(57)【要約】【課題】２成分現像剤を用いた画像形成装置において、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制して現像領域へ安定した量の現像剤の搬送をおこない、高品位な画像を長期にわたり得る。【解決手段】  ２成分現像装置の現像スリーブ７の表面粗さＲｚが５〜２０μｍであり、かつ、磁性キャリアがすく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であり、該磁性キャリアの重量平均粒径ｄが２０〜６０μｍとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に固定された磁界発生手段を有し、表面上に磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を担持して回転する非磁性現像スリーブからなる現像剤担持体と、該現像剤担持体上に担持された現像剤の量を規制する剛体からなる現像剤量規制部材とを備えた現像装置を用いて像担持体上の静電潜像をトナー像化する画像形成装置において、
上記現像スリーブの表面粗さＲｚが５〜２０μｍであり、かつ、上記磁性キャリアがすく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であり、該磁性キャリアの重量平均粒径ｄが２０〜６０μｍであることを特徴する画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、上記現像スリーブがサンドブラスト加工により表面加工されたもの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または２の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ｄと上記現像スリーブの表面粗さＲｚとの比ｄ／Ｒｚが３≦ｄ／Ｒｚ≦５であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の画像形成装置において、上記現像スリーブの軸トルクが０．５〜４．０ｋｇｆ・ｃｍであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記磁性キャリアの上記コート膜に含まれる上記粒子がアルミナまたは／及びシリカであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、上記磁性キャリアの上記コート膜に含まれる上記粒子の含有量が該コート膜組成成分の５０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記現像スリーブ径が１５ｍｍ以上であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記現像スリーブ線速が７００ｍｍ/ｓ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８の画像形成装置において、上記現像剤量規制部材が磁性を有する材料からな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、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に関するものであり、詳しくは、磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子写真複写装置等の画像形成装置においては、磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を用いて現像をおこなう２成分現像装置と、トナーのみを用いて現像を行う１成分現像装置とが知られている。２成分現像装置は、通常、内部に複数の磁極を有する磁石体からなるマグネットローラを備え、回転可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像スリーブを有している。この現像スリーブ表面にトナーを付着させた磁性キャリアを担持しながら像担持体との対向部である現像領域に搬送して、２成分現像剤からなる磁気ブラシにて現像を行うものである。２成分現像装置においては、磁性キャリアとトナーとを撹拌混合することで帯電を行うので、トナーの帯電性が安定し、比較的安定した良好な画像が得られる。しかしながら、キャリア劣化や現像剤中のトナーが消費されてトナー濃度が変動するためトナーと磁性キャリアの混合比の変動するといった欠点がある。トナーと磁性キャリアの混合比の変動を抑制するためには、トナー濃度制御装置を備え、必要に応じてトナーを補給してこの変動を抑制する。
【０００３】
一方、１成分現像装置は、現像剤担持体表面に担持したトナーを現像領域に搬送して現像を行うものである。２成分現像装置のキャリア劣化やトナー濃度制御装置を備えなければならないという欠点は有しないが、帯電性が安定しにくいという欠点をもっている。また、一般的にトナーを担持する力が弱く、トナーの搬送性が悪い。そこで、現像スリーブの表面粗さを粗くすることにより搬送性を改善して画像品質を向上させるという提案がなされている（特公昭６４−１２３８６号公報参照）。
【０００４】
ところで、上記磁性キャリアには、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、感光体のキャリアによるキズあるいは摩耗からの保護すること等が望まれる。また、現像剤の寿命の延長、帯電極性の制御または帯電量の調節等をおこなうことも必要である。このような目的のため、通常適当な樹脂材料で被覆等を施すことにより固く高強度の被覆層を設けることが行なわれている。例えば特定の樹脂材料で被覆されたもの（特開昭５８−１０８５４８号公報）が開示されている。また、更にその被覆層に種々の添加剤を添加するもの（特開昭５４−１５５０４８号公報、特開昭５７−４０２６７号公報、特開昭５８−１０８５４９号公報、特開昭５９−１６６９６８号公報、特公平１−１９５８４号公報、特公平３−６２８号公報、特開平６−２０２３８１号公報）が開示されている。さらに、キャリア表面に添加剤を付着させたものを用いるもの（特開平５−２７３７８９号公報）が開示されている。さらに、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（特開平９−１６０３０４号公報）が開示されている。また、特開平８−６３０７号公報には、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記載されている。また、特許第２６８３６２４号公報には、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記載されている。
【０００５】
また、耐久性をさらに向上させるために、本出願人は、特開２００１―１８８３８８号公報において、「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」を提案している。このキャリアは、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り、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する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記２成分現像装置においては、高画質化の要求に伴い、磁性キャリアを小粒径化し、磁気ブラシに起因するキャリアの穂跡やざらつき感を低減させるものが増えてきている。しかしながら、磁性キャリアは小粒径になるほど流動性が悪くなる傾向があり、これに伴い現像スリーブが現像剤を担持しにくくなる。このため、現像スリーブによる現像剤の汲み上げ量（現像スリーブに担持され現像剤量規制部材を通過する単位面積当たりの現像剤量）が低下する傾向がある。特に経時においては、現像スリーブ表面形状の摩耗、現像剤の劣化、現像スリーブ表面へのトナーフィルミングによる摩擦抵抗の変動などにより、汲み上げ量が低下する要因が重なる。このような場合、２成分現像装置においても、従来の大きさのキャリアでは見られなかった、画像に悪影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下をひきおこす。これにより、現像領域への現像剤搬送量が不足して画質が劣化してしまう。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、２成分現像剤を用いた画像形成装置において、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制して現像領域へ安定した量の現像剤の搬送をおこなう。これにより、高品位な画像を長期にわたり得ることのできる画像形成装置を提供することである。
【０００８】
なお、特開平５−１９６３２号公報では、「現像剤担持体内の磁石体に対向して現像剤担持体に押圧され、該現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する剛体かつ磁性を有する材質からなる棒状の現像剤量規制体を備え像担持体と非接触で現像を行う現像装置において、前記像担持体の表面は不定形粒子によるサンドブラト処理によって、Ｒｚ値０．２〜１．５μｍのあらさとしたのち、粒径大粒子によるサンドブラスト処理によりあらさをＲｚ値５〜１０μｍの範囲になるよう加工したことを特徴とする現像装置」が提案されている。この現像装置は、現像スリーブへのトナーの融着を防止して、現像スリーブ上の現像剤の層厚を一定に規制して濃度むらを防止するものである。この公報では、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制して現像領域へ安定した量の現像剤の搬送をおこない、高品位な画像を長期にわたり得るという本発明の課題については、何ら記載されていない。
【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、内部に固定された磁界発生手段を有し、表面上に磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を担持して回転する非磁性現像スリーブからなる現像剤担持体と、該現像剤担持体上に担持された現像剤の量を規制する剛体からなる現像剤量規制部材とを備えた現像装置を用いて像担持体上の静電潜像をトナー像化する画像形成装置において、上記現像スリーブの表面粗さＲｚが５〜２０μｍであり、かつ、上記磁性キャリアがすく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であり、該磁性キャリアの重量平均粒径ｄが２０〜６０μｍであることを特徴するものである。
請求項１の画像形成装置においては、小粒径の磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いた場合でも、表面粗さの粗い現像スリーブを用いて現像剤と現像スリーブとの摩擦抵抗を改善することで、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制する。さらに、磁性キャリアの特性（粒径、コート膜）及び、現像スリーブの表面粗さを規定する。これにより、キャリアの小粒径化、現像スリーブの粗面化に伴い現像剤へのストレスが増加しても、現像剤の劣化を抑制して、経時においる磁性キャリアの表面形状変化による汲み上げ量の低下を防止する。そして、高画質化と、経時においても汲み上げ量の低下を抑制して現像領域への安定した量の現像剤を搬送することとを両立できるようにする。
以下、詳細に説明する。まず、磁性キャリアによる穂跡やざらつき感の発生防止による高画質化のために、磁性キャリアを重量平均粒径が６０μm以下の小粒径キャリアにすることが必要である。また、磁性キャリアの粒径の下限を規定し、流動性および現像剤へのストレスが悪くなり過ぎないようにする。表１を用いて後述する実験により、磁性キャリアの重量平均粒径が２０μm以下であると、流動性が著しく悪くなるとともに、後述するコート膜を有する場合でも現像剤の劣化が著しくなり、経時で汲み上げ量低下が大きくなることがわかった。そこで、磁性キャリアの重量平均粒径は２０〜６０μｍの範囲とする。次に、ストレスに強いキャリアを用いるとともに、現像スリーブの表面粗さを規定し汲み上げ量の低下を改善する。磁性キャリアとしては、コート膜が少なくとも結着樹脂と粒子を有し、該粒子径Ｄと該結着樹脂膜厚ｈが１＜［Ｄ／ｈ］＜１０の範囲のものを用いて、磁性キャリアの耐久性を向上させる。この様なコート膜を有する磁性キャリアは、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。そこで、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。なお、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。次に、現像スリーブの表面粗さを初期、経時の汲み上げ量低下抑制の点から規定する。現像スリーブの表面粗さＲｚが５μｍ未満であると、現像剤と現像スリーブとの摩擦抵抗とを改善する効果が小さく、現像剤の汲み上げ量低下おこる。一方、Ｒｚが２０μｍ以上であると上記ストレスに強い磁性キャリアを用いた場合でも、キャリア割れ又は、被覆樹脂の剥がれ等が発生しやすくなる。これは、キャリアの表面形状変化による汲み上げ量低下、現像剤の寿命の低下につながり好ましくない。そこで、現像スリーブの表面粗さＲｚは５〜２０μｍとする。
以上述べたように、現像スリーブの表面粗さＲｚが５〜２０μｍであり、かつ
、磁性キャリアがすく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であり、重量平均粒径を２０〜６０μｍとする。これにより、高画質化を図るとともに、経時においても汲み上げ量の低下を抑制して現像領域への安定した量の現像剤を搬送することができる。
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記現像スリーブがサンドブラスト加工により表面加工されたもの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ｄと上記現像スリーブの表面粗さＲｚとの比ｄ／Ｒｚが３≦ｄ／Ｒｚ≦５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の画像形成装置において、上記現像スリーブの軸トルクが０．５〜４．０ｋｇｆ・ｃｍ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の画像形成装置において、上記磁性キャリアの上記コート膜に含まれる上記粒子がアルミナまたは／及びシリカ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の画像形成装置において、上記磁性キャリアの上記コート膜に含まれる上記粒子の含有量が上記コート膜組成成分の５０〜９５ｗｔ％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１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記現像スリーブ径が１５ｍｍ以上であることを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記現像スリーブ線速が７００ｍｍ/ｓ以下であ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１、２、３、４、５、６、７または８の画像形成装置において、上記現像剤量規制部材が磁性を有する材料からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１乃至９の発明によれば、２成分現像剤を用いた画像形成装置において、現像剤の汲み上げ量の低下を抑制して現像領域へ安定した量の現像剤の搬送をおこなうことができる。これにより、高品位な画像を長期にわたり得ることが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】
【００１１】
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。
【００１２】
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剛体からなる現像剤規制部材としてのドクタ９を備えている。該ドクタ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。
【００１３】
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。
【００１４】
さらに、本実施形態の現像装置１においては上記現像スリーブ７として、表面粗さが５〜２０μmのもの、好ましくは表面粗さＲｚが５〜１５μｍのものを用いる。現像スリーブ７の表面粗さＲｚを上記の範囲に調整するには、例えばサンドブラスト加工、溝加工、研削加工、サンドペーパー法、インデックスセーバー加工などを用いればよい。なかでも、サンドブラスト加工は、操作が簡易で加工の効率もよく、更にランダムに表面加工（粗面化）が行われるため、全ての方向に対する現像剤と現像スリーブ７の摩擦抵抗が等しく改善されると考えられる。よって、汲み上げ量をむらなく均一にすることができ、濃度むらを防止して高画質化を図ることができる。表面粗さＲｚは、十点平均粗さを意味し、小坂研究所製，サーフコーダーＳＥ−３０Ｈにより測定した。なおこの十点平均粗さは、固体表面の微細な凹凸の深さを良く反映するものである。また、用いられる現像スリーブ７の材質としては、通常の現像装置に用いられるものであれば特に限定されることない。具体的には、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミックス等の非磁性材料や、更にこれらにコーティング等したものなどが用いられる。また、現像スリーブの形状も特に限定されることはない。
【００１５】
ドクタ９は磁性を有するものとした。磁性材料としては、例えば、鉄、ステンレス等の金属材料、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が挙げられる。また、このような磁性材料で構成された金属板等の別部材をドクタ９に直接もしくは間接的に固定してもよい。
【００１６】
また、上記現像剤の磁性キャリアとしては、重量平均粒径ｄが２０〜６０μｍであり、すく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、好ましくは１＜［Ｄ／ｈ］＜５の範囲であるものを用いた。キャリア心材の具体的材料としては、２成分現像剤用の磁性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。また、上記コート膜の粒子の具体的材料としては、アルミナ、シリカ等があげられる。アルミナは、粒径１０μｍ以下の粒子が好ましく、表面処理していないもの、疎水化処理など表面処理したもの全てを用いることができる。また、シリカは、トナー用に用いられているもの、及びそれ以外のものも用いることができ、表面処理していないもの、疎水化処理など表面処理したもの全てを用いることができる。また、帯電及び抵抗調節剤として、カーボンブラックあるいは酸性触媒を単独または併用して用いることも可能である。カーボンブラックは、キャリアあるいはトナー用として一般的に使われているもの全てを用いることができる。酸性触媒は、触媒作用を持つものを用いることができる。例えば、完全アルキル化型、メチロール基型、イミノ基型、メチロール／イミノ基型等の反応性基を有するものであるが、これらに限るものではない。また、コート膜の結着樹脂としては、２成分現像剤用の磁性キャリアのコート膜結着樹脂として公知のもの、例えばアクリル樹脂等が挙げられる。
【００１７】
また、本実施形態の磁性キャリアに類似した技術で、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もの（特開平９−１６０３０４号公報）が挙げられる。これとの相違点として、コート膜中に含有させる粒子の抵抗が挙げられる。該技術では、キャリアの抵抗を上げないために、該粒子を導電路として用いている。しかし、本実施形態では該粒子を導電路として用いていない。即ち、本発明において該粒子は、従来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ている。
【００１８】
以下、本発明の磁性キャリアを実施例及び比較例（従来使用されている小粒径の磁性キャリア）を挙げ、これらを用いた実験によりさらに具体的に説明する。
（実施例１）
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［０．３μｍ、固有抵抗１０１４（Ω・ｃｍ）］    １６０．０部
トルエン                                                  ９００部
ブチルセロソルブ                                          ９００部
これらをホモミキサーで１０分間分散して被覆膜形成溶液を調合した。芯材として焼成フェライト粉［Ｆ−３００：平均粒径；５０μｍ（パウダーテック社製）］を用い、膜厚０．１５μｍになるようにスピラコーター（岡田精工社製）によりこの被覆膜形成溶液塗布し乾燥した。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１００μｍの篩を用いて解砕し、キャリアとした。ここで、キャリアのコート膜に含まれるアルミナ粒子の粒子径Ｄ＝０．３μｍと結着樹脂膜厚ｈ＝０．１５μｍの比Ｄ／ｈは２．０となる。
なお、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。
（比較例１）
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た。芯材として焼成フェライト粉［Ｆ−３００：平均粒径；５０μｍ（パウダーテック社製）］を用い、膜厚０．１５μｍになるようにスピラコーター（岡田精工社製）によりこの上記被覆膜形成溶液塗布し乾燥した。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１００μｍの篩を用いて解砕し、キャリアとした。
【００１９】
（実験１）
実施例１と比較例１の磁性キャリアを、図１の現像装置にセットし、上記画像形成装置にてブラック単色によるＡ４、６０、０００枚のランニングを行なった。なお、現像スリーブ７は、サンドブラスト加工をおこない、表面粗さRｚが１０μmのものを用いた。現像スリーブ７の軸トルクは１．２ｋｇｆ・ｃｍである。トルクの測定方法は、実施例１、比較例１のキャリアを用いた現像剤において、トナー濃度ＴＣ=５％に調節したものを入れた状態でおこなった。そして、現像スリーブ７以外のギヤを外し、現像スリーブ軸にトルクゲージ（東日製作所社製）を取り付け、手回しにより静トルクを測定する。このような条件でランニングを行った際の汲み上げ量変動を測定し、初期の汲み上げ量に対する低下率（％）を示したものを図２に示す。また、汲み上げ量は、その低下率が３０％を超えると、ベタが薄くなったり、穂跡画像が出るなどの画質劣化を生じることが、実験により確認されている。よって、画像に影響を及ぼすことがない汲み上げ量低下率の許容レベルを３０％とした。
図２より、実施例１のキャリアは比較例１のキャリアに較べ汲み上げ量変動が小さく、現像剤寿命の規格であるＡ４、６０，０００枚においてもその低下率は２２％程度であった。これは、画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下率３０％には達していないことがわかる。一方、比較例１のキャリアは、Ａ４、６０，０００枚において低下率は４０％に達し、ベタが薄くなったり、穂跡画像が出るなど、画像に悪影響を及ぼした。
【００２０】
次に、磁性キャリアの粒径について、実験２に基づき説明する。
（実験２）
上記実施例１、比較例１の磁性キャリアと他の条件は同一で、キャリア粒径ｄを６５，６０，４０，２０，１８μｍと変化させたものを用いた。実験１と同様な方法でＡ４、６０、０００枚ランニングを行い、経時の汲み上げ量低下を評価した。結果は表１に示す。表１より、実施例１の磁性キャリアを使用した場合、キャリア粒径を２０μｍ以上にすることにより、Ａ４、６０、０００枚ランニング終了時の汲み上げ量低下率は画像に影響を及ぼすレベル３０％には達しない。しかし、比較例１のキャリアでは、キャリア粒径が６５μｍ以上でないと、汲み上げ量低下率３０％以下にはできなかった。
【表１】
2006113608.tif 000003
【００２１】
次に、磁性キャリアの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について実験３に基づき説明する。
（実験３）
上記実施例１の磁性キャリアと他の条件は同一で、コート膜の結着樹脂膜厚ｈを変え、Ｄ／ｈを３．８,９．７とした磁性キャリアを実施例２，３とした。また、アルミナ粒子の代わりにシリカ粒子［０．２μｍ、固有抵抗１０１３（Ω・ｃｍ）］を用い、Ｄ／ｈを２．０としたものを実施例４とした。さらに、アルミナ粒子の代わりに酸化チタン粒子［０．０２μｍ、固有抵抗固有抵抗１０７（Ω・ｃｍ）］を用い、Ｄ／ｈを０．１３としてものを比較例２とした。実施例１，２，３，４および比較例２を用い、上記実験１と同様な方法でブラック単色によるＡ４、６０、０００枚のランニングをおこない、経時の汲み上げ量低下を評価した。この結果を表２示す。実施例１のＤ／ｈが２．０の磁性キャリアと同様、実施例２，３のＤ／ｈが３．８,９．７のいずれの磁性キャリアでも、経時の汲み上げ量低下率が小さく、画像に影響を及ぼすレベル３０％には達していない。また、実施例４のシリカ粒子を含むＤ／ｈが２．０の磁性キャリアも、経時の汲み上げ量低下率が小さく、画像に影響を及ぼすレベル３０％には達していない。一方、比較例２のＤ／ｈが０．１３のキャリアでは、経時の汲み上げ量低下率は４０％を超え、ベタが薄くなったり、穂跡画像が出るなど、画像に悪影響を及ぼした。
【表２】
2006113608.tif 000004
【００２２】
上述のように、現像スリーブ７の表面粗さＲｚ、磁性キャリアの粒径ｄ、コート膜の特性（粒子径Ｄと結着樹脂膜厚ｈの比Ｄ／ｈ）を規定することで、画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下を防止することができる。さらに現像剤の汲み上げ量低下を抑制するためには、磁性キャリアの劣化をさらに低減させたい。ここで、磁性キャリアに与えるストレスの大きさは、磁性キャリアの粒径ｄと現像スリーブ７の表面粗さＲｚとの比ｄ／Ｒｚに大きく影響される。具体的には、ｄ／Ｒｚが小さいほど磁性キャリアに対するストレスが大きく、ｄ／Ｒｚが大きくなるほどストレスが小さくなる。そこで、ｄ／Ｒｚとキャリア劣化について検討した結果を実験４に基づき説明する。
【００２３】
（実験４）
実験１で用いた画像形成装置において、現像スリーブの表面粗さＲｚを４，５，１２，２０，３０と変化させたものを用いた。また、磁性キャリアは、上記実施例１のキャリア磁性キャリアと他の条件は同一で、キャリア粒径ｄを１４、２２、３６、４０、６０、７０、８０と変化させた磁性キャリアを用いた。そして、実験１と同様な方法でＡ４、６０、０００枚ランニングを行い、経時の汲み上げ量低下を評価した。さらに、Ａ４、６０、０００枚ランニング後の磁性キャリアの表面状態をＳＥＭにて観察し、膜剥がれの状態及びスペントの状態を評価した。結果は表３に示す。表３より、表面粗さＲｚが５〜２０μｍで、かつ、キャリア粒径ｄを２２〜６０μｍの範囲では、Ａ４、６０、０００枚ランニング終了時の汲み上げ量低下率は画像に影響を及ぼすレベル３０％には達しない。特に、ｄ／Ｒｚが３≦Ｄ／Ｒの範囲では、膜剥がれの状態及びスペントの状態の評価もよく、現像剤の経時劣化が少ないといえる。しかしながら、ｄ／Ｒｚが３より小さい場合、上記磁性キャリア表面の膜剥がれ、キャリアスペントが観察され、現像剤の劣化が進んでいることがわかった。一方、ｄ／Ｒｚが５より大きい場合、ストレスは小さく現像剤の劣化は小さかったが、画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下が発生した。そこで、磁性キャリアの粒径ｄと現像スリーブ７の表面粗さＲｚとの比ｄ／Ｒｚを３≦ｄ／Ｒｚ≦５とすることで、磁性キャリアの劣化を低減して、現像剤の劣化を小さくするとともに、汲み上げ量低下をさらに抑制することができる。
【表３】
2006113608.tif 000005
【００２４】
また、上記実施例１，２，３，４でも示したように、コート膜の粒子としては、アルミナ、シリカ等が好ましい。さらに、アルミナ、シリカ等の含有率がコート膜組成成分の５０〜９５ｗｔ％の範囲、好ましくは７０〜９０ｗｔ％であることで、その効果は顕著である。また、アルミナとシリカを混合して用いてもよい。この粒子の含有率が５０ｗｔ％よりも少ない場合には、キャリア粒子表面での結着樹脂の占める割合に比べ、該粒子の占める割合が少ない。このため、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和する効果が小さいので、十分な耐久性が得られず好ましくない。一方、９５ｗｔ％よりも多い場合には、キャリア表面での結着樹脂の占める割合に比べ、該粒子の占める割合が多過ぎるため、帯電発生箇所である結着樹脂の占める割合が不十分となり、十分な帯電能力を発揮できない。それに加え、結着樹脂量に比べ粒子量が多過ぎるので、結着樹脂による粒子の保持能力が不十分となり、粒子が脱離し易くなるので、十分な耐久性が得られず好ましくない。また、先に挙げた本発明に類似する（特開平９−１６０３０４号公報）が、粒子の含有率範囲について本発明と異なっている。該技術では「コート樹脂の０．０１〜５０重量％」、即ち、本発明の含有率計算方法に換算すると、「コート膜組成成分の０．０１〜３３．３３ｗｔ％」であり、この場合、従来に比べ耐久性は向上する。しかしながら、先にも述べたとおり、キャリア粒子表面での結着樹脂の占める割合に比べ、該粒子の占める割合が少ないので、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和する効果が小さく、十分な耐久性が得られず好ましくない。
【００２５】
ところで、ここで、現像剤へのストレスを小さくして、経時での汲み上げ量低下を抑制するためには、現像スリーブ７の軸トルクは小さい方が好ましい。しかしながら、現像スリーブ７の軸トルクが小さすぎると、トナーの帯電立ち上がり性が悪くなるという問題がある。そこで、現像スリーブの軸トルクを変化させて、帯電性立ち上がり性と経時での汲み上げ量低下とについて検討したものを、実験５に基づき説明する。
【００２６】
（実験５）
実験１で用いた画像形成装置において、現像装置１の現像スリーブ７の軸トルクを０．４，０．５，１．０，２．０，４．０，４．５ｋｇｆ・ｃｍと変化させた。また、磁性キャリアは、上記実施例１、比較例１のキャリア磁性キャリアと同一のものを用いた。そして、実験１と同様な方法でＡ４、６０、０００枚ランニングを行い、経時の汲み上げ量低下とトナーの帯電立ち上がり性とを評価した。結果は表４に示す。表４より、実施例１の磁性キャリアを使用した場合、現像スリーブ７の軸トルクが０．５〜４．０ｋｇｆ・ｃｍであると、経時の汲み上げ量低下と帯電立ち上がり性を両立することができる。一方、比較例１の磁性キャリアでは、現像スリーブ７の軸トルクが０．５ｋｇｆ・ｃｍ以上にすると、帯電立ち上がり性はよいが、現像剤劣化により、経時での汲み上げ量低下がおこってしまった。さらに、現像スリーブ７の軸トルクが４．０ｋｇｆ・ｃｍ以上にすると、現像剤劣化が激しく、経時により安定した帯電立ち上がり性が得られなかった。このように、従来より用いられている比較例１のキャリアでは、経時での汲み上げ量低下防止と帯電立ち上がり性とを両立することはできなかった。
【表４】
2006113608.tif 000006
【００２７】
次に、現像スリーブ７の径との関係について説明する。現像スリーブ７の径はスペース及びコスト面からみると、なるべく小さいほうが良い。しかしながら、現像スリーブの線速が同じ場合、現像スリーブ径が小さいほど現像剤が単位時間当たりに現像領域に汲み上がげられる回数が多くなり、現像剤の劣化が大きくなる。また、現像スリーブ径が小さいと周長が小さいため、現像スリーブの摩耗が激しく、耐久性が落ちる。さらに、現像スリーブが小さいと、現像スリーブ内の磁極数を多くとることができないので、極間での戻り方向の剤循環を良くすることができず、現像スリーブ上の現像剤の分散・攪拌性能を確保できずに、汲み上げムラが起こる。これらについて、実験６に基づき説明する。
【００２８】
（実験６）
上記実施例１、比較例１の磁性キャリアを用いた。そして、現像スリーブ径を１２，１５，２５，３５，４０ｍｍと変化させて、現像単体機により現像器のみでＡ４、６０、０００枚相当の時間空回しをおこない、経時での汲み上げ量低下を評価した。結果は表５に示す。表５より、実施例１のキャリアを使用した場合で、現像スリーブ径が１２ｍｍであると、経時の汲み上げ量低下がおこった。また、汲み上げムラ、キャリア付着も発生した。また、現像スリーブ径が１５ｍｍ以上では、現像剤劣化による経時での画像に影響するような汲み上げ量低下は起こらず、上記汲み上げムラ、キャリア付着もおきなかった。一方、比較例１の磁性キャリアでは、現像スリーブ径が１２ｍｍであると、経時の汲み上げ量低下がおこった。また、汲み上げムラ、キャリア付着も発生した。また、現像スリーブ径が１５〜３５ｍｍの範囲では、上記汲み上げムラ、キャリア付着もおきないものの、経時での現像剤の劣化による汲み上げ量低下が起こった。そして、汲み上げ量低下を許容レベルに抑制するためには、現像スリーブ径を４０ｍｍ以上とすることが必要であった。
【表５】
2006113608.tif 000007
【００２９】
次に、現像スリーブ線速との関係について説明する。現像スリーブ線速が大きいと、現像剤のストレスが大きく、経時で現像剤が劣化して、画像に影響するような汲み上げ量低下が起こりやすい。これについて、実験７に基づき説明する。
【００３０】
（実験７）
上記実施例１、比較例１の磁性キャリアを用いた。そして、現像スリーブ線速１３０、１５０、３００、５００、７００、７５０ｍｍ/ｓと変化させた。それ以外は実施例１と同様な方法で実験を行い、Ａ４、６０、０００枚ランニングを行い、経時の汲み上げ量低下を評価した。結果は表６に示す。表６より、実施例１の磁性キャリアでは、現像スリーブ線速１３０ｍｍ/ｓ〜７００ｍｍ/ｓの範囲では、経時での画像に影響するような汲み上げ量低下率３０％には達しない。しかし、現像スリーブ線速７５０ｍｍ/ｓでは、現像剤のストレスが大きく、経時での画像に影響するような汲み上げ量低下が起こる。一方、比較例１の磁性キャリアでは、線速１５０〜７５０ｍｍ／ｓの範囲では、現像剤のストレスが大きく、経時で画像に影響するような汲み上げ量低下が起こった。そして、線速を１３０ｍｍ／ｓ以下にしなければ、この低下を抑制することができなかった。
【表６】
2006113608.tif 000008
【００３１】
また、上記実施形態の画像形成装置では、上述のようにドクタ９として磁性を有する材料を用いた。これにより、ドクタ９手前の現像剤の保持力が大きくなり、汲み上げ量低下を抑制しやすいというメリットがある。しかしながら、保持力が大きい分、現像剤に対するストレスも大きくなる。よって、このような画像形成装置に、上記磁性キャリアを用いることは、現像剤の劣化を抑えるうえで有効である。これにより、経時での画像に影響するような汲み上げ量低下を防止することができる。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態の画像形成装置によれば、現像剤の汲み上げ量低下を抑制して現像領域へ安定した量の現像剤の搬送をおこない、高品位な画像を長期にわたり得ることができる。
また、現像スリーブ７としてサンドブラスト加工により表面加工されたものを用いる。サンドブラスト加工では、ランダムに粗面化がおこなわれるため、現像剤と現像スリーブ７との摩擦抵抗が全ての方向に対して等しく改善することができる。よって、汲み上げ量をむらなく均一に改善することができるので、濃度むらを起こす虞がない。
さらに、磁性キャリアの重量平均粒径ｄと現像スリーブ７の表面粗さＲｚとの比ｄ／Ｒｚが３≦ｄ／Ｒｚ≦５を満たすようにする。ここで、現像剤の汲み上げ量低下をさらに抑制するために、磁性キャリアの劣化をさらに低減さることが望まれる。磁性キャリアに与えるストレスの大きさは、磁性キャリアの粒径ｄと現像スリーブ７の表面粗さＲｚとの比ｄ／Ｒｚに大きく影響される。具体的には、ｄ／Ｒｚが小さいほど磁性キャリアに対するストレスが大きく、ｄ／Ｒｚが大きくなるほどストレスは小さくなるが、汲み上げ量低下はおきやすい。表３を用いて上述した実験により、ｄ／Ｒｚが３より小さい場合、上記磁性キャリアの表面の膜剥がれ、キャリアスペントが観察された。一方、ｄ／Ｒｚが５より大きい場合、ストレスは小さく現像剤の劣化は小さかったが、画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下が発生した。そこで、磁性キャリアの粒径ｄと現像スリーブ７の表面粗さＲｚとの比ｄ／Ｒｚを３≦ｄ／Ｒｚ≦５とすることで、磁性キャリアの劣化を低減し、現像剤寿命を延ばすとともに、汲み上げ量の変動をさらに抑制することができる。
また、現像スリーブ７の軸トルクを０．５〜４．０ｋｇｆ・ｃｍとする。ここで、現像剤へのストレスを小さくして、経時での汲み上げ量低下を抑制するためには、現像スリーブ７の軸トルクは小さい方が好ましい。表４を用いて上述した実験により、現像スリーブ７の軸トルクが４．０ｋｇｆ・ｃｍより大きくなると、上記磁性キャリアからなる現像剤を用いても画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下がおこることがわかった。一方、現像スリーブ７の軸トルクが０．５ｋｇｆ・ｃｍより小さくなると、トナーの帯電立ち上がり性が悪くなってしまう。そこで、現像スリーブ７の軸トルクを０．５〜４．０ｋｇｆ・ｃｍとすることで、帯電性立ち上がり性と経時での汲み上げ量低下抑制とを両立させる。比較例として、従来の小粒径の磁性キャリアからなる現像剤では、現像スリーブ７の軸トルクが０．５ｋｇｆ・ｃｍ以下でなければ画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下がおこった。このため、帯電性立ち上がり性と両立させることはできなかった。
また、磁性キャリアのコート膜に含まれる粒子としてアルミナまたは／及びシリカを用いることで、キャリアの耐久性を向上させることができ、経時での汲み上げ量低下を抑制することができる。
また、磁性キャリアのコート膜に含まれる粒子の含有量がコート膜組成成分の５０〜９５ｗｔ％とする。粒子の含有率が５０ｗｔ％よりも少ない場合には、磁性キャリア粒子表面での結着樹脂の占める割合に比べ、該粒子の占める割合が少ない。このため、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和する効果が小さく、十分な耐久性が得られず好ましくない。一方、９５ｗｔ％よりも多い場合には、磁性キャリア表面での結着樹脂の占める割合に比べ、該粒子の占める割合が多過ぎるため、帯電発生箇所である結着樹脂の占める割合が不十分となり、十分な帯電能力を発揮できない。さらに、結着樹脂量に比べ粒子量が多過ぎるので、結着樹脂による粒子の保持能力が不十分となり、粒子が脱離し易くなるので、十分な耐久性が得られず好ましくない。
また、現像スリーブ７の径を１５ｍｍ以上とする。ここで、スペース及びコスト面からは、現像スリーブ７の径をなるべく小さくしたいが、経時での汲み上げ量低下を抑制するためには、現像スリーブ７の径を小さくしすぎると好ましくない。これは、現像スリーブ７の線速が同じ場合、現像スリーブ７の径が小さいほど現像剤が単位時間当たりに現像領域に汲み上がげられる回数が多くなり、現像剤の劣化が大きくなる。また、現像スリーブ径が小さいと周長が短いため、現像スリーブ７の摩耗が激しく、耐久性が悪くなる。さらに、現像スリーブ７が小さいと、現像スリーブ７内の磁極数を多くとることができないので、極間での戻り方向の剤循環を良くすることができない。このため、現像スリーブ７上の現像剤の分散・攪拌性能を確保できずに汲み上げムラが起こる。表５を用いて上述した実験により、現像スリーブ径が１５ｍｍより小さいと、経時の汲み上げ量変動、汲み上げムラ、キャリア付着が発生することがわかった。現像スリーブ径が１５ｍｍ以上では、現像剤劣化による経時での画像に影響するレベルの汲み上げ量低下はおこらず、また上記汲み上げムラ、キャリア付着もおきなかった。比較例として、従来の小粒径の磁性キャリアからなる現像剤では、現像スリーブ径が４０ｍｍ以上でなければ、画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下は抑制できなかった。よって、従来の小粒径の磁性キャリアからなる現像剤では、現像スリーブ７の径を小さくして、省スペース化及び低コスト化を図ることは難しい。
また、現像スリーブ７の線速を７００ｍｍ/ｓ以下とする。現像スリーブ線速が大きいと、現像剤のストレスが大きく、現像剤が劣化して画像に影響するレベルの汲み上げ量低下がおこりやすい。表６を用いて上述した実験により、現像スリーブ線速７００ｍｍ/ｓより大きいと、現像剤のストレスが大きく、経時で画像に影響するレベルの汲み上げ量低下がおこることがわかった。しかし、現像スリーブ線速が７００ｍｍ/ｓ以下では、経時での画像に影響するレベルの汲み上げ量低下はおこらなかった。比較例として、従来の小粒径の磁性キャリアからなる現像剤では、現像スリーブ線速が１３０ｍｍ/ｓ以下でなければ、画像に影響を及ぼすレベルの汲み上げ量低下は抑制できなかった。よって、高速化に対応することが難しい。
また、現像剤量規制部材としてのドクタ９が磁性を有する材料からなるものとする。これにより、ドクタ９手前の現像剤の保持力が大きくなり、汲み上げ量低下を抑制できるというメリットがある。しかしながら、保持力が大きい分、現像剤に対するストレスも大きくなる。よって、このような画像形成装置に、上記磁性キャリアを用いることは、現像剤の劣化を抑えるうえで有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置に採用される現像装置の概略構成図。
【図２】実施例１、比較例１の磁性キャリアを用いた場合の汲み上げ量低下率を表すグラフ。
【符号の説明】
【００３４】
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
２３  トナー補給口
【図１】
2006113608.tif 000009
【図２】
2006113608.tif 000010