JP2010002474A

JP2010002474A - 現像装置および画像形成装置

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Publication number: JP2010002474A
Application number: JP2008159150A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Takai; 隆幸高井
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-18
Also published as: JP4600531B2; US8050602B2; US20090317142A1

Abstract

【課題】十分な画像濃度を有し、かつ画像メモリーが十分に防止された画像を得ることができるハイブリッド現像装置および画像形成装置を提供すること。
【解決手段】トナーとキャリアを含む現像剤；該現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第１の搬送部材；第１の領域を介して該第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材；第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に第１の電界を形成する第１の電界形成手段；第２の搬送部材と静電潜像担持体との間に第２の電界を形成する第２の電界形成手段を備えており、第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に形成される第１の電界が少なくとも交流電界を含み、第２の搬送部材が、キャリアとの摩擦接触によって、前記トナーの帯電極性と同極性に帯電される表面を有し、かつ体積抵抗値１×１０^３〜１×１０^９（Ω）を有する現像装置、ならびに上記現像装置を含む画像形成装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置、及びこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分として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。

一成分現像方式の現像装置は、トナーを担持して搬送するトナー担持体と該トナー担持部材のトナー担持面に接触するトナー規制部材を備えている。トナー担持体に担持されているトナーは、トナー規制部材の接触位置を通過する際、トナー規制部材と摩擦接触して薄層化されると共に所定の極性に帯電される。このように、一成分現像装置は、トナーの帯電をトナー規制部材との摩擦接触によって行っているため、構成が簡単・小型・安価であるという利点がある。更には、トナー担持体上には厚さ十数μｍを上限値とするトナー層のみが形成される為にトナー担持体と感光体が微小間隙を保って設定することが出来、強電界設定による高いトナー移動速度を達成でき、高精細な高い画像品質を得ることが出来る。しかしながら、規制部の強いストレスによりトナーの劣化が促進されやすく、トナーの帯電量が耐久と共に低下しやすい。さらに、トナー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が低下し、カブリ等の問題を引き起こす為、現像装置の長寿命化が困難である。

二成分現像方式の現像装置は、トナーとキャリアを摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電するため、トナーの受けるストレスは一成分現像装置に比べて少ない。キャリアも、その表面積はトナーに比べて大きいことから、トナーが付着して汚れることも少ない。しかしながら、現像剤担持部材上でキャリアにより形成される磁気ブラシの長さは一成分現像方式のトナー担持体上のトナー層厚の２０〜５０倍にも及ぶ上に、ミクロ的には不均一となる。その結果、リーク防止等も考慮して、一成分現像方式に比べ弱電界に設定し、かつ感光体へ磁気ブラシが少なくとも一部は接触する様に設定せざるを得ない。そのため、トナー移動速度が遅く、しかもキャリアによる感光体上のトナー像の掻き取りが生じる為に、画像品質は一成分現像方式に比べて劣るものとなる。

そこで、両方の現像方式の長所を取り入れた現像方式として、二成分現像方式により帯電した現像剤を保持した搬送ローラ（第１搬送部材）と現像ローラ（第２搬送部材）との間に電界を形成し、トナーのみを分離して現像ローラ上にトナー層を形成し、一成分現像を行うハイブリッド現像方式が提案されている（特許文献１）。本現像方式によれば、現像ローラと搬送ローラとの対向部において、搬送ローラから現像ローラへのトナーのみの選択的供給、および現像ローラから搬送ローラへの残留トナーの回収が行われる。この方式によれば装置の長寿命化と高画質化の両立が可能となる。しかしながら、現像ローラと搬送ローラとの対向部においてトナーの供給・回収が不十分で、現像ローラ上のトナー層を充分にリセットできない、という新たな問題が生じた。そのため、現像ローラ上における新旧トナー層の間の単位面積当たりのトナー量やトナー帯電量の差に起因して、画像メモリーが発生した。この問題は搬送ローラと現像ローラの近接領域において、新規トナーを搬送ローラから現像ローラへと供給しつつ、現像後の現像ローラ上の残留トナーを搬送ローラ上の現像剤により回収するという相反する機能を両立させることの困難さから生じている。装置の高画質化や高速化等への対応のために、トナー供給を優先する設定を行った場合に、特に画像メモリーは顕著に発生した。例えば、近年、市場の高画質化要求に対応したトナー小径化に伴う単位質量あたりの高帯電量化に伴って、現像ローラへの付着力（鏡像力）が増加した場合や高速化要求に向けて現像領域に向けた単位時間当たりのトナー供給量を増加させた場合、回収性が低下し、画像メモリーが顕著になる傾向があった。一方で、トナー供給が不十分であると、画像濃度が不十分であった。
特開２００３−１５３８０号公報

本発明は、十分な画像濃度を有し、かつ画像メモリーが十分に防止された画像を長期にわたって得ることができるハイブリッド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。

本発明の現像装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、トナーとキャリアの相互の摩擦接触によってトナーが第１の極性に帯電されると共にキャリアが第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤；
該現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第１の搬送部材；
第１の領域を介して該第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材；
第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段；
第２の搬送部材と静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、第２の搬送部材が保持しているトナーを静電潜像担持体の静電潜像に移動させて静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段を備えており、
第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に形成される第１の電界が少なくとも交流電界を含み、
第２の搬送部材が、キャリアとの摩擦接触によって、前記トナーの帯電極性と同極性に帯電される表面を有し、かつ体積抵抗値１×１０^３〜１×１０^９（Ω）を有する。
また、本発明の画像形成装置は、上記現像装置を含む。

本発明に係るハイブリッド現像装置では、第２の搬送部材が、キャリアとの摩擦接触によって、トナーおよびキャリアの摩擦接触時のトナーの帯電極性と同極性に帯電される表面を有し、かつ特定の抵抗値を有するものである。これによって、トナーとの摩擦接触によって特定の極性に帯電されるキャリアは、第２の搬送部材表面との摩擦接触によっても、さらに当該極性に有効に帯電されるので、トナー回収時におけるキャリア帯電量が増大する。しかも、このとき第１の搬送部材と第２の搬送部材との間には交流電界を含む第１の電界が形成されるので、トナー回収時においてキャリアが静電気力によりトナーをより一層有効に回収できるようになるとともに、トナー供給時においてキャリアが十分量のトナーを供給できるようになる。それらの結果、十分な画像濃度を有し、かつ画像メモリーが十分に防止された画像を長期にわたって得ることができる。そのような効果は、画像形成装置が高速機である場合、画像の高精細化の為に小径トナーが使用される場合、あるいは画像形成装置が低湿環境で使用される場合であっても、有効に得ることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。

〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。

帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。

このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。

〔２．現像装置〕
現像装置３４は、トナーとキャリアを含む２成分現像剤２および以下に説明する種々の部材を収容する現像槽（ハウジング）４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、現像槽４２の一部は削除してある。現像槽４２は感光体１２に向けて開放された一連の開口部（４４、５２）を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材（第２の搬送部材）である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材（第２の回転円筒体）であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。

本発明において現像ローラ４８はキャリアとの摩擦接触により、トナーおよびキャリアの摩擦接触時のトナーの帯電極性と同極性に帯電される表面を有するものである。逆帯電トナーの発生によるかぶり防止の観点から好ましい現像ローラ４８は、トナーとの摩擦接触においては、殆ど電荷のやり取りの生じない表面を有するものである。ここで、「殆ど電荷のやり取りの生じない」は、少なくとも見かけ上、電荷のやり取りによる帯電量の変化が殆ど無いことを示している。

例えば、キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電されるトナーを用いる場合、現像ローラは、キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電される表面層を有するものが使用され、好ましい現像ローラはトナーとの摩擦接触においては、殆ど電荷のやり取りの生じない表面を有するものが使用される。そのような負帯電性表面層として、例えば、フッ素含有樹脂からなる負帯電性有機層やフッ化ケイ酸ガラスからなる負帯電性無機層が挙げられる。フッ素含有樹脂は、フッ素原子を含有するポリマーであれば特に制限されず、例えば、フッ素含有オレフィン樹脂、フッ素含有アクリル系樹脂等が挙げられる。

フッ素含有オレフィン樹脂の具体例として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。ポリテトラフルオロエチレンはデュポン社ＰＴＦＥ８５１−２１２として入手可能である。

フッ素含有アクリル系樹脂の具体例として、例えば、ポリフッ化メタクリル酸エステル等が挙げられる。

負帯電性有機層には、キャリアとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を含有させてもよい。負荷電制御剤としては、後述の荷電粒子の説明で例示する負荷電制御剤が使用可能である。負帯電性有機層に負荷電制御剤を含有させる場合、有機層の構成樹脂は上記フッ素含有樹脂等に制限されるものではなく、ポリエステル、エポキシ樹脂、スチレン−メタクリレートエステル共重合体等の他の樹脂が使用されてもよい。

負帯電性表面層は有機層であることが、製造容易性の観点から好ましく、さらに荷電粒子の消費をより有効に抑制する観点からは、フッ素含有シリコーン樹脂からなる有機層、特にＰＴＦＥからなる有機層が好ましい。

負帯電性表面層を構成する樹脂と、キャリア（正帯電性）を構成する樹脂と、負帯電性トナーを構成するバインダー樹脂との好ましい組み合わせは以下の通りである。
（負帯電性表面層−キャリア−負帯電性トナー）
（フッ素樹脂−アクリル樹脂−スチレンアクリル樹脂）
（高分子ポリエチレン樹脂−アクリル樹脂−スチレンアクリル樹脂）
（フッ素樹脂−シリコーン樹脂−スチレンアクリル樹脂）

また例えば、キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電されるトナーを用いる場合、現像ローラは、キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電される表面層を有するものが使用され、好ましい現像ローラは、トナーとの摩擦接触においては、殆ど電荷のやり取りの生じない表面層を有するものが使用される。そのような正帯電性表面層として、例えば、窒素含有樹脂からなる正帯電性有機層やチタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナからなる正帯電性無機層が挙げられる。窒素含有樹脂は、窒素原子を含有するポリマーであれば特に制限されず、例えば、窒素含有シリコーン樹脂、窒素含有アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド等が挙げられる。

窒素含有シリコーン樹脂の具体例として、例えば、下記一般式（Ｉ）；

で表されるアミノ変性シリコーン樹脂が挙げられる。

式（Ｉ）中、Ｒ^１〜Ｒ^３はそれぞれ独立して炭素数１〜５のアルキル基であり、より好ましくは同時にメチル基である。好ましいアルキル基の具体例として、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｎ−プロピル基が挙げられる。
Ｒ^４は炭素数１〜３のアルキレン基であり、好ましくはエチレン基である。
Ｒ^５は炭素数１〜３のアルキル基である。好ましいアルキル基の具体例として、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｎ−プロピル基が挙げられる。

窒素含有アクリル樹脂の具体例として、例えば、下記一般式（ＩＩ）；

で表されるポリアミノアクリル酸エステル樹脂、ならびにアクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニルピリジン、Ｎ−ビニルカルバゾールおよびビニルイミダゾールからなる群から選択される１種類またはそれ以上の含窒素モノマーからなる単独重合体または共重合体が挙げられる。

式（ＩＩ）中、Ｒ^６は炭素数１〜８、好ましくは１〜５のアルキル基である。好ましいアルキル基の具体例として、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。
ｎは４０〜１８０である。

正帯電性有機層には、トナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤としては、後述の荷電粒子の説明で例示する正荷電制御剤が使用可能である。正帯電性有機層に正荷電制御剤を含有させる場合、有機層の構成樹脂は上記窒素含有樹脂に制限されるものではなく、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エポキシ樹脂等の他の樹脂が使用されてもよい。

正帯電性表面層は有機層であることが、製造容易性の観点から好ましく、さらに荷電粒子の消費をより有効に抑制する観点からは、窒素含有シリコーン樹脂、窒素含有アクリル樹脂、またはポリイミドからなる有機層、特に上記一般式（Ｉ）で表されるアミノ変性シリコーン樹脂、上記一般式（ＩＩ）で表されるポリアミノアクリル酸エステル樹脂、またはポリイミドからなる有機層が好ましい。

正帯電性表面層を構成する樹脂と、キャリア（負帯電性）を構成する樹脂と、正帯電性トナーを構成するバインダー樹脂との好ましい組み合わせは以下の通りである
（正帯電性表面層−キャリア−正帯電性トナー）
（ポリアミド樹脂−アクリル樹脂−スチレンアクリル樹脂）

有機層は所定の樹脂を溶媒に溶解し、溶液を、所定のアルミ管またはステンレス（ＳＵＳ）管の表面に塗布、乾燥することによって製造可能である。溶媒に溶解し難いＰＴＦＥ等のような樹脂を用いる場合は、エマルジョン形態で用いて、塗布した後、焼き付けることによって製造可能である。
無機層は所定の無機物質を用いて真空蒸着法等を実施することにより製造可能である。

現像ローラ４８は体積抵抗値が１×１０^３〜１×１０^９（Ω）であり、好ましくは５×１０^３〜５×１０^８（Ω）である。抵抗値が低すぎると、現像ローラ４８とキャリアとの摩擦によってキャリアが帯電する際の荷電量（授受電荷量）が少なくなり、現像後の現像ローラ４８上トナーの回収が不十分になり、画像メモリーが発生する。抵抗値が高すぎると、現像ローラ４８とキャリアとの摩擦による現像ローラ４８表面帯電量の増大に伴い、現像ローラ４８と現像剤搬送部材との間に形成されるトナー供給電界の実効値が低下し、耐刷時において現像ローラ４８上のトナー搬送量の不足が生じ、その結果画像濃度が低下する。

現像ローラの抵抗値は、三菱化学製ハイレスターを用い、現像ローラの金属軸部と表面層に当接した電極との間で体積抵抗測定を行うことにより求めることができる。但し、同様の原理による限り、測定器は限定されない。

現像ローラ４８が有する表面層の厚みは、本発明の目的が達成される限り、特に制限されないが、現像器の寿命の間のメモリー解消効果の確保、画像濃度の低下をより有効に防止する観点から、１０〜５０μｍとすることが好ましい。

現像ローラ４８の背後には、開口部としての別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材（第１の搬送部材）である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ６０（第１の回転円筒体）を有する。スリーブ６０の上方には、現像槽４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。

磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にある搬送ローラ５４の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にある搬送ローラ５４の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、搬送ローラ５４の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、搬送ローラ５４の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含む。

搬送ローラ５４の背後には、現像剤撹拌室６６が形成されている。撹拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。

このように構成された現像装置３４の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤撹拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。キャリアはトナーに比べて相当大きいため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。

帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域８６）で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された第１の電界の存在により、キャリアに付着しているトナーが現像ローラ４８に電気的に供給される。供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の領域（回収領域）９２では、現像に寄与することなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８上のトナーが、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。図１における供給領域９０および回収領域９２の拡大模式図を図２に示す。キャリア４は、詳しくは、図２に示すように、磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されるとともに、トナー６を保持して、スリーブ６０の回転運動によって供給領域９０まで搬送され、トナー６を後で詳述する第１の電界によって現像ローラ４８に供給する。その後、キャリア４は、前記した表面を有する現像ローラ４８との摩擦接触によって、現像ローラ４８上のトナー帯電極性と逆極性により帯電し、トナーの電荷とキャリアの電荷の間で形成されるクーロン力により、現像ローラ４８からのトナーの分離が促進され、第１の電界によって回収領域９２で残留トナーを十分に回収できる。キャリアは磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されており、スリーブ６０から現像ローラ４８に移動することはない。供給回収領域８８を通過した現像剤２は、磁石体５８の磁力に保持され、スリーブ６０の回転と共に磁極Ｓ２の対向部を通過して磁極Ｎ２とＮ３の対向領域（放出領域９４）に到達すると、Ｎ２とＮ３に間の磁力の無い領域で自重によってスリーブ６０の外周面から前室６８に放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。

供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する領域（現像領域）９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位Ｖ_Ｈが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位Ｖ_Ｌまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位Ｖ_Ｈを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。

このようにして現像剤２からトナー６が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤２に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、現像槽４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。本発明において荷電粒子の消費は十分に抑制されるので、補給トナーは、最初に充填された現像剤におけるトナーに対する荷電粒子の含有割合よりも、荷電粒子の割合を低減して設定できる。

本発明においては、図７に示すように、現像ローラ４８内における搬送ローラ５４との対向部において、搬送ローラ５４内における現像ローラ４８との対向部に配置された磁極とは異なる磁極を有する磁石が配置されることが好ましい。これによって、キャリアは、供給領域９０でのトナー供給後、現像ローラ４８の表面との摩擦接触を有効に行うことができ、回収領域９２での残留トナーの回収をより一層、有効に行うことができる。図７において、搬送ローラ５４内における現像ローラ４８との対向部に配置される磁極がＮ極であって、現像ローラ４８内における搬送ローラ５４との対向部に配置される磁極がＳ極であるが、これに制限されるものではなく、搬送ローラ５４内における現像ローラ４８との対向部に配置される磁極がＳ極であるときは、現像ローラ４８内における搬送ローラ５４との対向部に配置される磁極がＮ極である。

〔３．電界形成手段〕
供給領域９０で搬送ローラ５４から現像ローラ４８にトナー６を効率的に移動させ、かつ回収領域９２で現像ローラ４８から搬送ローラ５４にトナー６を効率的に移動させるため、現像ローラ４８と搬送ローラ５４との間に第１の電界を、第１の電界形成手段１１０としての現像ローラ用の第１の電源および搬送ローラ用の第２の電源により形成する。

第１の電界は、少なくとも交流電界を含むものであり、通常は交流電界と直流電界とからなる複合電界である。第１の電界が交流電界を含むとは、例えば、現像ローラの電位を基準にして、搬送ローラの電位を表したとき、搬送ローラの電位は図３に示すように振幅をもって表されるという意味である。図３は負帯電性トナーを用いたときの搬送ローラ電位を示し、搬送ローラ電位が現像ローラ電位よりも低いときは、トナーの供給が優先的に起こり、搬送ローラ電位が現像ローラ電位よりも高いときは、トナーの回収が優先的に起こる。そのような第１の電界を現像ローラと搬送ローラとの間に形成することによって、画像濃度の向上と画像メモリーの防止とを同時に達成できる。第１の電界が直流電界のみからなると、トナーの供給または回収の一方のみが優先的に起こるため、画像濃度の向上と画像メモリーの防止とを両立できない。

第１の電界の交流電界条件としては、本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば、周波数は２〜９ｋＨｚ、特に２〜４ｋＨｚであり、振幅は１０００〜３０００ボルト、特に１３００〜２５００ボルトであり、トナー供給デューティ比は５０〜７０％、特に５５〜６５％であることが好適である。

第１の電界の直流電界条件としては、搬送ローラから現像ローラへのトナーの移動が達成される限り特に制限されず、例えば、現像ローラと搬送ローラとの間の電位差は０〜−２００ボルト、特に−５０〜−１５０ボルトが好適である。現像ローラと搬送ローラとの距離は通常、０．２〜０．５ｍｍ、好ましくは０．３〜０．４ｍｍに設定される。

また現像領域９６で現像ローラ４８から感光体１２の静電潜像にトナー６を効率的に移動させて静電潜像を可視像化するため、現像ローラ４８と感光体１２との間に第２の電界を、第２の電界形成手段としての現像ローラ用の第１の電源により形成する。

第２の電界は、少なくとも直流電界を含むものであり、所望により交流電界と直流電界とからなる複合電界であってもよい。第２の電界が交流電界を含むとは、第１の電界が交流電界を含む場合に準じて解釈され、例えば、感光体の静電潜像画像部の電位を基準にして、現像ローラの電位を表したとき、現像ローラの電位は振幅をもって表されるという意味である。

第２の電界の直流電界条件としては、現像ローラから感光体の静電潜像へのトナーの移動が達成される限り特に制限されず、例えば、現像ローラと感光体の静電潜像画像部との間の電位差は−２００〜−５００ボルト、特に−２５０〜−４００ボルトが好適である。現像ローラと感光体との距離は通常、０．１〜０．２ｍｍ、好ましくは０．１〜０．１５ｍｍに設定される。

第２の電界の交流電界条件としては特に制限されず、例えば、周波数は２〜９ｋＨｚであり、振幅は１０００〜２０００ボルトであり、マイナスデューティ比は３５〜４５％であることが好適である。

第１の電界および第２の電界を形成するための電界形成手段の具体例として、例えば、図４Ａ〜図６に示す電源が挙げられる。

図４Ａの電界形成装置１１０ａは、現像ローラ４８に接続された第１の電源１２４と搬送ローラ５４に接続された第２の電源１３０を有する。第１の電源１２４は、現像ローラ４８とグランド１２６との間に接続された直流電源１２８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧Ｖ_ＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１３０は、搬送ローラ５４とグランド１２６との間に直流電源１３２と交流電源１３４を有する。直流電源１３２は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧Ｖ_ＤＣ２（例えば、−４００ボルト）を搬送ローラ５４に印加している。図４Ｂに示すように、交流電源１３４は、搬送ローラ５４とグランド１２６との間にピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｐ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧Ｖ_ＡＣを印加する。その結果、供給領域９０では、現像ローラ４８と搬送ローラ５４との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６が搬送ローラ５４表面のキャリア４から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、搬送ローラ５４の内部の固定磁石の磁力によって搬送ローラ５４（スリーブ６０）表面に保持され、現像ローラ４８に供給されることはない。また、回収領域９２では、現像ローラ４８と搬送ローラ５４との間に形成された脈流電界の作用を受けて、負極性に帯電している残留トナーが現像ローラ４８から搬送ローラ５４表面のキャリア４に電気的に吸引される。さらに、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。

図５に示す電界形成装置１１０ｂは、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２と搬送ローラ５４に接続された第２の電源１１４を有する。第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８および交流電源１５４を有する。直流電源１１８は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧Ｖ_ＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。交流電源１５４は、現像ローラ４８とグランド１１６との間にピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｐ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧Ｖ_ＡＣ１を印加する。第２の電源１１４は、搬送ローラ５４とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０および交流電源１５６を有する。直流電源１２０は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧Ｖ_ＤＣ２（例えば、−４００ボルト）を搬送ローラ５４に印加している。交流電源１５６は、搬送ローラ５４とグランド１１６との間にピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｐ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧Ｖ_ＡＣ２を印加する。交流電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２は現像ローラと搬送ローラとの間で振幅の大きな交流電界が形成されるように、位相が反転されている。その結果、図４Ａにおいてと同様に、供給領域９０では脈流電界の作用を受けてトナー６が搬送ローラ５４表面のキャリア４から現像ローラ４８に電気的に有効に吸引され、回収領域９２では脈流電界の作用を受けて残留トナーが現像ローラ４８から搬送ローラ５４表面のキャリア４に電気的に有効に吸引される。現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：−８０ボルト）との電位差および交流電源１５４によって達成される脈流電界に基づき、静電潜像画像部に付着する。交流電圧を印加しているにもかかわらず、交流電界が形成されない場合の一例として、例えば、図１１Ａに示すような電源が挙げられる。図１１Ａでは、現像ローラ４８に印加される交流電源１４４と、搬送ローラ５４に印加される交流電源１４４とは共通しているために、それらの間に交流電界は形成されない。

図６に示す電界形成装置１１０ｃは、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２と搬送ローラ５４に接続された第２の電源１１４を有する。第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８および交流電源１６０を有する。直流電源１１８は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧Ｖ_ＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。交流電源１６０は、現像ローラ４８とグランド１１６との間にピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｐ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧Ｖ_ＡＣ１を印加する。第２の電源１１４は、搬送ローラ５４とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有する。直流電源１２０は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧Ｖ_ＤＣ２（例えば、−４００ボルト）を搬送ローラ５４に印加している。その結果、図４Ａにおいてと同様に、供給領域９０では脈流電界の作用を受けてトナー６が搬送ローラ５４表面のキャリア４から現像ローラ４８に電気的に有効に吸引され、回収領域９２では脈流電界の作用を受けて残留トナーが現像ローラ４８から搬送ローラ５４表面のキャリア４に電気的に有効に吸引される。現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：−８０ボルト）との電位差および交流電源１６０によって達成される脈流電界に基づき、静電潜像画像部に付着する。

〔４．現像剤〕
本発明において使用される現像剤はトナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤であり、好ましくはさらに第３の成分としてトナーに対して逆の極性に帯電される荷電粒子（インプラント粒子）を含むものである。キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ（スペント）が発生しても、当該スペント部に当該荷電粒子が付着し、キャリアの寿命を延ばすことができる。

好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択され、トナーとの摩擦接触によりトナーの帯電極性とは逆の極性に帯電される粒子が使用され、通常はキャリアとの摩擦接触により、トナーの帯電極性と逆極性に帯電される粒子が使用される。荷電粒子の平均一次粒径は、例えば、１００〜１０００ｎｍである。詳しくは例えば、キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電されるトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電される粒子が用いられ、通常はキャリアとの摩擦接触により正極性に帯電される粒子が使用される。そのような粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、アルミナ等の無機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できる。荷電粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニルピリジン、Ｎ−ビニルカルバゾール、ビニルイミダゾールがある。負帯電性トナーを構成するバインダー樹脂と正帯電性荷電粒子を構成する材料との好ましい組み合わせは以下の通りである。
（負帯電性トナー−正帯電性荷電粒子）
ポリエステル−ＳｒＴｉＯ_３
スチレン−メタクリレート樹脂−ＳｒＴｉＯ_３
ポリエステル−ＣａＴｉＯ_３
スチレン−メタクリレート樹脂−ＣａＴｉＯ_３

また例えば、キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電されるトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電される粒子が用いられ、通常はキャリアとの摩擦接触により、負極性に帯電される粒子が使用される。このような粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機粒子、また、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粒子が使用できる。トナーとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を、荷電粒子を構成する樹脂に含有させてもよい。負荷電制御剤には、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用できる。荷電粒子は、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であってもよい。正帯電性トナーを構成するバインダー樹脂と負帯電性荷電粒子を構成する材料との好ましい組み合わせは以下の通りである。
（正帯電性トナーバインダー樹脂−負帯電性荷電粒子）
スチレンアクリル樹脂−シリカ
ポリアミノアクリル酸エステル−ポリフッ化アクリルビーズ
ポリアミノアクリル酸エステル−ＰＴＦＥビーズ
スチレンアクリル樹脂−ポリフッ化アクリルビーズ
スチレンアクリル樹脂−ＰＴＦＥビーズ

荷電粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機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、シリコーンオイル等で表面処理してもよい。特に、無機粒子に正極帯電性を付与する場合、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い。粒子に負極性帯電性を付与する場合、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。

荷電粒子の含有量は、本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば、トナーに対して０．１〜５．０重量％、特に０．５〜３．０重量％が好適である。

トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍであり、好ましくは４．５〜７μｍである。粒径が比較的小さいトナーを用いても、本発明の効果を有効に得ることができるためである。

トナーは、バインダー樹脂中に少なくとも着色剤を含有させたトナー粒子に外添剤が外添されてなるものであり、トナー粒子にはさらに荷電制御剤や離型剤を含有させてもよい。トナー粒子は、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。

トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、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）、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、スチレンアクリル樹脂、窒素含有アクリル樹脂またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０〜１６０℃の範囲、ガラス転移点が約５０〜７５℃の範囲であることが好ましい。

着色剤は、公知の材料、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る。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２〜２０重量部であることが好ましい。

荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４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、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、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が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。

離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、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、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。

外添剤としては、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が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコーンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。外添剤は、トナー粒子１００重量部に対して、０．１〜５重量部の割合で添加させることが好ましい。これら外添剤の個数平均一次粒径は９〜１００ｎｍ、特に９〜１００ｎｍ未満であることが好ましい。

キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。例えば、バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約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、所望により表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。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、ポリアクリル系樹脂およびスチレン−メタクリレート共重合体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。キャリアの形状は、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。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重量％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る。これらの樹脂をキャリア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、キャリアの電荷付与能力を向上できる。

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ることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。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、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、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がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。

コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。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の選択により調整できる。コーティング樹脂は、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。

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重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。

（トナーＡ）
湿式造粒法により作成された体積平均粒径６．５μｍのトナー粒子１００重量部に対し、第１の疎水性シリカ０．２重量部と第２の疎水性シリカ０．５重量部と疎水性酸化チタン０．５重量部と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２重量部をヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて外添処理し、負帯電性トナーを得た。バインダー樹脂はスチレン−アクリル樹脂であった。

ここで用いた第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（＃１３０：日本アエロジル社製）を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ものである。
第２の疎水性シリカは、個数平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０：日本アエロジル社製）をＨＭＤＳにより表面処理したものである）。
疎水性酸化チタンは、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ものである）。

（トナーＢ）
湿式造粒法により作成された体積平均粒径５μｍのトナー粒子１００重量部に対し、第１の疎水性シリカ０．３重量部と第２の疎水性シリカ０．７５重量部と疎水性酸化チタン０．７５重量部と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３重量部をヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて外添処理し、負帯電性トナーを得た。バインダー樹脂はスチレン−アクリル樹脂であった。

第１の疎水性シリカ、第２の疎水性シリカ、および疎水性酸化チタンはトナーＡにおいてと同様であった。

（キャリア）
磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル樹脂コートがなされてなるコート型キャリアで、平均粒径約２５μｍのキャリアを用いた。

（現像剤）
トナーＡまたはトナーＢとキャリアを混合して現像剤を得た。現像剤中のトナー濃度は（トナー重量）／（現像剤重量）で８ｗｔ％であった。

（現像ローラＡ１）
メチルエチルケトンにフッ素原子含有ポリマー（ポリフッ素化メタクリル酸エステル）を溶解し、得られた溶液にカーボンブラックを分散させて、塗液を得た。この塗液をディッピング法により、現像ローラに用いるアルミ管に塗布し、乾燥させ、厚み１０μｍの塗膜を形成した。現像ローラの抵抗は、三菱化学製ハイレスターを用いて測定したところ、５×１０^３Ωであった。現像ローラ表面の帯電極性は、図１０のように前記キャリア４を載せた回転するスリーブ６０に、スリーブ６０より周速度が遅くスリーブ６０と同方向に回転する現像ローラ４８を接触させ一周した後、表面電位を、プローブ１８１を有する表面電位計１８０を用いて測定し検出する。本現像ローラの表面電位は−５Ｖであり、本現像ローラ表面はキャリアに対して負帯電性であることがわかった。なお、以下に示す現像ローラの抵抗、表面電位および厚みの測定方法は、現像ローラＡ１における方法と同様である。

（現像ローラＡ２）
カーボンブラックの添加量を減量したこと以外、現像ローラＡ１と同様の方法により、現像ローラＡ２を製造した。本現像ローラの抵抗は５×１０^５Ω、表面電位は−１０Ｖであり、本現像ローラ表面はキャリアに対して負帯電性であることがわかった。

（現像ローラＡ３）
カーボンブラックの添加量をさらに減量したこと以外、現像ローラＡ１と同様の方法により、現像ローラＡ３を製造した。本現像ローラの抵抗は５×１０^８Ω、表面電位は−２５Ｖであり、本現像ローラ表面はキャリアに対して負帯電性であることがわかった。

（現像ローラＡ４〜Ａ６）
磁石を内包したこと以外、それぞれ現像ローラＡ１〜Ａ３と同様の方法により、現像ローラＡ４〜Ａ６を製造した。磁石は磁束密度５００ｍＴであって、搬送ローラ５４内の現像ローラ４８との対向部磁極とは逆の磁極性を有するものであり、図７に示すように、搬送ローラ５４との対向部に固定配置されている。

（現像ローラＢ１）
アルミ素管をそのまま現像ローラＢ１として用いた。本現像ローラの抵抗は０Ω

（現像ローラＢ２）
カーボンブラックの添加量をＡ１よりも増量したこと以外、現像ローラＡ１と同様の方法により、現像ローラＢ２を製造した。本現像ローラの抵抗は５×１０^２Ω、表面電位は０Ｖであり、摩擦による電荷の授受は殆ど無かった。

（現像ローラＢ３）
塗液にカーボンブラックを添加しなかったこと以外、現像ローラＡ１と同様の方法により、現像ローラＢ３を製造した。本現像ローラの抵抗は５×１０^９Ωの、表面電位は−４０Ｖであり、本現像ローラ表面はキャリアに対して負帯電性であることがわかった。

（現像ローラＢ４）
現像ローラＡ１のローラ表面にアルマイト処理を施した。本現像ローラの抵抗は５×１０^１３Ω、表面電位は０Ｖであり、摩擦による電荷の授受は殆ど無かった。

（現像ローラＢ５）
フッ素原子含有ポリマーの代わりにポリアミド系樹脂を用い、カーボンブラックの添加量を変更して、現像ローラＡ１と同様の方法により、現像ローラＢ５を製造した。本現像ローラの抵抗は５×１０^５Ω、表面電位は＋２０Ｖであり、本現像ローラ表面はキャリアに対して正帯電性であることがわかった。

（現像ローラＢ６〜Ｂ７）
磁石を内包したこと以外、それぞれ現像ローラＢ２〜Ｂ３と同様の方法により、現像ローラＢ６〜Ｂ７を製造した。磁石は磁束密度５００ｍＴであって、搬送ローラ５４内の現像ローラ４８との対向部磁極とは逆の磁極性を有するものであり、図７に示すように、搬送ローラ５４との対向部に固定配置されている。

＜実験例１＞
トナーＡまたはトナーＢを用いた現像剤および表１または表２に記載の現像ローラを、図１に示す形態の画像形成装置に搭載した。この画像形成装置を用いて、出力用紙面積中の印字部比率５％でのサンプル画像を以下の条件にて２０万枚プリントした。

現像条件は以下の通りである。電界形成装置は、図６に示す形態を採用し、搬送ローラに直流電圧Ｖ_ＤＣ２：−４００ボルトを印加し、現像ローラには、直流電圧Ｖ_ＤＣ１：−３００ボルトと交流電圧を印加した。交流電圧は、周波数：３ｋＨｚ、振幅Ｖ_Ｐ−Ｐ：１，４００ボルト、マイナスデューティ比（トナー回収デューティ比）：４０％、プラスデューティ比（トナー供給デューティ比）：６０％の矩形波であった。これらのバイアス条件を図８（Ａ）に示した。現像ローラの電位を基準にした搬送ローラの電位を図８（Ｂ）に示す。現像ギャップ５０は０．１５ｍｍに設定し、供給回収ギャップ５６は０．３ｍｍに設定し、規制ギャップ６４は０．５ｍｍに設定した。搬送ローラの現像剤搬送量は２５０ｇ／ｍ^２であった。感光体の帯電電位（非画像部）は−５５０ボルト、感光体に形成された静電潜像像（画像部）の電位は−５０ボルトであった。

（評価）
１万枚目のプリント画像を画像メモリーおよび画像濃度について評価した。１００枚目のプリント時における現像ローラ上のトナー搬送量を測定した。

・画像メモリー
ベタ部の後にハーフトーンの続く画像パターンを出力し、ハーフトーン中のメモリー発生部と周辺部とのマクベス社製濃度計測定による透過濃度測定結果の差ΔＴＤと目視により判断し、評価した。
◎；画像メモリー発生無し（ΔＴＤ＝０）；
○；画像メモリーは目視で殆ど検出できず、実用上問題なし（０＜ΔＴＤ≦０．０５）；
×；画像メモリーが目視で検出され、実用上問題のあるレベル（ΔＴＤ＞０．０５）。

・画像濃度
画像濃度は、マクベス社濃度計を使用して測定した。
○；ＴＤ≧１．１；
△；１．１＞ＴＤ≧１；
×；ＴＤ＜１。

・トナー搬送量
目標画像濃度、画像品質を得る為に必要な現像ローラ上のトナー搬送量は４ｇ／ｍ^２である

＜実験例２＞
現像ローラは表３に記載の現像ローラを用いたこと、および現像条件を以下の通りに設定したこと以外、実験例１と同様の方法により、評価を行った。

現像条件は以下の通りである。電界形成装置は、図１１Ａに示す形態を採用した。詳しいバイアス条件を図９（Ａ）に示した。現像ローラの電位を基準にした搬送ローラの電位を図９（Ｂ）に示す。図９（Ａ）において、搬送ローラには、直流電圧Ｖ_ＤＣ２：−５５０ボルトと交流電圧を印加した。当該交流電圧は、周波数：３ｋＨｚ、振幅Ｖ_Ｐ−Ｐ：１，４００ボルト、マイナスデューティ比：４０％、プラスデューティ比：６０％の矩形波であった。現像ローラには、直流電圧Ｖ_ＤＣ１：−３００ボルトと交流電圧を印加した。当該交流電圧は、周波数：３ｋＨｚ、振幅Ｖ_Ｐ−Ｐ：１，４００ボルト、マイナスデューティ比（トナー回収デューティ比）：４０％、プラスデューティ比（トナー供給デューティ比）：６０％の矩形波であった。その他の条件は実験例１においてと同様であった。

本発明に係る画像形成装置の一例の概略構成と本発明に係る現像装置の一例の断面を示す図。本発明の作用・効果を説明するための模式図。本発明に係る現像装置において採用される第１の電界の一例を示す概略図。電界形成装置の一実施形態を示す図。図４Ａに示す電界形成装置から現像ローラと搬送ローラに供給されている電圧の関係を示す図。電界形成装置の一実施形態を示す図。電界形成装置の一実施形態を示す図。本発明に係る現像装置における現像ローラの一例を、搬送ローラとの関係とともに合わせて示す概略図。（Ａ）は実施例で採用した現像ローラおよび搬送ローラに対するバイアス条件を示す概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）のバイアス条件について現像ローラの電位を基準にしたときの搬送ローラの電位を示す概略図である。（Ａ）は比較例で採用した現像ローラおよび搬送ローラに対するバイアス条件を示す概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）のバイアス条件について現像ローラの電位を基準にしたときの搬送ローラの電位を示す概略図である。現像ローラ表面の帯電極性を検知する方法を説明するための概略図。従来の電界形成装置の一実施形態を示す図。図１１Ａに示す電界形成装置から現像ローラと搬送ローラに供給されている電圧の関係を示す図。

符号の説明

１：画像形成装置、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：クリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：現像槽（ハウジング）、４４：開口部、４６：第２の空間、４８：現像ローラ、５０：現像ギャップ、５２：開口部（第２の空間）、５４：搬送ローラ、５６：供給回収ギャップ、５８：磁石体、６０：スリーブ、６２：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤攪拌室、６８：前室、７０：後室、７２：前スクリュー、７４：後スクリュー、７６：隔壁、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９４：放出領域、９６：現像領域、９８：トナー補給部、１００：容器、１０２：開口部、１０４：補給ローラ、１１０：電界形成装置、１１２：第１の電源、１１４：第２の電源、１１６：グランド、１１８：直流電源、１２０：直流電源、１２２：電界形成装置、１２４：第１の電源、１２６：グランド、１２８：直流電源、１３０：第２の電源、１３２：直流電源、１３４：交流電源、１３６：電界形成装置、１３８：第１の電源、１４０：グランド、１４２：直流電源、１４４：交流電源、１４６：第２の電源、１４８：端子、１５０：直流電源、１５２：電界形成装置、１５４：交流電源、１５６：交流電源、１５８：電界形成装置、１６０：交流電源。

Claims

トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、トナーとキャリアの相互の摩擦接触によってトナーが第１の極性に帯電されると共にキャリアが第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤；
該現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第１の搬送部材；
第１の領域を介して該第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材；
第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段；
第２の搬送部材と静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、第２の搬送部材が保持しているトナーを静電潜像担持体の静電潜像に移動させて静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段を備えており、
第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に形成される第１の電界が少なくとも交流電界を含み、
第２の搬送部材が、キャリアとの摩擦接触によって、前記トナーの帯電極性と同極性に帯電される表面を有し、かつ体積抵抗値１×１０^３〜１×１０^９（Ω）を有することを特徴とする現像装置。
第２の搬送部材内における第１の搬送部材との対向部において、第１の搬送部材内における第２の搬送部材との対向部に配置された磁極とは異なる磁極を有する磁石が配置された請求項１に記載の現像装置。
請求項１または２に記載の現像装置を含む画像形成装置。