JP2023127092A - 画像形成装置、及び、プロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】現像装置において剤だまりを生じにくくする。【解決手段】現像装置２６は、所定の回転方向に回転して感光体ドラム２１に対して現像ギャップＰＧ（所定の隙間）をあけて対向する現像ローラ２６ａ（現像剤担持体）と、現像ローラ２６ａが感光体ドラム２１に対向する現像位置Ａに対して回転方向の上流側で現像ローラ２６ａに対向して現像ローラ２６ａに担持される現像剤量を規制するドクターブレード２６ｃ（現像剤規制部材）と、が設けられている。そして、現像ギャップをＰＧ（ｍｍ）として、ドクターブレード２６ｃに規制されて現像位置Ａに至る現像ローラ２６ａ上の単位面積当りの現像剤量をρ（ｍｇ/ｃｍ2）としたときに、トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ3）は、Ｘ≦０．００００５９３５×（ρ/ＰＧ）2－０．０２６８７×（ρ/ＰＧ）＋３．３６３なる関係を満足する。【選択図】図４

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置と、少なくとも像担持体と現像装置とが一体化されたプロセスカートリッジと、に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤が収容された２成分現像方式の現像装置を用いたものが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。

詳しくは、２成分現像方式の現像装置には、感光体ドラム（像担持体）に所定の隙間（現像ギャップ）をあけて対向する現像ローラ（現像剤担持体）や、現像ローラ上に担持される現像剤量（現像工程に供する現像剤の量である。）を規制するドクターブレード（現像剤規制部材）、などが設けられている。

一方、特許文献１には、現像領域（現像位置）における現像剤の密度を適正化して粒状性と階調性に優れハーフトーン部のドット像の再現性を高めることを目的として、現像領域に対して上流側でドクターブレード上に担持される単位面積当りの現像剤量と、現像剤による現像ローラの見かけ被覆率Ｍと、の関係を適正化する技術が開示されている。

従来の画像形成装置は、現像装置において剤だまり（現像剤担持体上において現像位置（現像領域）に対して回転方向上流側の位置で現像剤が滞留する現象である。）が生じてしまうことがあった。そのため、現像装置から現像剤がこぼれ落ちる不具合や、画像濃度不良などの異常画像などが生じてしまっていた。
そして、このような不具合は、特許文献１の技術を用いても、充分に軽減することができなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、現像装置において剤だまりが生じにくい、画像形成装置、及び、プロセスカートリッジを提供することにある。

この発明における画像形成装置は、像担持体と、内部にトナーとキャリアとからなる現像剤が収容されて、前記像担持体の表面に形成される潜像を現像する現像装置と、を備え、前記現像装置は、所定の回転方向に回転して、前記像担持体に対して所定の隙間をあけて対向する現像剤担持体と、前記現像剤担持体が前記像担持体に対向する現像位置に対して前記回転方向の上流側で前記現像剤担持体に対向して、前記現像剤担持体に担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材と、を具備し、前記所定の隙間をＰＧ（ｍｍ）として、前記現像剤規制部材に規制されて前記現像位置に至る前記現像剤担持体上の単位面積当りの現像剤量をρ（ｍｇ/ｃｍ²）としたときに、前記トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ³）は、
Ｘ≦０．００００５９３５×（ρ/ＰＧ）²
－０．０２６８７×（ρ/ＰＧ）＋３．３６３
なる関係を満足するものである。

本発明によれば、現像装置において剤だまりが生じにくい、画像形成装置、及び、プロセスカートリッジを提供することができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 作像部を示す断面図である。 現像装置と感光体ドラムとを幅方向に示す図である。 現像位置の近傍を示す拡大図である。 トナーの緩み見かけ密度と、汲上げ量ρ/現像ギャップＰＧと、の関係を示すグラフである。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、画像形成装置１における全体の構成・動作について説明する。
本実施の形態における画像形成装置１は、複数のプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫが中間転写ベルト８に対向するように並設されたタンデム型のカラー画像形成装置である。また、複数のプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの感光体ドラム２１に対向するように現像装置２６（図２参照）が設置されている。

図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、２は原稿を原稿読込部３に搬送する原稿搬送部、３は原稿の画像情報を読み込む原稿読込部、４は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部（露光部）、を示す。
また、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ、４０は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、を示す。
また、６１は用紙等のシートＰが収納される給紙装置、６５は中間転写ベルト８上に形成されたトナー像をシートＰに転写する２次転写ローラ、６６はシートＰ上の未定着画像を定着する定着装置、を示す。
また、７０は複数のプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫに対応した各現像装置２６に各色のトナーを補給するためのトナー容器、８０はクリーニング装置２３（図２参照）や中間転写ベルトクリーニング装置８１で回収された未転写トナーが廃トナーとして回収される廃トナー回収容器、を示す。
また、１００は印刷（画像形成動作）に関わる種々の指令を入力したり画像形成装置１における種々の情報が表示されたりするための操作表示パネルを示す。

ここで、図１、図２を参照して、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム２１、帯電装置２２、クリーニング装置２３、が一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、寿命に達したときに画像形成装置本体１から取り外されて、新品のものに交換される。
また、各現像装置２６は、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの感光体ドラム２１にそれぞれ対向するように設置されている。そして、現像装置２６は、寿命に達したときに画像形成装置本体１から取り外されて、新品のものに交換される。なお、画像形成装置本体１に対する現像装置２６の着脱操作と、画像形成装置本体１に対するプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの着脱操作と、はそれぞれ別々に独立しておこなうことができる。
各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１（像担持体）上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像が形成される。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿は、原稿搬送部２の搬送ローラによって、原稿台から搬送されて、原稿読込部３のコンタクトガラス上に載置される。そして、原稿読込部３で、コンタクトガラス上に載置された原稿の画像情報が光学的に読み取られる。
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部４に送信される。そして、書込み部４からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光Ｌ（露光光）が、それぞれ、対応するプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの感光体ドラム２１（図２参照）の表面に向けて照射される。

一方、４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、図１、図２の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電装置２２（帯電ローラ）との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム２１上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム２１の表面は、それぞれの書込み部４によるレーザ光の照射位置に達して、その位置で画像情報に基づいた静電潜像が形成される（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１の表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電装置２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。
同様に、シアン成分のレーザ光は、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム２１の表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１の表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１の表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１の表面は、それぞれ、現像装置２６との対向位置に達する。そして、各現像装置２６から感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１の表面は、それぞれ、中間転写ベルト８との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト８の内周面に当接するように１次転写ローラ２４が設置されている。そして、１次転写ローラ２４の位置で、中間転写ベルト８上に、感光体ドラム２１上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（１次転写工程である。）。

そして、１次転写工程後の感光体ドラム２１の表面は、それぞれ、クリーニング装置２３との対向位置に達する。そして、クリーニング装置２３で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。なお、クリーニング装置２３で回収された未転写トナーは、不図示の廃トナー搬送経路を通過して、廃トナー回収容器８０内に回収される。
その後、感光体ドラム２１の表面は、除電装置（不図示）の位置で残留電位が除電されて、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム２１上の各色の画像が重ねて転写された中間転写ベルト８の表面は、図中の矢印方向に走行して、２次転写ローラ６５の位置に達する。そして、２次転写ローラ６５の位置で、シートＰ上に中間転写ベルト８上のフルカラーの画像が２次転写される（２次転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト８の表面は、中間転写ベルトクリーニング装置８１の位置に達する。そして、中間転写ベルト８上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング装置８１に回収されて、中間転写ベルト８上の一連の転写プロセスが完了する。
なお、中間転写ベルトクリーニング装置８１で回収された未転写トナーは、不図示の廃トナー搬送経路を通過して、廃トナー回収容器８０内に回収される。

ここで、２次転写ローラ６５の位置に搬送されるシートＰは、給紙装置６１からレジストローラ６４等を経由して搬送されるものである。
詳しくは、シートＰを収納する給紙装置６１から、給紙ローラ６２により給送されたシートＰが、搬送路を通過した後に、レジストローラ６４の位置に導かれる。レジストローラ６４の位置に達したシートＰは、中間転写ベルト８上のトナー像とタイミングを合わせて、２次転写ローラ６５の位置に向けて搬送される。

その後、フルカラー画像が転写されたシートＰは、定着装置２０の位置に導かれる。そして、定着装置２０において、定着ローラと加圧ローラとのニップにて、カラー画像がシートＰ上に定着される。
そして、定着工程後のシートＰは、排紙ローラ６９によって装置本体１外に出力画像として排出された後に、排紙トレイ５上にスタックされて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２及び図３にて、画像形成装置の作像部について詳述する。
なお、画像形成装置本体１に設置される４つの作像部は、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジや現像装置などの構成部材における符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を除して図示する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ２０は、主として、像担持体としての感光体ドラム２１と、帯電装置２２と、クリーニング装置２３と、がケースに一体的に収納されている。
感光体ドラム２１は、負帯電性の有機感光体であって、ドラム状導電性支持体上に感光層等を設けたものである。
帯電装置２２は、導電性芯金の外周に中抵抗の弾性層を被覆してなる帯電ローラである。そして、この帯電装置２２（帯電ローラ）に電源部から所定の電圧が印加されて、これにより対向する感光体ドラム２１の表面を一様に帯電する。
クリーニング装置２３には、感光体ドラム２１に当接するクリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂが設置されている。クリーニングブレード２５ａは、ウレタンゴム等のゴム材料からなり、感光体ドラム２１表面に所定角度かつ所定圧力で当接している。クリーニングローラ２５ｂは、芯金上にブラシ毛が周設されたブラシローラである。

図２、図３に示すように、現像装置２６は、主として、現像剤担持体としての現像ローラ２６ａ、現像ローラ２６ａに対向する第１搬送スクリュ２６ｂ１（第１搬送部材）、仕切部材２６ｅを介して第１搬送スクリュ２６ｂ１に対向する第２搬送スクリュ２６ｂ２（第２搬送部材）、現像ローラ２６ａに対向して現像ローラ２６ａに担持された現像剤の量（現像剤量）を規制する現像剤規制部材としてのドクターブレード２６ｃ、等で構成される。

現像装置２６内には、キャリアとトナーとからなる現像剤（２成分現像剤）が収容されている。
現像剤担持体としての現像ローラ２６ａは、感光体ドラム２１に対して所定の隙間ＰＧ（現像ギャップであって、図４参照）をあけて対向して現像領域（現像位置Ａ）を形成するように構成されている。現像ローラ２６ａは、図３に示すように、内部に固設されてローラ外周面上に複数の極（磁極）を形成するマグネット２６ａ１と、マグネット２６ａ１の周囲を回転するスリーブ２６ａ２と、で構成される。
現像剤規制部材としてのドクターブレード２６ｃは、金属材料からなる板状部材であって、現像ローラ２６ａに対して所定の隙間ＰＤ（ドクターギャップであって、図４参照）をあけて対向するように構成されている。

搬送部材としての搬送スクリュ２６ｂ１、２６ｂ２は、現像装置２６の内部に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環経路（図３にて破線矢印で示す循環経路である。）を形成する。すなわち、第１搬送スクリュ２６ｂ１による第１搬送経路Ｂ１と、第２搬送スクリュ２６ｂ２による第２搬送経路Ｂ２と、による現像剤の循環経路が形成されている。
第１搬送経路Ｂ１と第２搬送経路Ｂ２とは仕切部材２６ｅ（壁部）によって隔絶されていて、２つの搬送経路Ｂ１、Ｂ２の長手方向両端部は互いに連通口２６ｆ、２６ｇを介して連通している。具体的に、図３を参照して、第１搬送経路Ｂ１の搬送方向上流側の端部と、第２搬送経路Ｂ２の搬送方向下流側の端部と、が第１連通口２６ｆを介して連通している。また、第１搬送経路Ｂ１の搬送方向下流側の端部と、第２搬送経路Ｂ２の搬送方向上流側の端部と、が第２連通口２６ｇを介して連通している。すなわち、仕切部材２６ｅは、長手方向両端部を除く位置に配設されている。
第１搬送スクリュ２６ｂ１（第１搬送経路Ｂ１）は現像ローラ２６ａに対向するように配設され、第２搬送スクリュ２６ｂ２（第２搬送経路Ｂ２）は仕切部材２６ｅを介して第１搬送スクリュ２６ｂ１（第１搬送経路Ｂ１）に対向するように配設されている。第１搬送スクリュ２６ｂ１は、現像剤を幅方向（図２の紙面垂直方向、図３の左右方向であって、長手方向である。）に搬送しながら、現像ローラ２６ａに向けて現像剤を供給するとともに、現像ローラ２６ａから離脱した現像工程後の現像剤を回収する。第２搬送スクリュ２６ｂ２は、第１搬送経路Ｂ１から搬送された現像工程後の現像剤と、補給口２６ｄから補給されたフレッシュなトナーと、を幅方向に搬送しながら撹拌・混合する。
本実施の形態において、２つの搬送スクリュ２６ｂ１、２６ｂ２は、水平方向に並設されている。２つの搬送スクリュ２６ｂ１、２６ｂ２は、いずれも、回転軸にスクリュ部が巻装されたものである。

先に述べた作像プロセスを、現像工程を中心にしてさらに詳しく説明する。
現像ローラ２６ａは、所定の回転方向（図２、図４中の矢印方向である。）に回転している。現像装置２６内の現像剤は、図３に示すように、間に仕切部材２６ｅを介在するように配設された第１搬送スクリュ２６ｂ１及び第２搬送スクリュ２６ｂ２の矢印方向の回転によって、トナー容器７０からトナー補給経路を経て補給口２６ｄから補給されたトナーとともに撹拌混合されながら長手方向に循環する（図３中の破線矢印方向の循環である。）。
そして、摩擦帯電してキャリアに吸着したトナーは、現像ローラ２６ａ上に形成された剤汲上げ極によって、キャリアとともに現像ローラ２６ａ上に汲み上げられる。現像ローラ２６ａ上に担持された現像剤は、図２中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード２６ｃとの対向位置（ドクターギャップＰＤの位置である。）に達する。そして、現像ローラ２６ａ上の現像剤は、この位置で現像剤量が適量化された後に、感光体ドラム２１との対向位置（図４に示す現像位置Ａであって、現像ギャップＰＧの位置である。）まで搬送される。そして、現像位置（現像領域）に形成された電界によって、感光体ドラム２１上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ２６ａ上に残った現像剤はスリーブの回転にともない第１搬送経路Ｂ１の上方に達して、この位置で現像ローラ２６ａから離脱される。ここで、現像位置Ａ（現像領域）における電界は、現像用の電源によって現像ローラ２６ａに印加される所定の電圧（現像バイアス）と、帯電工程と露光工程とによって感光体ドラム２１の表面に形成される表面電位（潜像電位）と、によって形成されるものである。

なお、トナー容器７０内のトナーは、現像装置２６内のトナーの消費にともない、トナー補給経路（不図示）を経由して補給口２６ｄから現像装置２６内に適宜に補給されるものである。現像装置２６内のトナーの消費は、現像装置２６内の現像剤のトナー濃度（現像剤中のトナーの割合である。）を磁気的に検知するトナー濃度センサ（不図示）によって検知される。
また、補給口２６ｄは、第２搬送スクリュ２６ｂ２の長手方向（図３の左右方向である。）の一端であって、第２搬送スクリュ２６ｂ２（第２搬送経路Ｂ２）の上方に設けられている。

図２を参照して、本実施の形態における現像装置２６は、装置内と装置外とを連通させる開口部２６ｊ１にフィルタ２６ｔが設置されている。
詳しくは、現像装置２６には、現像ケース（ハウジング）として機能する現像上ケース２６ｊと現像下ケース２６ｋとが着脱可能に設けられている。
現像下ケース２６ｋは、現像ローラ２６ａや搬送スクリュ２６ｂ１、２６ｂ２をそれぞれ回転可能に保持するとともに、ドクターブレード２６ｃを保持している。
現像上ケース２６ｊは、現像位置Ａ（現像領域）に対して現像ローラ２６ａの回転方向の下流側で現像ローラ２６ａの上方を覆う現像ケースとして機能している。現像上ケース２６ｊは、現像装置２６の上方を覆うように、現像下ケース２６ｋに接続されている。現像上ケース２６ｊには、内外に貫通する開口部２６ｊ１（通気路）が形成されている。そして、その開口部２６ｊ１を塞ぐようにフィルタ２６ｔが設けられている。フィルタ２６ｔは、トナー（及び、キャリア）を捕集して通気するためのものである。フィルタ２６ｔは、トナーやキャリアの粒径よりも小さなメッシュからなり、空気のみが通過できるように形成されている。

なお、本実施の形態において、現像装置２６内には、トナー濃度が７ｗｔ％程度で重量が２５０ｇ程度の現像剤が収容されている。また、現像装置２６内に収容された現像剤は、ポリエステル樹脂を主成分とする平均粒径が５．２μｍ程度のトナーと、平均粒径が３５μｍ程度の磁性微粒子であるキャリアと、からなる。

以下、本実施の形態において特徴的な、画像形成装置１の構成・動作について詳しく説明する。
先に図２、図３等を用いて説明したように、画像形成装置１には、像担持体としての感光体ドラム２１や、感光体ドラム２１の表面に形成される潜像を現像する現像装置２６などが設置されている。
そして、現像装置２６には、内部にトナーとキャリアとからなる現像剤（外添剤なども含む。）が収容されている。また、現像装置２６には、現像剤担持体としての現像ローラ２６ａや、現像剤規制部材としてのドクターブレード２６ｃなどが設置されている。
現像ローラ２６ａ（現像剤担持体）は、所定の回転方向に回転して、感光体ドラム２１（像担持体）に対して所定の隙間（現像ギャップＰＧ）をあけて対向している。
また、ドクターブレード２６ｃ（現像剤規制部材）は、現像位置Ａ（現像ローラ２６ａが感光体ドラム２１に対向する位置であって、現像領域ともいう。）に対して回転方向（現像ローラ２６ａの回転方向である。）の上流側で現像ローラ２６ａに対向している。そして、ドクターブレード２６ｃは、現像ローラ２６ａに担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材として機能している。

ここで、図４等を参照して、本実施の形態における画像形成装置１（現像装置２６）は、現像ギャップ（所定の隙間）をＰＧ（ｍｍ）として、ドクターブレード２６ｃ（現像剤規制部材）に規制されて現像位置Ａ（現像領域）に至る現像ローラ２６ａ（現像剤担持体）上の単位面積当りの現像剤量（汲上げ量）をρ（ｍｇ/ｃｍ²）としたときに、トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ³）は、
Ｘ≦０．００００５９３５×（ρ/ＰＧ）²
－０．０２６８７×（ρ/ＰＧ）＋３．３６３ …（式１）
なる関係を満足するように設定されている。
すなわち、（式１）を満足するようなトナーが、現像装置２６内の現像剤中のトナーや、トナー容器７０内のトナーとして用いられている。

なお、本願明細書等において、「トナーの緩み見かけ密度Ｘ」とは、所定の容積の容器内に一定の方法で充填されたトナーの体積（トナー粒子間の空隙を含めた体積である。）で、その充填されたトナーの重量を除した値であるものと定義する。そして、その「一定の方法」は、いわゆる「かさ密度」を求めるときに比べて、容器内に緩く充填する方法となる。
詳しくは、本実施の形態において、トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ³）は、「パウダテスタ：モデルＰＴＮ」（ホソカワミクロン社製）を用い測定している。
具体的に、有栓式メスシリンダー（容量５０ｍｌ）にトナーサンプルを１０ｇ投入して、パウダテスタ付属の振とう機で１０回振とうさせる。そして、１０分間静置させた後のトナー容積を測定して、１０分後にトナー容量を緩み見かけ密度とする。
なお、測定に供するトナーサンプルは、あらかじめ実験室環境（２３℃、５３％ＲＨ）で２４時間調温・調湿したものを用いる。
また、トナーの緩み見かけ密度Ｘの調整方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、外添剤の種類・粒径、及びトナーにおける外添剤の含有量、外添剤の外添工程における撹拌条件等により調整することができる。

そして、（式１）を満足するように構成することで、現像装置２６において「剤だまり」が生じにくくなる。
この「剤だまり」は、現像ローラａ上において現像位置Ａ（現像領域）に対して回転方向上流側の位置（図４中の位置Ｂである。）で現像剤が滞留する現象である。換言すると、「剤だまり」は、図４の矢印方向に回転する現像ローラａに担持された現像剤であって、現像位置Ａ（感光体ドラム２１に対向する位置であって、現像ローラａが装置外に露出する部分である。）で穂立ちしたものが、現像装置２６内に戻りきらずに、現像位置Ａ（露出する部分）の上流側（図４の位置Ｂである。）で現像剤が蓄積してしまう現象である。そして、「剤だまり」が生じてしまうと、現像装置２６から現像剤がこぼれ落ちる不具合や、画像濃度不良などの異常画像などが生じてしまうことになる。
本願発明者は、「剤だまり」の発生と「トナーの緩み見かけ密度Ｘ」とに相関があることを知得した。そして、本実施の形態では、単位面積当りの現像剤量ρ（汲上げ量）を現像ギャップＰＧで除した値（ρ/ＰＧ）に応じた適正な緩み見かけ密度Ｘのトナーを用いることで、「剤だまり」の発生を軽減している。

特に、（式１）に替えて、
Ｘ≦０．００００５１９４×（ρ/ＰＧ）²
－０．０２３７８×（ρ/ＰＧ）＋３．０５１ …（式２）
なる関係を満足するように構成することで、「剤だまり」の発生をさらに軽減することができる。

また、本実施の形態において、トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ³）は、
０．３５≦Ｘ≦０．４０ …（式３）
（好ましくは、０．３６≦Ｘ≦０．３９ …（式３´））
なる関係を満足するように構成している。
さらに、本実施の形態において、単位面積当りの現像剤量ρ（汲上げ量）を現像ギャップＰＧで除した値（ρ/ＰＧ）は、
ρ/ＰＧ≧９３．１ …（式４）
（好ましくは、ρ/ＰＧ≧１１０ …（式４´））
なる関係を満足するように構成している。
これらの理由については、後で図５を用いて詳しく説明する。

また、本実施の形態において、単位面積当りの現像剤量ρ（汲上げ量）は、現像ローラ２６ａ（現像剤担持体）における回転軸方向端部（図３の領域Ｍである。）における値としている。
すなわち、図３の領域Ｍであって、図４の領域Ｂの位置で測定した、現像ローラ２６ａ上の単位面積当りの現像剤量ρ（汲上げ量）に基づいて、上述した（式１）（又は、（式２）、（式４）、（式４´））を満足するように構成している。

以下、図５を用いて、上述した（式１）（又は、（式２））について詳しく説明する。
先に説明したように、「剤だまり」は、図４の矢印方向に回転する現像ローラａに担持された現像剤であって、現像位置Ａ（感光体ドラム２１に対向する位置であって、現像ローラａが装置外に露出する部分である。）で穂立ちしたものが、現像装置２６内に戻りきらずに、現像位置Ａ（露出する部分）の上流側（図４の位置Ｂである。）で現像剤が蓄積してしまう現象である。
そして、「剤だまり」は、単位面積当りの現像剤量ρ（汲上げ量）が増加するほど生じやすくなり、また現像ギャップＰＧが狭くなるほど生じやすくなる。したがって、「剤だまり」は、ρ／ＰＧが大きくなるほど生じやすくなる。
一方、図５（グラフＳ１）に示すように、トナーの緩み見かけ密度Ｘ（横軸）が増加するほど、剤だまりが発生するときのρ／ＰＧ（縦軸）が小さくなる。すなわち、「剤だまり」の発生と「トナーの緩み見かけ密度Ｘ」とには相関があり、単位面積当りの現像剤量ρ（汲上げ量）を現像ギャップＰＧで除した値（ρ/ＰＧ）に応じた適正な緩み見かけ密度Ｘのトナーを用いることで、「剤だまり」の発生を軽減することができることがわかる。
具体的に、図５におけるグラフＳ１は、上述した（式１）に対応するものであって、グラフＳ１の下方の領域に入るように（（式１）を満足するように）、各パラメータ（Ｘ、ρ、ＰＧ）を適正化することで、剤だまりの発生を軽減することができることがわかる。また、図５におけるグラフＳ２は、上述した（式２）に対応するものであって、グラフＳ２の下方の領域に入るように（（式２）を満足するように）、各パラメータ（Ｘ、ρ、ＰＧ）を適正化することで、剤だまりの発生をさらに軽減することができることがわかる。

一方、図５のグラフＲは、ランク外の画像ボソツキ（異常画像）を発生させない境界を示すものであって、
Ｘ≧０．０００１５６３×（ρ/ＰＧ）²
－０．０３０５０６２×（ρ/ＰＧ）＋１．８４５ …（式５）
に対応するものである。
したがって、（式１）（又は、（式２））に加えて、（式５）を満足するように構成することで（グラフＳ１（又は、グラフＳ２）とグラフＲとの間の領域内に入るように各パラメータを設定することで）、剤だまりに加えて、画像ボソツキのない良好な画質の画像を得ることが可能になる。
なお、図５に示す各グラフＳ１、Ｓ２、Ｒは、０．３３≦Ｘ≦０．４１の範囲で実験を通じて確認したものであるため、上述した（式１）、（式２）、（式５）について、０．３３≦Ｘ≦０．４１の範囲に限定することもできる。

なお、先に説明したように、本実施の形態では、ρ／ＰＧについて、（式４）（好ましくは、（式４´））を満足するように構成している。
これは、ρ／ＰＧが９３．１を下回ってしまうと、画像濃度が薄くなってしまうためである。特に、ρ／ＰＧが１１０を下回らないように設定することで、画像濃度の面内バラツキ（１枚のベタ画像内の画像濃度のバラツキである。）も生じにくくなる。

なお、先に説明したように、本実施の形態では、トナーの緩み見かけ密度Ｘについて、（式３）（好ましくは、（式３´））を満足するように構成している。
これは、見かけ密度Ｘが０．４０を超えるとトナー凝集が生じて白ポチ画像が発生しやすくなり、見かけ密度Ｘが０．３５を下回るとトナー補給装置によるトナー補給量の制御が不安定になって画像濃度が安定しにくくなるためである。緩み見かけ密度Ｘについて（式３）（好ましくは、（式３´））を満足するように設定することで、そのような不具合が生じにくくなる。

なお、本実施の形態における画像形成装置１のように、複数の作像部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫが設けられている場合であって、第１の像担持体としての感光体ドラム２１（例えば、ブラック用のものである。）と、第２の像担持体としての感光体ドラム２１（例えば、カラー用（イエロー、マゼンタ、シアン）のものである。）と、第１の感光体ドラム２１の表面に形成される潜像を現像する第１の現像装置２６と、第２の感光体ドラム２１の表面に形成される潜像を現像する第２の現像装置２６と、が設けられている場合に、
ρ１/ＰＧ１＞ρ２/ＰＧ２
なる関係が成立するときに、
Ｘ１＜Ｘ２
なる関係を満足するように構成することが好ましい。
上式において、第１の像担持体と第１の現像装置との関係において、現像ギャップ（所定の隙間）をＰＧ１（ｍｍ）として、単位面積当りの現像剤量をρ１（ｍｇ/ｃｍ²）として、第１の現像装置に収容されるトナーの緩み見かけ密度をＸ１（ｇ/ｃｍ³）としている。
さらに、第２の像担持体と第２の現像装置との関係において、現像ギャップ（所定の隙間）をＰＧ２（ｍｍ）として、単位面積当りの現像剤量をρ２（ｍｇ/ｃｍ²）として、第１の現像装置に収容されるトナーの緩み見かけ密度をＸ２（ｇ/ｃｍ³）としている。
このように設定することで、複数の作像部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫが設けられていて、それらにおいてρ/ＰＧが異なるものが存在する場合であっても、それらのすべてについて剤だまりを生じにくくすることができる。

以上説明したように、本実施の形態における画像形成装置１は、感光体ドラム２１（像担持体）と、内部にトナーとキャリアとからなる現像剤が収容されて感光体ドラム２１の表面に形成される潜像を現像する現像装置２６と、が設けられている。また、現像装置２６は、所定の回転方向に回転して感光体ドラム２１に対して現像ギャップＰＧ（所定の隙間）をあけて対向する現像ローラ２６ａ（現像剤担持体）と、現像ローラ２６ａが感光体ドラム２１に対向する現像位置Ａに対して回転方向の上流側で現像ローラ２６ａに対向して現像ローラ２６ａに担持される現像剤量を規制するドクターブレード２６ｃ（現像剤規制部材）と、が設けられている。そして、現像ギャップをＰＧ（ｍｍ）として、ドクターブレード２６ｃに規制されて現像位置Ａに至る現像ローラ２６ａ上の単位面積当りの現像剤量をρ（ｍｇ/ｃｍ²）としたときに、トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ³）は、
Ｘ≦０．００００５９３５×（ρ/ＰＧ）²
－０．０２６８７×（ρ/ＰＧ）＋３．３６３
なる関係を満足する。
これにより、現像装置２６における剤だまりを生じにくくすることができる。

なお、本実施の形態では、現像装置２６をプロセスカートリッジ２０の構成部材とせずに、画像形成装置本体１に対して単独で着脱できるユニットとした。これに対して、現像装置２６をプロセスカートリッジ２０の構成部材の１つとして、画像形成装置本体１に対してプロセスカートリッジとして一体的に着脱されるように構成することもできる。すなわち、少なくとも感光体ドラム２１（像担持体）と現像装置２６とがプロセスカートリッジとして一体化されたものとすることもできる。
そして、このような場合にも、本実施の形態のものと同様の効果を得ることができる。
なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置と、像担持体上をクリーニングするクリーニング装置と、のうち少なくとも１つと、像担持体と、が一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたユニットと定義する。

また、本実施の形態では、２つの搬送スクリュ２６ｂ１、２６ｂ２（搬送部材）が水平方向に並設されていて、ドクターブレード２６ｃが現像ローラ２６ａの下方に配置された現像装置２６に対して、本発明を適用した。しかし、本発明が適用される現像装置の構成はこれに限定されることなく、例えば、３つ以上の搬送部材が水平方向に並設された現像装置や、複数の搬送部材が上下方向に並設されている現像装置や、ドクターブレードが現像ローラの上方に配置された現像装置に対しても、本発明を適用することができる。ただし、本実施の形態における現像装置２６のように、ドクターブレード２６ｃが現像ローラ２６ａの下方に配置されたものは、現像位置Ａ（現像領域）の上流側で滞留した現像剤（剤だまり）が、現像ローラ２６ａの下方に位置して、装置外にこぼれ落ちやすいので、本発明の構成が有用になる。
そして、そのような場合にも、本実施の形態のものとほぼ同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態の中で示唆した以外にも、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

１ 画像形成装置（画像形成装置本体）、
２０、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫ プロセスカートリッジ、
２１ 感光体ドラム（像担持体）、
２６ 現像装置、
２６ａ 現像ローラ（現像剤担持体）、
２６ｃ ドクターブレード（現像剤規制部材）、
Ａ 現像位置（現像領域）。

特許第４１３６６４０号公報

Claims (10)

1. 像担持体と、
   内部にトナーとキャリアとからなる現像剤が収容されて、前記像担持体の表面に形成される潜像を現像する現像装置と、
   を備え、
   前記現像装置は、
   所定の回転方向に回転して、前記像担持体に対して所定の隙間をあけて対向する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体が前記像担持体に対向する現像位置に対して前記回転方向の上流側で前記現像剤担持体に対向して、前記現像剤担持体に担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材と、
   を具備し、
   前記所定の隙間をＰＧ（ｍｍ）として、前記現像剤規制部材に規制されて前記現像位置に至る前記現像剤担持体上の単位面積当りの現像剤量をρ（ｍｇ/ｃｍ²）としたときに、前記トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ³）は、
   Ｘ≦０．００００５９３５×（ρ/ＰＧ）²
   －０．０２６８７×（ρ/ＰＧ）＋３．３６３
   なる関係を満足すること特徴とする画像形成装置。
2. Ｘ≦０．００００５１９４×（ρ/ＰＧ）²
   －０．０２３７８×（ρ/ＰＧ）＋３．０５１
   なる関係を満足すること特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. ０．３５≦Ｘ≦０．４０
   なる関係を満足すること特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. ０．３６≦Ｘ≦０．３９
   なる関係を満足すること特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. ρ/ＰＧ≧９３．１
   なる関係を満足すること特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. ρ/ＰＧ≧１１０
   なる関係を満足すること特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 第１の前記像担持体と、
   第２の前記像担持体と、
   前記第１の像担持体の表面に形成される潜像を現像する第１の前記現像装置と、
   前記第２の像担持体の表面に形成される潜像を現像する第２の前記現像装置と、
   を備え、
   前記第１の像担持体と前記第１の現像装置との関係において、前記所定の隙間をＰＧ１（ｍｍ）として、前記単位面積当りの現像剤量をρ１（ｍｇ/ｃｍ²）として、前記第１の現像装置に収容される前記トナーの緩み見かけ密度をＸ１（ｇ/ｃｍ³）として、
   前記第２の像担持体と前記第２の現像装置との関係において、前記所定の隙間をＰＧ２（ｍｍ）として、前記単位面積当りの現像剤量をρ２（ｍｇ/ｃｍ²）として、前記第１の現像装置に収容される前記トナーの緩み見かけ密度をＸ２（ｇ/ｃｍ³）として、
   ρ１/ＰＧ１＞ρ２/ＰＧ２
   なる関係が成立するときに、
   Ｘ１＜Ｘ２
   なる関係を満足すること特徴とする請求項１～請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記単位面積当りの現像剤量は、前記現像剤担持体における回転軸方向端部における値であることを特徴とする請求項１～請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 少なくとも前記像担持体と前記現像装置とがプロセスカートリッジとして一体化されたことを特徴とする請求項１～請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるプロセスカートリッジであって、
    像担持体と、
    内部にトナーとキャリアとからなる現像剤が収容されて、前記像担持体の表面に形成される潜像を現像する現像装置と、
    を備え、
    前記現像装置は、
    所定の回転方向に回転して、前記像担持体に対して所定の隙間をあけて対向する現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体が前記像担持体に対向する現像位置に対して前記回転方向の上流側で前記現像剤担持体に対向して、前記現像剤担持体に担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材と、
    を具備し、
    前記所定の隙間をＰＧ（ｍｍ）として、前記現像剤規制部材に規制されて前記現像位置に至る前記現像剤担持体上の単位面積当りの現像剤量をρ（ｍｇ/ｃｍ²）としたときに、前記トナーの緩み見かけ密度Ｘ（ｇ/ｃｍ³）は、
    Ｘ≦０．００００５９３５×（ρ/ＰＧ）²
    －０．０２６８７×（ρ/ＰＧ）＋３．３６３
    なる関係を満足すること特徴とするプロセスカートリッジ。

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