JP2008287243A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーとキャリアとを備える２成分現像剤を用いる画像形成装置において、キャリアを介した静電像への電荷注入を抑制しながら、良好な現像性を得ることを可能とする画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体１と現像剤担持体４１との間に交番バイアスを印加して静電像を現像する画像形成装置１００は、キャリアに与えられる電界強度を横軸、キャリアの誘電率を縦軸とするグラフにおいて、
電界強度Ｅｄ＝｜（Ｖｐ２−ＶＬ）／Ｄ｜における傾きをＫ１、
電界強度Ｅｂ＝｜（Ｖｐ１−ＶＬ）／Ｄ｜における傾きをＫ２、
とすると、
｜Ｋ１｜＜｜Ｋ２｜の関係が成り立つ。
【選択図】図１０

Description

本発明は、像担持体上に形成された静電像をトナーにより可視化して画像を得る複写機、プリンターなどの画像形成装置に関するものである。より詳細には、現像剤としてトナーとキャリアとを備える２成分現像剤を用いる画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式を用いた複写機、プリンターなどの画像形成装置では、像担持体としての電子写真感光体（以下、単に「感光体」という。）の表面を一様に帯電させた後、その表面を画像情報に応じて露光する。これによって、感光体の表面に静電像（潜像）を形成する。感光体に形成した静電像は、現像器が現像剤を用いてトナー像として現像する。感光体上のトナー像は、直接又は中間転写体を介して転写材に転写する。その後、転写材にトナー像を定着させることによって記録画像を得る。

現像剤としては、一般的に、実質的にトナー粒子のみから成る１成分現像剤と、トナー粒子とキャリア粒子とを備えた２成分現像剤とがある。２成分現像剤を用いた現像方式は、一般に、より高精細で色味の良好な画像を形成できる点などにおいて有利である。

２成分現像剤は、一般的に、粒径が５μｍ〜１００μｍ程度の磁性粒子（キャリア）と、粒径が１μｍ〜１０μｍ程度の非磁性トナーが所定の混合比で混合されたものである。キャリアは、帯電したトナーを担持して現像部まで搬送する働きをする。又、トナーは、キャリアと混合されることにより、摩擦帯電により所定の極性の所定の帯電量に帯電される。

ところで、近年、電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置のデジタル化、フルカラー化、高速化が進むにつれ、その出力画像がオリジナルの出力物としての価値を持ち、更には印刷市場への参入も非常に期待されている。従って、より高品位（高精細）で安定した画質の画像を出力できることが求められている。このような高精細な画質を得るためには、現像性を向上させることが不可欠である。

通常、２成分現像剤を用いた現像方式では、現像器が備える現像剤担持体上に担持された２成分現像剤が、感光体上の静電像と対向する現像部まで搬送される。そして、現像剤担持体上の２成分現像剤の穂立ちを感光体に接触又は近接させる。その後、現像剤担持体と感光体との間に印加された所定の現像バイアスによって、トナーのみが感光体上に転移される。これにより、感光体上に静電像に応じたトナー像が形成される。

尚、現像バイアスとしては、直流電圧成分と交流電圧成分とが重畳された交番バイアスが広く用いられている。現像性を向上させるには、より多くのトナーをキャリアから引き剥がし、現像させることが必要とされる。そのためには、トナーが受ける電界強度を強める必要がある。

トナーが受ける電界強度を強めるには、単純に現像剤担持体と感光体との間に印加された現像バイアスを強めることが近道といえる。しかしながら、必要以上に現像バイアスを強めると、現像剤担持体よりキャリアを通じて静電像に電荷が注入され、静電像が乱される場合がある。

従来、感光体としては、金属基体の上に有機材料から成る電荷発生層、電荷輸送層、表面保護層が積層されたＯＰＣ（有機光導電体）感光体が広く用いられている。

一方、上述のような高解像度な静電像を形成するには、感光体に、アモルファスシリコン（非晶質シリコン）感光体（以下「ａ−Ｓｉ感光体」という。）等の単層系の感光体を用いるのが有効であることが分かっている。その理由の１つは、次のように考えられる。

ＯＰＣ感光体では、感光体の内部の電荷発生機構が感光体の基体付近に存在するのに対し、ａ−Ｓｉ感光体では、感光体の内部の電荷発生機構が感光体の表面にある。そのため、ａ−Ｓｉ感光体では、内部で発生した電荷が感光体の表面に至るまでに拡散することなく、極めて高精彩な静電像が得られる。

しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体は、ＯＰＣ感光体と比べてその表面抵抗が低く、上述のような現像剤担持体からのキャリアを介した電荷注入の影響がＯＰＣ感光体より非常に大きくなる。従って、ａ−Ｓｉ感光体を用いる場合には、形成された静電像が電荷注入により容易に乱されることになるので、交番バイアスとされる現像バイアスのＶｐｐ（ピーク間電圧）を小さくして、電荷の移動量を抑えることが一層求められる。

ここで、現像バイアスＶｐｐを小さくすると、現像剤担持体からキャリアを介した感光体への電荷注入は低減されるが、現像剤にかかる電界が弱まる。そのため、キャリアからトナーを引き離す力が低減し、現像性が低下することになる。

一方、特許文献１に提案されているように、高画質な画像形成を行うためには、キャリアの電気抵抗をより高く設定することが有効となる。

しかしながら、キャリアの電気抵抗を高抵抗化すると、現像性、即ち、トナーがキャリアから引き離される（吐き出される）能力が低下し易くなることが分かっている。

前述したように、２成分現像剤のキャリアは、トナーを現像部へ搬送する役割と共に、摩擦帯電によりトナーに対し電荷付与を行う役割を担っている。そのため、キャリアは、トナー帯電極性とは逆極性の電荷が与えられ、帯電することになる。例えば、トナーが負極性に帯電するときには、キャリアには正極性の電荷が付与される。

この際、キャリアの電気的抵抗が高いとキャリアに蓄積された電荷が移動し難くなるため、このキャリアの電荷とトナーの電荷とが引き合って大きな付着力となり、トナーがキャリアから引き離され難くなる。キャリアの電気的抵抗が低ければ、キャリア内の電荷がキャリアの表面で拡散しやすくなるため、トナーとキャリアとの付着力も小さくなり、トナーはキャリアから引き離され易くなる。

ここで、現像剤担持体と感光体との間に印加された現像バイアスを強めること以外に、トナーが受ける電界強度を強める方法としては、キャリアの誘電率を高めるということが考えられる。キャリアの誘電率が大きければ、キャリア内部に生じる分極電荷により、キャリア内部の電圧差は小さくなり、その分、感光体側のキャリアから感光体との間の空気層に電界が集中する。従って、キャリアに付着しているトナーが受ける電界強度は強まる、と考えられる。
特開平８−１６０６７１号公報

しかしながら、キャリアの誘電率を高めると、一旦感光体に運ばれたトナーも引き剥がしやすくなり、現像性を低下させやすくなるとも考えられる。

前述したように、現像剤担持体と感光体との間に印加される現像バイアスは、直流電圧成分と交流電圧成分とが重畳された交番バイアスが用いられている。つまり、トナーを感光体に移動させる方向に印加されているとき（以下、「現像方向のバイアス」と呼ぶ）は、トナーはキャリアから引き離され、感光体に運ばれる。一方、交番バイアスが切り替わり、現像バイアスがトナーを現像剤担持体に移動させる方向に印加されているとき（以下、「引き戻し方向のバイアス」と呼ぶ）は、トナーは現像剤担持体方向に運ばれる。

まず、現像方向のバイアスが印加されている場合においては、前述の理由により高誘電率キャリアＡのほうが低誘電率キャリアＢよりも、トナーが受ける電界強度は高くなり、より多くのトナーがキャリアから引き離され感光体へと運ばれる。しかしながら、交番バイアスが切り替わり、引き戻し方向のバイアスが印加されている場合にも、高誘電率キャリアＡのほうが低誘電率キャリアＢよりもトナーが受ける電界強度が強まるので、より多くのトナーを感光体から引き剥がしてしまうため、誘電率による現像性への影響が弱められてしまうという不都合が生じる。

図１５は、誘電率特性の異なる従来の一般的な２種類のキャリア（高誘電率キャリアＡ、低誘電率キャリアＢ）を用いた場合の現像性の差を示す。図１５の横軸は現像バイアスのピーク間電圧Ｖｐｐを示し、縦軸は感光体上に形成されたトナー像のトナー層の単位面積当りの帯電量Ｑ／Ｓ［Ｃ／ｃｍ²］を示している。このＱ／Ｓ［Ｃ／ｃｍ²］としては、最高濃度を得る際の感光体上のトナー層のトナーの単位重量当たりの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］と、そのトナー層の単位面積当たりのトナー乗り量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ²］とを掛け合わせた値を用いている。上記Ｑ／Ｓ［Ｃ／ｃｍ²］は、現像剤の現像能力、即ち、トナーがキャリアとトナーとの間の付着力に打ち勝って、感光体上にどれだけ転移されたかを示す。最高濃度とはベタ画像濃度であり、反転現像の場合、現像バイアスの直流成分と感光体の画像部電位との電位差が最大になるときの画像濃度である。

尚、図１５は、感光体として、膜厚（感光層の厚さ）３０μｍのＯＰＣ感光体を用いた場合の結果を示している。

図１５から、現像バイアスのＶｐｐによらず、高誘電率キャリアＡのほうが、低誘電率キャリアＢよりもＱ／Ｓ［Ｃ／ｃｍ²］が高いことが分かる。図４に高誘電率キャリアＡと低誘電率キャリアＢの誘電率の電界依存性を示した。即ち、キャリアの誘電率は、キャリアに与えられる電界に応じて変化する特性をもつ。図４から、高誘電率キャリアＡは現像方向のバイアス時、引き戻し方向のバイアス時共に、低誘電率キャリアＢよりも、誘電率が高くなっている。しかしながら、図１５のように、高誘電率キャリアＡが低誘電率キャリアＢよりもＱ／Ｓ［Ｃ／ｃｍ²］が高いのは、現像方向のバイアス時の誘電率によるトナーを感光体へと運ぶ電界強度の影響が、引き戻し方向のバイアス時の誘電率によるトナーを感光体から引き剥がす影響よりも大きいためである。したがって、誘電率の差から生じた電界強度の差の影響により、高誘電率キャリアＡの方が低誘電率キャリアＢよりも、現像性が増大することになる。

更に、現像性は、感光体の静電容量によっても大きく影響される。感光体の静電容量（単位面積当たりの静電容量）が大きくなるのに伴って現像性が許容範囲を超えて低下すると、様々な画像欠陥が発生するようになる。次に、感光体の静電容量と現像性について説明する。

例えば、ＯＰＣ感光体上に、次の条件で最高濃度のトナー像を形成する場合について考える。現像コントラスト（感光体上の画像部電位と現像バイアスの直流電圧との電位差）Ｖｃｏｎｔ＝２５０Ｖ、トナーの電荷量Ｑ／Ｍ＝−３０μＣ／ｇ、トナー乗り量Ｍ／Ｓ＝０．６５ｍｇ／ｃｍ²。このトナー像のトナー層がＯＰＣ感光体上で作る電位（充電電位）ΔＶは、ＯＰＣ感光体の膜厚を３０μｍとした場合、下記式から計算される。

［ここで、
Ｑ／Ｍは感光体上における単位重量あたりのトナー電荷量
Ｍ／Ｓは感光体上における最高濃度部の単位面積あたりのトナー重量
λｔは感光体上における最高濃度部のトナー層厚
ｄは感光体の膜厚
ε_tはトナー層の比誘電率
ε_dは感光体の比誘電率
ε₀は真空の誘電率］

上記条件の場合、ΔＶ＝２４３Ｖとなり、Ｖｃｏｎｔ＝２５０Ｖを埋めていることになる。即ち、静電像の電位を、トナー層の電荷によって、十分に埋めている状態（充電効率９７％）となっている。

一方、ａ−Ｓｉ感光体は、ＯＰＣ感光体と比べて比誘電率が約３倍大きい材料特性を有している（ａ−Ｓｉ感光体：約１０、ＯＰＣ感光体：約３．３）。従って、ａ−Ｓｉ感光体は、ＯＰＣ感光体と同等な膜厚（例えば３０μｍ）を有する場合は、ＯＰＣ感光体の静電容量（例えば、０．９７×１０^-6Ｆ／ｍ²）の約３倍の静電容量（例えば、２．９５×１０^-6Ｆ／ｍ²）を持つことになる。

仮に、上記ＯＰＣ感光体の場合と同様のＶｃｏｎｔ（＝２５０Ｖ）、トナーの電荷量Ｑ／Ｍ（＝−３０μＣ／ｇ）の条件でａ−Ｓｉ感光体上に最高濃度のトナー像を形成した場合について考える。この場合、上記式から、ΔＶ＝２５０Ｖを満たすために必要なトナー量は、１．１５ｍｇ／ｃｍ²となり、上記ＯＰＣ感光体の場合の約１．７倍のトナー量がａ−Ｓｉ感光体上に転移されることになる。逆に言えば、約１／１．７の現像コントラストＶｃｏｎｔで、トナー乗り量Ｍ／Ｓ＝０．６５ｍｇ／ｃｍ²が得られることになる。従って、ａ−Ｓｉ感光体の場合、Ｖｃｏｎｔ＝１４７Ｖ程度で、高濃度部の電荷を満たすことになる。

しかしながら、例えば、軽印刷市場に投入しようとする場合などには、幅広い階調性が得られることが求められるため、Ｖｃｏｎｔ＝１４７Ｖではγ特性（像露光量に対する画像濃度の特性）が急峻となり、高い階調性を得ることが困難となる場合がある。即ち、写真画像などの中間調の画像が再現しにくくなる。

又、ＯＰＣ感光体であっても、静電像の鮮鋭化を目的とし、感光体の膜厚（感光層の厚さ）を低減させる試みがなされている。このような場合であっても、感光体の膜厚が小さくなることによって感光体の静電容量がより大きくなるため、上記ａ−Ｓｉ感光体について説明したものと同様な問題が発生することがある。

このような感光体の比誘電率が大きいとか、或いは、感光体の膜厚が小さいといったことによる問題に対処するためには、トナー像のトナー層のＱ／Ｓ［Ｃ／ｃｍ²］を上げること、即ち、トナーの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］を上げる方法が考えられる。例えば、トナー帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］を、上述の−３０μＣ／ｇに対して−６０μＣ／ｇとする。この状態で、例えば、現像コントラストＶｃｏｎｔが２４０Ｖである時に、トナー乗り量Ｍ／Ｓ［ｍｇ／ｃｍ²］を０．６５ｍｇ／ｃｍ²得ることができれば、トナー層が作るΔＶは２３８Ｖ（即ち、約２４０Ｖ）となり、充電効率は約１００％となる。

しかしながら、実際には、トナーの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］が高くなると、キャリア及びトナーの静電気力が非常に大きくなるため、現像性が著しく低下する場合がある。

以上説明したように、例えばａ−Ｓｉ感光体のように表面抵抗が低い感光体の場合、現像時に静電像に対して電荷注入を防ぐため、現像バイアスのＶｐｐを大きくすることはできない。一方、ａ−Ｓｉ感光体や薄膜ＯＰＣ感光体のような、静電容量が大きい感光体に対しては、トナーの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］を高くすることが白抜け等の画像欠陥を発生させず、安定して且つ十分な階調性を得るに有効な手段となる。しかし、トナーの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］を高くすると現像性が著しく低下する場合がある。

本発明の目的は、トナーとキャリアとを備える２成分現像剤を用いる画像形成装置において、キャリアを介した静電像への電荷注入を抑制しながら、良好な現像性を得ることを可能とする画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、現像時に高誘電率のキャリアを用いて、現像性を飛躍的に高める現像方式の現像装置をもった画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、帯電量の高いトナーを用いる場合であっても現像性を飛躍的に高める現像方式の現像装置をもった画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、静電容量が大きい感光体を用いる場合であっても、長期にわたり、高精細且つ安定した画像の形成を可能とする画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、像担持体と現像剤担持体との間の電界の変化に応じたキャリア抵抗特性を適正に設定した画像形成装置を提供することである。

本発明の更なる目的及び特徴とするところ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一層明らかになるだろう。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体と、トナーとキャリアを備える現像剤を担持する現像剤担持体と、を有し、前記現像剤担持体は、前記像担持体に形成された静電像を前記現像剤で現像し、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に交番電界を形成するために、前記現像剤担持体は交番電圧が印加される画像形成装置において、
前記キャリアに与えられる電界強度を横軸、前記キャリアの誘電率を縦軸とするグラフにおいて、
電界強度Ｅｄ＝｜（Ｖｐ２−ＶＬ）／Ｄ｜における傾きをＫ１、
電界強度Ｅｂ＝｜（Ｖｐ１−ＶＬ）／Ｄ｜における傾きをＫ２、
とすると、
｜Ｋ１｜＜｜Ｋ２｜の関係が成り立つことを特徴とする画像形成装置である。
ただし、
ＶＬは、最高濃度を得るための前記静電像の電位［Ｖ］、
Ｖｐ１は、前記交番電圧におけるピーク電位のうち、前記ＶＬの部分に対しトナーを前記像担持体に向けて移動させるような電位差を設けるピーク電位［Ｖ］、
Ｖｐ２は、前記交番電圧におけるピーク電位のうち、前記ＶＬ電位に対しトナーを前記現像剤担持体に向けて移動させるような電位差を設けるピーク電位［Ｖ］、
Ｄは、前記像担持体と前記現像担持体との間の最近接距離［ｍ］
である。

本発明によれば、トナーとキャリアとを備える２成分現像剤を用いる画像形成装置において、キャリアを介した静電像への電荷注入を抑制しながら、良好な現像性を得ることが可能である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
［画像形成装置］
図１は、本発明の一実施例に係る画像形成装置１００の要部の概略断面構成を示す。

画像形成装置１００は、像担持体としての円筒型の電子写真感光体、所謂、感光体ドラム（以下、単に「感光体」という。）１を有する。感光体１の周囲には、帯電手段としての帯電器２、露光手段としての露光器３、現像手段としての現像器４、転写手段としての転写帯電器５、クリーニング手段としてのクリーナー７、前露光手段としての前露光器８などが配置されている。又、転写材Ｐの搬送方向において、感光体１と転写帯電器５とが対向する転写部Ｎよりも下流には、定着手段としての定着器６が配置されている。

感光体１としては、一般的な、少なくとも有機光導電体層を有する感光体であるＯＰＣ感光体、及び、少なくともアモルファスシリコン層を有する感光体であるａ−Ｓｉ感光体を用いることができる。

ＯＰＣ感光体は、導電性基体上に、有機光導電体を主成分とする光導電層を備えた感光層（感光膜）が形成される。ＯＰＣ感光体は、一般的には、図２に示すように、金属基体１１の上に有機材料から成る電荷発生層１２、電荷輸送層１３、表面保護層１４が積層されて構成される。

又、ａ−Ｓｉ感光体は、導電性基体上に、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）を主成分とする光導電層を備えた感光層（感光膜）を有する。ａ−Ｓｉ感光体としては、一般的に、次のような層構成のものがある。

即ち、ａ−Ｓｉ感光体は、図３（ａ）に示すように、感光体用支持体（基体）２１の上に、感光膜２２が設けられている。該感光膜２２は、本例では、ａ−Ｓｉ：Ｈ、Ｘ（Ｈは水素原子、Ｘはハロゲン原子）からなる光導電性を有する光導電層２３で構成されている。

図３（ｂ）に示すａ−Ｓｉ感光体は、感光体用支持体２１の上に感光膜２２が設けられている。該感光膜２２は、ａ−Ｓｉ：Ｘ、Ｘからなる光導電性を有する光導電層２３と、アモルファスシリコン系表面層２４とから構成されている。

図３（ｃ）に示すａ−Ｓｉ感光体は、感光体用支持体２１の上に、感光膜２２が設けられている。該感光膜２２は、ａ−Ｓｉ：Ｈ、Ｘからなる光導電性を有する光導電層２３と、アモルファスシリコン系表面層２４と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層２５とから構成されている。

図３（ｄ）に示すａ−Ｓｉ感光体は、感光体用支持体２１の上に、感光膜２２が設けられている。該感光膜２２は、光導電層２３を構成するａ−Ｓｉ：Ｈ、Ｘからなる電荷発生層２６及び電荷輸送層２７と、アモルファスシリコン系表面層２４とから構成されている。ａ−Ｓｉ感光体は、表面が削れにくく高耐久性の特徴をもつために使用するメリットは大きい。

尚、感光体１としては、上述のような層構成のものに限定されるものではなく、その他の層構成の感光体も用いることができる。

感光体１は、図１にて、図示矢印Ａ方向に所定の周速度で回転駆動される。回転する感光体１の表面は、帯電器２により略一様に帯電される。そして、露光器３に対向する位置では、画像信号に対応して発光されるレーザーが露光器３から照射され、感光体１上に原稿画像に対応した静電像が形成される。

感光体１に形成された静電像は、感光体１の回転により現像器４に対向する位置まで到達すると、現像器４内の非磁性トナー粒子（トナー）Ｔと磁性キャリア粒子（キャリア）Ｃとを備える２成分現像剤によりトナー像として現像される。トナー像は、２成分現像剤のうち実質的にトナーのみで形成される。

現像器４は、２成分現像剤を収容する現像容器（現像器本体）４４を有する。又、現像容器４は、現像剤担持体としての現像スリーブ４１を有する。現像スリーブ４１は、現像容器４４の開口部４４ａに回転可能に配置され、且つ、内部に磁界発生手段としてのローラ形状のマグネット４２を内包している。

本実施例では、現像スリーブ４１は、その表面が、感光体１と対向する対向部、即ち、現像部Ｇにおいて感光体１の表面移動方向と同方向（Ｂ方向）に移動するように回転駆動される。２成分現像剤は、現像スリーブ４１の表面上に担持された後、規制部材４３によって量がコントロールされ、感光体１と対向する現像部Ｇまで搬送される。

キャリアＣは、帯電したトナーを担持して現像部Ｇまで搬送する働きをする。又、トナーＴは、キャリアＣと混合されることにより、摩擦帯電により所定の極性の所定の帯電量に帯電される。現像スリーブ４１上の２成分現像剤は、現像部Ｇにおいて、マグネット４２の発生する磁界により穂立ちして磁気ブラシを形成する。そして、本実施例では、この磁気ブラシを感光体１の表面に接触させ、又現像スリーブ４１に所定の現像バイアスを印加することにより、２成分現像剤からトナーＴのみを感光体１上の静電像に転移させる。

感光体１上に形成されたトナー像は、転写帯電器５によって転写材Ｐ上に静電的に転写される。その後、転写材Ｐは、定着器６に搬送され、ここで加熱、加圧されることにより、その表面にトナーＴが定着される。その後、転写材Ｐは、出力画像として装置外に排出される。

尚、転写工程後に感光体１上に残留したトナーＴは、クリーナー７によって除去される。その後、クリーナー７によって清掃された感光体１は、前露光器８からの光照射により電気的に初期化され、上記の画像形成動作が繰り返される。

［キャリアの誘電率］
前述のように、トナーＴとキャリアＣとを備える２成分現像剤を用いる画像形成装置において、次のことが望まれる。

つまり、現像時における静電像への電荷注入を防止すべく、現像バイアスのピーク間電圧Ｖｐｐをあまり上げないことである。また、本実施例で使用するような、例えば、１．７×１０^-6Ｆ／ｍ²以上といった静電容量が大きい感光体（アモルファスシリコン感光体）に対応すべく、トナーの帯電量を高めることが必要とされた際にも、トナーが静電像の電位を埋める現像能力を低下させないことである。

そして、そのための手段として、トナーが受ける実電界強度を強めることが考えられる。

従って、本発明の目的の１つは、帯電量の高いトナーを用いる場合であっても現像性を飛躍的に高める現像方式を提案することである。又、本発明における他の目的の１つは、静電容量が大きい感光体を用いる場合であっても、長期にわたり、高精細且つ安定した画像の形成を可能とすることである。

そこで、本発明では、現像バイアス下におけるキャリアの誘電率の電界依存性を適性に設定する。以下、詳しく説明する。

図４は、電気的な誘電率特性の異なる従来の一般的な２種類のキャリア（高誘電率キャリアＡ、低誘電率キャリアＢ）における比誘電率εの電界依存性を示す。図４の横軸は電界強度［Ｖ／ｍ］を示し、縦軸は比誘電率εを示す。比誘電率とは、誘電率／真空の誘電率、で表せ、真空の誘電率は８．８５４×１０^-12Ｆ／ｍであり、比誘電率は誘電率に対応する値となる。

キャリアの比誘電率は、図５に示すような装置を用いて計測することができる。

即ち、所定の周速（通常の感光体の表面移動速度）で回転するアルミニウム製の円筒体（以下、「アルミドラム」という。）Ｄｒに、キャリアのみを内包した現像器４の現像スリーブ４１を所定の距離（通常の現像時の最近接距離）Ｄだけ離間させて対向させる。そして、所定の周速（通常の現像時の周速）で現像スリーブ４１を回転させながら、アルミドラムＤｒと現像スリーブ４１との間に電源ＨＶ（ＮＦ社製 ＨＶＡ４３２１）によりＡＣ電圧（Ｓｉｎ波）を印加する。このとき、Ｓｉｎ波の周波数をＳｗｅｅｐさせ、印加電圧に対する応答電流を計測することにより、インピーダンスを測定することが出来る。本例においては、英国ソーラトン社製の誘電体測定システム５（１２６０９６Ｗ）により、自動でキャリアのインピーダンスを測定した。インピーダンス測定装置は図中Ｚで示した。測定したインピーダンスからキャリアの静電容量を算出すし、算出した静電容量に対して、現像スリーブ４１とアルミドラムの間の距離、キャリアのアルミドラムに対する接触面積から、キャリアの比誘電率を算出した。また、キャリアの比誘電率の電界依存性は、印加するＳｉｎ波の振幅をＳｗｅｅｐすることで測定した。

尚、図４の横軸の電界強度［Ｖ／ｍ］は、アルミドラムＤｒと現像スリーブ４１との最近接位置（最近接距離Ｄ）における電界強度Ｅであり、アルミドラムＤｒと現像スリーブ４１との間の印加電圧を距離Ｄで割ったものである。

図４にて、実線で示すラインが高誘電率キャリアＡの誘電率の電界依存性であり、破線で示すラインが低誘電率キャリアＢの誘電率の電界依存性である。

図４から、高誘電率キャリアＡの方が、低誘電率キャリアＢよりも、その電界強度に対する比誘電率の傾きが大きいことが分かる。

尚、高誘電率キャリアＡ及び低誘電率キャリアＢとは、図４にて、電界強度がＥ１〜Ｅ２へと変動したとき、その比誘電率εが、
高誘電率キャリアＡ：εＡ１＝１５からεＡ２＝４０へと変動し、
低誘電率キャリアＢ：εＢ１＝７からεＢ２＝９へと変動する、
ものをいう。

図６は、現像動作時における感光体１上の静電像の電位及び現像スリーブ４１に印加される現像バイアスを示している。図６の横軸は時間を示し、縦軸は電位を示す。

本実施例では、現像バイアスとしては、一般的な矩形波の現像バイアス（交番バイアス）が用いられる。この現像バイアスは、交流電圧成分（ピーク間電圧Ｖｐｐ：ピーク電位Ｖｐ１、Ｖｐ２）に、Ｖｄｃで示される直流電圧成分（Ｖｄｃ）が重畳された現像バイアスである。この現像バイアスが、感光体１の静電像と現像スリーブ４１との間に印加される。

尚、本実施例では、静電像は、画像部に露光を行うことによって静電像を形成するイメージ露光方式にて形成されるものとして説明する。即ち、静電像の暗部と明部のうち、画像部は明部となる。又、本実施例では、感光体１は、負極性に帯電されるものとして説明する。更に、本実施例では、トナーはキャリアとの摩擦帯電により負極性に帯電され、現像方式としては、感光体の帯電極性と同極性に摩擦帯電されたトナーを用いる（感光体上の露光された画像部を現像する）反転現像方式を用いるものとして説明する。

図６中、ＶＤは、感光体１の帯電電位（暗部電位）であり、本実施例では、帯電手段２により負極性に帯電されている。図６中、ＶＬは、露光手段３により露光された画像部の領域の電位、即ち明部電位であり、最高濃度を得るための電位となっている。即ち、ＶＬ電位部は、トナーの付着量が最も多くなる領域である。

現像スリーブ４１には、上述のように矩形波の現像バイアスが印加されている。そのため、現像スリーブ４１にピーク電位のうちＶｐ１電位が付与された期間には、ＶＬ電位に対して最も大きな電位差が形成され、この電位差による電界（以下「現像電界」という。）によって、トナーが感光体１に転移される。又、逆に、現像スリーブ４１にＶｐ２電位が付与された時には、ＶＬ電位に対し、現像電界が形成される時とは逆方向の電位差が形成され、ＶＬ電位部よりトナーが現像スリーブ４１側に引き戻される電界（以下「引き戻し電界」という。）が形成される。

ここで、図６及び図７を参照して、現像バイアスのＶＬ電位に対する時間的変化を考えると、図７中に示す、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの各時点での電界強度Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄは、それぞれ下記式で表される。
Ｅａ＝Ｅｃ＝Ｅｅ＝｜（Ｖｄｃ−ＶＬ）／Ｄ｜
Ｅｂ＝｜（Ｖｐ１−ＶＬ）／Ｄ｜
Ｅｄ＝｜（Ｖｐ２−ＶＬ）／Ｄ｜
［ここで、
ＶＬは、最高濃度を得るための静電像の電位［Ｖ］
Ｖｐ１は、交番バイアスにおけるピーク電位のうち、ＶＬ電位の部分に対しトナーを感光体に向けて移動させるような電位差を設けるピーク電位［Ｖ］
Ｖｐ２は、交番バイアスにおけるピーク電位のうち、ＶＬ電位に対しトナーを現像スリーブに向けて移動させるような電位差を設けるピーク電位［Ｖ］
Ｖｄｃは、現像バイアスの直流バイアス成分［Ｖ］
Ｄは、感光体１と現像スリーブ４１との間の最近接距離［ｍ］］

尚、Ｖｐ１、Ｖｐ２は、トナーの帯電極性に応じて、下記式で表される。
トナーが−極性の場合：Ｖｐ１＝Ｖｄｃ−｜Ｖｐｐ／２｜
トナーが＋極性の場合：Ｖｐ１＝Ｖｄｃ＋｜Ｖｐｐ／２｜
トナーが−極性の場合：Ｖｐ２＝Ｖｄｃ＋｜Ｖｐｐ／２｜
トナーが＋極性の場合：Ｖｐ２＝Ｖｄｃ−｜Ｖｐｐ／２｜
［但し、
Ｖｐｐは、交番バイアスにおけるピーク間電圧［Ｖ］
Ｖｄｃは、現像バイアスの直流バイアス成分［Ｖ］］

即ち、電界強度Ｅａ、Ｅｃ及びＥｅは、現像バイアスの直流バイアスと感光体１上の静電像の最高濃度部の電位（ＶＬ電位）との間の電位差を、感光体１と現像スリーブ４１との最近接位置における距離Ｄで割ったものである。電界強度Ｅｂ（現像電界強度）は、感光体１上のＶＬ電位との間に、トナーを感光体１に向けて移動させる側の電界を形成する電位差を設けるピーク電位と、感光体１上のＶＬ電位との間の電位差を、感光体１と現像スリーブ４１との最近接距離Ｄで割ったものである。又、電界強度Ｅｄ（引き戻し電界強度）は、感光体１上のＶＬ電位との間に、トナーを現像スリーブ４１に向けて移動させる側の電界を形成する電位差を設けるピーク電位と、ＶＬ電位との間の電位差を、感光体１と現像スリーブ４１との最近接距離Ｄで割ったものである。

一方、図４を参照して説明したように、キャリアの誘電率は電界依存性を持つ。そのため、図８にて矢印で示すように、現像バイアス下では、電界強度がＥａ→Ｅｂ→Ｅｃ→Ｅｄ→Ｅｅと変化するのに応じて、キャリアの比誘電率が変化することになる。

従って、例えば高誘電率キャリアＡの場合は、その比誘電率はε１→ε３→ε１→ε２→ε１と変化し、低誘電率キャリアＢの場合は、その比誘電率はε４→ε６→ε４→ε５→ε４と変化することになる。この比誘電率の変化を時間変化に対してプロットすると図９に示すようになる。

即ち、高誘電率キャリアＡの場合は、現像電界がかかる時のキャリアの誘電率は、比較的高い比誘電率ε３となる。これに対して、低誘電率キャリアＢの場合は、現像電界がかかる時のキャリアの誘電率は比較的低い比誘電率ε６程度である。つまり、現像電界がかかる時のキャリアの誘電率の増加率は、低誘電率キャリアＢにおいては、高誘電率キャリアＡと比較して小さい。この差が、キャリア内部における電圧降下の差となり、現像性の差となる。

ここで、図１０に、本実施例に従うキャリアＣ（以下、単に「キャリアＣ」という。）の誘電率の電界依存性を示す。

図１０から分かるように、高誘電率キャリアＡ、低誘電率キャリアＢの場合と同様に、キャリアＣの誘電率は電界依存性を持つが、キャリアＣの場合は、所定の電界強度Ｅｐでその誘電率の電界依存性の傾きが急峻となる特性（変曲点Ｐ）を有する。

即ち、キャリアＣは、その誘電率εが、現像スリーブ４１の電位と感光体１上の静電像の電位との電位差△Ｖを、感光体１と現像スリーブ４１との最近接距離Ｄで割った値である電界強度Ｅ（＝△Ｖ／Ｄ）の変化に対して、傾き（Δε／ΔＥ）を有する。そして、キャリアＣは、Ｅｄ＜Ｅｐ＜Ｅｂの関係が成り立つ電界強度Ｅｐで誘電率εの電界依存性の傾き（Δε／ΔＥ）が変化する。

そして、図１０に示すように、キャリアＣは、Ｘ＜Ｅｐの関係が成り立つ電界強度Ｘにおける誘電率εの電界依存性の傾き（Δε／ΔＥ）をＫ１とし、Ｙ＞Ｅｐの関係が成り立つ電界強度Ｙにおける誘電率εの電界依存性の傾き（Δε／ΔＥ）をＫ２とした場合、｜Ｋ１｜＜｜Ｋ２｜が成り立つ。また、電界強度Ｅｄにおける誘電率の傾きはＫ１であり、電界強度Ｅｂにおける誘電率の傾きはＫ２である。従って、電界強度Ｅｂにおける誘電率の傾き｜Ｋ２｜は電界強度Ｅｄにおける誘電率の傾き｜Ｋ１｜よりも大きい。

図１０に示すように、キャリアＣが上述のような現像バイアスを受けると、電界強度がＥａ→Ｅｂ→Ｅｃ→Ｅｄ→Ｅｅと変化するのに応じて、キャリアの比誘電率はε７→ε９→ε７→ε８→ε７と変化する。

このキャリアＣの誘電率の変化を時間変化に対してプロットすれば、図１２（ｂ）に示すようになる。図１２（ａ）にはキャリアＡ及びキャリアＢにおける誘電率の変化を示す（図９と同等）。

即ち、キャリアＣの誘電率は、現像電界（電界強度Ｅｂ）が印加されている間は、より高い比誘電率ε９となり、逆に引き戻し電界（電界強度Ｅｄ）が印加されている間は、より低い比誘電率ε８が維持されていることになる。

キャリアＣは、現像電界Ｅｂが形成された時のみ、その誘電率が急激に増加し、キャリア分極によるキャリア内部の電圧降下が少なくなるため、キャリアの周りにつくられる電界が強まる、すなわち、トナーが受ける実電界が増加する。従って、低誘電率キャリアＢより、トナーがキャリアから引き離され易くなる。

一方、引き戻し電界Ｅｄが形成された時は、キャリアの誘電率が低くなるので、キャリア内部の電圧降下が大きくなり、キャリアの周りにつくられる電界が弱まる。従って、引き戻し電界が印加された場合、高誘電率キャリアＡよりも、感光体１からトナーが再度キャリアに引き戻され、拘束される機会も少なくなる。

このように、キャリアＣでは、現像電界Ｅｂが印加される時のみ誘電率が高くなり、高誘電率キャリアＡのように現像性が確保され、逆に引き戻し電界Ｅｄが印加される時には、低誘電率が維持され、引き戻し力が弱くなる。その結果、高誘電率キャリアＡ及び低誘電率キャリアＢよりトータルで現像性が高くなる。このようにキャリアＣとして、電界強度Ｅｂにおける誘電率の傾きＫ２が電界強度Ｅｄにおける誘電率の傾きＫ１よりも大きい特性をもつことが重要である。

以上、キャリアＣの誘電率特性を模式的に説明した。上述のキャリアＣのような電気的な誘電率特性を持つことにより、高誘電率キャリアＡ及び低誘電率キャリアＢを用いる場合と比較して現像性を飛躍的に高めることが可能となる。即ち、上述のような構成を有するキャリアを使用することで、帯電量の高いトナーの現像性を飛躍的に高めることができ、静電容量が大きい感光体であっても、長期にわたり、高精細かつ安定した画像形成を可能とすることが可能となる。

本発明者らの検討によれば、一般に、ａ−Ｓｉ感光体は、１．７×１０^-6Ｆ／ｍ²以上の静電容量を有しており、また、膜厚が比較的薄くされたＯＰＣ感光体においても、上記静電容量を有することができる。通常、ＯＰＣ感光体の膜厚は、２０μｍ以上なので単位面積あたりの静電容量は、１．７×１０^-6Ｆ／ｍ²以下である。

尚、感光体１の単位面積あたりの静電容量は、次のようにして求めることができる。
Ｃ＝（εｏ×εｄ）／ｄ
Ｃ：静電容量
εｏ：真空の誘電率
εｄ：感光体の誘電率
ｄ：感光体の膜厚

本発明者らの検討によれば、本発明は、感光体１の単位面積当たりの静電容量が、１．７×１０^-6Ｆ／ｍ²以上である場合に極めて有効であることが分かった。

なお、最高濃度の画像領域と中間調の画像領域との境界などの白抜け画像を低減するためには、潜像電位に対してトナーの電荷により充分に電位が埋められていることが重要である。即ち、充電電位ΔＶは上記式（１）に示したとおりであるが、白抜け画像を低減するために、充電効率（％）＝（充電電位ΔＶ／現像コントラストＶｃｏｎｔ）×１００は、９０％以上であることが望ましい。

以下に、高誘電率キャリアＡ、低誘電率キャリアＢ、本発明に従うキャリアＣのそれぞれの特徴を具体的に挙げる。

・高誘電率キャリアＡ：
高誘電率キャリアＡとしては、例えば、コア材として下記式（２）又は（３）で表される磁性を有するマグネタイト及びフェライトを用いるものが挙げられる。
ＭＯ・Ｆｅ₂Ｏ₃ ・・・（２）
Ｍ・Ｆｅ₂Ｏ₄ ・・・（３）
［式中、Ｍは３価、２価又は１価の金属イオンを示す。］
Ｍとしては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｐｂ及びＬｉが挙げられ、これらは、単独或いは複数で用いることができる。

上記の磁性を有する金属化合物粒子の具体的化合物としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｆｅ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｆｅ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｓｒ−Ｆｅ系フェライト及びＬｉ−Ｆｅ系フェライトの如き鉄系酸化物が挙げられる。

フェライト粒子の製造方法としては、公知の方法を採用することができる。例えば、次のような方法を挙げることができる。即ち、粉砕されたフェライト組成物に、バインダー、水、分散剤、有機溶剤等を混合し、スプレードライヤー法や流動造粒法を用いて粒子を形成する。その後、ロータリーキルンや回分式焼成炉で７００〜１４００℃、好ましくは８００〜１３００℃の範囲の温度で焼成する。次いで、篩分級して粒度分布を制御して、キャリア用の芯材粒子とする。更に、フェライト粒子表面に、浸漬法によりシリコーン樹脂等の樹脂を０．１〜１．０質量％程度コートする。

このようにして作製されたキャリアを、ここでは高誘電率キャリアＡと呼ぶ。

・低誘電率キャリアＢ：
低誘電率キャリアＢとしては、例えば、次のようなものを挙げることができる。

第１には、マグネタイト粒子と熱可塑性樹脂とを溶融混練し、粉砕して製造する磁性体分散型樹脂キャリアをコア材として用いるものである。第２には、マグネタイト粒子と熱可塑性樹脂とを溶媒中に溶融分散させたスラリーをスプレードライヤー等により噴霧乾燥させて製造する磁性体分散型樹脂キャリアをコア材として用いるものである。第３には、マグネタイト粒子及びヘマタイト粒子存在下でフェノールを直接重合により反応硬化させた磁性体分散型樹脂キャリアをコア材として用いるものである。斯かるキャリアのコア材に、更に流動層コーティング装置などにより、熱可塑性樹脂等の樹脂を１．０〜４．０質量％程度コートする。

このようにして作製されたキャリアを、ここでは低誘電率キャリアＢと呼ぶ。

・本発明に従うキャリアＣ：
一方、本発明に従うキャリアＣとしては、例えば、ポーラス状のコアにシリコーン樹脂等の樹脂を流し込み、コア内の空隙を樹脂で充填したポーラス状樹脂充填キャリアを用いることができる。

斯かるキャリアＣの作製方法としては、次のような方法を挙げることができる。最初に、上記高誘電率キャリアＡに用いられるような金属酸化物、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）及び添加物を所定量秤量し、混合する。上記添加物としては、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＩＩＩＢ及びＶＢ族に属する元素１種類以上の酸化物、例えば、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、ＳｎＯ₂及びＢｉ₂Ｏ₅などを挙げることができる。次に、得られた混合物を７００〜１０００℃の範囲で５時間仮焼し、その後、０．３〜３μｍ程度の粒径に粉砕する。得られた粉砕物に、必要に応じて結着剤、更には発泡剤を加え、１００〜２００℃の加熱雰囲気下で噴霧乾燥し、２０〜５０μｍ程度の大きさに造粒する。その後、酸素濃度５％以下の不活性ガス（例えば、Ｎ₂ガス等）の雰囲気下で焼結温度１０００〜１４００℃で８〜１２時間焼成する。これによりポーラス状のコアが得られる。次いで、シリコーン樹脂を浸漬法により８〜１５質量％充填し、１８０〜２２０℃不活性ガス雰囲気下でそのシリコーン樹脂を硬化させる。

上述した製法において、キャリアの誘電率の電界依存性は、コアのポーラス度、並びに、コア自身の抵抗、更には、充填するシリコーン樹脂等の樹脂量等を制御することで、変曲点、傾きＫ１、Ｋ２、電界Ｅｂ、Ｅｄ印加時の誘電率等を、制御可能となる。

上記を制御することにより、キャリアＣの内部において、絶縁部と導電部を 所望の状態に混在させることが可能となり、キャリアを流れる電荷量を制御することが可能となる。

例えば、高誘電率キャリアＡのように、コア全てが導電性な材料で形成されたキャリアの場合、現像バイアスが印加された際、キャリア内及びにキャリア間で電気的なパスが出来やすく、急激に抵抗値が低下することになる。しかしながら、本発明におけるキャリアＣの内部は、ポーラス状コアの空隙に、樹脂が充填されている為、該樹脂部において。電荷の流れがある程度食い止められる構成となっている。

よって、現像バイアスが印加された際、急激な誘電率が生じず、所望の電界強度において、誘電率を変化させる事が可能となる。

次に、本発明の具体例について説明する。

（具体例）
図１３は、実際の現像動作時における、感光体１上の静電像の電位及び現像スリーブ４１に印加される現像バイアスの一具体例を示している。図１３の横軸は時間を示し、縦軸は電位を示す。

本具体例では、現像バイアスとしては、Ｖｐｐ＝１．８ｋＶ、直流電圧成分Ｖｄｃ＝−３５０Ｖ、周波数ｆ＝１２ＫＨｚ（１周期８３．３μｓｅｃ）の矩形波の現像バイアス（交番バイアス）が用いられる。この現像バイアスが、感光体１の静電像と現像スリーブ４１との間に印加される。

本具体例では、静電像は、イメージ露光方式で形成される。又、本具体例では、トナーはキャリアとの摩擦帯電により負極性に帯電され、現像方式としては、反転現像方式が用いられる。

図１３中、ＶＤは感光体１の帯電電位であり、本具体例では、帯電器２により−５００Ｖに帯電されている。図１３中、ＶＬは、露光器３により露光された画像部の領域であり、最高濃度を得るための電位である−１００Ｖに設定されている。

現像スリーブ４１には、上述のような矩形波の現像バイアスが印加されている。そのため、Ｖｐ１電位＝−１２５０Ｖが付与された時には、ＶＬ電位＝−１００Ｖに対して最も大きな電位差（＝１１５０Ｖ）が形成され、この電位差により形成される現像電界によって、トナーがキャリアから引き離される。又、現像スリーブ４１にＶｐ２電位＝５５０Ｖが付与された時には、ＶＬ電位に対し６５０Ｖの電位差が形成され、ＶＬ電位部よりトナーが現像スリーブ４１側に引き戻される引き戻し電界が形成される。

図１４を参照して、現像バイアスのＶＬ電位に対する時間的変化を考えると、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの各時点での電界強度Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄは、それぞれ下記式で算出される。

尚、感光体１と現像スリーブ４１との間の最近接距離Ｄは３００μｍに設定されている。
Ｅａ＝Ｅｃ＝Ｅｅ＝｜（Ｖｄｃ−ＶＬ）／Ｄ｜＝０．８３×１０⁶Ｖ／ｍ
Ｅｂ＝｜（Ｖｐ１−ＶＬ）／Ｄ｜＝３．８×１０⁶Ｖ／ｍ
Ｅｄ＝｜（Ｖｐ２−ＶＬ）／Ｄ｜＝２．２×１０⁶Ｖ／ｍ

従って、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、現像バイアス下におけるキャリアの誘電率の変化を時間変化に対してプロットすると、高誘電率キャリアＡ及び低誘電率キャリアＢ、並びに本発明に従うキャリアＣの誘電率は、下記のようになる。
高誘電率キャリアＡ：ε１＝１５ 、ε２＝２６ 、ε３＝４０
低誘電率キャリアＢ：ε４＝７ 、ε５＝８ 、ε６＝９
本発明のキャリアＣ：ε７＝９ 、ε８＝１２ 、ε９＝３０
である。

各キャリアの誘電率を比較する。まず、現像電界Ｅｂにおける誘電率について見てみると、高誘電率キャリアＡの誘電率ε３が最も高く、次に本発明のキャリアＣの誘電率ε９、低誘電率キャリアのε６と続く。したがって、トナーをキャリアから引き剥がす電界は高誘電率キャリアＡが最も強くなり、本発明のキャリアＣ、低誘電率キャリアＢの順となる。

次に、引き戻し電界について比較する。引き戻し電界Ｅｄ時の誘電率も高誘電率キャリアＡの誘電率ε２が最も高く、次に本発明のキャリアＣの誘電率ε８、低誘電率キャリアのε５と続く。したがって、トナーを引き戻す電界も、高誘電率キャリアＡが最も高く、低抵抗キャリアＢおよび本発明のキャリアＣは低い。

現像性を向上させるには、より多くのトナーをキャリアから引き剥がし、引き戻されるトナーを少なくすることが有効である。高誘電率キャリアＡの場合は、トナーを現像する電界は強いが、引き戻し電界も同様に強い。現像性を示すＱ／Ｓは２７×１０^-3［μＣ／ｃｍ²］となる。低誘電率キャリアＢは、引き戻し電界は弱いが、現像する電界も弱いため、現像性は低く、Ｑ／Ｓは２３×１０^-3［μＣ／ｃｍ²］となる。本発明のキャリアＣは、トナーを現像する電界は強く、引き戻す電界は弱いので、高い現像性を得ることができ、Ｑ／Ｓは３５×１０^-3［μＣ／ｃｍ²］となる。

更に、他の具体例によれば、例えば、Ｖｐｐ＝１．３ｋＶの場合、現像電界Ｅｂ＝３．０×１０⁶Ｖ／ｍ、引き戻し電界Ｅｄ＝１．３×１０⁶Ｖ／ｍとなる。

Ｖｐｐ＝１．３ｋＶの場合における現像電界Ｅｂ＝３．０×１０⁶Ｖ／ｍ、および引き戻し電界Ｅｄ＝１．３×１０⁶Ｖ／ｍにおいて、本発明に従うキャリアＣでは高誘電率キャリアＡおよび、低誘電率キャリアＢと比して、より高いＱ／Ｓ［Ｃ／ｃｍ²］を得るための誘電率を示さない。そのため、本発明のキャリアＣと同様の製法だが、焼成温度、加熱雰囲気を変化させることで、コアのポーラス度、並びに、コア自身の抵抗、更には、充填するシリコーン樹脂等の樹脂量等を変化させたキャリアＤをもって比較をする。

本発明に従うキャリアＤの誘電率の電界依存性を図１１に示す。図１１からキャリアＤはキャリアＣと比べて、より低い電界で誘電率の傾きが変化していることがわかる。また、キャリアＤの誘電率もキャリアＣと同様に、現像電界（電界強度Ｅｂ）が印加されている間は、より高い比誘電率ε１２となり、逆に引き戻し電界（電界強度Ｅｄ）が印加されている間は、より低い比誘電率ε１１が維持されていることになる。

Ｖｐｐ＝１．３ｋＶの場合における、現像電界Ｅｂ＝３．０×１０⁶Ｖ／ｍ、引き戻し電界Ｅｄ＝１．３×１０⁶Ｖ／ｍにおいて、高誘電率キャリアＡ及び低誘電率キャリアＢ、並びに本発明に従うキャリアＤの誘電率は、下記のようになる。
高誘電率キャリアＡ：ε１＝１５ 、ε２＝１９ 、ε３＝３３
低誘電率キャリアＢ：ε４＝７ 、ε５＝７ 、ε６＝８
本発明のキャリアＤ：ε１０＝８ 、ε１１＝１０ 、ε１２＝２９
である。

但し、低誘電率キャリアＢにおいてε４＝ε５となっているが、これはそれぞれ実際のε４及びε５の小数点第一位を四捨五入した値であり、実際はε４＜ε５である。即ち、図１１における電界強度Ｅａ、Ｅｃ、ＥｅからＥｄの間において、低誘電率キャリアＢの誘電率が傾きを持たないわけではない。

Ｖｐｐ＝１．３ｋＶにおいても、Ｖｐｐ＝１．８ｋＶと同様に、高誘電率キャリアＡの場合は、トナーを現像する電界は強いが、引き戻し電界も同様に強いので、現像性としてはそれほど高くなく、Ｑ／Ｓは２２×１０^-3［μＣ／ｃｍ²］となる低誘電率キャリアＢは、引き戻し電界は弱いが、現像する電界も弱いため、現像性は低く、Ｑ／Ｓは２１×１０^-3［μＣ／ｃｍ²］である。一方、キャリアＤは、トナーを現像する電界は強く、引き戻す電界は弱いので、Ｑ／Ｓは２７×１０^-3［μＣ／ｃｍ²］と、高い現像性を得ることが可能となる。

したがって、コアのポーラス度、並びに、コア自身の抵抗、更には、充填するシリコーン樹脂等の樹脂量等を変化させることにより、広範囲での電界において、現像性を向上させることができる。

上述のように、Ｖｐｐを下げることにより、現像時の電荷注入を防止することが可能となるが、その分、逆にトナーを現像するための電界強度が弱まるため、現像性そのものに影響を与える。そのため、際限なくＶｐｐを下げることは望ましくない。

適正なＶｐｐは、本発明者らの検討の結果によれば、選ぶトナーとキャリアの付着力によって変化するが、好ましくは、
１．６×１０⁶Ｖ／ｍ＜Ｅｂ＜３．９×１０⁶Ｖ／ｍ
１．６×１０⁵Ｖ／ｍ＜Ｅｄ＜２．５×１０⁶Ｖ／ｍ
である。なお、ＥｂはＥｄよりも大きい。

以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の実施例及び具体例に限定されるものではないことを理解されたい。

例えば、上記実施例及び具体例では、感光体は負極性に帯電し、イメージ露光方式によって感光体上に静電像が形成されるものとして説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、感光体の帯電極性は正極性であってもよい。又、トナーが付着すべきではない非画像部に露光を行うことで静電像を形成する背景露光方式によって、感光体に静電像が形成されてもよい。又、現像方式としては、感光体の帯電極性とは逆極性に帯電したトナーを用いる（感光体の露光されていない画像部を現像する）正規現像方式を用いてもよい。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を説明する概略断面構成図である。 感光体の層構成の一実施例を説明するための模式図である。 感光体の層構成の他の実施例を説明するための模式図である。 現像バイアス印加中のキャリアの誘電率変動を説明するためのグラフ図である。 キャリアの誘電率の測定方法を説明するための模式図である。 現像バイアスと静電像の電位の関係を説明するための説明図である。 現像バイアスと静電像の電位の関係を説明するための説明図である。 現像バイアス印加中のキャリアの誘電率変動を説明するためのグラフ図である。 現像バイアス下における時間変化に対するキャリアの誘電率変動を説明するためのチャート図である。 現像バイアス印加中のキャリアの誘電率変動を説明するためのグラフ図である。 現像バイアス印加中のキャリアの誘電率変動を説明するためのグラフ図である。 現像バイアス下における時間変化に対するキャリアの誘電率変動を説明するためのチャート図である。 具体例における現像バイアスと静電像の電位の関係を説明するための説明図である。 具体例における現像バイアスと静電像の電位の関係を説明するための説明図である。 キャリアによる現像性の差を説明するためのグラフ図である。

符号の説明

１ 感光体（像担持体）
２ 帯電器
３ 露光器
４ 現像器
４１ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４２ マグネット（磁界発生手段）
５ 転写帯電器
６ 定着器
７ クリーナー

Claims (5)

1. 像担持体と、トナーとキャリアを備える現像剤を担持する現像剤担持体と、を有し、前記現像剤担持体は、前記像担持体に形成された静電像を前記現像剤で現像し、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に交番電界を形成するために、前記現像剤担持体は交番電圧が印加される画像形成装置において、
   前記キャリアに与えられる電界強度を横軸、前記キャリアの誘電率を縦軸とするグラフにおいて、
   電界強度Ｅｄ＝｜（Ｖｐ２−ＶＬ）／Ｄ｜における傾きをＫ１、
   電界強度Ｅｂ＝｜（Ｖｐ１−ＶＬ）／Ｄ｜における傾きをＫ２、
   とすると、
   ｜Ｋ１｜＜｜Ｋ２｜の関係が成り立つことを特徴とする画像形成装置。
   （ただし、
   ＶＬは、最高濃度を得るための前記静電像の電位［Ｖ］、
   Ｖｐ１は、前記交番電圧におけるピーク電位のうち、前記ＶＬの部分に対しトナーを前記像担持体に向けて移動させるような電位差を設けるピーク電位［Ｖ］、
   Ｖｐ２は、前記交番電圧におけるピーク電位のうち、前記ＶＬ電位に対しトナーを前記現像剤担持体に向けて移動させるような電位差を設けるピーク電位［Ｖ］、
   Ｄは、前記像担持体と前記現像担持体との間の最近接距離［ｍ］）
2. 前記電界強度Ｅｂ及びＥｄの範囲が
   １．６×１０⁶Ｖ／ｍ＜Ｅｂ＜３．９×１０⁶Ｖ／ｍ
   １．６×１０⁵Ｖ／ｍ＜Ｅｄ＜２．５×１０⁶Ｖ／ｍ
   であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体の静電容量は１．７×１０^-6Ｆ／ｍ²以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体は、感光体であり、この感光体は、アモルファスシリコン層を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体は、感光体であり、この感光体は、有機光導電体層を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の画像形成装置。

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