JP2008152237A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、二成分現像剤を用いた現像装置において、残像（メモリー）を防止し、かつ、安定してキャリアの劣化を抑制し、高画質な画像形成を長期にわたって実現することのできる現像装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】現像剤担持体およびトナー担持体のそれぞれに、個別に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、現像剤担持体とトナー担持体との間に交流電界からなるトナー分離電界を形成し、トナー担持体と像担持体との間に交流電界からなる現像電界を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、像担持体上の潜像を現像する現像装置及び画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体上に形成された静電潜像の現像方式としては現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像方式およびトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式では一般的にトナーを、トナー担持体とトナー担持体に押圧された規制板とによって形成される規制部を通過させることでトナーを帯電し、所望のトナー薄層を形成し静電潜像を現像する。このため、トナー担持体と像担持体とは近接した状態で現像するため、ドットの再現性に優れ、また、均一なトナー薄層を形成することで、二成分現像方式に見られる磁気ブラシによる画像のムラが発生せず均一な画像が得られやすい。また、装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利と考えられている。しかし一方で、規制部における強いストレスにより、トナー表面が変質して電荷受容性が低下し、トナー規制部材やトナー担持体表面がトナーや外添剤の付着により汚染され、トナーへの電荷付与性が低下して、帯電不良トナーによるかぶりや機内の汚れ等の問題を引き起こす。その結果、現像装置の寿命が短くなるという問題がある。

一方、二成分現像方式ではトナーをキャリアとの混合による摩擦帯電で帯電するため、ストレスが小さく、トナーの劣化に対して有利である。さらにトナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積が大きいため、トナーや外添剤による汚染に対しても相対的に強く、長寿命化に関しては有利である。

しかしながら、二成分現像剤を用いた場合においても、トナーや外添剤によってキャリア表面の汚染が生じることには変わりなく、長期に渡る使用によりトナー帯電量の低下を引き起こし、かぶりやトナー飛散などの問題が生じ、その寿命は決して十分とは言えず、より長寿命化が望まれる。

二成分現像剤を長寿命化する方法として、特許文献１には、トナーと共に、もしくは単独でキャリアを少量ずつ補給し、それに応じて、荷電性の低下した劣化現像剤を排出することで、キャリアの入れ替えを行い、劣化キャリア比率の増大を抑える現像装置が開示されている。この装置ではキャリアを入れ替えているため、キャリア劣化によるトナーの帯電量低下を一定のレベルで抑えることが可能となり、長寿命化に有利である。

また、特許文献２には、キャリアおよびトナー帯電極性と逆極性の帯電性を有する粒子を外添したトナーからなる二成分現像剤およびこれを用いた現像方法が開示されている。この現像方法では逆極性帯電粒子は研磨剤およびスペーサ粒子としての作用を狙い添加されており、キャリア表面のスペント物を取り除く効果により劣化抑制に効果があることが示されている。さらに、像担持体のクリーニング部においてはクリーニング性の向上や像担持体研磨に効果があるとしている。

また、特許文献３には、二成分現像剤のうちのトナーのみを像担持体に対向したトナー担持体上に担持させ、像担持体上の潜像の現像を行う所謂ハイブリッド現像方式が開示されている。ハイブリッド現像方式は、磁気ブラシによる画像のムラが発生せずドット再現性や画像の均一性に優れ、像担持体と磁気ブラシが直接接触しないため像担持体へのキャリアの移行（キャリア消費）が起こらないなど、通常の二成分現像方式にはない特徴がある。ハイブリッド現像方式では、トナーの帯電はキャリアとの摩擦帯電によって行われるため、キャリアの電荷付与性能の維持はトナーの荷電性を安定させ、長期にわたり画像品質を保つ上で重要である。

しかし、ハイブリッド現像方式の一般的な課題として、現像性の高いトナーが静電潜像担持体に現像されやすく、連続印刷を行った場合、帯電性の高いトナーがトナー担持体上に蓄積する選択現象が生じ、画像濃度の低下が生じる傾向があった。そのためトナー担持体上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、そのトナー担持体上の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（メモリー）として現れる履歴現象が発生する不具合があった。この課題に対する対策として、例えば特許文献４には像間等の非画像形成期間に一旦トナー担持体上のトナーを二成分現像剤で回収して残像を防止するようにした現像装置が提案されている。
特開昭５９−１００４７１号公報 特開２００３−２１５８５５号公報 特開平９−１８５２４７号公報 特開２００２−１０８１０４号公報

しかしながら、特許文献１では、排出されたキャリアを回収する機構が必要であることや、キャリアが消耗品となることからコスト、環境面などの問題がある。また、キャリアの新旧比率が安定するまでに所定量の印刷を繰り返す必要があり、必ずしも初期の特性を維持することが可能とはなっていない。また、特許文献２では、画像面積率によってトナーと逆極性帯電粒子の消費量が異なり、特に画像面積率が小さい場合において、面積の大きい非画像部に付着する逆極性帯電粒子の消費が過剰となり、現像装置内におけるキャリア劣化抑制効果が低下する問題がある。また、特許文献３のハイブリッド現像方式では、耐刷枚数とともにキャリア表面がトナーや後処理剤等によって汚染され、キャリアの電荷付与性能が低下していく問題がある。特許文献４の方式では、高速化した場合に像間の回収が困難となり、そのために像間（紙間）を大きくする等の制御も必要で、生産性が低下するという問題がある。

本発明は、二成分現像剤を用いた現像装置において、残像（メモリー）を防止し、かつ、安定してキャリアの劣化を抑制し、高画質な画像形成を長期にわたって実現することのできる現像装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．
トナーと、該トナーを帯電するためのキャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤を収容する現像剤槽と、
前記現像剤槽から供給された現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と対向して配置され、前記現像剤担持体上の現像剤から供給されたトナーをその表面に担持して搬送し像担持体上の静電潜像を現像するトナー担持体と、を備えた現像装置であって、
前記現像剤担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する第１電圧印加手段と、
前記トナー担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する第２電圧印加手段とを備えたことを特徴とする現像装置。

２．
前記トナーは前記キャリアによって負極性に帯電するものであり、前記第２電圧印加手段によって前記トナー担持体に印加される電圧の平均値は、前記第１電圧印加手段によって前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも高いことを特徴とする１に記載の現像装置。

３．
前記トナーは前記キャリアによって正極性に帯電するものであり、前記第２電圧印加手段によって前記トナー担持体に印加される電圧の平均値は、前記第１電圧印加手段によって前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも低いことを特徴とする１に記載の現像装置。

４．
前記第１及び第２電圧印加手段によって前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間に形成される電界の最大値と最小値の差は、前記現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接部において、７×１０⁶Ｖ／ｍ以上１０×１０⁶Ｖ／ｍ以下であることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の現像装置。

５．
前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される電界の最大値と最小値との差は、前記トナー担持体と前記像担持体の最近接部において、６×１０⁶Ｖ／ｍ以上９×１０⁶Ｖ／ｍ以下であることを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の現像装置。

６．
前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される電界は、周波数が４ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下の交流電界であることを特徴とする１乃至５の何れか１項に記載の現像装置。

７．
前記逆極性粒子を外添したトナーを補給する手段を有することを特徴とする１乃至６の何れか１項に記載の現像装置。

８．
像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該像担持体上の静電潜像を現像するための１乃至７のいずれか１項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、現像剤担持体とトナー担持体およびトナー担持体と像担持体との間に形成する振動電界をそれぞれ独立にかつ適切な値に設定することができる。その結果、現像剤担持体とトナー担持体との間で生じる残像（メモリー）やトナー担持体と像担持体との間で生じる像担持体への逆極性粒子の排出を抑制することができる。もって、安定してキャリアの劣化を抑制し、高画質な画像形成を長期にわたって実現することのできる現像装置および画像形成装置を提供することができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部を示す。この画像形成装置は、電子写真方式により像担持体（感光体）１に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体Ｐに転写して画像形成を行うプリンタである。この画像形成装置は画像を担持するための像担持体１を有しており、像担持体１の周辺には、像担持体１を帯電するための帯電手段としての帯電部材３、像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置２ａ、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ４、及び像担持体１上の残留トナー除去用のクリーニングブレード５が、像担持体１の回転方向Ａに沿って順に配置されている。

像担持体１は、帯電部材３で帯電された後に、図中のＥ点の位置でレーザ発光器などを備えた露光装置３０により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置２ａは、この静電潜像をトナー像に現像する。転写ローラ４は、この像担持体１上のトナー像を転写媒体Ｐに転写した後、図中の矢印Ｃ方向に排出する。クリーニングブレード５は、転写後の像担持体１上の残留トナーを、その機械的な力で除去する。画像形成装置に用いられる像担持体１、帯電部材３、露光装置３０、転写ローラ４、クリーニングブレード５等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してよい。例えば、帯電手段として図中、帯電ローラが示されているが、像担持体１と非接触の帯電装置であってもよい。また例えば、クリーニングブレードはなくてもよい。

本実施形態において現像装置２ａは、現像剤２４を収容する現像剤槽１６、該現像剤槽から供給された現像剤２４を表面に担持して搬送する現像剤担持体１１、および該現像剤担持体上の現像剤からトナーを分離して担持するトナー担持体２５を備え、現像剤として逆極性粒子を含む現像剤を用い、現像剤担持体１１およびトナー担持体２５のそれぞれに、個別に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する電圧印加手段を設けたことを特徴とする。

現像剤担持体１１は直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を出力する電源５１に接続され、トナー担持体２５も直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を出力する電源５２に接続されている。これらの電源は個別に設置されており、現像剤担持体１１とトナー担持体２５との間に交流電界からなるトナー分離電界を形成し、トナー担持体２５と像担持体１との間に交流電界からなる現像電界を形成する。電源５１及び電源５２は、それぞれ現像剤担持体１１及びトナー担持体２５に対する電圧印加部として機能する。なお、像担持体１は接地されている。

現像剤担持体１１とトナー担持体２５には電源５１、５２により、所定のトナー分離電界が形成され、これによって、現像剤中のトナーが電気的に分離されトナー担持体２５表面に担持される。トナー担持体２５に担持されたトナーは、当該トナー担持体２５の回転により、現像領域６に搬送され、像担持体１上の静電潜像を現像する。

現像剤担持体１１上の現像剤からトナーを分離する際に逆極性粒子は、その帯電極性から、現像剤担持体１１とトナー担持体２５との間に形成される電界により、その多くが現像剤担持体１１上の現像剤中に残留し現像剤槽１６に回収されるようになっている。これによって、逆極性粒子の消費を抑制でき、しかも、当該逆極性粒子がキャリアの荷電性を有効に補うことができ、結果として長期にわたってキャリアの劣化を抑制できる。

トナー担持体２５および現像剤担持体１１に形成される交流成分を含んだ電圧はトナーの帯電極性によって異なり、負に帯電されるトナーを用いる場合は、現像剤担持体１１に印加される電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧がトナー担持体２５に印加される。一方、正に帯電されるトナーを用いる場合は、現像剤担持体２５に印加される電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧がトナー担持体２５に印加される。正または負のいずれの極性に帯電されるトナーを用いる場合であっても、トナー担持体２５に印加される平均電圧と現像剤担持体１１に印加される平均電圧との差は２０〜５００Ｖ、特に５０〜３００Ｖであることが好ましい。現像剤担持体１１とトナー担持体２５との電位差が２０Ｖ未満になると、トナー担持体２５上のトナー量が少なくなり、十分な画像濃度が得られない。一方、現像剤担持体１１とトナー担持体２５との電位差が５００Ｖを越えると、トナー供給過多となり、無駄なトナー消費が増加する。

現像装置２ａにおいては、トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間（供給Ｎｉｐ）に交流電界が形成されている。交流電界が形成されることで、トナーが供給Ｎｉｐ間で往復振動するため、トナーに静電的に付着している逆極性粒子を有効に分離することができる。また、供給Ｎｉｐに交流電界が形成されることで、トナー担持体２５が現像領域６で現像した後に形成されるトナー担持体２５上の現像パターンが、供給Ｎｉｐで乱され、現像剤担持体１１上の磁気ブラシによって回収されやすくなる。その結果、ハイブリッド現像方式の課題として挙げられているトナー担持体２５上のトナーの消費領域と非消費領域とが生じることによる、前の現像画像の一部が次の現像時に残像として現れるメモリーを解消することができる。この残像を解消する効果は、トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間に形成される交流電界の振幅を大きくすることでより促進することができる。

特に、現像剤担持体１１とトナー担持体２５に印加する電圧としてそれぞれ独立した電源からの交流電圧を印加することで、供給Ｎｉｐに形成する電界を現像Ｎｉｐ（現像領域６）に形成したい電界に縛られることなく設定でき、大きな振幅の電界を供給Ｎｉｐに形成することができる。この際供給Ｎｉｐに形成する振動電界として両者の最近接部での振動電界の最大値と最小値との差（供給Ｅｐｐ）が７．０×１０⁶Ｖ／ｍ以上１０．０×１０⁶Ｖ／ｍ以下の電界を形成することで、メモリー（残像）の発生をほぼ完全に回避することが可能となり好ましい。１０．０×１０⁶Ｖ／ｍを越える電界を形成するのは、供給Ｎｉｐ間で部分的なリークが発生しやすくなり、好ましくない。

また、像担持体１とトナー担持体２５との間（現像Ｎｉｐ）にも交流電界を形成する。直流電界だけではトナー担持体上のトナーが十分にトナー担持体から離脱することができず、十分な画像濃度が得られない。その際、現像Ｎｉｐに形成する電界として両者の最近接部での振動電界の最大値と最小値との差（現像Ｅｐｐ）が６．０×１０⁶Ｖ／ｍ以上９×１０⁶Ｖ／ｍ以下であるような振動電界を形成することにより、画像濃度を確保しつつ、かつ逆極性粒子の像担持体への排出を抑えることができ、トナー消費の少ない画像が連続して印字され続けたとしてもキャリアの電荷付与性能の低下を有効に補うことができる。

また、現像Ｎｉｐに形成する電界としては、周波数が４ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下である振動電界を形成することが好ましい。そのような電界を形成することにより、画像濃度を確保しつつ、かつ逆極性粒子の像担持体への排出を抑えることができ、トナー消費の少ない画像が連続して印字され続けたとしてもキャリアの電荷付与性能の低下を有効に補うことができる。

トナー担持体２５は上記電圧を印加可能な限りいかなる材料からなっていてよく、例えば、表面処理を施したアルミローラが挙げられる。そのほかアルミ等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートやシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いてもよい。コーティング材料としては、これに限定されるものではない。さらに上記コーティングのバルクもしくは表面に導電剤が添加されていてもよい。導電剤としては、電子導電剤もしくはイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤として、ケッチンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉、金属酸化物の微粒子等が挙げられるが、これに制約されない。イオン導電剤として、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物や、両性化合物、その他イオン性高分子材料が挙げられるが、これにこだわらない。さらに、アルミ等の金属材料からなる導電性ローラであっても構わない。

図１に示す現像装置２ａにおいて詳しくは、現像剤槽１６内の現像剤２４は、バケットローラ１７の回転により混合撹拌され、摩擦帯電した後、バケットローラ１７によって汲み上げられて現像剤担持体１１表面のスリーブローラ１２へと供給される。この現像剤２４は、現像剤担持体（現像ローラ）１１内部の磁石ローラ１３の磁力によってスリーブローラ１２の表面側に保持され、スリーブローラ１２と共に回転移動して、現像ローラ１１に対向して設けられた規制部材１５で通過量を規制される。その後、トナー担持体２５との対向部において、前記のように、現像剤に含まれるトナーのみがトナー担持体２５に分離・担持される。分離されたトナーは像担持体１と対向する現像領域６へと搬送される。現像領域６では、像担持体１上の静電潜像と現像バイアスの印加されたトナー担持体２５との間に形成された電界がトナーに与える力により、トナー担持体２５上のトナーが像担持体１上の静電潜像側へと移動して、静電潜像が顕像へと現像される。現像方式は反転現像方式であってもよいし、または正規現像方式であってもよい。現像領域６を通過したトナー担持体２５上のトナー層は、トナー担持体２５と現像剤担持体１１との対向部における磁気ブラシによるトナー供給・回収を経て、現像領域６に搬送される。一方、トナーが分離されて現像剤担持体１１上に残った現像剤は、そのまま現像剤槽１６に向けて搬送され、バケットローラ１７に対向して設けられた磁石ローラ同極部Ｎ３，Ｎ２の反発磁界によって現像剤担持体１１上から剥離され、現像剤槽１６内へと回収される。補給部７に設けられた不図示の補給制御部は、図１においてと同様に、現像剤２４中のトナー濃度が画像濃度確保のための最低トナー濃度以下になったことを検出すると、トナー補給ローラ１９の駆動手段に駆動開始信号を送り、補給トナー２３が現像剤槽１６内へ供給される。

現像剤担持体１１は、固定配置された磁石ローラ１３と、これを内包する回転自在なスリーブローラ１２とから構成される。磁石ローラ１３は、スリーブローラ１２の回転方向Ｂに沿ってＮ１，Ｓ１，Ｎ３，Ｎ２，Ｓ２の５つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、像担持体１と対向する現像領域６の位置に配されており、また、スリーブローラ１２上の現像剤２４を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ３，Ｎ２は、現像剤槽１６内部に対向した位置に配置されている。

現像剤槽１６は、ケーシング１８より形成されており、通常は、内部に現像剤担持体１１への現像剤供給用のバケットローラ１７を収納している。ケーシング１８のバケットローラ１７に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２０が配設されている。

現像装置２ａは通常、現像領域６で消費される分のトナーを現像材槽１６内に補給するための補給部７、および現像剤担持体１１上の現像剤量を規制するための現像剤薄層化用の規制部材（規制ブレード）１５を有している。補給部７は、補給トナー２３を収納したホッパ２１と、現像剤槽１６内へのトナー補給用の補給ローラ１９とから構成される。

補給トナー２３としては逆極性粒子を外添処理されたトナーを用いることが望ましい。逆極性粒子を外添されたトナーを用いることで、耐久によって徐々に劣化するキャリアの荷電性低下を有効に補助することが可能となる。補給トナー２３における逆極性粒子の外添量はトナーに対して０．１〜１０．０質量％、特に０．５〜５．０質量％が好ましい。

好適に使用される逆極性粒子はトナーの帯電極性によって適宜選択される。

トナーとして負帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、正帯電性を有する微粒子が好適に用いられる。例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができる。また、樹脂中に正帯電性を付与する正荷電制御剤を含有させたり、含窒素モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。また、負帯電性を有する微粒子の表面に正帯電性を付与するような表面処理を施すことで正帯電性の微粒子となるようにしたものでも良い。

一方、正帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、負帯電性を有する微粒子が好適に用いられる。例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子に加え、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することがでる。また樹脂中に負帯電性を付与する負荷電制御剤を含有させたり、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。また、正帯電性を有する微粒子の表面に負帯電性を付与するような表面処理を施すことで負帯電性の微粒子となるようにしたものでも良い。

また、逆極性粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコンオイル等で表面処理するようにしてもよく、特に、無機微粒子に正帯電性を付与する場合には、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましく、また負帯電性を付与する場合には、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。

逆極性粒子の個数平均粒径は、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。

トナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や必要に応じて、荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、３〜１５μｍ程度が好ましい。

このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。

トナーに使用するバインダー樹脂としては、これに限定されるものではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）やポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂単体もしくは複合体により、軟化温度が８０〜１６０℃の範囲のものを、またガラス転移点が５０〜７５℃の範囲のものを用いることが好ましい。

また、着色剤としては、一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂１００質量部に対して２〜２０質量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の荷電制御剤としても、公知のものを用いることができ、正帯電性トナー用の荷電制御剤としては、例えばニグロシン系染料、四級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂などがある。負帯電性トナー用荷電制御剤としては、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物などがある。荷電制御剤は一般に上記のバインダー樹脂１００質量部に対して０．１〜１０質量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の離型剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス等を単独あるいは２種類以上組み合わせて使用することができ、一般に上記のバインダー樹脂１００質量部に対して０．１〜１０質量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の外添剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができ、流動性改善例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子を使用することができ、特にシランカップリング剤やチタンカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化したものを用いるのが好ましい。そして、このような流動化剤を上記のトナー１００質量部に対して０．１〜５質量部の割合で添加させて用いるようにする。外添剤の個数平均一次粒径は１０〜１００ｎｍであることが好ましい。

キャリアとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどが使用できる。キャリア粒径としてはこれに限定されるものではないが、１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けることもできる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御することができる。

バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。

バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。その形状は粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。また、化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０質量％の量で添加することが適当である。

バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられ、これらの樹脂を表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、帯電付与能力を向上させることができる。

バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与え、微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むようにして固定することにより行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部を磁性樹脂キャリア表面から突き出すようにして固定される。帯電性微粒子としては、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的には、有機系としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子を用いることができ、帯電レベルおよび極性については、素材、重合触媒、表面処理等により、希望するレベルの帯電および極性を得ることができる。また、無機系としては、シリカ、二酸化チタン等の負帯電性の無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正帯電性の無機微粒子などが用いられる。

一方、コート型キャリアは磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリア同様、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたりできる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子により制御することができ、バインダー型キャリアと同様の材料を用いることができる。特にコート樹脂はバインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

逆極性粒子、トナーおよびキャリアの組み合わせによるトナーおよび逆極性粒子の帯電極性は、それぞれを混合撹拌し現像剤とした後、図２に示すような装置を用いて現像剤からトナーまたは逆極性粒子を分離するときの電界の方向から容易に知見できる。図２は、トナーなどの帯電粒子の帯電量を測定する装置の概略図である。

すなわち図２に示す装置において、トナー及びキャリア、逆極性粒子からなる現像剤を導電性スリーブ３１の表面全体に均一になる様に載せると共に、この導電性スリーブ３１内に設けられたマグネットロール３２の回転数を１０００ｒｐｍにセットし、バイアス電源３３よりバイアス電圧をトナーの帯電電位と同じ極性に２ｋＶ印加し、１５秒間上記導電性スリーブ３１を回転させ、この導電性スリーブ３１を停止させた時点での円筒電極３４における電位Ｖｍを読み取ると共に、円筒電極３４に付着したトナーの質量を精密天秤で計量して、トナーの帯電量を求めることができる。

またトナー及びキャリア以外の添加する粒子の極性は、バイアス電源３３より印加するバイアス電圧の極性により判別することができる。つまりバイアス電源３３より印加するバイアス電圧をトナーの帯電電位と逆の極性に印加したときに、円筒電極３４に付着する粒子はトナーの帯電極性と逆帯電、すなわち逆極性粒子である。

トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０質量％、トナーとキャリアの粒径差に起因する表面積の比にも依存するが、好ましくは５〜２０質量％が適している。

現像剤に含まれる逆極性粒子の量は、本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば、キャリア１００質量部に対して０．０１〜５．００質量部、特に０．０１〜２．００質量部が好ましい。

現像剤は、例えば、予めトナーに逆極性粒子を外添処理した後で、キャリアと混合することによって調製することができる。

以下、本実施形態における現像装置及び画像形成装置を用いた実施例について説明する。

現像剤としては次の条件のものを使用した。キャリアとしてフェライトコアに樹脂コートした体積平均粒径３３μｍのコート型キャリアを用いた。トナーとしては次の製法で製造したトナーを用いた。すなわち、湿式造粒法により作製された体積平均粒径約６．５μｍのブラックのトナー母材１００質量部に対し、外添剤ａとして疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）により表面処理を施した個数平均一次粒径２０ｎｍの疎水性シリカ０．６質量部と、外添剤ｂとして個数平均一次粒径３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理をした疎水性酸化チタン０．５質量部をヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて４０ｍ／ｓの速度で２分間外添処理した。さらにこの外添処理を施したトナーに対し、逆極性粒子として個数平均粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムを、トナー母剤１００質量部に対して２質量部の割合でさらにヘンシェルミキサを用いて４０ｍ／ｓの速度で２０分間外添処理をしてトナーを得た。なお、現像剤中のトナー比率は８質量％とした。ただし、トナー比率は現像剤全量に対するトナー、後処理剤および逆極性粒子の合計量の割合である。

トナー担持体としては表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用いた。また、像担持体上に形成された静電潜像の背景部電位は−５５０Ｖ、画像部電位は−６０Ｖであった。
（実施例１〜１９）
実施例１〜１９においては、トナー担持体に、ＤＣ成分−３２０Ｖ、交流成分として振幅がＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋでの電圧Ｖｐ−ｐが１．３ｋＶ、周波数４０００Ｈｚ、Ｄｕｔｙ比５０％、の矩形波の電圧を印加した。トナー担持体と像担持体の対向部の最近接部での距離（Ｄｓとする）は１５０μｍである。これに対し現像剤担持体にはＤＣ成分−３８０Ｖ、交流成分としてＤｕｔｙ比５０％、周波数２０００Ｈｚで、振幅のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋが表１に示すＶｐｐとなる矩形波の電圧を印加した。この時の供給Ｎｉｐに係る振動電圧（トナー担持体の電位−現像剤担持体の電位）のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋは表１の供給Ｖｐｐとなる。なお、現像剤担持体とトナー担持体の対向部の最近接部での距離（Ｄｓｓとする）は３００μｍであり、トナー担持体と像担持体の最近接部での電界の最大値と最小値との差は、供給Ｖｐｐ／Ｄｓｓで求められ、表１に示す供給Ｅｐｐとなる。この時の印加電圧の波形とタイミングを図３に示す。すなわち、周波数４０００Ｈｚのトナー担持体印加電圧と周波数２０００Ｈｚの現像剤担持体印加電圧とは、その一方の立ち上がりが他方の立ち上がりと同じタイミングになるように同期されている。この条件で図４に示すような画像を出力し、メモリー（残像）の発生とベタ画像部の濃度、リークによる黒点の発生を調べた。メモリーが発生するような条件の場合は、図５に示すようにハーフトーン画像中にベタ画像の残像が確認される。また、上記の条件で画像比率５％の画像を１０万枚まで耐刷し、初期のトナーの帯電量と１０万枚時のトナーの帯電量を比較した。
（比較例１〜３）
比較例１〜３においては、トナー担持体への印加電圧、現像剤担持体への印加電圧をどちらかがＤＣ成分のみの場合と両方ともＤＣ成分の場合にし、表１のような電圧を印加した他は、実施例１と同様に行い、評価した。

表１に実施例１〜１９、比較例１〜３の評価結果をしめす。

表中のメモリー（残像）の評価については、ハーフトーン中の残像発生位置とそれ以外の場所の反射濃度をＸ−ＲＩＴＥ社製３１０ＴＲにて測定し、両者の測定値の差が０．１未満の場合を○、０．１〜０．３を△、０．３を越える場合を×とした。なお、この差が０．１以下程度になると、メモリーは視認されない。また、０．１〜０．３では、わずかに視認できるが、許容できるレベルである。０．３を越えると画像品質として許容できないレベルとなる。また、ベタ画像の反射濃度が１．２以上を○、１．２未満で１．０以上を△、１．０以下の場合を×とした。リークは、目視でノイズが認められないものを○、わずかに黒点として認められるものを△、画像上問題となるものを×とした。また、トナー帯電量変化は、０〜１μＣ以内のものを○とし、１μＣを越え５μＣ以下のものを△、５μＣを越えるものを×とした。

表中供給Ｅｐｐは供給Ｎｉｐにおける振動電界の最大値と最小値の差を示す。ここから明らかなように、現像剤担持体およびトナー担持体に、それぞれ個別に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、現像剤担持体とトナー担持体との間に交流電界からなるトナー分離電界を形成し、トナー担持体と像担持体との間に交流電界からなる現像電界を形成することにより、メモリーが発生せず、トナー荷電量が安定し、高画質な画像を長期に維持できることが分かる。特に、供給Ｅｐｐが７×１０⁶Ｖ／ｍ以上１０×１０⁶Ｖ／ｍ以下ではメモリーは発生せず、また、リークのない良好な結果を示していることがわかる。また、１０万枚時点においても帯電量の低下が見られないことから、耐久にともなうキャリアの劣化が発生していないことがわかる。
（実施例２０と比較例４、５）
実施例２０においては、現像剤担持体にＤＣ成分−３８０Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数４０００Ｈｚで、供給Ｎｉｐにおける供給Ｖｐｐが２４００Ｖになるような矩形波電圧を印加した他は、実施例１と同様な構成の現像装置、画像形成装置、現像剤を用いた。このときの供給Ｅｐｐは８．０×１０⁶Ｖ／ｍとなる。

比較例４においては、逆極性粒子のチタン酸ストロンチウムを用いなかった他は、実施例２０と同様な装置及び現像剤を用いた。

比較例５としては、図６に示すような２成分現像方式の現像器を用いた。現像剤担持体には電源５３により周波数４０００Ｈｚ、Ｖｐ−ｐが１４００Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％の矩形波の交流バイアスにＤＣ−４２０Ｖの直流を重畳した電圧を印加した。また、像担持体の表面電位は−５５０Ｖ、画像部の電位は−５０Ｖとした。現像剤担持体表面と像担持体表面との最近接部のギャップは３５０μｍとした。その他は、実施例２０と同様な装置及び現像剤を用いた。

実施例２０及び比較例４，５の評価は実施例１と同様に行った。

表２に結果を示す。

表２から明らかなように、実施例２０においては、トナー帯電量の低下は認められず、本実施形態の構成において逆極性粒子の荷電補助効果を確認することができ、比較例５の構成において発生していたキャリア劣化による帯電量低下を抑制することができることが分かる。
（実施例２１〜３５）
実施例２１〜３５としては、トナー担持体にはＤＣ成分−３２０Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数４０００Ｈｚで、振幅のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ（現像Ｖｐｐ）が表３に示すような矩形波のバイアスを印加し、現像剤担持体にＤＣ成分−３８０Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数２０００Ｈｚで、供給Ｎｉｐにおける供給Ｖｐｐが２４００Ｖになるような矩形波電圧を印加した他は、実施例１と同様な構成の現像装置、画像形成装置、現像剤を用いた。なお、現像剤担持体とトナー担持体の対向部の最近接部での距離（Ｄｓｓ）は３００μｍである。このときの供給Ｅｐｐは８．０×１０⁶Ｖ／ｍとなる。

実施例２１〜３５の評価は実施例１と同様に行った。

結果を表３に示す。

表中の現像Ｅｐｐは現像Ｎｉｐにおける振動電界の最大値と最小値の差を示す。ここから明らかなように、トナー担持体と像担持体との間に形成する現像電界は、トナー担持体と像担持体の最近接部での電界の最大値と最小値との差が６×１０⁶Ｖ／ｍ以上９×１０⁶Ｖ／ｍ以下であることが好ましいと言える。現像Ｅｐｐが６．０×１０⁶Ｖ／ｍ未満だと現像Ｎｉｐにおけるトナーの振動によるトナークラウドの発生が少なくなり、トナー担持体上のトナーが像担持体上の静電潜像を十分現像しなくなるため画像濃度が低下すると考えられる。一方、現像Ｅｐｐが９×１０⁶Ｖ／ｍを超えると現像領域における逆極性粒子の排出が増加し、現像剤中の逆極性粒子濃度が低下しやすくなり、その結果逆極性粒子によるキャリア劣化抑制効果が弱められ、キャリアのトナー荷電能力が１０万枚時点において低下していると考えられる。なお、本実施例のいずれの場合にもメモリー（残像）の発生は見られなかった。
（実施例３６〜５６）
実施例３６〜５６としては、トナー担持体にはＤＣ成分−３２０Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、現像Ｖｐｐ１３００Ｖで周波数が表４に示すような矩形波のバイアスを印加し、現像剤担持体にＤＣ成分−３８０Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数は表４に示す周波数で、供給Ｎｉｐにおける供給Ｖｐｐが２４００Ｖになるような矩形波電圧を印加した他は、実施例１と同様な構成の現像装置、画像形成装置、現像剤を用いた。なお、現像剤担持体とトナー担持体の対向部の最近接部での距離（Ｄｓｓ）は３００μｍである。このときの供給Ｅｐｐは８．０×１０⁶Ｖ／ｍとなる。

実施例３６〜５６の評価は実施例１と同様に行った。

結果を表４に示す。

表４の結果から明らかなように、トナー担持体の周波数が１００００Ｈｚを超えるとトナーが電界に追随できず現像Ｎｉｐにおけるトナークラウドの発生が少なくなり、トナー担持体上のトナーが像担持体に十分現像しにくくなるため画像濃度が低下すると考えられる。一方、周波数が４０００Ｈｚ未満になると現像領域における逆極性粒子の排出が増加し、現像剤中の逆極性粒子濃度が低下し、その結果逆極性粒子によるキャリア劣化抑制効果が十分に発揮されず、キャリアのトナー荷電能力が１０万枚時点において低下していると考えられる。なお、本実施例のいずれの場合にもメモリー（残像）の発生は見られなかった。

以上の実施例１〜２０及び比較例１〜５からわかるように、現像剤としてトナーと逆極性に帯電する逆極性粒子を含むものを使用し、現像装置としてハイブリッド方式の現像装置を用い、現像剤担持体およびトナー担持体に直流電圧に交流電圧を重畳した種類の電圧をそれぞれ独立した電源で印加することでキャリア劣化の抑制とメモリー（残像）回避に良いことがわかる。また、より好ましくは、供給Ｎｉｐに形成する振動電界として供給Ｅｐｐが７．０×１０⁶Ｖ／ｍ以上１０．０×１０⁶Ｖ／ｍ以下の電界を形成することが良いと言える。さらに好ましくは、実施例２１〜５６からわかるように現像Ｎｉｐに形成する振動電界として、現像Ｅｐｐが６．０×１０⁶Ｖ／ｍ以上９．０×１０⁶Ｖ／ｍ以下の電界を形成すること、又は周波数が４０００Ｈｚ以上１００００Ｈｚ以下の電界を形成することで画像濃度の低下を回避しつつ、画像比率が低い画像が連続した場合であってもキャリア劣化の抑制を達成できることがわかる。

本発明に係る一実施形態による画像形成装置の主要部を示す図である。 帯電粒子の帯電量を測定する装置の概略図である。 実施例における印加電圧の波形とタイミングを示す図である。 メモリーの発生を調べるための出力用画像を示す図である。 メモリーの発生した出力された画像を示す図である。 比較例５の現像装置を示す図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光体ドラム）
２ａ、２ｂ 現像装置
３ 帯電装置
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 現像領域
７ トナー補給装置
１１ 現像剤担持体
１２ スリーブローラ
１３ 磁石ローラ
１５ 規制部材（規制ブレード）
１６ 現像剤槽
１７ バケットローラ
１８ ケーシング
１９ 補給ローラ
２０ ＡＴＤＣセンサ
２１ ホッパ
２３ 補給トナー
２４ 現像剤
２５ トナー担持体
３１ 導電性スリーブ
３２ マグネットロール
３３ バイアス電源
３４ 円筒電極
５１、５２ 電源

Claims (8)

1. トナーと、該トナーを帯電するためのキャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤を収容する現像剤槽と、
   前記現像剤槽から供給された現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と対向して配置され、前記現像剤担持体上の現像剤から供給されたトナーをその表面に担持して搬送し像担持体上の静電潜像を現像するトナー担持体と、を備えた現像装置であって、
   前記現像剤担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する第１電圧印加手段と、
   前記トナー担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する第２電圧印加手段とを備えたことを特徴とする現像装置。
2. 前記トナーは前記キャリアによって負極性に帯電するものであり、前記第２電圧印加手段によって前記トナー担持体に印加される電圧の平均値は、前記第１電圧印加手段によって前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記トナーは前記キャリアによって正極性に帯電するものであり、前記第２電圧印加手段によって前記トナー担持体に印加される電圧の平均値は、前記第１電圧印加手段によって前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記第１及び第２電圧印加手段によって前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間に形成される電界の最大値と最小値の差は、前記現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接部において、７×１０⁶Ｖ／ｍ以上１０×１０⁶Ｖ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される電界の最大値と最小値との差は、前記トナー担持体と前記像担持体の最近接部において、６×１０⁶Ｖ／ｍ以上９×１０⁶Ｖ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される電界は、周波数が４ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下の交流電界であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の現像装置。
7. 前記逆極性粒子を外添したトナーを補給する手段を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の現像装置。
8. 像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該像担持体上の静電潜像を現像するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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