JP2007086658A - 現像装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】磁性一成分トナーにおいて円形度が０．９６以上においても、トナーに過剰な機械的負荷をかける事なく、低コスト且つ簡易な構成で、現像容器端部における画像濃度ムラなく、スリーブネガゴーストを改善することを目的とする。
【解決手段】現像剤担持体４１と現像剤規制部材４２の略近傍且つ略下方の現像剤の循環を規制する現像剤循環規制部材７０を現像容器４４内に上部より配設する。現像剤循環規制部材７０の形状が長手方向において中央領域と端部領域とで形状が異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真画像形成装置等に使用可能な現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置に関するものである。

ここで、電子写真画像形成装置とは、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成するものである。電子写真画像形成装置の例として、例えば電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えばレーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）、ファクシミリ装置及びワードプロセッサ等が含まれる。

プロセスユニットとは、作像プロセス手段・機器の少なくとも１つを画像形成装置本体に対して着脱可能に構成したものである。

また、プロセスカートリッジとは、少なくとも、プロセス手段・機器としての現像手段（現像装置）と、電子写真感光体（像担持体）とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。

電子写真を用いた画像形成装置においては、像担持体としての感光体上の静電潜像を忠実に再現するために、磁性一成分現像剤であるトナーを用いた乾式現像法の一つとしてジャンピング現像法がある。

このジャンピング現像法とは、感光体に現像剤担持体である現像スリーブを一定の間隔（５０〜５００μｍ）を保って対向させて配置する。そして、現像スリーブに直流と交流を重畳した現像バイアスを印加してトナー粒子を往復させる電界を形成し、現像スリーブ上に薄層に塗布されたトナーが感光体上の静電潜像に飛翔、付着して、潜像が反転現像されたトナー像として可視化される。

このジャンピング現像法は、摩擦帯電したトナーを電界の力によって感光体上に移動させるため、潜像を忠実に再現させるためにはトナーの均一帯電が重要になってくる。均一帯電には、トナーの形状、粒径の均一化が重要な要素となり、高画質化を目指して様々な開発が行われてきた。

しかし、近年の高画質化の要求に応えるためにトナーの形状、粒径の均一化に留まらず、粒径の微細化（特許文献１，２参照）や形状の真円化（特許文献３参照）が提案されてきている。

微粒子トナーを用いることにより、単位質量当たりの表面積が大きくなるため、摩擦帯電による表面電荷が大きくなり、現像剤担持体上に保持される平均電荷量が高くなる。そのため細線、ドットの再現性の向上、飛び散りを減少させることができ、高画質化を図ることが可能となる。

また、磁性一成分トナーの円形度を上げることにより、より現像剤担持体上の平均電荷量を高くすることが可能になり、選択現像性が高まることと転写性の向上が図られ、更なる高画質化を可能とするのである。

ところで、トナーが消費されない場合の現像スリーブ上の平均電荷量と、トナーが消費される場合の現像スリーブ上の平均電荷量との差が大きくなると、いわゆる「スリーブネガゴースト」現象が現れるようになる。これは、現像スリーブ一周目と二周目以降の濃度差が発生したり、現像スリーブ一周目の画像履歴が二周目以降に残る現象である。上記のトナーが消費されない場合とは、例えば印字率０（％）の画像出力後の状態時である。また上記のトナーが消費される場合とは、例えば印字率１００（％）の画像出力後の状態時である。

特に、磁性一成分トナーの円形度を大きくすると、トナー同士の接触面積が大きくなり摩擦帯電における平均帯電電荷量が大きくなる。その為、トナーが消費されない場合の現像スリーブ上の平均電荷量と、トナーが消費される場合の現像スリーブ上の平均電荷量との差が大きくなり、スリーブネガゴーストが顕著に現れるようになる。

この問題に対し、スリーブネガゴーストを軽減させる方法として、現像スリーブ上のトナーを一度剥ぎ取る作用をする、例えば現像スリーブに当接したローラを取り付けるといった対策がある。
特開平１−１１２２５３号公報 特開平２−２８４１５８号公報 特開平９−１９７７１４号公報

しかし、トナーへの機械的な負荷がかかり、トナー劣化に伴った濃度低下等が発生しやすくなる。

ゆえに、トナーに過剰な機械的負荷をかける事なく、低コスト且つ簡易な構成で、現像容器端部においても良好なトナー循環を確保することができ、スリーブネガゴーストを軽減することができる現像装置が望まれてきた。

そこで、本発明の目的は、円形度０．９６以上の磁性一成分トナーを使用しても、高画質化を図りながら、トナーに過剰な機械的負荷をかける事なく、低コスト且つ簡易な構成で、現像容器端部における画像濃度ムラやスリーブネガゴーストを改善することにある。

これにより、高品位なグラフィック画像が安定して得られる、現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置を提供する事を目的とする。

前記目的を達成するための本発明に係る現像装置の代表的な構成は、
現像容器と、
前記現像容器の開口部に回転自在に配設され、像担持体に対向して静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、
前記現像容器内の上部に、前記像担持体の少なくとも画像域に渡って配設された、前記現像容器内の現像剤の循環を規制する現像剤循環規制部材と、
を有し、
前記現像剤循環規制部材の前記現像剤担持体側の端部が、前記現像剤担持体の中心と前記現像剤規制部材の前記現像剤担持体側の端部を結ぶ線を基準線として、前記現像剤担持体の中心からその回転方向上流側に４０°以内にあり、
かつ前記現像剤担持体の中心と前記現像剤循環規制部材の前記端部との距離が、前記現像剤担持体の中心と前記現像剤規制部材の前記端部とのなす線分を半径にもつ円弧から６．０ｍｍ以内で、前記現像剤規制部材の端部と前記現像剤担持体の中心との距離よりも大きい領域にあり、
前記現像剤循環規制部材の現像剤担持体側の側面が、前記現像剤循環規制部材の端部から前記基準線まで伸延しており、
前記現像剤循環規制部材が、長手方向において中央領域と端部領域で形状が異なることを特徴とする。

上記の現像装置構成によれば、現像剤（トナー）への過剰な機械的負荷をかけず、低コストかつ簡易な構成で、現像剤パッキングに伴う画像濃度ムラを発生させる事なく、スリーブネガゴーストを改善する事ができる。

（１）画像形成装置例の構成と動作の概略
図２は本実施例における画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、電子写真方式、プロセスカートリッジ着脱式のレーザビームプリンタである。このプリンタにはパソコン・画像読取装置等の外部ホスト装置（不図示）を接続してある。そして、プリンタはホスト装置からコントローラ部（不図示）に入力する画像情報をプリントする。コントローラ部はホスト装置と信号の授受をする。また作像機器と信号の授受をし、作像シーケンス制御を司る。

１はプリンタ本体（画像形成装置本体）、２はプリンタ本体１に対して着脱可能なプロセスカートリッジである。プロセスカートリッジ２については後述する。

２０は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと記す）である。ドラム２０はプリントスタート信号に基づいて矢印Ｒ１の時計方向に１２０．０ｍｍ／ｓの周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。ドラム２０には帯電バイアスが印加される帯電装置（帯電ローラ）３０を接触させてある。回転するドラム２０の周面がこの帯電装置３０により所定の極性・電位に一様に帯電される。本実施例では負の所定電位に帯電される。

その帯電面に対して、露光装置（レーザスキャナユニット）３により画像情報のレーザ走査露光Ｌがなされる。露光装置３から出力されたレーザ光Ｌはカートリッジ２の上面の露光窓部５３からカートリッジ内に入光してドラム２０の面を露光する。露光装置３はホスト装置からコントローラ部へ入力された画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ変換）されたレーザ光を出力して、ドラム２０の一様帯電面を走査露光する。レーザ光が照射されたドラム面部分（露光明部）の電位が減衰して画像情報に対応した静電潜像がドラム面に形成される。本例では画像情報部を露光するイメージ露光方式である。

その静電潜像は、現像装置４０の現像剤担持体としての現像スリーブ（現像ローラ）４１上の現像剤によって現像される。本例では現像装置４０は、現像剤として磁性一成分トナー（以下、トナーと記す）を用いたジャンピング現像方式である。また、静電潜像の露光明部をネガトナーで現像する反転現像方式である。この現像装置４０については後述する。

一方、所定の制御タイミングにて、シートトレイ部４のピックアップローラ５が駆動されて、シートトレイ部４に積載収納されている記録媒体であるシート材（用紙）Ｐが１枚分離給送される。シート材Ｐは、給紙ローラ・搬送ローラ（不図示）を含む搬送路を通り、転写ガイド６を経由して、ドラム２０と転写用帯電ローラ７との当接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて導入される。そして、シート材Ｐが転写ニップ部を挟持搬送されていく過程において、ローラ７にトナーと逆極性の転写バイアスが印加されて、ドラム２０面のトナー像がシート材Ｐの面に順次に静電転写されていく。

転写ニップ部を出たシート材は、ドラム２０面から分離されて搬送ガイド８に沿って定着装置９の定着ローラ９ａと加圧ローラ９ｂの当接部である定着ニップ部へ導入される。シート材分離後のドラム面はクリーニング装置５０のクリーニングブレード５２により転写残トナー等の残留汚染物の除去を受けて清掃され、再び、帯電から始まる作像に繰り返して供される。

定着装置９に導入されたシート材Ｐは定着ニップ部を挟持搬送されていく過程において、トナー像の加熱・加圧定着処理を受ける。定着装置９を出たシート材は搬送ローラを含む上行搬送路を通り、排紙ローラ１０により排紙トレイ１１に排紙される。

（２）プロセスカートリッジ２
カートリッジ２は、本例のプリンタにおいては、像担持体であるドラム２０と、帯電装置３０と、現像装置４０と、クリーニング装置５０と、の４種のプロセス装置を一体的にカートリッジ化し、プリンタ本体１に対し着脱可能としている。

カートリッジ２は、プリンタ本体１の開閉部（不図示）を開いてプリンタ本体１内を開放して、ガイド部（不図示）に案内されて着脱される。カートリッジ２は、プリンタ本体１に対して所定に装着されることで、プリンタ本体１側と機械的・電気的にカップリング状態になる。これにより、カートリッジ２側の被駆動部材（感光体・現像ローラ・現像剤攪拌部材等）がプリンタ本体１側の駆動機構により駆動可能状態になる。また、カートリッジ２側の帯電ローラ・現像ローラ等に対してプリンタ本体１側の高圧電源から所定のバイアスを印加することが可能となる。また、カートリッジ２側のセンサーや記憶装置がプリンタ本体１側の制御部と導通状態になる。

カートリッジ２がプリンタ本体１に装着されたとき、カートリッジ２の上側には露光装置３が位置し、下側にはシートトレイ４が位置している。

図３はカートリッジ２部分の拡大横断面図である。図４は現像装置（現像ユニット）部分の拡大横断面図である。なお、図３〜図５には、後述する現像剤循環規制部材７０を、説明の便宜上記載していない。

ここで、以下の説明において、長手方向とは、記録媒体であるシート材Ｐの搬送路面内においてシート材搬送方向に直交する方向に並行な方向である。また、短手方向とは、シート材Ｐの搬送路面内においてシート材搬送方向に直交する方向である。

ドラム２０と帯電装置３０はクリーニング装置５０の枠体５１に取り付けて配設してある。このドラム２０と、帯電装置３０と、クリーニング装置５０とでクリーニングユニットを構成させている。現像装置４０は、開口部に現像スリーブ４１を回転自在に配設した現像容器（現像室、現像剤供給室）４４と、トナーＴを収納した現像剤収納室（以下、トナー室と記す）４５とを結合させて、クリーニングユニットとは別体の現像ユニットとして構成させている。この現像装置４０の長手方向両端部付近に結合アーム４８を具備させてある。そして、現像装置４０は、その結合アーム４８の先端領域において、結合ピン（不図示）によりクリーニングユニットの枠体５１に対して回転自在に取り付けられている。更に、現像装置４０と枠体５１との間には、コイルバネである付勢手段６０が配置されており、現像装置４０は、結合ピンを中心に、図３において時計周り方向に回動付勢される。これにより、現像スリーブ４１の両端部に取り付けられている間隔保持部材（不図示）がドラム２０の両端部に当接する。これにより、現像スリーブ４１はドラム２０に対して所定の僅少な間隔（５０〜５００μｍ）を保って対向して配設される。

（３）現像装置４０の構成
現像装置４０は、現像剤として磁性一成分トナーＴを用いたジャンピング現像方式の反転現像装置である。

トナー室４５には負帯電極性の磁性一成分トナーＴ（平均粒径７．０μｍ）が収納されている。

ここで、トナーＴの平均粒径はコールタ−カウンターＴＡ−ｎ型（コールタ−社製）を用いて測定した。電解水溶液１００〜１５０ｍ１中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１〜５ｍｌ加え、さらに測定試料を２〜２０ｍｇ（粒子数として約３万〜約３０万個）加える。電解水溶液は１８級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣ１水溶液である。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記コールタ−カウンターにて平均粒径を求めた。

トナー室４５のトナーＴは回転する攪拌部材４３によるトナー攪拌によって、トナー室４５と、現像容器４４との間の連通口であるトナー供給開口４５ａを通じて現像容器４４へ搬送される。現像容器４４に搬送されたトナーＴは、現像スリーブ４１に内包された、磁界発生部材である非回転のマグネットロール４１ａの磁界によって現像ローラ４１に引き寄せられる。現像スリーブ４１に磁気付着したトナーＴは、現像スリーブ４１のＲ２方向への回転に伴って、現像スリーブ４１と現像剤規制部材である現像ブレード４２との当接部に搬送される。そして、現像ブレード４２上のトナーは現像ブレード４２によってトリボ付与を受けるとともに、薄層として層厚規制を受ける。さらに、ドラム２０と現像スリーブ４１との対向部である現像領域部に搬送されて、ドラム面の静電潜像の現像に供される。現像スリーブ４１には現像バイアス電源（不図示）から所定の現像バイアスが印加される。現像に供されずに現像スリーブ４１上に残ったトナーは現像スリーブ４１の回転で現像容器４４に戻し搬送される。そして、現像スリーブ４１は現像容器４４でトナーの再供給を受ける。

マグネットロール４１ａにおいて、Ｎ２とＳ２は搬送磁極、Ｎ１は規制磁極、Ｓ１は現像磁極である。

本実施例においては、磁性一成分トナーＴの平均円形度は０．９６５のものを使用している。本発明における磁性一成分トナーＴの平均円形度とは、粒子の形状を定量的に表現する指標として用いたものである。本発明では東亜医用電子製フロー式粒子像分析装置「ＦＰＩＡ−１０００」を用いて測定を行う。測定された粒子の円形度（ａｉ）を下記式（１）により求め、測定された全粒子の円形度の総和を全粒子数（ｍ）で除した値を円形度と定義する。

円形度（ａｉ）＝Ｌ０／Ｌ・・・式（１）
式中、Ｌ０は磁性トナー粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長を示し、Ｌは磁性トナー粒子の投影像の周囲長を示す。

また、本実施例における現像スリーブ４１は、アルミニウムの素管をサンドブラストして粗面化した後、カーボンブラック微粒子、グラファイト微粒子を分散したフェノール樹脂をコーティングして、表面粗さＲａ＝１．０μｍにしたものを用いている。これにより、トナーＴのチャージアップ現象を抑えている。

また、現像ブレード４２は、ウレタンゴムを支持板金に接着してなり、現像スリーブ４１の回転に対して逆らう方向（カウンター方向）で、現像スリーブ４１に当接圧２０ｇ／ｃｍ（線圧：現像ブレードの長手方向の単位長さあたりの圧）で当接する。当接長は２ｍｍである。

現像スリーブ４１には、直流電圧（Ｖｄｃ＝−４００Ｖ）に、交流電圧（ピーク間電圧＝１５００Ｖｐｐ、周波数ｆ＝２４００Ｈｚ）を重畳した現像バイアスが印加される。ドラム２０は接地されている。ドラム２０と現像スリーブ４１との対向領域では電界が発生するため、前述の帯電されたトナーＴによってドラム表面の静電潜像がジャンピング現像される。すなわち、ドラム２０と現像スリーブ４１を一定の間隔（５０〜５００μｍ）を保って対向させて配置し、現像スリーブ４１に直流と交流を重畳した現像バイアスを印加してトナー粒子を往復させる電界を形成する。現像スリーブ４１上に薄層に塗布されたトナーがドラム２０上の静電潜像に飛翔・付着して、静電潜像が反転現像されたトナー像として可視化される。

（４）現像剤循環規制部材の説明
現像スリーブ４１上に担持されたトナーが現像ブレード４２に規制されるときにトナーは負の摩擦帯電を受けトナー表面に電荷を保持することになる。そのため、現像スリーブ４１上のトナーが印字により消費されないと現像スリーブ４１上に残って現像ブレード４２によって摩擦帯電を繰り返すことになる。

このとき、現像スリーブ４１上のトナーが消費されない場合は、同じトナーが現像スリーブ４１上に保持されているだけである。しかし、印字によって（特に印字率が１００％のとき）現像スリーブ４１上のトナーが消費されたとき、現像室４４で摩擦帯電を受けていないフレッシュなトナーが供されると、現像スリーブ一周目と二周目で平均帯電電荷量が異なるということが生じる。

ジャンピング現像法において、現像スリーブ４１上のトナーの平均帯電電荷量が異なるということは、現像性、つまり画像の濃度が異なってしまう問題が生じる。そのため、現像室４４のフレッシュトナーが直接現像スリーブ４１上に供されるのを防ぐ必要がある。しかし、通常、マグネットロール４１ａの搬送磁極Ｓ２回りのトナー循環は現像スリーブ４１に連れ回り、図５中の矢印Ａのように下から上に移動する。そのため、回転する攪拌部材４３からのフレッシュトナーを防ぐことはできず、トナーが消費される場合とされない場合の現像スリーブ４１上のトナーの平均帯電電荷量の差が生じ、スリーブネガゴーストが発生する。

特に、トナーの円形度が０．９６以上の場合、トナーの摩擦帯電による平均帯電電荷量が大きいため、スリーブネガゴーストが顕著に発生することとなる。

ここで、従来の現像装置構成において、磁性一成分トナーＴの平均円形度と現像スリーブ４１上のトナーコート層の関係を表１に示す。

表１から、トナーコート重量Ｗ（ｍｇ／ｃｍ^２）は、トナーＴの平均円形度に依らず、印字率０（％）の画像出力後のトナーコート重量Ｗ_０と印字率１００（％）の画像出力後のトナーコート重量Ｗ_１００とでは同程度の差が見られる。

しかし、トナー平均電荷量（現像スリーブ４１上のトナーの平均帯電電荷量）Ｑ／Ｍ（μｃ／ｇ）は、トナーＴの平均円形度が大きくなると、印字率０（％）の画像出力後のトナー平均電荷量Ｑ／Ｍ_０が大きくなる。そのため、印字率１００（％）の画像出力後のトナー平均電荷量Ｑ／Ｍ_１００との差が大きくなっている。

これにより、スリーブネガゴーストがトナーＴの平均円形度が大きくなるにつれ悪化するようになることがわかる。

その解決策として、図６に示すように、現像容器４４内において、現像ブレード４２の近傍に現像剤循環規制部材７０を配置する。これにより、トナーＴの循環を図５中の矢印Ａから図６中の矢印Ｂのように現像スリーブ裏（現像領域側とは反対側）でより小さい循環にすることが効果的であることがわかった。

なぜなら、現像スリーブ４１とトナー供給開口４５ａとの間に現像剤循環規制部材７０を配設すると、攪拌部材４３によるトナー室４５から現像室４４へのフレッシュトナーの送りこみ（図６中の矢印Ｃ）を防ぐようなトナー循環が生じるからである。そのため、現像スリーブ４１上のトナーが消費される場合とそうでない場合における現像スリーブ４１上のトナーの平均帯電電荷量の差を小さくすることが可能となる。

（検証実験１）
以下に現像剤循環規制部材７０が配設された場合と、そうでない場合におけるスリーブネガゴーストの違いを調べた。本検証実験は温度２３℃、湿度５０％の環境で行い、そのときの結果を表２に示す。

現像剤循環規制部材７０の詳細を図１に基づいて説明する。図１において、（ａ）は現像装置４０の現像容器４４部分の拡大横断面図である。（ｂ）は（ａ）における線分Ｌ上の位置Ｓ−Ｂ間の長手方向断面図である。Ｓは現像容器４４内の上部内壁の位置、Ｂは現像容器４４内の下部内壁の位置である。

本実施例において、現像剤循環規制部材７０の材質はモールド成型されたものである。現像剤循環規制部材７０は非磁性体のものであれば特に本実施例に限定されたものではない。

更に、本実施例では現像剤循環規制部材７０は、厚みＬｗ＝１．５ｍｍ、鉛直長さＬｙ＝１１．０ｍｍの大きさをもって現像容器４４内において上部から垂直に配設されている。厚みＬｗは、現像剤循環規制部材７０の先端（下端部）における短手方向断面の長さである。鉛直長さＬｙは、現像容器４４の上部内壁Ｓから現像剤循環規制部材７０の先端（下端部）までの長さである。特に、現像ブレード４２の先端位置Ｍと現像剤循環規制部材７０の先端位置Ｐの関係がスリーブネガゴーストに対して重要である。

上記において、現像ブレード４２の先端位置Ｍは、現像ブレード４２の現像スリーブ４１側の端部である。現像剤循環規制部材７０の先端位置Ｐは現像剤循環規制部材７０の現像スリーブ４１側の端部である。

現像スリーブ４１の中心Ｏから上記の位置Ｍ、Ｐに引かれる直線において、ＯＭ＝α（基準線）、ＯＰ＝ｒ、ＯＭを通る直線αとＯＰを通る直線ｒとのなす角θとする。現像剤循環規制部材７０の先端位置Ｐは、現像ブレード４２の先端位置Ｍに近く、かつ鉛直方向に対してできるだけ長い位置にあることが条件となる。すなわち、現像剤循環規制部材７０の現像スリーブ４１側の側面が現像剤循環規制部材７０の前記先端位置Ｐから前記基準線αまで伸延していることが条件となる。

本検証実験では、ｒ−α＝１．６ｍｍ、θ＝１１．５°としている。また、本検証実験で用いたトナーは平均円形度が０．９６５のものである。

トナー平均電荷量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）は、吸引式ファラデーケージ法により測定した値である。現像スリーブ４１上のトナーＴを吸引ポンプにより吸引し、ファラデーケージにて採取する。そして、採取されたトナー量とその電荷量から計算により求めた値がトナー平均電荷量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）である。

また、スリーブネガゴーストが発生した場合を×、軽微に発生した場合を△、発生しなかった場合を○とする。

表２によれば、現像剤循環規制部材７０を配設することにより、トナー平均電荷量が、印字率０％のときと印字率１００％のときで同じようになり、スリーブネガゴーストが改善されることを確認できる。

（５）現像剤循環規制部材７０とフェーディング
ただし、スリーブネガゴースト対策の効果を得るために、現像剤循環規制部材７０の先端位置Ｐを、現像ブレード４２の先端位置Ｍに近く、かつ鉛直方向に対してできるだけ長い位置に配設しようとすると、他の問題を生じさせる。すなわち、攪拌部材４３によるトナー室４５から現像容器４４へのトナー供給を妨げることになってしまう。そのため、高印字のパターンを連続通紙した場合などに、弊害として、トナー供給不足による画像抜けといった問題が生じた。以下、この現象を「フェーディング」という。上記の理由により、現像剤循環規制部材７０を配設する場合においてスリーブネガゴーストとフェーディングを両立する位置を考慮することが必要になってくる。

特に、現像剤循環規制部材７０の先端位置Ｐを示すｒ−α、θが重要であり、ｒ−α、θがそれぞれの値をもった場合におけるスリーブネガゴーストとフェーディングの関係を表３に示す。表３では検証実験１と同様の実験条件を用いている。また、フェーディングが発生した場合を×、軽微に発生を△、発生しなかった場合を○とする。

表３から、θを大きくすればするほどスリーブネガゴーストに対しては効果がある。しかし、フェーディングが悪化する傾向にあることがわかる。また、ｒ−αを小さくすればするほどスリーブネガゴーストに対して効果がある。しかし、同じようにフェーディングに対して悪化する傾向にある。

以上のことから、ｒ−α、θの位置関係において、スリーブネガゴーストとフェーディングに対して逆の効果になっているため、その両立する位置に現像剤循環規制部材７０を配設しなければならない。

そのため、ｒ−αは０〜６．０ｍｍ、好ましくは０．５〜３．０ｍｍ、θは０〜４０°、好ましくは５．０〜３０°にあれば、スリーブネガゴーストとフェーディングを両立することが可能となる。

すなわち、距離ｒが、距離αの線分を半径に持つ円弧から６．０ｍｍ以内で、距離αよりも大きい領域にあればよい。また、現像剤循環規制部材７０の前記先端位置Ｐが、現像スリーブ４１の中心Ｏと現像ブレード４２の前記先端位置Ｍを結ぶ線を基準線として、現像スリーブ４１の中心Ｏから現像スリーブ回転方向上流側に４０°以内にあればよい。

（６）現像剤循環規制部材７０の長手端部領域の形状とトナーパッキング
本実施例において、現像剤循環規制部材７０は、現像容器４４内において上部より配設し、先端位置Ｐを前述の条件とすることで、低コスト且つ簡易な構成でスリーブネガゴーストを良化させつつ、フェーディングが発生しない現像装置を実現することができた。

しかしながら、現像剤循環規制部材７０を長手方向に一様な形状とし、現像容器４４内において上部より配設した場合、低温低湿環境・低印字画像出力時において、長手方向端部領域でトナーパッキングに伴った濃度ムラが発生することがあった。

以下に、現像剤循環規制部材７０の長手方向端部領域の形状について詳細に説明する。

通常、マグネットロール４１ａの搬送磁極Ｓ２回りのトナー循環は現像スリーブ４１に連れ回り、図５中の矢印Ａのように下から上に移動する。これに対して、図６に示すとおり、現像剤循環規制部材７０を配設した場合、矢印Ｂのような循環とする事ができる。

しかし、トナー室４５から現像容器４４へは、随時トナーが供される為、現像剤循環規制部材７０によりトナーは図６中の矢印Ｄのように長手方向端部領域へと流れ、現像容器４４内の長手方向端部においてトナーパッキング状態が起こりやすくなる。トナーパッキング状態になると、トナーの供給ムラ、帯電ムラを引き起こしやすくなり、これに伴って画像濃度ムラが発生する事がある。

上記の弊害は、現像容器４４内のトナーが密となる事により引き起こされる為、現像剤循環規制部材７０を設けたことにより現像容器４４とトナー室４５のトナーの入れ替わりが長手方向端部で不足している事に起因していると考えられる。

本実施例では、現像剤循環規制部材７０の形状を長手方向端部領域で中央領域と異なる形状とする事で上記弊害の対策とする。特に小型の現像装置の場合、現像装置の長手方向小型化のため現像容器４４の長手方向端部の内壁４６を出力可能な画像域幅の端部に限りなく近づける必要があり、現像容器の長手方向画像域幅内においてトナーパッキングを防止する対策をとる必要がある。具体的には、現像容器の内壁と画像域との距離が８ｍｍ以下であることが好ましい。現像容器の内壁とは、現像容器の長手方向端部側の内壁であり、図１の（ｂ）において、線分Ｐ２−Ｐ３で表した壁に相当する。

しかしながら、現像剤循環規制部材７０の形状は、現像容器４４内のトナー循環を制御する事で、現像スリーブ４１上のトナーの平均帯電電荷量を制御し、現像性を一定に保つように設定されている。これにより、端部領域においても、現像剤循環規制部材７０は同様の効果をもたらす。そのため、長手一様にスリーブネガゴーストを発生させない為には、現像剤循環規制部材７０の長手方向において、端部領域においても、現像性を中央領域と等しくした上で、現像室４４とトナー室４５のトナーの入れ替わりを促進する構成とする事が重要となる。

したがって、まず、第１に、循環規制部材７０の長手方向端部領域も中央領域と同程度の現像性を確保する為、現像剤循環規制部材７０の端部領域も、図６中の矢印Ｂのトナー循環を実現する位置に配設する必要がある。よって、現像剤循環規制部材７０の端部領域の先端位置を示すｒ−α、θを中央領域と同様にする。すなわち、ｒ−αは０〜６．０ｍｍ、好ましくは０．５〜３．０ｍｍ、θは０〜４０°、好ましくは５．０〜３０°とし、少なくとも先端位置から基準線ＯＭまで伸延させるものとする。

第２に、現像剤循環規制部材７０によって生じる図６中の矢印Ｄ方向のトナー循環に対し、端部領域における現像容器４４とトナー室４５のトナーの入れ替わりを促進する為、図１中の現像容器内壁４６と部材７０とで囲まれる連通口７０ａを設ける。

ここで、トナーの入れ替わり頻度の指標である連通口７０ａの面積Ｓを次のように定義する。

・部材７０の端部領域の側端部
・現像容器内壁
・部材７０の中央領域と端部領域のうち現像容器上部内壁からの距離が大きい領域に
おける現像スリーブ４１側の端部を長手方向現像容器内壁まで伸延した線分
とによって囲まれる領域を連通口７０ａとする。そして、この面積をＳとする。上記の部材７０の端部領域の側端部は、図１の（ｂ）において、点Ｐ１−Ｐ６−Ｐ５−Ｐ４を結ぶ線分に相当する。現像容器内壁は点Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３を結ぶ線分に相当する。部材７０の中央領域と端部領域のうち現像容器上部内壁は点Ｐ１−Ｐ２を結ぶ線分に相当する。長手方向現像容器内壁は点Ｐ２−Ｐ３を結ぶ線分に相当する。伸延した線分は点Ｐ４−Ｐ３を結ぶ線分に相当する。

トナーの入れ替わりは、連通口７０ａの面積Ｓを大きければ大きいほど促進され、現像剤循環規制部材７０の長さＬｙが短ければ短いほど、促進される。その為、図１に示される現像容器内壁４６と現像剤循環規制部材７０とで囲まれる連通口７０ａの面積Ｓ［ｍｍ^２］と現像剤循環規制部材７０の長さＬｙ［ｍｍ］との関係を、
Ｓ／Ｌｙ≧１０［ｍｍ］・・・・式（２）
とする。

式（２）より、連通口に必要な面積Ｓは、Ｓ≧１０×Ｌｙである為、端部領域の全てを連通口に充てた場合、必要な長手方向長さは１０ｍｍとなる。その為、端部領域の長手方向長さは少なくとも１０ｍｍ以上必要となる。すなわち、現像剤循環規制部材７０の端部領域が現像容器の内壁から少なくとも１０ｍｍの領域である。現像容器の内壁とは、現像容器の長手方向端部側の内壁であり、図１の線分Ｐ２−Ｐ３で表した壁に相当する。

より好ましくは、Ｓ／Ｌｙ≧１３であり、面積Ｓの上限は、現像室４４の上部より現像剤循環規制部材７０が配設するのに十分な強度が確保できていれば良い。

また、現像剤循環規制部材７０を図７の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）に示されるような形状とした場合であっても、ｒ−α、θ、Ｓ、Ｌｙが上記条件を満たしていれば、連通口を現像剤循環規制部材の下方にも設ける事で同様の効果が得られる。なお、図７の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）は何れも図１の（ａ）における線分Ｌ上の位置Ｓ−Ｂ間の長手方向断面図である。

（検証実験２）
式（２）を満足するように現像剤循環規制部材７０を配設した場合における、Ｌｙ、Ｓ／Ｌｙ、スリーブネガゴースト、濃度ムラの関係を表４に示す。

このとき、ｒ−α＝１．６ｍｍ、θ＝１１．５°とし、現像剤循環規制部材７０の長手端部と現像容器内壁４６の距離は５ｍｍとした。また、検証実験の条件は検証実験１と同じものを用いる。

また、濃度ムラに関しては印字率２．０％の画像を用い１０００枚通紙後のベタ黒の濃度差で判断した。このときの濃度は反射濃度率測定器（Ｍａｃｂｅｔｈ社製濃度計ＲＤ−９１８）を用いて測定し、濃度差のある２点における反射濃度の差が０．１以下のときが○、０．１〜０．２のときが△、０．２以上のときが×としている。

表４から、本実施例におけるＳ／Ｌｙの大きさは濃度ムラの観点から１０以上必要であることがわかる。また表４より、式（２）を満たすときがスリーブネガゴーストと弊害のない良好な画像を得ることが可能となる。

以上のことから、現像剤循環規制部材７０を現像容器内において上部より配設することにより、弊害なくスリーブネガゴーストを改善することが可能となる。

（７）小型の現像装置における現像剤循環規制部材
さらに、現像スリーブ４１が比較的小さくて現像容器４４の小さい小型の現像装置４０においては、トナーＴの循環を小さくすると、現像容器４４とトナー室４５内のトナーの入れ替わりが上手くできないことから、濃度薄といった弊害が生じた。

ここで、小型の現像装置４０とは、現像スリーブ４１の外径が１５ｍｍ以下で、現像スリーブ４１の中心からトナー室４５のトナー供給開口４５ａまでの距離が２０ｍｍ以下であることと定義している。

本実施例では、現像スリーブ４１の外径を１４ｍｍ、現像スリーブ４１の中心からトナー室４５のトナー供給開口４５ａまでの距離を１６ｍｍに配置している。

現像装置４０が小さい場合における上記の弊害を改善するためには、現像剤循環規制部材７０の厚みＬｗ、トナー供給開口４５ａと現像剤循環規制部材７０との距離ａが重要になってくる。

まず、現像剤循環規制部材７０の厚みＬｗに関して説明する。Ｌｗが小さくなった場合、スリーブネガゴーストが悪化した。これは現像剤循環規制部材７０によるトナー循環を変える効果が、厚みＬｗが薄くなることによって小さくなってしまうためである。そのため、現像剤循環規制部材７０が図６中の矢印Ｂのようなトナー循環をつくりだすことはできず、現像剤循環規制部材７０がないのと同じような結果になってしまった。

ここで、このときの厚みＬｗは現像剤循環規制部材７０における最下端の幅ＰＱ（図１）のことであり、それより上部に関しては幅、形状に関してはＰＱ以下であれば特に制限しない。そのため、スリーブネガゴーストの観点からＬｗには下限値が存在する。

また、Ｌｗが大きくなった場合、このときの現像剤循環規制部材７０における厚みの最大値においても限界がある。現像容器４４が小さいときに、現像容器４４の上部を完全に埋めてしまい現像容器４４内の高さを低くして容積を小さくしてしまった場合、濃度薄といった弊害が発生することがある。なぜなら、トナー循環が小さくなることにより、トナー容器４５内のトナーとの入れ替わりが起こりにくくなり、攪拌部材４３によるトナーの送り込みすぎによってパッキングやトナー劣化が発生してしまうからである。そのため、現像容器４４が小さい場合、現像容器４４にある程度の上部スペースが存在し、トナーの逃げ場がある程度確保されていないと弊害が生じてしまうことになる。そのため、現像剤循環規制部材７０における厚みには最大値が存在することになる。このとき現像剤循環規制部材７０の厚みの範囲は、プロセスカートリッジ２の短手方向の断面において現像剤循環規制部材７０の厚みＬｗと現像剤循環規制部材７０とトナー供給開口４５ａ間の距離ａとの大小関係で決まる。

そのため、以下の式（３）を満足するようにＬｗとａを決定すると現像剤循環規制部材７０を配設した場合においても、弊害が発生することなく、スリーブネガゴーストを改善することが可能となる。

Ｌｗ／ａ＜０．７（１．２≦Ｌｗ）・・・・式（３）
（検証実験３）
式（３）を満足するように現像剤循環規制部材７０を配設した場合におけるＬｗ、ａ、スリーブネガゴースト、濃度薄の関係を表５、表６に示す。このとき、ｒ−α＝１．６ｍｍ、θ＝１１．５°とした。また、検証実験の条件は検証実験１と同じものを用いる。また、濃度薄に関しては印字率２．０％の画像を用い１０００枚通紙後のベタ黒の濃度で判断した。このときの濃度は反射濃度率測定器（Ｍａｃｂｅｔｈ社製濃度計ＲＤ−９１８）を用いて測定し、光学密度が１．２以上のときが○、１．０〜１．２のときが△、１．０以下のときが×としている。

表５から、本実施例におけるＬｗの大きさはスリーブネガゴーストの観点から１．２ｍｍ以上必要であることがわかる。また表６より、式（３）を満たすときがスリーブネガゴーストと弊害のない良好な画像を得ることが可能となる。

以上のことから、現像剤循環規制部材７０を配設することにより、スリーブネガゴーストを改善することが可能となる。

実施例１においては現像剤循環規制部材７０を配設することにより、スリーブネガゴーストを改善することが可能となった。

実施例２では、現像剤循環規制部材７０がスリーブネガゴーストを改善させるのみならず、静電容量検知形式のトナー残量逐次検知手段を兼ねることを特徴とする。

本実施例のレーザビームプリンタは、トナーの消費に伴ってその残量を逐次検知することのできる現像剤残量検知手段を備えている。

図８において、ＰＡは現像剤残量検知手段としてのプレートアンテナであり、現像剤循環規制部材７０に重ね合わせて配設してある。すなわち、プレートアンテナＰＡは、トナーＴが流動的でありトナーＴの減少度が直接分かるような現像容器４４内に設置されている。

本実施例においては、現像容器４４内のトナー減少度がわかるように、下記のようにしている。すなわち、プレートアンテナＰＡは厚みが０．３ｍｍのＳＵＳ３１６の板金をＬ字状に形成したものを用いて、現像スリーブ４１とプレートアンテナＰＡ間に存在するトナー残量を検知できるようにしている。また、トナーが満載の場合の出力を１Ｖ、トナーが空の場合の出力を３ＶとなるようにプレートアンテナＰＡの設置箇所を調節する。さらに、トナー量の減少と検知出力の関係がほぼ直線的に推移するように調節する。最終的に、本実施例におけるプレートアンテナＰＡの先端位置は現像剤循環規制部材としても機能させるために、ｒ−α＝１．６ｍｍ、θ＝１１．５°とした。

プレートアンテナＰＡの材質は良導性な板状のものであればどのようなものでも良いが、トナー粒子に悪影響を及ぼさない材質であり、湿度等の環境条件に強い材質が望まれる。そして、プレートアンテナの最低一側面に外部より通電可能なような形状を形成されている。この接続可能な箇所では、導線などで直接接続するものでもよく、また、カートリッジ側面より導電性のピン形状のもので串刺しにする形態をとるのも良い。本実施例では、ピン形状のものをカートリッジ側壁を介し、引き起こし部（不図示）へ突き刺す形態をとることとする。また、現像スリーブ４１とプレートアンテナＰＡによるトナー残量検知は現像スリーブ４１に印加された現像バイアスを用いてトナー残量を計測する。

具体的には、現像スリーブ４１に印加された現像バイアスによって、プレートアンテナＰＡに誘起された電圧値を読む。このとき現像スリーブ４１とプレートアンテナＰＡ間にあるトナー残量に応じて誘電率が異なると、プレートアンテナＰＡに誘起される電圧値も異なる。この異なる電圧値を見て、トナー残量レベル検知を行っている。

プリンタ本体１とカートリッジ２には不図示の電気接点が設けられている。そして、カートリッジ２がプリンタ本体１内に装着された際に該電気接点を通じてカートリッジ２のプレートアンテナＰＡとプリンタ本体１内のトナー残量レベル検知検出部（不図示）が電気的に接続される。

現像スリーブ４１とプレートアンテナＰＡ間の静電容量に対して発生する測定値、すなわち電圧値をデジタル変換する。そして、トナー残量レベル検知結果を残量閾値テーブルと比較して、例えばトナー残量を％表示や、印字可能枚数といった形で、プリンタ内に内蔵されている中央処理演算装置（ＣＰＵ）（不図示）へ出力する。そして、必要に応じてトナー残量％情報や印刷可能枚数情報をコントローラ部へ出力する。

そして、このコントローラ部に接続されているパソコンやプリンタに内蔵のオペレーションパネルへトナー残量％や印刷可能枚数を提供し、表示装置によって、使用者へ提供する。このコントローラ部は、主にパソコンとプリンタの中間に位置し、パソコンより送信されてきた画像情報に基づいて、感光ドラムや半導体レーザなどの出力装置を操作して、作像シーケンス制御を行う。また、プリンタ本体各部より発せられた警告などは、このコントローラ部を介して、とりまとめられてパソコンやオペレーションパネルなどの表示装置へ送信され、使用者へ知らされるような構成となっている。また、昨今ではこのコントローラ部はプリンタ内部へ内蔵する形を取られている。

（検証実験）
上記条件により、スリーブネガゴーストとフェーディングを両立しつつ、トナー残量検知が行えるかを確かめるため、トナー残量検知出力値を確認した。温度２３℃、湿度５０％の環境でおこない、現像スリーブ４１に印加するバイアスは、周波数２．４ｋＨｚ、交流ピーク間電圧１５００Ｖｐｐ、直流電圧−４００Ｖとした。

トナーは平均円形度０．９６５のものを用い、初期のトナー重量として３００ｇを用いている。また通紙パターンは４．０％の印字率をもった画像を用いて連続通紙によりトナー残量を検出した。

図９にそのときの出力値とトナー残量を示す。トナー残量が３０％程度から電圧が変化している。これは検出可能なトナー残量が現像スリーブ近傍のみであるので、実際にトナー残量が３０％以下のときにはじめて検出可能となっているためである。

以上のことから現像剤循環規制部材を兼ねつつ、静電容量型トナー残量検知機能をもつことが可能となった。

ここで、現像装置４０は、それ単独でプリンタ本体１に対して着脱可能なプロセスユニットにすることもできるし、プリンタ本体１に対して作り付けの機器にすることもできる。

画像形成装置の像担持体は静電記録誘電体にすることもできる。
し、プリンタ本体１に対し着脱可能としている。

実施例１に係る現像装置の要部構成の説明 画像形成装置例の概略構成図 プロセスカートリッジ部分の拡大図 現像装置部分の拡大図 現像剤循環規制部材が無い場合のトナー循環の説明図 現像剤循環規制部材が有る場合のトナー循環の説明図 現像剤循環規制部材の他の形態例を示した図 実施例２に係る現像装置現像装置の要部構成の説明図 実施例２に係るトナー残量検出値グラフ

符号の説明

１画像形成装置本体、２・・プロセスカートリッジ、２０・・像担持体（電子写真感光体ドラム、４０・・現像装置、４４・・現像容器、４１・・現像剤担持体（現像スリーブ）、４２・・現像剤規制部材（現像ブレード）、７０・・現像剤循環規制部材、Ｔ・・現像剤（磁性一成分トナー）

Claims (12)

1. 現像容器と、
   前記現像容器の開口部に回転自在に配設され、像担持体に対向して静電潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材と、
   前記現像容器内の上部に、前記像担持体の少なくとも画像域に渡って配設された、前記現像容器内の現像剤の循環を規制する現像剤循環規制部材と、
   を有し、
   前記現像剤循環規制部材の前記現像剤担持体側の端部が、前記現像剤担持体の中心と前記現像剤規制部材の前記現像剤担持体側の端部を結ぶ線を基準線として、前記現像剤担持体の中心からその回転方向上流側に４０°以内にあり、
   かつ前記現像剤担持体の中心と前記現像剤循環規制部材の前記端部との距離が、前記現像剤担持体の中心と前記現像剤規制部材の前記端部とのなす線分を半径にもつ円弧から６．０ｍｍ以内で、前記現像剤規制部材の端部と前記現像剤担持体の中心との距離よりも大きい領域にあり、
   前記現像剤循環規制部材の現像剤担持体側の側面が、前記現像剤循環規制部材の端部から前記基準線まで伸延しており、
   前記現像剤循環規制部材が、長手方向において中央領域と端部領域で形状が異なることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤循環規制部材の前記端部領域が、前記現像容器の内壁から少なくとも１０ｍｍの領域であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像容器の内壁と前記画像域との距離が８ｍｍ以下であ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. 前記現像剤循環規制部材の前記端部領域の側端部、前記現像容器の内壁、及び前記現像剤循環規制部材の中央領域と端部領域のうち前記現像容器の上部内壁からの距離が大きい領域における前記現像剤担持体側の端部を長手方向現像容器内壁まで伸延した線分とによって囲まれる連通口を有し、
   前記連通口の面積Ｓ、前記現像剤循環規制部材の中央領域と端部領域のうち前記現像容器の上部内壁からの距離が大きい領域における前記現像剤担持体側の端部の前記現像容器の上部内壁からの距離Ｌｙは、
   Ｓ／Ｌｙ≧１０［ｍｍ］
   を満足する事を特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の現像装置。
5. 前記現像剤担持体は、外径が１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の現像装置。
6. 前記現像剤は、磁性一成分トナーであって、円形度が０．９６以上であることを特徴とする請求項記載１〜４の何れか１つに現像装置。
7. 前記現像剤循環規制部材の先端における短手方向断面の長さＬｗは、１．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の現像装置。
8. 現像剤が収納され、前記現像容器に連通口を介して連通している現像剤収納室を有し、前記現像剤循環規制部材の短手方向断面における長さＬｗ、前記現像剤循環規制部材と前記連通口との間の距離ａは、
   Ｌｗ／ａ＜０．７（１．２≦Ｌｗ）
   を満足することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の現像装置。
9. 前記現像剤担持体の中心から前記連通口との距離が２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
10. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体上の静電潜像を現像剤で現像する現像装置と、を有する画像形成装置において、前記現像装置が請求項１〜９の何れか１つに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
11. 少なくとも請求項１〜１０の何れか１つに記載の現像装置を有し、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するプロセスユニット。
12. 少なくとも、像担持体と、請求項１〜１０の何れか１つ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するプロセスカートリッジ。