JP2006337644A - 現像装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来現像方式における、背反する技術課題を解決する。具体的には、非磁性接触現像におけるカブリと転写残トナーの課題。
【解決手段】磁性接触現像装置であって、現像剤ｔ１として、円形度０．９７以上である球形の絶縁性一成分磁性現像剤を用いる。現像剤担持体３ｂには、直流バイアスに交流バイアスを重畳した現像バイアスを印加する。その現像バイアスは、周波数ｆが４・Ｖｐ／ｄ≦ｆ≦４０・Ｖｐ／ｄ［Ｈｚ］、かつ、Ｖｐｐが１００≦Ｖｐｐ≦３５０［Ｖ］である（Ｖｐ：被現像体速度、ｄ：現像ニップ幅）。
【選択図】図１

Description

本発明は、被現像体を現像する現像装置に関する。より詳しくは、被現像体に接触して現像する、一成分磁性現像方式の接触現像装置に関する。

また、該現像装置を電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の現像処理手段として使用した複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。

（接触現像）
従来から知られているように、一成分現像剤を用いて現像を行う方法の一つとして接触現像法がある。接触現像法は、表面が弾性体である円筒を押圧して現像する。接触現像法において現像バイアスに交流を印加するものもある（例えば特許文献１）。

これらの発明によると、軟らかい表面を持つ現像剤担持体を像担持体に押圧して現像を行うに際し、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスを印加することで、ハーフトーン画像の階調性、等の改善を行っている。

（磁性非接触現像）
この現像方式は、磁性一成分現像剤を用い、マグネットロールを内包した現像スリーブに現像剤を担持し、現像剤担持体の表面から所定の微小間隔をおいて感光体に対向させ、この間隔を飛翔する現像剤により現像する。現像装置（現像器）内の現像剤は、機械的撹拌機構などにより現像スリーブに搬送されるとともに、現像剤はマグネットロールによる一定の磁力を受けて現像スリーブに供給される（例えば特許文献２，３参照）。

（クリーナ−レスシステムまたは現像同時回収システム）
装置構成の簡略化や廃棄物を無くすという観点から、ドラムクリーナを廃してトナー装置内でリサイクルする電子写真プロセスが提案されている。さらに接触現像を用いて、現像時において転写残となった現像剤を回収する画像形成装置も提案されている（例えば特許文献４参照）。
特開平４−３５０８６６号公報 特開昭５４−４３０２７号公報 特開昭５５−１８６５６号公報 特許第２５９８１３１号公報

上記の接触現像の従来技術では、現像性改善のために現像バイアスに交流を重畳している。

しかしながら、その一方で、本発明者らは現像に交流バイアスを印加することが原因となって転写性が犠牲になる事を発見した。即ち、現像に交流バイアスを印加すると、現像剤（以下、トナーとする）を転写材に転写した後に感光体上に残っているトナーが多くなる（以下、転写残トナーとする）。転写残トナーが多いと、転写後の画像濃度が全体的に薄くなったり、ライン画像の中央部分が抜けたりする。また、転写残トナーを感光体上から掻きとってクリーニングするクリーナー容器の容積を大きくせざるを得ない。接触現像では現像装置を長時間放置した後の印字初期数枚はカブリトナーが多くなるという課題もある。

また、上記の非接触現像の従来技術では、現像時に強い交流バイアスによってトナーを飛翔させているために、潜像部分に飛翔トナーが集中することで画像のトナー高さが高くなり、消費量が多いという課題がある。

クリーナーレスシステムにおいては、転写残トナーやカブリトナー量が多いと様々な害をもたらす。例えば、感光体の帯電に帯電ローラ方式を使用した場合に、転写残トナーやカブリトナーが帯電ローラに付着して均一な帯電を阻害する（以下では、帯電部材汚れと呼ぶ）。コロナ帯電や注入帯電方式を使用した場合においても帯電不良が発生してしまう。

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。

本発明は下記のような構成を特徴とする、現像装置、及び画像形成装置である。

（第１の発明）
現像剤担持体が被現像体と現像ニップを形成して被現像体を現像剤で現像する接触現像装置であり、
平均円形度０．９７以上である一成分磁性現像剤と、
固定の磁場発生手段を内包し、前記現像剤を磁力により保持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上の現像剤を規制する現像剤規制手段と、
前記現像剤規制手段を通過した前記現像剤を介して前記現像剤担持体を被現像体に押圧する押圧手段と、
前記現像剤担持体に、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加するバイアス印加手段と、
を有し、前記現像バイアスの周波数ｆが４・Ｖｐ／ｄ≦ｆ≦４０・Ｖｐ／ｄ［Ｈｚ］、かつ、Ｖｐｐが１００≦Ｖｐｐ≦３５０［Ｖ］（Ｖｐ：被現像体速度、ｄ：現像ニップ幅）であることを特徴とする現像装置。

（第２の発明）
前記現像剤担持体は表面のマイクロゴム硬度が４５〜９５度であることを特徴とする第１の発明に記載の現像装置。

（第３の発明）
少なくとも、被現像体としての像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、帯電した前記像担持体を露光する露光装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する第１または第２の発明に記載の現像装置と、前記像担持体上の前記現像剤を転写材に転写する転写手段と、を有し、前記像担持体上に残留した転写手段通過後の現像剤を前記現像手段で回収することを特徴とする画像形成装置。

（第１の発明の効果）
本発明により、現像バイアスとして交流を印加することの長所であるカブリや階調性を良好に保ちつつ、短所である転写残現像剤の増加を抑えることができる。

本発明においては、現像剤担持体への現像剤供給は現像剤担持体内の磁場発生手段の磁力により行われる。この際、現像剤担持体の弾性層が厚いと表面磁力が弱まり現像剤供給量が少なくなるため、弾性層の厚みを薄くせざるを得ない。薄い弾性層では現像剤担持体のたわみ等の影響で現像ニップにおける部分的な圧抜けが発生しやすいが、本発明ではこれも低減することができ、かつ、転写残現像剤増加抑制と両立させる事が可能である。

また、交流バイアスを印加することによって、現像剤担持体表面の粗さムラ、凹凸などが引起す画像欠陥も防止することができる。

また、従来の効果をそのままに低い交流バイアスを実現できたため、現像剤担持体と被現像体が接触することで発生する振動音と現像剤が飛翔することで発生する現像剤飛翔音からなる現像音を小さく抑えることができる。

（第２の発明の効果）
現像剤担持体表面のマイクロゴム硬度を４５〜９５度とすることで、第１の発明の効果に加えて、周囲の温度／湿度が変化したときに発生するフェーディングや現像剤担持体上への現像剤凝集（固着）を抑えることができる。

（第３の発明の効果）
クリーナーレスシステムとは、転写後に被現像体上に残った現像剤をクリーニングするクリーナーを用いずに、現像部で被現像体上の残り現像剤を回収するシステムである。磁性接触現像にクリーナーレスシステムを組み合わせると、現像剤担持体が現像剤を介して被現像体に押圧されているため機械的な力による回収性が良い上に、磁力による現像剤担持体側への引力もあるため、電荷を持っていない現像剤でも磁力で現像剤担持体側に引きよせることができるため、他の現像装置構成よりも回収性が良い。

現像に低い交流バイアスを印加し円形度０．９７以上の現像剤を用いることでカブリの発生と転写残現像剤の抑制ができるので、帯電部材に到達する現像剤量を大幅に低減することができる。そのため、帯電部材が汚れを抑えられ、帯電状態を良好に保つことができる。

（第１〜３の発明の他の効果）
磁場発生手段を内包した現像剤担持体を使った磁性接触現像なので、現像剤担持体への現像剤供給を物理的な接触も強いバイアスも使用することなく行うことができる。このため現像剤に負荷がかかりにくく、現像剤への外添剤の埋め込み等のいわゆる現像剤劣化が抑えられる。また、トナー部材が必要ないので小型化できる。トナー担持体に内包した磁場発生手段による磁力で現像剤供給を行うので、配置に自由度がある。さらに、現像ニップに必要な磁力を設ければ、電界によるコントロールができない現像剤も磁界によって現像剤担持体に引き寄せることができるため、カブリ・飛散を抑える効果も引き出せる。

《実施の形態１》
本発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明に従う現像装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、乾式電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンターである。

（像担持体）
１は像担持体（被現像体）である。本例ではφ２４ｍｍの回転ドラム型の負極性ＯＰＣ感光体（以下、感光ドラムと記す）である。アルミ材質の基層の外側に２５μｍの多層膜が形成されている。この感光ドラム１は矢印の時計方向に一定の周速度をもって回転駆動される。

（帯電ローラ）
２は感光ドラム１の帯電手段としての帯電ローラである。この帯電ローラ２は芯金２ａと導電性弾性体２ｂからなり、感光ドラム１に所定の押圧力で圧接させて感光ドラム１との間に帯電部ｎを形成させてある。本例ではこの帯電ローラ２は感光ドラム１の回転に従動して回転する。

（帯電電源）
Ｓ１は帯電ローラ２の芯金２ａに帯電バイアスを印加する帯電電源である。本例ではこの帯電電源Ｓ１から感光ドラムに対して放電開始電圧以上の直流電圧を印加する。具体的には帯電バイアスとして−１５００Ｖの直流電圧を印加して、感光ドラム１の表面を帯電電位−９００Ｖに帯電させている。

（露光装置）
４はレーザーダイオード、ポリゴンミラーを含む露光装置（レーザースキャナ）である。この露光装置４は目的の画像情報の時系列電気ディジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザー光を出力し、感光ドラム１の帯電された表面を走査露光Ｌする。本例では、この露光を受けた感光ドラム１の部分は電位が−１５０Ｖになるようにレーザーパワーが調整されている。この走査露光Ｌにより、感光ドラム１の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

（転写ローラ）
６は接触転写手投としての中抵抗の転写ローラであり、感光ドラム１に所定に圧接させて転写ニップ部ｂを形成させてある。この転写ニップ部ｂに不図示の給紙部から所定のタイミングで被記録体としての転写材Ｐが給紙され、かつ転写ローラ６に転写バイアス印加電源Ｓ３から所定の転写バイアス電圧が印加されることで、感光ドラム１側のトナー像が転写ニップ部ｂに給紙された転写材Ｐの面に順次に転写されていく。

本例で使用の転写ローラ６は、芯金６ａに中抵抗発泡層６ｂを形成した、ローラ抵抗値５×１０^８Ωのものであり、＋２．０ｋＶの電圧を芯金６ａに印加して転写を行なった。転写ニップ部ｂに導入された転写材Ｐはこの転写ニップ部ｂを挟持搬送されて、その表面側に回転感光ドラム１の表面に形成担持されているトナー画像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。

（定着装置）
７は熱定着方式等の定着装置である。転写ニップ部ｂに給紙されて感光ドラム１側のトナー画像の転写を受けた転写材Ｐは回転感光ドラム１の面から分離されてこの定着装置７に導入され、トナー画像の定着を受けて画像形成物（プリントコピー）として装置外へ排出される。

（感光ドラムクリーニング装置）
５は感光ドラムクリーニング装置（ドラムクリーナ）であり、感光ドラム１上に残留した転写残トナーをクリーニングブレード５ａで掻き落として廃トナー容器５ｂに回収する。

そして、感光ドラム１は再度帯電装置２により帯電され、繰り返して画像形成に用いられる。

（プロセスカートリッジ）
８は感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３、ドラムクリーナ５を一体で形成したプロセスカートリッジであり、画像形成装置から着脱可能な構成とした。

（現像装置）
３は現像装置（現像器）である。この現像装置３は、現像剤担持体である現像スリーブ３ｂを被現像体（像担持体）である感光ドラム１に対して不図示の押圧手段で所定の押圧力で押圧して現像部（現像領域）ａである現像ニップを形成させて配設してあり、感光ドラム１を現像剤であるトナーｔ１で現像する接触現像装置である。トナーｔ１は現像容器３ｅ内に収容されている。

トナーｔは一定の摩擦帯電を帯び、現像バイアス印加電源Ｓ２により現像スリーブと感光ドラム１との間に印加された現像バイアスにより現像部ａにおいて感光ドラム１上の静電潜像を顕像化する。現像容器３ｅ内
現像ニップ幅ｄ：
本実施例では、図４に示すように、現像スリーブ３ｂと感光ドラム１を実際の圧力で加圧し、感光ドラム表面に付着するトナーの幅（現像スリーブまたは感光ドラムの周方向に関する幅）をニップ幅ｄとする。

現像スリーブ３ｂ：
現像剤担持体（現像剤担持搬送部材）としての現像スリーブ３ｂはアルミシリンダー３ｂ−１上に非磁性の導電弾性層３ｂ−２を形成して構成され、磁場発生手段としてのマグネットロール３ａを内包させてある。そして、感光ドラム１に対して不図示の押圧手段で所定の一定の加圧力をもって当接させてある。本実施例では、当接圧は後述の引抜き圧で２００Ｎ／ｍであった。

現像スリーブ３ｂは、感光ドラム１に対し１．２倍の周速度で駆動される。これにより、感光ドラム１側の静電潜像がトナーｔ１により反転現像される。ここで、現像スリーブ３ｂの感光ドラム１に対する周速度は１．２倍としたが、現像スリーブ３ｂの感光ドラム１に対する周速度は１〜２倍であれば、本発明の効果を十分得ることができる。

現像スリーブ３ｂは、非磁性導電弾性層３ｂ−２の材料を混練し、押出し成形して非磁性導電弾性層を作製し、厚さ５００μｍでアルミスリーブ３ｂ−１上に接着後研摩して作製した。現像スリーブ３ｂの表面粗さはＲｚで３．８μｍ、Ｒａで０．６μｍであった。

本発明において、マイクロゴム硬度計によって測定される表面硬度の測定は、マイクロゴム硬度計ＭＤ−１タイプＡ（高分子計器株式会社製）を用いて行った。一般的な硬度の測定方法であるアスカーＣ硬度では、本発明のような薄層の弾性層をもつ現像スリーブ３ｂの特性をとらえることはできなかった。

表面粗さの測定器には小坂研究所（株）製、サーフコーダＳＥ３４００に接触検出ユニットＰＵ−ＤＪ２Ｓを用い、測定条件は測定長２．５ｍｍ、垂直方向倍率２０００倍、水平方向倍率１００倍、カットオフ０．８ｍｍ、フィルタ設定２ＣＲ、レベリング設定をフロントデータで行った。

マグネットロール３ａ：
マグネットロール３ａは現像スリーブ３ｂにおける磁力を発生するための磁場発生手段としての固定磁石である。現像部、層規制部、供給部、捕集部の各場所にピーク密度の絶対値で、約７００Ｇの磁束密度を発生する。マグネットロール３ａは現像スリーブ３ｂと略同心の円筒体であり、現像スリーブ３ｂとマグネットロール３ａとの間の間隔はどこでも等しいと考えてよい。

トナー：
トナーｔ１は平均円形度０．９７以上である、絶縁性の一成分磁性現像剤である。平均円形度は粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明では東亞医用電子製フロー式粒子像分析装置「ＦＰＩＡ−１０００」を用いて測定を行い、３μｍ以上の円相当径の粒子群について測定された各粒子の円形度（Ｃｉ）を下式（１）によりそれぞれ求め、さらに下式（２）で示すように測定された全粒子の円形度の総和を全粒子数（ｍ）で除した値を平均円形度

磁性体粒子は結着樹脂と同重量処方し充分な磁力による搬送を可能な磁性粒子（一成分磁性トナー）を作製した。ここでは、磁性体量は結着樹脂１００重量部に対して１００重量部とした。

規制ブレード３ｃ：
トナーｔ１は、マグネットロール３ａによる磁気力を受けながら現像スリーブ３ｂ上を搬送される過程において、現像剤規制手段としての規制ブレード３ｃで層厚規制及び電荷付与を受ける。３ｄは現像容器３ｅ内のトナーの循環を行い順次現像スリーブ周辺の磁力到達範囲内にトナーを搬送する攪拌部材である。

本現像装置は所望のトナー帯電量とコート量を得るため、規制ブレード３ｃを引抜き圧５５Ｎ／ｍ、ブレード自由長を１．５ｍｍに設定した。ブレード自由長とは、規制ブレード３ｃと現像スリーブ３ｂの当接位置から自由端までの長さとする。引き抜き圧については下記で説明する。現像スリーブ３ｂにコートされたトナーｔ１は現像スリーブ３ｂの回転により、感光ドラム１と現像スリーブ３ｂの対向部である現像部位（現像ニップ）ａに搬送される。

引抜き圧：
上記の引抜き圧とは、図５に示すように、厚さ３０μｍのＳＵＳ薄板Ａを折り曲げて、その中間に同じ厚さの別の厚さ３０μｍのＳＵＳ薄板Ｂを挟んだものを、例えば現像スリーブ３ｂとこれに当接した規制ブレード３ｃとの間などに挿入し、中間のＳＵＳ薄板Ｂをバネ秤Ａで引っ張って、引き抜き始めを除いて、引き抜いている時の力をＳＵＳ薄板Ｂの幅で割って、これを引き抜き圧の測定値とした。引き抜く時の速さは約０．５ｃｍ／ｓとする。以下、引抜き圧とはこの方法により測定したものとする。

［実施例１］
実施例１として、現像バイアスとトナーを次のように設定した。

現像バイアス：
現像スリーブ３ｂには現像バイアス印加電源Ｓ２より現像バイアス電圧が印加される。本実施例では、現像バイアスとして、直流バイアス−４５０Ｖに、交流バイアスとして周波数ｆを８５０Ｈｚ、Ｖｐｐ（ピーク・ツー・ピーク電圧）を２００Ｖ、波形を正弦波の電圧を印加した。

トナーｔ１：
現像剤である１成分磁性トナーｔ１は、懸濁重合法によって作製された平均円形度０．９７の絶縁性磁性一成分トナーで、平均粒子径（Ｄ４）は６μｍであった。

（作用）
課題の一つである転写残トナーが現像交流バイアスの印加によって多くなってしまう理由について次のような作用がわかってきた。

すなわち、現像交流バイアスを印加することによって、トナーが現像バイアスによる振動と感光ドラム１と現像スリーブ３ｂとの表面間の圧力を受けつつ動かされることで、現像部ａにおいて潜像部分に付着力が強いトナーから付着して、転写部ｂで感光ドラム１から離れにくくなる、というものである。

図３に一例として示したのは、比較的小粒径のトナーが感光ドラム表面に選択的に付着して、転写部で転写しにくい状態を作っている様子を表したイメージ図である。この現象は現像ニップａ内でのトナーの振動回数に依存していると考えられる。

感光ドラム速度（回転速度）をＶｐ、現像ニップ幅をｄとすると、感光ドラム上の潜像が現像ニップを通過する時間τは、τ＝ｄ／Ｖｐ［ｓ］で表されるから、１回の振動を現像ニップａ内で行うには、周波数がｆ＝１／τ＝Ｖｐ／ｄ［Ｈｚ］となる。Ｎ回の振動を行うためには、ｆ＝Ｎ×Ｖｐ／ｄの周波数が必要となる。実際には全てのトナーがこのような理論式に沿って現像ニップａ内で運動しているわけではないが、動きの指標としては有効である。

実験によると、感光ドラム速度Ｖｐ及び現像ニップ幅ｄによらず、Ｎ＜４においては交流バイアス印加の効果がなくなり、Ｎ＞４０においては付着力が強いトナーが選択的に感光ドラムに付着しやすくなる現象が促進されて、転写残トナーが急激に増えた。

即ち、感光ドラム速度Ｖｐや現像ニップ幅ｄによらず４≦Ｎ≦４０であることが望ましい。これは、４・Ｖｐ／ｄ≦ｆ≦４０・Ｖｐ／ｄと同じことを表している。感光ドラム速度Ｖｐと現像ニップ幅ｄによらず、Ｖｐ＝５０〜４５０ｍｍ／ｓ、ｄ＝０．５〜４ｍｍの範囲で同様の実験結果になった。また、Ｖｐｐについては、Ｖｐｐ＜１００ではＡＣバイアスの効果がほとんどなくなり、３５０＜Ｖｐｐでは転写残トナーが急激に増加した。これは、付着力が強いトナーが選択的に感光ドラムに付着する現象が促進されて、転写残トナーが増加すると考えられる。よって、Ｖｐｐは１００≦Ｖｐｐ≦３５０［Ｖ］であることが望ましい。

（効果）
本実施例においては前述した通り、トナーｔ１を用い、感光ドラム速度がＶｐ＝８５ｍｍ／ｓ、現像ニップ幅がｄ＝１．５ｍｍであるから、請求項１記載の現像バイアスの周波数範囲４・Ｖｐ／ｄ≦ｆ≦４０・Ｖｐ／ｄ［Ｈｚ］、に当てはめると、２２７≦ｆ≦２２６７Ｈｚとなる。本実施例の周波数８５０Ｈｚは、Ｖｐ／ｄの係数Ｎで表現すれば、ｆ＝Ｎ・Ｖｐ／ｄ＝８５０Ｈｚより、Ｎ＝１５である。Ｎが４≦Ｎ≦４０（即ち、４・Ｖｐ／ｄ≦ｆ≦４０・Ｖｐ／ｄ）である。ここで、Ｖｐｐと周波数ｆをそれぞれ振ってカブリと転写残がどのように変化するかを試してみたところ、図６，図７のようになった。転写残とカブリの評価方法については後に説明する。周波数ｆを８５０Ｈｚに固定してＶｐｐを変化させた図６をみるとカブリに関してはＶｐｐ１００Ｖ以上は良いレベルである。転写残についてはＶｐｐ４００Ｖ以上になると悪いレベルとなる。Ｖｐｐを２００Ｖに固定して周波数ｆを変化させた図７においては、係数Ｎが４以上だとカブリが良いレベルで、Ｎが４５以上だと悪いレベルとなる。本実施例は周波数ｆを８５０ＨｚでＶｐｐが２００Ｖであるから、前後のマージンが広いことが分かる。

次に、本発明におけるのトナーと従来のトナーの比較をする。

［比較例１−１］
トナーとして、トナーｔ２を使用する。トナーｔ２は、懸濁重合法によって作製された平均円形度０．９６の絶縁性の磁性一成分トナーで、平均粒子径（Ｄ４）は６μｍであった。

［比較例１−２］
トナーとして、トナーｔ３を使用する。トナーｔ３は、粉砕法によって作製された平均円形度０．９３の磁性一成分トナーで、平均粒子径（Ｄ４）は６μｍであった。

図８で、実施例と比較例１−１、１−２の比較を行った結果をグラフで示す。縦軸に現像Ｖｐｐ、横軸に係数Ｎをとってカブリと転写残が良い領域を示した。トナーｔ１はカブリと転写残が両立する領域があることがわかるが、トナーｔ２とｔ３にはそれがない。

［比較例２］
次に、比較例２として、非磁性接触現像の構成における例を示す。本比較例の現像構成を図１６に示す。実施例１の構成と異なる点は、トナーを非磁性トナーｔ４（円形度等はトナーｔ１と同じとする）としているため現像スリーブに替わってマグネットロール３ａを内包していない現像ローラ５９が採用されていることと、トナー搬送ローラ６２が追加されていることである。現像ローラ５９はゴム層６０と芯金６１からなり、ゴム層６０には表層６０−２と基層ゴム層６０−１がある。実施例１に示した磁性接触現像ではトナーｔ１を現像スリーブ３ｂに付着させる力は内包している固定のマグネットロール３ａであったが、本比較例のような非磁性トナーｔ４を現像ローラ５９に付着させるにはトナー搬送ローラ６２を設けてトナーｔ４を現像ローラ５９の表面に擦りつけて付着させることが必要である。そのため、磁性接触現像よりもトナーｔ４に与える負荷が大きく、トナーｔ４が劣化しやすい。トナーｔ４の劣化とは、外添剤がトナーの母体に埋め込まれることや剥がれること、圧力によりトナーが割れること、等の初期状態からの変化の総称である。

図１７に、実施例１と本比較例を、転写残量と印字枚数の関係をグラフ化した図を示す。図に示すように、非磁性接触現像（比較例２）は、初期の転写残トナー量は磁性接触（実施例１）と同じ程度だが、トナー切れ間近になるとトナー劣化により急激に転写残量が多くなる。一方、磁性接触現像においては転写残量にあまり変化が見られない。

また、実施例１のような磁性接触現像とは違い、現像バイアスに交流を印加してもカブリが減ることは無かった。これは、トナーｔ４を磁力で現像ローラ５９から感光ドラム１へ引き戻す力が無いことと関係していると考えられる。

［比較例３］
次に、比較例３として、磁性非接触現像の構成における例を示す。本比較例の現像構成を図１８に示す。実施例１の構成と異なる点は、現像スリーブ３ｂと感光ドラム１の間に３００μｍのギャップｇを設けていることである。このような磁性非接触現像においては、微小とはいえトナーがギャップｇを飛翔させて感光ドラム１までたどり着かなくてはならない。さらに、一度感光ドラム１に飛翔したトナーを引き戻すようなバイアスを印加しないとカブリをはじめとして様々な問題が発生するため、現像バイアスに比較的大きな交流バイアスを印加せざるを得ない。

本比較例では、直流−４５０Ｖ、サイン波、Ｖｐｐ＝１８００Ｖｐｐ、周波数ｆ＝１６００Ｈｚの現像バイアスを印加している。感光ドラム１の暗電位、明電位は実施例１と同じとする。非接触で現像を行っているため、実施例１で問題となったような強い付着力を持った状態のトナーは現像スリーブ側に付着している。よって、転写残トナー量は少ない。カブリも強い交流バイアスによってトナーが飛翔・振動しているので発生しにくい。しかし、強い現像バイアスで問題となるのがトナー消費量である。実施例１の構成は現像スリーブ３ｂを感光ドラム１に押圧する接触現像であるため、比較的低い交流バイアスを印加することで転写残トナー量もカブリも減らすことができるのでトナーの消費量も問題はなかった。一方、非接触現像である本比較例ではトナーがギャップｇを往復飛翔しているために、潜像部分に飛翔しているトナーが集中して高く積みあがる現象が発生する。図１９にトナー消費量と印字枚数に着目したグラフを示す。比較例３の構成の場合は実施例１と比較してトナー消費が早い。即ち、実施例１の構成では低い交流バイアスでトナーを振動させる程度で良いのに対し、比較例３の構成では強い交流バイアスによりトナーが飛翔しなければ成立しないため、消費量が多くなってしまう。

［実施例２］
本実施例においては、請求項２に対応した例を示す。現像剤担持体である現像スリーブ３ｂの表面の導電性弾性層３ｂ−２のマイクロゴム硬度・交流バイアス・トナー円形度の関係を説明する。

基本的な構成は実施例１と同じであるが、本実施例では現像スリーブ表面の導電性弾性層３ｂ−２のマイクロゴム硬度を７０度とし、感光ドラム速度をＶｐ＝８５ｍｍ／ｓ、現像ニップ幅ｄ＝１．５ｍｍとした。現像バイアスのＶｐｐ＝３００Ｖとした。実施例１と同様に周波数ｆをｆ＝８５０Ｈｚに設定した。トナーは円形度０．９７のトナーｔ１を用いた。現像バイアスの周波数範囲は、２２７Ｈｚ≦ｆ≦２２６７Ｈｚが望ましい範囲である。感光ドラム速度と現像ニップ幅から計算すると周波数の係数ＮはＮ＝１５である。

実験結果から、上記のような設定にすれば現像スリーブ表面のマイクロゴム硬度と高温／高湿環境下（３２．５℃／８０％とする）におけるトナー劣化（トナーへの外添剤（シリカ等の微粉）の離脱・外添剤の埋め込み）によるフェーディングと低温／低湿環境下（１５℃／１０％）において現像スリーブ上トナー固着が改善することを見出した。

（作用）
磁性接触現像において現像バイアスに交流を印加し、印字枚数を多く取っていくとフェーディングという問題が発生した。フェーディングとは、発生原因は様々であるが、例えばトナーに外添してある外添剤の付着状態が変わることによってトナーが流動性を失い、全面印字した潜像を現像するときにトナーの供給が追いつかず、現像できていない部分が発生してしまうことを言う。特に高温／高湿環境下において通紙枚数をふやしていった時に、現像スリーブへのトナー供給として磁性による供給をしている磁性接触現像にの場合、このような現象が発生しやすい。

また、低温／低湿環境の磁性接触現像において現像スリーブ３ｂの表面硬度（マイクロゴム硬度）が硬いと、現像スリーブ上のトナーが現像部ａにおける圧力により押し固められ、現像スリーブ上にトナーが張り付いて盛り上がることで感光ドラム１との間にギャップが生じて画像不良となる現象（現像スリーブ上トナー固着）が発生した。この現象は他の接触現像よりも、現像部ａに磁力がある磁性接触現像において顕著に発生すると考えられる。

現像スリーブ表面のマイクロゴム硬度とトナーの円形度を変化させて高温／高湿環境下の印字耐久テストと、低温／低湿環境下の画出しテストをしてみたところ、図９のようになった。

まず、現像スリーブ上トナー固着について見てみると、トナー円形度が０．９６（比較例１−１で用いたトナーｔ２）の場合は現像スリーブ表面のマイクロゴム硬度が７５度以下だと発生しない。一方、トナー円形度が０．９７（実施例１で用いたトナーｔ１）の時には、マイクロゴム硬度が９５度以下ならば発生しない。即ち、トナー円形度を０．９６から０．９７にすることで、現像スリーブ上トナー固着が格段に良化する。この差は、トナーが球形に近いほど現像ニップａにおいてトナーにかかる圧力を局所的に受けること無く通過できるようになるためだと考えられる。尚、現像スリーブ上トナー固着は現像に印加する交流バイアスには依存しなかった。また、トナー円形度を０．９７以上にしても現像スリーブ上トナー固着のさらなる改善は見られなかった。図９中の評価は、現像スリーブ上トナー固着が発生したら〇、発生しなかったら×とした。

次に、フェーディングについてみてみると、トナー円形度０．９６においてはマイクロゴム硬度が７５度以下だとフェーディングが発生し、トナー円形度０．９７においてはマイクロゴム硬度が４０度以下で発生する。これは、フェーディングの原因が、現像スリーブ３ｂの表面弾性層３ｂ−２のトナーの包み込み具合が関係していると考えられる。マイクロゴム硬度によってフェーディングに差があることについて考えられる例として、図２０を示す。図２０は現像ニップ部の断面イメージ図で、マイクロゴム硬度４０度はトナーとの接触面積が大きく、８０度の方は表面が硬いためにトナーとの接触面積は小さい。このため、マイクロゴム硬度４０度の方はトナーから外添剤を引き離す力が強くフェーディングが発生しやすい。トナーへの圧力の観点からは、硬度が高すぎる現像スリーブ表面の場合はトナーに局所的な圧力がかかり、外添剤をトナー内部に押し込んでしまうために流動性が落ちて、フェーディングが発生しやすくなる。図９中のフェーディングの評価は、高温／高湿環境下で印字率２％で約５０００枚（トナー切れまで）を間欠通紙中に５００枚毎に全面印字（ベタ黒）を行い、明らかに部分的に濃度薄があったらフェーディング発生として×の評価をし（図２１参照）、発生していないものを〇とした。

また、フェーディングについては現像の交流バイアスを実施例１でカブリと転写残が両立する範囲を超えると、急激に悪化する。これは、現像ニップａにおいてトナーが交流バイアスによる振動を受けつつ現像スリーブ３ｂと感光ドラム１に擦られるために、トナー全体とそこに付着している個々の外添剤の間に電気的な力と機械的な力が重なって加わり、外添剤が離脱して流動性が下がるためであると考えられる。

また、現像スリーブ表面のマイクロゴム硬度を低くしていくと、長期放置した場合の現像ブレード３ｃの押圧による凹み跡がついてしまうことがあるが、本発明では現像バイアスに交流を印加しているためにこの凹み跡が発生しても画像に出にくい。

（効果）
説明したように、現像バイアスとして適正な範囲の交流バイアスを印加し、かつ、適正な硬度と円形度にすることで、各環境下における弊害であるフェーディングや現像スリーブ上固着を抑制することができる。本実施例のように、マイクロゴム硬度を７０度に設定すれば前後のマージンも広く良好な画像が得られる。

《実施の形態２》
本発明の実施の形態２について説明する。基本的な構成は実施の形態１と同じである。図２は本発明の現像装置を用いた第２の実施形態の画像記録装置を示す概略構成図である。本実施形態の画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用のクリーナ−レスシステム（トナーリサイクルプロセス）のレーザプリンタである。前述の実施例１の画像記録装置と同様の点については再度の説明を省略し、異なる点について述べる。

実施例１，２と最も異なる点は、ドラムクリーナを廃し、転写残トナーをリサイクルするところにある。転写残トナーが、帯電などのほかのプロセスに悪影響を及ぼさないように循環させトナーを、現像装置３に回収する。

帯電について、帯電ローラ２は実施形態１と同様のものを用いているが、本形態では帯電ローラの駆動を行っている。帯電ローラの表面の速度と感光ドラムの表面速度（プロセススピード）が同じになるように帯電ローラの回転数を調整する。帯電ローラ２のトナー汚れを防止する目的から帯電ローラ１の外面には電極部材９を当接させてある。この電極部材９には帯電電源Ｓ１から帯電ローラ２の芯金２ａに対する帯電バイアスと同じマイナスの帯電バイアスを印加する。帯電ローラ２を駆動することにより、帯電ローラ２は感光ドラム１及び電極部材９と確実に接触し、帯電ローラ２に付着したトナーをマイナスに（正規の極性）に帯電する。帯電ローラ２がその帯電極性と逆極性（プラス極性）のトナーで汚れた場合であっても、トナーの電荷をプラスからマイナスへと帯電し、帯電ローラ２から速やかに吐き出し現像装置３にて現像同時クリーニングにより回収することが可能となる。

１０は感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３、を一体で形成したプロセスカートリッジであり、画像形成装置から着脱可能な構成とした。次に、実施の形態２における実施例について説明する。

［実施例３］
クリーナ−レスシステムにおける課題として帯電ローラ２へのトナー付着がある。以下では帯電ローラ汚れと呼ぶ。

帯電ローラ汚れ：
転写部ｂで転写材Ｐに転写できなかった感光ドラム１上のトナーが、クリーナ−レスであるためクリーニング部材５に回収されることなく帯電部ｎを通過して現像部ａに至り、現像部ａで現像スリーブ３ｂの表面で擦り取られると同時に内包されているマグネットロール３ａの磁力で現像スリーブ表面に引き付けられ、現像容器３ｅ内に回収されていく。

しかし、全てのトナーが帯電部ｎを通過するわけではなく、転写残トナー量やカブリ量によっては帯電ローラ２上へ蓄積してしまう。その場合、感光ドラムを均一に帯電できなくなり画像が乱れる。

本実施例では、クリーナーレスシステムにおいても本発明が有効であることを示す。本実施例の構成としては、基本的に実施例１の現像装置３と同じものを用いた。感光ドラム速度をＶｐ＝８５ｍｍ／ｓ、現像ニップ幅をｄ＝１．５ｍｍ、ＶｐｐをＶｐｐ＝２００Ｖ、周波数ｆを８５０Ｈｚとした。実施例１にならって周波数をＶｐ／ｄとその係数Ｎで表現すると、Ｎ＝１５である。トナーは平均円形度が０．９７のトナーｔ１を用いた。また、マイクロゴム硬度を７５度にした。

（作用）
クリーナーレスプロセスに固有の問題である帯電ローラ汚れの発生量は、転写部における転写残トナーの発生量とカブリに依存する。弊害なく転写残トナーを減らすには実施例１で述べたように、現像バイアスに、周波数ｆを４・Ｖｐ／ｄ≦ｆ≦４０・Ｖｐ／ｄ、Ｖｐｐを１００≦Ｖｐｐ≦３５０に設定し、かつ平均円形度０．９７以上のトナーを用いることが必要であることを述べた。カブリについても上記設定にすることで良好になる。ゆえに、帯電ローラ汚れは上記範囲にすれば良好な状態を保てる。図１０・１１に、実施例１で示したような現像バイアスのＶｐｐと周波数ｆと帯電ローラ汚れの関係を示した。帯電ローラ汚れの評価については後述する。

（効果）
そもそも本発明の構成である磁性接触現像においては、現像スリーブ３ｂに内包したマグネットロール３ａの磁力によって感光ドラム１上から転写残トナーを引き付ける力がある。よって、電荷が充分でない転写残トナーでも現像に回収しやすいというメリットがあり、磁力を使わない［比較例２］で説明したような非磁性接触現像よりも現像スリーブへの転写残トナーの回収力が強い。［比較例３］で述べたような磁性非接触現像では、現像スリーブを感光ドラム１に押圧していないために本発明の構成よりも、［比較例２］よりも現像スリーブへの転写残トナー回収力は劣る。

さらに、本実施例によれば、現像バイアスのＶｐｐと周波数を低く抑えて転写残トナーとカブリの発生を低減することで、クリーナーレスプロセスに特有の課題である帯電ローラ汚れも良好な状態にすることができる。また、マイクロゴム硬度を７５度にすることで、各環境下においても良好な画質が得られた。

（各実施例、比較例における評価方法について）
１）転写残トナー量評価
転写残トナー量は、図１２に示すように転写後の感光ドラム上の転写残トナーを透明な住友３Ｍ製のマイラーテープに付着させ、白い紙に貼り付けたときの転写残トナー反射濃度Ａ％を、何も付着していないテープの反射濃度Ｂ％と引き算して、その差分をＢ−Ａ＝転写残トナー反射率として算出した。画像パターンは長手２１９ｍｍに幅２５ｍｍのベタ黒画像を用いた。測定は、東京電飾製ＴＣ−６ＤＳの光学反射率測定器においてグリーンフィルターを使用した。

反射率の評価は、図１４のように評価付けした。ＡＣバイアスを印加しないで現像した場合の反射率が１０％以上１５％未満であったのでここを基準とした。１５％以上２０％未満を△として、基準よりも悪化したとみなす。２０％以上は×として、基準よりもかなり悪化とみなす。逆に、１０％未満は基準より非常によいとして◎とした。

２）カブリ量評価
カブリ量は、現像後の感光ドラム上のカブリトナーを透明な住友３Ｍ製のマイラーテープに付着させ、白い紙に貼り付けたときのカブリ反射濃度Ｃ％を、何も付着していないテープの反射濃度Ｄ％と引き算して、反その差分をＤ−Ｃ＝カブリトナー反射率として算出した。この反射率をカブリ量として考える。画像パターンは当然べた白画像である。測定は、東京電飾製ＴＤ−６ＤＳの光学反射率測定器においてグリーンフィルターを使用した。

反射率の評価は、図１５のように評価付けした。実用的な範囲としては反射率が１％以上２％未満であったので、ここを基準とした。２％以上３％未満を△として、基準よりも悪化したとみなす。３％以上は×として、基準よりもかなり悪化とみなす。逆に、１％未満は基準より非常によいとして◎とした。

但し、カブリ評価は、現像装置３を３２．５℃／８０％環境で１２時間以上放置したあとの初期２枚通紙中に行った。

３）帯電ローラ汚れの評価
図１３に示した位置の帯電ローラ上のトナーをマイラーテープを貼り付けて、転写残トナーをテープを使用して測定する要領で測定する。測定するタイミングは、帯電ローラ２にトナーが付着していない状態から始めて連続５００枚後とした。〇は反射率が５％未満、△は５％以上１０％未満、×は１０％以上とする。

本発明の第１の実施の形態に係る画像画像形成装置を説明するための概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る画像画像形成装置を説明するための概略図である。 現像部におけるトナーの動きを説明するための概略図である。 現像ニップ幅を説明するための概略図である。 引抜き圧の測定について説明するための概略図である。 Ｖｐｐとカブリ・転写残の関係を示した表である。 周波数の変化とカブリ・転写残の関係を示した表である。 カブリと転写残の良い領域を示したグラフである。 硬度・円形度とフェーディング・固着の関係を示した表である。 Ｖｐｐと帯電ローラ汚れ・転写残・カブリの関係を示した表である。 周波数と帯電ローラ汚れ・転写残・カブリの関係を示した表である。 転写残トナー量を測定する際の位置を説明する概略図である。 転写ローラ汚れを測定する際の位置を説明する概略図である。 転写残トナー量を評価するための表。 カブリ量を評価するための表。 比較例２に係る画像形成装置を説明する概略図である。 実施例１と比較例２における転写残量と現像部材の回転時間に関するグラフ。 比較例３に係る画像形成装置を説明する概略図である。 実施例１と比較例３におけるトナー残量と印字枚数に関するグラフ。 現像ニップ部における導電弾性層表面マイクロゴム硬度の違いを説明するための概略図。 フェーディング画像の概略図。

符号の説明

１‥‥感光ドラム（被現像体、像担持体）、２‥‥帯電ローラ、３‥‥現像装置、４‥‥レーザースキャナ、５‥‥感光ドラムクリーニング装置、３ａ‥‥マグネットロール（磁場発生手段）、３ｂ‥‥現像スリーブ（現像剤担持体）、ｔ１‥‥トナー（一成分磁性現像剤）、ａ‥‥現像ニップ、３ｃ‥‥規制ブレード（現像剤規制手段）、Ｓ２‥‥現像バイアス印加手段

Claims (3)

1. 現像剤担持体が被現像体と現像ニップを形成して被現像体を現像剤で現像する接触現像装置であり、
   平均円形度０．９７以上である一成分磁性現像剤と、
   固定の磁場発生手段を内包し、前記現像剤を磁力により保持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体上の現像剤を規制する現像剤規制手段と、
   前記現像剤規制手段を通過した前記現像剤を介して前記現像剤担持体を被現像体に押圧する押圧手段と、
   前記現像剤担持体に、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加するバイアス印加手段と、
   を有し、前記現像バイアスの周波数ｆが４・Ｖｐ／ｄ≦ｆ≦４０・Ｖｐ／ｄ［Ｈｚ］、かつ、Ｖｐｐが１００≦Ｖｐｐ≦３５０［Ｖ］（Ｖｐ：被現像体速度、ｄ：現像ニップ幅）であることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤担持体は表面のマイクロゴム硬度が４５〜９５度であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 少なくとも、被現像体としての像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、帯電した前記像担持体を露光する露光装置と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する請求項１または２に記載の現像装置と、前記像担持体上の前記現像剤を転写材に転写する転写手段と、を有し、前記像担持体上に残留した転写手段通過後の現像剤を前記現像手段で回収することを特徴とする画像形成装置。