JP4560451B2 - 現像ローラ、現像装置、および現像方法 - Google Patents

Description

本発明は、現像ローラ、現像装置、および現像方法に関する。

電子写真方式は、良好な画質品位を有する画像を容易に形成できることから、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に広く利用される。電子写真方式を用いた画像形成装置は、一般に、光導電性物質を含む感光体ドラム表面を一様に帯電させる帯電手段と、帯電状態にある感光体ドラム表面に画像情報に基づく光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給して可視像化する現像手段と、感光体ドラム表面に担持されるトナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、加熱、加圧などによって記録媒体上のトナー像を記録媒体に定着させる定着手段とを含んで構成される。

ここで現像手段には、一般に、感光体ドラムに接触するかまたは近接するように設けられ、その表面に現像剤層を担持して静電潜像にトナーを供給する現像ローラと、現像ローラ表面に当接するように設けられ、現像ローラ表面の現像剤層の層厚を規制する板状部材である規制ブレードとを含む現像装置が用いられる。現像ローラ表面の現像剤層は、現像剤が２成分現像剤の場合、トナーとキャリアの電気的引力による集合体であり、かつ磁性体であるキャリアが現像ローラに内包される磁気発生手段によって作られる、いわゆる磁気ブラシが多数集まって形成されるものである。

従来から、このような磁気ブラシを形成するために、現像ローラ表面に溝が形成される。たとえば、現像ローラの軸線方向に延びる複数の溝を現像ローラ表面に形成し、現像ローラ表面の溝が形成された領域以外の領域が粗面化処理された現像ローラが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、深さ０．５μｍ以上でかつ磁性トナーの粒径よりも小さい溝を表面に形成した現像ローラが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。また、現像ローラの軸線方向に延びる凹凸が現像ローラ表面に規則的に形成された現像ローラが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

しかしながら、これら従来の現像ローラは、表面に形成される溝の全てが同一形状および同一寸法になり、現像剤搬送能力が同じであるため、高画質化に対応できないという欠点がある。高画質化は単に画像濃度を高くするだけではなく、原稿の微細な変化を正確にかつ精緻に再現する必要がある。そのためには、静電潜像へのトナー供給量を変化させ、原稿が微細な変化を持つ場合にはトナー供給量を減らし、ベタ画像などの微細な変化を持たない原稿の場合には、トナー供給量を通常量に戻すことが必要になる。ところが、従来の現像ローラは溝の形状および寸法が同一であるため、現像ローラ表面の現像剤搬送能力（または現像剤担持量）を調整することが困難である。トナー供給量は現像剤搬送能力に比例するので、結果的に、原稿が微細な変化を持つか否かに関係なく一定量のトナーしか供給できないのが従来の現像ローラである。

このため、従来では、現像ローラと規制ブレードとの間の間隔（以後「ドクターギャップ」と称す）を調整して狭めることによって、現像ローラ表面の現像剤搬送能力を調整することが行われる。しかしながら、現像剤搬送能力を少なくするためにドクターギャップを狭めると、現像剤がドクターギャップを通過する際に現像剤に掛かる摩擦応力が高くなり、現像剤、特にキァリアを劣化させてトナーの帯電不良などが生じ、それによって画像濃度が低下する場合がある。また、微細な変化を持つ原稿に対応できる２０〜７０ｍｇ／ｃｍ^２程度の現像剤搬送能力を得るためには、ドクターギャップをたとえば通常の４５０μｍから２００μｍに狭めることが必要である。しかしながら、このような非常に微細な調整を正確に実施するには現状では機械的、構造的に限界があり、調整不良になることが多く、また画像濃度を低下させる場合もある。さらに、高画質化とともに画像形成の高速化が要求される現状にあっては、ドクターギャップを狭めると、規制ブレードに掛かる摩擦応力も増大し、規制ブレードの摩耗、規制ブレードへのトナーの付着などにより規制ブレードの耐用性が低下するという問題もある。

さらに、高画質化への対応のために、溝の幅を狭め、現像ローラ表面の現像剤搬送能力を減少させることも考えられる。しかしながら、溝の幅には現像剤搬送能力が急激に減少する閾値があり、その閾値を超えないように溝を形成するには繁雑な工程と高いコストとを要し、工業的規模での対応は困難である。

実開平５−２５４５９号公報 特開平６−２３６１１３号公報 特開平１１−５２７０９号公報

本発明の目的は、ドクターギャップを調整することなく、また現像剤の劣化、規制ブレードの耐用性の低下などを伴うことなく、現像剤搬送能力を高画質化、特に高精細化に対応できる程度に調整することが可能な現像ローラ、該現像ローラを含む現像装置、および現像方法を提供することである。

本発明は、感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給して現像する現像装置であって、規制ブレードを含む現像装置に備えられる現像ローラにおいて、
現像ローラ表面に設けられる溝口部、および該溝口部よりも現像ローラの軸心寄りに設けられる底部を有し、かつ、現像ローラの軸線方向に延びるように形成される２種の溝であって、溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法、溝口部から底部までの深さ寸法、および現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状のうちの少なくとも１つを異ならせることによって現像剤搬送能力が異なるように形成される２種の溝を有し、
現像剤搬送能力は、規制ブレードによって規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において、各溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量で表され、
現像剤搬送能力が異なる２種の溝のうち、現像剤搬送能力が相対的に低い溝は、現像ローラの円周方向において、現像剤搬送能力が相対的に高い２つの溝の間に複数形成されることを特徴とする現像ローラである。

さらに本発明の現像ローラは、現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状が方形状、台形状、Ｖ字状または半円状であることを特徴とする。

さらに本発明の現像ローラは、
現像剤搬送能力が異なる複数の溝が、現像ローラ表面における現像ローラ軸線方向の両端部分を除く領域に形成されることを特徴とする。

さらに本発明の現像ローラは、
現像ローラ表面の現像剤搬送能力が異なる複数の溝が設けられる領域において、
複数の溝の内壁面および底部を除く現像ローラ表面に粗面化処理が施されることを特徴とする。

さらに本発明の現像ローラは、
粗面化処理が、十点平均粗さＲｚが４０〜１００μｍになるように行われることを特徴とする。

また本発明は、感光体ドラムと接触または近接するように設けられて感光体ドラム表面の静電潜像に現像剤を供給する現像ローラと、現像剤を摩擦混合して現像ローラの周辺に供給する撹拌ローラと、現像ローラ表面に当接または近接するように設けられて現像ローラ表面に担持される現像剤層の層厚を規制する規制ブレードと、現像ローラ、撹拌ローラ、規制ブレードおよび現像剤を収容する現像槽とを含み、感光体ドラム表面の静電潜像を現像する現像装置において、
現像ローラが前述のうちのいずれか１つであることを特徴とする現像装置である。

さらに本発明の現像装置は、感光体ドラムおよび現像ローラは現像領域における流過回転方向が同じであり、感光体ドラムと現像ローラとの周速度比は１．０以上であることを特徴とする。

さらに本発明の現像装置は、感光体ドラムおよび現像ローラは現像領域における流過回転方向が反対であり、感光体ドラムと現像ローラとの周速度比は２．０以上であることを特徴とする。

さらに本発明の現像装置は、現像剤がトナーとキァリアとを含む２成分現像剤であることを特徴とする。
また本発明は、現像装置に備えられる現像ローラに現像剤を担持させて、現像装置に備えられる規制ブレードによって該現像剤の量を規制した後、該現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム表面の静電潜像に供給して現像する現像方法において、
現像ローラ表面に設けられる溝口部、および該溝口部よりも現像ローラの軸心寄りに設けられる底部を有し、かつ、現像ローラの軸線方向に延びるように形成され、さらに、溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法、溝口部から底部までの深さ寸法、および現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状のうちの少なくとも１つが異なるように形成される２種の溝であって、現像ローラの円周方向において、該２種の溝のうちの一方の溝の間に、該２種の溝のうちの他方の溝が複数配置されるにように形成される２種の溝に、現像剤を担持させ、
規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記一方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量を、規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記他方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量よりも、大きくすることを特徴とする現像方法である。
また本発明は、規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記一方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量が、６０〜９０ｍｇ／ｃｍ ^２ であり、
規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記他方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量が、２０〜７０ｍｇ／ｃｍ ^２ であることを特徴とする。
また本発明は、前記２種の溝の溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法が、前記現像剤に含まれるキャリアの粒子径の２〜５倍の範囲内であることを特徴とする。
また本発明は、前記２種の溝の溝口部から底部までの深さ寸法が、前記現像剤に含まれるキャリアの粒子径の１〜３倍の範囲内であることを特徴とする。
また本発明は、現像ローラの円周方向において互いに隣り合う溝の中心位置同士の間隔寸法が、前記現像剤に含まれるキャリアの粒子径の２０〜３０倍の範囲内であることを特徴とする。

本発明によれば、電子写真方式の画像形成に際し、静電潜像を現像するための現像装置に備えられる現像ローラであって、その軸線方向に現像剤搬送能力が異なる複数の溝が形成された現像ローラが提供される。本発明の現像ローラ表面には、現像剤搬送能力が異なる複数の溝が形成される。よって、現像剤搬送能力が相対的に低い溝に形成される磁気ブラシは、原稿の微細な変化を正確にかつ精細に再現するのに適した相対的に少ない現像剤量を含み、現像剤搬送能力が相対的に高い溝に形成される磁気ブラシは、ベタ画像などの高い画像濃度を要求される画像を再現するのに適した相対的に多い現像剤量を含むので、ドクターギャップの調整といった現像ローラ表面での現像剤担持量の調整を行わなくても、原稿の画像に応じた適切な量のトナーを各静電潜像に供給できる。したがって、本発明の現像ローラを用いれば、ドクターギャップの調整を行わなくても済むので、現像剤の劣化を伴うことなく、原稿の画像を高精細に再現できる。
現像剤搬送能力は、本発明の現像ローラ表面に形成される溝の溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法、溝の溝口部から現像ローラの軸心寄りの底部までの深さ寸法および現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状の少なくとも１つを適宜変更することによって、きめ細かく調整され、さらなる高精細化の要求にも容易に対応できる。
また、本発明の現像ローラ表面に形成される複数の溝は、現像剤搬送能力が異なる２種の溝で構成され、これら２種の溝を現像ローラの円周方向に形成するに際し、現像剤搬送能力が相対的に高い２つの溝の間に、現像剤搬送能力が相対的に低い溝が複数形成されることによって、画像のより一層の高精細化を図り得る。しかも、構造的にも著しい複雑化を伴うこともないので、工業的に有利である。

本発明によれば、現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状を、方形状、台形状、Ｖ字状および半円状から選択することによって、溝の現像剤搬送能力を任意に調整でき、高精細化への対応が容易になる。

本発明によれば、現像剤搬送能力が異なる複数の溝を、現像ローラ表面における現像ローラ軸線方向の両端部分を除く領域に形成するのが好ましい。これによって、現像装置内ひいては画像形成装置内への現像剤の飛散、それにともなう画質劣化、感光体ドラム表面の損傷などを一層確実に防止できる。

本発明によれば、現像ローラ表面の現像剤搬送能力が異なる複数の溝が設けられる領域において、複数の溝の内壁面および底部を除く現像ローラ表面に粗面化処理（好ましくは十点平均粗さＲｚが４０〜１００μｍになるような粗面化処理）を施すことによって、各溝にそれぞれ設定される現像剤搬送量が一層確実に再現されるので、高精細画像が長期にわたって安定的に形成される。

本発明によれば、現像ローラと、撹拌ローラと、規制ブレードと、現像槽とを含む現像装置において、現像ローラとして前述の本発明の現像ローラを用いることによって、規制ブレードと感光体ドラムとの間のドクターギャップを調整することなく、感光体ドラム上に形成される静電潜像にその静電潜像の精細度に応じた適切な量のトナーを供給でき、現像剤の劣化、現像ローラに付属して設けられる規制ブレードの耐用性の低下などが起こり難い現像装置が得られる。この現像装置を電子写真方式の画像形成装置に組み込むことによって、高精細画像を安定的に形成できる。

本発明によれば、感光体ドラムおよび現像ローラを現像領域において同じ流過回転方向に回転駆動させ、現像ローラの回転周速を感光体ドラムの回転周速の１．０倍以上にするかまたは感光体ドラムおよび現像ローラを現像領域において反対の流過回転方向に回転駆動させ、現像ローラの回転周速度を感光体ドラムの回転周速度の２．０以上にすることによって、感光体ドラム表面の静電潜像に、現像剤を一層円滑に供給できる。すなわち、この構成も、画像の一層の高精細化に寄与する。

本発明によれば、本発明の現像装置に用いる現像剤としては、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤が好ましく、負帯電性非磁性トナーと正帯電性磁性キャリアとを含む２成分現像剤が特に好ましい。このような現像剤を用い、さらに負帯電感光体ドラムを用いることによって、画像の高精細化を容易にかつ安定的に実施できるとともに、コスト削減、デジタル化などが容易になる。
本発明によれば、現像剤搬送能力の異なる２種の溝としては、たとえば、現像剤搬送能力６０〜９０ｍｇ／ｃｍ ^２ の第１溝と、現像剤搬送能力２０〜７０ｍｇ／ｃｍ ^２ の第２溝とからなり、第１溝が第２溝よりも現像剤搬送能力が高くなるように形成した具体例が挙げられる。これらの２種の溝を用いれば、原稿画像の高精細再現が非常に容易である。
本発明によれば、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる場合に、溝の溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法をキャリア粒子径の２〜５倍の範囲から選択することによって、現像剤の該溝への入り込みが円滑に進行し、該溝の現像剤搬送能力を設計値どおりにすることが容易になる。
本発明によれば、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる場合に、溝の溝口部から底部までの深さ寸法をキャリア粒子径の１〜３倍の範囲から選択することによって、現像剤の該溝への入り込みおよび該溝からの入れ替わりが円滑に進行し、該溝の現像剤搬送能力を設計値どおりにすることが容易になる。
本発明によれば、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる場合、現像ローラの円周方向における互いに隣り合う溝の中心位置間の寸法をキャリア粒子の２０〜３０倍の範囲から選択することによって、溝毎に設定される現像剤搬送能力が正確に再現され、画像の高精細化を確実に実現できる。

図１は、本発明の実施の第１形態である現像装置１の構成を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の他の実施形態である現像ローラ３の構成を示す断面図である。

現像装置１は、現像剤を貯留する現像槽２と、現像槽２内に収容される現像ローラ３、規制ブレード４、第１撹拌ローラ５および第２撹拌ローラ６と、現像槽２の壁面に装着されるトナーセンサ７とを含んで構成される。

現像槽２は前述のように現像剤を貯留する部材であり、感光体ドラム８と対向する部分に現像ローラ３の一部を露出させるための開口部９、および第２撹拌ローラ６の上方の現像槽壁にトナーを補給するためのトナー補給口１０が形成される。トナー補給口１０の外部には、図示しないトナー貯留容器（トナーホッパ）が設けられ、後述するように、現像槽２内部のトナー濃度および／またはトナー消費量に応じてトナー剤が補給される。

現像ローラ３は、現像槽２の開口部９においてその一部が現像槽２の外方に向けて露出し、感光体ドラム８に対向して近接するように設けられ、感光体ドラム８と現像領域を形成し、さらに図示しない駆動手段により矢符１３の方向（反時計回りの方向）に回転駆動可能に設けられる円筒状部材である。現像ローラ３は、その内部に複数の磁極（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）からなる磁気部材１１と、磁気部材１１の表面に形成され、現像剤搬送能力が異なる２種の溝、すなわち第１溝１５、第２溝１６を有する現像スリーブ１２とを含んで構成される。

磁気部材１１は、その磁力によって、現像スリーブ１２表面に形成される第１溝１５、第２溝１６の部分に現像剤層である穂状の磁気ブラシ１７を担持させる。

現像スリーブ１２の表面には、溝口部１５ａと、溝口部１５ａよりも現像ローラ３の軸心３ａ寄りである底部１５ｂとを有する第１溝１５が、現像ローラ３の軸線方向に延びるように形成される。また、溝口部１６ａと、溝口部１６ａよりも現像ローラ３の軸心寄りである底部１６ｂとを有する第２溝１６が、現像ローラ３の軸線方向に延びるように形成される。第１溝１５、第２溝１６は、いずれも、現像ローラ３の軸線に垂直な断面における溝形状（以後特に断らない限り単に「溝形状」と称す）が方形状の溝であり、溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法ｗ（以後特に断らない限り単に「幅寸法ｗ」と称す）および溝口部から底部までの深さ寸法ｄ（以後特に断らない限り単に「深さ寸法ｄ」と称す）は、いずれも第１溝１５の方が大きくなり、結果的に、第１溝１５の方が第２溝１６よりも、現像剤搬送能力が大きくなるように設定される。第１溝１５、第２溝１６の幅寸法ｗ、深さ寸法ｄおよび溝形状の少なくとも１つを適宜変更することによって、所望の現像剤搬送能力または現像剤搬送量を有する第１溝１５、第２溝１６が得られる。なお、深さ寸法ｄが大きくなると、溝の容積が増加することによって現像剤搬送能力が増加するだけでなく、溝の底部が磁気発生部材１２に一層近接することに基因して、現像剤搬送能力が増加する。また、第１溝１５、第２溝１６は、現像ローラ円周方向に交互に規則的に形成され、さらに、２つの第１溝１５の間には、第２溝１６が２つずつ形成される。本実施の形態では、第１溝１５は、幅寸法ｗ：０．３ｍｍ、深さ寸法ｄ：０．３ｍｍ、溝ピッチ：１．３〜２．６ｍｍ程度で、高画像濃度を得るのに適する６０〜９０ｍｇ／ｃｍ^２程度の現像剤搬送量を有するように形成される。また、第２溝１６は、幅寸法ｗ：０．１〜０．４ｍｍ、深さ寸法ｄ：０．１〜０．２５ｍｍ、溝ピッチ：１．６〜３．２ｍｍ程度で、高精細画像を得るのに適する現像剤量である２０〜７０ｍｇ／ｃｍ^２程度の現像剤搬送量を有するように形成される。そして、第１溝１５の現像剤搬送量が第２溝１６の現像剤搬送量よりも多くなるように設定される。また、本実施の形態では、現像ローラ３の軸線に垂直な断面における現像スリーブ１２の外円周が８ｃｍになるように現像ローラ３が形成されている。図３は、現像ローラ３の回転中心点（軸心）と感光体ドラム８の回転中心点（軸心）とを結ぶ直線に対し、主極（Ｎ１）が有する垂直方向磁束密度分布において、最大磁束を示す位置と現像ローラの回転中心点とを結ぶ直線（＝通常、主極が有する垂直方向磁束密度分布を２等分するような中心線）を現像ローラ３の円周方向左右に回転移動させた時の移動距離（ｃｍ）に対する現像剤搬送量（ｍｇ／ｃｍ^２）の変化を示すグラフである。このグラフにおいては、現像ローラ３の回転中心点と感光体ドラムの回転中心点とを結ぶ直線と、最大磁束を示す位置と現像ローラ３の回転中心点とを結ぶ直線とが一致した位置を「０」とする。尚、図３のグラフにおけるＸ軸の数値は直接的な移動距離ではなく、測定治具を用いた時の該測定治具上での値である。また、図３中、記号◆は第１溝１５の現像剤搬送量の測定値であり、記号■は第２溝１６の現像剤搬送量の測定値である。このグラフから、現像ローラ３表面の全ての第１溝１５、第２溝１６が前述の現像剤搬送量を有することが明らかである。

現像スリーブ１２表面には、前述のように、それぞれ複数個の第１溝１５、第２溝１６が形成されるけれども、その形成領域は、現像ローラ軸線方向の両端部分を除く領域とするのがよい。これによって、現像装置１内ひいては画像形成装置内への現像剤の飛散、それにともなう画質劣化、感光体ドラム８表面の損傷などを一層確実に防止できる。

また、現像スリーブ１２表面の、それぞれ複数個の第１溝１５、第２溝１６が形成される領域には、複数個の第１溝１５、第２溝１６の内壁面および底部１５ｂ，１６ｂを除いて、粗面化処理を施すのが好ましい。これによって、現像剤搬送量が一層定量化されるので、高精細および高濃度画像を長期にわたって安定的に形成できる。さらに、第１溝１５、第２溝１６の内壁面および底部１５ｂ，１６ｂを粗面化処理から除外することによって、第１溝１５、第２溝１６内に入り込む現像剤量が該溝の幅寸法ｗ、深さ寸法ｄおよび形状のみによって決定されるので、第１溝１５、第２溝１６の現像剤搬送量の設定が容易になり、形成される画像のさらなる高精細化を図り得る。

また、粗面化処理の方法は特に制限されず、公知の方法をいずれも採用できる。また、粗面化の程度も特に制限されないけれども、十点平均粗さＲｚが４０〜１００μｍの範囲になるように粗面化処理を行うのが好ましい。４０μｍ未満では、現像スリーブ１２表面の摩擦係数が小さくなって現像剤搬送量が低下するおそれがある。１００μｍを超えると、現像スリーブ１２表面の摩擦係数が大きくなり過ぎて現像剤搬送量が過剰になり、現像スリーブ１２と規制ブレード４との間の部分における目詰まりそれに伴う現像ストレスの増加により、現像剤の搬送不良、劣化などが発生し、良好な画像形成を実施できないおそれがある。

なお、現像剤がトナーとキャリアとを含む２成分現像剤である場合には、第１溝１５、第２溝１６の溝口部１５ａ，１６ａにおける現像ローラ円周方向の幅寸法ｗは、キャリア粒子径の２〜５倍の範囲から選択するのが好ましい。２倍未満では、現像剤の溝内への入り込みが制限され、現像剤搬送量が不充分になって画像濃度が高い画像が得られないおそれがある。また、５倍を超えると現像剤搬送量が多くなりすぎ、現像ローラ３と規制ブレード４との間で現像剤の目詰まりおよびそれに伴う現像ストレスの増加により、現像剤の劣化、搬送不良などが発生するおそれがある。

また、第１溝１５、第２溝１６の溝口部１５ａ，１６ａから底部１５ｂ，１６ｂまでの深さ寸法ｄは、キャリア粒子径の１〜３倍の範囲から選択するのが好ましい。１倍未満では、現像剤搬送量が不充分になって高画像濃度の画像が得られないおそれがある。また、３倍を超えると、溝内での現像剤の入れ替わりが円滑に進行せず、ゴーストなどの画質欠陥が生じるおそれがある。また、現像スリーブ１２の機械的強度が不充分になり、現像ローラ３の耐用性、生産性などの低下を招くおそれがある。

また、互いに隣り合う溝、すなわち第１溝１５と第２溝１６および第２溝１６同士において、現像ローラ円周方向の中心位置同士の間隔寸法は、キャリア粒子径の２０〜３０倍の範囲から選択するのが好ましい。２０倍未満では、現像剤搬送量が過剰になり、現像ローラ３と規制ブレード４との間で現像剤の目詰まりおよびそれに伴う現像ストレスの増加により、現像剤の劣化、搬送不良などが発生するおそれがある。また、３０倍を超えると、溝の数が少なくなり、現像剤搬送量が不充分になり、充分な画像濃度の画像が得られないおそれがある。

現像スリーブ１２は、この分野で常用される材料を用いて形成できるけれども、導電性材料を用いるのが好ましい。該導電性材料としては、たとえば、金属、樹脂に導電性材料を添加した樹脂組成物、ゴム材料に導電性材料を添加したゴム組成物などが挙げられる。樹脂組成物は発泡体でもよく、ゴム組成物は加硫されていてもよい。

現像ローラ３と感光体ドラム８との間には直流重畳交流電圧が印加され、現像領域には交番電界が発生するので、現像ローラ３表面の磁気ブラシ形状の現像剤層から電荷を有するトナーのみが感光体ドラム８表面の静電潜像に付着することによって、現像動作が実行される。

なお、現像ローラ３と対向する感光体ドラム８は、矢符１４の方向（時計回りの方向）に回転駆動可能に設けられる。図のように、現像ローラ３の軸心回りの回転方向および感光体ドラム８の軸心回りの回転方向は、反対方向にするのが好ましい。これによって、現像ローラ３と感光体ドラム８とが近接して対向する現像領域では、現像ローラ３と感光体ドラム８とが同じ流過回転方向に回転するように設けられる。その際の現像ローラ３の回転周速を、好ましくは感光体ドラム８の回転周速の１．０倍以上、さらに好ましくは１．５倍以上に設定する。これによって、感光体ドラム８表面の潜像部分へのトナーの供給が無理なく行われ、高精細画像を安定して形成できる。現像ローラ３の回転周速が感光体ドラム８の回転周速の１．５倍よりも著しく低いと、感光体ドラム８表面の静電潜像へのトナーの供給量が減少し過ぎ、充分な画像濃度を有する画像を形成できない場合がある。なお、前記の回転方向および周速度比に限定されることなく、たとえば、感光体ドラム８の軸心回りの回転方向と現像ローラ３の軸心回りの回転方向を同じ方向とし、現像領域において反対の流過回転方向に回転駆動させ、感光体ドラムと現像ローラとの周速度比を２．０以上にすることによっても、感光体ドラム８表面の潜像部分へのトナーの供給が無理なく行われ、高精細画像を安定して形成できる。

規制ブレード４は、現像槽２の開口部９付近において現像槽２に支持され、その先端縁が現像ローラ３の表面に対して所定の間隔（ドクターギャップ）を有するように設けられる、板状部材である。規制ブレード４によって、現像ローラ３表面に担持される現像剤層の層厚が規制される。

第１撹拌ローラ５は、現像ローラ３に関して感光体ドラム８と反対側で現像ローラ３に対向しかつ離隔するように設けられる、かつ図示しない駆動手段により現像ローラ３と連動して軸心方向に回転駆動可能に設けられる円筒状部材である。第１撹拌ローラ５の回転（撹拌）によりトナーとキャリアとが摺擦され、その際の接触摩擦によって、感光体ドラム８表面の静電潜像の現像に必要充分な電荷がトナーに付与される。第１撹拌ローラ５は、前述のようにトナーを充分に帯電させるとともに、充分に帯電したトナーを現像ローラ３の周囲に送給する。

第２撹拌ローラ６は、第１撹拌ローラ５に関して現像ローラ３と反対側で第１撹拌ローラ５に対向しかつ離隔するように設けられ、さらに図示しない駆動手段により回転駆動可能に設けられる円筒状部材である。第２撹拌ローラ６の回転（撹拌）によって、第２撹拌ローラ６の上方の現像槽壁に形成されるトナー補給口１０から現像槽２内に供給されるトナーとキャリアとを混合してトナーを予備的に帯電させるとともに、トナーを第１撹拌ローラ５の周囲に送給する。

トナーセンサ７は、第１撹拌ローラ５の下方の現像槽底面に装着され、センサ面が現像槽２の内部に露出するように設けられる。トナーセンサ７は、現像装置１が図示しない電子写真方式の画像形成装置に組み込まれる際に、該画像形成装置の各種の動作を制御する図示しないＣＰＵに電気的に接続される。そして、トナーセンサ７により現像槽２内のトナー濃度が検知され、その検知結果はＣＰＵに送達される。ＣＰＵは検知結果に基づいて、現像槽２へのトナーの補給の可否を判断する。そして、トナー補給が必要と判断した場合は、制御信号を送って図示しないトナー貯留容器からトナー補給口１０を介して現像槽２内にトナーを補給する。

本発明の現像装置１で使用される２成分現像剤は、トナーとキャリアとを含む。トナーおよびキァリアとしては電子写真方式において従来から用いられるものをいずれも使用できるけれども、負帯電性非磁性トナーと正帯電性磁性キャリアとを含む２成分現像剤を用い、さらに負帯電感光体ドラムを用いるのが好ましい。これによって、画像の高精細化を容易にかつ安定的に実施できるとともに、コスト削減、デジタル化などが容易になる。

現像装置１によれば、現像槽２のトナー補給口１０から補給されるトナーを、第１撹拌ローラ５および第２撹拌ローラ６の回転によりキャリアと混合させかつ帯電させるとともに現像ローラ３周辺に供給する。現像ローラ３は、その表面に円周方向に交互に形成された現像剤搬送量の異なる第１溝１５、第２溝１６に現像剤層である穂状磁気ブラシ１７を担持し、その層厚を規制ブレード４により規制した後、感光体ドラム８上の静電潜像にトナーを供給する。その際、第１溝１５の現像剤量が相対的に多い磁気ブラシ１７からは、ベタ画像部分などの高濃度が必要な部分にトナーが供給され、第２溝１６の現像剤量が相対的に低い磁気ブラシからは、微細な変化があり高精細な画像再現が必要な部分にトナーが供給され、高濃度と高精細とを併せ持つ画像が形成される。

本実施の形態では、図２に示す現像ローラ３が用いられる。現像ローラ３は、現像スリーブ１２表面に形成される第１溝１５、第２溝１６は、現像ローラ３の軸線に垂直な断面における溝形状が方形状であることに特徴を有するものであるけれども、溝形状は方形状に限定されず、Ｖ字状、台形状、半円状などの種々の溝形状に形成することができる。

図４は、別形態の現像ローラ３ｂの構成を模式的に示す断面図である。現像ローラ３ａは、その表面に形成される第１溝１８、第２溝１９の溝形状がＶ字状であることを特徴とする。すなわち、第１溝１８、第２溝１９は現像ローラ３の軸線方向に延びるように形成されて溝形状がＶ字状の溝であり、第１溝１８の現像剤搬送能力が第２溝１９の現像剤搬送能力よりも大きくなるように設計される。また、第１溝１８と第２溝１９は、現像ローラ円周方向に交互に形成されるけれども、現像剤搬送能力が相対的に高い第１溝１８の間に、現像剤搬送能力が相対的に低い第２溝１９が２つ形成される。第１溝１８、第２溝１９の現像剤搬送能力は、幅寸法および深さ寸法（ここではＶ字の高さ）の少なくとも１つを適宜調整することによって所望の値に設計できる。

図５は、別形態の現像ローラ３ｃの構成を模式的に示す断面図である。現像ローラ３ｂは、その表面に形成される第１溝２０、第２溝２１の溝形状が台形状であることを特徴とする。すなわち、第１溝２０、第２溝２１は現像ローラ３の軸線方向に延びるように形成されて溝形状が台形状の溝であり、第１溝２０の現像剤搬送能力が第２溝２１の現像剤搬送能力よりも大きくなるように設計される。また、第１溝２０と第２溝２１は、現像ローラ円周方向に交互に形成されるけれども、現像剤搬送能力が相対的に高い第１溝２０の間に、現像剤搬送能力が相対的に低い第２溝２１が２つ形成される。第１溝２０、第２溝２１の現像剤搬送能力は、幅寸法および深さ寸法の少なくとも１つを適宜調整することによって所望の値に設計できる。なお、溝形状が台形状である場合、その底部における現像ローラ円周方向の幅寸法も現像剤搬送能力に影響を及ぼすので、考慮する必要がある。

本発明の現像装置１は、従来から使用される複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置において、現像手段として好適に使用できる。

本発明の実施の第１形態である現像装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態である現像ローラの構成を模式的に示す断面図である。 主極（Ｎ１）を基準とする第１溝および第２溝の現像剤搬送量の変化を示すグラフである。 本発明の別の実施形態である現像ローラの構成を模式的に示す断面図である。 本発明の別の実施形態である現像ローラの構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像槽
３ 現像ローラ
４ 規制ブレード
５ 第１撹拌ローラ
６ 第２撹拌ローラ
７ トナーセンサ
８ 感光体ドラム
９ 開口部
１０ トナー補給口
１１ 磁気部材
１２ 現像スリーブ
１３，１４ 矢符
１５，１８，２０ 第１溝
１６，１９，２１ 第２溝
１７ 磁気ブラシ

Claims (14)

1. 感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給して現像する現像装置であって、規制ブレードを含む現像装置に備えられる現像ローラにおいて、
   現像ローラ表面に設けられる溝口部、および該溝口部よりも現像ローラの軸心寄りに設けられる底部を有し、かつ、現像ローラの軸線方向に延びるように形成される２種の溝であって、溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法、溝口部から底部までの深さ寸法、および現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状のうちの少なくとも１つを異ならせることによって現像剤搬送能力が異なるように形成される２種の溝を有し、
   現像剤搬送能力は、規制ブレードによって規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において、各溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量で表され、
   現像剤搬送能力が異なる２種の溝のうち、現像剤搬送能力が相対的に低い溝は、現像ローラの円周方向において、現像剤搬送能力が相対的に高い２つの溝の間に複数形成されることを特徴とする現像ローラ。
2. 現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状は、
   方形状、台形状、Ｖ字状または半球状であることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 現像剤搬送能力が異なる複数の溝は、
   現像ローラ表面における現像ローラ軸線方向の両端部分を除く領域に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の現像ローラ。
4. 現像ローラ表面の現像剤搬送能力が異なる複数の溝が設けられる領域において、
   複数の溝の内壁面および底部を除く現像ローラ表面に粗面化処理が施されることを特徴とする請求項３記載の現像ローラ。
5. 粗面化処理は、
   十点平均粗さＲｚが４０〜１００μｍになるように行われることを特徴とする請求項４記載の現像ローラ。
6. 感光体ドラムと接触または近接するように設けられて感光体ドラム表面の静電潜像に現像剤を供給する現像ローラと、現像剤を摩擦混合して現像ローラの周辺に供給する撹拌ローラと、現像ローラ表面に当接または近接するように設けられて現像ローラ表面に担持される現像剤層の層厚を規制する規制ブレードと、現像ローラ、撹拌ローラ、規制ブレードおよび現像剤を収容する現像槽とを含み、感光体ドラム表面の静電潜像を現像する現像装置において、
   現像ローラは、
   請求項１〜５のうちのいずれか１つであることを特徴とする現像装置。
7. 感光体ドラムおよび現像ローラは現像領域における流過回転方向が同じであり、感光体ドラムと現像ローラとの周速度比は１．０以上であることを特徴とする請求項６記載の現像装置。
8. 感光体ドラムおよび現像ローラは現像領域における流過回転方向が反対であり、感光体ドラムと現像ローラとの周速度比は２．０以上であることを特徴とする請求項６記載の現像装置。
9. 現像剤は、
   トナーとキァリアとを含む２成分現像剤であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の現像装置。
10. 現像装置に備えられる現像ローラに現像剤を担持させて、現像装置に備えられる規制ブレードによって該現像剤の量を規制した後、該現像剤に含まれるトナーを感光体ドラム表面の静電潜像に供給して現像する現像方法において、
    現像ローラ表面に設けられる溝口部、および該溝口部よりも現像ローラの軸心寄りに設けられる底部を有し、かつ、現像ローラの軸線方向に延びるように形成され、さらに、溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法、溝口部から底部までの深さ寸法、および現像ローラの軸線に垂直な断面における溝形状のうちの少なくとも１つが異なるように形成される２種の溝であって、現像ローラの円周方向において、該２種の溝のうちの一方の溝の間に、該２種の溝のうちの他方の溝が複数配置されるにように形成される２種の溝に、現像剤を担持させ、
    規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記一方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量を、規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記他方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量よりも、大きくすることを特徴とする現像方法。
11. 規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記一方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量は、６０〜９０ｍｇ／ｃｍ ^２ であり、
    規制ブレードによって現像剤量が規制された後、かつ、感光体ドラムに供給される前において前記他方の溝に担持される現像剤の単位面積あたりの質量は、２０〜７０ｍｇ／ｃｍ ^２ であることを特徴とする請求項１０に記載の現像方法。
12. 前記２種の溝の溝口部における現像ローラ円周方向の幅寸法は、前記現像剤に含まれるキャリアの粒子径の２〜５倍の範囲内であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の現像方法。
13. 前記２種の溝の溝口部から底部までの深さ寸法は、前記現像剤に含まれるキャリアの粒子径の１〜３倍の範囲内であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の現像方法。
14. 現像ローラの円周方向において互いに隣り合う溝の中心位置同士の間隔寸法は、前記現像剤に含まれるキャリアの粒子径の２０〜３０倍の範囲内であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の現像方法。

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