JP5384129B2 - 画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成方法に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ローラ上に均一に薄層形成した後、このトナーを現像ローラから感光体上に形成された静電潜像に飛翔させて現像し、画像形成する画像形成方法に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における、乾式トナーを用いた現像方式としては、トナーのみを用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式はキャリアを用いないため、キャリアおよびトナーから形成される磁気ブラシによって静電潜像担持体（以下、感光体とも称する）上の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合は透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる二成分現像方式を採用する場合が多い。

二成分現像方式は安定した帯電量が長期にわたって得られるため、長寿命化に適している。しかし二成分現像方式は、前記した磁気ブラシによる影響のため、画質の点では不利である。そのため、これら２つの現像方式のそれぞれの利点を活かすべく、長寿命化を考慮して帯電領域は二成分現像方式を採用し、現像領域は高画質化を狙って一成分現像方式を採用したタッチダウン現像方式、あるいはハイブリッド現像方式と呼ばれる現像方式が注目されている。特に、高画質化および長寿命化が重視されるフルカラー画像形成装置においては、この現像方式の特徴が充分に発揮される。

このタッチダウン現像方式は、トナーおよびキャリアを含有する二成分現像剤により現像剤担持体（以下、磁気ローラとも称する）表面に磁気ブラシを形成させ、その磁気ブラシからトナーのみをトナー担持体（以下、現像ローラとも称する）の表面に移送させてトナーの薄層を形成した後、静電潜像が形成された感光体の表面にトナーを飛翔させてトナー像として現像する方式である。

しかしながらタッチダウン現像方式では、現像ローラ上の現像に用いられなかった残トナーを磁気ローラの磁気ブラシで剥ぎ取り、同時に、磁気ブラシから現像ローラへトナーを供給する必要があるが、残トナーの剥ぎ取りが不充分であったり、現像ローラへのトナー供給が不充分である場合、現像ローラから感光体へトナーが飛翔した後の残像が２周目にも現れる、いわゆる現像ゴースト（履歴現象）が発生しやすいという問題がある。

この現像ゴーストは図５に示すように、最大濃度のベタ画像の静電潜像５０を現像ローラの１周目で現像し、それに続く現像ローラの周回（２周目）で、例えばハーフ濃度画像５２の静電潜像を現像したとき、現像ローラ上のトナー薄層における１周目にベタ画像を形成するために使用した領域による、ハーフ濃度画像の現像領域の画像濃度が他の領域に較べて低くなり、残像５４として表出する現象である。この現像ゴーストは、第２周目のバックグラウンドがハーフ濃度の時により顕著になり、現像ローラ上の残トナーが多い場合は剥ぎ取りが困難になるため、より起こりやすくなる。

このような現像ゴーストに対して本願出願人は、種々の対策を提案してきた。例えば本願出願人の出願になる特許文献１では、静電潜像担持体として正帯電性の厚さ１０〜２５μｍのアモルファスシリコン感光層を表面に有し、感光体の表面電位を０〜２５０Vの範囲内とし、かつ、感光体の露光後電位を０〜１００Vの範囲内として正帯電性トナーを使用し、カブリの発生を回避しつつ、現像の残像（ゴースト）の履歴現象の発生を防ぐ画像形成方法を提案している。

また特許文献２においては、静電潜像担持体として厚さ１０〜２５μｍのアモルファスシリコン感光層を表面に有し、静電潜像担持体と現像ロールとの間に０〜２００Ｖのバイアス電圧Ｖｄｃ１を印加する第一直流用電源部と、交流用電源部とを設けて、磁気ロールには第二直流用電源に電圧を印加し、現像ロールの電位と磁気ロールの電位との電位差を１００〜３５０Ｖとしてカブリの発生を回避しつつ、現像の残像（ゴースト）の履歴現象の発生を防ぐようにした画像形成装置を提案している。

さらに特許文献３では、小粒径化（例えば６．８μｍ）したトナーを用いてタッチダウン現像を行っても、画像濃度の低下、選択現像による現像ローラへの微粉トナー付着、現像器内の微粉トナーの増加による画質低下、ゴースト画像の発生などを防止し、良好な画像を長期に渡って維持することができるようにした、画像形成装置における現像方法及び該現像方法を用いた現像装置を提案した。

この特許文献３で本願出願人は、どのような条件とすれば選択現像、ゴースト画像を防げるかを考察するため、感光体上の静電潜像の現像に必要なトナー量や現像ローラ上のトナー薄層量との関係、またこれらの関係と、現像ローラや磁気ローラに与えるバイアス電圧や、現像ローラ上のトナーが感光体上の静電潜像の現像にどの程度用いられているかを表す現像効率、及び、それらの値と現像ローラと感光体との間隔（ギャップ）などの関係を調査した。

その結果、まず、用紙上で十分な画像濃度を確保するためには、感光体に０．６ｍｇ／ｃｍ^２のトナーを現像ローラから飛翔させる必要があることがわかった。そして、現像ローラ上のトナーが感光体上の静電潜像の現像にどの程度用いられているかを表す現像効率は、現像ローラに印加する直流現像バイアス電圧を高くし、現像ローラ上のトナー薄層からトナーを感光体上の静電潜像に飛翔させる現像バイアス電圧と、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために磁気ローラに印加するトナー層形成バイアス電圧との差、ΔＶを小さくすると良くなることもわかった。

そして、このように現像バイアス電圧とトナー層形成バイアス電圧との差ΔＶを小さくすると、現像ローラ上のトナー薄層のトナー量は少なくなり、選択現像やゴーストの発生も少なくなる。これは、現像効率を上げるために現像ローラ上に形成するトナー薄層のトナー量を少なくし、現像ローラ上の多くのトナーが現像に使用されることにより選択現像が少なくなり、かつ、現像ローラ上の現像に使用されなかったトナーの剥ぎ取りと新しいトナー薄層の形成が容易となるため、ゴーストも少なくなるためと考えられる。

そのため、現像ローラ上のトナー薄層からトナーを感光体上の静電潜像に飛翔させる現像バイアス電圧を高くすることで現像効率を高め、かつ、感光体上の静電潜像に現像に必要な０．６ｍｇ／ｃｍ^２のトナーを飛翔させるため、この必要トナー量（０．６ｍｇ／ｃｍ^２）に上記現像効率を乗じ、そのトナー量が現像ローラ上のトナー薄層に形成されるよう前記ΔＶ、またはトナー層形成バイアス電圧を定めると、例え平均粒径を小粒径化（例えば６．８μｍ）したトナーを用いてタッチダウン現像を行っても、画像濃度の低下、選択現像による現像ローラへの微粉トナー付着、現像器内の微粉トナーの増加による画質低下、ゴースト画像の発生などを防止し、良好な画像を長期に渡って維持することができる、現像方法と現像装置を提供することができるわけである。

特開２００２−１０８１０５号公報 特開２００２−１１６６１８号公報 特開２００８−２７５７０６号公報

しかしながら、この特許文献３で提案したように現像ローラ上のトナー薄層を薄くすると、トナー量不足によってベタ画像濃度の低下という問題を引き起こしやすくなり、現像条件の最適範囲が極めて狭くなって制御が困難になりやすい。使用するトナーや使用環境によっては、現像ゴーストが発生しなくなるトナー薄層では、現像性が不充分になってしまって両立しない場合も起こり得る。

また反対に、現像ローラ上のトナー薄層を充分に厚くして現像ローラから感光体への現像性を高め、ベタ画像を現像した後の現像ローラ２周目以降の現像性も確保し、現像ゴーストの発生を抑えるようにすることもできるが、現像ローラ上のトナー薄層を厚くするためには、現像ローラと磁気ローラに印加する直流バイアス電圧の差ΔＶを大きくする必要があり、そのため磁気ローラに印加する直流電圧が高くなって現像過多や、地肌かぶり等の問題が発生する。

そのため本発明においては、タッチダウン現像方式の現像手段を具備する画像形成装置において、現像ゴーストやカブリを抑え、高画質の画像を長期間にわたって得ることができる、画像形成方法を提供することが課題である。

上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、現像ローラへ充分なトナー薄層を形成させるためには、現像ローラと磁気ローラに印加する直流電圧の差ΔＶを大きくする必要があるが、現像ローラに印加する直流電圧を０Ｖ以下、−５００Ｖ以上に設定することで、ΔＶを３５０Ｖ以上８００Ｖ以下と大きくし、現像ゴースト等の不具合を解消できることを見出して本発明を完成させるに至った。

すなわち、現像ゴーストの発生要因としては、現像ローラ上のトナー薄層を感光体上の静電潜像の現像に使用した後、磁気ローラが担持する磁気ブラシで現像ローラ上に残った残トナーを完全に剥ぎ取ることができないことが第１にあげられ、また、その現像でトナー薄層が欠落した部分に磁気ブラシでトナーを供給するが、薄層が欠落した部分とその周囲とで、現像ローラの現像性に差が生じることが現像ゴースト発生の第２の要因として上げられる。

特にこの２つ目の現像ゴースト発生要因は重要であり、静電潜像への現像でトナーが使われてなくなった現像ローラ上の欠落部分に、磁気ブラシでトナーを供給した際に現像性が低下するということは、磁気ローラから現像ローラへのトナー供給能力が低いということであり、そのためには、現像ローラと磁気ローラに印加する直流電圧の差ΔＶを大きくする必要がある。

ところが、前記特許文献１、特許文献２にも記されているように、磁気ローラの直流電圧を高く設定すると、必要以上に現像量が増加して文字太りなど現像過多の状態になる。更に感光体の表面電位よりも高めに設定すると、地肌かぶりの問題も引き起こす。したがって、磁気ローラに印加する直流電圧は必然的に上限が決定され、それ以上は高く設定できないことになる。

そのため本発明者らは、磁気ローラへの印加電圧は変えずに現像ローラに印加する直流電圧を、正帯電トナーを用いた場合、０Ｖ以下、−５００Ｖ以上に下げることでΔＶ（現像ローラと磁気ローラに印加する直流電圧の差）を大きく設定し、磁気ローラから現像ローラへのトナー供給力を大きくすることを考えた。

このとき、現像ローラに印加する直流電圧だけを下げても、現像ローラから感光体への現像性は大きく変動しないことが確認されている。これは、正帯電トナーが現像ローラから感光体へ移動する力は、現像ローラに印加されるバイアス電位にトナー薄層の表面電位を上乗せした実効電位によるからである。つまり、現像ローラに印加する直流電圧を下げることで、感光体の明電位との電位差は小さくなるが、現像ローラと磁気ローラに印加する直流電圧の差ΔＶが大きくなることで、トナー薄層が厚くなって現像ローラ上の正帯電トナーによる薄層の表面電位が上がり、実際の実行電位はそれほど低下しないわけである。

従って、前記課題を解決するため本発明になる画像形成方法は、
内部に複数の磁極を有し、トナー層形成バイアスを印加した磁気ローラ上にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより、現像バイアスを印加した現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、前記現像バイアスによりトナー薄層のトナーで感光体上に形成された静電潜像を現像して画像形成する画像形成方法において、
現像ローラに印加する現像バイアスのうち、直流バイアス電圧を０Ｖ以下、−５００Ｖ以上とし、前記現像ローラと磁気ローラとに印加する直流バイアス電圧の差を３５０Ｖ以上、８００Ｖ以下とし、前記トナーは正帯電トナーであり、比誘電率が１０以上の感光体を用いておこなうことを特徴とする。

このように、現像ローラと磁気ローラとに印加する直流バイアス電圧の差を３５０Ｖ以上、８００Ｖ以下とすることで、現像ローラ上に充分なトナー量のトナー薄層を形成して現像ゴーストを防ぐことができる。しかもこの電圧差は、現像ローラに印加する直流バイアス電圧を０Ｖ以下、−５００Ｖ以上とすることで実現しているから、磁気ローラへの直流バイアス電圧を変えずに現像ローラと磁気ローラの直流バイアス電圧の差を大きくしているわけで、それによって現像剤漏れをも防ぐことができる。

そして、前記トナーは正帯電トナーであり、比誘電率が１０以上の感光体を用いておこなうことで、誘電率の高い感光体の場合、電荷を発生しやすいことから鏡像力が強くなってトナーが離れにくくなる。従って、現像ローラから感光体へのトナー移動が選択的となり、現像に寄与できるトナーが実質減少するため、現像ゴースト等の不具合もより顕在化する。例えば、アモルファスシリコンドラムの比誘電率εは１１〜１２であるが、ＯＰＣ（ε＝３〜４）に比べてトナーの付着力が高く、選択現像も起こりやすいために現像ゴーストが発生する。また、比誘電率が大きいと静電容量も大きくなり、現像ローラと感光体の距離である現像ギャップの変動影響をより受けることになるため、現像ムラも起こりやすい。しかし前記したように、現像ローラと磁気ローラとに印加する直流バイアス電圧の差を３５０Ｖ以上、８００Ｖ以下とすることで、回収電界を大きくすることができ、感光体への現像性を高めてムラのない均一な画像を得ることが可能になる。

以上記載のごとく本発明になる画像形成方法は、現像ローラに印加する直流電圧を下げて磁気ローラから現像ローラへのトナー供給力を上げることで、カブリ等の問題を発生させずに現像ゴーストを回避することが可能になる。また、感光体から現像ローラへの回収電界が大きくなり、選択現像を防止して、ムラのない均一な画像を得ることができる。

本発明の画像形成方法における現像ローラ２４と磁気ローラ２０に印加する現像バイアス電圧波形を示したもので、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来のバイアス電圧波形である。 本発明になる画像形成方法による効果を検証した結果を纏めた表である。 磁気ローラ２０に印加する直流バイアス電源ＤＣ３６ｄの電圧を０Ｖに固定して、現像ローラ２４に印加する直流バイアス電源ＤＣ３８ｄの電圧を振ったときの、ローラ間の電圧差ΔＶに対する現像ローラ２４上に形成されたトナー薄層の表面電位をプロットしたグラフである。 本発明になる画像形成方法を実施する現像装置の一例の構成概略断面図である。 現像ゴーストの発生メカニズムを説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

最初に図４を用い、本発明になるカラー画像形成装置における現像装置２の一例の構成概略について説明する。画像形成装置を構成する感光体４の表面は帯電手段６により帯電された後、露光手段８からの露光により静電潜像が形成され、本発明になる現像装置２からトナーが供給されてトナー像として現像される。そして形成されたトナー像は、感光体４から、無端ベルト１０上を移動する図示していない被転写体へ転写手段１２により転写され、定着された後排出されて、感光体４の表面に残ったトナーはクリーニング手段１４でクリーニングされる。

このうち感光体４としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体や、導電性基体上に電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂等を含有する単層または積層の感光層が形成された有機感光体等で構成される。帯電手段６としては、スコロトロン方式、帯電ローラ、帯電ブラシ等が用いられ、また、露光手段８は、ＬＥＤまたは半導体レーザー等を用いる。なお感光体４は、表面電位（暗電位）＋４２０Ｖで、露光後のベタ部明電位は＋１００〜＋８０Ｖとなっている。

本発明になる現像装置２は、図示のように、２成分現像剤を収容するハウジング１６内に、２成分現像剤を磁気的に吸着して磁気ブラシを表面に形成する磁気ローラ２０と、この磁気ローラ２０上に吸着された現像剤量を規制する穂切りブレード２２、トナー薄層を表面に形成して回転する円筒状の現像ローラ２４とからなり、この現像ローラ２４が帯電電位の差からなる静電潜像を保持する感光体４と対向するように配置されると共に、磁気ローラ２０が感光体４とは異なった部位で近接するように配置されている。また、ハウジング１６内の磁気ローラ２０と隣接する位置には第１の現像剤攪拌室２６が、さらにこの第１の現像剤攪拌室２６と隔壁３０によって仕切られた隣には、第２の現像剤攪拌室２８が、そしてこれら第１の現像剤攪拌室２６と第２の現像剤攪拌室２８の上部には、トナーをこれら攪拌室２６、２８に供給するトナーコンテナ４０が設けられている。

そしてこの第１の現像剤攪拌室２６と第２の現像剤攪拌室２８とは、磁気ローラ２０の軸線方向における両端部で連通しており、現像剤の攪拌と軸方向への現像剤の搬送を行なうパドルミキサー３２と、攪拌ミキサー３４とがそれぞれに設けられている。これら２つのミキサー３２、３４は互いに逆方向に現像剤を搬送するように回転方向が設定されており、現像剤が第１の現像剤攪拌室２６と第２の現像剤攪拌室２８とを循環するようになっている。

磁気ローラ２０は、位置が固定支持された磁石の外周に回転可能な円筒状のスリーブを配置して構成され、このスリーブ表面にトナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤を磁気的に吸着し、２成分現像剤の磁気ブラシを形成するとともにスリーブが回転して、現像剤を搬送するようになっている。

また、磁気ローラ２０には現像ローラ２４上にトナー薄層を形成するため、磁気ローラ用直流バイアス電源ＤＣ３６ｄから、例えば＋３００〜＋５３０Ｖのトナー層形成用直流バイアス電圧を印加することができるようになっている。一方現像ローラ２４は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムの円筒体やフェノール樹脂からなる円筒体、またはアルミニウムの円筒体の表面に樹脂層を形成したもの等が用いられ、現像ローラ上のトナーを感光体上の静電潜像に飛翔させるため、直流バイアス電源ＤＣ３８ｄから、例えば＋５０〜＋２００Ｖの直流と、交流バイアス電源ＡＣ３８ａからＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚの交流を重畳した現像バイアス電圧を印加することができるようになっている。なお、磁気ローラ２０には、更に交流（ＡＣ）バイアスを重畳する方式でも本発明は好適に作用する。

前記現像剤は、第１の現像剤攪拌室２６と第２の現像剤攪拌室２８とにおいて搬送されるとともに攪拌され、トナーとキャリアとの間の摩擦帯電によってトナーに所定の電荷が付与される。そして攪拌、帯電された現像剤は、パドルミキサー３２によって磁気ローラ２０に供給され、磁気ローラ２０は現像剤を磁気的に吸着してトナーとキャリアとからなる現像剤の磁気ブラシを形成し、回転により現像ローラ２４との対向位置まで搬送する。

そして、現像ローラ２４へは直流バイアス電源ＤＣ３８ｄから例えば＋１８０Ｖの直流現像バイアス電圧が、磁気ローラ２０には磁気ローラ用直流バイアス電源ＤＣ３６ｄから例えば＋３５０Ｖのトナー層形成バイアス電圧が印加されているから、これらの印加電圧によって現像ローラ２４と磁気ローラ２０との間に電界が形成され、正電荷（＋帯電）を有するトナーは現像ローラ２４へ転移して現像ローラ２４の表面にトナー層が形成される。一方キャリアは磁気ローラ２０に磁気的に吸着されたまま転移せずに残る。

現像ローラ２４上に形成されたトナー層は、現像ローラ２４の回転によって現像領域へ搬送され、現像ローラ２４に印加されている例えば＋１８０Ｖの直流電圧と、現像時に印加される例えばＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比２７％の矩形波による交流とを重畳した現像バイアス電圧により、感光体４と現像ローラ２４との間の電界内を飛翔し、感光体４の表面に付着して現像が行なわれる。

なお、カラー画像形成装置には、以上説明してきた現像装置がカラー画像形成装置で一般的に用いられる、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色分設けられる。また現像装置としては、以上説明してきた構成のものだけでなく、前記したタッチダウン現像方式を用いる現像装置であれば、どのような形式の画像形成装置であっても良いことは自明である。

以上が本発明に係る現像方法を実施する、画像形成装置の現像装置の一例概略構成図であるが、次に、本発明に係る現像方法に用いる現像剤のうち、黒トナーについて説明するが、他の色のトナーも同様にして形成できる。本発明の２成分現像剤は、磁性キャリアおよび非磁性トナーからなり、この非磁性トナーは、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを含有するトナーである。

まず非磁性トナーは、結着樹脂を、次の方法で製造した。すなわち、ポリオキシプロピレン（２．２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン４．０ｍｏｌ、ポリオキシエチレン（２．２）−２，２−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン１．０ｍｏｌ、テレフタル酸４．５ｍｏｌ、無水トリメリット酸０．５ｍｏｌと酸化ジブチル錫４ｇを、窒素雰囲気下、２３０℃で８時間かけて反応させて軟化点１２０℃のポリエステル樹脂を得た。

そして、上記で製造したポリエステル樹脂を１００部、カルナバワックス（加藤洋行社製、品番：Ｃ１）を５．５部、着色剤としてカーボンブラック（三菱化学製、品番：ＭＡ１００）を４部、４級アンモニウム塩（藤倉化成製、品番：ＦＣＡ２０１ＰＳ）を３部の混合物を、ヘンシェルミキサー（三井鉱山製ＦＭ−２０Ｂ）で混合後、二軸押出機（池貝製ＰＣＭ−３０）にて１００〜１２０℃の温度範囲で溶融混練した。

それを冷却後、ジェットミル（日本ニューマチック工業製超音波ジェットミルＩ型）で微粉砕し、得られた微粉砕品を分級して体積平均粒径６．８μｍの黒色トナー粒子を得た。そして、得られたトナー粒子１００部に対し、疎水性シリカ微粒子（日本アエロジル製、品番：ＲＡ−２００Ｈ）を１．０部、酸化チタン微粒子（チタン工業製、品番：ＳＴ−１００）を０．５部加え、ヘンシェルミキサー（三井鉱山製ＦＭ−２０Ｂ）にて４分混合し、トナーを得た。

なお、正帯電性電荷制御剤として上記した４級アンモニウム塩以外にも、ニグロシン染料、脂肪酸変性ニグロシン染料、カルボキシル基含有脂肪酸変性ニグロシン染料、アミン系化合物、有機金属化合物等を使用できる。

次に磁性キャリアであるが、これは、例えば鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属及びそれらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物およびこれらの混合物等の磁性体材料を焼結、アトマイズ等を行うことによって製造した磁性体粒子を使用することができる。

また、上記磁性体粒子の表面をスチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコン樹脂、アクリル変性シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂で被覆してもよい。また、上記キャリアとして磁性体分散型樹脂粒子を使用することもできる。この場合、用いる磁性体としては上記磁性体材料が使用でき、結着樹脂としては、例えばビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂あるいはこれらの混合物を挙げることができる。

具体的には、体積固有抵抗が１０^７Ωｃｍ、飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径が３５μｍのパウダーテック社製Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトキャリアを用い、前記製造方法にて得られたトナーを１２質量％調合し、ボールミルで３０分間混合して２成分現像剤を得た。

２成分現像剤中の非磁性トナーの割合は、１〜２０質量％、好ましくは３〜１５質量％であるのがよい。トナーの割合が１質量％未満の場合、画像濃度が薄くなりすぎるおそれがある。一方、トナーの割合が２０質量％を超える場合、現像装置内でトナー飛散が発生し、機内汚れや記録紙などの背景部分にトナーが付着する不具合が生じるおそれがある。

本発明の２成分現像剤における非磁性トナーは、体積平均粒径が５〜１０μｍ程度であるのがよく、また、磁性キャリアは、電子顕微鏡法による粒径で表して２０〜１５０μｍ、好ましくは３０〜９０μｍであるのがよい。キャリアの見かけ密度は、磁性材料を主体とする場合は磁性体の組成や表面構造等によっても相違するが、一般に２〜３ｇ／ｃｍ^３の範囲であるのがよい。

以上が本発明に係る画像形成方法に用いる現像剤であるが、前記したように本発明は、現像ローラ２４上のトナー薄層を充分に厚くして現像ローラ２４から感光体４への現像性を高め、ベタ画像を現像した後の現像ローラ２周目以降の現像性も確保し、現像ゴーストの発生を抑えるようにし、かつ、現像ローラ２４上のトナー薄層を厚くするために現像ローラ２４と磁気ローラ２０に印加する直流バイアス電圧の差ΔＶを大きくすることで、磁気ローラ２０に印加する直流電圧が高くなって現像過多や、地肌かぶり等の問題が発生するのを防止した画像形成方法を提供することが課題である。

そのため本発明では、現像ローラ２４へ充分なトナー薄層を形成させるため、現像ローラ２４と磁気ローラ２０に印加する直流バイアス電圧の差ΔＶを大きくするに際し、磁気ローラ２０への印加電圧はそのままに、現像ローラ２４に印加する直流バイアス電圧を０Ｖ以下、−５００Ｖ以上に設定することで、現像ローラ２４と磁気ローラ２０に印加する直流バイアス電圧の差ΔＶを３５０Ｖ以上、８００Ｖ以下と大きくし、現像ゴースト等の不具合を解消するようにしたものである。

すなわち、現像ゴーストの発生要因としては、現像ローラ上のトナー薄層を感光体上の静電潜像の現像に使用した後、磁気ローラが担持する磁気ブラシで現像ローラ上に残った残トナーを完全に剥ぎ取ることができないことが第１にあげられ、また、その現像でトナー薄層が欠落した部分に磁気ブラシでトナーを供給するが、薄層が欠落した部分とその周囲とで、現像ローラの現像性に差が生じることが現像ゴースト発生の第２の要因として上げられる。

特にこの２つ目の現像ゴースト発生要因は重要であり、静電潜像への現像でトナーが使われてなくなった現像ローラ上の欠落部分に、磁気ブラシでトナーを供給した際に現像性が低下するということは、磁気ローラから現像ローラへのトナー供給能力が低いということであり、そのためには、現像ローラと磁気ローラに印加する直流バイアス電圧の差ΔＶを大きくする必要がある。

ところが、前記特許文献１、特許文献２にも記されているように、磁気ローラの直流電圧を高く設定すると、必要以上に現像量が増加して文字太りなど現像過多の状態になる。更に感光体の表面電位よりも高めに設定すると、地肌かぶりの問題も引き起こす。したがって、磁気ローラに印加する直流バイアス電圧は必然的に上限が決定され、それ以上は高く設定できないことになる。

そのため本発明では、磁気ローラへ印加する直流バイアス電圧は変えずに現像ローラに印加する直流バイアス電圧を、０Ｖ以下、−５００Ｖ以上に下げることでΔＶ（現像ローラと磁気ローラに印加する直流バイアス電圧の差）を大きく設定し、磁気ローラから現像ローラへのトナー供給力を大きくしたものである。

このとき、現像ローラに印加する直流バイアス電圧だけを下げても、現像ローラから感光体への現像性は大きく変動しないことが確認されている。これは、トナーが現像ローラから感光体へ移動する力は、現像ローラに印加される直流バイアス電位にトナー薄層の表面電位を上乗せした実効電位によるからである。つまり、現像ローラに印加する直流バイアス電圧を下げることで、感光体の明電位との電位差は小さくなるが、現像ローラと磁気ローラに印加する直流バイアス電圧の差ΔＶが大きくなることで、トナー薄層が厚くなって現像ローラ上のトナー薄層の表面電位が上がり、実際の実行電位はそれほど低下しないわけである。

図３は、磁気ローラ２０に印加する直流バイアス電源ＤＣ３６ｄの電圧を０Ｖに固定して、現像ローラ２４に印加する直流バイアス電源ＤＣ３８ｄの電圧を振ったときの、現像ローラ２４上に形成されたトナー薄層の表面電位をプロットしたグラフである。このグラフは横軸が現像ローラ２４に印加する直流バイアス電源ＤＣ３８ｄの電圧（Ｖ）と、現像ローラ２０に印加する直流バイアス電源ＤＣ３６ｄの電圧（Ｖ）（図３では０Ｖ）との電圧差ΔＶ（Ｖ）、縦軸がトナー層電位（Ｖ）で、現像ローラ２４に印加する直流バイアス電圧をマイナス側に下げた分が大きくなるほど（すなわちΔＶが大きくなるほど）、トナー薄層の表面電位が上がっていることが分かる。

例えば、現像ローラ２４に印加する直流バイアス電圧が−４００Ｖのときの現像ローラ表面における実質的な電位は、−４００Ｖ（現像ローラ印加電圧）＋２００Ｖ（トナー層電位）＝−２００Ｖとなる。また、現像ローラ２４に印加する直流バイアス電圧が−８００Ｖのときの現像ローラ表面における実質的な電位は、−８００Ｖ（現像ローラ印加電圧）＋６００Ｖ（トナー層電位）＝−２００Ｖとなる。

図３では、磁気ローラ２０へ印加する直流バイアス電圧は０Ｖとしてあるが、実際は数百Ｖが印加されるので、上記の実効電位は数百Ｖほどプラス側にシフトすることになる。例えば、磁気ローラ２０、現像ローラ２４へ印加する直流バイアス電位がそれぞれ４００Ｖ、０Ｖとすると、現像ローラ表面における実質的な電位は０Ｖ＋２００Ｖ＝２００Ｖとなり、磁気ローラ２０、現像ローラ２４へ印加する直流バイアス電位がそれぞれ４００Ｖ、−４００Ｖとすると、現像ローラ表面における実質的な電位は−４００Ｖ＋６００Ｖ＝２００Ｖとなる。

故に、現像ローラ２４に印加する直流バイアス電圧を下げても、磁気ローラ２０に印加する直流バイアス電圧が固定されていれば、実効電位としては実質同等で、感光体４へのトナー移動量は大きく変動しないことになる。

また、このようにすることにより、感光体４からトナーが現像ローラ２４へ引き戻される力、いわゆる回収電界が大きくなることで、小粒径トナーでも選択現像を防止して、ムラのない均一な画像を得ることができる。

また、誘電率の高い感光体４の場合は、電荷を発生しやすいことから鏡像力が強くなってトナーが離れにくくなる。従って、現像ローラ２４から感光体４へのトナー移動が選択的となり、現像に寄与できるトナーが実質減少するため、現像ゴースト等の不具合もより顕在化する。例えば、アモルファスシリコンドラムの比誘電率εは１１〜１２であるが、ＯＰＣ（ε＝３〜４）に比べてもトナーの付着力は高く、選択現像も起こりやすく、現像ゴーストが発生する。また、比誘電率が大きいと静電容量も大きくなり、現像ギャップ（現像ローラと感光体の距離）の変動影響をより受けることになるため、現像ムラも起こりやすい。そこで、回収電界を大きくすることで、感光体４への現像性を高めて、ムラのない均一な画像を得ることが可能になり、アモルファスシリコンのように比誘電率が１０以上の感光体を用いても、現像ゴーストがおこらなくなるわけである。

図１は、本発明の画像形成方法における現像ローラ２４と磁気ローラ２０に印加する現像バイアス電圧波形を示したもので、（Ａ）は本発明、（Ｂ）は従来のバイアス電圧波形である。

まず図１（Ｂ）の従来の電圧波形について説明すると、
現像ローラ２４
・直流バイアス電圧（Ｖslv_dc） １００Ｖ
・交流バイアス電圧（Ｖpp、Vslv_max〜min） １８００Ｖ
・デューティ比 ４０％
磁気ローラ２０
・直流バイアス電圧（Ｖslv_dc） ３００Ｖ
・交流バイアス電圧（Ｖpp、Vmag_max〜min） ４５０Ｖ
・デューティ比 ６０％
ΔＶ（現像ローラ２４と磁気ローラ２０の直流電圧の差） ２００Ｖ
であり、感光体４の表面電位と現像ローラ２４に印加する交流バイアスの最小値との差は９７０Ｖである。

それに対して図１（Ａ）の本発明においては、
現像ローラ２４
・直流バイアス電圧（Ｖslv_dc） −２００Ｖ
・交流バイアス電圧（Ｖpp、Vslv_max〜min） １８００Ｖ
・デューティ比 ４０％
磁気ローラ２０
・直流電圧（Ｖslv_dc） ３００Ｖ
・交流バイアス電圧（Ｖpp、Vmag_max〜min） ４５０Ｖ
・デューティ比 ６０％
ΔＶ（現像ローラ２４と磁気ローラ２０の直流電圧の差） ５００Ｖ
であり、この図１（Ａ）と（Ｂ）の２つの条件で異なるのは、現像ローラ２４に印加する直流電圧のみであり、それを下げることによって、現像ローラ２４と磁気ローラ２０の直流電圧の差ΔＶが大きくなっている。従って、磁気ローラから現像ローラへのトナー供給力が大きくなり、現像ゴーストの回避が可能となる。

そして、感光体４の表面電位と現像ローラ２４に印加する交流バイアスの最小値との差は、図１（Ｂ）の従来が９７０Ｖであったのに対し、この図１（Ａ）の本発明では１２７０Ｖまで増加している。

図２の表は、以上説明してきた本発明の画像形成方法による効果を検証した結果を纏めた表である。この検証は、京セラミタ社製のタッチダウン現像方式を用いたプリンタＦＳ−Ｃ５０１６Ｎの改造機を用いて実施した。感光体４はアモルファスシリコンドラムに変更し、現像ローラ２４へ印加する電源は外部電源を用いた。評価方法としては、現像ローラ２４へ印加する直流電圧（外部電源）と、磁気ローラ２０への直流電圧（内部電源）を変化させ、前記図５に示したように、先頭にベタ画像５０を、それに続けてハーフ部分５２を有する現像ゴーストパターンからなるサンプル画像と、全面黒ベタからなるソリッド画像を印字し、現像ゴースト、地肌カブリ、現像リークを確認したものである。

この表で、「現像ローラ印加直流電圧」と記したのは現像ローラ２４への直流バイアス電圧、「磁気ローラ印加直流電圧」と記したのは磁気ローラ２０への直流バイアス電圧、「電圧差ΔＶ」と記したのは磁気ローラ２０と現像ローラ２４への直流バイアス電圧の電圧差、「現像ゴースト」は現像ゴーストの有無、「地肌カブリ」は地肌カブリの有無、「現像リーク」は感光体４との電位差が大きくなってリークが発生したことを示す。

実施例１から３においては、現像ローラ２４に印加する直流電圧が０Ｖ以下、−５００Ｖ以上であり、現像ローラと磁気ローラに印加された直流電圧の差ΔＶが３５０Ｖ以上８００Ｖ以下である。結果は、現像ゴーストの発生はなく、良好な画像が得られた。

それに対して比較例１は、ΔＶが２５０Ｖであり、磁気ローラから現像ローラへのトナー供給力が小さいため、現像ゴーストが発生した。比較例２は、ΔＶが４５０Ｖと大きいので、現像ゴーストの発生は抑えられたが、磁気ローラ２０に印加する直流電圧が４５０Ｖと高く、地肌かぶりが発生した。比較例３は、現像ローラ２４へ印加する直流電圧が−６００Ｖと低く、ΔＶは大きいので現像ゴーストは発生していないが、感光体４の明電位と現像ローラ２４に印加する交流バイアスの最小電位との差が大きくなり過ぎて、現像リーク（放電）が発生した。

以上の結果から、現像ローラ２４と磁気ローラ２０とに印加する直流バイアス電圧の差を３５０Ｖ以上、８００Ｖ以下とすることで、現像ローラ２４上に充分なトナー量のトナー薄層を形成して現像ゴーストを防ぐことができることがわかった。しかも、この電圧差は現像ローラ２４に印加する直流バイアス電圧を０Ｖ以下、−５００Ｖ以上とすることで実現しているから、磁気ロー２０ラへの直流バイアス電圧を変えずに現像ローラ２４と磁気ローラ２０の直流バイアス電圧の差を大きくしているわけで、それによって現像剤漏れをも防ぐことができるわけである。

本発明によれば、タッチダウン現像方式において従来から問題となっていた現像ゴーストを簡単な構成で防止することができ、長期間にわたって安定した高画質画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。

２ 現像装置
４ 感光体
６ 帯電手段
８ 露光手段
１０ 無端ベルト
１２ 転写手段
１４ クリーニング手段
１６ ハウジング
２０ 磁気ローラ
２２ 穂切りブレード
２４ 現像ローラ
２６ 第１の現像剤攪拌室
２８ 第２の現像剤攪拌室
３０ 隔壁
３２ パドルミキサー
３４ 攪拌ミキサー
３６ｄ 磁気ローラ用直流バイアス電源ＤＣ
３８ｄ 直流バイアス電源ＤＣ
３８ａ 交流バイアス電源ＡＣ
４０ トナーコンテナ

Claims (1)

1. 内部に複数の磁極を有し、トナー層形成バイアスを印加した磁気ローラ上にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより、現像バイアスを印加した現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、前記現像バイアスによりトナー薄層のトナーで感光体上に形成された静電潜像を現像して画像形成する画像形成方法において、
   現像ローラに印加する現像バイアスのうち、直流バイアス電圧を０Ｖ以下、−５００Ｖ以上とし、前記現像ローラと磁気ローラとに印加する直流バイアス電圧の差を３５０Ｖ以上、８００Ｖ以下とし、
   前記トナーは正帯電トナーであり、比誘電率が１０以上の感光体を用いておこなうことを特徴とする画像形成方法。

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