JP7589483B2

JP7589483B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP7589483B2
Application number: JP2020167480A
Authority: JP
Inventors: 友浩玉木; 隆久中植; 弘達川口; 正人石野; 有香里太田
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2020-10-02
Publication date: 2024-11-26
Anticipated expiration: 2040-10-02
Also published as: US20220107584A1; JP2022059719A; US11467513B2

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関し、特に、非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置において使用される現像装置は、現像剤にトナーとキャリアとを使用した二成分現像方式、キャリアを使用せずにトナーのみを使用した一成分現像方式のものが知られている。

非磁性一成分現像方式の現像装置では、トナーが現像ローラーの表面に設けられた微細な凹凸によって搬送され、余分なトナーは規制ブレードですり切られることでトナー薄層が形成される。また、規制ブレードの下をトナーが通過する際に現像ローラーの表面とトナーが摩擦帯電する。そして、感光体と現像ローラーを接触回転させ、現像ローラーの表面のトナーは電界により感光体に現像される。

非磁性一成分現像方式は、二成分現像方式のようなマグネットや金属スリーブ、キャリアなどのデバイスが不要になるとともに直流電圧のみで十分な現像が可能である。すなわち、シンプルで低コストな構成でありながら安定した現像性能が得られるため、主に低速コンパクト機に積極的に採用されている。

上述したような非磁性一成分現像方式においては、現像電圧は目標の画像濃度を得られ、且つクリーニング不良が発生しない電圧に調整することになる。画像濃度は感光体の露光後電位と現像電圧との関係、クリーニング不良は感光体の表面電位と現像電圧との関係でそれぞれ決まるため、目標濃度を確保しつつクリーニング不良も発生しない使用可能範囲 (ＯＷ)が存在する。感光体の表面電位のバラつきやトナー劣化、環境（温湿度）による現像感度の変動を考慮すると、一定幅（約１２０Ｖ）のＯＷが必要である。非磁性一成分現像方式においては、このＯＷをいかに広くとれるかが重要となる。

そこで、目標濃度を確保しつつクリーニング不良を軽減する方法が提案されており、例えば特許文献１には、静電潜像保持体に対するトナー担持体の単位長さ当りの当接力Ｐと静電潜像保持体表面又はトナー担持体表面の当接方向の変形量δとの比Ｐ／δが２～２００である構成が開示されている。具体的には、当接力Ｐを１ｇｆ／ｍｍ以上、所定の長さ範囲に直交する方向の接触幅（ニップ幅）Ｓを２ｍｍ以上としている。

特開２００１－１７５０７５号公報

特許文献１では、ニップ幅、ニップ圧、現像ローラーの変形量を規定する構成であり、ニップ幅の範囲を２ｍｍ以上に設定している。しかし、ニップ幅が２ｍｍ以下となるような高硬度の現像ローラーを用いる場合、ニップ圧が高くなりすぎてドットの輪郭が不明瞭になる傾向がある。そのため、高硬度の現像ローラーに適した技術ではなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、非磁性一成分現像方式における画像の白抜けやクリーニング不良を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、押圧機構と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、表面に感光層が形成される。帯電装置は、像担持体を所定の表面電位に帯電させる。露光装置は、帯電装置により帯電された像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する。現像装置は、トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、外周面にトナーを保持するローラー部と、ローラー部の軸中心に沿って配置される回転軸と、を有し、像担持体に所定の押圧力で押圧される現像剤担持体と、現像剤担持体におけるローラー部の外周面に面接触してローラー部の外周面に形成されるトナー層の層厚を規制する規制ブレードと、を有し、静電潜像が形成された像担持体にトナーを供給する。押圧機構は、現像容器を像担持体に近づく方向に押圧する。現像剤担持体は、ローラー部のアスカーＣ硬度が６５°以上７３°以下であり、押圧力をＸ［Ｎ］、像担持体と現像剤担持体との周方向の接触幅であるニップ幅をＹ［μｍ］とするとき、３．０≦Ｘ≦８．０および５５０≦Ｙ≦７００であり、且つ、以下の式（１）、（２）を満たす。
Ｙ≧３１．０Ｘ＋３９３．２・・・（１）
Ｙ≦４７．０Ｘ＋４５０．１・・・（２）

本発明の第１の構成によれば、現像剤担持体のアスカーＣ硬度、像担持体に対する押圧力、ニップ幅を上記範囲とすることで、トナーの現像性とクリーニング性のバランスが担保され、画像の白抜けやクリーニング不良が発生しない適正な範囲とすることができ、さらに押圧力の変化に対するロバスト性を高めて画像品質の安定化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図本実施形態の画像形成装置１の画像形成部３０の概略構成を示す側面断面図感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の拡大断面図現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度との関係を示すグラフ感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を変化させたときの現像電圧と画像濃度との関係を示すグラフ現像ローラー３３１の硬度を変化させたときの現像ローラー３３１の押圧力とニップ幅との関係を示すグラフ現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度との関係を示すグラフ

（１．画像形成装置１の全体構成）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図である。なお、図１において右側を画像形成装置１の前側、左側を後側とする。

画像形成装置１（ここではモノクロプリンター）は、略直方体形状の筐体構造を有する本体ハウジング１０、本体ハウジング１０内に収容される給紙部２０、画像形成部３０および定着部４０を含む。本体ハウジング１０の前面側には前カバー１１が、後面側には後カバー１２が各々備えられている。画像形成部３０および定着部４０の各ユニットは、後カバー１２が開放されることで、本体ハウジング１０の後面側から出し入れ可能となる。また、本体ハウジング１０の上面には、画像形成後のシートが排出される排紙部１３が備えられている。尚、以下の説明において、「シート」との用語は、コピー用紙、コート紙、ＯＨＰシート、厚紙、葉書、トレーシングペーパーや画像形成処理を受ける他のシート材料を意味する。

給紙部２０は、画像形成処理が施されるシートを収容する給紙カセット２１を含む。給紙カセット２１は、その一部が本体ハウジング１０の前面から更に前方に突出している。給紙カセット２１のうち、本体ハウジング１０内に収容されている部分の上面は、給紙カセット天板２１Ｕによって覆われている。給紙カセット２１には、シートの束が収容される用紙収容空間、シートの束を給紙のためにリフトアップするリフト板等が備えられている。給紙カセット２１の後端側の上部には用紙繰出部２１Ａが設けられている。この用紙繰出部２１Ａには、給紙カセット２１内のシート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すための給紙ローラー２１Ｂが配置されている。

画像形成部３０は、給紙部２０から送り出されるシートにトナー像（現像剤像）を形成する画像形成動作を行う。画像形成部３０は、感光体ドラム３１と、感光体ドラム３１の周囲に配置された、帯電部３２、露光部３５、現像部３３および転写ローラー３４を含む。

感光体ドラム３１（像担持体）は、回転軸と、回転軸周りに回転する外周面（ドラム本体）と、を備える。感光体ドラム３１の外周面には、例えば公知の有機（ＯＰＣ）感光体で構成され、外周面に電荷発生層、電荷輸送層等で構成される感光層が形成される。感光層は、後述する帯電部３２により均一に帯電された後、露光部３５により光照射されて帯電を減衰させた静電潜像が形成され、現像部３３により静電潜像を顕在化したトナー像が担持される。

帯電部３２（帯電装置）は、感光体ドラム３１の外周面に対して所定の間隔を置いて配置され、感光体ドラム３１の外周面を非接触の状態で均一に帯電させる。具体的には、帯電部３２は、チャージワイヤー３２１およびグリッド電極３２２（いずれも図２参照）を有する。チャージワイヤー３２１は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる線状の電極であり、感光体ドラム３１との間でコロナ放電を発生させる。グリッド電極３２２は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる格子状の電極であり、チャージワイヤー３２１と感光体ドラム３１との間に配設される。帯電部３２は、チャージワイヤー３２１に所定の電流値の電流を流すことでコロナ放電を発生させ、且つ、グリッド電極３２２に所定電圧を印加することで、グリッド電極３２２に対向する感光体ドラム３１の外周面を、所定の表面電位に一様に帯電させる。

露光部３５（露光装置）は、レーザー光源とミラーやレンズ等の光学系機器とを有し、感光体ドラム３１の外周面に、パーソナルコンピューター等の外部装置から与えられる画像データに基づき変調された光を照射する。これにより、露光部３５は、感光体ドラム３１の外周面に、画像データに基づく画像に対応する静電潜像を形成する。

現像部３３（現像装置）は、本体ハウジング１０に着脱可能であり、感光体ドラム３１の外周面に非磁性一成分のトナー（現像剤）を供給することにより、感光体ドラム３１の外周面に形成された静電潜像を現像する。静電潜像を現像するとは、静電潜像を顕在化したトナー像（現像剤像）を形成することを示す。現像部３３の詳細な構成については後述する。

転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面に形成されたトナー像をシート上に転写させるためのローラーである。具体的には、転写ローラー３４は、軸周りに回転し、感光体ドラム３１の回転方向における現像ローラー３３１よりも下流側の位置で、感光体ドラム３１の外周面と対向する外周面を有する。転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面との間のニップ部を通過するシートに、感光体ドラム３１の外周面に担持されているトナー像を転写する。当該転写の際、転写ローラー３４にはトナーと逆極性の転写電圧が印加される。

定着部４０は、シートに転写されたトナー像を、シート上に定着させる定着処理を行う。定着部４０は、定着ローラー４１と加圧ローラー４２とを有する。定着ローラー４１は、加熱源を内部に備え、シートに転写されたトナーを所定温度で加熱する。加圧ローラー４２は、定着ローラー４１に対して圧接され、定着ローラー４１との間に定着ニップ部を形成する。トナー像が転写されたシートが定着ニップ部に通紙されると、トナー像は、定着ローラー４１による加熱および加圧ローラー４２による押圧によりシート上に定着される。

本体ハウジング１０内には、シートを搬送するための主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂが備えられている。主搬送路２２Ｆは、給紙部２０の用紙繰出部２１Ａから画像形成部３０および定着部４０を経由して、本体ハウジング１０上面の排紙部１３に対向して設けられている排紙口１４まで延びている。反転搬送路２２Ｂは、シートに対して両面印刷を行う場合に、片面印刷されたシートを主搬送路２２Ｆにおける画像形成部３０の上流側に戻すための搬送路である。

主搬送路２２Ｆは、感光体ドラム３１および転写ローラー３４によって形成される転写ニップ部を、下方から上方に向かって通過するように延設される。また、主搬送路２２Ｆの、転写ニップ部よりも上流側には、レジストローラー対２３が配置されている。シートは、レジストローラー対２３にて一旦停止され、スキュー矯正が行われた後、画像転写のための所定のタイミングで転写ニップ部に送り出される。主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂの適所には、シートを搬送するための搬送ローラーが複数配置されている。排紙口１４の近傍には排紙ローラー対２４が配置されている。

反転搬送路２２Ｂは、反転ユニット２５の外側面と、本体ハウジング１０の後カバー１２の内面との間に形成されている。尚、反転ユニット２５の内側面には、転写ローラー３４およびレジストローラー対２３の一方のローラーが搭載されている。後カバー１２および反転ユニット２５は、それらの下端に設けられた支点部１２１の軸回りに各々回動可能である。反転搬送路２２Ｂにおいてジャム（紙詰まり）が発生した場合、後カバー１２が開放される。主搬送路２２Ｆでジャムが発生した場合、或いは感光体ドラム３１のユニットや現像部３３が外部に取り出される場合には、後カバー１２に加えて反転ユニット２５も開放される。

（２．画像形成部３０の構成）
図２は、本実施形態の画像形成装置１における画像形成部３０の断面図である。図３は、感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図である。図４は、現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の拡大断面図である。

図２および図３に示すように、現像部３３は、現像ハウジング３３０（現像容器）と、現像ローラー３３１（現像剤担持体）と、供給ローラー３３２と、攪拌パドル３３３と、規制ブレード３３４と、を備える。

現像ハウジング３３０は、内部にトナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容すると共に、現像ローラー３３１、供給ローラー３３２、規制ブレード３３４等を収容する。現像ハウジング３３０は、攪拌された状態の現像剤を収容する攪拌室３３５を備える。

攪拌室３３５は、攪拌された状態の非磁性一成分現像剤を収容する。攪拌室３３５には攪拌パドル３３３が配置される。攪拌パドル３３３は、トナー供給装置（図示せず）により攪拌室３３５に供給された現像剤を攪拌する。

現像ローラー３３１は、回転軸３３１ａと、ローラー部３３１ｂを備える。回転軸３３１ａは、現像ハウジング３３０の軸受部（不図示）に回転可能に支持される。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの外周面に積層される円筒状の部材であり、基材ゴム（例えばシリコーンゴム）の表面にウレタン等の凹凸のあるコーティング材によってコート層を積層した構成である。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの回転に伴って回転軸３３１ａと一体的に回転する。ローラー部３３１ｂの表面には、所定厚さのトナー層（現像剤層）が形成される。トナー層は、後述する規制ブレード３３４により層厚が規制（所定厚さに均一に調整）される。トナー層は、規制ブレード３３４との当接により生じる静電気により帯電する。

現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置において、感光体ドラム３１の回転方向（図２の時計回り方向）における上流側から下流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置では、感光体ドラム３１と同方向に回転する。

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１に対向して配置される。供給ローラー３３２は、攪拌室３３５に収容された現像剤を外周面に保持する。また、供給ローラー３３２は、外周面に保持した現像剤を現像ローラー３３１に供給する。

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置において、現像ローラー３３１の回転方向（図２の反時計回り方向）における下流側から上流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置では、現像ローラー３３１と逆方向に回転する。

現像ローラー３３１は、供給ローラー３３２から現像剤の供給を受けると共に、外周面にトナー層を保持する。そして、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１に現像剤を供給する。現像ローラー３３１および供給ローラー３３２の軸方向（図２の紙面と直交する方向）の長さは、感光体ドラム３１の軸方向長さと略同一である。現像ローラー３３１から感光体ドラム３１にトナーを効率的に移動させるために、現像ローラー３３１に所定の現像電圧を印加することが好ましい。

画像形成部３０には、現像ハウジング３３０を挟んで感光体ドラム３１と反対側（図２の右下側、図３の下側）に、押圧部材３６１と押圧バネ３６２から成る押圧機構３６が配置されている。押圧機構３６は、現像ハウジング３３０の長手方向の２箇所（感光体ドラム３１の軸方向中央からそれぞれ８５ｍｍの位置）に配置されている。画像形成部３０に現像部３３を装着すると、現像ハウジング３３０に押圧部材３６１が圧接されて感光体ドラム３１に近づく方向（図２の左上方向、図３の上方向）に押圧され、現像ローラー３３１が感光体ドラム３１に所定の押圧力で押圧される。なお、現像部３３および感光体ドラム３１には現像ローラー３３１と感光体ドラム３１との間の距離を規制する機構、即ち、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を規制する機構は存在しない。

規制ブレード３３４は、金属製の薄板状の部材である。規制ブレード３３４は、基端部３３４ａが現像ハウジング３３０に固定され、先端部３３４ｂが自由端となるよう構成される。規制ブレード３３４は、感光体ドラム３１と現像ローラー３３１とが対向する位置よりも現像ローラー３３１の回転方向における上流側の位置で現像ローラー３３１の外周面に接触する。

規制ブレード３３４は撓み変形可能であり、現像ローラー３３１の周方向において規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の接触部分（ニップ）が存在する。規制ブレード３３４は、所定の規制圧およびニップ幅Ｗで現像ローラー３３１（ローラー部３３１ｂ）の外周面に当接する。

規制ブレード３３４の材質はＳＵＳ３０４であり、自由長を１０ｍｍとした。規制ブレード３３４の先端部３３４ｂには曲げ加工が施され、湾曲部分３３４ｃが形成される。この湾曲部分３３４ｃが現像ローラー３３１の外周面に当接する。湾曲部分３３４ｃの曲率半径は０．１ｍｍ以上である。

図４に示すように、規制ブレード３３４が一定の規制圧（接触線圧）で現像ローラー３３１に当接するので、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナー層が均一な厚さに調整される。これにより、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面トナーの量を規制する。また、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナーを摩擦することで、トナーを帯電させる。規制ブレード３３４の現像ローラー３３１に対する接触線圧とは、規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の外周面との接触位置における規制ブレード３３４の単位長さ当たりの接触圧である。

（３．現像ローラー３３１の構成）
以下、本実施形態の画像形成装置１００の特徴部分である、現像ローラー３３１の硬度、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力およびニップ幅（周方向の接触幅）について説明する。前述したように、画像の白抜けやクリーニング不良の発生は、現像ローラー３３１の硬度、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力およびニップ幅と密接な関連がある。

図５は、現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度（１Ｄ；イメージデンシティ）との関係（現像感度特性）を示すグラフである。図５において、トナーの使用初期を●、耐久および環境変動（高温高湿環境への変動）後を□で示している。図５に示すように、現像電圧Ｖｄｃが所定値（３５０Ｖ）以下であると耐久、環境変動後において目標の画像濃度（１Ｄ＝１．３）を得られなくなる。一方、現像電圧Ｖｄｃが所定値（５５０Ｖ）以上になると感光体ドラム３１からのトナーの回収不良が発生し、クリーニング不良が発生する。使用可能領域ＯＷは３５０Ｖ以上５５０Ｖ以下の範囲であり、ΔＯＷ＝５５０－３５０＝２００Ｖとなって１２０Ｖ以上のΔＯＷを確保している。

図６は、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を変化させて１００％ベタ画像を形成したときの現像電圧と画像濃度（ＩＤ）との関係を示すグラフである。図６において、現像ローラー３３１の押圧力が弱い場合（３Ｎ）を■、押圧力が中程度の場合（６Ｎ）を△、押圧力が強い場合（９Ｎ）を◇で示している。図６に示すように、トナーの現像性（現像感度）は現像ローラー３３１の押圧力により変化する。具体的には、現像ローラー３３１の押圧力が強すぎると現像感度が低下し、ベタ画像の白抜けが発生する。一方、現像ローラー３３１の押圧力が弱すぎると感光体ドラム３１上の残留トナーを回収できず、クリーニング不良が発生する。

実際の画像形成装置１００においては、押圧バネ３６２のバネ荷重を変えることで感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を調整することができる。押圧バネ３６２の取り付け位置は駆動側と反駆動側の２点で構成されており、画像の軸方向端部における押圧力が変化しやすい構成となっている。適切なバネ荷重を選択しなければ、上述したような画像の白抜けやクリーニング不良が画像端部に発生してしまう。以上より、押圧力の変化に対してロバスト性を高めることが画像品質の安定化に繋がる。

そこで、現像ローラー３３１の硬度および押圧力と画像の白抜けおよびクリーニング不良の発生との関係について調査した。試験方法としては、現像ローラー３３１のアスカーＣ硬度および押圧バネ３６２のバネ荷重を変化させたときの、画像の白抜けおよびクリーニング不良の発生の有無を調査した。現像ローラー３３１のアスカーＣ硬度は５５°、６０°、６５°、７０°、７３°の５段階に変化させ、押圧バネ３６２のバネ荷重は２～９Ｎまで１Ｎずつ８段階に変化させた。

評価方法は、画像の白抜けについては２５％ハーフ画像を１枚印字し、画像濃度計（ＩＤ測定器）で画像濃度（１Ｄ）を測定し、最大値と最小値の差分ΔＩＤが０．２よりも大きい場合に白抜け有りと判定した。クリーニング不良については２０ｍｍ×２０ｍｍのベタパッチ画像を、現像ローラー３３１の軸方向の左、中央、右の３箇所に形成して用紙上に転写し、転写後の用紙において感光体ドラム３１が１周した位置にトナー付着が認められた場合にクリーニング不良有りと判定した。

現像ローラー３３１は、基材層として層厚３．５ｍｍのシリコーンゴム層にウレタンコーティグを施した外径１３ｍｍ、軸方向長さ２３２ｍｍ、抵抗値７．１［ｌｏｇΩ］のローラー部３３１ｂと、シャフト径６ｍｍの回転軸３３１ａとを有し、アスカーＣ硬度が５５°、６０°、６５°、７０°、７３°である５種類のローラー（ＮＩＣＫ社製）を用い、現像ローラー３３１の線速を１９５ｍｍ／ｓｅｃとした。アスカーＣ硬度は定圧荷重器（ＣＬ－１５０、高分子計器社製）を用いて測定した。抵抗値は現像ローラー３１１を金属ローラーに接触させて回転させ、１００Ｖの直流電圧を印加して測定した。

規制ブレード３３４の材質はＳＵＳ３０４であり、自由長を１０ｍｍとした。規制圧（接触線圧）は、規制ブレード３３４の現像ローラー３３１への食い込み量と厚みを変更することで調整した。

感光体ドラム３１は、外径２４ｍｍ、感光層膜厚２２μｍの正帯電単層ＯＰＣ感光体ドラム（京セラドキュメントソリューションズ社製）を用い、帯電部１０はスコロトロン式コロナ帯電装置を用いた。

トナーは、中心粒径６．８μｍ、円形度０．９６、９０℃における溶融粘度が２００，０００Ｐａ・ｓである、粉砕法により製造したポリエステル製トナーを用いた。中心粒径は粒度分布計（ＬＳ－２３０、ベックマンコールター社製）を用いて測定した。円形度は湿式フロー式粒子径・形状分析装置（ＦＰＩＡ－３０００、シスメックス社製）を用いて測定した。溶融粘度はフローテスター（ＣＦＴ－５００ＥＸ、島津製作所社製）を用いて測定した。結果を表１、表２および図７に示す。

表１は、現像ローラー３３１のアスカーＣ硬度および押圧バネ３６２のバネ荷重を変化させた際の画像の白抜け、クリーニング不良の発生の有無をまとめたものである。表１において、画像の白抜けおよびクリーニング不良の両方が発生しなかった場合を○、画像の白抜けまたはクリーニング不良のいずれかが発生した場合を×とした。表１より、現像ローラー３３１のアスカーＣ硬度に応じて適切なバネ荷重が変化し、現像ローラー３３１が高硬度であるほど、画像不良が発生しないバネ荷重の範囲が広いことがわかる。

表２は、表１に示した現像ローラー３３１のアスカーＣ硬度および押圧バネ３６２のバネ荷重の各条件における現像ローラー３３１と感光体ドラム３１のニップ幅をまとめたものである。表１において画像不良が発生しない条件（表２のハッチング部分）におけるニップ幅に着目すると、いずれも５５０～７００μｍの範囲に収まっていることがわかる。

以上より、トナーの現像性とクリーニング性のバランスが担保できる適正なニップ幅が存在し、そのニップ幅を実現できる押圧力（バネ荷重）を設定することが必要である。このとき、硬度が高い現像ローラー３３１の方が押圧力の変化に対するニップ幅の変化が小さく、ロバスト性が高いと考えられる。３Ｎ以下の押圧力では、現像部３３に駆動力が入力された際に現像ローラー３３１への駆動入力カップリングが芯ずれを起こしてしまうおそれがあること、バネ荷重の公差が±１５％程度あることを考慮すると、現像ローラー３３１のアスカーＣ硬度は６５°以上とすることが望ましい。

ただし硬度が上がりすぎると、規制ブレード３３４と現像ローラー３３１のニップ部でトナーが受ける機械的ストレスが大きくなり、トナーの現像性低下が促進される。よってアスカーＣ硬度の上限は７３°とするのが望ましい。また９Ｎ以上の押圧力では現像部３３のトルク過多に伴う現像ローラー３３１の駆動不良が生じることより、押圧力の範囲は３～８Ｎが望ましい。

図７は、現像ローラー３３１のアスカーＣ硬度を変化させたときの現像ローラー３３１の押圧力とニップ幅との関係を示すグラフである。図７において、アスカーＣ硬度が５５°の場合を●のデータ系列（近似直線Ｙ＝３１．０Ｘ＋３９３．２）、６０°の場合を○のデータ系列（近似直線Ｙ＝３６．９Ｘ＋４０９．５）、６５°の場合を▲のデータ系列（近似直線Ｙ＝４７．０Ｘ＋４５０．１）、７０°の場合を△のデータ系列（近似直線Ｙ＝５９．０Ｘ＋４７０．２）、７３°の場合を□のデータ系列（近似直線Ｙ＝６７．３Ｘ＋５０８．８）で示している。

図７に示すように、Ｘ軸に押圧力Ｘ［Ｎ］、Ｙ軸にニップ幅Ｙ［μｍ］を取ると、表１および表２示した画像不良が発生しない範囲（図７のハッチング領域）は、３．０≦Ｘ≦８．０および５５０≦Ｙ≦７００であり、且つ、以下の不等式（１）、（２）を満たす範囲となる。
Ｙ≧３１．０Ｘ＋３９３．２・・・（１）
Ｙ≦４７．０Ｘ＋４５０．１・・・（２）

また、従来はニップ幅が２ｍｍ以下となるような高硬度の現像ローラー３３１ではニップ圧が高くなり、ドットの輪郭が不明瞭になる傾向があった。この欠点は、白地部（余白部）に相当する感光体ドラム３１上の非露光部にトナーが付着したまま現像ローラー３３１に回収されないことや、一旦感光体ドラム３１上の所定位置に現像されたトナーが現像ニップで移動してしまうことが原因である。従って、上記の不具合は感光体ドラム３１から現像ローラー３３１への回収電界（Ｖ０－Ｖｄｃ）を強くすることで防ぐことができる。

具体的には、現像電圧Ｖｄｃ、表面電位Ｖ０、露光後電位ＶＬを以下の不等式（３）、（４）の範囲に設定し、回収電界（Ｖ０－Ｖｄｃ）を現像電界（Ｖｄｃ－ＶＬ）の２倍以上、且つ現像電界（Ｖｄｃ－ＶＬ）を１００Ｖ以上とすることで、上述した５５０～７００μｍのニップ幅において明瞭なドットを得ることができる。
Ｖ０－Ｖｄｃ≧２（Ｖｄｃ－ＶＬ）・・・（３）
Ｖｄｃ－ＶＬ≧１００・・・（４）

（４．その他の構成）
図８は、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度（１Ｄ）との関係を示すグラフである。表面自由エネルギー（surface free energy）とは、固体における液体での表面張力に当たるもので、固体の表面自体がもつ分子のエネルギーのことである。図８において、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが１２ｍＪ／ｍ²の場合を◇のデータ系列、２１ｍＪ／ｍ²の場合を□のデータ系列、３０ｍＪ／ｍ²の場合を△のデータ系列で示している。

図８に示すように、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるほど現像電圧の使用可能領域ＯＷは狭くなる傾向にある。これは、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるにつれてハーフトーン画像の白抜けが発生する現像ローラー３３１の押圧力の上限値が低下するためである。現像ローラー３３１の表面自由エネルギーは５ｍｊ／ｍ²以上２７ｍｊ／ｍ²以下が好ましい。

また、規制ブレード３３４によって規制されるトナーの量は、現像ローラー３３１の外周面の接触面積率によっても変化する。現像ローラー３３１の外周面の接触面積率とは、現像ローラー３３１の外周面の面積に対する当該外周面における凹部（非接触部）を除いた領域の面積の占める割合である。つまり、現像ローラー３３１の周面の接触面積率は、現像ローラー３３１の外周面と規制ブレード３３４との見掛け上の接触面積に対する、真の接触面積を表すものである。接触面積率は４．５～１０％が好ましく、６～８％がより好ましい。

規制ブレード３３４の規制圧は１０～６０Ｎ／ｍが好ましく、１５～２５Ｎ／ｍがより好ましい。なお、現像ローラー３３１の製法は特に限定されず、現像ローラー３３１の表面粗さは粒子を含むコート層をコーティングして調整してもよいし、研磨のみで粗さを調整してもよい。

また、本実施形態では粉砕法により製造されたトナー（粉砕トナー）を使用したが、重合法により製造されたトナー（重合トナー）を使用することもできる。重合トナーは円形度が高い真球形状のため付着力が低く、現像性が良いため使用可能領域ＯＷが広い。そのため、本発明は重合トナーに比べて低コストである粉砕トナーを用いる非磁性一成分現像方式において特に有効である。

また、本実施形態ではトナーの中心粒径を６．８μｍとしたが、表１、表２および図７に示した結果は中心粒径が６．０～８．０μｍの範囲で同様の結果が得られることを確認している。中心粒径の範囲の選択理由は、中心粒径が６．０μｍより小さくなるとトナーの製造コストアップにつながり、８．０μｍより大きいとトナー消費量が増えて定着性が悪化し、好ましくないためである。

また、本実施形態ではトナーの円形度を０．９６としたが、表１、表２および図７に示した結果は円形度が０．９３～０．９７の範囲で同様の結果が得られることを確認している。円形度が０．９３以下の場合は画像品質が低下する傾向にある。円形度が０．９７以上である場合は製造コストが大幅にアップするため、それぞれ好ましくない。

また、本実施形態ではトナーを構成するメインレジンであるポリエステルとして、９０℃における溶融粘度が２００，０００Ｐａ・ｓのものを使用したが、表１、表２および図７に示した結果は９０℃における溶融粘度が１０，０００～２５０，０００Ｐａ・ｓの範囲で同様の結果が得られることを確認している。溶融粘度が２５０，０００Ｐａ・ｓ以上である場合はトナーの定着性が悪くなるため、省エネルギーの観点から好ましくない。

また、感光体ドラム３１と現像ローラー３３１の線速差は１．１～１．６倍（現像ローラー３３１のほうが感光体ドラム３１よりも表面速度が速い）の範囲で同様の結果が得られることを確認している。線速差が１．１倍より小さくなると白地部にトナーが付着するカブリが発生するため好ましくない。一方、線速差が１．６倍以上では現像部３３の駆動トルクや振動、トナーの機械的ストレスが増加するため、装置の寿命の観点から好ましくない。

また、感光体ドラム３１の表面電位Ｖ０は５００～８００Ｖ、露光後電位ＶＬは７０～２００Ｖの範囲で同様の結果が得られることを確認している。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、画像形成装置１の例として、モノクロプリンターについて説明したが、例えば、タンデム方式やロータリー式のカラープリンターにも適用できる。また、複写機、ファクシミリ或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置にも適用できる。ただし、感光体ドラム３１と、非磁性一成分現像方式の現像部３３を備える必要はある。

また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、支持体として円筒状の素管を利用したが、他の形状の支持体を利用しても良い。他の形状としては、板状、無端ベルト状であってもよい。また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、感光層としてアモルファスシリコンを利用したが、例えば、支持体からの電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層を有しても良い。

本発明は、非磁性トナーを用いた非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、非磁性一成分現像方式における画像の白抜けやクリーニング不良を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

１画像形成装置
３０画像形成部
３１感光体ドラム（像担持体）
３２帯電部（帯電装置）
３３現像部（現像装置）
３３０現像ハウジング（現像容器）
３３１現像ローラー（現像剤担持体）
３３２供給ローラー
３３４規制ブレード
３５露光部（露光装置）
３６押圧機構
３６１押圧部材
３６２押圧バネ

Claims

表面に感光層が形成される像担持体と、
前記像担持体を所定の表面電位に帯電させる帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する露光装置と、
トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、
外周面に前記トナーを保持するローラー部と、前記ローラー部の軸中心に沿って配置される回転軸と、を有し、前記像担持体に所定の押圧力で押圧される現像剤担持体と、
前記現像剤担持体における前記ローラー部の外周面に面接触して前記ローラー部の外周面に形成されるトナー層の層厚を規制する規制ブレードと、
を有し、前記静電潜像が形成された前記像担持体に前記トナーを供給する現像装置と、
前記現像容器を前記像担持体に近づく方向に押圧する押圧機構と、
を備えた画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、前記像担持体に前記トナーを供給するとともに、前記像担持体上に残留した前記トナーを回収可能であり、
前記トナーは粉砕法により製造され、中心粒径が６．０～８．０μｍ、円形度が０．９３～０．９７、９０℃ における溶融粘度が１０，０００～２００，０００Ｐａ・ｓであり、
前記現像剤担持体は、前記ローラー部のアスカーＣ硬度が６５°以上７３°以下であり、前記押圧力をＸ［Ｎ］、前記像担持体と前記現像剤担持体との周方向の接触幅であるニップ幅をＹ［μｍ］とするとき、３．０≦Ｘ≦８．０および５５０≦Ｙ≦７００であり、且つ、以下の式（１）、（２）を満たすことを特徴とする画像形成装置。
Ｙ≧３１．０Ｘ＋３９３．２・・・（１）
Ｙ≦４７．０Ｘ＋４５０．１・・・（２）
前記現像剤担持体に印加する現像電圧をＶｄｃ、前記像担持体の前記表面電位をＶ０、露光後電位をＶＬとするとき、以下の式（３）、（４）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
Ｖ０－Ｖｄｃ≧２（Ｖｄｃ－ＶＬ）・・・（３）
Ｖｄｃ－ＶＬ≧１００・・・（４）
前記現像剤担持体の表面自由エネルギーが５ｍｊ／ｍ²以上２７ｍｊ／ｍ²以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。