、さらに簡単な構成で
現像ローラと規制ブレードとの電位差を生じさせること
ができるので、ライン状の凹凸搬送面を安定して形成さ
せ、より高画質の画像形成が可能となる。

【００３０】また、図６に示すように、規制ブレード１
２を現像ローラ１０に対してエッジ当接すると、比較的
に小さな荷重で大きなニップ圧力が得られるために均一
な搬送面形成に有利である。さらに下流側から当接部に
到達するトナーが矢印Ａで示すように良好に流れ、従来
のようにブレードとローラ表面で形成される断面三角状
の空間に楔状に滞留するトナーがなくなる。そのため楔
部分の圧力が低減され、トナー詰まりを減少させること
ができる。

【００３１】また、本実施例においては、トナーとして
重合トナーにシリカや酸化チタンなどの金属酸化物を外
添して作成したものを使用した。この他に粉砕トナーを
用いることも可能であるが、重合トナーは、粒径の分布
範囲を狭くすることができるとともに形状が均一である
ために、トナー帯電性も良好であり分布がシャープとな
り、２μｍ以下の小粒径トナーの割合を少なくすること
ができる。そのため、良好な現像持性を長期にわたり得
ることができる。２μｍ以下の小粒径トナーは、第一に
外添剤を均一に付着させることが難しいために母粒子が
露出する部分が多く付着しやすいこと、第二に比電荷が
大きいため現像ローラ上で鏡像力により拘束されやす
く、現像ローラ上に固定層を形成し、その結果繰り返し
規制ブレードによりせん断力を受けるなどの理由から、
フィルミング発生の原因となる。このため、小粒径トナ
ーの割合が小さいほど現像特性が良好となる。

【００３２】本実施例の重合トナーは、スチレン系重合
単量体に離型剤、着色剤、荷電制御剤、重合開始剤等を
加えた後、超音波分散機などにより均一に溶解・分散さ
せた単量体系を、分散安定剤を混合させた水などの溶媒
中に分散させた。さらに、攪拌速度・温度・時間などを
調整して造粒させて形成した母粒子を洗浄・乾燥させ、
シリカや酸化チタンなどの金属酸化物をヘンシェルミキ
サーなどにより外添して作製した。このようにして作成
したトナーの体積平均粒径はＤ＝７μｍであり、このと
きの粒度分布は、マルチサイザーＭＳ−３（コールター
製）で測定したところ、３．５μｍ以下粒径の個数割合
が１２％であった。このようなトナーを用いて現像器を
作成した後、現像器を用いて１００００枚印字を行った
場合も良好な現像特性を得ることができた。

【００３３】現像ローラは、表面にメッキがあれば硬度
が増すために、削れや磨耗等が少なくなり、長寿命化を
達成でき、またメッキによる慣らし効果により表面が滑
らかになるため、電界集中を発生せず、Ｖｐｐを大きく
しても、感光体へのリークによる潜像破壊が発生しな
い。また、現像ローラ表面がディンプル形状であれば、
均一な搬送面を形成できると共に、電界集中を生じにく
く感光体リークによる潜像破壊が起こりにくいため、Ｖ
ｐｐをコントロールしやすく、トナー振動効果が得られ
やすい。また現像ローラ表面を研削処理、真球ブラスト
処理、無電解メッキすれば、高精度な現像ローラを低コ
ストで製作できる。

【００３４】現像ローラ表面の平均山間隔は、ＪＩＳＢ
０６０１−１９９４に示される方法で測定される値であ
り、ライン状の凹凸搬送面の間隔（ｖ／ｆ）よりも小さ
い方が、ライン状凹凸面の形成時の分解能が高まるため
に、ライン状の凹凸搬送面を安定して形成でき、また、
現像ローラをアルミローラとすることにより、交流バイ
アスの追従性も良好になり、ライン状の凹凸搬送面を良
好に形成させることができる。さらに、球状ブラスト処
理により上記平均山間隔を満たす表面を簡単に形成する
ことができる。

【００３５】本実施例の現像ローラは、アルミシャフト
表面にショットブラストにて凹凸形成後、ニッケル無電
解メッキ処理をして作製している。ショットブラストと
して♯４００〜♯６００の真球セラミックビーズを用
い、ショット圧力１．５〜２ｋｇ／ｃｍ²、ノズル距離
３０ｃｍ、２０ｒｐｍにて回転させたアルミシャフト全
域にショットブラスト処理がされるように往復運動され
たノズルにより、３０秒〜１分間ショットブラスト処理
をして凹凸を形成させている。ショットブラストに使用
できるのは、セラミックビーズには限定されず、ガラス
ビーズやステンレス等の鉄製ビーズを使用することもで
きる。

【００３６】このようなショットブラスト後の表面粗さ
を測定したところ、表面粗さＲｚ＝３．５〜７．５μ
ｍ、Ｐｃ＝２００〜２３０であった。表面を切断して電
子顕微鏡（ＳＥＭ）にて５００〜１０００倍で観察を行
っこところ、平均山間隔は、０．０４〜０．０５（ｍ
ｍ）、表面凹凸は、球状で均一な凹凸面が形成されてい
た。

【００３７】このようなショットブラストを行ったアル
ミシャフトにニッケル無電解メッキ処理を行い、メッキ
層を形成させて現像ローラを完成させた。３〜５μｍの
メッキ厚みを狙いとしてメッキ処理を行い、洗浄・脱脂
・前処理後、ニッケル無電解メッキ処理を行い、その後
洗浄・乾燥して作製した。このようなメッキ処理後の現
像ローラの表面粗さを測定したところ、Ｒｚ＝７μｍ、
Ｐｃ＝２２０であった。このときの表面を電子顕微鏡に
て５００〜１０００倍で観察したところ、メッキは、下
地のショットブラスト面にきれいにならって形成されて
おり、ショットブラスト後に観察されたディンプル形状
が再現よく残っていた。

【００３８】規制ブレードは、剛体金属板に先端ゴムチ
ップを設けており、剛体金属板として厚み１．５ｍｍの
ステンレス板、ゴムチップとしてウレタンゴムを使用し
ている。ウレタンゴムは、一般に抵抗値が低く、導電材
をことさら加えなくても１０ ⁹Ωｃｍ程度の導電性が得
られるが、カーボンブラック分散により体積抵抗率１０
⁵Ωｃｍの導電性としている。本実施例については、よ
りライン状凹凸搬送面を良好に形成するため、ウレタン
ゴムの体積抵抗率が大きい場合、チャージアップ等によ
り現像ローラに対する電位が不安定となり、現像ローラ
の搬送面がライン状凹凸にならないか、もしくは極めて
コントラストが低いラインしか形成されない。理想的な
ライン状の凹凸搬送面が形成できるのはウレタンゴムの
体積抵抗率を変化させて評価した結果、１０⁹Ωｃｍ以
下であった。また、ウレタンゴムは、ブレードとして使
用時の磨耗も小さく安定してニップ形成ができるため、
ライン状の凹凸搬送面を形成させやすい。ウレタンゴム
のゴム硬度Ｈｓは、ＪＩＳＡにてＨｓ＝５５〜８０度が
よい。ゴム硬度が大きいと、ゴム弾性が機能しなくなる
ために現像ローラに追従せず、現像ローラ上にライン状
の凹凸搬送面が形成されにくく、ゴム硬度が小さい場合
は、現像ローラに当接した場合にゴムが振動してしまう
ため、交流重畳バイアスの周波数に対応して形成される
はずのライン状の凹凸搬送面がゴム振動により乱されて
しまう。

【００３９】本実施例の画像形成装置では、ゴム硬度７
０度のウレタンゴムを使用した。このようなウレタンゴ
ムを射出成形により剛体金属板先端に付設し、射出成形
後、現像ローラと接する部分を研削し、Ｒ形状を作製し
ている。規制ブレードの段差は、検査工程時に作製し、
研削砥石の形状および研削量により所望の段差、位置、
大きさを作製する。これ以外にも射出成形に用いる金型
により、段差を所望の位置・大きさに作成することもで
きる。本実施例の規制ブレードとして、当接位置より
１．５ｍｍの位置、０．１ｍｍの大きさで段差を作成し
た。また、規制ブレード表面粗さは、研削工程に使用す
る砥石の粗さを変化させて作成しており、上流側の表面
粗さをＲａ＝０．３μｍ、下流側の表面粗さをＲａ＝
０．０８μｍとしている。このようにして作成された規
制ブレード材を現像ローラに対してエッジ当接させる。
規制ブレードは、位置決めの長孔を設けて位置決めピン
によりエッジ当接が常に一定の角度と現像ローラに対し
て平行になるようにした。エッジ当接とすることによ
り、小さな当接荷重により薄層形成が可能となり、トナ
ーが進入する楔部分（規制ブレードと現像ローラとの間
の三角部分）の面積が小さくなり、トナー詰まりが生じ
にくくなり、長手方向に均一なライン状の凹凸搬送面を
形成できた。

【００４０】本実施例においては、規制ブレードの先端
ゴムを現像ローラにエッジ当接させたが、図９に示すよ
うにＳＵＳ製でｔ０．１２の板バネ先端に２ｍｍ厚みの
ウレタンゴムを貼りつけた規制ブレードの平面部分を現
像ローラに当接させた場合も、同様にライン状凹凸搬送
面を形成させることができる。平面部分を現像ローラに
当接させた場合は、当接荷重と当接位置からの突き出し
量により現像部材のトナー搬送量を調整することが可能
である。ライン状凹凸搬送面を形成させるためには、板
バネ先端のウレタンゴムの体積抵抗率が１０⁹Ωｃｍ以
下であればよいが、望ましくは１０⁶Ωｃｍ以下の体積
抵抗率であることがよい。

【００４１】供給ローラとしては、ウレタンフォームロ
ーラを現像ローラに圧接して配置し、現像ローラに対し
てアゲインスト方向に一定の周速比で回転させている。
ウレタンフォームの体積抵抗率は１０⁵〜１０⁸Ωｃｍ
がよい。抵抗値が高過ぎると電荷が追従しないために供
給バイアスの効果がなく、小さ過ぎると現像ローラとの
間でリークしてしまうためよくない。本実施例では、１
０⁷Ωｃｍのウレタンフォームを用いた。

【００４２】ウレタンフォームと現像ローラとの接触ニ
ップは２〜４．５ｍｍが良い。接触ニップが小さい場合
はトナーの供給力が低下し、接触ニップが大きい場合は
現像ローラの駆動トルクが大きくなり、画質劣化が生ず
る。本実施例では３．５ｍｍとした。現像ローラに対す
る周速比は、アゲインスト回転の場合は０．３〜１が良
い。周速比が小さいと供給性が不足し、大きいと駆動ト
ルクが増加し、画質が劣化する。本実施例では０．５３
とした。ウレタンフォームのセル径はトナーの体積平均
粒径の１０〜５０倍が良い。トナーの体積平均粒径に対
して小さい場合はセルにトナーが詰まってしまい供給性
が不足し、大きい場合はセル径によるハケメが画像上発
生し、画質劣化が生ずる。本実施例では、セル径が１２
０μｍで、トナーの体積平均粒径７μｍに対し、約１７
倍であるウレタンフォームを使用した。

【００４３】現像ローラに印加する交流重畳バイアスに
ついてより詳細に説明すると、交流重畳バイアスは、方
形波状であり、Ｖｄｃの中心設定値に対して振幅するよ
うに設定される。Ｖｐｐの設定は、任意に可能である
が、小さい場合はトナー及びブレードに対する電位変動
の影響が小さくなるために、バンディング低減や縦帯ム
ラ低減の効果がほとんどない。大きすぎる場合は、感光
体に電荷注入を発生し、静電潜像を破壊してしまうとい
う不具合がある。接触現像では、１００Ｖ≦Ｖｐｐ≦６
００Ｖが好ましい。

【００４４】本実施例においては、図４に関連して説明
したようにＶｐｐ＝４００Ｖに設定した。そして、現像
バイアスの直流成分Ｖｄｃが−２００Ｖの場合は０〜−
４００Ｖの範囲で、設定中心値Ｖｄｃが０Ｖの場合は＋
２００〜−２００Ｖで振幅するようなバイアスを印加し
た。また交流重畳バイアスの周波数ｆは、現像ローラ駆
動ギヤーの２次ピッチ周波数ｆｇ₂に対応して設定でき
る。現像ローラ駆動ギヤーのピッチ周波数とは、現像ロ
ーラ駆動ギヤーのピッチｎ（ｍｍ）と周速度ｍ（ｍｍ／
ｓ）から算出される振動周期Ｔの逆数より以下のように
算出される。

【００４５】Ｔ＝ｎ／ｍ、ｆｇ₁＝１／Ｔ（ｎ：ギヤーピッチ（ｍｍ），ｍ：画像形成速度（ｍｍ
／ｓ））現像ローラ駆動ギヤー２次ピッチ周波数ｆｇ₂は、ギヤ
ーピッチ周波数ｆｇ₁の２倍である。

【００４６】本実施例の画像形成装置では、駆動ギヤー
２次ピッチ周波数ｆｇ₂は２５．４Ｈｚで、交流重畳バ
イアスの周波数ｆは１ｋＨｚとした。現像ローラ上のラ
イン状の凹凸搬送面は、現像ローラに印加される交流重
畳バイアスの周波数と周速によりその幅が決定される。
本実施例の画像形成装置においては、現像ローラの周速
は３６０ｍｍ／ｓ、現像ローラへ印加される交流重畳バ
イアスの周波数は１ｋＨｚであるため、その電位変動に
従い現像ローラ上に形成されるラインは図４に示したよ
うに０．３６ｍｍ間隔、ライン幅０．１８ｍｍで形成さ
れた。現像ローラ上に形成された搬送面の目視観察で判
定されるが、より客観的にはテープ転写後のラインをマ
イクロデンシトメータ（株式会社阿部設計製）にて測定
し、数回測定したときのＭＴＦ値の平均が５以上であれ
ばライン状は判別できるが、望ましくは１０以上がよ
い。ＭＴＦ値は５本のラインを測定した時のライン濃度
最大値の平均値Ｉｏｎと、ライン間濃度最小値の平均値
Ｉｏｆｆを算出し、簡易的には次式にて算出される。

【００４７】ＭＴＦ値＝｛（Ｉｏｎ−Ｉｏｆｆ）／（Ｉ
ｏｎ＋Ｉｏｆｆ）｝×１００本実施例の現像装置を用いてバイアスを印加しながら、
現像ローラを駆動させて現像ローラ上にトナー薄層を形
成したところ、搬送面はライン状になり、搬送面上のラ
イン状トナーを乱さないように注意して１２ｍｍ幅テー
プに転写し、マイクロデンシトメータにてＭＴＦ値を測
定したところ、図１０に示すようになり、ＭＴＦ＝２４
であった。また、本実施例では、弾性感光体としてＮｉ
電鋳管ベルト上に感光層を形成させた感光体ユニットに
現像ローラを当接・離間させて画像形成を行った。な
お、感光体と現像ローラの周速比は１対２で現像動作を
行った。この現像装置により、全面ベタ画像、全面４０
％ハーフトーン画像を形成したところ、濃度ムラがな
く、均一な画像が得られた。縦方向のムラは、濃度変位
を目視観察および濃度計測定（Ｘ−ｒｉｔｅ製：４０
４）で濃度差０．２以内という基準にて判定したが、全
面ベタ画像で０．１以下で、全面４０％ハーフトーン画
像で０．０５以下であり良好であった。目視上で画像横
方向に発生するバンディングムラは確認されず、極めて
良好であった。カブリ評価は、白ベタ連続１０００枚印
字時のトナー消費量２ｇ以下という基準で評価し、本実
施例の装置では、０．５ｇ／１０００枚で十分なレベル
であった。さらに耐久印字評価として１０万枚の連続印
字を行ったが、現像ローラ上のフィルミング発生はな
く、１０万枚後も初期と同様に良好な画像が得られた。（比較例１）実施例の現像器を用い、現像ローラに印加
する現像バイアスを直流電圧で印加した。直流電圧とし
Ｖｄｃ＝−２００Ｖとして電圧を印加したところ、目視
上では画像に縦帯ムラや縦スジが発生しており、全面ベ
タ画像の濃度差は０．４５あり、全面４０％ハーフトー
ン画像では濃度差が０．３あった。さらに画像上に横ム
ラであるバンディングが目視上多く観察され、画質レベ
ルが低かった。

【００４８】なお、上記においては、現像ローラに交流
重畳バイアスを加えて電位変動を起こさせて、トナーの
ライン状凹凸搬送面を形成するようにしたが、本発明
は、これに限定されるものではなく、交流重畳バイアス
の周波数、ピーク／ピーク電圧Ｖｐｐ、現像ローラの周
速等を制御することにより、凹凸差を小さくした搬送面
を形成させるようにしてもよい。また、例えば図７に示
すように、交流バイアス電源２３を通して規制ブレード
に交流バイアスを印加し、現像ローラと規制ブレードを
同電位にして、電位変動を起こさせるようにしてもライ
ン状の凹凸搬送面を形成することが可能であり、図８に
示すように、供給ローラに交流重畳バイアスを印加する
ことにより、現像ローラ上にライン状凹凸搬送面を形成
するようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ライン
状の凹凸搬送面とし、鏡像力が働きにくくなるため、ト
ナー帯電量ｑ／ｍが大きい小粒径トナーでも現像ローラ
表面における残留率を低減させて小粒径トナーの消費に
よる選択現像を低減し現像効率が増加させるとともに、
フィルミングなどを発生せずに長期にわたり安定した現
像特性を得ることができ、長寿命化が可能となる。ま
た、トナー層厚を大きくしても十分に帯電させることが
でき、安定したトナー層厚で大きい搬送面を形成させる
ことができるとともに、カブリを生じにくく、良好な画
像が得られる。

【００５０】さらに、駆動ギヤーの送りムラの影響を低
減化し、現像ニップ部におけるトナー充填率を少なくし
て、トナーの動ける自由度を高め、潜像を忠実に再現し
てノイズのない良好な画像を得ることができる。また、
カブリや散りを低減し、さらにトナー凝集体による詰ま
りを低減化して、縦帯ムラや縦スジをなくし、高画質
化、長寿命化を達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置を説明する概略図である。

【図２】交流重畳バイアスを用いた本発明の現像方式
を説明する図である。

【図３】方形交流電圧波形を示す図である。

【図４】ライン状凹凸搬送面を示す図である。

【図５】トナー層厚と搬送量の関係を示す図である。

【図６】規制ブレードのエッジ当接を説明する図であ
る。

【図７】規制ブレードを通して交流重畳バイアスを印
加する他の例を説明する図である。

【図８】供給ローラを通して交流重畳バイアスを印加
する他の例を説明する図である。

【図９】規制ブレードの平面部を現像ローラに当接す
る場合を説明する図である。

【図１０】ライン状凹凸搬送面のＭＴＦ測定結果を示
す図である。

【符号の説明】

１…感光体ドラム、２…現像装置、３…台、４…現像器
筐体、１０…現像ローラ、１１…供給ローラ、１２…規
制ブレード、１３…アジテータ機構、２０，２２…直流
バイアス電源、２１，２３，２４…交流バイアス電源、
３０…トナー層、３１…現像ローラ表面、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像が形成される静電潜像担持体
と、一成分非磁性現像剤が供給され、静電潜像担持体と
接触して静電潜像を現像する現像剤担持体と、現像剤担
持体に交流重畳バイアス電圧を印加する電圧印加手段
と、現像剤担持体に当接し先端に半導電性の部材を用い
ることにより交流重畳バイアス電圧が印加される現像剤
担持体との間に電位差を生じさせて現像剤担持体上の現
像剤層の厚みを規制する弾性規制部材とを備えたことを
特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記現像剤担持体に印加される交流重畳
バイアス電圧により現像剤担持体上に現像剤層がライン
状の凹凸搬送面を形成させるようにしたことを特徴とす
る請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記弾性規制部材は、金属板の先端に半
導電性の部材としてゴムチップを取り付けたことを特徴
とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】前記弾性規制部材は、半導電性の部材と
して体積抵抗率が１０⁹Ωｃｍ以下のゴムチップを取り
付けたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】前記弾性規制部材は、半導電性の部材と
して硬度がＪＩＳＡで５５〜８０°のゴムチップを取り
付けたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】前記弾性規制部材は、半導電性の部材と
してウレタンゴムを取り付けたことを特徴とする請求項
１記載の画像形成装置。
【請求項７】前記弾性規制部材は、現像剤担持体にエ
ッジ当接していることを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置。
【請求項８】前記弾性規制部材は、フロート電位また
は接地電位または一定電位とすることを特徴とする請求
項１記載の画像形成装置。
【請求項９】前記交流重畳バイアス電圧の周波数が現
像剤担持体駆動ギヤの２次ピッチの振動周波数よりも大
きいことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記交流重畳バイアス電圧が方形波、
台形波、三角波、または正弦波であることを特徴とする
請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記現像剤担持体の周速ｖと前記交流
重畳バイアス電圧の周波数ｆとの比ｖ／ｆが０．０９
（ｍｍ）以上であることを特徴とする請求項１記載の画
像形成装置。
【請求項１２】前記現像剤担持体表面の平均山間隔
は、前記比ｖ／ｆ（ｍｍ）以下であることを特徴とする
請求項１１記載の画像形成装置。
【請求項１３】前記現像剤担持体表面は、アルミもし
くは硬質メッキ処理が施されており、表面が球状凹凸面
であることを特徴とする請求項１２記載の画像形成装
置。