JP4349629B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに設置される現像装置及びプロセスカートリッジとに関し、特に、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いた現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置に関するものである。

従来から、カラー複写機、カラープリンタ等の画像形成装置において、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤（外添剤等を含有するものも含む。）を用いて現像工程をおこなうものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
２成分現像剤を用いた現像方式は、１成分現像剤を用いた現像方式に比べて、トナーの帯電性が安定するために、出力画像の画質が良好で安定するものとされている。

特許文献１等には、２成分現像剤を用いてＤＣ現像バイアスのみを印加する現像方式を用い、さらに２成分現像剤中のキャリアとして高画質化のために小径キャリアを用いた画像形成装置であって、キャリア付着の発生を軽減するとともに、ボソツキ画像、文字周辺抜け等の発生を軽減するための技術が開示されている。詳しくは、重量平均粒径が２０〜６０μｍとなる小粒径キャリアを用いた場合の、キャリアの静抵抗と飽和磁化とを最適化することで、上述の不具合を軽減している。

また、特許文献２等には、２成分現像剤を用いた画像形成装置であって、キャリア付着等の防止や経時における帯電量の安定性等を目的として、キャリア中に抵抗調整剤としてカーボンブラックを含有させる技術が開示されている。

特開２００４−２１２５６０号公報 特開平７−１４０７２３号公報

上述した従来の技術は、経時において現像剤を撹拌する累積時間が増加するのにともない、ボソツキ画像の発生を確実に軽減することができない場合があった。特に、キャリア中に抵抗調整剤としてのカーボンブラックを含有させた２成分現像剤を用いた場合には、経時におけるボソツキ画像の発生が顕著にあらわれていた。

上述した特許文献１等の技術は、ボソツキ画像や文字周辺抜けに加えてキャリア付着の発生を軽減するための、小径キャリアの条件（静抵抗、飽和磁化等である。）を設定している。しかし、経時において現像装置内に収容された現像剤が撹拌等によるストレスを長時間受けた場合には、トナーにダメージが生じて現像剤の流動性が低下して、初期的には抑止されていたボソツキ画像が経時に発生する可能性が高かった。特に、小径キャリアを用いた場合や、現像剤の量を多くした場合には、ボソツキ画像の発生が顕著になる可能性が高かった。

また、上述した特許文献２等の技術は、キャリア中に抵抗調整剤としてカーボンブラックを含有させているため、キャリア付着等を防止したり、経時において帯電量を安定させたりする効果が期待できる。しかし、経時で、キャリアに含有されたカーボンブラックがトナーに転移することによって、トナーが凝集して現像剤の流動性が低下してボソツキ画像が発生する可能性が高かった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、経時においてもボソツキ画像の発生が確実に軽減される現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することにある。

本願発明者は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、次のことを知るに至った。
すなわち、カーボンブラックを含有しないで、二酸化スズ層及び酸化インジウム層からなる導電性被覆層を有するキャリア（カーボンレスキャリア）を用いることで、再現性低下等の不具合がなく、現像剤の流動性低下を抑止して、経時におけるボソツキ画像の発生を軽減できる。しかし、それだけでは不充分であって、現像装置内に収容された２成分現像剤のストレスを軽減する必要がある。２成分現像剤に対するストレスは、現像装置における空間体積率（２成分現像剤を収容するスペースの容積に対する２成分現像剤が占める体積の比率である。）に大きな相関がある。

この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる現像装置は、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置であって、前記２成分現像剤を収容するスペースの容積に対して当該２成分現像剤が占める体積の比率が４０〜７５％であって、前記キャリアは、芯材表面に樹脂被覆層を有したものであって、前記樹脂被覆層は、基体粒子表面に二酸化スズ層と当該二酸化スズ層上に設けた二酸化スズを含む酸化インジウム層とからなる導電性被覆層を設けてなる導電性粒子を含有して、前記２成分現像剤におけるトナー濃度が５〜１３重量％の範囲内になるように制御されるものである。

また、請求項２記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項１に記載の発明において、前記導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記キャリアは、重量平均粒径が２０〜６５μｍの範囲になるように形成されたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記トナーは、平均粒径が３．５〜７．５μｍの範囲になるように形成されたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記トナーは、結着樹脂と離型剤と着色剤とを備え、前記結着樹脂は、ビニル系重合体とポリエステル系重合体とを有するハイブリッド樹脂を含有して、前記離型剤の含有量に対する前記ハイブリッド樹脂の含有量が０．５〜３の範囲になるように形成されたものである。

また、この発明の請求項６記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、請求項１〜請求項５に記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたものである。

また、この発明の請求項７記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項５に記載の現像装置と前記像担持体とを備えたものである。

なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置（現像部）と、像担持体上をクリーニングするクリーニング部とのうち、少なくとも１つと、像担持体とが、一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたユニットと定義する。

本発明は、現像装置における空間体積率を所定範囲に設定するとともに、二酸化スズ層及び酸化インジウム層からなる導電性被覆層を有して吸油量が所定範囲に形成された導電性粒子を含有するキャリアを用いている。これにより、経時においてもボソツキ画像の発生が確実に軽減される現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することができる。

実施の形態．
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部（露光部）、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ、２１は各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにそれぞれ収容された像担持体としての感光体ドラム、２２は感光体ドラム２１上を帯電する帯電部、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する現像装置、２４は感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２７に転写する転写バイアスローラ、２５は感光体ドラム２１上の未転写トナーを回収するクリーニング部を示す。

また、２７は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、２８は中間転写ベルト２７上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する第２転写バイアスローラ、２９は中間転写ベルト２７上の未転写トナーを回収する中間転写ベルトクリーニング部、３０は４色カラーのトナー像が転写された記録媒体Ｐを搬送する搬送ベルト、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫは各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに各色のトナーを補給するトナー補給部、５１は原稿Ｄを原稿読込部５５に搬送する原稿搬送部、５５は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部（スキャナ）、６１は転写紙等の記録媒体Ｐが収納される給紙部、６６は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着部を示す。

ここで、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング部２５が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、装置本体１に対して所定の交換サイクルにて交換される。同様に、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫも、現像剤の寿命等に基いて、装置本体１に対して所定の交換サイクルにて交換される。
各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部５１の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部５５のコンタクトガラス５３上に載置される。そして、原稿読込部５５で、コンタクトガラス５３上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。

詳しくは、原稿読込部５５は、コンタクトガラス５３上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部（不図示である。）で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応するプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの感光体ドラム２１上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電部２２との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム２１上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム１２表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面左から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、それぞれ、現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫとの対向位置に達する。そして、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫから感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、フォトセンサ４１（図２を参照できる。）との対向位置を通過した後に、中間転写ベルト２７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト２７の内周面に当接するように転写バイアスローラ２４が設置されている。そして、転写バイアスローラ２４の位置で、中間転写ベルト２７上に、感光体ドラム２１上に形成された各色の画像が、順次重ねて転写される（第１転写工程である。）。

そして、第１転写工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、クリーニング部２５との対向位置に達する。そして、クリーニング部２５で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム２１表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム２１上の各色の画像が重ねて転写された中間転写ベルト２７表面は、図中の矢印方向に走行して、第２転写バイアスローラ２８の位置に達する。そして、第２転写バイアスローラ２８の位置で、記録媒体Ｐ上に中間転写ベルト２７上のフルカラーの画像が２次転写される（第２転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト２７表面は、中間転写ベルトクリーニング部２９の位置に達する。そして、中間転写ベルト２７上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部２９に回収されて、中間転写ベルト２７上の一連の転写プロセスが完了する。

ここで、第２転写バイアスローラ２８位置の記録媒体Ｐは、給紙部６１から搬送ガイド６３、レジストローラ６４等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部６１から、給紙ローラ６２により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４に導かれる。レジストローラ６４に達した記録媒体Ｐは、中間転写ベルト２７上のトナー像とタイミングを合わせて、第２転写バイアスローラ２８の位置に向けて搬送される。

その後、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、搬送ベルト３０により、定着部６６に導かれる。定着部６６では、加熱ローラ６７と加圧ローラ６８とのニップにて、カラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、排紙ローラ６９によって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２及び図３にて、画像形成装置の作像部について詳述する。図２は作像部を示す断面図であり、図３はその現像装置を示す長手方向（図２の紙面垂直方向である。）の断面図である。
なお、装置本体１に設置される４つの作像部は、作像プロセスに用いられるトナーＴの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジ及び現像装置及びトナー補給部における符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を省略して図示する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ２０には、主として、像担持体としての感光体ドラム２１と、帯電部２２と、クリーニング部２５とが、ケース２６に一体的に収納されている。クリーニング部２５には、感光体ドラム２１に当接するクリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂが設置されている。

現像装置２３は、主として、感光体ドラム２１に対向する現像ローラ２３ａと、現像ローラ２３ａに対向する第１搬送スクリュ２３ｂと、仕切部材２３ｅを介して第１搬送スクリュ２３ｂに対向する第２搬送スクリュ２３ｃと、現像ローラ２３ａに対向するドクターブレード２３ｄと、で構成される。図３を参照して、現像ローラ２３ａは、内部に固設されてローラ周面に磁極を形成するマグネット２３ａ１と、マグネット２３ａ１の周囲を回転するスリーブ２３ａ２と、で構成される。スリーブ２３ａ２は、その外径が２５ｍｍであって、その幅が３２８ｍｍであって、外周面にはＶ字状の溝が円周方向に等ピッチ間隔で形成されている。マグネット２３ａ１によって現像ローラ２３ａ上に７つの磁極が形成される。７つの磁極のうち現像領域に形成される主極は、主極角度が３度となって、ピーク磁力が１２０ｍＴとなって、半値幅が２３度となるように形成されている。７つの磁極のうち、現像ローラ２３ａ上に現像剤Ｇを汲み上げるための汲み上げ磁極は、汲み上げ量が３５±７．５ｍｇ／ｃｍ²となるように形成されている。

現像領域における現像ローラ２３ａと感光体ドラム２１とのギャップ（現像ギャップ）は、０．３±０．０５ｍｍとなるように設定されている。現像ローラ２３ａとドクターブレード２３ｄとのギャップ（ドクターギャップ）は、０．３±０．０４ｍｍとなるように設定されている。ドクターブレード２３ｄは、磁性材料で形成され、現像ローラ２３ａ上に形成されるピーク磁力が６０ｍＴの磁極（Ｐ６磁極）上に配設されている。第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃは、直径が８ｍｍの芯軸上に外径が１８ｍｍのスクリュが２５ｍｍピッチで形成されたものである。

現像装置２３内のスペースＮには、キャリアＣとトナーＴとからなる２成分現像剤Ｇが収容されている。
ここで、現像装置２３における現像剤Ｇの空間体積率は、４０〜７５％の範囲になるように形成されている。これにより、第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃの撹拌によるストレスや、ドクターブレード２３ｄの位置で受けるストレスが、低減される。これについては、後で詳しく説明する。なお、空間体積率とは、２成分現像剤Ｇを収容するスペースＮの容積に対する、２成分現像剤Ｇが占める体積の比率である。

現像剤Ｇ中のキャリアＣは、芯材表面に樹脂被覆層を有したものである。キャリアの樹脂被覆層の層中には、基体粒子表面に二酸化スズ層と二酸化スズ層上に設けた二酸化スズを含む酸化インジウム層とからなる導電性被覆層を設けてなる導電性粒子が含有されている。樹脂被覆層中に含有された導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されている。
なお、導電性粒子の吸油量は、ＪＩＳ−Ｋ５１０１「顔料試験方法」における「２１吸油量」に準じて測定することができる。

導電性粒子の基体粒子としては、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化ケイ素、硫化バリウム、酸化ジルコニウムのうち少なくとも１種類を用いることができる。導電性粒子の粉体比抵抗は、２００Ω・ｃｍ以下になるように形成されている。樹脂被覆層の層中には、導電性粒子の他に、非導電性粒子が含有されている。そして、キャリアＣの体積固有抵抗が、１０〜１６Ｌｏｇ（Ω・ｃｍ）の範囲になるように形成されている。

以上述べたように、本実施の形態のキャリアＣは、基体粒子の表面に、二酸化スズ層、二酸化スズを含む酸化インジウム層を順次形成しているために、導電層が粒子表面に均一かつ強固に固定される。
また、樹脂被覆層中に含有された導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されている。ここで、吸油量が１０ｍｌ／１００ｇ未満の場合には、被覆樹脂に対する相溶性が不充分になって密着性が低下して、分散性も低下するために、長期にわたりキャリアの抵抗調整をおこなうことができなくなる。吸油量が３００ｍｌ／１００ｇを超える場合には、結着樹脂との密着性が強くなり過ぎて、導電性粒子表面を覆ってしまうために、抵抗調整を充分におこなうことができなくなってしまう。
このように構成されたキャリアは、抵抗調整剤としてカーボンブラックを含有させることなく抵抗調整がされて、キャリア付着等を防止するとともに経時において帯電量を安定させることができる。

また、本実施の形態において、現像剤Ｇ中のキャリアＣは、その重量平均粒径が３５μｍになるように形成されている。なお、キャリアＣの重量平均粒径は、２０〜６５μｍの範囲にすることが好ましい。
キャリアの重量平均粒径が２０μｍよりも小さいときには、キャリアの１個当たりに作用する磁力が小さくなるためにキャリア付着が生じてしまう。これに対して、キャリアの粒径が６５μｍよりも大きいときには、トナーが付着すべき潜像に対してトナーが忠実に付着しにくくなるために、出力画像の粒状性が低下してしまう。

また、本実施の形態におけるトナーＴは、平均粒径が６．８μｍになるように形成されている。
なお、トナーＴの平均粒径は、３．５〜７．５μｍの範囲になるように形成することが好ましい。トナーの平均粒径が３．５μｍよりも小さいときには、トナー像におけるトナー付着量が少なくなるために、後端白抜け、ハロー画像が発生し易くなってしまう。これに対して、トナーの平均粒径が７．５μｍよりも大きいときには、トナーが付着すべき潜像に対してトナーが忠実に付着しにくくなるために、出力画像の粒状性が低下してしまう。

また、本実施の形態におけるトナーＴは、主として、結着樹脂、離型剤、着色剤で構成される。トナーＴの結着樹脂は、ビニル系重合体とポリエステル系重合体とを有するハイブリッド樹脂を含有する。また、離型剤の含有量に対するハイブリッド樹脂の含有量が、０．５〜３の範囲になるように形成されている。
ハイブリッド樹脂は、縮重合系樹脂の原料モノマーと付加重合系樹脂の原料モノマーを含む混合物を用いて、同一反応容器中で縮重合反応と付加重合反応とを同時に又はそれぞれ独立におこなうことで得られる。離型剤は、カルナウバワックス、モンタンワックス、酸化ライスワックス等を用いることができて、その含有量を３．５〜１０重量％とすることが好ましい。
このように構成されたトナーＴは、耐久性が高くて、光沢ムラ等のない高画質で、トナー凝集や定着オフセット等の不具合の少ない出力画像を提供するものである。

先に述べた作像プロセスを、現像工程を中心にしてさらに詳しく説明する。
現像ローラ２３ａは、回転数が４３０．９ｒｐｍで、現像領域における感光体ドラム２１に対する線速比が２となるように、図２中の矢印方向に回転している。現像装置２３内の現像剤Ｇは、図３に示すように、間に仕切部材２３ｅを介在するように配設された第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃの矢印方向の回転（回転数が５２１．６ｒｐｍである。）によって、トナー補給部３２から補給口２３ｆを介して補給されたトナーＴとともに撹拌混合されながら長手方向に循環する（図３中の破線矢印方向の循環である。）。そして、摩擦帯電してキャリアＣに吸着したトナーＴは、キャリアＣとともに現像ローラ２３ａ上に担持される。

現像ローラ２３ａ上に担持された現像剤Ｇは、その後にドクターブレード２３ｄの位置に達する。そして、現像ローラ２３ａ上の現像剤Ｇは、ドクターブレード２３ｄの位置で適量に調整された後に、感光体ドラム２１との対向位置（現像領域である。）に達する。

その後、現像領域において、現像剤Ｇ中のトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。詳しくは、レーザ光Ｌが照射された画像部の潜像電位（露光電位）と、現像ローラ２３ａに印加された現像バイアスとの、電位差（現像ポテンシャル）によって形成される電界によって、トナーＴが潜像に付着する。

その後、現像工程にて感光体ドラム２１に付着したトナーＴは、そのほとんどが中間転写ベルト２７上に転写される。そして、感光体ドラム２１上に残存した未転写のトナーＴが、クリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂによってクリーニング部２５内に回収される。

なお、本実施の形態においては、現像ローラ２３ａに印加される現像バイアスとして、ＡＣ成分の現像バイアスは印加されておらず、ＤＣ成分の現像バイアスのみが印加されている。これにより、現像バイアスを供給する電源部の構成と制御とが比較的簡易化される。

ここで、装置本体１に設けられたトナー補給部３２は、交換自在に構成されたトナーボトル３３と、トナーボトル３３を保持・回転駆動するとともに現像装置２３にフレッシュトナーＴを補給するトナーホッパ部３４と、で構成されている。また、トナーボトル３３内には、トナーＴ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれかである。）が収容されている。また、トナーボトル３３の内周面には、螺旋状の突起が形成されている。

なお、トナーボトル３３内のトナーＴは、現像装置２３内のトナーＴの消費にともない、補給口２３ｆから現像装置２３内に適宜に補給されるものである。現像装置２３内のトナーＴの消費は、感光体ドラム２１に対向する反射型フォトセンサ４１と、現像装置２３内に設置された磁気センサ（不図示である。）と、によって間接的又は直接的に検知される。また、補給口２３ｆは、第２搬送スクリュ２３ｃの長手方向（図３の左右方向である。）の一端であって、第２搬送スクリュ２３ｃの上方に設けられている。

ここで、本実施の形態では、トナー濃度が５〜１３重量％の範囲内になるように制御されている。これによって、現像装置２３内の現像剤Ｇが受けるストレスが軽減される。これについては、後で詳しく説明する。
また、トナー濃度が５重量％以上に制御されることで、キャリア抵抗が下がらずにキャリア付着が軽減される。また、トナー濃度が１３重量％以下に制御されることで、トナー帯電量（Ｑ／Ｍ）が低くならずに地肌汚れやトナー飛散が軽減される。

図４〜図８は、種々の特性値（トナー濃度、嵩密度、剤体積、空間体積率、静トルク）の関係を示す実験結果である。
各図に係わる実験に用いた画像形成装置は、本実施の形態のものであって、現像装置２３内のスペースＮの容積が３９４ｃｍ³になっている。各図中の実線Ｓ１〜Ｓ３及び破線Ｓ４〜Ｓ５は、特性値ごとの実験結果をプロットしたものを直線近似（又は曲線近似）したものである。

図４〜図８において、実線Ｓ１と破線Ｓ４〜Ｓ５とは、キャリアＣとして重量平均粒径が３５μｍのものを用い、トナーとして平均粒径が６．８μｍのものを用いた場合の実験結果である。実線Ｓ２は、キャリアＣとして重量平均粒径が５５μｍのものを用い、トナーとして平均粒径が６．８μｍのものを用いた場合の実験結果である。実線Ｓ３は、キャリアＣとして重量平均粒径が３５μｍのものを用い、トナーとして平均粒径が５．５μｍのものを用いた場合の実験結果である。

また、実線Ｓ１〜Ｓ３では、初期状態の現像剤Ｇ（初期剤）の重量を３８０ｇ（キャリアの重量が３４９．６ｇで、トナーの重量が３０．４ｇである。）としている。これに対して、破線Ｓ４では、初期状態の現像剤Ｇの重量を５００ｇ（キャリアの重量が４６０ｇで、トナーの重量が４０ｇである。）としている。破線Ｓ５では、初期状態の現像剤Ｇの重量を２５０ｇ（キャリアの重量が２３０ｇで、トナーの重量が２０ｇである。）としている。

図４は、現像剤Ｇにおけるトナー濃度と嵩密度との関係を示すグラフである（破線Ｓ４、Ｓ５の図示は省略している。）。図４に示すように、トナー濃度が増加すると、所定の容積中に占めるトナー量が増加してキャリア量が減少するために、現像剤Ｇの嵩密度が減少するのがわかる。そして、キャリア粒径やトナー粒径の大小に係わらず、ほぼ類似したグラフの勾配となる。

図５は、現像剤Ｇにおけるトナー濃度と体積（剤体積）との関係を示すグラフである。図５に示すように、トナー濃度が増加すると、トナー量の増加にともない、現像剤Ｇの剤体積が増加するのがわかる。そして、キャリア粒径及びトナー粒径の大小や現像剤量の大小に係わらず、ほぼ類似したグラフの勾配となる。

図６は、現像剤Ｇのトナー濃度と、現像装置２３における空間体積率と、の関係を示すグラフである。図６に示すように、トナー濃度が増加すると、剤体積が増加するために、空間体積率が増加するのがわかる。そして、キャリア粒径及びトナー粒径の大小や現像剤量の大小に係わらず、ほぼ類似したグラフの勾配となる。

図７は、現像装置２３における静トルクと空間体積率との関係を示すグラフである。ここで、静トルクは、現像装置２３（現像ローラ２３ａ及び２つの搬送スクリュ２３ｂ、２３ｃ）を駆動する駆動部で測定されたものである。図７に示すように、空間体積率が所定範囲のときに静トルクが最小となって、空間体積率が所定範囲から外れると静トルクが増加するのがわかる。これは、キャリア粒径及びトナー粒径の大小や現像剤量の大小に係わらず、ほぼ類似した傾向となっている。

図８は、現像剤Ｇのトナー濃度と、現像装置２３における静トルクと、の関係を示すグラフである。図８に示すように、トナー濃度が所定範囲のときに静トルクが最小となって、トナー濃度が所定範囲から外れると静トルクが増加するのがわかる。これは、キャリア粒径及びトナー粒径の大小や現像剤量の大小に係わらず、ほぼ類似した傾向となっている。

ここで、静トルクは、現像剤Ｇが受けるストレス（第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃの撹拌によるストレスや、ドクターブレード２３ｄと現像ローラ２３ａとのギャップに送入する際に受けるストレスである。）に相関がある。すなわち、静トルクが大きいときには、現像剤Ｇが大きなストレスを受けていることになり、経時においてボソツキ画像が発生し易くなってしまう。本実施の形態の現像装置２３においては、静トルクが２．６５ｋｇｆ／ｃｍ以下となるときが、現像剤Ｇに対するストレスが少なくボソツキ画像がほとんど発生しない最適範囲である。

図７に示すように、空間体積率が大きくなり過ぎても小さくなり過ぎても、静トルクが増加する。空間体積率が大きくなり過ぎると、現像剤Ｇの剤体積が増して（ギュウギュウ詰めの状態である。）、搬送スクリュ２３ｂ、２３ｃ等にかかる負荷増加にともない静トルクが大きくなる。空間体積率が小さくなり過ぎると、現像剤Ｇの嵩密度が増して搬送スクリュ２３ｂ、２３ｃ等にかかる負荷増加にともない静トルクが大きくなる。
実線Ｓ１〜Ｓ３に示すように、現像剤量が適量であれば、空間体積率を４０〜７５％の範囲にすることで、好ましくは空間体積率を５５〜６５％の範囲にすることで、キャリア粒径やトナー粒径が変動しても、静トルクを概ね低下させることができる。すなわち、空間体積率が４０〜７５％の範囲を超えた場合には、静トルクが大幅に増加して現像剤Ｇに対するストレスも急増することになる。現像剤Ｇがストレスを受けるとスペント化が進行して、ボソツキ画像が生じ易くなる。

なお、破線Ｓ４を参照して、現像剤量が過多の場合には、静トルクが全体的に大きくなって現像剤Ｇへのストレスが大きくなってしまう。また、破線Ｓ５を参照して、現像剤量が過少の場合には、静トルクを全体的に小さくできるものの、現像剤量の減少にともない現像剤Ｇの寿命が短くなってしまう。また、現像剤量と空間体積率とには相関があるために（現像剤量が増えれば空間体積率も大きくなる。）、空間体積率の範囲を限定することで現像剤量もある程度限定されることになる。

また、上述したように本実施の形態では、キャリア付着、地肌汚れ等の発生を軽減するために、トナー濃度が５〜１３重量％の範囲内になるように制御している。図８の実線Ｓ１〜Ｓ３に示すように、トナー濃度が５〜１３重量％の範囲内のとき、静トルクを比較的小さくすることができる。トナー濃度が５〜１３重量％の範囲を超えると、静トルクが増加して現像剤Ｇに対するストレスも急増することになる。
すなわち、図６に示す破線枠Ｍの範囲が、本実施の形態における、空間体積率及びトナー濃度の範囲になる。そして、このような条件が設定されることで、現像装置２３内の現像剤Ｇが受けるストレスが軽減される。なお、上述したように、経時におけるボソツキ画像の発生を抑止するには、キャリアとしてカーボンレスキャリアを用いることも大きく寄与している。

以上述べた条件設定のための実験結果をふまえて、本実施の形態の画像形成装置を用いて、長期のランニングテストをおこなった結果、初期から経時にわたって出力画像におけるボソツキ画像の発生が大きく軽減されていることが確認された。

以上説明したように、本実施の形態によれば、現像装置２３における空間体積率を所定範囲に設定するとともに、二酸化スズ層及び酸化インジウム層からなる導電性被覆層を有して吸油量が所定範囲に形成された導電性粒子を含有するキャリアＣを用いている。これにより、経時においてもボソツキ画像の発生を確実に軽減することができる。

なお、本実施の形態では、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫを、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング部２５を一体化して構成した。また、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫを、単体のユニットとして構成した。これに対して、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫを、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫと一体化することもできる。すなわち、プロセスカートリッジ２０を、感光体ドラム２１、帯電部２２、現像装置２３、クリーニング部２５で構成することもできる。この場合にも、本実施の形態と同様の効果を奏することになる。

なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置における作像部を示す断面図である。 図２の作像部における現像装置を示す断面図である。 トナー濃度と嵩密度との関係を示すグラフである。 トナー濃度と剤体積との関係を示すグラフである。 トナー濃度と空間体積率との関係を示すグラフである。 静トルクと空間体積率との関係を示すグラフである。 トナー濃度と静トルクとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２ 書込み部、
２０、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫ プロセスカートリッジ、
２１ 感光体ドラム（像担持体）、 ２２ 帯電部、
２３、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫ 現像装置、
２３ａ 現像ローラ、
２４ 転写バイアスローラ、 ２５ クリーニング部、
２７ 中間転写ベルト、
３２、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫ トナー補給部、
Ｇ ２成分現像剤、 Ｔ トナー、 Ｃ キャリア。

Claims (7)

1. トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置であって、
   前記２成分現像剤を収容するスペースの容積に対して当該２成分現像剤が占める体積の比率が４０〜７５％であって、
   前記キャリアは、芯材表面に樹脂被覆層を有したものであって、
   前記樹脂被覆層は、基体粒子表面に二酸化スズ層と当該二酸化スズ層上に設けた二酸化スズを含む酸化インジウム層とからなる導電性被覆層を設けてなる導電性粒子を含有して、
   前記２成分現像剤におけるトナー濃度が５〜１３重量％の範囲内になるように制御されることを特徴とする現像装置。
2. 前記導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記キャリアは、重量平均粒径が２０〜６５μｍの範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記トナーは、平均粒径が３．５〜７．５μｍの範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記トナーは、結着樹脂と離型剤と着色剤とを備え、
   前記結着樹脂は、ビニル系重合体とポリエステル系重合体とを有するハイブリッド樹脂を含有して、
   前記離型剤の含有量に対する前記ハイブリッド樹脂の含有量が０．５〜３の範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の現像装置。
6. 請求項１〜請求項５に記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 請求項１〜請求項５に記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images