(57)【要約】【課題】長期に亘って安定してトナーを帯電する現像装置、画像形成装置を提供する【解決手段】現像装置の現像剤は、トナーとキャリアを含む。トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって両者は異なる極性に帯電される。現像装置はまた、現像剤を磁力で保持しながら搬送する第１の搬送部材と、第２の領域を介して静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材を有する。電界形成装置は、第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に第１の電界を形成し、第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを第２の搬送部材に移動させるとともに、第２の搬送部材と静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、第２の搬送部材が保持しているトナーを静電潜像担持体の静電潜像に移動させる。現像剤は更に、キャリアの表面に保持され、トナーとの摩擦接触によってトナーを第１の極性に帯電する荷電粒子を備えている。第１の搬送部材に保持されている現像剤は第１の領域の２５％以上を占めている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、上記トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって上記トナーが第１の極性に帯電されると共に上記キャリアが上記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
第１の搬送部材と、
第１の領域を介して上記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
上記第１の搬送部材と上記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、上記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段と、
上記第２の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、上記第２の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段を備えており、
上記現像剤は更に荷電粒子を含み、上記荷電粒子は、上記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され、上記トナーの表面から分離した後上記キャリアの表面に保持されると、上記トナーとの摩擦接触によって上記トナーを上記第１の極性に帯電するものであり、
上記第１の搬送部材と第２の搬送部材が対向する第１の領域であって上記第１の搬送部材に保持されている現像剤が上記第２の搬送部材に接触している領域において、上記第１と第２の搬送部材の間の空間を、上記現像剤が２５％以上占めていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
上記第１の搬送部材は、複数の磁極を有する固定磁石体と、上記固定磁石体の周囲を回転移動する回転体を有し、上記複数の磁極のうち上記第１の領域の近傍に配置された第１の磁極は、上記回転体の回転方向に関して上記回転体と上記第２の搬送部材との最近接位置の下流側に磁力ピーク部を有することを特徴とする請求項１の現像装置。
【請求項３】
上記第１の搬送部材は、複数の磁極を有する固定磁石体と、上記固定磁石体の周囲を回転移動する回転体を有し、上記複数の磁極は互いに隣接する２つの同極部であって上記回転体の回転方向に関して上流側に位置する上流側同極部と上記回転体の回転方向に関して下流側に位置する下流側同極部を含み、上記上流側同極部の磁力ピーク値は上記下流側同極部の磁力ピーク値よりも小さいことを特徴とする請求項１の現像装置。
【請求項４】
上記回転体の外周面と所定の間隔をあけて対向し、上記第１の領域に搬送される現像剤の量を規制する規制部材を有し、上記規制部材は非磁性の材料で形成されていることを特徴とする請求項２又は３の現像装置。
【請求項５】
上記荷電粒子の個数平均粒径が約１００ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの現像装置。
【請求項６】
上記荷電粒子の比誘電率が８．５以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの現像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかを備えたことを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
【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、及びこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。
【０００３】
一成分現像方式の現像装置は、トナーを担持して搬送するトナー担持部材と該トナー担持部材のトナー担持面に接触する摩擦荷電部材を備えている。トナー担持部材に担持されているトナーは、摩擦荷電部材の接触位置を通過する際、摩擦荷電部材と摩擦接触して薄層化されると共に所定の極性に帯電される。このように、一成分現像装置は、トナーの帯電を摩擦荷電部材との摩擦接触によって行っているため、構成が簡単・小型・安価であるという利点がある。しかし、摩擦荷電部材の接触位置で強いストレスを受けることからトナーが劣化し易く、そのためにトナーの帯電性が比較的早期に損なわれる。また、トナー担持部材と摩擦荷電部材との接触圧によって両者にトナーが付着してトナーを帯電する能力が低下し、結果的に、現像装置の寿命が比較的短くなる。
【０００４】
二成分現像方式の現像装置は、トナーとキャリアを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電するため、トナーの受けるストレスは一成分現像装置に比べて少ない。キャリアも、その表面積はトナーに比べて大きいことから、トナーが付着して汚れることも少ない。しかし、長期間の使用によりキャリアの表面に付着する汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が低下し、かぶりやトナー飛散の問題が生じる。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことが考えられるが、これは現像装置の大型化を招く。
【０００５】
二成分現像装置に係わる上述の問題を解消するため、特許文献１には、キャリア又はキャリアとトナーを少しずつ現像剤に補給するとともに、帯電性能の低下した現像剤を少しずつ排出することによって、劣化したキャリアの増加を抑える現像装置が開示されている。この技術によれば、現像装置を大型化することなく、現像剤の長寿命化が可能である。しかし、排出されたキャリアを回収する機構が必要である。また、キャリアの消費量が多く、それによるコストと環境面の問題を含む。さらに、未劣化キャリアと劣化キャリアの比率が安定するまでに所定量の印刷を行う必要がある。
【０００６】
特許文献２には、マトリックス樹脂中に樹脂微粒子と導電性微粉末を分散して含有した樹脂被覆層を芯材上に設けたキャリア及びそれを用いた画像形成方法が開示されている。このキャリアは、他の粒子（キャリア粒子、トナー粒子）や部材（ローラ、スクリュー）との接触によってその表面が部分的に削れた場合、新たな樹脂微粒子が表面に露出し、これがトナーと接触して該トナーを必要程度まで帯電する。しかし、樹脂被覆層の厚さは限られており、この樹脂被覆層が消費されるとキャリアが寿命に達する。
【０００７】
特許文献３には、キャリアと荷電粒子を表面に担持したトナーとからなる二成分現像剤及びそれを用いた現像方法が提案されている。荷電粒子は、キャリアの表面に主にトナーが付着してできる汚れ（スペント）を取り除き、キャリアの長寿命化を図るための研磨材として添加されている。また、特許文献３には、静電潜像担持体のクリーニング領域において、荷電粒子が静電潜像担持体の表面を研磨する機能を発揮することも記載されている。しかし、荷電粒子はトナーの帯電極性と逆の極性に帯電される性質を有することから、静電潜像の非画像部に付着して早期に消費されてしまうという問題がある。特に、画像部の面積が小さな画像（例えば、文字画像）を作成する場合、大量の荷電粒子が消費され、キャリアを研磨して再生する能力が十分に発揮されないという問題がある。
【０００８】
特許文献４には、磁気ローラと、現像ローラを備えた現像装置を有し、磁気ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像（静電潜像画像部）を現像する画像形成装置が提案されている。特徴として、特許文献４の発明では、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなくトナーとキャリアとの間に介在し、トナーの粉砕微粉がキャリアの表面に付着してスペントが形成されることを防止する荷電粒子が現像剤に含まれている。しかし、荷電粒子はトナーとキャリアのいずれの表面にも保持されていないために、トナーとの電気的な結合によってトナーと共に現像ローラに供給された後、感光体上の静電潜像非画像部に付着して消費されることから、例えば文字画像のように画像面積比（白黒比）の小さな画像を大量に印刷すると、荷電粒子だけが大量に消費されてしまうという問題がある。
【特許文献１】特開昭５９−１００４７２号公報
【特許文献２】特開平９−２６９６１４号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５８５５号公報
【特許文献４】特開２００６−３０８６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤のキャリアに、長期に亘って安定したトナー帯電性を付与し得る現像装置、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】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置及びそのような現像装置を備えた画像形成装置において、現像装置が、
トナーとキャリアを含み、上記トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって上記トナーが第１の極性に帯電されると共に上記キャリアが上記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
上記現像剤を磁力で保持しながら搬送する第１の搬送部材と、
第１の領域を介して上記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
上記第１の搬送部材と上記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、上記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段と、
上記第２の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、上記第２の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段を備えており、
上記現像剤は更に荷電粒子を含み、上記荷電粒子は、上記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され、上記トナーの表面から分離した後上記キャリアの表面に保持されると、上記トナーとの摩擦接触によって上記トナーを上記第１の極性に帯電するものであり、
上記第１の搬送部材と第２の搬送部材が対向する第１の領域であって上記第１の搬送部材に保持されている現像剤が上記第２の搬送部材に接触している領域において、上記第１と第２の搬送部材の間の空間を、上記現像剤が２５％以上占めていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このような発明によれば、キャリアに保持された荷電粒子がトナーと接触することによって該トナーは効率良く荷電される。また、本発明を組み入れた画像形成装置は、長期に亘って良質の画像を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００１３】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。
【００１４】
帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００１５】
このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータの駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００１６】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤と、以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。なお、図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。ハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材（第２の搬送部材）である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。
【００１７】
現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材（第１の搬送部材）である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制部材の規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。
【００１８】
磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にある搬送ローラ５４の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にある搬送ローラ５４の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、搬送ローラ５４の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、搬送ローラ５４の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極（同極部）Ｎ２，Ｎ３を含む。
【００１９】
図２は、磁石体５８の外周に形成されている磁力の分布を示す。図示するように、実施形態では、磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ２、Ｎ３の磁束密度ピーク値はそれぞれ、４７ミリテスラ、１０８ミリテスラ、８２ミリテスラ、６３ミリテスラ、３６ミリテスラである。また、図面上、水平方向の直線に沿った方向が現像ローラ４８の中心とスリーブ６０の中心を結ぶ線に対応しており、磁極Ｎ１の磁力ピーク部は、現像ローラ４８とスリーブ６０の最近接位置からスリーブ回転方向の下流側に所定角度θ（最大で約５〜７°）移動させてある。
【００２０】
図１に戻り、搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。
【００２１】
このように構成された現像装置３４の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。図３に示すように、キャリア４はトナー６に比べて相当大きい。そのため、図４に示すように、正極性に帯電したキャリア４の周囲に、負極性に帯電したトナー６が、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００２２】
図１に戻り、帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域８６）で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。後に詳細に説明するように、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された電界の存在により、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８に電気的に供給される。また、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の領域（回収領域）９２では、後に説明する現像に寄与することなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８上のトナーが、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。キャリア４は磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されており、スリーブ６０から現像ローラ４８に移動することはない。供給回収領域８８を通過した現像剤２は、磁石体５８の磁力に保持され、スリーブ６０の回転と共に磁極Ｓ２の対向部を通過して磁極Ｎ２とＮ３の対向領域（放出領域９４）に到達すると、磁極Ｎ２とＮ３によって形成される反発磁界によってスリーブ６０の外周面から前室６８に放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。
【００２３】
供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する領域（現像領域）９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位ＶＨが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位ＶＬまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位ＶＨを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。
【００２４】
このようにして現像剤２からトナー６が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤２に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、ハウジング４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、混合比測定手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。
【００２５】
〔３．電界形成手段〕
供給領域９０でスリーブ６０から現像ローラ４８にトナー６を効率的に移動させるために、現像ローラ４８とスリーブ６０は電界形成装置１１０と電気的に接続されている。電源の具体例が図６Ａ〜図１０に示してある。
【００２６】
図６Ａに示す実施形態１の電界形成装置１１０は、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２とスリーブ６０に接続された第２の電源１１４を有する。第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１１４は、スリーブ６０とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有し、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加する。この結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された直流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０から現像ローラ４８に吸引されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーが、図６Ｂに示すように、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像非画像部（ＶＨ：−６００ボルト）との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。
【００２７】
実施形態２に係る図７Ａの電界形成装置１２２において、第１の電源１２４は、実施形態１の電源と同様に、現像ローラ４８とグランド１２６との間に接続された直流電源１２８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１３０は、スリーブ６０とグランド１２６との間に直流電源１３２と交流電源１３４を有する。直流電源１３２は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加している。図７Ｂに示すように、交流電源１３４は、スリーブ６０とグランド１２６との間にピーク・ツー・ピーク電圧ＶＰ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。その結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０から現像ローラ４８に吸引されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。
【００２８】
図８Ａに示す電界形成装置１３６において、第１の電源１３８は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に直流電源１４２と交流電源１４４を有する。直流電源１４２は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加する。交流電源１４４は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）ＶＰ−Ｐが例えば１，６００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。第２の電源１４６は、現像ローラ４８と交流電源１４４との間の端子１４８とスリーブ６０との間に接続された直流電源１５０を有する。直流電源１５０は、所定の直流電圧ＶＤＣ２を出力することができ、陽極が端子１４８、陰極がスリーブ６０に接続されており、これにより、スリーブ６０が現像ローラ４８に対して負極性にバイアスされている（図８Ｂ参照）。したがって、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。
【００２９】
図９に示す電源１５２は、図６Ａに示す実施形態の電源において、第１の電源１１２と第２の電源１１４にそれぞれ交流電界形成装置１５４，１５６を追加したものである。交流電界形成装置１５４，１５６の出力電圧はＶＡＣ１，ＶＡＣ２である。電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２は同一であってもよいし、違ってもよい。図１０に示す電界形成装置１５８は、図６Ａに示す実施形態の電源において、第１の電源１１２に交流電源１６０を追加したものである。交流電源１６０の出力電圧はＶＡＣである。これらの形態の電界形成装置１５２，１５８も、電源１１０，１２２，１３６と同様に、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、供給領域９０では負極性に帯電しているトナー６をスリーブ６０から現像ローラ４８に供給し、現像領域９６では負極性に帯電しているトナー６を現像ローラ４８と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に供給する。
【００３０】
〔４．現像剤〕
一般に、トナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤は、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ（スペント）が発生し、これがキャリアの寿命を低下させる。そこで、この問題を解消するために、本発明では、２成分現像剤に第３の成分として荷電粒子（インプラント粒子）が添加されている。
【００３１】
図３〜５を参照して具体的に説明すると、本発明の画像形成装置及び現像装置は、トナー６とキャリア４の他に、トナー６との摩擦接触によりトナー６を正規の極性（実施形態では負極性）に帯電する、トナー６よりも小径の荷電粒子８を含む。実施の形態において、荷電粒子８は、トナー６の外周面に離脱可能に保持されており、トナー６と共に補給される。
【００３２】
画像形成時、荷電粒子８はトナー６やキャリア４とともに、ハウジング４２の中を搬送された後、スリーブ６０に保持されて規制領域８６、供給回収領域８８、放出領域９４を移動する。この搬送過程で、トナー６の表面に保持されて正極性に帯電している荷電粒子８は、供給回収領域８８の電界中に置かれると、トナー６に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー６の外周面から離脱する。離脱した荷電粒子８は、該分離した荷電粒子８とキャリア４との間に作用するストレスによってキャリア４の外周面に保持される又は打ち込まれる。図４に示すように、キャリア４の外周面の一部又は全体がスペント１０で覆われている場合、荷電粒子８はスペント１０に打ち込まれる。キャリア４の外周面に保持され又は打ち込まれた荷電粒子８は、トナー６との摩擦接触によりトナー６と逆の極性に帯電する。実施形態では、トナー６は負極性に帯電されるため、荷電粒子８は正極性に帯電される。その結果、荷電粒子８が打ち込まれたキャリア４は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペント１０に被覆されていても、スペント１０の無い状態と同様の荷電性を維持し、トナー６を所定の極性に帯電する。
【００３３】
上述のように、荷電粒子８は、トナー６と逆の極性に帯電される。そのため、図１１に示すように、供給回収領域８８では、現像ローラ４８とスリーブ６０の間に形成される電界に基づいてトナー６はスリーブ６０から現像ローラ４８に移動する。また、トナー６から分離した荷電粒子８は、供給領域９０でトナー６が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に素早く保持されて、トナー６と共に現像ローラ４８に供給されることがない、または現像ローラ６に供給されるとしてもその量は極めて僅かである。
【００３４】
ところで、上述の特許文献４で説明した現像装置では、荷電粒子は、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなく両者の間に比較的自由な状態で存在する。他方、荷電粒子はトナーの帯電極性とは逆の極性に帯電しているため、トナーと電気的に結合してトナーと共に現像ローラに供給された後、感光体上の静電潜像非画像部に付着して消費される。しかし、本願発明の現像装置では、上述のように、供給回収領域８８でトナー６から分離した荷電粒子８はその後素早くキャリア４に保持されてスリーブ６０の外周面に留まることから、トナー６と同じように現像ローラ４８を介して感光体１２に供給されて消費されることはない。
【００３５】
なお、実施形態では、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は負極性、キャリア４は正極性に帯電される。また、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを負極性に帯電するとともに、荷電粒子８は正極性に帯電する。本発明に用いるトナー、キャリア、荷電粒子の帯電性は、そのような組み合わせに限るものでない。具体的に、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は正極性、キャリア４は負極性に帯電され、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを正極性に帯電するとともに、荷電粒子８は負極性に帯電する組み合わせも考えられる。
【００３６】
以上のように、荷電粒子８を用いてトナー６を荷電するためには、トナー６から分離した荷電粒子８を効率的にキャリア４に保持させる望ましい。ところで、荷電粒子８とキャリア４は共にトナー６と異なる極性に帯電されるため、荷電粒子８とキャリア４が両者の静電的な吸引力によって吸着することはない。そのため、キャリア４に荷電粒子８を保持させるためには、上述のように、現像剤に機械的なストレスを与えることによって、トナー６から分離した荷電粒子８をキャリア４に保持させる必要がある。
【００３７】
現像装置３４の中で現像剤が機械的ストレスを受ける主要箇所は、トナーとキャリアを混合攪拌する現像剤攪拌室６６（攪拌領域Ａ）、スリーブ６０によって搬送される現像剤量を規制板６２で規制する領域（規制領域Ｂ）、スリーブ６０とこれに対向する現像ローラ４８が対向する供給回収領域（供給回収領域Ｃ）である。具体的に、攪拌領域Ａでは、前スクリュー７２と後スクリュー７４の回転によって前室６８と後室７０に収容されている現像剤がせん断力を受ける。規制流域Ｂでは、スリーブ６０の外周面に磁気的に保持されている現像剤が規制板６２の先端にある狭小規制ギャップ６４を通過する際に規制されてせん断力を受ける。供給回収領域Ｃでは、スリーブ６０によって搬送される現像剤が、スリーブ６０と現像ローラ４８との間の狭小供給回収ギャップ５６を通過する際、スリーブ６０と現像ローラ４８の間で圧縮力を受ける。
【００３８】
領域ＡとＢでは、トナー６と荷電粒子８との間に大きな分離力が作用しない状態で現像剤全体にストレスが加わるため、トナー６に保持されている荷電粒子８又はトナー６から分離した荷電粒子８はその多くがキャリア４よりもトナー６に固定化又は付着し、キャリア４に打ち込まれて固定化される荷電粒子８の数は比較的少ない。他方、領域Ｃでは、現像ローラ４８と搬送ローラ５４の間に形成された電界によって、現像剤からトナーが分離されて現像ローラ４８に移動する。そして、トナー６から分離した荷電粒子８は、供給領域９０でトナー６が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に素早く保持される。そのため、供給回収領域８８で現像ローラ４８から搬送ローラ５４に移動するトナー６の移動量によって、荷電粒子８がキャリア４に打ち込まれて保持される量が変動する。以上の考察に基づき、現像装置では、後に説明する実施例において説明する種々の工夫がなされている。
【００３９】
〔５．具体的な材料〕
トナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
【００４０】
〔荷電粒子〕
好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択される。荷電粒子の個数平均粒径は、例えば、１００〜１０００ｎｍである。キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電するトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電する微粒子が用いられる。そのような微粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。微粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾールがある。
【００４１】
キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電するトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電する微粒子が用いられる。このような微粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子、また、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子が使用できる。トナーとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を、荷電粒子を構成する樹脂に含有させてもよい。負荷電制御剤には、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用できる。荷電粒子は、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体であってもよい。
【００４２】
荷電粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理してもよい。特に、無機微粒子に正極帯電性を付与する場合、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。微粒子に負極性帯電性を付与する場合、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。
【００４３】
〔トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
【００４４】
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。
【００４５】
〔バインダー樹脂〕
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、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、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０〜１６０℃の範囲、ガラス転移点が約５０〜７５℃の範囲であることが好ましい。
【００４６】
〔着色剤〕
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２〜２０重量部であることが好ましい。
【００４７】
〔荷電制御剤〕
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４８】
〔離型剤〕
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４９】
〔その他の添加剤〕
その他、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１〜５重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は９〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００５０】
〔キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍが好ましい。
【００５１】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。
【００５２】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。
【００５３】
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０重量％の量で添加することが適当である。
【００５４】
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。
【００５５】
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。
【００５６】
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。
【００５７】
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。
【００５８】
〔実施例１〕
図１の現像装置を有する画像形成装置を用いて実験を行った。実験には以下に示す装置、材料を用いた。
【００５９】
〔トナーＡ〕
実験に使用したトナーＡの製造方法は以下のとおりである。湿式造粒法で作成された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に、複数の添加剤−第１の疎水性シリカ０．２重量部、第２の疎水性シリカ０．５重量部、疎水性酸化チタン０．５重量部−を添加した。荷電粒子として、個数平均粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムを２重量部添加した。添加剤と荷電粒子が添加されたトナー母材を、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用いて攪拌して添加剤と荷電粒子をトナー母材の表面に付着させ、負極帯電性のトナーＡを得た。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（＃１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤のヘキサメチルジラザン（ＨＭＤＳ）で表面処理して得たものである。第２の疎水性シリカは、固体平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０：日本アエロジル社製）をＨＭＤＳで表面処理して得たものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを、水系湿式環境で、疎水化剤のイソブチルトリメトキシシランにより表面処理して得たものである。
【００６０】
〔キャリア〕
実験に用いたキャリアは、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350キャリアである。このキャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル系樹脂をコーティングしたコート型キャリアである。
【００６１】
トナーＡとキャリアを混合して現像剤を得た。現像剤に含まれるトナーの比率は８％であった。この比率は、現像剤全体の重量に対する、トナー・外添剤・荷電粒子の合計量の割合である。
【００６２】
〔現像装置〕
現像装置の電界形成装置は、図１０に示す形態を採用し、搬送ローラに直流電圧ＶＤＣ２：−４００ボルトを印加した。現像ローラには、直流電圧ＶＤＣ１：−３００ボルトと交流電圧を印加した。交流電圧は、周波数：２ｋＨｚ、振幅ＶＰ−Ｐ：１，４００ボルト、マイナスデューティ比（トナー回収デューティ比）：４０％、プラスデューティ比（トナー供給デューティ比）：６０％の矩形波であった（図１２参照）。したがって、負極性に帯電したトナーをスリーブから現像ローラにバイアスする供給電位差（トナー供給電圧）は８００ボルト、現像ローラからスリーブにトナーをバイアスする回収電圧差（トナー回収電圧）は６００ボルトである。
【００６３】
現像ローラには、表面をアルマイト処理したアルミニウムローラを用いた。現像ローラとスリーブの供給回収ギャップは０．３ｍｍに設定した。これにより、現像ローラとスリーブの間に形成されるトナーの供給電界は、２．７×１０６Ｖ／ｍ（＝８００Ｖ／０．３ｍｍ）であった。規制板とスリーブの規制ギャップは、０．３〜０．８ｍｍの間の複数の値に設定した。現像ローラとスリーブは同一方向に回転し、供給回収領域でスリーブ上の現像剤搬送方向と現像ローラ上のトナーが逆方向に移動するようにした。感光体の帯電電位は−５５０ボルト、感光体に形成された静電潜像非画像部画像部の電位は−６０ボルトであった。感光体と現像ローラの現像ギャップは０．１５ｍｍに設定した。
【００６４】
規制ギャップを変更したのは、供給回収領域の現像剤充填率を変更するためである。充填率（％）は、搬送ローラ５４の磁極Ｎ１上で測定した単位面積当たりの現像剤搬送量Ｍ（ｇ／ｍ２）、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との供給回収ギャップＤｓ（ｍｍ）（供給回収ギャップ５６に相当する。）、現像剤の密度ρ（ｇ／ｃｍ３）を用いて以下の数式１のように定義される。
【数１】
2008224929.tif 000003
なお、搬送量Ｍ、密度ρの測定は、温度２３℃、相対湿度６５％の環境で測定した値である。
【００６５】
〔実験の内容〕
規制ギャップを変化させることによって現像剤充填率を変更した。各規制ギャップ（現像剤充填率）について、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、５０，０００枚印刷後の帯電量低下量を求めた。
【００６６】
〔実験の結果〕
実験の結果を表１に示す。
【表１】
2008224929.tif 000004
表中、評価に用いたシンボル「×」は帯電量低下量が１０μＣ／ｇ以上、シンボル「△」は帯電低下量が５μＣ／ｇ以上で１０μＣ／ｇ未満、シンボル「○」は５未満を表す。
【００６７】
実験の結果より、現像剤充填率が２５％以上の場合、トナーは良好に荷電されることが示された。他方、供給回収領域における現像剤充填率が２５％未満では、印刷と共に帯電量が著しく低下することが分かる。これは、供給回収領域で形成された分離電界によってトナーから荷電粒子が分離されても、搬送ローラと現像ローラの最近接部における現像剤充填率が低い場合、荷電粒子をキャリアに固定化するために必要なストレスが現像剤に加わらず、トナーから分離した荷電粒子を含む現像剤が現像剤攪拌室に送り戻される。そして、現像剤攪拌室に搬送された荷電粒子の大部分は、その後、攪拌領域（現像剤攪拌室）や規制領域でトナーに再付着し、トナーの荷電に寄与しないからである。
【００６８】
５０，０００枚印刷後の現像剤からトナーを分離した後のキャリアをサンプリングし、表面を電子顕微鏡で観察した。図１３，１４は、表１に示す実験番号５，６の終了後にそれぞれサンプリングしたキャリアの表面を示す。図面から明らかなように、帯電量低下量が極めて小さかった実験番号５のキャリアには多量の粒子（図面上に表れた白色の微粒子）が付着しているのに対し、帯電量低下量が大きかった実験番号６のキャリアには少量の粒子しか付着していないことが分かる。微粒子を採取してＸ線電子分光法（ＥＳＣＡ）で分析したところ、荷電粒子の成分であるストロンチウムが検出された。この結果から、現像剤充填率が高い実験番号５では、ストロンチウムからなる荷電粒子のトナー荷電機能が有効に作用したものと認められる。
【００６９】
〔実施例２〕
実施例１のトナーＡと現像装置を用い、搬送ローラ５４と現像ローラ４８の間で現像剤に作用する電界条件を変化させて帯電量の低下を計測した。供給回収領域の現像剤充填率は２５％に設定した。変化させた電界条件は、電界の種類（直流電界／振動電界）、供給方向電位差、回収方向電位差、電界強度を含む。具体的な実験条件は表２に示す。各実験条件で、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、印刷後の帯電量低下量を測定した。また、各条件で現像ローラのトナー搬送量を測定した。
【表２】
2008224929.tif 000005
表中、評価に用いたシンボル「△」は帯電低下量が５μＣ／ｇ以上で１０μＣ／ｇ未満、シンボル「○」は５未満を表す。
【００７０】
実験の結果より、供給回収領域に直流電界であって１×１０６Ｖ／ｍ以下の弱いトナー供給電界の場合（実験番号１，１３）、比較的大きな帯電量の低下が見られた。ただし、そのような条件下にあっても実用上問題の無い画質が得られた。このような帯電量の低下は、荷電粒子をトナーから分離する電界が弱いことからトナーと共に挙動し、キャリア表面への荷電粒子付着量が少なく、十分なトナー荷電性能が得られなかった事に原因があるものと考えられる。したがって、直流電界を採用する場合、供給回収領域には１×１０６Ｖ／ｍ以上のトナー供給電界を形成することが好ましい。
【００７１】
実験１、１３と実験４の結果、また実験２と実験８，９の結果を対比すれば明らかなように、供給回収領域に振動電界を作用させた場合、直流電界と同等の平均電界であっても、より高いトナー帯電性能が得られることが分かる。その理由は、振動電界によってトナーと荷電粒子には逆方向の付勢力が交互に作用し、それにより荷電粒子がトナーから効率的に分離したものと考えられる。したがって、供給回収領域には、直流電界よりも振動電界を形成することがより好ましいといえる。また、振動電界を用いる場合、トナー供給電界は約２．５×１０６Ｖ／ｍ以上であることが好ましいと考えられる。
【００７２】
〔実施例３〕
実施例１のトナーＡと現像装置を用い、現像ローラと搬送ローラの最近接位置近傍に位置する磁極Ｎ１の法線方向磁束密度Ｂｒ（Ｎ１）のピーク位置を変化させて帯電量の低下を計測した。実験では、搬送ローラの現像剤搬送量を３４０ｇ／ｍ２、供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定し、現像ローラと搬送ローラの間に振動電界を形成し、トナー供給電界を２．５×１０６Ｖ／ｍ以上に設定した。磁極Ｎ１のピーク磁束密度Ｂｒ（Ｎ１）は９０ｍＴとした。磁束密度のピークは３つの位置、すなわち、現像ローラと搬送ローラの最近接位置に一致させた位置（θ＝０°）、搬送ローラの回転方向に関して最近接位置の上流側と下流側にそれぞれθ＝±５°ずらした位置、に設定した。この条件で、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、印刷後の帯電量低下量を測定した。結果を図１５に示す。
【００７３】
この図から明らかなように、磁束密度のピーク位置を下流側に＋５°ずらした場合、他の２つの条件（θ＝０°、−５°）に比べて、帯電量の低下が非常に小さいことが分かる。これは、供給回収領域で現像剤充填率が最も高く成る箇所、すなわち、現像剤に最もストレスが作用する箇所が、電界強度が最大の最近接部よりも現像剤搬送方向下流側にあることで、トナーと荷電粒子の分離が促進され、また、現像ローラに対するトナーの移動がほぼ終了した後、キャリアリッチとなった現像剤にストレスが加わり、その結果、キャリアに荷電粒子が確実に保持されることが原因と考えられる。
【００７４】
θ＝０°と−５°の場合、供給回収領域において現像剤充填率が最も高くなる箇所、すなわち、現像剤に対してストレスが最大となる箇所が、電界強度最大となる最近接位置に一致している、または現像剤搬送方向に関して最近接位置の上流側にあることで、トナーと荷電粒子の分離とトナーの現像ローラへの移動が共に不十分な状態で現像剤にストレスが作用し、その結果、荷電粒子のトナーに対する付着力及び付着量が増し、荷電粒子による荷電機能の低下及びそれに起因する帯電量の低下を招くことが原因と考えられる。
【００７５】
〔実施例４〕
実施例１のトナーＡと現像装置を用い、搬送ローラの同極磁極Ｎ２，Ｎ３の法線方向磁束密度Ｂｒを変化させて帯電量の低下を計測した。実験では、搬送ローラの現像剤搬送量を３４０ｇ／ｍ２、供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定し、現像ローラと搬送ローラの間に振動電界を形成し、トナー供給電界を２．５×１０６Ｖ／ｍ以上に設定した。磁極Ｎ１のピーク磁束密度は９０ｍＴとした。磁極Ｎ１に対して現像剤搬送方向上流側の磁極Ｎ３の法線方向磁束密度Ｂｒ（Ｎ３）と磁極Ｎ１に対して現像剤搬送方向下流側の磁極Ｎ２の法線方向磁束密度Ｂｒ（Ｎ２）を３つの条件−（１）Ｂｒ（Ｎ３）＝９０ｍＴ、Ｂｒ（Ｎ２）＝６０ｍＴ、（２）Ｂｒ（Ｎ３）＝９０ｍＴ、Ｂｒ（Ｎ２）＝９０ｍＴ、（３）Ｂｒ（Ｎ３）＝６０ｍＴ、Ｂｒ（Ｎ２）＝９０ｍＴ−に設定した。この条件で、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、印刷後の帯電量低下量を測定した。結果を図１６に示す。
【００７６】
この図から明らかなように、同極磁極の磁束密度をＢｒ（Ｎ３）＜Ｂｒ（Ｎ２）の関係に設定した場合、他の２つの条件に比べて、帯電量の低下が小さいことが明らかである。これは、現像剤を搬送ローラに吸着し保持する磁気吸引力のピーク位置、すなわち現像剤充填密度が最も高くて現像剤に対するストレスが最大となる位置が、電界強度が最大となる最近接部よりも現像剤搬送方向に関して下流側に配置されたことで、トナーと荷電粒子の分離が促進され、また、現像ローラに対するトナーの移動がほぼ終了した後、キャリアリッチとなった現像剤にストレスが加わり、その結果、キャリアに荷電粒子が確実に保持されることが原因と考えられる。
【００７７】
他の２条件の場合、磁気吸引力のピーク位置、すなわち、現像剤充填密度が最も高くて現像剤に対するストレスが最大となる位置が、電界強度が最大となる最近接位置に一致して、または現像剤搬送方向上流側に配置されたことで、トナーと荷電粒子の分離とトナーの現像ローラへの移動が共に不十分な状態で現像剤にストレスが作用し、その結果、荷電粒子のトナーに対する付着力及び付着量が増し、荷電粒子による荷電機能の低下及びそれに起因する帯電量の低下を招くことが原因と考えられる。
【００７８】
〔実施例５〕
実施例１のトナーＡと現像装置を用い、規制板の材料を変更して帯電量の低下を計測した。実験では、搬送ローラの現像剤搬送量を３４０ｇ／ｍ２、供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定し、現像ローラと搬送ローラの間に振動電界を形成し、トナー供給電界を２．５×１０６Ｖ／ｍ以上に設定した。規制板として、磁性部材（ＳＥＣＣ）と非磁性部材（アルミニウム）の板を用意した。この条件で、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、印刷後の帯電量低下量を測定した。結果を図１７に示す。
【００７９】
この図から明らかなように、非磁性の規制板を用いた場合、磁性の規制板を用いた場合に比べて、帯電量の低下が小さいことが明らかである。これは、非磁性の規制板を用いた場合、規制領域で現像剤に加わるストレスが、磁性の規制板を用いた場合に比べて小さく、そのために、遊離状態の荷電粒子のトナーに対する付着力及び付着量が低下し、結果的に、供給回収領域でトナーから分離した荷電粒子がキャリアに付着する機能が相対的に強まったことが原因と考えられる。
【００８０】
〔実施例６〕
荷電粒子の個数平均粒径が帯電量の低下に及ぼす影響を調べた。そのために、以下の表３に示す個数平均粒径を有するチタン酸ストロンチウム２重量部を添加した複数のトナーＢ〜トナーＦを用意した。なお、荷電粒子と必要な添加剤が添加されたトナー母材を、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用いて、４０ｍ／ｓの速度で３分間攪拌して添加剤と荷電粒子をトナー母材の表面に付着させた。
【表３】
2008224929.tif 000006
以上のように調整されたトナーを用いて、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、印刷後の帯電量低下量を測定した。その他の実験条件は実施例１と同じである。結果を図１８に示す。
【００８１】
この図から明らかなように、個数平均粒径７０ｎｍの荷電粒子を添加したトナーＤの場合、荷電粒子のトナー帯電機能が殆ど得られないことが分かる。これは、荷電粒子の個数平均粒径が小さくなるほど、荷電粒子がトナーから分離し難くなり、結果的に、キャリアへの付着が減少するためと考えられる。個数平均粒径１０００ｎｍの荷電粒子を添加したトナーＦの場合も、荷電粒子のトナー帯電機能が得られないことが分かる。これは、大径の荷電粒子はキャリアに強力に付着しないことが原因と考えられる。この結果から、トナーに添加する荷電粒子の個数平均粒径は、約１００ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲とすることが好ましい。
【００８２】
〔実施例７〕
荷電粒子の材料が帯電量の低下に及ぼす影響を調べた。そのために、以下の表４に示す材料を２重量部を添加した複数のトナーＧ〜トナーＪを用意した。なお、荷電粒子と必要な添加剤が添加されたトナー母材を、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用いて、４０ｍ／ｓの速度で３分間攪拌して添加剤と荷電粒子をトナー母材の表面に付着させた。
【表４】
2008224929.tif 000007
以上のように調整されたトナーを用いて、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、印刷後の帯電量低下量を測定した。その他の実験条件は実施例１と同じである。結果を図１９に示す。
【００８３】
この図から明らかなように、メラミン樹脂ビーズを添加したトナーＪの場合、帯電量の低下量が最も大きかった。また、アルミナを添加したトナーＨの場合、帯電量が多少低下した。チタン酸バリウム、酸化チタンを添加したトナーＩ，Ｇでは、必要な帯電効果が得られた。このような結果が得られた理由は、保持し得る電荷量が少ない荷電粒子は、トナーを帯電させた後に僅かな真電荷で飽和してトナーを十分に荷電するに至らないのに対し、保持し得る電荷量が多い荷電粒子は、多数のトナーに対して荷電作用を発揮し得ることによると考えられる。
【００８４】
粒子が持ち得る電荷量は、それを構成する材料の比誘電率に比例する。上述した荷電粒子材料の比誘電率を、実施例７で得られた帯電量低下の評価結果と共に、以下の表５に示す。この表より、トナーに添加する荷電粒子の比誘電率は、８．５以上であることが好ましいことが分かる。
【表５】
2008224929.tif 000008
【００８５】
なお、以上の実施例では、負極性に帯電するトナーと現像剤中で正極性に帯電する荷電粒子を用いた現像装置及び画像形成装置について説明したが、本発明は、正極性に帯電するトナーと現像剤中で負極性に帯電する荷電粒子を用いた場合にも同様に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成と本発明に係る現像装置の断面を示す図。
【図２】磁石体によって形成された磁束密度の分布を示す図。
【図３】現像剤の組成を模式的に説明する図。
【図４】キャリアの表面に、荷電粒子を保持したトナーが付着している状態を模式的に示す図。
【図５】スペントが付着したキャリアの表面に荷電粒子が打ち込まれた状態を模式的に示す図。
【図６Ａ】電界形成装置の一実施形態を示す図。
【図６Ｂ】図６Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図７Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図８Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図８Ｂ】図８Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図９】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図１０】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図１１】供給回収領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図。
【図１２】実施例１においてスリーブと現像ローラに供給される電圧の波形を示す図。
【図１３】表面に荷電粒子が打ち込まれたキャリアの拡大写真。
【図１４】表面に荷電粒子が打ち込まれていないキャリアの拡大写真。
【図１５】磁極Ｎ１のピーク位置（θ）と帯電量の低下量との関係を示す図。
【図１６】磁極Ｎ２，Ｎ３によって形成された磁束密度と帯電量の低下量との関係を示す図。
【図１７】規制部材の材料と帯電量の低下量との関係を示す図。
【図１８】印刷枚数とトナー帯電量との関係を示す図。
【図１９】印刷枚数とトナー帯電量との関係を示す図。
【符号の説明】
【００８７】
１：画像形成装置、２：現像剤、４：キャリア、６：トナー、８：荷電粒子、１０：スペント、１２：感光体、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：クリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４４：開口部、４６：第２の空間、４８：現像ローラ、５０：現像ギャップ、５２：第２の空間、５４：搬送ローラ、５６：供給回収ギャップ、５８：磁石体、６０：スリーブ、６２：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤攪拌室、６８：前室、７０：後室、７２：前スクリュー、７４：後スクリュー、７６：隔壁、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９４：放出領域、９６：現像領域、９８：トナー補給部、１００：容器、１０２：開口部、１０４：補給ローラ、１１０：電界形成装置、１１２：第１の電源、１１４：第２の電源、１１６：グランド、１１８：直流電源、１２０：直流電源、１２２：電界形成装置、１２４：第１の電源、１２６：グランド、１２８：直流電源、１３０：第２の電源、１３２：直流電源、１３４：交流電源、１３６：電界形成装置、１３８：第１の電源、１４０：グランド、１４２：直流電源、１４４：交流電源、１４６：第２の電源、１４８：端子、１５０：直流電源、１５２：電界形成装置、１５４：交流電源、１５６：交流電源、１５８：電界形成装置、１６０：交流電源。
【図１】
2008224929.tif 000009
【図２】
2008224929.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2008224929.tif 000015
【図７Ａ】
2008224929.tif 000016
【図７Ｂ】
2008224929.tif 000017
【図８Ａ】
2008224929.tif 000018
【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１３】
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【図１４】
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