JP2009244905A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤担持体である現像部材へのトナー融着による汚染と画質低下といった２つの現象を共に防止することができる現像装置を提供する。
【解決手段】現像容器２内の現像剤を担持して像担持体１０上の静電像へ供給する第１の現像部材８と、第１の現像部材８から受け渡された現像剤を像担持体１０上の静電像へ供給する第２の現像部材９とを有し、第１の現像部材８及び第２の現像部材９は、第１の現像部材８表面の平均山間隔が第２の現像部材９表面の平均山間隔よりも大きくなるように、粗面化処理が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式により像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置に関し、特に、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等に用いられる。

電子写真方式を用いた複写機等の画像形成装置では、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を、現像剤を付着させて可視像化する。現像剤としては、磁性トナーからなる磁性１成分系現像剤、非磁性トナーからなる非磁性１成分系現像剤、非磁性トナーと磁性キャリアを有する２成分系現像剤があり、これらが適宜に使用される。

このような現像剤に使用される現像装置として、図１に示されるような、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分系現像剤を用いる現像装置が本発明者により先に提案されている。

図１に示す現像装置１は、現像容器２を備え、現像容器２内に、現像剤を攪拌・搬送する２本の搬送スクリュー５、６と、像担持体１０に形成された静電潜像を現像するための２本の現像スリーブ８、９とが上下に配置されている構成に特徴を有する。

更に説明すれば、現像装置１は、像担持体としての感光ドラム１０と対面した現像容器２の開口部に現像剤担持体（現像部材）としての第１及び第２現像スリーブ８、９が上下に配置されている。そして、現像容器２の開口部とは反対側に、隔壁７によって区画された現像室３と攪拌室４が上下に形成されている。これらの現像室３と攪拌室４内には現像剤の攪拌・搬送手段としての第１及び第２搬送スクリュー５、６がそれぞれ設置されている。

攪拌室４から現像室３へ搬送された現像剤は、現像スリーブ８内に非回転に設けられた磁界発生手段であるマグネットローラ８ａ内に設けられたＮ１極により現像スリーブ８に汲み上げられ、現像スリーブ８の回転にともない、現像スリーブ８と感光ドラム１０とが対向した現像磁極Ｓ２のある第１の現像領域Ａに至る。その搬送途中で現像剤は、現像剤層厚規制部材である現像剤規制ブレード１１によりそれと対向する位置にある磁極Ｓ１と協同して磁気的に層厚を規制することで、現像剤の薄層化を達成し、第１の現像領域Ａにおいて静電潜像を現像する（第１現像工程）。

その後現像剤は、現像スリーブ８の回転方向で第１現像領域Ａの下流にある磁極Ｎ３から、現像スリーブ９内に非回転に設けられた磁界発生手段であるマグネットローラ９ａの磁極Ｓ３へ現像剤を受け渡され、現像スリーブ９と感光ドラム１０とが対向した、現像磁極Ｎ４のある第２の現像領域Ｂに至り、再び現像（第２現像工程）に供される。そして、第２の現像領域Ｂにおいて現像されずに残った現像剤は、現像容器２内へと搬送され、現像容器２内の下部分の攪拌室４に回収される。

上記した縦攪拌型ツインスリーブ現像装置１の特徴は、
（１）２本の搬送スクリュー５、６が縦配置されていることで現像装置を小型化できる。また、
（２）２本の現像スリーブ８、９を設けたことによりシングルスリーブに比べ現像回数が増え、現像効率が増加し、エッジ強調を低減でき、更には、スリーブ回転数を低下させることができる。
といった利点を有している。

ところで、上述した現像スリーブ８、９の材質や構成等は、使用する現像剤の種類によって適宜選ばれる。例えば、２成分系現像剤の場合には、内部に、磁石等の磁界発生手段が設けられた現像スリーブが用いられ、その材質としては、従来より、ステンレス鋼やアルミニウム材等の非磁性金属が主として使用されている。

上記のような現像装置においては、現像スリーブの表面を粗面化処理することで、トナーとキャリアにより構成された２成分系現像剤を現像領域まで搬送する際の搬送性を向上させ、又、現像スリーブ表面上に均一な現像剤層をコーティングすることを可能としている。

一方、現像スリーブ表面の粗面化処理の方法としては、現像スリーブの表面をサンドペーパーで擦るサンドペーパー法、球形粒子によるビーズブラスト法、不定形粒子によるサンドブラスト法、或いは、これらの混合法、更には、化学処理による化学エッチング法等が提案され、実施されている（例えば、特許文献１、２など参照）。

特開平２−６４５６１号公報 特開平７−７７８６３号公報

しかしながら、上述した現像装置には以下のような現象が生じる可能性があることを本発明者は見出した。

つまり、上記各種の方法により表面が粗面化処理された現像スリーブでは、長期間の使用により、トナー又はトナー中の成分がその粗面化された表面の凹凸の谷に引っかかり、付着し易いという問題がある。この谷に付着したトナーは、長期間の使用で、現像剤に加わる摩擦熱等により融着に至り、この結果、現像スリーブ表面がトナーで汚染される。更に、キャリアを含む２成分系現像剤を使用した場合には、スリーブ表面に凹凸があると、キャリアの押圧によってトナー又はトナー中の成分がその粗面化した表面の凹凸の谷、特に幅の狭い谷に埋め込まれ易い。この谷に埋め込まれたトナーは、長期間の使用により融着に至り、スリーブ表面がトナーで汚染され易い。

更に、近年、カラー複写機等の需要増大に伴う複写機の高画質、高速化の要求及び消費電力低減の要求に応じてトナーの小粒径化及び低軟化点化が進むに従い、上記の粗面化された現像スリーブでは、長期間の使用により、トナー又はトナー中の成分がその粗面化した表面の凹凸部分に融着し、汚染に至る傾向がより強くなっている。

現像スリーブ表面にトナー融着が生じると、先ず、現像領域への現像剤の搬送量が低下するために画像濃度の低下が生じる。又、従来、良好な現像を行わせるために、現像時に現像スリーブには、直流電圧及び／又は交流電圧の重畳された現像バイアスが印加されるが、現像スリーブ表面にトナー融着が生じると、現像スリーブ表面に融着物による高抵抗層ができてしまい、現像時に現像スリーブと像担持体間の現像領域に所望の電界が形成されないことが起こる。この結果、現像バイアスによる十分な現像効果が得られず、画像濃度が低下したり、白抜けのような画像不良が生じる。

実際に、１万枚の長期使用を行った前後の現像スリーブ汚染程度の比較を行ったところ、汚染していない現像スリーブの場合に比べて汚染した現像スリーブでは画像濃度が０．２低下しており、又、白抜けのような画像不良が生じることが分かった。

そして、実験を進めていくと、ツインスリーブ現像装置では、第１現像スリーブ８及び第２現像スリーブ９におけるスリーブ汚染レベルに差が生じていた。

スリーブ汚染濃度評価方法としては、反射型濃度測定計を用いて、使用前後の現像スリーブ表面の反射光を夫々測定し、その光学濃度差ΔＤを汚染濃度とした。その結果、第１現像スリーブ８の汚染レベルが０．３０に対し、第２現像スリーブ９の汚染レベルは０．１５であり、第１現像スリーブ８のスリーブ汚染レベルが悪い結果となった。

この差の原因を詳細に検討したところ、第１現像スリーブ８の汚染は、現像剤規制ブレード１１に対向していることが大きな原因であった。これは現像剤規制ブレードの押圧による摩擦熱により融着したと考えられる。

また、ツインスリーブ現像方式では、第１現像スリーブ８による第１現像工程で静電潜像間の電位差を小さくし、第２現像スリーブ９による第２現像工程で最終画質を決定するため、現像能力は第１現像スリーブ８の現像効率に依存し、ミクロのドット再現性や白抜け、はき寄せといったエッジ強調等のマクロ画質は第２現像スリーブ９の磁気ブラシの状態に強く依存することが分かってきた。

従って、ツインスリーブ現像方式では、第１現像スリーブ８はスリーブ汚染による現像性の低下を極力防止し、第２現像スリーブ９は磁気ブラシの穂立ち、搬送性を悪化させないことが重要である。

そこで、本発明の目的は、現像剤担持体である現像部材へのトナー融着による汚染と画質低下といった２つの現象を共に防止することができる現像装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

上記目的は本発明に係る現像装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置において、
トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と；
前記現像容器内の現像剤を担持して前記像担持体上の静電像へ供給する第１の現像部材と；
前記第１の現像部材上に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と；
前記第１の現像部材から受け渡された現像剤を前記像担持体上の静電像へ供給する第２の現像部材と；
を有し、前記第１の現像部材及び前記第２の現像部材は、前記第１の現像部材表面の平均山間隔が前記第２の現像部材表面の平均山間隔よりも大きくなるように、粗面化処理が施されていることを特徴とする現像装置が提供される。

第１の本発明の一実施態様によれば、前記第１の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ１、前記第２の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ２、キャリアの重量平均粒径をＤとしたとき、
Ｓｍ２＜Ｄ≦Ｓｍ１
を満足する。

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記第１の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ１、前記第２の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ２、前記第１の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ１、前記第２の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ２としたとき、
（Ｒｚ１／Ｓｍ１）＜（Ｒｚ２／Ｓｍ２）
を満足する。好ましくは、キャリアの重量平均粒径をＤとしたとき、（Ｄ／３）≦Ｓｍ１≦３×Ｄ、（Ｄ／３）≦Ｓｍ２≦３×Ｄ、を満足する。更に好ましくは、（Ｄ／２）≦Ｓｍ１≦２×Ｄ、（Ｄ／２）≦Ｓｍ２≦２×Ｄ、を満足する。

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記第１の現像部材表面は実質的に球形状の研磨粒子を用いて粗面化処理が施されており、前記第２の現像部材表面は非球形状の研磨粒子を用いて粗面化処理が施されている。

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記第１の現像部材及び前記第２の現像部材の回転方向は同方向である。

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記第１の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第１の磁界発生手段と、前記第２の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第２の磁界発生手段と、を有し、前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段は互いに対向する位置に同極性の磁極が設けられている。

第２の本発明によれば、像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置において、
トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と；
前記現像容器内の現像剤を担持して前記像担持体上の静電像へ供給する第１の現像部材と；
前記第１の現像部材上に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と；
前記第１の現像部材から受け渡された現像剤を前記像担持体上の静電像へ供給する第２の現像部材と；
を有し、前記第１の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ１、前記第２の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ２、前記第１の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ１、前記第２の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ２としたとき、
（Ｒｚ１／Ｓｍ１）＜（Ｒｚ２／Ｓｍ２）
を満足することを特徴とする現像装置が提供される。

第２の本発明の一実施態様によれば、キャリアの重量平均粒径をＤとしたとき、
（Ｄ／３）≦Ｓｍ１≦３×Ｄ
（Ｄ／３）≦Ｓｍ２≦３×Ｄ
を満足する。好ましくは、（Ｄ／２）≦Ｓｍ１≦２×Ｄ、（Ｄ／２）≦Ｓｍ２≦２×Ｄ、を満足する。

第２の本発明の他の実施態様によれば、前記第１の現像部材及び前記第２の現像部材の回転方向は同方向である。

第２の本発明の他の実施態様によれば、前記第１の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第１の磁界発生手段と、前記第２の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第２の磁界発生手段と、を有し、前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段は互いに対向する位置に同極性の磁極が設けられている。

本発明の現像装置は、第１の現像部材の現像剤層厚規制部材に起因したトナー融着を防止しつつ第２の現像部材の現像剤の搬送性を維持することで、高画質画像を長期に亘って得ることができる。

本発明の現像装置の一実施例の概略断面構成図である。 現像スリーブの平均山間隔Ｓｍについて説明するため、図１の現像スリーブの表面を拡大した図である。 実験例２、３に使用した現像スリーブの表面を拡大した図である。 本発明に用いたブランクパルス現像バイアスを説明する図である。 本発明の一実施例に係る現像装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。

以下、本発明に係る現像装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図５に、本発明の現像装置を好適に使用することのできる画像形成装置の一実施例を示す。本実施例の画像形成装置は、画像形成ステーションが直列に配列されたタンデム型のフルカラー画像形成装置とされるが、本発明の画像形成装置は、必ずしもこの形態に限られるものではない。

本実施例にて、フルカラー画像形成装置は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４つの画像形成ステーションを備えている。各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは同様の構成とされ、フルカラー画像において、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像を形成する。

各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋには、像担持体としてのドラム状電子写真感光体、即ち、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）が配置されている。各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の回りには、一次帯電器１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）、レーザ露光光学系１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）、転写装置１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）、及び、クリーニング装置１４（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）が配置されている。

また、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の下方には、記録材である転写材Ｐを搬送するための転写材搬送ベルト１５がローラ１６、１７に張設されて配置されている。

以下の説明において、例えば現像装置１とあれば、各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおける現像装置１Ｙ、現像装置１Ｍ、現像装置１Ｃ、現像装置１Ｋを共通して指すものとする。

先ず、図５により、画像形成装置全体の動作を説明する。

像担持体である感光ドラム１０は回転自在に設けられており、その感光ドラム１０を一次帯電器１１で一様に帯電する。次いで、感光ドラム１０は、例えばレーザーのような発光素子を備えたレーザ露光光学系１２によって情報信号に応じて変調された光で露光して静電潜像を形成する。

感光ドラム１０の静電潜像は、現像装置１により、後述のような現像作用により現像像（トナー像）として可視像化される。

トナー像は、転写材搬送ベルト１５により搬送されてきた転写材Ｐ上に転写装置１３によって、各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋごとに転写し、更に定着装置１８によって定着して永久画像を得る。また、感光ドラム１０上の転写残トナーはクリーニング装置１４により除去する。

また、磁性キャリア及び非磁性トナー（以下、トナーと呼ぶ）より構成された現像剤中の、画像形成で消費されたトナーは、トナー補給槽２０から逐次補給される。

本実施例では、感光ドラム１０（１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋ）から転写材搬送ベルト１５に搬送された転写材Ｐに直接転写する方法をとったが、転写材搬送ベルト１５の代わりに中間転写体を設け、各色の感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから中間転写体に各色のトナー像を一次転写した後、転写材Ｐに各色の複合トナー像を一括して二次転写する構成の画像形成装置においても、本発明は適用できる。

次に、本発明の現像装置について説明する。本発明の現像装置は、これに限定されるものではないが、先に、図１を参照して説明した現像装置１に好適に具現化し得る。現像装置の構成及び動作について更に詳しく説明する。

本実施例の現像装置１は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分系現像剤が収容された現像容器２内に、現像剤を攪拌・搬送する２本の搬送スクリュー５、６と、第１及び第２現像剤担持体（現像部材）としての第１及び第２現像スリーブ８、９とが設置される。また、第１現像スリーブ８表面に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材としての規制ブレード１１が第１現像スリーブ８に対向して設けられている。

より詳細に説明すれば、現像装置１は、現像容器２の感光ドラム１０と対面した開口部に現像剤担持体である第１現像スリーブ８と第２現像スリーブ９が上下位置関係にて配置されている。そして、現像容器２内の開口部との反対側には隔壁７によって区画された現像室３と攪拌室４が上下配置にて形成されており、これらの現像室３と攪拌室４内には現像剤の攪拌・搬送手段としての第１及び第２の搬送スクリュー５、６がそれぞれ設置されている。第１搬送スクリュー５は現像室３内の現像剤を搬送し、又、第２搬送スクリュー６は、トナー補給槽２０から攪拌室４内へと、第２搬送スクリュー６の上流側に補給されるトナーと、攪拌室４内に既にある現像剤とを攪拌しながら搬送する。

現像室３から第１現像スリーブ８へと供給された現像剤は、第１現像スリーブ８内に非回転に設けられた磁界発生手段であるマグネットローラ８ａの現像容器２内部に位置する磁極Ｎ１により現像スリーブ８に汲み上げられ、現像スリーブ８の回転に伴い、現像スリーブ８上を磁極Ｓ１→Ｎ２へと搬送され、現像スリーブ８と感光ドラム１０とが対向した、現像磁極Ｓ２のある第１現像領域Ａに至る。このとき、現像剤はマグネットローラにより磁気的に穂立ちした状態となり（これを所謂、磁気ブラシと呼ぶ）、このような現像剤による磁気ブラシが感光ドラム表面に接触するように構成されている。

なお、第１現像領域Ａに至る前において、現像剤は、現像剤規制ブレード１１によりそれと対向する位置にある磁極Ｓ１と協同して磁気的に層厚が規制されて、現像剤の薄層化を達成し、第１現像領域Ａにおいて第１現像工程を行う。

その後、現像剤は、第１現像スリーブ８の回転方向で第１現像領域Ａの下流にある磁極Ｎ３から第２現像スリーブ９内に非回転に設けられた磁界発生手段であるマグネットローラ９ａの磁極Ｓ３へと磁気的に受け渡される。次いで、現像剤は、第２現像スリーブ９により担持し搬送されて、再度第２現像スリーブ９と感光ドラム１０とが対向した現像磁極Ｎ４近傍の第２現像領域Ｂに至り、第２現像工程に供される。第２現像スリーブ上の磁気ブラシも第２現像領域Ｂにて穂立ちし感光ドラム表面に接触するように構成されている。

そして、第２現像領域Ｂにおいて現像に供されないで残った現像剤は、第２現像スリーブ９の回転方向で第２現像領域Ｂの下流にある磁極Ｓ４により現像容器２内部に搬送され、磁極Ｓ３、Ｓ４の反発磁界により現像スリーブ９から除去され、現像容器２の下方に位置した攪拌室４に回収される。その後、回収された現像剤は補給トナーと共に攪拌混合されながら、再度現像室へ搬送される。

本実施例の現像装置では、以上のような現像剤の循環経路を有している。

なお、第１及び第２現像スリーブ８、９には現像効率を上げるために交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加されている。

また現像スリーブ８、９内には、同極部（Ｎ１−Ｎ３極、Ｓ３−Ｓ４極）を有し、これら磁極間では磁力がほぼ０ｍＴとなる領域（反発極）が設けられている。これにより現像スリーブ上を連れ回る現像剤を防止できるため、トナーが現像スリーブ表面に付着し留まりにくくなり、スリーブへのトナー融着を低減する効果がある。

また、現像剤を第１現像スリーブ８から第２現像スリーブ９に対してより完全に受け渡すために、本実施例のように両スリーブの最近接位置近傍で互いに逆極性となる極同士（本実施例ではＮ３極とＳ３極）、つまり引き合う極性同士を対向させるのが良い。

しかしながら、スリーブ汚染の点で、最近接部で逆極性を有する磁極が存在すると、この間で穂立ちを生じてしまいスリーブ汚染が悪化してしまうので、最近接部近傍の磁界の強さを小さくすることが好ましい。具体的には、Ｎ３、Ｓ３極それぞれによる磁界の強さが６０ｍＴ〜４５ｍＴに設定することで現像スリーブ９における汚染レベルを０．１０まで低減することができる。

また、最近接部近傍において同極同士を対向させつつ、第１現像スリーブ８内の現像磁極（最近接部近傍の磁極とは異極性）や第２現像スリーブ９内の現像磁極（最近接部近傍の磁極とは異極性）により第１現像スリーブ８から第２現像スリーブ９へ現像剤を受け渡すための磁界を形成するように構成しても良い。このような構成とすることで、現像スリーブ間の穂立ちがほぼなくなるため、現像剤の受け渡し部でのスリーブ汚染を完全に防止できるので好ましい。

次に、本発明の現像装置を特徴づける第１及び第２現像スリーブ８、９の表面構成について更に詳しく説明する。

先に述べたように、本発明の現像装置１では、現像スリーブ材質として、具体的にはＳＵＳやアルミニウムを使用し、砥粒として不定形アルミナ粒子（ＡＲＤ）や球形のガラスビーズ粒子（ＦＧＢ）を用いて、それぞれの現像スリーブ表面を粗面化処理し、凸凹をつけて現像剤の搬送力を付与したものを例にとり説明する。

なお、不定形のアランダム粒子はＪＩＳ Ｒ６００１に規定された粒度のものを使用した。また、球形のガラスビース粒子はＪＩＳ Ｒ３８０１に規定された粒度番号のものを使用した。

なお、表面粗さの測定には、接触式表面粗さ計［（株）小坂研究所製：サーフコーダーＳＥ−３３００］を用いた。斯かる測定器では、１回の測定で、現像スリーブ表面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ０６０１）と、凸凹の平均山間隔Ｓｍ（ＪＩＳ Ｂ０６０１）を同時に測定することができる。測定条件は、カットオフ値が０．８ｍｍ、測定長さが２．５ｍｍ、送りスピードが０．１ｍｍ／秒、倍率が５０００倍である。ここで、粗さＲｚは、定性的には、現像スリーブ表面の凸凹の山と谷の高低差を表す。

又、平均山間隔Ｓｍは、図２に示すように、粗面化処理した表面の断面曲線Ｄから基準の長さ（測定長さ）Ｌだけ切り取った部分において、その断面曲線Ｄの中心線Ｃを横切る最初の山から谷への横断点から、次の山から谷への横断点までの間隔をＳ１とし、それ以降の横断点間隔をＳ２、Ｓ３、・・・、Ｓｎ（ｎは基準の長さ中の横断点の総数を示す）とした場合に、これらの値を算術平均したものであり、次式で表される。即ち、定性的には、平均山間隔Ｓｍは、現像スリーブ表面の山と隣の山の平均間隔を表す。
Ｓｍ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋・・・・・・Ｓｎ）／ｎ

このようにして得られた現像スリーブの表面粗さの情報と、１万枚の長期使用を行った後の第１及び第２現像スリーブ８、９のトナーによる汚染の程度との比較を行った。この時、重量平均粒径が４０μｍの磁性キャリアと体積平均粒径が７μｍの非磁性トナーを有した２成分系現像剤を用いて検討を行った。又、汚染濃度の評価は、上述した使用前後の現像スリーブ表面の反射光を夫々測定し、その光学濃度差ΔＤにより評価した。

実験例１（比較例１）では材質がＳＵＳである第１及び第２現像スリーブ８、９を、不定形のアルミナ粒子（ＡＲＤ＃４００）を用いて同条件でそれぞれブラスト処理し、表面を粗面化した。

この現像スリーブではＲｚ＝４μｍ、Ｓｍ＝１３μｍであったが、表１に示すように１万枚の長期使用後、汚染レベルには差があるものの第１及び第２現像スリーブ８、９の表面には共にトナーが融着することが分かった（後述の表１参照）。

しかしながら、現像剤の搬送性については、不定形粒子を用いてブラスト処理したため、表面での摩擦係数が高くなっており、搬送不良による画像弊害は見られなかった。この現象は以下のような原因で起こると考えた。

つまり、２成分系現像方式では、現像スリーブがトナーを付着させた磁性キャリア（所謂、磁気ブラシ）を表面に磁気的に保持して現像領域へと搬送する。この過程では、現像スリーブ表面に直接付着したトナーがあっても、キャリアが循環していく過程で、キャリアがそのトナーに接触することで、トナーはキャリアに付着して運ばれていき、この結果、トナーが現像スリーブ表面に付着して留まることは生じないので、汚染も起こりづらいと考えられる。

しかしながら実験例１（比較例１）のように、現像スリーブ表面の平均山間隔Ｓｍが磁性キャリアの重量平均粒径に比べて非常に小さい場合には、キャリアの押圧等によってトナーが現像スリーブ表面の細かい凹部（谷）に入り込んでしまうが、キャリアはその谷に入り込めない関係となっている。この結果、谷に入り込んだトナーは、キャリアが循環していく過程で、キャリアと接触する機会もなくスリーブ表面の谷に引っかかったまま付着し、長期間使用していく中で、トナーが現像スリーブ表面に融着してうに至ると考えられる。

上述のように、現像スリーブ表面の凹凸の平均山間隔Ｓｍが磁性キャリアの重量平均粒径に比べて非常に小さいことが、現像スリーブ表面へのトナーの融着が生じる原因であると考えた。

そこで、実験例２（比較例２）として、実験例１（比較例１）より粒径の大きい不定形のアルミナ粒子（ＡＲＤ＃１５０）を用いてブラスト処理し粗面化した。この現像スリーブの表面状態は、Ｒｚ＝１０μｍで平均山間隔Ｓｍがキャリア重量平均粒径４０μｍと同程度のＳｍ＝４０μｍであった。この現像スリーブを用いて、耐久試験を行ったところ、汚染レベルは実験例１と比べて低減することが確認できた（表１参照）。

実験例２におけるスリーブ汚染レベルの改善は、以下のように考えられる。

つまり、スリーブ汚染の原因は上述した通り、長時間スリーブ表面に引っかかったトナーによる融着と考えられるので、キャリアとトナーの接触回数を向上させることが汚染防止に効果があると考えられる。すなわち、一般に平均山間隔（Ｓｍ）が大きくなると現像スリーブ表面でのトナーとキャリアとの接触回数が向上するため、平均山間隔Ｓｍが１３μｍから４０μｍに大きく調整したことにより改善したのである。

また、キャリアの重量平均粒径Ｄと平均山間隔Ｓｍにおけるスリーブ汚染と現像剤搬送性の関係を詳細に検討したところ、Ｄ／３≦Ｓｍ≦３＊Ｄ、好ましくはＤ／２≦Ｓｍ≦２＊Ｄの範囲に入っていれば、トナー融着を有効に抑制できることが分かった。

つまり、平均山間隔Ｓｍの値がＤ／３以上あれば、前述のように、現像スリーブ表面凹部の谷に入り込んだトナーも、キャリアが循環していく過程で、キャリアがそのトナーに接触することによりキャリアに付着して運ばれて行き、その結果、トナーはスリーブ表面に付着し留まることがなく、汚染レベルを有効に低減できることが分かった。しかし、平均山間隔Ｓｍが３＊Ｄを超えた場合には、現像スリーブの有する現像剤搬送性が不十分となり、実用上の問題が生じる。

以上のように、現像スリーブの平均山間隔Ｓｍを、使用するキャリアの重量平均粒径との兼ね合いにおいて適宜に調整することによって、その汚染のレベルを低減させることができる。

次に、実験例３（実施例Ａ）として、ブラスト粒子を非定形粒子から定形球形粒子に変更して検討を行った。

具体的には、アルミニウムの現像スリーブ表面を球形のガラスビーズ粒子を用いて粗面化処理した。またその際に、先の実験から第１現像スリーブと第２現像スリーブにおける汚染レベルに差があることに着目し、第１並びに第２現像スリーブにおけるＳｍ値が異なるようにブラスト処理をおこなった。具体的には第１現像スリーブのＳｍ値よりも第２現像スリーブのＳｍ値の方が小さくなるように、第１現像スリーブにはＦＧＢ＃３００で、第２現像スリーブにはＦＧＢ＃１００にてブラスト処理した。上記条件により現像スリーブ表面状態は、第１現像スリーブにおいてＲｚ＝５μｍ、Ｓｍ＝４０μｍに対し、第２現像スリーブにおいてＲｚ＝５μｍ、Ｓｍ＝３０μｍとなった。

この現像スリーブを用いて検討を行った結果、先述の実験例２（比較例２）のスリーブ表面状態（平均山間隔並びに十点平均粗さ）が同じであるにも関わらず、１万枚の長期使用後、第１現像スリーブ汚染のレベルは、実験例２（比較例２）の場合よりも更に低減できることがわかった（表１参照）。また第２現像スリーブに関しては、平均山間隔を小さくしても汚染レベルを悪化させないことが分かった。一方画質レベルとしてはドット再現性が向上した。

図３に、ＡＲＤ＃１５０を用いてブラスト処理した実験例２の現像スリーブの表面プロフィール（ａ）と、ＦＧＢ＃３００を用いてブラスト処理した実験例３における第１現像スリーブ表面プロフィール（ｂ）とを示す。

図３からも分かる通り、実験例２のスリーブと比べ、山と谷を形成する曲線上に有する曲率が異なり、実験例３のプロフィールは非常に滑らかになっている。特に、実験例３の現像スリーブは、特に谷部での微小な凹部が少なくなっており、スリーブ表面を詳細に観察すると、幅１μｍ、深さ０．５μｍ以上の凹部（図中で↓で示した部分）が１００μｍ間隔中に実験例２のスリーブが約３０個存在したのに対し、実験例３のスリーブでは約１０個であった。これは定形球形粒子を用いてブラスト処理をしているためにスリーブ表面上の微小な凹凸が少なくなり、この微小な凹凸部へのトナーに引っかかりが減少するため良化したと考える。

従って、スリーブ汚染の観点から第１現像スリーブのＳｍ値はキャリアの重量平均粒径以上とするのが好ましく、画像性の観点から第２現像スリーブのＳｍ値はキャリアの重量平均粒径よりも小さくするのが好ましい。

実際、現像スリーブ上にある上述した凹部に詰ったトナー径を測定してみると、２〜３μｍの非常に粒径の小さいトナーであった。そこで、表２に示した３サンプルにて検討を行った。

実際、現像スリーブに融着前の凹部に詰ったトナー径を測定してみると、２〜３μｍの非常に粒径の小さいトナーであった。そこで、表２に示した３サンプルの現像剤を使用して耐久評価を行った。

検討の結果を表３に示す。表３は、１万枚の長期使用後の第１及び第２現像スリーブ汚染のレベル、即ち、汚染濃度（光学濃度差ΔＤ）を示す。

表３から、スリーブ汚染には非磁性トナー中に含まれるの微粉トナー（特に２〜３μｍ範囲）の個数％に大きく依存していることが分かった。

つまり、非磁性トナー中の粒径２〜３μｍ範囲のトナーは、微分量（個数％）で１８％以下含まれるのが好ましい。更に好ましくは１０％以下にすることが好ましい。

本実施例の現像装置であるツインスリーブ現像方式においては、上述した通り第１現像スリーブ８は、現像性低下に繋がるスリーブ汚染を防止するために、Ｒｚに対して、Ｓｍを大きくすることが良い。つまり、磁性キャリアの大きさに比較してスリーブ表面が平滑になり、スリーブ汚染のレベルを低減できる。特に、定形球形粒子でブラスト処理することで微小な凹部を少なくし、滑らかな表面にすることが好ましい。

一方、第２現像スリーブ９は、画質劣化に繋がる現像剤の搬送ムラを防止するためにはＲｚに対して、Ｓｍを小さくすることがよい。

しかしながら、上記の実験においてはドット再現性等、ミクロ画質に若干問題点があった。これは上述したツインスリーブ現像方式における第１現像スリーブ８及び第２現像スリーブ９における機能分離によるものと考えられる。

詳細に説明すると、ツインスリーブにおける第１現像スリーブ８はトナーを現像させることでトナー層電位をあげる機能を有するため現像効率が重要であるのに対し、第２現像スリーブ９は、過剰に付着したトナーを再配列させることで白抜け防止やミクロ画質を決定するため、画質に影響を及ぼすのはほぼ第２現像スリーブ９の現像条件により決まる。

そこで、第２現像スリーブ９は現像剤搬送力を大きくし、現像剤、特に磁性キャリアの搬送不良による画質劣化を防止することが重要である。そのためには、第２現像スリーブ９表面でＳｍに対してＲｚの比率を大きくすることがよい。

そこで、実験例４（実施例）では、第１現像スリーブ８のブラスト処理をアルミニウムＦＧＢ＃３００、第２現像スリーブ９のブラスト処理をＡＲＤ＃１５０にて行い、以下の表４に示すようなＲｚ、Ｓｍ値とした。そして、サンプルＣのトナーを用いて１万枚耐久した結果を表４に示す。

なお、十点平均粗さＲｚ値を大きくすることはトナーが表面の凹部に引っかかりやすくなり、現像スリーブ汚染レベルが悪化する傾向となると考えられるが、上述したようにツインスリーブ現像方式では第２現像スリーブ９におけるスリーブ汚染レベルは第１現像スリーブ８における汚染レベルより良いため、或る程度のＳｍを有して調整しておくことで実用上問題はない。また、非定形粒子でブラスト処理することで微小な凹凸部が存在する表面にすることで搬送性が向上するため画質が劣化することがない。

そこで、第１及び第２現像スリーブ８、９表面の十点平均粗さをＲｚ１、Ｒｚ２とし、第１及び第２現像スリーブ８、９表面の平均山間隔をＳｍ１、Ｓｍ２と設定した場合の、ＲｚとＳｍとの比（Ｒｚ１／Ｓｍ１、Ｒｚ２／Ｓｍ２）とスリーブ汚染と現像剤搬送性の関係を詳細に調べたところ、Ｒｚ１／Ｓｍ１＜Ｒｚ２／Ｓｍ２の関係に設定されていると良好な結果が得られた（表４）。

しかしながら、現像スリーブ表面の平均山間隔Ｓｍを過剰に大きくしたり、更に、十点平均粗さＲｚと平均山間隔Ｓｍの比Ｒｚ／Ｓｍを過剰に小さくすれば、スリーブ表面が平滑になることにより、現像剤の搬送性が低下し像担持体上に形成された静電像に十分な現像剤を供給することが困難になる可能性があった。

そこで、第１現像スリーブ８と第２現像スリーブ９についてＲｚ／Ｓｍ比が上述した関係となっている条件で、第１現像スリーブ８及び第２現像スリーブ９の表面の平均山間隔Ｓｍを２成分現像剤中の磁性キャリアの重量平均粒径Ｄの１／３倍乃至３倍（Ｄ／３≦Ｓｍ≦３＊Ｄ）に調整、設定することで上記問題が良化する。なお、（Ｄ／２≦Ｓｍ≦２＊Ｄ）に設定するのが更に好ましい。

ここで、キャリア及びトナーの平均粒径の測定法について述べておく。本発明では、キャリアの重量平均粒径を、以下の手順によって測定した。
（１）試料であるフェライトキャリアを約１００ｇを、０．１ｇの桁まで秤り取る。
（２）篩は、１００メッシュ〜４００メッシュの標準篩（以下単に「篩」という）を用い、上から１００、１４５、２００、２５０、３５０、４００の大きさの順に積み重ね、底には受け皿を置き、試料は一番上の篩に入れて蓋をする。
（３）これを振動機によって、水平旋回数毎分２８５±６回、振動回数毎分１５０±１０回で１５分間ふるう。
（４）ふるった後、各篩及び受け皿内のフェライトキャリアを０．１ｇの桁まで秤り取る。
（５）重量百分率で少数第２位まで算出し、ＪＩＳ−Ｚ８４０１に準拠して少数第１位まで丸める。

尚、このとき、篩の枠の寸法は、篩面から上の内径が２００ｍｍ、上面から篩面までの深さが４５ｍｍとされ、又、ふるった後の各部分のフェライトキャリアの重量の総和が、始めに秤り取った試料の重量の９９％以下であってはならない。

キャリアの重量平均粒径は、上述した粒度分布の各側定値より、下記の式により求める。
重量平均粒径（μｍ）＝１／１００×｛（１００メッシュ篩の残量）×１４０＋（１４５メッシュ篩の残量）×１２２＋（２００メッシュ篩の残量）×９０＋（２５０メッシュ篩の残量）×６８＋（３５０メッシュ篩の残量）×５２＋（４００メッシュ篩の残量）×３８＋（全篩通過量）×１４｝

本発明において、トナーの体積平均粒径は、下記測定法で測定した。

つまり、測定装置としてはコールターマルチサイザー（コールター社製）を用い、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェイス（日科機製）及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を接続し、電解質液には、１級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製して使用した。測定は、前記電解質水溶液１００〜１５０ｍｌ中に、分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に、測定試料０．５〜５０ｍｇを加えて行った。測定に際しては、上記の試料を懸濁した電解質液は超音波分散器で１〜３分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザーにより、アパチャーとして１００μｍアパチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して分布を求め、サンプルの平均粒径並びに微分量（個数％）を得た。

実施例２
本実施例は、実施例１における現像装置において現像スリーブに重畳する現像バイアスを図４に示すようなブランクパルスバイアスを採用した。

このバイアスは、矩形バイアスと直流バイアスに比べ現像選択性がないこととハイライト再現性が非常に高く高画質化が可能な特徴をもつが、スリーブ上の粒度分布と感光ドラム上に現像された粒度分布を採取したところ、若干粗粉現像であることが分かった。その結果、耐久後は現像装置内には微粉が蓄積する。

実際にサンプルＡにて耐久を行ったところ、粒径４μｍ以下のトナーが初期の１０％から耐久後には１８％にまで増加してしまった。

しかしながら、上述した現像スリーブ表面形状であるとスリーブ汚染を発生することはなかった。

実施例３
本実施例は、実施例２と同様に現像スリーブ８、９の表面を粗面化処理した後、その上にＮｉ−Ｐメッキ、若しくは、Ｎｉ−Ｂメッキ、若しくは、Ｃｒメッキをコーティングすることにより、現像スリーブの表面を形成したことが特徴である。

第１及び第２現像スリーブ８、９表面にＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、又はＣｒのメッキをコーティングすると、表面粗さの制御が容易になる上に、現像スリーブ８、９の耐摩耗性を向上する効果がある。また、実施例１で述べたような現像スリーブ切削時にできる表面の細かいギザギザを滑らかにする効果もある。

現像スリーブ８、９の材質にアルミニウムを用いた場合、ステンレスに比べて安価にできるものの、現像スリーブ８、９表面の硬度が低いことから、キャリアを含む２成分系現像剤を用いた場合、耐摩耗性が低下し、現像スリーブ８、９の寿命が短くなってしまう。

しかしながら、アルミニウムの現像スリーブ８、９でも、表面にＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、又はＣｒのメッキをコーティングすると、表面硬度がアルミニウムよりも増して、現像スリーブ３の寿命を延ばすことが可能になる。

以上のように、粗面化処理された現像スリーブ表面に、Ｎｉ−Ｐめっき、Ｎｉ−Ｂめっき、若しくは、Ｃｒめっきを施すことによって、現像スリーブ表面を、上記実施例１と同様な効果が得られる良好な凹凸状態に容易に調整することが可能となり、更に、現像剤担持体表面の耐摩耗性を向上させることができる。

実施例４
本実施例は、実施例３と同様、現像スリーブの表面を粗面化処理した後、その上にコーティングを施すことにより、所望の表面状態を得るが、本実施例では、結晶性グラファイト及び導電性カーボンを含む樹脂層をコーティングする点が異なる。樹脂層のコーティングは、実施例２のＮｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、又はＣｒのメッキと同様、所望の表面形状形成の容易化、現像スリーブの硬質化を達成することができる。

以上のように、粗面化処理された現像スリーブ表面に、結晶性グラファイト及び導電性カーボンを含んだ樹脂層を設けることによって、現像スリーブ表面を、上記実施例１と同様な効果が得られる良好な凹凸状態に容易に調整することが可能となり、更に、現像スリーブ表面の耐摩耗性を向上させることができる。

以上、本発明の適用例として実施例１〜４を用いて説明したが、本発明の思想の範囲内であるならば種々の構成を変形可能なことは言うまでもない。

以上説明したように、上述した構成によれば、現像剤担持体へのトナー融着を抑制しながらも、高画質画像を長期に亘って安定して得ることができる。

１ 現像装置
２ 現像容器
３ 現像室
４ 攪拌室
５、６ 搬送スクリュー
８ 第１現像スリーブ（第１現像部材）
９ 第２現像スリーブ（第２現像部材）
８ａ、９ａ マグネットローラ（磁界発生手段）
１０ 感光ドラム（像担持体）
１１ 現像剤層厚規制部材

Claims (13)

1. 像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置において、
   トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と；
   前記現像容器内の現像剤を担持して前記像担持体上の静電像へ供給する第１の現像部材と；
   前記第１の現像部材上に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と；
   前記第１の現像部材から受け渡された現像剤を前記像担持体上の静電像へ供給する第２の現像部材と；
   を有し、前記第１の現像部材及び前記第２の現像部材は、前記第１の現像部材表面の平均山間隔が前記第２の現像部材表面の平均山間隔よりも大きくなるように、粗面化処理が施されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記第１の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ１、前記第２の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ２、キャリアの重量平均粒径をＤとしたとき、
   Ｓｍ２＜Ｄ≦Ｓｍ１
   を満足することを特徴とする請求項１の現像装置。
3. 前記第１の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ１、前記第２の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ２、前記第１の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ１、前記第２の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ２としたとき、
   （Ｒｚ１／Ｓｍ１）＜（Ｒｚ２／Ｓｍ２）
   を満足することを特徴とする請求項１又は２の現像装置。
4. キャリアの重量平均粒径をＤとしたとき、
   （Ｄ／３）≦Ｓｍ１≦３×Ｄ
   （Ｄ／３）≦Ｓｍ２≦３×Ｄ
   を満足することを特徴とする請求項３の現像装置。
5. （Ｄ／２）≦Ｓｍ１≦２×Ｄ
   （Ｄ／２）≦Ｓｍ２≦２×Ｄ
   を満足することを特徴とする請求項４の現像装置。
6. 前記第１の現像部材表面は実質的に球形状の研磨粒子を用いて粗面化処理が施されており、前記第２の現像部材表面は非球形状の研磨粒子を用いて粗面化処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの現像装置。
7. 前記第１の現像部材及び前記第２の現像部材の回転方向は同方向であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの現像装置。
8. 前記第１の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第１の磁界発生手段と、前記第２の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第２の磁界発生手段と、を有し、前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段は互いに対向する位置に同極性の磁極が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの現像装置。
9. 像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置において、
   トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と；
   前記現像容器内の現像剤を担持して前記像担持体上の静電像へ供給する第１の現像部材と；
   前記第１の現像部材上に担持された現像剤の層厚を規制する規制部材と；
   前記第１の現像部材から受け渡された現像剤を前記像担持体上の静電像へ供給する第２の現像部材と；
   を有し、前記第１の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ１、前記第２の現像部材表面の平均山間隔をＳｍ２、前記第１の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ１、前記第２の現像部材表面の十点平均粗さをＲｚ２としたとき、
   （Ｒｚ１／Ｓｍ１）＜（Ｒｚ２／Ｓｍ２）
   を満足することを特徴とする現像装置。
10. キャリアの重量平均粒径をＤとしたとき、
    （Ｄ／３）≦Ｓｍ１≦３×Ｄ
    （Ｄ／３）≦Ｓｍ２≦３×Ｄ
    を満足することを特徴とする請求項９の現像装置。
11. （Ｄ／２）≦Ｓｍ１≦２×Ｄ
    （Ｄ／２）≦Ｓｍ２≦２×Ｄ
    を満足することを特徴とする請求項１０の現像装置。
12. 前記第１の現像部材及び前記第２の現像部材の回転方向は同方向であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかの現像装置。
13. 前記第１の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第１の磁界発生手段と、前記第２の現像部材内に固定配置され現像剤を磁気的に搬送するための第２の磁界発生手段と、を有し、前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段は互いに対向する位置に同極性の磁極が設けられていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかの現像装置。

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