JP5440416B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンターなどの電子写真方式を用いた画像形成装置、および像担持体に形成された静電潜像を現像するのに使用する現像装置に係わり、特にトナーとキャリアとの２成分からなる現像剤を用いてトナー担持体上にトナー層を作成し、そのトナー層によって像担持体上の潜像を現像するための現像装置および画像形成装置に関する。

非磁性非接触１成分現像方式は、トナー担持体と像担持体との間で構成される現像領域において、ＡＣバイアスを印加することで、トナーを往復運動させて像担持体上の潜像にトナーを運び、潜像を顕像化（現像化）する。このため、２成分現像の様に磁性キャリアが像担持体に接触してトナー像を乱すことはなく、高画質である特徴を持つ。

一方、ＡＣバイアスを印加して往復運動によりトナーを運ぶことから、速度に対する制限がある。概ね５００ｍｍ／ｓを越えるとトナー担持体を複数にするなどの方策が取られる。また、同現像方式の特徴の一つに現像特性が線形でない事が挙げられる。

低コントラスト域では現像特性の傾斜が大きく、ある変曲点を境に傾斜は緩くなるという特性を示す。この影響で文字や細線などの再現がシャープトナーなり、またカブリの抑制に有利である等のメリットもある。しかし、少しの電位変動でもドットの大きさが変動しやすく濃度ムラに繋がるという課題を持つ。よって現像特性の傾斜の大きい所、あるいはその近辺に現像ＤＣバイアスを設定する事は避ける必要がある。

しかし、最近はトナーに占める色材の比率が高くなってきている。理由は、定着後の画像の盛り上がりの抑制、トナー消費の抑制など様々である。このため、目標とする濃度のトナーを付着させるのに必要な現像電位差は小さくなる傾向にあって、現像特性の傾斜の大きい領域で使用せざるを得ない場合が多くなった。

なお、出願人の知得している一般的な技術情報に基づいて背景技術を説明したが、出願人の記憶する範囲において、出願前までに先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有していない。

本発明の目的は、目標とする現像濃度を出すために設定する現像電位差（=ＤＣバイアス）が現像特性の変曲点よりも大きくなる箇所に設定出来るように、変曲点の位置そのものを低い方向へシフトさせる事である。すなわち、現像特性の低コントラスト領域の特性を制御することにより、目標とする現像濃度を出すことが可能な現像装置および画像形成装置を提供することである。

この発明に基づいた現像装置においては、像担持体上に形成された静電潜像を現像し、表層に導電性基体を含む第１トナー担持体と、像担持体上に形成された静電潜像を現像し、表層に導電性基体を含む第２トナー担持体と、トナーとキャリアとを含む現像剤を担持し上記第１トナー担持体および上記第２トナー担持体に上記トナーを供給する現像剤担持体とを備え、上記像担持体の回転方向から見て、上記第１トナー担持体は、上記第２トナー担持体よりも上流側に配置され、上記第１トナー担持体の上記導電性基体の静電容量は、上記第２トナー担持体の上記導電性基体の静電容量よりも小さく設けられる。

上記現像装置において、上記像担持体に対向する位置における、上記第１トナー担持体に担持された上記トナーの電位が、上記像担持体に対向する位置における、上記第２トナー担持体に担持された上記トナーの電位よりも大きい。

上記現像装置において、上記第１トナー担持体の上記導電性基体は、フッ素樹脂の割合が２に対してポリイミド樹脂の割合が８の比率でブレンドした樹脂組成物に、導電性を付与する為にカーボン粒子を混合した材料を有し、上記第２トナー担持体の上記導電性基体は、表面に酸化被膜が形成されたアルミを有する。

この発明に基づいた画像形成装置においては、上述の現像装置を有する。

この発明に基づいた現像装置および画像形成装置によれば、現像特性の低コントラスト領域の特性を制御することにより、目標とする現像濃度を出すことが可能な現像装置および画像形成装置を提供することが可能となる。

実施の形態における画像形成装置の内部の構成を示す縦断面図である。 実施の形態における画像形成ユニットの横断面図である。 実施例に用いられる試料の「コート材」と「膜厚」と関係を示す図である。 実施例におけるトナー担持体の表層材の電気特性（静電容量）を把握する為に用いられる測定装置の構造を示す横断面図である。 実施例におけるトナー量（ｇ／ｍ^２）と表面電位（Ｖ）との関係を表す図である。 実施例１から実施例３、および比較例１から比較例３の、第１トナー担持体に用いた試料の種類と第２トナー担持体に用いた試料の種類との組み合わせにおける、第１トナー担持体のトナー層電位測定結果、第２トナー担持体のトナー層電位測定結果、および、変曲点位置を示す図である。 実施例１から実施例３、および比較例１から比較例３における現像電位差（ΔＶ）と透過濃度との関係を示す図である。 背景技術と本実施の形態との現像装置における現像電位差（ΔＶ）と透過濃度との関係を示す図である。 実施の形態における他の画像形成ユニットの構造を示す部分拡大模式図である。

本発明に基づいた各実施の形態における現像装置および画像形成装置について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

なお、以下の説明では、画像形成装置の一例として、一般的なフルカラー電子写真方式を採用している画像形成装置１０００について説明しているが、本発明は、フルカラー電子写真方式にのみ限定されるものではなく、モノクロ画像のみを形成する１色（ブラック等）の画像形成ユニットを採用している画像形成装置への適用も可能である。

（実施の形態：画像形成装置１０００）
以下、図１および図２を参照して、本実施の形態における画像形成装置１０００および現像装置２について説明する。なお、図１は、画像形成装置１０００の内部の構成を示す縦断面図、図２は、画像形成ユニット１００の横断面図である。

まず、図１を参照して、本実施の形態における画像形成装置１０００は、一般的なフルカラー電子写真方式を採用している。画像形成装置１０００は、各色（イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック）に対応した４種の画像形成ユニット１００が所定の位置に配設されている。

各画像形成ユニット１００は、感光体といわれる像担持体１と、像担持体１の表面を一様に帯電し電位を形成するための帯電部材３と、帯電部材３によって所望の電位まで帯電された電位に、所定の静電潜像を形成するために光を照射するための露光装置６と、静電潜像が形成された領域に現像剤を電界などによって付着させて鏡像化するための現像装置２と、転写ベルト５０と、一次転写装置４と、二次転写装置７０と、定着装置８０と、像担持体１上の残留した残留粉体を像担持体１上から電気的・機械的に除去するための清掃装置５とを有する。

一次転写装置４では、鏡像化された像担持体１上の粉体が、順次中間転写体といわれる転写ベルト５０上へ電界・電圧によって移動する。二次転写装置７０では、紙等の記録媒体Ｐ上へ、転写ベルト５０上の粉体が電界・電圧によって移動する。定着装置８０では、記録媒体Ｐ上に移動した粉体を、熱や圧力によって永久的に記録媒体Ｐに固定する。

一方、一次転写装置４において転写ベルト５０上の粉体が完全に移動せず、像担持体１上に僅かながら粉体が残存する場合がある。この場合には、像担持体１上に残留した粉体を像担持体１上から、清掃装置５等を用いて電気的・機械的作用により粉体を除去する。

また、転写ベルト５０上に形成された鏡像画像は、二次転写装置７０において粉体が完全に移動せず、転写ベルト５０上に僅かながら粉体が残存する場合がある。この場合には、転写ベルト清掃装置４０によって、電気的・機械的作用により粉体を除去する。

現像剤は、トナーからなる粉体、またはトナーおよびキャリアを含む粉体を意味する。したがって、キャリアを含まない１成分現像剤においては、キャリアを含まない粉体が現像剤であり、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤においては、トナーからなる粉体またはトナーおよびキャリアからなる粉体を現像剤という。

また、画像形成装置１０００に使用される現像剤の具体例は、現像装置２に収容されている１成分現像剤または２成分現像剤、現像装置２に補給されるトナー、清掃装置５において回収されるトナー、清掃装置５から現像装置２にリサイクルされるトナー等は、すべて現像剤である。

（画像形成ユニット１００の構造）
次に、図２を参照して、画像形成ユニット１００の詳細について説明する。この画像形成ユニット１００は、電子写真方式により像担持体（感光体）１に形成されたトナー像を用紙等の記録媒体Ｐに転写して画像形成を行なうプリンターである。

この画像形成ユニット１００は、画像を担持するための像担持体１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手段としての帯電部材３、像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置２、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ４、および像担持体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、帯電部材３で帯電された後に、図中のＥ点の位置でレーザ発光器などを備えた露光装置６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２は、この静電潜像をトナー像に現像する。転写ローラ４は、この像担持体１上のトナー像を記録媒体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、その機械的な力で除去する。画像形成ユニット１００に用いられる像担持体１、帯電部材３、露光装置６、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。たとえば、帯電手段として図中、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、クリーニングブレード５はなくてもよい。

次に、本実施の形態において用いられる現像装置について説明する。現像装置２は、キャリアとトナーとを含む現像剤２３、現像剤２３を収容する現像剤槽１７、現像剤槽１７から供給された現像剤２３を表面に担持して搬送する現像剤担持体１３、現像剤担持体１３から第トナーのみが供給され、像担持体１上に形成された静電潜像を現像する第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５を備えてなる。

本実施の形態では、２つのトナー担持体を設ける場合について説明しているが、トナー担持体は２つに限定されるものでない。後述の図９に示すように、像担持体１上に形成された静電潜像を現像する第３トナー担持体を設ける場合や、それ以上の複数のトナー担持体を設ける場合もある。

なお、本発明に基づく実施の形態における第１トナー担持体２４は、複数のトナー担持体を設けた場合には、像担持体１の回転方向からみて、複数のトナー担持体の内の最も上流側に位置するトナー担持体を意味し、第２トナー担持体２５は、像担持体１の回転方向からみて、複数のトナー担持体の内の最も下流側に位置するトナー担持体を意味する。本実施の形態では、２つのトナー担持体を設けていることから、第１トナー担持体２４が、２つのトナー担持体の内、最も上流側に位置するトナー担持体となり、第２トナー担持体２５が、２つのトナー担持体の内、最も下流側に位置するトナー担持体となる。

現像剤槽１７は、ケーシング２０により形成されており、通常は内部に現像剤を混合・撹拌し、現像剤担持体１３へ現像剤を供給する混合撹拌部材１８、１９を収納している。ケーシング２０の混合撹拌部材１９に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Automatic Toner Density Control）センサ２１が配設されている。

現像装置２は、通常、像担持体１へと消費される分のトナーを現像剤槽１７内に補給するための補給部１５を有している。補給部１５において、補給トナーを収納したホッパ（図示省略）から送られた補給トナー２２が現像剤槽１７内へ補給される。本実施の形態において現像剤２３は、トナー、該トナーを帯電するためのキャリアを含んでなるものである。

（トナー）
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、３μｍ〜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、たとえば、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、以下のものが挙げられるが、これに限定されるものではない。たとえば、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る。たとえば、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質量部〜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る。正帯電性トナー用の荷電制御剤としては、たと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１００質量部に対して０．１質量部〜１０質量部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る。たとえば、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１００質量部に対して０．１質量部〜１０質量部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、流動性改善たとえば、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る。

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１００質量部に対して０．１質量部〜５質量部の割合で添加させて用いるようにする。外添剤の個数平均一次粒径は１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。

さらに上記外添剤として、トナーと逆極性の荷電性を有する粒子を使用してもよい。好適に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。たとえば、トナーがキャリア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、トナーがキャリア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２成分系現像剤に含有させ、かつ耐久に伴い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アへのスペント等によりキャリア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、キャリアの荷電性を有効に補うことができ、結果としてキャリアの劣化を抑制できる。

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、たとえば、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。

ここで、上記の正荷電制御剤としては、たとえば、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る。たとえば、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。ここで、上記の負荷電制御剤としては、たとえば、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。

逆極性粒子の個数平均粒径は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましい。トナー１００質量部に対して０．１質量部〜１０質量部の割合で添加させて用いるようにする。

キャリアとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどが使用できる。キャリア粒径としてはこれに限定されるものではないが、１５μｍ〜１００μｍが好ましい。

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、キャリア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することができる。

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。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およ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質量％〜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、これらの樹脂を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、帯電付与能力を向上させることができる。

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、たとえば、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、微粒子を磁性樹脂キャリア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、磁性樹脂キャリア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ア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る。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、コート型キャリアは磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリア同様、キャリア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により制御することができ、バインダー型キャリアと同様の材料を用いることができる。特にコート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質量％〜５０質量％、好ましくは６質量％〜３０質量％が適している。

現像装置２は、現像剤担持体１３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１６を有している。現像剤担持体１３は通常、固定配置された磁石ローラ２６と、これを内包する回転自在なスリーブローラ２７とから構成されている。

画像形成時には第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５へとトナーを供給するためのトナー供給バイアスが印加される。第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５は、それぞれ現像剤担持体１３および像担持体１のそれぞれに対向するように配されている。

第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５には、像担持体１上の静電潜像を現像するための現像バイアスが印加されている。第１トナー担持体２４および第２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からなっていてもよい。

（現像装置２の動作）
図２に示す現像装置２の動作について詳しく説明する。現像剤槽１７内の現像剤２３は、混合撹拌部材１８、１９の回転により混合撹拌され、摩擦帯電すると同時に現像剤槽１７内で循環搬送され、現像剤担持体１３表面のスリーブローラ２７へと供給される。

現像剤２３は、現像剤担持体１３内部の磁石ローラ２６の磁力によってスリーブローラ２７の表面側に保持され、スリーブローラ２７と共に回転移動して、現像剤担持体１３に対向して設けられた規制部材１６で通過量を規制される。

その後、現像剤２３は第１トナー担持体２４と対向する第１トナー供給領域８へと搬送される。トナー担持体と現像剤担持体の対向部の、トナー担持体回転方向下流側に位置する第１トナー供給領域８では、第１トナー担持体２４に印加された現像バイアスと現像剤担持体１３に印加されたトナー供給バイアスの電位差に基づき形成された電界がトナーに与える力により、現像剤２３中のトナーが第１トナー担持体２４側へ供給される。

通常、第１トナー担持体２４には直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、現像剤担持体１３には直流電圧のみ、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、第１トナー供給領域８には直流電界に交番電界が重畳された電界が形成される。

また、トナー担持体と現像剤担持体の対向部の、トナー担持体回転方向上流側に位置する第１トナー回収領域９では、現像剤担持体１３上の現像剤による第１トナー担持体２４上の現像残トナーへの回収作用により、現像残トナーが回収される。

第１トナー供給領域８および第１トナー回収領域９を通過した残りの現像剤２３は、現像剤担持体１３のスリーブローラ２７と共に回転移動して、第２トナー担持体２５と対向する第２トナー供給領域１１へと搬送される。

ここでも第１トナー供給領域８と同様に、第２トナー担持体２５に印加された現像バイアスと現像剤担持体１３に印加されたトナー供給バイアスとの電位差に基づき形成された電界がトナーに与える力により、現像剤２３中のトナーが第２トナー担持体２５側へ供給される。

また、ここでも第１トナー供給領域８と同様に、通常、第２トナー供給領域１１においては、第２トナー担持体２５には直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、現像剤担持体１３には直流電圧のみ、もしくは直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、第２トナー供給領域１１には直流電界に交番電界が重畳された電界が形成される。

また、トナー担持体と現像剤担持体の対向部の、トナー担持体回転方向上流側である第２トナー回収領域１２では、第１トナー回収領域９と同様に、現像剤担持体１３上の現像剤２３による第２トナー担持体２５上の現像残トナーへの回収作用により、現像残トナーが回収される。

図２では、現像剤担持体１３と、第１トナー担持体２４、および第２トナー担持体２５の回転方向を、すべて同方向に回転するように設定しているが、両方とも逆回転に設定することもできるし、あるいは片方だけ逆方向に設定することもできる。

図２に示すように、同方向に回転させた場合は、現像剤担持体１３と第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５との対向部では互いにカウンター方向に回転する。ハイブリッド現像方式では現像残トナーをできる限り回収し、トナーを現像した部分と現像しなかった部分の濃淡を出来るだけ小さくした上で次のトナー供給を行なうことが、現像履歴（ゴースト）の発生を抑制する上で重要である。

現像剤担持体１３と第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５との対向部での動きがカウンターの場合、相対速度が大きくなることで機械的回収力がより高くなる。また、第１トナー供給領域８および第２トナー供給領域１１でトナーを供給することで、キャリア中に発生したカウンターチャージによって電気的回収力が付与されること、といった点で、現像残トナーの回収観点で有利である。

そのため、現像剤担持体１３と第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５との回転方向をカウンター方向に設定した方が、現像履歴(ゴースト)の抑制に繋がるため望ましい。

第１トナー供給領域８で第１トナー担持体２４上に現像剤担持体１３から供給されたトナー層は、第１トナー担持体２４の回転に伴って第１現像領域７へと搬送され、第１トナー担持体２４に印加された現像バイアスと像担持体上の潜像電位とによって形成される電界により第１現像に使われる。

第１現像領域７では、第１トナー担持体２４と像担持体１との間に設けられたＧａｐ中を電界によってトナーが移動することで現像が行なわれる。現像バイアスとしては公知の種々のバイアスが適用可能である。通常は直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられる。その後、第１現像領域７でトナーを消費したトナー層は、第１トナー担持体２４の回転に伴って第１トナー回収領域９へと搬送される。

また同様に、第２トナー供給領域１１で第２トナー担持体２５上に現像剤担持体１３から供給されたトナー層は、第２トナー担持体２５の回転に伴って第２現像領域１０へと搬送され、第２トナー担持体２５に印加された現像バイアスと像担持体上の潜像電位とによって形成される電界により２段目の現像に使われる。

第２現像領域１０でも、第１現像領域７と同様に、第２トナー担持体２５と像担持体１の間に設けられたＧａｐ中を電界によってトナーが移動することで現像が行なわれる。現像バイアスとしては公知の種々のバイアスが適用可能であるが、通常は直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられる。その後、第２現像領域１０でトナーを消費したトナー層は、第２トナー担持体の回転に伴って第２トナー回収領域１２へと搬送される。

第２トナー回収領域１２を通過した現像剤２３は、スリーブローラ２７の回転とともに現像剤槽１７に向けて搬送され、磁石ローラ２６に現像剤回収領域１４に対応する位置に設けられた反発磁界によって現像剤担持体１３上から剥離され、現像剤槽１７内へと回収される。

補給部１５に設けられた補給制御部（図示省略）は、ＡＴＤＣセンサ２１の出力値から現像剤２３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、トナー補給手段（図示省略）によってホッパ（図示省略）内に貯蔵された補給トナー２２が補給部１５を介して現像剤槽１７内へ供給される。

（実施例）
以下、現像装置２の具体的な実施例について説明する。トナー担持体として下記のものを準備した。トナー担持体は表層に導電性基体としてアルミ材を含み、図３に示す導電性材料を被覆した。

「コート材１」は、フッ素樹脂ＰＴＦＥの割合が２に対してポリイミド樹脂の割合が８の比率でブレンドした樹脂組成物に、導電性を付与する為にカーボン粒子を混合したものである。「コート材２」は、フッ素樹脂ＰＴＦＥの割合が２に対してポリイミド樹脂の割合が８の比率でブレンドした樹脂組成物に、導電性を付与する為にカーボン粒子を混合したものである。「コート材３」は陽極酸化処理により酸化被膜を形成した後、封孔処理を施したアルマイト層である。

また、「コート材１」の膜厚を５μｍとしたものを「試料１」、「コート材１」の膜厚を１３μｍとしたものを「試料２」、「コート材１」の膜厚を２８μｍとしたものを「試料３」、「コート材２」の膜厚を１５μｍとしたものを「試料４」、「コート材３」の膜厚を４μｍとしたものを「試料５」として、５種類のトナー担持体を準備した。

これらトナー担持体の表層材の電気特性（静電容量）を把握する為に、以下に説明する方法にて測定を行った。まず、測定装置の説明を図４に従って行なう。トナー担持体２４Ａに対向する位置に磁石ローラ２６を有する現像剤担持体１３を配置した。トナー担持体２４Ａおよび磁石ローラ２６は定速で回転させることができる。また、像担持体１のトナー担持体２４Ａに対向する位置に、表面電位センサ２９を配置した。

トナー担持体２４Ａの回転速度は、先述の実施の形態で説明した現像装置２と同じ周速の５００ｍｍ／ｓに設定する。また、トナー担持体と磁石ローラ２６との間にはバイアスが印加出来るようになっている。２成分の現像剤２３を作成し、これを磁石ローラ２６上に乗せて、トナー担持体２４Ａにトナーを供給して、トナー担持体２４Ａ上にトナー層を作成する。

トナー層の量は、トナー担持体２４Ａと磁石ローラ２６との間の距離や、磁石ローラ２６の回転速度あるいは、バイアス電圧の設定により調整する。トナー担持体２４Ａ上に作成するトナー層の量を変えて、表面電位を測定する。以上の操作により、トナー層の量に対するトナー層の表面電位の特性を、表面電位センサ２９を用いて測定した。

図３に示した「試料１」から「試料５」のトナー担持体２４Ａについて、先述の測定を行った。その結果を図５に示す。図５は、トナー量（ｇ／ｍ^２）と表面電位（Ｖ）との関係を表す図である。

表面電位（Ｖ）は、概ね原点を通る直線で表せることが分かる。図５の横軸のトナー量（ｇ／ｍ^２）とトナー帯電量の積は電荷密度となるので、各直線の傾きは、静電容量の逆数に比例する量である。直線の傾きが大きいほど表層材の静電容量は小さいと判断できる。尚、本測定で使用したトナーの帯電量は、約２８μＣ／ｇであった。

以上の様にして各トナー担持体の静電容量を測った後、各トナー担持体を様々に組み合わせて第１トナー担持体２４および第２トナー担持体２５として現像装置２に組み込み効果の確認を行った。現像装置２は実施の形態で説明したものである。効果の確認は、現像特性を取ることで行った。条件について以下に記す。

第１および第２トナー担持体２４，２５の径 ：φ２５ｍｍ
第１および第２トナー担持体２４，２５の周速度 ：５００ｍｍ／ｓ
第１現像領域７および第２現像領域１０のＧａｐ長 ：０．２５ｍｍ
像担持体１の周速度 ：５００ｍｍ／ｓ
第１および第２トナー担持体２４，２５のバイアス：ＡＣ２２５０Ｖ（矩形波）、Ｄｕｔy５０％
尚、第１、第２トナー担持体２４，２５上のトナー量については、両者の合計が１２ｇ／ｍ^２トナーとなるようにした。また、第１、第２トナー担持体２４，２５上のトナー量の差が大きくならない様に調整はしたが、必ずしも同一にならなかった。

また、第１、第２トナー担持体２４，２５上の各第1、第２トナー担持体２４，２５に担持されるトナーの電位も測定した。測定は、像担持体を外した状態で、現像装置２を稼働させて、第１、第２トナー担持体２４，２５上にトナーを作成して、第１、第２トナー担持体２４，２５が像担持体１と対向する位置に、電位センサを設置して行なった。

（測定結果）
第１トナー担持体２４と第２トナー担持体２５の組み合わせとして、実施例１から実施例３および比較例１から比較例３における測定結果を図６に示す。また、現像特性を図７に示した。図６は、実施例１から実施例３、および比較例１から比較例３の、第１トナー担持体２４に用いた試料の種類と第２トナー担持体２５に用いた試料の種類との組み合わせにおける、第１トナー担持体２４のトナー電位測定結果、第２トナー担持体２５のトナー電位測定結果、および、変曲点位置を示す図である。

実施例１から実施例３は、第１トナー担持体２４に第２トナー担持体２５よりも静電容量の小さい表層材を使用したものを組み合わせ取り付けた。図７に、実施例１から実施例３、および比較例１から比較例３における現像電位差（ΔＶ）と透過濃度との関係を示す。この図７から分かる様に、実施例１から実施例３においては、急峻な立ち上がりはより低コントラスト域（５０ΔＶ〜１５０ΔＶ）にシフトしており、なだらかな傾斜部分が低コントラスト領域まで伸びていることが確認できる。

一方、第１トナー担持体２４に第２トナー担持体２５よりも静電容量が大きい表層材を使用した比較例１から比較例３では、急峻な立ち上がり部分はシフトせず効果は確認できない。

また、比較例３は比較例１および比較例２に比べると、急峻な立ち上がりは低コントラスト域にシフトしているがその効果は若干少ない。トナー電位を確認すると、第１トナー担持体２４上のトナー電位は第２トナー担持体２５上のトナー電位と概ね等しい。実施例１〜３では、トナー電位は第１トナー担持体２４のトナー電位の方が第２トナー担持体２５上のトナー電位より大きい。

これらのことから、第１トナー担持体２４のトナー電位が第２トナー担持体２５のトナーよりも大きいことで、低コントラスト部における現像を促進していることが分かる。

以上、本実施の形態における現像装置および画像形成装置によれば、第１トナー担持体２４の表面層の静電容量が第２トナー担持体２５の表面層の静電容量より小さいこと、好ましくは、第１トナー担持体２４のトナー電位が第２トナー担持体２５のトナー電位よりも大きいことが良いと言える。

この結果に基づくと、第２トナー担持体２５の静電容量の絶対値は大きい方が、第１トナー担持体２４の表層材の選択肢を広げることになる。調査した中では実施例３における静電容量の絶対値が最も大きく、第１トナー担持体２４の表層材としては試料３、第２トナー担持体２５の表層材とし試料５が好ましいと言える。

その結果、図８に示すように、背景技術では、第１トナー担持体２４の導電性基体の静電容量と第２トナー担持体２５の導電性基体の静電容量とが同じ現像装置に比べ、第１トナー担持体２４の導電性基体の静電容量が、第２トナー担持体２５の導電性基体の静電容量よりも小さく設けられた現像装置の方が、変曲点は低コントラスト方向へシフトしていることが分かる。

なお、上記実施の形態においては、像担持体１上の静電潜像を現像するトナー担持体として、２つのトナー担持体を配置する場合について説明したが、この構成に限定されるものではない。たとえば、図９に示す構成の採用も可能である。図９に示す構成は、第１トナー担持体２４と第２トナー担持体２５との間に、第３トナー担持体２８を配置したものである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は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および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 像担持体（感光体）、２ 現像装置、３ 帯電部材、４ 転写ローラ（一次転写装置）、５ 清掃装置（クリーニングブレード）、６ 露光装置、７ 第１現像領域、８ 第１トナー供給領域、９ 第１トナー回収領域、１０ 第２現像領域、１１ 第２トナー供給領域、１２ 第２トナー回収領域、１３ 現像剤担持体、１５ 補給部、１６ 規制部材、１７ 現像剤槽、１８,１９ 混合撹拌部材、２０ ケーシング、２１ ＡＴＤＣセンサ、２２ 補給トナー、２３ 現像剤、２４，２４Ａ 第１トナー担持体、２５ 第２トナー担持体、２６ 磁石ローラ、２７ スリーブローラ、２８ 第３トナー担持体、２９ 表面電位センサ、４０ 転写ベルト清掃装置、５０ 転写ベルト、７０ 二次転写装置、８０ 定着装置、９０ 清掃装置、１００ 画像形成ユニット、１０００ 画像形成装置、Ｐ 記録媒体。

Claims (4)

1. 像担持体上に形成された静電潜像を現像し、表層に導電性基体を含む第１トナー担持体と、
   像担持体上に形成された静電潜像を現像し、表層に導電性基体を含む第２トナー担持体と、
   トナーとキャリアとを含む現像剤を担持し前記第１トナー担持体および前記第２トナー担持体に前記トナーを供給する現像剤担持体と、を備え、
   前記像担持体の回転方向から見て、前記第１トナー担持体は、前記第２トナー担持体よりも上流側に配置され、
   前記第１トナー担持体の前記導電性基体の静電容量は、前記第２トナー担持体の前記導電性基体の静電容量よりも小さく設けられる、現像装置。
2. 前記像担持体に対向する位置における、前記第１トナー担持体に担持された前記トナーの電位が、前記像担持体に対向する位置における、前記第２トナー担持体に担持された前記トナーの電位よりも大きい、請求項１記載の現像装置。
3. 前記第１トナー担持体の前記導電性基体は、フッ素樹脂の割合が２に対してポリイミド樹脂の割合が８の比率でブレンドした樹脂組成物に、導電性を付与する為にカーボン粒子を混合した材料を有し、
   前記第２トナー担持体の前記導電性基体は、表面に酸化被膜が形成されたアルミを有する、請求項１または２に記載の現像装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の現像装置を有する、画像形成装置。

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