JP2004170731A - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置並びに現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従前の導電性トナーを使用する際の不具合である、静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のあるものを提供する。
【解決手段】帯電された導電性トナー３を担持搬送するトナー担持体４と、現像電界領域にて像担持体２上の静電潜像１をトナー現像する現像電界形成手段５とを備えた現像装置において、導電性トナー３には、現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部６を具備させる。また、トナー担持体４に対向配置される電荷注入部材８を有し、トナー担持体４と電荷注入部材８との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させ、導電性トナー３に電荷注入すると共に電荷注入された導電性トナー３をトナー担持体４に担持させる電荷注入手段７を設ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、帯電された導電性トナーによって、静電潜像を可視像化する現像装置及びこれを用いた画像形成装置並びに現像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における電子写真方式の画像形成装置では、絶縁性トナーを摩擦帯電して電荷を与え、現像に供する方法が広く一般的に用いられている。
ここで、トナーを帯電させる方法としては、トナーのバインダ樹脂や添加剤との組合せによりトナーの摩擦帯電性を予め制御しておき、現像装置内でトナーが攪拌されたり搬送されたりしていることを利用し、搬送経路の途中におけるトナーの攪拌動作や搬送動作によりトナー同士を摩擦させることで、摩擦帯電を生じやすい物質とトナーとの摩擦によってトナーを帯電させる方法が多く採用されている。
【０００３】
このようなトナーの帯電方法において、摩擦によって帯電したトナーの帯電量には、ある程度の帯電分布が存在しているため、トナーには、帯電量が少ない低帯電トナーや、トナー全体の帯電極性とは逆の帯電極性を有する逆極性トナーが含まれていることが多い。
このとき、低帯電トナーは、現像装置内のトナー担持体から離れて画像形成装置内を漂う所謂トナークラウドとなりやすく、このトナークラウドは画像形成装置の不良原因となる。
また、逆極性トナーは、像担持体上の静電潜像のうち、本来トナーが付着しない背景部に引きつけられ、背景部の一様な汚れである所謂かぶりを発生させる。更に、この種の摩擦帯電方法にあっては、環境変化や経時変化の影響を受けやすく、トナーや攪拌部材等の摩擦帯電機構の表面状態が変化し、結果的に、トナーの帯電状態が不安定になり易い。
【０００４】
そこで、このような不具合を解消するために、導電性トナーを使用する方法、具体的には、導電性トナーへ電荷を注入して帯電し、現像に供する方法が知られている。
この方法は、摩擦帯電を利用しないため、種々の利点がある。
特に、導電性トナーは電荷が移動し易く、均一な電荷をトナーに与えることができるため、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくいことは最大の特長である。また、摩擦帯電機構が不要なため、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能であることも、大きな魅力である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１１１６０４号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】
特公昭５８−２６０２６号公報（第１−５頁、図１）
【特許文献３】
特公昭６３−１０４２６号公報（第１−２頁、第２図）
【特許文献４】
特開昭６３−１５９８７０号公報（第１−４頁、第１図）
【特許文献５】
特開平６−９５５１８号公報（第１−６頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、導電性トナーが汎用的にならない最大の理由は、コロトロンやバイアスロールといった汎用的な静電転写方式では、吸湿した記録紙へのトナー像の転写が困難なためである。
また、カラー画像を形成する場合、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現するが、導電性トナーではトナーを重ねることができず、カラー化に対応できないためである。
この原因は、トナーが導電性であるが故に、吸湿して低抵抗になった記録紙やトナー相互間でトナー電荷の移動が発生し、トナーへの静電吸着力が失われてしまうことによる。
【０００７】
また、別の技術的課題として、導電性トナーは容易に電荷注入するため、潜像電位が不安定になると、現像バイアスと静電潜像の背景部との間の小さな電位差（クリーニング電位とする）でも、トナーへ逆極性の電荷が電荷注入し、かぶりの原因になり易い。
【０００８】
このような技術的課題を解決するために、従来にあっては、以下の▲１▼〜▲５▼の先行技術が提案されている。
すなわち、
▲１▼ トナーとして、正負両極性のうち一方の極性に帯電し易く、かつ、該極性に帯電した後は他方の極性に帯電し難い特性を具備させた提案、言い換えれば、電荷を注入しやすいが、リークしにくいトナー材料に関する提案（例えば特許文献１参照）、
▲２▼ 基体の少なくとも一方の面に絶縁性媒質を所定量塗工し、所定レベルの体積固有抵抗値を備えた記録紙（転写媒体）を用いることで、紙の電荷保持量を安定且つ均一とする提案（例えば特許文献２参照）、
▲３▼ 現像後かつ転写に先立ち静電潜像の画像部電位を現像時の画像部電位の所定レベルまで低減させ、トナーの飛び散りを抑制する提案（例えば特許文献３参照）、
▲４▼ 導電性トナーと絶縁性トナーとの混合により、転写時には、紙から導電性トナーへの電荷注入を絶縁性トナー（絶縁体）にて防ぎ、導電性トナーと紙との非接触化を図ることで、導電性トナーの電荷保持性を保つようにした提案（例えば特許文献４参照）、
▲５▼ 像担持体上の導電性トナーを加熱することでトナーを軟化・溶融し、軟化・溶融したトナーの粘着力を利用することにより像担持体から被記録材への転写性を良好に保つようにした非静電転写技術に関する提案（例えば特許文献５参照）、などが試みられてきた。
【０００９】
しかしながら、いずれの先行技術も絶縁トナー同等の転写性を得ることができないばかりでなく、例えば先行技術▲１▼，▲４▼にあっては、特殊な材料を使用しなければならないし、また、先行技術▲２▼にあっては、特殊な記録紙を使用しなければならず、更に、先行技術▲３▼，▲５▼にあっては、特殊な作像プロセスが必要不可欠になるため、いずれの先行技術にあっても、汎用性を大きく損なう懸念があり、現段階において実用化には至っていない。
【００１０】
本発明は、以上の技術的課題を解決するために為されたものであって、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置及びこれを用いた画像形成装置並びに現像方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、図１に示すように、静電潜像１を担持した像担持体２に対向配置され、帯電された導電性トナー３を担持搬送するトナー担持体４と、このトナー担持体４と像担持体２との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体２上の静電潜像１をトナー現像する現像電界形成手段５とを備えた現像装置において、前記導電性トナー３には、現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部６を具備させたことを特徴とするものである。
【００１２】
このような技術的手段において、導電性トナー３を扱う現像方式としては、例えば一成分現像方式や二成分現像方式などのいずれの現像方式であってもよい。また、トナー担持体４としては、導電性トナー３を担持搬送するものであれば、ロール状、ベルト状など任意の形態でよく、磁極のレイアウト等も任意に設定して差し支えない。
更に、現像電界形成手段５は、像担持体２とトナー担持体４との間に現像電界を形成するものを広く含み、ここでいう現像電界としては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
【００１３】
また、抵抗可変部６としては、現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化するものであれば、適宜選定して差し支えない。
この抵抗可変部６は、導電性トナー３側に備えていれば、導電性トナー３の表面、内部など任意に構成して差し支えない。
ここで、抵抗可変部６の代表的態様としては、例えば導電性トナー３本体の周囲を絶縁被覆し且つこの絶縁被覆層の一部に導電性トナー３本体が露出する凹部を形成したものが挙げられる。この態様において、導電性トナー３本体の露出する割合を調整することにより、抵抗可変部６は、電界の大きさに応じて、導電性トナー３の抵抗を調整することができる。
また、抵抗可変部６の別の態様としては、導電性トナー３本体の周囲を絶縁又は半導電被覆層で被覆し、この被覆層の厚さを調整することで抵抗設定するものが挙げられる。この態様によれば、抵抗可変部６の厚さを調整することにより、抵抗可変部６は、電界の大きさに応じて、導電性トナー３の抵抗を調整することができる。
【００１４】
更に、抵抗可変部６の抵抗変化の代表的態様としては、静電潜像１の画像部電位と現像バイアス電位とで形成される現像電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング（抵抗変化）する態様が挙げられる。
本態様によれば、現像電界と電荷注入電界との中間電界にて、抵抗可変部６は高抵抗から低抵抗へスイッチングするため、現像電界においては、可変抵抗部６は高抵抗に保たれるから、トナー相互間で電荷の移動が発生することがなく、導電性トナー３は一定の電荷を保持することができる。一方、電荷注入電界においては、抵抗可変部６は低抵抗に変化することにより、導電性トナー３には容易に電荷が注入されることになる。
【００１５】
また、抵抗可変部６の抵抗変化の好ましい態様としては、例えば静電潜像１の背景部電位と現像バイアス電位とで形成されるクリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング（抵抗変化）するものが挙げられる。
本態様によれば、クリーニング電界と電荷注入電界との中間電界にて抵抗可変部６は高抵抗から低抵抗へスイッチングするため、クリーニング電界の作用領域においては、抵抗可変部６は高抵抗に保たれることになり、トナー担持体４上の先端の導電性トナー３に逆極性の電荷が誘導されることはない。
このため、トナー担持体４上の導電性トナー３に逆極性電荷が誘導され、静電潜像の背景部に付着するという所謂かぶり現象は有効に抑制される。
【００１６】
更に、抵抗可変部６の抵抗変化の好ましい態様としては、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチングする態様が挙げられる。
本態様によれば、転写電界と電荷注入電荷との中間電界にて抵抗可変部６は高抵抗から低抵抗へとスイッチングするため、転写電界の作用領域では、抵抗可変部６は高抵抗に保たれることになり、転写時において、導電性トナー３と記録紙との間で電荷の移動が発生することはなく、例えば高含水紙などに対しても導電性トナー３の電荷が保持され、良好な転写性能が得られる。
【００１７】
また、抵抗可変部６の好ましい抵抗条件としては、例えば導電性トナー３の体積抵抗を電荷注入電界にて１０^１０Ω・ｃｍ以下にし且つ現像電界にて１０^１１Ω・ｃｍ以上にすればよい。
このような範囲の抵抗条件に設定すれば、電荷注入電界の作用領域での電荷注入動作、及び、現像電界の作用領域での電荷保持動作は、極めて良好に行われる。
【００１８】
また、本発明においては、導電性トナー３は上述したような抵抗可変部６を備えているが、この種の導電性トナー３に効率的に電荷を注入するには、例えば以下のような電荷注入手段７を設けるようにすればよい。
すなわち、トナー担持体４に対向配置される電荷注入部材８を有し、トナー担持体４と電荷注入部材８との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させ、導電性トナー３に電荷注入すると共に電荷注入された導電性トナー３をトナー担持体４に担持させる電荷注入手段７を設けるようにすればよい。
また、電荷注入部材８の配置は、トナー担持体４と対向する位置に限定されるものではない。例えば、トナー担持体４と電荷注入部材８間に、中間トナー担持体を設け、中間トナー担持体と電荷注入部材８間に電荷注入電界を作用させ、導電性トナー３に電荷注入するとともに、中間トナー担持体へトナーを担持させた後、トナー担持体４へ移動させても、本目的は達成できる。
【００１９】
ここで、電荷注入部材８は、トナー担持体４に対向配置される部材であって、トナー担持体４との間に電荷注入電界を作用させるための電極として働くものであればよく、例えばロール状やプレート状のもの等適宜選定して差し支えない。なお、電荷注入部材８の材質は、アルミニウム等が好ましいがこれに限らず適宜選定して差し支えない。
また、電荷注入手段７としては、トナー担持体４と電荷注入部材８との間に現像電界より大きい電荷注入電界を生成させるための要素として通常電源（図示せず）が用いられる。
この電源としては、例えば直流電界を生成させるものに限られるものではなく、交番電界を重畳した直流電界を生成するものなど適宜選定して差し支えない。
【００２０】
また、本発明は、上述した現像装置に限らず、現像方法についても以下のような特徴を備えている。
すなわち、本発明に係る現像方法は、像担持体２上に形成された静電潜像１を現像電界の作用領域下で導電性トナー３にて可視像化する現像方法において、現像電界よりも大きな電荷注入電界の作用領域下で導電性トナー３に電荷注入を行う電荷注入工程と、この電荷注入工程が行われた後に現像電界の作用領域下で、電荷注入された導電性トナー３による静電潜像１の可視像化を行う可視像化工程とを備えたことを特徴とするものである。
要するに、本発明に係る現像方法は、電荷注入機能を現像領域外の高電界（電荷注入電界）作用領域にて行い、現像領域（低電界の現像電界作用領域）にて行われる可視像化機能と分離する、間接電荷注入方式を採用したものである。
ここで、電荷注入工程としては、電荷注入電界において、導電性トナー３に電荷を与える工程であればよく、通常は電界を作用させるための電荷注入部材８を用いる電荷注入手段７にて具現化されるが、これ以外の方式があればこれらを広く包含するものである。
また、可視像化工程とは、現像電界において、像担持体２上に形成された静電潜像１を導電性トナー３によって可視像化する工程を意味するものである。
【００２１】
更に、本発明は、上述した現像装置に限られるものではなく、これらの現像装置を組み込んだ画像形成装置をも対象とするものである。
特に、画像形成装置において、現像性能及び転写性能を両立させるには、抵抗可変部６が、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へ抵抗変化する現像装置と、像担持体上のトナー像を電荷注入電界よりも小さい転写電界にて記録媒体に転写する転写装置とを備えたものが好ましい。
【００２２】
次に、本発明に係る現像装置の作用について説明する。
本発明において、導電性トナー３は、図２（ｂ）に示すように、例えば電荷注入部材８を有する電荷注入手段７により、現像電界よりも高電界である電荷注入電界の作用領域において電荷注入され、トナー担持体４側へ移動する（電荷注入工程）。
このとき、図２（ａ）に示すように、電荷注入電界においては、抵抗可変部６が低抵抗に変化することから導電性皮膜として働くことになり、導電性トナー３には容易に電荷が注入される。
【００２３】
この後、トナー担持体４上に担持された導電性トナー３は、図２（ｂ）に示すように、像担持体２とトナー担持体４との間の現像領域へ搬送され、現像電界形成手段５による現像電界の作用領域に入り、像担持体２へと移動して像担持体２上の静電潜像１を可視像化する（可視像化工程）。
このとき、図２（ａ）に示すように、現像電界においては、抵抗可変部６が高抵抗に変化することから絶縁性皮膜として働くことになり、導電性トナー３には電荷が注入され難くなり、その分、導電性トナー３は、電荷を保持した状態を保ち、導電性トナー３相互間等で電荷の移動は行われない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所定方向に回転する像担持体としての感光体ドラム１０を有し、この感光体ドラム１０の周囲には、感光体ドラム１０を帯電する帯電装置１１と、この感光体ドラム１０上に静電潜像Ｚを形成する潜像書込装置としての例えば露光装置１２と、感光体ドラム１０上に形成された静電潜像Ｚを可視像化する現像装置１３と、感光体ドラム１０上で可視像化されたトナー画像を記録媒体である記録紙１８に転写する転写装置１４と、感光体ドラム１０上の残留トナーを清掃するクリーニング装置１５とを順次配設したものである。
【００２５】
本実施の形態において、現像装置１３は、図３に示すように、導電性トナーを含む現像剤が収容される現像ハウジング１３１を有し、この現像ハウジング１３１には感光体ドラム１０に対向して現像用開口を開設すると共に、この現像用開口に面して現像ロール１３２を配設し、この現像ロール１３２に所定の現像バイアスを印加することで、感光体ドラム１０と現像ロール１３２との間の現像領域に現像電界を作用させ、更に、現像ハウジング１３１内には前記現像ロール１３２と対向して電荷注入装置１３３を設けたものである。
【００２６】
ここで、本実施の形態において、導電性トナー２０としては、図４（ａ）に示すように、導電性を有する材料からなる導電性コア２０１を有し、この導電性コア２０１の周囲を絶縁性被覆層（例えば絶縁性樹脂層）２０２で被覆すると共に、導電性コア２０１の一部が露出するように前記絶縁性被覆層２０２に適宜数の凹部２０３を設けたものが用いられる。
本実施の形態において、導電性トナー２０は、重合法や各種公知のカプセル化技術で作成することができる。
このような態様の導電性トナー２０は、高電界を印加すると急激に低抵抗化する傾向を示す。そして、低抵抗化する電界の大きさについては、導電性トナー２０の主として凹部２０３の占有割合、あるいは、絶縁性被覆層２０２の厚さなどに依存する。
このメカニズムについては、導電性コア２０１が絶縁性被覆層２０２にて被覆されているため、導電性コア２０１は、直接的にトナー相互や電極部材等に接触することがなく、絶縁性被覆層２０２を介して一定の微小間隙を保つことになり、この結果、例えば高電界が印加された時、トンネル効果等により導通することになる、と推測される。
この時、導電性コア２０１は、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂に導電性カーボンブラック、磁性粉、ＩＴＯ／ＴｉＯ_２／ＳｎＯ_２等の透明導電粉等の導電剤を分散させたり、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂からなる粒子表面を前記導電剤により被覆することによって、作製する。
【００２７】
また、本実施の形態では、導電性トナー２０は、例えば図４（ａ）に示すように、導電性コア２０１を絶縁性被覆層２０２にて絶縁被覆し且つ絶縁性被覆層２０２の一部に凹部２０３を通じて導電性コア２０１を露出させる態様であるが、これに限られるものではなく、例えば図４（ｂ）に示すように、導電性コア２０１を絶縁性若しくは半導電性の被覆層２０４にて被覆し、被覆層２０４の厚さを適宜調整することにより、導電性トナー２０の抵抗を調整可能とした態様等適宜選定して差し支えない。
このとき、半導電性の被覆層２０４については、それ自体半導電性の材料を用いるようにしてもよいし、例えば絶縁性樹脂に、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２等の金属酸化物や導電性カーボンを微量含有させた半導電性樹脂を用いるようにしてもよい。
【００２８】
また、電荷注入装置１３３（図３参照）は、前記導電性トナー２０に対し現像領域外で現像電界より大きな電荷注入電界を作用させることにより、導電性トナー２０を低抵抗化させた状態で、電荷注入を行うものである。
尚、電荷注入装置１３３の実現例については後述する現像装置モデルにて詳述する。
【００２９】
更に、本実施の形態において、図３に示すように、転写装置１４は、例えば感光体ドラム１０に対向して転写ロール（図示せず）を配設し、この転写ロールに転写バイアスを印加することで感光体ドラム１０と転写ロールとの間に転写電界を作用させ、記録媒体である記録紙１８に感光体ドラム１０上のトナー画像を静電的に転写させるものである。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
今、作像プロセスが開始されると、先ず、感光体ドラム１０表面が帯電装置１１により帯電され、しかる後、露光装置１２が帯電された感光体ドラム１０上に静電潜像Ｚを書き込み、現像装置１３が前記静電潜像Ｚを可視像化する。
しかる後、感光体ドラム１０上のトナー画像は転写部位へと搬送され、転写装置１４が記録媒体である記録紙１８に感光体ドラム１０上のトナー画像を静電的に転写する。
尚、感光体ドラム１０上の残留トナーはクリーニング装置１５にて清掃される。
【００３１】
このような作像プロセスにおいて、現像装置１３及び転写装置１４に要求される動作条件について検討する。
先ず、図３に示す現像装置１３をモデル化すると、例えば図５に示すように表される。
図３及び図５において、符号２１は電荷注入装置１３３の一要素である電荷注入プレート（トナー供給プレート）であり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート２１には電荷注入電源２５が接続されており、電荷注入バイアスＶ１が印加されている。
また、符号２２は現像装置１３の現像ロール１３２に相当するトナー担持ロールであり、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、このトナー担持ロール２２には現像バイアス電源２６が接続されており、現像バイアスＶ２が印加されている。
更に、符号２３は感光体ドラム１０に相当する像担持プレートであり、例えば表面に５５μｍ厚のＰＥＴフィルムを貼り付けたアルミニウムプレートにて構成され、トナー担持ロール２２に対して所定の間隙を介して対向配置され、略水平方向に移動する。
そして、像担持プレート２３には像担持バイアス電源２７が接続されており、所定の像担持バイアスＶ３が印加されている。
【００３２】
このような現像装置モデルにおいて、電荷注入プレート２１上に、導電性トナー２０（例えば図４（ａ）による態様）を約一層散布し、図５中の右方向へスライドさせる。
このとき、電荷注入プレート２１に印加された電荷注入バイアスＶ１とトナー担持ロール２２に印加された現像バイアスＶ２とにより、電荷注入プレート２１とトナー担持ロール２２との間には電荷注入電界Ａが形成されており、この電荷注入電界Ａにより、電荷注入プレート２１上の導電性トナー２０に電荷が注入されると共に、導電性トナー２０は静電吸引力によりトナー担持ロール２２へ移動する。
次いで、トナー担持ロール２２へ移動した導電性トナー２０は、トナー担持ロール２２の回転により現像領域まで搬送されると、像担持プレート２３に印加された像担持バイアスＶ３とトナー担持ロール２２に印加された現像バイアスＶ２とにより現像電界Ｂが形成され、この現像電界Ｂにより、導電性トナー２０が像担持プレート２３へ移動する。
【００３３】
このような現像動作過程において、現像装置１３の現像性能を良好に保つには、電荷注入電界Ａが現像電界Ｂよりも高電界であり、電荷注入電界Ａと現像電界Ｂとの中間電界以上の高電界にて導電性トナー２０の抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングすることが必要であることが確認された。
このことは、後述する実施例にて裏付けられる。
また、多層のトナー像を移動させる必要がない単色の作像プロセスであれば、感光体ドラム１０の背景部へのトナー付着のみを防止するようにすればよい。
このとき、現像ロール１３２と背景部の電位差によって形成される電界（クリーニング電界）の影響で、現像ロール１３２上の先端のトナーに逆極性の電荷が誘導され、背景部に付着しかぶりの原因になる可能性がある。
そこで、この場合には、導電性トナー２０の特性として、クリーニング電界より大きく、電荷注入電界Ａ以下で電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングさせ、所定範囲の電気抵抗を満たすようにすればよい。
一般に、クリーニング電界は現像電界Ｂよりも小さいので、上述した導電性トナー（電荷注入電界Ａと現像電界Ｂとの中間電界以上の高電界にて抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチング特性を具備）２０はそのまま使用することができる。
【００３４】
更に、転写装置１４をモデル化すると、図６に示すように表される。
図３及び図６において、符号３１は電荷注入装置１３３の一要素である電荷注入プレート（トナー供給プレート）であり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート３１には電荷注入電源３５が接続されており、電荷注入バイアスＶ４が印加されている。
また、符号３２は感光体ドラム１０に相当する像担持ロールであり、例えば表面に５５μｍ厚のＰＥＴフィルムを貼り付けたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、この像担持ロール３２には像担持バイアス電源３６が接続されており、像担持バイアスＶ５が印加されている。
更に、符号３３は転写装置１４の転写ロール等の電極部材に相当する記録媒体プレートであり、表面に記録媒体３４（例えば図３中の記録紙１８に相当）を貼り付けたアルミニウムプレートにて構成される。
そして、この記録媒体プレート３３には転写バイアス電源３７が接続され、転写バイアスＶ６が印加されている。
【００３５】
このような転写装置モデルにおいて、電荷注入プレート３１上に、導電性トナー２０（例えば図４（ａ）による態様）を約一層散布し、図６中の右方向へスライドさせる。
このとき、電荷注入プレート３１に印加された電荷注入バイアスＶ４と像担持ロール３２に印加された像担持バイアスＶ５とにより、電荷注入プレート３１と像担持ロール３２との間には電荷注入電界Ａが形成されており、この電荷注入電界Ａにより、電荷注入プレート３１上の導電性トナー２０に電荷が注入されると共に、導電性トナー２０は静電吸引力により像担持ロール３２へ移動する。
次いで、像担持ロール３２へ移動した導電性トナー２０は、像担持ロール３２の回転により転写領域まで搬送されると、記録媒体プレート３３に印加された転写バイアスＶ６と像担持ロール３２に印加された像担持バイアスＶ５とにより転写電界Ｃが形成され、この転写電界Ｃにより、導電性トナー２０が記録媒体プレート３３へ移動する。
【００３６】
このような転写動作過程において、転写装置１４の転写性能を良好に保つには、電荷注入電界Ａが転写電界Ｃよりも高電界であり、電荷注入電界Ａと転写電界Ｃとの中間電界以上の高電界にて導電性トナー２０の抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングすることが必要であることが確認された。
このことは、後述する実施例にて裏付けられる。
【００３７】
◎実施の形態２
図７は、本発明に係る現像装置が適用されたカラー画像形成装置の構成を示した図である。
同図において、カラー画像形成装置は、所謂タンデム型と称されるものであり、装置本体４０の上方に原稿を読み取る画像読取りユニット４１を配設する一方、装置本体４０内に四つの色成分（本実施の形態ではＹ：イエロ、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）の作像エンジン４２（具体的には４２ａ〜４２ｄ）を横方向に配列し、その下方には各作像エンジン４２の配列方向に沿って循環搬送される中間転写ベルト４３を配設すると共に、この中間転写ベルト４３には当該中間転写ベルト４３上の画像を記録媒体としての例えば記録紙４４に転写させる二次転写装置４５を配設し、更に、装置本体４０の下方には前記記録紙４４が収容される供給カセット４６を配設し、この供給カセット４６からの記録紙４４を二次転写装置４５を経て定着装置４７へと導くようにしたものである。
【００３８】
本実施の形態において、作像エンジン４２は、例えば感光体ドラム５１を有し、この感光体ドラム５１の周囲に、感光体ドラム５１を帯電する帯電器５２、帯電された感光体ドラム５１上に静電潜像を書き込むレーザ装置等の潜像書込装置５３、感光体ドラム５１上の静電潜像を各色成分トナーにて可視像化する現像装置５４（具体的には５４ａ〜５４ｄ）、感光体ドラム５１上のトナー画像を中間転写ベルト４３に一次転写させる一次転写装置５５及び感光体ドラム５１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ５６を順次配設したものである。
一方、中間転写ベルト４３は、複数（本例では四つ）の張架ロール７１〜７４に掛け渡されており、張架ロール７１は駆動ロール、その他の張架ロール７２〜７４は従動ロールとして機能するようになっている。
【００３９】
次に、本実施の形態において使用される現像装置５４について説明する。
本実施の形態に係る現像装置５４は、図８に示すように、感光体ドラム５１に対向して開口し且つ内部に実施の形態１と同様な導電性トナー２０を含む現像剤Ｇが収容される現像ハウジング６５と、この現像ハウジング６５の開口に面して感光体ドラム５１に対向配設される現像ロール６１と、この現像ロール６１に導電性トナー２０を供給するトナー供給ロール６２と、このトナー供給ロール６２の表面に導電性トナー２０の薄層を形成する層形成部材６３と、現像ハウジング６５内のトナー供給ロール６２の奥側に設けられて導電性トナー２０を攪拌する攪拌部材であるアジテータ６４とを備えている。
そして、本実施の形態において、現像ロール６１には現像バイアス電源６６からの現像バイアスが印加される一方、トナー供給ロール６２には電荷注入電源６７からの電荷注入バイアスが印加されている。
これにより、感光体ドラム５１と現像ロール６１との間には現像電界が、現像ロール６１とトナー供給ロール６２との間には電荷注入電界が作用するようになっている。
【００４０】
また、本実施の形態において、例えば現像ロール６１は、表面をアルマイト処理したアルミニウム製のロールで構成され、トナー供給ロール６２は、表面をサンドブラスト法や化学エッチング法等により研磨して、小さな均一な研磨面を形成したアルミニウム製のロールから構成され、現像ロール６１とトナー供給ロール６２とは軽く接触又は微小間隙をもって支持されている。
更に、層形成部材６３は例えば厚さ０．０３〜０．３ｍｍ程度のステンレスの板バネにＳｉゴムやＥＰＤＭゴムを加硫接着したものである。この層形成部材６３の一端は、トナー供給ロール６２の表面に軽く接触し、他端は現像ハウジング６５の一部に支持されている。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置、主として現像装置５４の作動について説明する。
夫々の現像装置５４においては、現像ハウジング６５内において導電性トナー２０がアジテータ６４により攪拌され、攪拌された導電性トナー２０は、トナー供給ロール６２と層形成部材６３との間を通過することにより、トナー供給ロール６２の表面に均一なトナー層を形成する。
更に、トナー層は、トナー供給ロール６２の回転により、現像ロール６１とトナー供給ロール６２との対向位置に搬送され、この間に形成される電荷注入電界により電荷が注入されるとともに、電荷が注入された導電性トナー２０は、静電吸引力により現像ロール６１上へ移動する。
現像ロール６１上へ移動した導電性トナー２０は、現像ロール６１と感光体ドラム５１との間に形成される現像電界により、感光体ドラム５１上の静電潜像へ移動し、静電潜像を可視像化する。
【００４２】
次に、感光体ドラム５１と中間転写ベルト４３とが接する位置にある一次転写装置５５には、トナーと逆極性の電圧が印加されているため、感光体ドラム５１上に形成された未定着トナー像は、中間転写ベルト４３に対して転写される（図７参照）。
更に、中間転写ベルト４３に対して一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト４３の回動に伴って、二次転写装置４５へ搬送されるとともに、供給カセット４６から搬送された記録紙４４は、中間転写ベルト４３と二次転写装置４５との接触領域へ搬送される。
このとき、二次転写装置４５にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することで、中間転写ベルト４３上のトナー像は、記録紙４４に静電吸引され、この後、トナー像が転写された記録紙４４は定着装置４７により定着される。
【００４３】
特に、本実施の形態においては、導電性トナー２０は、実施の形態１と同様の特性を備えている。
すなわち、導電性トナー２０は、電荷注入領域では電荷注入電界（高電界）を印加することにより低抵抗へ変化するため、導電性トナー２０への電荷注入が容易に行われる。一方、導電性トナー２０は、現像領域及び転写領域では、現像電界及び転写電界（低電界）を印加することにより高抵抗へ変化する。
したがって、クリーニング電界においてかぶりの原因となる電荷の移動が発生することなく、また、記録紙４４やトナー相互間で電荷の移動が発生しないため、静電転写方式において、吸湿した記録紙４４へのトナー画像の転写が可能になり、また、カラートナーを重ねて、カラー画像を形成することが可能になる。
【００４４】
尚、本実施の形態では、複数の感光体ドラムを有するタンデム型の画像形成装置構成を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、例えば１個の感光体ドラムに対し複数個の現像装置若しくはロータリ型現像装置を設け、１サイクル毎に１色のトナー像を形成すると共に中間転写体へ順次転写し、複数サイクルで各色成分トナー像を多重転写することで、カラー画像を形成する態様についても同様に適用できる。また、記録紙搬送体上に用紙を保持、搬送し転写を行う用紙搬送転写方式でも同様に適用できる。
また、本実施の形態では、カラー機で説明したが、白黒機でも同様に適用できることは勿論である。
【００４５】
◎実施の形態３
図９は、静電転写方式を用いない画像形成装置に本発明を適用した実施の形態３を示す。
本実施の形態に係る画像形成装置においては、感光体ドラム８０の周囲に、感光体ドラム８０を帯電する帯電装置８１と、帯電された感光体ドラム８０上に各色成分（本例ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック）の静電潜像を書き込む露光装置８２と、感光体ドラム８０上に形成された各色成分潜像を各色成分トナーにて可視像化する現像装置８３と、感光体ドラム８０上のトナー像を転写させるための粘着中間転写ロール８４と、感光体ドラム８０上の残留トナーを清掃するクリーニング装置８５とが配設されている。
また、粘着中間転写ロール８４の下方には、加熱源を有する二次転写ロール８６が配設されている。
尚、符号８８は記録紙８７を送出する記録紙供給装置、８９は定着済みの記録紙８７を搬送する搬送ベルトである。
【００４６】
本実施の形態において、粘着中間転写ロール８４は、例えば、シリコーンゴム等の弾性材で構成されているため、感光体ドラム８０と粘着中間転写ロール８４との間、及び、二次転写ロール８６と粘着中間転写ロール８４との間は、所定のニップ域をもって弾接した状態となっている。
また、本実施の形態における現像装置８３及び導電性トナーは、実施の形態１で用いたものと同様なものを使用し、その他の装置については、適宜選定して差し支えない。
【００４７】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
本実施の形態において、感光体ドラム８０上に担持された静電潜像は、現像装置８３によって感光体ドラム８０の一回転ごとに異なる色成分のトナー像を重ねられる。この重ねられたトナー像は、粘着中間転写ロール８４上に押圧されることにより、粘着中間転写ロール８４の粘着力によって一括して粘着中間転写ロール８４上に転写される。
その後、粘着中間転写ロール８４上に転写されたトナー像は、二次転写ロール８６によって加熱されるとともに、粘着中間転写ロール８４の離型性は向上し、また、トナー像も加熱されることにより粘性化する。これにより、トナー像は、粘着中間転写ロール８４と二次転写ロール８６との間にある記録紙８７に再転写され、同時に定着も完了する。
【００４８】
このような作像過程において、本実施の形態で用いられる導電性トナーの特性は、静電潜像の画像部と現像バイアスとにより形成される現像電界より大きく、電荷注入電界以下で電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングできるようになっているため、電荷注入された導電性トナーは現像電界作用領域では高抵抗化した状態で感光体ドラム８０の静電潜像を可視像化し、感光体ドラム８０上でトナー像を重ねることが可能になる。
これにより、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能な静電転写方式を用いない画像形成装置を実現することができる。
また、静電転写方式を使用しない画像形成装置であって、カラー画像を形成する必要がないモノクロ専用機であれば、概ね単層のトナー像を形成すればよいので、背景部へのトナー付着のみを防止すればよい。
このとき、現像バイアスと背景部の電位差とによって形成される電界（クリーニング電界）によって、現像ロール上の先端のトナーに逆極性の電荷が誘導され、背景部に付着しかぶりになることを防止するため、導電性トナーの特性として、クリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界以下で電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングできるようにすればよい。
【００４９】
【実施例】
◎実施例１
図１０は、実施の形態１に係る現像装置モデル（図５参照）において、実施の形態１で用いられた導電性トナー２０（図４（ａ）参照）に電界を印加したとき、この導電性トナー２０の体積抵抗率変化を測定した結果である。
同図によれば、導電性トナー２０は、高電界が印加されると、高抵抗から低抵抗へと急激に低抵抗化することが理解される。
【００５０】
ここで、電荷注入電界Ａ及び現像電界Ｂと、導電性トナー２０の電気抵抗との関係について説明する。
一般的に、導電性トナー２０に印加される電界Ｅは、以下のように表現される。
Ｅ＝（Ｖ−ＶＳ）／εｔ（Ｄｐ＋Ｄｔ＋Ｄｍ＋Ｄｇ）
但し、Ｖ：対向電極の電位、ＶＳ：移動前トナー層上の電位、Ｄｐ〜Ｄｇ：ニップを形成する各層の誘電厚さ（Ｄｐ：像担持体誘電厚さ、Ｄｔ：トナー層誘電厚さ、Ｄｍ：トナー担持体誘電厚さ、Ｄｇ：空隙層誘電厚さ）、εｔ：トナーの比誘電率である。
以上から予測すると、上記条件では、電荷注入時に導電性トナー２０へ印加される電界は５×１０^４Ｖ／ｃｍ、現像時に導電性トナー２０に印加される電界は８×１０^３Ｖ／ｃｍであった。
このとき、図１０に示すように、８×１０^３Ｖ／ｃｍと５×１０^４Ｖ／ｃｍとの間で、導電性トナー２０の体積抵抗率は、１０^１２Ω・ｃｍから１０^９Ω・ｃｍへ変化している。
【００５１】
このとき、電荷注入電界Ａ領域及び現像電界Ｂ領域の通過時間は０．０１秒程度であるので、電荷を容易に注入するためには、時定数０．０１秒以下であることが好ましく、導電性トナー２０の体積抵抗率は、１０^１０Ω・ｃｍ以下であればよい。
また、帯電した電荷を保持するためには、現像電界Ｂが印加されている時間内で、電荷移動等が起こらないことが必要なので、時定数で０．１秒以上であることが好ましく、導電性トナー２０の体積抵抗率は、１０^１１Ω・ｃｍ以上であればよい。
なお、導電性トナー２０の体積抵抗率は、φ３０ｍｍのセル中にトナーを充填し、上下面に電圧を印加し、流れる電流を測定することにより計算した。
【００５２】
◎実施例２
図１１は、実施の形態１に係る現像装置モデル（図５参照）において、像担持バイアス電源２７の像担持バイアス変化に対する現像トナー量（層数に換算）を、実施の形態１に係る導電性トナー２０を用いた時と、比較例に係る絶縁性被覆層２０２（図４参照）を有していない導電性トナー２０を用いた時とで比較測定した結果である。
本実施例は、現像バイアスＶ２を０Ｖ、電荷注入バイアスＶ１を−６００Ｖに固定設定し、一連の作像プロセスを４回繰り返して、像担持プレート２３上に多重現像させた。
【００５３】
本実施例において、像担持プレート２３電圧（像担持バイアスＶ３）を５０〜１５０Ｖに変化させたとき、導電性トナー２０を用いた現像トナー量（層数）は増加する一方、比較例に係る導電性トナー（絶縁性被覆層２０２を有していない導電性トナー）を用いた現像トナー量はほとんど増加していない。
これにより、カラー画像を形成する場合、導電性トナー２０は、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現できるが、比較例に係る導電性トナーでは、カラー化に対応できないことが理解される。
【００５４】
◎実施例３
図１２は、実施の形態１に係る転写装置モデル（図６参照）において、記録媒体プレート３３電圧（転写バイアスＶ６）と転写率（％）との関係を測定した結果である。
本実施例において、記録媒体プレート３３の表面に貼り付けた記録媒体３４としては、絶縁紙、半導電紙（５×１０^８Ω・ｃｍ、高含水紙状態）を使用した。そして、像担持ロール３２電圧（像担持バイアスＶ５）を０Ｖ、電荷注入プレート３１電圧（電荷注入バイアスＶ４）を−６００Ｖに固定設定し、また、半導電紙に対し絶縁性被覆層２０２（図４参照）で絶縁コートされていない導電性トナーを使用した比較例についても測定した。
本実施例の測定結果により、本実施例に係る導電性トナー２０は、絶縁紙及び半導電紙（高含水紙）において、８０％以上の転写率が可能である一方、比較例に係る導電性トナーは、半導電紙（高含水紙）において３０％前後の転写率しか得られず、転写不良を発生してしまう。
このように、本実施例に係る導電性トナー２０（転写時に形成される転写電界Ｃよりも大きく、電荷注入電界Ａよりも小さい中間電界以上で、高抵抗から低抵抗へと抵抗変化するスイッチングする抵抗可変部を具備）を用いれば、高含水転写、多重転写が可能になる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る現像装置によれば、導電性トナーに対し作用電界により抵抗変化する抵抗可変部を具備させ、現像電界より大きい電荷注入電界にて可変抵抗部を低抵抗化させる一方、現像電界にて可変抵抗部を高抵抗化させるようにしたので、導電性トナーに電荷を注入する場合に、抵抗可変部の抵抗を低くすることにより導電性トナーに対し容易に電荷を注入させることができ、しかも、現像をする場合、抵抗可変部の抵抗を高くすることにより、導電性トナーの電荷保持性を向上させることができる。
したがって、導電性トナーに対する電荷注入性と、注入された電荷保持性とを両立させることが可能になり、導電性トナーに対する電荷注入性を良好に保ちながら、現像電界作用領域において不要に電荷注入される事態を有効に回避することができる。このため、現像電界作用領域において、低電荷トナーや逆極性トナーが生成されることは少なく、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができる。
【００５６】
また、本発明によれば、導電性トナーに対し作用電界により抵抗変化する抵抗可変部を具備させるようにしているため、例えば転写電界作用領域において抵抗可変部の抵抗を高くすることにより、転写時における導電性トナーの電荷保持性を良好に保つことができる。
このため、導電性トナーに保持している電荷が吸湿した記録紙やトナー相互間で移動することを有効に防止することができ、トナーへの静電吸着力を維持することができる。
よって、高含水紙などへのトナー画像の転写も可能となり、しかも、カラートナーの重ねによるカラー画像を形成することも可能になるから、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができる。
このように、本発明に係る現像装置によれば、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である、静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置を提供することができる。
【００５７】
更に、このような現像装置を用いた画像形成装置によれば、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができ、しかも、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができるため、導電性トナーを用いた良好な作像性能を簡単且つ確実に実現することができる。
【００５８】
また、本発明に係る現像装置によれば、本発明に係る現像方法（導電性トナーへの電荷注入工程と導電性トナーによる可視像化工程とを別工程にて行う間接電荷注入方式）を簡単に具現化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る導電性トナーをモデル化した説明図、（ｂ）は、本発明に係る現像装置及び導電性トナーの説明図である。
【図３】実施の形態１に係る画像形成装置の概要を示す説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、実施の形態１で用いられる導電性トナーの具体的構成例を示す説明図である。
【図５】実施の形態１に係る現像装置をモデル化した説明図である。
【図６】実施の形態１に係る転写装置をモデル化した説明図である。
【図７】実施の形態２に係る画像形成装置の説明図である。
【図８】実施の形態２で用いられる現像装置の説明図である。
【図９】実施の形態３に係る画像形成装置の説明図である。
【図１０】実施例１における印加電界に対する導電性トナーの体積抵抗率変化を示す説明図である。
【図１１】実施例２における像担持プレート電圧変化に対する現像トナー量を示す説明図である。
【図１２】実施例３における記録媒体プレート電圧変化に対する転写率を示す説明図である。
【符号の説明】
１…静電潜像，２…像担持体，３…導電性トナー，４…トナー担持体，５…現像電界形成手段，６…抵抗可変部，７…電荷注入手段，８…電荷注入部材

Claims (11)

1. 静電潜像を担持した像担持体に対向配置され、帯電された導電性トナーを担持搬送するトナー担持体と、このトナー担持体と像担持体との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体上の静電潜像をトナー現像する現像電界形成手段とを備えた現像装置において、
   前記導電性トナーには、現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部を具備させたことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   トナー担持体に対向配置される電荷注入部材を有し、トナー担持体と電荷注入部材との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させ、導電性トナーに電荷注入すると共に電荷注入された導電性トナーをトナー担持体に担持させる電荷注入手段が設けられていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２記載の現像装置において、
   抵抗可変部は、導電性トナー本体の周囲を絶縁被覆し且つこの絶縁被覆層の一部に導電性トナー本体が露出する凹部を形成したものであることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１又は２記載の現像装置において、
   抵抗可変部は、導電性トナー本体の周囲を絶縁又は半導電被覆層で被覆し、この被覆層の厚さを調整することで抵抗設定するものであることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１又は２記載の現像装置において、
   抵抗可変部は、静電潜像の背景部電位と現像バイアス電位とで形成されるクリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へ抵抗変化することを特徴とする現像装置。
6. 請求項１又は２記載の現像装置において、
   抵抗可変部は、静電潜像の画像部電位と現像バイアス電位とで形成される現像電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へ抵抗変化することを特徴とする現像装置。
7. 請求項１又は２記載の現像装置において、
   抵抗可変部は、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へ抵抗変化することを特徴とする現像装置。
8. 請求項１又は２記載の現像装置において、
   抵抗可変部は、導電性トナーの体積抵抗を電荷注入電界にて１０^１０Ω・ｃｍ以下にし且つ現像電界にて１０^１１Ω・ｃｍ以上にすることを特徴とする現像装置。
9. 請求項１乃至８いずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９記載の画像形成装置において、
    抵抗可変部が、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へ抵抗変化する現像装置と、
    像担持体上のトナー像を電荷注入電界よりも小さい転写電界にて記録媒体に転写する転写装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
11. 像担持体上に形成された静電潜像を現像電界の作用領域下で導電性トナーにて可視像化する現像方法において、
    現像電界よりも大きな電荷注入電界の作用領域下で導電性トナーに電荷注入を行う電荷注入工程と、
    この電荷注入工程が行われた後に現像電界の作用領域下で、電荷注入された導電性トナーによる静電潜像の可視像化を行う可視像化工程とを備えたことを特徴とする現像方法。

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