JP4903644B2 - 現像装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機，プリンタ，ファクシミリ，それらの複合機などの画像形成装置に用いる現像装置に係り、特に磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に接触して現像するハイブリッド方式の現像装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機，プリンタ，ファクシミリ，それらの複合機などの画像形成装置における現像方式には、トナーと磁性キャリアを用いた２成分現像方式、トナーのみを現像剤として用いる１成分現像方式、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔または接触させて該潜像を現像するようにしたハイブリッド現像方式などがある。
２成分現像方式は、キャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能であると共にベタ画像の均一化などの利点がある反面、（１）現像装置が大きく複雑になる、（２）トナー飛散やキャリア引きが発生する、（３）キャリアの耐久性によって画質が変化するなどの欠点を有している。

また、１成分現像方式は、現像装置がコンパクトでドット再現性も優れているが、（１）現像ローラの劣化のために耐久性が低く、現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる、（２）選択現像が発生するなどの欠点を有している。一方、ハイブリッド現像方式は、２成分現像方式と１成分現像方式を組み合わせた方式で、ドット再現性に優れ、長寿命化ならびに高速の画像形成が可能な方式ではある。

ハイブリッド現像に関する従来の技術としては、米国特許第３８６６５７４号明細書に、像担持体に対して非接触に設置したドナーローラ（現像ローラ）上に非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって像担持体上の潜像に該トナーを飛翔させる提案がなされている。また米国特許第３９２９０９８号明細書には、磁気ローラを用いて現像剤をドナーローラまで搬送させ、このドナーローラ上にトナーを転移させてトナー層を形成する現像装置が示されている。

しかしながらこれらの提案では、２成分現像剤を採用してドナーローラ上への薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合にドナーローラ上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が像担持体上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには間題を有していた。そのため特開平３−１１３４７４号公報には、ドナーローラと像担持体の間にワイヤからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を印加して現像されたトナーを乱さないようにした、所謂、パウダークラウド現像法が提案されている。
これらの従来技術は、ハイブリッド現像方式を用いた非接触現像である。非接触現像の場合、感光体と現像ローラとのギャップは、数１０μｍでかつ精度良く保つ必要があること及び現像ローラに交流を印加するなど、現像装置の構成が複雑になるばかりか、微細な網点画像や階調の再現性が不十分であるという問題を有している。

一方、ハイブリッド現像方式を用いた接触型の現像装置は、特開昭５５−７７７６４号公報に現像ローラにスポンジローラを用いて接触現像を行う方法や、特許第３３５６９４８号公報、特許第３４０４７１３号公報には金属スリーブに弾性ローラを嵌合させた現像ローラを用いて接触現像を行う方法などが提案されている。

一般に、静電潜像の形成部材として、基板が金属製のドラムで構成される感光体を用いる電子写真の画像形成装置において、現像ローラと感光体が接触して現像が安定に実施される現像領域を確保するために、現像ローラをゴムやスポンジなどの弾性体で構成し、一定の圧力で感光体に押し付ける必要がある。しかしながら、ゴムやスポンジなどで構成された現像ローラは、ブレードなどの規制部材での摺動に弱いことや磁性キャリアを用いた２成分現像剤での磨耗に弱いなどの問題がある。

前記特許第３３５６９４８号公報、特許第３４０４７１３号公報は、この問題を解決するための提案であるが、感光体を金属スリーブで擦るため感光体表面が傷つきやすい問題や金層スリーブが弾性ローラと剥がれて現像ローラの長寿命化を図れないなどの問題を有している。
米国特許第３８６６５７４号明細書 米国特許第３９２９０９８号明細書 特開平３−１１３４７４号公報 特開昭５５−７７７６４号公報 特許第３３５６９４８号公報 特許第３４０４７１３号公報

以上のように、従来のハイブリッド現像方式を用いた現像装置で接触現像を実現させるためには、感光体と接触する現像ローラは弾性体で構成される必要がある。しかしながら、弾性体で構成された現像ローラを磁性キャリアとトナーで構成される２成分現像剤で擦りながら現像ローラ表面にトナーを所定量付着させる工程において、現像ローラの表面が２成分現像剤で磨耗して、表面が粗くなり、トナーの付着が不均一になることから、現像ローラの寿命が短くなる傾向があった。

また、金属スリーブを弾性ローラの表面に嵌合させた現像ローラを用いた方法においても、感光体を金属スリーブで擦るため感光体表面が傷つきやすい問題や金属スリーブが弾性ローラと剥がれるなどの問題があり、現像ローラの長寿命化を図ることが難しかった。

本発明の目的は、上記欠点を除去し、現像ローラの磨耗を低減させ、装置の長寿命化を図り、高速でしかも高画質の画像を長期に渡って安定に得られるハイブリッド型の現像装置とそれを用いた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の第1の手段は、磁性キャリアとトナーの２成分現像剤を使用し、像担持体の表面に形成された静電潜像に前記トナーを付着して前記静電潜像を現像する現像ローラを備えた現像装置において、
前記現像ローラの少なくとも表面層が弾性体で構成され、その現像ローラに近接対向して金属製の中間ローラを設け、その中間ローラに近接対向して磁気ローラを設けて、
前記２成分現像剤と接して前記磁気ローラを回転することにより、磁気ローラの表面に磁性キャリアとトナーの混合物からなる現像剤層を形成してその現像剤層を前記金属製の中間ローラ側に搬送して、前記現像剤層中のトナーのみを前記中間ローラに転移してトナー層を形成し、その中間ローラと前記現像ローラの回転に伴って前記トナー層を中間ローラから現像ローラへ転移して、現像ローラ上のトナー層を前記像担持体の表面に接触させることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第1の手段において、前記磁気ローラおよび中間ローラの少なくともいずれか一方のローラの表面に凹凸が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第1の手段において、前記磁気ローラに第１バイアス電源を接続し、前記中間ローラに第２バイアス電源を接続し、前記現像ローラに第３バイアス電源を接続して、
前記第１バイアス電源と前記第２バイアス電源の電位差により、前記磁気ローラ上に形成されている前記現像剤層中のトナーのみを前記中間ローラに転移する方向に作用する電界を形成し、
前記第２バイアス電源と前記第３バイアス電源の電位差により、前記中間ローラ上に形成されているトナーを前記現像ローラに転移する方向に作用する電界を形成することを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第1の手段において、前記中間ローラの周速度v_midに対して前記現像ローラの周速度v_devが、 v_mid＞v_devの関係にあることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第1の手段において、前記中間ローラ上にTm量のトナーを付着させ、その中間ローラを前記現像ローラに対して接触して回転させることにより、中間ローラ上のトナーを現像ローラに転移させて現像ローラ上にトナー付着量Tdのトナー層を形成するものであって、
現像ローラ上に所定のトナー付着量Tdを得るために、中間ローラの周速度v_midと現像ローラの周速度v_devと中間ローラ上のトナー付着量Tmの関係が、Td≒(v_mid/v_dev)・Tmとなるように設定したことを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は、感光体と、その感光体の表面を一様に帯電する帯電装置と、帯電した感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を形成した感光体上にトナーを供給して前記静電潜像を顕像化する現像装置と、その現像装置によって前記感光体に形成されたトナー像を用紙に転写する転写装置と、転写されたトナー像を前記用紙に定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、前記現像装置が前記第1ないし第４のいずれかの手段の現像装置であることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第６の手段において、前記感光体の周速度v_pcに対して前記現像ローラの周速度v_devが、v_dev＞v_pcの関係にあることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第７の手段において、前記中間ローラの周速度v_midと前記現像ローラの周速度v_devと前記感光体の周速度v_pc が、v_mid＞v_dev＞v_pcの関係にあることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は前記第６の手段において、前記感光体の周速度v_pcに対して前記現像ローラの周速度v_devが、v_dev＜v_pcの関係にあることを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は前記第９の手段において、前記中間ローラの周速度v_midと前記現像ローラの周速度v_devと前記感光体の周速度v_pc が、v_dev＜v_mid＜v_pcの関係にあることを特徴とするものである。

本発明の第１１の手段は前記第１０の手段において、前記感光体上の静電潜像に付着させるトナー量の最大値Tpc(max)を得るために、前記現像ローラの周速度v_devと、前記感光体の周速度v_pcと、前記現像ローラ上のトナー付着量Tｄの関係が、Tpc(max)≒(v_dev/v_pc)・Tｄとなるように設定されていることを特徴とするものである。

本発明の第１２の手段は前記第６ないし第１１の手段において、前記現像装置は異なる色のトナーを個別に装填した複数の現像ユニットを有してカラー画像を形成するように構成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、少なくとも表面層を弾性体で構成された現像ローラを直接キャリアを含んだ２成分現像剤で擦ることが防げ、かつ、中間ローラ及び現像ローラに安定したトナー層を形成することができるため、現像装置の長寿命化が図れ、高速でしかも高画質の画像を長期に渡って安定に得られる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を例示的に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る現像装置の概略側面図である。同図に示すように現像装置１は、現像ローラ３、中間ローラ４、磁気ローラ５、規制板６、トナーホッパー７内に設けた撹拌羽根８、リセットローラ９、バイアス電源１０，１１，１２、現像剤撹拌スクリュー１５a、１５bなどを備えている。

前記現像ローラ３は感光体２と対向するように近接配置され、前記中間ローラ４は感光体２とは反対側の位置で現像ローラ３と対向するように近接配置され、前記磁気ローラ５は現像ローラ３とは反対側の位置で中間ローラ４と対向するように近接配置されて、これら現像ローラ３と中間ローラ４と磁気ローラ５はほぼ横並びになっている。前記リセットローラ９は、現像ローラ３の下方に近接配置されている。

トナーホッパー７内のトナー１３は、撹拌羽根８により開口１４から２本の現像剤撹拌スクリュー１５a、１５bの内のスクリュー１５a側の現像剤１６上に投下される。現像剤１６は、磁性キャリアとトナーの２成分から成る。トナーホッパー７内から投下されたトナー１３は、現像剤撹拌スクリュー１５a、１５bの回転により現像剤１６と混合・撹拌され、現像剤１６のトナー濃度が均一化されると共に、磁性体キャリアとトナーは摩擦帯電により互いに逆極性に帯電する。

磁気ローラ５は、固定されたマグネットローラ（磁石体）と同心状でその周囲を回転するスリーブから成り、スリーブは反時計回り方向に回転する。この回転により現像剤１６は、磁気ローラ５の外周面に吸着してスリーブの回転と同じ反時計回り方向に移動する。磁気ローラ５の回転と共に反時計回り方向に移動した現像剤１６は、磁気ローラ５の外周に対向して設けた規制板６により所定の厚みの現像剤層１７に規制される。

規制板６によって掻き取られた外側の余剰な現像剤１６は現像装置１内の壁に沿ってＵターンして、再び現像剤撹拌スクリュー１５b側に戻され、現像剤撹拌スクリュー１５a、１５bの回転により撹拌される。
規制板６により規制されて磁気ローラ５の外周面に形成された現像剤層１７を時計回り方向に回転している中間ローラ４に接触させると共に磁気ローラ５と中間ローラ４の間に電界を作用させることにより、この中間ローラ４の外周上にトナー層１８を形成する。

すなわち、磁気ローラ５に保持される現像剤１６を構成する磁性キャリアとトナーは、摩擦帯電により互いに逆極性に帯電しているので、磁気ローラ５と中間ローラ４の間に電界を作用させることにより、現像剤１６中のトナーのみが中間ローラ４の外周上に付着して、トナー層１８を形成する。
その後、中間ローラ４上に形成したトナー層１８を中間ローラ４と反時計回り方向に回転する現像ローラ３を周速度差を持った状態で接触させると共に、中間ローラ４と現像ローラ３の間に電界を作用させて、中間ローラ４上に形成したトナー層１８を現像ローラ３に転移させて、現像ローラ３の外周上に所定のトナー層１９を形成する。前述の磁気ローラ５と中間ローラ４の間ならびに中間ローラ４と現像ローラ３の間の電界の形成は、前記バイアス電源１０，１１，１２によってなされる。

次に、現像ローラ３上のトナー層１９を現像ローラ３の回転により感光体２と対向する部分に搬送して、感光体２に接触させると共に現像部に現像電界を作用させることにより感光体２上の静電潜像を現像して、感光体２の表面にトナー画像を形成する。感光体２と接触した後の現像ローラ３上のトナー層１９は、現像ローラ３に接触して回転するリセットローラ９により、一部掻き取られ、または馴らされる。

現像剤１６に用いる磁性キャリアは、その粒径が１００μｍを超えると中間ローラ４上のトナー層１８に刷毛目状のむらが目立つようになり、４０μｍ以下では磁性キャリア付着が増加する傾向があるために、粒径が５０〜１００μｍの磁性キャリアと粒径が５〜１１μｍのトナーを混合したものを使用した。
また、本実施形態では、規制板６を通過した磁気ローラ５上の現像剤層１７のトナー濃度（Ｗｔ％：トナー重量×１００／磁性キャリア重量）は、トナーの帯電量や現像剤の搬送量を考慮して３〜２５Ｗｔ％の間に設定すれば良いが、より望ましくは、トナー粒径と磁性キャリア粒径に応じて決定される飽和トナー濃度（７〜２５Ｗｔ％の範囲）になるように、撹拌混合室内の現像剤１６のトナー濃度を規制板６を通過後の現像剤層１７のトナー濃度よりも高く維持できるように構成する。

ここで飽和トナー濃度は、充分高いトナー濃度（約１５Ｗｔ％）に調合した現像剤１６を投入し、磁気ローラ５のスリーブを回転させた場合に規制板６を通過後のトナー濃度として測定することができる。

また、規制板６を通過後の現像剤層１７のトナー濃度が飽和値をとる理由としては、現像剤層１７が規制板６を通過する際に搬送可能な最大のトナー量は、磁性キャリア表面に静電力で吸着可能なトナー量、すなわち、１〜３層程度と考えられ、それ以上が磁性キャリアやトナーの間隙に保持されていたとしても、磁気ブラシの回転移動や規制板６を通過する際の磁気ブラシの揺動や規制板６との間に働く静電力等の作用により離脱してしまうためと考えられる。

従って搬送可能なトナー量には限界があり、その値が飽和トナー濃度に相当するものと考えられる。従って、規制板６を通過した後の現像剤層１７のトナー濃度をこの飽和値に設定すれば、トナー濃度検出センサーを設置することなく（装置構成を複雑化せずに）、現像剤層１６における混合比を安定に維持できる利点がある。
磁性キャリアの材質としては、フェライト、マグネタイト、鉄粉などが適している。本方式は、トナー層を一旦中間ローラ４上に形成するため、一般に用いられている直接感光体の潜像を２成分現像剤で現像する方式より、幅広い磁性キャリアを使うことができる。そのため上記金属系の磁性キャリアのほか、樹脂キャリアも用いることができることが判った。フェライトキャリアとしては、嵩比重２.２〜２．７ｇ／ｃｍ³、飽和磁化３０〜９５ｅｍｕ／ｇで略球形のものを用いることができる。 また、樹脂キャリアは嵩比重１．０〜１．６ｇ／ｃｍ³、飽和磁化６０〜８０ｅｍｕ／ｇの球形および不定形のものを用いることができる。
トナーは、ポリエステル樹脂を主体に色材である顔料、帯電を制御する帯電制御剤、定着工程における剥離性を補助する離型剤を適宜の量を混合し、混練、粉砕、分級して所定の粒径にした後に、シリカやアルミナなどの外添剤を添加したものを用いた。または本方式では、スチレン・アクリル樹脂などを用いたトナーも同様に使うことができる。

磁気ローラ５は先に述べたようにスリーブとマグネットローラから構成されるが、そのうちのスリーブはステンレスなどの金属製の円筒で、その表面は、現像剤１６の搬送性を良くするためにサンドブラスト等により粗さＲａで０．３〜１．５程度に粗くして微細な凹凸を形成したものを用いる。また、スリーブの金属表面に円周方向に均一な間隔で垂直に溝やリブなどの凹凸を付けたローラも使用可能である。スリーブ内に配置され固定されるマグネットローラは、磁極数は４極で、各磁極部の磁力は４００〜１２００ガウスの範囲で着磁した。また、磁気ローラ５のスリーブの周速度v_magは中間ローラ４の周速度v_midとの比が１．０〜５.０の範囲になるよう設定した。

規制板６は、それと磁気ローラ５のギャップaを調整することにより、磁気ローラ５の回転により磁気ローラ５上に汲み上げられた現像剤１６の搬送量を規制して、磁気ローラ５上に所定の厚さの現像剤層１７を作る。本実施形態では、このギャップaは０．３〜０．８ｍｍの範囲が望ましい。

中間ローラ４は、ステンレス、鉄にニッケルメッキをしたもの、またはアルミなどの金属で、その表面はトナー層の搬送性を良くするために、サンドブラスト等で表面粗さがＲａで、０．２〜１．５程度に粗くして微細な凹凸を形成したものを用いる。磁気ローラ５と中間ローラ４は、所定の間隔、ギャップｂ（０．３〜１．５ｍｍで望ましくは、０．３〜０．５ｍｍ）に保たれ、バイアス電源１１とバイアス電源１２の電位差で生じる電界により、磁気ローラ５上の現像剤層１７中のトナーのみが、中間ローラ４に移動して、中間ローラ４上に所定の厚さのトナー層１８を作る。この時、バイアス電源１１とバイアス電源１２の電位差は２００Ｖ〜１０００Ｖの範囲で、絶対値ではバイアス電源１２の方をバイアス電源１１よりも大きく設定して、この電位差で生じる電界により中間ローラ４上に所定の厚さのトナー層１８が形成される。

現像ローラ３は図２に示すように、金属の芯金２０に基材として、ウレタンゴムにカーボンなどの導電剤を混合させ抵抗を１０⁶〜１０¹⁰Ωｃｍに調整した弾性層２１（硬度は、Asker-Cで４０〜７０°）と、同じくウレタンゴムで同様な値に抵抗を調整し、かつ硬度がAsker-Cで７０〜９０°で表面粗さがＲｚで２〜９μmの表面層２２を設けたものを用いた。

弾性層２１は、弾性の確保と電気抵抗の調整の役目をもっている。また、表面層２２は、トナーの搬送性を確保すると共に耐摩耗性と感光体２の磨耗を保護し、現像ローラ３の長寿命化を図る役目をもっている。

本実施形態ではこのように２層構造の現像ローラ３を用いたが、材質はウレタンまたはシリコーンなどのゴムにカーボンなどの導電剤を混合させ抵抗を１０⁶〜１０¹⁰Ωｃｍに調整したので、かつ硬度と表面の粗さが上記の現像ローラ３と同じようなものであれば、同様に使用可能である。

図３は、本実施形態の現像装置１において、現像ローラ３を中間ローラ４に接触させて押し込んだときの現像ローラ３の押し込み量と中間ローラ４上から現像ローラ３に転移するトナーの量の関係を調べた特性図である。この時、現像ローラ３と中間ローラ４には、トナーの転移に適切な電位差を設けた。

この結果から、現像ローラ３の押し込み量を０．１ｍｍ以上にするとトナーの転移量が安定することが分かる。一方、押し込み量を増すと現像ローラ３と中間ローラ４との摩擦力が増え、両者を駆動するトルクが増す。そのため本実施形態では、現像ローラ３の中間ローラ４への押し込み量は、０．ｌ〜０．３ｍｍの範囲が適している。

リセットローラ９としては、本実施形態ではウレタン製の単発泡のスポンジローラを用いた。発泡率は、１インチ当り５０〜７０個で、硬度は、Asker-Fで６０〜９０°が適している。現像ローラ３へのリセットローラ９の押し込み量は、現像ローラ３上のトナーのリセット性から０．１ｍｍ以上が適しているが、この押し込み量を増やすと上述した中間ローラ４と現像ローラ３との押し込み量と同じように駆動トルクが増すことから、０．１〜０．３ｍｍの範囲が適している。

図４は、本実施形態の現像装置１において、中間ローラ４に接続したバイアス電源１１の電圧Ｖmidと現像ローラ３に接続したバイアス電源１０の電圧Ｖdevとの電位差（Ｖmid−Ｖdev）によって、中間ローラ４上のトナー層１８が、どれだけ現像ローラ３へ転移できるか調べた特性図である。この試験では、中間ローラ４の周速度v_midと現像ローラ３の周速度v_devの比（周速度比Ｋ）を１．５とした。

この結果より、電位差（Ｖmid−Ｖdev）を２００Ｖ以上に設定すれば、中間ローラ４上のトナー層１８のほぼ全部を現像ローラ３へ転移できることが分かる。そのため本実施形態では、この電位差を２５０Ｖとした。

図５は、本実施形態の現像装置１において、中間ローラ４の周速度v_midと現像ローラ３の周速度v_devの比（周速度比Ｋ１）を変えて、現像ローラ３上に転移したトナー層１９のトナー量Ｔdと中間ローラ４上のトナー層１８のトナー量Ｔmとの比（Ｔd／Ｔm）を調べた特性図である。

この結果から、周速度比Ｋ１が１付近以外では、Ｔd／Ｔmは周速度比Ｋ１にほぼ比例することが分かる。周速度比Ｋ１が１付近、つまり、中間ローラ４の周速度v_midと現像ローラ３の周速度v_devがほぼ同じ付近では、中間ローラ４上のトナー層１８を現像ローラ３が擦る力が弱まるため、現像ローラ３へのトナーの転移が不安定になるためである。

図４および図５の結果から、本実施形態の現像装置１においては、中間ローラ４上のトナー層１８のトナー量Ｔmとこの周速度比Ｋ１によって、現像ローラ３上のトナー層１９のトナー量Ｔdを、次式のように決めることができる。

Td≒(v_mid/v_dev)・Tm＝Ｋ１・Tm ‥‥‥‥（１）
周速度比Ｋ１は図５の結果から分かるように１付近は不安定であること、及び周速度比Ｋ１の値を大きく設定すると駆動トルクが増すことから、実施形態では周速度比Ｋ１を１＜Ｋ１＜４の範囲に設定した。

感光体２と現像ローラ３との押し込み量は、感光体２上の静電潜像を安定に現像できるように、上述の現像ローラ３と中間ローラ４との押し込み量と同じように０．１ｍｍ以上必要であるが、これも同様に押し込み量が増すと駆動トルクも増すため、０．１〜０．３ｍｍの範囲が適している。

感光体２に形成されるトナー層のトナー量Ｔpcは、上述の現像ローラ３上のトナー層１９のトナー量Ｔd、現像ローラ３の周速度v_devと感光体２との周速度v_pcの周速度比Ｋ２(v_dev/v_pc)、及び感光体２の潜像電位と現像ローラ３へバイアス電源１０から印加した電圧との電位差によって決まるが、その最大値Ｔpc(max)は、次式のように決めることができる。

Tpc(max)≒(v_dev/v_pc)・Td＝Ｋ２・Td ‥‥‥‥（２）
周速度比Ｋ２は、上述の中間ローラ４と現像ローラ３との関係のように１付近は不安定であること、及び周速度比Ｋ２の値を大きく設定すると駆動トルクが増すことから、本実施形態では感光体２の周速度v_pcに対して現像ローラ３の周速度v_devをv_dev＞v_pcの関係になるようにして、周速度比Ｋ２を１＜Ｋ２＜２の範囲に設定した。

また、周速度比Ｋ２を１以上にすると上記（１）式の関係から、中間ローラ４の回転速度が大きくなり駆動トルクが増すことから、感光体２の周速度v_pcに対して現像ローラ３の周速度v_devをv_dev＜v_pcの関係になるようにして、周速度比Ｋ２をＫ２＜1に設定し、具体的には周速度比Ｋ２の値を０．５〜０．９５の範囲にすることもできる。

図６は、本発明の実施形態に係る現像装置１を用いた^{画像形成装置（}レーザープリンタ２３）の全体の概略構成図である。

感光体２として有機感光体（ＯＰＣ）を用い、感光体２の周速度は１００〜４００ｍｍ／ｓｅｃで、感光体２は帯電ローラ２４によって−４００〜−７００Ｖに帯電させられる。次にレーザー露光装置２５によって、印刷する画像の静電潜像が感光体２上に形成される。このときレーザーで露光した部分と露光しなかった部分との電位（コントラスト電位）は約３５０Ｖ以上とし、現像ローラ３の周速度を感光体２の周速度の約１〜約２倍とし、更に現像ローラ３に−８０〜−３５０Ｖの現像バイアスを印加して反転現像を行なう。

印刷に用いる用紙は、用紙カセット２６から給紙ローラ２７により給紙され、搬送ローラ２８によりレジストローラ２９に搬送される。感光体２上に形成されたトナー像と同期してレジストローラ２９から用紙が搬送され、転写ローラ３０により感光体２上のトナー像は用紙に転写される。

次にヒートローラ３１とバックアップローラ３２とで構成される定着器によって、用紙上のトナー像は定着され、更に搬送ローラ３３と排紙ローラ３４によって排紙トレイ３５に搬送される。また、転写後、感光体２上に残ったトナーはクリーニング装置３６によりクリーニングされ、感光体２は再び上述の帯電、露光、現像、転写工程を受ける。

このようなレーザープリンタ２３で、前述した条件で印刷をしたところ、画像濃度１．２〜１．８（Ｏ.Ｄ）で、高速でしかも高画質の画像を長期に渡って安定に得られることができた。また、長期印刷を行った場合においても、現像ローラ３や中間ローラ４の磨耗も少なく、かつ両ローラへのトナーのフィルミングが発生することもなかった。

これは本発明が中間ローラ４に金属製のローラを用いることにより、磁性キャリアを用いた現像剤での磨耗を減らすことができることと、弾性体で構成された現像ローラ３の表面を金属製のブレードなどを当てて擦る手段を用いることなしに、現像ローラ３上に安定したトナー層を形成できることによる。

また、中間ローラ４、現像ローラ３、感光体２のそれぞれの周速度の関係をv_mid＞v_dev＞v_pcにすることも、高速でしかも高画質の画像を安定に得られる一因となっている。一方、中間ローラ４、現像ローラ３、感光体２のそれぞれの周速度の関係をv_dev＜ v_mid＜v_pcにすることにより、各ローラの駆動トルクを上げることなく、高速でしかも高画質の画像を安定に得られる一因となっている。

図７は、本発明の現像装置１を用いた他の^{画像形成装置（カラー}レーザープリンタ３７）^{の全体の概略構成図である。
カラー}レーザープリンタ３７は、各色の現像ユニットを複数のベルト搬送ローラ３８a、３８b、３８c、３８dで張架された中間転写ベルト３９の側面に配置し、中間転写ベルト３９上にトナーによるカラー像を形成し、そのカラー像を用紙カセット２６から搬送される用紙に転写し、定着ベルト４３、加熱ローラ４４、加圧ローラ４５、バックアップローラ４６からなる定着器で熱と圧力でトナーを溶融定着してカラー画像を形成する。

現像ユニットは４式あり、それぞれシアン色トナーを装填したＣ現像ユニット、マゼンタ色トナーを装填したＭ現像ユニット、イエロー色トナーを装填したＹ現像ユニット、黒色トナーを装填したＫ現像ユニットで構成されている。

各現像ユニットは同じ構成になっており、ここではＫ現像ユニットを例に構成を説明する。Ｋ現像ユニットは、第１の実施形態のように、現像装置１Ｋ、感光体２Ｋ、帯電ローラ２４Ｋ、レーザー露光装置２５Ｋ、感光体２Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト３９に転写する第１転写ローラ４０Ｋ、クリーニング装置３６Ｋで構成される。

中間転写ベルト３９は、複数のベルト搬送ローラ３８a、３８b、３８c、３８dで張架され、ベルト搬送ローラ３８bで駆動、搬送される。ベルトクリーナ４２は中間転写ベルト３９上の残留トナーを除去する。第１転写ローラ４０は、感光体２に対向して中間転写ベルト３９の内側に配置される。

用紙搬送経路は、用紙を堆積する用紙カセット２６から、給紙ローラ２７、レジストローラ２９を経て、第２転写ローラ４１と中間転写ベルト３９の間を通過し、定着器へ至る。

画像を形成する場合、感光体２上を帯電ローラ２４で帯電させ、レーザー露光装置２５で画像に応じた光をあてて、感光体２上の電位を落とす。その部位が感光体２の回転により、現像装置１の現像ローラ３に達し、トナー層と接すると帯電しているトナーが感光体２の静電潜像に付着する。次に感光体２上のトナー画像は、第１転写ローラ４０が中間転写ベルト３９を押し付ける部位で中間転写ベルト３９上に転写される。

各現像ユニットの感光体上のトナー画像は、中間転写ベルト３９上に転写され、カラーのトナー画像が形成される。そして中間転写ベルト３９の搬送により、第２転写ローラ４１の部位で搬送されてきた用紙上にトナー画像は転写される。トナー画像が転写された用紙は、定着器に搬送され、熱と圧力により、トナーが溶融定着されカラー画像が形成される。

本実施形態では、各カラー画像の画像濃度が１．２〜１．８（Ｏ.Ｄ）で、高速でしかも高画質の画像を長期に渡って安定に得られることができた。また、長期印刷を行った場合においても、現像ローラ３や中間ローラ４の磨耗も少なく、かつ両ローラへのトナーのフィルミングが発生することもなかった。

これは本発明が中間ローラ４に金属製のローラを用いることにより、磁性キャリアを用いた現像剤での磨耗を減らすことができることと、弾性体で構成された現像ローラ３の表面を金属製のブレードなどを当てで擦る手段を用いることなしに、現像ローラ３上に安定したトナー層を形成できることによる。

（第２の実施の形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る現像装置の側断面図である。同図における現像装置１の構成は、第１の実施形態と基本的には同じであるが、感光体２の回転方向が異なる。すなわち第１の実施形態では時計回り方向であったが、本実施形態では反時計回り方向である。そのため現像ローラ３、中間ローラ４、磁気ローラ５の回転方向も第１の実施形態とは逆になっている。

本実施形態で使用するトナー、磁性キャリアの条件、及び規制板６や各ローラの設定条件などは第１の実施形態で述べた条件と同じであるので、重複する説明は省略する。

図９は、第２の実施形態に係る現像装置１を用いた^{画像形成装置（カラー}レーザープリンタ３７）^{の全体の概略構成図である。}
各部材の構成や動作などは図７を用いて説明した画像形成装置とほぼ同じであるが、中間転写ベルト３９の搬送方向が図７で説明した画像形成装置と異なる。
本実施形態においても、各カラー画像の画像濃度が１．２〜１．８（Ｏ.Ｄ）で、高速でしかも高画質の画像を長期に渡って安定に得られることができた。また、長期印刷を行った場合においても、現像ローラ３や中間ローラ４の磨耗も少なく、かつ両ローラへのトナーのフィルミングが発生することもなかった。

本発明が中間ローラ４に金属製のローラを用いることにより、磁性キャリアを用いた現像剤での磨耗を減らすことができることと、弾性体で構成された現像ローラ３の表面を金属製のブレードなどを当てで擦る手段を用いることなしに、現像ローラ３上に安定したトナー層を形成できることによる。

本発明の第１の実施形態に係る現像装置の概略側面図である。 その現像装置に用いる現像ローラの断面図である。 本発明の第１の実施形態において、現像ローラと中間ローラの押し込み量と中間ローラから現像ローラに転移するトナー量との関係を示す特性図である。 本発明の第１の実施形態において、中間ローラと現像ローラのバイアス電圧の電位差と中間ローラから現像ローラへ転移するトナー量との関係を示す特性図である。 本発明の第１の実施形態において、中間ローラと現像ローラの周速度の比と中間ローラから現像ローラに転移するトナー量の比との関係を示す特性図である。 本発明の第１の実施形態に係る現像装置を適用した^{レーザープリンタ}の全体の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る現像装置を適用した^{カラーレーザープリンタ}の全体の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る現像装置の概略側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る現像装置を適用した^{カラーレーザープリンタ}の全体の概略構成図^である。

符号の説明

１…現像装置、２…感光体、３…現像ローラ、４…中間ローラ、５…磁気ローラ、６…規制版、７…トナーホッパー、８…撹拌羽根、９…リセットローラ、１０、１１、１２…バイアス電源、１３…トナー、１４…開口、１５a、１５b…現像剤撹拌スクリュー、１６…現像剤、１７…現像剤層、１８、１９…トナー層、２０…芯金、２１…弾性層、２２…表面層、２３…レーザープリンタ、２４…帯電ローラ、２５…レーザー露光装置、２６…用紙カセット、２７…給紙ローラ、２８…搬送ローラ、２９…レジストローラ、３０…転写ローラ、３１…ヒートローラ、３２…バックアップローラ、３３…搬送ローラ、３４…排紙ローラ、３５…排紙トレイ、３６…クリーニング装置、３７…カラーレーザープリンタ、３８a、３８b、３８c、３８d…ベルト搬送ローラ、３９…中間転写ベルト、４０…第１転写ローラ、４１…第２転写ローラ、４２…ベルトクリーナ、４３…定着ベルト、４４…熱ローラ、４５…加圧ローラ、４６…バックアップローラ。

Claims (12)

1. 磁性キャリアとトナーの２成分現像剤を使用し、像担持体の表面に形成された静電潜像に前記トナーを付着して前記静電潜像を現像する現像ローラを備えた現像装置において、
   前記現像ローラの少なくとも表面層が弾性体で構成され、その現像ローラに近接対向して金属製の中間ローラを設け、その中間ローラに近接対向して磁気ローラを設けて、
   前記２成分現像剤と接して前記磁気ローラを回転することにより、磁気ローラの表面に磁性キャリアとトナーの混合物からなる現像剤層を形成してその現像剤層を前記金属製の中間ローラ側に搬送して、前記現像剤層中のトナーのみを前記中間ローラに転移してトナー層を形成し、その中間ローラと前記現像ローラの回転に伴って前記トナー層を中間ローラから現像ローラへ転移して、現像ローラ上のトナー層を前記像担持体の表面に接触させることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、前記磁気ローラおよび中間ローラの少なくともいずれか一方のローラの表面に凹凸が形成されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１記載の現像装置において、前記磁気ローラに第１バイアス電源を接続し、前記中間ローラに第２バイアス電源を接続し、前記現像ローラに第３バイアス電源を接続して、
   前記第１バイアス電源と前記第２バイアス電源の電位差により、前記磁気ローラ上に形成されている前記現像剤層中のトナーのみを前記中間ローラに転移する方向に作用する電界を形成し、
   前記第２バイアス電源と前記第３バイアス電源の電位差により、前記中間ローラ上に形成されているトナーを前記現像ローラに転移する方向に作用する電界を形成することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１記載の現像装置において、前記中間ローラの周速度v_midに対して前記現像ローラの周速度v_devが、 v_mid＞v_devの関係にあることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１記載の現像装置において、前記中間ローラ上にTm量のトナーを付着させ、その中間ローラを前記現像ローラに対して接触して回転させることにより、中間ローラ上のトナーを現像ローラに転移させて現像ローラ上にトナー付着量Tdのトナー層を形成するものであって、
   現像ローラ上に所定のトナー付着量Tdを得るために、中間ローラの周速度v_midと現像ローラの周速度v_devと中間ローラ上のトナー付着量Tmの関係が、Td≒(v_mid/v_dev)・Tmとなるように設定したことを特徴とする現像装置。
6. 感光体と、その感光体の表面を一様に帯電する帯電装置と、帯電した感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を形成した感光体上にトナーを供給して前記静電潜像を顕像化する現像装置と、その現像装置によって前記感光体に形成されたトナー像を用紙に転写する転写装置と、転写されたトナー像を前記用紙に定着する定着装置とを備えた画像形成装置において、
   前記現像装置が請求項１ないし４のいずれか１項記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６記載の画像形成装置において、前記感光体の周速度v_pcに対して前記現像ローラの周速度v_devが、v_dev＞v_pcの関係にあることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７記載の画像形成装置において、前記中間ローラの周速度v_midと前記現像ローラの周速度v_devと前記感光体の周速度v_pc が、v_mid＞v_dev＞v_pcの関係にあることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項６記載の画像形成装置において、前記感光体の周速度v_pcに対して前記現像ローラの周速度v_devが、v_dev＜v_pcの関係にあることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９記載の画像形成装置において、前記中間ローラの周速度v_midと前記現像ローラの周速度v_devと前記感光体の周速度v_pc が、v_dev＜v_mid＜v_pcの関係にあることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項９または１０記載の画像形成装置において、前記感光体上の静電潜像に付着させるトナー量の最大値Tpc(max)を得るために、前記現像ローラの周速度v_devと、前記感光体の周速度v_pcと、前記現像ローラ上のトナー付着量Tｄの関係が、Tpc(max)≒(v_dev/v_pc)・Tｄとなるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項６ないし１１のいずれか１項記載の画像形成装置において、前記現像装置は異なる色のトナーを個別に装填した複数の現像ユニットを有してカラー画像を形成するように構成したことを特徴とする画像形成装置。

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