JP5766167B2 - 現像装置及びこれを搭載した画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャリア及びトナーを有する２成分現像剤を用いた現像装置及びこれを搭載した画像形成装置に関するものである。

この種の現像装置では、静電潜像が形成された像担持体、例えば感光体ドラムの表面にトナー画像を現像し、このトナー画像を用紙に転写及び定着させる。
ここで、この現像装置には、いわゆるハイブリッド現像による方式がある。詳しくは、当該方式は、２成分現像方式と１成分現像方式とを組み合わせたものであり、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させ、現像ローラ上にトナー薄層を形成し、そのトナー薄層からトナーをドラムに供給し、その表面にトナー画像を現像している。

より具体的には、当該現像装置は、ドラムに対峙する現像ローラと、このローラに対峙する磁気ブラシローラとを備え、このブラシローラでは、キャリア及びトナーによる磁気ブラシを形成する。そして、現像ローラにはトナーのみの薄層が形成され、現像後には現像ローラのトナー層が掻き取られる。
また、この現像ローラは、その表面にアルマイトのコーティング層を有する構成が知られているが、この被覆の他の例としては、ウレタン樹脂等のコーティング層を表面に有した現像ローラの技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２４９４１４号公報

ところで、上記の如く、現像ローラからドラムへのトナーの供給と、磁気ブラシによる現像ローラのトナー層の掻き取りとを単に繰り返した場合には、画像乱れが生ずるとの問題がある。
詳しくは、２成分現像剤を用いた現像装置においては、ドラムへのトナーの供給（トナーの現像性）とトナー層の掻き取り（トナーの引き剥がし性）との調整が難しく、現像装置の小型化や高速化を達成するにあたり、仮に、トナーの現像性をトナーの引き剥がし性よりも優先すると、現像ローラの表面にトナーが残留し易くなり、現像ローラのトナー層の厚みが減って画像濃度の不良が生じてしまうし、次回の現像時に現像ゴーストが生じ得るからである。

また、特に、現像ローラ表面のトナー層のうち、その粒径が例えば約２．０×１０^−６ｍ以下のトナーは現像ローラの表面にトナーが残留し易い。小粒径のトナーのうち、帯電量の大きな残留トナーは現像ローラとの鏡像力が強く作用し、電気的な付着力が強く作用するため、現像バイアスによる電界がこの付着力に打ち勝たなければ、当該小粒径のトナーはドラムに供給されないからである。

このように、小粒径のトナーによる現像ローラへの付着を解消する措置が必要になるが、上記従来の技術では当該措置については格別な配慮がなされていない。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、現像ローラの表面にトナーが残留し難くなるとともに、装置の小型化や高速化が実現可能な現像装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、キャリアを用いてトナーを帯電させ、該トナーを像担持体に供給してトナー画像を現像させる現像装置であって、トナー及びキャリアを含み、トナー及びキャリアが相互に摩擦接触することにより、トナーが第１の極性に帯電されるとともに、キャリアが第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、像担持体に対峙した開口を有するハウジングと、該ハウジング内に配設されており、キャリア及びトナーによる磁気ブラシを形成する磁気ローラと、樹脂のコーティング層を表面に有しており、開口にて磁気ブラシから移送されたトナーの薄層を形成する現像ローラと、磁気ローラと現像ローラとの間に第１の電界を形成して、磁気ローラから現像ローラにトナーを移送させる第１の電界形成手段と、現像ローラと像担持体との間に第２の電界を形成して、現像ローラから像担持体の静電潜像にトナーを移送させて静電潜像を現像する第２の電界形成手段とを具備し、第１の電界には、少なくとも交流電界が含まれており、コーティング層は、キャリアとの摩擦接触によりトナーに帯電された第１の極性と同極性に帯電されるとともに、体積抵抗値が１×１０^５Ωｃｍ〜１×１０^９Ωｃｍであることを特徴とするものである。

第１の発明によれば、キャリア及びトナーからなる２成分現像剤が用いられており、磁気ローラでは、この現像剤による磁気ブラシが形成され、このブラシは現像ローラにトナーの薄層を形成させる。そして、このトナーが像担持体に供給されることにより、トナー画像が現像される。一方、このブラシは、現像後には現像ローラのトナー層を掻き取って回収する。

ここで、上述の如く現像装置の小型化や高速化を図るにあたり、仮に、像担持体へのトナーの供給（トナーの現像性）をトナー層の掻き取り（トナーの引き剥がし性）よりも優先すると、現像ローラの表面にトナーが残留し易くなり、画像乱れが生じてしまう。
しかしながら、本発明の現像装置では、現像ローラの表面には樹脂のコーティング層が形成されており、トナーに対する離形性が良好になるため、現像ローラとトナーとの電気的な付着力が小さくなる。

また、コーティング層を樹脂で形成すると、このコーティング層が帯電され、トナーの現像性やトナーの引き剥がし性が低下するとの懸念もある。しかし、このコーティング層の体積抵抗値の範囲が１×１０^５Ωｃｍ〜１×１０^９Ωｃｍとされている。これにより、現像ローラのトナーが像担持体に飛翔し易くなって、トナーの現像性が向上するし、また、当該トナーを現像ローラから引き剥し易くなるので、トナーの引き剥がし性も向上する。

さらに、この表面の算術表面粗さの範囲が０．４×１０^−６ｍ〜１．５×１０^−６ｍであることが好ましい。これにより現像ローラとトナーとの適切な付着力が得られ、従来に比して画像濃度の不良や現像ゴーストの如くの画像乱れが回避可能になる。
また、現像バイアスのうち、その交流成分のデューティ比の範囲が４０％〜６０％に設定されていることが好ましい。この現像バイアスによる電界の現像時間が増え、トナーの現像性がさらに向上可能になる。
そして、小粒径トナーの現像性及び引き剥がし性の双方を満たしつつ、現像装置の小型化や高速化も達成可能になる。

第３の発明は、第１や第２の発明の構成において、キャリアの重量平均粒径Ｄｃと、トナーの体積平均粒径Ｄｔとしたとき、４＜Ｄｃ／Ｄｔ＜１０を満たすことを特徴とする。
第３の発明によれば、第１や第２の発明の作用に加えてさらに、上述の如く、現像バイアスの交流成分のデューティ比の範囲が４０％〜６０％に設定し、キャリアの重量平均粒径Ｄｃと、トナーの体積平均粒径Ｄｔとの比Ｄｃ／Ｄｔが４〜１０となるキャリア及びトナーを用いることで、磁気ブラシを密に形成することができ、より均一なトナー薄層を形成することができる。なお、デューティ比が４０％とは、現像ローラに印加される交流成分である１周期の矩形波のうち、現像ローラから像担持体側に向かう成分の印加される時間が１周期の時間に対して４０％であることを表しており、磁気ローラの場合は磁気ローラから現像ローラ側に向かう成分の割合を表している。

第４の発明は、第１から第３の発明の構成において、トナーの体積平均粒径が４．０×１０^−６ｍ〜６．７×１０^−６ｍであって、個数分布におけるＣＶ値が２２％以下を満たすことを特徴とする。
第４の発明によれば、第１から第３の発明の作用に加えてさらに、上述のように、現像バイアスの交流成分のデューティ比の範囲が４０％〜６０％に設定されるので、トナーの体積平均粒径の範囲が４．０×１０^−６ｍ〜６．７×１０^−６ｍとなるトナーを用いることが可能になる。この結果、さらなる高画質化に寄与する。
また、この体積平均粒径に対するＣＶ値が２２％以下となるトナーも使用できる結果、粒子径の分布の広がりが大きくならず、現像装置におけるトナーの帯電量の分布も均一になり、カブリ等を生じない高品質の画像が得られる。

第５の発明は、第１から第４の発明の構成において、キャリアの重量平均粒径が２５×１０^−６ｍ〜４５×１０^−６ｍであることを特徴とする。
第５の発明によれば、第１から第４の発明の作用に加えてさらに、上述の如く、現像バイアスの交流成分のデューティ比の範囲が４０％〜６０％に設定されることから、キャリアの重量平均粒径の範囲が２５×１０^−６ｍ〜４５×１０^−６ｍとなるキャリアを用いることができ、この結果、磁気ブラシが密に形成されるためトナーの薄層を密に形成できて高品質の画像が得られるし、トナーの引き剥がし性も向上する。

第６の発明は、第１から第５の発明の構成において、像担持体の周速は、１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定されていることを特徴とする。
第６の発明によれば、第１から第５の発明の作用に加えてさらに、像担持体の周速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定され、画像形成プロセススピードが速い場合には、現像時間や未現像トナーの回収時間が短くなるが、本発明は、このような高速化にも特に好適に対応できる。

第７の発明は、第１から第６の発明の現像装置を搭載した画像形成装置であることを特徴とする。
第７の発明によれば、第１から第６の発明の作用に加えてさらに、上記現像性や引き剥がし性の両立化が達成され、安定した画像品質を長期に亘って維持できるので、画像形成装置の信頼性向上に寄与する。

本発明によれば、現像ローラの表面にトナーが残留し難くなり、しかも、装置の小型化や高速化を実現させる現像装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することができる。

本実施例の画像形成装置の概略構成図である。 図１の現像装置の断面図である。 図１の現像装置による電源構成図である。 図３の電源構成図による合成電位差の説明図である。 図１の現像装置（実施例１）と比較例１とによる現像効率の説明図である。 図１の現像装置と比較例とによる実験結果を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施例であるタンデム方式のカラープリンタの概略構成図であり、同図の右方向がプリンタ１の正面に対応し、左方向が背面に対応している。
同図に示されるように、この装置本体２の下部には用紙のカセット３が配置されており、カセット３には画像形成前の用紙Ｐが積層状態で収容され、この用紙Ｐはローラ２１を介して１枚ずつ分離され、カセット３から左方向に向けて送出される。

カセット３から送出された用紙Ｐは本体２の左側面に沿って上方に向けて搬送される。この本体２の内部には、用紙搬送方向でみて下流側にフィードローラ２２、レジストローラ２４、画像形成部４及び転写部７１が順番に配置されている。この画像形成部４の下方には露光ユニット２０が備えられており、このユニット２０からは画像形成部４の感光体ドラム（像担持体）５に向けてレーザ光が照射される。

また、用紙搬送方向でみて転写部７１の下流側には、定着部７２及び排出分岐部７４が順番に配置され、片面印刷の場合には、定着部７２から排出された用紙Ｐは排出分岐部７４を経て排紙トレイ７６に排出される。
一方、この排出分岐部７４とカセット３との間には両面印刷用ユニット７８が配置されており、このユニット７８では定着部７２から排出された用紙Ｐをレジストローラ２４に戻し、画像形成部４に向けて再び送出する。

ここで、本実施例の画像形成部４は、４つの画像形成ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄで構成されている。これら各ユニット４ａ〜４ｄは、プリンタ１の正面側から背面側に向けて順に配列され、異なる４色（イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）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を通じてイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの画像を順次形成している。

具体的には、各ユニット４ａ〜４ｄには、各対応色の可視像（トナー画像）を担持するドラム５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられている。各ドラム５ａ〜５ｄは本体２に対して回転自在に設置され、図示しない駆動モータによって同図の反時計回りに駆動する。
また、各ドラム５ａ〜５ｄの周囲の適宜位置には、それぞれ対応する帯電器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、現像装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、クリーニング部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄや、中間転写ローラ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが設けられている。

この帯電器６ａ〜６ｄでは、対応するドラム５ａ〜５ｄの表面を一様に帯電させる。また、現像装置７ａ〜７ｄでは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーを用いてドラム５ａ〜５ｄの表面に静電的に付着させる。これにより、ドラム５ａ〜５ｄの表面には、露光ユニット２０による静電潜像に応じたトナー画像が現像される。そして、これらドラム５ａ〜５ｄ上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト１０上に順次転写され、１ページ分のトナー画像として合成される。

詳しくは、上記ベルト１０は、誘電体樹脂製のシート材の両端部分を重ね合わせて接合したエンドレス形状のベルトや、継ぎ目を有しないシームレスのベルトが用いられており、駆動ローラ１２と搬送ローラ１１との間に掛け回され、図示しない駆動モータによって同図の時計回りに走行する。
このベルト１０は、ドラム５ａ〜５ｄと中間転写ローラ９ａ〜９ｄとの間を走行しており、これにより、ドラム５ａ〜５ｄ上に形成されたトナー画像はベルト１０上に１次転写される。なお、クリーニング部８ａ〜８ｄでは、ドラム５ａ〜５ｄ上に残留したトナーが除去される。

上述した転写部７１は駆動ローラ１２に隣接して設けられ、この転写部７１のローラとベルト１０との間を用紙Ｐが通過すると、ベルト１０上に転写されたトナー画像は用紙Ｐに２次転写され、この用紙Ｐは定着部７２に向けて搬送される。
ここで、本実施例の各現像装置７には、いわゆるハイブリッド現像による方式が採用されている。

すなわち、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させ、この帯電されたトナーのみを各ドラム５に向けて飛翔させており、非接触の現像方式によってトナー画像をドラム５に現像している。より具体的には、現像装置７は図２に示されたハウジング３０を有しており、本実施例のハウジング３０は、ドラム５に対峙する開口３２と、この開口３２から下方に向けて延設する周壁３４と、この周壁３４の下端部分に形成される底壁３６とを有している。

この底壁３６には上述のキャリア及びトナーが収納され、撹拌ミキサー４０及びパドルミキサー４４がそれぞれ配置されている。各ミキサー４０，４４の軸４２，４６はハウジング３０に対して回転自在に支持されており、これらミキサー４０，４４が図示しない駆動モータによって回転すると、キャリア及びトナーが撹拌されてトナーを帯電させる。そして、これらキャリア及びトナーはミキサー４４を介して磁気ブラシローラ（磁気ローラ）５０に搬送される。

磁気ブラシローラ５０は、ミキサー４４の上方に配設されており、その軸５２はハウジング３０に対して回転自在に支持されている。本実施例の軸５２の外周には管状のブラシ側スリーブ５４がフランジを介して嵌合されている。これにより、軸５２が図示しない駆動モータによって回転すると、このスリーブ５４は図２の時計回りに回転する。

一方、ブラシ側スリーブ５４内において、軸５２の同一線上には保持軸が配設されている。この保持軸の外周側にはブラシ側磁石５６が所定の主極磁力や主極角度を有して保持されており、ミキサー４４からのキャリア及びトナーを吸引して磁気ブラシを形成させる。詳しくは、当該磁気ブラシは、スリーブ５４の外周面において、ブラシ側磁石５６を有する領域に形成される。

また、この磁気ブラシの厚さは穂切りブレード３８で規制されており、所定の直流（ＤＣ）バイアスが印加されると、磁気ブラシはトナーを現像ローラ６０に向けて搬送させる。一方、この磁気ブラシは現像後のトナー層を現像ローラ６０から掻き取っている。
このように、当該磁気ブラシでは、強固に付着したトナー層を現像ローラ６０から機械的な力で引き剥がす一方、現像に必要な新たなトナーを現像ローラ６０に供給している。

そして、上述した磁気ブラシによれば、現像後のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けなくて済み、この磁気ブラシは、現像ローラ６０のトナー層に接触し、各ローラ５０，６０の回転速度差によるブラシ効果と、ミキサー４０，４４での攪拌による磁気ブラシの現像剤の入れ替えとによってトナーの回収と搬送とが容易にされている。

この現像ローラ６０は、ブラシローラ５０の上方にて開口３２の近傍に配設されている。
ローラ６０の軸６２は、ブラシローラ５０の回転軸線に対して略平行に並設されており、ハウジング３０に回転自在に支持されている。また、本実施例の軸６２の外周にも管状の現像側スリーブ６４がフランジを介して嵌合されている。これにより、軸６２が図示しない駆動モータによって回転すると、スリーブ６４は図２の時計回りに回転する。

なお、このスリーブ６４内においても、軸６２の同一線上には保持軸が配設されており、現像側磁石６６が所定の主極磁力や主極角度を有して保持されている。これにより、各ローラ５０，６０に対峙した部分の磁気ブラシの密度が高められる。そして、これらブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差によって、ブラシローラ５０から移送されたトナーのみの薄層が形成される。

また、上述した各軸５２，６２は図示しない軸受に支持され、この軸受は、軸５２を回転中心として回動可能に構成されている。そして、現像バイアス、すなわち、所定のＤＣバイアスを重畳した交流（ＡＣ）バイアスが印加されると、現像ローラ６０のトナーがドラム５に向けて飛翔する。これにより、各ドラム５の表面にはトナー画像が現像されることになる。

なお、本実施例では、現像側磁石６６の主極角度の位置（磁力ピーク位置）を、各ローラ５０，６０の中心を結んだ基準線に対し、現像ローラ６０の回転方向で見て上流側に約１４°移動した位置に設定している。一方、ブラシ側磁石５６の主極角度の位置（磁力ピーク位置）は、上記基準線に対し、ブラシローラ５０の回転方向で見て下流側に約５°移動した位置に設定されている。

ところで、本実施例の現像ローラ６０では、そのスリーブ６４の表面に樹脂のコーティング層が形成されている。
具体的には、本実施例のスリーブ６４はアルミニウム製の素管であり、その表面にはアルマイトのコーティング層（１５μｍ、１μｍ＝１×１０^−６ｍ）が形成され、さらに、その上側に樹脂のコーティング層が形成されている。本実施例の樹脂はシリコン変性ウレタン樹脂であり、アルマイトのコーティング層の上側に約１０μｍの厚さで塗布されている。

なお、本実施例の使用トナーは正帯電性のトナーであるが、仮に、負帯電性のトナーを使用する場合には、シリコン変性ウレタン樹脂に替えて、フッ素樹脂やフェノール樹脂を用いても良い。これらトナーと樹脂とは同極だからである。一方、仮に、このフッ素樹脂を用いる場合において、正帯電性のトナーを使用するときには、当該樹脂中にキャリアに対する摩擦帯電極性がトナーと同極性の材料を含有させるなどしてトナーと同極性の帯電特性を付与して用いれば良い。この場合にも、トナーと樹脂との結着性が低くなるからである。

また、この樹脂にはカーボン等の導電材が含有されており、その体積抵抗値ｐｖの範囲が約１×１０^５Ωｃｍ〜約１×１０^９Ωｃｍに増やされている。なお、この体積抵抗値ｐｖは、ＨＩＲＥＳＴＡ ＵＰ（三菱油化社製：型式ＭＣＰ−ＨＴ４５０）、若しくはスリーブ６４の表面と素管との間に電圧（１００Ｖ）を印加し、ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製）を用いて測定する。

一方、このスリーブ６４の表面はバフ研磨等が施され、その算術表面粗さＲａの範囲は約０．４μｍ〜約１．５μｍである。この算術表面粗さＲａは、ＳＵＲＦＣＯＭ １５００ＤＸ（東京精密社製：ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４対応）を用い、測定条件（算出規格：ＪＩＳ−´９４規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：４．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ）で測定している。

そして、本実施例においては、現像ローラ６０に印加する上述の現像バイアスは、図３に示される如く、第１電源６８から供給され、この現像バイアスのうち、そのＡＣ成分Ｖｐｐ１のデューティ比Ｄ１の範囲が約４０％〜約６０％に設定される。
一方、ブラシローラ５０に印加することにより、その磁気ブラシで現像ローラ６０にトナーの薄層を形成するバイアス、つまり、薄層形成バイアスは、上記第１電源６８の他、この第１電源６８に直列接続された第２電源５８から供給されている。

また、上述した薄層形成バイアスのＡＣ成分Ｖｐｐ２は、現像バイアスのＡＣ成分Ｖｐｐ１と同周期であって逆位相である。よって、図４（ａ）に示されるように、ブラシローラ５０に印加した電圧Ｖｍａｇ（図中、実線で示す）と、現像ローラ６０に印加した電圧Ｖｓｌｖ（図中、破線で示す）との合成電位差（Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖ）は階段状ではなく、明確な矩形状をなすことが可能になる（同図（ｂ））。

そして、この現像装置７を搭載したプリンタ１では、カセット３から用紙Ｐが１枚ずつ分離して送出され、この用紙Ｐはレジストローラ２４に到達する。このローラ２４は、用紙Ｐの斜め送りを矯正しつつ、画像形成部４で形成されるトナー画像とのタイミングを計りながら、用紙Ｐを転写部７１へと送出する。
また、図示しないコントローラからの画像データに基づき、プリンタ１では露光ユニット２０によるレーザ光の照射が制御される。これにより、画像形成部４において各ドラム５ａ〜５ｄ上に原稿画像の静電潜像が作られ、続いてこの潜像から各ドラム５ａ〜５ｄ上にトナー画像が形成され、中間転写ベルト１０に転写合成される。続いて、このベルト１０に転写合成されたトナー画像は転写部７１にて用紙Ｐに転写される。

その後、用紙Ｐは未定着トナー画像を担持した状態で定着部７２に向けて送られる。次いで、定着部７２から排出された用紙Ｐは排出分岐部７４を通ってトレイ７６に排出される。
この片面印刷に対し、両面印刷を行う場合には、定着部７２から排出された用紙Ｐは排出分岐部７４にてユニット７８側に引き戻され、この用紙Ｐはレジストローラ２４を経て、再び転写部７１に向けて送られる。そして、この場合には、用紙Ｐの未だ印刷がされていない方の面にトナー画像が転写される。

以上のように、本実施例によれば、キャリア及びトナーからなる２成分現像剤が用いられており、ブラシローラ５０では、この現像剤による磁気ブラシが形成され、このブラシは現像ローラ６０のスリーブ６４の表面にトナーの薄層を形成させる。そして、このトナーがドラム５に供給されることにより、トナー画像が現像される。一方、このブラシは、現像後にはスリーブ６４のトナー層を掻き取って回収する。

ここで、上述の如く現像装置７の小型化や高速化を図るにあたり、仮に、ドラム５へのトナーの供給（トナーの現像性）をトナー層の掻き取り（トナーの引き剥がし性）よりも優先すると、スリーブ６４にトナーが残留し易くなり、画像乱れが生じてしまう。
なぜならば、スリーブ６４にトナーが残留し易くなって、磁気ブラシとの摩擦によって残留トナーの帯電量が大きくなると、スリーブ６４のトナー層の厚みが減るので、画像濃度の不良が生じてしまうし、次回の現像時に現像ゴーストが生じ得るからである。一方、仮に、トナーの引き剥がし性をトナーの現像性よりも優先すると、スリーブ６４からドラム５へのトナーの供給期間が短くなり、やはり画像濃度の不良が生じてしまう。

しかしながら、本実施例では、スリーブ６４の表面にはシリコン変性ウレタン樹脂のコーティング層が形成されており、トナーに対する離形性が良好になるため、スリーブ６４とトナーとの電気的な付着力が小さくなる。
一方、コーティング層をシリコン変性ウレタン樹脂で形成すると、キャリアとの摩擦によりコーティング層がトナーと同極性に帯電し、電荷が蓄積されることにより、トナー薄層が形成されにくくなる懸念もある。

しかし、このコーティング層の体積抵抗値ｐｖの範囲が約１×１０^５Ωｃｍ〜約１×１０^９Ωｃｍとすることで、電荷が蓄積されてトナー薄層が形成されにくくなることを抑制し、且つドラム５へのリーク現象を抑制することができる。

具体的には、体積抵抗値ｐｖが１×１０^５Ωｃｍ未満の場合には、体積抵抗が低すぎるため、リークが発生してしまう。一方、この体積抵抗値ｐｖが１×１０^９Ωｃｍを超えた場合には、導電性が低いため、電荷が蓄積してしまいスリーブ６４とブラシローラ５０間の電位差が減少することとなりトナー薄層が十分に形成されずに画像濃度が低下してしまうからである。

さらに、スリーブ６４の表面の算術表面粗さＲａの範囲が約０．４μｍ〜約１．５μｍであることから、スリーブ６４とトナーとの適切な付着力が得られ、従来に比して画像濃度の不良や現像ゴーストの如くの画像乱れが回避可能になる。詳しくは、この算術表面粗さＲａが０．４μｍ未満の場合には、仮に環境変動（例えば、３５℃で８０％の如くの高温高湿環境）や、現像剤の劣化によってトナーの帯電量が低下したときには、上述したトナー薄層を形成する際の電界による作用が低減し、トナー薄層形成が不安定になると共に、スリーブ６４とトナーとの接点が少なくファンデルワールス力などの付着力も低下しているためトナーの飛散が生じ易くなるし、算術表面粗さＲａが１．５μｍを超えた場合には、スリーブ６４とトナーとの接点が増えるため付着力が大きくなり、トナーの現像性及び引き剥がし性が低下するからである。

そして、本実施例の如くシリコン変性ウレタン樹脂のコーティング層の構成と、スリーブ６４の算術表面粗さＲａとの構成とが相俟って、スリーブ６４とトナーとの付着力は約３０ｍＮ以下に抑えられるのである。
しかも、現像バイアスのうち、そのＡＣ成分Ｖｐｐ１のデューティ比Ｄ１の範囲が約４０％〜約６０％（好ましくは約４５％〜約５５％）に設定されており、この現像バイアスによる電界の現像時間が増え、すなわちスリーブ６４からドラム５へ向かうバイアス成分の印加時間が増えるため、トナーの現像性がさらに向上可能になる。

これらの点につき詳述する。図５，６は、スリーブ６４に形成されたコーティング層の種類、体積抵抗値ｐｖ、算術表面粗さＲａ、デューティ比Ｄ１と画像乱れとの関係を調べた実験結果である。
当該実験条件は、画像形成条件として、ドラム５の周速は１８０ｍｍ／ｓｅｃ、ドラム５の表面電位は３００Ｖであり、また、使用トナーは正帯電性のトナーであって、その帯電量は２５μＣ／ｇ、トナーの粒径（体積平均粒径Ｄｔ）は６．７μｍであり、トナーの個数粒度分布におけるＣＶ値が２０％である。なお、ＤｔやＣＶ値は、マルチサイザーＩＩＩ（ベックマン・コールター社製）アパチャー径１００μｍ、測定範囲２〜６０μｍで測定した。

一方、使用されるキャリアの粒径（重量平均粒径Ｄｃ）は４０μｍであり、Ｄｃ／Ｄｔは約６である。また、そのキャリアの飽和磁化６０ｅｍｕ／ｇ、キャリアの体積抵抗値１×１０^１０Ωｃｍである。そして、この現像ローラ６０に対する現像バイアスのＡＣ成分Ｖｐｐ１は１．６ｋＶ、周波数ｆは２．７ｋＨｚであって、デューティ比Ｄ１は４５％である。

なお、現像側磁石６６の磁力は４００Ｇであり、その主極角度の位置は現像ローラ６０の回転方向で見て上流側に約１４°移動した位置に設定され、一方、ブラシ側磁石５６の磁力は８００Ｇであり、その主極角度の位置はブラシローラ５０の回転方向で見て下流側に約５°移動した位置に設定される。さらに、このドラム５の径はφ３０ｍｍ、現像ローラ６０の径はφ２０ｍｍ、ブラシローラ５０の径はφ２５ｍｍ、現像ローラ６０とブラシローラ５０との距離は０．３５ｍｍである。

ここで、上述したシリコン変性ウレタン樹脂のコーティング層が形成されたスリーブ６４を用い、Ａ４サイズで１０００枚の連続出力を実施し、ドラム５からベルト１０に転写された画像パッチの画像濃度（ＩＤ）をベルト１０に対向配置したＩＤセンサで検知した。
より詳しくは、図６に示された実施例１〜３は、シリコン変性ウレタン樹脂のコーティング層を有し、体積抵抗値ｐｖ、算術表面粗さＲａ、及びデューティ比Ｄ１がいずれも上述した本実施例の範囲に該当する例である。

一方、図６に示された比較例１〜７は、コーティング層の種類、或いは、体積抵抗値ｐｖ、算術表面粗さＲａ、又はデューティ比Ｄ１のいずれかが上述した本実施例の範囲から外れている例である。
そして、まず、アルマイトのコーティング層のみを有した比較例１は、１０００枚目に達した時点の画像濃度は最も減少し、品質の総合判定が不合格であった。なお、現像効率の点で見ると、この比較例１では、実施例１よりも大きな印加電圧を要するし、また、その効率も１００％に達していない（図５）。

次に、上述の体積抵抗値ｐｖのみが本実施例の範囲から外れた比較例３，４、また、上述した算術表面粗さＲａのみが本実施例の範囲から外れた比較例５，６、さらに、上記デューティ比Ｄ１のみが本実施例の範囲から外れた比較例２，７もまた、１０００枚目に達した時点の画像濃度は大きく減少し、品質の総合判定が不合格になった。

これに対し、上記実施例１〜３では、１０００枚目に達した時点の画像濃度は高い値を示しており、画像濃度の不良や現像ゴーストが生ずることなく、品質の総合判定も合格になることが分かる。
よって、本実施例によれば、小粒径トナーの現像性及び引き剥がし性の双方を満たしつつ、現像装置の小型化や高速化も達成可能になるのである。

また、正帯電性のトナーを用いれば、これらシリコン変性ウレタン樹脂と正帯電性トナーとは同極ゆえに反発し、仮に、残留トナーが存在していても、その帯電量が小さくなり、画像乱れをより一層回避できる。しかも、低い電圧でドラム５へのトナーの供給が可能になって、現像ローラ６０の耐久性も向上する。

さらにまた、上述の如く、このＡＣ成分Ｖｐｐ１のデューティ比Ｄ１の範囲が約４０％〜約６０％に設定し、キャリアの重量平均粒径Ｄｃと、トナーの体積平均粒径Ｄｔとの比（Ｄｃ／Ｄｔ）が４〜１０となるキャリア及びトナーを用いることで、磁気ブラシを密に形成することができ、より均一なトナー薄層を形成することができる。

しかも、トナーの体積平均粒径Ｄｔの範囲が約４．０μｍ〜約６．７μｍとなるトナーを用いることが可能になり、この結果、さらなる高画質化に寄与する。
より具体的には、体積平均粒径Ｄｔが４μｍ未満では、電気的な付着力以外の付着力（例えばファンデルワールス力など）の影響が大きくなり、上記現像性及び引き剥がし性のいずれも良好ではないからである。一方、この体積平均粒径Ｄｔが６．７μｍを超えると、１ドットの再現性が低下するからである。

また、この個数分布におけるＣＶ値が２２％以下となるトナーも使用できる結果、粒子径の分布の広がりが大きくならず、現像装置７におけるトナーの帯電量の分布も均一になり、カブリ等を生じない高品質の画像が得られる。
さらに、キャリアについても、その重量平均粒径Ｄｃの範囲が約２５μｍ〜約４５μｍとなるキャリアを用いることができ、この結果、トナーの薄層を密に形成できて高品質の画像が得られるし、キャリアの飛散も抑制できる。

より詳しくは、重量平均粒径Ｄｃが２５μｍ未満ではキャリアの飛散が生じ易くなるし、一方、この重量平均粒径Ｄｃが４５μｍを超えると、トナーの薄層を密に形成し難くなるからである。
さらにまた、ドラム５の周速が約１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定され、画像形成プロセススピードが速い場合には、現像時間や未現像トナーの回収時間が短くなるが、本実施例は、このような高速化にも特に好適に対応できる。

また、上記現像性や引き剥がし性の両立化が達成され、安定した画像品質を長期に亘って維持できるので、プリンタ１の信頼性向上に寄与する。
本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。例えば上記実施例の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。

また、上記実施例では画像形成装置としてプリンタに具現化した例を示しているが、本発明の画像形成装置は複合機、複写機やファクシミリ等にも当然に適用可能である。

１ プリンタ（画像形成装置）
５ 感光体ドラム（像担持体）
７ 現像装置
３０ ハウジング
３２ 開口
５０ 磁気ブラシローラ（磁気ローラ）
５８ 第２電源
６０ 現像ローラ
６４ スリーブ
６８ 第１電源

Claims (6)

1. キャリアを用いてトナーを帯電させ、該トナーを像担持体に供給してトナー画像を現像させる現像装置であって、
   前記トナー及び前記キャリアを含み、前記トナー及び前記キャリアが相互に摩擦接触することにより、前記トナーが第１の極性に帯電されるとともに、前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
   前記像担持体に対峙した開口を有するハウジングと、
   該ハウジング内に配設されており、前記キャリア及び前記トナーによる磁気ブラシを形成する磁気ローラと、
   樹脂のコーティング層を表面に有しており、前記開口にて前記磁気ブラシから移送されたトナーの薄層を形成する現像ローラと、
   前記磁気ローラと前記現像ローラとの間に第１の電界を形成して、前記磁気ローラから前記現像ローラに前記トナーを移送させる第１の電界形成手段と、
   前記現像ローラと前記像担持体との間に第２の電界を形成して、前記現像ローラから前記像担持体の静電潜像に前記トナーを移送させて前記静電潜像を現像する第２の電界形成手段とを具備し、
   前記第１の電界には、少なくとも交流電界が含まれており、
   前記磁気ブラシは、前記現像ローラに前記トナーを供給するトナー供給部及び前記現像ローラから前記トナーを回収するトナー回収部として機能し、
   前記コーティング層は、前記トナー供給部及び前記トナー回収部において前記現像剤に含まれる前記キャリアとの摩擦接触により前記トナーに帯電された前記第１の極性と同極性に帯電されるとともに、体積抵抗値が１×１０^５Ωｃｍ〜１×１０^９Ωｃｍであり、
   前記現像ローラの前記表面の算術表面粗さが０．４×１０ ^−６ ｍ〜１．５×１０ ^−６ ｍであり、且つ、前記現像ローラのトナーで前記像担持体の潜像を現像するための現像バイアスのうち、その交流成分のデューティ比が４０％〜６０％を満たすことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置であって、
   前記キャリアの重量平均粒径Ｄｃと、前記トナーの体積平均粒径Ｄｔとしたとき、
   ４＜Ｄｃ／Ｄｔ＜１０
   を満たすことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置であって、
   前記トナーの体積平均粒径が４．０×１０^−６ｍ〜６．７×１０^−６ｍであって、個数分布におけるＣＶ値＝（標準偏差／個数平均粒径）×１００が２２％以下を満たすことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の現像装置であって、
   前記キャリアの重量平均粒径が２５×１０^−６ｍ〜４５×１０^−６ｍであることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の現像装置であって、
   前記像担持体の周速は、１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定されていることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の現像装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

Images