JP2011059167A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】残留トナーの回収不足による残像画像の発生のない、かつ、残留トナーの回収過剰による地汚れの発生のない、良好な画像が得られる現像装置を提供する。
【解決手段】一成分現像方式の現像装置４において、トナー回収供給部材１０５によって現像剤担持体１０３上のトナーを回収する回収率［％］をＸ、トナーの質量あたりの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］をＹとしたとき、ＸとＹとが、下記の式（１）で表される領域にあり、かつ、ＸとＹとの関係が、下記の式（２）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定する。
３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０・・・・・・・・式（１）
０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５・・・・・・式（２）
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられ、特に、像担持体に一成分現像剤を供給して像担持体上の静電潜像を現像する現像装置、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

現像装置には、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像方式や、キャリアが存在しない一成分系の現像剤であるトナーを用いて現像を行う一成分現像方式などがある。二成分現像方式は、高速現像に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。一方、一成分現像方式は、画像形成装置の小型化とメンテナンスの容易性の観点から、現在の低速の画像形成装置で主流となっている。
一成分現像方式は、トナー濃度を制御する必要はなく、キャリアが存在しない分、現像槽の容積を大幅に小さくでき、機構を小型軽量化できる。一成分現像方式は、劣化した現像剤、特にキャリアの劣化により現像剤を交換する必要がないため、その交換のためのメンテナンスが不要となる。また、一成分系のトナーを用いる現像装置においては、トナーを必要時に補充するだけでよく、トナー濃度検出をする必要もなく、そのための制御も必要なくなるため、制御も簡単になる。このように、一成分現像方式は、メンテナンス性に優れ、簡易な構成で画像形成装置の小型化を図ることができる。

一般に、一成分現像方式では、トナーを現像ローラ表面に吸着させて現像領域へと搬送することで、像担持体上の静電潜像にトナーが付着し、現像される。現像されず現像ローラ表面に残った残留トナーは、トナー回収供給ローラにて回収される。トナー回収供給ローラは、現像ローラと圧接するように設けられており、現像ローラ表面に現像されずに残った残留トナーを掻き取って回収する。そして、このトナー回収供給ローラにて、新たにトナーが現像ローラ表面に供給されるように構成されている。
一成分トナーは、トナー回収供給ローラにて現像ローラ表面に供給されて吸着されるが、その吸着量を規制するために、ブレードやローラなどの規制部材が現像ローラ表面に圧接して設けられている。規制部材を通過したトナーは、その量が一定量に規制され、現像ローラが像担持体に対して接触するように配置されている領域（現像領域）へと至り、像担持体表面に形成されている静電潜像に応じて選択的に付着し、現像が行われる。
また、現像を良好に行うためにも現像ローラには、通常現像バイアス電圧が供給されている。この現像バイアス電圧は、静電潜像にトナーが付着し、感光体のバックグランド領域（画像以外の背景部分）にトナーが付着しないような電圧値に設定する。
一成分現像方式で安定した画像を得るためには、規制部材で現像ローラに付着するトナー量を規制する際、その時のトナー量を安定させ、またトナーの帯電量を安定させる必要があるが、そのためにも、トナー回収供給ローラによるトナーの回収、供給、及び摩擦帯電が重要になる。特に、トナー回収供給ローラによるトナーの回収率と摩擦帯電の値を適切な範囲に設定しないと、残留トナーの回収不足によって残留トナーにより生じた現像パターンが次の現像時まで残存し、次回の現像に際して像担持体上に残像として転写され、それが印刷後の用紙にメモリ画像（残像）となって現れる問題が生じる。また、残留トナーの回収過剰により新たに供給されるトナーの帯電が悪くなり、現像に際して、文字部等の背景にトナーが付着して、地汚れが発生するという問題が生じる。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１では、多相の交流電圧を搬送路の各電極に印加して、進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を搬送路上で像担持体へと搬送して、この現像剤を像担持体に供給することにより像担持体上の静電潜像を現像し、搬送路上に残留した現像剤を現像剤回収手段により回収する現像装置において、回収用交流電圧を現像剤回収手段に印加する回収用交流電圧印加手段を備える現像装置が開示されている。このとき、回収用交流電圧の最大値及び最小値と、多相の交流電圧の最大値及び最小値や、帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］などを所定範囲に設定することにより、残留トナーをより確実に回収することができると記載されている。
また、特許文献２では、現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材を備え、画像形成時の少なくとも一部において、前記現像剤担持体に印加される電圧をＶｂ１、前記供給部材に印加される電圧をＶａ１としたとき、電位コントラスト（Ｖｂ１−Ｖａ１）が現像剤の正規帯電極性と同極性になるようにした現像装置が開示されている。これにより、現像ローラ上には現像履歴が発生しないようにトナーを現像領域に搬送し、且つ供給ローラから現像ローラに十分なトナー量を搬送し、ベタ画像を印字しても充分な画像が得られると記載されている。
また、特許文献３では、少なくとも潜像担持体上に形成された静電潜像にトナーを供給して現像を行う現像ローラと、現像ローラの周面に接し、該現像ローラ上の該トナーを薄層化する薄層形成部材とを備え、該薄層形成部材が、金属製であり、現像ローラ面と接する接触部（ニップ部）を有し、該ニップ部の中心点（Ｂ）における接線と、中心点（Ｂ）から薄層形成部材に沿って先端側に０．５ｍｍ移動した点（Ａ）における接線との角度（ａ）が０〜１／２Π［ｒａｄ］である現像装置であって、該トナー表面のワックス露出率Ｘ［％］が式（１）を満たし、且つ重量あたりの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］が式（２）を満たす一成分現像装置が開示されている。
２０＜Ｘ＜６５−１４ａ・・・・・式（１）
１２．７ａ−２５＞Ｑ／Ｍ＞１３．１ａ−４４．５・・・・式（２）
これにより、トナー表面におけるワックス露出量及び重量あたりの帯電量を規定することで、規制ブレード上に固着が発生せず、地汚れのない良好な画像を得ることができると記載されている。
また、特許文献４では、潜像担持体に対向するトナー担持体としてのフレアローラと、フレアローラにトナーを供給する供給ローラと、フレアローラからトナーを回収する表面電位制御手段を兼ねる回収ローラを有し、回収ローラによるフレアローラの表面電位変化の時定数τ１が、回収ローラによるフレアローラの表面電位変化の時定数τ２より大きく設定されている現像装置が開示されている。これにより、さまざまな原因によるフレアローラ（トナー担持体）表面電位の変動を抑制でき、現像領域に対向するフレアローラ表面電位を常に一定にし、画像の濃度ムラ、地汚れのない安定した現像ができると記載されている。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、上述の従来技術をさらに改良し、トナー回収供給ローラによる残留トナーの回収率［％］と、トナーの質量あたりの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］の値を適切な範囲に設定することで、残留トナーの回収不足による残像画像の発生のない、かつ、残留トナーの回収過剰による地汚れの発生のない、良好な画像が得られる現像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の現像装置は、静電潜像を形成する像担持体と、像担持体に対向して回転可能に設けられた現像剤担持体とを備え、静電潜像を現像して顕像化する一成分現像方式の現像装置において、前記現像装置は、前記現像剤担持体上の現像剤量を規制する層規制部材と、前記現像剤担持体上のトナーを回収及び前記現像剤担持体上にトナーを供給するトナー回収供給部材とを備え、前記トナー回収供給部材によって前記現像剤担持体上のトナーを回収する回収率［％］をＸ、トナーの質量あたりの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］をＹとしたとき、ＸとＹとが、下記の式（１）で表される領域にあり、かつ、ＸとＹとの関係が、下記の式（２）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定することを特徴とする。
３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０・・・・・・・・式（１）
０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５・・・・・・式（２）
また、本発明の現像装置は、前記ＸとＹとの関係が、下記の式（３）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定することを特徴とする。
０．５Ｘ−１５≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１０・・・・・・式（３）
また、本発明の現像装置は、前記ＸとＹとの関係が、下記の式（４）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定することを特徴とする。
０．５Ｘ−１０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋５・・・・・・・式（４）
また、本発明の現像装置は、前記トナー回収供給部材が、スポンジローラであることを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、前記トナー回収供給部材が、前記現像剤担持体と接触し、かつ回転駆動され、前記現像剤担持体を摺擦することを特徴とする。
また、本発明の現像装置は、前記トナー回収供給部材と前記現像剤担持体の回転方向が、摺擦する部分で逆方向であることを特徴とする。

また、本発明のプロセスカートリッジは、少なくとも、像担持体と現像装置とを備え一体に支持し、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記プロセスカートリッジは、上述のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、像担持体と、像担持体に当接して像担持体を帯電させる帯電装置と、像担持体の表面に画像情報に基づいた静電潜像を形成する露光装置と、トナーを収容し静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置と、像担持体上に形成した各色のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、前記画像形成装置は、上述のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、前記画像形成装置は、上述のプロセスカートリッジを用いることを特徴とする。

本発明の現像装置によれば、回収率Ｘ［％］と帯電量Ｙ［μＣ／ｇ］を、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５で表される領域にＸとＹの値を設定することにより、残留トナーの回収不足による残像画像の発生のない、かつ、残留トナーの回収過剰による地汚れの発生のない、良好な画像が得られる。
また、本発明の現像装置によれば、回収率Ｘ［％］と帯電量Ｙ［μＣ／ｇ］を、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−１５≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１０で表される領域にＸとＹの値を上記範囲よりさらに狭めて設定することにより、より安定した品質を実現できる。
また、本発明の現像装置によれば、回収率Ｘ［％］と帯電量Ｙ［μＣ／ｇ］を、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−１０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋５で表される領域にＸとＹの値を上記範囲よりさらに狭めて設定することにより、より安定した品質を実現できる。
また、本発明のプロセスカートリッジによれば、少なくとも像担持体と本発明の現像装置を含むプロセスカートリッジとすることで、画像形成装置本体と容易に着脱可能とすることが可能となり、ユーザーメンテナンスが行いやすくなる。
また、本発明の画像形成装置では、本発明の現像装置又は本発明のプロセスカートリッジを用いることで、良好な画像を継続して出力することができる。

本発明の現像装置とプロセスカートリッジを備える画像形成装置要部の断面図である。 本発明の現像装置を備えるプロセスカートリッジの断面図である。 実施例１〜６、比較例１〜４の回収率Ｘと帯電量Ｙとの関係を示した図である。 実施例７〜１０の回収率Ｘと帯電量Ｙとの関係を示した図である。 実施例１１〜１４の回収率Ｘと帯電量Ｙとの関係を示した図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の現像装置とプロセスカートリッジを備える画像形成装置要部の断面図である。各プロセスカートリッジ１は、感光体ドラム２、帯電ローラ３、現像装置４、およびクリーニング装置５を一体に結合した構成になっている。各プロセスカートリッジ１は各々のストッパーを解除することにより交換できる構成にもなっている。
本発明の画像形成装置２０は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（以下、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋと記す）のトナー像を形成するための４つのプロセスカートリッジ１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを備えており、これで、単色又はカラー画像を得ることができる。これらは、現像剤として、互いに異なる色のＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。
感光体ドラム２は、光導電性の感光層を備える円筒状のドラムである。形状は、ドラムに限定するものではなく、ベルト状であっても良い。この実施形態では、時計回りの方向に周速（作像プロセス線速）１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転している。
帯電ローラ３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転に従動して反時計回りの方向に回転している。帯電ローラ３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体ドラム２の表面を、−５００Ｖに帯電している。
露光手段６は感光体ドラム２に対して画像情報を露光し、静電潜像を形成する。この露光手段６にはレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナやＬＥＤなどが用いられる。

現像装置４は一成分接触現像であり、感光体ドラム２上の静電潜像をトナー像として顕像化する。現像装置４には図示しない高圧電源から所定の現像バイアスが供給される。クリーニング装置５は感光体ドラム２表面の転写残トナーのクリーニングを行う。各プロセスカートリッジ１は中間転写ベルト７の移動方向に並列に４個配設され、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの順で可視像を形成する。
一次転写ローラ８には一次転写バイアスが印加され、感光体ドラム２表面のトナー像は中間転写ベルト７表面に転写される。中間転写ベルト７は、図示しない駆動モータによって図中の矢印方向に回転駆動されるようになっており、各色の可視像が表面に順次重ね転写されることでフルカラー画像を形成する。
形成されたフルカラー画像は、二次転写ローラ９に所定の電圧を印加することにより転写材である用紙１０に転写され、図示しない定着装置にて定着され出力される。二次転写ローラ９で転写できず中間転写ベルト７上に残留したトナーはベルトクリーニング装置１１に回収される。

図２は、本発明の現像装置を備えるプロセスカートリッジの断面図である。現像装置４は、トナーを収容するトナー収容室１０１と、トナー収容室１０１の下方に設けられたトナー供給室１０２から構成され、トナー供給室１０２の下部には、現像ローラ１０３と、現像ローラ１０３に当接して設けられた層規制部材１０４およびトナー回収供給ローラ１０５が設けられる。現像ローラ１０３は感光体ドラム２に接触して配置され、図示しない高圧電源から所定の現像バイアスが印加される。トナー収容室１０１内にはトナーを攪拌搬送する第一撹拌搬送部材１０６が設けられている。
第一撹拌搬送部材１０６は、トナー供給用開口部１０７では、略水平方向のトナー搬送力が小さくなるような構成であり、この図２における第一撹拌搬送部材１０６は、スクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有する部材であり、回転している。この第一撹拌搬送部材１０６としては、このような搬送力を支配するようなスパイラルスクリューと、搬送力が生じることなく攪拌力を与えることができる羽根のような板形状のものを組み合わせることが望ましく、特にトナー補給用開口部１０７上では羽根のような板形状のもの、それ以外の部分ではスクリューのようなものになるように構成することが望ましい。ただし、第一撹拌搬送部材１０６としては、これに限ったものでなく、スクリュー、搬送ベルト、コイル状の回転体等の搬送機能を有するものや、それらと羽根のような板部材や針金を曲げて構成したパドルのようなもの等の解し機能を有するものを組み合わせたものでも良い。また、トナーの搬送方向においても第一撹拌搬送部材１０６に垂直かつ略水平方向にトナーを搬送する構成としても良い。

開口部１０７は、トナー収容室１０１にあるトナーをトナー供給室１０２へ搬送する入り口であるとともにトナー供給室１０２へ過剰に供給されたトナーをトナー収容室１０１へ戻す役割とに分かれて現像ローラ１０３と平行に複数設けられている。仕切り部材１１０は複数の開口部１０７を有し、トナー収容室１０１とトナー供給室１０２を仕切っている。
効率よくトナー供給用開口部１０７に搬送されたトナーは、開口部１０７近傍では略水平方向のトナー搬送力すなわちトナー移動が弱まり、さらに開口部１０７上の第一撹拌搬送部材１０６で攪拌されてトナーが解され、トナー供給室１０２のトナーが少なくなるに従って、トナーの自重によって開口部１０７を通過しトナー供給室１０２へと落下移動する。一方、他の位置にある開口部１０７では、開口部１０７上でのトナー搬送力が大きいので、自重で落下するトナーは少ないので、トナー供給室１０２のトナーが多くなりトナー供給室１０２内の粉圧が高くなった場合に、その粉圧による力でトナー収容室１０１にトナーが移動し、トナー供給室１０２でのトナーの過充填を防止することができる。
第二撹拌搬送部材１０８は、開口部１０７の下部に設けている。第二撹拌搬送部材１０８は、スクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有した部材であり回転動作により第一撹拌搬送部材１０６と平行かつ略水平方向にトナーを搬送できる構成をしている。さらに、開口部１０７のうち、トナー回収用開口部１０７の下部にあたる位置では仕切り部材１１０の下にあるトナーを両側から集めて山状に押し上げるようにするため、第二撹拌搬送部材１０８のスクリューの搬送方向が開口部１０７の直下で互いに逆向きの形状をしている。また、第二撹拌搬送部材１０８は、トナー供給室１０２にあるトナーを攪拌し、さらに下部にある現像ローラ１０３、トナー回収供給ローラ１０５へトナーを供給する役割を持つ。

トナー回収供給ローラ１０５の表面には空孔(セル)を有した構造の発泡材料が被覆されており、トナー供給室１０２内に運ばれてきたトナーを効率よく付着させて取り込むとともに、現像ローラ１０３との当接部での圧力集中によるトナー劣化を防止している。
発泡材料は、１０^３〜１０^１４Ωの電気抵抗値に設定される。トナー回収供給ローラ１０５には、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同方向にオフセットさせた値の供給バイアスが印加される。ここで、以下、オフセットとは、必要なデータの位置を、基準点からの差（距離）で表した値のことをいう。この供給バイアスは、現像ローラ１０３との当接部で予備帯電されたトナーを現像ローラ１０３に押し付ける方向に作用する。ただし、オフセットの方向はこれに限ったものではなく、トナーの種類によってはオフセットを０、もしくはオフセットの方向を変えてもよい。
トナー回収供給ローラ１０５は反時計回りの方向に回転し、表面に付着させたトナーを現像ローラ１０３の表面に塗布供給する（図２のトナー供給）。そして、層規制部材１０４が現像ローラ１０３に接触することにより現像ローラ１０３上にトナー薄層が形成され、 現像ローラ１０３に所定のバイアスを印加して感光体ドラム２上の静電潜像をトナー像として顕像化する。
一方、現像されずに現像ローラ１０３上に残ったトナーは、トナー回収供給ローラ１０５によって回収され（図２のトナー回収）、次の新たな現像に備える。そして再び、トナー回収供給ローラ１０５によって、現像ローラ１０３の表面に新たなトナーが塗布供給される（図２のトナー供給）。このように、トナー回収供給ローラ１０５は、トナーの回収と供給を兼用することができる。

現像ローラ１０３には、弾性ゴム層を被覆したローラが用いられ、さらに表面にはトナーと逆の極性に帯電し易い材料からなる表面コート層が設けられる。弾性ゴム層は、感光体ドラム２との接触状態を均一に保つために、ＪＩＳ−Ａで、５０度以下の硬度に設定され、さらに現像バイアスを作用させるために、１０^３〜１０^１０Ωの電気抵抗値に設定される。表面粗さＲａは、０．２〜２．０μｍに設定され、必要量のトナーが表面に保持される。現像ローラ１０３は反時計回りの方向に回転し、表面に保持したトナーを層規制部材１０４および感光体ドラム２との対向位置へと搬送する。
層規制部材１０４は、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ、リン青銅等の金属板バネ材料を用い、自由端側を現像ローラ１０３表面に、１０〜１００Ｎ／ｍの押圧力で当接させたもので、その押圧力下を通過したトナーを薄層化すると共に摩擦帯電によって電荷を付与する。さらに層規制部材１０４には、摩擦帯電を補助する為に、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同方向にオフセットさせた値の規制バイアスが印加される。

感光体ドラム２は時計回りの方向に回転しており、従って現像ローラ１０３表面は感光体ドラム２との対向位置において感光体ドラム２の進行方向と同方向に移動する。薄層化されたトナーは、現像ローラ１０３の回転によって感光体ドラム２との対向位置へ搬送され、現像ローラ１０３に印加された現像バイアスと感光体ドラム２上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて、感光体ドラム２表面に移動し現像される。
感光体ドラム２上に現像されずに現像ローラ１０３上に残されたトナーが再びトナー供給室１０２内へと戻る部分には、封止シール１０９が現像ローラ１０３に当接して設けられ、トナーは現像装置外部に漏れでないように封止される。

実施例では、下記の実験条件で実施例１〜１４、比較例１〜４の実験を行った。
１． 実験条件
１．１ 実験装置
画像形成装置２０には、（株）リコー製ＩＰＳｉＯ ＳＰ Ｃ３１０を改造して用いた。帯電ローラ３に印加する帯電バイアスは−１１００Ｖで行った。そのときの非画像部の感光体電位は−５００Ｖ、画像部の感光体電位は−５０Ｖであった。現像バイアスは画像形成装置２０の制御を行って決定したが、概ね−２００Ｖ〜−２５０Ｖに設定した。ブレードを用いた層規制部材１０４に印加するバイアスは、現像ローラ１０３に対して−１００Ｖオフセットさせた。感光体ドラム２は、時計回りの方向に周速（作像プロセス線速）１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させた。帯電ローラ３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転に従動して反時計回りの方向に回転させた。
現像ローラ１０３、トナー回収供給ローラは、ともに反時計回りの方向に回転させた。トナー回収供給ローラ１０５は、現像ローラ１０３と接触し、かつ回転駆動され、現像ローラ１０３を摺擦するが、このとき、トナー回収供給ローラ１０５と現像ローラ１０３の回転方向は、摺擦する部分では逆方向、いわゆるカウンタ方向となる。
トナー回収供給ローラ１０５の表面には空孔(セル)を有した構造の発泡材料が被覆されており、トナー回収供給ローラ１０５には、芯金ローラに発泡材料のポリウレタンフォームを形成したスポンジローラを用いた。トナー回収供給ローラ１０５に印加するバイアスは、現像ローラ１０３に対して−１００Ｖオフセットさせた。現像ローラ１０３の線速を１としたとき、トナー回収供給ローラ１０５の線速が現像ローラ１０３の線速の１．５倍になるように線速比を設定した。
１．２ 回収率［％］の測定方法
回収率の測定は、下記（１）〜（６）の手順で行った。
（１）
一旦現像ローラ１０３上にトナー薄層を形成する。
（２）
現像ローラ１０３を取り外す。
（３）
トナーの入っていないプロセスカートリッジを準備し、（２）の現像ローラ１０３を装着する。
（４）
（３）のプロセスカートリッジ１を画像形成装置２０に装着し、現像ローラ１０３が１周分回転するタイミングで画像形成装置２０をストップする。このとき、トナー回収供給ローラ１０５によって、現像ローラ１０３上の薄層トナーが回収される。プロセスカートリッジ１内にトナーは入っていないので、現像ローラ１０３上にはトナーは供給されずトナーの回収のみ行われる。
（５）（１）と（４）の状態の現像ローラ１０３上のトナー量を計量する。
（６）回収率［％］を、下記の式により求める。
回収率［％］＝｛（（１）のトナー量）−（（４）のトナー量）｝／（（１）のトナー量）×１００
この式によって、（１）の現像ローラ１０３上の薄層トナーの何％が回収されたか（回収率）がわかる。
１．３ 帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］の測定方法
トナーの質量あたりの帯電量Ｑ／Ｍの測定には、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製エレクトロメータを用いた。現像ローラ１０３上のトナーを除去し、そのときに現像ローラ１０３に流れ込む電荷量を計測した。また、除去したトナーの重量を計測することで、帯電量Ｑ／Ｍを求めた。
２． 実験方法
実施例１〜１４、比較例１〜４の実験では、下記のように、印刷条件は同じにして、発泡セル数、食込み量、回収率を変えて、実験を行った。発泡セル数、食込み量を変えることで、回収率の値を設定している。実験では、回収率２０〜９０［％］まで、１０［％］きざみの条件で、それぞれ印刷試験を行っている。帯電量Ｑ／Ｍは、発泡セル数、食込み量、回収率を設定した結果の値となる。
・
印刷条件：実施例１〜１４、比較例１〜４の実験では、それぞれ、印字率１％の画像を１枚間欠モードで画像形成を繰り返し行った。
・
発泡セル数（トナー回収供給ローラ１０５のポリウレタンフォームの発泡セル数）：４０、５０、６０、６５［個／２５ｍｍ］
・
食込み量（トナー回収供給ローラ１０５の現像ローラ１０３への食込み量）：０．５、１．０、１．５［ｍｍ］
・
回収率（トナー回収供給ローラ１０５によって現像ローラ１０３上のトナーを回収する回収率）：２０〜９０［％］
・
帯電量Ｑ／Ｍ（トナーの質量あたりの帯電量）：１０〜４０［μＣ／ｇ］

３． 評価方法
上記実験条件のもとに、そのときの地汚れと残像ランクの評価を行った。
地汚れの評価には、Ｌ^＊で測定した値を用いた。Ｌ^＊は、「明度指数」と呼ばれ、明度を表している。Ｌ^＊の測定は、画像形成動作におけるプリント時の非画像部の感光体表面をテープ転写させ、テープの地汚れをＬ^＊として測定するものである。測定には、市販の色彩色差計を用いた。Ｌ^＊は、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系におけるＬ^＊を意味している。Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系は、ＣＩＥ１９７６（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊）表色系と呼ばれ、日本工業規格では、ＪＩＳ
Ｚ ８７２９に規定されている。したがって、Ｌ^＊の値が大きいほど明るく、地汚れが少ないことを示している。Ｌ^＊は、９０以上であれば、画像サンプルに地汚れが発生しないだけなく、無駄に消費するトナーも少なく、実用上のトナー消費にも問題とならない量である。
残像ランクは、印刷後の用紙に現れた残像の有無のレベルを１〜５ランクで、目視により評価した。残像ランクの値が大きいほど残像が少なく良好で、残像ランクの値が小さいほど残像が多く不良であることを示している。
表１に、実施例１〜１４、比較例１〜４の実験条件と評価結果を合わせて示す。

図３〜５は、表１のデータをグラフ化したもので、トナー回収供給ローラ１０５によって現像ローラ１０３上のトナーを回収する回収率［％］をＸ、トナーの質量あたりの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］をＹとしたときの関係を示した図である。
図３は、実施例１〜６、比較例１〜４の回収率Ｘと帯電量Ｙとの関係を示した図である。図３にプロットした実施例１〜６の点を結んだ実線の多角形は、ＸとＹとが、下記の式（１）で表される領域にあり、
３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０・・・・・・・・式（１）
かつ、ＸとＹとの関係が、下記の式（２）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定したものである。
０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５・・・・・・式（２）
すなわち、実施例１〜６はすべて、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０で表される領域（図３で示した長方形）内にあることが前提である。さらに、実施例２、３は、Ｙ＝０．５Ｘ−２０の直線上にある。実施例５、６は、Ｙ＝０．５Ｘ＋１５の直線上にある。実施例１、４は、Ｙ＝０．５Ｘ−２０の直線より上側で、かつ、Ｙ＝０．５Ｘ＋１５の直線より下側にある。したがって、図３の実施例１〜６は、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５を満たす領域（図３で示した斜線部の多角形）内にあるように、ＸとＹの値を設定したものである。
このときの実施例１〜６の地汚れと残像ランクの評価結果を見る。表１によれば、地汚れは、実施例１〜６のすべてでＬ^＊の値が９０以上の、９０．３〜９３．１であり、地汚れはほとんど発生していない。残像ランクは、実施例１〜６は３〜５ランクで残像が少なく良好である。したがって、実施例１〜６は地汚れ、残像ランクともに良好である。

これに対し、図３の比較例１〜４を見ると、すべての比較例は３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５を満たす領域（図３で示した斜線部の多角形）内にはない。このときの比較例１〜４の地汚れと残像ランクの評価結果を見る。表１によれば、比較例１、２は、残像ランクは５で残像が少なく良好であるが、地汚れはＬ^＊の値が９０未満で地汚れが発生している。比較例３、４は、地汚れはＬ^＊の値が９０以上であり、地汚れはほとんど発生していないが、残像ランクは２〜２．５で残像が多く不良である。
さらに詳しく見ると、比較例２、４は、前提条件である３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０で表される領域（図３で示した長方形）内にもない。よって、比較例２のように回収率が高すぎると、地汚れが８９．２と悪くなり、白紙印字部のトナー消費量が増えて現像器の寿命が短くなる。また、比較例４のように回収率が低すぎると、残像ランクが２になり、現像履歴がメモリ画像となって画像に現れる、いわゆる残像が悪くなる。
また、比較例１、３は、前提条件である３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０で表される領域（図３で示した長方形）内にはあるが、０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５を満たす領域（図３で示した斜線部の多角形）内にはない。よって、比較例１のように回収率が高く帯電量Ｑ／Ｍが低いと、地汚れに不利になる。また、比較例３のように回収率が低く帯電量Ｑ／Ｍが高いと、現像ローラ上トナーの現像した部分と現像していない部分の画像濃度差が顕著となる（ポジ残像）。
このように、残留トナーが回収不足となると、残留トナーにより生じた現像パターンが次の現像時まで残存し、次回の現像に際して像担持体上に残像として転写され、それが印刷後の用紙にメモリ画像（残像）となって現れる問題が生じる。また、残留トナーの回収過剰となると、新たに供給されるトナーの帯電が悪くなり、現像に際して、文字部等の背景にトナーが付着して、地汚れが発生するという問題が生じる。
したがって、回収率と帯電量Ｑ／Ｍを、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５を満たす領域（図３で示した斜線部の多角形）内にあるように、ＸとＹの値を設定することにより、実施例１〜６のように、地汚れと残像の発生が少ない、良好な画像が得られるようにした。

図４は、実施例７〜１０の回収率Ｘと帯電量Ｙとの関係を示した図である。図４にプロットした実施例７〜１０の点を結んだ実線の多角形は、ＸとＹとが、下記の式（１）で表される領域にあり、
３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０・・・・・・・・式（１）
かつ、ＸとＹとの関係が、下記の式（３）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定したものである。
０．５Ｘ−１５≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１０・・・・・・式（３）
すなわち、図４の実施例７〜１０は、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−１５≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１０を満たす領域（図４で示した斜線部の多角形）内にあるように、ＸとＹの値を設定したものである。図４で示した斜線部の多角形は図３よりも範囲が狭められており、回収率と帯電量Ｑ／Ｍの値を設定する範囲を図３よりも狭くしている。
このときの実施例７〜１０の地汚れと残像ランクの評価結果を見る。表１によれば、地汚れは、実施例７〜１０のＬ^＊の値は９１以上の、９１．０〜９２．５で、地汚れはほとんど発生していない。実施例７〜１０の残像ランクは３．５以上の、３．５〜４．５ランクで残像が少なく良好である。
したがって、実施例７〜１０は地汚れ、残像ランクともに良好であるが、実施例１〜６よりも回収率と帯電量Ｑ／Ｍの値を設定する範囲を狭めることで、実施例１〜６よりもより安定した品質を実現できる。

図５は、実施例１１〜１４の回収率Ｘと帯電量Ｙとの関係を示した図である。図５にプロットした実施例１１〜１４の点を結んだ実線の多角形は、ＸとＹとが、下記の式（１）で表される領域にあり、
３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０・・・・・・・・式（１）
かつ、ＸとＹとの関係が、下記の式（４）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定したものである。
０．５Ｘ−１０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋５・・・・・・・式（４）
すなわち、図５の実施例１１〜１４は、３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０かつ、０．５Ｘ−１０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋５を満たす領域（図５で示した斜線部の多角形）内にあるように、ＸとＹの値を設定したものである。図５で示した斜線部の多角形は図４よりも範囲が狭められており、回収率と帯電量Ｑ／Ｍの値を設定する範囲を図４よりも狭くしている。
このときの実施例１１〜１４の地汚れと残像ランクの評価結果を見る。表１によれば、地汚れは、実施例１１〜１４のＬ^＊の値は９２以上の９２．０〜９２．５で、地汚れはほとんど発生していない。実施例１１〜１４の残像ランクは４以上の、４〜４．５ランクで残像が少なく良好である。
したがって、実施例１１〜１４は地汚れ、残像ランクともに良好であるが、実施例７〜１０よりも回収率と帯電量Ｑ／Ｍの値を設定する範囲を狭めることで、実施例７〜１０よりもより安定した品質を実現できる。

１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ：プロセスカートリッジ２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ：感光体ドラム（像担持体）３：帯電装置４：現像装置５：クリーニング装置６：露光装置７：中間転写ベルト８：一次転写ローラ９：二次転写ローラ１０：用紙１１：ベルトクリーニング装置２０：画像形成装置１０１：トナー収納室１０２：トナー供給室１０３：現像ローラ（現像剤担持体）１０４：層規制部材１０５：トナー回収供給ローラ（トナー回収供給部材）１０６：第一撹拌搬送部材１０７：開口部１０８：第二撹拌搬送部材
１０９：封止シール
１１０：仕切り部材

特開２００３−２９５６１５号公報 特開２００５−１８９７６７号公報 特開２００８−２２５３９３号公報 特開２００８−２８６９３１号公報

Claims (9)

1. 静電潜像を形成する像担持体と、像担持体に対向して回転可能に設けられた現像剤担持体とを備え、静電潜像を現像して顕像化する一成分現像方式の現像装置において、
   前記現像装置は、前記現像剤担持体上の現像剤量を規制する層規制部材と、
   前記現像剤担持体上のトナーを回収及び前記現像剤担持体上にトナーを供給するトナー回収供給部材とを備え、
   前記トナー回収供給部材によって前記現像剤担持体上のトナーを回収する回収率［％］をＸ、トナーの質量あたりの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］をＹとしたとき、
   ＸとＹとが、下記の式（１）で表される領域にあり、
   ３０≦Ｘ≦８０、１０≦Ｙ≦４０・・・・・・・・式（１）
   かつ、ＸとＹとの関係が、下記の式（２）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定する
   ０．５Ｘ−２０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１５・・・・・・式（２）
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記ＸとＹとの関係が、下記の式（３）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定する
   ０．５Ｘ−１５≦Ｙ≦０．５Ｘ＋１０・・・・・・式（３）
   ことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記ＸとＹとの関係が、下記の式（４）で表される領域にあるように、ＸとＹの値を設定する
   ０．５Ｘ−１０≦Ｙ≦０．５Ｘ＋５・・・・・・・式（４）
   ことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置において、
   前記トナー回収供給部材が、スポンジローラである
   ことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置において、
   前記トナー回収供給部材が、前記現像剤担持体と接触し、かつ回転駆動され、前記現像剤担持体を摺擦する
   ことを特徴とする現像装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置において、
   前記トナー回収供給部材と前記現像剤担持体の回転方向が、摺擦する部分で逆方向である
   ことを特徴とする現像装置。
7. 少なくとも、像担持体と現像装置とを備え一体に支持し、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
   前記プロセスカートリッジは、請求項１ないし６のいずれかに記載の現像装置を用いる
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 像担持体と、像担持体に当接して像担持体を帯電させる帯電装置と、像担持体の表面に画像情報に基づいた静電潜像を形成する露光装置と、トナーを収容し静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置と、像担持体上に形成した各色のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、請求項１ないし６のいずれかに記載の現像装置を用いる ことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８に記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、請求項７に記載のプロセスカートリッジを用いる ことを特徴とする画像形成装置。

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