(57)【要約】【課題】現像ローラからのトナー回収を十分に行うことで画像メモリの発生を防止する。【解決手段】本発明の現像装置は、トナー、キャリアおよび荷電粒子を含む現像剤と、現像剤を外周面に保持しつつ搬送する回転駆動される搬送ローラ５４と、第１の領域８８を介して搬送ローラ５４に対向して搬送ローラ上の現像剤からトナーを受け取って現像領域９６に搬送する現像ローラ４８とを備え、現像ローラ４８の最表層部を、搬送ローラ５４上に保持された現像剤との摺擦により荷電粒子とは逆極性に帯電する材料で構成してあることを特徴とする。【選択図】図７
2009198654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤であって、前記トナーの表面に離脱可能に保持されて前記トナーとの摩擦接触により前記トナーを前記第１の極性に帯電する一方で自身は前記第２の極性に帯電する荷電粒子を更に含む現像剤と、
前記現像剤を外周面に保持しつつ搬送する回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成部と、
前記第２の搬送部材と前記像担持体との間に第２の電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記像担持体の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第２の電界形成部と、を備え、
前記第２の搬送部材の最表層部を、前記第１の搬送部材上に保持された現像剤との摺擦により前記荷電粒子とは逆極性の前記第１の極性に帯電する材料で構成してあることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第２の搬送部材の最表層部の抵抗値が１０５〜１０８Ωであることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に使用される現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。
【０００３】
一成分現像方式の現像装置は、トナーを担持して搬送するトナー担持部材と該トナー担持部材のトナー担持面に接触する摩擦荷電部材を備えている。トナー担持部材に担持されているトナーは、摩擦荷電部材の接触位置を通過する際、摩擦荷電部材と摩擦接触して薄層化されると共に所定の極性に帯電される。このように、一成分現像装置は、トナーの帯電を摩擦荷電部材との摩擦接触によって行っているため、構成が簡単・小型・安価であるという利点がある。しかし、摩擦荷電部材の接触位置で強いストレスを受けることからトナーが劣化し易く、そのためにトナーの帯電性が比較的早期に損なわれる。また、トナー担持部材と摩擦荷電部材との接触圧によって両者にトナーが付着してトナーを帯電する能力が低下し、結果的に、現像装置の寿命が比較的短くなる。
【０００４】
これに対し、二成分現像方式の現像装置は、トナーとキャリアを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電するため、トナーの受けるストレスは一成分現像装置に比べて少ない。キャリアも、その表面積はトナーに比べて大きいことから、トナーが付着して汚れることも少ない。しかし、長期間の使用によりキャリアの表面に付着する汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が低下し、かぶりやトナー飛散の問題が生じる。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことが考えられるが、これは現像装置の大型化を招く。
【０００５】
二成分現像装置に係わる上記問題を解消するため、特許文献１には、キャリア又はキャリアとトナーを少しずつ現像剤に補給するとともに、帯電性能の低下した現像剤を少しずつ排出することによって、劣化したキャリアの増加を抑える現像装置が開示されている。この技術によれば、現像装置を大型化することなく、現像剤の長寿命化が可能である。しかし、排出されたキャリアを回収する機構が必要である。また、キャリアの消費量が多く、それによるコストと環境面の問題を含む。さらに、未劣化キャリアと劣化キャリアの比率が安定するまでに所定量の印刷を行う必要がある。
【０００６】
特許文献２には、マトリックス樹脂中に樹脂微粒子と導電性微粉末を分散して含有した樹脂被覆層を芯材上に設けたキャリア及びそれを用いた画像形成方法が開示されている。このキャリアは、他の粒子（キャリア粒子、トナー粒子）や部材（ローラ、スクリュー）との接触によってその表面が部分的に削れた場合、新たな樹脂微粒子が表面に露出し、これがトナーと接触して該トナーを必要程度まで帯電する。しかし、樹脂被覆層の厚さは限られており、この樹脂被覆層が消費されるとキャリアが寿命に達する。
【０００７】
特許文献３には、キャリアと荷電粒子を表面に担持したトナーとからなる二成分現像剤及びそれを用いた現像方法が提案されている。荷電粒子は、キャリアの表面に主にトナーが付着してできる汚れ（スペント）を取り除き、キャリアの長寿命化を図るための研磨材として添加されている。また、特許文献３には、静電潜像担持体のクリーニング領域において、荷電粒子が静電潜像担持体の表面を研磨する機能を発揮することも記載されている。しかし、荷電粒子はトナーの帯電極性とは逆極性に帯電される性質を有することから、静電潜像の非画像部に付着して早期に消費されてしまうという問題がある。特に、画像部の面積が小さな画像（例えば、文字画像）を作成する場合、大量の荷電粒子が消費され、キャリアを研磨して再生する能力が十分に発揮されないという問題がある。
【０００８】
特許文献４には、現像装置内部で二成分現像剤を攪拌・混合することでトナー荷電を行った後、この現像剤を供給ローラに供給し、供給ローラの外周面に磁気ブラシ状態に保持された現像剤をその回転によって現像ローラとの対向領域である供給領域に搬送し、この供給領域において現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像（静電潜像画像部）を現像する現像装置が提案されている。この現像装置によれば、攪拌・混合により摩擦帯電したトナーおよびキャリアを保持した供給ローラから現像ローラにトナーを供給するために供給ローラおよび現像ローラ間に形成された電界の作用によって、トナー上に付着した逆極性の荷電粒子の一部はトナーから分離されて、供給ローラ側に回収されて現像装置内へと戻る。現像装置内の現像剤に加わるストレスによって前記荷電粒子の一部は、キャリア表面に部分的に埋まったような（インプラント）状態で固定化され、これによりトナーと同極性の他の前記荷電粒子以外の外添粒子やトナー微粉の汚れ（スペント）付着によって低下したキャリアの帯電性能を補助する役割を果たすことになる。このような荷電粒子が前記供給領域においてトナーから分離して現像装置内に留まる比率は、供給領域の電界強度やギャップ等の条件によって決まり、印字条件に影響されることなく安定する。一方、荷電粒子が現像装置内に戻ってキャリア上に付着する量は、現像装置内へのトナー補給量に依存し、低い印字率の印刷が多い場合には補給トナー量が少ないためにキャリアの帯電性能を低下させるスペントの量も、キャリアに付着して帯電を補助する荷電粒子の量も共に少なく、逆に、高い印字率の印刷が多い場合にはキャリア上の前記スペントや前記荷電粒子の付着量も多くなる。これにより、印字条件に影響されることなく、二成分現像方式のこれまでの現像剤寿命以上の印字枚数にわたってキャリアの帯電性能を安定して維持することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１００４７２号公報
【特許文献２】特開平９−２６９６１４号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５８５５号公報
【特許文献４】特開２００７−１０８６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記特許文献４に開示される現像装置では、供給ローラと現像ローラとの対向領域において、供給ローラの回転方向に関して上流側では供給ローラから現像ローラへトナーを供給する一方で、その下流側では現像に供されずに現像ローラ表面に付着したまま現像ローラの回転にしたがって前記対向領域に搬送されてきたトナーを供給ローラ上に保持された現像剤で摺擦することで回収している。この現像ローラからのトナー回収が十分に行われないと、前の画像履歴が次の画像形成に影響するいわゆる画像メモリという問題が生じてしまう。この問題は、前記対向領域において両ローラ間でのトナーの供給と回収という相反する機能を両立させることの困難さに起因するもので、特に画像形成装置の高速化対応等の目的で現像ローラへのトナー供給性能の高めるために前記対向領域に形成される電界をトナー供給側に寄った設定にするほど上記画像メモリの問題が顕著になる。
【００１１】
そこで、本発明は、前記特許文献４に開示されるような所謂ハイブリッド現像装置において、現像ローラからのトナー回収が十分に行われるようにすることで画像メモリの発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するため、本発明の現像装置は、トナーとキャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤であって、前記トナーの表面に離脱可能に保持されて前記トナーとの摩擦接触により前記トナーを前記第１の極性に帯電する一方で自身は前記第２の極性に帯電する荷電粒子を更に含む現像剤と、
前記現像剤を外周面に保持しつつ搬送する回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成部と、
前記第２の搬送部材と前記像担持体との間に第２の電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記像担持体の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第２の電界形成部と、を備え、
前記第２の搬送部材の最表層部を、前記第１の搬送部材上に保持された現像剤との摺擦により前記荷電粒子とは逆極性の前記第１の極性に帯電する材料で構成してあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる現像装置によれば、第２の搬送部材の最表層部を、第１の搬送部材上に保持された現像剤との摺擦により前記荷電粒子とは逆極性の第１の極性に帯電する材料で構成してあることで、前記第１の領域においてトナーから分離した荷電粒子の一部が第２の搬送部材の外周面上に静電的に付着する。これにより、第２の搬送部材の外周面のトナー離型性が向上し、トナーが第２の搬送部材から離脱し易くなる。その結果、第２の搬送部材からのトナー回収を十分に行うことができ、画像メモリの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本願発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本願発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００１５】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本願発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。
【００１６】
帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００１７】
このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００１８】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む二成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。ハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材である現像ローラ（第２の搬送部材）４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。
【００１９】
現像ローラ４８は、例えばアルミニウム等の金属からなる導電性ローラの最表層部である外周面にコート層を設けて構成されている。前記コート層は、下記に詳述する現像剤に含まれる荷電粒子の帯電極性とは逆極性の帯電系列に属する例えばフッ素樹脂等の材料で形成されている。前記荷電粒子の帯電極性を正極性と仮定した場合、前記コート層の帯電極性は負極性である。また、前記コート層の抵抗値は、１０５〜１０８Ωであることが好ましい。さらに、前記コート層の内部または表面に導電剤が添加されてもよい。前記導電剤としては、電子導電剤またはイオン導電剤が使用可能である。前記導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック粒子や、金属粉、金属酸化物の微粒子等が例示されるが、これらに限定されない。また、前記イオン導電剤としては、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、両性化合物、そのたのイオン性高分子材料等が例示されるが、これらに限定されない。
【００２０】
現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材である搬送ローラ（第１の搬送部材）５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。
【００２１】
磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にある搬送ローラ５４の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にある搬送ローラ５４の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、搬送ローラ５４の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、搬送ローラ５４の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含む。
【００２２】
搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。
【００２３】
供給領域９０でスリーブ６０から現像ローラ４８にトナー６を効率的に移動させるために、現像ローラ４８とスリーブ６０は電界形成装置１１０と電気的に接続されている。図２に、電界形成装置１１０の一具体例を示す。電界形成装置１１０は、第１の電源１１２と第２の電源１１４とを有する。ここで、第１および第２の電源１１２，１１４が第１の電界形成部を構成し、第１の電源１１２が第２の電界形成部を構成している。
【００２４】
第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８を含む。直流電源１１８は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−３００ボルト）が現像ローラ４８に印加される。第２の電源１１４は、搬送ローラ５４とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０および交流電源１２２を有する。これにより、搬送ローラ５４には、直流電源１２０による所定の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）に、交流電源１２２による振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）ＶＰ−Ｐが例えば１，１００ボルトの交流電圧ＶＡＣが重畳された振動電圧が印加される。
【００２５】
第１の電源１１２によって現像ローラ４８に直流電圧ＶＤＣ１が現像バイアスとして印加されることで、現像ローラ４８と感光体１２との間の現像領域９６には直流電界（第２の電界）が形成される。現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−３００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づいて形成されるこの直流電界の作用によって、現像ローラ４８上の負極性トナーが静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−３００ボルト）と静電潜像非画像部（ＶＨ：−６００ボルト）との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。
【００２６】
また、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間の供給領域９０には、図３に示すような矩形波で表される振動電界（第１の電界）が形成されている。この振動電界において、現像ローラ４８の電位が搬送ローラ５４の電位に対してプラス側の時間帯領域で負極性トナーを搬送ローラ５４から現像ローラ４８に移動させるトナー供給作用を果たし、逆に、現像ローラ４８の電位が搬送ローラ５４の電位に対してマイナス側の時間帯領域で負極性トナーを現像ローラ４８側から搬送ローラ５４に戻すトナー回収作用を果たすと共に、トナーから分離した正極性帯電した荷電粒子には現像ローラ４８へ供給される方向の力が作用することとなる。
【００２７】
ここで、図３中に点線で示すＶaveは、この点線より下のトナー供給作用を果たす時間帯領域の面積と、この点線より上のトナー回収作用を果たす時間帯領域とが均衡することとなる時間平均電位を表す。本実施形態では、現像ローラ４８の電位がＶaveによりもプラス側にバイアスされていることで、トナー供給側デューティ比が６０％に設定されていることと相俟って、トナー供給作用がトナー回収作用を上回るように設定されており、これにより現像ローラ４８へのトナー供給を可能にしている。また、トナー回収作用すなわち荷電粒子供給作用を比較的小さくすることで、荷電粒子が現像ローラ４８側へ過剰に供給されて消費されてしまうのを抑制している。
【００２８】
なお、本実施形態では、現像ローラ４８に直流電圧が印加され、搬送ローラ５４には直流成分に交流成分を重畳した振動電圧が印加されるものとして例示したが、これに限定されるものではない。現像ローラに直流電圧または振動電圧が印加され、搬送ローラに直流電圧または振動電圧が印加されることで、上記例を含めて全部で４通りの組合せが考えられ、これらの組合せにおいて搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される電界は、供給領域９０においてスリーブ６０から現像ローラ４８へのトナー供給が可能であれば、振動電界および直流電界のいずれであってもよい。
【００２９】
本実施形態の現像装置３４で用いられる現像剤は、トナーとキャリアを主成分とする二成分現像剤であるが、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ（スペント）が発生し、これがキャリアの寿命を低下させことになるという問題を解消するために、本実施形態では、二成分現像剤に第３の成分として荷電粒子（インプラント粒子）が添加されている。
【００３０】
図４〜６を参照して具体的に説明すると、本発明の画像形成装置及び現像装置は、トナー６とキャリア４の他に、トナー６との摩擦接触によりトナー６を正規の極性（実施形態では負極性）に帯電する、トナー６よりも小径の荷電粒子８を含む。実施の形態において、荷電粒子８は、トナー６の外周面に離脱可能に保持されており、トナー補給部９８からトナー６と共に補給されるようになっている。
【００３１】
なお、本実施形態では、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は負極性、キャリア４は正極性に帯電される。また、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを負極性に帯電するとともに、荷電粒子８は正極性に帯電する。本願発明に用いるトナー、キャリア、荷電粒子の帯電性は、そのような組み合わせに限るものでない。具体的に、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は正極性、キャリア４は負極性に帯電され、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを正極性に帯電するとともに、荷電粒子８は負極性に帯電する組み合わせも考えられる。
【００３２】
〔３．現像装置の動作〕
続いて、上記のように構成される現像装置３４の動作を説明する。
画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。図４に示すように、キャリア４はトナー６に比べて相当大きい。そのため、図５に示すように、正極性に帯電したキャリア４の周囲に、負極性に帯電したトナー６が、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００３３】
図１に戻って、帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域）８６で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の供給領域９０では、現像ローラ４８と搬送ローラ５４との間に形成された振動電界の作用により、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８に電気的に供給される。
【００３４】
また、供給領域９０におけるトナー６の振動にも援助されてトナー６から分離した正極性帯電した荷電粒子８の一部は、振動電界のトナー回収作用時（すなわち荷電粒子供給作用時）に、現像ローラ４８に供給される。このとき、図７に示すように、現像ローラ４８の外周面を構成するコート層４９は、搬送ローラ５４上に保持された現像剤２との摺擦によって負極性に帯電しているため、正極性の荷電粒子８が現像ローラ４８の表面に主として電気的な吸引力でもって付着して保持される。このようにして現像ローラ４８の外周面全体に満遍なく付着した荷電粒子８は、トナー離型層（またはスペーサ）として機能し、現像ローラ４８に対するトナー６の付着力を低減させる。
【００３５】
図１に戻って、供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する領域（現像領域）９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。本実施形態の画像形成装置では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位ＶＨが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位ＶＬまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位ＶＨを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に飛翔して付着し、この静電潜像を現像剤像として現像する。なお、現像領域９６では、現像ローラ４８上のトナー層が感光体１２に直に接触する接触現像であってもよい。
【００３６】
現像に供されることなく現像ローラ４８上に残留したトナー６は、現像ローラ４８の回転にしたがって搬送されて、搬送ローラ５４と対向する供給回収領域８８に至る。そこで、前記残留トナーは、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の回収領域９２において、搬送ローラ５４上に磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている現像剤磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。このとき、上述したように残留トナー６は、現像ローラ４８に対する付着力がコート層４９の存在によって低減されているので、現像剤磁気ブラシによって現像ローラ４８から容易かつ十分に回収することができる。一方、回収領域９２おいて、キャリア４は磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されており、スリーブ６０から現像ローラ４８に移動することはない。
【００３７】
上記のような現像によって現像剤２からトナー６が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤２に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、ハウジング４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。
【００３８】
現像ローラ４８からスリーブ６０上の現像剤中に回収されたトナー６は、供給領域９０でトナー６から分離して搬送ローラ５４上の現像剤２に捕捉された荷電粒子８と共に、スリーブ６０の回転にしたがって搬送されて前スクリュー７２と対向する放出領域９４に至る。その放出領域９４で、磁極Ｎ２と磁極Ｎ３とによって形成される反発磁界によってスリーブ６０の外周面から前室６８へと放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。この混合過程において、前記トナー６から分離した状態にあった荷電粒子８が図６に示すようにキャリア４の外周のスペント表面に付着又は打ち込まれて固定化される。
【００３９】
上述したように、本実施形態の現像装置３４では、現像ローラ４８の最表層部は、搬送ローラ５４上に保持された現像剤２との摺擦により荷電粒子８とは逆極性の負極性に帯電する材料で形成したコート層４９で構成されていることで、供給領域９０においてトナー６から分離した荷電粒子８の一部が現像ローラ４８の外周面上に静電的に付着する。付着した荷電粒子８がスペーサとして機能することにより、現像ローラ４８の外周面のトナー離型性が向上し、トナー６が現像ローラ４８から離脱し易くなる。その結果、現像ローラ４８からのトナー回収を十分に行うことができ、画像メモリの発生を確実に防止することができる。
【００４０】
また、本実施形態の現像装置３４によれば、現像剤２に荷電粒子８が添加されており、この荷電粒子８がキャリア４上に固定化されることで、荷電粒子８によるキャリア４の帯電補助機能を発揮することができる。これにより、現像剤２においてキャリア４のトナー荷電性能を長期にわたって安定して維持することができ、高品位な画像品質で従来二成分現像方式に比べて現像剤の長寿命化を図ることができる。
【００４１】
〔４．現像剤の具体的な材料〕
現像剤を構成するトナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
【００４２】
〔４−１．トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
【００４３】
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。
【００４４】
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０〜１６０℃の範囲、ガラス転移点が約５０〜７５℃の範囲であることが好ましい。
【００４５】
また、トナーに用いられる着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２〜２０重量部であることが好ましい。
【００４６】
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４７】
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００４８】
その他の添加剤として、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコーンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１〜５重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は９〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００４９】
〔４−２．キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍが好ましい。
【００５０】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。
【００５１】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。
【００５２】
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０重量％の量で添加することが適当である。
【００５３】
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。
【００５４】
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。
【００５５】
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。
【００５６】
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。
【００５７】
〔４−３．荷電粒子〕
好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択される。荷電粒子の個数平均粒径は、例えば、１００〜１０００ｎｍである。キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電するトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電する微粒子が用いられる。そのような微粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。微粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾールがある。
【００５８】
キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電するトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電する微粒子が用いられる。このような微粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子、また、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子が使用できる。トナーとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を、荷電粒子を構成する樹脂に含有させてもよい。負荷電制御剤には、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用できる。荷電粒子は、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体であってもよい。
【００５９】
荷電粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理してもよい。特に、無機微粒子に正極帯電性を付与する場合、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。微粒子に負極性帯電性を付与する場合、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。
【００６０】
〔５．実験〕
次に、本実施形態の画像形成装置１で行った実験について説明する。これらの実験では、下記のトナーおよびキャリアを用いた。
【００６１】
湿式造粒法により作製された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に対し、第１の疎水性シリカ０．２重量部と、第２の疎水性シリカ０．５重量部と、疎水性酸化チタン０．５重量部と、荷電粒子として個数平均粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムを２重量部とを、ヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間表面処理を行って外添処理して得られた負帯電性トナーＡおよび荷電粒子を用いた。ここで用いた第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（♯）１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）により表面処理を施したものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径約３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理したものである。
【００６２】
また、キャリアには、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル樹脂コートがなされてなるコート型キャリアで、平均粒径約３３μｍのコニカミノルタテクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂ  Ｃ３５０用キャリアを用いた。
【００６３】
そして、この実験で用いた現像剤は、トナー比率を８％とした。トナー比率は、現像剤全量に対するトナー、外添剤の合計量の割合である（以下、同様）。
【００６４】
実験では、次の３種類の現像ローラを用いた。すなわち、表面処理なしのアルミ製ローラからなる現像ローラ（１）、アルミ製ローラの外周面にアルマイト処理を施した現像ローラ（２）、アルミ製ローラの外周面にコート層として、スプレー塗布方式により厚さ１５μｍのカーボン含有フッ素樹脂コーティング（抵抗値１０６Ω）を設けた現像ローラ（３）である。
【００６５】
搬送ローラと現像ローラとの間には、図３に示すような電位関係の振動電界を形成した。現像ローラには−３００ボルトの直流電圧ＶＤＣ１を印加し、直流電圧ＶＤＣ２−１５０ボルトに振幅ＶＰ−Ｐ１，１００ボルト、周波数２ｋＨｚ、トナー供給側デューティ比６０％の交流電圧ＶＡＣを重畳した矩形波状の振動電圧を印加した。また、現像ローラと搬送ローラとの最近接部の供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定し、現像ローラと規制部材との間の規制ギャップを０．５ｍｍに設定した。
【００６６】
以上のような条件で用紙での画像出力を実行し、用紙上で画像メモリの発生の有無を目視で確認し、画像メモリが目視確認できるレベルを×、画像メモリが目視確認できないレベルを○として評価した。この評価には、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂ  Ｃ３５０を用いた。この評価方法では、ベタ領域とハーフ領域の存在する画像パターンを出力した。そして１００枚のプリントを行った後に、図９に示すような状況を目視により確認した。図９中において、斜線部はハーフパターン部であり、白い矩形部はハーフパターン部上に発生したメモリ部を示している。その評価結果を下記表１に示す。この表１に示すように、現像ローラ（１）および（２）では画像メモリが発生したが、上記実施形態の現像装置３４に対応する現像ローラ（３）では画像メモリが発生しなかった。これにより、現像ローラにコート層を設けたことで、回収領域において現像ローラからのトナー回収が十分に実行されていることが確認できた。
なお、上述したように、現像ローラ外周面上に付着した荷電粒子がスペーサとして機能し、付着力を低下させ、トナーの回収性が向上するため、機械力のみでの回収が可能となる。したがって、荷電粒子の消費抑制も考慮して、供給回収部での電界をトナー回収方向には作用しないように、即ち、トナーが負極性に帯電する場合には供給回収バイアスのピーク値がプラスにならないようなバイアス値に設定してもよい。
【００６７】
〔表１〕
2009198654.tif 000003
【００６８】
次に、前記現像ローラ（３）に関連して、コート層に含有させるカーボン量を変えることで、コート層の抵抗値を１０３〜１０１０Ωで１桁ずつ８段階に変化させた現像ローラ８本を準備し、これらの現像ローラに搬送ローラ上に保持された現像剤が接触した状態で、両ローラ間に電界をせずに５秒間だけ回転駆動した後に、現像ローラの表面電位を測定した。前記コート層の抵抗値は直流電圧５００ボルトを印加したときの計測値であり、現像ローラの表面電位はＴＲＥＫ社製表面電位測定器による計測値である。その測定結果を図８のグラフに示す。このグラフから判るように、コート層の抵抗値が１０９（グラフでは「Ｅ＋１０」と表示）Ω以上では、現像ローラの表面電位が大きくなり過ぎて搬送ローラの電位に近づくためにトナーを移動させるだけの十分な電界が形成されず、その結果としてトナー供給不良が生じた。一方、コート層の抵抗値が１０４（グラフでは「Ｅ＋４」と表示）Ω以下では、荷電粒子の現像ローラ外周面への付着量が少なくなり、画像メモリの解消効果が小さくなることが判明した。したがって、これらのことから現像ローラのコート層の抵抗値は、１０５〜１０８Ωの範囲に設定するのが好ましいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】画像形成装置および現像装置の概略構成図。
【図２】電界形成装置の一具体例を示す図。
【図３】搬送ローラと現像ローラの電位関係を具体例を示す図。
【図４】現像剤の組成を模式的に説明するための図。
【図５】キャリアの表面に、荷電粒子を保持したトナーが付着している状態を模式的に示す図。
【図６】スペントが付着したキャリアの表面に荷電粒子が打ち込まれた状態を模式的に示す図。
【図７】負極性に帯電した現像ローラのコート層に荷電粒子が付着している状態を示す図。
【図８】現像ローラのコート層抵抗値と現像ローラ表面電位との関係を示すグラフ。
【図９】用紙上での画像メモリの発生の有無の評価に用いた、ベタ領域とハーフ領域の存在する画像パターンを示す図。
【符号の説明】
【００７０】
１：画像形成装置、２：現像剤、４：キャリア、６：トナー、８：荷電粒子、１０：スペント、１２：感光体、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：クリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４４：開口部、４６：第２の空間、４８：現像ローラ、５０：現像ギャップ、５２：第２の空間、５４：搬送ローラ、５５：圧縮部材、５６：供給回収ギャップ、５７：第３の電源、５８：磁石体、６０：スリーブ、６３：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤攪拌室、６８：前室、７０：後室、７２：前スクリュー、７４：後スクリュー、７６：隔壁、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９４：放出領域、９６：現像領域、９８：トナー補給部、１００：容器、１０２：開口部、１０４：補給ローラ、１１０：電界形成装置、１１２：第１の電源、１１４：第２の電源、１１６：グランド、１１８：直流電源、１２０：直流電源、１２２：交流電源。
【図１】
2009198654.tif 000004
【図２】
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【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】
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