JP4113667B2 - 画像形成装置及び画像形成プロセスユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置及び該画像形成装置に用いる画像形成プロセスユニットに係り、詳しくは、導電性基体上に感光層を有する潜像担持体に潜像を形成し、現像バイアス電圧を印加したトナー担持体にトナーを担持し潜像担持体に対向する現像領域に搬送することにより、潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置及び画像形成プロセスユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の画像形成装置に用いる現像装置として、潜像担持体に対向するように配置されたトナー担持体としての現像ローラと、現像ローラの表面に圧接しトナー薄層を形成する接触部材としてのブレードとを備えた現像装置が知られている（例えば、特許第２９８３２６２号公報、特許第２９８７２５４号公報参照）。この現像装置においては、上記ブレードにより、現像ローラの表面に供給されたトナーを摩擦帯電するとともに薄層化し、現像ローラ上のトナー薄層を潜像担持体に近接又は接触させることにより、潜像担持体上の潜像を現像する。
また、上記ブレード等の接触部材による摩擦帯電を用いないで所定極性に帯電したトナーを現像ローラ上に供給して担持する現像装置も知られている。例えば、特開昭５６−４０８６２号公報や特開昭５９−１７２６６２号公報においては、二成分現像剤からなる磁気ブラシを表面に形成したトナー供給部材を用い、このトナー供給部材上の磁気ブラシよりトナーのみが現像ローラに供給する現像装置が提案されている。これらの現像装置では、トナー供給部材上に二成分現像剤を担持して磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシ中のトナーは磁性粒子との摩擦により所定極性に帯電される。そして、このトナー供給部材上の磁気ブラシから所定極性に帯電されたトナーのみが、現像ローラ上に移動して担持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の現像装置では、上記所定の現像能力を確保するために、潜像担持体の感光層の帯電電位を高めに設定し、潜像担持体上の潜像の電位と現像バイアス電圧との電位差である現像ポテンシャルを大きくすることが考えられる。しかしながら、潜像担持体の帯電電位を高めに設定すると、潜像担持体の感光層の静電疲労などの不具合がより発生しやすかった。したがって、潜像担持体の感光層の帯電電位を上記静電疲労が発生しにくい低めの電位に抑えた低電位現像を行うことが好ましい。
一方、上記潜像担持体の感光層の帯電電位を低めに設定すると、地汚れが発生しやすくなったり、トナー付着量が低下して所定濃度の画像が形成できなかったりするおそれがあった。
【０００４】
そこで、本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意研究を行ったところ、現像領域において潜像担持体の導電性基体とトナー担持体の導電性基体との間に形成される等価電気回路を構成する静電容量や電気抵抗の値を好適化することにより、上記低電位現像を実現することができるとともに、地汚れが少なく所定濃度の画像を形成することができることを見出した。
【０００５】
本発明は以上の背景のもとでなされたものであり、その目的は、潜像担持体の静電疲労防止の点で有利な低電位現像を実現することができるとともに、地汚れの発生を抑制し且つトナー付着量が０．５×１０^−３［ｇ／ｃｍ^２］以上の所定濃度の画像を形成することが可能となる画像形成装置及び画像形成プロセスユニットを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、導電性基体上に感光層を有する潜像担持体と、該潜像担持体の感光層の表面を一様に帯電し画像情報に基づいて該表面に光を照射することにより潜像を形成する潜像形成手段と、導電性基体を有するトナー担持体にトナーを担持し該潜像担持体に対向する現像領域に搬送することにより該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該トナー担持体の導電性基体に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス電源と、該潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、上記トナー担持体が、上記導電性基体上に弾性層が形成され上記潜像担持体に接触対向するように配設された一成分現像ローラであり、該トナー担持体にトナーを供給する手段として、該トナー担持体に対向するように配設されトナー及び磁性粒子を含む二成分現像剤を表面に担持した磁気ブラシローラと、該磁気ブラシローラ上の現像剤に接触して該現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備え、該トナー担持体の導電性基体と該現像領域における該潜像担持体の感光層の表面との間の静電容量及び電気抵抗をそれぞれＣ_Ｄ［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｄ［Ω／ｃｍ^２］とし、該潜像担持体の感光層の静電容量及び厚み方向の電気抵抗をそれぞれＣ_Ｐ［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｐ［Ω／ｃｍ^２］としたとき、Ｒ _Ｄ ≪Ｒ _Ｐ を満足する条件下で、該潜像担持体上の画像部電位Ｖ _Ｌ と該現像バイアス電圧Ｖ _Ｂ との差である現像ポテンシャル（Ｖ _Ｌ −Ｖ _Ｂ ）［Ｖ］に対する上記潜像担持体上の現像トナー電荷量（Ｑ／Ａ）［Ｃ／ｃｍ ^２ ］の変化を示す現像特性における立ち上がり部の最大勾配αが８．３×１０ ^−１２ ［Ｆ／ｃｍ ^２ ］以上になるように、Ｃ _Ｄ 、Ｒ _Ｄ 、Ｃ _Ｐ 及びＲ _Ｐ の値が設定されていることにより、該現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ）の絶対値が３００Ｖ以下である条件下で、該感光層の表面が該現像領域を移動して通過する現像領域通過時間内に該潜像担持体の感光層の静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値が２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上になっていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１の画像形成装置では、上記現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ）の絶対値が３００Ｖ以下である低電位現像を行うことにより、上記トナー担持体の導電性基体と上記潜像担持体の感光層の表面との間における放電の発生を抑制し、感光層の静電疲労を防止する。
そして、Ｒ _Ｄ ≪Ｒ _Ｐ を満足する条件下で、該潜像担持体上の画像部電位Ｖ _Ｌ と該現像バイアス電圧Ｖ _Ｂ との差である現像ポテンシャル（Ｖ _Ｌ −Ｖ _Ｂ ）［Ｖ］に対する上記潜像担持体上の現像トナー電荷量（Ｑ／Ａ）［Ｃ／ｃｍ ^２ ］の変化を示す現像特性における立ち上がり部の最大勾配αが８．３×１０ ^−１２ ［Ｆ／ｃｍ ^２ ］以上になるように、Ｃ _Ｄ 、Ｒ _Ｄ 、Ｃ _Ｐ 及びＲ _Ｐ の値が設定されていることにより、上記現像領域通過時間内に潜像担持体の感光層の静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値が２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上になっている。ここで、上記電荷量Ｑ_Ｐ［Ｃ／ｃｍ^２］の絶対値は、上記現像領域を通過するときに感光層の画像部に付着するトナーの単位面積あたり帯電量に相当する。しかも、そのＱ_Ｐの値は、潜像担持体の感光層の表面が現像領域を通過するときに画像部に付着するトナー付着量Ｍ／Ａ［ｇ／ｃｍ^２］と、現像領域に搬送されるトナー担持体上のトナーの平均帯電量のＱ／Ｍ［Ｃ／ｇ］の絶対値との積で表すことができる。したがって、上記電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にすることにより、平均帯電量Ｑ／Ｍの絶対値が５×１０^−６［Ｃ／ｇ］以上のトナーを、０．５×１０^−３［ｇ／ｃｍ^２］以上の付着量Ｍ／Ａで感光層の画像部に付着させることが可能となる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像領域通過時間内に上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐが充電し終わるように上記電気抵抗Ｒ_Ｄ及びＲ_Ｐの値が設定されている条件下で、該静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐの直列接続からなる合成静電容量Ｃ_Ｔが、８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上であることを特徴とするものである。
【００１０】
上記現像領域通過時間内に上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐが充電し終わって充電電流が流れなくなる条件下では、各静電容量に充電された電荷は同じになり、しかも、その電荷の量は、静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐの直列接続からなる合成静電容量Ｃ_Ｔと、上記現像ポテンシャルの絶対値との積で表される。
そこで、請求項２の画像形成装置では、上記現像ポテンシャルの絶対値が３００Ｖ以下という条件下で、上記合成静電容量Ｃ_Ｔを８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上にすることにより、上記感光層の静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にしている。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量が、８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐの値が異なる場合、これらの合成静電容量Ｃ_Ｔは静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量に近くなり、上記合成静電容量Ｃ_Ｔに充電される電荷量は、上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量に充電される電荷量によってほぼ決まる。
そこで、請求項３の画像形成装置では、上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量を８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上にすることにより、上記感光層の静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にしている。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の画像形成装置において、上記トナー担持体に担持されるトナーの平均帯電量の絶対値が５〜３５［μＣ／ｇ］であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の画像形成装置では、トナー担持体に担持されるトナーの平均帯電量の絶対値を５［μＣ／ｇ］以上にすることによりトナーの帯電不足による地汚れの発生を抑制するとともに、３５［μＣ／ｇ］以下にすることによりトナーの過剰帯電によるトナー付着量の低下を抑制している。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１、２又は３の画像形成装置において、上記現像領域通過時間をＴ_Ｄとし、上記現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ）［Ｖ］に対する上記潜像担持体上の現像トナー電荷量（Ｑ／Ａ）［Ｃ／ｃｍ^２］の変化を示す現像特性における立ち上がり部の最大勾配をαとしたとき、上記電気抵抗Ｒ_Ｄが、（Ｔ_Ｄ／Ｃ_Ｐ）以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
上記現像領域におけるトナーによる現像は、上記潜像担持体の感光層の静電容量Ｃ_Ｐの充電現象に相当すると考えることができ、しかも、この感光層の静電容量Ｃ_Ｐを十分に充電するために必要とする時間は、静電容量Ｃｐとこれに直列に接続された上記電気抵抗Ｒ_Ｄとからなる回路の時定数（Ｒ_Ｄ×Ｃ_Ｐ）に等しいと考えることができる。
そこで、請求項５の画像形成装置では、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを（Ｔ_Ｄ／Ｃ_Ｐ）以下にすることにより、上記現像領域通過時間Ｔ_Ｄ内に感光層の静電容量Ｃ_Ｐの充電、すなわち感光層の画像部の現像をほぼ完了させ、所定のトナー付着量を確実に得ている。
【００２１】
なお、上記Ｒ_Ｄ≪Ｒ_Ｐを満足する条件下では、上記現像特性における立ち上がり部の最大勾配αが、上記感光層の静電容量Ｃ_Ｐに相当するので、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを（Ｔ_Ｄ／α）以下にしてもよい。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記電気抵抗Ｒ_Ｄが、１×１０^３［Ω／ｃｍ^２］〜２．４×１０^８［Ω／ｃｍ^２］であることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項６の画像形成装置では、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを１×１０^３［Ω／ｃｍ^２］以上にすることにより、トナー担持体の導電性基体と潜像担持体の感光層の表面との間におけるリーク電流を抑制して安定な現像を維持できるようにしている。
また、上記現像領域の潜像担持体表面移動方向における幅をＷ_Ｄとし、潜像担持体表面の移動速度をＶ_Ｐとしたとき、上記現像領域通過時間Ｔ_Ｄは（Ｗ_Ｄ／Ｖ_Ｐ）となる。したがって、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを２．４×１０^８［Ω／ｃｍ^２］以下にすることにより、上記現像ポテンシャルの絶対値が３００Ｖ以下及び上記Ｗ_Ｄが１ｍｍ以上という条件下で、上記Ｖ_Ｐを５００［ｍｍ／ｓｅｃ］という高速動作レベルに設定しても、上記感光層の静電容量Ｃ_Ｐに絶対値で２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上の電荷を充電し、平均帯電量Ｑ／Ｍの絶対値が５×１０^−６［Ｃ／ｇ］以上のトナーを、０．５×１０^−３［ｇ／ｃｍ^２］以上の付着量Ｍ／Ａで感光層の画像部に付着させることが可能となる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、上記トナー担持体が、上記弾性層の表面を保護する表面保護層を有することを特徴とするものである。
【００２５】
請求項７の画像形成装置では、潜像担持体とトナー担持体とを接触対向させたときに弾性層が変形して所定の現像ニップを確実に形成することができる。そして、弾性層上の表面保護層には、弾性層の表面を保護する機能に加えて、表面に担持するトナーと接触することによってトナーを所定極性に帯電させるトナー帯電機能や、表面にトナーが固着するのを防止するトナー固着防止機能などを持たせることができる。
なお、導電性基体上に上記弾性層及び表面保護層を有するトナー担持体を用いる場合、各層における静電容量及び電気抵抗を考慮して、上記トナー担持体の導電性基体と潜像担持体の感光層の表面との間の静電容量Ｃ_Ｄ［Ｆ／ｃｍ^２］及び電気抵抗Ｒ_Ｄ［Ω／ｃｍ^２］を設定する。
【００２６】
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置における潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様帯電する帯電装置と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置とを、画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成したことを特徴とする画像形成プロセスユニットである。
【００２７】
請求項８の画像形成プロセスユニットでは、画像形成装置本体に装着して用いることにより、トナー担持体の導電性基体と潜像担持体の感光層の表面との間における放電の発生を抑制し、感光層の静電疲労を防止することができるとともに、平均帯電量Ｑ／Ｍの絶対値が５×１０^−６［Ｃ／ｇ］以上のトナーを、０．５×１０^−３［ｇ／ｃｍ^２］以上の付着量Ｍ／Ａで感光層の画像部に付着させることが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真式レーザプリンタ（以下「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。
まず、図２を用いて、本実施形態に係るプリンタの全体の概略構成について説明する。このプリンタは、潜像担持体としての感光体ドラム１の周辺に、感光体ドラム１の表面を一様帯電する帯電装置２、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を感光体ドラム１に照射する露光装置３、感光体ドラム１に形成された静電潜像に対し現像ローラ４０２上の帯電トナーを付着させることでトナー像を形成する現像装置４、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙２０に転写する転写装置５、転写後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６等が順に配設されている。また、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する潜像形成手段は、上記帯電装置２及び露光装置３により構成されている。
また、図示しない給紙トレイ等から転写紙を給紙・搬送する図示しない給紙搬送装置と、転写装置５で転写されたトナー像を転写紙２０に定着する図示しない定着装置とが備えられている。
【００２９】
図４は、現像装置４の概略構成図である。この現像装置４のケーシング４０１の内部には、感光体ドラム１に近い方から順番に、トナー担持体としての現像ローラ４０２、トナー供給部材としての磁気ブラシローラ４０３、攪拌・搬送部材４０４、４０５が配設されている。ケーシング４０１内のトナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）１２は、攪拌・搬送部材４０４、４０５で攪拌され、その一部が、磁気ブラシローラ４０３上に担持される。磁気ブラシローラ4０３上の現像剤１２は、現像剤規制部材としてのドクタ４０６で層厚が規制された後、トナー供給領域Ａ２で現像ローラ４０２に接触する。このトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４０３上の現像剤１２よりトナー１０のみ分離されて現像ローラ４０２に供給される。
【００３０】
上記磁気ブラシローラ４０３は、複数の磁極を有する磁石部材４０７を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４０８で構成されている。磁石部材４０７は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。
【００３１】
磁気ブラシローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７は、ドクタ４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を有する。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図４の構成に限定されるものではなく、磁気ブラシローラ４０３の周囲のドクタ４０６等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。また、図４の現像装置の例では磁石部材４０７を固定配置しスリーブ４０８を回転駆動するように構成したが、スリーブ４０８を固定配置しその内側のローラ状の磁石部材を回転させるように構成してもよい。
【００３２】
上記磁石部材４０７の磁力により、スリーブ４０８上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１３がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量としては、−５〜−３５［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【００３３】
また、本実施形態では、ドクタ４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、ドクタ４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。この磁極Ｎ１の傾斜角度は０〜１５度が好適である。
【００３４】
上記現像ローラ４０２は、磁気ブラシローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ１で感光体ドラム１に圧接対向して所定幅Ｗ_Ｄの現像ニップを形成するように配設されている。
【００３５】
上記ドクタ４０６は、磁気ブラシローラ４０３との対向部で磁気ブラシローラ４上に形成された現像剤１２の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤がトナー供給領域に搬送されるようにするとともに、現像剤１２中のトナー１０と磁性粒子１１との摩擦帯電を促進させている。
【００３６】
また、現像ローラ４０２及び磁気ブラシローラ４０３はそれぞれ、図示しない回転駆動装置により図１の矢印ｂ方向及びｃ方向に回転駆動され、トナー供給領域Ａ２では両ローラの表面が互いに逆方向に移動するようになっている。
【００３７】
また、現像ローラ４０２の軸部には、現像領域Ａ１に現像電界を形成するための現像バイアス電圧Ｖ_Ｂを印加する電源４０９が接続されている。また、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアス電圧Ｖsupを印加する電源４１０が接続されている。
【００３８】
なお、上記プリンタを構成する複数の装置の一部は、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物（ユニット）として構成してもよい。例えば、図３に示すように、感光体ドラム１と帯電装置２と現像装置４とクリーニング装置６とを、プリンタ本体に対して着脱可能に、一体構造物である画像形成プロセスユニットとして構成してもよい。
【００３９】
上記構成のプリンタにおいて、矢印ａ方向に回転する感光体ドラム１の表面は、帯電装置２で一様帯電された後、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線が感光体軸方向にスキャンされて照射される。これにより、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像領域Ａ１において、現像装置４により帯電したトナーを付着させることで現像され、トナー像となる。一方、転写紙２０は図示しない給紙搬送装置で給紙・搬送され、レジストローラ７により所定のタイミングで感光体ドラム１と転写装置５とが対向する転写部に送出・搬送される。そして、転写装置５により、転写紙２０に感光体ドラム１上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体ドラム１上に形成されたトナー像が転写紙２０に転写される。次いで、転写紙２０は、感光体ドラム１から分離され、図示しない定着装置に送られ、定着装置でトナー像が定着された転写紙２０が出力される。転写装置５でトナー像が転写された後の感光体ドラム１の表面は、クリーニング装置６でクリーニングされ、感光体ドラム１上に残ったトナーが除去される。
【００４０】
次に、本発明の特徴部に係る感光体ドラム、トナー及び現像ローラの構成について説明する。
上記感光体ドラム１は、図５の拡大断面図に示すように、接地された導電性基体（例えば、アルミ等の素管）１Ｂ上に、感光性を有する無機又は有機感光体を塗布することにより感光層１Ｐを形成したものである。この感光層１Ｐは、電荷発生層１Ｐａと電荷輸送層１Ｐｂとにより構成され、上記帯電装置２により表面が負極性に一様帯電される。
【００４１】
また、上記現像装置４の現像ローラ４０２は、図６に示すように導電性基体としての芯金４０２Ｂ上に、弾性を有する表層４０２Ｓを有するものである。この現像ローラ４０２の表層４０２Ｓは弾性層４０２Ｓａと表面保護層４０２Ｓｂとにより構成されている。現像ローラ４０２の直径は１０〜３０ｍｍが好適であり、現像ローラ４０２の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を１〜４μｍにするのが好ましい。この表面粗さＲｚの範囲は、トナー１０の体積平均粒径に対して１３〜８０%となり、現像ローラ４０２の表面に埋没することなくトナー１０が搬送される範囲である。
なお、潜像担持体としてベルト状の感光体を使用した場合には現像ローラ４０２の硬度は低くする必要がないので、金属ローラ等も使用可能である。
【００４２】
図７は、現像領域Ａ１における感光体ドラム１の導電性基体（アルミ素管）１Ｂと現像ローラ４０２の芯金４０２Ｂとの間の模式図である。この部分の等価電気回路は、図１のようになる。また、図１の現像ローラの表層及び現像ギャップの部分をまとめると、図８のようになる。ここで、現像ローラ４０２の芯金４０２Ｂと感光体ドラム１の感光層１Ｐの表面との間の静電容量及び電気抵抗をそれぞれＣ_Ｄ［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｄ［Ω／ｃｍ^２］とし、感光層１Ｐの静電容量及び厚み方向の電気抵抗をそれぞれＣ_Ｐ［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｐ［Ω／ｃｍ^２］としている。また、現像ローラ４０２の弾性層４０２Ｓａの静電容量および厚み方向の電気抵抗をそれぞれＣ_Ｒ１［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｒ１［Ω／ｃｍ^２］とし、表面保護層４０２Ｓｂの静電容量および厚み方向の電気抵抗をそれぞれＣ_Ｒ２［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｒ２［Ω／ｃｍ^２］としている。更に、現像ローラ４０２の表面と感光体ドラム１の表面との間の現像ギャップにおける静電容量及び電気抵抗をそれぞれＣ_ＤＧ［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_ＤＧ［Ω／ｃｍ^２］としている。
【００４３】
上記図１及び図８において、感光体ドラム表面が上記現像領域Ａ１の現像ニップ幅を通過する現像領域通過時間内に、感光体ドラム１の感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐ［Ｃ／ｃｍ^２］の絶対値は、上記現像領域Ａ１を通過するときに感光層の画像部に付着するトナーの単位面積あたり帯電量に相当する。しかも、そのＱ_Ｐの値は、感光層１Ｐの表面が現像領域Ａ１を通過するときに画像部に付着するトナー付着量Ｍ／Ａ［ｇ／ｃｍ^２］と、現像領域Ａ１に搬送される現像ローラ４０２上のトナーの平均帯電量のＱ／Ｍ［Ｃ／ｇ］の絶対値との積で表すことができる。
【００４４】
そこで、本実施形態では、感光体ドラム１上の画像部電位Ｖ_Ｌと現像バイアス電圧Ｖ_Ｂとの差である現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ）の絶対値が３００Ｖ以下である条件下で、感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値が２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上になるように、上記静電容量Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｐ及び電気抵抗Ｒ_Ｄ、Ｒ_Ｐの値を決めている。このように上記電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にすることにより、トナーの平均帯電量Ｑ／Ｍの絶対値が５×１０^−６［Ｃ／ｇ］以上のトナーを、０．５×１０^−３［ｇ／ｃｍ^２］以上の付着量Ｍ／Ａで感光層１Ｐの画像部に付着させることが可能となる。
【００４５】
特に、上記現像領域通過時間内に上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐが充電し終わって充電電流が流れなくなるという条件の下では、各静電容量Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｐに充電された電荷は同じになり、しかも、その電荷の量は、静電容量Ｃ_Ｄ（Ｃ_Ｒ１，Ｃ_Ｒ２，Ｃ_ＤＧ）及びＣ_Ｐの直列接続からなる合成静電容量Ｃ_Ｔと、上記現像ポテンシャルの絶対値との積で表される。したがって、この場合は、現像ポテンシャルの絶対値が３００Ｖ以下という条件下で、上記合成静電容量Ｃ_Ｔを８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上にすることにより、感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にすることができる。
ここで、上記３つの静電容量Ｃ_Ｒ１，Ｃ_Ｒ２，Ｃ_ＤＧが直列接続された合成静電容量Ｃ_Ｄの値と、上記感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐの値とが異なる場合、これらの合成静電容量Ｃ_Ｔは静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量に近くなり、合成静電容量Ｃ_Ｔに充電される電荷量は、静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量に充電される電荷量によってほぼ決まる。したがって、静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量を８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上にすることにより、上記感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にすることができる。
【００４６】
また、図８の等価電気回路において、Ｒ_Ｄ≪Ｒ_Ｐを満足する条件下では、上記現像ポテンシャルが感光体ドラム１のアルミ素管１Ｂと感光層１Ｐの表面との間にかかると考えてよい。したがって、現像ポテンシャルの絶対値が３００Ｖ以下という条件下で、感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐを８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上にすることにより、感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にすることができる。
【００４７】
ここで、上記Ｒ_Ｄ≪Ｒ_Ｐを満足する条件下では、図９に示す現像特性における立ち上がり部Ｃの勾配αが、上記感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに相当する。したがって、上記現像特性における立ち上がり直線部Ｃの勾配αを８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上にすることにより、感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値を２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上にすることができる。
上記勾配αは、図９において（Ｑ／Ａ）／（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｋ）を算出することにより求めることができる。ここで、上記電位Ｖ_Ｌは、露光によって電位を低下させた画像部（トナー付着予定部）の電位である。また、上記電圧Ｖ_Ｋは現像開始電圧に相当し、図９の現像特性において立ち上がり直線部Ｃを延ばした直線と横軸との交点の値である。
【００４８】
図９の例では、現像トナー電荷飽和量が９×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］（トナーの飽和付着量０．６［ｍｇ／ｃｍ^２］、トナー帯電量１５［μＣ／ｇ］）であり、上記合成静電容量Ｃ_Ｔに相当する立ち上がり直線部Ｃの傾きαを求めてみると、９０×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］となる。
【００４９】
なお、上記現像特性の立ち上がり部は必ずしも直線になるとは限らないが、その場合は、立ち上がり部の最大勾配αが、上記合成静電容量Ｃ_Ｔや上記感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに相当すると考えられる。
【００５０】
また、上記現像領域Ａ１におけるトナーによる現像は、感光体ドラム１の感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐを充電する現象に相当すると考えることができ、しかも、この感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐを十分に充電するために必要とする時間は、静電容量Ｃｐとこれに直列に接続された現像ローラ４０２及び現像ギャップにおける電気抵抗Ｒ_Ｄとからなる回路の時定数（Ｒ_Ｄ×Ｃ_Ｐ）に等しいと考えることができる。したがって、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを（Ｔ_Ｄ／Ｃ_Ｐ）以下にすることにより、現像領域通過時間Ｔ_Ｄ内に感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐの充電、すなわち感光層１Ｐの画像部の現像をほぼ完了させ、所定のトナー付着量を確実に得ることができる。
なお、前述のように、上記Ｒ_Ｄ≪Ｒ_Ｐを満足する条件の下では、図９の現像特性における立ち上がり直線部の最大勾配αが感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに相当するので、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを（Ｔ_Ｄ／α）以下にしてもよい。
また、上記現像領域Ａ１の感光体ドラム表面移動方向における幅である現像ニップ幅をＷ_Ｄとし、感光体ドラム表面の移動速度をＶ_Ｐとしたとき、上記現像領域通過時間Ｔ_Ｄは（Ｗ_Ｄ／Ｖ_Ｐ）と表すことができる。したがって、上記現像ポテンシャルの絶対値が３００Ｖ以下及び上記Ｗ_Ｄが１ｍｍ以上という条件下で、上記Ｖ_Ｐを５００［ｍｍ／ｓｅｃ］という高速動作レベルに設定する場合は、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを２．４×１０^８［Ω／ｃｍ^２］以下にすることにより、感光層１Ｐの静電容量Ｃ_Ｐに絶対値で２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上の電荷を充電することができる。よって、平均帯電量Ｑ／Ｍの絶対値が５×１０^−６［Ｃ／ｇ］以上のトナーを、０．５×１０^−３［ｇ／ｃｍ^２］以上の付着量Ｍ／Ａで感光層１Ｐの画像部に付着させることが可能となる。
例えば、図９の例では、前述のように立ち上がり直線部Ｃの傾きαが９０×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］であるので、感光体ドラム１の線速３３０［ｍｍ／ｓｅｃ］及び現像ニップ幅１ｍｍという条件下で、上記電気抵抗Ｒ_Ｄを求めてみると３．３７×１０^７［Ω／ｃｍ^２］となる。
【００５１】
また、上記電気抵抗Ｒ_Ｄは１×１０^３［Ω／ｃｍ^２］以上にするのが好ましい。この場合は、現像ローラ４０２の芯金４０２Ｂと感光体ドラム１の感光層１Ｐの表面との間におけるリーク電流を抑制して安定な現像を維持できる。
【００５２】
上記静電容量Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｐ及び電気抵抗Ｒ_Ｄ、Ｒ_Ｐの値を上記好適範囲に設定する場合、各静電容量及び電気抵抗は直接測定して求めることもできる。
図１０及び図１１はそれぞれ、上記静電容量Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｐ及び電気抵抗Ｒ_Ｄ、Ｒ_Ｐを測定する測定システムの概略構成を示す正面図及び側面図である。この測定システムで上記合成静電容量Ｃ_Ｔや合成抵抗（Ｒ_Ｄ＋Ｒ_Ｐ）を測定するときは、現像時と同様にトナー層を形成した現像ローラ４０２を、感光体ドラム１上にセットし、現像ローラ４０２の芯金（回転軸）４０２Ｂの両端にそれぞれにＦ＝４．９Ｎ（５００ｇｆ）の荷重をかけ、全体でＦ＝９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の荷重をかける。これにより、現像ローラ４０２と感光体ドラム１との圧接部に所定幅Ｗのニップを形成する。そして、現像ローラ４０２の芯金４０２Ｂと感光体ドラム１の導電性基体（アルミ素管）との間に接続した計測器（ＬＣＲメータ）３０１により、所定の電圧（例えば周波数１００ｋＨｚ及び実効値０．０１Ｖrmsの高周波電圧）を印加し、Ｃレンジで静電容量を読み取れば、上記合成静電容量Ｃ_Ｔを測定することができる。また、Ｒレンジで電気抵抗を読み取れば、上記合成抵抗（Ｒ_Ｄ＋Ｒ_Ｐ）を測定することができる。
また、上記静電容量Ｃ_Ｄや電気抵抗Ｒ_Ｄの値を個別に測定するときは、現像時と同様にトナー層を形成した現像ローラ４０２に対して、感光体ドラム１と同径の導電性ローラを圧接させる。
【００５３】
上記静電容量Ｃ_Ｄ、Ｃ_Ｐ及び電気抵抗Ｒ_Ｄ、Ｒ_Ｐの値を上記好適範囲に設定することができる各部材の材料としては、次に例示するものを採用することができる。
上記現像ローラ４０２の弾性層４０２Ｓａの材料としては、例えば、ポリウレタン、ＥＰＤＭ、天然ゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、ＮＢＲ、エピクロルヒドリンゴム、ポリソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、及びこれらの混合物を挙げることができる。また、架橋してゴム状物質とするために、架橋剤や加硫剤を転嫁することができる。この場合、有機過酸化物架橋および硫化架橋のいずれに対しても、加硫助剤、加硫促進剤、加硫遅延剤などを用いることもできる。更に、上記以外にもゴム配合剤として一般に用いられている発泡剤、可塑剤、軟化剤、粘着付与剤、粘着防止剤、分離剤、離型剤、増量剤、着色剤などを特性を損なわない範囲で添加することができる。
【００５４】
また、本実施形態で用いる現像ローラ４０２は電気特性、特に電気抵抗が重要であり、この電気抵抗を調整するために、種々の導電性付与剤を添加している。紛体状の導電性付与剤としては、ケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラー用カーボン、熱分解カーボン、インジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化ズズ、酸化チタン、酸化亜鉛、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物、ポリアニリン、ポリプロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。また、導電性付与剤としては、イオン導電性物質もあり、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム等の無機イオン性導電物質、変性脂肪酸ジメチルアンモニウムエトサルファート、ステアリン酸アンモニウムアセテート、ラウリルアンモニウムアセテート、オクタデシルトリメチルアンモニウム過塩素酸塩等の有機イオン性導電物質が挙げられる。
【００５５】
また、本実施形態においては、上記弾性層４０２Ｓａの体積抵抗率は１０^３〜１０^９Ω・ｃｍとするのが望ましい。この弾性層４０２Ｓａの体積抵抗率が１０^３Ω・ｃｍ未満の場合は、材料の加工性を著しく損ねるとともに、硬度のアップを招いてします。一方、弾性層４０２Ｓａの体積抵抗率が１０^９Ω・ｃｍを超えると、表面保護層４０２Ｓｂをコーティングした現像ローラ全体としての電気抵抗を、上記目的の電気抵抗にすることが難しくなる。
【００５６】
また、弾性層４０２Ｓａの硬度は特に制限されるものではないが、現像ローラ４０２と感光体ドラム１とを接触させる場合には６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下がよい。望ましくは、２５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲がよい。潜像担持体として感光体ドラムを用いたときに現像ローラの弾性層の硬度が高すぎると、現像ニップ幅Ｗ_Ｄが小さくなるため、良好な現像が行えなくなる可能性がある。弾性層の硬度が５０°（ＪＩＳ−Ａ）以下であれば、現像ローラ４０２と感光体ドラム１との圧接力（軸方向単位長当たりの力）が０．０９８Ｎ／ｍｍ（＝１０ｇｆ／ｍｍ）程度であっても、所定幅の現像ニップを形成することができる。特に、内部が発泡材料のように容積が変化する材料を使用すると、実効的な硬度を２０°（ＪＩＳ−Ａ）以下に容易に低くすることができ、現像ローラ４０２や、現像ローラ上のトナーに加わる圧力が高々０．０４９Ｎ／ｍｍ（＝５ｇｆ／ｍｍ）程度と弱い圧力でも現像に必要なニップを形成できる。
逆に、現像ローラの弾性層の硬度が低すぎると、圧縮永久歪が大きくなり、現像ローラに変形や偏心が生じた場合に濃度ムラが発生する。また、低硬度側は材料の固有の物性に大きく左右されるため、使用できる材料が限定される。弾性層の硬度を低くする場合でも、圧縮永久歪は小さくすることが望ましく、具体的には２０％以下とすることが望ましい。
【００５７】
上記弾性層４０２Ｓａの構成例としては、次のようなものを挙げることができる。
〔弾性層の構成例１〕
φ８ｍｍのＳＵＳからなる軸芯（芯金）の周囲に、カーボンブラックを分散したポリオールとイソシアネートを用いてウレタンエラストマーの４ｍｍ厚の弾性層を形成する。カーボンブラックは、弾性層の体積抵抗率が１．７×１０^８Ω・ｃｍ、硬度が３２°（ＪＩＳ−Ａ）になるように分散させる。
〔弾性層の構成例２〕
φ８ｍｍのＳＵＳからなる軸芯（芯金）の周囲に、エピクロルヒドリンゴムからなる４ｍｍ厚の弾性層を形成する。エピクロルヒドリンゴムには、炭酸カルシウム、硫黄、加硫促進剤等を添加し、弾性層の体積抵抗率を１．７×１０^８Ω・ｃｍにし、硬度を４７°（ＪＩＳ−Ａ）にする。
〔弾性層の構成例３〕
φ８ｍｍのＳＵＳからなる軸芯（芯金）の周囲に、カーボンブラックを分散したポリオールとイソシアネートを用いてウレタンエラストマーの４ｍｍ厚の弾性層を形成する。カーボンブラックは、弾性層の体積抵抗率が２．６×１０^１０Ω・ｃｍ、硬度が３０°（ＪＩＳ−Ａ）になるように分散させる。
【００５８】
上記現像ローラ４０２の表面保護層４０２Ｓｂは、トナーあるいは感光体ドラム１に対して非汚染性の材料であれば特に制限されることなく用いることができる。ただし、上記弾性層４０２Ｓａの表面にコーティングされるために、柔軟性、耐摩耗性などが要求される。具体例としては、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、フルオロオレフィンとビニルエーテル類、アリルエーテル類、ビニルエステル類等のエチレン性不飽和単量体の共重合体が挙げられる。これらの樹脂も導電性にするために、上記弾性層４０２Ｓａと同様に、種々の導電性付与剤を添加する。また、耐トナー性、耐摩耗性等を向上させるために、硬化剤を用いることも可能である。
また、表面保護層４０２Ｓｂの膜厚としては３０μｍが望ましい。３０μｍを超えると、弾性層４０２Ｓａよりも硬くなる、割れやすくなる、しわが発生する、クリープ特性が悪くなる（へこみの回復が遅くなる）等の不具合が発生する。
また、表面保護層４０２Ｓｂは、例えばディップ法、スプレーコート法、ロールコート法等の種々のコーティング法により、上記弾性層４０２Ｓａ上に形成することができる。
【００５９】
上記表面保護層４０２Ｓｂの構成例としては、次のようなものを挙げることができる。
〔表面保護層の構成例１〕
フッ素樹脂にカーボンブラックを分散させたものを用いる。カーボンブラックの添加比は、樹脂に対して３〜２０ｗｔ％に設定する。
〔表面保護層の構成例２〕
導電性ウレタン塗料を塗布する。
〔表面保護層の構成例３〕
フルオロオレフィンとエチレン性不飽和単量体の共重合体であるフッ素系樹脂（例えば、旭ガラス製の「ルミフロン」：商品名）に金属酸化物（ＩＴＯ）を添加したものを用いる。金属酸化物の添加比は、樹脂に対して５０〜７０ｗｔ％に設定する。
【００６０】
上記現像剤１２を構成するトナー１０は、ポリエステル、ポリオ−ル、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μmの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。また、トナー１０としては、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することもできる。
トナー１０の体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施形態で用いたトナー１０の体積平均粒径は７μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
また、本実施形態では、帯電極性が負極性のトナー１０を使用しているが、感光体ドラム１の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【００６１】
上記トナーの粒径及び帯電量分布の測定には、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置（商品名：「Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲ」）を使用した。この分析装置は、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ４０２上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。
【００６２】
上記磁性粒子１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子１１の電気抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０^４〜１０^８Ωの範囲が好適である。
ここで、上記磁性粒子１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定は、図１２に示す測定装置を用いて次のように行った。まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性粒子を所定量（１４ｇ）だけ担持させ、該スリーブ２０１の回転により該磁性粒子を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉoff［Ａ］を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧ＥＶを５分間印加する。本実施形態では２００Ｖを印加した。そして、電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉon［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの測定結果から、次式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
【００６３】
【数１】
ＤＲ＝Ｅ／（Ｉon−Ｉoff）
【００６４】
【実施例】
次に、本実施形態のプリンタのより具体的な実施例について説明する。
本実施例のプリンタにおける主な設定パラメータの条件は、表１のとおりである。この条件下で、現像ローラ４０２の導電性基体４０２Ｂと感光体ドラム１の導電性基体１Ｂとの間の静電容量（上記Ｃ_Ｔに相当）の値を図１０の測定システムで測定したところ、８９ｐＦ／ｃｍ^２が得られた。また、感光体ドラム１の代わりに導電性ローラを配置し、この導電性ローラと現像ローラ４０２の導電性基体４０２Ｂとの間の電気抵抗（上記Ｒ_Ｄに相当）の値を図１０の測定システムで測定したところ、４．０×１０７Ω／ｃｍ^２が得られた。なお、これらの測定は、周波数１００ｋＨｚ及び実効値０．０１Ｖrmsの高周波電圧を印加して行った。
【００６５】
【表１】

【００６６】
そして、上記表１の設定パラメータの条件下で実際に画像形成を行ったところ、画像周辺にはトナーチリ状の付着がなく、静電潜像を忠実で、地汚れがなく、しかも十分な現像トナー付着量が得られる状態を安定に維持することができた。
【００６８】
また、上記実施形態では、感光体ドラム１上に反転現像用の静電潜像を形成し、現像装置により該静電潜像を反転現像する場合について説明したが、本発明は、感光体ドラム１上に正規現像用の静電潜像を形成し、該静電潜像を正規現像する場合にも適用することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、感光体ドラム上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する場合について説明したが、本発明は、感光体ドラム上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
例えば、一つの感光体ドラム上に各色ごとのトナー像を順次形成し、感光体ドラム上の各色トナー像を一次転写装置で中間転写体としての中間転写ベルトに重ね合わせて転写し、中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
また例えば、中間転写体としての中間転写ベルトの直線状の移動経路部分に沿って感光体ドラムを含む画像形成ユニットを複数組並べて配置し、各画像形成ユニットの感光体ドラム上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体ドラム上のトナー像を一次転写装置で該中間転写ベルト上に重ね合わせて転写し、中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するタンデム型のカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、プリンタ及びそれに用いる現像装置の場合について説明したが、本発明は、複写機やＦＡＸなど他の画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１乃至８の発明によれば、現像ポテンシャルの絶対値が３００Ｖ以下である感光層の静電疲労防止の点で有利な低電位現像を実現することができるとともに、平均帯電量Ｑ／Ｍの絶対値が５×１０^−６［Ｃ／ｇ］以上のトナーを用いることで地汚れの発生を抑制し、トナー付着量が０．５×１０^−３［ｇ／ｃｍ^２］以上の所定濃度の画像を形成することが可能となるという優れた効果を得ることができる。
【００７２】
特に、請求項２の発明によれば、トナー担持体の導電性基体と潜像担持体の感光層の表面との間の静電容量Ｃ_Ｄと潜像担持体の感光層の静電容量Ｃ_Ｐとの直列接続からなる合成静電容量Ｃ_Ｔを上記所定範囲に設定することにより、地汚れの発生を抑制し、所定濃度の画像を形成することが可能となるという優れた効果を得ることができる。
【００７３】
特に、請求項３の発明によれば、上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量を上記所定範囲に設定することにより、地汚れの発生を抑制し、所定濃度の画像を形成することが可能となるという優れた効果を得ることができる。
【００７６】
特に、請求項４の発明によれば、トナーの帯電不足による地汚れの発生を抑制するとともに、トナーの過剰帯電によるトナー付着量の低下を抑制することができるという優れた効果を得ることができる。
【００７７】
特に、請求項５の発明によれば、上記現像領域通過時間Ｔ_Ｄ内に感光層の画像部の現像をほぼ完了させ、所定のトナー付着量を確実に得ることができるという優れた効果を得ることができる。
【００７８】
特に、請求項６の発明によれば、トナー担持体の導電性基体と潜像担持体の感光層の表面との間におけるリーク電流を抑制して安定な現像を維持することができる。しかも、現像ポテンシャルの絶対値が３００Ｖ以下及び現像領域の潜像担持体表面移動方向における幅が１ｍｍ以上という条件下で、潜像担持体表面の移動速度を５００［ｍｍ／ｓｅｃ］という高速動作レベルに設定しても、地汚れの発生を抑制し、所定濃度の画像を形成することが可能となるという優れた効果を得ることができる。
【００７９】
特に、請求項７の発明によれば、所定の現像ニップを確実に形成することができるとともに、トナー担持体に表面にトナーを所定極性に帯電させるトナー帯電機能や、トナー固着防止機能などを持たせることができるという優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプリンタの現像領域における感光体ドラムの導電性基体と現像ローラの芯金との間の等価電気回路の説明図。
【図２】同プリンタの概略構成図。
【図３】同プリンタに用いることができるプロセスユニットの部分斜視図。
【図４】同プリンタの現像装置の概略構成図。
【図５】感光体ドラムの表面部の断面図。
【図６】現像装置に用いた現像ローラの断面図。
【図７】現像領域における感光体ドラムの導電性基体と現像ローラの芯金との間の模式図。
【図８】現像領域における感光体ドラムの導電性基体と現像ローラの芯金との間の等価電気回路を簡略化して示した説明図。
【図９】現像ポテンシャルと感光体ドラム上の現像トナー電荷量との関係を示す特性図。
【図１０】感光体ドラムの導電性基体と現像ローラの芯金との間の等価電気回路における静電容量及び電気抵抗を測定する測定システムの正面図。
【図１１】同測定システムの側面図。
【図１２】磁性粒子のダイナミック抵抗ＤＲの測定装置の説明図。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
１Ｂ 感光体ドラムの導電性基体
１Ｐ 感光体ドラムの感光層
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
１０ トナー
１１ 磁性粒子
１２ 二成分現像剤
２０ 転写紙
５０ 画像形成プロセスユニット
４０１ ケーシング
４０２ 現像ローラ
４０２Ｂ 現像ローラの芯金（導電性基体）
４０２Ｓ 現像ローラの表層
４０２Ｓａ 現像ローラの弾性層
４０２Ｓｂ 現像ローラの表面保護層
４０３ 磁気ブラシローラ
４０９ 電源（現像バイアス用）
４１０ 電源（トナー供給バイアス用）
Ａ１ 現像領域
Ａ２ トナー供給領域

Claims (8)

1. 導電性基体上に感光層を有する潜像担持体と、該潜像担持体の感光層の表面を一様に帯電し画像情報に基づいて該表面に光を照射することにより潜像を形成する潜像形成手段と、導電性基体を有するトナー担持体にトナーを担持し該潜像担持体に対向する現像領域に搬送することにより該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該トナー担持体の導電性基体に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス電源と、該潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、
   上記トナー担持体が、上記導電性基体上に弾性層が形成され上記潜像担持体に接触対向するように配設された一成分現像ローラであり、
   該トナー担持体にトナーを供給する手段として、該トナー担持体に対向するように配設されトナー及び磁性粒子を含む二成分現像剤を表面に担持した磁気ブラシローラと、該磁気ブラシローラ上の現像剤に接触して該現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備え、
   該トナー担持体の導電性基体と該現像領域における該潜像担持体の感光層の表面との間の静電容量及び電気抵抗をそれぞれＣ_Ｄ［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｄ［Ω／ｃｍ^２］とし、該潜像担持体の感光層の静電容量及び厚み方向の電気抵抗をそれぞれＣ_Ｐ［Ｆ／ｃｍ^２］及びＲ_Ｐ［Ω／ｃｍ^２］としたとき、
   Ｒ _Ｄ ≪Ｒ _Ｐ を満足する条件下で、該潜像担持体上の画像部電位Ｖ _Ｌ と該現像バイアス電圧Ｖ _Ｂ との差である現像ポテンシャル（Ｖ _Ｌ −Ｖ _Ｂ ）［Ｖ］に対する上記潜像担持体上の現像トナー電荷量（Ｑ／Ａ）［Ｃ／ｃｍ ^２ ］の変化を示す現像特性における立ち上がり部の最大勾配αが８．３×１０ ^−１２ ［Ｆ／ｃｍ ^２ ］以上になるように、Ｃ _Ｄ 、Ｒ _Ｄ 、Ｃ _Ｐ 及びＲ _Ｐ の値が設定されていることにより、該現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ）の絶対値が３００Ｖ以下である条件下で、該感光層の表面が該現像領域を移動して通過する現像領域通過時間内に該潜像担持体の感光層の静電容量Ｃ_Ｐに充電される単位面積あたりの電荷量Ｑ_Ｐの絶対値が２．５×１０^−９［Ｃ／ｃｍ^２］以上になっていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記現像領域通過時間内に上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐが充電し終わるように上記電気抵抗Ｒ_Ｄ及びＲ_Ｐの値が設定されている条件下で、
   該静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐの直列接続からなる合成静電容量Ｃ_Ｔが、８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２の画像形成装置において、
   上記静電容量Ｃ_Ｄ及びＣ_Ｐのうちより小さな静電容量が、８．３×１０^−１２［Ｆ／ｃｍ^２］以上であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１、２又は３の画像形成装置において、
   上記トナー担持体に担持されるトナーの平均帯電量の絶対値が５〜３５［μＣ／ｇ］であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１、２又は３の画像形成装置において、
   上記現像領域通過時間をＴ_Ｄとし、上記現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ）［Ｖ］に対する上記潜像担持体上の現像トナー電荷量（Ｑ／Ａ）［Ｃ／ｃｍ^２］の変化を示す現像特性における立ち上がり部の最大勾配をαとしたとき、
   上記電気抵抗Ｒ_Ｄが、（Ｔ_Ｄ／α）以下であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５の画像形成装置において、
   上記電気抵抗Ｒ_Ｄが、１×１０^３［Ω／ｃｍ^２］〜２．４×１０^８［Ω／ｃｍ^２］であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置において、
   上記トナー担持体が、上記弾性層の表面を保護する表面保護層を有することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７の画像形成装置における潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置とを、画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成したことを特徴とする画像形成プロセスユニット。

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