JP5750378B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用し、トナー担持体に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた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、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリア（以下、単にキャリアともいう）を用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラー上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより感光体上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体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反面、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、カラートナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。しかし、二成分現像方式は安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している反面、前述した磁気ブラシによる影響のため画質の面で不利であった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラー（トナー供給部材）を用いて現像剤を感光体（像担持体）に対して非接触に設置した現像ローラー（トナー担持体）上に移行させる際に、磁気ローラー上に磁性キャリアを残したまま現像ローラー上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって感光体上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が提案されている。

ところで、上記の現像方式の場合、現像ローラー上にトナー薄層の層厚が十分に形成されないことにより、感光体上に形成された静電潜像に供給するトナーが不足して画像濃度が低下する、濃度追随不良が発生するおそれがある。また、直前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現像が発生しやすいという不具合がある。

履歴現像が発生するメカニズムについて説明すると、現像ローラー上のトナー薄層にトナーの消費領域（現像領域）と非消費領域とが生じると、現像ローラー上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、非消費領域に残存するトナー薄層のうち帯電量の低い大径トナーのみが磁気ローラー側に移動し、帯電量の高い小径トナーは現像ローラー表面に残存する。

そして、現像ローラー上に残存したトナーの回収性能が低い場合、磁気ローラーからトナーが供給され現像ローラー上に新たなトナー薄層が形成されたとき、直前の現像における現像領域では小径トナーが残存する非消費領域に比べてトナー層厚が薄くなる。この状態で全面ベタ画像やハーフトーン画像を現像すると、直前の現像領域から感光体側に移動するトナー量が少ないため、直前の現像画像が残像として浮かび上がる。

そこで、現像ローラー上のトナー回収性を向上させる方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、現像ローラー表面に導電材と樹脂（シリコン変性ポリウレタン樹脂）とを含有する被膜層（コート層）を形成した現像ローラーが開示されている。また、特許文献２には、現像ローラー上に形成されたトナー層の、上層のトナーの帯電量と下層のトナーの帯電量との差を規定することで、トナーを均一に、且つ安定して帯電させ、長期間に亘って高画質な画像を得ることができる現像装置が開示されている。

さらに特許文献３には、現像ローラーと磁気ローラーとの速度差が６００ｍｍ／ｓｅｃ以上の現像装置において、現像ローラーを被覆する合成樹脂層を、キャリアとの摩擦による帯電極性がトナーと同極性とすることで、現像ローラー上のトナーの引き剥がし性を向上させる技術が開示されている。

特開２００８−１２２９５２号公報 特開２００９−１４５４６０号公報 特開２００９−１６９０９７号公報

上述したような現像ローラー及び磁気ローラーを用いた現像方式においては、現像ローラーと磁気ローラーとの間でキャリアが摩擦帯電し、帯電したキャリアが感光体上の非画像部に形成される逆電界によって感光体表面に移動する、いわゆるキャリア飛びが問題となる。感光体表面に移動したキャリアは、感光体と感光体上の残留トナーを除去するクリーニングブレードとの間に保持され、感光体に強く押し当てられることでキャリア表面のコート剤が感光体に付着する。その結果、付着筋が画像上に白線として現れる画像不具合が発生する。

特許文献１の方法では、現像ローラーのコート層に含まれる導電剤の構成によっては、キャリアの帯電系列の違いによりキャリアが帯電してしまうおそれがあった。また、特許文献２では、現像ローラーとキャリアとの摩擦による帯電性能に関して明確に規定されておらず、キャリア飛びを効果的に抑制することができなかった。さらに、特許文献３の方法では、合成樹脂層の帯電量が増加するとキャリアの帯電量の増加に繋がるため、キャリア飛びを防止することができなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、キャリア飛びの発生、及びトナーの過帯電を防止することにより、長期間に亘って良好な画像が得られる現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、トナーと磁性キャリアとから成る二成分現像剤で形成された磁気ブラシを用いて前記トナー担持体上にトナー層を形成するトナー供給部材と、を有する現像装置において、前記トナー担持体の外周面に樹脂材料から成るコート層が形成されており、前記コート層は、前記トナーとの摩擦帯電により画像形成時の前記トナーの帯電極性と逆極性を示し、前記トナー担持体との摩擦帯電による前記トナーの帯電量の絶対値ＱＴが１５μＣ／ｇ以下であり、且つ、前記トナー担持体との摩擦帯電による前記キャリアの帯電量の絶対値ＱＣが０．１μＣ／ｇ以下であることを特徴とことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記トナー担持体の表面抵抗率が１０^６Ω／□以上１０^９Ω／□以下であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記トナーは正帯電トナーであり、前記コート層は、導電性フィラーを配合したシリコン変性ポリウレタン樹脂から成ることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置が搭載された画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、トナー担持体のコート層をトナーと逆極性、即ち磁性キャリアと同極性とすることでトナー担持体へのキャリアの付着を抑制するとともに、トナー担持体との摩擦帯電によるキャリアの帯電量の絶対値ＱＣを所定値以下とすることで、キャリアの過帯電を抑制し、トナー担持体から像担持体へのキャリア飛び、及びそれに起因する画像上の白筋の発生を効果的に抑制可能となる。また、トナーの帯電量の絶対値ＱＴを所定値以下とすることで、トナー担持体上の電荷溜まりの発生が抑制され、画像濃度不良も抑制できる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、トナー担持体の表面抵抗率を１０^６Ω／□以上１０^９Ω／□以下とすることにより、トナー担持体上の電荷溜まりの発生をより効果的に抑制するとともに、トナー担持体と像担持体との間の放電（リーク）も抑制することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の現像装置において、トナーが正帯電トナーである場合、コート層として、導電性フィラーを配合したシリコン変性ポリウレタン樹脂を用いることにより、正帯電トナーの樹脂材料と帯電性が近く、トナーの剥離性が良好になるとともに、シリコン変性によってウレタン樹脂の吸湿性が改善されるため、環境変化に対するコート層の帯電特性の変化が抑制される。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の現像装置を搭載することにより、キャリア飛びに起因する画像上の白筋、及びトナーの過帯電による画像濃度不良を発生させず、長期間に亘って良好な画像が得られる画像形成装置となる。

本発明の現像装置３ａ〜３ｄが搭載された画像形成装置１００の全体構成を示す概略図 本発明の現像装置３ａの構成を示す側面断面図 現像ローラー２３及び磁気ローラー２１に印加されるバイアス波形の一例を示す図 現像ローラー２３の表面抵抗率（Ω／□）とリーク発生現像バイアスとの関係を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラー９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、カラープリンター１００本体下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザーにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とを含む複数の張架ローラーに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐの一部を一旦排出ローラー対１５から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Ｐは排出ローラー対１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１５を介して排出トレイ１７に排出される。

図２は、カラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａの両端に形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラー２２が配置され、磁気ローラー２２の左斜め上方には現像ローラー２３が対向配置されている。そして、現像ローラー２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラー２２及び現像ローラー２３は図中時計回りに回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサー（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサーで検知されるトナー濃度に応じて補給装置（図示せず）からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラー２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブ２２ａに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体２２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２２ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、及び汲上極３９の５極構成である。磁気ローラー２２と現像ローラー２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラー２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラー２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラー２３と磁気ローラー２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラー２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー２３は、非磁性の現像スリーブ２３ａと、現像スリーブ２３ａ内に固定された現像ローラー側磁極２３ｂで構成されている。現像ローラー側磁極２３ｂは、固定マグネット体２２ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。

現像ローラー２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）を印加する第１バイアス回路３０が接続されており、磁気ローラー２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）を印加する第２バイアス回路３１が接続されている。また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１は共通のグランドに接地されている。

第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１には電圧可変装置３３が接続されており、現像ローラー２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及び磁気ローラー２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を可変できるようになっている。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラー２２に搬送される。穂切りブレード２５には固定マグネット体２２ｂの規制極３６が対向するため、穂切りブレード２５として非磁性体或いは規制極３６と異なる極性の磁性体を用いることにより、穂切りブレード２５の先端と回転スリーブ２２ａとの隙間に引き合う方向の磁界が発生する。

この磁界により、穂切りブレード２５と回転スリーブ２２ａとの間に磁気ブラシが形成される。そして、磁気ローラー２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、現像ローラー２３に対向する位置に移動すると、固定マグネット体２２ｂの主極３５及び現像ローラー側磁極２３ｂにより引き合う磁界が付与されるため、磁気ブラシは現像ローラー２３表面に接触する。そして、磁気ローラー２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラー２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラー２３上にトナー薄層を形成する。

現像ローラー２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー２２と現像ローラー２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図３は、現像ローラー２３及び磁気ローラー２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、現像ローラー２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が第１バイアス回路３０から印加される。また、磁気ローラー２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相が異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が第２バイアス回路３１から印加される。

従って、磁気ローラー２２及び現像ローラー２３間（以下、ＭＳ間という）に印加される電圧は、図３（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図３で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。

磁気ブラシによって現像ローラー２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラー２３の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラー２３との対向部分に搬送される。現像ローラー２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。

さらに回転スリーブ２２ａが時計回りに回転すると、今度は主極３５に隣接する異極性の剥離極３８により発生する水平方向（ローラー周方向）の磁界により磁気ブラシは現像ローラー２３表面から引き離され、現像に用いられずに残ったトナーが現像ローラー２３から回転スリーブ２２ａ上に回収される。さらに回転スリーブ２２ａが回転すると、固定マグネット体２２ｂの剥離極３８及びこれと同極性の汲上極３９により反発する磁界が付与されるため、トナーは現像容器２０内で回転スリーブ２２ａから離脱する。そして、第２攪拌スクリュー２１ｂにより攪拌、搬送された後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として汲上極３９により再び回転スリーブ２２ａ上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。

次に、現像ローラー２３を構成する現像スリーブ２３ａについて詳述する。現像スリーブ２３ａは、アルミニウムまたはアルミニウム合金製のスリーブ本体をアルマイト処理することにより外周面にアルマイト層が形成されており、アルマイト層の表面には樹脂材料からなるコート層が積層されている。アルマイト層は、現像ローラー２３へ現像バイアスを印加する際のリークの発生を防止する。

コート層は、現像スリーブ２３ａ上に供給されたトナーの固着を抑制し、現像ローラー２３から感光体ドラム表面へのトナーの移送が比較的容易に行われるようにする。さらに、コート層が現像剤に与える機械的ストレスは金属表面に比べて少ないため、現像剤搬送量を増加させたときの現像ローラー２３からのトナー回収性の向上と現像剤の劣化防止との両立を図ることができる。

コート層の材質としては、シリコン変性ポリウレタンの他、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられるが、正帯電トナーの樹脂材料と帯電性が近く、トナーの剥離性が良好なウレタン樹脂、アクリル樹脂が好ましい。中でも、ウレタン樹脂の炭素の一部をケイ素に置換したシリコン変性ポリウレタン樹脂を用いた場合、ウレタン樹脂の吸湿性が改善されて環境変化に対するコート層の帯電特性の変化が抑制されるため好ましい。

なお、コート層に導電性フィラーを含有させることにより、現像ローラー２３のインピーダンスを調整し、且つ抵抗ムラを抑制できる。導電性フィラーとしては、カーボンブラックやアセチレンブラック、酸化チタン、チタン酸カリウム等が挙げられる。

次に、本発明の現像装置に用いられる二成分現像剤について説明する。二成分現像剤は、トナーとキャリアとを含有するものである。二成分現像剤におけるトナーとキャリアとの重量比（Ｔ／Ｃ）は、キャリア１００重量部に対してトナー５〜２０重量部が好ましく、８〜１５重量部がより好ましい。

トナーはトナー母粒子に外添剤を添加したものである。トナー母粒子は、結着樹脂および着色剤を含有するものである。トナー母粒子には、必要に応じて離型剤、電荷制御剤、磁性粉等を含有させてもよい。トナー母粒子の重量平均粒子径は、５〜１２μｍが好ましく、６〜１０μｍがより好ましい。トナー母粒子の重量平均粒子径は、粒度分布測定装置（例えば、コールター社製、マルチサイザ−ＩＩ型）によって測定する。トナー母粒子は、粉砕分級法、溶融造粒法、スプレー造粒法、重合法等の公知の方法で製造される。

外添剤としては、シリカ、酸化チタン、アルミナ等の無機酸化物、ステアリン酸カルシウム等の金属石鹸等が挙げられる。外添剤の量は、トナー母粒子１００重量部に対して、通常０．１〜５重量部である。

キャリアとしては、磁性体の粒子、または結着樹脂中に磁性体を分散させた樹脂粒子が挙げられる。磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属、これらの合金、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、これらの混合物が挙げられる。

結着樹脂としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、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、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、これらの混合物等が挙げられる。磁性体の粒子は、焼結法、アトマイズ法等の公知の方法によって製造される。キャリアは、その表面に、コート樹脂からなる被覆層を有していてもよい。

本発明の現像装置３ａ〜３ｄは、現像ローラー２３の表面に形成されるコート層が、トナーとの摩擦帯電により画像形成時におけるトナーの帯電極性（正極性）と逆極性（負極性）を示し、現像ローラー２３との摩擦帯電によるトナーの帯電量の絶対値ＱＴが１５μＣ／ｇ以下であり、且つ、現像ローラー２３との摩擦帯電によるキャリアの帯電量の絶対値ＱＣが０．１μＣ／ｇ以下であることを特徴としている。

なお、現像ローラー２３との摩擦帯電によるトナーの帯電量の絶対値ＱＴ、及びキャリアの帯電量の絶対値ＱＣは、帯電量の測定条件によって変化する。本明細書中でいうトナーの帯電量の絶対値ＱＴ、及びキャリアの帯電量の絶対値ＱＣとは、現像ローラー２３を８０ｒｐｍで回転させ、接触圧１５ｇｆ／ｃｍ、接触角２０°で樹脂ブレード（材質ＵＷ１３７、硬度７９°、反発弾性２８％、シンジテック社製）を押し当てながら、現像ローラー２３上に０．１〜０．３ｍｇ／ｃｍ^２のトナー層若しくはキャリア層を形成したときの、トナー粒子及びキャリア粒子の帯電量の絶対値を指す。

トナーの帯電量が増加すると、画像濃度の低下やカブリが発生し易くなる。本発明では、現像ローラー２３との摩擦帯電によるトナー帯電量の絶対値ＱＴを１５μＣ／ｇ以下とすることにより、画像濃度の低下やカブリの発生を効果的に抑制することができる。

また、現像ローラー２３と磁気ローラー２２を用いた現像装置３ａ〜３ｄでは、現像ローラー２３上に微量のキャリアが存在すると考えられる。正帯電トナーを用いる場合、キャリアは負に帯電するため、現像ローラー２３上に負帯電キャリアが存在すると、感光体ドラム１ａ〜１ｄの非画像領域から現像ローラー２３に向かう電界の影響により、現像ローラー２３上のキャリアが感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面へ飛翔するキャリア飛びが発生する。

そこで、本発明の現像装置３ａ〜３ｄでは、キャリアの帯電量の絶対値ＱＣを０．１μＣ／ｇ以下とすることにより、キャリアに加わる静電気力を低下させて現像ローラー２３から感光体ドラム１ａ〜１ｄへのキャリア飛びを抑制し、キャリア飛びに起因する白筋等の画像不具合を抑制している。

キャリアの帯電量の絶対値ＱＣを低下させる方法としては、現像ローラー２３のコート層に添加する導電性フィラーの種類及び添加量を調整することにより、現像ローラー２３の表面抵抗率（Ω／□）を下げる方法が挙げられる。現像ローラー２３の表面抵抗率を１０^９以下とすることで、キャリアの帯電量の絶対値ＱＣを０．１μＣ／ｇ以下に抑えることができる。また、現像ローラー２３の表面抵抗率を下げることでトナーの帯電量ＱＴも抑えられるため、現像ローラー２３における電荷溜まりの発生も抑制できる。

一方、現像ローラー２３の表面抵抗率が低下すると、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に放電（リーク）が生じやすくなる。図４は、現像ローラー２３の表面抵抗率（Ω／□）とリーク発生現像バイアスとの関係を示すグラフである。なお、ここでいう現像バイアスとは、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（図３参照）のピークツーピーク値（Ｖｐｐ１）を指す。

図４に示すように、現像ローラー２３の表面抵抗率が１０^６を下回ると１２６０Ｖより低い現像バイアスでリークが発生する。現像バイアスが低くなると、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位と交流電圧のピーク値との電位差が小さくなり、現像ローラー２３から感光体ドラム１ａ〜１ｄ上へトナーが十分に飛翔せず画像濃度ムラが発生する。

従って、キャリアの帯電量の低下によるキャリア飛びの抑制、及びトナーの帯電量の低下による現像ローラー２３上の電荷溜まりの抑制と、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間におけるリークの抑制とを両立させるためには、現像ローラー２３の表面抵抗率を１０^６以上１０^９以下とすることが好ましい。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる現像装置を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置にも全く同様に適用可能である。

また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンターに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンター及びロータリー現像式のカラープリンター及びカラー複写機、ファクシミリ等、現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

（トナー粒子及びキャリア粒子の帯電量測定）
直径１６ｍｍのアルミスリーブの外周面に、導電性フィラーとしてカーボンブラック及び酸化チタンを配合したシリコン変性ポリウレタン樹脂から成る厚さ７μｍのコート層を積層した。なお、カーボンブラック及び酸化チタンの配合比を調整し、表面抵抗率が異なる４種類の現像スリーブ２３ａを作製した。

４種類の現像スリーブ２３ａを８０ｒｐｍで回転させ、接触圧１５ｇｆ／ｃｍ、接触角２０°で樹脂ブレード（材質ＵＷ１３７、硬度７９°、反発弾性２８％、シンジテック社製）を押し当てながら、現像ローラー２３上に０．１〜０．３ｍｇ／ｃｍ^２のトナー層若しくはキャリア層を形成し、トナー粒子及びキャリア粒子の帯電量をＱＭメーター（ＴＲＥＫ社製、ＭＯＤＥ２１０Ｓ）にて５回測定し、５回の平均値を帯電量とした。

現像剤としては、平均粒子径７μｍ、比重１．２の正帯電トナーと、平均粒子径５０μｍのコーティングフェライトキャリアとから成る二成分現像剤を用い、キャリアに対するトナーの混合比率（Ｔ／Ｃ）を１０重量％とした。

トナー粒子及びキャリア粒子の帯電量を、カーボンブラック及び酸化チタンの配合比、及び現像スリーブ２３ａの表面抵抗率と併せて表１に示す。

※ウレタン樹脂を１００として算出

表１から明らかなように、比較例の現像スリーブ２３ａでは、キャリアの帯電量の絶対値ＱＣが０．３５と高くなっているのに対し、本発明１〜３の現像スリーブ２３ａでは、ＱＣが０．０１〜０．０８と低く抑えられた。また、トナーの帯電量の絶対値ＱＴに関しては、本発明１で比較例よりも高くなっているものの、本発明２では比較例と同等であり、本発明３では比較例よりも低かった。

なお、比較例の現像スリーブ２３ａでは、本来正帯電であるトナーの帯電量が負（−）になっている。これは、カーボンブラックと酸化チタンの配合比によってコート層の帯電特性がトナーよりも正（＋）側に寄っており、トナーよりもさらに正に帯電し易くなっているため、トナーはコート層との摩擦帯電により負に帯電したものである。

（画像上に発生する白筋の抑制効果）
実施例１で使用した本発明１〜３、及び比較例の各現像スリーブ２３ａ内に、現像ローラー側磁極を配置した現像ローラー２３を、図２に示した現像装置３ａに搭載し、さらに図１に示すようなカラープリンター１００に搭載した。印字率５％のテスト画像を５００枚連続印字した後に２５％のハーフ画像を印字し、ハーフ画像上に発生する白筋の本数をカウントした。なお、試験は感光体ドラム１ａ及び現像装置３ａを含むシアンの画像形成部Ｐａにおいて行った。

試験機の条件としては、システム線速を２５枚／分とし、感光体ドラム１ａの直径を３０ｍｍ、回転速度を４４０ｒｐｍとし、現像ローラー２３の回転速度を２７５ｒｐｍ（感光体との対向面において順回転）とした。また、感光体ドラム−現像ローラー間ギャップを１１０μｍとした。現像剤としては、実施例１で用いたものと同様の二成分現像剤を使用した。

現像ローラー２３への電圧印加条件は、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）＝１５０Ｖ、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）のＶｐｐを１．５ｋＶ、周波数を３．６ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ（正）＝３７％とした。また、磁気ローラー２１にはＶｍａｇ（ＤＣ）＝４５０Ｖ、Ｖｍａｇ（ＡＣ）のＶｐｐを０．８ｋＶ、周波数を３．６ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ（正）＝６３％として逆位相で印加した。

評価方法としては、白筋の本数をカウントするとともに画像を目視により観察し、画質上問題のない場合を○、問題のある場合を×とした。評価結果を表２に示す。

表２から明らかなように、比較例の現像スリーブ２３ａを用いた現像装置では、ハーフ画像上に１２本の白筋が発生した。これは、表１に示したように現像ローラー２３（現像スリーブ２３ａ）の表面抵抗率が５×１０^１０Ω／□と高く、キャリアの帯電量の絶対値ＱＣが０．１を超える（帯電量−０．３５）であるため、キャリア飛びが発生したためである。

これに対し、本発明１〜３の現像スリーブを用いた現像装置では、現像ローラー２３（現像スリーブ２３ａ）の表面抵抗率がそれぞれ５×１０^８Ω／□、５×１０^６Ω／□、５×１０^４Ω／□であり、比較例に比べて低いため、キャリアの帯電量の絶対値ＱＣが０．１以下に抑えられ、画像上に発生する白筋の本数が顕著に減少した。

なお、本発明１の現像スリーブ２３ａを用いた場合、現像ローラー２３との摩擦によるトナーの帯電量が上昇しているため、現像ローラー２３上に電荷溜まりが生じて画像に影響を及ぼすことが懸念されるが、本発明１に比べて更に表面抵抗率が低い本発明２、３の現像スリーブ２３ａでは、現像ローラー２３との摩擦によるトナーの帯電量の上昇も抑えられ、画像上の白筋の発生、及び電荷溜まりの発生の両方を抑制することができた。但し、本発明３では、現像ローラー２３の表面抵抗率が小さくなりすぎて、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａとの間でリークが発生し易くなった。

以上の結果より、現像ローラー２３のコート層の帯電極性をトナーと逆極性とするとともに、トナー帯電量の絶対値ＱＴが１５μＣ／ｇ以下、キャリアの帯電量の絶対値ＱＣが０．１μＣ／ｇ以下となるように設定することで、キャリア飛びによる白筋の発生を効果的に抑制できることが確認された。

さらに、現像ローラー２３の表面抵抗率を１０^６Ω／□以上１０^９Ω／□以下とすることで、現像ローラー２３上の電荷溜まりによる濃度低下、履歴現像等の画像不良や現像ローラー２３と感光体ドラム１ａとの間のリークも抑制できることが確認された。なお、ここではシアンの画像形成部Ｐａを用いて試験を行ったが、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄにおいても同様の結果が得られることが確認されている。

なお、上記実施例は本発明の一構成例にすぎず、ドラム表面電位や現像ローラー２３及び磁気ローラー２２への電圧印加条件等は装置の仕様や使用環境に応じて適宜設定することができる。

本発明は、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用し、トナー担持体上に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置に利用可能である。本発明の利用により、トナー担持体上へのキャリアの付着を抑制するとともに、トナーの過帯電も防止できるため、キャリア飛び及び画像濃度不良の発生しない現像装置を提供することができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
２１ａ 第１攪拌スクリュー
２１ｂ 第２攪拌スクリュー
２２ 磁気ローラー（トナー供給部材）
２２ａ 回転スリーブ
２２ｂ 固定マグネット体
２３ 現像ローラー（トナー担持体）
２３ａ 現像スリーブ
２３ｂ 現像ローラー側磁極
２５ 穂切りブレード
３０ 第１バイアス回路
３１ 第２バイアス回路
３３ 電圧可変装置
３５ 主極
３６ 規制極
１００ 画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部

Claims (3)

1. 像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、
   トナーと磁性キャリアとから成る二成分現像剤で形成された磁気ブラシを用いて前記トナー担持体上にトナー層を形成するトナー供給部材と、
   を有する現像装置において、
   前記トナーは正帯電トナーであり、
   前記トナー担持体の外周面に導電性フィラーを配合したシリコン変性ポリウレタン樹脂から成るコート層が形成されており、
   前記コート層は、前記トナーとの摩擦帯電により画像形成時の前記トナーの帯電極性と逆極性を示し、前記トナー担持体を８０ｒｐｍで回転させ、材質ウレタンゴム、硬度７９°、反発弾性２８％の樹脂ブレードを接触圧１５ｇｆ／ｃｍ、接触角２０°で押し当てながら、前記トナー担持体上に０．１〜０．３ｍｇ／ｃｍ ² のトナー層若しくはキャリア層を形成したときの、前記トナー担持体との摩擦帯電による前記トナーの帯電量の絶対値ＱＴが１５μＣ／ｇ以下であり、且つ、前記トナー担持体との摩擦帯電による前記キャリアの帯電量の絶対値ＱＣが０．１μＣ／ｇ以下であることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー担持体の表面抵抗率が１０⁶Ω／□以上１０⁹Ω／□以下であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の現像装置が搭載された画像形成装置。

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