(57)【要約】【課題】小粒径化した磁性キャリアの磁化の強さ、及び電気抵抗値を調整し、ぼそつき画像を改善すると共に、ハロー画像の発生も抑制して、高画質、高精細画像に適した磁性キャリア、及び該磁性キャリアを含む二成分現像剤を提供する。【解決手段】静電潜像を現像するトナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤であって、導電性材料からなる擬似感光体１を用い、実機の現像条件で現像装置を稼働するときに該二成分現像剤が現像装置内で示す挙動として、現像剤担持体２上に形成する磁気ブラシが部分的に導通して発生する発光の回数が、１秒間当たり１０回以下である二成分現像剤とする。【選択図】        図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像を現像するトナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤であって、
導電性材料に厚み１０μｍで４フッ化エチレン樹脂層を設けた擬似感光体用い、実機の現像条件で現像装置を稼働するときに該二成分現像剤が現像装置内で示す挙動として、
現像剤担持体上に形成する磁気ブラシが部分的に導通して発生する発光の回数が、現像剤担持体の回転軸に垂直に設けられた観察断面で、１秒間当たり１０回以下であることを特徴とする二成分現像剤。
【請求項２】
静電潜像を現像するトナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤であって、
該二成分現像剤が現像装置内で示す挙動として、
内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体と、該現像剤担持体上に汲み上げられる現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材との距離が略０．７ｍｍ、現像剤担持体と導電性材料に厚み１０μｍで４フッ化エチレン樹脂層を設けた擬似感光体との距離が略０．３５ｍｍとして現像剤を該現像剤担持体上に汲み上げ、
該擬似感光体の線速を２４５ｍｍ／ｓ、該現像剤担持体の線速を５１５ｍｍ／ｓとして回転させて、現像剤担持体上に形成する磁気ブラシを擬似感光体表面に摺察させ、現像剤担持体と擬似感光体との間に４５０Ｖの直流電圧と、周波数９ｋＨｚ、ピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）９００Ｖの交流電圧を重畳したときに、
該磁気ブラシが部分的に導通して発生する発光の回数が、現像剤担持体の回転軸に垂直に設けられた観察断面で、１秒間当たり１０回以下であることを特徴とする二成分現像剤。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の二成分現像剤において、
前記二成分現像剤は、電界強度１０ｋＶ／ｃｍにおけるダイナミック抵抗値が１．０×１０１０〜５．０×１０１２Ω・ｃｍで、かつ、２７ｋＶ／ｃｍ以下の電界強度においては絶縁破壊を起こさないことを特徴とする二成分現像剤。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の二成分現像剤において、
前記磁性キャリアの重量平均粒径は、２５〜４５μｍであることを特徴とする二成分現像剤。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の二成分現像剤において、
前記磁性キャリアは、１ｋＯｅにおける磁化の強さが６０〜８０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする二成分現像剤。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の二成分現像剤において、
前記二成分現像剤は、トナー濃度が３〜１５ｗｔ％であることを特徴とする二成分現像剤。
【請求項７】
静電潜像を現像する二成分現像剤に用いられる磁性キャリアにおいて、
該磁性キャリアは、請求項１ないし３のいずれかに記載の二成分現像剤に使用される磁性キャリアであって、重量平均粒径が、２５〜４５μｍであることを特徴とする磁性キャリア。
【請求項８】
請求項７に記載の磁性キャリアにおいて、
前記磁性キャリアは、１ｋＯｅにおける磁化の強さが６０〜８０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする磁性キャリア。
【請求項９】
像担持体に対向して配置され、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体が、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、現像剤担持体上に形成する磁気ブラシを像担持体表面に摺察させて、像担持体表面の静電潜像を現像する現像方法であって、
該現像方法は、請求項１ないし６のいずれかに記載の二成分現像剤を用いることを特徴とする現像方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の現像方法において、
前記現像方法は、現像領域で磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる時に磁性キャリアから離脱させて生じる遊離トナーを利用して前記像担持体面の静電潜像を現像することを特徴とする現像方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の現像方法において、
前記現像方法は、現像領域で磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる時に磁性キャリアから離脱させて生じる遊離トナーを、前記像担持体表面の静電潜像へ移動させ、さらに、その後、磁性キャリアから前記像担持体へのトナーの移動、及び前記像担持体から磁性キャリアへのトナーの移動により前記像担持体表面の静電潜像を現像することを特徴とする現像方法。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれかに記載の現像方法において、
前記現像方法は、前記像担持体と前記現像剤担持体との間に形成される電界が交番電界であることを特徴とする現像方法。
【請求項１３】
像担持体に対向して配置され、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体と配置し、該現像剤担持体がトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、現像剤担持体上に形成する磁気ブラシを像担持体表面に摺察させて、像担持体表面上の静電潜像を現像する現像装置であって、
該現像装置は、二成分現像剤として請求項１ないし６のいずれかに記載の二成分現像剤を用いることを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の現像装置において、
前記現像装置は、現像領域で磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる時に磁性キャリアから離脱させて生じる遊離トナーを用いて前記像担持体表面の静電潜像を現像することを特徴とする現像装置。
【請求項１５】
潜像を担持する像担持体と、
該像担持体の表面を均一に帯電する帯電手段と、
該像担持体表面を露光し、潜像を形成する露光手段と、
該像担持体の表面に形成された潜像にトナーを供給して現像する現像手段と、該像担持体表面のトナー像を被転写体に転写する転写手段とを備える画像形成装置において、
該現像手段は、請求項１３又は１４に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成プロセスに使用される磁性キャリア、及び二成分現像剤、並びにこれらを用いて静電潜像を現像する現像方法、及び現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成プロセスでは、感光体表面を露光して、当該感光体の表面に静電潜像を形成し、次にこの感光体表面に現像剤を接触させて現像剤中のトナーを静電潜像に静電付着させ、トナー像に顕像化する。このトナー像を、感光体表面から紙上に転写して定着させると、静電潜像に対応した画像が紙の表面に形成される。現像剤としては、トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤と、磁性トナー等による一成分現像剤とがあるが、磁性キャリアが現像剤の攪拌、搬送、帯電などの機能を分担し、現像剤として機能分離がなされるため制御性が良いなどの理由で二成分現像剤が多く用いられている。
【０００３】
近年、技術の進歩に伴い、高精細な画像を出力できる複写機やレーザプリンタが開発されており、用いられる現像剤には、静電潜像へのトナーの供給をより緻密にすることが要求されている。このため、トナー及び磁性キャリアを従来よりも小さくする方向にある。特に、磁性キャリアの小粒径化は、感光体との対向位置で現像剤担持体上に形成される磁気ブラシを緻密にできることから、階調性やベタ均一性の向上が期待できる。また、同時にキャリア自体が軽量化されるため現像剤の劣化防止の面でも有利である。
【０００４】
しかしながら、このように磁性キャリアの粒径を小さくした場合にはキャリア付着という問題が生じる。通常、磁性キャリアは磁気力により現像剤担持体上に保持されているが、同時に静電誘導或いは電荷注入による電荷が磁性キャリアに存在し、感光体上の電荷との間に静電力が働いている。磁性キャリアの粒径が小さくなるほど粒子１個当たりに働く磁気力が弱くなることから、感光体との静電力が現像剤担持体の保持力に打ち勝って、磁性キャリアが感光体上に付着しやすくなってしまう。このように付着した磁性キャリアはトナー像と共に転写媒体へ転写されるため、画像上では地肌部へのチリ状汚れとなって現れてしまう。
【０００５】
そこで、磁気的な力を強めるために、磁性キャリアの磁化を大きくすることが考えられるが、フェライトキャリアでは鉄成分の比率を増加させることが必須であるため、現像剤の電気抵抗値の低下をもたらす。現像剤、あるいは磁性キャリアの電気抵抗に関しては、これまで様々な検討がなされており、現像剤搬送部材によって搬送されるときの磁性キャリアの動的電気抵抗値を規定した文献（例えば、特許文献１参照。）や、磁気ブラシの形で１０００Ｖ／ｃｍの電界のもとで磁性キャリアとトナーからなる現像剤の体積抵抗値を測定し、これを規定した文献（例えば、特許文献２参照。）等がある。動的電気抵抗値、体積抵抗値等の下限を規定することで、現像剤担持体から磁性キャリアへの電荷注入、あるいは現像剤から感光体への電荷注入を防いで、キャリア付着や、背景部のかぶり等を防止している。
【０００６】
しかしながら、上記文献は、特に小粒径の磁性キャリアの電気抵抗に関しては触れていない。本発明者らが、さらに高精細画像を得るべく磁性キャリアを小粒径化し画像を評価したところ、ハーフトーン部に斑点状の濃度ムラが発生した。この濃度ムラは、画像がぼそついて見えることから、「ぼそつき画像」と称することにする。
通常、磁性キャリアは、芯材であるフェライトの種類を選択し、これを被覆する樹脂の抵抗により電気抵抗の調整を行っているが、上述した従来の知見から動的電気抵抗値、体積抵抗値を設定しても実際には不十分であり、現像工程における現像剤の現像特性についてより詳細な検討が必要であることが判明した。
【０００７】
特許文献３には、磁気ブラシの形態での磁性キャリアの動的電気抵抗を実機での現像電界に近い１０４Ｖ／ｃｍの電界で測定し、規定している。これにより、感光体へのキャリア付着や、バイアスリークによる感光体上の潜像の破壊に起因するブラシマーク等の異常画像を抑制でき、ハーフトーン部を高画像で再現できるとしている。しかしながら、本発明者らの問題とするぼそつき画像の解消に関しては、何らの示唆も得られていない。
【０００８】
加えて、上記ぼそつき画像を改善するために、磁性キャリアの被覆を高抵抗樹脂にし、高抵抗の磁性キャリアを用いて現像を行うと、ハーフトーン画像の中に書き込まれたベタ画像や文字の周辺が白く抜ける「ハロー画像」と呼ばれる異常画像が新たに発生することが判明した。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２７４６８８５号公報
【特許文献２】
特許第２９９５９４９号公報
【特許文献３】
特開平１０−５５１１３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、マクロ的に均質と考えていた磁気ブラシをより詳細に解析して、小粒径化した磁性キャリアの磁化の強さ、及び電気抵抗値を調整し、ハーフトーン部のぼそつき画像を改善すると共に、ハロー画像の発生も抑制して、高画質、高精細画像に適した磁性キャリア、及び該磁性キャリアを含む二成分現像剤を提供することを課題とする。更には、上記二成分現像剤を用いて高画質、高精細画像を形成する現像方法、並びに現像装置、画像形成装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
従来マクロ的に均質と考えていた磁気ブラシについての解析が不十分であったことを受け、本発明者らは、現像領域における磁気ブラシの挙動を詳細に調べるべく、ビデオカメラを接続した実体顕微鏡を用いて実機に近い形で現像領域の撮影を行い、得られた映像を解析することにより、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明は、静電潜像を現像するトナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤であって、導電性材料に厚み１０μｍで４フッ化エチレン樹脂層を設けた擬似感光体を用い、実機の現像条件で現像装置を稼働するときに該二成分現像剤が現像装置内で示す挙動として、現像剤担持体上に形成する磁気ブラシが部分的に導通して発生する発光の回数が、現像剤担持体の回転軸に垂直に設けられた観察断面で、１秒間当たり１０回以下である二成分現像剤である。
また、請求項２に記載の発明は、静電潜像を現像するトナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤であって、該二成分現像剤が現像装置内で示す挙動として、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体と、該現像剤担持体上に汲み上げられる現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材との距離が略０．７ｍｍ、現像剤担持体と導電性材料に厚み１０μｍで４フッ化エチレン樹脂層を設けた擬似感光体との距離が略０．３５ｍｍとして現像剤を該現像剤担持体上に汲み上げ、該擬似感光体の線速を２４５ｍｍ／ｓ、該現像剤担持体の線速を５１５ｍｍ／ｓとして回転させて、現像剤担持体上に形成する磁気ブラシを擬似感光体表面に摺察させ、現像剤担持体と擬似感光体との間に４５０Ｖの直流電圧と、周波数９ｋＨｚ、ピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）９００Ｖの交流電圧を重畳したときに、該磁気ブラシが部分的に導通して発生する発光の回数が、現像剤担持体の回転軸に垂直に設けられた観察断面で、１秒間当たり１０回以下である二成分現像剤である。
【００１３】
ビデオカメラを用いた現像領域における現像剤の挙動の観察の結果、導電性材料からなる擬似感光体との間で現像剤の磁気ブラシに部分的に見られる発光現象が、ハーフトーン画像のぼそつきと関係することを見いだした。そして、その解析の結果、異常画像を生じさせることなく、高画質で高精細な画像を形成する二成分現像剤が、上記に示す本発明の二成分現像剤である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の二成分現像剤において、前記二成分現像剤の電界強度１０ｋＶ／ｃｍにおけるダイナミック抵抗値が１．０×１０１０〜５．０×１０１２Ω・ｃｍで、かつ、２７ｋＶ／ｃｍ以下の電界強度においては絶縁破壊を起こさない二成分現像剤である。
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の二成分現像剤において、前記磁性キャリアの重量平均粒径が２５〜４５μｍである二成分現像剤である。
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の二成分現像剤において、前記磁性キャリアの１ｋＯｅにおける磁化の強さが６０〜８０ｅｍｕ／ｇである二成分現像剤である。
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の二成分現像剤において、トナー濃度が３〜１５ｗｔ％である二成分現像剤である。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、静電潜像を現像する二成分現像剤に用いられる磁性キャリアにおいて、該磁性キャリアは、請求項１ないし３のいずれかに記載の二成分現像剤に使用される磁性キャリアであって、重量平均粒径が、２５〜４５μｍである磁性キャリアである。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の磁性キャリアにおいて、前記磁性キャリアの１ｋＯｅにおける磁化の強さが６０〜８０ｅｍｕ／ｇである磁性キャリアである。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、像担持体に対向して配置され、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体が、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、現像剤担持体上に形成する磁気ブラシを像担持体表面に摺察させて、像担持体表面の静電潜像を現像する現像方法であって、請求項１ないし６のいずれかに記載の二成分現像剤を用いる現像方法である。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の現像方法において、現像領域で磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる時に磁性キャリアから離脱させて生じる遊離トナーを利用して前記像担持体表面の静電潜像を現像する現像方法である。請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の現像方法において、現像領域で磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる時に磁性キャリアから離脱させて生じる遊離トナーを、前記像担持体表面の静電潜像へ移動させ、さらに、その後、磁性キャリアから前記像担持体へのトナーの移動、及び前記像担持体から磁性キャリアへのトナーの移動により前記像担持体表面の静電潜像を現像する現像方法である。
請求項１２に記載の発明は、請求項９ないし１１のいずれかに記載の現像方法において、前記像担持体と前記現像剤担持体との間に形成される電界が交番電界である現像方法である。
【００１７】
請求項１３に記載の発明は、像担持体に対向して配置され、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体と配置し、該現像剤担持体がトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を担持し、像担持体との間に形成される現像領域に搬送し、現像剤担持体上に形成する磁気ブラシを像担持体表面に摺察させて、像担持体表面上の静電潜像を現像する現像装置であって、二成分現像剤として請求項１ないし６のいずれかに記載の二成分現像剤を用いる現像装置である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の現像装置において、現像領域で磁性キャリアの集合した穂が立ち上がる時に磁性キャリアから離脱させて生じる遊離トナーを用いて前記像担持体表面の静電潜像を現像する現像装置である。請求項１５に記載の発明は、潜像を担持する像担持体と、該像担持体の表面を均一に帯電する帯電手段と、該像担持体表面を露光し、潜像を形成する露光手段と、該像担持体の表面に形成された潜像にトナーを供給して現像する現像手段と、該像担持体表面のトナー像を被転写体に転写する転写手段とを備える画像形成装置において、該現像手段、請求項１３又は１４に記載の現像装置である画像形成装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る二成分現像剤の現像領域における挙動を解析するために用いた装置の構成を示す図である。像担持体は、基体に導電性材料、本実施形態においては非磁性のＳＵＳを用いた。このＳＵＳからなる基体の円周部に厚さ１０μｍで４フッ化エチレン樹脂（テフロン：登録商標）コーティングを施し、擬似感光体１とした。この擬似感光体は、直径９０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤である。擬似感光体１に対向させて現像剤担持体である現像スリーブ２を配置した。現像スリーブ２は、二成分現像装置に一般的に使用される内部に磁界発生手段を有する現像スリーブである。具体的には、擬似感光体１と現像スリーブ２との対向位置の略中央に二成分現像剤（以下、単に「現像剤」と言う場合がある。）の磁気ブラシを形成するための現像主磁石、現像スリーブ２上に現像剤を汲み上げる汲み上げ磁石、現像スリーブ２に汲み上げられた現像剤を現像領域に搬送する搬送用磁石、現像後の現像剤を搬送する搬送用磁石等の複数の磁石が内部に配置されている。そして、現像スリーブ２へ磁性キャリア粒子が漏れないように厳密に調整された該現像スリーブ２直径よりわずかに大きい穴が空けられた二枚の石英ガラス板を挿入して擬似感光体１の円盤を両側から挟む。さらに、石英ガラス板で挟まれた空間に所定量の現像剤を配置する。図示されないが、現像剤の通過量を制御するドクターブレード（現像剤規制部材）もこの二枚の石英ガラス板に挟まれた状態で所定の位置に配置される。
【００１９】
現像条件は、実機に近い条件とすることが観察には好適である。ここでは、以下のように条件を設定して、観察を行った。
現像スリーブ２と現像剤量を規制する図示しない現像剤規制部材との距離ＤＧは０．７ｍｍ、擬似感光体１と現像スリーブ２との距離ＰＧは０．３５ｍｍとした。擬似感光体１と現像スリーブ２とは対向位置において、同方向に移動するように回転させ、それぞれの線速は、擬似感光体１が２４５ｍｍ／ｓ、現像スリーブ２が５１５ｍｍ／ｓとした。
現像スリーブ２と擬似感光体１との間に、４５０Ｖの直流電圧と、周波数９ｋＨｚ、ピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）９００Ｖの交流電圧を重畳して印加し、上記線速にて擬似感光体１、現像スリーブ２を回転させて、現像ニップを中心とした現像領域における現像剤の挙動をカメラ３で撮影した。カメラ３としては、高速度カメラ３ａ（フォトロン社製：ＦＡＳＴＣＡＭ−Ｕｌｔｉｍａ−Ｉ２（イメージインテンシファイア付））に接続した実体顕微鏡３ｂ（オリンパス社製：ＳＺＨ１０）を使用し、９０００〜４０５００コマ／秒の撮影速度で撮影した。使用する現像剤は、磁性キャリアとして、重量平均粒径、磁化の強さ、電気抵抗の異なるものを種々用い、トナーは、体積平均粒径５μｍの重合トナーを用いた。また、トナー濃度は、トナー濃度０ｗｔ％、すなわち磁性キャリアのみの場合を含んでそれぞれ調製して用いた。
【００２０】
現像スリーブ２は、その回転と共に、現像剤を汲み上げ磁石によって汲み上げ、その現像剤を搬送用磁石によって、擬似感光体１との対向位置、すなわち現像領域に搬送する。現像スリーブ２に担持された現像剤が現像主磁石の近傍にくると、いくつかの磁性キャリアが集合して穂を形成して立ち上がる。穂の高さは、磁性キャリアの重量平均粒径等の粉体特性、磁化の強さ等の磁気的特性と、現像主磁石の磁束密度等の磁気的特性、幅及び形状等の形態的特性によって決定されるが、本実験においては、形成された磁気ブラシの穂が擬似感光体１表面を十分に摺察するだけの穂の高さを有するように設定した。そして、現像主磁石によって形成された磁気ブラシの穂が擬似感光体１表面を摺察しながら、現像スリーブ２の線速とほぼ同速度で移動する様子をカメラ３で撮影した。
【００２１】
種々の現像剤について上記のような観察を行った結果、現像剤によって磁気ブラシに発光が観察されるものがあった。図２（ａ）は、高速度カメラが捉えた発光する磁気ブラシの映像の一例である。一連の観察の中で、現像スリーブ２上の１個の磁性キャリアが発光し、徐々に磁気ブラシを伝って擬似感光体１側に発光が延びていく様子や、磁気ブラシの１本の穂が発光し続ける様子等が確認できた。
このような発光現象が何に起因するものであるかを確認するために、高速度カメラ３ａの変わりにＣＣＤカメラ（ＳＯＮＹ社製：カラービデオカメラＤＸＣ−１０８）を用いて撮影を行った。図２（ｂ）は、ＣＣＤカメラが捉えた赤色化する磁気ブラシの映像の一例である。図２（ｂ）のように、磁気ブラシの穂が赤色化するのが観察されることから、磁気ブラシの発光は、特定の穂を伝って電流が現像スリーブ２から擬似感光体１へ流れることにより発生する熱に起因するものであることが明らかとなった。すなわち、従来磁気ブラシはマクロ的に均質と考えられてきたが、穂によってはその電気的特性が、現像スリーブ２と擬似感光体１とを導通させるだけ低抵抗のものが存在するということが分かった。
【００２２】
図２（ａ）に示したような磁気ブラシにおける発光の頻度は、用いた磁性キャリアの種類によって違いが見られ、また、同一の磁性キャリアであってもトナー濃度によって違いが見られた。これは、磁性キャリアの種類によって、現像スリーブ２と擬似感光体１とを導通させるだけ低抵抗の磁性キャリアが存在する量が異なるからである。また、トナーは導通回路を閉鎖させるため、トナー濃度の違いによっても発光現象の起こり方が変わるからである。
【００２３】
一方で、上記の現像剤を用いてハーフトーン画像の画像評価を行った。その結果、ハーフトーン部に斑点状の濃度ムラであるぼそつき画像を発生させる現像剤ほど、カメラ３での現像領域における磁気ブラシに発光現象が多く見られ、反対にぼそつき画像の発生がなく良好にハーフトーン画像を再現する現像剤では、カメラ３の撮影において発光現象がほとんど見られないことが分かった。すなわち、電気的に低抵抗で現像スリーブ２と擬似感光体１とを導通させて発光する磁気ブラシの穂が、ハーフトーン画像の再現性に悪影響を及ぼしていることが明らかとなった。
ハーフトーン画像の形成は、二成分現像装置を搭載した一般的な画像形成装置を用い、以下の現像条件で行った。ＯＰＣ感光体の線速は２４５ｍｍ／ｓ、現像スリーブの線速は５１５ｍｍ／ｓとし、ＯＰＣ感光体と現像スリーブとの距離ＰＧは０．３５ｍｍ、現像ニップ幅は３ｍｍとした。そして形成するハーフトーン画像濃度がほぼ０．８になるように直流電圧とＯＰＣ感光体の表面電位を調整した。ただし、いずれの条件でも重畳した交流電圧は、周波数９ｋＨｚ、Ｖｐｐ９００Ｖで一定とした。尚、近年、デジタル画像の高密度化により、書き込まれる静電潜像がアナログ方式の書き込みによる潜像に近づきつつあることに鑑み、本実験におけるハーフトーン画像の静電潜像の形成は、感光体の帯電電位を若干下げることにより現像バイアスによるトナー付着防止機能を現像側へずらせる方法で行った。これにより潜像書き込みがアナログ方式で行なわれたのと等価の、ハーフトーン部の滑らかな再現性がより一層要求される画質レベルで評価を行った。
このようにして形成したハーフトーン画像について、斑点状の濃度ムラであるぼそつき画像の発生の度合いを、目視で評価した。評価は、ぼそつき画像の発生が見られず、非常に良好なハーフトーン画像が形成できたものを「５．０」とし、以下、ぼそつき画像の発生の度合いにより０．５刻みでランク付けを行った。尚、実用上問題のないレベルは「３．０」ランク以上である。
【００２４】
上記の実験結果をより詳細に解析した結果、ハーフトーン部にぼそつき画像を生じさせることのない本発明の現像剤は、現像領域における磁気ブラシの発光の頻度が１秒間当たり１０回以下である。発光の頻度が１０回／秒を超える現像剤を用いたのでは、ハーフトーン画像のぼそつき発生ランクが「３．０」より低くなり、実用上問題がある。
磁気ブラシの発光頻度が高いことは、ミクロな視点でみると磁気ブラシの中に電流を流しやすい状態にある穂が多く存在することを示唆している。電流を流しやすい状態にある穂とは、抵抗の低い磁性キャリアが介在して形成される穂、あるいは、磁性キャリアに十分にトナーが付着しておらず、磁性キャリアがむき出しの状態になっている穂ということができる。実機においてこのような磁気ブラシで感光体表面を摺擦することは、感光体上への電荷注入が盛んに行われることになり、感光体上の静電潜像を乱すことにつながる。あるいはまた、抵抗の低い磁性キャリアを通って感光体上の静電荷を失うために、反転現像にあってはトナーが余計に付着することにつながる。
【００２５】
実機の感光体上で、磁気ブラシの発光現象があるかどうかについては確認の手段がまだ無いため結論を言うことは出来ないが、発光の発生はきわめて少ないことを以下のように想定している。
すなわち、感光体は基体のアルミドラムの上にＵＬ層、ＣＧＬ層、ＣＴＬ層の順に塗布された構成となっており、電気抵抗の大分がＣＴＬ層で決まる。このＣＴＬ層は厚みが約３０μｍでありその誘電率は約３である。従って、誘電厚みは１０μｍである。一方、擬似感光体のコート層として用いたテフロンは、厚みが１０μｍで誘電率は５であるから、誘電厚みは２μｍである。このことから擬似感光体の抵抗値は実機で用いる感光体よりも約５倍抵抗が低いことがわかる。  つまり、この約５倍の差がある抵抗が、おそらくはコート層の絶縁破壊電圧やトンネル電流の差を生んで、擬似感光体を用いる上記のような観察では、本発明に好ましくない性質をもつ現像剤には上記テフロンコート層の有する抵抗では発光現象として出現するが、実機で用いる感光体表面の抵抗層まで抵抗が高くなると発光現象にまで至らないと思われる。
本発明者らは、感光体上への電荷注入が盛んなために、感光体上の静電潜像を乱すことにつながっているのか、あるいはまた、抵抗の低い磁性キャリアを通って感光体上の静電荷を失うために、反転現像にあってはトナーが余計に付着するのか、どちらの現象が真であるかを追求したがまだ解明するまでには至っていない。しかし、いずれにしても電流を流しやすい状態にある穂と、そうで無い穂とが混在することは極めてセンシティブなハーフトーン画像領域では静電潜像の均一性に大きな影響を及ぼすことになり、したがってこれがハーフトーン画像のぼそつきとなって現れるものである。
【００２６】
次に、本発明の二成分現像剤が有する好ましい電気的特性について述べる。本発明の二成分現像剤は、電界強度１０ｋＶ／ｃｍにおけるダイナミック抵抗値が１．０×１０１０〜５．０×１０１２Ω・ｃｍで、かつ、２７ｋＶ／ｃｍ以下の電界強度においては絶縁破壊を起こさない特性を有するものであることが好ましい。
現像剤のダイナミック抵抗値の測定は、アルミニウム製擬似感光体を用い、二成分現像装置に一般的に使用される内部に磁界発生手段を有する現像スリーブを対向配置させて、現像剤を磁気ブラシの状態で担持させた現像スリーブを線速５１５ｍｍ／ｓで回転させ、停止しているアルミニウム製擬似感光体との間に直流電圧を印加し、印加した電圧と、このとき流れる電流とから計測した。尚、現像スリーブと擬似感光体との現像ギャップＰＧは０．３５ｍｍ、現像ニップ幅は３ｍｍとした。
１０ｋＶ／ｃｍの電界強度は、実機での現像電界に近い電界であり、この電界強度において１．０×１０１０Ω・ｃｍ以上のダイナミック抵抗値を有することが、電荷のリークを防いで現像能力を発揮する上で最低限必要である。ダイナミック抵抗値がこの値よりも低い場合は、激しいキャリア付着を生じて感光体に損傷を与えたりする不具合が生じる。
【００２７】
また、２７ｋＶ／ｃｍ以下の電界強度において絶縁破壊を起こさない現像剤がよい。ここで絶縁破壊とは、ダイナミック抵抗値の測定系に置かれた被測定物、すなわち磁気ブラシ状の現像剤に印加された電圧と電流の関係において、測定電圧の上昇に伴う電流値の変化が１．０×１０−６Ａ／Ｖ以上を示すことを言うものとする。言い換えると、その測定系に置かれた被測定物の実抵抗値が１．０×１０＋６Ω以下になることである。
現像剤の種類を変えてダイナミック抵抗値の測定を行う一方で、これらの現像剤によって形成される画像のハーフトーン部の画像評価を行ったところ、高電圧を掛けても絶縁破壊を起こさない現像剤ほど、ハーフトーン部にぼそつきのない良好な画像が得られることがわかった。特に、９５０Ｖ以上の電圧を印加しないと絶縁破壊を起こさない現像剤とすることが、ぼそつき発生ランクが「３．０」以上となり、良好な画像を形成できることがわかった。このとき磁気ブラシに掛かる電界強度は２７ｋＶ／ｃｍであることから、これ以下の電界強度において絶縁破壊を起こさない現像剤であることが必要である。さらに好ましくは、４０ｋＶ／ｃｍ以下の電界強度においても、絶縁破壊を起こさない磁性キャリアであることにより、高画質を得ることができる。
【００２８】
上記の現像剤の電気的特性は、請求項１に規定した磁気ブラシの発光現象の頻度と大いに関係するものである。すなわち、現像スリーブと感光体の間に現像バイアスが印加され、磁気ブラシの穂の先に掛かる電界強度が増しても絶縁破壊を起こさない現像剤であることにより、感光体上への電荷注入を防ぐことができ、磁気ブラシの発光現象の発生も抑えられる。
【００２９】
現像剤の電界強度１０ｋＶ／ｃｍにおけるダイナミック抵抗値の上限は５．０×１０１２Ω・ｃｍであることが好ましい。
上記に示したように、ハーフトーン部のぼそつき画像を改善するために、磁性キャリアの被覆を高抵抗樹脂にし、高抵抗の現像剤を用いて現像を行うと、ハーフトーン画像の中に書き込まれたベタ画像や文字の周辺が白く抜ける「ハロー画像」と呼ばれる異常画像が新たに発生することが判明した。
図３は、ハロー画像の例を示す図である。また、図４は、ハロー画像の評価方法を説明する図である。ミクロフォトメータ（ＵＮＩＯＮ  ＯＰＴＩＣＡＬ社製  ＭＰＭ−２）を使用し、図３に示す画像サンプルのベタエッジ部の画像濃度について、ハロー画像部をはさんで長さ７ｍｍを約５０μｍおきに測定した１５０点の濃度測定値から、図４に示すようなグラフを得る。図４の斜線部が図３の白く抜けた部分であり、このグラフ上の斜線部の面積を見かけの抜け量［ＳＨ］として数値化する。このとき、評価条件を一定にするため、ベタ部、ハーフトーン部ともその濃度をそれぞれ１．７、０．８になるように、直流バイアス電圧と、感光体表面電位とを調整して画像を得た。［ＳＨ］の値は、０であることが理想であるが、１０以下であれば好ましく、５以下であればほぼ理想に近い画像が得られる。
この［ＳＨ］の値を用いて各種現像剤のダイナミック抵抗値との関係を調べたところ、電界強度１０ｋＶ／ｃｍにおけるダイナミック抵抗値が高い現像剤ほど、ハロー画像の［ＳＨ］の値が大きくなることが分かった。上記の［ＳＨ］の値１０以下を満足するためには、電界強度１０ｋＶ／ｃｍにおけるダイナミック抵抗値は５．０×１０１２Ω・ｃｍ以下とすることが必要である。
【００３０】
このように、本発明の二成分現像剤が上記のような電気的特性を有することで、画像のハーフトーン部にぼそつきを生じず、高画質で再現できると共に、ハロー画像の発生も抑えて、高品質な画像を提供することができる。
【００３１】
次に、本発明に係る磁性キャリアについて説明する。
磁性キャリアの芯材としては、銅亜鉛フェライト、マンガンを主成分とするフェライト等があげられ、具体的には、マンガンフェライト、マンガンマグネシウムフェライトなどがある。ビスマス（Ｂｉ）やジルコン（Ｚｒ）に代表される抵抗調整剤を加えたり、焼成工程とその後工程における温度、時間、雰囲気等の条件を適宜調整することで、高磁化で高抵抗の芯材が得られる。さらに、この強磁性体の粒子をアクリル系、ポリエステル系、シリコーン系、フッ素系等の樹脂で被覆してもよい。これらの樹脂は、磁性キャリアの電気抵抗、トナーとの帯電性を考慮して適宜選択することができる。また、このような磁性キャリアの特性を調整するために、カーボンブラック、酸化アルミ、酸化チタン等の導電性物質、荷電制御剤等を樹脂に添加してもよい。この他、上記の樹脂中に磁性体粒子を分散させたものであってもよい。
【００３２】
磁性キャリアの重量平均粒径は、２５〜４５μｍの小粒径であることが好ましい。重量平均粒径を４５μｍ以下にすることで磁気ブラシを緻密にすることができ、階調性やベタ均一性の向上が図れる。一方、２５μｍ未満では、キャリア付着を起こすため好ましくない。
また、磁性キャリアの１ｋＯｅにおける磁化の強さは、６０〜８０ｅｍｕ／ｇであることが好ましい。特に、上記のように磁性キャリアを小粒径化した場合は、磁化が小さくなり、キャリア付着等を引き起こす原因になるため、６０ｅｍｕ／ｇ以上とする。また、磁化の強さが８０ｅｍｕ／ｇを超えると、磁性キャリアに樹脂による表面被覆を施しても、形成される画像の画質は劣化するため好ましくない。なお、磁化の強さは芯材に添加する添加剤の種類、及び量で調整することができる。
【００３３】
上記のように、小粒径であって、高い磁化を有する磁性キャリアを用いても、電気的特性及びトナー濃度の調整によって、請求項１に規定したような、現像領域において磁気ブラシの穂に発生する発光の頻度が少ない現像剤とし、磁性キャリアを小粒径にしたことの画像への副作用、すなわち、ハーフトーン画像のぼそつきやハロー画像の発生を抑制できるものである。そして、小粒径の磁性キャリアによって形成される磁気ブラシで、静電潜像へのトナーの供給を緻密にし、高画質で高精細な画像を提供することができる。
【００３４】
トナーとしては、少なくとも熱可塑性の樹脂とカーボンブラック、銅フタロシアニン系、キナクリドン系、ビスアゾ系等の顔料を含んで構成されるものを用いる。樹脂としては、スチレン−アクリル系、ポリエステル系の樹脂が好ましい。この他に、定着助剤としてポリプロピレン等のワックス、トナー帯電量を制御するための含合金染料を内添することができる。さらに、表面処理したシリカ、アルミナ、酸化チタン等の酸化物、窒化物、炭化物等を外添してもよい。さらに、脂肪酸金属塩、樹脂微粒子等を併せて外添してもよい。
【００３５】
トナーの体積平均粒径は、高画質高精細の画像を得るために小粒径であることが好ましく、具体的には３〜８μｍが好ましい。体積平均粒径が上記範囲より小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌において磁性キャリアの表面にトナーが融着し、磁性キャリアの帯電能力を低下させるため好ましくない。また、体積平均粒径が上記範囲よりも大きい場合には、高画質で高精細の画像を得ることが難しくなるため好ましくない。
【００３６】
現像剤中のトナー濃度は、３〜１５ｗｔ％が好ましい。請求項１に規定する磁気ブラシの発光現象を抑え、すなわち、磁気ブラシによる現像スリーブから感光体表面への導通を抑制して、ハーフトーン画像を高画質で再現するために、トナー濃度は３ｗｔ％以上必要である。また、トナー濃度を３ｗｔ％以上とすることで、十分な画像濃度を得ることができる。一方、トナー濃度が１５ｗｔ％を超えると画像に地肌カブリ等が生じ、高画質が得られなくなるため好ましくない。
【００３７】
次に、本発明の現像方法、現像装置について説明する。
図５は、本発明に係る現像装置の概略構成図である。現像装置１１０内には、現像スリーブ１１１が感光体１００に近接するように配置されていて、双方の対向部分に現像領域が形成されている。現像スリーブ１１１では、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブ１１１が不図示の回転駆動機構によって時計回り方向に回転されるようになっている。
現像スリーブ１１１の感光体１００とは反対側の領域には、現像ケーシング内の現像剤を攪拌しながら現像スリーブ１１１へ汲み上げるための第１搬送スクリュー１１２、及びトナーボトル１１５から投入されるトナーを現像剤と混合し搬送する第２搬送スクリュー１１３が設けられている。現像剤中のトナーは、この第１搬送スクリュー１１２、第２搬送スクリュー１１３による混合・攪拌により、摩擦帯電される。
【００３８】
現像スリーブ１１１の内部には、現像スリーブ１１１の周表面に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体が固定状態で備えられている。磁石ローラ体は、複数の磁石を備えている。現像領域部分に現像剤を穂立ちさせる現像主磁石Ｐ１、現像スリーブ１１１上に現像剤を汲み上げる磁石Ｐ３、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁石Ｐ４、Ｐ５、現像後の領域で現像剤を搬送する磁石Ｐ２を備えている。これら各磁石Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５及びＰ２は、現像スリーブ１１１の半径方向に向けて配置されており、図５に示すような磁力線分布を有している。
ここでは、現像スリーブ１１１上に現像剤を汲み上げるための磁石Ｐ３と、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁石Ｐ５と、現像後の領域で現像剤を搬送する磁石Ｐ２がＮ極をなし、現像主磁石Ｐ１と、汲み上げられた現像剤を搬送する磁石Ｐ４がＳ極をなしている。現像剤搬送磁石をなす下流側の磁石Ｐ２は現像主磁石磁力形成を補助する働きがあり、小さすぎるとキャリア付着を起こす。
【００３９】
現像剤の磁性キャリアは、この磁石ローラ体から発せられる法線方向磁力線に沿うように現像スリーブ１１１上に穂を形成し、この穂を形成する磁性キャリアに帯電トナーが付着して、磁気ブラシが構成される。磁気ブラシは現像スリーブ１１１の回転によって現像スリーブ１１１と同方向に搬送される。
現像スリーブ１１１の線速は、感光体１００の線速と差を設けることが好ましい。線速差を設けることで、感光体１００表面に形成された静電潜像へのトナーの供給を良好に行うことができる。具体的には、現像スリーブ１１１の線速（Ｖｓ）と感光体１００の線速（Ｖｐ）との比（Ｖｓ／Ｖｐ）が１．２〜２．７であることが好ましい。
【００４０】
感光体１００と現像スリーブ１１１との間隔である現像ギャップＧＰは、ここでは０．３５ｍｍと設定している。現像ギャップＧＰがあまり狭くなると、磁気ブラシが感光体１００に広範囲で接触するようになるために、横線細りや後端白抜け等の方向依存性が起こりやすくなる。逆に、現像ギャップＧＰが広くなると、十分な電界強度が得られず、孤立ドットやソリッド部でムラ等の画像欠陥を生ずる。電界強度を維持するために、印加する電圧を大きくすることも可能であるが、放電によるいわゆる白ポチと呼ばれるソリッド部の白く抜けた画像等の異常画像が発生しやすくなるので好ましくない。そこで、現像ギャップＧＰは磁性キャリアの重量平均粒径の１３倍以下に設定することが望ましい。
【００４１】
現像剤の搬送方向（図において時計回り方向）における現像領域の上流側部分には、磁性キャリアが形成する磁気ブラシの穂の高さ、すなわち、現像スリーブ１１１上の現像剤層の厚みを規制する層厚規制部材としてのドクターブレード１１４が設けられている。このドクターブレード１１４と現像スリーブ１１１との間隔であるドクターギャップＤＧは、現像スリーブ１１１上に形成される現像剤の磁気ブラシが感光体１００表面を十分に摺察するように、ここでは０．７ｍｍに設定されている。
【００４２】
本発明に係る現像方法は、請求項１ないし請求項６に記載した二成分現像剤を用いる。感光体１００上の静電潜像を乱すことなく、忠実にトナー像を形成すると共に、磁性キャリアを小粒径にすることで磁気ブラシを緻密にし、静電潜像へのトナーの供給を緻密にして高画質で高精細な画像を提供することができる。
【００４３】
また、本発明に係る現像方法の更なる特徴として、現像領域で、トナーを有する磁性キャリアが集合し穂が立ち上がる時に、磁性キャリア表面から離脱させて生じる遊離トナーを利用して感光体１００上の静電潜像を現像するものである。図６は、本発明の現像方法における現像領域内での二成分現像剤の状態を模式的に表した概略図である。ここで、現像領域とは、磁性キャリアＣが集合する穂が磁気ブラシを形成しているか、又は現像スリーブ１１１上に薄い現像剤層を形成しているかの状態に係わらず現像剤中のトナーＴが感光体１００に向かって移動する領域をいう。以下、この現像領域を、図６に示すように、現像領域前域部Ａ、現像領域中域部Ｂ、現像領域後域部Ｃに分けて説明する。
【００４４】
現像領域前域部Ａは、搬送用の磁石Ｐ５によって現像剤が搬送され、現像主磁石Ｐ１の近傍に近づいた現像剤中の磁性キャリアＣが、表面にトナーＴを保持しながら複数集合して穂を形成し、さらに、その磁力線に沿って磁性キャリアＣの穂が立ち上がり始める領域をいう。図７は、現像領域前域部Ａでの磁性キャリアＣの穂の立ち上がる状況を示す模式図である。この領域の働く磁界は、搬送用の磁石Ｐ５と現像主磁石Ｐ１とが逆極になっているため、法線方向の磁力線は小さいが、周方向の磁力線が大きい。そこで、両磁石間では薄い磁性キャリアＣの集団である現像剤層を形成している。そして、磁性キャリアＣ表面に存在するトナーＴも現像剤層中に埋もれた状態であり、感光体１００に対向するトナーＴの量は非常に少ない。
しかし、この現像剤層が現像主磁石Ｐ１の近傍に達すると、いくつかの磁性キャリアＣが集合して穂を形成して立ち上がる。このとき、現像主磁石Ｐ１の大きな磁場が作用し、すべての磁性キャリアＣの磁気的な極性は同一方向を向いており、隣り合う磁性キャリア同士には互いに反発力が作用している。そこで、この反発力の働きにより磁性キャリアＣの穂は、現像剤層が突然に割れるようにして立ち上がる。この時、磁性キャリアＣの表面に付着しているトナーＴには大きな遠心力が作用し、これによりトナーＴが磁性キャリアＣ表面から離脱して現像空間に解放され、遊離トナーＴとなる。磁性キャリアＣ表面から離脱させた遊離トナーＴは、磁性キャリアＣとの静電的付着力、物理的付着力が作用していないために、現像電界等によって容易に移動させることができる。
【００４５】
本発明の現像方法は、磁性キャリアＣの粒径等の粉体特性、磁化の強さ等の磁気特性と現像主磁石Ｐ１の磁束密度等の磁気特性、幅及び形状等の形態特性により磁性キャリアＣ表面のトナーＴに作用する力を制御し、遊離トナーＴを発生させることができる。さらに、この遊離トナーＴを有する磁気ブラシを形成することで、感光体１００上の静電潜像に対するトナーＴ付着量を大きくすることができ、いわゆる現像性の高い現像方法を得ることができる。また、本発明の現像方法は、現像領域前域部Ａで、低い電界でも現像できる遊離トナーＴを生じさせることで、いわゆる現像性の高い現像方法を得ることができる。
【００４６】
現像領域中域部Ｂにおいては、磁気ブラシの穂が感光体１００表面を強く摺察し、トナーＴを感光体１００上に散布して現像する。
この領域において、現像スリーブ１１１上に形成した磁気ブラシの穂は、現像スリーブ１１１上で滑る場合を除いて、ほぼ現像スリーブ１１１と同じ速度で移動している。このため、磁気ブラシの穂の高さが現像スリーブ１１１と感光体１００との距離よりも高くなる場合は、現像主磁石Ｐ１の磁力線に沿って立ち上がる速度と現像スリーブ１１１の線速の両方の速度を持って感光体１００に強く接触する。また、感光体１００に強く接触する前に、磁気ブラシの穂が完全に立ち上がっていたとしても、現像スリーブ１１１と感光体１００との次第に狭くなっていく間隔の中で、穂の高さが両者の間隔よりも高くなるところで、現像スリーブ１１１の線速から感光体１００の線速を相殺した速度で感光体１００に強く接触する。
このときに、磁性キャリアＣ表面に静電的に付着しているトナーＴが、感光体１００との接触による衝撃によって磁性キャリアＣ表面から離脱し、遠心力による運動の慣性力、感光体１００表面の静電潜像による電界と現像スリーブ１１１と感光体１００間に印加されている電界によって、感光体１００上に現像される。
【００４７】
現像領域後域部Ｃにおいては、磁気ブラシの穂が感光体１００に摺擦したまま現像スリーブ１１１の回転と共に移動し、磁性キャリアＣに付着したトナーＴを感光体１００上に現像する。
図８は、現像領域後域部Ｃで、トナーＴが現像される状況を示す模式図である。図８（ａ）は静電潜像が現像される際のトナーＴが磁性キャリアＣ上を移動する状況を示す模式図であり、図８（ｂ）は非画像部領域でのトナーＴが移動する状況を示す模式図である。現像スリーブ１１１と感光体１００との間には、通常トナーＴを現像するための直流電圧、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧が印加されている。トナーＴは、図８（ａ）に示すように、静電的な力によって感光体１００上の静電潜像に向けて移動し、現像される。
一方、この現像領域後域部Ｃにおいては、トナーＴが現像領域前域部Ａ又は現像領域中域部Ｂで現像されたために、表面に付着するトナーＴが少なくなって磁性キャリアＣがむき出しの状態になった穂が存在する。このような穂は、図８（ｂ）に示すように、感光体１００を摺擦しながら、既に感光体１００上に現像されたトナーＴに強く接触することで、その衝撃力と、互いに逆極性に帯電していることから生ずる静電的なクーロン力とによって、磁性キャリアＣ表面に吸着させて、感光体１００から離脱させる。この場合、感光体１００に吸着しておく電界が小さい非画像部のトナーＴを、主として感光体１００から離脱させる。このような作用により、非画像部における地汚れを防止して、高品位の画像を得ることができる。
【００４８】
しかしながら、上記に示したような磁性キャリアＣがむき出しの状態になった穂が、感光体１００上の画像濃度が高くない画像部を摺察すると、例えばその磁性キャリアＣの電気抵抗が低い場合は、電流が流れやすくなっているために、その画像部、あるいはまだ現像されていない静電潜像を静電気的に乱すことになる。事実、本発明が解決すべき課題である、ハーフトーン部のぼそつき画像の発生もこのような現象によって起こるものと推察される。
従って、本発明の現像方法は、請求項１ないし６に記載した二成分現像剤を用いることで、上記のようなハーフトーン部のぼそつき画像を発生させることなく、遊離トナーＴを用いた現像により、高い現像性を得ることができる。
【００４９】
また、印加する現像バイアスにより生ずる現像電界は、直流と交流を重畳させて発生させる交番電界を用いても良い。図９は、反転現像方式における直流と交流の交番電界を印加している状態を示す模式図である。有機顔料を電荷発生材料に用いて作製されるＯＰＣ感光体では、一般に負極性の電荷を乗せることが多い。負極性に帯電させた感光体上にレーザ光で静電潜像を書き込む場合、帯電量を少なくするために画像部を露光するため、この部分の帯電電荷が電荷発生材料から生成される正孔により中和されて、図９に示すように、画像部の電位が低下する。負極性に帯電したトナーＴは、現像スリーブ１１１と感光体１００との間に印加された電界により現像される。さらに、交番電界が印加されていることにより、現像されて感光体１００上にあるトナーＴが振動するように運動し、次第に静電潜像に忠実に揃えられ高品位の画像を得ることができる。また、感光体１００に磁気ブラシの穂が近接していると磁性キャリアＣによって強調された電界が生ずるために、この部分でトナーＴが振動するようにより激しく運動し、さらに、潜像Ｌに忠実に揃えられ高品位の画像を得ることができる。
【００５０】
尚、上記に示した現像装置を、潜像を担持する像担持体と、像担持体表面を均一に帯電する帯電手段と、帯電された像担持体表面に露光して静電潜像を形成する露光手段と、像担持体表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段とを備える画像形成装置に搭載することができる。本現像装置によって、磁性キャリアを小粒径にすることで磁気ブラシを緻密にし、静電潜像へのトナーの供給を緻密にして高画質で高精細な画像を提供することができる。
【００５１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
（実施例１）
マンガンフェライトに抵抗調整剤としてビスマス（Ｂｉ）化合物を０．５ｗｔ％添加した芯材を、カーボンブラックを含有したシリコーン樹脂で０．３μｍの膜厚で表面被覆し、重量平均粒径３５μｍの磁性キャリア１を得た。
上記磁性キャリア１に、ポリエステル樹脂とカーボンブラックとを主成分とする数平均粒径５μｍの重合トナーを混合し、トナー濃度３ｗｔ％になるように二成分現像剤を作製した。
（実施例２）
実施例１において、二成分現像剤のトナー濃度を５ｗｔ％とした以外は、実施例１と同様にして二成分現像剤を作製した。
（実施例３）
実施例１において、芯材の表面を被覆する樹脂に添加するカーボンブラックの含有量を実施例の１．２５倍とした以外は、実施例１と同様にして磁性キャリア２を得た。
上記磁性キャリア２に、ポリエステル樹脂とカーボンブラックとを主成分とする数平均粒径５μｍの重合トナーを混合し、トナー濃度５ｗｔ％になるように二成分現像剤を作製した。
【００５２】
（比較例１）
実施例１において、マンガンフェライトに代えてマンガンマグネシウムフェライトを用い、抵抗調整剤を添加しなかった以外は、実施例１と同様にして磁性キャリア３を得た。
上記磁性キャリア３に、ポリエステル樹脂とカーボンブラックとを主成分とする数平均粒径５μｍの重合トナーを混合し、トナー濃度５ｗｔ％になるように二成分現像剤を作製した。
（比較例２）
実施例１において、マンガンフェライトに抵抗調整剤を添加しなかった以外は、実施例１と同様にして磁性キャリア４を得た。
上記磁性キャリア４に、ポリエステル樹脂とカーボンブラックとを主成分とする数平均粒径５μｍの重合トナーを混合し、トナー濃度５ｗｔ％になるように二成分現像剤を作製した。
【００５３】
実施例１〜３及び比較例１〜２で得た二成分現像剤について、以下の特性を評価した。
１）磁性キャリアの磁化の強さ
振動試料型磁力計（東英工業製：ＶＳＭ（Ｖｉｂｒａｔｉｎｇ  ｓａｍｐｌｅ  ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ））を用いて１ｋＯｅの磁界中で測定した。
２）発光回数
図１に示した装置を用いて、高速度カメラにより撮影した現像領域の映像から、磁気ブラシに観測された発光の回数をカウントした。測定条件は以下の通りである。
・現像スリーブと現像剤量を規制する現像剤規制部材との距離ＤＧ：０．７ｍｍただし、現像スリーブの部品公差の関係で精度±０．０１ｍｍ以内に設定しているが、この値に対して０．０５ｍｍの変動巾がある。
・テフロンコーティングＳＵＳ製擬似感光体と現像スリーブとの距離ＰＧ：０．３５ｍｍ
ただし、擬似感光体の部品公差の関係で精度±０．０１ｍｍ以内に設定しているが、この値に対して０．１ｍｍの変動巾がある。
・観察領域：現像ニップ部（約３ｍｍ）全域
・テフロンコーティングＳＵＳ製擬似感光体の線速：２４５ｍｍ／ｓ
・現像スリーブの線速：５１５ｍｍ／ｓ
・現像スリーブとテフロンコーティングＳＵＳ製擬似感光体間の印加電圧：４５０Ｖ直流電圧
周波数９ｋＨｚ、Ｖｐｐ９００Ｖの交流電圧を重畳
【００５４】
３）ダイナミック抵抗値
現像剤を磁気ブラシの状態で担持させた現像スリーブを回転させ、停止しているアルミニウム製擬似感光体との間に直流電圧を印加し、印加した電圧と、このとき流れる電流とからダイナミック抵抗値を計測した。尚、電圧はＴＥＲＫ社製高圧電源６１０型により、また電流はケスレー社製デジタルマルチメータ１７７により測定した。また、このとき測定電圧の上昇に伴う電流値の変化が１．０×１０−６Ａ／となったときの電圧値を絶縁破壊電圧とした。この他の測定条件は以下の通りである。
・現像スリーブと現像剤規制部材との距離ＤＧ：０．７ｍｍ
・現像スリーブとアルミニウム製擬似感光体との距離ＰＧ：０．３５ｍｍ
・現像ニップ幅：３ｍｍ
・現像スリーブの線速：５１５ｍｍ／ｓ
・アルミニウム製擬似感光体の線速：０ｍｍ／ｓ
【００５５】
４）ぼそつき
二成分現像装置を搭載した一般的な画像形成装置を用い、ハーフトーン画像の静電潜像の形成は、感光体の帯電電位を若干下げることにより現像バイアスによるトナー付着防止機能を現像側へずらせる方法で行い、以下の現像条件で現像を行って、ハーフトーン画像を出力した。
・ＯＰＣ感光体と現像スリーブとの距離ＰＧ：０．３５ｍｍ
・現像ニップ幅：３ｍｍ
・ＯＰＣ感光体の線速：２４５ｍｍ／ｓ
・現像スリーブの線速：５１５ｍｍ／ｓ
・現像スリーブとＯＰＣ感光体間の印加電圧：直流電圧に周波数９ｋＨｚ、Ｖｐｐ９００Ｖ交流電圧を重畳。但し、形成するハーフトーン画像濃度がほぼ０．８になるように直流電圧とＯＰＣ感光体の表面電位を調整。
得られたハーフトーン画像について、斑点状の濃度ムラであるぼそつき画像の発生の度合いを評価した。評価は、ぼそつき画像の発生が見られず、非常に良好なハーフトーン画像が形成できたものを「５．０」とし、以下、ぼそつき画像の発生の度合いにより０．５刻みでランク付けを行った。尚、実用上問題のないレベルは「３．０」ランク以上である。
【００５６】
５）ハロー
上記と同様の現像条件で現像を行い、ハーフトーン画像中にベタ画像を書き込んだ画像サンプルを出力した。画像サンプルのベタエッジ部の画像濃度を測定して得た図４に示すグラフから、グラフ上の斜線部の面積を見かけの抜け量［ＳＨ］として数値化し、評価した。このとき、評価条件を一定にするため、ベタ部、ハーフトーン部ともその濃度をそれぞれ１．７、０．８になるように、直流電圧と、ＯＰＣ感光体の表面電位とを調整して画像を得た。尚、実用上好ましい［ＳＨ］の値は１０以下である。
【００５７】
上記の評価結果をまとめて表１に示す。
【表１】
2004258524.tif 000003
【００５８】
表１において、先ず、磁性キャリアの磁化の強さは、いずれも６０ｅｍｕ／ｇ以上あり、３５μｍの小粒径磁性キャリアであっても、キャリア付着等を起こさない現像剤とすることができた。
次に、高速度カメラによる現像領域の撮影によって、磁気ブラシに観測された発光回数は、実施例１〜３では１０回／秒以下であるのに対し、比較例１は５００回／秒、比較例２は１００回／秒で、非常に高い頻度で観測された。また、実施例１及び２は、同じ磁性キャリアを用い、トナー濃度を変えて作製した現像剤であるが、トナー濃度が高い実施例２の方が発光の回数が減ることを確認した。ここでは、トナー濃度が３ｗｔ％、５ｗｔ％の２点の結果のみを示しているが、低濃度から高濃度までトナー濃度を一連で変化させて発光回数を測定すると、トナー濃度の増加と共に発光回数が減少し、トナー濃度７ｗｔ％で発光回数１回／秒という良好な結果が得られている。
このように、磁性キャリアに添加する抵抗調整剤、あるいは表面を被覆する樹脂成分の調製により、磁性キャリアの抵抗を調製して発光回数を低減することができる。そして、実施例１〜３に示した本発明の現像剤を使用すれば、磁気ブラシを伝っての感光体への導通が抑制できることがわかった。
【００５９】
次に、ダイナミック抵抗値の測定結果を説明する。図１０は、ダイナミック抵抗値の測定結果を示すグラフである。各現像剤いずれの測定においても、印加電圧を徐々に増加させると、流れる電流が減少し、キャリア固有抵抗値が増加した。磁気ブラシに含まれる帯電トナーの移動によって現像バイアス電流が相殺されるため、見かけの抵抗が高くなるものと考えられる。その後、キャリア固有抵抗値は、帯電トナーの移動が飽和する、印加電圧として５００〜７００Ｖ、電界強度として１５〜２０ｋＶ／ｃｍで極大となり、以後ブレークダウンするまで測定電流が増加し、抵抗値は低下した。高電圧側のプロットの終点が絶縁破壊を起こした点である。このとき測定電圧の上昇に伴う電流値の変化が  １．０×１０−６Ａ／Ｖとなったときの電圧値を絶縁破壊電圧とし、計測した値を表１に示す。図１０より、実施例２及び３は、電界強度１０ｋＶ／ｃｍから絶縁破壊を起こす電界強度に至るまで、ダイナミック抵抗値が１．０×１０１０〜５．０×１０１２Ω・ｃｍの範囲にあり、また、絶縁破壊が起きるのはいずれも電界強度２７ｋＶ／ｃｍ以上の領域であった。
一方、比較例１及び２は、ダイナミック抵抗値は上記範囲にあるが、絶縁破壊がいずれも電界強度２７ｋＶ／ｃｍ以下の領域で起きた。
【００６０】
上記のダイナミック抵抗値の測定結果と、表１に示したハーフトーン部のぼそつき画像ランク、及びハロー画像の［ＳＨ］の値を比較してみると、実施例２及び３では、いずれもダイナミック抵抗値が適正範囲にあり、絶縁破壊電圧が高いことによって、ぼそつき画像の発生が抑えられており、ハロー画像についても１０以下の好ましい値が得られている。
一方、比較例１及び２では、ダイナミック抵抗値は適正範囲にあるためハロー画像の評価は良好であるが、絶縁破壊電圧が低いために、ぼそつき画像ランクが低下した。
尚、ぼそつき画像のランクの評価は、高速度カメラが捉えた現像領域における磁気ブラシの発光回数とも相関している。すなわち、発光回数の少ない、実施例２及び３の現像剤を用いることで、感光体表面への電荷注入を防ぐことができ、ぼそつき画像ランクが良好になっていることが分かる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明により、現像領域における磁気ブラシの挙動をミクロに解析することで、小粒径化した磁性キャリアを用いる場合であっても、ハーフトーン部のぼそつき画像を改善し、ハロー画像の発生を抑制することができる二成分現像剤、並びに磁性キャリアを提供することができる。
また、上記二成分現像剤を用いることにより、高画質、高精細画像を形成する現像方法、並びに現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二成分現像剤の現像領域における挙動を解析するために用いた装置の構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、高速度カメラが捉えた発光する磁気ブラシの映像の一例であり、図２（ｂ）は、ＣＣＤカメラが捉えた赤色化する磁気ブラシの映像の一例である。
【図３】ハロー画像の例を示す図である。
【図４】ハロー画像の評価方法を説明する図である。
【図５】本発明に係る現像装置の概略構成図である。
【図６】本発明の現像方法における現像領域内での二成分現像剤の状態を模式的に表した概略図である。
【図７】現像領域前域部Ａでの磁性キャリアＣの穂の立ち上がる状況を示す模式図である。
【図８】現像領域後域部Ｃで、トナーＴが現像される状況を示す模式図である。
【図９】反転現像方式における直流と交流の交番電界を印加している状態を示す模式図である。
【図１０】ダイナミック抵抗値の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  擬似感光体
２  現像スリーブ（現像剤担持体）
３  カメラ
１００  感光体（像担持体）
１１０  現像装置
１１１  現像スリーブ
１１４  現像剤規制部材
【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】
2004258524.tif 000010
【図８】
2004258524.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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