JP2009103784A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー回収用現像剤担持体を設けたハイブリッド現像装置において、高湿環境下でもリーク電流の発生が無く、安定して高画質な画像を形成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】トナー供給用現像剤担持体及びトナー回収用現像剤担持体がそれぞれバイアス電圧を印加される導電性基体を備え、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体の導電性基体の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層が形成されていることを特徴とする現像装置。
【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、トナー担持体上にトナー薄層を形成し、トナー担持体と像担持体との間で振動電界を形成して、像担持体上の潜像を現像する方法で、非接触で現像することが出来て高画質であるという特徴を有する。また、キャリアが無いため、濃度制御の必要も無く、装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。一方で、規制部の強いストレスによりトナーの劣化が促進され易く、トナーの電荷受容性が低下しやすい。さらに、トナーへの電荷付与部材である規制部材やトナー担持体表面がトナーや外添剤により汚染されることでトナーへの電荷付与性も低下するため、よりトナー帯電量の低下が生じ、かぶり等の問題を引き起こすため、現像装置の寿命が短い。

比較すると、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、ストレスが小さいため、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、長寿命に有利である。しかしながら、像担持体上の潜像を現像する際に磁気ブラシが接触することによる画像品質への影響や、キャリア付着などの課題がある。

両方式の長所を活かしたハイブリッド現像方式が提案されている。特許文献１において、現像剤はキャリアとトナーを含む２成分現像剤で構成され、現像槽内で攪拌することでトナーを荷電させる。この現像剤を現像剤担持体（マグネットローラ）上に担持し、搬送して、対向配置されたトナー担持体の表面を電界によりトナー現像する。トナー現像により形成されたトナー担持体表面のトナー層で、像担持体上の静電潜像を現像する。このようなハイブリッド現像方式では、トナー荷電をキャリアで行い、現像はトナー層のみで行うため、１成分の高画質と２成分の耐久性を合わせて持つという特徴を持っている。

しかしながら、ハイブリッド現像方式の課題として、トナー担持体上の現像に使用されなかった残留トナーの残像が、次の現像工程において濃度差となって現れるいわゆる現像履歴（ゴースト）という問題を有している。

これは、トナー担持体上でトナーが現像に使われた領域と使われなかった領域とが発生し、この両方の領域に新たにトナー供給された場合、使われた領域と使われなかった領域でトナー担持体上のトナー量に差異が生じる。このトナー量の差によって、次の現像時に現像履歴が現れる。現像履歴は、特にベタ黒のパターを取った後に、ハーフパターンを形成する場合に現れやすく、トナー担持体の１周目に対応したベタ黒部のパターンが、ハーフパターン上でより薄いパターンとして現れる。

このようなハイブリッド現像方式における課題を解決する方法として、特許文献２では、トナー担持体上の現像残トナーを回収するトナー回収用現像剤担持体を新たに設ける方法が提案されている。この方法は、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体とは、近接して配置され、トナー供給用現像剤担持体でトナー担持体にトナー供給した後、トナー濃度の低下した現像剤をトナー回収用現像剤担持体に受け渡す構成を取っている。トナー担持体上の現像残トナーは電界によりトナー回収用現像剤担持体に回収され、その後にトナー供給用現像剤担持体からトナー担持体にトナーを供給するものである。
特開平３−１１３４７４号公報 特開平１０−３１９７０８号公報

しかしながら、特許文献２においては、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体とが近接して配置されているため、両現像剤担持体間に高電界が形成され、高湿環境下でリーク電流が発生するという問題があった。このリーク電流が発生すると、トナー供給用現像剤担持体やトナー回収用現像剤担持体に接続されたバイアス電源の動作が不安定になり、トナー担持体へのトナー供給やトナー担持体の現像残トナーの回収を正常に行えず、安定した画像を形成できないという問題が生じる。

本発明は上記のような問題点に鑑み、トナー回収用現像剤担持体を設けたハイブリッド現像装置において、高湿環境下でもリーク電流の発生が無く、且つゴーストが発生しない安定して高画質な画像を形成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．
像担持体上の潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体と、
トナーとキャリアを含む現像剤を担持し、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給用現像剤担持体と、
前記トナー供給用現像剤担持体と現像剤層を介して対向し、前記トナー担持体のトナー搬送方向上流側に配置され、前記トナー担持体上の現像残トナーを回収するトナー回収用現像剤担持体と、
前記トナー供給用現像剤担持体にトナー供給用の電界を形成するためのバイアス電圧を印加するトナー供給用現像剤担持体用バイアス電源と、
前記トナー回収用現像剤担持体にトナー回収用の電界を形成するためのバイアス電圧を印加するトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源と、
を備えた現像装置において、
前記トナー供給用現像剤担持体及び前記トナー回収用現像剤担持体がそれぞれバイアス電圧を印加される導電性基体を備え、
前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の導電性基体の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層が形成されていることを特徴とする現像装置。

２．
前記トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源と前記トナー回収用現像剤担持体用バイアス電源とにより、前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の間の前記現像剤層を介して流れる電流値が、前記抵抗層を形成しない場合に流れる電流値の１／２以下となるように、前記抵抗層の抵抗値が設定されていることを特徴とする１に記載の現像装置。

３．
前記抵抗層の体積抵抗値が、１×１０⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹³Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする１又は２に記載の現像装置。

４．
前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体とが互いに対向する表面の移動方向が逆方向で、前記トナー供給用現像剤担持体上の現像剤が前記トナー回収用現像剤担持体に移動す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．
前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体とが互いに対向する表面の移動方向が同方向で、前記トナー供給用現像剤担持体上の現像剤が前記トナー回収用現像剤担持体との間隙を通過す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。

６．
前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体との間に交番電界が形成され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、前記像担持体上の静電潜像を現像するための１乃至６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、ハイブリッド現像方式において、トナー供給用現像剤担持体及びトナー回収用現像剤担持体がそれぞれバイアス電圧を印加される導電性基体を備え、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体の導電性基体の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層が形成されていることを特徴とするものである。このような構成を取ることにより、高湿環境下でも、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体との間において、リーク電流の発生を抑制でき、且つゴーストが発生せず、安定した高画質な画像を形成できる現像装置および画像形成装置を提供出来る。

以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真式レーザプリンタ（以下「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。

まず、図１を用いて、本発明に係る第１の実施形態を適用したプリンタの全体の概略構成について説明する。このプリンタは、画像を担持するための像担持体（感光体）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４０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４０、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。

次に、本実施形態において用いられる現像装置２ａの構成及び動作について詳しく説明する。

図１を用いて現像装置２ａの構成について説明する。

図１に示すように、現像装置２ａは、像担持体１に対向する部分に開口部５０を備えており、その近傍にトナー担持体２５が矢印５１方向に回転自在に収容されている。トナー担持体２５には、トナー担持体用バイアス電源２９が接続してあり、所定の現像バイアスＶｂがトナー担持体２５に印加できるようにしてある。トナー担持体２５の材料としては、バイアス電圧を印加可能な材料であれば良く、例えば、アルミニウムやステンレスからなる金属ローラ等が挙げられ、特に表面処理を施したアルミローラなどが用いられる。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。トナー担持体２５は、像担持体１と所定の間隔を置いて配置されている。

トナー担持体２５の後部（像担持体１の反対側）には、所定の間隔を置いてトナー供給用現像剤担持体１１が配置されている。また、トナー供給用現像剤担持体１１の上方には、トナー担持体２５と所定の間隔を置き、トナー供給用現像剤担持体１１と所定の間隔を置いてトナー回収用現像剤担持体２６が配置されている。

トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６の後部には、現像剤槽１６が配置されている。現像剤槽１６は、ケーシング１９により形成されており、トナーとキャリアを含む現像剤２４が収容され、攪拌搬送部材１７，１８が配置されている。ケーシング１９には、撹拌搬送部材１８の下部に対向する位置に、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２０が配設されており、撹拌搬送部材１８の上部に対向する位置に、補給部１０が配置されている。また、トナー供給用現像剤担持体１１の下部には、所定の間隔を置いて規制部材１５が配置されている。

トナー供給用現像剤担持体１１は、非回転状態に固定された磁石体１３と、これを内包し、矢印５２の方向に回転するスリーブローラ１２とで構成されている。磁石体１３は、スリーブローラ１２の回転方向（矢印５２方向）に沿って、Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２の５つの磁極を有する。詳しくは、磁極Ｎ１は、トナー担持体２５と対向するトナー供給領域７の位置に、磁極Ｓ１はトナー回収用現像剤担持体２６との対向部に、磁極Ｎ２、Ｎ３は、攪拌搬送部材１７の対向部にそれぞれ配置している。また、スリーブローラ１２は、トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源３０に接続され、所定の供給バイアスＶｓが印加されるようになっている。

トナー回収用現像剤担持体２６もトナー供給用現像剤担持体１１と同様に非回転状態に固定された磁石体２８と、これを内包し、矢印５３の方向に回転するスリーブローラ２７とで構成されている。即ち、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６とが互いに対向する表面の移動方向が逆方向になっている。磁石体２８は、スリーブローラ２７の回転方向（矢印５３方向）に沿って、Ｓ３、Ｎ５、Ｓ４、Ｎ６、Ｎ４の５つの磁極を有する。詳しくは、磁極Ｓ３は、トナー担持体２５と対向するトナー回収領域８の位置に、磁極Ｎ４はトナー供給用現像剤担持体１１の磁極Ｓ１との対向部に、磁極Ｎ６とＮ４の間が攪拌搬送部材１７の対向部になるようにそれぞれ配置している。また、スリーブローラ２７は、トナー回収用現像剤担持体用バイアス電源３１に接続され、所定の回収バイアスＶｒが印加されるようになっている。

本発明の実施形態においては、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層が形成されている。また、トナー供給バイアスＶｓとトナー回収バイアスとにより形成されるトナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間の電界により、スリーブローラ１２とスリーブローラ２７との間を、形成された抵抗層と、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間の現像剤層とを介して流れる電流値は、該抵抗層を形成しない場合に現像剤層のみを介して流れる電流値の１／２以下であることが好ましい。例えば、図２にトナー供給用現像剤担持体１１の表面に抵抗層６０を形成した断面図を示す。抵抗層６０は、導電性基体としてのスリーブローラ１２の表面に形成される。

スリーブローラ１２及び２７の基体材料は、体積抵抗値が１×１０³Ω・ｃｍ以下となる導電性基体の材料であれば良く、例えば、アルミニウムやステンレスからなる金属ローラ等が挙げられる。スリーブローラ１２と２７の少なくともどちらか一方の表面に形成される抵抗層６０の材料としては、バインダー樹脂中に導電剤を分散したもの、あるいは導電性基体の表面に金属酸化皮膜（アルマイト）を形成したものでもよい。バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエステル、アクリル、ポリビニルブチラール、フェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂、アルキド、メラミン、ウレタン、エポキシ、シリコーン、フェノール樹脂などの熱可塑性樹脂が使用できる。導電剤としては、カーボン、アンモニウム塩あるいは酸化金属粒子、金属粒子等があげられる。酸化金属粒子としては、酸化スズ、酸化チタン、酸化アルミなどが使用できる。また抵抗層６０とスリーブローラ表面との接着性を向上させるためのプライマー層を先ず形成し、その上に抵抗層６０を形成するようにしても良い。

抵抗層６０の抵抗値の設定方法について、図３を用いて説明する。図３は、図１の現像装置２ａからトナー担持体２５を取り除いた状態を示している。図３の現像装置２ａを用いて、まず抵抗層６０を形成していないスリーブローラ１２と２７を取り付け、現像剤２４を備えた現像装置２ａを稼動させ、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間に電源６１より所定の直流電圧Ｖｄを印加して、そのときに流れるトナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間の電流値を電流計６２で測定し、現像剤層のみの場合の電流とする。その後、抵抗層６０を形成したトナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６の少なくともどちらか一方を抵抗層を形成したスリーブローラに入れ替え、所定の直流電圧Ｖｄを印加して、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間の電流値を測定し、現像剤層と抵抗層６０を介して流れる電流とする。この現像剤層と抵抗層６０を介して流れる電流値が、抵抗層６０を形成せずに測定した現像剤層のみの場合の電流値の１／２以下となるように設定するのが好ましい。

抵抗層６０の体積抵抗率は、１×１０⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹³Ω・ｃｍ以下が好ましい。体積抵抗率が１×１０⁴Ω・ｃｍ未満であると、所定の抵抗値を得るための抵抗層の厚みが厚くなり好ましくない。また、体積抵抗率が１×１０¹³Ω・ｃｍを越えると、抵抗層６０の表面に電荷が蓄積するため好ましくない。体積抵抗率を測定するには、図４に示す様に、抵抗層６０を形成したスリーブローラ１２の表面に円弧状の電極３３を接触させ、電源３４からの印加電圧（Ｖ）とそのときに電流計３５に流れる電流（Ｉ）からオームの法則により抵抗を算出し、接触面積（電極面積）と抵抗層の厚さから求める事ができる。抵抗層の厚みは、Ｆｉｓｃｈｅｒ製の膜厚計などで測定すればよい。

現像剤２４は、トナーと該トナーを帯電するためのキャリアを含んでなる２成分現像剤である。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、３〜１５μｍ程度が好ましい。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。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％、好ましくは６〜３０質量％が適している。

ここで、トナー担持体２５とトナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６とに印加される現像バイアスＶｂ、供給バイアスＶｓ、回収バイアスＶｒについて説明する。なお、本実施形態において、現像剤２４は、トナーはマイナス極性に、キャリアはプラス極性に帯電するものとする。また、像担持体１の外周面はマイナスに帯電（例えば−６００Ｖ）され、露光により減衰した部分（例えば−１００Ｖ）にトナーが付着して現像が行われるものとする。この場合、現像バイアスＶｂは−４００Ｖ、供給バイアスＶｓは−４５０〜−７５０Ｖ、回収バイアスＶｒは−３５０〜−５０Ｖに設定される。これらのバイアス値に設定するための出力制御は、画像形成動作に合わせて、所定のタイミングで制御装置３２が制御する。このように現像バイアスＶｂと供給バイアスＶｓと回収バイアスＶｒとを設定することにより、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー担持体２５との間のトナー供給領域７では、マイナス極性に帯電しているトナーは、トナー供給用現像剤担持体１１からトナー担持体２５に向けて移動する方向に電界が形成される。また、トナー回収用現像剤担持体２６とトナー担持体２５との間のトナー回収領域８では、トナーをトナー担持体２５からトナー回収用現像剤担持体２６に向けて移動する方向に電界が形成される。また、トナー供給用現像剤担持体１１、トナー回収用現像剤担持体２６に印加するバイアスとしていずれか一つまたは複数について、直流成分に加えて交流バイアスを重畳することが好ましい。交流バイアスを重畳することにより、トナーの移動を促進することができる。この際用いる交流波形としては正弦波、矩形波、三角波など各種交流波形が利用できる。交流バイアスを利用した場合には1周期の電圧の平均値が上記の大小関係を満たすようにバイアスを設定すれば良い。

以上の構成を有する現像装置２ａの現像動作について説明する。

図１において、現像剤槽１６の現像剤２４は、攪拌搬送部材１７、１８により攪拌され、本実施形態においては、トナーはマイナス極性に、キャリアはプラス極性に帯電する。

帯電したトナー及びキャリアを含む現像剤２４は、攪拌搬送部材１７によりトナー供給用現像剤担持体１１に供給される。供給された現像剤２４は、磁極Ｎ３に吸引され、スリーブローラ１２の表面に保持される。保持された現像剤２４は、磁石体１３の磁力線に沿った磁気ブラシを形成し、スリーブローラ１２の矢印５２の方向の回転により搬送され、規制部材１５によって、搬送量が調整される。次に現像剤２４は、トナー供給領域７に搬送される。トナー供給領域７における現像剤２４のトナーは、トナー供給用現像剤担持体１１に印加された供給バイアスＶｓとトナー担持体２５に印加された現像バイアスＶｂとの電位差によって、トナー供給用現像剤担持体１１からトナー担持体２５に移行する。トナー担持体２５に移行したトナーは、トナー担持体２５の矢印５１の方向に搬送され、現像領域６において、像担持体１の表面を現像する。一方、トナー供給領域７でトナーを失った現像剤２４は、トナー供給用現像剤担持体１１の磁極Ｓ１とトナー回収用現像剤担持体２６の磁極Ｎ４の作用によって、トナー供給用現像剤担持体１１からトナー回収用現像剤担持体２６に移動する。トナー回収用現像剤担持体２６に移動した現像剤２４は、スリーブローラ２７の矢印５３の方向の回転により、トナー回収領域８に搬送される。トナー回収領域８においては、トナー回収用現像剤担持体２６に印加された回収バイアスＶｒと、トナー担持体２５に印加された現像バイアスＶｂとの電位差により、トナー担持体２５上の現像残トナーは、トナー回収用現像剤担持体２６の方向に移動する力を受け、トナー回収用現像剤担持体２６上の現像剤２４の磁気ブラシにより掻き取られ、回収される。トナー回収用現像剤担持体２６に回収された現像残トナーを含む現像剤２４は、磁極Ｎ６とＮ４の同極着磁部でトナー回収用現像剤担持体２６の表面から分離し、現像剤槽１６に回収される。現像剤槽１６に回収された現像剤２４は、攪拌搬送部材１７、１８で混合攪拌される。現像剤槽１６のトナー濃度は、定期的にＡＴＤＣセンサ２０により検知され、トナー濃度が所定の値より低い場合に、補給部１０より図示していないトナーホッパから新しいトナーを所定量だけ補給する。トナー濃度が適正になった現像剤槽１６の現像剤は、再度、トナー供給用現像剤担持体１１に供給される。

このようにして、トナー回収領域８におけるトナー担持体２５上の現像残トナーが回収されることにより、トナー担持体２５上にトナーの消費された現像パターンが無くなった状態で、トナー供給領域７でトナーの供給を受けることになる。よって、現像履歴のない画像を形成することができる。

また、本実施形態においては、前述のようにトナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層６０を形成している。この抵抗層６０を形成することにより、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間で発生するリーク電流を防止することができる。リーク電流とは、画像形成動作中に、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体との間に流れる正常な状態での電流に比べ、数桁大きい電流で、急激な増減を示す非定常な電流が流れる現象である。このリーク電流が流れるとバイアス電源の出力が不安定となり、トナー担持体２５へのトナー供給やトナー回収が正常に行えなくなり、画像品位が低下する。従来より、リーク電流は、高湿環境やトナー濃度の低下によって発生しやすくなることがわかっていた。このことから、本発明者等は、現像剤層のキャリアの表面抵抗が低下し、トナー供給用現像剤担持体１１やトナー回収用現像剤担持体２６の表面から電荷が注入しやすくなり、注入された電荷により現像剤中で局所的に高電界な部分が発生し、部分的な短絡状態が生じて、リーク電流が発生すると考えた。そこで、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層６０を形成することを考えた。この抵抗層６０の抵抗値を検討したところ、該抵抗層の抵抗値を、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体との間の現像剤層の抵抗値よりも大きい値とすることで、高湿環境下であっても、リーク電流を未然に防止することができ、好ましいことを見いだした。このように構成することで、常にバイアス電源の出力を安定させることができ、トナー担持体２５へのトナー供給及びトナー担持体からのトナー回収を正常に行うことができる。その結果、像担持体１の現像を安定して行うことができ、常に良好な画像をプリントすることができる。

次に、本発明に係る第２の実施形態について図５を用いて説明する。第１の実施形態と第２の実施形態との違いは、第２の実施形態の現像装置２ｂにおいて、トナー供給用現像剤担持体１１のスリーブローラ１２の回転が矢印５４の方向に回転し、規制部材５５の位置が磁極Ｓ１とＮ２の間に配置されいることである。即ち、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６とが互いに対向する表面の移動方向が同方向になっている。また、規制部材１５を通過したトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤は、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間を通過し、一部がトナー回収用現像剤担持体２６に移動する。その他の構成及び設定条件については、第１の実施形態と同様であり、同番号を付し、説明は省略する。

図３を用いて、現像装置２ｂの現像動作を説明する。

現像剤槽１６の現像剤２４は、攪拌搬送部材１７、１８により攪拌され、本実施形態においても、トナーはマイナス極性に、キャリアはプラス極性に帯電する。帯電したトナー及びキャリアを含む現像剤２４は、攪拌搬送部材１７によりトナー供給用現像剤担持体１１に供給される。供給された現像剤２４は、磁極Ｎ２に吸引され、スリーブローラ１２の表面に保持される。保持された現像剤２４は、磁石体１３の磁力線に沿った磁気ブラシを形成し、スリーブローラ１２の矢印５４の方向の回転により搬送され、規制部材５５によって、搬送量が調整される。次に現像剤２４は、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間に搬送され、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間を通過する。通過時にトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤２４は、その一部が磁極Ｎ４により、トナー回収用現像剤担持体２６上に移動する。一方、残りのトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤は、トナー供給領域７に搬送される。トナー供給領域７における現像剤２４のトナーは、トナー供給用現像剤担持体１１に印加された供給バイアスＶｓとトナー担持体２５に印加された現像バイアスＶｂとの電位差によって、トナー供給用現像剤担持体１１からトナー担持体２５に移行する。トナー担持体２５に移行したトナーは、トナー担持体２５の矢印５１の方向に搬送され、現像領域６において、像担持体１の表面を現像する。一方、トナー供給領域７でトナーを失った現像剤２４は、トナー供給用現像剤担持体１１の磁極Ｎ３とＮ２の同極着磁部で、トナー供給用現像剤担持体１１上から離脱し、攪拌搬送部材１７により現像剤槽１６に取り込まれ、混合攪拌される。また、トナー担持体２５上の現像後のトナーは、トナー担持体２５の回転によりトナー回収領域８に搬送される。トナー回収領域８においては、トナー回収用現像剤担持体２６に印加された回収バイアスＶｒと、トナー担持体２５に印加された現像バイアスＶｂとの電位差により、トナー担持体２５上の現像残トナーは、トナー回収用現像剤担持体２６の方向に移動する力を受け、トナー回収用現像剤担持体２６上の現像剤２４の磁気ブラシにより掻き取られ、回収される。トナー回収用現像剤担持体２６に回収された現像残トナーを含む現像剤２４は、磁極Ｎ６とＮ４の同極着磁部でトナー回収用現像剤担持体２６の表面から分離し、現像剤槽１６に回収される。現像剤槽１６に回収された現像剤２４は、攪拌搬送部材１７、１８で混合攪拌された後、また、トナー供給用現像剤担持体１１に供給される。

このようにして、第１の実施形態と同様にトナー回収領域８におけるトナー担持体２５上の現像残トナーが回収されることにより、トナー担持体２５上にトナーの消費された現像パターンが無くなった状態で、トナー供給領域７でトナーの供給を受けることになる。よって、現像履歴のない画像を形成することができる。

以下、本発明の適用される、電子写真法を用いた画像形成装置における現像装置の実施例について説明する。
（実験例１）
図１に示した構成を有する現像装置２ａを用い、コニカミノルタビジネステクノロジーズ製ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０を改造した画像形成装置を用いて環境テスト（常湿環境：２５℃４０％、高湿環境：２５℃８５％）を行った。現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリア（体積平均粒径約３３μｍ）とトナー（体積平均粒径約６．５μｍ）を使用した。キャリアの表面には、コート剤としてアクリル系樹脂を３質量％（約１μｍ）コートしている。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の割合である。

トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６用のスリーブローラ１２と２７に直径１８ｍｍの同形状のアルミ製スリーブローラを用い、表面に試料１〜１０の抵抗層６０を塗布した。試料１〜１０の抵抗層６０は、ポリビニルブチラール樹脂１質量部に対して、ＳｎＯ₂を０．５〜１．５質量部の範囲でＴＨＦで混合調整し、ＳｎＯ₂含有量の異なる１０種類の塗工液を作製し、次に、この塗工液をアルミ製スリーブローラの表面に塗工し、８０℃で１時間乾燥させ、膜厚約２〜３μｍで、体積抵抗率２．３×１０⁴〜５．６×１０¹⁵Ω・ｃｍの抵抗率の抵抗層６０を形成した。このようにしてアルミ製スリーブローラ上に作製した試料１〜１０の体積抵抗率を図４の装置で測定し、膜厚をＦｉｓｃｈｅｒ製の膜厚計で測定した。測定結果を表１に示す。

また、試料１〜１０を塗布したアルミ製スリーブローラをトナー供給用現像剤担持体１１のスリーブローラ１２として用い、図３の電流測定装置に設置し、トナー回収用現像剤担持体２６には、抵抗層６０の形成していないアルミ製スリーブローラを設置した。電源６１への印加電圧をＤＣ１００Ｖとし、常湿環境で現像装置を駆動して、抵抗層６０と現像剤層を介して流れる電流を測定した。測定結果を〈片方に抵抗層〉として、表２に示す。また、試料１〜１０を塗布した同じ試料番号のアルミ製スリーブローラ２本をトナー供給用現像剤担持体１１のスリーブローラ１２及びトナー回収用現像剤担持体２６のスリーブローラ２７として用い、図３の電流測定装置に設置した。電源６１への印加電圧をＤＣ１００Ｖとし、常湿環境で現像装置を駆動して、抵抗層６０と現像剤層を介して流れる電流を測定した。測定結果を〈両方に抵抗層〉として、表２に示す。また、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６の両方とも抵抗層６０を設けていないアルミ製スリーブローラを用い、現像剤層のみの場合の電流も測定した。測定結果を〈抵抗層無し〉として、表２に示す。また、トナー回収用現像剤担持体２６のスリーブローラ２７に試料１〜１０を塗布したアルミ製スリーブローラを用い、トナー供給用現像剤担持体１１に抵抗層６０の形成していないアルミ製スリーブローラを用いた場合の、抵抗層６０と現像剤層を介して流れる電流は、表２の〈片方に抵抗層〉と同じ値と考え測定は省いた。

次に、図１の画像形成装置を用いて、環境テストを行った。試料１〜１０の抵抗層６０を塗布したアルミ製スリーブローラをトナー供給用現像剤担持体１１又はトナー回収用現像剤担持体２６のスリーブローラとして設置する設置条件と、環境条件及びバイアス条件を変えて、表３の条件で環境テストを行った。

設置条件としては、次の３つの条件を用いた。

《供給》トナー供給用現像剤担持体のスリーブローラのみ抵抗層６０を塗布したアルミ製スリーブローラを使用し、トナー回収用現像剤担持体のスリーブローラは抵抗層６０の塗布していないアルミ製スリーブローラを使用。

《回収》トナー回収用現像剤担持体のスリーブローラのみ抵抗層６０を塗布したアルミ製スリーブローラを使用し、トナー供給用現像剤担持体のスリーブローラは抵抗層６０の塗布していないアルミ製スリーブローラを使用。

《両方》トナー供給用現像剤担持体及びトナー回収用現像剤担持体のスリーブローラ両方を抵抗層６０を塗布したアルミ製スリーブローラを使用。

バイアス条件としては、次の２つの条件を用いた。

《バイアス条件１》：現像バイアスＶｇ：ＤＣ−２７０ＶにＡＣ１２００Ｖ_p-p（３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）を重畳、供給バイアスＶｓ：ＤＣ−４２０Ｖ、回収バイアスＶｒ：ＤＣ−１２０Ｖ
《バイアス条件２》：現像バイアスＶｇ：ＤＣ−２７０ＶにＡＣ１２００Ｖ_p-p（３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）を重畳、供給バイアスＶｓ：ＤＣ−４２０Ｖ、回収バイアスＶｒ：ＤＣ−１２０ＶにＡＣ１２００Ｖ_p-p（３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）を重畳
環境テストは、画像面積率５％のＡ４チャートを５０枚（Ａ４横通紙）コピーし、リーク電流の発生の有無を各環境下で評価した。評価は、トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源またはトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源の出力電圧の異常が認められ、画像品質上許容できないレベルを×とした。また、トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源またはトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源の出力電圧の異常がわずかに認められるが、画像品質上許容できるレベルを△とした。トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源またはトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源の出力電圧の異常が認められないものを○とした。

評価結果を表３に示す。表３は、縦軸に環境条件と使用した抵抗層の試料番号、横軸に設置条件とバイアス条件をとり、結果をマトリックス表にした。

表３の結果から、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体とがともに抵抗層の無い状態では、常湿環境下においては、画像異常は認められないが、高湿環境下においては、リーク電流が発生し、画像異常が認められる。一方、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体の少なくともどちらか一方に抵抗層を設けた場合は、高湿環境下において、試料１〜３では、設置条件及びバイアス条件にかかわらず、リーク電流がわずかに認められたが画像品質上問題は無く、試料４〜１０では、設置条件、バイアス条件にかかわらず、リーク電流は認められなかった。これら表３の結果と表２の電流値の値から、トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層が形成されることによりリーク電流が抑制されることがわかる。また、トナー供給用現像剤担持体の導電性基体とトナー回収用現像剤担持体の導電性基体との間の抵抗層と現像剤層とを介して流れる電流値は、抵抗層を形成しない場合に流れる電流値の１／２以下であることにより、高湿環境下でリーク電流が発生しないことがわかる。また、表３の結果の中の○^*の表記のあるものは、リーク電流は認められなかったが、画像上に目視によりやや問題のあるものを示した。表中の○^*において、設置条件が《供給》では、画像濃度が目視観察でやや低く、《回収》では、画像メモリーがわずかに認められた。また、《両方》では、画像濃度がやや不足し、画像メモリーもわずかに認められた。これらは試料８〜１０で認められる。表１の結果から試料８〜１０の体積抵抗率は、１×１０¹³Ω・ｃｍを越えており、抵抗層に電荷の蓄積が生じて、トナー供給領域及びトナー回収領域の電界強度が低下したためであると考えられる。このことから抵抗層の体積抵抗率は１×１０¹³Ω・ｃｍ以下が好ましいことがわかる。また、体積抵抗率は、低くすぎると好ましい電流値に設定するための膜厚を厚くする必要があり好ましくない。よって、上記の結果から体積抵抗率は１×１０⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹³Ω・ｃｍ以下が好ましいといえる。
（実験例２）
次に、実験例２として、図５に示す現像装置２ｂを用いた場合について、実験例１の場合と同様にリーク電流の環境テストを行った。抵抗層の試料は、実験例１で作製した直径１８ｍｍのアルミ製スリーブローラ表面に塗布した試料１〜１０を用いた。実験例１と異なるところは、規制部材の形状を三角形状とし、トナー供給用現像剤担持体の回転方向を逆にした。また、トナー供給用現像剤担持体と規制部材の間隔及びトナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体との間隔を、現像装置２ａの場合より広くして、現像装置２ｂにおいて、トナー供給領域及びトナー回収領域でトナーの供給、回収が正常に行われるように調整している。その他は、実験例１と同じようにして環境テストを行った。

また、実験例１と同様に、試料１〜１０を塗布したアルミ製スリーブローラをトナー供給用現像剤担持体１１のスリーブローラ１２として用い、図３と同様な方法で現像装置２ｂからトナー担持体２５を取り除き、ＤＣ１００Ｖをトナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６との間に印加し、常湿環境で現像装置２ｂを駆動して、抵抗層６０と現像剤層を介して流れる電流を測定した。測定結果を〈片方に抵抗層〉として、表４に示す。また、試料１〜１０を塗布した同じ試料番号のアルミ製スリーブローラ２本をトナー供給用現像剤担持体１１のスリーブローラ１２及びトナー回収用現像剤担持体２６のスリーブローラ２７として用い、同様に電流値を測定した。測定結果を〈両方に抵抗層〉として、表４に示す。また、トナー供給用現像剤担持体１１とトナー回収用現像剤担持体２６の両方とも抵抗層６０を設けていないアルミ製スリーブローラを用い、現像剤層のみの場合の電流も測定した。測定結果を〈抵抗層無し〉として、表４に示す。また、トナー回収用現像剤担持体２６のスリーブローラ２７に試料１〜１０を塗布したアルミ製スリーブローラを用い、トナー供給用現像剤担持体１１に抵抗層６０の形成していないアルミ製スリーブローラを用いた場合の、抵抗層６０と現像剤層を介して流れる電流は、表４の〈片方に抵抗層〉と同じ値と考え測定は省いた。

次に、環境テストとして、実験例１と同様に、環境条件、抵抗層の設置条件、バイアス条件を用いて行い、評価も同様にした。評価結果を表５に示す。

表５の結果から、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体とがともに抵抗層の無い状態では、常湿環境下においては、画像異常は認められないが、高湿環境下においては、リーク電流が発生し、画像異常が認められる。一方、現像装置２ａの場合と同様に、トナー供給用現像剤担持体とトナー回収用現像剤担持体の少なくともどちらか一方に抵抗層を設けた場合は、高湿環境下において、試料１〜３は、設置条件及びバイアス条件にかかわらず、リーク電流がわずかに認められたが画像品質上問題は無く、試料４〜１０では、設置条件、バイアス条件にかかわらず、リーク電流は認められなかった。これら表５の結果と表４の電流値の結果から、現像装置２ｂにおいても、トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層が形成されることによりリーク電流が抑制されることがわかる。また、トナー供給用現像剤担持体の導電性基体とトナー回収用現像剤担持体の導電性基体との間の抵抗層と現像剤層とを介して流れる電流値は、抵抗層を形成しない場合に流れる電流値の１／２以下であることにより、高湿環境下でリーク電流が発生しないことがわかる。また、現像装置２ｂにおいても、抵抗層の設置条件が《供給》では画像濃度が目視観察でやや低く、《回収》では、画像メモリーがわずかに認められた。また、《両方》では、画像濃度がやや不足し、画像メモリーもわずかに認められた。また、体積抵抗率が、低すぎると好ましい電流値に設定するための膜厚を厚くする必要があり好ましくない。このことから現像装置２ａの場合と同様、抵抗層の体積抵抗率は１×１０⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹³Ω・ｃｍ以下が好ましいことがわかる。

本発明に係る第１の実施形態による画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。 本発明に係る表面に抵抗層を設けたトナー供給用現像剤担持体の断面を示す概略構成図である。 本発明に係る抵抗層の抵抗値の設定方法について説明するための模式図である。 本発明に係る抵抗層の体積抵抗率の測定方法について説明するための模式図である。 本発明に係る第２の実施形態による画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光体）
２ａ、２ｂ 現像装置
３ 帯電部材
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 現像領域
７ トナー供給領域
８ トナー回収領域
１０ 補給部
１１ トナー供給用現像剤担持体
１２、２７ スリーブローラ
１３、２８ 磁石体
１５、５５ 規制部材
１６ 現像剤槽
１７、１８ 攪拌搬送部材
１９ ケーシング
２０ ＡＴＤＣセンサ
２４ 現像剤
２５ トナー担持体
２６ トナー回収用現像剤担持体
２９ トナー担持体用バイアス電源
３０ トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源
３１ トナー回収用現像剤担持体用バイアス電源
３２ 制御装置
３３ 電極
３４、６１ 電源
３５、６２ 電流計
４０ 露光装置
５０ 開口部
５１、５２、５３、５４ 矢印
６０ 抵抗層
Ｐ 転写媒体

Claims (7)

1. 像担持体上の潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体と、
   トナーとキャリアを含む現像剤を担持し、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給用現像剤担持体と、
   前記トナー供給用現像剤担持体と現像剤層を介して対向し、前記トナー担持体のトナー搬送方向上流側に配置され、前記トナー担持体上の現像残トナーを回収するトナー回収用現像剤担持体と、
   前記トナー供給用現像剤担持体にトナー供給用の電界を形成するためのバイアス電圧を印加するトナー供給用現像剤担持体用バイアス電源と、
   前記トナー回収用現像剤担持体にトナー回収用の電界を形成するためのバイアス電圧を印加するトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源と、
   を備えた現像装置において、
   前記トナー供給用現像剤担持体及び前記トナー回収用現像剤担持体がそれぞれバイアス電圧を印加される導電性基体を備え、
   前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の導電性基体の少なくともどちらか一方の表面に抵抗層が形成されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源と前記トナー回収用現像剤担持体用バイアス電源とにより、前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の間の前記現像剤層を介して流れる電流値が、前記抵抗層を形成しない場合に流れる電流値の１／２以下となるように、前記抵抗層の抵抗値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記抵抗層の体積抵抗値が、１×１０⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹³Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体とが互いに対向する表面の移動方向が逆方向で、前記トナー供給用現像剤担持体上の現像剤が前記トナー回収用現像剤担持体に移動す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. 前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体とが互いに対向する表面の移動方向が同方向で、前記トナー供給用現像剤担持体上の現像剤が前記トナー回収用現像剤担持体との間隙を通過す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。
6. 前記トナー供給用現像剤担持体と前記トナー回収用現像剤担持体との間に交番電界が形成され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、前記像担持体上の静電潜像を現像するための請求項１乃至６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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