JP2009109604A - 現像装置、画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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および画像形成装置ならびに方法において、トナー凝集体の生成に起因するトナーの漏れや飛散、カブリなどの問題を未然に防止する。
【解決手段】表面に凸部４４１および凹部４４２を設けた現像ローラ４４に対し、弾性部材４６２を取り付けた規制ブレード４６を圧接させる。弾性部材４６２のエッジ４６２ｅを凸部４４１に当接させることによって凸部４４１のトナーを除去するとともに弾性部材４６２を弾性変形させる（図（ａ））。エッジ４６２ｅのうち凹部４４２に対向する部位は凹部４４２に向かってせり出させる（図（ｂ））。現像ローラ４４をその回転方向Ｄ4に回転させると、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが波打つように振動することによりトナーの凝集体を破砕する。
【選択図】図８

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画像形成装置ならびに方法に関するものである。

像担持体上に担持された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表面にトナーを担持するトナー担持ローラを像担持体に対向配置したものが広く使用されている。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を採用した現像装置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。

上記のように構成された画像形成装置においては、トナー担持ローラの凸部および凹部に担持されるトナー層厚さを所定厚さに規制するために、トナー担持ローラ表面のトナー層に層厚規制部材（規制ブレード）を当接させている。

特開２００７−１２１９４９号公報（図１０）

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。特に、規制ブレードからの押圧によりトナーが圧粉状態になると、トナー同士が凝集して大きな塊となったり、トナーから離脱した外添剤やワックス等の塊が核になってさらに大きなトナー塊を作る。これらが現像器外へ漏れ出し、飛散したり画像に付着してカブリを生じさせたりする。また、こうして生成されたトナーの凝集体がトナー担持ローラに固着してフィルミングを起こし画像欠陥を生じさせることもある。

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および画像形成装置ならびに方法において、トナー凝集体の生成に起因するトナーの漏れや飛散、カブリなどの問題を未然に防止することのできる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、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前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材とを備え、前記トナー担持ローラは、該ローラの回転軸に平行な幅方向およびこれに直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に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その表面に有している一方、前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接されており、前記トナー担持ローラと前記規制部材との当接により形成される規制ニップでは、前記エッジ部が前記複数の凸部のそれぞれに当接する複数の当接部位と、前記エッジ部および前記凹部が空隙を隔てて対向する開口部位とが前記幅方向において交互に出現し、しかも、前記開口部位では、前記弾性当接体の前記エッジ部が、当該エッジ部と対向する凹部を挟む２つの凸部の頂面を結ぶ直線よりも当該凹部の底に向かってせり出してい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、まずトナー担持ローラ表面のうち凸部に弾性当接体のエッジ部を当接させ、凹部とエッジ部との間に空隙が設けられることにより、トナーは凹部のみに担持され凸部にはトナーが担持されない。これにより凸部においてトナーが規制部材により押圧されることがないので、規制部材の押圧に起因するトナー凝集体の生成が抑えられる。

また、幅方向に配列された複数の凸部にエッジ部が圧接されて当該部位のエッジ部が弾性変形する一方、凸部の間の凹部は変形量がつまり、弾性当接体のエッジ部は局所的に撓んで鋸歯状に変形する。そして、凸部はトナー担持ローラの周方向にも規則的に配列されているため、トナー担持ローラが回転するのに伴い弾性当接体のエッジ部の各所はそれぞれトナー担持ローラの径方向に伸縮を繰り返すことになる。つまり、上記構成とすることにより、トナー担持ローラが回転すると弾性当接体のエッジ部は波打ちながら振動する。このとき、凹部に対向するエッジ部が凹部の底に向けてせり出すようにすると、エッジ部の振動は凹部に担持されたトナーを打撃するように作用する。

凹部に担持されたトナーに単に押圧力を加えただけでは、トナー同士を凝集させたりトナー担持ローラ表面にトナーを押し付けて固着させてしまうおそれがあるが、この発明によれば、エッジ部が凹部に対する打撃と圧力の緩和とを交互に行うように振動するため、凹部やその近傍にあるトナーの塊を破砕することができる。後述するが、このことは実験により確かめられている。こうしてトナー凝集体を早い段階で破砕することにより、この発明では、より大きなトナー塊が成長して漏れ、飛散、カブリ、フィルミング等の原因となるのを未然に防止することができる。また、凹部またはその近傍のトナーを刺激することでその流動性を高め、トナー層の均一性を向上させる効果も得られる。

上記したトナー担持ローラにおいては、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、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、その幅方向において弾性当接体との当接圧を一定にすることができる。これにより、各凸部に弾性当接体のトナーを確実に除去して、トナーの搬送量を一定かつ均一にすることができる。

また、前記当接部位および前記開口部位の前記幅方向における位置が、前記トナー担持ローラの回転に伴って変化することがより好ましい。このようにすると、トナー担持ローラの回転により、弾性当接体のエッジ部がうねりを伴う複雑な振動モードで振動することになる。これによりトナー塊の破砕効果がさらに向上する。

例えば、前記トナー担持ローラの表面では、前記幅方向に沿って一列に配列された複数の前記凸部からなる凸部列が前記周方向に複数列設けられており、隣接する前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が互いに異なるようにするとよい。あるいは、前記トナー担持ローラの表面では、前記幅方向に対し所定のオフセット角を有する方向に沿って一列に配列された複数の前記凸部からなる凸部列が前記周方向に複数列設けられるようにしてもよい。このようにすれば、エッジ部と凸部との当接が複雑なモードで成されることとなり、エッジ部を複雑な振動モードで振動させて高い破砕効果を得ることができる。

また、前記開口部位における前記エッジ部と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径以上とすることが好ましい。こうすることで、凹部には平均的な粒径のトナーを過剰な押圧力を加えることなく担持することができる。さらに、前記開口部位における前記エッジ部と前記凹部との間隔をトナーの最大粒径以上とすれば、その粒径分布において最大径を有するトナーも凹部に担持させることが可能となる。このため、粒径の大きなトナーばかりが使用されずに残ってしまうという問題がなくなる。なお、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。上記のようにすることにより、ほとんど（約９９．７％）のトナー粒子を凹部に担持させることができる。

また、前記開口部位における前記エッジ部のせり出し量が、トナーの体積平均粒径以下であるのが好ましい。このようにすると、凹部に担持されたトナーをエッジ部が掻き出してしまうことがなく、またせり出し量を管理することで凹部に担持されたトナーに過剰な押圧力が加わるのを防止することができる。

また、前記トナー担持ローラでは、前記凸部と前記凹部とを繋ぐ側面部の法線が、前記トナー担持ローラの回転軸から遠ざかる方向の成分を有しているのが好ましい。つまり、凸部と凹部とが緩やかな斜面で繋がれているのが好ましい。こうすることで、トナー担持ローラの回転に伴い凸部が次々と弾性当接体との当接部分に送り込まれエッジ部と摺擦されることになるが、凹部から凸部に繋がる面を緩やかな斜面とすることで、エッジ部が凸部の側面に引っかかることがなくなり、トナー担持ローラの駆動トルクを小さくすることができる。また、最初に凸部と当接する箇所のエッジ部の永久変形や欠け等を防止することができる。

この場合において前記側面部の勾配は、前記トナー担持ローラの回転方向において前記凸部の後方側で該凸部の前方側よりも急峻であるのがより好ましい。このようにすると、トナー担持ローラの回転によりエッジ部に向かって進行する凸部の前端側ではエッジ部が緩やかな斜面に当接することになり徐々に弾性変形が進むのに対し、凸部の後端側では短時間で一気に変形が緩和されることとなるので、トナーに対する打撃力がより高まり、トナー凝集体の破砕効果が高くなる。

なお、エッジ部の振動の強さは弾性当接体の硬度およびそのトナー担持ローラへの当接圧と密接に関係する。すなわち、弾性当接体の硬度が高すぎると凹部へのせり出しが少なくなり振動の振幅が小さくなる一方、硬度が低すぎると凹部に入り込みすぎてトナーを押圧したり掻き出してしまう。また、当接圧が高いとトナーに対する押圧力も強くなりトナーに与えるダメージが大きく、特に小粒径トナーや低融点トナーを使用する場合に大きな問題となるので、当接圧については小さい方が望ましい。本願発明者の実験によれば、弾性当接体の硬度がＪＩＳ−Ａ硬度６５度ないし８０度であり、かつトナー担持ローラへの当接圧が０．５ないし１．５ｇｆ／ｍｍであるときに、上記のような問題もなく十分なトナー凝集体破砕効果を得ることができた。

また、本発明は前記トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である場合に特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トナー粒子間に作用するファンデルワールス力が強いためトナーの凝集が起こりやすい。またトナーの流動性を高めるための外添剤も小径となりトナー母粒子から離脱しやすく、流動性が経時的に低下しやすい。このためトナー塊が生じやすい。このようなトナーを使用した装置に本発明を適用することにより、トナー塊の生成に起因する諸問題を効果的に解消することができる。

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、略円筒形状に形成され、前記像担持体と対向配置されて、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前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材とを備え、前記トナー担持ローラは、該ローラの回転軸に平行な幅方向およびこれに直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に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その表面に有している一方、前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接されており、前記トナー担持ローラと前記規制部材との当接により形成される規制ニップでは、前記エッジ部が前記複数の凸部のそれぞれに当接する複数の当接部位と、前記エッジ部および前記凹部が空隙を隔てて対向する開口部位とが前記幅方向において交互に出現し、しかも、前記開口部位では、前記弾性当接体の前記エッジ部が、当該エッジ部と対向する凹部を挟む２つの凸部の頂面を結ぶ直線よりも当該凹部の底に向かってせり出していることを特徴としている。

また、この発明にかかる画像形成方法は、略円筒形状に形成され、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、静電潜像を担持する像担持体とを対向配置して、前記静電潜像をトナーにより現像する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記トナー担持ローラを、該ローラの回転軸に平行な幅方向およびこれに直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に規則的に配置した複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部をその表面に設けた構造とし、前記規制部材を、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えた構造とし、前記弾性当接体の前記エッジ部を前記トナー担持ローラ表面に圧接させて、前記エッジ部が前記複数の凸部のそれぞれに当接する複数の当接部位と、前記エッジ部および前記凹部が空隙を隔てて対向する開口部位とを前記幅方向において交互に出現させるとともに、前記開口部位では、前記弾性当接体の前記エッジ部を、当該エッジ部と対向する凹部を挟む２つの凸部の頂面を結ぶ直線よりも当該凹部の底に向かってせり出させることを特徴としている。

これらの発明では、上記した現像装置の発明と同様に、トナー凝集体が生成されるのを抑制するとともに、生成されたトナー凝集体を弾性当接体のエッジ部を振動させることにより破砕することができるので、トナー凝集体の成長に起因する漏れ、飛散、カブリなどの問題の発生を未然に防止することができる。

図１はこの発明を適用した画像形成装置の一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。

現像バイアス電圧Ｖｂとしては、例えば、ピーク間電圧Ｖppが１５００Ｖ、周波数が３ｋＨｚ程度の矩形波電圧を用いることができる。また、その直流成分Ｖaveは、感光体２２の残留電位Ｖｒとの電位差がいわゆる現像コントラストとなり画像濃度に影響を与えるので、所定の画像濃度を得るために必要な値とすることができる。

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、ポリエチレン、ナイロンまたはフッ素樹脂などの柔軟性を有する材料により形成され、現像ローラ４４の回転軸に平行な方向Ｘに沿って延びる帯状のフィルムであり、長手方向Ｘに直交する短手方向における一方端部がハウジング４１に固着されるとともに、他方端部が現像ローラ４４表面に当接されている。他方端部は現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における下流側に向かうように、いわゆるトレイル方向に現像ローラ４４に当接されており、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。そして、凸部４４１とそれを取り囲む凹部４４２との間は緩やかな斜面４４３によって繋がれている。すなわち、該斜面４４３の法線は現像ローラ４４の半径方向外向き（図において上方）、つまり現像ローラ４４の回転軸から遠ざかる方向の成分を有する。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。

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帯電の立ち上がりが鈍いにもかかわらず飽和帯電量が高いため、凸部４４１に担持されたトナーは凹部４４２に担持されたトナーよりも帯電量が著しく高く（過帯電）なる傾向にある。このような帯電量の差はいわゆる現像履歴として画像に現れる。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等への固着が起きやすい。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。

図６は現像ローラ表面のさらに詳細な構造を示す平面展開図である。現像ローラ４４表面の凸部４４１の１つ１つは、図６（ａ）に示すように、略正方形の突起を４５度回転させた形の頂部を有しており、これが現像ローラ４４の回転軸に平行な幅方向Ｘに等間隔かつ一直線状に多数配列されて凸部列を成している。また、凸部列は、現像ローラ４４周面上において幅方向Ｘに直交する周方向Ｙに位置を異ならせて複数列設けられている。図６（ａ）では３列の凸部列が示されており、以下の説明では図６（ａ）の上部から順にこれらの凸部列をそれぞれ「第１列」、「第２列」、「第３列」と称する。

また、図６（ｂ）に示すように、各凸部４４１の稜線が幅方向Ｘに対してなす角を符号θにより表す。また、各部の寸法について、凸部４４１の頂部の対角線の長さを符号Ｌ1、凸部４４１の基底部の対角線の長さを符号Ｌ2、幅方向Ｘおよび周方向Ｙに沿って隣接する２つの凸部４４１の基底部間の間隔を符号Ｌ3、幅方向Ｘおよび周方向Ｙに沿って隣接する２つの凸部４４１間の間隔を符号Ｌ4、幅方向Ｘおよび周方向Ｙにおける凸部４４１の配列ピッチを符号Ｌ5により表す。なお、これらは常に全てが独立に設定可能というわけではなく、例えば前記した特開２００７−１４００８０号公報に記載されたように金属円筒にダイスを当てながら回転させる転造法により形成したローラにあっては、いくつかの値を決めれば他は計算により自動的に決まるものである。その計算式の例を図６（ｃ）に示す。これらの代表的な数値例についても図６（ｃ）に示すが、これらの数値に限定されるものではない。

図６（ａ）に示すように、第１列と第２列との間では、幅方向Ｘにおける凸部４４１の位置が、凸部４４１の配列ピッチＬ5の半分だけずれている。第２列と第３列との間についても同様である。すなわち、凸部４４１が現像ローラ４４表面においていわゆる千鳥配列となるように、各凸部列が配置されている。このため、現像ローラ４４表面には幅方向Ｘに対し４５度の斜め方向に沿った凸部の列が形成されているようにも見える。また、図６（ｂ）の右端に示すように、各凸部４４１の高さはいずれも同一である。

図７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７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の上流側ではその上側のエッジ４６２ｅが現像ローラ４４の表面に圧接されて規制ニップＮ１を形成し、いわゆるエッジ規制によりトナーを規制している。

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、上流側端部４６２ａ近傍における弾性変形による弾性部材４６２の変形量はエッジ部において最大になる一方、下流側ほど小さくなる。規制ニップＮ１の幅および現像ローラ４４表面への弾性部材４６２の当接圧については、図７に矢印で示す調整方向における規制ブレード４６の位置を調整することによって制御することができる。

図８は規制ニップ断面の拡大模式図である。規制ニップＮ１におけるトナー規制は以下のようにして行われる。図８（ａ）に示すように、規制ブレード４６に設けられた弾性部材４６２は現像ローラ４４表面、特にその凸部４４１に圧接されて規制ニップＮ１を形成する。規制ニップＮ１においては、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが現像ローラ４４の凸部４４１に当接しており、その近傍で弾性部材４６２が弾性変形して撓んでいる。現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において規制ニップＮ１よりも上流側（図において左側）の現像ローラ４４表面には、凸部４４１および凹部４４２の双方に供給ローラ４３により擦り付けられたトナーが多層に付着している。このうち凸部４４１のトナーは弾性部材４６２により掻き落とされ、規制ニップＮ１およびその下流側（図において右側）では、凹部４４２のみにトナーが担持されることとなる。

規制ニップＮ１よりも上流側で現像ローラ４４表面に担持されるトナーには、帯電の良好なものと帯電量が不十分なものとが混在している可能性があるが、規制ブレード４６によりトナー層規制を行うことにより、帯電量が高く現像ローラ４４への付着力の強いトナーが凹部４４２に残る一方、帯電量の少ないトナーはより帯電量の高いトナーによって押し出されるため凹部４４２に残る可能性が低い。したがって、規制ニップＮ１の下流側で凹部４４２に担持されているトナーはほとんどが帯電の良好なものとなる。

一方、図６（ａ）に示したように凸部４４１は千鳥配置されているので、図８（ａ）に示した位置とは幅方向Ｘにおいて配列ピッチＬ5の半分だけ異なる位置では、図８（ｂ）に示すように、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは現像ローラ４４の凹部４４２に対向していることとなる。この位置では、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅと現像ローラ４４表面との間に空隙があるため、弾性部材４６２は弾性変形しないか、周囲の変形に影響を受けてわずかに変形するだけである。そして、弾性部材４６２は現像ローラ４４に圧接されているため、そのエッジ４６２ｅは、図８（ｂ）に破線で示す、隣接する凸部４４１の頂面同士を結ぶ直線よりも凹部４４２側に入り込み、結果としてエッジ４６２ｅが凹部４４２の底に向かってせり出す形となる。言い換えれば、各凸部４４１の頂面を含む仮想的な円筒面を考えたとき、凹部４４２においてはエッジ４６２ｅが当該仮想円筒面の内部に入り込むことになる。

なお、図８（ａ）に示した位置においても、現像ローラ４４は矢印方向Ｄ4に回転するため、図８（ａ）の状態から所定時間の経過後には図８（ｂ）に示すように弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが凹部４４２に向かってせり出すことになる。こうしてせり出したエッジ４６２ｅは凹部４４２およびその近傍に担持されたトナーを押圧するので、その悪影響を防止するために、現像ローラ４４の凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｇ１および弾性部材４６２の凹部４４２へのせり出し量Ｇ２を次のように規定する。

現像ローラ４４の凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｇ１については、１層以上のトナーを担持させる必要性から、トナーＴの体積平均粒径Ｄave以上とするのが望ましい。すなわち次式：
Ｇ１≧Ｄave … （式１）
とするのが望ましい。

また、トナーの粒径ばらつきを考慮して、トナーＴのうち粒径が最大である最大粒径トナーの粒径以上となるように、凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｇ1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。このようにしておけば最大粒径Ｄｍを超える粒径を有するトナーの比率は極めて小さい。高低差Ｇ１が小さいと、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、高低差Ｇ１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：
Ｇ１≧Ｄｍ＝Ｄ50＋３σ … （式３）
が成立するようにするとよい。

一方、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅのせり出し量については、これをあまり大きくしすぎると凹部４４２内のトナーをエッジ４６２ｅにより押し出してトナー搬送量を低下させたり、トナーに対する押圧力が大きくなる。例えば、せり出し量Ｇ２がトナーの体積平均粒径Ｄaveよりも大きいと、凹部４４２に担持されたトナーのうち１層分を掻き出してしまうことになる。そこで、トナーを掻き出すことのないように、次式：
Ｇ２≦Ｄave … （式４）
が成立するようにすればよい。

図９は幅方向に見た規制ニップを示す図である。弾性部材４６２のエッジ４６２ａが例えば図９（ａ）に示すＡ−Ａ線において現像ローラ４４と当接しているとき、図９（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図のように、弾性部材４６２は第２列に属する凸部４４１と当接した部位が弾性変形により窪む一方、凹部４４２と対向する部位は凹部４４２に向けてせり出している。このように、幅方向（Ｘ方向）に見ると、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは凸部４４１との当接により窪んだ部位（例えば位置Ｐｃ）と、凹部４４２との間に空隙を作って凹部４４２側にせり出した部位（例えば位置Ｐａ）とが交互に配置されて波打った状態となる。

現像ローラ４４表面がその回転方向Ｄ4（図において上向き）に移動すると、相対的にエッジ４６２ｅと現像ローラ４４表面とが当接する規制ニップはこれと反対方向（図において下向き）に移動する。エッジ４６２ｅが図９（ａ）に示すＢ−Ｂ線上に移動してきたとき、エッジ４６２ｅは第２列に属する凸部と第３列に属する凸部との双方に当接するため、図９（ｃ）に示すＢ−Ｂ線断面図のように、より細かいピッチで波打った状態となり、幅方向Ｘにおける凸部４４１の中心線から外れた位置に相当するエッジ４６２ｅ上の位置Ｐｂも凹部４４２に向かってせり出すようになる。

さらにエッジ４６２ｅが図９（ａ）に示すＣ−Ｃ線上まで移動してくると、先ほど凸部４４１と当接して窪んでいた位置Ｐｃが凹部４４２と対向するようになって変形量が小さくなる一方、凹部４４２に対向していた位置Ｐａが凸部４４１と当接して窪むようになってくる。このように、エッジ４６２ｅの各部は、現像ローラ４４の回転に伴って現像ローラ４４の表面に当接したり離れたりを繰り返して周期的に上下動することになる。また、凸部４４１との当接状態に着目すると、現像ローラ４４の凸部４４１と当接するエッジ４６２ｅの部位は固定的でなく、現像ローラ４４の回転に伴い幅方向に順次移り変わってゆくことになる。

図１０は弾性当接体のエッジ各部の動きを示す図である。図１０では特に図９に示す各位置Ｐａ、ＰｂおよびＰｃの軌跡を丸印で示している。この図に示すように、弾性当接体４６２のエッジ４６２ｅ各部の変位量は、現像ローラ４４の回転に伴って刻々と変化してゆく。これによりエッジ４６２ｅ全体が波打つように動く。各位置の運動は凸部４４１との当接・離間に伴う単なる上下動であるが、この実施形態では、図６（ｂ）の右端に示すように周方向断面を見たときに各凸部列に属する凸部の頂面同士が重なり合うようにしているため、図９（ａ）のＢ−Ｂ線および図９（ｃ）に示すように、エッジ４６２ｅが隣接する２つの凸部列のそれぞれに属する凸部の双方に当接する瞬間が存在する。これにより、エッジ４６２ｅの動きは、図１０に示すようにうねりを伴った複雑なものとなる。特に、凸部４４１と当接していた部位が凸部４４１の移動によって当接が解消されたとき、弾性変形により蓄えられた弾性エネルギーが一気に解放されるため、撓んでいたエッジ４６２ｅが凹部４４２に向かって勢いよく跳ね返るような動きとなる。

こうして現像ローラ４４の回転に伴って弾性当接体４６２のエッジ４６２ｅが波打つことによって、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における規制ニップＮ１の上流側端部では、凹部４４２およびその近傍に担持されたトナーに対し振動する弾性当接体４６２のエッジ４６２ｅによる打撃が加えられる。粒径が小さく流動性の高いトナーに対しては、この打撃力は単にトナーを凹部４４２内で流動させるように作用するだけである。一方、トナーが凝集して大きな粒径を持つに至ったトナー凝集体に対しては、エッジ４６２ｅによる打撃力は凝集体を破砕するように作用する。

図１１はこの実施形態におけるトナー凝集体破砕効果を示す図である。単体では図１１の実線で示す粒径分布を有するトナーを図１の画像形成装置に充填して現像ローラ４４に担持されたトナーの粒径分布を測定した。その結果、現像ローラ４４の回転方向において規制ニップＮ１よりも手前、つまり上流側の現像ローラ４４表面から採取されたトナーの粒径分布は点線で示す曲線となった。この結果から、トナー単体では含まれていないような大粒径の粒子が多く担持されていることがわかる。これは、トナーが現像器内で互いに凝集して凝集体を作っているためと考えられる。一方、規制ニップＮ１を通過した後の現像ローラ４４表面から採取されたトナーの粒径分布は、図１１に一点鎖線で示すように、規制ニップ前よりも大粒径の粒子の割合が減少してピークが小粒径側にシフトし、トナー単体における分布に近いものとなった。このことから、本実施形態の規制ブレード４６によるトナー凝集体の破砕が効果的に機能していることが確かめられた。

図１２は現像ローラ表面構造の他の例を示す図である。上記実施形態では、各凸部４４１をその頂面の対角線に対し対称な形状としたが、これに代えて、凸部４４１を周方向に非対称な形状としてもよい。この変形例では、図１２（ａ）に示すように、凸部４４１と凹部４４２とを繋ぐ斜面の勾配が、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において凸部４４１の前方と後方とで異なっている。具体的には、回転方向Ｄ4において凸部４４１の前方側、つまり先に規制ニップＮ１に進入する側の斜面４４４の勾配を示す角度αに比して、凸部４４１の後方側、つまり後から規制ニップＮ１に進入する側の斜面４４５の勾配を示す角度βの方が大きくなっている。このようにすると、次のような利点が得られる。

まず、回転方向Ｄ4において凸部４４１の前方側斜面４４４の勾配を小さくする理由を説明する。図１２（ｂ）に示すように、凹部４４２に向けてせり出した弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは斜面４４４に当接し、その斜面に乗り上げるようにして先端部が弾性変形する。このとき斜面の勾配が小さければ、弾性部材４６２の先端は凸部４４１の頂面に向けてよりスムーズに案内され、エッジ４６２ｅが斜面４４４に衝突して欠けたり、現像ローラ４４の回転に対して大きな抵抗となることがない。こうして凸部４４１に乗り上げた弾性部材４６２は、図１２（ｂ）に示すように凸部４４１に圧迫されながらその表面を滑ってトナーを掻き落とす。

一方、凸部４４１の後端を通過した弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは、凸部４４１からの圧迫を受けることがなくなって元の形状に復元しようとする。このとき、後方側の斜面４４５の勾配が小さいと、凸部４４１と弾性部材４６２との距離の広がりが緩やかになるので、エッジ４６２ｅは斜面を摺擦しながら少しずつ復元されてゆく。これに対し、後方側の斜面４４５の勾配が大きく急峻であると、図１２（ｄ）に示すように、弾性部材４６２の先端に蓄えられていた弾性エネルギーが一気に解放されて元の形状への復元が速くなる。このことは、トナーへの打撃力を強めて破砕作用を高める効果を奏する。

このように、回転方向Ｄ4において凸部４４１の前方側斜面４４４の勾配を小さくする一方、後方側斜面４４５の勾配を大きくすることにより、弾性部材４６２の欠け等を防止しながら、より高い破砕効果を挙げることが可能となる。

次に、弾性部材４６２の硬度および規制ブレード４６による現像ローラ４４への当接圧（規制荷重）について検討する。弾性部材４６２の硬度が高すぎると、現像ローラ４４に当接させてもあまり変形せず凹部４４２へのせり出しも少ないので、トナー凝集体に対する破砕効果が得られない。規制荷重を高めれば破砕効果が高くなるが、現像ローラ４４を回転させるのにより大きな駆動トルクが必要となり、またトナーへのダメージも大きくなるので好ましくない。特に、トナーの小粒径化や、定着温度を低くするべくトナーの低融点化を図りたい場合には、現像ローラ４４への当接圧を高くすることは事実上不可能である。このようなトナーに高い圧力を加えると簡単に凝集・固着してしまうからである。

一方、弾性部材４６２の硬度が低すぎると、現像ローラ４４への圧接による凹部４４２へのせり出し量が大きくなり、著しい場合には凹部４４２を完全に塞いでしまうこともある。これでは良好なトナー搬送を行うことができない。規制荷重を低くすれば改善されるが、エッジの振動が少なくなりトナー凝集体への破砕効果が薄れる。また、凸部４４１の配列ピッチ（図６（ｂ）に示す符号Ｌ5）によっても、エッジのせり出し量は変わる。そこで、これらの値として好ましい組み合わせを見出すべく実験を行った。その結果を図１３に示す。

図１３は弾性部材の硬度、規制荷重および凸部の配列ピッチの組み合わせを示す図である。弾性部材４６２の硬度、規制荷重および凸部４４１間の間隔Ｌ4の組み合わせを種々に変更して、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅによるトナー凝集体の破砕効果を調べた。図１３では、良好な破砕効果を得られた組み合わせを「○」、エッジの振動が生じなかった組み合わせを「―」、エッジ４６２が凹部４４２を塞いでしまった組み合わせを「×」の各印で示している。同図に示すように、高硬度の弾性部材と低規制荷重との組み合わせではエッジの振動が得られず、低硬度の弾性部材と高規制荷重との組み合わせでは凹部が塞がれてしまった。トナー凝集体の破砕効果という点では、高硬度弾性部材と高規制荷重との組み合わせ、または低硬度弾性部材と低規制荷重との組み合わせが好ましいが、特に近年求められているトナーの小粒径化・低融点化の要求に応えるためには、「低硬度弾性部材と低規制荷重との組み合わせ」が最も好ましい。

これらの点から総合的に判断すると、弾性部材の硬度と規制荷重の大きさの組み合わせとして好ましいのは、凸部間の間隔がいずれの値であっても、弾性部材の硬度がＪＩＳ−Ａ硬度で６５度ないし８０度、規制荷重の大きさが０．５ないし１．５ｇｆ／ｍｍの範囲（図１３において太線枠で囲んだ範囲）内であると言うことができる。この範囲内での組み合わせによれば、凹部のトナーを掻き取ってしまうこともなく、弾性部材のエッジに適度な振動を生じさせてトナー凝集体を破砕することができる。

以上のように、この実施形態では、規制ブレード４６に設けた弾性部材４６２のエッジ４６２ｅを現像ローラ４４表面に圧接し、該エッジ４６２ｅのうち現像ローラ４４表面の凸部４４１と当接する部位を弾性変形させる一方、凹部４４２に対向する部位を凹部４４２に向けてせり出させるようにしている。この状態で現像ローラ４４を回転させることにより、凸部４４１からトナーを除去してトナーに過剰な圧力が加わらないようにする。これによりトナーの凝集体が生成されるのを抑制する。また、弾性変形と復元とを繰り返させてエッジ４６２ｅを波打つように振動させることにより、トナーが凝集体を作ったとしてもこれを破砕することができる。そのため、この実施形態では、トナーの凝集体が生成されることに起因する現像器からのトナーの漏れや飛散、カブリ、フィルミング等の問題の発生を未然に防止することができる。

なお、上記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。トナー粒子径が小さくなるとトナーに作用するファンデルワールス力が大きくなり、特に粒子径が５μｍ以下でその傾向が顕著である。このようなトナーでは、ファンデルワールス力による現像ローラ４４への付着や、トナー同士の凝集が非常に起こりやすい。このようなトナーを使用する装置において上記した除去処理動作を実行することによって、トナーの凝集に起因する漏れや飛散、画像欠陥等の問題を効果的に防止することが可能である。

以上説明したように、上記実施形態においては、感光体２２および現像ローラ４４がそれぞれ本発明の「像担持体」および「トナー担持ローラ」として機能している。また、規制ブレード４６が本発明の「規制手段」として機能しており、弾性部材４６２が本発明の「弾性当接体」に相当している。また、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅのうち、現像ローラ４４の凸部４４１に当接している部分、例えば図９（ｂ）における位置Ｐｃが本発明の「当接部位」に相当する一方、現像ローラ４４表面から離間している部分、例えば図９（ｂ）における位置Ｐａが本発明の「開口部位」に相当する。

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、上記実施形態では、現像ローラ４４表面にその幅方向Ｘに沿って複数の凸部４４１を等間隔に配列しているが、幅方向Ｘに対し所定のオフセット角を持たせた配列としてもよい（上記実施形態はオフセット角をゼロとした例である）。このようにすると、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅの波打ちの態様がより複雑となり破砕効果を高めることができる。また、エッジ４６２ｅのうち凸部と最初に当接する位置が刻々と変化するため、弾性部材４６２の欠けや局所的な磨耗を抑制することができる。同じ理由で、凸部４４１の斜め方向の並びの幅方向Ｘに対する角度θ（図６）を４５度以外の角度としてもよい。

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、金属板に樹脂コートしたものを用いることができる。また、導電性を必ずしも要しないので、全て樹脂製であってもよい。

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が、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、中間転写ベルトに沿って複数の現像器を並べたいわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置や、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る。

この発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図。 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。 現像ローラ表面のさらに詳細な構造を示す平面展開図。 現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図。 規制ニップ断面の拡大模式図。 幅方向に見た規制ニップを示す図。 弾性当接体のエッジ各部の動きを示す図。 この実施形態におけるトナー凝集体破砕効果を示す図。 現像ローラ表面構造の他の例を示す図。 弾性部材の硬度、規制荷重および凸部配列ピッチの組み合わせを示す図。

符号の説明

２２…感光体（像担持体）、 ４１…ハウジング、 ４４…現像ローラ（トナー担持ローラ）、 ４６…規制ブレード（規制手段）、 ４４１…（現像ローラ表面の）凸部、 ４４２…（現像ローラ表面の）凹部、 ４４３〜４４５…（凸部−凹部間の）斜面（側面部）、 ４６２…弾性部材（弾性当接体）

Claims (14)

1. 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前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材と
   を備え、
   前記トナー担持ローラは、該ローラの回転軸に平行な幅方向およびこれに直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に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その表面に有している一方、
   前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接されており、
   前記トナー担持ローラと前記規制部材との当接により形成される規制ニップでは、前記エッジ部が前記複数の凸部のそれぞれに当接する複数の当接部位と、前記エッジ部および前記凹部が空隙を隔てて対向する開口部位とが前記幅方向において交互に出現し、しかも、前記開口部位では、前記弾性当接体の前記エッジ部が、当該エッジ部と対向する凹部を挟む２つの凸部の頂面を結ぶ直線よりも当該凹部の底に向かってせり出している
   ことを特徴とする現像装置。
2. 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に記載の現像装置。
3. 前記当接部位および前記開口部位の前記幅方向における位置が、前記トナー担持ローラの回転に伴って変化する請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記トナー担持ローラの表面では、前記幅方向に沿って一列に配列された複数の前記凸部からなる凸部列が前記周方向に複数列設けられており、隣接する前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が互いに異なっている請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記トナー担持ローラの表面では、前記幅方向に対し所定のオフセット角を有する方向に沿って一列に配列された複数の前記凸部からなる凸部列が前記周方向に複数列設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
6. 前記開口部位における前記エッジ部と前記凹部との間隔が、トナーの体積平均粒径以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記開口部位における前記エッジ部と前記凹部との間隔が、トナーの最大粒径以上である請求項６に記載の現像装置。
8. 前記開口部位における前記エッジ部のせり出し量が、トナーの体積平均粒径以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の現像装置。
9. 前記トナー担持ローラでは、前記凸部と前記凹部とを繋ぐ側面部の法線が、前記トナー担持ローラの回転軸から遠ざかる方向の成分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。
10. 前記側面部の勾配は、前記トナー担持ローラの回転方向において前記凸部の後方側で該凸部の前方側よりも急峻である請求項９に記載の現像装置。
11. 前記弾性当接体の硬度がＪＩＳ−Ａ硬度６５度ないし８０度であり、かつ前記トナー担持ローラへの当接圧が０．５ないし１．５ｇｆ／ｍｍである請求項１ないし１０のいずれかに記載の現像装置。
12. 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１１のいずれかに記載の現像装置。
13. 静電潜像を担持する像担持体と、
    略円筒形状に形成され、前記像担持体と対向配置されて、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前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材と
    を備え、
    前記トナー担持ローラは、該ローラの回転軸に平行な幅方向およびこれに直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に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その表面に有している一方、
    前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接されており、
    前記トナー担持ローラと前記規制部材との当接により形成される規制ニップでは、前記エッジ部が前記複数の凸部のそれぞれに当接する複数の当接部位と、前記エッジ部および前記凹部が空隙を隔てて対向する開口部位とが前記幅方向において交互に出現し、しかも、前記開口部位では、前記弾性当接体の前記エッジ部が、当該エッジ部と対向する凹部を挟む２つの凸部の頂面を結ぶ直線よりも当該凹部の底に向かってせり出している
    ことを特徴とする画像形成装置。
14. 略円筒形状に形成され、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、静電潜像を担持する像担持体とを対向配置して、前記静電潜像をトナーにより現像する画像形成方法において、
    前記トナー担持ローラを、該ローラの回転軸に平行な幅方向およびこれに直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に規則的に配置した複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部をその表面に設けた構造とし、
    前記規制部材を、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えた構造とし、
    前記弾性当接体の前記エッジ部を前記トナー担持ローラ表面に圧接させて、前記エッジ部が前記複数の凸部のそれぞれに当接する複数の当接部位と、前記エッジ部および前記凹部が空隙を隔てて対向する開口部位とを前記幅方向において交互に出現させるとともに、前記開口部位では、前記弾性当接体の前記エッジ部を、当該エッジ部と対向する凹部を挟む２つの凸部の頂面を結ぶ直線よりも当該凹部の底に向かってせり出させる
    ことを特徴とする画像形成方法。

Images