JP2006098816A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像ロール上のトナーを除去でき、履歴現象の発生を抑制することが可能で、さらにトナースペント量及びキャリアのコート剥がれを抑制しつつ、トナーの流動性を確保し、高画質を維持することが可能な現像装置を提供する。
【解決手段】 静電潜像担持体１に対面配置した現像ロール４と、該現像ロール４に対面配置され、キャリア８とトナー９からなる２成分現像剤により磁気ブラシを形成する磁気ロール６と、を備え、前記現像ロール４には現像バイアス１１が、前記磁気ロール６には第２の直流バイアス１２が夫々印加され、前記現像ロール上にトナー薄層を形成して潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、前記キャリア８は、該キャリアの形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０である第１のキャリア１００部に対して、ＳＦ−２が１０５〜１２０である第２のキャリアを２０〜４０部含む構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの複合機等の画像形成装置における現像装置に関し、特に、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用して、現像ロール上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像担持体上の静電潜像に飛翔させ、該静電潜像を現像するようにした現像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、現像ロール上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにしたハイブリッド現像方式などがある。

２成分現像方式は、キャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能であるとともにベタ画像の均一化などの利点がある反面、現像装置が大きく複雑になる、トナー飛散やキャリア引きが発生する、キャリアの特性の劣化によって画質が変化するなどの欠点がある。また１成分現像方式は、現像装置がコンパクトになってドット再現性に優れているが、現像ロールの劣化のために耐久性が低く、現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる、選択現像が発生するなどの欠点を有している。
そこで近年は、これらの問題点を解決する技術として、１成分現像方式と２成分現像方式を組み合わせて、ドット再現性に優れ、長寿命化が可能で高速の画像形成が可能なハイブリッド現像方式が提案、実用化されている。

ハイブリッド現像方式は、静電潜像担持体（感光体）に対向して離間配置した現像ロールと、該現像ロールに対向配置した磁気ロールと、を備え、キャリアとトナーからなる２成分現像剤により前記磁気ロール上に磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシの先端を感光体に接触させるとともに、前記磁気ロールに印加した直流バイアス、及び前記現像ロールに印加した直流成分と交流成分が重畳された現像バイアスの作用により２成分現像剤のトナーを静電潜像担持体上の静電潜像部分に選択的に付着させて現像を行なう構成となっている。
しかしながら、このようなハイブリッド現像方式では、現像ロール上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、そのロール上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生してしまう。

この履歴現象を解決するために、例えば特許文献１（特開平１１−２３１６５２号公報）には、現像ロール表面に当接してロール表面に付着残存するトナーを掻き取るトナー掻き取り手段を設けた現像装置が提案されている。
しかし、このように掻き取り手段を設けると、装置の複雑化、大型化を招くという問題が生じてしまう。また、トナーを掻き取る際に、トナーに凝集が発生することがあり、トナー凝集体を発生させ、画像欠陥を招くという問題もあった。

そこで、特許文献２（特開平７−９２８１３号公報）では、ハイブリッド現像方式において、現像ロール上のトナーを除去でき、履歴現象の発生を抑制するために、キャリアの形状因子（ＳＦ−２）を１３０以上とする構成が開示されている。ここで、形状因子とは粒子の形状、表面状態を表す数値であり、ＳＦ−２は｛（キャリアの周長）^２／（キャリアの投影面積）×１／４π×１００｝で算出され、粒子表面の凹凸の度合いを表す。即ち、ＳＦ−２が１３０以上のキャリアとは、凹凸の度合いが大きく、非球形のキャリアであることを意味する。
このように、２成分現像剤中のキャリアとして非球形のキャリアを用いることにより、キャリア同士の接触する割合が高くなり、互いに接触するキャリアを介して磁気ブラシの先端に位置するキャリアにまで電荷の注入が可能となる。そのため、磁気ロール上に形成される磁気ブラシにはその先端に位置するキャリアにまで電荷が注入され、現像ロールと磁気ロールとの間にトナーを移行させるための大きな電界を作用させることができ、現像ロール表面に十分な量のトナーを供給することができるため、確実に履歴現象を防止することが可能となる。

一方、キャリアの表面形状に起因する現像の不具合も発生している。即ち、キャリアの表面の凹凸が大きいと、現像剤の流動性が低下してしまい、キャリアの表面にトナー成分が付着するために発生するキャリアのトナースペント量が増大したり、表面コート層を有するキャリアではキャリアの表面に設けられた樹脂被覆層が剥がれるコート剥がれが、樹脂キャリアではキャリアの割れが促進される等の問題が生じてしまう。

特開平１１−２３１６５２号公報 特開平７−９２８１３号公報

上記したように、現像装置における履歴現象を抑制するために様々な方法、装置が提案されているが、特許文献１記載のようにトナー掻き取り手段を具備した装置では、装置の複雑化、大型化を招くという問題が生じてしまう。
また、特許文献２に記載のようにキャリアを非球形状にすることにより簡単な装置で以って履歴現象の発生を抑制することが可能となるが、キャリア表面の凹凸によりトナースペント量が増大したり、キャリアのコート剥がれが促進される等の問題が新たに発生してしまうという問題があった。また、トナーとキャリアが撹拌される際にこれらが摺擦しあい、トナー粒子に外添された外添剤が粒子内部に埋没し、外添剤としての機能が減衰して現像剤の流動性を低下させてしまうという問題もあった。

従って本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、履歴現象の発生と、トナースペント及びコート剥がれの発生を同時に解決し得る現像装置を提供することを目的とする。即ち、キャリアの形状等を最適化することにより、現像ロール上のトナーを除去でき、履歴現象の発生を抑制でき、同時に現像剤の劣化を防止してトナースペント及びコート剥がれを抑制することができ、高画質を維持可能な現像装置を提供することを目的とする。
尚、ハイブリッド現像では画像形成の度に、キャリアとトナーで構成された磁気ロール上の２成分現像剤の磁気ブラシによって現像ロールにトナー層を形成し、現像終了後に現像ロールに残留したトナー層を磁気ブラシによって除去するため、キャリアとトナーの接触する機会が通常の２成分現像と比較して格段に多くなるため、キャリアの表面にトナーの成分が付着する所謂トナースペント量が多くなり、キャリア表面のコート層の剥がれも発生しやすくなる。本発明はこのようなハイブリッド現像で特に発生の目立つ不具合を解決することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明では、トナーとキャリアからなる２成分現像剤で磁気ロール上に磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシでトナーの薄層を現像ロール上に形成した後、静電潜像担持体との間の空間に直流、交流バイアスを印加して現像する非接触現像法によりトナーを静電潜像に飛翔させて現像を行なう構成とすることにより、コンパクトで実用性の高い現像システムを構築するとともに、従来技術で問題となっていた履歴現象、さらにはトナースペント及びコート剥がれの発生等の問題を解決できるようにした。

そこで本発明は、静電潜像担持体に対向して離間配置した現像ロールと、該現像ロールに対面配置され、キャリアとトナーからなる２成分現像剤により表面に磁気ブラシを形成する磁気ロールと、を備え、前記現像ロールには第１の直流バイアスと交流バイアスからなる現像バイアスが、前記磁気ロールには第２の直流バイアスが夫々印加され、前記第１と第２の直流バイアスの電位差と前記交流バイアスにより前記現像ロール上にトナー薄層を形成して前記静電潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、
前記キャリアは、形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０の範囲内である第１のキャリア１００部に対して、形状係数ＳＦ−２が１０５〜１２０の範囲内である第２のキャリアを２０〜４０部含むことを特徴とする。

本発明者らは鋭意研究した結果、後述する表１にも明らかなように以下の知見を得た。
粒子の凹凸度合いを表す形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０の範囲内であるキャリアを用いると、キャリア表面の凹凸により磁気ブラシが適正に形成され、トナー搬送量が増大するため履歴現象の発生を抑制できる。一方、キャリア表面の凹凸によりトナースペント量、コート剥がれが増加する惧れがある。
また、形状係数ＳＦ−２が１０５〜１２０の範囲内であるキャリアを用いると、キャリアの表面が平滑であるため、トナースペント量やコート剥がれが少なく、現像剤の流動性は良好となるが、キャリア表面の凹凸が少ないためトナー搬送量が減少し、履歴現象が発生してしまう。
従って本発明のように、キャリアの形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０の範囲内である第１のキャリアと、キャリアの形状係数ＳＦ−２が１０５〜１２０の範囲内である第２のキャリアを含む構成とすることにより、トナースペント量及びコート剥がれの発生を減少させるとともに、履歴現象を抑制することが可能となる。

このとき、本発明では、前記第１のキャリアと前記第２のキャリアの配合比を、第１のキャリア１００部に対して第２のキャリアを２０〜４０部含むようにした。
これは、前記第２のキャリアが２０部未満の場合、流動性が低く、トナースペント、コート剥がれが発生し、４０部より多い場合には履歴現象が発生してしまうため、上記配合比とすることにより、第１のキャリア及び第２のキャリアの夫々の効果が有効に発揮され、バランスのとれた相互作用により履歴現象を抑制するとともにトナースペント量及びコート剥がれの発生を減少させることが可能となる。

また、前記第１のキャリアが樹脂キャリアであることを特徴とする。
このように、全キャリア中に占める割合の大きい第１のキャリアを樹脂キャリアとすることにより、現像剤の撹拌時に他のキャリア若しくはトナーへ与える摩擦、衝撃を緩和でき、現像剤の劣化がやわらげられる。
さらに、前記第１のキャリアの比重が、前記第２のキャリアの比重より小であることを特徴とする。これは、現像剤中に比重の小さいキャリアが多く存在すると、現像剤の撹拌時における摩擦、衝撃力は低下し、現像剤の劣化がやわらげられるが、一方で流動性が低下してしまうという問題があった。従って、本発明のように配合比の大きい第１のキャリアの比重を小さくすることにより現像剤の劣化を最小限に抑え、さらに比重の大きい第２のキャリアを混在させることにより流動性を確保するようにした。
さらにまた、前記トナーの平均円形度を０．９３以上とすることが好適であり、これにより現像ロール上のトナーの除去が確実に行なわれ、履歴現象の発生を抑制でき、高画質を得ることができる。

以上のように本発明によれば、現像ロール上のトナーを除去でき、履歴現象の発生を抑制することが可能で、さらにトナースペント量及びキャリアのコート剥がれを抑制しつつ、トナーの流動性を確保し、高画質を維持することが可能となる。

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。
本実施例における現像装置は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの複合機等の画像形成装置における現像装置であって、さらに本実施例では、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用して、現像ロール上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像担持体上の静電潜像に飛翔させ、該静電潜像を現像するようにした現像装置において、キャリアの形状等を最適化することにより、履歴現象の発生、トナースペント及びキャリアのコート剥がれを抑制し、且つトナーの流動性を高く保ち、高画質を維持することが可能な構成となっている。

まず、図１に示す本実施例に係る現像装置の概略構成図を参照して、現像装置の各部位の構成について説明する。
同図に示されるように、本実施例の現像装置は、潜像担持体（感光体）１に対向するごとく離間配置された現像ロール４と、該現像ロール４に対面配置された磁気ロール６と、を備えている。前記潜像担持体１、前記現像ロール４、及び前記磁気ロール６は夫々非接触で配置される。前記磁気ロール６の内部には磁石が備えられ、該磁石によってキャリア８とトナー９からなる２成分現像剤の磁気ブラシ１０が形成され、該磁気ブラシ１０により前記現像ロール４にトナーを供給する。
前記潜像担持体１の周囲には、帯電器３及び露光ユニット２等が周方向に順に配置されている。

また、前記磁気ロール６に第２の直流バイアス（Ｖｄｃ２）を印加する第２の直流バイアス電源１２が設けられ、該直流バイアスにより前記磁気ブラシ１０から現像ロール４へトナー９を搬送するようになっている。
さらに、前記現像ロール４に現像バイアスを印加する現像バイアス電源１１が設けられている。該現像バイアス電源１１は、直流バイアス電源１１ａと交流バイアス電源１１ｂとからなり、直流成分（ＤＣ）と交流成分（ＡＣ）とが重畳された現像バイアスを前記現像ロール４に印加する。
前記磁気ブラシ１０により前記現像ロール４上にはトナー薄層５が形成されており、前記現像バイアスを印加することにより、該トナー薄層５のトナー９を飛翔させて現像を行なうようになっている。
また、前記磁気ロール６に隣接して規制ブレード７が配設されており、該規制ブレード７により磁気ブラシ１０の厚さを規制している。

前記潜像担持体（感光体）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。
露光ユニット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。

現像ロール４の最表面は、体積固有抵抗が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、直流バイアス電源１１ａ、交流バイアス電源１１ｂを接続し、回転する現像ロール４と潜像担持体１、及び磁気ロール６との間にこの直流と交流を重畳した現像バイアス１１が作用するようにする。

磁気ロール６は、現像剤搬送体として内部に配設された磁石によってキャリア８とトナー９からなる２成分現像剤を磁気保持し、磁気ブラシ１０を発生させてこの磁気ブラシ１０の厚さを規制ブレード７によって規制しながら現像ロール４にトナー９を供給する。この現像ロール４へのトナー９の供給は、磁気ロール６に印加された第２の直流バイアス（Ｖｄｃ２）１２と、現像ロール４に印加されている第１の直流バイアス（Ｖｄｃ１）１１ａとの電位差、及び交流バイアス１１ｂによって行われる。

潜像担持体１と現像ロール４との間隔は、一例として約２５０μｍとしてこの間にワイヤ電極等は用いない。通常この潜像担持体１と現像ロール４との間隔は、１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍであり、この間隔が１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナー９を潜像担持体１に飛翔させることが困難になって、十分な画像濃度を得ることができない。また、選択現像を発生させる要因になる。磁気ロール４と現像ロール６との間隔は０．３から１．５ｍｍ程度である。

次に、本実施例の現像装置に用いることができる２成分現像剤について説明する。
前記２成分現像剤はトナー９とキャリア８からなる。
本実施例の特徴的な構成として、前記キャリア８は、その形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０の範囲内である第１のキャリアと、形状係数ＳＦ−２が１０５〜１２０の範囲内である第２のキャリアとを含有している。
尚、前記形状係数は、キャリアの形状と表面状態を表すものであり、ＳＦ−２は粒子の凹凸の度合いを示し、１００に近い程より平らであることを意味し、１００を超えて大きくなる程表面の凹凸が顕著になることを示す。これらの形状係数は下記の式により算出される。
ＳＦ−２＝（キャリアの周長）^２／（キャリアの投影面積）＊１／４π＊１００

本実施例のように、キャリアの形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０の範囲内である第１のキャリアと、キャリアの形状係数ＳＦ−２が１０５〜１２０の範囲内である第２のキャリアを含有する構成とすることにより、トナースペント量及びコート剥がれの発生を減少させるとともに、履歴現象を抑制することが可能となる。
また本実施例において、前記現像剤には、前記第１のキャリア１００部に対して、前記第２のキャリアを２０〜４０部含む構成とする。
これは、前記第２のキャリアが２０部未満の場合、流動性が低く、トナースペント、コート剥がれが発生し、４０部より多い場合には履歴現象が発生してしまうため、上記配合比とすることにより、第１のキャリア及び第２のキャリアの夫々の効果が有効に発揮され、バランスのとれた相互作用により履歴現象を抑制するとともにトナースペント量及びコート剥がれの発生を減少させることが可能となる。

さらに、前記キャリア８は、その体積平均粒径が２５〜７０μｍであることが好適である。前記キャリア８の体積平均粒径が７０μmより小さいキャリアとすることにより同重量のキャリアに比べて表面積が大きくなり、保持するトナー量が増大し、現像の際にトナー飛散や履歴現象を発生せず高画質が得られる。また、前記キャリアの体積平均粒径を２５μｍ以上とすることにより、キャリアが静電潜像担持体に付着して流出する惧れがなく、好適である。

また、前記第１のキャリアが樹脂キャリアであることが好ましい。これは、全キャリア中に占める割合の大きい第１のキャリアを樹脂キャリアとすることにより、現像剤の撹拌時に他のキャリア若しくはトナーへ与える摩擦、衝撃を緩和でき、現像剤の劣化がやわらげられる。
そして前記第１のキャリアは、少なくとも結着樹脂と磁性粉とを含有している。
前記結着樹脂は、キャリアの所望の特性、即ち粉体特性、電気特性、磁気特性、及び現像プロセスに合わせて従来より用いられている種々の樹脂化合物を単独或いは複数種類用いることができる。結着樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、シリコン系樹脂等が挙げられる。この結着樹脂は、樹脂化合物を溶融して作製しても良いし、重合により樹脂を構成する重合体単量体を重合することによって得るようにしても良い。
前記磁性粉は、キャリアの所望の特性に合わせて従来より用いられている種々の磁性金属酸化物を単独或いは複数種類用いることができる。磁性粉としては、例えば、マグネタイト、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る。
また、前記第１のキャリアは過度に抵抗値を上げない範囲で表面処理して用いても良い。

前記第１のキャリアの製法は、上記した形状係数を満足し得るものであれば特に限定されず、重合法及び粉砕法の何れを用いることもできる。
前記重合法は、結着樹脂を形成する重合性単量体に他の材料を混合して単量体系を得て、この単量体系を分散安定剤を含む水系媒体中に投入、撹拌して液滴粒子を形成し、この状態で重合開始剤等により重合してキャリア粒子を作製する懸濁重合法が好適に用いられる。尚、分散安定剤に代えて乳化剤を用いる乳化重合法を用いることもできる。
前記粉砕法は、結着樹脂を溶融し、溶融した結着樹脂と他の材料を混練し、結着樹脂を冷却固化し、粉砕、熱処理等による形状処理をし、分級する方法等が用いられる。

一方、前記第２のキャリアに特に限定はなく、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属及びそれらの合金、或いは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物及びそれらの混合物等の磁性体材料を焼結及びアトマイズ等を行なうことによって製造した磁性体粒子、及び該磁性体粒子の表面を樹脂被膜したものなどを使用することができる。被膜処理には、例えば、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂等を用いることができる。キャリア表面への樹脂被膜法としては、噴霧法、浸漬法等が挙げられる。
また、前記磁性体材料を結着樹脂中に分散担持させた磁性体分散型樹脂を使用することも可能である。この場合、結着樹脂には前記第１のキャリアと同様の樹脂を用いることができる。

また本実施例において、前記第１のキャリアの比重が、前記第２のキャリアの比重より小さいことが好ましい。前記第１のキャリアと前記第２のキャリアの好適な組み合わせの一例として、前記第１のキャリアに樹脂キャリア、前記第２のキャリアにフェライトキャリアを用いる組み合わせ等が挙げられる。このように配合比の大きい第１のキャリアの比重を小さくすることにより現像剤の劣化を最小限に抑え、さらに比重の大きい第２のキャリアを混在させることにより流動性を確保することができる。

前記トナー９は、少なくとも結着樹脂と着色剤を含み、さらに適宜、電荷制御剤、離型剤、外添剤等を添加する。
さらに、前記トナー９の平均円形度が０．９３以上であることが好適である。
前記トナーの平均円形度を０．９３以上としているため、現像ロール上のトナーの除去が確実に行なわれ、履歴現象の発生を抑制できる。
さらにまた、前記トナーの体積平均粒径を８μｍ以下と比較的小粒径とすることが好ましく、これにより解像性が良好となるとともに、安定した帯電性を保持でき履歴現象等の不具合が発生せず、一方、体積平均粒径を４μｍ以上とすることが好ましく、凝集力や付着力を抑制でき、高画質を得ることができる。

前記結着樹脂は、トナーの所望の特性、即ち摩擦帯電性、熱的特性、機械的特性に合わせて従来より用いられている種々の樹脂化合物を単独或いは複数種類用いることができる。結着樹脂としては、例えば、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等が使用でき、特に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等が好適に使用できる。
この結着樹脂は、樹脂化合物を溶融して作製しても良いし、樹脂を構成する重合体単量体を重合することによって得るようにしても良い。

前記着色剤（染顔料）は、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用いることが好ましい。この黒色系着色剤の他に、必要に応じて黄色系着色剤、赤色系着色剤、青色系着色剤を使用でき、これらの着色剤は当該分野で公知のものを使用することができる。
前記電荷制御剤は、トナーの摩擦帯電性を制御するものであり、正帯電トナーにはニグロシン染料、脂肪酸金属塩、第４級アンモニウム塩等の電子供与性物質が、また負帯電トナーには、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が用いられる。また、これらの代わりに帯電制御樹脂を用いてもよい。尚、結着樹脂或いは着色剤（カーボンブラック）等の材料により帯電制御することもできる。

前記離型剤は、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スペント防止などの機能を備えており、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等を用いることができる。
前記外添剤は、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スペント防止、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、炭化ケイ素、またはステアリン酸亜鉛等が使用できる。

またトナー９とキャリア８の混合割合は、キャリア８およびトナー９の合計量に対しトナーを５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％とすると良い。トナー９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。

上記した現像装置を用いて評価試験を行なった結果を以下に示す。
本評価試験に用いたキャリアの製法は次の通りである。板状ストロンチウムフェライト粒子粉末（形状を円に近似した場合の体積平均粒径１．８μｍ）３００ｇを撹拌混合した後、シラン系カップリング剤（商品名：ＫＢＭ−４０３ 信越化学製）３．０ｇを添加し、約１００℃まで昇温し３０分間良く混合撹拌することによりカップリング剤で被覆されている板状ストロンチウムフェライト粒子粉末を得た。
別に、球状マグネタイト粒子粉末（体積平均粒径０．４２μｍ）３６０ｇを撹拌混合した後、シラン系カップリング剤（商品名：ＫＢＭ−４０３ 信越化学製）４ｇを添加し、約１００℃まで昇温し３０分間良く混合撹拌することによりカップリング剤で被覆されている球状マグネタイト粒子粉末を得た。

次に、フェノール４５ｇ、３７％ホルマリン６２ｇ、前記親油化処理された板状ストロンチウムフェライト粒子粉末６０ｇ、前記親油化処理された球状マグネタイト粒子粉末３４０ｇ、２８％アンモニア水１３ｇ、水５０ｇを、撹拌しながら４０分間で８５℃に上昇させ、同温度で１８０分間反応、硬化させた。
次に、フラスコ内の内容物を３０℃まで冷却後、上澄み液を除去し、さらに下層沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下（５ｍｍＨｇ以下）に１５０〜１８０℃で乾燥して、球状マグネタイト粒子と板状ストロンチウムフェライトとをフェノール樹脂をバインダとして結合した球状複合体粒子からなるキャリアを得た。
さらに、窒素気流下、ヘンシャルミキサー内に前記球状複合物体粒子３００ｇおよびシリコーン樹脂（ＫＲ−２５１：信越化学製）を固形分として４．８ｇ添加し、撹拌しながら１２０℃まで昇温し、同温度で１時間撹拌してシリコーン樹脂からなる樹脂被覆層の形成を行った。このようにして所望のＳＦ−２を有するキャリアが得られるまで製造を繰り返し行った。
２８％アンモニア水の添加量を減少させるとき、ＳＦ−２が大きくなり、２８％アンモニア水の添加量を９ｇから１８ｇとした以外は、同様にして、異なるＳＦ−２のキャリアを得た。

フェライトキャリアの製法は次の通りである。
フッ素樹脂(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)５重量部とエポキシ樹脂５重量部をトルエン９０重量部に溶解し、固形分１０重量部の樹脂溶液を得た。平均粒径４５μmのＣｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系フェライト１００重量部のコア材を流動床中で流動させ、コア材表面に該コア材１００重量部に対し、０．５重量部のフッ素樹脂およびエポキシ樹脂を被膜した。被膜後、２３０℃で１時間加熱し焼き付けた後、冷却しかつ解砕して、形状係数ＳＦ−２が１２０で真比重が５．０のキャリア（実施例１２のキャリア２）を得た。

次に、トナーおよび現像剤製法の一例を以下に示す。スチレン８０重量部、２-エチルヘキシルメタクリレート２０重量部、カーボンブラック５重量部及び低分子量ポリプロピレン３部、電荷制御剤（ボントロンＮ−０７）２部、ジビニルベンゼン（架橋剤）１部の混合溶液に重合開始剤２，２-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）２重量部を加え、それを精製水４００重量部に加え、さらに懸濁安定剤として第三リン酸カルシウム５重量部とドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．１重量部を加え、ＴＫホモミキサ（特殊機化工業社製）を用いて、回転数７０００ｒｐｍで２０分間攪拌し、窒素雰囲気下、７０℃、１００ｒｐｍで１０時間重合反応させ、体積平均粒径６．５μmの球形トナーを得た。

前記トナーに対して、シリカ微粒子（ＲＥＡ２００）０．２重量％をヘンシェルミキサー（３０００ｒｐｍ、２ｍｉｎ）で添加させ、得られたトナーをキャリアに対して５重量％となるようにボールミル等で２０分混合して２成分現像剤のサンプルを得た。
前記２成分現像剤のサンプルは、実施例１〜実施例１２では、第１のキャリア（キャリア１）の形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０の範囲内で、第２のキャリア（キャリア２）の形状係数ＳＦ−２が１０５〜１２０の範囲内で、且つ夫々のキャリアの平均粒径が３０〜７０の範囲内であるキャリアを用いた。また、トナーの円形度は何れも０．９３以上となるようにした。さらに、実施例１〜１２において、第１のキャリア１００部に対して、第２のキャリアが２０〜４０部含まれるようにキャリアを作製した。尚キャリアの平均粒径は、体積平均粒径を示す。

比較例１は、第１のキャリアの形状係数ＳＦ−２を１５８とし、１５０を越える値として、比較例２は、第１のキャリアの形状係数ＳＦ−２を１２２とし、１３０より小さい値とした。
比較例３は、第２のキャリアの形状係数ＳＦ−２を１０２とし、１０５より小さい値とし、比較例４は、第２ｎキャリアの形状係数ＳＦ−２を１２５とし、１２０を越える値とした。
比較例５は、第１のキャリア１００部に対して第２のキャリア１５部を含有するようにし、第２のキャリアが２０部未満の含有量となるようにした。比較例６は、第１のキャリア１００部に対して第２のキャリア４５部を含有するようにし、第２のキャリアが４０部より多く含有するようにした。
何れの比較例においても、上記した条件以外は実施例１〜１２と同様の条件とする。

尚、本実施例において、キャリアの形状係数の測定は、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い倍率５００倍に拡大したトナー像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して例えばニレコ社製画像解析装置（ＬｕｚｅｘIII）に導入し解析を行い、上記した形状係数の式により算出して得た。
また、該キャリアの平均粒径の測定は、レーザ回折式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所）ＬＡ−５００により測定した。前記トナーの円形度は、フロー式粒子像分析装置（シスメックス（株））ＦＰＩＡ−２１００により測定した。
また、真比重の測定には空気比較式比重計（ベックマン株式会社製 商品名；ＡＩＲ ＣＯＭＰＡＲＩＳＯＮ ＰＹＬＯＮＯＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ９３０）が適用される。

サンプルの評価は、京セラミタ(株)製のカラープリンタ(商品名「ＦＳ−５０１６」)に、前記作製した現像剤を搭載して、印字率５％で２０万枚耐刷を行った。耐刷後の画像で、ドット再現性、現像ゴーストを確認した。耐刷後の現像剤を５００メッシュの篩いにのせ、吸引によりトナーとキャリアを分離した。分離した２ｇのキャリアと２０ｇのトルエンを混合し３０分間撹拌し、トルエンを除去した後、１００℃で１時間乾燥した。カーボンアナライザー（堀場製作所ＥＭＹＡ−１１０）でトナースペント量、キャリアのコート残存量を測定した。

尚、現像条件は以下の通りとした。
・Ｓ／Ｄ(周速比)：１.５ Ｍ／Ｓ：１.５
Ｓ／Ｍギャップ：０．４ｍｍ、Ｄ／Ｓギャップ：０．２５ｍｍ
・磁気ロール(Ｍ)
ＤＣ：通紙時４００Ｖ(３００Ｖ−５００Ｖ) 紙間０Ｖ、
材質：アルミ、径：φ１６ｍｍ、
Ｒｚ：１５μｍ−２０μｍ サンドブラスト処理
・現像ロール(Ｓ)
ＤＣ：１００Ｖ、
ＡＣ：１６００Ｖ(ｐ−ｐ) ３０００Ｈｚ ３０％duty 矩形波、
材質：アルミ、径：φ１６ｍｍ、Ｒｚ：２μｍ以下
・静電潜像担持体(Ｄ)
４００Ｖ(暗電位) ８０Ｖ(明電位)、径：φ３０ｍｍ
上記した現像条件において、評価試験を行なった結果を下記表１に示す。

上記表１において、ドット再現性の評価については、潜像電界によって電界が閉じ易く、再現しにくい小径（５０μｍ）の孤立ドットパターンの画像を出力して行ない、以下の判定基準で評価した。
Ａ：欠損２個以下／１００個
Ｂ：欠損３〜５個／１００個
Ｃ：欠損６〜１０個／１００個
Ｄ：欠損１１個以上／１００個
履歴現象の評価は目視により、以下の判定基準で評価した。
○：ほとんど目立たない
△：わずかに目立つ
×：目立つ
トナースペント量の評価は、以下の判定基準で評価した。
○：０．１５％以下
△：０．１５を越えて０．２５％以下
×：０．２５％以上
コート残存量の評価は、以下の判定基準で評価した。
○：７５％以上
×：７５％未満
外添剤埋め込みの評価は、ＳＥＭ写真にて、トナーにおける外添剤の埋め込みを確認して、以下の判定基準で評価した。
○：埋め込みが少ない
×：埋め込みが多い

このように、上記した表１から明らかなように、実施例１から実施例１２では何れもドット再現性が良好で、現像ゴースト（履歴現象）は殆ど発生しないという良好な結果となった。また、何れの実施例でもトナースペント量が０．１５％以下となり、問題のない値となった。さらに、コート残存量は何れも７５％以上と良好な結果となり、トナーにおける外添剤の埋め込みも少なかった。

これに対して、比較例１ではキャリア１の形状係数ＳＦ−２が１５０を越える値を有するキャリアを用いているため、流動性が低く、且つキャリア１の衝突、摩擦によりトナースペント量が多く、またコート剥がれが多く発生し、さらに外添剤の埋め込みが顕著にみられる。また、ドット再現性も良くない。
比較例２では、キャリア１の形状係数ＳＦ−２が１３０未満のキャリアを用い、また比較例３ではキャリア２の形状係数ＳＦ−２が１０５未満のキャリアを用いているおり、何れの場合もキャリア表面の凹凸が少ないためトナー搬送量が減少し、履歴現象が確認される。
比較例４では、キャリア２の形状係数ＳＦ−２が１２０を越える値を有するキャリアを用いているため、実施例１と同様にトナースペント量が多く、コート剥がれの発生が確認される。
比較例５では、キャリア１が１００部に対してキャリア２を２０部未満しか含まないため、流動性が低くなり、トナースペント量の増大、コート剥がれが確認される。
比較例６では、キャリア１が１００部に対してキャリア２を４０部より多く含むため、トナー搬送量が減少し、履歴現象が確認される。また比較例６ではドット再現性も非常に悪かった。

このように、前記評価結果から明らかなように、前記キャリアを、形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０である第１のキャリア１００部に対して、ＳＦ−２が１０５〜１２０の第２のキャリアを２０〜４０部含むように構成することにより、現像ロール上のトナーを除去でき、履歴現象の発生を抑制することが可能で、さらにトナースペント量及びキャリアのコート剥がれを抑制しつつ、トナーの流動性を確保し、高画質を維持することができる現像装置を提供することが可能となる。

本発明の２成分現像剤は、電子写真法又は静電印刷法を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置における現像装置の全てにおいて適用することが可能である。

本発明の実施例１に係る現像装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 潜像担持体
４ 現像ロール
５ トナー薄層
６ 磁気ロール
８ キャリア
９ トナー
１０ 磁気ブラシ
１１ 現像バイアス電源
１１ａ 第１の直流バイアス電源
１１ｂ 交流バイアス電源
１２ 第２の直流バイアス電源

Claims (4)

1. 静電潜像担持体に対向して離間配置した現像ロールと、該現像ロールに対面配置され、キャリアとトナーからなる２成分現像剤により表面に磁気ブラシを形成する磁気ロールと、を備え、前記現像ロールには第１の直流バイアスと交流バイアスからなる現像バイアスが、前記磁気ロールには第２の直流バイアスが夫々印加され、前記第１と第２の直流バイアスの電位差と前記交流バイアスにより前記現像ロール上にトナー薄層を形成して前記静電潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、
   前記キャリアは、形状係数ＳＦ−２が１３０〜１５０の範囲内である第１のキャリア１００部に対して、形状係数ＳＦ−２が１０５〜１２０の範囲内である第２のキャリアを２０〜４０部含むことを特徴とする現像装置。
2. 前記第１のキャリアが樹脂キャリアであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記第１のキャリアの比重が、前記第２のキャリアの比重より小であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
4. 前記トナーの平均円形度が０．９３以上であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
   
   

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