JP2003057882A

JP2003057882A - 現像装置、画像形成方法及び装置

Info

Publication number: JP2003057882A
Application number: JP2001241232A
Authority: JP
Inventors: Hajime Koyama; 一小山; Takashi Hodoshima; 隆程島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】キャリアを長時間使用してもトナースペント
化がなく、帯電量の低下、トナー飛散及び地肌汚れがな
く、かつフルカラー電子写真においても安定した画像品
質を維持できる低電位現像等に好適な低抵抗・高耐久キ
ャリア及び現像剤を用いた現像装置、該現像装置を用い
て画像形成を行う画像形成方法及び画像形成装置を提供
すること。【解決手段】表面の帯電電位の絶対値が４００Ｖ以下
の感光体ドラム１上の潜像を、研摩材、潤滑材、離型材
の少なくとも1つを外部添加または内部添加したトナー
１１と、表面が該トナーよりも高硬度の強磁性金属から
なりダイナミック抵抗が１０^８Ω以下の磁性粒子からな
るキャリア１２とを混合した２成分現像剤１３を使用し
て現像する。これにより、トナースペント防止、キャリ
アの表層膜削れ防止によるキャリア特性安定化、現像特
性安定化等の信頼性、及び現像剤（キャリア）コスト抑
制等の課題を総合的に改良することができるようにな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ、ファッ
クス、複写機等の画像形成装置における現像装置、画像
形成方法及び装置に関し、詳しくは、現像剤担持体に対
向する現像領域（現像ニップ領域）で、該潜像担持体上
に形成した静電潜像を、比較的低電位の条件下で画像形
成を行う現像剤により現像して、該潜像担持体上にトナ
ー像を形成する現像装置、該現像装置を用いて画像形成
を行う画像形成方法及び画像形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記現像ニップ領域において、像
担持体上の静電潜像を現像する方式として、トナーと磁
性粒子とを含む二成分現像剤を用いて該静電潜像を現像
する二成分現像方式と、トナーのみの一成分現像剤を用
いて該静電潜像を現像する一成分現像方式とが知られて
いる。

【０００３】上記二成分現像方式は、磁石を内臓した現
像剤担持体の表面にトナーと磁性粒子とからなる二成分
現像剤をブラシ状に担持して磁気ブラシを形成し、上記
該現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域（現像
ニップ領域）において、該像担持体上に形成した静電潜
像に上記磁気ブラシ中のトナーのみを付着させて、該像
担持体上にトナー像を形成するものである。この２成分
現像方式は、トナー像の転写性や温度・湿度に対する現
像特性が安定且つ良好な優れた現像方式として知られて
いる。

【０００４】一方、上記一成分現像方式は、現像剤担持
体の表面にトナーのみの一成分現像剤を均一に薄層化し
て担持し、この現像剤担持体の表面に担持したトナー
を、該トナー担持体と像担持体とが対向する現像領域
（現像ニップ領域）において、像担持体上に形成した静
電潜像に接触又は非接触状態で対向させ、該静電潜像に
トナーを付着させて、該像担持体上にトナー像を形成す
るものである。この一成分現像方式は、画像の高画質化
や高解像度化に有利な現像方式として知られている。つ
まり、この一成分現像方式では、前記二成分現像方式の
現像剤のような磁性粒子を用いないので、磁気ブラシが
像担持体の表面に当たって現像ムラなどが生じる不具合
がなく、上記静電潜像に忠実な現像を行うことができ
る。

【０００５】また、上記二成分現像方式と一成分現像方
式の各長所を組み合わせた現像方式を採用したものとし
て、二成分現像剤からなる磁気ブラシを表面に形成した
トナー供給部材としての現像剤担持体を用い、該トナー
供給部材上の磁気ブラシによりトナーのみの一成分現像
剤をトナー担持体としての現像剤担持体に供給して担持
させる現像装置が提案されている（例えば、特開昭５６
−４０８６２号公報、特開昭５９−１７２６６２号公報
参照）。この現像装置では、現像装置内で二成分現像剤
を攪拌し、トナー供給部材（例えば、磁気ローラ、磁気
ブラシ形成体など）上に二成分現像剤を担持して磁気ブ
ラシを形成する。この磁気ブラシ中のトナーは磁性粒子
との摩擦により所定極性に帯電される。そして、このト
ナー供給部材上の磁気ブラシから所定極性に帯電された
トナーのみが、トナー担持体（例えば、現像ローラ、ト
ナー層保持体など）上に移動して担持される。この現像
装置においては、上記トナー担持体やトナーへのストレ
スが上記一成分現像方式に比して少なくなると共に、現
像が一成分現像方式で行われるので一成分現像方式と同
等の高画質が得られる。

【０００６】この種の現像装置により現像されるトナー
像の高画質化と長寿命化の両立を図る場合に大きな課題
となることは、現像剤の長寿命化と、潜像担持体上の潜
像を該現像剤により高精細に再現することである。本出
願人は、上記現像剤を長寿命化するキャリアとして、特
開平１０−７８６８１号公報、特開平１１−１７４７４
３号公報に示すものを提案している。特開平１０−７８
６８１号公報に示すキャリアは、キャリア芯材表面に樹
脂被覆層を有する静電潜像現像用キャリアであって、樹
脂被覆層がシリコーン樹脂、アミノシランカップリング
剤及び酸化防止剤を含有する。特に酸化防止剤を芯材近
くに多く含有させる。この現像剤は、長時間使用しても
スペントがなく、帯電量の低下、トナー飛散及び地肌汚
れがなく、かつフルカラー電子写真においても安定した
画像品質を維持できる高耐久キャリア及び現像剤が提供
される。特開平１１−１７４７４３号公報に示すキャリ
アは、メチル系シリコーン樹脂からなる編成シリコーン
樹脂を少なくとも１種含有した被覆材によりマグネタイ
トかキャリア用核体粒子の表面を被覆した静電荷現像用
キャリアであって、該被覆材中に導電性微粉末、シラン
カップリング剤、シリコーンオイルからなる逆極性物質
を含有する静電荷現像用キャリアである。このキャリア
は、十分な耐久性を有し、安定した帯電特性を有する寿
命の長い静電荷現像用キャリアとなる。

【０００７】ところで、上記２成分系現像剤は、トナー
は消費されて新規なトナーが補充されるが、キャリアに
ついては消費は殆ど起きない為トナーやキャリア同士、
他の部材との摺擦、圧接により表面状態が変化し該キャ
リアのトナーを摩擦帯電する能力や表面抵抗が変化して
現像特性の変化を起こす課題がある。従って、上記現像
剤としては、低電位現像に好適な低抵抗キャリア、特に
表面に芯材と異質の被覆層を施さない安価なキャリアを
用いた高耐久のものが望まれている。

【０００８】このような現像剤を用いて画像形成を行う
場合には、比較的低い帯電量のトナーを使用できる現像
方法が好適である。また、高精細な潜像を形成するに
は、潜像担持体の帯電及び露光後電位の差をできるだけ
小さくし、できるだけ低いエネルギーを照射する露光光
学系により潜像を書き込むことが考えられる。しかし、
この場合には、潜像の電位コントラストが低くなるた
め、現像装置の現像能力を高める必要性が生じる。従っ
て、このような潜像を現像する現像剤としては、上述し
たような比較的低帯電のトナーと低抵抗キャリアとを組
み合わせた現像剤を使用することが有効となる。また、
このような現像剤を用いた場合には、トナー像の転写時
における潜像及び地肌ポテンシャルが比較的小さいこと
から、転写時のトナー散りが発生しにくいという利点が
ある。

【０００９】一方、画像形成装置の長寿命化を達成する
には、潜像担持体としての感光体の劣化防止が有効であ
る。感光体は露光による光疲労もさることながら、初期
帯電時に強いハザードを受ける。スコロトロンチャージ
ャに代表される放電を利用した帯電システムでは感光体
表面に直接降りかかるために、電離作用が表面劣化を促
進させる要因となる。そこで、通常設定される感光体の
初期帯電電位−８００Ｖを、１／２の−４００Ｖの低電
位に設定することで、上記表面劣化の促進を遅らせるこ
とが可能となり、感光体の長寿命化が可能になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ネガポジ現
像方式を採用するときに潜像担持体の帯電電位を絶対的
に下げることは、バイアス設定条件を含めた現像ポテン
シャルを低減させることに他ならない。従って、前述の
ように、潜像担持体の初期帯電電位を低電位に設定にし
た場合には、現像装置の現像能力を上げて飽和現像ポテ
ンシャルを低減させることが必要となる。

【００１１】上記現像装置の現像能力を高くするため条
件としては、（１）潜像担持体と現像剤担持体としての現像スリーブ
との間隔である現像ギャップを狭くする。（２）現像領域幅を広くする。（３）現像剤のキャリアとして低抵抗キャリアを使用す
る。（４）現像スリーブの回転数を高める。（５）トナー帯電量を抑制する。（６）現像剤中のトナー濃度を高める。（７）現像スリーブの潜像担持体に対する線速比を高め
る。などの方法がある。

【００１２】しかし、上記（１）、（２）及び（４）の
方法は、ベタラインのクロス部や黒ベタ、ハーフトーン
ベタ画像の後端部に白抜けを生じる所謂「後端白抜け」
と称される異常画像が発生しやすい。このような異常画
像は、現像スリーブ上に形成される磁気ブラシが潜像担
持体と摺擦する接触部（現像ニップ）において、潜像担
持体と現像スリーブの線速差（対感光体線速比）がある
場合に生じることが知られている。ここで、例えば、現
像スリーブの対感光体線速比を２．５倍とする場合、現
像スリーブは潜像担持体よりも２．５倍速く動く。ま
た、現像スリーブの現像主磁極半値幅が４８°の磁石を
用いるときの現像ニップの幅は、約４ｍｍ（実験値）で
あり、また現像ギャップは０．４ｍｍの場合をあげるこ
とができる。

【００１３】このような、ハーフトーンベタ画像の後端
部に生じる「後端白抜け」や「ギザギザ」などをなくす
方法の一つとして、現像バイアスと地肌部の電位差を零
にする方法が考えられる。しかし、上述のような地汚れ
を発生させるような低い電荷量のトナーを使用した場
合、上記電位差を該トナーに合わせて地汚れを生じない
電位差に設定する必要があるため、この方法は現実的な
改良の方策にはなり得ない。また、トナーに磁性体を混
合させた磁性トナーを使用するとトナー濃度を高められ
るが、トナーが現像スリーブ側の磁界の影響を受け該電
界による移動が緩慢となり潜像担持体上の画像部へのト
ナー付着も高トナー濃度の割りには画像濃度が高くなら
ないことと、磁性体を含むためにカラートナーへの展開
ができないことなどの理由で、有効な改良の方策とする
ことが困難である。

【００１４】このように、良質な画像を確保するために
は、細線の再現性（特に縦横比）、ドットの再現性、ト
ナー付着の均一性等のファクターを考慮する必要がある
が、これらは、上記後端白抜けなどの異常画像の発生の
排除とともに達成されることが重要となる。このような
点を鑑みて、特開平１０−７８６８１号公報、特開平１
１−１７４７４３号公報に示した従来のキャリアでは、
キャリア芯材に樹脂の被覆層を設けて所望の電気抵抗と
耐久性の保証をおこなってきた。しかしながら、樹脂の
被覆層も磨耗の課題を抱えながらさほど厚く被覆でき
ず、キャリア補給なしの耐久性は数１０万枚オーダーで
あった。これに対し、画像形成装置本体の寿命は数百万
枚オーダーもあり、現像剤の交換を不要化するためには
現像剤の寿命向上が課題であった。

【００１５】以上の観点より、高画質と長寿命の両立を
図る画像形成装置としては、潜像担持体の帯電電位を従
来より低減させ、且つ、現像剤へのハザードを低減させ
た状態で、現像剤の帯電量を従来より低減させることに
よって現像能力を高めることが好ましい。また、潜像担
持体の表面を低エネルギー光量で露光することで、該表
面に精細な潜像を形成して高品位画像を形成するシステ
ムとするととともに、特に低コントラスト画像で、後端
白抜け／ギザギザ等の先後端の異常画像の発生を改善す
ることができるものであることが望ましい。更に、良好
な画像濃度と画質を確保することができ、潜像担持体へ
のキャリア付着を防止できることが好ましい。

【００１６】本発明は以上の背景に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、キャリアを長時間使用
してもトナースペント化がなく、帯電量の低下、トナー
飛散及び地肌汚れがなく、かつフルカラー電子写真にお
いても安定した画像品質を維持できる低電位現像等に好
適な低抵抗・高耐久キャリア及び現像剤を用いた現像装
置、該現像装置を用いて画像形成を行う画像形成方法及
び画像形成装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体の
表面を一様に帯電し該表面を画像情報に基づいて露光す
ることにより該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成
手段と、トナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持し上
記潜像担持体に対向する現像領域に該現像剤を搬送する
ことにより該潜像担持体上の潜像を現像して該潜像担持
体上にトナー像を形成する現像装置と、該現像剤担持体
に現像バイアスを印可する現像バイアス印可手段と、該
潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置と
を備えた画像形成装置の現像装置において、表面の帯電
電位の絶対値が４００Ｖ以下の潜像担持体上の潜像を、
研摩材、潤滑材、離型材の少なくとも1つを外部添加ま
たは内部添加したトナーと、表面が該トナーよりも高硬
度の強磁性金属からなりダイナミック抵抗が１０^８Ω以
下の磁性粒子からなるキャリアとを混合した２成分現像
剤を使用して現像することを特徴とするものである。

【００１８】この現像装置においては、上記低抵抗なキ
ャリアの表面が硬く削れ難く、且つトナー添加剤により
トナースペント化を抑制する機能があるので、トナース
ペント防止、キャリアの表層膜削れ防止によるキャリア
特性安定化、現像特性安定化等の信頼性、及び現像剤
（キャリア）コスト抑制等の課題を総合的に改良するこ
とができるようになる。すなわち、上記２成分現像剤の
キャリアは、低電位現像等に好適な電気抵抗であって、
表面を空気中に晒しても酸化が進行する等の化学変化が
少なく、且つ耐磨耗性が高い特徴を備えた金属からな
る。一方、上記トナーは、キャリアへのトナースペント
を起こし難い態様とする為に研摩剤、潤滑剤等を適度に
添加した構成になっている。ここで、上記「ダイナミッ
ク抵抗」は、後述の図７の測定システムを用いて測定し
たものである。

【００１９】上記課題は、本発明にしたがって、上記現
像剤を上記現像剤担持体に汲み上げて、該現像剤担持体
上に磁気ブラシを形成し、上記潜像担持体に現像剤を摺
擦させて潜像を可視像化する現像装置において、上記磁
気ブラシが現像剤担持体の長手方向に対し均一に穂立ち
を起こして、潜像担持体に接触するように構成すること
によって解決される。また、該磁気ブラシが現像剤担持
体の長手方向に対し均一に潜像担持体から離間して、穂
倒れを起こすように構成すれば、上記課題を一層確実に
解決できる。ここで、穂立ち・穂倒れにおける「均一」
とは、例えばキャリア径５０μｍの場合にスリーブ長手
方向における磁気ブラシの穂の振幅が２ｍｍ程度、好ま
しくは１ｍｍ程度以下に収まる状態を意味する。ところ
で、磁性粒子に働く磁気力は、磁性粒子が略球状又は不
定形の軟磁性体微粉で磁化が小さく、且つ現像剤担持体
（回転する現像ローラは非磁性体とする）に固定内蔵さ
れている永久磁石の形成する磁界に及ぼす影響が小さく
無視できる程度の場合、次式で示すことができる。ｆ（Ｍａｇ）＝（ｍ／Ｖ）Ｈ０，但しｍ＝ＶＪｍ、ここで、ｆ（Ｍａｇ）：磁気力、Ｍ：磁性粒子の磁気モ
ーメント、Ｈ０：磁界、Ｖ：磁性粒子の体積、Ｊｍ：磁
性粒子の磁化、即ち磁気力は磁性粒子の大きさ、磁化
率、磁界の強さ及び磁気勾配に比例する力として近似で
きる。そこで、磁気勾配を大きくする観点から現像領域
で穂立ちを起こす主磁極の法線方向磁束密度の減衰率を
４０％以上、好ましくは５０％以上とすることで、上記
課題が解決される。磁極の減衰率が大きくなるというこ
とは、磁気ブラシの立ち上がり・倒れの間の穂立ち幅が
小さくなることで、その結果、磁気ブラシは短く且つ密
に立ち上がることとなる。このような短く且つ密な立ち
上がりをする磁気ブラシは、上記現像剤担持体の長手方
向において考察すると、立ち上がり・倒れの均一化をも
たらすものである。

【００２０】請求項２の発明は、潜像担持体の表面を一
様に帯電し、該画像情報に基づいて露光するこにより該
潜像担持体上に潜像を形成し、トナーを含む現像剤を現
像剤担持体に担持して該潜像担持体に対向する現像領域
に搬送して、該現像剤担持体に現像バイアスを印可して
該潜像担持体上の潜像を現像した後、該潜像担持体上の
トナー像を転写材に転写して画像形成を行う画像形成方
法において、上記潜像担持体の表面の帯電電位の絶対値
を４００Ｖ以下とし、研摩材、潤滑材、離型材の少なく
とも1つを外部添加または内部添加したトナーと、表面
が該トナーよりも高硬度の強磁性金属からなりダイナミ
ック抵抗が１０^８Ω以下の磁性粒子からなるキャリアと
を混合した２成分現像剤を用いて、上記潜像担持体上の
潜像を現像することを特徴とするものである。

【００２１】この画像形成方法においては、上記キャリ
アの表面が硬く削れ難く、且つトナー添加剤によりトナ
ースペント化を抑制する機能があるので、トナースペン
ト防止、キャリアの表層膜削れ防止によるキャリア特性
安定化、現像特性安定化等の信頼性、及び現像剤（キャ
リア）コスト抑制等の課題を総合的に改良することがで
きるようになる。これにより、低電位現像に用いる低抵
抗キャリアのトナースペント防止、表層膜削れ防止によ
るキャリア特性安定化、及び現像特性安定化のできる画
像形成方法が提供される。

【００２２】請求項３の発明は、潜像担持体と、該潜像
担持体の表面を一様に帯電し該表面を画像情報に基づい
て露光することにより該潜像担持体上に潜像を形成する
潜像形成手段と、トナーを含む現像剤を現像剤担持体に
担持し上記潜像担持体に対向する現像領域に該現像剤を
搬送することにより該潜像担持体上の潜像を現像して該
潜像担持体上にトナー像を形成する現像装置と、該現像
剤担持体に現像バイアスを印可する現像バイアス印可手
段と、該潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転
写装置とを備えた画像形成装置において、上記潜像担持
体の表面の帯電電位の絶対値が４００Ｖ以下であり、上
記現像剤が、研摩材、潤滑材、離型材の少なくとも1つ
を外部添加または内部添加したトナーと、表面が該トナ
ーよりも高硬度の強磁性金属からなりダイナミック抵抗
が１０^８Ω以下の磁性粒子からなるキャリアとを混合し
た２成分現像剤であることを特徴とするものである。

【００２３】この画像形成装置においては、上記低抵抗
なキャリアの表面が硬く削れ難く、且つトナー添加剤に
よりトナースペント化を抑制する機能があるので、トナ
ースペント防止、キャリアの表層膜削れ防止によるキャ
リア特性安定化、現像特性安定化等の信頼性、及び現像
剤（キャリア）コスト抑制等の課題を総合的に改良する
ことができるようになる。これにより、低電位現像に用
いる低抵抗キャリアのトナースペント防止、表層膜削れ
防止によるキャリア特性安定化、及び現像特性安定化の
できる画像形成装置が提供される。

【００２４】請求項４の発明は、請求項１の現像装置に
おいて、上記キャリアの表面の強磁性金属が鉄系酸化金
属であることを特徴とするものである。

【００２５】この現像装置においては、上記キャリアの
表層に高硬度の酸化皮膜があるので、現像剤の耐磨耗性
や電気特性安定性を保証でき、現像剤を長寿命化できる
ようになる。

【００２６】請求項５の発明は、請求項１又は４の現像
装置において、上記キャリアの表面の硬度がマイクロビ
ッカース硬さで１００ＫＧ/ｍｍ^２以上であることを特
徴とするものである。

【００２７】この現像装置においては、上記キャリアの
表面の硬度がマイクロビッカース硬さで１００ＫＧ/ｍ
ｍ^２以上であるので、現像剤の耐磨耗性や電気特性安定
性を保証でき、現像剤を長寿命化できるようになる。

【００２８】請求項６の発明は、請求項１、４又は５の
現像装置において、上記キャリアの1ｋＯｅ磁場中にお
ける飽和磁化が３５〜１５０ｅｍｕ／ｇであることを特
徴とするものである。

【００２９】この現像装置においては、上記キャリアに
強い磁力が作用させることが容易にできキャリア付着防
止が容易になる。

【００３０】請求項７の発明は、請求項１、４、５又は
６の現像装置において、上記キャリアの平均球形度が
０．８以上であることを特徴とするものである。

【００３１】この現像装置においては、っ上記キャリア
の表面形状にトナー粒径オーダーの大きな凹部がないの
で、トナーが１箇所に補足され難く、且つ別トナーが該
個所に接触し易いのでトナースペントが起き難くなる。

【００３２】請求項８の発明は、請求項１、４、５、６
又は７の現像装置において、上記キャリアの表面を被覆
する上記トナーのキャリア表面平均被覆率が２５〜１０
０％であることを特徴とするものである。

【００３３】この現像装置においては、上記トナーとキ
ャリアとが適度な摩擦帯電状態になり、トナーの帯電の
過不足を防止できるようになる。

【００３４】請求項９の発明は、請求項１、４、５、６
又は７の現像装置において、上記キャリア表面のトナー
を正規極性に摩擦帯電する領域が５０％以上であること
を特徴とするものである。

【００３５】この現像装置においては、上記キャリアの
表面にトナーを所望レベルに帯電できる領域が十分な比
率であるので、良好なトナー像の維持・安定化ができる
ようになる。

【００３６】請求項１０の発明は、請求項１、４、５、
６、７、８又は９の現像装置において、上記キャリア体
積平均粒径が２０〜１００μｍであることを特徴とする
ものである。

【００３７】この現像装置においては、上記キャリアが
十分な大きさを持つので該キャリアに十分な磁力が作用
する。また、該キャリアの表面積積が体積の割合に較べ
て広いので、現像装置の現像特性を安定に維持し易い高
トナー濃度剤の使用が容易となる。

【００３８】請求項１１の発明は、請求項１、４、５、
６、７、８、９又は１０の現像装置において、上記トナ
ーに添加する研摩剤が炭化珪素であることを特徴とする
ものである。

【００３９】この現像装置においては、上記キャリアの
表面を研摩効果の高い物質で摺擦できるので、キャリア
表面への強固な異物の付着を防止できるようになる。

【００４０】請求項１２の発明は、請求項１、４、５、
６、７、８、９、１０又は１１の現像装置において、上
記キャリアを上記トナーと同時又は独立して現像装置内
に補充するキャリア補充手段と、該キャリア補充手段に
より現像装置内に補充したキャリアと現像装置内の使用
済みの少なくとも一部のキャリアとを入れ替えるキャリ
ア入れ替え手段とを有していることを特徴とするもので
ある。

【００４１】この現像装置においては、上記キャリアが
不良になる前に、上記キャリア入れ替え手段により、使
用済みのキャリアが新品のキャリアと入れ替えられるの
で、現像剤の交換が不要になる。

【００４２】請求項１３の発明は、請求項１、４、５、
６、７、８、９、１０、１１又は１２の現像装置におい
て、上記現像剤担持体上に上記２成分現像剤を磁気ブラ
シ状に形成して担持し、該現像剤担持体に対向して配置
したトナー担持体と該現像剤担持体との間に電界を形成
して、該電界により上記磁気ブラシ状の２成分現像剤中
のトナーを上記トナー担持体上に供給し、該トナー担持
体上に供給したトナーを上記現像領域に搬送して、上記
潜像担持体上に形成した潜像を現像することを特徴とす
るものである。

【００４３】この現像装置においては、上記トナー担持
体に帯電量の適正なトナーを選択的に且つ緻密に一様に
供給して、均一で十分な量のトナーにより、上記潜像担
持体上に、ざらつき感や地汚れのない、高精細、高鮮鋭
なトナー像を形成できるようになり、画質を向上させる
ことができる。

【００４４】請求項１４の発明は、請求項１３の現像装
置において、上記潜像担持体または上記トナー担持体に
付着したキャリアを捕捉するためのキャリア捕捉手段を
有していることを特徴とするものである。

【００４５】この現像装置においては、上記潜像担持体
または上記トナー担持体へのキャリアの飛散や付着が起
きても、該キャリアが転写等の次工程まで到達しないの
で、次工程でのキャリア付着による、転写抜け、定着ロ
ーラ表面の損傷、クリーニングブレード破損等の悪影響
を防止できる。

【００４６】請求項１５の発明は、請求項１３又は１４
の現像装置において、上記トナー担持体に供給する際の
トナーの供給ポテンシャルの絶対値、又は上記潜像担持
体上に形成した潜像を現像する際のトナーの現像ポテン
シャルの絶対値が、４００Ｖ以下であることを特徴とす
るものである。

【００４７】この画像形成装置においては、上記トナー
のみを供給するための電界が弱いので、上記キャリアに
働く電気的力が弱くなる。これにより、上記潜像担持体
または上記トナー担持体へのキャリアの飛散や付着が防
止されるようになる。

【００４８】請求項１６の発明は、請求項４の現像装置
において、上記キャリアは、ＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３（Ｍは２
価の金属イオン）なる組成を持つ一群のフェライトから
なることを特徴とするものである。

【００４９】この画像形成装置においては、上記キャリ
アの表層に高硬度で、耐食性、耐熱性が良いの酸化皮膜
があるので、耐磨耗性保証と電気特性安定性を保証でき
現像剤を長寿命化できるようになる。

【００５０】請求項１７の発明は、請求項１４の現像装
置において、上記キャリア捕捉手段により捕捉したキャ
リアを、現像装置内に戻すためのキャリア回収手段を有
していることを特徴とするものである。

【００５１】この現像装置においては、上記キャリアの
廃棄比率が殆どゼロとなるので、キャリアの補充や交換
が不要になる。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、画像形成装置で
あるプリンタに適用した一実施形態について説明する。
なお、本実施形態は、プリンタ以外に、複写機やファク
シミリなどにも適用することができる。まず、本実施形
態の説明に先立って、本発明が適用されるプリンタにつ
いて説明する。このプリンタの主要部の概略構成を図１
に示す。

【００５３】図１において、静電潜像担持体である感光
体ドラム１の周囲には、当該ドラム表面を帯電するため
の帯電装置２、一様帯電処理面に潜像を形成するための
レーザー光Ｌを照射するための露光装置、ドラム表面の
潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する
現像装置４、形成されたドラム上のトナー像を記録紙や
ＯＨＰシートなどの転写材へ転写するための転写装置
５、感光体ドラム１上の残留トナーを除去するためのク
リーニング装置７、感光体ドラム１上の残留電位を除去
するための除電ランプ８などが順に配設されている。

【００５４】このような構成のプリンタにおいて、チャ
ージャあるいは帯電ローラからなる帯電装置２によって
表面を一様に帯電された感光体ドラム１の表面には、レ
ーザー光Ｌの露光によって、静電潜像が形成される。こ
の静電潜像は、現像装置４によってトナー像化される。
該トナー像は、転写ローラあるいは転写ベルトなどで構
成された転写装置５によって、感光体ドラム１の表面か
ら、図示しない給紙トレイから搬送された記録紙Ｐへ転
写される。

【００５５】この転写の際に、感光体ドラム１に静電的
に付着した記録紙Ｐは、図示しない分離爪によって感光
体ドラムから分離される。そして未定着の記録紙Ｐ上の
トナー像は、定着装置６によって記録紙Ｐに定着され
る。

【００５６】一方、転写されずに感光体ドラム１上に残
留したトナーは、クリーニング装置７によって除去され
回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は
除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成プロセスに
供される。本実施形態の現像装置４では、現像剤とし
て、トナーとキャリアとを混合した２成分現像剤を使用
している。

【００５７】上記キャリアには、トナーを現像領域に
搬送する。トナーに所望の電荷を与える。静電潜像
の現像電極となる。感光体ドラム１上の不要なトナー
を除去する。等の多くの機能が備わっている。キャリア
は、粉黛特性（粒径、形状）、電気特性、磁気特性が重
要な要素であり、現像プロセスに適合させる性能が要求
される。また、摩擦帯電性、環境安定性、耐久性向上の
ために、従来、ポリエステル系樹脂、フッ素樹脂、アク
リル系樹脂、シリコン系樹脂、などが、噴射法、浸漬法
によりキャリア表面に被覆されたの樹脂コートキャリア
も多く使用されている。

【００５８】ところで、上記キャリアの表面は、トナー
フィルミングや帯電能力の違う表層材料がまばらに存在
する等の場合、トナーの帯電量にムラが大きい場合や帯
電不足になるなどにより、地汚れやトナー飛散等の問題
が起きるので、多少樹脂コートキャリアでは表面が削れ
るようにしてあった。しかし、従来のキャリアは、その
削れの程度が過剰であった。従って、キャリアとして
は、異物のみ削れてキャリア母体が変化しない構成が望
ましい。そこで、耐磨耗性をさらに向上させる狙いか
ら、本実施形態に係る現像装置４に用いる現像剤のキャ
リアとしては、表面を鉄系金属で構成した。また、低電
位現像等に適合させるために、キャリアの抵抗は、実抵
抗で１０８Ωオーダー以下の低目にした。また、錆の進
行による外部磨耗が発生しないように、適度に焼成する
等で、表面に酸化膜を形成した。

【００５９】上記キャリアの例としては、樹脂中にマグ
ネタイトなどの微粉末磁性体を分散させたバインダ型粒
子（１０〜５０μｍ，２〜３×１０^１３Ω／ｃｍ以上,
２０〜５０ｅｍｕ／ｇ）をキャリア芯材として用い、表
面に金属皮膜を設ける。該バインダ型キャリア芯材に
は、低磁力である、比重が小さい、電気抵抗が高い、小
粒径であるなど多くの特徴があり、また、材料の選択、
構成比の調整により幅広い特性が得られるので、高画質
用キャリアに適しているといえる。

【００６０】上記キャリアには、フェライト系及び鉄粉
系のものがある。フェライト系のキャリア（３０〜１５
０μｍ,４．５〜５．５×１０^６〜１０ ^１５Ω／ｃｍ，
４０〜７０ｅｍｕ／ｇ）としては、銅、ニッケル、亜
鉛、コバルト、マンガン、マグネシウムなどのフェライ
ト粉末が用いられる。フェライト系キャリアは、組
成、製造条件により磁力、電気抵抗などの物性の調整が
容易である。球形で流動性が良い。化学的に安定で
ある。などの特徴を有しているので、高画質化、長寿命
化に適しているといえる。

【００６１】鉄粉系のキャリア（５０〜３００μｍ，７
〜８×１０^９Ω・ｃｍ以下,７０〜２５０ｅｍｕ／ｇ）
は、製造方法により還元鉄粉、アトマイズ鉄粉、窒化鉄
粉などに分けられる。還元鉄粉、窒化鉄粉は不定型であ
るため球形化処理されることがある。また鉄粉キャリア
にはあらかじめ酸化処理が施されている。

【００６２】上記キャリアとしては、粒径は２０〜５０
μｍの範囲が良好である。また、該キャリアの抵抗は、
ダイナミック抵抗で１０^４〜１０^８Ωの範囲、好ましく
は１０^８Ω以下が最適である。このキャリアのダイナミ
ック抵抗の測定方法は、該キャリアを磁石を内包したロ
ーラに坦持し、このローラに担持されたキャリアに対し
て、所定の大きさ（面積）の電極を、所定のギャップを
保つように当接させ、該電極に所定の印加電圧を印加し
た時の測定値である。

【００６３】本実施形態においては、図７に示す測定装
置を用いて、上記キャリアのダイナミック抵抗ＤＲの測
定を行った。図７において、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φ２０ｍ
ｍ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、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．
５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０
２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、ス
リーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８［ｍ
ｍ／ｓｅｃ］）で回転駆動する。そして、回転している
スリーブ２０１上に測定対象のキャリア１２を所定量
（１４ｇ）だけ担持させ、該スリーブ２０１の回転によ
り該磁性粒子を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０
１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Ｉｏｆｆ［Ａ］を電流計２
０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２
０１に耐圧上限レベル２００Ｖ（又は２００Ｖ未満の耐
圧上限レベル（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。そして、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Ｉ
ｏｎ［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの測定結
果から、次式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算
出する。

【００６４】

【数１】ＤＲ＝Ｅ／（Ｉon−Ｉoff）

【００６５】図５に、上記トナーの構成例を示す。トナーのバインダ樹脂（構成比：８０〜９０％）は、
結着性、定着性、摩擦帯電性（摩擦帯電性は主に現像に
関与する）などの機能を備えている。トナーの摩擦帯電
は、バインダ樹脂の摩擦帯電系列、電機抵抗、誘電率に
支配されるが、酸素、塩基性窒素などの置換基を含む電
子供与性のもので正電荷を、塩素、フッ素など置換基を
含む電子受容性のもので負電荷を帯び易くすることがで
きる。トナーの摩擦帯電性は、バインダ樹脂だけでな
く、添加剤との組合せで制御する。また高湿時において
も電荷を維持できるように、電気抵抗を設定することが
好ましい（１０^１４Ωｃｍ程度以上）。トナーの熱的特
性は、定着およびトナーの保存に関与する。ここでは、
トナーの保存中や移送中、ならびに現像装置内で、トナ
ーが凝集しないようにするために、バインダ樹脂が５０
〜６０℃以上のＴｇ（ガラス転移温度）をもつようにし
た。また、現在主流となっている熱ローラ定着システム
用のトナーに対しては、溶融時の粘弾性が重要であり、
架橋、分子量分布、共重合体組成などで制御した。

【００６６】トナーの機械的特性は、現像剤の耐久性お
よびトナー製造工程に関与する。トナーは、現像、クリ
ーニングなど、プリンタ内で常に機械的衝撃を受けてい
る。従って、トナーには、これらの機械的衝撃を上回る
機械的強度が必要であるが、製造面からは、粉砕性の良
いほうがコスト的に有利である。トナー用のバインダ樹
脂には、例えば、一般的なポリスチレン、スチレン-ア
クリル共重合体、ポリエステル、エポキシ、ポリアミ
ド、ポリメチルメタアクリレート、ポリビニルブチラー
ルなどが使用している。これらのなかでもポリスチレン
系樹脂、スチレン-アクリル共重合体樹脂、ポリエステ
ル系樹脂などが好適である。

【００６７】トナーの着色剤（染顔料）は、構成比が
５〜１５％で、着色する機能を有している。摩擦帯電性
を有する黒トナー用には、ファーネスブラック、チャン
ネルブラックなどのカーボンブラックを使用した。カー
ボンブラックの種類、添加量により、トナーの電気的物
性、摩擦帯電性が影響を受ける。塩基性のものは正帯電
用に、酸性のものは負帯電用に用いた例が好適であっ
た。用いられる着色剤としては、公知の染料及び顔料が
使用できる。

【００６８】また、黄色系着色剤としては、例えば、ナ
フトールイエローＳ、ハンザイエロー（１０Ｇ、５Ｇ、
Ｇ）、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄
鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハ
ンザイエロー、（ＧＲ、Ａ、ＲＮ、Ｒ），ピグメントイ
エローＬ、ベンジジンイエロー（Ｇ、ＧＲ）、パーマネ
ントイエロー（ＮＣＧ）、バルカンファストイエロー
（５Ｇ、Ｒ）、タートラジンレーキ、キノリンイエロー
レーキ、アンスラザンイエローＢＧＬ、ベンズイミダゾ
ロンイエロー、イソインドリノンイエロー等が挙げられ
る。

【００６９】赤色系着色剤としては、例えば、ベンガ
ラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマ
ーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド４
Ｒ、パラレッド、ファイヤーレッド、パラクロロオルト
ニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレット
Ｇ、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアント
カーミンＢＳ、パーマネントレッド（Ｆ２Ｒ、Ｆ４Ｒ、
ＦＲＬ、ＦＲＬＬ、Ｆ４ＲＨ）、ファストスカーレット
ＶＤ、ベルカンファストルビンＢ、ブリリアントスカー
レットＧ、リソールルビンＧＸ、パーマネントレッド
（Ｆ５Ｒ、ＦＢＢ）、ブリリアントカーミン６Ｂ、ピグ
メントスカーレット３Ｂ、ボルドー５Ｂ、トルイジンマ
ルーン、パ−マネントボルドーＦ２Ｋ、ヘリオボルドー
ＢＬ、ボルドー１０Ｂ、ボンマルーンライト、ボンマル
ーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、
ローダミンレーキＹ、アリザリンレーキ、チオインジゴ
レッドＢ、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナ
クリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、
クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノン
オレンジ、オイルオレンジ等が挙げられる。

【００７０】青色系着色剤としては、例えば、コバルト
ブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピ
ーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金
属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファ
ストスカイブルー、インダンスレンブルー（ＲＳ、Ｂ
Ｃ）、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、
ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ、
コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、ア
ントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグ
リーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリー
ン、ピグメントグリーンＢ、ナフトールグリーンＢ、グ
リーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイト
グリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキ
ノングリーン等が挙げられる。

【００７１】黒色系着色剤としては、例えば、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、複合金属酸化物等が挙げられる。

【００７２】その他の着色剤としては、チタニア、亜鉛
華、リトボン、ニグロシン染料、鉄黒等が挙げられる。
これらの着色剤の含有量は結着樹脂１００重量部に対し
て、通常１〜３０重量部の範囲内である。

【００７３】トナーの電荷制御剤（構成比：１〜５
％）は、トナーの摩擦帯電性を制御する。トナーの摩擦
帯電量は、トナー像の現像及転写性を支配するため、ト
ナー設計上最も重要と考えられている。材料からのトナ
ーの摩擦帯電量の制御方法としては、バインダ樹脂によ
る方法、着色剤（カーボンブラック、無機・有機顔料）
による方法もあるが、この電荷制御剤による方法が一般
的である。本実施形態では、正帯電トナーにはニグロシ
ン染料、脂肪酸金属塩、第4級アンモニウム塩などの電
子供与物質を、負帯電トナーにはアゾ系含金属染料、塩
素化パラフィン、塩素化ポリエステルなどの電子受容性
物質を用いた。

【００７４】上記トナーに用いられる帯電制御剤として
は、まず、トナーを正帯電性に制御するものとして、ニ
グロシン及びその変成物、トリブチルベンジルアンモニ
ウム−１−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テ
トラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の四
級アンモニウム塩、ジブチルスズオキサイド、ジオクチ
ルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイド等
のジオルガノスズオキサイド、ジブチルスズボレート、
ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレー
ト等のジオルガノスズボレート等が挙げられる。また、
トナーを負帯電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
合物等が挙げられる。これらは、それぞれ単独あるいは
２種類以上組合わせて用いることも可能である。これら
の帯電制御剤の含有量は結着樹脂１００重量部に対し
て、０．５〜８重量部が好ましい。

【００７５】トナーの離型剤（構成比：０〜５％）
は、クリーニング特性の向上、定着オフセット防止、キ
ャリアへのトナー樹脂のスペント防止などの機能を備え
ている。熱ローラ定着用トナーでは、オフセット防止剤
として低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン
などを用いた。

【００７６】トナーの外添剤（構成比：０〜５％）
は、トナーの流動性、摩擦帯電性、クリーニング特性、
キャリアへのトナートナー樹脂スペント防止、トナー流
動性の向上、摩擦帯電量の調整、クリーニング性向上、
キャリア表面への付着物除去などを目的としてトナー表
面に添加される。コロイダルシリカ、酸化チタン、アル
ミナ、炭化珪素、などの微粉末（1次粒径１０〜３０ｎ
ｍ）は、トナーブロッキング防止、流動性改善、クリー
ニング性改善、に大きく寄与する。またステアリン酸亜
鉛などの脂肪酸金属塩の微粉末は、感光体の傷つき防止
剤として使用される。

【００７７】この他、上記トナーには、潤滑剤（半固
体、固体）としての金属石鹸（アルミニウム、マンガ
ン、コバルト、鉛、カルシウム、クロム、銅、鉄、水
銀、マグネシウム、亜鉛、ニッケルなどの石鹸）、フッ
カ物、研摩材としてのアルミナ（溶融物）、炭化珪素、
炭化ホウ素、等の炭化物、タクマ材としての酸化鉄
（3）、酸化クロム(3)アルミナ（焼成物）等が適宜添加
される。

【００７８】このようなトナーの用いられる添加剤とし
ては、従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓ
ｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇ
ａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げ
られ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チ
タニア、アルミナが好適に用いられる。また、このとき
の添加剤の添加量は、母体粒子１００重量部に対して
０．５〜１．８重量部であることが好ましく、特に好ま
しくは、０．７〜１．５重量部である。

【００７９】添加剤の添加量が、０．５重量部未満であ
ると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が
得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、
また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。ま
た、添加剤の添加量が、１．８重量部より多いと、流動
性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光
体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤によ
る感光体等へのフィルミングが生じやすくなり、クリー
ニングブレードや感光体等の耐久性が低下し、定着性も
悪化する。さらに、細線部におけるトナーのチリが発生
しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出
力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必
要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著で
ある。さらに、カラートナーとして用いる場合には、添
加剤が多く含有されていると、透明シートに形成された
トナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した
場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られに
くくなる。

【００８０】ここで、添加剤の含有量の測定には種々の
方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的であ
る。すなわち、添加剤の含有量既知のトナーについて、
蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用い
て、添加剤の含有量を求めることができる。

【００８１】さらに、本実施形態で用いられる添加剤
は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の
目的で、表面処理を施されていることが好ましい。ここ
で、表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化
合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、
オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等
のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラ
ン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシ
シラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル
等が挙げられる。

【００８２】また、処理方法としては、有機シラン化合
物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、
添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥
させる方法等があるが、本実施形態においては、いずれ
の方法も好適に用いることができる。

【００８３】上述トナーは、磁性体を含有させ、磁性ト
ナーとしても使用することもできる。具体的な磁性体と
しては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸
化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら
金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜
鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、
カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステ
ン、バナジウムのような金属との合金及びその混合物等
が挙げられる。これらの磁性体は平均粒径が０．１〜２
μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量
は、結着樹脂１００重量部に対して２０〜２００重量
部、特に好ましくは結着樹脂１００重量部に対して４０
〜１５０重量部である。

【００８４】トナーの体積平均粒径の範囲は３〜１２μ
ｍが好適であるが、本実施例では５μｍであり、１２０
０ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応する事が可
能である。一方、上記キャリア（磁性粒子）Ｃは、金属
もしくは樹脂をコアとしてフェライトもしくはマグネタ
イト等の磁性材料を含有し、表層は金属で被覆されたも
のである。このキャリアの粒径は２０〜５０μｍの範囲
が良好である。また、キャリアの抵抗は、上述したよう
に、ダイナミック抵抗で１０^４〜１０^８Ωの範囲が最適
である。

【００８５】上記トナーがキャリアの表面を覆う被覆率
Ｔｎは、２５〜１００％未満（トナー１層完全被覆未
満）が適切である。この被覆率Ｔｎが少ないと、トナー
の過剰帯電、キャリア付着、現像能力不足等の問題が発
生し易く、逆に被覆率Ｔｎが過剰な場合には、トナーの
帯電不足、地汚れ、トナー飛散等の問題が発生する。図
６に示すように、Ｔｎ＝１００Ｃ／{３^（1/2）}／［２
π（１００-Ｃ）{（１＋ｒ／Ｒ）^２}・（ｒ／Ｒ）・(ρｒ
／ρｃ )］。Ｃ：ＴＣ（ｗｔ％）、ｒ：トナー半径（μｍ）、Ｒ：キ
ャリア半径（μｍ）、ρｒ：トナーの真比重、ρＣ：キ
ャリアの真比重ｒ＝７μｍ、Ｒ＝５０μｍ、ρｒ＝１．
１５ｇ／ｃｍ^３、ρＣ＝５．２ｇ／ｃｍ^３、すなわち、
５０μｍ径のフェライトキャリア、７μｍ径のトナーの
組合せで、ＴＣ＝２．８ｗｔ％では被覆率は２０．０
％、ＴＣ＝３ｗｔ％では被覆率は２１．２％、ＴＣ＝5w
t%では被覆率は３６．１％、ＴＣ＝５．５ｗｔ％では被
覆率は３９．９％、ＴＣ＝６ｗｔ％では被覆率は４３．
８％、ＴＣ＝６．８ｗｔ％では被覆率は５０％，１２．
７ｗｔ％ではほぼ１００％である。

【００８６】トナー濃度ＴＣの水準を振り画像を比較し
たところ５．５ｗｔ％以上すなわち被覆率が４０％以上
の時は問題無く均一な画像が得られた。反対に５．５ｗ
ｔ％より小さいときはベタ消費直後の低コントラスト画
像の濃度が低くなった。キャリアに対するトナーの被覆
率の寄与は如何にトナーを高効率で現像できるのかとい
う点と考える。また被覆率の規定はトナー粒径等が変化
した場合でも適用可能である。ここでトナー粒径を６μ
ｍ、５μｍとなった場合を考え比較を行う。（１）式を
使用して比較すると図４のようになり、現状の７μｍ径
のトナーではＴＣの下限が５．５ｗｔ％であったのが、
６μｍ径のトナーでは４．６ｗｔ％，５μｍ径のトナー
に至っては３．８ｗｔ％が下限となり、トナー粒径を小
さくする事で被覆率を維持しつつトナーＣを下げる事が
可能となり、トナー飛散等の悪影響が抑える事が可能で
ある。（図３左側参照）被覆率が上記、下限より下回っ
たときはベタ消費直後の現像能力が低減する為に残像が
発生してしまい、画像品質が劣化したものとなる。

【００８７】上記現像装置４の構成を図２に基づいて説
明する。この現像装置内４には、トナー担持体である現
像スリーブ４３が感光体ドラム１に当接するように配置
されている。該現像スリーブ４３には、内部に固定磁石
４８が内蔵されているトナー供給ローラ４４が対向配置
されている。トナー供給ローラ４４の表面には、トナー
１１とキャリア１２とからなる２成分現像剤１３からな
る磁気ブラシが形成される。そして、選択的にトナー供
給電界を形成することにより、この磁気ブラシ中のトナ
ーのみが、現像スリーブ４３上に供給され、現像スリー
ブ４３の表面に過不足のない量（トナー１〜２層相当が
好適）のトナー薄層ｄが形成される。ここで、トナー供
給ローラ４４は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導
電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなり、図示
しない回転駆動機構によって回転されるようになってい
る。

【００８８】この現像装置４を用いた実施形態において
は、感光体ドラム１のドラム径が６０ｍｍで、ドラム線
速が２４０ｍｍ／秒に設定され、上記現像スリーブ４３
のスリーブ径が２０ｍｍで、スリーブ線速が６００ｍｍ
／秒に設定されている。従って、ドラム線速に対するス
リーブ線速の比は２．５である。また感光体ドラム１と
現像スリーブ４３との間隔である現像ギャップは０．４
ｍｍに設定されている。現像ギャップは、従来ではキャ
リア粒径が５０μｍであれば０．６５ｍｍから０．８ｍ
ｍ程度、言い換えれば、現像剤粒径の１０倍以上に設定
されていたが、本実施形態では１０倍以下（０．５５ｍ
ｍ）に設定するのが良い。これより広くすると望ましい
とされる画像濃度が出にくくなる。

【００８９】図３に、図２に示した現像装置４と異なる
二成分現像装置４０を示す。この二成分現像装置４０
は、上記２成分現像剤により形成された磁気ブラシで、
感光体ドラム１上の静電潜像を現像するように構成され
ている。図２において、現像ローラ４１（図２のトナー
供給ローラ４４に相当）の表面は、サンドブラストもし
くは１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理
を行い１０〜２０μｍＲＺの範囲に入るように荒らして
いる。なお、感光体ドラム１はアルミ等の素管に感光性
を有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したドラム
タイプのものを用いた。

【００９０】上記二成分現像装置４０には、現像剤の搬
送方向（図で見て反時計回り方向）における現像領域の
上流側部分に、現像剤チェーン穂の穂高さ、即ち、現像
スリーブ上の現像剤量を規制するためのドクタブレード
４５が設置されている。このドクタブレード４５と現像
ローラ４１との間隔であるドクタギャップは０．４ｍｍ
に設定されている。更に現像ローラ４１の感光体ドラム
１とは反対側領域には、現像ケーシング４６内の現像剤
を攪拌しながら現像ローラ４１へ汲み上げるためのスク
リューあるいはパドル等からなる攪拌・搬送部材４７が
設置されている。

【００９１】図３に示す二成分現像装置４０における現
像条件について説明する。この二成分現像装置４０にお
いては、感光体ドラム１の帯電（露光前）電位Ｖ０を−
３５０Ｖ、露光後電位ＶＬを−５０Ｖとして現像バイア
ス電圧ＶＢを−２５０Ｖすなわち現像ポテンシャル（Ｖ
Ｌ−ＶＢ＝２００Ｖ）として現像工程が行われるもので
ある。このとき、｜ＶＤ−ＶＬ｜＞｜ＶＬ−ＶＢ｜は、
４００Ｖ>３００Ｖとなる。｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖ
は、感光体ドラム１の露光部分とそうで無い部分の放電
を避けるために、パッシェンの放電則より設定したもの
である。本実施形態はネガポジのプロセスである。

【００９２】上記現像ローラ４１内には、該現像ローラ
４１の周表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形
成する磁石体（磁石ローラ）が固定状態で備えられてい
る。この磁石ローラから発せられる法線方向磁力線に沿
うように、現像剤のキャリアが現像スリーブ上にチェー
ン状に穂立ちを起こし、このチェーン状に穂立ちを生じ
たキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構
成される。該磁気ブラシは現像ローラ４１の回転によっ
て現像ローラと同方向（図で見て時計回り方向）に移送
されることとなる。上記磁石ローラは、複数の磁極（磁
石）を備えている。

【００９３】上記二成分現像装置４０は、現像剤による
現像駆動トルクの範囲を０．１５Ｎ・ｍ以内に設定して
トナー帯電を十分立ち上げさらに十分現像能力を確保し
た例である。駆動トルクのうち、現像剤の攪拌に使用さ
れる分の割合は大きい。現像剤の攪拌はトナーの均一な
帯電に必要であるからである。それを決める条件は現像
剤量、攪拌に使用する部材、特に最近はスクリュウ形状
のものが多く提案されているが、現像剤に当接する面
積、接触頻度（回転数）、現像スリーブ中の磁極の磁
力、現像剤中のキャリアの飽和磁化、現像剤の規制部材
である規制部剤の現像スリーブとの間隙、磁力等に依存
することが分かっている。これらの条件を組み合わせて
トナーの効率的な帯電を促していたが、現像剤が受ける
機械的なハザードが寿命を短くする要因になっており、
これを低減することが重要と考える。そこで、本実施形
態に係る現像装置では上記、トナーへストレスを与える
要因である現像トルクに着目し、余分な磁力を現像剤こ
及ぼさないようにしている。これにより、経時における
現像剤の劣化促進が低減され、現像剤の寿命が最大１０
０Ｋ枚以上のレベルに飛躍的に向上した。

【００９４】上記磁気ブラシの硬さは、各磁極の磁力と
キャリアの飽和磁化によって決まるもので、本実施形態
では主磁極の磁力ＭＤが７０（Ｔ）、キャリアの飽和磁
化ＭＣが１００（ｅｍｕ／ｇ）である。この範囲では磁
気ブラシの硬さは適度であり、経時でも現像剤がストレ
スを受ける事なく使用し続けることができる。その好適
な範囲は、ＭＤ＜６０（Ｔ）もしくはＭＣ＜６０（ｅｍ
ｕ／ｇ）では十分強固な磁気ブラシが形成できず、均一
な現像が行えない。またＭＤ＞８０（Ｔ）もしくはＭＣ
＞１３０（ｅｍｕ／ｇ）では磁気ブラシが現像スリーブ
３上で強固に形成されるのでトナー６、キャリアの摩擦
力高まり、両者の表面が前者では添加剤の埋まり、後者
ではトナーの一部がキャリアに付着する、所謂スペント
化現象が発生し、トナーの流動性低減、トナー帯電量の
低減により現像特性が著しく劣化して、画像品質も劣化
する。なお、ここで用いたキャリアの真比重は５ｇ／ｃ
ｍ ^３程度である。

【００９５】上記現像ローラ４１上のトナーは、感光体
ドラム１上に形成された潜像に対して、現像ローラ４１
に印加された現像バイアスにより現像され、感光体ドラ
ム１上で顕像化される。ちなみに本実施形態では、感光
体ドラム１の線速を２００ｍｍ／ｓ、現像ローラ４１の
線速を３００ｍｍ／ｓとしている。感光体ドラム１の直
径を５０ｍｍ、現像剤供給部材の直径を１８ｍｍ、現像
ローラ４１の直径を１６ｍｍとして、現像行程が行われ
る。ここで現像ローラ４１上のトナー帯電量は−１０〜
−３０μC/gの範囲である。感光体ドラム１の厚みを２
８μmとし、光学系のビームスポット径を５０×６０μ
ｍ，光量を０．２３ｍＷとしている。

【００９６】そして、上記感光体ドラム１の帯電（露光
前）電位Ｖ０を−３００Ｖ、露光後電位ＶＬを−１００
Ｖとして現像バイアス電圧を−２５０Ｖすなわち現像ポ
テンシャル（ＶＬ−ＶＢ＝１５０Ｖ）として現像工程が
行われる。感光体ドラム１上に形成されたトナーの顕像
は、その後、転写、定着工程を経て画像として完成され
る。転写は転写紙もしくは中間転写体の裏側に当接させ
たバイアス印加したローラもしくはチャージャー等が配
設される。

【００９７】ところで、本発明者等は、低光量の露光光
量を高密度としてビーム径を絞って露光する手法を用い
て、いわゆる２値プロセスと称する画像形成装置を提案
してきた。ところが、このような画像形成装置において
は、露光光量をアップすることによる課題が存在する。
一つは高密度の光量のビーム径を絞ることは、光学設計
の余裕度が低減し、部品精度の向上が不可欠でコストが
上昇してしまう。更にもう一つの点は、露光光量が大き
いために感光体ドラム１に対する帯電・露光における、
通電電荷量アップによるいわゆる静電ハザードを受け
て、感光体ドラム１の寿命が短くなる要因の一つとな
る。そこで、本実施形態に係る画像形成装置において
は、感光体ドラム１の初期帯電電位を低くすることによ
って、露光光量も同時に低減する。これにより、汎用光
学部品を使用して高精細な潜像を形成することができ、
感光体ドラム１への静電ハザードを低減して、感光体ド
ラム１の長寿命化が可能になる。

【００９８】また、本実施形態の現像装置４、４０にお
いては、その現像特性におけるγ曲線（現像電位差に対
する現像量）をみると、その傾きが大きく、比較的低電
位でも現像し易くすぐに飽和できる。これは、現像ロー
ラ４１（あるいは現像スリーブ４３）上のトナー坦持量
を一定にして、ベタ画像で現像ローラ４１（あるいは現
像スリーブ４３）上の多くの割合のトナーを、効率良く
現像に寄与させることが比較的容易であることを示す。
従って、小径ドットを形成する場合も、トナーの帯電電
位を低く抑えることができ、従来の約半分の光量で、ド
ット潜像を形成でき、均一なドット画像を形成できるよ
うになる。

【００９９】

【発明の効果】請求項１、４、５、７、８、９、１０、
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７の発明によ
れば、低抵抗キャリア表面が硬く削れ難く且つトナー添
加剤によりトナースペント化を抑制する機能があるので
トナースペント防止及び表層膜削れ防止によるキャリア
特性安定化及び現像特性安定化等の信頼性及び現像剤
（キャリア）コスト抑制のトレードオフ課題を含む課題
を総合的に改良できるができるという優れた効果があ
る。

【０１００】請求項２の発明によれば、低抵抗キャリア
表面が硬く削れ難く且つトナー添加剤によりトナースペ
ント化を抑制する機能があるのでトナースペント防止及
び表層膜削れ防止によるキャリア特性安定化及び現像特
性安定化等の信頼性及び現像剤（キャリア）コスト抑制
のトレードオフ課題を含む課題を総合的に改良できるが
できるという優れた効果がある。

【０１０１】請求項３の発明によれば、低抵抗キャリア
表面が硬く削れ難く且つトナー添加剤によりトナースペ
ント化を抑制する機能があるのでトナースペント防止及
び表層膜削れ防止によるキャリア特性安定化及び現像特
性安定化等の信頼性及び現像剤（キャリア）コスト抑制
のトレードオフ課題を含む課題を総合的に改良できるが
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるプリンタの概略構成図。

【図２】上記プリンタで用いられる現像装置を示す概略
構成図。

【図３】上記プリンタで用いられる他の現像装置を示す
概略構成図。

【図４】（ａ）は、上記現像装置で用いられる現像剤の
キャリアの一例を示す該略図。（ｂ）は、従来の現像装
置で用いられる現像剤のキャリアの一例を示す該略図。

【図５】上記現像装置で用いられる現像剤のトナーの一
例を示す該略図。

【図６】上記現像装置で用いられる現像剤の一例を示す
該略図。

【図７】上記キャリアのダイナミック抵抗ＤＲを測定す
る測定装置の説明図。

【符号の説明】

１感光体ドラム２帯電装置４現像装置５転写装置６定着装置７クリーニング装置８除電ランプ１１トナー１２キャリア１３２成分現像剤４０二成分現像装置４１現像ローラ４３現像スリーブ４４トナー供給ローラ４５ドクターブレード４６現像ケーシング４７攪拌・搬送部材Ｐ記録紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 9/10 ３１１Ｆターム(参考） 2H005 AA08 BA00 BA02 CB04 CB20 EA01 EA02 EA05 EA10 FA02 2H073 AA01 BA02 BA13 BA23 BA41 BA43 BA45 CA03 2H077 AB02 AB14 AB15 AB18 AC04 AC13 AD02 AD06 AD35 EA01 FA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様
に帯電し該表面を画像情報に基づいて露光することによ
り該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、ト
ナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持し上記潜像担持
体に対向する現像領域に該現像剤を搬送することにより
該潜像担持体上の潜像を現像して該潜像担持体上にトナ
ー像を形成する現像装置と、該現像剤担持体に現像バイ
アスを印可する現像バイアス印可手段と、該潜像担持体
上のトナー像を転写材に転写する転写装置とを備えた画
像形成装置の現像装置において、表面の帯電電位の絶対値が４００Ｖ以下の潜像担持体上
の潜像を、研摩材、潤滑材、離型材の少なくとも1つを
外部添加または内部添加したトナーと、表面が該トナー
よりも高硬度の強磁性金属からなりダイナミック抵抗が
１０^８Ω以下の磁性粒子からなるキャリアとを混合した
２成分現像剤を使用して現像することを特徴とする現像
装置。
【請求項２】潜像担持体の表面を一様に帯電し、該画像
情報に基づいて露光するこにより該潜像担持体上に潜像
を形成し、トナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持し
て該潜像担持体に対向する現像領域に搬送して、該現像
剤担持体に現像バイアスを印可して該潜像担持体上の潜
像を現像した後、該潜像担持体上のトナー像を転写材に
転写して画像形成を行う画像形成方法において、上記潜像担持体の表面の帯電電位の絶対値を４００Ｖ以
下とし、研摩材、潤滑材、離型材の少なくとも1つを外部添加ま
たは内部添加したトナーと、表面が該トナーよりも高硬
度の強磁性金属からなりダイナミック抵抗が１０ ^８Ω以
下の磁性粒子からなるキャリアとを混合した２成分現像
剤を用いて、上記潜像担持体上の潜像を現像することを
特徴とする画像形成方法。
【請求項３】潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様
に帯電し該表面を画像情報に基づいて露光することによ
り該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、ト
ナーを含む現像剤を現像剤担持体に担持し上記潜像担持
体に対向する現像領域に該現像剤を搬送することにより
該潜像担持体上の潜像を現像して該潜像担持体上にトナ
ー像を形成する現像装置と、該現像剤担持体に現像バイ
アスを印可する現像バイアス印可手段と、該潜像担持体
上のトナー像を転写材に転写する転写装置とを備えた画
像形成装置において、上記潜像担持体の表面の帯電電位の絶対値が４００Ｖ以
下であり、上記現像剤が、研摩材、潤滑材、離型材の少なくとも1
つを外部添加または内部添加したトナーと、表面が該ト
ナーよりも高硬度の強磁性金属からなりダイナミック抵
抗が１０^８Ω以下の磁性粒子からなるキャリアとを混合
した２成分現像剤であることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項４】請求項１の現像装置において、上記キャリアの表面の強磁性金属が鉄系酸化金属である
ことを特徴とする現像装置。
【請求項５】請求項１又は４の現像装置において、上記キャリアの表面の硬度がマイクロビッカース硬さで
１００ＫＧ/ｍｍ^２以上であることを特徴とする現像装
置。
【請求項６】請求項１、４又は５の現像装置において、上記キャリアの1ｋＯｅ磁場中における飽和磁化が３５
〜１５０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする現像装置。
【請求項７】請求項１、４、５又は６の現像装置におい
て、上記キャリアの平均球形度が０．８以上であることを特
徴とする現像装置。
【請求項８】請求項１、４、５、６又は７の現像装置に
おいて、上記キャリアの表面を被覆する上記トナーのキャリア表
面平均被覆率が２５〜１００％であることを特徴とする
現像装置。
【請求項９】請求項１、４、５、６又は７の現像装置に
おいて、上記キャリア表面のトナーを正規極性に摩擦帯電する領
域が５０％以上であることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】請求項１、４、５、６、７、８又は９の
現像装置において、上記キャリア体積平均粒径が２０〜１００μｍであるこ
とを特徴とする現像装置。
【請求項１１】請求項１、４、５、６、７、８、９又は
１０の現像装置において、上記トナーに添加する研摩剤が炭化珪素であることを特
徴とする現像装置。
【請求項１２】請求項１、４、５、６、７、８、９、１
０又は１１の現像装置において、上記キャリアを上記トナーと同時又は独立して現像装置
内に補充するキャリア補充手段と、該キャリア補充手段
により現像装置内に補充したキャリアと現像装置内の使
用済みの少なくとも一部のキャリアとを入れ替えるキャ
リア入れ替え手段とを有していることを特徴とする現像
装置。
【請求項１３】請求項１、４、５、６、７、８、９、１
０、１１又は１２の現像装置において、上記現像剤担持体上に上記２成分現像剤を磁気ブラシ状
に形成して担持し、該現像剤担持体に対向して配置した
トナー担持体と該現像剤担持体との間に電界を形成し
て、該電界により上記磁気ブラシ状の２成分現像剤中の
トナーを上記トナー担持体上に供給し、該トナー担持体
上に供給したトナーを上記現像領域に搬送して、上記潜
像担持体上に形成した潜像を現像することを特徴とする
現像装置。
【請求項１４】請求項１３の現像装置において、上記潜像担持体または上記トナー担持体に付着したキャ
リアを捕捉するためのキャリア捕捉手段を有しているこ
とを特徴とする現像装置。
【請求項１５】請求項１３又は１４の現像装置におい
て、上記トナー担持体に供給する際のトナーの供給ポテンシ
ャルの絶対値、又は上記潜像担持体上に形成した潜像を
現像する際のトナーの現像ポテンシャルの絶対値が、４
００Ｖ以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項１６】請求項４の現像装置において、上記キャリアは、ＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３（Ｍは２価の金属イ
オン）なる組成を持つ一群のフェライトからなることを
特徴とする現像装置。
【請求項１７】請求項１４の現像装置において、上記キャリア捕捉手段により捕捉したキャリアを、現像
装置内に戻すためのキャリア回収手段を有していること
を特徴とする現像装置。