現像装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成装置
【課題】飛散トナーの量を減らすことのできる現像装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体に対向配置され、感光体上に形成された静電潜像を現像するためのトナーを保持するトナー担持体と、一列で等間隔に配置された複数の板状に形成された第一電極２４と、該第一電極２４の列と平行に配置された板状の第二電極２５とを有し、それら電極２４、２５に電圧を印加することでトナーをホッピングさせて静電潜像を現像する現像装置において、感光体とトナー担持体としてベルトを用い、現像ベルト２１と感光体ベルト６との互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成するように配置し、該平行な面のニップにおけるベルト走行方向の中間領域に、現像ベルト２１を挟んで感光体ベルト６に対向して第一電極２４及び第二電極２５を備える。
【解決手段】感光体に対向配置され、感光体上に形成された静電潜像を現像するためのトナーを保持するトナー担持体と、一列で等間隔に配置された複数の板状に形成された第一電極２４と、該第一電極２４の列と平行に配置された板状の第二電極２５とを有し、それら電極２４、２５に電圧を印加することでトナーをホッピングさせて静電潜像を現像する現像装置において、感光体とトナー担持体としてベルトを用い、現像ベルト２１と感光体ベルト６との互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成するように配置し、該平行な面のニップにおけるベルト走行方向の中間領域に、現像ベルト２１を挟んで感光体ベルト６に対向して第一電極２４及び第二電極２５を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーを用いて静電潜像を現像する現像装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置において、実用化されている現像方式は多数存在し、その代表的なものとしては、二成分現像方式、一成分現像方式等がある。
【０００３】
二成分現像方式は高速現像に適しており、現在の中速や高速出力機の主流方式である。高画質を狙うためには、静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０μｍ程度のキャリアも使われ始めている。しかし、高画質化に対する要求は益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味ではさらにキャリア粒子は小さくする必要がある。しかしキャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまったり、いろいろな副作用が生じる。このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
【０００４】
そもそも二成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる二成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、穂の不均一性によって孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成する事で画質の向上は可能だが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させる事は困難である。
【０００５】
また、潜像担持体に現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには、潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げる事が効果的である事が知られているが、この場合、二成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。
【０００６】
一成分現像方式は機構が小型軽量になることから、現在の低速出力機の主流方式である。
一成分現像方式では、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材との摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて現像される。ここでの現像方式には大きく、接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であり、後者は接触しているものである。いずれの方式にしても、現像ローラ上に薄層化されているトナー層は、十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像する事は困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像する事は難しい。
【０００７】
また、この一成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
【０００８】
これら従来の現像方式に比べて高画質（高解像度のドット再現性）を実現できるフレア現像方式が特許文献１、２に記載されている。
フレア現像方式は、内部に複数の電極を有したトナー担持体が、潜像担持体に対向して配置され、この複数の電極に時間的に変化する電圧を印加する。そうして生じた電極間の電界で、トナー担持体上のトナーをホッピングさせ、潜像担持体上に供給している。
【０００９】
しかしながら、フレア現像方式はトナー飛散が発生していることがわかった。そして、飛散したトナーを調べたところ、飛散トナーの殆んどが図４に示すように帯電量の不足したトナーであることが分かった。
【００１０】
さらに、トナー担持体と潜像担持体側面から潜像へのトナー現像過程を観察した結果、図５に示すようにホッピングトナー層近傍をトナーが浮遊しており、トナー担持体の回転方向へ移動していることが確認できた。その後、移動してきた浮遊トナーが現像ニップを通過せずに、現像されることなく感光体の回転方向と逆方向へ進むことも確認できた。
【００１１】
これらの結果から、帯電したトナーが電極間で形成する電界によってホッピングした際に、弱帯電トナーをホッピング領域より押し出してしまい、ホッピング領域近傍で浮遊して、トナー担持体が作り出す回転方向への気流で運ばれる。そうして運ばれた弱帯電トナーが、現像ニップ入り口付近で、トナー担持体が作り出す気流と、潜像担持体が作り出す気流とがぶつかり合うことにより発生する乱気流に乗って飛散すると推定できる。
【００１２】
かかるトナー飛散を軽減するため、飛散し易い弱帯電トナーの量を減らすことが考えられる。弱帯電トナーは、例えばトナーを十分に撹拌することである程度減らせられるが、実施されている装置においてほぼ最大限に撹拌しており、装置の大型化等をせずに、さらなる撹拌領域を増やし、弱帯電トナーを減らすことは難しいというのが現状であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記した飛散トナーの量を減らすことのできる現像装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、潜像担持体に対向配置され、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するためのトナーを保持するトナー担持体と、一列で等間隔に配置された複数の板状に形成された第一電極と、該第一電極の列と平行に配置された板状の第二電極とを有し、これらの電極に電圧を印加することでトナーをホッピングさせて静電潜像を現像する現像装置において、前記潜像担持体と前記トナー担持体としてベルトを用い、トナー担持体ベルトと潜像担持体ベルトとの互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成するように配置し、該平行な面のニップにおけるベルト走行方向の中間領域に、前記トナー担持体ベルトを挟んで潜像担持体ベルトに対向して前記第一電極及び前記第二電極を備えることを特徴とする現像装置を提案する。
【００１５】
なお、本発明は、前記トナー担持体ベルトを挟んで前記潜像担持体ベルトに対向する第三電極を備え、該第三電極が前記平行な面のニップ内で且つベルト走行方向の前記第一電極の下流側に配置し、常時トナーを引きつける電圧を印加すると有利である。
【００１６】
さらに、本発明は、前記トナー担持体ベルトにトナーを供給する二成分現像ユニットを設け、該二成分現像ユニットは前記平行な面のニップの入り口前で、トナー担持体ベルトに対向した位置に現像ローラを配し、前記トナー担持体ベルトを挟んで現像ローラに対向して第四電極を配置してトナーを前記トナー担持体ベルトへ供給すると有利である。
【００１７】
また、本発明は、上記目的を達成するため、前記潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電する帯電装置及びトナー像転写後の前記潜像担持体に残留するトナーを除去するクリーニング装置の少なくとも一方と、請求項１から３に記載の現像装置とを一体化し、画像形成装置本体に対して着脱自在に形成することを特徴とするプロセスカートリッジを提案する。
【００１８】
また、本発明は、上記目的を達成するため、請求項１から３に記載の現像装置または請求項４に記載のプロセスカートリッジを複数備えたことを特徴とする画像形成装置を提案する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、トナー担持体ベルトと潜像担持体ベルトとの互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成し、そのニップ内でトナーをホッピングさせているので、浮遊トナーが生じても外部に飛散しにくくなり、高画質を実現できるフレア現像方式を採用してもトナー飛散による汚染等を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】同装置の現像装置を示す側面説明図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】従来のフレア現像における通常トナーと飛散トナーの帯電量を示す図である。
【図５】従来のフレア現像の問題点を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る現像装置を搭載した画像形成装置の概略図、図２は図１の画像形成装置に用いられる現像装置の拡大断面図である。
【００２２】
図１及び図２において、１は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、２は原稿を原稿読込部に搬送する原稿搬送部、原稿の画像情報を読み込む原稿読込部（図示せず）、３は出力画像が積載される排紙トレイ、４は転写紙等の記録媒体Ｐが収容される給紙部、５は記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像が形成される潜像担持体としての感光体ベルト、９は各感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像装置、１１は各感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラを示す。各感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫはそれぞれローラ７，８に巻き掛けられ、ローラ７，８の一方が図示していない駆動手段によって反時計方向に回転駆動されることにより矢印方向に走行される。
【００２３】
また、１０は記録媒体Ｐを搬送する紙搬送ベルト、１２は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、１３はイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーをそれぞれの現像装置５に供給するトナー容器を示す。
【００２４】
次に、画像形成装置における通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿は原稿搬送部２の搬送ローラ（図示せず)によって、原稿台から搬送されて、原稿読込部（図示せず）のコンタクトガラス上に載置される。そして、原稿読込部で、コンタクトガラス上に載置された原稿の画像情報が光学的に読み取られる。
【００２５】
詳しくは、原稿読込部において、コンタクトガラス上の原稿の画像に対し、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿にて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿のカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。
【００２６】
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部（図示せず）に送信される。そして、書込み部からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（図示せず）が、それぞれ、対応する感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に向けて発せられる。
【００２７】
一方、４つの感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫは、図示していない駆動手段によってそれぞれ反時計方向に回転されるとき、その表面は帯電装置（図示せず）との対向部で一様に帯電される（帯電工程）。こうして、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
【００２８】
書込み部において、４つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程）。
【００２９】
イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目の感光体ベルト６Ｙ表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ベルト６Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部にて帯電された後の感光体ベルト６Ｙ上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。同様にして、マゼンタ成分、シアン成分、ブラック成分のレーザ光が各感光体ベルト５表面に照射され、各色成分の静電潜像がそれぞれの感光体ベルト６上に形成される。
【００３０】
その後、各色の静電潜像が形成された感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、それぞれ、現像装置９との対向位置に達する。そして、各現像装置９から感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上の潜像が現像される（現像工程）。
【００３１】
その後、現像工程後の感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、それぞれ、紙搬送ベルト１０との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、紙搬送ベルト１０の内周面に当接するように転写バイアスローラ１１が設置されている。そして、転写バイアスローラ１１の位置で、図中の時計方向に走行する紙搬送ベルト１０によって搬送されてきた記録媒体Ｐ上に、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（転写工程）。
【００３２】
転写工程後の感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面には、未転写トナーが残存することが避けられず、残存したトナーは図示していないクリーニング装置によって回収される（クリーニング工程）。その後、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、図示しない除電部を通過して、感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫにおける一連の作像プロセスが終了する。
【００３３】
ここで、感光体ベルト６と紙搬送ベルト１０との間（転写ニップ）に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部４からレジストローラ５等を経由して搬送されたものである。詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部４から、給紙ローラ４ａにより給送された記録媒体Ｐが、搬送ガイドを通過した後に、タイミングを合わせて、転写ニップに向けて搬送される。そして、上記転写工程でフルカラー画像が転写された記録媒体Ｐはその後に定着装置１２に導かれる。定着装置１２では、定着ローラと加圧ローラとのニップにて、カラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。定着工程後の記録媒体Ｐは、排紙ローラによって装置本体外に出力画像として排出され、排紙トレイ３上にスタックされ、かくして一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３４】
次に、図２を用いて本実施の形態の現像装置９について説明する。
図２において、現像装置９は感光体ベルト６の下方に配置した現像ベルト装置２０と、二成分現像ユニット部３０とを備え、該二成分現像ユニット部３０の現像剤が現像ローラ３１を介して現像ベルト装置２０に供給されるように構成している。
【００３５】
現像ベルト装置２０は、ローラ２２、２３に巻き掛けられ、矢印方向に走行するトナー担持体としての現像ベルト２１及び第一電極２４、第二電極２５、第三電極２６、第四電極２７を有している。現像ベルト２１は、ベルトループ内側から図示しないベース層、弾性層、表面層を有している。ベース層は、例えば伸びの少ないフッ素系樹脂や、伸びの大きなゴム材料に帆布など伸びにくい材料を含有又は積層させた層である。表面層は、フッ素系樹脂など、表面エネルギーが低くてトナーと良好な離型性を発揮する材料からなる層である。弾性層は、例えばフッ素系ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムなどの弾性材料からなる層で、ベルト全体にある程度の弾性を発揮させるために設けられている。なお、上記感光体ベルト６は感光性を発揮する有機感光材からなり、さらにこの上に厚さ３．５〜５．０［μｍ］のフィラー補強電荷輸送層が被覆されたベルト状のものである。
【００３６】
感光体ベルト６と現像ベルト２１は、ともに最大画像形成幅よりも広い幅のベルトであって、現像ベルト２１が感光体ベルト６より多少走行辺が長く形成されている。そして、感光体ベルト６と現像ベルト２１の対向する走行辺がほぼ平行であって、感光体ベルト６は図示するようにその大部分が現像ベルト２１と重なり合っている。なお、奥行方向については図示していないがこの方向においても重なり合っており、感光体ベルト６と現像ベルト２１の間には機械ニップが形成されている。また、機械ニップＮでは感光体ベルト６と現像ベルト２１がそれぞれ矢印方向に走行する。なお、６ａ及び２１ａはテンションローラである。
【００３７】
現像ベルト２１の走行辺内には、感光体ベルト６との重なり部分における横方向のほぼ中央に上記第一電極２４と第三電極２６とが並列し、且つ現像ベルト２１の上部走行辺に近接されて配置されている。第一電極２４は電極幅が８０〜１００μｍに形成された複数個に分割されている。なお、第一電極２４の幅が８０μｍよりも小さい場合、電極幅が細すぎるため１本の電極が途中で切れてしまう可能性があり、逆に１００μｍより大きい場合は電極中央部の電界が弱くなってしまうため、電極中央部に付着したトナーはホッピングしにくくなってしまうため、第一電極２４の電極幅は８０〜１００μｍに設定している。また、第一電極２４における電極間距離としては１００〜３００μｍとし、電極間距離が電極幅よりも小さい場合は、第二電極２５の寄与が第一電極２４に阻まれて、表層まで出にくくなってしまう（第二電極２５からの電気力線が直接第一電極２４に収束してしまい、表層に出てくる電気力線が少なくなってしまう）。また、電極間距離が大きすぎると、電極間中央の電界が弱くなってしまう。よって、電極間距離は電極幅と同じ以上で３倍以下が望ましい。本実施の形態例では、電極幅が１００μｍ、電極間距離は１５０μｍに設定している。
【００３８】
上記第二電極２５は第一電極２４の真下に配置され、その電極幅としては全第一電極２４幅と全電極間距離を足し合わせた距離とし、本実施の形態では第二電極２５の横方向の電極幅１０００μｍとしている。
【００３９】
第一電極２４の右隣りに配置した第三電極２６は、その電極幅を１００〜３００μｍとしている。また、後述する現像ローラ３１と現像ベルト２１を挟んで配置する上記第四電極２７はその電極幅を８０〜１００μｍとしている。
【００４０】
第一電極２４、第三電極２５、第四電極２７は、絶縁層の上に金属と、その上に表層を積層した構造とされる。上記電極の具体例を挙げると、例えば、絶縁層：ポリイミド（厚さ２０μｍ）、第一、三、四電極：銅（厚さ５μｍ）、表層：ポリカーボネート（厚さ１０μｍ）で構成された、非常に薄く、また弾性を有するフレキシブルプリント基板の端部を融着させたものを挙げることができる。ここで、絶縁層は絶縁性の材料が好ましく、本実施例ではポリカーボネートやアルキッドメラミン等を用いている。絶縁層の厚みとしては、３μｍ〜５０μｍとしている。３μｍよりも小さくなると第一電極２４と第二電極２５の絶縁性が保てなくなり、第一電極２４と第二電極２５でリークが発生してしまう可能性がある。また５０μｍよりも大きくすると、第二電極２５に印加した電圧が絶縁層によって弱められ表層上に出にくくなり、表層上で第一電極２４と第二電極２５が作る電界が弱くなってしまう。電界が弱くなると表層上でトナーがホッピングしにくくなってしまう。
【００４１】
また、第二電極２５はＳＵＳやアルミ等の金属板としている。その他としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂板の表層にアルミや銅などの金属層を形成することも可能である。この金属層の形成は、金属メッキや蒸着、粘着層とともに金属膜を貼り付ける等、種々の工法がある。
【００４２】
二成分現像ユニット部３０には、磁性キャリアと、マイナス帯電性のトナーとを含む図示しない現像剤が収容されている。この現像剤は、２つの攪拌スクリュ３５、３６によって撹拌搬送されて摩擦帯電される。帯電した現像剤は、供給スクリュ３２に受け渡され、供給搬送の際、現像ローラ３１の表面に対してその軸線方向に接触する。すると、ローラ表面から供給スクリュ３２内に向けて伸びている磁界の影響によって現像ローラ３１の表面に担持され、ローラ表面の回転に伴って供給スクリュ３２から汲み上げられる。そして、ローラ表面の回転に伴って磁性ドクターブレード３４との対向位置まで搬送される。この対向位置において、現像剤は、現像ローラ３１と磁性ドクターブレード３４との間隙であるドクターギャップをすり抜ける際に層厚が規制されるとともに、トナーの摩擦帯電が助長される。なお、本実施形態ではドクターギャップを５００［μｍ］程度に設定している。
【００４３】
上記ドクターギャップをすり抜けた現像剤は、ローラ表面の回転に伴って、現像ベルト２１に対向する現像領域に至る。この現像領域では、現像ベルト２１と現像ローラ３１とが３００［μｍ］程度の現像ギャップを介して対向している。また、現像領域におけるローラ表面上では、現像ローラ３１内のマグローラの図示しない現像磁極からの磁力によって現像剤中の磁性キャリアが穂立ちして磁気ブラシを形成する。形成された磁気ブラシは、その先端を現像ベルト２１に摺擦させながら移動し、電圧が印加された第四電極２７と現像ローラ３１によって形成された現像電界で現像ベルト２１上にトナーを付着させる。この付着により、現像ベルト２１上にトナーの薄層が形成される。現像領域に搬送される現像剤中におけるトナーの帯電量を、−１０〜−５０［μＣ／ｇ］、好ましくは、−１５〜−４５［μＣ／ｇ］にすることが望ましい。かかる範囲になるように、マグローラ（図示せず）の磁極の磁力、攪拌性能、ドクターギャップ等を設定するのである。本実施例の現像剤の単位面積あたりの搬送量は３０ｍｇ／ｃｍ２、現像ローラ３１と現像ベルト２１の線速比は１.５、第四電極２７に印加する電圧は−５０Ｖとなっている。
【００４４】
現像ベルト２１へ移動しなかったトナーは、現像ローラ３１の回転に伴って二成分現像ユニット部の器内に回収されるようになっており、回収スクリュ（図示せず）に回収されるようになっている。供給スクリュ３２、回収スクリュ（図示せず）の下流と攪拌スクリュ３６の上流は連通されており、現像を終了してトナー濃度が低下した現像剤は攪拌スクリュ３６上のトナー補給口３７から適量補給されるトナーによってトナー濃度が適正に保たれる。補給されるトナー量は、現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサ（図示せず）によって検知された値に基づいて決定される。トナーを補給されてトナー濃度が適正状態に戻った現像剤は、補給されたトナーと攪拌スクリュ３５、３６内で攪拌されながら搬送され均一化される。攪拌スクリュ３５の下流と供給スクリュ３２の上流とは連通されており、トナー濃度が適正化され均一化された現像剤は供給スクリュ３２を通して再び現像ローラで現像領域まで搬送される。
【００４５】
現像ローラ３１のマグの法線方向磁気パターン（図示せず）は、Ｐ１極（Ｎ）が現像極でありピーク磁力１００ｍＴ、Ｐ２極（Ｓ）はピーク磁力８６ＭＴ、Ｐ３極（Ｎ）はピーク磁力５２ｍＴ、Ｐ４極（Ｓ）はピーク磁力７０ｍＴ、Ｐ５極（Ｓ）はピーク磁力７８ｍＴである。本発明においてマグ磁束密度はある範囲で任意に設定可能であるが、高くし過ぎると現像ローラ３１上でトルクアップや剤劣化を促進してしまう。
【００４６】
内包するマグローラ（図示せず）のＰ４、Ｐ５極を同極配置し反発力を作用させ、さらに現像ローラ３１回転による遠心力を加える事によって現像ローラ３１からの分離を完全なものとしている。
【００４７】
本実施形態において、現像ローラ３１の周速度をＶｓ、感光体の周速度Ｖｐとした場合、Ｖｓ／Ｖｐを１．５から２．５の範囲になるように調整することが望ましい。
薄層とされたトナーは、現像ベルト２１の回転にともなって第一電極２４上の位置に搬送される。第一電極２４には、第一電圧印加手段、第二電極２５には、第二電圧印加手段によって電圧が印加されている。第一電圧印加手段が印加する電圧は、矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。本実施例では第一電極２４と第二電極２５に位相差πをもった矩形波電圧を印加し、この位相差によって生じる電位差によって電極間に電界を生じさせている。現像ベルト２１によって第一電極２４上に達したトナーは、この電界によってホッピングしながら往復運動する。電位差としては、１５００Ｖ〜３０００Ｖ生じさせる。差が１５００Ｖより小さくなると、電極間の電界が小さくなってしまい、トナーがホッピングしなくなってしまう。また差が３０００Ｖより大きくなると、経時で電極間においてリークが発生する可能性がある。リークが発生するとそれ以降は電極間に電界が発生しなくなり、トナーがホッピングしなくなってしまう。通常印加するバイアスの周波数は０.１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚである。０.１ｋＨｚより小さくするとトナーのホッピングが現像速度においつかなくなってしまう。１０ｋＨｚより大きくすると、トナーが電圧の切り替わりに追従できなくなってしまう。電圧の中心値は、画像部電位と非画像部電位の間で現像条件によって変動させている。
【００４８】
ホッピングしたトナーは、第一電極２４、第二電極２５と感光体ベルト６上の画像部との間の現像電界によって、感光体ベルト６上に現像される。現像に寄与しなかったトナーは、電圧が印加された第三電極２６と感光体ベルト６によって形成された電界で現像ベルト２１上に引き戻される。引き戻されたトナーは、現像ベルト２１の回転によって搬送され、回収ローラ（図示せず）によって現像ベルト２１から回収される。回収されたトナーは、再び現像剤収容部に戻され、現像装置内を循環する。本実施例の第三電極２６に印加する電圧は、−５０Ｖとしている。
【００４９】
トナーによるキャリアの被覆率は、１０〜８０％、好ましくは２０〜６０％である。なお、被覆率は以下の式で算出される。
被覆率（％）＝（Ｗｔ／Ｗｃ）×（ρｃ／ρｔ）×（Ｄｃ／Ｄｗ）×（１／４）×１００
【００５０】
上記式中、Ｄｃはキャリアの重量平均粒径（μｍ）、Ｄｗはトナーの重量平均粒径（μｍ）、Ｗｔはトナーの重量（ｇ）、Ｗｃはキャリアの重量（ｇ）、ρｔはトナー真密度（ｇ／ｃｍ３）、ρｃはキャリア真密度（ｇ／ｃｍ３）を表す。
【００５１】
重量平均粒径は、個数基準で測定された粒子の粒径分布（個数頻度と粒径との関係）に基づいて算出されたものである。この場合の重量平均粒径Ｄｗは以下の式で表される。
Ｄｗ＝｛１／Σ（ｎＤ３）｝×｛Σ（ｎＤ４）｝
【００５２】
上記式中、Ｄは各チャネルに存在する粒子の代表粒径（μｍ）を示し、ｎは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本実施形態では、２μｍの長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。
【００５３】
また、本実施形態に適用する現像剤は、トナーの重量平均粒径が４．０〜８．０μｍであり、トナーの重量平均粒径（Ｄｗ）と個数平均粒径（Ｄｎ）の比（Ｄｗ／Ｄｎ）が１．２０以下であることが望ましい。トナーの小粒径化は解像度を上げるためには不可欠であるが、副作用として、流動性、保存性において悪化傾向にある。トナー粒径が４．０μｍ未満であると、現像剤の流動性が極端に悪化して現像剤中の均一なトナー濃度を確保することが困難となる。またトナー小粒径化はキャリアに対する被覆率が上昇する方向であり、被覆率が高くなり過ぎた場合には、キャリア汚染の加速化及びトナー飛散誘発が懸念される。
【００５４】
トナー及び現像剤の流動性を向上させる手段として、トナーに添加剤を多く添加する方法があるが、これは副作用が発生する為に本質的な改善は期待できない。しかし、トナーの粒径分布を均一にすることにより、トナー小粒径化に伴う副作用が克服される。即ち、トナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Ｄｗ／Ｄｎが１に近いことが望ましく、１．２０以下にすることにより、流動性悪化の抑制効果が得られて、小粒径トナーを使用した場合でもトナー濃度の均一化が図られる。このように、トナーの重量平均粒径が４．０〜８．０μｍ、かつトナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Ｄｗ／Ｄｎを１．２０以下にすることにより、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上が図られ、さらに高品質な画像が得られる。また、トナー粒度分布における３μｍ以下の粒子個数比率を５％以下にすることによって、流動性、保存性における品質改善効果が顕著であり、現像装置中へのトナー補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性において良好な水準が得られる。
【００５５】
トナーの粒度分布は種々の方法で測定できるが、本実施形態では小孔通過法（コールターカウンター法）を用いて行った。測定装置として、Ｃ０ＵＬＴＥＲＣ０ＵＮＴＥＲＭ０ＤＥＬＴＡ２（コールター社製）を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイスを接続して、１００μｍのアパチャー（細孔）を使用した。測定方法としては、まず電解水溶液に界面活性剤を加えた中に、トナー測定用試料を分散させる。分散した試料を別の１％ＮａＣｌ電界液に注入して、アパチャーチューブのアパチャーの両側に電極が置かれている電解液を通して両電極間に電流を流す。このときの抵抗変化から２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定し、平均分布から個数平均粒径、重量平均粒径を求める。
【００５６】
トナーには流動性付与剤を添加することが好ましい。使用可能な流動性付与剤として種々のものが挙げられるが、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に、両微粒子の平均粒径が５０（ｎｍ）以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデアワールス力を小さくすることができ、トナーの流動性向上を図ることができる。その結果、現像剤の所望の帯電レベルを得ることができ、良好な画像品質が得られ、さらに転写残トナーの低減が図られる。さらに、酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にある。よって、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、帯電立ち上がり特性の悪化の影響が大きくなることが考えられる。しかし疎水性シリカ微粒子の添加量が０．３〜１．５（ｗｔ％）の範囲で、疎水性酸化チタン微粒子が０．２〜１．２（ｗｔ％）の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られ、トナー飛散を抑制することができる。
【００５７】
また、平均粒径が８０〜１４０（ｎｍ）である大粒径の疎水性シリカを添加することにより、転写性、現像性に対してさらに性能が向上する。特に、トナー平均粒径が７（μｍ）以下のような小粒径トナーを使用した現像剤において、品質改善効果が顕著である。即ち、粒径が大きい添加剤がトナー粒子間においてスペーサ的な作用をして、トナー転写圧縮時のトナー凝集や現像機の空攪拌時におけるトナー表面への添加剤埋没が抑制可能となる。その結果、転写不良に伴うベタ画像濃度ムラ、添加剤埋没に伴うトナー流動性低下が発生せず、長期に亘って高品質な画像が得られる。
【００５８】
現像剤におけるキャリアの重量平均粒径Ｄｗは、２０〜６０（μｍ）、より好ましくは２０〜４０（μｍ）である。キャリアの重量平均粒径Ｄｗが６０（μｍ）よりも大きい場合には、感光体上の磁気的なキャリア保持力が強く、キャリア付着は起こりにくいが、単位重量当たりのキャリア表面積が小さくなるため、高画像濃度を得るためにトナー濃度を高くすると、地汚れが急速に増大する。また、潜像のドット径が小さい場合は、ドット径のバラツキが大きくなる。一方、キャリアの重量平均粒径Ｄｗが２０μｍよりも小さい場合には、キャリア粒子当たりの磁気モーメントが低下し、現像スリーブ上の磁気的なキャリア保持力が弱くなり、キャリア付着が起き易くなる。
【００５９】
１０００・（１０３／４π）[Ａ／ｍ]の磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントは、７０（Ａ・ｍ２／ｋｇ）以下である。これ以上高くなると、磁気ブラシが硬くなり、穂跡やぼそついた画像となりやすい。またその下限値は特に制約されないが、通常５０（Ａ・ｍ２／ｋｇ）程度である。磁気モーメントが５０（Ａ・ｍ２／ｋｇ）より小さい場合には、現像スリーブ上の磁気的なキャリア保持力が低下して、キャリア付着が発生しやすくなる。
キャリアの磁気モーメントは、以下のようにして測定することができる。Ｂ−Ｈトレーサー（ＢＨＵ−６０／理研電子社製）を使用し、円筒のセルにキャリア粒子１．０ｇを詰めて装置にセットする。磁場を徐々に大きくし３０００エルステッドまで変化させ、次に徐々に小さくして零にした後、反対向きの磁場を徐々に大きくし、３０００エルステッドとする。さらに徐々に磁場を小さくして零にした後、最初と同じ方向に磁場をかける。このようにして、Ｂ−Ｈカーブを図示し、その図より１０００エルステッドの磁気モーメントを算出する。
【００６０】
キャリアの芯材粒子としては、例えば、鉄、コバルト等の強磁性体、マグネタイト、ヘマタイト、Ｌｉ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｂａ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｓｒ系フェライト、Ｍｎ系フェライト等が挙げられる。フェライトとは一般に次式で表される焼結体である。
（Ｍ０）ｘ（Ｎ０）ｙ（Ｆｅ２０３）ｚ
但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ｍ０ｌ％であって、Ｍ、Ｎはそれぞれ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ等であり、２価の金属酸化物と３価の鉄酸化物との完全混合物から構成されている。
【００６１】
以下、本実施形態に使用されるキャリア及びトナーの材料について説明する。まず、本実施形態で使用されるキャリアは、磁性を有する芯材粒子と、その表面を被覆する樹脂層とからなる。この樹脂層を形成するための樹脂としては、キャリアの製造に従来用いられている公知のものを用いることができる。例えば、キャリアの樹脂層には、下記の化１式で表される繰り返し単位を含むシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。
【化１】
但し、式中、Ｒ１は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数１〜４の低級アルキル基、またはアリール基（フェニル基、トリル基など）を示す。Ｒ２は、炭素数１〜４のアルキレン基、またはアリーレン基（フェニレン基など）を示す。
【００６２】
キャリアの樹脂層に用いられるストレートシリコーン樹脂としては、ＫＲ２７１、ＫＲ２７２、ＫＲ２８２、ＫＲ２５２、ＫＲ２５５、ＫＲ１５２（信越化学工業社製）、ＳＲ２４００、ＳＲ２４０６（東レダウコーニングシリコーン社製）等が挙げられる。また、キャリアの樹脂層には、変性シリコーン樹脂を用いることができる。このようなものとしては、エポキシ変性シリコーン、アクリル変性シリコーン、フェノール変性シリコーン、ウレタン変性シリコーン、ポリエステル変性シリコーン、アルキッド変性シリコーン等が挙げられる。上記変性シリコーン樹脂の具体例としては、エポキシ変性物：ＥＳ−１００１Ｎ、アクリル変性シリコーン：ＫＲ−５２０８、ポリエステル変性物：ＫＲ−５２０３、アルキッド変性物：ＫＲ−２０６、ウレタン変性物：ＫＲ−３０５（以上、信越化学工業社製）、エポキシ変性物：ＳＲ２１１５、アルキッド変性物：ＳＲ２１１０（東レダウコーニングシリコーン社製）等が挙げられる。
上記シリコーン樹脂には、アミノシランカップリング剤を適量（０．００１〜３０重量％）含有させることができるが、このようなものとしては以下のようなものが挙げられる。
Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ１７９．３
Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（０Ｃ２Ｈ５）３：ＭＷ２２１．４
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）２（０Ｃ２Ｈ５）：ＭＷ１６１．３
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（０Ｃ２Ｈ５）２：ＭＷ１９１．３
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ１９４．３
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（０ＣＨ３）２：ＭＷ２０６．４
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ２２４．４
（ＣＨ３）２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（０Ｃ２Ｈ５）２：ＭＷ２１９．４
（Ｃ４Ｈ９）２ＮＣ３Ｈ６Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ２９１．６
【００６３】
さらに、キャリアの樹脂層には、以下に示すものを単独又は上記シリコーン樹脂と混合して使用することも可能である。ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体（スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
【００６４】
キャリアの芯材粒子表面に樹脂層を形成するための方法としては、スプレードライ法、浸漬法、又はパウダーコーティング法等公知の方法を適用することができる。特に、流動床型コーティング装置を用いる方法は、均一な塗付膜を形成するのに有効である。
【００６５】
キャリア芯材粒子表面上に形成する樹脂層の厚みは、通常０．０２〜１μｍ、好ましくは０．０３〜０．８μｍである。樹脂層の厚みはきわめて小さいことから、樹脂層を被覆した芯材粒子からなるキャリアとキャリア芯材粒子の粒度分布は実質的に同じである。
【００６６】
また、必要に応じてキャリアの抵抗率を調整することができ、キャリアの抵抗率の調整は芯材粒子上の被覆樹脂の抵抗調整、膜厚の制御によって可能である。キャリア抵抗調整のために、導電性微粉末を被覆樹脂層に添加して使用することも可能である。上記導電性微粉末としては、導電性Ｚｎ０、Ａｌ等の金属又は金属酸化物粉、種々の方法で調製されたＳｎ０２又は種々の元素をドープしたＳｎ０２、ＴｉＢ２、ＺｎＢ２、Ｍ０Ｂ２等のホウ化物、炭化ケイ素、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ（パラ−フェニレンスルフィド）ポリピロール、ポリエチレン等の導電性高分子、ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。これらの導電性微粉末は、コーティングに使用する溶媒又は被覆用樹脂溶液に投入した後、ボールミル、ビーズミル等メディアを使用した分散機又は高速回転する羽根を備えた攪拌機を使用することによって均一に分散することができる。
【００６７】
本実施形態に適用されるトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤と帯電制御剤とから構成される。このトナーは、重合法、造粒法等の各種のトナー製法によって作成された不定形又は球形のトナーである。また、磁性トナー及び非磁性トナーのいずれも使用可能である。
【００６８】
ここで使用されるトナーの結着樹脂としては、従来からトナー用結着樹脂として使用されてきたものは全てが適用可能である。具体的にはポリスチレン、ポリクロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン／ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン／プロピレン共重合体、スチレン／ビニルトルエン共重合体、スチレン／ビニルナフタレン共重合体、スチレン／アクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリル酸エチル共重合体、スチレン／アクリル酸ブチル共重合体、スチレン／アクリル酸オクチル共重合体、スチレン／メタクリル酸メチル共重合体、スチレン／メタクリル酸エチル共重合体、スチレン／メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン／α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン／ビニルメチルケトン共重合体、スチレン／ブタジエン共重合体、スチレン／イソプレン共重合体、スチレン／アクリロニトリル／インデン共重合体、スチレン／マレイン酸共重合体、スチレン／マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルブチルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して使用される。
【００６９】
ここでトナーの着色剤としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色のトナーを得ることが可能な染顔料が使用でき、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料及び染料の全てが適用可能である。具体的には、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧローダミン６Ｃレーキ、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、マラカイトグリーン、マラカイトグリーンヘキサレート、ローズベンガル、モノアゾ系染顔料、ジスアゾ系染顔料、トリスアゾ系染顔料等が挙げられる。これらの着色剤の使用量は、結着樹脂に対して、通常１〜３０ｗｔ％、好ましくは３〜２０ｗｔ％である。
ここでトナーの帯電制御剤としては、正の帯電制御剤及び負の帯電制御剤のいずれも使用可能であるが、カラートナーの場合、色調を損なうことのない透明色から白色のものを使用するのが好ましい。例えば正極性のものとしては４級アンモニウム塩類、イミダゾール金属錯体や塩類等が用いられ、負極性のものとしては、サリチル酸錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が挙げられる。
【００７０】
また、トナーに離型性を持たせるために、低分子量のポリエチレン、ポリプロピレン等の合成ワックス類の他、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ろう、ホホバ油等の植物系ワックス類；みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス類；モンタンワックス、オゾケライト等の鉱物系ワックス類；硬化ヒマシ油、ヒドロキシステアリン酸、脂肪酸アミド、フェノール脂肪酸エステル等の油脂系ワックス類をトナーに含有させることができ、これらは単独で又は２種以上が混合して使用される。
さらに、トナーには、上記の離型剤の他に必要に応じてトナーの熱特性、電気特性、物理特性を調整する目的で、各種の可塑剤（フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等）、抵抗調整剤（酸化錫、酸化鉛、酸化アンチモン等）等の助剤を添加することも可能である。さらにトナーには、必要に応じて上記の離型剤、助剤等以外の流動性付与剤を混合することもできる。その流動性付与剤としては、例えばシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子、フッ化マグネシウム微粒子、炭化ケイ素微粒子、炭化ホウ素微粒子、炭化チタン微粒子、炭化ジルコニウム微粒子、窒化ホウ素微粒子、窒化チタン微粒子、窒化ジルコニウム微粒子、マグネタイト微粒子、二硫化モリブデン微粒子、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸マグネシウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子、フッ素系樹脂微粒子、アクリル系樹脂微粒子等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を併用することが可能である。なお、流動性付与剤としては、一次粒子の粒径が０．１μｍよりも小さく、表面をシランカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化処理した疎水化度４０以上のものであることが好ましい。
【００７１】
トナーの製造方法としては、公知の方法が用いられる。例えば結着樹脂、着色剤及び顔料、帯電制御剤さらに必要に応じて離型剤等を適当な比率でヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機を使用して十分に混合する。その後、スクリュ型押出し式連続混練機、２本ロールミル、３本ロールミル又は加圧加熱ニーダを用いて溶融混練を行う。またカラートナーの場合、顔料の分散性を向上させる目的で、結着樹脂の一部と顔料を予め溶融混練して得られるマスターバッチ顔料を着色剤として使用することが一般的である。上記方法で得られた混練物を冷却固化させた後、ハンマーミル等の粉砕機を用いて粗粉砕をする。さらに、粗粉砕物をジェットミル粉砕機で粉砕処理した後に気流式分級機等に連結されたローター粉砕機等を用いて表面処理を行う。例えば、衝突式粉砕機としてはハンマーミル、ボールミル、チューブミル、振動ミル等を挙げることができる。圧縮空気及び衝突板を主構成要素として具備したジェット式粉砕機としてはＩタイプ及びＩＤＳタイプ衝突式粉砕機（日本ニューマチック工業社製）が好適に使用される。また、ローター粉砕機としてはロールミル、ピンミル、流動層式ジェットミル等が挙げられる。特に、外壁としての固定容器とこの固定容器と中心軸を同一にする回転片とを主構成要素として具備するローター式粉砕機としてはターボミル（ターボ工業社製）、クリプトロン（川崎重工業社製）、ファインミル（日本ニューマチック工業社製）等が使用できる。連結された分級機には気流式分級機としてディスパージョンセパレータ（ＤＳ）式分級機（日本ニューマチック工業社製）、多分割式分級機（エルボージェット；日鉄鉱業社製）等が使用できる。さらに気流式分級機、機械式分級機を用いて微粉分級を行い、微細粒子を得ることができる。
【００７２】
さらに、上記方法で得られた微細粒子に流動性付与剤を添加混合する場合には、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル等の公知の設備が使用可能である。また懸濁重合法、非水分散重合法により、モノマーと着色剤、流動性付与剤から直接トナーを製造する方法であってもよい。
【００７３】
次に、図３に基づいて、本発明の別の実施形態を説明する。
図３に示すプロセスカートリッジＰＣは、帯電装置４１、現像装置９及びクリーニング装置４２を一体化したものである。このプロセスカ−トリッジＰＣは、画像形成装置本体に対して着脱自在であり、現像装置９としては上記実施形態と同様の構成のものが採用される。
【００７４】
このプロセスカ−トリッジＰＣを有する画像形成装置は、感光体ベルト６が所定の周速度で回転駆動される。感光体ベルト６は回転過程において、帯電装置４１によりその周面に正又は負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受けて感光体ベルト６の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、現像装置９によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部（図示せず）から現像ベルト２１と紙搬送ベルト（図示せず）との間に、感光体ベルト６の回転と同期するように給送された記録媒体Ｐに、転写手段により順次転写される。
【００７５】
像転写を受けた記録媒体Ｐは紙搬送ベルト（図示せず）から分離して像定着手段（図示せず）へ導入されて像定着され、複写物（コピー）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体ベルト６の表面は、クリーニング装置４２によって転写残トナーの除去を受けて清浄面化され、さらに除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
【００７６】
本実施形態によれば、プロセスカートリッジＰＣは独立して取り外しが可能で、それぞれ別々に容易に交換することが可能である。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００７７】
フルカラープリンターの機械条件は以下の通り。
感光体ベルト線速 ２４６（ｍｍ／ｓｅｃ）
現像ベルト／感光体ベルト線速比 １.６
現像ローラ／現像ベルト線速比 １.６
Ｇｐ（現像ローラと現像ベルト２１のギャップ） ０.３（ｍｍ）
Ｇｐ（現像ベルトと感光体ベルト６のギャップ） ０.３（ｍｍ）
Ｇｄ（現像ローラ−ドクターＧａｐ） ０.３（ｍｍ）
現像剤汲み上げ量 ３０（ｍｇ／ｃｍ２）
ローラ径 φ１６（ｍｍ）
主極角度 ３°
主極磁束密度 １００（ｍＴ）
非画像部電位Ｖ０ −６００（Ｖ）
露光後電位ＶＬ −１００ （Ｖ）
現像バイアスＶＢ（ＤＣ成分） −８５０（Ｖ）
ＶＰＰ（ＡＣ成分） １５００（Ｖ）
周波数 ７００（Ｈｚ）
【００７８】
トナー飛散の程度を表す評価基準としてΔＩＤを用いる。ここで、ΔＩＤの測定方法を説明する。まず上記条件で感光体ベルト上に非画像形成を行い、プリンタックを用いて非画像に付着したトナーを採取する。次に、採取したプリンタックとトナーが付着していない新しいプリンタックのＩＤを測定し、差を出す。このようにして得られた数値のことをΔＤと呼ぶ。ここで、粒状度０.０１以下を〇、０.０２以上０.０４以下を△、０.０５以上を×として、トナー飛散の良否を判定した。なお、濃度測定にはＸ−Ｌｉｔｅ（ＡＭＴＥＣ社製）を用いた。
【００７９】
結果を表１に示す。
【表１】
（比較例１）
【００８０】
実施例１において、潜像担持体とトナー担持体を円筒形状にすることにより、トナー担持体が作り出す気流と、潜像担持体が作り出す気流とがぶつかり合うことにより発生する乱気流の発生位置を現像ニップ前とした以外は実施例１と同様に行った。
（比較例２）
【００８１】
実施例１において、トナー担持体全域でトナーをホッピングさせる以外は実施例１と同様に行った。
（比較例３）
【００８２】
実施例１において、第三電極を用いない以外は実施例１と同様に行った。
（比較例４）
実施例１において、二成分現像ユニットを用いず弱帯電トナーを多くした以外は実施例１と同様に行った。
（比較例５）
【００８３】
実施例１において、乱気流発生位置を現像ニップ前とし、トナー担持体全域でトナーをホッピングさせ、第三電極を用いず、弱帯電トナーを多くした以外は実施例１と同様に行った。
【符号の説明】
【００８４】
６ 感光体ベルト
２０ 現像ベルト装置
２１ 現像ベルト
２４ 第一電極
２５ 第二電極
２６ 第三電極
２７ 第四電極
３０ 二成分現像ユニット部
３１ 現像ローラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８５】
【特許文献１】特開２００７−１３３３８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１６５６号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーを用いて静電潜像を現像する現像装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置において、実用化されている現像方式は多数存在し、その代表的なものとしては、二成分現像方式、一成分現像方式等がある。
【０００３】
二成分現像方式は高速現像に適しており、現在の中速や高速出力機の主流方式である。高画質を狙うためには、静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０μｍ程度のキャリアも使われ始めている。しかし、高画質化に対する要求は益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味ではさらにキャリア粒子は小さくする必要がある。しかしキャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまったり、いろいろな副作用が生じる。このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
【０００４】
そもそも二成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる二成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、穂の不均一性によって孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成する事で画質の向上は可能だが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させる事は困難である。
【０００５】
また、潜像担持体に現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには、潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げる事が効果的である事が知られているが、この場合、二成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。
【０００６】
一成分現像方式は機構が小型軽量になることから、現在の低速出力機の主流方式である。
一成分現像方式では、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材との摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて現像される。ここでの現像方式には大きく、接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であり、後者は接触しているものである。いずれの方式にしても、現像ローラ上に薄層化されているトナー層は、十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像する事は困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像する事は難しい。
【０００７】
また、この一成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
【０００８】
これら従来の現像方式に比べて高画質（高解像度のドット再現性）を実現できるフレア現像方式が特許文献１、２に記載されている。
フレア現像方式は、内部に複数の電極を有したトナー担持体が、潜像担持体に対向して配置され、この複数の電極に時間的に変化する電圧を印加する。そうして生じた電極間の電界で、トナー担持体上のトナーをホッピングさせ、潜像担持体上に供給している。
【０００９】
しかしながら、フレア現像方式はトナー飛散が発生していることがわかった。そして、飛散したトナーを調べたところ、飛散トナーの殆んどが図４に示すように帯電量の不足したトナーであることが分かった。
【００１０】
さらに、トナー担持体と潜像担持体側面から潜像へのトナー現像過程を観察した結果、図５に示すようにホッピングトナー層近傍をトナーが浮遊しており、トナー担持体の回転方向へ移動していることが確認できた。その後、移動してきた浮遊トナーが現像ニップを通過せずに、現像されることなく感光体の回転方向と逆方向へ進むことも確認できた。
【００１１】
これらの結果から、帯電したトナーが電極間で形成する電界によってホッピングした際に、弱帯電トナーをホッピング領域より押し出してしまい、ホッピング領域近傍で浮遊して、トナー担持体が作り出す回転方向への気流で運ばれる。そうして運ばれた弱帯電トナーが、現像ニップ入り口付近で、トナー担持体が作り出す気流と、潜像担持体が作り出す気流とがぶつかり合うことにより発生する乱気流に乗って飛散すると推定できる。
【００１２】
かかるトナー飛散を軽減するため、飛散し易い弱帯電トナーの量を減らすことが考えられる。弱帯電トナーは、例えばトナーを十分に撹拌することである程度減らせられるが、実施されている装置においてほぼ最大限に撹拌しており、装置の大型化等をせずに、さらなる撹拌領域を増やし、弱帯電トナーを減らすことは難しいというのが現状であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記した飛散トナーの量を減らすことのできる現像装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、潜像担持体に対向配置され、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するためのトナーを保持するトナー担持体と、一列で等間隔に配置された複数の板状に形成された第一電極と、該第一電極の列と平行に配置された板状の第二電極とを有し、これらの電極に電圧を印加することでトナーをホッピングさせて静電潜像を現像する現像装置において、前記潜像担持体と前記トナー担持体としてベルトを用い、トナー担持体ベルトと潜像担持体ベルトとの互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成するように配置し、該平行な面のニップにおけるベルト走行方向の中間領域に、前記トナー担持体ベルトを挟んで潜像担持体ベルトに対向して前記第一電極及び前記第二電極を備えることを特徴とする現像装置を提案する。
【００１５】
なお、本発明は、前記トナー担持体ベルトを挟んで前記潜像担持体ベルトに対向する第三電極を備え、該第三電極が前記平行な面のニップ内で且つベルト走行方向の前記第一電極の下流側に配置し、常時トナーを引きつける電圧を印加すると有利である。
【００１６】
さらに、本発明は、前記トナー担持体ベルトにトナーを供給する二成分現像ユニットを設け、該二成分現像ユニットは前記平行な面のニップの入り口前で、トナー担持体ベルトに対向した位置に現像ローラを配し、前記トナー担持体ベルトを挟んで現像ローラに対向して第四電極を配置してトナーを前記トナー担持体ベルトへ供給すると有利である。
【００１７】
また、本発明は、上記目的を達成するため、前記潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電する帯電装置及びトナー像転写後の前記潜像担持体に残留するトナーを除去するクリーニング装置の少なくとも一方と、請求項１から３に記載の現像装置とを一体化し、画像形成装置本体に対して着脱自在に形成することを特徴とするプロセスカートリッジを提案する。
【００１８】
また、本発明は、上記目的を達成するため、請求項１から３に記載の現像装置または請求項４に記載のプロセスカートリッジを複数備えたことを特徴とする画像形成装置を提案する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、トナー担持体ベルトと潜像担持体ベルトとの互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成し、そのニップ内でトナーをホッピングさせているので、浮遊トナーが生じても外部に飛散しにくくなり、高画質を実現できるフレア現像方式を採用してもトナー飛散による汚染等を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】同装置の現像装置を示す側面説明図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す説明図である。
【図４】従来のフレア現像における通常トナーと飛散トナーの帯電量を示す図である。
【図５】従来のフレア現像の問題点を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る現像装置を搭載した画像形成装置の概略図、図２は図１の画像形成装置に用いられる現像装置の拡大断面図である。
【００２２】
図１及び図２において、１は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、２は原稿を原稿読込部に搬送する原稿搬送部、原稿の画像情報を読み込む原稿読込部（図示せず）、３は出力画像が積載される排紙トレイ、４は転写紙等の記録媒体Ｐが収容される給紙部、５は記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整するレジストローラ、６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像が形成される潜像担持体としての感光体ベルト、９は各感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に形成される静電潜像を現像する現像装置、１１は各感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐ上に重ねて転写する転写バイアスローラを示す。各感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫはそれぞれローラ７，８に巻き掛けられ、ローラ７，８の一方が図示していない駆動手段によって反時計方向に回転駆動されることにより矢印方向に走行される。
【００２３】
また、１０は記録媒体Ｐを搬送する紙搬送ベルト、１２は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、１３はイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーをそれぞれの現像装置５に供給するトナー容器を示す。
【００２４】
次に、画像形成装置における通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿は原稿搬送部２の搬送ローラ（図示せず)によって、原稿台から搬送されて、原稿読込部（図示せず）のコンタクトガラス上に載置される。そして、原稿読込部で、コンタクトガラス上に載置された原稿の画像情報が光学的に読み取られる。
【００２５】
詳しくは、原稿読込部において、コンタクトガラス上の原稿の画像に対し、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿にて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿のカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。
【００２６】
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部（図示せず）に送信される。そして、書込み部からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（図示せず）が、それぞれ、対応する感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に向けて発せられる。
【００２７】
一方、４つの感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫは、図示していない駆動手段によってそれぞれ反時計方向に回転されるとき、その表面は帯電装置（図示せず）との対向部で一様に帯電される（帯電工程）。こうして、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
【００２８】
書込み部において、４つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程）。
【００２９】
イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から１番目の感光体ベルト６Ｙ表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ベルト６Ｙの回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部にて帯電された後の感光体ベルト６Ｙ上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。同様にして、マゼンタ成分、シアン成分、ブラック成分のレーザ光が各感光体ベルト５表面に照射され、各色成分の静電潜像がそれぞれの感光体ベルト６上に形成される。
【００３０】
その後、各色の静電潜像が形成された感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、それぞれ、現像装置９との対向位置に達する。そして、各現像装置９から感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に各色のトナーが供給されて、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上の潜像が現像される（現像工程）。
【００３１】
その後、現像工程後の感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、それぞれ、紙搬送ベルト１０との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、紙搬送ベルト１０の内周面に当接するように転写バイアスローラ１１が設置されている。そして、転写バイアスローラ１１の位置で、図中の時計方向に走行する紙搬送ベルト１０によって搬送されてきた記録媒体Ｐ上に、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される（転写工程）。
【００３２】
転写工程後の感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面には、未転写トナーが残存することが避けられず、残存したトナーは図示していないクリーニング装置によって回収される（クリーニング工程）。その後、感光体ベルト６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ表面は、図示しない除電部を通過して、感光体ドラム６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫにおける一連の作像プロセスが終了する。
【００３３】
ここで、感光体ベルト６と紙搬送ベルト１０との間（転写ニップ）に搬送される記録媒体Ｐは、給紙部４からレジストローラ５等を経由して搬送されたものである。詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部４から、給紙ローラ４ａにより給送された記録媒体Ｐが、搬送ガイドを通過した後に、タイミングを合わせて、転写ニップに向けて搬送される。そして、上記転写工程でフルカラー画像が転写された記録媒体Ｐはその後に定着装置１２に導かれる。定着装置１２では、定着ローラと加圧ローラとのニップにて、カラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。定着工程後の記録媒体Ｐは、排紙ローラによって装置本体外に出力画像として排出され、排紙トレイ３上にスタックされ、かくして一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３４】
次に、図２を用いて本実施の形態の現像装置９について説明する。
図２において、現像装置９は感光体ベルト６の下方に配置した現像ベルト装置２０と、二成分現像ユニット部３０とを備え、該二成分現像ユニット部３０の現像剤が現像ローラ３１を介して現像ベルト装置２０に供給されるように構成している。
【００３５】
現像ベルト装置２０は、ローラ２２、２３に巻き掛けられ、矢印方向に走行するトナー担持体としての現像ベルト２１及び第一電極２４、第二電極２５、第三電極２６、第四電極２７を有している。現像ベルト２１は、ベルトループ内側から図示しないベース層、弾性層、表面層を有している。ベース層は、例えば伸びの少ないフッ素系樹脂や、伸びの大きなゴム材料に帆布など伸びにくい材料を含有又は積層させた層である。表面層は、フッ素系樹脂など、表面エネルギーが低くてトナーと良好な離型性を発揮する材料からなる層である。弾性層は、例えばフッ素系ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムなどの弾性材料からなる層で、ベルト全体にある程度の弾性を発揮させるために設けられている。なお、上記感光体ベルト６は感光性を発揮する有機感光材からなり、さらにこの上に厚さ３．５〜５．０［μｍ］のフィラー補強電荷輸送層が被覆されたベルト状のものである。
【００３６】
感光体ベルト６と現像ベルト２１は、ともに最大画像形成幅よりも広い幅のベルトであって、現像ベルト２１が感光体ベルト６より多少走行辺が長く形成されている。そして、感光体ベルト６と現像ベルト２１の対向する走行辺がほぼ平行であって、感光体ベルト６は図示するようにその大部分が現像ベルト２１と重なり合っている。なお、奥行方向については図示していないがこの方向においても重なり合っており、感光体ベルト６と現像ベルト２１の間には機械ニップが形成されている。また、機械ニップＮでは感光体ベルト６と現像ベルト２１がそれぞれ矢印方向に走行する。なお、６ａ及び２１ａはテンションローラである。
【００３７】
現像ベルト２１の走行辺内には、感光体ベルト６との重なり部分における横方向のほぼ中央に上記第一電極２４と第三電極２６とが並列し、且つ現像ベルト２１の上部走行辺に近接されて配置されている。第一電極２４は電極幅が８０〜１００μｍに形成された複数個に分割されている。なお、第一電極２４の幅が８０μｍよりも小さい場合、電極幅が細すぎるため１本の電極が途中で切れてしまう可能性があり、逆に１００μｍより大きい場合は電極中央部の電界が弱くなってしまうため、電極中央部に付着したトナーはホッピングしにくくなってしまうため、第一電極２４の電極幅は８０〜１００μｍに設定している。また、第一電極２４における電極間距離としては１００〜３００μｍとし、電極間距離が電極幅よりも小さい場合は、第二電極２５の寄与が第一電極２４に阻まれて、表層まで出にくくなってしまう（第二電極２５からの電気力線が直接第一電極２４に収束してしまい、表層に出てくる電気力線が少なくなってしまう）。また、電極間距離が大きすぎると、電極間中央の電界が弱くなってしまう。よって、電極間距離は電極幅と同じ以上で３倍以下が望ましい。本実施の形態例では、電極幅が１００μｍ、電極間距離は１５０μｍに設定している。
【００３８】
上記第二電極２５は第一電極２４の真下に配置され、その電極幅としては全第一電極２４幅と全電極間距離を足し合わせた距離とし、本実施の形態では第二電極２５の横方向の電極幅１０００μｍとしている。
【００３９】
第一電極２４の右隣りに配置した第三電極２６は、その電極幅を１００〜３００μｍとしている。また、後述する現像ローラ３１と現像ベルト２１を挟んで配置する上記第四電極２７はその電極幅を８０〜１００μｍとしている。
【００４０】
第一電極２４、第三電極２５、第四電極２７は、絶縁層の上に金属と、その上に表層を積層した構造とされる。上記電極の具体例を挙げると、例えば、絶縁層：ポリイミド（厚さ２０μｍ）、第一、三、四電極：銅（厚さ５μｍ）、表層：ポリカーボネート（厚さ１０μｍ）で構成された、非常に薄く、また弾性を有するフレキシブルプリント基板の端部を融着させたものを挙げることができる。ここで、絶縁層は絶縁性の材料が好ましく、本実施例ではポリカーボネートやアルキッドメラミン等を用いている。絶縁層の厚みとしては、３μｍ〜５０μｍとしている。３μｍよりも小さくなると第一電極２４と第二電極２５の絶縁性が保てなくなり、第一電極２４と第二電極２５でリークが発生してしまう可能性がある。また５０μｍよりも大きくすると、第二電極２５に印加した電圧が絶縁層によって弱められ表層上に出にくくなり、表層上で第一電極２４と第二電極２５が作る電界が弱くなってしまう。電界が弱くなると表層上でトナーがホッピングしにくくなってしまう。
【００４１】
また、第二電極２５はＳＵＳやアルミ等の金属板としている。その他としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂板の表層にアルミや銅などの金属層を形成することも可能である。この金属層の形成は、金属メッキや蒸着、粘着層とともに金属膜を貼り付ける等、種々の工法がある。
【００４２】
二成分現像ユニット部３０には、磁性キャリアと、マイナス帯電性のトナーとを含む図示しない現像剤が収容されている。この現像剤は、２つの攪拌スクリュ３５、３６によって撹拌搬送されて摩擦帯電される。帯電した現像剤は、供給スクリュ３２に受け渡され、供給搬送の際、現像ローラ３１の表面に対してその軸線方向に接触する。すると、ローラ表面から供給スクリュ３２内に向けて伸びている磁界の影響によって現像ローラ３１の表面に担持され、ローラ表面の回転に伴って供給スクリュ３２から汲み上げられる。そして、ローラ表面の回転に伴って磁性ドクターブレード３４との対向位置まで搬送される。この対向位置において、現像剤は、現像ローラ３１と磁性ドクターブレード３４との間隙であるドクターギャップをすり抜ける際に層厚が規制されるとともに、トナーの摩擦帯電が助長される。なお、本実施形態ではドクターギャップを５００［μｍ］程度に設定している。
【００４３】
上記ドクターギャップをすり抜けた現像剤は、ローラ表面の回転に伴って、現像ベルト２１に対向する現像領域に至る。この現像領域では、現像ベルト２１と現像ローラ３１とが３００［μｍ］程度の現像ギャップを介して対向している。また、現像領域におけるローラ表面上では、現像ローラ３１内のマグローラの図示しない現像磁極からの磁力によって現像剤中の磁性キャリアが穂立ちして磁気ブラシを形成する。形成された磁気ブラシは、その先端を現像ベルト２１に摺擦させながら移動し、電圧が印加された第四電極２７と現像ローラ３１によって形成された現像電界で現像ベルト２１上にトナーを付着させる。この付着により、現像ベルト２１上にトナーの薄層が形成される。現像領域に搬送される現像剤中におけるトナーの帯電量を、−１０〜−５０［μＣ／ｇ］、好ましくは、−１５〜−４５［μＣ／ｇ］にすることが望ましい。かかる範囲になるように、マグローラ（図示せず）の磁極の磁力、攪拌性能、ドクターギャップ等を設定するのである。本実施例の現像剤の単位面積あたりの搬送量は３０ｍｇ／ｃｍ２、現像ローラ３１と現像ベルト２１の線速比は１.５、第四電極２７に印加する電圧は−５０Ｖとなっている。
【００４４】
現像ベルト２１へ移動しなかったトナーは、現像ローラ３１の回転に伴って二成分現像ユニット部の器内に回収されるようになっており、回収スクリュ（図示せず）に回収されるようになっている。供給スクリュ３２、回収スクリュ（図示せず）の下流と攪拌スクリュ３６の上流は連通されており、現像を終了してトナー濃度が低下した現像剤は攪拌スクリュ３６上のトナー補給口３７から適量補給されるトナーによってトナー濃度が適正に保たれる。補給されるトナー量は、現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサ（図示せず）によって検知された値に基づいて決定される。トナーを補給されてトナー濃度が適正状態に戻った現像剤は、補給されたトナーと攪拌スクリュ３５、３６内で攪拌されながら搬送され均一化される。攪拌スクリュ３５の下流と供給スクリュ３２の上流とは連通されており、トナー濃度が適正化され均一化された現像剤は供給スクリュ３２を通して再び現像ローラで現像領域まで搬送される。
【００４５】
現像ローラ３１のマグの法線方向磁気パターン（図示せず）は、Ｐ１極（Ｎ）が現像極でありピーク磁力１００ｍＴ、Ｐ２極（Ｓ）はピーク磁力８６ＭＴ、Ｐ３極（Ｎ）はピーク磁力５２ｍＴ、Ｐ４極（Ｓ）はピーク磁力７０ｍＴ、Ｐ５極（Ｓ）はピーク磁力７８ｍＴである。本発明においてマグ磁束密度はある範囲で任意に設定可能であるが、高くし過ぎると現像ローラ３１上でトルクアップや剤劣化を促進してしまう。
【００４６】
内包するマグローラ（図示せず）のＰ４、Ｐ５極を同極配置し反発力を作用させ、さらに現像ローラ３１回転による遠心力を加える事によって現像ローラ３１からの分離を完全なものとしている。
【００４７】
本実施形態において、現像ローラ３１の周速度をＶｓ、感光体の周速度Ｖｐとした場合、Ｖｓ／Ｖｐを１．５から２．５の範囲になるように調整することが望ましい。
薄層とされたトナーは、現像ベルト２１の回転にともなって第一電極２４上の位置に搬送される。第一電極２４には、第一電圧印加手段、第二電極２５には、第二電圧印加手段によって電圧が印加されている。第一電圧印加手段が印加する電圧は、矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。本実施例では第一電極２４と第二電極２５に位相差πをもった矩形波電圧を印加し、この位相差によって生じる電位差によって電極間に電界を生じさせている。現像ベルト２１によって第一電極２４上に達したトナーは、この電界によってホッピングしながら往復運動する。電位差としては、１５００Ｖ〜３０００Ｖ生じさせる。差が１５００Ｖより小さくなると、電極間の電界が小さくなってしまい、トナーがホッピングしなくなってしまう。また差が３０００Ｖより大きくなると、経時で電極間においてリークが発生する可能性がある。リークが発生するとそれ以降は電極間に電界が発生しなくなり、トナーがホッピングしなくなってしまう。通常印加するバイアスの周波数は０.１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚである。０.１ｋＨｚより小さくするとトナーのホッピングが現像速度においつかなくなってしまう。１０ｋＨｚより大きくすると、トナーが電圧の切り替わりに追従できなくなってしまう。電圧の中心値は、画像部電位と非画像部電位の間で現像条件によって変動させている。
【００４８】
ホッピングしたトナーは、第一電極２４、第二電極２５と感光体ベルト６上の画像部との間の現像電界によって、感光体ベルト６上に現像される。現像に寄与しなかったトナーは、電圧が印加された第三電極２６と感光体ベルト６によって形成された電界で現像ベルト２１上に引き戻される。引き戻されたトナーは、現像ベルト２１の回転によって搬送され、回収ローラ（図示せず）によって現像ベルト２１から回収される。回収されたトナーは、再び現像剤収容部に戻され、現像装置内を循環する。本実施例の第三電極２６に印加する電圧は、−５０Ｖとしている。
【００４９】
トナーによるキャリアの被覆率は、１０〜８０％、好ましくは２０〜６０％である。なお、被覆率は以下の式で算出される。
被覆率（％）＝（Ｗｔ／Ｗｃ）×（ρｃ／ρｔ）×（Ｄｃ／Ｄｗ）×（１／４）×１００
【００５０】
上記式中、Ｄｃはキャリアの重量平均粒径（μｍ）、Ｄｗはトナーの重量平均粒径（μｍ）、Ｗｔはトナーの重量（ｇ）、Ｗｃはキャリアの重量（ｇ）、ρｔはトナー真密度（ｇ／ｃｍ３）、ρｃはキャリア真密度（ｇ／ｃｍ３）を表す。
【００５１】
重量平均粒径は、個数基準で測定された粒子の粒径分布（個数頻度と粒径との関係）に基づいて算出されたものである。この場合の重量平均粒径Ｄｗは以下の式で表される。
Ｄｗ＝｛１／Σ（ｎＤ３）｝×｛Σ（ｎＤ４）｝
【００５２】
上記式中、Ｄは各チャネルに存在する粒子の代表粒径（μｍ）を示し、ｎは各チャネルに存在する粒子の総数を示す。チャネルとは、粒径分布図における粒径範囲を等分に分割するための長さを示すもので、本実施形態では、２μｍの長さを採用した。また、各チャネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャネルに保存する粒子粒径の下限値を採用した。
【００５３】
また、本実施形態に適用する現像剤は、トナーの重量平均粒径が４．０〜８．０μｍであり、トナーの重量平均粒径（Ｄｗ）と個数平均粒径（Ｄｎ）の比（Ｄｗ／Ｄｎ）が１．２０以下であることが望ましい。トナーの小粒径化は解像度を上げるためには不可欠であるが、副作用として、流動性、保存性において悪化傾向にある。トナー粒径が４．０μｍ未満であると、現像剤の流動性が極端に悪化して現像剤中の均一なトナー濃度を確保することが困難となる。またトナー小粒径化はキャリアに対する被覆率が上昇する方向であり、被覆率が高くなり過ぎた場合には、キャリア汚染の加速化及びトナー飛散誘発が懸念される。
【００５４】
トナー及び現像剤の流動性を向上させる手段として、トナーに添加剤を多く添加する方法があるが、これは副作用が発生する為に本質的な改善は期待できない。しかし、トナーの粒径分布を均一にすることにより、トナー小粒径化に伴う副作用が克服される。即ち、トナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Ｄｗ／Ｄｎが１に近いことが望ましく、１．２０以下にすることにより、流動性悪化の抑制効果が得られて、小粒径トナーを使用した場合でもトナー濃度の均一化が図られる。このように、トナーの重量平均粒径が４．０〜８．０μｍ、かつトナーの重量平均と個数平均の粒子径比率Ｄｗ／Ｄｎを１．２０以下にすることにより、画像濃度安定性に加えて、解像度の向上が図られ、さらに高品質な画像が得られる。また、トナー粒度分布における３μｍ以下の粒子個数比率を５％以下にすることによって、流動性、保存性における品質改善効果が顕著であり、現像装置中へのトナー補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性において良好な水準が得られる。
【００５５】
トナーの粒度分布は種々の方法で測定できるが、本実施形態では小孔通過法（コールターカウンター法）を用いて行った。測定装置として、Ｃ０ＵＬＴＥＲＣ０ＵＮＴＥＲＭ０ＤＥＬＴＡ２（コールター社製）を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイスを接続して、１００μｍのアパチャー（細孔）を使用した。測定方法としては、まず電解水溶液に界面活性剤を加えた中に、トナー測定用試料を分散させる。分散した試料を別の１％ＮａＣｌ電界液に注入して、アパチャーチューブのアパチャーの両側に電極が置かれている電解液を通して両電極間に電流を流す。このときの抵抗変化から２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定し、平均分布から個数平均粒径、重量平均粒径を求める。
【００５６】
トナーには流動性付与剤を添加することが好ましい。使用可能な流動性付与剤として種々のものが挙げられるが、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に、両微粒子の平均粒径が５０（ｎｍ）以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデアワールス力を小さくすることができ、トナーの流動性向上を図ることができる。その結果、現像剤の所望の帯電レベルを得ることができ、良好な画像品質が得られ、さらに転写残トナーの低減が図られる。さらに、酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にある。よって、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、帯電立ち上がり特性の悪化の影響が大きくなることが考えられる。しかし疎水性シリカ微粒子の添加量が０．３〜１．５（ｗｔ％）の範囲で、疎水性酸化チタン微粒子が０．２〜１．２（ｗｔ％）の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られ、トナー飛散を抑制することができる。
【００５７】
また、平均粒径が８０〜１４０（ｎｍ）である大粒径の疎水性シリカを添加することにより、転写性、現像性に対してさらに性能が向上する。特に、トナー平均粒径が７（μｍ）以下のような小粒径トナーを使用した現像剤において、品質改善効果が顕著である。即ち、粒径が大きい添加剤がトナー粒子間においてスペーサ的な作用をして、トナー転写圧縮時のトナー凝集や現像機の空攪拌時におけるトナー表面への添加剤埋没が抑制可能となる。その結果、転写不良に伴うベタ画像濃度ムラ、添加剤埋没に伴うトナー流動性低下が発生せず、長期に亘って高品質な画像が得られる。
【００５８】
現像剤におけるキャリアの重量平均粒径Ｄｗは、２０〜６０（μｍ）、より好ましくは２０〜４０（μｍ）である。キャリアの重量平均粒径Ｄｗが６０（μｍ）よりも大きい場合には、感光体上の磁気的なキャリア保持力が強く、キャリア付着は起こりにくいが、単位重量当たりのキャリア表面積が小さくなるため、高画像濃度を得るためにトナー濃度を高くすると、地汚れが急速に増大する。また、潜像のドット径が小さい場合は、ドット径のバラツキが大きくなる。一方、キャリアの重量平均粒径Ｄｗが２０μｍよりも小さい場合には、キャリア粒子当たりの磁気モーメントが低下し、現像スリーブ上の磁気的なキャリア保持力が弱くなり、キャリア付着が起き易くなる。
【００５９】
１０００・（１０３／４π）[Ａ／ｍ]の磁場を印加したときのキャリア粒子当たりの磁気モーメントは、７０（Ａ・ｍ２／ｋｇ）以下である。これ以上高くなると、磁気ブラシが硬くなり、穂跡やぼそついた画像となりやすい。またその下限値は特に制約されないが、通常５０（Ａ・ｍ２／ｋｇ）程度である。磁気モーメントが５０（Ａ・ｍ２／ｋｇ）より小さい場合には、現像スリーブ上の磁気的なキャリア保持力が低下して、キャリア付着が発生しやすくなる。
キャリアの磁気モーメントは、以下のようにして測定することができる。Ｂ−Ｈトレーサー（ＢＨＵ−６０／理研電子社製）を使用し、円筒のセルにキャリア粒子１．０ｇを詰めて装置にセットする。磁場を徐々に大きくし３０００エルステッドまで変化させ、次に徐々に小さくして零にした後、反対向きの磁場を徐々に大きくし、３０００エルステッドとする。さらに徐々に磁場を小さくして零にした後、最初と同じ方向に磁場をかける。このようにして、Ｂ−Ｈカーブを図示し、その図より１０００エルステッドの磁気モーメントを算出する。
【００６０】
キャリアの芯材粒子としては、例えば、鉄、コバルト等の強磁性体、マグネタイト、ヘマタイト、Ｌｉ系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｂａ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｓｒ系フェライト、Ｍｎ系フェライト等が挙げられる。フェライトとは一般に次式で表される焼結体である。
（Ｍ０）ｘ（Ｎ０）ｙ（Ｆｅ２０３）ｚ
但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００ｍ０ｌ％であって、Ｍ、Ｎはそれぞれ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ等であり、２価の金属酸化物と３価の鉄酸化物との完全混合物から構成されている。
【００６１】
以下、本実施形態に使用されるキャリア及びトナーの材料について説明する。まず、本実施形態で使用されるキャリアは、磁性を有する芯材粒子と、その表面を被覆する樹脂層とからなる。この樹脂層を形成するための樹脂としては、キャリアの製造に従来用いられている公知のものを用いることができる。例えば、キャリアの樹脂層には、下記の化１式で表される繰り返し単位を含むシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。
【化１】
但し、式中、Ｒ１は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素数１〜４の低級アルキル基、またはアリール基（フェニル基、トリル基など）を示す。Ｒ２は、炭素数１〜４のアルキレン基、またはアリーレン基（フェニレン基など）を示す。
【００６２】
キャリアの樹脂層に用いられるストレートシリコーン樹脂としては、ＫＲ２７１、ＫＲ２７２、ＫＲ２８２、ＫＲ２５２、ＫＲ２５５、ＫＲ１５２（信越化学工業社製）、ＳＲ２４００、ＳＲ２４０６（東レダウコーニングシリコーン社製）等が挙げられる。また、キャリアの樹脂層には、変性シリコーン樹脂を用いることができる。このようなものとしては、エポキシ変性シリコーン、アクリル変性シリコーン、フェノール変性シリコーン、ウレタン変性シリコーン、ポリエステル変性シリコーン、アルキッド変性シリコーン等が挙げられる。上記変性シリコーン樹脂の具体例としては、エポキシ変性物：ＥＳ−１００１Ｎ、アクリル変性シリコーン：ＫＲ−５２０８、ポリエステル変性物：ＫＲ−５２０３、アルキッド変性物：ＫＲ−２０６、ウレタン変性物：ＫＲ−３０５（以上、信越化学工業社製）、エポキシ変性物：ＳＲ２１１５、アルキッド変性物：ＳＲ２１１０（東レダウコーニングシリコーン社製）等が挙げられる。
上記シリコーン樹脂には、アミノシランカップリング剤を適量（０．００１〜３０重量％）含有させることができるが、このようなものとしては以下のようなものが挙げられる。
Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ１７９．３
Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（０Ｃ２Ｈ５）３：ＭＷ２２１．４
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）２（０Ｃ２Ｈ５）：ＭＷ１６１．３
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（０Ｃ２Ｈ５）２：ＭＷ１９１．３
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ１９４．３
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（０ＣＨ３）２：ＭＷ２０６．４
Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ２２４．４
（ＣＨ３）２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（０Ｃ２Ｈ５）２：ＭＷ２１９．４
（Ｃ４Ｈ９）２ＮＣ３Ｈ６Ｓｉ（０ＣＨ３）３：ＭＷ２９１．６
【００６３】
さらに、キャリアの樹脂層には、以下に示すものを単独又は上記シリコーン樹脂と混合して使用することも可能である。ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体（スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
【００６４】
キャリアの芯材粒子表面に樹脂層を形成するための方法としては、スプレードライ法、浸漬法、又はパウダーコーティング法等公知の方法を適用することができる。特に、流動床型コーティング装置を用いる方法は、均一な塗付膜を形成するのに有効である。
【００６５】
キャリア芯材粒子表面上に形成する樹脂層の厚みは、通常０．０２〜１μｍ、好ましくは０．０３〜０．８μｍである。樹脂層の厚みはきわめて小さいことから、樹脂層を被覆した芯材粒子からなるキャリアとキャリア芯材粒子の粒度分布は実質的に同じである。
【００６６】
また、必要に応じてキャリアの抵抗率を調整することができ、キャリアの抵抗率の調整は芯材粒子上の被覆樹脂の抵抗調整、膜厚の制御によって可能である。キャリア抵抗調整のために、導電性微粉末を被覆樹脂層に添加して使用することも可能である。上記導電性微粉末としては、導電性Ｚｎ０、Ａｌ等の金属又は金属酸化物粉、種々の方法で調製されたＳｎ０２又は種々の元素をドープしたＳｎ０２、ＴｉＢ２、ＺｎＢ２、Ｍ０Ｂ２等のホウ化物、炭化ケイ素、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ（パラ−フェニレンスルフィド）ポリピロール、ポリエチレン等の導電性高分子、ファーネスブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック等が挙げられる。これらの導電性微粉末は、コーティングに使用する溶媒又は被覆用樹脂溶液に投入した後、ボールミル、ビーズミル等メディアを使用した分散機又は高速回転する羽根を備えた攪拌機を使用することによって均一に分散することができる。
【００６７】
本実施形態に適用されるトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤と帯電制御剤とから構成される。このトナーは、重合法、造粒法等の各種のトナー製法によって作成された不定形又は球形のトナーである。また、磁性トナー及び非磁性トナーのいずれも使用可能である。
【００６８】
ここで使用されるトナーの結着樹脂としては、従来からトナー用結着樹脂として使用されてきたものは全てが適用可能である。具体的にはポリスチレン、ポリクロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン／ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン／プロピレン共重合体、スチレン／ビニルトルエン共重合体、スチレン／ビニルナフタレン共重合体、スチレン／アクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリル酸エチル共重合体、スチレン／アクリル酸ブチル共重合体、スチレン／アクリル酸オクチル共重合体、スチレン／メタクリル酸メチル共重合体、スチレン／メタクリル酸エチル共重合体、スチレン／メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン／α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン／ビニルメチルケトン共重合体、スチレン／ブタジエン共重合体、スチレン／イソプレン共重合体、スチレン／アクリロニトリル／インデン共重合体、スチレン／マレイン酸共重合体、スチレン／マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルブチルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して使用される。
【００６９】
ここでトナーの着色剤としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色のトナーを得ることが可能な染顔料が使用でき、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料及び染料の全てが適用可能である。具体的には、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧローダミン６Ｃレーキ、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、マラカイトグリーン、マラカイトグリーンヘキサレート、ローズベンガル、モノアゾ系染顔料、ジスアゾ系染顔料、トリスアゾ系染顔料等が挙げられる。これらの着色剤の使用量は、結着樹脂に対して、通常１〜３０ｗｔ％、好ましくは３〜２０ｗｔ％である。
ここでトナーの帯電制御剤としては、正の帯電制御剤及び負の帯電制御剤のいずれも使用可能であるが、カラートナーの場合、色調を損なうことのない透明色から白色のものを使用するのが好ましい。例えば正極性のものとしては４級アンモニウム塩類、イミダゾール金属錯体や塩類等が用いられ、負極性のものとしては、サリチル酸錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が挙げられる。
【００７０】
また、トナーに離型性を持たせるために、低分子量のポリエチレン、ポリプロピレン等の合成ワックス類の他、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ろう、ホホバ油等の植物系ワックス類；みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス類；モンタンワックス、オゾケライト等の鉱物系ワックス類；硬化ヒマシ油、ヒドロキシステアリン酸、脂肪酸アミド、フェノール脂肪酸エステル等の油脂系ワックス類をトナーに含有させることができ、これらは単独で又は２種以上が混合して使用される。
さらに、トナーには、上記の離型剤の他に必要に応じてトナーの熱特性、電気特性、物理特性を調整する目的で、各種の可塑剤（フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等）、抵抗調整剤（酸化錫、酸化鉛、酸化アンチモン等）等の助剤を添加することも可能である。さらにトナーには、必要に応じて上記の離型剤、助剤等以外の流動性付与剤を混合することもできる。その流動性付与剤としては、例えばシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子、フッ化マグネシウム微粒子、炭化ケイ素微粒子、炭化ホウ素微粒子、炭化チタン微粒子、炭化ジルコニウム微粒子、窒化ホウ素微粒子、窒化チタン微粒子、窒化ジルコニウム微粒子、マグネタイト微粒子、二硫化モリブデン微粒子、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸マグネシウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子、フッ素系樹脂微粒子、アクリル系樹脂微粒子等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を併用することが可能である。なお、流動性付与剤としては、一次粒子の粒径が０．１μｍよりも小さく、表面をシランカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化処理した疎水化度４０以上のものであることが好ましい。
【００７１】
トナーの製造方法としては、公知の方法が用いられる。例えば結着樹脂、着色剤及び顔料、帯電制御剤さらに必要に応じて離型剤等を適当な比率でヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機を使用して十分に混合する。その後、スクリュ型押出し式連続混練機、２本ロールミル、３本ロールミル又は加圧加熱ニーダを用いて溶融混練を行う。またカラートナーの場合、顔料の分散性を向上させる目的で、結着樹脂の一部と顔料を予め溶融混練して得られるマスターバッチ顔料を着色剤として使用することが一般的である。上記方法で得られた混練物を冷却固化させた後、ハンマーミル等の粉砕機を用いて粗粉砕をする。さらに、粗粉砕物をジェットミル粉砕機で粉砕処理した後に気流式分級機等に連結されたローター粉砕機等を用いて表面処理を行う。例えば、衝突式粉砕機としてはハンマーミル、ボールミル、チューブミル、振動ミル等を挙げることができる。圧縮空気及び衝突板を主構成要素として具備したジェット式粉砕機としてはＩタイプ及びＩＤＳタイプ衝突式粉砕機（日本ニューマチック工業社製）が好適に使用される。また、ローター粉砕機としてはロールミル、ピンミル、流動層式ジェットミル等が挙げられる。特に、外壁としての固定容器とこの固定容器と中心軸を同一にする回転片とを主構成要素として具備するローター式粉砕機としてはターボミル（ターボ工業社製）、クリプトロン（川崎重工業社製）、ファインミル（日本ニューマチック工業社製）等が使用できる。連結された分級機には気流式分級機としてディスパージョンセパレータ（ＤＳ）式分級機（日本ニューマチック工業社製）、多分割式分級機（エルボージェット；日鉄鉱業社製）等が使用できる。さらに気流式分級機、機械式分級機を用いて微粉分級を行い、微細粒子を得ることができる。
【００７２】
さらに、上記方法で得られた微細粒子に流動性付与剤を添加混合する場合には、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、ボールミル等の公知の設備が使用可能である。また懸濁重合法、非水分散重合法により、モノマーと着色剤、流動性付与剤から直接トナーを製造する方法であってもよい。
【００７３】
次に、図３に基づいて、本発明の別の実施形態を説明する。
図３に示すプロセスカートリッジＰＣは、帯電装置４１、現像装置９及びクリーニング装置４２を一体化したものである。このプロセスカ−トリッジＰＣは、画像形成装置本体に対して着脱自在であり、現像装置９としては上記実施形態と同様の構成のものが採用される。
【００７４】
このプロセスカ−トリッジＰＣを有する画像形成装置は、感光体ベルト６が所定の周速度で回転駆動される。感光体ベルト６は回転過程において、帯電装置４１によりその周面に正又は負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受けて感光体ベルト６の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、現像装置９によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部（図示せず）から現像ベルト２１と紙搬送ベルト（図示せず）との間に、感光体ベルト６の回転と同期するように給送された記録媒体Ｐに、転写手段により順次転写される。
【００７５】
像転写を受けた記録媒体Ｐは紙搬送ベルト（図示せず）から分離して像定着手段（図示せず）へ導入されて像定着され、複写物（コピー）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体ベルト６の表面は、クリーニング装置４２によって転写残トナーの除去を受けて清浄面化され、さらに除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
【００７６】
本実施形態によれば、プロセスカートリッジＰＣは独立して取り外しが可能で、それぞれ別々に容易に交換することが可能である。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００７７】
フルカラープリンターの機械条件は以下の通り。
感光体ベルト線速 ２４６（ｍｍ／ｓｅｃ）
現像ベルト／感光体ベルト線速比 １.６
現像ローラ／現像ベルト線速比 １.６
Ｇｐ（現像ローラと現像ベルト２１のギャップ） ０.３（ｍｍ）
Ｇｐ（現像ベルトと感光体ベルト６のギャップ） ０.３（ｍｍ）
Ｇｄ（現像ローラ−ドクターＧａｐ） ０.３（ｍｍ）
現像剤汲み上げ量 ３０（ｍｇ／ｃｍ２）
ローラ径 φ１６（ｍｍ）
主極角度 ３°
主極磁束密度 １００（ｍＴ）
非画像部電位Ｖ０ −６００（Ｖ）
露光後電位ＶＬ −１００ （Ｖ）
現像バイアスＶＢ（ＤＣ成分） −８５０（Ｖ）
ＶＰＰ（ＡＣ成分） １５００（Ｖ）
周波数 ７００（Ｈｚ）
【００７８】
トナー飛散の程度を表す評価基準としてΔＩＤを用いる。ここで、ΔＩＤの測定方法を説明する。まず上記条件で感光体ベルト上に非画像形成を行い、プリンタックを用いて非画像に付着したトナーを採取する。次に、採取したプリンタックとトナーが付着していない新しいプリンタックのＩＤを測定し、差を出す。このようにして得られた数値のことをΔＤと呼ぶ。ここで、粒状度０.０１以下を〇、０.０２以上０.０４以下を△、０.０５以上を×として、トナー飛散の良否を判定した。なお、濃度測定にはＸ−Ｌｉｔｅ（ＡＭＴＥＣ社製）を用いた。
【００７９】
結果を表１に示す。
【表１】
（比較例１）
【００８０】
実施例１において、潜像担持体とトナー担持体を円筒形状にすることにより、トナー担持体が作り出す気流と、潜像担持体が作り出す気流とがぶつかり合うことにより発生する乱気流の発生位置を現像ニップ前とした以外は実施例１と同様に行った。
（比較例２）
【００８１】
実施例１において、トナー担持体全域でトナーをホッピングさせる以外は実施例１と同様に行った。
（比較例３）
【００８２】
実施例１において、第三電極を用いない以外は実施例１と同様に行った。
（比較例４）
実施例１において、二成分現像ユニットを用いず弱帯電トナーを多くした以外は実施例１と同様に行った。
（比較例５）
【００８３】
実施例１において、乱気流発生位置を現像ニップ前とし、トナー担持体全域でトナーをホッピングさせ、第三電極を用いず、弱帯電トナーを多くした以外は実施例１と同様に行った。
【符号の説明】
【００８４】
６ 感光体ベルト
２０ 現像ベルト装置
２１ 現像ベルト
２４ 第一電極
２５ 第二電極
２６ 第三電極
２７ 第四電極
３０ 二成分現像ユニット部
３１ 現像ローラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８５】
【特許文献１】特開２００７−１３３３８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１６５６号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体に対向配置され、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するためのトナーを保持するトナー担持体と、一列で等間隔に配置された複数の板状に形成された第一電極と、該第一電極の列と平行に配置された板状の第二電極とを有し、これらの電極に電圧を印加することでトナーをホッピングさせて静電潜像を現像する現像装置において、
前記潜像担持体と前記トナー担持体としてベルトを用い、トナー担持体ベルトと潜像担持体ベルトとの互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成するように配置し、
該平行な面のニップにおけるベルト走行方向の中間領域に、前記トナー担持体ベルトを挟んで潜像担持体ベルトに対向して前記第一電極及び前記第二電極を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、前記トナー担持体ベルトを挟んで前記潜像担持体ベルトに対向する第三電極を備え、該第三電極が前記平行な面のニップ内で且つベルト走行方向の前記第一電極の下流側に配置し、常時トナーを引きつける電圧を印加することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１から２の現像装置において、前記トナー担持体ベルトにトナーを供給する二成分現像ユニットを設け、該二成分現像ユニットは前記平行な面のニップの入り口前で、トナー担持体ベルトに対向した位置に現像ローラを配し、前記トナー担持体ベルトを挟んで現像ローラに対向して第四電極を配置してトナーを前記トナー担持体ベルトへ供給することを特徴とする現像装置。
【請求項４】
前記潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電する帯電装置及びトナー像転写後の前記潜像担持体に残留するトナーを除去するクリーニング装置の少なくとも一方と、請求項１から３に記載の現像装置とを一体化し、画像形成装置本体に対して着脱自在に形成することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項５】
請求項１から３に記載の現像装置または請求項４に記載のプロセスカートリッジを複数備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
潜像担持体に対向配置され、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するためのトナーを保持するトナー担持体と、一列で等間隔に配置された複数の板状に形成された第一電極と、該第一電極の列と平行に配置された板状の第二電極とを有し、これらの電極に電圧を印加することでトナーをホッピングさせて静電潜像を現像する現像装置において、
前記潜像担持体と前記トナー担持体としてベルトを用い、トナー担持体ベルトと潜像担持体ベルトとの互いに向かい合う面で平行な面のニップを形成するように配置し、
該平行な面のニップにおけるベルト走行方向の中間領域に、前記トナー担持体ベルトを挟んで潜像担持体ベルトに対向して前記第一電極及び前記第二電極を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、前記トナー担持体ベルトを挟んで前記潜像担持体ベルトに対向する第三電極を備え、該第三電極が前記平行な面のニップ内で且つベルト走行方向の前記第一電極の下流側に配置し、常時トナーを引きつける電圧を印加することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１から２の現像装置において、前記トナー担持体ベルトにトナーを供給する二成分現像ユニットを設け、該二成分現像ユニットは前記平行な面のニップの入り口前で、トナー担持体ベルトに対向した位置に現像ローラを配し、前記トナー担持体ベルトを挟んで現像ローラに対向して第四電極を配置してトナーを前記トナー担持体ベルトへ供給することを特徴とする現像装置。
【請求項４】
前記潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電する帯電装置及びトナー像転写後の前記潜像担持体に残留するトナーを除去するクリーニング装置の少なくとも一方と、請求項１から３に記載の現像装置とを一体化し、画像形成装置本体に対して着脱自在に形成することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項５】
請求項１から３に記載の現像装置または請求項４に記載のプロセスカートリッジを複数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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５０１５６（Ｐ２０１２−１５０１５６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８０４（Ｐ２０１１−６８０４）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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