JP4951935B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーとキャリヤを含む現像剤を用いて、像担持体上の潜像を現像する現像装置及び画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式を用いた画像形成装置における像担持体上に形成された静電潜像の現像方式としては、現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像方式、及びトナーとキャリヤを用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式は一般的に、トナー担持体とその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にトナーを通過させることでトナーを帯電し、かつ所望のトナー薄層を得ることもできる。そのため装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。しかし、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、トナーの電荷受容性が低下しやすい。さらに、トナーヘ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、トナーヘの電荷付与性も低下する。そのため、トナー帯電量の低下が生じ、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。

一方、二成分現像方式では、トナーをキャリヤとの混合による摩擦帯電で帯電するため、ストレスが小さく、トナーの劣化に対して有利である。さらにトナーへの電荷付与部材であるキャリヤも、その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、寿命の面で有利である。しかしながら、二成分現像剤を用いた場合においても、トナーや外添剤によってキャリヤ表面の汚染が生じることには変わりなく、長期に渡る使用によりトナー帯電量の低下が引き起こされ、かぶりやトナー飛散などの問題が生じる。そのため、その寿命は決して十分とは言えず、より長寿命化が望まれる。

これに対して、キャリヤの劣化を抑制し、二成分現像剤を長寿命化する技術がいくつか提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１では、現像剤に対してトナーと共に、もしくは単独でキャリヤを少量ずつ補給し、それに応じて、荷電性の低下した劣化現像剤を排出することで、キャリヤの入れ替えを行い、劣化キャリヤ比率の増大を抑える現像装置が開示されている。

また特許文献２では、キャリヤおよびトナー帯電極性と逆極性の帯電性を有する粒子を外添したトナーからなる二成分現像剤およびこれを用いた現像方法が開示されている。
特開昭５９−１００４７１号公報 特開２００３−２１５８５５号公報

特許文献１で開示されている現像装置ではキャリヤを入れ替えているため、キャリヤ劣化によるトナーの帯電量低下を一定のレベルで抑えることが可能となり、長寿命化に有利である。しかしながら、排出されたキャリヤを回収する機構が必要であることや、キャリヤが消耗品となることからコスト、環境面などの問題がある。また、キャリヤの新旧比率が安定するまでに所定量の印刷を繰り返す必要があり、必ずしも初期の特性を維持することが可能とはなっていない。

また特許文献２では逆極性帯電粒子が研磨剤およびスペーサ粒子としての作用を狙い添加されており、キャリヤ表面のスペント物を取り除く効果により劣化抑制に効果があることが示されている。さらに、像担持体のクリーニング部においてはクリーニング性の向上や像担持体研磨に効果があるとしている。しかしながら、開示されている現像方法では、画像面積率によってトナーと逆極性帯電粒子の消費量が異なり、特に画像面積率が小さい場合において、面積の大きい非画像部に付着する逆極性帯電粒子の消費が過剰となり、現像装置内におけるキャリヤ劣化抑制効果が低下する問題がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、画像面積率が比較的小さい画像の形成を連続して行う場合であっても、長期にわたってキャリヤの劣化を抑制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）像担持体上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置であって、
トナーと、前記トナーの帯電極性に対して逆極性に帯電される逆極性粒子が表面に添加処理された磁性キャリヤとを混合した現像剤を収容する現像剤槽と、
前記現像剤槽から供給される前記現像剤を磁力により表面に担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と前記像担持体との間に設けられ、前記現像剤担持体上の現像剤から前記トナーを分離して担持し、担持した前記トナーによって前記像担持体上の静電潜像を現像するトナー担持体と、
前記トナー担持体に対して、前記現像剤担持体上の現像剤から前記トナーを分離するためのバイアス電圧を印加する分離電圧印加手段とを備えることを特徴とする現像装置。

（２）前記トナーは、表面に前記逆極性粒子が添加処理されていることを特徴とする（１）に記載の現像装置。

（３）前記現像剤槽内の現像剤に対して前記逆極性粒子を補充する逆極性粒子補充手段を有することを特徴とする（１）に記載の現像装置。

（４）前記逆極性粒子補充手段は、
前記逆極性粒子を外添した前記トナーを補給するトナー補給装置であることを特徴とする（３）に記載の現像装置。

（５）前記現像剤における前記逆極性粒子の個数平均粒径は、１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることを特徴とする（１）乃至（４）の何れか１項に記載の現像装置。

（６）前記現像剤における前記逆極性粒子の添加量は、キャリヤに対して０．０１質量％以上５質量％以下であることを特徴とする（１）乃至（５）の何れか１項に記載の現像装置。

（７）前記像担持体と、
前記像担持体上に静電潜像を形成する手段と、
（１）乃至（６）の何れか１項に記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、逆極性粒子のトナー荷電効果によりキャリヤの劣化が補完される。また逆極性粒子を表面に添加処理した磁性キャリヤをトナーと混合して調製した現像剤を使用し、バイアス電圧を印加することで、現像前に逆極性粒子をトナーから分離しておくことにより、逆極性粒子が現像領域で消費されることが有効に防止され、逆極性粒子はトナーの帯電に寄与するというその本来の機能を果たし続けることができ、画像面積率が比較的小さい画像の形成を連続して行う場合であっても、長期にわたってキャリヤの劣化を抑制することができる。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態である画像形成装置の主要部分の構成図を示す。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）に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体に転写して画像形成を行うプリンタである。図１を用いて、本実施形態に係る画像形成装置の構成と機能動作について説明する。

図１に示した画像形成装置は、画像を担持するための像担持体１として感光体ドラムを有しており、像担持体１の周辺には、像担持体１を帯電するための帯電装置３、像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置２ａ、像担持体１上の現像された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、帯電手段３で帯電された後に、図中のＥ点の位置で不図示の露光装置により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置２ａは、この静電潜像を現像してトナー像にする。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、帯電装置３、露光装置、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、帯電装置として図中、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。

（現像装置２ａの構成）
図１を用いて、現像装置２ａの構成について、詳細を説明する。

現像装置２ａは、トナーと該トナーを帯電するためのキャリヤと逆極性粒子とを含む現像剤２４を用いるものであり、現像剤２４を収容する現像剤槽１６、現像剤槽１６から現像剤２４を供給するバケットローラ１７，供給された現像剤２４を表面に担持して搬送する現像剤担持体１１、および現像剤担持体１１上の現像剤２４から逆極性粒子を分離する分離手段としての逆極性粒子分離部材２２とそれに電圧を印加する電源１４を備えている。つまり電源１４は分離電圧印加手段として機能する。分離手段としてトナー担持体を用いてトナー粒子を分離する実施形態については後述する。

現像剤槽１６は、ケーシング１８より形成されており、通常は、内部に現像剤担持体１１への現像剤供給用のバケットローラ１７を収納している。ケーシング１８のバケットローラ１７に対向する位置には、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２０が配設されている。

現像剤担持体１１は、固定配置された磁石ローラ１３と、これを内包する回転自在なスリーブローラ１２とから構成される。磁石ローラ１３は、スリーブローラ１２の回転方向Ｂに沿ってＮ１、Ｓ１、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ２の５つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、像担持体１と対向する現像領域６の位置に配されており、また、スリーブローラ１２上の現像剤２４を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ３、Ｎ２は、現像剤槽１６内部に対向した位置に配置されている。

現像装置２ａは通常、現像領域６で消費される分のトナーを現像剤槽１６内に補給するためのトナー補給装置７、及び現像剤担持体１１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（規制ブレード）１５を有している。トナー補給装置７は、補給トナー２３を収納したホッパ２１と、現像剤槽１６内へのトナー補給用の補給ローラ１９とから構成される。

補給トナー２３としては逆極性粒子を外添処理されたトナーを用いることが望ましい。逆極性粒子を外添されたトナーを用いることで、耐久によって徐々に劣化するキャリヤの荷電性低下の抑制を有効に補助することが可能となる。予め逆極性粒子が添加処理されたキャリヤと、予め逆極性粒子が外添処理されたトナーとを組み合わせて用いることで、現像剤の荷電性低下を極めて有効に抑制できるようになる。補給トナー２３における逆極性粒子の外添量はトナーに対して０．１〜１０．０質量％、特に０．５〜５．０質量％が好ましい。

補給トナー２３として逆極性粒子を外添処理されたトナーを用いる場合は、トナー補給装置７は逆極性粒子補充手段として機能する。

上記現像装置２ａの機能動作について述べる前に、現像装置２ａで用いている逆極性粒子を含んだ現像剤２４について説明する。

本実施形態において現像剤２４はトナー、該トナーを帯電するためのキャリヤおよび逆極性粒子を含むものである。逆極性粒子は、使用されるキャリヤによってトナーの帯電極性に対して逆極性に帯電され得る。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、かつ分離手段により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。

（現像剤の構成）
逆極性粒子を含む現像剤の構成について、以下に詳細に説明する。

本発明において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。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たり、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、四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、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニー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たり、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およ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。

本実施形態に使用するトナーとしては、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、カー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に対する質量比が０．１〜１０質量％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に対する質量比が０．１〜１０質量％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、流動性改善例えば、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に対する質量比が０．１〜５質量％の割合で添加させて用いるようにする。

本発明に使用するキャリヤとしては、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。

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。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なわれる。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、フッ素樹脂およ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、帯電レベルおよび極性については、素材、重合触媒、表面処理等により、希望するレベルの帯電およ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。

逆極性粒子、トナーおよびキャリヤの組み合わせによるトナーおよび逆極性粒子の帯電極性は、それぞれを混合撹拌し現像剤とした後、図４に示すような装置を用いて現像剤からトナーまたは逆極性粒子を分離するときの電界の方向から容易に知見できる。図４は、トナーなどの帯電粒子の帯電量を測定する装置の概略図である。

すなわち図４に示す装置において、トナー及びキャリヤ、逆極性粒子からなる現像剤を導電性スリーブ３１の表面全体に均一になる様に載せると共に、この導電性スリーブ３１内に設けられたマグネットロール３２の回転数を１０００ｒｐｍにセットし、バイアス電源３３よりバイアス電圧をトナーの帯電電位と同じ極性に２ｋＶ印加し、１５秒間上記導電性スリーブ３１を回転させ、この導電性スリーブ３１を停止させた時点での円筒電極３４における電位Ｖｍを読み取ると共に、円筒電極３４に付着したトナーの質量を精密天秤で計量して、トナーの帯電量を求めることができる。

またトナー及びキャリヤ以外の添加する粒子の極性は、バイアス電源３３より印加するバイアス電圧の極性により判別することができる。つまりバイアス電源３３より印加するバイアス電圧をトナーの帯電電位と逆の極性に印加したときに、円筒電極３４に付着する粒子はトナーの帯電極性と逆帯電、すなわち逆極性粒子である。

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製されれば良く、トナー混合比はトナーとキャリヤとの合計質量に対して３〜５０質量％、好ましくは６〜３０質量％が適している。

初期の現像剤に含まれる逆極性粒子の量は、本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば、キャリヤに対して０．０１〜５質量％が好ましい。また現像剤は予めキャリヤに逆極性粒子を外添処理した後で、トナーと混合することによって調製される。逆極性粒子はキャリヤに添加されることで常に現像剤槽中に存在することが期待できる。すなわち、逆極性粒子はキャリヤの帯電機能を補完しながらもキャリヤに拘束されることで、トナーとともに現像領域へ搬送され、消費される恐れがなくなる。

しかしながら長期的には、一部の逆極性粒子はトナー表面に付着し、トナーとともに消費されることが起こり得る。このため前述したトナー表面に付着した逆極性粒子を分離し、回収捕集する部材が必要となる。また、分離を前提として、トナーにも逆極性粒子を外添処理しておけば荷電性低下の抑制にきわめて有効である。その場合、トナーに対する逆極性粒子の添加量はトナーに対して０．１〜１０質量％、特に０．５〜５．０質量％が好ましい。

（現像装置２ａの機能動作）
上記逆極性粒子を含む現像剤を用いて現像を行う現像装置２ａの機能動作について説明する。

図１に示す現像装置２ａにおいて、現像剤槽１６内の逆極性粒子を含む現像剤２４は、バケットローラ１７の回転により混合撹拌され、摩擦帯電した後、バケットローラ１７によって汲み上げられて現像剤担持体１１表面のスリーブローラ１２へと供給される。

この現像剤２４は、現像剤担持体（現像ローラ）１１内部の磁石ローラ１３の磁力によってスリーブローラ１２の表面上に保持され、スリーブローラ１２の回転と共にＢ方向に回転移動して、現像ローラ１１に対向して設けられた規制部材１５で通過量を規制される。

その後、逆極性粒子分離部材２２との対向部において、現像剤に含まれる逆極性粒子が逆極性粒子分離部材２２によって分離・捕集される。この過程については後述する。

逆極性粒子が分離された残りの現像剤は、像担持体１と対向する現像領域６へと搬送される。現像領域６では、磁石ローラ１３の主磁極Ｎ１の磁力によって現像剤の穂立ちが形成され、像担持体１上の静電潜像と現像バイアスの印加された現像ローラ１１との間に形成された電界がトナーに与える力により、現像剤中のトナーが像担持体１上の静電潜像側へと移動して、静電潜像が顕像へと現像される。現像方式は反転現像方式であってもよいし、または正規現像方式であってもよい。

現像領域６でトナーを消費した現像剤２４は、現像剤槽１６に向けて搬送され、バケットローラ１７に対向して設けられた磁石ローラ同極部Ｎ３、Ｎ２の反発磁界によって現像剤担持体１１上から剥離され、現像剤槽１６内へと回収される。

キャリヤ表面に拘束されている逆極性粒子は、上述の逆極性粒子分離部材２２によって分離・捕集されることなく、現像領域に到達するが、そのままキャリヤとともに現像剤槽１６内へと回収される。

トナー補給装置７に設けられた不図示の補給制御部は、ＡＴＤＣセンサ２０の出力値から現像剤２４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、トナー補給ローラ１９の駆動手段に駆動開始信号を送る。そして、トナー補給ローラ１９の回転が始まり、この回転に伴って、ホッパ２１内に貯蔵された補給トナー２３が現像剤槽１６内へ供給される。

一方、逆極性粒子分離部材２２により分離・捕集された逆極性粒子は、非画像形成時に現像剤担持体１１と逆極性粒子分離部材２２の間に印加される電界の向きを反転させることで、現像剤担持体１１上へ戻され、現像剤担持体１１の回転に伴って現像剤と共に搬送され、現像剤槽１６に戻される。

逆極性粒子分離部材は、規制部材１５やケーシング１８が兼ねても良い。その際には規制部材１５やケーシング１８に逆極性粒子分離バイアス電圧を印加すればよい。これによって、省スペースおよび低コストを実現できる。

キャリヤへの外添処理など、逆極性粒子に対する拘束力が働かず、現像装置が上記分離手段を有していないと、特に画像面積率が小さい場合において現像装置内におけるキャリヤ劣化抑制効果が低下する。そのメカニズムは以下のように考えられる。

二成分現像装置では、現像領域において振動電界を印加するなどして強電界を形成することで、現像剤中のキャリヤからのトナー分離性を向上させ、現像効率を向上させる。そのため、逆極性粒子を含む現像剤を用いるとキャリヤ、トナー、逆極性粒子の三者が分離され、キャリヤは磁気吸引力により現像剤担持体上に残留するものの、トナーは静電潜像の画像部に、逆極性粒子は同じく非画像部にそれぞれ消費される。

従って、画像面積率によってトナーと逆極性粒子の消費バランスが安定せず、特に背景部面積の大きい画像を大量に印刷した場合には、現像剤中の逆極性粒子が優先的に消費され、キャリヤの荷電性を補うことができず、キャリヤ劣化抑制効果が低下すると考えられる。

（逆極性粒子の分離動作）
図１に示した現像装置２ａの構成において、逆極性粒子分離部材２２による逆極性粒子の分離回収方法について以下に説明する。

現像装置２ａにおいては、現像剤担持体１１上の現像剤から逆極性粒子を分離する分離手段として、逆極性粒子分離部材２２を採用している。

逆極性粒子分離部材２２は、図１に示すように、現像剤担持体１１における現像領域６よりも現像剤移動方向上流側に設けられる。すなわち、逆極性粒子はキャリヤの荷電性を補い、トナーの帯電に寄与するものであるから、混合撹拌時に機能するものであり、現像時には必要としない。むしろ現像により消費されることを防止するために、現像領域の手前で分離回収が行われる。

逆極性粒子分離部材２２は、分離電圧印加手段としての電源１４に接続され、逆極性粒子分離バイアス電圧が印加される。その印加された電界により、現像剤中の逆極性粒子が電気的に逆極性粒子分離部材２２の表面に分離・捕集される。

逆極性粒子分離部材２２によって逆極性粒子が分離された後、現像剤担持体１１上の残りの現像剤、すなわちトナーおよびキャリヤは引き続き搬送され、現像領域６において像担持体１上の静電潜像が現像される。

逆極性粒子分離部材２２に印加される逆極性粒子分離バイアス電圧は、逆極性粒子の帯電極性によって異なる。すなわちトナーが負に帯電され、逆極性粒子が正に帯電されるときは、現像剤担持体１１に印加される電圧の平均値よりも低い平均電圧が逆極性粒子分離バイアス電圧として印加される。また、トナーが正に帯電され、逆極性粒子が負に帯電されるときは、現像剤担持体１１に印加される電圧の平均値よりも高い平均電圧が逆極性粒子分離バイアス電圧として印加される。

逆極性粒子が正または負のいずれの極性に帯電されるときであっても、逆極性粒子分離部材２２に印加される平均電圧と現像剤担持体１１に印加される平均電圧との差は２０〜５００Ｖ、特に５０〜３００Ｖであることが好ましい。電位差が小さすぎると、逆極性粒子を十分に分離回収することが困難となる。一方、電位差が大きすぎると、現像剤担持体１１上に磁力で保持されているキャリヤが電界により分離されてしまい、現像領域において本来の現像機能が損なわれる恐れがある。

現像装置２ａにおいては、さらに、逆極性粒子分離部材２２と現像剤担持体１１との間に交流電界が形成されることが好ましい。交流電界が形成されることで、トナーの振動を励起するため、トナー表面に付着している逆極性粒子を有効に分離することができ、逆極性粒子の分離回収性を向上させることが可能となる。

（分離電界の印加）
逆極性粒子分離部材２２と現像剤担持体１１との間で形成される電界は通常、逆極性粒子分離部材２２または現像剤担持体１１の一方、または両方に交流電圧を印加することで得られる。特に静電潜像をトナーで現像するための現像バイアスとして現像剤担持体１１に交流電圧が印加される場合には、現像剤担持体１１に印加される交流電圧を利用して、逆極性粒子分離回収のための電界を形成することが望ましい。

例えば、逆極性粒子の帯電極性が正であり、現像剤担持体１１には現像バイアスとして直流電圧と交流電圧が印加され、逆極性粒子分離部材２２には直流電圧のみが印加されるときには、逆極性粒子分離部材２２には現像剤担持体１１に印加される電圧（直流＋交流）の平均値よりも低い直流電圧が印加される。

また、逆極性粒子の帯電極性が負であり、現像剤担持体１１には現像バイアスとして直流電圧と交流電圧が印加され、逆極性粒子分離部材２２には直流電圧のみが印加されるときは、逆極性粒子分離部材２２には現像剤担持体１１に印加される電圧（直流＋交流）の平均値よりも高い直流電圧が印加される。

また、逆極性粒子の帯電極性が正であり、現像剤担持体１１には直流電圧のみが印加され、逆極性粒子分離部材２２には交流電界と直流電圧が印加されるときは、逆極性粒子分離部材２２には現像剤担持体１１に印加される直流電圧よりも低い平均電圧となるよう交流電界を重畳した直流電圧が印加される。

また、逆極性粒子の帯電極性が負であり、現像剤担持体１１には直流電圧のみが印加され、逆極性粒子分離部材２２には交流電界と直流電圧が印加されるときは、逆極性粒子分離部材２２には現像剤担持体１１に印加される直流電圧よりも高い平均電圧となるよう交流電界を重畳した直流電圧が印加される。

また、逆極性粒子の帯電極性が正であり、現像剤担持体１１および逆極性粒子分離部材２２の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するときは、逆極性粒子分離部材２２には現像剤担持体１１に印加される電圧（直流＋交流）の平均値より平均電圧が小さい電圧（直流＋交流）が印加される。

また、逆極性粒子の帯電極性が負であり、現像剤担持体１１および逆極性粒子分離部材２２の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するときは、逆極性粒子分離部材２２には現像剤担持体１１に印加される電圧（直流＋交流）の平均値より平均電圧が大きい電圧（直流＋交流）が印加される。

ここでいう平均電圧は、それぞれに印加される交流電圧成分の振幅や位相、周波数、デューティー比等も考慮したものである。

（回収の動作）
上記の分離回収動作の結果、逆極性粒子分離部材２２によって分離され、当該部材表面上に捕集された逆極性粒子は、現像剤槽１６に回収されるようになっている。逆極性粒子分離部材２２から現像剤槽１６へ逆極性粒子を回収する際は、逆極性粒子分離部材２２に印加される電圧の平均値と現像剤担持体１１に印加される電圧の平均値の大小関係を反転させればよく、画像形成開始前や画像形成終了後、連続動作時の画像形成の間の紙間などの非画像形成時のタイミングで行うことができる。

これにより逆極性粒子は、現像時にトナーと共に消費されることもなく、現像剤槽１６において現像剤とともに混合撹拌され、トナーの帯電に寄与するというその本来の機能を果たし続けることができる。

（分離部材の構成）
逆極性粒子分離部材２２は、上記電圧を印加可能な限り、いかなる材料を用いてもよい。例えば、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、ポリカーボネート樹脂、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、ポルスルホン樹脂、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、四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、これにもこだわらない。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。

（第２の実施形態）
図２に本発明に係る第２の実施形態である画像形成装置の主要部分の構成図を示す。図２において図１と同様の働きをする部材には図１と同じ番号を付し、詳細説明は省略する。

（現像装置２ｂの構成）
図２に示す実施形態の構成及び機能動作が図１の場合と異なるのは、現像装置、特に分離手段に関わる部分である。図１の現像装置２ａにおいては、分離手段として逆極性分離部材２２が設けられ、現像剤２４から逆極性粒子を分離する機能を有するのに対して、図２の現像装置２ｂにおいては、分離手段としてトナー担持体２５が設けられ、現像剤２４からトナーを分離する機能を有している。

（現像装置２ｂの機能動作）
図１の現像装置２ａに対して、図２の現像装置２ｂの機能動作を以下に説明する。

図２に示す現像装置２ｂにおいて、現像剤槽１６内の逆極性粒子を含む現像剤２４は、図１で示した現像装置２ａにおいてと同様に、バケットローラ１７の回転により混合撹拌され、摩擦帯電した後、バケットローラ１７によって汲み上げられて現像剤担持体１１表面のスリーブローラ１２へと供給される。

この現像剤２４は、現像剤担持体（搬送ローラ）１１内部の磁石ローラ１３の磁力によってスリーブローラ１２の表面上に保持され、スリーブローラ１２の回転と共にＢ方向に回転移動して、現像ローラ１１に対向して設けられた規制部材１５で通過量を規制される。

その後、分離手段として機能するトナー担持体２５との対向部において、現像剤に含まれるトナーのみがトナー担持体２５によって分離・担持される。この過程については後述する。

分離されたトナーは像担持体１と対向する現像領域６へと搬送される。現像領域６では、像担持体１上の静電潜像と現像バイアスの印加されたトナー担持体２５との間に形成された電界がトナーに与える力により、トナー担持体２５上のトナーが像担持体１上の静電潜像側へと移動して、静電潜像が顕像へと現像される。現像方式は反転現像方式であってもよいし、または正規現像方式であってもよい。

現像領域６を通過したトナー担持体２５上のトナー層は、トナー担持体２５と現像剤担持体１１との対向部における磁気ブラシによるトナー供給・回収を経て、現像領域に搬送される。

一方、トナーが分離されて現像剤担持体１１上に残った現像剤は、そのまま現像剤槽１６に向けて搬送され、バケットローラ１７に対向して設けられた磁石ローラ同極部Ｎ３、Ｎ２の反発磁界によって現像剤担持体１１上から剥離され、現像剤槽１６内へと回収される。

トナー補給装置７に設けられた不図示の補給制御部は、図１においてと同様に、現像剤２４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、トナー補給ローラ１９の駆動手段に駆動開始信号を送り、補給トナー２３が現像剤槽１６内へ供給される。

（トナーの分離動作）
分離手段については、図２に示す現像装置２ｂの構成及び機能動作が図１の場合と異なる。分離手段、すなわちトナー担持体によるトナーの分離方法について以下に説明する。

図２に示す現像装置２ｂは、現像剤担持体１１上の現像剤からトナーまたは逆極性粒子を分離する分離手段として、図１において示した逆極性粒子分離部材２２の代わりに、現像剤担持体１１上の現像剤からトナーの方を分離するトナー担持体２５を採用している。

トナー担持体２５は、図２に示すように、現像剤担持体１１と像担持体１との間に設けられる。トナー担持体２５は、分離電圧印加手段として機能する電源１４に接続され、所定のトナー分離バイアス電圧が印加されることにより、対向する現像剤担持体１１上の現像剤中のトナーを電気的にトナー担持体２５表面に分離し、トナー担持体２５が分離したトナーを担持する。

トナー担持体２５によって分離・担持されたトナーは、トナー担持体２５によって搬送され、現像領域６において対向する像担持体１上の静電潜像を現像する。

このように現像装置２ｂにおいては、図１で示した実施形態とは異なり、現像剤から逆極性粒子を分離するのではなく、トナー担持体２５によって、現像剤からトナーを分離して担持させ、トナー担持体２５に分離・担持させたトナーを像担持体１上の静電潜像の現像に供する。すなわち、現像剤担持体１１ではなく、トナー担持体２５が現像ローラとして機能動作する。

（分離電界の印加）
トナー担持体２５に印加されるトナー分離バイアス電圧は、トナーの帯電極性によって異なる。すなわちトナーが負に帯電されるときは、現像剤担持体１１に印加される電圧の平均値よりも高い平均電圧であり、トナーが正に帯電されるときは、現像剤担持体１１に印加される電圧の平均値よりも低い平均電圧である。

トナーが正または負のいずれの極性に帯電されるときであっても、トナー担持体２５に印加される平均電圧と現像剤担持体１１に印加される平均電圧との差は、２０〜５００Ｖ、特に５０〜３００Ｖであることが好ましい。電位差が小さすぎると、トナーを十分に分離することが困難となる。一方、電位差が大きすぎると、現像剤担持体上に磁力で保持されているキャリヤが電界により分離されてしまい、現像領域において本来の現像機能が損なわれる恐れがある。

現像装置２ｂにおいては、さらに、トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間に交流電界が形成されることが好ましい。交流電界が形成されることで、トナーの振動が励起されるため、逆極性粒子を有効に分離することができる。

トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間で形成される電界電界は通常、トナー担持体２５または現像剤担持体１１の一方、または両方に交流電圧を印加することで得られる。特に静電潜像をトナーで現像するための現像バイアスとして、トナー担持体２５に交流電圧が印加される場合には、トナー担持体２５に印加される交流電圧を利用して、トナーを分離するための電界を形成することが望ましい。

例えば、トナーの帯電極性が正であり、現像剤担持体１１には現像バイアスとして直流電圧と交流電圧が印加され、トナー担持体２５には直流電圧のみが印加されるときには、トナー担持体２５には現像剤担持体１１に印加される電圧（直流＋交流）の平均値よりも低い直流電圧のみが印加される。

また、トナーの帯電極性が負であり、現像剤担持体１１には現像バイアスとして直流電圧と交流電圧が印加され、トナー担持体２５には直流電圧のみが印加されるときは、トナー担持体２５には現像剤担持体に印加される電圧（直流＋交流）の平均値よりも高い直流電圧のみが印加される。

また、トナーの帯電極性が正であり、現像剤担持体１１には直流電圧のみが印加され、トナー担持体２５には交流電界と直流電圧が印加されるときは、トナー担持体２５には現像剤担持体１１に印加される直流電圧よりも低い平均電圧となるよう交流電界を重畳した直流電圧が印加される。

また、トナーの帯電極性が負であり、現像剤担持体１１には直流電圧のみが印加され、トナー担持体２５には交流電界と直流電圧が印加されるときは、トナー担持体２５には現像剤担持体１１に印加される直流電圧よりも高い平均電圧となるよう交流電界を重畳した直流電圧が印加される。

また、トナーの帯電極性が正であり、現像剤担持体１１およびトナー担持体２５の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するときは、トナー担持体２５には現像剤担持体１１に印加される電圧（直流＋交流）の平均値より平均電圧が小さい電圧（直流＋交流）が印加される。

また、トナーの帯電極性が負であり、現像剤担持体１１およびトナー担持体２５の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するときは、トナー担持体２５には現像剤担持体１１に印加される電圧（直流＋交流）の平均値より平均電圧が大きい電圧（直流＋交流）が印加される。

ここでいう平均電圧は、それぞれに印加される交流電圧成分の振幅や位相、周波数、デューティー比等も考慮したものである。

（回収の動作）
上記のようにトナー担持体２５によってトナーが分離された結果、現像剤担持体１１上に残された現像剤、すなわちキャリヤおよび逆極性粒子は、そのまま現像剤担持体１１によって搬送され現像剤槽１６に回収される。すなわち、現像領域に搬送されるのはトナーのみであり、逆極性粒子は現像領域に搬送されず、もちろん消費されることもない。

この実施形態においては、トナーの分離後、逆極性粒子はそのまま現像剤担持体１１によって現像剤槽１６内へ回収されるため、図１の実施形態で説明した、逆極性粒子分離部材２２で捕集した逆極性粒子を非画像形成時に現像剤槽１６に戻す工程を省略することが可能となる。

このように逆極性粒子は、現像時にトナーと共に消費されることもなく、現像剤槽１６において現像剤とともに混合撹拌され、トナーの帯電に寄与するというその本来の機能を果たし続けることができる。

（トナー担持体の構成）
トナー担持体２５は、上記電圧を印加可能な限り、いかなる材料を用いてもよい。例えば、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、ポリカーボネート樹脂、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、ポルスルホン樹脂、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、四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、これにもこだわらない。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。

図１及び図２の現像装置を用いて実施した結果を以下に示す。それぞれ分離手段として、逆極性粒子分離部材を用いた場合とトナー担持体を用いた場合である。

用いた現像剤、実施条件などは、評価結果と合わせて表１から表３に示す。用いた現像剤、実施条件の詳細については後述する。

評価方法は以下の通りである。

コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０を改造した画像形成装置を用い、各条件で画像面積率約２％の画像パターンを３枚間欠モードにて１０万枚の耐久評価を行った。なお、このモードはユーザーが使用する一般的な状況を想定した評価方法で、１ジョブあたり文字パターン（印字率約２％）を３枚連続出力し、一旦停止する動作を繰り返し行うモードである。耐久評価の各ポイントで現像剤槽からサンプリングした現像剤のトナー帯電量を図４の装置を用いて評価した結果を表１〜３に示した。いずれの画像形成装置においても、補給トナーはそれぞれの実施条件に記載したトナーを用いた。

（実施例１、２及び比較例）
実施例１及び２、そして比較例の評価には以下のキャリヤ及びトナーを用いた。

＜実施例１、２及び比較例の使用現像剤＞
キャリヤＡ：
キャリヤは磁性体からなるキャリヤコア粒子にシリコーン樹脂コートがなされてなるコート型キャリヤで、体積平均粒径約３３μｍのコニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤを用いた。

キャリヤＢ：
キャリヤＡに対して、２質量％の逆極性粒子である疎水性チタン酸ストロンチウム粒子をペイントコンディショナー（Ｎｏ．５４００型：レッドデビル社製）にて１時間分散処理したものを用いた。

ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、硫酸法によって得られたメタチタン酸スラリーに、ＴｉＯ₂と等モル量のＳｒＣｌ₂を加えた後、ＣＯ₂ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量でＴｉＯ₂の２倍のモル量吹き込むと同時にアンモニア水を添加し（この際、ｐｈ値は８であった）、沈澱物を水洗して１１０℃で１日乾燥後、９００℃で焼結させて得られたものであり、個数平均粒径３００ｎｍである。

トナーＢ：
湿式造粒法により作製された粒径約６．５μｍのトナー母材に対し、第一の疎水性シリカ０．２質量％と第二の疎水性シリカ０．５質量％と疎水性酸化チタン０．５質量％をヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間表面処理を行って外添処理し、まず負極性トナーＡを得た。

ここで用いた第一の疎水性シリカは、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。また、第二の疎水性シリカは、平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０Ｇ：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、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Ａに逆極性粒子として個数平均粒径３００ｎｍの疎水性チタン酸ストロンチウムをトナーＡに含まれるトナー母材粒子に対して２質量％、上記ヘンシェルミキサを用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間外添処理し、負極性トナーＢを得た。

実施例１及び２、そして比較例の評価は以下の実施条件で行った。

＜実施例１及び比較例１の実施条件＞
図１に示した現像装置で、現像剤としては前記キャリヤ及びトナーＢを組み合わせたものを用い、現像剤中のトナー比率は８質量％とした。現像剤担持体には振幅１．４ｋＶ、ＤＣ成分−４００Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数２ｋＨｚの矩形波の現像バイアスを印加した。現像バイアスの平均電位に対して−１５０Ｖの電位差、現像バイアスの最大電位との電位差８５０Ｖとなる−５５０Ｖの直流バイアスを逆極性粒子分離部材に印加した。逆極性粒子分離部材としては表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用い、現像剤担持体と逆極性粒子分離部材との最近接部のギャップは０．３ｍｍとした。像担持体上に形成された静電潜像の背景部電位は−５５０Ｖ、画像部電位は−６０Ｖであった。像担持体と現像剤担持体との最近接部のギャップは０．３５ｍｍとした。逆極性粒子分離部材と現像剤担持体との間に形成される電界の絶対値の最大値は８５０Ｖ／０．３ｍｍ＝２．８×１０⁶Ｖ／ｍであった。逆極性粒子分離部材に捕集された逆極性粒子の現像剤槽への回収は紙間のタイミングで、現像剤担持体と逆極性粒子分離部材に印加する電圧を逆にすることで行った。

＜実施例２及び比較例２の実施条件＞
図２に示した現像装置を用い、現像剤としては前記キャリヤ及びトナーＢを組み合わせたものを用い、現像剤中のトナー比率は８質量％とした。現像剤担持体には−４００Ｖの直流電圧を印加した。トナー担持体には振幅１．６ｋＶ、ＤＣ成分−３００Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数２ｋＨｚの矩形波の現像バイアスを印加した。現像剤担持体の電位に対してトナー担持体の平均電位は１００Ｖの電位差を有し、最大電位差は電位差９００Ｖである。トナー担持体には表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用い、現像剤担持体とトナー担持体との最近接部のギャップは０．３ｍｍとした。像担持体上に形成された静電潜像の背景部電位は−５５０Ｖ、画像部電位は−６０Ｖであり、像担持体とトナー担持体との最近接部のギャップは０．１５ｍｍとした。トナー担持体と現像剤担持体との間に形成されるトナー分離電界の絶対値の最大値は９００Ｖ／０．３ｍｍ＝３．０×１０⁶Ｖ／ｍであった。

実施例１及び２、そして比較例を実施し、評価を行った結果を表１に示す。

表１より、実施例１及び２において、初期のトナー帯電量に対する耐刷中のトナー帯電量の変化幅は３μＣ／ｇ以下である（○評価とした）。実施例１及び２ではトナー帯電量の変化幅が極僅かしか変化していないが、比較例１及び２では何れもトナー帯電量変化がほぼ５μＣ／ｇのレベルに達している（×評価とした）。

ここで、トナー帯電量が極僅かしか変化していない実施例１及び実施例２の条件は、キャリヤ表面に逆極性粒子であるチタン酸ストロンチウムを添加した現像剤を用いて、またそのチタン酸ストロンチウムを回収する部材、機構を設けた構成で、さらに補給されるトナーにチタン酸ストロンチウムが外添処理されたものであることがわかる。

また比較例１及び２は、トナーには逆極性微粒子であるチタン酸ストロンチウムが外添処理されているものの、キャリヤ表面にはチタン酸ストロンチウムを添加しておらず、特に初期において大きくトナー帯電量が低下している。

また、図３に示す現像装置を用いて、実施例と同じトナーＢとキャリヤＢを組み合わせた現像剤で実施したが、結果は１０μＣ／ｇ以上であった（×評価）。図３に示した現像装置は、図１の現像装置において逆極性粒子分離部材を外したものであり、現像バイアス等のその他の条件は図１の現像装置を用いた場合と同じとした。

このように、トナーＢとキャリヤＢを組み合わせた現像剤では、初期的にはキャリヤに添加したチタン酸ストロンチウムの作用により、また耐刷が進むにつれてトナーとともに補給されるチタン酸ストロンチウムの作用で、さらにそのチタン酸ストロンチウムを現像剤槽中に回収する部材、機構を設けることで初期から耐刷中にかけてトナー帯電量は安定維持される。

また、実施例１及び２で、トナーＢの代わりにチタン酸ストロンチウムを添加していないトナーを用いても、逆極性粒子を全く添加していない現像剤に比べるとはるかに良好な結果が得られる。但し、長期的には帯電量低下の懸念があり、適宜チタン酸ストロンチウム粒子を補給する、あるいは補給トナーとしてトナーＢを使用することが望ましい。

（実施例３及び４）
実施例３及び４の評価には以下のキャリヤ及びトナーを用いた。

＜実施例３及び４の使用現像剤＞
キャリヤＣ：
キャリヤは磁性体からなるキャリヤコア粒子にシリコーン樹脂コートがなされてなるコート型キャリヤで、体積平均粒径約３３μｍのコニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、キャリヤに対して２質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子をペイントコンディショナー（Ｎｏ．５４００型：レッドデビル社製）にて１時間分散処理したものを用いた。

ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、硫酸法によって得られたメタチタン酸スラリーに、ＴｉＯ₂と等モル量のＳｒＣｌ₂を加えた後、ＣＯ₂ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量でＴｉＯ₂の２倍のモル量吹き込むと同時にアンモニア水を添加し（この際、ｐｈ値は８であった）、沈澱物を水洗して１１０℃で１日乾燥後、７００℃で焼結させて得られたものであり、個数平均粒径７０ｎｍである。

キャリヤＤ：
キャリヤＣと同様に、コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、キャリヤに対して２質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子の処理を施した。

ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、硫酸法によって得られたメタチタン酸スラリーに、ＴｉＯ₂と等モル量のＳｒＣｌ₂を加えた後、ＣＯ₂ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量でＴｉＯ₂の２倍のモル量吹き込むと同時にアンモニア水を添加し（この際、ｐｈ値は８であった）、沈澱物を水洗して１１０℃で１日乾燥後、８００℃で焼結させて得られたものであり、個数平均粒径１００ｎｍである。

キャリヤＢ：
実施例１で用いたキャリヤＢを使用した。

キャリヤＥ：
キャリヤＣと同様に、コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、キャリヤに対して２質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子の処理を施した。

ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、硫酸法によって得られたメタチタン酸スラリーに、ＴｉＯ₂と等モル量のＳｒＣｌ₂を加えた後、ＣＯ₂ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量でＴｉＯ₂の２倍のモル量吹き込むと同時にアンモニア水を添加し（この際、ｐｈ値は８であった）、沈澱物を水洗して１１０℃で１日乾燥後、１０００℃で焼結させて得られたものであり、個数平均粒径８００ｎｍである。

キャリヤＦ：
キャリヤＣと同様に、コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、キャリヤに対して２質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子の処理を施した。

ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、硫酸法によって得られたメタチタン酸スラリーに、ＴｉＯ₂と等モル量のＳｒＣｌ₂を加えた後、ＣＯ₂ガスを１Ｌ／ｍｉｎの流量でＴｉＯ₂の２倍のモル量吹き込むと同時にアンモニア水を添加し（この際、ｐｈ値は８であった）、沈澱物を水洗して１１０℃で１日乾燥後、１１００℃で焼結させて得られたものであり、個数平均粒径８５０ｎｍである。

トナーＢ：
実施例１に用いたトナーＢである。

実施例３及び４の評価は以下の実施条件で行った。

＜実施例３の実施条件＞
図１に示した現像装置で、現像剤としては前記キャリヤとトナーＢを組み合わせたものを用いた。その他の条件は実施例１の実施条件と同じとした。

＜実施例４の実施条件＞
図２に示した現像装置で、現像剤としては前記キャリヤとトナーＢを組み合わせたものを用いた。その他の条件は実施例２の実施条件と同じとした。

実施例３及び４を実施し、評価を行った結果を表２に示す。

表２より、実施例３及び実施例４において、キャリヤに添加した逆極性粒子であるチタン酸ストロンチウムの個数平均粒径が７０ｎｍから８５０ｎｍの範囲で、初期のトナー帯電量に対する耐刷中のトナー帯電量の変化幅が抑制された（評価○または△）。

しかし実施例３−１、３−２のように、この個数平均粒径が１００ｎｍより小さい場合には、キャリヤに添加したチタン酸ストロンチウムが現像剤槽中でトナーの混合された際にトナー表面に移行し、一旦移行したチタン酸ストロンチウムがトナーの帯電極性と逆極性であるため強固に付着し、トナーとともに消費されてしまう恐れがある。

また実施例３−５、４−５のように、この個数平均粒径が８５０ｎｍを超える場合には、キャリヤに添加処理してもキャリヤ表面に固定化することが困難となり、現像剤中で浮遊するチタン酸ストロンチウム粒子の比率が多くなり、この浮遊した粒子がトナーの表面に付着して、初期のトナーの帯電量を低下させてしまう現象が発生する恐れがある。

このようにキャリヤに添加する逆極性粒子であるチタン酸ストロンチウム粒子の粒径は、トナー表面に移行して付着してもトナーの帯電性に影響が小さく、また回収する部材や機構によってトナー表面より容易に剥離する好ましい範囲が存在し、特に１００ｎｍから８００ｎｍの範囲では、初期のトナー帯電量に対する耐刷中のトナー帯電量の変化が極僅かしか見られず良好である（○評価）。

（実施例５及び６）
実施例５及び６の評価には以下のキャリヤ及びトナーを用いた。

＜実施例５及び６の使用現像剤＞
キャリヤＧ：
キャリヤは磁性体からなるキャリヤコア粒子にシリコーン樹脂コートがなされてなるコート型キャリヤで、体積平均粒径約３３μｍのコニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、０．００８質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子をペイントコンディショナー（Ｎｏ．５４００型：レッドデビル社製）にて１時間分散処理したものを用いた。ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、キャリヤＢと同じ個数平均粒径３００ｎｍのものを用いた。

キャリヤＨ：
キャリヤＧと同様に、コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、０．０１質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子の処理を施した。ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、キャリヤＢと同じ個数平均粒径３００ｎｍのものを用いた。

キャリヤＩ：
キャリヤＧと同様に、コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、０．１質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子の処理を施した。ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、キャリヤＢと同じ個数平均粒径３００ｎｍのものを用いた。

キャリヤＢ：
実施例１に用いたキャリヤＢである。

キャリヤＪ：
キャリヤＧと同様に、コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、５質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子の処理を施した。ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、キャリヤＢと同じ個数平均粒径３００ｎｍのものを用いた。

キャリヤＫ：
キャリヤＧと同様に、コニカミノルタ製複写機ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリヤに、５．２質量％の疎水性チタン酸ストロンチウム粒子の処理を施した。ここで用いた疎水性チタン酸ストロンチウム粒子は、キャリヤＢと同じ個数平均粒径３００ｎｍのものを用いた。

トナーＢ：
実施例１に用いたトナーＢである。

実施例５及び６の評価は以下の実施条件で行った。

＜実施例５の実施条件＞
図１に示した現像装置で、現像剤としては前記キャリヤとトナーＢを組み合わせたものを用いた。その他の条件は実施例１の実施条件と同じとした。

＜実施例６の実施条件＞
図２に示した現像装置で、現像剤としては前記キャリヤとトナーＢを組み合わせたものを用いた。その他の条件は実施例２の実施条件と同じとした。

実施例５及び６を実施し、評価を行った結果を表３に示す。

表３より、実施例５及び実施例６において、キャリヤに添加した逆極性粒子であるチタン酸ストロンチウムの添加量が０．００８質量％から５．２質量％の範囲で、初期のトナー帯電量に対する耐刷中のトナー帯電量の変化幅が抑制された（評価○または△）。

しかしこの添加量が０．０１質量％程度を下回る場合には、トナーの帯電量を高める効果が低下する可能性があり、また添加量が５質量％程度を超える場合には、すべてのチタン酸ストロンチウム粒子をキャリヤ表面に固定化することが困難となり、現像剤中で浮遊するチタン酸ストロンチウム粒子の比率が多くなり、この浮遊した粒子がトナーの表面に付着して、初期のトナーの帯電量を低下させてしまう現象が発生する恐れがある。

このようにキャリヤに添加する逆極性粒子であるチタン酸ストロンチウム粒子の添加量は、好ましい範囲が存在し、特に０．０１質量％から５質量％の範囲では、初期のトナー帯電量に対する耐刷中のトナー帯電量の変化が極僅かしか見られず良好である（○評価）。

なお、これまでの実施例として疎水化されたチタン酸ストロンチウムを用いて説明を行ってきたが、トナーとして負帯電性トナーを用いる場合、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、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。

同様に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。

これら粒子は適正な粒径と添加量によって効果が発揮されることは容易に推察される。

特に微粒子としての硬度が高い無機微粒子は、キャリヤ表面に付着した逆極性粒子以外の外添剤やトナーの微粉成分を研磨、除去する効果をも期待できることからより好ましい。

本発明の実施形態によれば、逆極性粒子のトナー荷電効果によりキャリヤの劣化が補完される。また逆極性粒子を表面に添加処理した磁性キャリヤをトナーと混合して調製した現像剤を使用し、バイアス電圧を印加することで、現像前に逆極性粒子をトナーから分離しておくことにより、逆極性粒子が現像領域で消費されることが有効に防止され、逆極性粒子はトナーの帯電に寄与するというその本来の機能を果たし続けることができ、画像面積率が比較的小さい画像の形成を連続して行う場合であっても、長期にわたってキャリヤの劣化を抑制することができる。

なお、上述の実施形態例は、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。

本発明に係る第１の実施形態による画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。 本発明に係る第２の実施形態である画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。 比較例としての画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。 帯電量の測定装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光体ドラム）
２ａ、２ｂ 現像装置
３ 帯電装置
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 現像領域
７ トナー補給装置
１１ 現像剤担持体
１２ スリーブローラ
１３ 磁石ローラ
１４ 電源
１５ 規制部材（規制ブレード）
１６ 現像剤槽
１７ バケットローラ
１８ ケーシング
１９ 補給ローラ
２０ ＡＴＤＣセンサ
２１ ホッパ
２２ 逆極性粒子分離部材
２３ 補給トナー
２４ 現像剤
２５ トナー担持体
３１ 導電性スリーブ
３２ マグネットロール
３３ バイアス電源
３４ 円筒電極

Claims (7)

1. 像担持体上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置であって、
   トナーと、前記トナーの帯電極性に対して逆極性に帯電される逆極性粒子が表面に添加処理された磁性キャリヤとを混合した現像剤を収容する現像剤槽と、
   前記現像剤槽から供給される前記現像剤を磁力により表面に担持して搬送する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と前記像担持体との間に設けられ、前記現像剤担持体上の現像剤から前記トナーを分離して担持し、担持した前記トナーによって前記像担持体上の静電潜像を現像するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に対して、前記現像剤担持体上の現像剤から前記トナーを分離するためのバイアス電圧を印加する分離電圧印加手段とを備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナーは、表面に前記逆極性粒子が添加処理されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤槽内の現像剤に対して前記逆極性粒子を補充する逆極性粒子補充手段を有することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記逆極性粒子補充手段は、
   前記逆極性粒子を外添した前記トナーを補給するトナー補給装置であることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 前記現像剤における前記逆極性粒子の個数平均粒径は、１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像剤における前記逆極性粒子の添加量は、キャリヤに対して０．０１質量％以上５質量％以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の現像装置。
7. 前記像担持体と、
   前記像担持体上に静電潜像を形成する手段と、
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images