JP2015041084A - 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置においてより良好な画像形成が可能となる技術を提供する。【解決手段】現像ローラ３の現像剤担持面が、第１誘電体部３２からなる面上に複数の第２誘電体部３１が散在する構成であり、規制部４１、第１誘電体部３２、第２誘電体部３１は、帯電極性が、着色粒子５２、第２誘電体部３１、第１誘電体部３２が−、規制部４１、外添粒子５２が＋であり、帯電系列上で（−）着色粒子５１＜第２誘電体部３１＜第１誘電体部３２＜規制部４１（＋）、かつ、（−）着色粒子５１＜第２誘電体部３１＜第１誘電体部３２＜外添粒子５２（＋）であり、仕事関数が、着色粒子５１と第２誘電体部３１との差＜第２誘電体部３１と外添粒子５２との差、着色粒子５１と第１誘電体部３２との差＜第１誘電体部３２と外添粒子５２との差、着色粒子５１と規制部４１との差＞規制部４１と外添粒子５２との差である。【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる現像装置に関する。

従来、現像装置の小型化及び低コスト化のため、現像剤供給部材を省いた現像装置が提案されている。現像剤供給部材は、現像ローラ（現像剤担持体）に対する現像剤（以下トナー）の供給・剥ぎ取り機能を有しており、主にゴースト・ベタ画像追従不良の対策として設けられる。ゴーストとは、例えば、濃度の高いベタ画像形成後、ハーフトーン画像を形成すると、ハーフトーン画像上にベタ画像の跡が現れる現象で、ベタ画像追従不良とは、１００％ベタ画像を画像全面に描くと、画像後端の濃度が下がる現象である。このため、現像剤供給部材を省くためには、別の手段でこの課題の対策をとらなければならない。
特許文献１、２では、現像ローラの表面を誘電体部と導電体部とが規則的又は不規則に混在して分布する構成とし、現像剤供給部材を廃した現像装置が提案されている。即ち、現像ローラ表面の誘電体部をトナー層厚規制部材（現像剤規制部材）が直接、又はトナーを介して摺擦することにより、誘電体部を帯電し、導電体部との隣接部上に微小閉電界を形成する。現像ローラ表面へ搬送されたトナーは、微小閉電界によるグラディエント力を受けて、現像ローラ表面に吸引され担持される。

特許第３２７２０５６号公報 特許第３１６２２１９号公報

特許文献１、２では、例えばトナーの帯電極性が負極性の場合には、帯電系列上で（−）トナー＜現像剤規制部材＜誘電体部（＋）、となるように構成する。この構成により、現像ローラ上に多層のトナーを担持することが可能となり、ベタ画像追従不良の発生を抑制することができる。
しかしながら、特許文献１、２のように誘電体部を帯電系列上で現像剤規制部材よりもトナーの帯電極性と逆極性側に位置するように構成すると、上記ゴーストが発生しやすくなることが本発明者の検討により明らかとなった。この従来技術の構成では、誘電体部に担持したトナーは誘電体部に対して静電的に強く付着するためトナー層厚の規制が難しく、ベタ白画像形成時の現像ローラ上のトナーコート量がベタ画像形成時と比較し大きくなる。このトナーコート量の差がゴーストとして画像に現れることがある。また、現像剤規制部材はコート量を調節する機能のみを有し、剥ぎ取り機能は無いため、低印字画像を連続出力すると、現像ローラにトナーが融着することがある。また、現像剤供給部材に剥ぎ取り機能がなく、その上、誘電部がトナーと逆極性に帯電するため、現像剤担持体にトナーが融着することがある。これらのトナー融着による画像不良を回避するため、現像装置の寿命を短く設定しなければならない場合が生じる。

本発明の目的は、画像形成装置においてより良好な画像形成が可能となる技術を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の現像装置は、
着色粒子と該着色粒子の表面に分散された外添粒子とを有する現像剤を収容する容器と
、
前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持される前記現像剤の層厚を規制する規制部と、
を備える現像装置において、
前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面が、第１誘電体部からなる面上に複数の第２誘電体部が散在するように構成され、
前記規制部、前記第１誘電体部及び前記第２誘電体部は、
帯電極性について、
前記第１誘電体部及び前記第２誘電体部が、前記着色粒子と同極性であるとともに前記規制部及び前記外添粒子とは逆極性であり、
帯電系列について、
前記第２誘電体部が前記着色粒子と前記第１誘電体部との間に位置するとともに前記第１誘電体部が前記第２誘電体部と前記外添粒子との間に位置し、かつ、
前記第２誘電体部が前記着色粒子と前記第１誘電体部との間に位置するとともに前記第１誘電体部が前記第２誘電体部と前記規制部との間に位置し、
仕事関数について、
前記着色粒子と前記第２誘電体部との差が、前記第２誘電体部と前記外添粒子との差より小さく、
前記着色粒子と前記第１誘電体部との差が、前記第１誘電体部と前記外添粒子との差より小さく、
前記着色粒子と前記規制部との差が、前記規制部と前記外添粒子との差より大きい
ことを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明のプロセスカートリッジは、
画像形成装置の装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジであって、
上記現像装置と、
静電潜像を担持する像担持体と、
を備えることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
上記現像装置及び静電潜像を担持する像担持体、または上記プロセスカートリッジのいずれかと、
前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
静電潜像を現像剤で現像して記録媒体に画像を形成することを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置においてより良好な画像形成が可能となる。

実施例１に係る現像装置の概略断面図 実施例１におけるトナーと外添粒子の構成を説明する模式図 実施例１における現像ローラの構成を示す模式図 実施例１における現像ローラ誘電体部の電位と時間の関係を説明する図 実施例１における現像システムの説明図（ベタ画像形成時） 実施例１における現像システムの説明図（ベタ白画像形成時） 実施例１におけるトナー付着メカニズムの説明図 実施例１におけるトナー層規制メカニズムの説明図 実施例１における現像システムの電位模式図 実施例１における現像ローラ誘電体部の電位と時間の関係を説明する図 実施例２に係る現像装置の概略断面図 実施例２における現像システムの電位模式図 実施例に係る画像形成装置の概略断面図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
＜画像形成装置＞
本発明の実施例の画像形成装置１００の概略構成を図１３に示す。ここで、画像形成装置（電子写真画像形成装置）とは、電子写真画像形成プロセスを用いて現像剤（トナー）により記録材（記録媒体）に画像を形成するものである。例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ（ＬＥＤプリンタ、レーザビームプリンタなど）、電子写真ファクシミリ装置、及び、電子写真ワードプロセッサー、及び、それら複合機（マルチファンクションプリンタ）などが含まれる。また、記録材とは、画像を形成される物であって、例えば、記録用紙、ＯＨＰシート、プラスチックシート、布など等の記録メディアである。本実施例の画像形成装置１００は、主な構成として、感光ドラム１、現像装置２、クリーニング装置８、帯電ローラ７、露光装置９１、転写ローラ９３、定着器９４等を有する。感光ドラム１、現像装置２、クリーニング装置８、帯電ローラ７は、プロセスカートリッジＰとして一体化されており、画像形成装置本体（画像形成装置１００のうち、プロセスカートリッジＰを除いた部分）に対して着脱可能に構成されている。なお、プロセスカートリッジとしては、電子写真感光体ドラムと、この電子写真感光体ドラムに作用するプロセス手段としての帯電装置、現像手段、クリーニング手段の少なくとも一つを一体的にカートリッジ化した他の構成も適宜採用することができる。また、現像装置２を単独で、装置本体あるいはプロセスカートリッジＰに対して着脱可能に構成してもよい。現像装置２は負の正規帯電極性（静電潜像を現像するための帯電極性。本実施例では負極性の静電潜像を反転現像するので、トナーの正規帯電極性は負である。）をもつトナーを内包している。

露光装置９１から発信されたレーザービームが反射ミラー９２を介して感光ドラム１上の露光位置Ｘに達するように、露光装置９１、反射ミラー９２は配置されている。感光ドラム１の下部には、転写ローラ９３が配置されている。転写後の転写材Ｓは定着器９４に送られる。転写位置に対して感光ドラムの移動方向下流にはクリーニング装置８が設置されている。付属のブレードが感光ドラム１上のトナーを掻き落とせるように接触配置されている。

画像形成装置の画像形成動作について説明する。コントローラ部７０が所定の制御プログラムや参照テーブルに従って以下の画像形成動作を統括的に制御する。まず、矢印Ａ方向に１００ｍｍ／ｓｅｃで回転している感光ドラム１の表面上を、帯電ローラ７で所定電位に帯電する。露光位置Ｘにおいて、画像信号に応じて露光装置９１から発信されたレーザービームにより、感光ドラム１上に静電潜像を形成する。形成した静電潜像を現像位置Ｚにおいて現像装置２で現像し、トナー像を形成する。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写位置Ｙにて転写材Ｓに転写される。トナー像を転写された記録媒体としての転写材Ｓは定着器９４に送られる。定着器９４は転写材Ｓ上のトナー像を加圧及び加熱して転写材Ｓに定着し、最終画像とする。

図１は、本実施例に係る現像装置２の概略構成図である。像担持体としての感光体ドラム１は外径２４ｍｍ、周速１５０ｍｍ／ｓｅｃで、矢印Ａ方向に回転駆動される。感光体ドラム１の左側に現像装置２が配設されている。感光体ドラム１の周囲には、電子写真プ
ロセスを実施するために、周知の帯電手段、露光手段、転写分離装置（転写手段）、クリーニング手段、定着装置（いずれも図１では不図示）等が配設されている。

本実施例の現像装置２は、図１に示すように、現像容器６、現像ローラ３、金属ブレード（規制ブレード）４、を備える。現像容器６は、非磁性一成分系現像剤であるトナー５を収容し、現像ローラ３は１８０ｍｍ／ｓｅｃで矢印Ｂ方向に回転駆動される。現像ローラ３には、高圧電源６１から現像バイアスが印加される。本実施例では、現像ローラ３は感光ドラム１表面に接触して配置している。また、金属ブレード４は、現像ローラ上のトナーの層厚を規制する規制部として機能する。また、金属ブレード４は、帯電層４１を備え、現像ローラ３上の誘電体部にトナー５を介して所定の電荷を付与する電荷付与手段、及びトナー５に所定の電荷を付与する現像剤帯電手段としての機能を有している。

本実施例の現像装置２は、現像ローラ３に当接するトナー供給部材を省いた構成であり、現像ローラ３表面に多層のトナーを担持するため、前述のグラディエント力を利用している。そのため現像ローラ３表面に互いに仕事関数の異なる高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２を設け、金属ブレード４がトナーを介して摺擦することにより、各誘電体部を別々の電位に帯電させ、各誘電体の隣接部上に微小閉電界を形成する。現像ローラ３表面へ搬送されたトナーは、微小閉電界によるグラディエント力を受けて、現像剤担持体面に吸引され担持される。

本実施例においては、図２に示すように、着色粒子５１表面に外添粒子５２が分散されたトナー５を採用している。本実施例では、外添粒子５２に単分散球形シリカを用い、着色粒子１００質量部に対して、外添粒子０．５質量部を高速撹拌し、着色粒子５１を処理することでトナー５を調製した。詳細は後述するが、本実施例での現像システムには現像ローラ３表面の高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２、着色粒子５１、及び外添粒子５２の仕事関数の関係を利用している。

本実施例における現像ローラ３としては、表面に電荷を保持できる高抵抗率の誘電体部３１と、ある程度電荷を保持しつつも電荷が減衰する中抵抗率の誘電体部３２と、が微小面積で混在露出するように構成された現像ローラを用いた。具体的には、図３（ａ）に示すように軸芯体３０ａの外周上に、導電性ゴム材料からなる弾性層（導電性基体）３０ｂと、表面層３０ｃとを有して構成される。表面層３０ｃは、第１誘電体部としての中抵抗誘電体部３２からなる面上に複数の第２誘電体部としての高抵抗誘電体部３１が散在するように構成されている。弾性層３０ｂ上に高抵抗誘電体粒子を分散した中抵抗樹脂材料からなる表面層３０ｃを例えばコーティング等で形成して、その表面を研磨して製作することができる。現像ローラ３の平面図を図３（ｂ）、図３（ｂ）のａａ断面図を図３（ｃ）に示す。高抵抗誘電体部３１を所定の方法にて帯電することにより、図３（ｃ）の電気力線Ｅで示すように微小閉電界（マイクロフィールド）が形成される。

高抵抗誘電体部３１の大きさ（現像ローラ３（中抵抗誘電体部３２）の周面に露出する部分（円形状部）の大きさ）は、例えば外径が５〜５００μｍ程度になるようにする。これは、表面に電荷を保持し、画像ムラを抑制するために最適な値である。外径＜５μｍである場合には、高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２表面に保持する電位量が少なく、十分な微小閉電界を形成することができない。また、外径＞５００μｍである場合には、高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２の電位差が大きくなり、ムラの多い画像となる。

各誘電体部の帯電量は、接触するトナー５表面の外添粒子５２との仕事関数の差にも依存する。さらに各誘電体部は互いに異なる時定数を持つ材料で構成され、電位減衰速度も異なる。各誘電体部の帯電電位と時間による減衰の様子を図４に示す。高抵抗誘電体部３
１と中抵抗誘電体部３２は、上記の仕事関数の関係より、規制部でトナー５表面の外添粒子５２との摺擦によって同極性だが互いに異なる電位に帯電し、微小閉電界が形成された状態で現像位置へと移動する。その後、回収位置へと進み、現像容器６に再び侵入する。規制位置から回収位置へ移動する間、各誘電体部に帯電した電位は図４に示す曲線に沿って減衰する。現像ローラ３はＲＣ回路であるため、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２に帯電した電位の時定数を各々τａ、τｂ、とすると、τａ＝ＲａＣａ、τｂ＝ＲｂＣｂと表わされる。ここで、時定数とは、回路の応答速度（つまり、電位が特定の割合まで減衰するのに必要な時間）を示す指標であり、Ｒは、誘電体部の抵抗成分、電気抵抗値であり、Ｃは、誘電体部のコンデンサ成分、静電容量である。本実施例では、各誘電体部をτａ＞τｂ、つまりＲａＣａ＞ＲｂＣｂという関係に構成する。こうすることで、高抵抗誘電体部は電位が減衰するのに時間がかかる（減衰しにくい）。つまり規制部から回収位置に至って各誘電体部の電位が減衰しても、高抵抗誘電体部３１の電位の絶対値が中抵抗誘電体部３２の電位の絶対値より高い状態を保つことができる。各誘電体部は、回収位置で高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２との間に微小閉電界を保持したまま現像容器６に侵入し、無帯電又は低帯電トナーをグラディエント力により吸引、担持することが可能となる。（詳細は後述）

更に、中抵抗誘電体部３２は、金属ブレード４によるトナー層厚規制動作終了後、現像ローラ３の現像周期Ｔ経過後に電位を有し、微小閉電界を保持しなければならない。そのため、中抵抗誘電体部３２の電気抵抗値Ｒｂ、静電容量Ｃｂは、例えば現像ローラ３の現像周期Ｔに対して、ＣｂＲｂ≧Ｔ／Ｌｎ１０（Ｌｎ：自然対数）を満たすことが好ましい。これにより、所定の方法により帯電された中抵抗誘電体部３２はＴ経過後、少なくとも１０％以上の電荷量を保つことができる。本実施例ではＣＲ≧０．０９１とすることで上述の関係を満たし、微小閉電界を形成している。

誘電体粒子の体積抵抗率は、２３℃／５０％ＲＨ環境下で、三菱化学（株）製の抵抗測定装置Ｈｉｒｅｓｔａ−ＵＰを用い、測定対象試料に１０００Ｖの電圧を３０秒間印加して測定した。測定対象試料の使用量は、測定対象の粒子の密度等を考慮して適宜調整することが好ましく、例えば、アクリル樹脂粒子を測定する場合は、それを０．６ｇ用い、そして、これらに２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力をかけて圧縮したものを測定対象試料とした。誘電体粒子の比誘電率は、次のようにして測定する。まず、底面積２．２６ｃｍ^２の円筒内に粉体試料を入れ、上下電極に１５ｋｇの加圧を行う。同時に、１Ｖｐｐ、１ＭＨｚの交流電圧を印加し、そのときの電流を測定し、その後正規化して比誘電率を算出する。現像ローラ３表面の誘電体部３１のＣＲ測定は、誘電体部３１を所定の方法で帯電し、その減衰率を測定することで代用できる。例えば、現像ローラ３から表面１ｃｍ×１ｃｍ、厚み３ｍｍの測定用サンプルを切り出し、ＭＩＬＴＹ社製ゼロスタット３により＋イオンを放射する。そして、誘電体部３１の電位を走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＡ３００，ＳＩＩナノテクノロジー（株）製）のＫＦＭモードにて、所定時間間隔で測定し電位減衰率からＣＲを算出することができる。

図３のような表面層３０ｃを形成するには、例えば、バインダーとしての中抵抗ウレタン樹脂にアクリル樹脂粒子を分散する。本実施例では、アクリル樹脂粒子の含有量を中抵抗ウレタン樹脂１００質量部に対して、７０質量部とすることで高抵抗誘電体部／中抵抗誘電体部の面積比としては、誘電体部の面積が全体の５０％程度となるようにしている。また、本実施例においては接触現像方式を採用しており、感光ドラム１を傷つけないため、現像ローラ３は表面からの測定によるＪＩＳ硬度で３０〜７０度の範囲内の弾性ローラになっていることが望ましい。微細な高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２を形成する方法は上記の例に限られるものではなく、各種の方法が採用可能である。

詳細は後述するが、本実施例での現像システムには現像ローラ３表面の高抵抗誘電体部
３１、中抵抗誘電体部３２、金属ブレード４の帯電層４１、着色粒子５１及び外添粒子５２の仕事関数の関係を利用している。現像ローラ３表面の高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２に用いた材料（アクリル樹脂、ウレタン）の仕事関数は、表面分析装置（ＡＣ−２型、理研計器（株）製）を用い、照射光量２５０ｎＷにて測定すると５．７７ｅＶ、５．６ｅＶであった。

本実施例における金属ブレード４は、厚さ０．１ｍｍのリン青銅金属薄板上にポリアミド樹脂をラミネート加工し帯電層４１を形成した。帯電層４１の仕事関数は、表面分析装置（ＡＣ−２型、理研計器（株）製）を用い、照射光量２５０ｎＷにて測定すると５．４２ｅＶであった。

本実施例におけるトナー５には、非磁性スチレンアクリル系＋ポリエステル系樹脂を顔料により着色した略粒径の負帯電性着色粒子５１表面に着色粒子５２が分散されたトナー５を採用した。本実施例では、外添粒子５２に単分散球形シリカを用い、着色粒子１００質量部に対して、外添粒子０．５質量部を高速攪拌し、トナー表面を処理することで現像剤を調製した。着色粒子５１、外添粒子５２の仕事関数は、前述の測定方法により、それぞれ６．０１ｅＶ、５．０１ｅＶであった。

本実施例で以上のような仕事関数を持つ材料を採用することによって、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２、着色粒子５１を負極に帯電させ、金属ブレード４の帯電層４１を正極に帯電させることができる。

本実施例での現像バイアスには接触現像用として、電圧印加手段として高圧電源６１から現像ローラ３に−３００Ｖの直流電圧を印加した。感光ドラム１は負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）で、ベタ白画像部で−５００Ｖ、ベタ画像部で−１００Ｖになるように潜像設計を施した。本実施例では、好適な画像濃度を得るため、ベタ画像形成時感光ドラム１上のトナーコート量として０．５４ｍｇ／ｃｍ２必要であり、そのため現像ローラ３上のトナーコート量０．４５ｍｇ／ｃｍ２を要する。

本実施例では、着色粒子５１、及び外添粒子５２を、前述した仕事関数となるよう材料選択することで、帯電系列上（−）着色粒子５１＜高抵抗誘電体部３１＜中抵抗誘電体部３２＜外添粒子５２（＋）、となるように構成している。また前述の通り、帯電層４１を帯電系列上（−）着色粒子５１＜高抵抗誘電体部３１＜中抵抗誘電体部３２＜帯電層４１（＋）、となるように構成している。さらに、下記（１）〜（３）を同時に満たすように着色粒子５１、外添粒子５２、規制部材の帯電層４１、及び高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２の各材料構成されている。（１）着色粒子５１と高抵抗誘電体部３１との仕事関数の差が、高抵抗誘電体部３１と外添粒子５２との仕事関数の差より小さい。（２）着色粒子５２と中抵抗誘電体部３２との仕事関数の差が、中抵抗誘電体部３２と外添粒子５２との仕事関数の差より小さい。（３）着色粒子５１と規制部材の帯電層４１との仕事関数差が規制部材の帯電層４１と外添粒子５２の仕事関数差より大きい。

該構成により、各誘電体部３１、３２と外添粒子５２、着色粒子５１、外添粒子５２と帯電層４１との摩擦により、着色粒子５１及び各誘電体部３１、３２に負極性の電荷を、帯電層４１及び外添粒子５２に正極性の電荷を付与することができる。すなわち、トナー５は、着色粒子５１と外添粒子５２が互いに逆極性となる。

負極性に帯電する着色粒子５１と正極性に帯電する外添粒子５２とで構成されるトナー５は、負極性に帯電する着色粒子５１の質量部が正極性に帯電する外添粒子５２の質量部と比較して十分に大きいため、負極性に帯電する粒子として振る舞う。

以下、本実施例での現像システムについて、図５（ベタ画像形成）図６（ベタ白画像形成）を用い説明する。本実施例では、ベタ画像形成に現像ローラ３上の全トナー５を現像に使っている。図５、図６に示すトナー５の白抜きトナーは無帯電又は低帯電のトナーで、−（マイナス）表示のトナーは現像ローラ３表面と金属ブレード４の帯電層４１に規制され帯電したトナーである。

まず、ベタ画像形成について説明する。規制部にて、外添粒子５２と高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２との摩擦により、外添粒子５２に正極性の電荷を、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２に絶対値の異なる負極性の電荷を付与する。これにより、高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２の間に前述の微小閉電界が形成される。現像部にて、図５（ｂ）に示すように、現像ローラ３上の全トナー５を現像する。回収部から現像容器６内にて、図５（ｃ）に示すように、現像ローラ３上に形成された微小閉電界によるグラディエント力で、３層程度のトナー層を形成する。そして、規制部にて、図５（ａ）に示すように、ベタ画像形成時においても、常に現像ローラ３上に２層程度のトナーコート量を得て、前述のベタ画像追従不良を抑制することができる（詳細は後述）。

次に、ベタ白画像形成について説明する。ベタ黒画像形成時と同様に、規制部にて高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２の間に前述の微小閉電界が形成される。現像部にて、図６（ｂ）に示すように、現像ローラ３上の全トナーは現像容器６への回収部へ向かう。回収部から現像容器６内にて、図６（ｃ）に示すように、現像ローラ３上に形成された微小閉電界によるグラディエント力で、４層程度のトナー層を形成する。そして、規制部にて、図６（ａ）に示すように、ベタ白画像形成時においても、本発明である、現像ローラ３と金属ブレード４の帯電層４１の帯電系列差を利用した規制により、現像ローラ３上に２層程度のトナーコート量を得ることができる。即ち、ベタ画像形成時、ベタ白画像形成時において、規制部通過後のトナーコート量を同等とすることで、前述のゴースト画像の発生を抑制することができる（詳細は後述）。

ここで、本発明の特徴である、ゴースト画像良化メカニズムについて図７、図８を用い詳細に説明する。図７、図８に示すトナー５の白抜きトナーは無帯電又は低帯電のトナーで、−（マイナス）表示のトナーは現像ローラ３表面と金属ブレード４の帯電層４１に規制され帯電したトナー、及び現像ローラ３表面を転がり帯電したトナー５である。

まず、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）にて、ベタ画像形成時、現像ローラ３表面にトナー５が付着するメカニズム、図７（ｄ）（ｅ）（ｆ）にて、ベタ白画像形成時のトナー付着メカニズムについて説明する。本発明での現像ローラ３表面へのトナー吸引は、微小閉電界によるグラディエント力であるため、トナー５が受ける力の向きは電界の向きに依らず、電界の大きくなる方向へ力を受ける。そのため、図７（ａ）（ｂ）に示すように、誘電体部３１の極性がトナー５と同極性であっても、微小閉電界を形成すれば、トナー５を吸引することができる。ベタ画像形成時は、図７（ａ）に示すように現像ローラ３表面は、トナーがなくなった状態で現像容器６内に戻ってくる。このとき、高抵抗誘電体部３１は負極性に強帯電し、中抵抗誘電体部３２は負極性に弱帯電した状態である。無帯電又は低帯電のトナー５が、図７（ｂ）に示すように、微小閉電界Ｅが発生する高抵抗誘電体部３１表面にグラディエント力で吸引される。このとき、付着したトナー５は、図７（ｂ）に示すようにローラ表面凹凸を形成し、その隙間にトナー５を担持し、図７（ｃ）に示す３層程度のトナー層を形成する。このとき、中抵抗誘電体部３２に接触したトナーも負極性に帯電する。一方ベタ白画像形成時は、図７（ｄ）に示すように、高抵抗誘電体部３１は負極性に強帯電し、中抵抗誘電体部３２は負極性に弱帯電した状態である。ローラ３表面は負極性電荷を持つトナーコートにより、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２上のトナー層表面電位は負極性側にシフトする。そして、高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２との間の電位差により（中抵抗誘電体部３２の方が負極性側に電位大）、微小閉電界Ｅ
が発生する。そして、無帯電又は低帯電のトナー５が、図７（ｅ）に示すように、微小閉電界Ｅが発生する高抵抗誘電体部３２表面にグラディエント力で吸引され、ローラ表面凹凸を形成し、その隙間にトナー５を担持し、図７（ｆ）に示す４層程度のトナー層を形成する。

次に、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）にて、ベタ画像形成時、現像ローラ３表面のトナー層を金属ブレード４によって規制するメカニズム、図８（ｄ）（ｅ）（ｆ）にて、ベタ白画像形成時のトナー層規制メカニズムについて説明する。ベタ画像形成時は図８（ａ）に示すように、現像ローラ３表面に３層程度のトナー層を形成し、図８（ｂ）に示すようにグラディエント力による拘束が弱い上層のトナーは機械的に現像ローラ３表面から剥ぎ取られる。下層のトナーは、図８（ｃ）に示すように、規制部へ搬送されマイナス帯電する。一方ベタ白画像形成時は、図８（ｄ）に示すように、現像ローラ３表面に４層程度のトナー層を形成し、規制される。ここで、本実施例では、帯電系列上（−）着色粒子５１＜高抵抗誘電体部３１＜中抵抗誘電体部３２＜帯電層４１（＋）、となるように構成している。そのため、中抵抗誘電体部３２、高抵抗誘電体部３１、帯電層４１の電位関係は、図９（ａ）に示すように、中抵抗誘電体部３２＝現像バイアス（以下Ｖｄｃ）−α、高抵抗誘電体部３１＝Ｖｄｃ−β、帯電層４１＝Ｖｄｃ+γとなる（０＜α＜β）。これにより、図
８（ｅ）に示すように、現像ローラ３表面のマイナストナーは、帯電層４１と中抵抗誘電体部３２、高抵抗誘電体部３１との間の電界により現像ローラ３表面から剥ぎ取られやすくなる。このとき、ベタ白画像形成時はベタ画像形成時と比較し、より上層にマイナストナーが積層されているため、電界により剥ぎ取られるトナー量は多くなる。

即ち、本実施例では、以上説明した、現像ローラ３表面へのトナー付着メカニズム及び、トナー層規制メカニズムにより、ベタ画像形成時及びベタ白画像形成時の規制部通過後のトナーコート量を同等とする。こうすることで、ベタ追従性不良を起こすことなくゴースト画像発生を抑制することができる。ここでは、現像ローラ３表面のトナーコート状態に最も違いが表れやすいベタ画像形成とベタ白画像形成との比較について詳細を述べたが、ハーフトーン画像形成時においても、前述のメカニズムにより規制部通過後のトナーコート量を同等とすることができる。

ここで、高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２との帯電量の違いによる耐久ゴーストのレベルの違いを比較した結果を表１に示す。ゴーストのレベルにおいて、○は各画像弊害が目視で確認できないレベルとした。△は、画像には発生するものの、実用上許容できるレベルとした。ゴーストは本実施例の現像装置を図１の画像形成装置によりＡ４サイズ１００００枚の画像形成を行い、耐久後半のゴーストレベルを比較した。比較例は中抵抗誘電体部を導電体部に代替することで帯電量を０Ｖとした。また、高抵抗誘電体部３１の帯電量は高抵抗誘電体部３１の大きさで調整した。

［表１］

実施例においては、比較例と比較して、ゴーストが若干良化した。この原因は、中抵抗誘電体部３２がトナー５と同極性である負極性に帯電することにより、トナー５の中抵抗誘電体部３２を起因とした現像ローラ３への融着発生が生じなかったためである。

以上、本実施例によれば、帯電系列上で下記（Ａ）、（Ｂ）を同時に満たすように、着
色粒子５１、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体３２、帯電層４１、外添粒子５２を構成する。
（Ａ）（−）着色粒子５１＜高抵抗誘電体部３１＜中抵抗誘電体部３２＜帯電層４１（＋）
（Ｂ）、（−）着色粒子５１＜高抵抗誘電体部３１＜中抵抗誘電体部３２＜外添粒子５２（＋）
これにより、現像剤供給部材を省いた現像装置において、ゴースト・ベタ画像追従不良を大幅に良化し、長寿命を達成する画像形成装置を提供することができる。

本実施例では、着色粒子５１、各誘電体部３１、３２、帯電層４１、外添粒子５２を前述の材料構成としているが、かかる構成に限定されない。各誘電体部３１、３２が帯電系列上で着色粒子５１と外添粒子５２との間に位置するように、各材料を構成するものであればよい。例えばトナーが正帯電極性である場合には（−）外添粒子５２＜中抵抗誘電体部３２＜高抵抗誘電体部３１＜着色粒子５１（＋）と各材料を構成し、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体３２、帯電層４１の電位関係を、図９（ｂ）のようにできる。また、帯電系列上高抵抗誘電体部３１と帯電層４１の差が大きい場合には、規制時、電界による現像ローラ３上トナー５の剥ぎ取り効果が大きくなり、画像濃度が下がることがある。この場合には、現像ローラの回転速度を速めることにより、好適な画像濃度を維持することができる。

また、本実施例では、帯電系列上（−）着色粒子５１＜高抵抗誘電体部３１＜中抵抗誘電体部３２＜帯電層４１＜外添粒子５２（＋）と、各材料を構成している。しかしながら、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２、着色粒子５１を負極に帯電させ、金属ブレード４の帯電層４１を正極に帯電させる構成であれば、上記の帯電系列の関係でなくてもよい。例えば、（−）着色粒子５１＜高抵抗誘電体部３１＜中抵抗誘電体部３２＜外添粒子５２＜帯電層４１（＋）という構成であってもよい。帯電層４１と外添粒子５２の帯電系列の順序が逆であってもかまわない。

本発明で好適に使用できる外添粒子５１としては以下のような公知の無機粉体中で本願の範囲を満たすものであれば特に限定するものではない。具体的には、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、セリウム、コバルト、鉄、ジルコニウム、クロム、マンガン、ストロンチウム、錫、アンチモンの如き金属の酸化物；チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウムの如き複合金属酸化物；炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウムの如き金属塩；カオリンの如き粘土鉱物；アパタイトの如きリン酸化合物；炭化ケイ素、窒化ケイ素の如きケイ素化合物；カーボンブラックやグラファイトの如き炭素粉末などのもので、本願の範囲を満たすものであれば使用できる。

本実施例では、現像ローラ３の粗さに関しては述べていないが、現像ローラ３の表面粗さにより、トナー搬送性をコントロールし、ゴースト・ベタ画像追従不良改善への効果を上げることも可能である。

本実施例における現像ローラ３は、中抵抗誘電体部３２の層の表面に複数の高抵抗誘電体部３１が散在する構成を用いている。ここで、「散在」とは、各高抵抗誘電体部３１が互いに分離している状態に限られず、例えば図３（ｂ）に示すように、一部の高抵抗誘電体部３１同士が接している状態も含む意味で用いている。すなわち、高抵抗誘電体部３１は、中抵抗誘電体部３１の表面全体に対してある程度の割合で、一箇所に固まることなく、規則的に又は不規則に分布していればよい。図３（ｂ）では、中抵抗誘電体部３２が海島型における海に相当し、高抵抗誘電体部３１が海島型における島に相当する。なお、当該構成とは逆の構成、すなわち、高抵抗誘電体部３１の海に中抵抗誘電体部３２の複数の島が浮かぶ構成としてもよい。

本実施例では、外添粒子５２と高抵抗誘電体部３１との仕事関数差が、外添粒子５２と中抵抗誘電体部３２との仕事関数差よりも大きく、かつ、ＲａＣａ＞ＲｂＣｂという関係となるように、高抵抗誘電体材料、中抵抗誘電体材料を選択している。これにより、各誘電体部上に帯電した電位は図４に示す曲線に沿って減衰する。しかし、本発明の効果を発現する構成として、外添粒子５２と高抵抗誘電体部３１との仕事関数差が、外添粒子５２と中抵抗誘電体部３２との仕事関数差よりも大きく、かつ、ＲｂＣｂ＞ＲａＣａという関係であってもよい（図１０）。つまり、高抵抗誘電体部の時定数ＲａＣａが小さく、誘電体部高抵抗誘電体部の電位の減衰が、中抵抗誘電体部の電位の減衰より早くてもよい。ただし、その際には規制部において、高抵抗誘電体部の電位と中抵抗誘電体部の電位の差を大きくしておくことが好ましい。これは、規制部から回収位置に至るまで、高抵抗誘電体部の電位の絶対値を、中抵抗誘電体部の電位の絶対値よりも大きく保つためである。

（実施例２）
図１１及び図１２を参照して、本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。ここでは、主として上記実施例１と異なる点についてのみ説明し、実施例１と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。ここで説明しない事項については、実施例１と同様である。

本実施例に係る画像形成装置は、実施例１の現像装置２とは異なり、金属ブレード４の帯電層４１を無くし、図１１に示すように、金属ブレード４にブレードバイアスを印加することにより、現像ローラ３表面のトナーコート量を制御する構成となっている。

本実施例では、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２に対してトナーが剥ぎ取られる電界をブレードバイアスにて形成するため、画像形成中の各誘電体部の電位を正確に把握しなければならない。本実施例での各誘電体部の電位測定は、以下の手順で行った。
（１）ベタ白画像形成後現像ローラ３を取り出し、表面１ｃｍ×１ｃｍ、厚み３ｍｍの測定用サンプルを切り出す。
（２）画像形成終了から３０分後、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＡ３００，ＳＩＩナノテクノロジー（株）製）のＫＦＭモードにて、上記サンプルの高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２の電位を測定する。
（３）高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２の非誘電率、抵抗率から３０分での電位減衰を計算し、画像形成時の電位を決定する。

本実施例では、上記（２）で測定した値は高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２の電位がそれぞれ−２０Ｖ、−２．５Ｖである。そして、本実施例で採用した高抵抗誘電体部３１（アクリル樹脂粒子）は非誘電率＝３．５、抵抗率＝１Ｅ＋１５（Ω・ｍ）であり、電位減衰率は６％である為、画像形成中の高抵抗誘電体部３１の電位は−２１．２Ｖであった。一方、中抵抗誘電体部３２（ウレタン）は非誘電率＝７、抵抗率＝２Ｅ＋１３（Ω・ｍ）であり電位減衰率は７６％であるため画像形成中の中抵抗誘電体部３２の電位は１０．７Ｖであった。

本実施例においても、実施例１と同様、着色粒子５１は負極性に帯電し、外添粒子５２は正極性に帯電するが、着色粒子５１の質量部は外添粒子５２の質量部と比較して十分に大きいため、トナー５は負極性の粒子として振る舞う。

本実施例において、電圧印加手段として高圧電源６１から金属ブレード４にブレードバイアスを印加し、画像形成した場合の結果を［表２］に示す。ゴースト、濃度のレベルにおいて、○は各画像弊害が目視で確認できないレベルとした。△は、画像には発生するものの、実用上許容できるレベルとした。×は画像に発生し、実用上許容できないレベルと
した。本実施例では負帯電極性のトナー５を用いているため、対現像ローラブレードバイアスを中抵抗誘電体部３２の電位よりもプラス方向に印加すると、トナー５が現像ローラ３表面から金属ブレード４ｂへと移動する向きに電界が発生する。

［表２］

表２に示すように対現像ローラブレードバイアスをマイナス→プラスへと変化させることで、ゴースト画像が良化する。このゴ−スト画像が良化するメカニズムは実施例１と同様で、図８（ｂ）（ｅ）の上層トナーを対現像ローラブレードバイアスによる電界で剥ぎ取るためである。本実施例では高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２がトナー５と同極性（−）に帯電するため、中抵抗誘電体部３２の方が電界で剥ぎ取りにくい電位となる。そのため、対現像ローラブレードバイアスを中抵抗誘電体部３２の帯電量である−１０Ｖよりもプラス側にすることで、現像ローラ３表面のトナーには剥ぎ取りの電界が生じ、ゴースト画像が大幅に良化する。また、対現像ローラブレードバイアスをプラスに大きくすることで、規制時、電界による現像ローラ３上トナーの剥ぎ取り効果が大きくなり、画像濃度が下がるが、現像ローラの回転速度を速めることにより、好適な画像濃度を維持することができる。

ここで、図１２（ａ）に本実施例、（ｂ）（ｃ）（ｄ）に本実施例の変形例となる、中抵抗誘電体部３２、高抵抗誘電体部３１、金属ブレード４の電位模式図を示す。図１２（ａ）は、トナー５が負極性で現像バイアスが負極性である場合、即ち本実施例で示す電位関係となるように構成し、導電体部３２に対してトナー５が剥ぎ取られる電界が発生する。図１２（ｂ）に、トナー５が正極性で現像バイアスが正極性である場合、図１２（ｃ）に、トナー５が負極性で現像バイアスが正極性である場合、図１２（ｄ）に、トナー５が正極性で現像バイアスが負極性である場合、をそれぞれ示す。

また、画像形成枚数増加による、高抵抗誘電体部３１、中抵抗誘電体部３２へのトナー融着を抑制するメカニズムは実施例１と同様である。

本実施例の図１１の現像装置を備えた画像形成装置にて、中抵抗誘電体部３２、高抵抗誘電体部３１、金属ブレード４電位を図１２（ａ）の設定とし、Ａ４サイズ１００００枚の画像形成を行った。結果は、好適な画像濃度を維持し、画像不良の発生無く、良好な画像が得られた。耐久かぶりのレベルに関しては実施例１の表１と同様の結果が得られた。

以上、本実施例によれば、現像ローラ３表面を、高抵抗誘電体部３１と中抵抗誘電体部３２とが微小面積で混在露出する構成とし、中抵抗誘電体部３２、高抵抗誘電体部３１、金属ブレードの電位の絶対値を上述の関係に設定する。これにより、現像剤供給部材を省いた現像装置において、ゴースト・ベタ画像追従不良を大幅に良化し、長寿命を達成する画像形成装置を提供することができる。

本実施例では、現像ローラ３の粗さに関しては述べていないが、現像ローラ３の表面粗さにより、トナー搬送性をコントロールし、ゴースト・ベタ画像追従不良改善への効果を
上げることも可能である。

１…感光ドラム（電子写真感光体、像担持体）、２…現像装置、３…現像ローラ、３０ａ…軸芯体、３０ｂ…弾性層、３０ｃ…表層面、３１…高抵抗誘電体部、３２…中抵抗誘電体部、４…金属ブレード、４１…帯電層、５…トナー、６…現像容器

Claims (8)

1. 着色粒子と該着色粒子の表面に分散された外添粒子とを有する現像剤を収容する容器と、
   前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に担持される前記現像剤の層厚を規制する規制部と、
   を備える現像装置において、
   前記現像剤担持体における前記現像剤を担持する面が、第１誘電体部からなる面上に複数の第２誘電体部が散在するように構成され、
   前記規制部、前記第１誘電体部及び前記第２誘電体部は、
   帯電極性について、
   前記第１誘電体部及び前記第２誘電体部が、前記着色粒子と同極性であるとともに前記規制部及び前記外添粒子とは逆極性であり、
   帯電系列について、
   前記第２誘電体部が前記着色粒子と前記第１誘電体部との間に位置するとともに前記第１誘電体部が前記第２誘電体部と前記外添粒子との間に位置し、かつ、
   前記第２誘電体部が前記着色粒子と前記第１誘電体部との間に位置するとともに前記第１誘電体部が前記第２誘電体部と前記規制部との間に位置し、
   仕事関数について、
   前記着色粒子と前記第２誘電体部との差が、前記第２誘電体部と前記外添粒子との差より小さく、
   前記着色粒子と前記第１誘電体部との差が、前記第１誘電体部と前記外添粒子との差より小さく、
   前記着色粒子と前記規制部との差が、前記規制部と前記外添粒子との差より大きい
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記第１誘電体部及び第２誘電体部は、仕事関数が互いに異なる材料でそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記外添粒子と前記第２誘電体部との仕事関数差が、前記外添粒子と前記第１誘電体部との仕事関数差よりも大きく、
   前記第１誘電体部及び第２誘電体部は、前記第１誘電体部の電気抵抗値をＲａ、静電容量をＣａ、前記第２誘電体部の電気抵抗値をＲｂ、静電容量をＣｂとしたときに、ＲａＣａ＞ＲｂＣｂを満たすように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記第１誘電体部及び前記第２誘電体部は、導電性基体の表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 画像形成装置の装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 画像形成装置の装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジであって、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置と、
   静電潜像を担持する像担持体と、
   を備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置及び静電潜像を担持する像担持体、または請求項６に記載のプロセスカートリッジのいずれかと、
   前記現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備え、
   静電潜像を現像剤で現像して記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
8. 前記規制部に電圧を印加する第２の電圧印加手段をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

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