(57)【要約】  像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体を露光して静電像を形成する露光装置と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持する現像剤担持体を備える現像装置と、現像剤担持体に現像バイアスを印加する電源とを有する画像形成装置において、  現像バイアスは、ピーク電圧Ｖ１とピーク電圧Ｖ２とを交互に繰り返す振動電圧であり、デューティ比Ｄｕ（％）が６０≦Ｄｕ≦８０であり、  磁性キャリアは、電界強度の増加に伴い抵抗率ρが減少しかつ比誘電率εが増加し、ピーク電圧Ｖ２と暗電位ＶＤにより決定される電界強度Ｅ２Ｄにおける、真空の誘電率ε０、磁性キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρにより表される電荷減衰の時定数ε０ ε ρ（ｓ）と、電界強度Ｅ２Ｄとの積が、２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）の関係を満たし、ピーク電圧Ｖ１と明電位ＶＬにより決定される電界強度Ｅ１Ｌにおける、時定数ε０ ε ρ（ｓ）と比誘電率εが、ε０ ε ρ（ｓ）≦６．０×１０−４    かつ、３０≦ε  の関係を満たすような特性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電像を担持する像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電装置と、
前記帯電装置により暗電位VDに帯電された前記像担持体の表面を露光して明電位ＶＬに変化させることで、前記静電像を形成する露光装置と、
トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持する現像剤担持体を備える現像装置と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する電源と、を有する画像形成装置であって、
前記現像バイアスは、前記トナーに対して前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう第１の方向の静電気力を生じさせる第１のピーク電圧Ｖ１と、前記トナーに対して前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう第２の方向の静電気力を生じさせる第２のピーク電圧Ｖ２とを交互に繰り返す振動電圧であり、前記第１の方向の静電気力を生じさせる位相時間をT1、前記第２の方向の静電気力を生じさせる位相時間をT2としたとき、（Ｔ２／（Ｔ１＋T2））×１００で表されるデューティ比Ｄｕ（％）が、６０≦Ｄｕ≦８０  であり、
前記磁性キャリアは、
電界強度の増加に伴い、抵抗率ρが減少しかつ比誘電率εが増加し、
前記第２のピーク電圧Ｖ２と前記暗電位ＶＤにより決定される電界強度Ｅ２Ｄにおける、真空の誘電率ε０、前記磁性キャリアの比誘電率ε、前記抵抗率ρにより表される電荷減衰の時定数ε０ ε ρ（ｓ）と、前記電界強度Ｅ２Ｄとの積が、２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）の関係を満たし、
前記第１のピーク電圧Ｖ１と前記明電位ＶＬにより決定される電界強度Ｅ１Ｌにおける、前記時定数ε０ ε ρ（ｓ）と前記比誘電率εが、ε０ ε ρ（ｓ）≦６．０×１０−４    かつ、３０≦ε  の関係を満たすような特性を有する画像形成装置。
【請求項２】
前記像担持体の単位面積当たりの静電容量（Ｃ／Ｓ）の値が、１．５×１０−６（Ｃ／Ｓ）以上である請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記像担持体は、アモルファスシリコンを含む感光層を備える請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像バイアスの周波数fが、３≦ｆ（ｋＨｚ）≦８  の範囲を満たす請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記電界強度Ｅ１Ｌが、２．０×１０４  ≦Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）≦４．２×１０４  の範囲を満たす請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記磁性キャリアは、
所定の電界強度よりも大きい電界強度における電界強度の変化に対する抵抗率の減少率が、前記所定の電界強度よりも小さい電界強度における電界強度の変化に対する抵抗率の減少率よりも大きく、
かつ、前記所定の電界強度よりも大きい電界強度における電界強度の変化に対する比誘電率の増加率が、前記所定の電界強度よりも小さい電界強度における電界強度の変化に対する比誘電率の増加率よりも大きいような特性を有する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記磁性キャリアは、ポーラス状のコア内の空隙が樹脂で充填された構成である請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記コアは、樹脂で被覆された構成である請求項６に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、高静電容量の像担持体に好適な画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像形成装置における技術の進展により、電子写真方式による複写機等の印刷市場への進出が期待されている。しかし、本格的に印刷市場に参入するためには、今以上の高画質化且つ高安定化が必須の課題である。
現在までに、画質を向上するための取り組みが盛んに行なわれてきているが、その中の一つに像担持体の取り組みが挙げられる。画質を決定する重要な要因に像担持体の静電潜像がある。静電潜像は一次帯電器により、暗電位ＶＤに帯電された像担持体に対して、レーザー露光により、露光部を明電位ＶＬに減衰することにより形成される。 【０００３】
ここで、一般的な静電潜像の形成過程について詳細を説明する。
図１は像担持体として一般的な有機感光体（ＯＰＣ）の層構成である。
すなわち、支持体１０５上に、下引き層１０４を介して電荷発生層１０３、電荷輸送層１０２、表面層１０１が積層されている。露光された光は、電荷発生層１０３で吸収され、電荷キャリアを生成する。生成された電荷キャリアは電荷輸送層２に注入され、電荷輸送層１０２を移動し、暗電位ＶＤを中和する。これにより、露光部は明電位ＶＬに減衰され、静電潜像は形成される。一般的に、像担持体の膜厚が厚いと、静電潜像が劣化することが知られている。当然、静電潜像が劣化すれば、ドット再現性が悪化し、所望の高画質な画像を得ることができない。【０００４】
このため、高画質化に向けた像担持体の取り組みの一つとして、像担持体の薄膜化が行なわれている。発明者らの検討によると、ＯＰＣにおいて許容されるドット再現性を実現するためには、膜厚を２０μｍ以下（以下、薄膜ＯＰＣ）にする必要があることがわかった。【０００５】
一方、高画質に向けたもう一つの取り組みとして、アモルファスシリコン感光体（以下α−Ｓｉ感光体）が挙げられる。図２は、α−Ｓｉ感光体の層構成である。このα-Ｓｉ感光体は、支持体１１５上に、電荷（ｈｏｌｅ）阻止層１１４を介して電荷発生層１１３、電荷（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）阻止層１１２、表面層１１１が積層されている。図２のように、α−Ｓｉ感光体は、電荷発生層１１３を表面層１１１近傍に作ることが可能なため、電荷の拡散を大幅に抑えることができる。
本発明者らの検討によると、α−Ｓｉ感光体において、許容されるドット再現性を実現するためには、膜厚を６０μｍ以下にする必要があることがわかった。また、α−Ｓｉ感光体は、ＯＰＣに比べて非常に硬度が高いために、印刷市場で要求される耐久性に対しても十分、許容されるレベルであることがわかった。【０００６】
以上のように、電子写真方式による画像形成装置において、高画質化の取り組みとして、像担持体における電荷輸送層の薄膜化や、α−Ｓｉ感光体が挙げられる。その中でも、α−Ｓｉ感光体は、印刷レベルの高画質な画像出力が可能であり、且つ、印刷市場で要求される耐久性を兼ね備える像担持体であると言える。
なお、α−Ｓｉ感光体を用いた画像形成装置としては、たとえば特許文献１に記載されるようなものがある。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２５８５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、α−Ｓｉ感光体は、現像が正規に終了しない「充電不良」が発生し易い。以下、「充電不良」について検討した。
図３は、画像部における最高濃度部（以下ベタ部）における潜像電位を示す。ベタ部の明電位ＶＬに対し、最高濃度を出力するために必要な現像バイアスを印加する。このとき、印加した現像バイアスのＤＣ成分をＶｄｃ、ＶｄｃとＶＬの差を現像コントラスト（Ｖｃｏｎｔ）と呼ぶ。ベタ部の現像は、トナーが現像されることにより発生する電位（以下、充電電位（ΔＶ））が、現像コントラスト（Ｖｃｏｎｔ）を埋めるように行なわれる。そして、現像は充電電位がＶｃｏｎｔを十分埋めきったところで正規に終了する（図４）。ＶＤは非画像部の暗電位、暗電位（ＶＤ）と現像バイアス（Ｖｄｃ）間はかぶり取り電位である。【０００９】
ところが、α−Ｓｉ感光体を使用すると、図５のように、現像終了時においても充電電位がＶｃｏｎｔを全く埋めきれずに終了してしまう。このような現象を「充電不良」と呼ぶ。【００１０】
α−Ｓｉ感光体が充電不良を引き起こしやすい理由について説明する。潜像がトナーで現像されることにより発生する充電電位は、理論的にはΔＶｔｈとして式１のように表される。
【数１】
2009125856.tif 000003
【００１１】
上記式１において、
ｄｔ：トナー層高さ
ｄｍ：像担持体の膜厚（支持体を除く総膜厚）
Ｑ／Ｓ：単位面積当りのトナー電荷量
ε０：真空の誘電率
εｔ：トナー層の誘電率
εｍ：像担持体の比誘電率
但し、それぞれの単位については、当然、式のディメンジョンが合うように代入する。 【００１２】
式１において、第１項はトナー層自身が周辺に作り出す電位ΔＶｔ、第二項はトナー層と像担持体の基層との間でコンデンサーの効果により作り出される電位ΔＶｃである。この両項の足し合わせが、トナーで現像される際に発生する電位、つまり充電電位ΔＶｔｈとなる。なお、ΔＶは充電電位の実測値、ΔＶｔｈは充電電位の理論値（式１から導出される値）である。【００１３】
また、像担持体の膜厚ｄｍは実際の感光層の膜厚を指し、支持体を除いた層の膜厚を指す。具体的には、α−Ｓｉ感光体の場合、像担持体の膜厚ｄｍは、図２の支持体１１５を除いた、表面層１１１と電荷阻止層１１２、１１４と電荷発生層１１３とを足した膜厚である。【００１４】
一方、ＯＰＣの場合、像担持体の膜厚ｄｍは、図１の支持体１０５、下引き層１０４を除いた、表面層１０１と電荷輸送層１０２と電荷発生層１０３を足した膜厚であり、表面層１０１が無い場合は、電荷輸送層１０２と電荷発生層１０３を足した膜厚である。なお、支持体１０５の上に下引き層１０４を形成した場合、像担持体の膜厚ｄｍに下引き層１０４の厚さは含まない。【００１５】
ここで、高画質化のために、α−Ｓｉ感光体を使用した際、α−Ｓｉ感光体の比誘電率はＯＰＣに比べて約３倍大きくなる。つまり、同膜厚において、α−Ｓｉ感光体の単位面積当りの静電容量Ｃ／Ｓ（＝ε０εｍ／ｄｍ）はＯＰＣに比べて、約３倍大きくなる。静電容量が大きければ、同じ電荷量のトナーが現像されても、Ｑ＝ＣＶの関係から、式１の第２項のΔＶｃは低下してしまう。【００１６】
この理由により、α−Ｓｉ感光体は充電不良を引き起こし易い。同様な事が薄膜ＯＰＣにおいても言える。薄膜ＯＰＣは従来膜厚に対して、膜厚が薄くなることにより静電容量が大きくなり、ΔＶｃは低下してしまい、結果的に充電不良を引き起こし易い。【００１７】
図６は、現像剤担持体と像担持体の最近接距離（以下ＳＤギャップ）が３００μｍ、４００μｍのときに、Ｖｃｏｎｔおけるベタ部の像担持体上トナー量（ｍｇ／ｃｍ２）を示している。ＳＤギャップが３００μｍのとき、従来膜厚（３０μｍ）のＯＰＣが充電効率１００％であるのに対し、α−Ｓｉ感光体（３０μｍ）は７０％に低下する。このとき、ＳＤギャップが１００μｍの振れ（ＳＤ４００μｍ）に対して、ＯＰＣは現像されるトナー量にほとんど変化が無いのに対し、α−Ｓｉ感光体は現像されるトナー量に大きな変化がある。【００１８】
この理由について説明する。α−Ｓｉ感光体は充電不良のため、現像が正規に終了していない。つまり、静電潜像にとっては、トナーが現像される余力を十分残した状態で現像が終了している。このため、ＳＤギャップの振れなどによる電界強度の変化で、大きく現像量が変動してしまう。【００１９】
逆に、ＯＰＣのように、正規に現像が終了している場合、例え電界強度が変化しても、現像する余力が少ないため、現像量の変化が少ない。以上より、高静電容量化による充電不良により、現像されるトナー量の安定性が極端に低下することがわかった。印刷市場では、全ての出力画像が高画質であると同時に、同画質であることを求められる。つまり、画像濃度を決定するトナー量は、全ての出力画像で変化が無いことを求められる。このためには、上記充電不良を解決することが必須となる。【００２０】
ＯＰＣの膜厚（３０μｍ、２５μｍ、２０μｍ）を変え、充電率を測定した結果、充電率はそれぞれ１００％（３０μｍ）、９０％（２５μｍ）、７５％（２０μｍ）であった。このとき、上記測定を行なったところ、ＳＤギャップ１００μｍの振れに対して、膜厚３０μｍ（充電率１００％）、膜厚２５μｍ（充電率９０％）は現像量の変動が少なく、安定性の許容レベルであることがわかった。以上の技術的理由により、充電効率は９０％以上である必要がある。【００２１】
上記像担持体の高静電容量化に伴う充電不良を解決するべく、従来は、積極的に現像剤担持体から像担持体へとトナーを飛翔させるような現像バイアスを採用することが行われた。
しかしながら、このような現像バイアスを用いると、画像部以外の非画像部に対してもトナーが付着してしまう、いわゆる「かぶり」という別の課題を生じてしまっていた。
従って、充電率を向上させつつ、かぶりという問題も生じないという画像形成装置が望まれていた。【００２２】
そこで本発明の目的は、高静電容量の像担持体を使用する際に、かぶりを悪化させずに、充電不良を解決し、高画質且つ高安定を両立させ得る画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するための画像形成装置は、  静電像を担持する像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電装置と、
前記帯電装置により暗電位VDに帯電された前記像担持体の表面を露光して明電位ＶＬに変化させることで、前記静電像を形成する露光装置と、
トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持する現像剤担持体を備える現像装置と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する電源と、を有し、
前記現像バイアスは、前記トナーに対して前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう第１の方向の静電気力を生じさせる第１のピーク電圧Ｖ１と、前記トナーに対して前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう第２の方向の静電気力を生じさせる第２のピーク電圧Ｖ２とを交互に繰り返す振動電圧であり、前記第１の方向の静電気力を生じさせる位相時間をT1、前記第２の方向の静電気力を生じさせる位相時間をT2としたとき、（Ｔ２／（Ｔ１＋T2））×１００で表されるデューティ比Ｄｕ（％）が、６０≦Ｄｕ≦８０  であり、
前記磁性キャリアは、
電界強度の増加に伴い、抵抗率ρが減少しかつ比誘電率εが増加し、
前記第２のピーク電圧Ｖ２と前記暗電位ＶＤにより決定される電界強度Ｅ２Ｄにおける、真空の誘電率ε０、前記磁性キャリアの比誘電率ε、前記抵抗率ρにより表される電荷減衰の時定数ε０ ε ρ（ｓ）と、前記電界強度Ｅ２Ｄとの積が、２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）の関係を満たし、
前記第１のピーク電圧Ｖ１と前記明電位ＶＬにより決定される電界強度Ｅ１Ｌにおける、前記時定数ε０ ε ρ（ｓ）と前記比誘電率εが、
ε０ ε ρ（ｓ）≦６．０×１０−４    かつ、３０≦ε  の関係を満たすような特性を有する。
【発明の効果】
【００２４】
キャリアＣとデューティバイアスとを、所定の条件下で用いることで、かぶりと充電性の両立を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】有機感光体の一例の層構成模型図である。
【図２】α−Ｓｉ感光体の一例の層構成模型図である。
【図３】潜像電位を示す図である。
【図４】充電状態の潜像電位を示す図である。
【図５】充電不良状態の潜像電位を示す図である。
【図６】ＳＤギャップ変動におけるトナー量とＶｃｏｎｔの関係を示す図である。
【図７】本実施例で使用したバイアスを示す波形図である。
【図８】デューティ波のデューティ比と充電率の関係を示す図である。
【図９】デューティ波のデューティ比とかぶりの関係を示す図である。
【図１０】デューティ波のデューティ比とかぶりの関係を示す図である。
【図１１】ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）とかぶりの関係を示す図である。
【図１２】デューティ波のデューティ比と充電率の関係を示す図である。
【図１３】電界強度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と磁性キャリアの抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）の関係を示す図である。
【図１４】電界強度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と磁性キャリアの比誘電率εの関係を示す図である。
【図１５】電界強度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と磁性キャリアのε０ερ（ｓ）の関係を示す図である。
【図１６】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図１７】現像前、現像後に表面電位計で得られる潜像電位を示す図である。
【図１８】現像後の充電電位を示す図である。
【図１９】磁性キャリアの抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）、比誘電率εの測定に用いた装置の概要図である。
【図２０】測定により得られたコール・コール（Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ）プロットを示す図である。
【図２１】実施例で用いた磁性キャリアＡ、Ｂ、Ｃにおける電界強度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と磁性キャリアの抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）の関係を示す図である。
【図２２】実施例で用いた磁性キャリアＡ、Ｂ、Ｃにおける電界強度Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と磁性キャリアの比誘電率εの関係を示す図である。
【図２３】Ｑ／Ｍの実測方法に用いたファラデーゲージの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
（１）画像形成装置例
図１６は画像形成装置の一例の概略構成図である。この画像形成装置は電子写真プロセス利用、デジタルーイメージ露光方式、反転現像方式のレーザービームプリンタである。 
【００２７】
本実施例では、デジタルーイメージ露光方式、反転現像方式としたが、バックグラウンド露光方式、正規現像方式などにおいても、本請求項の範囲内に含まれる。
１は像担持体としてのドラム型の電子写真感光体である。ドット再現性の向上のためには、像担持体表面の表面電荷密度を高くすることが有効である。そこで、この像担持体１は高静電容量のものとなっており、特に、単位面積当りの静電容量（Ｃ／Ｓ）がＣ／Ｓ≧１．５×１０−６（Ｆ／ｍ２）のものである。許容されるドット再現性を実現するためには、α−Ｓｉ感光体は６０μｍ以下、薄膜ＯＰＣは２０μｍ以下である必要があり、このときの、Ｃ／Ｓ（＝ε０εｍ／ｄｍ）＝１．５×１０−６（Ｆ／ｍ２）を下限値としている。高画質化のためには、Ｃ／Ｓ≧１．５×１０−６（Ｆ／ｍ２）を満たすことが好適である。よって、Ｃ／Ｓの値は大きい程ドット再現性は良化する方向なので、ドット再現性の観点だけで言えば、Ｃ／Ｓの値に上限はない。但し、静電容量（Ｃ／Ｓ）の値を大きくしていくと、前述のように、充電不良を引き起こしやすくなる。そして、充電不良により、現像の安定性が極端に低下する。
【００２８】
本例において、該像担持体１は、アモルファスシリコン感光体（α−Ｓｉ感光体）である。α−Ｓｉ感光体は、基本的には、導電性基体上にアモルファスシリコンを含む感光層を備えるものである。感光層は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ等のアモルファスシリコン系材料から形成されたものであり、例えばグロー放電分解法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、蒸着法などによって形成される。
【００２９】
像担持体１は矢印ｒの時計方向に所定の速度で回転駆動され、その表面が一次帯電器（帯電装置）２によって所定の暗電位ＶＤに均一に帯電される。２ａは一次帯電器２に対する帯電バイアス印加電源である。３はデジタル露光手段としてのレーザースキャナー（レーザー露光装置）である。このスキャナー３にはイメージスキャナー等のホスト装置１１から時系列電気デジタル画素信号が入力される。
【００３０】
すなわち、ホスト装置１１においては、ＣＣＤなどによって得られた画像信号がＡ／Ｄコンバータによりデジタル化された後、信号処理部に送られて画像濃度に対応して２値の画像信号に変換される。
【００３１】
この画像信号がスキャナー３に送られる。スキャナー３は、レーザードライバー、レーザー、ポリゴンミラー、ミラー等を有し、レーザードライバーに上記の画像信号が入力される。レーザードライバーはその入力する画像信号に応じてレーザーの発光を変調する。 
【００３２】
変調されたレーザー光により像担持体１の暗電位面が走査露光Ｌ（イメージ露光）される。露光部の暗電位ＶＤが減衰して明電位ＶＬとなり、静電潜像が形成される。イメージ露光方式とは、現像時にトナーを付着すべき像担持体の部分をあらかじめ露光しておくものであり、像担持体の明電位部分がトナーで現像される方式である。
【００３３】
４は、像担持体１の表面に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置である。本例の現像装置４は、現像剤として、磁性キャリアと非磁性トナーからなる２成分現像剤Ａを用いた反転現像装置である。トナーとキャリアの重量比は所定に調整されている。現像剤Ａは、現像容器４ａ内に収容されていて、攪拌部材４ｂで攪拌されて、トナーが負極性に摩擦帯電される。その現像剤Ａが現像剤担持体としての現像スリーブ４ｃに供給される。
【００３４】
現像スリーブ４ｃは矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。現像スリーブ４ｃ内には、複数の磁極を有する磁性体からなるマグネットローラ４ｄを配設してある。現像スリーブ４ｃに供給された現像剤Ａは現像スリーブ４ｃの表面にマグネットローラ４ｄの磁気力により磁気ブラシ層として担持され、現像スリーブ４ｃの回転により搬送される。その搬送途中で、ブレード４ｅにより層厚の規制を受け、現像スリーブ４ｃと像担持体１との対向部である現像領域へと搬送される。
【００３５】
現像スリーブ４ｃには現像バイアス印加電源４ｆから所定の現像バイアスが印加される。このバイアス印加により現像領域に現像電界を発生させて、キャリアに付着しているトナーをキャリアから引き離し、像担持体１側の静電潜像をネガトナーで反転現像する。反転現像方式は、像担持体が帯電器によって帯電される極性と、トナーの帯電極性が同じものである。
【００３６】
現像領域で現像に供された現像剤磁気ブラシ層は引き続く現像スリーブ４ｃの回転により現像容器４ａ内に戻し搬送されて、現像スリーブ４ｃ面から磁気的に剥ぎ取られる。そして、現像スリーブ４ｃにはフレッシュな現像剤が供給される。現像容器４ａ内の現像剤Ａは、トナーが現像により消費されることで、トナー濃度が低下する。これを補償するために、不図示のセンサにより現像容器４ａ内の現像剤Ａ中のトナー濃度を監視している。そして、トナー濃度が許容下限濃度まで低下したら、補給用トナー容器４ｇから現像容器４ａ内の現像剤Ａに適量のトナーを補給する動作を間欠的に実行させる。これにより、トナー濃度を所定の範囲内に維持させている。      
【００３７】
像担持体１に形成されたトナー像は転写装置としての転写帯電器５により、不図示の給紙部から像担持体１と転写帯電器５との対向部に所定の制御タイミングで給送されたシートなどの記録材（転写材）Ｐに順次に転写される。転写帯電器５には転写バイアス印加電源５ａよりトナーの帯電極性とは逆である正極性の転写バイアスが所定の制御タイミングで印加される。これにより、像担持体１側のトナー像が記録材Ｐの面に静電転写される。 
【００３８】
転写部を通過した記録材Ｐは、像担持体１の面から分離されて、定着器８へ導入される。定着器８は記録材Ｐ上の未定着トナー像を永久固着画像として熱と圧力で定着して、記録材Ｐを排紙する。記録材分離後の像担持体１は、クリーナー６のクリーニングブレード６ａにより拭掃されて、転写残りトナー等の残留付着物の除去処理を受け、更に、前露光装置７による全面露光を受けて除電され、繰り返して画像形成に供される。
【００３９】
９は制御回路部（制御手段）である。この制御回路部９は画像形成装置の各種プロセス機器から入力する信号や各種プロセス機器への指令信号の処理、所定の作像シーケンス処理を司る。ＲＯＭ内に格納された制御プログラムや参照テーブルにしたがって装置を制御する。
【００４０】
１０は操作パネル部である。この操作パネル部１０から制御回路部９に各種の画像形成条件が入力される。また、制御回路部９から操作パネル部１０に各種の情報が入力されて表示部に表示される。
【００４１】
（２）像担持体の静電容量（Ｃ／Ｓ）、比誘電率ε［ｍ］、膜厚ｄ［ｍ］の測定方法
本検討で使用した像担持体の静電容量（Ｃ／Ｓ）の測定方法について説明する。金属基体上に実際の感光層（電荷発生層、電荷阻止層、表面層）と同様の層構成を施した平板状感光板を用意し、感光板よりも小さな電極を接触させる。電極に、２００V、４００V、６００V、８００V、１０００Vの直流電圧を各々印加した時に流れる電流をモニターし、得られた電流曲線を時間積分することで、感光層にたまった電荷量ｑを求める。
これを直流電圧の値を可変しながら行い、電荷量ｑと電圧値Ｖの傾きから、感光板の静電容量（Ｃ）を求めた。このとき、使用した電極の面積（Ｓ）から、単位面積における静電容量（Ｃ／Ｓ）を求めた。
【００４２】
次に、本検討で使用した像担持体の膜厚ｄｍ、比誘電率εｍの測定方法について説明する。上記の感光板に対して、感光層を施す前後の厚みを膜厚計で測定し、その差分を算出することにより、感光層の膜厚ｄｍを求めた。また、比誘電率εｍは上記方法で求めた静電容量（Ｃ／Ｓ）、膜厚（ｄｍ）を理論式（εｍ＝（Ｃ・ｄｍ）／（Ｓ・ε０））に代入することにより求めた。
【００４３】
（３）充電効率の測定方法
以下の検証で充電不良の程度を数値化するために導入した「充電効率」について説明する。充電効率は、式３に表す通り、現像コントラストＶｃｏｎｔに対する充電電位ΔＶの割合である。ここでＶｃｏｎｔは、現像バイアスのＤＣ成分と、像担持体の画像部分となるべき部分の明電位ＶＬとの電位差である。
【００４４】
ΔＶは、潜像電位部分の現像後のトナー層表面電位と、現像前の潜像電位との電位差である。即ち、ベタ画像部に対応する像担持体のΔＶは、ベタ画像部に対応する像担持体の部分である明電位部分の現像後のトナー層表面電位と、ベタ画像部に対応する像担持体の部分である現像前の明電位との電位差である。明電位、トナー層電位などの電位の測定は現像位置もしくは現像位置近傍で、表面電位計により測定した。ここで用いた表面電位計は、トレック社製のＭＯＤＥＬ３４７である。
【００４５】
【数３】
2009125856.tif 000004
【００４６】
充電効率の測定方法について説明する。
始めに２成分現像剤Ａを入れない空の現像装置４を用意し、帯電、潜像形成後における、トナーで現像されていない像担持体１上の表面電位（現像前潜像電位）を現像装置直下に配置した表面電位計１２により計測する。
【００４７】
次に、２成分現像剤Ａを入れた現像装置４を用意し、実際に、帯電、潜像形成後に現像バイアスを印加することにより、像担持体１上にトナー像を形成する。現像直後の像担持体表面の電位（現像後潜像電位）を同様に表面電位計１２により計測する。
【００４８】
上記の２通りの方法により得られた、現像前潜像電位と現像後潜像電位の電位プロフィールを図１７に示す。図１８のように、現像前潜像電位と現像後潜像電位のそれぞれの表面電位値を差し引くことにより、実際にトナーが現像されることによって作られるΔＶを求めることができる。このときのＶｃｏｎｔに対するΔＶの割合が充電効率となる（式３）。
【００４９】
なお、当然、Ｖｃｏｎｔは現像位置で決定される。つまり、現像装置４の位置に専用の表面電位計を設置し、現像位置の潜像電位を測定し、その潜像電位に対してＶｄｃを決定し、現像位置におけるＶｃｏｎｔを保証している。
【００５０】
（４）磁性キャリアの抵抗率ρ、比誘電率εの測定方法
磁性キャリアの抵抗率ρ、比誘電率εの測定方法について説明する。図１９は測定に用いた装置の概要図である。この装置は、キヤノン製複合機IRC−6800を改造したものを用いる。この複合機の感光ドラムを、感光層のないφ８４mmのアルミニウム製の円筒体２０１（以下Ａｌドラム）に置き換えて回転駆動可能とする。Ａ１ドラムは周速が286mm/secの速さで回転する。そして改造機の現像器２０３内には、測定を行いたい磁性キャリア２０２を単体で充填する。そして、磁性キャリア２０２を担持したφ２０mmの現像スリーブ２３１を、Ａｌドラムに対向させる。この際、現像スリーブ231は、Ａ１ドラムとの対向部においてＡ１ドラムと同じ方向に移動するように回転し、その周速は500mm/secである。なお、Ａ１ドラムと現像スリーブとは、その対向部において300μｍの空隙（ＳＤギャップ）を形成するように位置決めされている。
【００５１】
そして、上記の条件でＡｌドラム２０１及び現像スリーブ２３１を回転させながら、Ａｌドラム２０１と現像スリーブ２３１間に電源２０４（ＮＦ社製  ＨＶＡ４３２１）により、互いに電圧値が異なるＡＣ電圧（Ｓｉｎ波）を各々印加する。このとき、この複数の電圧値は、キャリアのインピーダンスの電界依存性を調べたい電界範囲が得られる範囲内の値が適宜設定される。そして、この各電圧値におけるＳｉｎ波において、周波数を１Hz〜１０KHzの間で変化させ、各印加電圧における応答電流を計測することにより、インピーダンスを測定することができる。本発明においては、英国ソーラトロン社製の誘電体測定システム２０５（１２６０９６Ｗ）により、この周波数変化は自動で行われ、インピーダンスの測定は自動で行われる。
【００５２】
解析方法について説明する。周波数を１Ｈｚから１０ｋＨｚまで変化させた際の各測定値（Ｒｅ（Ｚ）、Ｉｍａ（Ｚ））をプロットしたコール-コール（Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅ）プロットより（図２０参照）、等価回路を導出する。
Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットが、図２０のような半円の場合、磁性キャリアの等価回路がＲＣの並列回路であることを示唆している。そして、前記ソーラトロン社製の解析ソフト（Ｚｖｉｅｗ）により、ＲＣ並列回路でフィッティングすることにより、磁性キャリアのＲ成分、Ｃ成分を求めることができる。
【００５３】
なお、上記解析方法により求めた静電容量Ｃｔには、現像スリーブ２３１とＡｌドラム２０１における現像領域（以下現像ニップ）外の空気層（比誘電率１）による影響も含まれる。つまり、磁性キャリア２０２の静電容量Ｃを求めるためには、上記解析方法により求められる静電容量Ｃｔに対して、現像ニップ外の空気層による静電容量Ｃａを引く必要がある。
【００５４】
Ｃａの導出方法について説明する。磁性キャリア２０２を内包していない空の現像器２０３を上記測定方法により測定する。上記解析方法により求められるＣａｔは、現像ニップ内の空気層による静電容量Ｃａｎと現像ニップ外の空気層による静電容量Ｃａの合成値となる。静電容量Ｃａｎは、空気層の比誘電率（ε＝１）とＳＤギャップ（ｃｍ）、磁性キャリアのＡｌドラム１に対する接触面積（ｃｍ２）から求めることができる。求められるＣａｔとＣａｎから、Ｃａを導出することができる（Ｃａ＝Ｃａｔ−Ｃａｎ）。最終的に、磁性キャリアの静電容量ＣはＣ＝Ｃｔ−Ｃａで決定される。
【００５５】
上記解析方法により求めた磁性キャリア２０２の抵抗Ｒと静電容量Ｃに対して、ＳＤギャップ（ｃｍ）、磁性キャリア２０２のＡｌドラム２０１に対する接触面積（ｃｍ２）から、それぞれ磁性キャリア２０２の抵抗率ρ（Ω・ｃｍ）、比誘電率εを求めた。
【００５６】
なお、本出願の請求項における磁性キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρは上記測定方法により求められた値を使用している。つまり、本請求項において使用される磁性キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρは、磁性キャリア単体の物性値ではなく、現像ニップ内に存在する磁性キャリアと空気層を含めた比誘電率ε、抵抗率ρを表している。
【００５７】
また、上記測定方法により求められる抵抗率ρ、比誘電率εはトナーを考慮していない。実際にトナーと混合された２成分現像剤の各物性値は異なることが予想される。しかしながら、現像バイアス印加下においては、トナーは磁性キャリアと像担持体間を絶えず運動しているため、現像ニップ中の各物性値において、トナーの影響は小さいと考えられる。従って、本発明において、抵抗率ρ、誘電率εを規定するにあたり、トナーを考慮していない。
【００５８】
（５）磁性キャリアの抵抗率ρ、比誘電率εの電界強度依存性測定方法  
磁性キャリアの抵抗率ρ、比誘電率εの電界強度依存性の測定方法について説明する。前述したように、図１９の電源２０４により、印加されるＳｉｎ波の振幅を変化させることにより、  抵抗率ρと比誘電率εの電界強度依存性を測定することができる。このとき、電界強度はＳｉｎ波の振幅（Ｖ）をＳＤギャップ（ｃｍ）で割ったものである。
測定例を、図２１（ρ）、図２２（ε）に示す。Ａは本実施例で使用した高誘電率キャリア、Ｂは本実施例で使用した低誘電率キャリア、Ｃは本実施例で使用した本発明に従うキャリアＣである。
【００５９】
（６）現像バイアス印加下における電界強度の決定方法
現像バイアス印加下における電界強度は次の通り決定される。
例えば、図７のような現像バイアスの場合、トナーを像担持体方向へ移動させる位相時間をＴ１とし、現像剤担持体方向へ移動させる位相時間をＴ２とする。磁性キャリアに拘束されたトナーに対し、画像部（ＶＬ）方向へ働く力が最も強く印加される電界強度はＥ１Ｌ（＝（Ｖ１−ＶＬ）/ＳＤギャップ）［Ｖ/ｃｍ］である。一方、像担持体上の非画像部（ＶＤ）のトナーに対し、現像剤担持体方向へ働く力が最も強く印加される電界強度は、電界強度Ｅ２Ｄ（＝（Ｖ２−ＶＤ）／ＳＤギャップ）［Ｖ／ｃｍ］である。現像バイアス印加下における磁性キャリアの抵抗率ρ、比誘電率εは、上記電界強度における抵抗率ρ、比誘電率εを測定方法（５）により求めた。
【００６０】
（７）実施例１
本実施例１では、物性値（ε、ρ）の異なる磁性キャリアにおいて、画像出力条件を固定の下、充電性、かぶりの測定を行なった。
検証結果について説明する。検討機は、前述したＩＲＣ−６８００（キヤノン株式会社製のコピー複合機の型番）の改造機を用い、デジタル−イメージ露光方式、反転現像方式により現像を行なった。
【００６１】
使用した像担持体は、膜厚ｄｍ＝３０μｍ、比誘電率εｍ＝１０、単位面積の静電容量Ｃ／Ｓ＝３．０×１０−６（Ｆ／ｍ２）のα−Ｓｉ感光体である。膜厚ｄｍ、単位面積当りの静電容量Ｃ／Ｓ、比誘電率εｍは上記測定方法（２）により測定した。
【００６２】
上記像担持体は、図１６に示す一次帯電器２によって、現像位置において、像担持体１表面を所望の暗電位ＶＤ（−４８０Ｖ）に均一に帯電し、スキャナー３により、現像位置において、ベタ部の電位を所望の明電位ＶＬ（−１３０Ｖ）に調整した。
【００６３】
現像スリーブ４ｃと像担持体１との距離（ＳＤギャップ）は３００μｍである。
【００６４】
このとき使用した現像バイアスは、図７に示すようなＤＣ成分にＡＣ成分を重畳した波形である。具体的には、周波数５ｋＨｚ、デューティ比６０％、ピーク・ツウ・ピーク電圧（以下Ｖｐｐ）が１．５４ｋＶのデューティ波である。
【００６５】
現像バイアスと明電位ＶＬ、暗電位ＶＤとで決定される引き戻し方向と現像方向の電界強度Ｅ１Ｌ、Ｅ２Ｄ  は、
Ｅ１Ｌ＝３．７×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］、Ｅ２Ｄ＝２．６×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］であった。
ＤＣ成分のＶｄｃは、像担持体の静電潜像、詳しくはベタ部に対応する明電位ＶＬ（−１３０Ｖ）、暗電位ＶＤ（−４８０Ｖ）に対して、必要な現像コントラスト（２００Ｖ）、かぶり取り電位（１５０Ｖ）を確保する。そのために、Ｖｄｃ＝−３３０［Ｖ］で検討を行なった。ここで、現像コントラストとはＶｄｃと明電位ＶＬとの差であり、かぶり取り電位とはＶｄｃと暗電位ＶＤとの差である。
【００６６】
なお、本検討において周波数は５ｋＨｚとしたが、周波数は３ｋＨｚ〜８ｋＨｚであることが好ましい。発明者らの検討によると、周波数が３ｋＨｚより小さい場合、どの条件においても、かぶりが許容レベルに達せず、周波数が８ｋＨｚより大きい場合、どの条件においても、充電性が許容レベルに達しないことがわかった。
【００６７】
次に、本発明で使用した現像剤について説明する。
現像剤としては非磁性トナーと磁性キャリアを有する２成分現像剤を使用している。使用した非磁性トナーとしては、従来公知の粉砕法により作成されたトナーを使用した。一方、使用した磁性キャリアとしては、物性値（ε、ρ）の異なる３種類のキャリアを用意した。それぞれの特徴を具体的に挙げる。
【００６８】
・高誘電率（低抵抗）キャリアＡ：
高誘電率キャリアＡとしては、例えば、コア材として下記式（１）又は（２）で表される磁性を有するマグネタイト及びフェライトを用いるものが挙げられる。
ＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３  ・・・（１）
Ｍ・Ｆｅ２Ｏ４    ・・・（２）
（式中、Ｍは３価、２価又は１価の金属イオンを示す）
【００６９】
Ｍとしては、Ｂｅ，Ｍｇ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｐｂ及びＬｉが挙げられ、これらは単独或いは複数で用いることができる。
【００７０】
上記の磁性を有する金属化合物粒子の具体的化合物としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｆｅ系フェライト、Ｍｎ―Ｍｇ−Ｓｒ−Ｆｅ系フェライト及びＬｉ−Ｆｅ系フェライトなどの鉄系酸化物が挙げられる。
【００７１】
フェライト粒子の製造方法としては、公知の方法を採用することができる。例えば、次のような方法を挙げることができる。
即ち、サブミクロンサイズに粉砕されたフェライト組成物に、バインダー、水、分散剤等を混合し、スプレードライヤー法や流動造粒法を用いて粒子を形成する。
その後、ロータリーキルンや回分式焼成炉で７００〜１４００℃、好ましくは８００〜１３００℃の範囲の温度で焼成する。次いで、篩分級して粒度分布を制御して、キャリア用の芯材粒子とする。
【００７２】
更にフェライト粒子表面に、浸漬法によりシリコーン樹脂等の樹脂を０．１〜１．０質量％程度コートする。このようにして作製された磁性キャリアを、ここでは高誘電率キャリアＡと呼ぶ。
【００７３】
・低誘電率（高抵抗）キャリアＢ：
低誘電率キャリアＢとしては、例えば、次のようなものが挙げられる。
第一には、マグネタイト粒子と熱可塑性樹脂とを溶融混練し、粉砕して製造する磁性体分散型樹脂キャリアをコア材として用いるものである。
【００７４】
第二には、マグネタイト粒子と熱可塑性樹脂とを溶媒中に溶融分散させたスラリーをスプレードライヤー等により噴霧乾燥させて製造する磁性体分散型樹脂キャリアをコア材として用いるものである。
【００７５】
第三には、マグネタイト粒子及びヘマタイト粒子存在下で、フェノールを直接重合により反応硬化させた磁性体分散型樹脂キャリアをコア材として用いるものである。
【００７６】
これらのキャリアコア材に、更に流動層コーティング装置などにより、熱可塑性樹脂等の樹脂を１．０〜４．０質量％程度コートする。このようにして作製された磁性キャリアを、ここでは低誘電率キャリアＢと呼ぶ。
【００７７】
・本発明に従うキャリアＣ：
一方、本発明に従うキャリアＣとしては、例えば、ポーラス状のコアにシリコーン樹脂等の樹脂を流し込み、コア内の空隙を樹脂で充填したポーラス状樹脂充填キャリアを用いることができる。
【００７８】
キャリアＣの作製方法としては、次のような方法を挙げることができる。
初めに、上記高誘電率キャリアＡに用いられるようなＮｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａからなる群から１種または２種以上選ばれる金属酸化物、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）を所定量秤量し、混合する。
【００７９】
次に、得られた混合物を７００〜１０００℃の範囲で５時間仮焼し、その後、０．３〜３μｍ程度の粒径に粉砕する。得られた粉砕物に、バインダー、水、分散剤、必要に応じて有機微粒子やＮａ２ＣＯ３の如き空孔形成剤を加え、１００〜２００℃の加熱雰囲気下でスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、２０〜５０μｍ程度の大きさに造粒する。
【００８０】
その後、酸素濃度５％以下の不活性ガス（例えば、Ｎ２ガス等）の雰囲気下において焼結温度８００〜１４００℃で８〜１２時間焼成する。これにより、ポーラス状のコアが得られる。次いで、シリコーン樹脂を減圧した状態で浸漬法により８〜１５質量％充填し、１８０〜２２０℃不活性ガス雰囲気下でそのシリコーン樹脂を硬化させる。また、必要な場合は、更に、浸漬法により、熱硬化性樹脂等の樹脂を０．１〜５．０質量％程度被覆（コート）する。
【００８１】
上記製造方法において、コアのポーラス度、並びに、コア材の抵抗、更には、充填するシリコーン樹脂等の樹脂量、被覆樹脂であるコート樹脂の樹脂量等を制御することにより、キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρを制御することができる。
【００８２】
次に、このようなキャリアを用いた画像形成装置において、充電性やかぶりを改善するべく、発明者らが行った検討結果を、以下に示していく。
まず、充電率を改善するための有効な手段として、振動電圧による現像バイアスによりトナー運動を制御する方法を検討した。具体的には、図７に示すように、１周期に対してトナーに対して現像剤担持体から像担持体方向に向かう第１の方向の静電気力を生じさせる位相時間をＴ１、Ｔ１におけるピーク電圧を第１のピーク電圧Ｖ１とする。また、トナーに対して像担持体から現像剤担持体方向に向かう第２の方向の静電気力を生じさせる位相時間をＴ２、Ｔ２におけるピーク電圧を第２のピーク電圧Ｖ２とし、Ｖ１とＶ２を交互に繰り返す。そのとき、現像バイアスのＤＣ成分Ｖｄｃや現像方向のピーク電圧Ｖ１をある電圧値に維持したまま、１周期に占めるＴ２の割合（以下デューティ（Ｄｕｔｙ）比という）を上げる。この際、周期Ｔ１におけるＶｄｃを基準軸としたと波形の積分値と、周期Ｔ２におけるＶｄｃを基準軸とした波形の積分値とが、同じ値となるように、Ｖ１とＶ２の値、及びＴ１とＴ２の割合が決定される。これにより、引き戻し方向のピーク電圧Ｖ２を弱める振動バイアス（以下デューティ（Ｄｕｔｙ）波という）とする。なお、ここでのデューティ比（Ｄｕ）（％）は、（Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））×１００  という関係式で算出されるものである。
【００８３】
このようなデューティ波は、位相時間Ｔ２において、トナーを現像剤担持体方向へ引き戻す力を弱めるために、トナーが像担持体近傍に局在する。これにより、最終的に像担持体上に現像されるトナー量が増加し、充電不良が改善される。
【００８４】
図８は、キャリアAを用いて上記デューティ波のデューティ比Ｄｕを可変した際に、充電性の変化を示した図である。上記理由により、デューティ比Ｄｕを上げるに伴い、矩形波（デューティ比５０％）に比べて、充電性は飛躍的に改善される。しかし、デューティ比が８０％を超えると、トナーを像担持体方向へ移動させる時間に対し、現像剤担持体方向へ移動させる位相時間が長くなり過ぎ、結果的にトナーを像担持体方向へ移動させることができなくなり、充電性は大きく減少してしまう。なおこの特性については、図１２のようにキャリアの種類を変更して検討しても、同様な傾向の結果が得られた。
【００８５】
よって発明者らの検討結果によれば、キャリアの種類や現像バイアスの周波数によらず、デューティ比Ｄｕが６０％から８０％のときに、矩形波に比べて十分優位性が得られることがわかった。
【００８６】
ところで、デューティ波のようにピーク電圧Ｖ２を弱めれば、当然ながら非画像部へのトナー付着（以下かぶり）が悪化してしまう。また、発明者らの検討によれば、高静電容量の像担持体は低静電容量の像担持体に比べて、弱帯電したトナーが、強い鏡映力により非画像部に付着しやすくなるため、かぶりが悪化し易いことがわかった。
【００８７】
図９は、キャリアAを用いかつα−Ｓｉ感光体を備えた画像形成装置に対し、デューティ波のデューティ比Ｄｕを可変した際の、かぶりの変化を示した図である。
図に示した通り、デューティ比Ｄｕを上げるに伴い、かぶりは飛躍的に悪化してしまうことがわかった。ここでかぶりの数値化は、以下の方法を用いた。画像白地部（非画像部）の反射濃度Ｄｓをマクベス社製の反射濃度計（ＳＥＲＩＳＥ１２００）により測定する。一方、紙自身の反射濃度Ｄｒを同様に測定し、かぶり濃度を、かぶり濃度（％）＝Ｄｒ−Ｄｓとした。
【００８８】
以上のように、高静電容量の像担持体に対し、デューティ波により充電不良は著しく改善されるものの、このデューティ波だけでは、かぶりとの両立が困難であった。
【００８９】
そこで、充電効率の向上が望めるデューティ波を使用する際に、かぶりを改善するための方法について、発明者らは更なる検討を行った。その中でも有効な手段として、使用する磁性キャリアの抵抗を高抵抗化する方法を見出した。
図１０はα−Ｓｉ感光体に対し、使用する磁性キャリアの抵抗を可変した際のかぶりとデューティ比Ｄｕの関係である。図１０において低抵抗キャリアは上述のキャリアＡであり、高抵抗キャリアは上述のキャリアＢである。図１０の通り、磁性キャリアの抵抗を高抵抗化することにより、かぶりは飛躍的に改善されることが判明した。
【００９０】
かぶりが改善される理由は、以下のように考えられる。
磁性キャリアは一般的に、抵抗成分Ｒと容量成分ＣからなるＲＣ並列回路とみなすことができる。磁性キャリアがトナーと摩擦帯電することにより、磁性キャリアの容量成分にはトナー電荷と逆極性の電荷Ｑｃ（以下カウンターチャージ）が蓄えられる。このとき、カウンターチャージは式２のように、ερの時定数で減衰すると考えられる。
【００９１】
【数２】
2009125856.tif 000005
【００９２】
本発明者らの検討によると、かぶりは、トナーを現像剤担持体に移動させる位相での電界強度Ｅ２Ｄにおける磁性キャリアの、比誘電率ε，抵抗率ρにより表される電荷減衰の時定数ε０ ε ρ（ｓ）と電界強度Ｅ２Ｄの積に相関があることが確認された。
図１１はε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）に対するかぶりの関係である。図１１の通り、ε０ερＥ２Ｄの増加に伴い、かぶりは改善され、２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）のとき、かぶりは許容レベル（２％以下）に達することが確認された。なお、ε０ ε ρ Ｅ２Ｄの値が大きいほどカウンターチャージ保持能力が高くなり、かぶり防止にはより有効となるので、かぶり防止という観点だけから言えば、ε０ ε ρ Ｅ２Ｄの値に上限はない。
【００９３】
この理由は次のように考えられる。
磁性キャリアが非画像部に付着した弱帯電したかぶりトナーを捕集するために、必要なカウンターチャージをｑとする。このとき、磁性キャリアがｑ以上の電荷を有す時間ｔは、式２から、ｔ＝−ε０ ε ρ ｌｏｇ（ｑ’）となる。但し、ｑ’＝ｑ／Ｑ０  である。 
【００９４】
かぶりレベルは、この時間ｔと、現像剤担持体方向へ移動させる電界強度Ｅ２Ｄに起因していると考えられる。以上の理由により、かぶりとε０ ε ρ Ｅ２Ｄは相関関係にあると考えられる。
【００９５】
磁性キャリアの抵抗（ρ）を高抵抗化することによりかぶりが改善した理由は、磁性キャリアのε０ερが増加し、必要なカウンターチャージを保持する時間が長くなったためと考えられる。この残留したカウンターチャージにより、非画像部に付着した弱帯電したかぶりトナーを捕集し、かぶりが改善されたと考えられる。
【００９６】
しかし、発明者らの検討によれば、かぶり改善を狙って単純に磁性キャリアを高抵抗化するだけでは、充電性が悪化することが判明した。図１２は、磁性キャリアの抵抗を可変した際の充電性とデューティ比の関係である。図１２の通り、磁性キャリアの抵抗を高抵抗化することにより、充電性は悪化する。図１３は、上記で用いた高抵抗キャリア、低抵抗キャリアにおける抵抗率の電界強度依存性である。電界強度増大に伴い、抵抗率は減少する。
【００９７】
一方、図１４は、これら磁性キャリアにおける比誘電率の電界強度依存性である。一般的に磁性キャリアを高抵抗化した場合、それに伴い磁性キャリアの比誘電率は減少する。 
【００９８】
図１５は、抵抗率ρと比誘電率εから求められるε０ ε ρ（ｓ）と、電界強度の関係である。磁性キャリアを高抵抗化すると充電性が悪化する理由は上記物性値から以下のように説明できる。
【００９９】
磁性キャリアを高抵抗化することにより、ε０ ε ρ（ｓ）が増大し、磁性キャリアにはカウンターチャージが残留し易くなる。このため、トナーが磁性キャリアのカウンターチャージにより、磁性キャリアに引き戻され、結果的に充電性が悪化すると考えられる。
【０１００】
また、本発明者らの検討によると、比誘電率自身が充電性に影響を及ぼすことが確認されている。具体的には、比誘電率の小さい磁性キャリアは大きい磁性キャリアに比べて、充電性が低い。これは現像スリーブと像担持体を平行平板に見立てて説明することができる。
【０１０１】
平行平板に電圧を印加した場合、平行平板内の電場は一様になる。一方、平行平板内に誘電体を入れた場合、境界条件から平行平板内の誘電体周辺の場は大きく歪むことになる。このため、誘電体の誘電率が増加するに伴い、等電位面から求められる誘電体周辺に加わる電場は増加する。
【０１０２】
つまり、現像スリーブと像担持体間に磁性キャリアがあるとき、磁性キャリアの誘電率が大きいほど、磁性キャリア周辺に加わる電場は大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。一方、誘電率が小さい場合、トナーが磁性キャリアから飛翔し難くなり、結果的に充電性が悪化すると考えられる。
【０１０３】
上記の通り、かぶりの抑制を目的として磁性キャリアを高抵抗化すると、カウンターチャージ、及び誘電率による電場の影響を受けて充電性が悪化するものと考えられる。
以上のように、デューティバイアスを用いる画像形成装置において、単にキャリアAやキャリアBを用いるだけでは、高静電容量の像担持体において、かぶりと充電性を両立することは難しい。
そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、先述のキャリアＣとデューティバイアスとを、所定の条件下で用いることで、かぶりと充電性の両立を図れる構成を見出す事に成功した。
【０１０４】
高誘電率キャリアＡ、低誘電率キャリアＢ、本発明に従うキャリアＣの抵抗率ρと比誘電率εの電界強度依存性の測定結果を図２１、２２に示す。
高誘電率キャリアＡは、電界強度増加に伴い、抵抗率ρが減少し、比誘電率εが増加した。低誘電率キャリアＢは電界強度増加に伴い、抵抗率ρ、比誘電率εともに、変化が非常に小さい。一方、本発明に従うキャリアＣは、所定の電界強度付近、この例では電界強度２．６×１０４（Ｖ／ｃｍ）付近までは、電界強度増加に伴う変化率が小さい。しかし、電界強度２．６×１０４（Ｖ／ｃｍ）付近を過ぎると、電界強度増加に伴い、抵抗率ρの減少度合い（減少率）が大きくなり、抵抗率ρは急激に減少し、比誘電率εの増加度合い（増加率）は大きくなり、比誘電率εは急激に増加した。
よってキャリアCは、所定の電界強度よりも大きい電界強度における電界強度の変化に対する抵抗率の減少率が、前記所定の電界強度よりも小さい電界強度における電界強度の変化に対する抵抗率の減少率よりも大きい特性を有する。更にキャリアCは、所定の電界強度よりも大きい電界強度における電界強度の変化に対する比誘電率の増加率が、前記所定の電界強度よりも小さい電界強度における電界強度の変化に対する比誘電率の増加率よりも大きい特性を有する。
【０１０５】
上記物性値の変化は、次のような原因だと考えられる。
例えば、高誘電率キャリアＡのように、コア材が導電性の材料で形成された磁性キャリアの場合、電圧が印加された際、磁性キャリア内、及び磁性キャリア間で電気的なパスが出来やすい。電界強度増加に伴い、電気物性値（ε、ρ）が変化すると考えられる。一方、本発明に従うキャリアＣの場合、コアが導電性の材料で形成されたポーラス構造であり、且つ、その中を絶縁性の樹脂を充填しているために、コア内部は絶縁性の樹脂部と導電性のポーラス部が存在する。
【０１０６】
ここで、絶縁性の樹脂部や導電性のポーラス部との境界において、電荷の流れをある程度遮断することができると考えられる。しかし、遮断できる限界値（この場合、電界強度２．６×１０４（Ｖ／ｃｍ））を超えると、コアの導電性部により、急激な電気物性値（ε、ρ）の変化が起きると考えられる。前述の通り、コアのポーラス度、並びに、コア材の抵抗、更には、充填するシリコーン樹脂等の樹脂量、コート樹脂の樹脂量等を制御することにより、磁性キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρを制御することができる。また、上記の限界値を制御することも可能となる。
この例では、引き戻し方向の電界強度Ｅ２Ｄは２．６×１０４（Ｖ／ｃｍ）であり、この付近までは、抵抗率ρは大きく、比誘電率εは小さい特性を有する。現像方向の電解強度Ｅ１Ｌは、３．７×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］であり、特性の変化が大きい領域で、抵抗率ρは低抵抗のキャリアＡと同等にまで大きく低下し、比誘電率εは急激に高くなって、高誘電率キャリアＡの比誘電率を大きく超えた値となっている。
【０１０７】
本発明で使用した２成分現像剤は、トナーの摩擦帯電量が等しくなるように調整した。具体的には、上記非磁性トナーと磁性キャリアの混合比を可変した。実際に、全重量に対する非磁性トナーの重量％は８％〜１０％であった。また、このとき、トナーの摩擦帯電量（以下Ｑ／Ｍ）は約−５０μＣ／ｇであった。
【０１０８】
ここで、使用したＱ／Ｍの実測方法について説明する。
図２３に示したファラデーゲージ３００は、軸径の異なる金属製の内筒３０１と外筒３０２を同軸になるように配置した２重筒と、内筒３０１内に更にトナーを取り入れるためのフィルター３０３を備えている。内筒３０１と外筒３０２間は絶縁部材３０２によって絶縁されている。エアー吸引により、像担持体上のトナーをフィルター３０３内に取り込むことにより、内筒３０１と外筒３０２が絶縁されているために、トナーの電荷量Ｑによる静電誘導を引き起こす。
【０１０９】
この誘起された電荷量Ｑを測定し、内筒３０１内のトナー重量Ｍで割った値をＱ／Ｍ（μＣ／ｇ）とした。測定は、ケースレーインスツルメンツ株式会社製の計測器「ＫＥＩＴＨＬＥＹ  ６１６  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ」を使用した。
表１には、以上の条件下において、高誘電率キャリアＡ、低誘電率キャリアＢ、本発明に従うキャリアＣを使った際の各充電率、かぶり評価の結果を示す。
【０１１０】
【表１】
2009125856.tif 000006
【０１１１】
ここでかぶり評価方法について説明する。画像白地部の反射濃度Ｄｓをマクベス社製の反射濃度計（ＳＥＲＩＳＥ１２００）により測定する。一方、紙自身の反射濃度Ｄｒを同様に測定し、かぶり濃度を以下のように決定した。
【０１１２】
かぶり濃度（％）＝Ｄｒ−Ｄｓ  
求めたかぶり濃度に対して、下記の評価基準に従って評価した。
Ａ：０．５％以下・・・非常に良い
Ｂ：０．６〜１％以下・・・良い
Ｃ：１〜２．０％以下・・・許容レベル
Ｄ：２％〜・・・悪い
【０１１３】
表１に示されるように、充電率、かぶりを両立する磁性キャリアは本発明に従うキャリアＣのみであった。
【０１１４】
（８）実施例２
本実施例２では、キャリア物性値（ε、ρ）と充電率、かぶりの関係を明確にするために、実施例１に磁性キャリアＤ〜Ｈを加えて検討を行なった。キャリアＤ〜ＨはキャリアＣと同様の製造方法で作成した。このとき、コアのポーラス度、並びに、コア材の抵抗、更には、充填するシリコーン樹脂等の樹脂量、コート樹脂の樹脂量等を制御することにより、キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρを下記のように制御した。磁性キャリアＡ〜Ｈの物性値（ε、ε０ ε ρ）、かぶり、充電率の測定結果は以下のとおりである。真空の誘電率ε０は定数である。
【０１１５】
【表２】
2009125856.tif 000007
【０１１６】
表２に示される通り、かぶりが許容レベルであり、且つ充電率が９０％以上を両立する磁性キャリアは、キャリアＣ、Ｄ、Ｅであった。
理由は以下のように考えられる。本条件において、かぶりの許容レベルを満たす磁性キャリアは、キャリアＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈであった。
これらの磁性キャリアは電界強度Ｅ２Ｄ（Ｖ／ｃｍ）において、
２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）
を満たす。
【０１１７】
このため、非画像部（ＶＤ）に対し、現像バイアスのトナーを現像剤担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ２で決定される電界強度Ｅ２Ｄ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分大きい。このカウンターチャージにより、非画像部に付着したかぶりトナーを回収することができる。
【０１１８】
次に、本条件において、充電率の許容レベルを満たすキャリアは、キャリアＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆであった。これらのキャリアは電界強度Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）において、  ε０ερ（ｓ）≦６．０×１０−４    且つ  ３０  ≦  ε  を満たす。このため、画像部（ＶＬ）に対し、現像バイアスのトナーを像担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ１で印加される電界強度Ｅ１Ｌ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分小さい。
【０１１９】
このように時定数ε０ερ（ｓ）を６．０×１０−４    以下とすることで、カウンターチャージが消失し易い状態になり、カウンターチャージによるトナー飛翔運動の阻害を防止できる。これにより、画像部での充電性を向上させることができる。また、磁性キャリアの比誘電率εを３０以上と大きな値にするため、磁性キャリア周辺に加わる電場が大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。なお、比誘電率εの値については、大きいほど電場が大きくなり飛翔が促進されることになる為、充電不良の改善という観点だけから言えば比誘電率εの値に上限はない。以上により、本発明に従うキャリアＣ、Ｄ、Ｅのみが、本願請求項１の範囲を満たす。
【０１２０】
（９）実施例３
実施例２の電界強度Ｅ１Ｌを３．７×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］で固定したまま、Ｅ２Ｄ  を可変するために、デューティ比、Ｖｐｐをそれぞれ、７０％、１．３３ｋＶに代えて同様の検討を行った。
【０１２１】
具体的には、周波数５ｋＨｚ、デューティ比７０％、Ｖｐｐ１．３３ｋＶのデューティ波である。現像バイアスと明電位ＶＬ、暗電位ＶＤとで決定される電界強度Ｅ１Ｌ、Ｅ２Ｄ  は、Ｅ１Ｌ＝３．７×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］、Ｅ２Ｄ＝１．９×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］であった。
表３に、このときの磁性キャリアＡ〜Ｇの物性値（ε、ε０ερ）、かぶり、充電率の測定結果を示している。
【０１２２】
【表３】
2009125856.tif 000008
【０１２３】
表３に示す通り、かぶりが許容レベルであり、且つ充電率が９０％以上を両立する磁性キャリアは、キャリアＣ、Ｄ、Ｅであった。
【０１２４】
理由は以下のように考えられる。本条件において、かぶりの許容レベルを満たす磁性キャリアは、キャリアＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈであった。これらの磁性キャリアは電界強度Ｅ２Ｄ（Ｖ／ｃｍ）において、２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ［ｓ・Ｖ／ｃｍ］を満たす。このため、非画像部（ＶＤ）に対し、現像バイアスのトナーを現像剤担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ２で決定される電界強度Ｅ２Ｄ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分大きい。このカウンターチャージにより、非画像部に付着したかぶりトナーを回収することができる。
【０１２５】
次に、本条件において、充電率の許容レベルを満たすキャリアは、キャリアＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆであった。これらのキャリアは、電界強度Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）において、  ε０ερ（ｓ）≦６．０×１０−４  且つ、３０  ≦  ε  を満たす。このため、画像部（ＶＬ）に対し、現像バイアスのトナーを像担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ１で印加される電界強度Ｅ１Ｌ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分小さい。カウンターチャージにより、トナーの運動を阻害し、充電性を悪化させることを軽減することができる。また、磁性キャリアの比誘電率εが十分大きいため、磁性キャリア周辺に加わる電場が大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。
以上により、本発明に従うキャリアＣ、Ｄ、Ｅのみが、本請求項１の範囲を満たす。
【０１２６】
（１０）実施例４
実施例２の電界強度Ｅ１Ｌを３．７×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］で固定したまま、Ｅ２Ｄ  を可変するために、デューティ比、Ｖｐｐをそれぞれ、８０％、１．１６ｋＶに代えて同様の検討を行った。具体的には、周波数５ｋＨｚ、デューティ比８０％、Ｖｐｐ１．１６ｋＶのデューティ波である。現像バイアスと明電位ＶＬ、暗電位ＶＤとで決定される電界強度Ｅ１Ｌ、Ｅ２Ｄ  は、
Ｅ１Ｌ＝３．７×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］、
Ｅ２Ｄ＝１．４×１０４  ［Ｖ／ｃｍ］、であった。
このとき、磁性キャリアＡ〜Ｇの物性値（ε、ε０ ε ρ）、かぶり、充電率の測定結果は以下の通りである。
【０１２７】
【表４】
2009125856.tif 000009
【０１２８】
かぶりが許容レベルであり、且つ充電率が９０％以上を両立する磁性キャリアは、キャリアＣ、Ｄ、Ｅであった。
【０１２９】
理由は以下のように考えられる。本条件において、かぶりの許容レベルを満たす磁性キャリアは、キャリアＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈであった。これらの磁性キャリアは電界強度Ｅ２Ｄ（Ｖ／ｃｍ）において、
２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）
を満たす。
【０１３０】
このため、非画像部（ＶＤ）に対し、現像バイアスのトナーを現像剤担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ２で決定される電界強度Ｅ２Ｄ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分大きい。このため、このカウンターチャージにより、非画像部に付着したかぶりトナーを回収することができる。
【０１３１】
次に、本条件において、充電率の許容レベルを満たすキャリアは、キャリアＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆであった。これらのキャリアは電界強度Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）において、  ε０ερ（ｓ）≦６．０×１０−４    且つ  ３０  ≦  ε  
を満たす。
【０１３２】
このため、画像部（ＶＬ）に対し、現像バイアスのトナーを像担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ１で印加される電界強度Ｅ１Ｌ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分小さい。したがって、カウンターチャージにより、トナーの運動を阻害し、充電性を悪化させることを軽減することができる。また、磁性キャリアの比誘電率εが十分大きいため、磁性キャリア周辺に加わる電場が大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。
【０１３３】
以上により、本発明に従うキャリアＣ、Ｄ、Ｅのみが、本請求項１の範囲を満たす。
【０１３４】
（１１）実施例５
実施例２の電界強度Ｅ１Ｌを可変するために、デューティ比、Ｖｐｐをそれぞれ、６０％、０．８５ｋＶに代えて同様の検討を行った。具体的には、周波数５ｋＨｚ、デューティ比６０％、Ｖｐｐ０．８５ｋＶのデューティ波である。現像バイアスと明電位ＶＬ、暗電位ＶＤとで決定される電界強度Ｅ１Ｌ、Ｅ２Ｄ  は、Ｅ１Ｌ＝２．３×１０４  （Ｖ／ｃｍ）、Ｅ２Ｄ＝１．６×１０４  （Ｖ／ｃｍ）であった。このときの、磁性キャリアＩ〜Ｌの物性値（ε、ε０ ε ρ）、かぶり、充電率の測定結果は、表５に示すとおりである。キャリアＩ〜ＬもキャリアＣと同様の製造方法で作成した。
【０１３５】
【表５】
2009125856.tif 000010
【０１３６】
かぶりが許容レベルであり、且つ充電率が９０％以上を両立する磁性キャリアは、キャリアＩであった。
【０１３７】
理由は以下のように考えられる。本条件において、かぶりの許容レベルを満たす磁性キャリアは、キャリアＩ、Ｋ、Ｌであった。これらの磁性キャリアは、電界強度Ｅ２Ｄ（Ｖ／ｃｍ）において、
２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）
を満たす。
【０１３８】
このため、非画像部（ＶＤ）に対し、現像バイアスのトナーを現像剤担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ２で決定される電界強度Ｅ２Ｄ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分大きい。したがって、このカウンターチャージにより、非画像部に付着したかぶりトナーを回収することができる。
【０１３９】
次に、本条件において、充電率の許容レベルを満たすキャリアは、キャリアＩ、Ｊであった。これらのキャリアは電界強度Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）において、  
ε０ερ（ｓ）≦６．０×１０−４    且つ  ３０  ≦  ε  を満たす。 
【０１４０】
このため、画像部（ＶＬ）に対し、現像バイアスのトナーを像担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ１で印加される電界強度Ｅ１Ｌ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分小さい。したがって、カウンターチャージにより、トナーの運動を阻害し、充電性を悪化させることを軽減することができる。また、磁性キャリアの比誘電率εが十分大きいため、磁性キャリア周辺に加わる電場が大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。
以上により、本発明に従うキャリアＩのみが、本請求項１の範囲を満たす。
【０１４１】
（１２）実施例６
実施例５の電界強度Ｅ１Ｌを２．３×１０４  （Ｖ／ｃｍ）で固定したまま、Ｅ２Ｄ  を可変するために、デューティ比、Ｖｐｐをそれぞれ、７０％、０．７４ｋＶに代えて同様の検討を行った。
【０１４２】
具体的には、周波数５ｋＨｚ、デューティ比７０％、Ｖｐｐ０．７４ｋＶのデューティ波である。現像バイアスと明電位ＶＬ、暗電位ＶＤとで決定される電界強度Ｅ１Ｌ、Ｅ２Ｄ  は、
Ｅ１Ｌ＝２．３×１０４  （Ｖ／ｃｍ）
Ｅ２Ｄ＝１．３×１０４  （Ｖ／ｃｍ）
であった。
【０１４３】
このとき、磁性キャリアＩ〜Ｌの物性値（ε、ε０ ε ρ）、かぶり、充電率の測定結果は表６に示す通りである。
【０１４４】
【表６】
2009125856.tif 000011
【０１４５】
表６に示される通り、かぶりが許容レベルであり、且つ充電率が９０％以上を両立する磁性キャリアは、キャリアＩであった。
【０１４６】
理由は以下のように考えられる。本条件において、かぶりの許容レベルを満たす磁性キャリアは、キャリアＩ、Ｋ、Ｌであった。これらの磁性キャリアは電界強度Ｅ２Ｄ（Ｖ／ｃｍ）において、
２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）
を満たす。このため、非画像部（ＶＤ）に対し、現像バイアスのトナーを現像剤担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ２で決定される電界強度Ｅ２Ｄ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分大きい。したがって、このカウンターチャージにより、非画像部に付着したかぶりトナーを回収することができる。
【０１４７】
次に、本条件において、充電率の許容レベルを満たすキャリアは、キャリアＩ、Ｊであった。これらのキャリアは、電界強度Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）において、  
ε０ερ（ｓ）≦６．０×１０−４    且つ  ３０  ≦  ε  
を満たす。
【０１４８】
このため、画像部（ＶＬ）に対し、現像バイアスのトナーを像担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ１で印加される電界強度Ｅ１Ｌ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分小さい。したがって、カウンターチャージにより、トナーの運動を阻害し、充電性を悪化させることを軽減することができる。また、磁性キャリアの比誘電率εが十分大きいため、磁性キャリア周辺に加わる電場が大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。以上により、本発明に従うキャリアＩのみが、本請求項１の範囲を満たす。
【０１４９】
（１３）実施例７
実施例５の電界強度Ｅ１Ｌを２．３×１０４  （Ｖ／ｃｍ）で固定したまま、Ｅ２Ｄ  を可変するために、デューティ比、Ｖｐｐをそれぞれ、８０％、０．６７ｋＶに代えて同様の検討を行った。具体的には、周波数５ｋＨｚ、デューティ比８０％、Ｖｐｐ０．６７ｋＶのデューティ波である。
【０１５０】
現像バイアスと明電位ＶＬ、暗電位ＶＤとで決定される電界強度Ｅ１Ｌ、Ｅ２Ｄ  は、Ｅ１Ｌ＝２．３×１０４  （Ｖ／ｃｍ）
Ｅ２Ｄ＝１．０×１０４  （Ｖ／ｃｍ）
であった。このとき、磁性キャリアＩ〜Ｌの物性値（ε、ε０ ε ρ）、かぶり、充電率の測定結果は表７に示す通りである。
【０１５１】
【表７】
2009125856.tif 000012
【０１５２】
表７に示されるとおり、かぶりが許容レベルであり、且つ充電率が９０％以上を両立する磁性キャリアは、キャリアＩであった。
【０１５３】
理由は以下のように考えられる。本条件において、かぶりの許容レベルを満たす磁性キャリアは、キャリアＩ、Ｋ、Ｌであった。これらの磁性キャリアは電界強度Ｅ２Ｄ（Ｖ／ｃｍ）において、  ２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）  を満たす。 
【０１５４】
このため、非画像部（ＶＤ）に対し、現像バイアスのトナーを現像剤担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ２で決定される電界強度Ｅ２Ｄ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分大きい。したがって、このカウンターチャージにより、非画像部に付着したかぶりトナーを回収することができる。
【０１５５】
次に、本条件において、充電率の許容レベルを満たすキャリアは、キャリアＩ、Ｊであった。これらのキャリアは電界強度Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）において、  
ε０ ε ρ（ｓ）≦６．０×１０−４    且つ  ３０  ≦  ε  
を満たす。
【０１５６】
このため、画像部（ＶＬ）に対し、現像バイアスのトナーを像担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ１で印加される電界強度Ｅ１Ｌ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージが十分小さい。したがって、カウンターチャージにより、トナーの運動を阻害し、充電性を悪化させることを軽減することができる。また、磁性キャリアの比誘電率εが十分大きいため、磁性キャリア周辺に加わる電場が大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。以上により、本発明に従うキャリアＩのみが、本請求項１の範囲を満たす。
以上述べてきたように、本発明にあっては、６０≦デューティ比（Ｄｕ）（％）≦８０であるとき、電界強度Ｅ２Ｄにおける磁性キャリアのε０ ε ρ（ｓ）を、２０ ≦ε０ ε ρ Ｅ２Ｄ（ｓ・Ｖ／ｃｍ）であるように、磁性キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρを設定する。
これにより、非画像部（ＶＤ）に対し、現像バイアスのトナーを現像剤担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ２で印加される電界強度Ｅ２Ｄ  において、磁性キャリアに残留するカウンターチャージを利用して、かぶりトナーを回収する。これによりかぶりが改善される。
また、磁性キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρが電界強度依存性を有することを利用して、電界強度Ｅ１Ｌ（＝（Ｖ１−ＶＬ）／ＳＤギャップ）（Ｖ／ｃｍ）における磁性キャリアのε０ ε ρ（ｓ）について、次式を満たすように制御する。すなわち、ε０ ε ρ（ｓ）≦６．０×１０−４  、且つ、３０≦ε  を満たすように、磁性キャリアの比誘電率ε、抵抗率ρを制御する。
これにより、画像部（ＶＬ）に対し、現像バイアスのトナーを像担持体方向へ移動させる位相時間Ｔ１で印加される電界強度Ｅ１Ｌ  において、磁性キャリアのカウンターチャージにより、トナーの運動を阻害し、充電性を悪化させることを軽減することができる。また、磁性キャリアの比誘電率εを、３０≦εにすることにより、磁性キャリア周辺に加わる電場は大きくなり、トナーが磁性キャリアから飛翔し易くなる。
以上のように、かぶりを決定する電界強度Ｅ２Ｄ（＝（Ｖ２−ＶＤ）／ＳＤギャップ）（Ｖ／ｃｍ）、充電性を決定する電界強度Ｅ１Ｌ（＝（Ｖ１−ＶＬ）／ＳＤギャップ）（Ｖ／ｃｍ）において、磁性キャリアのε、ε ρを所望の範囲に制御した。これにより、とくに、高静電容量の像担持体に対し、かぶりを悪化させずに、充電不良を改善することができる。これにより、高画質、高安定を両立する画像出力が可能になる。
【０１５７】
また、現像方向の電界強度Ｅ１Ｌについては、本実施例１〜４では、３．７×１０４  （Ｖ／  ｃｍ）、実施例５〜７では、２．３×１０４  （Ｖ／ｃｍ）としたが、以下の理由で範囲が設定される。上限については、放電により、像担持体上に傷が発生することを防ぐために、
Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）  ≦  ４．２×１０４  である必要がある。
また、下限については、現像性の悪化を防ぐために、
２．０×１０４  ≦  Ｅ１Ｌ（Ｖ／ｃｍ）である必要がある。
以上、本発明を適用可能な実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術思想内であらゆる変形が可能である。
【図１】
2009125856.tif 000013
【図２】
2009125856.tif 000014
【図３】
2009125856.tif 000015
【図４】
2009125856.tif 000016
【図５】
2009125856.tif 000017
【図６】
2009125856.tif 000018
【図７】
2009125856.tif 000019
【図８】
2009125856.tif 000020
【図９】
2009125856.tif 000021
【図１０】
2009125856.tif 000022
【図１１】
2009125856.tif 000023
【図１２】
2009125856.tif 000024
【図１３】
2009125856.tif 000025
【図１４】
2009125856.tif 000026
【図１５】
2009125856.tif 000027
【図１６】
2009125856.tif 000028
【図１７】
2009125856.tif 000029
【図１８】
2009125856.tif 000030
【図１９】
2009125856.tif 000031
【図２０】
2009125856.tif 000032
【図２１】
2009125856.tif 000033
【図２２】
2009125856.tif 000034
【図２３】
2009125856.tif 000035
【国際調査報告】
2009125856.tif 000036
2009125856.tif 000037
2009125856.tif 000038
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