現像装置
【課題】ハイブリッド現像において、現像ゴーストの発生を抑制し、長期間安定した高品質の画像が得られる現像装置を提供することにある。
【解決手段】静電潜像が形成された静電潜像担持体３と、これに対面配置し、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記静電潜像担持体３上に形成された潜像にトナー５を飛翔させて現像するトナー担持体２と、トナー５と磁性キャリア４からなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体２に接触させるとともに、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記トナー担持体２にトナー薄層６を形成する現像剤担持体１とを備えたハイブリッド現像装置であって、前記磁性キャリア４は、体積平均粒径が４０μｍ以下、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上、体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、前記現像剤担持体１の主極磁力は８０ｍＴ以上である。
【解決手段】静電潜像が形成された静電潜像担持体３と、これに対面配置し、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記静電潜像担持体３上に形成された潜像にトナー５を飛翔させて現像するトナー担持体２と、トナー５と磁性キャリア４からなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体２に接触させるとともに、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記トナー担持体２にトナー薄層６を形成する現像剤担持体１とを備えたハイブリッド現像装置であって、前記磁性キャリア４は、体積平均粒径が４０μｍ以下、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上、体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、前記現像剤担持体１の主極磁力は８０ｍＴ以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリそれらの複合機などの画像形成装置に使用する現像装置に関し、特に磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ロール上に均一に薄層形成し、現像ロールの交流重畳直流電圧により現像ロール上のトナーを静電潜像に飛翔させることで該潜像を現像するようにした現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トナーおよびキャリアを含有する二成分現像剤を磁気ローラの表面に担持させて磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシからトナーのみを現像ローラの表面に移送させてトナー層を形成し、該トナー層からトナーを、静電潜像が形成された感光体の表面に飛翔させて静電潜像をトナー像として現像するハイブリッド現像方式が注目されている。この現像方式では、長寿命化を考慮して帯電領域は二成分現像方式を採用し、高画質化を狙って現像領域は一成分現像方式を採用している。特に、高画質化および長寿命化が重視されるフルカラー画像形成装置においては、この現像方式の特徴が充分に発揮される。
【０００３】
このハイブリッド現像装置においては、均一で充分な画像濃度を（感光体上でトナー量 ０．６ｍｇ／ｃｍ2 以上）を確保するためには、現像ロール上で１．０ｍｇ／ｃｍ2以上の均一なトナー薄層の形成が不可欠である。しかし薄いハーフ画像の一部にベタパッチがあるような画像を印刷した時は、現像ロール上のトナー薄層においてベタパッチ部のトナーは、最大の消費により薄層は薄くなる。これに対し、ベタパッチ部以外の薄いハーフ画像部はトナーの消費が少なく、もとの薄層厚から大きな変化をしていない。印刷後の上記トナー薄層厚の不均一を次の印刷動作に備え、マグロールと現像ロールのニップ部においてＡＣ交流電圧を印加することにより、トナー薄層を剥ぎ取りかつ新たなトナー薄層の形成を行っているが、ベタパッチ部の現像履歴を完全には消すことができず、次の印刷時に残像（現像ゴースト）として現れる画像不具合、所謂現像ゴーストがある。
【０００４】
この現像ゴーストを防止する方策として、例えば特許文献１では、現像ロール上の現像残トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関しての提案がなされている。また、現像ロール上のトナーを確実に回収する方法として、例えば特許文献２に、専用の回収ローラを用いる提案がなされている。さらに、特許文献３、４には、コピーとコピーの間や紙間を利用して電位差で現像ロール上のトナーをマグロールに回収し、トナーの帯電を安定させる方法が提案されており、さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として、特許文献５に、マグロールの磁束密度の半地幅領域を広く設定することにより、現像ロール上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。また、特許文献６では、磁気キャリアに４０μｍ以下の小径のキャリアを用いて、現像ロール上にトナー薄層を形成するに際し、現像ロール１周目のトナー薄層形成時における現像ロールとマグロールの直流バイアス間の電位差を、現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差における電位差より大きく設定するとともに、前記現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差を１００Ｖから２５０Ｖに設定することが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３１６５２号公報
【特許文献２】特開２０００−８１７８８号公報
【特許文献３】特開平７−７２７３３号公報
【特許文献４】特開平７−９２８０４号公報
【特許文献５】特開平７−１２８９８３号公報
【特許文献６】特許第３６７７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜６などに示された装置では、トナーの掻き取り装置や回収ロールの設計が必要であったり、特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスを増す原因となっている。また、特許文献４では、現像ロール１周目のトナー薄層形成の電位差を大きく設定することにより、トナー薄層が従来技術のものに比べ早く（現像ロール２周目で）飽和層厚に達するが、薄いハーフ画像の一部にベタパッチがあるようなものに対しては、最大のトナー消費をしたベタパッチ部とそれ以外のあまりトナーを消費していない薄いハーフ画像部の現像ロール上のトナー薄層厚の不均一を次の印刷動作に備えて完全には解消することができず、現像ゴーストが発生している。
本発明の課題は、ハイブリッド現像において、現像ゴーストの発生を抑制し、長期間安定した高品質の画像が得られる現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、磁性キャリアを所定の範囲の平均粒子径、所定値以上の飽和磁化、および所定値以下の体積抵抗率とし、前記現像剤担持体の主極磁力を８０ｍＴ以上とすることにより、現像ゴーストの発生を抑制できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の現像装置は、以下の構成を有する。
【０００７】
（１）静電潜像が形成された静電潜像担持体と、これに対面配置し、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記静電潜像担持体上に形成された潜像にトナーを飛翔させて現像するトナー担持体と、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体に接触させるとともに、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記トナー担持体にトナー薄層を形成する現像剤担持体とを備えたハイブリッド現像装置であって、前記磁性キャリアは、体積平均粒径が４０μｍ以下、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上、体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、前記現像剤担持体の主極磁力は８０ｍＴ以上であることを特徴とする現像装置。
（２）前記現像剤担持体の主極上の磁気ブラシ量が０．１１ｃｍ3／ｃｍ2以上であることを特徴とする（１）に記載の現像装置。
（３）前記現像剤担持体と前記トナー担持体間のギャップが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の現像装置。
（４）前記トナー担持体上のトナー薄層の剥ぎ取り時、前記現像剤担持体と前記トナー担持体の回転はカウンタ方向であり、回転速度比（トナー担持体／現像剤担持体）が１．２以上であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の現像装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、磁性キャリアが所定の範囲の平均粒径、所定値以上の飽和磁化、および所定値以下の体積抵抗率を有し、現像剤担持体の主極磁力が８０ｍＴ以上であるので、キャリアの表面積が大きくなり、磁気ブラシにおける現像ローラ表面への接触機会が増し、トナー薄層および剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１、２に本発明にかかる現像装置の一例を示す。本発明の現像装置は、上記したようなハイブリッド現像方式であり、磁性キャリア４および非磁性トナー５からなる２成分現像剤が収容される。この現像剤における磁性キャリア４は、体積平均粒径が４０μｍ以下であり、好ましくは３０〜４０μｍである。またその飽和磁化は３０ｅｍｕ／ｇ以上であり、４０〜１００ｅｍｕ／ｇが好ましい。そしてその体積抵抗率は１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、好ましくは１×１０7〜１×１０9Ω・ｃｍである。
磁性キャリア４の体積平均粒径が４０μｍ以下であれば、従来用いられている５０〜６０μｍの大粒径のものに比べて小粒径であり、従来のものと同じ重量に対して表面積を大きくすることができる。これにより、磁気ブラシのトナー担持体２（以下、現像ローラ２という。）への接触ニップの先端はキャリアの比表面積が大きくなって、磁気ブラシにおける現像ローラ２の表面への接触機会が増え、現像ローラ２上の現像残トナーを剥ぎ取る効果が大きくなり、現像ゴーストの発生を抑制することができる。
また、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上であれば、磁気ブラシを強固に形成することができ、現像に使用されなかった現像ローラ２上の残トナーを現像剤担持体１（以下、磁気ローラ１という。）上に形成された現像剤の磁気ブラシで摺擦しながら掻き取る際に、十分な摺擦力を得ることができ、現像ゴーストの発生を抑制できる。しかし、３０ｅｍｕ／ｇ未満では、キャリア飛びが発生しやすくなり、十分な摺擦力を得ることができない。
また、体積抵抗率を１×１０9Ω・ｃｍ以下とすることにより、磁気ローラ１と現像ローラ間の電界によるトナー５の移動を高めることができ、均一なトナー薄層６を形成することができる。
【００１０】
磁性キャリア４の体積平均粒径は、図８に示すようなレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（例えば、堀場製作所製ＬＡ−５００）により求めることができる。測定方法としては、試料１０ｇを測り取り、溶媒としてメタノールを１００ｍＬ使用し、メタノールが入っているサンプルホルダーに試料を少しずつ入れ、撹拌する。サンプル溶液を超音波分散バス３１で分散、撹拌しながら循環ポンプ３２で循環し、レーザ照射部３３にサンプル溶液を流し込む。次いで、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザ３４を使用し、照射されたレーザのビーム径をビーム拡大器３５で拡大してレーザ照射部３３に照射し、回折光Ｍを集光レンズ３６を通して検出器３７で検出し、ＡＤ変換器３９にて電気信号に変換して装置制御・演算部３８で粒度分布を計算してデータを測定する。
【００１１】
また、磁性キャリア４の飽和磁化は、振動試料型磁力計(ＶＳＭ−Ｐ７−１５型：東英工業製)を用いて、専用容器に試料を充填し秤量した後、サンプルホルダーにセットし３．９８×１０5Ａ／ｍの印加磁場の飽和磁化を測定する。
【００１２】
本発明における磁性キャリア４は、例えば鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属及びそれらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物およびこれらの混合物等の磁性体材料を焼結、アトマイズ等を行うことによって製造した磁性体粒子を使用することができる。また、該磁性体粒子の表面をスチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコン樹脂、アクリル変性シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂で被覆してもよい。また、上記キャリア４として磁性体分散型樹脂を使用することもできる。この場合、用いる磁性体としては上記磁性体材料が使用でき、結着樹脂としては、例えばビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂あるいはこれらの混合物を挙げることができる。
【００１３】
本発明における非磁性トナー５は、平均粒径が６〜１０μｍであり、結着樹脂、着色剤などで構成されている。結着樹脂としては、例えばポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、Ｎ−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用するのがよい。
【００１４】
着色剤としては、特に限定されるものではないが、例えばブラック、マゼンタ、シアンおよびイエローの顔料などが挙げられ、公知の材料を用いることができる。これらの着色剤は結着樹脂１００質量部に対して、通常２〜２０質量部、好ましくは５〜１５質量部の割合で配合される。
【００１５】
２成分現像剤中のトナー濃度は１〜２０質量％、好ましくは３〜１５質量％であるのがよい。トナー濃度が１質量％未満の場合、画像濃度が薄くなりすぎるおそれがある。一方、トナー濃度が２０質量％を超える場合、現像装置内でトナー飛散が発生し、機内汚れや記録紙などの背景部分にトナーが付着する不具合が生じるおそれがある。
【００１６】
次に、本発明にかかる現像装置について説明する。
図１において、静電潜像担持体３（以下、感光体３という。）と現像ローラ２を配設し、該現像ローラ２から所定間隔をおいて非磁性金属材料で円筒状に形成され、円筒内には複数の固定磁石が配設されて、該固定磁石の周囲を回転可能に構成されたスリーブを有した磁気ローラ１が配設されている。
本発明では、磁気ローラ１の主極の磁力は８０ｍＴ以上である。好ましくは８０〜１６０ｍＴ、より好ましくは８４〜１２０ｍＴである。磁気ローラ１の主極の磁力を８０ｍＴ以上とすることにより、キャリアを磁気ローラ１により強く引き付けることができ、強固な磁気ブラシを形成できるのでトナー薄層６の形成および剥ぎ取り性能が高まる。また、紙間およびイメージ間でのキャリア飛びを防止できる。
【００１７】
１０ａ、１０ｂはパドルミキサーで、トナー５がこれによって攪拌帯電させられる。感光体３と現像ローラ２との間には現像バイアス電圧ＤＣ７ａとＡＣ７ｂが印加され、磁気ローラ１には現像バイアス電圧ＤＣ８が印加される（図２参照）。９は磁気ブラシ量を制御する規制ブレードである。
本発明では、磁気ブラシ量は０．１１ｃｍ3／ｃｍ2（略０．２ｍｇ／ｃｍ2）以上、好ましくは０．１１〜０．３ｃｍ3／ｃｍ2であるのがよい。磁気ブラシ量を０．１１ｃｍ3／ｃｍ2以上とすることにより、磁気ブラシによる現像ローラ２表面への摺擦力が増し、現像ゴーストの発生を抑制できる。前記磁気ブラシ量とするために、規制ブレード９と磁気ローラ１表面との間のギャップは０．４〜０．７ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１８】
次に、感光体３と、現像装置内の磁気ローラ１と、現像ローラ２との作用を説明する。
図２に示すように、この磁気ローラ１は、トナー５を帯電させて保持するキャリア４による磁気ブラシを発生させる。また、現像ローラ２の表面には、磁気ブラシから供給されたトナー５によりトナー薄層６が形成される。そして、感光体３は、トナー薄層６のトナーを静電潜像に応じて選択的に飛翔させて画像形成を行なう。この画像が、1次転写ローラ１３との間を通過する印刷体１４に転写される。
本発明では、磁気ローラ１と現像ローラ２間のギャップを０．４ｍｍ以下、好ましくは０．２〜０．４ｍｍとするのがよい。この範囲であれば、磁気ブラシによる現像ロール２表面への摺擦力が増し、現像ゴーストの発生を抑制できる。
【００１９】
感光体３としては、正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）がオゾンなどの発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期にわたって使用し膜厚が変化した場合においても、感光特性に変化が少なく画質も安定するため、長寿命のシステムにおいて最適である。これに加えて、ａ−Ｓｉ感光体も用いることもできる。
長寿命のシステムとする場合、正ＯＰＣの膜厚を２０μｍから４０μｍ程度に設定するのが有利である。正ＯＰＣは、画像形成に使用するときに膜厚が減少して１０μｍに達すると絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくることからこれを防ぐ意味で２０μｍ以上に設定することが好ましいが、４０μｍを超えると感度が低下し画質低下の要因と成り易くなる。
【００２０】
露光装置１１は、半導体レーザーもしくはＬＥＤを用いたシステムが適当である。この場合、正ＯＰＣでは７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、ａ−Ｓｉ感光体では６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下、正ＯＰＣ用いた場合を例に挙げて説明する。
帯電装置１２によって静電潜像担持体である正ＯＰＣ３を４００Ｖに帯電する。その後、７７０ｎｍの波長のＬＥＤによって露光を行うと露光後電位は７０Ｖに設定される。正ＯＰＣ３は現像ローラ２に対し、約２５０μｍの空間をもって配置される。この空間にはワイヤー電極等は用いない。
【００２１】
現像ローラ２の表面は導電性のアルミニュウムからなる回転体である。現像ローラ２と磁気ローラ１の電位差にて現像ローラ２にトナー薄層６を形成する。電位差は、現像ローラ２の電位を７０Ｖ、磁気ローラ１の電位を４００Ｖにすることで、現像ローラ２に約１〜１．５ｍｇ／ｃｍ2のトナー層６が形成される。この時のトナー５の帯電量は、約１０〜２０μＣ／ｇが適正であり、１０μＣ／ｇに達しないときはトナー５飛散が目立ち、２０μＣ／ｇを超えると薄層形成されたトナー５が感光体３へ飛翔し難くなる。
【００２２】
現像ローラ２から感光体３へとトナーを飛翔させるために現像ローラ２へ交流電圧を印加することで現像性が高められる。電圧としては、ＶP-P＝１．５ｋＶ、ｆ＝３．０ｋＨｚで画像濃度・ドット再現・カブリ除去のバランスをとることができる。また、デューティ（Ｄｕｔｙ）比（現像ローラ２に印加する交流電圧のデューティ比で、トナー５が感光体３側に移動するような電圧を現像ローラ２に印加する時間をａ、トナー５が感光体３と反対方向（即ち現像ローラ方向）に移動するような電圧を現像ローラ２に印加する時間をｂとして、デューティ比＝ａ／（ａ＋ｂ）（×１００）％）は３０％にすることで現像ゴーストの発生を抑制することができる。
【００２３】
現像ローラ２のトナー層表面越しの電位を測定すると約３２０Ｖとなっており、３２０Ｖ−７０Ｖ（全露光後感光体電位）＝２５０Ｖが実質の現像の実行電位であるといえる。
磁気ローラ１と現像ローラ２とのギャップは、通常４００μｍ（０．４ｍｍ）に設定されているが、本発明では、前記したように４００μｍ以下であるのが好ましく、この場合規制ブレード９と磁気ローラ１のギャップはキャリア４の粒径に応じて、前記したような範囲内で調整するのが好ましい。例えば、平均粒径３５μｍのキャリア４とトナー５が１０％の現像剤においては３５０〜４００μmに設定し、厚さ０．１１ｃｍ3／ｃｍ2（０．２ｍｇ／ｃｍ2）の磁気ブラシが現像ローラ２に接触する設定とする。現像ローラ２と磁気ローラ１のギャップが狭すぎると現像剤がローラ間を通過できずに溢れてしまい、広すぎると現像ローラ２に接触できず現像ローラ２のトナー５を回収することが困難になり、現像動作を繰り返すと次第に現像ローラ２にトナー５が固着してしまい、感光体３にトナー５が飛翔できなくなってしまう。
【００２４】
本発明では、紙間および最終印字後における現像ローラ２のトナー薄層６の剥ぎ取りの際、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転をカウンタ方向（すなわち、互いに接触する位置での回転方向が逆方向）とし、回転速度比（現像ローラ／磁気ローラ）を１．２以上とするのが好ましい。より好ましくは１．２〜２．０である。回転をカウンタ方向とし、回転速度比が１．２以上であれば、磁気ローラ１上の磁気ブラシによる現像ローラ２表面への摺擦力が増加し、トナーの剥ぎ取り性能が高まる。
【００２５】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
［実施例１、比較例１］
磁性キャリア４の平均粒子径が現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。図1に示したシステム構成からなる評価機Ｂ２７（京セラミタ社製、プリンタ）において、実施例１としての平均粒径３５μｍのキャリア４（ＶＢ−１２；パウダーテック社製）および比較例１としての６０μｍのキャリア４（ＶＢ−１２−２；パウダーテック社製）、および平均粒径９μｍトナー５（ＫＴ−Ｃ１８Ｂ；花王社製）を用いて、下記の電界条件の下で、次のようにして調べた。なお、キャリア（ＶＢ−１２）は、コア；Ｃｕ−Ｚｎ、コート樹脂；ＰＡＩ／Ｆ樹脂、飽和磁化；４０Ａｍ2／ｋｇ（４０ｅｍｕ／ｇ）、残留磁化；１．３４Ａｍ2／ｋｇ、抵抗；１．８６×１０14Ω／ｃｍ3であり、キャリア（ＶＢ−１２−２）は、平均粒径６０μｍを除いてＶＢ−１２と同じである。
ゴーストパターン画像出力時での電界条件等の設定：
現像ローラ 磁気ローラ
直流電圧； １００Ｖ ２５０〜５００Ｖ
交流電圧の周波数； １．８〜３．６ｋＨｚ −
デューティ比； ２７％ ７３％
ＶP-P； １．６ｋＶ ３００Ｖ
磁気ローラの主極磁力強度； − ８４ｍＴ
まず、現像ローラ２にゴーストパターンの画像を次のように形成した。現像ローラ２の１周目の画像の先端位置から現像ローラ２のトナー薄層６を形成した。ゴーストパターンの画像長さは、現像ローラ２の１周長さに設定し、１周目画像は現像ローラ２の１回転でのトナー薄層６による形成画像（ゴーストパターン画像出力）である。２周目画像は現像ローラ２の２回転でのトナー薄層６による形成画像であり、以下同様にして３、４周目画像を形成した。このとき、磁気ローラ１の直流電圧を２５０〜５００Ｖ、現像ローラ２の交流電圧の周波数を１．８〜３．６ｋＨｚ変化させて、前記ゴーストパターン画像出力をし、１周目画像に対する２周目、３周目、４周目画像の色差ΔＥを測定した。色差ΔＥは、反射濃度計（マクベス社製）を用いて測定した。結果を図３に示した。
図３中、「１−２」は現像ローラ２１周目画像に対する２周目画像のΔＥ、「１−３」は１周目に対する３周目、「１−４」は１周目に対する４周目のΔＥある。
【００２７】
図３に示すように、比較例１である６０μｍの大粒径のキャリア４では、各電界条件において現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目のΔＥが増加し、４．０〜８．０となっている。それに対して、実施例１である３５μｍの小粒径のキャリア４ではΔＥの変化幅は小さく４周目のΔＥは２．０以下となった。ΔＥの変化は、現像ローラ２の１〜４周目画像の各現像ローラ２のトナー薄層厚の変化を反映しているものと考えられる。したがって、６０μｍのキャリア４では、３５μｍのキャリア４に比べ、ΔＥの増加幅が大きく、これは現像ローラ２の１周目からのトナー薄層厚の増加を示している。これに対して、３５μｍのキャリア４では、現像ローラ２の１周目からのトナー薄層厚の変化は小さく、小粒径のキャリア４を用いることにより、キャリアの比表面積が増加し、ハイブリッド現像の２成分現像ニップ部でのトナー薄層６の形成および剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストの発生が少なくなっていることを示している。
【００２８】
［実施例２、３、比較例２］
磁気ブラシ量の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。５０μｍのキャリア４（ＦＳＬ−２２；パウダーテック社製）について、磁気ブラシ量を、０．１２ｍｇ／ｃｍ2（比較例２）、０．１９ｍｇ／ｃｍ2（≒０．１１ｃｍ3／ｃｍ2、実施例３）、および０．３５ｍｇ／ｃｍ2（実施例２）に代えて、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。
測定の結果、磁気ブラシ量の増加に対し、各電界条件における現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目の色差ΔＥの変化が小さくなっている。これは磁気ブラシの現像ローラ２表面への摺擦力が増し、トナー薄層の形成及び剥ぎ取り力が増加し、現像ゴーストが抑制されるためである。
【００２９】
［実施例４〜６］
磁性キャリアの飽和磁化および抵抗の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。５０μｍのキャリア４（ＦＳＬ−２２；パウダーテック社製）について、磁性キャリアの飽和磁化４３ｅｍｕ／ｇかつ体積抵抗率１×１０9Ω・ｃｍ（実施例４）、飽和磁化４３ｅｍｕ／ｇかつ体積抵抗率５×１０8Ω・ｃｍ（実施例５）、飽和磁化６９ｅｍｕ／ｇかつ体積抵抗率１×１０9Ω・ｃｍ（実施例６）に代え、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。なお、前記実施例６では粒子径３５μｍキャリアを使用した。
測定結果を図５に示した。
図５に示すように、体積抵抗率を１×１０9Ω・ｃｍ（実施例４；ＶＢ−１５）から５×１０8Ω・ｃｍ（実施例５；ＶＢ−１６）に小さくした場合、各電界条件において現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目のΔＥの変化幅は小さく４周目のΔＥは３．５以下となった。このことから、体積抵抗率を１×１０9Ω・ｃｍ以下に小さくすることにより磁気ローラ１と現像ローラ２間の電界によるトナーの移動が高まり、現像ゴーストの発生が抑制されることがわかった。
また、飽和磁化を４３ｅｍｕ／ｇ（実施例４；ＶＢ−１５）から６９ｅｍｕ／ｇ（実施例６；ＶＢ−１４）に大きくした場合、各電界条件において現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目のΔＥの変化幅は小さく４周目のΔＥは２．０以下となった。このことから飽和磁化を３０ｅｍｕ／ｇ以上に大きくすることにより、磁気ブラシの穂立ちを強固なものにできるので、トナーの剥ぎ取り性能が向上するのがわかった。
【００３０】
［実施例７〜９］
磁気ローラ１の主極磁力強度の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。５０μｍのキャリア４（ＦＳＬ−２２；パウダーテック社製）について、磁気ローラ１の主極磁力強度を８４ｍＴ（実施例７）、１２０ｍＴ（実施例８）および１５０ｍＴ（実施例９）に代え、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。
測定結果を図６に示した。
図６に示すように、磁気ローラ１の主極磁力強度が上がるに従い、ΔＥの変化幅は小さくなった。このことから、主極磁力強度を高めることにより、磁気ブラシの穂立ちを強固なものになり、磁気ブラシの現像ローラ２への接蝕が増し、トナー薄層の形成及び剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストが抑制されたのがわかった。
【００３１】
［実施例１０、比較例３]
磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。３５μｍのキャリア４（ＶＢ−１２；パウダーテック社製）について、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向をカウンタ方向（実施例１０）、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向を順方向（比較例３）に代え、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。なお、前記カウンタ方向時の回転数比は１．２とした。
測定結果を図７に示した。
図７に示すように、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向を順（トレール）方向（比較例３）にした場合（比較例３）と、カウンタ方向にした場合（実施例１０）を比較すると、カウンタ方向の方がΔＥの変化幅は小さくなった。これは回転方向をカウンタ方向とすることにより、現像ローラ２表面を新たな磁気ブラシで順次掃いていくことでき、トナー薄層６の形成及び剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストの発生が抑制されることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明にかかる現像装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】画像形成と非画像形成時のトナーの流れを説明する図である。
【図３】平均粒径３５および６０μｍのキャリアについてのゴーストパターン画像出力回数とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図４】磁気ブラシ量とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図５】磁性キャリアの飽和磁化および抵抗とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図６】磁気ローラの主極磁力強度とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図７】磁気ローラと現像ローラの回転方向とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図８】レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置の測定原理を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 現像剤担持体（磁気ローラ）
２ トナー担持体（現像ローラ）
３ 静電潜像担持体（感光体ドラム）
４ キャリア
５ トナー
６ トナー薄層
９ 規制ブレード
１０ａ，１０ｂ ミキサー
１１ 露光装置
１２ 帯電装置
１３ 1次転写ローラ
１４ 印刷体
１５ トナーコンテナー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリそれらの複合機などの画像形成装置に使用する現像装置に関し、特に磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ロール上に均一に薄層形成し、現像ロールの交流重畳直流電圧により現像ロール上のトナーを静電潜像に飛翔させることで該潜像を現像するようにした現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トナーおよびキャリアを含有する二成分現像剤を磁気ローラの表面に担持させて磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシからトナーのみを現像ローラの表面に移送させてトナー層を形成し、該トナー層からトナーを、静電潜像が形成された感光体の表面に飛翔させて静電潜像をトナー像として現像するハイブリッド現像方式が注目されている。この現像方式では、長寿命化を考慮して帯電領域は二成分現像方式を採用し、高画質化を狙って現像領域は一成分現像方式を採用している。特に、高画質化および長寿命化が重視されるフルカラー画像形成装置においては、この現像方式の特徴が充分に発揮される。
【０００３】
このハイブリッド現像装置においては、均一で充分な画像濃度を（感光体上でトナー量 ０．６ｍｇ／ｃｍ2 以上）を確保するためには、現像ロール上で１．０ｍｇ／ｃｍ2以上の均一なトナー薄層の形成が不可欠である。しかし薄いハーフ画像の一部にベタパッチがあるような画像を印刷した時は、現像ロール上のトナー薄層においてベタパッチ部のトナーは、最大の消費により薄層は薄くなる。これに対し、ベタパッチ部以外の薄いハーフ画像部はトナーの消費が少なく、もとの薄層厚から大きな変化をしていない。印刷後の上記トナー薄層厚の不均一を次の印刷動作に備え、マグロールと現像ロールのニップ部においてＡＣ交流電圧を印加することにより、トナー薄層を剥ぎ取りかつ新たなトナー薄層の形成を行っているが、ベタパッチ部の現像履歴を完全には消すことができず、次の印刷時に残像（現像ゴースト）として現れる画像不具合、所謂現像ゴーストがある。
【０００４】
この現像ゴーストを防止する方策として、例えば特許文献１では、現像ロール上の現像残トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関しての提案がなされている。また、現像ロール上のトナーを確実に回収する方法として、例えば特許文献２に、専用の回収ローラを用いる提案がなされている。さらに、特許文献３、４には、コピーとコピーの間や紙間を利用して電位差で現像ロール上のトナーをマグロールに回収し、トナーの帯電を安定させる方法が提案されており、さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として、特許文献５に、マグロールの磁束密度の半地幅領域を広く設定することにより、現像ロール上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。また、特許文献６では、磁気キャリアに４０μｍ以下の小径のキャリアを用いて、現像ロール上にトナー薄層を形成するに際し、現像ロール１周目のトナー薄層形成時における現像ロールとマグロールの直流バイアス間の電位差を、現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差における電位差より大きく設定するとともに、前記現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差を１００Ｖから２５０Ｖに設定することが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３１６５２号公報
【特許文献２】特開２０００−８１７８８号公報
【特許文献３】特開平７−７２７３３号公報
【特許文献４】特開平７−９２８０４号公報
【特許文献５】特開平７−１２８９８３号公報
【特許文献６】特許第３６７７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜６などに示された装置では、トナーの掻き取り装置や回収ロールの設計が必要であったり、特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスを増す原因となっている。また、特許文献４では、現像ロール１周目のトナー薄層形成の電位差を大きく設定することにより、トナー薄層が従来技術のものに比べ早く（現像ロール２周目で）飽和層厚に達するが、薄いハーフ画像の一部にベタパッチがあるようなものに対しては、最大のトナー消費をしたベタパッチ部とそれ以外のあまりトナーを消費していない薄いハーフ画像部の現像ロール上のトナー薄層厚の不均一を次の印刷動作に備えて完全には解消することができず、現像ゴーストが発生している。
本発明の課題は、ハイブリッド現像において、現像ゴーストの発生を抑制し、長期間安定した高品質の画像が得られる現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、磁性キャリアを所定の範囲の平均粒子径、所定値以上の飽和磁化、および所定値以下の体積抵抗率とし、前記現像剤担持体の主極磁力を８０ｍＴ以上とすることにより、現像ゴーストの発生を抑制できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の現像装置は、以下の構成を有する。
【０００７】
（１）静電潜像が形成された静電潜像担持体と、これに対面配置し、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記静電潜像担持体上に形成された潜像にトナーを飛翔させて現像するトナー担持体と、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体に接触させるとともに、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記トナー担持体にトナー薄層を形成する現像剤担持体とを備えたハイブリッド現像装置であって、前記磁性キャリアは、体積平均粒径が４０μｍ以下、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上、体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、前記現像剤担持体の主極磁力は８０ｍＴ以上であることを特徴とする現像装置。
（２）前記現像剤担持体の主極上の磁気ブラシ量が０．１１ｃｍ3／ｃｍ2以上であることを特徴とする（１）に記載の現像装置。
（３）前記現像剤担持体と前記トナー担持体間のギャップが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の現像装置。
（４）前記トナー担持体上のトナー薄層の剥ぎ取り時、前記現像剤担持体と前記トナー担持体の回転はカウンタ方向であり、回転速度比（トナー担持体／現像剤担持体）が１．２以上であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の現像装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、磁性キャリアが所定の範囲の平均粒径、所定値以上の飽和磁化、および所定値以下の体積抵抗率を有し、現像剤担持体の主極磁力が８０ｍＴ以上であるので、キャリアの表面積が大きくなり、磁気ブラシにおける現像ローラ表面への接触機会が増し、トナー薄層および剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１、２に本発明にかかる現像装置の一例を示す。本発明の現像装置は、上記したようなハイブリッド現像方式であり、磁性キャリア４および非磁性トナー５からなる２成分現像剤が収容される。この現像剤における磁性キャリア４は、体積平均粒径が４０μｍ以下であり、好ましくは３０〜４０μｍである。またその飽和磁化は３０ｅｍｕ／ｇ以上であり、４０〜１００ｅｍｕ／ｇが好ましい。そしてその体積抵抗率は１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、好ましくは１×１０7〜１×１０9Ω・ｃｍである。
磁性キャリア４の体積平均粒径が４０μｍ以下であれば、従来用いられている５０〜６０μｍの大粒径のものに比べて小粒径であり、従来のものと同じ重量に対して表面積を大きくすることができる。これにより、磁気ブラシのトナー担持体２（以下、現像ローラ２という。）への接触ニップの先端はキャリアの比表面積が大きくなって、磁気ブラシにおける現像ローラ２の表面への接触機会が増え、現像ローラ２上の現像残トナーを剥ぎ取る効果が大きくなり、現像ゴーストの発生を抑制することができる。
また、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上であれば、磁気ブラシを強固に形成することができ、現像に使用されなかった現像ローラ２上の残トナーを現像剤担持体１（以下、磁気ローラ１という。）上に形成された現像剤の磁気ブラシで摺擦しながら掻き取る際に、十分な摺擦力を得ることができ、現像ゴーストの発生を抑制できる。しかし、３０ｅｍｕ／ｇ未満では、キャリア飛びが発生しやすくなり、十分な摺擦力を得ることができない。
また、体積抵抗率を１×１０9Ω・ｃｍ以下とすることにより、磁気ローラ１と現像ローラ間の電界によるトナー５の移動を高めることができ、均一なトナー薄層６を形成することができる。
【００１０】
磁性キャリア４の体積平均粒径は、図８に示すようなレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（例えば、堀場製作所製ＬＡ−５００）により求めることができる。測定方法としては、試料１０ｇを測り取り、溶媒としてメタノールを１００ｍＬ使用し、メタノールが入っているサンプルホルダーに試料を少しずつ入れ、撹拌する。サンプル溶液を超音波分散バス３１で分散、撹拌しながら循環ポンプ３２で循環し、レーザ照射部３３にサンプル溶液を流し込む。次いで、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザ３４を使用し、照射されたレーザのビーム径をビーム拡大器３５で拡大してレーザ照射部３３に照射し、回折光Ｍを集光レンズ３６を通して検出器３７で検出し、ＡＤ変換器３９にて電気信号に変換して装置制御・演算部３８で粒度分布を計算してデータを測定する。
【００１１】
また、磁性キャリア４の飽和磁化は、振動試料型磁力計(ＶＳＭ−Ｐ７−１５型：東英工業製)を用いて、専用容器に試料を充填し秤量した後、サンプルホルダーにセットし３．９８×１０5Ａ／ｍの印加磁場の飽和磁化を測定する。
【００１２】
本発明における磁性キャリア４は、例えば鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属及びそれらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物およびこれらの混合物等の磁性体材料を焼結、アトマイズ等を行うことによって製造した磁性体粒子を使用することができる。また、該磁性体粒子の表面をスチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコン樹脂、アクリル変性シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂で被覆してもよい。また、上記キャリア４として磁性体分散型樹脂を使用することもできる。この場合、用いる磁性体としては上記磁性体材料が使用でき、結着樹脂としては、例えばビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂あるいはこれらの混合物を挙げることができる。
【００１３】
本発明における非磁性トナー５は、平均粒径が６〜１０μｍであり、結着樹脂、着色剤などで構成されている。結着樹脂としては、例えばポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、Ｎ−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用するのがよい。
【００１４】
着色剤としては、特に限定されるものではないが、例えばブラック、マゼンタ、シアンおよびイエローの顔料などが挙げられ、公知の材料を用いることができる。これらの着色剤は結着樹脂１００質量部に対して、通常２〜２０質量部、好ましくは５〜１５質量部の割合で配合される。
【００１５】
２成分現像剤中のトナー濃度は１〜２０質量％、好ましくは３〜１５質量％であるのがよい。トナー濃度が１質量％未満の場合、画像濃度が薄くなりすぎるおそれがある。一方、トナー濃度が２０質量％を超える場合、現像装置内でトナー飛散が発生し、機内汚れや記録紙などの背景部分にトナーが付着する不具合が生じるおそれがある。
【００１６】
次に、本発明にかかる現像装置について説明する。
図１において、静電潜像担持体３（以下、感光体３という。）と現像ローラ２を配設し、該現像ローラ２から所定間隔をおいて非磁性金属材料で円筒状に形成され、円筒内には複数の固定磁石が配設されて、該固定磁石の周囲を回転可能に構成されたスリーブを有した磁気ローラ１が配設されている。
本発明では、磁気ローラ１の主極の磁力は８０ｍＴ以上である。好ましくは８０〜１６０ｍＴ、より好ましくは８４〜１２０ｍＴである。磁気ローラ１の主極の磁力を８０ｍＴ以上とすることにより、キャリアを磁気ローラ１により強く引き付けることができ、強固な磁気ブラシを形成できるのでトナー薄層６の形成および剥ぎ取り性能が高まる。また、紙間およびイメージ間でのキャリア飛びを防止できる。
【００１７】
１０ａ、１０ｂはパドルミキサーで、トナー５がこれによって攪拌帯電させられる。感光体３と現像ローラ２との間には現像バイアス電圧ＤＣ７ａとＡＣ７ｂが印加され、磁気ローラ１には現像バイアス電圧ＤＣ８が印加される（図２参照）。９は磁気ブラシ量を制御する規制ブレードである。
本発明では、磁気ブラシ量は０．１１ｃｍ3／ｃｍ2（略０．２ｍｇ／ｃｍ2）以上、好ましくは０．１１〜０．３ｃｍ3／ｃｍ2であるのがよい。磁気ブラシ量を０．１１ｃｍ3／ｃｍ2以上とすることにより、磁気ブラシによる現像ローラ２表面への摺擦力が増し、現像ゴーストの発生を抑制できる。前記磁気ブラシ量とするために、規制ブレード９と磁気ローラ１表面との間のギャップは０．４〜０．７ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１８】
次に、感光体３と、現像装置内の磁気ローラ１と、現像ローラ２との作用を説明する。
図２に示すように、この磁気ローラ１は、トナー５を帯電させて保持するキャリア４による磁気ブラシを発生させる。また、現像ローラ２の表面には、磁気ブラシから供給されたトナー５によりトナー薄層６が形成される。そして、感光体３は、トナー薄層６のトナーを静電潜像に応じて選択的に飛翔させて画像形成を行なう。この画像が、1次転写ローラ１３との間を通過する印刷体１４に転写される。
本発明では、磁気ローラ１と現像ローラ２間のギャップを０．４ｍｍ以下、好ましくは０．２〜０．４ｍｍとするのがよい。この範囲であれば、磁気ブラシによる現像ロール２表面への摺擦力が増し、現像ゴーストの発生を抑制できる。
【００１９】
感光体３としては、正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）がオゾンなどの発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期にわたって使用し膜厚が変化した場合においても、感光特性に変化が少なく画質も安定するため、長寿命のシステムにおいて最適である。これに加えて、ａ−Ｓｉ感光体も用いることもできる。
長寿命のシステムとする場合、正ＯＰＣの膜厚を２０μｍから４０μｍ程度に設定するのが有利である。正ＯＰＣは、画像形成に使用するときに膜厚が減少して１０μｍに達すると絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくることからこれを防ぐ意味で２０μｍ以上に設定することが好ましいが、４０μｍを超えると感度が低下し画質低下の要因と成り易くなる。
【００２０】
露光装置１１は、半導体レーザーもしくはＬＥＤを用いたシステムが適当である。この場合、正ＯＰＣでは７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、ａ−Ｓｉ感光体では６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下、正ＯＰＣ用いた場合を例に挙げて説明する。
帯電装置１２によって静電潜像担持体である正ＯＰＣ３を４００Ｖに帯電する。その後、７７０ｎｍの波長のＬＥＤによって露光を行うと露光後電位は７０Ｖに設定される。正ＯＰＣ３は現像ローラ２に対し、約２５０μｍの空間をもって配置される。この空間にはワイヤー電極等は用いない。
【００２１】
現像ローラ２の表面は導電性のアルミニュウムからなる回転体である。現像ローラ２と磁気ローラ１の電位差にて現像ローラ２にトナー薄層６を形成する。電位差は、現像ローラ２の電位を７０Ｖ、磁気ローラ１の電位を４００Ｖにすることで、現像ローラ２に約１〜１．５ｍｇ／ｃｍ2のトナー層６が形成される。この時のトナー５の帯電量は、約１０〜２０μＣ／ｇが適正であり、１０μＣ／ｇに達しないときはトナー５飛散が目立ち、２０μＣ／ｇを超えると薄層形成されたトナー５が感光体３へ飛翔し難くなる。
【００２２】
現像ローラ２から感光体３へとトナーを飛翔させるために現像ローラ２へ交流電圧を印加することで現像性が高められる。電圧としては、ＶP-P＝１．５ｋＶ、ｆ＝３．０ｋＨｚで画像濃度・ドット再現・カブリ除去のバランスをとることができる。また、デューティ（Ｄｕｔｙ）比（現像ローラ２に印加する交流電圧のデューティ比で、トナー５が感光体３側に移動するような電圧を現像ローラ２に印加する時間をａ、トナー５が感光体３と反対方向（即ち現像ローラ方向）に移動するような電圧を現像ローラ２に印加する時間をｂとして、デューティ比＝ａ／（ａ＋ｂ）（×１００）％）は３０％にすることで現像ゴーストの発生を抑制することができる。
【００２３】
現像ローラ２のトナー層表面越しの電位を測定すると約３２０Ｖとなっており、３２０Ｖ−７０Ｖ（全露光後感光体電位）＝２５０Ｖが実質の現像の実行電位であるといえる。
磁気ローラ１と現像ローラ２とのギャップは、通常４００μｍ（０．４ｍｍ）に設定されているが、本発明では、前記したように４００μｍ以下であるのが好ましく、この場合規制ブレード９と磁気ローラ１のギャップはキャリア４の粒径に応じて、前記したような範囲内で調整するのが好ましい。例えば、平均粒径３５μｍのキャリア４とトナー５が１０％の現像剤においては３５０〜４００μmに設定し、厚さ０．１１ｃｍ3／ｃｍ2（０．２ｍｇ／ｃｍ2）の磁気ブラシが現像ローラ２に接触する設定とする。現像ローラ２と磁気ローラ１のギャップが狭すぎると現像剤がローラ間を通過できずに溢れてしまい、広すぎると現像ローラ２に接触できず現像ローラ２のトナー５を回収することが困難になり、現像動作を繰り返すと次第に現像ローラ２にトナー５が固着してしまい、感光体３にトナー５が飛翔できなくなってしまう。
【００２４】
本発明では、紙間および最終印字後における現像ローラ２のトナー薄層６の剥ぎ取りの際、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転をカウンタ方向（すなわち、互いに接触する位置での回転方向が逆方向）とし、回転速度比（現像ローラ／磁気ローラ）を１．２以上とするのが好ましい。より好ましくは１．２〜２．０である。回転をカウンタ方向とし、回転速度比が１．２以上であれば、磁気ローラ１上の磁気ブラシによる現像ローラ２表面への摺擦力が増加し、トナーの剥ぎ取り性能が高まる。
【００２５】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
［実施例１、比較例１］
磁性キャリア４の平均粒子径が現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。図1に示したシステム構成からなる評価機Ｂ２７（京セラミタ社製、プリンタ）において、実施例１としての平均粒径３５μｍのキャリア４（ＶＢ−１２；パウダーテック社製）および比較例１としての６０μｍのキャリア４（ＶＢ−１２−２；パウダーテック社製）、および平均粒径９μｍトナー５（ＫＴ−Ｃ１８Ｂ；花王社製）を用いて、下記の電界条件の下で、次のようにして調べた。なお、キャリア（ＶＢ−１２）は、コア；Ｃｕ−Ｚｎ、コート樹脂；ＰＡＩ／Ｆ樹脂、飽和磁化；４０Ａｍ2／ｋｇ（４０ｅｍｕ／ｇ）、残留磁化；１．３４Ａｍ2／ｋｇ、抵抗；１．８６×１０14Ω／ｃｍ3であり、キャリア（ＶＢ−１２−２）は、平均粒径６０μｍを除いてＶＢ−１２と同じである。
ゴーストパターン画像出力時での電界条件等の設定：
現像ローラ 磁気ローラ
直流電圧； １００Ｖ ２５０〜５００Ｖ
交流電圧の周波数； １．８〜３．６ｋＨｚ −
デューティ比； ２７％ ７３％
ＶP-P； １．６ｋＶ ３００Ｖ
磁気ローラの主極磁力強度； − ８４ｍＴ
まず、現像ローラ２にゴーストパターンの画像を次のように形成した。現像ローラ２の１周目の画像の先端位置から現像ローラ２のトナー薄層６を形成した。ゴーストパターンの画像長さは、現像ローラ２の１周長さに設定し、１周目画像は現像ローラ２の１回転でのトナー薄層６による形成画像（ゴーストパターン画像出力）である。２周目画像は現像ローラ２の２回転でのトナー薄層６による形成画像であり、以下同様にして３、４周目画像を形成した。このとき、磁気ローラ１の直流電圧を２５０〜５００Ｖ、現像ローラ２の交流電圧の周波数を１．８〜３．６ｋＨｚ変化させて、前記ゴーストパターン画像出力をし、１周目画像に対する２周目、３周目、４周目画像の色差ΔＥを測定した。色差ΔＥは、反射濃度計（マクベス社製）を用いて測定した。結果を図３に示した。
図３中、「１−２」は現像ローラ２１周目画像に対する２周目画像のΔＥ、「１−３」は１周目に対する３周目、「１−４」は１周目に対する４周目のΔＥある。
【００２７】
図３に示すように、比較例１である６０μｍの大粒径のキャリア４では、各電界条件において現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目のΔＥが増加し、４．０〜８．０となっている。それに対して、実施例１である３５μｍの小粒径のキャリア４ではΔＥの変化幅は小さく４周目のΔＥは２．０以下となった。ΔＥの変化は、現像ローラ２の１〜４周目画像の各現像ローラ２のトナー薄層厚の変化を反映しているものと考えられる。したがって、６０μｍのキャリア４では、３５μｍのキャリア４に比べ、ΔＥの増加幅が大きく、これは現像ローラ２の１周目からのトナー薄層厚の増加を示している。これに対して、３５μｍのキャリア４では、現像ローラ２の１周目からのトナー薄層厚の変化は小さく、小粒径のキャリア４を用いることにより、キャリアの比表面積が増加し、ハイブリッド現像の２成分現像ニップ部でのトナー薄層６の形成および剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストの発生が少なくなっていることを示している。
【００２８】
［実施例２、３、比較例２］
磁気ブラシ量の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。５０μｍのキャリア４（ＦＳＬ−２２；パウダーテック社製）について、磁気ブラシ量を、０．１２ｍｇ／ｃｍ2（比較例２）、０．１９ｍｇ／ｃｍ2（≒０．１１ｃｍ3／ｃｍ2、実施例３）、および０．３５ｍｇ／ｃｍ2（実施例２）に代えて、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。
測定の結果、磁気ブラシ量の増加に対し、各電界条件における現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目の色差ΔＥの変化が小さくなっている。これは磁気ブラシの現像ローラ２表面への摺擦力が増し、トナー薄層の形成及び剥ぎ取り力が増加し、現像ゴーストが抑制されるためである。
【００２９】
［実施例４〜６］
磁性キャリアの飽和磁化および抵抗の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。５０μｍのキャリア４（ＦＳＬ−２２；パウダーテック社製）について、磁性キャリアの飽和磁化４３ｅｍｕ／ｇかつ体積抵抗率１×１０9Ω・ｃｍ（実施例４）、飽和磁化４３ｅｍｕ／ｇかつ体積抵抗率５×１０8Ω・ｃｍ（実施例５）、飽和磁化６９ｅｍｕ／ｇかつ体積抵抗率１×１０9Ω・ｃｍ（実施例６）に代え、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。なお、前記実施例６では粒子径３５μｍキャリアを使用した。
測定結果を図５に示した。
図５に示すように、体積抵抗率を１×１０9Ω・ｃｍ（実施例４；ＶＢ−１５）から５×１０8Ω・ｃｍ（実施例５；ＶＢ−１６）に小さくした場合、各電界条件において現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目のΔＥの変化幅は小さく４周目のΔＥは３．５以下となった。このことから、体積抵抗率を１×１０9Ω・ｃｍ以下に小さくすることにより磁気ローラ１と現像ローラ２間の電界によるトナーの移動が高まり、現像ゴーストの発生が抑制されることがわかった。
また、飽和磁化を４３ｅｍｕ／ｇ（実施例４；ＶＢ−１５）から６９ｅｍｕ／ｇ（実施例６；ＶＢ−１４）に大きくした場合、各電界条件において現像ローラ２の１周目画像に対する２周目、３周目、４周目のΔＥの変化幅は小さく４周目のΔＥは２．０以下となった。このことから飽和磁化を３０ｅｍｕ／ｇ以上に大きくすることにより、磁気ブラシの穂立ちを強固なものにできるので、トナーの剥ぎ取り性能が向上するのがわかった。
【００３０】
［実施例７〜９］
磁気ローラ１の主極磁力強度の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。５０μｍのキャリア４（ＦＳＬ−２２；パウダーテック社製）について、磁気ローラ１の主極磁力強度を８４ｍＴ（実施例７）、１２０ｍＴ（実施例８）および１５０ｍＴ（実施例９）に代え、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。
測定結果を図６に示した。
図６に示すように、磁気ローラ１の主極磁力強度が上がるに従い、ΔＥの変化幅は小さくなった。このことから、主極磁力強度を高めることにより、磁気ブラシの穂立ちを強固なものになり、磁気ブラシの現像ローラ２への接蝕が増し、トナー薄層の形成及び剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストが抑制されたのがわかった。
【００３１】
［実施例１０、比較例３]
磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向の現像ゴーストに及ぼす影響について調べた。３５μｍのキャリア４（ＶＢ−１２；パウダーテック社製）について、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向をカウンタ方向（実施例１０）、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向を順方向（比較例３）に代え、磁気ローラ１の直流電圧を３００〜５００Ｖに、現像ローラ２の交流電圧の周波数を３ｋＨｚに、平均粒径９μｍのトナー５に代えた以外は、実施例１と同様にして、現像ゴーストの発生を調べた。なお、前記カウンタ方向時の回転数比は１．２とした。
測定結果を図７に示した。
図７に示すように、磁気ローラ１と現像ローラ２の回転方向を順（トレール）方向（比較例３）にした場合（比較例３）と、カウンタ方向にした場合（実施例１０）を比較すると、カウンタ方向の方がΔＥの変化幅は小さくなった。これは回転方向をカウンタ方向とすることにより、現像ローラ２表面を新たな磁気ブラシで順次掃いていくことでき、トナー薄層６の形成及び剥ぎ取り性能が向上し、現像ゴーストの発生が抑制されることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明にかかる現像装置を用いた画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】画像形成と非画像形成時のトナーの流れを説明する図である。
【図３】平均粒径３５および６０μｍのキャリアについてのゴーストパターン画像出力回数とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図４】磁気ブラシ量とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図５】磁性キャリアの飽和磁化および抵抗とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図６】磁気ローラの主極磁力強度とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図７】磁気ローラと現像ローラの回転方向とゴースト強度（ΔＥ）の関係を示すグラフである。
【図８】レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置の測定原理を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ 現像剤担持体（磁気ローラ）
２ トナー担持体（現像ローラ）
３ 静電潜像担持体（感光体ドラム）
４ キャリア
５ トナー
６ トナー薄層
９ 規制ブレード
１０ａ，１０ｂ ミキサー
１１ 露光装置
１２ 帯電装置
１３ 1次転写ローラ
１４ 印刷体
１５ トナーコンテナー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が形成された静電潜像担持体と、これに対面配置し、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記静電潜像担持体上に形成された潜像にトナーを飛翔させて現像するトナー担持体と、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体に接触させるとともに、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記トナー担持体にトナー薄層を形成する現像剤担持体とを備えたハイブリッド現像装置であって、
前記磁性キャリアは、体積平均粒径が４０μｍ以下、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上、体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、前記現像剤担持体の主極磁力は８０ｍＴ以上であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像剤担持体の主極上の磁気ブラシ量が０．１１ｃｍ3／ｃｍ2以上であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像剤担持体と前記トナー担持体間のギャップが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナー担持体上のトナー薄層の剥ぎ取り時、前記現像剤担持体と前記トナー担持体の回転はカウンタ方向であり、回転速度比（トナー担持体／現像剤担持体）が１．２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１】
静電潜像が形成された静電潜像担持体と、これに対面配置し、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記静電潜像担持体上に形成された潜像にトナーを飛翔させて現像するトナー担持体と、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体に接触させるとともに、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記トナー担持体にトナー薄層を形成する現像剤担持体とを備えたハイブリッド現像装置であって、
前記磁性キャリアは、体積平均粒径が４０μｍ以下、飽和磁化が３０ｅｍｕ／ｇ以上、体積抵抗率が１×１０9Ω・ｃｍ以下であり、前記現像剤担持体の主極磁力は８０ｍＴ以上であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像剤担持体の主極上の磁気ブラシ量が０．１１ｃｍ3／ｃｍ2以上であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像剤担持体と前記トナー担持体間のギャップが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナー担持体上のトナー薄層の剥ぎ取り時、前記現像剤担持体と前記トナー担持体の回転はカウンタ方向であり、回転速度比（トナー担持体／現像剤担持体）が１．２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３３１７８（Ｐ２００８−３３１７８Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０９００３（Ｐ２００６−２０９００３）
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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