画像形成装置及び画像形成方法
【課題】キャリア付着を抑えつつエッジ効果を低減し且つ現像能力を向上できる画像形成装置及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】像担持体と、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界を発生させる磁界発生手段が内部に設けられた非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像手段と、現像剤担持体に現像バイアスを印加して像担持体と現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有する画像形成装置において、現像電界発生手段は現像バイアスとしてＡＣバイアスを印加し現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上である。
【解決手段】像担持体と、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界を発生させる磁界発生手段が内部に設けられた非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像手段と、現像剤担持体に現像バイアスを印加して像担持体と現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有する画像形成装置において、現像電界発生手段は現像バイアスとしてＡＣバイアスを印加し現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置及びその画像形成装置で用いられる画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の画像形成装置においては、像担持体である感光体上に形成された潜像を現像するために、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式などが採用されている（特許文献１など）。この方式による現像装置は、通常、内部に複数の磁極が設けられ回転可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像ローラを有し、この現像ローラ表面に現像剤を保持して感光体と現像ローラとの対向領域である現像領域に現像剤を搬送し、感光体上の潜像をトナーにより現像を行うものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の現像装置による現像プロセスでは、いわゆる「エッジ効果」と呼ばれる現象が発生しやすく、細線、小径ドットや、ベタ画像の輪郭部分に、トナーが過剰に付着してしまう場合が多かった。その結果、細線や小径ドットの太りがなく、感光体上の潜像を忠実に再現して均一性に優れた画像を形成することが難しかった。
【０００４】
このようなエッジ効果は、磁性キャリアの抵抗を小さくし誘電率を大きくすることで低減させることが可能である。また、低抵抗の磁性キャリアを用いることで、現像剤全体の電気抵抗を下げ現像電界の強度を大きくすることにより現像能力の向上を図ることもできる。
【０００５】
通常、磁性キャリアは磁気力により現像ローラ上に保持されているが、同時に静電誘導或いは電荷注入による電荷が磁性キャリアに存在し、感光体上の電荷との間に静電力が働いている。特に、磁性キャリアの電気抵抗が小さくなるほど静電誘導や電荷注入により前記静電力が大きくなる。そのため、磁性キャリアの電気抵抗を小さくし過ぎると、磁性キャリアと感光体との間で生じる静電力が、磁性キャリアと現像ローラとの間で生じる磁気力に打ち勝って、磁性キャリアが感光体上に付着するキャリア付着が発生しやすくなるといった問題が生じる。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、キャリア付着を抑えつつエッジ効果を低減し且つ現像能力を向上させることができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面に潜像を担持する像担持体と、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界を発生させる磁界発生手段が内部に設けられ表面上に前記現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像手段と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、前記像担持体上の潜像を、該現像剤担持体上に担持された現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、前記現像電界発生手段は前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記磁性キャリアは樹脂に磁性体微粒子を分散させて形成したものであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記像担持体の線速に応じて所定期間内に一定数以上の交番回数が上記ＡＣ電界で得られるのように、上記ＡＣバイアスの周波数範囲を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成形成装置において、上記ＡＣバイアスの周波数をｆ［ｋＨｚ］、上記像担持体の線速をｖＰ［ｍｍ／ｓ］、及び、前記像担持体と上記現像剤担持体とで形成される現像ニップの像担持体回転方向の幅をＮ［ｍｍ］とすると、ｆ≧６３×ｖＰ／Ｎの関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記像担持体と上記現像剤担持体との間隔である現像ギャップを所定周期で変化させる現像ギャップ変化手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、磁性キャリア全体の体積固有抵抗を１０１４［Ω・ｃｍ］以上に設定したことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、現像手段内に収容されたトナーと磁性キャリアとからなる現像剤を現像剤担持体に担持させ、現像剤担持体に担持された現像剤を予め潜像が形成された像担持体へ近接させることで、現像電界発生手段によって前記現像剤担持体に現像バイアスを印加し前記像担持体と前記現像剤担持体との間に発生させた現像電界により、前記現像剤を像担持体上の潜像に付着させて現像する現像工程を有する画像形成方法において、前記現像電界発生手段により前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを前記現像剤担持体に印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させ、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を内部に複数含有し、自身全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上である磁性キャリアを用いることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、現像電界発生手段により現像電界としてＡＣ電界を発生させ、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることで、後述するように、磁性キャリアの誘電率が増加してエッジ効果を低減させることができるとともに、磁性キャリアの抵抗が十分に高いためキャリア付着等の画質に対する悪影響を低減することが可能となる。また、現像能力が向上するため、小径ドット潜像を含め、高い品質の画像を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、キャリア付着を抑えつつエッジ効果を低減し且つ現像能力を向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】本プリンタの現像装置周辺の概略構成図。
【図３】磁性キャリアの模式図。
【図４】磁性キャリアの抵抗測定法の説明に用いる図。
【図５】磁性キャリアの誘電率測定法の説明に用いる図。
【図６】実施例１の磁性キャリアを用いた現像剤と比較例１の磁性キャリアを用いた現像剤とにおける現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示したグラフ。
【図７】感光体線速による周波数の最適点の比較を表したグラフ。
【図８】感光体線速と周波数との関係を示したグラフ。
【図９】現像ギャップ変化装置の概略構成図。
【図１０】現像ギャップの振動周波数によるトナー付着量の変化を示すグラフ。
【図１１】磁性キャリアの体積固有抵抗による画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更や修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更や修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１２】
本発明を、画像形成装置としての電子写真式レーザプリンタ（以下「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。
【００１３】
まず、図１を用いて、本実施形態に係るプリンタの全体の概略構成について説明する。このプリンタは、像担持体としてのドラム状の感光体１の周辺に、感光体１の表面を一様帯電する帯電装置２、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を感光体１に照射する露光装置３、感光体１に形成された潜像に対し現像ローラ４０２上の帯電トナーを付着させることでトナー像を形成する現像装置４、感光体１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙２０に転写する転写装置５、転写後に感光体１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６等が順に配設されている。また、感光体１上に潜像を形成する潜像形成手段は、帯電装置２及び露光装置３により構成されている。また、図示しない給紙トレイ等から転写紙を給紙搬送する図示しない給紙搬送装置と、転写装置５で転写されたトナー像を転写紙２０に定着する図示しない定着装置とが備えられている。
【００１４】
なお、上記プリンタを構成する複数の装置の一部は、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物（ユニット）として構成してもよい。例えば、感光体１と帯電装置２と現像装置４とクリーニング装置６とを、プリンタ本体に対して着脱可能に、一体構造物である画像形成プロセスユニットとして構成してもよい。
【００１５】
上記構成のプリンタにおいて、矢印ａ方向に回転する感光体１の表面は、帯電装置２で一様帯電された後、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線が感光体軸方向にスキャンされて照射される。これにより、感光体１上に潜像が形成される。感光体１上に形成された潜像は、現像領域Ａ１において、現像装置４により帯電したトナーを付着させることで現像され、トナー像となる。一方、転写紙２０は図示しない給紙搬送装置で給紙搬送され、レジストローラ７により所定のタイミングで感光体１と転写装置５とが対向する転写部に送り込まれる。そして転写装置５により、転写紙２０に感光体１上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体１上に形成されたトナー像が転写紙２０に転写される。次いで、転写紙２０は、感光体１から分離され、図示しない定着装置に送られ転写紙２０にトナー像が定着された後、転写紙２０が機外に排出される。
【００１６】
転写装置５でトナー像が転写紙２０に転写された後の感光体１の表面は、クリーニング装置６のクリーニングブレード６０１でクリーニングされ、感光体１上に残ったトナーが除去される。
【００１７】
［実施例１］
図２は、本プリンタの現像装置周辺の概略構成図である。本プリンタに用いられる現像装置４は、現像剤収容部であるケーシング４０１内に収容されたトナーとキャリアとからなる現像剤を現像剤担持体としての現像ローラ４０２で担持して、感光体１に対して現像を行う二成分現像方式の現像装置である。現像ローラ４０２はケーシング４０１の支持部に回転軸が回転可能に軸支されており、図示しない駆動装置によって図中時計回りに回転させることができる。
【００１８】
現像領域Ａ１における感光体表面と現像ローラ表面との最近接部の距離である現像ギャップは、３００［μｍ］に設定されているが適宜、現像条件に応じて調整され得るものである。
【００１９】
本実施例では、現像バイアスとして図示しない電源によりＡＣバイアスを含む電圧が現像ローラ４０２に印加されており、現像領域Ａ１における現像ローラ４０２と感光体１との間に潜像と現像バイアスとの電位差により現像電界として電界の向きが周期的に変化するＡＣ電界が形成される。そして、その現像電界により現像ローラ４０２上のトナーが感光体１上の潜像に付着することで潜像が現像され顕像化される。
【００２０】
現像ローラ４０２は、非磁性で直径がφ１８［ｍｍ］の円筒状のステンレス鋼製スリーブで構成されており、内部に５つの磁石部材４０７が配設されている。各磁石部材４０７は、現像ローラ４０２内で回転しないように固定配置されており、現像剤が現像ローラ４０２上の所定箇所を通過するときにその箇所に対応した磁石部材４０７から磁力が作用するようになっている。
【００２１】
現像ローラ４０２の表層はサンドブラスト等であらし、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は１０［μｍ］〜３０［μｍ］程度の範囲が良好であり、これより粗くなると現像剤の保持量が極端に増加して現像剤落ち等の問題が発生する。また表面粗さＲｚが１０［μｍ］を下回ると現像剤を確実に搬送できなくなってしまう場合もあり、そのときは十分な現像剤量が保持できず、結果的には現像剤汲み上げ量不足から現像能力低下をきたして目標とする画像濃度を得ることができなくなる。現像ローラ４０２の表面は適宜、溝を形成したり特定の粒子を付着させたりする等の構成もあり、サンドブラストに限定するものではない。
【００２２】
現像ローラ４０２に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０４による規制箇所から現像ローラ４０２の回転方向にＮ極（磁極Ｎ１）、Ｓ極（磁極Ｓ１）、Ｎ極（磁極Ｎ２）、Ｓ極（磁極Ｓ２）、Ｓ極（磁極Ｓ３）の５つの磁極を配置している。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図２の構成に限定されるものではなく、現像ローラ４０２の周囲の規制ブレード４０４等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。
【００２３】
磁石部材４０７の磁力により、現像ローラ４０２上にトナーと磁性キャリアとからなる現像剤がブラシ状に担持される。そして、現像ローラ４０２上の磁気ブラシ中のトナーは、磁性キャリアと混合されることで規定の帯電量を得る。図２に示した現像装置４において、現像ローラ４０２に担持されている一部の現像剤以外は図示を省略しているが、ケーシング４０１内に設けられた攪拌搬送部材４０５，４０６や現像ローラ４０２の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナーに比較的小粒径の磁性キャリアとの摩擦帯電により電荷が付与される。この現像ローラ４０２上のトナーの帯電量としては、−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【００２４】
本実施形態では規制ブレード４０４と現像ローラ４０２との間の最近接部における間隔が３００［μｍ］に設定され、また規制ブレード４０４に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０４との対向位置よりも現像ローラ４０２の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤の循環流を容易に形成することができる。
【００２５】
規制ブレード４０４は、現像剤の量を規制するように現像ローラ４０２上に形成された磁気ブラシと現像ローラ４０２との対向部で接触し、所定量の現像剤が担持搬送されるようにしている。
【００２６】
このようにして、現像ローラ４０２内の磁石部材４０７により現像剤が現像ローラ４０２の周りに担持搬送されていき、トナーが現像に用いられる。本実施形態では感光体１の回転方向と現像ローラ４０２の回転方向とが異なるため、比較的大きな線速差により現像が行われる。また、感光体１と現像ローラ４０２間にＡＣバイアスを印加することで電界の向きが時間変化するので現像剤からトナーが往復動を含め運動して現像が完了される。
【００２７】
ここで、前述したように現像領域Ａ１における感光体１と現像ローラ４０２との最近接部の間隔である現像ギャップは３００［μｍ］であり、現像領域Ａ１の面積は現像の有効幅を３２０［ｍｍ］として３３０［ｍｍ］（幅）×５［ｍｍ］（長さ）である。また、前述したように現像領域Ａ１では感光体１と現像ローラ４０２との間に現像電界としてＡＣ電界を形成させる。具体的には現像ローラ４０２に、予め設定された現像バイアスの値と同等のＤＣ電圧と、ピーク・ツー・ピーク電圧０．１［ｋＶ］〜０．８［ｋＶ］程度のＡＣバイアスとが印加される。波形は矩形波が良好で周波数は３［ｋＨｚ］〜１２［ｋＨｚ］の範囲である。Ｄｕｔｙは２０［％］から４５［％］が良好である。なお、これらの条件は適宜トナーの特性や現像ローラ４０２の特性等に応じて調整すれば良い。
【００２８】
ここで、トナーは電荷を保持しているため、感光体１と現像ローラ４０２との間に現像電界としてＡＣ電界が形成されると、そのＡＣ電界の時間的に変化する電界の向きに応じてトナーが感光体１と現像ローラ４０２との間を往復動を行うので現像ローラ４０２から離脱し易くなる。このように離脱したトナーは、現像ローラ４０２上で搬送されている現像剤に接触し現像剤中に取り込まれることで回収され、次回以降の現像に使用されることとなる。
【００２９】
現像剤中のトナーは十分に帯電しているため現像剤中のキャリアに付着するが被覆率としてかなり高い状態にある。その状態で現像ローラ４０２上に担持された現像剤は、現像ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、現像領域Ａ１に形成された現像電界によって感光体１上の潜像にトナーが選択的に付着して潜像が現像される。
【００３０】
次に、上記構成の現像装置４の動作を説明する。
現像装置４において、ケーシング４０１内にはトナーとキャリアとが混合された現像剤が収容されており、攪拌搬送部材４０５，４０６や現像ローラ４０２の回転力、並びに、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナーにキャリアとの摩擦帯電により電荷が付与される。
【００３１】
一方、現像ローラ４０２上に担持された現像剤は規制ブレード４０４によって現像剤量が規制される。その後、現像ローラ４０２上に担持された現像剤は、現像ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、現像バイアスで形成された現像電界により、感光体１上の潜像に選択的に付着し、潜像が現像される。なお、本プリンタでは、ベタ部でトナー付着量が０．４［ｍｇ／ｃｍ２］で帯電量が平均で−３１［μＣ／ｇ］となっていた。
【００３２】
本現像方法に用いるトナーは、高画質画像を実現するために、トナーの平均粒径が４［μｍ］〜８［μｍ］であることが有利である。重量平均粒径３［μｍ］未満では長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が発生する。また重量平均粒径が８［μｍ］を超える場合では１００［μｍ］以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散り等が発生した場合に画像品位が劣る傾向となる。
【００３３】
次に、本実施形態で用いるトナーの詳細を以下に示す。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなど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−ビニルナフタリン共重合体、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−クロロ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−ビニルメチルエーテル共重合体、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など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、ポリ酢酸ビニル等がある。
【００３４】
ポリエステル樹脂としては以下のＡ群に示したような２価のアルコールと、Ｂ群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにＣ群に示したような３価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
【００３５】
Ａ群：エチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４ブテンジオール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（２，０）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等。
【００３６】
Ｂ群：マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
【００３７】
Ｃ群：グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の３価以上のカルボン酸等。ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と２価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に１個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に２個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【００３８】
本発明で用いる顔料としては以下のものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
【００３９】
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキが挙げられる。
【００４０】
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダンスレンブリリアントオレンジＧＫが挙げられる。
【００４１】
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂが挙げられる。
【００４２】
紫色顔料としては、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
【００４３】
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーＢＣが挙げられる。
【００４４】
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ等がある。
【００４５】
これらは１種または２種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本発明では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【００４６】
本実施形態のトナーには電荷制御剤をトナー粒子内部に配合（内添）している。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本実施形態では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【００４７】
また、本実施形態におけるトナーには定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は６５〜９０℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラ温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【００４８】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を２種以上混合した物でも良い。
【００４９】
樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度（Ｔｇ）において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のＴｇや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Ｔｇ低下に伴う保存性の低下はない。また、低分子量化に伴う高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【００５０】
なお、トナー粒子の円形度はフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００（東亜医用電子株式会社製）により平均円形度として計測した。
【００５１】
また、前述したように本実施形態のトナーは流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させる。この無機微粉体の平均粒径は１０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］が適している。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００５２】
本実施形態の無機微粉体としてはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物が挙げられる。これらのうち二酸化珪素（シリカ）、二酸化チタン（チタニア）、アルミナの微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。
【００５３】
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
【００５４】
無機微粉体はトナーに対して０．１〜２［重量％］使用されるのが好ましい。０．１［重量％］未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２［重量％］を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【００５５】
また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は１０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］の小さい粒径のものが最適である。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００５６】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン（登録商標）粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
【００５７】
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製するスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【００５８】
トナーの抵抗調整は導電性材料の含有、分散による行う。材料はカーボン系ではアセチルブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、炭素繊維、黒鉛等を上げる事ができる。また金属系では酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｃｕ，Ｎｉ等の金属粉末がある。これを適宜トナーバインダ樹脂に分散する事で抵抗調整が可能である。
【００５９】
＜磁性キャリアの作製方法＞
磁性キャリアは鉄、クロム、ニッケル、コバルト、亜鉛、銅、などの金属、或いはそれらの化合物や合金、例えばγ−酸化第二鉄、二酸化クロム、酸化マンガン、フェライトといった強磁性体や常磁性体の球形化された粒子、又はそれら磁性体粒子表面をシリコーン樹脂、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステルなどの樹脂で球状に被覆するか、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂や脂肪酸ワックスの球形粒子をつくるかして得られた粒子を用いる。これは、樹脂を芯材として内部に磁性体微粒子を分散するもので、磁性体粒子が芯材になるものと比較して比重が小さくなる。そのため、現像剤担持体である現像ローラ４０２内に配置される磁石部材４０７の磁束密度を低減することが可能等、搬送時の制御が容易になる。
【００６０】
＜キャリア製造例＞
湿式法により作成したマグネタイト１００重量部に対してポリビニルアルコール２重量部、水６０重量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。さらに、この中に低抵抗粒子として、粒径８０［ｎｍ］の鉄やＳＵＳ等の金属粒子の表面に、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料であるシリコーン樹脂をコーティングして被覆層が形成され、低抵抗粒子全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下であるものを１０重量部混合する。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径３８［μｍ］の球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で１０００［°Ｃ］の温度で３時間焼成後冷却し核体粒子１を得た。なお、粒径の平均は個数平均である。
【００６１】
金属粒子の表面に被覆層としてコーティングする体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料としては、他にポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等を挙げることができ、一般的なコート材を用いることができる。
【００６２】
なお、金属粒子の表面に被覆する被覆層の体積固有抵抗は、１０１２［Ω・ｃｍ］以上１０１６［Ω・ｃｍ］以下であり、これにより地汚れの抑制やキャリア付着の抑制が期待できる。また、金属粒子の粒径は２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下である。金属粒子の粒径が２０［ｎｍ］よりも小さいとキャリア単体の磁化量が少なくなり、磁石で制御しづらくなる。
【００６３】
シリコーン樹脂溶液：１００重量部
トルエン：１００重量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：６重量部
カーボンブラック：１０重量部
【００６４】
上記混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液を調整した。この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて核体粒子１を１０００重量部の表面にコーティングして、実施例１の磁性キャリアとしてシリコーン樹脂被覆キャリアを得た（図３）。
【００６５】
すなわち、図３に示した実施例１の磁性キャリアは、芯材が磁性体であるマグネタイトからなり、その芯材の表面に表面にシリコーン樹脂でコート層が成されている。そして、マグネタイト言い換えれば磁性体からなる芯材中に、前述したような表面に被覆層が形成された鉄やＳＵＳ等の金属粒子が分散されている。なお、前記芯材としては、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、亜鉛、銅、などの金属、或いはそれらの化合物や合金、例えばγ−酸化第二鉄、二酸化クロム、酸化マンガン、フェライトといった強磁性体や常磁性体の球形化された粒子を用いても良い。
【００６６】
また、実施例１の磁性キャリアの特性は以下の通りであった。なお、この磁性キャリア全体の体積固有抵抗や誘電率については、測定方法とともに後で示す。
・平均粒径：３８［μｍ］
・飽和磁化：６０［ｅｍｕ／ｇ］
【００６７】
ここで、磁性キャリア中に混ぜる粒径８０［ｎｍ］の低抵抗粒子の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］を越えると、その粒子の誘電率が減少するため、磁性キャリア全体の誘電率も減少し、その結果、現像能力の低下を招いてしまうので好ましくない。また、低抵抗粒子の体積固有抵抗の下限値としては０より大きければよい。
【００６８】
次に、磁性キャリアの抵抗や誘電率の測定方法を説明する。
まず、図４を用いて磁性キャリアの抵抗の測定方法について説明する。磁性キャリア１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層がシリコーン樹脂等で被覆されたものである。磁性キャリア１１の粒径としては、２０〜５０［μｍ］の範囲が好適である。また、磁性キャリア１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０１０［Ω］〜１０１４［Ω］の範囲が好適であり、体積固有抵抗で１０１２［Ω・ｃｍ］以上が良く、特に体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］以上が好適である。磁性キャリアの体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］以上であることで、高い現像ポテンシャルでもリークが発生し難く、大きな電界強度の現像電界を形成することができるので、その分、現像能力を向上させることができる。なお、磁性キャリの体積固有抵抗の上限値は、１０１５［Ω・ｃｍ］とする。
【００６９】
図４に示す測定装置を用いて、磁性キャリア１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定を次のように行った。まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０［ｍｍ］の回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５［ｍｍ］及び長さＬ＝０．５〜１［ｍｍ］の対向面積を有する対向電極（規制ブレード）２０２を、ギャップｇ＝０．９［ｍｍ］で対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００［ｒｐｍ］（線速６２８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性キャリア１１を所定量（１４［ｇ］）だけ担持させ、スリーブ２０１の回転により磁性キャリアを１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＩＩ［Ａ］を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００［Ｖ］から鉄粉キャリアでは数［Ｖ］）の印加電圧Ｅ［Ｖ］を５分間印加する。本実施形態では印加電圧Ｅとして２００［Ｖ］を印加した。そして、印加電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＱ［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの測定結果から、数１を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
【００７０】
【数１】
【００７１】
こうして得られた実施例１の磁性キャリアのダイナミック抵抗ＤＲの値は５×１０１２［Ω］の範囲であった。
【００７２】
このようにして求めたダイナミック抵抗ＤＲを、スリーブ表面と対向電極（規制ブレード）間のギャップｇの大きさから所定の演算式により体積固有抵抗に換算することで、本実施形態においては、磁性キャリアの体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であった。
【００７３】
また、低抵抗粒子の体積固有抵抗の測定方法は、図４で示した測定装置を用いて行う前述した磁性キャリア全体の体積固有抵抗の測定方法と同様の測定方法で行う。
【００７４】
次に、図５に示す測定装置を用いて磁性キャリア１１の誘電率の測定を行うことができ、基本的な装置構成は図４に示した磁性キャリア１１の抵抗を測定する測定装置と略同じであるが、図４に示した測定装置で用いた電流計２０３に替えて誘電率を測定する誘電率測定器２０６を設け、スリーブ２０１には直流電源２０４に替えて交流電源２０７でＡＣバイアスを印加する。測定方法としてはスリーブ２０１の回転を停止させ、交流電源２０７によってスリーブ２０１にＡＣバイアスを印加し、誘電率測定器２０６として日置電機社製 ＬＣＲハイテスタ ３５３２（シリアル番号 ２００１−０３４０７７１）を使用することで、スリーブ２０１と対向電極２０２との間に挟まれた磁性キャリア１１の誘電率を測定することができる。
【００７５】
このようにして実施例１の磁性キャリアの誘電率を測定したところ誘電率１７となった。これにより、実施例１の磁性キャリアにおいては、高抵抗と高誘電率との状態を達成できたこととなる。なお、磁性キャリアの誘電率の最適な範囲は１０から２０程度である。
【００７６】
図６は、実施例１の磁性キャリアを用いた現像剤と従来の磁性キャリアである比較例１の磁性キャリアを用いた現像剤とにおける現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示したグラフである。比較例１の磁性キャリアは、金属粒子を混合せずに核体粒子を形成した以外は、実施例１の磁性キャリアの製造方法と同様の製造方法で作製した。なお、比較例１の磁性キャリアとしては体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］以上であり誘電率３のものを用いた。表１に、実施例１の磁性キャリアと比較例１の磁性キャリアとの体積固有抵抗と誘電率とを示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】
実施例１の磁性キャリアを用いた現像剤では、比較例１の磁性キャリアよりも磁性キャリアの誘電率が高いことにより、誘電率に起因するエッジ効果（図６に示したトナー付着量）が比較例１の磁性キャリアよりも低減し、且つ、現像能力が向上している。そのため、小径ドット潜像を含め、高い品質の画像を得ることができる。また、実施例１の磁性キャリアと比較例１の磁性キャリアとのどちらにおいても、体積固有抵抗がキャリア付着の発生を低減できる程度に十分高いため、キャリア付着等の画質に対する悪影響を低減することが可能となる。
【００７９】
ここで、感光体１と現像ローラ４０２との現像ニップのニップ幅をＮ、感光体線速をｖＰとすると、現像領域Ａ１で感光体１上の潜像が現像ローラ４０２に担持された現像剤によって現像し終えるまでに、感光体１の表面が現像ローラ４０２上の現像剤層と接触する時間はＮ／ｖＰとなる。この時間に対して周波数ｆのＡＣバイアスの一周期の時間の比率が、ＡＣ電界の磁界の向きが変化する回数である交番回数となり、数２で求めることができる。
【００８０】
【数２】
【００８１】
また、過去の検討結果から感光体１の回転線速に対するＡＣバイアス（矩形波）の最適な周波数が表２に示すように得られている。
【００８２】
【表２】
【００８３】
図７に示すグラフは、感光体線速による周波数の最適点の比較を表したものであり、縦軸はライン／ベタのトナー付着特性の比較で特定ポテンシャルでの両者のトナー付着量の比率である。なお、通常ラインの方が多く、比率が１に近づくほど良いと考えられる。この結果より感光体線速に依存して、ある特定の周波数で最適な状態が得られることが分かり、その最適な状態が得られる場合の感光体線速と周波数との関係を図８に示している。
【００８４】
ＡＣ電界の交番回数によって、トナーのキャリアに対する付着力を低減させることができ、その結果、現像を促進させることが可能となる。また、トナーがＡＣ電界の交番に追従して現像ローラ４０２と感光体１との間を往復移動することで潜像に対するとトナーの付着状態が整ってくると考えることができる。このことから、高品質の画像を得るために必要なＡＣ電界の交番回数を決めることが重要である。
【００８５】
本実施形態では感光体１と現像ローラ４０２との現像ニップの感光体回転方向におけるニップ幅Ｎが４［ｍｍ］であり、表２に示された感光体線速と最適な周波数の関係から、数２を用いて計算すると、感光体線速が２００［ｍｍ／ｓ］と４００［ｍｍ／ｓ］との場合にはＡＣ電界の必要な交番回数が８０［回］となり、感光体線速が７００［ｍｍ／ｓ］の場合にはＡＣ電界の必要な交番回数が６３［回］となる。
【００８６】
具体的な特性は、ライン潜像の現像γとソリッド潜像の現像γとがほぼ一致するもので高品質の画像を得ることが可能になる。これにより、６３［回］以上の交番回数により前記特性が向上したことから数３の関係を提示することができる。
【００８７】
【数３】
【００８８】
なお、使用される現像装置が本実施形態の構成とは異なり、１段、２段現像も加わっても、感光体線速と最適な周波数との関係が一定になることから、それぞれの効果が大きいものと考えられる。
【００８９】
［実施例２］
本実施例においては、実施例１で説明した種々の構成に加えて、現像ローラ４０２を振動させて現像ギャップを変化させる現像ギャップ変化装置を備えている。
【００９０】
現像剤は、先にも述べたように現像ローラ内部の磁石部材４０７からの磁力や現像ローラ表面の摩擦係数などにより現像ローラ４０２上に担持されながら搬送される。
【００９１】
ここで、本実施例では、現像ローラ４０２を振動させて感光体１に対する現像ローラ４０２の距離が近づく状態を作り、感光体１と現像ローラ４０２との距離を近づかせることで現像電界の電界強度を増加させて現像能力を向上させようとするものである。
【００９２】
現像ギャップ変化装置では、図９に示すようにＡＣ電源５０３に接続されたコイル５０２を棒状のフェライト材料５０１の周りに、コイル５０２内でフェライト材料５０１が軸方向で変位可能なように巻いて電磁石を作り、フェライト材料５０１の一端を現像装置４のケーシング４０１の壁部５０４に接続させている。そして、ＡＣ電源５０３からコイル５０２にＡＣバイアスに印加することで、コイル５０２内に発生する磁界の向きの周期的な変化に応じてフェライト材料５０１が軸方向に往復運動して、現像装置４のケーシング４０１を振動させる。このように現像装置４のケーシング４０１を振動させることにより、ケーシング４０１の支持部で回転軸が支持された現像ローラ４０２を振動させることができる。
【００９３】
このようにして、現像ローラ４０２を振動させることにより、最大現像ギャップを３００［μｍ］として、感光体１と現像ローラ４０２との間の距離を時間で変化させる。
【００９４】
なお、現像ローラ４０２に振動を付与する構成はこれに限ることは無く、ピエゾ材料に電圧を印加して得られる振動でも良く、振幅と周波数とが必要範囲で制御できれば採用することができる。
【００９５】
図１０は、現像ポテンシャルが１．６４［ｍｇ／ｃｍ２／ｋＶ］で同じ場合における現像ギャプの振動周波数によるトナー付着量の変化を示したものである。本実施例のように現像ギャップを所定周期で変化させることで、図１０に示すように、現像ポテンシャルが１．６４［ｍｇ／ｃｍ２／ｋＶ］と同一であっても周波数２［ｋＨｚ］で他の周波数よりも現像量が増加していることが分かる。ちなみに、現像ギャップが３００［μｍ］と１５０［μｍ］との間で変化するように現像ローラ４０２を振動させることで、現像ギャップが平均的に２２５［μｍ］となり、全体として現像γの傾きが増加している。
【００９６】
ここで、本実施例においても、磁性キャリアの抵抗を１０１２［Ω・ｃｍ］以上に設定しており、磁性キャリア内部に複数の低抵抗粒子を有するため誘電率が高くなっている。その効果により現像領域Ａ１におけるエッジ効果が低減させることができる。また、磁性キャリアの抵抗が十分高いので磁性キャリアへの電荷注入による感光体１へのキャリア付着を抑制することが可能で、電界の形成範囲を狭めることがないので条件設定が容易に行うことができる。
【００９７】
［実施例３］
実施例３の磁性キャリアは、樹脂からなる芯材の内部に磁性体微粒子を分散したものであり、誘電率が１７で体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］である。そして、比較例２の磁性キャリアとして、誘電率が４で体積固有抵抗が１０１０［Ω・ｃｍ］の磁性キャリアを用いて、両者の特性を比較評価した。
【００９８】
［磁性キャリアの製造方法］
まず、実施例３の磁性キャリアの製造方法について説明する。
【００９９】
アクリル樹脂溶液：２１．０部（日立化成工業社製、ヒタロイド２４５０、固形分５０［重量％］）
グアナミン溶液（固形分７０［重量％］：６．４部
アルミナ粒子（０．３［μｍ］、固有抵抗１０１４［Ω・ｃｍ］）：１２０部
トルエン：６６５部
ブチルセロソルブ：６６５部
【０１００】
これらの混合物をホモミキサーで１０分間分散し、アクリル樹脂溶液を得た。
【０１０１】
シリコン系樹脂溶液：６３．９部（固形分２３［重量％］、ＳＲ２４１０、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）
アミノシラン：０．３部（固形分１００［重量％］、ＳＨ６０２０、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）
【０１０２】
これらの混合物を容器内でアジテータにより５分間分散し、得られたシリコン溶液と、表層をシリコン樹脂でコートしたカーボンブラック（Ｂｌａｃｋ Ｐｅｒｉｓ ２０００、ＣＡＢＯＴ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）４．６部を、前記アクリル樹脂溶液の入ったホモミキサーに投入し、更に１０分間分散する。これにより、カーボンブラックが被覆樹脂全体に分散した被覆膜形成溶液を得ることができ、膜厚０．１５［μｍ］となるようにスピラコーター（岡田精工社製）により塗布し乾燥した。
【０１０３】
得られたキャリアを電気炉中に１５０［℃］で１時間放置して焼成した。冷却後、フェライト粉バルクを目開き１０６［μｍ］の篩を用いて解砕しキャリアとした。
【０１０４】
次に、実施例３の磁性キャリアを含む現像剤と、比較例２の磁性キャリアを含む現像剤とをそれぞれ図１に示したプリンタの現像装置４に投入して画像形成を行った場合の画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲について、図１１を用いて説明する。なお、現像剤中の磁性キャリア以外の成分は両者で同じである。
【０１０５】
図中の白抜きの四角形が実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合におけるキャリア付着量を示しており、白抜きの菱形が比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合におけるキャリア付着量を示している。また、塗り潰した四角形が実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合における画像濃度を示しており、塗り潰した菱形が比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合における画像濃度を示している。そして、画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲は、実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合が範囲Ａであり、比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合が範囲Ｂである。
【０１０６】
なお、画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲とは、画像濃度ＩＤが１．５以上であり、且つ、キャリア付着が１００［個／Ａ３サイズ］以下を満たす現像ポテンシャルの幅のことである。
【０１０７】
誘電率が４で体積固有抵抗が１０１０［Ω・ｃｍ］である比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合では、誘電率が１７で体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］である実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合と比較して、実使用可能な現像ポテンシャル幅が狭く、経時、環境を踏まえた画像形成条件が狭くなる。一方、実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合では、実使用可能な現像ポテンシャル幅が比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合よりも広くなることで、経時、環境を踏まえた画像形成条件が柔軟性に富むようになる。
【０１０８】
すなわち、磁性キャリアの誘電率が高く、且つ、体積固有抵抗が比較的高いと、使用可能な現像ポテンシャルの範囲が広がることで、光量調整を含めたデジタルγの調整幅が広がるなど、より適切に画像を形成することが可能となる。
【０１０９】
以上、本実施形態によれば、表面に潜像を担持する像担持体である感光体１と、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部であるケーシング４０１と、磁界を発生させる磁界発生手段である磁石部材４０７が内部に設けられ表面上に現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体である現像ローラ４０２と、を有する現像手段である現像装置４と、現像ローラ４０２に現像バイアスを印加して感光体１と現像ローラ４０２との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段である電源とを有し、感光体１上の潜像を、現像ローラ４０２上に担持された現像剤中のトナーを用いて前記現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、前記現像電界発生手段である電源は現像ローラ４０２にＡＣバイアスを印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることで、前述したように、磁性キャリアの誘電率が増加してエッジ効果を低減させることができるとともに、磁性キャリアの抵抗がキャリア付着の発生を低減できる程度に十分高いため、キャリア付着等の画質に対する悪影響を低減することが可能となる。また、現像能力が向上するため、小径ドット潜像を含め、高い品質の画像を得ることができる。
また、本実施形態によれば、磁性キャリアは樹脂に磁性体微粒子を分散させて形成したものであることで、磁性粒子が磁性キャリアの芯材になるものと比較して比重が小さくなる。そのため、現像剤担持体である現像ローラ４０２内に配置される磁石部材４０７の磁束密度を低減することが可能等、搬送時の制御が容易になる。
また、本実施形態によれば、感光体１の線速に応じて所定期間内に一定数以上の交番回数が前記ＡＣ電界で得られるのように、前記ＡＣバイアスの周波数範囲を変化させることで、感光体線速に応じて現像領域Ａ１中における感光体１と現像ローラ４０２との間でのトナーの往復移動回数を一定化できるので、現像能力を維持することができる。
また、本実施形態によれば、ＡＣバイアスの周波数をｆ［ｋＨｚ］、感光体１の線速をｖＰ［ｍｍ／ｓ］、及び、感光体１と現像ローラ４０２とで形成される現像ニップの感光体回転方向の幅であるニップ幅をＮ［ｍｍ］とすると、ｆ≧６３×ｖＰ／Ｎの関係を満たすことで、ＡＣ電界によるトナーの往復運動が十分得られるので、感光体１上の潜像へのトナー付着が整えられるため画像品質が向上する。
また、本実施形態によれば、感光体１と現像ローラ４０２との間隔である現像ギャップを所定周期で変化させる現像ギャップ変化手段である現像ギャップ変化装置を有することで、現像ギャップ変化装置で現像ローラ４０２を振動させて現像ギャップを周期的に変化させることで、感光体１に対して現像ローラ４０２が近づく状態を作り、感光体１と現像ローラ４０２との距離が近づくことにより現像電界の電界強度を増加させて現像能力を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、磁性キャリア全体の体積固有抵抗を１０１４［Ω・ｃｍ］以上に設定することで、高い現像ポテンシャルでもリークが発生し難く、大きな電界強度の現像電界を形成することができるので、その分、現像能力を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
７ レジストローラ
１１ 磁性キャリア
２０ 転写紙
２００ 台座
２０１ スリーブ
２０２ 対向電極
２０３ 電流計
２０４ 直流電源
２０６ 誘電率測定器
２０７ 交流電源
４０１ ケーシング
４０２ 現像ローラ
４０４ 規制ブレード
４０５ 攪拌搬送部材
４０６ 攪拌搬送部材
４０７ 磁石部材
５０１ フェライト材料
５０２ コイル
５０３ ＡＣ電源
５０４ 壁部
６０１ クリーニングブレード
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開平１０−２３９９１４号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置及びその画像形成装置で用いられる画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の画像形成装置においては、像担持体である感光体上に形成された潜像を現像するために、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式などが採用されている（特許文献１など）。この方式による現像装置は、通常、内部に複数の磁極が設けられ回転可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像ローラを有し、この現像ローラ表面に現像剤を保持して感光体と現像ローラとの対向領域である現像領域に現像剤を搬送し、感光体上の潜像をトナーにより現像を行うものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の現像装置による現像プロセスでは、いわゆる「エッジ効果」と呼ばれる現象が発生しやすく、細線、小径ドットや、ベタ画像の輪郭部分に、トナーが過剰に付着してしまう場合が多かった。その結果、細線や小径ドットの太りがなく、感光体上の潜像を忠実に再現して均一性に優れた画像を形成することが難しかった。
【０００４】
このようなエッジ効果は、磁性キャリアの抵抗を小さくし誘電率を大きくすることで低減させることが可能である。また、低抵抗の磁性キャリアを用いることで、現像剤全体の電気抵抗を下げ現像電界の強度を大きくすることにより現像能力の向上を図ることもできる。
【０００５】
通常、磁性キャリアは磁気力により現像ローラ上に保持されているが、同時に静電誘導或いは電荷注入による電荷が磁性キャリアに存在し、感光体上の電荷との間に静電力が働いている。特に、磁性キャリアの電気抵抗が小さくなるほど静電誘導や電荷注入により前記静電力が大きくなる。そのため、磁性キャリアの電気抵抗を小さくし過ぎると、磁性キャリアと感光体との間で生じる静電力が、磁性キャリアと現像ローラとの間で生じる磁気力に打ち勝って、磁性キャリアが感光体上に付着するキャリア付着が発生しやすくなるといった問題が生じる。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、キャリア付着を抑えつつエッジ効果を低減し且つ現像能力を向上させることができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面に潜像を担持する像担持体と、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界を発生させる磁界発生手段が内部に設けられ表面上に前記現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像手段と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、前記像担持体上の潜像を、該現像剤担持体上に担持された現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、前記現像電界発生手段は前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記磁性キャリアは樹脂に磁性体微粒子を分散させて形成したものであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記像担持体の線速に応じて所定期間内に一定数以上の交番回数が上記ＡＣ電界で得られるのように、上記ＡＣバイアスの周波数範囲を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成形成装置において、上記ＡＣバイアスの周波数をｆ［ｋＨｚ］、上記像担持体の線速をｖＰ［ｍｍ／ｓ］、及び、前記像担持体と上記現像剤担持体とで形成される現像ニップの像担持体回転方向の幅をＮ［ｍｍ］とすると、ｆ≧６３×ｖＰ／Ｎの関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記像担持体と上記現像剤担持体との間隔である現像ギャップを所定周期で変化させる現像ギャップ変化手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、磁性キャリア全体の体積固有抵抗を１０１４［Ω・ｃｍ］以上に設定したことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、現像手段内に収容されたトナーと磁性キャリアとからなる現像剤を現像剤担持体に担持させ、現像剤担持体に担持された現像剤を予め潜像が形成された像担持体へ近接させることで、現像電界発生手段によって前記現像剤担持体に現像バイアスを印加し前記像担持体と前記現像剤担持体との間に発生させた現像電界により、前記現像剤を像担持体上の潜像に付着させて現像する現像工程を有する画像形成方法において、前記現像電界発生手段により前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを前記現像剤担持体に印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させ、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を内部に複数含有し、自身全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上である磁性キャリアを用いることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、現像電界発生手段により現像電界としてＡＣ電界を発生させ、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることで、後述するように、磁性キャリアの誘電率が増加してエッジ効果を低減させることができるとともに、磁性キャリアの抵抗が十分に高いためキャリア付着等の画質に対する悪影響を低減することが可能となる。また、現像能力が向上するため、小径ドット潜像を含め、高い品質の画像を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、キャリア付着を抑えつつエッジ効果を低減し且つ現像能力を向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】本プリンタの現像装置周辺の概略構成図。
【図３】磁性キャリアの模式図。
【図４】磁性キャリアの抵抗測定法の説明に用いる図。
【図５】磁性キャリアの誘電率測定法の説明に用いる図。
【図６】実施例１の磁性キャリアを用いた現像剤と比較例１の磁性キャリアを用いた現像剤とにおける現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示したグラフ。
【図７】感光体線速による周波数の最適点の比較を表したグラフ。
【図８】感光体線速と周波数との関係を示したグラフ。
【図９】現像ギャップ変化装置の概略構成図。
【図１０】現像ギャップの振動周波数によるトナー付着量の変化を示すグラフ。
【図１１】磁性キャリアの体積固有抵抗による画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更や修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更や修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１２】
本発明を、画像形成装置としての電子写真式レーザプリンタ（以下「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。
【００１３】
まず、図１を用いて、本実施形態に係るプリンタの全体の概略構成について説明する。このプリンタは、像担持体としてのドラム状の感光体１の周辺に、感光体１の表面を一様帯電する帯電装置２、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を感光体１に照射する露光装置３、感光体１に形成された潜像に対し現像ローラ４０２上の帯電トナーを付着させることでトナー像を形成する現像装置４、感光体１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙２０に転写する転写装置５、転写後に感光体１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６等が順に配設されている。また、感光体１上に潜像を形成する潜像形成手段は、帯電装置２及び露光装置３により構成されている。また、図示しない給紙トレイ等から転写紙を給紙搬送する図示しない給紙搬送装置と、転写装置５で転写されたトナー像を転写紙２０に定着する図示しない定着装置とが備えられている。
【００１４】
なお、上記プリンタを構成する複数の装置の一部は、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物（ユニット）として構成してもよい。例えば、感光体１と帯電装置２と現像装置４とクリーニング装置６とを、プリンタ本体に対して着脱可能に、一体構造物である画像形成プロセスユニットとして構成してもよい。
【００１５】
上記構成のプリンタにおいて、矢印ａ方向に回転する感光体１の表面は、帯電装置２で一様帯電された後、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線が感光体軸方向にスキャンされて照射される。これにより、感光体１上に潜像が形成される。感光体１上に形成された潜像は、現像領域Ａ１において、現像装置４により帯電したトナーを付着させることで現像され、トナー像となる。一方、転写紙２０は図示しない給紙搬送装置で給紙搬送され、レジストローラ７により所定のタイミングで感光体１と転写装置５とが対向する転写部に送り込まれる。そして転写装置５により、転写紙２０に感光体１上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体１上に形成されたトナー像が転写紙２０に転写される。次いで、転写紙２０は、感光体１から分離され、図示しない定着装置に送られ転写紙２０にトナー像が定着された後、転写紙２０が機外に排出される。
【００１６】
転写装置５でトナー像が転写紙２０に転写された後の感光体１の表面は、クリーニング装置６のクリーニングブレード６０１でクリーニングされ、感光体１上に残ったトナーが除去される。
【００１７】
［実施例１］
図２は、本プリンタの現像装置周辺の概略構成図である。本プリンタに用いられる現像装置４は、現像剤収容部であるケーシング４０１内に収容されたトナーとキャリアとからなる現像剤を現像剤担持体としての現像ローラ４０２で担持して、感光体１に対して現像を行う二成分現像方式の現像装置である。現像ローラ４０２はケーシング４０１の支持部に回転軸が回転可能に軸支されており、図示しない駆動装置によって図中時計回りに回転させることができる。
【００１８】
現像領域Ａ１における感光体表面と現像ローラ表面との最近接部の距離である現像ギャップは、３００［μｍ］に設定されているが適宜、現像条件に応じて調整され得るものである。
【００１９】
本実施例では、現像バイアスとして図示しない電源によりＡＣバイアスを含む電圧が現像ローラ４０２に印加されており、現像領域Ａ１における現像ローラ４０２と感光体１との間に潜像と現像バイアスとの電位差により現像電界として電界の向きが周期的に変化するＡＣ電界が形成される。そして、その現像電界により現像ローラ４０２上のトナーが感光体１上の潜像に付着することで潜像が現像され顕像化される。
【００２０】
現像ローラ４０２は、非磁性で直径がφ１８［ｍｍ］の円筒状のステンレス鋼製スリーブで構成されており、内部に５つの磁石部材４０７が配設されている。各磁石部材４０７は、現像ローラ４０２内で回転しないように固定配置されており、現像剤が現像ローラ４０２上の所定箇所を通過するときにその箇所に対応した磁石部材４０７から磁力が作用するようになっている。
【００２１】
現像ローラ４０２の表層はサンドブラスト等であらし、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は１０［μｍ］〜３０［μｍ］程度の範囲が良好であり、これより粗くなると現像剤の保持量が極端に増加して現像剤落ち等の問題が発生する。また表面粗さＲｚが１０［μｍ］を下回ると現像剤を確実に搬送できなくなってしまう場合もあり、そのときは十分な現像剤量が保持できず、結果的には現像剤汲み上げ量不足から現像能力低下をきたして目標とする画像濃度を得ることができなくなる。現像ローラ４０２の表面は適宜、溝を形成したり特定の粒子を付着させたりする等の構成もあり、サンドブラストに限定するものではない。
【００２２】
現像ローラ４０２に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０４による規制箇所から現像ローラ４０２の回転方向にＮ極（磁極Ｎ１）、Ｓ極（磁極Ｓ１）、Ｎ極（磁極Ｎ２）、Ｓ極（磁極Ｓ２）、Ｓ極（磁極Ｓ３）の５つの磁極を配置している。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図２の構成に限定されるものではなく、現像ローラ４０２の周囲の規制ブレード４０４等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。
【００２３】
磁石部材４０７の磁力により、現像ローラ４０２上にトナーと磁性キャリアとからなる現像剤がブラシ状に担持される。そして、現像ローラ４０２上の磁気ブラシ中のトナーは、磁性キャリアと混合されることで規定の帯電量を得る。図２に示した現像装置４において、現像ローラ４０２に担持されている一部の現像剤以外は図示を省略しているが、ケーシング４０１内に設けられた攪拌搬送部材４０５，４０６や現像ローラ４０２の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナーに比較的小粒径の磁性キャリアとの摩擦帯電により電荷が付与される。この現像ローラ４０２上のトナーの帯電量としては、−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【００２４】
本実施形態では規制ブレード４０４と現像ローラ４０２との間の最近接部における間隔が３００［μｍ］に設定され、また規制ブレード４０４に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０４との対向位置よりも現像ローラ４０２の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤の循環流を容易に形成することができる。
【００２５】
規制ブレード４０４は、現像剤の量を規制するように現像ローラ４０２上に形成された磁気ブラシと現像ローラ４０２との対向部で接触し、所定量の現像剤が担持搬送されるようにしている。
【００２６】
このようにして、現像ローラ４０２内の磁石部材４０７により現像剤が現像ローラ４０２の周りに担持搬送されていき、トナーが現像に用いられる。本実施形態では感光体１の回転方向と現像ローラ４０２の回転方向とが異なるため、比較的大きな線速差により現像が行われる。また、感光体１と現像ローラ４０２間にＡＣバイアスを印加することで電界の向きが時間変化するので現像剤からトナーが往復動を含め運動して現像が完了される。
【００２７】
ここで、前述したように現像領域Ａ１における感光体１と現像ローラ４０２との最近接部の間隔である現像ギャップは３００［μｍ］であり、現像領域Ａ１の面積は現像の有効幅を３２０［ｍｍ］として３３０［ｍｍ］（幅）×５［ｍｍ］（長さ）である。また、前述したように現像領域Ａ１では感光体１と現像ローラ４０２との間に現像電界としてＡＣ電界を形成させる。具体的には現像ローラ４０２に、予め設定された現像バイアスの値と同等のＤＣ電圧と、ピーク・ツー・ピーク電圧０．１［ｋＶ］〜０．８［ｋＶ］程度のＡＣバイアスとが印加される。波形は矩形波が良好で周波数は３［ｋＨｚ］〜１２［ｋＨｚ］の範囲である。Ｄｕｔｙは２０［％］から４５［％］が良好である。なお、これらの条件は適宜トナーの特性や現像ローラ４０２の特性等に応じて調整すれば良い。
【００２８】
ここで、トナーは電荷を保持しているため、感光体１と現像ローラ４０２との間に現像電界としてＡＣ電界が形成されると、そのＡＣ電界の時間的に変化する電界の向きに応じてトナーが感光体１と現像ローラ４０２との間を往復動を行うので現像ローラ４０２から離脱し易くなる。このように離脱したトナーは、現像ローラ４０２上で搬送されている現像剤に接触し現像剤中に取り込まれることで回収され、次回以降の現像に使用されることとなる。
【００２９】
現像剤中のトナーは十分に帯電しているため現像剤中のキャリアに付着するが被覆率としてかなり高い状態にある。その状態で現像ローラ４０２上に担持された現像剤は、現像ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、現像領域Ａ１に形成された現像電界によって感光体１上の潜像にトナーが選択的に付着して潜像が現像される。
【００３０】
次に、上記構成の現像装置４の動作を説明する。
現像装置４において、ケーシング４０１内にはトナーとキャリアとが混合された現像剤が収容されており、攪拌搬送部材４０５，４０６や現像ローラ４０２の回転力、並びに、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナーにキャリアとの摩擦帯電により電荷が付与される。
【００３１】
一方、現像ローラ４０２上に担持された現像剤は規制ブレード４０４によって現像剤量が規制される。その後、現像ローラ４０２上に担持された現像剤は、現像ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、現像バイアスで形成された現像電界により、感光体１上の潜像に選択的に付着し、潜像が現像される。なお、本プリンタでは、ベタ部でトナー付着量が０．４［ｍｇ／ｃｍ２］で帯電量が平均で−３１［μＣ／ｇ］となっていた。
【００３２】
本現像方法に用いるトナーは、高画質画像を実現するために、トナーの平均粒径が４［μｍ］〜８［μｍ］であることが有利である。重量平均粒径３［μｍ］未満では長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が発生する。また重量平均粒径が８［μｍ］を超える場合では１００［μｍ］以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散り等が発生した場合に画像品位が劣る傾向となる。
【００３３】
次に、本実施形態で用いるトナーの詳細を以下に示す。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなど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−ビニルナフタリン共重合体、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−クロロ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−ビニルメチルエーテル共重合体、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など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、ポリ酢酸ビニル等がある。
【００３４】
ポリエステル樹脂としては以下のＡ群に示したような２価のアルコールと、Ｂ群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにＣ群に示したような３価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
【００３５】
Ａ群：エチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４ブテンジオール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（２，０）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等。
【００３６】
Ｂ群：マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
【００３７】
Ｃ群：グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の３価以上のカルボン酸等。ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と２価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に１個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に２個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【００３８】
本発明で用いる顔料としては以下のものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
【００３９】
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキが挙げられる。
【００４０】
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダンスレンブリリアントオレンジＧＫが挙げられる。
【００４１】
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂが挙げられる。
【００４２】
紫色顔料としては、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
【００４３】
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーＢＣが挙げられる。
【００４４】
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ等がある。
【００４５】
これらは１種または２種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本発明では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【００４６】
本実施形態のトナーには電荷制御剤をトナー粒子内部に配合（内添）している。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本実施形態では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【００４７】
また、本実施形態におけるトナーには定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は６５〜９０℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラ温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【００４８】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を２種以上混合した物でも良い。
【００４９】
樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度（Ｔｇ）において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のＴｇや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Ｔｇ低下に伴う保存性の低下はない。また、低分子量化に伴う高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【００５０】
なお、トナー粒子の円形度はフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００（東亜医用電子株式会社製）により平均円形度として計測した。
【００５１】
また、前述したように本実施形態のトナーは流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させる。この無機微粉体の平均粒径は１０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］が適している。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００５２】
本実施形態の無機微粉体としてはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物が挙げられる。これらのうち二酸化珪素（シリカ）、二酸化チタン（チタニア）、アルミナの微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。
【００５３】
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
【００５４】
無機微粉体はトナーに対して０．１〜２［重量％］使用されるのが好ましい。０．１［重量％］未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２［重量％］を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【００５５】
また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は１０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］の小さい粒径のものが最適である。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００５６】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン（登録商標）粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
【００５７】
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製するスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【００５８】
トナーの抵抗調整は導電性材料の含有、分散による行う。材料はカーボン系ではアセチルブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、炭素繊維、黒鉛等を上げる事ができる。また金属系では酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｃｕ，Ｎｉ等の金属粉末がある。これを適宜トナーバインダ樹脂に分散する事で抵抗調整が可能である。
【００５９】
＜磁性キャリアの作製方法＞
磁性キャリアは鉄、クロム、ニッケル、コバルト、亜鉛、銅、などの金属、或いはそれらの化合物や合金、例えばγ−酸化第二鉄、二酸化クロム、酸化マンガン、フェライトといった強磁性体や常磁性体の球形化された粒子、又はそれら磁性体粒子表面をシリコーン樹脂、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステルなどの樹脂で球状に被覆するか、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂や脂肪酸ワックスの球形粒子をつくるかして得られた粒子を用いる。これは、樹脂を芯材として内部に磁性体微粒子を分散するもので、磁性体粒子が芯材になるものと比較して比重が小さくなる。そのため、現像剤担持体である現像ローラ４０２内に配置される磁石部材４０７の磁束密度を低減することが可能等、搬送時の制御が容易になる。
【００６０】
＜キャリア製造例＞
湿式法により作成したマグネタイト１００重量部に対してポリビニルアルコール２重量部、水６０重量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。さらに、この中に低抵抗粒子として、粒径８０［ｎｍ］の鉄やＳＵＳ等の金属粒子の表面に、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料であるシリコーン樹脂をコーティングして被覆層が形成され、低抵抗粒子全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下であるものを１０重量部混合する。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、平均粒径３８［μｍ］の球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で１０００［°Ｃ］の温度で３時間焼成後冷却し核体粒子１を得た。なお、粒径の平均は個数平均である。
【００６１】
金属粒子の表面に被覆層としてコーティングする体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料としては、他にポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等を挙げることができ、一般的なコート材を用いることができる。
【００６２】
なお、金属粒子の表面に被覆する被覆層の体積固有抵抗は、１０１２［Ω・ｃｍ］以上１０１６［Ω・ｃｍ］以下であり、これにより地汚れの抑制やキャリア付着の抑制が期待できる。また、金属粒子の粒径は２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下である。金属粒子の粒径が２０［ｎｍ］よりも小さいとキャリア単体の磁化量が少なくなり、磁石で制御しづらくなる。
【００６３】
シリコーン樹脂溶液：１００重量部
トルエン：１００重量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：６重量部
カーボンブラック：１０重量部
【００６４】
上記混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液を調整した。この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて核体粒子１を１０００重量部の表面にコーティングして、実施例１の磁性キャリアとしてシリコーン樹脂被覆キャリアを得た（図３）。
【００６５】
すなわち、図３に示した実施例１の磁性キャリアは、芯材が磁性体であるマグネタイトからなり、その芯材の表面に表面にシリコーン樹脂でコート層が成されている。そして、マグネタイト言い換えれば磁性体からなる芯材中に、前述したような表面に被覆層が形成された鉄やＳＵＳ等の金属粒子が分散されている。なお、前記芯材としては、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、亜鉛、銅、などの金属、或いはそれらの化合物や合金、例えばγ−酸化第二鉄、二酸化クロム、酸化マンガン、フェライトといった強磁性体や常磁性体の球形化された粒子を用いても良い。
【００６６】
また、実施例１の磁性キャリアの特性は以下の通りであった。なお、この磁性キャリア全体の体積固有抵抗や誘電率については、測定方法とともに後で示す。
・平均粒径：３８［μｍ］
・飽和磁化：６０［ｅｍｕ／ｇ］
【００６７】
ここで、磁性キャリア中に混ぜる粒径８０［ｎｍ］の低抵抗粒子の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］を越えると、その粒子の誘電率が減少するため、磁性キャリア全体の誘電率も減少し、その結果、現像能力の低下を招いてしまうので好ましくない。また、低抵抗粒子の体積固有抵抗の下限値としては０より大きければよい。
【００６８】
次に、磁性キャリアの抵抗や誘電率の測定方法を説明する。
まず、図４を用いて磁性キャリアの抵抗の測定方法について説明する。磁性キャリア１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層がシリコーン樹脂等で被覆されたものである。磁性キャリア１１の粒径としては、２０〜５０［μｍ］の範囲が好適である。また、磁性キャリア１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０１０［Ω］〜１０１４［Ω］の範囲が好適であり、体積固有抵抗で１０１２［Ω・ｃｍ］以上が良く、特に体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］以上が好適である。磁性キャリアの体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］以上であることで、高い現像ポテンシャルでもリークが発生し難く、大きな電界強度の現像電界を形成することができるので、その分、現像能力を向上させることができる。なお、磁性キャリの体積固有抵抗の上限値は、１０１５［Ω・ｃｍ］とする。
【００６９】
図４に示す測定装置を用いて、磁性キャリア１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定を次のように行った。まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０［ｍｍ］の回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５［ｍｍ］及び長さＬ＝０．５〜１［ｍｍ］の対向面積を有する対向電極（規制ブレード）２０２を、ギャップｇ＝０．９［ｍｍ］で対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００［ｒｐｍ］（線速６２８［ｍｍ／ｓｅｃ］）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性キャリア１１を所定量（１４［ｇ］）だけ担持させ、スリーブ２０１の回転により磁性キャリアを１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＩＩ［Ａ］を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００［Ｖ］から鉄粉キャリアでは数［Ｖ］）の印加電圧Ｅ［Ｖ］を５分間印加する。本実施形態では印加電圧Ｅとして２００［Ｖ］を印加した。そして、印加電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＱ［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの測定結果から、数１を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
【００７０】
【数１】
【００７１】
こうして得られた実施例１の磁性キャリアのダイナミック抵抗ＤＲの値は５×１０１２［Ω］の範囲であった。
【００７２】
このようにして求めたダイナミック抵抗ＤＲを、スリーブ表面と対向電極（規制ブレード）間のギャップｇの大きさから所定の演算式により体積固有抵抗に換算することで、本実施形態においては、磁性キャリアの体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であった。
【００７３】
また、低抵抗粒子の体積固有抵抗の測定方法は、図４で示した測定装置を用いて行う前述した磁性キャリア全体の体積固有抵抗の測定方法と同様の測定方法で行う。
【００７４】
次に、図５に示す測定装置を用いて磁性キャリア１１の誘電率の測定を行うことができ、基本的な装置構成は図４に示した磁性キャリア１１の抵抗を測定する測定装置と略同じであるが、図４に示した測定装置で用いた電流計２０３に替えて誘電率を測定する誘電率測定器２０６を設け、スリーブ２０１には直流電源２０４に替えて交流電源２０７でＡＣバイアスを印加する。測定方法としてはスリーブ２０１の回転を停止させ、交流電源２０７によってスリーブ２０１にＡＣバイアスを印加し、誘電率測定器２０６として日置電機社製 ＬＣＲハイテスタ ３５３２（シリアル番号 ２００１−０３４０７７１）を使用することで、スリーブ２０１と対向電極２０２との間に挟まれた磁性キャリア１１の誘電率を測定することができる。
【００７５】
このようにして実施例１の磁性キャリアの誘電率を測定したところ誘電率１７となった。これにより、実施例１の磁性キャリアにおいては、高抵抗と高誘電率との状態を達成できたこととなる。なお、磁性キャリアの誘電率の最適な範囲は１０から２０程度である。
【００７６】
図６は、実施例１の磁性キャリアを用いた現像剤と従来の磁性キャリアである比較例１の磁性キャリアを用いた現像剤とにおける現像ポテンシャルとトナー付着量との関係を示したグラフである。比較例１の磁性キャリアは、金属粒子を混合せずに核体粒子を形成した以外は、実施例１の磁性キャリアの製造方法と同様の製造方法で作製した。なお、比較例１の磁性キャリアとしては体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］以上であり誘電率３のものを用いた。表１に、実施例１の磁性キャリアと比較例１の磁性キャリアとの体積固有抵抗と誘電率とを示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】
実施例１の磁性キャリアを用いた現像剤では、比較例１の磁性キャリアよりも磁性キャリアの誘電率が高いことにより、誘電率に起因するエッジ効果（図６に示したトナー付着量）が比較例１の磁性キャリアよりも低減し、且つ、現像能力が向上している。そのため、小径ドット潜像を含め、高い品質の画像を得ることができる。また、実施例１の磁性キャリアと比較例１の磁性キャリアとのどちらにおいても、体積固有抵抗がキャリア付着の発生を低減できる程度に十分高いため、キャリア付着等の画質に対する悪影響を低減することが可能となる。
【００７９】
ここで、感光体１と現像ローラ４０２との現像ニップのニップ幅をＮ、感光体線速をｖＰとすると、現像領域Ａ１で感光体１上の潜像が現像ローラ４０２に担持された現像剤によって現像し終えるまでに、感光体１の表面が現像ローラ４０２上の現像剤層と接触する時間はＮ／ｖＰとなる。この時間に対して周波数ｆのＡＣバイアスの一周期の時間の比率が、ＡＣ電界の磁界の向きが変化する回数である交番回数となり、数２で求めることができる。
【００８０】
【数２】
【００８１】
また、過去の検討結果から感光体１の回転線速に対するＡＣバイアス（矩形波）の最適な周波数が表２に示すように得られている。
【００８２】
【表２】
【００８３】
図７に示すグラフは、感光体線速による周波数の最適点の比較を表したものであり、縦軸はライン／ベタのトナー付着特性の比較で特定ポテンシャルでの両者のトナー付着量の比率である。なお、通常ラインの方が多く、比率が１に近づくほど良いと考えられる。この結果より感光体線速に依存して、ある特定の周波数で最適な状態が得られることが分かり、その最適な状態が得られる場合の感光体線速と周波数との関係を図８に示している。
【００８４】
ＡＣ電界の交番回数によって、トナーのキャリアに対する付着力を低減させることができ、その結果、現像を促進させることが可能となる。また、トナーがＡＣ電界の交番に追従して現像ローラ４０２と感光体１との間を往復移動することで潜像に対するとトナーの付着状態が整ってくると考えることができる。このことから、高品質の画像を得るために必要なＡＣ電界の交番回数を決めることが重要である。
【００８５】
本実施形態では感光体１と現像ローラ４０２との現像ニップの感光体回転方向におけるニップ幅Ｎが４［ｍｍ］であり、表２に示された感光体線速と最適な周波数の関係から、数２を用いて計算すると、感光体線速が２００［ｍｍ／ｓ］と４００［ｍｍ／ｓ］との場合にはＡＣ電界の必要な交番回数が８０［回］となり、感光体線速が７００［ｍｍ／ｓ］の場合にはＡＣ電界の必要な交番回数が６３［回］となる。
【００８６】
具体的な特性は、ライン潜像の現像γとソリッド潜像の現像γとがほぼ一致するもので高品質の画像を得ることが可能になる。これにより、６３［回］以上の交番回数により前記特性が向上したことから数３の関係を提示することができる。
【００８７】
【数３】
【００８８】
なお、使用される現像装置が本実施形態の構成とは異なり、１段、２段現像も加わっても、感光体線速と最適な周波数との関係が一定になることから、それぞれの効果が大きいものと考えられる。
【００８９】
［実施例２］
本実施例においては、実施例１で説明した種々の構成に加えて、現像ローラ４０２を振動させて現像ギャップを変化させる現像ギャップ変化装置を備えている。
【００９０】
現像剤は、先にも述べたように現像ローラ内部の磁石部材４０７からの磁力や現像ローラ表面の摩擦係数などにより現像ローラ４０２上に担持されながら搬送される。
【００９１】
ここで、本実施例では、現像ローラ４０２を振動させて感光体１に対する現像ローラ４０２の距離が近づく状態を作り、感光体１と現像ローラ４０２との距離を近づかせることで現像電界の電界強度を増加させて現像能力を向上させようとするものである。
【００９２】
現像ギャップ変化装置では、図９に示すようにＡＣ電源５０３に接続されたコイル５０２を棒状のフェライト材料５０１の周りに、コイル５０２内でフェライト材料５０１が軸方向で変位可能なように巻いて電磁石を作り、フェライト材料５０１の一端を現像装置４のケーシング４０１の壁部５０４に接続させている。そして、ＡＣ電源５０３からコイル５０２にＡＣバイアスに印加することで、コイル５０２内に発生する磁界の向きの周期的な変化に応じてフェライト材料５０１が軸方向に往復運動して、現像装置４のケーシング４０１を振動させる。このように現像装置４のケーシング４０１を振動させることにより、ケーシング４０１の支持部で回転軸が支持された現像ローラ４０２を振動させることができる。
【００９３】
このようにして、現像ローラ４０２を振動させることにより、最大現像ギャップを３００［μｍ］として、感光体１と現像ローラ４０２との間の距離を時間で変化させる。
【００９４】
なお、現像ローラ４０２に振動を付与する構成はこれに限ることは無く、ピエゾ材料に電圧を印加して得られる振動でも良く、振幅と周波数とが必要範囲で制御できれば採用することができる。
【００９５】
図１０は、現像ポテンシャルが１．６４［ｍｇ／ｃｍ２／ｋＶ］で同じ場合における現像ギャプの振動周波数によるトナー付着量の変化を示したものである。本実施例のように現像ギャップを所定周期で変化させることで、図１０に示すように、現像ポテンシャルが１．６４［ｍｇ／ｃｍ２／ｋＶ］と同一であっても周波数２［ｋＨｚ］で他の周波数よりも現像量が増加していることが分かる。ちなみに、現像ギャップが３００［μｍ］と１５０［μｍ］との間で変化するように現像ローラ４０２を振動させることで、現像ギャップが平均的に２２５［μｍ］となり、全体として現像γの傾きが増加している。
【００９６】
ここで、本実施例においても、磁性キャリアの抵抗を１０１２［Ω・ｃｍ］以上に設定しており、磁性キャリア内部に複数の低抵抗粒子を有するため誘電率が高くなっている。その効果により現像領域Ａ１におけるエッジ効果が低減させることができる。また、磁性キャリアの抵抗が十分高いので磁性キャリアへの電荷注入による感光体１へのキャリア付着を抑制することが可能で、電界の形成範囲を狭めることがないので条件設定が容易に行うことができる。
【００９７】
［実施例３］
実施例３の磁性キャリアは、樹脂からなる芯材の内部に磁性体微粒子を分散したものであり、誘電率が１７で体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］である。そして、比較例２の磁性キャリアとして、誘電率が４で体積固有抵抗が１０１０［Ω・ｃｍ］の磁性キャリアを用いて、両者の特性を比較評価した。
【００９８】
［磁性キャリアの製造方法］
まず、実施例３の磁性キャリアの製造方法について説明する。
【００９９】
アクリル樹脂溶液：２１．０部（日立化成工業社製、ヒタロイド２４５０、固形分５０［重量％］）
グアナミン溶液（固形分７０［重量％］：６．４部
アルミナ粒子（０．３［μｍ］、固有抵抗１０１４［Ω・ｃｍ］）：１２０部
トルエン：６６５部
ブチルセロソルブ：６６５部
【０１００】
これらの混合物をホモミキサーで１０分間分散し、アクリル樹脂溶液を得た。
【０１０１】
シリコン系樹脂溶液：６３．９部（固形分２３［重量％］、ＳＲ２４１０、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）
アミノシラン：０．３部（固形分１００［重量％］、ＳＨ６０２０、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）
【０１０２】
これらの混合物を容器内でアジテータにより５分間分散し、得られたシリコン溶液と、表層をシリコン樹脂でコートしたカーボンブラック（Ｂｌａｃｋ Ｐｅｒｉｓ ２０００、ＣＡＢＯＴ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）４．６部を、前記アクリル樹脂溶液の入ったホモミキサーに投入し、更に１０分間分散する。これにより、カーボンブラックが被覆樹脂全体に分散した被覆膜形成溶液を得ることができ、膜厚０．１５［μｍ］となるようにスピラコーター（岡田精工社製）により塗布し乾燥した。
【０１０３】
得られたキャリアを電気炉中に１５０［℃］で１時間放置して焼成した。冷却後、フェライト粉バルクを目開き１０６［μｍ］の篩を用いて解砕しキャリアとした。
【０１０４】
次に、実施例３の磁性キャリアを含む現像剤と、比較例２の磁性キャリアを含む現像剤とをそれぞれ図１に示したプリンタの現像装置４に投入して画像形成を行った場合の画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲について、図１１を用いて説明する。なお、現像剤中の磁性キャリア以外の成分は両者で同じである。
【０１０５】
図中の白抜きの四角形が実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合におけるキャリア付着量を示しており、白抜きの菱形が比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合におけるキャリア付着量を示している。また、塗り潰した四角形が実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合における画像濃度を示しており、塗り潰した菱形が比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合における画像濃度を示している。そして、画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲は、実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合が範囲Ａであり、比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合が範囲Ｂである。
【０１０６】
なお、画像濃度確保とキャリア付着抑制との両立範囲とは、画像濃度ＩＤが１．５以上であり、且つ、キャリア付着が１００［個／Ａ３サイズ］以下を満たす現像ポテンシャルの幅のことである。
【０１０７】
誘電率が４で体積固有抵抗が１０１０［Ω・ｃｍ］である比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合では、誘電率が１７で体積固有抵抗が１０１４［Ω・ｃｍ］である実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合と比較して、実使用可能な現像ポテンシャル幅が狭く、経時、環境を踏まえた画像形成条件が狭くなる。一方、実施例３の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合では、実使用可能な現像ポテンシャル幅が比較例２の磁性キャリアを含む現像剤を用いた場合よりも広くなることで、経時、環境を踏まえた画像形成条件が柔軟性に富むようになる。
【０１０８】
すなわち、磁性キャリアの誘電率が高く、且つ、体積固有抵抗が比較的高いと、使用可能な現像ポテンシャルの範囲が広がることで、光量調整を含めたデジタルγの調整幅が広がるなど、より適切に画像を形成することが可能となる。
【０１０９】
以上、本実施形態によれば、表面に潜像を担持する像担持体である感光体１と、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部であるケーシング４０１と、磁界を発生させる磁界発生手段である磁石部材４０７が内部に設けられ表面上に現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体である現像ローラ４０２と、を有する現像手段である現像装置４と、現像ローラ４０２に現像バイアスを印加して感光体１と現像ローラ４０２との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段である電源とを有し、感光体１上の潜像を、現像ローラ４０２上に担持された現像剤中のトナーを用いて前記現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、前記現像電界発生手段である電源は現像ローラ４０２にＡＣバイアスを印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることで、前述したように、磁性キャリアの誘電率が増加してエッジ効果を低減させることができるとともに、磁性キャリアの抵抗がキャリア付着の発生を低減できる程度に十分高いため、キャリア付着等の画質に対する悪影響を低減することが可能となる。また、現像能力が向上するため、小径ドット潜像を含め、高い品質の画像を得ることができる。
また、本実施形態によれば、磁性キャリアは樹脂に磁性体微粒子を分散させて形成したものであることで、磁性粒子が磁性キャリアの芯材になるものと比較して比重が小さくなる。そのため、現像剤担持体である現像ローラ４０２内に配置される磁石部材４０７の磁束密度を低減することが可能等、搬送時の制御が容易になる。
また、本実施形態によれば、感光体１の線速に応じて所定期間内に一定数以上の交番回数が前記ＡＣ電界で得られるのように、前記ＡＣバイアスの周波数範囲を変化させることで、感光体線速に応じて現像領域Ａ１中における感光体１と現像ローラ４０２との間でのトナーの往復移動回数を一定化できるので、現像能力を維持することができる。
また、本実施形態によれば、ＡＣバイアスの周波数をｆ［ｋＨｚ］、感光体１の線速をｖＰ［ｍｍ／ｓ］、及び、感光体１と現像ローラ４０２とで形成される現像ニップの感光体回転方向の幅であるニップ幅をＮ［ｍｍ］とすると、ｆ≧６３×ｖＰ／Ｎの関係を満たすことで、ＡＣ電界によるトナーの往復運動が十分得られるので、感光体１上の潜像へのトナー付着が整えられるため画像品質が向上する。
また、本実施形態によれば、感光体１と現像ローラ４０２との間隔である現像ギャップを所定周期で変化させる現像ギャップ変化手段である現像ギャップ変化装置を有することで、現像ギャップ変化装置で現像ローラ４０２を振動させて現像ギャップを周期的に変化させることで、感光体１に対して現像ローラ４０２が近づく状態を作り、感光体１と現像ローラ４０２との距離が近づくことにより現像電界の電界強度を増加させて現像能力を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、磁性キャリア全体の体積固有抵抗を１０１４［Ω・ｃｍ］以上に設定することで、高い現像ポテンシャルでもリークが発生し難く、大きな電界強度の現像電界を形成することができるので、その分、現像能力を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
７ レジストローラ
１１ 磁性キャリア
２０ 転写紙
２００ 台座
２０１ スリーブ
２０２ 対向電極
２０３ 電流計
２０４ 直流電源
２０６ 誘電率測定器
２０７ 交流電源
４０１ ケーシング
４０２ 現像ローラ
４０４ 規制ブレード
４０５ 攪拌搬送部材
４０６ 攪拌搬送部材
４０７ 磁石部材
５０１ フェライト材料
５０２ コイル
５０３ ＡＣ電源
５０４ 壁部
６０１ クリーニングブレード
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開平１０−２３９９１４号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に潜像を担持する像担持体と、
トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界を発生させる磁界発生手段が内部に設けられ表面上に前記現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像手段と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、
前記像担持体上の潜像を、該現像剤担持体上に担持された現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、
前記現像電界発生手段は前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、
体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記磁性キャリアは樹脂に磁性体微粒子を分散させて形成したものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記像担持体の線速に応じて所定期間内に一定数以上の交番回数が上記ＡＣ電界で得られるのように、上記ＡＣバイアスの周波数範囲を変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３の画像形成形成装置において、
上記ＡＣバイアスの周波数をｆ［ｋＨｚ］、上記像担持体の線速をｖＰ［ｍｍ／ｓ］、及び、前記像担持体と上記現像剤担持体とで形成される現像ニップの像担持体回転方向の幅をＮ［ｍｍ］とすると、ｆ≧６３×ｖＰ／Ｎの関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の画像形成装置において、
上記像担持体と上記現像剤担持体との間隔である現像ギャップを所定周期で変化させる現像ギャップ変化手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、
磁性キャリア全体の体積固有抵抗を１０１４［Ω・ｃｍ］以上に設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
現像手段内に収容されたトナーと磁性キャリアとからなる現像剤を現像剤担持体に担持させ、現像剤担持体に担持された現像剤を予め潜像が形成された像担持体へ近接させることで、現像電界発生手段によって前記現像剤担持体に現像バイアスを印加し前記像担持体と前記現像剤担持体との間に発生させた現像電界により、前記現像剤を像担持体上の潜像に付着させて現像する現像工程を有する画像形成方法において、
前記現像電界発生手段により前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを前記現像剤担持体に印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させ、
体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を内部に複数含有し、自身全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上である磁性キャリアを用いることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
表面に潜像を担持する像担持体と、
トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容する現像剤収容部と、磁界を発生させる磁界発生手段が内部に設けられ表面上に前記現像剤を担持して回転する非磁性のスリーブからなる現像剤担持体とを有する現像手段と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して該像担持体と該現像剤担持体との間に現像電界を発生させる現像電界発生手段とを有し、
前記像担持体上の潜像を、該現像剤担持体上に担持された現像剤中のトナーを用いて該現像電界の作用によりトナー像化する画像形成装置において、
前記現像電界発生手段は前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させるものであり、
体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を磁性キャリア内部に複数含有しており、磁性キャリア全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記磁性キャリアは樹脂に磁性体微粒子を分散させて形成したものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記像担持体の線速に応じて所定期間内に一定数以上の交番回数が上記ＡＣ電界で得られるのように、上記ＡＣバイアスの周波数範囲を変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３の画像形成形成装置において、
上記ＡＣバイアスの周波数をｆ［ｋＨｚ］、上記像担持体の線速をｖＰ［ｍｍ／ｓ］、及び、前記像担持体と上記現像剤担持体とで形成される現像ニップの像担持体回転方向の幅をＮ［ｍｍ］とすると、ｆ≧６３×ｖＰ／Ｎの関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の画像形成装置において、
上記像担持体と上記現像剤担持体との間隔である現像ギャップを所定周期で変化させる現像ギャップ変化手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、
磁性キャリア全体の体積固有抵抗を１０１４［Ω・ｃｍ］以上に設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
現像手段内に収容されたトナーと磁性キャリアとからなる現像剤を現像剤担持体に担持させ、現像剤担持体に担持された現像剤を予め潜像が形成された像担持体へ近接させることで、現像電界発生手段によって前記現像剤担持体に現像バイアスを印加し前記像担持体と前記現像剤担持体との間に発生させた現像電界により、前記現像剤を像担持体上の潜像に付着させて現像する現像工程を有する画像形成方法において、
前記現像電界発生手段により前記現像バイアスとしてＡＣバイアスを前記現像剤担持体に印加し前記現像電界としてＡＣ電界を発生させ、
体積固有抵抗が１０１２[Ω・ｃｍ]以上の材料を用いて被覆層が形成され、全体の体積固有抵抗が１０５［Ω・ｃｍ］以下である粒径１００［ｎｍ］以下の微粒子を内部に複数含有し、自身全体の体積固有抵抗が１０１２［Ω・ｃｍ］以上である磁性キャリアを用いることを特徴とする画像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３０３４２（Ｐ２０１２−２３０３４２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４９１４（Ｐ２０１１−１２４９１４）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【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１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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