(57)【要約】【課題】現像装置の小型化を図りつつ、二成分現像剤のキャリアのトナー帯電性を長期に亘って良好に維持する。【解決手段】トナーを収容するトナー収容室６８から、現像剤を収容する現像剤収容室６６へ補給されるトナー量が、現像剤を担持する現像剤担持体５４上のトナー量の変化に応じて調整される現像装置３４に、トナーの表面に離脱可能に保持される荷電粒子を含む現像剤を使用し、現像剤担持体５４とトナー担持体４８との間に、現像剤担持体５４が保持している現像剤中のトナーをトナー担持体４８に移動させ、現像剤中のトナーの表面に保持された荷電粒子の少なくとも一部をトナーから分離してキャリアの表面に保持させる電界を形成する。【選択図】図１
2009175496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含み、上記トナーと上記キャリアは相互の摩擦接触によって上記トナーが第１の極性に帯電されると共に上記キャリアが第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
該現像剤を担持する現像剤担持体と、
供給回収領域を介して上記現像剤担持体に対向配置され、上記供給回収領域において上記現像剤担持体から供給されたトナーを担持するトナー担持体と、
上記現像剤担持体の外周面の一部に面して配置され、上記現像剤を収容する現像剤収容室と、
上記現像剤収容室に補給するための上記トナーを収容するトナー収容室と、
上記トナー収容室と上記現像剤収容室とを仕切るように、且つ、上記現像剤担持体の外周面に面するトナー補給口を通して上記トナー収容室から上記現像剤収容室へ補給されるトナー量が上記現像剤担持体上のトナー量の変化に応じて調整されるように配置された壁部とを備え、
上記現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
上記現像剤は、上記トナーと上記キャリアに加えて、上記トナーの表面に離脱可能に保持される荷電粒子を含み、
該荷電粒子は、上記トナーの表面から分離した後上記キャリアの表面に保持されると上記トナーとの摩擦接触によって上記トナーを第１の極性に帯電する粒子であり、
上記トナー担持体が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させる第１の電界を、上記トナー担持体と上記静電潜像担持体との間に形成する第１の電界形成手段と、
上記現像剤担持体が保持している現像剤中のトナーを上記トナー担持体に移動させ、上記現像剤中のトナーの表面に保持された上記荷電粒子の少なくとも一部をトナーから分離して上記キャリアの表面に保持させる第２の電界を、上記現像剤担持体と上記トナー担持体との間に形成する第２の電界形成手段とを更に有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
上記現像剤担持体上の上記現像剤の移動方向における上記供給回収領域よりも下流側で且つ上記トナー補給口よりも上流側の位置に、上記現像剤担持体上の現像剤を圧縮する圧縮部が、上記現像剤担持体の外周面に対向配置されてい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】
第２の電界形成手段は、上記トナーを上記現像剤担持体から上記トナー担持体に向けて移動させる振動電界を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
第２の電界形成手段によって上記供給回収領域に形成される第２の電界が２．５×１０６Ｖ／ｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
上記荷電粒子の個数平均粒径が約１００ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの現像装置。
【請求項６】
上記荷電粒子の比誘電率が８．５以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの現像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の現像装置を含む画像形成装置。
【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、及びこ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】
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】
このような問題に鑑みて、例えば特許文献１に開示された現像装置では、現像方式として、一成分現像の長所と二成分現像の長所を兼ね備えた所謂ハイブリッド現像が採用されている。ハイブリッド現像を採用した現像装置は、現像剤搬送ローラと現像ローラを備え、現像剤搬送ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む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。
【０００６】
ハイブリッド現像では、一成分現像と同様、現像ローラにトナーのみが担持されキャリアが担持されないことから、感光体の表面にキャリアが接触することがなく、高画質の画像を得ることができる。また、ハイブリッド現像では、二成分現像と同様、トナーが、キャリアとの摩擦接触により帯電されるため、トナーを比較的小さなストレスで帯電できる。
【０００７】
特許文献２には、ハイブリッド現像を採用した現像装置に関して、現像装置の小型化を図るための技術が提案されている。具体的に説明すると、特許文献２の現像装置は、現像剤搬送ローラに担持させる現像剤（トナーとキャリア）を収容する現像剤収容室と、現像剤収容室に補給するためのトナーを収容するトナー収容室とを備え、現像に伴い現像剤収容室内のトナーが消費されると、トナー収容室から現像剤収容室へトナーが適宜補給されるように構成されている。トナー収容室から現像剤収容室へのトナーの補給量は、現像剤搬送ローラ上の現像剤のトナー比率（キャリア量Ｎに対するトナー量Ｍの比率Ｍ／Ｎ）に応じて調整されるようにしてあり、これにより、現像剤のトナー比率の安定化が図られている。かかる構成によれば、現像剤のキャリアを現像剤収容室にのみ収容すればよく、キャリアの収容量が少なくて済むため、現像装置の小型化を図ることができる。
【特許文献１】特開平９−１８５２４７号公報
【特許文献２】特開２００１−２０１９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２の現像装置は、キャリアの収容量が少ないため、スペントの付着に伴うキャリアのトナー帯電性の低下が進行しやすく、現像装置の寿命が短くなる恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明は、現像装置の小型化を図りつつ、二成分現像剤のキャリアのトナー帯電性を長期に亘って良好に維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため、本発明に係る現像装置は、
トナーとキャリアを含み、上記トナーと上記キャリアは相互の摩擦接触によって上記トナーが第１の極性に帯電されると共に上記キャリアが第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
該現像剤を担持する現像剤担持体と、
供給回収領域を介して上記現像剤担持体に対向配置され、上記供給回収領域において上記現像剤担持体から供給されたトナーを担持するトナー担持体と、
上記現像剤担持体の外周面の一部に面して配置され、上記現像剤を収容する現像剤収容室と、
上記現像剤収容室に補給するための上記トナーを収容するトナー収容室と、
上記トナー収容室と上記現像剤収容室とを仕切るように、且つ、上記現像剤担持体の外周面に面するトナー補給口を通して上記トナー収容室から上記現像剤収容室へ補給されるトナー量が上記現像剤担持体上のトナー量の変化に応じて調整されるように配置された壁部とを備え、
上記現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
上記現像剤は、上記トナーと上記キャリアに加えて、上記トナーの表面に離脱可能に保持される荷電粒子を含み、
該荷電粒子は、上記トナーの表面から分離した後上記キャリアの表面に保持されると上記トナーとの摩擦接触によって上記トナーを第１の極性に帯電する粒子であり、
上記トナー担持体が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させる第１の電界を、上記トナー担持体と上記静電潜像担持体との間に形成する第１の電界形成手段と、
上記現像剤担持体が保持している現像剤中のトナーを上記トナー担持体に移動させ、上記現像剤中のトナーの表面に保持された上記荷電粒子の少なくとも一部をトナーから分離して上記キャリアの表面に保持させる第２の電界を、上記現像剤担持体と上記トナー担持体との間に形成する第２の電界形成手段とを更に有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る画像形成装置は、上記現像装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、キャリアの収容量を少なくすることで、現像装置の小型化を図りつつ、現像剤担持体とトナー担持体との間の供給回収領域に第２の電界を形成してキャリアに荷電粒子を保持させることで、キャリアのトナー帯電性を長期に亘って良好に維持できる。具体的には、現像剤担持体上の現像剤が供給回収領域に搬送されると、第２の電界形成手段により形成された第２の電界の作用により、トナーの表面に離脱可能に保持された荷電粒子の少なくとも一部が、トナーから分離して現像剤担持体上のキャリアの表面に保持されるため、キャリアのトナー帯電性が長期に亘って良好に維持される。これにより、現像剤収容室内のトナーは、キャリアに保持された荷電粒子との摩擦接触によって安定した帯電量を維持する。したがって、本発明を組み入れた現像装置、画像形成装置は、長期に亘って良質の画像を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本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。
【００１４】
〔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、静電潜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。
【００１５】
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が、電位の減衰した部分を静電潜像非画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分を静電潜像画像部としてもよい。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。
【００１６】
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。
【００１７】
〔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２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にトナー担持体である現像ローラ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。
【００１８】
現像ローラ４８の材料としては、例えば、アルミニウム等の金属材料が用いられる。現像ローラ４８の材料としてアルミニウムを用いる場合、表面処理を施すことが好ましい。また、現像ローラ４８の材料として、アルミニウム等の導電性基材の表面に樹脂またはゴムをコーティングしたものを使用してもよい。この場合、導電性基材の表面にコーティングされる樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂またはフッ素樹脂等が挙げられる。一方、導電性基材の表面にコーティングされるゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴムまたはイソプレンゴム等が挙げられる。また、現像ローラ４８の材料として、導電性基材の表面に樹脂またはゴムをコーティングしたものを用いる場合、コーティング層に導電剤を添加してもよい。この場合、導電剤としては、例えば電子導電剤またはイオン導電剤が用いられる。電子導電剤としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック若しくはファーネスブラック等のカーボンブラック、金属粉、又は金属酸化物の微粒子等が挙げられるが、これらに限定されない。一方、イオン導電剤としては、例えば、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、両性化合物またはイオン性高分子材料等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１９】
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、現像剤担持体である搬送ローラ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。
【００２０】
磁石体５８は、スリーブ６０の内面に対向し、スリーブ６０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の近傍にあるスリーブ６０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の近傍にあるスリーブ６０の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、スリーブ６０の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、スリーブ６０の右側内周面部分に対向する磁極Ｎ２を含む。
【００２１】
搬送ローラ５４に隣接して、現像剤を収容する現像剤収容室６６が形成されている。現像剤収容室６６は、搬送ローラ５４の外周面の一部、具体的には搬送ローラ５４の外周面の右上部に面して配置されている。
【００２２】
現像剤収容室６６の背後には、現像剤のトナーを収容するトナー収容室６８が形成されている。トナー収容室６８には、トナー収容室６８に収容されたトナーを現像剤収容室６６に補給するための補給部材８２が回転可能に設けられている。補給部材８２が時計回り方向に回転すると、トナー収容室６８内のトナーが後述のトナー補給口７６に向けて搬送され、トナー補給口７６を通して現像剤収容室６６に補給される。
【００２３】
トナー補給口７６は、トナー収容室６８と現像剤収容室６６とを仕切るように配置された壁部７０に設けられている。壁部７０は、ハウジング４２の天井部から垂下する垂直部７２と、垂直部７２の下端部から搬送ローラ５４に向けて略水平に伸びる水平部７４とを有する。水平部７４は、搬送ローラ５４の磁極Ｎ２に対向する位置に配置されている。水平部７４の先端と搬送ローラ５４の外周面との間には所定間隔のギャップが形成されており、このギャップがトナー補給口７６を構成している。これにより、トナー補給口７６は、搬送ローラ５４の外周面に面する位置に、搬送ローラ５４の長手方向に沿って形成される。
【００２４】
トナー補給口７６には、搬送ローラ５４に担持された現像剤が存在する。トナー補給口７６において、トナー収容室６８から現像剤収容室６６へ補給されるトナーは、搬送ローラ５４上のトナーの隙間を通過する。そのため、トナー補給口７６において搬送ローラ５４上の現像剤の量が少ないほど、トナー収容室６８から現像剤収容室６６へ補給されるトナー量は多くなる。現像剤のキャリアは現像によってほとんど消費されず、これにより搬送ローラ５４上のキャリア量が略一定となることから、搬送ローラ５４上の現像剤の量は、その現像剤のトナー量が多いほど多くなる。そのため、トナー収容室６８から現像剤収容室６６へ補給されるトナー量は、搬送ローラ５４上のトナー量が少ないほど多くなり、搬送ローラ５４上のトナー量が多いほど少なくなる。このようにして、トナー収容室６８から現像剤収容室６６へ補給されるトナー量は、搬送ローラ５４上の現像剤のトナー量に応じて調整されるため、現像剤収容室６６内の現像剤のトナー比率（キャリア量Ｎに対するトナー量Ｍの比率Ｍ／Ｎ）は略一定に維持される。
【００２５】
このように、現像装置３４では、ハウジング４２の内部空間を現像剤収容室６６とトナー収容室６８とに区分し、現像剤のキャリアを現像剤収容室６６のみに収容しているため、キャリアの収容量を少なくすることができる。そのため、ハウジング４２全体にキャリアを収容する構成と比較して、現像装置３４の小型化を図ることができる。
【００２６】
このように構成された現像装置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。補給部材８２は矢印８４方向に回転する。これにより、トナー収容室６８に収容されているトナーは、補給部材８２によりトナー補給口７６に向けて搬送されて、適量のトナーが現像剤収容室６６に補給される。現像剤収容室６６では、現像剤の対流により、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２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ため、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。
【００２７】
図１に戻り、現像剤収容室６６内の現像剤は、搬送ローラ５４の磁石体５８の磁力により、搬送ローラ５４のスリーブ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。後に詳細に説明するように、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領域（供給領域）９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された電界の存在により、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。また、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領域（回収領域）９２では、後に説明するように、現像に寄与することなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８上のトナーが、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。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。供給回収領域８８を通過した現像剤は、磁石体５８の磁力に保持され、スリーブ６０の回転と共に磁極Ｓ２の対向部と磁極Ｎ２の対向部とを通過して現像剤収容室６６に再び到達すると、現像剤収容室６６内で、適量のトナーを含む現像剤がスリーブ６０に再び保持される。これにより、現像に伴いトナーが消費されても、搬送ローラ５４上の現像剤のトナー比率は略一定に維持される。
【００２８】
供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナーは、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。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付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。
【００２９】
図１０は、別の実施形態に係る現像装置２３４を示す。図１０に示す現像装置２３４では、搬送ローラ５４上の現像剤を圧縮する圧縮部材（請求項の圧縮部に相当する。）９８が、搬送ローラ５４の外周面に対向配置されている。具体的に、圧縮部材９８は、搬送ローラ５４の回転方向における供給回収領域８８よりも下流側で且つトナー補給口７６よりも上流側の位置、より具体的には搬送ローラ５４の磁極Ｓ２に対向する位置に設けられている。
【００３０】
圧縮部材９８は、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる帯状部材である。圧縮部材９８は、その幅方向一端（以下、「基端」という。）がハウジング４２内周面に固定され、幅方向他端（以下、「先端」という。）が自由端となっている。圧縮部材９８は、基端から先端に向かうに連れて搬送ローラ５４の外周面に徐々に近づくように配置されている。
【００３１】
搬送ローラ５４の下方に位置するハウジング部分の内周面と、搬送ローラ５４の外周面との距離は例えば１ｍｍとされ、圧縮部材９８の先端部と搬送ローラ５４の外周面との距離は例えば０．２ｍｍとされている。一方、圧縮部材９８が設けられていないと仮定した場合、搬送ローラ５４の下部外周面に担持される現像剤の層厚は例えば０．４ｍｍとされている。そのため、搬送ローラ５４上の現像剤は、圧縮部材９８の先端部との対向部を通過する際、層厚が半分程度になるまで圧縮部材９８により圧縮される。このとき、搬送ローラ５４上の現像剤が圧縮部材９８から受ける荷重（搬送ローラ５４の長手方向の単位長さ当たりの荷重）は、例えば７Ｎ／ｍとされる。
【００３２】
このように、搬送ローラ５４上の現像剤は、供給回収領域８８を通過した後、圧縮部材９８の先端部との対向部に搬送され、圧縮部材９８により圧縮されるため、供給回収領域８８においてトナー６から分離した荷電粒子８が、圧縮部材９８との対向部においてキャリア４に効率的に保持される。これにより、キャリア４のトナー帯電性が良好に維持され、現像剤２の長寿命化を図ることができる。
【００３３】
なお、図１０に示す現像装置２３４のその他の構成は、図１に示す現像装置３４と同様である。また、図１０に示す実施形態では、圧縮部材９８が上述のような帯状部材で構成されているが、本発明において、圧縮部材９８の形状は特に限定されない。さらに、図１０に示す実施形態では、現像剤を圧縮する圧縮部として、ハウジング４２と別体の圧縮部材９８が用いられているが、ハウジング４２と一体の圧縮部を用いるようにしてもよい。
【００３４】
〔３．電界形成手段〕
供給領域９０で搬送ローラ５４のスリーブ６０から現像ローラ４８にトナー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。電源の具体例が図４Ａ〜図８に示してある。
【００３５】
図４Ａに示す電界形成装置１１０は、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２（請求項の第１の電界形成手段に相当する。）とスリーブ６０に接続された第２の電源１１４（請求項の第２の電界形成手段に相当する。）を有する。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を有し、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、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１１４は、スリーブ６０とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有し、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）を搬送ローラ５４に印加する。この結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された直流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０から現像ローラ４８に吸引されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーが、図４Ｂに示すように、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、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：−２００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。
【００３６】
図５Ａに示す電界形成装置１２２において、第１の電源１２４は、図５Ａの電源と同様に、現像ローラ４８とグランド１２６との間に接続された直流電源１２８を有し、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、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１３０は、スリーブ６０とグランド１２６との間に直流電源１３２と交流電源１３４を有する。直流電源１３２は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加している。図５Ｂに示すように、交流電源１３４は、スリーブ６０とグランド１２６との間にピーク・ツー・ピーク電圧ＶＰ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。その結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０の内部の固定磁石の磁力によってスリーブ６０に保持され、現像ローラ４８に供給されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。
【００３７】
図６Ａに示す電界形成装置１３６において、第１の電源１３８は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に直流電源１４２と交流電源１４４を有する。直流電源１４２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、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加する。交流電源１４４は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）ＶＰ−Ｐが例えば１，６００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。第２の電源１４６は、現像ローラ４８と交流電源１４４との間の端子１４８とスリーブ６０との間に接続された直流電源１５０を有する。直流電源１５０は、所定の直流電圧ＶＤＣ２を出力することができ、陽極が端子１４８、陰極がスリーブ６０に接続されており、これにより、スリーブ６０が現像ローラ４８に対して負極性にバイアスされている（図６Ｂ参照）。したがって、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。また、現像領域９６では、現像ローラ４８上の負極性トナーが、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。
【００３８】
図７に示す電源１５２は、図４Ａに示す実施形態の電源において、第１の電源１１２と第２の電源１１４にそれぞれ交流電界形成装置１５４，１５６を追加したものである。交流電界形成装置１５４，１５６の出力電圧はＶＡＣ１，ＶＡＣ２である。電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２は同一であってもよいし、違ってもよい。図８に示す電界形成装置１５８は、図４Ａに示す実施形態の電源において、第１の電源１１２に交流電源１６０を追加したものである。交流電源１６０の出力電圧はＶＡＣである。これらの形態の電界形成装置１５２，１５８も、電源１１０，１２２，１３６と同様に、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、供給領域９０では負極性に帯電しているトナー６をスリーブ６０から現像ローラ４８に供給し、現像領域９６では負極性に帯電しているトナー６を現像ローラ４８から静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に供給する。
【００３９】
〔４．現像剤〕
一般に、トナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤は、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る。そこで、この問題を解消するために、本発明では、２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。
【００４０】
図２と図３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た状態でトナー収容室６８に収容され、トナー収容室６８から現像剤収容室６６へトナー６と共に補給される。
【００４１】
画像形成時、荷電粒子８はトナー６と共に現像剤収容室６６に補給された後、トナー６およびキャリア４と共にスリーブ６０に保持されて、規制領域８６および供給回収領域８８を移動する。この搬送過程で、トナー６の表面に保持されて正極性に帯電している荷電粒子８は、供給回収領域８８の電界中に置かれると、トナー６に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー６の外周面から離脱する。離脱した荷電粒子８は、該分離した荷電粒子８とキャリア４との間に作用するストレスによってキャリア４の外周面に保持されるか又は打ち込まれる。図３に示すように、キャリア４の外周面の一部又は全体がスペント１０で覆われている場合、荷電粒子８はスペント１０に打ち込まれる。キャリア４の外周面に保持され又は打ち込まれた荷電粒子８は、トナー６との摩擦接触によりトナー６と逆の極性に帯電する。実施形態では、トナー６は負極性に帯電されるため、荷電粒子８は正極性に帯電される。その結果、荷電粒子８が打ち込まれたキャリア４は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペント１０に被覆されていても、スペント１０の無い状態と同様の荷電性を維持し、トナー６を所定の極性に帯電する。
【００４２】
上述のように、荷電粒子８は、トナー６と逆の極性に帯電される。そのため、図９に示すように、供給回収領域８８では、現像ローラ４８とスリーブ６０の間に形成される電界に基づいてトナー６はスリーブ６０から現像ローラ４８に移動する。また、トナー６から分離した荷電粒子８は、供給領域９０でトナー６が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に素早く保持されて、トナー６と共に現像ローラ４８に供給されることがない、または現像ローラ６に供給されるとしてもその量は極めて僅かである。
【００４３】
ところで、上述のように現像剤収容室６６にのみキャリア４を収容するように構成された現像装置３４では、キャリア４の収容量が小さいため、キャリア４のトナー帯電性の低下が進行しやすい。しかし、現像の際、供給回収領域８８において、全部または一部の荷電粒子８がキャリア４の表面に保持されるため、これにより、キャリア４のトナー帯電性を良好に維持でき、現像剤の寿命を長くすることができる。
【００４４】
なお、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。
【００４５】
〔５．具体的な材料〕
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。
【００４６】
〔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の共重合体で構成してもよい。含窒素モノマーとしては、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等を使用できる。
【００４７】
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。このような微粒子としては、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を使用できる。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。
【００４８】
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、フッ素カップリング剤で表面処理することが好ましい。
【００４９】
〔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。具体的には、例えば、バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナーが用いられ、必要に応じて荷電制御剤や離型剤を含有させたり、表面に添加剤を保持させたりしてもよい。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍである。
【００５０】
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。
【００５１】
〔バインダー樹脂〕
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。
【００５２】
〔着色剤〕
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。
【００５３】
〔荷電制御剤〕
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。
【００５４】
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。
【００５５】
〔その他の添加剤〕
その他、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、酸化チタンまたは酸化アルミニウム等が使用できる。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１０〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００５６】
〔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、例えば、バインダー型キャリア又はコート型キャリア等が用いられる。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍであることが好ましい。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、表面処理等により調整できる。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。
【００６２】
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。
【００６３】
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％が好ましく、６〜３０重量％がさらに好ましい。
【００６４】
〔実験Ａ〕
図１の現像装置を備えた画像形成装置を用いて、荷電粒子の効果を調べた。実験用に、荷電粒子を担持したトナーＡと、荷電粒子を担持していないトナーＡ’を用意した。
【００６５】
〔トナーＡ’〕
トナーＡ’の製造方法は以下のとおりである。湿式造粒法で作成された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に、複数の添加剤−第１の疎水性シリカ０．２重量部、第２の疎水性シリカ０．５重量部、疎水性酸化チタン０．５重量部−を添加した。次に、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用い、添加剤が添加されたトナー母材を攪拌して添加剤をトナー母材の表面に付着させ、負極帯電性のトナーＡ’を得た。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。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）を疎水化剤のヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）で表面処理して得たものである。第２の疎水性シリカは、固体平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０：日本アエロジル社製）をＨＭＤＳで表面処理して得たものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを、水系湿式環境で、疎水化剤のイソブチルトリメトキシシランにより表面処理して得たものである。
【００６６】
〔トナーＡ〕
トナーＡの製造方法は以下のとおりである。トナーＡ’に、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添加した。荷電粒子の添加量は、トナーＡ’に含まれるトナー母材粒子１００重量部に対して、２重量部であった。次に、荷電粒子が添加されたトナーＡ’を三井鉱山社製のヘンシェルミキサで攪拌し、トナーの表面に荷電粒子を付着させて、トナーＡを得た。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。
【００６７】
〔キャリア〕
実験に用いたキャリアは、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリアである。このキャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル系樹脂をコーティングしたコート型キャリアである。
【００６８】
〔実施例１〕
現像装置は図１に示す形態の現像装置を使用した。現像剤は、上述のキャリアとトナーＡを用いた。現像剤中のトナー比率を８％に調整した。トナー比率は、現像剤全体の重量に対する、トナーと荷電粒子を含む添加材との合計重量の割合である。電界形成装置は、図８に示す形態を採用し、搬送ローラに直流電圧ＶＤＣ２：−４００ボルトを印加し、現像ローラには、直流電圧ＶＤＣ１：−３００ボルトと交流電圧を印加した。交流電圧は、周波数：２ｋＨｚ、振幅ＶＰ−Ｐ：１，４００ボルト、マイナスデューティ比（トナー回収デューティ比）：４０％、プラスデューティ比（トナー供給デューティ比）：６０％の矩形波であった（図１１参照）。したがって、負極性に帯電したトナーをスリーブから現像ローラにバイアスする供給電位差（トナー供給電圧）は８００ボルト、現像ローラからスリーブにトナーをバイアスする回収電圧差（トナー回収電圧）は６００ボルトである。
【００６９】
現像ローラには、表面をアルマイト処理したアルミニウムローラを用いた。現像ローラとスリーブの供給回収ギャップは０．３ｍｍに設定した。これにより、現像ローラとスリーブの間に形成されるトナーの供給電界は、２．７×１０６Ｖ／ｍ（＝８００Ｖ／０．３ｍｍ）であった。規制板とスリーブの規制ギャップは、スリーブ上の磁気ブラシが現像ローラの外周面に接触するように、０．３５〜０．５ｍｍとした。現像ローラとスリーブは同一方向に回転し、供給回収領域でスリーブ上の現像剤搬送方向と現像ローラ上のトナーが逆方向に移動するようにした。感光体の帯電電位は−５５０ボルト、感光体に形成された静電潜像画像部の電位は−６０ボルトであった。感光体と現像ローラの現像ギャップは０．１５ｍｍに設定した。
【００７０】
壁部の水平部とスリーブとのギャップは０．３ｍｍに設定した。これにより、スリーブ上の現像剤のトナー比率が８％以上であるとき、壁部の水平部とスリーブとのギャップは、スリーブ上の現像剤により封止され、トナー収容室から現像剤収容室へのトナーの補給は行われない。一方、現像剤のトナー比率が８％よりも小さくなると、壁部の水平部とスリーブとのギャップにおいて、このギャップを通過するスリーブ上の現像剤の体積が小さくなることから隙間が生じ、この隙間を通してトナー収容室から現像剤収容室へトナーが補給される。トナーが補給されると、スリーブ上の現像剤のトナー比率が上昇し、トナー比率が再び８％に達すると、トナーの補給が停止される。このようにして、スリーブ上の現像剤のトナー比率は、常に８％程度に維持される。
【００７１】
〔比較例〕
現像剤として、上述のキャリアとトナーＡ’を用いた。その他の条件は、実施例１と同一である。
【００７２】
〔評価〕
コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製複写機bizhub C３５０を改造した画像形成装置を用い、複数の条件で画像面積率５％のオリジナル画像を１００，０００枚印刷した。１０，０００枚の印刷ごとに現像装置内の現像剤をサンプリングし、トナー帯電量を測定した。結果を図１２に示す。この図から明らかなように、実施例１では、印刷枚数の増加に拘わらず、トナーの帯電量はほぼ一定の値を維持した。これに対し、比較例では、印刷枚数の増加と共にトナーの帯電量が低下した。
【００７３】
〔結論〕
以上より、現像装置の中で、トナーとは逆の極性に帯電する荷電粒子がキャリアの表面に付着し、それにより、キャリアがトナーを帯電する能力の低下を補い、長期に亘ってトナーの帯電量が必要な値に保たれることが分かった。
【００７４】
〔実験Ｂ〕
実施例１で用いたトナーＡと図１の現像装置を用いて、スリーブと現像ローラの間で現像剤に作用する電界の強さを変化させ、画像面積率が５％の画像を５０，０００枚印刷後、現像ローラの表面に担持されている現像剤のトナー帯電量の低下量を測定した。実験の条件と結果を、表１，２に示す。
【００７５】
表１から分かるように、供給回収領域に直流電界であって１×１０６Ｖ／ｍ以下の弱いトナー供給電界の場合（実験１，７）、比較的大きな帯電量の低下が見られた。ただし、そのような条件下にあっても実用上問題の無い画質が得られた。このような帯電量の低下は、荷電粒子をトナーから分離する電界が弱いことからトナーと共に挙動し、キャリア表面への荷電粒子付着量が少なく、十分なトナー荷電性能が得られなかった事に原因があるものと考えられる。したがって、直流電界を採用する場合、供給回収領域には１×１０６Ｖ／ｍ以上のトナー供給電界を形成することが好ましい。
【００７６】
実験１と実験４の結果、また実験８と実験９の結果を対比すれば明らかなように、供給回収領域に振動電界を作用させた場合、直流電界と同等の平均電界であっても、より高いトナー帯電性能が得られることが分かる。その理由は、振動電界によってトナーと荷電粒子には逆方向の付勢力が交互に作用し、それにより荷電粒子がトナーから効率的に分離したものと考えられる。したがって、供給回収領域には、直流電界よりも振動電界を形成することがより好ましいといえる。また、振動電界を用いる場合、トナー供給電界は約２．５×１０６Ｖ／ｍ以上であることが好ましいと考えられる。
【表１】
2009175496.tif 000003
【表２】
2009175496.tif 000004
【００７７】
〔実験Ｃ〕
トナーＡの他に複数のトナーＢ〜Ｆを用意して、トナー帯電量の変化を調べた。トナーＢ〜Ｆは、それぞれ個数平均粒径２１０ｎｍ、１４０ｎｍ、７０ｎｍ、８５０ｎｍ、１，０００ｎｍのチタン酸ストロンチウムからなる荷電粒子をトナーＡ’に添加し攪拌して得た。荷電粒子の添加量は、トナー母材粒子１００重量部に対して２重量部とした。攪拌は、ヘンシェルミキサを用いて、４０ｍ／秒の攪拌速度で３分間行った。その他の条件は実施例１と同一である。
【００７８】
用意されたトナーＡ〜Ｇを図１の現像装置に装填し、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、１０，０００枚ごとに現像ローラの外周面に保持されているトナーの帯電量を測定した。結果を図１３のグラフに示す。このグラフに示すように、トナーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｅについては帯電量の低下は殆ど無かったが、トナーＤ，Ｆについては印刷枚数の増加と共にトナー帯電量が低下する傾向が得られた。その結果から、個数平均粒径が小さくなると、荷電粒子がトナーから分離し難くなり、結果的にキャリアに付着する量が減少するものと考えられる。また、個数平均粒径が大きくなると、キャリアへの荷電粒子の打ち込み性が低下し、トナーの帯電性を有効に発揮できないものと考えられる。これらの事実から、荷電粒子の粒径は約１００ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲であることが好ましいと考えられる。
【００７９】
〔実験Ｄ〕
トナーＡの他に複数のトナーＧ〜Ｊを用意して、トナー帯電量の変化を調べた。トナーＧ〜Ｊは、それぞれ個数平均粒径１５０ｎｍの酸化チタン、個数平均粒径２００ｎｍのアルミナ、個数平均粒径５００ｎｍのチタン酸バリウム、個数平均粒径２００ｎｍのメラミン樹脂ビーズからなる荷電粒子をトナーＡ’に添加し攪拌して得た。荷電粒子の添加量は、トナー母材粒子１００重量部に対して２重量部とした。攪拌は、ヘンシェルミキサを用いて、４０ｍ／秒の攪拌速度で３分間行った。その他の条件は実施例１と同一である。
【００８０】
用意されたトナーＡ，Ｇ〜Ｊを図１の現像装置に装填し、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、１０，０００枚ごとに現像ローラの外周面に保持されているトナーの帯電量を測定した。結果を図１４のグラフに示す。このグラフに示すように、チタン酸ストロンチウムを添加したトナーＡ、チタン酸バリウムを添加したトナーＩ、酸化チタンを添加したトナーＧについては、トナー帯電量の低下は殆ど無かった。アルミナを添加したトナーＨについては、トナー帯電量が多少低下した。メラミン樹脂ビーズを添加したトナーＪについては、トナー帯電量の低下が最も大きくなった。
【００８１】
このように、荷電粒子を構成する材料の違いによって帯電量に違いが生じる原因は、材料自体の飽和帯電量にあるものと考えられる。つまり、粒子が持ち得る電荷量が少ない場合、粒子は早期に飽和し、その飽和帯電量はトナーを必要な程度まで帯電させるに足らないものであるが、粒子が持ち得る帯電量が多い場合、飽和状態まで帯電した粒子はトナーを必要程度まで帯電し得るものと考えられる。
【００８２】
粒子が持ち得る電荷量は、それを構成する材料の比誘電率に比例する。上述した荷電粒子材料の比誘電率を、実験Ｅで得られた帯電性の評価結果と共に、以下の表３に示す。この表より、トナーに添加する荷電粒子の比誘電率は、８．５以上であることが好ましいことが分かる。
【表３】
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【００８３】
〔実験Ｅ〕
下記の実施例２について、荷電粒子の効果を調べた。
【００８４】
〔実施例２〕
現像装置は図１０に示す形態の現像装置を使用した。現像剤は、上述のキャリアと後述のトナーＫを用いた。スリーブの下側に位置するハウジング部分の内面と、スリーブの外周面とのギャップを１ｍｍとし、圧縮部材の先端とスリーブの外周面とのギャップを０．２ｍｍとした。これにより、圧縮部材との対向部を通過するスリーブ上の現像剤（層厚０．４ｍｍ）が、圧縮部材により圧縮される。
【００８５】
トナーＫは、トナーＡと同様、個数平均粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムからなる荷電粒子をトナーＡ’に添加し攪拌して得た。ただし、荷電粒子の添加量は、トナーＡと異なり、トナー母材粒子１００重量部に対して１重量部とした。攪拌は、ヘンシェルミキサを用いて、４０ｍ／秒の攪拌速度で３分間行った。その他の条件は実施例１と同一である。
【００８６】
用意されたトナーＫを図１０の現像装置に装填し、画像面積率５％の画像を５０，０００枚印刷し、１０，０００枚ごとに現像ローラの外周面に保持されているトナーの帯電量を測定した。結果を図１５のグラフに示す。このグラフに示すように、実施例２についても、実施例１と同様、帯電量の低下が殆ど無かった。このことから、スリーブ上の現像剤を圧縮する圧縮部材を設けた場合、荷電粒子の添加量を比較的少なくしても、キャリアのトナー帯電性を長期間良好に維持できることが分かった。これは、供給回収領域でトナーを消費することでキャリアリッチとなったスリーブ上の現像剤が、圧縮部材により圧縮されることで、キャリアに荷電粒子が効率的に付着されるためだと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成と本発明に係る現像装置の断面を示す図。
【図２】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３】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４Ａ】電界形成装置の一実施形態を示す図。
【図４Ｂ】図４Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図５Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図５Ｂ】図５Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図６Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図６Ｂ】図６Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図７】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図８】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図９】供給回収領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図。
【図１０】本発明に係る画像形成装置の概略構成と、他の実施形態に係る現像装置の断面を示す図。
【図１１】実施例１においてスリーブと現像ローラに供給される電圧の波形を示す図。
【図１２】印刷枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフ。
【図１３】印刷枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフ。
【図１４】印刷枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフ。
【図１５】印刷枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８８】
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、５６：供給回収ギャップ、５８：磁石体、６０：スリーブ、６３：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤収容室、６８：トナー収容室、７０：壁部、７２：垂直部、７４：水平部、７６：トナー補給口、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９８：圧縮部材、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：電界形成装置、１２４：第１の電源、１２６：グランド、１２８：直流電源、１３０：第２の電源、１３２：直流電源、１３４：交流電源、１３６：電界形成装置、１３８：第１の電源、１４０：グランド、１４２：直流電源、１４４：交流電源、１４６：第２の電源、１４８：端子、１５０：直流電源、１５２：電界形成装置、１５４：交流電源、１５６：交流電源、１５８：電界形成装置、１６０：交流電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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