JP2005055854A

JP2005055854A - 画像形成装置

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Publication number: JP2005055854A
Application number: JP2003341661A
Authority: JP
Inventors: Yuji Doura; 祐史堂裏
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】簡単、安価な構成で、供給ローラと現像ローラ間のリークを防止した現像装置を有する画像形成装置を提供することが課題である。
【解決手段】供給ローラ表面に、キャリアの抵抗値より小で且つ供給ローラ基材より大に抵抗値制御された抵抗値制御膜を形成させ、現像ローラ上に担持した荷電トナーから磁気ブラシを経由して供給ローラに大電流が流れ込むのを防止したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて感光体上に形成された潜像に飛翔させ、現像するようにした非接触現像方式に供される現像装置を有する画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方式には、トナーと磁性キャリアを用いた２成分現像方式、絶縁トナーや導電トナーを用いた１成分現像方式、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて感光体上の静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにしたいわゆるハイブリッド現像方式などがある。

このうちハイブリッド現像方式は、従来、非接触の１成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速の画像形成が可能な現像方式として、特に感光体（感光体）上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、感光体上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されてきた。

しかしながらこの１ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を感光体の周りに配置せねばならないから、感光体が大型になり、画像形成装置の小型化の妨げになる。そのため、使用するトナーの色に対応した複数の電子写真プロセス部材を並べて配置し、転写部材の送りに同期させてカラ−画像を形成して転写部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきた。また、この場合の現像方式としてハイブリッド現像方式を用いると、現像ローラが感光体と非接触であるから感光体のトルク変動をきたすことがなく、タンデム型の弱点である色ずれをおこさず、ドット再現性に優れた長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。

またこのハイブリッド現像方式では、現像剤中に現像されない微粉や外添剤等が含まれると現像性を落とす原因となる。そこで現像性を向上させるため、現像ローラと感光体間距離を狭くする、又は、現像ドラムに印加する交流バイアスのピーク電圧（Ｖｐｐ）を高くする、などの方法が用いられているが、このようにすると、現像ローラ上のトナー層と感光体の間でリークが発生し、白地の上にφ０．１〜２．０ｍｍの色点や黒点が生じる不良画像が発生する。

また、この種のハイブリッド現像方式においては、供給ローラのキャリアによって形成される磁気ブラシによって供給ローラと現像ローラとが接触しているため、現像ローラ上のチャージアップされたトナー層から供給ローラへリークが発生して大電流が流れることがある。これは、絶縁性キャリアを用いると、チャージアップによって現像性が落ちるため、キャリアとして１０^８〜１０^１０Ωｃｍのどちらかと言えば導電性に近いキャリアを使用しているためであり、湿度などの環境条件により、現像ローラと磁気ブラシを介した供給ローラ間の抵抗値が低下し、を通じてリークが発生してしまうわけである。この場合、このリークに起因したノイズによって露光系が誤動作し、露光系を構成するLEDやレーザーが光ってはいけないタイミングで光る、あるいは光るべきタイミングで光らない瞬間が生じ、走査方向に、原画像にない線が描画される（横筋ノイズ）、あるいは必要な線が描画されないなどの不良画像となってしまう。

このうち、現像ローラ上のトナー層と感光体の間でのリークによる色点や黒点を押さえる方法としては、例えば特許文献１および２には、内部に静止磁石を有し、磁石ローラで構成した供給ローラ上の磁気ブラシから現像剤を移し取り、感光体上の潜像を現像するようにした現像ローラを有する現像装置に於いて、現像時における感光体電荷のリーク防止のため、現像ローラ表面に１０^６Ω以上のアルマイト加工などによる絶縁層を設けることが示されている。

また特許文献３には、１成分現像剤を表面に担持し、潜像担持体に接触して接触現像する現像ローラを金属で形成した場合、潜像担持体の非画像部に感光層の一部が欠如したピンホールがあると、現像ローラの現像剤のない現像剤非担持領域がこのピンホールと直接接触し、潜像担持体から現像ローラへ許容電流値より大きな電流が流れ、画像部に白抜けや筋状の黒色部が発生することがあるため、現像ローラ表面をアルマイト処理し、大電流が流れるのを防止した現像装置が示されている。

さらに特許文献４乃至６には、こういったリーク防止が目的ではないが、荷電量調節のために供給ローラ表面を樹脂で被覆したり、硬度アップのためにアルマイト処理すること（特許文献４）、表面にブラスト処理による凹凸を設けたアルミなどを基材とした現像剤担持体において、耐摩耗性向上のために陽極酸化によるアルマイト処理をしたとき、表面抵抗が高くなるとゴーストが発生するため、アルマイト層に微細孔を均一に設け、トナーの持つ電荷のリークサイトを均一に無数設けてアルマイト層の表面抵抗を小さくすること（特許文献５）、感光体を帯電させる帯電ローラにおいて、アルミニウムやアルミニウム合金よりなる支持体表面に陽極酸化処理によって多孔質陽極酸化アルミニウム被膜を設け、この孔中に金属、または遷移金属の酸素酸塩より形成された導電物または純水が付着させ、摩耗しにくく、環境条件が変化しても安定な抵抗値を有して感光体汚染を生じないようにすること（特許文献６）などか示されている。

さらに特許文献７、８には、これもリーク防止が目的ではないが、トナーにより記録画像を得る画像記録装置の画像記録媒体を、導電性基材とその外周面に形成された絶縁体層を備え、絶縁体層を導電性基材の外表面に対してほぼ垂直方向に柱状に分散して充填された導電性金属物質を含む絶縁性金属物質で構成し、摩耗しにくい硬い絶縁体表面層を有しながら、ゴースト及び画像濃度低下を押さえ、たとえ絶縁体表面層が摩耗しても、電気的特性が変化しにくく、画質変化を少なくすること（特許文献７）、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるアルミニウム材に対し、陽極酸化によって多孔質の陽極酸化皮膜を形成するに際し、多孔質の陽極酸化皮膜を形成可能な有機酸イオンおよび無機酸イオンのうちの少なくとも一方のイオンとともに、硝酸イオンを含む陽極酸化浴中でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム材に陽極酸化処理を行ない、アルミニウム材表面に多孔質の陽極酸化皮膜を形成した後、金属イオンを含む電析浴中で前記アルミニウム材に対して電析処理を行い、当該電析浴から前記多孔質の陽極酸化皮膜の細孔中に金属を電析させて当該陽極酸化皮膜に導電性を付与するようにする方法（特許文献８）などが開示されている。

特公平２−３７５９４号公報特開２００１−３１８５２６公報特開２００１−３４３８２９公報特公平８−１２５１０号公報特開２００３−３５９９２公報特開平７−１９９５９７号公報特公平４−１９９１５３号公報再公表特許ＷＯ００／０１８６５号公報

しかしながら、前記特許文献１乃至３に示されているのは現像ローラのリーク防止技術であり、供給ローラと現像ローラ間のリークは現像ローラをアルマイト処理しても、現像ローラ上のチャージアップしたトナーから磁気ブラシを経由して供給ローラに流れ込むリークを防止することはできない。しかも、間に磁気ブラシを経由しているため、現像ローラと感光体の間のリークよりも大電流が流れやすく、基板類の信号線にノイズを与え、特に露光系の信号線に影響が出た場合は、前記した横筋ノイズや誤動作など重大な問題が防ぎきれずにいた。

また、現像ローラと感光体の間のリークによる黒点や色点は、現像ローラと感光体が非接触であるためリークによる電流量は低く、画像欠陥としての不具合だけであるが、供給ローラと現像ローラ間のリークは基板に影響を与え、誤動作を起こさせることによって画像だけでなく、ハード的不具合をも誘発させる場合がある。

また特許文献４乃至８に示された技術も、本願が目的とする供給ローラと現像ローラ間のリーク防止技術ではなく、荷電量調節のために供給ローラ表面を樹脂で被覆したり、硬度アップのために供給ローラや剥離ローラ表面をアルマイト処理したり、その方法が示されているだけである。

そのため本発明においては、簡単、安価な構成で供給ローラと現像ローラ間のリークを防止した現像装置を有する画像形成装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明においては、
内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成した磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを、現像ローラに摺擦させながら両ローラ間に印加した搬送バイアスを利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する現像方式による画像形成装置において
前記供給ローラ表面に、前記キャリアの抵抗値より小で且つ供給ローラ基材より大に抵抗値制御された抵抗値制御膜を形成させたことを特徴とする。
ここで、抵抗値制御膜というのは、後述する実施例に示したように、供給ローラから現像ローラへの電荷のリークを防止しつつ、画像の階調に応じた現像濃度を確保するため供給ローラ表面に形成された皮膜である。

そして本発明では、前記供給ローラの導電性基材の表面を、酸化膜処理を施して形成された絶縁若しくは高抵抗酸化層の表面を多孔質化してその多孔質細孔中に導電材を付加して抵抗値制御膜を形成させてある。

また、前記抵抗値制御膜の抵抗値が、１０^２Ωｃｍ以上１０^８Ωｃｍ以下に制御されることが好ましい。

そして、前記抵抗値制御膜の膜厚を５μｍ以上３０μｍ以下に設定することが好ましい。

また、前記現像ローラの表面の体積抵抗を供給ローラの表面の体積抵抗より小にすることが好ましい。

このように、供給ローラ表面に、キャリアの抵抗値より小で且つ供給ローラ基材より大に抵抗値制御された抵抗値制御膜を形成させるこにより、現像ローラ上に担持した荷電トナーから磁気ブラシを経由して供給ローラに大電流が流れ込むのを防止できるから、簡単、安価な構成で供給ローラと現像ローラ間のリークを防止でき、横筋ノイズや基板への影響による誤動作、ハード的不具合などを防止できる画像形成装置を提供することができる。

そして抵抗値制御膜を、供給ローラの導電性基材表面に酸化膜処理を施し、絶縁若しくは高抵抗酸化層の表面を多孔質化してその多孔質細孔中に導電材を付加して形成させることにより、抵抗値制御膜を最適な値で作成でき、さらに絶縁層が酸化膜であることにより、表面硬度の維持、リークの防止、現像性の確保のいずれをも満足させることができる供給ローラを有した画像形成装置を提供することができる。

また、前記抵抗値制御膜の抵抗値を、１０^２Ωｃｍ以上１０^８Ωｃｍ以下に制御することでリークが有効に防止でき、かつ、導電被膜の膜厚を５μｍ以上３０μｍ以下に設定することにより、５μｍ以下の場合は初期的にはリークに効果があるが耐久劣化により表面が摩耗し、抵抗値制御膜が無くなるとリークが発生してしまう。また、３０μｍ以上の場合、処理時間が長くなり、コストが高くなる。しかも、電圧降下が顕著となって現像γの傾きが緩やかになり、現像性が著しく落ちてしまうが、膜厚を５μｍ以上３０μｍ以下に設定することでこういったことが防止できる。

また、前記現像ローラの表面の体積抵抗を供給ローラの表面の体積抵抗より小にすることにより、現像ローラの表面の体積抵抗を大きくした場合、現像性に影響が出るが、供給ローラ表面の体積抵抗を現像ローラの表面の体積抵抗より大きくすることにより、現像性を損なうことがなくなり、また、濃度の調整が容易におこなえるようにしながらリークを防止することが可能となる。これは、現像ローラの表面の体積抵抗を供給ローラの表面の体積抵抗より大きくした場合、トナーの保持能力が落ちて現像性が悪くなるのに対し、逆の場合はトナーの保持能力は維持されるから、トナー対キャリアの割合を増やす、などの方法によって供給ローラ５の供給能力低下を補うことができるからであり、同様な理由で、濃度調整も容易にできるためである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラ表面に形成する抵抗値制御膜の形成方法を説明するための図、図２は本発明になる画像形成装置における現像装置の一実施例の模式図、図３は本発明になる画像形成装置における現像装置と従来の現像装置における横筋リークの発生状況を示した表、図４は本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラの耐摩耗性を確認したグラフ、図５は本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラに施した抵抗値制御膜としての特定のアルマイト処理による皮膜を含む、種々の供給ローラの現像γ特性を示したグラフ、図６は本発明になる現像方法を実施する画像形成装置の一実施例の模式図である。

図中１は感光体（潜像担持体）ドラム、２はＬＥＤなどを使った露光装置、３は感光体位置を帯電するための帯電器、４は現像ローラ、５は内部に磁石集成体６を有して回転し、表面にキャリアとトナーからなる磁気ブラシ１０を担持して回転するスリーブからなる供給ローラ、７は供給ローラ５上の磁気ブラシ１０の厚さを規制する規制ブレード、８ａ、８ｂはトナーコンテナ９から供給されるトナーをキャリアと混合して撹拌し、帯電させるためのミキサー、１１は記録紙、１２は現像装置、１５は現像ローラ４に交流バイアスを印加するための交流電源、１６は同じく直流バイアスを印加するための直流電源、１７は供給ローラ５に直流バイアスを印加するための直流電源、２０は画像形成装置、図１において３１は供給ローラ５を構成するアルミ基材３２の表面に陽極酸化処理により形成した多孔質陽極酸化被膜、３３は細孔、３４は細孔３３に析出させた金属、３５は金属３４を析出する細孔の底部、図６において５３は給紙カセット、５４は無端状ベルト、５８は転写装置、５９は定着装置で、抵抗２２とコンデンサ２３は、供給ローラ５へバイアスを印加するバイアス電源による突入電流制限手段としてのロウパス・フィルタを構成する。なお、感光体１はベルト状の感光体ベルトで構成しても良いことは言うまでもない。

図２、または図６に示した感光体（潜像担持体）１の材料としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体、有機感光体（ＯＰＣ）などを用いることができる。正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）は、オゾンなどの発生が少なくて帯電が安定しており、特に単層構造の正帯電有機感光体は、長期にわたる使用によって膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適である。そして、正帯電有機感光体を長寿命のシステムに用いる場合、膜厚を２０μｍから４０μｍ程度に設定することが好ましい。２０μｍ以下の場合は、膜厚が減少して１０μｍ程度になったときに絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくる。また、４０μｍ以上とした場合は感度が低下し、画像濃度低下の要因となる。

露光装置２は、半導体レーザ、もしくはＬＥＤを用いることができる。正帯電有機感光体を用いた場合は７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、アモルファスシリコン感光体の場合は６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下本発明においては、感光体１として正帯電有機感光体を用い、露光装置２の光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明してゆく。

現像ローラ４の最表面は、均一な導電性のアルミニウム、ＳＵＳ、導電樹脂被覆などからなるスリーブで構成する。そしてそのシャフト部には、直流（ＤＣ）バイアス電源１６、交流（ＡＣ）バイアス電源１５を接続し、回転する現像ローラ４と感光体１、及び供給ローラ５との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。また、供給ローラ５には直流（ＤＣ）バイアス電源１７を接続し、この直流（ＤＣ）バイアス電源１７の電位を例えば４００Ｖとし、直流（ＤＣ）バイアス電源１６の電位を例えば７０Ｖとして、その電位差で現像ローラ４に約１〜１．５ｍｇ／ｃｍ^２のトナー薄層を形成する。この時の現像剤の帯電量は１０〜２０μＣ／gが適正で、１０μＣ／g以下、特に５μＣ／g以下と低いとトナー層厚が厚くなり、飛散が増大する。一方、トナー帯電量が２０μＣ／g以上になるとトナー層厚が薄くなり、帯電が上昇してトナーが感光体１へ飛翔しづらくなり、現像性が低下する。

また、現像ローラ４から感光体１へトナーを飛翔させるため、現像ローラ４へ交流（ＡＣ）バイアス電源１５から交流電圧を印加することで現像性が得られる。この交流電圧としては、Ｖｐｐが１．５ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚで画像濃度、ドット再現、カブリ除去のバランスが取れ、デューティ（Ｄｕｔｙ）
比を２７％にすることで、現像ゴーストを除去することができた。また、現像ローラ４のトナー層表面越しの電位を測定すると約３２０Ｖとなっており、３２０Ｖ−７０Ｖ（全露光後感光体電位）＝２５０Ｖが実質の現像の実行電位であるといえる。

供給ローラ５の表面状態としては、キャリアの搬送性を上げるためにビーズブラスト又はサンドブラストを用いる。この時の表面粗さとしてＲｚ１０μｍ〜２５μｍが好ましい。もし、Ｒｚ１０μｍ以下ならば、キャリアの搬送性が落ちて供給ローラ５上の磁気ブラシ層１０が薄くなり、現像性も落ちる。Ｒｚ２５μｍ以上になると、必要以上のキャリアを搬送してしまい、磁気ブラシ層１０が必要以上に厚くなりすぎて、現像ローラ４と供給ローラ５間のギャップを抜けられなくなり、キャリアが現像器より溢れ出る不具合が発生する。

トナーは、５〜２０μＣ／ｇに制御され、トナー飛散・カブリを防止し、なお且つ、低電界で現像することで現像ローラ４上に現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた現像システムができる。

現像剤には、トナーの回収と供給の役割を有する１０^６Ωｃｍ〜１０^９Ωｃｍの抵抗のキャリアを使い、現像ローラ４と供給ローラ５の間のニップで、強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシで引き剥がし、現像に必要なトナーを供給する。このとき、トナーとの接点を増やすためには、４０μｍ以下の小径キャリアを用い、キャリアの表面積を高めることが好ましい。キャリアとしては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどを用いることができ、適正な抵抗値を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。本発明では一例として、体積固有抵抗が１０^７Ωｃｍにシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いた。１０^６Ωcm以下では回収を重視した低抵抗キャリアは現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生の無い現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ローラ４表面からトナーが飛散し、帯電器３や露光装置２を汚染する不具合を発生させてしまう。１０^９Ωcm以上の抵抗では、帯電性能を付与することは可能であるが帯電が上昇しやすい問題があった。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ローラ４上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現像ローラ４に再度投入することが可能になる。

またトナーとキャリアの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対しトナーを５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％とする。トナーの混合割合が５重量％未満であると、トナーの帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、２０重量％を超えると今度は十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像器から飛散して画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。

現像ローラ４上のトナー薄層は、現像剤の抵抗や現像ローラ４と供給ローラ５の回転速度差などによっても変化するが、この両ローラに与えられる直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）の直流電源１７と直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）の直流電源１６の電位差｜（Ｖ_ｄｃ２）−（Ｖ_ｄｃ１）｜（以下Δと表現する）によっても制御することが可能である。Δを大きくすると現像ローラ４上のトナーの薄層が厚くなり、Δを小さくすると薄い層になる。Δの範囲は、一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切である。そして、現像ローラ４上に１０〜１００μm、好ましくは３０〜７０μmのトナー層を形成し、現像ローラ４と感光体１とのギャップを１５０〜４００μm、好ましくは２００〜３００μmとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体１上に飛翔させることで鮮明な画像を得ることができる。

連続印刷での画像濃度を安定させるためには、印刷データによって定期的に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取り、リフレッシュする必要がある。これは、現像終了時に交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１７を変化させて現像ローラ４上のトナーを磁気ブラシ１０に回収する。現像終了時毎に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取れば常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層を形成するのに時間を要し、十分な印刷速度を達成できない。良好な印刷速度を維持するためには、用紙間隔を調整して一定期間に現像ローラ４上のトナーを出し入れする時間を調整すればよい。用紙間隔を大きくしないで感光体１上の潜像に十分なトナーを供給するためには、感光体１に対して現像ローラ４の周速を１．５倍以上に設定すると、短時間にトナーの出し入れが可能になる。また、供給ローラ５を現像ローラ４に対して１超２倍以下の速度に設定すると、トナーの入れ替えが促進される。この時、供給ローラ５の回転方向が現像ローラ４に対して逆方向であることが好ましい。

供給ローラ５と現像ローラ４のギャップは４００μｍに設定されており、規制ブレード７と供給ローラ５とのギャップはキャリアの粒径に応じて調整されるが、平均粒径３５μｍのキャリアとトナー１０％の現像剤においては３５０〜５００μｍに設定し、磁気ブラシ１０が現像ローラ４に接触する設定にしてある。現像ローラ４と供給ローラ５のギャップが広すぎると現像剤がローラ間を通過できずに溢れてしまい、狭すぎると現像ローラ４に接触できず、現像ローラ４上のトナーを回収することが困難になる。そのため、現像動作を繰り返すと次第に現像ローラ４にトナーが固着してしまい、感光体１へトナーが飛翔できなくなってしまう。一方、感光体１と現像ローラ４との距離は１５０〜３００μｍに設定されておりリークと現像性能から調整する。狭くすると、ギャップ間の電界強度が高くなるため現像性が上がって現像装置１２中の微粉の上昇も抑えられ、長寿命化に繋がるが、リークに関する余裕度が狭くなる。本発明においては、この感光体１と現像ローラ４との距離を２５０μｍに設定し、この空間にはワイヤ電極などは用いない。

最初に、このように構成した現像装置を有する本発明になる画像形成装置２０の一実施例の動作について、図２、図６の模式図を用いて説明する。この画像形成装置２０は、無端状ベルト５４が、給紙カセット５３からの記録紙を定着装置５９に向かって搬送可能に配設されており、記録紙を搬送するベルト５４の上側には、ブラック用現像装置１２Ａ、イエロー用現像装置１２Ｂ、シアン用現像装置１２Ｃ及びマゼンタ用現像装置１２Ｄが配設されている。そしてこれらの現像装置１２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）には、それぞれ供給ローラ５（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）、該供給ローラ５（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に近接して現像ローラ４（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配設され、該現像ローラ４に対面して感光体１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が、さらにこの感光体１の周囲には、帯電器３（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）及び露光装置２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配置されている。

このように構成したハイブリッド型現像装置を有する本発明のタンデム型画像形成装置において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応したトナーとキャリアからなる２成分現像剤は、トナーコンテナ９からそれぞれの現像装置１２に供給され、図１に示した供給ローラ５上に磁気ブラシ１０を形成し、攪拌によってトナーが帯電される。そして、供給ローラ５上の磁気ブラシ１０は規制ブレード７によって層規制され、供給ローラ５に加えられた直流バイアス１７と現像ローラ４に加えられた直流バイアス１６間の電位差、及び交流バイアス１５によって現像ローラ４にトナーのみの薄層を形成する。

そして、図示していない制御回路からプリント開始信号が来ると、まず、帯電器３によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された感光体１が例えば４２０Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光装置２による露光により、感光体１の露光後電位は約７０Ｖになって潜像が形成される。そしてこの潜像は、現像ローラ４に加えられた直流バイアス１６と交流バイアス１５により、現像ローラ４上のトナー薄層から感光体１に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。そして、給紙カセット５３から記録紙が送りだされてベルト５４で送られて感光体１に達したとき、転写装置５８（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）による転写バイアスが印加されて記録紙にトナー像が転写され、定着装置５９で定着されて排紙される。その後前記したように、印刷データによって定期的に、交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１７を変化させて現像ローラ４上のトナー薄層を供給ローラ５に回収する。

そして本発明においては、以下に示す２点から、前記したリークに対する対策を行った。まずその１は、現像ローラ４のアルミ表面に、アルマイトコートを５μｍ以上好ましくは１０μｍ以上塗布することである。しかしながらこのようにすると、紙間におけるキャリア引きが発生するので、その対策として紙間における交流バイアス電源１５の周波数を３．５〜６ｋＨｚ、好ましくは４．５〜６ｋＨｚとした。キャリア引きが発生する要因としては、現像ローラ４の表面にアルマイト処理したことで供給ローラ５と現像ローラ４間での直流成分の電流の行き来が減少し、供給ローラ５が磁力によってキャリアを保持する力よりも、現像ローラ４が電気的にキャリアを引く力が勝るからである。周波数を高めに設定すれば良いのはアルマイトによるコンデンサー層を交流成分が行き来できるからである。

この第１の対策は前記特許文献１乃至３にも記されているが、ハイブリッド現像方式においては、この第１の対策を実施しても現像ローラ４と供給ローラ５間のリークは防止できない。しかもこのリークは、キャリアを導通経路として起こるために電流量が多く、そのため現像ローラ４と感光体１間のリークでは発生しないようなノイズが露光系の信号線などに影響を与え、前記したように横筋画像などの不具合を発生させる。この現像ローラ４と供給ローラ５間のリーク対策としては、供給ローラ５の表面をアルマイト処理することも考えられる。アルマイト処理した供給ローラ５の表面は、通常一般的な無電解ニッケルメッキ処理よりも表面硬度が高く、初期のブラスト処理による表面粗さを、より、長く持続できるという利点があるが、現像性が落ちて濃度が低下するという問題点がある。そのため本発明においては、第２の対策として、供給ローラ５表面に、リーク防止手段としてキャリアの抵抗値より小で、且つ、供給ローラ５の基材より大に抵抗値制御された抵抗値制御膜を形成させるようにした。

この、供給ローラ５表面に形成する抵抗値制御膜の形成方法を説明するための図が図１である。この図１に示した抵抗値制御膜の形成方法は、多孔質の陽極酸化皮膜を形成可能な有機酸イオンおよび無機酸イオンのうちの少なくとも一方のイオンとともに、硝酸イオンを含む陽極酸化浴中でアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材３２に陽極酸化処理を行い、当該アルミニウム基材３２の表面に図１（Ａ）のように多孔質の陽極酸化皮膜３１を形成した後、金属イオンを含む電析浴中でアルミニウム基材３２に対して電析処理を行い、この電析浴から、前記多孔質の陽極酸化皮膜３１の細孔３３中に図１（Ｂ）のように金属３４を電析させ、当該陽極酸化皮膜３１に導電性を付与するようにしたものである。

また、供給ローラ５表面に形成する抵抗値制御膜の形成する他の方法としては、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材３２に対し、硫酸浴またはしゅう酸浴中で陽極酸化を行い、その表面に多孔質の陽極酸化皮膜を形成する方法がある。しかしこの方法で多孔質の陽極酸化被膜を形成した場合、細孔３３の底部に図示していない厚いバリヤー層が形成され、前記したように細孔３３の内部に金属３４を電析させて導電性を付与するためには、細孔３３の底部に形成されているこの図示していないバリヤー層を除去し、電析処理を行う必要がある。

このバリヤー層を除去する方法としては、硫酸浴またはしゅう酸浴中で陽極酸化を行った後、同一電解浴中、あるいは別の電解浴中で１５分から２０分間位の時間をかけながら陽極酸化電圧を少しずつ下降させ、陽極酸化皮膜３１の細孔３３の底部におけるバリヤー層を電気化学的に溶解する方法や、硫酸浴またはしゅう酸浴中で陽極酸化を行った後、そのまま電源を切った状態で同一電解浴中、あるいは別の電解浴中で１５分間から３０分間放置し、陽極酸化皮膜３１の細孔３３の底部においてバリヤー層を化学的に溶解する方法が用いられている。さらに、後者の化学的に溶解する方法と、前者の電気化学的に溶解する方法とを併用してバリヤー層を溶解することもある。

しかしながらこれらの方法は、いずれも処理に長い時間がかかるため、生産性が低いという問題点があり、また、このような処理はいずれも煩雑で、かつ、特殊な技術を必要とするため、品質が安定しないという問題点があり、前記し、図１に示した方法で形成するのが好ましい。

すなわち前記し、図１に示した方法によると、陽極酸化浴には、多孔質の陽極酸化皮膜を形成可能な有機酸イオン、または無機酸イオンと共に硝酸イオンが含まれているので、この陽極酸化浴を用いてアルミニウム基材３２の表面に陽極酸化を行うと、多孔質の陽極酸化皮膜３１が成長する一方で、その細孔３３の底部ではバリヤー層の溶解が進行する。このため、陽極酸化処理を終えたときには、多孔質の陽極酸化皮膜３１の細孔３３における底部３５ではバリヤー層がトンネル効果を示すほど薄いか、あるいは細孔３３の底部にバリヤー層がなくなる。そのため、多孔質の陽極酸化皮膜３１の細孔３３における底部３５から、バリヤー層を除去するために電流回復法またはガルパニック溶解法、などといった複雑なバリヤー層の除去処理を行わなくても、そのまま電析処理を行うだけで、陽極酸化皮膜３１の細孔３３の内部に金属３４を電析させ、陽極酸化皮膜を導電性にすることができる。

このようにして形成した導電性アルマイトを用いることで、通常のアルマイト処理だとその部分で電圧降下が起こり、ベタ濃度が下がるが、このように抵抗値制御膜の表面層を実現することで、リーク防止、表面硬度の維持、現像性の確保のいずれをも満足させることができる。そして、この供給ローラ５表面の導電性アルマイトの抵抗値は、１０^２Ωｃｍ以上１０^８Ωｃｍ以下がよい。１０^２Ωｃｍ以下だと横筋リーク（供給ローラ５と現像ローラ４の間のキャリアを経由したリーク）が発生し、１０^８Ωｃｍを越える場合だと現像性が落ちる。

そしてこの抵抗値制御膜の表面層（導電性アルマイト層）の厚みは、上述したような抵抗値となるように適宜決定すればよいが、５μｍ以上３０μｍ以下がよい。５μｍ以下であっても初期的には問題ないが、耐久劣化により表面が摩耗し、表面層が無くなるとリークが発生してしまう。３０μｍ以上だと陽極３箇所理事官が長くなり、コストが高くなると共に、電圧降下が顕著となって現像性が著しく落ちる。本発明においては、析出させる金属３４として銀を用い、析出量を制御することで表面抵抗値を制御して１０^２Ωｃｍ以上１０^８Ωｃｍ以下とし、さらに導電性アルマイト層の厚さを１０μｍとした。

図３は、このように構成した本発明になる現像装置を備えた画像形成装置における横筋リークの発生状況を示した表である。この図３において、現像ローラと供給ローラと書かれた下の欄における「ニッケルメッキ」は前記した無電解ニッケルメッキ処理をあらわし、「アルマイト」は供給ローラ５に一例としてアルマイトの絶縁層を設けた場合、「導電性アルマイト１０^２Ωｃｍ」は前記した方法によりアルマイトを１０^２Ωｃｍの導電性とした場合、「導電性アルマイト１０^８Ωｃｍ」は前記した方法によりアルマイトを１０^８Ωｃｍの導電性とした場合、「アルマイト（１０^９Ωｃｍ以上）」は１０^９Ωｃｍ以上のアルマイトを用いた場合である。また、「横筋リーク（回／５００ｐａｇｅ）と書かれているのは、５００頁印字時における横筋リーク発生回数をあらわしている。

すなわちこの図３に示した表から明らかなように、供給ローラ５表面を導電性アルマイト処理、またはアルマイト処理をしなかったときは、例え現像ローラ４にアルマイト処理してもリークが発生し、供給ローラ５表面を導電性アルマイト処理、またはアルマイト処理したときは、例え現像ローラ４にアルマイト処理をしていなくてもリークが発生していない。

更に、導電性アルマイト処理で形成された酸化皮膜により、供給ローラ５の表面硬度が硬くなるため、一般的なニッケルメッキコートよりも供給ローラ５の耐磨耗性、および機械強度共に向上でき、初期の表面状態を保持できる。それを示したのが図４のグラフであり、この図４において横軸はプリント枚数、縦軸はＲｚであらわした表面粗さ（単位μｍ）であり、前述した方法で作成された導電性アルマイト処理した場合とニッケルメッキした場合のプリント枚数による表面粗さの変化を示している。
なお、図３中、供給ローラの表面処理に関する諸条件は以下の通りである。
「アルマイトｎ＝１」
膜厚：５μm 表面抵抗値：１０の２乗
「アルマイトｎ＝２」
膜厚：３０μm 表面抵抗値：１０の２乗
「ニッケルメッキｎ＝１」
膜厚：３μm 表面抵抗値：１０の０〜１乗
「ニッケルメッキｎ＝２」
膜厚：５μm 表面抵抗値：１０の０〜１乗
この図４からわかるように、導電性アルマイト処理した場合はその表面粗さに余り変化がないのに対し、ニッケルメッキの場合は表面粗さが明らかに低下している。
ここで、

また、導電性アルマイト処理による酸化皮膜で電気抵抗の比較的小さいアルミニウムの金属ローラ表面に電気抵抗層を形成しているので、金属ローラに所定の電気抵抗を持たせることができる。このとき、金属ローラの表面を均一に導電性アルマイト処理できるので、金属抵抗を金属ローラの導電性アルマイト処理部分の全面にわたってより均一に得ることができ、これによって供給ローラ５の材料として予め所定の金属抵抗を有する特別な材料を用いる必要がなく、供給ローラ５を、所定の大きさの均一な電気抵抗を有する金属から、安価に、かつ、簡単に形成できるようになる。

また、図５は、供給ローラ５の導電性アルマイト処理による現像γ特性を示したグラフであり、前記したアルマイト処理（絶縁性）とニッケルメッキ処理、それに導電性アルマイト１０^２Ωｃｍと絶縁性アルマイト１０⁹Ωｃｍのそれぞれの場合のγ特性を示したものである。

このように本発明によれば、供給ローラ５の表面に、キャリアの抵抗値より小で且つ供給ローラ５の基材より大に抵抗値制御された抵抗値制御膜（多孔質陽極酸化被膜）３１を形成させることにより、現像ローラ４上に担持した荷電トナーから磁気ブラシ１０を経由して供給ローラ５に大電流が流れ込むのを防止できるから、簡単、安価な構成で供給ローラ５と現像ローラ４間のリークを防止でき、横筋ノイズや基板への影響による誤動作、ハード的不具合などを防止できる画像形成装置を提供することができる。

そして抵抗値制御膜（多孔質陽極酸化被膜）３１を、供給ローラ５の導電性基材表面に酸化膜処理を施し、絶縁若しくは高抵抗酸化層の表面を多孔質化してその多孔質細孔中に導電材を付加して形成させることにより、抵抗値制御膜（多孔質陽極酸化被膜）３１を最適な値で作成でき、さらに絶縁層が酸化膜であることにより、表面硬度の維持、リークの防止、現像性の確保のいずれをも満足させることができる供給ローラを有した画像形成装置を提供することができる。

また、前記抵抗値制御膜（多孔質陽極酸化被膜）３１の抵抗値を、１０^２Ωｃｍ以上１０^８Ωｃｍ以下に制御することでリークが有効に防止でき、かつ、導電被膜３１の膜厚を５μｍ以上３０μｍ以下に設定することにより、５μｍ以下の場合は初期的にはリークに効果があるが耐久劣化により表面が摩耗し、抵抗値制御膜が無くなるとリークが発生してしまう。また、３０μｍ以上の場合、処理時間が長くなり、コストが高くなる。しかも、電圧降下が顕著となって現像γの傾きが緩やかになり、現像性が著しく落ちてしまうが、膜厚を５μｍ以上３０μｍ以下に設定することでこういったことが防止できる。

さらに、現像ローラ４の表面の体積抵抗率を供給ローラ５の表面の体積抵抗率より小にすることにより、現像ローラ４の表面の体積抵抗率を大きくした場合、現像性に影響が出るが、供給ローラ５表面の体積抵抗率を現像ローラ４の表面の体積抵抗より大きくすることにより、現像性を損なうことがなくなり、また、濃度の調整が容易におこなえるようにしながらリークを防止することが可能となる。これは、現像ローラ４の表面の体積抵抗率を供給ローラ５の表面の体積抵抗率より大きくした場合、トナーの保持能力が落ちて現像性が悪くなるのに対し、逆の場合はトナーの保持能力は維持されるから、トナー対キャリアの割合を増やす、などの方法によって供給ローラ５の供給能力低下を補うことができるからであり、同様な理由で、濃度調整も容易にできるためである。

本発明によれば、簡単、安価な構成で供給ローラ５と現像ローラ４間のリークを防止した現像装置を提供でき、横筋などの画像欠陥の発生しない画像形成装置を提供することができる。

本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラ表面に形成する抵抗値制御膜の形成方法を説明するための図である。本発明になる画像形成装置における現像装置の一実施例の模式図である。本発明になる画像形成装置における現像装置と従来の現像装置における横筋リークの発生状況を示した表である。本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラの耐摩耗性を確認したグラフである。本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラに施した抵抗値制御膜としての導電性アルマイト処理による現像γ特性を示したグラフである。本発明になる現像方法を実施する画像形成装置の一実施例の模式図である。

符号の説明

３１多孔質陽極酸化被膜
３２アルミ基材
３３細孔
３４金属
３５細孔の底部

Claims

内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成した磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを、現像ローラに摺擦させながら両ローラ間に印加した搬送バイアスを利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する現像方式による画像形成装置において
前記供給ローラ表面に、前記キャリアの抵抗値より小で且つ供給ローラ基材より大に抵抗値制御された抵抗値制御膜を形成させたことを特徴とする画像形成装置。
前記供給ローラの導電性基材の表面を、酸化膜処理を施して形成された絶縁若しくは高抵抗酸化層の表面を多孔質化してその多孔質細孔中に導電材を付加して抵抗値制御膜を形成させたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記抵抗値制御膜の抵抗値が、１０^２Ωｃｍ以上１０^８Ωｃｍ以下に制御されていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
前記抵抗値制御膜の膜厚を５μｍ以上３０μｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１または２、若しくは３記載の画像形成装置。
前記現像ローラの表面の体積抵抗を前記供給ローラの表面の体積抵抗より小にしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。