JP2006284966A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の現像剤担持体及び第２の現像剤担持体を用いて安定して高画質画像を形成することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】第１の現像剤担持体８においては、磁性キャリアが像担持体１０に接触する方式による現像が行なわれ、第２の現像剤担持体９においては、磁性キャリアが像担持体１０に接触しない方式による現像が行なわれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば電子写真方式や静電記録方式を採用した複写機、プリンタ、ＦＡＸ等に用いられる画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式を用いた複写機等の画像形成装置では、感光ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を、現像剤を付着させて可視像化する。この現像剤としては、磁性トナーを含む磁性１成分系現像剤、非磁性トナーを含む非磁性１成分系現像剤、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む２成分系現像剤等があり、これらが適宜に使用される。

このような現像剤が使用される従来の現像装置のうち、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤を用いる現像装置の一例を図８に示す。

本例に示すような２成分現像剤を用いる現像装置１においては、２成分現像剤を現像容器２内に収容し、感光ドラム１０上に形成された静電潜像を現像するために現像剤を担持し搬送する一つの現像剤担持体８、即ち、現像スリーブ８ａとその内部に設けられたマグネットロール８ｂとを備え、更に、現像容器２内には攪拌しながら現像剤を現像スリーブ８ａに搬送する搬送手段である搬送スクリュー５、６を備えた構成のシングルスリーブ現像装置の構成をとるものが多い。

しかし、このような現像装置においては、エッジ強調による画像弊害の一つである白抜け画像が発生することがある。

以下に、この白抜け画像発生メカニズムを、図９を用いて説明する。尚、これは反転現像方式を採用した例である。

通常、白抜け画像は、感光ドラム１０上に形成された静電潜像において、ハイライト画像αを含む画像を形成した際、感光ドラム１０の表面移動方向で下流に形成されたハイライト画像αと上流に形成されたベタ画像βとの境界付近、つまりハイライト画像α後端とベタ画像β先端との間で発生する。

図９は、感光ドラム１０上にハイライト部αがあり、その後にベタ部βがあり、ハイライト部αとベタ部βの境界部γが現像スリーブ８に対向したときの等電位面と電気力線Ｈの形状を示した図である。この図から、境界部γ付近において、電気力線Ｈが大きくベタ部βの方に引き寄せられていることが分かる。

従って、従来のシングルスリーブ現像方式において、感光ドラム１０と順方向に現像スリーブ８ａが回転する構成では、供給される現像剤中のトナーは、ハイライト部αの後端には供給できず、ベタ部βの方へ電気力線Ｈに沿って現像されてしまうので、ハイライト部αの後端部に白く抜けた部分が発生する場合があると考えられる。

そこで、上記白抜け画像防止のために、図１０に示すように、現像容器２内に、感光ドラム１０の回転方向上流側と下流側に二つの現像剤担持体８、９を備え、即ち、内部にマグネットロール８ｂ、９ｂを備えた現像スリーブ８ａ、９ａを有し、上流側の現像スリーブ８ａを用いて行う第１の現像工程と、下流側の現像スリーブ９ａを用いて行う第２の現像工程とによって、感光ドラム１０上の同一の静電潜像を可視像化する２成分現像剤を使用したツインスリーブ現像方式が提案された（例えば、特許文献１参照）。

このツインスリーブ現像方式は、上述した第１現像工程で、ハイライト部αとベタ部βとの電位差を少なくし、第２現像工程で、ハイライト部α後端に確実に現像を行う、白抜け画像が発生しにくい現像方式である。

さらに、本発明者が画像特性検討を行ったところ、画像品位は、主に第２現像工程で決定されることが分かった。

具体的には、画像品質の一つの尺度で用いられるガサツキ性や画像後端部で発生するカキトリ性（スキャベジング）は、第２現像工程での現像特性でほぼ決定される。特に、ガサツキ性やカキトリ性は、２成分現像剤中の磁性キャリアと感光ドラムとの機械的摺擦によるものが大きな要因であることを突き止めた。

以下詳細に説明する。

先ず、第１現像工程は、静電潜像を現像することでハイライト部とベタ部の電位差をなくす工程である。従って、現像効率が高いことが望ましい。これは実効的な現像時間を長くする、即ち、現像ニップを周方向長さを長めに設定する。具体的には現像終了後も磁気ブラシを滞留させ現像時間を稼ぐこと等により現像効率を改善できる。

しかしながら、現像剤を滞留させると上述したとおり、磁性キャリアに発生したカウンターチャージにより画像劣化が発生した状態で第１現像工程を終了する。

その後、第２現像工程へ移行する際には、ハイライト部とベタ部の電位差が縮まっているため、第２現像工程では、既に第１現像工程で形成されているトナー画像においてトナーの再配置や、付着すべき静電潜像の箇所にトナーが付着していなかった場合（例えば白抜け発生箇所）にはトナーを供給することで、高画質化を達成している。

しかしながら、第２現像工程に磁気ブラシを用いた現像方式を採用すると、既に第１現像工程で形成されているトナー画像を必要以上に磁気ブラシによって乱してしまうという問題があった。

一方、磁性キャリアを用いない現像方式として、図１１に示すように、非磁性トナー１成分現像方式が検討されている（例えば、特許文献２参照）。

この現像装置は、感光ドラム１０に接触する現像剤担持体としての現像ローラ８と、現像ローラ８へのトナーの供給・回収のための供給・回収ローラ８０と、現像ローラ８に当接する弾性ブレード８１とを有する。弾性ブレード８１は、現像ローラ８に供給されたトナーの層厚を規制すると共に、トナーに所定の摩擦帯電電荷を付与する。

斯かる構成の現像装置は、磁性キャリアを用いないため磁性キャリアに基づくノイズ成分がないため高画質化が容易に達成できる利点を持っている。

しかしながら、非磁性トナーへの電荷付与（以下、「トリボ」という。）をトナーへの外添剤と弾性ブレードのみで行わなくてはならなく、弾性ブレードの経時劣化や、トナー供給・回収ローラによるストレスによるトナー劣化等によりトリボ安定性が損なわれる。その結果として、現像特性を変化させてしまうため、耐久性に大きな課題があった。

さらに、磁性キャリアを用いないためトナーの現像効率が非常に悪く、エッジ強調等の画像劣化が発生しやすかった。

そこで、上記問題を解決するために、図１２に示すように、現像容器２中に入れられた２成分現像剤から非磁性トナー成分のみ取り出し、現像剤担持体に搬送させ現像させる現像方式が提案された（例えば特許文献３参照）。

この現像装置では、現像剤担持体８として、現像スリーブ８ａと、現像スリーブ８ａの内部に設けたマグネットロール８ｂとを備え、現像スリーブ８ａには、弾性ブレード８２が当接して設けられている。また、現像容器２内には非磁性１成分現像剤と、微少量の磁性粒子８３とを収容している。この構成にて、現像スリーブ８ａが矢印方向に回転すると、現像容器２内の磁性粒子８３は、弾性ブレード８２によって搬送が阻止され、非磁性１成分現像剤のみが現像スリーブ表面に担持されて、感光ドラム１０との対向した現像領域へと搬送される。

この方式では２成分現像剤を用いた耐久安定性と、１成分現像剤を用いた高画質化を満足できる現像方式である。

しかしながら、１成分現像剤を用いた低現像効率の改善はなされていない。
特開２００３−３２３０５２号公報 特開２００４−１８４９８８号公報 特公平６−１９６３８号公報

本発明の目的は、第１の現像剤担持体及び第２の現像剤担持体を用いて安定して高画質画像を形成することができる画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、第１の現像剤担持体にて現像された像担持体上の現像剤像を第２の現像剤担持体上の現像剤によって乱すことにより画像不良が生じるのを防止することができる画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば本発明は、静電像が形成される像担持体と、
磁性キャリアと非磁性トナーを混合した２成分現像剤を収容した現像容器と、該現像容器の開口部に前記像担持体に対向して配置され、前記像担持体上の共通の静電像を現像するために現像剤を担持して搬送する第１及び第２の現像剤担持体と、を備えた現像装置と、
を有する画像形成装置において、
前記第１の現像剤担持体においては、前記磁性キャリアが前記像担持体に接触する方式による現像が行なわれ、
前記第２の現像剤担持体においては、前記磁性キャリアが前記像担持体に接触しない方式による現像が行なわれることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、第１現像剤担持体により形成された現像剤像を第２現像剤担持体による現像剤にて乱すことなく、さらに第１現像工程中で作られた微小なスキャベジングを除去することで高画質画像を得ることができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
先ず、図１を参照して、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を説明し、その後、本発明の特徴部を構成する現像装置について説明する。本実施例にて、画像形成装置は、電子写真プロセスを利用したタンデム型の多色画像形成装置とされるが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施例によると、多色画像形成装置は、一列に配置されたイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの画像形成部、即ち、画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）と、転写材Ｓを担持し搬送する転写材搬送体としての搬送ベルト２４とを備えている。

各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）はほぼ同様の構成であり、フルカラー画像において、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像を形成する。

搬送ベルト２４は、記録材としての転写紙２７を吸着し画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）に搬送する。この転写紙２７には、画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）において形成された現像剤像、即ち、トナー像が転写され、転写紙２７上にフルカラー画像を形成する。

画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）について更に説明すると、各各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）は、それぞれ、像担持体として繰り返し使用されると共に、矢示の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される回転ドラム型の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）を備えている。各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の周りには、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の表面を一様に帯電処理する帯電装置としての１次帯電器２１（２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ）と、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上を露光して静電潜像を形成する画像露光装置２２（２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ）と、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上に形成された静電潜像を現像する現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）と、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上のトナーを取り除くクリーニング装置２６（２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋ）とが配設されている。

また、搬送ベルト２４の内側には、各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）と対向する位置に、転写装置としての転写帯電器、本実施例では転写ブレード２３（２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ）が配置されている。

以下の説明において、例えば現像装置１とあれば、各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）における現像装置１Ｙ、現像装置１Ｍ、現像装置１Ｃ、現像装置１Ｋを共通して指すものとする。他の装置及び部材に対しても同様である。

次に、図１により、上記構成の画像形成装置全体の動作を説明する。

像担持体である感光ドラム１０は、回動自在に設けられており、その感光ドラム１０を１次帯電器２１で一様に帯電し、例えばレーザのような発光素子を備えた画像露光装置２２によって画像情報信号に応じて変調された光で露光して静電潜像を形成する。

その静電潜像は、現像装置１により、後述の現像工程を経て現像剤像（トナー像）として可視化される。転写ブレード２３によって、各画像形成ステーションＰの感光ドラム１０から感光ドラム１０上のトナー像を、搬送されてきた転写紙２７上に順次転写し、転写紙２７上にフルカラートナー像を形成する。そして、転写紙２７上のフルカラートナー像は、定着装置２５によって転写紙２７に定着され永久画像となる。また、感光ドラム１０上に残留する転写残トナーはクリーニング装置２６により除去する。

一方、現像工程にて消費された現像装置１内の現像剤中のトナーは、トナー補給槽２０（２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ）から逐次補給され、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）内のトナー濃度を適正化する。

又、本実施例では、感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから搬送ベルト２４上の記録材である転写紙２７に直接転写する方法をとったが、搬送ベルト２４の代わりに、例えばベルト状の中間転写体を設け、各色の感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから中間転写体に各色のトナー像を順次一次転写した後、転写紙に各色の複合トナー像を一括して二次転写する構成の画像形成装置においても、本発明は適用できる。

次に、図２により、本発明の特徴を成す現像装置１の一実施例を説明する。

本実施例の現像装置１は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤が収容された現像容器２内に、感光ドラム１と対向して、現像容器２内の現像剤を担持し搬送するために回転可能に配置された第１の現像剤担持体８と第２の現像剤担持体９とを有している。第１の現像剤担持体８は、感光ドラム１の移動方向に対して第２の現像剤担持体９より上流側に配置され、又、第２の現像剤担持体９は、感光ドラム１の移動方向に対して第１の現像剤担持体８より下流側に配置されている。

また、現像容器２内には、第１の現像剤担持体８の表面に担持された現像剤の層厚を規制するために、第１の現像剤担持体８の表面に近接して設けられた現像剤層厚規制部材である規制ブレード１１と、現像剤を攪拌し、搬送する現像剤攪拌搬送部材としての２本の搬送スクリュー５、６と、が設けられている。

より詳細に説明すれば、前記第１及び第２現像剤担持体８、９は、本実施例では、ロール状の回転体（以下、「現像ロール」という。）とされ、現像容器２の感光ドラム１０と対面した開口部に、本実施例では上下に配置されて回転自在に軸支されている。

本実施例で、第１現像ロール８は、非磁性円筒状回転体、即ち、現像スリーブ８ａと、現像スリーブ８ａ内に非回転に設けられた固定の磁界発生手段であるマグネットロール８ｂとにて形成される。また、第２現像ロール９は、非磁性円筒状回転体、即ち、現像スリーブ９ａにて形成されており、その内部に磁界発生手段は配置されてはいない。

第１及び第２現像スリーブ８ａ及び９ａの回転方向は、互いに対向した領域で逆方向となるように、同方向（図２にて反時計方向）とされており、回転速度（周速）はほぼ同じ構成とされている。

また、本実施例にて、第１及び第２現像スリーブ８ａ及び９ａの回転方向は、感光ドラム１０と対向した第１及び第２現像部（現像領域）１２、１３にて、感光ドラム１０の回転方向と同方向、即ち、順方向とされている。勿論、第１及び第２現像スリーブ８ａ及び９ａの回転方向及び周速は、これに限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、第１及び第２現像スリーブ８ａ及び９ａのいずれか、或いは、両方を、感光ドラム１０と対向した現像領域１２、１３にて、感光ドラム１０の回転方向と逆方向とすることも可能である。この場合には、規制ブレード１１の位置、更には、マグネットロール８ｂの磁極配置なども又適宜変更される。

また、現像容器２内には、第１及び第２現像スリーブ８ａ及び９ａが配置された開口部とは反対側に、隔壁７によって区画された現像室３と攪拌室４が上下に形成されている。

現像剤の循環経路を構成する前記現像室３と攪拌室４内には現像剤攪拌・搬送手段としての第１及び第２の搬送スクリュー５、６がそれぞれ設置されている。第１の搬送スクリュー５は現像室３内の現像剤を搬送し、又、第２の搬送スクリュー６は、トナー補給口（不図示）から攪拌室４内に第２の搬送スクリュー６の上流側に供給されるトナーと攪拌室４内に既にある現像剤とを攪拌しながら搬送する。

隔壁７には、図３に示すように、第１及び第２の搬送スクリュー５、６の軸方向一端付近に開口７１が設けられており、この開口７１部分を通して、現像剤が重力によって現像室３から攪拌室４に供給される。

一方、現像室３内の現像剤は、現像スリーブ８ａ内に非回転に設けられた磁界発生手段であるマグネットロール８ｂの現像容器２内部に位置する磁極Ｎ１により現像スリーブ８に汲み上げられ、現像スリーブ８ａの回転にともない、現像スリーブ８ａ上を、磁極Ｓ１→Ｎ２へと搬送され、現像スリーブ８ａと感光ドラム１０とが対向した、現像磁極Ｓ２の位置にある第１現像部１２に至る。その搬送途中で現像剤は、現像剤規制ブレード１１によりそれと略対向する位置にある磁極Ｓ１と協同して磁気的に層厚を規制することで、現像剤の薄層化が達成し、第１現像部１２において、マグネットブラシ接触現像により感光ドラム１０上の静電像に対する１回目の現像工程を行う。

ここで、第１現像部１２における第１現像工程について説明すると、第１現像工程では、静電潜像を現像することでハイライト部とベタ部の電位差をなくす（充電工程）工程である。具体的には、詳しくは後述する電界発生手段を構成する直流電源３１により印加される現像ＤＣバイアス電位近傍までトナー層表面電位を充電することを行っている。

つまり、理想状態では、現像ＤＣバイアス電位とトナー層表面電位が略同一電位になる（電位差ゼロ）状態を完全現像終了とすることができる。

そこで、本発明者は、トナー層表面電位を外部電位計で測定することで充電効率（トナー層表面電位を現像ＤＣバイアス電位で除した値を「充電効率」という。）を定義している。この充電効率を高めるために現像バイアス波形や、第１現像部１２のニップ形状、磁性キャリア抵抗値等を最適化することでほぼ１００％を達成できる。

なお、本実施例では第１現像スリーブ８ａに印加する現像ＤＣバイアス電位−感光ドラム電位差（以下、「Ｖｂａｃｋ電位」という。）を従来より小さくすることで更なる効率化を図ることが可能である。

その後、第１現像部１２において現像に供されないで残った現像剤は、現像スリーブ８ａの回転方向で第１現像部１２の下流にある磁極Ｎ３で現像容器２内部に搬送され、磁極Ｎ１、Ｎ３の反発磁界により現像スリーブ８ａから除去され、現像容器２内の下部分の攪拌室４に回収される。

回収された現像剤は、補給トナーと十分に混合されるように搬送スクリュー６によって他端側に向けて攪拌搬送され、そして、連通路７２（図３）を通して現像室３へと受け渡される。そして、連通路７２から送り込まれた現像剤は、搬送スクリュー５により攪拌搬送されながら現像スリーブ８ａへと供給される。現像剤は、このように循環される構成となっている。

上述のように、本実施例において、第１現像剤担持体、即ち、現像ロール８は、回転可能な非磁性の現像スリーブ８ａと、この現像スリーブ８ａの内部に固定配置された磁界発生手段としてのマグネットロール８ｂとを少なくとも有している。

現像スリーブ８ａである非磁性円筒体は、導電性の材料によって形成されるのが好ましく、このような材料としては、例えばステンレスやアルミニウム等の金属、導電性粒子の分散により導電性を付与した樹脂体等、従来より知られている種々の材料を用いることができる。又、現像スリーブ８ａは、現像剤の搬送性を高めるためにブラスト処理等により表面を粗面化するなどの加工を施してもよい。

磁界発生手段であるマグネットロール８ｂとしては、現像スリーブ８ａに対して相対的に不動となるように複数の磁極が現像スリーブ８ａ内部に固定される。マグネットロール８ｂは、常時磁界を発生する磁石等であっても良いし、一定の磁界、又は異なる極性の磁界を任意に発生させることができる電磁石等であってもよい。

次に、本実施例の特徴である現像装置１における非磁性トナーのみで行う第２現像工程について説明する。

以下、第２現像工程を非磁性トナーのみで現像を行うために、２成分現像剤から非磁性トナーのみを分離、搬送する方法について説明する。

第２現像ロール９は、上述のように、非磁性の円筒体、即ち、現像スリーブ９ａにて構成され、この現像スリーブ９ａは、非磁性でかつ導電性の材料によって形成されていることが好ましい。従って、現像スリーブ９ａもまた、第１の現像ロール８を形成する現像スリーブ８ａと同じ材料を使用して作製することができる。

第２の現像ロール９としての現像スリーブ９ａへは２成分現像剤中の非磁性トナーのみを分離搬送するために、トナー分離・搬送手段を有している。本実施例では、トナー分離・搬送手段として、第１の現像ロール８が作用する。

尚、本実施例では、図２に示すように、電界発生手段として直流電源３１、３２が設けられ、直流電源３１は第１現像スリーブ８ａに接続され、又、直流電源３２は第２現像スリーブ９ａに接続されて、それぞれ、第１現像スリーブ８ａ及び第２現像スリーブ９ａに直流現像バイアスが印加される。

つまり、本実施例では、第１現像ロール８から第２現像ロール９へのトナーの搬送は、第１現像ロール８と第２現像ロール９との間に電界を生じさせ、第１現像ロール８と第２の現像ロール９との間の電位差によって行う。即ち、本実施例では、現像スリーブ８ａと現像スリーブ９ａに印加する現像ＤＣバイアス値を変えてそれぞれ印加することによって、両スリーブ８ａ、９ａ間に電位差を生じさせた。

具体的には、本実施例においては、感光ドラム１０の暗部電位を−７００Ｖ、明部電位を−１００Ｖに設定し、現像スリーブ８ａに対しては、直流電源３１により直流バイアスとして−６５０Ｖ印加（Ｖｂａｃｋ電位５０Ｖ）した。

一方、現像スリーブ９ａには、現像スリーブ８ａとの電位差を２００Ｖ設けるために、直流電源３２により直流バイアスとして−４５０Ｖを印加した。

その結果、現像スリーブ８ａと現像スリーブ９ａ間の電位差により、現像スリーブ９ａへ非磁性トナーのみが現像（ジャンピング）され、現像スリーブ９ａ表面上には非磁性トナー層のみのコートが達成される。

その後、現像スリーブ９ａが回転することで、現像スリーブ９ａに担持された非磁性トナーが、現像スリーブ９ａと感光ドラム１０とが対向した第２現像部１３に至り、感光ドラム１０上の静電潜像に対し、非接触現像による２回目の現像工程を行う。

この第２現像工程（即ち、トナー再配置及び補正工程）では、ハイライト後端部等の第１現像工程で十分現像できなかった白抜け発生部などにトナーが飛翔し、白抜けレベルを改善し、更に第１現像工程で生じた磁性キャリアに基づく画像欠陥部を補正することによりに極めて画像品位の高い画像を得ることができる。

さらに、本実施例の特徴として、従来の非磁性１成分現像方式で必要不可欠であったトナー供給及び剥ぎ取り用の弾性ローラやトナーへの帯電付与の為の弾性ブレードを必要としないため、トナーに加わるストレスによるトナー劣化を著しく軽減できる。

また、２成分現像剤を用いたことで、安定した帯電特性を持ったトナーを第２現像工程に用いることができるために、十分広いカブリラチチュードを容易に達成することができた。

さらに、第１現像工程では、上述したとおりＶｂａｃｋ電位を通常設定される値（約１００〜２００Ｖ）より低い値に設定するため、第１現像部１２での現像コントラスト電位（現像ＤＣバイアス電位−明部電位）を高くでき、現像性を向上させつつ、第１現像工程でのキャリア付着ラチチュードを大幅に改善することができた。

また、本実施例においては、以下に説明するような、非磁性トナーと低磁化高抵抗キャリアを含む２成分現像剤を用いた。

非磁性トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等を適当量用いることにより構成される。このような非磁性トナーは、粉砕法や重合法などの常法により製造することができる。

尚、非磁性トナー（負帯電特性）は、摩擦帯電量が−１×１０^−２〜−５．０×１０^−２Ｃ／ｋｇ程度のものであることが好ましい。非磁性トナーの摩擦帯電量が上記範囲を外れると、現像効率が低下し、又、磁性キャリアに発生するカウンターチャージ量も大きくなり白抜けレベルが悪化することとなり、画像不良を生じることがある。非磁性トナーの摩擦帯電量は、用いられる材料の種類等により調整しても良いし、後述する外添剤の添加によって調整しても良い。

非磁性トナーの摩擦帯電量は、一般的なブローオフ法を用い、現像剤量を約０．５〜１．５ｇとして現像剤からトナーをエアー吸引することで吸引し、測定容器に誘起される電荷量を測定することにより測定することができる。

又、磁性キャリアとしては、従来公知のものを使用することができるが、例えば、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、又は、フェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったもの、又は、フェライト等のマグネタイト単体表面樹脂でコーティングし抵抗調整を行ったもの等が用いられ得る。これら磁性キャリアの製造法は特に制限されない。

尚、磁性キャリアは、０．１テスラの磁界において３．０×１０^４Ａ／ｍ〜２．０×１０^５Ａ／ｍの磁化を有することが好ましい。磁性キャリアの磁化量を小さくすると、磁気ブラシによるスキャベジングを抑制する効果があるが、磁界発生手段による非磁性円筒体への付着が困難となり、感光ドラムへの磁性キャリア付着等の画像不良や、先に述べたはき寄せ画像を生じることがある。又、磁性キャリアの磁化が上記範囲よりも大きいと、上述したように磁気ブラシの圧力により画像不良を生じることがある。

更に、磁性キャリアの体積抵抗率は、リークや現像性を考慮して１０^７〜１０^１４Ωｃｍのものを用いるのが好ましい。

キャリアの磁化は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置ＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、０．１Ｔの外部磁場を作り、その時の磁化の強さを求める。キャリアは円筒状のプラスチック容器に十分密になるようにパッキングした状態にする。この状態で磁化モーメントを測定し、試料を入れた時の実際の重量を測定し、磁化の強さを求める（Ａｍ^２／ｋｇ）。次いで、キャリア粒子の真比重を乾式自動密度形アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）により求め、磁化の強さ（Ａｍ^２／ｋｇ）に真比重を掛けることで、本実施例に用いられる単位体積当たりの磁化の強さ（Ａ／ｍ）を求めることができる。

このような構成とすることで、第１現像スリーブ８ａと第２現像スリーブ９ａを有する現像構成の利点である、現像効率の改善と、スキャベジングや白抜け現象を防止することができる。

尚、電界発生手段として、図４（ａ）に示すように、更に交流電源３３、３４を設け、現像スリーブ８ａ、９ａには、交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加することで現像効率を更にあげることができる。交流バイアスとして、ピーク間電圧Ｖｐｐが１．８５ｋＶ、周波数Ｆｒｑ．が１２ｋＨｚの現像バイアスとすることができる。

また、図４（ｂ）に示すように、第１現像スリーブ８ａには直流電源３１と交流電源３３から交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアスを印加し、第２現像スリーブ９ａには直流電源３２から直流電圧のみを印加することもでき、この場合にも上記実施例と同様の作用効果を達成し得ることは言うまでもない。

なお、現像特性を決定付けるプロセス条件として、現像スリーブ−ドラム間隔（ＳＤ）がある。本実施例では、第１及び第２現像ロール８、９と、感光ドラム１０との間のＳＤをそれぞれ３００μｍ、１５０μｍとして、好結果を得ることができた。

又、更に研究実験を行った結果、第２の現像ロール９として、現像スリーブ９ａの表面に弾性層部材、例えば、基層としてのシリコンゴムの上に表層としてのエーテルウレタンやナイロンなどを被覆した構成、或いは基層としてのスポンジなどの発泡体の上に表層としてゴム弾性層を設けた構成とし、感光ドラム１０を、例えば総圧１ＫＧにて押圧する、所謂、接触現像方式（即ち、ＳＤ＝０）を採用することも可能である。

以上説明したように、本実施例においては、２成分現像剤を用い、現像剤担持体を２個有し、現像部を２部設けたことにより、現像効率を向上させて白抜け防止対策を施し、高画質化を図ることができた。

第１現像工程では略現像スリーブ８ａの電位までトナー層電位を充電させ、第２現像工程においては第１現像工程で発生した第１現像スリーブ８ａ上の磁気ブラシによるガサツキ性やスキャベジング現象といった問題を修正しつつ、白抜け等の画像不良を防止することができる。

本実施例の現像装置は、現像装置内に磁性キャリアと非磁性トナーを混合した２成分現像剤を内包した現像装置であり、第１現像剤担持体上では磁気的に形成された磁気ブラシにより２成分現像剤を担持し、第２現像剤担持体上では非磁性トナーのみを担持し、それぞれの現像部において像但持体上に形成された同一静電像を現像する（即ち、１つの静電像に対し２回現像工程を行う）。

磁性キャリアは非磁性トナーに対し摩擦帯電する特性を備えており、この「摩擦帯電」は現像剤が現像容器内を循環する際に攪拌搬送されることで行われている。

このように、本実施例によれば、第１現像剤担持体は現像装置中に収容された２成分現像剤を担持して第１現像部へ搬送及び現像工程を行い、第２現像剤担持体は２成分現像剤中の非磁性トナーのみを担持して第２現像部へ搬送及び現像工程をおこなうために、第２現像工程では２成分現像剤中の磁性キャリアによる穂立ちがない。従って、第１現像剤担持体により形成された現像剤像を第２現像剤担持体による現像剤にて乱すことなく、さらに第１現像工程中で作られた微小なスキャベジングを除去することで高画質画像を得ることができる。

又、上記構成の現像装置が設けられる画像形成装置としては、上記構成の画像形成装置の形態に限られるものではなく、種々の形態の画像形成装置とすることができる。

実施例２
実施例１において、現像終了直後の第１現像スリーブ８ａ上にはカウンターチャージを持った磁性キャリアが多数存在している。このカウンターチャージとは静電潜像を現像するために使われたトナーにより磁性キャリアに生じる電荷のことであるが、現像終了後の磁性キャリアに多く存在する。

このように、現像終了後の磁性キャリアがカウンターチャージを持っているため、磁性キャリア−トナー間に生じるクーロン力が増加し、電位差が２００Ｖでは第２現像スリーブ９へのジャンピングコートが十分できないことがあった。特に、ベタ画像の様な画像比率の高い画像をとった場合に顕著に発生した。

そこで、第１及び第２現像スリーブ８ａ、９ａ間の距離を離す等の検討を行ったが、電界強度が弱くなることでジャンピング力が更に弱まる問題も発生した。

また、第１現像スリーブ８ａと第２現像スリーブ９ａ間には電位差を有しているために感光ドラム１０方向へのトナー飛翔効率が落ちてしまうといった問題が発生した。これは２成分現像剤中の磁性キャリアの抵抗値が大きい場合に顕著に現れた。

そこで、本実施例においは、図５に示すように、第２現像剤担持体９である現像スリーブ９ａへの非磁性トナーのみを分離、搬送する手段として、第３の現像剤担持体８８を設けた。第１及び第２現像剤担持体８、９の構成及び作用は、実施例１と同様であり、同じ参照番号を付し、実施例１の説明を援用し、再度の詳しい説明は省略する。

第３の現像剤担持体８８は、ロール状の非磁性回転体（現像ロール）とされ、本実施例では、現像ロール８８は、回転可能な非磁性円筒体、即ち、現像スリーブ８８ａと、この現像スリーブ８８ａ内部に固定配置された磁界発生手段としてのマグネットロール８８ｂとを有している。以下、図５を用いて更に説明する。

第３の現像ロール８８の現像スリーブ８８ａは、第１及び第２現像スリーブ８ａ、９ａに近接して配置されている。また、第３の現像スリーブ８８ａは、第１及び第２現像スリーブ８ａ、９ａと同じ方向、即ち、図５にて反時計方向に回転している。つまり、第３現像スリーブ８８ａは、第１及び第２現像スリーブ８ａ、９ａとの対向部において、逆方向に回転する。必要に応じて、これら現像スリーブの回転方向、更には、周速は、適宜変更することができる。

実施例１で説明した第１現像工程終了後の現像剤は、本実施例では、第１現像スリーブ８ａの回転方向で、第１現像部１２の下流にある磁極Ｎ３から第３の現像スリー８８内に非回転に設けられた磁界発生手段であるマグネットロール８８ａの磁極Ｓ３へと現像剤を受け渡した後、第３現像スリーブ８８ａ上の現像剤は、第３現像スリーブ８８ａの回転方向で、下流にある磁極Ｎ４→Ｓ４→Ｎ５→Ｓ５により現像容器２内部へと搬送され、磁極Ｓ３、Ｓ５の反発磁界により第３現像スリーブ８８ａから除去され、現像容器２内の下部分の攪拌室４に回収される。

そして、本実施例では、第２現像スリーブ９ａへと非磁性トナーのみを分離、搬送するために、第１及び第３現像スリーブ８ａ、８８ａには、電界発生手段としての直流電源３１から同じ電圧の直流バイアスを印加し、同電位とし、第２の現像スリーブ９ａに接続された直流電源３２より、第３現像スリーブ８８ａと第２現像スリーブ９ａ間に電位差が生じるように直流バイアスを印加した。

又、必要により、図６に示すように、更に交流電源３３を設け、第１及び第３現像スリーブ８ａ、88ａに交流バイアスを重畳した直流バイアスを印加することも可能である。又、図示しないが、必要により第２現像スリーブ８８ａへの入力電圧を第１現像スリーブ８ａへの直流電源とは別に設けることで更に細かい制御を行うことも可能である。

具体的には、図５にて、実施例１と同様に、感光ドラム１０の暗部電位を−７００Ｖ、明部電位を−１００Ｖに設定し、現像スリーブ８ａ及び現像スリーブ８８ａには直流バイアスとして−６５０Ｖ印加し、現像スリーブ９ａのみに現像スリーブ８８ａとの電位差を２００Ｖ設けるために、直流バイアスとして−４５０ｖを印加した。

その結果、現像スリーブ８８ａ、９ａ間の電位差により、現像スリーブ９ａへ非磁性トナーのみが現像（ジャンピング）され、現像スリーブ９ａの表面上には非磁性トナー層のみのコートが達成できる。

その後、現像スリーブ９ａが回転することで再度、現像スリーブ９ａと感光ドラム１０とが対向した第２現像部１３に至り、感光ドラム１０上の静電像に対し２回目の現像工程が実行される。

本実施例では、トナー分離、搬送手段として第３現像ロール８８を採用することで、第１現像スリーブ８ａと第３現像スリーブ８８ａに印加する電圧を同じにすることができ、そのために、第１現像工程の現像効率を損なうことがなく、また現像終了直後のカウンターチャージを有した第１現像スリーブ８ａ上の２成分現像剤ではなく、カウンターチャージを十分リークした第３現像スリーブ８８ａ上の現像剤からトナー分離を行うため、第２現像スリーブ９ａへトナー供給を安定して行うことができる。

このように、本実施例によれば、実施例１の場合と同様に、第１現像剤担持体は現像装置中に収容された２成分現像剤を担持して第１現像部へ搬送及び現像工程を行い、第２現像剤担持体は２成分現像剤中の非磁性トナーのみを担持して第２現像部へ搬送及び現像工程をおこなうために、第２現像工程では２成分現像剤中の磁性キャリアによる穂立ちがない。従って、第１現像剤担持体により形成された現像剤像を第２現像剤担持体による現像剤にて乱すことなく、さらに第１現像工程中で作られた微小なスキャベジングを除去することで高画質画像を得ることができる。

更に、本実施例では、第２現像剤担持体上へ非磁性トナーのみの搬送するために第３現像剤担持体を配設し、更に第１及び第２現像剤担持体に掛かるプロセス条件（現像バイアス、ＳＤ、担持体形状、周速等）をそれぞれ最適に設定することで、第１現像剤担持体による現像剤像を第２現像剤担持体上の現像剤にて乱さずに、スキャベジング防止を実施して高画質画像が得られる。

実施例３
実施例１、２においては、第１現像ロール８及び第２現像ロール９の周速度は略同じであるとしたが、本実施例では、第１現像ロール８及び第２現像ロール９の周速度となるものとすることができる。

つまり、感光ドラム１０の周速度に対する第１現像ロール８と第２現像ロール９の周速比が第１現像ロール８と第２現像ロール９で異なるものとし、本実施例では、第１現像ロールの周速比が、第２現像ロールの周速比に比べ大きくした。

具体的には、第２現像工程における第２現像ロール９と感光ドラム１０との間のＳＤをゼロ（接触現像方式）とした。即ち、実施例１で説明したように、第２現像ロール９は、現像スリーブ９ａの表面に弾性層を設けた構成とし、感光ドラム１０に押圧する構成とした。

また、本実施例では、上記構成とすることにより、第２現像ロール９の感光ドラム周速に対する速度比（周速比）を１（即ち、感光ドラム周速と同速）とした。その結果、従来接触現像方式を採用した場合に発生した現像ロールへのトナー回収率を低下でき、現像効率を向上させ、さらなる高画質化を達成することができた。

実施例４
実施例１、２、３では、第２現像工程を非磁性トナーのみで行うために、現像剤搬送中にトナーを分離・搬送する工程を設けた。その結果、第２現像工程では磁性キャリアによるノイズ成分を除去することで高画質化を達成することができた。

本実施例においては、第２の現像剤担持体に２成分現像剤を担持した状態のままで磁性キャリアによるノイズ発生を防止するために、第２の現像剤担持体に担持された磁性キャリア穂が、感光ドラムに接触しないように構成するものである。

そこで、本実施例では、図７に示すように、第２現像工程を２成分現像剤のまま非接触現像方式とした。

第１現像工程は、先の実施例と同様の構成にて実施され、第１の現像剤担持体である第１現像ロール８は、非磁性円筒状回転体、即ち、現像スリーブ８ａと、現像スリーブ８ａ内に非回転に設けられた固定の磁界発生手段であるマグネットロール８ｂとにて形成される。

本実施例では、第２の現像剤担持体である第２現像ロール９も又、第１現像ロール８と同様に、非磁性円筒状回転体、即ち、現像スリーブ９ａと、現像スリーブ９ａ内に非回転に設けられた固定の磁界発生手段であるマグネットロール９ｂとにて形成される。

第１及び第２現像スリーブ８ａ及び９ａの回転方向は、互いに対向した領域で逆方向となるように、同方向（図７にて反時計方向）とされている。必要に応じて、これら現像スリーブの回転方向、更には、周速は、適宜変更することができる。

第１現像工程終了後の現像剤は、本実施例では、第１現像スリーブ８ａの回転方向で、第１現像部１２の下流にある磁極Ｎ３から第２の現像スリー９内に非回転に設けられた磁界発生手段であるマグネットロール９ａの磁極Ｓ３へと現像剤を受け渡した後、第２現像スリーブ９ａ上の現像剤は、第２現像スリーブ９ａの回転方向で、下流にある磁極Ｎ４→Ｓ４→Ｎ５→Ｓ５により現像容器２内部へと搬送され、磁極Ｓ３、Ｓ５の反発磁界により第２現像スリーブ９ａから除去され、現像容器２内の下部分の攪拌室４に回収される。

本実施例によると、上記構成にて、第２現像スリーブ９ａに担持された２成分現像剤の磁性キャリアにより形成された穂が、感光ドラム１０の表面に接触しないように、現像スリーブ９ａと感光ドラム１０間の最近接距離を設定する。

具体的には、磁性キャリア穂の高さは１．２ｍｍ程度であった場合には、第１現像スリーブ８ａと感光ドラム１０間距離が０．８ｍｍ（即ち、磁性キャリア穂が接触する）であるのに対し、第２現像スリーブ９ａと感光ドラム１０間の距離を１．５ｍｍ程度に設定する。

これにより、第２現像工程が非接触現像であるため磁性キャリアによるノイズ成分がないことは勿論のこと、第１現像工程において付着した磁性キャリアを第２現像スリーブ９ａによって回収することも可能となり、更なる高画質化が達成できた。

この際、非接触現像で問題となる現像性を改善するために、図７に示すように、第２現像スリーブ９ａには交流電源３４及び直流電源３２を接続して交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加することで現像効率を更にあげることが望ましい。また、このとき、第２現像スリーブ９ａに印加する交流電圧のピーク間電圧や周波数は、例えば、実施例１で示した値を用いれば良い。

また、本実施例では、図示するように、第１現像スリーブ８ａには、交流電源３３及び直流電源３１を接続して交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加する構成とされているが、このとき、第２現像スリーブ９ａに印加するピーク間電圧を、第１現像スリーブ８ａに印加するピーク間電圧よりも大きくすることが望ましい。

なお、本実施例では、図７に示すように、第１及び第２現像スリーブ８ａ、９ａには、電界発生手段として、それぞれ、直流電源３１、３２と交流電源３３、３４が接続され、交流電圧に直流電圧が重畳された振動バイアスが印加されるものとして説明したが、先の実施例で説明したように、例えば、少なくとも一方の交流電源を省略することもできる。つまり、ここで示した電界発生手段の構成及び電圧条件は一例であって、装置に適応させて適宜変更すべきものである。

本発明に係る画像形成装置の一実施例例を示す概略構成図である。 本発明に従って構成される現像装置の一実施例を示す断面図である。 現像装置における現像剤の循環を説明する断面図である。 本発明に従って構成される現像装置の他の実施例を示す断面図である。 本発明に従って構成される現像装置の他の実施例を示す断面図である。 本発明に従って構成される現像装置の他の実施例を示す断面図である。 本発明に従って構成される現像装置の他の実施例を示す断面図である。 従来の現像装置を示す断面図である。 白抜けの発生原理を説明するための説明図である。 従来の現像装置を示す断面図である。 従来の現像装置を示す断面図である。 従来の現像装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像容器
５、６ 搬送スクリュー（現像剤撹拌・搬送手段）
８ 第１現像ロール（第１の現像剤担持体）
８ａ 第１現像スリーブ（非磁性回転体）
８ｂ マグネットロール（磁界発生手段）
９ 第２現像ロール（第２の現像剤担持体）
９ａ 第２現像スリーブ（非磁性回転体）
９ｂ マグネットロール（磁界発生手段）
８８ 第３現像ロール（トナー分離・搬送手段、第３の現像剤担持体）
８８ａ 第３の現像スリーブ（非磁性回転体）
８８ｂ マグネットロール（磁界発生手段）
１０ 感光ドラム（像担持体）
１２ 第１現像部（像担持体との最近接部）
１３ 第２現像部（像担持体との最近接部）
３１〜３４ 現像バイアス電源（電界発生手段）

Claims (15)

1. 静電像が形成される像担持体と、
   磁性キャリアと非磁性トナーを混合した２成分現像剤を収容した現像容器と、該現像容器の開口部に前記像担持体に対向して配置され、前記像担持体上の共通の静電像を現像するために現像剤を担持して搬送する第１及び第２の現像剤担持体と、を備えた現像装置と、
   を有する画像形成装置において、
   前記第１の現像剤担持体においては、前記磁性キャリアが前記像担持体に接触する方式による現像が行なわれ、
   前記第２の現像剤担持体においては、前記磁性キャリアが前記像担持体に接触しない方式による現像が行なわれることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１及び第２の現像剤担持体は、それぞれ、前記像担持体上の静電像を現像する第１及び第２現像部において、前記像担持体と同方向に移動することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記現像装置は、前記２成分現像剤中の非磁性トナーを分離し、前記第２の現像剤担持体に搬送するためのトナー分離・搬送手段を有することを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
4. 前記トナー分離・搬送手段は、前記第１の現像剤担持体であることを特徴とする請求項３の画像形成装置。
5. 前記第１の現像剤担持体と前記第２の現像剤担持体との間に電界を生じさせるための電界発生手段を有し、前記第１の現像剤担持体から前記第２の現像剤担持体へのトナーの分離、搬送は、前記第１の現像剤担持体と前記第２の現像剤担持体との間の電位差によって行うことを特徴とする請求項４の画像形成装置。
6. 前記トナー分離・搬送手段は、前記第１及び第２の現像剤担持体に近接配置された第３の現像剤担持体であることを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
7. 前記第１の現像剤担持体と前記第３の現像剤担持体との間に電界を生じさせるための第１の電界発生手段と、前記第２の現像剤担持体と前記第３の現像剤担持体との間に電界を生じさせるための第２の電界発生手段と、を有し、
   前記第１の現像剤担持体から前記第３の現像剤担持体へのトナーの分離、搬送は、前記第１の現像剤担持体と前記第３の現像剤担持体との間の電位差によって行い、
   前記第３の現像剤担持体から前記第２の現像剤担持体へのトナーの搬送は、前記第２現像剤担持体と前記第３の現像剤担持体との間の電位差によって行うことを特徴とする請求項６の画像形成装置。
8. 前記第１の現像剤担持体と前記第２の現像剤担持体に印加される電圧波形は、前記第１の現像剤担持体と前記第２の現像剤担持体では形状が異なることを特徴とする請求項５の現像装置。
9. 前記像担持体の周速度に対する前記第１の現像剤担持体と前記第２の現像剤担持体の周速比が前記第１の現像剤担持体と前記第２の現像剤担持体で異なることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の画像形成装置。
10. 前記第１の現像剤担持体の周速比が、前記第２の現像剤担持体の周速比に比べ大きいことを特徴とする請求項９の画像形成装置。
11. 前記第１の現像剤担持体は、非磁性の回転体と、前記回転体内部に固定された磁界発生手段とにて形成され、前記第２の現像剤担持体は、非磁性の回転体にて形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの項に記載の画像形成装置。
12. 前記第３の現像剤担持体は、非磁性の回転体と、前記回転体内部に固定された磁界発生手段とにて形成されることを特徴とする請求項６又は７の画像形成装置。
13. 前記第１の現像剤担持体は、前記像担持体に対して２成分磁気ブラシ接触現像を行い、前記第２の現像剤担持体は、前記像担持体に対して１成分非接触現像を行うことを特徴とする請求項１１又は１２の画像形成装置。
14. 前記第１の現像剤担持体は、前記像担持体に対して２成分磁気ブラシ接触現像を行い、前記第２の現像剤担持体は、前記像担持体に対して１成分接触現像を行うことを特徴とする請求項１又は１２の画像形成装置。
15. 前記第２の現像剤担持体には、前記非磁性トナーのみが担持されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかの項に記載の画像形成装置。

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