JP3943885B2

JP3943885B2 - 画像形成方法

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体（感光ドラム）上に形成された静電潜像を２成分現像剤により現像して、画像を得る画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、像担持体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、この潜像を２成分現像剤により現像して画像を得る画像形成方法が知られている。図４の画像形成装置（複写機）を例にとって、従来の画像形成方法を簡単に説明する。
図４の複写機の原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にして置き、コピーボタンを押すと、原稿Ｇの複写、即ち画像形成が開始される。複写機は、原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一体となった光走査ユニット９を有しており、コピーボタンを押すことにより、このユニット９が照射用ランプで原稿Ｇを照射しながら走査し、その照射光の原稿面からの反射光が短焦点レンズアレイによって結像してＣＣＤセンサーに入射される。
【０００３】
ＣＣＤセンサーは受光部、転送部及び出力部から構成されており、受光部で入射光信号を電荷信号に変え、転送部でその電荷信号をクロックパルスに同期して順次出力部に転送し、出力部で電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られた画像信号（アナログ信号）は、周知の画像処理によりデジタル信号に変換された後、複写機のプリンター部に送られる。
【０００４】
プリンター部では、まず、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心にして所定の周速度で回転駆動され、回転過程においてコロナ帯電器３により表面が、例えば、−６５０Ｖとなるように一様な帯電処理を受ける。ついで、レーザ走査部１００の固体レーザ素子が上記の画像信号（デジタル信号）を受けてＯＮ／ＯＦＦ発光によりレーザビームを発生し、回転多面鏡を用いてそのレーザビームＬにより感光ドラム１の表面を走査し、感光ドラム１の表面に原稿画像に対応した静電潜像が順次形成される。この静電潜像を現像器４により現像すると、感光ドラム１上にトナー像として可視化される。
【０００５】
ここで現像工程について説明する。一般に、現像方法には大別して４種あり、その１つは、１成分現像剤の非磁性トナーをブレード等により現像スリーブ（現像剤担持体）上にコーティングし、その非磁性トナーを現像スリーブにより感光ドラムに搬送し、感光ドラムに対し非接触状態で現像する非磁性１成分非接触現像法であり、２つ目は、１成分現像剤の磁性トナーを磁気力によって現像スリーブ上にコーティングし、同様に、感光ドラムに搬送して接触で現像する磁性１成分接触現像法である。３つ目、４つ目は、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した２成分現像剤を用い、これを磁気力により現像スリーブ上にコーティングして現像スリーブにより感光ドラムに搬送し、感光ドラムに対し接触状態で現像する２成分接触現像法（２成分磁気ブラシ現像法）、感光ドラムに対し非接触状態で現像する２成分非接触現像法である。画像の高画質化、高安定性の面から、２成分磁気ブラシ現像法が多く用いられる。
【０００６】
本現像器４は２成分磁気ブラシ現像装置に構成されている。現像器４は、２成分現像剤を収容した現像容器１６を備え、その現像容器１６の感光ドラム１と対面した開口部に、現像剤を担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する現像スリーブ１１が設置されている。この現像スリーブ１１と感光ドラム１との最近接領域を約５００μｍの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤を感光ドラム１と接触した状態で、現像が行なえるように設定されている。現像スリーブ１１内には図示しないマグネットローラが固定配置され、また、現像スリーブ１１に対し図示しない規制ブレードが配置されている。
【０００７】
上記のような２成分現像法に用いられる現像剤のトナーとしては、例えば、粉砕法により製造された平均粒径が７μｍ程度のネガ帯電トナーに、平均粒径が２０ｎｍ程度の酸化チタン等を重量比で１％程度外添したトナーが用いられる。現像剤のキャリアとしては、例えば、飽和磁化が２８０ｅｍｕ／ｃｍ³、平均粒径が４０μｍ程度の磁性フェライトキャリアが用いられる。現像剤は、これらトナーとキャリアの混合比を重量比で７：９３として使用される。
【０００８】
現像器４において、現像スリーブ１１の回転にともないマグネットローラの磁極により、現像容器１６内の現像剤が現像スリーブ１１上に汲み上げられ、感光ドラム１と対向した現像部に向けて搬送される。この搬送過程で、現像剤は規制ブレードにより厚みを規制されて、現像スリーブ１１上に薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、マグネットローラの現像部に位置する現像主極に搬送されて来ると、現像主極の磁力により感光ドラム１に向けて穂立ちして磁気ブラシに形成され、この磁気ブラシが感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。
【０００９】
現像方式としては、反転現像方式が用いられており、現像スリーブ１１には図示しないバイアス電源から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアス、例えば、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖppが２０００Ｖ、周波数ｆが２０００Ｈｚの交流電圧が印加される。一般に、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという危険も生じる。
【００１０】
このため通常、現像スリーブ１１に印加する直流電圧の電圧と感光ドラム１上に形成される白地部電位との間に適当な電位差を設けることにより、かぶり防止を実現している。本従来例では、最初に一様帯電された白地部電位−６５０Ｖと現像スリーブ１１に印加される電圧の直流分−５００Ｖの差である１５０Ｖがかぶり取り電圧になる。一方、露光されて減衰した電位−２００Ｖと現像スリーブ１１に印加される電圧の直流分−５００Ｖの差である３００Ｖが現像スリーブから感光ドラムにトナー付着させるためのコントラスト電位となる。
【００１１】
このようにして、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１に搬送されて来る転写材Ｐ上に転写帯電器８によって静電転写される。トナー像が転写された転写材Ｐは、分離帯電器７によって感光ドラム１と静電分離した後定着器６へ搬送され、そこで転写材Ｐを加熱及び加圧して画像の定着を行ない、プリント画像として画像形成装置の機外に出力する。トナー像転写後の感光ドラム１は、表面に付着した転写残りのトナー等の汚染物をクリーナ５によって除去し、前露光ランプ２により感光ドラム１の表面を電気的に初期化した後、繰り返し画像形成に使用される。
【００１２】
ところで、近年、フルカラー化、システム化、デジタル化が進むと共に、出力画像の高画質化、高速化、高安定化の要求が高まっており、複写機、各種プリンターの軽印刷市場への進出が期待される。複写機や各種プリンターで一般的に用いられている電子写真方式で、印刷市場に割って入っていくためには、高画質化、高安定化は最低限の課題である。従来、電子写真プロセスにおいて用いられる感光体として、セレン系感光体、アモルファスシリコン感光体、有機感光体等が実用化されているが、その中でも特にアモルファスシリコン感光体は画質及び耐久性に優れた特性を備えていることが知られている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アモルファスシリコンドラムを感光ドラムとして用いた場合、感光体表層の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍであるので、画像にかぶりが発生すると共に、出力された画像濃度も低いものしか得られなかった。そして、このかぶりや、画像濃度の低下は後述するように表面層の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍである感光ドラムに２成分現像剤を用い、交番電界下で現像を行なった際に発生することがわかった。
上記のかぶり並びに画像濃度の低下が発生する現象について様々な検討を行った結果、これらの現象は、表面層の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍ程度の感光ドラムに対して、現像時に磁性キャリアから電荷が注入されることにより発生することが判明した。
【００１４】
表面層の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍ程度の感光ドラムに対しては、体積抵抗率１０¹⁰Ω・ｃｍ以下のフェライト等の粒子が約１００μｍ以下、好ましくは１５〜５０μｍの磁性粒子を、マグネットを内包した帯電用スリーブに担持し、上述の表面抵抗率に調整された感光ドラムに摺擦しながら現像バイアスを印加することによって感光ドラムを帯電することができる。
このような帯電方式を注入帯電方式と呼んでいるが、この注入帯電と同様なことが体積抵抗率が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを用いた現像、特にこの磁性キャリアが感光ドラムに接触している２成分現像を行なった場合にも発生してしまうことがわかった。
【００１５】
更に、注入帯電においては、周波数が１００〜６０００Ｈｚ、好ましくは５００〜２０００Ｈｚの交番電界を重畳すると帯電効率が向上することも確認されている。このため、従来例に示した現像方法においても、現像効率向上、画像品位向上のために採用した、磁性キャリアを用いた２成分現像、加えて従来例において印加した周波数２０００Ｈｚの交番電界を重畳した現像バイアスにより現像時にもこれと同様のことが発生してしまったと考えられる。
【００１６】
つまり、注入帯電用の表面層の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍ程度に調整された感光ドラムを用い、体積抵抗率が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを有する２成分現像剤に周波数が１００〜６０００Ｈｚ程度の交番電界を重畳して反転現像を行なおうとすると、現像部において、現像用の磁性キャリアから感光ドラムに対して電荷注入が行なわれるため、白地部（感光ドラムに一様帯電した後、露光しなかった部分）、黒字部（感光ドラムに一様帯電した後、露光した部分）共にその電位が現像スリーブに印加している電圧のＤＣ成分に収束するようになる。このため、白地部と現像スリーブの電位差が減少し、かぶりが発生するとともに、黒字部と現像スリーブの電位差も減少することから画像濃度が低下してしまうことを見出した。
【００１７】
上述の従来例の説明においては、現像方式としては反転現像方式についてのみ説明したが、このような問題は反転現像方式特有のものではなく、正規現像方式を用いた場合に同様に発生することも本発明者等の研究により判明した。
従って、本発明の目的は、アモルファスシリコンドラムのような、表面層の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍ程度に調整された像担持体を有し、交番電界下で現像を行なった際にも、かぶりや画像濃度の低下を発生することなく良好な画像形成が行なえる画像形成方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、表面抵抗率１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの抵抗層（以下、低抵抗層ともいう）を持つ像担持体（感光ドラム）を帯電し、露光して静電潜像を形成し、磁石を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと体積抵抗値が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍである磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を、上記像担持体と上記現像剤担持体（現像スリーブ）とが対向した現像部で上記像担持体に接触させ、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスを上記現像剤担持体に印加することにより上記静電潜像を現像して画像を得る画像形成方法において、
前記現像剤担持体表面の体積抵抗値が１×１０^-1Ω・ｃｍ以上１×１０²Ω・ｃｍ以下であり、
上記トナーの平均粒径をｒｔ（μｍ）、嵩密度をρｔ（ｇ／ｃｍ ³ ）、上記磁性キャリアの平均粒径をｒｃ（μｍ）、嵩密度をρｃ（ｇ／ｃｍ ³ ）、該トナーの濃度をｎ（ｗｔ％）として、
Ｓ＝｛ｎ／（１００−ｎ）｝×（ｒｃ／ｒｔ）×（ρｃ／ρｔ）
で表されるＳが２．５以上であることを特徴とする画像形成方法を提供する。
【００１９】
また、本発明は、前記現像バイアスの印加が、前記２成分系現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧をある時間印加する工程と、逆に該２成分系現像剤に該現像剤担持体から該像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流バイアスと、且つその交流バイアスの該現像剤担持体から該像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、該像担持体上の前記静電潜像の画像部の電圧と非画像部の電圧との間にある直流電圧を該現像剤担持体に一定時間印加することによって行われる前記の画像形成方法を提供する。
【００２１】
また、本発明は、前記像担持体が、非晶質のシリコン（アモルファスシリコン）を有する表面層からなる前記の画像形成方法、前記像担持体は、接触帯電により帯電され、像露光手段によって像露光を行なうことにより潜像が形成される前記の画像形成方法、及び前記接触帯電部材において、磁性粒子が前記像担持体に接触している前記の画像形成方法を提供する。
【００２２】
本発明の画像形成方法では、従来と同様、内部に磁石が配置されている現像スリーブ（現像剤担持体）の表面にトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して現像部へ搬送し、磁石の現像磁極により現像部に現像剤の磁気ブラシを形成して、感光ドラム（像担持体）上の静電潜像を現像する２成分接触現像法を採用する。本発明は、その際、表面抵抗が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの低抵抗層を有する感光ドラムと、体積抵抗値が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍである磁性キャリアを使用し、且つ現像スリーブ表層の体積抵抗値が１×１０^-1Ω・ｃｍ以上１×１０²Ω・ｃｍ以下であるものを使用することが大きな特徴である。
【００２３】
即ち、本発明は、高画質且つ高安定化のために、感光ドラムとして、例えば、アモルファスシリコンドラムを用いる一方で、現像スリーブ表層の抵抗値が高いものを使用することにより、かぶりのない高品位な画像を得るようにしたことに要約される。但し、現像剤中の磁性キャリアの体積抵抗値が高抵抗ではないものを用いている。高抵抗キャリアを用いると、現像部で発生する電荷注入によるかぶりや濃度薄を抑制することができるが、一方で感光ドラム上の潜像電位に対する対向電極が存在しないことになり、エッジ強調が発生してしまうからである。本発明の構成をとれば、感光体上に形成された潜像部近傍に抵抗の比較的低い磁性キャリアが存在し、その結果、このキャリアが対向電極になり得る。従って、かぶりも濃度薄も発生せず、エッジ強調も無い、高画質を長期にわたり実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を示す図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。図１は、本発明の画像形成方法を実施するのに使用した画像形成装置の一例を示す概略構成図である。画像形成装置（複写機）は、原稿台１０及び光走査ユニット９を有する露光部の下に、感光ドラム１、現像器４及びレーザ走査部１００等を有するプリンタ部を備えてなっており、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にして置き、コピーボタンを押すと、原稿Ｇの複写、即ち、画像形成が開始される。
【００２５】
光走査ユニット９は、原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーを一体に組込んで構成されており、コピーボタンを押すことにより、このユニット９が照射用ランプで原稿Ｇを照射しながら走査し、その照射光の原稿面からの反射光が短焦点レンズアレイによって結像してＣＣＤセンサーに入射される。
【００２６】
ＣＣＤセンサーは受光部、転送部及び出力部から構成されており、受光部で入射光信号を電荷信号に変え、転送部でその電荷信号をクロックパルスに同期して順次出力部に転送し、出力部で電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られた画像信号（アナログ信号）は、周知の画像処理によりデジタル信号に変換された後、プリンター部に送られる。
【００２７】
プリンター部では、まず、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心にして所定の周速度で回転駆動され、回転過程において帯電器３１により、表面が、例えば、−６５０Ｖとなるように一様な帯電処理を受ける。ついで、レーザ走査部１００の固体レーザ素子が上記の画像信号（デジタル信号）を受けてＯＮ／ＯＦＦ発光によりレーザビームＬを発生し、回転多面鏡を用いてそのレーザビームにより感光ドラム１の表面を走査し、感光ドラム１の表面に原稿画像に対応した静電潜像が順次形成される。
【００２８】
図２に、上記の固体レーザ素子を備えたレーザ走査部１００の概略構成を示す。レーザ走査部１００では、まず、入力された画像信号に基づき発光信号発生器１０１により固体レーザ素子１０２を所定タイミングで明滅させる。このようにして固体レーザ素子１０２から放射されたレーザ光を、コリメータレンズ系１０３により略平行な光束に変換し、更に矢印ｂ方向に回転する回転多面鏡１０４により矢印ｃ方向に走査するとともに、ｆθレンズ群１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにより感光ドラム１の被走査面１０６にスポット状に結像する。このようなレーザ光の走査により、被走査面１０６上に画像１走査分の露光分布が形成され、更に各走査ごとに被走査面１０６を前記の走査方向とは垂直に所定量だけスクロールすることにより、被走査面１０６上に画像信号に応じた露光分布が得られる。つまり、静電潜像が形成される。
【００２９】
本発明では、感光ドラム１として、アモルファスシリコン感光体を用いたが、通常使用される有機感光体等を使用することもできる。これらの感光ドラムによれば、電荷注入方式の直接帯電を実施することもでき、その場合はオゾンの発生防止並びに消費電力の低減に効果がある。本実施例では、感光ドラム１は負帯電性のアモルファスシリコン感光体とされ、直径８０ｍｍのアルミ製のドラム基体上にアモルファスシリコン感光体層を設けてなっている。
【００３０】
本実施例では、帯電器３１として電荷注入方式の接触帯電器、特に磁気ブラシ帯電方式の帯電器を用いた。この磁気ブラシ帯電器３１は、外径１６ｍｍの回転自在な非磁性スリーブ３１ａの内部にマグネット３１ｂを非回転に固定設置してなり、マグネット３１ｂの磁界により非磁性スリーブ３１ａ上に保持した磁性粒子を穂立ちさせて磁気ブラシに形成し、その磁気ブラシを感光ドラム１の表面に接触するようになっている。磁気ブラシとされた磁性粒子は、非磁性スリーブ３１ａの回転により搬送され、そして非磁性スリーブ３１ａに帯電電圧を印加することにより、磁性粒子を通して感光ドラム１に電荷が付与され、感光ドラム１の表面が帯電電圧に対応した電位に帯電される。ａ−ＳｉＤｒ（アモルファスシリコンドラム）に対して、接触帯電方式を用いると、特に成膜上の問題点から発生する暗減衰ムラを抑制することができる。
【００３１】
磁性粒子の磁気ブラシによる感光ドラム１の帯電は、磁気ブラシの感光ドラム１との接触部のニップ幅を約６ｍｍに調整し、非磁性スリーブ３１ａに印加する帯電バイアスを、−７００Ｖの直流電圧に周波数１０００Ｈｚ、振幅８００Ｖの矩形波の交番電圧を重畳したバイアスとすることにより、良好に実施できた。
【００３２】
非磁性スリーブ３１ａの回転方向（従って磁気ブラシの回転方向）は、図に示すように、Ａ方向に回転する感光ドラム１に対しＢ方向のカウンター方向とすることが好ましく、感光ドラム１の帯電が良好になる。また、非磁性スリーブ３１ａの回転速度が速いほど、感光ドラム１の帯電が均一になる傾向がある。本実施例では、非磁性スリーブ３１ａの回転速度を、感光ドラム１の回転速度１００ｍｍ／秒に対し１５０ｍｍ／秒とした。
【００３３】
磁気ブラシ帯電器３１に用いる磁性粒子（磁性キャリア）としては、平均粒径が１０〜１００μｍ、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ³、抵抗が１０²〜１０¹⁰Ω・ｃｍのものが好ましく、感光ドラム１にピンホールような絶縁の欠陥が存在した場合のことを考慮すると、より好ましい抵抗は１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍ程度である。本実施例では、平均粒径が２５μｍ、飽和磁化が２００ｅｍｕ／ｃｍ³、抵抗が５×１０⁶Ω・ｃｍの磁性粒子を用いた。（上記の磁性粒子の抵抗値の測定方法は、現像用磁性キャリアの測定と同じであり、後述する。）
【００３４】
磁性粒子としては、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、或いはフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化・還元処理して抵抗調整を行ったもの、或いはマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングして抵抗調整したもの等が用いられる。
【００３５】
さて、帯電工程が終了した後、感光ドラム１上には静電潜像が形成され、この静電潜像は、感光ドラム１の周囲に設置された２成分現像器４により現像され、トナー像として可視化される。
【００３６】
図３は、上記現像器４の概略構成図である。本現像器４は、２成分磁気ブラシ現像装置に構成されている。現像器４は、トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤１９を収容した現像容器１６を備え、その現像容器１６の感光ドラム１と対面した開口部に、現像剤１９を担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する現像スリーブ１１が設置され、現像スリーブ１１は、感光ドラム１との対向部が同方向に移動する向きに回転される。
【００３７】
ここで、現像スリーブの直径は３２ｍｍ、感光ドラムの直径は８０ｍｍ、また、この現像スリーブ１１と感光ドラム１との最近接領域を約５００μｍの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤１９を感光ドラム１と接触した状態で、現像が行なえるように設定されている。この時の現像スリーブ上の、単位面積当りの現像剤コート量は３２ｍｇ／ｃｍ²であり、その結果、現像剤は、感光ドラム（及び現像スリーブ）の軸方向の接触長さが３０３ｍｍ、感光ドラムの周方向の接触長さは７ｍｍで感光ドラムに接触している。
【００３８】
ここで、現像スリーブについて説明する。
本実施例では、現像スリーブはＡｌやＳＵＳ等の導電性の基体と樹脂等の被覆層とで形成され、この被覆層中には、カーボンブラック、グラファイト等の導電性微粉末や固体潤滑剤を分散させている。このような被覆層とする方法が、特開平１−２７７２５６号公報、特開平３−３６５７０号公報に提案されている。但し、本発明における被覆層の材質はこれに限られない。
【００３９】
更に上記の現像スリーブにおいては、上記した形成材料によって形成される樹脂被覆層が、チャージアップによる現像剤の現像スリーブへの固着等の問題を防ぐためにある程度導電性であることが好ましい。このため、本発明においては樹脂被覆層中に導電性微粒子を含有させている。特に、現像スリーブ表面に形成されている樹脂被覆層の体積抵抗値が１０²Ω・ｃｍ以下となるように構成することが好ましく、更に好ましくは体積抵抗値の上限が１０¹〜１０²Ω・ｃｍになるようにするとよい。即ち、現像スリーブの樹脂被覆層の体積抵抗値が１０²Ω・ｃｍを越えると、現像剤中のトナーのブロッチ等が発生し易い。また、本発明の効果、即ち、現像時の電荷注入を抑制するために、１０^-1Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
導電性の樹脂被覆層の体積抵抗値を上記した範囲内に調整するためには、下記に挙げる導電性微粒子を樹脂被覆層中に含有させることが好ましい。導電性微粒子としては、例えば、銅、ニッケル、銀、アルミニウム等の金属或いは合金の粉体、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン等の金属酸化物、カーボンファイバー、カーボンブラック、グラファイト等の炭素系の導電性微粒子等が挙げられる。
【００４１】
本発明に用いられる導電性微粒子としては、カーボンブラックが好ましく用いられ、とりわけ導電性のアモルファスカーボンは、特に電気伝導性に優れ、他の物質に比べ、少量の添加で導電性を付与することができる、添加量のコントロールによりある程度任意の抵抗値を得ることができるので、好適に用いられる。
【００４２】
本発明において樹脂被覆層の体積抵抗の測定は以下の通り行う。１００μｍの厚さのＰＥＴシート上に７〜２０μｍの厚さの導電性樹脂被覆層を形成し、ＡＳＴＭ規格（Ｄ−９９１−８２）及び日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ（２３０１−１９６９）に準拠した、導電性ゴム及びプラスチックの体積抵抗測定用の４端子構造の電極を設けた電圧降下式デジタルフォーム計（川口電機製作所）を使用して測定した。尚、測定環境は、２０〜２５℃、５０〜６０％ＲＨとする。
【００４３】
現像スリーブ１１内にはマグネットローラ１２が固定配置され、また、現像スリーブ１１の頂部に対し磁性材製の規制ブレード１５が垂直に配置されている。更に現像容器１６内には、現像剤撹拌搬送スクリュー１３、１４が設置されている。
【００４４】
感光ドラム１上に形成された静電潜像は、現像器４を用いて２成分磁気ブラシ現像法により、次のようにして現像される。まず、現像スリーブ１１が回転され、その回転にともなってマグネットローラ１２の磁極Ｎ３により、現像容器１６内の現像剤１９が現像スリーブ１１上に汲み上げられ、汲み上げられた現像剤は、磁極Ｓ２からＮ１へと搬送される。
【００４５】
この搬送過程で、現像剤は規制ブレード１５により厚みを規制されて、現像スリーブ１１上に薄層の現像剤層に形成される。その現像剤薄層は、マグネットローラ１２の現像主極Ｓ１に搬送されて来ると、現像主極Ｓ１の磁力により感光ドラム１に向けて穂立ちする（図３において、現像剤の穂立ちを現像部で現像スリーブ１１から感光ドラム１に向かう平行な線で模式的に示す）。この現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）が感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１上の静電潜像を現像し、静電潜像がトナー像として可視化される。
【００４６】
この現像のとき、現像スリーブ１１には感光ドラム１との間に、バイアス電源１７から直流電圧及び交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。例えば、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖppが２０００Ｖ、周波数ｆが２０００Ｈｚの交流電圧である。一般に、２成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなる。このため、現像スリーブ１１に印加する直流電圧と感光ドラム１の表面電位との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止することが行なわれる。
【００４７】
現像によって感光ドラム１上に形成されたトナー像は、給紙カセット８０から搬送されて来る転写材Ｐ上に転写される。感光ドラム１の下側には、駆動ローラ７２及び従動ローラ７３に掛け廻されて、図１の矢印Ｄ方向に回動する転写ベルト７１が設置されている。転写材Ｐは給紙カセット８０から取り出され、感光ドラム１の回転と同期をとって適正なタイミングで転写ベルト７１上に給紙され、所定のタイミングで感光ドラム１と転写ベルト７１とが当接した転写部に搬送される。
【００４８】
転写ベルト７１の転写部の内側には転写帯電ブレード７４が設置され、この転写帯電ブレード７４により転写ベルト７１を感光ドラム１の方向に押圧しつつ、転写帯電ブレード７４に図示しない高圧電源から給電することにより、転写材Ｐに裏面側からトナーと逆極性の帯電を行なって、感光ドラム１上に形成されたトナー像を転写材Ｐ上に静電転写する。
【００４９】
本実施例では、転写ベルト７１として厚さ７５μｍのポリイミド樹脂のシートを用いた。転写ベルト７１としては、他に、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエテールエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂等の樹脂シート、或いはフッ素系やシリコン系のゴムシートを好適に用いることができる。転写ベルト７１の厚みも７５μｍに限定されるわけではなく、約２５〜２０００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍのものを好適に使用することができる。
【００５０】
転写帯電ブレード７４としては、抵抗が１０⁵〜１０⁷Ω・ｃｍで、厚さが２ｍｍ、長さが３０６ｍｍのものを用いた。転写時、転写帯電ブレード７４に印加した電流は＋１５μＡで、これを定電流制御して給電した。
【００５１】
以上のようにして、トナー像が転写された転写材Ｐは、転写ベルト７１から分離した後定着器６へ搬送され、そこで転写材Ｐを加熱及び加圧して画像の定着を行ない、プリント画像として画像形成装置の機外に出力される。トナー像を転写後の感光ドラム１は、表面に付着した転写残りのトナー等の汚染物をクリーナ５によって除去し、繰り返し画像形成に使用される。
【００５２】
画像形成は以上の工程を経て行なわれるが、本発明では、その現像工程に使用する２成分現像剤中の磁性キャリアとして、体積抵抗値が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍであるものを用い、且つ現像スリーブ表層の体積抵抗値が１×１０^-1Ω・ｃｍ以上１×１０²Ω・ｃｍ以下であるものを使用することが大きな特徴である。
【００５３】
本発明では、磁性キャリアとしては、例えば、表面酸化、未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属からなるフェライト、或いはそれらの酸化物からなるフェライト等を用いることができ、その製法は問われない。磁性キャリアは周知の方法で樹脂被覆することができる。
【００５４】
本実施例では、ネオジウム、サマジウム、バリウム等を含むフェライト粒子に樹脂被覆した、重量平均粒径が２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜７０μｍであり、上述のように１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍの体積抵抗値を有する磁性キャリアを用いた。
【００５５】
磁性キャリアの比抵抗（体積抵抗率）は、セルに磁性キャリアを充填し、この充填したキャリアに接するように１対の電極の一方、他方を配し、これらの電極間に電圧を印加して、そのときに流れる電流を計測することにより測定した。比抵抗の測定条件は、充填したキャリアと電極の接触面積が約２．３ｃｍ²、キャリア充填厚さが約２ｍｍ、上部電極の荷重が１８０ｇ、印加電圧が１００Ｖであった。この場合、磁性キャリアが粉末であるため充填率に変化が生じることがあり、それにともない比抵抗が変化するので、そうならないようにキャリアの充填に慎重を要する。上述したように、帯電用の磁性キャリアの抵抗も同様の方法で測定したものである。
【００５６】
磁性キャリアの体積抵抗値が１０¹²Ω・ｃｍより大きいと、現像時に、感光ドラム上に形成された潜像電位に対する対向電極が弱いため、エッジ強調が発生しやすくなる。但し、この場合、現像バイアスの波形の工夫や、ＳＤｇａｐに対して現像剤コート量を多くする、現像スリーブの回転方向を感光ドラムの回転方向に対して逆にする、等の現像性を向上させる現像条件次第では対策を講じることが可能である。しかし、何れの構成条件も設計ラティチュードが狭くなる、磁気ブラシによるハキメムラが発生し画質が若干低下する、といった問題点が生じる。
【００５７】
体積抵抗値が１０¹⁰Ω・ｃｍを超えるキャリアを使用した場合は、現像剤として電気的にほぼ絶縁性になり、エッジ強調が顕著に表れ、現像プロセス構成を工夫しても抑制するのが困難になる。また、体積抵抗値が１０⁶Ω・ｃｍより小さい場合はキャリアに電荷が注入され、本実施例の現像スリーブ構成をとってもキャリア付着等が発生する。従って、設計のラティチュードが広いだけでなく、エッジ強調もなく高画質な画像を得るためには、キャリアの体積抵抗値を１０⁶Ω・ｃｍ以上１０¹⁰Ω・ｃｍ以下にすることが必要である。本実施例においても、体積抵抗値がこの領域内にあるものを用いている。
【００５８】
磁性キャリアの平均粒径は、垂直方向最大限長で示しており、本発明では、顕微鏡により５０〜１０００倍の倍率でキャリアを写真撮影し、得られた写真画像内のキャリア粒子から３０００個以上のキャリア粒子をランダムに選び、それらの長軸を実測して算術平均を取ることにより求めた。
【００５９】
上記の磁性キャリアとともに現像剤に使用されるトナーとしては、従来公知の、例えば、粉砕系のトナー等を用いることができる。トナーの体積平均粒径は４〜１５μｍが好適である。トナーの体積平均粒径は、例えば、下記の測定法で測定することができる。
【００６０】
測定装置としてコールカウンターＴＡ−II型（コールター社製）を用い、これに、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェース（日科機製）及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を接続する。電解液は、塩化ナトリウム（試薬１級）を用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。
【００６１】
上記の電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料のトナーを０．５〜５０ｍｇ加えて懸濁する。この試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約１〜３分分散処理した後、上記のコールカウンターＴＡ−II型により、１００μｍのアパチャーを用いて２〜４０μｍのトナー粒子の粒度分布を測定し、トナーの体積分布を求める。このようにして求めたトナーの体積分布からトナーの体積平均粒径が得られる。
【００６２】
また、本発明で使用する外添剤は、トナーに添加したときの耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の１／１０以下の粒径であることが好ましい。この外添剤の粒径は、顕微鏡によるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。外添剤は、トナー１００重量部に対し０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは０．０５〜５重量部である。
【００６３】
外添剤としては次のようなものが挙げられる。酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛等の金属酸化物；窒化ケイ素等の窒化物；炭化ケイ素等の炭化物；硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩；ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩；カーボンブラック；シリカ等。これら外添剤は単独で使用しても、複数併用してもよい。好ましくは疎水化処理を行なったものがよい。
【００６４】
本発明では、現像剤中の全トナーと全キャリアの表面積比は２．５以上とすることが好ましい。即ち、トナーの平均粒径をｒｔ（μｍ）、嵩密度をρｔ（ｇ／ｃｍ³）、キャリアの平均粒径をｒｃ（μｍ）、嵩密度をρｃ（ｇ／ｃｍ³）、トナー濃度をｎ（ｗｔ％）として、
Ｓ＝｛ｎ／（１００−ｎ）｝×（ｒｃ／ｒｔ）×（ρｃ／ρｔ）≧２．５である。
【００６５】
上記のＳは、トナー濃度がｎ（ｗｔ％）のときの、全キャリアの表面積に対する全トナーの表面積の比である。一般に、キャリアの抵抗よりもトナーの抵抗の方が高いので、Ｓの値が大きくなるほど現像剤の抵抗を大きくできる。従って、Ｓ値が大きいほど同じ現像スリーブ構成を用いた場合には現像注入がしづらくなる。Ｓ値が２．５未満であると本実施例の構成、即ち、体積抵抗値が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍである磁性キャリアを使用し、且つ現像スリーブ表層の体積抵抗値が１×１０^-1Ω・ｃｍ以上１×１０²Ω・ｃｍ以下のものを使用する構成では、現像剤としての抵抗も小さくなるので、好ましくは２．５以上である。本実施例においては、トナーの嵩密度ρｔを１．１ｇ／ｃｍ³、キャリアの嵩密度ρｃを５．０ｇ／ｃｍ³で、全トナーと全キャリアの表面積比Ｓを本発明の２．５以上に制御した。
【００６６】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
（実施例１）
以上のような画像形成装置を用いて、以下の条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
かぶりの評価基準は次のようにした。
かぶり濃度＜０．５：実質上かぶりなし：Ａ（評価レベル）
０．５≦かぶり濃度＜１：ほとんどかぶりなし：Ｂ
１≦かぶり濃度＜２：若干かぶりあり：Ｃ
２≦かぶり濃度＜３：かぶりあり：Ｄ
３≦かぶり濃度：かなりあり：Ｅ
【００６７】
尚、かぶりは、反射濃度計としてDENSITMETER TC-DS（TOKYO DENSHOKU CO., LTD.）を用いて、画像形成前の転写紙の反射濃度と画像形成後の転写紙上のかぶり部の反射濃度を測定し、次のように濃度を求めた。
かぶり濃度（％）＝反射濃度（転写紙上のかぶり部）−反射濃度（転写紙）
【００６８】
＜条件＞
・感光ドラムの表面抵抗値：１．６×１０¹⁰Ω・ｃｍ
・磁性キャリアの体積抵抗値：２．０×１０⁷Ω・ｃｍ
・現像スリーブの体積抵抗値：２．２×１０^-1Ω・ｃｍ
・かぶり取り電圧：１５０Ｖ
・コントラスト電圧：２００Ｖ
・Ｓの値：２．６
上記条件で画像形成を行なったところ、かぶりがなく、即ち、上述の評価基準でレベルＡ、黒ベタ部の画像濃度も１．４以上得られ、また、ハイライト部のガサツキの無い良好な画像が得られた。
【００６９】
（比較例１）
以下の条件で、その他の構成条件は実施例１のまま画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
＜条件＞
・感光ドラムの表面抵抗値：１．６×１０¹⁰Ω・ｃｍ
・磁性キャリアの体積抵抗値：２．０×１０⁷Ω・ｃｍ
・現像スリーブの体積抵抗値：２．２×１０^-6Ω・ｃｍ
・かぶり取り電圧：１５０Ｖ
・コントラスト電圧：２００Ｖ
・Ｓの値：２．６
【００７０】
上記条件で画像形成を行なったところ、かぶりがかなりあり、即ち、上述の評価基準でレベルＥであり、黒ベタ部の画像濃度は０．８であった。また、ハイライト部ではガサツキが発生しており、当然のことながらドット再現性も非常に悪かった。
【００７１】
（比較例２）
以下の条件で、その他の構成条件は実施例１のまま画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
＜条件＞
・感光ドラムの表面抵抗値：１．６×１０¹⁰Ω・ｃｍ
・磁性キャリアの体積抵抗値：２．０×１０¹³Ω・ｃｍ
・現像スリーブの体積抵抗値：２．２×１０^-1Ω・ｃｍ
・かぶり取り電圧：１５０Ｖ
・コントラスト電圧：２００Ｖ
・Ｓの値：２．６
【００７２】
上記条件で画像形成を行なったところ、かぶりは発生しなかった。上述のかぶり評価基準ではレベルＡであった。ところが黒ベタ部の画像濃度は１．３であり、黒ベタ後端部のエッジが強調されたり、ハーフトーン部領域内の黒ベタパッチの周辺のハーフトーン部が白く抜けたりといったエッジ強調が発生した。
【００７３】
（参考例１）
以下の条件で、その他の構成条件は実施例１のまま画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
＜条件＞
・感光ドラムの表面抵抗値：１．６×１０¹⁰Ω・ｃｍ
・磁性キャリアの体積抵抗値：２．０×１０⁷Ω・ｃｍ
・現像スリーブの体積抵抗値：２．２×１０^-1Ω・ｃｍ
・かぶり取り電圧：１５０Ｖ
・コントラスト電圧：２００Ｖ
・Ｓの値：２．１
【００７４】
上記条件で画像形成を行なったところ、かぶり濃度は０．７で、かぶりはほとんどなかった、即ち、上述の評価基準でレベルＢであった。しかし、感光ドラム上では、かぶり濃度が１．９であり、実画像的には問題はないが、クリーナーに対する負荷を考えると耐久性には若干難がある。黒ベタ部の画像濃度は１．４以上得られ、また、ハイライト部のガサツキの無い良好な画像が得られた。
【００７５】
（実施例３）
本実施例では、現像バイアス波形のみ実施例１と異なり、他の構成は全て実施例１と同じとした。本実施例で用いた現像バイアスについて説明する。
本発明で用いた現像バイアスは、現像バイアスの印加が、２成分系現像剤に像担持体（感光体ドラム）から現像剤担持体（現像スリーブ）に向かう方向の力を与える電圧をある時間印加する工程と、逆に２成分系現像剤に現像スリーブから感光体ドラムに向かう力を与える電圧をある時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流バイアスと、且つその交流バイアスの現像スリーブから感光体ドラムに向かう力を与える電圧を印加した後に、感光体ドラム上の静電潜像の画像部の電圧と非画像部の電圧との間にある直流電圧を上記現像スリーブに一定時間印加し、これら交流バイアスと直流バイアスの組み合わせサイクルを繰り返すことによって行う（以下、この現像バイアスを、ブランク・パルス・バイアスとも呼ぶ）。
【００７６】
上記のような現像バイアスを印加することにより、画像領域にだけトナーを飛翔させる直流バイアス（以下、ブランクバイアスと呼ぶ）を印加した後、感光体ドラム近傍でトナーを振動させる交流バイアスを印加するため、画像部においては、あたかも現像剤のＴ／Ｄ比が高まった様になり、その結果ハーフトーン部領域に対して充分にトナーを均一に供給することができ、ハキメムラの目立たない滑らかな画像が得られる。一方、非画像部においては、現像剤は感光体ドラム近傍では振動せず、ゆっくりと現像スリーブ側に引き戻されるために、本実施例の様に、表面抵抗率１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの低抵抗層を持つ感光ドラムを用いる場合は、現像部での電荷注入の度合いが非常に小さくなり、かぶりレベルを更に良化させることができる。
【００７７】
本実施例では、１パルス２ｋＶpp／１２ｋＨｚの矩形波を２パルス分ＯＮし、６パルス分ＯＦＦしている現像バイアスを用いた。実施例１で説明してきた構成に対して、この現像バイアスを用いることで、例えば、かぶり取り電圧を小さくすることができ、このことは即ち、より低濃度領域側の潜像ドットの再現性が向上するばかりでなく、より高い階調表現を可能にすることにつながる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成方法によれば、表面抵抗率１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの低抵抗層を持つ像担持体を帯電し露光して静電潜像を形成し、その潜像を磁石を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと体積抵抗値が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍである磁性キャリアを含有する２成分現像剤により、像担持体と現像剤担持体とが対向した現像部で、交流電圧を重畳した交流電圧を含む現像バイアスの印加下で現像して画像を得る画像形成方法において、該現像剤担持体表面の体積抵抗値が１×１０^-1Ω・ｃｍ以上１×１０²Ω・ｃｍ以下のものを用いることにより、かぶりも発生することなく、高品質な画像を長期にわたり得ることができた。
【００７９】
また、本発明の画像形成方法によれば、表面抵抗が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの低抵抗層を有する像担持体を使用したので、電荷注入式の接触帯電手段により効率良く像担持体を帯電でき、また、帯電後の像担持体上に形成した静電潜像を２成分現像剤により現像するに際し、２×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度において現像剤を通じて流れる電流値が２．３×１０^-10Ａ以下となるような高抵抗の現像剤を用いたので、潜像かぶりを生じることなく現像して、高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成方法の実施に使用する画像形成装置の一例を示す概略断面図。
【図２】図１の画像形成装置に設置されたレーザースキャナー部を示す模式図。
【図３】図１の画像形成装置に設置された２成分現像器を示す断面図。
【図４】従来の画像形成方法で使用する画像形成装置の説明に使用した概略断面図。
【符号の説明】
１：感光ドラム
２：露光ランプ
３：コロナ帯電器
４：現像器
５：クリーナ
６：定着器
７：分離帯電器
８：転写帯電器
９：光走査ユニット
１０：原稿台
１１：現像スリーブ
１２：マグネットローラ
１３、１４：現像剤撹拌搬送スクリュー
１５：規制ブレード
１６：現像容器
１７：バイアス電源
１９：２成分現像剤
３１：帯電器
３１ａ：非磁性スリーブ
３１ｂ：マグネット
７１：転写ベルト
７２：駆動ローラ
７３：従動ローラ
７４：転写帯電ブレード
８０：給紙カセット
１００：レーザ走査部
１０１：発光信号発生器
１０２：固体レーザ素子
１０３：コリメータレンズ系
１０４：回転多面鏡
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ：ｆθレンズ群
１０６：被走査面
Ｇ：原稿
Ｌ：レーザビーム
Ｐ：転写材
Ｎ１、Ｎ３、Ｓ２：磁極
Ｓ１：現像主極

Claims

表面抵抗率１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの抵抗層を持つ像担持体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、磁石を内蔵した現像剤担持体上に担持したトナーと体積抵抗値が１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍである磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を、上記像担持体と上記現像剤担持体とが対向した現像部で上記像担持体に接触させ、交流電圧を重畳した直流電圧を含む現像バイアスを上記現像剤担持体に印加することにより上記静電潜像を現像して画像を得る画像形成方法において、
前記現像剤担持体表面の体積抵抗値が１×１０^-1Ω・ｃｍ以上１×１０²Ω・ｃｍ以下であり、
上記トナーの平均粒径をｒｔ（μｍ）、嵩密度をρｔ（ｇ／ｃｍ ³ ）、上記磁性キャリアの平均粒径をｒｃ（μｍ）、嵩密度をρｃ（ｇ／ｃｍ ³ ）、該トナーの濃度をｎ（ｗｔ％）として、
Ｓ＝｛ｎ／（１００−ｎ）｝×（ｒｃ／ｒｔ）×（ρｃ／ρｔ）
で表されるＳが２．５以上であることを特徴とする画像形成方法。
前記現像バイアスの印加が、前記２成分系現像剤に前記像担持体から前記現像剤担持体に向かう方向の力を与える電圧をある時間印加する工程と、逆に該２成分系現像剤に該現像剤担持体から該像担持体に向かう力を与える電圧をある時間印加する工程とを交互に複数回繰り返す交流バイアスと、且つその交流バイアスの該現像剤担持体から該像担持体に向かう力を与える電圧を印加した後に、該像担持体上の前記静電潜像の画像部の電圧と非画像部の電圧との間にある直流電圧を該現像剤担持体に一定時間印加することによって行われる請求項１に記載の画像形成方法。
前記像担持体が、非晶質のシリコンを有する表面層からなる請求項１に記載の画像形成方法。
前記像担持体は、接触帯電により帯電され、像露光手段によって像露光を行なうことにより潜像が形成される請求項１に記載の画像形成方法。
前記接触帯電部材において、磁性粒子が前記像担持体に接触している請求項４に記載の画像形成方法。