(57)【要約】【課題】微細な導電性粒子の付着による潜像ボケによって発生する画質劣化を抑制する現像剤、画像形成装置、及びプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】０．１μｍ程度以下の粒径において、現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ１（ｒ）、導電性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ２（ｒ）としたとき、Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．０また、０．６μｍ以下の粒径において、Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．２４７の関係が成立する現像剤とし、該現像剤を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジとする。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
結着樹脂および着色剤を含有するトナー粒子と、接触帯電部材と像担持体との間に介在させるための導電性粒子と、前記像担持体に付着する前記導電性粒子の電気的な接続を切断するための絶縁性粒子と、を少なくとも有することを特徴とする、現像剤。
【請求項２】
０．１μｍ以下の粒径において、現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ１（ｒ）、現像剤中に含まれる導電性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ２（ｒ）としたとき、下記関係が成立することを特徴とする、請求項１に記載の現像剤。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．０
【請求項３】
０．６μｍ以下の粒径において、現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ１（ｒ）、現像剤中に含まれる導電性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ２（ｒ）としたとき、下記関係が成立することを特徴とする、請求項１に記載の現像剤。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．２４７
【請求項４】
前記絶縁性粒子の少なくとも一部が、シリカ、チタン、アルミナのうち少なくとも１種を含有する無機粒子であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の現像剤。
【請求項５】
前記トナー粒子が、重合法により作成されたトナー粒子であることを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の現像剤。
【請求項６】
像担持体と接触帯電部材との接触部に導電性粒子を介在させて像担持体表面を帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段によって帯電させられた前記像担持体に対して画像情報に応じた静電潜像を形成する潜像形成手段と、
前記潜像形成手段によって形成された前記静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、を少なくとも有し、
前記現像手段は現像剤中の前記導電性粒子をトナー粒子とともに像担持体に供給する手段であり、
前記現像剤は請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の現像剤であることを特徴とする、画像形成装置。
【請求項７】
前記像担持体が、表面層として電荷注入層を有することを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記現像手段が、前記トナー画像が転写された後に像担持体上に残留したトナー粒子を回収する手段であることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記現像手段が、前記像担持体に対して所定の離間距離をもって配設された、前記現像剤を担持する現像剤担持体上に、前記離間距離よりも薄い現像剤層を形成し、前記現像剤層から前記現像剤を静電気力によって転移させることにより静電潜像を現像する手段であることを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記現像手段が、前記現像剤を担持する現像剤担持体と前記像担持体との間に交流電界を形成して静電潜像を現像する手段であることを特徴とする、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記帯電手段の接触帯電部材が、ローラ形状の接触帯電部材であることを特徴とする、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
像担持体と接触帯電部材の接触部に導電性粒子を介在させて像担持体表面を帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段によって帯電させられた前記像担持体に対して画像情報に応じた静電潜像を形成する潜像形成手段と、
前記潜像形成手段によって形成された前記静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、を少なくとも有し、
前記現像手段は現像剤中の前記導電性粒子をトナー粒子とともに像担持体に供給する手段であり、
前記現像剤は請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の現像剤であることを特徴とする、プロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電装置と被帯電体とが接触して帯電を行なう接触帯電方式を採用した画像形成装置、プロセスカートリッジ、および、接触帯電方式に使用する現像剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（接触帯電と注入帯電）
従来、電子写真方式の画像形成装置においては、感光体などの像担持体（被帯電体）を所定電位に帯電させる帯電手段としてコロナ帯電方式の帯電装置が使用されていた。コロナ帯電方式とは、ワイヤ電極等の放電電極とそれを囲むシールド電極を備え、放電電極とシールド電極に高圧を印加することにより生じるコロナシャワーによって像担持体面を所定電位に帯電させるものである。
これに対して近年、コロナ帯電方式に比べて低オゾン・低電力の利点より、接触帯電方式が実用化されている。接触帯電方式とは、像担持体に帯電部材を接触させ、この帯電部材に所定の帯電バイアスを印加することで像担持体表面を所定の電位に帯電させる帯電方式であり、ローラ型、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型等多くの方式が提案されている。
【０００３】
接触帯電方式の帯電機構には、放電帯電機構と注入帯電機構の２種類の機構が混在している事が知られている。
放電帯電機構とは、接触帯電部材と像担持体との間の微小間隙に生じる放電現象により像担時体表面を帯電させる機構である。このような放電帯電機構では接触帯電部材と像担持体との間で放電が開始される為に必要な放電開始電圧が存在し、像担持体の帯電電位は帯電バイアスの値ではなく、「帯電バイアス−放電開始電圧」の値に比例する。すなわち、得られる帯電電位よりも高い帯電バイアスを印加する必要がある。また、コロナ帯電方式に比べれば発生量は少ないものの放電生成物を生じるため、放電生成物が像担持体に付着して潜像を拡散させる「画像流れ」現象をはじめとする弊害が発生する。
注入帯電機構とは、接触帯電部材から像担持体へ電荷が注入されることで像担持体表面が帯電される機構である。より具体的には、像担持体表面にあるトラップ準位または電荷注入層の導電粒子等の電荷保持部材に対して接触帯電部材から電荷が注入されることで帯電が行われる。このような注入帯電機構においては放電が不要であり、像担持体の帯電電位が帯電バイアスの値に比例する。すなわち、接触帯電部材への印加電圧が放電閾値以下であっても像担持体を印加電圧相当の電位に帯電することができる。また、注入帯電機構では放電を伴わないため放電生成物による「画像流れ」等の弊害も生じない。
【０００４】
（注入帯電用像担持体）
注入帯電機構に用いられる像担持体についてさらに詳説する。
注入帯電機構に使用される像担持体としては、表面層の体積抵抗値が１０１０〜１０１４［Ω・ｃｍ］の範囲であることが望ましい。このような像担持体としては体積抵抗値が１０１３［Ω・ｃｍ］程度であるアモルファスシリコン感光体を使用する事も考えられるが、像担持体の表面抵抗を調整する目的で電子写真感光体の表面に電荷注入層を設けることも好ましい態様の一つである。具体的には、樹脂中に導電性微粒子を分散させた電荷注入層を無機感光体あるいは機能分離型有機感光体の表面層として設ける方法や、電荷輸送層に導電性粒子を分散させて電荷注入層としての機能を兼ねさせる方法が提案されている。
電荷注入層としては、絶縁性のバインダーに光透過性の高いイオン導電性を持つ樹脂を混合もしくは共重合させて構成するものや、中抵抗で光導電性のある樹脂単体で構成するもの等も考えられるが、像担持体の最表面層に少なくとも金属酸化物からなる導電性粒子が分散された樹脂層を設けることが一般的である。このように像担持体を構成することによって、像担持体の表面に存在する導電性粒子に電荷が注入される事で注入帯電が可能となるとともに、絶縁性のバインダーによって導電性粒子間の電荷の移動が抑制されるので潜像の流れが抑制できる。
以下においては、像担持体表面層に含有され、かつ像担持体表面に露出した導電性粒子を「被注入導電粒子」と表現する事とする。
【０００５】
（注入帯電機構）
注入帯電機構では注入効率向上のために、帯電部材と像担持体との接触性が良好であること、換言すれば像担持体上の一点に対して帯電部材がある程度確実に接触することが必要である。特に、像担持体の表面層が樹脂中に被注入導電粒子が含有されることで構成されている場合には帯電部材と被注入導電粒子とが接触する事で注入帯電が行なわれるために、帯電部材は像担持体表面に露出した被注入導電粒子に高い確率で接触する必要がある。
ここで、帯電部材と像担持体との接触領域において像担持体上の一点が帯電部材上の一点としか接触しない場合には、均一帯電のためには像担持体と帯電部材とが確実に接触する必要がある。しかしローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型などの一般的に用いられている帯電部材では、加工精度や像担持体の経時削れなどの問題により、像担持体と確実に接触させる事は困難である。
【０００６】
また、像担持体の一点に対して帯電部材の複数の点を接触させることにより接触確率を向上させる事ができる。このための代表的な方法は、接触点において像担持体と帯電部材の移動速度に速度差を設けることである。しかし帯電ローラではローラと像担持体の摩擦の影響によって像担持体に対して大きな速度差を持って接触させることが困難である。ファーブラシ型、磁気ブラシ型の接触帯電部材では像担持体に対して速度差を持って接触させることが比較的容易であるが、ファーブラシ型の接触帯電部材では像担持体との接触性が充分ではなく、磁気ブラシ型の接触帯電部材では磁気ブラシが柔軟に変形可能であるために接触性が良いが、接触帯電部材から像担持体へ放出されたキャリアが現像装置に混入するなどの不具合が発生する。
【０００７】
（帯電促進導電粒子の作用）
そこで、接触帯電部材と像担持体との電気的接触を向上させる目的で、また特に帯電ローラを用いた場合には像担持体との速度差を設けることを容易とする目的で、接触帯電部材と像担持体との間に導電性粒子を介在させることが特開平１０−３０７４５４号公報などで提案されている。以下、接触帯電部材と像担持体との間に介在させられる導電性粒子を「帯電促進導電粒子」と呼び、その機能について詳説する。
帯電促進導電粒子の供給方法としては、特開平１０−３０７４５４号公報のように帯電手段に直接供給する方法、特開２０００−８１７７１号公報のように現像手段から供給する方法、特開２００１−２４２６８６号公報のように転写部から供給する方法などが提案されているが、いずれの場合においても帯電促進導電粒子は像担持体と接触帯電部材とが接触して形成する当接部（帯電部）に持ち運ばれ、接触帯電部材に付着・混入する。
【０００８】
帯電促進導電粒子が接触帯電部材に付着・混入して帯電部に介在することにより、接触帯電部材および像担持体の表面が均一ではない場合においても隙間を帯電促進導電粒子が埋めることとなり、電気的接触を向上する事が可能となる。また、帯電促進導電粒子がスペーサとして働く事によって、接触帯電部材と像担持体とを速度差をもって接触させる事が容易となる。このように帯電促進導電粒子を積極的に帯電部に介在させる事により、接触帯電部材の像担持体への緻密な接触性を維持できるため、接触帯電部材による像担持体の注入帯電を良好に行なわせることができる。
像担持体の帯電特性が負の場合には、帯電促進導電粒子としてｎ型半導体を用いる事あるいは像担持体の表面にｐ型半導体を含有させる事により、また像担持体の帯電特性が正の場合には、帯電促進導電粒子としてｐ型半導体を用いる事あるいは像担持体の表面にｎ型半導体を含有させる事により、帯電促進導電粒子を静電的に像担持体に付着させる事が可能である。これは接触帯電部材と像担持体との間に設けられた速度差によって両者の間に摩擦がおこり、この時発生する熱により半導体中の電子が移動し、これによって帯電促進導電粒子が像担持体と逆極性に帯電するためと考えられる。
【０００９】
帯電部以外の場所における帯電促進導電粒子の機能について、以下、帯電促進導電粒子をトナー粒子と共に現像手段から供給する場合を例にして述べる。
帯電促進導電粒子は、帯電手段から像担持体に放出されさらに転写部においてトナー粒子と共に転写されること等により徐々に帯電手段から減少していくので、長期にわたって良好な注入帯電を行うためには帯電促進導電粒子を適切に帯電手段に補給する必要がある。上述したようにこの補給方法としてはいくつかの方法があるが、中でも、トナー粒子と共に帯電促進導電粒子を現像手段から供給させる方法は特別な供給装置を設ける必要が無く好ましい。
【００１０】
現像手段からの供給では、帯電促進導電粒子は現像剤（ここで言う現像剤とは、１成分現像方式の場合にはトナー、２成分現像方式の場合にはトナー及びキャリアを少なくとも有するものである）に混在させられた状態で現像手段内部に存在し、像担持体上に形成された静電潜像を現像する際に、トナー粒子とともに適当量が現像剤担持体から像担持体に移行する。像担持体上に形成されたトナー画像は転写工程において静電的な力により記録紙や中間転写体などの被転写体に転移する。このとき、トナー粒子は被転写体側に引かれて容易に転移するが、像担持体上の帯電促進導電粒子は導電性であることで被転写体に容易に転移し難いため、帯電促進導電粒子の一部は転写材に付着するものの、残りは像担持体上に付着保持されて残留する。像担持体上に繰り返して作像が行われる場合、転写手段と帯電手段との間にクリーニング部材を持たないクリーナレス方式の画像形成装置では、転写残トナー粒子および上記残留した帯電促進導電粒子は像担持体上に保持されたまま帯電手段に持ち運ばれる。
【００１１】
像担持体上の転写残トナー粒子は、帯電部を通過し、または接触帯電部材から徐々に像担持体上に吐き出され、像担持体の移動に伴って現像部に至り、回収される。これに対し、像担持体上に残留した帯電促進導電粒子も転写残トナー粒子と同様に帯電部に至り、ここで接触帯電部材に付着混入して注入帯電を促進するが、その後帯電手段から像担持体上に放出された帯電促進導電粒子は像担持体の移動に伴って現像部に至る。現像部においては、転写残トナー粒子が現像バイアス電界によって回収されるのに対して、像担持体上の帯電促進導電粒子は導電性であることで容易に回収され難い。このため、帯電促進導電粒子の一部は回収されるものの、残りは像担持体上に付着保持されて残留する。このように現像部において回収され難い帯電促進導電粒子は、像担持体上に存在することでトナー粒子と像担持体とのスペーサとしての機能を果たし、転写部においてはトナー像の転写効率を向上させる効果が、また現像部においては転写残トナー粒子の回収効率を向上させる効果が得られる。
以上の通り、像担持体上に存在する帯電促進導電粒子は、帯電、現像、転写の各工程において有用に機能する。
【００１２】
（帯電促進導電粒子の粒径）
かかる帯電促進導電粒子に関しては粒径についても幾つかの検討が行なわれており、特開平１０−３０７４５４号公報、特開２０００−８１７６６号公報などでは平均粒径数［μｍ］のｎ型半導体である酸化亜鉛粒子を用いることが開示されているが、同時に、帯電促進導電粒子は一次粒子の状態で存在するばかりでなく二次粒子の凝集した状態で存在することもなんら問題はなく、どのような凝集状態であれ、凝集体として帯電促進導電粒子としての機能が実現できればその形態は重要ではないことが説明されている。
【００１３】
また、特開２００１−２３５８９１号公報などにおいては帯電促進導電粒子の粒径について更に詳細な検討が行なわれており、帯電促進導電粒子として個数平均径が５０〜５００［ｎｍ］である１次粒子の凝集体であり、１．００［μｍ］以上２．００［μｍ］未満の粒径範囲の１次粒子の凝集体粒子を少なくとも有し、かつ１．００［μｍ］以上２．００［μｍ］未満の粒径範囲の粒子の含有量を所定の範囲とすることで、トナー粒子表面に強固に付着しにくく、現像工程において像担持体上に帯電促進導電粒子を十分に供給することができ、転写工程においてもトナー粒子表面から帯電促進導電粒子が容易に遊離し、転写後の像担持体上を経て効率良く帯電部に供給され、帯電部において均一に分散して介在し、かつ帯電部に安定して保持される帯電促進導電粒子が得られる事が提案されている。
また、特開２００１−２３５８９６号公報においては、帯電促進導電粒子のうち非常に粒径が細かいものは転写残トナーの表面に強固に付着する傾向が強く、現像工程で回収された転写残トナーの帯電能を低下させるという課題を解決するために、粒径が０．５［μｍ］以下の帯電促進導電粒子を所定量以下にすることが提案されている。
なお、本明細書において単に「粒径」と記載する場合は個数平均径を示すものとする。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者はこのような帯電促進導電粒子に関して鋭意検討した結果、微細な帯電促進導電粒子の存在が画質劣化を引き起こすとともに像担持体の寿命を低下させることを知得するに至った。
特開２００１−２３５８９１号公報に提案されているような個数平均径５０〜５００［ｎｍ］である１次粒子の凝集体としての帯電促進導電粒子では、現像装置内における攪拌、帯電部における帯電促進導電粒子同士の衝突、または帯電部材と像担持体との摺擦などによって１次粒子が凝集体から離脱しやすい。また１次粒子が個数平均径５００［ｎｍ］を越える大きさを有する場合においても、同様に現像装置内における攪拌、帯電部における帯電促進導電粒子同士の衝突、または帯電部材と像担持体との摺擦などによって帯電促進導電粒子が削られ、この結果個数平均径で１［μｍ］以下の微細な帯電促進導電粒子粉末が発生する。このような事情により、長期の画像形成によって像担持体近傍にある微細な帯電促進導電粒子の絶対量が徐々に増加していく。
微細な帯電促進導電粒子のうち個数平均径が０．１［μｍ］以下のものは、ブレードクリーニングによっても容易に除去する事ができない強固な付着力によって像担持体表面に付着する。このような付着は静電気力によってもたらされることもあるが、主に非静電的なファンデルワールス力によってもたらされるため、樹脂中に被注入導電粒子を含有した像担持体においても被注入導電粒子近傍に限らず像担持体の全面に付着する。この結果、複数の被注入導電粒子同士が、付着した帯電促進導電粒子を介して電気的に接続される事となる。
【００１５】
また長期にわたり画像形成を継続した場合には、帯電促進導電粒子との摩擦、外添剤との摩擦、２成分現像の場合にはキャリアとの摺擦、等々の要因によって像担持体表面が不均一に削られ、画像形成プロセスによる差はあるものの、Ｒｚで最大０．６［μｍ］程度の凸凹が生じてしまう。このような像担持体表面の凸凹に帯電促進導電粒子が入り込む事により、０．１［μｍ］以上の粒径を有する帯電促進導電粒子であっても像担持体に付着することがある。像担持体表面の凸凹に帯電促進導電粒子が入り込んだ状態でさらに画像形成を継続すると、帯電部において帯電促進導電粒子が速度差を持って像担持体に接触する事などにより帯電促進導電粒子に対して像担持体の移動方向への力が継続的に加わり、像担持体の移動方向に向けて帯電促進導電粒子が像担持体表面を削りつつ移動させられる事になる。削り取られた像担持体部分には新たな帯電促進導電粒子が入り込みやすくなり、この結果、先に付着した帯電促進導電粒子に新たな帯電促進導電粒子が密着する形で、像担持体の移動方向に帯電促進導電粒子が連続して付着する事になり、像担持体表面が電気的に接続される事となる。
【００１６】
このように像担持体に付着した微細な帯電促進導電粒子が与える影響について検討してみると、まず、この付着はそれ自体で直ちに帯電工程に悪影響を及ぼす事はないと考えられる。その理由は、１つには帯電促進導電粒子は被注入導電粒子と同じく導電性の性質を持つために帯電促進導電粒子の付着によって局所的に抵抗値が上昇する事がないからである。また１つには、像担持体上の一点における帯電電位の上限は、帯電部材に印加されるバイアスの値、および、帯電部材への電圧印加ポイントと像担持体表面の間の電気抵抗値により決定されるため、像担持体表面に存在する導電性物質の偏在によって帯電電位が変化する事はないからである。
但し、あまりにも広範囲にわたって帯電促進導電粒子の付着が発生した場合には、帯電装置の条件によっては像担持体上に帯電ムラが生じる恐れがある。
すなわち、帯電促進導電粒子が広い範囲で付着した場合には、この付着領域では導電性領域が広く存在するためにほかの領域よりも高い確率で接触帯電部材と導電性領域とが接触することになる。このため、かかる付着のない部分において被注入導電粒子と帯電部材との接触性が充分確保されていないと、この付着領域の帯電電位が他の領域に比べて高くなることが予想される。
【００１７】
上述したように帯電促進導電粒子は被注入導電粒子と接触帯電部材との接触性を向上させる役目も有するので、被注入導電粒子と接触帯電部材との接触性は帯電促進導電粒子の介在量の変化によって変動する。長期にわたって帯電促進導電粒子の介在量を制御する事は困難であるために、長期にわたる使用によって帯電促進導電粒子の介在量が減少した場合には、帯電促進導電粒子の付着に起因する帯電ムラが発生する事となる。この結果、画像の粒状性が悪化する事となる。
また、帯電促進導電粒子の介在量が減少した場合の対応として、帯電促進導電粒子の介在量を何らかの方法で測定または推定し介在量が少ないと判断される場合には、帯電バイアスの絶対値を高くすることによって一様に微細な帯電ムラを生じさせつつ帯電電位を維持することが考えられる。しかし、帯電促進導電粒子が広範囲にわたり付着する場合には付着領域のみが帯電性が良く保たれているために、このような方法では付着領域が過剰帯電される結果となり、大きな帯電ムラが発生する恐れがある。そのため均一帯電を維持しようとすると帯電促進導電粒子の介在量を厳密に保つ必要があり、帯電促進導電粒子の減少に対する余裕度が小さくなってしまう。また、帯電促進導電粒子の介在量を厳密に保つように供給するためには高精度なセンサ等が必要となり、コスト高になる。
【００１８】
帯電工程への影響は短期的には少ないものの、像担持体に付着した微細な帯電促進導電粒子は画像に悪影響を与える。具体的には、帯電促進導電粒子が広範囲に付着した領域に静電潜像の画像領域（現像工程によってトナー像が形成される予定の領域）と非画像領域（現像工程によってトナー像が形成されない予定の領域）との境界部分が存在する場合に、付着した帯電促進導電粒子内を非画像領域から画像領域に向かって電子が拡散し、潜像の輪郭がボケる事になる。このようなボケを以下「潜像ボケ」と記す。
この現象について説明するために、像担持体上に存在する連続した導電領域のひとつを「島状導電領域」と記す事にする。すなわち、「島状導電領域」とは電気的に接続された像担持体上の導電領域の一つ一つを指し、各々の「島状導電領域」は電気的に非接続である。帯電促進導電粒子の付着がない状態では各々の被注入導電粒子がそれぞれ島状導電領域を形成しているが、帯電促進導電粒子が付着する事により、被注入導電粒子である島状導電領域や、帯電促進導電粒子のみが付着した島状導電領域や、帯電促進導電粒子と１つ以上の被注入導電粒子とが接触して形成された島状導電領域が混在する事となる。
【００１９】
この島状導電領域という概念を用いて上述の潜像ボケを説明すると、１つの島状導電領域に含まれる画像領域をＡ％、画像領域の電位をＶＬ［Ｖ］、非画像領域の電位をＶＢ［Ｖ］としたとき、その島状導電領域の電位は
｛ＶＬ×Ａ／１００＋ＶＢ×（１００−Ａ）／１００｝［Ｖ］
となる。島状導電領域が小さい状態では画像部と非画像の双方が一つの島状導電領域内に存在するという現象は起こりにくいが、島状導電領域が大きくなるに従いこのような現象が頻繁に発生する事となる。現像工程においては静電的にトナー粒子を像担持体に付着させるので、Ａの値によって、その島状導電領域の全体にトナー粒子が付着したり、その島状導電領域に全くトナー粒子が付着しなかったりする。前者の場合には画像の輪郭が太る事となり、後者の場合には画像の輪郭が欠けることとなり、いずれの場合も文字画像ではエッジの乱れ、中間調画像では粒状性の低下が発生する。さらに、Ａの値によってはその島状導電領域の電位と現像バイアスとが略等しくなり、島状導電領域の現像が不安定になり、この場合も文字画像ではエッジの乱れ、中間調画像では粒状性の低下が発生する。
【００２０】
以上のように帯電促進導電粒子を使用したシステムにおいては、放電生成物を介した電荷の拡散による潜像輪郭のボケ、いわゆる画像流れとは全く異なるメカニズムではあるが、結果として画像流れに似た潜像ボケが発生する事になる。高湿環境下においては水分の付着がこのような現象を更に助長し、潜像輪郭のボケが特に顕著となる。
一度付着した帯電促進導電粒子は導電性であるために転写部や現像部によっても容易に除去する事が出来ず、像担持体上に存在し続けて潜像ボケを継続的に発生させる事となる。
このような潜像ボケは、既に帯電促進導電粒子が付着した島状導電領域に潜像の輪郭部が形成される事により発生する事もあるが、現像工程において潜像輪郭部に集中的に帯電促進導電粒子が付着する事でもともと形成されていた潜像の輪郭部が後から乱されて発生する事もある。
【００２１】
また、このような潜像ボケは、その個数平均粒径が被注入導電粒子間の平均近接距離の２倍以上であるような帯電促進導電粒子微紛の付着により最も顕著に引き起こされる。ここで「被注入導電粒子間の平均近接距離」とは、１つの被注入導電粒子と隣接する被注入導電粒子との距離を平均的に表わしたもので、表面写真を撮って直接測定する事によっても得られるが、均一分散を仮定する場合においては被注入導電粒子の平均粒径をｘ［μｍ］、像担持体表面層全体に対する被注入導電粒子の含有率をｙ体積％としたとき、近似的に、
ｘ×（ｙ／１００）（１／３）［μｍ］
で得る事もできる。
個数平均粒径が被注入導電粒子間の平均近接距離の２倍以上であるような帯電促進導電粒子微紛が付着すると潜像ボケが悪化する理由は、高い確率で２以上の被注入導電粒子同士が電気的に接続することにより島状導電領域が互いに接続して大きな島状導電領域が形成されやすくなり、このために顕著な潜像ボケが発生しやすくなるためである。ただし被注入導電粒子間の平均近接距離が０．０５［μｍ］を越える場合には、被注入導電粒子間の平均近接距離の２倍以上の個数平均径を有する帯電促進導電粒子は像担持体表面に固着しにくいと考えられる。
【００２２】
また、帯電促進導電粒子の付着は潜像ボケだけではなく、露光を遮る事によって潜像形成を阻害する。
さらに静電的な力によりトナー粒子を転写させる転写工程においては、予定されている転写領域よりも像担持体移動方向で上流側の領域（転写プレニップ領域）においても強い転写電界が発生する事がある。すなわち、島状導電領域電位が予定された画像領域の電位よりも非画像領域電位に近い場合には、転写プレニップ領域から強い転写電解が発生し、トナー粒子が被転写体に飛翔する事がある。この結果、転写部でチリが発生して粒状性が悪化する。このような転写チリは、像担持体上の凸凹に帯電促進導電粒子が入り込むことで像担持体の移動方向に長く島状導電領域が発生している場合に特に顕著に発生する。また、像担持体から記録紙などの転写材に直接トナー像を転写させる直接転写方式においては、様々な電気抵抗値を有する転写材に対して転写性を確保するために中間転写方式よりも強い転写電界が印加されるので、このような問題が更に顕著となる。
以上のように、微細な帯電促進導電粒子の付着によって様々な画質劣化が生じる事となる。その結果、像担持体が良好な画質を長期わたって維持する事が困難となり、像担持体の寿命を短くしてしまう。
【００２３】
特に現像剤担持体と像担持体とが非接触で対向し、この間をトナー粒子が飛翔することで現像が行なわれるジャンピング現像を使用した場合には、帯電促進導電粒子は導電性であり電界の作用によっては移動しにくいために、トナー粒子に押されるようにして像担持体に移行するものが多い。このため、所定量の帯電促進導電粒子を現像手段において供給するために帯電促進導電粒子の含有量等の条件を最適化すると、接触現像の場合と比較して画像部付近での帯電促進導電粒子の密度が高くなりやすく、潜像ボケが発生しやすい。さらに、ジャンピング現像ではトナー粒子はエッジ効果によって潜像の輪郭部に引き寄せられやすいために帯電促進導電粒子の付着も潜像の輪郭部において発生しやすく、潜像ボケが発生しやすい。このように集中的な付着が発生すると、長期の使用によらなくとも文字エッジ部の太り／欠けや、中間調画像の粒状性悪化が発生する恐れがある。また帯電促進導電粒子の付着が集中的に発生するために島状導電領域がつながりやすく、長期の使用における潜像ボケが顕著である。
【００２４】
また上記のような帯電促進導電粒子の付着による潜像ボケは、帯電ローラを用いた場合により顕著に発生する。その理由は、磁気ブラシやファーブラシを用いた帯電装置においてはブラシ表面の面積が非常に大きいために、帯電促進導電粒子の微紛はその多くの部分がブラシに付着する事となり、像担持体への付着は発生しにくいためである。また同様な理由により、２成分現像方式を用いたシステムよりも１成分現像方式を用いたシステムにおいて上記のような潜像ボケが発生しやすい。従って、帯電部材として帯電ローラを使用し、かつ１成分現像を使用するシステムにおいて上記の潜像ボケは特に顕著に発生する。
また転写残トナーを現像装置にて回収するクリーナレスタイプの場合には、付着した帯電促進導電粒子がクリーニングブレードによって削り落とされないために、長期の使用による帯電促進導電粒子の付着が著しく、特に問題が顕著である。
さらに、交流電圧を印加して現像を行なうタイプの現像装置においては、トナー粒子や帯電促進導電粒子が狭い現像領域での往復によって互いに衝突するために帯電促進導電粒子の微紛が発生しやすく、特に問題が顕著である。
【００２５】
上記問題点に鑑み、本発明は、微細な帯電促進導電粒子の付着による潜像ボケによって発生する画質劣化を抑制する現像剤、画像形成装置、及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
また本発明は、長期にわたり帯電促進導電粒子の付着を防止することで、像担持体の寿命を延ばすことを目的とする。
さらに本発明は、帯電促進導電粒子の減少に対する余裕度を大きくする事によって安定した帯電を低コストで達成する事を目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、結着樹脂および着色剤を含有するトナー粒子と、接触帯電部材と像担持体との間に介在させるための導電性粒子と、前記像担持体に付着する前記導電性粒子の電気的な接続を切断するための絶縁性粒子と、を少なくとも有することを特徴とする現像剤とする。
ここで導電性粒子とは、帯電部において注入帯電を可能とする程度の電気抵抗を有する粒子である。ここで抵抗値をどの程度に設定するべきかは帯電部に印加する電圧値によっても異なるが、帯電部材への印加電圧が数百Ｖである一般的な場合を想定すると、体積抵抗値が１０の６乗［Ω・ｃｍ］以下の粒子であると言える。
また、絶縁性粒子とは、像担持体表面にかかる粒子が付着した場合において、像担持体上の一点が現像領域から転写領域に至るまでの時間内に像担持体上の画像部と非画像との電位差によって電荷が移動する距離が充分小さい電気抵抗を有する粒子である。具体的には、画像部と非画像部との電位差が１０００［Ｖ］以下である一般的な場合を想定すると、１０の８乗［Ω・ｃｍ］以上の体積抵抗値を有する粒子であることが求められる。
絶縁性粒子としては、より好ましくは１０の１０乗［Ω・ｃｍ］以上の体積抵抗値を有する粒子が望ましい。その理由は、注入帯電感光体の電荷注入層は１０の１０乗［Ω・ｃｍ］以上の体積抵抗値であることが電荷の拡散防止の点から望ましいと言われているので、絶縁性粒子の体積抵抗値を１０の１０乗［Ω・ｃｍ］以上とすることで、像担持体表面の全域に絶縁性粒子が付着した場合にも電荷の拡散が抑えられるためである。
ここで体積抵抗値の測定は、直径２ｃｍの円筒形の電極を２ｍｍの距離をあけて対向させた測定用セルを用意し、かかる測定用セルの内部に測定対象である粒子を充填し、この充填された粒子に対して１［ｋｇ］の荷重がかかるように電極で粒子を挟み込みつつ電極間に１００［Ｖ］の電圧を印加し、このときに流れる電流値を電流計で検出して求めた場合の値である。
請求項２に記載の本発明は、０．１μｍ以下の粒径において、現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ１（ｒ）、現像剤中に含まれる導電性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ２（ｒ）としたとき、下記関係が成立することを特徴とする請求項１に記載の現像剤とする。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．０
請求項３に記載の本発明は、０．６［μｍ］以下の粒径において、現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ１（ｒ）、現像剤中に含まれる導電性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ２（ｒ）としたとき、下記関係が成立することを特徴とする請求項１に記載の現像剤とする。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．２４７
請求項４に記載の本発明は、前記絶縁性粒子の少なくとも一部が、シリカ、チタン、アルミナのうち少なくとも１種を含有する無機粒子であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の現像剤とする。
請求項５に記載の本発明は、前記トナー粒子が、重合法により作成されたトナー粒子であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の現像剤とする。
【００２７】
請求項６に記載の本発明は、像担持体と接触帯電部材との接触部に導電性粒子を介在させて像担持体表面を帯電させる帯電手段と、前記帯電手段によって帯電させられた前記像担持体に対して画像情報に応じた静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像形成手段によって形成された前記静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、を少なくとも有し、前記現像手段は現像剤中の前記導電性粒子をトナー粒子とともに像担持体に供給する手段であり、前記現像剤は請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の現像剤であることを特徴とする画像形成装置とする。
請求項７に記載の本発明は、前記像担持体が、表面層として電荷注入層を有することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置とする。
請求項８に記載の本発明は、前記現像手段が、前記トナー画像が転写された後に前期像担持体上に残留したトナー粒子を回収する手段であることを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の画像形成装置とする。
【００２８】
請求項９に記載の本発明は、前記現像手段が、前記像担持体に対して所定の離間距離をもって配設された、前記現像剤を担持する現像剤担持体上に、前記離間距離よりも薄い現像剤層を形成し、前記現像剤層から前記現像剤を静電気力によって転移させることにより静電潜像を現像する手段であることを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の画像形成装置とする。
請求項１０に記載の本発明は、前記現像手段が、前記現像剤を担持する現像剤担持体と前記像担持体との間に交流電界を形成して静電潜像を現像する手段であることを特徴とする、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の画像形成装置とする。
請求項１１に記載の本発明は、前記帯電手段の接触帯電部材が、ローラ形状の接触帯電部材であることを特徴とする、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の画像形成装置とする。
【００２９】
請求項１２に記載の本発明は、像担持体と接触帯電部材の接触部に導電性粒子を介在させて像担持体表面を帯電させる帯電手段と、前記帯電手段によって帯電させられた前記像担持体に対して画像情報に応じた静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像形成手段によって形成された前記静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、を少なくとも有し、前記現像手段は現像剤中の前記導電性粒子をトナー粒子とともに像担持体に供給する手段であり、前記現像剤は請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の現像剤であることを特徴とするプロセスカートリッジとする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明していくが、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。
図１は本発明を適用可能な画像形成装置の構成例である。図１の画像形成装置は、接触帯電部材としての帯電ローラによる像担持体の注入帯電をおこない、また、像担持体上の転写残トナーを現像装置で回収する現像同時クリーニングプロセス（クリーナレスシステム）を採用した画像形成装置である。
１は、像担持体１１、接触帯電部材１２、現像手段１３を含み、これらを一体に構成したプロセスカートリッジである。かかるプロセスカートリッジ１は画像形成装置本体から着脱可能に構成されているためにユーザーによるメンテナンス（交換）が容易であるというメリットを有する。現像手段１３内には現像剤が含まれており、この現像剤が消耗された時に交換時期が訪れる。
２は転写手段であり、この転写手段２に転写バイアスを印加する事によって記録紙やＯＨＰなどの転写材を介して像担持体１１との間に転写電界を形成し、よって像担持体上のトナー像を転写材に転写するために設けられている。３は転写材に転写されたトナー像を熱や圧力によって定着させる定着手段である。４は像担持体１１表面へ潜像を形成する潜像形成手段としての露光手段である。
以下、各要素についてその構成の詳細を説明する。
【００３１】
［現像剤］
本例の現像剤は、結着樹脂および着色剤を少なくとも含有するトナー粒子と、無機粒子と、帯電促進導電粒子とを少なくとも有する１成分現像剤である。
（トナー粒子）
本発明に使用されるトナー粒子が含有する結着樹脂の種類としては、例えば、スチレン系樹脂、スチレン系共重合樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニール、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂等が使用できる。またトナー粒子にワックス成分を含有させるのは好ましい形態のひとつである。本発明に用いられるトナー粒子に含有されるワックスとしては、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリオレフィン共重合体などの脂肪族炭化水素系ワックスや、カルナバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス、脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部または全部を脱酸化したものなどが挙げられる。該ワックスは結着樹脂１００質量部に対して０．５〜２０質量部とするのが好ましい。
【００３２】
トナー粒子が含有する着色剤としては、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧ、ローダミン６Ｇ、カルコオイルブルー、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、トリアリールメタン系染料、モノァゾ系、ジスアゾ系染顔料等、従来公知の染顔料を単独或いは混合して使用し得る。
トナー粒子としては、種々のものを使用する事ができるが、クリーナレスシステムにおいては転写率を高めるために球形に近いトナー粒子を使用することが望ましい。特に本発明においては、帯電促進導電粒子によるスペーサ効果を確実に得られるように、形状係数ＳＦ１が１４０以下であるトナー粒子を用いることが望ましい。ここで形状係数ＳＦ１は以下で定義される、球形度を表す特性値である。
ＳＦ１＝（１００π／４）×（Ｌ２／Ｓ）
ここで、トナー粒子を２次元平面に投影した投影図形において、Ｌは投影図形の外周上の２点を結ぶ直線の長さの最大値であり、Ｓは投影図形の面積である。ＳＦ１のばらつきが少ないトナー粒子を得るためには、重合トナーを用いることが好適である。本例では縣濁重合、乳化重合など、公知の重合法を用いて作成した平均粒径（重量平均粒径）５［μｍ］のトナーを使用する。
【００３３】
トナー粒子の平均粒径の測定は、コールターカウンター法により求めることができる。より詳細には、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）を用いて、以下に述べる測定方法により求める。
まず、電解水溶液１００〜１５０［ｍｌ］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フォン酸塩）を０．１〜５［ｍｌ］加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。
次に、更に測定試料を２〜２０［ｍｇ］加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして１００［μｍ］アパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径（Ｄ４）を求めることができる。
なお、チャンネルとしては、２．００〜２．５２［μｍ］未満；２．５２〜３．１７［μｍ］未満；３．１７〜４．００［μｍ］未満；４．００〜５．０４［μｍ］未満；５．０４〜６．３５［μｍ］未満；６．３５〜８．００［μｍ］未満；８．００〜１０．０８［μｍ］未満；１０．０８〜１２．７０［μｍ］未満；１２．７０〜１６．００［μｍ］未満；１６．００〜２０．２０［μｍ］未満；２０．２０〜２５．４０［μｍ］未満；２５．４０〜３２．００［μｍ］未満；３２．００〜４０．３０［μｍ］未満の１３チャンネルを使用する。
【００３４】
なお、２成分現像方式を採用する場合には、磁性キャリアとしては体積抵抗値１０１０〜１０１４［Ω・ｃｍ］のものを使用するのが好ましい。注入帯電を本例のような方式で実施する場合、磁性キャリアとしては高抵抗のものを使用する必要がある。その理由は、低抵抗の磁気ブラシを用いて現像を行なうと現像部においても像担持体に電荷注入がされてしまい、静電潜像が消滅してしまうためである。その一方で体積抵抗値が高すぎるキャリアを用いるとキャリア先端での現像電界が弱まり現像能力が低下してしまう。このような観点より、磁性キャリアの抵抗値としては上記範囲が望ましい。
【００３５】
（帯電促進導電粒子）
帯電促進導電粒子の体積抵抗値は、転写残トナーへの付着・混入によっても帯電性能が低下する事がないように、１０６［Ω・ｃｍ］以下であることが好ましい。なお帯電促進導電粒子の体積抵抗値は、セルに帯電促進導電粒子を充填し、この帯電促進導電粒子を２つの電極によって上下から１０［ｋｇ］の荷重をかけて挟み込み、１００［Ｖ］の電圧を印加し、このときに流れる電流値を電流計で検出して求める。
また、帯電促進導電粒子は、透明、白色或いは淡色であることが、露光の妨げになることを防ぐ意味で好ましい。さらに帯電促進導電粒子は、この静電潜像を形成する像露光光に対する透過率が３０％以上であることが好ましい。
本発明における帯電促進導電粒子としては、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素微粉末や、銅、金、銀、アルミニウム、ニッケルなどの金属微粉末や、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化バリウム、酸化モリブデン、酸化鉄、酸化タングステンなどの金属酸化物や、硫化モリブデン、硫化カドミウム、チタン酸カリウムなどの金属化合物、あるいはこれらの複合酸化物などを、必要に応じて粒度及び粒度分布を調整することで使用することができる。上述した露光阻害防止の観点からは、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタンが特に好ましい。
また、抵抗値を制御する目的でアンチモン、アルミニウムなどをドーピングした金属酸化物、導電性材料を表面に有する微粒子なども使用できる。例えば、酸化スズ・アンチモンで表面処理された酸化チタン微粒子、アンチモンがドーピングされた酸化第２スズ微粒子、あるいは酸化第２スズ微粒子などである。
【００３６】
帯電促進導電粒子の個数平均径は１．０［μｍ］からトナー平均粒径程度である事が好ましい。帯電促進導電粒子が小さすぎる場合には帯電部における接触性向上の効果が発揮できず、したがって像担持体の帯電性を向上させる効果が得られず画像不良を生ずる。また像担持体上に供給されたとしても、粒子径が小さすぎる場合にはトナー像の転写性および転写残トナー粒子の回収性を向上させる効果が得られない。
一方、帯電促進導電粒子が大きすぎる場合には、帯電部に供給されても均一な像担持体の帯電性を促進することができない。また露光を遮ることによる画像欠陥を生じる場合がある。
本例で用いる帯電促進導電粒子は、粒径１０〜５００［ｎｍ］の一次粒子が凝集した、平均粒径３［μｍ］の帯電促進導電粒子である。
【００３７】
（無機粒子）
本発明の現像剤は無機粒子をさらに含有する。かかる無機粒子は、一般には現像剤の流動性を改良させたり、トナー粒子の摩擦帯電特性を均一化させる目的で添加されている無機粒子ある。このため、トナー粒子の転写性を向上させ、接触帯電部材への転写残トナー粒子の混入量を低減し、像担持体の帯電性低下を防止し、現像工程における転写残トナー粒子の回収での負荷を低減できる。
無機粒子の一次粒子の個数平均径が大きすぎる場合にはトナー粒子の流動性が低下し、帯電促進導電粒子を現像剤中でトナー粒子に対して均一に分散させることが困難となることで帯電促進導電粒子の像担持体上への供給むらを生じやすくなり、この結果帯電不良を生じやすい。更に流動性の低下によってトナー粒子への摩擦帯電付与が不均一になり易いため、カブリの増大等の問題が生じやすい。逆に無機粒子の一次粒子の個数平均径が小さすぎる場合には、無機微粉末の凝集性が強まって凝集体を作りやすくなるために、やはりトナー粒子の均一帯電や帯電促進導電粒子の現像剤中への均一分散等の機能を果たしえない。これらの観点から、無機粒子の１次粒子の個数平均径は１０〜５０［ｎｍ］であることが好ましい。
【００３８】
また、本発明において絶縁性粒子は、シリカ、チタニア、アルミナから選ばれる少なくとも１種を含有する無機粒子であることが好ましい。また高湿環境における帯電性の低下を防止するために、無機粒子は疎水化処理されていることが好ましい。
【００３９】
（粒子径）
本発明者の検討により、帯電促進導電粒子のうち粒子径が非常に小さいものの存在が画質劣化を引き起こす事が判明した。
すなわち、帯電促進導電粒子とは本来トナー粒子から遊離して初めて各種機能を発揮する物質であるために、一次粒子の粒径や凝集状態をコントロールする等してトナーからの遊離率を高める必要がある。しかしこのような遊離した粒子は、トナー樹脂による緩衝作用がないままに、互いの接触や像担持体への衝突などによって画像形成時に微紛化しやすくなる。
このようにして発生する微細な帯電促進導電粒子は像担持体表面に対して強固に付着し易い。これは小粒径の粒子においては相対的にファンデルワールス力が強くなること、及び、像担持体上にサブミクロンオーダーの凸凹が存在することの相乗効果によるものと考えられる。
粒子径と像担持体への付着力の関係は像担持体の材質やクリーニング条件によって決まるが、一般に０．１［μｍ］以下の粒径を有する粒子が付着した場合には容易に除去することができず、一度付着すれば強いファンデルワールス力で像担持対表面にとどまる。このため粒径が０．１［μｍ］以下の微細な帯電促進導電粒子が像担持体に接触すると、高い確率でそのまま付着し続ける事となる。
【００４０】
導電性物質が像担持体表面に付着すると、像担持体表面に存在する注入サイトと導電性物質とが接触することが起こり得る。ここで「注入サイト」とは、接触帯電部材からの電荷が注入された部分のことであり、例えば被注入導電粒子の事である。像担持体表面に存在する注入サイトと導電性物質とが接触すると、電荷の拡散、あるいは現像部などにおいて生じる電界の作用により、注入サイト中の電荷が導電性物質中に移動する。
ここで、大きな導電性物質が付着する場合と比べて微細な導電性物質が付着する場合のほうが像担持体上の注入サイトと接触しやすくなる。これは大粒径の粒子はそれ自体が凝集しているために像担持体との接触面積が小さく、また大きな空間占有によって他の粒子が近くに付着することを阻害するためである。このため、微細な帯電促進導電粒子が付着した場合の方が注入サイト中の電荷が導電性物質中に拡散しやすく、潜像ボケが起こりやすい。
このような０．１［μｍ］程度以下の微細な帯電促進導電粒子の付着は、特に現像部において局所的に発生しやすい。すなわち現像工程においては、帯電促進導電粒子は導電性であり電界の作用によっては移動しにくいために、トナー粒子に押されるようにして像担持体に移行するものが多い。このため画像部付近での帯電促進導電粒子の密度が高くなりやすく付着量が高くなる。上述したように本例で使用するジャンピング現像では特にこのような局所的付着が顕著である。
潜像ボケによって画質が劣化させられた画像は転写部において転写されてしまうため、集中的付着により現像工程において潜像が乱されるタイプの潜像ボケの発生を防止するためには、現像工程でそのような現象を発生させないように対策を行なわなければならない。
【００４１】
本発明者は鋭意検討した結果、０．１［μｍ］程度以下の粒径において現像剤中で遊離している絶縁性粒子と帯電促進導電粒子との含有量を相対的に調整する事によってこのような不具合を防止する事を見出した。
すなわち０．１［μｍ］以下の粒径において、現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ１（ｒ）、現像剤中に含まれる帯電促進導電粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ２（ｒ）としたとき、下記関係が成立する事により潜像ボケを防止できる事を見出した。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．０
ここでΣは粒径ｒに関する和を取る事を意味する記号である。
上記式において、ｒ２×ｎ１（ｒ）は現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するもの全てを重なることなく２次元に投影した場合の総投影面積に比例した値であり、ｒ２×ｎ２（ｒ）は現像剤中に含まれる帯電促進導電粒子のうちで粒径ｒを有するもの全てを重なることなく２次元に投影した場合の総投影面積に比例した値である。
【００４２】
すなわち本発明の要旨は、像担持体に付着した帯電促進導電粒子が互いに接触することで広い導電領域を形成する現象に対し、同様な粒径の絶縁性粒子を付着させることで帯電促進導電粒子同士の接触を阻害し導電領域の拡大を阻止する事にある。
上述したように帯電促進導電粒子の微紛は経時において発生するので、帯電促進導電粒子と絶縁性粒子との粒径分布の調整は初期においてなされているだけでは充分ではなく、画像形成を継続する間を調整されている必要がある。このためには、供給される帯電促進導電粒子の粒径分布および量に合わせて所定の粒径分布および量の絶縁性粒子を供給する事がもっとも確実である。この供給の方法としては、供給される帯電促進導電粒子に合わせて別の供給方法で絶縁性粒子を供給しても良いが、あらかじめ帯電促進導電粒子と混在させた状態の供給剤を用意しておいてこれを供給する事が簡易かつ確実で望ましい。したがって本例では現像剤中にこの２種類の粒子を混在させて供給するものとする。
ここで、現像剤中に存在する粒径が０．１［μｍ］以下の粒子のうちで絶縁性粒子の比率が高ければ高いほど、上述した電気的な接続の阻害効果は確実となる。しかし、絶縁性粒子の比率を例えば９９％にするまでに微粒子（あるいは超微粒子）を制御する事は困難である。そこでどの程度まで絶縁性粒子の比率を上げれば良いかが問題となる。
【００４３】
適切な比率を評価するために、極端な例として、像担持体表面を帯電促進導電粒子の微紛および絶縁性粒子の微紛で被いつくすことを考える。このような状態においても島状導電領域が無限に拡散する事なく有限の範囲に留まるような条件を設定すれば、広範囲にわたる潜像ボケを防止する事ができる。
像担持体表面を被い尽くした微紛のうちで帯電促進導電粒子の微紛が占める面積比率をｐ（０＜ｐ＜１）とするとき、絶縁性粒子の微紛が占める面積比率は（１−ｐ）となる。ｐが大きければ島状導電領域は大きく広がってゆく。一方ｐが小さければ島状導電領域は局所的に存在するに留まる。ｐを変えていったときにどの程度の大きさの島状導電領域が発生するかという問題を解く方法は、例えば数学分野における確率理論の一種であるパーコレーション理論で評価することが可能である。
【００４４】
図３に、２次元に配置された正方形格子（セル）に対して各セルを確率ｐで導電性とするモデルにおいて、１つの中心セルからの距離（半径）ｒと、距離ｒにあるセルのうちで導電性かつ中心セルからそのセルまでが電気的に接続されているセルの数の期待値を示す。この計算において中心セルは必ず導電性セルであるとした。またセルの電気的接続については、座標（ｉ，ｊ）にある導電性セルに対して縦（座標（ｉ，ｊ＋１）、（ｉ，ｊ−１））、または横（座標（ｉ＋１，ｊ）、（ｉ−１，ｊ））、または斜め（座標（ｉ＋１，ｊ＋１）、（ｉ−１，ｊ−１）、（ｉ＋１，ｊ−１）、（ｉ＋１，ｊ−１））のいずれか１つおいて隣接したセルが導電性セルであれば接続されているものとみなす。すなわち座標（ｉ，ｊ）にある導電性セルに対して座標（ｉ，ｊ＋１）、（ｉ，ｊ−１）、（ｉ＋１，ｊ）、（ｉ−１，ｊ）、（ｉ＋１，ｊ＋１）、（ｉ−１，ｊ−１）、（ｉ＋１，ｊ−１）、（ｉ＋１，ｊ−１）にある８つの隣接セルのうちいずれかが導電性セルであれば、そのセルは座標（ｉ，ｊ）にある導電性セルと電気的に接続されているとした。また中心セルから「距離」ｒは、中心セルが距離０にあり、中心セルと隣接する８つのセルが距離１にあり、中心セルから距離１にあるセルと隣接する１６個のセルが距離２にあり、…という具合に、中心セルから縦、横、斜めに隣接したセルを遷移していった場合にあるセルに到達するために必要な最小の遷移数をもって定義した。
【００４５】
図３において横軸の「半径ｒ」は上述の距離であり、縦軸の「半径ｒでの接続導電セル数の期待値」は距離ｒにあるセルのうちで幾つのセルが中心セルと電気的に接続しているかという期待値である。したがって縦軸の値が１を下回るような半径ｒが、中心セルとの電気的接続の切断を期待される距離である。ただし、ｒ＝０に存在する中心セルは導電性セルであるとした為に、どの確率ｐにおいても値が縦軸の１となっているが、これは特異点として電気的切断の判断には含めない。
図３において分かるように、電気的接続の有無はｐ＝１／３を境にして大きく様相が異なる。ｐ＝１／３を越えると、接続導電セル数の期待値はｒの増加にしたがって増加し、電気的接続は広がっていく事になる。一方ｐ＝１／３未満では、接続導電セル数の期待値はｒの増加にしたがって最終的には減衰していき、電気的接続は局所的に留まる。
【００４６】
２次元の中に確率ｐで導電性物質を発生させた場合に、導電性領域が所定の広さにわたって広がる確率ｐは計算の基礎となるモデルの取り方に依存する。本例の計算において仮定したのは像担持体表面が帯電促進導電粒子の微紛および絶縁性粒子の微紛で被いつくされるという極端に導電領域が大きくなりやすい条件であるので、実際にはｐはもっと大きな値でも良いと考えられる。またセル同士の接続は縦横のみならず斜め方向への接続も考慮した、もっとも導電性領域が連続しやすいモデルである。これらのことから、少なくともｐ＜１／３とすれば島状導電領域を局所的に抑える事が可能となる。
ｐは、像担持体の全表面積Ｓに対して帯電促進導電領域の微紛が付着した面積の比率であるため、ｐ＝｛Σｒ２×ｎ２（ｒ）／Ｓ｝＜１／３である。また像担持体表面を帯電促進導電粒子の微紛および絶縁性粒子の微紛で被いつくすことを考えたので｛Σｒ２×ｎ１（ｒ）＋Σｒ２×ｎ２（ｒ）＝Ｓ｝、従って（１−ｐ）＝｛Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Ｓ｝＞２／３である。これより、以下の式が島状導電領域の拡散を抑えるための条件となる。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．０・・・（１）
さらに望ましくは、以下の式が成立する事が望ましい。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．０４０・・・（２）
【００４７】
これは、帯電促進導電粒子および絶縁性粒子の微紛が全て０．１［μｍ］であると仮定した場合に、上述の「距離」ｒ＝１０５の半径にわたって島状導電領域が発生しない条件である。上述のように距離を定義したので、距離ｒ＝１０５にあるセルのうちで中心セルからもっとも離れているのは斜め方向にあるセルで、中心セルから０．１［μｍ］×１０５×√２＝１４．８［μｍ］離れた場所にある。半径が１４．８［μｍ］なので、島状導電領域の直径は最大２９．７［μｍ］の大きさになりうる。
ここで２９．７［μｍ］は６００［ｄｐｉ］におけるドット長の約７０％である。粒状性に対する人間の知覚を考えた場合、人間の目では判別できない小さな画像の欠けであっても、ディザなどの中間調処理画像を構成する各ドットの中に７０％以上欠けるドットが存在すると巨視的にざらつきを感じさせる事がある。このため、粒状性が良好な画像を形成するためには２９．７［μｍ］にわたって島状導電領域を存在させない事が必要である。いま、最も電気的接続がされやすい条件として全ての微紛が０．１［μｍ］であるとした場合、図３において半径ｒ＝１０５における接続導電セル数の期待値が１を下回るためにはｐ≦０．３２９である事が必要となる。この条件を、（１）式と同じように定式化すると（２）式となる。
【００４８】
ところで、像担持体の表面状態によっては、０．１［μｍ］以上の帯電促進導電粒子であっても像担持体表面に強固に付着する現象が発生する。すなわち像担持体表面が当初から有する、あるいは経時の使用において生じる凸凹の窪みに相当する部分に微細な帯電促進導電粒子が付着した場合には、これを摺擦力によって掻き取る事が困難となる。このような付着に関わる帯電促進導電粒子の粒子径は像担持体表面の凸凹の深さによって決定されるが、本発明者の検討の結果、長期の使用によって像担持体上には０．６［μｍ］程度の深さの凸凹が発生する事がある。このような凸凹の窪み部分には帯電促進導電粒子の付着が集中的に発生するために、帯電促進導電粒子の島上領域が大きく成長し易い。
特に、像担持体上の窪みに入り込んだ粒子に対してクリーニングブレードの摺擦や帯電部における帯電促進導電粒子の衝突などの力が加わる事によって、該粒子が像担持体に埋め込まれつつ像担持体の移動方向に連続した傷を形成する事がある。このような場合には像担持体上に存在する窪みの深さよりもやや大きな粒径を有する粒子であっても像担持体に強固に付着し、また連続した傷の中にさらに帯電促進導電粒子が入り込むことによって連続した導電領域を発生させ易い。
このような現象の発生を防止するために像担持体表面を硬くする方法などもあるが、像担持体を完全に平滑化することは実質不可能であるので、像担持体上に窪みが存在した場合にも導電領域が拡大する事を抑制する手段が必要となる。
【００４９】
そこで像担持体の表面に存在する凸凹に起因する導電領域の成長を防止するためには、０．６［μｍ］程度以下の粒径においても、現像剤中で遊離している絶縁性粒子と帯電促進導電粒子との含有量を相対的に調整する事が必要となる。
すなわち０．６［μｍ］以下の粒径において、現像剤中に含まれる絶縁性粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ１（ｒ）、現像剤中に含まれる帯電促進導電粒子のうちで粒径ｒを有するものの個数をｎ２（ｒ）としたとき、下記関係が成立する事により潜像ボケを防止できる。
Σｒ２×ｎ１（ｒ）／Σｒ２×ｎ２（ｒ）＞２．２４７・・・（３）
ここでΣは粒径ｒに関する和を取る事を意味する記号である。
この式（３）は、像担持体表面に付着した微紛が全て０．６μｍであると仮定した場合に１０．５μｍの長さの島状導電領域を発生させないための条件を式（２）と同様に評価することで得られる。すなわちセル数で（１０．５μｍ／０．６μｍ）の半径にわたる電気的接続を発生させない条件であり、このときｐ≦０．３０８であった。
像担持体上の傷に付着する場合、島状導電領域は主に一次元方向に広がる事となるが、本例のようにあらゆる方向において島状導電領域の拡大を抑制可能な条件を設定しておけば一次元の拡散も当然抑制可能である。
【００５０】
ところでこのような潜像ボケは、その粒径が注入サイト間の平均近接距離の２倍以上であるような帯電促進導電粒子微紛の付着により最も顕著に引き起こされる。ここで「注入サイト間の平均近接距離」とは、１つの注入サイトと隣接する注入サイトとの平均的距離である。このような距離は、樹脂中に導電粒子を分散させた表面層を有する像担持体においては表面写真を撮って被注入導電粒子間の距離を直接測定する事によっても得られるが、均一分散を仮定する場合においては被注入導電粒子の平均粒径をｘ［μｍ］、像担持体表面層全体に対する被注入導電粒子の含有率をｙ体積％としたとき、近似的に、
ｘ×（ｙ／１００）（１／３）［μｍ］
で得る事もできる。個数平均粒径が被注入導電粒子間の平均近接距離の２倍以上であるような帯電促進導電粒子微紛が付着すると潜像ボケが悪化する理由は、高い確率で２以上の被注入導電粒子同士が電気的に接続することにより島状導電領域が互いに接続して大きな島状導電領域が形成されやすくなり、このために顕著な潜像ボケが発生しやすくなるためである。
そこで、０．１μｍ以下の粒径を有する全ての粒子についてではなくとも、被注入導電粒子間の平均近接距離の２倍以上、０．１μｍ以下の粒径において式（１）、（２）または（３）が成立していれば効果的に潜像ボケの抑制が可能となる。
【００５１】
ここで絶縁性粒子としては、本例では上述した無機粒子を用いる。かかる無機粒子はトナーの流動性向上等の理由により現像剤に含有されているものであるが、従来では、添加剤として用いられる無機粒子はできるだけトナー表面に存在している事が流動性付与等の機能を果たす上で望ましいとされていた。これに対し本例ではこのような無機粒子の一部を積極的にトナー粒子から遊離させ、これによって像担持体上での帯電促進導電粒子の電気的接続を阻止するものである。このように無機粒子の粒径分布を調整する事により、簡易に潜像ボケを抑制する事が可能となる。
もっとも本発明の絶縁性粒子は従来添加されていた無機粒子に限るものではなく、トナー粒子に添加剤を添加させない場合には専用の絶縁性粒子を用いても良い。またこの絶縁性粒子は有機粒子でも良い。本発明の機能を果たすためには電気的に絶縁性であることが重要である。
【００５２】
帯電促進導電粒子および絶縁性粒子の粒径及び粒径分布の調整は、一次粒子自体の製造法や製造条件を適切に設定する方法の他、一次粒子が凝集されやすい材料を採用する方法、まず大きな粒子を作成してこれを粉砕する際の粉砕条件を調整する方法、分級により所定粒径の粒子を選択する方法等が選択可能である。帯電促進導電粒子の像担持体への付着による潜像ボケを防止するためには、これら各種の調整方法によって得られる帯電促進導電粒子および絶縁性粒子の様々な粒径分布のうちから、上述の関係を満たすものを選択すればよい。
ここで帯電促進導電粒子および絶縁性粒子の平均粒径及び粒度分布の測定には、例えばべックマン・コールター社製のレーザー回折散乱法粒度分布測定装置が使用できる。このような装置では０．０４〜２０００μｍの範囲における粒度分布が測定できる。
【００５３】
帯電促進導電粒子の粒径分布と絶縁性粒子の粒径分布とが本発明の条件を満たしているか否かを製造時において判定するための簡易な判定法は、トナー粒子と帯電促進導電粒子のみを混ぜた状態で粒径分布を測定して得られた第一の粒径分布と、トナー粒子と絶縁性粒子のみを混ぜた状態で粒径分布を測定して得られた第二の粒径分布と、を比較し、０．１μｍ、あるいは０．６μｍ以下の所定の粒径範囲において本発明の条件が満たされているかを確認する方法である。トナー粒子と混ぜた状態で測定を行う理由は、帯電促進導電粒子および絶縁性粒子の各粒子がトナー粒子に付着する点を考慮するためである。各粒子をトナー粒子と混ぜずに単独で存在する状態で測定を行った場合には、各粒子のうちトナー粒子に付着する粒子の割合が不明確となるために適切ではない。
これに対し、既にトナー粒子、帯電促進導電粒子、および絶縁性粒子が混ざった状態において本発明の条件を満たしているか否かを判定するための方法としては、走査型電子顕微鏡により拡大撮影した現像剤の写真と、走査型電子顕微鏡に付属させたＸＭＡ等の元素分析手段によって得られる帯電促進導電粒子および絶縁性粒子が含有する元素のマップとを対照して求めることが出来る。
粒径が数ｎｍである粒子の粒径を正確に測定することは技術的困難を伴うが、本発明の効果を奏するためには、少なくとも測定可能な粒径においては帯電促進導電粒子および絶縁性粒子が前述した所定の粒度分布を有する必要がある。
ここで、本発明においては帯電促進導電粒子および絶縁性粒子が凝集体として構成されている場合の粒径は、一次粒子の粒径ではなく凝集体としての粒径である。
【００５４】
本例においては、図４に示されるような、０．６μｍ以下の粒径分布の全てにわたって帯電促進導電粒子が絶縁性粒子の１／４以下しか存在していない現像剤を使用する。この条件は、当然上述の式（１）（２）（３）を満足する。
このような現像剤を使用した場合、現像装置からトナー粒子とともに供給された帯電促進導電粒子が像担持体に付着したとしても、その周囲には現像装置からトナー粒子とともに供給された絶縁性粒子が付着することとなり、この絶縁性粒子の存在によって広範囲な電気的接続が抑制される事となる。したがって帯電促進導電粒子が付着した段階で潜像ボケへの対策がなされる事となり、現像装置において集中的な帯電促進導電粒子の付着が生じても潜像ボケを防止する事が可能となる。
また、絶縁性粒子よりも帯電促進導電粒子の方が像担持体に容易に付着するような像担持体を用いた画像形成装置や、絶縁性粒子よりも帯電促進導電粒子の方が多く転写されるような画像形成装置においても、本例のように帯電促進導電粒子に比較して絶縁性粒子を豊富に有するようにしておけば長期にわたって上記機能を維持する事が可能である。
【００５５】
［像担持体］
本例における像担持体１１は負帯電用の有機感光体であり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち時計回り方向に回転されるようにして備えられている。直径は２４ｍｍ、回転時における像担持体表面の移動速度は８０ｍｍ／ｓｅｃとした。
像担持体１１は、図２に示すように、直径２４ｍｍのアルミニウム基体１１ａ上に、下引層１１ｂ、電荷発生層１１ｃ、電荷輸送層１１ｄを順次重ねて形成された一般的な有機感光体に対し、さらに表面層として厚さ３μｍの電荷注入層１１ｅを重ねた構成となっている。
電荷注入層１１ｅは、光硬化性のアクリル樹脂に、導電性の酸化スズ粒子及び粒径約０．２５μｍの四フッ化エチレン樹脂粒子を分散したものである。具体的には、アンチモンをドーピングし低抵抗化した粒径約０．０３μｍの酸化スズ粒子を樹脂に対して１００質量％、更に、樹脂に対して四フッ化エチレン樹脂粒子を２０質量％および分散剤を１．２質量％をそれぞれ分散したものである。電荷注入層を樹脂中に導電性粒子を分散させて構成する場合の例としては、上記以外にも、樹脂としては熱可塑性樹脂や硬化性樹脂が使用可能であり、具体的にはアクリル樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、エポキシ樹脂等が使用可能である。一方、導電性粒子としては金属酸化物、導電カーボン等を用いる事が可能である。
【００５６】
良好な注入帯電を行なうためには、電荷注入層の体積抵抗値（＝体積抵抗率）は１０１０〜１０１４［Ω・ｃｍ］であることが望ましい。電荷注入層の体積抵抗値が１０１０［Ω・ｃｍ］よりも小さい場合には静電潜像を一定時間保持する事が困難となり、電荷の拡散による潜像ボケが発生してしまう。一方、電荷注入層の体積抵抗値が１０１４［Ω・ｃｍ］よりも大きい場合には良好な電荷注入が困難となり帯電性能が低下してしまう。本例では体積抵抗値が１×１０１２［Ω・ｃｍ］である電荷注入層を用いる。なお、像担持体の最表面層の体積抵抗の値は、温度２３℃、湿度６５％の環境で１００Ｖの電圧を印加して測定した場合の値である。
【００５７】
［接触帯電部材］
本例の接触帯電部材１２は、直径６ｍｍの芯金１２ａ上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層１２ｂをローラ状に形成した直径１２ｍｍの可撓性の帯電ローラである。
接触帯電部材１２において芯金上に形成される中抵抗層の材質としては、上記に限定するものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることができる。
【００５８】
接触帯電部材１２として機能するための主要な特性を以下説明する。
まず、接触帯電部材１２は像担持体を充電するために充分な程度まで電気抵抗が低い必要がある。注入帯電機構は、接触帯電部材および帯電促進導電粒子を抵抗とし、被注入導電粒子をコンデンサーとしたときに、抵抗とコンデンサーとが直列接続された電気回路モデルと等価であると考えられる。したがって像担持体上の一点が帯電部を通過する間にコンデンサーを充電（像担持体を帯電）させるためには、電気回路の抵抗（接触帯電部材および帯電促進導電粒子の抵抗）は低くなければならない。その一方で、像担持体にピンホールなどが存在した場合のリークを防止するためにはある程度以上の電気抵抗が必要であるため、十分な帯電能力と耐リーク性とを両立させるためには体積抵抗値が１０４〜１０７Ω・ｃｍであることが好ましい。ここで接触帯電部材１２の体積抵抗値は、ローラの芯金に総圧１ｋｇの加重がかかるようφ２４ｍｍの円筒状アルミドラムにローラを圧着した状態で、芯金とアルミドラムとの間に７００Ｖを印加して計測する場合の値である。
【００５９】
接触帯電部材１２と像担持体１１との接触部には帯電促進導電粒子が介在させられている。帯電促進導電粒子の介在量は、少なすぎると接触性向上あるいは潤滑の効果が十分に得られず、多すぎても露光を阻害する等の不具合が発生する。適正な条件は帯電促進導電粒子の粒度分布や作像条件によって大きく変動するために装置に合わせて最適な値を設定する必要がある。
また接触帯電部材１２は、像担持体１１に対して所定の押圧力で圧接されることにより像担持体１１の移動方向に所定の幅をもって接触する事が望ましい。この所定の幅は接触帯電部材１２の体積抵抗値や帯電促進導電粒子の介在量などにより適宜調整すればよいが、この幅を大きく取ることによって帯電促進導電粒子が密に像担持体１１に接触する。この結果、帯電促進導電粒子が像担持体１１の表面をほぼ隙間なく摺擦することができるようになり、注入帯電を実現する事が可能となる。
更に、接触帯電部材１２の表面における移動速度と像担持体１１の表面における移動速度との間に相対的速度差を設けることで、帯電促進導電粒子が像担持体１１に接触する機会を増加させ、接触性を向上させることができる。特にローラ形状の接触帯電部材１２を用いる場合には、帯電促進導電粒子を介在させることにより摩擦低減効果が生じ、接触帯電部材１２と像担持体１１との間のトルクの低減が可能となる。このため速度差を設けた場合において発生する接触帯電部材１２や像担持体１１表面の削れ量を抑制することが可能となる。本例では、接触部において接触帯電部材１２を像担持体１１に対してカウンター方向（像担持体１１表面の移動方向の逆方向）に８０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させる（相対速度差１６０ｍｍ／ｓｅｃ）。
【００６０】
なお、接触帯電部材１２が導電性繊維からなるブラシに電圧を印加するものであっても本発明は適用可能である。このような接触帯電部材１２としてのブラシは、ナイロン、アクリル、レーヨン、ポリカーボネート、ポリエステル等の繊維中に、ニッケル、鉄、アルミニウム等の導電性金属或いは酸化鉄、酸化亜鉛、酸化すず、酸化アンチモン、酸化チタン等の導電性の金属酸化物、更にはカーボンブラック等の導電粉導電材を分散させて抵抗調整されたものが用いられる。帯電ブラシは、固定型のものでも良いし、回動可能なロール状のものでも良い。
また、接触帯電部材１２が磁気ブラシに電圧を印加するものであっても本発明は適用可能である。このような接触帯電部材１２としての磁気ブラシは、例えば、固定支持されたマグネットロールの外側に回転自在に非磁性スリーブを設け、マグネットロールの磁力によって磁性粒子を非磁性スリーブ上に吸着させて得る事ができる。
ただし本発明は帯電ローラを用いた場合に特に効果が顕著である。その理由は、接触帯電部材１２がブラシのごとく表面積が大きなものである場合には、帯電促進導電粒子の微紛はその大部分がブラシ表面に付着するため、像担持体１１への付着による潜像ボケをかなり低減できるためである。
【００６１】
［現像手段］
本発明において現像方法に特に制限はなく、非接触型／接触型の現像方法、１成分／２成分現像方法、磁性／非磁性１成分現像方法などが採用可能である。ただし２成分現像においては帯電促進導電粒子の微紛が磁気ブラシに付着することで像担持体１１表面への付着量が低減されるために、本発明は１成分現像において特に顕著な効果を発揮する。
本例の現像手段１３は、１つの例として、現像剤担持体１３ｂと像担持体１１との離間距離よりも現像剤担持体１３ｂ上の現像剤層が薄く形成させられた非接触型の磁性１成分現像方法を使用する。具体的には、マグネットロール１３ａを内包させた直径１６ｍｍ非磁性の現像剤担持体１３ｂを、その表面速度が１００ｍｍ／ｓｅｃとなるように反時計回りに回転させる。この現像剤担持体１３ｂ上に、弾性ブレード１３ｃによって厚みを規制されながら現像剤がコートされる。このとき現像剤は弾性ブレード１３ｃとの摩擦により負帯電させられる。本例においては好ましい例として、現像剤担持体１３ｂと像担持体１１との離間距離は１００〜５００μｍであり、現像剤担持体１３ｂ上に３〜３０ｇ／ｍ２の現像剤層が形成させられる。
【００６２】
このような非接触型現像方法を適用することで、電気抵抗値が低い帯電促進導電粒子を現像剤中に添加しても、現像部において帯電促進導電粒子を介しての像担持体１１への電荷注入が発生しない。そのため、かぶりのない良好な画像を得ることができる。その一方で転写残トナーの回収能力が接触現像方法に比べて劣るが、適切な粒径分布を有する一次粒子の凝集体として帯電促進導電粒子を構成することによってトナー粒子から遊離しやすくされた帯電促進導電粒子が像担持体１１上に存在することにより、非接触現像においても転写残トナーの現像手段１３への回収効率を向上させることが可能となる。
【００６３】
また、現像剤担持体１３ｂと像担持体１１との間には直流電界のみならず交流電界が形成される。交流電圧の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。また、直流電源を周期的にオン／オフすることによって形成されたパルス波であっても良い。
現像剤を担持する現像剤担持体１３ｂと像担持体１１との間に、少なくともピークトゥーピークで５００〜３５００Ｖ、周波数３００〜５０００Ｈｚの交流電圧を印加することが好ましい。上記範囲の交流電界を形成することで、現像剤中に添加された帯電促進導電粒子が均等に像担持体側に移行されやすく、帯電部において帯電促進導電粒子を介しての接触帯電部材１２と像担持体１１との接触性を向上させることが出来、これによって像担持体１１の一様な注入帯電を促進することができる。その一方、周波数またはピークトゥーピーク電圧が大きくなりすぎると像担持体１１上の注入サイトから帯電促進導電粒子に電荷が移動しやすくなり、この結果粒径が大きな帯電促進導電粒子を介してすら電荷の移動が起こるようになり、顕著な潜像ボケを生じる恐れがある。
このように交流電圧を印加した場合、帯電促進導電粒子は現像剤担持体と像担持体間を往復するため、互いの衝突あるいは像担持体や現像剤担持体との衝突によって微紛を生じやすく、潜像ボケを発生させ易い。したがって本発明を適用する効果が顕著である。
【００６４】
なお、本例のような帯電促進導電粒子を採用したシステムにおいて接触型現像を使用する場合には、現像剤担持体表面の移動速度が像担持体表面の移動速度に対し、１．１〜３．０倍の速度であることが好ましい。移動速度比が高まるほど転写残トナー粒子の回収性が向上する一方、移動速度比が大きくなりすぎると像担持体上で帯電促進導電粒子が頻繁に移動するようになり、この結果粒径が大きな帯電促進導電粒子を介してすら電荷の移動が起こるようになり、顕著な潜像ボケを生じる恐れがある。
【００６５】
［露光手段］
露光手段４は、画像情報に従って帯電後の像担持体１１に潜像を書き込むための手段である。ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用する事ができる。
【００６６】
［転写手段］
本例における転写手段２としては、少なくとも芯金２ａと芯金２ａを被覆する導電性弾性層２ｂとを有し、導電性弾性層２ｂはポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０１０Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体である転写ローラを用いる。
本例では、転写材を介して像担持体１１に転写手段２を当接させながらトナー画像を転写材に静電転写させる。このように転写材と像担持体１１とが直接接触する転写方法では、さまざまな体積抵抗値を持つ転写材に対して充分な転写電界を形成するために強めの転写電圧を印加する事が行われる。この結果、帯電促進導電粒子が付着した島状導電領域が転写部の内外に存在する状態では、転写プレニップ部においても大きな転写電圧がかかりやすく、トナー粒子が転写材に飛び散り易くなってしまう。
したがって、本発明は転写材と像担持体１１とが直接接触する転写方法を採用した画像形成装置に適用する事でより顕著な効果を発揮する。
【００６７】
［定着手段］
定着手段３としては、ローラ定着、ベルト定着、サーフ定着等の各種定着装置を採用可能である。本例では、転写材上のトナー像を加熱ローラ３ａと加圧ローラ３ｂとの間で挟み込みつつ加熱・加圧させてトナー像を定着させる。
【００６８】
［画像形成装置の動作］
以下、クリーナレスシステムにおける画像形成動作の詳細について説明する。本例の画像形成装置は複写機およびプリンタとして機能する事ができる画像形成装置である。複写機として機能する際にはスキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する際にはコンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。
画像形成に先駆けて、像担持体１１は表面の移動速度が８０ｍｍ／ｓｅｃとなるように図１の矢印方向すなわち時計回り方向に回転を始める。また接触帯電部材１２は像担持体１１に対してカウンター方向（像担持体１１表面の移動方向の逆方向）に接するように８０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させられる。このとき帯電ローラ１２の芯金には帯電バイアス印加電源から−７００Ｖの直流電圧が印加され、これにより像担持体１１の表面が帯電させられる。このとき帯電促進導電粒子が接触帯電部材１２と像担持体１１との間に速度差を設けるためのスペーサとして機能し、像担持体１１の表面を隙間なく摺擦する。これにより注入帯電機構によって像担持体が帯電させられる。
【００６９】
帯電された像担持体１１に対して露光手段４は書込みデータに応じた露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させる事で光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
静電潜像は現像装置１３によって１成分現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体１１上に可視化される。このとき現像剤に含まれる帯電促進導電粒子はトナー粒子とともに、あるいはトナー粒子に押される形で像担持体側へと移行する。
ここで像担持体表面には帯電促進導電粒子の微紛が付着して導電領域を形成し、これが注入サイトである被注入導電粒子と接触する事で電荷が導電領域中に拡散する。このような帯電促進導電粒子微紛の付着は、本例のように像担持体１１と現像スリーブ１３ｂとの間に交流電界を発生させる現像方法ではさらに顕著となる。その理由は、帯電促進導電粒子を振動または往復させることによって帯電促進導電粒子同士、あるいは帯電促進導電粒子と像担持体表面または現像スリーブ１３ｂとの衝突が多発するためである。その一方でこのような衝突は帯電促進導電粒子をトナー粒子から引き離し、あるいは帯電促進導電粒子同士の凝集を解くことによって、帯電促進導電粒子を適切な粒径に整える効果も有する。したがって本例では交流電界を発生しつつ、帯電促進導電粒子の付着による潜像ボケは絶縁性粒子による電気的接続の切断作用により防止する。
【００７０】
また帯電促進導電粒子は導電性であり、電界の作用によっては移動しにくいために、特に本例のような非接触現像においては、トナー粒子に押されるようにして像担持体に移行するものが多い。このため所定量の帯電促進導電粒子を現像装置１３によって供給するためには、接触現像の場合と比較して画像部付近での帯電促進導電粒子の密度が高くなりやすく、潜像ボケが発生しやすい。さらに、ジャンピング現像ではトナー粒子はエッジ効果によって潜像の輪郭部に引き寄せられやすいために帯電促進導電粒子の付着も潜像の輪郭部において発生しやすく、潜像ボケが発生しやすい。しかし本例では絶縁性粒子が存在する事により、像担持体１１に付着した帯電促進導電粒子同士の電気的接続は阻害される。このために導電領域が成長して視覚的に画質の劣化が感知される事態は回避できる。
【００７１】
像担持体１１上のトナー像が転写手段２と像担持体１１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて転写材が搬送され、像担持体１１上のトナー像は転写ローラに印加された電圧により転写材へと転写される。このとき像担持体上に帯電促進導電粒子が存在することによって、もともと転写率がよい球形トナーの転写率をさらに向上させる。このとき帯電促進導電粒子は導電性であるために積極的には転写されずに像担持体上に残留する。したがって帯電促進導電粒子微紛によって形成された導電領域も転写されずに残留する。一方、粒径の小さい絶縁性粒子はファンデルワールス力によって像担持体１１に強固に付着しているため、やはり多くの部分が像担持体１１に残留する。転写されたトナー像は定着手段３によって転写材に定着され画像が出力される。
一方、転写されずに像担持体１１上に残留したトナー（転写残トナー）は帯電装置１２に至り、像担持体１１や帯電促進導電粒子との摩擦によって再び負帯電させられる。逆帯電した正帯電トナーは負帯電されるまで帯電ローラに静電的に付着して存在するが、帯電促進導電粒子を介して帯電ローラ表面と像担持体との接触性が保たれ、また帯電促進導電粒子がスペーサとして働く事により帯電ローラが像担持体に対して速度差を持って移動できるので、帯電能力の低下は抑制される。
【００７２】
帯電装置１２によって帯電極性を整えられた転写残トナーは再び像担持体上を移動し、現像装置１３との対向部において、画像部に付着したトナー粒子はそのまま像担持体１１に付着し、非画像部に付着したトナー粒子は現像装置１３に回収される。この回収の原動力は、現像装置１３に印加された電圧と像担持体非画像部との電位差に起因する電気的な力である。接触現像の場合には現像部において転写残トナー粒子に作用する摺擦力も転写残トナー回収の原動力となるが、本例のように非接触現像を使用した場合には摺擦力が作用しないためにもっぱら電気的な力によってトナー粒子の回収を行なう必要がある。このため転写残トナーを回収しにくいという問題があるが、本例では帯電促進導電粒子がスペーサとして機能することによって非接触であるにもかかわらず回収効率を向上させることが出来る。一方、帯電促進導電粒子は導電性であるために積極的には現像装置１３に回収されずに像担持体上に残留する。したがって帯電促進導電粒子微紛によって形成された導電領域も回収されずに残留する。また粒径の小さい絶縁性粒子もファンデルワールス力によって像担持体１１に強固に付着しているため、やはり多くの部分が像担持体に残留する。
【００７３】
また像担持体１１は、画像形成を繰り返す事によってその表面が徐々に劣化し、微細な凸凹を生じる。このような凸凹が生じると、帯電促進導電粒子や絶縁性粒子である無機粒子は、帯電部や転写部において像担持体に押圧させられ、また帯電部において帯電促進導電粒子との衝突によって像担持体方向への力を受ける事などにより、像担持体上の窪みへと埋め込まれていく。本例では転写残トナーの回収を現像装置１３で行っているが、クリーニングブレードを有する画像形成装置ではこのような現象がさらに顕著に発生する。
このようにして微粒子が像担持体１１に埋め込まれると、その微粒子は強固に像担持体表面に付着してしまう。さらに、埋め込まれた微粒子に対して継続的に像担持体方向への力が加わり続ける事により、微粒子は像担持体表面を深く、また像担持体表面の移動方向下流側に長く傷つけていく。この傷に再び帯電促進導電粒子や絶縁性粒子である無機粒子が付着し、あるいは埋め込まれると、多量の微粒子が付着した部分が形成される。ここで該多量の微粒子の全てが導電性物質であると潜像ボケが発生する事となるが、本例の現像剤は絶縁性粒子を適切量含む事により帯電促進導電粒子同士の電気的接続を絶縁性粒子が阻害し、潜像ボケを防止する。
なお、１ｎｍ以下の粒径の微粒子では導電物質間に存在してもトンネル効果による電荷移動が発生するために絶縁効果は期待できないので、本発明で規定する帯電促進導電粒子及び絶縁粒子の粒径の調整は１ｎｍ以上の粒径においてなされれば十分である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２に記載の現像剤によれば、導電性粒子微紛が像担持体に付着することにより生じる潜像ボケを抑制することが可能となる。また、請求項３に記載の現像剤によれば、帯電促進導電粒子微紛が像担持体表面に形成された傷の内部に付着することにより生じる潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項４に記載の現像剤によれば、現像剤の流動性を付与するための添加剤を絶縁性粒子として用いることが出来るために、専用の絶縁性粒子を有することなく、あるいは専用の絶縁性粒子の含有量を低減させても、潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項５に記載の現像剤によれば、導電性粒子のスペーサ効果を発揮させることが出来るとともに潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項６に記載の画像形成装置によれば、注入帯電を実現し、かつ、導電性粒子の微紛が像担持体に付着することにより生じる潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項７に記載の画像形成装置によれば、注入帯電によって像担持体の帯電を行なう画像形成装置において、導電性粒子微紛が像担持体に付着することにより生じる潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項８に記載の画像形成装置によれば、導電性粒子微紛が像担持体に付着することにより生じる潜像ボケが特に顕著であるクリーナレス方式の画像形成装置においても、潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項９に記載の画像形成装置によれば、導電性粒子微紛が像担持体に集中的に付着しやすい非接触現像方式を用いた画像形成装置においても、潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項１０に記載の画像形成装置によれば、導電性粒子微紛のうち像担持体に付着する微紛の比率が高い画像形成装置においても、潜像ボケを抑制する画像形成装置を提供することが可能となる。
さらに、請求項１１に記載の画像形成装置によれば、導電性粒子微紛が像担持体に付着しやすいローラ形状の接触帯電部材を用いた画像形成装置においても、潜像ボケを抑制することが可能となる。
さらに、請求項１２に記載のプロセスカートリッジによれば、画像形成装置に装着して画像形成を行う場合に、導電性粒子微紛が像担持体に付着することにより生じる潜像ボケを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の構成例を示す図である。
【図２】現像剤中における導電性粒子の存在確率と、半径での接続導電セル数の期待値を示すグラフである。
【図３】本発明の現像剤として用いることができる粒径を示す粒径分布のグラフである。
【図４】像担持体の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１　プロセスカートリッジ
２　転写手段
２ａ　芯金
２ｂ　導電性弾性層
３　定着手段
３ａ　加熱ローラ
３ｂ　加圧ローラ
４　露光手段
１１　像担持体
１１ａ　アルミニウム基体
１１ｂ　下引層
１１ｃ　電荷発生層
１１ｄ　電荷輸送層
１１ｅ　電荷注入層
１２　接触帯電部材
１２ａ　芯金
１２ｂ　発泡ウレタン層
１３　現像手段
１３ａ　マグネットロール
１３ｂ　現像剤担持体
１３ｃ　弾性ブレード
【図１】
2004070291.tif 000002
【図２】
2004070291.tif 000003
【図３】
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【図４】
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