(57)【要約】【課題】画像にゴーストの発生を抑制できるキャリア及びハイブリッド方式の現像装置を得る。【解決手段】トナーを外周面に担持し、感光体1に非接触で近接配置された現像ローラ２１と、トナーとキャリアとからなる現像剤を担持し、現像ローラ２１にトナーを供給する現像剤担持ローラ２３とを備え、感光体１上に形成された静電潜像の電位と、現像ローラ２１に印加された交流バイアス電圧との間で形成される電界によりトナーを静電潜像に付着させ、かつ、現像後に現像ローラ２１上に残ったトナーを現像剤担持ローラ２３上に回収する現像装置。キャリアとして、１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴであるキャリアを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとからなる現像剤を現像剤担持体上に担持させ、該現像剤中のトナーのみをトナー担持体上に供給し、該トナー担持体上に供給されたトナーで像担持体上に形成された静電潜像を現像し、かつ、現像後に前記トナー担持体上に残ったトナーを前記現像剤担持体上に回収する現像方式に用いられるキャリアであって、
１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴであること、
を特徴とするキャリア。
【請求項２】
粒径が３０〜８０μｍであること、を特徴とする請求項１に記載のキャリア。
【請求項３】
トナーを外周面に担持し、像担持体に非接触で近接配置されたトナー担持体と、
トナーとキャリアとからなる現像剤を担持し、前記トナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、
を備え、
前記像担持体上に形成された静電潜像の電位と前記トナー担持体に印加された交流バイアス電圧との間で形成される電界によりトナーを静電潜像に付着させ、かつ、現像後に前記トナー担持体上に残ったトナーを前記現像剤担持体上に回収する現像装置において、
前記キャリアとして、１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴであるキャリアを用いること、
を特徴とする現像装置。
【請求項４】
前記現像剤担持体と前記トナー担持体とが、互いに近接する領域では互いに逆方向に移動するように回転駆動されること、を特徴とする請求項３に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリア、特に、電子写真方式による画像の形成に際して静電潜像を可視像化するための現像剤に含まれるキャリア及びそれを用いた現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式による画像形成の分野において、感光体（像担持体）上に形成された静電潜像の現像方式としては、トナーのみを用いる１成分現像方式及びトナーとキャリアとを攪拌／混合した２成分現像方式の長所を併せ持つハイブリッド現像方式が注目されている。このハイブリッド現像方式では、トナーとキャリアを攪拌／混合してトナーに対する荷電を行った後に、現像剤（トナーとキャリアとの混合物）を担持する現像剤担持ローラと感光体にトナーを供給するための現像（トナー担持）ローラとの間に形成された分離電界の作用によりトナーをキャリアから分離してトナーのみを現像ローラ上に保持させ、感光体上の静電潜像に対して１成分現像を行うようにしている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
ハイブリッド現像は、高速で高画質を要求される軽印刷（１００部程度の小冊子の作成）の行うプリンタに適している。ところで、ハイブリッド現像では、トナーとキャリアとからなる現像剤を担持する現像剤担持ローラから現像ローラに対してトナーを供給する際、現像ローラに残った現像後のトナーを十分に回収しておく必要がある。現像剤担持ローラに印加される電界はトナーを現像ローラに供給するように作用しているため、現像後のトナーの回収不良が生じやすい。このような回収不良が生じると、現像ローラ上でのトナー層の厚みが不均一になり、現像ローラの１回転前の画像が感光体に現れるというゴーストを引き起こす。また、現像ローラにキャリアが付着すると、画像ノイズ（キャリアが付着した部分にはトナーが少なくなるので画像に白点が現れたり、キャリアが感光体に付着して黒色のノイズとなる）を生ずる。
【０００４】
そこで、本発明者はハイブリッド現像に使用されるキャリアを種々検討し、実験を行った結果、本願発明に至った。なお、ハイブリッド現像に使用されるキャリアの改良については、例えば、特許文献３，４に記載されているが、キャリアの残留磁化についてまで言及することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３７５２３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６８５３号公報
【特許文献３】特開２００６−２８４７８６号公報
【特許文献４】特開２００６−６５３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ハイブリッド現像に好適に用いられ、ゴーストを抑制できるキャリア及びハイブリッド方式の現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態であるキャリアは、
トナーとキャリアとからなる現像剤を現像剤担持体上に担持させ、該現像剤中のトナーのみをトナー担持体上に供給し、該トナー担持体上に供給されたトナーで像担持体上に形成された静電潜像を現像し、かつ、現像後に前記トナー担持体上に残ったトナーを前記現像剤担持体上に回収する現像方式に用いられるキャリアであって、
１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴであること、
を特徴とするキャリア。
【０００８】
本発明の第２の形態である現像装置は、
トナーを外周面に担持し、像担持体に非接触で近接配置されたトナー担持体と、
トナーとキャリアとからなる現像剤を担持し、前記トナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、
を備え、
前記像担持体上に形成された静電潜像の電位と前記トナー担持体に印加された交流バイアス電圧との間で形成される電界によりトナーを静電潜像に付着させ、かつ、現像後に前記トナー担持体上に残ったトナーを前記現像剤担持体上に回収する現像装置において、
前記キャリアとして、１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴであるキャリアを用いること、
を特徴とする。
【０００９】
前記キャリアは、１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴと大きいため、現像剤担持体上で磁界の作用にて多数のキャリア粒子がブラシ状に結合しやすく、比較的長いブラシが形成され、かつ、磁界の作用が弱くなってもブラシ状を維持する。それゆえ、現像されずにトナー担持体上に残されたトナーは比較的長く結合したキャリアのブラシによってトナー担持体上から現像剤担持体上に効率的に回収される。その結果、トナー担持体上のトナー層厚が均一化され、画像にゴーストが発生することが抑制される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ゴーストを抑制でき、ハイブリッド現像にて高質の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施例である現像装置と感光体ドラム及びその周辺機器からなる画像形成装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るキャリア及び現像装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
一実施例である現像装置２は、図１に示すように、感光体（像担持体）１上に形成された静電潜像をトナーによって可視像化するものである。感光体１は、図１中で矢印ａで示す時計回り方向の回転に伴って、帯電用ローラ６にて所定の電位に均一に帯電され、図示しないレーザ走査装置から放射されるレーザビームＢにて静電潜像を形成され、現像装置２にて現像され、転写ローラ８から付与される電界にて記録紙Ｓにトナー画像が転写され、ブレード９にて残留トナーが除去される。また、図示しないイレーサにて残留電化が除去される。なお、この種の作像手段を用いて電子写真法にて画像を形成するプロセスは周知であり、詳細な説明は省略する。
【００１４】
なお、帯電手段や転写手段としてはローラ６やローラ８に代えてコロトロン方式あるいはスコロトロン方式の放電器であってもよく、露光装置もレーザ以外の光を用いるものであってもよい。
【００１５】
現像装置２は、トナー補給ボトル３と、トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像剤槽２８と、現像剤を外周面に担持してその回転方向に搬送する現像剤担持ローラ２３と、現像剤の搬送量を規制するブレード２４と、現像剤担持ローラ２３の外周面からトナーを分離して自らの外周面に担持してその回転方向（反時計回り方向）に搬送する現像（トナー担持）ローラ２１を備え、ハイブリッド現像を行うものである。また、現像剤担持ローラ２３には高圧電源回路４が接続され、現像ローラ２１には高圧電源回路５が接続されている。
【００１６】
トナーは、トナー補給ボトル３からトナー補給ローラ２７の回転に基づいて現像剤槽２８へ所定量ずつ補給される。現像剤槽２８の底部には二つの攪拌搬送ローラ２５，２６が配置されている。補給されたトナーはローラ２５，２６の回転に基づいてキャリアと攪拌／混合され、所定の電位に帯電（本実施例ではマイナス帯電）されて現像剤担持ローラ２３に搬送される。攪拌搬送ローラ２５，２６による現像剤の攪拌／混合作用は従来の現像装置と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
現像剤担持ローラ２３は、矢印方向ｂに回転駆動されるスリーブと、該スリーブに内蔵／固定された磁石ローラとで構成されている。磁石ローラは、ローラ２３の回転方向に沿って磁極Ｎ１，Ｓ２，Ｎ２，Ｎ３，Ｓ１を有している。これらの磁極による磁力線に沿って現像剤がブラシ状に形成される。
【００１８】
攪拌搬送ローラ２６によって現像剤担持ローラ２３の近傍に搬送された現像剤は、磁石ローラの磁力によって現像剤担持ローラ２３の外周面に保持されて矢印ｂ方向に搬送され、規制ブレード２４で層厚（通過量）を規制された後、現像ローラ２１との対向領域に搬送される。ローラ２３，２１の対向領域には、高圧電源回路４から、現像剤中のトナーを電気的に分離して現像ローラ２１の外周面に転移させる電界が形成されている。
【００１９】
現像ローラ２１は、感光体１の外周面に接触することなく近接配置されており、矢印ｃ方向に回転駆動される。現像ローラ２１と感光体１とが対向する現像領域Ａには、高圧電源回路５によってトナーを感光体１の外周面に移動させる電界が形成されている。
【００２０】
前述のように、現像剤担持ローラ２３から現像ローラ２１の外周面に転移されて所定の層厚で担持されたトナーは、現像ローラ２１の回転に基づいて、感光体１と対向する現像領域Ａに搬送される。これらのトナーは、感光体１上に形成された静電潜像の電位と現像ローラ２１に高圧電源回路５から印加された交流バイアス電圧との間で形成される電界によって感光体１と現像ローラ２１の間を往復運動しながら静電潜像を現像する。
【００２１】
現像後、現像ローラ２１の表面に残ったトナーは、現像領域Ａから矢印ｃ方向に搬送され、現像剤担持ローラ２３との対向領域にて現像剤中に回収される。即ち、現像剤担持ローラ２１の外周面にはキャリアが鎖状に結合した磁気ブラシが形成されており、現像ローラ２１上の残留トナーはこの磁気ブラシによって摺擦・撹乱され、磁気ブラシ中に取り込まれる。本実施例では、ローラ２１，２３を互いに近接する領域では互いに逆方向に移動するように回転駆動しているため、磁気ブラシによって残留トナーを摺擦・撹乱して回収する効果が大きい。
【００２２】
残留トナーを回収した現像剤は現像剤担持ローラ２３の回転に伴って矢印ｂ方向に搬送され、現像剤担持ローラ２３から剥離されて現像剤槽２８に戻される。
【００２３】
現像ローラ２１は、金属材からなる導電性ローラ、例えば、アルマイト加工を表面に施したアルミニウム製ローラで構成されている。導電性のローラ基体上にポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などのコーティングを施したり、シリコーンゴム、ウレタンゴムなどのコーティングを施したものであってもよい。
【００２４】
ところで、本実施例において、キャリアとして、１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴであるキャリアを用いている。このように、１０6／４π（Ａ／ｍ）の磁場での残留磁化が２０〜１５０ｍＴと大きいキャリアは、現像剤担持ローラ２３上で磁界の作用にて多数のキャリア粒子がブラシ状に結合しやすく、比較的長いブラシが形成され、かつ、磁界の作用が弱くなってもブラシ状を維持する。それゆえ、現像されずに現像ローラ２１上に残されたトナーは比較的長く結合したキャリアのブラシの摺擦・撹乱作用によって現像ローラ２１上から現像剤担持ローラ２３上に効率的に回収される。その結果、現像ローラ２１上のトナー層厚が均一化され、画像にゴーストが発生することが抑制される。なお、残留磁化が１５０ｍＴを超えると、キャリアの結合によるブラシが長くなりすぎ、ブラシ先端部のキャリアどうしの磁気吸引力が小さくなり、現像ローラ２１へのキャリア付着、ひいては感光体１上へのキャリア付着を引き起こす。従って、本実施例では、現像ローラ２１にキャリアが付着しにくく、画像ノイズが減少する。このような効果及びトナーとキャリアの具体例などは本発明者による実験に基づいて以下の表１に示す実施例１〜２５（比較例１〜５を含む）として説明する。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すトナーとキャリアを使用し、かつ、具体的な現像条件において、白黒比３％の画像を５００００枚プリントし、ゴーストの発生の有無をサンプル画像と比較して目視評価した。表１の画像／ゴースト欄には極めて良好なレベルを◎、実用上良好とされるレベルを○、好ましくないレベル（実用に堪えない）を×で示した。キャリア付着は現像ローラ２１上のトナー層を粘着テープで剥離し、全長にわたって１ｃｍ幅でのキャリアの有無を目視で検査した。表１の画像／キャリア付着欄にはキャリア付着が全くない場合を○、キャリアが１個でも付着していれば×で示した。
【００２７】
（実施例１）
実施例１では、図１に示した現像装置を使用し、現像ローラ２１はアルミ製である。現像ローラ２１に印加する交流バイアス電圧を１５００Ｈｚ、ピーク−ピーク電圧値Ｖｐｐを２ｋＶ、重畳される直流電圧を５００Ｖとした。現像領域Ａのギャップは０．３ｍｍである。現像剤担持ローラ２３には前記バイアス電圧を打ち消す交流電圧を印加した。使用したキャリアは、ＺｎＯ・ＦｅＯ・Ｆｅ2Ｏ3のフェライト粉（平均径０．６μｍ）５００重量部と、数平均分子量Ｍｎが９０００、重量平均分子量Ｍｗが２５００００のポリエステル樹脂１００重量部を混合、混練り、粉砕、分級して作製した。残留磁化５０ｍＴ、粒径３０μｍ、比抵抗１０12Ωｃｍである。キャリアの磁気特性は市販のＢＨメータを使用した。キャリアの比抵抗は、２ｃｍ2の電極間に０．５ｇのキャリアを充填し、５００ｇ／ｃｍ2の荷重をかけてギャップを測定し、５００Ｖの電圧印加時の電流値と電極面積、ギャップとから算出した。トナーは、スチレンアクリル樹脂を用い、乳化会合法で作製した体積平均径６μｍのトナー粒子に、０．３〜１μｍのチタン酸ストロンチウムを１％処理、６０〜１００ｎｍの疎水化処理シリカを０．５％処理したものを使用した。混合比（トナーの現像剤に対する混合比、以下同じ）は、１３％とした。その結果は、ゴースト評価が◎、キャリア付着が○であった。
【００２８】
（比較例１）
比較例１では、キャリアの磁性粉が完全なＺｎＯ・Ｆｅ2Ｏ3で、残留磁化が１０ｍＴである以外は前記実施例１と同じ条件で実験した。その結果は、ゴースト評価が×、キャリア付着が○であった。これは、キャリアの残留磁化が小さいため、現像剤担持ローラ２３上でのキャリアブラシが短く、現像ローラ２１上での残留トナーの掻取り効果が不足しているからである。
【００２９】
（比較例２）
比較例２では、針状のフェライト粉を使用してキャリアを作製した。その残留磁化は１５５ｍＴであった。それ以外は前記実施例１と同じ条件で実験した。その結果は、ゴースト評価が◎であったが、キャリア付着が×であった。これは、残留磁化が大き過ぎるため、キャリアブラシが長くなり過ぎ、ブラシ先端部のキャリアの磁気吸引力が小さくなったためである。
【００３０】
（実施例２）
実施例２では、トナーの外添剤として実施例１で使用したチタン酸ストロンチウム（粒径は４μｍ）を１．２％処理し、同シリカを０．８％処理したものを使用した。キャリアは粒径が３０μｍで、残留磁化が３０ｍＴ、比抵抗１０12Ωｃｍである。混合比を１５％として実施例１と同じ現像条件で実験した。その結果は、ゴースト評価及びキャリア付着ともに許容範囲の○であった。
【００３１】
（実施例３）
実施例３では、キャリアの比抵抗が１０10Ωｃｍである以外は前記実施例１と同様の条件で実験した。その評価は、ゴースト評価が◎であり、キャリア付着も○であった。
【００３２】
（実施例４）
実施例４では、前記実施例１と同じトナー、キャリアを使用した。但し、トナーに関しては外添剤であるシリカの量を１．５％とした。実施例１と同じ現像条件で実験した。キャリアの帯電量は実施例１の１．３倍であったが、キャリア付着が生じることはなく、ゴースト評価も○であった。
【００３３】
（実施例５〜７）
実施例５〜７では、現像ギャップを０．４ｍｍと広げ、前記実施例１と同じ条件で実験した。但し、実施例５ではＶｐｐを５００Ｖ、周波数を５００Ｈｚとし、実施例６ではＶｐｐを２．５ｋＶ、周波数を５００Ｈｚとし、実施例７ではＶｐｐを５００Ｖ、周波数を３ｋＨｚとした。現像ギャップを広げることで、ゴーストやキャリア付着が懸念されたが、いずれもゴースト評価は◎であり、キャリア付着も○であった。
【００３４】
（実施例８）
実施例８では、現像ギャップを０．１５ｍｍと狭くし、Ｖｐｐを５００Ｖ、周波数を５００Ｈｚとした以外は前記実施例１と同じ条件で実験した。現像ギャップを狭くしてキャリア付着が発生しやすくしたが問題はなかった。
【００３５】
（実施例９〜１８）
実施例９，１０，１１では、キャリアの残留磁化を４０ｍＴ、１００ｍＴ、１５０ｍＴとし、他の条件は実施例１と同じとした。実施例１２，１３では、混合比を１０％、８％とし、他の条件は実施例１と同じとした。実施例１４では、トナーの粒径を１０μｍ、混合比を８％とし、他の条件は実施例１と同じとした。実施例１５，１６では、キャリアの粒径を５０μｍ、８０μｍ、混合比を１０％、６％とし、他の条件は実施例１と同じとした。実施例１７ではトナーとして粒径７μｍのスチレンアクリルを用いた粉砕トナーを混合比１２％で使用し、実施例１８ではトナーとして粒径７μｍのポリエステルを用いた粉砕トナーを混合比１２％で使用し、他の条件は実施例１と同じとした。これらの実施例９〜１８にあってもゴースト、キャリア付着の点で問題を生じなかった。
【００３６】
（実施例１９〜２５）
実施例１９〜２２では、残留磁化が２０〜９０ｍＴのフェライトキャリアを使用し、トナーの混合比を１１％とした以外は実施例１と同じとして実験した。実施例２３では、粒径が６０μｍのキャリアを用いた以外は実施例２２と同じとして実験した。実施例２４では、粒径が１０μｍのトナーを用い、混合比を８％とした以外は実施例２１と同じとして実験した。実施例２５では、ポリエステルを用いた粒径７μｍの粉砕トナーを用い、混合比を１２％とした以外は実施例２１と同じとして実験した。
【００３７】
（比較例３〜５）
比較例３では残留磁化が１６０ｍＴのキャリア（混合比１２％）を使用し、比較例４では残留磁化が１５ｍＴのキャリア（混合比１２％）を使用し、比較例５では残留磁化が０ｍＴ（粒径１００μｍのＦｅ）のキャリア（混合比５％）を使用し、他の条件は実施例１と同じとして実験した。比較例３ではキャリア付着が発生し、比較例４，５ではゴーストが発生した。
【００３８】
（他の実施例）
なお、本発明に係る現像装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００３９】
例えば、感光体、現像剤担持ローラ、現像ローラの回転方向は前記実施例に記載した方向に限定するものではない。各種ローラは種々の材料にて製作することができる。現像ローラは感光体の回転方向に沿って複数のものが配置されていてもよく、この場合現像剤担持ローラは一つであってもよく、あるいは、複数であってもよい。また、トナーやキャリアも種々の材料を用いることができる。現像方式も従来知られている正規現像方式あるいは反転現像方式のいずれであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明は、現像装置に有用であり、特に、ゴーストを抑制できる点で優れている。
【符号の説明】
【００４１】
１…感光体
２…現像装置
５…高圧電源回路
２１…現像ローラ
２３…現像剤担持ローラ
Ａ…現像領域
【図１】
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