JP4416467B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等によって画像形成を行う複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置は、像担持体上に一様帯電を行った後、アナログ露光又は半導体レーザないしはＬＥＤにより画像露光を行い、像担持体上に静電潜像を形成した後、これを現像装置により現像剤像（以下「トナー像という。」）として可視像化し、前記像担持体上のトナー像を転写手段により記録媒体に転写して画像を形成するものが知られている。

図１３は、従来の電子写真方式の画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、非磁性一成分トナーを用いた反転現像方式により接触現像する現像装置を用いた画像形成装置であり、この画像形成装置は、像担持体としての感光ドラム１０１を有する。

感光ドラム１０１はアルミニウムシリンダの表面にＯＰＣやａ−Ｓｉ等の光導電層（不図示）を備え、矢印ｐの方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。

感光ドラム１０１には、帯電ローラ１０２が当接配置され、帯電ローラ１０２により前記感光ドラム１０１の表面は、例えば−７００Ｖに一様に帯電される。そして、前記感光ドラム１０１の帯電面に対して露光装置１０３から出力される画像信号に応じて変調された光による画像露光によって、感光ドラム１０１上の露光部の表面電位を例えば−２００Ｖに減衰させて、感光ドラム１０１上に画像情報に応じた静電潜像を形成する。前記画像露光には、例えば半導体レーザあるいはＬＥＤアレイが用いられる。

前記感光ドラム１０１には、現像装置１０４の現像ローラ１１０が当接配置されている。前記現像装置１０４に収納されたトナーは、前記現像ローラ１１０のｑ方向の回転に伴って、前記現像ローラ１１０に接触される規制ブレード１１２により摩擦帯電を受けるとともに現像ローラ１１０上に薄層形成された後、前記感光ドラム１０１と現像ローラ１１０との当接位置である現像部位に搬送される。

そして、前記感光ドラム１０１上に形成された静電潜像が前記現像ローラ１１０により搬送されるトナーにより可視化された後、感光ドラム１０１表面に形成されたトナー像は転写手段１０５により記録媒体に転写されて、定着器１０６によって最終的にトナー像が記録媒体に定着されて画像が形成される。

また、トナー像転写後の感光ドラム１０１表面に残留する転写残トナーは、クリーニング装置で回収されるか、又はクリーニング装置を設けず（クリーナーレス）現像装置１０４によって「現像同時クリーニング」で感光体面上から除去し、現像装置１０４に回収及び再用される。

「現像同時クリーニング」とは、転写後に感光体上に残留した残留トナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き感光ドラム１０１上の潜像現像時に、かぶり取りバイアス（現像装置１０４に印加する直流電圧の電位と感光体の表面電位との間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収する方法である。

この方法によれば、転写後の感光体上に残留した残留トナーは現像装置１０４に回収されて次工程以後に再利用されるため、廃トナーをなくし、プリントのランニングコストを上げることができる。またクリーナーレスであることでスペース面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化できるようになる。

また、前記転写手段１０５の下流側には、前記現像装置１０４によるクリーニング効果を向上させるため、及び、転写残トナーによる次画像形成工程時の露光妨害による画像不良を防止するため、ローラ等の補助部材１０７を前記感光ドラム１０１に当接配置している。

上記従来の画像形成装置は、このような動作を繰り返すことにより画像形成が行われている。

また、前記非磁性の一成分トナーは、転写性向上を主たる目的として、球形のトナー粒子が用いられる。このような球形のトナー粒子は重合法により形成することにより表面が平滑なトナー粒子を得ることができる。

更に、前記トナー表面を外添剤で被覆することが一般的である。外添剤としては、トナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均径の１／１０以下の粒径であるものが用いられる。

このような外添剤として、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、等）、窒化物（窒化ケイ素等）、炭化物（炭化ケイ素等）、脂肪酸金属塩（ステアリン酸亜鉛等）、カーボンブラック、シリカ等が用いられる。

このような外添剤によりトナー表面を被覆することで、トナーの流動性の向上、感光ドラム上に現像されたトナーの感光ドラムに対する離型性の向上、トナーへの摩擦帯電量の調整等が可能となる。

近年、さらなる高画質化の市場要請が高まり、現像に用いられるトナーの粒径を小さくする必要がある。しかしながら、上記従来の画像形成装置では、１万枚程度の画像形成動作が繰り返されると、粒径の小さいトナーほど、感光ドラム上の非画像形成領域にトナーが付着する「反転かぶり」、十分な帯電量をもっていないトナーが現像時に現像ローラ上に保持されずに落下してしまう「ボタ落ち」、帯電ローラにトナーが付着して感光ドラムを所望の電位に帯電できなくなる「帯電不良」及び「帯電ローラ汚れ」等の現象が発生し易く、所望の画像が得られなくなる画像不良の発生という問題があった。

本発明者らが原因究明を行った結果、上記問題点はトナー表面に前記外添剤が埋め込まれることによりトナーが所望の帯電量を保持できなくなること、及びトナー形状の異形化が発生するためにトナーが所望する均一な帯電量が得られなくなること、に起因する「トナー劣化」が原因である事が明らかになってきている。

このような「トナー劣化」の原因究明結果をさらに詳しく述べる。上記従来のクリーナーレスの画像形成装置では、転写後の感光体上に残留した残留トナーは、現像装置１０４に回収されて次工程以後に再利用される。また、現像ローラ１１０上のトナーが前記感光ドラム１０１上の静電潜像の現像に用いられなかった場合にも前記現像装置１０４に回収され再利用される。このため、再利用されるトナーは、前記帯電ローラ１０２や前記現像
ローラ１１０等の各回転体と感光ドラム１０１との当接部位を何度も通過することになる。ここで、前記各回転体と感光ドラムとは所定の当接圧力と所定の周速差をもって当接される。従って、前記当接部位を通過するトナーは、当該当接部位において当接応力と周速差による摺擦を受けており、この二つの作用により前記当接部に存在するトナーには摩擦力が生じる。この摩擦力の一部が熱に変換されて、前記トナーが軟化することになる。

トナーが軟化すると、前記トナーは前記摩擦力を受けているので、トナー表面を被覆していた外添剤が該トナー表面に埋め込まれる。更には、前記トナーの異形化が生じる。このようなトナー劣化は、粒径の小さいトナーにおいては、トナー１個あたりの表面積が小さいので、表面の１部に劣化が生じてもトナー１個あたりの全表面積に対する劣化部分の表面積の割合が大きい。それに対して、粒径の大きいトナーでは、トナー１個あたりの表面積が大きいので、表面の一部が劣化してもトナー１個あたりの全表面積に対する劣化部分の表面積の割合は小さい。

このため、粒径の小さいトナーほどトナー劣化の影響を受け上記画像不良を発生し易くなるということが本出願人らの原因究明により明らかになった。

上記画像不良の発生という問題の他に、画像形成装置の小型化及び低価格化が求められている。しかしながら、前記非磁性１成分トナーを用いた接触現像方式の画像形成装置は、簡易にカブリの少ない良好な画像が得られる一方で、装置内で部材同士が接触駆動される部分が多く、装置の駆動に大きな駆動力が必要とされている。このため、高トルクのモータを使用する必要があることから画像形成装置を小型化及び低価格化することが困難となっていた。

本発明は、このような従来の画像形成装置の問題点を解決し、小粒径のトナーであってもトナー劣化の発生を防止して、高画質の画像を長期間に渡って良好に得られる画像形成装置を提供することを目的とするとともに、更には、装置の小型化を実現した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にあっては、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体に接触して回転し、現像剤を担持するとともに前記像担持体に形成される静電潜像を担持した前記現像剤により可視化して現像する現像剤担持体と、を有し、
可視化された前記像担持体上の現像剤像を転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
前記現像剤担持体が前記像担持体に接触する接触部を有し、
前記現像剤担持体と前記像担持体とが接触しない場合において、
前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率は、
前記接触部になる領域における前記現像剤担持体の曲率よりも大きく、
前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度は、前記現像剤担持体の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする。
このような構成を備えた本発明によれば、前記現像剤担持体の前記接触部両端が当該接触部から押し出されるように変形することが無く、当該接触部両端近辺の応力が低減される。従って、前記接触部に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。このため、小粒径のトナーであってもトナー劣化の発生を防止して、高画質の画像を長期間に渡って良好に得ることが可能となる。また、前記像担持体又は前記現像剤担持体の一方が他方に侵入する場合における侵入量を一定量に保った状態でも前記像担持体又は前記現像剤担持体の駆動に要する負荷を軽減することができるので、前記現像剤担持体の振れを防止して良好な画像を得るとともに、装置の小型化が可能となる。
また、回転可能な像担持体と、
前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段よりも前記像担持体の回転方向上流側で、現像剤像を記録媒体に転写する転写手段よりも前記像担持体回転方向下流側に設けられた補助部材と、を有し、
前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を前記転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
前記補助部材が前記像担持体に接触する接触部を有し、
前記補助部材と前記像担持体とが接触しない場合において、
前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率は、
前記接触部になる領域における前記補助部材の曲率よりも大きく、
前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度は、前記補助部材の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする。
また、回転可能な像担持体と、
前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段よりも前記像担持体の回転方向上流側で、現像剤像を記録媒体に転写する転写手段よりも前記像担持体回転方向下流側に設けられた補助部材と、を有し、
前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を前記転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体が前記補助部材に接触する接触部を有し、
前記像担持体と前記補助部材とが接触しない場合において、
前記接触部になる領域における前記補助部材の曲率は、
前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率よりも大きく、
前記補助部材の表面のアスカーＣ硬度は、前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする。
また、回転可能な像担持体と、
前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段と、を有し、
前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
前記帯電手段が前記像担持体に接触する接触部を有し、
前記帯電手段と前記像担持体とが接触しない場合において、
前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率は、
前記接触部になる領域における前記帯電手段の曲率よりも大きく、
前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度は、前記帯電手段の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする。
また、回転可能な像担持体と、
前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段と、を有し、
前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体が前記帯電手段に接触する接触部を有し、
前記像担持体と前記帯電手段とが接触しない場合において、
前記接触部になる領域における前記帯電手段の曲率は、
前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率よりも大きく、
前記帯電手段の表面のアスカーＣ硬度は、前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする。

尚、第１の回転体（像担持体又は前記像担持体に接触して回転する回転部材の一方）がそれ自身は変形すること無く第２の回転体（前記像担持体又は前記回転部材の他方）に侵入する場合のみならず、前記第１の回転体自身も変形しつつ前記第２の回転体に侵入し、即ち、前記第１の回転体及び前記第２の回転体の双方が変形して接触部を形成する場合も含まれる。

このような構成を備えた本発明によれば、前記第１の回転体が接触部において前記第２の回転体に侵入して接触する場合において、前記当接部での前記第２の回転体表面に加わる応力を低減することが可能となる。このため前記像担持体と前記回転体との接触部に存在するトナーが、前記像担持体及び前記回転体から受ける摩擦力を低減することが可能となる。このため、小粒径のトナーであってもトナー劣化の発生を防止して、高画質の画像を長期間に渡って良好に得ることが可能となる。また、前記回転体又は前記像担持体の駆動力を低減できるので画像形成装置の小型化を実現できる。
また、劣化したトナーが帯電手段表面を覆い前記像担持体を所望の帯電電位に帯電できなくなるという不具合を防止でき、高画質の画像を長期間に渡って良好に得られる。

本発明の好ましい態様によれば、前記像担持体と、前記現像剤担持体とは、相対速度差をもって当接回転することを特徴とする。また、前記像担持体と、前記補助部材とは、相対速度差をもって当接回転することを特徴とする。また、前記像担持体と、前記帯電手段とは、相対速度差をもって当接回転することを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記現像剤の重量平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする。

このような構成によれば、高画質の画像を長期間に渡って良好に得られる。

次に本発明の「作用」について以下、図９から図１２を用いて説明する。

図９において本発明の「作用」を代表例として像担持体としての感光ドラムと回転体として現像剤担持体である現像ローラの場合を例に説明する。

図９は感光ドラムと現像ローラとの接触部における模式図を示したものである。現像ローラはゴム又はスポンジ等の弾性体からなる表面層を有している。一方、感光ドラムは金属製のシリンダー上に１０〜３０μｍ程度の感光層を設けた剛体である。両者が接触する部分では、前記感光ドラムが前記現像ローラに侵入して前記現像ローラが歪んだ形で前記現像ローラ上に接触部が形成される。ここで、前記接触部での摩擦力を考えると、感光ドラムと現像ローラとは周速差をもって回転している為、滑り摩擦としてモデル化できる。

すなわち、前記接触部の微小空間内でトナーに生じる摩擦力は、感光ドラム及び現像ローラの材料で決定される摩擦係数μと、前記接触部の微小空間内でトナーが受ける力、言い替えれば、前記接触部における現像ローラ表面での応力（圧力）ｐとの積、μ×ｐで表わされる。ここで、前記応力ｐは前記接触部に沿って図１０に示す分布を持つ。従って、前記接触部内のトナーに生じるトータルの摩擦力Ｆは、前記応力ｐを前記接触部全域で積分した値（図１０中斜線部）に摩擦係数μを掛けたものと等しくなる。

従って、前記接触部内でトナー劣化を低減するためには、前記接触部内での前記応力ｐを低減させることが有効となる。ここで、応力ｐを低減する為には、現像ローラの硬度を低くする手法もあるが、弾性層の硬度を低くすると接触部での現像ローラの歪みによる画像不良や、放置によるゴム変形の不可逆化（接触跡）等が発生する場合があり限界がある。

図１１は、前記接触部の状態を示した図であり、図示するように感光ドラムが現像ローラに侵入して接触部が形成される。

ここで、図１１（ａ）に示すようにＳ１は前記感光ドラムが前記現像ローラに侵入した状態での前記現像ローラの前記接触部における周方向に沿った長さである。また、Ｓ２は前記感光ドラムが前記現像ローラに侵入しない場合の前記現像ローラ外周面において、前記感光ドラムが前記現像ローラに侵入した時に前記感光ドラムとの前記接触部となる領域（前記現像ローラの変形前における当該現像ローラ外周面）での周方向の長さである。

図１１(ｂ)に示すように感光ドラムの直径が現像ローラの直径より大きい場合には、前記Ｓ１が前記Ｓ２より短くなり（Ｓ１＜Ｓ２）、現像ローラの接触部における弾性体が余剰となり、当該弾性体が当該接触部両端部に押し出されて接触部両端部付近での応力が高くなる。

それに対し、図１１(ｃ)に示すように感光ドラムの直径が現像ローラの直径より小さい場合には、前記Ｓ１方が前記Ｓ２より長くなり（Ｓ１＞Ｓ２）、前記現像ローラの接触部
両端部に余剰な部分がなく、前記接触部における前記現像ローラが当該接触部中央方向に引っ張られる結果、前記接触部端部近辺の応力が低減され応力分布曲線の幅を狭くすることができる。

尚、前記感光ドラムと前記現像ローラとの接触部での曲率が、前記感光ドラムが前記現像ローラに侵入した時に前記接触部となる前記現像ローラの外周面での曲率と同一かそれよりも大きくなるように前記感光ドラム及び前記現像ローラの曲率を適宜設定することにより上記Ｓ１＞Ｓ２の関係とすることが出来る。

図１２は、現像ローラの直径を１８ｍｍで一定として、感光ドラムの直径を２０ｍｍ、１８ｍｍ、１６ｍｍと変化させた場合の前記接触部での現像ローラ表面の応力分布を示す図である。図１２に示すように、感光ドラムの直径が小さくなるにつれて、応力分布の両端における力を低減することが出来、その結果、前記接触部全体での応力を減少させて、前記接触部内でのトナーに加わる摩擦力を小さくすることが可能となる。

従って、感光ドラム及び現像ローラの材質を変えることなく、応力分布曲線の形状をコントロールし、前記接触部での摩擦力を小さくして、トナー劣化の防止をするとともに装置の駆動トルクの減少を図ることが可能となる。

尚、上記作用は感光ドラムと現像ローラの硬度が逆転した場合、その効果も逆転することになる。よって、感光体の硬度より現像ローラの硬度が高い場合には、感光ドラムの直径を現像ローラの直径をより大きくすることが応力の低減には必要となる。この場合、感光ドラムに弾性を持たせたとしても、感光ドラムの直径が現像ローラの直径をより大きいので接触部において感光ドラム面に歪みが起きるおそれがなく、良好な画像が形成される。

更に、上述の像担持体及び回転部材の双方が円筒状の回転体である場合の他に、ベルト状の像担持体又は回転部材を一方として円筒状の像担持体又回転部材を他方とした場合でも、像担持体と回転部材の硬度、接触部の周長及び曲率の関係を上述のとおりとすることにより同様の効果を得ることができる。

この場合、例えば、一対のプーリ間に巻きがけされるベルト状像担持体とそれに接触する回転部材について、前記ベルト状像担持体のプーリへの巻きがけ部分に前記回転部材が当接する場合及び前記プーリ間の平坦状のベルト部分に前記回転部材が当接する場合の双方を含むものである。

以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、回転部材又は像担持体の一方が他方に接触部において侵入して接触する場合において、前記接触部での前記回転部材又は像担持体の他方の表面に加わる応力を低減することが可能となり、前記像担持体と前記回転部材との接触部に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。このため、小粒径のトナーであってもトナー劣化の発生を防止して、高画質の画像を長期間に渡って良好に得ることが可能となる。また、前記回転部材及び前記像担持体の駆動力を低減できるので画像形成装置の省電力化及び小型化を実現できる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図１中、中央の円形部材１は、像担持体としての感光ドラムである。前記感光ドラム１の上方には、所定の押圧力をもって当接され前記感光ドラム１表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ローラ２が回転自在に軸支される。また、前記帯電ローラ２よりも前記感光ドラム１の回転方向下流側には、画像情報の時系列デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザ光を出力するとともに、該レーザ光で上記感光ドラム１の帯電面を走査露光し、前記感光ドラム１上に画像情報に応じた静電潜像を形成するレーザダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザビームスキャナ（露光装置）３が配置される。

前記感光ドラム１の右側に配置される筺体４は、前記感光ドラム１上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置である。前記現像装置４の左方には一部が該現像装置４から露出するとともにその露出部分が前記感光ドラム１に接触するように配置される回転部材として現像剤担持体であるところの現像ローラ８が回転可能に軸支されている。前記現像ローラ８と前記感光ドラム１との接触部より前記感光ドラム１の回転方向下流側には前記感光ドラム１表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写するための転写手段としての転写ローラ５が、前記感光ドラム１に当接配置される。前記転写ローラ５よりも前記感光ドラム１の回転方向下流側には転写後の感光ドラム１上に残留した残留トナーを回収するクリーナ７が配置されている。また、図中、前記感光ドラム１と前記転写ローラ５との当接部位より下流側には前記転写ローラ５により記録媒体に転写されたトナー像を定着するための定着器６が、配置されている。

前記感光ドラム１は、直径１６ｍｍのアルミニウム製回転ドラム上に有機感光を塗布した、いわゆる負極性ＯＰＣ感光体（ネガ感光体）である。前記感光ドラム１のアスカーＣ硬度は１００度であった。

ここで、アスカーＣ硬度は、スプリング式硬度計アスカーＣ（高分子計器株式会社製）を用いて計測される硬度である。本発明においては、荷重１ｋｇとして測定した。

また、前記感光ドラム１は、図１において矢印の時計方向に周速度１２０ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

前記帯電ローラ２は、前記感光ドラム１の回転方向と逆方向（カウンター）に、前記感光ドラム１の表面速度に対し約８０％のスピードで回転駆動されている。また、前記帯電ローラ２にはバイアス電源により電圧（約−１３００Ｖ）が印加されている。この構成により前記帯電ローラ２が前記感光ドラム１表面を一様に負極性（約−７００Ｖ）に帯電する。

前記現像装置４は、図１に示すように筺体左方の下部が開口しており、この開口を塞ぐように前記現像ローラ８が回転可能に軸支されている。また、前記現像ローラ８の右方には該現像ローラ８に当接するように剥ぎ取り供給ローラ１１が回転可能に軸支されている。また、前記現像ローラ８の右上方には前記現像ローラに付着するトナー層の厚さを規制するための規制ブレード１２が前記現像ローラ８を圧接するように配置される。また、前記剥ぎ取り供給ローラ１１の右方には中央に回転軸を有する回転板により構成されるトナーの攪拌部材１３を備えている。前記現像装置４を構成する筐体内には現像剤としての非磁性一成分絶縁トナー（ネガトナー）及び該トナー表面を被覆する外添剤が収納されている。

前記現像ローラ８は、直径８ｍｍの金属芯体にＥＰＤＭゴムを成型した直径１８ｍｍの弾性ローラであり、アスカーＣ硬度は４５度である。アスカーＣ硬度は、上記と同様にスプリング式硬度計アスカーＣ（高分子計器株式会社製）を用いて計測した値である。

前記現像ローラ８の直径は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光ドラム１の直径と同一（本実施の形態では直径約１６ｍｍ）か、それよりも大きいものから適宜選択することが可能である。

前記感光ドラム１及び前記現像ローラ８のアスカーＣ硬度は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光ドラム１のアスカーＣ硬度よりも低いものから適宜選択することが可能である。

前記剥ぎ取り供給ローラ１１は、直径５ｍｍの金属芯体にウレタンゴムからなる連泡体を成型した直径１６ｍｍの弾性体であり、アスカーＣ硬度は３度である。尚、アスカーＣ硬度の測定は前記現像ローラ８の場合と同様である。

前記現像ローラ８は、前記剥ぎ取り供給ローラ１１に侵入量１ｍｍで接触する。尚、前記侵入量は前記現像ローラ８及び前記剥ぎ取り供給ローラ１１の金属芯体同士が当接しないように設定する必要がある。

前記現像ローラ８は、図１中矢印の方向（図中反時計回り）に周速度２００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。前記剥ぎ取り供給ローラ１１は前記現像ローラ８と同方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。また、前記現像ローラ８及び前記剥ぎ取り供給ローラ１１にはバイアス電源Ｓ２により直流電圧が印加されている。

このように構成された第１の実施の形態に係る画像形成装置は、前記現像装置４内のトナーは、前記攪拌部材１３により攪拌され前記剥ぎ取り供給ローラ１１近傍に供給される。そして、前記剥ぎ取り供給ローラ１１の回転によりトナーが前記現像ローラ８に搬送され、該現像ローラ８の表面に担持される。そして、前記現像ローラ８上に担持されたトナーは前記規制ブレード１２により均一の厚さに規制されるとともに負電極に帯電される。前記現像ローラ８上で均一の厚さに担持されたトナーは、前記感光ドラム１との当接部に搬送され、前記感光ドラム１表面に静電潜像が存在する場合には該感光ドラム１上の静電潜像に該トナーが付着して該静電潜像が可視化される。他方、前記感光ドラム１表面に静電潜像が存在しない場合には前記現像ローラ８上に残留したまま、現像装置４内に戻される。そして、現像装置４内に戻された前記感光ドラム１上のトナーは前記剥ぎ取り供給ローラ１１により前記感光ドラム１上から剥ぎ取られ現像装置４内に回収される。

前記転写ローラ５には、感光ドラム１に付着しているトナーを記録紙に転写するために、正極性の転写バイアスがバイアス電源Ｓ３により印加されている。

前記磁性一成分絶縁トナー（ネガトナー）は重量平均粒径が１０μｍ以下、好ましくは４μｍ〜１０μｍの範囲のものを用いることが画質の向上の上では望ましい。

トナーの重量平均粒径は、種々の方法によって測定できるが、本発明においては、コールターカウンターマルチサイザーII型（コールター社製）を用い、測定方法としては１％ナトリウム電解水溶液１００〜１５０ｍｌ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、更に、そこに測定試料であるトナーを２〜２０ｍｇ加える。その後、前記試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記測定装置でトナー体積及び個数を測定して、その測定値から体積分布と個数分布とを算出する。そして、この値からトナーの重量平均粒径を求める。

前記トナーに対して、トナー表面を被覆する外添剤が添加される。外添剤としては、トナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均径の１／１０以下の粒径であるものが用いられる。

このような外添剤として、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、等）、窒化物（窒化ケイ素等）、炭化物（炭化ケイ素等）、脂肪酸金属塩（ステアリン酸亜鉛等）、カーボンブラック、シリカ等が用いられる。

前記現像ローラ８に対して前記感光ドラム１が侵入量０．１ｍｍで接触して前記現像ローラ８表面に接触部が形成される。前記現像ローラ８は表面が弾性体からなる直径１８ｍｍの回転部材であり、前記感光ドラム１の直径は１６ｍｍであるので、前記現像ローラ８の前記感光ドラム１との接触部における周方向に沿った長さは、前記感光ドラム１が前記現像ローラ８に侵入しない場合の前記現像ローラ８の外周面において、前記感光ドラム１が前記現像ローラ８に侵入した時に前記感光ドラム１との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなることになる。

以上のように構成した結果、前記感光ドラム１と前記現像ローラ８との当接部位に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。

このため、感光ドラム及び現像ローラの材質を変えることなく、応力分布曲線の形状をコントロールし、接触部での摩擦力を小さくして、装置の駆動トルクの減少及びトナー劣化を低減することが可能となる。

尚、感光ドラムと現像ローラの硬度が逆転した場合、その効果も逆転することになる。よって、感光体の硬度より現像ローラの硬度が高い場合には、感光ドラムの直径を現像ローラの直径より大きくすることで前記接触部での摩擦力を低減することが可能となる。この場合、感光ドラムに弾性を持たせたとしても、感光ドラムの直径が現像ローラの直径をより大きいので接触部において感光ドラム面に歪みが起きるおそれがなく、良好な画像が形成される。

次に、上記本実施の形態に係る画像形成装置の性能を調べるために、感光ドラムの直径と、トナーの重量平均粒径を変化させて、１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」や「ボタ落ち」の発生状況を調べる実験を行った。

表１は上記実験の条件及び実験結果を示したものである。実験では、現像ローラの直径を１８ｍｍで一定として、感光ドラムの直径を１６ｍｍ、１８ｍｍ、２０ｍｍと変更した場合に、トナーの重量平均粒径が４μｍ、７μｍ、１０μｍ、１３μｍである画像形成装置の「反転かぶり」や「ボタ落ち」の発生状況を観察したものである。尚、その他の構成は上記画像形成装置と同一とした。

表１から明らかなように、感光ドラム径＞現像ローラ径の場合には、トナーの重量平均粒径が１０μm以下になると「反転かぶり」や「ボタ落ち」などの画像不良が生じたが、
感光ドラム径≦現像ローラ径の場合では１０μmのトナーを用いても、画像不良は生じず
、特に感光ドラム径＜現像ローラ径の場合では４μmのトナーを用いても、画像不良は生
じず、高品位な画像出力を行うことができることが分かる。

〔第２の実施の形態〕
図２は本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図２中、前記第１の実施の形態に係る画像形成装置と同一の部材には同一の符号を記す。第２の実施の形態に係る画像形成装置は現像ローラ８０に対して感光体１０の硬度が低く、且つ感光体の曲率が小さく設定されたものである。

前記感光体１０は、図３に示すとおり、直径１２ｍｍのアルミニウム製の軸体１０ａ上にウレタンスポンジから成る弾性体層１０ｂを形成し、この上に金属蒸着した厚さ５０μｍの樹脂フィルムから成る導電層１０ｃが形成される。さらに最上層に有機感光体層１０ｄが薄膜塗布され、全体として直径２０ｍｍの弾性体からなる回転体とされる。この場合、前記感光体１０表面のアスカーＣ硬度は４０〜５０度の間で適宜選択される。尚、上記弾性体層１０ｂはウレタンスポンジ以外に他の発泡樹脂や低硬度のゴム材料等適宜選択することが可能である。

また、前記感光体１０は、図２において矢印の時計方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

前記現像ローラ８０は、直径１８ｍｍの金属からなる回転体であり、アスカーＣ硬度は１００度である。

前記現像ローラ８０は、図２中矢印の方向（図中反時計回り）に周速度２００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。

前記現像ローラ８０は、前記感光体１４に対して侵入量０．１ｍｍで一定のニップ幅をもって当接される。

上記構成とすることにより、前記感光体１０の前記現像ローラ８０との当接部における周方向に沿った長さは、前記現像ローラ８０が前記感光体１０に侵入しない場合の前記感光体の外周面において、前記現像ローラ８０が前記感光体１０に侵入した時に前記現像ローラ８０との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなる。

この結果、前記前記感光体１０と前記現像ローラ８０との前記接触部に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。

その他の構成は前記第１の実施の形態に係る画像形成装置と同一であるので説明を省略する。

次に、上記第２の実施の形態に係る画像形成装置の性能を調べるために、感光体の直径と、トナーの重量平均粒径を変化させて、１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」や「ボタ落ち」の発生状況を調べる実験を行った。

表２は、上記実験の条件及び実験結果を示したものである。実験では、現像ローラの直径を１８ｍｍで一定として、感光体の直径を２０ｍｍ、１６ｍｍと変更した場合に、トナーの重量平均粒径が４μｍ、７μｍ、１０μｍ、１３μｍである画像形成装置の「反転かぶり」や「ボタ落ち」の発生状況を観察したものである。その他の構成は上記像形成装置と同一とした。

その結果、感光体硬度が現像ローラ硬度より低い場合は、表２で示すよう感光体径＞現像ローラ径とすることにより小径トナーを用いた場合でも良好な画像出力を行えることが分かった。

上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る画像形成装置によれは、非磁性１成分接触現像方式における現像ローラと像担持体との接触部での摩擦力を小さくして、装置の駆動トルクの減少及びトナー劣化を低減することが可能となる。従って、安価な画像形成装置を提供することが可能となるとともに、小径トナーを用いてもトナーを劣化させず長期にわたって良好な画像を得ることが可能となる。

〔第３の実施の形態〕
図４は本発明の第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

本実施の形態の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス、接触帯電方式及びトナーリサイクルシステムのレーザプリンタである。従って、係るシステムでは画像転写後の感光ドラム面に残留する転写残トナーは、専用のクリーナー（クリーニング装置）で除去されることなく、感光ドラムの回転にともない帯電ローラ２との当接部を経由して現像ローラとの当接部に至り、現像装置において現像同時クリーニングにて回収・再使用される。

図４中、中央の円形部材１は、像担持体としての感光ドラムである。前記感光ドラム１の上方に配置されるローラ２は、前記感光ドラム１の上方に所定の押圧力をもって接触され前記感光ドラム１表面を帯電する帯電手段としての導電性弾性ローラである。前記感光ドラム１の下方には転写ローラ５が配置されている。前記転写ローラ５よりも前記感光ドラム１の回転方向下流側には回転部材としての補助部材であるところの補助ローラ９が前記感光ドラム１に接触するように配置される。

前記補助ローラ９は、前記転写ローラ５による記録紙への転写後の感光ドラム１上に残留した残留トナーを非パターン化して、残留トナーによる次画像形成工程時の露光阻害による画像不良を防止するとともに、前記感光ドラム１と前記補助ローラ９との当接部での摩擦帯電により、残留トナーに負極性の帯電を与えて、残留トナーの回収性を高めるものである。しかしながら残留トナーは。補助ローラー（及び帯電ローラー）との接触部においても摩擦を受けることになる為、クリーナーがある場合に比べ、トナーの劣化は促進され、かぶり等の画像不良が発生し易くなる。

前記感光ドラム１は、直径２０ｍｍのアルミニウム製回転ドラム上に有機感光を塗布した、いわゆる負極性ＯＰＣ感光体（ネガ感光体）である。前記感光ドラム１のアスカーＣ硬度は１００度である。

ここで、アスカーＣ硬度は、上記第１の実施の形態に係る画像形成装置における測定方法と同様の方法により測定した。

また、前記感光ドラム１は、図４において矢印の時計回り方向に周速度１２０ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

前記補助ローラ９は、直径８ｍｍの金属製の芯体表面に半導電性ゴム層を成型した直径２４ｍｍの弾性ローラで、アスカーＣ硬度は１５度である。アスカーＣ硬度は、上記と同様に計測した値である。

また、前記補助ローラ９は、前記感光ドラム１と同方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

前記感光ドラム１は、前記補助ローラ９に対して侵入量１．０ｍｍで一定のニップ幅をもって当接される。前記感光ドラム１の前記補助ローラ９に対する侵入量は、前記補助ローラ９の金属芯体が前記感光ドラム１面に当接しないように適宜設定された値である。

前記補助ローラ９の直径は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光ドラム１の直径と同一（本実施の形態では直径約２０ｍｍ）か、それよりも大きいものから適宜選択することが可能である。また、感光ドラム１及び前記補助ローラ９のアスカーＣ硬度は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光ドラムのアスカーＣ硬度よりも低いものから適宜選択することが可能である。

上記構成とすることにより、前記補助ローラ９の前記感光ドラム１との接触部における周方向に沿った長さは、前記感光ドラム１が前記補助ローラ９に侵入しない場合の前記補助ローラ９の外周面において、前記感光ドラム１が前記補助ローラ９に侵入した時に当該感光ドラム１との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなる。

この結果、前記感光ドラム１と前記補助ローラ９との接触部に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。

次に、上記第３の実施の形態に係る画像形成装置の性能を調べるために、感光体の直径と、トナーの重量平均粒径を変化させて、１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」や「帯電ローラ汚れ」の発生状況を調べる実験を行った。

表３は上記実験の条件及び実験結果を示したものである。実験では、感光ドラムの直径を２０ｍｍで一定として、補助ローラ１６の直径を１６ｍｍ、２４ｍｍと変更した場合に、トナーの重量平均粒径が４μｍ、７μｍ、１０μｍ、１３μｍである画像形成装置の「反転かぶり」や「帯電ローラ汚れ」の発生状況を観察したものである。尚、その他の構成は上記第３の実施の形態に係る像形成装置と同一とした。

その結果、補助ローラの硬度が感光ドラムの硬度より低い場合は、表３で示すように補助ローラの直径≧感光ドラムの直径とすることにより小径トナーを用いた場合でも効果が得られることが分かった。

上記のように、感光ドラムの硬度が補助ローラの硬度よりも高い場合、感光ドラムの直径を補助ローラの直径よりも小さくすることで、感光ドラムと補助ローラとの接触部内でトナーに生じる摩擦力を低減し、トナー劣化を低減することができる。

〔第４の実施の形態〕
図５は本発明の第４の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図５中、前記第３の実施の形態に係る画像形成装置と同一の部材には同一の符号を記す。第４の実施の形態に係る画像形成装置は補助ローラ９０に対して感光体１０の硬度が低く、且つ感光体の曲率が小さく設定されたものである。

前記感光体１０は、図３に示した第１の実施の形態における感光体と同様の構成であり、直径１２ｍｍのアルミニウム製の軸体１０ａ上にウレタンスポンジから成る弾性体層１０ｂを形成し、この上に表面が金属蒸着された厚さ５０μｍの誘電性樹脂フィルムから成る導電層１０ｃが形成され、更に最上層に有機感光体層１０ｄが薄膜状に塗布され、全体として直径２０ｍｍの弾性感光体が形成される。第４の実施の形態における前記感光体１０のアスカーＣ硬度は１５度である。アスカーＣ硬度は、第１の実施の形態と同様に計測した値である。尚、上記弾性体層１０ｂはウレタンスポンジ以外に他の発泡樹脂や低硬度のゴム材料等適宜選択することが可能である。

前記感光体１０は、図５において矢印の時計方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

また、前記補助ローラ９０は金属芯体表面に薄い弾性層を成型した直径１６ｍｍの剛体ローラであり、アスカーＣ硬度は１００度である。

前記感光体１０の直径は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記補助ローラ９０の直径と同一か（本実施の形態では直径約１６ｍｍ）、それよりも大きいものから適宜選択することが可能である。また、前記感光体１０及び前記補助ローラ９０のアスカーＣ硬度は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光体１０のアスカーＣ硬度は前記補助ローラ９０のアスカーＣ硬度よりも低いものから適宜選択することが可能である。

前記補助ローラ９０は図２中矢印の方向（図中反時計回り）に周速度２００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。

前記補助ローラ９０は前記感光体１０に対して侵入量１．０ｍｍで一定のニップ幅をもって接触される。

上記構成とすることにより、前記補助ローラ９０の前記感光体１０との接触部における周方向に沿った長さは、前記補助ローラ９０が前記感光体１０に侵入しない場合の前記感光体１０の外周面において、前記補助ローラ９０が前記感光体１０に侵入した時に前記補助ローラ９０との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなる。

この結果、前記補助ローラ９０と前記感光体１０との接触部に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。

その他の構成は前記第３の実施の形態に係る画像形成装置と同一であるので説明を省略する。

尚、上記実施の形態以外にも、補助ローラに対して感光体の硬度の方が低くして、感光体径と補助ローラ径を様々に変化させた構成においても、感光体径＜補助ローラ径とした場合には、重量平均粒径１０μｍ以下のトナーを使用したときでも、１万枚の画像形成動作後における画像不良は生じず、高品位な画像出力を行うことができる。

次に、上記第４の実施の形態に係る画像形成装置の性能を調べるために、感光体の直径と、トナーの重量平均粒径を変化させて、１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」や「帯電ローラ汚れ」の発生状況を調べる実験を行った。

表４は上記実験の条件及び実験結果を示したものである。実験は、上記第４の実施の形態に係る画像形成装置と、以下による比較例の画像形成装置により１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」や「帯電ローラ汚れ」の発生状況を調べる実験を行った。

比較例における感光体は、直径２０ｍｍのアルミニウム製回転ドラム上に有機感光を塗布した、いわゆる負極性ＯＰＣ感光体（ネガ感光体、）である。この場合、前記感光ドラム１のアスカーＣ硬度は１００度である。また、比較例における補助ローラは、直径８ｍｍの金属製の芯体表面に半導電性ゴム層を成型した直径１６ｍｍの弾性ローラで、アスカーＣ硬度は１５度である。

上記実施例及び比較例の画像形成装置に対して、トナーの重量平均粒径を４μｍ、７μｍ、１０μｍ、１３μｍの範囲で変更して「反転かぶり」や「帯電ローラ汚れ」の発生状況を観察したものである。尚、その他の構成は上記像形成装置と同一とした。

その結果、表４に示すように補助ローラに対して感光体の硬度の方が高く、且つ感光体径が大きい構成では、トナー重量平均粒径が１０μｍ以下では、「反転かぶり」や「帯電ローラ汚れ」などの画像不良要因が発生した。一方、補助ローラに対して感光体の硬度の方が低く、且つ感光ドラム径の方が大きい構成では、１０μｍのトナーを用いても、画像不良が生じにくいことが分かった。

上記第３の実施の形態及び第４の実施の形態に係る画像形成装置によれは、感光ドラム（感光体）及び補助ローラのうち、接触部での硬度が低い方の曲率を、硬度が高い方の曲率よりも大きくすることで、感光ドラム（感光体）と補助ローラとの接触部で生じるトナー劣化を低減し、トナー重量平均粒径が１０μｍ以下のトナーを使用しても、長期にわたって良好な画像出力を行うことができる。

〔第５の実施の形態〕
図６は本発明の第５の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

本実施の形態の画像形成装置は、上記第３及び第４の実施の形態と同様に転写式電子写真プロセス、接触帯電方式及びトナーリサイクルシステムのレーザプリンタである。

図６中、中央の円形部材１は、像担持体としての感光ドラムである。２は、前記感光ドラム１の上方に所定の押圧力をもって接触され前記感光ドラム１表面を帯電する回転部材であるところの帯電手段としての帯電ローラである。図中、前記感光ドラム１の右側に配置される筺体４は、前記感光ドラム１上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する前記現像装置である。前記現像装置４の左方には一部が該現像装置４から露出するとともにその露出部分が前記感光ドラム１に当接するように配置される現像ローラ８が、回転可能に軸支されている。前記感光ドラム１の下方には転写ローラ５が配置されている。

前記感光ドラム１は、直径２０ｍｍのアルミニウム製回転ドラム上に有機感光を塗布した、いわゆる負極性ＯＰＣ感光体（ネガ感光体）である。前記感光ドラム１のアスカーＣ硬度は１００度であった。

ここで、アスカーＣ硬度は、上記第１の実施の形態に係る画像形成装置における測定方法と同様の方法により測定した。

また、前記感光ドラム１は、図６において矢印の時計方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

前記帯電ローラ２は、直径８ｍｍの導電性芯体に厚さ３．５ｍｍのＥＰＤＭからなる弾性体を成型し、その上にリーク防止のために厚さ５００μｍのヒドリンゴムを被覆し、更にその上層にトナーに対する帯電付与を補助するフッ素化合物のトレジン樹脂からなる薄膜表層を形成したものであり、全体として直径２４ｍｍの積層構造の弾性ローラとされている。また、前記帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は２０度である。ここで、前記アスカーＣ硬度は、上記第１の実施の形態に係る画像形成装置における測定方法と同様の方法により測定した。

前記帯電ローラ２の直径は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光ドラム１の直径と同一（本実施の形態では直径約２０ｍｍ）か、それよりも大きいものか
ら適宜選択することが可能である。

前記感光ドラム１及び前記帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記帯電ローラ２のアスカーＣ硬度が前記感光ドラム１のアスカーＣ硬度よりも低いものから適宜選択することが可能である。

前記帯電ローラ２は図６中矢印の方向（図中反時計回り）に周速度１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。また、前記帯電ローラ２にはバイアス電源Ｓ１により約−１３００Ｖの直流電圧が印加されている。前記帯電ローラ２により前記感光ドラム１表面が均一に約−７００Ｖで帯電される。

前記感光ドラム１は前記帯電ローラ２に対して侵入量１．０ｍｍで一定のニップ幅をもって接触される。

上記構成により、感光ドラム１上に形成されたトナー像は前記転写ローラ５と前記感光ドラム１とのニップ部で記録紙に転写される。そして、転写後に前記感光ドラム１上に残留する転写残トナーは、前記転写ローラ５により弱正極性に帯電され、前記感光ドラム１の回転に伴って、前記帯電ローラ２と前記感光ドラム１との接触部（帯電ニップ部）に搬送される。前記帯電ニップ部に搬送された転写残トナーは前記帯電ローラ２と前記感光ドラム１との摩擦により負極性に戻される。

その後、前記感光ドラム上の画像形成領域に存在する転写残トナーは、前記感光ドラム１の回転に伴って、前記現像ローラ８と前記感光ドラム１との当接部に搬送され、ここで、前記現像ローラ８から前記感光ドラム１へトナーを付勢する電界の作用により、現像装置４から現像ローラ８を介して搬送されるトナーと共に、次現像工程において感光ドラム１上の潜像を可視化するために再度用いられる。

他方、前記感光ドラム上の非画像形成領域に存在する転写残トナーは、前記感光ドラム１から前記現像ローラ８へトナーを付勢する電界の作用により、感光ドラム１上から前記現像ローラ８を介して前記現像装置４に回収される。このような動作を繰り返すことにより、画像形成が行われる。

従って、上記構成とすることにより、前記帯電ローラ２の前記感光ドラム１との接触部における周方向に沿った長さは、前記感光ドラム１が前記帯電ローラ２に侵入しない場合の前記帯電ローラ２の外周面において、前記感光ドラム１が前記帯電ローラ２に侵入した時に前記感光ドラム１との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなる。

この結果、前記帯電ローラ２と前記感光ドラム１との接触部に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。

次に、上記第５の実施の形態に係る画像形成装置の性能を調べるために、感光ドラムの半径を一定として、帯電ローラの半径、及びトナーの重量平均粒径を変化させて、１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」、「ボタ落ち」、及び「帯電不良」の発生状況を調べる実験を行った。

表５は上記実験の条件及び実験結果を示したものである。実験では、感光ドラムの径を２０ｍｍで一定として、帯電ローラの径を１６ｍｍ、２０ｍｍ、２４ｍｍと変更した場合に、トナーの重量平均粒径が４μｍ、７μｍ、１０μｍ、１３μｍである画像形成装置の「反転かぶり」、「帯電ローラ汚れ」、及び「帯電不良」の発生状況を観察したものである。

その結果、帯電ローラの硬度が感光ドラムの硬度より低い場合は、表５で示すように感光ドラム径≦帯電ローラ径とすることにより小径トナーを用いた場合でも「反転かぶり」、「ボタ落ち」、及び「帯電不良」が発生せずに、良好な画像出力を行えることが分かった。

また、本実施の形態では、感光ドラムは１００ｍｍ／ｓｅｃで図６中時計回りに回転し、帯電ローラは１５０ｍｍ／ｓｅｃで反時計回りに回転しているので、両者の相対速度は５０ｍｍ／ｓｅｃである。本発明者らは、相対速度５００ｍｍ／ｓｅｃ以下の条件範囲で同様の検討を行ったところ、感光ドラムの径＞帯電ローラの径の構成において、トナー粒径が小さく相対速度が速い場合に画像不良が生じたが、感光ドラムの半径≦帯電ローラの半径の構成であれば、１０μｍ以下のトナーを用いた場合でも画像不良は発生せず、良好な画像が得られた。

上記のように、感光ドラムの硬度が帯電ローラの硬度よりも高い場合、感光ドラムの径を帯電ローラの径よりも小さくすることで、感光ドラム及び帯電ローラとの当接部内でトナーに生じる摩擦力を低減し、トナー劣化を低減することができる。従って、劣化の影響を受けやすい小粒径トナーにおいても、「反転かぶり」、「帯電ローラ汚れ」、及び「帯電不良」などの画像不良の発生要因を防止することができる。

〔第６の実施の形態〕
図７は本発明の第６の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図７中、前記第５の実施の形態に係る画像形成装置と同一の部材には同一の符号を記す。第６の実施の形態に係る画像形成装置は帯電ローラ２０に対し感光体１０の硬度が低く、且つ感光体の曲率が小さく設定されたものである。

前記感光体１０は、図３に示した第１の実施の形態における感光体と同様の構成であり、直径６ｍｍのアルミニウム製の軸体１０ａ上にウレタンスポンジから成る弾性体層１０ｂを形成し、この上に表面が金属蒸着された厚さ５０μｍの誘電性樹脂フィルムから成る導電層１０ｃを形成し、更に最上層に有機感光体層１０ｄを薄膜状に塗布した構成を有するものであり、全体として直径２０ｍｍの弾性感光体である。前記感光体１０のアスカーＣ硬度は２０である。アスカーＣ硬度は、上記と同様に計測した値である。尚、上記弾性体層１０ｂはウレタンスポンジ以外に他の発泡樹脂や低硬度のゴム材料等適宜選択することが可能である。

前記感光体１０は、図７において矢印の時計方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

前記帯電ローラ２０は金属芯体表面にリーク防止のための５００μｍのヒドリンゴムからなる抵抗層を成型し、更にその上層にトナーに対する帯電付与を補助するフッ素化合物のトレジン樹脂からなる膜厚３０μｍの薄膜表層を形成したものであり、全体として直径１６ｍｍの積層構造のローラである。また、前記帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は１００度である。

前記感光体１０の直径は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記帯電ローラ２０の直径と同一か（本実施の形態では直径約１６ｍｍ）、それよりも大きいものから適宜選択することが可能である。また、前期帯電ローラ２０及び前記感光体１０のアスカーＣ硬度は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光体のアスカーＣ硬度が前記帯電ローラ２０のアスカーＣ硬度よりも低いものから適宜選択することが可能である。

前記帯電ローラ２０は図７中矢印の方向（図中反時計回り）に周速度１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。

前記帯電ローラ２０は前記感光体１０に対して侵入量１．０ｍｍで一定の接触幅をもって接触される。

上記構成とすることにより、前記感光体１０の前記帯電ローラ２０との当接部における周方向に沿った長さは、前記帯電ローラ２０が前記感光体１０に侵入しない場合の前記感光体１０の外周面において、前記帯電ローラ２０が前記感光体１０に侵入した時に前記帯電ローラ２０との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなる。

この結果、前記帯電ローラ２０と前記感光体１０との接触部位に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。

その他の構成は前記第５の実施の形態に係る画像形成装置と同一であるので説明を省略する。

尚、上記実施の形態以外にも、帯電ローラに対して感光体の硬度の方が低く、感光体径と帯電ローラ径を様々に変化させた構成においても、帯電ローラ径＜感光体径とした場合には、重量平均粒径１０μｍ以下のトナーを使用したときでも、１万枚の画像形成動作後における画像不良は生じず、高品位な画像出力を行うことができる。

次に、上記第６の実施の形態に係る画像形成装置の性能を調べるために、感光体の硬度と帯電ローラの硬度とを、トナーの重量平均粒径に対して変化させて、１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」、「ボタ落ち」、及び「帯電不良」の発生状況を調べる実験を行った。

表６は上記実験の条件及び実験結果を示したものである。実験は、上記第６の実施の形態に係る画像形成装置と、以下による比較例の画像形成装置により１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」、「ボタ落ち」、及び「帯電不良」の発生状況を調べる実験を行った。

比較例における感光体は、半径１０ｍｍのアルミニウム製回転ドラム上に有機感光を塗布した、いわゆる負極性ＯＰＣ感光体（ネガ感光体）である。この場合、前記感光体１のアスカーＣ硬度は１００度である。

また、比較例における補助ローラは、半径８ｍｍの導電性芯体に厚さ３．５ｍｍのＥＰ
ＤＭからなる弾性体を成型し、その上にリーク防止のために厚さ５００μｍのヒドリンゴムを被覆し、更にその上層にトナーに対する帯電付与を補助するフッ素化合物のトレジン樹脂からなる薄膜表層を形成し、全体として直径１６ｍｍの積層構造の弾性ローラとされている。また、前記帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は２０度である。

上記実施例及び比較例の画像形成装置に対して、トナーの重量平均粒径を４μｍ、７μｍ、１０μｍ、１３μｍの範囲で変更して「反転かぶり」や「ボタ落ち」、及び「帯電不良」の発生状況を観察したものである。尚、その他の構成は上記像形成装置と同一とした。

その結果、表６に示すように帯電ローラに対して感光体の硬度の方が高く、且つ感光体の径が大きい構成では、トナー重量平均粒径が１０μｍ以下では、「反転かぶり」や「ボタ落ち」、及び「帯電不良」が発生した。一方、帯電ローラに対して感光体の硬度の方が低く、且つ感光体の径が大きい構成では、１０μｍ以下のトナーを用いても、画像不良は生じず、高品位な画像出力を行うことができることが分かった。

〔第７の実施の形態〕
図８は本発明の第７の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図８中、前記第７の実施の形態に係る画像形成装置と同一の部材には同一の符号を記す。第７の実施の形態に係る画像形成装置は感光体が無端ベルト状とされたものである。

第７の実施の形態における感光体１７は、弾性体層を有した無端状ベルトの基体上に表面が金属蒸着された厚さ５０μｍの誘電性樹脂フィルムから成る導電層が形成され、更に最上層に有機感光体層が薄膜状に塗布されたものであり、全体として厚さ４ｍｍの無端状弾性感光体とされてものである。前記感光体１７のアスカーＣ硬度は約２５度である。尚、アスカーＣ硬度は、上記他の実施の形態と同様に計測した値である。

上記無端ベルト状感光体１７は、半径４ｍｍの一対のプーリ１８間に掛け渡され、前記プーリへの巻きがけ部分の曲率半径が８ｍｍとされている。前記感光体１７の駆動は前記プーリ１８の回転により行われる。

また、前記感光体１７は、図８において矢印の時計方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

前記帯電ローラ２０は、半径３ｍｍの金属芯体表面にリーク防止のための厚さ３ｍｍのヒドリンゴムからなる抵抗層を成型し、更にその上層にトナーに対する帯電付与を補助するフッ素化合物のトレジン樹脂からなる膜厚３０μｍの薄膜表層を形成したものであり、全体として半径６ｍｍの積層構造のローラとされている。また、前記帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は約５０度である。

前記帯電ローラ２０及び前記感光体１７のアスカーＣ硬度は、特にこの実施の形態に限定されるものではなく、前記感光体１７のアスカーＣ硬度が前記帯電ローラ２０のアスカーＣ硬度よりも低いものから適宜選択することが可能である。

前記帯電ローラ２０は図２中矢印の方向（図中反時計回り）に周速度１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。

前記帯電ローラ２０は、図８に示すように、前記感光体１７における曲率半径８ｍｍで前記プーリ１８へ巻きがけられた部分に接触するとともに、その侵入量は１．０ｍｍで一定のニップ幅をもって接触される。

上記構成とすることにより、前記感光体１７の前記帯電ローラ２０との接触部における周方向に沿った長さは、前記帯電ローラ２０が前記感光体１７に侵入しない場合の前記感光体１７の外周面において、前記帯電ローラ２０が前記感光体１７に侵入した時に前記帯電ローラ２０との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなる。

この結果、前記帯電ローラ２０と前記感光体１７との接触部位に存在するトナーが受ける摩擦力を低減することが可能となる。このため、重量平均粒径１０μｍ以下のトナーを使用したときでも、１万枚の画像形成動作後における画像不良は生じず、高品位な画像出力を行うことができる。

尚、上記第７の実施の形態以外に、帯電ローラ２０が前記感光体１７の前記プーリ１８間の非巻きがけ部分に接触する場合でも、帯電ローラ２０の曲率半径は６ｍｍであり、感光体１７の曲率半径はほぼ無限大（曲率０）となるので、前記感光体１７の前記帯電ローラ２０との接触部における周方向に沿った長さは、前記帯電ローラ２０が前記感光体１７に侵入しない場合の前記感光体１７の外周面において、前記帯電ローラ２０が前記感光体１７に侵入した時に前記帯電ローラ２０との接触部となる領域での周方向の長さよりも長くなり同様の効果を得ることが出来る。

次に、上記第７の実施の形態に係る画像形成装置の性能を調べるために、感光体の硬度と帯電ローラの硬度とを、トナーの重量平均粒径に対して変化させて、１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」、「ボタ落ち」、及び「帯電不良」の発生状況を調べる実験を行った。

表７は上記実験の条件及び実験結果を示したものである。実験は、上記第７の実施の形態に係る画像形成装置と、以下による比較例の画像形成装置により１万枚の画像形成動作を繰り返した後に、「反転かぶり」、「ボタ落ち」、及び「帯電不良」の発生状況を調べる実験を行った。

比較例における感光体は、弾性体層を有した無端状ベルトの基体上に表面が金属蒸着された厚さ５０μｍの誘電性樹脂フィルムから成る導電層が形成され、更に最上層に有機感光体層が薄膜状に塗布され、全体として４ｍｍの無端状弾性感光体である。前記感光体のアスカーＣ硬度は約５０度である。アスカーＣ硬度は、上記他の実施の形態と同様に計測した値である。尚、比較例の感光体の硬度は弾性体の硬度を変更して調整されたものである。

上記無端ベルト状感光体は上記第７の実施の形態と同様の一対のプーリ間に巻きがけられて駆動される。

また、比較例における感光体は、図８における感光体１７と同様の方向である時計方向に周速度１００ｍｍ／ｓｅｃの一定速度をもって回転駆動される。

また、比較例における帯電ローラは半径３ｍｍの金属芯体表面にリーク防止のための厚さ３ｍｍのヒドリンゴムからなる抵抗層を成型し、更にその上層にトナーに対する帯電付与を補助するフッ素化合物のトレジン樹脂からなる膜厚３０μｍの薄膜表層を形成し、全体として半径６ｍｍの積層構造のローラとされている。また、前記帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は約２５度である。尚、比較例の帯電ローラの硬度は弾性体の硬度を変更して調整されたものである。

上記実施例及び比較例の画像形成装置に対して、トナーの重量平均粒径を４μｍ、７μｍ、１０μｍ、１３μｍの範囲で変更して「反転かぶり」や「ボタ落ち」、及び「帯電不良」の発生状況を観察したものである。尚、その他の構成は上記像形成装置と同一とした。

その結果、表７に示すように帯電ローラに対して感光体の硬度の方が高く、且つ感光体の半径が大きい構成では、トナー重量平均粒径が１０μｍ以下では、「反転かぶり」や「ボタ落ち」、及び「帯電不良」が発生した。一方、帯電ローラに対して感光体の硬度の方が低く、且つ感光体の半径が大きい構成では、１０μｍのトナーを用いても、画像不良は生じず、高品位な画像出力を行うことができることが分かった。

上記のように真円形状でない感光体を用いた場合でも、感光体の硬度を帯電ローラの硬度より低く、かつ接触部での感光体１７の曲率は、帯電ローラ２０が前記感光体１７に侵入しない場合における前記感光体１７の前記接触部となる領域での曲率と同一かそれよりも大きくすることにより、接触部内でトナーに生じる摩擦力を低減し、トナー劣化を抑制することができ、劣化の影響を受けやすい小粒径トナーにおいても、「反転かぶり」や「ボタ落ち」などの画像不良や、帯電不良の発生を防止することができる。

本実施の形態では感光体がベルト形状の場合を例示したが、帯電部材がベルト形状の場合や、感光体及び帯電部材の両者がベルト形状の場合でも、両者のうちより低硬度の部材の曲率半径をもう一方の曲率半径より大きくすることにより、接触部内でトナーに生じる摩擦力及び摩擦熱を低減し、トナー劣化を低減することができる。

上記第５の実施の形態、第６の実施の形態及び第７の実施の形態に係る画像形成装置によれは、感光ドラム（感光体）と帯電部材との接触部で生じるトナー劣化を低減し、長期にわたって良好な画像形成を行うことができる帯電装置、クリーナーレス画像形成装置を提供することができる。

本明細書では、非磁性１成分負帯電トナーを用いた場合について説明したが、特にこれに限定するものではなく、例えば磁性１成分トナーでも、正帯電トナーでも同様の効果が
得られる。

また、トナー形状についても、球状・粉砕などと限定することなく、どんな形状のトナーでも効果を得ることができた。

また、上記各実施例では、反転現像方式を例示して説明したが、反転・正規現像に関わらず、同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施例では像担持体の回転方向に対して、補助部材等の回転体の回転方向が接触部において逆方向のものを例示して説明したが、同方向であっても、同様の効果を得ることができる。

また、像担持体や補助部材の形状が上記各実施例のような円筒でない場合でも、接触部での、硬度の高い部材の方が、硬度の低い部材の曲率よりも大きい、ということを満たしているならば、同様の効果を得ることができる。

更に、前記非磁性１成分トナーを用いた接触現像方式の画像形成装置は、簡易にカブリの少ない良好な画像が得られる一方、装置内で部材同士が接触駆動される部分が多く、装置の駆動に大きな駆動力が必要とされるが、本発明の画像形成装置によれば、高トルクのモータを使用する必要がなくなり画像形成装置を小型化することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図２は本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図３は像担持体（感光体）の断面構成図である。 図４は本発明の第３の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図５は本発明の第４の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図６は本発明の第５の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図７は本発明の第６の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図８は本発明の第７の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 図９は感光ドラムと現像ローラとの接触部における模式図である。 図１０は感光ドラムと現像ローラとの接触部における応力分布図である。 図１１は感光ドラムと現像ローラとの接触部の状態を説明する図である。 図１２は感光ドラムの外径を変化させた場合の接触部における応力分布図である。 図１３は従来の画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光ドラム）
２ 帯電手段（帯電ローラ）
４ 現像装置
５ 転写手段（転写ローラ）
８ 現像剤担持体（現像ローラ）
９ 補助部材（補助ローラ）
１０ 像担持体（感光体）
１７ 像担持体（感光体）
２０ 帯電手段（帯電ローラ）
８０ 現像剤担持体（現像ローラ）
９０ 補助部材（補助ローラ）

Claims (9)

1. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体に接触して回転し、現像剤を担持するとともに前記像担持体に形成される静電潜像を担持した前記現像剤により可視化して現像する現像剤担持体と、を有し、
   可視化された前記像担持体上の現像剤像を転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記現像剤担持体が前記像担持体に接触する接触部を有し、
   前記現像剤担持体と前記像担持体とが接触しない場合において、
   前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率は、
   前記接触部になる領域における前記現像剤担持体の曲率よりも大きく、
   前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度は、前記現像剤担持体の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする画像形成装置。
2. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段よりも前記像担持体の回転方向上流側で、現像剤像を記録媒体に転写する転写手段よりも前記像担持体回転方向下流側に設けられた補助部材と、を有し、
   前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を前記転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記補助部材が前記像担持体に接触する接触部を有し、
   前記補助部材と前記像担持体とが接触しない場合において、
   前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率は、
   前記接触部になる領域における前記補助部材の曲率よりも大きく、
   前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度は、前記補助部材の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする画像形成装置。
3. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段よりも前記像担持体の回転方向上流側で、現像剤像を記録媒体に転写する転写手段よりも前記像担持体
   回転方向下流側に設けられた補助部材と、を有し、
   前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を前記転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記像担持体が前記補助部材に接触する接触部を有し、
   前記像担持体と前記補助部材とが接触しない場合において、
   前記接触部になる領域における前記補助部材の曲率は、
   前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率よりも大きく、
   前記補助部材の表面のアスカーＣ硬度は、前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする画像形成装置。
4. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段と、を有し、
   前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記帯電手段が前記像担持体に接触する接触部を有し、
   前記帯電手段と前記像担持体とが接触しない場合において、
   前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率は、
   前記接触部になる領域における前記帯電手段の曲率よりも大きく、
   前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度は、前記帯電手段の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする画像形成装置。
5. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体に接触して回転し、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段と、を有し、
   前記像担持体に形成される静電潜像を現像剤により可視化し、可視化された前記像担持体上の現像剤像を転写手段により記録媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   前記像担持体が前記帯電手段に接触する接触部を有し、
   前記像担持体と前記帯電手段とが接触しない場合において、
   前記接触部になる領域における前記帯電手段の曲率は、
   前記接触部になる領域における前記像担持体の曲率よりも大きく、
   前記帯電手段の表面のアスカーＣ硬度は、前記像担持体の表面のアスカーＣ硬度よりも高いことを特徴とする画像形成装置。
6. 前記像担持体と、前記現像剤担持体とは、相対速度差をもって当接回転することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記像担持体と、前記補助部材とは、相対速度差をもって当接回転することを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体と、前記帯電手段とは、相対速度差をもって当接回転することを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
9. 前記現像剤の重量平均粒径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。

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