現像装置及び画像形成装置

【課題】供給部材の発泡体の平均発泡セル径をトナーの凝縮度に応じて定めることにより、像担持体の非画像部に付着するトナーの量を減少させることができ、濃度ムラやカブリが生じることのないようにする。
【解決手段】静電潜像を担持する像担持体にトナーを供給することによって現像を行うトナー担持体と、該トナー担持体に当接して回転することによってトナーを前記トナー担持体に供給する発泡体を備える供給部材とを有する現像装置であって、前記トナーの凝集度をａ〔％〕、供給部材の発泡体の平均発泡セル径をｂ〔μｍ〕としたとき、１０≦ａ≦５０、かつ、２×ａ≦ｂ≦３×ａの関係を満たす。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式のプリンタ等の画像形成装置においては、帯電、露光、現像、転写、定着及びクリーニングの各プロセスによって画像を形成することがよく知られている。これらのプロセスのうちの現像プロセスでは、静電潜像担持体としての感光体ドラムにトナー担持体である現像ローラを接触させ、該現像ローラに電圧を印加することによって、前記感光体ドラム上の静電潜像を現像する、非磁性１成分トナーを用いた接触型の現像装置が、小型化及び低価格化の利点から、よく使われている。
【０００３】
このような現像装置には、現像ローラに圧接させて、該現像ローラ上に現像剤としてのトナーの薄層を形成するためのトナー規制ブレードと、前記現像ローラにトナーを供給するための発泡体製の供給ローラとが設置されている。トナーは、まず、供給ローラに供給され、次に、現像ローラから感光体ドラムに供給される。この場合、トナーは、供給ローラの外周面に形成されている発泡体の気泡に積載され、供給ローラの回転に従って現像ローラへ送られる。このとき、供給ローラの表面と現像ローラの表面とがトナーを介して擦られることによってトナーが摩擦帯電され、帯電したトナーは現像ローラに引き付けられて付着する。
【０００４】
このような現像装置において、現像ローラへのトナーの搬送能力を均一にするために、供給ローラの発泡体のセル径をトナー平均粒子径の１／２より大きく、１０倍以下とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−４８９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の現像装置においては、流動性の高いトナーを用いると、濃度ムラや、非画像部のカブリが生じる場合があった。近年、例えば、１２００〔ｄｐｉ〕以上の高解像度化の要求が強く、このような要求に対応するために、トナーの流動性の向上が必要とされている。流動性の高いトナーは、粒子同士の凝集が少ないため、現像プロセスにおいて、細線の再現や孤立ドットの再現に有利である。流動性の高いトナーは、感光体ドラム表面との物理的吸着力も小さく、転写プロセスにおいても、白抜けなどが発生し難くなっている。しかし、流動性の高いトナーを用いると、濃度ムラが生じたり、非画像部にカブリが生じたりしやすくなる。
【０００６】
本発明は、前記従来の現像装置の問題点を解決して、供給部材の発泡体の平均発泡セル径をトナーの凝縮度に応じて定めることにより、像担持体の非画像部に付着するトナーの量を減少させることができ、濃度ムラやカブリが生じることのない現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのために、本発明の現像装置においては、静電潜像を担持する像担持体にトナーを供給することによって現像を行うトナー担持体と、該トナー担持体に当接して回転することによってトナーを前記トナー担持体に供給する発泡体を備える供給部材とを有する現像装置であって、前記トナーの凝集度をａ〔％〕、供給部材の発泡体の平均発泡セル径をｂ〔μｍ〕としたとき、１０≦ａ≦５０、かつ、２×ａ≦ｂ≦３×ａの関係を満たす。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、現像装置は、供給部材の発泡体の平均発泡セル径をトナーの凝縮度に応じて定める。これにより、像担持体の非画像部に付着するトナーの量を減少させることができ、濃度ムラやカブリが生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図２は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概略構成図である。
【００１１】
図において、１０は画像形成装置であり、画像形成ユニットとしての画像形成部２０及び定着装置３０を有する。ここで、前記画像形成装置１０は、例えば、プリンタ、ファクシミリ機、複写機等であり、電子写真方式によって、印刷用紙、封筒、ＯＨＰ（ＯｖｅｒＨｅａｄＰｒｏｊｅｃｔｏｒ）シート等の記録媒体上にモノクロやカラーの画像を形成するようになっている。そして、前記定着装置３０はトナー像を記録用紙２６に定着させる。なお、前記画像形成装置１０は、モノクロ画像を形成するものであってもよく、カラー画像を形成するものであってもよいが、本実施の形態において、カラー画像を形成するカラープリンタであるものとして説明する。
【００１２】
この場合、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色に対応する４つの画像形成部２０が記録用紙２６の搬送路に沿って、搬送方向（図における左方向）に順次並ぶように配設される。なお、４つの画像形成部２０の各々は、基本的に同一の構造を有するので、ここでは、そのうちの１つについて説明する。
【００１３】
前記画像形成部２０は、ドラム状に形成され、表面に有機感光体を用いた像担持体としての感光体ドラム１１、並びに、該感光体ドラム１１の周囲に配設された帯電ローラ１２、露光装置１３、現像装置１４及び転写装置１５を有する。なお、前記帯電ローラ１２、現像装置１４及び転写装置１５は、感光体ドラム１１の表面に接触又は圧接するように配設されている。また、クリーニングブレード１６が、感光体ドラム１１の表面に残留しているトナーを掻（か）き取って処理するために、感光体ドラム１１の表面に接触して設けられている。
【００１４】
そして、前記露光装置１３は、例えば、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）ヘッドを備え、画像信号に対応した光を感光体ドラム１１の表面に照射し、該表面に静電潜像を形成する。
【００１５】
また、前記現像装置１４は、印刷時に感光体ドラム１１に接触するトナー担持体としての現像ローラ２１と、トナーカートリッジ２２から補充されたトナーを帯電させ、現像ローラ２１に供給する供給部材としてのトナー供給ローラ２４と、現像ローラ２１の表面に接触してトナー供給ローラ２４から供給されたトナーを薄層化する層規制部材としての層規制ブレード２５とを有する。なお、図において２３は、トナーカートリッジ２２内に充填（てん）されたトナーを示している。
【００１６】
さらに、前記転写装置１５は、感光体ドラム１１に接触し、記録用紙２６にトナー像を転写する転写ベルト３１と、該転写ベルト３１に電圧を印加する転写ローラ３２と、転写ベルト３１の最下流に配設され、転写ベルト３１をクリーニングするためのクリーニングブレード３４とを有する。
【００１７】
なお、記録用紙２６の搬送路における４つの画像形成部２０の下流側には、定着装置３０が配設されている。
【００１８】
また、前記感光体ドラム１１、帯電ローラ１２、露光装置１３、現像ローラ２１、トナー供給ローラ２４、転写ローラ３２、駆動ローラ３３ａ、３３ｂ及び定着装置３０の動作は、図示されない制御部によって制御される。該制御部は、あらかじめ決められたタイミングで、図示されない電源から直流の高電圧を帯電ローラ１２、転写ローラ３２、現像ローラ２１及びトナー供給ローラ２４に印加する。また、前記感光体ドラム１１、帯電ローラ１２、駆動ローラ３３ａ、３３ｂ、現像ローラ２１及びトナー供給ローラ２４は図示されない駆動モータによって回転駆動する。
【００１９】
次に、本実施の形態におけるトナーについて説明する。
【００２０】
本発明の発明者は、研究を重ねた結果、トナーの流動性とトナー供給ローラの発泡体セル径がカブリに影響を与えていることを見出した。以下にトナー流動性とトナー供給ローラの発泡体セル径との関係について詳細に調べた結果を説明する。
【００２１】
本実施の形態におけるトナーは、結着樹脂としてポリエステル、着色剤としてカーボンブラック、銅フタロシアニン顔料（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５）、キナクリドン系顔料（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ１２２）、Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１８５等を用いた粉砕トナーである。また、トナーの堆積平均粒子径は５．８〔μｍ〕とし、流動化剤及び帯電性をコントロールする目的で添加剤を外添している。
【００２２】
添加剤としては、例えば、酸化チタン、アルミナ、シリカ等があり、さらに、該シリカはシリコーンオイル処理やジシラザン処理等を施したものがある。添加剤の一次粒子径としては、７〔ｎｍ〕、１２〔ｎｍ〕、１４〔ｎｍ〕、２１〔ｎｍ〕、４０〔ｎｍ〕等のものがある。これらの添加剤を組み合わせ、ターブラミキサーやヘンシェルミキサーによってトナーと混合し、外添する。これらの添加剤の組み合わせ条件や混合条件によって、所望の流動性を持ったトナーを得ることができる。例えば、小粒径の添加剤量を多くすると、トナーの流動性を上げることができる。
【００２３】
本実施の形態において、トナーの流動性の指標となる凝集度は、ＭＵＬＴＩＴＥＳＴＥＲＭＴ−１００１（株式会社セイシン企業製）を用いて、以下（１）〜（４）の方法によって測定した。なお、測定環境は、２３〔℃〕、５０〔％〕とし、測定するトナーはこの環境下に２４時間以上放置した。
（１）トナーを精密秤によって２．０〔ｇ〕量り取る。
（２）測定器に、上から、１００メッシュ（開き目１５０〔μｍ〕）、２００メッシュ（開き目７５〔μｍ〕）、４００メッシュ（開き目３８〔μｍ〕）の篩（ふるい）を重ねてセットする。
（３）２．０〔ｇ〕のトナーを静かに１００メッシュの篩の上に載せ、振幅１．０〔ｍｍ〕で９０秒間振動させる。
（４）各篩の上に残ったトナー量を精密秤によって静かに測定する。
【００２４】
トナーの凝集度ａは、以下の式（１）によって求めることができる。
ａ＝ｘ＋ｙ＋ｚ〔％〕・・・式（１）
ここで、
ｘ＝（１００メッシュ上に残ったトナー量）〔ｇ〕／２．０×１００
ｙ＝０．６×（２００メッシュ上に残ったトナー量）〔ｇ〕／２．０×１００
ｚ＝０．２×（４００メッシュ上に残ったトナー量）〔ｇ〕／２．０×１００
である。
【００２５】
なお、トナーの凝集度ａが小さいほどトナー流動性が高く、トナー同士の凝集力や壁面への付着力が小さい。
【００２６】
本実施の形態においては、凝集度が１０〔％〕以上で５０〔％〕以下のトナーを用いた。トナーの凝集度が１０〔％〕より小さい場合、非常に流動性が高く、さらさらとしたトナーとなるので、現像装置１４内からトナーが漏れ出さないようにシールすることが困難である。また、トナーの凝集度が５０〔％〕より大きい場合、細線や孤立ドットの再現が難しく、本来の課題である流動性の高いトナーでの画質改善という目的から外れてしまう。
【００２７】
次に、本実施の形態における現像装置１４について詳細に説明する。
【００２８】
図３は本発明の第１の実施の形態における現像装置の現像ローラ及びトナー供給ローラを示す図である。
【００２９】
層規制ブレード２５は、ばね性を備える厚さ０．０８〔ｍｍ〕のＳＵＳ３０４の金属板を図に示されるようにＬ字型に成形した部材であり、そのエッジ部が現像ローラ２１の表面に圧接するように設置されている。
【００３０】
また、現像ローラ２１は、金属製のシャフト３５及び該シャフト３５の外周に取り付けられた弾性体３６を有する。本実施の形態では、直径１２〔ｍｍ〕の金属製のシャフト３５の外周に、弾性体３６として肉厚４〔ｍｍ〕、ゴム硬度７０度（アスカーＣ）の半導電性のウレタンゴムを取り付け、弾性体３６の表面層には摩擦係数、粗さ、帯電特性等を調整する目的で、所定の処理が施されている。
【００３１】
さらに、トナー供給ローラ２４は、金属製のシャフト３７及び該シャフト３７の外周に取り付けられた発泡体３８を有する。本実施の形態では、直径６〔ｍｍ〕の金属製のシャフト３７の外周に、発泡体３８として、肉厚５〔ｍｍ〕、硬度５０度（アスカーＦ）のウレタン発泡体が取り付けられている。また、トナー供給ローラ２４は、現像ローラ１０に対して圧接するように配設され、その圧力は０．６〔Ｎ／ｃｍ〕とされている。
【００３２】
そして、本実施の形態においては、平均発泡セル径が２０〜２００〔μｍ〕の発泡体３８を有するトナー供給ローラ２４を用意して評価を行った。発泡体３８の発泡セル径は、発泡剤の量や種類の変更、加硫時間や温度をコントロールする等の方法によって、所望の値を得ることができる。例えば、発泡セル径を大きくするには、発泡剤の量を増やす、加硫時間を長くする、加硫温度を高くする等の方法がある。
【００３３】
次に、本実施の形態における平均発泡セル径の測定方法について説明する。
【００３４】
図４は本発明の第１の実施の形態におけるトナー供給ローラの平均発泡セル径の測定方法を示す図である。
【００３５】
まず、デジタルマイクロスコープＶＨＸ−２００（キーエンス社製）を用いてトナー供給ローラ２４の表面の画像を撮影し、無作為に５０個の孔（あな）を取り出して各孔の面積を測定する。なお、図４（ａ）における４１は、トナー供給ローラ２４の表面の微小部分を示し、図４（ｂ）は該微小部分４１を拡大した状態を示している。図４（ｂ）において、１、２、３・・・の数字が付された部分は孔である。各孔の面積を測定には付属の画像処理ソフトを使用した。この際、画像にすべての姿が写っている孔のみを測定の対象とした。
【００３６】
このようにして測定した５０個の孔の面積から、円相当径（その面積に相当する円の直径）を求め、その平均値を平均発泡セル径とした。なお、図４（ｃ）における４２は、測定の対象となった孔であり、Ｓ１は孔４２の面積である。また、４３は孔４２と等しい面積Ｓ１を備える円であり、４４は円４３の直径、すなわち、孔４２の円相当径である。
【００３７】
次に、前記構成の画像形成装置１０の動作について説明する。
【００３８】
画像形成装置１０の制御部は、図示されない上位装置、例えば、パーソナルコンピュータ等からの印刷命令が入力されると、感光体ドラム１１を駆動モータによって、図２において矢印で示される方向に一定の周速度で回転させる。そして、感光体ドラム１１の表面に接触又は圧接するように配設されている帯電ローラ１２に直流電圧を印加して、感光体ドラム１１の表面を一様かつ均一に帯電させる。本実施の形態では、帯電ローラ１２に−１１５０〔Ｖ〕の直流電圧を印加した。このときの感光体ドラム１１の表面の帯電電位は約−６５０〔Ｖ〕であった。
【００３９】
次に、露光プロセスでは、露光装置１３によって画像信号に対応した光が感光体ドラム１１の表面に照射され、該表面に静電潜像が形成される。
【００４０】
トナーカートリッジ２２から補充されたトナーは、図示されないトナー供給ローラ用高圧電源によって電圧が印加されたトナー供給ローラ２４の回転により、現像ローラ２１に供給される。本実施の形態においては、トナー供給ローラ２４に−３３０〔Ｖ〕の直流電圧が印加される。現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４とは同じ方向に回転しており、トナー供給ローラ２４の周速は現像ローラ２１の周速の０．６倍となっている。現像ローラ２１は、トナーを吸着して、矢印で示される方向に搬送する。すると、回転方向の下流側で現像ローラ２１に圧接し、図示されない高圧電源によって−３３０〔Ｖ〕の直流電圧が印加された層規制ブレード２５によって、現像ローラ２１の表面にトナー層の薄層が形成される。本実施の形態では、層規制ブレード２５と現像ローラ２１との接触圧力は約０．８〔Ｎ／ｃｍ〕に設定されている。
【００４１】
層規制ブレード２５を通過したトナーは、さらに、現像ローラ２１の矢印で示される方向への回転運動によって搬送され、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像する。本実施の形態においては、反転現像であるものとし、感光体ドラム１１の図示されない導電性支持体と現像ローラ２１との間には、図示されない高圧電源によってバイアス電圧が印加されている。この場合、現像ローラ２１には、−２００〔Ｖ〕の直流電圧が印加されている。そして、現像ローラ２１と感光体ドラム１１との間には、感光体ドラム１１に形成された静電潜像に伴う電気力線が発生する。このため、現像ローラ２１上の帯電したトナーは、静電気力によって感光体ドラム１１上に付着し、前記静電潜像がトナーにより現像され、トナー像が形成される。
【００４２】
一方、駆動ローラ３３ａ及び３３ｂの回転によって転写ベルト３１が矢印で示される方向に回転し、図示されない給紙カセットから供給された記録用紙２６は、転写ベルト３１によって転写部へと送られる。感光体ドラム１１に対向して設けられた転写ローラ３２に図示されない高圧電源によって電圧が印加され、記録用紙２６に感光体ドラム１１上に形成されたトナー像が転写される。
【００４３】
その後、記録用紙２６は、更に転写ベルト３１によって定着装置３０へ搬送され、熱及び圧力を受けてトナーが溶融し、溶融したトナーが記録用紙２６の繊維間に浸透し、記録用紙２６への定着が行われる。トナー像が定着された記録用紙２６は、画像形成装置１０の外部へ送出される。
【００４４】
一方、転写後の感光体ドラム１１の表面には若干のトナーが残留する場合があるが、この残留トナーは、クリーニングブレード１６によって除去される。こうして、感光体ドラム１１は繰り返し利用される。
【００４５】
次に、本実施の形態におけるトナーの凝集度とトナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径との関係について説明する。
【００４６】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるトナーの凝集度とトナー供給ローラの発泡体の平均発泡セル径との関係についての実験結果を示す図である。
【００４７】
本実施の形態では、凝集度が１０〜５０〔％〕のトナーと、発泡体３８の平均発泡セル径が２０〜２００〔μｍ〕のトナー供給ローラ２４を用い、０〔％〕濃度印刷時にカブリの発生が小さく、１００〔％〕濃度印刷時にマクベス濃度が１．２以上となる良好な印刷結果が得られる範囲を実験によって確認した。
【００４８】
カブリの評価においては、０〔％〕濃度印刷時の途中で画像形成装置１０を停止させ、現像後転写前の感光体ドラム１１上にあるトナーを粘着テープ（住友スリーエム社製スコッチメンディングテープ）に付着させた。そして、トナーの付着した粘着テープを記録用紙２６に貼（は）り付け、粘着テープだけを記録用紙２６に貼り付けたものとの色差ΔＥを、分光測色計（コニカミノルタ製ＣＭ２６００ｄ）によって測定した。色差ΔＥの値が小さいことは、カブリが少ないことを示している。なお、米国標準局によって色差ΔＥの評価基準は、以下のように設定されている。
ΔＥ０〜０．５ｔｒａｃｅ（微かに感じられる。）
ΔＥ０．５〜１．５ｓｌｉｇｈｔ（わずかに感じられる。）
ΔＥ１．５〜３．０ｎｏｔｉｃｅａｂｌｅ（かなり感じられる。）
ΔＥ３．０〜６．０ａｐｐｒｅｃｅａｂｌｅ（目立って感じられる。）
ΔＥ６．０〜１２ｍｕｃｈ（大きく感じられる。）
ΔＥ１２〜ｖｅｒｙｍｕｃｈ（非常に大きく感じられる。）
つまり、ΔＥの値が０．５以下であれば同色とし、０．５〜１．５の範囲であれば、わずかな違いはあるが、異色と見なすほどではないものとする。本発明の発明者は、感光体ドラム１１上のトナーを粘着テープによって採取し、色差の評価を行ったが、感光体ドラム１１上のトナーはすべて記録用紙２６に転写されるわけではない。該記録用紙２６の種類によってもトナーの転写率は変化する。しかし、前述のような評価の方法によっても、ΔＥの値が１．０以下であれば、印刷後の記録用紙２６媒体上でもΔＥの値が必ず１．０以下となり、印刷品質上問題のないレベルと判断する。
【００４９】
また、印刷濃度が１．２以上になると、階調（面積階調）印刷を行った場合の画像品位を向上させることができる。すなわち、ベタ印刷時の印刷濃度が１．２未満で階調印刷を行うと各画素の再現性が著しく低下し、適正な階調濃度の表現を行うことができない状態となり、掠（かす）れが発生してしまう。そこで、前記印刷濃度を１．２以上にすると、階調印刷を行っても画像品位を向上させることができ、人間の目の識別範囲とされる１５０階調の精度を表現することができる。
【００５０】
本実施の形態におけるトナーの凝集度とトナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径との関係についての実験の結果は、図１に示されるようになった。
【００５１】
図から、トナーの凝集度ａが小さい場合には、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径ｂが小さくても濃度を確保することができるが、トナーの凝集度ａが大きい場合には、平均発泡セル径ｂを大きくしないと濃度を確保することができないことが分かる。これは、凝集度ａの大きなトナーは、セル壁面への付着力やトナー粒子間の凝集力が強くなるので、セル内にトナーが存在しても、表層に近く、セル壁面に直接接触していない一部のトナーしか現像ローラ２１に供給されないためである。そのため、セル径が小さく、セル壁面とトナーとの接触面積が大きくなると、トナーの供給量不足となり、濃度の低下や掠れが発生する。
【００５２】
図に示される実験の結果から、トナーの凝集度ａ〔％〕と、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径ｂ〔μｍ〕との関係を以下の式（２）のように設定することによって、１００〔％〕濃度印刷時の濃度を１．２以上に確保することができることが分かる。
２×ａ≦ｂ・・・式（２）
しかし、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径ｂが大きければよいわけではない。該平均発泡セル径ｂが大きくなると、それに従ってセルの深さも大きくなる。そのため、セル内に積載されるトナー量が多くなり、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４とが接触してトナーに摩擦帯電を与える領域において、トナーに十分な帯電を与えることができなくなってしまう。すると、帯電が不十分なトナーや、トナー同士の摩擦によって逆極性に帯電したトナーがカブリとなって現れる。
【００５３】
そこで、トナーの凝集度ａ〔％〕と、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径ｂ〔μｍ〕との関係を以下の式（３）のように設定することによって、感光体ドラム１１上の非画像部に付着するカブリトナーを少なくすることができ、印刷画像上のカブリを改善することが可能となる。
ｂ≦３×ａ・・・式（３）
なお、本実施の形態においては、印刷の解像度を１２００〔ｄｐｉ〕とした場合について説明したが、印刷の解像度を１２００〔ｄｐｉ〕を超える値、例えば、１４００〔ｄｐｉ〕とした場合でも、ほぼ同様の結果を得ることができた。
【００５４】
このように、本実施の形態においては、トナーの凝集度ａ〔％〕と、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径ｂ〔μｍ〕との関係を前記式（２）のように設定することによって、１２００〔ｄｐｉ〕以上の高解像度の印刷においても、１００〔％〕濃度印刷時の濃度を１．２以上確保することができる。
【００５５】
また、前記トナーの凝集度ａ〔％〕と平均発泡セル径ｂ〔μｍ〕との関係を前記式（３）のように設定することによって、感光体ドラム１１上の非画像部に付着するカブリトナーを少なくすることができ、印刷画像上のカブリを改善することが可能となる。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００５７】
トナーの凝集度ａ〔％〕と、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径ｂ〔μｍ〕との関係を前記第１の実施の形態において説明したように設定しても、連続印刷を行った場合に印刷枚数が多くなってくると、カブリが起きることがある。本発明の発明者は、研究を重ねた結果、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４とを圧接するように配置している場合における喰い込み距離が影響を与えていることを見出した。そこで、本実施の形態においては、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４と喰い込み距離の影響について詳細に調べた結果を説明する。
【００５８】
本実施の形態においては、凝集度が３０〔％〕のトナーを使用した。なお、本実施の形態における画像形成装置１０の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００５９】
次に、本実施の形態における現像装置１４について説明する。
【００６０】
図５は本発明の第２の実施の形態における現像装置の現像ローラ及びトナー供給ローラを示す図である。
【００６１】
本実施の形態においては、平均発泡セル径が７０〔μｍ〕の発泡体３８を有するトナー供給ローラ２４を用意して評価を行った。発泡体３８の発泡セル径は、発泡剤の量や種類の変更、加硫時間や温度をコントロールする等の方法によって、所望の値を得ることができる。例えば、発泡セル径を大きくするには、発泡剤の量を増やす、加硫時間を長くする、加硫温度を高くする等の方法がある。
【００６２】
図において、ｃは現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との喰い込み距離である。本実施の形態においては、喰い込み距離ｃの値を、０．２〔ｍｍ〕、０．５〔ｍｍ〕、１．０〔ｍｍ〕、１．５〔ｍｍ〕、２．０〔ｍｍ〕、２．５〔ｍｍ〕及び３．０〔ｍｍ〕とした。なお、喰い込み距離ｃは、現像ローラ２１の半径をｒ₁、トナー供給ローラ２４の半径をｒ₂、現像ローラ２１とトナー供給ローラの軸間距離をｅとすると、以下の式（４）によって求めることができる。
ｃ＝（ｒ₁＋ｒ₂）−ｅ・・・式（４）
なお、本実施の形態における現像装置１４のその他の点の構成及び平均セル径の測定方法については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６３】
次に、本実施の形態におけるカブリと喰い込み距離ｃとの関係について説明する。
【００６４】
図６は本発明の第２の実施の形態におけるカブリと喰い込み距離との関係についての実験結果を示す図、図７は本発明の第２の実施の形態における発泡体厚さ、喰い込み距離及び応力との関係についての実験結果を示す第１の図、図８は本発明の第２の実施の形態における発泡体厚さ、喰い込み距離及び応力との関係についての実験結果を示す第２の図である。
【００６５】
本実施の形態においては、凝集度が３０〔％〕のトナーと、発泡体３８の平均発泡セル径が７０〔μｍ〕のトナー供給ローラ２４を用い、該トナー供給ローラ２４と現像ローラ２１との喰い込み距離ｃの値を０．２〔ｍｍ〕、０．５〔ｍｍ〕、１．０〔ｍｍ〕、１．５〔ｍｍ〕、２．０〔ｍｍ〕、２．５〔ｍｍ〕及び３．０〔ｍｍ〕と変化させ、Ａ４縦方向の記録用紙２６を３０ｋ枚印刷後の現像装置１４でカブリを評価した。なお、該カブリの評価の方法については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６６】
本実施の形態におけるカブリを示す色差ΔＥの値と、喰い込み距離ｃとの関係についての実験の結果は、図６に示されるようになった。
【００６７】
図６から、喰い込み距離ｃの値が小さい場合には、連続印刷時にカブリが大きくなって印刷品質が低下していることが分かる。本実施の形態においては、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４とが圧接されて配設され、両者の周速度に差がありながら回転しているので、印刷枚数が多くなると摩耗によってトナー供給ローラ２４の径が小さくなる。そのため、３０ｋ枚印刷後の状態では、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との喰い込み距離ｃが初期に比べて小さくなっており、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との接触領域が小さくなり、十分な摩擦帯電が行われなくなったことが原因である。したがって、摩耗しても十分にトナー２３に摩擦帯電を与えられる接触領域を確保することができるように、喰い込み距離ｃの値を設定する必要がある。
【００６８】
そこで、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との喰い込み距離ｃ〔ｍｍ〕の値を、以下の式（５）のように設定することによって、３０ｋ枚連続印刷後でも、カブリの発生しない良好な印刷画像を得ることができる。
１．０〔ｍｍ〕≦ｃ・・・式（５）
しかし、喰い込み距離ｃの値をあまり大きくすると、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との摩擦力によって、現像装置１４を駆動するためのトルクが大きくなってしまう。図５に示されるようなトナー供給ローラ２４の発泡体３８の厚さ、すなわち、発泡体層厚さｄに対して、喰い込み距離ｃが小さい場合には、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との間に働く力は喰い込み距離ｃにほぼ比例して増加する。しかし、喰い込み距離ｃが発泡体層厚さｄの半分を超えると、発泡体セルが十分に圧縮されてしまっているので、喰い込み距離ｃを大きくするためには非常に大きな応力が掛かることになる。
【００６９】
本実施の形態におけるトナー供給ローラ２４の発泡体層厚さｄを変化させて応力の値を測定した結果は、図７に示されるようになった。また、発泡体層厚さｄと喰い込み距離ｃとの比に対する応力の変化は、図８に示されるようになった。
【００７０】
図７及び８に示される実験の結果から、喰い込み距離ｃが発泡体層厚さｅの半分を超えると、応力が急激に高くなることが分かる。そこで、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との喰い込み距離ｃ〔ｍｍ〕の値とトナー供給ローラ２４の発泡体層厚さｄ〔ｍｍ〕との関係を以下の式（６）のように設定することによって、現像装置１４を駆動するためのトルクの極端な上昇を防止することができる。
ｃ≦０．５×ｄ・・・式（６）
このように、本実施の形態においては、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４の喰い込み距離ｃ〔ｍｍ〕を前記式（５）のように設定することによって、３０ｋ枚連続印刷後でも、カブリの発生しない良好な印刷画像を得ることが可能となる。
【００７１】
また、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との喰い込み距離ｃ〔ｍｍ〕の値とトナー供給ローラ２４の発泡体層厚さｄ〔ｍｍ〕との関係を前記式（６）のように設定することによって、現像装置１４を駆動するためのトルクの極端な上昇を防止することができる。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００７３】
トナーの凝集度ａ〔％〕とトナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径ｂ〔μｍ〕との関係を前記第１の実施の形態において説明したように設定し、さらに、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４の喰い込み距離ｃ〔ｍｍ〕を前記第２の実施の形態において説明したように設定しても、連続印刷を行った場合に印刷枚数が多くなってくると、高濃度印刷において濃度低下が起こることがある。
【００７４】
本発明の発明者は、研究を重ねた結果、トナーの凝集度が印刷枚数を重ねることで大きくなる場合があることを見出した。それは、特に現像ローラ２１又はトナー供給ローラ２４にシリコーン材料を用いた場合に発生している。トナーの凝集度が大きくなったトナーを分析することによって、シリコーンゴムの低分子成分であるオリゴマーが現像ローラ２１又はトナー供給ローラ２４より沁（し）み出し、現像装置１４内のトナーに混入することが原因であると分かった。
【００７５】
そこで、本実施の形態においては、連続印刷によってトナーの凝集度が変化しても濃度低下が発生することのないトナー供給ローラ２４について説明する。なお、本実施の形態においては、初期のトナーの凝集度が２０〔％〕のトナーを使用した。また、本実施の形態における画像形成装置１０の構成については、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００７６】
次に、本実施の形態におけるトナー供給ローラ２４について説明する。
【００７７】
図９は本発明の第３の実施の形態におけるトナー供給ローラの発泡セルを示す図である。
【００７８】
本実施の形態においては、トナー供給ローラ２４として、発泡体３８の平均発泡セル径が５０〔μｍ〕であるものと、発泡体３８表面の平均発泡セル径が５０〔μｍ〕であって、表面よりも内側の平均発泡セル径が１００〔μｍ〕であるものとを使用した。なお、図９（ａ）における４５は、トナー供給ローラ２４の発泡体３８表面の微小部分を示し、図９（ｂ）は該微小部分４５を拡大した状態を示している。
【００７９】
発泡体３８の発泡セル径は、発泡剤の量や種類、加硫時間や温度、成形方法などによってコントロールすることができる。図に示されるような発泡体３８のように、表層と内部で発泡セル径が異なるようにするためには、例えば、発泡体３８を発泡させる際に型の中で発泡させる型成形の方法を使う。その場合、型の表面状態によって発泡体３８の表面状態をコントロールすることができる。
【００８０】
また、発泡体３８の外周面で発泡セル径を小さくするためには、型成形において加硫の際に、外側の温度を低く、内側であるシャフト３５を加熱して温度を高くすることで内側の発泡セル径を大きくし、外側の発泡セル径を小さくすることが可能である。
【００８１】
なお、本実施の形態においては、現像ローラ２１とトナー供給ローラ２４との喰い込み距離ｃの値は１．５〔ｍｍ〕であるものとした。なお、平均発泡セル径の測定方法については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８２】
次に、本実施の形態における印刷枚数と画像濃度との関係について説明する。
【００８３】
図１０は本発明の第３の実施の形態における印刷枚数、画像濃度及びトナーの凝集度の関係についての実験結果を示す第１の図、図１１は本発明の第３の実施の形態における印刷枚数、画像濃度及びトナーの凝集度の関係についての実験結果を示す第２の図、図１２は本発明の第３の実施の形態における平均発泡セル径と摩耗量との関係についての実験結果を示す図、図１３は本発明の第３の実施の形態における平均発泡セル径と印刷枚数との関係についての実験結果を示す図である。
【００８４】
本実施の形態においては、凝集度が２０〔％〕のトナーと、発泡体３８の平均発泡セル径が５０〔μｍ〕のトナー供給ローラ２４を用いて連続評価を行った。初期、並びに、Ａ４縦方向の記録用紙２６を１０ｋ枚印刷後、２０ｋ枚印刷後及び３０ｋ枚印刷後の時点で、それぞれ、１００〔％〕印刷における画像濃度の測定とトナーの凝集度の測定とを行った。その結果は、図１０に示されるようになった。
【００８５】
図１０から、連続印刷を行う間にトナーの凝集度ａが大きくなり、それに伴い、画像濃度が低下していることが分かる。つまり、印刷枚数が増加することによってトナーの凝集度ａが増加したために、初期の凝集度ａに合わせて設定した平均発泡セル径を備えるトナー供給ローラ２４ではトナーの搬送能力が不足し、画像濃度が低下したと考えられる。また、３０ｋ枚印刷後に、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の厚さを測定すると、初期で５〔ｍｍ〕あったものが４．５〔ｍｍ〕となっており、現像ローラ２１との摩擦によって、発泡体３８が０．５〔ｍｍ〕摩耗していることが分かった。
【００８６】
このような結果を踏まえて、発泡体３８の表面の平均発泡セル径が５０〔μｍ〕であり、表面よりも内側における平均発泡セル径が１００〔μｍ〕であるトナー供給ローラ２４を準備して連続評価を試みた。そして、初期、並びに、Ａ４縦方向の記録用紙２６を１０ｋ枚印刷後、２０ｋ枚印刷後及び３０ｋ枚印刷後の時点で、それぞれ、１００〔％〕印刷における画像濃度の測定とトナーの凝集度の測定とを行った。その結果は、図１１に示されるようになった。
【００８７】
図１１から、連続印刷を行う間にトナーの凝集度ａが大きくなっているが、画像濃度は低下していないことが分かる。また、３０ｋ枚印刷後のトナー供給ローラ２４の発泡体３８の厚さを測定すると、初期で５〔ｍｍ〕あったものが４．５〔ｍｍ〕となっており、現像ローラ２１との摩擦によって、発泡体３８が０．５〔ｍｍ〕摩耗していることが確認された。該発泡体３８の平均発泡セル径を測定すると、現像ローラ２１との摩耗により表面から０．５〔ｍｍ〕が削られたため、内側の発泡セルが露見しており、平均発泡セル径の値は、初期における５０〔μｍ〕から、１００〔μｍ〕へと変化していた。このことから、トナーの凝集度ａが低下しても、発泡セル径が大きくなることによって、１００〔％〕印刷においても十分な画像濃度を確保することができたことが分かる。
【００８８】
前述のように、供給ローラ１０の発泡体３８は、現像ローラ２１との摩耗によって、印刷枚数を重ねる中で削られていく。本実施の形態において、発泡体３８の摩耗量と平均発泡セル径との関係を測定した結果は、図１２に示されるようになった。
【００８９】
図１２から、平均発泡セル径の値は、摩耗量が０．２〔ｍｍ〕程度までの範囲では５０〔μｍ〕から１００〔μｍ〕へと徐々に変化し、それ以降の範囲では１００〔μｍ〕で一定となることが分かる。供給ローラ２４の発泡体３８の発泡セルは、そのセル径や深さに分布を持っており、深さが浅い部分の発泡セルは、小さな摩耗量、例えば、１００〔ｍｍ〕で、露見する。また、深い部分の発泡セルは、摩耗量がその値に達するまで露見しない。そのため、発泡体３８の表面層の発泡セルが完全に削れてしまうまでは、平均発泡セル径が徐々に変化し、その後は、深い部分の発泡セルの平均発泡セル径に一致した値となって安定する。
【００９０】
本実施の形態においては、Ａ４縦方向の記録用紙２６を３０ｋ枚印刷後に、供給ローラ２４の発泡体３８は、０．５〔ｍｍ〕だけ摩耗していた。印刷枚数と摩耗量とが比例関係にあると考えて、印刷枚数と平均発泡セル径との関係を測定した結果は、図１３に示されるようになった。なお、図１３における斜線で示される領域は、印刷枚数とトナーの凝集度の変化による発泡セル径が良好な範囲を示している。
【００９１】
図１３から、印刷枚数を重ねてトナーの凝集度が変化しても、発泡セル径が良好な範囲にあることが分かる。これにより、画像濃度の低下が発生せず、良好な印刷品質を保つことが可能となる。
【００９２】
以上の結果により、例えば、シリコーン製ローラのオリゴマー等の影響によって、経時でトナーの凝集度が大きくなることが予想される現像装置１４では、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の摩耗を考慮し、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の表面層のセル径を小さくし、表面よりも内側の平均発泡セル径を大きくすることによって、トナーの凝集度が変化しても画像濃度が低下せず、良好な印刷品質を保つことができる。
【００９３】
つまり、トナー供給ローラ２４の発泡体３８の平均発泡セル径は、発泡体３８の表面においてはトナーの初期凝集度に合わせた大きさとし、表面より内側においてはトナー凝集度の経時変化を考慮した大きさとするのがよい。
【００９４】
このように、本実施の形態においては、表面の平均発泡セル径よりも内側の平均発泡セル径が大きいトナー供給ローラ２４を使用することによって、長期間に亘（わた）って、印刷濃度の低下のない良好な印刷画像を得ることが可能となる。
【００９５】
なお、前記第１〜第３の実施の形態においては、本発明を電子写真方式のカラープリンタに適応した例について説明したが、本発明は、モノクロプリンタ、複写機等の電子写真方式を用いた現像装置及び画像形成装置にも用いることができる。
【００９６】
また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるトナーの凝集度とトナー供給ローラの発泡体の平均発泡セル径との関係についての実験結果を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における現像装置の現像ローラ及びトナー供給ローラを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるトナー供給ローラの平均発泡セル径の測定方法を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における現像装置の現像ローラ及びトナー供給ローラを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるカブリと喰い込み距離との関係についての実験結果を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における発泡体厚さ、喰い込み距離及び応力との関係についての実験結果を示す第１の図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における発泡体厚さ、喰い込み距離及び応力との関係についての実験結果を示す第２の図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態におけるトナー供給ローラの発泡セルを示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における印刷枚数、画像濃度及びトナーの凝集度の関係についての実験結果を示す第１の図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における印刷枚数、画像濃度及びトナーの凝集度の関係についての実験結果を示す第２の図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における平均発泡セル径と摩耗量との関係についての実験結果を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における平均発泡セル径と印刷枚数との関係についての実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０画像形成装置
１１感光体ドラム
１４現像装置
２１現像ローラ
２３トナー
２４トナー供給ローラ
３８発泡体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）静電潜像を担持する像担持体にトナーを供給することによって現像を行うトナー担持体と、
（ｂ）該トナー担持体に当接して回転することによってトナーを前記トナー担持体に供給する発泡体を備える供給部材とを有する現像装置であって、
（ｃ）前記トナーの凝集度をａ〔％〕、供給部材の発泡体の平均発泡セル径をｂ〔μｍ〕としたとき、
１０≦ａ≦５０、かつ、
２×ａ≦ｂ≦３×ａ
の関係を満たすことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナー担持体と供給部材とは圧接し、
前記トナー担持体と供給部材との食い込み距離をｃ〔ｍｍ〕、前記供給部材の発泡体の厚さをｄ〔ｍｍ〕とすると、
１．０≦ｃ≦０．５×ｄ（ただし、２．０≦ｄ）
の関係を満たす請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記供給部材の発泡体は、表面における発泡セル径が内部における発泡セル径よりも小さい請求項１及び２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナーは１成分トナーである請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナー担持体は像担持体に接触する請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置を有する画像形成装置。

【図１】