(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤担持体表面に担持されている正帯電性現像剤により可視像化する現像装置であって、共通現像バイアスが用いられる複数の現像剤担持体を有し、且つ、上記静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体上の現像剤の層厚規制を上流側の現像剤担持体によって行う現像装置において、上記複数の現像剤担持体の夫々が、内部に磁性部材を有し、且つ、夫々の表面が結晶性グラファイトを有するコーティング部材で被覆されており、且つ、これらの複数の現像剤担持体の配置が、コーティング部材で被覆されている夫々の表面状態が、静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体よりも上流側の現像剤担持体の方が結晶性グラファイトの露出量が大きくなるように構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
現像剤担持体表面のコーティング部材の表面状態を、静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体よりも上流側の現像剤担持体表面の結晶性グラファイトの露出量が大きくなるようにするために、上記コーティング部材表面を研磨する請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
現像剤担持体表面のコーティング部材の表面状態を、静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体よりも上流側の現像剤担持体表面の結晶性グラファイトの露出量が大きくなるようにするために、上流側に配置される現像剤担持体表面の光沢度を下流側に配置される現像剤担持体表面の光沢度よりも大きくする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体よりも上流側の現像剤担持体の方が結晶性グラファイトの露出量が大きくなるようにするために、上流側に配置される現像剤担持体表面に被覆されるコーティング部材中の結晶性グラファイトの粒径を、下流側に配置される現像剤担持体表面に被覆されるコーティング部材中の結晶性グラファイトの粒径よりも小さくする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
コーティング部材が、フェノール樹脂と第４級アンモニウム塩化合物とを少なくとも含有する樹脂組成物により形成されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
コーティング部材中に、炭素化又は黒鉛化された球状粒子を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、印刷装置等に用いられる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電潜像担持体上に一様に帯電を行った後、アナログ露光又は半導体レーザー乃至はＬＥＤにより画像露光を行い、静電潜像担持体上に静電潜像を形成した後、これを現像装置により現像剤像として可視像化し、転写材にこの可視像を転写した後、転写材を静電潜像担持体より分離し、定着装置により定着させて画像として出力する画像形成装置が知られている。以下、図１５を用いてその工程について説明する。
【０００３】
画像形成装置は、静電潜像担持体として、例えば、感光ドラム１を有するが、該感光度ドラム１は、その表面にＯＰＣやａ−Ｓｉ等の光導電層を備え、矢印Ａ方向に回転される。画像形成にあたって、先ず、この感光ドラム１の表面を、一次帯電器３により、例えば、−７００Ｖに一様帯電させる。次いで、画像信号情報による画像露光１２を行って、感光ドラム１上の露光部の表面電位を、例えば、−２００Ｖに減衰し、感光ドラム１上に画像の画像信号に応じた静電潜像を形成する。この際、画像露光１２には、例えば、半導体レーザー或いはＬＥＤアレーを用いる。次に、形成された潜像を１成分系現像器である現像器２によって現像して、トナー像として可視像化する。乾式一成分系現像剤を用いた現像装置は、簡易でキャリア等の交換が要らないため、高耐久・高寿命である。このようなものとしては、例えば、磁性一成分系トナーを用いたジャンピング現像装置等がある。
【０００４】
現像器２は、負に帯電した黒トナーを用いる。現像時、現像剤担持体には現像バイアスとして−５００Ｖ程度の直流バイアスを印加し、潜像を反転現像する。この後、必要に応じてチャージャー１０を用いて転写前処理を施し（通常は、ＤＣ若しくはＡＣによるコロナの付与、又は、光除電等を組み合わせたりする）、感光ドラム１に供給された転写材上に転写帯電器４により転写する。その後、転写材を定着器７に送ってトナー像を定着し、定着画像を得る。一方、感光ドラム１上に残った転写残トナーをクリーニング装置６により除去し、次の画像形成に備える。
【０００５】
画像形成装置の高速化に対しては、現像装置においては、特開平０３−２０４０８４号公報に記載されているように、２成分系の、磁気ブラシを用いた現像装置の現像ロールを複数にして対応したり、又、特開平０２−１８８７７８号公報に記載されているように、スリーブと感光体の距離を下流側にあるスリーブほど近づけて、スリーブからのトナーの補給量の均一化を図ったりしている。又、小型化した複数現像スリーブを有する現像装置としては、特公平３−５５７９号公報に示されるような現像装置も提案されている。
【０００６】
一方、特開平１−１１２２５３号公報や特開平２−２８４１５８号公報等には、高画質化、高精細化のために、粒径の小さいトナーを用いることが提案されている。ネガ帯電性で、このような粒径の小さいトナーでは、単位重量当りの表面積が大きくなるために表面電荷が大きくなり易い。このため、所謂チャージアップ現象によりトナーが現像剤担持体に固着し、その結果、新たに現像剤担持体上に供給されてきた現像剤が帯電されにくくなり、現像剤の帯電量が不均一となり易い。このため、画像上にスリーブゴーストが発生し易く、得られる画像が、特に、べタ画像やハーフトーン画像等において、スジ状画像やモヤ状画像等の不均一な画像が現れ易い。これに対して、特開平１−２７７２５６号公報、特開平３−３６５７０号公報等に、このような過剰な電荷を有する現像剤の発生や、現像剤担持体への現像剤の強固な付着を防止するため、樹脂中に、カーボンやグラファイトの如き導電性物質や固体潤滑剤を分散させた樹脂組成物からなる被膜を現像剤担持体上に形成する方法が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、複数の現像剤担持体（現像スリーブ）を有する現像装置は、濃度維持の点で優れ、特に、複数の現像スリーブの間に別にトナー層厚規制部材を設けない構造のものは、コンパクト性に優れ、省スペースであるものの、かかる現像システムでは、以下に挙げる１．〜３．のような問題点があった。
【０００８】
１．下流側の現像スリーブ（以下、単に下流現像スリーブと呼ぶ）のトナー層厚規制を上流側の現像スリーブ（以下、単に上流現像スリーブと呼ぶ）により行う現像方式では、上流現像スリーブの層厚規制と下流現像スリーブの層厚規制方法が異なり、下流現像スリーブでは、回転する上流現像スリーブとカウンター回転して層厚規制を行うためにトナーは激しく擦られるので、同じトナーでも、上流側と下流側の現像スリーブではトナーのトリボが異なっていた。つまり、上流現像スリーブに比べて下流現像スリーブのトリボが高くなるため、上流現像スリーブと下流現像スリーブとでは現像性が異なってしまっていた。これに対し、省スペース化やコスト低減のために共通現像バイアスを用いることが多いが、この場合には、現像性が現像スリーブ毎に異なることで濃度制御を困難にしており、近年におけるデジタル画像やグラフィック化に対応する画像の階調性並びに階調安定性の要求に相反していた。上記の現象は、トナー帯電量が小さく、現像性の低い正極性トナーを用いた場合に特にひどかった。
【０００９】
２．上記の複数の現像スリーブ有する現像装置においては、上流現像スリーブのトナー層厚規制については磁性ブレード等が用いられるのに対して、下流現像スリーブについては上流現像スリーブでトナー層厚規制がを行われる。よって、上流現像スリーブに対しては、通常の層厚規制に加え、もう一度下部でトナー層厚規制が行われるために、下流現像スリーブに比べてトナー層厚規制部材を通る回数が多くなるために、トナーからスリーブ表面の受ける摩擦程度が大きくなる。この結果として、耐久における各現像スリーブヘのトナー固着の確率が、下流側に比べて上流側の現像スリーブ側が多くなるため、下流と上流とで寿命が異なっていた。この固着の現象は、正極性トナーを用いた場合に特にひどかった。このように、各現像スリーブの寿命が異なると、現像スリーブの交換メンテナンス間隔も現像スリーブ毎に異なることになり、サービスマンが頻繁にユーザーを訪れる必要が生じ、サービスコストの浪費に繋がる。
【００１０】
３．高速機は、そのスピードが速いために、現像時間が短く、現像時間が十分に取れず、結果として、現像性が不安定で、画像濃度の変動が大きくなるが、この現象は、トナー帯電量が小さく、現像性の低い正極性トナーを用いた場合に特にひどい。
【００１１】
以上の問題を同時に解決し、全てを満足した現像装置とすることは困難であり、現状では未だ実現されていない。従って、本発明の第一の目的は、複数の現像スリーブを有する小型現像装置において、現像スリーブ毎で現像性が異なるという現象を有効に防ぐことにより、近年のデジタル画像やグラフィック化した画像に対応し得る階調性並びに階調安定性を達成することにある。又、本発明の第二の目的は、複数の現像スリーブを有する現像装置において、各現像スリーブの寿命を共通化することで、サービスマンのメンテナンスが頻繁に必要となることを解消し、サービスコストの低減を図ることにある。更に、本発明の第三の目的は、画像形成の高速化に対しても、高濃度の画像が安定して得られる現像装置を提供することにある。更に、特に、正極性トナーを用いる現像装置においても、上記した第一〜第三の目的を達成することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記の本発明によって達成される。即ち、本発明は、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤担持体表面に担持されている正帯電性現像剤により可視像化する現像装置であって、共通現像バイアスが用いられる複数の現像剤担持体を有し、且つ、上記静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体上の現像剤の層厚規制を上流側の現像剤担持体によって行う現像装置において、上記複数の現像剤担持体の夫々が、内部に磁性部材を有し、且つ、夫々の表面が結晶性グラファイトを有するコーティング部材で被覆されており、且つ、これらの複数の現像剤担持体の配置が、コーティング部材で被覆されている夫々の表面状態が、静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体よりも上流側の現像剤担持体の方が結晶性グラファイトの露出量が大きくなるように構成されていることを特徴とする現像装置である。
【００１３】
上記本発明の現像装置の具体的な態様としては、現像剤担持体表面のコーティング部材の表面状態を、静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体よりも上流側の現像剤担持体表面の結晶性グラファイトの露出量が大きくなるようにするため、上記コーティング部材表面を適宜に研磨したものが挙げられる。
【００１４】
又、別の態様としては、現像剤担持体表面のコーティング部材の表面状態を、静電潜像担持体の回転方向に対して下流側に位置する現像剤担持体よりも上流側の現像剤担持体表面の結晶性グラファイトの露出量が大きくなるようにするために、上流側に配置される現像剤担持体表面の光沢度を下流側に配置される現像剤担持体表面の光沢度よりも大きくしたものが挙げられる。
【００１５】
又、別の態様としては、複数の現像剤担持体の中で、上流側に配置される現像剤担持体表面に被覆されたコーティング部材の方が、下流側に配置された現像剤担持体表面に被覆されるコーティング部材よりも結晶性グラファイトの粒径が小さいものが挙げられる。
【００１６】
又、別の態様としては、コーティング部材が、フェノール樹脂と第４級アンモニウム塩化合物とを少なくとも含有する樹脂組成物により形成されている樹脂を有するものが挙げられる。
【００１７】
又、別の態様としては、コーティング部材中に、炭素化又は黒鉛化された球状粒子を有するものが挙げられる。
【００１８】
上記した本発明の現像装置によって、本発明の第一の目的である、複数の現像スリーブを有する現像装置において生じていた現像スリーブ毎で現像性が異なるのを防止し、近年のデジタル画像やグラフィック化に対応した画像の階調性並びに階調安定性の要求を満たすこと、又、本発明の第二の目的である、複数の現像スリーブを有する小型現像装置において、現像スリーブの寿命を共通化することで、サービスマンによるメンテナンス回数を減らし、サービスコストの低減を図ることを可能とし、更に、本発明の第三の目的である、高速化に対して、高濃度の画像を安定して形成することができる現像装置が提供される。この結果、上記した第一〜第三の目的の全てを同時に実現することが達成される。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
＜実施例１＞
図２に、その一部に本実施例の現像装置を有する画像形成装置の概略を示した。該画像形成装置は、感光体１にφ１０８のａ−Ｓｉドラム感光体が用いられ、プロセススピードが５００ｍｍ／ｓｅｃであり、毎分１０２枚の白黒画像の形成が可能なデジタル複写機である。本実施例の現像装置に用いた感光体は、ａ−Ｓｉからなるが、有機感光体に比べて高耐久で、寿命が３００万枚以上あり、高速機に向いているという特徴がある。以下、図２に示した画像形成装置により画像が形成される迄の手順について説明する。
【００２０】
先ず、上記感光体ドラム１が、帯電器３によって、例えば、＋５００Ｖに一様帯電され、その後、感光体ドラム１上に６００ｄｐｉで画像露光１２がなされる。画像露光１２は、半導体レーザーを光源として第１の画像信号により変調されたレーザービームであり、該レーザービームは、モーターにより一定の回転数で回転する多面鏡により偏光され、結像レンズを経て、折り返しミラーで反射された後（不図示）、感光体１上をラスター走査して、その露光部の表面電位を、例えば、＋１００Ｖに減衰させて像状の静電潜像が形成される。ビームの波長は６８０ｎｍである。その後、該潜像が、現像容器２内の現像剤によって現像される。更に、ポスト帯電器１０でトナーをプラスに帯電させると共に感光体とトナー間の吸着力を弱め、その後の、転写、分離がし易いようにする。そして、転写帯電器４により、図中の矢印方向に進む転写材上にトナー画像が転写され、更に定着器７に送られて、トナー像が定着される。
【００２１】
本実施例の現像装置は、簡易で、現像スリーブ寿命として２，０００ｋ枚までメンテナンスの要らない、高耐久な黒の磁性１成分現像剤を用いる現像方式が用いられており、複数の現像剤担持体（現像スリーブ）を用いた正規現像が行われる。トナー補給の動作は、図１（１）の、２Ｂで示した付近のトナーがなくなると、圧電素子２２の信号によりマグロール２４を回転させるような信号を出し、マグロール２４の回転によって、ホッパー９Ｂよりトナーが現像器内に補給されるように構成されている。
【００２２】
次に、本実施例で用いた現像装置２について、更に詳しく説明する。
先ず、現像剤としては、簡易でメンテナンスが不要で、且つ、高耐久高信頼性で生産性の高い正極性の一成分磁性トナーを用いた。該トナーの重量平均粒径は７．８μｍであり、外添剤としてＳｉＯ2が用いられ、これがトナー粒子表面に０．８重量％の割合でまぶされている。
【００２３】
本実施例で用いた現像装置２では、図１（１）に示したように、現像スリーブは２本のローラ２０及び３０よりなり、第一の現像剤担持体（現像スリーブ）２０は、非磁性部材であるφ３０のアルミＡ２０１７の上にＦＧＢ＃３００でブラスト処理後、図１（２）に示すように、コーティングされたものを使用した。第二の現像スリーブ３０も同様であり、現像剤担持体（現像スリーブ）３０は、非磁性部材であるφ３０のアルミＡ２０１７の上にＦＧＢ＃３００でブラスト処理し、図１（２）に示したようにコーティングがされているものを使用した。上記における現像スリーブ表面のコーティング処理は、例えば、特開平３−３６５７０号公報等で問題となってる現像スリーブ周期で発生するスリーブゴースト画像の発生を防止すると共に、スリーブ表面の耐久性を高めるためである（アルミニウム表面を保護する膜である）。
【００２４】
次に、磁気シール部材について説明する。図５に示したように、本実施例では、上記のように構成されている第一現像スリーブ２０と第二現像スリーブ３０の内部に夫々６極の磁極が配置されているものを使用した。そして、これらの現像スリーブの外周に沿って、図５に示したような形状をした２本の現像スリーブ用の、主成分が鉄であるモルダロイ（ＫＮメッキ、透磁率１０-6）で作製した磁気シール部材を現像スリーブ両端近傍に設けた。この際、現像スリーブの各表面と磁気シール部材とのギャップは、４２０μｍ±１００μｍに周全体がなるようにした。
【００２５】
第一現像スリーブ２０内に配置されている磁極のマグネットローラのマグネット長はＬ１＝３０５ｍｍ、第二現像スリーブ３０内に配置されている磁極のマグネットローラのマグネット長も同様にＬ２＝３０５ｍｍとした。磁性シールの取り付け位置については、マグネットローラに対する磁性シールの適切な磁性シールの外側の端部の位置と、マグネットローラの端部を一致させるのが一番好ましい。これは、磁気シールの外側よりもマグネットが外に出ると、長手方向の外側にも磁力が存在することとなるために、その磁力でトナーが外に運ばれてしまい、トナー漏れを引き起こすからである。又、逆に、磁性シールの外端に対してマグネットの端部が中に入り過ぎると、本来、磁性シールとマグネットローラとの間で磁気ブラシを形成して、トナー漏れをなくすための磁性シールが、磁気シールの外端部では磁力が存在しないのにもかかわらず現像スリーブ上には磁気シールの幅で磁気ブラシを形成するために、外側のトナーは、端部に漏れると同時に、トナー層厚も大きくなり、ボタ落ちする場合もある。又、長手方向には、現像スリーブとマグネットの関係等でガタがあるために、それらを考慮して、図６に示すように、マグネットローラ端から１ｍｍ内側に入ったところに磁性シールの端部が位置するようにした。
【００２６】
第一の現像スリーブ２０の内部には、図３、図５、及び、下記の表１に示す６極の磁場パターンを有する固定マグネットローラを備えている。現像スリーブは、対感光ドラム１に対して１２０％の速度で回転する。本実施例では、現像スリーブ表面に担持されるトナーは、磁気ブレードで層厚が規制されるが、現像スリーブ（Ｓ）と磁気ブレード（Ｂ）との間の距離（Ｓ−Ｂ)gapを２５０μｍとした。又、第一現像スリーブと感光ドラム（Ｄ）との距離（Ｓ−Ｄ)gapは２５０μｍとした。更に、現像スリーブ２０には、＋４００ＶのＤＣバイアスと、図４に示したように、Ｖppの値が１５００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして重畳印加し、磁性一成分系非接触現像を行った。従って、現像コントラストは、飛翔方向に３００Ｖ、かぶりとりコントラストが１００Ｖとなる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
第二現像スリーブ３０である現像剤担持体（現像スリーブ）は、非磁性部材であるφ３０のアルミＡ２０１７に膜を形成したものを用いる。その内部には、図３、及び、下記の表２に示す６極の磁場パターンよりなるマグネットを有する。かかる現像スリーブ２０には＋４００ＶのＤＣバイアスと、図４に示すようなＶppの値が１５００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波とを印加する。かかる条件は、前述した第一現像スリーブと同一で共通である。従って、第一及び第二の現像スリーブに対して電源が１つで足りるので、コストダウンに繋がり、且つ、電源のスペースが少なくて済むといったメリットもある。現像スリーブは対ドラムに対して１２０％の速度で回転する。
【００２９】
【表２】
0004418570.tif 000003
【００３０】
各現像スリーブ表面の現像剤の層厚を規制するためのブレードは、第一の現像スリーブ２０に対しては、厚さ１．０ｍｍの板状磁性ブレードを用い、第二の現像スリーブ３０上の現像剤の層厚の規制は、上流側の現像スリーブ２０によって行う。従って、第一現像スリーブ２０と第二現像スリーブ３０との間の距離は５００μｍにした。これは、第一と第二の現像スリーブでのトナー供給量が等しくなるようにするための値である。
【００３１】
このようにすることで、第一と第二の現像スリーブ上におけるトナーコート量（Ｍ／Ｓ）を約１．０ｍｇ／ｃｍ2に揃えた。第二現像スリーブの（Ｓ−Ｄ)gapは２５０μｍである。単位時間あたりのトナー供給量（Ｍ／Ｓ）を揃えることは、複数の現像スリーブの現像特性を一致させ、階調性を安定させる制御を可能にする上で最も重要である。
その上、近年のデジタル画像やグラフィック化に対応した画像の階調性並びに階調安定性の要求に応えるためには、第一と第二の現像スリーブにおける現像特性を一致させることが重要な課題となる。上述のように、単位時問あたりのトナー供給量は等しい。又、第一現像スリーブの現像極はＮ２、第二現像スリーブの現像極はＮ２であり、磁力、半値幅も同じである。しかし、１０ｋ枚耐久後の現像特性は、図９に示したように異なる（上が第二現像、下が第一現像）。以下、このことについて説明する。
【００３２】
これは、先に述べたように、第一現像スリーブ２０では、磁性ブレードによってトナー層厚規制がされるのに対して、第二現像スリーブ３０は、第一現像スリーブ２０による規制で、且つ、第一現像スリーブ２０は、トナー層厚規制部において、トナーの進行方向と逆方向に回転する。そのため、第二現像スリーブと第一現像スリーブとの間でトナーは強く擦られ、トナーの摩擦帯電能力が、通常の磁性ブレード規制の場合に比べて高くなる。つまり、第一現像スリーブ２０に比べて第二現像スリーブ３０は、トリボ（Ｑ／Ｍ）が大きくなる。一般に、現像特性はトリボ（Ｑ／Ｍ）に依存するために、図９に示したように、Ｑ／Ｍの差が現像特性の差としてＶ−Ｄカーブに現れてくる。この傾向は、プロセススピード４００ｍｍ／ｓ以上の高速機のような、現像時間が十分にとれず、現像スリーブ回転速度が速くて、トナー層厚規制部材部におけるトナーヘの摩擦力が大きい場合に顕著になる。又、この差が図９の現像特性（１０ｋ枚時）の違いを生じさせる（図９は、横軸がコントラスト電位で、縦軸が濃度（Ｄ）を示すＶ−Ｄ特性と呼ばれる）。
【００３３】
次に、第二の問題点である現像スリーブの寿命について、説明する。
本実施例の現像装置で使用する現像方式は、現像スリーブ間に部材がないために、よりコンパクトな構成になっている。この方式では、第一現像スリーブは磁性ブレートによってトナーの層厚が規制された後、第二現像スリーブのトナーの層厚を規制する。即ち、第一現像スリーブ２０は、１回転の間に２回トナーとのシェアを受ける。それに対して、第二現像スリーブ３０は、規制部で１回シェアを受ける。つまり、画像形成耐久において、第一現像スリーブ表面は、第二現像スリーブに比べて約２倍程のシェアを受けることになるため、第一現像スリーブヘの耐久によるトナーの固着の頻度が増えることになる。尚、これは、正極性トナーに特有の現象である。
【００３４】
スリーブ寿命はトナー固着でほぼ決まるため、このことが、第一現像スリーブと第二現像スリーブのコート寿命（スリーブ寿命）を異なるものとしている。このため、一方の現像スリーブの寿命はまだあるのに、先に別の現像スリーブを交換しなければならなず、更に、その後に別の現像スリーブを交換するといったことが起こる。このため、頻繁にメンテナンスすることが必要となり、メンテナンスにかかるコストがかさむことが生じる。従って、複数の現像スリーブを使用する装置の場合には、現像スリーブの寿命の共通化が望まれる。
【００３５】
本実施例の現像装置は、以上のことに鑑みて構成されたものである。本実施例の現像装置で用いる現像スリーブは、その表面をコーティング部材で被覆したものを使用した。膜の処方としては、アルミニウム製スリーブ表面に、フェノール樹脂中に結晶性グラファイト及びカーボンが含有された樹脂組成物を、形成された膜厚が１０μｍとなるように１５０℃の環境で硬化させて樹脂膜を形成した。膜の厚さは、安定、且つ、均一な膜を形成するために１０μｍ程度とした。又、樹脂膜の組成のＰ／Ｂ比は、１／２．５とした。ここで、Ｂは樹脂の重量、Ｐは樹脂以外のものの重量（結晶性グラファイト＋カーボン）を表す。
【００３６】
この際、従来の膜の組成では正極性トナーに対しての帯電特性が悪いために、本実施例では、フェノール樹脂に、４級アンモニウム塩を７０重量部有するものを用いた。又、耐久によって生じるトナーの搬送量（Ｍ／Ｓ）の低下を防ぐために、炭素化又は黒鉛化した球状粒子を含有させたコーティング材料を用いた。これらの効果の差は表３に示すように、前者は帯電量アップ、後者はコート安定性、コート量アップに効いていることが分かる。これらについて説明する。
【表３】
0004418570.tif 000004
【００３７】
上記で用いた第４級アンモニウム塩化合物は、添加されるとフェノール樹脂中に均一に分散され、更に、加熱硬化して被膜を形成した際にフェノール樹脂の構造中に取り込まれ、その結果、上記化合物を有するフェノール樹脂組成物自身が負帯電性を有する物質へと変化する。従って、このような材料を用いて形成された被覆層を有する現像剤担持体（スリーブ）を用いれば、現像剤を好適に正極性に帯電させることが可能となる。本発明において好適に使用できる上記した機能を有する第４級アンモニウム塩化合物としては、例えば、下記一般式で表わされる化合物が挙げられる。
【００３８】
0004418570.tif 000005
（式中のＲ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4は、夫々置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、アルアルキル基を表わし、Ｒ1〜Ｒ4は夫々同一でも或いは異なっていてもよい。Ｘ-は、酸の陰イオンを表わす。）
【００３９】
上記の一般式において、Ｘ-の酸イオンの具体例としては、例えば、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、有機リン酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、モリブデン原子或いはタングステン原子を含むヘテロポリ酸等が挙げられる。
【００４０】
0004418570.tif 000006
【００４１】
本実施例では、フェノール樹脂に、上記（１）に示したような特定の第４級アンモニウム塩化合物を添加した樹脂組成物を使用して被覆層を形成した。このようにすると、先に述べたように、結着樹脂であるフェノール樹脂を加熱硬化させて被覆層を形成させた際に、第４級アンモニウム塩化合物がフェノール樹脂の構造中に取り込まれる。このため、前記したネガ性シリカ粒子或いはネガ性テフロン粒子等のような粒子添加系の場合と異なり、部分的にではなく、被覆層全体として正帯電性現像剤に対する正摩擦帯電付与性を向上させることができる。更に、上記の粒子添加系の被膜と異なり、加工性が損なわれたり、被覆層の強度低下を生じることもない。
【００４２】
次に、本実施例で使用した炭素化又は黒鉛化させた球状粒子について説明する。日本カーボン社のカーボンマイクロビーズ（ＰＣ）で粒径５μｍで、図７に示したような測定装置で測定した場合の抵抗が、１０-1〜１０-2Ωｃｍのものである。
膜の処方は、フェノール樹脂１００重量部に対して、結晶性グラファイト９０重量部、カーボン１０重量部、４級アンモニウム７０重量部、球状粒子７５重量部とした。ちなみに、グラファイトとカーボンの比はカーボンの分散性より９：１が好ましい。膜は吹き付け法によりスリーブ上に塗付した後、１５０℃で３０分間乾燥させる。次に、本発明を特徴づける結晶性グラファイトの露出について説明する。
【００４３】
本発明者らは、正極性トナーに対しては、現像スリーブのコート表面におけるグラフィトの露出量によって、帯電量、画像濃度、画質が変化することを見いだし、これを複数現像スリーブ系に応用した。図８−１は、コートしたスリーブの表面のグラファイト面積（Ｇｒ露出度）と帯電量（Ｑ／Ｍ）の関係を示したものである。ここで、グラファイトの露出量（％）は、図１４に示したように、コート表面の顕微鏡観察により光沢のあるグラファイト部分の全面積をＣＣＤ読み込みによる画像処理でよりだして、それを観察視野の面積で除したものである。図８−１からグラファイトの面積が増えると正帯電量が増え、その結果、図８−２に示したように画像濃度が上がることがわかった。
【００４４】
本発明では、上記のことを利用し、現像スリーブのコート表面におけるグラファイト露出量を適宜に制御することによって、上記したように第一と第二との間で生じていた現像スリーブの現像性の違いを、同じコート処方にもかかわらず同じくすることを可能とする。この具体的な方法について説明する。これらの特性を応用して、本実施例では、第一と第二の現像スリーブのコート条件を、下記の表４に示したようにした。その処方は、上述した同じ条件で行なったが、その後の磨き処理を施すことで、表４に示したように、グラファイトの露出度を、６０％と４５％に変えることができた。磨きは、ラッピングテープ（＃３０００）を用い、１．５ｋｇの圧力で現像スリーブ表面に３ｃｍのテープをあて、その磨き回数を変えることによって行なった。具体的には、第一現像スリーブは２４回で、第二現像スリーブは８回の磨き処理を施し、これらの現像スリーブを使用した結果、表４に示したように、帯電量（Ｑ／Ｍ）をほぼ同じにすることができた。
【００４５】
【表４】
0004418570.tif 000007
【００４６】
比較のために、上記コート処理をしない場合について検討したところ、第一現像スリーブの帯電量は６．８μＣ／ｇであり、第二現像スリーブの帯電量は９．０μＣ／ｇであり、第一及び第二の現像スリーブ間で差が生じていた。これは、第二現像スリーブでは、第一現像スリーブによる層厚規制に加え、第一現像スリーブはトナー規制部でトナーの進行方向と逆方向に回転するために生じると考えられる。
【００４７】
このようにすることで、各現像スリーブにおいて、現像特性の指標であるＱ／Ｍ（トリボ）の値をほぼ同等にすることができ、その結果として、図９のように、第一と第二の現像スリーブ現像特性であるＶ−Ｄカーブ（１０ｋ枚時）に差があったものが、図１２に示したようにほぼ同一曲線にすることができた。
又、図８−３に示したように、グラファイトの露出量を大きくするとスリーブ上へのトナー付着を減らすことができることがわかった。これは、グラファイトが表面に出ることで、先述したように帯電性を向上させることができるだけではなく、表面の潤滑性が向上する結果、トナーのスリーブ上の固着を低減することができたものと考えられる。更に、このことで、画像の階調性並びに階調安定性の制御が可能になり、且つ、複数の現像スリーブの耐久寿命の共通化を図ることが可能となる。
【００４８】
以上の構成にすることで、高速機対応の小型現像システムであると共に、第一の目的である複数の現像スリーブを有する現像装置において、現像スリーブ毎で現像性が異なるのを防ぐことにより、近年のデジタル画像やグラフィック化に対応した画像に対する階調性並びに階調安定性の要求を満たすことができる。又、第二の目的である複数の現像スリーブを有する現像装置において、現像スリーブの寿命を共通化することが達成されるため、サービスマンのメンテナンスにかかる手間が省け、サービスコストを低減することもできる。更に、第三の目的であるスリーブゴースト画像がなく、高い濃度の画像が安定して得られる現像装置を提供することができる。
【００４９】
＜実施例２＞
本実施例にかかる画像形成装置は、実施例１で使用したと同様である。
本実施例の特徴は、上流側の現像スリーブの帯電性を上げる方法として、夫々の現像スリーブに使用するコート材中の結晶性グラファイトの粒径を、上流側だけ小さくし、それ以外は、同じ形成条件で各現像スリーブにコートすることで、コート表面に露出するグラファイトの量を多くしたものである。これは、グラファイトの粒径を小径化すると、その表面積が増えることによる。かかる方法によれば、現像スリーブの小径化が図られ、省スペース化が達成される。又、本実施例では、グラファイトの露出量を製造段階で管理する方法として、現像スリーブ表面の光沢度を測定し、これによってグラファイト露出量を測定することによって行なった。
【００５０】
次に、本実施例で用いた現像装置２について詳しく説明する。現像剤は、正極性の一成分磁性トナーを用いた。図１（１）に示すように現像スリーブは２本よりなり、第一の現像剤担持体（現像スリーブ）２０は非磁性部材であるφ２０のアルミＡ２０１７の上にＦＧＢ＃６００でブラスト処理をした後、コーティングを行なったものである。第二のスリーブも同様で、現像剤担持体（現像スリーブ）３０は非磁性部材であるφ２０のアルミＡ２０１７の上にＦＧＢ＃６００でブラスト処理し、コーテイングを行なった。このコーティングは、スリーブ周期で発生するスリーブゴースト画像を防止すると共に、スリーブ表面の耐久性を高めるために行なわれる。
【００５１】
第一の現像スリーブは、対ドラムに対して１２０％の速度で回転する。トナーは磁気ブレードで層厚を規制し、（Ｓ−Ｂ)gapは２５０μｍとした。第一現像スリーブと感光ドラムとの距離（Ｓ−Ｄ)gapは２５０μｍとし、第一の現像スリーブには＋４００ＶのＤＣバイアスと、図４に示したように、Ｖpp１５００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして印加し、磁性一成分非接触現像を行った。従って、現像コントラストは飛翔方向に３００Ｖ、かぶりとりコントラストが１００Ｖとなる。第二の現像スリーブ３０は、非磁性部材であるφ２０のアルミＡ２０１７に膜を形成したものを用いた。現像スリーブには、＋４００ＶのＤＣバイアスと図４に示すようにＶpp１５００Ｖ、周波数２．７ｋＨｚの矩形波を印加する。第一現像スリーブと同一なので共通であり、電源は１つでよいのでコストダウンに繋がり、且つ、電源のスペースが少なくて済むメリットがある。現像スリーブは対ドラムに対して１２０％の速度で回転する。ブレードは、実施例１と同様である。次に、本実施例の特徴を述べる。
【００５２】
本実施例では、上流側の現像スリーブのコート材としては、下記のものを用いた。樹脂（Ｂ）として、４級アンモニウム塩７０部を有するフェノール樹脂１００部（全体で１７０部）を用い、ピグメント（Ｐ）として、カーボンと平均粒径３μｍの小径のグラファイトを用いた。この膜は、実施例１で用いた膜よりも、グラファイトの粒径が小さい分、同じ重量を添加することで、表面での露出面積を大きくすることができ、その点で、帯電性、トナー固着防止に更に効果がある。この材料を用いた際の処方を以下に示した。
【００５３】
膜の処方は、アルミニウム製の現像スリーブ表面に、４級アンモニウム塩を有するフェノール樹脂と結晶性の小径グラファイト及びカーボンを１７０：３６：４の重量比割合で混合した塗工液を、乾燥膜厚が１０μｍとなるようにコートし、その後、１５０℃環境下で硬化させることによって樹脂膜を得た。膜の厚さは、安定して、且つ、均一な膜を形成するためは、厚さを１０μｍ程度とすることが好ましい。本処方により、第一スリーブのグラファイト露出量を７２％と更に上げることができ、帯電量も、更に１０．８μＣ／ｇと上げることができた。第二スリーブのコートを５０％とした。又、光沢度の測定は東京電色ＧＬＯＳＳＭＥＴＥＲ  ＴＣ−１０８ＤＰ／Ａを用いた。
【００５４】
本発明者らの検討によれば、図１１に示すように、グラファイトの露出量と現像スリーブ表面の光沢度との間には相関関係があることがわかった。本実施例では、これをスリーブ表面コートの管理方法として採用した。このようにすることで、現像特性の指標であるＱ／Ｍ（トリボ）の値を、各現像スリーブ間でほぼ同等にすることができ、その結果として、現像特性であるＶ−Ｄカーブをほぼ同一曲線にすることができた。このことで、画像の階調性並びに階調安定性の制御が可能になり、且つ、耐久寿命の共通化が図れ、又、光沢度によるグラファイトの露出管理により簡易に製造し、品質の安定性を向上すさせることができた。
【００５５】
以上の構成にすることで、本実施例では、高速機対応の現像システムでありながら、第一の目的である、複数の現像スリーブを有する小型現像装置において、各現像スリーブ毎で現像性が異なるのを有効に防ぐことが可能となり、近年のデジタル画像やグラフィック化に対応した画像の階調性並びに階調安定性の要求を満たす現像装置が得られる。又、第二の目的である、複数の現像スリーブを有する現像装置において、各現像スリーブの寿命を共通化することで、サービスマンのメンテナンスにかかる手間を省き、サービスコストを低減することができ、高濃度の画像が安定して得られる現像装置を提供することができる。更に、第三の目的である高速化に対して、画像濃度が高濃度で且つ安定しており、省スペース化すると共に、１００万枚までの寿命の現像装置を提供できた。
【００５６】
＜実施例３＞
本実施例の特徴は、リユース画像形成装置に本発明の現像装置を適用したことである。リユース系トナーは、基本的には転写されずに残りクリーニングで回収された廃トナーであるために、トナーの劣化により、Ｎｅｗトナーと比較してトリボが極端に小さいため、現像性が落ち、且つ、廃トナーの凝集度が高くなり、（Ｓ−Ｂ)gapでのシェアが高まり、膜の削れも多くなる。これを示したのが、図１３−１である。これはリユース径の現像特性である。Ｎｅｗトナーを使用する場合（図９参照）と比較して、全体的に濃度が低く、更に現像スリーブ間の差が大きくなっていることがわかる。
【００５７】
本実施例はこれらのことを鑑みて実施したものである。本実施例では図１０に示したリユース系の画像形成システムで、感光体としてａ−Ｓｉドラムを用いたデジタル復写機について説明する。プロセススピードは６００ｍｍ／ｓの１２０枚／分である。この感光ドラム２０１の表面を、一次帯電器２０３により＋５００Ｖに一様帯電する。次いで、波長６８０μｍの半導体レーザーで６００ｄｐｉでＰＷＭによる露光２１２を行って、感光ドラム２０１上に静電潜像を形成する。次に、現像器２０２により反転現像し、トナー像として可視化する。現像剤には磁性一成分ポジトナーを用い、ジャンピング現像をする。トナー粒径は６．０μｍである。
【００５８】
従来の２成分現像剤では、キヤリアの交換を１０万枚毎にサービスマンが行わねばならずメンテナンスフリーでないため、リユースの利点があまり反映できなかった。本実施例では、耐久性が無限でノーメンテナンスで済む乾式磁性一成分トナーを用いた。現像バイアスは、第一、第二の現像スリーブ共に２４００Ｈｚ、１５００Ｖpp、Ｄｕｔｙ５０％の交流電圧に＋４００Ｖの直充電圧を重畳したバイアス電圧を印加する。（Ｓ−Ｂ)gapは第一が２５０μｍで、（Ｓ−Ｄ)gapは共に２５０μｍとした。その後、ポスト帯電器で総電流＋２００μＡ流してトナー像を帯電させた後、矢印方向に進む転写材に転写帯電器２０４により転写し、定着器７に送ってトナー像を定着する。一方、感光ドラム１上の転写残りのトナーをクリーニング装置２０６により除去、回収して搬送パイプ２０８を通して廃トナー（リユーストナー）を現像ホッパー２０９Ｂに戻す。搬送パイプにはスクリュー状の搬送部材が内部にあり、回転することでリユーストナーを運ぶ。
【００５９】
更に詳細を述べると、図１０に示したように、運ばれたリユーストナーは現像ホッパー２０９Ｂに入れられ再利用される。又、別に、Ｎｅｗトナーはホッパー２０９Ａに入れられ、マグローラ２１Ａ及び２１Ｂにより、磁力で夫々のトナーは引きつけられ、マグローラ２１Ａ及び２１Ｂが回転することにより現像器内にトナーは運ばれる。
【００６０】
本実施例の現像装置では、リユーストナーとＮｅｗトナーを現像器内で混ぜる方法を採用したが、ホッパー内に混合するスペースを設けて、ここで混ぜる構成としても構わない。現像器内で混ぜられたトナーは再び現像スリーブに送られ、感光体上の静電潜像の現像に用いられる。マグローラ２１Ａの通常の回転速度は２回転／分であり、マグローラ２１Ｂの回転速度を適宜に変化させる。即ち、マグローラ２１Ｂの回転の信号は、現像器内のピエゾセンサー（ＴＤＫ製）にトナーの自重がかからなくなり、振動すると、トナー供給信号が発せられる。通常は、マグローラ２１Ｂは、マグローラ２１Ａに対して１０／９０（マグローラ２１Ａ：マグローラ２１Ｂ＝９：１）にする。本実施例の現像器の構成は、実施例２で用いた場合と同様であり、フェノール樹脂と結晶性グラファイト、カーボンを用いた膜で、現像スリーブの径は共にφ２０である。
【００６１】
上記したように、本実施例の現像装置をリユース系に適用することによって、通常のＮｅｗトナーを用いた場合よりも現像性が低くなるため、図１３−１に示したように、Ｎｅｗトナーを用いた場合と比べて更に現像特性に差があったものが、図１３−２に示したように、全体の濃度は若千低いものの、第一現像スリーブのトリボ（Ｑ／Ｍ）を第二現像スリーブと同程度にすることができた。ちなみに第一が８．９μＣ／ｇ、第二が９．４μＣ／ｇであった。このようにすることで、全体的に帯電性の低いリユース系においても、現像特性の指標であるＱ／Ｍ（トリボ）の値をほぼ同等にすることができ、その結果として、現像特性であるＶ−Ｄカーブをほぼ同一曲線にすることができた（図１３−２参照）。又、このことで、画像の階調性並びに階調安定性の制御が可能になり、且つ、複数の現像スリーブにおいて耐久寿命の共通化が図れたリユース系とすることができることがわかった。
【００６２】
以上のような構成により、リユース対応の現像システムであると共に、第一の目的である複数の現像スリーブを有する小型現像装置において、現像スリーブ毎で現像性が異なるのを防ぐことにより、近年のデジタル画像やグラフィック化に対応した画像の階調性並びに階調安定性の要求を満たすことができ、又、第二の目的である複数の現像スリーブを有する現像装置において、現像スリーブの寿命を共通化することであり、サービスマンのメンテナンスにかかる手間を省くことでサービスコストも低減することができ、高濃度の画像が安定して得られる現像装置を提供することができた。又、第三の目的である高速化に対して、濃度が高濃度で且つ安定し、省スペース化すると共に、リユースで環境性に優れた現像装置を提供できた。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、本発明の第一の目的である複数の現像スリーブを有する現像装置において、現像スリーブ毎で現像性が異なるのを有効に防止することが可能となり、近年の、デジタル画像やグラフィック化に対応した画像の階調性並びに階調安定性の要求を充分に満たすことのできる現像装置が提供される。
又、本発明によれば、本発明の第二の目的である複数の現像スリーブを有する小型現像装置において、現象スリーブの寿命を共通化することが可能で、これにより、サービスマンのメンテナンスにかかる手間を省くことでサービスコストを低減でき、本発明の第三の目的である高速化に対して、高濃度の画像が安定して得られる現像装置が提供される。
本発明によれば、更には、以上の第一〜第三の目的を同時に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１−Ａは実施例１の現像装置を簡単に説明するための図であり、図１−Ｂは実施例２の現像スリーブを説明するための図である。
【図２】図２は実施例１及び実施例２で用いる画像形成装置を説明するための図である。
【図３】図３は実施例１で用いる現像スリーブの磁極配置を説明するための図である。
【図４】図４は実施例１で用いる現像バイアスを説明するための図である。
【図５】図５は本実施例の複数スリーブとシールの関係を説明するための図である。
【図６】図６は、本実施例の複数スリーブとシールの長手方向の関係を説明するための図である。
【図７】図７は、粉体の抵抗を測定する方法を説明するための図である。
【図８】図８−１、８−２、８−３はグラファイトの露出量と帯電量、濃度、汚染を説明するための図である。
【図９】図９は、従来例における現像特性を説明するための図である。
【図１０】図１０は、実施例３のリユース画像形成装置を説明するための図である。
【図１１】図１１は、従来のリユース画像形成装置の現像特性を説明するための図である。
【図１２】図１２は実施例１で改良された現像特性を説明するための図である。
【図１３】図１３一１は、従来のリユース系の現像特性を説明するための図であり、図１３−２は実施例３のリユース系の現像特性を説明するための図である。。
【図１４】図１４は、磨き回数とグラファイトの露出量の関係を説明するための図である。
【図１５】図１５は従来の画像形成装置を説明するための図である。
【符号の説明】
１：ドラム感光体
２：現像器
３：一次帯電器
４：転写帯電器
５：分離帯電器
６：クリー二ング装置
７：定着装置
９：現像器ホッパー
１０：ポスト帯電器
１２：画像露光
２０：第一の現像スリーブ
３０：第二の現像スリーブ
【図１】
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【図２】
0004418570.tif 000009
【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】
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【図８】
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【図９】
0004418570.tif 000016
【図１０】
0004418570.tif 000017
【図１１】
0004418570.tif 000018
【図１２】
0004418570.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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