JP2010266514A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド現像方式において、現像履歴（ゴースト）が発生しない高画質な画像を出力することができる現像装置、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー担持体と現像剤担持体のニップ部は、次の条件をすべて満たすよう構成する。１．トナー担持体と現像剤担持体の回転方向は、互いにカウンター回転である。２．トナー担持体と対向する磁極を現像剤担持体回転方向上流側に配置する。３．トナー供給で発生したカウンターチャージが、トナー回収領域まで到達する。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面に担持搬送するトナーで像担持体上に形成された潜像を現像するトナー担持体と、表面に現像剤を担持搬送し、前記トナー担持体に前記現像剤中のトナーを供給する現像剤担持体とを有する現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、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を現像する現像装置として、現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像法及びトナーとキャリヤを用いる二成分現像法が知られている。

一成分現像法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得ることができるため、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。そのため、トナー帯電量がより低下し、かぶり等の問題を引き起こすなど、現像装置の寿命が短い。

比較すると、二成分現像法ではトナーをキャリヤと混合し、摩擦帯電で帯電するためストレスが小さく、さらに、キャリヤ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、二成分現像法では像担持体上の静電潜像を現像する際に、現像剤により形成される磁気ブラシによって像担持体表面を摺擦するため、現像された像に磁気ブラシ痕が発生するという課題を有している。さらに、像担持体にキャリヤが付着しやすく、画像欠陥となる課題を有している。

二成分現像剤を用いた二成分現像法の長寿命の特長を有しながら、画像欠陥の問題を解決し、一成分現像法なみの高画質を実現する現像方式として、現像剤担持体上に二成分現像剤を担持し二成分現像剤からトナーのみをトナー担持体に供給して現像に用いる、所謂ハイブリッド現像方式が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド現像方式では、以下のような現像履歴（ゴースト）の課題があった。

現像履歴（ゴースト）の問題とは、ハイブリッド現像方式が一般的に抱える課題であり、トナー担持体上の現像に使用されなかった現像残トナーが、次の現像工程において現像履歴（ゴースト）として画像上に現れる現象である。

トナー担持体にトナーを供給するために設置される現像剤担持体とトナー担持体の対向部（トナー供給回収領域）では、トナーを供給するためのバイアスを印加してトナーを供給しているが、現像残トナーの回収も同じ現像剤担持体との対向部で行っている。

この供給回収領域では上記したようにトナーを供給するため供給方向のバイアスを印加しているが、そのことがトナーの回収に対しては回収を阻害する要因となり、回収能力が不足してしまう。そのため現像残トナーが多い部分と少ない部分とが、次の現像工程において濃度のコントラストとして現れてしまう。

このような現像履歴（ゴースト）の発生を抑制するための技術が、特にトナーを供給する（及び回収する）現像剤担持体とトナー担持体の対向部（ニップ部）の構成などに関して開発されてきた（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載の現像装置においては、ニップ部（トナー供給回収領域）の構成として、次のような設定が開示されている。
１． 現像ローラ（トナー担持体）と磁気ブラシローラ（現像剤担持体）の回転方向が、互いに逆方向（カウンター方向）である。
２． 現像ローラに対向する磁気ブラシローラの磁極が、最近接位置から磁気ブラシローラの回転方向上流に０〜１５度傾斜して位置している。

特開平５−１５０６３６号公報 特開２００３−３１６１５５号公報

上述のように、現像履歴（ゴースト）の発生を抑制するため、ニップ部でのトナー供給性と回収性との両者を適切に維持できるような構成が求められる。

特許文献２に記載の現像装置によれば、トナー担持体と現像剤担持体の回転方向を互いに逆（カウンター方向）にすることで、ニップ内をトナー供給領域と回収領域に分離できるようにしている。

さらに磁気ブラシの摺擦ピークを、最近接位置より現像剤担持体の回転方向上流側に位置させることで、トナー供給ニップ入口側でのトナー供給性を向上させている。

トナー供給により現像剤中にトナーと逆極性のカウンターチャージが発生する。このカウンターチャージは、トナー供給を阻害する。すなわち、トナー供給によりカウンターチャージ発生は避けられないので、特許文献２に記載の構成では、トナー供給領域でのカウンターチャージ発生初期に一気にトナー供給を済ませることで、トナー供給性を確保できるように設定している。

一方で、発生したカウンターチャージはトナー回収を促進する。しかしながら特許文献２に記載の構成のみでは、発生したカウンターチャージを、トナー回収領域で有効に利用しているとは言えず、十分なトナー回収性を確保していない。

従って現像履歴（ゴースト）の発生を十分に抑制しているとは言い難い。

本発明は、上記の技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ハイブリッド現像方式において、現像履歴（ゴースト）が発生しない高画質な画像を出力することができる現像装置、及び画像形成装置を提供することである。

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．表面にトナーを担持搬送し、像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
表面にトナーとキャリヤからなる現像剤を担持搬送し、前記トナー担持体に前記現像剤中のトナーを供給する現像剤担持体と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体は、
固定配置された磁石体と、該磁石体を内包して回転可能に配置されたスリーブローラとからなり、該スリーブローラ表面に、前記磁石体による前記現像剤の磁気ブラシを形成して、担持搬送し、対向して回転可能に配置された前記トナー担持体とのニップ部において、前記トナー担持体の表面を前記磁気ブラシで摺擦しながら、電界によってトナーを供給するように構成され、
前記ニップ部において、次の１から３の条件がすべて満たされるように設定されたことを特徴とする現像装置。
１． 前記ニップ部における、前記現像剤担持体の表面の前記現像剤の搬送方向は、対向する前記トナー担持体の表面移動方向と互いにカウンター方向である。
２． 前記ニップ部には、前記磁石体の磁極が配置され、該磁極の磁束密度分布のピーク位置は、前記磁気ブラシが前記トナー担持体の表面を摺擦する範囲内、かつ前記トナー担持体と前記現像剤担持体の最近接位置よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側に位置する。
３． 前記ニップ部において、前記現像剤担持体上の前記磁気ブラシが前記トナー担持体の表面を摺擦する範囲を、前記現像剤担持体が回転し通過するのに必要な時間をＴとし、前記現像剤担持体上において、前記現像剤に生じた電荷の減衰が、減衰時定数τを用いて次の式（１）で表されるとしたときに、前記減衰時定数τと前記Ｔが、Ｔ／τ＜１の関係を満たす。
Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ｅｘｐ（−ｔ／τ） （１）
但し、前記現像剤の初期表面電位をＶ０、時間ｔ経過後の表面電位をＶ（ｔ）とする。

２．前記ニップ部において、前記減衰時定数τと前記Ｔが、Ｔ／τ＜０．１の関係を満たすように設定されたことを特徴とする前記１に記載の現像装置。

３．前記現像剤に用いているキャリヤは、１×１０^８Ωより大きいダイナミック抵抗を有することを特徴とする前記１または２に記載の現像装置。

４．像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置であって、
前記現像装置は、前記１から３の何れか１項に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

本発明に係る現像装置及び画像形成装置によれば、トナー担持体と現像剤担持体のニップ部は、次の条件をすべて満たすよう構成されている。
１．トナー担持体と現像剤担持体の回転方向は、互いにカウンター回転である。
２．トナー担持体と対向する磁極を現像剤担持体回転方向上流側に配置する。
３．トナー供給で発生したカウンターチャージが、トナー回収領域まで到達する。

これにより、トナー供給ニップ内を供給領域と回収領域に分離可能となり、トナー供給ニップ入口側でのトナー供給性が向上するとともに、現像残トナーの回収を行うトナー供給ニップ出口側において、カウンターチャージが豊富となり、回収性が向上する。

従って、ニップ部（トナー供給回収領域）において、トナー供給性と回収性を同時に向上させることができ、その結果、従来のハイブリッド現像の課題であった現像履歴（ゴースト）の発生を十分に抑制した高画質の画像を出力することができる。

本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部の構成例を示す断面図である。 本実施形態によるトナー担持体７と現像剤担持体１３の対向部（ニップ部）周辺を拡大した模式図である。 現像剤担持体１３上の現像剤２３層の等価回路を表す図である。 式（１）中のｔ／τと表面電位残留率ｅｘｐ（−ｔ／τ）の関係を表したグラフである。 現像剤２３層の減衰時定数τ（＝ＣＲ）の測定方法を示す模式図である。 ゴーストの評価用のチャートを実際に出力し、現像履歴（ゴースト）が発生した画像の例を示す図である。 表１、表２中のＴ／τの値とそのときの表面電位残留率の計算値についてプロットし、それぞれについてゴースト評価結果を記入したグラフである。 表３の対向磁極の位置を変化させたときの供給バイアスと供給されたトナー量の関係を測定した結果をプロットしたグラフである。 カウンター回転において、磁極位置を下流側に設定したときの供給ニップ部近傍の現象を表した模式図である。 ウィズ回転において、磁極位置を上流側に設定したときの供給ニップ部近傍の現象を表した模式図である。 ウィズ回転において、磁極位置を下流側に設定したときの供給ニップ部近傍の現象を表した模式図である。 表６の結果をダイナミック抵抗と表面電位残留率の関係にプロットしたグラフである。 ダイナミック抵抗の測定装置の構成例を示す図である。

本発明の実施の一形態について図面を用いて説明する。

（画像形成装置の構成と動作）
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の構成例を示す。図１を用いて本実施形態に係る画像形成装置の概略構成と動作を説明する。

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ーである。

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の周囲には、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し、トナー像を形成する現像装置２、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、レーザ発光器などを備えた露光装置６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２は、この静電潜像を現像し、トナー像を形成する。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６、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。

本実施形態に係るハイブリッド現像方式の現像装置２の基本部の構成を説明する。

現像装置２は、以下の構成要素を備える。すなわち、キャリヤとトナーを含む現像剤２３を収容する現像剤槽１７、現像剤槽１７から供給された現像剤２３を表面に担持して搬送する現像剤担持体１３、現像剤担持体１３からトナーのみが供給され、前記像担持体１上に形成された静電潜像を現像する第１のトナー担持体７を備える。

現像装置２の詳細な構成と動作については、後述する。

（現像剤の構成）
本実施形態に係る現像装置において使用する現像剤の構成について説明する。

本実施形態において使用する現像剤２３はトナーと該トナーを帯電するためのキャリヤを含んでなるものである。

＜トナー＞
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る。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、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、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ー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。

さらに上記外添剤として、トナーと逆極性の荷電性を有する逆極性粒子を使用してもよい。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。

例えば、トナーがキャリヤによって負に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で正に帯電されている正帯電性粒子である。また例えば、トナーがキャリヤによって正に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で負に帯電されている負帯電性粒子である。逆極性粒子を二成分系現像剤に含有させ、かつ耐久に伴い現像剤中に逆極性粒子を蓄積させることにより、トナーや後処理剤のキャリヤへのスペント等によりキャリヤの荷電性が低下しても、逆極性粒子もトナーを正規極性に荷電し得るため、キャリヤの荷電性を有効に補うことができ、結果としてキャリヤの劣化を抑制できる。

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用いられ、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る、あるいは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。

上記の正荷電制御剤としては、例えば、ニグロシン染料、４級アンモニウム塩等を使用することができ、また上記の含窒素モノマーとしては、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等を使用することができる。

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用いられ、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きる。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る、あるい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を構成するようにしてもよい。上記の負荷電制御剤としては、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、亜鉛錯体等を使用することができる。

また、逆極性粒子の帯電性及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、シリコー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１００質量部に対して０．１〜１０質量部の割合で添加させて用いるようにする。

＜キャリヤ＞
キャリヤとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリヤを使用することができ、バインダー型キャリヤやコート型キャリヤなどが使用できる。キャリヤ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ヤは、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、キャリヤ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たりすることもできる。バインダー型キャリヤ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ヤ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ヤ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、針状の何れであってもよい。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ヤを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリヤ中に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ヤ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ヤ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、磁性樹脂キャリヤと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリヤ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ヤ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、磁性樹脂キャリヤ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ヤ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、フッ素樹脂及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、帯電レベル及び極性については、素材、重合触媒、表面処理等により、希望するレベルの帯電及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、コート型キャリヤは磁性体からなるキャリヤコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリヤであり、コート型キャリヤにおいてもバインダー型キャリヤ同様、キャリヤ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。コート型キャリヤ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ヤ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ヤのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

トナーとキャリヤ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よく、トナー混合比はトナーとキャリヤ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。

（現像装置２の構成と動作）
図１を参照して本実施形態に係る現像装置２の詳細な構成例と動作例を説明する。

＜装置構成＞
現像装置２において使用する現像剤２３は、既述したようにトナーとキャリヤからなり、現像剤槽１７に収容される。

現像剤槽１７は、ケーシング２０により形成されており、通常は内部に混合撹拌部材１８、１９を収納している。混合撹拌部材１８、１９は、現像剤２３を混合・撹拌し、現像剤担持体１３へ現像剤２３を供給する。ケーシング２０の混合撹拌部材１９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２１が配設されている。

現像装置２は通常、像担持体１へと消費される分のトナーを現像剤槽１７内に補給するための補給部１５を有している。補給部１５において、補給トナーを収納した図示しないホッパから送られた補給トナー２２が現像剤槽１７内へ補給される。

現像装置２はまた、現像剤担持体１３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１６を有している。

現像剤担持体１３は通常、固定配置された磁石ローラ（磁石体）８と、これを内包する回転自在なスリーブローラ９とから構成され、画像形成時にはトナー担持体７へとトナーを供給するためのトナー供給バイアス電圧が印加される。

トナー担持体７は現像剤担持体１３及び像担持体１にそれぞれ対向するように配され、像担持体１上の静電潜像を現像するための現像バイアス電圧が印加される。

トナー担持体７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もよい。例えば、アルマイト等の表面処理を施したアルミローラが挙げられる。その他アルミ等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、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、ポリスルホン樹脂、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、ケッチェンブラック、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、４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。

＜装置の動作＞
図１に示す現像装置２の動作例について詳しく説明する。

現像剤槽１７内の現像剤２３は、混合撹拌部材１８、１９の回転により混合撹拌され、摩擦帯電すると同時に現像剤槽１７内で循環搬送され、現像剤担持体１３表面のスリーブローラ９へと供給される。

この現像剤２３は、現像剤担持体１３内部の磁石ローラ８の磁力によってスリーブローラ９の表面側に保持され、スリーブローラ９とともに回転移動して、現像剤担持体１３に対向して設けられた規制部材１６で通過量を規制される。

その後、現像剤２３は、現像剤担持体１３がトナー担持体７と対向する供給ニップ部へと搬送される。

供給ニップ部では、トナー担持体７と現像剤担持体１３はお互いに表面が逆方向に移動するような回転方向（カウンター方向）に設定されている。また、現像剤担持体１３の磁石ローラ８に配置された磁極のうち、トナー担持体と対向するように設けられた磁極については、その磁束密度のピーク位置が供給ニップ部の中心に対して現像剤担持体１３の回転方向上流側になるように配置されている。

このように設定することの相乗効果によって生じる、現像履歴（ゴースト）の抑制効果については後述する。

トナー担持体７と現像剤担持体１３の対向部の、ニップ部中心から現像剤担持体１３回転方向上流側であるトナー供給領域１１では、トナー担持体７に印加された現像バイアス電圧と現像剤担持体１３に印加されたトナー供給バイアス電圧の電位差に基づき形成された電界がトナーに与える力により、現像剤２３中のトナーがトナー担持体７側へ供給される。

通常、トナー担持体７には直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、現像剤担持体１３には直流電圧のみ、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、トナー供給領域１１には直流電界に交番電界が重畳された電界が形成される。

またトナー担持体７と現像剤担持体１３の対向部の、ニップ部中心から現像剤担持体１３回転方向下流側のトナー回収領域１２では、現像剤担持体１３上の現像剤２３による回収作用により、トナー担持体７上の現像残トナーが回収される。

トナー供給領域１１でトナー担持体７上に現像剤担持体１３から供給されたトナー層は、トナー担持体７の回転に伴って現像領域１０へと搬送され、トナー担持体７に印加された現像バイアス電圧と像担持体１上の潜像電位とによって形成される電界により現像に使われる。

現像領域１０では、トナー担持体７と像担持体１の間に設けられた現像間隔中を電界によってトナーが移動することで現像が行われる。

現像バイアス電圧としては公知の種々のバイアスが適用可能であるが、通常は直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられる。その後、現像領域１０でトナーを消費したトナー層（現像残トナー）は、トナー担持体７の回転に伴ってトナー回収領域１２へと搬送される。

トナー回収領域１２へと搬送された現像残トナーは、既述したように、現像剤担持体１上の現像剤２３による機械的回収力、及び後述する現像剤２３中のカウンターチャージによる電気的回収力によって現像剤２３中に回収される。

トナー回収領域１２を通過した現像剤２３は、スリーブローラ９の回転とともに現像剤槽１７に向けて搬送され、磁石ローラの現像剤回収領域に対応する位置に設けられた反発磁界によって、現像剤担持体１３上から剥離され、現像剤槽１７内へと回収される。

補給部１５に設けられた図示しない補給制御部が、ＡＴＤＣセンサ２１の出力値から、現像剤２３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、図示しないトナー補給手段によってホッパ内に貯蔵された補給トナー２２がトナー補給部１５を介して現像剤槽１７内へ供給される。

（ニップ部での動作）
以下ではトナー担持体と現像剤担持体の対向部近傍のトナー供給回収領域での現象について、図２を用いて、さらに詳細に説明する。

図２はトナー担持体７と現像剤担持体１３の対向部（ニップ部）周辺を拡大し、そこでの現象を模式的に表した図である。ニップ部でのトナー供給回収領域においては、トナー担持体７へのトナーの供給とトナー担持体７からの現像残トナーの回収とが行われる。

トナーの供給は現像剤担持体１３上の現像剤２３がトナー担持体７との対向部に進入した際に、トナー担持体７と現像剤担持体１３の間に印加されたトナー供給バイアス（トナー担持体７の平均電位と現像剤担持体１３の平均電位の差）によって形成された供給電界がトナーに作用し、現像剤担持体１３上の現像剤２３中からトナー担持体７へのトナーの移動が起こることで行われる。

電界によってトナーが供給される際、トナーはキャリヤ中を移動してトナー担持体７へと到達する。現像剤担持体１３中の磁石ローラ８に設けられた磁極の極上ではキャリヤによる磁気ブラシの穂立ちが生じ、キャリヤとキャリヤの間に空間が発生するため、トナーは容易にキャリヤ中を移動できる。

一方、磁極の極上近傍以外ではキャリヤの穂立ちは起こらず、キャリヤ中の空間は少ないため、トナーはキャリヤの間をすり抜けることが困難となる。

以上の理由により、トナー担持体７と現像剤担持体１３の対向部の間でも、トナーの供給は主として磁極の極上近傍で起こることになる。

トナーの回収に関しては、主としてトナー担持体７上のトナーを現像剤担持体１３上の磁気ブラシが摺擦することで、機械的に回収する。

このトナー回収現象は、磁気ブラシとトナー担持体７が接触し始める供給ニップ部の、現像剤担持体１３回転方向の下流側端部から、接触が最も強くなる供給ニップ部中心までの間（トナー回収領域１２）で主として起こる。

また、供給ニップ部の、現像剤担持体１３回転方向の上流側端部から、供給ニップ部中心までの間（トナー供給領域１１）では、現像剤担持体１３表面に搬送されてきた現像剤２３中から、トナーのみがトナー担持体７に供給される（図２上の白抜き矢印）。

このときトナーの極性としてマイナスの場合を考えると、現像剤２３からはマイナス極性のトナーのみがトナー担持体７へと移動するため、トナーを奪われた現像剤２３表面付近では電気的中性が崩れ、キャリヤの保持していたプラスの電荷が余剰に存在する状態となる。このトナー離脱後の現像剤２３中に余剰に残留するプラスの電荷はカウンターチャージと呼ばれる。

このカウンターチャージは、キャリヤの抵抗が高いなどの理由で現像剤２３中から減衰することなくトナー回収領域１２まで保持されてきた場合には、マイナスの電荷を有する現像残トナーを引き付ける働きを持つ（図２下の白抜き矢印）。そのため、現像残トナーの回収に寄与し、現像履歴（ゴースト）の課題に対して有利に働く。

（ニップ部の構成、及びカウンターチャージによるトナー回収の促進について）
ニップ部の構成と、カウンターチャージによるトナー回収の促進、ゴースト発生の抑制について、以下に説明する。

本実施形態に係る現像装置においては、トナー担持体７と現像剤担持体１３のニップ部において、以下の１から３の条件をすべて満たすように構成している。
１． 現像剤担持体１３の表面の現像剤２３の搬送方向は、対向するトナー担持体７の表面移動方向と互いにカウンター方向である。
２． ニップ部には磁極が配置され、その磁束密度分布のピーク位置は、磁気ブラシがトナー担持体７の表面を摺擦する範囲内、かつトナー担持体７と現像剤担持体１３の最近接位置よりも現像剤担持体１３の回転方向上流側に位置する。
３． 現像剤担持体１３上の磁気ブラシがトナー担持体７の表面を摺擦する範囲を、現像剤担持体１３が回転し通過するのに必要な時間をＴとし、現像剤担持体１３上において、現像剤２３に生じた電荷による表面電位の減衰時定数をτとしたときに、τとＴが、Ｔ／τ＜１の関係を満たす。

これらの条件を満たすことによる効果の概要を以下に述べる。
１．トナー担持体７と現像剤担持体１３の回転方向を互いにカウンター回転とすることにより、トナー供給ニップ内をトナー供給領域１１と回収領域１２に分離可能となる。
２．上記１に加えて、トナー担持体７と対向する磁極を現像剤担持体１３回転方向上流側に配置することにより、トナー供給ニップ入口側（トナー供給領域１１）でのトナー供給性が向上する。すなわち、トナー供給を阻害するカウンターチャージ発生初期に、一気にトナー供給する。
３．上記１と２にさらに加えて、トナー供給で発生したカウンターチャージが回収領域１２まで到達できるようにキャリヤとニップ通過時間の関係を設計することにより、現像残トナーの回収を行うトナー供給ニップ部下流側（トナー回収領域１２）において、カウンターチャージが豊富となり、トナー回収性が向上する。

図２に示すように、カウンター回転において、対向する磁極を現像剤担持体１３の回転方向上流側に配置することで、トナーの供給は主として現像剤担持体１３の回転方向上流側（図２上の白抜き矢印）で起こる。

このようにすることで、供給されたトナーはトナー回収領域１２を通ることなく供給を終了して供給ニップ部から排出される。すなわち、トナー供給ニップ内を供給領域１１と回収領域１２に分離可能となる。

その結果、一旦供給したトナーがトナー回収領域１２を通ってしまい、トナー供給を阻害するといったことがないため、トナーの供給性は高くなる。

このトナーの供給性が高いということは比較的低い供給バイアス電圧でトナーの供給が行われるということに繋がる。

供給バイアス電圧は現像残トナーの回収を妨げる電界を形成するため、そのバイアスはできるだけ低いほうが回収性向上には好ましい。つまり、本発明の構成では、供給性が高まることで回収性の向上に繋がり、結果的に現像履歴（ゴースト）が抑制される。

また、本実施形態に係る現像装置の構成では、トナー供給が終了した現像剤２３がトナー供給領域１１から回収領域１２へと搬送される。この際、上に示した条件３を満たしていることで、現像剤２３はカウンターチャージを含んだままトナー回収領域１２に移動する。

これにより、現像残トナーは通常の機械的回収力に加えて、カウンターチャージによる電気的回収力の助けも得て効率よく現像剤２３中に回収される（図２下の白抜き矢印）。そのため、この点でも本構成では、現像履歴（ゴースト）の抑制に繋がることになる。

すなわち、上述した３条件が同時に満たされるような構成であることにより、その相乗効果によって、上述のように、トナー担持体へのトナー供給と、トナー担持体からの現像残トナー回収とが、現像剤担持体とのニップ部において同時に促進される。

その結果、現像履歴（ゴースト）の発生が抑制され、高画質の画像を出力することができる。

（カウンターチャージの減衰について）
以下ではカウンターチャージの減衰について詳細な説明を加える。

既に述べたように、トナー離脱後の現像剤２３中に余剰に残留するカウンターチャージは、キャリヤの抵抗が高いなどの理由で現像剤２３中から減衰することなくトナー回収領域１２まで搬送されてきた場合には、マイナスの電荷を有する現像残トナーを引き付ける働きを持つ。そのため、現像残トナーの回収に寄与し、現像履歴（ゴースト）の課題に対し有利に働く。

カウンターチャージが回収性に貢献するためには、トナー供給領域１１から回収領域１２に搬送されてくる間に大きく減衰することなく、キャリヤ中に保持されている必要がある。なお、ここではトナーの極性をマイナスと仮定して考えたが、トナーの極性がプラスの場合でも極性を反転させて考えることにより同様のことが言える。このことは、これ以降の説明でトナーの極性を仮定した場合でも同様に成り立つ。

カウンターチャージが現像剤２３中から減衰する現象について、等価回路を示しながら説明する。図３は現像剤担持体１３上の現像剤２３層の等価回路を表している。

トナーの離脱によってマイナスの電荷を失った現像剤担持体１３上の現像剤２３の表面は、プラスのカウンターチャージを有している。この電荷は現像剤２３層の静電容量と抵抗に応じた時定数によって時間とともに減衰していく。

このときの減衰の様子は、図３の等価回路における減衰を考えると、以下の式で表される。
Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ｅｘｐ（−ｔ／ＣＲ）
但し、カウンターチャージ発生直後の、カウンターチャージによって生じる現像剤２３表面の電圧をＶ０、現像剤層の静電容量をＣ、現像剤層の抵抗をＲとする。

ここでこの式の時定数となっているＣＲを現像剤の減衰時定数と呼び、ＣＲ＝τと置くと、
Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ｅｘｐ（−ｔ／τ） （１）
となる。

式（１）で、ｔとして、「供給ニップ部入口から供給ニップ部出口まで現像剤２３が移動する時間」をＴとする。このとき、カウンターチャージが現像剤２３中から大きく減衰せず、トナー供給領域１１から回収領域１２まで到達するためには、現像剤層の静電容量をＣ、現像剤層の抵抗をＲとして決まる係数「ｅｘｐ（−Ｔ／τ）」（以下これを表面電位残留率と呼ぶ）が略ゼロまで落ち込まないことが条件となる。

図４は、式（１）中のｔ／τと表面電位残留率ｅｘｐ（−ｔ／τ）の関係を表したグラフである。ｔ／τが１前後の領域から表面電位残留率ｅｘｐ（−ｔ／τ）は急激に立ち上がり、０．１を切るとほぼ１に近い値となっていることがわかる。

このことはｔ／τ＞１０となるような場合には、カウンターチャージは時間ｔ経過時点で減衰してほとんど残留していないが、ｔ／τ＜１となると時間ｔ経過時点でカウンターチャージがかなり残留しており、ｔ／τ＜０．１となるとカウンターチャージはほとんど減衰することなく残っていることを示している。

以上のことから、トナー供給領域１１で生じたカウンターチャージが、回収領域１２で残留しているための条件として、「Ｔ／τ＜１」であることが必要である。

なお、Ｔは供給ニップ部の幅、現像剤担持体１３の周速から決まる値であり、計算によって求めることができる。また、減衰時定数τは以下に示す方法で実際に測定より求めることができる。

こうして求めたＴ／τが「Ｔ／τ＜１」を満たすよう現像装置の設定を行うことにより、供給ニップ部の供給領域１１で現像剤２３中に発生したカウンターチャージを、供給ニップ部の回収領域１２まで減衰させずに現像剤２３中に保持させることができる。すなわち、トナー担持体７上の現像残トナーの回収を促進し、現像履歴（ゴースト）の発生を抑制することが可能になる。

（現像剤層の減衰時定数τの測定方法）
図５に現像剤層の減衰時定数τ（＝ＣＲ）の測定方法の模式図を示す。

図１の現像装置２において、トナー担持体７を離脱した状態で、現像剤担持体１３を回転させながら現像剤担持体１３上の規制部材１６通過後の現像剤２３層表面にスコロトロン帯電器２６を用いて電荷を供給する。現像剤担持体１３は接地しておく。

このとき、現像剤２３表面は帯電され、擬似的にトナー供給直後のカウンターチャージを持った状態が形成される。帯電する電位は２００〜１０００Ｖ程度が適当である。

その電荷供給後の現像剤層に対向する２ヶ所の位置に、第１の表面電位計２４、第２の表面電位計２５を設置して、それぞれの位置での表面電位を測定する。第１の表面電位計２４で測定された現像剤層の電位をＶ１（Ｖ）、第２の表面電位計２５で測定された現像剤層の電位をＶ２（Ｖ）とする。

ここで、第１の表面電位計２４で測定されたＶ１の電位減衰は、カウンターチャージの減衰同様、式（１）に従う。式（１）におけるＶ０がここでのＶ１と考えることができ、ＣＲ＝τを用いて次の式（２）のようになる。
Ｖ（ｔ）＝Ｖ１×ｅｘｐ（−ｔ／τ） （２）
この式（２）において、第１の表面電位計２４の対向部から第２の表面電位計２５の対向部まで現像剤担持体１３が回転するのに必要な時間をｔ１２（ｓ）とすると、時間ｔ＝ｔ１２後の表面電位がＶ２であるから、第２の表面電位計２５で測定された電位Ｖ２に関して以下の式（３）が成り立つ。
Ｖ２＝Ｖ１×ｅｘｐ（−ｔ１２／τ） （３）
また、ｔ１２は現像剤担持体１３の回転速度ｖ（ｍｍ／ｓ）、現像剤担持体１３の径Ｄ（ｍｍ）、第１の表面電位計２４の対向部と第２の表面電位計２５の対向部が現像剤担持体１３の中心に対してなす角度θ（ｄｅｇ）から以下の式（４）で求まる。
ｔ１２＝πＤ×θ／３６０／ｖ （４）
以上より、τは、
τ＝ｔ１２／（ｌｏｇＶ１−ｌｏｇＶ２）
但し、ｔ１２＝πＤ×θ／３６０／ｖ （５）
の式（５）で表すことができ、測定時の条件Ｄ、ｖ、θ及び表面電位計の検出値Ｖ１、Ｖ２を基にτを実際に求めることが可能となる。

図１に示した実施形態の画像形成装置により、本発明を実施して効果を確認した。

（実験１）
実施例１から４及び比較例１から５は、キャリヤ種の異なる、すなわち減衰時定数τ（＝ＣＲ）が異なる現像剤を用いている。詳細は表１参照。

表１には、製法を変化させて作成したキャリヤを現像剤として用いた場合における、前記の方法で測定した現像剤の減衰時定数τの値、各種システム条件とそのシステム条件から求めたＴ、Ｔ／τの値、及びそこから計算されるトナー回収領域における表面電位残留率、そして実際の画像のゴーストを評価した結果を示している。

また表１に示した実験１ではすべて（比較例も）、既述した供給ニップ部における条件１と２を満たしている。

すなわち、トナー担持体と現像剤担持体の回転は互いにカウンター方向で、かつトナー担持体との対向部の磁極位置は、ニップ部の中心に対して現像剤担持体の回転方向上流側に５°移動させて設定した。

ニップ幅は、供給ニップ部の幅を示しており、トナー層を形成し、固定したトナー担持体に対して現像剤担持体を回転させ、磁気ブラシの当接幅として測定した値である。

トナー担持体と現像剤担持体の間の供給バイアス（トナー担持体の平均電位と現像剤担持体の平均電位の差）は、トナー担持体上のトナー量が適正な画像濃度を得られるものとなるよう、次の方法でそれぞれの条件ごとに予め調べておいた値を設定した。

すなわち、トナー担持体表面のトナーを一旦除去し、その後トナー担持体１周分供給バイアスを印加してトナー供給を行う。これを、供給バイアスを変えながら行い、トナー担持体上のトナー量が４ｇ／ｍ^２（適正な画像濃度が得られる値）となる供給バイアスを求め、それを画像形成時の設定とした。

キャリヤＡ〜Ｉは、磁性体コアにコート樹脂を被覆したキャリヤであり、コアの種類とコート樹脂の厚みを変化させることで抵抗がそれぞれ異なるように意図して作成した。

Ａ〜Ｉはこの順でキャリヤの抵抗が大きくなるように並べてあり、その結果ダイナミック抵抗（測定方法は後述）とτ（＝ＣＲ）の値がＡからＩの順に従って大きくなっている。ここではτ（＝ＣＲ）の値は主として現像剤中のキャリヤの抵抗を変えることで変化している。

表１に示したように、実施例１から４は、既述した供給ニップ部における条件３、すなわち「Ｔ／τ＜１」を満たしており、比較例１から５は満たしていない。これらの実施例と比較例について、実際に評価画像を印刷し、ゴーストの評価を行った。

図６に、ゴーストの評価用のチャートを実際に出力し、現像履歴（ゴースト）が発生した画像の例を示す。白ベタ背景部７１中の黒ベタ部７２からトナー担持体１周期分下流側のハーフトーン背景部７３中にゴースト７４が発生しているかを目視評価にて確認した。

目視評価は、ゴーストが全く識別できない場合には◎、うっすらとゴーストが確認できるが画像品質上問題ない場合には○、ゴーストがはっきりと認識でき画像品質上問題がある場合には×とした。

表１からわかるとおり、実施例１から４のように、Ｔ／τ＜１となる場合には、◎もしくは○の評価結果であり、ゴーストの発生が抑制されている。実施例１〜３のようにＴ／τ＜０．１となる場合には、特に良好（◎）である。上記条件を満たしていない比較例１から５は、×の評価結果であった。

（実験２）
実施例５から９及び比較例６から９は、３種類のキャリヤ種を用いた現像剤に対し、それぞれ画像形成速度（現像剤担持体の速度）を変更して、Ｔ／τを異ならせた。詳細は表２参照。

表２には、表１で用いたキャリヤからキャリヤ種Ｃ、Ｆ、Ｉの３種類を取り出して、Ｔが変化するよう画像形成速度を変化させて、表１と同様の評価を行った結果を示す。

ここでもまた表１と同様に、表２に示した実験２ではすべて（比較例も）、既述した供給ニップ部における条件１と２を満たしている。

すなわち、トナー担持体と現像剤担持体の回転は互いにカウンター方向で、かつトナー担持体との対向部の磁極位置は、ニップ部の中心に対して現像剤担持体の回転方向上流側に５°移動させて設定した。

画像形成速度を変化させた結果、現像剤担持体周速が３０〜１０００ｍｍ／ｓの範囲で変わっており、それに伴ってＴ、Ｔ／τの値も変化している。ここではτ（＝ＣＲ）の値はキャリヤ種が同じものどうしでは同じであるが、Ｔが変化することでＴ／τの値が変わっている。

表２に示したように、実施例５から９が、既述した供給ニップ部における条件３、すなわち「Ｔ／τ＜１」の条件を満たしており、比較例６から９が満たしていない。これらの実施例と比較例について、表１の場合と同様に実際に評価画像を印刷し、ゴーストの評価を行った。

ここでも表１で見たのと同様に、Ｔ／τ＜１となる実施例５から９の場合には、◎もしくは○の評価結果であり、ゴーストの発生が抑制されている。また実施例５〜８のようにＴ／τ＜０．１となる場合には、特に良好（◎）である。上記条件３を満たしていない比較例６から９については、×の評価結果であった。

図７には、上述の表１、表２中のＴ／τの値とそのときの表面電位残留率の計算値についてプロットし、それぞれについてゴースト評価結果を記入したグラフを示す。

◇印が表１の結果をプロットしたもの、◆印が表２のキャリヤ種Ｃの結果をプロットしたもの、■印が表２のキャリヤ種Ｆの結果をプロットしたもの、▲印が表２のキャリヤ種Ｉの結果をプロットしたものである。

何れの場合においても共通して、Ｔ／τ＜１の領域で表面電位残留率が上昇し、またそれに伴ってゴーストの発生が抑制されていることがわかる。

（実験３）
比較例１０から１８は、表１に示した実験１と同じ条件で、供給ニップ部におけるトナー担持体との対向部の磁極位置のみ、ニップ部の中心に対して現像剤担持体の回転方向下流側に５°移動させるよう変更して設定した。詳細は表３参照。

表３には、表１と比べてトナー担持体との対向部の磁極位置のみ変更し、表１と同様の評価を行った結果を示す。

ここでは表１とは異なり、表３に示した実験３ではすべて、既述した供給ニップ部における条件１を満たしているが、条件２は満たしていない。

すなわち、トナー担持体と現像剤担持体の回転は互いにカウンター方向であるが、トナー担持体との対向部の磁極位置は、ニップ部の中心に対して現像剤担持体の回転方向下流側に設定している。

なお、Ｔ、Ｔ／τの値も表１と同様であり、比較例１０から１３は既述した条件３、すなわち「Ｔ／τ＜１」を満たしているが、比較例１４から１８は、条件３を満たしていない。

これらの比較例１０から１８について、表１の場合と同様に実際に評価画像を印刷し、ゴーストの評価を行った。

ここでは表１で見たのと異なり、Ｔ／τ＜１となるかどうかに関わらず、すべての比較例１０から１８について×の評価結果であり、ゴーストの発生が抑制されていない。

（ニップ部構成条件２について）
上記の結果によれば、供給ニップ部における既述の条件１や３を満たしていても、条件２を満たしていないと、ゴースト発生の抑制効果は見られない。この原因を調べるため、次のような実験を行った。

キャリヤとしてキャリヤ種Ｇ（表１の実験ではゴーストが発生しなかったキャリヤ）を使用し、トナー供給ニップ部において、現像剤担持体の、トナー担持体との対向磁極の位置以外は表１での条件と同じ条件にした。

その上で、トナー担持体との対向磁極の位置を下流側１０°から上流側１５°まで変化させたときの供給バイアス（トナー担持体の平均電位と現像剤担持体の平均電位の差）とトナー担持体上に供給されたトナー量の関係を測定した。

結果を図８に示す。図８において、●印は下流側−１０°、◆印は下流側−５°、□印は±０°、◇印は上流側５°、○印は上流側１０°、△印は上流側１５°に、それぞれ磁極位置を設定している。

図８に示した結果からわかるように、トナー担持体との対向磁極の位置がニップ部中心に対して上流側と下流側では、特性が変化している。

磁極位置が、ニップ部中心に対して下流側の場合は、一定のトナー供給量を得るのに比較的大きい供給バイアスが必要になるのに対し、ニップ部中心に対して上流側の場合は比較的小さい供給バイアスで供給量を確保できる。

すなわち、対向磁極の位置をニップ部中心に対して上流側に設定することで、供給バイアスが小さくて済む。その結果、供給バイアスを印加しても現像残トナーの回収をさほど阻害せず、現像履歴（ゴースト）の発生が抑制されることになる。このことが表１と表３の結果の違いに繋がっていると考えられる。

なお、図８で見られた磁極位置による現像履歴（ゴースト）の悪化及びトナー供給性の変化は、現象論的には以下のように説明できる。

図９はカウンター回転において、磁極位置を下流側に設定したときの供給ニップ部近傍の現象を模式的に表した図である。磁極位置を下流側に設定した場合、上流側に設定した場合と異なり、トナーの供給は主として磁気ブラシが供給ニップ部を通過したあと（図９下の白抜き矢印）に起こる。

このため、上流側に設定した場合とは次の点で違いが生じる。

１つには、主としてトナー回収が行われるトナー担持体と現像剤担持体の最近接部（図９上の白抜き矢印）を通過後に、トナー供給が行われることになり、カウンターチャージをトナー回収に有効活用できない。よって回収性が低下する。

さらには、磁極位置（図９下の白抜き矢印）で供給されたトナー層は、その後主として回収が行われるトナー担持体と現像剤担持体の最近接部（図９上の白抜き矢印）を通過する。そのため供給したトナーが一部回収されるので、磁極位置が上流側にある場合に比べ大きい供給バイアスが必要になる。

これらのことが磁極位置による現像履歴（ゴースト）の悪化及びトナー供給性の変化を引き起こしていると考えられる。

（実験４）
比較例１９から２７は、表１に示した実験１と同じ条件で、供給ニップ部におけるトナー担持体と現像剤担持体の回転方向のみを、互いにカウンター方向ではなく、ウィズ方向に変更して設定した。詳細は表４参照。

表４には、表１と比べてトナー担持体と現像剤担持体の回転方向のみを変更し、表１と同様の評価を行った結果を示す。

ここでも表１とは異なり、表４に示した実験４ではすべて、既述した供給ニップ部における条件２を満たしているが、条件１は満たしていない。

すなわち、トナー担持体との対向部の磁極位置は、ニップ部の中心に対して現像剤担持体の回転方向上流側に設定しているが、トナー担持体と現像剤担持体の回転は互いにウィズ方向である。

なお、Ｔ、Ｔ／τの値も表１と同様であり、比較例１９から２２は既述した条件３、すなわち「Ｔ／τ＜１」を満たしているが、比較例２３から２７は、条件３を満たしていない。

これらの比較例１９から２７について、表１の場合と同様に実際に評価画像を印刷し、ゴーストの評価を行った。

ここでも表３で見たのと同様に、Ｔ／τ＜１となるかどうかに関わらず、すべての比較例１９から２７について×の評価結果であり、ゴーストの発生が抑制されていない。

（実験５）
比較例２８から３６は、表１に示した実験１と同じ条件で、供給ニップ部におけるトナー担持体と現像剤担持体の回転方向を互いにカウンター方向ではなく、ウィズ方向に変更して設定した。また、トナー担持体との対向部の磁極位置を、ニップ部の中心に対して現像剤担持体の回転方向下流側に５°移動させるよう変更して設定した。詳細は表５参照。

表５には、表１と比べてトナー担持体と現像剤担持体の回転方向を変更し、さらにトナー担持体との対向部の磁極位置を変更し、表１と同様の評価を行った結果を示す。

ここでも表１とは異なり、表５に示した実験５ではすべて、既述した供給ニップ部における条件１も、条件２も満たしていない。

すなわち、トナー担持体と現像剤担持体の回転は互いにウィズ方向であり、トナー担持体との対向部の磁極位置は、ニップ部の中心に対して現像剤担持体の回転方向下流側に設定している。

なお、Ｔ、Ｔ／τの値は表１と同様であり、比較例２８から３１は既述した条件３、すなわち「Ｔ／τ＜１」を満たしているが、比較例３２から３６は、条件３を満たしていない。

これらの比較例２８から３６について、表１の場合と同様に実際に評価画像を印刷し、ゴーストの評価を行った。

ここでも表３、表４で見たのと同様に、Ｔ／τ＜１となるかどうかに関わらず、すべての比較例２８から３６について×の評価結果であり、ゴーストの発生が抑制されていない。

（ニップ部構成条件１について）
この回転方向ウィズ方向としたときの現像履歴（ゴースト）の悪化は、以下のように説明できる。

まず、表４の供給ニップ部中心に対して現像剤担持体の回転方向上流側の位置に磁極位置を設定した場合について、図１０を用いて説明する。図１０はウィズ回転において、磁極位置を上流側に設定したときの供給ニップ部近傍の現象を模式的に表した図である。

磁極位置を上流側に設定した場合、トナーの供給は、主として磁気ブラシが供給ニップ部を通過する前（図１０下の白抜き矢印）に起こる。この場合、磁極位置（図１０下の白抜き矢印）で供給されたトナー層は、その後主として回収が行われるトナー担持体と現像剤担持体の最近接部（図１０上の白抜き矢印）を通過する。

そのため供給したトナーが一部回収されるので、磁極位置が上流側にある場合に比べ大きい供給バイアスが必要になる。大きい供給バイアスは、現像残トナーの現像剤担持体側への回収を阻害するように働くため、このような条件はトナーの回収性が低下し、現像履歴（ゴースト）の発生が抑制されない。

さらにはウィズ回転の場合、カウンター回転に比べて磁気ブラシとトナー担持体上の現像残トナーとの摺擦力が弱く（相対速度が小さいため）、回収性が小さくなるということも現像履歴（ゴースト）の発生が抑制されない原因と考えられる。

次に、表５の供給ニップ部中心に対して現像剤担持体の回転方向下流側の位置に磁極位置を設定した場合について、図１１を用いて説明する。図１１はウィズ回転において、磁極位置を下流側に設定したときの供給ニップ部近傍の現象を模式的に表した図である。

磁極位置を下流側に設定した場合、トナーの供給は、主として磁気ブラシが供給ニップ部を通過した後（図１１上の白抜き矢印）に起こる。この場合、主として回収が行われるトナー担持体と現像剤担持体の最近接部（図１１下の白抜き矢印）を通過後に、トナー供給が行われることになり、カウンターチャージをトナー回収に有効活用できない。

このような条件はトナー回収性が低下し、現像履歴（ゴースト）の発生が抑制されない。さらには表４の場合と同様、ウィズ回転の場合、カウンター回転に比べて磁気ブラシとトナー担持体上の現像残トナーとの摺擦力が弱く（相対速度が小さいため）、回収性が小さくなるということも現像履歴（ゴースト）の発生が抑制されない原因と考えられる。

これらから、本実施形態のように、供給ニップ部において３つの条件、すなわち、
１．トナー担持体と現像剤担持体の回転方向は、互いにカウンター回転である。
２．トナー担持体と対向する磁極を現像剤担持体回転方向上流側に配置する。
３．トナー供給で発生したカウンターチャージが、トナー回収領域まで到達する。
の３つの条件を満たす構成とすることで、それらの相乗効果によって、
トナー供給ニップ内をトナー供給領域と回収領域に分離可能となり、トナー供給ニップ入口側でのトナー供給性が向上するとともに、現像残トナーの回収を行うトナー供給ニップ部の出口側において、カウンターチャージが豊富となり、回収性が向上する、
という複数のメリットをトナー供給回収部において発現させることができる。

この結果、ニップ部（トナー供給回収領域）において、トナー供給性と回収性を同時に向上し、従来のハイブリッド現像の課題であった現像履歴（ゴースト）の発生を十分に抑制した高画質の画像を出力することができる。

（実験６）
ここで、従来技術との差異をより明確に示すため、本発明の効果を得るためにはキャリヤの抵抗として現実的にどの程度の低抵抗化まで可能かを調べた。

表６は、表１の条件から現像剤担持体の速度を電子写真で通常使われる速度から極端に高速にし、また現像剤担持体の径についても特に小径のものに変更して供給ニップ部を狭くし、表１と同様の評価を行ったものである。

現像剤担持体の速度を高速化し、現像剤担持体の径を小径にして供給ニップ部が狭くなることで、供給領域で生じたカウンターチャージを回収領域まで保持しておかなければならない時間が短くて済む。

このように現像剤担持体が極端に高速で小径の場合を調べることで、キャリヤの抵抗として現実的にどの程度の低抵抗化が可能かを把握することができる。

また、図１２は、表６の結果をダイナミック抵抗と表面電位残留率の関係にプロットしたグラフである。図１２において、○印は表１の実施例、比較例の条件での、◆印は表６の実施例、比較例の条件での、それぞれ結果をプロットしている。

表６及び図１２からわかるとおり、一般的に使用されているようなダイナミック抵抗で１×１０^８Ω程度以下のキャリヤにおいては、このような極端な条件でもカウンターチャージによる回収性向上効果が見込めない。

この結果から、実質的に、キャリヤの抵抗として、ダイナミック抵抗で１×１０^８Ω程度以上の抵抗は最低限必要になる。

＜ダイナミック抵抗の測定方法＞
ダイナミック抵抗（ＤＲ）の測定は、図１３に示す測定装置を用いて次のように行った。図１３は、ダイナミック抵抗の測定装置の構成例を示す図である。

まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０（ｍｍ）の回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５（ｍｍ）及び長さＬ＝０．５〜１（ｍｍ）の対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９（ｍｍ）で対向させる。

次に、スリーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８（ｍｍ／ｓｅｃ））で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性粒子２０５を所定量（１４（ｇ））だけ担持させ、該スリーブ２０１の回転により該磁性粒子２０５を１０分間攪拌する。

次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＩＩ（Ａ）を電流計２０３で測定する。

次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリヤでは４００（Ｖ）から鉄粉キャリヤでは数Ｖ）の印加電圧Ｅ（Ｖ）を５分間印加する。本実施形態では２００Ｖを印加した。

そして、電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＱ（Ａ）を電流計２０３で測定する。

これらの測定結果から、次式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ（Ω）を算出する。
ＤＲ＝Ｅ／（ＩＲＱ−ＩＲＩＩ）。

上述したように、本実施形態に係る現像装置及び画像形成装置によれば、トナー担持体と現像剤担持体のニップ部は、次の条件をすべて満たすよう構成されている。
１．トナー担持体と現像剤担持体の回転方向は、互いにカウンター回転である。
２．トナー担持体と対向する磁極を現像剤担持体回転方向上流側に配置する。
３．トナー供給で発生したカウンターチャージが、トナー回収領域まで到達する。

これにより、トナー供給ニップ内を供給領域と回収領域に分離可能となり、トナー供給ニップ入口側でのトナー供給性が向上するとともに、現像残トナーの回収を行うトナー供給ニップ出口側において、カウンターチャージが豊富となり、回収性が向上する。

従って、ニップ部（トナー供給回収領域）において、トナー供給性と回収性を同時に向上させることができ、その結果、従来のハイブリッド現像の課題であった現像履歴（ゴースト）の発生を十分に抑制した高画質の画像を出力することができる。

なお、上述の実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 像担持体
２ 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 露光装置
７ トナー担持体
８ 磁石ローラ
９ スリーブローラ
１０ 現像領域
１１ （トナー）供給領域
１２ （トナー）回収領域
１３ 現像剤担持体
１７ 現像剤槽
２３ 現像剤

Claims (4)

1. 表面にトナーを担持搬送し、像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
   表面にトナーとキャリヤからなる現像剤を担持搬送し、前記トナー担持体に前記現像剤中のトナーを供給する現像剤担持体と、を有する現像装置において、
   前記現像剤担持体は、
   固定配置された磁石体と、該磁石体を内包して回転可能に配置されたスリーブローラとからなり、該スリーブローラ表面に、前記磁石体による前記現像剤の磁気ブラシを形成して、担持搬送し、対向して回転可能に配置された前記トナー担持体とのニップ部において、前記トナー担持体の表面を前記磁気ブラシで摺擦しながら、電界によってトナーを供給するように構成され、
   前記ニップ部において、次の１から３の条件がすべて満たされるように設定されたことを特徴とする現像装置。
   １． 前記ニップ部における、前記現像剤担持体の表面の前記現像剤の搬送方向は、対向する前記トナー担持体の表面移動方向と互いにカウンター方向である。
   ２． 前記ニップ部には、前記磁石体の磁極が配置され、該磁極の磁束密度分布のピーク位置は、前記磁気ブラシが前記トナー担持体の表面を摺擦する範囲内、かつ前記トナー担持体と前記現像剤担持体の最近接位置よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側に位置する。
   ３． 前記ニップ部において、前記現像剤担持体上の前記磁気ブラシが前記トナー担持体の表面を摺擦する範囲を、前記現像剤担持体が回転し通過するのに必要な時間をＴとし、前記現像剤担持体上において、前記現像剤に生じた電荷の減衰が、減衰時定数τを用いて次の式（１）で表されるとしたときに、前記減衰時定数τと前記Ｔが、Ｔ／τ＜１の関係を満たす。
   Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ｅｘｐ（−ｔ／τ） （１）
   但し、前記現像剤の初期表面電位をＶ０、時間ｔ経過後の表面電位をＶ（ｔ）とする。
2. 前記ニップ部において、前記減衰時定数τと前記Ｔが、Ｔ／τ＜０．１の関係を満たすように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤に用いているキャリヤは、１×１０^８Ωより大きいダイナミック抵抗を有することを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置であって、
   前記現像装置は、請求項１から３の何れか１項に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

Images