JP2006119439A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品位な画質を維持したまま、高速化対応を達成することができる現像装置を提供すること。
【解決手段】像担持体を露光して静電潜像を形成し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用い、磁石を内蔵した回転可能な導電性円筒から成る現像剤担持体を複数有し、該静電潜像を現像する現像装置において、１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵ Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを用い、且つ、像担持体の回転方向下流側に位置する現像剤担持体の直径が像担持体の回転方向上流側に位置する現像剤担持体の直径より小さいものを用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を２成分現像剤により現像する現像装置に関するものである。

従来、像担持体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、この潜像をトナーにより現像する現像方法及び装置が知られている。

一般に、現像方法には大別して４種あり、その１つは、１成分現像剤の非磁性トナーをブレード等により現像スリーブ（現像剤担持体）上にコーティングし、その非磁性トナーを現像スリーブにより感光ドラムに搬送し、感光ドラムに対し非接触状態で現像する非磁性１成分非接触現像法であり、２つ目は、１成分現像剤の磁性トナーを磁気力によって現像スリーブ上にコーティングし、同様に、感光ドラムに搬送して接触で現像する磁性１成分接触現像法である。３つ目は、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した２成分現像剤を用い、これを磁気力により現像スリーブ上にコーティングして現像スリーブにより感光ドラムに搬送し、感光ドラムに対し接触状態で現像する２成分接触現像法（２成分磁気ブラシ現像法）である。この２成分接触現像方式は、現像スリーブと感光ドラムとの間のギャップ変動にも強く、又、磁性キャリアによりトナーが確実に電荷付与されるので、濃度均一性に優れた高画質化が可能となる。

ところで、近年、フルカラー化、システム化、デジタル化が進むと共に、出力画像の高画質化のみならず、高速化、高安定化の要求も高まっており、複写機、各種プリンタの軽印刷市場への進出が期待されている。

高速化に際しては、感光体の移動速度を速くすることが必須になり、同時に現像スリーブ移動速度も高速にする必要性が出てくる。一般に、現像性（現像性能）は、現像剤、感光体の特性を含めた現像ハード条件が共通の場合、現像部における、感光体の移動速度に対する現像スリーブの移動速度比［周速比］にほぼ依存しており、例えば、感光ドラム移動速度が１００ｍｍ／ｓで現像スリーブの移動速度が２５０ｍｍ／ｓの場合［周速比；２．５］と、感光ドラムの移動速度が２００ｍｍ／ｓで現像スリーブの移動速度が５００ｍｍ／ｓの場合［周速比；２．５］は、ハード条件が同じ場合は、ほぼ同じ濃度を出すことができる能力がある。

しかし、更なる高速化、例えば、感光体の移動速度が２５０ｍｍ／ｓ以上になる場合は、周速比を２．５倍にするために、現像スリーブの移動速度を６２５ｍｍ／ｓに設定しなければ十分な濃度を確保することができず、その場合、現像スリーブの移動速度が非常に大きくなり、現像剤が劣化したり、トナーが飛散したりする弊害が新たに発生してしまう。

そこで、安定して高速化を実現する対策として、現像機会が２回以上ある現像方式が種々提案されている。例えば、感光ドラム周りに、独立した現像器が２個以上ある方式や、現像器の中に現像スリーブを２個以上配置し、その現像スリーブ上に現像器内の現像剤が順々にコートされる方式等である。

この方式を用いると、静電潜像に対して現像機会が２回以上あることにより、現像スリーブの移動速度を大きく取らない構成にすることが可能になる。その結果、現像剤の劣化やトナー飛散に対して強い構成が実現可能となる。

特開２００４−０２１２０１号公報

しかしながら、現像機会が２回以上あることで、感光ドラム上に現像されたトナー像が下流側の現像スリーブの磁気ブラシの摺擦により掻き取られる、所謂ハキメムラ現象が発生した。結果として、画像は、粒状度が低下し、低品位になった。

本発明の目的は、高品位な画質を維持したまま、高速化対応を達成することができる現像装置を提供することにある。

より具体的には、高速対応のために、感光ドラム周りに現像スリーブを２個以上配置することにより、発生し易くなるハキメムラ現象を抑制することである。

上記目的を達成するため、本発明は、像担持体を露光して静電潜像を形成し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用い、磁石を内蔵した回転可能な導電性円筒から成る現像剤担持体を複数有し、該静電潜像を現像する現像装置において、
１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵ Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを用い、且つ、像担持体の回転方向下流側に位置する現像剤担持体の直径が像担持体の回転方向上流側に位置する現像剤担持体の直径より小さいものを用いることを特徴とする。

又、本発明は、前記複数の現像剤担持体が、前記像担持体表面に沿って、その移動方向の上流、下流に並べて配置され、該上流側の現像剤担持体と該下流側の現像剤担持体上に供給される現像剤が共通の前記現像剤を収容する現像容器から供給されることを特徴とする。

更に、本発明は、前記像担持体と前記現像剤担持体とが対向した現像部で、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像して画像を得ることを特徴とする。

本発明によれば、像担持体を露光して静電潜像を形成し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用い、磁石を内蔵した回転可能な導電性円筒から成る現像剤担持体を複数有し、該静電潜像を現像する現像装置において、
１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを用い、且つ、像担持体の回転方向下流側に位置する現像剤担持体の直径が像担持体の回転方向上流側に位置する現像剤担持体の直径より小さいものを用いることによって、高品位な画質を維持したまま、高速化対応が可能となる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明の画像形成方法では、従来と同様、内部に磁石が配置されている現像スリーブ（現像剤担持体）の表面にトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して現像部へ搬送し、磁石の現像磁極により現像部に現像剤の磁気ブラシを形成して、感光ドラム（像担持体）上の静電潜像を現像する２成分接触現像法を採用する。

本発明は、その際、複数の現像スリーブを感光ドラム表面に沿って、その移動方向上流、下流に並べて配置し、１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵ Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを使用し、且つ、上流の現像スリーブの直径より下流側の現像スリーブの直径を小さくすることが大きな特徴である。

即ち、本発明は、高速化対応のために２回以上の現像機会を設けることにより発生する、磁気ブラシ起因のハキメムラを、比較的低磁化量を有するキャリアを用いることで発生しづらくし、加えて上流現像スリーブ径を大きくし現像効率を上げるとともに、下流現像スリーブ径を相対的に小さくすることにより、磁気ブラシの接触ニップ（感光ドラムと磁気ブラシとが接触する感光ドラムの周方向の長さ）を小さくすることで更にハキメムラを低減させたことに要約される。

磁化量を小さくすることで、現像部で、磁気ブラシが感光ドラムをソフトに摺擦するので、感光ドラム上に現像されたトナー像に対するスキャベンジング効果が少なくなり、（磁気ブラシによる）ハキメムラ等が発生しづらくなる。

又、現像スリーブ径を上流側スリーブに対して、下流側スリーブを相対的に小さくなるように設定すれば、上流側の現像部では、或る程度の現像が行なわれ、下流側の現像部では、不足分を更に現像するとともに、現像剤が感光ドラムに対して、より非接触な状態のもとで、トナーが現像バイアスのＡＣ成分により再飛翔し、ハキメムラのようなガサツキ度合いを低減させることができる。これは、上流側の現像部で感光ドラム上に現像された現像後のトナーが、ＡＣ電界で再配列することによる。その結果、上流側の現像部でハキメムラ状に現像ざれた感光ドラム上のトナー像が均一化される。

本構成を採れば、２回以上の現像機会が存在しても、ハキメムラの無い高品位な画質を長期に亘って高速状態で出力し続けることができる。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の現像装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

画像形成装置（複写機）は、原稿台１０及び光走査ユニット９を有する露光部の下に、感光ドラム１、２個の現像器４，５及びレーザ走査部１００等を有するプリンタ部を備えており、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にして置き、コピーボタンを押すと、原稿Ｇの複写、即ち画像形成が開始される。

光走査ユニット９は、原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーを一体に組込んで構成されており、コピーボタンを押すことにより、このユニット９が照射用ランプで原稿Ｇを照射しながら走査し、その照射光の原稿面からの反射光が短焦点レンズアレイによって結像してＣＣＤセンサーに入射される。

ＣＣＤセンサーは受光部、転送部及び出力部から構成されており、受光部で入射光信号を電荷信号に変え、転送部でその電荷信号をクロックパルスに同期して順次出力部に転送し、出力部で電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られた画像信号（アナログ信号）は、周知の画像処理によりデジタル信号に変換された後、プリンター部に送られる。

プリンター部では、先ず、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心にして所定の周速度で回転駆動され、回転過程において帯電器３により表面が例えば−６５０Ｖとなるように一様な帯電処理を受ける。次いで、レーザ走査部１００の固体レーザ素子が上記の画像信号（デジタル信号）を受けてＯＮ／ＯＦＦ発光によりレーザビームＬを発生し、回転多面鏡を用いてそのレーザビームにより感光ドラム１の表面を走査し、感光ドラム１の表面に原稿画像に対応した静電潜像が順次形成される。

図５に上記の固体レーザ素子を備えたレーザ走査部１００の概略構成を示す。

レーザ走査部１００では、先ず、入力された画像信号に基づき発光信号発生器１０１により固体レーザ素子１０２を所定タイミングで明滅させる。このようにして固体レーザ素子１０２から放射されたレーザ光を、コリメータレンズ系１０３により略平行な光束に変換し、更に矢印ｂ方向に回転する回転多面鏡１０４により矢印ｃ方向に走査するとともに、ｆθレンズ群１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃにより感光ドラム１の被走査面１０６にスポット状に結像する。このようなレーザ光の走査により、被走査面１０６上に画像１走査分の露光分布が形成され、更に各走査ごとに被走査面１０６を前記の走査方向とは垂直に所定量だけスクロールすることにより、被走査面１０６上に画像信号に応じた露光分布が得られる。つまり、静電潜像が形成される。

本発明では、感光ドラム１として、通常使用される有機感光体を使用したが、勿論、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。アモルファスシリコンドラムを採用すれば、感光ドラムも長寿命になる。

本実施の形態では、帯電器３としてコロナ帯電器を用いたが、接触帯電器、特に電荷注入系の磁気ブラシ帯電方式の帯電器を用いても構わない。

ところてで、帯電工程が終了した後、感光ドラム１上には静電潜像が形成され、この静電潜像は、感光ドラム１の周囲に設置された２つの２成分現像器４，５により現像され、トナー像として可視化される。

現像器４は、現像スリーブの直径が２４．５ｍｍ、現像器５は、現像スリーブの直径が１８ｍｍのものを用いている。

図２は上記現像器４の概略構成図である。

本現像器４は、２成分磁気ブラシ現像装置に構成されている。現像器４は、トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤１９を収容した現像容器１６を備え、その現像容器１６の感光ドラム１と対面した開口部に、現像剤１９を担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する現像スリーブ１１が設置され、現像スリーブ１１は、感光ドラム１との対向部が同方向に移動する向きに回転される。ここで、現像スリーブの直径は２４．５ｍｍ、感光ドラムの直径は８０ｍｍ、又、この現像スリーブ１１と感光ドラム１との最近接領域を約５００μｍの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤１９を感光ドラム１と接触した状態で、現像が行えるように設定されている。本実施の形態では、このとき、現像スリーブ上の単位面積当りの現像剤コート量は３０ｍｇ／ｃｍ２
にしている。現像スリーブは、ＡｌやＳＵＳ等の導電性の材質で構成されている。

現像スリーブ１１内にはマグネットローラ１２が固定配置され、又、現像スリーブ１１のほぼ頂部に対し、導電性磁性の規制ブレード１５が垂直に配置されている。規制ブレードと現像スリーブは、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定されている。本実施の形態では、６００μｍに設定した。

更に、現像容器１６内には、現像剤撹拌搬送スクリュー１３，１４が配置される。

感光ドラム１上に形成された静電潜像は、現像器４を用いて２成分磁気ブラシ現像法により、次のようにして現像される。先ず、現像スリーブ１１が回転され、その回転に伴ってマグネットローラ１２の磁極Ｎ３により、現像容器１６内の現像剤１９が現像スリーブ１１上に汲み上げられ、汲み上げられた現像剤は、磁極Ｓ２からＮ１へと搬送される。この搬送過程で、現像剤は規制ブレード１５により現像剤層の厚みを磁気的に規制されて、現像スリーブ１１上に薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、マグネットローラ１２の現像主極Ｓ１に搬送されて来ると、現像主極Ｓ１の磁力により感光ドラム１に向けて穂立ちする。この現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）が感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。

この現像のとき、現像スリーブ１１には感光ドラム１との間に、バイアス電源１７から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施の形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖppが２０００Ｖ、周波数ｆが２０００Ｈｚの交流電圧である。直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。一般に、２成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶり発生し易くなる。このため、現像スリーブ１１に印加する直流電圧と感光ドラム１の帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止することができる。

図２を用いて現像器５について説明する。

現像器５の構成は、現像器４に対して、現像スリーブの直径が変わっただけであり、現像スリーブ径の違いに起因して、若干の設定条件が変更されただけである。

現像器５は感光ドラムの移動方向で、現像器４よりも下流側に配される。現像器４は、トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤１９を収容した現像容器１６を備え、その現像容器１６の感光ドラム１と対面した開口部に、現像剤１９を担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する現像スリーブ１１が設置され、現像スリーブ１１は、感光ドラム１との対向部の移動方向は、現像器４と同様に、順方向に移動する向きに回転される。ここで、現像スリーブの直径は１８ｍｍ、現像スリーブ１１と感光ドラム１との最近接領域を約５００μｍの距離とし、現像器４と同じ設定条件である。又、単位面積当りの現像剤コート量は３０ｍｇ／ｃｍ² であり、現像スリーブはＡｌやＳＵＳ等の導電性の材質で形成されているといった条件も現像器４と同じ構成である。。

現像スリーブ１１内にはマグネットローラ１２が固定配置され、又、現像スリーブ１１のほぼ下部に対し、導電性磁性の規制ブレード１５が配置されている。規制ブレードと現像スリーブは、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定されている。本実施の形態では５００μｍに設定した。

更に、現像容器１６内には、現像剤撹拌搬送スクリュー１３，１４が配置される。

感光ドラム１上に形成された静電潜像は、現像器４を用いて２成分磁気ブラシ現像法により、次のようにして現像される。

即ち、先ず、現像スリーブ１１が回転され、その回転に伴ってマグネットローラ１２の磁極Ｎ２により、現像容器１６内の現像剤１９が現像スリーブ１１上に汲み上げられ、且つ、規制ブレード１５により現像剤層の厚みを磁気的に規制されて、現像スリーブ１１上に薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、マグネットローラ１２の現像主極Ｓ１に搬送されて来ると、現像主極Ｓ１の磁力により感光ドラム１に向けて穂立ちする。この現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）が感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。

この現像のとき、現像スリーブ１１には感光ドラム１との間に、バイアス電源１７から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアスが印加されるが、この現像バイアスも現像器４と共通としている。

以上のように、現像器５の構成は、現像器４に対して、現像スリーブの直径のみが異なり、その他の構成は殆ど同じ構成であり、現像スリーブの直径の違いに起因して若干設定条件が変わっただけである。

現像領域においては、現像器４，５の現像スリーブの外周は、感光ドラム外周の移動速度；３００ｍｍ／ｓに対して、共に、対感光ドラム１. ３倍で移動している。この周速比に関しては、現像スリーブが、感光ドラム周りに１つしかない通常の構成においては、１．５〜３. ０倍の間で設定されるが、本発明の構成では、０．５〜２．０倍の間で設定されている。本実施の形態の構成のように感光ドラムが３００ｍｍ／ｓの周速度で移動する場合、周速比を２．５とすると、現像スリーブの周速度が７５０ｍｍ／ｓとなり、トナー飛散や、剤劣化の問題点が新たに発生するからである。

本発明の構成は、特に、感光ドラムの移動速度が２５０ｍｍ／ｓ以上の場合に、上記観点から効果を発揮する。

又、周速比も、少なくとも０．５〜２．０倍の間で設定できれば、上述の問題点も低減できるし、本発明の効果も更に増すことが可能となる。

以上の構成の中で、現像器４，５それぞれの対感光ドラム周速比に関しては、互いに異なる比となっても構わない。

ところで、現像によって感光ドラム１上に形成されたトナー像は、給紙カセット８０から搬送されて来る転写材Ｐ上に転写される。感光ドラム１の下側には、駆動ローラ７２及び従動ローラ７３に掛け廻されて、図１の矢印Ｄ方向に回動する転写ベルト７１が設置されている。転写材Ｐは給紙カセット８０から取り出され、感光ドラム１の回転と同期を取って適正なタイミングで転写ベルト７１上に給紙され、所定のタイミングで感光ドラム１と転写ベルト７１とが当接した転写部に搬送される。転写ベルト７１の転写部の内側には転写帯電ブレード７４が設置され、この転写帯電ブレード７４により転写ベルト７１を感光ドラム１の方向に押圧しつつ、転写帯電ブレード７４に図示しない高圧電源から給電することにより、転写材Ｐに裏面側からトナーと逆極性の帯電を行って、感光ドラム１上に形成されたトナー像を転写材Ｐ上に静電転写する。

本実施の形態では、転写ベルト７１として厚さ７５μｍのポリイミド樹脂のシートを用いた。転写ベルト７１としては、他に、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエテールエーテルケトン樹脂、ポリエテーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂シート、或はフッ素系やシリコン系のゴムシートを好適に用いることができる。転写ベルト７１の厚みも７５μｍに限定される訳ではなく、約２５〜２０００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍのものを好適に使用することができる。

転写帯電ブレード７４としては、抵抗が１０⁵ 〜１０⁷ Ωで、厚さが２ｍｍ、長さが３０６ｍｍのものを用いた。転写時、転写帯電ブレード７４に印加した電流は＋１５μＡで、これを定電流制御して給電した。

以上のようにして、トナー像が転写された転写材Ｐは、転写ベルト７１から分離した後に定着器６へ搬送され、そこで転写材Ｐを加熱及び加圧されて画像の定着を受け、プリント画像として画像形成装置の機外に出力される。トナー像を転写後の感光ドラム１は、表面に付着した転写残りのトナー等の汚染物をクリーナ５によって除去し、繰り返し画像形成に使用される。

画像形成は、以上の工程を経て行われるが、本発明は、以上説明してきたような１つの現像器及び感光ドラムで画像形成を行う例に限定されるものではなく、例えば、転写ベルト７１の周りに感光ドラムと４色（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック等）の現像器がそれぞれセットになって配置される、タンデム方式にも当てはまるものである。

次に、本発明に使用される現像剤について説明する。

本発明では、その現像工程に使用する２成分現像剤中の磁性キャリアとして、１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵ Ａ／ｍ以下の磁化量を有するものを使用することが大きな特徴であり、磁性キャリアの物性値に関しては以下に説明する。

本発明では、磁性キャリアとしては、例えば表面酸化、未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属から成るフェライト、或は、それらの酸化物から成るフェライト等を用いることができ、その製法は問われない。磁性キャリアは周知の方法で樹脂被覆することができる。

又、本実施の形態では、ネオジウム、サマジウム、バリウム等を含むフェライト粒子に樹脂被覆した、重量平均粒径が２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜７０μｍであり、１０⁶ 〜１０１¹²Ω・ ｃｍの体積抵抗値を有する磁性キャリアを用いた。

磁性キャリアの平均粒径は、垂直方向最大限長で示しており、本発明では、顕微鏡により５０〜１０００倍の倍率でキャリアを写真撮影し、得られた写真画像内のキャリア粒子から３０００個以上のキャリア粒子をランダムに選び、それらの長軸を実測して算術平均を取ることにより求めた。

キャリアの磁化量は、２．０×１０⁵ Ａ／ｍより大きい磁気特性を有するキャリアでは、本発明の効果である、高画質／高安定化が達成できない。磁化量が大きいものを使用すると、特に感光ドラムの移動方向下流側の現像器により、ハキメムラが発生するからである。又、３．０×１０４
Ａ／ｍ未満の特性を持つキャリアでは、現像スリーブ上の現像剤コート不良等の問題が発生するので、３．０×１０４ Ａ／ｍ以上が好ましい。従って、上述の領域のものを使用した。

磁化量は、キャリアの磁気特性を理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置にて、１００ｍＴの外部磁場中にパッキングしたキャリアの磁化（Ａｍ² ／ｋｇ）を求め、その後キャリアの真比重（ｋｇ／ｍ³ ）を掛けることで磁化量（Ａ／ｍ）を算出した。

磁性キャリアの比抵抗（体積抵抗率）は、セルに磁性キャリアを充填し、この充填したキャリアに接するように一対の電極の一方、他方を配し、これらの電極間に電圧を印加して、そのときに流れる電流を計測することにより測定した。比抵抗の測定条件は、充填したキャリアと電極の接触面積が約２．３ｃｍ２
、キャリア充填厚さが約２ｍｍ、上部電極の荷重が１８０ｇ、印加電圧が１００Ｖであった。この場合、磁性キャリアが粉末であるため充填率に変化が生じることがあり、それに伴い比抵抗が変化するので、そうならないようにキャリアの充填に慎重を要する。

上記の磁性キャリアと共に現像剤に使用されるトナーとしては、従来公知の、例えば粉砕系のトナー等を用いることができる。

トナーの体積平均粒径は４〜１５μｍが好適である。トナーの体積平均粒径は、例えば下記の測定法で測定することができる。

測定装置としてコールカウンターＴＡ−II型（コールター社製）を用い、これに、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェース（日科機製）及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を接続する。電解液は、塩化ナトリウム（試薬１級）を用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。

上記の電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料のトナーを０．５〜５０ｍｇ加えて懸濁する。この試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約１〜３分分散処理した後、上記のコールカウンターＴＡ−II型により、１００μｍのアパチャーを用いて２〜４０μｍのトナー粒子の粒度分布を測定し、トナーの体積分布を求める。このようにして求めたトナーの体積分布からトナーの体積平均粒径が得られる。

又、本発明で使用する外添剤は、トナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の１／１０以下の粒径であることが好ましい。この外添剤の粒径は、顕微鏡によるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。外添剤は、トナー１００重量部に対し０．０１〜１５重量部が用いられ、好ましくは０．０５〜１２重量部である。

外添剤としては次のようなものが挙げられる。

酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物；窒化ケイ素等の窒化物；炭化ケイ素等の炭化物；硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩；ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩；カーボンブラック；シリカ等。これら外添剤は単独で使用しても、複数併用しても良い。好ましくは疎水化処理を行ったものが良い。

以上の成分から成るトナーの帯電極性は、ネガ極性、ポジ極性どちらでも可能であるが、本実施の形態では、ネガ帯電極性のトナーを用い、キャリアとの摩擦により帯電する平均帯電量（単位重量当りの電荷量；以下Ｑ／Ｍ）が−１．０×１０⁻²Ｃ／ｋｇ〜−６．０×１０⁻²Ｃ／ｋｇのものを用いた。

以上のような構成及び現像剤で、複数の現像器を用い現像を行った場合、感光ドラムの回転方向で上流側に位置する現像器の現像スリーブと感光トラムとの対向部で行われる、１回目の現像終了時では、潜像電位差に対して、ほぼトナーが付着した状態で、現像が終了している。周速比が１．３であるので、１回目の現像では、現像が完全に終了している状態で終わっていない。

ここで述べている現像が終了している状態とは、現像終了後に、静電潜像の電位と現像スリーブの電位との間の電位差をトナーが移動することで埋め切った状態であり、正に現像が終了している状態である。例えば、現像後にトナーが付着した状態の電位を測定すると、電位は現像スリーブに印加したＤＣ電位（Ｖｄｃ）に収束している状態である。本件ではそのように定義する。

この状態では、現像が終了している状態に比べて、トナー量自体が少ないので、比較的低磁化量を有するキャリアを使用したにも拘らず、若干のハキメムラが生じている。勿論、磁化量が大きいものを使用した場合に比較すれば、軽微なハキメムラである。

ところで、２回目の現像では、１回目の現像で不十分ではあるが、潜像電位をトナーの移動で埋めた状態（即ち、潜像電位と現像スリーブとの間の電位差が小さくなった状態）から、その状態を初期電位状態として、更に２回目の現像が行われるので、周速比が小さくても、容易に現像終了段階に達し得る。

更に、２回目の現像時には、１回目の現像で感光ドラムに付着したトナーも、再度現像バイアス印加のもとＡＣ電界に追従して飛翔し、潜像に対してトナーが再付着するので、感光ドラム近傍で、トナーの再付着を邪魔する磁気ブラシの存在が少なければ、ハキメムラのような画質の劣化が非常に少ないものとなる。そのため、本発明の構成は、２回目の現像時における磁気ブラシの存在を少なくするために、２回目の現像を行う現像スリーブの曲率を、１回目の現像を行う現像スリーブに対して大きく（直径を小さく）している。

１回目の現像時の現像スリーブ径と２回目の現像時の現像スリーブ径の大小関係を、２回目の現像スリーブ径を相対的に小さく設定した理由は、１回目現像スリーブ径が小さく、２回目の現像スリーブの径が大きい場合を選択しても、現像終了段階まで到達させる能力こそ同じになるが、上述の理由で、ハキメムラが発生し易くなるからである。

以上説明してきたように、複数の現像器を用いる現像構成でも、１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵ Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを用い、且つ、感光ドラムの回転方向下流側に位置する現像スリーブの直径が、上流側に位置する現像スリーブの直径より小さいものを用いることにより、ハキメムラの無い高品位な画質を維持したまま、高速化対応が達成できた。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係る画像形成装置では、現像器の構成以外は、実施の形態１と同じ構成とした。

図３に示すように、実施の形態１では現像器として２個の独立した現像器４，５を用いているのに対し、本実施の形態では、１個の現像器４’内に２本の現像スリーブ１１ａと１１ｂを含有している。現像スリーブ１１ａと１１ｂのそれぞれの直径の関係は実施の形態１と同じ構成にしている。即ち、現像スリーブ１１ａの直径より現像スリーブ１１ｂの直径を小さくしている。本実施の形態の構成においては、現像スリーブ１１ａの直径を２４．５ｍｍ、現像スリーブ１１ｂの直径を１８ｍｍに設定している。

こうした現像スリーブを複数有する現像器を用いれば、本発明の目的は達成できる。そうした現像器の一例として、本実施の形態で用いた現像器に関して、図３及び図４を用いて説明する。

本現像器４’は、実施の形態１の現像器４，５と同様に、二成分磁気ブラシ現像器として構成されており、実施の形態１にて説明したトナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤１９を収容した現像容器１６を備える。図４に示すように、その現像容器１６の感光ドラム１と対面した開口部に、現像剤１９を担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する現像剤担持体である現像スリーブ１１ａ，１１ｂを２個、隣り合わせて感光ドラム１に対向させて、その移動方向に沿って上流側と下流側に設けられている。ここでは、現像スリーブ１１ａ，１１ｂは、共に感光ドラム１との対向部が同方向に移動する向きに回転する。

図４に示すように、感光ドラム１移動方向上流側の現像スリーブ１１ａ内のマグローラー１２ａの、現像部より現像スリーブ１１ａ回転方向上流に位置するＮ１極と現像剤層厚規制ブレード１５で現像剤層厚が規制される。そして、実施の形態１と同様に、図示しない電源から現像バイアスが両者の現像スリーブ１１ａと１１ｂに共通に印加される。現像バイアスに関しては実施の形態１と同様のものを印加する。

２本の現像スリーブ１１ａと１１ｂ各々の構成は、実施のの形態１の現像器４，５に設けられた現像スリーブと同じで、それぞれ内側に固定された磁界発生手段であるマグネットローラー１２ａ，１２ｂが配置された、回転可能な非磁性円筒１１ａ，１１ｂから構成される。

この２本の現像スリーブ１１ａ，１１ｂ上の剤の流れは、感光ドラム１の移動方向、上流側の現像スリーブ１１ａで１回目の現像が終了した現像剤が、下流側の現像スリーブ１１ｂに受け渡されて、２回目の現像を行う。現像スリーブ１１ａと１１ｂ間の現像剤の受け渡しは、両現像スリーブ１１ａ，１１ｂ内のマグローラ１２ａ，１２ｂそれぞれに設けられているＳ極とＮ極を対向して受け渡す構成である。

この構成の場合、２回目の現像時のＴ／Ｄ比が確実に低下しているので、１回目の現像後の現像剤が確実に攪拌されずに、現像剤中のキャリアに誘起される逆電荷（キャリアからトナーが剥がされることにより、キャリアに誘起される逆電荷（＋側）即ちカウンターチャージ）が残っているとすると、２回目の現像時にハキメムラ等が発生し易くなる。

しかし、本構成のようにすれば、カウンターチャージが発生した現像後の剤が上流スリーブ１１ａ上を移動し、更に下流スリーブ１１ｂに受け渡されて２回目の現像を行うまでの間に、充分なトナーとキャリアの動きがあることで、カウンターチャージは消滅する。その結果、Ｔ／Ｄ比は下がるもののハキメムラ等は発生しない。

この系の場合、現像器を２個、感光ドラム１の周りに配置することがなく、１個の現像器で対応が可能となり、構成が簡略化できる。

尚、図２における攪拌搬送スクリュー１３に変わるものとして、本実施の形態では、バケットローラー１４を用いた構成を採っている。この構成は、この例に限られるものでなく、現像器４，５と同様に、長手方向の攪拌搬送を行う、螺旋状のスクリューを用いても構わない。

以上のように、こうした現像器を取り付けた現像構成でも、１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵ Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを用い、且つ、感光ドラムの回転方向下流側に位置する現像スリーブの直径が上流側に位置する現像スリーブの直径より小さいものを用いることにより、ハキメムラの無い高品位な画質を維持したまま、高速化が達成できた。しかも、小スペース化／低コスト化も同時に達成することができた。

現像スリーブの数は３個以上でも良く、複数個の現像スリーブを並べて像担持体の移動方向に沿って配置し、３回以上の現像を行うようにすることも可能である。

＜実施の形態３＞
本発明では、現像バイアス波形のみ実施の形態１と異なり、他の構成は全て実施の形態１と同じとした。本実施の形態で用いた現像バイアスについて説明する。

本発明で用いた現像バイアスは、現像バイアスの印加方法が、二成分系現像剤に像担持体（感光体ドラム）から現像剤担持体（現像スリーブ）に向かう方向の力を与える電圧を或る時間印加する工程と、逆に二成分現像剤に現像スリーブから感光体ドラムに向かう力を与える電圧を或る時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流電圧と、且つ、その交流電圧の現像スリーブから感光体ドラムに向かう力を与える電圧を印加した後に、感光体ドラム上の静電潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電圧値である直流電圧を上記現像スリーブに一定時間印加し、これら交流電圧と直流バイアスの組み合わせサイクルを繰り返すことによって行う。この現像バイアスは、一般に「ブランク・パルス・バイアス」と称される。

上記のような現像バイアスを印加することにより、画像領域にだけトナーを飛翔させる直流バイアス（以下、「ブランクバイアス」と称す）を印加した後、感光体ドラム近傍でトナーを振動させる交流電圧を印加するため、画像部においては、あたかも現像剤のＴ／Ｄ比が高まったようになり、その結果、特に、ハーフトーン部領域に対して充分にトナーを均一に供給することができ、ハキメムラの目立たない滑らかな画像が得られる。

又、現像バイアスによる、このトナーの挙動は、全濃度領域に対しても現像性を向上させることとなり、本発明の構成に対して、例えば、耐久後半にＴ／Ｄ比が低下した場合でも、現像性が高いまま保て、ハキメムラに対して有効に働く。このことは、トナー濃度制御や、ＳＤキャップ、現像剤コート量等に対するラティチュードを広げることにもなる。

本実施の形態では、１パルス２ｋＶｐｐ／１２ｋＨｚの矩形波を２パルスＯＮし、６パルス分ＯＦＦしている現像バイアスを用いた。

又、こうしたブランク・パルス・バイアスは、実施の形態２に説明した１個の現像器に対し複数の現像スリーブを有する構成の現像器においても、それぞれの現像スリーブにも印加することができ、同様の効果が上げられる。

以上のように、複数の現像器を用いる現像構成でも、１００ｍＴの磁界において３．０×１０⁴ Ａ／ｍ以上２．０×１⁵ Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを用い、且つ、感光ドラムの回転方向下流側に位置する現像スリーブの直径が上流側に位置する現像スリーブの直径より小さいものを用いる構成に、更にブランク・パルス・バイアスを現像バイアスとして用いれば、ハキメムラの無い高品位な画質を維持したまま、高速化対応を達成することができるだけでなく、ラティチュードの広い現像器構成を達成することができた。

本発明の実施の形態１を説明するために用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る現像装置の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２を説明するために用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像装置の一例を示す断面図である。 図１の画像形成装置に設置されたレーザースキャナー部を示す模式図である。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
４，５ 現像器（実施の形態１）
６ 現像器（実施の形態２）
１１，１１ａ，１１ｂ 現像スリーブ（現像剤担持体）
１２，１２ａ，１２ｂ マグローラ（磁界発生手段）
１３ 現像剤攪拌スクリュー
１４ バケットローラ
１５ 規制ブレード（現像剤規制部材）
１６ 現像容器
１９ 二成分現像剤

Claims (10)

1. 像担持体を露光して静電潜像を形成し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用い、磁石を内蔵した回転可能な導電性円筒から成る現像剤担持体を複数有し、該静電潜像を現像する現像装置において、
   １００ｍＴの磁界において３．０×１０４ Ａ／ｍ以上２．０×１０５ Ａ／ｍ以下の磁化量を有する磁性キャリアを用い、且つ、像担持体の回転方向下流側に位置する現像剤担持体の直径が像担持体の回転方向上流側に位置する現像剤担持体の直径より小さいものを用いることを特徴とする現像装置。
2. 前記像担持体の移動速度が２５０ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記像担持体の外周の移動速度に対する前記現像剤担持体の外周の移動速度比が０．５以上２．０未満であることを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
4. 前記複数の現像剤担持体の各々がそれぞれ１つの現像器の中に含まれる１構成要素であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
5. 前記複数の現像剤担持体が前記像担持体表面に沿ってその移動方向の上流と下流に並べて配置され、上流側の現像剤担持体と下流側の現像剤担持体上に供給される現像剤が共通の現像剤を収容する現像容器から供給されることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
6. 前記像担持体と前記現像剤担持体とが対向した現像部で、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像して画像を得ることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の現像装置。
7. 前記現像バイアスの印加が、前記二成分系現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧を或る時間印加する工程と、逆に該二成分系現像剤に現像剤担持体から像担持体に向かう力を与える電圧を或る時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流バイアスと、且つ、その交流バイアスの現像剤担持体から像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、像担持体上の静電潜像の画像部の電圧と非画像部の電圧との間に或る直流電圧を現像剤担持体に一定時間印加することによって行われることを特徴とする請求項６記載の現像装置。
8. 前記現像手段は、前記像担持体に対して現像剤が接触状態で潜像の現像が行われる接触現像方式であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の現像装置。
9. 前記静電潜像は、デジタル的に形成された潜像であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の現像装置。
10. 前記現像部で、前記複数の現像剤担持体が前記像担持体の移動速度に対して０．５倍〜２．０倍の間の移動速度で移動することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の現像装置。

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