JP4750522B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置、及びこの現像装置を備える画像形成装置に関する。

従来から、所定の記録媒体に現像剤像を熱定着させて画像を形成する電子写真記録方式の画像形成装置が知られている。この種の画像形成装置においては、例えば特許文献１等に記載されているように、感光体を構成する光導電性絶縁層を一様電圧に帯電する帯電工程、画像データに基づいて変調された光を当該光導電性絶縁層に照射することによって露光し、その露光された部分上の電荷を消滅させることによって感光体上に静電潜像を形成する露光工程、形成された静電潜像に少なくとも着色剤を含む現像剤（以下、トナーという。）を付着させることによって可視化する現像工程、得られた可視像を転写紙等の転写材（印字媒体）に転写する転写工程、及び、加熱や圧力又はその他適当な定着方法を用いて転写材上の可視像を定着させる定着工程を経ることにより、転写材上に画像を形成する。

特開平１０−３９６２８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された従来の画像形成装置においては、感光体の周面に当接して回転することによって当該感光体にトナーを付着させる現像ローラと、この現像ローラに対してトナーを供給するトナー供給ローラとの摩擦に起因して、当該現像ローラ及び当該トナー供給ローラ並びにトナーの劣化が生じることから、均一な層厚に薄層化されて帯電されたトナーを安定して供給することができず、結果として、形成された印刷物の品質低下を招来するという問題があった。また、従来の画像形成装置においては、現像ローラとトナー供給ローラとを回転駆動させるために必要なトルクが高いことから、高速に動作させた場合には回転にムラが生じ、印刷物の品質低下を招来するという問題もあった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、現像ローラとトナー供給ローラとの摩擦に起因する当該現像ローラ及び当該トナー供給ローラ並びにトナーの劣化を防止して、均一な層厚に薄層化されて帯電されたトナーを安定して供給し、高品質の印刷物を高速に形成することができ、また、現像ローラとトナー供給ローラとを回転駆動させるために必要なトルクを低くして、高速に動作させた場合であっても印刷物の品質低下を防止することができる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。

上述した目的を達成する本発明にかかる現像装置は、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置であって、所定の直流電圧である現像バイアス電圧Ｖ_Ｄ［Ｖ］が印加され、前記静電潜像担持体の周面に対向して回転することによって当該静電潜像担持体に現像剤を付着させる現像剤担持体と、周面が所定の弾性体から構成され、前記現像剤担持体に対して現像剤を供給するように当該現像剤担持体に回転可能に接触して配設された現像剤供給部材と、前記現像剤供給部材によって前記現像剤担持体の周面上に供給された現像剤を薄層化する現像剤層形成部材とを備え、前記現像剤供給部材は、アスカＦによって測定した硬度Ｈ_ＡＦ［°］が２０≦Ｈ_ＡＦ≦８０である前記弾性体を用いて構成されるとともに、当該現像剤供給部材が前記現像剤担持体に当接することによって押しつぶされた量である押し込み量δ［ｍｍ］が０．５以下となるように配設され、前記現像剤供給部材には、所定の直流電圧に交流電圧を重畳した現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］が印加され、前記現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］は、その周波数ｆ［Ｈｚ］が５００≦ｆ≦５０００であり、且つ、そのピーク値のうち、前記現像剤の帯電極性と逆極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＨとし、当該現像剤の帯電極性と同極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＬとするとともに、Ｖ _ＳＬ ＜Ｖ _Ｄ ＜Ｖ _ＳＨ の関係を満たし、前記現像バイアス電圧Ｖ_Ｄ［Ｖ］と当該現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］との関係が、Ｖ _Ｓ ＜Ｖ _Ｄ である時間をＴ_Ｓとし、Ｖ _Ｄ ＜Ｖ _Ｓ である時間をＴ_Ｒとしたとき、Ｔ_Ｒの値がＴ_Ｓの値より大きく、且つ、下記式（１）を満たすものであることを特徴としている。
Ｔ_Ｒ／Ｔ_Ｓ≦５ ・・・（１）

このような本発明にかかる現像装置においては、現像剤担持体と現像剤供給部材との摩擦に起因する当該現像剤担持体及び当該現像剤供給部材並び現像剤の劣化を防止して、均一な層厚に薄層化されて帯電された現像剤を安定して供給することができる。したがって、本発明にかかる現像装置においては、高品質の印刷物を高速に形成することが可能となる。また、本発明にかかる現像装置においては、従来の現像装置を備える場合と比較して、現像剤担持体と現像剤供給部材とを回転駆動させるために必要なトルクを低くすることができ、高速に動作させた場合であっても印刷物の品質低下を防止することができる。

また、上述した目的を達成する本発明にかかる現像装置は、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置であって、所定の直流電圧である現像バイアス電圧Ｖ _Ｄ ［Ｖ］が印加され、前記静電潜像担持体の周面に対向して回転することによって当該静電潜像担持体に現像剤を付着させる現像剤担持体と、前記現像剤担持体に対して現像剤を供給するように当該現像剤担持体に回転可能に接触して配設された現像剤供給部材とを備え、前記現像剤供給部材には、所定の直流電圧に交流電圧を重畳した現像剤供給バイアス電圧Ｖ _Ｓ ［Ｖ］が印加され、前記現像剤供給バイアス電圧Ｖ _Ｓ ［Ｖ］は、そのピーク値のうち、前記現像剤の帯電極性と逆極性の方向に大きいピーク値をＶ _ＳＨ とし、当該現像剤の帯電極性と同極性の方向に大きいピーク値をＶ _ＳＬ とするとともに、前記現像バイアス電圧Ｖ _Ｄ ［Ｖ］と当該現像剤供給バイアス電圧Ｖ _Ｓ ［Ｖ］との関係が、Ｖ _ＳＬ ＜Ｖ _Ｓ ＜Ｖ _Ｄ である時間をＴ _Ｓ とし、Ｖ _Ｄ ＜Ｖ _Ｓ ＜Ｖ _ＳＨ である時間をＴ _Ｒ としたとき、Ｔ _Ｓ とＴ _Ｒ との値が異なることを特徴としている。

このような本発明にかかる現像装置においては、現像剤担持体と現像剤供給部材との摩擦に起因する当該現像剤担持体及び当該現像剤供給部材並び現像剤の劣化を防止して、均一な層厚に薄層化されて帯電された現像剤を安定して供給することができる。したがって、本発明にかかる現像装置においては、高品質の印刷物を高速に形成することが可能となる。また、本発明にかかる現像装置においては、従来の現像装置を備える場合と比較して、現像剤担持体と現像剤供給部材とを回転駆動させるために必要なトルクを低くすることができ、高速に動作させた場合であっても印刷物の品質低下を防止することができる。さらに、本発明にかかる現像装置においては、現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］の交流電圧成分の振幅が小さくても、かかる効果を十分に得ることができることから、当該現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］の交流電圧成分のピーク値を現像剤の帯電極性と逆極性の方向に大きくすることによって発生していた、逆極性に帯電した現像剤によるカブリの発生をなくすことができる。

本発明においては、均一な層厚に薄層化されて帯電された現像剤を安定して供給することによって高品質の印刷物を高速に形成することができ、また、現像剤担持体と現像剤供給部材とを高速に動作させた場合であっても印刷物の品質低下を防止することができる。

以下、本発明を適用した具体的な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。

この実施の形態は、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置を備える画像形成装置である。特に、この画像形成装置は、静電潜像担持体としての感光体ドラムの周面に対向して回転することによって当該感光体ドラムに現像剤としてのトナーを付着させる現像剤担持体と、この現像剤担持体に対してトナーを供給する現像剤供給部材とについて、その材質、設置状況、及び印加電圧等について、本願出願人が鋭意研究を重ねた結果見出した条件を満足する現像装置を備えるものである。

まず、第１の実施の形態として示す画像形成装置について説明する。

図１に、画像形成装置における現像装置の構造を説明する側方断面図を示し、図２に、画像形成装置の構造を説明する側方断面図を示す。この画像形成装置は、図２に示すように、未画像形成の印字媒体Ｐを収納する用紙トレイ１１を備える。この用紙トレイ１１に収納された印字媒体Ｐは、給紙ローラ１２が回転するのに応じて繰り出され、さらに、当該給紙ローラ１２の下流に配設されている搬送ローラ１３，１４が回転するのに応じて、図示しないモータによって印刷速度に応じた回転速度で回転する転写ベルト１５上へと所定のタイミングで搬送されて載置される。

また、画像形成装置は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のそれぞれに対応する４つの画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋをこの順序で印字媒体Ｐの給紙側から排紙側へと転写ベルト１５に沿って並設している。画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋは、それぞれ、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等によって回転駆動される転写ベルト１５上に載置された印字媒体Ｐに対して、各色のトナーを用いた画像形成を行う。具体的には、画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋは、それぞれ、静電潜像担持体としての感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋと、これら感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれの周面を帯電させる帯電ローラ２２Ｃ，２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｋと、図示しないインターフェース部を介して外部装置から受信した画像データに基づいて感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれの周面に選択的に光を照射して露光し、静電潜像を形成させる露光装置２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｋと、感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれの周面に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置２４Ｃ，２４Ｍ，２４Ｙ，２４Ｋと、これら現像装置２４Ｃ，２４Ｍ，２４Ｙ，２４Ｋのそれぞれに供給するトナーを収納するトナーカートリッジ２５Ｃ，２５Ｍ，２５Ｙ，２５Ｋと、トナーによって静電潜像を可視化して得られたトナー像を印字媒体Ｐ上に転写する転写ローラ２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙ，２６Ｋと、印字媒体Ｐ上にトナーが転写されずに感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれの周面に残存したトナーをクリーニングして回収するクリーニングブレード２７Ｃ，２７Ｍ，２７Ｙ，２７Ｋとを有する。なお、感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋ、帯電ローラ２２Ｃ，２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｋ、転写ローラ２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙ，２６Ｋは、それぞれ、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等によって回転駆動されるように構成されている。また、露光装置２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｋ、及び現像装置２４Ｃ，２４Ｍ，２４Ｙ，２４Ｋ、並びに図示しないモータは、それぞれ、図示しない電源及び制御部が接続されている。

このような画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋは、それぞれ、図示しない制御部の制御のもとに、図示しない電源によって所定の電圧が印加された帯電ローラ２２Ｃ，２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｋによって感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれの周面を一様電圧に帯電させた上で、当該感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれが回転するのにともない、その帯電された周面が露光装置２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｋの近傍に到達すると、当該露光装置２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｋによって画像変調された光を当該感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれに照射して静電潜像を形成する。そして、画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋは、それぞれ、形成された静電潜像に現像装置２４Ｃ，２４Ｍ，２４Ｙ，２４Ｋのそれぞれから供給される各色のトナーを付着させることにより、各色のトナー像を生成する。

これら画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋのそれぞれによって現像された各色のトナー像は、図示しない制御部の制御のもとに、感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれが回転するのにともない、トナー像が生成された周面が転写ベルト１５及び当該転写ベルト１５を挟むように感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれと対向して配設された転写ローラ２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙ，２６Ｋのそれぞれの近傍に到達するとともに、印字媒体Ｐが転写ベルト１５によって搬送されるのに応じて、転写ローラ２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙ，２６Ｋのそれぞれによって当該印字媒体Ｐ上に順次重ね合わされて転写される。このとき、転写ローラ２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙ，２６Ｋには、それぞれ、図示しない電源によって所定の電圧が印加される。

そして、画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋは、それぞれ、転写が完了すると、図示しない制御部の制御のもとに、感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋのそれぞれの周面に残存したトナーを、クリーニングブレード２７Ｃ，２７Ｍ，２７Ｙ，２７Ｋによってクリーニングする。また、画像形成装置は、図示しない制御部の制御のもとに、転写ベルト１５の表面に残存したトナーを、クリーニングブレード２８によってクリーニングする。画像形成装置においては、このような構成からなる４つの画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋにより、印字媒体Ｐ上に順次各色の画像形成を行い、カラー画像を形成する。そして、画像形成装置においては、印字媒体Ｐを転写ベルト１５に静電気的に吸着させた状態で、定着装置３０へと搬送する。

さらに、画像形成装置は、このような画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋの下流に定着装置３０を備える。この定着装置３０は、例えば金属の中空ローラの外周に弾性部材を接着して構成される定着ローラと、この定着ローラとともに印字媒体Ｐを押圧する加圧ローラとを有する。加圧ローラは、定着ローラに対向して当接されるように配設され、印字媒体Ｐを挟み込むニップ部を形成する。また、定着ローラの内部には、図示しない電源によって発熱又は発光するヒータやハロゲンランプが埋設されている。定着装置３０においては、図示しない制御部の制御のもとに、これらヒータに通電したりハロゲンランプを発光させたりすることによって定着ローラを加熱する。このような定着装置３０は、定着ローラ及び加圧ローラを回転させてニップ部に印字媒体Ｐを通紙させ、当該印字媒体Ｐを加熱及び押圧することにより、当該印字媒体Ｐ上のトナーを溶融させ、トナー像を熱定着させる。画像形成装置においては、このような定着装置３０によって印字媒体Ｐ上に画像を定着させると、搬送ローラ３１及び排出ローラ３２の回転に応じて、当該印字媒体Ｐを搬送して外部へと排紙させ、排紙部３３上に積載させる。

このような画像形成装置において、現像装置２４Ｃ，２４Ｍ，２４Ｙ，２４Ｋは、それぞれ、図１に示すように構成される。なお、画像形成装置においては、上述したシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のそれぞれに対応する４つの画像形成部２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋが全て同じ構成であることから、以下では、例えば画像形成部２０のように、各部に付す符号として、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋを除いた番号を用いて説明するものとする。

現像装置２４は、同図に示すように、導電性シャフトに半導電性ゴム層を巻装して形成された現像剤担持体としての現像ローラ５１と、導電性シャフトに半導電性ゴム層を巻装して形成された現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ５２と、トナーカートリッジ２５から供給される現像剤としてのトナーＴを薄層化して帯電させる現像剤層形成部材としての現像ブレード５３とを有する。

現像ローラ５１は、感光体ドラム２１の周面に当接して回転することによって当該感光体ドラム２１にトナーＴを付着させる部材であり、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等によって回転駆動される。また、この現像ローラ５１の導電性シャフトには、所定の直流電圧である現像バイアス電圧を印加する現像バイアス電源装置５４が接続されている。トナー供給ローラ５２は、現像ローラ５１に対してトナーＴを供給するように当該現像ローラ５１に回転可能に接触して配設された部材であり、図示しないモータや駆動を伝達するギヤ等によって回転駆動される。また、このトナー供給ローラ５２の導電性シャフトには、所定の直流電圧に交流電圧を重畳したトナー供給バイアス電圧を印加するトナー供給バイアス電源装置５５が接続されている。現像ブレード５３は、現像ローラ５１の周面に当接するように設けられる部材であり、トナー層形成バイアス電源装置５６から印加される所定の直流電圧であるトナー層形成バイアス電圧に基づいて、当該現像ローラ５１の周面上に供給されたトナーＴを薄層化して帯電させる。

このような現像装置２４においては、現像ローラ５１と感光体ドラム２１とが接触した状態で、それぞれが同図中矢印ａ，ｂで示す方向へと回転可能に配設されている。また、現像装置２４においては、トナー供給ローラ５２が現像ローラ５１に押し付けられた状態で、それぞれが同図中矢印ｃ，ａで示す方向へと回転可能に配設されている。なお、図３に示すように、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２とのそれぞれの回転中心を結んだ直線のうち、当該現像ローラ５１と当該トナー供給ローラ５２とが重なり合った部分の長さを押し込み量δと定義する。すなわち、押し込み量δは、トナー供給ローラ５２が現像ローラ５１に当接することによって押しつぶされた量である。なお、押し込み量δ＜０であることは、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２との間に、"−δ"で表される間隙があることを示す。

さて、このような構成からなる現像装置２４の効果を検証するために、トナーカートリッジ２５から供給されるトナーＴとして所定の負電圧に帯電したものを用い、トナー供給ローラ５２の周面を構成する半導電性ゴム層の弾性ゴム材（弾性体）の硬度と、押し込み量δとを変化させて実験を行った。具体的には、次表１に示すように、トナー供給ローラ５２の周面を構成する半導電性ゴム層の弾性ゴム材の硬度をいわゆるアスカＦによる測定値Ｈ_ＡＦ［°］としたとき、この測定値がＨ_ＡＦ＝１０［°］，２０［°］，５０［°］，８０［°］，９０［°］の５通りとなるように、トナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材を選択するとともに、−０．２［ｍｍ］，０［ｍｍ］，０．２［ｍｍ］，０．５［ｍｍ］，０．８［ｍｍ］，１．０［ｍｍ］の６通りの押し込み量δとなるように、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２とを設置した。実験は、これらトナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦと押し込み量δとの組み合わせについて、同表中Ａ〜Ｎで識別される１４通りのパターンについて行った。

このような１４通りのパターンから構成される現像装置２４において、トナー供給ローラ５２には、トナー供給バイアス電源装置５５により、直流電圧に交流電圧を重畳したトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］として、周波数がｆ［Ｈｚ］であり、トナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きいピーク値がＶ_ＳＨであり、トナーＴの帯電極性と同極性の方向に大きいピーク値がＶ_ＳＬである電圧が印加される。現像装置２４の効果を検証するために、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓのピーク値Ｖ_ＳＨ，Ｖ_ＳＬの値を変化させ、現像ローラ５１上の単位面積あたりのトナー重量［ｍｇ／ｃｍ^２］を測定するとともに、印刷画像の品質を評価した。なお、トナーカートリッジ２５から供給されるトナーＴとして所定の負電圧に帯電したものを用いたときのトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの波形を図４に示す。

また、現像ローラ５１には、現像バイアス電源装置５４により、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄ［Ｖ］が印加される。ここでは、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄとして、−２００［Ｖ］が印加されるものとする。トナーカートリッジ２５から現像装置２４内に取り込まれたトナーＴは、トナー供給ローラ５２によって現像ローラ５１に供給される。現像装置２４においては、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２との接触部において、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの電圧値が、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの電圧値よりもトナーＴの帯電極性方向に大きくなったときに、トナーＴが現像ローラ５１に引き付けられる電界が形成される。これにより、トナーＴは、トナー供給ローラ５２から現像ローラ５１へと移動する。なお、トナーカートリッジ２５から供給されるトナーＴとして所定の負電圧に帯電したものを用いたときに、当該トナーＴがトナー供給ローラ５２から現像ローラ５１へと移動するトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの電圧値と現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの電圧値との関係を図５に示す。同図において、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓがピーク値Ｖ_ＳＬである時間ａ，ｂ，ｃが、トナーＴがトナー供給ローラ５２から現像ローラ５１へと移動する電圧条件を満たす時間である。

さらに、現像ローラ５１の周面上に供給されたトナーＴは、現像ブレード５３によって薄層化される。現像ブレード５３には、トナー層形成バイアス電源装置５６により、トナー層形成バイアス電圧Ｖ_ＢＬ［Ｖ］が印加される。ここでは、トナー層形成バイアス電圧Ｖ_ＢＬとして、−２００［Ｖ］が印加されるものとする。現像ローラ５１の周面上に供給されたトナーＴは、トナー供給ローラ５２、当該現像ローラ５１、現像ブレード５３によって帯電される。現像ローラ５１の周面上で帯電して薄層化されたトナーＴは、当該現像ローラ５１の回転にともない感光体ドラム２１の近傍まで搬送され、当該感光体ドラム２１の周面に形成されている静電潜像を現像する。さらに、現像ローラ５１の周面上で帯電して薄層化されたトナーＴのうち、感光体ドラム２１の周面に形成された静電潜像の現像に用いられずに当該現像ローラ５１の周面上に残存したトナーの一部は、トナー供給ローラ５２に引き付けられ、当該現像ローラ５１の周面上から掻き落とされる。具体的には、現像装置２４においては、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２との接触部において、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの電圧値が、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの電圧値よりもトナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きくなったときに、トナーＴがトナー供給ローラ５２に引き付けられる電界が形成される。これにより、トナーＴは、現像ローラ５１の周面上から掻き落とされる。なお、トナーカートリッジ２５から供給されるトナーＴとして所定の負電圧に帯電したものを用いたときに、当該トナーＴがトナー供給ローラ５２に引き付けられて現像ローラ５１の周面上から掻き落とされるトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの電圧値と現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの電圧値との関係を図５に示す。同図において、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓがピーク値Ｖ_ＳＬである時間ｄ，ｅ，ｆが、現像ローラ５１の周面上からトナーＴが掻き落とされる電圧条件を満たす時間である。

以下、このような現像装置２４について検証した結果について、図６乃至図１１を用いて説明する。

まず、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量を、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの条件を変化させて測定した結果について図６に示す。なお、ここでの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量とは、当該現像ローラ５１の周面のうち、当該現像ローラ５１の回転方向に対して現像ブレード５３よりも下流であり、且つ、感光体ドラム２１と接触する位置よりも上流に位置する領域に存在するトナーＴについての単位面積あたりの重量である。

このような現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量の測定は、上表１に示したトナー供給ローラ５２の周面を構成する半導電性ゴム層の弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦがＨ_ＡＦ＝５０［°］である構成パターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体ＰとしてのＡ４サイズの用紙に印字可能な全ドットを印字する画像形成動作を行う過程であって当該印字媒体Ｐの先端部に画像形成しているときに、画像形成装置を停止して行った。このとき、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆは、ｆ＝１０００［Ｈｚ］としている。ここで、印刷結果の観点から適切な濃度が得られる現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量は、約０．５［ｍｇ／ｃｍ^２］〜０．８［ｍｇ／ｃｍ^２］である。また、この測定は、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓとして、周波数ｆ＝１０００［Ｈｚ］、ピーク値Ｖ_ＳＨ＝−１００［Ｖ］、ピーク値Ｖ_ＳＬ＝−３００［Ｖ］に設定し、Ａ４サイズの用紙に印字可能な全ドット数に対して１％のドットを印字する画像を２００００枚印刷した後に行った。

同図から明らかなように、押し込み量δが大きいほど、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量は少なくなる傾向がみられた。これは、押し込み量δが大きい方が、現像に用いられずに現像ローラ５１の周面上に残存したトナーＴがより多く掻き落とされるためである。

また、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜の値が小さいほど、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が多く、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜の値が大きいほど、当該トナー重量が少なくなる傾向がみられた。これは、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜の値が小さい方が、帯電したトナーＴがトナー供給ローラ５２から現像ローラ５１へと引き付けられる電界が大きく形成されるため、トナーＴの供給量が多くなる一方で、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜の値が大きい方が、帯電したトナーＴが現像ローラ５１からトナー供給ローラ５２へと引き付けられる電界が大きく形成されるため、当該現像ローラ５１の周面上に残存したトナーＴが多く掻き落とされるためである。

さらに、押し込み量δの違いによる現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量に与える影響について検証すると、以下のような結果が得られた。

まず、押し込み量δ＝−０．２［ｍｍ］（−δ＝０．２［ｍｍ］の間隙）とした構成パターンＡの現像装置２４においては、測定したトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの条件全体にわたって、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な値よりも多くなる結果が得られた。これは、トナー供給ローラ５２と現像ローラ５１とが接触していないことに起因して、現像に用いられずに当該現像ローラ５１の周面上に残存したトナーＴが十分に掻き落とされないためである。

また、押し込み量δ＝０，０．２［ｍｍ］とした構成パターンＢ，Ｃの現像装置２４においては、それぞれ、１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦６の範囲にわたって、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な値となった。さらに、押し込み量δ＝０．５［ｍｍ］とした構成パターンＤの現像装置２４においては、１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５の範囲にわたって、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な値となった。さらにまた、押し込み量δ＝０．８［ｍｍ］とした構成パターンＥの現像装置２４においては、０．５≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦３の範囲にわたって、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な値となった。また、押し込み量δ＝１．０［ｍｍ］とした構成パターンＦの現像装置２４においては、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≧１の範囲にわたって、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な値よりも少なくなる結果が得られた。

以上より、トナー供給ローラ５２の周面を構成する半導電性ゴム層の弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦが、Ｈ_ＡＦ＝５０［°］である現像装置２４の場合には、押し込み量δに依存するが、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜＜１である場合には、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な値よりも多くなり、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜＞５である場合には、当該トナー重量が適切な値よりも少なくなり、印刷結果の観点から適切な濃度が得られない場合が生じることがわかる。したがって、この場合には、少なくともトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓを１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５の範囲とする必要があるといえる。また、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓを１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５の範囲とするためには、トナー供給ローラ５２と現像ローラ５１とを接触させ、且つ、その押し込み量δを０．５［ｍｍ］以下とする必要がある。換言すれば、この場合には、少なくともトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓが１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５の範囲であり、且つ、押し込み量δが０［ｍｍ］以上０．５［ｍｍ］以下である必要があることがわかる。

つぎに、構成パターンＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体Ｐの先端部と後端部とにおける画像濃度の濃度差を検証した結果について図７に示す。

この測定は、構成パターンＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体ＰとしてのＡ４サイズの用紙に印字可能な全ドットを印字する画像形成動作を行う過程であって当該印字媒体Ｐの後端部に画像形成しているときに、画像形成装置を停止して、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量を測定し、図６に示した測定で得られた当該印字媒体Ｐの先端部に画像形成しているときの測定結果との差を求めることによって行った。なお、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量とは、上述したように、当該現像ローラ５１の周面のうち、当該現像ローラ５１の回転方向に対して現像ブレード５３よりも下流であり、且つ、感光体ドラム２１と接触する位置よりも上流に位置する領域に存在するトナーＴについての単位面積あたりの重量である。このとき、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆは、ｆ＝１０００［Ｈｚ］としている。

また、この測定は、図６に示した測定と同様に、構成パターンＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの現像装置２４のそれぞれについて、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓとして、周波数ｆ＝１０００［Ｈｚ］、ピーク値Ｖ_ＳＨ＝−１００［Ｖ］、ピーク値Ｖ_ＳＬ＝−３００［Ｖ］に設定し、Ａ４サイズの用紙に印字可能な全ドット数に対して１％のドットを印字する画像を２００００枚印刷した後に行った。ここで、印刷結果の観点から濃度差が十分に小さく、良好な印刷画像が得られる現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量差は、約０．１［ｍｇ／ｃｍ^２］以下（≧０）である。

同図から明らかなように、構成パターンＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅの現像装置２４において、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜の値が小さいほど、トナー重量差が大きくなる傾向がみられた。これは、図６に示した測定結果からわかるように、印字媒体Ｐの先端部に画像形成する際に現像ローラ５１の周面上に形成されるトナー層のトナー量が多く、印字媒体Ｐの後端部に画像形成する際にトナー供給ローラ５２によるトナー供給が追い付かないためである。特に、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜の値が１よりも小さい条件においては、その現象がさらに顕著に現れていることがわかる。一方、構成パターンＦの現像装置２４においては、印字媒体Ｐの先端部と後端部とのいずれの画像形成の際にも、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー量が少ないため、その差が小さいという結果が得られている。

さらに、構成パターンＢの現像装置２４と構成パターンＣの現像装置２４との比較を行うと、構成パターンＢの現像装置２４においては、印字媒体Ｐの先端部の画像形成における現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が大きいことから、印字媒体Ｐの後端部の画像形成においてトナー供給ローラ５２によるトナー供給が若干不足し、この結果、トナー重量差が構成パターンＣの現像装置２４よりも大きくなっている。ただし、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≧１である条件でのトナー重量差は、印刷結果に影響を与えない０．１［ｍｇ／ｃｍ^２］以下であった。

また、構成パターンＣ，Ｄ，Ｅの現像装置２４の比較を行うと、押し込み量δが大きくなるほど、トナー重量差が大きくなるという結果が得られた。これは、印字媒体Ｐの全体で、すなわち、当該印字媒体Ｐの先端部又は後端部のいずれの画像形成の際にも、押し込み量δが大きくなるほど、トナー供給ローラ５２によって現像ローラ５１の周面上から掻き落とされるトナー量が増える一方で、印字媒体Ｐの先端部の画像形成の際には、比較的多くトナーＴが供給されることから、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量差が大きくなることを意味している。ただし、押し込み量δが０［ｍｍ］以上０．５［ｍｍ］以下であり、且つ、｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≧１である条件で、トナー重量差は、印刷結果に影響を与えない０．１［ｍｇ／ｃｍ^２］以下であった。すなわち、濃度差の観点からも、図６に示した測定結果と同様に、少なくともトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓが１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５の範囲であり、且つ、押し込み量δが０［ｍｍ］以上０．５［ｍｍ］以下であれば、適切な印刷結果が得られることがわかる。

つぎに、押し込み量δ＝０［ｍｍ］のときにトナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦと印字濃度との関係について検証するために、図６に示した測定と同様の測定条件で、構成パターンＢ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体Ｐの先端部の画像を形成しているときの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量を測定した。この結果を図８に示す。

同図から明らかなように、トナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦの値が大きいほど、現像ローラ５１の周面上に形成された単位面積あたりのトナー重量が小さくなる傾向がみられた。これは、硬度Ｈ_ＡＦの値が大きいほど、トナー供給ローラ５２によって現像ローラ５１の周面上からより多くのトナーＴを掻き落とすためである。硬度Ｈ_ＡＦ＝５０，２０，８０である構成パターンＢ，Ｈ，Ｉの現像装置２４においては、少なくとも１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５の範囲にわたって、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な範囲（０．５［ｍｇ／ｃｍ^２］〜０．８［ｍｇ／ｃｍ^２］）となった。

さらに、押し込み量δ＝０［ｍｍ］のときにトナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦと印字媒体Ｐの先端部と後端部とにおける画像濃度の濃度差との関係について検証するために、図７に示した測定と同様の測定条件で、構成パターンＢ，Ｈ，Ｉ，Ｊの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体Ｐの先端部の画像を形成しているときの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量と、当該印字媒体Ｐの後端部の画像を形成しているときの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量との差を測定した。この結果を図９に示す。

同図から明らかなように、トナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦの値が大きいほど、現像ローラ５１の周面上に形成された単位面積あたりのトナー重量差が小さくなる傾向がみられた。また、構成パターンＢ，Ｈ，Ｉ，Ｊの現像装置２４の全てにおいて、トナー重量差が適切な範囲（０．１［ｍｇ／ｃｍ^２］以下）となった。ただし、硬度Ｈ_ＡＦの値が最も大きい構成パターンＪの現像装置２４においては、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が少なく、印字媒体Ｐへの印刷画像の濃度が適切な範囲よりも薄かった。また、特に図示していないが、硬度Ｈ_ＡＦ＝１０である構成パターンＧの現像装置２４についても同様に測定を行った。この場合、トナー重量差は大きく、印字媒体Ｐの先端部と後端部との濃度差は大きくなった。これは、図７に示したように、印字媒体Ｐの先端部に画像形成する際に現像ローラ５１の周面上に形成されるトナー層のトナー量が多く、印字媒体Ｐの後端部に画像形成する際にトナー供給ローラ５２によるトナー供給が追い付かないためである。

以上より、押し込み量δ＝０［ｍｍ］である現像装置２４の場合には、トナー供給ローラ５２の周面を構成する半導電性ゴム層の弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦが、２０≦Ｈ_ＡＦ≦８０であれば、画像濃度が適切であり、画像全体にわたっての濃度差が少ない良好な印刷結果が得られることがわかる。

同様に、押し込み量δ＝０．５［ｍｍ］のときにトナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦと印字濃度との関係について検証するために、図６に示した測定と同様の測定条件で、構成パターンＤ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体Ｐの先端部の画像を形成しているときの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量を測定した。この結果を図１０に示す。

同図から明らかなように、押し込み量δ＝０［ｍｍ］の場合と同様に、トナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦの値が大きいほど、現像ローラ５１の周面上に形成された単位面積あたりのトナー重量が小さくなる傾向がみられた。これは、上述したように、硬度Ｈ_ＡＦの値が大きいほど、トナー供給ローラ５２によって現像ローラ５１の周面上からより多くのトナーＴを掻き落とすためである。硬度Ｈ_ＡＦ＝５０，２０，８０である構成パターンＤ，Ｌ，Ｍの現像装置２４においては、少なくとも１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５の範囲にわたって、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が適切な範囲（０．５［ｍｇ／ｃｍ^２］〜０．８［ｍｇ／ｃｍ^２］）となった。

さらに、押し込み量δ＝０．５［ｍｍ］のときにトナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦと印字媒体Ｐの先端部と後端部とにおける画像濃度の濃度差との関係について検証するために、図７に示した測定と同様の測定条件で、構成パターンＤ，Ｌ，Ｍ，Ｎの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体Ｐの先端部の画像を形成しているときの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量と、当該印字媒体Ｐの後端部の画像を形成しているときの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量との差を測定した。この結果を図１１に示す。

同図から明らかなように、押し込み量δ＝０［ｍｍ］の場合と同様に、トナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦの値が大きいほど、現像ローラ５１の周面上に形成された単位面積あたりのトナー重量差が小さくなる傾向がみられた。また、構成パターンＤ，Ｌ，Ｍ，Ｎの現像装置２４の全てにおいて、トナー重量差が適切な範囲（０．１［ｍｇ／ｃｍ^２］以下）となった。ただし、硬度Ｈ_ＡＦの値が最も大きい構成パターンＮの現像装置２４においては、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量が少なく、印字媒体Ｐへの印刷画像の濃度が適切な範囲よりも薄かった。また、特に図示していないが、硬度Ｈ_ＡＦ＝１０である構成パターンＫの現像装置２４についても同様に測定を行った。この場合、トナー重量差は大きく、印字媒体Ｐの先端部と後端部との濃度差は大きくなった。これは、押し込み量δ＝０［ｍｍ］、硬度Ｈ_ＡＦ＝１０である構成パターンＧの現像装置２４と同様に、印字媒体Ｐの先端部に画像形成する際に現像ローラ５１の周面上に形成されるトナー層のトナー量が多く、印字媒体Ｐの後端部に画像形成する際にトナー供給ローラ５２によるトナー供給が追い付かないためである。

以上より、押し込み量δ＝０．５［ｍｍ］である現像装置２４の場合には、トナー供給ローラ５２の周面を構成する半導電性ゴム層の弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦが、２０≦Ｈ_ＡＦ≦８０であれば、画像濃度が適切であり、画像全体にわたっての濃度差が少ない良好な印刷結果が得られることがわかる。

さらに、構成パターンＢ，Ｃ，Ｄ，Ｈ，Ｉ，Ｌ，Ｍの現像装置２４のそれぞれについて、１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５を満たすような条件で、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆ［Ｈｚ］を変化させ、印刷画像の品質を評価した。評価は、Ａ４サイズの用紙に印字可能な全ドット数に対して１％のドットを印字する画像を２００００枚印刷した後に、Ａ４サイズの用紙に印字可能な全ドットを印字する画像を印字媒体Ｐに印刷して行った。

この結果、構成パターンＢ，Ｃ，Ｄ，Ｈ，Ｉ，Ｌ，Ｍの現像装置２４の全てにおいて、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆを５００［Ｈｚ］未満とした場合には、印字媒体Ｐの搬送方向と垂直方向、すなわち、当該印字媒体Ｐの横方向に周期的な横筋が視認された。これは、上述したように、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓが現像バイアス電圧Ｖ_Ｄに対して、トナーＴの帯電極性と同極性の方向に大きい場合には、トナーＴがトナー供給ローラ５２から現像ローラ５１へと引き付けられる電界が形成され、当該現像ローラ５１へのトナー供給量が増加する一方で、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓが現像バイアス電圧Ｖ_Ｄに対して、トナーＴの帯電極性と同極性の方向に小さい場合には、トナーＴが現像ローラ５１からトナー供給ローラ５２へと引き付けられる電界が形成され、当該現像ローラ５１へのトナー供給量が減少するためである。すなわち、現像装置２４においては、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの交流電圧成分の周期に応じて、現像ローラ５１の周面上に供給されるトナーＴの量が増減することになり、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆが小さいほど、現像ローラ５１の周面上に供給されるトナーＴの量の増減周期が長くなり、トナーＴの多少が横筋となって視認されるようになり、印刷画像の品質が悪化するのである。トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆを大きくして評価を重ねた結果、ｆ≧５００であれば良好な品質の印刷画像が得られることがわかった。

また、構成パターンＢ，Ｃ，Ｄ，Ｈ，Ｉ，Ｌ，Ｍの現像装置２４の全てにおいて、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆを５０００［Ｈｚ］よりも大きくした場合には、印字媒体Ｐの先端部における画像濃度が高い一方で、後端部の画像には擦れが発生し、良好な品質の印刷画像が得られなかった。これは、印字媒体Ｐの先端部の画像形成に相当する画像形成動作の初期時では、トナー供給ローラ５２から供給されるトナーＴの量が多すぎて、現像ローラ５１の周面上に安定したトナー供給を行うことができなくなり、当該印字媒体Ｐの後端部の画像形成のために必要なトナーＴが不足したことが原因である。かかる現象は、ｆ＞５０００である場合には、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの交流電圧成分の変化にトナーＴの移動が追従できず、現像ローラ５１へのトナー供給と当該現像ローラ５１の周面上のトナーＴの掻き落としとが行われなくなるためである。トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆを小さくして評価を重ねた結果、ｆ≦５０００であれば良好な品質の印刷画像が得られることがわかった。

以上のような測定及び評価結果から、現像装置２４においては、トナー供給ローラ５２に印加するトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］におけるピーク値のうち、トナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＨとし、トナーＴの帯電極性と同極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＬとしたとき、現像ローラ５１に印加する現像バイアス電圧Ｖ_Ｄを用いて、
１≦｜Ｖ_ＳＨ−Ｖ_Ｄ｜／｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_ＳＬ｜≦５
を満たし、
トナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性体の硬度Ｈ_ＡＦ［°］が
２０≦Ｈ_ＡＦ≦８０
を満たし、
トナー供給ローラ５２が現像ローラ５１に接触して配設され、且つ、その押し込み量δが０．５［ｍｍ］以下であり、
トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆ［Ｈｚ］が
５００≦ｆ≦５０００
を満たすとき、良好な品質の印刷画像を得ることができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置においては、上述した条件を満たす現像装置２４を備えることにより、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２との摩擦に起因する当該現像ローラ５１及び当該トナー供給ローラ５２並びにトナーＴの劣化を防止して、均一な層厚に薄層化されて帯電されたトナーＴを安定して供給することができ、結果として、高品質の印刷物を高速に形成することができる。また、この画像形成装置においては、従来の現像装置を備える場合と比較して、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２とを回転駆動させるために必要なトルクを低くすることができ、高速に動作させた場合であっても印刷物の品質低下を防止することができる。

つぎに、第２の実施の形態として示す画像形成装置について説明する。

この第２の実施の形態として示す画像形成装置は、第１の実施の形態として示した画像形成装置を改良し、現像装置におけるトナー供給ローラに対するトナー供給バイアス電圧の印加方法を異なる方法としたものである。したがって、この第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態の説明と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。

この画像形成装置は、先に図２に示した構成からなり、先に図１に示した構成からなる現像装置２４を備える。

ここで、第１の実施の形態として示した画像形成装置においては、現像装置２４を備えることによる効果を十分に得るためには、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの交流電圧成分のピーク値をトナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きくする必要があった。そのため、第１の実施の形態として示した画像形成装置においては、トナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きい電圧が印加されることにより、現像ローラ５１の周面上で薄層化されるトナーＴのうち、逆極性に帯電したトナーＴが増大し、結果として、本来であればトナーＴが付着すべきでない非画像部分に逆極性に帯電したトナーＴが付着してしまい、印刷画像が汚れてしまうカブリが発生してしまうことがある。

そこで、第２の実施の形態として示す画像形成装置においては、トナー供給ローラ５２に対するトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの印加方法を異なる方法とする。

図１２に、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの波形を示す。このトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓは、上述したように、所定の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧であり、そのピーク値のうち、トナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きい値をＶ_ＳＨとし、トナーＴの帯電極性と同極性の方向に大きい値をＶ_ＳＬとしている。ここで、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄとトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓとの関係が、Ｖ_ＳＬ＜Ｖ_Ｓ＜Ｖ_Ｄである時間をＴ_Ｓとし、Ｖ_Ｄ＜Ｖ_Ｓ＜Ｖ_ＳＨである時間をＴ_Ｒとする。第２の実施の形態として示す画像形成装置においては、これら時間Ｔ_Ｒ，Ｔ_Ｓを所定の値とすることにより、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの交流電圧成分の振幅が小さくても、現像装置２４を備えることによる効果を十分に得ることができるようにする。

現像装置２４においては、第１の実施の形態にて説明したように、トナー供給ローラ５２から現像ローラ５１へとトナーＴが供給される。また、現像ローラ５１の周面上で帯電して薄層化されたトナーＴのうち、感光体ドラム２１の周面に形成された静電潜像の現像に用いられずに当該現像ローラ５１の周面上に残存したトナーＴの一部は、トナー供給ローラ５２に引き付けられ、当該現像ローラ５１の周面上から掻き落とされる。現像装置２４においては、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２との接触部において、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの電圧値が、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの電圧値よりもトナーＴの帯電極性方向に大きくなったときに、トナーＴが現像ローラ５１に引き付けられる電界が形成される。これにより、トナーＴは、トナー供給ローラ５２から現像ローラ５１へと移動する。一方、現像装置２４においては、現像ローラ５１とトナー供給ローラ５２との接触部において、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの電圧値が、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄの電圧値よりもトナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きくなったときに、トナーＴがトナー供給ローラ５２に引き付けられる電界が形成される。これにより、トナーＴは、現像ローラ５１の周面上から掻き落とされる。したがって、現像装置２４においては、時間Ｔ_Ｒの値を大きくした場合には、現像ローラ５１に供給されるトナーＴの量が増大し、当該現像ローラ５１の周面上のトナー量が多くなることになる。一方、現像装置２４においては、時間Ｔ_Ｓの値を大きくした場合には、現像ローラ５１の周面上から掻き落されるトナーＴの量が増大し、当該現像ローラ５１の周面上のトナー量が少なくなることになる。

したがって、第１の実施の形態として示した画像形成装置においては、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓに重畳する交流電圧の波形を変化させ、当該トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓのピーク値Ｖ_ＳＨ，Ｖ_ＳＬを所定の値とすることにより、従来の画像形成装置の問題の解消を図ったのに対して、第２の実施の形態として示す画像形成装置においては、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓに重畳する交流電圧の波形を変化させ、時間Ｔ_Ｒ，Ｔ_Ｓを所定の値にすることにより、従来の画像形成装置の問題を解消することが可能となる。

実際に、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの時間Ｔ_Ｒ，Ｔ_Ｓの比Ｔ_Ｒ／Ｔ_Ｓを変化させて、先に図６に示した測定と同様に、現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量を測定した。この結果を図１３に示す。なお、ここでの現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量とは、上述したように、当該現像ローラ５１の周面のうち、当該現像ローラ５１の回転方向に対して現像ブレード５３よりも下流であり、且つ、感光体ドラム２１と接触する位置よりも上流に位置する領域に存在するトナーＴについての単位面積あたりの重量である。

このような現像ローラ５１の周面上の単位面積あたりのトナー重量の測定は、上表１に示したトナー供給ローラ５２の周面を構成する半導電性ゴム層の弾性ゴム材の硬度Ｈ_ＡＦがＨ_ＡＦ＝５０［°］である構成パターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの現像装置２４のそれぞれについて、印字媒体ＰとしてのＡ４サイズの用紙に印字可能な全ドットを印字する画像形成動作を行う過程であって当該印字媒体Ｐの先端部に画像形成しているときに、画像形成装置を停止して行った。このとき、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄは、−２００［Ｖ］とし、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓは、周波数ｆ＝１０００［Ｈｚ］、ピーク値Ｖ_ＳＨ＝−１００［Ｖ］、ピーク値Ｖ_ＳＬ＝−３００［Ｖ］としている。また、この測定は、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓとして、周波数ｆ＝１０００［Ｈｚ］、ピーク値Ｖ_ＳＨ＝−１００［Ｖ］、ピーク値Ｖ_ＳＬ＝−３００［Ｖ］に設定し、Ａ４サイズの用紙に印字可能な全ドット数に対して１％のドットを印字する画像を２００００枚印刷した後に行った。

この測定結果は、図１３に示すように、先に図６に示した測定結果と同様となり、少なくともトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓが１≦Ｔ_Ｒ／Ｔ_Ｓ≦５の範囲であり、且つ、押し込み量δが０［ｍｍ］以上０．５［ｍｍ］以下であれば、良好な印刷結果が得られることがわかった。

すなわち、第１の実施の形態として示した画像形成装置においては、現像ローラ５１にトナーＴが供給される電界の強さと、当該現像ローラ５１の周面上からトナーＴが掻き落とされる電界の強さとの比を所定の値とすることにより、当該現像ローラ５２の周面上のトナー量を適正な値とすることができたのに対して、第２の実施の形態として示す画像形成装置においては、現像ローラ５１にトナーＴが供給される電界が形成されている時間と、当該現像ローラ５１の周面上からトナーＴが掻き落とされる電界が形成されている時間との比を所定の値とすることにより、当該現像ローラ５２の周面上のトナー量を適正な値とすることができる。

なお、本願出願人は、先に図７乃至図１１に示した測定及び評価と同様に、トナー供給ローラ５２の押し込み量δや硬度Ｈ_ＡＦをパラメータとしたトナー重量やトナー重量差についての測定や、印刷画像の品質評価についても、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの時間Ｔ_Ｒ，Ｔ_Ｓの比Ｔ_Ｒ／Ｔ_Ｓを変化させて行った。これらの結果については、特に図示しないが、同様の結果が得られたことを確認している。

以上のような測定及び評価結果から、現像装置２４においては、
トナー供給ローラ５２の周面を構成する弾性体の硬度Ｈ_ＡＦ［°］が
２０≦Ｈ_ＡＦ≦８０
を満たし、
トナー供給ローラ５２が現像ローラ５１に接触して配設され、且つ、その押し込み量δが０．５［ｍｍ］以下であり、
トナー供給ローラ５２に直流電圧に交流電圧を重畳したトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］を印加する際に、
トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの周波数ｆ［Ｈｚ］が
５００≦ｆ≦５０００
を満たし、
トナー供給ローラ５２に印加するトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］におけるピーク値のうち、トナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＨとし、トナーＴの帯電極性と同極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＬとするとともに、現像バイアス電圧Ｖ_Ｄとトナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓとの関係が、Ｖ_ＳＬ＜Ｖ_Ｓ＜Ｖ_Ｄである時間をＴ_Ｓとし、Ｖ_Ｄ＜Ｖ_Ｓ＜Ｖ_ＳＨである時間をＴ_Ｒとしたとき、
１≦Ｔ_Ｒ／Ｔ_Ｓ≦５
を満たすとき、良好な品質の印刷画像を得ることができる。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置においては、上述した条件を満たす現像装置２４を備えることにより、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの交流電圧成分の振幅が小さくても、第１の実施の形態にて説明した効果を十分に得ることができることから、トナー供給バイアス電圧Ｖ_Ｓの交流電圧成分のピーク値をトナーＴの帯電極性と逆極性の方向に大きくすることによって発生していた、逆極性に帯電したトナーＴによるカブリの発生をなくすことができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、図４や図１２に示したように、交流電圧の波形が経時的に矩形波状に変化するトナー供給バイアス電圧をトナー供給ローラに印加するものとして説明したが、本発明は、例えば図１４に示すように、交流電圧の波形が経時的に三角波状に変化するトナー供給バイアス電圧をトナー供給ローラに印加するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、カラー画像を形成する画像形成装置を用いて説明したが、本発明は、モノクロ画像を形成する画像形成装置にも適用することができる。

さらに、上述した実施の形態では、タンデム型の画像形成装置を用いて説明したが、本発明は、２次転写部材及びベルトを含むいわゆる中間転写方式の画像形成装置にも適用することができる。

さらにまた、上述した実施の形態では、画像の印刷を行う画像形成装置に適用した場合について説明したが、本発明は、トナーによる現像処理をともなう画像形成を行う機器であればいかなるものであっても適用することができ、例えば、電子写真プリンタや、ファクシミリ装置、複写機、及びこれらの機能を複合的に備える装置にも容易に適用することができる。

このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置における現像装置の構造を説明する側方断面図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置の構造を説明する側方断面図である。 図２に示す現像装置の要部構造を説明する側面図であり、押し込み量の定義について説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、所定の負電圧に帯電したトナーを用いたときのトナー供給バイアス電圧の波形を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、所定の負電圧に帯電したトナーを用いたときのトナー供給バイアス電圧の波形を説明する図であり、トナーがトナー供給ローラから現像ローラへと移動する際、及び、トナーがトナー供給ローラに引き付けられて現像ローラの周面上から掻き落とされる際のトナー供給バイアス電圧の電圧値と現像バイアス電圧の電圧値との関係を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、押し込み量をパラメータとし、現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量を、トナー供給バイアス電圧の条件を変化させて測定した結果を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、押し込み量をパラメータとし、印字媒体の先端部の画像を形成しているときの現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量と、当該印字媒体の後端部の画像を形成しているときの現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量との差を、トナー供給バイアス電圧の条件を変化させて測定した結果を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、トナー供給ローラの硬度をパラメータとし、現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量を、トナー供給バイアス電圧の条件を変化させて測定した結果を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、トナー供給ローラの硬度をパラメータとし、印字媒体の先端部の画像を形成しているときの現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量と、当該印字媒体の後端部の画像を形成しているときの現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量との差を、トナー供給バイアス電圧の条件を変化させて測定した結果を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、トナー供給ローラの硬度をパラメータとし、現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量を、トナー供給バイアス電圧の条件を変化させて測定した結果を説明する図であり、図８に示す測定における押し込み量とは異なる押し込み量としたときの結果を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態として示す画像形成装置において、トナー供給ローラの硬度をパラメータとし、印字媒体の先端部の画像を形成しているときの現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量と、当該印字媒体の後端部の画像を形成しているときの現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量との差を、トナー供給バイアス電圧の条件を変化させて測定した結果を説明する図であり、図９に示す測定における押し込み量とは異なる押し込み量としたときの結果を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置において、所定の負電圧に帯電したトナーを用いたときのトナー供給バイアス電圧の波形を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態として示す画像形成装置において、押し込み量をパラメータとし、現像ローラの周面上の単位面積あたりのトナー重量を、トナー供給バイアス電圧の条件を変化させて測定した結果を説明する図である。 図１２に示す波形とは異なるトナー供給バイアス電圧の波形を説明する図である。

符号の説明

１１ 用紙トレイ
１２ 給紙ローラ
１３，１４，３１ 搬送ローラ
１５ 転写ベルト
２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙ，２０Ｋ 画像形成部
２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋ 感光体ドラム
２２Ｃ，２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｋ 帯電ローラ
２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｋ 露光装置
２４Ｃ，２４Ｍ，２４Ｙ，２４Ｋ 現像装置
２５Ｃ，２５Ｍ，２５Ｙ，２５Ｋ トナーカートリッジ
２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙ，２６Ｋ 転写ローラ
２７Ｃ，２７Ｍ，２７Ｙ，２７Ｋ，２８ クリーニングブレード
３０ 定着装置
３２ 排出ローラ
３３ 排紙部
５１ 現像ローラ
５２ トナー供給ローラ
５３ 現像ブレード
５４ 現像バイアス電源装置
５５ トナー供給バイアス電源装置
５６ トナー層形成バイアス電源装置
Ｈ_ＡＦ トナー供給ローラの周面を構成する弾性体の硬度
Ｐ 印字媒体
Ｔ トナー
Ｔ_Ｒ，Ｔ_Ｓ 時間
Ｖ_ＢＬ トナー層形成バイアス電圧
Ｖ_Ｄ 現像バイアス電圧
Ｖ_Ｓ トナー供給バイアス電圧
Ｖ_ＳＨ，Ｖ_ＳＬ トナー供給バイアス電圧のピーク値
δ 押し込み量

Claims (4)

1. 静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置であって、
   所定の直流電圧である現像バイアス電圧Ｖ_Ｄ［Ｖ］が印加され、前記静電潜像担持体の周面に対向して回転することによって当該静電潜像担持体に現像剤を付着させる現像剤担持体と、
   周面が所定の弾性体から構成され、前記現像剤担持体に対して現像剤を供給するように当該現像剤担持体に回転可能に接触して配設された現像剤供給部材と、
   前記現像剤供給部材によって前記現像剤担持体の周面上に供給された現像剤を薄層化する現像剤層形成部材とを備え、
   前記現像剤供給部材は、アスカＦによって測定した硬度Ｈ_ＡＦ［°］が２０≦Ｈ_ＡＦ≦８０である前記弾性体を用いて構成されるとともに、当該現像剤供給部材が前記現像剤担持体に当接することによって押しつぶされた量である押し込み量δ［ｍｍ］が０．５以下となるように配設され、
   前記現像剤供給部材には、所定の直流電圧に交流電圧を重畳した現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］が印加され、
   前記現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］は、その周波数ｆ［Ｈｚ］が５００≦ｆ≦５０００であり、且つ、そのピーク値のうち、前記現像剤の帯電極性と逆極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＨとし、当該現像剤の帯電極性と同極性の方向に大きいピーク値をＶ_ＳＬとするとともに、Ｖ _ＳＬ ＜Ｖ _Ｄ ＜Ｖ _ＳＨ の関係を満たし、前記現像バイアス電圧Ｖ_Ｄ［Ｖ］と当該現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］との関係が、Ｖ _Ｓ ＜Ｖ _Ｄ である時間をＴ_Ｓとし、Ｖ _Ｄ ＜Ｖ _Ｓ である時間をＴ_Ｒとしたとき、Ｔ_Ｒの値がＴ_Ｓの値より大きく、且つ、下記式（１）を満たすものであること
   を特徴とする現像装置。
   Ｔ_Ｒ／Ｔ_Ｓ≦５ ・・・（１）
2. 前記現像剤供給バイアス電圧Ｖ_Ｓ［Ｖ］は、所定の直流電圧に重畳される交流電圧の波形が経時的に矩形波状又は三角波状に変化するものであること
   を特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 所定の直流電圧に重畳される交流電圧の波形を変化させて、前記Ｔ_Ｓの値と前記Ｔ_Ｒの値との比を調整することにより、前記現像剤担持体の周面上の単位面積あたりの現像剤重量を０．５［ｍｇ／ｃｍ^２］〜０．８［ｍｇ／ｃｍ^２］の範囲に維持すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の現像装置。
4. 所定の印字媒体に対して画像を形成する画像形成装置であって、
   搬送された前記印字媒体に対して画像形成を行う画像形成手段は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項記載の現像装置を有すること
   を特徴とする画像形成装置。