(57)【要約】【課題】高画質化のために、キャリアの小粒径化や、潜像担持体と現像剤担持体との距離の狭化を行った場合にも、潜像担持体へのキャリア付着による画像上の白抜けや、現像剤担持体上の現像剤量変化による画像上のムラを抑え、高画質な画像を安定して形成できる画像形成装置を提供する。【解決手段】キャリアとして、平均粒径が２０〜６０［μｍ］、磁性キャリアの１×１０6／４π［Ａ／ｍ］磁場中における飽和磁化が６６×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以上のものを用いる。現像剤量規制部材９を剛性かつ磁性を有する材料で形成する。現像剤担持体７として、周回方向と直交する幅方向に沿ってのびる溝が表面の周回方向で互いに異なる複数の個所にそれぞれ形成されたものを用いる。現像剤量規制部材９が対向する現像担持体７の表面箇所での磁石磁極による法線方向磁束密度を、４５〔mT〕以上７０〔mT〕以下にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に静電潜像が形成される潜像担持体と、
この潜像担持体に対向し、内部に磁石を有し、且つ周面が周回可能に支持された現像剤担持体上にトナー及び磁性キャリアからなる二成分現像剤を担持させ、現像剤規制部材で担持される現像剤量を規制して潜像担持体との対向部に搬送し、潜像担持体と現像剤担持体との間に現像電界を作用させて潜像担持体上の静電潜像をトナーにて可視像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、
上記磁性キャリアの重量平均粒径が２０［μｍ］以上６０［μｍ］以下、
該磁性キャリアの１×１０6／４π［Ａ／ｍ］磁場中における飽和磁化が６６×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以上であり、
上記現像剤量規制部材が剛性かつ磁性を有する材料からなり、
上記現像剤担持体が、周回方向と直交する幅方向に沿ってのびる溝が表面の周回方向で互いに異なる複数の個所にそれぞれ形成されたものであり、
上記現像剤量規制部材が対向する上記現像担持体の表面箇所での上記磁石の磁極による法線方向磁束密度が、４５〔mT〕以上７０〔mT〕以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記トナーの体積平均粒径が３［μｍ］以上８［μｍ］以下、
該トナーに添加する無機微粒子の平均粒径が３０［ｎｍ］以上１６０［ｎｍ］以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２の画像形成装置において、
上記潜像担持体と上記現像剤担持体との間隔が０．２［ｍｍ］以上０．４［ｍｍ］以下であることを特徴とする画形成装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の画像形成装置において、
上記キャリアが、少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有し、該粒子径（Ｄ）と該結着樹脂膜厚（ｈ）が１＜［Ｄ／ｈ］＜１０の関係を満足するものであることを特徴する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくはトナーとキャリアとを撹拌混合して得られる２成分系現像剤を用いた現像方式を採用した画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子写真法、静電写真法等の画像形成方法においては、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するために現像剤が使用される。この現像剤として、トナーとキャリアとを撹拌混合して得られる２成分系現像剤を使用する方法がある。この方法は、キャリアを含まない１成分系現像剤を使用する方法に比べてトナー帯電の安定性がよく、安定した良好な画像が得られる。通常、この２成分系現像剤は、磁力で現像剤担持体上に担持され潜像担持体との対向部に搬送されて現像に供される。
【０００３】
近年の機械の小型化の要求に伴い、潜像担持体としての例えば感光体ドラム及び現像剤担持体としての例えば現像スリーブの径を小さくする必要がある。ドラムとスリーブの径が小さいと、現像ニップ出口での磁気ブラシの穂先のキャリアに対する磁気拘束力が小さくなる。この結果、ドラム径とスリーブ径が小さいほど、キャリア付着が悪化する。さらに、近年の高画質化に伴ってトナー粒径もさらに小さくする傾向にある。これに伴いキャリアも小粒径にする必要がある。キャリア径が小さくなると磁化が小さくなり、キャリア付着が悪化する。以上のキャリア付着悪化に伴い、ドラム、ドラムクリーニングブレード、中間転写体などの劣化が促進されるとともに、画像上の白抜けが悪化する。
【０００４】
キャリア付着を防止する方法として、現像スリーブと感光体ドラムとが対向する現像領域に磁界を生じさせるための現像極と、この現像極よりも現像スリーブ上での現像剤搬送方向下流側から、この現像極に隣接する現像下流側極との磁力を高くする方法がある。キャリアの低抵抗化、ドラムとスリーブ間距離（以下ＰＧという）狭化、キャリアの磁化増大などの方法もある。上記現像極と上記現像下流側極の磁力を強くする方法は、磁気ブラシが現像極から離れて現像下流側極に移るとき、磁気拘束が弱まって磁気ブラシ先端のキャリアが離れてしまうことによるドラムへのキャリア付着を低減する。キャリアの低抵抗化の方法は、抵抗を低くしてベタ部現像後にキャリアに残るカウンターチャージのキャリアからの消散をしやすくし、カウンターチャージが原因のエッジ部へのキャリア付着（以下、エッジ部キャリア付着という）を低減する。ＰＧ狭化の方法は、ＰＧを狭めて電界強度を上げることより、キャリア付着を低減する。このＰＧ狭化は、画像の高画質化のためにも有利であることがわかってきている。
【０００５】
なお、二成分系現像方式に使用される粒状キャリアについては、通常適当な樹脂材料で被覆等を施して固く高強度の被覆層を設けることが行なわれている。これは、キャリア表面へのトナーのフィルミング防止、キャリア均一表面の形成、表面酸化防止、感湿性低下の防止、現像剤の寿命の延長、感光体のキャリアによるキズあるいは摩耗からの保護、帯電極性の制御または帯電量の調節等を目的とするものである。特許文献１にも特定の樹脂材料で被覆されたものが開示されている。特許文献２〜８には、更にその被覆層に種々の添加剤を添加したものが開示されている。特許文献９には、キャリア表面に添加剤を付着させたものが開示されている。特許文献１０には、コート膜厚よりも大きい導電性粒子をコート膜に含有させたものを用いるものが開示されている。特許文献１１には、ベンゾグアナミン−ｎ−ブチルアルコール−ホルムアルデヒド共重合体を主成分としてキャリア被覆材に用いることが開示されている。特許文献１２には、メラミン樹脂とアクリル樹脂の架橋物をキャリア被覆材として用いることが開示されている。
しかし、依然として耐久性が不十分で、トナーのキャリア表面へのスペント、それに伴う帯電量の不安定化、被覆樹脂の削れによる抵抗低下等の現象が生じる。初期は良好な画像を得ることができるが、コピー枚数が増加するにつれ、このような現象に伴って現像剤汲み上げ量が低下し、複写画像の画質が低下する。まだまだ改良の必要性がある。
【０００６】
このような改良に関し、後述する課題を解決するための手段に記載の事項と部分的に共通する事項が、特許文献１３に記載されている。すなわち、特許文献１３には、少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有するキャリアにおいて、該粒子径（Ｄ）と該結着樹脂膜厚（ｈ）が１＜［Ｄ／ｈ］＜５であることを特徴とする電子写真用キャリアが提案されている。しかし、磁化に対しては記載されていない。特許文献１４には、現像スリーブに溝を形成することにより、現像剤の搬送力を高めることが記載されている。しかし、高磁化キャリアについての記載はない。
【特許文献１】特開昭５８−１０８５４８号公報
【特許文献２】特開昭５４−１５５０４８号公報
【特許文献３】特開昭５７−４０２６７号公報
【特許文献４】特開昭５８−１０８５４９号公報
【特許文献５】特開昭５９−１６６９６８号公報
【特許文献６】特公平１−１９５８４号公報
【特許文献７】特公平３−６２８号公報
【特許文献８】特開平６−２０２３８１号公報
【特許文献９】特開平５−２７３７８９号公報
【特許文献１０】特開平９−１６０３０４号公報
【特許文献１１】特開平８−６３０７号公報
【特許文献１２】特許第２６８３６２４号公報
【特許文献１３】特開２００１−１８８３８８号公報
【特許文献１４】特開２００１−１３４０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記キャリア付着を防止するためのキャリアの低抵抗化の方法やＰＧ狭化の方法は次の問題がある。キャリアの低抵抗化の方法は、現像バイアスがＡＣ（交流）の場合、抵抗が低いために電荷がリークしてしまい、リークによる異常画像が発生してしまう。ＰＧ狭化の方法は、経時での現像剤や現像スリーブ表面の劣化などによる現像剤汲み上げ量低下で穂跡や地汚れといった不具合が発生するのを防止するため、初期の現像剤汲み上げ量を高目に設定する必要がある。これを高目に設定してしまうと、汲み上げ量が多すぎて現像領域でのパッキングが大きくなり、剤あふれ、現像ローラロック、現像スリーブ固着などが発生してしまう。さらに、キャリア表面へのトナー融着によるキャリアのトナー帯電能力低下で、地汚れ、トナー飛散等が悪化してしまう。前述のように、このＰＧ狭化の方法は画像の高画質化のためにも有利である。よって、上述したのと異なり、初期の現像剤汲み上げ量を過剰に高めに設定することなく経時的に安定した現像剤汲み上げ量の確保が可能になれば、画像の高画質化やキャリア小粒径化によるキャリア付着防止のために、このＰＧ狭化の方法を採用したいところである。
【０００８】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、高画質化のために、キャリアの小粒径化や、潜像担持体と現像剤担持体との距離の狭化を行った場合にも、潜像担持体へのキャリア付着による画像上の白抜けや、現像剤担持体上の現像剤量変化による画像上のムラを抑え、高画質な画像を安定して形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面に静電潜像が形成される潜像担持体と、この潜像担持体に対向し且つ周面が周回可能に支持された現像剤担持体と、この現像剤担持体上にトナー及び磁性キャリアからなる二成分現像剤を担持させ、現像剤規制部材で担持される現像剤量を規制して潜像担持体との対向部に搬送し、潜像担持体と現像剤担持体との間に現像電界を作用させて潜像担持体上の静電潜像をトナーにて可視像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、上記磁性キャリアの重量平均粒径が２０［μｍ］以上６０［μｍ］以下、該磁性キャリアの１×１０6／４π［Ａ／ｍ］磁場中における飽和磁化が６６×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以上であり、上記現像剤量規制部材が剛性かつ磁性を有する材料からなり、上記現像剤担持体が、周回方向と直交する幅方向に沿ってのびる溝が表面の周回方向で互いに異なる複数の個所にそれぞれ形成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記トナーの体積平均粒径が３［μｍ］以上８［μｍ］以下、該トナーに添加する無機微粒子の平均粒径が３０［ｎｍ］以上１６０［ｎｍ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項３は、請求項1又は２の画像形成装置において、上記潜像担持体と上記現像剤担持体との間隔が０．２［ｍｍ］以上０．４［ｍｍ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２又は３の画像形成装置において、上記キャリアが、少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有し、該粒子径（Ｄ）と該結着樹脂膜厚（ｈ）が１＜［Ｄ／ｈ］＜１０の関係を満足するものであることを特徴するものである。
【００１０】
請求項１乃至４の画像形成装置においては、トナーとこのトナーを保持する磁性キャリアとを含む二成分現像剤を現像領域で磁気ブラシの状態にして像担持体上の静電潜像を現像する。
この二成分現像剤中の磁性キャリアの重量平均粒径が６０［μｍ］以下の小粒径であることから、磁性キャリアによる穂跡やハーフトーン画像のざらつき、即ち粒状性の悪化を防止することが可能となり、高画質化が可能となる。また、重量平均粒径の下限が２０［μｍ］であることから、流動性および現像剤へのストレスが悪くなり過ぎない。更に、１×１０6／４π［Ａ／ｍ］（１ｋ［Ｏｅ］）磁場中における飽和磁化が６６×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］（６６［ｅｍｕ／ｇ］）以上と高めであることから、磁界発生手段による磁気ブラシの磁気拘束力が強く、磁気ブラシ先端からのキャリア離れを生じにくい。これにより、上記小粒径の磁性キャリアを用いる場合に発生しやすい像担持体へのキャリア付着を抑制する。
また、現像剤量規制部材が剛性且つ磁性を有する材料で構成されていることから帯電立ち上げ性が良い。
このような現像剤量規制部材を使用し、かつ、磁性キャリアの飽和磁化を高く設定すると、現像剤が現像剤担持体上で現像剤汲み上げ量ムラが発生し、画像上に画像ムラが出現しやすいという問題が生じてしまった。そこで、現像剤担持体表面に、複数の溝を形成した。この溝により現像剤搬送力が高め、現像剤担持体上で現像剤がスリップするのを抑制し、現像剤汲み上げムラを防止する。
更に、上記現像剤量規制部材が対向する上記現像担持体の表面箇所での上記磁石の磁極による法線方向磁束密度が４５〔mT〕以上であることから、上記現像剤量規制部材と上記潜像担持体表面との間隔（以下、ドクタギャップという）を、異物やトナー等が挟まりにくい程度に広く設定できる。この結果、異物やトナー等が挟まりによる画像上のスジ発生を防止できる。補足すると、上記磁束密度が小さいほど、磁性を有する材料からなる現像剤量規制部材の磁力による現像剤保持力が小さく、現像剤担持体表面移動にともなって搬送される現像剤に対するドクタギャップ通過規制力が小さい。このため、その分ドクタギャップを狭く設定して通過量を規制せざるを得ない。あまりに狭すぎると、上記異物等の挟まりが生じてしまう。上記磁束密度の設定にすれば、ドクタギャップを広めに設定できるのである。また、上記磁力密度が大きすぎると、現像剤量規制部材の現像剤保持力が大きすぎてこれに保持される多量の現像剤によって、現像剤担持体表面移動に伴って搬送される現像剤に対して過剰なストレスをかけてトナースペント等の現像剤の劣化を大きくしてまう。そこで、上記磁束密度は、７０〔mT〕以下に設定する。これにより、現像剤の早期劣化を抑制する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高磁化キャリア、磁性ドクタを同時に使用する場合に発生する汲み上げ量ムラを搬送力の高い溝のあるスリーブを使用することにより、キャリア付着、汲み上げムラによる画像ムラを同時に防止することができるので、高画質化のために、キャリアの小粒径化や、潜像担持体と現像剤担持体との距離の狭化を行った場合にも、潜像担持体へのキャリア付着による画像上の白抜けや、現像剤担持体上の現像剤量変化による画像上のムラを抑え、高画質な画像を安定して形成できる。
更に、上記現像剤量規制部材が対向する上記現像担持体の表面箇所での上記磁石の磁極による法線方向磁束密度が、４５〔mT〕以上７０〔mT〕以下に設定することにより、異物等の挟まりによる画像上のスジ発生が生じないようなドクタギャップの設定を可能にでき、また、現像剤量規制部材の過剰な現像剤保持による現像剤の早期劣化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像担持体としての感光体の周辺に、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置が順に配設されている。また、給紙トレイより転写紙を給紙する給紙搬送装置と、トナー像を転写された転写紙が感光体から分離した後、トナーを転写紙に定着する定着装置とを備えている。このように構成された画像形成装置では、回転する感光体の表面は帯電装置により一様に帯電された後、画像情報に基づき露光装置のレーザー光線等を照射され、感光体上に潜像形成を形成する。感光体上に形成された静電潜像に現像装置により帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成する。一方、転写紙は給紙搬送装置により給紙トレイより給紙され、次いで感光体と転写装置とが対向する転写部に搬送される。そして転写装置により、転写紙に感光体上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体上に形成されたトナー像を転写紙へ転写する。次いで、転写紙は、感光体から分離され、定着装置に送られ、トナーを転写紙に定着することで画像が得られる。
【００１３】
図１は本実施形態に係る画像形成装置の現像装置の概略構成図である。図１に基づき上記画像形成装置に採用される現像装置について詳しく説明する。この現像装置１は感光体８の側方に配設され、トナー及び磁性キャリアとを含む２成分現像剤（以下「現像剤」という。）を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ７を備えている。この現像スリーブ７は、現像ケーシングの感光体１側に形成された開口部から一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装置により、図中矢印ｂ方向に回転する。また、現像スリーブ７の内部には、磁界発生手段としての固定磁石群からなる図示しないマグネットローラが固定配置されている。また、現像装置１は、現像スリーブ７上に担持される現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ９を備えている。このドクタ９に対して、現像スリーブ７回転方向上流側には、現像剤を収容する現像剤収容部４が形成され、該現像剤収容部４の現像剤を攪拌混合する第１及び第２の攪拌スクリュ５、６が設けられている。また、現像剤収容部４の上方に配置されるトナー補給口２３と、現像剤収容部４へ補給されるトナー充填したトナーホッパ２と、トナー補給口２３とトナーホッパ２とを接続するトナー送流装置３とが設けられている。
【００１４】
上記構成の現像装置１においては、第１及び第２の攪拌スクリュ５、６が回転することにより、現像剤収容部４内の現像剤が攪拌され、トナーと磁性キャリアとが互いに逆極性に摩擦帯電される。この現像剤は、矢印ｂ方向に回転駆動する現像スリーブ７の周面に供給され、供給された現像剤は現像スリーブ７の周面に担持され、現像スリーブ７の回転によって、その回転方向（矢印ｂ方向）に搬送される。次いで、この搬送された現像剤は、ドクタ９によって量を規制され、規制後の現像剤が感光体８と現像スリーブ７とが対向する現像領域に運ばれる。この現像領域で現像剤中のトナーが、感光体８表面の静電潜像に静電的に移行し、その静電潜像がトナー像として可視像化される。
【００１５】
そして、この現像装置１では、上記キャリアとして、重量平均粒径が２０［μｍ］以上、６０［μｍ］以下のものであって、１×１０6／４π［Ａ／ｍ］（１［ｋＯｅ］）磁場中において、飽和磁化が６６×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以上（６６［ｅｍｕ／ｇ］以上）のものを用いる。６６×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］未満では、飽和磁化の強さが低いために、搬送性が低下し、また、感光体１００へのキャリア付着が多くなる。また、１×１０6／４π［Ａ／ｍ］（１［ｋＯｅ］）磁場中において、飽和磁化が１００×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以下のものを用いることが好ましい。１００×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］を越えると、飽和磁化の強さが高いために、磁気ブラシが強くなり、スキャベンジ効果が強く、ハーフトーン部にスキャベンジ跡が生じ、画像品質を低下させる恐れがあるためである。上記ドクタ９として、剛性かつ磁性を有する材料からなるものを用いる。上記現像スリーブ７として、周回方向と直交する幅方向に沿ってのびる溝が表面の周回方向で互いに異なる複数の個所にそれぞれ形成されたものを用いる。更に、上記ドクタ９が対向する上記現像スリーブ７表面箇所でのスリーブ内磁石の磁極による法線方向磁束密度が、４５〔mT〕以上７０〔mT〕以下の範囲内になるような磁石を用いている。
【００１６】
本実施形態においては、高画質化のためにキャリアの小粒径化を図った。キャリアの小粒径化に伴いキャリア付着が悪化するので、その防止のためキャリアの磁化を大きくした。帯電立ち上げ性を良くするため剛性かつ磁性を有する磁性ドクタ９を使用した。この磁性のドクタと磁化が大きなキャリアとを組み合わせたためドクタ９での現像剤保持力が大きくなる。この場合において、現像スリーブ７の搬送力が小さいと、現像剤がスリーブ上でスリップして現像スリーブ上の現像剤量（以下、汲み上げ量という）にムラが発生し、ムラ画像が発生する。
【００１７】
そこで、現像スリーブ７の表面に溝を形成して現像剤の搬送力を高めた。現像スリーブ表面の搬送力を高める方法としては、サンドブラスト処理等でスリーブ表面荒さをあげることも考えられている。しかし、経時でスリーブ表面が摩耗して搬送力が低下しやすので、経時でも安定した搬送力を得られる溝形成を採用した。
上記キャリアの飽和磁化の測定方法を次のとおりである。測定装置は、ＢＨＵ−６０型磁化測定装置（理研測定製）を用いる。測定試料を約１．０［ｇ］秤量し、内径７［ｍｍ］φ、高さ１０［ｍｍ］のセルにつめ、前記の装置にセットする。そして印加磁場を徐々に加え１×１０6／４π［Ａ／ｍ］（１ｋ［Ｏｅ］）まで変化させ、１×１０6／４π［Ａ／ｍ］（１ｋ［Ｏｅ］）における磁化を求める。
【００１８】
以上のように、本実施形態においては、磁性キャリアとして、その重量平均粒径が２０［μｍ］以上６０［μｍ］以下、１×１０6／４π［Ａ／ｍ］磁場中における飽和磁化が６６×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以上のものを用い、現像剤量規制部材を磁性且つ剛性の材料から構成し、現像剤スリーブ上には複数の溝を設けた。これにより、キャリア付着、汲み上げムラによる画像ムラを同時に防止することができるので、高画質化のために、キャリアの小粒径化や、潜像担持体と現像剤担持体との距離の狭化を行った場合にも、潜像担持体へのキャリア付着による画像上の白抜けや、現像剤担持体上の現像剤量変化による画像上のムラを抑え、高画質な画像を安定して形成できる。
【００１９】
また、この現像装置１では、トナーとして、体積平均粒径が３［μｍ］以上、８［μｍ］以下のものを用いる。また、このトナーには添加剤として無機微粒子を添加する。この無機微粒子の平均粒径は、３０［ｎｍ］以上、１６０［ｎｍ］以下とすることが好ましい。トナーの結着樹脂としては従来公知の樹脂が全て使用可能である。例えば、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。また単独使用も可能であるが、二種類以上併用しても良い。これら樹脂の製造方法も特に限定されるものではなく、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合いずれも使用できる。また、オイルレス定着のため離型剤としては、酸化ライスワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、カルナウバワックス等が使用できる。必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。
【００２０】
本実施形態においては、高画質化のためにトナーの小粒径化を図った。ここで、トナーの体積平均粒径と現像剤の流動性に関する実験例について図２を用いて説明する。同図は、いろいろな体積平均粒径のトナーを用いて、現像剤中におけるトナーの重量濃度［ｗｔ％］に対して、現像剤の流動度［ｓ］をプロットしたものである。流動度は、ＪＩＳ  Ｚ２５０２にある金属紛の流動度測定方法により求めた。より具体的には、現像剤５０［ｇ］を径５［ｍｍ］穴径を有するロートにセットし、この穴から自重落下させて流出から終了までの時間を求めた。従って、流動度の値は、小さくなるに連れて流動性が良好ということになる。
図２より、トナーの重量濃度の値が高くなるにつれて、流動度［ｓ］が大きくなり、現像剤の流動性が悪化することがわかる。また、トナー重量濃度を一定とした場合、トナーの体積平均粒径が小さいほど流動度が大きくなり、現像剤の流動性が悪化することがわかる。
従って、高画質化を目的としてトナーの小粒径化を図る場合、粒径がより大きいトナーに比して現像剤の汲み上げ量ムラが発生しやすいという問題が生じることになる。
【００２１】
トナーの小粒径化に伴う別の問題として、感光体上に残留したトナーのクリーニング除去性能が悪化するというものがある。一例として、感光体上に残存しているトナーを除去するクリーニング装置としてクリーニングブレード方式を採用した場合を考える。トナーが小粒径の場合、トナー粒径がより大きいものに比して、クリーニングブレードを通過する（すり抜ける）トナーが増加する。その結果、トナーに対するクリーニング除去性能が悪化してしまう。また、クリーニングブレードの磨耗量が増えて、クリーニングブレード（クリーニング部材）の寿命が短くなってしまう。
【００２２】
これらのクリーニング不良、及びクリーニング部材の短寿命化の問題を回避する手法としては、トナーに添加剤として無機微粒子を添加することが有効である。
しかし、トナーに無機微粒子を添加した場合には、経時的に現像剤の汲み上げ量が低下するという新たな問題が生じた。これを説明する実験例について図３を用いて説明する。同図は、トナーに無機微粒子を添加したサンプルと無添加のサンプルについて作像枚数［Ｋ］に対して、現像剤の汲み上げ量［ｍｇ／ｃｍ２］をプロットしたものである。
図３より、無機微粒子を添加していないトナーは、ほとんど汲み上げ量の変化がないのに対し、無機微粒子を添加したトナーは、経時的に現像剤の汲み上げ量が低下することがわかる。
【００２３】
そこで、本実施形態においては上述したように現像スリーブ７の表面に溝を形成して現像剤の搬送力を高めた。これにより、トナーの小粒径化による現像剤の汲み上げ量ムラを防止し、かつ、無機微粒子添加による現像剤の経時的な汲み上げ量変化を抑制することができる。
【００２４】
本実施形態においては、トナーとして、体積平均粒径が３［μｍ］以上８［μｍ］以下のものを用い、このトナーに添加する無機微粒子の平均粒径が３０［ｎｍ］以上１６０［ｎｍ］以下のものを用いた。そして、上述したとおり現像スリーブ上には複数の溝を設けた。これにより、上述したように、小粒径トナーを用いた場合に生じやすくなる現像剤汲み上げ量ムラを防止し、クリーニング不良、クリーニング部材の短寿命化を防止して、高画質化を達成することができる。しかも、経時的な現像剤の汲み上げ量変化を防止することができる。
【００２５】
また、この現像装置１は、ＰＧを０．２〜０．４［ｍｍ］の範囲内にして用いることが望ましい。０．４［ｍｍ］以下というようにＰＧを狭化することにより、粒状性、文字周辺抜け等の画像品質についても改善できた。文字周辺抜け、ベタ・ライン付着量比（ベタパッチ部のトナー付着量とライン部付着量の比であり、１に近いほど良い。）などはエッジ効果が大きいほど悪い。現像スリーブ−感光体間距離（以後ＰＧと呼ぶ）を小さくすることによりエッジ効果を小さくすることができることは知られている。ＰＧを小さくすることにより、電界強度を高めることができ、ドット再現性も良くなり、粒状性も良くなる。０．２［ｍｍ］以上としたのは、これより狭いと、現像領域で現像剤がパッキング状態になり、現像スリーブにトナーが固着するなどの問題や現像スリーブ、感光体などのフレといった不具合が生じるからである。０．４［ｍｍ］以下という狭さでは、搬送力の小さい溝の無い現像スリーブを用いると、汲み上げ量ムラが相対的に大きくなり、画像ムラも発生しやすい。溝のある現像剤の搬送力が比較的高い現像スリーブ７を用いることにより、このような不具合を回避した。
【００２６】
また、この現像装置１では、上記キャリアであって、少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有し、この粒子の径（Ｄ）と結着樹脂の膜厚（ｈ）が１＜［Ｄ／ｈ］＜１０の範囲、好ましくは１＜［Ｄ／ｈ］＜５の範囲のものをもちいることが望ましい。このようなキャリアでは、被覆膜に比べ粒子の方が凸となるので、現像剤を摩擦帯電させるための攪拌により、トナーとの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦で、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和することができる。これにより、キャリアへのトナーのスペントを防止することが可能となるとともに、帯電発生箇所である結着樹脂の膜削れも防止することが可能となる。よって、経時でのキャリア表面形状変化が小さく、さらに耐久性が大幅に向上させることが可能となる。すなわち現像剤の長寿命化ができる。この経時での表面形状変化が小さいことから、経時での汲み上げ量（ドクターブレードを通過する単位面積当たりの現像剤量）変化が小さくなり、安定して現像スリーブ７上に現像剤を供給できる。それにより安定した画像を供給できる。［Ｄ／ｈ］が１以下の場合、粒子は結着樹脂中に埋もれてしまうため、効果が著しく低下し好ましくない。［Ｄ／ｈ］が１０以上の場合、粒子と結着樹脂との接触面積が少ないため充分な拘束力が得られず、該粒子が容易に脱離してしまうため好ましくない。また、前記従来技術でも挙げた特許文献９には、コート樹脂膜厚よりも大きい導電性粒子をコート膜中に含有させたキャリアが開示されている。この公知のキャリアは、キャリアの抵抗を上げないために、この粒子を導電路として用いるため導電性である。本実施形態においては、上記粒子は、このように抵抗調節材として用いるのではなく、コート膜樹脂の保護材及び表面形状の調節材として用いる。よって、体積固有抵抗が１０９〜１０１４［Ωcm］の範囲内のもの、好ましくは、１０１２〜１０１３［Ωcm］の範囲内のものを用いる。また、キャリアの芯材としては、感光体１へのキャリア付着（飛散）防止の点から２０［μｍ］（平均粒径）以上で、かつ、キャリアスジ等の発生防止等画質低下防止の点から１００［μｍ］以下の範囲内のものを使用する。具体的材料としては、電子写真用二成分キャリアとして公知のもの、例えば、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル等、キャリアの用途、使用目的に合わせ適宜選択して用いればよい。
【００２７】
〔実施例〕
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を具体的に説明する。ただし本発明はこれらの実施例に限定されるものではないことはもちろんである。
実施例、比較例で使用したフルカラープリンターの機械固定条件は以下のようになっている。
＜実施例機械条件＞
感光体線速                            ３５０（ｍｍ／ｓｅｃ）
現像スリーブ線速                      ７００（ｍｍ／ｓｅｃ）
感光体径                                ６０（ｍｍ）
汲み上げ量                              ５０（ｍｇ／ｃｍ２）
スリーブ径                            Φ２５（ｍｍ）
主極角度                                  ６°
主極磁束密度（Ｐ１）                  １２０（ｍＴ）
主極下流側極磁束密度（Ｐ２）          １１０（ｍＴ）
帯電電位ＶＤ                        −６００（Ｖ）
露光後電位ＶＬ                        −６０（Ｖ）
現像バイアスＶｂ                    −４３０（Ｖ）
なお、上記主極磁束密度や主極下流側極磁束密度（Ｐ２）は現像スリーブ表面での法線方向の磁束密度である。
また、上記ドクタ９が対向する上記現像スリーブ７表面箇所でのスリーブ内磁石の磁極による法線方向磁束密度が、４５〔mT〕以上７０〔mT〕以下の範囲内になるような磁石を用いた。この磁石を種々変更した場合の実験については後に詳述する。
【００２８】
また、磁束密度の測定方法は、磁力分布測定器（株式会社エクセル・システムプロダクト製３次元磁気測定装置）、ガウスメータ（（株）エー・デー・エス製）を用い、スリーブ突き当て方式で測定した。
なお、現像スリーブはＶ溝加工されたものである。また、現像剤量規制部材は剛性かつ磁性を有する材料である。現像剤量規制部材は鉄、ステンレス等の金属材料からなるものに限らず、フェライト、マグネタイト等の磁性粒子を配合した樹脂材料で構成することも可能である。さらに、現像剤量規制部材自体を磁性材料で構成することなく、磁性材料で構成された金属板等の別部材を現像剤量規制部材に直接もしくは、間接的に固定する構成とすることによっても同様な効果を得ることができる。
【００２９】
＜実施例キャリア＞
アクリル樹脂溶液（固形分５０重量％）                      ５６．０部
グアナミン溶液（固形分７７重量％）                        １５．６部
アルミナ粒子［０．３［μｍ］、固有抵抗１０１４（Ω・）    １６０．０部
トルエン                                                    ９００部
ブチルセロソルブ                                            ９００部
をホモミキサーで１０分間分散して被覆膜形成溶液を調合し、芯材として所定の平均粒径の焼成フェライト粉を用い、膜厚０．１５［μｍ］になるようにスピラコーター（岡田精工社製）により塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて１５０℃で１時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き１００［μｍ］の篩を用いて解砕し、キャリアとした。
なお、実施例磁性キャリアのコート膜に含まれる粒子の粒子径Ｄ＝０．３［μｍ］と結着樹脂膜厚ｈ＝０．１５［μｍ］の比Ｄ／ｈは２である。
【００３０】
＜比較例キャリア＞
アクリル樹脂溶液（固形分５０重量％）                        ５６．０部
グアナミン溶液（固形分７７重量％）                          １５．６部
トルエン                                                  ９００部
ブチルセロソルブ                                          ９００部
をホモミキサーで１０分間分散して被覆膜形成溶液を調合し、芯材として所定の平均粒径の焼成フェライト粉を用い、膜厚０．１５［μｍ］になるようにスピラコーター（岡田精工社製）により塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて１５０［℃］で１時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き１００［μｍ］の篩を用いて解砕し、キャリアとした。結着樹脂膜厚測定は、透過型電子顕微鏡にてキャリア断面を観察することにより、キャリア表面を覆う被覆膜を観察することができるため、その膜厚の平均値をもって膜厚とした。
なお、比較例キャリアのコート膜には粒子を含んでいない。よって、実施例磁性キャリアで示したコート膜に含まれる粒子の粒子径Ｄと結着樹脂膜厚ｈの比Ｄ／ｈは、比較例キャリアには適用できない。
【００３１】
上記の機械において、表１に記載の条件で、キャリア付着、画像濃度ムラ、粒状性、文字周辺抜けの評価を行った。結果も表１に示す。表中の、◎は非常に良い、○は良い、△は悪い、×は非常に悪いという評価を示す。
【表１】
2006184475.tif 000003
表１より、本実施例は、比較例に対して、小粒径キャリアを使用した場合でも、感光体へのキャリア付着、汲み上げ量ムラによる画像濃度ムラもなく、文字周辺抜け、粒状性なども優れており、高画質、かつ、安定した画像形成装置を提供できることがわかる。
【００３２】
また、トナー体積平均粒径と無機微粒子のトナーへの添加の有無、及び、スリーブ表面の溝の有無による、汲み上げ量、クリーニングブレードの磨耗性の評価を行った。その他の条件については、上記表１の実施例１と同様である。この結果を表２に示す。表中の◎は非常に良い、○は良い、△は悪い、×は非常に悪いという評価を示す。
【表２】
2006184475.tif 000004
表２より、小粒径トナーを使用した場合において、トナーへの無機微粒子の添加、現像スリーブに複数の溝を設けることにより現像剤の汲み上げ量の経時的低下を抑制し、クリーニングブレードの経時的磨耗を抑制できることがわかる。
【００３３】
また図４に示すごとく、該粒子径（Ｄ）と該結着樹脂膜厚（ｈ）が１＜［Ｄ／ｈ］＜１０である少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有するキャリアを使用した場合、キャリア表面へのトナー融着に伴う帯電量低下が小さくなり、現像剤の高寿命化が達成できることが分かる。すなわち、図４は、本実施形態に用いた１＜［Ｄ／ｈ］＜１０であるキャリアＣ１と、比較例キャリアＣ２とを用いた場合それぞれについて、ランニング時における帯電量の変化を始めの帯電量を１としたときの割合で示した結果である。帯電量の低下は、ランニング時におけるキャリアへのトナースペントなどに起因するものである。帯電量は、低下率が始めの帯電量の０．８以下、即ち低下率が２０％を越えると画像上問題が発生する。図４より、１＜［Ｄ／ｈ］＜１０であるキャリアＣ１では、ランニング枚数が１００Ｋ枚でも帯電量は始めの０．８を上回っていた。これに対して比較例キャリアＣ２では、ランニング枚数が１００Ｋ枚に達する前に帯電量が始めの０．８以下になった。この結果、粒子径（Ｄ）と結着樹脂膜厚（ｈ）が１＜［Ｄ／ｈ］＜１０である少なくとも結着樹脂と粒子を有するコート膜を有する本実施例キャリアは、トナースペントに起因する帯電量低下を抑えることができる。尚、Ｄ／ｈの値の上限は、粒子の脱離回避の面でより好ましくは５である。
【００３４】
次に、上記ドクタ９が対向する上記現像スリーブ７表面箇所でのスリーブ内磁石の磁極による法線方向磁束密度が、４５〔mT〕以上７０〔mT〕以下の範囲内になるような磁石を用いた場合、そうでない場合との比較実験について説明する。この実験にあたっては、上記実施例機械条件で、上記実施例キャリアを用い、トナーとして体積平均粒径が５．５〔nm〕を用いた。このトナーには、無機微粒子であるシリカ１．５重量％、酸化チタン０．７５重量％の外添剤を添加した。シリカの粒径は１００〔nm〕である。
上記の機械において、６０Ｋ枚のランニング評価を行い、スジ画像の有無、キャリアへのトナースペントの評価を行った。結果を表３に示す。表中の、◎は非常に良い、○はＯＫ（スジ発生なし、透過率：９０％以上）、×はＮＧ（スジ発生、透過率：９０％以下）という評価を示す。表３より、ドクタ対向磁極の磁束密度を４５〜７０ｍＴとすることで、ドクタへの異物つまりと現像剤劣化を両立することができる。この表３からわかるように異物等がドクタギャップに挟まりにくいのは、０．３５mm以上のドクタギャップである。
なお、上記スペントの評価は、現像剤からトナーを除去したキャリア１ｇに溶剤（ＭＥＫ）１０ｇを加え80回振った後、濁度計（ポイック簡易型 積分球式濁度計 ＳＥＰ-ＰＴ型）で溶剤の透過率を測定し、値が小さい程トナーのスペントが悪いということになる。透過率９０％をOKラインとした。
【表３】
2006184475.tif 000005
【００３５】
図５（ａ）、（ｂ）は、ドクタ９の磁力による現像剤保持力の説明図である。（ａ）は比較的弱い場合、（ｂ）は比較的強い場合である。（ａ）で保持されているキャリア１０aに比して（ｂ）で保持されているキャリア１０bの量の方がおおい。ドクタ９そのものの表面でのみならず、この保持されているキャリアでも、ドクタギャップ通過に対する規制力を発揮する。（ｂ）のように多量になるほど、この保持されているキャリアによる通過現像剤に対するストレスも増す。なお、Ｐ１は感光体８との現像領域に磁界を発生させる主極を構成する磁石、Ｐ４がドクタ９に対する対向磁石である。Ｐ２〜Ｐ３、Ｐ５は搬送用の磁石等である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置に用いる現像装置の概略構成図。
【図２】トナー重量濃度［％］に対して流動度［ｓ］をプロットした図。
【図３】無機微粒子添加の有無による現像剤汲み上げ量の経時変化を示した図。
【図４】実施例キャリアＣ１と、比較例キャリアＣ２とそれぞれについて、ランニング時における帯電量の変化を示したグラフ。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はドクタ９の磁力による現像剤保持力の説明図。
【符号の説明】
【００３７】
１    現像装置
２    トナーホッパ
３    トナー送流装置
４    現像剤収容部
５    第１攪拌スクリュ
６    第２攪拌スクリュ
７    現像スリーブ
８    感光体
９    ドクタ
【図１】
2006184475.tif 000006
【図２】
2006184475.tif 000007
【図３】
2006184475.tif 000008
【図４】
2006184475.tif 000009
【図５】
2006184475.tif 000010