(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像を担持する像担持体と、ポリエステル樹脂を主成分とするトナーと表面をシリコンコートしたキャリアを有する現像剤により、前記像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段を有し、前記転写手段による転写後に前記像担持体に残留しているトナーが、前記現像手段により前記現像手段内に回収される画像形成装置において、
前記現像手段は、現像剤を担持する現像剤担持体を有し、該現像剤担持体には交流電圧が断続的に印加され、該交流電圧の周波数は、６ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ以下であり、
前記現像手段内の初期のトナーの重量平均径をＤ１、前記像担持体上の初期トナー像を形成するトナーの重量平均径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２であり、
前記現像手段内の初期のトナーの単位重量あたりの平均摩擦帯電量をＱ１、前記像担持体に残留しているトナーの単位重量あたりの平均摩擦帯電量をＱ２としたとき、０．８≦Ｑ１／Ｑ２≦１．５である、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記像担持体に残留しているトナーの重量平均径をＤ３としたとき、Ｄ１＞Ｄ３である請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記交流電圧の周波数は、８ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下である請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複写機或いはプリンター等の像担持体に形成された静電潜像をトナーにより現像して画像を得る電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置による画像形成工程を図４を用いて説明する。
まず、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にしてセットした後、コピーボタンを押すことにより複写が開始される。原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ及びＣＣＤセンサーが一体となっているユニット９が原稿を照射しながら走査することにより、その照明走査光の原稿面反射光が、短焦点レンズアレイによって結像されてＣＣＤセンサーに入射される。
【０００３】
ＣＣＤセンサーは受光部、転送部及び出力部より構成されている。ＣＣＤ受光部において光信号が電気信号に変えられ、転送部でクロックパルスに同期して順次出力部へ転送され、出力部において電荷信号を電圧信号に変換し、増幅及び低インピーダンス化して出力する。このようにして得られたアナログ信号は、周知の画像処理を行なってデジタル信号に変換して画像形成部に送られる。
【０００４】
画像形成部においては、上記の画像信号を受けて、以下のようにして静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心に所定の周速度で回転駆動され、その回転過程に帯電器３により正極性又は負極性の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に画像信号に対応してＯＮ、ＯＦＦ発光される固体レーザー素子１０２（図５）の光を、高速で回転する回転多面鏡１０４（図５）によって走査することにより、感光ドラム１面には原稿画像に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【０００５】
図５は、前記の装置においてレーザー光を走査するレーザー走査部１００の概略構成を示すものである。レーザー走査部１００によりレーザー光を走査する場合には、まず、入力された画像信号に基づき発光信号発生器１０１により、固体レーザー素子１０２を所定タイミングで明滅させる。そして固体レーザー素子１０２から放射されたレーザー光は、コリメーターレンズ系１０３により略平行な光束に変換され、更に矢印Ｂ方向に回転する回転多面鏡１０４により矢印Ｃ方向に走査されると共に、ｆθレンズ群１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにより感光ドラム等の被走査面１０６にスポット状に結像される。このようなレーザー光の走査により、被走査面１０６上には画像一走査分の露光分布が形成され、更に各走査毎に被走査面１０６を前記走査方向とは垂直に所定量だけスクロールさせれば、該被走査面１０６上に画像信号に応じた露光分布が得られる。
【０００６】
次に、現像工程について説明する。一般的に現像方法は、非磁性トナーについては、ブレード等でスリーブ上にコーティングし、磁性トナーは磁気力によってコーティングして搬送し、感光ドラムに対して非接触状態で現像する方法（１成分非接触現像）、上記のようにしてコーティングしたトナーを感光ドラムに対して接触状態で現像する方法（１成分接触現像）、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し、感光ドラムに対して接触状態で現像する方法（２成分接触現像）、及び上記の２成分現像剤を非接触状態にして現像する方法（２成分非接触現像）の４種類に大別される。画像の高画質化や高安定性の面から、上記の２成分接触現像法が多く用いられている。
【０００７】
現像装置４は、図３に示すように、現像容器１６を備え、この現像容器１６の内部は隔壁１７によって現像室（第ｌ室）Ｒ１と撹拌室（第２室）Ｒ２とに区画され、トナー貯蔵室Ｒ３内には補給用トナー（非磁性トナー）１８が収容されている。尚、隔壁１７には補給口（不図示）が設けられ、該補給口を経て消費されたトナーに見合った量の補給用トナー１８が撹拌室Ｒ２内に落下補給される。
【０００８】
これに対して、現像室Ｒ１及び撹拌室Ｒ２内には現像剤１９が収容されている。現像剤１９は、非磁性トナーと磁性粒子（キャリア）とを有する二成分現像剤であり、それらの混合比は重量比で非磁性トナーが約４〜１０重量％になるようにされている。ここで、非磁性トナーは、約５〜１５μｍの体積平均粒径を有する。又、磁性粒子は、樹脂コーティングされているフェライト粒子、或いは磁性体を分散した樹脂粒子等からなり、その重量平均粒径は２５〜６０μｍであり、その体積抵抗率は１０6〜１０12Ω・ｃｍの値を示す。又、磁性粒子の透磁率は２．５〜５．０である。
【０００９】
現像容器１６の感光ドラム１に近接する部位には開口部が設けられ、該開口部から現像スリーブ１１が外部に突出している。現像スリーブ１１は現像容器１６内に回転可能に組み込まれている。現像スリーブ１１の外径寸法は３２ｍｍであり、その周速は２８０ｍｍ／ｓｅｃで、図中矢印の方向に回転する。現像スリーブ１１は、感光ドラム１との間隔が、約５００μｍになるように配置されている。現像スリーブ１１は非磁性材料からなり、その内部には磁界発生手段である磁石１２が固定されている。
【００１０】
磁石１２は、現像極Ｓ１とその下流に位置する磁極Ｎ３と現像剤１９を搬送するための磁極Ｎ２、Ｓ２、Ｎ１とを有する。磁石１２は、現像磁極Ｓ１が感光ドラム１に略対向するように現像スリーブ１１内に配置されている。現像極Ｓ１は、現像スリーブ１１と感光ドラム１との間の現像部の近傍に磁界を形成し、該磁界によって磁気ブラシが形成される。
【００１１】
現像スリーブ１１の上方にはブレード１５が、現像スリーブ１１と所定の間隔をおいて配置されている。現像スリーブ１１とブレード１５の間隔は、約８００μｍである。ブレード１５は現像容器１６に固定されている。ブレード１５は、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ３１６等の非磁性材料からなり、現像スリーブ１１上の現像剤１９の層厚を規制する。現像室Ｒ１内には搬送スクリュー１３が収容されている。搬送スクリュー１３は図中の矢印が示す方向に回転され、搬送スクリユー１３の回転駆動によって現像室Ｒ１内の現像剤１９は、現像スリーブ１１の長手方向に向けて搬送される。
【００１２】
撹拌室Ｒ２内には搬送スクリュー１４が収容されている。搬送スクリュー１４は、その回転によってトナーを現像スリーブ１１の長手方向に沿って搬送する。そのトナーは、貯蔵室Ｒ３の補給口２０から攪拌室Ｒ２内へと自由落下する。
【００１３】
現像スリーブ１１は、磁極Ｎ２近傍の位置で現像剤を担持し、現像スリーブ１１の回転に伴い現像剤１９は現像部に向けて搬送される。現像剤１９が、現像部近傍に到達すると、現像剤１９の磁性粒子が磁極Ｓ１の磁気力で連なりながら現像スリーブ１１から立ち上がり、現像剤１９の磁気ブラシが形成される。
【００１４】
現像方式としては、反転現像方式が用いられており、現像スリーブ１１には図示しない電源から直流電圧及び交番電圧が印加される。この従来例では、直流電圧として−５００Ｖ、交番電圧としてＶpp＝２０００Ｖ、Ｖf＝２ｋＨｚの矩形波が印加されている。一般に、交番電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという危険も生じる。このため、通常、現像装置４に印加する直流電圧と感光ドラム１の表面電位問に電位差を設けることによって、かぶりを防止することを実現している。
【００１５】
この例では、最初に一様帯電された電位−６５０Ｖと現像スリーブ１１に印加される電圧の直流分−５００Ｖの差である１５０Ｖがかぶり取り電位になる。一方、露光されて減衰した電位−２００Ｖと、現像スリーブ１１に印加される電圧の直流分−５００Ｖの差である３００Ｖが、現像スリーブから感光ドラムにトナー付着させるためのコントラスト電位となる。
【００１６】
このようにして、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写帯電器７（図１参照）によって転写材上に静電転写される。その後、転写材は分離帯電器８（図１参照）によって静電分離され、定着器６へと搬送され、熱定着されて画像が出力される。
【００１７】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１の面は、クリーナー５（図５参照）によって転写残トナー等の付着汚染物の除去を受けた後、繰り返し画像形成に使用される。上記で述べた構成は一例であって、例えば、帯電器２はコロナ帯電器でなく、ファーブラシや磁気ブラシや帯電ローラであったり、転写帯電器も転写ローラであったりと様々な方式がある。しかし、基本的には上記のような工程で画像の形成が行なわれている。
【００１８】
近年、このような画像形成装置の小型化が進んできているが、前記したような帯電、露光、現像、転写、定着及びクリーニングの工程が、それぞれ小型になるだけでは、装置全体としての小型化には限界があった。又、前記した転写残トナーはクリーナー５によって回収され廃棄されるが、このような廃トナーは環境保護の面からも生じないことが好ましい。そこで、上記のクリーナーを取り外し、現像装置によって現像同時クリーニングを行なう、クリーナーレス装置が出現している。
【００１９】
現像同時クリーニングとは、転写後に感光ドラム上に若干残留したトナーを、次工程以後の現像時に、かぶり取りバイアスによって回収する方法である。この方法によれば、転写残トナーは回収されて次工程以後に用いられるため、廃トナーをなくし、メンテナンスに手を煩わせることを少なくすることもできる。又、スペースの面での利点も大きく、装置を大幅に小型化できるようになる。尚、現像同時クリーニング方式においてクリーニング効率を向上させるためには、例えば、重合法によって製造されたトナーのようなほぼ球状形状で、離型性に非常に優れたトナーを用いることが大変有効となる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らは、上記した装置の小型化が達成できる現像同時クリーニング方式を用い、数万枚の画像形成を行ったところ、画像形成が進むにつれて、クリーナーがある系と比較して、以下の問題が生じる場合があることがわかった。
（１）特に低湿環境で徐々に画像濃度が低下する。
（２）特に高湿環境で徐々にトナー飛散が増加する。
本発明者等の検討の結果、これらの現象は、いずれも、感光体上に現像されたトナー粒子の粒径と感光体上に残留したトナー粒子の粒径、更に、この２つのトナー粒子の磁性キャリアとの摩擦帯電量、等が適正化されていないことに起因して生じていることが判明した。
【００２１】
より具体的には、例えば、現像時を考えると、交番電界下で感光体上にソリッドトナー像を形成した時、そのトナー像を形成しているトナー粒子の重量平均径が、現像容器中のトナー粒子の重量平均径より大径であると、画像形成が繰り返されて進むにつれて、現像容器内のトナー粒子は小径側にシフトすることになる。この結果、繰り返して画像を形成していくと、初期に比べ現像性が低下し画像濃度が低下することが生じる。
【００２２】
クリーナーが付いている装置であれば、感光体上のトナー粒径が、現像剤容器内のトナー粒径と等しくなるように、現像バイアス条件等を設定していけばよいのであるが、現像同時クリーニング方式では、感光体上の残留トナー（一般的には、転写工程を通過したトナーなので、現像器内トナー粒子よりも小径化していたり、外添比率が低下している場合が多い）が現像剤容器内に回収されるように構成されているため、クリーナーが設置されている系に比べて現像器中のトナー粒子は小径側にシフトし易いことになる。
【００２３】
この時、感光体上の残留トナーの現像器内磁性キャリアとの摩擦帯電量が、現像器内若しくはトナー補給容器内のトナーの磁性キャリアとの摩擦帯電量に比べて高い場合には、画像形成が進むにつれて帯電量が高くなり、且つ、上記で説明したように小粒径のトナーの割合が増すので、特に、低湿環境下等では画像濃度低下が顕著になる。一方、感光体上の残留トナーの現像器内磁性キャリアとの摩擦帯電量が、現像器内若しくはトナー補給容器内のトナーの磁性キャリアとの摩擦帯電量に比べて低い場合には、画像形成が進むにつれて、現像器内には小粒径で摩擦帯電量の低いトナー粒子の比率が増えてくることになるので、特に、高湿環境下でトナー飛散が増加することになる。
【００２４】
つまり、本発明者らの検討によれば、上記で説明したように、現像同時クリーニング方式においては、現像器内のトナー粒径分布が初期状態を維持することができるように、感光体上の静電潜像を現像するトナー粒子の粒径と感光体上に残留し現像器内に回収されるトナー粒子の粒径の関係、更には、これらの粒子の摩擦帯電量の関係等が適正化されてないため、上記に挙げた問題が発生していることがわかった。
【００２５】
よって、本発明の目的は、長期にわたって安定した画像を形成することのできる画像形成装置を提供することにある。
又、本発明の他の目的は、上記トナー粒径の関係を最適化し、長期に亙り、現像器内のトナー粒子の粒径分布を初期状態に維持することによって、安定した画像形成を可能にし得る画像形成装置を提供することにある。
【００２６】
【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、潜像を担持する像担持体と、ポリエステル樹脂を主成分とするトナーと表面をシリコンコートしたキャリアを有する現像剤により、前記像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段を有し、前記転写手段による転写後に前記像担持体に残留しているトナーが、前記現像手段により前記現像手段内に回収される画像形成装置において、前記現像手段は、現像剤を担持する現像剤担持体を有し、該現像剤担持体には交流電圧が断続的に印加され、該交流電圧の周波数は、６ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ以下であり、前記現像手段内の初期のトナーの重量平均径をＤ１、前記像担持体上の初期トナー像を形成するトナーの重量平均径をＤ２としたとき、Ｄ１＞Ｄ２であり、前記現像手段内の初期のトナーの単位重量あたりの平均摩擦帯電量をＱ１、前記像担持体に残留しているトナーの単位重量あたりの平均摩擦帯電量をＱ２としたとき、０．８≦Ｑ１／Ｑ２≦１．５である、ことを特徴とする画像形成装置である。
【００２７】
又、本発明は、像担持体上の残留トナーの重量平均径をＤ３としたときに、Ｄ１＞Ｄ３である上記の画像形成装置、交流電圧の周波数を、８ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下とする上記の画像形成装置を提供する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
一般に、感光体上に残留するトナーは、転写工程で転写材に転写できなかったトナーであり、その粒度分布は転写前の感光体上トナー粒子の粒度分布よりも小粒径側にシフトする傾向がある（図２−１参照、分子間力や鏡映力が関係）。よって、現像同時クリーニング方式において、現像容器内のトナー粒度分布を初期状態に維持するためには、クリーニングされて現像容器内に戻される感光体上に残留する小粒径トナーを考慮した現像特性を現像剤に持たせなければならない。つまり、感光体上の静電潜像を現像するトナーの粒度分布を、現像容器内のトナーの粒度分布よりも小粒径側にシフトさせることが必要となる。特に、感光体上の残留トナーの粒径Ｄ３と、感光体上の現像トナーの粒径Ｄ２がほぼ等しくなるようにすることが好ましい。更には、これに加えて、現像器内トナー粒子の粒径Ｄ１もほぼ等しくなるようにすることが理想的である。上記した関係になるように、各段階におけるトナーの粒径を適正化させる具体的な方法としては、現像バイアスの交流成分の周波数を適正化することが好ましい。この周波数の範囲は、現像スリーブと感光体対向部の間隙や、現像スリーブと感光体の周速比、又、使用するトナーやキャリアの粒径、トリボ等によって微妙に変化するが、現在一般的に用いられている交流バイアス印加２成分現像装置においては、総じて６ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ以下、より好ましくは８ｋＨｚ以上１０ｋＨｚに設定することが好ましい。周波数を６ｋＨｚ未満にすると、粒径の大きなトナーも周波数に追従することで、感光体上のトナー粒度分布が大粒径側にシフトしやすい。一方、１２ｋＨｚを超えると、トナーを感光体に向かわせる電界形成時間が短くなり過ぎて、大粒径トナーに比べ加速度が大きな小粒径のトナーでさえ、感光体へ到達しづらくなり、且つ、スリーブと感光体との間に存在するキャリアに再トラップされ易くなる。その結果、感光体上のトナーの粒度分布を小粒径側にシフトさせる効果が低下するものと考えられる。
【００２９】
周波数が高くなるほど感光体に小粒径トナーが付着する理由について、以下に説明する。
一般に、現像電界Ｅによりトナーが飛翔するとき、そのトナーにかかる力Ｆは、ｑをトナーの帯電量とすると、Ｆ＝ｑＥとなる。
従って、このときの運動方程式は、トナーの質量をｍ、加速度をａとすると、Ｆ＝ｍａ＝ｑＥと表すことができる。
これより、トナーが飛翔する際の加速度ａは、ａ＝Ｅ・ｑ／ｍとなる。これより、現像電界Ｅが一定の場合には、ｑ／ｍが等しいトナーは同じ運動特性（加速度ａ）を持つことがわかる。ここで、電荷密度σとトナー粒径ｄとによって、帯電量ｑと質量ｍを表すと、ｑ＝σＳ＝σ・Ａｄ２、ｍ＝Ｂｄ３であるから、ｑ／ｍ＝（σＡ／Ｂ）・（ｄ２／ｄ３）＝Ｃ／ｄとなり（ここでＡ、Ｂ、Ｃはいずれも定数）、この式から、粒径ｄの小さいトナーほど、加速度ａが大きいことがわかる。
【００３０】
周波数を高くすると、トナーを感光体に向かわせる電界が形成されている時間、及び、トナーを感光体から引き戻す電界が形成されている時間は、ともに短くなる。従って、大きい加速度を有するトナー（小粒径トナー）は、感光体に到達できるが、小さい加速度を有するトナー（大粒径トナー）は感光体に到達できなくなる。従って、周波数が高くなるほど、感光体に小粒径トナーが多く付着する。
【００３１】
これに対して、一般的な現像同時クリーニング方式の場合においては、現像バイアスの波形にも依るが、先に説明したように、小粒径の残留トナーが現像器内に回収されていくことになるため、特に、画像形成を繰り返して行なう耐久画出しにおいて、感光体上の現像トナーの粒径Ｄ２が現像器内トナー粒子の粒径Ｄ１よりも大きくなることが生じ、画像濃度低下の原因となっていた。
【００３２】
ところで、現像するトナーの粒径Ｄ２を小粒径化させると、残留トナーの粒径Ｄ３もより小粒径化するものと予想できるが、本発明者等の実験によると、図２−２に示すように、感光体上に現像したトナー粒子の粒径変動率に対し、残留トナー粒子の粒径変動率はかなり小さいことが判明した。この理由は、残留トナーの粒径Ｄ３は転写工程でほぼ決まってしまい、ある値以下のトナーは、転写バイアスを変えない限り、分子間力或いは鏡映力的に必ず感光体上に残留するからであると思われる。但し、上記した実験で変動させた粒径の差は約１μｍであるが、それ以上になると、感光体上に現像したトナー粒子Ｄ２の粒径変動率と残留トナー粒子Ｄ３の粒径変動率の差が縮まって来るのも事実である。
【００３３】
次に、これらの粒子の摩擦帯電量の関係等の適正化について説明する。本発明者等の検討によれば、画像濃度をもさほど低下させず、且つトナー飛散を増加させることもない、残留トナー（Ｑ２）と現像容器内初期トナー（Ｑ１）の摩擦帯電量の関係としては、０．８≦Ｑ１／Ｑ２≦１．５（式３）の関係が維持されることにあることがわかった。即ち、Ｑ１／Ｑ２の値が、０．８よりも小さい場合には、画像濃度の低下が生じ、一方、Ｑ１／Ｑ２の値が１．５よりも大きい場合には、トナー飛散を生じ、画像にカブリを生じる場合がある。
【００３４】
転写工程を通過し、感光体上に残留したトナーは、一般的に、その表面にある外添剤の比率が低下していることが多い。よって、残留トナーは、現像容器内の初期トナー或いはトナー補給容器内のトナーに比ベて流動性が低下している。その結果、トナー飛散に対しては有利な方向に働くので、残留トナーの摩擦帯電量は、現像器内の初期トナーの摩擦帯電量に対し低い側にやや有利となる。一方、外添剤の比率が低下しても、磁性キャリアとの摩擦帯電量が増加するものであれば、よりトナー飛散には有利となる。従って、本発明の画像形成方法においては、２成分現像剤中のトナーが、着色樹脂微粒子と、該着色樹脂微粒子よりも小径の無機微粒子である外添剤より構成され、トナーと磁性キャリアの単位重量当たりの摩擦帯電量が、上記外添剤の外添比率が減少すると増加するように構成されているトナーを用いることが好ましい。
【００３５】
又、より好ましくは、外添剤の量を少量化できるように、例えば、重合法で作成した流動性に優れる球形の着色樹脂微粒子をトナー分級品として用いることが好ましい。このようなトナーを用いれば、外添剤の比率によって生じる摩擦帯電量の変動、つまり、感光体上残留トナーと現像容器内初期トナーの摩擦帯電量の差が縮まるという効果が得られる。
【００３６】
図１に示す画像形成装置を用いる本発明の画像形成方法について簡単に説明する。まず、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にしてセットし、コピーボタンを押すことにより複写が開始される。原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一体のユニット９となって原稿を照射しながら走査することにより、その照明走査光の原稿面反射光が、短焦点レンズアレイによって結像されてＣＣＤセンサーに入射される。
【００３７】
ＣＣＤセンサーは受光部、転送部及び出力部より構成されている。ＣＣＤ受光部において光信号が電気信号に変えられ、転送部でクロックパルスに同期して順次出力部へ転送され、出力部において電荷信号を電圧信号に変換し、増幅及び低インピーダンス化して出力する。このようにして得られたアナログ信号を周知の画像処理を行なってデジタル信号に変換して画像形成部に送られる。
【００３８】
画像形成部においては、上記の画像信号を受けて、以下のようにして静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心に所定の周速度で回転駆動され、その回転過程に帯電器３により、正極性又は負極性の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に画像信号に対応してＯＮ、ＯＦＦ発光される固体レーザー素子１０３の光を高速で回転する回転多面鏡１０４によって走査することにより感光ドラム１面には、原稿画像に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【００３９】
この静電潜像を後述する現像装置によって現像し感光ドラム上にトナー像を形成する。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写帯電器７によって、転写材上に静電転写される。その後転写材は、分離帯電器８によって静電分離されて定着器６へと搬送され、熱定着されて画像が出力される。一方、トナー像転写後の感光ドラム１の面には転写残トナーが残されるが、この転写残トナーは、次の回転時に現像装置によって回収される。
【００４０】
上記構成は一例であって、例えば、帯電器３はコロナ帯電器でなく帯電ローラであったり、転写帯電器７も転写ローラであったりと、様々な方式があるが、基本的には上記したように、帯電、露光、現像、転写及び定着の工程で画像が形成される。転写残トナーは現像装置４によって回収される。尚、本実施の形態で使用する画像形成装置の現像同時クリーニング装置の構成は、関連例で記した現像装置とほぼ同一のものであるため詳細な説明は省略する。
【００４１】
本例で使用した現像剤は、粉砕法によって製造された平均粒径８μｍのトナーに対して、平均粒径２０ｎｍの無機微粒子を重量比１％外添したものと、飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ3の平均粒径５０μｍの磁性粒子（キャリア）とからなる二成分現像剤であり、その混合比は、重量比で非磁性トナーが約５％になるようにしたが、これに限られるものではなく、更に後述する。
【００４２】
又、現像スリーブに印加する交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧は、感光体上に現像するトナー粒子の粒径を現像容器内の初期トナー粒子の粒径より、小粒径側にさせるべく、その周波数を６ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ以下、より好ましくは８ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下の高周波に設定する。この周波数にすると形成された画像の階調性にやや難がある場合もあり、その場合は、交流電圧を断続的に印加するとよい。即ち、交流印加後に数パルス直流電圧のみにする、所謂ブランクパルスバイアスを用いるとよい。但し、直流電圧のみの時間を長く設定すると、感光体上現像トナーを小粒径側にシフトさせづらくなるため、使用するトナー粒子の粒径及び摩擦帯電量、現像スリーブと感光体との間隔、現像スリーブと感光体と相対速度等を考慮して最適化する必要がある。振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波及び三角波等が使用できる。
【００４３】
ここで、以下にトナーの摩擦帯電量（二成分現像剤）の測定方法について図面を用いて記述する。図６は、トナーのトリボ電荷量を測定する装置の説明図である。まず、そこに５００メッシュのスクリーン１０３のある金属製の測定容器１０２に摩擦帯電量を測定しようとする二成分現像剤を、１００ｍｌ容量のポリエチレン製のビンに入れ、４０秒間手で振とうし、現像剤を約０．５ｇ入れて金属製の蓋１０４をする。
【００４４】
この時の測定容器１０２全体の重量を量り、Ｗ１（ｋｇ）とする。次に、吸引機１０１（測定容器１０２と接する部分は少なくとも絶縁体）において、吸引口１０７から吸引し、風量調節弁１０６を調節して真空計１０５の圧力を２５０ｍｍＡｑとする。この状態で充分、好ましくは２分間吸引を行い、樹脂を吸引除去する。この時の電位計１０９の電位をＶ（ボルト）とする。ここで１０８はコンデンサーであり、容量をＣ（Ｆ）とする。又、吸引後の測定容器１０２全体の重量を量り、Ｗ２（ｋｇ）とする。このトナーの摩擦帯電量は下式の如く計算される。
0004136247.tif 000002
【００４５】
トナーの体積平均粒径は、４〜１５μｍのものが好適に使用できる。ここでトナーの体積平均粒径は、例えば、下記測定法で測定されたものを使用する。
測定装置としてはコールターカウンターＴＡ−II型（コールター社製）を用い、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェイス（日科機製）及びＣＸ−ｉ  パーソナルコンピュータ（キヤノン製）を接続し、電解質溶液は一級塩化ナトリウムを用いて、１％ＮａＣｌ水溶液として調製する。上記電解質溶液１００〜１５０ｍｌ中に、分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料０．５〜５０ｍｇを加える。
【００４６】
試料を懸濁させた電解質溶液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、前記コールターカウンターＴＡ−II型によりアパチャーとして１００μｍアパチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定し、体積分布を求める。これら求めた体積分布により、サンプルの重量平均径が得られる。
【００４７】
本実施の形態に使用される外添剤としては、トナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の重量平均径の１／１０以下の粒径であることが好ましい。この添加剤の粒径とは、電子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。
【００４８】
外添剤としては、例えば、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化錫、酸化亜鉛等）、窒化物（窒化ケイ素等）、炭化物（炭化ケイ素等）、金属塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等）、脂肪酸金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等）、カーボンブラック、シリカ等が用いられる。
【００４９】
外添剤は、トナー粒子１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部、好ましくは、０．０５〜５重量部が用いられる。これら外添剤は、単独でも複数併用してもよい。それぞれ、疎水化処理を行ったものがより好ましい。本発明の好適実施形態では、平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１％外添したものを用いている。
【００５０】
上記したようなトナーとともに、本実施の形態で使用される現像剤を構成するキャリアとしては、従来公知のものを使用することができる。例えば、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、或いはフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったもの、或いはフェライト等のマグネタイト単体表面樹脂でコーティングし、抵抗調整を行ったもの等が用いられ得る。これら磁性キャリアの製造法は特に制限されない。
【００５１】
本発明の好適実施形態では、磁性キャリアとして、重量平均粒径が２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜７０μｍであり、比抵抗が５×１０4Ｖ／ｍの電界強度において、１０12Ωｃｍ以上の抵抗を有するものを用いた。この際に使用するキャリアの比抵抗の測定方法としては、セルにキャリアを充填し、該充填キャリアに接するように電極１及び電極２を配し、これらの電極間に電圧を印加し、その時に流れる電流を測定することにより比抵抗を求める方法を用いた。
【００５２】
上記測定方法におては、キャリアが粉末であるため、充填率に変化が生じ、それにともなって比抵抗が変化する場合があるので注意を要する。又、本発明において使用したキャリアの比抵抗の測定条件は、充填キャリアと電極との接触面積Ｓは約２．３ｃｍ2、厚みｄは約２ｍｍ、上部電極２の荷重１８０ｇ、印加電圧１００Ｖとした。尚、キャリアの真密度及びトナーの真密度は、各々３．６ｇ／ｃｍ3、１．１ｇ／ｃｍ3で固定している。
【００５３】
【実施例】
実施例１
図ｌに示す画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行い、転写紙上の画像濃度並びにトナー飛散の評価を行った。
・条件：
二成分現像剤として、表層ポリエステル樹脂を主成分とする重合球形非磁性トナーと、表面をシリコンコート処理したフェライトキャリアとの混合物（トナー濃度８重量％）を使用した。各段階のトナーの粒径及び現像バイアス等を以下のようにした。
＊現像容器内初期トナー重量平均径（Ｄ１）…８．０μｍ
＊感光体上ソリッドトナー像のトナー重量平均径（Ｄ２）…７．０μｍ
＊感光体上残留トナーの重量平均径（Ｄ３）…６．６μｍ
＊現像バイアス：
ＤＣ分…−５００Ｖ
ＡＣ分…１パルス２ｋＶpp、８ｋＨｚを２回繰り返した後、
上記ＡＣ６パルス分休止。矩形波
明部電位…−２００Ｖ
＊現像スリーブと感光体との間隔…５００μｍ
尚、「初期」とは、１００回の画像形成を行うまでの期間をいう（以下の参考例及び比較例においても同じ。）。
・摩擦帯電量：
先に説明した２成分ブローオフ法により、２３℃／５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で摩擦帯電量を測定した。この結果、初期トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ１）は−２２ｍＣ／ｋｇであり、感光体上残留トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ２）は−２５ｍＣ／ｋｇであり、両者の比は、Ｑ１／Ｑ２＝０．８８であった。
【００５４】
以上の条件にて画像形成を行ったところ、５０，０００枚の画像形成動作を繰り返しても、現像容器内のトナー粒子の重量平均径はやや小粒径側にシフトするものの、画像濃度は常に１．５以上得られ、トナー飛散のない良好な画像が得られた。尚、画像濃度についてはＸ−ｒｉｔｅ社製の濃度計９４１型を用いて転写紙上画像の反射濃度を測定した。
【００５５】
参考例２
図１に示す画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行い、転写紙上の画像濃度並びにトナー飛散の評価を行った。
・条件：
二成分現像剤として、ポリエステル樹脂を主成分とする粉砕系非磁性トナーと、表面をシリコンコート処理したフェライトキャリアとの混合物（トナー濃度６重量％）を使用した。各段階のトナーの粒径及び現像バイアス等を以下のようにした。
＊現像容器内初期トナー重量平均径（Ｄ１）…８．０μｍ
＊感光体上ソリッドトナー像のトナー重量平均径（Ｄ２）…７．２μｍ
＊感光体上残留トナーの重量平均径（Ｄ３）…６．７μｍ
＊現像バイアス：
ＤＣ分…−５００Ｖ
ＡＣ分…２０００Ｖpp、６ｋＨｚ、矩形波
明部電位…−２００Ｖ
＊現像スリーブと感光体との間隔…５００μｍ
・摩擦帯電量：
先に説明した２成分ブローオフ法により、２３℃／５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で摩擦帯電量を測定した。この結果、初期トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ１）は−２２ｍＣ／ｋｇであり、感光体上残留トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ２）は−２７．５ｍＣ／ｋｇであり、両者の比は、Ｑ１／Ｑ２＝０．８であった。
【００５６】
以上の条件にて画像形成を行ったところ、５０，０００枚の画像形成動作を繰り返しても、現像容器内のトナー粒子の重量平均径はやや小粒径側にシフトし、摩擦帯電量もやや高くなるものの、画像濃度は常に１．４〜１．５が得られ、トナー飛散のない良好な画像が得られた。
【００５７】
参考例３
図１に示す画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行い、転写紙上の画像濃度並びにトナー飛散の評価を行った。
・条件：
二成分現像剤として、ポリエステル樹脂を主成分とする粉砕系非磁性トナーと、表面をシリコンコート処理したフェライトキャリアとの混合物（トナー濃度８重量％）を使用した。各段階のトナーの粒径及び現像バイアス等を以下のようにした。
＊現像容器内初期トナー重量平均径（Ｄ１）…８．０μｍ
＊感光体上ソリッドトナー像のトナー重量平均径（Ｄ２）…７．２μｍ
＊感光体上残留トナーの重量平均径（Ｄ３）…７．０μｍ
＊現像バイアス
ＤＣ分…−５００Ｖ
ＡＣ分…２０００Ｖpp、６ｋＨｚ、矩形波
明部電位…−２００Ｖ
＊現像スリーブと感光体との間隔…５００μｍ
・摩擦帯電量：
先に説明した２成分ブローオフ法により、２３℃／５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で摩擦帯電量を測定した。この結果、初期トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ１）は−２５ｍＣ／ｋｇであり、感光体上残留トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ２）は−２２ｍＣ／ｋｇであり、両者の比は、Ｑ１／Ｑ２＝１．１４であった。
【００５８】
以上の条件にて画像形成を行ったところ、５０，０００枚の画像形成動作を繰り返すと、現像容器内のトナー粒子の重量平均径はやや小粒径側にシフトし、摩擦帯電量はやや低下するものの、画像濃度は常に１．５以上得られ、トナー飛散も実用的に問題の無い画像が得られた。
【００５９】
参考例４
図１に示す画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行い、転写紙上の画像濃度並びにトナー飛散の評価を行った。
・条件：
二成分現像剤として、ポリエステル樹脂を主成分とする粉砕系非磁性トナーと、表面をシリコンコート処理したフェライトキャリアとの混合物（トナー濃度８重量％）を使用した。各段階のトナーの粒径及び現像バイアス等を以下のようにした。
＊現像容器内初期トナー重量平均径（Ｄ１）…８．０μｍ
＊感光体上ソリッドトナー像のトナー重量平均径（Ｄ２）…７．０μｍ
＊感光体上残留トナーの重量平均径（Ｄ３）…６．８μｍ
＊現像バイアス
ＤＣ分…−５００Ｖ
ＡＣ分…２０００Ｖpp、１０ｋＨｚ、矩形波
明部電位…−２００Ｖ
＊現像スリーブと感光体との間隔…５００μｍ
・摩擦帯電量：
先に説明した２成分ブローオフ法により、２３℃／５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で摩擦帯電量を測定した。この結果、初期トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ１）は−２５ｍＣ／ｋｇであり、感光体上残留トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ２）は−３０ｍＣ／ｋｇであり、両者の比は、Ｑ１／Ｑ２＝０．８３であった。
【００６０】
以上の条件にて画像形成を行ったところ、５０，０００枚の画像形成動作を繰り返すと、現像容器内のトナー粒子の重量平均径はやや小粒径側にシフトし、摩擦帯電量もやや高くなるものの、画像濃度は常に１．４〜１．５が得られ、トナー飛散の無い良好な画像が得られた。
【００６１】
参考例５
図１に示す画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行い、転写紙上の画像濃度並びにトナー飛散の評価を行った。
・条件：
二成分現像剤として、ポリエステル樹脂を主成分とする粉砕系非磁性トナーと、表面をシリコンコート処理したフェライトキャリアとの混合物（トナー濃度８重量％）を使用した。各段階のトナーの粒径及び現像バイアス等を以下のようにした。
＊現像容器内初期トナー重量平均径（Ｄ１）…８．０μｍ
＊感光体上ソリッドトナー像のトナー重量平均径（Ｄ２）…７．６μｍ
＊感光体上残留トナーの重量平均径（Ｄ３）…７．２μｍ
＊現像バイアス
ＤＣ分…−５００Ｖ
ＡＣ分…２０００Ｖpp、１２ｋＨｚ、矩形波
明部電位…−２００Ｖ
＊現像スリーブと感光体との間隔…５００μｍ
・摩擦帯電量：
先に説明した２成分ブローオフ法により、２３℃／５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で摩擦帯電量を測定した。この結果、初期トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ１）は−２５ｍＣ／ｋｇであり、感光体上残留トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ２）は−２８ｍＣ／ｋｇであり、両者の比は、Ｑ１／Ｑ２＝０．８９であった。
【００６２】
以上の条件にて画像形成を行ったところ、５０，０００枚の画像形成動作を繰り返すと、現像容器内のトナー粒子の重量平均径はやや小粒径側にシフトし、摩擦帯電量もやや高くなるものの、画像濃度は常に１．５以上得られ、トナー飛散の無い良好な画像が得られた。
【００６３】
比較例ｌ
図１に示す画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行い、転写紙上の画像濃度並びにトナー飛散の評価を行った。
・条件：
二成分現像剤として、ポリエステル樹脂を主成分とする粉砕系非磁性トナーと、表面をシリコンコート処理したフェライトキャリアとの混合物（トナー濃度４重量％）を使用した。各段階のトナーの粒径及び現像バイアス等を以下のようにした。
＊現像容器内初期トナー重量平均径（Ｄ１）…７．８μｍ
＊感光体上ソリッドトナー像のトナー重量平均径（Ｄ２）…８．０μｍ
＊感光体上残留トナーの重量平均径（Ｄ３）…６．８μｍ
＊現像バイアス
ＤＣ分…−５００Ｖ
ＡＣ分…２０００Ｖpp、２ｋＨｚ、サイン波
明部電位…−２００Ｖ
＊現像スリーブと感光体との間隔…５００μｍ
・摩擦帯電量：
先に説明した２成分ブローオフ法により、２３℃／５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で摩擦帯電量を測定した。この結果、初期トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ１）は−２２ｍＣ／ｋｇであり、感光体上残留トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ２）は−３２ｍＣ／ｋｇであり、両者の比は、Ｑ１／Ｑ２＝０．６９であった。
【００６４】
以上の条件にて画像形成を行ったところ、２０，０００枚の画像形成動作を繰り返すと、現像容器内のトナー粒子の重量平均径が小粒径側にシフトし、摩擦帯電量も増加した。この結果、画像濃度が徐々に低下し、２０，０００枚時点で１．２となった。
【００６５】
比較例２
図１に示す画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行い、転写紙上の画像濃度並びにトナー飛散の評価を行った。
・条件：
二成分現像剤として、ポリエステル樹脂を主成分とする粉砕系非磁性トナーと、表面をシリコンコート処理したフェライトキャリアとの混合物（トナー濃度４重量％）を使用した。各段階のトナーの粒径及び現像バイアス等を以下のようにした。
＊現像容器内初期トナー重量平均径（Ｄ１）…８．０μｍ
＊感光体上ソリッドトナー像のトナー重量平均径（Ｄ２）…８．２μｍ
＊感光体上残留トナーの重量平均径（Ｄ３）…７．３μｍ
＊現像バイアス
ＤＣ分…−５００Ｖ
ＡＣ分…２０００Ｖpp、１３ｋＨｚ、矩形波
明部電位…−２００Ｖ
＊現像スリーブと感光体との間隔…５００μｍ
・摩擦帯電量：
先に説明した２成分ブローオフ法により、２３℃／５０％Ｒ．Ｈ．の環境下で摩擦帯電量を測定した。この結果、初期トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ１）は−２５ｍＣ／ｋｇであり、感光体上残留トナーと現像キャリアとの摩擦帯電量（Ｑ２）は−２６ｍＣ／ｋｇであり、両者の比は、Ｑ１／Ｑ２＝０．９６であった。
【００６６】
以上の条件にて画像形成を行ったところ、２０，０００枚の画像形成動作を繰り返すと、現像容器内のトナー粒子の重量平均径がかなり小粒径側にシフトし、摩擦帯電量もやや増加した。この結果、画像濃度が徐々に低下し、２０，０００枚時点で１．２５となり、又、トナー飛散もやや増加傾向になった。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像形成動作を繰り返し長期にわたり行っても、画像濃度低下やトナー飛散の発生しない良好な画像を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する画像形成装置の一実施例の概略構成図。
【図２】感光体上ソリッドトナー像粒度分布と感光体上残留トナー粒度分布の関係を表すグラフ。
【図３】本発明の実施例及び関連例を説明した画像形成装置の現像装置の概略断面図。
【図４】本発明の関連例に適用した画像形成装置の概略構成図。
【図５】本発明の実施例及び関連例に適用した画像形成装置においてレーザー光を走査するレーザー走査部１００の概略構成図。
【図６】２成分現像剤の摩擦帯電量を測定する装置の模式図。
【符号の説明】
１：感光体ドラム
３：帯電器
４：現像器
５：クリーナー
６：定着器
７：転写帯電器
８：分離帯電器
１１：現像スリーブ
【図１】
0004136247.tif 000003
【図２】
0004136247.tif 000004
【図３】
0004136247.tif 000005
【図４】
0004136247.tif 000006
【図５】
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【図６】
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