JP7852301B2 - 現像装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に搭載される現像装置に関し、特に、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式の現像装置およびそれを備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置においては、感光体等からなる像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置により現像し、トナー像として可視化することを行っている。このような現像装置の一つとして、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式が採用されている。

二成分現像方式においては、現像領域でリーク（放電）が発生することにより、画像にリーク痕が現れるという問題がある。現像領域でのリーク（現像リーク）は、磁気ブラシが感光体に接する直前に発生する。この理由は、磁気ブラシの先端がキャリアに接する直前は、磁気ブラシと感光体の距離が非常に小さくなり、放電が発生し易くなるためである。また、磁気ブラシの径が大きく、長さが短い場合は磁気ブラシの抵抗が低くなり、その部分に現像電流が流れ易くなる。その結果、現像リークがより発生し易くなる。つまり、磁気ブラシの形状のばらつきが大きいと、上述したようなリークし易い磁気ブラシが形成される可能性が高くなる。

そこで、現像リークの発生を抑制する方法が提案されている。例えば特許文献１には、現像剤担持部材を覆うカバー部材から突出して現像領域の上方で静電潜像保持体面に接触する第１の可撓性シールフィルム部材と、カバー部材および第１の可撓性シールフィルム部材の下方に位置し、現像剤担持部材上の現像剤層に接触する第２の可撓性シールフィルム部材と、を備えた現像装置が開示されている。

特許文献２には、感光ドラムと現像ローラとの間に設けられた可撓性を備える板状部材を有し、板状部材は、現像ローラと非接触に設けられ、現像ローラの表面と同じ凸方向に撓んで感光ドラムと当接し、板状部材と感光ドラムとの当接部および板状部材の先端部が実質的な現像領域内にある現像装置が開示されている。

特開平５－８４９０５号公報 特開２００５－１０２７１号公報

特許文献１および２の方法は、現像領域内で感光体に接触するフィルムを設けてリーク痕の発生を抑制するものであるが、磁気ブラシのどの位置にフィルムを接触させるのかでリーク痕の発生状況は異なる。具体的には、磁気ブラシが一番太くなる位置よりも現像剤搬送方向の下流側でフィルムを接触させることができれば、磁気ブラシはフィルムで均され、現像リークは発生し難くなる。しかし、フィルムの接触位置よりも下流側に磁気ブラシが太くなり易い位置があれば、フィルムによって磁気ブラシを均しても、その後に再び磁気ブラシの径や長さが変化して現像リークが発生し易くなる。

特許文献１、２には磁気ブラシの形状とフィルムの接触位置との関係が記載されていないため、現像リークを十分に抑制することができないおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、二成分現像方式において、画像濃度を低下させることなく現像リークの発生を抑制可能な現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、現像容器と、現像剤担持体と、規制部材と、フィルム部材と、を備えた現像装置である。現像装置は、現像剤担持体が像担持体と対向位置する現像領域で像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する。現像容器は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する。現像剤担持体は、現像容器に回転可能に支持され、外周面に現像剤を担持する。規制部材は、現像剤担持体と所定の間隔を隔てて対向配置される。フィルム部材は、規制部材と現像領域との間で現像剤担持体の外周面に担持された現像剤に当接する。現像剤担持体は、現像剤を担持して表面に磁気ブラシが形成される回転可能な現像スリーブと、現像スリーブ内に回転不能に固定され、規制部材と対向する位置に配置される規制極と、現像スリーブの回転方向に対し規制極の下流側に配置される主極とを含む複数の磁極が周方向に所定の間隔で配置されたマグネットと、を有する。マグネットは、現像スリーブの回転方向に対し規制部材から主極までの間の垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置の近傍に垂直磁力勾配［ｍＴ／°］の極小点Ａを有し、且つ、現像スリーブの回転方向に対し極小点Ａの下流側から現像領域までの間に垂直磁力勾配の極大点Ｂを有する。フィルム部材の当接位置は、極大点Ｂと、現像スリーブの回転方向に対し極大点Ｂの下流側に位置する垂直磁力の極大点Ｃとの間である。

本発明の第１の構成によれば、フィルム部材の当接位置が垂直磁力勾配の極大点Ｂよりも下流側となるため、極大点Ｂにおいて太くなった磁気ブラシを均すことができ、現像リークを抑制することができる。また、フィルム部材の当接位置が垂直磁力の極大点Ｃよりも上流側となるため、現像領域に搬送される現像剤量を確保することができ、画像濃度の低下を抑制することができる。

本発明の現像装置３ａ～３ｄを備えた画像形成装置１００の内部構成を示す側面断面図 本発明の一実施形態に係る現像装置３ａの側面断面図 現像ローラー３０の周方向における垂直磁力分布および垂直磁力勾配の変化を示すグラフ 図２における規制ブレード２７から現像領域４０までの拡大図であって、フィルム部材４３の接触位置Ｐと垂直磁力勾配との関係を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置３ａ～３ｄを備えた画像形成装置１００の内部構造を示す断面図である。画像形成装置１００（ここではカラープリンター）本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では左側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ～Ｐｄは、異なる４色（イエロー、シアン、マゼンタおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ～Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄが配設されている。さらにベルト駆動モーター（図示せず）により図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト（中間転写体）８が各画像形成部Ｐａ～Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ～１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ～１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー９によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写される。さらに、トナー像が二次転写された転写紙Ｐは、定着部１３においてトナー像が定着された後、画像形成装置１００本体より排出される。感光体ドラム１ａ～１ｄを図１において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ～１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が二次転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されている。転写紙Ｐは、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９と中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ～Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ～１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ～１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ～１ｄに画像情報を露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ～１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄと、感光体ドラム１ａ～１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ～２ｄによって感光体ドラム１ａ～１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ～１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ～３ｄには、それぞれイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックのトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ～３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ～４ｄから各現像装置３ａ～３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ～３ｄにより感光体ドラム１ａ～１ｄ上に供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ～６ｄにより一次転写ローラー６ａ～６ｄと感光体ドラム１ａ～１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与される。これにより、感光体ドラム１ａ～１ｄ上のイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの画像は、予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ～１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング装置７ａ～７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されている。ベルト駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が反時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１と、これに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のトナー像が転写紙Ｐ上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａにより加熱および加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、両面搬送路１８に送られて両面に画像が形成された後に）、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図２は、画像形成装置１００に搭載される現像装置３ａの側面断面図である。なお、以下の説明では図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａを例示するが、画像形成部Ｐｂ～Ｐｄに配置される現像装置３ｂ～３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって攪拌搬送室２１、供給搬送室２２に区画されている。攪拌搬送室２１および供給搬送室２２には、トナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナーを磁性キャリアと混合して攪拌し、帯電させるための攪拌搬送スクリュー２５ａおよび供給搬送スクリュー２５ｂがそれぞれ回転可能に配設されている。

本実施形態では、磁性体の粒子であるキャリアコアの表面にシリコーン樹脂等のコート層を形成した樹脂コートキャリアが用いられる。シリコーン系樹脂は、薄膜でのコーティングが可能であり、コート層の均一性が高くなる。また、コート層の厚みが薄い方が、コート層の静電容量も高くなり、コート層に添加する強誘電体の効果が発揮され易くなる。

キャリアの形状は、不定形から球形まで用いることができる。さらに、キャリアの平均粒子径（個数平均粒子径）は、２０μｍ以上６５μｍ以下のものを用いることができる。キャリアの平均粒子径を６５μｍ以下とすることにより、キャリアの比表面積が大きくなり、キャリアが担持できるトナーの量が増える。これにより、磁気ブラシ中のトナー濃度を高い状態で維持することができ、現像ローラー３０へのトナー供給が十分に行われるため、トナー層の厚さを十分に確保できる。その結果、トナー層から感光体の静電潜像に飛翔するトナーの量を十分に確保でき、画像濃度の低下が抑えられ、さらには画像の濃度ムラが抑えられる。また、現像ローラー３０へのトナー供給が十分に行われるため、現像ローラー３０のトナー層にトナー欠落部分が形成されにくくなり、履歴現像の発生が抑えられる。

キャリアの平均粒子径が２０μｍより小さいと、キャリアが感光体ドラム１ａ～１ｄに付着するキャリア現像が発生する、付着したキャリアは中間転写ベルト８に移行し、転写抜けを起こしたり、ベルトクリーニング装置１９に移動してクリーニング不良の原因になったりする。また、キャリアの平均粒子径が６５μｍより大きいと、二成分現像剤中のトナーを現像ローラー３０から感光体ドラム１ａ～１ｄへ移動させる際、二成分現像剤の磁気ブラシが粗くなり、画質が低下する。

キャリアコアとしては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属、これらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン－亜鉛系フェライト、ニッケル－亜鉛系フェライト、マンガン－マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅－亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物、これらの混合物が挙げられる。キャリアコアは、焼結法、アトマイズ法等の公知の方法によって製造される。上記の中でも、フェライトキャリアは流動性が良く、化学的にも安定であるので、高画質化、長寿命化の観点で好ましく用いられる。

そして、攪拌搬送スクリュー２５ａおよび供給搬送スクリュー２５ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端部に形成された不図示の現像剤通過路を介して攪拌搬送室２１、供給搬送室２２間を循環する。即ち、攪拌搬送室２１、供給搬送室２２、現像剤通過路によって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。

現像容器２０は図２の右斜め上方に延在しており、現像容器２０内において供給搬送スクリュー２５ｂの右斜め上方には現像ローラー３０が配置されている。そして、現像ローラー３０の外周面の一部が現像容器２０の開口部から露出し、感光体ドラム１ａに所定の間隔（現像ギャップ）を隔てて対向し、現像領域４０を形成している。現像ローラー３０は、図２において反時計回り方向に回転（感光体ドラム１ａとの対向位置でトレール回転）する。

現像ローラー３０は、図２において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブ３１と、現像スリーブ３１内に回転不能に固定された複数の磁極を有するマグネット３２とで構成されている。本実施形態では表面がローレット加工された現像スリーブ３１を用いているが、表面に多数の凹形状（ディンプル）を形成したものや、表面がブラスト加工された現像スリーブ、更には、ローレット加工や凹形状の形成に加えてブラスト加工を施したものや、耐久性の向上を目的にメッキ処理を施したものや、アルマイト加工を施したもの、更に、アルマイト加工後にＮｉやＳｎ、Ｍｏなどの金属塩をアルマイトのポーラス部分に処理した、いわゆる二次電解着色法で処理したものを用いることもできる。特に、アルマイト加工やアルマイト加工後に二次電解着色法で処理したものは、耐久性の向上だけでなく、現像リークの発生を抑制する効果も併せ持っている。これは、現像スリーブ３１の表面がアルマイト加工されていることで、磁気ブラシで発生したリーク電流が現像ローラー３０の表面で水平方向へ広がりにくくなり、隣接する磁気ブラシを巻き込んだ大きなリークに発達しなくなるためである。

マグネット３２は、主極Ｓ１、規制極（汲上極）Ｎ１、搬送極Ｓ２、Ｎ２、および剥離極Ｎ３の５極構成である。現像装置３ａに駆動力が入力されると、現像スリーブ３１は回転するが、マグネット３２は回転しない。現像ローラー３０には、現像電圧電源（図示せず）により直流電圧Ｖｄｃおよび交流電圧Ｖａｃからなる現像電圧が印加される。

また、現像容器２０には規制ブレード２７が現像ローラー３０の長手方向（図２の紙面と垂直方向）に沿って取り付けられている。規制ブレード２７の先端部と現像ローラー３０表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が設けられ、規制部４１を形成している。本実施形態では、規制ブレード２７としてステンレス（ＳＵＳ４３０）製の磁性ブレードを用いている。

現像ローラー３０の回転方向（図２の反時計回り方向）に対し規制ブレード２７の下流側にはフィルム部材４３が配置されている。フィルム部材４３は、現像ローラー３０の軸方向（図２の紙面と垂直な方向）の全域に亘って対向配置されている。フィルム部材４３は、現像スリーブ３１の回転方向の上流側から下流側に向かって現像スリーブ３１に接近するように現像容器２０の開口部に固定されている。

フィルム部材４３の先端部が現像ローラー３０の外周面に形成される磁気ブラシに接触することにより、規制部４１と現像領域４０の間で磁気ブラシが均され、リークの発生を抑制することができる。フィルム部材４３の材質としては、ポリウレタンフィルム等の可撓性の樹脂フィルムが挙げられる。また、現像容器２０の開口部にはトナー飛散防止フィルム４４（図４参照）が配置されている。トナー飛散防止フィルム４４は、一端側（基端側）がフィルム部材４３よりも下方（現像ローラー３０から遠い位置）において現像ローラー３０の軸方向の全域に亘って取り付けられている。トナー飛散防止フィルム４４の他端側（自由端側）は、感光体ドラム１ａの回転方向に対し現像領域４０よりも上流側で感光体ドラム１ａに接触している。トナー飛散防止フィルム４４の材質としては、フィルム部材４３と同様にポリウレタンフィルム等の可撓性の樹脂フィルムが挙げられる。

マグネット３２の規制極Ｎ１と規制ブレード２７との間で引き合う方向の磁界が発生することにより、規制ブレード２７と現像ローラー３０との間に現像剤が連なった磁気ブラシが形成され、磁気ブラシが規制ブレード２７（規制部４１）を通過することにより所望の高さに層厚規制される。その後、現像スリーブ３１が反時計回り方向に回転すると、フィルム部材４３によって磁気ブラシが均された後、現像領域４０に移動する。そして、主極Ｓ１により感光体ドラム１ａとの間で引き合う方向の磁界が付与され、磁気ブラシは感光体ドラム１ａの表面に接触して静電潜像を現像する。

さらに現像スリーブ３１が反時計回り方向に回転すると、今度は搬送極Ｎ２、Ｓ２により現像スリーブ３１の外周面に沿う方向の磁界が付与されて、磁気ブラシと共にトナー像の形成に使われなかった現像剤が現像スリーブ３１上に回収される。さらに、搬送極Ｓ２と異極性の剥離極Ｎ３において磁気ブラシが現像ローラー３０から離脱して供給搬送室２２内に落下する。そして、供給搬送スクリュー２５ｂにより攪拌、搬送された後、規制極Ｎ１の磁界により再び現像スリーブ３１上に磁気ブラシが形成される。

図３は、現像ローラー３０の周方向における垂直磁力分布および垂直磁力勾配の変化を示すグラフである。図４は、図２における規制ブレード２７から現像領域４０までの拡大図であって、フィルム部材４３の接触位置Ｐと垂直磁力勾配との関係を示す図である。図３および図４を用いて、本発明の特徴部分である現像ローラー３０の周方向におけるマグネット３２の磁力分布とフィルム部材４３の接触位置との関係、より詳細には、現像ローラー３０の径方向の磁力である垂直磁力の周方向の磁力勾配（以下、垂直磁力勾配という）とフィルム部材４３の接触位置との関係について詳細に説明する。図３中、垂直磁力を実線、垂直磁力勾配を点線で示す。

現像剤を現像ローラー３０に引きつける力である磁気吸引力は、垂直磁力［ｍＴ]の絶対値が大きいほど大きくなる。また、垂直磁力勾配（垂直磁力の微分値）［ｍＴ／°］の絶対値が大きくなっても大きくなる。通常、磁気吸引力が大きい部分は、磁気ブラシを現像ローラー３０に引き付ける力が強く、強い力で磁気ブラシが倒れ込むためトナー飛散が発生し易くなる。また、磁気ブラシの径も太くなり易い。

特に、垂直磁力勾配が極大値となる点では、磁気ブラシがより太くなり易い。この理由は、垂直磁力勾配が極大値となる点の前後（上流側および下流側）における磁気吸引力が低いことから、極大値となる点での磁気吸引力がより高くなり、磁気ブラシがその部分に留まり易くなるためである。

例えば図３に示すように、垂直磁力が０［ｍＴ］となる付近で垂直磁力勾配が極小値となる点Ａ（以下、極小点Ａという）を持つ場合、磁気ブラシが倒れ込んでトナー飛散が発生し易い領域であっても、磁気吸引力が弱くなることから、トナー飛散をより少なくすることが可能になる。しかし、その後、垂直磁力勾配は急激に増加し、点Ｂにおいて極大値となるため、この部分で磁気ブラシの径が太くなる傾向がある。このように径が太くなった状態の磁気ブラシが現像領域４０に移動すると、磁気ブラシの抵抗が低いことからリークの発生が顕著となる。

そこで、図４に示すように、フィルム部材４３と現像剤層Ｇとの当接位置Ｐが、垂直磁力勾配が極大値となる点Ｂ（以下、極大点Ｂという）よりも下流側となるように設計すれば、太くなった磁気ブラシを均すことができ、現像リークを抑制することができる。フィルム部材４３の当接位置は、フィルム部材４３が磁気ブラシに最初に接触する部分（現像剤層Ｇとの接触部分の上流側端部）である。

また、垂直磁力が極大となる点Ｃ（以下、極大点Ｃという）よりも下流側においてフィルム部材４３が現像剤層Ｇに接触すると、現像領域４０に搬送される現像剤量が確保できず、画像濃度が低下する。そのため、極大点Ｃよりも上流側においてフィルム部材４３が現像剤層Ｇに接触するように設計する必要がある。

なお、本明細書でいう「極小点」とは、垂直磁力（または垂直磁力勾配）の絶対値が一定範囲で最も０に近い点を、「極大点」とは、垂直磁力（または垂直磁力勾配）の絶対値が一定範囲で最も０から遠い点を意味する。そのため、数学的な極小点、極大点の定義とは異なる。

以上をまとめると、現像ローラー３０の周方向における垂直磁力分布および垂直磁力勾配が、規制部４１から現像領域４０までの間で、垂直磁力が０［ｍＴ］付近で垂直磁力勾配が極小値となり、且つ、現像剤搬送方向の上流側から下流側に向かって垂直磁力勾配が極小値と極大値を有する構成とする。この構成において、フィルム部材４３の当接位置を、垂直磁力勾配の極大点Ｂと、極大点Ｂの下流側に位置する垂直磁力の極大点Ｃとの間とする。これにより、画像濃度を低下させることなく現像リークの発生を効果的に抑制することができる。

なお、現像リークは画像の白地部に発生しやすく、感光体ドラム１ａ～１ｄがＯＰＣ感光体（有機感光体）よりもアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）感光体である場合に発生し易い。この理由は、ＯＰＣ感光体では白地部には現像電流はほとんど流れないが、アモルファスシリコン感光体では白地部に現像電流が流れやすいためである。そのため、上述したフィルム部材４３の配置は、ＯＰＣ感光体よりもアモルファスシリコン感光体の方がより効果を発揮する。

次に、磁気吸引力の変化とトナー飛散およびキャリア現像との関係について説明する。磁気吸引力が急激に上昇すると、垂直磁力勾配の極大点Ｂにおけるトナー飛散が増加する。飛散したトナーは、現像スリーブ３１の回転方向に対し極大点Ｂの上流側から現像剤層Ｇに接触するフィルム部材４３によって、現像容器２０の外部への漏出が防止されている。但し、フィルム部材４３の内側に堆積したトナーが磁気ブラシ上に落下して画像汚れを発生させることがある。一方、垂直磁力勾配の極小点Ａと極大点Ｂとの間の磁気吸引力の変化が緩やかすぎる場合、キャリア現像を抑えるための垂直磁力が確保できない。

そこで、本実施形態では、垂直磁力勾配の極小点Ａから極大点Ｂまでの磁気吸引力の変化を所定範囲に規定する。具体的には、垂直磁力勾配の極小点Ａおよび極大点Ｂにおける垂直磁力勾配をそれぞれＸ［ｍＴ／°］、Ｙ［ｍＴ／°］、極小点Ａと極大点Ｂとの間の角度（マグネット３２の中心Ｏに対する中心角）をＺ［°］とするとき、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
０．１３≦（Ｙ－Ｘ）／Ｚ≦０．２３ ・・・（１）

（Ｙ－Ｘ）／Ｚ＞０．２３である場合、磁気吸引力の上昇が急激になりすぎてトナー飛散が増加し、フィルム部材４３の内側に堆積したトナーが磁気ブラシに落下して画像汚れを発生させるため好ましくない。一方、（Ｙ－Ｘ）／Ｚ＜０．１３である場合、磁気吸引力の上昇が緩やかになりすぎてキャリア現像を抑えるための磁力確保できず、キャリア現像を発生させるため好ましくない。

次に、現像ローラー３０のマグネット３２の垂直磁力勾配の測定方法について説明する。本実施形態では、現像ローラー３０を角度調整用治具に装着し、一定角度ずつ回転させながら磁力測定装置（ＧＡＵＳＳ ＭＥＴＥＲ Ｍｏｄｅｌ ＧＸ－１００、日本電磁測器株式会社製）を用いて測定した。垂直磁力勾配は、測定精度が非常に高い場合は、異なる角度で測定された垂直磁力の差分を測定角度差で除算することで求めることができるが、測定精度が低い場合、垂直磁力勾配を精度よく求めることができない。そこで、本発明では測定角度を０．０２°ずつ変化させて垂直磁力を測定し、（０．０８°差での垂直磁力差／０．０８°）をその０．０８°内の中間点での勾配１とした。そして、勾配１の２°当たりの平均勾配を垂直磁力勾配とした。垂直磁力勾配の測定例を表１に示す。

表１において、例えば角度１０．００°での勾配１（６．２５［ｍＴ／°］）は、９．９６°での垂直磁力Ｇ１と１０．０４°での垂直磁力Ｇ２の差分Ｇ１－Ｇ２を０．０８°で除算したものである。また、１０．００°での平均勾配（６．２５［ｍＴ／°］）は、９．００°～１１．００°までの２°当たりの勾配１（２°／０．０２°＝１００個）の平均値である。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、現像ローラー３０のマグネット３２として、規制極Ｎ１の下流側磁極として主極Ｓ１が配置された構成を用いたが、規制極と主極の間に磁極（搬送極）が配置されたマグネットを用いることもできる。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなカラープリンターを例に挙げて説明したが、本発明はカラープリンターに限らず、モノクロおよびカラー複写機やモノクロプリンター、デジタル複合機等、二成分現像式の現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果について更に具体的に説明する。

［フィルム部材の当接位置を変化させた場合の現像リーク、画像濃度およびピッチムラの評価］
現像ローラー３０に対するフィルム部材４３の当接位置を変化させた場合の現像リークおよび画像濃度の評価を行った。試験方法は、図２に示したような現像装置３ａ～３ｄとして、図３に示したような、規制ブレード２７（規制部４１）から現像領域４０までの区間における、垂直磁力勾配の極小点Ａ、極大点Ｂ、垂直磁力の極大点Ｃを有する磁力分布構成とし、フィルム部材４３の当接位置を、垂直磁力勾配の極小点Ｃ、垂直磁力勾配の極大点Ｂの下流側３ｍｍ、垂直磁力の極大点Ｃの下流側１ｍｍに変化させたもの、およびフィルム部材４３を配置しないものを準備し、図１に示したような試験機に搭載した。なお、いずれの場合も、トナー飛散防止フィルム４４（図４参照）をフィルム部材４３よりも下方に取り付け、トナー飛散防止フィルム４４の自由端を、感光体ドラム１ａ～１ｄの回転方向に対し現像領域４０よりも上流側で感光体ドラム１ａ～１ｄに接触させた。

この試験機を用いて、現像領域４０の磁気ブラシ本数［本／ｍｍ］、現像リークが発生する交流電圧［Ｖ］、およびソリッド（ベタ）画像の画像濃度およびピッチムラを評価した。

画像形成条件は、印字速度（プロセス速度）を７０枚／分とし、現像ローラー３０には外周面をブラスト加工された十点平均粗さ（ＪＩＳ）５～１０μｍの外径２０ｍｍの現像スリーブ３１を使用した。規制ブレード２７は、厚さ１．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ４３０）製の磁性ブレードを用い、規制ブレード２７と現像ローラー３０との距離（規制ギャップ）を０．５±０．０３ｍｍとした。現像ローラー３０には、９０～２８０Ｖの直流電圧（Ｖｄｃキャリブレーションにより決定）にピークツーピーク値（Ｖｐｐ）９００～１３００Ｖ（Ｖａｃキャリブレーションにより決定）の交流電圧を重畳した現像電圧を印加した。

感光体ドラム１ａ～１ｄは、比誘電率１１のアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）感光体を用い、感光体ドラム１ａ～１ｄに対する現像ローラー３０の周速比を１．８（対向位置でトレール回転）、感光体ドラム１ａ～１ｄ－現像ローラー３０間の距離（ＤＳ間距離）を０．３７５±０．０２５ｍｍとした。また、感光体ドラム１ａ～１ｄの表面電位（明電位）を１６０～３５０Ｖ（Ｖｄｃキャリブレーションにより決定、Ｖｏ－Ｖｄｃ＝７０Ｖ）、画像部電位（暗電位）を２０Ｖとした。中間転写ベルト８には弾性樹脂ベルトを使用した。フィルム部材４３は、厚さ１００μｍのポリウレタンフィルムを使用した。

トナーは、平均粒子径６．８μｍの正帯電トナーを用い、キャリアは樹脂コートキャリアを用いた。現像剤中の初期トナー濃度（キャリアに対するトナーの重量比）を６％とした。

評価方法は、現像領域４０での磁気ブラシ本数については、感光体ドラム１ａ～１ｄを対向させない状態で磁気ブラシの本数をカウントした。画像濃度については、ソリッド画像の濃度（ＩＤ）を画像濃度計で計測し、ＩＤ＞１．２であるとき○、ＩＤ≦１．２であるとき×とした。ピッチムラは、ベタ画像を目視により観察し、ピッチムラが発生していない場合を○、ピッチムラが発生している場合を×とした。評価結果をフィルム部材４３の当接位置と併せて表２に示す。

表２から明らかなように、フィルム部材４３を設けない場合は、磁気ブラシが均されない状態で現像領域４０に搬送されるため、現像領域４０での磁気ブラシの本数が１２．７［本／ｍｍ］と少なく、磁気ブラシの径が太くなっていることが確認された。そのため、現像リークの発生する交流電圧も１１２５［Ｖ］と低く、現像リークが発生し易くなっていた。また、ソリッド画像のピッチムラも発生した。

また、フィルム部材４３の当接位置を垂直磁力分布の極小点Ａとした場合、現像領域４０での磁気ブラシの本数が１３．５［本／ｍｍ］と少なく、現像リークの発生する交流電圧も１１７５［Ｖ］と低く、現像リークが発生し易くなっていた。また、ソリッド画像のピッチムラも発生した。これは、磁気ブラシはフィルム部材４３によって極小点Ａで一旦均されるが、極大点Ｂで再び磁気ブラシが集中するため、磁気ブラシの径が太くなっているためであると考えられる。

これに対し、フィルム部材４３の当接位置を垂直磁力分布の極大点Ｂの下流側３ｍｍ（極大点Ｂから垂直磁力の極大点Ｃまでの間）とした場合、磁気ブラシはフィルム部材４３によって極大点Ｂで均された状態で現像領域４０へ搬送されるため、現像領域４０での磁気ブラシの本数が１７．７［本／ｍｍ］と増加し、磁気ブラシの径が細くなっていることが確認された。そのため、現像リークの発生する交流電圧も１３２５［Ｖ］と高く、現像リークが発生し難くなっていた。また、ソリッド画像の画像濃度低下およびピッチムラも発生しなかった。

一方、フィルム部材４３の当接位置を垂直磁力の極大点Ｃの下流側１ｍｍとした場合、現像領域４０での磁気ブラシの本数が１７．９［本／ｍｍ］と増加し、現像リークの発生する交流電圧も１３５０［Ｖ］と高く、現像リークが発生し難くなっていた。但し、画像濃度（ＩＤ）が１．２以下となり画像濃度低下が発生した。これは、現像領域４０に搬送される直前で磁気ブラシが均されるため、現像剤搬送量が不足したものと考えられる。

以上の結果より、フィルム部材４３の当接位置を垂直磁力勾配の極大点Ｂから垂直磁力の極大点Ｃまでの間とすることで、現像リークを効果的に抑制することができ、且つ、画像濃度の低下およびピッチムラも抑制可能であることが確認された。

［垂直磁力勾配を変化させた場合のキャリア現像および画像汚れの評価］
現像ローラー３０の垂直磁力勾配を変化させた場合のキャリア現像および画像汚れの評価を行った。試験方法は、規制ブレード２７（規制部４１）から現像領域４０までの区間における、垂直磁力勾配の極小点Ａの垂直磁力の微分値Ｘ［ｍＴ／°］、極大点Ｂの垂直磁力の微分値Ｙ［ｍＴ／°］、極小点Ａと極大点Ｂの角度Ｚ［°］を変化させた、図２に示したような現像装置３ａ～３ｄを、図１に示したような試験機に搭載した。この試験機を用いて印字率５％のハーフ画像を印刷したときのキャリア現像、画像汚れを目視により評価した。画像形成条件は実施例２と同一とした。

評価方法は、キャリア現像については、キャリア現像がほとんど発生していない場合を○、キャリア現像によりキャリア周辺のトナーの転写ができず、軽微な白抜けが発生しているが目立たない場合を△、キャリア現像によりキャリア周辺のトナーの転写ができず、白抜けが発生しており目立つ場合を×とした。画像汚れについては、画像汚れが発生していない場合を○、軽微な画像汚れの発生があるが目立たない場合を△、画像汚れが発生しており目立つ場合を×とした。評価結果を微分値Ｘ、Ｙ［ｍＴ／°］、角度Ｚ［°］、（Ｙ－Ｘ）／Ｚと併せて表３に示す。

表３から明らかなように、（Ｙ－Ｘ）／Ｚが０．１３以上０．２３以下である試験例１～７では、キャリア現像やトナーによる画像汚れが発生しないか、発生しても目立たない程度であった。

これに対し、（Ｙ－Ｘ）／Ｚが０．１３未満である試験例８～１０では、垂直磁力分布の極小点Ａから極大点Ｂへの磁気吸引力の変化が緩やかであるため、キャリア現像を抑えるための磁力を確保できず、キャリア現像が発生した。また、（Ｙ－Ｘ）／Ｚが０．２３よりも大きい試験例１１～１３では、垂直磁力分布の極小点Ａから極大点Ｂに向かって磁気吸引力が急激に上昇するため、極大点Ｂでのトナー飛散が増加し、フィルム部材４３の内側に堆積したトナーが磁気ブラシに落下して画像汚れが発生した。

以上の結果より、垂直磁力勾配の極小点Ａの垂直磁力の微分値Ｘ［ｍＴ／°］、極大点Ｂの垂直磁力の微分値Ｙ［ｍＴ／°］、極小点Ａと極大点Ｂの角度Ｚ［°］が０．１３≦（Ｙ－Ｘ）／Ｚ≦０．２３を満たすことで、キャリア現像および画像汚れを効果的に抑制できることが確認された。

本発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式の現像装置に利用可能である。本発明の利用により、二成分現像方式において、画像濃度を低下させることなく現像リークの発生を抑制可能な現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

Ｐａ～Ｐｄ 画像形成部
１ａ～１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ～２ｄ 帯電装置
３ａ～３ｄ 現像装置
５ 露光装置
２０ 現像容器
２７ 規制ブレード（規制部材）
３０ 現像ローラー（現像剤担持体）
３１ 現像スリーブ
３２ マグネット
４０ 現像領域
４１ 規制部
４３ フィルム部材
４４ トナー飛散防止フィルム
１００ 画像形成装置
Ｎ１ 規制極
Ｓ１ 主極
Ｎ２、Ｓ２ 搬送極
Ｓ３ 剥離極

Claims (5)

1. 磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、
   前記現像容器に回転可能に支持され、外周面に前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と所定の間隔を隔てて対向配置される規制部材と、
   を備え、前記現像剤担持体が像担持体と対向位置する現像領域で前記像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置において、
   前記規制部材と前記現像領域との間で前記現像剤担持体の外周面に担持された前記現像剤に当接するフィルム部材を備え、
   前記現像剤担持体は、
   前記現像剤を担持して表面に磁気ブラシが形成される回転可能な現像スリーブと、
   前記現像スリーブ内に回転不能に固定され、前記規制部材と対向する位置に配置される規制極と、前記現像スリーブの回転方向に対し前記規制極の下流側に配置される主極とを含む複数の磁極が周方向に所定の間隔で配置されたマグネットと、
   を有し、
   前記マグネットは、前記現像スリーブの回転方向に対し前記規制部材から前記主極までの間の垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置の近傍に垂直磁力勾配［ｍＴ／°］の極小点Ａを有し、且つ、前記現像スリーブの回転方向に対し前記極小点Ａの下流側から前記現像領域までの間に前記垂直磁力勾配の極大点Ｂを１つ有し、前記現像スリーブの回転方向に対し前記極大点Ｂの下流側に前記垂直磁力の極大点Ｃを１つ有する構成であり、
   前記フィルム部材の当接位置は、前記極大点Ｂと、前記極大点Ｃとの間であることを特徴とする現像装置。
2. 前記極小点Ａにおける前記垂直磁力勾配をＸ［ｍＴ／°］、前記極大点Ｂにおける前記垂直磁力勾配をＹ［ｍＴ／°］、前記マグネットの中心に対する前記極小点Ａと前記極大点Ｂの中心角をＺ［°］とするとき、以下の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
   ０．１３≦（Ｙ－Ｘ）／Ｚ≦０．２３ ・・・（１）
3. 前記フィルム部材は、前記現像スリーブの回転方向の上流側から下流側に向かって先端部が前記現像スリーブに接近するように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 表面に感光層が形成された前記像担持体と、
   前記像担持体に形成された前記静電潜像に前記トナーを付着させてトナー像を形成する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置と、
   を備えた画像形成装置。
5. 前記像担持体は、前記感光層としてアモルファスシリコン層を有することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。