現像装置及びこれを用いた画像形成装置
【課題】帯電時における逆極性トナーの発生を有効に防止しながら導電性トナーに対する効率的な帯電を実現し、従前の導電性トナーを使用する際の不具合を改善する。
【解決手段】 静電潜像Ｚを担持した像担持体１に対向配置され、帯電された導電性トナー２を担持搬送するトナー担持体３と、このトナー担持体３と像担持体１との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体１上の静電潜像Ｚをトナー現像する現像電界形成手段４と、トナー担持体３に対向配置され且つ導電部材６ａの表面が絶縁被覆される分極帯電部材６を有し、この分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界を作用させ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナー２を挟んで電荷分極させる電荷分極手段５とを備える。これを用いた画像形成装置をも対象とする。
【解決手段】 静電潜像Ｚを担持した像担持体１に対向配置され、帯電された導電性トナー２を担持搬送するトナー担持体３と、このトナー担持体３と像担持体１との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体１上の静電潜像Ｚをトナー現像する現像電界形成手段４と、トナー担持体３に対向配置され且つ導電部材６ａの表面が絶縁被覆される分極帯電部材６を有し、この分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界を作用させ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナー２を挟んで電荷分極させる電荷分極手段５とを備える。これを用いた画像形成装置をも対象とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、帯電された導電性トナーによって静電潜像を可視像化する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における電子写真方式の画像形成装置では、絶縁性トナーを摩擦帯電して電荷を与え、現像に供する方法が広く一般的に用いられている。
ここで、トナーを帯電させる方法としては、トナーのバインダ樹脂や添加剤との組合せによりトナーの摩擦帯電性を予め制御しておき、現像装置内でトナーが攪拌されたり搬送されたりしていることを利用し、搬送経路の途中におけるトナーの攪拌動作や搬送動作によりトナー同士を摩擦させることで、摩擦帯電を生じやすい物質とトナーとの摩擦によってトナーを帯電させる方法が多く採用されている。
【０００３】
このようなトナーの帯電方法において、摩擦によって帯電したトナーの帯電量には、ある程度の帯電分布が存在しているため、トナーには、帯電量が少ない低帯電トナーや、トナー全体の帯電極性とは逆の帯電極性を有する逆極性トナーが含まれていることが多い。
このとき、低帯電トナーは、現像装置内のトナー担持体から離れて画像形成装置内を漂う所謂トナークラウドとなりやすく、このトナークラウドは画像形成装置の不良原因となる。
また、逆極性トナーは、像担持体上の静電潜像のうち、本来トナーが付着しない背景部に引きつけられ、背景部の一様な汚れである所謂かぶりを発生させる。
更に、この種の摩擦帯電方法にあっては、環境変化や経時変化の影響を受けやすく、トナーや攪拌部材等の摩擦帯電機構の表面状態が変化し、結果的に、トナーの帯電状態が不安定になり易い。
【０００４】
そこで、このような不具合を解消するために、導電性トナーを使用する方法、具体的には、導電性トナーへ電荷を注入して帯電し、現像に供する方法が知られている。
この方法は、摩擦帯電を利用しないため、種々の利点がある。
特に、導電性トナーは電荷が移動し易く、均一な電荷をトナーに与えることができるため、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくいことは最大の特長である。また、摩擦帯電機構が不要なため、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能であることも、大きな魅力である。
【０００５】
ところが、導電性トナーが汎用的にならない最大の理由は、コロトロンやバイアスロールといった汎用的な静電転写方式では、吸湿した記録紙へのトナー像の転写が困難なためである。
また、カラー画像を形成する場合、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現するが、導電性トナーではトナーを重ねることができず、カラー化に対応できないためである。
この原因は、トナーが導電性であるが故に、吸湿して低抵抗になった記録紙やトナー相互間でトナー電荷の移動が発生し、トナーへの静電吸着力が失われてしまうことによる。
【０００６】
また、別の技術的課題として、導電性トナーは容易に電荷注入するため、潜像電位が不安定になると、現像バイアスと静電潜像の背景部との間の小さな電位差（クリーニング電位とする）でも、トナーへ逆極性の電荷が電荷注入し、かぶりの原因になり易い。
【０００７】
このような技術的課題を解決するために、従来にあっては、以下のａ〜ｅの先行技術が提案されている。
すなわち、
ａ トナーとして、正負両極性のうち一方の極性に帯電し易く、かつ、該極性に帯電した後は他方の極性に帯電し難い特性を具備させた提案、言い換えれば、電荷を注入しやすいが、リークしにくいトナー材料に関する提案（例えば特許文献１参照）、
ｂ 基体の少なくとも一方の面に絶縁性媒質を所定量塗工し、所定レベルの体積固有抵抗値を備えた記録紙（転写媒体）を用いることで、紙の電荷保持量を安定且つ均一とする提案（例えば特許文献２参照）、
ｃ 現像後かつ転写に先立ち静電潜像の画像部電位を現像時の画像部電位の所定レベルまで低減させ、トナーの飛び散りを抑制する提案（例えば特許文献３参照）、
ｄ 導電性トナーと絶縁性トナーとの混合により、転写時には、紙から導電性トナーへの電荷注入を絶縁性トナー（絶縁体）にて防ぎ、導電性トナーと紙との非接触化を図ることで、導電性トナーの電荷保持性を保つようにした提案（例えば特許文献４参照）、
ｅ 像担持体上の導電性トナーを加熱することでトナーを軟化・溶融し、軟化・溶融したトナーの粘着力を利用することにより像担持体から被記録材への転写性を良好に保つようにした非静電転写技術に関する提案（例えば特許文献５参照）、などが試みられてきた。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１１１６０４号公報（発明の実施の形態、図１）
【特許文献２】特公昭５８−２６０２６号公報（第１−５頁、図１）
【特許文献３】特公昭６３−１０４２６号公報（第１−２頁、第２図）
【特許文献４】特開昭６３−１５９８７０号公報（第１−４頁、第１図）
【特許文献５】特開平６−９５５１８号公報（実施例、図１）
【特許文献６】特開２００４−１７０７３１号公報（課題を解決するための手段，図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、いずれの先行技術も絶縁トナー同等の転写性を得ることができないばかりでなく、例えば先行技術ａ，ｄにあっては、特殊な材料を使用しなければならないし、また、先行技術ｂにあっては、特殊な記録紙を使用しなければならず、更に、先行技術ｃ，ｅにあっては、特殊な作像プロセスが必要不可欠になるため、いずれの先行技術にあっても、汎用性を大きく損なう懸念があり、現段階において実用化には至っていない。
【００１０】
そこで、このような技術的課題を解決する手段としては、例えば図１４に示すように、静電潜像を担持した感光体ドラム等の像担持体２０１に対向配置され、帯電された導電性トナー２０２を担持搬送する現像ロール（現像電極）２０３と、この現像ロール２０３と像担持体２０１との間に現像電界が形成され、この現像電界作用領域にて像担持体２０１上の静電潜像をトナー現像する現像バイアス電源２０４と、現像ロール２０３に対向配置される電荷注入ロール（注入電極）２０６を有し、現像ロール２０３と電荷注入ロール２０６との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させ、導電性トナー２０２に電荷注入すると共に、電荷注入された導電性トナー２０２を現像ロール２０３に担持させる電荷注入装置２０５とを備えたものが既に提供されている（例えば特許文献６参照）。
ここで、導電性トナー２０２には、現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部を具備させることが必要である。尚、図１４中、符号２０７は電荷注入バイアスを印加する電荷注入バイアス電源を示す。
【００１１】
本態様によれば、導電性トナーに電荷を注入する場合に、抵抗可変部の抵抗を低くすることにより導電性トナーに対し容易に電荷を注入することができ、しかも、現像をする場合、可変抵抗部の抵抗を高くすることにより導電性トナーの電荷保持性を向上させることができる。
したがって、導電性トナーに対する電荷注入性と、注入された電荷保持性とを両立させることが可能になり、導電性トナーに対する電荷注入性を良好に保ちながら、現像電界作用領域において不要に電荷注入される事態を有効に回避することができる。このため、現像電界作用領域において、低電荷トナーや逆極性トナーが生成されることは少なく、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができる。
【００１２】
しかしながら、この種の電荷注入方式にあっては、電荷注入領域にて現像電界より大きな電荷注入電界を作用させるようにしているので、電荷注入領域にて逆極性トナー（ＷＳＴ：Wrong Sigh Tonerの略）が発生し易いという技術的課題が新たに見出された。
ここで、電荷注入方式において、電荷注入電界（導電性トナーの粒子層への印加電界に相当）の大きさを変え、逆極性トナー（ＷＳＴ）の発生率を調べたところ、図１５に示す結果が得られた。
図１５によれば、電荷注入電界が低電界である（図１５中Ａ領域）と、図１６に示すように、帯電効率が悪く、帯電できないトナーが、帯電したトナーに付着し、又は、現像電極との非静電的付着力により現像電極側へ移動する。従って、電荷注入電界を高める程、帯電効率の上昇により、ＷＳＴが減少することが理解される。
一方、電荷注入電界が高電界である（図１５中Ｂ領域）と、図１７に示すように、帯電したトナーが現像電極へ移動し、多層を形成すると、トナー相互で電荷交換して分極してしまい、上層トナーがＷＳＴ化する。従って、電荷注入電界を高める程、分極に起因するＷＳＴが増加する傾向にある。
尚、電荷注入電界が高電界であると、異常放電が発生し易く、その分、ＷＳＴの発生率が増加する懸念もある。
【００１３】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、帯電時における逆極性トナーの発生を有効に防止しながら導電性トナーに対する効率的な帯電を実現し、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本発明は、図１（ａ）に示すように、導電性トナー２にて静電潜像Ｚを可視像化する現像装置において、静電潜像Ｚを担持した像担持体１に対向配置され、帯電された導電性トナー２を担持搬送するトナー担持体３と、このトナー担持体３と像担持体１との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体１上の静電潜像Ｚをトナー現像する現像電界形成手段４と、トナー担持体３に対向配置され且つ導電部材６ａの表面が絶縁被覆される分極帯電部材６を有し、この分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界を作用させ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナー２を挟んで電荷分極させる電荷分極手段５とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
このような技術的手段において、導電性トナー２を扱う現像方式としては、例えば一成分現像方式や二成分現像方式などのいずれの現像方式であってもよい。
また、トナー担持体３としては、導電性トナー２を担持搬送するものであれば、ロール状、ベルト状など任意の形態でよく、磁極のレイアウト等も任意に設定して差し支えない。
更に、現像電界形成手段４は、像担持体１とトナー担持体３との間に現像電界を形成するものを広く含み、ここでいう現像電界としては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
【００１６】
また、本発明において、導電性トナー２の抵抗特性上からの好ましい態様としては、現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷分極電界ＥD作用域にて低抵抗に変化する態様が挙げられる。この場合、現像領域（現像電界作用域）にて高抵抗であれば電荷保持性が良好であり、一方、分極帯電領域（電荷分極電界作用域）にて低抵抗であれば電荷分極性が良好である。
更に、導電性トナー２の製造上からの代表的態様としては、導電性トナー基体をベースとし、この表面に絶縁性又は半導電性被覆層を設けた態様や、例えば絶縁性トナー基体をベースとし、その表面に導電性微粒子を埋設する等各種の態様がある。
前者の態様にあっては、導電性トナー基体は結果的に導電性を有するトナー基体であればよく、例えば絶縁性トナー基体内に導電性微粒子を混入させたり、絶縁性トナー基体の外表面近傍に導電性微粒子を付着させる等適宜選定して差し支えない。また、被覆層の好ましい態様としては、例えば無定形高分子を主成分とする被覆層が挙げられる。ここで、無定形高分子を主成分とする被覆層とは、少なくとも無定形高分子相の割合が８０％以上であることを意味する。更に、被覆層としては、導電性トナー基体を完全に被覆する態様に限らず、不完全に被覆する態様をも含む。この場合において、抵抗調整は被覆層の一部に凹所を設けたり、あるいは、層厚を調整することにより行うようにすればよい。
一方、後者の態様にあっては、絶縁性トナー基体は電子写真方式等で使用される絶縁性トナーであればよく、例えばスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂等を使用したものが挙げられる。更に、導電性微粒子としては、絶縁性トナー基体に埋め込む観点からは、好ましくは大きさがサブミクロンのものがよく、例えばＩＴＯ、酸化すず、酸化亜鉛、酸化チタン等の微粒子が挙げられる。更に、導電性微粒子にあっては、導電性トナー２をカラートナーに適用するためには、透明性を備えていることが好ましく、このことでカラー適性（特に発色性）に優れた導電性トナー２を得ることが可能になる。
【００１７】
更に、電荷分極手段５としては、図１（ｂ）に示すように、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界ＥDを作用させ、この電荷分極電界ＥD作用下にて導電性トナー２を挟んで電荷分極させるものであればあればよい。
ここで、分極帯電部材６は、ステンレス、アルミニウム、導電性ゴム又は樹脂等の導電部材６ａの表面を絶縁被覆層６ｂにて絶縁被覆した態様であればよく、この絶縁被覆層６ｂは通常導電部材６ａと別部材（絶縁性樹脂層や塗装膜など）であるが、これに限られるものではなく、例えばアルミニウムにアルマイト処理を施すなど導電部材６ａに所定の表面処理を施して一体的に形成してもよい。このとき、分極帯電部材６の導電部材６ａを電極として利用（所定のバイアスを印加若しくは接地）することにより電荷分極電界ＥDを生成可能とし、絶縁被覆層６ｂにて電荷分極作用を生じさせることが可能である。尚、トナー担持体３は帯電された導電性トナー２を担持搬送し、かつ、像担持体１や分極帯電部材６との間で電極として作用することが必要であるため、導電基材３ａの表面を絶縁被覆層３ｂに絶縁被覆した態様が採用されている。
【００１８】
そして、分極帯電部材６の形態としては、導電性トナー２を挟んで電荷分極される機能部材であれば、ロール状、プレート状、ブレード状等適宜選択して差し支えない。
そしてまた、電荷分極手段５としては、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界ＥDを生成させるための要素として、通常電源等の電荷分極電界形成手段７が用いられる。ここでいう電荷分極電界ＥDとしては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
この場合において、電荷分極電界ＥDとしては適宜選定して差し支えないが、導電性トナー２へ作用する電界の大きさにより導電性トナー２ａの電気抵抗を上下にスイッチング可能な態様にあっては、例えば分極帯電部材６とトナー担持体３との間に現像電界より大きな電荷分極電界ＥDを作用させ、導電性トナー２ａの電気抵抗を低下させることが好ましい。
【００１９】
このような電荷分極手段５によれば、電荷分極電界ＥD作用下では、導電性トナー２層間で電荷交換が行われ、トナー担持体３側の導電性トナー２ａが正規帯電（例えば負帯電）、分極帯電部材６側の導電性トナー２ｂが正規帯電とは逆極の逆極帯電し、夫々の導電性トナー２ａ，２ｂが静電的吸引力によりトナー担持体３、分極帯電部材６に保持される。このため、正規極性トナー２ａのみがトナー担持体３に移行することになり、逆極性トナー２ｂがトナー担持体３に移行し、現像領域にて現像に供されることはない。
【００２０】
また、電荷分極手段５としては、分極帯電部材６とトナー担持体３にトナーが供給可能なトナー供給部材とを兼用する態様であってもよいし、トナー担持体３に担持された状態のトナーに対して分極帯電する分極帯電部材６を有する態様であってもよい。
ここで、前者の兼用型の態様にあっては、分極帯電部材６は、分極帯電機能の他に、トナー供給機能を実現する部材であることが必要である。
一方、後者の態様は、分極帯電部材６をトナー供給部材とは別個に設ける態様であり、トナー供給機能を考慮することなく、分極帯電機能のみを追求することができるため、トナーの帯電性を確保する上で好ましい。
【００２１】
また、導電性トナー２を分極帯電させる態様としては、少なくとも電荷分極電界ＥDを作用させることが必要であるが、電荷分極電界ＥDを低電界にて導電性トナー２を分極帯電させるには、分極帯電部材６とトナー担持体３との間で導電性トナー２を摺擦する態様（摺擦方式）が好ましい。
この種の摺擦方式を用いた電荷分極手段５の代表的態様としては、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に周速差を持たせるものであればよい。
より具体的には、電荷分極手段５としては回動可能な分極帯電部材６を有し、トナー担持体３との間に周速差を持たせて分極帯電部材６を回動させる態様が挙げられる。この態様では、分極帯電部材６の回動方向は任意であるが、トナーの帯電性を考慮すると、分極帯電部材６とトナー担持体３との周速差が１．５倍以上であることが好ましい。
更に、トナー供給部材と兼用する分極帯電部材６の好ましい態様としては、トナー担持体３との対向部位にて同方向で且つ周速差をもって回動するものであればよい。このとき、分極帯電部材６の回動方向が同方向である方式（With方式）では帯電可能であるが、分極帯電部材６の回動方向が逆方向である方式（Against方式）では、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に導電性トナー２が挟まれる前にトナー担持体３にトナーが転移する挙動になるため、帯電し難い懸念がある。
【００２２】
また、前記周速差を持たせる別の電荷分極手段５としては、トナー担持体３に対向して分極帯電部材６を固定配置し、トナー担持体３との間に周速差を持たせるようにした態様が挙げられる。本態様の分極帯電部材６としてはブレード状部材が好ましい。
【００２３】
また、電荷分極手段５は、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界ＥDを作用させるものであるが、摺擦方式にあっては、電荷分極手段５による分極帯電方式は、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に導電性トナー２を挟んで摺擦しているため、導電性トナー２の見かけ上の抵抗を下げた状態で電荷分極することが可能であり、その分、電荷分極電界ＥDをある程度低く設定したとしても、帯電性能を良好に保つことが可能である。
このため、現像電界に比べて電荷分極電界ＥDを必ずしも大きく設定しなくても、導電性トナー２に対して電荷分極を行うことが可能になる。
よって、導電性トナー２としては、現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷分極電界作用域にて低抵抗に変化するという挙動を実現することができる。つまり、図２（ａ）に示すように、導電性トナー２は、現像電界作用域にて高抵抗に変化し、電荷分極電界作用域にて低抵抗に変化する抵抗可変部８を備えている挙動を示すのである。
【００２４】
但し、導電性トナー２はトナーへ印加する電界の大きさに依存して抵抗変化する挙動を示すため、現像電界作用領域に比べて電荷分極電界作用域にて導電性トナー２をより低抵抗にするには、現像電界より大きな電荷分極電界を作用させることが好ましい。
このように、電荷注入電界＞現像電界の関係を満たす電荷分極手段５にあっては、導電性トナー２の電気抵抗を以下のようにスイッチングさせることが必要である。
すなわち、静電潜像Ｚの画像部電位と現像バイアス電位とで形成される現像電界より大きく且つ電荷分極電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング（抵抗変化）するようにすればよい。
本態様においては、導電性トナー２としては、体積抵抗率が電荷分極電界にて１０１０Ω・ｃｍ以下であり且つ現像電界にて１０１１Ωｃｍ以上であることが好ましい。これは、電荷分極電界にて１０１０Ω・ｃｍ以下であれば、電荷分極し易く、一方、現像電界にて１０１１Ωｃｍ以上であれば、電荷保持し易いことによる。
【００２５】
更に、導電性トナー２の抵抗変化の好ましい態様としては、例えば静電潜像Ｚの背景部電位と現像バイアス電位とで形成されるクリーニング電界より大きく且つ電荷分極電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング（抵抗変化）するものが挙げられる。
本態様によれば、クリーニング電界と電荷注入電界との中間電界にて導電性トナー２は高抵抗から低抵抗へスイッチングするため、クリーニング電界作用域においては、導電性トナー２は高抵抗に保たれることになり、トナー担持体３上の先端の導電性トナー２に逆極性の電荷が誘導されることはない。
このため、トナー担持体３上の導電性トナー２に逆極性電荷が誘導され、静電潜像の背景部に付着するという所謂かぶり現象は有効に抑制される。
更にまた、導電性トナー２の抵抗変化の好ましい態様としては、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷分極電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチングする態様が挙げられる。
本態様によれば、転写電界と電荷分極電界との中間電界にて導電性トナー２は高抵抗から低抵抗へとスイッチングするため、転写電界作用域では、導電性トナー２は高抵抗に保たれることになり、転写時において、導電性トナー２と記録紙との間で電荷の移動が発生することはなく、例えば高含水紙などに対しても導電性トナー２の電荷が保持され、良好な転写性能が得られる。
【００２６】
また、本発明は、現像装置を組み込んだ画像形成装置をも対象とする。
この場合、本発明に係る画像形成装置は、静電潜像Ｚを担持した像担持体１と、この像担持体１に対向配置される現像装置とを備えたものであればよい。
この場合において、画像形成装置の作像方式としては、導電性トナーを用いるものであれば電子写真方式は勿論、静電記録方式など広く採用することができ、また、画像形成装置のモデル態様についても、一つの像担持体１の周囲に複数の現像装置を設ける態様（複数サイクル型マシン）や、複数の像担持体１に夫々現像装置を設ける態様（所謂タンデム型マシン）など適宜選定して差し支えない。
【００２７】
次に、本発明に係る現像装置の作用について説明する。
図２（ｂ）に示すように、電荷分極手段５の分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界が作用すると、この電荷分極電界作用域（分極帯電領域）にて導電性トナー２は電荷分極され、正規極性に分極された導電性トナー２のみがトナー担持体３側へ移動し、正規極性と逆極性に分極された導電性トナー２は分極帯電部材６側に残る。
このとき、導電性トナー２は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、電荷分極電界作用域では、導電性トナー２の抵抗可変部８が低抵抗に変化し、導電性トナー２では容易に電荷が分極される。
この後、トナー担持体３上に担持された導電性トナー２は、図２（ｂ）に示すように、像担持体１とトナー担持体３との間の現像領域へ搬送され、現像電界作用域に入り、像担持体１へと移動して像担持体１上の静電潜像Ｚを可視像化する。
このとき、導電性トナー２は、図２（ａ）に示すように、現像電界作用域では、前記導電性トナー２の抵抗可変部８が高抵抗に変化することから、導電性トナー２は電荷を保持した状態を保ち、導電性トナー２相互間等で電荷の移動は行われない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る現像装置によれば、導電性トナーの帯電方式として、表面が絶縁化された分極帯電部材とトナー担持体との間に電荷分極電界を作用させ、かつ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナーを挟んで電荷分極するという分極帯電方式を採用したので、導電性トナー層間で電荷分極が起こり、正規極性に分極された導電性トナーのみをトナー担持体側に転移させ、正規極性と逆極性に分極された導電性トナーを分極帯電部材側に残存させることができ、逆極性トナーの発生を抑えながら導電性トナーを確実に帯電することができる。
このとき、分極帯電領域にて導電性トナーの抵抗を低減化するようにすれば、導電性トナー層の電荷分極をより促進させることが可能になり、導電性トナーの帯電効率を容易に高めることが可能である。
特に、分極帯電部材とトナー担持体とを周速差をもって移動させ、両者間で導電性トナーを摺擦させる方式を採用するようにすれば、導電性トナー層間の接触抵抗を小さくすることにより、その分、見かけ上のトナー抵抗を低減することができ、比較的低い電荷分極電界で導電性トナーに対し均一に電荷分極することができる。更に、電荷分極電界作用域では、トナー移動量を単層若しくは薄層に制御することが容易であるため、導電性トナーに対し均一な帯電を実現でき、逆極性トナーの発生率を効果的に抑制することができる。更にまた、比較的低い電荷分極電界にて導電性トナーに対し電荷分極することができるため、異常放電の発生リスクも少なく、その分、逆極性トナーの発生率を効果的に抑制することができる。
このため、本発明にあっては、導電性トナーを帯電する場合には導電性トナーを低抵抗に変化させ、導電性トナーに対し容易に電荷を分極させることができ、しかも、導電性トナーを現像に供する場合には導電性トナーを高抵抗に変化させ、導電性トナーの電荷保持性を向上させることができる。
従って、本発明によれば、導電性トナーに対する帯電性と帯電された電荷保持性とを両立させることが可能になり、導電性トナーに対する帯電性を良好に保ちながら、現像電界作用域にて不要に電荷注入される事態を有効に回避することができる。このため、現像電界作用域にて、低電荷トナーや逆極性トナーが生成されることは少なく、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができる。
【００２９】
また、本発明によれば、電荷分極電界作用域にて導電性トナーの抵抗を容易に低減可能とし、それ以外では導電性トナーを高抵抗に保つことが可能である。このため、例えば転写電界作用域にて、導電性トナーを摺擦することなく、トナーの移動を低電界で行うようにすれば、導電性トナーの抵抗を高くすることが可能になり、転写時における導電性トナーの電荷保持性を良好に保つことができる。
それゆえ、導電性トナーに保持している電荷が吸湿した記録紙やトナー相互間で移動することを有効に防止することができ、トナーへの静電吸着力を維持することができる。
よって、高含水紙などへのトナー画像の転写も可能となり、しかも、カラートナーの重ねによるカラー画像を形成することも可能になるから、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができる。
このように、本発明に係る現像装置によれば、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である、静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置を提供することができる。
【００３０】
更に、このような現像装置を用いた画像形成装置によれば、分極帯電方式を採用することにより、導電性トナー帯電時に正規極性と逆極性に帯電された導電性トナーの発生を抑えることを可能としたので、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができ、しかも、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができる。このため、導電性トナーを用いた良好な作像性能を簡単且つ確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所定方向に回転する像担持体としての感光体ドラム２０を有し、この感光体ドラム２０の周囲には、感光体ドラム２０を帯電する帯電装置２１と、この感光体ドラム２０上に静電潜像Ｚを形成する潜像書込装置としての例えば露光装置２２と、感光体ドラム２０上に形成された静電潜像Ｚを可視像化する現像装置３０と、感光体ドラム２０上で可視像化されたトナー像を記録媒体である記録紙２８に転写する転写装置２４と、感光体ドラム２０上の残留トナーを清掃するクリーニング装置２５とを順次配設したものである。
【００３２】
本実施の形態において、現像装置３０は、図４に示すように、導電性トナー４０を含む現像剤Ｇが収容される現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１には感光体ドラム２０に対向して現像用開口３２を開設すると共に、この現像用開口３２に面して現像ロール（現像電極）３３を配設し、この現像ロール３３に所定の現像バイアスを印加することで、感光体ドラム２０と現像ロール３３との間の現像領域に現像電界を作用させ、更に、現像ハウジング３１内には前記現像ロール３３と対向して分極帯電ロール（分極電極）３４を設けたものである。
特に、本実施の形態では、分極帯電ロール３４は現像ロール３３に導電性トナー４０を供給するためのトナー供給ロールをも兼用したものになっている。
【００３３】
ここで、現像ロール３３はＳＵＳ又はアルミニウム等のロール状導電基材３３ａ表面を絶縁被覆層３３ｂにて被覆したものであり、例えば表面をアルマイト処理したアルミニウム製のロールで構成される。そして、現像ロール３３には現像バイアス電源３７からの現像バイアスが印加され、それにより、感光体ドラム２０の静電潜像Ｚと現像ロール３３との間には現像電界が作用するようになっている。
【００３４】
また、分極帯電ロール３４は、ＳＵＳ又はアルミニウム等のロール状導電基材３４ａと、この導電基材３４ａの表面を絶縁被覆する絶縁被覆層３４ｂとを備えている。この場合において、絶縁被覆層３４ｂとしては、樹脂製の熱収縮チューブや塗装膜のような導電基材３４ａと別体のものは勿論のこと、例えば導電基材３４ａの表面に所定の表面処理を施したもの（例えばアルミニウム製の導電基材３４ａ表面にアルマイト処理による絶縁被覆層３４ｂを形成した態様）が挙げられる。
更に、この分極帯電ロール３４と現像ロール３３とは軽く接触又は微小間隙をもって配置されている。
そして、分極帯電ロール３４には電荷分極バイアス電源３８からの電荷分極バイアスが印加されるようになっている。それにより、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間には電荷分極電界が作用するようになっている。
更に、本実施の形態では、分極帯電ロール３４の回転方向については適宜選定して差し支えないが、トナーの供給性及び分極帯電特性を考慮すると、分極帯電ロール３４としては、現像ロール３３との対向部にて同方向で且つ周速差（例えば１．５倍以上）をもって回動し、分極帯電ロール３４と現像ロール３３との間に導電性トナー４０を挟持し、摺擦しながら電荷分極する態様が好ましい。
【００３５】
更にまた、この現像装置３０は、図４に示すように、現像ハウジング３１内の分極帯電ロール３４の表面に導電性トナー４０の薄層形成用の層形成ブレード３５を接触配置し、また、現像ハウジング３１内の分極帯電ロール３４の奥側には導電性トナー４０が含まれる現像剤Ｇを撹拌するアジテータ３６を配設したものである。
ここで、層形成ブレード３５は例えば厚さ０．０３〜０．３ｍｍ程度のステンレスの板ばねにシリコーンゴムやＥＰＤＭを接着剤等により接着したものである。この層形成ブレード３５の一端は、分極帯電ロール３４の表面に軽く接触し、他端は現像ハウジング３１の一部に支持されている。
【００３６】
尚、本実施の形態で用いられる現像装置３０以外の各デバイスについては適宜選定して差し支えない。例えば転写装置２４としては、図３に示すように、例えば感光体ドラム２０に対向して図示外の転写ロールを配設し、この転写ロールに転写バイアスを印加することで感光体ドラム２０と転写ロールとの間に転写電界を作用させ、記録媒体である記録紙２８に感光体ドラム２０上のトナー像を静電的に転写させるもの等適宜選定して差し支えない。
【００３７】
次に、本実施の形態で用いられる現像剤Ｇとしての導電性トナー４０について説明する。
本実施の形態における導電性トナー４０としては、例えば図５（ａ）に示すように、導電性を有する材料からなる導電性トナー基体（導電性コア）４０１を有し、この導電性コア４０１の周囲を絶縁性被覆層（例えば絶縁性樹脂層）４０２で被覆すると共に、導電性コア４０１の一部が露出するように前記絶縁性被覆層４０２に適宜数の凹部４０３を設けたものが用いられる。
本実施の形態において、導電性トナー４０は、重合法や各種公知のカプセル化技術で作製することができる。この時、導電性コア４０１は、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂に導電性カーボンブラック、磁性粉、ＩＴＯ／酸化チタン／酸化すず等の透明導電粉等の導電剤を分散させたり、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂からなる粒子表面を前記導電剤により被覆することによって、作製する。
このような態様の導電性トナー４０は、高電界を印加すると低抵抗化する傾向を示す。そして、低抵抗化する電界の大きさについては、導電性トナー４０の主として凹部４０３の占有割合、あるいは、絶縁性被覆層４０２の厚さなどに依存する。
このメカニズムについては、導電性コア４０１が絶縁性被覆層４０２にて被覆されているため、導電性コア４０１は、直接的にトナー相互や電極部材等に接触することがなく、絶縁性被覆層４０２を介して一定の微小間隙を保つことになり、この結果、例えば高電界が印加された時、トンネル効果等により導通することになる、と推測される。
【００３８】
また、導電性トナー４０の他の態様としては、例えば図５（ｂ）に示すように、導電性コア４０１を絶縁性若しくは半導電性の被覆層４０４にて被覆し、被覆層４０４の厚さｈを適宜調整することにより、導電性トナー４０の抵抗を調整可能とした態様等適宜選定して差し支えない。
このとき、半導電性の被覆層４０４については、それ自体半導電性の材料を用いるようにしてもよいし、例えば絶縁性樹脂に、酸化チタンや酸化すず等の金属酸化物や導電性カーボンを微量含有させた半導電性樹脂を用いるようにしてもよい。
【００３９】
ここで、図５（ｂ）に示す導電性トナー４０の好ましい態様としては、導電性コア４０１の表面に無定形高分子を主成分とする、言い換えれば無定形高分子相の割合が８０％以上である被覆層４０４が被覆されたものが挙げられる。
本態様において、導電性コア４０１としては、例えば通常の絶縁性トナーからなる絶縁性トナー基体（絶縁性コア）の外表面近傍に導電性微粒子を付着させる態様や、絶縁性コアの内部に導電性微粒子を混入させるものなど適宜選定して差し支えない。
【００４０】
次に、導電性トナーの製造方法については、湿式製造方法、乾式製造方法、及び、両者を組み合わせる等適宜選定して差し支えない。
先ず、絶縁性コアの製造については、乾式製造製法である混練粉砕法や、湿式製造製法である乳化凝集法、溶解懸濁法等いずれの方法で作製してもよいが、トナーの粒度分布シャープ化や形状制御の自由度という観点から乳化凝集法が好ましい。乳化凝集法とは、乳化重合により樹脂微粒子分散液を調製し、また着色剤を溶媒に分散した着色剤分散液や必要に応じて離型剤分散液を調製した後、これらを混合し、トナー粒径に相当する凝集粒子を形成し、加熱して凝集粒子を融合・合一してトナーを製造する方法である。この製造プロセスは一括で混合し凝集してもよいし、凝集工程を複数段階的に行わせ、第１段階の母体凝集を形成した後、凝集形成の第２段階で加えた粒子を第１段階の母体凝集粒子の表面に付着させるようにしてもよい。
このような乳化凝集法によるトナー作製時に、絶縁性コア表面に導電性微粒子を付着させ、更に、被覆層を被膜形成するようにしてもよい。
尚、上述した製造方法は、絶縁性コアの表面に導電性微粒子を付着させるようにしているが、乳化凝集法によるトナー作製時に絶縁性コア内に導電性微粒子を混入させるようにしても差し支えない。
【００４１】
また、導電性トナーの乾式製造方法としては、例えば乳化凝集法で製造した絶縁性コアを乾燥後、その表面に導電性微粒子を付着させ、更に、被覆層としての樹脂微粒子を被膜形成するようにしたものが挙げられる。
この製造方法は、例えば撹拌混合機に絶縁性コアと導電性微粒子とを混入した後に所定時間撹拌混合し、絶縁性コアに導電性微粒子を付着させ、導電性コアを形成する（撹拌混合工程（Ｉ））。
しかる後、撹拌混合機に導電性コアとポリエステルやスチレンアクリルなどからなる樹脂微粒子とを混入した後、所定時間撹拌混合し、導電性コアの周囲に被覆層（絶縁層）を形成するようにすればよい（撹拌混合工程（II））。
ここで、導電性トナーの乾式製造方法の具体例を挙げると、例えば平均粒径６．５μｍの絶縁性コアに例えばＩＯＴ微粒子（住友金属鉱山株式会社製）所定量（例えば１５ｗｔ％）加え、サンプルミル（型式：ＳＫ−Ｍ１０型協立理工株式会社製）により所定時間撹拌混合し（例えば１２０００ｒｐｍ、３０秒）、絶縁性コアの表面にＩＴＯ微粒子を付着させる。しかる後、ＩＴＯ微粒子が付着された絶縁性コア（導電性コア）に、ポリエステル等の樹脂微粒子を所定量（例えば１０ｗｔ％）加え、前記サンプルミルにて所定時間撹拌混合し（例えば１２０００ｒｐｍ、３０分）、所定の絶縁層を形成するようにするものが挙げられる。
尚、後述する実施例では、この乾式製造方法の具体例にて作製した導電性トナーを用いた。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について図３により説明する。
今、作像プロセスが開始されると、先ず、感光体ドラム２０表面が帯電装置２１により帯電され、露光装置２２が帯電された感光体ドラム２０上に静電潜像Ｚを書き込み、現像装置３０が前記静電潜像Ｚを可視像化する。
しかる後、感光体ドラム２０上のトナー像は転写部位へと搬送され、転写装置２４が記録媒体である記録紙２８に感光体ドラム２０上のトナー像を静電的に転写する。
尚、感光体ドラム２０上の残留トナーはクリーニング装置２５にて清掃される。
【００４３】
ここで、本実施の形態における現像装置３０の作動について図６（ａ）を基に詳述する。
同図において、本実施の形態における現像装置３０では、図４に示すアジテータ３６により撹拌された導電性トナー４０が、トナー供給ロールと兼用する分極帯電ロール３４表面に供給され、この分極帯電ロール３４と層形成ブレード３５との間を通過することにより、分極帯電ロール３４の表面に均一なトナー層が形成される。更に、この形成されたトナー層は、分極帯電ロール３４の回転により、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との対向位置に搬送される。
このとき、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間には、現像ロール３３に接続している現像バイアス電源３７の現像バイアスと、分極帯電ロール３４に接続している電荷分極バイアス電源３８による電荷分極バイアスとの差により形成された電荷分極電界が作用し、導電性トナー４０は、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間に挟持され、摺擦されながら電荷分極される。すると、正規極性に帯電された導電性トナー４０ｂは現像ロール３３側に静電的吸引力により保持され、正規極性と逆極性に帯電された導電性トナー（図示せず）は分極帯電ロール３４側に残存する。
尚、図６（ａ）では、符号４０ａは帯電前の導電性トナー、４０ｂは帯電後の導電性トナーを夫々示す。
【００４４】
このような状態において、導電性トナー４０層間の接触抵抗を小さくすることが可能になり、その分、導電性トナー４０の見かけ上の抵抗が小さくなり、導電性トナー４０は低抵抗な状態で電荷分極される。このため、電荷分極電界としては、比較的低電界であっても、導電性トナー４０には効率的に電荷分極が行われる。
この分極帯電方式は、逆極性トナー（ＷＳＴ：Wrong Sign Tonerの略）の発生率を下げる点で好ましく、このことは後述する実施例にて裏付けられる。
この点、例えば図６（ｂ）に示すように、現像ロール３３との対向部位にて分極帯電ロール３４を逆方向に回転させる態様にあっては、導電性トナー４０は分極帯電ロール３４上に層形成ブレード３５にて層厚規制された後現像ロール３３へと供給されるが、供給された導電性トナー４０は現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間のニップ部を通過することなく、現像ロール３３へと担持されることから、導電性トナー４０での電荷分極が不足し、帯電が不十分になる懸念がある。
【００４５】
そして、分極帯電により帯電された導電性トナー４０は、そのまま現像ロール３３上を搬送され、現像ロール３３と感光体ドラム２０との対向部位に進む。ここで、感光体ドラム２０上の静電潜像Ｚと、現像ロール３３に接続している現像バイアス電源３７の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー４０に加わることとなる。
また、感光体ドラム２０上に露光装置２２（図３参照）によって書き込まれた静電潜像部分は、表面帯電が除電されていることから、現像電界によって、この部分のみ導電性トナー４０が感光体ドラム２０に移動し、静電潜像Ｚを可視像化する。
本実施の形態において、この現像電界は電荷分極電界より低電界となっているため、電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０に分極帯電された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施される。
【００４６】
更に、感光体ドラム２０上で可視像化されたトナー像は、図３に示すように、感光体ドラム２０と転写装置２４との対向する位置で、記録紙２８に転写される。
このとき、この転写工程において、感光体ドラム２０と転写装置２４とで形成される転写電界として、電荷分極電界より低電界で行うようにすれば、電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０に分極帯電された電荷が、転写電界で逃げることなく、良好な転写が実施される。
【００４７】
尚、本実施の形態では、分極帯電ロール３４は、図６（ａ）に示すように配設されているが、これに限定されるものではなく、感光体ドラム２０の回転方向が逆方向である態様（本態様では、露光装置２２の配設位置が感光体ドラム２０の下側に制限される）では、例えば図７（ａ）に示すように、現像ロール３３、分極帯電ロール３４を配設するようにすればよく、本態様では、分極帯電ロール３４から現像ロール３３にかけて導電性トナー４０を重力方向に沿って供給することができるため、現像ロール３３へのトナーの供給性を上げることが可能である。
更に、この態様において、図７（ｂ）に示すように、現像ロール３３のうち分極帯電ロール３４位置の上流側に除電用のリフレッシュロール３９を配設するようにすれば、例えば現像ロール３３の表面に例えば電荷分極電界作用域にて体積抵抗率が１０１１Ω・ｃｍ以上の高抵抗層を設けたとしても、現像ロール３３に不必要に電荷が蓄積することなく、常にリフレッシュされた状態で、現像ロール３３上の導電性トナー４０に対し分極帯電ロール３４による電荷分極動作が効率的に行なわれる。
尚、本例では、リフレッシュロール３９は現像ロール３３と同電位の状態で接触配置されている。
【００４８】
◎実施の形態２
図８は実施の形態２に係る現像装置を示し、図９は図８の要部を示す模式図である。
同図において、本実施の形態における現像装置３０は、実施の形態１における現像装置と略同様に構成されているが、実施の形態１と異なり、導電性トナー４０を現像ロール３３上に供給担持するトナー供給ロール４１と、導電性トナー４０を分極帯電する分極帯電ロール４２とを別個に備えている。
尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
本実施の形態での現像装置３０は、現像ロール３３に対向する位置に、導電性トナー４０を現像ロール３３上に供給担持するトナー供給ロール４１を有し、現像ロール３３のうちトナー供給ロール４１位置よりも下流側に分極帯電ロール４２が配設されている。
そして、現像ロール３３には現像バイアス電源３７からの現像バイアスが印加される一方、この現像バイアス電源３７がトナー供給ロール４１にも接続され、トナー供給ロール４１と現像ロール３３とが同電位になるようになっている。一方、分極帯電ロール４２には電荷分極バイアス電源３８から電荷分極バイアス（本例では現像バイアスより大きく設定）が印加されている。
また、本実施の形態におけるトナー供給ロール４１は、表面をサンドブラスト法や化学エッチング法等により小さく均一な凹凸面が形成されたアルミニウム製のロールから構成され、現像ロール３３とトナー供給ロール４１とは軽く接触又は微小間隙をもって配置されている。
更に、本実施の形態では、分極帯電ロール４２は実施の形態１と同様に構成され、現像ロール３３との間に周速差をもって回動するようになっている。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る現像装置３０の作動について説明する。
現像装置３０は、現像ハウジング３１内において導電性トナー４０がアジテータ３６により撹拌され、撹拌された導電性トナー４０は、トナー供給ロール４１と層形成ブレード３５との間を通過することにより、トナー供給ロール４１の表面に均一なトナー層を形成する。
更に、このトナー層は、トナー供給ロール４１の回転により、現像ロール３３とトナー供給ロール４１との対向位置に搬送され、現像ロール３３上に供給担持される。
そして、現像ロール３３上に担持された導電性トナー４０には、現像ロール３３と分極帯電ロール４２との対向部位で、この間に形成される電荷分極電界が作用し、この電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０の電荷が分極される。すると、正規極性に帯電された導電性トナー４０ｂは現像ロール３３側に静電的吸引力により保持され、正規極性と逆極性に帯電された導電性トナー（図示せず）は分極帯電ロール４２側に残存する。尚、図９中、４０ａは帯電前の導電性トナーを示す。
【００５１】
このとき、導電性トナー４０は、現像ロール３３と分極帯電ロール４２との間に挟持され、かつ、両者間の周速差によって摺擦しながら電荷分極されることになり、導電性トナー４０層間の接触抵抗を小さくすることが可能になり、その分、導電性トナー４０の見かけ上の抵抗が小さくなり、導電性トナー４０は低抵抗な状態で電荷分極される。
この後、現像ロール３３上で分極帯電にて帯電された導電性トナー４０は、そのまま現像ロール３３上を搬送され、現像ロール３３と感光体ドラム２０との対向部位に進む。
ここで、感光体ドラム２０上の静電潜像Ｚと、現像ロール３３に接続している現像バイアス電源３７の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー４０に加わることとなる。
このため、感光体ドラム２０上の静電潜像Ｚに導電性トナー４０が移動し、静電潜像Ｚを可視像化する。本実施の形態においては、この現像電界は電荷分極電界より低電界となっているため、電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０に分極帯電注入された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施される。
【００５２】
尚、本実施の形態においては、分極帯電ロール４２に代えて、図１０に示すように、現像ロール３３に対向して分極帯電ブレード４３の一端を固定配置し、この分極帯電ブレード４３の先端部を前記現像ロール３３に接触配置するようにしてもよい。この分極帯電ブレード４３としては、金属等の導電性支持板のうち、少なくとも現像ロール３３に接触する部分を絶縁被覆したものが用いられる。
本態様においては、固定型の分極帯電ブレード４３と現像ロール３３との間には当然ながら周速差があるから、本実施の形態と同様な作用を奏する。
【実施例】
【００５３】
◎実施例１
図１１は、実施の形態１に係る現像装置モデル（図４参照）において、実施の形態１に係る導電性トナーに相当する導電性トナーに電界を印加したとき、この導電性トナーの体積抵抗率変化を測定した結果である。
同図によれば、導電性トナーは、高電界が印加されると、高抵抗から低抵抗へと急激に低抵抗化することが理解される。
ここで、電荷分極電界Ａ及び現像電界Ｂと、導電性トナーの電気抵抗との関係について説明する。
一般的に、導電性トナーに印加される電界Ｅは、以下のように表現される。
Ｅ＝（Ｖ−ＶＳ）/εｔ（Ｄｐ＋Ｄｔ＋Ｄｍ＋Ｄｇ）
但し、Ｖ：対向電極の電位、ＶＳ：移動前トナー層上の電位、Ｄｐ〜Ｄｇ：ニップを形成する各層の誘電厚さ（Ｄｐ：像担持体誘電厚さ、Ｄｔ：トナー層誘電厚さ、Ｄｍ：トナー担持体誘電厚さ、Ｄｇ:空隙層誘電厚さ）、εｔ：トナーの比誘電率である。
以上から予測すると、上記条件では、分極帯電時に導電性トナーへ印加される電界は７×１０４Ｖ/ｃｍ、現像時に導電性トナーに印加される電界は８×１０３Ｖ/ｃｍであった。
このとき、図１１に示すように、８×１０３Ｖ/ｃｍと７×１０４Ｖ/ｃｍとの間で、導電性トナーの体積抵抗率は、１０１６Ω・ｃｍから１０９Ω・ｃｍへ変化している。
そして、電荷分極電界Ａ領域及び現像電界Ｂ領域の通過時間は０．０１秒程度であるので、電荷を容易に注入するためには、時定数０．０１秒以下であることが好ましく、導電性トナーの体積抵抗率は、１０１０Ω・ｃｍ以下であればよい。
また、帯電した電荷を保持するためには、現像電界Ｂが印加されている時間内で、電荷移動等が起こらないことが必要なので、時定数で０．１秒以上であることが好ましく、導電性トナーの体積抵抗率は、１０１１Ω・ｃｍ以上であればよい。
尚、導電性トナーの体積抵抗率は、φ３０ｍｍのセル中にトナーを充填し、上下面に電圧を印加し、流れる電流を測定することにより計算した。
【００５４】
◎実施例２
実施の形態１において、図４に示す現像装置モデルを用い、現像ロール（現像電極）に対向する分極帯電ロール（分極電極）３４の回転方向を「Ｗｉｔｈ」とし、分極電極／現像電極速度比（スピード比）をパラメータとし、電荷分極電界（導電性トナーの粒子層印加電界）を変化させ、そのときのＷＳＴ発生率及び分極帯電量を測定した。
ここで、実験条件としては、分極帯電ロール（分極電極）３４は表面が素アルミニウムにて構成され、現像ロール（現像電極）３３に対し１１００μｍ食い込んで配設されている。
また、現像ロール３３は直径４０ｍｍであり、電極表面が２５μｍ厚ポリエステルフィルムと導電性スポンジとからなり、速さ１２０ｍｍ／ｓｅｃ．にて移動する。更に、導電性トナーとしては実施の形態１の具体例で示したものを用いた。また、分極帯電量の測定は、ホソカワミクロン製のイ−スパートアナライザを用いた。
尚、比較例として、分極帯電ロール３４に代えて導電基材の表面が絶縁被覆されていない電荷注入ロールを用い、導電性トナーに電荷注入する電荷注入方式（スピード比：１）のものを用いた。
【００５５】
図１２は電荷分極電界とＷＳＴ発生率との関係を示し、また、図１３は電荷分極電界と分極帯電量との関係を示す。
図１２によれば、分極帯電方式によるＷＳＴ発生率が電荷注入方式に比べて少ないことが理解される。
そして、注入電極／現像電極速度差を設けることによってＷＳＴ発生率が低下していることが理解される。特に、本実施例では、速度比の一例（１．７５）をパラメータとして例示しているが、１．５倍以上の速度差を設けるようにすれば、等速の場合に比べて、例えば１／１０以下程度までＷＳＴ発生率を低下させることができる。尚、実施の形態２のモデルについて同様な実験を行ったところ、同様な傾向が見られた。
また、図１３によれば、分極帯電方式による分極帯電量については電荷注入方式に相当する以上のものであることが理解される。特に、同図によれば、注入電極／現像電極速度差を設けることによって分極帯電量が増加していることが理解される。
このことは、本実施例モデルが帯電効率向上と逆極性トナーの発生防止の点で寄与しているものと推測される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）は本発明に係る現像装置及び画像形成装置の概要を示す説明図、（ｂ）は電荷分極手段の要部を示す説明図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る導電性トナーの抵抗変化状態を示す説明図、（ｂ）は本発明に係る現像装置の作動状態を示す説明図である。
【図３】本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。
【図４】実施の形態１で用いられる現像装置の詳細を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は実施の形態１で用いられる導電性トナーの構造を示す説明図ある。
【図６】（ａ）は実施の形態１に係る現像装置の作動状態を示す説明図、（ｂ）は比較の形態モデルに係る現像装置の作動状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は実施の形態１に係る現像装置の変形形態を示す説明図、（ｂ）は更にその変形形態を示す説明図である。
【図８】実施の形態２に係る現像装置を示す説明図である。
【図９】実施の形態２に係る現像装置の作動状態を示す説明図である。
【図１０】実施の形態２に係る現像装置の変形形態を示す説明図である。
【図１１】実施例１における印加電界に対する導電性トナーの体積抵抗率変化を示す説明図である。
【図１２】実施例２において、分極電極移動方向及び分極電極／現像電極速度比をパラメータとし、粒子層印加電界と逆極性トナーの発生率との関係を示す説明図である。
【図１３】実施例２において、分極電極移動方向及び分極電極／現像電極速度比をパラメータとし、粒子層印加電界と分極帯電量との関係を示す説明図である。
【図１４】従来の現像装置で用いられる電荷注入方式を示す説明図である。
【図１５】従前の導電性トナーに対する粒子層への印加電界と逆極性トナー（Wrong Sign Toner）の発生率との関係を示す説明図である。
【図１６】従前の導電性トナーの電荷注入時（低電界作用時）における挙動を模式的に示す説明図である。
【図１７】従前の導電性トナーの電荷注入時（高電界作用時）における挙動を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…像担持体，２（２ａ，２ｂ）…導電性トナー，３…トナー担持体，３ａ…導電部材，３ｂ…絶縁被覆層，４…現像電界形成手段，５…電荷分極手段，６…分極帯電部材，６ａ…導電部材，６ｂ…絶縁被覆層，７…電荷分極電界形成手段，ＥD…電荷分極電界，Ｚ…静電潜像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、帯電された導電性トナーによって静電潜像を可視像化する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における電子写真方式の画像形成装置では、絶縁性トナーを摩擦帯電して電荷を与え、現像に供する方法が広く一般的に用いられている。
ここで、トナーを帯電させる方法としては、トナーのバインダ樹脂や添加剤との組合せによりトナーの摩擦帯電性を予め制御しておき、現像装置内でトナーが攪拌されたり搬送されたりしていることを利用し、搬送経路の途中におけるトナーの攪拌動作や搬送動作によりトナー同士を摩擦させることで、摩擦帯電を生じやすい物質とトナーとの摩擦によってトナーを帯電させる方法が多く採用されている。
【０００３】
このようなトナーの帯電方法において、摩擦によって帯電したトナーの帯電量には、ある程度の帯電分布が存在しているため、トナーには、帯電量が少ない低帯電トナーや、トナー全体の帯電極性とは逆の帯電極性を有する逆極性トナーが含まれていることが多い。
このとき、低帯電トナーは、現像装置内のトナー担持体から離れて画像形成装置内を漂う所謂トナークラウドとなりやすく、このトナークラウドは画像形成装置の不良原因となる。
また、逆極性トナーは、像担持体上の静電潜像のうち、本来トナーが付着しない背景部に引きつけられ、背景部の一様な汚れである所謂かぶりを発生させる。
更に、この種の摩擦帯電方法にあっては、環境変化や経時変化の影響を受けやすく、トナーや攪拌部材等の摩擦帯電機構の表面状態が変化し、結果的に、トナーの帯電状態が不安定になり易い。
【０００４】
そこで、このような不具合を解消するために、導電性トナーを使用する方法、具体的には、導電性トナーへ電荷を注入して帯電し、現像に供する方法が知られている。
この方法は、摩擦帯電を利用しないため、種々の利点がある。
特に、導電性トナーは電荷が移動し易く、均一な電荷をトナーに与えることができるため、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくいことは最大の特長である。また、摩擦帯電機構が不要なため、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能であることも、大きな魅力である。
【０００５】
ところが、導電性トナーが汎用的にならない最大の理由は、コロトロンやバイアスロールといった汎用的な静電転写方式では、吸湿した記録紙へのトナー像の転写が困難なためである。
また、カラー画像を形成する場合、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現するが、導電性トナーではトナーを重ねることができず、カラー化に対応できないためである。
この原因は、トナーが導電性であるが故に、吸湿して低抵抗になった記録紙やトナー相互間でトナー電荷の移動が発生し、トナーへの静電吸着力が失われてしまうことによる。
【０００６】
また、別の技術的課題として、導電性トナーは容易に電荷注入するため、潜像電位が不安定になると、現像バイアスと静電潜像の背景部との間の小さな電位差（クリーニング電位とする）でも、トナーへ逆極性の電荷が電荷注入し、かぶりの原因になり易い。
【０００７】
このような技術的課題を解決するために、従来にあっては、以下のａ〜ｅの先行技術が提案されている。
すなわち、
ａ トナーとして、正負両極性のうち一方の極性に帯電し易く、かつ、該極性に帯電した後は他方の極性に帯電し難い特性を具備させた提案、言い換えれば、電荷を注入しやすいが、リークしにくいトナー材料に関する提案（例えば特許文献１参照）、
ｂ 基体の少なくとも一方の面に絶縁性媒質を所定量塗工し、所定レベルの体積固有抵抗値を備えた記録紙（転写媒体）を用いることで、紙の電荷保持量を安定且つ均一とする提案（例えば特許文献２参照）、
ｃ 現像後かつ転写に先立ち静電潜像の画像部電位を現像時の画像部電位の所定レベルまで低減させ、トナーの飛び散りを抑制する提案（例えば特許文献３参照）、
ｄ 導電性トナーと絶縁性トナーとの混合により、転写時には、紙から導電性トナーへの電荷注入を絶縁性トナー（絶縁体）にて防ぎ、導電性トナーと紙との非接触化を図ることで、導電性トナーの電荷保持性を保つようにした提案（例えば特許文献４参照）、
ｅ 像担持体上の導電性トナーを加熱することでトナーを軟化・溶融し、軟化・溶融したトナーの粘着力を利用することにより像担持体から被記録材への転写性を良好に保つようにした非静電転写技術に関する提案（例えば特許文献５参照）、などが試みられてきた。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１１１６０４号公報（発明の実施の形態、図１）
【特許文献２】特公昭５８−２６０２６号公報（第１−５頁、図１）
【特許文献３】特公昭６３−１０４２６号公報（第１−２頁、第２図）
【特許文献４】特開昭６３−１５９８７０号公報（第１−４頁、第１図）
【特許文献５】特開平６−９５５１８号公報（実施例、図１）
【特許文献６】特開２００４−１７０７３１号公報（課題を解決するための手段，図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、いずれの先行技術も絶縁トナー同等の転写性を得ることができないばかりでなく、例えば先行技術ａ，ｄにあっては、特殊な材料を使用しなければならないし、また、先行技術ｂにあっては、特殊な記録紙を使用しなければならず、更に、先行技術ｃ，ｅにあっては、特殊な作像プロセスが必要不可欠になるため、いずれの先行技術にあっても、汎用性を大きく損なう懸念があり、現段階において実用化には至っていない。
【００１０】
そこで、このような技術的課題を解決する手段としては、例えば図１４に示すように、静電潜像を担持した感光体ドラム等の像担持体２０１に対向配置され、帯電された導電性トナー２０２を担持搬送する現像ロール（現像電極）２０３と、この現像ロール２０３と像担持体２０１との間に現像電界が形成され、この現像電界作用領域にて像担持体２０１上の静電潜像をトナー現像する現像バイアス電源２０４と、現像ロール２０３に対向配置される電荷注入ロール（注入電極）２０６を有し、現像ロール２０３と電荷注入ロール２０６との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させ、導電性トナー２０２に電荷注入すると共に、電荷注入された導電性トナー２０２を現像ロール２０３に担持させる電荷注入装置２０５とを備えたものが既に提供されている（例えば特許文献６参照）。
ここで、導電性トナー２０２には、現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部を具備させることが必要である。尚、図１４中、符号２０７は電荷注入バイアスを印加する電荷注入バイアス電源を示す。
【００１１】
本態様によれば、導電性トナーに電荷を注入する場合に、抵抗可変部の抵抗を低くすることにより導電性トナーに対し容易に電荷を注入することができ、しかも、現像をする場合、可変抵抗部の抵抗を高くすることにより導電性トナーの電荷保持性を向上させることができる。
したがって、導電性トナーに対する電荷注入性と、注入された電荷保持性とを両立させることが可能になり、導電性トナーに対する電荷注入性を良好に保ちながら、現像電界作用領域において不要に電荷注入される事態を有効に回避することができる。このため、現像電界作用領域において、低電荷トナーや逆極性トナーが生成されることは少なく、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができる。
【００１２】
しかしながら、この種の電荷注入方式にあっては、電荷注入領域にて現像電界より大きな電荷注入電界を作用させるようにしているので、電荷注入領域にて逆極性トナー（ＷＳＴ：Wrong Sigh Tonerの略）が発生し易いという技術的課題が新たに見出された。
ここで、電荷注入方式において、電荷注入電界（導電性トナーの粒子層への印加電界に相当）の大きさを変え、逆極性トナー（ＷＳＴ）の発生率を調べたところ、図１５に示す結果が得られた。
図１５によれば、電荷注入電界が低電界である（図１５中Ａ領域）と、図１６に示すように、帯電効率が悪く、帯電できないトナーが、帯電したトナーに付着し、又は、現像電極との非静電的付着力により現像電極側へ移動する。従って、電荷注入電界を高める程、帯電効率の上昇により、ＷＳＴが減少することが理解される。
一方、電荷注入電界が高電界である（図１５中Ｂ領域）と、図１７に示すように、帯電したトナーが現像電極へ移動し、多層を形成すると、トナー相互で電荷交換して分極してしまい、上層トナーがＷＳＴ化する。従って、電荷注入電界を高める程、分極に起因するＷＳＴが増加する傾向にある。
尚、電荷注入電界が高電界であると、異常放電が発生し易く、その分、ＷＳＴの発生率が増加する懸念もある。
【００１３】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、帯電時における逆極性トナーの発生を有効に防止しながら導電性トナーに対する効率的な帯電を実現し、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本発明は、図１（ａ）に示すように、導電性トナー２にて静電潜像Ｚを可視像化する現像装置において、静電潜像Ｚを担持した像担持体１に対向配置され、帯電された導電性トナー２を担持搬送するトナー担持体３と、このトナー担持体３と像担持体１との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体１上の静電潜像Ｚをトナー現像する現像電界形成手段４と、トナー担持体３に対向配置され且つ導電部材６ａの表面が絶縁被覆される分極帯電部材６を有し、この分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界を作用させ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナー２を挟んで電荷分極させる電荷分極手段５とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
このような技術的手段において、導電性トナー２を扱う現像方式としては、例えば一成分現像方式や二成分現像方式などのいずれの現像方式であってもよい。
また、トナー担持体３としては、導電性トナー２を担持搬送するものであれば、ロール状、ベルト状など任意の形態でよく、磁極のレイアウト等も任意に設定して差し支えない。
更に、現像電界形成手段４は、像担持体１とトナー担持体３との間に現像電界を形成するものを広く含み、ここでいう現像電界としては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
【００１６】
また、本発明において、導電性トナー２の抵抗特性上からの好ましい態様としては、現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷分極電界ＥD作用域にて低抵抗に変化する態様が挙げられる。この場合、現像領域（現像電界作用域）にて高抵抗であれば電荷保持性が良好であり、一方、分極帯電領域（電荷分極電界作用域）にて低抵抗であれば電荷分極性が良好である。
更に、導電性トナー２の製造上からの代表的態様としては、導電性トナー基体をベースとし、この表面に絶縁性又は半導電性被覆層を設けた態様や、例えば絶縁性トナー基体をベースとし、その表面に導電性微粒子を埋設する等各種の態様がある。
前者の態様にあっては、導電性トナー基体は結果的に導電性を有するトナー基体であればよく、例えば絶縁性トナー基体内に導電性微粒子を混入させたり、絶縁性トナー基体の外表面近傍に導電性微粒子を付着させる等適宜選定して差し支えない。また、被覆層の好ましい態様としては、例えば無定形高分子を主成分とする被覆層が挙げられる。ここで、無定形高分子を主成分とする被覆層とは、少なくとも無定形高分子相の割合が８０％以上であることを意味する。更に、被覆層としては、導電性トナー基体を完全に被覆する態様に限らず、不完全に被覆する態様をも含む。この場合において、抵抗調整は被覆層の一部に凹所を設けたり、あるいは、層厚を調整することにより行うようにすればよい。
一方、後者の態様にあっては、絶縁性トナー基体は電子写真方式等で使用される絶縁性トナーであればよく、例えばスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂等を使用したものが挙げられる。更に、導電性微粒子としては、絶縁性トナー基体に埋め込む観点からは、好ましくは大きさがサブミクロンのものがよく、例えばＩＴＯ、酸化すず、酸化亜鉛、酸化チタン等の微粒子が挙げられる。更に、導電性微粒子にあっては、導電性トナー２をカラートナーに適用するためには、透明性を備えていることが好ましく、このことでカラー適性（特に発色性）に優れた導電性トナー２を得ることが可能になる。
【００１７】
更に、電荷分極手段５としては、図１（ｂ）に示すように、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界ＥDを作用させ、この電荷分極電界ＥD作用下にて導電性トナー２を挟んで電荷分極させるものであればあればよい。
ここで、分極帯電部材６は、ステンレス、アルミニウム、導電性ゴム又は樹脂等の導電部材６ａの表面を絶縁被覆層６ｂにて絶縁被覆した態様であればよく、この絶縁被覆層６ｂは通常導電部材６ａと別部材（絶縁性樹脂層や塗装膜など）であるが、これに限られるものではなく、例えばアルミニウムにアルマイト処理を施すなど導電部材６ａに所定の表面処理を施して一体的に形成してもよい。このとき、分極帯電部材６の導電部材６ａを電極として利用（所定のバイアスを印加若しくは接地）することにより電荷分極電界ＥDを生成可能とし、絶縁被覆層６ｂにて電荷分極作用を生じさせることが可能である。尚、トナー担持体３は帯電された導電性トナー２を担持搬送し、かつ、像担持体１や分極帯電部材６との間で電極として作用することが必要であるため、導電基材３ａの表面を絶縁被覆層３ｂに絶縁被覆した態様が採用されている。
【００１８】
そして、分極帯電部材６の形態としては、導電性トナー２を挟んで電荷分極される機能部材であれば、ロール状、プレート状、ブレード状等適宜選択して差し支えない。
そしてまた、電荷分極手段５としては、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界ＥDを生成させるための要素として、通常電源等の電荷分極電界形成手段７が用いられる。ここでいう電荷分極電界ＥDとしては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
この場合において、電荷分極電界ＥDとしては適宜選定して差し支えないが、導電性トナー２へ作用する電界の大きさにより導電性トナー２ａの電気抵抗を上下にスイッチング可能な態様にあっては、例えば分極帯電部材６とトナー担持体３との間に現像電界より大きな電荷分極電界ＥDを作用させ、導電性トナー２ａの電気抵抗を低下させることが好ましい。
【００１９】
このような電荷分極手段５によれば、電荷分極電界ＥD作用下では、導電性トナー２層間で電荷交換が行われ、トナー担持体３側の導電性トナー２ａが正規帯電（例えば負帯電）、分極帯電部材６側の導電性トナー２ｂが正規帯電とは逆極の逆極帯電し、夫々の導電性トナー２ａ，２ｂが静電的吸引力によりトナー担持体３、分極帯電部材６に保持される。このため、正規極性トナー２ａのみがトナー担持体３に移行することになり、逆極性トナー２ｂがトナー担持体３に移行し、現像領域にて現像に供されることはない。
【００２０】
また、電荷分極手段５としては、分極帯電部材６とトナー担持体３にトナーが供給可能なトナー供給部材とを兼用する態様であってもよいし、トナー担持体３に担持された状態のトナーに対して分極帯電する分極帯電部材６を有する態様であってもよい。
ここで、前者の兼用型の態様にあっては、分極帯電部材６は、分極帯電機能の他に、トナー供給機能を実現する部材であることが必要である。
一方、後者の態様は、分極帯電部材６をトナー供給部材とは別個に設ける態様であり、トナー供給機能を考慮することなく、分極帯電機能のみを追求することができるため、トナーの帯電性を確保する上で好ましい。
【００２１】
また、導電性トナー２を分極帯電させる態様としては、少なくとも電荷分極電界ＥDを作用させることが必要であるが、電荷分極電界ＥDを低電界にて導電性トナー２を分極帯電させるには、分極帯電部材６とトナー担持体３との間で導電性トナー２を摺擦する態様（摺擦方式）が好ましい。
この種の摺擦方式を用いた電荷分極手段５の代表的態様としては、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に周速差を持たせるものであればよい。
より具体的には、電荷分極手段５としては回動可能な分極帯電部材６を有し、トナー担持体３との間に周速差を持たせて分極帯電部材６を回動させる態様が挙げられる。この態様では、分極帯電部材６の回動方向は任意であるが、トナーの帯電性を考慮すると、分極帯電部材６とトナー担持体３との周速差が１．５倍以上であることが好ましい。
更に、トナー供給部材と兼用する分極帯電部材６の好ましい態様としては、トナー担持体３との対向部位にて同方向で且つ周速差をもって回動するものであればよい。このとき、分極帯電部材６の回動方向が同方向である方式（With方式）では帯電可能であるが、分極帯電部材６の回動方向が逆方向である方式（Against方式）では、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に導電性トナー２が挟まれる前にトナー担持体３にトナーが転移する挙動になるため、帯電し難い懸念がある。
【００２２】
また、前記周速差を持たせる別の電荷分極手段５としては、トナー担持体３に対向して分極帯電部材６を固定配置し、トナー担持体３との間に周速差を持たせるようにした態様が挙げられる。本態様の分極帯電部材６としてはブレード状部材が好ましい。
【００２３】
また、電荷分極手段５は、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界ＥDを作用させるものであるが、摺擦方式にあっては、電荷分極手段５による分極帯電方式は、分極帯電部材６とトナー担持体３との間に導電性トナー２を挟んで摺擦しているため、導電性トナー２の見かけ上の抵抗を下げた状態で電荷分極することが可能であり、その分、電荷分極電界ＥDをある程度低く設定したとしても、帯電性能を良好に保つことが可能である。
このため、現像電界に比べて電荷分極電界ＥDを必ずしも大きく設定しなくても、導電性トナー２に対して電荷分極を行うことが可能になる。
よって、導電性トナー２としては、現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷分極電界作用域にて低抵抗に変化するという挙動を実現することができる。つまり、図２（ａ）に示すように、導電性トナー２は、現像電界作用域にて高抵抗に変化し、電荷分極電界作用域にて低抵抗に変化する抵抗可変部８を備えている挙動を示すのである。
【００２４】
但し、導電性トナー２はトナーへ印加する電界の大きさに依存して抵抗変化する挙動を示すため、現像電界作用領域に比べて電荷分極電界作用域にて導電性トナー２をより低抵抗にするには、現像電界より大きな電荷分極電界を作用させることが好ましい。
このように、電荷注入電界＞現像電界の関係を満たす電荷分極手段５にあっては、導電性トナー２の電気抵抗を以下のようにスイッチングさせることが必要である。
すなわち、静電潜像Ｚの画像部電位と現像バイアス電位とで形成される現像電界より大きく且つ電荷分極電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング（抵抗変化）するようにすればよい。
本態様においては、導電性トナー２としては、体積抵抗率が電荷分極電界にて１０１０Ω・ｃｍ以下であり且つ現像電界にて１０１１Ωｃｍ以上であることが好ましい。これは、電荷分極電界にて１０１０Ω・ｃｍ以下であれば、電荷分極し易く、一方、現像電界にて１０１１Ωｃｍ以上であれば、電荷保持し易いことによる。
【００２５】
更に、導電性トナー２の抵抗変化の好ましい態様としては、例えば静電潜像Ｚの背景部電位と現像バイアス電位とで形成されるクリーニング電界より大きく且つ電荷分極電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング（抵抗変化）するものが挙げられる。
本態様によれば、クリーニング電界と電荷注入電界との中間電界にて導電性トナー２は高抵抗から低抵抗へスイッチングするため、クリーニング電界作用域においては、導電性トナー２は高抵抗に保たれることになり、トナー担持体３上の先端の導電性トナー２に逆極性の電荷が誘導されることはない。
このため、トナー担持体３上の導電性トナー２に逆極性電荷が誘導され、静電潜像の背景部に付着するという所謂かぶり現象は有効に抑制される。
更にまた、導電性トナー２の抵抗変化の好ましい態様としては、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷分極電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチングする態様が挙げられる。
本態様によれば、転写電界と電荷分極電界との中間電界にて導電性トナー２は高抵抗から低抵抗へとスイッチングするため、転写電界作用域では、導電性トナー２は高抵抗に保たれることになり、転写時において、導電性トナー２と記録紙との間で電荷の移動が発生することはなく、例えば高含水紙などに対しても導電性トナー２の電荷が保持され、良好な転写性能が得られる。
【００２６】
また、本発明は、現像装置を組み込んだ画像形成装置をも対象とする。
この場合、本発明に係る画像形成装置は、静電潜像Ｚを担持した像担持体１と、この像担持体１に対向配置される現像装置とを備えたものであればよい。
この場合において、画像形成装置の作像方式としては、導電性トナーを用いるものであれば電子写真方式は勿論、静電記録方式など広く採用することができ、また、画像形成装置のモデル態様についても、一つの像担持体１の周囲に複数の現像装置を設ける態様（複数サイクル型マシン）や、複数の像担持体１に夫々現像装置を設ける態様（所謂タンデム型マシン）など適宜選定して差し支えない。
【００２７】
次に、本発明に係る現像装置の作用について説明する。
図２（ｂ）に示すように、電荷分極手段５の分極帯電部材６とトナー担持体３との間に電荷分極電界が作用すると、この電荷分極電界作用域（分極帯電領域）にて導電性トナー２は電荷分極され、正規極性に分極された導電性トナー２のみがトナー担持体３側へ移動し、正規極性と逆極性に分極された導電性トナー２は分極帯電部材６側に残る。
このとき、導電性トナー２は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、電荷分極電界作用域では、導電性トナー２の抵抗可変部８が低抵抗に変化し、導電性トナー２では容易に電荷が分極される。
この後、トナー担持体３上に担持された導電性トナー２は、図２（ｂ）に示すように、像担持体１とトナー担持体３との間の現像領域へ搬送され、現像電界作用域に入り、像担持体１へと移動して像担持体１上の静電潜像Ｚを可視像化する。
このとき、導電性トナー２は、図２（ａ）に示すように、現像電界作用域では、前記導電性トナー２の抵抗可変部８が高抵抗に変化することから、導電性トナー２は電荷を保持した状態を保ち、導電性トナー２相互間等で電荷の移動は行われない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る現像装置によれば、導電性トナーの帯電方式として、表面が絶縁化された分極帯電部材とトナー担持体との間に電荷分極電界を作用させ、かつ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナーを挟んで電荷分極するという分極帯電方式を採用したので、導電性トナー層間で電荷分極が起こり、正規極性に分極された導電性トナーのみをトナー担持体側に転移させ、正規極性と逆極性に分極された導電性トナーを分極帯電部材側に残存させることができ、逆極性トナーの発生を抑えながら導電性トナーを確実に帯電することができる。
このとき、分極帯電領域にて導電性トナーの抵抗を低減化するようにすれば、導電性トナー層の電荷分極をより促進させることが可能になり、導電性トナーの帯電効率を容易に高めることが可能である。
特に、分極帯電部材とトナー担持体とを周速差をもって移動させ、両者間で導電性トナーを摺擦させる方式を採用するようにすれば、導電性トナー層間の接触抵抗を小さくすることにより、その分、見かけ上のトナー抵抗を低減することができ、比較的低い電荷分極電界で導電性トナーに対し均一に電荷分極することができる。更に、電荷分極電界作用域では、トナー移動量を単層若しくは薄層に制御することが容易であるため、導電性トナーに対し均一な帯電を実現でき、逆極性トナーの発生率を効果的に抑制することができる。更にまた、比較的低い電荷分極電界にて導電性トナーに対し電荷分極することができるため、異常放電の発生リスクも少なく、その分、逆極性トナーの発生率を効果的に抑制することができる。
このため、本発明にあっては、導電性トナーを帯電する場合には導電性トナーを低抵抗に変化させ、導電性トナーに対し容易に電荷を分極させることができ、しかも、導電性トナーを現像に供する場合には導電性トナーを高抵抗に変化させ、導電性トナーの電荷保持性を向上させることができる。
従って、本発明によれば、導電性トナーに対する帯電性と帯電された電荷保持性とを両立させることが可能になり、導電性トナーに対する帯電性を良好に保ちながら、現像電界作用域にて不要に電荷注入される事態を有効に回避することができる。このため、現像電界作用域にて、低電荷トナーや逆極性トナーが生成されることは少なく、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができる。
【００２９】
また、本発明によれば、電荷分極電界作用域にて導電性トナーの抵抗を容易に低減可能とし、それ以外では導電性トナーを高抵抗に保つことが可能である。このため、例えば転写電界作用域にて、導電性トナーを摺擦することなく、トナーの移動を低電界で行うようにすれば、導電性トナーの抵抗を高くすることが可能になり、転写時における導電性トナーの電荷保持性を良好に保つことができる。
それゆえ、導電性トナーに保持している電荷が吸湿した記録紙やトナー相互間で移動することを有効に防止することができ、トナーへの静電吸着力を維持することができる。
よって、高含水紙などへのトナー画像の転写も可能となり、しかも、カラートナーの重ねによるカラー画像を形成することも可能になるから、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができる。
このように、本発明に係る現像装置によれば、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である、静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置を提供することができる。
【００３０】
更に、このような現像装置を用いた画像形成装置によれば、分極帯電方式を採用することにより、導電性トナー帯電時に正規極性と逆極性に帯電された導電性トナーの発生を抑えることを可能としたので、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができ、しかも、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができる。このため、導電性トナーを用いた良好な作像性能を簡単且つ確実に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所定方向に回転する像担持体としての感光体ドラム２０を有し、この感光体ドラム２０の周囲には、感光体ドラム２０を帯電する帯電装置２１と、この感光体ドラム２０上に静電潜像Ｚを形成する潜像書込装置としての例えば露光装置２２と、感光体ドラム２０上に形成された静電潜像Ｚを可視像化する現像装置３０と、感光体ドラム２０上で可視像化されたトナー像を記録媒体である記録紙２８に転写する転写装置２４と、感光体ドラム２０上の残留トナーを清掃するクリーニング装置２５とを順次配設したものである。
【００３２】
本実施の形態において、現像装置３０は、図４に示すように、導電性トナー４０を含む現像剤Ｇが収容される現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１には感光体ドラム２０に対向して現像用開口３２を開設すると共に、この現像用開口３２に面して現像ロール（現像電極）３３を配設し、この現像ロール３３に所定の現像バイアスを印加することで、感光体ドラム２０と現像ロール３３との間の現像領域に現像電界を作用させ、更に、現像ハウジング３１内には前記現像ロール３３と対向して分極帯電ロール（分極電極）３４を設けたものである。
特に、本実施の形態では、分極帯電ロール３４は現像ロール３３に導電性トナー４０を供給するためのトナー供給ロールをも兼用したものになっている。
【００３３】
ここで、現像ロール３３はＳＵＳ又はアルミニウム等のロール状導電基材３３ａ表面を絶縁被覆層３３ｂにて被覆したものであり、例えば表面をアルマイト処理したアルミニウム製のロールで構成される。そして、現像ロール３３には現像バイアス電源３７からの現像バイアスが印加され、それにより、感光体ドラム２０の静電潜像Ｚと現像ロール３３との間には現像電界が作用するようになっている。
【００３４】
また、分極帯電ロール３４は、ＳＵＳ又はアルミニウム等のロール状導電基材３４ａと、この導電基材３４ａの表面を絶縁被覆する絶縁被覆層３４ｂとを備えている。この場合において、絶縁被覆層３４ｂとしては、樹脂製の熱収縮チューブや塗装膜のような導電基材３４ａと別体のものは勿論のこと、例えば導電基材３４ａの表面に所定の表面処理を施したもの（例えばアルミニウム製の導電基材３４ａ表面にアルマイト処理による絶縁被覆層３４ｂを形成した態様）が挙げられる。
更に、この分極帯電ロール３４と現像ロール３３とは軽く接触又は微小間隙をもって配置されている。
そして、分極帯電ロール３４には電荷分極バイアス電源３８からの電荷分極バイアスが印加されるようになっている。それにより、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間には電荷分極電界が作用するようになっている。
更に、本実施の形態では、分極帯電ロール３４の回転方向については適宜選定して差し支えないが、トナーの供給性及び分極帯電特性を考慮すると、分極帯電ロール３４としては、現像ロール３３との対向部にて同方向で且つ周速差（例えば１．５倍以上）をもって回動し、分極帯電ロール３４と現像ロール３３との間に導電性トナー４０を挟持し、摺擦しながら電荷分極する態様が好ましい。
【００３５】
更にまた、この現像装置３０は、図４に示すように、現像ハウジング３１内の分極帯電ロール３４の表面に導電性トナー４０の薄層形成用の層形成ブレード３５を接触配置し、また、現像ハウジング３１内の分極帯電ロール３４の奥側には導電性トナー４０が含まれる現像剤Ｇを撹拌するアジテータ３６を配設したものである。
ここで、層形成ブレード３５は例えば厚さ０．０３〜０．３ｍｍ程度のステンレスの板ばねにシリコーンゴムやＥＰＤＭを接着剤等により接着したものである。この層形成ブレード３５の一端は、分極帯電ロール３４の表面に軽く接触し、他端は現像ハウジング３１の一部に支持されている。
【００３６】
尚、本実施の形態で用いられる現像装置３０以外の各デバイスについては適宜選定して差し支えない。例えば転写装置２４としては、図３に示すように、例えば感光体ドラム２０に対向して図示外の転写ロールを配設し、この転写ロールに転写バイアスを印加することで感光体ドラム２０と転写ロールとの間に転写電界を作用させ、記録媒体である記録紙２８に感光体ドラム２０上のトナー像を静電的に転写させるもの等適宜選定して差し支えない。
【００３７】
次に、本実施の形態で用いられる現像剤Ｇとしての導電性トナー４０について説明する。
本実施の形態における導電性トナー４０としては、例えば図５（ａ）に示すように、導電性を有する材料からなる導電性トナー基体（導電性コア）４０１を有し、この導電性コア４０１の周囲を絶縁性被覆層（例えば絶縁性樹脂層）４０２で被覆すると共に、導電性コア４０１の一部が露出するように前記絶縁性被覆層４０２に適宜数の凹部４０３を設けたものが用いられる。
本実施の形態において、導電性トナー４０は、重合法や各種公知のカプセル化技術で作製することができる。この時、導電性コア４０１は、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂に導電性カーボンブラック、磁性粉、ＩＴＯ／酸化チタン／酸化すず等の透明導電粉等の導電剤を分散させたり、ポリエステルやスチレンアクリル系樹脂からなる粒子表面を前記導電剤により被覆することによって、作製する。
このような態様の導電性トナー４０は、高電界を印加すると低抵抗化する傾向を示す。そして、低抵抗化する電界の大きさについては、導電性トナー４０の主として凹部４０３の占有割合、あるいは、絶縁性被覆層４０２の厚さなどに依存する。
このメカニズムについては、導電性コア４０１が絶縁性被覆層４０２にて被覆されているため、導電性コア４０１は、直接的にトナー相互や電極部材等に接触することがなく、絶縁性被覆層４０２を介して一定の微小間隙を保つことになり、この結果、例えば高電界が印加された時、トンネル効果等により導通することになる、と推測される。
【００３８】
また、導電性トナー４０の他の態様としては、例えば図５（ｂ）に示すように、導電性コア４０１を絶縁性若しくは半導電性の被覆層４０４にて被覆し、被覆層４０４の厚さｈを適宜調整することにより、導電性トナー４０の抵抗を調整可能とした態様等適宜選定して差し支えない。
このとき、半導電性の被覆層４０４については、それ自体半導電性の材料を用いるようにしてもよいし、例えば絶縁性樹脂に、酸化チタンや酸化すず等の金属酸化物や導電性カーボンを微量含有させた半導電性樹脂を用いるようにしてもよい。
【００３９】
ここで、図５（ｂ）に示す導電性トナー４０の好ましい態様としては、導電性コア４０１の表面に無定形高分子を主成分とする、言い換えれば無定形高分子相の割合が８０％以上である被覆層４０４が被覆されたものが挙げられる。
本態様において、導電性コア４０１としては、例えば通常の絶縁性トナーからなる絶縁性トナー基体（絶縁性コア）の外表面近傍に導電性微粒子を付着させる態様や、絶縁性コアの内部に導電性微粒子を混入させるものなど適宜選定して差し支えない。
【００４０】
次に、導電性トナーの製造方法については、湿式製造方法、乾式製造方法、及び、両者を組み合わせる等適宜選定して差し支えない。
先ず、絶縁性コアの製造については、乾式製造製法である混練粉砕法や、湿式製造製法である乳化凝集法、溶解懸濁法等いずれの方法で作製してもよいが、トナーの粒度分布シャープ化や形状制御の自由度という観点から乳化凝集法が好ましい。乳化凝集法とは、乳化重合により樹脂微粒子分散液を調製し、また着色剤を溶媒に分散した着色剤分散液や必要に応じて離型剤分散液を調製した後、これらを混合し、トナー粒径に相当する凝集粒子を形成し、加熱して凝集粒子を融合・合一してトナーを製造する方法である。この製造プロセスは一括で混合し凝集してもよいし、凝集工程を複数段階的に行わせ、第１段階の母体凝集を形成した後、凝集形成の第２段階で加えた粒子を第１段階の母体凝集粒子の表面に付着させるようにしてもよい。
このような乳化凝集法によるトナー作製時に、絶縁性コア表面に導電性微粒子を付着させ、更に、被覆層を被膜形成するようにしてもよい。
尚、上述した製造方法は、絶縁性コアの表面に導電性微粒子を付着させるようにしているが、乳化凝集法によるトナー作製時に絶縁性コア内に導電性微粒子を混入させるようにしても差し支えない。
【００４１】
また、導電性トナーの乾式製造方法としては、例えば乳化凝集法で製造した絶縁性コアを乾燥後、その表面に導電性微粒子を付着させ、更に、被覆層としての樹脂微粒子を被膜形成するようにしたものが挙げられる。
この製造方法は、例えば撹拌混合機に絶縁性コアと導電性微粒子とを混入した後に所定時間撹拌混合し、絶縁性コアに導電性微粒子を付着させ、導電性コアを形成する（撹拌混合工程（Ｉ））。
しかる後、撹拌混合機に導電性コアとポリエステルやスチレンアクリルなどからなる樹脂微粒子とを混入した後、所定時間撹拌混合し、導電性コアの周囲に被覆層（絶縁層）を形成するようにすればよい（撹拌混合工程（II））。
ここで、導電性トナーの乾式製造方法の具体例を挙げると、例えば平均粒径６．５μｍの絶縁性コアに例えばＩＯＴ微粒子（住友金属鉱山株式会社製）所定量（例えば１５ｗｔ％）加え、サンプルミル（型式：ＳＫ−Ｍ１０型協立理工株式会社製）により所定時間撹拌混合し（例えば１２０００ｒｐｍ、３０秒）、絶縁性コアの表面にＩＴＯ微粒子を付着させる。しかる後、ＩＴＯ微粒子が付着された絶縁性コア（導電性コア）に、ポリエステル等の樹脂微粒子を所定量（例えば１０ｗｔ％）加え、前記サンプルミルにて所定時間撹拌混合し（例えば１２０００ｒｐｍ、３０分）、所定の絶縁層を形成するようにするものが挙げられる。
尚、後述する実施例では、この乾式製造方法の具体例にて作製した導電性トナーを用いた。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について図３により説明する。
今、作像プロセスが開始されると、先ず、感光体ドラム２０表面が帯電装置２１により帯電され、露光装置２２が帯電された感光体ドラム２０上に静電潜像Ｚを書き込み、現像装置３０が前記静電潜像Ｚを可視像化する。
しかる後、感光体ドラム２０上のトナー像は転写部位へと搬送され、転写装置２４が記録媒体である記録紙２８に感光体ドラム２０上のトナー像を静電的に転写する。
尚、感光体ドラム２０上の残留トナーはクリーニング装置２５にて清掃される。
【００４３】
ここで、本実施の形態における現像装置３０の作動について図６（ａ）を基に詳述する。
同図において、本実施の形態における現像装置３０では、図４に示すアジテータ３６により撹拌された導電性トナー４０が、トナー供給ロールと兼用する分極帯電ロール３４表面に供給され、この分極帯電ロール３４と層形成ブレード３５との間を通過することにより、分極帯電ロール３４の表面に均一なトナー層が形成される。更に、この形成されたトナー層は、分極帯電ロール３４の回転により、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との対向位置に搬送される。
このとき、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間には、現像ロール３３に接続している現像バイアス電源３７の現像バイアスと、分極帯電ロール３４に接続している電荷分極バイアス電源３８による電荷分極バイアスとの差により形成された電荷分極電界が作用し、導電性トナー４０は、現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間に挟持され、摺擦されながら電荷分極される。すると、正規極性に帯電された導電性トナー４０ｂは現像ロール３３側に静電的吸引力により保持され、正規極性と逆極性に帯電された導電性トナー（図示せず）は分極帯電ロール３４側に残存する。
尚、図６（ａ）では、符号４０ａは帯電前の導電性トナー、４０ｂは帯電後の導電性トナーを夫々示す。
【００４４】
このような状態において、導電性トナー４０層間の接触抵抗を小さくすることが可能になり、その分、導電性トナー４０の見かけ上の抵抗が小さくなり、導電性トナー４０は低抵抗な状態で電荷分極される。このため、電荷分極電界としては、比較的低電界であっても、導電性トナー４０には効率的に電荷分極が行われる。
この分極帯電方式は、逆極性トナー（ＷＳＴ：Wrong Sign Tonerの略）の発生率を下げる点で好ましく、このことは後述する実施例にて裏付けられる。
この点、例えば図６（ｂ）に示すように、現像ロール３３との対向部位にて分極帯電ロール３４を逆方向に回転させる態様にあっては、導電性トナー４０は分極帯電ロール３４上に層形成ブレード３５にて層厚規制された後現像ロール３３へと供給されるが、供給された導電性トナー４０は現像ロール３３と分極帯電ロール３４との間のニップ部を通過することなく、現像ロール３３へと担持されることから、導電性トナー４０での電荷分極が不足し、帯電が不十分になる懸念がある。
【００４５】
そして、分極帯電により帯電された導電性トナー４０は、そのまま現像ロール３３上を搬送され、現像ロール３３と感光体ドラム２０との対向部位に進む。ここで、感光体ドラム２０上の静電潜像Ｚと、現像ロール３３に接続している現像バイアス電源３７の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー４０に加わることとなる。
また、感光体ドラム２０上に露光装置２２（図３参照）によって書き込まれた静電潜像部分は、表面帯電が除電されていることから、現像電界によって、この部分のみ導電性トナー４０が感光体ドラム２０に移動し、静電潜像Ｚを可視像化する。
本実施の形態において、この現像電界は電荷分極電界より低電界となっているため、電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０に分極帯電された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施される。
【００４６】
更に、感光体ドラム２０上で可視像化されたトナー像は、図３に示すように、感光体ドラム２０と転写装置２４との対向する位置で、記録紙２８に転写される。
このとき、この転写工程において、感光体ドラム２０と転写装置２４とで形成される転写電界として、電荷分極電界より低電界で行うようにすれば、電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０に分極帯電された電荷が、転写電界で逃げることなく、良好な転写が実施される。
【００４７】
尚、本実施の形態では、分極帯電ロール３４は、図６（ａ）に示すように配設されているが、これに限定されるものではなく、感光体ドラム２０の回転方向が逆方向である態様（本態様では、露光装置２２の配設位置が感光体ドラム２０の下側に制限される）では、例えば図７（ａ）に示すように、現像ロール３３、分極帯電ロール３４を配設するようにすればよく、本態様では、分極帯電ロール３４から現像ロール３３にかけて導電性トナー４０を重力方向に沿って供給することができるため、現像ロール３３へのトナーの供給性を上げることが可能である。
更に、この態様において、図７（ｂ）に示すように、現像ロール３３のうち分極帯電ロール３４位置の上流側に除電用のリフレッシュロール３９を配設するようにすれば、例えば現像ロール３３の表面に例えば電荷分極電界作用域にて体積抵抗率が１０１１Ω・ｃｍ以上の高抵抗層を設けたとしても、現像ロール３３に不必要に電荷が蓄積することなく、常にリフレッシュされた状態で、現像ロール３３上の導電性トナー４０に対し分極帯電ロール３４による電荷分極動作が効率的に行なわれる。
尚、本例では、リフレッシュロール３９は現像ロール３３と同電位の状態で接触配置されている。
【００４８】
◎実施の形態２
図８は実施の形態２に係る現像装置を示し、図９は図８の要部を示す模式図である。
同図において、本実施の形態における現像装置３０は、実施の形態１における現像装置と略同様に構成されているが、実施の形態１と異なり、導電性トナー４０を現像ロール３３上に供給担持するトナー供給ロール４１と、導電性トナー４０を分極帯電する分極帯電ロール４２とを別個に備えている。
尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
本実施の形態での現像装置３０は、現像ロール３３に対向する位置に、導電性トナー４０を現像ロール３３上に供給担持するトナー供給ロール４１を有し、現像ロール３３のうちトナー供給ロール４１位置よりも下流側に分極帯電ロール４２が配設されている。
そして、現像ロール３３には現像バイアス電源３７からの現像バイアスが印加される一方、この現像バイアス電源３７がトナー供給ロール４１にも接続され、トナー供給ロール４１と現像ロール３３とが同電位になるようになっている。一方、分極帯電ロール４２には電荷分極バイアス電源３８から電荷分極バイアス（本例では現像バイアスより大きく設定）が印加されている。
また、本実施の形態におけるトナー供給ロール４１は、表面をサンドブラスト法や化学エッチング法等により小さく均一な凹凸面が形成されたアルミニウム製のロールから構成され、現像ロール３３とトナー供給ロール４１とは軽く接触又は微小間隙をもって配置されている。
更に、本実施の形態では、分極帯電ロール４２は実施の形態１と同様に構成され、現像ロール３３との間に周速差をもって回動するようになっている。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る現像装置３０の作動について説明する。
現像装置３０は、現像ハウジング３１内において導電性トナー４０がアジテータ３６により撹拌され、撹拌された導電性トナー４０は、トナー供給ロール４１と層形成ブレード３５との間を通過することにより、トナー供給ロール４１の表面に均一なトナー層を形成する。
更に、このトナー層は、トナー供給ロール４１の回転により、現像ロール３３とトナー供給ロール４１との対向位置に搬送され、現像ロール３３上に供給担持される。
そして、現像ロール３３上に担持された導電性トナー４０には、現像ロール３３と分極帯電ロール４２との対向部位で、この間に形成される電荷分極電界が作用し、この電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０の電荷が分極される。すると、正規極性に帯電された導電性トナー４０ｂは現像ロール３３側に静電的吸引力により保持され、正規極性と逆極性に帯電された導電性トナー（図示せず）は分極帯電ロール４２側に残存する。尚、図９中、４０ａは帯電前の導電性トナーを示す。
【００５１】
このとき、導電性トナー４０は、現像ロール３３と分極帯電ロール４２との間に挟持され、かつ、両者間の周速差によって摺擦しながら電荷分極されることになり、導電性トナー４０層間の接触抵抗を小さくすることが可能になり、その分、導電性トナー４０の見かけ上の抵抗が小さくなり、導電性トナー４０は低抵抗な状態で電荷分極される。
この後、現像ロール３３上で分極帯電にて帯電された導電性トナー４０は、そのまま現像ロール３３上を搬送され、現像ロール３３と感光体ドラム２０との対向部位に進む。
ここで、感光体ドラム２０上の静電潜像Ｚと、現像ロール３３に接続している現像バイアス電源３７の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー４０に加わることとなる。
このため、感光体ドラム２０上の静電潜像Ｚに導電性トナー４０が移動し、静電潜像Ｚを可視像化する。本実施の形態においては、この現像電界は電荷分極電界より低電界となっているため、電荷分極電界作用域にて導電性トナー４０に分極帯電注入された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施される。
【００５２】
尚、本実施の形態においては、分極帯電ロール４２に代えて、図１０に示すように、現像ロール３３に対向して分極帯電ブレード４３の一端を固定配置し、この分極帯電ブレード４３の先端部を前記現像ロール３３に接触配置するようにしてもよい。この分極帯電ブレード４３としては、金属等の導電性支持板のうち、少なくとも現像ロール３３に接触する部分を絶縁被覆したものが用いられる。
本態様においては、固定型の分極帯電ブレード４３と現像ロール３３との間には当然ながら周速差があるから、本実施の形態と同様な作用を奏する。
【実施例】
【００５３】
◎実施例１
図１１は、実施の形態１に係る現像装置モデル（図４参照）において、実施の形態１に係る導電性トナーに相当する導電性トナーに電界を印加したとき、この導電性トナーの体積抵抗率変化を測定した結果である。
同図によれば、導電性トナーは、高電界が印加されると、高抵抗から低抵抗へと急激に低抵抗化することが理解される。
ここで、電荷分極電界Ａ及び現像電界Ｂと、導電性トナーの電気抵抗との関係について説明する。
一般的に、導電性トナーに印加される電界Ｅは、以下のように表現される。
Ｅ＝（Ｖ−ＶＳ）/εｔ（Ｄｐ＋Ｄｔ＋Ｄｍ＋Ｄｇ）
但し、Ｖ：対向電極の電位、ＶＳ：移動前トナー層上の電位、Ｄｐ〜Ｄｇ：ニップを形成する各層の誘電厚さ（Ｄｐ：像担持体誘電厚さ、Ｄｔ：トナー層誘電厚さ、Ｄｍ：トナー担持体誘電厚さ、Ｄｇ:空隙層誘電厚さ）、εｔ：トナーの比誘電率である。
以上から予測すると、上記条件では、分極帯電時に導電性トナーへ印加される電界は７×１０４Ｖ/ｃｍ、現像時に導電性トナーに印加される電界は８×１０３Ｖ/ｃｍであった。
このとき、図１１に示すように、８×１０３Ｖ/ｃｍと７×１０４Ｖ/ｃｍとの間で、導電性トナーの体積抵抗率は、１０１６Ω・ｃｍから１０９Ω・ｃｍへ変化している。
そして、電荷分極電界Ａ領域及び現像電界Ｂ領域の通過時間は０．０１秒程度であるので、電荷を容易に注入するためには、時定数０．０１秒以下であることが好ましく、導電性トナーの体積抵抗率は、１０１０Ω・ｃｍ以下であればよい。
また、帯電した電荷を保持するためには、現像電界Ｂが印加されている時間内で、電荷移動等が起こらないことが必要なので、時定数で０．１秒以上であることが好ましく、導電性トナーの体積抵抗率は、１０１１Ω・ｃｍ以上であればよい。
尚、導電性トナーの体積抵抗率は、φ３０ｍｍのセル中にトナーを充填し、上下面に電圧を印加し、流れる電流を測定することにより計算した。
【００５４】
◎実施例２
実施の形態１において、図４に示す現像装置モデルを用い、現像ロール（現像電極）に対向する分極帯電ロール（分極電極）３４の回転方向を「Ｗｉｔｈ」とし、分極電極／現像電極速度比（スピード比）をパラメータとし、電荷分極電界（導電性トナーの粒子層印加電界）を変化させ、そのときのＷＳＴ発生率及び分極帯電量を測定した。
ここで、実験条件としては、分極帯電ロール（分極電極）３４は表面が素アルミニウムにて構成され、現像ロール（現像電極）３３に対し１１００μｍ食い込んで配設されている。
また、現像ロール３３は直径４０ｍｍであり、電極表面が２５μｍ厚ポリエステルフィルムと導電性スポンジとからなり、速さ１２０ｍｍ／ｓｅｃ．にて移動する。更に、導電性トナーとしては実施の形態１の具体例で示したものを用いた。また、分極帯電量の測定は、ホソカワミクロン製のイ−スパートアナライザを用いた。
尚、比較例として、分極帯電ロール３４に代えて導電基材の表面が絶縁被覆されていない電荷注入ロールを用い、導電性トナーに電荷注入する電荷注入方式（スピード比：１）のものを用いた。
【００５５】
図１２は電荷分極電界とＷＳＴ発生率との関係を示し、また、図１３は電荷分極電界と分極帯電量との関係を示す。
図１２によれば、分極帯電方式によるＷＳＴ発生率が電荷注入方式に比べて少ないことが理解される。
そして、注入電極／現像電極速度差を設けることによってＷＳＴ発生率が低下していることが理解される。特に、本実施例では、速度比の一例（１．７５）をパラメータとして例示しているが、１．５倍以上の速度差を設けるようにすれば、等速の場合に比べて、例えば１／１０以下程度までＷＳＴ発生率を低下させることができる。尚、実施の形態２のモデルについて同様な実験を行ったところ、同様な傾向が見られた。
また、図１３によれば、分極帯電方式による分極帯電量については電荷注入方式に相当する以上のものであることが理解される。特に、同図によれば、注入電極／現像電極速度差を設けることによって分極帯電量が増加していることが理解される。
このことは、本実施例モデルが帯電効率向上と逆極性トナーの発生防止の点で寄与しているものと推測される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）は本発明に係る現像装置及び画像形成装置の概要を示す説明図、（ｂ）は電荷分極手段の要部を示す説明図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る導電性トナーの抵抗変化状態を示す説明図、（ｂ）は本発明に係る現像装置の作動状態を示す説明図である。
【図３】本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。
【図４】実施の形態１で用いられる現像装置の詳細を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は実施の形態１で用いられる導電性トナーの構造を示す説明図ある。
【図６】（ａ）は実施の形態１に係る現像装置の作動状態を示す説明図、（ｂ）は比較の形態モデルに係る現像装置の作動状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は実施の形態１に係る現像装置の変形形態を示す説明図、（ｂ）は更にその変形形態を示す説明図である。
【図８】実施の形態２に係る現像装置を示す説明図である。
【図９】実施の形態２に係る現像装置の作動状態を示す説明図である。
【図１０】実施の形態２に係る現像装置の変形形態を示す説明図である。
【図１１】実施例１における印加電界に対する導電性トナーの体積抵抗率変化を示す説明図である。
【図１２】実施例２において、分極電極移動方向及び分極電極／現像電極速度比をパラメータとし、粒子層印加電界と逆極性トナーの発生率との関係を示す説明図である。
【図１３】実施例２において、分極電極移動方向及び分極電極／現像電極速度比をパラメータとし、粒子層印加電界と分極帯電量との関係を示す説明図である。
【図１４】従来の現像装置で用いられる電荷注入方式を示す説明図である。
【図１５】従前の導電性トナーに対する粒子層への印加電界と逆極性トナー（Wrong Sign Toner）の発生率との関係を示す説明図である。
【図１６】従前の導電性トナーの電荷注入時（低電界作用時）における挙動を模式的に示す説明図である。
【図１７】従前の導電性トナーの電荷注入時（高電界作用時）における挙動を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…像担持体，２（２ａ，２ｂ）…導電性トナー，３…トナー担持体，３ａ…導電部材，３ｂ…絶縁被覆層，４…現像電界形成手段，５…電荷分極手段，６…分極帯電部材，６ａ…導電部材，６ｂ…絶縁被覆層，７…電荷分極電界形成手段，ＥD…電荷分極電界，Ｚ…静電潜像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性トナーにて静電潜像を可視像化する現像装置において、
静電潜像を担持した像担持体に対向配置され、帯電された導電性トナーを担持搬送するトナー担持体と、
このトナー担持体と像担持体との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体上の静電潜像をトナー現像する現像電界形成手段と、
トナー担持体に対向配置され且つ導電性部材の表面が絶縁被覆される分極帯電部材を有し、この分極帯電部材とトナー担持体との間に電荷分極電界を作用させ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナーを挟んで電荷分極させる電荷分極手段とを備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
導電性トナーは現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷分極電界作用域にて低抵抗に変化することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１記載の現像装置において、
導電性トナーは、導電性トナー基体の周囲に絶縁性若しくは半導電性被覆層を被覆したものであることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、分極帯電部材とトナー担持体との間に現像電界より大きな電荷分極電界を作用させるものであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、分極帯電部材とトナー担持体にトナーが供給可能なトナー供給部材とを兼用することを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、トナー担持体に担持された状態のトナーを挟んで電荷分極させる分極帯電部材を有することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、分極帯電部材とトナー担持体との間に周速差を持たせることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は回動可能な分極帯電部材を有し、トナー担持体との間に周速差を持たせて分極帯電部材を回動させることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項５記載の現像装置において、
トナー供給部材を兼用する分極帯電部材は、トナー担持体との対向部位にて同方向で且つ周速差をもって回動するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
静電潜像を担持した像担持体と、この像担持体に対向配置される請求項１ないし９いずれかに記載の現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
導電性トナーにて静電潜像を可視像化する現像装置において、
静電潜像を担持した像担持体に対向配置され、帯電された導電性トナーを担持搬送するトナー担持体と、
このトナー担持体と像担持体との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体上の静電潜像をトナー現像する現像電界形成手段と、
トナー担持体に対向配置され且つ導電性部材の表面が絶縁被覆される分極帯電部材を有し、この分極帯電部材とトナー担持体との間に電荷分極電界を作用させ、この電荷分極電界作用域にて導電性トナーを挟んで電荷分極させる電荷分極手段とを備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
導電性トナーは現像電界作用域にて高抵抗に変化し且つ電荷分極電界作用域にて低抵抗に変化することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１記載の現像装置において、
導電性トナーは、導電性トナー基体の周囲に絶縁性若しくは半導電性被覆層を被覆したものであることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、分極帯電部材とトナー担持体との間に現像電界より大きな電荷分極電界を作用させるものであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、分極帯電部材とトナー担持体にトナーが供給可能なトナー供給部材とを兼用することを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、トナー担持体に担持された状態のトナーを挟んで電荷分極させる分極帯電部材を有することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は、分極帯電部材とトナー担持体との間に周速差を持たせることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１記載の現像装置において、
電荷分極手段は回動可能な分極帯電部材を有し、トナー担持体との間に周速差を持たせて分極帯電部材を回動させることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項５記載の現像装置において、
トナー供給部材を兼用する分極帯電部材は、トナー担持体との対向部位にて同方向で且つ周速差をもって回動するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
静電潜像を担持した像担持体と、この像担持体に対向配置される請求項１ないし９いずれかに記載の現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−２６７６９３（Ｐ２００６−２６７６９３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８７０９１（Ｐ２００５−８７０９１）
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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