JP4752251B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、印刷装置等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、一成分現像剤を用いた現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
従来における電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、トナーのみからなる一成分現像剤（トナー）を用いた一成分現像方式と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式とが知られている。中でも、一成分現像方式の現像装置は、キャリアとの混合、撹拌、トナー濃度の制御が不要であるため、装置の小型化、低コスト化が可能であり、更に、現像剤の交換作業などが不要なため、主としてメンテナンスフリーが要望されるプリンタにおいて使用されることが多くなってきている。
一成分現像方式においては、現像ロール上に所定のトナー量及びトナー帯電量を備えたトナー層を形成する一般的な方式としては、発泡体からなるトナー供給ロールを現像ロールに押し付け、この押圧力にて形成されたニップ域内で、現像ロール上に多量のトナーを付着させ、その後規制ブレードによってトナーの層厚を規制し、同時に摩擦帯電を行う方法が採られる。
しかしながら、このような方式では、トナー供給ロールを現像ロールに圧接し、その接触部では互いに反対方向に移動させているため、トナーに過大なストレスが付与され、トナー表面の外添剤粒子が剥離したり、あるいは内部に埋め込まれたりして、結果的にトナー粒子の流動性、凝集性、帯電特性等が初期とは変化するようになる。
その結果、画質が劣化したり、また、現像装置の駆動トルクが大きくなって、画像のバンディングの原因にもなる。更には、トナー供給ロールの発泡体内部にトナー粒子が入り込んで、発泡体の硬さが変化して、トナー供給能力が低下したり、この供給能力の低下による画像濃度の低下等を来す。また、現像ロール上の残留トナー（現像後に現像ロール上に残るトナー）の剥離能力が低下し、ゴースト現象が起こるという問題もある。
しかしながら、このような方式では、トナー供給ロールを現像ロールに圧接し、その接触部では互いに反対方向に移動させているため、トナーに過大なストレスが付与され、トナー表面の外添剤粒子が剥離したり、あるいは内部に埋め込まれたりして、結果的にトナー粒子の流動性、凝集性、帯電特性等が初期とは変化するようになる。
その結果、画質が劣化したり、また、現像装置の駆動トルクが大きくなって、画像のバンディングの原因にもなる。更には、トナー供給ロールの発泡体内部にトナー粒子が入り込んで、発泡体の硬さが変化して、トナー供給能力が低下したり、この供給能力の低下による画像濃度の低下等を来す。また、現像ロール上の残留トナー（現像後に現像ロール上に残るトナー）の剥離能力が低下し、ゴースト現象が起こるという問題もある。
これらの問題を解決するために、現像ロールとトナー供給ロールとを離間させる方式が提示されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１では、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを０．０５〜１．０ｍｍとし、その間に１３０Ｖ以上の電位差を設け、更に、凝集度が２５％以下のトナーを使用することで、良好な画像が得られることが記されている。
特許文献１では、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを０．０５〜１．０ｍｍとし、その間に１３０Ｖ以上の電位差を設け、更に、凝集度が２５％以下のトナーを使用することで、良好な画像が得られることが記されている。
つまり、この方式では、現像ロールとトナー供給ロールとが離間配置されているため、この部位でのトナーへの摩擦帯電ができないことから、凝集度が低い（流動性が高い）トナーが適用できるとされており、トナー凝集度としては２５％以下が必要で、これによってトナー供給ロールから現像ロールへの効率的なトナー供給が可能になるとしている。また、凝集度が２５％を超えると、ギャップでのトナー凝集が進みトナーの供給が旨く行かず、現像ロール上のトナーが不足し、かすれた画像になるとされている。
この種の先行技術において、本件発明者は、トナーの凝集度を小さく設定しても、現像ロール上に均一なトナー薄層が形成され難いという技術的課題を見出した。
つまり、凝集度の小さいトナーであっても、同じ凝集度を示すということは、トナーの粒径とは関係なく、凝集重量が等しいことを意味するから、平均粒径の小さいトナーは平均粒径の大きいトナーに比べ、凝集塊になる粒子数が多い。更に、平均粒径の小さいトナーは粒子に対する表面積の割合が大きくなり、クーロン力やファンデルワールス力等によって１つの凝集塊を構成する粒子数も多くなり易く、大きな凝集塊になり易い。
したがって、凝集度が小さくても、平均粒径が小さ過ぎる場合には、現像ロール上に形成されるトナー層が不均一になるものと推測される。
そこで、従来にあっては、現像ロールに多くのトナーを供給し、ブレードで層厚を規制するという手法が採られている。
つまり、凝集度の小さいトナーであっても、同じ凝集度を示すということは、トナーの粒径とは関係なく、凝集重量が等しいことを意味するから、平均粒径の小さいトナーは平均粒径の大きいトナーに比べ、凝集塊になる粒子数が多い。更に、平均粒径の小さいトナーは粒子に対する表面積の割合が大きくなり、クーロン力やファンデルワールス力等によって１つの凝集塊を構成する粒子数も多くなり易く、大きな凝集塊になり易い。
したがって、凝集度が小さくても、平均粒径が小さ過ぎる場合には、現像ロール上に形成されるトナー層が不均一になるものと推測される。
そこで、従来にあっては、現像ロールに多くのトナーを供給し、ブレードで層厚を規制するという手法が採られている。
しかしながら、ブレードでトナーの層厚を規制するには、ブレードを現像ロール側へ大きな圧接力で押し付ける必要があり、トナーには過大なストレスが加わることとなる。そのため、トナー表面の外添剤粒子が剥離したり、トナーに埋め込まれたりして、トナーの流動性、帯電性が変化し、画質が劣化するという問題は完全には解消されない。また、ブレードへトナーが固着し、トナー粒子の通過を阻害する結果、画像に白スジを発生させたり、ブレードに固着して硬くなった固形物が、現像ロールの表面に窪み状の傷を形成してしまい、その傷にトナー粒子が目詰まりして画像に黒スジが発生するという技術的課題も見受けられる。
このような技術的課題を解決するには、ブレードによるトナー層厚規制量を少なく抑えるようにすればよく、この観点からすれば、トナー供給ロールから現像ロールへトナーを供給する際に均一なトナーの薄層を形成させ、その後のブレードによるトナー層厚規制時のトナーに対するストレス付与を小さくすることが必要であり、現像ロールへトナーを供給する際如何に均一なトナー薄層を形成するかが大きな技術的課題となっている。
しかしながら、上述したように、現像ロール上に均一なトナー薄層を形成することは非常に困難であることが現状である。
更に、本件発明者は、現像ロールへのトナー供給に際し、凝集度と現像ロール上に形成されるトナー層との関係について検討をすすめ、凝集度の値が小さいトナーが良好なトナー層を形成するとは限らず、凝集度のみの要因では現像ロール上に形成されるトナー層が均一にならないとの知見を得るに至った。
しかしながら、上述したように、現像ロール上に均一なトナー薄層を形成することは非常に困難であることが現状である。
更に、本件発明者は、現像ロールへのトナー供給に際し、凝集度と現像ロール上に形成されるトナー層との関係について検討をすすめ、凝集度の値が小さいトナーが良好なトナー層を形成するとは限らず、凝集度のみの要因では現像ロール上に形成されるトナー層が均一にならないとの知見を得るに至った。
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、現像剤担持体上に供給される現像剤層の薄層均一化を図り、現像剤層の現像剤量及び現像剤帯電量をより一層均一化させ、更に、長期に亘って安定した現像特性を備えた現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
上述した課題を解決するために、本件発明者は、現像ロール上でのトナー薄層を形成する際、凝集度の小さいトナーが必ずしも均一なトナー薄層を形成できない理由について各種の検討を行い、好ましい均一なトナー薄層を形成し得る要因として、凝集度とトナー粒径との関係に着目するに至った。
すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、静電潜像が担持される像担持体に対向し回転可能で表面に一成分現像剤（現像剤）Ｇを担持する現像剤担持体１と、この現像剤担持体１に離間配置されると共に当該現像剤担持体１との間に現像剤担持体１への現像剤供給を促す供給バイアス３が印加され且つ表面に担持された現像剤Ｇを現像剤担持体１に供給する回転可能な現像剤供給部材２とを備え、使用する現像剤Ｇの体積中心粒径をＤμｍ、凝集度をＡ％としたときに、前記Ｄが４．５μｍから１１μｍの範囲内で、５．５×Ｄ−２３≧Ａの関係を満たすことを特徴とするものである。
すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、静電潜像が担持される像担持体に対向し回転可能で表面に一成分現像剤（現像剤）Ｇを担持する現像剤担持体１と、この現像剤担持体１に離間配置されると共に当該現像剤担持体１との間に現像剤担持体１への現像剤供給を促す供給バイアス３が印加され且つ表面に担持された現像剤Ｇを現像剤担持体１に供給する回転可能な現像剤供給部材２とを備え、使用する現像剤Ｇの体積中心粒径をＤμｍ、凝集度をＡ％としたときに、前記Ｄが４．５μｍから１１μｍの範囲内で、５．５×Ｄ−２３≧Ａの関係を満たすことを特徴とするものである。
このような技術的手段において、本発明に係る現像装置は、一成分現像剤（現像剤）Ｇを使用するものであり、現像剤担持体１は現像剤Ｇを担持できるものであればよく、ドラム状、ベルト状を含む。また、効果的に現像を行う観点からは、現像剤担持体１は像担持体と接触配置される態様が好ましいが、非接触であっても差し支えない。更に、現像剤担持体１としては弾性体であっても剛体であってもよく、例えば可撓性チューブの態様であっても差し支えない。
また、現像剤供給部材２は、現像剤担持体１とのギャップを安定に保つ観点から剛体が好ましいが、特にこれに限定されず、現像剤Ｇを担持搬送できるものであればよい。
更に、本発明においては、現像剤担持体１と現像剤供給部材２とは両者の対向部位で互いに同じ方向に移動する構成（Ｗｉｔｈ構成）であっても互いに反対方向に移動する構成（Ａｇａｉｎｓｔ構成）であってもよい。
また、現像剤供給部材２は、現像剤担持体１とのギャップを安定に保つ観点から剛体が好ましいが、特にこれに限定されず、現像剤Ｇを担持搬送できるものであればよい。
更に、本発明においては、現像剤担持体１と現像剤供給部材２とは両者の対向部位で互いに同じ方向に移動する構成（Ｗｉｔｈ構成）であっても互いに反対方向に移動する構成（Ａｇａｉｎｓｔ構成）であってもよい。
一般に、粉体における凝集度とは、その値が大きいほど流動性が低くなり、例えば現像剤収容タンク（ホッパ）からの撹拌部材による排出性等に注意と対策を要する物性値といわれている。そのため、現像剤の凝集度は、基本的には画像に影響しない範囲以下で設定されることが好ましい。
その凝集度測定法は、３種類のふるいを目開きの大きいものを上段側にして順に重ね、最上段のふるいに所定量の粉体を載せ、所定振幅、所定振動数で所定時間振動させた後、各ふるいに残留した粉体（本件では現像剤に相当）の重量を測定して次式で計算することが一般的に行われ、本発明では次のように行っている。
上から目開きが７５μｍ、４５μｍ、２５μｍの順に重ねた三段のふるいを用い、上段のふるいに現像剤を載せ、ふるいを振幅１ｍｍ、振動数５０Ｈｚで３０秒間振動させた後、各ふるいに残留した現像剤重量を測定し、
（ａ）（（上段のふるいに残った現像剤重量）／（投入現像剤重量））×１００
（ｂ）（（中段のふるいに残った現像剤重量）／（投入現像剤重量））×１００×３／５
（ｃ）（（下段のふるいに残った現像剤重量）／（投入現像剤重量））×１００×１／５
上記、３つの計算値の合計値をもって凝集度（％）とする。
その凝集度測定法は、３種類のふるいを目開きの大きいものを上段側にして順に重ね、最上段のふるいに所定量の粉体を載せ、所定振幅、所定振動数で所定時間振動させた後、各ふるいに残留した粉体（本件では現像剤に相当）の重量を測定して次式で計算することが一般的に行われ、本発明では次のように行っている。
上から目開きが７５μｍ、４５μｍ、２５μｍの順に重ねた三段のふるいを用い、上段のふるいに現像剤を載せ、ふるいを振幅１ｍｍ、振動数５０Ｈｚで３０秒間振動させた後、各ふるいに残留した現像剤重量を測定し、
（ａ）（（上段のふるいに残った現像剤重量）／（投入現像剤重量））×１００
（ｂ）（（中段のふるいに残った現像剤重量）／（投入現像剤重量））×１００×３／５
（ｃ）（（下段のふるいに残った現像剤重量）／（投入現像剤重量））×１００×１／５
上記、３つの計算値の合計値をもって凝集度（％）とする。
そのため、凝集度の値は、使用するふるいの目開きにも関係するが、例えば粒径が異なる現像剤Ｇが同じ凝集度を示す場合を想定すると、粒径が小さい現像剤Ｇの方が一層粒子の凝集が起こり易く、目開きの大きいふるいにも残留したことになる。したがって、現像剤担持体１上にて現像剤Ｇが層形成を行う場合には、同じ凝集度であっても粒径によって均一性が異なる（小粒径の場合には凝集されにくい粒子が必要）ようになる。
本発明においては、使用する現像剤Ｇの体積中心粒径をＤμｍ、凝集度をＡ％としたときに、５．５×Ｄ−２３≧Ａの関係を満たすことで、現像剤Ｇのある粒径（体積中心粒径）における凝集度の上限範囲をきめることができ、現像剤供給部材２と現像剤担持体１とのギャップでの現像剤Ｇの流動性が適正に確保されると共に、現像剤担持体１上に形成される現像剤層の均一性が確保される。すなわち、現像剤Ｇの体積中心粒径が大きくなると、凝集度が大きくなっても結果的に得られる現像剤層の表面が揃う方向となり、現像剤層の均一性が確保されるようになる。一方、現像剤Ｇの体積中心粒径が小さい場合には、凝集度も小さくないと現像剤層の均一性が確保されないようになる。
そして、現像剤Ｇの体積中心粒径及び凝集度の関係が、この範囲を超えると、現像剤担持体１上に形成される現像剤層は不均一なものとなる。
そして、現像剤Ｇの体積中心粒径及び凝集度の関係が、この範囲を超えると、現像剤担持体１上に形成される現像剤層は不均一なものとなる。
本発明における現像剤の凝集度としては、上述した方法と同様に、パウダーテスターＰ−１００（ホソカワミクロン社製）を使用し、目開きが７５μｍ、４５μｍ、２５μｍの３種類のふるいを用いて、最上段のふるいに現像剤１０ｇを載せ、振幅１ｍｍで３０秒間振動させた後の各段のふるいに残った現像剤重量を求めることで行った。尚、凝集度の測定環境としては、２６℃、２６〜３７％ＲＨとした。
ここで、現像剤（トナー）の凝集度に関しては、更に、次のような先行技術が知られているが、本件とは関連しないことを補足しておく。
特許文献２では、現像ロールとトナー供給ロールとを接触させる方式にあって、重合トナー（所謂球形トナー）を使用し、その凝集度を３０％以下とすることで、帯電規制を行う規制部材の圧力を小さくできることが示されている。そして、重合トナーは粉砕トナーに比べ、外力が加わると充填密度が高まり易いため、規制部材によって容易に薄層化がなされ、規制部材の圧力を小さくできるとしている。しかしながら、この特許文献で示される技術は現像ロールへのトナー供給時にトナーの薄層を形成しようとしたものではない。
特許文献２では、現像ロールとトナー供給ロールとを接触させる方式にあって、重合トナー（所謂球形トナー）を使用し、その凝集度を３０％以下とすることで、帯電規制を行う規制部材の圧力を小さくできることが示されている。そして、重合トナーは粉砕トナーに比べ、外力が加わると充填密度が高まり易いため、規制部材によって容易に薄層化がなされ、規制部材の圧力を小さくできるとしている。しかしながら、この特許文献で示される技術は現像ロールへのトナー供給時にトナーの薄層を形成しようとしたものではない。
また、特許文献３では、非接触現像方式（潜像担持体と現像剤担持体とが非接触）での、体積平均粒径と凝集度との関係が示され、体積平均粒径が７〜１０μｍで、粒径５μｍ以上のものが２０ｖｏｌ％以下、粒径８〜１２．７μｍのものが３０ｖｏｌ％以上含み、凝集度が３〜２０％がよいとしている。しかしながら、この特許文献では、特に、潜像担持体上での重ね現像に対する適正を示しているにすぎず、現像剤担持体（現像ロール）とトナー供給ロールとは接触させており、現像ロールへのトナー層形成に作用する凝集度等に関しては何ら触れられてもいない。
このように、これらの特許文献２，３による技術は、本件と課題及びその解決手段を異にするものであり、本件とは無関係である。
このように、これらの特許文献２，３による技術は、本件と課題及びその解決手段を異にするものであり、本件とは無関係である。
尚、凝集度を測定する際に使用するふるいの目開きは、本件では７５μｍ／４５μｍ／２５μｍであり、特許文献１では１５０μｍ／７５μｍ／４５μｍ、特許文献２では２５０μｍ／１４９μｍ／７４μｍ、特許文献３では７５μｍ／４５μｍ／２２μｍとなっているように、各種各様となっている。このため、凝集度の数値そのものは、測定方法によって異なることを付記しておく。
更に、本発明においては、現像剤担持体１と現像剤供給部材２とのギャップを現像剤Ｇの供給性を考慮すると適宜選定して差し支えないが、５０〜４００μｍとしている。ギャップがこの範囲内であれば、現像剤Ｇの体積中心粒径と凝集度を上述の関係に保つことで、ギャップ内での現像剤Ｇの流動性が良好に保たれ、現像剤供給部材２から現像剤担持体１への現像剤供給が一層有効に行われる。仮に、ギャップが５０μｍ未満では、現像剤Ｇがこの狭いギャップで凝集され易くなり、一方、４００μｍ超では、現像剤Ｇの薄層形成が難しくなり、供給バイアス３を工夫して現像剤担持体１上に現像剤Ｇを供給したとしても、表面の均一性に欠けた厚い現像剤層になり易い。
また、本発明における供給バイアス３としては、現像剤担持体１に印加される現像バイアスに重畳され、１周期中に、現像剤供給部材２と現像剤担持体１との間で現像剤Ｇの移動が促され且つ電圧変動の大きな交流電圧のみを作用させる作用領域と、現像剤供給部材２と現像剤担持体１との間で現像剤Ｇの移動が抑えられ且つ交流電圧及び直流電圧のかかっていない非作用領域と、を含むものである。このような供給バイアス３を現像剤担持体１と現像剤供給部材２との間に印加することで、現像剤供給部材２から現像剤担持体１への現像剤供給量を一層制御し易くなり、現像剤担持体１への現像剤薄層形成が安定して行われるようになる。
すなわち、このような供給バイアス３を印加することで、現像剤担持体１と現像剤供給部材２とのギャップにおける現像剤Ｇに対し、粒子を解きほぐす効果が加えられるようになり、現像剤Ｇの凝集作用が抑えられ、このギャップでの現像剤Ｇの流動性が阻害されることもない。
また、本発明では、この供給バイアス３の１周期に占める作用領域の時間の割合（デューティ比）を、０．３以下としている。この場合、現像剤担持体１への現像剤供給量を１０ｇ／ｍ２以下にすることができる。
更に、１周期に占める作用領域の時間の割合（デューティ比）を、０．０７以下とすることが一層好ましく、この場合、現像剤担持体１への現像剤供給量を７ｇ／ｍ２以下にすることができ、一層所望の現像剤薄層が形成できる。
更に、１周期に占める作用領域の時間の割合（デューティ比）を、０．０７以下とすることが一層好ましく、この場合、現像剤担持体１への現像剤供給量を７ｇ／ｍ２以下にすることができ、一層所望の現像剤薄層が形成できる。
更にまた、上述のごとく、薄層とする現像剤供給量を供給する観点から、現像剤供給部材２上の現像剤付着量が５０〜１００ｇ／ｍ２であり、現像剤担持体１上の現像剤付着量が７ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。このようにすれば、現像剤担持体１上での現像剤量を少量で均一な量にすることができ、後述する帯電部材では帯電付与を行えばよいようになり、現像剤Ｇへのストレス付与を一層低減することができる。
本発明にあっては、更に、前記現像剤供給部材２より現像剤担持体１の現像剤搬送方向下流側に配設されると共に現像剤担持体１との間に現像剤Ｇを帯電する帯電バイアスが印加され且つ現像剤担持体１上の現像剤Ｇの帯電規制を行う帯電部材を備えることが好ましい。このように、帯電部材を備えることで、現像剤担持体１上の現像剤Ｇを均一帯電することが可能になる。また、帯電部材としては、現像剤担持体１と接触、離間のいずれの態様であってもよいが、現像剤担持体１上の現像剤量を安定させる観点から、帯電部材は、現像剤担持体１との圧接力が略ゼロとなるように配設されることが好ましい。尚、圧接力が略ゼロとは、帯電部材が現像剤担持体１と離間配置される態様及び例えば帯電部材等の芯ぶれによって帯電部材の１周中に少なくとも帯電部材と現像剤担持体１とが離間するようになっている態様をも含む。
そして、現像剤担持体１上の現像剤量は、前記帯電部材との対向部位を通過しても７０％以上の現像剤量が確保されるようにすることが、現像剤Ｇへの帯電部材によるストレス付与を小さくする観点から好ましい。
また、帯電部材には、現像剤担持体１との間で定電流制御された帯電バイアスが印加されるようにすることが好ましく、定電流制御された帯電バイアスを印加することで、帯電制御が一層安定し、現像特性の安定性を一層向上させることができる。
また、帯電部材には、現像剤担持体１との間で定電流制御された帯電バイアスが印加されるようにすることが好ましく、定電流制御された帯電バイアスを印加することで、帯電制御が一層安定し、現像特性の安定性を一層向上させることができる。
更に、本発明においては、使用する現像剤Ｇの圧縮度が３５％以上で５０％未満となるものを使用することが好ましく、現像剤担持体１と現像剤供給部材２とのギャップでの現像剤Ｇの流動性が一層適正に維持され、流動しすぎたり、パッキングし易くなることを防ぐことができ、現像剤担持体１上に形成される現像剤層が一層均一化されるようになる。
更にまた、本発明においては、現像剤担持体１の表面粗さは、算術平均粗さＲａを０．７μｍ以下とすることが好ましく、現像剤担持体１の表面粗さを小さくすることで、現像後の現像剤担持体１上に残る残留現像剤を現像剤担持体１から容易に剥離することができ、現像剤供給部材２からの現像剤Ｇの安定した供給が一層可能になり、現像剤担持体１での現像剤Ｇの薄層形成が一層安定するようになる。仮に、算術平均粗さＲａが０．７μｍ以上であると、現像剤担持体１表面からの残留現像剤の剥離性能が劣り、現像履歴を解消することが困難となる。その結果、ゴースト画像が出易くなる。
また、本発明による画像形成装置の態様としては、静電潜像が担持される像担持体と、この像担持体上の静電潜像を現像する現像装置として、上述の現像装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明による画像形成装置の態様としては、静電潜像が担持される像担持体と、この像担持体上の静電潜像を現像する現像装置として、上述の現像装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、現像剤担持体と離間配置され、表面に担持された現像剤を現像剤担持体に供給する供給バイアスが印加された現像剤供給部材とを備え、現像剤担持体と現像剤供給部材とのギャップが５０μｍ乃至４００μｍであり、供給バイアスは、現像剤担持体に印加される現像バイアスに重畳され、その１周期中に、現像剤供給部材と現像剤担持体との間で現像剤の移動が促され且つ電圧変動の大きな交流電圧のみを作用させる作用領域と、現像剤供給部材と現像剤担持体との間で現像剤の移動が抑えられ且つ交流電圧及び直流電圧のかかっていない非作用領域と、を含み、更に、前記１周期に占める前記作用領域の時間の割合が０．３以下のものであり、現像剤供給部材から現像剤担持体に供給される現像剤の当該現像剤担持体での現像剤付着量が１０ｇ／ｍ ２ 以下であり、使用する現像剤の体積中心粒径をＤμｍ、凝集度をＡ％としたときに、前記Ｄが４．５μｍから１１μｍの範囲内で、５．５×Ｄ−２３≧Ａの関係を満たすようにしたので、現像剤供給部材と現像剤担持体とのギャップで現像剤の流動性が適正に維持され、現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給が良好になされると共に、現像剤担持体上で形成される現像剤層を均一な薄層にすることができる。
このため、長期に亘って良好な画質を維持できる現像装置を提供することが可能になり、更に、これらの現像装置を用いることで、長期に亘って安定した画像が形成できる画像形成装置を容易に構築することができる。
このため、長期に亘って良好な画質を維持できる現像装置を提供することが可能になり、更に、これらの現像装置を用いることで、長期に亘って安定した画像が形成できる画像形成装置を容易に構築することができる。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された実施の形態１の画像形成装置を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像が担持される感光体であり、この感光体２１は帯電ロール等の帯電装置２２によって帯電され、レーザ書き込み装置又はＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この書き込まれた静電潜像は、光の当たった部分の感光体２１の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
また、現像装置３０は、現像ハウジング３１内に一成分現像剤であるトナーを収容し、現像剤担持体としての現像ロール３２にトナーを担持させ、この現像ロール３２にバイアス電源３３から直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを印加することで、現像ロール３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された実施の形態１の画像形成装置を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像が担持される感光体であり、この感光体２１は帯電ロール等の帯電装置２２によって帯電され、レーザ書き込み装置又はＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この書き込まれた静電潜像は、光の当たった部分の感光体２１の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
また、現像装置３０は、現像ハウジング３１内に一成分現像剤であるトナーを収容し、現像剤担持体としての現像ロール３２にトナーを担持させ、この現像ロール３２にバイアス電源３３から直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを印加することで、現像ロール３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。
更に、現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間した位置にトナーを現像ロール３２へ供給するトナー供給ロール３４が配設されている。
また、転写装置２６は、例えば感光体２１に接触配置された転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって感光体２１上で現像されたトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加されることで、感光体２１上のトナー像を記録材２８に転写させるようにしたものである。尚、感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
また、転写装置２６は、例えば感光体２１に接触配置された転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって感光体２１上で現像されたトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加されることで、感光体２１上のトナー像を記録材２８に転写させるようにしたものである。尚、感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
更にまた、感光体２１上のトナー像が転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によって記録材２８上に転写されたトナー像が定着される。
定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像が記録材２８に定着されるようになっている。
定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像が記録材２８に定着されるようになっている。
ここで、本件発明の特徴点である現像装置３０について、図３に基づいて詳細に説明する。同図において、現像装置３０は、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面する位置に、感光体２１とギャップをもって現像ロール３２を回動自在に収容している。
本実施の形態での現像ロール３２は、例えばステンレス（ＳＵＳ）の表面を鏡面仕上げした金属ロールで構成され、表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．１４５μｍ、最大高さＲｙが１．８０１μｍ、十点平均粗さＲｚが１．１１８μｍとなっている。尚、表面粗さの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準拠し、（株）東京精密製Ｓｕｒｆｃｏｍ１４００Ａにて、ロールの円周方向に沿って測定長１．５ｍｍ、カットオフ波長０．２５ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
本実施の形態での現像ロール３２は、例えばステンレス（ＳＵＳ）の表面を鏡面仕上げした金属ロールで構成され、表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．１４５μｍ、最大高さＲｙが１．８０１μｍ、十点平均粗さＲｚが１．１１８μｍとなっている。尚、表面粗さの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準拠し、（株）東京精密製Ｓｕｒｆｃｏｍ１４００Ａにて、ロールの円周方向に沿って測定長１．５ｍｍ、カットオフ波長０．２５ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
この現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と１００μｍのギャップをもって離間した位置に、現像ロール３２にトナーを供給するため、ＳＵＳ等の表面を鏡面仕上げした金属ロールからなるトナー供給ロール３４が配設され、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とは両者の対向部位で互いに同方向（Ｗｉｔｈ方向）に回転するように構成されている。尚、トナー供給ロール３４としては、現像ロール３２にトナーを供給できるものであればベルト状であっても差し支えない。
そして、本実施の形態では、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との間にはバイアス電源３５が接続され、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給を行う供給バイアスが印加されるようになっている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、例えば図示外のアジテータによってトナーが撹拌され、トナー供給ロール３４側へトナーが搬送されるようになっている。尚、図中符号３７は、トナー供給ロール３４上のトナーを掻き落とすためのＰＥＴ（ポリエステル）シート等の掻き落とし部材であり、トナー供給ロール３４に付着したトナーを掻き落とし、トナー供給ロール３４上のトナー量が安定に維持されるようになっている。
そして、本実施の形態では、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との間にはバイアス電源３５が接続され、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給を行う供給バイアスが印加されるようになっている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、例えば図示外のアジテータによってトナーが撹拌され、トナー供給ロール３４側へトナーが搬送されるようになっている。尚、図中符号３７は、トナー供給ロール３４上のトナーを掻き落とすためのＰＥＴ（ポリエステル）シート等の掻き落とし部材であり、トナー供給ロール３４に付着したトナーを掻き落とし、トナー供給ロール３４上のトナー量が安定に維持されるようになっている。
更に、本実施の形態においては、現像ロール３２と対向する位置で、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位のトナー搬送方向下流側に、現像ロール３２上のトナーの帯電を行う帯電ロール４１が配設されている。
本実施の形態における帯電ロール４１は、ＳＵＳ等の金属製ロールに体積抵抗率１×１０１０Ω・ｃｍの１００μｍ厚のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）チューブを被覆したもので、現像ロール３２に対し、ギャップが０〜５０μｍとなるように設けられている。このギャップが０〜５０μｍとは、各ロールの寸法公差と取り付け公差によって、帯電ロール４１を１回転させた際に、この範囲で実際のギャップが変動することを示している。
本実施の形態における帯電ロール４１は、ＳＵＳ等の金属製ロールに体積抵抗率１×１０１０Ω・ｃｍの１００μｍ厚のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）チューブを被覆したもので、現像ロール３２に対し、ギャップが０〜５０μｍとなるように設けられている。このギャップが０〜５０μｍとは、各ロールの寸法公差と取り付け公差によって、帯電ロール４１を１回転させた際に、この範囲で実際のギャップが変動することを示している。
また、この帯電ロール４１には、現像ロール３２との間にバイアス電源４３を接続し、帯電ロール４１と現像ロール３２との間で定電流制御された帯電バイアスが印加されるようになっている。
更に、帯電ロール４１の現像ロール３２と略反対側には、帯電ロール４１上の付着トナーを掻き取る、例えばＰＥＴ（ポリエステル）シートからなる掻き取り部材４４が設けられ、帯電ロール４１表面をクリーニングすることで常に安定した帯電バイアスが印加され、現像ロール３２上のトナーへの安定した帯電制御が行われるようになっている。
更に、帯電ロール４１の現像ロール３２と略反対側には、帯電ロール４１上の付着トナーを掻き取る、例えばＰＥＴ（ポリエステル）シートからなる掻き取り部材４４が設けられ、帯電ロール４１表面をクリーニングすることで常に安定した帯電バイアスが印加され、現像ロール３２上のトナーへの安定した帯電制御が行われるようになっている。
ここで、本実施の形態におけるトナー供給ロール３４と現像ロール３２との間に印加される供給バイアスについて説明する。
図４は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の一例を示すもので、台形波（矩形波）の大きな電圧変動がある作用時間（作用領域に相当）と、その後に続く電圧ゼロの非作用時間（非作用領域に相当）とで１周期をなす電圧波形となっている。そして、この電圧波形が加わるように、バイアス電源３５が構成されている。尚、トナー供給ロール３４には、現像ロール３２へ印加される現像バイアスに重畳された波形として加えられる。
すなわち、本実施の形態では、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー飛翔を作用時間に行い、１周期に占める作用時間の割合（デューティ比）を変えることで現像ロール３２へ供給されるトナー量を制御できるようにしている。また、トナーが不要な帯電をすることもない。仮に、この作用時間を連続させると、供給されるトナー量が多くなりすぎて所定の供給量に制御することが困難となる。
本実施の形態では、１周期が０．５ｍｓｅｃ、デューティ比が０．０７の供給バイアスを用いている。尚、供給バイアスとしては、図４に示す台形波（矩形波）に限らず、作用時間と非作用時間をもっていれば、例えば正弦波や三角波であってもよい。
図４は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の一例を示すもので、台形波（矩形波）の大きな電圧変動がある作用時間（作用領域に相当）と、その後に続く電圧ゼロの非作用時間（非作用領域に相当）とで１周期をなす電圧波形となっている。そして、この電圧波形が加わるように、バイアス電源３５が構成されている。尚、トナー供給ロール３４には、現像ロール３２へ印加される現像バイアスに重畳された波形として加えられる。
すなわち、本実施の形態では、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー飛翔を作用時間に行い、１周期に占める作用時間の割合（デューティ比）を変えることで現像ロール３２へ供給されるトナー量を制御できるようにしている。また、トナーが不要な帯電をすることもない。仮に、この作用時間を連続させると、供給されるトナー量が多くなりすぎて所定の供給量に制御することが困難となる。
本実施の形態では、１周期が０．５ｍｓｅｃ、デューティ比が０．０７の供給バイアスを用いている。尚、供給バイアスとしては、図４に示す台形波（矩形波）に限らず、作用時間と非作用時間をもっていれば、例えば正弦波や三角波であってもよい。
そして、本実施の形態にて使用される一成分トナーとしては、例えば重合トナー、粉砕トナーの区別なく、体積中心粒径が約５〜１１μｍ、凝集度が約３５％以下の範囲で、体積中心粒径をＤμｍ、凝集度をＡ％とすると、５．５×Ｄ−２３≧Ａの関係式を満たすトナーを適宜選定した（後述する実施例参照）。
ここで、体積中心粒径は、コールターカウンタ（コールター社製）にて測定した値であり、形状係数は、光学顕微鏡（ミクロフォトＦＸＡ：ニコン社製）で撮影した拡大写真をイメージアナライザＬＵＺＥＸ３（ＮＩＲＥＣＯ社製）により画像解析を行い、次の式にて算出したものである。
形状係数＝｛（トナー径の絶対最大長）２／トナーの投影面積｝×（π／４）×１００
ここで、形状係数は、トナーの投影面積と、それに外接する円の面積の比で表され、真球の場合１００となり、真球の形状が崩れるにつれ増加するようになる。尚、求める形状係数は、トナー粒子複数個に対する平均値を代表値としている。
ここで、体積中心粒径は、コールターカウンタ（コールター社製）にて測定した値であり、形状係数は、光学顕微鏡（ミクロフォトＦＸＡ：ニコン社製）で撮影した拡大写真をイメージアナライザＬＵＺＥＸ３（ＮＩＲＥＣＯ社製）により画像解析を行い、次の式にて算出したものである。
形状係数＝｛（トナー径の絶対最大長）２／トナーの投影面積｝×（π／４）×１００
ここで、形状係数は、トナーの投影面積と、それに外接する円の面積の比で表され、真球の場合１００となり、真球の形状が崩れるにつれ増加するようになる。尚、求める形状係数は、トナー粒子複数個に対する平均値を代表値としている。
次に、本実施の形態に係る、特に現像装置３０の作動について図３を基に説明する。
同図において、トナーホッパ３６内でアジテータ（図示せず）によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール３４へ供給される。このとき、トナー供給ロール３４上には厚みむらや付着むらがあり、トナー量も大量の、おおよそ５０〜１００ｇ／ｍ２の付着量である。尚、この付着量は雰囲気の温湿度条件やトナーホッパ３６内のトナー量等に応じて変動する。
そして、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との対向ギャップに達すると、トナー供給ロール３４に付着したトナーは、バイアス電源３５による供給バイアスによりギャップ内で往復振動する。この往復振動は、トナーのうち、ごく僅かに帯電している粒子に作用する静電力によって生じているものと考えられる。尚、この対向ギャップに至るまで、トナーには積極的な帯電（摩擦帯電）は施されていないことから、このごく僅かの帯電は、トナーホッパ３６の内壁やアジテータとトナー粒子との摺擦、トナー粒子間での摩擦等によってごく小さい摩擦帯電電荷を帯びているものと推定される。
また、通常、トナー粒子がトナーホッパ３６の内壁やアジテータと摺擦することでは、その材料による単一電荷を帯びるが、トナー粒子間での摩擦では両極性電荷を帯びることから、供給バイアスの交番電界作用により一部のトナー粒子が現像ロール３２側に付着することとなる。
同図において、トナーホッパ３６内でアジテータ（図示せず）によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール３４へ供給される。このとき、トナー供給ロール３４上には厚みむらや付着むらがあり、トナー量も大量の、おおよそ５０〜１００ｇ／ｍ２の付着量である。尚、この付着量は雰囲気の温湿度条件やトナーホッパ３６内のトナー量等に応じて変動する。
そして、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との対向ギャップに達すると、トナー供給ロール３４に付着したトナーは、バイアス電源３５による供給バイアスによりギャップ内で往復振動する。この往復振動は、トナーのうち、ごく僅かに帯電している粒子に作用する静電力によって生じているものと考えられる。尚、この対向ギャップに至るまで、トナーには積極的な帯電（摩擦帯電）は施されていないことから、このごく僅かの帯電は、トナーホッパ３６の内壁やアジテータとトナー粒子との摺擦、トナー粒子間での摩擦等によってごく小さい摩擦帯電電荷を帯びているものと推定される。
また、通常、トナー粒子がトナーホッパ３６の内壁やアジテータと摺擦することでは、その材料による単一電荷を帯びるが、トナー粒子間での摩擦では両極性電荷を帯びることから、供給バイアスの交番電界作用により一部のトナー粒子が現像ロール３２側に付着することとなる。
このとき、本実施の形態では、トナーの体積中心粒径と凝集度を選定しているため、供給バイアスの交番電界により、トナー粒子がギャップ間で往復振動を行うことも手伝って、ギャップでのトナーの流動性は良好に保たれる。また、トナー粒子の凝集による凝集塊の影響も軽減されることから、現像ロール３２上に付着したトナーは均一な層を構成するようになる。仮に、トナーの体積中心粒径と凝集度との関係が上述の関係式を超える範囲にあると、トナー粒子相互間の付着力が大きくなりすぎて、大きな凝集塊を形成し易くなり、これが現像ロール３２上に付着することで、不均一なトナー層しか形成されないようになる。
更に、本実施の形態では、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間のバイアス電源３５による供給バイアスによって、現像ロール３２へ所定量のトナーが供給されることから、現像ロール３２上には均一なトナー薄層が一層形成され易くなる。
このとき、本実施の形態では、供給バイアスとして、図４に示す電圧波形のバイアスが印加されているが、このようなバイアスを印加するには、例えばＣＰＵ等を基にした波形発生回路を用い、現像バイアスとしては直流成分と交流成分を重畳したものをバイアス電源３３に、更に、供給バイアスとしては図４のような波形を合成した後バイアス電源３５に印加するようにすればよい。
このとき、本実施の形態では、供給バイアスとして、図４に示す電圧波形のバイアスが印加されているが、このようなバイアスを印加するには、例えばＣＰＵ等を基にした波形発生回路を用い、現像バイアスとしては直流成分と交流成分を重畳したものをバイアス電源３３に、更に、供給バイアスとしては図４のような波形を合成した後バイアス電源３５に印加するようにすればよい。
以上のように、本実施の形態では、現像ロール３２上に供給されたトナーは均一性に富んだ薄層として形成されることから、その後トナー層厚や付着量を規制する必要がなく、定電流制御された帯電バイアスが印加された帯電ロール４１によって、所定の帯電量が容易に付与される。その後、この所定の帯電量が付与された均一なトナー薄層が、感光体２１と現像ロール３２との対向部位である現像領域にて現像に供される。その結果、常時安定した現像特性が維持できるようになる。
本実施の形態では、トナーを帯電した後の帯電ロール４１上にはごく僅かのトナーが付着する。そのため、掻き取り部材４４によってこの付着したトナーを帯電ロール４１から掻き取ることで、常に安定した帯電バイアスを印加できるようになる。
また、現像領域では、現像ロール３２上に均一に形成されたトナー薄層が感光体２１側の静電潜像に沿って現像され、トナー消費量が箇所毎に異なる。その結果、現像を終えた後の現像ロール３２上には消費されなかったトナーが残留している。そして、この残留トナーは現像ロール３２の回転に伴ってそのまま搬送され、トナー供給ロール３４との対向部位に到達する。本実施の形態では、現像ロール３２表面の粗さを小さくしていることから、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのギャップ間で飛翔するトナーによって、現像ロール３２上の残留トナーは容易に剥離されるようになる。その結果、この現像ロール３２上に新たなトナーのみが供給されることとなり、均一なトナー薄層が形成されるようになる。尚、現像ロール３２上の残留トナーを掻き取る掻き取り部材を別途設けることも差し支えない。
更に、トナー供給ロール３４上で現像ロール３２側に供給されなかったトナーは、掻き落とし部材３７によって掻き取られ、トナー供給ロール３４上に供給されるトナー量も常時安定する。そのため、現像ロール３２へ供給されるトナー量の安定性が一層維持されることとなる。
更に、トナー供給ロール３４上で現像ロール３２側に供給されなかったトナーは、掻き落とし部材３７によって掻き取られ、トナー供給ロール３４上に供給されるトナー量も常時安定する。そのため、現像ロール３２へ供給されるトナー量の安定性が一層維持されることとなる。
◎実施の形態２
図５は、本発明が適用された実施の形態２に係る画像形成装置に用いられる現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態の現像装置３０は、実施の形態１の現像装置３０（図３参照）と略同様に構成されるが、トナー供給ロール３４の上流側に補助供給ロール３８を備える点、現像ロール３２の回転方向、帯電部材の形状等が異なる。尚、実施の形態１の画像形成装置（図２参照）とは現像ロール３２の回転方向等若干異なる点もあるが、基本的な構成は同じであり、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは、詳細な説明は省略する。
図５は、本発明が適用された実施の形態２に係る画像形成装置に用いられる現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態の現像装置３０は、実施の形態１の現像装置３０（図３参照）と略同様に構成されるが、トナー供給ロール３４の上流側に補助供給ロール３８を備える点、現像ロール３２の回転方向、帯電部材の形状等が異なる。尚、実施の形態１の画像形成装置（図２参照）とは現像ロール３２の回転方向等若干異なる点もあるが、基本的な構成は同じであり、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは、詳細な説明は省略する。
図５において、現像装置３０は、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面する位置に、感光体２１と２００μｍのギャップをもって現像ロール３２を回動自在に収容している。
本実施の形態での現像ロール３２は、例えばステンレス（ＳＵＳ）の表面を鏡面仕上げした金属ロールで構成されている。
本実施の形態での現像ロール３２は、例えばステンレス（ＳＵＳ）の表面を鏡面仕上げした金属ロールで構成されている。
この現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と１００μｍ離れた位置に、例えばステンレス（ＳＵＳ）の表面を鏡面仕上げしたトナー供給ロール３４が配設され、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とは両者の対向部位で互いに反対方向（Ａｇａｉｎｓｔ方向）に回転するように構成されている。尚、トナー供給ロール３４の周速は、現像ロール３２の周速の２倍になるようになっている。
そして、本実施の形態では、トナー供給ロール３４にはバイアス電源３５が接続され、このバイアス電源３５の他端は現像ロール３２に接続されている。
そして、本実施の形態では、トナー供給ロール３４にはバイアス電源３５が接続され、このバイアス電源３５の他端は現像ロール３２に接続されている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナー供給ロール３４から２５０μｍ離れた位置に、トナーをトナー供給ロール３４へ供給する補助供給ロール３８が設けられている。本実施の形態における補助供給ロール３８は、トナー供給ロール３４と同様に、例えばＳＵＳの表面を鏡面仕上げした金属ロールで構成され、電気的には現像ロール３２に接続されている。
更に、この補助供給ロール３８の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられている。
更に、この補助供給ロール３８の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられている。
また、本実施の形態では、現像ロール３２と対向する位置で、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位の下流側に、現像ロール３２上のトナーの帯電を行う帯電部材としての帯電フィルム４５が設けられている。
この帯電フィルム４５は、導電性支持部材４５ｂに導電性フィルム４５ａを固着したもので、導電性支持部材４５ｂを現像ハウジング３１に固定し、導電性フィルム４５ａ側はフリーにしている。そして、導電性支持部材４５ｂにバイアス電源４３を接続し、トナー帯電時の定電流制御を行うようになっている。
この帯電フィルム４５は、導電性支持部材４５ｂに導電性フィルム４５ａを固着したもので、導電性支持部材４５ｂを現像ハウジング３１に固定し、導電性フィルム４５ａ側はフリーにしている。そして、導電性支持部材４５ｂにバイアス電源４３を接続し、トナー帯電時の定電流制御を行うようになっている。
本実施の形態における導電性フィルム４５ａは、トナーの帯電制御ができるものであれば特に限定されないが、例えばイオン導電性物質を導電剤とした樹脂シートを使用することで、例えば導電剤として電子伝導性物質を使用した樹脂シートに比べ、現像ロール３２上のトナーに一様に帯電を行うことができる。
このとき、樹脂シートとしては、ポリアミド（ＰＡ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が挙げられ、イオン伝導性物質としては、過塩素酸塩（例えば過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等）や四級アンモニウム塩等が挙げられる。
尚、本実施の形態では、帯電フィルム４５の導電性フィルム４５ａとして、イオン伝導性物質で抵抗値を調整し、体積抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ、弾性率１．２×１０９Ｐａ、厚み１００μｍのＰＡシート（ポリアミド：具体的には６６ナイロン）のシート片を使用し、現像ロール３２に軽く接触するように配置したもので、接触圧としては２ｇｆ／ｃｍ以下となっている。
このとき、樹脂シートとしては、ポリアミド（ＰＡ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が挙げられ、イオン伝導性物質としては、過塩素酸塩（例えば過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等）や四級アンモニウム塩等が挙げられる。
尚、本実施の形態では、帯電フィルム４５の導電性フィルム４５ａとして、イオン伝導性物質で抵抗値を調整し、体積抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ、弾性率１．２×１０９Ｐａ、厚み１００μｍのＰＡシート（ポリアミド：具体的には６６ナイロン）のシート片を使用し、現像ロール３２に軽く接触するように配置したもので、接触圧としては２ｇｆ／ｃｍ以下となっている。
次に、本実施の形態に係る現像装置３０の作動について説明する。
トナーホッパ３６内でアジテータによって撹拌されたトナーは、補助供給ロール３８側へ供給される。この補助供給ロール３８に供給されたトナーは、バイアス電源３５により、トナー供給ロール３４側へ所定量の予備規制されたトナー量が供給される。
トナー供給ロール３４側に供給されたトナーは、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間のバイアス電源３５による供給バイアスによって、現像ロール３２側へ所定量のトナーが供給される。
このとき、本実施の形態では、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間の供給バイアスとしては、実施の形態１と同様に、図４に示す電圧波形のバイアスが印加されていることから、所定量のトナーが現像ロール３２側へ供給されるようになる。尚、本実施の形態では、現像ロール３２と補助供給ロール３８とは電気的に接続する態様としたが、これに限らず、例えば補助供給ロール３８に、トナー供給ロール３４との間でトナー供給を行うバイアスを別途印加することであってもよい。
トナーホッパ３６内でアジテータによって撹拌されたトナーは、補助供給ロール３８側へ供給される。この補助供給ロール３８に供給されたトナーは、バイアス電源３５により、トナー供給ロール３４側へ所定量の予備規制されたトナー量が供給される。
トナー供給ロール３４側に供給されたトナーは、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間のバイアス電源３５による供給バイアスによって、現像ロール３２側へ所定量のトナーが供給される。
このとき、本実施の形態では、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間の供給バイアスとしては、実施の形態１と同様に、図４に示す電圧波形のバイアスが印加されていることから、所定量のトナーが現像ロール３２側へ供給されるようになる。尚、本実施の形態では、現像ロール３２と補助供給ロール３８とは電気的に接続する態様としたが、これに限らず、例えば補助供給ロール３８に、トナー供給ロール３４との間でトナー供給を行うバイアスを別途印加することであってもよい。
本実施の形態においても、実施の形態１と同様の関係式を満足する体積中心粒径及び凝集率を有するトナーを用いているため、補助供給ロール３８とトナー供給ロール３４とのギャップ並びにトナー供給ロール３４と現像ロール３２とのギャップでのトナーの流動性は良好に保たれ、現像ロール３２上には均一なトナー薄層が形成される。
この現像ロール３２上に薄層形成されたトナーは、続く帯電フィルム４５によって所定の帯電量に帯電された後、現像ロール３２上を搬送され、感光体２１との現像領域にて現像に供されることとなる。本実施の形態では、現像ロール３２に供給されるトナーは、既にトナー薄層を形成しているため、帯電フィルム４５での帯電時にはトナーへのストレス付与が小さくて済むようになる。
この現像ロール３２上に薄層形成されたトナーは、続く帯電フィルム４５によって所定の帯電量に帯電された後、現像ロール３２上を搬送され、感光体２１との現像領域にて現像に供されることとなる。本実施の形態では、現像ロール３２に供給されるトナーは、既にトナー薄層を形成しているため、帯電フィルム４５での帯電時にはトナーへのストレス付与が小さくて済むようになる。
また、本実施の形態では、現像ロール３２の上流側にトナー供給ロール３４及び補助供給ロール３８の２段の非接触ロールを設けているため、補助供給ロール３８、トナー供給ロール３４、現像ロール３２と次第にトナー層は薄くすることができ、補助供給ロール３８とトナー供給ロール３４とのギャップではトナーの滞留があっても、トナー供給ロール３４と現像ロール３２とのギャップではトナーの滞留がなくなり、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とがＡｇａｉｎｓｔ方向に回転する場合でも現像ロール３２上に形成されるトナー層に厚みむらを生じ難い。
また、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とが対向部位で同方向に回転（Ｗｉｔｈ方向に回転）する場合ではトナー供給ロール３４のトナー搬送量を少なくできる分、現像ロール３２とのニップ出口に大きな空間が不要となる（トナー量が多い場合には、ニップ出口で、この出口から噴出するトナーが現像ロール３２上に供給されたトナーへ影響することのないようにニップ出口の空間を大きく開ける必要がある）。
また、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とが対向部位で同方向に回転（Ｗｉｔｈ方向に回転）する場合ではトナー供給ロール３４のトナー搬送量を少なくできる分、現像ロール３２とのニップ出口に大きな空間が不要となる（トナー量が多い場合には、ニップ出口で、この出口から噴出するトナーが現像ロール３２上に供給されたトナーへ影響することのないようにニップ出口の空間を大きく開ける必要がある）。
このように、本実施の形態によれば、現像ロール３２とトナー供給ロール３４の回転方向によらず、現像ロール３２上に均一なトナー薄層が形成されるようになる。
また、本実施の形態では、現像ロール３２に現像後の残留トナーを掻き落とす部材を設けていないが、掻き落とす部材を設けることで、現像ロール３２上の残留トナーが一層確実に剥離され、トナー供給ロール３４から供給されるトナー層が一層均一化される。
更に、本実施の形態では、トナー供給ロール３４にブレード等の剥離部材を設けていないが、ブレード等の剥離部材を設けることでトナー供給ロール３４上のトナー量が一層均一化され、現像ロール３２へのトナー供給量が一層均一化される。また、このような剥離部材を補助供給ロール３８に設けることも同様の効果があることから好ましい。尚、このような剥離部材として、電気的に回収する手段を設けてもよく、この場合も同様の効果が得られる。
また、本実施の形態では、現像ロール３２に現像後の残留トナーを掻き落とす部材を設けていないが、掻き落とす部材を設けることで、現像ロール３２上の残留トナーが一層確実に剥離され、トナー供給ロール３４から供給されるトナー層が一層均一化される。
更に、本実施の形態では、トナー供給ロール３４にブレード等の剥離部材を設けていないが、ブレード等の剥離部材を設けることでトナー供給ロール３４上のトナー量が一層均一化され、現像ロール３２へのトナー供給量が一層均一化される。また、このような剥離部材を補助供給ロール３８に設けることも同様の効果があることから好ましい。尚、このような剥離部材として、電気的に回収する手段を設けてもよく、この場合も同様の効果が得られる。
更に、本実施の形態では、現像ロール３２、トナー供給ロール３４及び補助供給ロール３８の表面は、鏡面仕上げが施されていることから、これらのロール表面から残留トナーを機械的に剥離したり、電気的に回収することが容易となる効果もある。すなわち、互いのロールを離間させていることにより、ロール表面へトナーを擦りつける動作を用いていないので、ロールを圧接させた場合に発生するロール表面でのトナーのスリップ現象を気にすることなく、鏡面のロールを使用することが可能となった。この効果として、摩擦係数が小さく、トナーが表面を滑り易いロール表面から掻き取りブレード等にて機械的に容易にトナーを剥離回収できる。また、力学的付着力が小さいので、従来より小さい電界により回収する部材等で電気的にも回収できるのである。
◎実施の形態３
図６は、本発明が適用された実施の形態３に係る現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態における画像形成装置は、実施の形態１の画像形成装置（図２参照）と略同様に構成されるが、感光体２１及び現像ロール３２とが接触している点と、現像ロール３２とトナー供給ロール３４の回転方向が対向部位で互いに反対方向（Ａｇａｉｎｓｔ方向）となっている点が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは、詳細な説明は省略する。
図６は、本発明が適用された実施の形態３に係る現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態における画像形成装置は、実施の形態１の画像形成装置（図２参照）と略同様に構成されるが、感光体２１及び現像ロール３２とが接触している点と、現像ロール３２とトナー供給ロール３４の回転方向が対向部位で互いに反対方向（Ａｇａｉｎｓｔ方向）となっている点が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、ここでは、詳細な説明は省略する。
本実施の形態における現像装置３０は、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面し且つ感光体２１と対向して接触する位置に、現像ロール３２を回動自在に収容している。
本実施の形態における現像ロール３２は、厚さ１００μｍのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の可撓性チューブ６１内に可撓性チューブ６１の形状保持を行う摺動部材６２を固定的に設け、更に、その可撓性チューブ６１の両端部内部には、可撓性チューブ６１を内面から押圧するリング状の支持部材６３を設けた構造を採っている。このとき、可撓性チューブ６１表面の算術平均粗さＲａは０．１７２μｍとなっている。
本実施の形態における現像ロール３２は、厚さ１００μｍのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の可撓性チューブ６１内に可撓性チューブ６１の形状保持を行う摺動部材６２を固定的に設け、更に、その可撓性チューブ６１の両端部内部には、可撓性チューブ６１を内面から押圧するリング状の支持部材６３を設けた構造を採っている。このとき、可撓性チューブ６１表面の算術平均粗さＲａは０．１７２μｍとなっている。
この現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間配置され、現像ロール３２にトナーを供給するトナー供給ロール３４が配設されている。本実施の形態におけるトナー供給ロール３４は、ステンレス等の金属ロールで構成され、現像ロール３２との間にはトナー供給ロール３４から現像ロール３２側へトナーを供給するための図示外の供給バイアス（実施の形態１と同様で、例えば図４に示す）が印加されている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、アジテータ３９の回転によってトナーが撹拌されるようになっている。このアジテータ３９は、プラスチック製のシャフト３９ａにポリエステルフィルム等の樹脂フィルムの羽根３９ｂを装着した構成をしており、現像動作時にシャフト３９ａの回転によって羽根３９ｂが回転することで、トナーホッパ３６内のトナーを撹拌すると共に、トナー供給ロール３４側へトナーを供給するようになっている。
尚、符号３１ａは、現像ハウジング３１の一部に設けられ、トナーホッパ３６内のトナーが現像ロール３２へ直接触れるのを防ぐ仕切壁であり、この仕切壁３１ａによって、現像ロール３２上へ供給されたトナー層へ余分なトナーが降りかからないようになっている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、アジテータ３９の回転によってトナーが撹拌されるようになっている。このアジテータ３９は、プラスチック製のシャフト３９ａにポリエステルフィルム等の樹脂フィルムの羽根３９ｂを装着した構成をしており、現像動作時にシャフト３９ａの回転によって羽根３９ｂが回転することで、トナーホッパ３６内のトナーを撹拌すると共に、トナー供給ロール３４側へトナーを供給するようになっている。
尚、符号３１ａは、現像ハウジング３１の一部に設けられ、トナーホッパ３６内のトナーが現像ロール３２へ直接触れるのを防ぐ仕切壁であり、この仕切壁３１ａによって、現像ロール３２上へ供給されたトナー層へ余分なトナーが降りかからないようになっている。
更に、本実施の形態においては、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位より現像ロール３２の回転方向下流側には、現像ロール３２上のトナー層に対しトナー帯電量を規制する帯電ロール４７が配置されている。この帯電ロール４７は、ステンレス等の金属製ロールが使用され、現像ロール３２に対しＷｉｔｈ方向に回転（互いの対向部位では同方向に回転）すると共に、現像ロール３２に対し所定量食い込んだ状態で維持されている。また、この帯電ロール４７のシャフトには図示外のバイアス電源が接続され、現像ロール３２との対向部位で現像ロール３２上のトナー層に有効な帯電量を付与するための帯電バイアスが印加されるようになっている。そのため、この帯電ロール４７によって、トナー帯電量が適正に規制されたトナー層が現像ロール３２上に形成されるようになり、感光体２１と現像ロール３２との対向部位である現像領域で安定した現像が行われるようになっている。
ここで、特に、現像ロール３２と帯電ロール４７との圧接状態について、詳細に説明する。図７は、現像ロール３２の内部断面を示したもので、現像ロール３２の内部の摺動部材６２には、帯電ロール４７と対向する位置に凹部（図中Ｂで示す部分）を備え、現像ロール３２の可撓性チューブ６１と帯電ロール４７との安定した圧接が十分確保されるように、可撓性チューブ６１が変形可能なスペースが確保されている。
また、この現像ロール３２と帯電ロール４７との関係は、図８の断面図に示すようになっている。すなわち、帯電ロール４７の軸４７ａに装着されたゴム等の弾性コロからなる押圧部材４８に対し、現像ロール３２の可撓性チューブ６１を挟んで対向する位置に当該可撓性チューブ６１を支持する支持部材６３を設け、帯電ロール４７の回転に伴い押圧部材４８と可撓性チューブ６１との摩擦力によって可撓性チューブ６１が摺動部材６２の周りを回転するようになっている。
更に、本実施の形態では、現像ロール３２と感光体２１との対向部位より現像ロール３２の回転方向下流側で、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位より上流側には、現像ロール３２上のトナーを回収するトナー回収ロール４９が設けられ残留トナーを回収できるようになっている（図６参照）。
また、この現像ロール３２と帯電ロール４７との関係は、図８の断面図に示すようになっている。すなわち、帯電ロール４７の軸４７ａに装着されたゴム等の弾性コロからなる押圧部材４８に対し、現像ロール３２の可撓性チューブ６１を挟んで対向する位置に当該可撓性チューブ６１を支持する支持部材６３を設け、帯電ロール４７の回転に伴い押圧部材４８と可撓性チューブ６１との摩擦力によって可撓性チューブ６１が摺動部材６２の周りを回転するようになっている。
更に、本実施の形態では、現像ロール３２と感光体２１との対向部位より現像ロール３２の回転方向下流側で、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位より上流側には、現像ロール３２上のトナーを回収するトナー回収ロール４９が設けられ残留トナーを回収できるようになっている（図６参照）。
次に、このような実施の形態に係る、特に現像装置３０の作動について、図６〜８を基に説明する。
トナーホッパ３６内でアジテータ３９によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール３４側に供給される。トナー供給ロール３４上に担持されたトナーは、トナー供給ロール３４の回転に伴い搬送され、現像ロール３２との対向部位に到達する。この対向部位でのトナーの流動と供給バイアスによる電界作用により、トナー供給ロール３４上のトナーは現像ロール３２側へ供給される。
本実施の形態でも使用するトナーの体積中心粒径と凝集度との関係が実施の形態１と同様の関係にあることから、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのギャップでのトナーの流動性が安定し、更に、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とはＡｇａｉｎｓｔ方向（両者の対向部位で互いに反対方向）に回転していることから、現像ロール３２上には均一なトナー薄層が形成される。
トナーホッパ３６内でアジテータ３９によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール３４側に供給される。トナー供給ロール３４上に担持されたトナーは、トナー供給ロール３４の回転に伴い搬送され、現像ロール３２との対向部位に到達する。この対向部位でのトナーの流動と供給バイアスによる電界作用により、トナー供給ロール３４上のトナーは現像ロール３２側へ供給される。
本実施の形態でも使用するトナーの体積中心粒径と凝集度との関係が実施の形態１と同様の関係にあることから、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのギャップでのトナーの流動性が安定し、更に、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とはＡｇａｉｎｓｔ方向（両者の対向部位で互いに反対方向）に回転していることから、現像ロール３２上には均一なトナー薄層が形成される。
現像ロール３２へ供給されたトナー薄層は、帯電ロール４７によって所定の帯電制御が行われ、現像ロール３２上には所定のトナー帯電量で且つ所定のトナー量のトナー薄層が形成される。このとき、現像ロール３２の可撓性チューブ６１と帯電ロール４７とは、可撓性チューブ６１に内包された摺動部材６２の凹部（図中Ｂで示す部分）によってニップ形状が安定し、トナーの帯電制御が安定して行われるようになる。
そして、この現像ロール３２上の十分コントロールされたトナー薄層が、現像ロール３２と感光体２１との対向部位の現像領域に搬送されることになる。
現像領域では、図示外の現像バイアスにより現像が行われ、感光体２１上の静電潜像が顕像化される。また、現像ロール３２上で現像されずに残った残留トナーは、現像ロール３２上をそのまま搬送され、トナー回収ロール４９にて容易に回収される。
そして、この現像ロール３２上の十分コントロールされたトナー薄層が、現像ロール３２と感光体２１との対向部位の現像領域に搬送されることになる。
現像領域では、図示外の現像バイアスにより現像が行われ、感光体２１上の静電潜像が顕像化される。また、現像ロール３２上で現像されずに残った残留トナーは、現像ロール３２上をそのまま搬送され、トナー回収ロール４９にて容易に回収される。
ここでは、本発明に係るトナーとして、実施例１〜７、比較のためのトナーとして比較例１〜４の１１種のトナーを作製し、各種の画像評価を行った。
○実施例１
所謂重合トナーで、体積中心粒径が６．７μｍ、形状係数が１３８のトナーであり、凝集度が５．０％のもの。
○実施例２
所謂粉砕トナーで、体積中心粒径（Ｄ５０）が８．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２３．７％のもの。
○実施例３
重合トナーで、体積中心粒径が６．５μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が４．５％のもの。
○実施例４
重合トナーで、体積中心粒径が５．８μｍ、形状係数が１３２のトナーであり、凝集度が６．７％のもの。
○実施例５
重合トナーで、体積中心粒径が６．９μｍ、形状係数が１１９のトナーであり、凝集度が４．５％のもの。
○実施例６
粉砕トナーで、体積中心粒径が１０．０μｍの不定形トナーであり、凝集度が１５．１％のもの。
○実施例７
粉砕トナーで、体積中心粒径が９．５μｍの不定形トナーであり、凝集度が２５．２％のもの。
○比較例１
粉砕トナーで、体積中心粒径が７．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２２．５％のもの。
○比較例２
粉砕トナーで、体積中心粒径が７．２μｍの不定形トナーであり、凝集度が２１．０％のもの。
○比較例３
重合トナーで、体積中心粒径が６．１μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が１２．０％のもの。
○比較例４
粉砕トナーで、体積中心粒径が１０．０μｍの不定形トナーであり、凝集度が３９．０％のもの。
○実施例１
所謂重合トナーで、体積中心粒径が６．７μｍ、形状係数が１３８のトナーであり、凝集度が５．０％のもの。
○実施例２
所謂粉砕トナーで、体積中心粒径（Ｄ５０）が８．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２３．７％のもの。
○実施例３
重合トナーで、体積中心粒径が６．５μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が４．５％のもの。
○実施例４
重合トナーで、体積中心粒径が５．８μｍ、形状係数が１３２のトナーであり、凝集度が６．７％のもの。
○実施例５
重合トナーで、体積中心粒径が６．９μｍ、形状係数が１１９のトナーであり、凝集度が４．５％のもの。
○実施例６
粉砕トナーで、体積中心粒径が１０．０μｍの不定形トナーであり、凝集度が１５．１％のもの。
○実施例７
粉砕トナーで、体積中心粒径が９．５μｍの不定形トナーであり、凝集度が２５．２％のもの。
○比較例１
粉砕トナーで、体積中心粒径が７．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２２．５％のもの。
○比較例２
粉砕トナーで、体積中心粒径が７．２μｍの不定形トナーであり、凝集度が２１．０％のもの。
○比較例３
重合トナーで、体積中心粒径が６．１μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が１２．０％のもの。
○比較例４
粉砕トナーで、体積中心粒径が１０．０μｍの不定形トナーであり、凝集度が３９．０％のもの。
◎性能試験１
本性能試験は、実施の形態１の現像装置の構成にて、上述した実施例１〜７及び比較例１〜４の１１種のトナーを使用したときに、現像ロール上に形成されるトナー層の状態を評価確認したものである。
評価は、トナー供給ロールから現像ロールに供給されたトナーの状況を目視確認し、現像ロール上のトナー薄層の薄層均一性について行った。
結果は、図９に示すように、重合トナー及び粉砕トナーの区別や形状係数の差異に関係なく、実施例１〜７は現像ロール上のトナー薄層の均一性が良好であった。尚、実施例５については、均一性は良好であったが、若干薄いトナー層となった。一方、比較例１〜４は、いずれも薄層均一性が悪く、比較例１，３，４ではトナー層が厚くなりすぎてひだ状のスジが発生し、比較例２では逆に薄すぎて斑状のトナー層となった。このように、必ずしも凝集度の小さいトナーが均一な薄層を形成できるとは限らないことが判明した。
本性能試験は、実施の形態１の現像装置の構成にて、上述した実施例１〜７及び比較例１〜４の１１種のトナーを使用したときに、現像ロール上に形成されるトナー層の状態を評価確認したものである。
評価は、トナー供給ロールから現像ロールに供給されたトナーの状況を目視確認し、現像ロール上のトナー薄層の薄層均一性について行った。
結果は、図９に示すように、重合トナー及び粉砕トナーの区別や形状係数の差異に関係なく、実施例１〜７は現像ロール上のトナー薄層の均一性が良好であった。尚、実施例５については、均一性は良好であったが、若干薄いトナー層となった。一方、比較例１〜４は、いずれも薄層均一性が悪く、比較例１，３，４ではトナー層が厚くなりすぎてひだ状のスジが発生し、比較例２では逆に薄すぎて斑状のトナー層となった。このように、必ずしも凝集度の小さいトナーが均一な薄層を形成できるとは限らないことが判明した。
更に、この結果を体積中心粒径と凝集度との関係で表したのが、図１０である。
同図は、現像ロール上に形成されたトナー層の体積中心粒径と凝集度の値をプロットし、トナー層が均一層となったものを◆印、トナー層が不均一層となったものを□印で示したものである。そこで、均一層、不均一層の間に直線を引くと、この直線は、体積中心粒径をｘ、凝集度をｙとしたときに、ｙ＝５．５ｘ−２３．０という関係式が得られた。すなわち、この直線より下方に位置するトナーを選定すれば、現像ロール上に均一なトナー層が形成されることが確認された。
更に、トナーの体積中心粒径と凝集度との関係について詳細に検討を行ったところ、体積中心粒径が略４．５〜１１．０μｍの範囲であれば、上式の直線より下方になるトナーを使用すれば、現像ロール上に形成されるトナーは均一な薄層となることが確認された。尚、体積中心粒径略４．５〜１１．０μｍの範囲であれば、通常の画像形成装置にて使用されるトナーが網羅されるものと判断した。
したがって、体積中心粒径と凝集度との関係が、本件の関係式を満足するようなトナーを選定すれば、現像ロール上に均一なトナー層が形成されることが理解された。
同図は、現像ロール上に形成されたトナー層の体積中心粒径と凝集度の値をプロットし、トナー層が均一層となったものを◆印、トナー層が不均一層となったものを□印で示したものである。そこで、均一層、不均一層の間に直線を引くと、この直線は、体積中心粒径をｘ、凝集度をｙとしたときに、ｙ＝５．５ｘ−２３．０という関係式が得られた。すなわち、この直線より下方に位置するトナーを選定すれば、現像ロール上に均一なトナー層が形成されることが確認された。
更に、トナーの体積中心粒径と凝集度との関係について詳細に検討を行ったところ、体積中心粒径が略４．５〜１１．０μｍの範囲であれば、上式の直線より下方になるトナーを使用すれば、現像ロール上に形成されるトナーは均一な薄層となることが確認された。尚、体積中心粒径略４．５〜１１．０μｍの範囲であれば、通常の画像形成装置にて使用されるトナーが網羅されるものと判断した。
したがって、体積中心粒径と凝集度との関係が、本件の関係式を満足するようなトナーを選定すれば、現像ロール上に均一なトナー層が形成されることが理解された。
◎性能試験２
本性能試験は、実施の形態１の構成にて、供給バイアスのデューティ比を変えたときの現像ロール上に供給されるトナー薄層のトナー供給量及びトナー層表面電位を測定したものである。
使用したトナーは、実施例２のトナーとした。
また、現像ロールは直径３０ｍｍのＳＵＳロールで周速を２２０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー供給ロールは直径２０ｍｍのＳＵＳロールで周速を４４０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを１００μｍとした。また、帯電ロールは直径１４．９ｍｍのＳＵＳロールにＰＶＤＦチューブを被覆したもので周速を１１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
そして、現像ロールとトナー供給ロールとの間へ印加する供給バイアスとしては、図４の電圧波形で、ピーク間電圧Ｖｐｐが１．５ｋＶ、１周期が０．５ｍｓｅｃとなるように調整した。また、帯電ロールには、帯電バイアスとして現像ロールの軸方向有効長８ｃｍ当たり−１０μＡとなるように、定電流を付加した（これにより、トナー帯電量は約−３０μＣ／ｇとなった）。
本性能試験は、実施の形態１の構成にて、供給バイアスのデューティ比を変えたときの現像ロール上に供給されるトナー薄層のトナー供給量及びトナー層表面電位を測定したものである。
使用したトナーは、実施例２のトナーとした。
また、現像ロールは直径３０ｍｍのＳＵＳロールで周速を２２０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー供給ロールは直径２０ｍｍのＳＵＳロールで周速を４４０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを１００μｍとした。また、帯電ロールは直径１４．９ｍｍのＳＵＳロールにＰＶＤＦチューブを被覆したもので周速を１１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
そして、現像ロールとトナー供給ロールとの間へ印加する供給バイアスとしては、図４の電圧波形で、ピーク間電圧Ｖｐｐが１．５ｋＶ、１周期が０．５ｍｓｅｃとなるように調整した。また、帯電ロールには、帯電バイアスとして現像ロールの軸方向有効長８ｃｍ当たり−１０μＡとなるように、定電流を付加した（これにより、トナー帯電量は約−３０μＣ／ｇとなった）。
結果は、図１１に示すように、トナー供給量はデューティ比に比例して増加する傾向が確認された。また、トナー層表面電位は、デューティ比０．６程度までは０〜５Ｖ程度であったが、それを超えると急激にトナー層表面電位（絶対値）が増加する傾向が確認された。
本性能試験でのトナーは、供給時に積極的な摩擦力は加えておらず、トナーの帯電量はかなり小さいものと推測され、結果もそれを反映したものであった。
これらの結果から、現像ロールでのトナー付着量（トナー供給量に相当）を６〜１４ｇ／ｍ２程度と薄層にした場合には、トナー層表面電位は０〜＋５Ｖ程度と小さくなることから、このような薄層のトナー層を供給することで、供給されたトナーは殆ど帯電していないレベルと判断して差し支えないことが確認された。
その後、更に、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを５０〜４００μｍとして、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
また、他の実施例にて示すトナーについても評価確認したが、同様の結果が得られた。
したがって、このことから、本発明によれば十分均一な供給量制御が可能であることが理解された。
本性能試験でのトナーは、供給時に積極的な摩擦力は加えておらず、トナーの帯電量はかなり小さいものと推測され、結果もそれを反映したものであった。
これらの結果から、現像ロールでのトナー付着量（トナー供給量に相当）を６〜１４ｇ／ｍ２程度と薄層にした場合には、トナー層表面電位は０〜＋５Ｖ程度と小さくなることから、このような薄層のトナー層を供給することで、供給されたトナーは殆ど帯電していないレベルと判断して差し支えないことが確認された。
その後、更に、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを５０〜４００μｍとして、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
また、他の実施例にて示すトナーについても評価確認したが、同様の結果が得られた。
したがって、このことから、本発明によれば十分均一な供給量制御が可能であることが理解された。
◎性能試験３
本性能試験は、実施の形態１の構成にて、性能試験１と同じ周速、ギャップで、供給バイアスのデューティ比０．０７として、帯電ロールに印加する定電流値と、帯電ロールによって帯電制御された現像ロール上のトナー薄層の帯電量との関係を測定したものである。このとき、使用したトナーとしては、実施例２のトナーを使用した。
結果は、図１２に示すように、電流値に比例して帯電量が大きくなる（負帯電トナーを使用したことから帯電量の絶対値が大きくなる）ことが確認された。このことから、本性能試験によれば、帯電ロールの定電流値を変えることで０〜−６０μＣ／ｇ程度の帯電量制御が任意に可能になることが確認された。
以上のことから、本件における現像ロール上のトナー薄層の帯電制御が十分有効であることが確認された。
本性能試験は、実施の形態１の構成にて、性能試験１と同じ周速、ギャップで、供給バイアスのデューティ比０．０７として、帯電ロールに印加する定電流値と、帯電ロールによって帯電制御された現像ロール上のトナー薄層の帯電量との関係を測定したものである。このとき、使用したトナーとしては、実施例２のトナーを使用した。
結果は、図１２に示すように、電流値に比例して帯電量が大きくなる（負帯電トナーを使用したことから帯電量の絶対値が大きくなる）ことが確認された。このことから、本性能試験によれば、帯電ロールの定電流値を変えることで０〜−６０μＣ／ｇ程度の帯電量制御が任意に可能になることが確認された。
以上のことから、本件における現像ロール上のトナー薄層の帯電制御が十分有効であることが確認された。
また、このとき、トナー付着量に着目すると、現像ロール上のトナーの付着量は、帯電ロールへの侵入前が約７ｇ／ｍ２であり、通過後が約５〜６ｇ／ｍ２であった。この減少した付着量分のトナーは、帯電ロールに付着しており、掻き取り部材で掻き落とした。すなわち、本性能試験では、帯電ロールで通過を規制されたトナー量は１４〜２９％程度であった。一方、従来のようにブレード規制を行った場合には、トナー供給ロールから供給されて現像ロールに付着した３０〜５０ｇ／ｍ２程度のトナー層が、ブレード通過後に５ｇ／ｍ２程度になるように規制されることが一般的であり、通過を規制されたトナー量が８３〜９０％になる。したがって、本性能試験では従来方式に比べて帯電ロールによって通過を規制されるトナー量が圧倒的に少なく、帯電ロールによるトナーへのストレス付与も非常に小さくなる。
また、他の実施例で示すトナーについても同様の評価を行ったが、同様の結果が得られた。
また、他の実施例で示すトナーについても同様の評価を行ったが、同様の結果が得られた。
◎性能試験４
ここでは、更に、トナーの圧縮度にも着目して、実施の形態１の現像装置の構成にて、実施例８〜１２及び比較例５の６種のトナーを使用したときに、現像ロール上に形成されるトナー層の状態を評価確認した。
使用したトナーは次の通り。
○実施例８
重合トナーで、体積中心粒径が６．５μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が４．５％、圧縮度が４２．３％のもの。
○実施例９
重合トナーで、体積中心粒径が６．７μｍ、形状係数が１３８のトナーであり、凝集度が５．０％、圧縮度が４６．４％のもの。
○実施例１０
粉砕トナーで、体積中心粒径が８．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２３．７％、圧縮度が４７．０％のもの。
○実施例１１
重合トナーで、体積中心粒径が５．８μｍ、形状係数が１３２のトナーであり、凝集度が６．７％、圧縮度が４３．６％のもの。
○実施例１２
重合トナーで、体積中心粒径が６．９μｍ、形状係数が１１９のトナーであり、凝集度が４．５％、圧縮度が３５．５％のもの。
○比較例５
粉砕トナーで、体積中心粒径が７．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２２．５％、圧縮度が５１．４％のもの。
ここでは、更に、トナーの圧縮度にも着目して、実施の形態１の現像装置の構成にて、実施例８〜１２及び比較例５の６種のトナーを使用したときに、現像ロール上に形成されるトナー層の状態を評価確認した。
使用したトナーは次の通り。
○実施例８
重合トナーで、体積中心粒径が６．５μｍ、形状係数が１２３のトナーであり、凝集度が４．５％、圧縮度が４２．３％のもの。
○実施例９
重合トナーで、体積中心粒径が６．７μｍ、形状係数が１３８のトナーであり、凝集度が５．０％、圧縮度が４６．４％のもの。
○実施例１０
粉砕トナーで、体積中心粒径が８．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２３．７％、圧縮度が４７．０％のもの。
○実施例１１
重合トナーで、体積中心粒径が５．８μｍ、形状係数が１３２のトナーであり、凝集度が６．７％、圧縮度が４３．６％のもの。
○実施例１２
重合トナーで、体積中心粒径が６．９μｍ、形状係数が１１９のトナーであり、凝集度が４．５％、圧縮度が３５．５％のもの。
○比較例５
粉砕トナーで、体積中心粒径が７．９μｍの不定形トナーであり、凝集度が２２．５％、圧縮度が５１．４％のもの。
ここで、トナーの圧縮度は、パウダーテスターＰ−１００（ホソカワミクロン社製）を使用し、ゆるみ見かけ比重Ｒと、固め見かけ比重Ｐとを測定し、次式で求めた。
圧縮度（％）＝１００（Ｐ−Ｒ）／Ｐ
ここで、ゆるみ見かけ比重Ｒと固め見かけ比重Ｐとは、次の方法によって測定した。
（１）ゆるみ見かけ比重Ｒ
直径５ｃｍ、高さ５．２ｃｍ、内容量１００ｍＬのカップにトナーが山盛りになるまでの時間が、おおよそ２０〜３０秒くらいになるように流出速度を調整しながら、測定用トナーを上部シュートから流出させてカップに山盛りに盛る。すばやく金属ブレードでカップ表面をすり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷１００」がゆるみ見かけ比重Ｒとなる。
（２）固め見かけ比重Ｐ
ゆるみ見かけ比重で使用した測定用カップに、付属のキャップを継ぎ足す。トナーをキャップの上部まで静かに入れ、カップを１８０回タップさせる。タッピングが終了した時点でキャップを外し、カップに山盛りになっている余分なトナーを金属ブレードですり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷１００」が固め見かけ比重Ｐとなる。
圧縮度（％）＝１００（Ｐ−Ｒ）／Ｐ
ここで、ゆるみ見かけ比重Ｒと固め見かけ比重Ｐとは、次の方法によって測定した。
（１）ゆるみ見かけ比重Ｒ
直径５ｃｍ、高さ５．２ｃｍ、内容量１００ｍＬのカップにトナーが山盛りになるまでの時間が、おおよそ２０〜３０秒くらいになるように流出速度を調整しながら、測定用トナーを上部シュートから流出させてカップに山盛りに盛る。すばやく金属ブレードでカップ表面をすり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷１００」がゆるみ見かけ比重Ｒとなる。
（２）固め見かけ比重Ｐ
ゆるみ見かけ比重で使用した測定用カップに、付属のキャップを継ぎ足す。トナーをキャップの上部まで静かに入れ、カップを１８０回タップさせる。タッピングが終了した時点でキャップを外し、カップに山盛りになっている余分なトナーを金属ブレードですり切って電子天秤で秤量する。このとき、「カップ内のトナー質量÷１００」が固め見かけ比重Ｐとなる。
結果は、図１３に示すように、圧縮度が３５．５〜４７．０％であれば、現像ロール上に形成されるトナーの薄層均一性が一層確保されることが確認された。また、圧縮度が５１．４％のものは厚すぎて表面にひだ状のスジが発生した。このことから、使用するトナーの体積中心粒径と凝集度との関係が本件同様に保たれ、更に圧縮度が３５％以上５０％未満であれば薄層均一性が一層確保されることが分かった。
その後、更に、トナーの体積中心粒径約４．５〜１１μｍ、凝集度約３５％以下、圧縮度約３５〜５０％として、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
その後、更に、トナーの体積中心粒径約４．５〜１１μｍ、凝集度約３５％以下、圧縮度約３５〜５０％として、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
１…現像剤担持体，２…現像剤供給部材，３…供給バイアス，Ｇ…現像剤
Claims (10)
- 静電潜像が担持される像担持体に対向し回転可能で表面に一成分現像剤を担持する現像剤担持体と、
この現像剤担持体に離間配置されると共に当該現像剤担持体との間に現像剤担持体への現像剤供給を促す供給バイアスが印加され且つ表面に担持された現像剤を現像剤担持体に供給する回転可能な現像剤供給部材とを備え、
前記現像剤担持体と前記現像剤供給部材とのギャップが５０μｍ乃至４００μｍであり、
前記供給バイアスは、現像剤担持体に印加される現像バイアスに重畳され、その１周期中に、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体との間で現像剤の移動が促され且つ電圧変動の大きな交流電圧のみを作用させる作用領域と、前記現像剤供給部材と前記現像剤担持体との間で現像剤の移動が抑えられ且つ交流電圧及び直流電圧のかかっていない非作用領域と、を含み、更に、前記１周期に占める前記作用領域の時間の割合が０．３以下のものであり、
前記現像剤供給部材から前記現像剤担持体に供給される現像剤の当該現像剤担持体上の現像剤付着量が１０ｇ／ｍ２以下であり、
使用する現像剤の体積中心粒径をＤμｍ、凝集度をＡ％としたときに、前記Ｄが４．５μｍから１１μｍの範囲内で、５．５×Ｄ−２３≧Ａの関係を満たすことを特徴とする現像装置。
ただし、前記凝集度は、上から目開きが７５μｍ、４５μｍ、２５μｍの順に重ねた三段のふるいを用い、上段のふるいに現像剤を載せ、ふるいを振幅１ｍｍ、振動数５０Ｈｚで３０秒間振動させた後、各ふるいに残留した現像剤重量を測定し、以下の（ａ）〜（ｃ）の式の合計値にて得られる値である。
（ａ）（上段のふるいに残った現像剤重量／投入現像剤重量）×１００
（ｂ）（中段のふるいに残った現像剤重量／投入現像剤重量）×１００×３／５
（ｃ）（下段のふるいに残った現像剤重量／投入現像剤重量）×１００×１／５ - 請求項１記載の現像装置において、
前記１周期に占める前記作用領域の時間の割合が、０．０７以下であることを特徴とする現像装置。 - 請求項２記載の現像装置において、
現像剤担持体上での現像剤付着量が７ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする現像装置。 - 請求項１記載の現像装置において、
更に、使用する現像剤の圧縮度が３５％以上且つ５０％未満であることを特徴とする現像装置。 - 請求項１記載の現像装置において、
更に、前記現像剤供給部材より現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に配設されると共に現像剤担持体との間に現像剤を帯電する帯電バイアスが印加され且つ現像剤担持体上の現像剤の帯電規制を行う帯電部材を備えることを特徴とする現像装置。 - 請求項５記載の現像装置において、
帯電部材は、現像剤担持体との圧接力が略ゼロとなるように配設されることを特徴とする現像装置。 - 請求項６記載の現像装置において、
現像剤担持体上の現像剤量は、前記帯電部材との対向部位を通過しても７０％以上の現像剤量が確保されることを特徴とする現像装置。 - 請求項５記載の現像装置において、
帯電部材には、現像剤担持体との間で定電流制御された帯電バイアスが印加されることを特徴とする現像装置。 - 請求項１乃至８のいずれかに記載の現像装置において、
現像剤担持体の表面粗さは、算術平均粗さＲａを０．７μｍ以下とするものであることを特徴とする現像装置。 - 静電潜像が担持される像担持体と、
この像担持体上の静電潜像を現像する請求項１乃至９のいずれかに記載の現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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