JP2009282311A - 現像装置、画像形成装置、プロセスカートリッジ及び現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ザラツキ感がなく、ドット再現性が高く、粒状性に優れた高品位な画像を得る。
【解決手段】内部に磁石を有する現像剤担持体を像担持体に対向して配置し、現像剤担持体の表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を層状に担持させて像持体の表面上に形成される潜像を前記トナーで現像する現像方法において、現像剤担持体は、表面が粗面化処理された後、軸方向に延びる複数の溝が形成されたものであり、像担持体の１点が二成分現像剤に接触し、離れるまでの間に、像担持体の表面に接触する現像剤密度を積算した画像を二次元ＦＦＴ解析し、二次元ＦＦＴ解析によって得られたパワースペクトルの５〜１２ｃｙｃｌｅ／ｍｍの間の積算値の最大値と最小値との差が、現像剤の標準汲み上げ量に対し上下限１５ｍｇ／ｃｍ^２の間で０．１以下であるようにして現像を行う。
【選択図】図９

Description

本発明は、二成分系の現像剤によって現像する電子写真方式の現像装置、この現像装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの機能のうち少なくとも２つの機能を備えたデジタル複合機などの画像形成装置、前記現像装置を含んで構成されたプロセスカートリッジ、このプロセスカートリッジを使用する前記委画像形成装置、及び前記現像装置で実行される現像方法に関する。

近年の複写機、プリンタ、ファクシミリ、デジタル複合機等の画像形成装置においては、高画質を求められると同時に、高耐久性、高安定も望まれている。つまり環境変動による画質の変化が少なく、また、常に安定した画像を経時において提供するという高耐久性及び高安定性が要求されている。

従来の画像形成装置においては、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下、現像剤と称する）を現像剤担持体であり現像スリーブとも称される現像ローラ上に保持し、内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像ローラに潜像担持体（以下、感光体と称する）と対向する位置で現像バイアスを印加することにより現像を行う方式が用いられている。この方式は、二成分現像方式として広く知られ、カラー化が容易なことから、カラー現像に広く用いられている。この方式において、現像剤は現像ローラの回転に伴い、現像領域に搬送される。そして、現像剤が現像領域に搬送される過程で、現像極の磁力線に沿いながら、現像剤中の多数の磁性キャリアがトナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成する。

また、現像電界として直流電圧に交流成分を重畳し、トナーを感光体に付勢する方向に作用する電界と、トナーを現像ローラ側に移動させる方向に作用する電界を交互に生成する交番電界を用いる濃度安定化技術も広く用いられている。現像電界として交番電界を用いると高い現像能力を発揮することができ、経時変化でトナーの帯電量分布がシフトした場合においても十分なベタ濃度を確保できる。同時に、ハーフトーンなどの比較的潜像の浅いパターンであってもトナーを付着させるのに十分な電界を形成することができる。そのため、現像電界として交番電界を用いることは、十分な現像能力とハーフトーンの安定性を両立するものとして、特にカラー画像形成装置などで使用される頻度が高くなっている。もちろんモノクロ複写機においても、ハーフトーンの粒状性向上や均一なベタ埋まりを実現するために用いるには最適な技術と言える。

しかしながら、現像電界として交番電界を用いた場合、現像領域内で磁気ブラシの疎密により発生する局所的な電界強度の増加によって放電が発生し、画像がリング状に白く抜ける現象が発生した。この現象は、特に潜像の深い部分に対して顕著である。そのため、現像に使用するキャリアの抵抗値に制約があり、所謂低抵抗キャリアを用いるのは困難であった。さらに言うと、中高抵抗キャリアであっても、コート膜の不均一により局所的にブレイクダウンし、放電する場合もあるため、キャリアコート層の均一性やキャリア芯材の抵抗値に対しても制約条件が多く存在した。なお、キャリア芯材の抵抗値に対する制約条件とは、キャリア芯材に用いる材料の制約のことである。

このような現像装置で、画像のザラツキ感をなくして、ドット再現性が高く、粒状性に優れた高品位な画像を得るための改良が行われている。その１つとして、感光体と現像ローラとの間に形成される電界を交番電界とし、トナーの再配置を促しながら現像することによってザラツキ感をなくすものが知られている。

しかし、このように交番電界を形成した場合、直流電界のみの場合に比べ、電界の最大値が大きくなり感光体へのキャリア付着を起こしやすいという問題がある。また、交番電界を形成するめの電源が必要であり、コスト高となる。このため、直流電界を用いて現像するものでも、ザラツキ感をなくして、ドット再現性が高く、粒状性に優れた高品位な画像が望まれている。

画像のザラツキ感やドット再現性が悪くなる原因の１つとして、現像領域における磁気ブラシの密度が疎であり、均一な現像が行われないことが知られている。そこで、現像ローラの表面に現像剤を均一に保持する改良が、例えば特許文献１及び２に記載されている。

また、現像領域における磁気ブラシの密度を、現像領域中のキャリアの体積比率を用いて規定し、画質を向上させようとすることが、例えば特許文献３に提案されている。

更に、現像剤をムラなく担持し、現像領域に搬送させるために、現像剤担持体である現像ローラの表面にフォトレジスト方式のエッチングによる凹凸を形成するものが、例えば特許文献４に提案されている。この特許文献４に記載された従来技術では、現像剤の搬送方向とは直角な方向に搬送ムラが生じないように、凹部の配列を千鳥状にしてある。また凹凸を現像剤の搬送方向とは直角な方向に連続したパターンにするのが好適な点から、この方向に連続する波形あるいは直線状の凹溝とし、これを現像剤の搬送方向に等ピッチで密に配列するようにしても好結果が得られると主張している。

このようなフォトエッチング処理により現像ローラの表面凹凸を形成する場合には、化学反応を利用したその処理特性により処理時において現像ローラに物理的な力が殆ど加わらず、現像ローラの外周に蝕、歪が生じるおそれが少ない。その結果、現像ローラの回転周期に応じた画像欠陥が生じるおそれが少ない。

しかし、特許文献２に記載の技術では、確かに現像ローラの外周に触や歪は生じないものの、その表面に形成される溝の間隔周期に起因する画像欠陥が生じるおそれがある。そこで、これらの課題を解決するために、現像剤の搬送方向とは直角な方向に密にムラなく連続したパターンを形成させることが、例えば特許文献５に提案されている。
特許第３４８８１２３号公報 特開２００７−１０８７８２号公報 特開平８−１４６６６８号公報 特開平５−４６００７号公報 特開２００３−３１６１４６号公報

このように現像ローラの表面に現像剤を均一に保持すること、現像領域における磁気ブラシの密度を、像領域中のキャリアの体積比率を用いて規定すること、現像剤をムラなく担持し、現像領域に搬送させることなどが提案されているが、キャリアの体積比率が同じ場合であっても、あるいは現像剤の担持ムラがない状態においても、画像のザラツキ感やドット再現性に差が生じることがある。このことは、現像領域における磁気ブラシの密度を表すためにキャリアの体積比率を規定しても、ザラツキ感との関係を説明しきれていないことを示している。

説明しきれていない理由としては、以下の点が考えられる。

１）感光体と現像ローラとの間に直流電界を形成して現像する場合で考えると、磁気ブラシの根元の方から感光体に向けて飛翔するトナーが少なく、磁気ブラシ先端部から感光体にトナーが供給される。すなわち、現像動作に主として関与するのは磁気ブラシ先端部であり、ザラツキ感やドット再現性を改良するためには磁気ブラシの配列状態や密度を考慮する必要がある。

２）現像は磁気ブラシが１度接触するだけで終わるのではなく、特に感光体と現像ローラとの間に線速差がある場合、複数の磁気ブラシが潜像に接触することで現像が行われるため、ザラツキ感やドット再現性には、現像剤が接触し始めてから離れるまでの間の感光体近傍の磁気ブラシの密度の積算（以下、動的現像剤密度と呼ぶ）が重要となる。

３）特に、経時におけるスリーブ表面摩耗やキャリアスペント、トナー外添剤埋没・離脱等による現像剤劣化等で汲み上げ量が減少した場合において、動的現像剤密度の変化を抑制することは重要である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ザラツキ感をなくし、ドット再現性が高く、粒状性に優れた高品位な画像を得ることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、内部に磁石を有する現像剤担持体を像担持体に対向して配置し、前記現像剤担持体の表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を層状に担持させて前記像担持体の表面上に形成される潜像を前記トナーで現像する現像装置において、前記現像剤担持体は、表面が粗面化処理された後、軸方向に延びる複数の溝が形成されたものであり、前記像担持体の１点が前記二成分現像剤に接触し、離れるまでの間に、前記像担持体の表面に接触する現像剤密度を積算した画像を二次元ＦＦＴ解析し、前記現像剤密度が前記二次元ＦＦＴ解析によって得られたパワースペクトルの５〜１２ｃｙｃｌｅ／ｍｍの間の積算値の最大値と最小値との差が、現像剤の標準汲み上げ量に対し上下限１５ｍｇ／ｃｍ^２の間で０．１以下であることを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記複数の溝は波線溝であり、当該波線溝の溝幅及び溝ピッチは、回転方向に均一に設定されていることを特徴とする。

第３の手段は、第１又は第２の手段において、前記磁性キャリアは磁性を有する芯材粒子と該芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とからなり、前記磁性キャリアの重量平均粒径Ｄｗが２０〜４０μｍであることを特徴とする。

第４の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段において、前記磁性キャリアは１０００・（１０^３／４π） Ａ／ｍの磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントが、７０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以下であることを特徴とする。

第５の手段は、第１ないし第４のいずれかの手段に係る現像装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。

第６の手段は、少なくとも第１ないし第４のいずれかの手段に係る現像装置と、像担持体とを含むプロセスカートリッジが一体的に構成され、取り付け対象に対して着脱可能であることを特徴とする。

第７の手段は、第６の手段に係るプロセスカートリッジを１以上備えた画像形成装置であって、当該プロセスカートリッジが作像部に対して一体的に着脱されることを特徴とする。

第８の手段は、内部に磁石を有する現像剤担持体を像担持体に対向して配置し、前記現像剤担持体の表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を層状に担持させて前記像担持体の表面上に形成される潜像を前記トナーで現像する現像方法において、前記現像剤担持体は、表面が粗面化処理された後、軸方向に延びる複数の溝が形成されたものであり、前記像担持体の１点が前記二成分現像剤に接触し、離れるまでの間に、前記像担持体の表面に接触する現像剤密度を積算した画像を二次元ＦＦＴ解析し、前記二次元ＦＦＴ解析によって得られたパワースペクトルの５〜１２ｃｙｃｌｅ／ｍｍの間の積算値の最大値と最小値との差が、現像剤の標準汲み上げ量に対し上下限１５ｍｇ／ｃｍ^２の間で０．１以下であるようにして現像を行うことを特徴とする。

第９の手段は、第８の手段において、前記複数の溝は波線溝であり、当該波線溝の溝幅及び溝ピッチは、回転方向に均一に設定されていることを特徴とする。

第１０の手段は、第８又は第９の手段において、前記磁性キャリアは磁性を有する芯材粒子と該芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とからなり、前記磁性キャリアの重量平均粒径Ｄｗが２０〜４０μｍであることを特徴とする。

第１１の手段は、第８ないし第９のいずれかの手段において、前記磁性キャリアは１０００・（１０^３／４π） Ａ／ｍの磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントが、７０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以下であることを特徴とする。

なお、後述の実施形態において、現像剤担持体は現像ローラ１６に、像担持体は感光体１に、現像装置は符号４、４ａないし４ｄ及び３４に、像担持体の表面に接触する現像剤の現像剤密度を設定する手段は現像スリーブ２２に、プロセスカートリッジは符号２０及び３０に、帯電装置は符号２及び３２に、クリーニング装置は符号９及び３５にそれぞれ対応する。

本発明によれば、経時で現像剤の汲み上げ量変動が発生しても、動的現像剤密度の変化が抑制され、経時でザラツキ感がなく、ドット再現性の良い高品質の画像を形成することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置の作像部分を示す概略構成図である。この実施形態に係る画像形成装置は、並設された複数の感光体にそれぞれ個別に現像装置を設け、各感光体上にそれぞれ単色のトナー画像を形成し、得られた複数の単色トナー画像を順次中間転写ベルトに転写して合成カラー画像を形成し、この合成カラー画像を記録媒体に記録する所謂間接転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置である。

図１において、画像形成装置はシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの４色の画像を形成する４個の作像部を備えている。各作像部の構成を図１において右端の作像部を例にとって説明すると、作像部の中央部には感光体１ａが設けられている。感光体１ａの回りに、それぞれ隣接するようにプロセス装置が設けられている。すなわち、感光体１ａの画像形成部に当接するように、帯電装置としての帯電ローラ２ａ、現像装置４ａ、及びクリーニングユニット９ａが感光体の回転方向に沿ってこの順で配置されている。現像装置４ａにはトナー補給部１０ａ及びトナーホッパ１１ａが付設されている。また、現像装置４ａと帯電ローラ２ａの間には図示しない書き込み装置から書き込み情報の光書き込みが行われる書込み位置３ａが設定されている。また、クリーニングユニット９ａと帯電ローラ２ａとの間には除電装置１４ａが設けられている。残り３つの作像部においても、それぞれ現像装置４ｂ〜ｄ、帯電ローラ２ｂ〜ｄ、クリーニングユニット９ｂ〜ｄ、トナー補給部１０ｂ〜ｄ、トナーホッパ１１ｂ〜ｄ、書込み位置３ｂ〜ｄ及び除電装置１４ｂ〜ｄが設けられている。

感光体１ａ〜ｄの下方には中間転写ベルト５が１つの駆動ローラ、２つの従動ローラ間に張設され、１つのテンションローラによって所定の張力が与えられている。この中間転写ベルト５と一部当接するように、紙転写ベルト７が並設され、両者のニップ間に記録紙が供給される。紙転写ベルト７も１つの駆動ローラと２つの従動ローラ間に張設され、前記ニップには、レジストローラ６によって中間転写ベルト上の画像とタイミングを取って記録紙が送り込まれる。また、紙転写ベルト７に隣接して、前記ニップの記録紙搬送方向下流側には、記録紙上の画像を定着するための定着装置８が設けられている。なお、中間転写ベルト５の各感光体１ａ〜１ｄと相対する位置には転写ローラ１２ａ〜１２ｂが設けられ、感光体１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト５上に転写させることができる。

このように構成された画像形成装置は、以下のように動作する。
すなわち、帯電ローラ２ａ〜２ｄによって感光体１ａ〜１ｄの表面を均一に帯電させた後、書込装置からの書込み情報に基づいて書込み位置３ａ〜ｄで光学的に書き込みが行われ、感光体１ａ〜１ｄ上に潜像が形成される。得られた静電潜像は現像装置４ａ〜４ｄによって各色毎（各作像ステーション毎）に現像剤中のトナーによって可視化され、トナー像が形成される。感光体１ａ〜１ｄに形成されたトナー像は転写ローラ１２ａ〜１２ｄによって中間転写ベルト５に一旦転写される。次いで、レジストローラ対６を経て中間転写ベルト５と紙転写ベルト７とのニップに記録紙を供給し、この記録紙に、中間転写ベルト５上に転写されたトナー像をさらに転写させる。トナー像が転写された記録紙は紙転写ベルト７により定着手段８に搬送され、熱又は圧力によってトナー像を記録紙上に定着し、系外に排出する。感光体１ａ〜１ｄ上に残留し、中間転写ベルト５に転写されなかった未転写トナーは感光体クリーニングユニット９ａ〜９ｄによって掻き落とされ、その後、感光体１ａ〜１ｄ上の残留電荷が除電手段１４ａ〜１４ｄにより除電され、次の作像動作に備える。

クリーニングユニット９ａ〜９ｄによって掻き落とされた未転写トナーは、図示しない回収トナー搬送経路を経て、また中間転写ベルト５上の未転写トナー、あるいはプロセスコントロール用のパターン像は中間転写クリーニングブレード１３によって中間転写ベルト５から掻き落とされ、図示しない回収トナー搬送経路を経て各々各色毎に設けられた廃トナー収容容器に収容される。

現像装置４ａ〜４ｄへのニュートナーの補給は以下のように行われる。
すなわち、図示しないトナーカートリッジに充填されたニュートナーはトナー補給装置１０ａ〜１０ｄにより、機械本体の後側のトナーホッパ部１１ａ〜１１ｄに補給される。トナーホッパ１１ａ〜１１ｄに貯められたトナーは現像装置４ａ〜４ｄ内のトナー濃度検知装置（後述する図２、符号２４参照）により、現像装置４ａ〜４ｄ内のトナー濃度が低いと判断された場合、トナーホッパ１１ａ〜ｄ内の図示省略したトナー補給スクリュを回転させ、適量のトナーがトナーホッパ１１ａ〜ｄから現像装置４ａ〜ｄへ供給される。トナーボトルのトナー残量検知は、トナーホッパ１１ａ〜１１ｄ内にトナー有り無しセンサ（図示せず）を配置し、そのセンサがトナー無しであることを検知した場合であって、トナー補給装置にトナーの供給を要求し、所定時間要求し続けてもトナー有りを検知しなかった場合にトナー無しであると判断する。

次に、図２は作像部の構成を詳細に示す拡大断面図である。この図２では、４つの作像部のうちの１つを示しているが、残り３つの作像部も同様な構成になっており、以下の説明では参照番号に作像部を識別するためのアルファベットを省略している。また、感光体１と現像装置４とは、例えば一体に形成されたプロセスカートリッジ２０となっている。このプロセスカートリッジ２０は、これら感光体１と現像装置４の他に帯電ローラ２、クリーニングブラシとクリーニングブレードとからなるクリーニング装置９とが一体化しており、画像形成装置本体に対して着脱自在に形成されている。

現像装置４には、感光体１上に、書込み位置３によって光学的に形成された静電潜像に対してトナー像を形成するための現像ローラ１６が設けられている。現像ローラ１６の現像領域の上流側には現像ローラ１６上の現像剤量をある所定量に規制する現像ドクタと称される規制部材１７が配置されている。現像装置４内の現像タンク部にはトナー粒子と磁性粒子（キャリア）を混合した二成分現像剤が収納されており、この現像剤はスクリュ部材１８、１９の等速回転により、現像装置４内を循環しながらトナーとキャリアが攪拌により摩擦帯電する。搬送スクリュ１８は現像剤の一部を現像ローラ１６に供給し、現像ローラ１６はその現像剤を磁気的に担持して搬送する。搬送スクリュ１８の下方にはトナー濃度センサ２４が配置され、現像タンク内のトナー濃度を随時計測し、適正値に収まるよう制御している。なお、トナー補給部からのトナーは図示しないサブホッパに一旦蓄えられた後、現像タンク内のトナー濃度がトナー濃度センサ２４によって低いと検知されたときに、所定の換算式により換算された時間だけ図示しないトナー補給スクリュを回転させ、これによって、適量のトナーが図示しない現像トナー供給口に補給される。

現像ローラ１６は非磁性材料からなる円筒状の現像スリーブ２２と、この現像スリーブ２２内に固定された磁界発生装置としてのマグネットローラの磁石２３とから構成されている。現像スリーブ２２はこの磁石２３の周りを自在に回転することができる。磁石２３には感光体ドラム１の対向部位に主極（Ｐ１極）が配置され、反時計回り方向にＳ極とＮ極とが交互に配置されている。また、感光体ドラム１との対向部より現像ローラ１６の回転方向下流位置では、現像剤を現像ローラ１６から剥離するために、同極性の磁極が隣接して配置されている。現像ローラ１６上の現像剤は、現像ケースに配置された現像剤規制部材１７により高さ（担持量）が規制される。この本体ケースの開口部から、トナー及び磁性粉末キャリアからなる二成分現像剤である現像剤を表面に坦持する現像ローラ１６が一部露出するよう配置されている。感光体１上の静電潜像は、現像ローラ１６上のトナーで現像され、トナー像となる。

現像装置４は、特性上、感光体１と対向する位置における現像ローラ１６上の単位面積当たりの現像剤担持量が２０〜６０（ｍｇ／ｃｍ^２）、より好ましくは３０〜５０（ｍｇ／ｃｍ^２）であることが好ましい。現像剤担持量が２０（ｍｇ／ｃｍ^２）より少ない場合には、現像ローラ１６と感光体１との間に印加する電界をより大きくする必要があり、キャリア付着に対して不利である。一方、現像剤担持量が６０（ｍｇ／ｃｍ^２）よりも多い場合には、感光体１と現像ローラ１６との空間において、現像剤の充填密度が高くなる方向であり、この空間での現像剤の滞留が起こったり、現像剤の流動性が低下する傾向にある。この流動性低下に伴い、感光体上の静電潜像に対してのトナー供給が円滑に行われなくなり、画像濃度低下や濃度ムラが発生しやすくなる。

現像ローラ１６の周速度をＶｓ、感光体１の周速度Ｖｐとした場合、両者の比Ｖｓ／Ｖｐが１．５から２．５の範囲になるように調整することが望ましい。前記比をこの範囲に設定することにより高品質な画像を得ることが可能となる。前記比Ｖｓ／Ｖｐが１．５よりも低い場合には、静電潜像を通過する現像剤の通過時間が短くなるために、現像能力が低下してしまい、高面積を有する画像を出力した場合、画像濃度低下が顕著となる。また、前記比Ｖｓ／Ｖｐが２．５よりも高い場合、すなわち、現像剤と静電潜像との接触時間が長くなる場合には、異常画像が発生することが知られている。

ここで言う異常画像とは、ベタ画像部後端の画像濃度低下、画像抜け、特にハーフトーン画像の後端部で顕著にみられる画像抜けや、ベタ画像とハーフトーン画像境界部での画像濃度変化を意味する。これらは何れも潜像電位の異なる場所、あるいは潜像電位が不連続に急激に変化する画像濃度の境界部に現れる。これは、現像ニップを現像剤が通過する過程で現像剤中のトナーが移動すること、そもそも誘導体としての静電容量を持つ現像剤層が異なる不連続な現像電界を通過するときの過渡現象に起因するものと考えられる。

現像剤は、トナー濃度を５．０〜９．０（ｗｔ％）の範囲で、平均帯電量Ｑ／Ｍが１５〜６０（−μＣ／ｇ）、より好ましくは２０〜４０（−μＣ／ｇ）となるものを使用することが、キャリアのトナーによる被覆率や現像剤流動性の最適化等の観点から望ましい。トナー濃度が５．０（ｗｔ％）より低い場合には、現像剤の帯電量Ｑ／Ｍが高くなる方向であり、感光体上の静電潜像を現像する現像ポテンシャルをより高く設定する必要があり、感光体の寿命低下を招くおそれがある。さらに現像剤の帯電量Ｑ／Ｍが６０（−μＣ／ｇ）を越える場合には、画像濃度が低下する可能性が高くなる。またトナー濃度が９．０（ｗｔ％）よりも高い場合には、現像剤の帯電量Ｑ／Ｍが低くなる方向にある。現像剤の帯電量Ｑ／Ｍが１５（−μＣ／ｇ）未満の場合には、トナー飛散が発生しやすくなり、トナー飛散のレベルが悪くなるにつれて、画像地肌部がトナーで汚れる所謂地肌汚れが発生して画像品質低下を招く。よって、トナー濃度を５．０〜９．０（ｗｔ％）の範囲とし、平均帯電量Ｑ／Ｍが１５〜６０（−μＣ／ｇ）となる現像剤を使用する。これによって、小粒径キャリア、小粒径トナーを使用した現像剤であっても、長期に亘って安定した画像品質が得られる。

トナーによるキャリアの被覆率は、１０〜８０％、好ましくは２０〜６０％である。なお、被覆率は以下の式で算出される。

被覆率（％）＝（Ｗｔ／Ｗｃ）×（ρｃ／ρｔ）×（Ｄｃ／Ｄｗ）
×（１／４）×１００ ・・・（１）
上記（１）式中、Ｄｃはキャリアの重量平均粒径（μｍ）、Ｄｗはトナーの重量平均粒径（μｍ）、Ｗｔはトナーの重量（ｇ）、Ｗｃはキャリアの重量（ｇ）、ρｔはトナー真密度（ｇ／ｃｍ^３）、ρｃはキャリア真密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。

重量平均粒径は、個数基準で測定された粒子の粒径分布（個数頻度と粒径との関係）に基づいて算出されたものである。この場合の重量平均粒径Ｄｗは以下の式で表される。

Ｄｗ＝｛１／Σ（ｎＤ３）｝×｛Σ（ｎＤ４）｝ ・・・（２）
上記（２）式中、Ｄは各チャネルに存在する粒子の代表粒径（μｍ）を示し、ｎは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本実施形態では、２μｍの長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。

また、本実施形態に適用する現像剤は、トナーの重量平均粒径が４．０〜８．０μｍであり、トナーの重量平均粒径（Ｄｗ）と個数平均粒径（Ｄｎ）の比（Ｄｗ／Ｄｎ）が１．２０以下であることが望ましい。トナーの小粒径化は解像度を上げるためには不可欠であるが、副作用として、流動性、保存性において悪化傾向にある。トナー粒径が４．０μｍ未満であると、現像剤の流動性が極端に悪化して現像剤中の均一なトナー濃度を確保することが困難となる。またトナー小粒径化はキャリアに対する被覆率が上昇する方向であり、被覆率が高くなり過ぎた場合には、キャリア汚染の加速化及びトナー飛散誘発が懸念される。

トナー及び現像剤の流動性を向上させる手段として、トナーに添加剤を多く添加する方法があるが、これは副作用が発生するために本質的な改善は期待できない。しかし、トナーの粒径分布を均一にすることにより、トナー小粒径化に伴う副作用が克服される。すなわち、トナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Ｄｗ／Ｄｎが１に近いことが望ましく、１．２０以下にすることにより、流動性悪化の抑制効果が得られる。その結果、小粒径トナーを使用した場合でもトナー濃度の均一化を図ることができる。

このように、トナーの重量平均粒径が４．０〜８．０μｍ、かつトナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Ｄｗ／Ｄｎを１．２０以下にすることにより、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上を図ることが可能となり、高品質な画像を得ることができる。また、トナー粒度分布における３μｍ以下の粒子個数比率を５％以下にすることによって、流動性、保存性における品質改善効果が顕著であり、現像装置中へのトナー補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性において良好な水準を得ることができる。

トナーの粒度分布は種々の方法で測定できるが、本実施形態では小孔通過法（コールターカウンター法）を用いて行った。測定装置として、ＣＯＵＬＴＥＲＣＯＵＮＴＥＲＭＯＤＥＬＴＡ２（コールター社製）を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイスを接続して、１００μｍのアパチャー（細孔）を使用した。測定方法としては、まず電解水溶液に界面活性剤を加えた中に、トナー測定用試料を分散させる。分散した試料を別の１％ＮａＣｌ電界液に注入して、アパチャーチューブのアパチャーの両側に電極が置かれている電解液を通して両電極間に電流を流す。このときの抵抗変化から２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定し、平均分布から個数平均粒径、重量平均粒径を求める。

トナーには流動性付与剤を添加することが好ましい。使用可能な流動性付与剤として種々のものが挙げられるが、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に、両微粒子の平均粒径が５０（ｎｍ）以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデアワールス力を小さくすることができ、トナーの流動性向上を図ることができる。その結果、現像剤の所望の帯電レベルを得ることができ、良好な画像品質が得られ、さらに転写残トナーの低減が図られる。更に、酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にある。よって、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、帯電立ち上がり特性の悪化の影響が大きくなることが考えられる。しかし疎水性シリカ微粒子の添加量が０．３〜１．５（ｗｔ％）の範囲で、疎水性酸化チタン微粒子が０．２〜１．２（ｗｔ％）の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質を得ることが可能で、トナー飛散を抑制することができる。

また、平均粒径が８０〜１４０（ｎｍ）である大粒径の疎水性シリカを添加することにより、転写性、現像性に対して更に性能が向上する。特に、トナー平均粒径が７（μｍ）以下のような小粒径トナーを使用した現像剤において、品質改善効果が顕著である。すなわち、粒径が大きい添加剤がトナー粒子間においてスペーサ的な作用をして、トナー転写圧縮時のトナー凝集や現像機の空攪拌時におけるトナー表面への添加剤埋没が抑制可能となる。その結果、転写不良に伴うベタ画像濃度ムラ、添加剤埋没に伴うトナー流動性低下が発生せず、長期に亘って高品質な画像が得られる。

現像剤におけるキャリアの重量平均粒径Ｄｗは、２０〜６０（μｍ）、より好ましくは２０〜４０（μｍ）である。キャリアの重量平均粒径Ｄｗが６０（μｍ）よりも大きい場合には、感光体上の磁気的なキャリア保持力が強く、キャリア付着は起こりにくいが、単位重量当たりのキャリア表面積が小さくなるため、高画像濃度を得るためにトナー濃度を高くすると、地汚れが急速に増大する。また、潜像のドット径が小さい場合は、ドット径のバラツキが大きくなる。一方、キャリアの重量平均粒径Ｄｗが２０μｍよりも小さい場合には、キャリア粒子当たりの磁気モーメントが低下し、現像ローラ１６上の磁気的なキャリア保持力が弱くなり、キャリア付着が起きやすくなる。

１０００・（１０^３／４π）［Ａ／ｍ］の磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントは、７０（Ａ・ｍ^２／ｋｇ）以下である。これ以上高くなると、磁気ブラシが硬くなり、穂跡やぼそついた画像となりやすい。またその下限値は特に制約されないが、通常５０（Ａ・ｍ^２／ｋｇ）程度である。磁気モーメントが５０（Ａ・ｍ^２／ｋｇ）より小さい場合には、現像ローラ１６上の磁気的なキャリア保持力が低下して、キャリア付着が発生しやすくなる。

キャリアの磁気モーメントは、以下のようにして測定することができる。Ｂ−Ｈトレーサー（ＢＨＵ−６０／理研電子社製）を使用し、円筒のセルにキャリア粒子１．０ｇを詰めて装置にセットする。磁場を徐々に大きくし３０００エルステッドまで変化させ、次に徐々に小さくして零にした後、反対向きの磁場を徐々に大きくし、３０００エルステッドとする。更に徐々に磁場を小さくして零にした後、最初と同じ方向に磁場をかける。このようにして、Ｂ−Ｈカーブを図示し、その図より１０００エルステッドの磁気モーメントを算出する。

キャリアの芯材粒子としては、例えば、鉄、コバルト等の強磁性体、マグネタイト、ヘマタイト、Ｌｉ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｂａ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｓｒ系フェライト、Ｍｎ系フェライト等が挙げられる。フェライトとは一般に以下の式３で表される焼結体である。

（ＭＯ）ｘ（ＮＯ）ｙ（Ｆｅ_２Ｏ_３）ｚ ・・・（３）
但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ｍｏｌ％であって、Ｍ、Ｎはそれぞれ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ等であり、２価の金属酸化物と３価の鉄酸化物との完全混合物から構成されている。

次に、本実施形態に使用されるキャリア及びトナーの材料について説明する。
まず、本実施形態で使用されるキャリアは、磁性を有する芯材粒子と、その表面を被覆する樹脂層とからなる。この樹脂層を形成するための樹脂としては、キャリアの製造に従来用いられている公知のものを用いることができる。例えば、キャリアの樹脂層には、図３に示す化学式で表される繰り返し単位を含むシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。

ただし、図３の化学式中、Ｒ１は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数１〜４の低級アルキル基、又はアリール基（フェニル基、トリル基など）を示す。Ｒ２は、炭素数１〜４のアルキレン基、又はアリーレン基（フェニレン基など）を示す。

更に、キャリアの樹脂層にはストレートシリコーン樹脂でも良い。このようなストレートシリコーン樹脂としては、ＫＲ２７１、ＫＲ２７２、ＫＲ２８２、ＫＲ２５２、ＫＲ２５５、ＫＲ１５２（信越化学工業社製）、ＳＲ２４００、ＳＲ２４０６（東レダウコーニングシリコーン社製）等が挙げられる。また、キャリアの樹脂層には、変性シリコーン樹脂を用いることができる。このようなものとしては、エポキシ変性シリコーン、アクリル変性シリコーン、フェノール変性シリコーン、ウレタン変性シリコーン、ポリエステル変性シリコーン、アルキッド変性シリコーン等が挙げられる。上記変性シリコーン樹脂の具体例としては、エポキシ変性物：ＥＳ−１００１Ｎ、アクリル変性シリコーン：ＫＲ−５２０８、ポリエステル変性物：ＫＲ−５２０３、アルキッド変性物：ＫＲ−２０６、ウレタン変性物：ＫＲ−３０５（以上、信越化学工業社製）、エポキシ変性物：ＳＲ２１１５、アルキッド変性物：ＳＲ２１１０（東レダウコーニングシリコーン社製）等が挙げられる。

これらシリコーン樹脂には、アミノシランカップリング剤を適量（０．００１〜３０重量％）含有させることができるが、このようなものとしては以下のようなものが挙げられる。

Ｈ_２Ｎ（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３：ＭＷ１７９．３
Ｈ_２Ｎ（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３：ＭＷ２２１．４
Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＣＨ_３）_２（ＯＣ_２Ｈ_５）：ＭＷ１６１．３
Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣ_２Ｈ_５）_２：ＭＷ１９１．３
Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３：ＭＷ１９４．３
Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣＨ_３）_２：ＭＷ２０６．４
Ｈ_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＮＨＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３：ＭＷ２２４．４
（ＣＨ_３）_２ＮＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２Ｓｉ（ＣＨ_３）（ＯＣ_２Ｈ_５）_２：ＭＷ２１９．４
（Ｃ_４Ｈ_９）_２ＮＣ_３Ｈ_６Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３：ＭＷ２９１．６
更に、キャリアの樹脂層には、以下に示すものを単独又は上記シリコーン樹脂と混合して使用することも可能である。ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体（スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。

キャリアの芯材粒子表面に樹脂層を形成するための方法としては、スプレードライ法、浸漬法、又はパウダーコーティング法等公知の方法を適用することができる。特に、流動床型コーティング装置を用いる方法は、均一な塗付膜を形成するのに有効である。

キャリア芯材粒子表面上に形成する樹脂層の厚みは、通常０．０２〜１μｍ、好ましくは０．０３〜０．８μｍである。樹脂層の厚みはきわめて小さいことから、樹脂層を被覆した芯材粒子からなるキャリアとキャリア芯材粒子の粒度分布は実質的に同じである。

また、必要に応じてキャリアの抵抗率を調整することができ、キャリアの抵抗率の調整は芯材粒子上の被覆樹脂の抵抗調整、膜厚の制御によって可能である。キャリア抵抗調整のために、導電性微粉末を被覆樹脂層に添加して使用することも可能である。上記導電性微粉末としては、導電性ＺｎＯ、Ａｌ等の金属又は金属酸化物粉、種々の方法で調製されたＳｎＯ_２又は種々の元素をドープしたＳｎＯ_２、ＴｉＢ２、ＺｎＢ_２、ＭｏＢ_２等のホウ化物、炭化ケイ素、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ（パラ−フェニレンスルフィド）ポリピロール、ポリエチレン等の導電性高分子、ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。これらの導電性微粉末は、コーティングに使用する溶媒又は被覆用樹脂溶液に投入した後、ボールミル、ビーズミル等メディアを使用した分散機又は高速回転する羽根を備えた攪拌機を使用することによって均一に分散することができる。

本実施形態に適用されるトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤と帯電制御剤とから構成される。このトナーは、重合法、造粒法等の各種のトナー製法によって作成された不定形又は球形のトナーである。また、磁性トナー及び非磁性トナーのいずれも使用可能である。

ここで使用されるトナーの結着樹脂としては、従来からトナー用結着樹脂として使用されてきたものは全てが適用可能である。具体的にはポリスチレン、ポリクロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン／ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン／プロピレン共重合体、スチレン／ビニルトルエン共重合体、スチレン／ビニルナフタレン共重合体、スチレン／アクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリル酸エチル共重合体、スチレン／アクリル酸ブチル共重合体、スチレン／アクリル酸オクチル共重合体、スチレン／メタクリル酸メチル共重合体、スチレン／メタクリル酸エチル共重合体、スチレン／メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン／α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン／ビニルメチルケトン共重合体、スチレン／ブタジエン共重合体、スチレン／イソプレン共重合体、スチレン／アクリロニトリル／インデン共重合体、スチレン／マレイン酸共重合体、スチレン／マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルブチルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して使用される。

ここでトナーの着色剤としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色のトナーを得ることが可能な染顔料が使用でき、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料及び染料の全てが適用可能である。具体的には、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧローダミン６Ｃレーキ、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、マラカイトグリーン、マラカイトグリーンヘキサレート、ローズベンガル、モノアゾ系染顔料、ジスアゾ系染顔料、トリスアゾ系染顔料等が挙げられる。これらの着色剤の使用量は、結着樹脂に対して、通常１〜３０ｗｔ％、好ましくは３〜２０ｗｔ％である。

トナーの帯電制御剤としては、正の帯電制御剤及び負の帯電制御剤のいずれも使用可能であるが、カラートナーの場合、色調を損なうことのない透明色から白色のものを使用するのが好ましい。例えば正極性のものとしては４級アンモニウム塩類、イミダゾール金属錯体や塩類等が用いられ、負極性のものとしては、サリチル酸錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が挙げられる。

また、トナーに離型性を持たせるために、低分子量のポリエチレン、ポリプロピレン等の合成ワックス類の他、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ろう、ホホバ油等の植物系ワックス類；みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス類；モンタンワックス、オゾケライト等の鉱物系ワックス類；硬化ヒマシ油、ヒドロキシステアリン酸、脂肪酸アミド、フェノール脂肪酸エステル等の油脂系ワックス類をトナーに含有させることができ、これらは単独で又は２種以上が混合して使用される。

更に、トナーには、上記の離型剤の他に必要に応じてトナーの熱特性、電気特性、物理特性を調整する目的で、各種の可塑剤（フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等）、抵抗調整剤（酸化錫、酸化鉛、酸化アンチモン等）等の助剤を添加することも可能である。更にトナーには、必要に応じて上記の離型剤、助剤等以外の流動性付与剤を混合することもできる。その流動性付与剤としては、例えばシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子、フッ化マグネシウム微粒子、炭化ケイ素微粒子、炭化ホウ素微粒子、炭化チタン微粒子、炭化ジルコニウム微粒子、窒化ホウ素微粒子、窒化チタン微粒子、窒化ジルコニウム微粒子、マグネタイト微粒子、二硫化モリブデン微粒子、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸マグネシウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子、フッ素系樹脂微粒子、アクリル系樹脂微粒子等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を併用することが可能である。なお、流動性付与剤としては、一次粒子の粒径が０．１μｍよりも小さく、表面をシランカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化処理した疎水化度４０以上のものであることが好ましい。

トナーの製造方法としては、公知の方法が用いられる。例えば結着樹脂、着色剤及び顔料、帯電制御剤さらに必要に応じて離型剤等を適当な比率でヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機を使用して十分に混合する。その後、スクリュ型押出し式連続混練機、２本ロールミル、３本ロールミル又は加圧加熱ニーダを用いて溶融混練を行う。またカラートナーの場合、顔料の分散性を向上させる目的で、結着樹脂の一部と顔料を予め溶融混練して得られるマスターバッチ顔料を着色剤として使用することが一般的である。上記方法で得られた混練物を冷却固化させた後、ハンマーミル等の粉砕機を用いて粗粉砕をする。さらに、粗粉砕物をジェットミル粉砕機で粉砕処理した後に気流式分級機等に連結されたローター粉砕機等を用いて表面処理を行う。例えば、衝突式粉砕機としてはハンマーミル、ボールミル、チューブミル、振動ミル等を挙げることができる。圧縮空気及び衝突板を主構成要素として具備したジェット式粉砕機としてはＩタイプ及びＩＤＳタイプ衝突式粉砕機（日本ニューマチック工業社製）が好適に使用される。また、ローター粉砕機としてはロールミル、ピンミル、流動層式ジェットミル等が挙げられる。特に、外壁としての固定容器とこの固定容器と中心軸を同一にする回転片とを主構成要素として具備するローター式粉砕機としてはターボミル（ターボ工業社製）、クリプトロン（川崎重工業社製）、ファインミル（日本ニューマチック工業社製）等が使用できる。連結された分級機には気流式分級機としてディスパージョンセパレータ（ＤＳ）式分級機（日本ニューマチック工業社製）、多分割式分級機（エルボージェット；日鉄鉱業社製）等が使用できる。さらに気流式分級機、機械式分級機を用いて微粉分級を行い、微細粒子を得ることができる。

更に、上記方法で得られた微細粒子に流動性付与剤を添加混合する場合には、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル等の公知の設備が使用可能である。また懸濁重合法、非水分散重合法により、モノマーと着色剤、流動性付与剤から直接トナーを製造する方法であっても良い。

図４は他の実施形態に係るプロセスカートリッジの要部を示す図、図５は現像ローラのスリーブに施されたエッチングを説明する図である。このプロセスカートリッジ３０は、感光体３１、帯電装置３２、現像装置３４及びクリーニング装置３５を一体化したものである。このプロセスカートリッジ３０は、画像形成装置本体に対して着脱自在であり、現像装置３４としては、上記実施形態と同様の構成のものが採用される。

このプロセスカ−トリッジ３０を有する画像形成装置は、感光体３１が所定の周速度で回転駆動される。感光体３１は回転過程において、帯電装置３２によりその周面に正又は負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光装置（図示しない）からの画像露光光を受けて感光体の周面に静電潜像が順次形成される。形成された静電潜像は、現像装置３４によりトナー現像され、現像されたトナー像は、図示されていない給紙部から感光体３１と転写装置との間に感光体３１の回転と同期するように給送された転写材に、転写装置により順次転写される。

像転写を受けた転写材は感光体面から分離して図示されていない像定着装置へ導入されて像定着され、複写物（コピー）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリーニング装置３５によって転写残トナーの除去を受けて清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。

本実施形態によれば、プロセスカートリッジ３０は独立して取り外しが可能で、感光体ユニット、現像装置とも本発明で寿命は延びるが、必ずしもその長さは一致しない場合もあり、そのときはそれぞれ別々に容易に交換することが可能である。また、独立して配設できるので簡単な機構を追加することで、非現像時に現像ローラを感光体から退避させることができ、これによって、現像ローラへのトナーフィルミングの促進が低減され、更に現像装置の寿命を延ばすことができる。

本実施態様に係る画像形成装置では、現像装置の現像ローラ３６の現像スリーブ２２の材質としてはアルミニウムを用いた。粗面化処理は、サンドブラストやビーズブラスト等を用いて行い、表面粗さをＲｚで５〜２０μｍになるようにすると良い。本実施形態では、＃２００のサンドブラストを用い、Ｒｚが９μｍであった。このように表面を粗面化処理した後、図５に示すように現像スリーブ２２の表面に現像ローラ１６の軸方向に波線溝をエッチングにより加工したものを用いた。

なお、エッチングは前記特許文献４に記載された方式で行った。特許文献４に記載された方式とは、現像に利用される現像剤担持領域の表面に凹凸を形成し、当該現像剤担持領域の両側に設けられる現像剤非担持領域は現像剤の担持、搬送の機能を極力抑える平滑面とし、現像剤の側方への漏れ防止に有利なように形成する方式である。前記凹凸はフォトレジスト方式のエッチング加工によって形成されたもので、エッチングによって円形の凹部を均一な大きさ及びピッチにて形成し、現像剤担持体領域の表面を全体として微細な凹凸としている。凹凸はフォトレジストに用いるマスクのパターンによってどのようにも形成でき、均一性が損なわれることはない。均一性は、作業者、作業装置、あるいは現像ローラの材質の違いによって影響を受けることはない。

以下、本発明を更に具体的な実施例により説明する。

〔実施例１〕
・重合トナーの製造例
イオン交換水７１０ｇに、０．１Ｍ−Ｎａ_３ＰＯ_４水溶液４５０ｇを投入し、６０°Ｃに加温した後、ＴＫ式ホモミキサー（特殊機化工業製）を用いて、１２０００ｒｐｍにて攪拌した。これに１．０Ｍ−ＣａＣｌ_２水溶液６８ｇを徐々に添加し、Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２を含む水系媒体を得た。

（トナー成分）
スチレン １７０ｇ
ｎ−ブチルアクリレート ３０ｇ
キナクリドン系マゼンタ顔料 １０ｇ
ジ−ｔ−ブチルサリチル酸金属化合物 ２ｇ
ポリエステル樹脂 １０ｇ
上記処方を６０°Ｃに加温し、ＴＫ式ホモミキサー（特殊機化工業製）を用いて、１２０００ｒｐｍにて均一に溶解、分散した。これに、重合開始剤２、２‘−アゾビス（２、４−ジメチルバレロニトリル）１０ｇを溶解し、重合性単量体組成物を調整した。そして、上記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、６０°Ｃ、Ｎ_２雰囲気下において、ＴＫ式ホモミキサーにて１００００ｒｐｍで２０分間攪拌し、重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌しつつ、８０°Ｃに昇温し、１０時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で一部水系媒体を留去して冷却し、塩酸を加えリン酸カルシウムを溶解させた後、濾過、水洗、乾燥をして、重量平均粒径が７μｍ、３μｍ以下粒子個数比率が１％の着色懸濁粒子を得た。この微細粒子２０ｋｇに対して平均粒径０．３μｍの疎水性シリカ微粒子１００ｇ、平均粒径０．３μｍの疎水性チタン微粒子１００ｇを添加及び攪拌混合を行って、マゼンタ電子写真用トナーＡを得た。

トナーＡの主な特性
Ｄｖ＝７．０μｍ、
Ｄｎ＝６．５μｍ、
Ｄｖ／Ｄｎ＝１．０７７、
３μｍ以下の粒子個数比率＝１％
・キャリアＡの製造例
シリコーン樹脂（ＳＲ２４１１．トーレダウコーニングシリコーン社製）を希釈して、シリコーン樹脂溶液（固形分：５％）を用意した。そして、流動床型コーティング装置を用いて、キャリア芯材粒子（１）の各粒子表面上に、上記シリコーン樹脂溶液を、１００℃の雰囲気下で約４０ｇ／ｍｉｎの割合で塗布し、更に２４０°Ｃで２時間加熱して、膜厚０．５３μｍ、真比重５．０ｇ／ｃｍ^３のキャリアを得た。膜厚の調整はコート液量により行った。

フルカラープリンタの機械条件は以下の通りである。

感光体線速 ２８２（ｍｍ／ｓｅｃ）
感光体径 ６０（ｍｍ）
スリーブ／感光体線速比 ２．０
Ｇｐ ０．３（ｍｍ）
Ｇｄ（現像ローラ−ドクタＧａｐ） ０．３２（ｍｍ）
現像剤汲み上げ量 ４０（ｍｇ／ｃｍ^２）
ローラ径 φ２５（ｍｍ）
ローラ表面 波線溝：図６の表参照
主極角度 ３°
主極磁束密度 １２０（ｍＴ）
ドクタ対向極磁束密度 ５６（ｍＴ）
帯電電位Ｖ０ −５２０（Ｖ）
露光後電位ＶＬ −５０ （Ｖ）
現像バイアスＶＢ（ＤＣ成分） −４００（Ｖ）
現像バイアスＶＢ ＤＣ
なお、図６に示す表は現像スリーブ２２に形成される溝の幅、深さ、本数、ピッチ及び断面積の数値を示すものである。なお。この表における断面積は、現像スリーブ２２の１周における溝断面積の平均値である。

上記条件で、画像形成を行い、画像のザラツキ感、ドット再現性を評価した。ザラツキ感の程度を表す評価基準として粒状度を用いる。ここで、粒状度の測定原理を説明する。粒状度を測定用として、ハーフトーン領域の画像をスキャナで読み取り、１ｃｍ^２程度のパッチを用意する。この画像をフーリエ変換して得られたパワースペクトルに対し、人間の視覚特性を表す周波数フィルタをかけて、人間の目に目立ちやすい部分を抽出したパワースペクトルを積分する。このようにしてパッチ毎に得られた数値のことを粒状度と呼ぶ。本実施形態では、特に明度が４０〜８０となる部分のパッチの粒状度の平均値を用いた。粒状度は、小さい程ザラツキ感のない良好な画像であると言える。

次に、現像領域で感光体１側から見た動的現像剤密度の解析方法について説明する。ここで、現像領域とは、図７に示すように現像スリーブ上の磁気ブラシと感光体ドラムが接触している領域のことである。図７は現像領域と感光体１越しに観察した磁気ブラシの状態の模式図である。

上記感光体ドラム側から見た磁気ブラシの現像剤密度を求めるために、現像領域の磁気ブラシを次ぎに示す可視化装置を用いて観察する。可視化装置は、φ６０ｍｍの透明ガラスドラムを感光体１の代わりとして備え、これに、所定の現像ギャップだけ離れた位置に、現像スリーブ２２を配置する。ガラスドラムは１／４にカットされており、カットされた部分から現像領域の磁気ブラシ先端部を観察できるようにする。このとき、ガラスドラムは実機線速で移動可能である。また、トナーが摩擦帯電による付着しないように、ガラスドラム表面に透明電極を作製し、非画像部電位を外部電源により印加した。さらに、ガラスドラムの最表面には摩擦係数等を実際の感光体と同じにするために、感光体の表面層を塗布してある。また、常に感光体の同一箇所を観察するために、ガラスドラムの中心に感光体と同期回転するミラーを設け、現像剤挙動はこのミラー越しに観察を行う。

この可視化装置で観察される磁気ブラシ先端部を、実体顕微鏡（オリンパス社製 ＳＺ６０）で拡大し、高速度カメラ（フォトロン社製 Ｆａｓｔｃａｍ ＭＡＸ−１２０ＫＣ）を用い６０００ＦＰＳで撮影を行った。

図８は動的現像剤密度の算出方法を説明するための図である。同図において、撮影した動画像データのうち、現像剤が感光体に接触し始める位置から離れるまでの動画を切り出し、動画像処理ソフト（Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ Ｐｌｕｓ）と画像解析ソフト（ＮＩ Ｖｉｓｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）を用い、元画像（図８（１））に対して、現像剤が感光体に接触している領域と現像剤が接触していない領域とが区別可能な適当な閾値で２値化処理を行う（図８の（２））。このとき現像剤が存在する部分を１（白）、現像剤が存在しない部分を０（黒）で現す。２値化処理した元画像のグリーン輝度値を抽出した画像（図８の（３））を乗算（図８の（４））する。このようにして現像剤が感光体に接触し始める位置から離れるまでの複数の画像処理画像を得ることができる（図８の（５））。これら画像を積算し、１枚の画像を得（図８の（６））、この画像について二次元ＦＦＴ解析を行い、パワースペクトルを得る（図８の（７））。６００ｄｐｉ、２×２ｄｏｔ以下の周波数である、５〜１２ｃｙｃｌｅ／ｍｍのパワースペクトル積算値を動的現像剤密度の代用値とした（図８の（８））。このパワースペクトルの積算値が小さいほど動的現像剤密度が高いこと、すなわち現像剤が感光体に接触しない領域が少ないことを表す。また、５ｃｙｃｌｅ／ｍｍ未満は、撮影している面積が狭く低周波は意味がないため除外した。なお、上記説明における（ ）付き数字は、図８では丸付き数字に対応する。

図９は現像剤の標準汲み上げ量に対して上下限１５ｍｇ／ｃｍ^２の間での前記パワースペクトルの積算値の最大値と最小値の差、初期と７５０００枚ランニング後のザラツキ感、ドット再現性の判定結果を示す表である。なお、図９では、粒状度０．３１未満を〇、０．３１以上を×として、ザラツキ感の良否を判定した結果を示している。

〔実施例２〕
実施例１において、スリーブ表面形状の溝の溝幅、溝深さ、溝本数、溝ピッチ、断面積を図６の実施例２のように変更した以外は実施例１と同様に行った。

〔実施例３〕
実施例１において、スリーブ表面形状の溝の溝幅、溝深さ、溝本数、溝ピッチ、断面積を図６の実施例３のように変更した以外は実施例１と同様に行った。

〔比較例１〕
実施例１において、粗面化処理を行わなかった以外は実施例１と同様に行った。

〔比較例２〕
実施例１において、溝形成後粗面化処理を行った以外は実施例１と同様に行った。

図９の表から明らかなように、７５Ｋ枚ランニング後におけるザラツキ感、ドット再現性は本発明の実施例では粒状度が全て０．３１未満であったのに対し、比較例は粒状度が０．３１以上の不合格であった。

以上のように、本実施形態によれば、
１）経時で現像剤の汲み上げ量の変動が発生しても、標準汲み上げ量に対して上下限１５ｍｇ／ｃｍ^２の間でのパワースペクトルの積算値の最大値と最小値の差が０．１以下になるようにすれば、動的現像剤密度の変化を抑制し、経時でザラツキ感のない、ドット再現性に優れた高品質の画像を形成することができる。
２）現像スリーブ２２の表面形状を波線溝とすることにより、経時で現像剤の汲み上げ量変動が起こった場合でも、動的現像剤密度が変化しにくい現像状態にすることができ、経時でザラツキ感のない、ドット再現性に優れた画像を形成することができる。
３）キャリアの重量平均粒径Ｄｗを２０〜４０μｍとすることによって動的現像剤密度を密にすること、すなわち、現像剤が感光体に接触しない領域を減らすことが可能となる。これにより、ザラツキ感のない、ドット再現性に優れた画像を形成することができる。
４）磁性キャリアが１０００・（１０^３／４π） Ａ／ｍの磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントを７０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以下にすることによって磁気ブラシをソフトにすることが可能となる。これにより、経時でのトナー及びキャリアの劣化を抑制することが可能となり、その結果、経時でザラツキ感のない、ドット再現性に優れた高品質の画像を形成することができる。
等の効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の作像部分を示す概略構成図である。 作像部の構成を詳細に示す拡大断面図である。 キャリアの樹脂層に使用されるシリコーン樹脂の化学式である。 他の実施形態に係るプロセスカートリッジの要部を示す図である。 現像ローラのスリーブに施されたエッチングを説明する図である。 現像スリーブに形成される溝の詳細なデータを表として示す図である。 現像領域と感光体越しに観察した磁気ブラシの状態の模式図である。 動的現像剤密度の算出方法を説明するための図である。 祖面化処理後溝形成した現像スリーブを使用したときの溝形状に対するパワースペクトルの積算値の最大値と最小値の差と、画像形成の初期状態と７５Ｋ枚ランニング後の画像のザラツキ感、ドット再現性の判定結果を表として示す図である。

符号の説明

１，３１ 感光体
２ 帯電ローラ
４，３４ 現像装置
８ 定着装置
１６ 現像ローラ
２０，３０ プロセスカートリッジ
２２ 現像スリーブ

Claims (11)

1. 内部に磁石を有する現像剤担持体を像担持体に対向して配置し、前記現像剤担持体の表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を層状に担持させて前記像担持体の表面上に形成される潜像を前記トナーで現像する現像装置において、
   前記現像剤担持体は、表面が粗面化処理された後、軸方向に延びる複数の溝が形成されたものであり、
   前記像担持体の１点が前記二成分現像剤に接触し、離れるまでの間に、前記像担持体の表面に接触する現像剤密度を積算した画像を二次元ＦＦＴ解析し、
   前記現像剤密度が前記二次元ＦＦＴ解析によって得られたパワースペクトルの５〜１２ｃｙｃｌｅ／ｍｍの間の積算値の最大値と最小値との差が、現像剤の標準汲み上げ量に対し上下限１５ｍｇ／ｃｍ^２の間で０．１以下であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像剤担持体の複数の溝は波線溝であり、当該波線溝の溝幅及び溝ピッチは、回転方向に均一に設定されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   前記磁性キャリアは磁性を有する芯材粒子と該芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とからなり、
   前記磁性キャリアの重量平均粒径Ｄｗが２０〜４０μｍであることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の現像装置において、
   前記磁性キャリアは１０００・（１０^３／４π） Ａ／ｍの磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントが、７０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以下であることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の現像装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の現像装置と、像担持体とを含み、取り付け部位に一体的に着脱されることを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 請求項６記載のプロセスカートリッジを１以上備え、当該プロセスカートリッジが作像部に対して一体的に着脱されることを特徴とする画像形成装置。
8. 内部に磁石を有する現像剤担持体を像担持体に対向して配置し、前記現像剤担持体の表面にトナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を層状に担持させて前記像担持体の表面上に形成される潜像を前記トナーで現像する現像方法において、
   前記現像剤担持体は、表面が粗面化処理された後、軸方向に延びる複数の溝が形成されたものであり、
   前記像担持体の１点が前記二成分現像剤に接触し、離れるまでの間に、前記像担持体の表面に接触する現像剤密度を積算した画像を二次元ＦＦＴ解析し、
   前記二次元ＦＦＴ解析によって得られたパワースペクトルの５〜１２ｃｙｃｌｅ／ｍｍの間の積算値の最大値と最小値との差が、現像剤の標準汲み上げ量に対し上下限１５ｍｇ／ｃｍ^２の間で０．１以下であるようにして現像を行うことを特徴とする現像方法。
9. 請求項８記載の現像方法において、
   前記複数の溝は波線溝であり、当該波線溝の溝幅及び溝ピッチは、回転方向に均一に設定されていることを特徴とする現像方法。
10. 請求項８又は９に記載の現像方法において、
    前記磁性キャリアは磁性を有する芯材粒子と該芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とからなり、
    前記磁性キャリアの重量平均粒径Ｄｗが２０〜４０μｍであることを特徴とする現像方法。
11. 請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の現像方法において、
    前記磁性キャリアは１０００・（１０^３／４π） Ａ／ｍの磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントが、７０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以下であることを特徴とする現像方法。