JP6214166B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いて記録材上に画像を形成する画像形成装置に関し、特に画像形成装置に適用される現像装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

電子写真画像形成方式（電子写真プロセス）を用いたプリンタ等の画像形成装置では、像担持体としての電子写真感光体（以下、「感光体」という。）を一様に帯電させ、帯電した感光体を選択的に露光することによって、感光体上に静電像を形成する。感光体上に形成された静電像は、現像剤のトナーでトナー像として顕像化される。そして、感光体上に形成されたトナー像を、記録用紙、プラスチックシート等の記録材に転写し、更に記録材上に転写されたトナー像に熱や圧力を加えることでトナー像を記録材に定着させることで画像記録を行う。

このような画像形成装置は、一般に、現像剤の補給や各種のプロセス手段のメンテナンスを必要とする。この現像剤の補給作業や各種のプロセス手段のメンテナンスを容易にするために、感光体、帯電手段、現像手段、クリーニング手段等を枠体内にまとめてカートリッジ化し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジとすることが実用化されている。プロセスカートリッジ方式によれば、ユーザビリティーに優れた画像形成装置を提供することができる。

又、近年、複数色の現像剤を用いてカラー画像を形成するカラー画像形成装置が普及してきている。カラー画像形成装置としては、複数色の現像剤を用いた画像形成動作のそれぞれに対応する感光体を、トナー像が転写される被転写体の表面移動方向に沿って一列に配置した、所謂、インライン方式の画像形成装置が知られている。インライン方式のカラー画像形成装置には、複数の感光体が鉛直方向（重力方向）と交差する方向（例えば水平方向）に一列に配置されたものがある。インライン方式は、画像形成速度の高速化やマルチファンクションプリンタへの展開などの要望に対応し易いなどの点で好ましい画像形成方式である。

又、複数の感光体を鉛直方向と交差する方向に一列に配置したインライン方式の画像形成装置として、複数の感光体を、被転写体としての中間転写体、又は、被転写体としての記録材を搬送する記録材担持体の下方に配置したものがある（特許文献１参照）。

感光体を中間転写体や記録材担持体の下方に配置する場合、画像形成装置本体内において中間転写体や記録材担持体を間に挟む態様で、例えば定着装置と現像装置（或いは、露光装置）とを離れた位置に配置することができる。そのため、現像装置（或いは、露光装置）が定着装置の熱の影響を受け難いなどの利点がある。

一方、上述のように感光体を中間転写体又は記録材担持体の下方に配置するような場合には、現像装置において、重力に反して現像ローラ（現像剤担持体）や供給ローラ（供給部材）へ現像剤を供給する必要が生じることがある。すなわち、供給部材よりも下方に配置された現像剤収容部から供給部材へ現像剤を搬送するよう構成された現像装置を用いる必要がある。このような構成の現像装置について、特許文献１では、現像剤収容部から供給ローラへ重力に反して十分なトナー供給を行うための構成が記載されている。特許文献１においては、図７に示すように、現像ローラ（現像剤担持体）４０と供給ローラ（供給部材）５０とのトナーのニップ部において、供給部材は下方から上方に回転する。そして、供給部材へ現像剤を供給する手段として供給部材の下側に受けシート４００を接触させる方法が開示されている。この方法によると、この受けシート４００によって、供給部材に付着した現像剤が重力によって落下するのを防ぎ、現像剤担持体に供給できる現像剤が減少しないようにして、ベタ画像の濃度低下を防止している。

この受けシート４００によって、供給ローラ５０に付着した現像剤が重力によって落下するのを防ぎ、現像ローラ４０に供給できる現像剤が減少しないようにして、べた画像の濃度低下を抑制している。

特開２００３−１７３０８３号公報

特許文献１の構成では、供給部材よりも下方に配置された現像剤収容部から供給部材へ十分に現像剤を供給するために、供給部材の下側に受けシート等の追加部材を設ける必要があり、装置構成が複雑化していた。

そこで、本発明は、供給部材よりも下方に配置された現像剤収容部から供給部材へ現像剤を搬送するよう構成された現像装置において、簡易な構成でベタ画像の濃度低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、電子写真画像形成装置に用いられる現像装置であって、現像剤を担持して静電潜像を現像する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する供給部材であって、現像剤担持体との間でニップ部を形成するよう配置され、表面がニップ部の上端から下端へ移動する方向に回転する供給部材と、供給部材よりも下方に配置され、現像剤を収容する収容部と、収容部に収容された現像剤を供給部材上へ搬送する搬送部材と、を有することを特徴とする現像装置である。

以上、説明したように、本発明によれば、供給部材よりも下方に配置された現像剤収容部から供給部材へ現像剤を搬送するよう構成された現像装置において、簡易な構成でベタ画像の濃度低下を抑制することができる。

実施例１における画像形成装置の概略構成断面図 実施例１における現像ユニット及びプロセスカートリッジの概略構成断面図 実施例１における現像剤供給部材と現像剤担持体の配置を説明するための断面拡大図 比較例１のプロセスカートリッジの概略構成断面図 実施例２における現像剤供給部材と現像剤担持体の配置を説明するための断面拡大図 安息角の測定方法を説明するための図 従来例におけるプロセスカートリッジの概略構成断面図 実施例３、４における画像形成装置の概略構成断面図。 実施例３、４におけるプロセスカートリッジの概略構成断面図。 供給バイアス電源から供給バイアスを印加するための接続図 現像ローラが供給ローラと摺擦した後の現像ローラ上のトナー帯電量と、周速差の関係を説明する図 現像ローラと供給ローラとの周速比に対する、供給ローラ摺擦後の現像ローラ上のトナーコート量を示した図 実施例４における現像剤供給部材と現像剤担持体の配置を説明するための断面拡大図 供給ローラの抵抗値とトナーコートの帯電量の関係を示すグラフ 保持電荷量の差による現像性の差を示すグラフ

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

以下に図面を例示して、本発明に係る画像形成装置、およびプロセスカートリッジを図面に則して説明する。

［画像形成装置の全体構成と動作］
電子写真画像形成装置（画像形成装置）の一実施例の全体構成について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置３００の断面図である。本実施例の画像形成装置３００は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザービームプリンタである。画像形成装置３００は、画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体に接続された画像読み取り装置、或いは画像形成装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体に入力される。画像形成装置３００は、複数の画像形成部としてのプロセスカートリッジ７０が、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するためのＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。本実施例では、画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。

プロセスカートリッジ７０は、画像形成装置本体に設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置３００に着脱可能となっている。本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ７０は全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ７０内には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーが収容されている。本実施例では、プロセスカートリッジについて説明するが、現像ユニット３０（現像装置）が単独で画像形成装置本体に着脱可能な構成としても良い。

静電潜像を担持する像担持体としての感光体ドラム１００は、画像形成装置本体に設けられた感光体ドラム駆動用モータ（不図示）により回転駆動される。感光体ドラム１００の周囲にはスキャナユニット（露光装置）１５０が配置されている。スキャナユニット１５０は、画像情報に基づきレーザーを照射して感光体ドラム１００上に静電像（静電潜像）を形成する露光手段である。４個の感光体ドラム１００に対向して、感光体ドラム１００上のトナー像を記録材１２０に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト３１が配置されている。

中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト３１は、全ての感光体ドラム１００に当接し、図示矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。

中間転写ベルト３１の内周面側には、各感光体ドラム１００に対向するように、一次転写手段としての、４個の一次転写ローラ３２が並設されている。そして、一次転写ローラ３２に、図示しない一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光体ドラム１００上のトナー像が中間転写ベルト３１上に転写（一次転写）される。

また、中間転写ベルト３１の外周面側において二次転写手段としての二次転写ローラ３３が配置されている。そして、二次転写ローラ３３に、図示しない二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト３１上のトナー像が記録材１２０に転写（二次転写）される。例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫにおいて順次に行われ、中間転写ベルト３１上に各色のトナー像が順次に重ね合わせて一次転写される。その後、中間転写ベルト３１の移動と同期が取られて記録材１２０が二次転写部へと搬送される。そして、記録材１２０を介して中間転写ベルト３１に当接している二次転写ローラ３３の作用によって、中間転写ベルト３１上の４色トナー像は、一括して記録材１２０上に二次転写される。

トナー像が転写された記録材１２０は、定着手段としての定着装置３４に搬送される。定着装置３４において記録材１２０に熱および圧力を加えられることで、記録材１２０にトナー像が定着される。

［プロセスカートリッジの構成と動作］
本実施例の画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジ７０の全体構成について説明する。
図２は、感光体ドラム１００の長手方向（回転軸線方向）に沿って見た本実施例のプロセスカートリッジ７０の断面（主断面）図である。図２のプロセスカートリッジ７０の姿勢は、画像形成装置本体に装着された状態での姿勢であり、以下でプロセスカートリッジの各部材の位置関係や方向等について記載する場合はこの姿勢における位置関係や方向等を示している。尚、本実施例では、収容している現像剤の種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ７０の構成および動作は実質的に同一である。
プロセスカートリッジ７０は、感光体ドラム１００等を備えた感光体ユニット１３０と、現像ローラ４０等を備えた現像ユニット３０とを有する。

感光体ユニット１３０には、図示しない軸受を介して感光体ドラム１００が回転可能に取り付けられている。感光体ドラム１００は、感光体ドラム駆動用モータの駆動力を受けることによって、画像形成動作に応じて図示矢印Ａ方向（時計方向）に回転駆動される。本実施例にて、画像形成プロセスの中心となる感光体ドラム１００は、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層を順にコーティングした有機感光体ドラム１００を用いている。

また、感光体ユニット１３０には、感光体ドラム１００の周面上に接触するように、帯電ローラ２０、クリーニング部材６０が配置されている。クリーニング部材６０によって感光体ドラム１００の表面から除去された転写残トナーは、クリーニング枠体１４内に落下、収容される。

帯電手段である帯電ローラ２０は、導電性ゴムのローラ部を感光体ドラム１００に加圧接触することで従動回転する。ここで、帯電ローラ２０の芯金には、帯電工程として、感光体ドラム１００に対して所定の直流電圧が印加されており、これにより感光体ドラム１００の表面には、一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。前述のスキャナユニット１５０からのレーザー光によって画像データに対応して発光されるレーザー光のスポットパターンは、感光体ドラム１００を露光し、露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は所定の明部電位（Ｖｌ）、未露光部位は所定の暗部電位（Ｖｄ）の静電潜像が、感光体ドラム１００上に形成される。

一方、現像ユニット３０は、現像剤として非磁性一成分現像剤、即ち、トナーを収容するためのトナー収容器からなる。トナー収容器内には、トナーを担持するための現像剤担持体としての現像ローラ４０と、現像ローラ４０にトナーを供給する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ（以下、単に「供給ローラ」という。）５０を有している。また、供給ローラ５０によって供給された現像ローラ４０上のトナーのコート量規制及び電荷付与を行う規制ブレード８０が配置されている。規制ブレード８０は薄い板状部材からなり、薄板のバネ弾性を利用して当接圧力を形成し、その表面がトナー及び現像ローラ４０に接触当接される。トナーは、規制ブレード８０と現像ローラ４０との摺擦により摩擦帯電され、電荷を付与されると同時に層厚規制される。また、本実施例においては、規制ブレード８０に不図示のブレードバイアス電源から所定電圧を印加し、トナーコートの安定化を図っている。

また、規制ブレード８０によって現像ローラ４０上から掻き落とされたトナーが落下する方向にトナー収容部２１０があり、トナーが収容されている。また、トナー収容部２１０には、トナー搬送部材２２０が設けられ、トナー収容部２１０に収容されたトナーを攪拌すると共に、トナー供給ローラ５０の上部に向けて図中矢印Ｇ方向にトナーを搬送している。本実施例において攪拌搬送部材は５０ｒｐｍで駆動回転している。

現像ローラ４０と感光体ドラム１００とは、対向部（接触部）において互いの表面が同方向（本実施例では下から上に向かう方向）に移動するようにそれぞれ回転する。ここで、攪拌搬送部材と現像ローラ４０と供給ローラ５０とは、画像形成装置本体に設けられた現像ユニット駆動用モータ（不図示）から駆動力を受けて回転する。

尚、本実施例では、現像ローラ４０は、感光体ドラム１００に接触して配置されているが、現像ローラ４０は、感光体ドラム１００に対して所定間隔を開けて近接配置される構成であってもよい。

本実施例においては、現像ローラ４０に印加された所定のＤＣバイアスに対して、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム１００に接触する現像部において、その電位差から、明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。

以下、本実施例の特徴である供給ローラ５０の配置と、その回転方向について図３を用いて説明する。
まず、供給ローラ５０は、現像ローラ４０との間にニップ部Ｎ（現像ローラ４０とトナー供給ローラ５０とでトナーを挟む部分）を形成して回転する。また、供給ローラ５０は、導電性芯金の外周に発泡層を形成した弾性スポンジローラであり、供給ローラ５０と現像ローラ４０は所定の侵入量、即ち、図３にて、トナー供給ローラ５０が現像ローラ４０により凹状に変形し、その凹み量△Ｅを持って接触している。尚、本実施例では、供給ローラ５０の現像ローラ４０への侵入量、即ち、供給ローラ５０が現像ローラ４０により凹状とされるその凹み量△Ｅを１ｍｍに設定した。

また、供給ローラ５０は現像ローラ４０とのニップ部（対向部）において、互いの表面が同一方向に移動するように、図３矢印Ｅの方向に回転する。本実施例においては、現像ローラ４０は１００ｒｐｍ、供給ローラ５０は２００ｒｐｍで駆動回転している。

ここで、供給ローラ５０が図３矢印Ｅの方向に回転している場合のコート形成メカニズムについて説明する。

まず、トナー収容部２１０に収容されたトナーが、トナー搬送部材２２０によって跳ね上げられ、その大部分が供給ローラ５０の上部（供給部材上）に搬送される。供給ローラ５０に搬送されたトナーは、供給ローラ５０の表面及び内部に留まる。そして、供給ローラ５０の図３矢印Ｅ方向への回転によって現像ローラ４０とのニップ直前まで搬送される。そして、供給ローラ５０の発泡層は現像ローラ４０とのニップ直前において変形し、その変形によって表面及び内部に留まっていたトナーが吐き出される。吐き出されたトナーは、現像ローラ４０と供給ローラ５０の上部の空間（以下、「一時トナー貯留部Ｖ」という。）に溜められる。

一時トナー貯留部Ｖに溜められたトナーの一部は、現像ローラ４０と供給ローラ５０の回転によって、ニップ部Ｎに突入する。ニップ部Ｎに突入したトナーは、現像ローラ４０と供給ローラ５０の摺擦によって電荷が与えられる。電荷を持ったトナーはニップ部Ｎ通過後に、自身の電荷量によって現像ローラ４０に静電吸着する。その効果によって、供給ローラ５０から現像ローラ４０へとトナーが供給される。そして、現像ローラ４０に供給されたトナーの一部を規制部材８０によって規制することで、現像ローラ４０上に所望の層厚のトナーコートを形成する。また、規制されたトナーは重力によって落下し、トナー収容部２１０に戻る。

以上述べたように、一時トナー貯留部Ｖに貯留するトナーを現像ローラ４０に供給することによってトナーコートを形成している。つまり、安定してトナーコートを形成するためには、一時トナー貯留部Ｖに所望の量のトナーを溜められる構成であることが望ましい。

そこで、本実施例においては、現像時の姿勢において、供給ローラ５０の上端（図３中のＨ）が現像ローラ４０の上端（図３中のＩ）よりも高くなるように設置した。この配置においては、少なくとも、供給ローラ５０と現像ローラ４０とすくいシート１９０もしくは現像ユニット３０の枠体と、供給ローラ５０の上端Ｈを通る供給ローラ５０の接線（図３中の点線）とで囲まれた領域に、一時トナー貯留部Ｖが形成される。従って、トナー貯留部Ｖの容積を大きくすることができる。本実施例において、一時トナー貯留部Ｖの大きさは、供給ローラ５０の外径と、供給ローラ５０と現像ローラ４０の配置によって決まる。この一時トナー貯留部Ｖの大きさを、安定してトナーコートを形成するのに十分なトナー量が溜まる大きさに設定することにより、より安定したトナーコートを形成することができるようになる。

尚、本実施例では、現像ローラ４０の外径は１２ｍｍ、供給ローラ５０の外径は１５ｍｍであり、供給ローラ５０の上端Ｈが現像ローラ４０の上端Ｉに比べて５ｍｍ上方になるように設置した。

＜実験＞
図１〜３を用いて説明した本実施例の構成について、以下の実験によってベタ画像の濃度安定性評価を行った。

ベタ画像の濃度安定性評価として、高印字率の画像（ベタ画像）を連続して出力した際の画像濃度低下量の測定を実施した。評価は、画像形成装置を評価環境２５．５℃、５０％Ｒｈにて１日放置して当該環境になじませた後、１００枚印字後に行った。１００枚の印字テストは、画像比率５％の横線の記録画像を連続的に通紙することで行った。その後、ベタ画像を連続で３枚出力し、３枚目のベタ画像の出力先端と後端の濃度差から下記に示す評価を、Ｘ−Ｒｉｔｅ製ＳＰＥＣＴＯＲＤＥＮＳＩＴＯＭＥＴＥＲ ５００を用いて行った。尚、印字テスト及び評価画像は単色（黒）で出力した。
Ａ：ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２未満
Ｂ：ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２〜０．３未満
Ｃ：ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．３以上
また、以下の構成においても同様の実験を行った。

（比較例１）
比較例１の概略断面図を図４に示す。図４で示したように、供給ローラ５０の回転方向が図示矢印Ｆの向きにしてある。尚、本比較例では、供給ローラ５０は５０ｒｐｍで駆動回転している。それ以外の構成は、ケース１と同様である。実験を行った結果を以下の表１に示す。

本実施例の構成では、一時トナー貯留部Ｖにトナーを溜めることができ、そのトナーを効率的に現像ローラ４０へ供給することが可能であるため、べた画像において濃度安定性が確保されている。

一方、比較例１の構成では、トナー搬送部材２２０によって供給ローラ５０の上部に搬送されたトナーの多くが、供給ローラ５０の回転によってトナー収容部へ戻されてしまうため、一時トナー貯留部Ｖにトナーを溜めることができない。その結果として、現像ローラ４０への安定したトナー供給を行うことができないため、ベタ画像後端において濃度低下が発生した。

このように、本実施例では、供給ローラよりも下方に配置されたトナー収容部から供給ローラへトナーを供給する構成において、ニップ部Ｎの上端から下端へ表面が移動する方向に供給ローラが回転する。これにより、トナー搬送部材から供給ローラ上に搬送されたトナーをニップ部Ｎの上方に貯留することができる。従って、追加部材等を必要とせず簡易な構成でベタ画像の濃度低下を抑制することができる。

なお、本実施例では、上述のように現像ローラの外径１２ｍｍ、供給ローラの外径を１５ｍｍとしている。これに対し、現像ローラの外径を１２ｍｍ、供給ローラの外径を７ｍｍとした構成も上記実験と同様の実験を行ったが、供給ローラを１５ｍｍとした場合の方が良好な結果が得られた。これは、供給ローラの外径を現像ローラの外径より大きくしたことにより、トナー貯留部Ｖの容積が増加したことに起因すると考えられる。

また、本実施例では、上述のように現像ローラと供給ローラとが、ニップ部の上端から下端に向かう方向に回転している。これにより、トナー貯留部Ｖに貯留されたトナーは、ニップ部を通過することで良好に帯電されてから現像に供される。従って、画像品質を向上することができる。さらに、本実施例では、供給ローラの周速を現像ローラの周速より大きくしている。これにより、トナーがニップ部を通過する時に摺擦され、良好に帯電されたトナーを現像ローラに多量に供給することができる。

なお、本実施例では、供給ローラの発泡層から吐き出されたトナーがトナー貯留部Ｖに貯留され、ベタ画像の濃度低下に寄与した。ただし、発泡層は本発明の効果を奏する上で必須の構成ではない。すなわち、現像ローラとの間でニップ部を形成する供給ローラがニップ部の上端から下端へ向かう方向に回転していれば、搬送部材から供給されたトナーがニップ部の上部に貯留され、簡易な構成でベタ画像の濃度低下を抑制することができる。

次に実施例２について説明を行う。以下の説明において、上述した実施例１と同様の部分については、その説明を省略する。

実施例２では、図５に示すように、供給ローラ５０の上端が現像ローラ４０の上端よりも下になるように設置した。この配置にすることにより、トナー収容部２１０から供給ローラ５０の上部までの高さを低くでき、トナー搬送部材２２０によって、供給ローラ５０の上部に到達するトナー量を多くなるメリットがある。

本実施例における一時トナー貯留部Ｖは、供給ローラ５０と現像ローラ４０と現像ユニット３０の枠体と、供給ローラ５０の接線のうち水平線とのなす角度が安息角θ１と一致する接線（図中の一点鎖線）で囲まれた領域となる。つまり、使用するトナーの安息角θ１が決まっている状況においては、供給ローラ５０と現像ローラ４０の外径と、供給ローラ５０と現像ローラ４０の配置によって、一時トナー貯留部Ｖの大きさが決定される。

ここで、本実施例における安息角の測定方法について図６を用いて説明する。
本実施例における安息角測定の測定装置として、パウダーテスターＰＴ−Ｓ型（ホソカワミクロン株式会社）が用いられた。測定方法は、パウダーテスターＰＴ−Ｓ型に付属する取扱説明書に準拠する（ふるい６１の目開き：７１０μｍ、振動時間：１８０ｓ、振幅：２ｍｍ以下）。トナーをロート６２から円盤６３上に落下させ、この円盤６３上に円錐状に体積したトナー６４の母線と円盤６３の表面とのなす角を安息角として求める。但し、資料を温度が２３℃、相対湿度が５０％ＲＨ環境下にある測定装置で安息角を測定し、５回繰り返して算術平均をとった値を安息角θ１とした。尚、本実施例で使用したトナーの安息角θ１は３９．３°であった。

次に、供給ローラ５０と現像ローラ４０の配置と一時トナー貯留部Ｖの関係について説明する。本実施例においては、供給ローラ５０と現像ローラ４０の関係を示す値として、これらの回転上流側における共通接線（供給ローラ５０と現像ローラ４０との共通接線のうち上側の共通接線）と水平線とのなす角度θ２を用いた。

本実施例の構成について、供給ローラ５０の外径と、供給ローラ５０の配置を変えることによって一時トナー貯留部Ｖの大きさを変え、実施例１と同様のべた画像の濃度安定性評価を行った。尚、本実験において、供給ローラ５０として外径が５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの４水準のものを用い、それぞれについて、θ２を１０°、２５°、４０°、４５°、６０°となるように供給ローラ５０の配置を行い実験した。実験結果を表２に示す。

まず、供給ローラ５０の外径が大きい方が、それに伴って、一時トナー貯留部Ｖの容積が大きくなるため、現像ローラ４０へのトナー供給能力が向上した。そのため、供給ローラ５０の外径が小さいときと比較して、ベタ画像後端における濃度低下が抑制された。

また、θ２がトナーの安息角θ１よりも小さい時には、大きいときと比較して、一時トナー貯留部Ｖに貯留できるトナー量が増加し、ベタ画像後端における濃度低下が抑制された。

なお、θ２＝６０°の時、ベタ画像後端において濃度薄が発生したが、θ＝６０°で且つ供給ローラの回転方向をニップ部の下端から上端に向かう方向に設定する場合と比較すると、濃度薄の発生は相対的に抑制される。すなわち、実施例１の構成、実施例２の構成ともに、供給ローラの回転方向をニップ部の上端から下端に向かう方向に設定することで、本発明の効果を奏することができる。

以上、実施例１、２について説明をした。前述した実施例では、カラー画像形成が可能な画像形成装置を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像形成が可能な画像形成装置であっても本発明を通用することにより同様の効果を得ることができる。

また、前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置や、記録剤担持体を使用し、前記記録剤担持体に担持された記録材に各色のトナー像を順次重ね合わせて転写する画像形成装置であっても本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

［画像形成装置の全体構成と動作の概略］
図８は本実施例の画像形成装置の概略構成図である。
１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体である。本例の感光体ドラム１は負帯電性の有機感光体であり、駆動用モータ（不図示）によって矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。感光体ドラム１はその回転過程で帯電装置によって負の所定電位に一様に帯電処理を受ける。本例において帯電装置は帯電部材として帯電ローラ２を用いた接触帯電装置である。帯電ローラ２は感光体ドラム１に対して従動回転する。帯電ローラ２に対しては、帯電バイアス電源（不図示）からバイアス電圧が印加され、感光体ドラム上を均一帯電する。

次いで露光装置６よる像露光を受ける。露光装置６は、均一帯電された感光体ドラム１に静電潜像を形成するものであり、本例では、半導体レーザスキャナを用いた。露光装置６は、画像形成装置内のホスト装置（不図示）から送られてくる画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力して、感光体ドラム１の均一帯電面を走査露光（像露光）する。感光体ドラム表面は露光箇所の電位の絶対値が帯電電位の絶対値に比べて低くなることによって、画像情報に応じた静電潜像が順次形成される。

次いでその静電潜像は現像ユニット１０ｂ（現像装置）により現像されてトナー像として顕像化される。本例では、接触現像方式を用いた。この方式では、現像バイアス電源から現像ローラ７に対して直流の現像バイアス電圧を印加することによって、供給ローラ８と現像ローラ７の接触箇所および規制ブレード１１と現像ローラ７の接触箇所で負極性に帯電されたトナーを感光体ドラム表面の静電潜像に適用して静電潜像を反転現像する。

その後、不図示の転写バイアス電源から１次転写ローラ１３に対して正極性の転写バイアス電圧が印加され、負極性に帯電している感光体ドラム１上のトナーは矢印方向に回転移動している中間転写部材１２上に転写される。そしてトナー像は２次転写部分で押圧バネなどの付勢手段によって押圧されている２次転写ローラ１８により、給紙カセット１５から給送された紙等の記録材Ｐに転写させる。

中間転写部材１２から分離した感光体ドラム面はクリーニングブレード９により転写残トナーを掻き取られて清掃され、再び帯電工程に入る。本例のクリーニングブレード９は、転写工程時に感光体ドラム１から転写部材１２に転写し切れなかった転写残トナーを回収するものであり、一定の圧力で感光体ドラム１に当接し転写残トナーを回収することによって感光体ドラム表面を清掃する。同様に、２次転写後の転写部材上の転写残トナーは中間転写部材クリーニング装置２００により転写残トナーを掻き取られて清掃され、再び転写工程に入る。

給紙は、所定の制御タイミングで、給紙カセット１５のピックアップローラ１６と給紙ローラ１７が回転駆動される。これにより、給紙カセット１５に積載収納されている記録材Ｐが１枚分離給紙され、給紙ローラ１７まで供給され、２次転写部分にトナー像が到達するタイミングに同期して、給紙ローラ１７によって２次転写ローラ１３に搬送される。

トナー像の転写を受けた記録材Ｐは感光体ドラム面から分離されて定着装置１９へ導入されてトナー像の定着処理を受ける。定着装置１９は、記録材Ｐに転写されたトナー像を熱や圧力などの手段を用いて定着するものである。

また、転写ローラ１３を通った記録材Ｐは感光体ドラム面から分離されて定着装置１９に導入される。記録材Ｐはこの定着装置１９で未定着のトナー像が熱と圧力により固着像として定着される。そして、定着装置１９を出た転写材は排紙ローラ２１により装置外部の排紙トレイにプリントとして排出される。

画像形成装置は、上記の手段を用い、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各工程を繰り返して画像形成を行う。

このような画像形成装置において、本発明の現像剤担持体表面に特別な加工を施すことなく、ゴースト画像の抑制ができる方法を詳細に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。

［本実施例の具体的説明］
図９は、感光体ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って見た本実施例のプロセスカートリッジの断面（主断面）図である。尚、本実施例では、収容している現像剤の種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジの構成および動作は実質的に同一である。

プロセスカートリッジは、感光体ドラム１等を備えた感光体ユニット１０ａと、現像ローラ７等を備えた現像ユニット１０ｂとを有し、画像形成装置本体に対し着脱可能に設けられている。このプロセスカートリッジは、現像容器の開口部から周面の一部を露出させて感光体ドラム１に対向する現像剤担持体としての現像ローラ７と、現像剤供給部材としての供給ローラ８と、現像剤の層厚を規制する規制部材としての規制ブレード１１とを備える。また、現像容器５内には、攪拌シート４ａと攪拌棒４ｂとからなる現像剤攪拌搬送部材４が設けられており、現像剤攪拌搬送部材４が現像容器内の現像剤を供給ローラ上に搬送している。現像ローラ７と供給ローラ８とは、ニップ部Ｎを形成し、ニップ部Ｎにおいて各々の表面が同方向（ニップ部の上端から下端へ向かう方向）に移動するように回転している。

本実施例中のプロセスカートリッジにおいて、現像容器内に収容されているトナーは非磁性一成分の重合トナーであり、母体樹脂中に着色剤、離型剤、極性制御剤等が分散した構成となっているが、流動性の機能を持たせるために母体樹脂表面に外部添加剤が点在した構成となっており、摩擦帯電により負極性に帯電する。上記トナーは攪拌シート４ａにより５０ｒｐｍの回転速度で攪拌されながら、供給ローラ８の表面に機械的に汲み上げて供給され、その大部分が供給ローラ８の上部に搬送される。供給ローラ８に搬送されたトナーは、供給ローラ８の表面及び内部に留まる。そして、供給ローラ８の図中矢印Ｅ方向への回転によって現像ローラ７とのニップ部Ｎの直前まで搬送される。そして、供給ローラ８の表面に設けられた発泡層は現像ローラ７とのニップ部Ｎの直前において変形し、その変形によって発泡層の表面及び内部に留まっていたトナーが吐き出される。吐き出されたトナーは、現像ローラ７と供給ローラ８の上部の空間（以下、「一時トナー貯留部」という。）に溜められる。

一時トナー貯留部に溜められたトナーの一部は、現像ローラ７と供給ローラ８の回転によって、ニップ部Ｎに突入する。ニップ部Ｎに突入したトナーは、現像ローラ７と供給ローラ８の摺擦によって電荷が与えられる。電荷を持ったトナーはニップ部Ｎ通過後に、自身の電荷量によって現像ローラ７に静電吸着する。その効果によって、供給ローラ８から現像ローラ７へとトナーが供給される。そして、現像ローラ７に供給されたトナーの一部を規制ブレード１１によって規制することで、現像ローラ７上に所望の層厚のトナーコートを形成する。また、現像ローラ７と規制ブレード１１との間に挟まれることで現像ローラ７表面および規制ブレード１１表面と摩擦され、所望の極性に摩擦帯電される。そして現像ローラ７の矢印Ｄ方向の回転により、規制されたトナーは重力によって落下する一方、現像ローラ上の薄層トナーは感光体ドラム１との対向部である現像領域に搬送される。現像領域では、現像ローラ７上のトナー層が現像電界によって感光体ドラム１上の静電潜像に転移し、静電潜像がトナー像として可視化される。その後、感光体ドラム１から中間転写部材１２へトナー像が分離し、感光体ドラム面の転写残トナーはクリーニングブレード９により掻き取られて清掃され、再び帯電工程に入る。現像領域で現像に使用されず現像ローラ７上に残留するトナー層は、供給ローラ８との当接部で現像ローラ７から掻き取られる。同時に現像ローラ７上には供給ローラ８の回転によりトナーが新たに供給される。一方、供給ローラ８によって掻き取られたトナーは、供給ローラ８の回転により現像容器５内に戻され、現像容器５内で攪拌混合される。

上記規制ブレード１１は、図９に示すように先端が現像ローラ７の供給ローラ８との当接部下流側を向き、規制ブレード１１の先端部が当接している。また、上記規制ブレード１１と現像ローラ７に挟まれたトナ−のうち薄層形成に不必要な分は、現像ローラ７から剥ぎ取られ、単位面積当たりのトナー載り量（以下Ｍ／Ｓと称す）が目標範囲０．２〜０．６［ｍｇ／ｃｍ^２］の均一な厚みを持った薄層が形成される。なお、本実施形態では、規制ブレード１１には、厚み０．１ｍｍのＳＵＳ板を使用した。

上記現像ローラ７は鉄芯金に導電性ゴムをロール状にしたΦ１５ｍｍの導電性ゴムローラであり、１００ｒｐｍで矢印Ｄ方向に回転する。すなわち、感光体ドラム１に対し順方向に回転する。上記供給ローラ８の表面の発泡層は例えば発泡ポリウレタン等で構成され、５０〜５００μｍの径のセルでトナ−を保持し易い構造となっている。また、供給ローラの外径はΦ１５ｍｍである。供給ローラは、現像ローラ７により均一に当接させるためにアスカーＦ硬度を５０〜８０゜とすることが望ましい。供給ローラの抵抗値は１．０×１０^８で、外径３０ｍｍのステンレス円筒部材と供給ローラ８を接触対向させて、供給ローラ８の芯金とステンレス円筒部材の間に１００Ｖの直流電圧を印加した場合の電流値から算出し、測定環境は２３．０℃、５０％ＲＨで行った。供給ローラ８は２００ｒｐｍで回転し、ニップ部Ｎにおいて供給ローラ８の表面は現像ローラ７の表面と同方向に移動する。供給ローラ８の現像ローラ７への食い込み量は１．０ｍｍに設定する。

現像ローラと供給ローラの周速比に関しては、供給量を増やすために２．０＜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲの構成を検討したが、現像ローラと供給ローラ間において、トナーの繰り返し摺擦回数が多いため、耐久後半にてトナー劣化によるフィルミングとスジが発生しやすくなった。よって、周速比Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲは２．０以下が好ましい。

上記課題に対して鋭意検討を行った結果、掻き取り性の低下に伴う不均一に帯電したトナーによるゴーストは、トナー供給量を増やして現像ローラ上のコート量を一定に保つことで直すことが可能であり、フィルミングとスジについては周速比を小さくするということで解決できることがわかった。

図１０は、供給ローラ８と現像ローラ７のそれぞれに直流バイアス電圧を印加する構成図である。現像ローラ７は現像バイアス電源（第一電圧印加装置）から供給ローラ８は供給バイアス電源（第二電圧印加装置）から、直流バイアスを印加される。供給バイアスと現像バイアスはトナーの帯電極性と同極性のバイアスであり、かつ供給バイアスは現像バイアスよりも大きいバイアスに設定することで、供給ローラと現像ローラ間の電界によりトナー供給量が増えるようにしている。トナーの帯電電荷量が大きいほど、この効果は大きいことが分かっている。

図１１は現像ローラ７が供給ローラ８と摺擦した後の現像ローラ上のトナー帯電電荷量と、周速差の関係を説明する図である。Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ＜０の範囲は、現像ローラと供給ローラとが、ニップ部Ｎにおいてそれぞれの表面が逆方向に移動するように回転する回転状態（以下、カウンタ回転と称す）を表す。Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ＝０は供給ローラが停止している状態である。０＜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ＜１．０の範囲は、現像ローラと供給ローラとが、ニップ部Ｎにおいてそれぞれの表面が同方向に移動するように回転（順回転）し、且つ遅い速度で移動する回転状態を表す。１．０＜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲの範囲は、供給ローラが現像ローラより速い速度で順回転する状態を表す。

図１１から分かるように、Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ＜１．０の範囲では、周速差が変化してもトナーの単位質量あたりの帯電電荷量（以下Ｑ／Ｍと称す）はあまり変化しないが、１．０＜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲの範囲では周速差が大きくなるのに伴ってＱ／Ｍが大きく増えている。これは、カウンタ回転もしくは０＜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ＜１．０の順回転の場合は、主に供給ローラのスポンジ内部から吐き出されたトナーが現像ローラに供給されるのに対し、１．０＜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲの順回転の場合は、主に現像ローラ７と供給ローラ８のニップ部Ｎ上に堆積しているトナーがニップ部Ｎに引きずり込まれて十分摺擦された上で現像ローラに供給されるからである。このようにトナーの供給プロセスの違いによって、１．０＜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲではＱ／Ｍが急激に大きくなっていく。

従って、この供給ローラ８と現像ローラ７を１．０≦Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲの範囲で順回転させることでトナーの帯電電荷量が大きくなり、供給バイアスをより効果的に使ってトナー供給量を増やすことが可能となることが分かった。

さらに、トナー劣化を抑制するには周速比が小さい方が好ましいため、供給バイアスを最適な印加電圧値で使用することで周速比を小さくする方法を検討した。本実施例の供給バイアスの印加電圧値について図１２により説明する。

図１２は現像ローラと供給ローラとの周速比に対する、供給ローラによる摺擦後かつ規制ブレードによる規制前の位置での現像ローラ上のトナーコート量を示した図である。図１２に示すように、供給バイアスが印加されていない状態では、１．０≦Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ＜１．５で供給ローラ摺擦後の現像ローラ上トナーコート量が１．０［ｍｇ／ｃｍ^２］を下回っている。この状態でベタ画像を現像した場合、現像ローラ上のコート量が１周目と２周目で異なり、ゴースト画像が現れやすくなる。一方、現像ローラ上トナーコート量が１．０［ｍｇ／ｃｍ^２］以上にすればゴースト画像の発生をより効果的に抑制できることがわかった。供給ローラと摺擦後の現像ローラ上のトナーコート量１．０［ｍｇ／ｃｍ^２］以上を得るためには、望ましくは、現像ローラへ印加される直流バイアスＥ_ＤＲと供給ローラへ印加される直流バイアスＥ_ＲＳとの差をＥ_ＤＲ−Ｅ_ＲＳ＞５０の状態にすることが望ましい。また、Ｅ_ＤＲ−Ｅ_ＲＳ＞５００にしてもそれ以上の効果は確認できなかった。本実施例では、現像装置の使用によるトナーの帯電量の変化を踏まえたうえで、Ｅ_ＤＲ＝−３００Ｖ、Ｅ_ＲＳ＝−５００Ｖ、Ｅ_ＤＲ−Ｅ_ＲＳ＝２００Ｖ、Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ＝１．４の構成を採用した。

また、供給ローラ８の現像ローラ７への侵入量をＸｍｍ、供給ローラ８の発泡層の厚みをｄｍｍとすると、０．２５ｍｍ＜Ｘｍｍ＜１．８ｍｍ＜ｄｍｍに設定することで供給ローラ８と現像ローラの間でトナーに加わる圧が低減し、摩擦によるトナー劣化を一層低減することができる。ここで、上記の侵入量とは、現像ローラの外径に対してＲＳローラの外径（仮想外径）がどれくらい侵入しているかを表す値であり、現像ローラの半径とＲＳローラの半径の和から現像ローラとＲＳローラの中心間距離を差し引いた値で求められる。

以上のように、本実施例では、現像ローラ７と供給ローラ８とは、ニップ部Ｎで現像ローラ７の表面と供給ローラ８の表面とが同方向に移動するように回転し、電圧Ｅ_ＤＲから電圧Ｅ_ＲＳを減じた値の符号を、トナーの正規帯電極性と逆極性になるよう構成した。これにより、ゴースト画像の発生を抑制しつつ、ベタ画像の安定化とトナー劣化の抑制とを両立する効果を得ることが可能となり、現像装置の使用初期から使用末期に渡って高品質な画像を形成することが可能となった。さらに、現像ローラ７の周速Ｖ_ＤＲと供給ローラ８の周速Ｖ_ＲＳとの比を１．０≦｜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ｜＜２．０を満たすように設定することで、トナーの帯電性を大きく向上させ、上記効果を格別なものとすることが可能となる。さらに、電圧Ｅ_ＤＲと電圧Ｅ_ＲＳとの差を５０≦｜Ｅ_ＤＲ−Ｅ_ＲＳ｜≦５００とすることにより、トナーコート量を増加させてより効果的にゴースト画像を抑制し、ベタ画像の安定化とトナー劣化の抑制とを両立する効果を得ることが可能となる。

本実施例に係る画像形成装置は、実施例３における画像形成装置において、供給ローラ８の抵抗値を８×１０＾６Ω以下とし、現像ローラへ印加される直流バイアスＥ_ＤＲと供給ローラへ印加される直流バイアスＥ_ＲＳとの関係をＥ_ＲＳ≦Ｅ_ＤＲに設定している。

本実施例の画像形成装置の全体構成、及びプロセスカートリッジの構成について、実施例３と同様の部分は概要説明を省略する。

本実施例の詳細構成を説明する前に、本実施例における供給ローラ８の配置とその回転方向について、また、本実施例における現像ローラ上のトナーコート形成メカニズムについて、図９と図１３を用いて説明する。

供給ローラ８は、現像ローラ７の周面上に所定の接触部（ニップ部）Ｎを形成して配設されている。また、供給ローラ８は、導電性芯金の外周に発泡体層を形成した弾性スポンジローラであり、供給ローラ８は現像ローラ７に１ｍｍ侵入して接触している。

また、供給ローラ８は図示矢印Ｅの方向に回転するように設定し、現像ローラ７との対向部（接触部）において、互いの表面が同方向に移動するようにしてある。

次に、本実施例の構成におけるトナーコート形成メカニズムについて説明する。
まず、トナー収容部に収容されたトナーが、攪拌シート４ａによって跳ね上げられ、その大部分が供給ローラ８の上部に搬送される。供給ローラ８に搬送されたトナーは、供給ローラ８の表面及び内部に留まる。そして、供給ローラ８の図中矢印Ｅ方向への回転によって現像ローラ７とのニップ直前まで搬送される。供給ローラ８は現像ローラ７とのニップ直前において変形し、その変形によって表面及び内部に留まっていたトナーが吐き出される。吐き出されたトナーは、現像ローラ７と供給ローラ８の上部の空間（以下、「一時トナー貯留部Ｖ」という。）に溜められる。

一時トナー貯留部Ｖに溜められたトナーの一部は、現像ローラ７と供給ローラ８の回転によって、ニップ部Ｎに突入する。ニップ部Ｎに突入したトナーは、現像ローラ７と供給ローラ８の摺擦によって電荷が与えられる。電荷を持ったトナーはニップ部Ｎ通過後に、自身の電荷量によって現像ローラ７に静電吸着する。その効果によって、供給ローラ８から現像ローラ７へとトナーが供給される。そして、現像ローラ７に供給されたトナーの一部を規制部材８によって規制することで、現像ローラ７上に所望の層厚のトナーコートを形成する。また、規制されたトナーは重力によって落下し、トナー収容部に戻る。

現像ローラ７上に形成されたトナーコートは、感光体ドラム１との対向部（接触部）において明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。一方、感光体ドラム１に転移せずに現像ローラ７上に残留したトナー（以下、「現像残トナー」という。）は、現像ローラ７の回転によって、再び現像容器内に戻り、一時トナー貯留部Ｖから新たにニップ部Ｎへ突入されるトナーと混合される。そして、同様のメカニズムによってコート形成がなされていく。

このトナーコート形成メカニズムにおいて供給ローラ８は、一時トナー貯留部Ｖに溜まったトナーの一部をニップ部Ｎに突入させる役割と、ニップ部Ｎを通過するトナーを摺擦し電荷付与する役割を担っている。この供給ローラ８の役割が十分に果たされないとき、以下に挙げる問題が発生する。

一つ目はベタ画像の濃度低下（ベタ追従性不良）である。これは、一時トナー貯留部Ｖからニップ部Ｎに突入するトナーが少ない場合や、ニップ部Ｎに突入したトナーがニップ部Ｎを通過する時に十分な電荷を与えられないことが原因で発生する。トナーに十分な電荷が与えられない場合には、現像ローラ７に静電吸着するトナー量が減ってしまい、トナーコート形成に必要なトナー量を確保できなくなるため、ベタ追従性不良が発生する。つまり、これを防止するためには、一時トナー貯留部Ｖから十分な量のトナーをニップ部Ｎへ突入させることと、トナーがニップ部Ｎを通過するときに、供給ローラ８の摺擦によって十分量の電荷を与えることが必要である。

二つ目は現像ゴーストである。これは、現像残トナーと新たにニップ部Ｎへと突入したトナーとが混合されるタイミングにおいて、保持している電荷量に差がある場合に発生する。
まず、現像残トナーは供給ローラ８や規制ブレード１１との摺擦を数回繰り返した後の状態のため、既に電荷を保持している。一方、新たに一時トナー貯留部Ｖからニップ部Ｎへ突入したトナーは、ほとんど電荷を持っておらず、現像ローラ７に供給される時点では、ニップ部Ｎ通過時に供給ローラ８との摺擦によって得られる電荷しか持たない。つまり、現像ローラ上のトナーのうち、現像されずに残った現像残トナー部分と、現像された後に新たなトナーが供給された部分（以下、「新トナー部分」という。）において、トナーコート内のトナーが保持している電荷量に差が生じてしまう。このように保持する電荷量に差があると現像性に差が生じてしまい、図１４に示すようにある濃度のハーフトーンを印刷しようとした場合に画像濃度に差が生まれてしまう。つまり、同一画像内で現像残トナー部分と新トナー部分が混在する場合には、同一ハーフトーン画像内で濃度差が生じることになる。これが現像ゴーストという問題である。

つまり、この問題の発生を抑制するためには、供給ローラ８からトナーへの電荷付与機能を高め、供給ローラ８の摺擦によってトナーに与える電荷量を多くすることが有効である。これによって、現像残トナー部分に新たに供給されたトナーの帯電量を増加させ、現像残トナー部分と新トナー部分のトナーの帯電量の差を小さくすることができる。

三つ目としては、トナー劣化に起因するスジの発生である。現像残トナー部分のトナーは現像容器内で摺擦を繰り返される。すると、トナーの状態が変化してしまう。これをトナー劣化と呼ぶ。トナーが劣化すると、トナーが規制ブレードに付着しやすくなる。規制ブレードに付着してしまうと、その部分において、トナーコートが薄くなってしまう。すると、画像上にスジとして現れる。この問題の発生を抑制するためには、供給ローラ８と現像ローラ７の間の圧を適正化し、トナーに対して必要以上のストレスを与えないようにすることが必要である。トナーにかかるストレスを必要最小限に抑えることによって、カートリッジ寿命内でスジが発生することを防止できる。

このように供給ローラ８が、その役割を十分に果たせない場合には、問題が発生してしまい、カートリッジの安定した画像形成を妨げてしまう。そこで、これらの問題の発生を抑制するためにとった本実施例の構成について以下で説明する。

まず、本実施例における供給ローラ８と現像ローラ７との関係を説明する。
供給ローラ８の現像ローラ７への侵入量Ｘｍｍは、０．２５ｍｍ＜Ｘｍｍ＜１．８ｍｍであることが望ましい。Ｘｍｍ≦０．２５ｍｍの場合には、供給ローラ８と現像ローラ７との間の当接圧が低くなってしまうため、トナーと摺擦する力が小さくなってしまう。つまり、この条件では、供給ローラ８の摺擦によるトナーへの電荷付与能力が不十分になってしまう。また、１．８ｍｍ≦Ｘｍｍの場合には、供給ローラ８と現像ローラ７との間の当接圧が高くなりすぎてしまい、トナーに与えるストレスが大きくなってしまうため、トナー劣化を促進してしまう。よって、供給ローラ８の現像ローラ７への侵入量Ｘｍｍは、０．２５ｍｍ＜Ｘｍｍ＜１．８ｍｍであることが望ましい。尚、本実施例では、供給ローラ８の現像ローラ７への侵入量を１ｍｍに設定した。

また、現像ローラ７と供給ローラ８との周速関係は、現像ローラ７の周速をＶ_ＤＲ、供給ローラ８の周速をＶ_ＲＳとしたとき、１．２≦｜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ｜＜２．０であることが好ましい。なぜなら、｜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ｜≦０．８に設定した場合には、供給ローラ８の周速が遅いため一時トナー貯留部Ｖからニップ部Ｎに突入するトナー量が不足してしまう。この結果、ベタ追従性不良が発生してしまう。次に、０．８＜｜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ｜＜１．２の範囲では、現像ローラ７と供給ローラ８との周速差が小さすぎて、トナーとの摺擦が不十分になり、トナーに十分量の電荷を付与することができない。また、２．０≦｜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ｜とした場合には、トナーがニップ部Ｎを通過する際に供給ローラ８がトナーを摺擦する回数が多くなってしまい、トナー劣化が促進してしまう。よって、現像ローラ７と供給ローラ８との周速関係は、１．２≦｜Ｖ_ＲＳ／Ｖ_ＤＲ｜＜２．０であることが好ましい。尚、本実施例においては、現像ローラ７の外径は１２ｍｍ、供給ローラ８の外径は１５ｍｍであり、現像ローラ７を１００ｒｐｍ、供給ローラ８を１４０ｒｐｍで駆動回転するように設定した。

また、現像ローラ７と供給ローラ８には、それぞれ直流バイアスＥ_ＤＲとＥ_ＲＳを印加している。ここで、Ｅ_ＤＲとＥ_ＲＳは、Ｅ_ＲＳ≦Ｅ_ＤＲとすることが好ましい。これは、Ｅ_ＲＳ＞Ｅ_ＤＲとした場合には、そこで発生する電界によって、供給ローラ８との摺擦によって電荷を得たトナーが供給ローラ８へと引き寄せられてしまうからである。つまり、このような設定では、現像ローラ７へのトナーの供給量が不足してしまい、ベタ追従性不良が発生してしまう。尚、本実施例では、Ｅ_ＲＳ＝Ｅ_ＤＲとなるように印加バイアスを設定してある。ただし、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、Ｅ_ＲＳ≦Ｅ_ＤＲであれば同様の効果を得られる。

次に、本実施例で問題の発生を抑制するための供給ローラ８の物性値について説明していく。
まず、本実施例における供給ローラ８の硬度について説明する。ただし、本実施例における供給ローラ８の硬度は、長手幅５０ｍｍの平板を供給ローラ８の表面から１ｍｍ侵入させたときの荷重を測定した値である。

問題の発生を抑制するために供給ローラ８の硬度は、１４０〜３００ｇｆの範囲内としている。これは供給ローラ８の硬度が１４０ｇｆより小さいときには、現像ローラ７との当接圧が低くなってしまう。すると、トナーとの摺擦が弱くなってしまい、トナーに十分な帯電量を付与することができなくなる。また、３００ｇｆより大きい供給ローラ８を用いた場合には、現像ローラ７との当接圧が高くなりすぎてしまう。すると、トナーとの摺擦が大きくなりすぎてしまい、トナーに与えるストレスが大きくなってしまう。この条件では、カートリッジ寿命末期において、トナー劣化に起因するスジなどの問題が発生してしまう。よって、供給ローラ８の硬度は１４０〜３００ｇｆの範囲内であることが必要である。

また、本実施例での供給ローラ８の抵抗値は８×１０＾６Ω以下にしてある。
これは、供給ローラ８の抵抗値によって、トナーへの電荷付与性が変化するためである。図１５が供給ローラ８の抵抗値を変えた時に、新トナー部分のトナーコートの帯電量を測定したものである。図１５で示しているように、供給ローラ８の抵抗値を下げていくに従って、新トナー部分のトナーコートの帯電量を増加させることができる。このような関係において、供給ローラ８の抵抗値を８×１０＾６Ω以下にすることによって、ベタ追従性不良や現像ゴーストの発生を抑制するのに十分な帯電量をトナーに付与することができる。
以上のような構成をとることによって、ベタ追従性不良やスジが発生することなく、現像ゴーストの発生を抑制することができた。

ここで、本発明の効果を実証するために行った実験の結果について説明する。まず、実験の条件は以下のとおりである。

○低印字間欠プリント評価
本実験は、低温低湿条件の環境下（温度１５℃、湿度１０％）にて２枚間欠印字耐久試験を行った。この印字耐久では、画像比率１％の横線を記録画像に印字している。また、この印字耐久において、５０００枚、１００００枚、１５０００枚、２００００枚、２５０００枚時点で評価用画像の印刷を行い、現像ゴースト、ベタ追従性不良、スジについて発生の有無やレベルについての評価を行った。各問題の評価基準を以下に示す。

現像ゴーストの評価は、紙先端に５ｍｍ×５ｍｍのベタ黒パッチを１０ｍｍ間隔で配置し、それ以降にハーフトーン画像を印刷するという評価画像を用いて行った。この画像において、ベタ黒パッチ後のハーフトーン画像濃度と、それ以外の部分でのハーフトーン画像濃度をＸ−Ｒｉｔｅ製ＳＰＥＣＴＯＲＤＥＮＳＩＴＯＭＥＴＥＲ ５００用いて測定し、その濃度差から以下のような基準でランク付けを行った。
Ａ：ハーフトーン画像において、濃度差が０．０２未満
Ｂ：ハーフトーン画像において、濃度差が０．０２〜０．０６未満
Ｃ：ハーフトーン画像において、濃度差が０．０６以上

ベタ追従性不良の評価は、ベタ黒画像を連続３枚出力し、３枚目のベタ黒画像の出力先端と後端の濃度差から下記に示す評価を、Ｘ−Ｒｉｔｅ製ＳＰＥＣＴＯＲＤＥＮＳＩＴＯＭＥＴＥＲ ５００を用いて行った。尚、印字テスト及び評価画像は単色で出力した。
Ａ：ベタ黒画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２未満
Ｂ：ベタ黒画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２〜０．３未満
Ｃ：ベタ黒画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．３以上

また、スジに関しては、ハーフトーン画像を出力し、その画像上でのスジが発生しているか否かにて評価した。

以下、実験の結果について説明していく。尚、本実施例の効果を比較するための比較構成に対しても同様の実験を行っており、本実施例の構成の結果と併せて説明する。

＜実験１＞
まず、実験１として、トナーに与えるストレスが大きくなる構成に関して、本実施例の効果を実証する実験の結果を表３に示す。

実施例４−１は、本実施例で説明した現像ユニット構成において、抵抗値が８×１０＾６Ωかつ硬度が１７０ｇｆの供給ローラを使用した場合である。
実施例４−２は、本実施例で説明した現像ユニット構成において、抵抗値が８×１０＾６Ωかつ硬度が３００ｇｆの供給ローラを使用した場合である。

比較例４−１は、供給ローラ８は現像ローラ７との対向部（接触部）において、互いの表面が逆方向に移動する構成の場合である。このとき侵入量Ｘｍｍ＝１ｍｍ、｜Ｅ_ＲＳ｜−｜Ｅ_ＤＲ｜＝０とし、現像ローラ７は１００ｒｐｍ、供給ローラ８は８０ｒｐｍで駆動回転するように設定している。また、供給ローラ８としては抵抗値が８×１０＾６Ωかつ硬度が１７０ｇｆのものを用いている。
比較例４−２は、本実施例で説明した現像ユニット構成において、抵抗値は８×１０＾６Ωかつ硬度が３５０ｇｆの供給ローラを使用した場合である。

実施例４−１と実施例４−２のように、本実施例で説明した構成を使用し、供給ローラの硬度が１４０〜３００ｇｆの範囲に入っているものであれば、トナー劣化を抑制することができるため、カートリッジ寿命末期でもスジが発生しない。そのため、安定して高品質な画像を出力できる。

一方、比較例４−１のように、供給ローラ８は現像ローラ７との（接触部）において、互いの表面が逆方向に移動するような構成の場合には、供給ローラ８と現像ローラ７との周速差が大きくなりすぎてしまう。そのため、トナーがニップ部Ｎを通過する際に受ける摺擦回数が多くなりすぎてしまい、トナー劣化が促進される。その結果、カートリッジ寿命末期においてスジが発生してしまった。
また、比較例４−２のように、供給ローラの硬度が３００ｇｆより高いものを使用した場合には上記説明した通りトナー劣化が促進され、カートリッジ寿命末期においてスジが発生してしまった。

＜実験２＞
次に、現像ローラ７と供給ローラ８の間での摺擦する力が弱くなる構成に関して、本実施例の効果を実証する実験の結果を表４に示す。
実施例４−３は、本実施例で説明した現像ユニット構成において、抵抗値が８×１０＾６Ωかつ硬度が１４０ｇｆの供給ローラを使用した場合である。
また、比較例４−３は、本実施例で説明した現像ユニット構成において、抵抗値が８×１０＾６Ωかつ硬度が１００ｇｆの供給ローラを使用した場合である。

本実施例の構成のように供給ローラ８の硬度が１４０ｇｆ以上のものを使用した場合には、トナーに対して十分量の電荷を付与することができるため現像ゴーストやベタ追従性不良の発生を抑制することができた。

一方、比較例４−３のように供給ローラの硬度が１４０ｇｆより小さいものを使用した場合には、現像ローラ７との当接圧が低くなってしまい、トナーと摺擦する力が弱くなってしまう。そのため、トナーに十分量の電荷を与えることができなくなり、現像ゴーストが発生してしまう。また、同様の理由でニップ部Ｎ通過後に、現像ローラ７に吸着する静電気力が小さくなってしまうため、現像ローラ７へのトナーの供給が不足し、ベタ追従性不良が発生してしまった。

＜実験３＞
ここでは、供給ローラ８からトナーへの電荷付与能力が低い構成に関して、本実施例の効果を実証する実験の結果を表５に示す。

実施例４−４は、本実施例で説明した現像ユニット構成において、抵抗値が４×１０＾５Ωかつ硬度が１７０ｇｆの供給ローラを使用した場合である。

また、比較例４−４は、本実施例で説明した現像ユニット構成において、抵抗値が２×１０＾７Ωかつ硬度が１７０ｇｆの供給ローラを使用した場合である。

実施例４−１、４−４のように本実施例の構成を用いたものであれば、トナーへの電荷付与性が高くトナーが十分な電荷を保持できるため、ベタ追従性不良が発生せずに現像ゴーストを抑制することができた。

比較例４−４のように、供給ローラ８の抵抗値が８×１０＾６Ωより高いものを使用した場合には、トナーに対する電荷付与能力が低下してしまうため、現像ゴーストやベタ追従性不良が発生してしまった。
以上、実験１〜３によって本実施例の効果が実証された。

つまり、現像ローラ７と供給ローラ８のニップ内において互いの表面が同方向に移動する構成において、抵抗値が８×１０＾６Ω以下かつ硬度が１４０ｇｆ〜３００ｇｆの供給ローラを用いることで、現像ゴーストの発生を抑制しつつ、ベタ追従性不良やカートリッジ寿命末期でのトナー劣化起因の問題の発生も抑制することができる。

１ 感光体ドラム
２ 帯電ローラ
３ トナー
４ａ 攪拌シート
４ｂ 攪拌棒
７ 現像ローラ
８ 供給ローラ
１０ａ 感光体ユニット
１０ｂ 現像ユニット
１１ 規制ブレード
２０ 帯電ローラ
３０ 現像ユニット
４０ 現像ローラ
５０ 供給ローラ
７０ プロセスカートリッジ
８０ 規制ブレード
１００ 感光体ドラム
１２０ 記録材
１３０ 感光体ユニット
２１０ トナー収容部
２２０ トナー搬送部材
３００ 画像形成装置
Ｐ 記録材

Claims (10)

1. 電子写真画像形成装置に用いられる現像装置であって、
   現像剤を担持して静電潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体との間でニップ部を形成するよう枠体に配置された供給部材と、
   前記供給部材よりも下方に配置され、前記現像剤を収容する収容部と、
   前記収容部に設けられた搬送部材と、
   を備え、
   前記搬送部材は、前記供給部材と同方向に回転し、前記収容部に収容された前記現像剤を前記供給部材と前記枠体の間を経て前記ニップ部上に溜められるように搬送し、
   前記供給部材と前記現像剤担持体は、表面が前記ニップ部の上端から下端へ移動する方向に回転し、前記供給部材は、前記ニップ部において現像剤を前記現像剤担持体に供給し、前記ニップを通過した現像剤を前記収容部に戻す
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記供給部材の周速が前記現像剤担持体の周速よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記供給部材の上端が前記現像剤担持体の上端より高くなるように、前記現像剤担持体と前記供給部材とが配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記現像剤担持体と前記供給部材の共通接線のうち上側の共通接線と水平線とのなす角度が前記現像剤の安息角よりも小さくなるように、前記現像剤担持体と前記供給部材とが配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
5. 前記供給部材の外径が前記現像剤担持体の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記供給部材は表面に発泡層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記搬送部材は、前記供給部材が回転している時に前記供給部材上に前記現像剤を搬送することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 前記静電潜像を担持する像担持体と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の現像装置とを有し、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
9. 前記静電潜像を担持する像担持体と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の現像装置とを有し、記録材に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項８に記載のプロセスカートリッジを有し、記録材に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。