現像装置および画像形成装置
【課題】履歴現象を防止できる現像装置を提供する
【解決手段】現像装置の現像剤は、トナーとキャリアを含む。トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって両者は異なる極性に帯電される。現像装置はまた、第１の搬送部材と、第２の領域を介して静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材を有する。電界形成装置は、第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に第１の電界を形成し、第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを第２の搬送部材に移動させるとともに、第２の搬送部材と静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、第２の搬送部材が保持しているトナーを静電潜像担持体の静電潜像に移動させる。第１の電界は、時間平均電界強度がトナーを第１の搬送部材から第２の搬送部材に供給する側に偏りつつもトナーを第２の搬送部材に供給する作用およびトナーを第２の搬送部材から回収する作用の両方の作用を有する振動電界であって、かつ第２の搬送部剤から第１の搬送部剤に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％である。
【解決手段】現像装置の現像剤は、トナーとキャリアを含む。トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって両者は異なる極性に帯電される。現像装置はまた、第１の搬送部材と、第２の領域を介して静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材を有する。電界形成装置は、第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に第１の電界を形成し、第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを第２の搬送部材に移動させるとともに、第２の搬送部材と静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、第２の搬送部材が保持しているトナーを静電潜像担持体の静電潜像に移動させる。第１の電界は、時間平均電界強度がトナーを第１の搬送部材から第２の搬送部材に供給する側に偏りつつもトナーを第２の搬送部材に供給する作用およびトナーを第２の搬送部材から回収する作用の両方の作用を有する振動電界であって、かつ第２の搬送部剤から第１の搬送部剤に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電子写真方式の画像形成装置、及びこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。
【０００３】
一成分現像方式の現像装置は、トナーを担持して搬送するトナー担持部材と該トナー担持部材のトナー担持面に接触する摩擦荷電部材を備えている。トナー担持部材に担持されているトナーは、摩擦荷電部材の接触位置を通過する際、摩擦荷電部材と摩擦接触して薄層化されると共に所定の極性に帯電される。このように、一成分現像装置は、トナーの帯電を摩擦荷電部材との摩擦接触によって行っているため、構成が簡単・小型・安価であるという利点がある。しかし、摩擦荷電部材の接触位置で強いストレスを受けることからトナーが劣化し易く、そのためにトナーの帯電性が比較的早期に損なわれる。また、トナー担持部材と摩擦荷電部材との接触圧によって両者にトナーが付着してトナーを帯電する能力が低下し、結果的に、現像装置の寿命が比較的短くなる。
【０００４】
二成分現像方式の現像装置は、現像剤担持体上に保持された現像剤の磁気ブラシからトナーを像担持体上の静電潜像に供給して現像するものである。現像剤を構成するトナーとキャリアは現像装置内で摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電するため、トナーの受けるストレスは一成分現像装置に比べて少ない。キャリアも、その表面積はトナーに比べて大きいことから、トナーが付着して汚れることも少ない。しかし、二成分現像方式では、磁気ブラシを直接像担持体に接触させて現像する際に、磁気ブラシによる掃きムラが生じ摺擦ノイズが画像に現れるという不都合があった。
【０００５】
上述したような一成分現像方式と二成分現像方式の双方の利点を生かすという観点から、トナーの帯電はストレスの小さい二成分方式で行い、静電潜像の現像はかぶりの問題が比較的小さい一成分現像で行う、いわゆるハイブリッド現像方式の現像装置が特許文献１および２に記載されている。このハイブリッド現像方式では、比較的大粒径のトナーが選択的にトナー担持体から静電潜像に供され易いために、連続印刷を行うと高電位に帯電した比較的小粒径のトナーがトナー担持体上に堆積して選択現像が起こり易く、形成される画像に濃度低下が生じる傾向があった。そのため、トナー担持体上においてトナーが現像に供されなかった部分（現像残部）と現像に供されて消費された部分（現像部）があると、現像残部のトナーのうち現像剤担持体上の磁気ブラシによる機械的な掻き取られ易い低帯電トナーのみが回収され高帯電トナーが残ったままになる一方で、現像部に対しては前記磁気ブラシから平均的な帯電量のトナーがトナー担持体に新たに供給されるために、前回の現像画像の一部が次回の現像時に残像（メモリー画像）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生し易いという不具合がある。具体例で説明すると、図１７Ａに示すように小さい矩形黒ベタ画像３に続けてこれを包含する大きさの矩形グレーハーフトーン画像５を形成する場合、トナー担持体上でトナーの消費領域と非消費領域が生じることで、図１７Ｂに示すように黒ベタ画像３のトナー消費領域に対応した残像７がハーフトーン画像５に現れてしまう。
【０００６】
また、特許文献２に開示される画像形成装置は、磁気ローラと現像ローラを備えた現像装置を有し、磁気ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像（静電潜像画像部）を現像するようになっている。特徴として、特許文献２の発明では、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなくトナーとキャリアとの間に介在し、トナーの粉砕微粉がキャリアの表面に付着してスペントが形成されることを防止する荷電粒子が現像剤に含まれている。しかし、荷電粒子は、現像装置に初期導入された現像剤中にのみ含まれている。また、荷電粒子はトナーとキャリアのいずれの表面にも保持されていないために、その一部が、トナーとの電気的な結合によってトナーと共に現像ローラに供給された後感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に消費されることから、例えば文字画像のように画像面積比率または画像比率（いわゆる白黒比）の小さな画像を大量に印刷すると、荷電粒子だけが大量に消費されてしまい、長期的に安定したトナーの荷電性が得られないという問題がある。
【０００７】
上述したハイブリッド現像方式における履歴現象を解消するためには、現像領域を通過した後の位置でトナー担持体または現像ローラからのトナー回収性を高める必要がある。このため、現像剤担持体としての磁気ローラの磁極配置、現像剤搬送量、現像ローラとの間の距離等の条件を調節することにより現像ローラと磁気ローラとの間での現像剤密度を高めることによって、現像ローラからのトナー回収効率を上げることが考えられる。
しかしながら、両ローラ間の現像剤密度を高くすると、現像剤の目詰まりによるトルク上昇や発熱といった不具合が生じるという問題がある。
【０００８】
また、ハイブリッド現像方式において現像ローラからのトナー回収性向上のために、特許文献３では、現像ローラと磁気ローラとの間にトナー回収に有利に作用する振動電界を形成することが提案されているが、これでは磁気ローラから現像ローラにトナーを供給するという本来の機能を損なうことになる。このため、特許文献４では、画像形成動作を終了した後の非画像形成時に現像ローラ上のトナーを電気的に回収する電界を作用させることが提案されているが、バイアス制御の複雑化や回収バイアス印加に伴い磁気ローラ上のキャリアが現像ローラに静電的に吸着し易くなるという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５６−４０８６２号公報
【特許文献２】特開２００６−３０８６８７号公報
【特許文献３】特開２００３−２８０３５７号公報
【特許文献４】特開２００５−１０２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本願発明は、ハイブリッド現像方式における履歴現象を解消できる現像装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため、本願発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、前記トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電されると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、前記第１の領域において前記第１の搬送部材とは逆方向に移動するように回転駆動され、かつ第２の領域を介して前記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段と、
前記第２の搬送部材と前記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて前記静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段とを備えており、
前記前記第１の電界は、該電界を発生させる振動電圧の平均電位が前記トナーを前記第１の搬送部材から前記第２の搬送部材に供給する側に偏りつつも前記トナーを前記第２の搬送部材に供給する作用および前記トナーを前記第２の搬送部材から回収する作用の両方の作用を有する振動電界であって、かつ前記振動電圧に関して前記第２の搬送部剤から前記第１の搬送部剤に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
このような本願発明によれば、前記のような振動電界を第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に作用させることで、第１の搬送部剤から第２の搬送部材へのトナー供給性能を損なうことなく、第２の搬送部剤からトナーを効率良く回収することができ、その結果、履歴現象を防止できる。
【００１３】
また、本願発明の現像装置において、前記現像剤に前記荷電粒子を更に添加すれば（請求項２に対応）、トナーと逆極性の荷電粒子をトナーから分離させるべくトナー供給方向の電界を強めた場合であっても、トナーの回収効率を落とすことなく、キャリア表面に保持された荷電粒子によって長期に亘って安定したトナー帯電性を付与することがきる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本願発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本願発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００１５】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本願発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本願発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。
【００１６】
帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００１７】
このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００１８】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。ハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材（第２の搬送部材）である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材（第２の回転円筒体）であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。
【００１９】
現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材（第１の搬送部材）である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。
【００２０】
磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にある搬送ローラ５４の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にある搬送ローラ５４の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、搬送ローラ５４の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、搬送ローラ５４の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含む。
【００２１】
搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。
【００２２】
このように構成された現像装置３４の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。図２に示すように、キャリア４はトナー６に比べて相当大きい。そのため、図３に示すように、正極性に帯電したキャリア４の周囲に、負極性に帯電したトナー６が、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００２３】
図１に戻り、帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域８６）で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。後に詳細に説明するように、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された電界の存在により、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８に電気的に供給される。また、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の領域（回収領域）９２では、後に説明するように、現像に寄与することなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８上のトナーが、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。キャリア４は磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されており、スリーブ６０から現像ローラ４８に移動することはない。供給回収領域８８を通過した現像剤２は、磁石体５８の磁力に保持され、スリーブ６０の回転と共に磁極Ｓ２の対向部を通過して磁極Ｎ２とＮ３の対向領域（放出領域９４）に到達すると、磁極Ｎ２とＮ３によって形成される反発磁界によってスリーブ６０の外周面から前室６８に放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。
【００２４】
供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する領域（現像領域）９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位ＶＨが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位ＶＬまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位ＶＨを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に飛翔して付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。なお、現像領域９６では、現像ローラ４８上のトナー層が感光体１２に直に接触する接触現像であってもよい。
【００２５】
このようにして現像剤２からトナー６が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤２に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、ハウジング４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。
【００２６】
〔３．電界形成手段〕
供給領域９０でスリーブ６０から現像ローラ４８にトナー６を効率的に移動させるために、現像ローラ４８とスリーブ６０は電界形成装置１１０と電気的に接続されている。電源の具体例が図５Ａ〜図９に示してある。
【００２７】
図５Ａに示す第１具体例の電界形成装置１１０は、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２（請求項の第２の電界形成手段に相当する。）とスリーブ６０に接続された第２の電源１１４（請求項の第１の電界形成手段に相当する。）を有する。第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１１４は、スリーブ６０とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有し、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加する。この結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された直流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０から現像ローラ４８に吸引されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーが、図５Ｂに示すように、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像非画像部（ＶＨ：−６００ボルト）との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。
【００２８】
図６Ａに示す第２具体例の電界形成装置１２２において、第１の電源１２４は、実施形態１の電源と同様に、現像ローラ４８とグランド１２６との間に接続された直流電源１２８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１３０は、スリーブ６０とグランド１２６との間に直流電源１３２と交流電源１３４を有する。直流電源１３２は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加している。図６Ｂに示すように、交流電源１３４は、スリーブ６０とグランド１２６との間にピーク・ツー・ピーク電圧ＶＰ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。その結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された振動電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０の内部の固定磁石の磁力によってスリーブ６０に保持され、現像ローラ４８に供給されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。
【００２９】
図７Ａに示す電界形成装置１３６において、第１の電源１３８は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に直流電源１４２と交流電源１４４を有する。直流電源１４２は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加する。交流電源１４４は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）ＶＰ−Ｐが例えば１，６００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。第２の電源１４６は、現像ローラ４８と交流電源１４４との間の端子１４８とスリーブ６０との間に接続された直流電源１５０を有する。直流電源１５０は、所定の直流電圧ＶＤＣ２を出力することができ、陽極が端子１４８、陰極がスリーブ６０に接続されており、これにより、スリーブ６０が現像ローラ４８に対して負極性にバイアスされている（図７Ｂ参照）。したがって、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された振動電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。また、現像領域９６では、現像ローラ４８上の負極性トナーが、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。なお、図７Ｂでは、分かり易くするために、現像ローラ４８への印加電圧とスリーブ６０への印加電圧を時間軸方向（横方向）に少しずらして描いてある。
【００３０】
図８に示す電源１５２は、図５Ａに示す第１具体例の電源において、第１の電源１１２と第２の電源１１４にそれぞれ交流電界形成装置１５４，１５６を追加したものである。交流電界形成装置１５４，１５６の出力電圧はＶＡＣ１，ＶＡＣ２である。電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２の電圧値や周期は同一であってもよいし、違ってもよい。図９に示す電界形成装置１５８は、図５Ａに示す第１具体例の電源において、第１の電源１１２に交流電源１６０を追加したものである。交流電源１６０の出力電圧はＶＡＣである。これらの形態の電界形成装置１５２，１５８も、電源１１０，１２２，１３６と同様に、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された振動電界の作用を受けて、供給領域９０では負極性に帯電しているトナー６をスリーブ６０から現像ローラ４８に供給し、現像領域９６では負極性に帯電しているトナー６を現像ローラ４８から静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に供給する。
【００３１】
〔４．印加されるバイアス（電圧）〕
次に、本願発明のポイントとなるバイアス印加の条件について説明する。図１０に、負極性のトナー６で反転現像を行う場合の、現像ローラ４８および搬送ローラ５４（すなわちスリーブ６０）にそれぞれ印加するバイアスの組み合わせを示す。ここで、「ＧＮＤ」は接地電位すなわち０ボルトを示す。（ａ）〜（ｄ）は現像ローラ４８に印加されるバイアス（以下、「現像バイアス」という。）が所定のデューティ比に設定された矩形波の振動電圧（ＡＣ電圧）の場合であり、（ｅ）〜（ｇ）は現像バイアスが直流電圧である場合である。ここで、スリーブ６０に印加されるバイアス（以下、「搬送ローラバイアス」という。）と現像バイアスとは、スリーブ６０から現像ローラ４８へトナー６を供給でき、かつ現像ローラ４８から感光体１２上の静電潜像画像部にトナー６を供給できる電位関係にあることが必要である。
【００３２】
これらの現像バイアスおよび搬送ローラバイアスの印加によって、供給回収領域８８でトナー６に作用する電界を図１１に示す。ここにおいて、（ａ）〜（ｇ）は図１１における（ａ）〜（ｇ）にそれぞれ対応している。図１１中、縦軸の０位置より上方はトナー６を現像ローラ４８に供給する方向に作用する電界であり、前記０位置より下方はトナー６を現像ローラ４８から回収する方向に作用する電界となる。（ａ）〜（ｇ）を大別すると、（ｅ）の直流電界、（ａ），（ｂ），（ｄ）および（ｇ）の現像ローラ４８からの回収方向の時間比率が供給方向に対して比較的短い振動電界、（ｃ）および（ｆ）の現像ローラ４８からの回収方向の時間比率が比較的長い振動電界の３種類となる。ここで、（ｅ）のような直流電界の場合、トナー６を供給する電界は形成されるものの、回収方向の電界作用時間が存在しない。このため、現像ローラ４８上の現像剤トナーの回収は、搬送ローラ５４上の磁気ブラシによる機械的掻き取り作用だけに頼ることになり、上述した履歴現象という問題が生じていた。また、前記特許文献３，４においては（ａ），（ｂ），（ｄ）および（ｇ）で示されるバイアスの印加を実施例として示し、これによって履歴現象の解決を図ることを企図している。
【００３３】
これに対し、本願発明者らは、（ｃ）および（ｆ）で示すような回収方向時間比率が比較的長い振動電界を作用させることによって、回収方向の電界強度を強めることなく、現像ローラ４８上の現像剤トナーを効率良く回収しうる特異的な条件を見出したのである。ここで、（ｃ）および（ｆ）に示される点線は、時間平均電界強度を示しており、０レベルに対してトナー供給側に偏って設定されることで、現像ローラ４８へのトナー供給性能が担保される。この時間平均電界強度は、矩形波または交流波形で示される振動電界において、その上方とその下方との波形線内の各面積が同一になる境界である。また、現像ローラ４８からトナーを回収する方向に作用する回収電界の時間比率（以下、回収側デューティ比ともいう。）は、ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００〔％〕となる。
【００３４】
次に、供給回収領域８８における電界波形と、現像に供されることなく現像ローラ４８上の残った現像残トナーの回収性との関係について説明する。
現像ローラ４８上に付着保持されている現像残トナーは、回収方向電界の作用によって現像ローラ４８から剥離される方向の力を受ける。この力が現像ローラ４８に対する付着力を上回ると、現像剤トナーは現像ローラ４８から剥離して搬送ローラ５４上の磁気ブラシに回収され易くなる。この剥離力を電気的に与えつつ現像ローラ４８へのトナー供給作用を損なわないようにするためには、前記特許文献３，４に開示されるように、強い回収電界を供給電界より短い時間で作用させることが考えられるが、供給電界・回収電界が共に強いために、供給回収領域８８でのリーク（絶縁破壊）という問題が生じ易い。
【００３５】
そこで、本願発明者らは、回収電界の下で一部の現像剤トナーを剥離させた後に、搬送ローラ５４に向かって飛翔してきたトナーを供給電界の作用によって移動方向を反対にして現像ローラ４８の表面に衝突させることで、飛翔したトナーの運動エネルギーを現像ローラ４８上の現像残トナーに与え、これにより現像残トナーを効率的に現像ローラ４８から剥離させることが可能であるとの推定を行った。以下、この推定現象を「ポンピング」と呼ぶ。この推定においては、一旦剥離したトナーが現像ローラ４８に戻ってこない条件（例えば、回収時間が著しく長い場合）ではポンピングが効率的に行われないと考えられる。逆に、回収時間が短い条件では、剥離したトナーの移動距離が短く、現像ローラ４８に再度戻ってきた際に持ちうる運動エネルギーの量も小さくなり、ポンピングが促進されないと考えられる。さらには、現像ローラ４８に戻ってきたトナーが現像残トナーと衝突して運動エネルギーを供与した時点で、電界が回収電界に切り替わることで、より効率的なトナー剥離が行えるものと考えられる。すなわち、回収方向電界と供給方向電界の作用する時間比率が、小さすぎても大きすぎてもポンピングは効率的に行われず、最適な範囲があるものと推定できる。
【００３６】
上述した推定メカニズムに沿って後述する実験を行ったところ、振動電界の１周期時間に対して、回収電界の作用する時間比率が６０％〜８０％であるときに特に高い回収効率を得ることができ、上記推定を裏付ける結果が得られた。
【００３７】
〔５．現像剤〕
一般に、トナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤は、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ（スペント）が発生し、これがキャリアの寿命を低下させる。そこで、この問題を解消するために、本実施形態では、２成分現像剤に第３の成分として荷電粒子（インプラント粒子）が添加されている。
【００３８】
図２〜４を参照して具体的に説明すると、本願発明の画像形成装置及び現像装置は、トナー６とキャリア４の他に、トナー６との摩擦接触によりトナー６を正規の極性（実施形態では負極性）に帯電する、トナー６よりも小径の荷電粒子８を含む。実施の形態において、荷電粒子８は、トナー６の外周面に離脱可能に保持されており、トナー補給部９８からトナー６と共に補給される。
【００３９】
画像形成時、荷電粒子８はトナー６やキャリア４とともに、ハウジング４２の中を搬送された後、スリーブ６０に保持されて規制領域８６、供給回収領域８８、放出領域９４を移動する。この搬送過程で、トナー６の表面に保持されて正極性に帯電している荷電粒子８は、供給回収領域８８の電界中に置かれると、トナー６に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー６の外周面から離脱する。離脱した荷電粒子８は、該分離した荷電粒子８とキャリア４との間に作用するストレスによってキャリア４の外周面に保持される又は打ち込まれる。図４に示すように、キャリア４の外周面の一部又は全体がスペント１０で覆われている場合、荷電粒子８はスペント１０に打ち込まれる。キャリア４の外周面に保持され又は打ち込まれた荷電粒子８は、トナー６との摩擦接触によりトナー６と逆の極性に帯電する。実施形態では、トナー６は負極性に帯電されるため、荷電粒子８は正極性に帯電される。その結果、荷電粒子８が打ち込まれたキャリア４は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペント１０に被覆されていても、スペント１０の無い状態と同様の荷電性を維持し、トナー６を所定の極性に帯電する。
【００４０】
上述のように、荷電粒子８は、トナー６と逆の極性に帯電される。そのため、図１２に示すように、供給回収領域８８では、現像ローラ４８とスリーブ６０の間に形成される電界に基づいてトナー６はスリーブ６０から現像ローラ４８に移動する。また、トナー６から分離した荷電粒子８は、供給領域９０でトナー６が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に素早く保持されて、トナー６と共に現像ローラ４８に供給されることがない、または現像ローラ６に供給されるとしてもその量は極めて僅かである。
【００４１】
ところで、図１３に示すように、図１に示す現像装置から現像ローラを除いた形態の現像装置３４’に同様の荷電粒子を用いた場合、異なる結果を招く。具体的に、現像装置３４’の搬送ローラ５４が対向する感光体１２の外周面には静電潜像が形成されている。静電潜像は、例えば、ほぼ帯電電位を維持している高電位の静電潜像非画像部と、露光装置２８で光３０が投射されて電位の減衰している低電位の静電潜像画像部を有し、これら高電位の静電潜像非画像部と低電位の静電潜像画像部が搬送ローラ５４の対向部を通過していく。そして、画像形成時、現像領域において、例えば、負極性に帯電されているトナー６は、低電位の静電潜像画像部に付着し、静電潜像非画像部には付着しない。しかし、トナー６を負極性に帯電させる荷電粒子８は、それ自身が正極性に帯電している。したがって、現像領域で自由状態にある荷電粒子８は、図１４に示すように、静電潜像非画像部に付着する。このように、現像装置３４’によれば、トナー６から分離した荷電粒子８が現像領域で感光体１２の静電潜像非画像部に大量消費される。その結果、上述した現像装置３４に比べてキャリア４の外周面に打ち込まれる荷電粒子８の数が極めて少なく、スペントが付着したキャリア４は十分なトナー荷電性能を持ち得ない。
【００４２】
更にまた、上述の特許文献２で説明した現像装置では、荷電粒子は、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなく両者の間に比較的自由な状態で存在する。また、現像装置に初期導入された荷電粒子は、トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電している。そのため、トナーと電気的に結合してトナーと共に現像ローラに供給された後、感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に無くなり、それと共にトナーの荷電性が低下する。しかし、本願発明の現像装置では、上述のように、供給回収領域８８でトナー６から分離した荷電粒子８はその後素早くキャリア４に保持されてスリーブ６０の外周面に留まることから、トナー６と同じように現像ローラ４８を介して感光体１２に供給されて消費されることはないので、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。もっとも、本実施例においてもいくらかの荷電粒子８はトナー６と共に現像ローラ４８に供給されるが、荷電粒子８はトナーと共に補給部９８から新たに補給されるため、無くなることはなく、よって、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。
【００４３】
なお、実施形態では、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は負極性、キャリア４は正極性に帯電される。また、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを負極性に帯電するとともに、荷電粒子８は正極性に帯電する。本願発明に用いるトナー、キャリア、荷電粒子の帯電性は、そのような組み合わせに限るものでない。具体的に、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は正極性、キャリア４は負極性に帯電され、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを正極性に帯電するとともに、荷電粒子８は負極性に帯電する組み合わせも考えられる。
【００４４】
〔５．具体的な材料〕
トナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
【００４５】
〔荷電粒子〕
好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択される。荷電粒子の個数平均粒径は、例えば、１００〜１０００ｎｍである。キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電するトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電する微粒子が用いられる。そのような微粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。微粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾールがある。
【００４６】
キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電するトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電する微粒子が用いられる。このような微粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子、また、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子が使用できる。トナーとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を、荷電粒子を構成する樹脂に含有させてもよい。負荷電制御剤には、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用できる。荷電粒子は、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体であってもよい。
【００４７】
荷電粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理してもよい。特に、無機微粒子に正極帯電性を付与する場合、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。微粒子に負極性帯電性を付与する場合、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。
【００４８】
〔トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
【００４９】
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。
【００５０】
〔バインダー樹脂〕
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０〜１６０℃の範囲、ガラス転移点が約５０〜７５℃の範囲であることが好ましい。
【００５１】
〔着色剤〕
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２〜２０重量部であることが好ましい。
【００５２】
〔荷電制御剤〕
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５３】
〔離型剤〕
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５４】
〔その他の添加剤〕
その他、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコーンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１〜５重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は９〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００５５】
〔キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍが好ましい。
【００５６】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。
【００５７】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。
【００５８】
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０重量％の量で添加することが適当である。
【００５９】
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。
【００６０】
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。
【００６１】
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。
【００６２】
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。
【００６３】
〔実験〕
図１の現像装置を有する画像形成装置を用いて、以下に述べるような種々の実験を行って、現像ローラからの現像残トナーの回収性能等を調べた。
【００６４】
〔トナーＡ〕
実験に用いたトナーの製造方法は以下のとおりである。湿式造粒法で作成された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に、複数の添加剤−第１の疎水性シリカ０．２重量部、第２の疎水性シリカ０．５重量部、疎水性酸化チタン０．５重量部−を添加した。次に、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用い、添加剤が添加されたトナー母材を攪拌して添加剤をトナー母材の表面に付着させ、負極帯電性のトナーを得た。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（＃１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤のヘキサメチルジラザン（ＨＭＤＳ）で表面処理して得たものである。第２の疎水性シリカは、固体平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０：日本アエロジル社製）をＨＭＤＳで表面処理して得たものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを、水系湿式環境で、疎水化剤のイソブチルトリメトキシシランにより表面処理して得たものである。
【００６５】
〔キャリア〕
実験に用いたキャリアは、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350キャリア（平均粒径約３３μｍ）である。このキャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル系樹脂をコーティングしたコート型キャリアである。
【００６６】
〔荷電粒子〕
実験に用いた荷電粒子として、個数平均粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムを添加した。荷電粒子の添加量は、トナーＡに含まれるトナー母材粒子１００重量部に対して、２重量部であった。次に、荷電粒子が添加されたトナーＡを三井鉱山社製のヘンシェルミキサで攪拌し、トナーの表面に荷電粒子を付着させた。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。
【００６７】
〔現像剤〕
実験で用いた現像剤は、上記トナーＡ、キャリア、荷電粒子、およびその他の添加剤（例えば、離型剤および流動化剤）を混合して、現像剤中のトナー比率を８％に調整した。トナー比率は、現像剤全体の重量に対する、トナーと荷電粒子を含む添加材との合計重量の割合である。
【００６８】
〔実験例１〕
現像ローラと搬送ローラとの間の最接近部である供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定した。また、現像ローラには直流電圧−３００ボルトの現像バイアスを印加した。さらに、現像ローラがトナー層を介して感光体に接触する所謂接触現像の構成で実験を行った。
【００６９】
このような条件の下で、搬送ローラに対して図１０（ｆ），（ｇ）に示す矩形波の振動バイアスを印加し、供給回収領域に図１１（ｆ），（ｇ）に示すような振動電界をさせて、現像ローラからの現像残トナーの回収性能、および、荷電粒子のキャリア荷電補助作用について評価した。前記振動電圧は、周波数２ｋＨｚ、振幅１０００ボルト、振幅中央値−７００ボルトで固定として、デューティ比（下記各表および各図においては「ｄｕｔｙ」と表記される。）を１０％から９０％まで１０％ずつ変化させた。
【００７０】
ここで、現像残トナーの回収性能については、図１７Ｂに示す残像またはメモリー画像の発生の有無、および、画像面積比率０％の全白状態での連続印刷時および画像面積比率１００％の黒ベタ画像連続印刷時における現像ローラ上のトナーの帯電量差を前記全白連続印刷時のトナー帯電量で除した値（以下、「ベタ帯電量差比率」という。）で評価した。また、荷電粒子によるキャリア荷電補助作用については、各条件にて画像面積比率５％の画像チャートを用いて５万枚（または５０ｋ枚）の耐久印刷を行い、この耐久印刷後の現像ローラ上のトナーの帯電量を耐久印刷開始前の初期状態でのトナー帯電量で除した値（以下、「耐久帯電量差比率」という。）で評価した。これらの評価は、「◎（優）」、「○（良）」、「△（不可）」、「×（不可）」の４段階で行った。下記表１に、実験結果と、その評価を示す。また、前記各評価における４段階のランク付けの判定基準も表１と併せて示す。なお、表１（後述する他の表についても同様）中において、前記ベタ帯電量差比率は「帯電量差／白帯電量 ΔＱ／Ｑｗ」、前記耐久帯電量差比率は「帯電量差／初期帯電量 ΔＱ／Ｑｉ」と表記されている。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１に示されるように、この実験結果から、現像ローラから現像残トナーを回収する方向に電界を作用させる時間比率（回収側デューティ比）を６０％〜８０％の範囲ではメモリー画像が発生せず、それ以外の範囲と比べると際だって回収性能が向上することが分かった。通常に予想されるのは、現像ローラ上の現像残トナーに作用する平均回収電界が強まるほど、すなわち表１における平均供給電界が弱まるほど、回収性能が向上するであろうということである。しかしながら、回収側デューティ比が５０％以下の範囲では、平均供給電界が多少変わったところで回収性能に大きな改善は認められず、また逆に、回収側デューティ比を９０％まで高めた場合には８０％の場合と比べて回収性能が低下してしまうことが分かった。この現象は、上述したポンピング作用で説明したように、「回収方向電界と供給方向電界の作用する時間比率が、小さすぎても大きすぎてもポンピングは効率的に行われず、最適な範囲がある。」という推定と合致している。
【００７３】
また、表１に示す各条件下で行った耐久印刷の評価においては、いずれも初期帯電量に対する耐印刷後の帯電量差および耐久帯電量差比率は小さく、良好な範囲に収まる結果となった。
【００７４】
〔実験例２〕
実験例２では、−３００ボルトの直流電圧に、周波数２ｋＨｚで振幅１６００ボルトの矩形波振動バイアスを重畳した現像バイアスを現像ローラに印加し、感光体と現像ローラとの間の最近接部の現像ギャップを０．１５ｍｍとした所謂非接触現像の構成で実験を行って、上記実験例１と同様の評価を行った。供給回収ギャップは、上記実験例１と同様に０．３ｍｍとした。現像ローラに印加するバイアスは振動バイアスとしたが、現像ローラおよび搬送ローラ間の供給回収領域での電界については上記実験例１と同様になるよう、搬送ローラに印加するバイアスを調整した。すなわち、搬送ローラに対し図１０（ｂ），（ｃ）に示す波形の電圧を印加して、図１１（ｂ），（ｃ）に示すような振動電界を供給回収領域に作用させている。図１０（ｃ）において、搬送ローラバイアスは、現像ローラバイアスに対して同期するとともに振幅がより大きく設定されている。ここで、現像ローラに印加する現像バイアスと搬送ローラに印加するバイアスのデューティ比が異なると、両者間で過大な電位差が生じて供給回収領域でリークが発生してしまうため、供給回収領域に作用させる振動電界のデューティ比に応じて、現像バイアスのデューティ比を変えながら実験を行った。また、現像ローラに対して５０％を超えるデューティ比を与えた場合、画像のキメが著しく悪化する現象が認められたため、現像ローラに印加するデューティ比は５０％までとし、図１０（ｂ）に示す状態になるように搬送ローラにバイアスを印加することで供給回収領域の電界の回収側デューティ比を１０〜５０％とし、一方、図１０（ｃ）に示す状態になるように搬送ローラにバイアスを印加することで回収側デューティ比を５０〜９０％とした。このような条件下で実験を行い、実験結果と、その評価を下記表２に示す。また、表１と同様に、各評価における４段階のランク付けの判定基準も表２と併せて示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２に示されるように、現像ローラに振動電圧を印加した場合であっても、実効的に供給回収領域に作用する電界状態が同じであるため、実験例１と同様の結果が得られたことが分かる。このことから、非接触現像でも現像ローラに直流電圧を印加する構成や、接触現像で現像ローラに直流電圧に振動バイアスを重畳した現像バイアスを印加した構成であっても、供給回収領域における電界状態を本願発明の趣旨に沿ったものとすることで回収性能が高まることは明らかである。
【００７７】
〔実験例３〕
実験例２と同様の装置を用い、現像ローラおよび搬送ローラに印加する振動バイアスの周波数を、３ｋＨｚおよび４ｋＨｚとした場合に、実験例２と同様の作用が得られるかどうかを調べる実験を行った。その実験結果としてベタ帯電量差比率を、実験例２の結果と併せて、図１５において表とグラフで示す。図１５から明らかなように、周波数に依らず、現像ローラ上のトナーをポンピングさせるのに効率的な回収側デューティ比が６０％〜８０％であることが分かる。
【００７８】
〔実験例４〕
実験例１と同様の装置を用い、搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅値を６００ボルト、９００ボルト、１２００ボルトの３レベルとして実験を行った。その実験結果としてベタ帯電量差比率を、図１６において表とグラフで示す。図１６から明らかなように、搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅を９００ボルト以上とすることで、回収性能を特に向上できることが分かる。ここで、実験例１では供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定しているため、現像ローラ上のトナーのポンピング作用に関わる電界としては、本実験例ではそれぞれ２×１０６Ｖ／ｍ、３×１０６Ｖ／ｍ、４×１０６Ｖ／ｍに相当する。したがって、ポンピング作用を生じさせて回収性能を向上させるという本願発明の作用を満足させるためには、３×１０６Ｖ／ｍ以上の電界強度振幅値を付与する必要があることが判明した。
【００７９】
〔実験例５〕
実験例１の条件を基本として、搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅中央値を変化させて実験を行った。ここで、中央値が−７００ボルトについては、実験例１と同じものである。また、本実験例では、メモリー画像の発生の有無に加えて、現像ローラ上のトナー搬送量についても評価を行った。その結果を下記表３に示すとともに、ベタ帯電量差比率の評価のランク付け判定基準を併せて示す。
【００８０】
【表３】
【００８１】
表３に示される実験結果から、次のようなことが言える。中央値を−４００ボルトとして現像ローラからの搬送ローラへの回収方向電界を強めた条件については、ポンピング作用が生じ易い大きな回収側デューティ比の範囲で、供給回収領域における時間平均電界強度がマイナス、即ちトナーを供給しにくい状態となり、現像ローラ上に適正量のトナーを供給することができない。その結果、所望の画像濃度を得ることができず、メモリー画像の評価を行うことやベタ帯電量差比率を評価できない状態であった。そのような条件であっても回収側デューティ比を小さくして時間平均電界強度がプラス、即ちトナー供給方向の電界になると、現像ローラへのトナー供給は十分に行えるが、ポンピング作用がないためにメモリー画像が発生してしまった。
【００８２】
一方、中央値を−１０００ボルトとして現像ローラから搬送ローラへのトナー供給方向電界を強めた条件については、現像ローラに対して十分な量のトナー供給を行えるが、回収方向電界がマイナス、即ち回収方向の電界が存在しない状態となってしまい、ポンピング作用を得ることができない。
【００８３】
すなわち、高い回収性能によってメモリー画像の発生を防止しつつ良好な帯電性能を維持するには、時間平均電界強度がトナーを搬送ローラから現像ローラに供給する側に偏りつつもトナーを現像ローラに供給する方向およびトナーを現像ローラから回収する方向の両方の作用を有する振動電界を供給回収領域に形成し、かつ現像ローラからトナーを回収する作用を果たす時間比率を６０％〜８０％とすることが重要である。
【００８４】
〔実験例６〕
実験例２と同様の装置を用い、図１０（ｃ），（ｄ）に示すようなバイアスを印加して、回収性能および供給回収領域でのリーク現象を調べる実験を行った。ここで、図１０（ｄ）に示す波形のバイアス印加については、回収電界強度を強めることによって回収性能を確保する考え方であるため、デューティ比を固定して搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅値を変えることで回収電界強度を変化させた。その結果を下記表４に示すとともに、ベタ帯電量差比率の評価のランク付け判定基準を併せて示す。
【００８５】
【表４】
【００８６】
表４に示されるように、確かに図１０（ｄ）の波形を用いても、回収方向電界を強めることによってメモリー画像の発生を防止できたものの、電界強度が過大となることで供給回収領域においてリークが発生した。これに対し、本願発明の趣旨に沿った図１０（ｃ）の波形の場合には、供給回収領域でリークが生じない低電界強度の条件においても、ポンピング作用を活用することで高い回収性能が得られることが確認できた。
【００８７】
〔実験例７〕
現像剤の荷電性能を長期にわたって維持するためには、トナーに付着た状態で外添されて荷電粒子を供給回収領域において供給領域にいてトナーから離脱させ、搬送ローラ上の現像剤に取り込んだうえでキャリア表面に付着させることが必要となる。この作用による耐久印刷前後のトナー帯電量差の低減と、前記ポンピング作用との両立が図れるかどうかについて、実験例２の装置を用いて実験した。荷電粒子のトナーからの離脱に関わるパラメータはトナーを搬送ローラから現像ローラに供給するための供給電界であるため、回収方向の電界強度を固定しつつ供給方向の電界強度を変化させるよう、搬送ローラへの印加バイアスを調整した。実験で用いた条件と、メモリー画像発生の有無、および５万枚耐久印刷後の耐久帯電量差比率を下記表５に示す。メモリー画像とベタ帯電量差比率の各評価ランクの判定基準は、上述の各実験例と同様である。
【００８８】
【表５】
【００８９】
表５に示されるように、耐久印刷後であっても初期帯電状態を維持するためには、２．５×１０６Ｖ／ｍ以上の供給方向電界を供給回収領域において作用させる必要があること、また、この場合であっても回収側デューティ比を６０％〜８０％とすることで回収性能を向上できることが分かった。すなわち、トナーと逆極性の荷電粒子をトナーから分離させつつトナーを現像ローラに供給するにはトナー供給方向電界を強める必要があり、これを実現しようとすると現像残トナーの回収性が低下するので、このように相反する関係にあるトナー供給性能とトナー回収性能とを両立させるには、ポンピングによる回収作用を活用することがより効果的であることが分かった。
【００９０】
一方、荷電粒子のトナーからの離脱作用を得るためには、例えば図１０（ｂ）や同（ｄ）に示す波形のバイアスを用いて供給回収領域に振動電界を形成することも考えられる。これらの波形において、上記知見に基づいて２．５×１０６Ｖ／ｍ以上の供給方向電界を作用させて行った実験の結果を下記表６に示す。また、表６には、ベタ帯電量差比率および耐久帯電量差比率の各評価ランクの判定基準も併せて示す。
【００９１】
【表６】
【００９２】
表６に示されるように、図１０（ｂ）の波形では、回収方向電界が著しく弱まるうえに、ポンピングによる回収作用を得ることができないため、メモリー画像が発生してしまった。また、図１０（ｄ）の波形では、ポンピング不足によるメモリー画像またはリークという問題が発生してしまった。したがって、本願発明に対して比較的小さな回収側デューティ比ではメモリー画像の問題を解消できないことが確認された。
【００９３】
〔実験例８〕
実験例１に用いた画像形成装置の現像装置において、供給回収領域における現像ローラ外周面の移動方向と搬送ローラ外周面の移動方向とを同じ方向にして実験を行った。具体的には、搬送ローラを図１に示す方向とは反対方向（時計回り方向）に回転駆動するとともに、規制板を搬送ローラの上方ではなく下方に配置する構成とした。以後、このように供給回収領域における各ローラ外周面の移動方向が同じとなる回転方向を「ウィズ」と呼び、図１に示すように供給回収領域における各ローラ外周面の移動方向が逆方向となる回転方向を「カウンタ」と呼ぶ。
【００９４】
本実験例では、画像面積比率５％の画像チャートを用いて５万枚の耐久印刷を行い、メモリー画像発生の有無と、ベタ帯電量差比率および耐久帯電量差比率とについて評価を行った。その結果を下記表７に示す。また、表７には、ベタ帯電量差比率および耐久帯電量差比率の各評価ランクの判定基準も併せて示す。
【００９５】
【表７】
【００９６】
表７に示されるように、ウィズ回転の場合、現像ローラ上の現像残トナーと接触し始める搬送ローラ上の磁気ブラシは、規制板によってその量が規制されているとともに、現像ローラへのトナー供給前であることからトナーを所定量含んだ現像剤からなっている。したがって、キャリア表面が付着したトナーで覆われているウィズ構成の場合、ポンピング作用を生じさせても、現像ローラからのトナー回収が行われにくい。そのため、上述したようなメモリー画像が発生してしまうという結果となった。また、供給回収領域におけるローラ回転方向上流側または下部で本来現像ローラへのトナー供給が行われるべき位置においては、現像ローラ上には現像残トナーが存在しているために搬送ローラ上の磁気ブラシから現像ローラへのトナー移動量が少なくなるため、トナーの移動に伴って生じる荷電粒子の離脱も生じにくくなり、その結果、前記荷電性能補償作用が働かなくなってトナー帯電量の低下が発生したものと考えられる。したがって、メモリー画像防止、および荷電粒子による良好なトナー荷電性能補償作用の発揮という観点から、現像ローラと搬送ローラとは図１に示すような（又は図１とは逆方向の）カウンタで回転することが必要であることが判明した。
【００９７】
以上のように本願発明は、好適な実施形態や各実験例に基づいて十分に説明されてきたが、本願発明は前記実施形態に限定されるものではなく各種の改良や変更が可能である。例えば、前記現像装置３４で用いた現像剤２はキャリア４、トナー６、および荷電粒子８を含んで構成されるものとして説明したが、本願発明は前記荷電粒子を含まない現像剤を用いた現像装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本願発明に係る画像形成装置の概略構成と本願発明に係る現像装置の断面を示す図。
【図２】現像剤の組成を模式的に説明する図。
【図３】キャリアの表面に、荷電粒子を保持したトナーが付着している状態を模式的に示す図。
【図４】スペントが付着したキャリアの表面に荷電粒子が打ち込まれた状態を模式的に示す図。
【図５Ａ】電界形成装置の一実施形態を示す図。
【図５Ｂ】図５Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図６Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図６Ｂ】図６Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図７Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図８】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図９】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図１０】現像ローラバイアスと搬送ローラバイアスとの各種組み合わせを示す波形図で、（ａ）〜（ｇ）のうち（ｃ）および（ｆ）が本願発明に関わる波形図。
【図１１】図１０に対応して供給回収領域に作用する各種電界を示す波形図で、（ａ）〜（ｇ）のうち（ｃ）および（ｆ）が本願発明に関わる波形図。
【図１２】供給回収領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図。
【図１３】図１の現像装置から現像装置を削除した他の形態の現像装置の断面図とそれを含む画像形成装置の概略構成を示す図。
【図１４】図１３に示す現像装置の現像領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図。
【図１５】実験例３の実験結果を示す表およびグラフ。
【図１６】実験例４の実験結果を示す表およびグラフ。
【図１７Ａ】メモリー画像を説明するための図。
【図１７Ｂ】メモリー画像を説明するための図。
【符号の説明】
【００９９】
１：画像形成装置、２：現像剤、４：キャリア、６：トナー、８：荷電粒子、１０：スペント、１２：感光体、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：クリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４４：開口部、４６：第２の空間、４８：現像ローラ、５０：現像ギャップ、５２：第２の空間、５４：搬送ローラ、５６：供給回収ギャップ、５８：磁石体、６０：スリーブ、６３：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤攪拌室、６８：前室、７０：後室、７２：前スクリュー、７４：後スクリュー、７６：隔壁、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９４：放出領域、９６：現像領域、９８：トナー補給部、１００：容器、１０２：開口部、１０４：補給ローラ、１１０：電界形成装置、１１２：第１の電源、１１４：第２の電源、１１６：グランド、１１８：直流電源、１２０：直流電源、１２２：電界形成装置、１２４：第１の電源、１２６：グランド、１２８：直流電源、１３０：第２の電源、１３２：直流電源、１３４：交流電源、１３６：電界形成装置、１３８：第１の電源、１４０：グランド、１４２：直流電源、１４４：交流電源、１４６：第２の電源、１４８：端子、１５０：直流電源、１５２：電界形成装置、１５４：交流電源、１５６：交流電源、１５８：電界形成装置、１６０：交流電源。
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電子写真方式の画像形成装置、及びこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。
【０００３】
一成分現像方式の現像装置は、トナーを担持して搬送するトナー担持部材と該トナー担持部材のトナー担持面に接触する摩擦荷電部材を備えている。トナー担持部材に担持されているトナーは、摩擦荷電部材の接触位置を通過する際、摩擦荷電部材と摩擦接触して薄層化されると共に所定の極性に帯電される。このように、一成分現像装置は、トナーの帯電を摩擦荷電部材との摩擦接触によって行っているため、構成が簡単・小型・安価であるという利点がある。しかし、摩擦荷電部材の接触位置で強いストレスを受けることからトナーが劣化し易く、そのためにトナーの帯電性が比較的早期に損なわれる。また、トナー担持部材と摩擦荷電部材との接触圧によって両者にトナーが付着してトナーを帯電する能力が低下し、結果的に、現像装置の寿命が比較的短くなる。
【０００４】
二成分現像方式の現像装置は、現像剤担持体上に保持された現像剤の磁気ブラシからトナーを像担持体上の静電潜像に供給して現像するものである。現像剤を構成するトナーとキャリアは現像装置内で摩擦接触させることによって両者を所定の極性に荷電するため、トナーの受けるストレスは一成分現像装置に比べて少ない。キャリアも、その表面積はトナーに比べて大きいことから、トナーが付着して汚れることも少ない。しかし、二成分現像方式では、磁気ブラシを直接像担持体に接触させて現像する際に、磁気ブラシによる掃きムラが生じ摺擦ノイズが画像に現れるという不都合があった。
【０００５】
上述したような一成分現像方式と二成分現像方式の双方の利点を生かすという観点から、トナーの帯電はストレスの小さい二成分方式で行い、静電潜像の現像はかぶりの問題が比較的小さい一成分現像で行う、いわゆるハイブリッド現像方式の現像装置が特許文献１および２に記載されている。このハイブリッド現像方式では、比較的大粒径のトナーが選択的にトナー担持体から静電潜像に供され易いために、連続印刷を行うと高電位に帯電した比較的小粒径のトナーがトナー担持体上に堆積して選択現像が起こり易く、形成される画像に濃度低下が生じる傾向があった。そのため、トナー担持体上においてトナーが現像に供されなかった部分（現像残部）と現像に供されて消費された部分（現像部）があると、現像残部のトナーのうち現像剤担持体上の磁気ブラシによる機械的な掻き取られ易い低帯電トナーのみが回収され高帯電トナーが残ったままになる一方で、現像部に対しては前記磁気ブラシから平均的な帯電量のトナーがトナー担持体に新たに供給されるために、前回の現像画像の一部が次回の現像時に残像（メモリー画像）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生し易いという不具合がある。具体例で説明すると、図１７Ａに示すように小さい矩形黒ベタ画像３に続けてこれを包含する大きさの矩形グレーハーフトーン画像５を形成する場合、トナー担持体上でトナーの消費領域と非消費領域が生じることで、図１７Ｂに示すように黒ベタ画像３のトナー消費領域に対応した残像７がハーフトーン画像５に現れてしまう。
【０００６】
また、特許文献２に開示される画像形成装置は、磁気ローラと現像ローラを備えた現像装置を有し、磁気ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像（静電潜像画像部）を現像するようになっている。特徴として、特許文献２の発明では、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなくトナーとキャリアとの間に介在し、トナーの粉砕微粉がキャリアの表面に付着してスペントが形成されることを防止する荷電粒子が現像剤に含まれている。しかし、荷電粒子は、現像装置に初期導入された現像剤中にのみ含まれている。また、荷電粒子はトナーとキャリアのいずれの表面にも保持されていないために、その一部が、トナーとの電気的な結合によってトナーと共に現像ローラに供給された後感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に消費されることから、例えば文字画像のように画像面積比率または画像比率（いわゆる白黒比）の小さな画像を大量に印刷すると、荷電粒子だけが大量に消費されてしまい、長期的に安定したトナーの荷電性が得られないという問題がある。
【０００７】
上述したハイブリッド現像方式における履歴現象を解消するためには、現像領域を通過した後の位置でトナー担持体または現像ローラからのトナー回収性を高める必要がある。このため、現像剤担持体としての磁気ローラの磁極配置、現像剤搬送量、現像ローラとの間の距離等の条件を調節することにより現像ローラと磁気ローラとの間での現像剤密度を高めることによって、現像ローラからのトナー回収効率を上げることが考えられる。
しかしながら、両ローラ間の現像剤密度を高くすると、現像剤の目詰まりによるトルク上昇や発熱といった不具合が生じるという問題がある。
【０００８】
また、ハイブリッド現像方式において現像ローラからのトナー回収性向上のために、特許文献３では、現像ローラと磁気ローラとの間にトナー回収に有利に作用する振動電界を形成することが提案されているが、これでは磁気ローラから現像ローラにトナーを供給するという本来の機能を損なうことになる。このため、特許文献４では、画像形成動作を終了した後の非画像形成時に現像ローラ上のトナーを電気的に回収する電界を作用させることが提案されているが、バイアス制御の複雑化や回収バイアス印加に伴い磁気ローラ上のキャリアが現像ローラに静電的に吸着し易くなるという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５６−４０８６２号公報
【特許文献２】特開２００６−３０８６８７号公報
【特許文献３】特開２００３−２８０３５７号公報
【特許文献４】特開２００５−１０２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本願発明は、ハイブリッド現像方式における履歴現象を解消できる現像装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するため、本願発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、前記トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電されると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、前記第１の領域において前記第１の搬送部材とは逆方向に移動するように回転駆動され、かつ第２の領域を介して前記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段と、
前記第２の搬送部材と前記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて前記静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段とを備えており、
前記前記第１の電界は、該電界を発生させる振動電圧の平均電位が前記トナーを前記第１の搬送部材から前記第２の搬送部材に供給する側に偏りつつも前記トナーを前記第２の搬送部材に供給する作用および前記トナーを前記第２の搬送部材から回収する作用の両方の作用を有する振動電界であって、かつ前記振動電圧に関して前記第２の搬送部剤から前記第１の搬送部剤に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
このような本願発明によれば、前記のような振動電界を第１の搬送部材と第２の搬送部材との間に作用させることで、第１の搬送部剤から第２の搬送部材へのトナー供給性能を損なうことなく、第２の搬送部剤からトナーを効率良く回収することができ、その結果、履歴現象を防止できる。
【００１３】
また、本願発明の現像装置において、前記現像剤に前記荷電粒子を更に添加すれば（請求項２に対応）、トナーと逆極性の荷電粒子をトナーから分離させるべくトナー供給方向の電界を強めた場合であっても、トナーの回収効率を落とすことなく、キャリア表面に保持された荷電粒子によって長期に亘って安定したトナー帯電性を付与することがきる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本願発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本願発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００１５】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本願発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本願発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。
【００１６】
帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００１７】
このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００１８】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。ハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材（第２の搬送部材）である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材（第２の回転円筒体）であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。
【００１９】
現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材（第１の搬送部材）である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。
【００２０】
磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にある搬送ローラ５４の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にある搬送ローラ５４の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、搬送ローラ５４の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、搬送ローラ５４の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含む。
【００２１】
搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。
【００２２】
このように構成された現像装置３４の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。図２に示すように、キャリア４はトナー６に比べて相当大きい。そのため、図３に示すように、正極性に帯電したキャリア４の周囲に、負極性に帯電したトナー６が、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００２３】
図１に戻り、帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域８６）で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。後に詳細に説明するように、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された電界の存在により、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８に電気的に供給される。また、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の領域（回収領域）９２では、後に説明するように、現像に寄与することなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８上のトナーが、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。キャリア４は磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されており、スリーブ６０から現像ローラ４８に移動することはない。供給回収領域８８を通過した現像剤２は、磁石体５８の磁力に保持され、スリーブ６０の回転と共に磁極Ｓ２の対向部を通過して磁極Ｎ２とＮ３の対向領域（放出領域９４）に到達すると、磁極Ｎ２とＮ３によって形成される反発磁界によってスリーブ６０の外周面から前室６８に放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。
【００２４】
供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する領域（現像領域）９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位ＶＨが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位ＶＬまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位ＶＨを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に飛翔して付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。なお、現像領域９６では、現像ローラ４８上のトナー層が感光体１２に直に接触する接触現像であってもよい。
【００２５】
このようにして現像剤２からトナー６が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤２に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、ハウジング４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。
【００２６】
〔３．電界形成手段〕
供給領域９０でスリーブ６０から現像ローラ４８にトナー６を効率的に移動させるために、現像ローラ４８とスリーブ６０は電界形成装置１１０と電気的に接続されている。電源の具体例が図５Ａ〜図９に示してある。
【００２７】
図５Ａに示す第１具体例の電界形成装置１１０は、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２（請求項の第２の電界形成手段に相当する。）とスリーブ６０に接続された第２の電源１１４（請求項の第１の電界形成手段に相当する。）を有する。第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１１４は、スリーブ６０とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有し、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加する。この結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された直流電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０から現像ローラ４８に吸引されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーが、図５Ｂに示すように、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像非画像部（ＶＨ：−６００ボルト）との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。
【００２８】
図６Ａに示す第２具体例の電界形成装置１２２において、第１の電源１２４は、実施形態１の電源と同様に、現像ローラ４８とグランド１２６との間に接続された直流電源１２８を有し、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加している。第２の電源１３０は、スリーブ６０とグランド１２６との間に直流電源１３２と交流電源１３４を有する。直流電源１３２は、トナー６の帯電極性と同一極性で且つ第１の直流電圧よりも高圧の第２の直流電圧ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）をスリーブ６０に印加している。図６Ｂに示すように、交流電源１３４は、スリーブ６０とグランド１２６との間にピーク・ツー・ピーク電圧ＶＰ−Ｐが例えば３００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。その結果、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された振動電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電しているキャリア４は、スリーブ６０の内部の固定磁石の磁力によってスリーブ６０に保持され、現像ローラ４８に供給されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。
【００２９】
図７Ａに示す電界形成装置１３６において、第１の電源１３８は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に直流電源１４２と交流電源１４４を有する。直流電源１４２は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−２００ボルト）を現像ローラ４８に印加する。交流電源１４４は、現像ローラ４８とグランド１４０との間に振幅（ピーク・ツー・ピーク電圧）ＶＰ−Ｐが例えば１，６００ボルトの交流電圧ＶＡＣを印加する。第２の電源１４６は、現像ローラ４８と交流電源１４４との間の端子１４８とスリーブ６０との間に接続された直流電源１５０を有する。直流電源１５０は、所定の直流電圧ＶＤＣ２を出力することができ、陽極が端子１４８、陰極がスリーブ６０に接続されており、これにより、スリーブ６０が現像ローラ４８に対して負極性にバイアスされている（図７Ｂ参照）。したがって、供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された振動電界の作用を受けて、負極性に帯電しているトナー６がスリーブ６０から現像ローラ４８に電気的に吸引される。また、現像領域９６では、現像ローラ４８上の負極性トナーが、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−２００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。なお、図７Ｂでは、分かり易くするために、現像ローラ４８への印加電圧とスリーブ６０への印加電圧を時間軸方向（横方向）に少しずらして描いてある。
【００３０】
図８に示す電源１５２は、図５Ａに示す第１具体例の電源において、第１の電源１１２と第２の電源１１４にそれぞれ交流電界形成装置１５４，１５６を追加したものである。交流電界形成装置１５４，１５６の出力電圧はＶＡＣ１，ＶＡＣ２である。電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２の電圧値や周期は同一であってもよいし、違ってもよい。図９に示す電界形成装置１５８は、図５Ａに示す第１具体例の電源において、第１の電源１１２に交流電源１６０を追加したものである。交流電源１６０の出力電圧はＶＡＣである。これらの形態の電界形成装置１５２，１５８も、電源１１０，１２２，１３６と同様に、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された振動電界の作用を受けて、供給領域９０では負極性に帯電しているトナー６をスリーブ６０から現像ローラ４８に供給し、現像領域９６では負極性に帯電しているトナー６を現像ローラ４８から静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に供給する。
【００３１】
〔４．印加されるバイアス（電圧）〕
次に、本願発明のポイントとなるバイアス印加の条件について説明する。図１０に、負極性のトナー６で反転現像を行う場合の、現像ローラ４８および搬送ローラ５４（すなわちスリーブ６０）にそれぞれ印加するバイアスの組み合わせを示す。ここで、「ＧＮＤ」は接地電位すなわち０ボルトを示す。（ａ）〜（ｄ）は現像ローラ４８に印加されるバイアス（以下、「現像バイアス」という。）が所定のデューティ比に設定された矩形波の振動電圧（ＡＣ電圧）の場合であり、（ｅ）〜（ｇ）は現像バイアスが直流電圧である場合である。ここで、スリーブ６０に印加されるバイアス（以下、「搬送ローラバイアス」という。）と現像バイアスとは、スリーブ６０から現像ローラ４８へトナー６を供給でき、かつ現像ローラ４８から感光体１２上の静電潜像画像部にトナー６を供給できる電位関係にあることが必要である。
【００３２】
これらの現像バイアスおよび搬送ローラバイアスの印加によって、供給回収領域８８でトナー６に作用する電界を図１１に示す。ここにおいて、（ａ）〜（ｇ）は図１１における（ａ）〜（ｇ）にそれぞれ対応している。図１１中、縦軸の０位置より上方はトナー６を現像ローラ４８に供給する方向に作用する電界であり、前記０位置より下方はトナー６を現像ローラ４８から回収する方向に作用する電界となる。（ａ）〜（ｇ）を大別すると、（ｅ）の直流電界、（ａ），（ｂ），（ｄ）および（ｇ）の現像ローラ４８からの回収方向の時間比率が供給方向に対して比較的短い振動電界、（ｃ）および（ｆ）の現像ローラ４８からの回収方向の時間比率が比較的長い振動電界の３種類となる。ここで、（ｅ）のような直流電界の場合、トナー６を供給する電界は形成されるものの、回収方向の電界作用時間が存在しない。このため、現像ローラ４８上の現像剤トナーの回収は、搬送ローラ５４上の磁気ブラシによる機械的掻き取り作用だけに頼ることになり、上述した履歴現象という問題が生じていた。また、前記特許文献３，４においては（ａ），（ｂ），（ｄ）および（ｇ）で示されるバイアスの印加を実施例として示し、これによって履歴現象の解決を図ることを企図している。
【００３３】
これに対し、本願発明者らは、（ｃ）および（ｆ）で示すような回収方向時間比率が比較的長い振動電界を作用させることによって、回収方向の電界強度を強めることなく、現像ローラ４８上の現像剤トナーを効率良く回収しうる特異的な条件を見出したのである。ここで、（ｃ）および（ｆ）に示される点線は、時間平均電界強度を示しており、０レベルに対してトナー供給側に偏って設定されることで、現像ローラ４８へのトナー供給性能が担保される。この時間平均電界強度は、矩形波または交流波形で示される振動電界において、その上方とその下方との波形線内の各面積が同一になる境界である。また、現像ローラ４８からトナーを回収する方向に作用する回収電界の時間比率（以下、回収側デューティ比ともいう。）は、ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００〔％〕となる。
【００３４】
次に、供給回収領域８８における電界波形と、現像に供されることなく現像ローラ４８上の残った現像残トナーの回収性との関係について説明する。
現像ローラ４８上に付着保持されている現像残トナーは、回収方向電界の作用によって現像ローラ４８から剥離される方向の力を受ける。この力が現像ローラ４８に対する付着力を上回ると、現像剤トナーは現像ローラ４８から剥離して搬送ローラ５４上の磁気ブラシに回収され易くなる。この剥離力を電気的に与えつつ現像ローラ４８へのトナー供給作用を損なわないようにするためには、前記特許文献３，４に開示されるように、強い回収電界を供給電界より短い時間で作用させることが考えられるが、供給電界・回収電界が共に強いために、供給回収領域８８でのリーク（絶縁破壊）という問題が生じ易い。
【００３５】
そこで、本願発明者らは、回収電界の下で一部の現像剤トナーを剥離させた後に、搬送ローラ５４に向かって飛翔してきたトナーを供給電界の作用によって移動方向を反対にして現像ローラ４８の表面に衝突させることで、飛翔したトナーの運動エネルギーを現像ローラ４８上の現像残トナーに与え、これにより現像残トナーを効率的に現像ローラ４８から剥離させることが可能であるとの推定を行った。以下、この推定現象を「ポンピング」と呼ぶ。この推定においては、一旦剥離したトナーが現像ローラ４８に戻ってこない条件（例えば、回収時間が著しく長い場合）ではポンピングが効率的に行われないと考えられる。逆に、回収時間が短い条件では、剥離したトナーの移動距離が短く、現像ローラ４８に再度戻ってきた際に持ちうる運動エネルギーの量も小さくなり、ポンピングが促進されないと考えられる。さらには、現像ローラ４８に戻ってきたトナーが現像残トナーと衝突して運動エネルギーを供与した時点で、電界が回収電界に切り替わることで、より効率的なトナー剥離が行えるものと考えられる。すなわち、回収方向電界と供給方向電界の作用する時間比率が、小さすぎても大きすぎてもポンピングは効率的に行われず、最適な範囲があるものと推定できる。
【００３６】
上述した推定メカニズムに沿って後述する実験を行ったところ、振動電界の１周期時間に対して、回収電界の作用する時間比率が６０％〜８０％であるときに特に高い回収効率を得ることができ、上記推定を裏付ける結果が得られた。
【００３７】
〔５．現像剤〕
一般に、トナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤は、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ（スペント）が発生し、これがキャリアの寿命を低下させる。そこで、この問題を解消するために、本実施形態では、２成分現像剤に第３の成分として荷電粒子（インプラント粒子）が添加されている。
【００３８】
図２〜４を参照して具体的に説明すると、本願発明の画像形成装置及び現像装置は、トナー６とキャリア４の他に、トナー６との摩擦接触によりトナー６を正規の極性（実施形態では負極性）に帯電する、トナー６よりも小径の荷電粒子８を含む。実施の形態において、荷電粒子８は、トナー６の外周面に離脱可能に保持されており、トナー補給部９８からトナー６と共に補給される。
【００３９】
画像形成時、荷電粒子８はトナー６やキャリア４とともに、ハウジング４２の中を搬送された後、スリーブ６０に保持されて規制領域８６、供給回収領域８８、放出領域９４を移動する。この搬送過程で、トナー６の表面に保持されて正極性に帯電している荷電粒子８は、供給回収領域８８の電界中に置かれると、トナー６に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー６の外周面から離脱する。離脱した荷電粒子８は、該分離した荷電粒子８とキャリア４との間に作用するストレスによってキャリア４の外周面に保持される又は打ち込まれる。図４に示すように、キャリア４の外周面の一部又は全体がスペント１０で覆われている場合、荷電粒子８はスペント１０に打ち込まれる。キャリア４の外周面に保持され又は打ち込まれた荷電粒子８は、トナー６との摩擦接触によりトナー６と逆の極性に帯電する。実施形態では、トナー６は負極性に帯電されるため、荷電粒子８は正極性に帯電される。その結果、荷電粒子８が打ち込まれたキャリア４は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペント１０に被覆されていても、スペント１０の無い状態と同様の荷電性を維持し、トナー６を所定の極性に帯電する。
【００４０】
上述のように、荷電粒子８は、トナー６と逆の極性に帯電される。そのため、図１２に示すように、供給回収領域８８では、現像ローラ４８とスリーブ６０の間に形成される電界に基づいてトナー６はスリーブ６０から現像ローラ４８に移動する。また、トナー６から分離した荷電粒子８は、供給領域９０でトナー６が奪われることによって比較的キャリアリッチとなっている現像剤のキャリア表面に素早く保持されて、トナー６と共に現像ローラ４８に供給されることがない、または現像ローラ６に供給されるとしてもその量は極めて僅かである。
【００４１】
ところで、図１３に示すように、図１に示す現像装置から現像ローラを除いた形態の現像装置３４’に同様の荷電粒子を用いた場合、異なる結果を招く。具体的に、現像装置３４’の搬送ローラ５４が対向する感光体１２の外周面には静電潜像が形成されている。静電潜像は、例えば、ほぼ帯電電位を維持している高電位の静電潜像非画像部と、露光装置２８で光３０が投射されて電位の減衰している低電位の静電潜像画像部を有し、これら高電位の静電潜像非画像部と低電位の静電潜像画像部が搬送ローラ５４の対向部を通過していく。そして、画像形成時、現像領域において、例えば、負極性に帯電されているトナー６は、低電位の静電潜像画像部に付着し、静電潜像非画像部には付着しない。しかし、トナー６を負極性に帯電させる荷電粒子８は、それ自身が正極性に帯電している。したがって、現像領域で自由状態にある荷電粒子８は、図１４に示すように、静電潜像非画像部に付着する。このように、現像装置３４’によれば、トナー６から分離した荷電粒子８が現像領域で感光体１２の静電潜像非画像部に大量消費される。その結果、上述した現像装置３４に比べてキャリア４の外周面に打ち込まれる荷電粒子８の数が極めて少なく、スペントが付着したキャリア４は十分なトナー荷電性能を持ち得ない。
【００４２】
更にまた、上述の特許文献２で説明した現像装置では、荷電粒子は、トナーとキャリアのいずれの表面にも保持されることなく両者の間に比較的自由な状態で存在する。また、現像装置に初期導入された荷電粒子は、トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電している。そのため、トナーと電気的に結合してトナーと共に現像ローラに供給された後、感光体上の静電潜像非画像部に付着して徐々に無くなり、それと共にトナーの荷電性が低下する。しかし、本願発明の現像装置では、上述のように、供給回収領域８８でトナー６から分離した荷電粒子８はその後素早くキャリア４に保持されてスリーブ６０の外周面に留まることから、トナー６と同じように現像ローラ４８を介して感光体１２に供給されて消費されることはないので、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。もっとも、本実施例においてもいくらかの荷電粒子８はトナー６と共に現像ローラ４８に供給されるが、荷電粒子８はトナーと共に補給部９８から新たに補給されるため、無くなることはなく、よって、長期に亘って安定したトナーの荷電性が得られる。
【００４３】
なお、実施形態では、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は負極性、キャリア４は正極性に帯電される。また、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを負極性に帯電するとともに、荷電粒子８は正極性に帯電する。本願発明に用いるトナー、キャリア、荷電粒子の帯電性は、そのような組み合わせに限るものでない。具体的に、トナー６とキャリア４との摩擦接触によりトナー６は正極性、キャリア４は負極性に帯電され、荷電粒子８は、トナー６との接触により該トナーを正極性に帯電するとともに、荷電粒子８は負極性に帯電する組み合わせも考えられる。
【００４４】
〔５．具体的な材料〕
トナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
【００４５】
〔荷電粒子〕
好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択される。荷電粒子の個数平均粒径は、例えば、１００〜１０００ｎｍである。キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電するトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電する微粒子が用いられる。そのような微粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。微粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾールがある。
【００４６】
キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電するトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電する微粒子が用いられる。このような微粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子、また、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子が使用できる。トナーとの接触により負極性に帯電する負荷電制御剤を、荷電粒子を構成する樹脂に含有させてもよい。負荷電制御剤には、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用できる。荷電粒子は、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体であってもよい。
【００４７】
荷電粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理してもよい。特に、無機微粒子に正極帯電性を付与する場合、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。微粒子に負極性帯電性を付与する場合、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。
【００４８】
〔トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
【００４９】
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。
【００５０】
〔バインダー樹脂〕
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０〜１６０℃の範囲、ガラス転移点が約５０〜７５℃の範囲であることが好ましい。
【００５１】
〔着色剤〕
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２〜２０重量部であることが好ましい。
【００５２】
〔荷電制御剤〕
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５３】
〔離型剤〕
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５４】
〔その他の添加剤〕
その他、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコーンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１〜５重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は９〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００５５】
〔キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍが好ましい。
【００５６】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。
【００５７】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。
【００５８】
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０重量％の量で添加することが適当である。
【００５９】
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。
【００６０】
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。
【００６１】
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。
【００６２】
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。
【００６３】
〔実験〕
図１の現像装置を有する画像形成装置を用いて、以下に述べるような種々の実験を行って、現像ローラからの現像残トナーの回収性能等を調べた。
【００６４】
〔トナーＡ〕
実験に用いたトナーの製造方法は以下のとおりである。湿式造粒法で作成された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に、複数の添加剤−第１の疎水性シリカ０．２重量部、第２の疎水性シリカ０．５重量部、疎水性酸化チタン０．５重量部−を添加した。次に、三井鉱山社製のヘンシェルミキサを用い、添加剤が添加されたトナー母材を攪拌して添加剤をトナー母材の表面に付着させ、負極帯電性のトナーを得た。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（＃１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤のヘキサメチルジラザン（ＨＭＤＳ）で表面処理して得たものである。第２の疎水性シリカは、固体平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０：日本アエロジル社製）をＨＭＤＳで表面処理して得たものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを、水系湿式環境で、疎水化剤のイソブチルトリメトキシシランにより表面処理して得たものである。
【００６５】
〔キャリア〕
実験に用いたキャリアは、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350キャリア（平均粒径約３３μｍ）である。このキャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル系樹脂をコーティングしたコート型キャリアである。
【００６６】
〔荷電粒子〕
実験に用いた荷電粒子として、個数平均粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムを添加した。荷電粒子の添加量は、トナーＡに含まれるトナー母材粒子１００重量部に対して、２重量部であった。次に、荷電粒子が添加されたトナーＡを三井鉱山社製のヘンシェルミキサで攪拌し、トナーの表面に荷電粒子を付着させた。ミキサの回転速度は４０ｍ／秒、攪拌時間は３分間であった。
【００６７】
〔現像剤〕
実験で用いた現像剤は、上記トナーＡ、キャリア、荷電粒子、およびその他の添加剤（例えば、離型剤および流動化剤）を混合して、現像剤中のトナー比率を８％に調整した。トナー比率は、現像剤全体の重量に対する、トナーと荷電粒子を含む添加材との合計重量の割合である。
【００６８】
〔実験例１〕
現像ローラと搬送ローラとの間の最接近部である供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定した。また、現像ローラには直流電圧−３００ボルトの現像バイアスを印加した。さらに、現像ローラがトナー層を介して感光体に接触する所謂接触現像の構成で実験を行った。
【００６９】
このような条件の下で、搬送ローラに対して図１０（ｆ），（ｇ）に示す矩形波の振動バイアスを印加し、供給回収領域に図１１（ｆ），（ｇ）に示すような振動電界をさせて、現像ローラからの現像残トナーの回収性能、および、荷電粒子のキャリア荷電補助作用について評価した。前記振動電圧は、周波数２ｋＨｚ、振幅１０００ボルト、振幅中央値−７００ボルトで固定として、デューティ比（下記各表および各図においては「ｄｕｔｙ」と表記される。）を１０％から９０％まで１０％ずつ変化させた。
【００７０】
ここで、現像残トナーの回収性能については、図１７Ｂに示す残像またはメモリー画像の発生の有無、および、画像面積比率０％の全白状態での連続印刷時および画像面積比率１００％の黒ベタ画像連続印刷時における現像ローラ上のトナーの帯電量差を前記全白連続印刷時のトナー帯電量で除した値（以下、「ベタ帯電量差比率」という。）で評価した。また、荷電粒子によるキャリア荷電補助作用については、各条件にて画像面積比率５％の画像チャートを用いて５万枚（または５０ｋ枚）の耐久印刷を行い、この耐久印刷後の現像ローラ上のトナーの帯電量を耐久印刷開始前の初期状態でのトナー帯電量で除した値（以下、「耐久帯電量差比率」という。）で評価した。これらの評価は、「◎（優）」、「○（良）」、「△（不可）」、「×（不可）」の４段階で行った。下記表１に、実験結果と、その評価を示す。また、前記各評価における４段階のランク付けの判定基準も表１と併せて示す。なお、表１（後述する他の表についても同様）中において、前記ベタ帯電量差比率は「帯電量差／白帯電量 ΔＱ／Ｑｗ」、前記耐久帯電量差比率は「帯電量差／初期帯電量 ΔＱ／Ｑｉ」と表記されている。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１に示されるように、この実験結果から、現像ローラから現像残トナーを回収する方向に電界を作用させる時間比率（回収側デューティ比）を６０％〜８０％の範囲ではメモリー画像が発生せず、それ以外の範囲と比べると際だって回収性能が向上することが分かった。通常に予想されるのは、現像ローラ上の現像残トナーに作用する平均回収電界が強まるほど、すなわち表１における平均供給電界が弱まるほど、回収性能が向上するであろうということである。しかしながら、回収側デューティ比が５０％以下の範囲では、平均供給電界が多少変わったところで回収性能に大きな改善は認められず、また逆に、回収側デューティ比を９０％まで高めた場合には８０％の場合と比べて回収性能が低下してしまうことが分かった。この現象は、上述したポンピング作用で説明したように、「回収方向電界と供給方向電界の作用する時間比率が、小さすぎても大きすぎてもポンピングは効率的に行われず、最適な範囲がある。」という推定と合致している。
【００７３】
また、表１に示す各条件下で行った耐久印刷の評価においては、いずれも初期帯電量に対する耐印刷後の帯電量差および耐久帯電量差比率は小さく、良好な範囲に収まる結果となった。
【００７４】
〔実験例２〕
実験例２では、−３００ボルトの直流電圧に、周波数２ｋＨｚで振幅１６００ボルトの矩形波振動バイアスを重畳した現像バイアスを現像ローラに印加し、感光体と現像ローラとの間の最近接部の現像ギャップを０．１５ｍｍとした所謂非接触現像の構成で実験を行って、上記実験例１と同様の評価を行った。供給回収ギャップは、上記実験例１と同様に０．３ｍｍとした。現像ローラに印加するバイアスは振動バイアスとしたが、現像ローラおよび搬送ローラ間の供給回収領域での電界については上記実験例１と同様になるよう、搬送ローラに印加するバイアスを調整した。すなわち、搬送ローラに対し図１０（ｂ），（ｃ）に示す波形の電圧を印加して、図１１（ｂ），（ｃ）に示すような振動電界を供給回収領域に作用させている。図１０（ｃ）において、搬送ローラバイアスは、現像ローラバイアスに対して同期するとともに振幅がより大きく設定されている。ここで、現像ローラに印加する現像バイアスと搬送ローラに印加するバイアスのデューティ比が異なると、両者間で過大な電位差が生じて供給回収領域でリークが発生してしまうため、供給回収領域に作用させる振動電界のデューティ比に応じて、現像バイアスのデューティ比を変えながら実験を行った。また、現像ローラに対して５０％を超えるデューティ比を与えた場合、画像のキメが著しく悪化する現象が認められたため、現像ローラに印加するデューティ比は５０％までとし、図１０（ｂ）に示す状態になるように搬送ローラにバイアスを印加することで供給回収領域の電界の回収側デューティ比を１０〜５０％とし、一方、図１０（ｃ）に示す状態になるように搬送ローラにバイアスを印加することで回収側デューティ比を５０〜９０％とした。このような条件下で実験を行い、実験結果と、その評価を下記表２に示す。また、表１と同様に、各評価における４段階のランク付けの判定基準も表２と併せて示す。
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２に示されるように、現像ローラに振動電圧を印加した場合であっても、実効的に供給回収領域に作用する電界状態が同じであるため、実験例１と同様の結果が得られたことが分かる。このことから、非接触現像でも現像ローラに直流電圧を印加する構成や、接触現像で現像ローラに直流電圧に振動バイアスを重畳した現像バイアスを印加した構成であっても、供給回収領域における電界状態を本願発明の趣旨に沿ったものとすることで回収性能が高まることは明らかである。
【００７７】
〔実験例３〕
実験例２と同様の装置を用い、現像ローラおよび搬送ローラに印加する振動バイアスの周波数を、３ｋＨｚおよび４ｋＨｚとした場合に、実験例２と同様の作用が得られるかどうかを調べる実験を行った。その実験結果としてベタ帯電量差比率を、実験例２の結果と併せて、図１５において表とグラフで示す。図１５から明らかなように、周波数に依らず、現像ローラ上のトナーをポンピングさせるのに効率的な回収側デューティ比が６０％〜８０％であることが分かる。
【００７８】
〔実験例４〕
実験例１と同様の装置を用い、搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅値を６００ボルト、９００ボルト、１２００ボルトの３レベルとして実験を行った。その実験結果としてベタ帯電量差比率を、図１６において表とグラフで示す。図１６から明らかなように、搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅を９００ボルト以上とすることで、回収性能を特に向上できることが分かる。ここで、実験例１では供給回収ギャップを０．３ｍｍに設定しているため、現像ローラ上のトナーのポンピング作用に関わる電界としては、本実験例ではそれぞれ２×１０６Ｖ／ｍ、３×１０６Ｖ／ｍ、４×１０６Ｖ／ｍに相当する。したがって、ポンピング作用を生じさせて回収性能を向上させるという本願発明の作用を満足させるためには、３×１０６Ｖ／ｍ以上の電界強度振幅値を付与する必要があることが判明した。
【００７９】
〔実験例５〕
実験例１の条件を基本として、搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅中央値を変化させて実験を行った。ここで、中央値が−７００ボルトについては、実験例１と同じものである。また、本実験例では、メモリー画像の発生の有無に加えて、現像ローラ上のトナー搬送量についても評価を行った。その結果を下記表３に示すとともに、ベタ帯電量差比率の評価のランク付け判定基準を併せて示す。
【００８０】
【表３】
【００８１】
表３に示される実験結果から、次のようなことが言える。中央値を−４００ボルトとして現像ローラからの搬送ローラへの回収方向電界を強めた条件については、ポンピング作用が生じ易い大きな回収側デューティ比の範囲で、供給回収領域における時間平均電界強度がマイナス、即ちトナーを供給しにくい状態となり、現像ローラ上に適正量のトナーを供給することができない。その結果、所望の画像濃度を得ることができず、メモリー画像の評価を行うことやベタ帯電量差比率を評価できない状態であった。そのような条件であっても回収側デューティ比を小さくして時間平均電界強度がプラス、即ちトナー供給方向の電界になると、現像ローラへのトナー供給は十分に行えるが、ポンピング作用がないためにメモリー画像が発生してしまった。
【００８２】
一方、中央値を−１０００ボルトとして現像ローラから搬送ローラへのトナー供給方向電界を強めた条件については、現像ローラに対して十分な量のトナー供給を行えるが、回収方向電界がマイナス、即ち回収方向の電界が存在しない状態となってしまい、ポンピング作用を得ることができない。
【００８３】
すなわち、高い回収性能によってメモリー画像の発生を防止しつつ良好な帯電性能を維持するには、時間平均電界強度がトナーを搬送ローラから現像ローラに供給する側に偏りつつもトナーを現像ローラに供給する方向およびトナーを現像ローラから回収する方向の両方の作用を有する振動電界を供給回収領域に形成し、かつ現像ローラからトナーを回収する作用を果たす時間比率を６０％〜８０％とすることが重要である。
【００８４】
〔実験例６〕
実験例２と同様の装置を用い、図１０（ｃ），（ｄ）に示すようなバイアスを印加して、回収性能および供給回収領域でのリーク現象を調べる実験を行った。ここで、図１０（ｄ）に示す波形のバイアス印加については、回収電界強度を強めることによって回収性能を確保する考え方であるため、デューティ比を固定して搬送ローラに印加する振動バイアスの振幅値を変えることで回収電界強度を変化させた。その結果を下記表４に示すとともに、ベタ帯電量差比率の評価のランク付け判定基準を併せて示す。
【００８５】
【表４】
【００８６】
表４に示されるように、確かに図１０（ｄ）の波形を用いても、回収方向電界を強めることによってメモリー画像の発生を防止できたものの、電界強度が過大となることで供給回収領域においてリークが発生した。これに対し、本願発明の趣旨に沿った図１０（ｃ）の波形の場合には、供給回収領域でリークが生じない低電界強度の条件においても、ポンピング作用を活用することで高い回収性能が得られることが確認できた。
【００８７】
〔実験例７〕
現像剤の荷電性能を長期にわたって維持するためには、トナーに付着た状態で外添されて荷電粒子を供給回収領域において供給領域にいてトナーから離脱させ、搬送ローラ上の現像剤に取り込んだうえでキャリア表面に付着させることが必要となる。この作用による耐久印刷前後のトナー帯電量差の低減と、前記ポンピング作用との両立が図れるかどうかについて、実験例２の装置を用いて実験した。荷電粒子のトナーからの離脱に関わるパラメータはトナーを搬送ローラから現像ローラに供給するための供給電界であるため、回収方向の電界強度を固定しつつ供給方向の電界強度を変化させるよう、搬送ローラへの印加バイアスを調整した。実験で用いた条件と、メモリー画像発生の有無、および５万枚耐久印刷後の耐久帯電量差比率を下記表５に示す。メモリー画像とベタ帯電量差比率の各評価ランクの判定基準は、上述の各実験例と同様である。
【００８８】
【表５】
【００８９】
表５に示されるように、耐久印刷後であっても初期帯電状態を維持するためには、２．５×１０６Ｖ／ｍ以上の供給方向電界を供給回収領域において作用させる必要があること、また、この場合であっても回収側デューティ比を６０％〜８０％とすることで回収性能を向上できることが分かった。すなわち、トナーと逆極性の荷電粒子をトナーから分離させつつトナーを現像ローラに供給するにはトナー供給方向電界を強める必要があり、これを実現しようとすると現像残トナーの回収性が低下するので、このように相反する関係にあるトナー供給性能とトナー回収性能とを両立させるには、ポンピングによる回収作用を活用することがより効果的であることが分かった。
【００９０】
一方、荷電粒子のトナーからの離脱作用を得るためには、例えば図１０（ｂ）や同（ｄ）に示す波形のバイアスを用いて供給回収領域に振動電界を形成することも考えられる。これらの波形において、上記知見に基づいて２．５×１０６Ｖ／ｍ以上の供給方向電界を作用させて行った実験の結果を下記表６に示す。また、表６には、ベタ帯電量差比率および耐久帯電量差比率の各評価ランクの判定基準も併せて示す。
【００９１】
【表６】
【００９２】
表６に示されるように、図１０（ｂ）の波形では、回収方向電界が著しく弱まるうえに、ポンピングによる回収作用を得ることができないため、メモリー画像が発生してしまった。また、図１０（ｄ）の波形では、ポンピング不足によるメモリー画像またはリークという問題が発生してしまった。したがって、本願発明に対して比較的小さな回収側デューティ比ではメモリー画像の問題を解消できないことが確認された。
【００９３】
〔実験例８〕
実験例１に用いた画像形成装置の現像装置において、供給回収領域における現像ローラ外周面の移動方向と搬送ローラ外周面の移動方向とを同じ方向にして実験を行った。具体的には、搬送ローラを図１に示す方向とは反対方向（時計回り方向）に回転駆動するとともに、規制板を搬送ローラの上方ではなく下方に配置する構成とした。以後、このように供給回収領域における各ローラ外周面の移動方向が同じとなる回転方向を「ウィズ」と呼び、図１に示すように供給回収領域における各ローラ外周面の移動方向が逆方向となる回転方向を「カウンタ」と呼ぶ。
【００９４】
本実験例では、画像面積比率５％の画像チャートを用いて５万枚の耐久印刷を行い、メモリー画像発生の有無と、ベタ帯電量差比率および耐久帯電量差比率とについて評価を行った。その結果を下記表７に示す。また、表７には、ベタ帯電量差比率および耐久帯電量差比率の各評価ランクの判定基準も併せて示す。
【００９５】
【表７】
【００９６】
表７に示されるように、ウィズ回転の場合、現像ローラ上の現像残トナーと接触し始める搬送ローラ上の磁気ブラシは、規制板によってその量が規制されているとともに、現像ローラへのトナー供給前であることからトナーを所定量含んだ現像剤からなっている。したがって、キャリア表面が付着したトナーで覆われているウィズ構成の場合、ポンピング作用を生じさせても、現像ローラからのトナー回収が行われにくい。そのため、上述したようなメモリー画像が発生してしまうという結果となった。また、供給回収領域におけるローラ回転方向上流側または下部で本来現像ローラへのトナー供給が行われるべき位置においては、現像ローラ上には現像残トナーが存在しているために搬送ローラ上の磁気ブラシから現像ローラへのトナー移動量が少なくなるため、トナーの移動に伴って生じる荷電粒子の離脱も生じにくくなり、その結果、前記荷電性能補償作用が働かなくなってトナー帯電量の低下が発生したものと考えられる。したがって、メモリー画像防止、および荷電粒子による良好なトナー荷電性能補償作用の発揮という観点から、現像ローラと搬送ローラとは図１に示すような（又は図１とは逆方向の）カウンタで回転することが必要であることが判明した。
【００９７】
以上のように本願発明は、好適な実施形態や各実験例に基づいて十分に説明されてきたが、本願発明は前記実施形態に限定されるものではなく各種の改良や変更が可能である。例えば、前記現像装置３４で用いた現像剤２はキャリア４、トナー６、および荷電粒子８を含んで構成されるものとして説明したが、本願発明は前記荷電粒子を含まない現像剤を用いた現像装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本願発明に係る画像形成装置の概略構成と本願発明に係る現像装置の断面を示す図。
【図２】現像剤の組成を模式的に説明する図。
【図３】キャリアの表面に、荷電粒子を保持したトナーが付着している状態を模式的に示す図。
【図４】スペントが付着したキャリアの表面に荷電粒子が打ち込まれた状態を模式的に示す図。
【図５Ａ】電界形成装置の一実施形態を示す図。
【図５Ｂ】図５Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図６Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図６Ｂ】図６Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図７Ａ】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す電界形成装置からスリーブと現像スリーブに供給されている電圧の関係を示す図。
【図８】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図９】電界形成装置の他の実施形態を示す図。
【図１０】現像ローラバイアスと搬送ローラバイアスとの各種組み合わせを示す波形図で、（ａ）〜（ｇ）のうち（ｃ）および（ｆ）が本願発明に関わる波形図。
【図１１】図１０に対応して供給回収領域に作用する各種電界を示す波形図で、（ａ）〜（ｇ）のうち（ｃ）および（ｆ）が本願発明に関わる波形図。
【図１２】供給回収領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図。
【図１３】図１の現像装置から現像装置を削除した他の形態の現像装置の断面図とそれを含む画像形成装置の概略構成を示す図。
【図１４】図１３に示す現像装置の現像領域におけるトナーと荷電粒子の動きを模式的に示す図。
【図１５】実験例３の実験結果を示す表およびグラフ。
【図１６】実験例４の実験結果を示す表およびグラフ。
【図１７Ａ】メモリー画像を説明するための図。
【図１７Ｂ】メモリー画像を説明するための図。
【符号の説明】
【００９９】
１：画像形成装置、２：現像剤、４：キャリア、６：トナー、８：荷電粒子、１０：スペント、１２：感光体、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：クリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４４：開口部、４６：第２の空間、４８：現像ローラ、５０：現像ギャップ、５２：第２の空間、５４：搬送ローラ、５６：供給回収ギャップ、５８：磁石体、６０：スリーブ、６３：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤攪拌室、６８：前室、７０：後室、７２：前スクリュー、７４：後スクリュー、７６：隔壁、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９４：放出領域、９６：現像領域、９８：トナー補給部、１００：容器、１０２：開口部、１０４：補給ローラ、１１０：電界形成装置、１１２：第１の電源、１１４：第２の電源、１１６：グランド、１１８：直流電源、１２０：直流電源、１２２：電界形成装置、１２４：第１の電源、１２６：グランド、１２８：直流電源、１３０：第２の電源、１３２：直流電源、１３４：交流電源、１３６：電界形成装置、１３８：第１の電源、１４０：グランド、１４２：直流電源、１４４：交流電源、１４６：第２の電源、１４８：端子、１５０：直流電源、１５２：電界形成装置、１５４：交流電源、１５６：交流電源、１５８：電界形成装置、１６０：交流電源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、前記トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電されると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、前記第１の領域において前記第１の搬送部材とは逆方向に移動するように回転駆動され、かつ第２の領域を介して前記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段と、
前記第２の搬送部材と前記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて前記静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段とを備えており、
前記第１の電界は、時間平均電界強度が前記トナーを前記第１の搬送部材から前記第２の搬送部材に供給する側に偏りつつも前記トナーを前記第２の搬送部材に供給する作用および前記トナーを前記第２の搬送部材から回収する作用の両方の作用を有する振動電界であって、かつ前記第２の搬送部材から前記第１の搬送部材に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像剤は更に荷電粒子を含み、前記荷電粒子は、前記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され、前記トナーの表面から分離した後に前記キャリアの表面に保持されると、前記トナーとの摩擦接触によって前記トナーを前記第１の極性に帯電することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記第１の電界の電界強度が２．５×１０６Ｖ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２の現像装置。
【請求項４】
直流バイアスを前記第２の搬送部材に印加し、前記第２の搬送部材から前記第１の搬送部材に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％になるような振動バイアスを前記第１の搬送部材に印加す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５】
第２の振動バイアスを前記第２の搬送部材に印加し、前記第２の振動バイアスに対して位相が同期し且つ振幅が大きな第１の振動バイアスを前記第第１の搬送部材に印加す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６】
請求項１〜５のいずれかに記載の現像装置を含む画像形成装置。
【請求項１】
トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、前記トナーとキャリアは相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電されると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電される現像剤と、
回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、前記第１の領域において前記第１の搬送部材とは逆方向に移動するように回転駆動され、かつ第２の領域を介して前記静電潜像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成手段と、
前記第２の搬送部材と前記静電潜像担持体との間に第２の電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて前記静電潜像を可視像化する第２の電界形成手段とを備えており、
前記第１の電界は、時間平均電界強度が前記トナーを前記第１の搬送部材から前記第２の搬送部材に供給する側に偏りつつも前記トナーを前記第２の搬送部材に供給する作用および前記トナーを前記第２の搬送部材から回収する作用の両方の作用を有する振動電界であって、かつ前記第２の搬送部材から前記第１の搬送部材に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像剤は更に荷電粒子を含み、前記荷電粒子は、前記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され、前記トナーの表面から分離した後に前記キャリアの表面に保持されると、前記トナーとの摩擦接触によって前記トナーを前記第１の極性に帯電することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記第１の電界の電界強度が２．５×１０６Ｖ／ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２の現像装置。
【請求項４】
直流バイアスを前記第２の搬送部材に印加し、前記第２の搬送部材から前記第１の搬送部材に前記トナーを回収する作用を果たす時間比率が６０〜８０％になるような振動バイアスを前記第１の搬送部材に印加す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５】
第２の振動バイアスを前記第２の搬送部材に印加し、前記第２の振動バイアスに対して位相が同期し且つ振幅が大きな第１の振動バイアスを前記第第１の搬送部材に印加す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６】
請求項１〜５のいずれかに記載の現像装置を含む画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【公開番号】特開２００８−２２５３５９（Ｐ２００８−２２５３５９Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６７２２３（Ｐ２００７−６７２２３）
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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