(57)【要約】【課題】現像器を複数有し、それぞれの現像器内に収容される現像剤を現像剤担持体上に担持させた現像剤を用いて現像をおこなう多段現像方式の現像装置において、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現して高品位な画質を得る。【解決手段】上流側現像器２０ａと下流側現像器２０ｂを感光体ドラム２に沿って配置し、それぞれの現像スリーブ２１ａ，２１上に担持した現像剤を用いて重複して段階的に現像を行う現像装置５において、上流側現像器２０ａの現像剤収容部２４ａに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアに較べて、下流側現像器２０ｂの現像剤収容部２４ｂに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗が高い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界発生手段を内包し表面に該現像剤収容部内の現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像器を、像担持体の表面移動方向に沿って複数配置し、該現像剤担持体と該像担持体との間に現像電界を作用させて、該像担持体上に形成された潜像に対して該複数の現像剤担持体上に担持した現像剤を用いて重複して段階的に現像を行う現像装置において、
上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗が高いことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径が小さいことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２の現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの比誘電率に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの比誘電率が小さいことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の何れかの現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積が大きいことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の何れかの現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアと較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアが上記トナーと摩擦帯電させた際に得られる帯電量が低い表面材料からなることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、上記現像手段として請求項１乃至５の現像装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置及びその画像形成装置に採用される現像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の画像形成装置においては、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を用いた現像装置が広く用いられている。２成分現像剤を用いた現像装置としては、内部に複数の磁極が設けられ回転可能に支持された非磁性のスリーブからなる現像剤担持体を有し、現像剤担持体にバイアス電圧を印加することにより現像剤担持体と像担持体との間に形成した現像電界の作用により、現像剤担持体表面に担持した現像剤中のトナーにより像担持体上の潜像を現像する構成が知られている。
【０００３】
２成分現像剤を用いた現像装置において、高速対応による画像濃度不足抑制のため、像担持体の表面移動方向に沿って現像をおこなう複数の現像担持体を配置し、潜像担持体上に形成された潜像に対して重複して段階的に現像を行う多段現像方式が知られている。
【０００４】
多段現像方式を用いた現像装置として、特許文献１に記載されるように、一つの現像装置内に複数の現像剤担持体を近接配置し、上流側現像担持体表面から下流側現像担持体表面に現像剤を受け渡しながら多段現像を行う構成が知られている。しかし、現像剤を受け渡しながら現像をおこなう構成では、上流側現像剤担持体による上段現像で現像剤中のトナーの多くが消費されてしまうと、下流側現像剤担持体による下段現像では、十分な画像濃度が得られないという問題がある。一方、多段現像方式を用いた現像装置として、現像剤担持体を備えた現像器を複数有し、現像剤担持体上にそれぞれの現像器内に収容される現像剤を担持させて多段現像をおこなう構成も知られている。この構成では、それぞれの現像器内に収容される現像剤を用いて現像を行うので、上段現像によるトナー消費の影響を下段現像がうけるという問題は生じない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、２成分現像剤を用いた現像装置では、比較的抵抗の低い磁性キャリアを含む現像剤を用いて現像能力の向上を図ることが可能である。詳しくは、比較的抵抗の低い磁性キャリアを含む現像剤を用いて現像剤全体の電気抵抗を低下させることにより、潜像電位とバイアス電位の差に対するトナー付着量特性である現像特性の現像γを立たせて、潜像電位とバイアス電位の差の大きい高濃度領域のトナー付着量を増加させるものである。上記複数の現像器からなる多段現像装置においても、比較的抵抗の低い磁性キャリアを含む現像剤を用いることにより、さらに画像濃度不足を効果的に抑制することが可能である。しかしながら、現像γを立たせた現像特性では、例えば１ドット画像などの潜像電位とバイアス電位の差の小さい低濃度領域の再現性は劣ってしまう。
【０００６】
このように、高濃度領域の画像濃度不足を抑制するために多段現像装置で比較的抵抗の低い磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合、低濃度領域の再現性は劣ったものとなり、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現した高品位な画像を得ることは難しい。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、現像剤担持体を備えた現像器を複数有し、それぞれの現像器内に収容される現像剤を現像剤担持体上に担持させた現像剤を用いて現像をおこなう多段現像方式の現像装置において、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現して高品位な画質を得ることができる現像装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界発生手段を内包し表面に該現像剤収容部内の現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像器を、像担持体の表面移動方向に沿って複数配置し、該現像剤担持体と該像担持体との間に現像電界を作用させて、該像担持体上に形成された潜像に対して該複数の現像剤担持体上に担持した現像剤を用いて重複して段階的に現像を行う現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗が高いことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径が小さいことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの比誘電率に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの比誘電率が小さいことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の何れかの現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積に較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積が大きいことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の何れかの現像装置において、上記複数の現像器のうち、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアと較べて、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアが上記トナーと摩擦帯電させた際に得られる帯電量が低い表面材料からなることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、上記現像手段として請求項１乃至５の現像装置を採用することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、複数の現像器からなる多段現像装置で、複数の現像器で抵抗の異なる磁性キャリアを含む現像剤を用いて異なる現像特性の現像をおこなうものである。上流側現像器による上段現像では比較的抵抗の低い磁性キャリアを用いて現像剤全体の抵抗を低下させることにより、高濃度領域の現像能力を向上させた現像γを立たせた現像特性とする。下流側現像器による下段現像では上段現像よりも抵抗の高い磁性キャリアを用いて現像剤全体の抵抗の低下を抑えることにより、低濃度領域の現像能力を向上させた上段現像より現像γを寝かせた現像特性とする。これにより、上段現像では高濃度領域の画像濃度不足抑制を優先した現像をおこない、下段現像では低濃度領域である１ドット等の再現性を向上させた現像をおこなう。一方、従来の複数の現像器からなる多段現像装置では、複数の現像器で同じ磁性キャリアを含む現像剤を用いているので、現像剤の抵抗による現像特性の差は得られない。本発明においては、上段現像の現像特性を、下段現像の現像特性で補うようにすることで、高濃度領域の画像濃度不足抑制と低濃度領域の再現性とを両立し、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現した高品位な画像を得ることができる。
なお、本発明とは逆に上段現像では下段現像に較べて抵抗の高い磁性キャリアを用い、下段現像で比較的抵抗の低い磁性キャリアを用いる構成も考えられる。しかしながら、この構成では、現像能力が高まり過ぎた場合に付着量過多となってしまう虞がある。このため、画像形成時の過剰なトナー付着を抑制するという観点からも、本発明の構成が優れているといえる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、現像剤担持体を備えた現像器を複数有し、それぞれの現像器内に収容される現像剤を現像剤担持体上に担持させた現像剤を用いて現像をおこなう多段現像方式の現像装置において、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現して高品位な画質を得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】本プリンタに採用されるの現像装置の一例の概略構成図。
【図３】本プリンタに採用されるの現像装置の他例の概略構成図。
【図４】実施例１の現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示したグラフ。
【図５】実施例２の現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示したグラフ。
【図６】磁性キャリアの抵抗測定法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更や修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更や修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１３】
本発明を、画像形成装置としての電子写真式レーザプリンタ（以下「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。
まず、図１を用いて、本実施形態に係るプリンタの全体の概略構成について説明する。このプリンタは、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色の画像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋを備え、これらを転写搬送部材としての転写ベルト６に沿って縦一列に配置した画像形成装置である。画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋは、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋを備えている。尚、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの色順は、図１に限るものでなく、他の並び順であっても構わない。
【００１４】
画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの左側側方には、画像データに基づいて各感光体ドラム２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの表面にレーザー光を走査しながら照射する光書込み手段４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋが配置されている。
【００１５】
４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの下方には給紙部６０を備えている。給紙部６０は、転写紙Ｐを格納して、画像形成時には転写紙Ｐを転写搬送部材としての転写ベルト６に向けて給送する。転写ベルト６は、複数の張架ローラに張架され、図中時計回り方向に表面移動可能な無端状ベルトである。転写ベルト６の各感光体ドラム２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋと対向する内側には、転写手段８Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋが配置されている。転写ベルト６は、給紙部６０から給送された転写紙Ｐをその表面に担持して搬送しながら、転写手段８Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋにより各感光体ドラム２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ上に形成されたトナー像を転写紙Ｐ上に順次重ね合せて転写する。また、転写手段８Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋより下流には、転写ベルト６表面に当接するベルトクリーナ６５を有している。
【００１６】
４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの上方には、転写ベルト６により搬送された転写紙Ｐに未定着トナー像を定着する定着装置６６を備えている。定着装置６６は、加熱ローラ６８と加圧ローラ６７とを有し、転写紙Ｐ上のトナー像を圧力と熱とによって転写紙Ｐに定着させる。
【００１７】
次に、４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋについて説明する。なお、４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋは、収容される現像剤に含まれるトナーの色が異なる以外は、同じ構成、同じ動作であるので、以下Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋを省略して、画像形成ユニット１として説明する。
【００１８】
画像形成ユニット１は、感光体ドラム２の周囲に、帯電手段３、後述する現像装置５、クリーニング手段７等を備えている。画像形成ユニット１では、帯電手段３により感光体ドラム２表面を帯電する。所定の電位に帯電した感光体ドラム２表面には、光書込手段４により画像データに基づくレーザー光が走査され、静電潜像が書き込まれる。静電潜像を担持した感光体ドラム２表面が現像装置５に到達すると、感光体ドラム２表面の静電潜像にトナーが供給されて、トナー像が形成される。
【００１９】
上記の動作が画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋに同様にして所定のタイミングで行われ、感光体ドラム２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ表面にはそれぞれ所定の色のトナー像が形成される。一方、給紙部６０より転写紙Ｐが給紙され、転写ベルト６に担持される。画像形成ユニット１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの画像形成動作タイミングと合わせて、転写ベルト６は転写紙Ｐを搬送しながら、転写紙Ｐ上に各感光体ドラム２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ上のトナー像を順次転写していく。一方、トナー像を転写後の感光体ドラム２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋは、核クリーニング手段７Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋによりクリーニングされる。トナー像が転写された転写紙Ｐは、転写ベルト６から分離して定着装置６６へ搬送され、トナー像が定着される。トナー像が定着された転写紙Ｐは機外に排出される。一方、転写紙Ｐが分離した後の転写ベルト６表面は、ベルトクリーナ６５によってその表面に付着したトナー等の汚れが除去される。
【００２０】
次に、本実施形態の特徴部である現像装置５について説明する。
図２は、本実施形態に係る現像装置５の一例の概略構成図である。図２の現像装置５は、感光体ドラム２の表面移動方向に沿って２つの現像器を有しており、２つの現像器をそれぞれの筺体を介して一体的に設けたものである。２つの現像器はそれぞれ現像剤担持体を有しており、感光体ドラム２の表面移動方向に沿って現像をおこなう２つの現像担持体を配置し、感光体ドラム２上に形成された潜像に対して重複して段階的に現像を行う多段現像装置である。
【００２１】
２つの現像器のうち感光体ドラム２の表面移動方向に対して上流側となる上流側現像器２０ａは、マグネットを固設したマグネットロール（不図示）を内包する現像剤担持体として非磁性の回転可能な現像スリーブ２１ａと、現像剤を収容する現像剤収容部２４ａと、現像剤収容部２４ａ内の現像剤を攪拌しながら循環搬送するスクリュウ２５ａ、２６ａと、現像スリーブ２１ａ上の現像剤層を規制する規制部材２３ａとを有している。また、２つの現像器のうち感光体ドラム２の表面移動方向に対して下流側となる下流側現像器２０ｂは、同様に、磁界発生手段を内包する現像剤担持体としての非磁性の回転可能な現像スリーブ２１ｂと、現像剤を収容する現像剤収容部２４ｂと、現像剤収容部２４ｂ内の現像剤を攪拌搬送するスクリュウ２５ｂ、２６ｂと、現像スリーブ２１ａ上の現像剤層を規制する規制部材２３ｂとを有している。
【００２２】
上流側現像器２０ａの現像スリーブ２１ａと、下流側現像器２０ｂの現像スリーブ２１ｂとは、それぞれ感光体ドラム２の表面に近接するよう配置され、その対向領域がそれぞれの現像領域を形成する。また、現像スリーブ２１ａと感光体ドラム２とが対向する上流側現像領域と、現像スリーブ２１ｂと感光体ドラム２とが対向する下流側現像領域とに、現像電界をそれぞれ形成するために各現像スリーブ２１ａ、２１ｂを介して現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段(不図示）を備えている。現像領域では、現像スリーブ２１ａ、２１ｂ上に穂立ちした現像剤からなる磁気ブラシが感光体ドラム２の表面に接触して形成された現像電界の作用により、以下の２段現像を行う。なお、上流側現像器２０ａの現像スリーブ２１ａによる現像を上段現像、下流側現像器２０ｂの現像スリーブ２１ｂによる現像を下段現像という。
【００２３】
上記構成の現像装置５では、静電潜像を担持した感光体ドラム２が現像装置５に到達すると、感光体ドラム２上に形成された潜像に対して重複して段階的に上段現像、次いで下段現像の２段現像が行われる。まず、上流側現像器２０ａでは、内包するマグネットから発せられる磁力により現像スリーブ２１ａ上に現像剤収容部２４ａ内の現像剤が担持される。現像剤収容部２４ａ内の現像剤は、必要に応じてトナーボトル（不図示）からトナーが補給されてトナー濃度が調整される。また、現像剤収容部２４ａ内の現像剤は、スクリュウ２５ａとスクリュウ２６ａとに互いに逆方向に攪拌搬送されながら軸方向端部の連通部を介して循環搬送されており、感光体ドラム２上の潜像を現像するのに必要な帯電量を付与される。現像スリーブ２１ａに担持された現像剤は現像スリーブ２１ａの回転により規制部材２３ａにより層厚を規制された後、上流側現像領域まで搬送される。上流側現像領域では、現像バイアス印加手段(不図示）により形成された現像電界の作用で、現像スリーブ２１ａに担持した現像剤により感光体ドラム２上の潜像を現像する。上流側現像領域通過後の現像スリーブ２１ａ上の現像剤は、現像剤収容部２４ａ内に回収される。
【００２４】
次いで、下流側現像器２０ｂでは、内包するマグネットから発せられる磁力により現像スリーブ２１ｂ上に現像剤収容部２４ｂ内の現像剤が担持される。このとき、現像剤収容部２４ｂ内の現像剤は、必要に応じてトナーボトル（不図示）からトナーが補給されてトナー濃度を調整される。また、現像剤収容部２４ｂ内の現像剤は、スクリュウ２５ｂとスクリュウ２６ｂとに互いに逆方向に攪拌搬送されながら軸方向端部の連通部を介して循環搬送されており、感光体ドラム２上の潜像を現像するのに必要な帯電量を付与される。現像スリーブ２１ｂに担持された現像剤は現像スリーブ２１ｂの回転により規制部材２３ｂにより層厚を規制された後、下流側現像領域まで搬送される。下流側現像領域では、現像バイアス印加手段(不図示）により形成された現像電界の作用で、現像スリーブ２１ｂに担持した現像剤により感光体ドラム２上の潜像を現像する。下流側現像領域通過後の現像スリーブ２１ｂ上の現像剤は、現像剤収容部２４ｂ内に回収される。
【００２５】
図２の現像装置５は、上流側現像器２０ａと下流側現像器２０ｂとは一体的に形成されているが、上述のようにそれぞれの現像剤収容部２４ａ，２４ｂ内に収容される現像剤を用いて、感光体ドラム２上に形成された潜像に対して重複して段階的に現像を行うものである。上流側現像器２０ａの現像スリーブ２１ａと下流側現像器２０ｂの現像スリーブ２１ｂとは、筺体の一部である隔壁２２によって隔てられており、現像スリーブ２１ａと現像スリーブ２１ｂとの間で現像剤の受け渡しはおこなわれない。
【００２６】
現像スリーブ２１ａ、２１ｂ表層はサンドブラスト等であらし、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は１０［μｍ］〜３０［μｍ］程度の範囲が良好である。これより粗くなると現像剤の担持量が極端に増加して現像剤落ち等の問題が発生する。また表面粗さＲｚが１０［μｍ］を下回ると現像剤を確実に搬送できなくなる場合もある。この場合は、十分な現像剤量が保持できず、結果的には現像剤汲み上げ量不足から現像能力低下をきたして目標とする画像濃度を得ることができなくなる。なお、現像スリーブ２１ａ、２１ｂの表面は適宜、溝を形成したり特定の粒子を付着させたりする等の構成もあり、サンドブラストに限定するものではない。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る現像装置５の他の例の概略構成図である。図３の現像装置５は、感光体ドラム２の表面移動方向に沿って２つの現像器３０ａ、３０ｂを別体として設け、それぞれの現像器３０ａ、３０ｂが備える現像担持体により、感光体ドラム２上に形成された潜像に対して重複して段階的に現像を行う多段現像装置である。なお、図３では、図２と感光体ドラム２の回転方向が逆であり、図３中下方が上流側現像器３０ａとなり、上方が下流側現像器３０ｂとなる。
【００２８】
図３の現像装置における構成・動作は、図２の現像装置における構成・動作と基本的には同じである。ここでは、図３の現像装置５を用いて、現像剤担持体および現像剤の動きについて詳しく説明する。上流側現像器３０ａ、下流側現像器３０ｂは、それぞれ現像剤担持体としての現像スリーブ３１ａ，３１ｂを備えている。現像スリーブ３１ａ、３１ｂは、非磁性の円筒状のステンレス鋼製スリーブで構成されており、内部にマグネット３７ａ，３７ｂがそれぞれ配設されている。各マグネット３７ａ，３７ｂは固定配置されており、現像剤が現像スリーブ３１ａ、３１ｂ上の所定箇所を通過するときにその箇所に対応したマグネット３７ａ，３７ｂから磁力が作用するようになっている。
【００２９】
具体的には、現像スリーブ３１ａ、３１ｂとして、直径がφ２０［ｍｍ］、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）１０［μｍ］〜２０［μｍ］範囲になるよう表面をサンドブラスト処理したものをを用いている。上流側の現像スリーブ３１ａに内蔵されたマグネット３７ａは、規制部材３３ａによる規制箇所から現像スリーブ３１ａの回転方向にＮ極（磁極Ｎ１）、Ｓ極（磁極Ｓ１）、Ｎ極（磁極Ｎ２）、Ｓ極（磁極Ｓ２）、Ｓ極（磁極Ｓ３）の５つの磁極を配置している。また、下流側の現像スリーブ３２ｂに内蔵されたマグネット３７ｂは、規制部材３３ｂによる規制箇所から現像スリーブ３１ｂの回転方向にＮ極（磁極Ｎ１）、Ｓ極（磁極Ｓ１）、Ｎ極（磁極Ｎ２）、Ｓ極（磁極Ｓ２）、Ｓ極（磁極Ｓ３）の５つの磁極を配置している。なお、マグネット３７ａ，３７ｂの磁極の配置は、図３の構成に限定されるものではなく、現像スリーブ３１ａ、３１ｂの周囲の規制部材３３ａ，３３ｂ等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。
【００３０】
上流側現像器３０ａは、現像剤収容部３４ａ内に収容されたの現像剤を攪拌搬送する攪拌搬送部材としての２本のスクリュウ３５ａ，３６ａを備えている。現像スリーブ３１ａ上には、マグネット３７ａの磁力により現像剤収容部３４ａ内のトナーと磁性キャリアとからなる現像剤がブラシ状に担持される。図３の現像装置５において、現像スリーブ３１ａ、３１ｂに担持されている一部の現像剤以外は図示を省略しているが、現像剤収容部３４ａ内の現像剤は、現像剤収容部３４ａ内のスクリュウ３５ａ、３６ａ、現像スリーブ３１ａの回転力、マグネット３７ａの磁力によって攪拌され、トナーは磁性キャリアとの摩擦帯電により電荷が付与される。これにより、現像スリーブ３１ａ上の磁気ブラシ中のトナーは、感光体ドラム２上の潜像を現像するのに必要な帯電量をもつ。現像スリーブ３１ａ上の現像剤は現像スリーブ３１ａの回転により、規制部材３３ａにより層厚を規制された後、上流側現像領域まで搬送される。規制部材３３ａは、現像スリーブ３１ａとの対向部で現像スリーブ３１ａ上に担持された現像剤の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤が上流側現像領域まで搬送されるようにしている。ここで、規制部材３３ａに対向した磁極Ｎ１を、規制部材３３ａとの対向位置よりも現像スリーブ３１ａ回転方向上流側に数度傾斜して配置している。これにより、現像剤収容部３４ａ内における現像剤の循環流を容易に形成することができる。
【００３１】
下流側現像器３０ｂでも、同様の構成・動作を行う。現像スリーブ３１ｂ上には、マグネット３７ｂの磁力により現像剤収容部３４ｂ内のトナーと磁性キャリアとからなる現像剤がブラシ状に担持される。現像剤収容部３４ｂ内の現像剤は、２本のスクリュウ３５ｂ、３６ｂ、現像スリーブ３１ｂの回転力、マグネット３７ｂの磁力によって攪拌され、トナーは磁性キャリアとの摩擦帯電により電荷が付与される。これにより、現像スリーブ３１ｂ上の磁気ブラシ中のトナーは、感光体ドラム２上の潜像を現像するのに必要な帯電量をもつ。現像スリーブ３１ｂの現像剤は現像スリーブ３１ｂの回転により、規制部材３３ｂにより層厚を規制された後、下流側現像領域まで搬送される。規制部材３３ｂは、現像スリーブ３１ｂとの対向部で現像スリーブ３１ｂ上に担持された現像剤の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤が下流側現像領域まで搬送されるようにしている。ここで、規制部材３３ｂに対向した磁極Ｎ１を、規制部材３３ａとの対向位置よりも現像スリーブ３１ｂ回転方向上流側に数度傾斜して配置している。これにより、現像剤収容部３４ｂ内における現像剤の循環流を容易に形成することができる。
【００３２】
上流側現像領域、下流側現像領域まで搬送された現像スリーブ３１ａ，３１ｂ上のトナーの帯電量としては、−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。上流側現像領域では、現像バイアス印加手段(不図示）により形成された現像電界の作用で、現像スリーブ３１ａに担持した現像剤により感光体ドラム２上の潜像を現像する。次いで、下流側現像領域では、現像バイアス印加手段(不図示）により形成された現像電界の作用で、現像スリーブ３１ｂに担持した現像剤により感光体ドラム２上の潜像を現像する。
【００３３】
このように、図３の現像装置５では、上流側現像器３０ａと下流側現像器３０ｂとは別体に形成されており、それぞれの現像剤収容部３４ａ，３４ｂ内に収容される現像剤を用いて、感光体ドラム２上に形成された潜像に対して重複して段階的に現像を行う多段現像装置である。図３の構成においても、上流側現像器３０ａの現像スリーブ３１ａによる現像を上段現像、下流側現像器３０ｂの現像スリーブ３１ｂによる現像を下段現像という。
【００３４】
図２、図３の現像装置５は何れも、感光体ドラム２上の回転方向に対して２本の現像スリーブを配置し、それぞれの現像剤収容部内に収容される現像剤を用いて現像を行う多段現像装置である。このため、上流側現像器と下流側現像器とで、各現像剤収容部に異なる特性を有する磁性キャリアを含む現像剤を収容することにより、上段現像と下段現像とで異なる現像特性の現像をおこなうことが可能である。そこで、下流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗が、上流側現像器に収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗に較べて高いものとする。
【００３５】
ここで、現像剤全般について説明する。
まず、本実施形態の現像装置５の現像剤に用いるトナーについて説明する。本実施形態のトナーは、高画質画像を実現するために、平均粒径が３［μｍ］〜８［μｍ］であることが有利である。重量平均粒径３［μｍ］未満では長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が発生する。また重量平均粒径が８［μｍ］を超える場合では１００［μｍ］以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散り等が発生した場合に画像品位が劣る傾向となる。
【００３６】
以下、トナーの詳細を示す。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体：スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体：ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
【００３７】
ポリエステル樹脂としては以下のＡ群に示したような２価のアルコールと、Ｂ群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにＣ群に示したような３価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
【００３８】
Ａ群：エチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４ブテンジオール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（２，０）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等。
【００３９】
Ｂ群：マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
【００４０】
Ｃ群：グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の３価以上のカルボン酸等。ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と２価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に１個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に２個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【００４１】
顔料としては以下のものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
【００４２】
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキが挙げられる。
【００４３】
橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダンスレンブリリアントオレンジＧＫが挙げられる。
【００４４】
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂが挙げられる。
【００４５】
紫色顔料としては、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
【００４６】
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーＢＣが挙げられる。
【００４７】
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ等がある。
【００４８】
これらは１種または２種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本発明では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【００４９】
また、本実施形態のトナーには電荷制御剤をトナー粒子内部に配合（内添）している。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本発明では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【００５０】
また、本実施形態におけるトナーには定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は６５〜９０℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラー温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【００５１】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を２種以上混合した物でも良い。
【００５２】
樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度（Ｔｇ）において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のＴｇや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Ｔｇ低下に伴う保存性の低下はない。また、低分子量化に伴う高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【００５３】
なお、トナー粒子の円形度はフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００（東亜医用電子株式会社製）により平均円形度として計測した。
【００５４】
また、本実施形態のトナーは流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させる。この無機微粉体の平均粒径は１０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］が適している。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００５５】
本実施形態の無機微粉体としてはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物が挙げられる。これらのうち二酸化珪素（シリカ）、二酸化チタン（チタニア）、アルミナの微粒子が好適に用いられる。
【００５６】
さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
【００５７】
無機微粉体はトナーに対して０．１〜２［重量％］使用されるのが好ましい。０．１［重量％］未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２［重量％］を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【００５８】
また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は１０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］の小さい粒径のものが最適である。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００５９】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン（登録商標）粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
【００６０】
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製するスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【００６１】
トナーの抵抗調整は導電性材料の含有、分散による行う。材料はカーボン系ではアセチルブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、炭素繊維、黒鉛等を上げる事ができる。また金属系では酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｃｕ，Ｎｉ等の金属粉末がある。これを適宜トナーバインダ樹脂に分散する事で抵抗調整が可能である。
【００６２】
次に、本実施形態の現像装置５の現像剤に用いる磁性キャリアについて説明する。
＜磁性キャリアの作製方法＞
磁性粒子は鉄、クロム、ニッケル、コバルト、亜鉛、銅、などの金属、或いはそれらの化合物や合金、例えばγ−酸化第二鉄、二酸化クロム、酸化マンガン、フェライトといった強磁性体や常磁性体の球形化された粒子、又はそれら磁性体粒子表面をシリコーン樹脂、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステルなどの樹脂で球状に被覆するか、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂や脂肪酸ワックスの球形粒子をつくるかして得られた粒子を用いる。
【００６３】
＜磁性キャリア製造例＞
湿式法により作成したマグネタイト１００重量部に対してポリビニルアルコール２重量部、水６０重量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。さらに、この中に低抵抗粒子として、体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下であり、粒径８０［ｎｍ］の鉄やＳＵＳ等の金属粒子に表面をシリコーンコーティングしたものを１０重量部混合する。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径３８［μｍ］の球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で１０００［°Ｃ］の温度で３時間焼成後冷却し核体粒子を得た。
【００６４】
シリコーン樹脂溶液：１００重量部
トルエン：１００重量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：６重量部
カーボンブラック：１０重量部
【００６５】
上記混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液を調整した。この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて核体粒子を１０００重量部の表面にコーティングして、本実施形態の磁性キャリアとしてシリコーン樹脂被覆キャリアを得た。
【００６６】
このようにして製造した磁性キャリアの特性は以下の通りであった。
平均粒径：３８［μｍ］
飽和磁化：６０［ｅｍｕ／ｇ］
【００６７】
ここで、磁性キャリア中に混ぜる粒径８０［ｎｍ］の低抵抗粒子の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］を越えると、その粒子の比誘電率が減少するため、磁性キャリア全体の比誘電率も減少し、その結果、現像能力の低下を招いてしまうので好ましくない。
【００６８】
次に、磁性キャリアの抵抗や比誘電率の測定方法を説明する。
まず、磁性キャリアの抵抗の測定方法について説明する。磁性キャリアは金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層がシリコーン樹脂等で被覆されたものである。磁性キャリアの粒径としては、２０〜５０［μｍ］の範囲が好適である。また、磁性キャリアの抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０８［Ω］〜１０１４［Ω］の範囲が好適である。
【００６９】
図６は、磁性キャリアの抵抗の測定装置の概略構成図である。図６に示す測定装置を用いて、磁性キャリア１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定を次のように行った。まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０［ｍｍ］の回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５［ｍｍ］及び長さＬ＝０．５〜１［ｍｍ］の対向面積を有する対向電極（規制ブレード）２０２を、ギャップｇ＝０．９［ｍｍ］で対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００［ｒｐｍ］（線速６２８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性キャリア１１を所定量（１４［ｇ］）だけ担持させ、スリーブ２０１の回転により磁性キャリアを１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＩＩ［Ａ］を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコーンコートキャリアでは４００［Ｖ］から鉄粉キャリアでは数［Ｖ］）の印加電圧Ｅ［Ｖ］を５分間印加する。本実施形態では印加電圧Ｅとして１００［Ｖ］を印加した。そして、印加電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＱ［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの測定結果から、下記数式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
【００７０】
【数１】
2012237954.tif 000003
【００７１】
上述の製造方法で得られた磁性キャリアのダイナミック抵抗ＤＲの値は、例えば後述する実施例１の上流側現像器２０ａの現像剤に含まれるものでは６×１０８[Ω]、下流側現像器２０ｂの現像剤に含まれるものではでは５×１０１２[Ω]であった。
【００７２】
次に、磁性キャリアの比誘電率の測定は、図６の測定装置において、同様にしてスリーブ２０１の回転を停止し、電流計２０３に替えて比誘電率を測定する誘電率測定器を設け、スリーブ２０１には直流電源２０４に替えて交流電源でＡＣバイアスを印加する。誘電率測定器としては、日置電機社製  ＬＣＲハイテスタ  ３５３２（シリアル番号  ２００１−０３４０７７１）を使用する事でスリーブ２０１の軸と対向電極２０２間に挟まれたキャリアの比誘電率を測定する事が可能である。従来の磁性キャリアの比誘電率は３であったのに対して、上記製造例の磁性キャリアの比誘電率は１７であった。
【００７３】
＜実施例１＞
図２の現像装置５を用いた実施例１に基づきさらに詳細に説明する。
上流側現像器２０ａの現像スリーブ２１ａは現像剤収容部２４ａ内の現像剤を、下流側現像器２０ｂの現像スリーブ２１ｂは現像剤収容部２４ｂ内の現像剤をそれぞれ担持する。現像スリーブ２１ａ、２１ｂ上に担持された現像剤は、現像スリーブ２１ａ、２１ｂの回転により、現像剤は規制部材２３ａ、２３ｂにより層厚を規制された後、上流側現像領域、下流側現像領域まで搬送される。規制部材２３ａと現像スリーブ２１ａの最近接部における間隔、規制部材２３ｂと現像スリーブ２１ｂの最近接部における間隔は、何れも３００［μｍ］に設定している。また、現像スリーブ２１ａと感光体ドラム２とのギャップ、現像スリーブ２１ｂと感光体ドラム２とのギャップは、何れも３００[μｍ]に設定されている。現像ギャップは適宜、現像条件に応じて調整され得るものである。上流側現像領域では、現像バイアス印加手段(不図示）から現像スリーブ２１ａに印加されたＡＣ電圧により形成された現像電界の作用で、現像スリーブ２１ａに担持した現像剤により感光体ドラム２上の潜像を現像する。下流側現像領域では、現像バイアス印加手段(不図示）から現像スリーブ２１ｂに印加されたＡＣ電圧により形成された現像電界の作用で、現像スリーブ２１ｂに担持した現像剤により感光体ドラム２上の潜像を現像する。本実施例では感光体ドラム２と現像スリーブ２１ａ、２１ｂとの進行方向が同じであるので、感光体ドラム２と現像スリーブ２１ａ、２１ｂとの線速比（差）により現像が促進される。さらに、ＡＣ電圧を印加することで、現像電界が時間変化するので磁性キャリアからトナーが離脱することと往復動を含め運動することで現像が促進される。このような条件の２段現像により、ベタ部でのトナー付着量が０．４３［ｍｇ／ｃｍ２］、帯電量が平均で−３１［μＣ／ｇ］であった。
【００７４】
ここで、現像バイアスとしてＡＣ電圧を印加した場合の効果について説明する。本実施例では、現像スリーブ２１ａと感光体ドラム２とのギャップ、現像スリーブ２１ｂと感光体ドラム２とのギャップは、何れも０．３［ｍｍ］に設定されている。面積は、現像の有効幅を３２０［ｍｍ］とすると、３２０［ｍｍ］（幅）×５［ｍｍ］（ニップ長さ）である。ここで、現像スリーブ２１ａ、２１ｂと感光体ドラム２との間にＡＣ電界を形成する。具体的には、現像スリーブ２１ａ、２１ｂに印加されるＤＣの現像バイアス電圧に対して電極に現像バイアスと同等のＤＣとピーク・ツー・ピーク電圧０．１〜０．８［ｋＶ］程度のＡＣ電圧を印加する。波形は矩形波が好ましく、周波数は６〜１５［ｋＨｚ］の範囲である。Ｄｕｔｙ、すなわち矩形波における現像剤を現像スリーブ２１ａ、２１ｂに戻す電圧を印加する時間に対して現像を促進する時間の比率が小さい範囲で両者の和の時間に対する現像促進側の時間の比率を％で表したものである。この値の決め方によると２０から４０％が良好である。しかし、これは適宜トナーの特性、現像スリーブ２１ａ、２１ｂの特性等に応じて調整すれば良い。ここでＡＣ電界が形成され、トナーが電荷を保持しているため電界に応じて電界の向きが時間に応じて入れ替わるため、トナーはトナーの担持体である磁性粒子から離脱し易くなる。同様に現像スリーブ２１ａ、２１ｂに直接付着したトナーも同様に離脱し易くなる。離脱したトナーは感光体ドラム２と現像スリーブ２１ａ、２１ｂに印加されたバイアス電圧と感光体ドラム２に形成された静電潜像により形成される電界によって感光体ドラム２上に付着、現像され、顕像化される。
【００７５】
本実施例の現像装置５においては、全画像濃度領域に渡って感光体ドラム２上の潜像を忠実に再現した高品位な現像、すなわち、潜像電位に対応して直線的な付着量の現像γ特性を得ようとしたものである。上流側現像器２０ａの現像剤収容部２４ａ内には、比較的低抵抗の磁性キャリアを含む現像剤を収容し、下流側現像器２０ｂの現像剤収容部２４ｂ内には、上段現像よりも高抵抗の磁性キャリアを含む現像剤を収容する。
【００７６】
上流側現像器３０ａによる上段現像では比較的抵抗の低い磁性キャリアを用いて現像剤全体の抵抗を低下させることにより、高濃度領域の現像能力を向上させた現像γを立たせた現像特性とする。下流側現像器２０ｂによる下段現像では上段現像よりも抵抗の高い磁性キャリアを用いて現像剤全体の抵抗の低下を抑えることにより、低濃度領域の現像能力を向上させた上段現像より現像γを寝かせた現像特性とする。これにより、上段現像では高濃度領域の画像濃度不足抑制を優先した現像をおこない、下段現像では低濃度領域である１ドット等の再現性を向上させた現像をおこなう。一方、従来の複数の現像器からなる多段現像装置では、複数の現像器に同じ磁性キャリアを含む現像剤を収容しているので、現像剤の抵抗による現像特性の差は得られない。本実施例においては、上段現像の現像特性を、下段現像の現像特性で補うようにすることで、高濃度領域の画像濃度不足抑制と低濃度領域の再現性とを両立し、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現した高品位な画像を得ることができる。
【００７７】
本実施例では、上流側現像器２０ａの現像剤収容部２４ａには比較的低抵抗の磁性キャリアを含む現像剤を収容し、下流側現像器２０ｂの現像剤収容部２４ｂには、上流側よりも高抵抗の磁性キャリアを含む現像剤を収容する。具体的には、上流側現像器２０ａの磁性キャリアのダイナミック抵抗ＤＲは１０８[Ω]、下流側現像器２０ｂの磁性キャリアはダイナミック抵抗ＤＲが１０１２[Ω]である。また、磁性キャリアの比誘電率は１７であった。なお、ダイナミック抵抗の測定、比誘電率の測定は上述の図６の方法による。
【００７８】
また、現像スリーブ２１ａ、２１ｂに印加するＡＣ電圧としては、矩形波でピーク・ツー・ピーク電圧は０．８［ｋＶ］、Ｆ（周波数）＝９「ｋＨｚ］、Ｄｕｔｙ＝３５［％］（但し現像を促進する側のバイアス印加時間の割合）である。感光体ドラム２の帯電電位は−５５０［Ｖ］、露光後電位ＶＬは−５０［Ｖ］、ＶＢ（ＤＣ）は−２５０［Ｖ］に設定した。現像スリーブ２１ａ、２１ｂ上の現像剤量は共に約３０［ｍｇ／ｃｍ２］である。感光体ドラム２の線速が約４３８［ｍｍ／ｓ］、現像スリーブ２１ａ、２１ｂの線速は約６７７［ｍｍ／ｓ］であり、線速比に換算すると１．５５倍となり、感光体ドラム２と現像スリーブ２１ａ、２１ｂとは、その対向部において表面は同方向の移動となる。
【００７９】
このような条件で画像を形成したところ、図４に示す現像ポテンシャルとトナー付着量との関係である現像特性のグラフが得られた。但し、下段現像の付着量は２段現像後の付着量から上段現像後の付着量を引いたものである。図４に示すように、上段現像では高濃度領域の現像能力を向上させた現像γを立たせた現像特性とする。一方、下段現像では低濃度領域の現像能力を向上させた上段現像より現像γを寝かせた現像特性とする。これにより、２段現像後のトナー付着量としては、付着量が約０．４３［ｍｇ／ｃｍ２］であり、高濃度領域の十分な画像濃度が得られている。一方、低濃度部といわれる電位差（ＶＬ−Ｖ（ＤＣ））が約２０〜５０［ｖ］の領域で、従来の現像装置と比較すると、高いトナー付着量が得られた。すなわち、実施例１の２段現像では、従来に較べて潜像電位に対応して直線的な付着量の現像γ特性を得ることができたといえる。
【００８０】
＜実施例２＞
実施例２は、実施例１の現像装置５とほぼ同様の構成であるが、下流側現像器２０ｂで上流側現像器２０に較べて、磁性キャリアの比誘電率を小さくしたものである。従来の磁性キャリアでは、導電性材料を加えると抵抗が下がり同時に比誘電率も大きくなるが、比誘電率も３に対して５〜６程度に大きくなるだけである。一方、本実施形態の磁性キャリアの製造方法で導電性材料を磁性キャリアに対して分散させることにより、微小な多数の孤立領域で導電性を有するようになり、いわば導電性材料をはさみこんだ形となって比誘電率が大きくなる。粒径５０〜８０［ｎｍ]の導電性粒子を磁性キャリアの質量に対して３〜５［ｗｔ％］混ぜ込み、それ以降は上述と同様の磁性キャリア作成の工程を経ることにより、比誘電率が３であったものが１０〜１２程度に大きくすることができる。
【００８１】
実施例２では、上流側現像器２０ａの現像剤収容部２４ａには比較的低抵抗で高誘電率の磁性キャリアを含む現像剤を収容し、下流側現像器２０ｂの現像剤収容部２４ｂには、上流側よりも高抵抗で低誘電率の磁性キャリアを含む現像剤を収容するものである。具体的には、上流側現像器２０ａのダイナミック抵抗ＤＲが１０９[Ω]、比誘電率は１４のであり、下流側現像器２０ｂのダイナミック抵抗ＤＲが１０１３[Ω]、比誘電率は３である。このような条件で画像を形成したところ、図５に示す現像ポテンシャルとトナー付着量との関係である現像特性のグラフが得られた。図５に示すように、特に低濃度部といわれる電位差（ＶＬ−Ｖ（ＤＣ））が約２０〜６０［ｖ］の領域で、上段現像ではトナー付着量の増加が見られた。さらに、後段現像でもトナーが付着して、最終的なトナー付着量の総和が増加する。このため、高濃度領域の十分な画像濃度が得られるとともに、低濃度部でも高いトナー付着量が得られ、実施例２の２段現像では、従来に較べて潜像電位に対応して直線的な付着量の現像γ特性を得ることができたといえる。
【００８２】
また、本実施形態の現像装置５では、上流側現像器２０ａの現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径に較べて、下流側現像器２０ｂの現像剤の磁性キャリアの粒径が小さいことが好ましい。磁性キャリアとしては、上記製造例の３８[μｍ］のほか、２５[μｍ］径のものが広く用いられている。そこで、上流側現像器２０ａの磁性キャリアとしては３８[μｍ］のものを用い、下流側現像器２０ｂの磁性キャリアとしては２５[μｍ］のものを用いる。何れも、上述のように磁性体を主とした材料でコアを形成し、表層をシリコーン等の樹脂で被覆されるものである。これにより、上段現像に較べて下段現像の磁性キャリアのトナー担持量が増加する。磁性キャリアのトナー担持量が増加すると、現像能力が増加するので、上段現像で不十分であった低濃度領域の現像能力が更に向上させることができる。
【００８３】
また、本実施形態の現像装置５では、上流側現像器２０ａの現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積に較べて、下流側現像器２０ｂの現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積が大きいことが好ましい。磁性キャリアの形状としては、球形で滑らかなものが表面積が小さく、表面に凹凸が多くあるものが表面積が大きい。このため、上流側現像器２０ａの現像剤に含まれる磁性キャリアとして球形で滑らかなものを用い、下流側現像器２０ｂの現像剤に含まれる磁性キャリアとしては表面に凹凸が多いものを用いる。磁性キャリアは表面積に応じて担持できるトナー量が増加するため、上段現像に較べて下段現像の磁性キャリアのトナー担持量が増加する。磁性キャリアのトナー担持量が増加すると、現像能力が増加するので、上段現像で不十分であった低濃度領域の現像能力が更に向上させることができる。
【００８４】
また、粒子を比較する場合に、ベット比表面積測定装置を使用して基準の粒子に対する表面積の比率で表すこともできる。また、バインダー樹脂と磁性粉とを含有するキャリアにおいて、比表面積が比較的高い２．０?１２．０ｍ２／ｇの磁性粉を用い、この磁性粉と共に比表面積が５０?２００ｍ2／ｇの無機微粒子をヘンシェルミキサ等で混合撹拌すると比較的比表面積が高い磁性粒子を得ることができる。
【００８５】
また、本実施形態の現像装置５では、上流側現像器２０ａの現像剤に含まれる磁性キャリアと較べて、下流側現像器２０ｂの現像剤に含まれる磁性キャリアがトナーと摩擦帯電させた際に得られる帯電量が低い表面材料からなることが好ましい。磁性キャリアは、例えばシリコーン樹脂層等の表層の厚みに応じてトナーを帯電させる能力が変化することが知られている。そこで、磁性キャリアの製造工程で、磁性キャリアの表層コート材料として使用する、例えば、アミノシランカップリング剤の量を変化させることでトナーを帯電させる能力が異なる磁性キャリアを得ることができる。具体的には、上流側現像器２４ａに用いる磁性キャリアの製造工程ではアミノシランカップリング剤５部に対して、上流側現像器２４ａに用いる磁性キャリアの製造工程ではアミノシランカップリング剤５部下流の現像装置では８部とする。これにより、同一のトナー濃度（５ｗｔ％）におけるトナーの帯電量が上流現像器２４ａでは−３０[μＣ／ｇ］であり、下流では−３５[μＣ／ｇ］となっている。これにより、上段現像と比較してトナー帯電量が減少し下段現像の現像能力がさらに高まるので、上段現像で付着量の少なかった低濃度領域へ十分量のトナーを現像できるので均一な画像が得られる。
【００８６】
以上、本実施形態によれば、像担持体としての感光体ドラム２の表面移動方向に沿って、複数の現像器２０ａ、２０ｂを配置し、各現像器２０ａ、２０ｂの現像スリーブ２１ａ，２１ｂと感光体ドラム２とのの間に現像電界を作用させて、感光体ドラム２上に形成された潜像に対して複数の現像スリーブ２１ａ，２１ｂ上に担持した現像剤を用いて重複して段階的に現像を行う。各現像器２０ａ、２０ｂは、それぞれの現像剤収容部２４ａ、２４ｂに収容されるトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して現像を行う構成であり、複数の現像器のうち下流側現像器２０ｂに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗が、上流側現像器２０ａに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの抵抗に較べて高いものとする。このように上流側現像器２０ａと下流側現像器２０ｂとでそれぞれ抵抗の異なる磁性キャリアを含む現像剤を収容することにより異なる現像γの現像特性で現像をおこなうものである。上流側現像器２０ａによる上段現像では比較的抵抗の低い磁性キャリアを用いて現像剤全体の抵抗を低下させることにより、高濃度領域の現像能力を向上させた現像γを立たせた現像特性とする。下流側現像器２０ｂによる下段現像では上段現像よりも抵抗の高い磁性キャリアを用いて現像剤全体の抵抗の低下を抑えることにより、低濃度領域の現像能力を向上させた上段現像より現像γを寝かせた現像特性とする。これにより、上段現像では高濃度領域の画像濃度不足抑制を優先した現像をおこない、下段現像では低濃度領域である１ドット等の再現性を向上させた現像をおこなう。一方、従来の複数の現像器からなる多段現像装置では、複数の現像器に同じ磁性キャリアを含む現像剤を収容しているので、現像剤の抵抗による現像特性の差は得られない。本実施形態においては、上段現像の現像特性を、下段現像の現像特性で補うようにすることで、高濃度領域の画像濃度不足抑制と低濃度領域の再現性とを両立し、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現した高品位な画像を得ることができる。
また、本実施形態によれば、下流側現像器２０ｂに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径が、上流側現像器２０ａに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径に較べて小さいものとする。これにより、上段現像に較べて下段現像の磁性キャリアのトナー担持量が増加する。磁性キャリアのトナー担持量が増加すると、現像能力が増加するので、上段現像で不十分であった低濃度領域の現像能力が更に向上させることができる。
また、特に実施例２によれば、下流側現像器２０ｂに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの比誘電率が、上流側現像器２０ａに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの比誘電率に較べて小さいものとする。これにより、上段現像の現像剤の誘電率が大きくなりエッジ効果が低減して均一性に優れた現像が行える。一方、下段現像では現像剤の誘電率が小さいため、エッジ効果が高まり１ドット画像の再現性が良好となる。
また、下流側現像器２０ｂに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積が、上流側現像器２０ａに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアの表面積に較べて大きいとする。これにより、上段現像に較べて下段現像で磁性キャリアのトナー担持量が増加する。磁性キャリアのトナー担持量画像化すると、現像能力が増加するので、上段現像で不十分であった低濃度領域の現像能力が更に向上させることができる。
また、下流側現像器２０ｂに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアが、上流側現像器２０ａに収容される現像剤に含まれる磁性キャリアと較べて、トナーと摩擦帯電させた際に得られる帯電量が低い表面材料からなる。これにより、トナー帯電量が上段現像と比較して減少し下段現像の現像能力がさらに高まるので、上段現像で付着量の少なかった低濃度領域へ十分量のトナーを現像できるので均一な画像が得られる。
また、本実施形態の現像装置を採用する画像形成装置では、全画像濃度領域に渡って像担持体上の潜像を忠実に再現した高品位な画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１    画像形成ユニット
２    感光体ドラム
３    帯電手段
４    光書込み手段
５    現像装置
６    転写ベルト
７    クリーニング手段
８    転写手段
１１  磁性キャリア
２０ａ    上流側現像器
２０ｂ    下流側現像器
２１ａ    現像スリーブ（上流側）
２１ｂ    現像スリーブ（下流側）
２２    隔壁
２３ａ    規制部材（上流側）
２３ｂ    規制部材（下流側）
２４ａ    現像剤収容部（上流側）
２４ｂ    現像剤収容部（下流側）
２５ａ，２６ａ    スクリュウ（上流側）
２５ｂ、２６ｂ    スクリュウ（下流側）
３０ａ    上流側現像器
３０ｂ    下流側現像器
３１ａ    現像スリーブ（上流側）
３１ｂ    現像スリーブ（下流側）
３３ａ    規制部材（上流側）
３３ｂ    規制部材（下流側）
３４ａ    現像剤収容部（上流側）
３４ｂ    現像剤収容部（下流側）
３５ａ，３６ａ    スクリュウ（上流側）
３５ｂ、３６ｂ    スクリュウ（下流側）
３７ａ    マグネット（上流側）
３７ｂ    マグネット（下流側）
６０    給紙部
６６    定着装置
２０１    スリーブ
２０２    対向電極
２０３    電流計
２０４    直流電源
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８８】
【特許文献１】特開平４−１８４３７５号公報
【図１】
2012237954.tif 000004
【図２】
2012237954.tif 000005
【図３】
2012237954.tif 000006
【図４】
2012237954.tif 000007
【図５】
2012237954.tif 000008
【図６】
2012237954.tif 000009