(57)【要約】 【課題】  キャリア付着を悪化させることなく鮮鋭度の高く高濃度の高画質を維持すると共に、現像剤攪拌搬送手段のピッチに起因する濃度ムラを抑制する。【解決手段】  第１攪拌搬送スクリュウ５３により攪拌搬送された現像ケース５５内のトナーとキャリアからなる二成分現像剤を汲み上げて担持搬送する現像ローラ５１と、現像ローラ上の二成分現像剤の量を規制するドクタブレード５２とを備えた現像装置において、現像ローラの磁界発生手段の二成分現像剤を汲み上げてドクタブレードとの対向部に搬送する磁極Ｐ５の法線方向の表面磁束密度の最大値が７５〜９５ｍＴであり、キャリアの平均粒径が３５〜５５μmであり、キャリアの表面コート層にカーボンブラックが含まれる。【選択図】  図３
2006099029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部内の二成分現像剤を攪拌搬送する現像剤攪拌搬送手段と、複数の磁極を形成するための磁石を有する磁界発生手段を内包する回転可能な非磁性スリーブを有し、該現像剤収容部内の二成分現像剤を汲み上げて担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面と一定の間隙をもって対向するよう配置され、該現像剤担持体上の二成分現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置において、
上記現像剤担持体の磁界発生手段の二成分現像剤を汲み上げて上記現像剤量規制部材との対向部に搬送する磁極の法線方向の表面磁束密度の最大値が７５〜９５ｍＴであり、上記キャリアの平均粒径が３５〜５５μmであり、該キャリアの表面コート層にカーボンブラックが含まれていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、上記キャリアは、キャリア単体で直流１０００Ｖの電圧を印加したときの体積抵抗をＲ[Ω・ｃｍ]とすると、logＲが１０〜１５乗であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２の現像装置において、上記現像剤攪拌搬送手段は、上記現像剤担持体と並列に配置され、該現像剤担持体の回転軸方向に二成分現像剤を搬送しながら該現像剤担持体近傍に二成分現像剤を供給する回転可能な剤搬送供給部材を有し、該現像剤担持体の表面移動速度Ａと該剤搬送供給部材の表面移動速度Ｂの比率Ｂ／Ａが０．３２≦Ｂ／Ａ≦１．８６であることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の現像装置において、上記キャリアの表面コート層の樹脂に対するカーボンブラックの重量比が３％以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の現像装置において、上記トナーの重量平均粒径が３〜１０μｍであることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の現像装置において、上記トナーが紡錘形状であることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項６の現像装置において、上記トナーの長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜０．８で、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０であることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
像担持体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、
上記現像手段として、
トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、
該現像剤収容部内の二成分現像剤を攪拌搬送する現像剤攪拌搬送手段と、
複数の磁極を形成するための磁石を有する磁界発生手段を内包する回転可能な非磁性スリーブを有し、該現像剤収容部内の二成分現像剤を汲み上げて担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面と一定の間隙をもって対向するよう配置され、該現像剤担持体上の二成分現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備え、
上記現像剤担持体の磁界発生手段の二成分現像剤を汲み上げて上記現像剤量規制部材との対向部に搬送する磁極の法線方向の表面磁束密度の最大値が７５〜９５ｍＴであり、該キャリアの平均粒径が３５〜５５μmであり、該キャリアの表面コート層にカーボンブラックが含まれていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
請求項８のプロセスカートリッジにおいて、上記キャリアは、キャリア単体で直流１０００Ｖの電圧を印加したときの体積抵抗をＲ[Ω・ｃｍ]とすると、logＲが１０〜１５乗であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項８または９のプロセスカートリッジにおいて、上記現像剤攪拌搬送手段は、上記現像剤担持体と並列に配置され、該現像剤担持体の回転軸方向に二成分現像剤を搬送しながら該現像剤担持体近傍に二成分現像剤を供給する回転可能な剤搬送供給部材を有し、該現像剤担持体の表面移動速度Ａと該剤搬送供給部材の表面移動速度Ｂの比率Ｂ／Ａが０．３２≦Ｂ／Ａ≦１．８６であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
請求項８、９または１０のプロセスカートリッジにおいて、上記キャリアの表面コート層の樹脂に対するカーボンブラックの重量比が３％以下であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１２】
請求項８、９、１０または１１のプロセスカートリッジにおいて、上記トナーの重量平均粒径が３〜１０μｍであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１３】
請求項８、９、１０、１１または１２の現像装置において、上記トナーが紡錘形状であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１４】
請求項１３のプロセスカートリッジにおいて、上記トナーの長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜０．８で、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１５】
像担持体と、
該像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、
該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置において、
上記現像手段として請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファックス、プリンタ等に用いられる現像装置並びにこれを用いたプロセスカートリッジおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、ファックス、プリンタ等の画像形成装置において、像担持体上に形成された潜像を顕像化するために現像剤としてトナーとキャリアとからなる二成分現像剤（以下、現像剤という）を用いた二成分現像装置が採用されている。このような二成分現像装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に実施例として開示される現像装置は、現像剤収容器内に現像剤攪拌搬送手段としての十字羽根を設け、現像剤攪拌搬送手段により現像剤を攪拌することで現像剤を摩擦帯電させるとともに、現像剤担持体近傍へ現像剤を搬送する。この現像剤を、内部に磁石を有する非磁性の現像スリーブからなる現像剤担持体が磁気力によって汲み上げてその表面に担持し、非磁性スリーブの回転により像担持体と対向する位置まで搬送する。途中、現像剤担持体上の現像剤は現像剤規制部材によりその量を規制される。像担持体と対向する現像領域では、現像剤担持体上に磁気力により現像剤の穂を形成し、現像剤の穂より像担持体上の静電潜像にトナーを供給することによりこれを現像する。
【０００３】
このような二成分現像装置において、ベタ画像を連続して印字した場合、現像剤攪拌搬送手段のピッチムラに起因する画像濃度ムラが発生する場合があった。この原因は、以下ように考えられる。トナー消費の多いベタ画像を連続して印字する場合、継続して充分な量のトナーを補給した現像剤を現像剤担持体に汲み上げて現像剤規制部材との対向部へ送り込み現像領域へ搬送する必要がある。現像に寄与した後に現像剤担持体から現像剤収容器内に戻ったトナー濃度の低い現像剤は、現像剤攪拌搬送手段によって搬送されるトナーをたくさん含んだ新しい現像剤とが攪拌されて、再び現像剤担持体に汲み上げられる。現像剤攪拌搬送手段としては特許文献１のような十字羽根や、スクリュウ羽根が用いられている。ところが、これらの現像剤攪拌搬送手段では、羽根のある部分と羽根のない部分、または、羽根の形状の差により現像剤攪拌搬送手段のピッチによる攪拌搬送能力の差が生じている。現像剤攪拌搬送手段の攪拌搬送能力の低い部分では、新しい現像剤との攪拌が不充分になる。さらには、現像剤担持体近傍への現像剤搬送量が少なくなる。このため、現像剤攪拌搬送部材のピッチにより、現像剤担持体近傍への現像剤供給量に差ができてしまう。ここで、現像剤担持体表面に現像剤を汲み上げる磁石（以下、汲み上げ極という）の磁気力が大きい場合は多量の現像剤を汲み上げることができるので、現像剤担持体の担持量に上記現像剤攪拌搬送手段のピッチによる現像剤供給量の差はあまり影響を与えない。しかしながら、汲み上げ極の磁気力が弱めの場合、上記現像剤攪拌搬送手段のピッチによる現像剤供給量の差が、現像剤担持体の担持量に大きな影響を与えてしまう。このように現像剤担持体が汲み上げて担持した現像剤量にピッチムラがある状態で、現像剤規制部材との対向部へ送り込まれると、現像領域へ搬送される現像剤量にもピッチムラができ、これが原因で画像濃度ムラが顕れてしまう。特許文献１に開示される現像装置では、汲み上げ極の法線方向の表面磁束密度の最大値は６５０ガウスであり、磁気力が比較的弱めのためピッチムラによる画像濃度ムラが顕れ易い。また、この現像装置では、現像剤攪拌搬送手段は十字羽根形状なので現像剤担持体の軸方向への攪拌搬送能力がなく、軸方向の画像濃度ムラを増大させる原因ともなっている。
【０００４】
なお、特許文献１の他の実施例として開示される現像装置は、トナー送り部材を備え、トナー送り部材がトナーを現像剤担持体上のキャリアに振り掛けることでトナーを補充するものである。これは、現像剤搬送攪拌手段を有しない構成であり、上記現像剤攪拌搬送手段に起因するムラは生じない。
【０００５】
また、このような現像剤攪拌搬送手段のピッチムラの発生を抑制するために、現像剤担持体の磁界発生手段の磁界の強さを規定するものが、特許文献２、特許文献３で提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特許公報２６４４４８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４９１１号公報
【特許文献３】特開２００２−１４８９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、二成分現像装置において、鮮鋭感の高い画質を得るために小粒径キャリアを用いる方法がある。小粒径キャリアを用いると、現像直後に現像剤の穂でトナー像をかすり採る作用が少なくなり、画像全体のかすれが少なくなるため、ボソツキ感がなく、鮮鋭感を高くすることができる。しかしながら、キャリアの粒径を小さくしていくと、キャリア付着に対しての余裕が低下してまう。キャリア付着がおこると、転写抜けによる白抜け画像の発生や、転写装置、定着装置に傷を与えて装置全体が短寿命化する等の不具合が発生する。特に４色のトナーを重ね合わせるフルカラー画像形成装置では、上記不具合の発生する可能性が単色画像形成装置に較べて４倍と多くなるため、画像形成装置のカラー化の流れに伴い重要な問題となっている。
【０００８】
また、二成分現像装置において上述の現像剤攪拌搬送手段による濃度ムラを抑制するために、現像剤量規制部材に現像剤を搬送するための磁気力を強くしていくと、規制部における現像剤のしごきが強くなり摩擦帯電効果が大きくなる。摩擦帯電効果が大きくなり過ぎると、キャリア付着に関しては悪化する傾向にある。また、摩擦帯電効果が大きくなり現像剤中のトナーの帯電量が大きくなり過ぎると、現像能力が低下する傾向にあり、画像濃度不足が発生するおそれあある。
【０００９】
このように、二成分現像装置においては、高画質化のために種々の要求がなされているが、上述の特許文献の現像装置等の従来現像装置では、これらの要求をすべて満足することはできなかった。
【００１０】
本発明はこのような背景に鑑みなされたものである。その目的とするところは、キャリア付着を悪化させることなく鮮鋭度の高く高濃度の高画質を維持すると共に、現像剤攪拌搬送手段のピッチに起因する濃度ムラを抑制できる現像装置、並びにこれを用いたプロセスカートリッジ及び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】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部内の二成分現像剤を攪拌搬送する現像剤攪拌搬送手段と、複数の磁極を形成するための磁石を有する磁界発生手段を内包する回転可能な非磁性スリーブを有し、該現像剤収容部内の二成分現像剤を汲み上げて担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面と一定の間隙をもって対向するよう配置され、該現像剤担持体上の二成分現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備えた現像装置において、上記現像剤担持体の磁界発生手段の二成分現像剤を汲み上げて上記現像剤量規制部材との対向部に搬送する磁極の法線方向の表面磁束密度の最大値が７５〜９５ｍＴであり、上記キャリアの平均粒径が３５〜５５μmであり、該キャリアの表面コート層にカーボンブラックが含まれていることを特徴とするものである。尚、表面磁束密度の表面とは非磁性スリーブの表面を指すものである。
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記キャリアは、キャリア単体で直流１０００Ｖの電圧を印加したときの体積抵抗をＲ[Ω・ｃｍ]とすると、logＲが１０〜１５乗であることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の現像装置において、上記現像剤攪拌搬送手段は、上記現像剤担持体と並列に配置され、該現像剤担持体の回転軸方向に二成分現像剤を搬送しながら該現像剤担持体近傍に二成分現像剤を供給する回転可能な剤搬送供給部材を有し、該現像剤担持体の表面移動速度Ａと該剤搬送供給部材の表面移動速度Ｂの比率Ｂ／Ａが０．３２≦Ｂ／Ａ≦１．８６であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記キャリアの表面コート層の樹脂に対するカーボンブラックの重量比が３％以下であることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の現像装置において、上記トナーの重量平均粒径が３〜１０μｍであることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の現像装置において、上記トナーが紡錘形状であることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項６の現像装置において、上記トナーの長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜０．８で、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０であることを特徴とするものである。
請求項８の発明は、像担持体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、上記現像手段として、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部内の二成分現像剤を攪拌搬送する現像剤攪拌搬送手段と、複数の磁極を形成するための磁石を有する磁界発生手段を内包する回転可能な非磁性スリーブを有し、該現像剤収容部内の二成分現像剤を汲み上げて担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面と一定の間隙をもって対向するよう配置され、該現像剤担持体上の二成分現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを備え、該現像剤担持体の磁界発生手段の二成分現像剤を汲み上げて上記現像剤量規制部材との対向部に搬送する磁極の法線方向の表面磁束密度の最大値が７５〜９５ｍＴであり、該キャリアの平均粒径が３５〜５５μmであり、該キャリアの表面コート層にカーボンブラックが含まれていることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、請求項８のプロセスカートリッジにおいて、上記キャリアは、キャリア単体で直流１０００Ｖの電圧を印加したときの体積抵抗をＲ[Ω・ｃｍ]とすると、logＲが１０〜１５乗であることを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項８または９のプロセスカートリッジにおいて、上記現像剤攪拌搬送手段は、上記現像剤担持体と並列に配置され、該現像剤担持体の回転軸方向に二成分現像剤を搬送しながら該現像剤担持体近傍に二成分現像剤を供給する回転可能な剤搬送供給部材を有し、該現像剤担持体の表面移動速度Ａと該剤搬送供給部材の表面移動速度Ｂの比率Ｂ／Ａが０．３２≦Ｂ／Ａ≦１．８６であることを特徴とするものである。
請求項１１の発明は、請求項８、９または１０のプロセスカートリッジにおいて、上記キャリアの表面コート層の樹脂に対するカーボンブラックの重量比が３％以下であることを特徴とするものである。
請求項１２の発明は、請求項８、９、１０または１１のプロセスカートリッジにおいて、上記トナーの重量平均粒径が３〜１０μｍであることを特徴とするものである。
請求項１３の発明は、請求項８、９、１０、１１または１２の現像装置において、上記トナーが紡錘形状であることを特徴とするものである。
請求項１４の発明は、請求項１３のプロセスカートリッジにおいて、上記トナーの長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜０．８で、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０であることを特徴とするものである。
請求項１５の発明は、像担持体と、該像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置において、上記現像手段として請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１乃至１５の発明においては、現像剤担持体の磁界発生手段の二成分現像剤を汲み上げて現像剤量規制部材との対向部に搬送する磁極の法線方向の表面磁束密度の最大値、キャリアの平均粒径、キャリアの材質を規定する。これにより、キャリア付着を悪化させることなく、鮮鋭度の高い高濃度な高画質を維持すると共に、現像剤攪拌搬送手段のピッチに起因する濃度ムラを抑制するという複数の要求を満たすことのできる条件を見出した。詳しくは、表１〜表８を用いて後述する実験により以下のことが判明した。まず、現像剤担持体の磁界発生手段の二成分現像剤を汲み上げて現像剤量規制部材との対向部に搬送する磁極の磁気力が小さいと、現像剤担持体が担持する現像剤量は、現像剤攪拌搬送手段のピッチによる現像剤搬送量の差の影響を受けやすい。この磁極の法線方向の表面磁束密度の最大値が７５ｍＴ以上であれば、現像剤担持体は多量の現像剤を担持できるので現像剤攪拌搬送手段のピッチによる現像剤搬送量の差の影響を受け難くなる。よって、現像剤担持体はむらが少ない状態で現像剤規制部材との対向部に現像剤を搬送することができ、現像剤攪拌搬送手段のピッチに起因する画像ピッチムラを発生しないことが判明した。また、キャリアの平均粒径に関しては、５５μm以下にすれば鮮鋭度の高い高画質を維持できることが判明した。しかしながら、上記法線方向の表面磁束密度を高くしていくと、規制部での現像剤のしごきが強くなり現像剤の摩擦帯電効果が大きくなるので、キャリア付着の程度が悪化したり、画像濃度が低下したりする。また、キャリアの平均粒径を小さくしていくと、キャリア付着に対しては悪化する傾向にある。キャリアの平均粒径が３０μm以下の範囲ではキャリア付着を満足する条件は見出せなかった。また、上記磁極の法線方向の表面磁束密度の最大値が９５ｍＴより大きな範囲では、キャリア付着余裕度は顕著に悪くなった。さらに、キャリアの材質に関してみると、表１〜表３の表層コートカーボンレスのキャリアに較べ、表４〜表８の表面コート層にカーボンブラックを含むキャリアでは、キャリア付着の余裕度が格段に向上する。これは、キャリアのコート層にカーボンを少量添加することで、キャリアの抵抗を極めて局所的に下げる効果が発生し、適度な放電が逐次行われて、キャリア付着に対する余裕度を向上させていると考えられる。このようなコート層にカーボンブラックを添加したキャリアを用いた場合には、上記法線方向の表面磁束密度の最大値が７５〜９５ｍＴ、キャリアの平均粒径が３５〜５５μmの範囲で、現像剤攪拌搬送手段のピッチに起因する画像濃度ムラ、キャリア付着がほぼ抑制された鮮鋭度の高く、高濃度な高画質な画像を得ることができた。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、キャリア付着を悪化させることなく鮮鋭度の高く高濃度の高画質を維持すると共に、現像剤攪拌搬送手段のピッチに起因する濃度ムラを抑制できるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を画像形成装置に適用した場合の実施形態について説明する。図１は、この画像形成装置の概略構成を示す構成図である。この画像形成装置の中央部には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像を形成するための画像ステーション１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋを備えている。以下、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、シアン、マゼンダ、黒用の部材であることを示す。各画像ステーション１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋは、ドラム状の感光体２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋにレーザ光を照射可能な露光手段としての光学ユニット８を備えている。画像ステーション１５の上方には、各画像ステーション１５により形成されたトナー画像が２次転写される中間転写ベルト１１を備えた中間転写ユニット１０を備えている。また、中間転写ベルト１１に転写されたトナー画像を転写紙２に定着する定着ユニット６を備えている。また、画像形成装置上部には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）の各色のトナーを収容するトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋが装填されている。
【００１５】
各画像ステーション１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋの構造は同一であるので、ひとつの画像ステーション１５について説明する。図２は、画像ステーションの内部構成を示す構成図である。画像ステーション１５は、図２に示すように、感光体２０、感光体２０を帯電する帯電装置３０、感光体４に形成された潜像を現像する現像装置５０、感光体２０上の残留トナーをクリーニングするクリーニング装置４０を備えている。上記帯電装置３０は帯電ローラであり、帯電ローラ表面をクリーニングするクリーニングローラ３１を備えている。上記現像装置４０は、開口部を有する現像剤収容部としての現像ケース５５内に、感光体２０表面に近接対向するように配置された現像剤担持体としての現像ローラ５１を備える。上記クリーニング装置４０は、開口部を有するクリーニングケース４３、感光体２０の表面をクリーニングするクリーニングブレード４１、クリーニングした廃トナーを図示しない廃トナーボトルに搬送するための廃トナースクリュウ４２等より構成される。
【００１６】
また、中間転写ユニット１０は、図１に示すように、複数のローラに張架される中間転写ベルト１１、感光体２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋに形成されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写する一次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋを備えている。これらの部品は、中間転写ベルトケース１４によって一体に支持されている。また、中間転写ユニット１０は、中間転写ベルト１１上に転写されたトナー像を転写紙２に転写する二次転写ローラ５、転写紙２上に転写されなかった中間転写ベルト１１上の転写残トナーをクリーニングするベルトクリーニング装置１３を備えている。
【００１７】
給紙カセット１内の転写紙２は、給紙カセット２の近傍に配設された給紙ローラ３によって、中間転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間の二次転写部へ搬送される。給紙ローラ３と二次転写ローラ５の間の転写紙搬送経路には、給紙された転写紙２の二次転写部への送り出しタイミングを図るジストローラ対４が配置されている。
【００１８】
定着ユニット８は、転写紙Ｐ上に転写されたトナー像に熱と圧を加えることで定着を行う。そして、定着を終えた転写紙Ｐを排出ローラ対７により機外に排出する。
【００１９】
次に、上記構成の画像形成装置において、カラー画像を得る工程について説明する。まず、画像ステーション１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋにおいて、感光体２０が帯電装置３０によって一様に帯電される。その後、光学ユニット８により、画像情報に基づきレーザ光が走査露光されて感光体２０表面に潜像が形成される。感光体２０上の潜像は、現像装置５０の現像ローラ５１に担持された各色のトナーによって現像されてトナー像として可視像化される。感光体２０上のトナー像は、各一次転写バイアスローラ１２の作用によって反時計回りに回転駆動される転写ベルト１１上に順次重ねて転写される。このときの各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト１１上の同じ位置に重ねて転写されるように、中間転写ベルト１１の移動方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。一次転写終了後の感光体２０は、クリーニング装置４０によってその表面がクリーニングされ、次の画像形成に備えられる。
【００２０】
一方、上記給紙カセット１内の転写紙２は、給紙カセット１の近傍に配設された給紙ローラ３によって搬送され、レジストローラ対４によって所定のタイミングで２次転写部に搬送される。そして、二次転写部において、中間転写ベルト１１上に形成されたトナー画像が転写紙２に転写される。トナー画像が転写された転写紙２は、定着ユニット６を通過することで画像定着が行われ、排出ローラ７によって機外に排出される。感光体２０と同様に、転写ベルト１１上に残った転写残のトナーは、中間転写ベルト１１に接触するベルトクリーニング装置１３によってクリーニングされる。また、トナーボトル９に充填されているトナーは、必要性に応じて図示しない搬送経路によって各現像装置５０に所定量補給される。
【００２１】
次に、現像装置５０について詳細に説明する。現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、トナー色が異なる以外は同一構成になっているので、ひとつの現像装置５０について構成を説明する。図３は、現像装置の内部構成を示す構成図である。図３に示すように、現像装置５０は、現像ケース５５内に、現像ケース５５の開口部を介して感光体２０と対向するように配置された現像ローラ５１と、現像ローラ５１上の現像剤担持量を規制するドクタブレード５２とを備える。現像ローラ５１は、回転可能な非磁性アルミ製の現像スリーブ内に複数個の固定した磁石からなる磁界発生手段としてのマグネットローラを内包するものである。また、現像ケース５５内には、現像ローラ５１と対向する位置に、現像剤攪拌搬送手段として、第１攪拌搬送スクリュウ５３と第２攪拌搬送スクリュウ５４とを備える。図３に示すように、ピーク磁気力が感光体ドラム２０の中心へ向かうように設定されて対向配置された極が主極（Ｐ１極）であり、Ｐ１極から現像ローラ５１の回転方向順にＰ２極、Ｐ３極、Ｐ４極、Ｐ５極の順に磁極が配置されている。現像位置で現像に使用された現像剤を現像ローラ５１の回転との相乗作用によって現像ケース５５側に引き寄せるのがＰ２極であり、第１攪拌搬送スクリュウ５３から現像剤を現像ローラ５１に引き寄せるのがＰ４極である。Ｐ４極と同極の磁気力で構成してＰ２極とＰ４極の間に位置し、Ｐ４極の磁気力との反発磁界によってＰ２極で引き寄せられた現像剤を現像ローラ５１から離脱させるのがＰ３極である。なお、Ｐ４極の磁気力で現像ローラ表面に拘束されている現像剤を、現像剤の厚み（量）を規制するドクタブレード５２まで引き寄せて移動するのがＰ５極である。なお、このＰ５極は第１攪拌搬送スクリュウ５３により搬送される現像剤を搬送過程で汲み上げる機能も併せ持つ。また、現像ローラ５１の中心と現像ローラ５１が感光体２０に最も近接した点とを結ぶ直線Lから現像ローラ５１の回転方向上流側に主極の中心をずらした角度を主極角度と呼ぶ。本実施形態の場合、感光体２０がドラム状なので、直線Lは現像ローラ５１の中心と感光体２０の中心とを結ぶ直線で、この直線と主極の中心をずらした角度が主極角度となる。
【００２２】
本実施形態の画像形成装置の具体的な構成・現像条件を示す。現像スリーブ径を１８ｍｍ、主極角度を７°とする。また、キャリアの芯材はフェライト芯材質で印加磁場５ＫＯｅでの飽和磁化７２Ａｍ２/ｋｇ、キャリアの表面コート層としてシリコーン樹脂を主成分とした。キャリアの直流抵抗をＲ[Ω・ｃｍ]とすると、logＲで１３乗となるようにした。トナーは平均粒径６．８μｍで、現像剤に占めるトナー濃度は５〜１０重量％とした。ここで、直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]とは、実際に使用する画像形成装置において、感光体２０の代わりにアースされたアルミ素管を用いた構成において、現像スリーブに１０００Ｖの電圧を印加したときの体積抵抗を測定した結果である。直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]は表面コート層の処方で調整できるが、製造工程においても２〜３乗程度はバラツキやすい値である。よって、歩留りを良くしてコストを下げる意味においても、この値が振れてしまってもなお安定した高画質を得られることが重要である。ここでのシリコーン樹脂としては、従来から知られているいずれのシリコーン樹脂であってもよく、オルガノシロキサン結合のみからなるストレートシリコーンおよびアルキド、ポリエステル、エポキシ、ウレタン等で変成したシリコーン樹脂等が挙げられる。また、ドクタブレード５２と現像ローラ５１のギャップは０．４５ｍｍ、現像ローラ５１表面と感光体２０表面のギャップ（現像ギャップ）は０．３０ｍｍ、Ｐ１極の法線方向の表面磁束密度の最大値は１０５ｍＴとした。また、現像スリーブは、図３において反時計回り方向に表面速度が２９５ｍｍ/ｓ（回転数３１３ｒｐｍ）とした。また、感光体２０の直径は３０ｍｍ、線速度は１５５ｍｍ/ｓｅｃとした。
【００２３】
図４は、現像ケース５５内部の概略構成を示す図である。図４に示すように、第１攪拌搬送スクリュウ５３及び第２攪拌搬送スクリュウ５４が現像ローラ５１と平行に延設され、現像ケース５５に設けられた図示しない軸受部材によって回転自在に支持されている。無論、現像ローラ５１も図示しない軸受部材を介して現像ケース５５に回転自在に支持されている。第１攪拌搬送スクリュウ５３と第２攪拌搬送スクリュウ５４とは、仕切壁５６によって仕切られている。第１攪拌搬送スクリュウ５３は、現像ローラ５１への現像剤の供給側に位置する第１空間部５７に配置され、図３中反時計方向に回転して第１空間部５７内の現像剤を図４中右方から左方に向かって長手方向に搬送する。第２攪拌搬送スクリュウ５４は、図示しないトナー補給口からトナーの補給を受ける第２空間部５８側に配置され、図３中反時計方向に回転して第２空間部５８内の現像剤を図４中左方から右方に向かって長手方向に搬送する。仕切壁５６の一端と現像ケース５５の内側面の間には、第１空間部５７から第２空間部５８へ現像剤を送る受け渡し部５９ａが形成される。仕切壁５６の他端と現像ケース５５に内側面の間には、第２空間部５８から第１空間部５７へ現像剤を送る受け渡し部５９ｂが形成されている。なお、本実施形態に係る第１攪拌搬送スクリュウ５３及び第２攪拌搬送スクリュウ５４の直径は１５ｍｍに形成される。また、第１攪拌搬送スクリュウ５３の表面速度が３３３ｍｍ／ｓｅｃ（回転数４２４ｒｐｍ）とした。これより（第１搬送スクリュー表面速度）／（現像スリーブ表面速度）＝１．１３となる。
【００２４】
このような構成の現像装置５０における現像剤の動きについて説明する。現像ケース５５内の２成分現像剤は、第１攪拌搬送スクリュウ５３によって攪拌されつつ図４において右方から左方へと搬送され、仕切壁５６の受け渡し部５９ａから第２攪拌搬送スクリュウ５４が配置された第２空間部５８へと送られる。第２空間部５８に送られた２成分現像剤は、第２攪拌搬送スクリュウ５４により攪拌されると同時に図４中左方から右方へと搬送された後、受け渡し部５９ｂから第１空間部５７側に送られる。第１空間部５７に送られた現像剤は、再び第１攪拌搬送スクリュウ５３により攪拌されると同時に左方向に搬送される。このように現像剤を攪拌しながら搬送することで、現像剤は現像ケース５５内を循環しながらトナーとキャリアが攪拌により摩擦帯電する。
【００２５】
そして、第１攪拌搬送スクリュウ５３は第１空間部５７内の現像剤の一部をその回転作用でＰ５極近傍の現像ローラ５１表面近傍に供給し、現像ローラ５１はその現像剤を磁気的に担持して搬送する。現像ローラ５１上の現像剤は、図３に示すように、ドクタブレード５２によりその高さ（担持量）が規制され、感光体２０と対向する現像領域に搬送される。これにより、感光体２０上の静電潜像は、現像ローラ５１との対向部で現像されてトナー像となる。現像に寄与した後の現像ローラ５１上の現像剤は、現像ローラ５１内の磁極Ｐ２、Ｐ３の反発力によって現像ローラ５１上から引き剥がされて現像ケース５５の第１空間部５７内に戻される。第１空間部５７内に戻された現像剤は、再び第１攪拌搬送スクリュウ５３により搬送され、仕切壁５６の受け渡し部５９ａを介して再び第２攪拌搬送スクリュウ５４が配置された第２空間部５８へと送られる。そして、現像ケース５５内の現像剤のトナー濃度が所定濃度以下になると、トナーが図示しないトナー補給口から第２空間部５８側に補給される。このトナーは第２攪拌搬送スクリュウ５４による攪拌で現像剤と混合される。所定濃度に調整された現像剤は、現像ローラ５１に担持され、ドクタブレード５２を通過して薄層化され、以上のサイクルを繰り返す。
【００２６】
このような現像装置５０で、本発明者らは、第１攪拌搬送スクリュウ５３のピッチによる濃度ムラ、キャリア付着を抑制して、鮮鋭度の高い高画質な画像を得るために、以下の実験をおこない、適正なキャリアの材質、粒径、および、現像ローラ５１のＰ５極の磁束密度の条件を求めた。
【００２７】
まず、このような現像装置５０で、Ｐ５極の法線方向の表面磁束密度の最大値を５５ｍＴ、６５ｍＴ、７５ｍＴ、８５ｍＴ、９５ｍＴ、１０５ｍＴ、１１５ｍＴにした。なお、表面磁束密度の表面とは非磁性スリーブの表面を指すものである。また、キャリアの平均粒径を３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、５０μｍ、５５μｍ、６０μｍとした。これらの条件で、第一攪拌搬送スクリュウ５３によるスクリュウピッチムラ、キャリア付着、ぼそつき感、画像濃度について評価した。キャリアの平均粒径は、種々の方法で測定可能であるが、ここでは通常の篩分けによる方法や光学顕微鏡から得られる画像からランダムに抽出した２００〜４００個を、画像処理解析装置により解析する方法を用いた。なお、この確認実験においては、トナー濃度は５重量％とした。トナー濃度が低い方が、スクリュウピッチムラ、キャリア付着、画像濃度不足共に発生し易く、良し悪しの判定を感度良く調べられる為である。なお、スクリュウピッチムラの評価方法としては、トナー濃度５重量％を維持しつつＡ４サイズの全面ベタ画像を連続３０枚通紙して、そのときの画像をみてスクリュウピッチムラの程度をランク判定した。ランク５は全くムラが無く、ランクが低いほどムラの程度が悪い。また、キャリア付着の評価方法としては、実機にて感光体２０上のキャリア付着個数を計数する方法を用いた。感光体地肌電位と現像電位でつくられる地肌ポテンシャル画像（非露光白画像）を現像させた後にメイン電源をオフする。ここで現像後かつ転写前の領域において、感光体２０上のキャリア付着個数を計数して実機地肌ポテンシャル制御範囲での該個数を７５ｃｍ２当たりに換算する。この作業を地肌ポテンシャルを振りつつ実施し、地肌ポテンシャル制御範囲での感光体上キャリア付着個数（７５ｃｍ２あたり）の最悪値が３０個以下の場合は○、３１個〜５０個の場合は△、５１個以上の場合は×と判定した。画像濃度の低下については、１０℃/１５％環境下にて連続１００枚プリントを行ったときのベタ部画像濃度をＸ−Ｒｉｔｅ９３８にて測定した結果が、１．２未満の場合をＮＧとし、表中の破線領域で示した。なお、キャリアの直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]は製造においてバラツキやすい値であり、余裕度を検討するために、logＲで１２、１３、１４乗の三種類について調べた。
【００２８】
【表１】
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【表２】
2006099029.tif 000004
【表３】
2006099029.tif 000005
この結果を表１〜表３にしめす。表１〜表３によると、平均キャリア粒径が６０μmより大きい場合は画像のボソツキが目立ち鮮鋭性に欠けるものとなった。一方、平均キャリア粒径が３０μmを下回った範囲ではキャリア付着余裕度を満足する範囲は見出せなかった。また、Ｐ５極が７５ｍＴを下回ると、Ｐ５極による現像剤の汲み上げが不十分になり、認識できるレベルのスクリュウピッチムラが発生した。一方、Ｐ５極を７５ｍＴ以上にすると、スクリュウピッチムラは解消する。ただし、Ｐ５極の上昇に伴って規制部での現像剤のしごきが強くなり、トナーの摩擦帯電効果が大きくなる。そのため、Ｐ５極の磁気力を大きくするほどキャリア付着の程度が悪化したり、画像濃度が低下したりする結果となった。
【００２９】
また、キャリアの直流抵抗とキャリア付着との関係について検討する。キャリアを高抵抗化することで静電誘導し難くして、現像領域でキャリアが現像電界から受ける力が弱めて、キャリア付着に対する余裕を向上させることができると考えられる。しかしながら、キャリアの直流抵抗を高くしすぎるとトナーの摩擦帯電効果が大きくなり、逆にキャリア付着し易くなってしまう。また、トナーの摩擦帯電効果がおおきくなりすぎると、現像能力が低下し、画像濃度不足という問題が発生してしまう。上記表１〜表３の実験においては、鮮鋭度が良いとされるキャリア平均粒径５５μm以下では、logＲで１２、１３、１４の範囲では、キャリア付着個数程度が○を満たす部分が狭い。また、最も鮮鋭度が良いとされるキャリア平均粒径３５μm〜４０μm近傍では、キャリア付着個数程度が○を満たす部分がない。このように、表１〜表３にしめすように、表層コートカーボンレスのキャリアを用いた場合、スクリュウピッチムラ、キャリア付着、ボソツキ、ＩＤを全て満足する図中の□領域は狭い。すなわち、キャリア直流抵抗、キャリア粒径、Ｐ５極の法線方向の表面磁束密度等のバラツキに対して弱い結果となっている。
【００３０】
そこで、本発明者は、表面コート層にカーボンブラックを添加したキャリアについても同様の実験を行い、第１攪拌搬送スクリュウ５３によるスクリュウピッチムラ、キャリア付着、ぼそつき感、画像濃度について評価した。キャリアの表面コート層の樹脂に対するカーボンブラックの重量比が３％のものを用いた。また、キャリアの直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]については、logＲで９〜１６乗の広範囲を振って調べた。これは、表面コート層にカーボンブラックを添加することで、カーボンブラックを添加しないものに較べ、直流抵抗を比較的容易に振ることができる。このため、広い範囲の直流抵抗を有するキャリアについて余裕度を確認するために行ったものである。
【００３１】
【表４】
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【表５】
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【表６】
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【表７】
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【表８】
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この結果を表４〜表８にしめす。表５〜表７によると、キャリアの表面コート層にカーボンブラックを添加した場合、スクリュウピッチムラ、キャリア付着、ボソツキ、ＩＤを全て満足する表５〜７中の領域は、表面コート層にカーボンブラックを添加しない場合と比較して広い。これは、キャリアの表面コート層にカーボンブラックを少量添加することで、キャリアの抵抗を極めて局所的に下げる効果が発生し、適度な放電が逐次行われて、キャリア付着に対する余裕度を向上させると考えられる。また、直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]に着目しても、logＲで１０〜１５乗の広い範囲でスクリュウピッチムラ、キャリア付着、ボソツキ、ＩＤを満足することができる。これは、キャリア製造上の抵抗バラツキに対する高画質という意味で余裕度が向上しているとも言える。ただし、表４に示すように、キャリアの直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]が、logＲで９乗まで低くなると、スクリュウピッチムラ、キャリア付着、ボソツキ、ＩＤを全て満足する領域は狭くなり、キャリア平均粒径のバラツキに対しては弱い結果となっている。また、キャリアの直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]が、LogＲで１６乗まで上昇してしまうとスクリュウピッチムラ、キャリア付着、ボソツキ、ＩＤを全て満足する領域は急激に狭くなり、Ｐ５磁気力のバラツキに対しては弱い結果となっている。以上のことから、ピッチムラがなく、ボソツキ感がなく鮮鋭感の高い、高濃度の高画質を高寿命で得つつ、キャリア付着に対して余裕度の高いシステムを得るためには、Ｐ５極の法線方向の表面磁束密度の最大値を７５ｍＴ以上、９５ｍＴ以下として、かつ平均粒径が３５〜５５μmの小粒径キャリアを用いて、かつ上記キャリアが少なくともシリコーン樹脂とカーボンブラックを主成分としたコート層から成るものを用いることが有効であることが判明した。さらに、キャリアの製造時の抵抗のばらつきを考慮すると、キャリアに１０００Ｖを印加したときの直流抵抗Ｒ[Ω・ｃｍ]を、logＲで１０〜１５乗の範囲に収めることが効果的であることが判明した。
【００３２】
また、キャリアのコート層にカーボンを少量混ぜることによって、キャリアの抵抗調整が容易になる効果もある。ただし、カーボンブラックの添加量を、キャリアの表面コート層の樹脂に対する重量比で３％以下になるようにする。これより多くすると、トナー収支の少ない画像面積率１％のプリントを繰返し実施した場合に、キャリアのカーボン色がトナーへ移ってしまうことによる混色が発生してしまう。すなわち、このカーボン添加量を３％以下に留めることによって、キャリアコート層のカーボンブラックのカラートナーへの色移りが抑制できるため、ブラック以外のカラートナーと組み合わせて使用することが可能である。これらのカーボンブラックは粒径が０．０１〜１０μｍ程度のものが好ましく、被覆樹脂１００重量部に対して、２〜３０ｍｍ重量部添加させられことが多く、さらには５〜２０ｍｍ重量部が好ましい。
【００３３】
また、第１攪拌搬送スクリュウ５３の設定余裕度の検討のため、第１攪拌搬送スクリュウ５３の表面速度を９４．２〜５４９ｍｍ/ｓｅｃ（回転数で１２０〜７００ｒｐｍ）の範囲で変化させて実験を行った。この結果、スクリュウピッチムラ及び他の画像不具合等が発生しないことを確認した。なお、この範囲より速度が遅い場合には補給トナーの攪拌混合が不十分となって地汚れ画像や濃度ムラ画像が発生した。また、この範囲より速度が速い場合には、スクリュウ回転による内圧の増加や現像機外へのトナー飛散の不具合が発生した。また、経時的にはキャリアのカーボンブラックコートに損傷を与え、キャリア劣化によるキャリア付着の増加に至ることも確認されてある。
【００３４】
次に、本実施形態に係る現像装置５０に好適に用いられるトナーについて説明する。まず、トナーの重量平均粒径は、３〜１０μｍであることが好ましい。トナーの重量平均粒径が上記範囲にあるトナーは、微小な潜像ドットに対して、十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性に優れる。重量平均粒径が３μｍ未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。重量平均粒径が１０μｍを超えると、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しい。
【００３５】
次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。トナー粒子の粒度分布は、コールターカウンター法による測定装置、例えば、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）により測定することができる。具体的には、まず、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フォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。電解水溶液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）を使用できる。ここで、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径、個数平均粒径を求めることができる。ここでは、粒径２．００μｍ以上、４０．３０μｍ未満の粒子を対象とし、次の１３チャンネルを使用する。２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満
【００３６】
さらに、本実施形態に用いられるトナーは、紡錘形状であることが好ましい。形状が一定しない不定形、又は扁平形状のトナーは、粉体流動性が悪いことから、次のような課題を持つ。摩擦帯電が円滑に行えないことから地肌汚れ等の問題が発生しやすい。微小な潜像ドットを現像する際には、緻密で均一なトナー配置をとりにくいことから、ドット再現性に劣る。静電転写方式では、電気力線の影響を受けにくく、転写効率が劣る。また、真球に近いトナーでは、粉体流動性が良すぎて、外力に対して過度に作用してしまうことから、現像及び転写の際に、ドットの外側にトナー粒子が飛び散りやすいといった問題がある。また、球形のトナーでは、感光体上で転がりやすいため、感光体とクリーニング部材との間に潜り込みクリーニング不良になることが多いという問題点がある。一方、紡錘形状のトナーは、粉体流動性が適度に調節されているために、摩擦帯電が円滑に行われて地肌汚れを発生させることがない。また、紡錘形状のトナーは、微小な潜像ドットに対して整然と現像され、その後効率よく転写されてドット再現性に優れる。その際の飛び散りに対しては、粉体流動性が適度にブレーキをかけて飛び散りを防いでいる。さらに、紡錘形状のトナーは球形トナーに比べて、転がる軸が限られていることから、クリーニング部材の下に潜り込むようなクリーニング不良が発生しにくい。
【００３７】
図５（ａ）は、トナーの形状を座標軸ｘ、ｙ、ｚ上に示す模式図、（ｂ）トナーの形状を座標軸ｘ、ｚ上に示す模式図、（ｃ）はトナーの形状を座標軸ｙ、ｚ上に示す模式図である。上述したトナーは、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜０．８で、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０で表される紡錘形状であることが好ましい。これに近い紡錘状形状にすることで不定形・扁平形状でもなく真球状でもない形状であって、摩擦帯電性、ドット再現性、転写効率、飛び散りの防止性、クリーニング性の全てを満足させる形状となる。長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５未満では、真球形状から離れるためにクリーニング性が高いが、ドット再現性及び転写効率が劣るために高品位な画質が得られなくなる。長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．８を越えると、球形に近づくために、低温低湿の環境下では特にクリーニング不良が発生することがある。また、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７未満では、扁平形状に近く、不定形トナーのように飛び散りは少ないが、球形トナーのような高転写率は得られない。特に、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が１．０を超えると、長軸を回転軸とする回転体となり、クリーニング不良が発生しやすくなる。このような紡錘状形状にすることで不定形・扁平形状でもなく真球状でもない形状であって、双方の形状が有する摩擦帯電性、ドット再現性、転写効率、飛び散りの防止性、クリーニング性の全てを満足させることができる。
【００３８】
図６は、プロセスカートリッジの構成を示す構成図である。上記画像ステーション１５は、図６に示すように、感光体２０、帯電装置３０、現像装置５０、クリーニング装置４０を一体に支持し、装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ６０として構成されている。図７は、装置本体７０からプロセスカートリッジ６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０Ｋを抜き取る状態を示す斜視図である。ユーザーは、プロセスカートリッジ６０を装置本体７０から簡単に抜き取ることができ、ユーザーはカートリッジ形態で感光体２０、現像装置５０、または帯電装置３０、クリーニング装置４０を交換することができる。
【００３９】
以上、本実施形態に係る画像形成装置によれば、上述した実験により表面コート層にカーボンブラックが含まれているキャリアを用い、現像剤を汲み上げドクタブレード５２に搬送する磁極Ｐ５の法線方向の表面磁束密度、キャリアの平均粒径を上述のように規定する。これにより、キャリア付着、鮮鋭度の高い高濃度な高画質を維持すると共に、現像剤攪拌搬送手段のピッチに起因する濃度ムラを抑制するという要求を満足させることができる。
また、キャリアは、キャリア単体で直流１０００Ｖの電圧を印加したときの体積抵抗をR[Ω・ｃｍ]とすると、logＲで１０〜１５乗であるものを用いる。表面コート層にカーボンブラックが含まれているキャリアを用いることで、このようなキャリアの直流抵抗範囲でも確実にキャリア付着を抑制できる。よって、キャリア製造上の抵抗のばらつきに対する余裕度向上を図ることあできる。
また、現像剤攪拌搬送手段は、現像ローラ５１と並列に配置され、現像ローラの回転軸方向に現像剤を搬送しながら現像ローラ近傍に二成分現像剤を供給する回転可能な剤搬送供給部材としてのとして第１攪拌搬送スクリュウ５３を用いる。そして、現像ローラの表面移動速度Ａと第１攪拌搬送スクリュウの表面移動速度Ｂの比率Ｂ／Ａが０．３２≦Ｂ／Ａ≦１．８６とする。上述した実験により、上記範囲より比率Ｂ／Ａが遅い場合にはトナーの攪拌混合が不十分となって地汚れ画像や濃度ムラ画像が発生する虞がある。また、上記範囲より比率Ｂ／Ａが速い場合には、スクリュウ回転による内圧の増加や現像機外へのトナー飛散の不具合が発生する虞がある。また、経時的にはキャリアのカーボンブラックコートに損傷を与え、キャリア劣化によるキャリア付着の増加に至ることも確認されてある。このような副作用を防ぐために、第１攪拌搬送スクリュウ５３の表面移動速度が比率Ｂ／Ａで上記範囲を満たすものとする。
また、キャリアの表面コート層の樹脂に対するカーボンブラックの重量比が３％以下とする。これより多くすると、トナー収支の少ない画像面積率１％のプリントを繰返し実施した場合に、キャリアのカーボン色がトナーへ移ってしまうことによる混色が発生してしまう。すなわち、このカーボン添加量を３％以下に留めることによって、キャリアコート層のカーボンブラックのカラートナーへの色移りが抑制できるため、ブラック以外のカラートナーと組み合わせて使用することが可能である。
また、トナーの重量平均粒径が３〜１０μｍとする。トナーの重量平均粒径が上記範囲にあるトナーは、微小な潜像ドットに対して、十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性に優れる。重量平均粒径が３μｍ未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。重量平均粒径が１０μｍを超えると、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しい。
また、トナーを紡錘形状とする。紡錘形状のトナーは、粉体流動性が適度に調節されているために、摩擦帯電が円滑に行われて地肌汚れを発生させることがない。また、紡錘形状のトナーは、微小な潜像ドットに対して整然と現像され、その後効率よく転写されてドット再現性に優れる。その際の飛び散りに対しては、粉体流動性が適度にブレーキをかけて飛び散りを防いでいる。さらに、紡錘形状のトナーは球形トナーに比べて、転がる軸が限られていることから、クリーニング部材の下に潜り込むようなクリーニング不良が発生しにくい。
また、紡錘形状のトナーの長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜０．８で、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０とする。このような紡錘状形状にすることで不定形・扁平形状でもなく真球状でもない形状であって、摩擦帯電性、ドット再現性、転写効率、飛び散りの防止性、クリーニング性の全てを満足させる形状となる。長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．５未満では、真球形状から離れるためにクリーニング性が高いが、ドット再現性及び転写効率が劣るために高品位な画質が得られなくなる。長軸ｒ１と短軸ｒ２との比（ｒ２／ｒ１）が０．８を越えると、球形に近づくために、低温低湿の環境下では特にクリーニング不良が発生することがある。また、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が０．７未満では、扁平形状に近く、不定形トナーのように飛び散りは少ないが、球形トナーのような高転写率は得られない。特に、厚さｒ３と短軸ｒ２との比（ｒ３／ｒ２）が１．０を超えると、長軸を回転軸とする回転体となり、クリーニング不良が発生しやすくなる。このような紡錘状形状にすることで不定形・扁平形状でもなく真球状でもない形状であって、双方の形状が有する摩擦帯電性、ドット再現性、転写効率、飛び散りの防止性、クリーニング性の全てを満足させることができる。
また、本実施形態に係るプロセスカートリッジ６０は、感光体２０と、帯電装置３０と、現像装置５０と、クリーニング装置４０手段とが一体になって画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。そのため、長期使用においても保守性、交換性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す構成図。
【図２】同画像形成装置の画像ステーションの内部構成を示す構成図。
【図３】同画像形成装置の現像装置の概略構成を示す構成図。
【図４】同画像形成装置の現像装置の内部構成を示す平面図。
【図５】（ａ）トナーの形状を座標軸ｘ、ｙ、ｚ上に示す模式図。  （ｂ）トナーの形状を座標軸ｘ、ｚ上に示す模式図。  （ｃ）トナーの形状を座標軸ｙ、ｚ上に示す模式図。
【図６】同画像形成装置のプロセスカートリッジ概略構成を示す構成図。
【図７】同画像形成装置本体へプロセスカートリッジを装着した状態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４１】
１      給紙カセット
２      転写紙
３      給紙ローラ
４      レジストローラ
５      二次転写ローラ
８      光学ユニット
８      定着ユニット
９      トナーボトル
１０    中間転写ユニット
１１    中間転写ベルト
１２    一次転写ローラ
１３    ベルトクリーニング装置
１５    画像ステーション
２０    感光体
３０    帯電装置
４０    クリーニング装置
５０    現像装置
５１    現像ローラ
５２    ドクタブレード
５３    第１攪拌搬送スクリュウ
５４    第２攪拌搬送スクリュウ
５５    現像ケース
５６    仕切壁
５７    第１空間部
５８    第２空間部
５９ａ，ｂ    受け渡し部
６０    プロセスカートリッジ
７０    装置本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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