JPH1063100A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用
い、像担持体上の静電潜像を可視化する現像装置におい
て、機械的に現像剤層の層厚を規制することなく現像剤
担持体上に均一な現像剤層を形成し、これにより現像剤
の劣化を低減して良好な画像を安定して得る。 【解決手段】 像担持体１と近接・対向するように配置
される現像剤担持体１２が円筒状の導電性基体１２ａと
この周面に形成された磁気記録層１２ｂとを有する。こ
の磁気記録層にはＳ極とＮ極とが交互に着磁され、同極
性の磁極間隔が５０μｍ〜５００μｍ程度となってい
る。そして、隣り合う異極性の磁極間隔は、一つの磁極
の両側で異なっており、小さいほうの磁極間隔Ｘ_S と同
極性の磁極間隔［Ｘ_S ＋Ｘ_L ］との関係が、 ０．１
≦Ｘ_S ／（Ｘ_S ＋Ｘ_L ）≦０．４となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真記録装置
又は静電記録装置等で用いられ、静電電位の差による潜
像にトナーを選択的に転移して可視化する現像装置に係
り、特にキャリアとトナーとを混合した二成分現像剤を
用いる現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機・プリンタ等の画像形成装置とし
ては、電子写真式又は静電記録式の装置が広く用いられ
ている。このような装置は像担持体上に静電潜像を形成
し、これにトナーを転移して可視像とした後、このトナ
ー像を記録用紙等に転写するように構成されている。

【０００３】上記像担持体上の静電潜像を現像する現像
装置には、トナー及び磁性キャリアからなる二成分現像
剤を像担持体表面に接触させ、トナーの転移による現像
を行ういわゆる接触型二成分現像装置がある。この現像
装置は、現像剤中におけるトナー濃度の制御が必要であ
ること、現像剤の撹拌機構が必要となり装置が大型化す
るという課題を有するものの、画質特性および現像剤の
搬送性等の点で優れた特性を有し、現像装置の主流とな
っている。

【０００４】図１４は、上記接触型二成分現像装置の一
例を示す概略構成図であり、磁石ロール４０１ａとその
周囲で回転駆動するスリーブ４０１ｂとを備えた現像ロ
ール４０１を有している。また、スリーブ４０１ｂの周
面に二成分現像剤を供給する供給部材４０２と、トリマ
と称される層厚規制部材４０３とを備えており、これに
よってスリーブ上に適切な厚さの現像剤層を形成する。
このようにして形成された現像剤層は磁石ロール４０１
ａによる磁界にしたがってキャリアが穂状に連なった磁
気ブラシを形成し、像担持体４１０との対向位置でこの
像担持体４１０と接触してトナーのみを転移するように
なっている。

【０００５】また、上記接触型二成分現像装置では像担
持体４１０の表面を現像剤の磁気ブラシが機械的に摺擦
するため、磁気ブラシによるいわゆる刷毛跡や掃き寄せ
等の画質欠陥が生じやすい。そこで、この欠点を回避す
るために、像担持体表面に現像剤を接触させずに現像す
る、いわゆる非接触型の二成分現像装置も多数提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように層厚規制部材を用いた場合には、層厚規制部材の
背面部すなわち現像剤搬送方向の上流側で、現像剤が過
度に充填された状態となるため現像剤に強い圧縮力が作
用する。また現像剤が層厚規制部材と現像剤担持体の間
隙を通過する際には、現像剤に強い摩擦力が作用する。
このような力によって現像剤に劣化が発生する。

【０００７】上記現像剤の劣化はトナーの劣化とキャリ
アの劣化とに大別され、双方とも圧縮力や摩擦力等によ
り発生するものであり、トナーおよびキャリアの代表的
な劣化形態とその影響は次のとおりである。一般にトナ
ーの劣化は、帯電性及び流動性向上のために加えられた
外添剤がトナー表面から剥離したり、トナーの樹脂中へ
埋没することによって生じる。このような劣化が進行す
ると摩擦帯電特性が変化し、トナーの電荷量分布は極め
て広く不安定となる。このため、電荷量の低いトナーお
よび所定の極性と逆極性に帯電したトナー（以降、逆極
性トナーと称す）が生じて背景部へのカブリが発生す
る。

【０００８】また上記のようなトナーの劣化が生じる
と、トナーとキャリアとの接触面積が増大するために、
トナーとキャリアとの間の付着力は増大する。このた
め、トナーはキャリアの表面から剥離し難くなり、現像
されるトナー量は減少して画像濃度が低下してしまう。
特に非接触型二成分現像においては、トナーと像担持体
との間の付着力が存在しないために、トナーのキャリア
表面からの剥離は、電界によりトナーに作用するクーロ
ン力が、トナーとキャリアとの間の付着力に勝った場合
にトナ−の転移が発生する。従って、トナー劣化に伴う
トナーとキャリアとの間の付着力の増大により、画像濃
度の低下は顕著に表われる。このように、トナーの劣化
による画像欠陥が発生する状態となると、現像剤の寿命
が尽きたということであり、現像剤の交換が必要とな
る。

【０００９】一方、キャリアの劣化は、キャリア表面へ
のトナー並びにトナーの外添剤の固着によって発生す
る。このような劣化が生じると、キャリア表面にトナー
と同種の材料が存在するために、トナーとキャリアとの
摩擦帯電序列の差は、劣化前に比べて小さくなる。従っ
て、キャリアの劣化に伴いトナーの電荷量は減少し、電
荷量の低いトナーおよび逆極性トナーが生じて、背景部
へのカブリが発生することになる。

【００１０】また、層厚規制部材を用いる二成分現像装
置の他の問題点として次のような事項がある。非磁性ま
たは磁性の材料からなるトリマを用いる場合には、現像
剤の搬送量が層厚規制部材と現像剤担持体表面との間
隙、並びに現像剤担持体の磁極の位置関係に依存するた
め、層厚規制部材の寸法精度および設定精度が画質に大
きく影響する。従って、良好な画像を得るためには、上
記間隙を極めて高精度に設定する必要がある。このた
め、層厚規制部材の加工や設置に多くの手間が必要とな
り、製造コストが増大することになる。

【００１１】特に、近年の画像形成装置では、解像性や
細線再現性等の優れた現像を行うこと、電位が低い潜像
の現像を行うこと、さらに高速プロセスにおいて高い現
像効率を得ることが要求されており、このような場合に
は上記問題点はより顕著となる。つまり、上記のような
場合には現像間隙すなわち現像剤担持体と像担持体との
間隙を狭く設定することが望ましく、この場合の現像剤
層は、より搬送量が少ない薄い層としなければならな
い。このため、層厚規制部材と現像剤担持体表面との間
隙をより狭く設定する必要があるが、この間隙が狭くな
るほど、層厚規制部材の寸法精度および設定精度の画質
への影響が大きくなる。また、間隙を狭くするほど現像
剤に作用する圧縮力や摩擦力が大きくなるために、現像
剤の劣化が促進されるからである。

【００１２】なお、一成分磁性トナーを用いる現像装置
では、例えば特開昭５４−４３０３８号公報に記載され
ているように、現像剤担持体に弾性材料からなる層厚規
制部材を押圧して現像剤層を形成する技術が用いられて
いる。この技術を二成分現像剤を用いる現像装置に転用
することも考えられるが、このような技術では層厚規制
部材の経時摩耗により現像剤の搬送量が変化して、画質
変動が発生するという問題点を有している。

【００１３】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、機械的に現
像剤層の層厚を規制することなく均一な現像剤の薄層を
形成すること、およびこれにより現像剤の劣化を低減し
て良好な画像を安定して得ることができる現像装置を提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本願発明に係る現像装置では、現像剤担持体の周
面に複数のＳ極とＮ極とを交互に着磁し、上記磁極は同
極性の磁極間隔がほぼ等しくなるように配置してその間
隔をほぼ５０μｍ〜５００μｍ程度とする。そして、一
方の極性の磁極Ｍ₂ とその両側で隣り合う他方の極性の
磁極Ｍ₁ ，Ｍ₃との間隔は等しくなっておらず、図１０
に示すように、Ｍ₁ とＭ₂ 又はＭ₂ とＭ₃ の間隔が他方
より大きくなるように着磁されている。上記のように着
磁された現像剤担持体は、軸線回りに回転駆動される円
筒状部材とし、その周面に磁気記録層を設けて着磁した
ものであってもよいし、周回可能に支持された無端状の
ベルトであってもよい。このような現像装置では、現像
剤が現像剤担持体の表面に供給されるとキャリアが上記
磁極に吸着され、現像剤担持体の表面の二成分現像剤の
薄層が形成される。このとき、磁極間隔が上記の範囲に
設定されていることによって、一般に用いられる粒径が
２５μｍ〜２００μｍ程度のキャリアをほぼ均一に、ほ
ぼ一層だけ吸着することができる。

【００１５】このような磁極により、ほぼ均一なキャリ
アの薄層が形成される原理は次のようなものと考えるこ
とができる。上記のように狭い間隔で配置された磁極に
よる磁力線は、図１１に示すように隣接する極性の異な
る磁極へと向かうために、現像剤担持体表面に垂直な方
向の磁界成分は、現像剤担持体表面の近傍において急激
に減衰する。また、磁性キャリアの層が周面に形成され
ると磁力線が現像剤担持体の周面と接触する磁性キャリ
ア２２の層内を通り、その外側にほとんど分布しない状
態となる。さらに、隣り合う異極性の磁極は一つおきに
異なる間隔となっているので、間隔が狭くなっている磁
極間Ｘ₂₃（Ｘ_s)で強い磁界が形成される。つまり、図１
２および図１３に示すように磁極が等間隔で配置された
場合に比べて磁極間隔が狭くなるとともに磁束密度が偏
るため、現像剤担持体の表面に垂直な方向の磁界成分
は、現像剤担持体の表面から離れると急激に減衰し、磁
界は遠方に及ばなくなる。したがって、磁極間Ｘ₂₃にお
いてはほぼ単層の均一な現像剤層を形成することが可能
となる。また、磁性キャリアに対しては上記強磁界によ
り強い磁気拘束力が作用するため、現像剤の飛散及び像
担持体上へのキャリア付着は発生しない。

【００１６】一方、他方の磁極間Ｘ₁₂（Ｘ_L)、 すなわち
間隔が広い方の磁極間においては、磁極が等間隔で配置
された場合に比べて磁極間隔が広くなるため、現像剤担
持体の表面に垂直な方向の磁界成分の減衰は緩やかにな
る。しかしながら、この磁極間Ｘ_L で形成される磁界
は、磁極が等間隔で配置された場合に比べて弱くなるた
め、現像剤担持体の表面から離れた部位においてキャリ
アに作用する磁気拘束力は弱くなり、多層の現像剤層を
保持することはできない。したがって、この磁極間Ｘ_L
においてもほぼ単層の均一な現像剤層を形成することが
可能となる。また、保持された磁性キャリアに対して
は、十分な磁気拘束力が作用するため、現像剤の飛散及
び像担持体へのキャリア付着は発生しない。このように
して、キャリアは磁極上の部分に集中して付着すること
なく、磁界に沿った状態でほぼ一層だけが整然と並んだ
状態で吸着される。このため、現像剤担持体上には現像
剤の未付着部が無く、且つ山谷構造を持たない薄い現像
剤層が形成され、磁力により保持されて現像領域へ搬送
される。

【００１７】上記のような現像装置では、現像剤担持体
に設けられた磁極の作用によって、層厚規制部材を用い
ることなく現像剤の薄層を形成することができるので、
現像剤に大きな負荷をかけることがなく、現像剤の劣化
を防止することができる。また、現像剤担持体の磁力の
みにより現像剤層を形成するので、現像剤搬送量が部品
精度に依存せず且つ経時変化は発生しない。さらに、磁
極の間隔が十分に狭く設定されているため、磁極パター
ンによる影響は発生せず、均一性の高い画像が得られ
る。また、磁性キャリアは磁極と磁極との間で閉磁気回
路状のブリッジを形成するため、現像剤担持体上のキャ
リア層には強い磁気拘束力が作用する。従って、現像剤
の飛散および静電潜像担持体上へのキャリアの付着は発
生しない。

【００１８】さらに、請求項２に記載の現像装置では、
異極性の磁極が隣り合う間隔Ｘ₁₂，Ｘ₂₃のうち小さい方
Ｘ_S と、同極性の磁極間隔Ｘ₁₃すなわち（Ｘ_S ＋Ｘ_L ）
との比を次式の範囲としているので、上記効果がより顕
著となる。 ０．１≦Ｘ_S ／（Ｘ_S ＋Ｘ_L ）≦０．４

【００１９】上記現像装置で用いられる現像剤担持体
は、導電層とその上に形成された磁気記録層とで主要部
が構成されるものとし、この磁気記録層に上記磁極を設
けたものとすることができる。この導電層には現像バイ
アス電圧を印加し、像担持体上の潜像との間に電界を形
成することによって、トナーが潜像に転移される。

【００２０】上記磁気記録層には着磁用ヘッドによって
着磁が行われるが、上記磁気記録層の下側に軟磁性体層
を配設しておくことにより、磁気記録層の厚さ方向にＮ
極およびＳ極とが生じるように着磁することができ、強
い磁極を得ることができる。つまり、軟磁性体層が磁束
の通路となるため、磁気記録層に対して現像剤担持体表
面と垂直な方向の着磁を施す際に、磁気記録層を磁化す
る着磁用ヘッドを磁気記録層側のみに設け、着磁ヘッド
から磁気記録層を垂直に通過して背後の軟磁性体層に至
る磁束を形成することが可能となる。ここで、上記軟磁
性体は、磁界中に置かれると磁化するが、外部の磁界が
作用しない状態では磁性を示さない材料からなるもので
ある。

【００２１】なお、上記のような構成と同様に現像剤担
持体に小さなピッチで磁極を設ける技術が特開平３−２
５９２７６号公報に記載されている。この公報に記載の
技術は、現像ロール（現像剤担持体）を単一の回転体で
構成し、その周囲に１００μｍ程度以下の小さなピッチ
で磁極を設け、一成分磁性現像剤をその周面に吸着する
ものである。これにより、磁極の位置に対応して吸着さ
れる現像剤量のムラが生じるのを低減し、この現像剤層
を現像領域におけるトナー像の形成に供する。このよう
な構成により現像ロールを固定支持された磁石ロールと
その周囲で回転するスリーブを有する構造とすることな
く、単純な構成で濃度ムラのない現像を行うものであ
る。

【００２２】しかし、この公報に記載の現像装置は一成
分磁性現像剤を用いるのを前提としており、一成分現像
剤は粒径が７〜１５μｍであり、着磁ピッチを１００μ
ｍ程度以下としても吸着された現像剤は現像ロールの周
面上で穂状となる。このため、層厚規制部材で穂の高さ
を機械的に規制しないと均一な現像剤層を形成すること
ができず、層厚規制部材を用いることを前提としてい
る。このように上記公報に記載の技術は本願に係る発明
と扱う現像剤が異なり、目的も異なるもので全く異質の
技術的思想に基づくものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本願に係る発明の実施の形
態を図に基づいて説明する。図１は、本願に係る現像装
置が用いられる画像形成装置の一例を示す概略構成図で
ある。この画像形成装置は、ほぼ円筒状の導電性基体の
周面に感光体層が設けられた感光体ドラム１を備えてお
り、この感光体ドラム１が、図中に示す矢印Ａの方向に
回転駆動されるようになっている。また、感光体ドラム
１の周囲には、その回転方向に沿って、帯電器２と、露
光装置３と、円筒部材からなる現像剤担持体１２を感光
体ドラム１に対向させた現像装置４と、転写前コロトロ
ン５と、転写コロトロン６と、剥離コロトロン７と、ク
リーナー８と、光除電器９とを有している。

【００２４】上記感光体ドラム１の導電性基体は電気的
に接地されている。また、感光体層には負帯電の有機感
光体（ＯＰＣ）が用いられており、ほぼ一様に帯電した
後、像光を照射すると、露光部の電荷が上記導電性基体
に流れ、電位が減衰するようになっている。この感光体
ドラム１は、例えば外径を１００ｍｍ、周面の移動速
度、すなわちプロセススピードを１６０ｍｍ／ｓ程度に
設定することができる。

【００２５】上記露光装置は、画像信号に基づいて点滅
するレーザー発生装置と、このレーザー発生装置から射
出されるレーザービームを回転しながら反射するポリゴ
ンミラーとを有し、感光体ドラム１の周面を露光走査し
て静電潜像を形成するものである。この露光走査は、画
像部を露光するものであってもよいし、非画像部を露光
するものであってもよく、感光体の帯電極性とトナーの
帯電極性とを適切に選択することによって画像部にトナ
ーを転移して顕像化することができる。この画像形成装
置では感光体およびトナーは負帯電のものを用い、画像
部を露光するように設定されている。

【００２６】次に上記画像形成装置の動作について説明
する。始めに、帯電器２により感光体ドラム１の表面が
一様に−４５０Ｖに帯電される［図２（ａ）］。続い
て、レーザー光による画像部露光が行われ、露光部電位
がほぼ−２００Ｖのネガ潜像が形成される［図２
（ｂ）］。そして、このネガ潜像の露光部には現像装置
４によりトナーが転移され顕像化される［図２
（ｃ）］。

【００２７】上記のようにして感光体ドラム１上に形成
されたトナー像は、転写コロトロン６の帯電によって記
録用紙上に転写される。その後、この記録用紙は、剥離
コロトロン７の帯電によって感光体ドラム１の表面から
剥離されて定着器（図示しない）へと搬送される。定着
器ではトナー像が加熱・加圧によって記録用紙上に定着
される。

【００２８】一方、トナー像の転写および記録用紙の剥
離工程が終了した感光体ドラム１の表面は、クリーナー
８によって残留トナーが清掃され、さらに光除電器９に
よる露光で残留電荷が除去されて次の画像記録工程に備
えられる。なお、感光体ドラム１の回転方向における現
像装置の下流側に設けられた転写前コロトロン５は、現
像時にキャリアが像担持体へ転移する量を調査する際に
用いられるもので、感光体ドラム１上に形成されたトナ
ー像に対して一様な負帯電を行なう。これにより、現像
の際に意図に反して感光体ドラム１上へ転移したキャリ
アを負に帯電し、トナーと一緒に記録用紙上に転写され
るようにして、記録用紙上においてキャリアの転移量の
評価を行うことができる。

【００２９】次に、本願に係る発明の実施の形態である
現像装置について説明する。図３は、上記画像形成装置
で用いることができる現像装置であって、請求項１又は
請求項２に記載の発明に係る現像装置の一形態を示す概
略構成図である。この現像装置４は、現像剤が収容され
る現像ハウジング１１の感光体ドラム１との対向部位に
現像用の開口部を設け、この開口部に現像ロール１２を
配設するとともに、その後方に二つのスクリューオーガ
ー１３、１４を設けたものである。また、現像ロール１
２上に付着した現像剤を剥離するスクレーパ１５が現像
ロール１２と接触するように設けられている。

【００３０】上記スクリューオーガー１３、１４は、現
像ハウジング内の仕切り壁１６で仕切られた二つの現像
剤撹拌搬送室内に設けられ、それぞれ逆方向に現像剤を
搬送するように回転駆動されるものである。上記二つの
現像剤撹拌搬送室は両端部で連通しており、上記スクリ
ューオーガー１３、１４によって搬送される現像剤は撹
拌されながら二つの現像剤撹拌搬送室内を循環移動する
ようになっている。

【００３１】上記現像ロール１２は、図４に示すように
軸線回りに回転が可能となるように支持された円筒状の
導電性基体１２ａとその周面上に形成された磁気記録層
１２ｂとで主要部が構成されている。この現像ロール１
２の外径は１８ｍｍ、駆動時の周速度は３２０ｍｍ／
ｓ、感光体ドラム１と現像剤担持体１２との間隙は３０
０μｍに各々設定されており、現像剤層が感光体ドラム
１に対して非接触状態となるよう保持されている。

【００３２】上記導電性基体１２ａには現像バイアス用
電源１７により、現像バイアス電圧が印加される。この
現像バイアス電圧には直流電圧を重畳した交流電圧が採
用されており、直流成分は地カブリの発生を防ぐために
−４００Ｖに設定されている。また、現像バイアス電圧
の交流成分は、周波数６ｋＨｚの矩形波で、ピーク間電
圧が１．５ｋＶに設定されている。

【００３３】上記磁気記録層１２ｂは、結着樹脂中に強
磁性材料の粉状体を分散させたものを、導電性基体１２
ａ上に層厚５０μｍでコーティングすることにより構成
されており、強磁性材料としてγ−Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、結着樹
脂としてポリウレタンが使用されている。この磁性材料
としては、磁石材料や磁気記録材料等として公知である
任意のものが使用可能であり、上記γ−Ｆｅ₂ Ｏ₃ のほ
か、ＣｒＯ₂ 等が使用できる。また、結着樹脂として
は、テープ・ディスク・カード等の磁気記録層を構成す
る樹脂として公知である任意のものが使用可能であり、
例えばポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン
等が使用できる。さらに、磁気記録層１２ｂには、必要
に応じて導電性微粒子等を添加することが可能である。

【００３４】この磁気記録層１２ｂには、図４に示すよ
うに、全周にわたり周方向にＳ極とＮ極とが交互に並列
するように着磁されている。これらの磁極間隔は、同極
性の磁極はそれぞれ等間隔で１００μｍに設定されてお
り、隣り合う異極性の磁極の間隔は一つの磁極の両側で
異なっており、小さいほうの磁極間隔Ｘ_S と同極性の磁
極間隔（Ｘ_S ＋Ｘ_L ）［Ｘ_L ：上記異極性の磁極間隔の
大きい方］との関係が、 Ｘ_S ／（Ｘ_S ＋Ｘ_L ）＝０．２５ となるように着磁されている。なお、このような着磁の
方法については後述する。

【００３５】上記現像装置で用いられる現像剤は非磁性
トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤であ
り、トナーとしては、重量平均粒径が７μｍで、負帯電
性のポリエステル系トナーが使用されている。また、キ
ャリアとしては、結着樹脂中に磁性粉を分散させた、い
わゆる磁性粉分散型樹脂キャリア又は球形フェライト粒
子に樹脂被覆を施した、いわゆるフェライトキャリアが
使用されている。

【００３６】このような現像装置４においては、現像剤
が現像ロール１２に供給されると、磁気記録層１２ｂの
磁界に基づいて現像ロール１２の周面に一定量の現像剤
が吸着される。すなわち、トナーを電気的に吸着したキ
ャリアがほぼ一層だけ、ほぼ均等に付着した状態とな
り、層厚規制部材を用いずに現像剤層が形成される。そ
して、この現像剤層は、現像ロール１２の回転に伴って
感光体ドラム１と対向する現像領域へと搬送され、感光
体ドラム１上の静電潜像の現像に供される。

【００３７】次に、上記磁気記録層１２ｂの着磁の方法
について説明する。磁気記録層の着磁は、図５に示すよ
うに現像ロール１２の周面に近接して配置された磁気記
録用ヘッド２００によって行われる。この磁気記録用ヘ
ッド２００は、軟磁性材料からなり両端部が間隔をおい
て並列する形状のコア２０１と、このコア２０１に巻き
回されたコイル２０２とを有し、上記コア２０１の両端
部が現像ロールの周面に近接するように配置される。コ
イル２０２には磁化信号発生装置を介して電源から磁化
電流が供給されるようになっており、コイル２０２に電
流が流れると、コア２０１内に磁束が発生し、この磁束
はコア２０１の先端から磁気記録層１２ｂを通る。これ
により、磁気記録層１２ｂが磁化される。コイル２０２
へ供給される磁化電流は磁化信号発生装置を介して断続
的又は適宜電流の方向を変えて供給され、図５に示すよ
うに回転駆動される現像ロール１２の周面が所定の着磁
パターンに磁化される。本実施例では現像ロール１２の
周方向にＮ極とＳ極との交互着磁を、図１０に示すよう
な波状のパターンにて行い、現像ロール表面における半
径方向の磁束密度のピーク値を５０ｍＴに設定してい
る。

【００３８】なお、磁気記録層の着磁には図６に示すよ
うな磁気記録用ヘッド２１０を用いることもできる。こ
のような磁気記録用ヘッド２１０を用いる場合には、現
像ロールを軟磁性体層１２２ａの上に磁気記録層１２２
ｂが設けられたものとする。軟磁性体１２２ａとして
は、公知である任意のものが使用でき、例えば鉄、鉄−
ケイ素合金、鉄−ニッケル合金等がある。

【００３９】上記磁気記録用ヘッド２１０は、コアの一
端２１１ａが小さな端面となるように断面を減少した形
状となっているが、他端２１１ｂは大きな端面が現像ロ
ールの周面と対向する形状となっている。このようなコ
ア２１１に巻き回されたコイル２１２に電流が供給され
ると、コア２１１に発生した磁束は小さな端面から磁気
記録層を通り、さらにその下にある軟磁性体層１２２ａ
を通って端面が大きくなっているコアの他端２１１ｂへ
通じる。したがって磁気記録層の小さな端面２１１ａと
対向している位置では、磁気記録層１２２ｂの厚さ方向
にＮ極とＳ極とが形成され、一方大きな端面と対向して
いる部分ではほとんど磁化されない。このような着磁を
現像ロールの周面のほぼ全域にわたって行うことによ
り、磁気記録層１２２ｂの厚さ方向に配列された磁極を
周面のほぼ全域に形成することができる。このように磁
気記録層の厚さ方向に着磁することによって大きな磁束
密度の磁界を形成することができ、磁極の間隔、使用す
るキャリア等に応じてこのような着磁パターンを採用す
ることもできる。

【００４０】次に，図３に示す現像装置において、同極
性の磁極間隔［Ｘ_S ＋Ｘ_L ］及び異極性の磁極間隔の小
さい方と同極性の磁極間隔との比［Ｘ_S ／（Ｘ_S ＋Ｘ
_L ）］を変化させて、画像濃度、キャリアの付着、低濃
度部の均一性、細線の再現性を調査する実験を行なった
結果について説明する。現像ロ−ルの着磁は、同極性の
磁極間隔が２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２５０μ
ｍ、５００μｍ、１０００μｍとなる６通りとする。そ
して、それぞれについて、Ｘ_S ／（Ｘ_S ＋Ｘ_L ）が０．
０５、０．１、０．２５、０．４、０．４５、０．５と
なるように着磁されたものについて実験を行った。

【００４１】この実験で用いたトナーは重量平均粒径が
７μｍで負帯電性のポリエステル系マゼンタトナーであ
る。また、キャリアは球形フェライト粒子に樹脂被覆を
施した、いわゆるフェライトキャリアを使用した。粒径
・密度等は次のとおりである。 平均粒径：５０μｍ 真密度 ：４．５ｇ／ｃｍ³ １０⁶ ／（４π）Ａ／ｍの磁界中における単位重量当り
の磁化：５０Ａ・ｍ² ／Ｋｇ

【００４２】なお、一般に二成分現像剤の薄層を用いる
現像方式において、きめの細かい画像を得るためには、
平均粒径の小さいキャリアを用いることが好ましい。平
均粒径の大きなキャリアを用いた場合には、磁界に沿っ
て配列されるキャリアのチェーン間の間隔は広くまた粗
くなるため、均一性の高い薄層を得ることは困難とな
る。このため、画像の均一性不良およびライン画像のエ
ッジ再現不良が発生してしまう。したがってキャリアの
平均粒径としては、１００μｍ以下であることが好まし
く、本試験では上記粒径が５０μｍのキャリアを用い
る。

【００４３】現像剤中のトナーとキャリアの混合比は、
現像剤中のトナーの重量比で、７．９重量％とした。こ
のときの、トナーの電荷量は−１５〜−２０ｍＣ／ｋｇ
の範囲に調整されている。

【００４４】画像濃度の評価は、ベタ画像の現像を行
い、その濃度を反射濃度計（商品名：Ｘ−ＲＩＴＥ３１
０）で測定して行う。この測定値が１．８以上であれば
ベタ画像、線画像ともに十分な濃度を有しており、１．
８以上を○、１．８未満を×と評価している。

【００４５】また、キャリアの付着は、図７に示すよう
な画像部と背景部とがプロセスの進行方向と直角方向に
一定周期で並列されたいわゆる交番ラインの現像を行
い、このときのキャリア付着量を測定して評価を行っ
た。交番ラインの周期は２サイクル／ｍｍで画像部と背
景部の比率は１：１である。このような交番ラインの現
像においては、感光体の表面に、画像部と背景部とが非
常に小さい間隔で隣接する静電潜像が存在するため、感
光体層の表面近傍にはいわゆるフリンジ電界が生じ、画
像の周辺部では、トナーと逆極性に帯電したキャリアに
対して静電的吸引力が作用する。従って、交番ラインは
キャリアの付着が生じやすい画像であり、キャリア付着
の評価に適している。

【００４６】キャリア付着量の評価指標は、交番ライン
の背景部上におけるキャリア粒子の面積率とした。面積
率の測定には、画像解析装置（商品名：ＬＵＺＥＸ−５
０００）を使用した。キャリア粒子の面積率が、１．０
％以下であれば実用上問題の無いレベルであるので、
１．０％以下を○、１．０％を超えた場合を×としてい
る。

【００４７】低濃度画像の均一性は、面積率２０％のベ
タ画像について目視で評価し、微小濃度ムラが確認され
ない状態を○、少量の微小濃度ムラはあるが実用上問題
の無いレベルを△、使用不可能なレベルを×とした。ま
た、細線再現性については、幅１３０μｍの線画像につ
いて目視で評価し、エッジ部のギザツキが確認されない
状態を○、少量のギザツキはあるが実用上問題の無いレ
ベルを△、使用不可能なレベルを×とした。

【００４８】上記のような方法で、評価を行った結果を
表１及び表２に示す。この表において、総合評価は、上
記４項目全てに×のないものを○、一つでも×のあるも
のを×とした。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】表１および表２より、現像ロール１２の周
面上における上記磁極パターンの一周期（図１０又は図
１１に示すＸ₁₃）が５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲
であり、且つ隣り合う異極性の磁極間隔をＸ₁₂、Ｘ₂₃と
したときに、Ｘ₂₃／Ｘ₁₃＜０．５、即ちＸ₁₂＞Ｘ₂₃とな
るように磁極Ｍ₂ を配置することにより、十分な画像濃
度が得られ、キャリア付着を起こすことなく低濃度部の
均一性および細線再現性を高めることができる。また、
さらに好ましくは、上記設定においてＸ₂₃／Ｘ₁₃を０．
１以上０．４以下にすることにより、低濃度部の均一性
および細線再現性をより一層高めることができる。

【００５２】Ｘ₁₃が５０μｍより狭い場合には、磁界に
沿った磁性キャリアの配列は困難となり、現像剤層は全
体的に疎な状態となる。また、現像ロールの表面から離
れた部位における磁界は、磁極間隔が狭いほど急激に減
衰して弱くなるため、Ｘ₁₃が５０μｍより狭い場合に
は、現像ロール上の磁性キャリアに作用する磁気拘束力
は弱くなり、前述のフリンジ電界の作用によるキャリア
付着が発生してしまう。さらに、現像ロール１１の回転
時に現像剤に作用する遠心力により、現像剤が飛散する
現象が観察された。

【００５３】一方、Ｘ₁₃が５００μｍより広い場合に
は、磁極間部において磁性キャリアに作用する磁気拘束
力は極めて弱くなるために、現像剤が極上部に集中的に
付着する。従って、現像剤層の状態は着磁パターンに応
じた山谷構造となり、現像された画像においても着磁パ
ターン状のムラが発生してしまう。また、上記のよう
に、磁極間部に付着した磁性キャリアに作用する磁気拘
束力は弱いため、キャリア付着および上記現像剤飛散が
発生してしまう。

【００５４】また、Ｘ₂₃／Ｘ₁₃＜０．１では、磁極Ｍ₂
と磁極Ｍ₃ との間に現像剤は付着しにくくなるために若
干の縞状の現像濃度ムラが生じて、結果として低濃度部
の均一性および細線再現性は、実用上問題となるレベル
ではないがやや低下してしまう。さらに、Ｘ₂₃／Ｘ₁₃＞
０．４では、前述したような若干の微小な現像剤層厚ム
ラの影響により、低濃度部の均一性および細線再現性
は、実用上問題となるレベルではないがやや低下してし
まう。

【００５５】以上の実験結果により、次のように考える
ことができる。現像ロールの周面上における上記磁極パ
ターンの一周期Ｘ₁₃が５０μｍ以上５００μｍ以下の範
囲であり、且つＸ₁₂＞Ｘ₂₃に設定することにより、現像
ロール上において、層厚規制部材を用いずにほぼ単層の
均一な現像剤層を形成することが可能となる。従って、
微小な現像剤の層厚ムラの発生が抑制されるため、低画
像濃度部における濃度均一性と細線画像再現性とに優れ
た良好な画像再現が可能となる。また、現像剤搬送量は
部品精度に依存しないので、高精度な組立て精度は要求
されない。なお、本実験例では磁極間隔をＸ₁₂＞Ｘ₂₃と
なるように設定したが、Ｘ₁₂＜Ｘ ₂₃となるように設定し
た場合において、同様な結果が得られることはもちろん
である。

【００５６】次に、図３に示す現像装置の維持性につい
て行った実験を説明する。この実験は、図１に示す画像
形成装置を用い、図３に示す現像装置でＡ４サイズのベ
タ画像を連続して１０万枚現像する。そして所定枚数の
現像を行った後にベタ画像の現像濃度とトナーの電荷量
とを測定し、現像枚数を重ねたときの推移を調査する。

【００５７】この実験において、現像剤担持体周面にお
ける同極性の磁極間隔Ｘ_S を１００μｍ、異極性の磁極
間隔の小さい方と同極性の磁極間隔との比Ｘ₂₃／Ｘ₁₃、
すなわちＸ_S ／（Ｘ_S ＋Ｘ_L ）を０．２５としている。

【００５８】なお、上記現像装置はハウジング内に４０
０ｇの現像剤を収容するものであり、現像剤中のトナー
重量比は７．５〜８．５重量％となるように適宜トナー
を補給するようになっている。

【００５９】図８および図９は、上記本願発明に係る現
像装置（図３）を用いて１０万枚の現像を行ったときの
ベタ画像濃度およびトナー電荷量の推移を示すものであ
る。これらの図より、本願発明に係る現像装置４では、
１０万枚の現像を通じて画像濃度およびトナー電荷量
は、良好に維持されることがわかる。また、長期現像実
験後の現像剤の状態を調査した結果、トナーおよびキャ
リアは初期と同様な状態であり、劣化状態は見られなか
った。また、１０万枚を通じて、現像剤搬送量に変動は
ほとんど生じていない。これは、層厚規制部材を用いて
いないため、現像剤層の形成時に現像剤に過大な力が作
用するようなことがなく、トナー及びキャリアの劣化が
防止された結果と考えることができる。以上のように、
本願発明の現像装置では、良好な画質を、長期に渡り安
定して維持できることが解る。

【００６０】なお、図３に示す現像装置では、磁気記録
層１２ｂを結着樹脂中に磁性材料を分散させた構成とし
たが、磁性金属材料を用いた場合においても同様な結果
が得られる。この場合、磁性金属材料としては磁石材料
や磁気記録材料等として公知である任意のものが使用可
能であり、例えばＣｏ−Ｎｉ−ＰやＣｏ−ＮｉやＣｏ−
Ｃｒが使用できる。

【００６１】また、磁気記録層１２ｂを、可撓性を有す
る材料中に磁性材料を分散させた構成とした場合におい
ても同様な結果が得られる。この場合、可撓性を有する
材料としては、多量の磁性材料の混入が可能で、且つ可
撓性の維持が可能な任意のものが使用可能であり、例え
ばハイパロン、ポリイソブチレン、ネオプレンゴム、ニ
トリルゴム、塩化ポリエチレン等が使用できる。さら
に、磁気記録層上に導電層や抵抗層や保護層や耐磨耗層
等を設けてもよい。また、導電層と磁気記録層、または
軟磁性体層と磁気記録層との間に接着層、下地層、非磁
性層、弾性層を設けてもよい。

【００６２】また、次のような変更を行なっても同様の
結果が得られる。 ａ）上記現像装置では、現像剤担持体の着磁パターンを
正弦波状としたが、三角波状の着磁パターン等の任意の
着磁パターンが使用可能である。 ｂ）上記現像装置では、現像ロール１２の周方向にＮ極
とＳ極とを交互に着磁したが、現像ロールの長手方向に
Ｎ極とＳ極とを交互に着磁した場合においても同様な結
果が得られる。 ｃ）上記現像装置では、現像剤担持体の表面移動線速度
を３２０ｍｍ／ｓに設定したが、現像剤層の形成状態は
上記表面移動線速度に依存するものではなく、例えば、
１０ｍｍ／ｓから９００ｍｍ／ｓの領域において、ほぼ
均一な現像剤層の形成が可能であり、また現像剤担持体
の回転時に現像剤の飛散は発生しない。 ｄ）上記現像装置では、現像剤担持体の表面移動方向
を、像担持体の表面移動方向と反対としたが、本発明は
これに制限されるものではなく、同一方向としてもよ
い。 ｅ）上記現像装置では、現像剤担持体を円筒形状とした
が、無端ベルト形状の担持体を使用してもよい。 ｆ）上記現像装置では、現像剤担持体上の現像剤層を、
感光体ドラムに対して非接触状態としたが、現像剤層が
感光体ドラムと接触するように設定した場合においても
同様な結果が得られる。 ｇ）上記現像装置では、現像バイアス電圧を直流電圧を
重畳した交流電圧とし、交流電圧の波形を矩形波とした
が、本発明はこれに制限されるものではなく、目的や用
途に応じた任意の現像バイアス電圧が使用可能である。 ｈ）上記現像装置は、単色の画像記録装置に用いている
が、像担持体上に複数色のトナーによるカラー画像を形
成し、トナー像を記録用紙上に一括転写するカラー画像
記録装置においても同様に適用可能である。 ｉ）上記現像装置は、像担持体として感光体を使用し、
像光の照射によって形成された潜像を可視化するために
用いられているが、像担持体として誘電体を使用して、
静電プリンターに使用されている放電記録ヘッドや、特
開昭５９−１９０８５４号公報に開示されているイオン
流制御ヘッド等により静電潜像を形成する装置に適用す
ることもできる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本願に係る発明の
現像装置では、層厚規制部材を用いずにほぼ単層の均一
な現像剤層を形成することが可能となり、微小な現像剤
の層厚ムラの発生が抑制されるため、低画像濃度部にお
ける濃度均一性と細線画像再現性とに優れた良好な画像
再現が可能となる。また、キャリアに対しては十分な磁
気拘束力が作用するので、現像剤の飛散および像担持体
上へのキャリア付着は発生しない。さらに、層厚規制部
材を用いずに現像剤の薄層が形成可能であるので、現像
剤に過大な力は作用せず、現像剤層形成時における現像
剤劣化を防止することができる。また、現像剤担持体の
磁力のみにより現像剤層を形成するので、現像剤搬送量
が部品精度に依存せず、経時変化も発生しない。従っ
て、画質の安定性および維持性に優れるという効果をも
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明に係る現像装置が用いられる画像
形成装置の一例を示す概略構成図である。

【図２】 図１に示す画像形成装置においてトナー像
を形成するときの、像担持体表面の電位の推移を示す図
である。

【図３】 請求項１又は請求項２に記載の発明の一実
施形態である現像装置を示す概略構成図である。

【図４】 図３に示す現像装置で用いられる現像ロー
ルの部分拡大断面図である。

【図５】 図４に示す現像ロールの着磁の方法を示す
図である。

【図６】 図４に示す現像ロールの着磁の他の方法を
示す図である。

【図７】 図１に示す画像形成装置で二成分現像装置
のキャリアが感光体ドラムに転移する量を調査するため
に用いる画像パターンを示す図である。

【図８】 図３に示す現像装置におけるプリント枚数
とベタ画像濃度との関係を示す図である。

【図９】 図３に示す現像装置におけるプリント枚数
とトナー電荷量との関係を示す図である。

【図１０】 図３に示す現像装置における現像剤担持体
の表面に垂直な方向の磁束密度分布を示す図である。

【図１１】 図３に示す現像装置における現像剤担持体
の表面近傍の磁束と現像剤付着状況とを示す概略図であ
る。

【図１２】 着磁間隔を等間隔としたときの現像剤担持
体の表面に垂直な方向の磁束密度分布を示す図である。

【図１３】 着磁間隔を等間隔としたときの現像剤担持
体の表面近傍における磁束と現像剤付着状況とを示す概
略図である。

【図１４】 従来の現像装置の一例を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ２ 帯電器 ３ 露光装置 ４ 現像装置 ５ 転写前コロトロン ６ 転写コロト
ロン ７ 剥離コロトロン ８ クリーナー ９ 光除電器 １１ 現像ハウジング １２ 現像ロー
ル １２ａ 導電性基体 １２ｂ 磁気記録
層 １３ スクリューオーガー １４ スクリュ
ーオーガー １５ スクレーパ １６ 仕切り壁 １７ 現像バイアス用電源 ２１ 磁束 ２２ 磁性キャ
リア ２００、２１０ 磁気記録用ヘッド ２０１、２１１ コア ２０２、２１２ コイル ２０３ 磁束

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に静電潜像が形成される像担持体
   と近接離間又は接触して設けられ、周面が周回可能に支
   持された現像剤担持体を備え、 前記現像剤担持体の周面に、トナーと磁性キャリアとを
   含む二成分現像剤を担持して搬送し、前記像担持体と該
   現像剤担持体との対向位置でトナーを前記像担持体に転
   移させてトナー像を形成する現像装置において、 前記現像剤担持体は、周面にＳ極とＮ極とが交互に配列
   された複数の磁極を有し、 該磁極は、同極性の磁極間隔がほぼ等しくなるように配
   置され、この間隔はほぼ５０μｍ以上で５００μｍ以下
   であり、 一方の極性の磁極Ｍ₂ とのその両側で隣り合う他方の極
   性の磁極Ｍ₁ ，Ｍ₃ との間隔Ｘ₁₂，Ｘ₂₃は、 Ｘ₁₂＞Ｘ₂₃ 又は Ｘ₁₂＜Ｘ₂₃ となるように配列されていることを特徴とする現像装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の現像装置において、 前記異極性の磁極が隣り合う間隔Ｘ₁₂，Ｘ₂₃のうちの小
   さい方Ｘ_s と、同極性の磁極間隔Ｘ₁₃とは、 ０．１≦Ｘ_s ／Ｘ₁₃≦０．４ を満足する範囲に設定されていることを特徴とする現像
   装置。