JP4453751B2 - 現像装置、画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

この発明は、表面にトナーを担持するトナー担持ローラを有する現像装置および該ローラを用いて静電潜像をトナーにより現像する画像形成装置ならびに方法に関するものである。

像担持体上に担持された静電潜像をトナーにより現像する技術においては、略円筒形状に形成され表面にトナーを担持するトナー担持ローラを像担持体に対向配置したものが広く使用されている。本願出願人は、このようなトナー担持ローラの表面に担持されるトナーの特性を改善するため、円筒形状に形成されたローラの表面に規則的に配置された凸部と、該凸部の周囲を取り囲む凹部とを設けたトナー担持ローラを採用した現像装置について先に開示した（特許文献１参照）。このような構造は、表面の凹凸パターンが管理されて均一であるために、ローラ表面に担持されるトナー層の厚さや帯電量等を制御しやすいという利点がある。

上記のように構成された画像形成装置においては、トナー担持ローラの凸部および凹部に担持されるトナー層厚さを所定厚さに規制するために、トナー担持ローラ表面のトナー層に層厚規制部材（規制ブレード）を当接させている。

特開２００７−１２１９４９号公報（図１０）

しかしながら、上記のような構造を有するトナー担持ローラを使用する場合、凹凸が均一であるが故に、トナー担持ローラ上のトナー層厚を厳密に管理しなければトナー担持ローラ表面からのトナーの飛散やカブリの発生が問題となる。特に、規制ブレードからの押圧によりトナーが圧粉状態になると、トナー同士が凝集して大きな塊となったり、トナーから離脱した外添剤やワックス等の塊が核になってさらに大きなトナー塊を作る。これらが現像器外へ漏れ出し、飛散したり画像に付着してカブリを生じさせたりする。また、こうして生成されたトナーの凝集体がトナー担持ローラに固着してフィルミングを起こし画像欠陥を生じさせることもある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表面に凹凸を設けたトナー担持ローラを用いる現像装置および画像形成装置ならびに方法において、トナー凝集体の生成に起因するトナーの漏れや飛散、カブリなどの問題を未然に防止することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる現像装置は、上記目的を達成するため、略円筒形状に形成され、その表面に帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材とを備え、前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接される一方、前記トナー担持ローラ表面には、該ローラの回転軸に平行な幅方向に沿って一列に配列された複数の凸部からなる凸部列が、前記幅方向に直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に複数列設けられるとともに、前記凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部を成しており、しかも、前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の頂面を前記幅方向に引き伸ばすことで得られる、前記円筒面の一部をなす仮想的な面を当該凸部の凸部延長面と定義したとき、同一の前記凸部列に属する前記凸部の間では前記凸部延長面同士が互いに重なり合う一方、互いに異なる前記凸部列に属する前記凸部の間では、前記凸部延長面同士の間に間隔が空いており、前記弾性当接体が前記トナー担持ローラに当接することにより形成される規制ニップの周方向における幅が、前記周方向に隣接する前記凸部列にそれぞれ属する２つの前記凸部の間隔よりも小さく、しかも、前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が互いに異なっていることを特徴としている。

このように構成された発明では、トナー担持ローラ表面のうち凸部に弾性当接体のエッジ部を当接させることにより、凸部と凸部との間のトナー担持ローラ回転軸からの距離が凸部よりも小さく凸部を取り囲む領域（以下、「凹部」という）にトナーが担持される一方、凸部にはトナーが担持されない。これにより凸部においてトナーが規制部材により押圧されることがないので、規制部材の押圧に起因するトナー凝集体の生成が抑えられる。

また、規制部材が有する弾性当接体は、トナー担持ローラの凸部に圧接されることにより弾性変形する。一方、１つの凸部列とこれに隣接する凸部列との間では、トナー担持ローラの表面が凸部より後退しているため、弾性当接体のエッジ部に加わる圧力が軽減され弾性変形による変形量が小さくなる。つまり、トナー担持ローラの回転に伴って弾性当接体と当接する凸部列が順番に切り換わってゆく際に、弾性当接体は圧接による弾性変形と弛緩とを周期的に繰り返すことになる。このため、弾性当接体のエッジ部が該凹部の底部に向かってせり出してくることになる。こうして凹部の底に向かってせり出すエッジ部は、凹部に担持されるトナーを打撃するように作用する。

凹部に担持されたトナーに単に押圧力を加えただけでは、トナー同士を凝集させたりトナー担持ローラ表面にトナーを押し付けて固着させてしまうおそれがあるが、この発明によれば、エッジ部が凹部に対する打撃と圧力の緩和とを交互に行うように振動するため、凹部やその近傍にあるトナーの塊を破砕することができる。後述するが、このことは実験により確かめられている。こうしてトナー凝集体を早い段階で破砕することにより、この発明では、より大きなトナー塊が成長して漏れ、飛散、カブリ、フィルミング等の原因となるのを未然に防止することができる。また、凹部またはその近傍のトナーを刺激することでその流動性を高め、トナー層の均一性を向上させる効果も得られる。また、弾性当接体が前記トナー担持ローラに当接することにより形成される規制ニップの周方向における幅が、前記周方向に隣接する前記凸部列にそれぞれ属する２つの前記凸部の間隔よりも小さくなるようにすることで、ニップ幅が大きく弾性当接体が同時に２以上の凸部列と当接する場合よりもエッジ部の変位量を大きくすることができ、エッジ部によるトナー凝集体の破砕効果を高めることができる。また、周方向において隣接する２つの凸部列の間で各凸部の幅方向における位置が互いに異なるようにすると、弾性当接体が凸部と当接する位置がトナー担持ローラの回転に伴い周期的に変動することになる。これにより弾性当接体のエッジ部はうねりを伴う複雑な変形をするので、トナー凝集体の破砕効果を高めるとともに、弾性当接体へのトナー固着を防止することができる。

ここで、前記弾性当接体の前記エッジ部が前記トナー担持ローラ表面のうち前記凸部を取り囲む凹部と対向した状態では、前記エッジ部と前記凹部との間隔がゼロより大きいことが望ましい。凹部へのエッジ部のせり出し量が大きくなりすぎると、凹部に担持されたトナーへの押圧力が大きくなってトナーに過剰な圧力を与えてしまうことになる。これを防止するため、エッジ部が凹部と対向し凹部の底に向かってせり出した状態でも、エッジ部と凹部との間にある程度の間隔が確保されていることが望ましい。

例えば、前記弾性当接体の前記エッジ部が前記凹部と対向した状態では、前記エッジ部と前記凹部との間隔がトナーの体積平均粒径よりも大きくなるようにすることができる。このようにすると、凹部に少なくとも１層の、しかも規制部材による押圧を受けていないトナーを担持させることができる。

また、例えば、前記エッジ部と前記凹部との間隔がトナーの最大粒径よりも大きくなるようにしてもよい。このようにすれば、トナーに含まれる最も大きな粒子も凹部に担持させることが可能となる。このため、粒径の大きなトナーばかりが使用されずに残ってしまうという問題がなくなる。なお、トナーの最大粒径については例えば、トナーの粒径分布における個数基準の５０％粒子径の値に、幾何標準偏差の３倍を加えた値として規定することができる。上記のようにすることにより、ほとんど（約９９．７％）のトナー粒子を凹部に担持させることができる。

また、前記弾性当接体の端面のうち前記トナー担持ローラの回転方向における上流側端面は、前記トナー担持ローラの表面に対し略垂直に屹立していることが好ましい。こうすることで、凹部のトナーを必要以上に掻き出したり、過剰なトナーにより規制部材がトナー担持ローラから浮き上がるのを防止して、凹部に担持されるトナーの量を安定させることができる。

また、前記弾性当接体の前記エッジ部のうち、前記トナー担持ローラの回転方向において最も前方の最先部と最も後方の最後部との間の前記周方向における位置の差が、隣接する２つの前記凸部延長面の前記周方向の間隔よりも小さいことが望ましい。

弾性当接体のエッジ部は幅方向に沿った完全な直線状であることが理想的であるが、実際の装置においては必ずしもこのようにならず、エッジ部のなす直線が幅方向から僅かに傾いたり（スキュー）、エッジ部が直線状にならずに湾曲したり波打つことがあり得る。このようなエッジ部の若干の位置ずれは許容されることが好ましいが、この位置ずれが大きすぎると、エッジ部全体が凸部との圧接から解放される期間が存在しなくなりトナー凝集体に対する破砕効果が弱まってしまう。上記のように、エッジ部のうちトナー担持ローラの回転方向において最も前方に位置する最先部と、同方向において最も後方に位置する最後部との周方向における位置の差が隣接する２つの凸部延長面の間隔よりも小さくなる範囲に留めておけば、エッジ部全体が凸部との圧接から解放される期間が必ず存在し、トナー凝集体に対する破砕効果を効果的に発揮させることができる。

また、前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が、前記凸部列内における凸部の配列ピッチの半分だけ異なるようにしてもよい。

また、前記弾性当接体の前記エッジ部が第１の前記凸部列と前記第１の凸部列に隣接する第２の前記凸部列との間にあるとき、前記トナー担持ローラの回転に伴って、前記エッジ部は、前記第１の凸部列の前記側面部のみに当接し、次いで前記第１の凸部列の前記側面部および前記第２の凸部列の前記側面部の両方に当接し、次いで前記第２の凸部列の前記側面部のみに当接するようにしてもよい。このような構成によれば、エッジ部が細かくうねるように振動するので、トナー凝集体の破砕をさらに効率よく行うことが可能となる。

また、前記トナー担持ローラでは、前記凸部と前記凹部とを繋ぐ側面部の法線が、前記トナー担持ローラの回転軸から遠ざかる方向の成分を有しているのが好ましい。つまり、凸部と凹部とが緩やかな斜面で繋がれているのが好ましい。こうすることで、トナー担持ローラの回転に伴い凸部が次々と弾性当接体との当接部分に送り込まれエッジ部と摺擦されることになるが、凹部から凸部に繋がる面を緩やかな斜面とすることで、エッジ部が凸部の側面に引っかかることがなくなり、トナー担持ローラの駆動トルクを小さくすることができる。また、最初に凸部と当接する箇所のエッジ部の永久変形や欠け等を防止することができる。

この場合において前記側面部の勾配は、前記トナー担持ローラの回転方向において前記凸部の後方側で該凸部の前方側よりも急峻であるのがより好ましい。このようにすると、トナー担持ローラの回転によりエッジ部に向かって進行する凸部の前端側ではエッジ部が緩やかな斜面に当接することになり徐々に弾性変形が進むのに対し、凸部の後端側では短時間で一気に変形が緩和されることとなるので、トナーに対する打撃力がより高まり、トナー凝集体の破砕効果が高くなる。

また、この発明は、前記トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である現像装置に適用された場合に特に顕著な効果を奏する。このような粒径の小さなトナーではトナー粒子間に作用するファンデルワールス力が強いためトナーの凝集が起こりやすい。また、特に非磁性一成分トナーを使用するジャンピング現像方式の装置では、十分な量のトナー飛翔を行わせるために、トナーの流動性を高める必要がある。具体的には、例えばシリカやチタニアなどの小粒径の外添剤の添加量を多くする必要がある。このため、遊離外添剤が多くなる傾向があり、外添剤がトナー母粒子から離脱したり、流動性が経時的に低下しやすい。このためトナー塊が生じやすい。このようなトナーを使用した装置に本発明を適用することにより、トナー塊の生成に起因する諸問題を効果的に解消することができる。

また、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、静電潜像を担持する像担持体と、略円筒形状に形成され、前記像担持体と対向配置されて、表面に帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材とを備え、前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接される一方、前記トナー担持ローラ表面には、該ローラの回転軸に平行な幅方向に沿って一列に配列された複数の凸部からなる凸部列が、前記幅方向に直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に複数列設けられるとともに、前記凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部を成しており、しかも、前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の頂面を前記幅方向に引き伸ばすことで得られる、前記円筒面の一部をなす仮想的な面を当該凸部の凸部延長面と定義したとき、同一の前記凸部列に属する前記凸部の間では前記凸部延長面同士が互いに重なり合う一方、互いに異なる前記凸部列に属する前記凸部の間では、前記凸部延長面同士の間に間隔が空いており、前記弾性当接体が前記トナー担持ローラに当接することにより形成される規制ニップの周方向における幅が、前記周方向に隣接する前記凸部列にそれぞれ属する２つの前記凸部の間隔よりも小さく、しかも、前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が互いに異なっていることを特徴としている。

さらに、この発明にかかる画像形成方法は、略円筒形状に形成され、表面に帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、静電潜像を担持する像担持体とを対向配置して、前記静電潜像をトナーにより現像する画像形成方法であって、上記目的を達成するため、前記トナー担持ローラ表面に、該ローラの回転軸に平行な幅方向に沿って一列に配列されてその頂面が互いに同一の円筒面の一部を成す複数の凸部からなる凸部列を、前記幅方向に直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に複数列設けるとともに、前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の頂面を前記幅方向に引き伸ばすことで得られる、前記円筒面の一部をなす仮想的な面を当該凸部の凸部延長面と定義したとき、同一の前記凸部列に属する前記凸部の間では前記凸部延長面同士が互いに重なり合う一方、互いに異なる前記凸部列に属する前記凸部の間では、前記凸部延長面同士の間に間隔を設け、前記規制部材を、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えた構造とし、前記エッジ部を前記トナー担持ローラ表面に圧接させて前記トナー担持ローラに担持されるトナーの量を規制しながら、該トナーにより前記像担持体に担持された静電潜像を現像するとともに、前記弾性当接体を前記トナー担持ローラに当接させることにより形成される規制ニップの周方向における幅を、前記周方向に隣接する前記凸部列にそれぞれ属する２つの前記凸部の間隔よりも小さくし、しかも、前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間で各凸部の前記幅方向における位置を互いに異ならせることを特徴としている。

これらの発明では、上記した現像装置の発明と同様に、トナー凝集体が生成されるのを抑制するとともに、生成されたトナー凝集体を弾性当接体のエッジ部を振動させることにより破砕することができるので、トナー凝集体の成長に起因する漏れ、飛散、カブリなどの問題の発生を未然に防止することができる。

図１はこの発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。

そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ４４が感光体２２に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

図３は現像器の外観を示す図である。また、図４は現像器の構造および現像バイアス波形を示す図である。より詳しくは、図４（ａ）は現像器の構造を示す断面図である。また、図４（ｂ）は現像バイアス波形と感光体表面電位との関係を示す図である。各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について図３および図４（ａ）を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。

この現像器４Ｋでは、その内部に一成分トナーＴを収容するハウジング４１に供給ローラ４３および現像ローラ４４が軸着されており、当該現像器４Ｋが上記現像位置に位置決めされると、現像ローラ４４が感光体２と現像ギャップＤＧを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。供給ローラ４３は例えば発泡ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料により円筒状に形成されている。また、現像ローラ４４は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金により円筒状に形成されている。そして、２つのローラ４３、４４が接触しながら回転することでトナーが現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ４４表面に形成される。この実施形態では負帯電トナーを用いるが、正帯電トナーであってもよい。

ハウジング４１の内部空間は隔壁４１ａによって第１室４１１および第２室４１２に仕切られている。供給ローラ４３および現像ローラ４４はともに第２室４１２に設けられており、これらのローラの回転に伴って第２室４１２内のトナーが流動し攪拌されながら現像ローラ４４の表面に供給される。一方、第１室４１１に貯留されているトナーは、供給ローラ４３および現像ローラ４４とは隔離されているので、これらの回転によっては流動しない。このトナーは、現像ユニット４が現像器を保持したまま回転することによって、第２室４１２に貯留されたトナーと混合され攪拌される。

このように、この現像器では、ハウジング内部を２室に仕切り、供給ローラ４３および現像ローラ４４の周囲をハウジング４１の側壁および隔壁４１ａで囲み比較的容積の小さい第２室４１２を設けることにより、トナー残量が少なくなった場合でも、トナーが効率よく現像ローラ４４の近傍に供給されるようにしている。また、第１室４１１から第２室４１２へのトナー供給およびトナー全体の攪拌を現像ユニット４の回転によって行うようにすることで、現像器内部にトナー攪拌のための攪拌部材（オーガ）を省いたオーガレス構造を実現している。

また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４６が配置されている。この規制ブレード４６は、ステンレスやリン青銅などの弾性を有する板状部材４６１と、板状部材４６１の先端部に取り付けられたシリコンゴムやウレタンゴムなどの樹脂部材からなる弾性部材４６２とで構成されている。この板状部材４６１の後端部はハウジング４１に固着されており、図４の矢印に示す現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において、板状部材４６１の先端部に取り付けられた弾性部材４６２が板状部材４６１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材４６２が現像ローラ４４表面に弾性的に当接することで規制ニップを形成し、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。

このようにして現像ローラ４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラ４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に搬送される。そして、エンジンコントローラ１０に制御されるバイアス用電源１４０からの現像バイアスが現像ローラ４４に印加される。図４（ｂ）に示すように、感光体２２の表面電位Ｖｓは、帯電ユニット２３により均一に帯電された後露光ユニット６からの光ビームＬの照射を受けた露光部では残留電位Ｖｒ程度にまで低下し、光ビームＬが照射されなかった非露光部ではほぼ均一の電位Ｖoとなっている。一方、現像ローラ４４に与えられる現像バイアスＶｂは直流電位Ｖaveを重畳した矩形波交流電圧であり、そのピーク間電圧を符号Ｖppにより表す。このような現像バイアスＶｂが印加されることにより、現像ローラ４４上に担持されたトナーは現像ギャップＤＧにおいて飛翔して感光体２２の表面各部にその表面電位Ｖｓに応じて部分的に付着し、こうして感光体２２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。

現像バイアス電圧Ｖｂとしては、例えば、ピーク間電圧Ｖppが１５００Ｖ、周波数が３ｋＨｚ程度の矩形波電圧を用いることができる。また、その直流成分Ｖaveは、感光体２２の残留電位Ｖｒとの電位差がいわゆる現像コントラストとなり画像濃度に影響を与えるので、所定の画像濃度を得るために必要な値とすることができる。

さらに、ハウジング４１には、現像ローラ４４の回転方向において感光体２２との対向位置よりも下流側で現像ローラ４４表面に圧接されたシール部材４７が設けられている。シール部材４７は、ポリエチレン、ナイロンまたはフッ素樹脂などの柔軟性を有する材料により形成され、現像ローラ４４の回転軸に平行な方向Ｘに沿って延びる帯状のフィルムであり、長手方向Ｘに直交する短手方向における一方端部がハウジング４１に固着されるとともに、他方端部が現像ローラ４４表面に当接されている。他方端部は現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における下流側に向かうように、いわゆるトレイル方向に現像ローラ４４に当接されており、感光体２２との対向位置を通過した現像ローラ４４表面に残留しているトナーをハウジング４１内に案内するともに、ハウジング内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止している。

図５は現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図である。現像ローラ４４は略円筒形のローラ状に形成されており、その長手方向の両端にはローラと同軸にシャフト４４０が設けられており、該シャフト４４０が現像器本体により軸支されて現像ローラ４４全体が回転自在となっている。現像ローラ４４表面のうちその中央部４４ａには、図５の部分拡大図（点線円内）に示すように、規則的に配置された複数の凸部４４１と、それらの凸部４４１を取り囲む凹部４４２とが設けられている。

複数の凸部４４１のそれぞれは、図５紙面の手前側に向けて突出しており、各凸部４４１の頂面は、現像ローラ４４の回転軸と同軸である単一の円筒面の一部をそれぞれ成している。また、凹部４４２は凸部４４１の周りを網目状に取り囲む連続した溝となっており、凹部４４２全体も現像ローラ４４の回転軸と同軸かつ凸部の成す円筒面とは異なる１つの円筒面を成す。そして、凸部４４１とそれを取り囲む凹部４４２との間は緩やかな斜面４４３によって繋がれている。すなわち、該斜面４４３の法線は現像ローラ４４の半径方向外向き（図において上方）、つまり現像ローラ４４の回転軸から遠ざかる方向の成分を有する。このような構造の現像ローラ４４については、例えば特開２００７−１４００８０号公報に記載の製造方法により製造することができる。

図１に戻って画像形成装置の説明を続ける。上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。

このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。

また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９によりトナー像を定着され、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。

また、図２に示すように、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ、４Ｋには無線通信器４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられた無線通信器１０９と非接触にてデータ通信を行い、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では、無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行っているが、本体側および各現像器側にコネクタ等を設け、コネクタ等を機械的に嵌合させることで相互にデータ送受を行うようにしてもよい。

また、この装置では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。

なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。

さらに、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームＬの強度、さらには装置の階調補正特性などの調整を行っている。

この濃度センサ６０は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の濃淡に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。

次に、上記のように構成された画像形成装置の現像器４Ｋ等における、現像ローラ４４上のトナー層規制の詳細について説明する。上記のようにトナーを担持する現像ローラ４４表面に凹凸を設けた構成においては、その凸部４４１および凹部４４２の双方にトナーを担持させることが可能であるが、この実施形態では、規制ブレード４６を直接現像ローラ４４表面の凸部４４１に当接することにより凸部４４１のトナーを除去するようにしている。このようにする理由は以下の通りである。

まず、凸部４４１に均一なトナー層を形成するためには規制ブレード４６と凸部４４１とのギャップの精密な管理が必要となるが、凹部４４２のみにトナーを担持させるためには規制ブレード４６と凸部４４２とを当接させて凸部４４１のトナーを全て除去すればよいので実現が比較的容易である。また、搬送されるトナーの量は規制ブレード４６と凹部４４２との隙間に生じる空間の容積によって決まるので、トナー搬送量を安定させることができる。

また、搬送されるトナー層の良好さという点においても利点がある。すなわち、凸部４４１にトナーを担持させると規制ブレード４６との摺擦に起因するトナーの劣化が起こりやすい。具体的には、トナーの流動性や帯電性が低下したり、トナーが圧粉状態となり凝集したり現像ローラ４４に固着してフィルミングを生じさせるなどの問題がある。これに対し、規制ブレード４６からの押圧をあまり受けない凹部４４２にトナーを担持させるとこのような問題が起こりにくい。また、凸部４４１に担持されるトナーと凹部４４２に担持されるトナーとでは規制ブレード４６との摺接のされ方が大きく異なるため、トナーの帯電量のばらつきが大きくなることが予想されるが、凹部４４２のみにトナーを担持させることでこのようなばらつきも抑えられる。

特に近年では、画像の高精細化やトナー消費量および消費電力の削減を実現するためにトナーの小粒径化や定着温度の低温化が求められているが、本実施形態の構成はこのような要求にも対応することが可能なものである。小粒径トナーにおいては帯電の立ち上がりが鈍いにもかかわらず飽和帯電量が高いため、凸部４４１に担持されたトナーは凹部４４２に担持されたトナーよりも帯電量が著しく高く（過帯電）なる傾向にある。このような帯電量の差はいわゆる現像履歴として画像に現れる。また、低融点トナーでは摺擦によるトナー同士または現像ローラ４４等への固着が起きやすい。しかしながら、凹部４４２のみにトナーを担持する本実施形態の構成ではこのような問題は生じにくい。

図６は現像ローラ表面のさらに詳細な構造を示す平面展開図である。現像ローラ４４表面の凸部４４１の１つ１つは、図６（ａ）に示すように、略正方形の突起を４５度回転させた形の頂部を有しており、これが現像ローラ４４の回転軸に平行な幅方向Ｘに等間隔かつ一直線状に多数配列されて凸部列を成している。また、凸部列は、現像ローラ４４周面上において幅方向Ｘに直交する周方向Ｙに位置を異ならせて複数列設けられている。図６（ａ）では３列の凸部列が示されており、以下の説明では図６（ａ）の上部（現像ローラ４４の移動方向D4において下流側）から順にこれらの凸部列をそれぞれ「第１列」、「第２列」、「第３列」と称する。

図６（ａ）に示すように、第１列と第２列との間では、幅方向Ｘにおける凸部４４１の位置が、凸部４４１の配列ピッチの半分だけずれている。第２列と第３列との間についても同様である。すなわち、凸部４４１が現像ローラ４４表面においていわゆる千鳥配列となるように、各凸部列が配置されている。このため、図６（ｂ）に示すように、現像ローラ４４表面には幅方向Ｘに対し角度θ（＝４５度）の斜め方向に沿った凸部の列が形成されていると見ることもできる。

各部の寸法を図６（ｂ）を参照して例示する。凸部４４１頂面の対角線の長さＬ1はＸ方向、Ｙ方向とも５０μｍ、凸部４４１の基底部の対角線の長さＬ2はＸ方向、Ｙ方向とも１００μｍである。また、Ｘ方向において同一位置かつＹ方向において互いに隣接する２つの凸部の基底部の間隔Ｌ3は５０μｍ、Ｙ方向において同一位置かつＸ方向において互いに隣接する２つの凸部の基底部の間隔も同じである。これらの関係から、一方向（Ｘ方向またはＹ方向）において同一位置かつ他方の方向において互いに隣接する２つの凸部同士の間隔Ｌ4は１００μｍである。なお、各部の寸法はこれらの数値に限定されるものではなく、以下に説明する位置関係が維持される限りにおいて適宜改変してもよい。

図７は凸部の配列状態をより詳しく説明するための図である。各凸部４４１の頂面を幅方向Ｘに引き伸ばしてなる仮想的な面を考える。このとき、この面は、Ｘ方向に延びる短冊状で、しかも、当該頂面がなす現像ローラ４４の回転軸と同軸の円筒面と同じ円筒面の一部をなしている。この凸部４４１の頂面を幅方向Ｘに引き伸ばしてなる面を以下では「凸部延長面」と称することとする。この実施形態では、各凸部がＸ方向に一列に配列され、しかも各凸部の寸法が同一であることから、同列に属する各凸部の凸部延長面は互いに重なり合うこととなる。例えば、第１列に属する各凸部はいずれも、図７（ａ）に示すように、凸部４４１の頂面のＹ方向長さＬ1をその幅とし幅方向Ｘに沿って延びる細長い面Ｓ１を凸部延長面として共有する。同様に、第２列、第３列にそれぞれ属する各凸部は、凸部延長面Ｓ２、Ｓ３をそれぞれ共有している。

このとき、互いに異なる凸部列に属する凸部の凸部延長面は重なり合わないように、各凸部を配置している。すなわち、第１列に属する凸部の凸部延長面Ｓ１と、第２列に属する凸部の凸部延長面Ｓ２とは一定の間隔（＝(Ｌ2−Ｌ1)／２）を空けて平行しており両者が重なり合うことがない。これは、現像ローラ４４の断面方向から見た場合、次のことを意味している。

図７（ｂ）は、現像ローラ４４断面の部分拡大図である。より詳しくは、図６（ｂ）に示すように、ある凸部列に属する凸部４４１ａの頂面を通るＡ−Ａ切断線における現像ローラ４４の断面と、これに隣接する凸部列に属する凸部４４１ｂの頂面を通るＢ−Ｂ切断線における現像ローラ４４の断面とを重ね合わせて示したものである。図７（ｂ）に示すように、現像ローラ４４の断面方向から見たとき、１つの凸部４４１ａの頂面と、当該凸部４４１ａの属する凸部列に隣接する凸部列に属する凸部４４１ｂの頂面とは互いに重ならない。

一方、図７（ｃ）に示す比較例では、凸部の配列ピッチに対してその頂面の寸法が大きく、このため隣接する凸部列に属する凸部の凸部延長面が互いに一部重なり合っている。すなわち、第１列に属する凸部の凸部延長面ＳＳ１と、第２列に属する凸部の凸部延長面ＳＳ２とは一部が重なり合っている。第２列に属する凸部の凸部延長面ＳＳ２と、第３列に属する凸部の凸部延長面ＳＳ３との間についても同様である。この点において、図７（ｃ）の構成は本発明の技術思想には合致しないものである。本実施形態において、上記のように互いに異なる凸部列に属する凸部の凸部延長面が重なり合わないようにする理由について次に説明する。

図８は現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図である。この実施形態では、図８に示すように、現像ローラ４４の表面にその回転方向Ｄ4に対しいわゆるカウンタ方向に規制ブレード４６が当接しており、その先端に設けた弾性部材４６２が現像ローラ４４表面に圧接されて部分的に弾性変形することで、現像ローラ４４表面と弾性部材４６２とが接触する規制ニップＮ１を形成している。また、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における弾性部材４６２の上流側ではその上側のエッジ４６２ｅが現像ローラ４４の表面に圧接されて規制ニップＮ１を形成し、いわゆるエッジ規制によりトナーを規制している。

弾性部材４６２の上流側端部４６２ａは、現像ローラ４４の回転中心から弾性部材４６２の上面に下ろした垂線よりも、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において下流側に位置している。このため、上流側端部４６２ａ近傍における弾性変形による弾性部材４６２の変形量はエッジ部において最大になる一方、下流側ほど小さくなる。規制ニップＮ１の幅および現像ローラ４４表面への弾性部材４６２の当接圧については、図８に矢印で示す調整方向における規制ブレード４６の位置を調整することによって制御することができる。

図９は規制ニップ断面の拡大模式図である。規制ニップＮ１におけるトナー規制は以下のようにして行われる。図９（ａ）に示すように、規制ブレード４６に設けられた弾性部材４６２は現像ローラ４４表面、特にその凸部４４１に圧接されて規制ニップＮ１を形成する。規制ニップＮ１においては、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが現像ローラ４４の凸部４４１に当接しており、その近傍で弾性部材４６２が弾性変形して撓んでいる。現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において規制ニップＮ１よりも上流側（図において左側）の現像ローラ４４表面には、凸部４４１および凹部４４２の双方に供給ローラ４３により擦り付けられたトナーが多層に付着している。このうち凸部４４１のトナーは弾性部材４６２により掻き落とされ、規制ニップＮ１およびその下流側（図において右側）では、凹部４４２のみにトナーが担持されることとなる。

規制ニップＮ１よりも上流側で現像ローラ４４表面に担持されるトナーには、帯電の良好なものと帯電量が不十分なものとが混在している可能性があるが、規制ブレード４６によりトナー層規制を行うことにより、帯電量が高く現像ローラ４４への付着力の強いトナーが凹部４４２に残る一方、帯電量の少ないトナーはより帯電量の高いトナーによって押し出されるため凹部４４２に残る可能性が低い。したがって、規制ニップＮ１の下流側で凹部４４２に担持されているトナーはほとんどが帯電の良好なものとなる。

このように現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における規制ニップＮ１の上流側で、帯電の良好なトナーを選択的に凹部４４２に担持させるためには、弾性部材４６２の上流側端面４６２ａが現像ローラ４４表面に対して垂直またはこれに近い角度で屹立していることが望ましい。これにより凸部４４１のトナーを確実に掻き取ることができるとともに、掻き取られたトナーを規制ニップＮ１の近傍に滞留させることによる凹部４４２のトナーの入れ換えを促進することができる。さらに、規制ニップＮ１近傍でのトナーの流動性を確保するために、弾性部材４６２の上流側端面４６２ａは平滑に仕上げられていることが望ましい。

これに対し、弾性部材４６２の上流側端面４６２ａが現像ローラ４４表面に向かって傾斜している場合、規制ニップＮ１の上流側に滞留するトナーが規制ニップＮ１に押し込まれて加圧されたり、現像ローラ４４との間に介在するトナーにより弾性部材４６２が浮き上がり適正なトナー規制を行えなくなってしまうおそれがある。弾性部材４６２の上流側端面４６２ａが逆の傾きを有している場合、掻き取られたトナーは弾性部材４６２の上流側端面４６２ａに沿って規制ニップＮ１近傍から遠い位置へ運ばれるので、トナーの入れ換えが起きにくくなる。

この状態から現像ローラ４４が回転すると、図９（ｂ）に示すように、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは現像ローラ４４表面の凹部４４２との対向位置へ移動してくる。このとき、弾性変形していた弾性部材４６２の先端は凸部４４１との圧接から解放されるため、エッジ４６２ｅが凹部４４２の底（図において上方）に向かってせり出すこととなる。言い換えれば、各凸部４４１の頂面を含む仮想的な円筒面を考えたとき、凹部４４２においてはエッジ４６２ｅが当該仮想円筒面の内部に入り込むことになる。この結果、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは、凸部４４１と当接して弾性的に圧縮された状態と、凹部４４２との対向位置で圧接から解放され形状が復元した状態とを現像ローラ４４の回転に伴い周期的に繰り返すことになる。つまり、弾性部材４６２の先端が、現像ローラ４４の回転に伴って波打つように上下動する。

こうして現像ローラ４４の回転に伴って弾性当接体４６２のエッジ４６２ｅが波打つことによって、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における規制ニップＮ１の上流側端部では、凹部４４２およびその近傍に担持されたトナーに対し振動する弾性当接体４６２のエッジ４６２ｅによる打撃が加えられる。粒径が小さく流動性の高いトナーに対しては、この打撃力は単にトナーを凹部４４２内で流動させるように作用するだけである。一方、トナーが凝集して大きな粒径を持つに至ったトナー凝集体に対しては、エッジ４６２ｅによる打撃力は凝集体を破砕するように作用する。このように、この実施形態では、現像ローラ４４の回転に伴う弾性部材４６２の先端の振動を利用してトナー凝集体を破砕し、トナーや外添剤の凝集に起因するトナーの漏れや飛散、カブリなどの問題を防止している。

ここで、図９（ｃ）に示すように、凸部４４１と凹部４４２との高低差を符号Ｇ１、凹部４４に向けて最も大きくせり出したときの弾性部材４６２のエッジ４６２ｅと凹部４４２の底との間隔（以下、この間隔を「開口高さ」という）を符号Ｇ２により表すこととなる。これらの値が取るべき数値範囲については後に説明する。

図１０は弾性部材のエッジの動きを模式的に示す図である。図１０（ａ）に示すように、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅがある凸部４４１ａに当接した状態では、弾性部材４６２は凸部との当接により弾性変形している。現像ローラ４４表面の移動が進むと、図１０（ｂ）に示すように、凸部４４１ａは弾性部材４６２のエッジ４６２ｅとの当接位置を過ぎ、続いて他の凸部列に属する凸部４４１ｂがエッジ４６２ｅとの当接位置に進んでくるが、ここで、前述したように、異なる凸部列に属する凸部の凸部延長面は重ならない。このため、凸部列のエッジ４６２ｅが先の凸部４４１ａの頂面を離れてから次の凸部４４１ｂの頂面に当接するまでの間、いずれの凸部の頂面にも当接しない時間が存在する。この間、幅方向Ｘ（紙面に垂直な方向）の全範囲にわたって、凸部頂面とエッジ４６２ｅとが当接する箇所は存在しない。このため、現像ローラ４４の回転によるエッジ４６２ｅの上下動の振幅を大きくすることができ、これによりトナー凝集体の破砕効果を高めることが可能となる。

一方、前述した図７（ｃ）に示す比較例の構成における弾性部材当接の様子を図１０（ｃ）に示すが、同図に示すように、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは、常に現像ローラ表面の凸部のいずれかの頂面に接していることになる。このため、現像ローラ４４の回転によるエッジ４６２ｅの上下動の振幅は、本実施形態のものより小さくなってしまう。

なお、同様の理由により、幅方向Ｘに沿って細く延びる規制ニップＮ１の周方向Ｙにおける寸法（ニップ幅）については、図６（ｂ）に示す凸部の間隔Ｌ4よりも小さくするのが好ましい。このようにすると、現像ローラ４４の周方向において弾性部材４６２は２つ以上の凸部に同時に当接することがない。弾性部材４６２を現像ローラ４４の周方向において２つ以上の凸部に当接させると、弾性部材４６２を弾性変形させる圧力が分散されて、エッジ４６２ｅの上下動の振幅が小さくなる。これに対し、規制ニップ幅を凸部の間隔Ｌ4よりも小さくして弾性部材４６２を１つの凸部で受け止めるようにすれば、より大きな振幅を得て、高い破砕効果を挙げることが可能となる。

図１１は幅方向から見た現像ローラと弾性部材との当接の状態を示す図である。弾性部材４６２のエッジ４６２ａが例えば図１１（ａ）に示す凸部列の第１列を通るＡ−Ａ線において現像ローラ４４と当接しているとき、図１１（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図のように、弾性部材４６２は第１列に属する凸部４４１と当接した部位が弾性変形により窪む一方、凹部４４２と対向する部位は凹部４４２に向けてせり出している。このように、幅方向（Ｘ方向）に見ると、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは凸部４４１との当接により窪んだ部位（例えば位置Ｐａ）と、凹部４４２との間に空隙を作って凹部４４２側にせり出した部位（例えば位置Ｐｂ）とが交互に配置されて波打った状態となる。

現像ローラ４４表面がその回転方向Ｄ4（図において上向き）に移動すると、相対的にエッジ４６２ｅと現像ローラ４４表面とが当接する規制ニップはこれと反対方向（図において下向き）に移動する。エッジ４６２ｅが図１１（ａ）に示す凸部列の第１列と第２列とのちょうど中間を通るＢ−Ｂ線上に移動してきたとき、図１１（ｃ）に示すように、この線上には凸部４４１の頂面は存在せず、凸部４４１と凹部４４２とを繋ぐ斜面４４３がエッジ４６２ｅと対向している。これによりエッジ４６２ｅは弾性変形から復元し現像ローラ４４表面側に向かってせり出す。

さらにエッジ４６２ｅが図１１（ａ）に示す第２列の凸部列上を通るＣ−Ｃ線上まで移動してくると、先ほど凸部４４１と当接して窪んでいた位置Ｐａが凹部４４２と対向するようになって変形量が小さくなる一方、凹部４４２に対向していた位置Ｐｂが凸部４４１と当接して窪むようになってくる。このように、エッジ４６２ｅの各部は、現像ローラ４４の回転に伴って現像ローラ４４の表面に当接したり離れたりを繰り返して周期的に上下動することになる。また、凸部４４１との当接状態に着目すると、現像ローラ４４の凸部４４１と当接するエッジ４６２ｅの部位は固定的でなく、現像ローラ４４の回転に伴い幅方向に順次移り変わってゆくことになる。

以上より、この実施形態では、現像ローラ４４の回転に伴って、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが局所的には細かくうねりを生じつつ、全体としては周期的な上下動を繰り返す。このように、エッジ４６２ｅを振動させながら弾性部材４６２を現像ローラ４４表面に当接させることにより、凝集により大径化したトナーの塊が規制ニップＮ１を通過するのを防止する。また、エッジ４６２ｅでトナー凝集体を打撃することにより、凝集体を破砕することができる。また、凝集していないトナーに対しても衝撃を与えることにより、トナーを攪拌してその流動性をさらに高めることができる。これにより、感光体２２との対向位置において十分な量のトナーを飛翔させることができ、現像性を向上させることが可能となる。さらに、弾性部材４６２の先端部を振動させることにより、この部分へのトナー固着を防止することができる。

なお、図１１に示した例では、図１１（ｃ）に示すように、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅ全体が現像ローラ４４表面から離れる瞬間が存在する。しかしながら、本発明の技術思想においては、「エッジ４６２ｅ全体が現像ローラ４４表面のどの凸部頂面とも当接しない瞬間」が存在すれば足り、エッジ４６２ｅが現像ローラ４４表面から完全に離間することを要するものではない。

図１２は現像ローラと弾性部材との当接の状態の他の例を示す図である。この例では、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが図１２（ａ）に示す第１列および第２列の凸部列のちょうど中間を通るＢ−Ｂ線上にあるとき、図１２（ｃ）に示すように、第１列に属する凸部４４１ａの斜面の稜線４４３ａと、第２列に属する凸部４４１ｂの斜面の稜線４４３ｂとがいずれも弾性部材４６２と当接する。一方、これより少し手前の時刻、すなわち弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが図１２（ａ）に示すＡ−Ａ線上にあるとき、図１２（ｂ）に示すように、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは第１列に属する凸部４４１ａの斜面の稜線４４３ａのみに当接する。さらに、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが図１２（ａ）に示すＢ−Ｂ線を通過した直後のＣ−Ｃ線上にあるときには、図１２（ｄ）に示すように、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅは第２列に属する凸部４４１ｂの斜面の稜線４４３ｂのみに当接する。このようにすることで、エッジ４６２ｅのうねりはさらに細かくなる。その結果、エッジ４６２ｅが細かくうねるように振動することと、エッジ４６２ｅ全体が周期的な上下動をすることとが相俟って、弾性部材４６２へのトナー固着を防止しながら、トナー凝集体の破砕をさらに効率よく行うことが可能となる。

次に、図９（ｃ）に示した、現像ローラ４４の凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｇ１および凹部４４２における弾性部材４６２のエッジ４６２ｅとの間の開口高さＧ２をどのような値に設定すればよいかについて説明する。現像ローラ４４の凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｇ１については、１層以上のトナーを担持させる必要性から、トナーＴの体積平均粒径Ｄave以上とするのが望ましい。すなわち次式：
Ｇ１≧Ｄave … （式１）
とするのが望ましい。

また、トナーの粒径ばらつきを考慮して、トナーＴのうち粒径が最大である最大粒径トナーの粒径以上となるように、凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｇ1を定めてもよい。ここで、トナーの最大粒径については統計的に次のように定めることができる。すなわち、トナーＴの個数基準の５０％粒子径Ｄ50、その幾何標準偏差σとしたとき、最大粒径Ｄｍを次式：
Ｄｍ＝Ｄ50＋３σ … （式２）
により定義することができる。このようにしておけば最大粒径Ｄｍを超える粒径を有するトナーの比率は極めて小さい。高低差Ｇ１が小さいと、粒径の大きなトナーが凹部４４２に取り込まれずにいつまでも現像器内に残留したままになり、現像器内におけるトナーの粒径分布が次第に大粒径側にシフトして現像に使えなくなる。これに対し、高低差Ｇ１を最大粒径Ｄｍ以上とすると、現像器内に収容されたトナーＴに含有されるトナー粒子のほとんどを凹部４４２に担持することが可能となり、現像器内のトナーを最後まで有効に使い切ることができる。すなわち、次式：
Ｇ１≧Ｄｍ＝Ｄ50＋３σ … （式３）
が成立するようにするとよい。

凹部４４２における弾性部材４６２のエッジ４６２ｅとの間の開口高さＧ２についても基本的に同様であるが、トナー凝集体の破砕効果および凹部４４２におけるトナーの攪拌効果を高めるためには、短期的にはエッジ４６２ｅがある程度大きく凹部４４２にせり出すことが望ましい。しかしながら、エッジ４６２ｅが大きくせり出して凹部４４２の底にまで到達してしまうと、トナーが掻き出されて十分なトナー搬送量が確保できなくなったり、凹部４４２でトナーが加圧されて却って凝集してしまうおそれがある。そこで、エッジ４６２ｅが最大にせり出した状態でも、凹部４４２の底との間に何らかの空隙が残ることが少なくとも必要である。すなわち、
Ｇ２＞０ … （式４）
が最低限必要とされる。

また、十分なトナー搬送量を確保するという観点からは、開口高さＧ２は大きい方が望ましく、上記した凸部４４１と凹部４４２との高低差Ｇ１と同様に、
Ｇ２≧Ｄave … （式５）
または、
Ｇ２≧Ｄm … （式６）
としてもよい。ただ、開口高さＧ２を大きくしすぎると、凝集により大径化したトナー凝集体が凹部４４２に担持されることを許容することになるので、現実的には、最大でもトナー最大粒径Ｄｍより若干大きくなる程度に留めることが望ましい。

図１３はこの実施形態におけるトナー凝集体破砕効果を示す図である。単体では図１３の実線で示す粒径分布を有するトナーを図１の画像形成装置に充填して現像ローラ４４に担持されたトナーの粒径分布を測定した。その結果、現像ローラ４４の回転方向において規制ニップＮ１よりも手前、つまり上流側の現像ローラ４４表面から採取されたトナーの粒径分布は点線で示す曲線となった。この結果から、トナー単体では含まれていないような大粒径の粒子が多く担持されていることがわかる。これは、トナーが現像器内で互いに凝集して凝集体を作っているためと考えられる。一方、規制ニップＮ１を通過した後の現像ローラ４４表面から採取されたトナーの粒径分布は、図１３に一点鎖線で示すように、規制ニップ前よりも大粒径の粒子の割合が減少してピークが小粒径側にシフトし、トナー単体における分布に近いものとなった。このことから、本実施形態の規制ブレード４６によるトナー凝集体の破砕が効果的に機能していることが確かめられた。

図１４は現像ローラ表面構造の他の例を示す図である。上記実施形態では、各凸部４４１をその頂面の対角線に対し対称な形状としたが、これに代えて、凸部４４１を周方向に非対称な形状としてもよい。この変形例の現像ローラ１４４では、図１４（ａ）に示すように、凸部１４４１と凹部１４４２とを繋ぐ斜面の勾配が、現像ローラ１４４の回転方向Ｄ14において凸部１４４１の前方と後方とで異なっている。具体的には、回転方向Ｄ14において凸部１４４１の前方側、つまり先に規制ニップに進入する側の斜面１４４４の勾配を示す角度αに比して、凸部１４４１の後方側、つまり後から規制ニップに進入する側の斜面１４４５の勾配を示す角度βの方が大きくなっている。このようにすると、次のような利点が得られる。

図１４（ｂ）に示すように、現像ローラ１４４の回転に伴って、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが１つの凸部列に属する凸部１４４１ａから次の凸部列に属する凸部１４４１ｂに向けて移動するとき、先に当接している凸部１４４１ａの後方側斜面１４４５ａが急峻であるため、弾性変形により弾性部材４６２の先端に蓄積された弾性エネルギーが一気に解放されて元の形状への復元が速くなる。このことは、トナーへの打撃力を強めて破砕作用を高める効果を奏する。このように、各凸部の斜面のうち、現像ローラ回転方向において凸部の後方側の斜面については、その勾配を急峻にすることでトナー凝集体の破砕効果を高めることができる。

一方、次に当接する凸部１４４１ｂの斜面１４４４ｂに対し、凹部に向けてせり出した弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが当接し、その斜面に乗り上げるようにして先端部が弾性変形する。このとき斜面の勾配が小さければ、弾性部材４６２の先端は凸部１４４１ｂの頂面に向けてよりスムーズに案内され、エッジ４６２ｅが斜面１４４４ｂに衝突した際に欠けたり、現像ローラ１４４の回転に対して大きな抵抗となることがない。すなわち、このように現像ローラ回転方向において凸部の前方にあたる斜面については、その勾配を緩やかにすることで、弾性部材の欠けを防止するとともに、現像ローラの駆動機構（図示省略）からみた負荷トルクを軽減することができる。

次に、弾性部材４６２のエッジ４６２ｅがなす幅方向（Ｘ方向）のラインが理想的な直線からずれている場合の効果について検討する。

図１５は弾性部材のエッジがなすラインを示す図である。弾性部材４６２のエッジ４６２ｅが現像ローラ４４の表面近傍においてなすラインは、図１５（ａ）に示すように、幅方向（Ｘ方向）に沿って延びる直線Ｅ1であることが理想である。しかしながら、弾性材料により構成された弾性部材４６２において、このような理想的な直線状にエッジを形成することは必ずしも容易でない。すなわち、図１５（ｂ）に示すラインＥ2のようにＸ方向から若干傾いた（スキューした）ラインとなったり、ラインＥ3のように湾曲したり、ラインＥ4のように蛇行したり、さらにはこれらが組み合わさって、理想的な直線Ｅ1からずれる場合がある。このようなエッジのずれ量をどこまで許容できるかが問題となる。

現像ローラ４４の回転中に、幅方向においてエッジ４６２ｅの全体が凸部４４１頂面との圧接から解放される期間を創出する、という観点から、エッジ全体が図７（ａ）に示す２つの凸部延長面Ｓ１およびＳ２の間に入り込む期間が存在すればよい。このことから、エッジ４６２ｅが描くラインの形状に関わらず、図１５（ｃ）に示すように、現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において当該ラインＥ５上の最も前方に位置する点Ｐe1と、同方向において当該ラインＥ５上の最も後方に位置する点Ｐe2との間の周方向（Ｙ方向）における位置の差Ｌ6が、周方向（Ｙ方向）において隣接する２つの凸部列に属する各凸部４４１間の周方向に沿った間隔Ｌ5よりも小さくなっていればよいことがわかる。

なお、実際問題としては、幅方向におけるあるまとまった領域でエッジ４６２ｅ全体が凸部４４１頂面との圧接から解放される期間があれば、トナー凝集体の破砕効果を得られるので、エッジ４６２ｅの全領域で上記のような関係が成立している必要は必ずしもない。すなわち、幅方向に延びるエッジ４６２ｅがなすラインの全体に対し、所定幅（例えば数ｃｍ程度）の区間内において上記関係が成立していれば、実用的には十分なトナー凝集体破砕効果を得ることが可能である。

以上のように、この実施形態では、凸部４４１の頂面を仮想的に幅方向に延長することで得られる凸部延長面が、幅方向において同一の凸部列に属する各凸部の間で互いに重なり合う一方、異なる凸部列に属する凸部の間では重なり合わないように、現像ローラ４４表面に凸部４４１および凹部４４２を設けている。そして、規制ブレード４６に設けた弾性部材４６２のエッジ４６２ｅを現像ローラ４４表面に圧接している。そして、この状態で現像ローラ４４を回転させることにより、凸部４４１からトナーを除去してトナーに過剰な圧力が加わらないようにし、トナーの凝集体が生成されるのを抑制する。また、弾性変形と復元とを繰り返させてエッジ４６２ｅ全体を上下動させることにより、弾性部材４６２へのトナー固着を防止するとともに、トナーが凝集体を作ったとしてもこれを破砕することができる。そのため、この実施形態では、トナーの凝集体が生成されることに起因する現像器からのトナーの漏れや飛散、カブリ、フィルミング等の問題の発生を未然に防止することができる。

なお、上記実施形態において使用するトナーの粒径については特に限定しないが、特に小粒径のトナーを使用する場合には得られる効果が顕著である。ここでいう「小粒径トナー」とは、例えばその体積平均粒径が５μｍ以下程度のものを指している。トナー粒子径が小さくなるとトナーに作用するファンデルワールス力が大きくなり、特に粒子径が５μｍ以下でその傾向が顕著である。このようなトナーでは、ファンデルワールス力による現像ローラ４４への付着や、トナー同士の凝集が非常に起こりやすい。さらに、トナーの流動性を高めるために母粒子に添加する外添剤として例えばシリカとチタニアのように異なる種類の物質を混合したものを用いる場合には、外添剤の凝集体が核となってトナーの凝集を招く場合がある。このようなトナーを使用する装置において上記した除去処理動作を実行することによって、トナーの凝集に起因する漏れや飛散、画像欠陥等の問題を効果的に防止することが可能である。

以上説明したように、上記実施形態においては、感光体２２および現像ローラ４４がそれぞれ本発明の「像担持体」および「トナー担持ローラ」として機能している。また、規制ブレード４６が本発明の「規制手段」として機能しており、弾性部材４６２が本発明の「弾性当接体」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の現像ローラ４４の凸部４４１は略菱形に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば凸部を円形や三角形など他の形状となるようにしてもよい。

また、上記実施形態の現像ローラ４４は金属製の円筒であるが、これ以外の材質により形成された現像ローラを有する装置に対しても本発明を適用することが可能である。ただし、本願発明者の実験によれば、金属製あるいは非金属に金属めっきを施した現像ローラなど、表面が導電性の材料で形成された現像ローラを使用した場合に、本発明を適用した効果が顕著に現れることが確認されている。この点において、例えばゴムや樹脂製の円筒にカーボンブラックや金属微粉末などの導電性材料を分散させることによって導電性を持たせた現像ローラを備えた装置に対しても、本発明は有効である。

また、上記実施形態における規制ブレード４６は、金属製の板状部材４６１に樹脂製の弾性部材４６２を取り付けたものであるが、このような構造に限定されるものではない。例えば、金属板に樹脂コートしたものを用いることができる。また、導電性を必ずしも要しないので、全て樹脂製であってもよい。

また、上記実施形態の画像形成装置は、ロータリー現像ユニット４に現像器４Ｋ等を装着したカラー画像形成装置であるが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、中間転写ベルトに沿って複数の現像器を並べたいわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置や、現像器を１個だけ備えてモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能である。

この発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 現像器の外観を示す図。 現像器の構造および現像バイアス波形を示す図。 現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。 現像ローラ表面のさらに詳細な構造を示す平面展開図。 凸部の配列状態をより詳しく説明するための図。 現像ローラと規制ブレードとの当接の状態を示す図。 規制ニップ断面の拡大模式図。 弾性部材のエッジの動きを模式的に示す図。 幅方向から見た現像ローラと弾性部材との当接の状態を示す図。 現像ローラと弾性部材との当接の状態の他の例を示す図。 この実施形態におけるトナー凝集体破砕効果を示す図。 現像ローラ表面構造の他の例を示す図。 弾性部材のエッジがなすラインを示す図。

符号の説明

２２…感光体（像担持体）、 ４１…ハウジング、 ４４…現像ローラ（トナー担持ローラ）、 ４６…規制ブレード（規制手段）、 ４４１…（現像ローラ表面の）凸部、 ４４２…（現像ローラ表面の）凹部、 ４４３…（凸部−凹部間の）斜面（側面部）、 ４６２…弾性部材（弾性当接体）

Claims (13)

1. 略円筒形状に形成され、その表面に帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、
   前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材と
   を備え、
   前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接される一方、
   前記トナー担持ローラ表面には、該ローラの回転軸に平行な幅方向に沿って一列に配列された複数の凸部からなる凸部列が、前記幅方向に直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に複数列設けられるとともに、前記凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部を成しており、しかも、
   前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の頂面を前記幅方向に引き伸ばすことで得られる、前記円筒面の一部をなす仮想的な面を当該凸部の凸部延長面と定義したとき、同一の前記凸部列に属する前記凸部の間では前記凸部延長面同士が互いに重なり合う一方、互いに異なる前記凸部列に属する前記凸部の間では、前記凸部延長面同士の間に間隔が空いており、
   前記弾性当接体が前記トナー担持ローラに当接することにより形成される規制ニップの周方向における幅が、前記周方向に隣接する前記凸部列にそれぞれ属する２つの前記凸部の間隔よりも小さく、しかも、前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が互いに異なっている
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記弾性当接体の前記エッジ部が前記トナー担持ローラ表面のうち前記凸部を取り囲む凹部と対向した状態では、前記エッジ部と前記凹部との間隔がゼロより大きい請求項１に記載の現像装置。
3. 前記弾性当接体の前記エッジ部が前記凹部と対向した状態では、前記エッジ部と前記凹部との間隔がトナーの体積平均粒径よりも大きい請求項２に記載の現像装置。
4. 前記弾性当接体の前記エッジ部が前記凹部と対向した状態では、前記エッジ部と前記凹部との間隔がトナーの最大粒径よりも大きい請求項３に記載の現像装置。
5. 前記弾性当接体の端面のうち前記トナー担持ローラの回転方向における上流側端面は、前記トナー担持ローラの表面に対し略垂直に屹立している請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置。
6. 前記弾性当接体の前記エッジ部のうち、前記トナー担持ローラの回転方向において最も前方の最先部と最も後方の最後部との間の前記周方向における位置の差が、隣接する２つの前記凸部延長面の前記周方向の間隔よりも小さい請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が、前記凸部列内における凸部の配列ピッチの半分だけ異なっている請求項１ないし６のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記トナー担持ローラでは、前記凸部と前記凸部を取り囲む凹部とを繋ぐ側面部の法線が、前記トナー担持ローラの回転軸から遠ざかる方向の成分を有している請求項１ないし７のいずれかに記載の現像装置。
9. 前記側面部の勾配は、前記トナー担持ローラの回転方向において前記凸部の後方側で該凸部の前方側よりも急峻である請求項８に記載の現像装置。
10. 前記弾性当接体の前記エッジ部が第１の前記凸部列と前記第１の凸部列に隣接する第２の前記凸部列との間にあるとき、前記トナー担持ローラの回転に伴って、前記エッジ部は、前記第１の凸部列の前記側面部のみに当接し、次いで前記第１の凸部列の前記側面部および前記第２の凸部列の前記側面部の両方に当接し、次いで前記第２の凸部列の前記側面部のみに当接する請求項８に記載の現像装置。
11. 前記トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である請求項１ないし１０のいずれかに記載の現像装置。
12. 静電潜像を担持する像担持体と、
    略円筒形状に形成され、前記像担持体と対向配置されて、表面に帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、
    前記トナー担持ローラ表面に当接して前記トナー担持ローラ表面に担持されるトナー層を規制する規制部材と
    を備え、
    前記規制部材は、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えるとともに、該エッジ部が前記トナー担持ローラ表面に圧接される一方、
    前記トナー担持ローラ表面には、該ローラの回転軸に平行な幅方向に沿って一列に配列された複数の凸部からなる凸部列が、前記幅方向に直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に複数列設けられるとともに、前記凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部を成しており、しかも、
    前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の頂面を前記幅方向に引き伸ばすことで得られる、前記円筒面の一部をなす仮想的な面を当該凸部の凸部延長面と定義したとき、同一の前記凸部列に属する前記凸部の間では前記凸部延長面同士が互いに重なり合う一方、互いに異なる前記凸部列に属する前記凸部の間では、前記凸部延長面同士の間に間隔が空いており、
    前記弾性当接体が前記トナー担持ローラに当接することにより形成される規制ニップの周方向における幅が、前記周方向に隣接する前記凸部列にそれぞれ属する２つの前記凸部の間隔よりも小さく、しかも、前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間では、各凸部の前記幅方向における位置が互いに異なっている
    ことを特徴とする画像形成装置。
13. 略円筒形状に形成され、表面に帯電トナーによるトナー層を担持しながら回転するトナー担持ローラと、静電潜像を担持する像担持体とを対向配置して、前記静電潜像をトナーにより現像する画像形成方法において、
    前記トナー担持ローラ表面に、該ローラの回転軸に平行な幅方向に沿って一列に配列されてその頂面が互いに同一の円筒面の一部を成す複数の凸部からなる凸部列を、前記幅方向に直交し前記トナー担持ローラの周面に沿った周方向に複数列設けるとともに、前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の頂面を前記幅方向に引き伸ばすことで得られる、前記円筒面の一部をなす仮想的な面を当該凸部の凸部延長面と定義したとき、同一の前記凸部列に属する前記凸部の間では前記凸部延長面同士が互いに重なり合う一方、互いに異なる前記凸部列に属する前記凸部の間では、前記凸部延長面同士の間に間隔を設け、
    前記規制部材を、弾性体により形成されて前記トナー担持ローラの回転軸に平行な幅方向に延びるエッジ部を有する弾性当接体を備えた構造とし、
    前記エッジ部を前記トナー担持ローラ表面に圧接させて前記トナー担持ローラに担持されるトナーの量を規制しながら、該トナーにより前記像担持体に担持された静電潜像を現像するとともに、
    前記弾性当接体を前記トナー担持ローラに当接させることにより形成される規制ニップの周方向における幅を、前記周方向に隣接する前記凸部列にそれぞれ属する２つの前記凸部の間隔よりも小さくし、しかも、前記周方向において隣接する２つの前記凸部列の間で各凸部の前記幅方向における位置を互いに異ならせる
    ことを特徴とする画像形成方法。

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