JPH08220889A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い現像バイアス電圧で、安定した高解像力
の高い現像性を有する現像装置を提供する。 【構成】 像形成体１に対向する現像剤搬送体81の現像
域Ａ又は現像域Ａよりも上流部に、現像剤層に当接した
絶縁部材83によって支持された電圧印加可能な電極部84
ａを配設してなる制御電極84を有する現像装置におい
て、現像剤Ｄは少なくとも体積平均粒径ｄ_t（μm）のト
ナー、体積平均粒径ｄ_c（μm）のキャリア、及び次式で
表される体積平均粒径ｄ_a（μm）の微粒子から成ること
を特徴とする現像装置。 [(d_t＋d_c)／1000]＜d_a＜[(d_t＋d_c)／50]

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真式複写装置等
の画像形成装置において、二成分現像剤を用いて静電潜
像を現像する現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真複写装置等においては、
二成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式の現像装置が
用いられている。この現像装置は、内部に複数の磁極を
有する磁石体からなる磁石ロールを備え回転可能に支持
された円筒状の現像剤搬送体である現像スリーブを有
し、この現像スリーブ表面にトナー粒子を付着させた磁
性キャリアを保持し現像域に搬送して現像を行うもので
ある。

【０００３】従来、二成分現像法としては、一般に粒径
が数十μm〜数百μmの磁性キャリア粒子と平均粒径が10
μm前後の非磁性トナー粒子からなる現像剤が用いられ
ており、トナー粒子やさらにはキャリア粒子が粗いため
に、繊細な線や点或いは濃淡差等を再現する高画質画像
が得られにくいといった問題がある。こうした高画質な
画像を得るためには、トナー粒子及びキャリア粒子をよ
り微粒子にすることが必要であると考えられる。しか
し、トナー粒子を10μm以下の微粒子にすると、 現像時のクーロン力に対して相対的にファンデルワー
ルス力の影響が大きくなるため、像背景の地部分にもト
ナー粒子が付着するいわゆるカブリが生ずるようにな
り、現像剤搬送体への直流バイアス電圧印加によっても
カブリを防ぐことが困難となる、トナーの摩擦帯電制
御が困難となり、トナーの凝集が起こり易くなる、二
成分現像法においては、トナーのキャリア被覆率が高く
なるため、さらに帯電制御が困難となる、キャリア被
覆率を低下させるため、キャリア粒子を小さくしていく
と、キャリア粒子も像形成体の静電像部分に付着するよ
うになる、という問題が発生する。この原因としては、
磁気バイアスの力が低下して、キャリア粒子がトナー粒
子と共に像形成体側に付着したためと考えられる。ま
た、バイアス電圧が大きくなると、像背景の地部分にも
キャリア粒子が付着するようになる。

【０００４】トナー及びキャリアの微粒子化には、上述
のような副作用の方が目立って、鮮明な画像が得られな
いという問題があるため、トナー粒子及びキャリア粒子
を微粒子化することは実際に用いるのが困難であった。

【０００５】上記問題を解決する方法として、現像域上
流部に電極を有する板状部材を現像剤搬送体（現像スリ
ーブ）に当接し、前記電極と前記現像剤搬送体、前記現
像剤搬送体と像形成体との間に、前者の方が強くなるよ
うな振動電界を形成し、現像剤中のトナーをクラウド化
して現像を行う方法が、特開平5-346736号公報、特開平
6-175485号公報に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
方法では、板状部材が現像剤層に当接しているため、現
像剤層と板状部材とが摺擦し、その摩擦熱によって板状
部材に現像剤中のトナーが（コーティングキャリアの場
合にはキャリアも）融着するという問題が発生する。こ
の融着は、現像剤層の良好な搬送を阻害し、画像に白ス
ジやヌケ等の欠陥が生じる原因となる。

【０００７】本発明は、前記制御電極法の問題点を解決
し、制御電極板にトナーが融着することなく、解像度、
現像性が高く、白スジや画像ヌケ等の欠陥ない高画質の
画像を、長期にわたり安定して得られる二成分非接触現
像装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、像形成体に
対向する現像剤搬送体の現像域又は現像域よりも上流部
に、現像剤層に当接した絶縁部材によって支持された電
圧印加可能な電極部を配設してなる制御電極を有する現
像装置において、前記現像剤は少なくとも体積平均粒径
ｄ_t（μm）のトナー、体積平均粒径ｄ_c（μm）のキャリ
ア、及び次式の条件を満たす体積平均粒径ｄ_a（μm）の
微粒子から成ることを特徴とする現像装置によって達成
される。

【０００９】[(d_t＋d_c)／1000]＜d_a＜[(d_t＋d_c)／50]

【００１０】

【実施例】図１は本発明の現像装置を好適な現像手段と
して備えたカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図
である。

【００１１】図１において、１は光導電体を塗布或いは
蒸着した可撓性のベルトからなるベルト状の像形成体で
ある感光体ベルトで、この感光体ベルト１は回動ローラ
２および３の間に架設されていて回動ローラ２の駆動に
より時計方向に搬送される。

【００１２】４は前記感光体ベルト１に内接するよう装
置本体に固定したガイド部材で、前記感光体ベルト１は
テンションローラ５の作用によって緊張状態とされるこ
とによりその内周面を前記ガイド部材４に摺擦させる。

【００１３】６は帯電手段たるスコロトロン帯電器、７
は像露光手段たるレーザビームを用いたレーザ書込み装
置、８Ａないし８Ｄはそれぞれ特定色の現像剤を収容し
た複数の現像手段たる本発明の現像装置であって、これ
等の像形成手段は感光体ベルト１の前記ガイド部材４に
接する部分に配設される。

【００１４】前記各現像装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄは
詳細については後述するが、例えばイエロー，マゼン
タ，シアン，黒色の各現像剤をそれぞれ収容するもので
前記感光体ベルト１と所定の間隙を保つ各現像スリーブ
（現像剤搬送体）81を備え、感光体ベルト１上の潜像を
非接触の反転現像法により顕像化する機能を有してい
る。この非接触現像は接触現像と異なり、感光体ベルト
１の移動を妨げない長所を有する。

【００１５】12は転写器、13はクリーニング装置でこの
クリーニング装置13のブレード13ａとトナー排出ローラ
13ｂは画像形成中には感光体ベルト１の表面より離間し
た位置に保たれ画像転写後のクリーニング時のみ図示の
ように感光体ベルト１の表面に圧接される。

【００１６】かかるカラー画像形成装置によるカラー画
像形成のプロセスは次のようにして行われる。

【００１７】先ず、本実施例による多色像の形成は、次
の像形成システムに従って遂行される。

【００１８】（イ）オリジナル画像を撮像素子が走査す
る画像データ入力部でカラー画像データを得る。（ロ）
このデータを画像データ処理部で演算処理して画像デー
タを作成する。（ハ）その画像データは一旦画像メモリ
に格納される。（ニ）次いでこの画像データは記録時取
り出されて記録部である例えば図２のカラー画像形成装
置へ入力される。

【００１９】即ち、前記カラー画像形成装置とは別体の
画像読取装置から出力される色信号である画像データが
前記レーザ書込み装置７に入力されると、レーザ書込み
装置７においては図示しない書込み光源である半導体レ
ーザで発生されたレーザビーム（書込み光）は図示しな
いコリメータレンズ及びシリンドリカルレンズを通過
し、駆動モータ71により回転される回転多面鏡74により
回転走査され、fθレンズ75とシリンドリカルレンズ76
を経てその間２個のミラー77，78により光路を曲げられ
て、予めスコロトロンの帯電器６によって一様な電荷を
付与された感光体ベルト１の周面上に投射され主走査が
なされて輝線を形成する。

【００２０】一方、走査が開始されるとレーザビームが
図示しないインデックスセンサによって検知され、第１
の色信号により変調されたレーザビームが前記感光体ベ
ルト１の周面上を走査する。従ってレーザビームによる
主走査と感光体ベルト１の搬送による副走査により感光
体ベルト１の周面上に第１の色に対応する潜像が形成さ
れて行く。この潜像は現像手段の内イエロー（Ｙ）のト
ナー（顕像媒体）の装填された現像装置８Ａにより現像
されて、ベルト表面にトナー像が形成される。得られた
トナー像はベルト面に保持されたまま感光体ベルト１の
周面より引き離されている清掃手段たるクリーニング装
置13のブレード13ａ、トナー排出ローラ13ｂの下を通過
し、次の画像形成サイクルに入る。

【００２１】即ち、前記感光体ベルト１は前記帯電器６
により再び帯電され、次いで第２の色信号が前記レーザ
書込み装置７に入力され、前述した第１の色信号の場合
と同様にしてベルト表面への書込みが行われ潜像が形成
される。潜像は第２の色としてマゼンタ（Ｍ）のトナー
を装填した現像装置８Ｂによって現像される。

【００２２】このマゼンタ（Ｍ）のトナー像はすでに形
成されている前述のイエロー（Ｙ）のトナー像の存在下
に形成される。

【００２３】８Ｃはシアン（Ｃ）のトナーを有する現像
装置で、第１，第２の色と同様にベルト表面にシアン
（Ｃ）のトナー像を形成する。

【００２４】さらに８Ｄは黒色のトナーを有する現像装
置であって、前記の色と同様の処理によりベルト表面に
黒色のトナー像を重ね合わせて形成する。これ等各現像
装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び８Ｄの各現像スリーブ81には
直流或いはさらに交流のバイアス電圧が印加され、顕像
手段である二成分現像剤による非接触現像が行われ、基
体が接地された感光体ベルト１には非接触で現像が行わ
れるようになっている。

【００２５】かくして感光体ベルト１の周面上に形成さ
れたカラーのトナー画像は、転写部においてトナーと逆
極性の高電圧が印加されて、給紙カセット14より給紙ガ
イド15を経て送られてきた転写材に転写される。

【００２６】即ち、給紙カセット14に収容された転写材
は，給紙ローラ16の回転によって最上層の一枚が搬出さ
れてタイミングローラ17を介し感光体ベルト１上の像形
成とタイミングを合わせて転写器12へと供給される。

【００２７】トナー画像の転写を受けた転写材は、前記
回動ローラ２に沿って急に方向転換をする感光体ベルト
１より確実に分離して上方に向かい、定着ローラ18によ
ってトナー画像を溶着固定したのち排紙ローラ19を経て
トレイ20上に排出される。

【００２８】一方、転写材への転写を終えた感光体ベル
ト１は，さらに搬送を続けてブレード13ａとトナー排出
ローラ13ｂを圧接状態とした前記クリーニング装置13に
おいて残留したトナーの除去を行いその終了をまって再
び前記ブレード13ａを引き離し、それより少し後にトナ
ー排出ローラ13ｂを引き離し新たな画像形成のプロセス
に入る。

【００２９】上記本発明の現像装置を用いるカラー画像
形成装置として、像形成体がベルト状のものについて述
べたが、ドラム状の像形成体を有する画像形成性装置に
ついても同様に用いることができる。

【００３０】前記現像装置８Ａ〜８Ｄは同一の構成から
なり、以下符号８をもって示すことにする。

【００３１】図２は本発明の現像装置の一実施例を示す
概略断面図である。

【００３２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明装置
の一実施例の概略断面図及び要部拡大断面図であって、
81はアルミニウム等の非磁性材料からなる現像剤搬送体
である現像スリーブで、図の矢示方向に回転可能であ
る。82は現像スリーブ81の内部に固設された複数のＮ，
Ｓ磁極を周方向に有する磁石体で、磁石体82の１つの磁
極82ａは現像スリーブ81と感光体ベルト１との最近接位
置の現像域Ａの中に配置されこれを主磁極ということに
する。この現像スリーブ81と磁石体82とで現像剤搬送機
能を発揮する。磁石体82の主磁極82ａを含む各磁極は50
0〜1,500ガウスの磁束密度に磁化されており、その磁力
によって現像剤スリーブ81上に磁性現像剤Ｄの層即ち、
磁気ブラシを形成するこの磁気ブラシは現像剤スリーブ
81の回転によって同方向に移動し現像域Ａに搬送され
る。この現像スリーブ81上に形成される磁気ブラシは感
光体ベルト１の表面に接触せず間隙を保つように、現像
スリーブ81と規制ブレード86の間隙及び現像スリーブ81
と感光体ベルト１の間隙を調整される。

【００３３】84は現像域Ａの上流側に現像剤Ｄの層に当
接するよう設けた絶縁部材83上に電圧印加可能な電極部
84ａと、さらに電極部84ａの上にひさし部材84ｃを配設
してなる制御電極で、絶縁部材83は例えばポリエステ
ル、ポリイミド、ガラスエポキシ、ポリエチレンテフタ
レート、ポリアミドイミド等の電気的絶縁体よりなる均
し部材を兼ねる部材、電極部84ａは金属等の導電性材料
からなり絶縁部材83の先端部上に線状に一体に設けら
れ、ひさし部材84ｃはガラスエポキシ板等からなってい
る。85Ａ，85Ｂは現像剤Ｄを撹拌して成分を均一にする
撹拌スクリュー、86は磁気ブラシの高さ、量を規制する
ため設けられた非磁性体或いは磁性体からなる現像剤規
制手段である規制ブレード、87は現像域Ａを通過した磁
気ブラシを現像スリーブ81上から除去するクリーニング
ブレード、88は現像剤溜まり、89はケーシング、89ａは
絶縁部材83の固定部を支持するためケーシング89に設け
られた支持部、90，90ｓは制御電極84を支持部89ａに固
定するための押え板と止めネジである。

【００３４】以下、本発明の現像装置を構成する制御電
極および現像剤について説明する。

【００３５】イ：制御電極84 −構成− 図３は制御電極84の一例を示す斜視図及び断面図であ
る。図３に示す制御電極84は従来公知のプリント基板製
造方法を用い、絶縁部材83としてガラスエポキシ，ポリ
イミド，紙フェノール等を用い、銅箔等の導電性部材を
ラミネートした後、エッチング処理することによって、
絶縁部材83の先端部に電極部84ａを形成し、さらにガラ
スエポキシ板からなるひさし部材84ｃによって電極部84
ａを被覆しかつ張り出すように一体に接着してなるもの
である。

【００３６】図４（ａ）は制御電極84の他の例を示す断
面図で、絶縁部材83と、絶縁部材83と同じ大きさのひさ
し部材84ｄとの間で、かつ先端が該ひさし部材84ｄの先
端より約0.3mmの位置に電極部84ａを挟み込むように形
成したものである。

【００３７】図４（ｂ）はガラスエポキシ板から成る絶
縁部材83の上面に長さ0.5mmの電極部84ａを接合し、か
つ該電極部84ａの先端を、絶縁部材83の先端より約0.3m
m後退させた位置に形成したものである。

【００３８】なお、ひさし部材84ｃ,84ｄを除いた制御
電極も用いることができるが、図３に示すひさし部材84
ｃを有するものが電極部84ａの汚れを防止することがで
きて好ましい。

【００３９】上記電極部84ａは、金属等の導電性材料を
断面が円形又は四辺形の線状にしたものを、絶縁性の絶
縁部材83の先端部に接着剤等により貼り付ける（図５
（ａ），（ｂ），（ｇ），（ｈ））、絶縁部材83の先端
部に切り込み83ａを設けこれに挟み込む（図５（ｃ），
（ｄ））、絶縁部材83の先端部に凹部83ｃを設けてここ
に埋め込む（図５（ｅ），（ｆ））、等の方法によって
も形成することができる。電極部84ａは無用の放電を防
止するためと防錆のため絶縁性樹脂によって被覆しても
よい。

【００４０】−製造方法− 基板材料としては、例えばポリエステル、ポリイミド、
ガラスエポキシ、エチレン-4フッ化エチレン共重合体、
４フッ化エチレン-6フッ化プロピレン共重合体、ポリ４
フッ化エチレン、ポリアミドイミド、ポリスルホル、ト
リアジン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材
料がガラス繊維強化樹脂、セラミックス、ガラス、アル
ミナ等の無機材料を用いることができる。これらの基板
に電解銅はく、焼きなまし電解銅はく、ベリリウム銅は
く等を接着剤によってはり付け、従来公知のフォトポリ
マーを用いたフォトエッチング法、スクリーン印刷によ
るエッチングレジスト構成法等により、基板上に必要な
電極部を構成する。この他、導電性インキを凸版、孔
版、凹版、平版によって電極部に対応して印刷する方法
や金属を蒸着する方法等を用いることができる。又、電
極からの不要な放電を防止するために、電極部上に絶縁
被覆層を構成することが好ましく、この場合は、前述し
た基板材料と同種の部材を貼る方法や絶縁性インクを塗
布する方法を用いることができる。

【００４１】また、電極部分を線状ワイヤーとしたもの
等も用いることができる（図５（ｃ），（ｅ），（ｈ）
参照）。

【００４２】電極部84ａの全体は、搬送上流部での不要
なクラウド発生を防止し、安定した搬送量を得るため
に、図２（ｂ）に示すように、絶縁部材83と現像スリー
ブ81の最近接点81ｂよりも現像スリーブ81の感光体ベル
ト１への最近接位置81ａ側にのみ配置されるよう形成さ
せる。電極部84ａの周方向長さは、現像スリーブ81の径
や搬送速度にもよるが、0.05〜５mm、特に0.1〜１mmが
好ましい。0.05mm以下では充分なクラウドを発生させる
ことができず、５mm以上ではトナーが振動によって帯電
し、過剰帯電となるため現像性の低下が生ずる。

【００４３】また、制御電極84の厚さｔ（図３）は、現
像域Ａの感光体ベルト１と現像スリーブ81の最近接距離
をｄ₁としたときに、（1/10,000）ｄ₁〜（2/3）ｄ₁、特
に（1/1,000）ｄ₁〜（2/3）ｄ₁が好ましい。（2/3）ｄ₁
より大きいと、感光体ベルト１とひさし部材84ｃ，84ｄ
又は電極部84ａとの間隙が狭くなるため、ひさし部材84
ｃ，84ｄ又は電極部84ａが像形成体１の表面に接触しや
すくなり、画像乱れが発生しやすくなる。反対に（1/1
0,000）ｄ₁以下では現像スリーブ81からの電流が流れ込
みやすくなり、電圧降下が発生し現像性の低下が起こり
やすくなる。

【００４４】電極部84ａの幅（現像スリーブ81の軸方向
の長さ）をＷ₃、現像スリーブ81上の現像領域の幅（現
像剤Ｄ層の幅）をＷ₄とすると、図６に示すように、Ｗ₃
＞Ｗ₄として、電極部84ａに直流電圧Ｅ₃を印加するター
ミナル部84ｂも、現像領域の幅Ｗ₄より外側になる部分
に設け、不要なトナークラウドの発生を防止する。

【００４５】さらに、現像スリーブ81の表面粗さＲz
₁（μm）と絶縁部材83の現像スリーブ81に対向する面の
粗さＲz₂（μm）は、Ｒz₂≧ Ｒz₁になると、現像スリー
ブ81上に搬送される現像剤が絶縁部材83に搬送を阻害さ
れて、現像域Ａへのトナー搬送量が低下し画像濃度低下
を起こす。Ｒz₁は0.2〜20μmの範囲、Ｒz₂は0.02〜5.0
μmの範囲にあるのが、良好な搬送性と、画像乱れのな
い、高い濃度の画像を得るのに好ましい。なお、表面粗
さＲzはJIS B 0601に準じ、ミツトヨ製Surftest-402を
用いて基準長さ25mmで測定を行った。

【００４６】ロ：電極設定条件 制御電極84の設置位置は、図２（ｂ）に示すように、現
像領域Ａ又は現像領域Ａより現像スリーブ81の回転に対
し上流部にあるようにすると共に、現像スリーブ81の現
像領域Ａに主磁極を有し、現像スリーブ81の回転軸Ｏを
中心にした、現像スリーブ81と感光体ベルト１との現像
スリーブ81上の最近接位置81ａと前記主磁極82ａとの間
の角度をθ₁、同じく上記最近接位置81ａと制御電極84
のひさし部材84ｃの先端部との間の角度をθ₄とすると
き、（図２のＣは最近接位置81ａと現像スリーブ81の回
転軸Ｏを結ぶ中心線であり、角度θの値は最近接位置81
ａより上流側を正、下流側を負とする)、 −10°≦θ₁≦10° (θ₁−５°)≦θ₄≦(θ₁＋５°) となるようにするのが、現像域Ａでの現像剤Ｄの穂立ち
を良好にし、現像効率を高く維持し、トナーの飛散を防
止することが判明した。

【００４７】θ₁が10°未満或いは10°を超すと、現像
域Ａでの現像剤Ｄの穂立ちが悪く現像性が低下する。

【００４８】θ₄が(θ₁−５°)より小さいと現像剤Ｄの
穂を制御電極84が覆い過ぎて現像性が低下する、またθ
₄が(θ₁＋５°)より大きいと現像剤Ｄの穂立ちが大きく
なり過ぎて、感光体ベルト１の感光体に現像剤Ｄが接触
し、はき目やキャリア付着が発生し画像乱れが生じる。

【００４９】このように、現像域Ａに主磁極82ａを配置
し、制御電極84をその近くに配設して現像剤Ｄ層を押さ
えるようにすることによって、現像剤Ｄの穂立ちを適度
にし、キャリア付着を起こすことなく、従来技術では不
可能であった現像性の向上を低い現像バイアス電圧印加
で実現することができた。この実施例ではｄ₁＝0.5mm，
ｄ₂＝0.25mm，θ₁＝１°，θ₄＝２°として良好な現像
性が得られた。ここでｄ₂は、電極部84ａの現像スリー
ブ81からの高さ（mm）で、現像スリーブ、像形成体への
放電防止、現像性確保の点から、(0.2〜0.6)ｄ₁が好ま
しい。

【００５０】ハ：現像プロセス／放出電界 以上の実施例において、現像スリーブ81には直流バイア
ス電源Ｅ₁と交流バイアス電源Ｅ₂により保護抵抗Ｒ₁を
介して直流成分に交流成分を重畳したバイアス電圧が印
加される。また、電極部84ａには直流バイアス電源Ｅ₃
から保護抵抗Ｒ₂を介して直流成分のみのバイアス電圧
が印加される。電極部84ａには、トナーと同極性の直流
電圧を印加するのがトナー付着防止の観点から好まし
い。

【００５１】また、現像スリーブ81に印加する直流電圧
と、電極部84ａに印加する直流電圧が等しい場合は、図
２（ｃ）に示すように、直流バイアス電源Ｅ₁を共用す
ることができ、装置の繁雑化を避けることができる。

【００５２】本発明の現像装置８では、以上のバイアス
電圧印加によって、感光体ベルト１と現像スリーブ81と
の間に形成する交番電界（これを第２の振動電界という
ことにする）と共に、制御電極84の電極部84ａと現像ス
リーブ81との間に第１の振動電界を発生させるようにし
てある。

【００５３】前記カラー画像形成装置において、感光体
ベルト１の感光体として負に帯電させるＯＰＣ感光体を
用い反転現像が行われ、感光体が例えば−850Ｖに帯電
されているとすると、電極部84ａには−750Ｖ、現像ス
リーブ81には−750Ｖの直流電圧に交流電圧を重畳した
バイアス電圧が印加される。交流成分は周波数100Hz〜2
0kHz、好ましくは１kHz〜10kHzでゼロ・ピーク電圧（Ｖ
_O-P）｛ピーク・ピーク電圧（Ｖ_P-P）の1/2｝は詳しく
は後述するが、前記像形成体１と現像剤搬送体81の最近
接距離ｄ₁（mm）、前記電極部84ａの現像スリーブから
の高さｄ₂（mm）、現像剤中にトナー体積平均粒径ｄ
_t（μm）、該トナーの平均帯電量をＱ（μC／ｇ）とし
た場合に、20・Ｑ・ｄ_t・ｄ₁＞Ｖ_O-P＞３・Ｑ・ｄ_t・ｄ
₂、特に10・Ｑ・ｄ_t・ｄ₁＞Ｖ_O-P＞５・Ｑ・ｄ_t・ｄ₂の
範囲であることが好ましい。この場合、電極部84ａは感
光体ベルト１より現像スリーブ81に近接して設けてある
ため第１の振動電界の強さが第２の振動電界の強さより
大となる。

【００５４】上記第１の振動電界によってその電気力線
に直角の方向に、電極部84ａ付近に達した現像剤Ｄのト
ナー粒子を振動させるので、そのトナー粒子をキャリア
から分離飛翔させ、雲霞状のトナークラウドを十分に発
生させることができる。このトナークラウドは第２の振
動電界によって感光体ベルト１上の潜像に向う飛翔を助
けられ均一な現像が行われる。

【００５５】この時、交流バイアスは現像スリーブ81の
みに印加されているため、前記第１の振動電界と第２の
振動電界は同位相となり、トナー粒子を第１の振動電界
から第２の振動電界に円滑に移行させる。

【００５６】以上の交流成分は波形が正弦波に限らず、
矩形波や三角波等であってもよい。そして周波数も関係
するが、電圧値は高い程現像剤Ｄの磁気ブラシを振動さ
せるようになって、キャリア粒子からトナー粒子の分離
飛翔が行われ易くなるが、反面、カブリや落雷現象のよ
うな絶縁破壊が発生し易くなる。カブリの発生は直流成
分で防止し、絶縁破壊は、現象スリーブ81の表面を樹脂
や酸化皮膜等により絶縁ないしは半絶縁にコーティング
すること、或いは現像剤Ｄのキャリア粒子に後述するよ
うな絶縁性のキャリア粒子を用いること、等によって防
止することができる。

【００５７】次に、現像剤Ｄの搬送量について説明す
る。

【００５８】以上説明した実施例において、現像スリー
ブ81上の現像剤Ｄの搬送量は以下の条件を満足するのが
好ましい。

【００５９】いま、Ｄwsを現像域における現像剤搬送体
上の現像剤搬送量（mg／cm²）、Ｔc を現像剤中のトナ
ー濃度(％)、ｄt を現像剤中のトナー体積平均粒径（μ
m）、ρt を現像剤中のトナー密度（ｇ／cm³）、ｖs を
現像域での現像剤搬送体移動速度（mm／ｓ）、ｖp を現
像域での像形成体移動速度（mm／ｓ）とするとき、下記
数式１

【００６０】

【数１】

【００６１】で表されるＤ_Tの値が1.5〜９の範囲にある
ことである。

【００６２】Ｄ_T＜1.5であると、搬送されるトナー量が
少ないため現像性不良となる。

【００６３】Ｄ_T＞９であると、トナー過剰現象が起こ
り階調再現性が悪くなる。このようになると、必要現像
トナー量に対し大過剰のトナーが搬送されるため、カブ
リは発生しやすくなる。又適正な画像濃度を得るために
は現像効率を低下させる必要が生じる。そうすると現像
剤Ｄ中の現像され易い大粒径のトナーから現像され、現
像剤中には現像されにくい小粒径のトナーが蓄積され、
長期的には現像性の低下を生じる、いわゆる「選択現
像」が起こる。又転写、定着時にトナーが失われるた
め、より良好な階調再現性を得るためには、上記Ｄ_Tの
値は2.5〜7.5に維持されるのが特に好ましい。

【００６４】図７は、後述する表１，表２の実施例１ａ
の現像装置（図２）、現像剤、カラー画像形成装置（図
２）を用いて、Ｄ_Tを変化させて、Ｄ_Tと最高画像濃度Ｄ
_m、画像白地部濃度Ｄ_fとの関係を示したものである。Ｄ
_Tは上述したように、現像剤量規制部材86と現像剤搬送
体81との間隙を調整することで変化させた。又この結果
は図２の画像形成装置中の黒現像装置８Ｄのみを用い
て、像形成体上の最高電位（−850Ｖ、非露光部）、最
低電位（−50Ｖ、露光部）の黒トナーによる現像を行
い、転写紙にコロナ放電して転写し、ヒートローラによ
り定着した画像を、画像濃度計（マクベス濃度計ＲＤ91
8、Macbeth社製）によって測定したものである。図に示
したとおり、Ｄ_Tが1.5〜９の範囲であれば、カブリが無
く、画像濃度の高い良好な画像が得られることが分か
る。ここで、現像スリーブ81に印加する交流成分のゼロ
・ピーク電圧（Ｖ_O-P）は、前記像形成体１と現像剤搬
送体81の最近接距離ｄ₁（mm）、前記電極部84ａの現像
スリーブからの高さｄ₂（mm）、現像剤中のトナー体積
平均粒径ｄ_t（μm）、該トナーの平均帯電量をＱ（μC
／ｇ）とした場合に、20・Ｑ・ｄ_t・ｄ₁＞Ｖ_O-P＞３・
Ｑ・ｄ_t・ｄ₂、特に10・Ｑ・ｄ_t・ｄ₁＞Ｖ_O-P＞５・Ｑ
・ｄ_t・ｄ₂、の範囲であることが好ましい。図７中の
は、ゼロ・ピーク電圧130Ｖ_O-P、は800Ｖ_O-P、は16
00Ｖ_O-Pの場合である。又周波数成分は100Hz〜20kHz、
特に１kHz〜10kHzであることが好ましい。なお、現像剤
搬送体81と、電極部84ａに印加されるＤＣ成分は、実施
例１ａと同じく−750Ｖとしている。又、この結果は、
黒以外の現像器の場合でも同様であることは言うまでも
ない。

【００６５】上記現像剤Ｄの搬送量を調整するために、
制御電極84の現像スリーブ81への当接点より上流側に公
知の現像剤量規制部材を設ける。この規制部材としては
ゴム等の弾性体を現像剤Ｄの層に押し当てる弾性ブレー
ドタイプや、磁性ステンレス鋼などの磁性部材を現像ス
リーブ81内の磁石体82によって現像剤Ｄ層に押圧させる
タイプ、現像スリーブ81内の磁石体82に対向し現像剤Ｄ
スリーブ81と一定の間隙をもって配置された非磁性ブレ
ード（図２の規制ブレード86）からなる穂立ち規制タイ
プ等があるが、本発明では、現像スリーブ81との間隙を
変化させて、比較的容易に現像剤搬送量を制御すること
ができる穂立ち規制タイプを用いることが好ましい。

【００６６】現像スリーブ81と像形成体の移動速度比ｖ
s／ｖpは現像スリーブ81の回転速度を変化させて調整し
た。

【００６７】単位面積当たりの現像剤搬送量であるＤ_WS
（ｇ／cm²）の測定方法は、現像スリーブ81上の現像剤
Ｄを、予め秤量してある接着テープに付着させて取り、
現像剤Ｄ付着前後の接着テープの重量差の値を、接着テ
ープの面積で割って算出した。

【００６８】本発明の現像装置は、以上述べたように二
成分現像剤を像形成体である感光体ベルト１に対して非
接触に保ち、第１及び第２の振動電界によってトナーク
ラウドを発生させ、感光体ベルト１への分離飛翔を向上
させ、静電像への選択吸着性を向上させて、キャリア粒
子の感光体ベルト１への付着を防止し、従ってトナー粒
子やキャリア粒子に微粒子のものを用いることを可能に
して、高画質画像の現像が行われるようにしたものであ
るが、それには次のようなキャリア粒子とトナー粒子か
らなる現像剤Ｄを用いることが好ましい。

【００６９】ニ：トナー ・体積平均粒径（ｄ_t）は１〜20μm、好ましくは３〜10
μmである。体積平均粒径ｄ_tが１μmより小さいと、摩
擦によるキャリアへの付着（トナースペント）、キャリ
ア被覆率が高くなるため、帯電不良、飛散等が起こりや
すい。体積平均粒径ｄ_tが20μmより大きいと、画質の低
下を生じる。

【００７０】−測定方法− ・コールターカウンターＴＡ−II型（アパーチャー100
μm、コールター社製）で測定された体積平均粒径であ
る。

【００７１】・トナーバインダー樹脂としては、スチレ
ン系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、ロジン変性
樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂などの樹脂や、これらのスチレン
-アクリル系樹脂等の共重合体樹脂または混合した樹脂
等が好ましい。これにカラー顔料等の着色成分や、必要
に応じて帯電制御剤、ワックス等の離型剤等を加えて、
従来公知の粉砕法、懸濁重合法、乳化重合法等のトナー
製造方法と同等の方法によって作ることができる。

【００７２】・帯電性 また、トナー粒子が電界に追随するために、トナー粒子
の平均帯電量は絶対値で１〜50μC／ｇ、好ましくは５
〜40μC／ｇであることが現像性確保、カブリや飛散防
止の観点から望ましい。特に粒径の小さい場合は高い帯
電量が必要である。

【００７３】トナーの平均帯電量Ｑは、２cm×５cmの導
電性板を直径20mmの現像ローラに最接近距離0.7mmで対
向させ、前記現像ローラに現像剤を供給して200rpmで回
転させながら前記現像ローラにＤＣとＡＣの重畳電圧
（例えばＤＣ；1000Ｖ、ＡＣ；750Ｖ_O-P、ＡＣ周波数８
kHz）を印加して、前記導電性板上に現像剤中のトナー
を現像し、このトナーが現像された導電性板をファラデ
ーゲージに接続してトナーを窒素ガスによって吹き飛ば
し、このとき飛ばされたトナーの電荷量と重量とを測定
することにより得られる。

【００７４】このようなトナーとしては、スチレン系樹
脂，ビニル系樹脂，エチル系樹脂，ロジン変性樹脂，ア
クリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，ポリエ
ステル樹脂や、スチレン-アクリル系樹脂等のこれらの
共重合体樹脂又は混合した樹脂等にカラー顔料等の着色
成分や、必要に応じて帯電制御剤、ワックス等の離型剤
等を加えて、従来公知の粉砕造粒法，懸濁重合法，乳化
重合法等のトナー製造方法で得られる。即ち、従来のト
ナーにおける球形や不定形の非磁性又は磁性のトナー粒
子を平均粒径選別手段によって選別したトナーを用いる
ことができる。

【００７５】ホ：キャリア 本発明の現像装置に二成分現像剤を用いる場合の、キャ
リア粒子としては以下のものが好ましい。

【００７６】・体積平均粒径（ｄ_c）10〜60μm、好まし
くは20〜50μmである。体積平均粒径ｄ_cが10μmより小
さいと、キャリアに充分な磁化を付与することが困難と
なり、キャリア付着が起こりやすい。体積平均粒径ｄ_c
が60μmより大きいと、キャリア比表面積が小さくなる
ため、トナーに充分な帯電性を付与することができな
い。また、被覆率が高くなるためトナー飛散も起こりや
すくなる。

【００７７】−測定方法− 湿式分散機を備えたレーザ回析式粒度分布測定装「HERO
S」（SYMPATEC社製）により測定される、体積基準の平
均粒径であって、湿式分散機で磁性粒子数10mgを界面活
性剤とともに水50mlに分散させ、次いで超音波ホモジナ
イザー（出力150Ｗ）で発熱による再凝集に注意しなが
ら１〜10分間分散する前処理を行った後に測定される値
である。

【００７８】・磁化（σ1000）の強さは５〜60emu／
ｇ、好ましくは10〜40emu／ｇである。

【００７９】現像剤搬送体上の磁束密度にもよるが、現
像剤搬送体に一般的に用いられる磁束密度500〜1200ガ
ウスでは、キャリア磁化が、５emu／ｇより小さいと、
磁気的な束縛力が働かず、キャリア飛散の原因となる。
又60emu／ｇよりも大きくなると、キャリア穂立ちが高
くなりすぎ、像形成体との非接触状態を保つのが困難で
ある。

【００８０】−測定方法− キャリア粒子を0.25cm×３cm²の試料セルにタッピング
しながら充填した後、試料をピックアップコイルにつけ
て磁化器にセットし、直流磁化特性自動記録装置「TYPE
3257」（横川北辰電機社製）を用いてＸ−Ｙレコーダー
にヒステリシスカーブを描かせることにより得られる。

【００８１】・こうした磁性キャリアは、磁性体として
従来の磁性キャリアと同等の、鉄、クロム、ニッケル、
コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や合金、例
えば四三酸化鉄、γ-酸化第二鉄、二酸化クロム、酸化
マンガン、フェライト、マンガン-銅系合金といった強
磁性体の球形化された粒子、またはそれらの球形磁性体
粒子の表面を、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、エチル
系樹脂、ロジン変性樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド
系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコ
ン系樹脂、フッ素系樹脂等の単独、または共重合体で球
形に被覆することで得られる。

【００８２】・また、これらの樹脂の中に、磁性体微粒
子を分散して含有させた、いわゆる樹脂分散型キャリア
も用いることができる。この場合、キャリアの形状が不
定形となるために、比表面積が増大し、現像に必要な充
分なトナー量を、より低い表面被覆率で得ることがで
き、トナー飛散が起こりにくく、現像安定性の面から好
ましい。

【００８３】ヘ：添加微粒子 ・トナー／キャリアが制御電極と摺擦し、その摩擦熱に
よって融着するのを防止するために、トナー／キャリア
と制御電極の間に、適当な間隙が生じるような微粒子を
添加する。

【００８４】・トナーの融着防止効果、微粒子の分散性
の観点から、添加する微粒子は無機微粒子が好ましい。
これらの無機微粒子としては、酸化ケイ素、酸化アルミ
ニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニア、酸化
クロム、酸化セリウム、酸化タングステン、酸化アンチ
モン、酸化銅、酸化スズ、酸化テルル、酸化マンガン、
酸化ホウ素、チタン酸バリウム、チタン酸アルミニウ
ム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタ
ン酸ストロンチウム等の酸化物、炭化ケイ素、炭化タン
グステン、炭化ホウ素、炭化チタン等の炭化物、窒化ケ
イ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物等が好まし
い。これらは１種または２種以上を同時に用いても良
い。

【００８５】・また、有機微粒子の表面に上記無機微粒
子を、機械的に固定あるいは溶融付着させた複合微粒子
でもよい。この有機微粒子としては、例えばアクリル系
樹脂、スチレン系樹脂、スチレン／アクリル系共重合体
樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、オレフィン重
合体、オレフィン共重合体樹脂等を用いることができ
る。

【００８６】・これらの微粒子の体積平均粒径ｄ_a（μ
m）は、トナーの平均体積粒径ｄ_t（μm）、キャリアの
平気体積粒径ｄ_c（μm）としたときに、次式の範囲であ
ることが好ましい。

【００８７】[(d_t＋d_c)／1000]＜d_a＜[(d_t＋d_c)／50] d_a≦[(d_t＋d_c)／1000]：トナーまたはキャリア表面の凹
部に微粒子が入り込み融着防止の果が充分に発現しな
い。また、添加微粒子が小さいと、長期にわたり使用し
たさい、トナー／キャリアに添加微粒子が埋没しやす
く、安定性が問題となる。

【００８８】[(d_t＋d_c)／50]≦d_a：添加微粒子の分散性
が不良となり、現像剤の流動性が低下するため、画質が
低下する。

【００８９】・これらの添加量は、トナーに対して0.1
重量部〜10重量部、好ましくは0.5重量部〜５重量部が
好ましい。0.1重量部以下では微粒子の個数が少ないた
め、充分な効果が発現せず、10重量部以上では微粒子の
分散が不良となり、現像性の低下を生ずる。

【００９０】・制御電極現像法においては、一般の均し
部材の場合と異なり、制御電極によって現像剤中のトナ
ーが振動されるため、添加した微粒子がトナー／キャリ
ア表面に埋め込まれやすく、又トナー表面からも脱離し
やすくなる。そのため、微粒子の粒径、添加部数は前述
した範囲にすることは特に重要である。

【００９１】・上述した微粒子を添加することによっ
て、制御電極法において、トナー／キャリアと制御電極
の間に適当な間隙を形成し、長期にわたって融着を防止
することができる。また、添加した微粒子が研磨剤とし
て働き、制御電極面に融着したトナー／キャリアを除去
することができる。

【００９２】・これらの微粒子の体積平均粒径は、走査
型電子顕微鏡を用いて得られる、該添加微粒子の拡大画
像（倍率５万倍）を、画像解析装置「SPICCA」（日本ア
ビオニクス(株)製）に入力し、画像解析によって、粒子
500個についての円相当径（μm）を求めたものの平均値
である。

【００９３】・これらの微粒子の他に、トナーの流動性
付与のため、酸化ケイ素等の従来公知の流動性付与剤を
併用することも可能である。

【００９４】以上を纏めると、本発明の現像装置におい
て、好ましいトナー粒子は、キャリア粒子について述べ
たような樹脂及びさらには磁性体の微粒子を用い、それ
にカーボン等の着色成分や必要に応じて帯電制御剤等を
加えて、従来公知のトナー粒子製造方法と同様の方法に
よって作ることができる体積平均粒径が20μm以下、特
に好ましくは３〜10μmの粒子からなるものである。

【００９５】本発明の現像装置には、以上述べたような
球状のキャリア粒子とトナー粒子とが従来の二成分現像
剤におけると同様の割合で混合した現像剤が好ましく用
いられるが、キャリアとして、一般のコーティングキャ
リア（密度５〜８ｇ／cm³）を使用した場合、現像剤中
のトナー濃度は２〜30重量％，好ましくは５〜20重量％
である。

【００９６】トナー濃度が２重量％より小であると、現
像に必要なトナー数が確保できない。また、被覆率が低
下するために、帯電過剰や現像性低下が発生する。トナ
ー濃度が30重量％より大であると、被覆率が大となり、
帯電不良、トナー飛散が起こり易くなる。

【００９７】ただし、現像剤中のキャリアとして前述し
たような密度の比較的軽い（２〜４ｇ／cm³）樹脂分散
型キャリアを用いた場合の現像剤中のトナー濃度（重量
％）は、一般の樹脂被覆キャリアを用いる場合よりもや
や高く、５〜40重量％、好ましくは10〜30重量％が良好
な範囲である。

【００９８】なお、前記数式１中のｖ_S／ｖ_Pは、１〜
４、好ましくは１〜2.5が望ましい。

【００９９】１より小さいと、現像域Ａに搬送されるト
ナー量が少なくなり現像性が低下し、４より大である
と、ソリッド画像の端部、特に後端部にトナーが過剰の
状態で現像される「偏り」が発生する。

【０１００】ｖ_S／ｖ_Pは上記「偏り」を発生させないよ
う、１よりも大きな領域で、できるだけ１に近づけるこ
とが必要である。また同じ理由で、現像剤搬送体と像形
成体の移動方向は同方向にすることが望ましい。

【０１０１】以上の例は、二成分現像剤のトナーが磁性
を有するものであれば、磁気潜像に対しても同様の現像
条件により可視化できることはいうまでもない。

【０１０２】〔実施例〕現像装置として図２に示したも
のを用い、図１に示したカラー画像形成装置を用いて画
像形成を行った。感光体ベルト１はＯＰＣ感光体で、そ
の周速は180mm／sec、感光体ベルト１上に形成された静
電潜像の最高電位−850Ｖ（非画像部電位）、最低電位
−50Ｖ（画像部電位）、現像スリーブ81の外形20mm、表
面粗さＲz₁＝1.2μm、現像スリーブ表面上での磁力の強
さ700ガウス、ｄ₁＝0.5mm、θ₁＝＋１°、θ₄＝＋２
°、制御電極84は、絶縁部材83として厚さ0.1mmのガラ
スエポキシ板を用い、この絶縁部材上に、図４（ｂ）に
示したように、周方向の幅0.5mmの電極部を厚さ0.02mm
の銅箔を用いたラミネートエッチング法により形成し、
該電極部84ａの先端部を絶縁部材83の先端部から0.3mm
後退した部位に設定したものを使用した。絶縁部材83の
現像剤搬送体側表面粗さＲz₂＝0.08μm。現像剤量規制
部材は、図２に示したような穂立ち規制板タイプの規制
ブレード86を用いた。現像スリーブ、電極部への各印加
電圧は表１中に記載した。

【０１０３】

【表１】

【０１０４】

【表２】

【０１０５】キャリア： キャリアNo.１（実施例１〜２及び比較例１〜２） 磁化の強さ25emu／ｇの球形フェライト粒子に、メチル
メタクリレート／スチレン共重合樹脂を表面被覆して得
られた体積平均粒径ｄ_cが45μm、密度5.2ｇ／cm³。

【０１０６】トナー（共通）：スチレン-アクリル樹脂
（三洋化成製ハイマーｕｐ110）100重量部、カラー顔料
10重量部、ニグロシン１重量部を、溶融・混練した後、
粉砕・分級して、体積平均粒径ｄ_t8.5μmのイエロー、
マゼンタ、シアン、黒の各トナーを得た。この各トナー
に微粒子を表３に示したように添加したものを用いた。
密度は1.1ｇ／cm³であった。

【０１０７】

【表３】

【０１０８】現像剤：表３に示した添加微粒子の組み合
わせで、トナーの外添剤処理を行い、上記キャリアとト
ナーを、トナー濃度４％で混合した現像剤を用いたトナ
ーの帯電、現像剤の搬送量は表２中に示した。

【０１０９】現像装置：これらの現像プロセス、キャリ
ア、トナーを用い、表１中に示した条件で、５万枚のフ
ルカラー画像記録を行った。実施例１，２では、制御電
極へのトナー／キャリア融着が起こらず、搬送不良の無
い、濃度、解像度の高い画像が安定して得られたが、比
較例１，２では1000コピー程度から制御電極へのトナー
／キャリア融着が始まり、それらが増大していった結
果、2000コピーから搬送不良が発生し、画像に白スジが
生じた。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したような構成により本発明の
現像装置は、 ａ）平均粒径が30μm以下のキャリアや平均粒径が10μm
以下のトナーを用いても支障なく、像形成体上にトナー
像を重ねて形成した多色像を一括して転写材上に転写し
てカラー画像を得る画像形成装置に用いて、安定した高
い現像性と階調性を得ることができる。

【０１１１】ｂ）現像域又は現像域上流部に絶縁部材の
上に線状の電極部とひさし部材を配設した制御電極を設
け、トナー、キャリア、添加微粒子の各体積平均粒径を
所定範囲に設定することによって、制御電極板にトナー
が融着することなく、解像度、現像性が高く、白スジや
画像ヌケ等の欠陥のない高画質な画像を長期にわたり安
定して得られる二成分非接触現像装置が提供することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置を備えたカラー画像形成装置
の一例を示す概略構成図である。

【図２】本発明の現像装置の一実施例を示す概略断面図
である。

【図３】制御電極の一例を示す斜視図及び断面図であ
る。

【図４】制御電極の他の例を示す断面図である。

【図５】制御電極の絶縁部材及び電極部の他の形態を示
す断面図である。

【図６】制御電極の各部と現像スリーブの幅の関係を示
す平面図である。

【図７】Ｄ_Tの好適領域を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 感光体ベルト（像形成体） ６ スコロトロン帯電器 ７ レーザ書込み装置 ８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ 現像装置 81 現像スリーブ（現像剤搬送体） 82 磁石体 82ａ 主磁極 83 絶縁部材 84 制御電極 84ａ 電極部 84ｃ，84ｄ ひさし部材 86 規制ブレード Ａ 現像域 Ｄ 現像剤 Ｅ₁，Ｅ₃ 直流バイアス電源 Ｅ₂ 交流バイアス電源

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 15/09 Ｇ０３Ｇ 9/10 (72)発明者 野守 弘之 東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式 会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像形成体に対向する現像剤搬送体の現像
   域又は現像域よりも上流部に、現像剤層に当接した絶縁
   部材によって支持された電圧印加可能な電極部を配設し
   てなる制御電極を有する現像装置において、前記現像剤
   は少なくとも体積平均粒径ｄ_t（μm）のトナー、体積平
   均粒径ｄ_c（μm）のキャリア、及び次式の条件を満たす
   体積平均粒径ｄ_a（μm）の微粒子から成ることを特徴と
   する現像装置。 [(d_t＋d_c)／1000]＜d_a＜[(d_t＋d_c)／50]