JP5034739B2

JP5034739B2 - 現像装置および画像形成装置

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Publication number: JP5034739B2
Application number: JP2007189186A
Authority: JP
Inventors: 昇伊藤
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: JP2009025599A

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部材と該トナー担持部材のトナー担持面に接触する摩擦荷電部材を備えている。トナー担持部材に担持されているトナーは、摩擦荷電部材の接触位置を通過する際、摩擦荷電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、トナーの帯電を摩擦荷電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。しかし、摩擦荷電部材の接触位置で強いストレスを受けることからトナーが劣化し易く、そのためにトナーの帯電性が比較的早期に損なわれる。また、トナー担持部材と摩擦荷電部材との接触圧によって両者にトナーが付着してトナーを帯電する能力が低下し、結果的に、現像装置の寿命が比較的短くなる。

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、長期間の使用によりキャリアの表面に付着する汚れ（スペント）が増加し、そのためにトナーを帯電する能力が低下し、かぶりやトナー飛散の問題が生じる。二成分現像装置の長寿命化を図るために、現像装置に収容するキャリアの量を増やすことが考えられるが、これは現像装置の大型化を招く。

二成分現像装置に係わる上述の問題を解消するため、特許文献１には、キャリア又はキャリアとトナーを少しずつ現像剤に補給するとともに、帯電性能の低下した現像剤を少しずつ排出することによって、劣化したキャリアの増加を抑える現像装置が開示されている。この技術によれば、現像装置を大型化することなく、現像剤の長寿命化が可能である。しかし、排出されたキャリアを回収する機構が必要である。また、キャリアの消費量が多く、それによるコストと環境面の問題を含む。さらに、未劣化キャリアと劣化キャリアの比率が安定するまでに所定量の印刷を行う必要がある。

特許文献２には、マトリックス樹脂中に樹脂微粒子と導電性微粉末を分散して含有した樹脂被覆層を芯材上に設けたキャリア及びそれを用いた画像形成方法が開示されている。このキャリアは、他の粒子（キャリア粒子、トナー粒子）や部材（ローラ、スクリュー）との接触によってその表面が部分的に削れた場合、新たな樹脂微粒子が表面に露出し、これがトナーと接触して該トナーを必要程度まで帯電する。しかし、樹脂被覆層の厚さは限られており、この樹脂被覆層が消費されるとキャリアが寿命に達する。

特許文献３には、キャリアと荷電粒子を表面に担持したトナーとからなる二成分現像剤及びそれを用いた現像方法が提案されている。荷電粒子は、キャリアの表面に主にトナーが付着してできる汚れ（スペント）を取り除き、キャリアの長寿命化を図るための研磨材として添加されている。また、特許文献３には、静電潜像担持体のクリーニング領域において、荷電粒子が静電潜像担持体の表面を研磨する機能を発揮することも記載されている。しかし、荷電粒子はトナーの帯電極性と逆の極性に帯電される性質を有することから、静電潜像の非画像部に付着して早期に消費されてしまうという問題がある。特に、画像部の面積が小さな画像（例えば、文字画像）を作成する場合、大量の荷電粒子が消費され、キャリアを研磨して再生する能力が十分に発揮されないという問題がある。

特許文献４には、搬送ローラと、現像ローラを備えた現像装置を有し、搬送ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像（静電潜像画像部）を現像する画像形成装置が提案されている。そのような画像形成装置において、搬送ローラ２５４は図１０に示すように固定配置された磁石ローラ２５８とその周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ２６０とからなる。詳しくは、現像剤２０２は、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ２６０の外周面に保持される。スリーブ２６０に保持された現像剤２０２は、磁石ローラ２５８を構成する磁極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２６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。磁極Ｓ１に保持されている現像剤２０２は、規制板２６２により、所定量に規制される。規制された現像剤２０２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ２４８と搬送ローラ２５４が対向する領域２８８に搬送される。領域２８８のうち、主にスリーブ２６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）２９０では、現像ローラ２４８とスリーブ２６０との間に形成された電界の存在により、キャリアに付着しているトナーが現像ローラ２４８に電気的に供給される。供給されたトナーは現像ローラ２４８に保持され、現像ローラ２４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体２１２と現像ローラ２４８が対向する領域（現像領域）２９６で、感光体２１２の外周面に形成されている静電潜像画像部を可視像化する。また、領域２８８のうち、主にスリーブ２６０の回転方向に関して下流側の領域（回収領域）２９２では、現像に寄与することなく領域２８８に送り戻された現像ローラ２４８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２６０に回収される。領域２８８を通過した現像剤２０２は、磁石ローラ２５８の磁力に保持され、スリーブ２６０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２９４）に到達すると、磁極Ｎ２とＮ３によって形成される反発磁界によってスリーブ２６０の外周面から放出される。
特開昭５９−１００４７１号公報特開平９−２６９６１４号公報特開２００３−２１５８５５号公報特開２００４−３４７７０７号公報

しかしながら、上記画像形成装置において現像ローラ２４８へのトナー供給と現像ローラ２４８からのトナー回収を行う領域２８８では、現像剤は通常、磁束密度ピークを１つしか有さない磁極Ｎ１によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを形成する（磁極Ｎ１の磁束密度を図１０中、破線で示す）。そのような磁気ブラシによってトナーの供給および回収を行うので、トナーの供給と回収との両立が困難であった。すなわち、磁気ブラシが軟らかすぎると、トナーの回収不良が起きて、現像ローラ上でトナー層厚みの不均一が生じ、画像ムラやゴーストという画像ノイズの問題を引き起こした。ゴーストとは、先に形成された画像が現像ローラ一回転後に可視像として現れる現象である。また現像ローラにキャリアが付着し、キャリアのある部分が現像されず、画像上白い点となったり、キャリアが画像に付着して黒いノイズとなる問題も生じていた。一方、磁気ブラシが硬すぎると、現像後のトナー回収性は向上するが現像ローラへのトナーの供給不良が起きて、画像濃度が低下した。

本発明は、磁気ブラシによるトナーの供給性能と回収性能とを同時に向上させ、現像ローラ上でのトナー層の均一化を達成することにより、画像ムラ、ゴーストおよびキャリア付着等の画像ノイズの発生や画像濃度の低下を抑制する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、
固定配置された磁石ローラおよび該磁石ローラを内包し、その周囲を回転可能に支持された円筒スリーブを有してなり、上記現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第１の搬送部材と、
第１の領域を介して上記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
上記第１の搬送部材と上記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、上記第１の搬送部材が保持している現像剤からトナーを上記第２の搬送部材に移動・分離させる第１の電界形成手段と、
上記第２の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、上記第２の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記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、
上記キャリアは体積平均粒径が２０〜５０μｍ、１０^６／４π（Ａ／ｍ）磁場での磁化が１００〜３００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２〜１０^１５Ωｃｍであり、
第１の搬送部材の磁石ローラの中心軸に対する垂直断面Ｓにおいて、磁石ローラにおける第２の搬送部材に最も近い磁極が、２つの磁束密度のピークを有し、円筒スリーブ回転方向について上流側のピークＰ１および下流側のピークＰ２が以下の関係式；
ピークＰ１の磁束密度≦ピークＰ２の磁束密度
（但し、ピークＰ１の磁束密度＝ピークＰ２の磁束密度のとき、上記垂直断面Ｓにおいて磁石ローラ中心軸を中心とする中心角を、磁石ローラ中心軸と第２の搬送部材中心軸とを結ぶ線分Ｌを基準（０°）に、該線分Ｌより円筒スリーブ回転方向を負方向として、該方向と逆方向を正方向として表した場合、ピークＰ１の中心角Ａ１の絶対値はピークＰ２の中心角Ａ２の絶対値より大きい）を満たすことを特徴とする現像装置、ならびに上記現像装置を含む画像形成装置に関する。

本発明の現像装置および画像形成装置によれば、磁気ブラシによるトナーの供給性能と回収性能とを同時に向上させ、現像ローラ上でのトナー層の均一化を達成できる。そのため、画像ムラ、ゴーストおよびキャリア付着等の画像ノイズの発生や画像濃度の低下を抑制できる。

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、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤と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。

現像ローラ４８は、アルミやステンレス等の金属材料からなる導電性ローラであっても、当該導電性ローラに酸化処理を施したものであっても、または当該導電性ローラ基体上に表面層を有するものであってもよい。表面層としては、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、シリコーン樹脂およびフッ素樹脂等の樹脂コート層、ならびにシリコーンゴム、ウレタンゴム、二トリルゴム、天然ゴムおよびイソプレンゴム等のゴムコート層が挙げられる。そのような表面層の内部または最表面には導電剤が添加されていても良い。導電剤としては、電子導電剤およびイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤としては、例えば、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、これらに制限されるものではない。イオン導電剤としては、例えば、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、これらに制限されるものではない。

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、固定配置された磁石ローラ５８と、当該磁石ローラ５８を内包し、そ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。

磁石ローラ５８は、搬送ローラ５４の内部に回転不能に収容され、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる複数の磁極からなるものであり、本発明においては第２の搬送部材（現像ローラ４８）に最も近い磁極が特定の磁束密度分布を示す。現像ローラ４８に最も近い磁極は、当該磁極により形成された磁力線に基づいて現像剤の磁気ブラシを形成し、現像ローラ４８へのトナー供給と現像ローラ４８からのトナー回収を行うものである。本発明においては、そのような磁極に、トナー供給時の磁気ブラシを比較的軟らかくし、かつトナー回収時の磁気ブラシを比較的硬くするような磁束密度分布を持たせる。そのような磁束密度分布を形成し、かつ後述の小径、低磁力および高抵抗のキャリアを使用することにより、トナー供給時の磁気ブラシが比較的軟らかく、均一で、しかも緻密になる。またトナー回収時の磁気ブラシが比較的硬く、均一でしかも緻密になる。それらの結果、現像ローラ表面に均一で十分量のトナー層が形成され、かつトナー回収が促進されるので、画像ムラ、ゴーストおよびキャリア付着等の画像ノイズの発生や画像濃度の低下を抑制できる。

現像ローラ４８に最も近い磁極が示す磁束密度分布は、磁石ローラの中心軸に対する垂直断面Ｓにおいて、２つの磁束密度のピークを有し、円筒スリーブ回転方向上流側のピークＰ１の磁束密度が下流側のピークＰ２の磁束密度以下であるものである。詳しくは、例えば、図２に示すように、現像ローラに最も近い磁極Ｎ１が、２つの磁束密度のピーク（Ｐ１，Ｐ２）を有し、円筒スリーブ回転方向について上流側のピークＰ１および下流側のピークＰ２が以下の関係式；
ピークＰ１の磁束密度≦ピークＰ２の磁束密度
を満たす。図２は、図１に示す磁石ローラ５８の中心軸Ｘに対する垂直断面Ｓにおける磁束密度分布を模式的に表す図である。磁極Ｎ１がピークを１つしか示さない場合、磁気ブラシが中心に集中してトナー供給側もトナー回収側も磁気ブラシ密度が疎になるので、ゴーストが発生したり、画像ムラが発生したりする。ピークＰ１の磁束密度がピークＰ２の磁束密度を越えると、Ｐ２の磁気ブラシ密度が疎になるので、ゴーストが発生したり、画像ムラが発生したりする。

但し、ピークＰ１の磁束密度＝ピークＰ２の磁束密度のとき、ピークＰ１の中心角Ａ１の絶対値はピークＰ２の中心角Ａ２の絶対値より大きい。

中心角は、上記垂直断面Ｓ（例えば図２）において、磁石ローラ５８の中心軸Ｘを中心とする中心角であって、磁石ローラ中心軸Ｘと第２の搬送部材（現像ローラ；図示せず）中心軸とを結ぶ線分Ｌを基準（０°）に、該線分Ｌより円筒スリーブ回転方向８０を負方向として、該方向と逆方向を正方向として表すものである。ピークＰ１の磁束密度＝ピークＰ２の磁束密度のとき、そのような中心角についてピークＰ１の中心角Ａ１の絶対値がピークＰ２の中心角Ａ２の絶対値以下であると、磁気ブラシの幅が狭くなりトナー供給性が悪くなる。ピークＰ１の磁束密度＜ピークＰ２の磁束密度のとき、ピークＰ１の中心角Ａ１の絶対値とピークＰ２の中心角Ａ２の絶対値とはいかなる大小関係を有していてよい。

磁束密度分布の好ましい実施形態において、ピークＰ１およびピークＰ２は、画像ムラ、ゴーストおよびキャリア付着をより有効に防止する観点から、以下の条件（１）または（２）のいずれかを満たす；
条件（１）；ピークＰ１の磁束密度＜ピークＰ２の磁束密度、かつ、ピークＰ１の中心角Ａ１の絶対値≧ピークＰ２の中心角Ａ２の絶対値；または
条件（２）；ピークＰ１の磁束密度＝ピークＰ２の磁束密度、かつ、ピークＰ１の中心角Ａ１の絶対値＞ピークＰ２の中心角Ａ２の絶対値。

ピークＰ１は、トナー供給性能のさらなる向上の観点から、磁束密度が５０〜８０ｍＴであることが好ましく、中心角Ａ１は１０〜４０°であることが好ましい。
ピークＰ２は、トナー回収性能のさらなる向上の観点から、磁束密度が８０〜１２０ｍＴであることが好ましく、中心角Ａ２は−２０〜−４０°であることが好ましい。
両ピークの境界Ｑは、トナー供給性と回収性との両立の観点から、中心角Ｂが−１０〜＋１０°であることが好ましい。

上記のような磁束密度分布を示す磁極Ｎ１を有する磁石ローラは、例えば、磁極Ｎ１部分の中央を削ったり磁束密度の異なる磁石をはり合わせたりすることによって製造できる。

実施形態では、磁石ローラ５８は、磁極Ｎ１以外の磁極として、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配置された磁極Ｓ１、搬送ローラ５４の下部内周面部分に配置された磁極Ｓ２、搬送ローラ５４の右側内周面部分に配置された２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含むものであるが、現像ローラに最も近い磁極Ｎ１が前記した磁束密度分布を有する限り、特に制限されるものではない。

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。図３に示すように、キャリア４はトナー６に比べて相当大きい。そのため、図４に示すように、正極性に帯電したキャリア４の周囲に、負極性に帯電したトナー６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。

図１に戻り、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、磁石ローラ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。後に詳細に説明するように、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電界の存在により、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８に電気的に供給される。また、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、後に説明するように、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。キャリア４は磁石ローラ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、磁石ローラ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、磁極Ｎ２とＮ３によって形成される反発磁界によってスリーブ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。本発明において現像剤に後述する荷電粒子を含有させる場合、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。

〔３．電界形成手段〕
供給領域９０でスリーブ６０から現像ローラ４８にトナー６を効率的に移動させるために、現像ローラ４８とスリーブ６０は電界形成装置１１０と電気的に接続されている。電源の具体例が図５Ａ〜図９に示してある。

図５Ａに示す実施形態１の電界形成装置１１０は、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２（第２の電界形成手段に相当する）とスリーブ６０に接続された第２の電源１１４（第１の電界形成手段に相当する）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１１４は、スリーブ６０とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有し、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）をスリーブ６０に印加する。この結果、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直流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０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、スリーブ６０から現像ローラ４８に吸引されることはない。また、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が、図５Ｂに示すように、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。このとき、負極性トナーは、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像非画像部（Ｖ_Ｈ：−６００ボルト）との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。

実施形態２に係る図６Ａの電界形成装置１２２において、第１の電源１２４（第２の電界形成手段に相当する）は、実施形態１の電源と同様に、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、スリーブ６０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）をスリーブ６０に印加している。図６Ｂに示すように、交流電源１３４は、スリーブ６０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とスリーブ６０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がスリーブ６０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、スリーブ６０の内部の固定磁石の磁力によってスリーブ６０に保持され、現像ローラ４８に供給されることはない。また、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７Ａに示す電界形成装置１３６において、第１の電源１３８は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に直流電源１４２と交流電源１４４を有する。直流電源１４２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）をスリーブ６０および現像ローラ４８に印加する。交流電源１４４は、スリーブ６０および現像ローラ４８とグランド１４６との間に振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）Ｖ_Ｐ−Ｐが例えば１，６００ボルトの交流電圧Ｖ_ＡＣを印加する。第２の電源１４６（第１の電界形成手段に相当する）は、現像ローラ４８と交流電源１４４との間の端子１４８とスリーブ６０との間に接続された直流電源１５０を有する。直流電源１５０は、所定の直流電圧Ｖ_ＤＣ２を出力することができ、陽極が端子１４８、陰極がスリーブ６０に接続されており、これにより、スリーブ６０が現像ローラ４８に対して負極性にバイアスされている（図７Ｂ参照）。したがって、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がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。また、現像領域９６では、現像ローラ４８上の負極性トナーが、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８に示す電界形成装置１５２は、図５Ａに示す実施形態１の電界形成装置１１０において、第１の電源１１２と第２の電源１１４にそれぞれ交流電源１５４、１５６を追加したものである。交流電源１５４，１５６の出力電圧はＶ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２である。電圧Ｖ_ＡＣ１，Ｖ_ＡＣ２は同一であってもよいし、違ってもよい。図９に示す電界形成装置１５８は、図５Ａに示す実施形態の電源において、第１の電源１１２に交流電源１６０を追加したものである。交流電源１６０の出力電圧はＶ_ＡＣである。これらの形態の電界形成装置１５２，１５８も、電界形成装置１１０，１２２，１３６と同様に、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された脈流電界の作用を受けて、供給領域９０では負極性に帯電しているトナー６をスリーブ６０から現像ローラ４８に供給し、現像領域９６では負極性に帯電しているトナー６を現像ローラ４８から静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に供給する。

〔４．現像剤〕
現像剤は少なくともトナーとキャリアを含む２成分現像剤である。２成分現像剤は一般に、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、これがキャリアの寿命を低下させる。そこで、この問題を解消するために、本発明では、２成分現像剤に第３の成分として荷電粒子（インプラント粒子）が添加されることが好ましい。

図３〜４を参照して具体的に説明すると、本発明の画像形成装置及び現像装置に使用される現像剤２は、トナー６とキャリア４の他に、トナー６との摩擦接触によりトナー６を正規の極性（実施形態では負極性）に帯電する、トナー６よりも小径の荷電粒子８を含むことが好ましい。実施の形態において、荷電粒子８は、トナー６の外周面に離脱可能に保持されており、トナー補給部９８からトナー６と共に補給される。

画像形成時、荷電粒子８はトナー６やキャリア４とともに、現像槽４２の中を搬送された後、スリーブ６０に保持されて規制領域８６、供給回収領域８８、放出領域９４を移動する。この搬送過程で、トナー６の表面に保持されている荷電粒子８は、供給回収領域８８の電界中に置かれると、トナー６に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー６の外周面から離脱する。離脱した荷電粒子８は、該分離した荷電粒子８とキャリア４との間に作用するストレスによってキャリア４の外周面に保持される又は打ち込まれる。キャリア４の外周面の一部又は全体がスペントで覆われている場合、荷電粒子８はスペントに打ち込まれる。キャリア４の外周面に保持され又は打ち込まれた荷電粒子８は、トナー６との摩擦接触によりトナー６と逆の極性に帯電する。実施形態では、トナー６は負極性に帯電されるため、荷電粒子８は正極性に帯電される。その結果、荷電粒子８が打ち込まれたキャリア４は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペントに被覆されていても、スペントの無い状態と同様の荷電性を維持し、トナー６を所定の極性に帯電する。

上述のように、荷電粒子８は、トナー６と逆の極性に帯電される。そのため、供給回収領域８８では、現像ローラ４８とスリーブ６０の間に形成される電界に基づいてトナー６はスリーブ６０から現像ローラ４８に移動する。また、トナー６から分離した荷電粒子８は、供給領域９０でトナー６が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に素早く保持されて、トナー６と共に現像ローラ４８に供給されることがない、または現像ローラ６に供給されるとしてもその量は極めて僅かである。

なお、実施形態では、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は負極性、キャリア４は正極性に帯電される。また、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを負極性に帯電するとともに、荷電粒子８は正極性に帯電する。本発明に用いるトナー、キャリア、荷電粒子の帯電性は、そのような組み合わせに限るものでない。具体的に、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は正極性、キャリア４は負極性に帯電され、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを正極性に帯電するとともに、荷電粒子８は負極性に帯電する組み合わせも考えられる。

〔５．具体的な材料〕
トナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。

〔荷電粒子〕
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がある。

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。

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０．５〜２．０重量％が好適である。

〔トナー〕
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である。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。

トナーは、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。

〔バインダー樹脂〕
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〕
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〕
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。

〔その他の添加剤〕
その他、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、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。流動化剤は、トナー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。これら添加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〕
本発明においてキャリアは比較的小径、低磁力および高抵抗のものを使用する。これによって供給回収領域でのトナー供給時の磁気ブラシを比較的軟らかく、均一で、しかも緻密なものとすることができる。またトナー回収時の磁気ブラシを比較的硬く、均一でしかも緻密なものとすることができる。特に高抵抗のキャリアを使用するので、トナー供給後のカウンタチャージが残留し、回収部でのトナー回収が促進される。また小径かつ低磁力のキャリアを使用するので、磁気ブラシが均一かつ緻密になる。

キャリアの１０^６／４π（Ａ／ｍ）磁場での磁化は１００〜３００ｍＷｂ／ｍ^２（ミリＷｂ／ｍ^２）である。磁化が小さすぎると、キャリアが現像ローラへ移行してその部分が現像されず白く抜けたり、キャリアの感光体への移行により感光体を傷つけたりする。磁化が大きすぎると、磁気ブラシが硬くなり、ブラシ中に封じ込められたトナーが移行できず現像ローラ上のトナー不足になる。
キャリアの比抵抗は１×１０^１２〜１×１０^１５Ωｃｍであり、好ましくは１×１０^１２〜１×１０^１４Ωｃｍである。比抵抗が小さすぎると、電荷注入によりキャリアが現像ローラに付着する。また、トナーの回収能力が低下する。比抵抗が大きすぎると、現像ローラへのトナー移動量が減少する。
キャリアの体積平均粒径は２０〜５０μｍであり、好ましくは２５〜４０μｍである。粒径が小さすぎると、キャリアが現像ローラに付着する。また、トナーの回収能力が低下する。粒径が大きすぎると、磁気ブラシが粗くなり現像ローラ上のトナー層が不均一となる。

キャリアは上記のように小径、低磁力および高抵抗のものであれば、種類は特に制限されず、バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれのものを用いてもよい。

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、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も使用できる。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。

以下、部は重量部を意味するものとする。
（キャリアａ１の製造）
ポリエステル樹脂１００部に対し、粒径が０．４５μｍのマグネタイト粉２００部をスーパーミキサーで混合し、この混合物を溶融混練した。冷却後、２ｍｍに粗粉砕し、更に微粉砕・分級によりキャリアａ１を得た。キャリアａ１は平均粒径が２０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２Ωｃｍであった。
（キャリアａ２の製造）
亜鉛系フェライト粉を２００部用いたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりキャリアａ２を得た。キャリアａ２は平均粒径が２０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１３Ωｃｍであった。
（キャリアａ３の製造）
マグネタイトを１８０部用いたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりキャリアａ３を得た。キャリアａ３は平均粒径が２０μｍ、磁化が９０ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２Ωｃｍであった。
（キャリアａ４の製造）
粒径１．５μｍのマグネタイトを２００部用いたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりキャリアａ４を得た。キャリアａ４は平均粒径が２０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１６Ωｃｍであった。

（キャリアｂ１の製造）
粉砕条件を変えて平均粒径を３０μｍとしたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりキャリアｂ１を得た。キャリアｂ１は平均粒径が３０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２Ωｃｍであった。

（キャリアｃ１の製造）
粉砕条件を変えて平均粒径を４０μｍとしたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりキャリアｃ１を得た。キャリアｃ１は平均粒径が４０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２Ωｃｍであった。

（キャリアｄ１の製造）
粉砕条件を変えて平均粒径を５０μｍとしたこと、および亜鉛系フェライト粉を３００部用いたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりキャリアｄ１を得た。キャリアｄ１は平均粒径が５０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２Ωｃｍであった。
（キャリアｄ２の製造）
平均粒径５０μｍのＭｎＺｎフェライト球に２０％のポリスチレン−ブチルメタクリレート／テトラヒドロフラン溶解液を用いて転動流動装置でコーティングを施してキャリアｄ２を得た。キャリアｄ２は平均粒径が５０μｍ、磁化が３００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１５Ωｃｍであった。
（キャリアｄ３の製造）
溶解液濃度を３０％にしたこと以外、キャリアｄ２と同様の方法によりキャリアｄ３を得た。キャリアｄ３は平均粒径が５０μｍ、磁化が３００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１６Ωｃｍであった。
（キャリアｄ４の製造）
飽和磁化特性のより低いＭｎＺｎフェライト球を選択したこと以外、キャリアｄ２と同様の方法によりキャリアｄ４を得た。キャリアｄ４は平均粒径が５０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１５Ωｃｍであった。

（キャリアｅ１の製造）
粉砕条件を変えて平均粒径を６０μｍとしたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりキャリアｅ１を得た。キャリアｅ１は平均粒径が６０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２Ωｃｍであった。
（キャリアｅ２の製造）
ＭｎＺｎフェライト球の平均粒径を６０μｍとしたこと以外、キャリアｄ４と同様の方法によりキャリアｅ２を得た。キャリアｅ２は平均粒径が６０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１５Ωｃｍであった。

（キャリアｆ１の製造）
粉砕条件を変えて平均粒径を６０μｍとしたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりｆ１を得た。キャリアｆ１は平均粒径が６０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２ｃｍであった。
（キャリアｆ２の製造）
粉砕条件を変えて平均粒径を１５μｍとしたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりｆ２を得た。キャリアｆ２は平均粒径が１５μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２ｃｍであった。
（キャリアｆ３の製造）
平均粒径２０μｍのフェライト球を用い、キャリアｄ３と同様の方法によりｆ３を得た。キャリアｆ３は平均粒径が２０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１６ｃｍであった。
（キャリアｆ４の製造）
粒径が０．３５μｍのマグネタイト粉を２００部用いたこと以外、キャリアａ１と同様の方法によりｆ４を得た。キャリアｆ４は平均粒径が２０μｍ、磁化が１００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１１ｃｍであった。
（キャリアｆ５の製造）
飽和磁化特性がより高いフェライト球を選択したこと以外、キャリアｄ２と同様の方法によりｆ５を得た。キャリアｆ５は平均粒径が２０μｍ、磁化が３５０ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１５ｃｍであった。

（キャリア平均粒径）
平均粒径はコールターカウンター（コールター社製）によって測定される。
（キャリア磁化）
磁化は磁気特性測定装置（旭製作所社製）によって１０^６／４π（Ａ／ｍ）磁場で測定された値を用いている。
（キャリア比抵抗）
キャリアの比抵抗は、２ｃｍ^２の電極間にキャリア０．５ｇを充填し、５００ｇ／ｃｍ^２の加重をかけてギャップを測定し、５００Ｖの電圧印加持の電流値と電極面積・ギャップとから算出する。

（トナーＡの製造）
スチレン−メタクリレートエステル系樹脂(Ｍｗ；２２００００、Ｍｎ；８３００、Ｔｇ；５８℃)１００重量部にカーボンブラック６重量部、Ｓ３４（オリエント化学社製）４重量部を高速せん断混合機で混合し、熱混練の後、冷却・粉砕・分級を行い、体積平均粒径６μｍのトナー粒子を得た。トナー粒子に対して平均一次粒径０．３〜１μｍのチタン酸ストロンチウム１重量％、および平均一次粒径６０ｎｍの疎水化処理シリカ０．５重量％処理したものを使った。トナーＡの帯電量は−４０μＣ／ｇであった。

（トナーＢの製造）
Ｍｗ；２６００００、Ｍｎ；９０００のポリエステル樹脂を使用したこと以外、トナーＡの製造方法と同様の方法によりトナーＢを得た。トナーＢの帯電量は−６０μＣ／ｇであった。

（トナーＣの製造）
トナーＡの樹脂とアミノアクリル樹脂（Ｍｗ；２１００００、Ｍｎ；８０００）の割合を８：２としたこと以外、トナーＡの製造方法と同様の方法によりトナーＣを得た。トナーＣの帯電量は−２５μＣ／ｇであった。

（トナー帯電量）
トナーの帯電量は、ブローオフ粉体帯電量測定装置（東芝ケミカル社製）を用い、鉄粉キャリア（Ｚ−１５０／２５０）（パウダーテック社製）に対してトナーサンプルを濃度０．２ｗｔ％で混合したものを、ターブラーミキサーで１分間混合した際の値で示してある。装置条件はＳＵＳ４００ｍｅｓｈ、ブロー圧力１ｋｇｆ／ｃｍ^２、６０秒値である。

（実施例１）
トナーＡと表１に記載の粒径、磁化および比抵抗を有するキャリアとをトナー混合比１２重量％で混合して現像剤を得た。
コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂＣ３５０用磁石ローラにおいて、現像ローラと最も近い磁極Ｎ１の磁束密度分布が表１に記載のピークＰ１およびＰ２ならびにピーク境界を示すように磁極形状を調整した。
上記現像剤および磁石ローラを、図１に示す形態の現像装置を組み込んだ画像形成装置（ｂｉｚｈｕｂＣ３５０；コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製）に搭載した。この画像形成装置を用いて、Ｂ／Ｗ比３％の画像を５万枚プリントした。

現像条件は以下の通りである。電界形成装置は、図９に示す形態を採用し、搬送ローラに直流電圧Ｖ_ＤＣ２：−５００ボルトを印加し、現像ローラには、直流電圧Ｖ_ＤＣ１：−３６０ボルトと交流電圧を印加した。交流電圧は、周波数：２ｋＨｚ、振幅Ｖ_Ｐ−Ｐ：１，６００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。現像ギャップ５０は０．３ｍｍに設定し、供給回収ギャップ５６は０．６ｍｍに設定し、搬送ローラの現像剤搬送量は５０ｍｇ／ｃｍ^２となるように規制部を設定した。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（画像部）の電位は−６０ボルトであった。なお、現像電位（＝直流電圧Ｖ_ＤＣ１−静電潜像の電位）の変更は、直流電圧Ｖ_ＤＣ１を変えることにより行った。

・画像ムラ
サンプル画像を目視により観察し、評価した。
◎；画像ムラは全くなかった；
○；画像ムラがわずかに認められた；
△；画像ムラが一部で明らかに認められたが、実使用上問題なかった；
×；画像ムラが全面にわたって認められた。

・画像濃度
サンプル画像よりベタ画像部の濃度を反射濃度計（ベックマン社製）により測定した。画像濃度は高いほど好ましく、１．００以上が実使用上問題のない範囲であり１．０５以上が好ましい範囲であり、１．２以上がより好ましい範囲である。

・ゴースト
ゴーストは、サンプル画像に基づいて目視で評価した。
◎；ゴーストは全くなかった；
○；ゴーストがわずかに認められた；
△；ゴーストが一部で明らかに認められたが、実使用上問題なかった；
×；ゴーストが全面にわたって認められた。

・キャリア付着
キャリア付着は、現像ローラー上のトナー層を粘着テープで剥離し、１ｃｍ幅×全長でのキャリアの数を目視で調べた。全く無いのは◎、１〜３個であれば○、４〜５個であれば画像上にノイズが現れないので実使用上問題ないので△であり、５個を越えれば明らかに画像に付着しノイズが現れるので×とした。

（実施例２〜１３／比較例１〜１２）
トナーＡと表１に記載の粒径、磁化および比抵抗を有するキャリアとを、トナーのキャリアに対する被覆率が実施例１の現像剤と同様になるようなトナー混合比で混合して現像剤を得た。
コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂＣ３５０用磁石ローラにおいて、現像ローラと最も近い磁極Ｎ１の磁束密度分布が表１に記載のピークＰ１およびＰ２ならびにピーク境界を示すように磁極形状を調整した。
上記現像剤および磁石ローラを用いたこと以外、実施例１と同様の方法により、５万枚のプリントおよび評価を行った。

（実施例１４〜２４）
表２に記載のトナーと表２に記載の粒径、磁化および比抵抗を有するキャリアとを、トナーのキャリアに対する被覆率が実施例１の現像剤と同様になるようなトナー混合比で混合して現像剤を得た。
コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂＣ３５０用磁石ローラにおいて、現像ローラと最も近い磁極Ｎ１の磁束密度分布が表２に記載のピークＰ１およびＰ２ならびにピーク境界を示すように磁極形状を調整した。
上記現像剤および磁石ローラを用いたこと、および現像ローラに印加される交流電圧のＶ_ｐｐおよび周波数、現像ギャップＤｓおよび現像電位を表２に記載のように変更したこと以外、実施例１と同様の方法により、５万枚のプリントおよび評価を行った。

本発明に係る画像形成装置の概略構成と本発明に係る現像装置の断面を示す図。図１に示す磁石ローラの中心軸に対する垂直断面における磁束密度分布の一例を模式的に示す図。現像剤の組成の一例を模式的に説明する図。キャリアの表面に、荷電粒子を保持したトナーが付着している状態を模式的に示す図。電界形成装置の一実施形態を示す図。図５Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。電界形成装置の他の実施形態を示す図。図６Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。電界形成装置の他の実施形態を示す図。図７Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。電界形成装置の他の実施形態を示す図。電界形成装置の他の実施形態を示す図。従来の搬送ローラおよび現像ローラの関係を模式的に示すとともに、従来の搬送ローラにおける磁石ローラの磁束密度分布を模式的に示す図。

符号の説明

１：画像形成装置、２：現像剤、４：キャリア、６：トナー、８：荷電粒子、１２：感光体、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：磁石ローラ、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、
固定配置された磁石ローラおよび該磁石ローラを内包し、その周囲を回転可能に支持された円筒スリーブを有してなり、上記現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第１の搬送部材と、
第１の領域を介して上記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
上記第１の搬送部材と上記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、上記第１の搬送部材が保持している現像剤からトナーを上記第２の搬送部材に移動・分離させる第１の電界形成手段と、
上記第２の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、上記第２の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記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の搬送部材における円筒スリーブの回転方向と第２の搬送部材の回転方向が同じであり、
上記キャリアは体積平均粒径が２０〜５０μｍ、１０^６／４π（Ａ／ｍ）磁場での磁化が１００〜３００ｍＷｂ／ｍ^２、比抵抗が１０^１２〜１０^１５Ωｃｍであり、
第１の搬送部材の磁石ローラの中心軸に対する垂直断面Ｓにおいて、磁石ローラにおける第２の搬送部材に最も近い磁極が、２つの磁束密度のピークを有し、円筒スリーブ回転方向について上流側のピークＰ１および下流側のピークＰ２が以下の関係式；
ピークＰ１の磁束密度≦ピークＰ２の磁束密度
（但し、ピークＰ１の磁束密度＝ピークＰ２の磁束密度のとき、上記垂直断面Ｓにおいて磁石ローラ中心軸を中心とする中心角を、磁石ローラ中心軸と第２の搬送部材中心軸とを結ぶ線分Ｌを基準（０°）に、該線分Ｌより円筒スリーブ回転方向を負方向として、該方向と逆方向を正方向として表した場合、ピークＰ１の中心角Ａ１の絶対値はピークＰ２の中心角Ａ２の絶対値より大きい）を満たすことを特徴とする現像装置。
ピークＰ１は磁束密度が５０〜８０ｍＴであって、中心角Ａ１が１０〜４０°であり、ピークＰ２は磁束密度が８０〜１２０ｍＴであって、中心角Ａ２が−２０〜−４０°であり、両ピークの境界は中心角Ｂが−１０〜＋１０°であることを特徴とする請求項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。