(57)【要約】【課題】アモルファスシリコンドラムのような、表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍ程度に調整された像担持体を用い、交番電界下で二成分接触現像を行なった際にもかぶりや画像濃度の低下を発生することなく良好な画像形成を行う画像形成装置、画像形成方法及び画像形成装置に備えられた現像装置を提供する。【解決手段】表面に静電潜像が形成される像担持体１と、静電潜像を、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体４１上に担持したトナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、像担持体１と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像する現像装置４と、を有する画像形成装置において、像担持体１は、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を有し、現像剤担持体４１は、表面にめっき処理によって形成されためっき被膜層を有し、現像剤担持体４１の体積抵抗値σとめっき皮膜層の層厚ｄの積σ×ｄが、１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２の条件を満たす。【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像担持体と、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持した、トナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、前記像担持体と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で、前記静電潜像を現像する現像装置と、を有する画像形成装置において、
前記像担持体は、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を有し、前記現像剤担持体は、表面にめっき処理によって形成されためっき被膜層を有し、前記現像剤担持体の体積抵抗値σと前記めっき皮膜層の層厚ｄの積σ×ｄが、
１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２
の条件を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、電気Ｎｉめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、無電解Ｎｉ−Ｗめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、又はＣｒめっきのうちいずれかが施されたものであることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのいずれかが施され、更に、該めっき処理後に熱硬化処理が施されたものであることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項４】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ合金めっき又はＮｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきが施されたものであることを特長とする請求項１の画像形成装置。
【請求項５】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのうちいずれかが施された後に、更にＣｒめっきが施されたものであることを特長とする請求項１の画像形成装置。
【請求項６】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのうちいずれかにおいて、めっき液に微粒子を分散させためっき処理を施されたものであることを特長とする請求項１の画像形成装置。
【請求項７】
前記微粒子は、ビッカース硬度が１０００Ｈｖ以上１００００Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項６の画像形成装置。
【請求項８】
前記微粒子は、非導電性微粒子であることを特徴とする請求項６又は７の画像形成装置。
【請求項９】
前記めっき被膜層の膜厚が１〜２５μｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の画像形装置。
【請求項１０】
前記現像剤坦持体は、前記めっき処理を施す前に表面に粗面化処理を行ったものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記現像剤坦持体の表面の十点平均粗さＲｚは、３〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記現像剤坦持体は、金属を含む材料で形成された基体の表面に前記めっき被膜層を形成したものであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記現像バイアスは、
前記現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧を所定時間印加する工程と、前記現像剤に前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程と、を交互に複数回繰り返す方法で印加される交流電圧、
及び、該交流電圧の前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、前記像担持体上の前記静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値を有し、前記現像剤担持体に一定時間印加される直流電圧、を用いた現像バイアスであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記磁性キャリアは、体積抵抗値が１０５〜１０１２Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記像担持体が、非晶質のシリコン層を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記像担持体は、接触帯電部材により帯電された後に、像露光手段によって像露光を行なうことにより前記静電潜像が形成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記像担持体は、前記接触帯電部材によって、磁性粒子が表面に接触することで帯電させられることを特徴とする請求項１６の画像形成装置。
【請求項１８】
像担持体を帯電する第１工程と、帯電された前記像担持体の表面に対して静電潜像を形成する第２工程と、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、前記像担持体と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で、前記静電潜像を現像する第３工程と、を有し、画像を形成する画像形成方法において、
前記第１工程においては、前記像担持体として、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を有する前記像担持体を使用し、前記第３工程においては、前記現像剤担持体として、表面がめっき処理によりめっき被膜層を形成され、体積抵抗値σとめっき層の層厚ｄの積σ×ｄが、
１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２
の関係を満たすものを使用することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１９】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、電気Ｎｉめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、無電解Ｎｉ−Ｗめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、又はＣｒめっきのいずれかが施されたものであることを特徴とする請求項１８の画像形成方法。
【請求項２０】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのいずれかが施され、更に、該めっき処理後に熱硬化処理が施されたものであることを特徴とする請求項１８の画像形成方法。
【請求項２１】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ合金めっき又はＮｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきが施されたものであることを特長とする請求項１８の画像形成方法。
【請求項２２】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのいずれかが施された後、更にＣｒめっきを施されたものであることを特長とする請求項１８の画像形成方法。
【請求項２３】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのうちいずれにおいて、めっき液に微粒子を分散させためっき処理を施されたものであることを特長とする請求項１８の画像形成方法。
【請求項２４】
前記微粒子は、ビッカース硬度が１０００Ｈｖ以上１００００Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項２３の画像形成方法。
【請求項２５】
前記微粒子は、非導電性微粒子であることを特徴とする請求項２３又は２４の画像形成方法。
【請求項２６】
前記めっき被膜層の膜厚が１〜２５μｍであることを特徴とする請求項１８〜２５のいずれかの項に記載の画像形方法。
【請求項２７】
前記現像剤坦持体は、前記めっき処理を施す前に表面に粗面化処理を行ったものであることを特徴とする請求項１８〜２６のいずれかの項に記載の画像形成方法。
【請求項２８】
前記現像剤坦持体の表面の十点平均粗さＲｚは、３〜３０μｍであることを特徴とする請求項１８〜２７のいずれかの項に記載の画像形成方法。
【請求項２９】
前記現像剤坦持体は、金属を含む材料で形成された基体の表面に前記めっき被膜層を形成したものであることを特徴とする請求項１８〜２８のいずれかの項に記載の画像形成方法。
【請求項３０】
前記現像バイアスは、
前記現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧を所定時間印加する工程と、前記現像剤に前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程と、を交互に複数回繰り返す方法で印加される交流電圧、
及び、該交流電圧の前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、前記像担持体上の前記静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値を有し、前記現像剤担持体に一定時間印加される直流電圧、を用いた現像バイアスであることを特徴とする請求項１８〜２９のいずれかの項に記載の画像形成方法。
【請求項３１】
前記磁性キャリアは、体積抵抗値が１０５〜１０１２Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１８〜３０のいずれかに記載の画像形成方法。
【請求項３２】
前記像担持体が、非晶質のシリコン層を有することを特徴とする請求項１８〜３１のいずれかの項に記載の画像形成方法。
【請求項３３】
前記第１工程において、前記像担持体は、接触帯電部材により帯電され、前記第２工程において、像露光手段によって像露光を行なうことにより前記像担持体上に前記静電潜像を形成することを特徴とする請求項１８〜３２のいずれかの項に記載の画像形成方法。
【請求項３４】
前記第１工程において、前記接触帯電部材によって、磁性粒子を前記像担持体に接触させて帯電することを特徴とする請求項３３の画像形成方法。
【請求項３５】
表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を持つ像担持体上に形成された静電潜像を、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、前記像担持体と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像する現像装置において、
前記現像剤担持体は、表面にめっき処理によって形成されためっき被膜層を有し、前記現像剤担持体の体積抵抗値σと前記めっき皮膜層の層厚ｄの積σ×ｄが、
１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２
の条件を満たすことを特徴とする現像装置。
【請求項３６】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、電気Ｎｉめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、無電解Ｎｉ−Ｗめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、又はＣｒめっきのうちいずれかが施されたものであることを特徴とする請求項３５の現像装置。
【請求項３７】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのいずれかが施され、更に、該めっき処理後に熱硬化処理が施されたものであることを特徴とする請求項３５の現像装置。
【請求項３８】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ合金めっき又はＮｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきが施されたものであることを特長とする請求項３５の現像装置。
【請求項３９】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのうちいずれかが施された後に、更にＣｒめっきが施されたものであることを特長とする請求項３５の現像装置。
【請求項４０】
前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのうちいずれかにおいて、めっき液に微粒子を分散させためっき処理を施されたものであることを特長とする請求項３５の現像装置。
【請求項４１】
前記微粒子は、ビッカース硬度が１０００Ｈｖ以上１００００Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項４０の現像装置。
【請求項４２】
前記微粒子は、非導電性微粒子であることを特徴とする請求項４０又は４１の現像装置。
【請求項４３】
前記めっき被膜層の膜厚が１〜２５μｍであることを特徴とする請求項３５〜４２のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項４４】
前記現像剤坦持体は、前記めっき処理を施す前に表面に粗面化処理を行ったものであることを特徴とする請求項３５〜４３のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項４５】
前記現像剤坦持体の表面の十点平均粗さＲｚは、３〜３０μｍであることを特徴とする請求項３５〜４４のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項４６】
前記現像剤坦持体は、金属を含む材料で形成された基体の表面に前記めっき被膜層を形成したものであることを特徴とする請求項３５〜４５のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項４７】
前記現像バイアスは、
前記現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧を所定時間印加する工程と、前記現像剤に前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程と、を交互に複数回繰り返す方法で印加される交流電圧、
及び、該交流電圧の前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、前記像担持体上の前記静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値を有し、前記現像剤担持体に一定時間印加される直流電圧、を用いた現像バイアスであることを特徴とする請求項３５〜４６のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項４８】
前記磁性キャリアは、体積抵抗値が１０５〜１０１２Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項３５〜４７のいずれかに記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを含む現像剤により現像して、画像を形成する画像形成装置、画像形成方法、及び現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、像担持体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、この潜像を二成分現像剤により現像して画像を形成する画像形成方法及びその方法にて画像形成する画像形成装置が知られている。図４の画像形成装置（複写機）を例にとって、従来の画像形成装置による画像形成方法を簡単に説明する。
【０００３】
図４の複写機の原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にして置き、コピーボタンを押すと、原稿Ｇの複写、即ち画像形成が開始される。複写機は、原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一体となった光走査ユニット９を有しており、コピーボタンを押すことにより、このユニット９が照射用ランプで原稿Ｇを照射しながら走査し、その照射光の原稿面からの反射光が短焦点レンズアレイによって結像してＣＣＤセンサーに入射される。
【０００４】
ＣＣＤセンサー（不図示）は受光部、転送部及び出力部から構成されており、受光部で入射光信号を電荷信号に変え、転送部でその電荷信号をクロックパルスに同期して順次出力部に転送し、出力部で電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られた画像信号（アナログ信号）は、周知の画像処理によりデジタル信号に変換された後、複写機のプリンター部１２に送られる。
【０００５】
プリンター部１２では、まず、像担持体である感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心にして所定の周速度で回転駆動され、回転過程において、その周囲に設けられているコロナ帯電器３により表面が例えば−６５０Ｖとなるように一様な帯電処理を受ける第１工程が行われる。ついで、像露光手段であるレーザ走査部１００の固体レーザ素子が上記の画像信号（デジタル信号）を受けてＯＮ／ＯＦＦ発光により露光であるレーザビームＬを発生し、感光ドラム１の回転の帯電器３の下流にて、回転多面鏡を用いてそのレーザビームＬにより感光ドラム１の表面を走査し、感光ドラム１の表面に原稿画像に対応した静電潜像が順次形成される第２工程が行われる。
【０００６】
この静電潜像を、感光ドラム１の回転でレーザービームＬの照射位置の下流にて、第３工程として、現像装置４により現像すると、感光ドラム１上に現像剤像（トナー像）として可視化される。
【０００７】
ここで第３工程の現像工程について説明する。一般に、現像方法には大別して４種ある。その１つは、一成分現像剤の非磁性トナーをブレード等により現像スリーブ（現像剤担持体）上にコーティングし、その非磁性トナーを現像スリーブ等の現像剤担持体により像担持体に搬送し、像担持体に対し非接触状態で現像する非磁性一成分非接触現像法である。
【０００８】
２つ目は、一成分現像剤の磁性トナーを磁気力によって、現像剤担持体上にコーティングし、同様に、像担持体に搬送して接触で現像する磁性一成分接触現像法である。
【０００９】
３つ目、４つ目は、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した二成分現像剤を用い、これを磁気力により現像剤担持体上にコーティングして、現像剤担持体により像担持体に搬送し、像担持体に対し接触状態で現像する二成分接触現像法（二成分磁気ブラシ現像法）、像担持体に対し非接触状態で現像する二成分非接触現像法である。画像の高画質化、高安定性の面から、二成分磁気ブラシ現像法が多く用いられる。
【００１０】
本現像装置４は二成分磁気ブラシ現像装置に構成されている。現像装置４は、二成分現像剤を収容した現像容器４６を備え、その現像容器４６の像担持体（感光ドラム）１と対面した開口部に、現像剤を担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する、スリーブ状の現像剤担持体である現像スリーブ４１が設置されている。この現像スリーブ４１と感光ドラム１との最近接領域を約５００μｍの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤を感光ドラム１と接触した状態で、現像が行なえるように設定されている。現像スリーブ４１内には図示しない、磁界発生手段であるマグネットローラが固定配置され、又、現像スリーブ４１に対向するように、現像容器４６に図示しない規制ブレードが配置されている。
【００１１】
上記のような二成分現像法に用いられる現像剤のトナーとしては、例えば粉砕法により製造された平均粒径が７μｍ程度のネガ帯電トナーに、平均粒径が２０ｎｍ程度の酸化チタン等を重量比で１％程度外添したトナーが用いられる。現像剤のキャリアとしては、例えば飽和磁化が２８０ｅｍｕ／ｃｍ３、平均粒径が４０μｍ程度の磁性フェライトキャリアが用いられる。現像剤は、これらトナーとキャリアの混合比を重量比で７：９３として使用される。
【００１２】
現像装置４において、現像スリーブ４１の回転にともないマグネットローラの磁極により、現像容器４６内の現像剤が現像スリーブ４１上に汲み上げられ、感光ドラム１と対向した現像部に向けて搬送される。この搬送過程で、現像剤は規制ブレードにより厚みを規制されて、現像スリーブ４１上の薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、マグネットローラの現像部に位置する現像主極に搬送されて来ると、現像主極の磁力により感光ドラム１に向けて穂立ちして磁気ブラシに形成され、この磁気ブラシが感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。
【００１３】
現像方式としては、反転現像方式が用いられており、現像スリーブ４１には図示しないバイアス電源から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアス、例えば、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが２０００Ｖ、周波数ｆが２０００Ｈｚの交流電圧が印加される。
【００１４】
一般に、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという危険も生じる。このため通常、現像スリーブ４１に印加する直流電圧の電圧と感光ドラム１上に形成される白地部電位との間に適当な電位差を設けることにより、かぶり防止を実現している。本従来例では、最初に一様帯電された白地部電位−６５０Ｖと現像スリーブ４１に印加される電圧の直流分−５００Ｖの差である１５０Ｖがかぶり取り電圧になる。
【００１５】
一方、露光されて減衰した電位−２００Ｖと現像スリーブ４１に印加される電圧の直流分−５００Ｖの差である３００Ｖが現像スリーブ４１から感光ドラム１にトナー付着させるためのコントラスト電位となる。
【００１６】
このようにして、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１に搬送されて来る転写材Ｐ上に転写帯電器８によって静電転写される。トナー像が転写された転写材Ｐは、分離帯電器７によって感光ドラム１と静電分離したのち定着器６へ搬送され、そこで転写材Ｐを加熱及び加圧して画像の定着を行ない、プリント画像として画像形成装置の機外に出力する。
【００１７】
トナー像転写後の感光ドラム１は、表面に付着した転写残りのトナー等の汚染物をクリーナ５によって除去し、前露光ランプ２により感光ドラム１の表面を電気的に初期化した後、繰り返し画像形成に使用される。
【００１８】
ところで、近年、フルカラー化、システム化、デジタル化が進むと共に、出力画像の高画質化、高速化、高安定化の要求が高まっており、複写機、各種プリンターの軽印刷市場への進出が期待される。複写機や各種プリンターで一般的に用いられている電子写真方式で、印刷市場にわって入っていくためには、高画質化、高安定化は最低限の課題である。
【００１９】
従来、電子写真プロセスにおいて用いられる感光体として、セレン系感光体、アモルファスシリコン感光体、有機感光体等が実用化されているが、その中でも特に、非晶質シリコンを含むアモルファスシリコン感光体は画質及び耐久性に優れた特性を備えていることが知られている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アモルファスシリコンドラムを像担持体として用いた場合、その表層である感光体表層が低抵抗層であり、体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍであるので、画像にかぶりが発生すると共に、出力された画像濃度も低いものしか得られなかった。そして、このかぶりや、画像濃度の低下は、後述するように、このような表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍである感光ドラムに対し、現像工程において、二成分現像剤を用い、交番電界下で現像を行なった際に発生することがわかった。
【００２１】
そして、上記のかぶり並びに画像濃度の低下が発生する現象について様々な検討を行った結果、更に、これらの現象は、表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍ程度の感光ドラムに対しては、二成分現像剤に含まれる磁性キャリアから、現像時に電荷が注入されることにより発生することが判明した。
【００２２】
一方、例えば、表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍ程度の感光ドラムに対しては、体積抵抗率１０１０Ω・ｃｍ以下のフェライト等の粒子等の略１００μｍ以下、好ましくは１５〜５０μｍの磁性粒子を、磁界発生手段であるマグネットを内包した帯電用スリーブに担持させ、上述の表面抵抗率に調整された感光ドラムに摺擦しながらバイアスを印加することによって感光ドラムを帯電する帯電方法がある。
【００２３】
このような帯電方式を注入帯電方式と呼び、ここでは第２工程の帯電工程におけるこの注入帯電と同様なことが、体積抵抗率が１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを用いた第３工程の現像工程においても、磁性キャリアが磁性粒子のように挙動し、又、現像スリーブが帯電用スリーブのような挙動をすることで、特にこの磁性キャリアが感光ドラムに接触している二成分現像を行なった場合には、発生してしまい、上記のかぶり及び画像濃度の低下の原因となることが考えられる。
【００２４】
更に、注入帯電においては、周波数が１００〜６０００Ｈｚ、好ましくは５００〜２０００Ｈｚの交番電界を重畳すると帯電効率が向上することも確認されている。
【００２５】
この注入帯電における現象より考察して、従来例に示した現像方法においても、現像効率向上、画像品位向上のために採用した、磁性キャリアを用いた二成分現像、加えて従来例において印加した周波数２０００Ｈｚの交番電界を重畳した現像バイアスの印加により、現像工程においても、この帯電工程における注入帯電時と同様の現象が発生してしまったと考えられる。
【００２６】
つまり、注入帯電用の表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍ程度に調整された感光ドラムを用い、体積抵抗率が１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを含む二成分現像剤に周波数が１００〜６０００Ｈｚ程度の交番電界を重畳して反転現像を行なおうとすると、現像部において、現像用の磁性キャリアから感光ドラムに対して電荷注入が行なわれるため、白地部（感光ドラムに一様帯電した後、露光しなかった部分）、黒字部（感光ドラムに一様帯電した後、露光した部分）共にその電位が現像スリーブに印加している電圧のＤＣ成分に収束するようになる。このため、白地部と現像スリーブの電位差が減少し、かぶりが発生するとともに、黒字部と現像スリーブの電位差も減少することから画像濃度が低下してしまうことを見出した。
【００２７】
上述の従来例の説明においては、現像方式としては反転現像方式についてのみ説明したが、このような問題は反転現像方式特有のものではなく、正規現像方式を用いた場合に同様に発生することも本発明者等の研究により判明した。
【００２８】
従って、本発明の目的は、アモルファスシリコンドラムのような、表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍ程度の像担持体を有し、交番電界下で二成分接触現像を行なった際にも、かぶりや画像濃度の低下を発生することなく良好な画像形成を行う画像形成装置、画像形成方法及び画像形成装置に備えられた現像装置を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置、画像形成方法、及び現像装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持した、トナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、前記像担持体と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で、前記静電潜像を現像する現像装置と、を有する画像形成装置において、
前記像担持体は、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を有し、前記現像剤担持体は、表面にめっき処理によって形成されためっき被膜層を有し、前記現像剤担持体の体積抵抗値σと前記めっき皮膜層の層厚ｄの積σ×ｄが、
１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２
の条件を満たすことを特徴とする画像形成装置を提供する。
【００３０】
第２の本発明は、像担持体を帯電する第１工程と、帯電された前記像担持体の表面に対して静電潜像を形成する第２工程と、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、前記像担持体と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で、該静電潜像を現像する第３工程と、を有し、画像を形成する画像形成方法において、
前記第１工程においては、前記像担持体として、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を有する前記像担持体を使用し、前記第３工程においては、前記現像剤担持体として、表面がめっき処理によりめっき被膜層を形成され、体積抵抗値σとめっき層の層厚ｄの積σ×ｄが、
１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２
の関係を満たすものを使用することを特徴とする画像形成方法を提供する。
【００３１】
第３の本発明は、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を持つ像担持体上に形成された静電潜像を、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、前記像担持体と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像する現像装置において、
前記現像剤担持体は、表面にめっき処理によって形成されためっき被膜層を有し、前記現像剤担持体の体積抵抗値σと前記めっき皮膜層の層厚ｄの積σ×ｄが、
１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２
の条件を満たすことを特徴とする現像装置を提供する。
【００３２】
第１〜３の本発明の一実施態様によると、前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、電気Ｎｉめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、無電解Ｎｉ−Ｗめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、又はＣｒめっきのうちいずれかが施されたものである。
【００３３】
第１〜３の本発明の他の実施態様によると、前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのいずれかが施され、更に、該めっき処理後に熱硬化処理が施されたものである。
【００３４】
第１〜３の本発明の他の実施態様によると、前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ合金めっき又はＮｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきが施されたものである。
【００３５】
第１〜３の本発明の他の実施態様によると、前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのうちいずれかが施された後に、更にＣｒめっきが施されたものである。
【００３６】
第１〜３の他の実施態様によると、前記めっき被膜層は、前記めっき処理として、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきのうちいずれかにおいて、めっき液に微粒子を分散させためっき処理を施されたものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成方法及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。尚、画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３８】
実施例１
図１は、本発明の画像形成方法を実施するのに使用した画像形成装置の一例を示す概略構成図である。本実施例は単色の画像形成装置であるが、これに限らず、例えばフルカラーの画像形成装置等にも本発明が適用できる。
【００３９】
画像形成装置（複写機）は、原稿台１０及び光走査ユニット９を有する露光部の下に、感光ドラム１、現像装置４及びレーザ走査部１００等を有するプリンタ部１２を備えており、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にして置き、コピーボタンを押すと、原稿Ｇの複写、即ち画像形成が開始される。
【００４０】
光走査ユニット９は、従来例と同様に、原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーを一体に組込んで構成されており、コピーボタンを押すことにより、このユニット９が照射用ランプで原稿Ｇを照射しながら走査し、その照射光の原稿面からの反射光が短焦点レンズアレイによって結像してＣＣＤセンサーに入射される。ＣＣＤセンサー（不図示）により、従来と同様に得られた画像信号（アナログ信号）は、周知の画像処理によりデジタル信号に変換された後、プリンター部１２に送られる。
【００４１】
プリンター部１２の画像形成方法としては、まず、像担持体である感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心にして所定の周速度で回転駆動され、回転過程において接触帯電部材である帯電器３１により表面が例えば６５０Ｖとなるように一様な帯電処理を受ける第１工程が行われる。ついで、像露光手段であるレーザ走査部１００の固体レーザ素子が上記の画像信号（デジタル信号）を受けてＯＮ／ＯＦＦ発光によりレーザビームＬを発生し、回転多面鏡を用いてその露光であるレーザビームＬにより感光ドラム１の表面を走査し、感光ドラム１の表面に原稿画像に対応した静電潜像が順次形成される第２工程が行われる。
【００４２】
図３に、上記の固体レーザ素子を備えた像露光手段であるレーザ走査部１００の概略構成を示す。レーザ走査部１００では、まず、入力された画像信号に基づき発光信号発生器１０１により固体レーザ素子１０２を所定タイミングで明滅させる。このようにして固体レーザ素子１０２から放射されたレーザ光を、コリメータレンズ系１０３により略平行な光束に変換し、さらに矢印ｂ方向に回転する回転多面鏡１０４により矢印ｃ方向に走査するとともに、ｆθレンズ群１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにより感光ドラム１の被走査面１０６にスポット状に結像する。このようなレーザ光の走査により、被走査面１０６上に画像１走査分の露光分布が形成され、更に各走査ごとに被走査面１０６を前記の走査方向とは垂直に所定量だけスクロールすることにより、被走査面１０６上に画像信号に応じた露光分布が得られる。つまり、静電潜像が形成される。
【００４３】
こうして第２工程において、感光ドラム１に静電潜像が形成され、第３工程において、感光ドラム１の周囲に設置された二成分現像装置４により現像され、現像剤像（トナー像）として可視化される。
【００４４】
現像によって感光ドラム１上に形成されたトナー像は、図１において、給紙カセット８０から搬送されて来る転写材Ｐ上に転写される。感光ドラム１の下側には、駆動ローラ７２および従動ローラ７３に掛け廻されて、矢印Ｄ方向に回動する転写ベルト７１が設置されている。転写材Ｐは給紙カセット８０から取り出され、感光ドラム１の回転と同期をとって適正なタイミングで転写ベルト７１上に給紙され、所定のタイミングで感光ドラム１と転写ベルト７１とが当接した転写部に搬送される。転写ベルト７１の転写部の内側には転写帯電ブレード７４が設置され、この転写帯電ブレード７４により転写ベルト７１を感光ドラム１の方向に押圧しつつ、転写帯電ブレード７４に図示しない高圧電源から給電することにより、転写材Ｐに裏面側からトナーと逆極性の帯電を行なって、感光ドラム１上に形成されたトナー像を転写材Ｐ上に静電転写する。
【００４５】
本実施例では、転写ベルト７１として厚さ７５μｍのポリイミド樹脂のシートを用いた。転写ベルト７１としては、他に、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエテールエーテルケトン樹脂、ポリエテーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂シート、あるいはフッ素系やシリコン系のゴムシートを好適に用いることができる。転写ベルト７１の厚みも７５μｍに限定されるわけではなく、約２５〜２０００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍのものを好適に使用することができる。
【００４６】
転写帯電ブレード７４としては、抵抗が１０５〜１０７Ωで、厚さが２ｍｍ、長さが３０６ｍｍのものを用いた。転写時、転写帯電ブレード７４に印加した電流は＋１５μＡで、これを定電流制御して給電した。
【００４７】
以上のようにして、トナー像が転写された転写材Ｐは、転写ベルト７１から分離したのち定着器６へ搬送され、そこで転写材Ｐを加熱および加圧して画像の定着を行ない、プリント画像として画像形成装置の機外に出力される。トナー像を転写後の感光ドラム１は、表面に付着した転写残りのトナー等の汚染物をクリーナ５によって除去し、繰り返し画像形成に使用される。
【００４８】
画像形成は以上の工程を経て行なわれるが、ここで、本発明の特徴である、感光ドラム１、感光ドラムを帯電する帯電器３、及び現像装置４について説明する。
【００４９】
本実施例では、感光ドラム１は負帯電性のアモルファスシリコン感光体とされ、直径６０ｍｍのアルミ製等の金属のドラム基体上に、非晶質のシリコンを含むアモルファスシリコン感光体層を設けて構成されている。
【００５０】
本実施例では、本実施例の画像形成方法の第１工程における、このアモルファスシリコン感光層を設けた感光ドラム１の帯電を、図１に示される帯電器３１として電荷注入方式の接触帯電部材、特に磁気ブラシ帯電方式の帯電器を用いて行った。この磁気ブラシ帯電器３１は、外径１６ｍｍの回転自在な非磁性スリーブ３１ａの内部に磁界発生手段であるマグネット３１ｂを非回転に固定設置して構成され、マグネット３１ｂの磁界により非磁性スリーブ３１上に保持した磁性粒子３１ｃを穂立ちさせて磁気ブラシに形成し、その磁気ブラシ３１ｃを感光ドラム１の表面に接触するようになっている。磁気ブラシとされた磁性粒子３１ｃは、非磁性スリーブ３１ａの回転により搬送され、そして非磁性スリーブ３１ａに帯電電圧を印加することにより、磁性粒子３１ｃを通して感光ドラム１に電荷が付与され、感光ドラム１の表面が帯電電圧に対応した電位に帯電される。
【００５１】
磁性粒子の磁気ブラシ３１ｃによる感光ドラム１の帯電は、磁気ブラシ３１ｃの感光ドラム１との接触部のニップ幅を約６ｍｍに調整し、非磁性スリーブ３１ａに印加する帯電バイアスを、−７００Ｖの直流電圧に周波数１０００Ｈｚ、振幅８００Ｖの矩形波の交番電圧を重畳したバイアスとすることにより、良好に実施できた。
【００５２】
非磁性スリーブ３１の回転方向（従って磁気ブラシの回転方向）は、図に示すように、Ａ方向に回転する感光ドラム１に対しＢ方向のカウンター方向とすることが好ましく、感光ドラム１の帯電が良好になる。又、非磁性スリーブ３１ａの回転速度が速いほど、感光ドラム１の帯電が均一になる傾向がある。本実施例では、非磁性スリーブ３１ａの回転速度を、感光ドラム１の回転速度１００ｍｍ／秒に対し１５０ｍｍ／秒とした。
【００５３】
磁気ブラシ帯電器３１に用いる磁性粒子３１ｃとしては、平均粒径が１０〜１００μｍ、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗が１０２〜１０１０Ωｃｍのものが好ましく、感光ドラム１にピンホールような絶縁の欠陥が存在した場合のことを考慮すると、より好ましい抵抗は１０６〜１０１０Ωｃｍ程度である。本実施例では、平均粒径が２５μｍ、飽和磁化が２００ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗が５×１０６Ωｃｍの磁性粒子を用いた。磁性粒子の抵抗値の測定方法は、現像用磁性キャリアの測定と同じであり、後述する。
【００５４】
磁性粒子としては、樹脂中に磁性材料としてマグタイトを分散し、導電化および抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化・還元処理して抵抗調整を行ったもの、あるいはマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングして抵抗調整したもの等が用いられる。
【００５５】
帯電器３１による第１工程である帯電工程が終了した後には、上記に説明した方法で感光ドラム１上に静電潜像が形成される第２工程が行われ、第３工程にて、感光ドラム１の周囲に設置された二成分現像装置４により現像され、現像剤像（トナー像）として可視化される。図２は、上記現像装置４の概略構成図である。
【００５６】
本現像装置４は、二成分磁気ブラシ現像装置に構成されている。現像装置４は、トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤Ｔを収容した現像容器４６を備え、その現像容器４６の感光ドラム１と対面した開口部に、現像剤Ｔを担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する現像剤担持体である現像スリーブ４１が設置され、現像スリーブ４１は、感光ドラム１との対向部が同方向に移動する向き、つまり感光ドラム１に対して順方向に回転する。
【００５７】
ここで、現像スリーブ４１の直径は２４ｍｍ、感光ドラム１の直径は６０ｍｍ、又、この現像スリーブ４１と感光ドラム１との最近接領域を約５００μｍの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤Ｔを感光ドラム１と接触した状態で、現像が行なえるように設定されている。この時の現像スリーブ４１上の、単位面積当りの現像剤コート量は３２ｍｇ／ｃｍ２であり、その結果、現像剤Ｔは、感光ドラム１（及び現像スリーブ４１）の軸方向の接触長さが３０３ｍｍ、感光ドラム１の周方向の接触長さは７ｍｍで感光ドラム１に接触している。
【００５８】
現像スリーブ４１内には磁界発生手段であるマグネットローラ４２が固定配置され、又、現像スリーブ４１の回転方向で現像領域の上流である、現像容器４６の開口部に、現像スリーブ４１と対向させて磁性材製の規制ブレード４５が垂直に配置されている。更に現像容器４６内には、現像剤撹拌搬送スクリュー４３、４４が設置される。
【００５９】
感光ドラム１上に形成された静電潜像は、現像装置４を用いて二成分磁気ブラシ現像法により、次のようにして現像される。まず、現像スリーブ４１が回転され、その回転にともなってマグネットローラ４２の磁極Ｎ３により、現像容器４６内の現像剤Ｔが現像スリーブ４１上に汲み上げられ、汲み上げられた現像剤Ｔは、磁極Ｓ２からＮ１へと搬送される。この搬送過程で、現像剤Ｔは規制ブレード４５により厚みを規制されて、現像スリーブ４１上に薄層の現像剤層に形成される。
【００６０】
その現像剤薄層は、マグネットローラ４２の現像主極Ｓ１に搬送されると、現像主極Ｓ１の磁力により感光ドラム１に向けて穂立ちする。図２において、現像剤の穂立ちＴ１を現像部で現像スリーブ４１から感光ドラム１に向かう平行な線Ｔ１で模式的に示す。この現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）Ｔ１が感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１上の静電潜像を現像し、静電潜像が現像剤像（トナー像）として可視化される。
【００６１】
この現像のとき、現像スリーブ４１には感光ドラム１との間に、バイアス電源４７から直流電圧および交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。例えば、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが２０００Ｖ、周波数ｆが２０００Ｈｚの交流電圧である。従来例でも説明したように、一般に、二成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶり発生しやすくなる。このため、現像スリーブ４１に印加する直流電圧と感光ドラム１の表面電位との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止することが行なわれる。
【００６２】
このような第３の工程である現像工程の際、従来のように体積抵抗が１０−６Ω・ｃｍ程度の導電性を有する金属のＡｌやＳＵＳのみで形成された現像スリーブ４１の場合には、発明の解決すべき課題で述べたように、現像工程の際に、帯電器３１にて行われるような電荷注入が生じ、結果としてかぶり等の問題が生じる。
【００６３】
そこで、本実施例においては、現像スリーブ４１はＡｌやＳＵＳ等の金属である導電性の基体にめっき処理を施し、めっき被膜を形成した。
【００６４】
こうしためっき皮膜によって、現像時の電荷注入を抑制するためには、現像スリーブ４１上に施しためっき層の膜厚方向の単位面積当たりの抵抗値、つまりめっき被膜の体積抵抗σとめっき層の厚みｄの積σ×ｄがある程度高い必要がある。
【００６５】
本発明者らの検討の結果、σ×ｄが１０−６Ω・ｃｍ２以上であれば、より好ましくは１０−４Ω・ｃｍ２以上であれば電荷注入は生じない。ただし、σ×ｄが１０５Ω・ｃｍ２より大きいと、現像時に磁性キャリアに電流がほとんど流れず、感光ドラム１上に形成された潜像電位に対する対向電極が弱くなるため、エッジ強調が発生しやすくなるということが判明した。
【００６６】
従って、本発明では、σ×ｄが次式を満たすこととした。
１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２
【００６７】
但し、この場合、現像バイアスの波形の工夫や、現像スリーブと感光ドラムとの間のギャップＳＤｇａｐに対して現像剤コート量を多くする、現像スリーブの回転方向を感光ドラムの回転方向に対して逆にする、等の現像性を向上させる現像条件次第では対策を講じることが可能である。しかし、何れの構成条件も設計ラチチュードが狭くなる、磁気ブラシによるハキメムラが発生し画質が若干低下する、といった問題点が生じるため、より好ましくは１０３Ω・ｃｍ２以下であるとよい。
【００６８】
上記のような抵抗値を達成するためには、例えば銅めっき、金めっき、銀めっき等の導電性の高いめっきはあまり適さず、例えば電解Ｎｉめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、無電解Ｎｉ−Ｗめっき、無電解Ｐｄ−Ｐめっき、又はＣｒめっき等の比較的導電性の小さいめっきを用い、膜厚を調整することで達成できる。
【００６９】
本発明において現像スリーブの体積抵抗の測定は以下の通り行う。治具により現像スリーブを水平に固定し、このときのスリーブ円周の頂点部分の軸方向に沿ってプローブを当接させ４端針法により体積抵抗率を計測した。抵抗率計は油化電子製ロレスタＡＰ（商品名）を、プローブは油化電子製ＥＳＰプローブ（商品名）を使用し、スリーブ上でランダムに計測点を１０箇所選定して得られた計測値を体積抵抗率とした。
【００７０】
尚、現像スリーブはめっき処理を行う前に、現像スリーブの表面を粗面化することにより、トナーとキャリアにより構成された二成分現像剤を現像領域まで搬送する際の搬送性が向上し、又、現像スリーブ表面上に均一な現像剤層をコーティングすることが可能となる。
【００７１】
現像スリーブ表面の粗面化方法としては、不定形粒子による不定形ブラスト法や球形粒子による球形ビーズブラスト法、これらの混合法等、従来から提案・実施されている方法を用いればよい。
【００７２】
この時、めっき処理後の現像スリーブ表面の十点平均粗さＲｚが３μｍ以上であれば搬送性は問題ない。より好ましくは１０μｍ以上であると良好である。ただし、３０μｍを超えると、凹凸が激しすぎるため、現像剤を現像スリーブ表面に均一にコートできなくなり、画像濃度が不均一になり、まだら模様となる。よって、現像スリーブ表面粗さＲｚは、３μｍ以上３０μｍ以下の範囲内であるのが好ましい。
【００７３】
基本的に、現像スリーブ表面を粗面化処理を施した後めっき処理を行うと表面は滑らかになるので、粗面化処理はその点を考慮して行う必要がある。この際、電気Ｎｉめっき等に比べ、比較的均一にめっきを施すことが可能な無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ―Ｂめっき等の無電解めっきを施すほうが表面を制御しやすいという利点がある。ただし、めっきの膜厚が２５μｍを超えると粗面化処理の効果が殆どなくなるので、あまり好ましくない。逆に、めっき層の膜厚が１μｍ以下ではめっきの効果がなくなる。従って、現像スリーブ表面のメッキ層の膜厚は、１μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。
【００７４】
表面粗さの測定には接触式表面粗さ計（（株）小坂研究所製：サーフコーダーＳＥ−３３００）を用い現像スリーブの表面の十点平均粗さＲｚを測定した。測定条件はカットオフ値が０．８ｍｍ、測定長さが２．５ｍｍ、送りスピードが０．１ｍｍ／秒、倍率が５０００倍である。ここで、ＲｚはＪＩＳ　Ｂ　０６０１による十点平均粗さで、定性的には凸凹の山と谷の高低差を表す。
【００７５】
本発明では、二成分現像剤に含まれる磁性キャリアとしては、例えば表面酸化、未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属を含むフェライト、あるいは、それらの酸化物からなるフェライト等を用いることができ、その製法は問われない。磁性キャリアは周知の方法で樹脂被覆することができる。本実施例では、ネオジウム、サマジウム、バリウム等を含むフェライト粒子に樹脂被覆したものを用いた。
【００７６】
キャリアの重量平均粒径は、２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜７０μｍであり、１０５〜１０１２Ω・ｃｍの体積抵抗値を有する磁性キャリアを用いるのが好ましい。
【００７７】
なぜなら、磁性キャリアの体積抵抗値が１０１３Ω・ｃｍより大きいと、現像時に、感光ドラム上に形成された潜像電位に対する対向電極が弱いため、エッジ強調が発生しやすくなる。よって、より好ましくは１０１０Ω・ｃｍ以下の体積抵抗値を有する磁性キャリアを用いるのが好ましい。又、体積抵抗値が１０５Ω・ｃｍより小さい場合はキャリアに電荷が注入され、本実施例の現像スリーブ構成をとってもキャリア付着等が発生する。よって、より好ましくは１０６Ω・ｃｍより大きな抵抗値のキャリアを用いるのがよい。
【００７８】
磁性キャリアの比抵抗（体積抵抗率）は、セルに磁性キャリアを充填し、この充填したキャリアに接するように１対の電極の一方、他方を配し、これらの電極間に電圧を印加して、そのときに流れる電流を計測することにより測定した。比抵抗の測定条件は、充填したキャリアと電極の接触面積が約２．３ｃｍ２、キャリア充填厚さが約２ｍｍ、上部電極の荷重が１８０ｇ、印加電圧が１００Ｖであった。この場合、磁性キャリアが粉末であるため充填率に変化が生じることがあり、それにともない比抵抗が変化するので、そうならないようにキャリアの充填に慎重を要する。上述したように、帯電用の磁性粒子の抵抗も同様の方法で測定したものである。
【００７９】
磁性キャリアの平均粒径は、垂直方向最大限長で示しており、本発明では、顕微鏡により５０〜１０００倍の倍率でキャリアを写真撮影し、得られた写真画像内のキャリア粒子から３０００個以上のキャリア粒子をランダムに選び、それらの長軸を実測して算術平均を取ることにより求めた。
【００８０】
上記の磁性キャリアとともに現像剤に使用されるトナーとしては、従来公知の、例えば粉砕系のトナー等を用いることができる。現像剤は、これらトナーとキャリアの混合比を重量比で７：９３として使用される。
【００８１】
トナーの体積平均粒径は４〜１５μｍが好適である。トナーの体積平均粒径は、例えば下記の測定法で測定することができる。
【００８２】
測定装置としてコールカウンターＴＡ−ＩＩ型（商品名　コールター社製）を用い、これに、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェース（商品名　日科機製）およびＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（商品名　キヤノン製）を接続する。電解液は、塩化ナトリウム（試薬１級）を用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。上記の電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料のトナーを０．５〜５０ｍｇ加えて懸濁する。この試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約１〜３分、分散処理した後、上記のコールカウンターＴＡ−ＩＩ型により、１００μｍのアパチャーを用いて２〜４０μｍのトナー粒子の粒度分布を測定し、トナーの体積分布を求める。このようにして求めたトナーの体積分布からトナーの体積平均粒径が得られる。
【００８３】
又、トナーに外添する外添剤は、トナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の１／１０以下の粒径であることが好ましい。この外添剤の粒径は、顕微鏡によるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。外添剤は、トナー１００重量部に対し０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは０．０５〜５重量部である。
【００８４】
外添剤としては以下のようなものが挙げられる。酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物；窒化ケイ素等の窒化物；炭化ケイ素等の炭化物；硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩；ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩；カーボンブラック；シリカ等。これら外添剤は単独で使用しても、複数併用してもよい。好ましくは疎水化処理を行なったものがよい。
【００８５】
以上のような画像形成装置を用いて、画像形成を行なったところ、現像部での電荷注入に起因するかぶりがなく、黒ベタ部画像濃度も、米国ＭａｃＢｅｔｈ社製の反射濃度測定器を用いて測定した画像反射濃度で、１．４以上得られ、又、ハイライト部のガサツキの無い良好な画像が得られた。
【００８６】
本発明では、感光ドラム１として、アモルファスシリコン感光体を用いるが、通常使用される有機感光体等を使用することもできる。これらの感光ドラムによれば、電荷注入方式の直接帯電を実施することもでき、その場合はオゾンの発生防止並びに消費電力の低減に効果がある。
【００８７】
以上のことをまとめると、本発明の画像形成装置による画像形成方法では、従来と同様、内部に磁界発生手段が配置されている現像スリーブ（現像剤担持体）の表面にトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持して現像部へ搬送する工程を有する。その際、現像スリーブに内包された磁界発生手段の現像磁極により現像部に現像剤の磁気ブラシを形成して、感光ドラム（像担持体）上の静電潜像を現像する二成分接触現像法を採用し、感光ドラムには、表面抵抗が１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を有するアモルファスシリコンドラムを使用した画像形成装置において、現像スリーブは、表層にめっき処理を施したものを用い、そのめっき層の体積抵抗値σとめっき層の層厚ｄの積σ×ｄが１×１０−６Ω・ｃｍ２以上１×１０５Ω・ｃｍ２以下であるものを使用することが大きな特徴である。
【００８８】
即ち、本発明は、高画質且つ高安定化のために、低抵抗層に非晶質のシリコンを含むアモルファスシリコンドラムを用いる一方で、現像スリーブ表層に比較的抵抗値が高いめっき処理を施すことにより、かぶりのない高品位な画像を得るようにしたことに要約される。
【００８９】
実施例２
本実施例は、以下に述べる点のみ実施例１と異なり、他の構成は全て実施例１と同じとした。
【００９０】
実施例１で述べためっきのうち、無電解Ｎｉ‐Ｐめっきや無電解Ｎｉ−Ｂめっきのような無電解めっきは均一析出性が極めて優れており、複雑な被めっき体にも均一な厚さにめっきを施すことが可能であるという利点がある。更に、無電解Ｎｉ−Ｐめっきは比較的厚い膜厚までめっきができるため、厚さにより単位面積あたりの抵抗値を制御しやすいという利点を持つ。
【００９１】
しかしながら、一般に無電解めっきも硬度の高いめっきといわれているが、Ｃｒめっきに比べれば硬度的に劣る。そのため、キャリアを含む二成分現像剤を使用した場合、キャリアの硬度が高いため、例えば単に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施しただけでは長期間使用する中で無電解Ｎｉ−Ｐめっき層がキャリアにより徐々に削れるという問題が起こる。めっき層が削れてくると、スリーブの単位面積あたりの抵抗は徐々に小さくなるため、長時間使用した場合、めっき層による電荷注入抑制の効果がなくなりかぶり始めるということが起こりかねない。
【００９２】
そこで、本実施例では、現像スリーブ４１に無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を施した後、４００℃にて１時間の熱硬化処理（ベーキング）を施した。その結果、めっき層のビッカース硬度Ｈｖは熱硬化処理前比べ約２倍となり、Ｃｒめっきとほぼ同等の硬さとなり、現像スリーブ４１の寿命を延ばすことが可能となった。
【００９３】
その他、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏ、無電解Ｎｉ−Ｗめっきに関しても、無電解Ｎｉ−Ｐめっきと同様に熱硬化処理を行うことでめっき層の削れを防止することが可能である。
【００９４】
尚、熱硬化処理時の温度および時間は２００〜１２００℃、０．２５〜５時間の範囲で決めればおおむねよい。一般には温度が高いほど短時間で高硬度を得ることが可能であるが、その場合は現像スリーブの基材として温度変化による変形を受けにくいものを選ぶ必要がある。
【００９５】
実施例３
本実施例は、以下に述べる点のみ実施例１と異なり、他の構成は全て実施例１と同じとした。
【００９６】
実施例１で説明しためっきのうち無電解Ｎｉ−Ｐめっきは、均一にめっきを施すことができる、比較的厚い膜厚までめっきを施すことができるといった利点を持ち、本目的を達成するのに対し、最も適しためっきの一つと考えられる。
【００９７】
基本的に本発明の目的は、無電解Ｎｉ−Ｐめっきで達成されるが、感光ドラムの表面抵抗値が１０９〜１０１０Ω・ｃｍ程度の、より低抵抗の場合や、磁性キャリアの体積抵抗値が１０５〜１０８Ω・ｃｍ程度の、より低抵抗の場合等には、温度や湿度等の環境がふれた場合等に、現像時の電荷注入が起こる可能性が残っていた。製品のスペック等にもよるが、特に最近の複写機、プリンターの高画質化および高安定化の要求の中で、様々な変動要因に対するラチチュードの広い製品が望まれている。
【００９８】
そこで、本実施例では現像スリーブ４１に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施す代わりに、無電解Ｎｉ−Ｐめっきより抵抗値の高いＮｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきを施した。
【００９９】
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきは、塩化ニッケル３０ｇ／Ｌ、次亜リン酸ナトリウム２０ｇ／Ｌ、クエン酸ナトリウム１０ｇ／Ｌを含む基本浴に、３．８ｇ／１００ｍｌの塩化クロムと還元剤を添加することでめっき被膜を得た。この時、めっき被膜中には約３％のＣｒを含有していた。
【０１００】
この状態で用いても良いが、本実施例においては更に熱処理（エージング）を施すことにより更なる高抵抗化を行った。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきは上記条件を適当に変えることにより、めっき被膜の体積抵抗値は１００〜１０４Ω・ｃｍの範囲で簡単にコントロールすることができるので、製品の要求される画像品質、安定性に応じて抵抗値を制御することで、現像時の電荷注入を抑えることが可能である。
【０１０１】
尚、本実施例で用いたＮｉ−Ｃｒ−Ｐ合金めっきの代わりに、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ合金めっきを用いても同様の効果が得られる。
【０１０２】
本発明では、現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスを印加しているが、ここで、現像注入が特にひどい場合には、こうした現像バイアスの印加方法として、以下の方法を採用すると更に効果的である。
【０１０３】
本実施例で用いた現像バイアスは、現像バイアスの印加が、現像剤に像担持体（感光体ドラム）から現像剤担持体（現像スリーブ）に向かう方向の力を与える電圧をある時間印加する工程と、逆に現像剤に現像スリーブから感光体ドラムに向かう力を与える電圧をある時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流電圧、及び、その交流電圧の現像スリーブから感光体ドラムに向かう力を与える電圧を印加した後に、感光体ドラム上の静電潜像の画像部の電圧と非画像部の電圧との間の電圧値を有する直流電圧を現像スリーブに一定時間印加する。こうして、交流バイアスと直流バイアスの組み合わせたサイクルを繰り返す現像バイアスを用いる（以下、この現像バイアスを、「ブランク・パルス・バイアス」と称す）。
【０１０４】
上記のような現像バイアスを印加することにより、画像領域にだけトナーを飛翔させる直流バイアス（以下、「ブランクバイアス」と称す。）を印加した後、感光ドラム近傍でトナーを振動させる交流バイアスを印加するため、画像部においては、あたかも現像剤のＴ／Ｄ比が高まったようになり、その結果ハーフトーン部領域に対して充分にトナーを均一に供給することができ、ハキメムラの目立たない滑らかな画像が得られる。一方、非画像部においては、現像剤は感光体ドラム近傍では振動せず、ゆっくりと現像スリーブ側に引き戻されるために、本実施例の様に、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を持つ感光ドラムを用いる場合は、現像部での電荷注入の度合いが非常に小さくなり、かぶりレベルを良化させることが出来る。
【０１０５】
本実施例では、１パルス２ｋＶｐｐ／１２ｋＨｚの矩形波を２パルスＯＮし、６パルス分ＯＦＦしている現像バイアスを用いた。
【０１０６】
実施例１で説明してきた構成に対して、この現像バイアスを用いることで、例えば、かぶり取り電圧を小さくすることができ、このことは即ち、より低濃度領域側の潜像ドットの再現性が向上するばかりでなく、より高い階調表現を可能にすることにつながる。尚、このプランクパルスバイアスは、本発明において、他の実施例においても、好適に適用できる。
【０１０７】
実施例４
本実施例は、以下に述べる点のみ実施例１と異なり、他の構成は全て実施例１と同じとした。
【０１０８】
実施例２の項で述べたように、無電解Ｎｉ−Ｐめっきのような無電解めっきは、均一に比較的厚い膜厚までめっきを施すことができるといった利点を有するが、例えばＣｒめっき等に比べると硬度が低く、特に長時間の使用の中で、削れといった耐摩耗性という点でＣｒめっきに劣っていた。めっき層が削れると、単位面積あたりの抵抗値σ×ｄが変わり、あまりに長時間の使用を行った場合等は電荷注入によるかぶりが発生する可能性があった。
【０１０９】
一方で、Ｃｒめっきは耐摩耗性の点からもよく利用されているが、電解めっきに比べれば良いもののめっきの被覆性、均一電着性は悪く、深い穴等にめっきがのりにくい。そのため、厚く均一なめっきを得るためには、適正な補助電極の使用、又、めっき後の仕上げ研磨等が必要となり、複雑な過程か又はコストが必要となって、めっき層の厚さによる抵抗制御ができないという問題があった。
【０１１０】
そこで、本実施例においては、現像スリーブに無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施した後、Ｃｒめっきを施したことが特徴である。
【０１１１】
詳細に説明すれば、まず無電解Ｎｉ−Ｐめっきは均一に厚くめっきができる利点を生かし、粗面化処理を施した現像スリーブ表面に例えば１５μｍ程度の無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施した。この膜厚は必要とされる抵抗値に応じて適宜変えればよい。その後、この無電解Ｎｉ−Ｐめっき層の上に更にＣｒめっき処理を行った。Ｃｒめっきは無電解めっきに比べ均一にめっきを施すのが難しいので、１〜３μｍ程度とした。このように、比較的硬度の高いＣｒめっきを施すことで、削れを防ぐことが可能となる。又、Ｃｒめっき層は無電解Ｎｉ−Ｐめっき等に比べ比較的高抵抗なので、特に低抵抗の感光ドラムや磁性キャリアを用いる場合の電荷注入防止に対し有効である。
【０１１２】
以上のように、現像スリーブに無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施した後Ｃｒめっきを施すことで、長時間にわたり安定して電荷注入によるかぶりを防ぐことが可能となる。
【０１１３】
尚、無電解Ｎｉ−Ｐめっきの代わりに、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｃｏめっき、又は無電解Ｎｉ−Ｗめっきを施した後、Ｃｒめっきを施しても同様の効果が得られる。
【０１１４】
実施例５
本実施例は、以下に述べる点のみ実施例１と異なり、他の構成は全て実施例１と同じとした。
【０１１５】
本実施例においては、現像スリーブに無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行う際に、固体微粒子を意識的にめっき液に添加しめっきに均一に分散させた状態で共析させたことを特徴とする。
【０１１６】
固体微粒子は、製品の必要とするスペックに応じて選択すればよく、例えば耐久安定性が求められる製品に対しては、固体微粒子として酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等のセラミック粒子の中からビッカース硬度１０００Ｈｖ以上１００００Ｈｖ以下のものを用いることで、無電解Ｎｉ−Ｐめっきに比較して高い耐磨耗性が得られる。例えば、固体微粒子としてＡｌ２Ｏ３やＳｉＣを用いた場合には無電解Ｎｉ−Ｐめっきのおおむね倍程度の耐摩耗性が得られた。固体微粒子としてダイヤモンドを用いた場合には、更に高い耐摩耗性が得られた。
【０１１７】
高画質が求められる製品に対して、比較的低い表面抵抗の感光ドラムを用いるため無電解Ｎｉ−Ｐめっきでは抵抗値が低い場合には、固体微粒子として非導電性の微粒子を用いることで、めっき層の抵抗を高くすることが可能である。
【０１１８】
非導電性微粒子としては、ＢａＳＯ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の非導電性無機紛体およびアクリル、ＰＭＭＡ、ウレタン、ポリエチレン、ナイロン、メラミン等の非導電性有機高分子紛体を用いることができる。
【０１１９】
尚、固体微粒子として粒子径が３〜３０μｍの紛体を用いることで、めっき処理前に粗面化処理を行わなくても、めっき処理後の十点平均粗さＲｚが３〜３０μｍ程度の粗さを持つ現像スリーブ表面を得られ、現像スリーブ上の現像剤のコートを安定して行うことも可能である。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、表面抵抗率１０９〜１０１４Ω・ｃｍの低抵抗層を有する像担持体と、像担持体上に形成された静電潜像を、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと磁性キャリアを含有する現像剤により、像担持体と現像剤とが接触状態で対向した現像部にて、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像する現像装置と、を有する画像形成装置において、現像剤担持体は、表面にめっき処理によって形成されためっき被膜層を有し、現像剤担持体の体積抵抗値σとめっき皮膜層の層厚ｄの積σ×ｄが、１×１０−６Ω・ｃｍ２≦σ×ｄ≦１×１０５Ω・ｃｍ２の条件を満たすことを特徴とする画像形成装置、その画像形成装置において行われる画像形成方法、及びその画像形成装置に備えられた現像装置であるので、アモルファスシリコンドラムのような、表面に低抵抗層を有する、電荷注入方式の直接帯電を実施できる像担持体を用いて、更に、交番電界下で二成分接触現像を行なった際にも、かぶりも発生することなく、高品質な画像を長期にわたり形成することができた。又、像担持体として、アモルファスシリコン感光体や有機感光体等を使用することもでき、これらの感光ドラムによれば、電荷注入方式の直接帯電を実施することもでき、その場合はオゾンの発生防止並びに消費電力の低減に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る現像装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】画像形成装置における像露光手段の一例を示す概略構成図である。
【図４】従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　感光ドラム（像担持体）
３、３１　　　　　　　　帯電器（接触帯電部材）
４　　　　　　　　　　　現像装置
３１ａ　　　　　　　　　非磁性スリーブ
３１ｂ　　　　　　　　　マグネット
３１ｃ　　　　　　　　　磁性粒子
４１　　　　　　　　　　現像スリーブ（現像剤担持体）
４２　　　　　　　　　　マグネットローラ（磁界発生手段）
４６　　　　　　　　　　現像容器
１００　　　　　　　　　レーザ操作部（像露光手段）
【図１】
2004037951.tif 000003
【図２】
2004037951.tif 000004
【図３】
2004037951.tif 000005
【図４】
2004037951.tif 000006