JPH11242382A

JPH11242382A - 一成分トナーの現像装置

Info

Publication number: JPH11242382A
Application number: JP10045039A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Iwamatsu; 正岩松; Kazuhiro Matsuyama; 和弘松山; 敏彦 ▼高▲谷; Toshihiko Takatani; Atsushi Inoue; 淳志井上; Masanori Yamada; 雅則山田; Nobuyuki Azuma; 伸之東; Takayuki Yamanaka; 隆幸山中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: US6154627A; DE69917954T2; CN1233787A; EP0939349A2; DE69917954D1; CN1120997C; EP0939349A3; JP3749372B2; EP0939349B1

Abstract

(57)【要約】【課題】低抵抗の現像ローラを用いて一成分トナーに
て現像を行う時に、トナー層の絶縁破壊や過電流を防止
し、現像時の画質劣化を防止する。【解決手段】静電潜像を担持した感光体１に接触する
ように一成分トナー１０を担持して搬送する現像ローラ
４１の抵抗値Ｒｄを、現像ローラ４１がトナー層４５を
介して潜像担持体と接触する面積をＳ１（ｃｍ²）、現
像ローラを構成する半導電層の層厚をＤｄ１（ｃｍ）、
その体積低効率をρｄ（Ω・ｃｍ）とした時、Ｒｄ＝ρ
ｄ・（Ｄｄ１／Ｓ１）と定義し、その抵抗Ｒｄの範囲を
１０⁴＜Ｒｄ＜１０⁵にし、かつトナー層の抵抗Ｒｔ
（Ω）を、Ｒｔ＞５×１０⁷に設定する。低抵抗の現像
ローラ４１において良好な現像を可能にし、これによる
絶縁破壊や過電流をトナー層の抵抗値により阻止するよ
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電潜像担持体に
形成された静電潜像を着色剤であるトナーにて可視像化
してなる現像装置であって、特にトナーとして一成分構
成からなる現像剤を利用してなる現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタなどの電子写真方式を
採用してなる画像形成装置においては、潜像等の像担持
体である感光体表面に静電潜像を形成し、これを可視像
化するために着色剤であるトナー等の現像剤を感光体側
へと供給し、トナーを選択的に付着させるようにしてな
る現像装置が備えられている。

【０００３】上記現像装置にて、上記感光体に形成され
た静電潜像を現像し、その現像されたトナー像は、転写
材であるシート等に転写されている。そして、転写後、
上記感光体表面には、転写しきれなかった一部のトナー
が残留する。この残留する不要トナーは、次の画像形成
を繰り返し行うためにも感光体表面から除去される。そ
のため、転写後には感光体表面に残留するトナーを除去
するクリーニング装置が設けられており、該クリーニン
グ装置において除去された不要トナーがクリーニング装
置内の収容部に収容される。

【０００４】そこで、上述したような現像装置を備える
画像形成装置は、その小型化に対応して、感光体の周囲
に画像を形成するためのプロセス手段の配置スペースも
狭められ、よって現像装置においても小型化が強く要望
されるようになった。

【０００５】特に現像装置としては、トナー及び磁性キ
ャリアからなる二成分系の現像剤を磁力を利用して上記
感光体と対向する現像領域へと搬送する磁気ブラシ方式
による現像ローラを備え、現像後には現像剤を現像槽内
へと回収するようにしている。そのため、現像を安定さ
せるためには、消費されるトナーを補給し、現像剤中に
含まれるトナーの割合、つまりトナー濃度が一定になる
ように制御する必要がある。

【０００６】通常、上述した方式、つまり磁気ブラシ現
像方式による現像装置においては、現像剤中のキャリア
が占める割合の方が多く、現像剤を収容する現像槽が大
きくなり、全体に現像装置が大きくなる傾向にある。し
かも、トナー濃度を制御する必要があると同時に、現像
剤中のトナーの帯電量を一定にするための撹拌部材等も
必要となり、この撹拌部材を複数設けており現像装置を
小型化できないネックともなっていた。

【０００７】これに対し、一成分系の現像剤、つまりキ
ャリアが存在しない一成分系の現像剤であるトナーを用
いて現像を行う現像装置が提案され、実施に供されてい
る。このような一成分トナーを用いる現像装置において
は、トナー濃度を制御する必要はなく、キャリアが存在
しない分、現像槽の容積を大幅に小さくでき、よって現
像装置の小型化を可能にできる。これに合わせてメンテ
ナンス等の簡易性についても優れている。つまり、劣化
した現像剤、特にキャリアの劣化により現像剤を交換す
る必要がない分、その交換のためのメンテナンスが不要
となる。

【０００８】また、トナーを補充するのみでよく、トナ
ー濃度検出を行う必要もなく、そのための制御も必要と
しなくなるため、制御も簡単になる。特に、一成分系の
トナーを用いる現像装置において、トナーを必要時に補
充するだけでよくなる。

【０００９】例えば、図１に示すように、像担持体であ
る感光体１に対して、該感光体１に形成されている静電
潜像を可視像化する現像装置４が対向にて配置されてい
る。該現像装置４は、一成分系の現像剤であるトナーを
収容してなる現像槽４０の特に開口部に対向するように
現像ローラ４１を回転可能に設けている。該現像ローラ
４１は、上記現像槽４０の開口部に一部が露出し、感光
体１に対して例えば接触するように配置されている。こ
の接触する領域が現像領域となる。

【００１０】現像ローラ４１は、その表面に一成分のト
ナーを担持し、感光体１と対向する現像領域へと搬送す
る。そして現像後には、現像に寄与されなかったトナー
を現像槽４１内へと搬送し、回収する。回収されたトナ
ーは、一旦現像ローラ４１表面から除去するために、現
像ローラ４１と圧接するように供給ローラ４２が設けら
れており、現像ローラ４１表面に担持されたトナーが掻
き取られる。そして、この供給ローラ５にて、新たにト
ナーが現像ローラ４１表面に供給されるように構成され
ている。

【００１１】一成分トナーは、供給ローラ４２にて供給
されて現像ローラ４１表面に吸着されるが、その吸着量
を規制するために現像ローラ４１表面に圧接された規制
部材４３が設けられている。該規制部材４３を通過した
トナーは、その量が一定量に規制され、上述したように
感光体１と対向接触する現像領域へと至り、感光体１表
面に形成されている静電潜像に応じて選択的に付着し、
現像が行われることになる。

【００１２】また、現像を良好に行うためにも現像ロー
ラ４１には、通常現像バイアス電圧（Ｖａ）が供給され
ている。この現像バイアス電圧は、静電潜像にトナーが
付着し、感光体のバックグランド領域（画像以外の背景
部分）にトナーが付着しないような電圧値に設定されて
いる。

【００１３】そして、現像ローラに吸着されている一成
分トナーを所定の極性に所定量の帯電電位を付与するた
めにも、現像ローラ４１の回転方向の下流側に、上述し
たように圧接された規制部材４３が設けられており、該
規制部材４３に一成分トナーを所定の極性に帯電させる
ための規制電圧（Ｖｂ）を供給している。これにより、
一成分トナーは、規制部材を通過することで、その量が
一定に維持され、所定以上の電位に帯電され現像領域へ
と搬送される。

【００１４】以上の構成により一成分系の現像剤、つま
りトナーを現像ローラに吸着させて現像領域へと搬送す
ることで、感光体上の静電潜像にトナーが付着し、よっ
て潜像以外のバックグランドへのトナーの付着を阻止
し、正常な現像を行えるようにしている。

【００１５】以上のような構成の現像装置において、現
像ローラ４１を感光体１に接触させて現像しており、現
像ローラ４１の抵抗値の設定は、現像特性を決定する大
きな要因となっている。これに関して従来様々なものが
提案されてきた。例えば、高抵抗の現像ローラを用いる
ことで現像を良好に行うようにしている。

【００１６】しかし、高抵抗の現像ローラを用いても、
温度や湿度により抵抗値変動が大きく、抵抗値変化によ
る現像特性が大きく変わり、例えば画像濃度が大きく変
動するといった不具合が生じる結果にもなった。また、
現像ローラの高抵抗層表面に蓄積した電荷に起因する現
像ゴーストが発生しやすくなる傾向にある。

【００１７】これらの問題点を解消すべく、様々な現像
補助手段を施しているが、トータルコストが上昇する欠
点がある。

【００１８】また、現像ローラを低抵抗にすることで、
上述した問題点を解消しようとする考えも提案されてい
る。しかし、この方法でれば、低抵抗の現像ローラとす
ることで、トナー層の絶縁破壊もしくは過電流が生じや
すくなり、そのままでは実用化が困難であった。そこ
で、特開平２−９３６７１号公報や特開平３−８７７５
９号公報には、低抵抗の現像ローラに１ＭΩ〜１００Ｍ
Ω程度の高抵抗体の保護抵抗を接続し、現像特性を安定
させる方法が提案されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように近年、
複写機やプリンタの高速化が進むと同時に、装置の小型
化が望まれるようになり、よって現像装置についても、
その現像領域における現像性能を確保する技術が求めら
れてきた。

【００２０】つまり、画像形成装置の高速化に対応する
ために、現像装置において現像剤の搬送を効率よく行う
ように工夫され、また画像形成装置の小型化に対応する
ように現像装置も小型化すべく、一成分トナーを用いた
現像装置が要望されている。

【００２１】このような一成分トナーを用いた現像装置
においては、現像ローラの抵抗値を安定させることで現
像特性を一定に保ち、よって良好なる現像を可能として
いる。しかし、現像ローラを低抵抗としてこの現像ロー
ラに高抵抗素子を接続しているが、これのみでも十分で
はない。

【００２２】すなわち、一成分トナー自身の問題等にて
感光体との接触において過電流が生じる。つまり、つま
り現像ローラに均一に帯電されたトナーを均一な層厚で
形成するためには、規制部材４３に所定の電圧を供給す
るのみでは不十分であり、現像ローラにトナーを供給す
る供給ローラ４２にも相当の電圧を供給している。その
ため、低抵抗の現像ローラを用いるとトナー層の絶縁破
壊や過電流が生じ現像特性が良好に行えなくなる。

【００２３】そこで、トナー自身内部抵抗を高くするこ
とで、過電流の発生を防止できるようになる。しかし、
トナーは単体で存在するのではなく、流動化の問題等に
より外添剤がトナーに添加されている。そのため、外添
剤の影響によりトナー表面の抵抗や接触抵抗が支配的に
なることが多く、実際にはトナーの内部抵抗値を管理す
るだけでは薄層状態でのトナーの抵抗値を高くすること
はできず、また一定値以上に維持できない。

【００２４】本発明は、上述の問題に鑑み、一成分トナ
ーを用いる現像装置において、低抵抗の現像ローラを用
いた時のトナー層の絶縁破壊や過電流に対する安全性を
向上し、安定したトナー層を形成できると同時に、現像
特性を安定させることを目的とする。

【００２５】特に、本発明の目的は、トナー及び各部材
の電気的特性を厳密に制限、管理することにより低抵抗
の現像ローラを用いた時にもトナー像の絶縁破壊や過電
流の発生を防止し、現像を良好に行える現像装置を提供
することにある。

【００２６】また、本発明は現像を良好にし、画質の劣
化を防止し、また現像ゴースト等を合わせて解消するこ
とを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明による上述した目
的を達成するための一成分トナーによる現像装置は、一
成分トナーを担持し静電潜像担持体と対向する現像領域
へと搬送する現像ローラを有し、少なくとも該現像ロー
ラに担持される一成分トナーの量を規制する規制部材を
備えた現像装置において、上記現像ローラは導電性の軸
上に弾性の半導電層を被覆して構成してなり、該現像ロ
ーラの抵抗Ｒｄを、上記規制部材の通過後に現像ローラ
表面に形成されるトナー層を介して静電潜像担持体と接
触する面積をＳ１（ｃｍ²）、上記半導電層の層厚をＤ
ｄ１（ｃｍ）、その体積低効率をρｄ（Ω・ｃｍ）とし
た時に、Ｒｄ＝ρｄ・（Ｄｄ１／Ｓ１）として定義し、
その抵抗Ｒｄの範囲を１０⁴＜Ｒｄ＜５×１０⁶に設定す
ると共に、上記現像ローラ上に形成されるトナー層状態
での抵抗Ｒｔ（Ω）の値をＲｔ＞５×１０⁷に設定した
ことを特徴とする。

【００２８】そこで、上述したトナー層の抵抗Ｒｔは、
一成分トナーの内部抵抗Ｒｉ、トナー間の接触抵抗Ｒｃ
及び表面抵抗Ｒｓとからなり、１／Ｒｔ＝１／Ｒｓ＋１
／（Ｒｃ＋Ｒｉ）とする。

【００２９】このようにすることで、現像ローラの抵抗
値、特に半導電層の抵抗値をできる限り低く押さえるこ
とで、画質劣化の生じない良子なる現像を可能にでき
る。とくに、トナー層の抵抗を所定以上に設定したこと
で、過電流の防止を行い規制部材の位置でのトナー層の
不均一性を防止し、過電流を押さえた良好なる現像を可
能にできる。

【００３０】上述した構成による現像装置において、請
求項３記載の発明は、上記規制部材にて現像ローラ表面
に形成されるトナー層の層厚が１０〜３０μｍの範囲内
に設定することで、トナー層の絶縁破壊を解消でき、こ
れにより過電流を合わせて防止できる。よって、現像不
良による画質劣化を生じる要因を解消できる。

【００３１】また、上述した構成による現像装置におい
て、請求項４記載の発明は、上記現像ローラの半導電層
として、水分吸収率が１％以下であるウレタン樹脂にて
形成するようにしておけば、温度や湿度の変動による抵
抗値の変動を小さくでき、合わせて静電潜像担持体の汚
染をも防止し、画質劣化を効果的に防止できる。

【００３２】以上のように本発明の現像ローラにおいて
は、その抵抗値を低く設定できるため、現像を繰り返し
行うことで現像ローラ表面の蓄積電荷等による電位上昇
を押さえることができる。つまり、現像時に現像ローラ
表面で電荷が回転軸を介して除去される。従って、電位
上昇により生じていた現像ゴースト等の問題を合わせて
解消できる。

【００３３】ここで、現像ローラにおいてはトナーを供
給し一定のトナー層厚とするために各種部材、例えば規
制部材、トナーを供給する供給部材、さらに現像後にト
ナーを現像ローラから分離するための除電部材等があ
る。それらの接触部材の抵抗値を所定値以下に設定する
ことで、さらに現像ゴーストを防止し、トナー不均一性
を防止し、安定した現像を可能にできる。

【００３４】そして、本発明の目的である過電流を防止
する目的を達成するために現像装置は、請求項５に記載
された発明によれば、上記現像ローラによる現像後に接
触し、現像ローラ上に残るトナーを除電するための除電
部材を設け、該除電部材に過電流防止のための保護抵抗
を電気的に接続したことを特徴とする。

【００３５】また、過電流を防止する目的を達成する請
求項６記載の発明は、現像後の上記現像ローラに残るト
ナーを除去し、新しいトナーを供給してなる供給部材を
設け、該供給部材に過電流防止のための保護抵抗を電気
的に接続したことを特徴とする。

【００３６】さらに、過電流を防止する目的を達成する
請求項７記載の発明は、上記規制部材に過電流防止のた
めの保護抵抗を電気的に接続したことを特徴とする。

【００３７】このように、現像ローラに接触する各部材
に保護抵抗を接続することで、不意に生じるトナー層厚
等の不均一性等により生じる過電流を防止て、より安定
した現像を可能にできる。特に、現像ローラの抵抗値が
低いことで生じる過電流を効果的に防止できる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
図面に従って詳細に説明する。本発明の現像装置におけ
る一実施形態については、図１乃至図４を参照して説明
する。また、図１は画像形成装置の特に潜像の担持体で
ある感光体に対向配置された本発明による現像装置を示
す構成図である。また図２は本発明にかかる一成分トナ
ーにより内部抵抗及び表面抵抗、さらに接触抵抗等の関
係を説明する模式図、また図３は図２による電気的な等
価回路を示す図である。また、図４は、図１における現
像装置を備える画像形成装置の構造の要部を示す構成図
である。

【００３９】まず図４を参照して画像形成装置の概略構
成を説明する。符号１は画像形成装置本体のほぼ中央部
に配置され、画像形成動作時に矢印方向に一定速度で回
転駆動されるドラム形状に形成された静電潜像を担持す
る像担持体を構成する感光体である。この感光体１の周
囲に対向するように各種の画像形成プロセス手段が配置
されている。

【００４０】上記画像形成プロセスを構成する手段（装
置）は、感光体１表面を均一に帯電する帯電器２、図示
しない画像に応じた光による像３を照射する光学系、該
光学系により露光されることで感光体１表面に形成され
た静電潜像を可視像化するための本発明にかかる現像装
置４、現像された像（トナー１０の像）を適宜搬送され
てくるシート状の用紙Ｐに転写する転写器５、転写後に
感光体１表面に転写されなかった残留現像剤（トナー）
を除去するクリーニング装置６、及び感光体１表面に残
る帯電電荷を除去する除電器７等が、この順序で感光体
１の回転方向に配置されている。

【００４１】用紙Ｐは、例えばトレイ又はカセットに多
量に収容されており、該収容された用紙が給送手段にて
１枚給紙され、上述した転写器５が配置された感光体１
と対向する転写領域へと、感光体１表面に形成されたト
ナー像の先端と一致するように送り込まれる。この転写
後の用紙Ｐは、感光体１より剥離され、定着装置８へと
送り込まれる。

【００４２】定着装置８は、用紙上に転写された未定着
のトナー像を永久像として定着させるものであって、ト
ナー像と対向する面が、トナーを溶融し、定着させる温
度に加熱されたヒートローラからなり、該ヒートローラ
に対して加圧され用紙Ｐをヒートローラ側へと密着させ
る加圧ローラ等を設けて構成している。この定着装置８
を通過した用紙Ｐは、画像形成装置外へと排出ローラを
介して図示しない排出トレイ上に排出処理される。

【００４３】上記図示しない光学系は、画像形成装置が
複写機であれば、コピー原稿を光照射し、原稿からの反
射光を光像３として照射する。あるいは、画像形成装置
がプリンタやデジタル複写機であれば、光学系は半導体
レーザを画像データに応じてＯＮ−ＯＦＦ駆動した光像
を照射する。特にデジタル複写機においては、コピー原
稿からの反射光を画像読取センサ（ＣＣＤ素子等）にて
読取った画像データを上記半導体レーザを含む光学系へ
と入力し、画像データに応じた光像を出力するようにし
ている。また、プリンタにおいては、他の処理装置、例
えばワードプロセッサやパーソナルコンピュータ等から
の画像データに応じた光像に変換し、これを照射するよ
うにしている。この光像への変換は、半導体レーザだけ
でなく、ＬＥＤ素子、液晶シャッタ等が利用される。

【００４４】以上のようにして、画像形成装置における
画像形成動作を開始すれば、感光体１が矢印方向に回転
駆動され、帯電器２にて感光体１表面が特定極性の電位
に均一帯電される。この帯電後に、上述した図示しない
光学系により光像３が照射され、その光像に応じた静電
潜像が感光体１表面に形成される。この静電潜像を可視
化するために次の現像装置４にて現像される。この現像
は、本発明においては一成分トナーによる現像であっ
て、該トナーが感光体１表面に形成された静電潜像に例
えば静電気力により選択的に吸引され、現像が行われ
る。

【００４５】このようにして現像された感光体１表面の
トナー像は、適宜感光体１の回転に同期して搬送されて
くる用紙Ｐに、転写領域に配置された転写器５にて静電
転写される。この転写は、トナーの帯電極性と逆の極性
にて転写器５が用紙Ｐ背面を帯電させることで、トナー
像を用紙Ｐ側へと転移させている。

【００４６】転写後、感光体１表面には転写されなかっ
たトナー像の一部が残留し、この残留トナーが、クリー
ニング装置６にて感光体１表面から除去され、感光体１
を再利用するために除電器７にて感光体１表面が均一電
位、例えばほぼ０電位に除電する。

【００４７】一方、転写後の用紙Ｐは、感光体１より剥
離され、定着装置８へと搬送される。この定着装置８に
て、用紙Ｐ上のトナー像は、溶融され用紙Ｐにローラ間
の加圧力により圧着され融着される。この定着装置８を
通過する用紙は、画像形成済み用紙Ｐとして画像形成装
置の外部に設けられている排出トレイ等に排出処理され
る。

【００４８】（本発明の一実施形態）次に図１及び図２
を参照して本発明の一実施形態について説明する。つま
り、本発明の一成分トナーによる現像装置の一実施形態
について詳細に説明する。

【００４９】まず、図１を参照して一成分トナーによる
現像を行う現像装置の構造について説明する。現像装置
４は、一成分トナー、例えば非磁性の一成分トナー１０
を収容した現像槽４０内に回転可能に現像ローラ４１、
一成分トナー１０を現像ローラ４１側へと供給する供給
ローラ４２を備え、現像槽４０の図において右側には必
要に応じて補給される一成分トナー１０を現像槽４０内
へと送り込む２本のスクリューローラ９，９等を設けて
いる。

【００５０】現像槽４０内に設けられている現像ローラ
４１は、一部が露出し上述した感光体１と対向する現像
領域へとトナーを搬送するために図において感光体１と
対向する現像領域において同一方向に回転されるように
設けられている。この現像ローラ４１には、上述した供
給ローラ４２が圧接されている。

【００５１】現像ローラ４１は、その構造として例えば
金属ローラ（回転軸を含む）の表面をスポンジ等の多孔
質の弾性体でコーティングして構成されている。スポン
ジ等の弾性体としては、高分子発砲ポリウレタン等にカ
ーボンを分散したもの、あるいはイオン導電性のソリッ
ドゴム等を用いるようにすれば、トナーの融着等が生じ
ない所定の抵抗値を維持でき、後に記述するように現像
バイアス電圧を供給する時に有効に作用する。なお、後
に本発明に使用する現像ローラ４１の構成について具体
例を記す。

【００５２】この現像ローラ４１には、図示しない駆動
モータが連結されており、図において矢印方向に、現像
ローラ４１が回転駆動される。一成分の非磁性トナー１
０は、回転する現像ローラ４１表面に吸着され、感光体
１表面と対向する現像領域へと搬送される。そして、現
像ローラ４１が感光体１表面に圧接されているため、そ
の圧接された領域が現像領域となって、一成分トナー１
０が感光体１表面の静電潜像に吸引され現像されること
になる。この現像ローラ４１と感光体１とが接触する現
像領域、つまり接触領域は、所望の接触面積Ｓ１（ｃｍ
²）に設定されている。この接触面接Ｓ１についても詳
細に説明する。

【００５３】上記一成分トナー１０は、例えば平均粒径
約１０μｍ程度の一成分非磁性トナーであって、ポリエ
ステル系トナーあるいはスチレンアクリル系トナーが用
いられてる。

【００５４】この現像ローラ４１には、現像バイアス電
源回路１１から現像バイアス電圧Ｖａが供給されてい
る。この現像バイアス電圧Ｖａは、感光体１に形成され
た静電潜像にトナー付着させ、それ以外の領域、つまり
非画像領域にトナーを付着させないような極性及び電圧
値に設定されている。

【００５５】供給ローラ４２は、回転方向としては、現
像ローラ２１の対向（圧接領域）部分で現像ローラ４１
の回転方向と逆方向になるように回転駆動されている。
この供給ローラ４２は、現像ローラ４１と同様な素材を
用いており、電気的抵抗の調整も現像ローラ４１と同様
の抵抗調整材料で可能である。また、供給ローラ４２の
弾性をさらに大きくするために、発泡された素材を用い
ており、発泡剤の量を現像ローラよりも多くしたものを
用いている。

【００５６】上記供給ローラ４２には、バイアス電源回
路１２からバイアス電圧Ｖｃが印加されており、一般的
にはトナーを現像ローラ４１側に押す方向、つまり供給
ローラ４２側のトナーを反発し現像ローラ４１へと供給
する方向のバイアス電圧が設定されている。例えば、負
極性のトナーを用いる場合は、負極性側にさらに大きな
バイアス電圧Ｖｃを供給ローラ４２に印加している。

【００５７】現像ローラ４１及び供給ローラ４２は、図
示しない駆動モータが連結されており、図において矢印
方向に回転駆動されることで、供給ローラ４２によって
現像ローラ４１にトナーを供給すると共に、現像後に現
像に寄与されなかった現像ローラ４１表面のトナーを剥
離（除去）する。この供給ローラ４２にて供給されたト
ナーは、現像ローラ４１表面に付着され、感光体１表面
と対向する現像領域へと搬送され前に、該現像ローラ４
１に適度に圧接されたトナー付着量を規制する部材であ
るブレード４３にて、トナー付着量を規制し一定のトナ
ー層厚に規制している。

【００５８】ブレード４３は、現像ローラ４１に適度の
圧力にて圧接されている。このブレード４３は板状の金
属材からなるブレード構成部材で形成されており、その
先端近傍の腹（面）の部分が現像ローラ４１に圧接され
ている。従って、現像ローラ４１に供給されたトナー１
０は、ブレード４３の所定の設定圧力や設定位置によっ
て所定の帯電電荷量と厚みに規制され、感光体１と対向
接触する現像領域へと搬送されていく。

【００５９】上記規制部材であるブレード４３は、一端
が現像槽４０側に固定され、他端の自由端側の腹の部分
が現像ローラ４１表面に圧接するように設けられてい
る。該規制部材４３は、例えば板厚０．１〜０．２ｍｍ
程度のリン青銅、あるいはステンレス（ＳＵＳ）等の金
属板にて構成され、現像ローラ４１に対して所定圧で、
その長手方向（現像ローラの回転軸方向）に沿って先端
の近傍の腹部分が圧接されている。これにより規制部材
４３にて、現像ローラ４１表面に供給ローラ４２を介し
て担持された一成分トナー１０の量が一定にされ、感光
体１と接触する現像領域へと搬送される。

【００６０】このブレード４３においても、バイアス電
源回路１３から所定の電圧Ｖｂが供給されている。この
バイアス電圧Ｖｂにおいても、トナー１０を現像ローラ
４１側へと押す方向、他とえば負極性トナーであればよ
り負極性側に大きな値が設定されている。また、ブレー
ド４３に供給するバイアス電圧Ｖｂは、現像ローラ２１
に供給される現像バイアス電圧Ｖｂと同電位に、またそ
の絶対値で大きい値に設定する場合もある。

【００６１】一方、感光体１と対向する現像領域に搬送
されたトナー１０は、感光体１表面に形成された静電潜
像に応じて選択的に付着され、静電潜像をトナーの色に
より顕像化する。そして、現像に寄与されなかったトナ
ー１０は、現像ローラ４１の回転により現像槽４０内に
戻される。その戻される位置には、トナーの除電部材４
４が現像ローラ４１に圧接されるように設けられてい
る。この除電部材４４は、供給ローラ４２の現像ローラ
４１の回転方向の手前に配置されており、適度に現像ロ
ーラ４１に圧接させるように一端部分が現像槽４０に固
定され、自由端側の腹を現像ローラ４１に圧接する領域
を有するバネ性を利用して圧接させるようにしている。

【００６２】上記除電部材４４にて現像後の現像に寄与
されなかったトナーは、現像ローラ４１の回転により現
像槽４０へと回収される時に除電され、再利用されるこ
とになる。この除電部材４４にも、トナーを除電するた
めのバイアス電圧が電源回路１４から供給されている。

【００６３】以上のようにして現像装置４は、トナー１
０を感光体１と対向する領域へと搬送し、感光体１表面
の潜像を可視像化する。この感光体１表面のトナー像は
上述したように転写領域にて適宜搬送されてくる用紙Ｐ
に転写器５の作用により転写され、該用紙が定着装置８
を通過して画像形成装置外へと排出される。

【００６４】なお、感光体１は、金属もしくは樹脂の導
電性基体の表面にアンダーレイヤが塗布されており、そ
の上の層としてキャリア発生層（ＣＧＬ）、さらに最外
層にポリカーボネイトを主成分としてキャリア移動層
（ＣＴＬ）が塗布されて形成されたＯＰＣ感光体等が用
いられている。本発明においては、このような感光体に
限られるものではなく、静電潜像を担持する担持体であ
ればよい。

【００６５】（現像ローラの構造）現像ローラ４１は、
上述に説明した通りであるが、その構造をさらに詳細に
説明する。

【００６６】現像ローラ４１は、例えば図５に示すよう
に金属あるいは低抵抗樹脂の芯金（軸４１ａ）に、例え
ば比誘電率約１０程度の弾性部材である半導電層４６を
被覆して構成されている。この半導電層４６表面上に
は、トナー層４５が形成される。

【００６７】この現像ローラ４１表面の弾性部材として
は、ＥＰＤＭ、ウレタン、シリコン、ニトリルブタジエ
ンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、
ブタジエンゴム、などから選択された樹脂に、電気抵抗
調整材料として導電性微粒子、例えばカーボン、ＴｉＯ
₂（酸化チタン）のいずれか一つ、もしくは複数を用い
て分散混合した分散型抵抗調整樹脂をベースにした物
や、上述した樹脂にイオン性導電材料、例えば過塩素酸
ナトリウム、過塩素酸カルシウム、塩化ナトリウム等の
無機イオン性導電物質などのいずれか一つ、もしくは複
数を用いた電気的抵抗調整樹脂をベースにしたものが適
切である。また、弾性を得るための発泡・混合工程とし
て発泡剤を用いる場合には、シリコン系界面活性剤（ポ
リジアルシロキサン、ポリシロキサン−ポリアルキレノ
キシドブロック共重合体）が適切である。

【００６８】上記発泡成形の一つの方法として、加熱ブ
ロー発泡成形の例としては、上記材料を適当量混合し、
混合注入機で攪拌、射出押し出し金型に注入し、８０℃
〜１２０℃で加熱し、射出する。加熱時間は、約５分〜
１００分が好ましい。

【００６９】射出成形で芯金と一体成形する場合には、
あらかじめ用意された金型に導電性金属芯金（軸）を中
央に配設して、上述と同様に混合物質を流し込み、約１
０分〜１６０分加熱加硫することによって一体成形品が
得られる。

【００７０】上記現像ローラ４１の電気抵抗調整材料の
一つのカーボンブラックは、窒素吸着比表面積２０ｍ²
／ｇ以上１３０ｍ²／ｇ以下で、ＤＢＰ吸油量６０ｍｌ
／ｇ以上１２０ｍｌ／ｇ以下のカーボンブラック（ＩＳ
ＡＦ，ＨＡＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ等）を用い、これをポリ
ウレタン１００重量部に対して０．５〜１５重量部（場
合によっては７０重量部程度）として混合する。

【００７１】上記ポリウレタンとしては、軟質ポリウレ
タンフォームやポリウレタンエラストマーが適当であ
る。これとは別に、上述したＥＰＤＭ、ウレタン、シリ
コン、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブ
タジエンゴムなども用いることができる。

【００７２】また、現像ローラ４１を構成する主成分と
して、ポリウレタンを用いるものとは別に、ＥＰＤＭを
主成分に用いる場合、該ＥＰＤＭは、エチレン、プロピ
レンと第三成分、例えばジンクロペンタジエン、エチリ
デンノルボルネン、１．４−ヘキサジエン等を適当に配
合したものであるから、エチレン含有量５〜９５重量
部、プロピレン５〜９５重量部、第三成分がヨウソ価で
０〜５０重量部で配合されることが好ましい。そこで、
カーボンブラックの配合量は、ＥＰＤＭ１００重量部に
対して１〜３０重量部にすると良好な分散性が得られ
る。用いるカーボンブラックは、上述したようにＩＳＡ
Ｆ，ＨＡＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦなどである。

【００７３】また、抵抗調整材料であるカーボンブラッ
クとともに、抵抗調整基材として、過塩素酸ナトリウ
ム、テトラエチルアンモニウムクロライド等のイオン導
電性物質やジメチルポリシロキサン、ポリオキシエチレ
ンラウリルエーテル等の界面活性剤等をＥＰＤＭ１００
重量部に対して、０．１〜１０重量部用いると、一層良
好な分散均一性が得られる。

【００７４】上記イオン導電性材料としては、イオン性
導電性材料、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カルシウ
ム、塩化ナトリウム等の無機イオン性導電物質、もしく
は変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェ
ート、ステアリル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を用いるこ
とができる。これらは、いずれか一つ、もしくは複数を
用いることができる。

【００７５】（トナー層厚規制部材のブレードの構造）
ブレード４３は、図１に示すように一端が現像槽４０に
所定の長さで固定されており、固定されていない自由端
側が現像ローラ４１に適度の圧力で圧接されている。特
に、ブレード４４は、例えば自身のバネ性等を利用して
現像ローラ４１に圧接させるように、一端部が現像槽４
０に固定されている。

【００７６】また、ブレード４４は、板厚さ０．０５〜
０．５ｍｍ程度の金属板であり、材質のもつバネ性、つ
まり弾性変形することにより所定の圧力で現像ローラ４
１に当接し、所定の厚さのトナー層及び帯電電荷量に規
制する。例えば、ブレード４３の現像ローラ４１と当接
する先端部は、現像ローラ４１表面より離れる方向に折
り曲げ加工等にて、その現像ローラと折り曲げされたブ
レード２５とで作る開き角度が開く方向に微小量傾斜し
た面を有している。また、ブレード４３の現像ローラ４
１との当接部分には、トナーの帯電量調整やトナー融着
抑制のためにコーティング処理などを施す場合がある。

【００７７】上記ブレード４３を構成する材質として
は、通常バネ性を有する材料を用いており、例えばＳＵ
Ｓ等のバネ鋼、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４
２０Ｊ２、ＳＵＳ６３１等のステンレス鋼やＣ１７０
０、Ｃ１７２０、Ｃ５２１０、Ｃ７７０１等の銅合金が
用いることができる。

【００７８】また、ブレード４３の自由端の微小傾斜面
は、機械的な切削や研磨、曲げ加工の他、予め所望の形
状を成型加工等にて作製したチップ状先端部を導電性接
着剤などで貼り付けたり、ブレード先端に段差加工を施
し、その飢えから導電性接着剤などで金属箔を貼り付け
るなどの加工法により作製される。

【００７９】ブレード４３は、基本的に上述した基材を
そのまま現像ローラ４１に当接させる形で使用してい
る。しかし、トナーの帯電量を安定させたり、ブレード
表面へのトナー固着を抑制する目的から、現像ローラ４
１との当接面にコーティングを行う場合がある。このコ
ーティング材としては、フッ素含有樹脂やグラファイト
含有樹脂をブレード表面にスプレーコーティングし、約
８０℃で３０分以上乾燥させた後２６０℃で３０分焼き
付け、♯１００００の紙やすりにて軽く研磨した膜厚８
〜１２μｍのもの、あるいはブレード表面に形成したア
ルミニウムに陽極酸化処理を施し、表面に約５０〜１０
０μｍのアルマイト皮膜を形成したものをコーティング
として用いる。

【００８０】（除電部材の構造）除電部材４４は、図１
においては現像ローラ４１を圧接された状態で現像後の
トナーに直接接触して除電し、現像ローラ４１からトナ
ーを剥離するようにして再使用を行うようにしている。
このような除電方法ではなく、コロナ放電器を用いて除
電するものがあり、また接触剥離回動部材を設けて現像
ローラ４１よりトナーを剥離するようにし、再使用を行
うようにしている。

【００８１】図１に示すような除電部材４４において
は、板状の弾性部材を用い、ブレード４３と同様に適度
の圧力にて現像ローラ４１に圧接され電源回路１４から
のバイアス電圧Ｖｄが供給され、現像後の回収トナーを
除電するようにしている。そのため、弾性部材に用いる
材質としては、ナイロン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフ
タレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）
含有樹脂、ポリウレタン等を用い、これを基材（主成
分）として、カーボン等の電気抵抗調整材料にて適当な
電気抵抗にしている。このような抵抗を有する除電部材
４４に電源１４からの除電電圧Ｖｄが供給される。

【００８２】上記電気抵抗調整材料に用いるカーボンブ
ラックとしては、窒素吸着比表面積２０ｍ²／ｇ以上１
３０ｍ²／ｇ以下のカーボンブラック、例えばＩＳＡ
Ｆ，ＨＡＦ，ＧＰＦ，ＳＲＦ等のファーネスもしくはチ
ャンネルブラックを、ポリウレタン（ナイロンやＰＥＴ
そのたの樹脂でも同様）１００重量部に対して１０重量
部以上（場合によっては７０重量部以下）混合したもの
を使用している。

【００８３】（非磁性一成分トナー）非磁性一成分系の
現像剤であるトナーとしては、スチレンーアクリル共重
合体８０〜９０重量部、カーボンブラック５〜１０重量
部、また帯電制御剤０〜５重量部の組成からなる材料を
混合、混練し、粉砕、分級することで平均粒径５〜１０
μｍ程度の負帯電トナーを得ることができる。このトナ
ーに対して、流動性を良好にするために内添又は外添さ
れるシリカ（ＳｉＯ₂）を０．５〜１．５重量部添加さ
れ、非磁性の一成分トナーを得ることができる。

【００８４】トナーとしては、負帯電に限らず、正帯電
トナーを得ることもできる。これは、主成分の結着樹
脂、帯電制御剤等を適宜選択することで簡単に得ること
できる。また、トナーはモノクロ複写機、プリンタ用と
しての黒トナーに被らず、カラー複写機やプリンタ用の
カラートナーにも応用可能である。

【００８５】また、非磁性一成分トナーは、上述した組
成材料に限定されることはなく、以下に示す組成であっ
ても本発明の現像装置に用いることができる。

【００８６】主成分である結着樹脂である熱可塑性樹脂
としては、スチレンーアクリル共重合体以外に、ポリス
チレン、ポリエチレン、ポリエステル、低分子量ポリプ
ロピレン、エポキシ、ポリアミド、ポリビニルブチラー
ル等であってもよい。

【００８７】また着色剤としては、黒トナーの場合には
上述したカーボンブラックを用いる他に、ファーネスブ
ラック、ニグロシン系染料、含金属染料等がある。そし
てカラートナー用としては、黄色用のベンジジン系黄色
顔料、フォノンイエロー、アセト酢酸アニリド系不溶性
アゾ顔料、モノアゾ顔料、アゾメチン系色素等、マゼン
タ用のキサンテン系マゼンタ染料、リンタングステンモ
リブデン酸レーキ顔料、アントラキノン系染料、キサン
テン系染料と有機カルボン酸から成る色材、チオインデ
ィゴ、ナフトール系不溶性アゾ顔料等、シアン用の銅フ
タロシアニン系顔料等がある。

【００８８】さらに、トナーの流動化材として用いられ
る例えば外添剤のシリカ以外に、コロイダルシリカ、酸
化チタン、アルミナ、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビ
ニリデンやそれらの混合物であってもよい。

【００８９】さらにまた、帯電制御剤としては、負帯電
トナー用として、アゾ系含金染料、有機酸金属錯塩、塩
素化パラフィン等を用いることができる。そして、正帯
電トナー用としては、ニグロシン系染料、脂肪酸金属
塩、アミン、４級アンモニウム塩等を用いることができ
る。

【００９０】以上のような一成分トナーを用いた現像装
置４において、現像ローラ４１に圧接されるブレード４
３にてトナー１０の付着量が一定の層厚になるように規
制する。その後に、トナー１０が現像領域に搬送され感
光体１表面の静電潜像を現像する。この時、現像ローラ
４１、供給ローラ４２、ブレード４３にそれぞれバイア
ス電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃが供給されている。そのため、
トナーの絶縁破壊や過電流が生じて現像特性が不安定に
なることが考えられる。

【００９１】この点、本発明においては、感光体１と現
像ローラ４１とが接触する面積をＳ１（ｃｍ²）、現像
ローラ４１の半導電層の層厚をＤｄ１（ｃｍ）、現像ロ
ーラ４１の体積抵抗率をρｄ（Ω・ｃｍ）とした時、現
像ローラ４１の抵抗Ｒｄを、Ｒｄ＝ρｄ・（Ｄｄ１／Ｓ
１）と定義し、その抵抗Ｒｄの抵抗値範囲を１０⁴＜Ｒ
ｄ＜５×１０⁶を満足するように範囲に制限している。
そして、現像ローラ４１に形成されるトナー層４５の薄
層状態での抵抗Ｒｔ（Ω）とした時に、その抵抗値をＲ
ｔ＞５×１０⁷を満足するように制限している。このト
ナー層の抵抗Ｒｔの値は、図２に示すようにトナー１０
自身の内部抵抗Ｒｉ、トナー１０の表面抵抗Ｒｓ、及び
トナー同士の間の接触抵抗Ｒｃにて決まる。

【００９２】図２に示す各抵抗Ｒｓ，Ｒｉ，Ｒｃにて決
まるトナー層の抵抗Ｒｔの抵抗値は、図３に示す等価回
路で表すことができる。そのため、トナー層の抵抗Ｒｔ
の抵抗値は、下記の式１にて求めることができる。

【００９３】１／Ｒｔ＝１／Ｒｓ＋１／（Ｒｃ＋Ｒｉ）式１図２に示すように現像ローラ４１表面に均一に形成され
るトナー層は、各トナー１０の連なりとなる。そして、
トナーの内部抵抗Ｒｉは、上記主樹脂の選択や内添する
カーボンブラックの量等によって決定される。トナーの
表面抵抗Ｒｓは、帯電特性を制御するための電荷制御剤
や、流動性向上のためのシリカ等の外添剤の種類や量に
より変化する。そして、トナーとトナーとの接触抵抗Ｒ
ｃは、主に充填率や圧力によって変化する。さらにこれ
らの抵抗値は、温度や湿度の影響を受けやすく、大きく
変化することがある。

【００９４】また、従来、トナーの体積抵抗とは、トナ
ー内部の体積抵抗ρｉを指すことが一般的である。この
体積抵抗ρｉの測定方法としては、粉砕トナーの場合で
あれば、粉砕前の塊を測定する方法や、トナーを加圧凝
集し２００℃程度の温度で過熱溶融後の塊を測定する方
法が一般的である。ところが、このような測定方法によ
るトナー体積抵抗率の高低と、低抵抗現像ローラ４１を
用いた現像装置４における過電流の発生とはほとんど相
関がないことが様々なトナーを用いた実験により分かっ
た。即ち、上記式１より実際のトナー層の抵抗Ｒｔの抵
抗値は、表面抵抗Ｒｓや接触抵抗Ｒｃが支配的である場
合が多いためである。

【００９５】従って、本発明の現像装置は、現像ローラ
４１の表面に薄層状態で形成されているトナー層の抵抗
Ｒｔの値を測定し、使用するトナーを限定することで過
電流防止手段の１つにしている。上述した各抵抗Ｒｓ，
Ｒｃ，Ｒｉの抵抗値を個々に測定管理することは大変困
難である。そのため、実際のトナー層の抵抗Ｒｔの抵抗
値に近い値を測定する簡易な方法を次の記す。

【００９６】図５は、現像ローラ４１上の薄層状態での
トナー層４５の抵抗Ｒｔの抵抗値を測定する方法を説明
する図である。図において、実際の現像条件と同一構造
の現像ローラ４１の表面に均一にトナー１０によるトナ
ー層４５を形成した後、感光体１の代わりにアルミ素管
１００に実使用時と同等の圧力で接触させる。そして、
各部材を静止させた状態で、現像ローラ４１の導電性の
回転軸４１ａに、電圧源１０１によって同程度の現像バ
イアス電圧Ｖ１を供給する。そして、トナー層４５を介
して流れる電流Ｉｔを微小電流計１０２にて精密に測定
した。これにより、トナー層４５の抵抗Ｒｔである静的
抵抗値を測定した。

【００９７】この場合、各部材を静止させた状態で測定
することにより、動作状態で発生するトナー帯電電流や
トナー転移電流等のノイズ要因を除外して、精密な電流
量の測定が可能となる。

【００９８】そこで、電圧源１０１による供給電圧Ｖ１
（Ｖ）、微小電流計１０２による測定電流をＩｔ（Ａ）
とすると、トナー層４５の静的抵抗Ｒｔ（Ω）の抵抗値
は、下記の式２により求められる。

【００９９】Ｒｔ＝Ｖ１／Ｉｔ・・・・・・・・・・・・式２ここで、アルミ素管１０２の有効長をｌ（ｃｍ）、接触
ニップ幅をｗ（ｃｍ）、トナー層厚をＤｔ１（ｃｍ）と
すると、トナー層４５の静的抵抗率ρｔ（Ω・ｃｍ）
は、下記式３より求めることができる。

【０１００】 ρｔ＝Ｒｔ・（ｗ・ｌ／Ｄｔ１）・・・・・・式３トナー層４５の抵抗Ｒｔ（Ω）の抵抗値は、感光体と接
触する面接をＳ１（ｃｍ²）とすると、上記トナー層４
５の静的抵抗率ρｔを用いて次式４で表される。

【０１０１】Ｒｔ＝ρｔ・（Ｄｔ１／Ｓ１）・・・・・・式４現像ローラ４１の抵抗Ｒｄ（Ω）の抵抗値は、半導電層
４６の層厚をＤｄ１（ｃｍ）、体積抵抗率をρｄ（Ω・
ｃｍ）としたとき、次式５で表される。

【０１０２】Ｒｄ＝ρｄ・（Ｄｄ１／Ｓ１）・・・・・・式５トナー層４５にかかる電界強度Ｅｔ（ＭＶ／ｍ）は、ト
ナー層４５に加わるバイアスをＶｔ、トナー層厚Ｄｔ２
（μｍ）とすると、次式６で表される。

【０１０３】Ｅｔ＝Ｖｔ／Ｄｔ２・・・・・・・・・・・式６なお、本発明の現像装置に用いる現像ローラ４１の抵抗
Ｒｄ（＝ρｄ・（Ｄｄ１／Ｓ１））の値は、上述したよ
うに１０⁴を越え５×１０⁶未満の範囲に設定される。そ
して、トナー層の抵抗Ｒｔの抵抗値の下限値は５×１０
⁷であることから、図５に示した測定系の現像ローラ４
１の半導電層４６における電圧降下を無視しても実用上
問題ない。

【０１０４】上述した方法、つまり図５に示した方法に
より、トナー層４５の静的抵抗値（Ｒｔ）を測定し、ト
ナー層４５の電圧−電流特性をプロットした結果を図６
に示す。測定したトナー層の電流は、低電圧部では比較
的線形な特性を示し、ある値Ｖｔｈ（Ｖ）に達すると突
然過電流が流れることがわかる。この値Ｖｔｈが、トナ
ー粒子間で気中放電もしくは縁面放電が発生する放電開
始電圧である。

【０１０５】このように放電開始電圧に達するまでの電
圧範囲において、電流−電圧特性は比較的線形であるこ
とから、この範囲の電圧で測定した電流値を基に、式２
から求めた抵抗値をトナー層の静的抵抗値Ｒｔと定義す
る。

【０１０６】本発明の現像装置では、トナー層の層厚や
帯電量を安定させるために現像ローラ４１の周辺に配置
接触された各種部材にバイアス電圧が供給されている。
そのため、まずトナー層４５に供給するバイアス電圧で
放電しないように設定することが必須の条件となる。

【０１０７】次に、トナー層４５に供給される電圧がト
ナー層放電開始電圧内であっても、薄層状態でのトナー
層の抵抗値は、ある程度の不均一性をもっているため、
トナー層を流れる電流が多い場合、不均一な電流による
現像ローラ４１の不均一な電圧降下が生じる。これによ
り、トナー層に供給されるバイアス電圧が不均一にな
り。その結果、トナー層厚や帯電量が不均一になり画質
劣化が生じる。

【０１０８】したがって、本発明においては、現像ロー
ラ４１の抵抗値に対してトナー層の抵抗値をある程度以
上大きい値に設定し、バイアス電圧を印加した時の電圧
降下の影響を小さくしている。これにより、トナーの帯
電量の均一性を可能にし、現像を安定させる。

【０１０９】以下に実施例を示して、上述した本発明の
一実施形態における現像装置による現像の安定を確認し
た。

【０１１０】（実施例１）一成分トナーとして５種類の
トナーについて、そのトナーの内部の体積抵抗率ρｉ、
現像ニップ部のトナー層の静的抵抗Ｒｔの抵抗値、放電
開始電圧Ｖｔをそれぞれ測定した結果を、表１に示し
た。また、図５に示した電流計１０２としては、Ａｄｖ
ａｎｔｅｓｔ社製のＲ６８７１Ｅ及びＴＲＥＫ社製の６
７７Ａを使用した。

【０１１１】

【表１】

【０１１２】表１に示すトナーＬについては、外添剤と
して微量の金属酸化物を使用している。そのため、トナ
ーの内部の体積抵抗率ρｉが高いにもかかわらず、トナ
ー層としての抵抗Ｒｔの抵抗値そのものが低くなってい
る。このように、トナーの外添処理によりトナー層とし
ての抵抗値が変化していまうため、トナー内部の体積抵
抗率ρｉとトナー層抵抗値Ｒｔとの大小関係に、相関関
係がないことが理解できよう。従って、本発明の低抵抗
による現像ローラ４１を用いた現像装置においては、前
述したトナー層過電流等の課題を解決するために、上述
のような測定方法に基づくトナー層抵抗値Ｒｔの規定が
重要となる。

【０１１３】そこで、表１に示す各トナーを用いて実際
に現像を行った結果を以下に説明する。

【０１１４】図４に示す画像形成装置における感光体１
として、付帯電性の感光体を用いて、導電性基体の直径
を６５ｍｍとして、帯電器２にて−５５０Ｖの電位に帯
電される。この感光体１の基体は接地されており、矢印
方向に周速１９０ｍｍ／ｓｅｃにて回転させる。

【０１１５】現像ローラ４１は、その直径を１８ｍｍの
ステンレス製の回転軸４１ａ表面上に厚さ８ｍｍの半導
電弾性層４６を被覆して構成した。この現像ローラ４１
による平均抵抗（Ｒｄ）の値が１０⁴から５×１０
⁶（Ω）になるように、上述した抵抗調整基材を用い、
ゴム高度がＳＲＩＳ（日本ゴム協会標準規格）に準ずる
アスカーＣ硬度で、６５〜７０度、表面の粗さはＪＩＳ
Ｂ０６０１に準ずる１０点平均粗さＲｚで２〜８μｍの
ものを使用した。この現像ローラ４１は、図１に示すよ
うに、矢印方向に周速２８５ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動し
た。また、現像ローラ４１のステンレス製の回転軸４１
ａに電源回路１１より現像バイアス電圧Ｖａとして−４
００Ｖの電圧を供給し、現像ニップ幅が１．５ｍｍとな
るように、現像ローラ４１の表面のトナー層を介して感
光体１に圧接した。

【０１１６】供給ローラ４２については、ステンレス製
の回転軸表面上に体積抵抗率１０⁵（Ω・ｃｍ）、セル
密度８０〜１００個／ｉｎｃｈの導電性ウレタンフォー
ムを被覆して構成した。そして、供給ローラ４２の直径
を２０ｍｍとし、現像ローラ４１に対して接触深さ０．
５ｍｍで接触させた。そして、矢印方向に回転駆動さ
せ、その供給ローラ４２の周速を１７０ｍｍ／ｓｅｃで
回転駆動する。この供給ローラ４２のステンレス製の回
転軸には、電源回路１２にてバイアス電圧Ｖｃとして−
５５０Ｖが供給される。

【０１１７】また、規制部材であるブレード４３は、そ
の板厚を０．１ｍｍ程度のステンレス板を用い、現像ロ
ーラ４１に圧接させた。特にブレード４３は、片持ち板
バネ構造であり、その自由端側を現像ローラ４１に当接
し、弾性変形することにより所定の圧力でもって現像ロ
ーラ４１表面上のトナー層に加える。この、ブレード４
３にも、電源回路１３よりバイアス電圧（Ｖｂ）とし
て、−５００Ｖが供給される。

【０１１８】さらに、除電部材４４は、樹脂基材にカー
ボンを分散させたシート状の弾性部材を現像ローラ４１
に対して所定の圧力で面接触させるように構成した。こ
の除電部材４４にも、電源回路１４にて除電バイアス電
圧（Ｖｄ）として−３５０Ｖが供給されている。

【０１１９】以上の構成の現像装置において、現像ロー
ラ４１表面に均一なトナー薄層４５を形成し、感光体１
に対して上述したように接触反転現像を行った。このと
きのトナー付着量ｍ／ａは０．８〜１．０ｍｇ／ｃ
ｍ²、トナー帯電量ｑ／ｍは−１０〜−２０μＣ／ｇ、
トナー層厚Ｄｔは１０〜３０μｍに設定した。

【０１２０】まず、表１に示すトナー名称がＬである一
成分トナーＬを使用した現像結果は、画質が非常に悪か
った。特に、濃度が不均一でありカブリ等が多く発生し
た。

【０１２１】これは、現像前の段階であるブレード４３
を通過後、トナー層が不均一になっているのが観測され
た。実際に現像すると、濃度ムラが大きい画質が得られ
た。また、ブレード４３と現像ローラ４１との電位差を
１００Ｖから１５０Ｖに上げると、ブレード４３通過後
のトナー層はさらに激しく乱れてしまった。

【０１２２】このように、トナーＬは、トナー層抵抗値
（Ｒｔ）が低いため、流れる電流が多く、現像ローラ４
１の電圧降下の影響で、トナー層に供給されるバイアス
電圧の不均一性が助長され、トナー層４５の厚が不均一
になり画質の劣化が生じるものと考えられる。

【０１２３】一方、表１に示すトナー層抵抗値（Ｒｔ）
が低い、そしてトナーＬよりも高いトナーＴＷを用いて
同様に現像実験を行った結果、トナー層の乱れはほどん
となく、現像後の濃度ムラも許容範囲内であった。この
場合、トナーＴＷのトナー層抵抗値（Ｒｔ）より高い、
他のトナーＲＶ，ＢＮ，ＫＯ，Ｋ２５においても同様に
現像実験を行ったが、トナー層の乱れも確認できず、現
像後の画質とも良好であった。

【０１２４】しかし、トナーＬに見られるようにトナー
層抵抗値（Ｒｔ）が低いものにおいては、トナー層の不
均一が生じる結果、画質劣化が生じる。この場合トナー
層の静的抵抗Ｒｔの値は、５０ＭΩを越えることが好ま
しく、表１に示すトナーの１００ＭΩ以上のものであれ
ば、上述したように画質劣化が見られず、さらに良好な
画質を得ることができた。

【０１２５】よって、本発明においては、トナー層の抵
抗Ｒｔの抵抗値が５×１０⁷（Ω）以上の特性を示すト
ナーを用いることで、過電流の発生を防止し、安定した
現像が可能となる。このトナー層抵抗Ｒｔは、好ましく
は１００ＭΩ以上が好適であるといえる。

【０１２６】ただし、現像ローラ４１の抵抗値が、１０
⁴（Ω）以下の場合、トナー層抵抗Ｒｔの下限値５０Ｍ
Ωに近いトナーＴＷを用いた場合、過電流が原因と思わ
れるトナー層の乱れた生じ、結果として画質が劣化し
た。そのため、トナーＴＷを用いる場合には、現像ロー
ラ４１の抵抗値（Ｒｄ）が１０⁴（Ω）を越えるものを
選定することで、現像を良好に行える。

【０１２７】そこで、以下に本発明の現像装置に用いる
現像ローラ４１の抵抗（Ｒｄ）については、その下限値
が上述したように１０⁴（Ω）であり、次に下限値を含
めた上限値についても説明する。特に、本発明において
は上述したようにトナー層の抵抗値Ｒｔについて説明し
た。このようなトナー層の抵抗値Ｒｔを規定した範囲で
あっても、現像ローラ４１の抵抗値においても重要なも
のとなことは上述した通りである。

【０１２８】従来現像ローラ４１の電気的な特性を論じ
る場合には、体積抵抗率をもとに論じるられることが多
い。しかし、本発明のように良好なる現像を可能にする
ために低抵抗の現像ローラ４１を用いる場合、各部材と
の接触部の抵抗値をより厳密に管理する必要があり、こ
れを規定することで先に説明したように良好なる現像を
可能にできる。以下に、上述した式４に基づいて算出さ
れる抵抗値を基に説明する。

【０１２９】図７は、本発明の現像装置を構成する現像
ローラ４１の抵抗値を測定する簡易装置を説明する測定
装置である。この抵抗値は、特に感光体１に圧接された
状態でのものである。

【０１３０】図７において、現像ローラ４１の抵抗値を
測定する簡易装置は、絶縁体の平板１０３上に配置され
た金属の検出電極１０４上に現像ローラ４１を載置し、
現像ローラ４１の両端の軸４１ａの部分に重り１０５に
て荷重Ｆを加える。この状態において、現像ローラ４１
の軸４１ａに電源１０６から一定の電圧を供給し、検出
電極１０４に流れる電流を電流計１０２にて測定する。
このにより、供給する電圧と流れる測定電流とで、現像
ローラ４１による圧接状態での抵抗（Ｒｂ）の抵抗値を
求めることができる。

【０１３１】この場合、抵抗値に不均一性が存在する場
合には、周方向に何点が測定した平均値を現像ローラ４
１の抵抗値の代表値とする。そのため、図７の状態で測
定した後、所定角度回転させて同一条件で測定を行う。

【０１３２】これに対して図８には、現像ローラ４１を
実際に回転させ、該現像ローラ４１の周方向の全周の抵
抗値を測定できる装置を示す。原理そのものは図７にて
説明した通りである。つまり、現像ローラ４１は、回転
可能に支持されたローラ形状の検出電極１０７に圧接さ
せるために両端の軸４１ａが支持部材１０８にて上記検
出電極１０７方向に移動可能に支持され、その軸４１ａ
の両端に対応した加圧機構１０９にて検出電極１０７に
圧接させる。そして、加圧機構１０９と反対側に、検出
電極１０７を回転させるように圧接された駆動ローラ１
１０が設けられている。この駆動ローラ１１０は、モー
タ１１１の回転力が伝達機構１１２を介して駆動ローラ
１１０の軸１１０ａに伝達され回転される。これによ
り、現像ローラ４１は、検出電極１０７の回転に合わせ
て従動回転される。

【０１３３】以上の構成において、加圧機構１０９を用
いて現像ローラ４１を検出電極１０７に対して所定の圧
力Ｆで押し当てる。検出電極１０７の直径は、実際に使
用する感光体１の直径と同じとし、圧力Ｆは感光体に圧
接させる圧力と同等としている。また、検出電極１０７
に現像ローラ４１を圧接させた時に形成されるニップ部
の接触面積（Ｓ１）は、実際の感光体１に圧接される時
の面積と同一になるようにする。そして、モータ１１１
を回転させることによって、現像ローラ４１の所定の回
転数に回転させる。

【０１３４】この状態で、現像ローラ４１の回転軸４１
ａに電源回路１０６によってバイアス電圧を供給し、検
出電極１０７と接地との間に接続された電流計１０２に
て測定し抵抗値を求めることができる。これにより、実
働状態に近い条件での現像ローラ４１の本発明による抵
抗値を測定できる。

【０１３５】ここで、本発明により現像ローラ４１の抵
抗値による効果を確認するために種々の現像ローラを用
いた実施例を以下に記す。

【０１３６】（実施例２）現像ローラ４１の抵抗層とし
て、ウレタン樹脂にカーボンブラックを分散させた電子
伝導タイプにより現像ローラ２種類（Ａ，Ｂ）、および
ウレタン樹脂をベースとしたイオン導電タイプのローラ
１種類（Ｃ）を、図８に示す測定装置を用いて、周方向
の抵抗むらを測定し、各々のローラについて抵抗（Ｒ
ｄ）の抵抗値の平均値、最大値、最小値をまためたもの
を表２に示した。抵抗値は、１０Ｖの電圧供給時の電流
値をＡｄｖａｎｔｅｓｔ社製のＲ６８７１Ｅの電流計１
０２を用いて測定し、抵抗値を求めたものである。

【０１３７】

【表２】

【０１３８】なお、現像ローラ４１の外形は実施例１に
て記述した通り、外径が３４ｍｍであり、抵抗層４６の
厚みＤｄは８ｍｍ、軸方向の長さは３２０ｍｍで、圧力
Ｆを１ｋｇとした時に形成されるニップ幅は約１．５ｍ
ｍであった。

【０１３９】表２に示す各現像ローラＡ乃至Ｃにおい
て、特に現像ローラＡ及びＢは、平均抵抗値は全体に低
く、現像ローラＣは平均抵抗値が高い。そして、現像ロ
ーラＡの平均抵抗値は現像ローラの平均抵抗値より大き
いが、その最大値と最小値で５０倍以上の差がある。こ
の点、平均抵抗値の高い現像ローラＣにおいては、抵抗
値の周方向のむらが非常に小さくなっている。

【０１４０】上記表２に示す現像ローラＡのものにおい
て、カーボンブラックを分散させた電子伝導タイプの現
像ローラを５種類について抵抗値を変えて作成し、図８
に示した測定装置でローラの周方向で抵抗むらを測定し
て結果をプロットした状態を図９に示している。この図
９においては横軸に現像ローラ４１の回転角度（周方向
位置）、縦軸に抵抗値をとってグラフ化したものであ
る。上記表２にも示したが、現像ローラＡのタイプのも
のにおいて、抵抗値を高くするとその最低と最高値との
間の抵抗値のばらつきが大きくなっている。そして、抵
抗値を低くすることで、その抵抗値のばらつきが少なく
安定することが分かる。

【０１４１】そして、図９に示す最も平均抵抗値の高い
ローラにおいては、１０⁷（Ω）を越える部分が存在す
ることがわかる。そこで、上述した現像ローラの抵抗値
が１０⁷（Ω）を越えるものを用いて全面グレイの中間
調画像を現像した結果、抵抗値の高い領域で画像濃度が
薄くなる現象が発生した。これは現像電流により現像ロ
ーラの半導電層で電圧降下が生じ、実行現像バイアス電
圧が低下したことに起因する。この現象は、現像ローラ
の半導電層４６の抵抗値に大きく依存しており、その閾
値はプロセス速度等により多少変動するが、本発明の現
像装置においては１０⁷（Ω）を越えると顕著になり、
１０⁷（Ω）未満であれば無視できる。

【０１４２】従って、表２に示す現像ローラＡを用いた
場合には、部分的に大きな抵抗値を示すが、上述した現
像むら等が生じることはなかった。また、現像ローラＢ
においては、現像むら等も生じることなく良好な現像結
果を得ることができた。さらに、抵抗値が安定している
現像ローラＣを用いた場合には、上述したように抵抗値
が高いため、現像した画像全体が非常に薄くなった。さ
らに、図９に示す抵抗値が大きいローラの場合には、部
分的に大きな抵抗値を示す部分での現象むらが目立ち、
よって現像ローラ４１における最大値が１０⁷（Ω）未
満であれば、ばらつきが生じて無視できる程度となる。
また、最小値においては、上述したように１０⁴を越え
る抵抗値を示す現像ローラ４１であれば利用できる。

【０１４３】よって、本発明においては、現像ローラ４
１の抵抗値としては、上述したように１０⁴（Ω）を越
え最大値でも１０⁷（Ω）未満のものを用いれば、そし
てトナーの抵抗（トナー層抵抗値）Ｒｔとしては５×１
０⁷（Ω）以上のものを用いることで、良好なる画質劣
化の生じない現像を可能にできる。この場合、現像ロー
ラ４１の抵抗（Ｒｄ）の上限値において、好ましくは５
×１０⁶（Ω）以下に設定することで、より安定した現
像を望めるようになる。

【０１４４】このように、現像ローラ４１の抵抗値を所
定範囲に規定し、そして抵抗値のバラツキが生じても、
上限値１０⁷（Ω）未満であればトナー層抵抗値Ｒｔと
の兼ね合いにより安定した現像を可能にできる。そのた
め、現像ローラ４１の抵抗値の不均一性が生じても、規
定範囲内で収まるのであれば、これを無視でき、良好な
る現像を大いに期待できる。

【０１４５】なお、上記現像ローラ４１の抵抗値は、Ｊ
ＩＳＺ−８７０３に準拠する基準測定環境下での値であ
る。これに対して、３５℃で８５％ＲＨの高温高湿の環
境下や、５℃で２０％ＲＨでの低温低湿の環境下での抵
抗値は変化する。その結果、現像特性が変化することが
考えられる。

【０１４６】そのため、本発明においては、現像装置を
構成する現像ローラ４１の半導電層として、ウレタン樹
脂を用いた時、ＪＩＳＫ−７２０９Ａ法に準拠する水分
吸収率と抵抗値とを測定した結果、水分吸収率が２〜５
％のウレタン基材では、高温高湿と低温低湿環境下で抵
抗値が１桁から２桁も変化してしまう。これに対して、
水分吸収率が０．５〜１％のウレタン基材では、抵抗値
変化が０．５〜１桁止まりとなり、抵抗値変化に伴い現
像量の変動も少なく良好な画質を維持することがから可
能となる。

【０１４７】（本発明の他の実施形態）上述したよう
に、本発明において、現像ローラ４１の抵抗値を規定の
範囲内に設定した状態で、トナー層の抵抗値Ｒｔが５０
ＭΩ以上、好ましくは１００ＭΩ以上のトナーを使用す
ることで画質劣化のない良好なる現像が望める。しか
し、様々な条件下で実験をすると、画質劣化が生じるこ
とがある。この画質劣化した実験条件を基に要因分析を
した結果を以下に記す。

【０１４８】特に、トナー層の抵抗値Ｒｔを規定しただ
けでは、現像の安定を確保できず、現像ローラ４１の抵
抗値を上述の範囲に設定しても、大きく左右されること
が分かった。

【０１４９】そこで、トナー層厚の設定範囲を１０〜３
０μｍと規定している。この規定した範囲を超えた場
合、画質劣化が発生することが多かった。トナー層が１
０μｍ未満の場合、式６からも分かるようにトナー層が
薄いためトナー層にかかる電圧が同じでも、電界強度が
増加し、ブレード４３の部位や、感光体１と接触する現
像部位においてトナー層が絶縁破壊する危険性が増大
し、画質劣化が発生する。また、トナー層が３０μｍを
越える場合には、トナー層の帯電特性が、劣化し現像ゴ
ーストやかぶりといった現象が発生し、画質が大きく劣
化する。

【０１５０】そのためにも、トナー層の層厚は、上述し
たように１０〜３０μｍに規定することで、より安定し
た現像を可能にできる。

【０１５１】また、各部材に供給されるバイアス電圧が
高すぎる場合、トナー層絶縁破壊によって画質劣化が生
じる。表１に示すように測定したトナーの絶縁破壊電圧
は、トナー層厚が２０μｍに対して４００〜５００Ｖで
あった。そのため式６から、絶縁破壊した時の電界強度
Ｅｔは、２０〜２５（ＭＶ／ｍ）となる。この結果か
ら、低抵抗材料によって挟まれたトナー層に供給可能な
電圧の上限を、２０（ＭＶ／ｍ）とし、２０・Ｄｔ２
（Ｖ）と規制することが重要であることがわかった。こ
れにより、現像ローラ４１に接触する供給ローラ４２、
ブレード４３、そして除電部材４４に供給する電圧を、
上述した２０・Ｄｔ２（Ｖ）以下に設定することで、ト
ナー層の層厚にて規定し、これによるトナー層の絶縁破
壊による現像の劣化を防止できる。

【０１５２】そこで、バイアス電圧が供給される各部
材、特に現像ローラ４１、供給ローラ４２、ブレード４
３、さらに除電部材４４の抵抗値が高い場合は、上述し
た上限をさらに拡大できる。つまり、上限をさらに上げ
ることができる。しかし、本発明の現像装置では、現像
ローラ４１、供給ローラ４２、ブレード４３、および除
電部材４４は、すべて低抵抗材料にて構成されているた
め、それぞれの部材において、上記上限値を決めること
で現像を良好に行うことが可能となる。

【０１５３】ここで、現像ローラ４１には、現像バイア
ス電圧Ｖａが、供給ローラ４２にはバイアス電圧Ｖｃ
が、ブレード４３にはバイアス電圧Ｖｂが、そして除電
部材４４に電圧Ｖｄが供給されている。そのため、現像
ローラ４１に供給される現像バイアス電圧Ｖａとの上記
供給ローラ４２、ブレード４３、除電部材４４に供給さ
れるバイアス電圧との各差の絶対値が、上述した２０・
Ｄｔ２（Ｖ）以下になるように各種バイアス電圧を設定
すればよい。

【０１５４】（本発明の一実施形態における他の態様）
次に、本発明の現像装置を構成するトナー層を規制する
ためのブレード４３、供給ローラ４２、さらに除電部材
４４について説明する。

【０１５５】特に白部現像後と黒部現像後とで、現像ロ
ーラ４１及び供給ローラ４２上のトナー層４５の比電
荷、トナー付着量等の現像特性にかかわる特性に差が生
じる。これに起因して、現像ローラ４１及び供給ローラ
４２の回転周期で現像量差が発生し、画像濃度差が発生
するという現像ゴースト問題がある。

【０１５６】図１０は比電荷ｑ／ｍをパラメータとした
現像特性を示すものであるが、例えば中間調現像電位の
１００Ｖ前後のところでは比電荷の高い方が比電荷の低
い方に比べて現像量が少なくなることがわかる。現像後
の現像ローラ上のトナーのリフレッシュが不十分な場
合、白部現像後のトナーは現像に寄与せず現像ローラ上
に残留して回収される。そのため、除電部材４４との摩
擦帯電等を繰り返し、小粒径化するために、一般的に比
電荷が高くなる。従って、白部現像度の中間濃度は、黒
部現像度のそれと比べて薄くなり、いわゆるポジゴース
トとなる。

【０１５７】また図１１は、現像ローラ４１上の表面電
位上昇量ΔＶをパラメータとした現像特性を示すもの
で、表面電位が上昇すると、グラフが左にシフトするこ
とがわかる。従って中間調現像電位の１００Ｖ前後のと
ころを見ると、表面電位が上昇した方が現像量が上がる
ことがわかる。何らかの原因で、現像ローラ表面に付着
した電荷が現像ローラ４１の半導電層４６を通過して回
転軸４１ａを介して抜けないと、現像ローラ４１の表面
電位が上昇する。現像ローラの表面電位が上昇するか否
かは、現像ローラの抵抗値と静電容量とで決まる時定数
とプロセス速度との大小関係に依存する。

【０１５８】この点、本発明の現像装置を構成する現像
ローラの抵抗値を低く押さえているため、現像ローラ４
１の周速が２８５ｍｍ／ｓｅｃ程度では、現像ローラ４
１表面に電荷が蓄積されることに起因する現像ゴースト
の発生の可能性が低くなる。しかし、同様の表面電位上
昇の現象が、供給ローラ４２、ブレード４３、除電部４
４で発生した場合、画質劣化が生じる危惧が残る。

【０１５９】これに対して、供給ローラ４２において、
供給ローラ４２の回転速度は、現像ローラ４１との周速
比が概ね０．５〜２．０の間で選択されることにより決
定される。また抵抗値は現像ローラ４１への押し付ける
力や、スポンジ硬度から決まる接触ニップ面積と、体積
抵抗率とから決定される。これらの条件を変えて実験し
た結果、抵抗値としては１００（ｋΩ）以下であれば、
前記表面電位上昇の発生を防止できる。これによりゴー
スト現象の問題を解消できる。

【０１６０】また、トナー層を規制するブレード４３に
おいて、金属の板バネブレードを用いた場合、ブレード
表面の電位上昇は原理的に発生しない。しかし、高抵抗
の樹脂材料等をコーティングした場合、電位上昇が発生
し、トナー層の均一性が損なわれる。ブレード４３は静
止している部材であり、電荷蓄積速度と部材の時定数と
で表面電荷が上昇するかどうかが決まる。この電荷蓄積
速度は、トナーの電気的特性に大きく依存するため、論
理的な数値は不明であるが、実施例１で示した各トナー
を含め、トナー層抵抗値Ｒｔ及び現像ローラ４１の抵抗
値（Ｒｄ）の範囲内での実験結果では、ブレード４３に
コーティング処理する場合に、そのコーティング材の抵
抗値として１０（ｋΩ）以下のものを選択するとよい。
これにより、トナー層４５の均一性を可能にし、これに
よる現像を良好に行え、かつゴースト等の問題をも合わ
せて解消できる。なお、ブレード４３は、コーティング
処理することなく、金属ブレードにて構成すると、上述
した問題は生じない。

【０１６１】さらに、除電部材４４においても、上記ブ
レード４３と同様に静止状態であるため、供給ローラ４
２より低めの１０（ｋΩ）以下の抵抗値の樹脂材にて構
成することで、表面電位上昇の問題を解決することが実
験的に確認した。

【０１６２】ここで、現像ローラ４１に当接する供給ロ
ーラ４２が、現像後のトナー層の除去の機能と、フレッ
シュなトナーの供給を行う機能の２つの機能を十分に満
足することできれば、現像ゴーストは防止できる。しか
し、供給ローラ４２にトナーを現像ローラ４１に供給す
る方向のバイアス電圧が供給されているため、現像後の
トナー層の除去は機械的な作用のみで、その除去の限界
がある。また、除去したトナーが供給ローラ４２に残留
すると、トナー供給機能が損なわれる。従って、供給ロ
ーラ４２という単一部材で、上述した２つの機能を満足
できるレベルで実現することは難しい。

【０１６３】そこで、図１に示す現像装置において、導
電性樹脂フィルムからなる除電部材４４には、電源回路
１４にて除電電圧、例えば−２００Ｖ程度の電圧が供給
されている。この除電部材４４を付加することにより、
現像後のトナー層が電気的な力により除去され機能分離
を行える。そのため、供給ローラ４２による現像ローラ
４１に付着したトナーを除去するといった負担を軽減で
き、現像ゴーストを防止できる効果を増す。この除電部
材４４に供給する除電電圧は、使用するトナーによって
その最適値は異なるが、トナー層が絶縁破壊しない範囲
で設定すればよい。

【０１６４】（本発明のその他の実施形態）上述した各
種実施形態においては、過電流を防止及びトナー層の絶
縁破壊による現像により画質劣化を防止するために、現
像ローラの抵抗値、及びトナー層の抵抗値を規定してい
る。さらに、ゴースト現象を解消するために、現像ロー
ラ４１の抵抗値を低い範囲に設定し、そして該現像ロー
ラと接触する各種部材、本発明の実施形態においては供
給ローラ４２、ブレード４３、除電部材４４の抵抗値の
範囲について説明した。

【０１６５】そして、本発明の現像装置を構成する現像
ローラ４１にておいて、上述したように抵抗値を低くす
るように設定している。この時、過電流により現像不良
が発生する危惧が残る。特に、トナー層４５の層厚やト
ナー層抵抗値（Ｒｔ）が規定範囲であれば、問題はな
い。しかし、それ以外の要因によりトナー層の均一性が
乱された場合に、過電流が生じることが考えられる。こ
れを効果的に防止できる実施形態について以下に説明す
る。

【０１６６】ここで、上述した実施形態においては、低
抵抗の現像ローラ４１を用いることにより過電流を防止
する手法として、トナー層の抵抗値を規定している。ま
た、トナー層厚を規定することで、過電流防止を行い良
好なる現像を行うようにしている。また、現像ローラ４
１に接触する各種部材を介して供給されるバイアス電
圧、及びそれらのバイアス電圧の差を規定することで過
電流防止を行うようにした。

【０１６７】しかし、現像装置への異物混入等の予期せ
ぬ原因によりトナー層が損なわれる。これにより過電流
が発生する可能せいが生じる。この対策としての過電流
保護について以下に説明する。

【０１６８】図１２に示すように除電部材４４に過電流
保護用の抵抗５０を介して電源回路１４からのバイアス
電圧（Ｖｄ）が供給されるように構成されている。この
場合、過電流保護用の抵抗５０の抵抗値が非常に重要に
なる。そのため、抵抗５０の抵抗値を説明するために、
図１２に示す電気的な等価回路を図１３に示す。

【０１６９】現像ローラ４１に供給される現像バイアス
電圧Ｖａと、除電部材４４に供給されるバイアス電圧Ｖ
ｄとの電位差を、図１２の電圧源５１とし、現像ローラ
４１の半導電層抵抗Ｒｄ、トナー層抵抗Ｒｔ、除電部材
４４の抵抗Ｒｅ、そして保護用の抵抗５０が直列に接続
される格好となる。

【０１７０】そこで、現像ローラ４１の抵抗Ｒｄの抵抗
値及び除電部材４４の抵抗Ｒｅの抵抗値は、トナー層抵
抗Ｒｔの抵抗値よりも十分に低く設定されており、通常
は供給されるバイアス電圧（５１）のほとんどがトナー
層４５にかかっており、流れる電流値も微小である。と
ころが、トナー層が損なわれ、トナー層抵抗Ｒｔの抵抗
値が見かけ上、非常に低くなった場合、保護抵抗５０が
ない場合、全体の抵抗が低いため、過電流が流れ、トナ
ー融着が発生したり、現像ローラ４１や除電部材４４の
部材損傷が発生する。

【０１７１】図１１（図１２の等価回路参照）のように
直列に保護抵抗５０を挿入することで、トナー層抵抗Ｒ
ｔの見かけの抵抗値が低くなった場合でも、保護抵抗５
０の存在により現像ローラ４１の抵抗Ｒｄや除電部材４
４の抵抗Ｒｃより十分に大きく設定してはれば、部材に
かけられた電圧（５１）は、ほとんど保護抵抗５０に供
給されることになり、過電流を防止できる。

【０１７２】従って、過電流をできるだけ小さくしよう
とすると、保護抵抗５０の抵抗値を大きく設定すればよ
い。しかし、保護抵抗５０の抵抗値が大きすぎれば、正
規の状態でのトナー層４５と保護抵抗５０とで供給され
る電圧が分圧され、保護抵抗５０による電圧降下によ
り、トナー層４５にかかる電圧が小さくなる。こうなる
と、当初期待していたバイアス電圧（Ｖｄ）等の効果が
減少してしまう。そのため、保護抵抗５０の抵抗値の選
定は非常に重要となるため、以下にその適正値について
述べる。

【０１７３】図１２では除電部材４４と電源回路１４と
の間に保護抵抗５０を設けるように説明したが、供給ロ
ーラ４２と電源回路１２との間に、除電部材４３と電源
回路１３との間に同様の保護抵抗が必要に応じて挿入さ
れる。これらの保護抵抗５０等により抵抗値の範囲につ
いて以下に説明する。

【０１７４】そこで、現像後の感光体１上のトナー付着
量をｍ／ａ（ｋｇ／ｍ²）、トナー比電荷をｑ／ｍ（Ｃ
／ｋｇ）、画像有効幅をｌ（ｍ）、感光体周速をｖ（ｍ
／ｓｅｃ）とすると、帯電したトナーが現像ローラ４１
から感光体１へと転移することで発生する現像電流Ｉｄ
（Ａ）は、次式７より算出できる。

【０１７５】Ｉｄ＝ｑ／ｍ・ｍ／ａ・ｌ・ｖ・・・・・・式７例えば、全面黒ベタ現像後の感光体上のトナー付着量を
１．０ｍｇ／ｃｍ²、トナー比電荷を−２０μＣ／ｇ、
画像有効幅を３００ｍｍ、感光体１の周速１９０ｍｍ／
ｓｅｃとううと、上記現像電流の絶対値は、上記式７よ
り１１．４μＡとなる。この全面黒ベタ現像時の電流値
が、現像電流の最大値となる。

【０１７６】この現像電流Ｉｄは、現像部（現像ローラ
４１と感光体１とが接触する領域）におけるトナー転移
によるものであるが、現像ローラ４１と接触する供給ロ
ーラ４２、ブレード４３、除電部材４４においても同様
の考え方が適用できる。トナー転移電流Ｉｒによる保護
抵抗５０等の電圧降下Ｖｒは、保護抵抗５０等の抵抗値
Ｒｒから次式８で求めるられる。

【０１７７】Ｖｒ＝Ｉｒ・Ｒｒ・・・・・・・・・・・式８この電圧降下Ｖｒが供給されるバイアス電圧に対して十
分に小さくないと、実際にトナー層４５に印加される電
圧が小さくなるため、バイアス効果が減少してしまう。
従って、保護抵抗５０等の上限値（Ｒｒ）は、正規状態
でトナー転移電流による電圧降下をどの程度まで許容す
るかで決定される。また各保護抵抗５０の下限値（Ｒ
ｒ）は、異常時の過電流をどの程度まで許容するかで決
定される。

【０１７８】様々な、トナーを用いてテストした結果、
実用可能なトナー比電荷の値は、負帯電トナーの場合、
−５〜−３０μＣ／ｇ、望ましくは−１０〜−２０μＣ
／ｇであることが実験的に確認できた。黒ベタに必要な
感光体１上のトナー付着量は、トナーの隠蔽性によって
多少変化するが、ほぼ１．０ｍｇ／ｃｍ²である。画像
有効幅をｌ（ｍ）、感光体１の周速をｖ（ｍ／ｓｅｃ）
は、設計変数であるため、実用上想定される最大転写電
流Ｉｍａｘ（μＡ）は、上記比電荷−３０μＣ／ｇ、付
着量１．０ｍｇ／ｃｍ²を式７に代入すると、以下の式
９にて表される。

【０１７９】Ｉｍａｘ＝３００・ｌ・ｖ・・・・・・・式９そして、トナー融着や部材損傷を発生しない過電流の許
容値の上限を上記最大転移電流のｎ倍とすると、保護抵
抗５０の下限値Ｒｍｉｎ（Ω）は、式８及び９より以下
のようになる。

【０１８０】Ｒｍｉｎ＝Ｖ／（３００・ｎ・ｌ・ｖ）・・・式１０上記式１０における“Ｖ”は、図１３に示すように現像
ローラ４１に供給されるバイアス電圧と、現像ローラ４
１と接触する部材、感光体１においては表面電位との差
である。

【０１８１】そこで、除電部材４４においては、黒ベタ
現像後の現像ローラ４１上にはトナーがほとんど残留し
ていないため、トナー層４５による電圧維持ができず、
過電流が流れやすい。しかし、この過電流は、トナー層
内部を流れるものでなく、現像ローラ４１と除電部材と
の間を直接ながれるもののもあるため、許容値の上限は
供給ローラ４２やブレード４３と比較してやや拡大す
る。そして、式１０に基づいて、保護抵抗値をいくつか
選定し、実際に１〜５万枚の現像テストを行った結果、
供給ローラ４２とブレード４３とはｎ＝５、除電部材４
４ではｎ＝１０とすることで過電流が原因となる現像劣
化等による問題が解消できた。

【０１８２】従って、除電部材４４、供給ローラ４２、
ブレード４３に挿入する保護抵抗の最小値は、上記式１
０における“ｎ”に、上述した値“５”又は“１０”を
代入することで求まる。また、除電部材４４において
は、式１０の“Ｖ”は現像バイアス電圧（Ｖａ）と除電
バイアス電圧（Ｖｄ）との差、供給ローラ４２において
は現像バイアス電圧と供給バイアス電圧（Ｖｃ）との
差、そしてブレード４３においては現像バイアス電圧と
規制バイアス電圧（Ｖｂ）との差の電位である。

【０１８３】上述のような比電荷、トナー付着量、層厚
等を特性を有するトナーを用い、各部材に供給する電圧
を変えて様々な実験を行った結果、トナー層のかかる電
位差は少なくとも４０Ｖ以上必要という結論を得た。こ
のような場合、保護抵抗部での電圧降下に見合う大きな
バイアス電圧を、あらかじめ供給することにより対処で
きる。上述のトナー層４５の絶縁破壊電圧を概ね４００
Ｖと仮定すると、設定電位差４０Ｖの場合、トナー層の
絶縁破壊に対する電圧余裕度は最大１０倍となり、保護
抵抗部での許容電圧降下量は３６０Ｖとなる。このよう
に、保護抵抗の範囲を大きくとることが可能となる。よ
って、不意なトナー層の不均一性が発生しても、それよ
る過電流を防止し、現像を良好に行える。

【０１８４】また、上述した式９で説明したように、ト
ナー層の転移電流の最大値算出の根拠は、実用可能なト
ナー比電荷の最大値が３０μＣ／ｇで、黒ベタに必要な
感光体１上のトナー付着量がほぼ１．０ｍｇ／ｃｍ²で
あったことである。そころが、供給ローラ４２は、現像
後の現像ローラ４１表面のトナーの除去、現像槽４０内
のトナーを帯電し現像ローラ４１に塗布する機能を有す
る。そのため、現像後の現像ローラ４１上のトナーの除
去機構は、逆向きの電流となるため、最大電流が現像位
置での最大現像電流よりも小さくなる。実際に供給ロー
ラ４２に流れる電流を測定した結果、最大現像電流の１
／５以下であった。従って、供給ローラ４２における保
護抵抗の上限値Ｒｍａｘ（Ω）は、式８及び９より次式
１１で規定できる。

【０１８５】Ｒｍａｘ＝６／（ｌ・ｖ）・・・・・・・式１１次に、ブレード４３について検討する。このブレード４
３は、供給ローラ４２によって現像ローラ４１表面にあ
らかじめトナーが塗布されていることから、トナー転移
量はほとんどなく、トナー帯電電流が支配的と考えられ
る。従って、最大電流は、現像部の最大現像電流よりも
小さい。実際にブレード４３に流れる電流を測定した結
果、最大現像電流の１／３以下であった。

【０１８６】また、現像において白ベタを現像した後の
現像ローラ４１には、現像前とほぼ同量のトナーが残留
している。このトナーを除電部材４４で全て電気的に除
去しようとすると、式９に示した最大電流Ｉｍａｘが流
れることになる。しかし、実施には現像ローラ上のトナ
ーのリフレッシュは、供給ローラ４２の機械的な除去と
のバランスで達成した方が効果的である。そのため、除
去バイアス電圧を低めに設定し、除電部位でのトナー除
去量を１００％としないよにする。これによると、除電
電流は前記Ｉｍａｘより小さめになる。また、除電部材
４４が、シートのような固定部材の場合、除去したトナ
ーが効率よく現像槽４０内へと搬送されないため、結果
的には除電電流は小さくなってしまう。実際に白べた現
像後に、除電部材４４に流れる電流を測定した結果、最
大現像電流Ｉｍａｘの１／３以下であった。

【０１８７】従って、トナー層規制部材であるブレード
４３と除電部材４４における保護抵抗の上限値Ｒｍａｘ
（Ω）は、式８及び９より次式１２で規定される。

【０１８８】Ｒｍａｘ＝３．６／（ｌ・ｖ）・・・・・・・式１２以上説明したような保護抵抗を現像ローラ４１と現像バ
イアス電圧の供給源である電源回路１１との間に挿入す
ることによって、現像ローラ４１と感光体１との間で発
生する過電流を防止する考え方は従来からよく知られて
いる。ところが、この場合、以下の副作用が発生する。

【０１８９】例えば、画像の白黒比によって現像量が大
小することに伴って、現像電流が大小する。すると、現
像ローラ４１部分での電圧降下量が白黒比によって変化
することになる。その結果、特に中間調画質において白
黒比に伴った濃度ムラが目立つようになる。この課題を
解決するために、本発明の現像装置においては、低抵抗
の現像ローラ４１を用い、あえて現像ローラ４１と電源
回路１１との間に保護抵抗を挿入せず、図１２に示すよ
うに除電部材４４と電源回路１４との間に保護抵抗５０
を挿入した。また、現像部のトナー層にかかる最大電位
差を実験的に検討した結果、４００Ｖ以下に設定するこ
とで、感光体１に対する過電流の危険性を回避できるこ
とがわかった。

【０１９０】よって、本発明においては、保護抵抗につ
いては、図１２に示すように除電部材４４、あるいは供
給ローラ４２、ブレード４３に供給してなる電源回路１
４，１２，１３との間に設けることで、上述したような
電位差を大きくしても過電流の防止を可能にし、保護抵
抗の設定可能な範囲を広くし、過電流の発生を無くし、
良好なる現像を可能にしている。

【０１９１】また、現像ローラ４１と電源回路１１との
間には保護抵抗を挿入することなく、上述したように感
光体１と接触する現像部での電位差が４００Ｖ以下にな
るように現像バイアス電圧（Ｖａ）を供給することで、
過電流防止を行い安定した現像を可能にしている。そこ
で、感光体１の表面電位を例えば−５５０Ｖで、レーザ
光等が照射された部位の電位がほぼ“０”とすれば、少
なくとも現像バイアス電圧としては−４００Ｖ以下（絶
対値で）に設定すればよい。

【０１９２】

【発明の効果】本発明の一成分トナーによる現像装置に
よれば、現像ローラの抵抗値をできるだけ低く設定可能
となり、良好なる現像を可能にした。

【０１９３】また、現像ローラの抵抗値を規定すると同
時に現像ローラ表面に形成されるトナー層の抵抗値を規
定したことで、過電流による現像時の画質劣化等を合わ
せて防止することができる。

【０１９４】さらに、現像ローラの抵抗値を低くすると
同時に、該現像ローラと接触する部材の抵抗を合わせて
低くすることで、ゴースト現象等の画質劣化を防止する
効果が高まる。

【０１９５】そして、保護抵抗を現像ローラ部分に挿入
することなく、他の現像ローラと接触する部材に挿入す
ることで、現像ローラの抵抗値が低くても過電流の防止
効果が助長され、これによる画質劣化を合わせて防止で
きるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一成分トナーを利用した現像装
置を示すものであって、静電潜像を担持した感光体と接
触し現像を行う現像装置の構造を示す図である。

【図２】図１に示す現像装置において、現像ローラ表面
に形成されるトナー層によるトナー層抵抗を説明するた
めの模式図である。

【図３】図２に示すトナー層抵抗の等価回路である。

【図４】図１に示す現像装置を備える画像形成装置の全
体構造の概略を説明するための構成図である。

【図５】本発明に基づく現像装置に使用されるトナーの
薄層状態での静止抵抗値を測定する装置の具体例を示す
図である。

【図６】本発明に基づく現像装置に使用されるトナーの
薄層状態での静止抵抗値を測定した結果の一例で、電圧
−電流特性を示す図である。

【図７】本発明の現像装置を構成する現像ローラの静的
な抵抗値を測定する装置の説明図である。

【図８】本発明の現像装置を構成する現像ローラの周方
向の抵抗値むらを測定する装置の構成図である。

【図９】本発明の現像装置を構成する現像ローラの周方
向の抵抗値むらを測定した結果を示す図である。

【図１０】本発明に基づく現像装置において、トナーの
比電荷をパラメータとした現像特性を説明するための図
である。

【図１１】本発明の現像装置を構成する現像ローラの表
面電位上昇量をパラメータとした現像特性を説明するた
めの図である。

【図１２】本発明に基づく現像装置に使用される過電流
を防止する保護抵抗を説明する一例として現像後の除電
部の構成を示す図である。

【図１３】図１２に示す除電部の等価回路である。

【符号の説明】

１感光体（静電潜像担持体）４現像装置１０（非磁性）一成分トナー１１現像バイアス電圧の供給用の電源回路１２規制部材への電圧供給用の電源回路１３供給ローラへの電圧供給用の電圧回路４０現像槽４１現像ローラ（トナー担持体）４２供給ローラ（供給手段）４３ブレード（規制部材）４４除電部材４５トナー層４６半導電層Ｖａ現像バイアス電圧Ｖｂ規制バイアス電圧Ｖｃ供給バイアス電圧Ｖｄ除電バイアス電圧Ｒｄ現像ローラの抵抗Ｒｃトナーの内部抵抗Ｒｉトナー間の接触抵抗Ｒｓトナーの表面抵抗５０保護抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上淳志大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者山田雅則大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者東伸之大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者山中隆幸大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一成分トナーを担持し静電潜像担持体と
対向する現像領域へと搬送する現像ローラを有し、少な
くとも該現像ローラに担持される一成分トナーの量を規
制する規制部材を備えた現像装置において、上記現像ローラは導電性の軸上に弾性の半導電層を被覆
して構成してなり、該現像ローラの抵抗Ｒｄを、上記規
制部材の通過後に現像ローラ表面に形成されるトナー層
を介して静電潜像担持体と接触する面積をＳ１（ｃ
ｍ²）、上記半導電層の層厚をＤｄ１（ｃｍ）、その体
積低効率をρｄ（Ω・ｃｍ）とした時に、Ｒｄ＝ρｄ・（Ｄｄ１／Ｓ１）として定義し、その抵抗
Ｒｄの範囲を１０⁴＜Ｒｄ＜５×１０⁶に設定すると共
に、上記現像ローラ上に形成されるトナー層状態での抵抗Ｒ
ｔ（Ω）の値をＲｔ＞５×１０⁷に設定したことを特徴
とする一成分トナーの現像装置。
【請求項２】上記トナー層の抵抗Ｒｔは、一成分トナ
ーの内部抵抗Ｒｉ、トナー間の接触抵抗Ｒｃ及び表面抵
抗Ｒｓとからなり、１／Ｒｔ＝１／Ｒｓ＋１／（Ｒｃ＋Ｒｉ）にて定義され
てなる請求項１記載の一成分トナーの現像装置。
【請求項３】上記規制部材にて現像ローラ表面に形成
されるトナー層の層厚が１０〜３０μｍの範囲内である
ことを特徴とする請求項１記載の一成分トナーの現像装
置。
【請求項４】上記現像ローラの半導電層は、水分吸収
率が１％以下であるウレタン樹脂にて形成されたことを
特徴とする請求項１記載の一成分トナーの現像装置。
【請求項５】上記現像ローラによる現像後に接触し、
現像ローラ上に残るトナーを除電するための除電部材を
設け、該除電部材に過電流防止のための保護抵抗を電気
的に接続したことを特徴とする請求項１記載の一成分ト
ナーの現像装置。
【請求項６】現像後の上記現像ローラに残るトナーを
除去し、新しいトナーを供給してなる供給部材を設け、
該供給部材に過電流防止のための保護抵抗を電気的に接
続したことを特徴とする請求項１記載の一成分トナーの
現像装置。
【請求項７】上記規制部材に過電流防止のための保護
抵抗を電気的に接続したことを特徴とする請求項１記載
の一成分トナーの現像装置。