JP2002278278A

JP2002278278A - 現像ユニットと画像形成装置

Info

Publication number: JP2002278278A
Application number: JP2001074747A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Takeuchi; 信貴竹内; So Kai; 創甲斐; Yasuo Miyoshi; 康雄三好
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】交番電界を用いた場合に、現像領域内で発生
する局所的な電界強度の増加による画像の白抜け現象の
発生を抑え、同時にハイライト部における粒状度の低下
を抑える。【解決手段】現像装置と像担持体が対向する範囲で、
現像剤が密な状態で詰まり常に磁気ブラシが像担持体に
接触しているＡ領域の幅≧１ｍｍ、Ａ領域の回転上流側
に存在し穂当たりがまばらで現像剤が疎な状態で像担持
体に接触するＢ領域の幅＜３ｍｍ、且つＡ／（Ａ＋Ｂ）
≧０．６なる関係とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、現像剤担持体表面
に形成した磁気ブラシによって潜像担持体（像担持体と
もいう）上の潜像を可視像化する形式の複写機、プリン
タ、ファクシミリなどの画像形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の画像形成装置においては、高画質
を求められると同時に高耐久性も望まれている。つまり
環境変動による画質の変化が少なく、また経時的にも常
に安定した画像を提供していかなければならない。

【０００３】従来、現像剤を現像剤担持体上に保持し
て、内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、当
該現像剤担持体に潜像担持体と対向する領域で現像バイ
アスを印加することにより現像を行う方法が広く知られ
ている。また、高画質化や経時安定性の向上の要請か
ら、現像電界として直流電圧に交流成分を重畳し、トナ
ーを潜像担持体（感光体）に付勢する方向で作用する電
界と、トナーを現像剤担持体（現像ローラ乃至現像スリ
ーブ）側に移動させる方向で作用する電界を交互に生成
する交番電界を用いる技術も広く用いられている。交番
電界を用いることで達成される高い現像能力により、経
時変化でトナーの帯電量分布がシフトした場合において
も十分なベタ濃度を確保でき、同時にハーフトーンなど
の比較的潜像の浅いパターンであってもトナーを付着さ
せるのに十分な電界を形成することができる。そのた
め、この技術は十分な現像能力とハーフトーンの安定性
を両立するものとして、特にカラー画像形成装置などで
使用される頻度が高くなっている。もちろんモノクロ装
置においても、ハーフトーンの粒状性向上や均一なベタ
埋まりを実現するためには最適な技術といえる。

【０００４】しかしながら、このように現像バイアスと
して交番電界を用い現像することで不具合の発生も確認
されている。その不具合とは、画像部（特にベタ画像
部）における白抜け現象である。この白抜けは直径が
０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度で形状はリング状であることに
特徴がある（以下、白ポチと称する）。この現象の発生
メカニズムは放電によるものが支配的となっており、現
像電界が形成される領域において、スリーブ上の磁気ブ
ラシの先端から感光体上の潜像に向かう放電の結果、感
光体上の潜像が破壊されるためであると考えられる。そ
のためトナーを感光体に付勢させる方向に印加する電圧
と感光体上に形成された露光部の電位差が大きい条件で
多く発生する。

【０００５】上記問題を改善するため、特開平８−１３
７２６０号では、現像電界として交番電界を用いる画像
形成装置において、現像装置中に存在する異物を除去す
るための特殊な工程が提案されている。この装置によれ
ば、現像領域に存在する異物を除去することにより、
「像担持体と異物の先端部との空隙で電離が起こって静
電潜像が破壊される」現象を抑制して白抜けの発生を低
減することができる。しかしながら、現像電界として高
いピーク電圧を現像剤担持体に印加した場合には、局所
的な放電で生じる白抜け現象を抑えることができない。
また完全な異物除去は事実上不可能であり、更なる改善
が望まれる。

【０００６】また特開平８−８２９８８号では、現像電
界として交番電界を印加する画像形成装置において、現
像領域に形成される最大電界が２０８ＫＶ／ｍ以下とな
るように交番電界を印加することが提案されている。こ
の装置によれば、上記現像領域内において形成される電
界を放電が発生しない範囲に保つため、上記白抜けの発
生を防止することができる。しかしながら、トナーを現
像する際に現実に現像剤に印加されている電圧は現像剤
の抵抗、誘電率、形状により変化するため、一般的に当
てはまる電界強度の値ではない。また環境変動や経時変
動によっても現像剤の特性や磁気ブラシの形状が変化す
るため、白抜けの発生状況は変化するであろう。また白
抜けのみに重点をおいたため、画質を優先にした高電圧
の交番電界を印加できないという問題も発生する。

【０００７】更に、特開平７−１３４４８０号では、現
像電界の、交流成分の１周期で、現像スリーブ方向のト
ナー付勢過程（Ａ）から感光体ドラム方向のトナー付勢
過程（Ｂ）への間の立下り過程（Ｃ）の時間Ｔ１２と、
過程（Ｂ）の時間Ｔ１１とを、１０．０≦Ｔ１１／（Ｔ
１１＋Ｔ１２）×１００≦９０．０となるように規定
し、（Ｂ）の電位Ｖmaxの調整手段を有する画像形成装
置が提案されている。これにより、掃き寄せ、濃度薄の
ない高品質画像を得ることができ、感光体ドラムとの間
に火花放電による白抜けの発生がなく、画像形成装置の
安定性の確保を可能にすることができる。しかしなが
ら、現像電界の調整は感光体周りの全ての条件を把握で
きた場合にのみ有効であり、現像電界の調整のみを行っ
た場合、転写などの現像後の工程において、画質の劣化
が起こる可能性が高い。また高湿度条件などの現像剤の
流動性が著しく低下するような条件では現像電界の調整
のみでは、白抜けの発生を完全に抑えることは難しいと
いえる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、現像電界
として交番電界を用いた場合に、現像領域内で発生する
局所的な電界強度の増加による画像の白抜け現象の発生
を抑え、同時にハイライト部における粒状度の低下を抑
えることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題は、現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着させて磁気
ブラシを形成する現像主磁極を有する現像装置と当該現
像装置に対向する像担持体とを備えた現像ユニットにお
いて、現像装置と像担持体が対向する範囲で、現像剤が
密な状態で詰まり常に磁気ブラシが像担持体に接触して
いるＡ領域の幅≧１ｍｍ、Ａ領域の回転上流側に存在し
穂当たりがまばらで現像剤が疎な状態で像担持体に接触
するＢ領域の幅＜３ｍｍ、且つＡ／（Ａ＋Ｂ）≧０．６
なる関係とすることによって解決する。

【００１０】また現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着
させて磁気ブラシを形成する現像主磁極を有する現像装
置と当該現像装置に対向する像担持体とを備えた現像ユ
ニットにおいて、現像装置と像担持体が対向する範囲
で、現像剤が密な状態で詰まり常に磁気ブラシが像担持
体に接触している領域の回転上流側で磁気ブラシが形成
される領域にして空隙率が０．６以上０．４以下となる
領域の幅を１ｍｍ以下とすることによって、粒状度の低
下を抑えることができる。

【００１１】現像主磁極での法線方向磁束密度の減衰率
が４０％以上であるのが好ましい。交番電界として矩形
波を用い、交番電界の矩形波１周期当たりの、トナーを
現像剤担持体から像担持体に移動させる電界を発生させ
る電圧Ｖ１と、トナーを像担持体から現像剤担持体側へ
移動させる電界を発生させる電圧Ｖ２とが、現像ポテン
シャルの範囲内でキャリアの抵抗値変化が２オーダー以
内であれば、一層好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を、図に示す例に基
づいて説明する。図１は本発明に係る画像形成装置であ
る。潜像担持体である感光体ドラム１の周囲には、帯電
ローラ等で感光体ドラムの表面を帯電する帯電装置２、
レーザー光線等で感光体ドラム１の一様帯電処理面に潜
像を形成する露光装置３、感光体ドラム１上において潜
像に対し帯電したトナーを付着させることでトナー像を
形成させる現像装置４、転写ベルトまたは転写ローラ、
チャージャー等で感光体ドラム１上に形成されたトナー
像を記録紙６に転写する転写装置５、転写後に感光体ド
ラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置
７、感光体ドラム１上の残留電位を除去する除電装置
８、が順に配列されている。このような構成において、
帯電装置２の帯電ローラによって表面を一様に帯電され
た感光体１は、露光３によって静電潜像を形成され、現
像装置４によってトナー像を形成される。当該トナー像
は転写装置５によって感光体ドラム１表面から、不図示
の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写される。その
後に記録紙上のトナー像は定着装置によって記録紙に定
着される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残った
トナーはクリーニング装置７によって回収される。残留
トナーを除去された感光体ドラム１は除電装置８で初期
化され、次回の画像形成プロセスに供される。

【００１３】現像装置４の構成を図２に基づき説明す
る。現像剤担持体としての現像ローラ４１は、感光体ド
ラム１に近接するようにして配置されており、両者の対
向部分に現像領域が形成されるようになっている。上記
現像ローラ４１には、アルミニウム、真鍮、ステンレ
ス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒状に形成してなる
現像スリーブ４３が図示を省略した回転駆動機構によっ
て矢印方向、すなわち時計回り方向に回転されるように
して備えられている。

【００１４】現像スリーブ４３内には当該現像スリーブ
４３の表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成
する磁石ローラ４４が固定状態で備えられている。この
とき現像剤を構成するキャリアは、上記磁石ローラ４４
から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ４
３上にチェーン状に穂立ちされ、このチェーン状に穂立
ちされたキャリアに対して帯電トナーが付着されて磁気
ブラシが形成されるようになっている。形成された磁気
ブラシは、現像スリーブ４３の回転移送に伴って現像ス
リーブ４３と同方向、すなわち時計回り方向に移送され
ることとなる。現像剤の搬送方向、すなわち時計回り方
向における前記現像領域の上流側部分には、現像剤チェ
ーン穂の穂高さ、すなわち現像剤の量を規制するドクタ
ブレード４５が設置されている。更に上記現像ローラ４
１の後方領域には、現像ケーシング４６内の現像剤を撹
拌させながら現像ローラ４１側に汲み上げるスクリュー
４７が設置されている。

【００１５】次に本発明における交番電界を説明する。
現像電界として交番電界を用いるために直流バイアスに
交流バイアスを重畳したものを現像バイアスとして用い
る。この現像バイアスは、現像ローラ上のトナーを感光
体上の潜像へ飛翔させる方向に電界を形成する電圧：Ｖ
１の印加時間：Ｔ１とトナーを感光体側から現像ローラ
方向に引き戻す方向に作用する電界を形成する電圧：Ｖ
２の印加時間：Ｔ２を1周期ごとに交互に繰り返すもの
である。この現像バイアスを一定時間現像ローラに印加
することによって、トナーが感光上に現像される。ＡＣ
バイアス１周期当たりでトナーを感光体に現像する方向
に作用する電界の発生時間をDutyと呼び、それを次式に
示す。 Duty＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）×１００（％）・・・・・（１）

【００１６】またＡＣバイアス重畳時のＤＣバイアス成
分：Ｖoffは、時間平均の現像バイアスが一定になるよ
うに、次式のように設定した。Ｖoff＝Ｖb＋（１/２−(Duty／１００)）×Ｖpp （Ｖ）・・・・・（２）ここでＶbはＡＣ成分を重畳しない場合のＤＣ成分、Ｖp
pはＡＣバイアスのPeak to Peak電圧である。なお、実
験条件は現像ギャップＧｐ：０．４〜０．８ｍｍ現像剤汲み上げ量ρ：０．０６５ｍｇ／ｃｍ^２感光体線速Ｖs：２００ｍｍ／ｓｅｃ対感光体スリーブ線速比：２．０Ｖpp：１．０〜２．０ｋＶである。

【００１７】放電による画像部の白抜け現象の発生メカ
ニズムを解明するため詳細に実験を行った。先ずＡＣバ
イアス印加時のキャリア種、およびキャリアの抵抗値に
ついて説明する。図３に示すように使用するキャリア種
によって、キャリア抵抗値の印加電圧依存性が異なる。
図中の■（黒四角）で示すキャリアは印加電圧が低いと
き他と比較して著しく高い抵抗値を示し、印加電圧１０
００Ｖでブレイクダウンし火花放電が発生する。このキ
ャリアの芯材はマグネタイトである。その他のキャリア
の芯材はフェライトであり、▲（黒三角）と◆（黒ダイ
ヤ）ではコート層の厚さが異なる。コート層としては、
ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、
シリコン系樹脂など様々考えられるが、本実験では、ア
クリル系樹脂をコーティングしたキャリアを用いた。図
に示す通り、フェライト芯材系のキャリアは印加電圧の
依存性が小さく比較的安定した抵抗値を有する。コート
層厚は薄い方が印加電圧の依存度がより小さくなる（◆
で示したキャリア）。キャリアの抵抗値は印加電圧が大
きくなればなるほど、コート層を塗布する前のキャリア
芯材の抵抗値に近くなる。

【００１８】次に図３に係る実験に用いた３種類のキャ
リアで白ポチの発生状況を確認した。結果は表１に示
す。

【００１９】

【表１】

【００２０】表に示したように、マグネタイト系芯材を
用いたキャリアでは、Ａ３紙中のベタ画像部に発生する
白ポチ数は５００個以上となった。一方、フェライト系
芯材キャリアで行った実験では０個〜１０個とマグネタ
イト芯材系キャリアと比較して白ポチ発生数が著しく少
ないという結果になった。高電圧を印加するＡＣバイア
ス現像では、感光体上露光部（ベタ部）と現像スリーブ
との間で発生する現像ポテンシャルが、キャリアがブレ
イクダウンして電流がリークするポテンシャルよりも小
さい範囲で使用しなくてはならない。これが交番電界で
現像することの必須条件といえる。そのような意味でフ
ェライト芯材を有するキャリアを用いるのが望ましい。
また白ポチの発生数はキャリア抵抗値の印加電圧依存度
が大きいものほど多くなる傾向があるため、ＡＣ電圧の
トナーを感光体上の潜像へ飛翔させる方向に電界を形成
する電圧：Ｖ１とトナーを感光体側から現像剤担持体方
向に引き戻す方向に作用する電界を形成する電圧：Ｖ２
のそれぞれの点でのキャリアの抵抗値変化が２オーダー
以内に収まることが望ましい。なお、評価はＡ３の黒ベ
タ画像を２０枚出力した時の総発生数をカウントした。
実験条件はＧｐ：０．４ｍｍ、Ｖpp：２ＫＶ、Freq：５
ｋＨｚ、Duty：２０％であった。キャリアの抵抗値は、
１０^９Ωｃｍ以上では交番電界の効果が得にくいので、
１０^６〜１０ ^８Ωｃｍの範囲に収めることで、ハーフト
ーンの均一性を高めることができる。

【００２１】次に現像ギャップによる白ポチ発生数の差
異を図４に示す。キャリアは芯材がフェライトのものを
用いた。図に示すように現像ギャップの狭化に伴って発
生数が増加する。また、Ｖpp電圧の増加に伴い、発生数
も増加する。

【００２２】次に環境変動による白ポチ発生数の差異を
図５に示す。同様に芯材がフェライトのキャリアを用い
た。図に示すように、ＬＬ（低温低湿環境：１０℃、Ｒ
Ｈ１０％）の環境ではＭＭ（２３℃、ＲＨ６５％）と比
較して、白ポチの発生数が減少する。またＨＨ（高温高
湿環境：３０℃、９０％）では白ポチ発生数が大幅に増
加する。ＨＨ条件では、湿度が高いため、キャリアが低
抵抗化したかのような振る舞いをする。そのためリーク
しやすくなり白ポチ発生数が増加するということが考え
られる。同時に放電現象は主にパッシェンの法則に従っ
て発生するため、高湿になり放電開始電圧が低下したこ
とが理由であるとも考えられる。ＬＬ環境では逆に白ポ
チ発生数が減少するが、これも上記と逆の理由で現像剤
の抵抗値の変化とパッシェン則に従う放電開始電圧の変
化であろう。

【００２３】次に、経時による白ポチ発生数の差異を図
６に示す。約１０Ｋ程度のランニングで白ポチ発生数が
大幅に増加する。このランニングに伴って現像剤の流動
性の変化を測定した。流動性はＪＩＳ規格に従い、一定
量の現像剤を円錐状の筒にセットし、その最下部にある
オリフィスを現像剤が通過し、落ちきるまでの時間を計
測して流動性に代用した。それによると、現像剤が落ち
きるまでの時間が長いほど流動性が悪化する。その結果
を図７に示す。ランニングにより、現像剤の流動性が低
下している。なおこのデータは１４Ｋのランニング時の
結果である。本ランニングでは１ｋにおいて、リサイク
ルトナーが現像工程に戻されているため、現像剤の流動
性の低下が顕著であると考えられる。

【００２４】また流動性の低下にしたがって、磁気ブラ
シの穂立ちの不均一が目立つようになってきた。磁気ブ
ラシの不均一は局所的に電界強度の高い部分をブラシ先
端で生成し、その部分から放電が発生し白ポチ発生に繋
がると考えることができる。ここで言う電界強度の高い
部分とは図８に示すように、磁気ブラシの穂の短い部分
である。

【００２５】次に現像領域での汲み上げ量を変化させ
て、白ポチの発生数の変化を確認する実験を行った。そ
の結果を図９に示す。この実験を行った目的は、現像ユ
ニットの構成、および使用状況によって、経時的に汲み
上げ量が変化する場合があるからである。汲み上げ量と
は、スリーブ上の単位面積当たりの現像剤の担持量であ
る。過去のデータによると、スタート時から１００Ｋで
汲み上げ量の低下率が約２０％発生する現像ユニットが
あった。汲み上げ量の低下は現像剤の流動性の低下でも
発生するが、現像スリーブの表面にトナーがフィルミン
グすることでのスリーブ表面の摩擦係数の低下や、スリ
ーブ表面材料の削れなどによる理由も考えられる。汲み
上げ量の減少に伴って白ポチ発生数が著しく増加する。
この時の感光体側からみた現像ニップの状態を模式的に
図１０に示す。この図において、Ａ領域は、現像剤が密
に詰まっており常に磁気ブラシが感光体に接触している
範囲であり、Ｂ、Ｃ領域は、現像剤が疎な状態で感光体
に接触しており、感光体への接触の仕方がランダムな範
囲である。

【００２６】表２に汲み上げ量の差異によるＡ領域の
幅、およびＡ＋Ｂ＋Ｃ領域幅の変化を示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】なお、このデータはニップ上流側の磁気ブ
ラシの挙動を制御できない従来タイプのマグネットのデ
ータである。汲み上げ量の変化に最も敏感なのは、Ａ領
域の幅であり、Ａ＋Ｂ＋Ｃ領域の変化量は比較的少な
い。Ａ領域では、現像剤は非常に密な状態で詰まってお
り、火花放電による感光体上の静電潜像の破壊は起こり
得ない（キャリアが絶縁破壊するような現像バイアスを
用いた場合や現像ギャップを過度に近接に設定した場合
は発生する可能性がある）。したがって現像前の静電潜
像を放電で乱すのはＢ領域となる。Ｂ領域は汲み上げ量
低下に伴うＡ領域の減少により拡大される。そのため、
白ポチの発生数が増加するのである。なお、この実験で
使用したキャリアの芯材はフェライトであり、電界強度
的にキャリアのブレイクダウン電圧よりも低い電圧を用
いているため、Ａ領域での放電は発生ない。磁気ブラシ
が疎な状態で形成されている領域は他にＣ領域がある
が、ここで問題としている白ポチは、現像される以前に
静電潜像が破壊されて発生するものであるため、この領
域の影響は考えられない。またこの領域では既にＡ領域
によってトナーが現像されていて、潜像の表面電位が上
昇するため、実質的に現像ポテンシャルが減少し火花放
電は発生しづらい。

【００２９】一方、白ポチを減少させるために、単純に
汲み上げ量を増加させることは他の弊害を引き起こす。
例えば、汲み上げ量の増加に伴い現像ローラの回転トル
クが増加し駆動ムラを引き起す。更に汲み上げ量が増加
した場合には現像領域での現像剤圧のためにブロッキン
グ現象が発生し、現像ローラがロックする。また画像品
質の観点からは、現像剤過多によりキャリア付着や飛散
を余儀なくされる。更には、画像品質の観点において
は、後端白抜け現象を避けることができなくなり、白ポ
チと画像品質の両立が不可能となる。

【００３０】ここまで検証した結果、初期状態で白ポチ
が発生しない条件に設定した現像装置においても経時的
に白ポチが発生してくる理由は、磁気ブラシの挙動を制
御できない状態で現像しているからであることが確認で
きた。経時での白ポチの発生を抑えるためには、現像ニ
ップへの磁気ブラシの進入の仕方を制御することが必要
である。これにより経時的にも安定して白ポチの発生が
なく、粒状度が高い画像を提供することができる。

【００３１】そこで上記した現像ニップ幅：領域Ａ、及
びその周辺領域で不均一に磁気ブラシが感光体に接触す
る領域幅：領域Ｂ、Ｃの比を変化させて実験を行い、白
ポチ発生数の差異を確認した。またその時の経時的な白
ポチ発生数の変化を表３にまとめた。

【００３２】

【表３】

【００３３】Ａ、Ｂ、Ｃ領域幅の測定は、例えばトナー
を用いて現像した状態の感光体（例えばベタ黒画像）を
それぞれの磁気ブラシへ狙いのギャップをもって当接さ
せ、１０秒間、現像スリーブを所定の回転数で回転させ
ることによって得られる。スリーブを回転させることに
より、磁気ブラシが密に接触した部分：Ａでは感光体上
のトナーが全て取り去られる。また、まばらに接触する
部分Ｂ、Ｃでは磁気ブラシの接触跡（掃きめムラ）を再
現しトナーがランダムに取り去られる。なお、この実験
でのＡ、Ｂ、Ｃの値はそれぞれ１０回の幅測定の平均幅
（ｍｍ）である。

【００３４】実験結果より、経時における白ポチ発生に
対して余裕があるのはＡ≧１（ｍｍ）、且つＡ／（Ａ＋
Ｂ）≧０．６、且つＢ＜３（ｍｍ）の設定時であること
が明らかとなった。

【００３５】ここで、本発明のような状態で現像ニップ
領域へ磁気ブラシを突入させるためには、現像スリーブ
に内包されるマグネットの配置を大きく変更しなくては
ならない。従来タイプのマグネット配置（現像主極の半
値幅で３５°程度以上）では、磁気ブラシの穂が長く形
成される傾向がある。そのため、たとえ現像ギャップを
広くして現像ニップ：Ａ領域を減少させたところで、Ｂ
領域の開始点はほとんど変化せず、Ａ領域の長さの減少
に伴いＢ領域幅が増加するのみである。そのため白ポチ
を抑えるための根本的な解決とはならない。本発明で
は、現像主極に隣接して、磁気ブラシの立ち上がり時の
形状及び長さを制御するための磁極を配置した構成によ
り、上記のようにＡ、Ｂ、Ｃ領域を制御することが可能
となった。磁気ブラシの挙動を制御できるようになった
ため、経時においても、流動性の変化による磁気ブラシ
の乱れの影響を受けることがなくなったため、安定した
画像を出力することが可能となった。

【００３６】上記Ａ領域の上流側に関して、別の考察を
する。すなわち、穂が充分形成されていない場合、ニッ
プの空隙率は大きく、穂が立っていくにしたがって空隙
率は低下する。なお空隙率は次式で表される。充填率＝（剤の汲み上げ量×トナー濃度／トナー比重＋剤の汲み上げ量×剤中のキャリア濃度／キャリアの比重）／現像ギャップ・・・・・（３）

【００３７】現像ニップ中で、空隙率が０．６以上で磁
気ブラシが形成される領域をニップ形成領域とする（こ
れは上記Ｂ領域と重複する）。空隙率が０．６以上で
は、剤が移動しやすいため、感光体に接するキャリアの
個数が変動してしまう。このニップ形成領域の測定方法
として、上記Ａ、Ｂ領域幅の測定方法とは異なる方法を
採った。これを説明する。先ず、ニップ形成領域中の汲
み上げ量をスリーブの回転方向に対して計測し、上記
（３）式より空隙率を求め、ニップ変動領域幅を計測す
る。次に感光体を静止した状態と想定して、透明ガラス
により感光体と同一形状のものを作り、現像ニップ領域
を観察する。これをＣＣＤなどで計測することで、変動
領域を計ることができる。図１１に測定装置の構成例を
示す。このような測定装置において、汲み上げ量及びギ
ャップを変化させた現像ユニットを設置し、現像ギャッ
プを調整し、変動領域を計測した。一般的に、このよう
な装置で観察をすると、ニップ形成領域は、空隙がある
ため、黒い筋が観察される。図１２に観察される現像ニ
ップの状態の概念を示す。

【００３８】現像ユニットは図２に示した現像装置であ
る。また、図１の画像形成装置により画像を形成した。
このようにして作成した画像に対し、官能評価を行っ
た。その結果を表４に示す。

【００３９】

【表４】

【００４０】ここで、ランク１が最もざらつきが目立つ
画像であり、またランク５が最も目立たない画像であ
る。用いた現像剤は、トナー平均粒径が１０μｍ、キャ
リア粒径は７５μｍである。

【００４１】上記計測結果から、ざらつきのランク３を
基準にすると、ニップ形成領域が１ｍｍ以下ではざらつ
きが少ないことが分かる。ニップ形成領域を１ｍｍ以下
とすることで、画像濃度の変動幅が少なくなり、濃度変
動が視覚的に目立たなくなる。

【００４２】なお、キャリア粒径を小さくすることで空
隙率を低下させることができるため、ニップ形成領域を
低減する効果がある。またキャリア１個当たりが保有す
るトナー量も少なくなり、トナーが受けるカウンターチ
ャージによる残留電荷の影響が減少し、現像力が向上す
る。しかしキャリア粒径が３５μｍ以下では、キャリア
の持つ保持力が低下し、キャリア付着を起こすようにな
る。キャリア粒径が３５μｍ以上１００μｍ以下とする
ことでざらつきが低減する。またトナー粒径が大きい場
合、特に平均粒径が１５μｍ以上になると感光体から離
れやすくなるため、掃きとり効果が大きくなる。そのた
め、掃きとりによるざらつき画像が発生しやすくなる。
また平均粒径が５μｍ以下であると、現像時のファンデ
ルワールス力が増加するため、感光体・トナーの付着力
が増加し、非画像部に対してもトナーが付着するように
なる。平均粒径を５μｍ以上１５μｍ以下とすること
で、ざらつきのない高画質な画像を得ることができる。

【００４３】以上のような局所的な電界強度の増加によ
る画像の白抜け現象の発生を抑え、同時にざらつき度の
低下を抑えることをもたらす磁石ローラ４４について詳
述する。当該磁石ローラは、複数の磁極を備えている。
具体的には、現像領域部分に現像剤を穂立ちさせる現像
主磁極（Ｐ１ｂ）と、現像主極磁力と極性の異なる補助
磁極（Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ）、現像スリーブ４３上に現像剤
を汲み上げるための磁極Ｐ４、現像スリーブ４３上に汲
み上げられた現像剤を現像領域まで搬送させる磁極Ｐ５
及びＰ６、現像後の領域で現像剤を搬送させる磁極Ｐ２
及びＰ３を備えている。これらの各磁極Ｐ１ｂ，Ｐ１
ａ，Ｐ１ｃ，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ２及びＰ３は、現像
スリーブ４３の半径方向に向けて配置されている。この
磁石ローラ４１は、８極の磁石によって構成されている
が、汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上させるために
Ｐ３極からドクタ４５間に磁極を更に増やし１０極や１
２極で構成される磁石ローラとしても良い。

【００４４】本実施の形態では図１３に示すように、上
記現像主極Ｐ１群は、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃともに横
断面の小さい磁石により構成されている。横断面が小さ
くなると一般に磁力は弱くなるが、現像ローラ表面の磁
力が小さくなりすぎるとキャリアを保持する力が充分で
はなくなるために感光体へのキャリア付着を生じること
がある。そこでこれらの磁石は磁力の強い希土類金属合
金磁石により作製した。希土類金属合金磁石のうち代表
的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネルギー積
で３５８ｋＪ／ｍ^３であり、鉄ネオジウムボロン合金ボ
ンド磁石では最大エネルギー積で８０ｋＪ／ｍ^３前後で
ある。これにより、従来通常用いられていた、最大エネ
ルギー積が３６ｋＪ／ｍ^３前後、２０ｋＪ／ｍ^３前後で
あるフェライト磁石、フェライトボンド磁石等と比べ強
い磁力を確保することが可能となったため、横断面の小
さい磁石を用いても現像ローラ表面の磁力を確保するこ
とが可能となった。磁力を確保するためには、この他に
サマリュウムコバルト金属合金磁石などを用いることも
できる。

【００４５】上記のような構成により、主磁極（Ｐ１
ｂ）の半値幅が小さくなり、その結果ニップが短くなっ
た。半値幅とは現像主磁極の法線方向の磁力分布曲線の
最高法線磁力（頂点）の半分の値を指す部分の角度幅の
ことであり、例えばＮ極によって作成されている磁石の
最高法線磁力が１２０ｍＴであれば６０ｍＴの値を指す
部分の角度幅のことである。このように本実施の形態に
おいては、ニップが短くなるため、磁気ブラシ先端部で
トナードリフトが起こりにくくなり、結果として「後端
白抜け」を低減させることが可能となる。

【００４６】また補助磁極（Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ）の存在に
より主磁極（Ｐ１ｂ）の磁力線の回り込みが強くなり、
その結果ニップ部における法線方向の磁力密度の減衰率
が高くなるためにニップ内で磁気ブラシが密に形成され
る。ここで現像磁極の法線方向磁束密度の減衰率とは、
現像ローラ表面の法線方向磁束密度ｘに対して現像ロー
ラ表面から１ｍｍ離れた部分での法線方向磁束密度ｙが
どの程度減衰したかを表す数値（ｘ−ｙ）÷ｘ×１００
％であり、例えば現像ローラ表面の法線方向磁束密度が
１００ｍＴ、現像ローラ表面から１ｍｍ離れた部分での
法線方向磁束密度が８０ｍＴのとき減衰率は２０％とな
る。このため磁気ブラシはニップ部において長手方向に
ばらつかず充分均一になり、長手方向にわたる全領域で
後端白抜けが低減される。

【００４７】具体的には、感光体ドラム１のドラム径を
６０ｍｍ、現像スリーブ４３のスリーブ径を２０ｍｍと
し、また図１４に示すように主磁極（Ｐ１ｂ）の両側に
ある補助磁極（Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ）を３０°以下の角度、
具体的には２５゜としたところ、主磁極（Ｐ１ｂ）の半
値幅が２２゜以下、具体的には１６°となった。更に補
助磁極（Ｐ１ａ、Ｐ１ｃ）と補助磁極の外側にある磁極
（Ｐ２，Ｐ６）との変極点（０ｍＴ：磁力がＮ極からＳ
極、Ｓ極からＮ極に変わる点）間角度を１２０°以下で
形成し、この状態で感光体ドラムを２４０ｍｍ／秒、現
像スリーブを６００ｍｍ／秒で現像した場合にはニップ
が２ｍｍ以下となった。またＡＤＳ社製ガウスメータ
（ＨＧＭ−8300）並びにＡＤＳ社製Ａ１型アキシャルプ
ローブを用いて測定した主磁極（Ｐ１ｂ）の現像スリー
ブ表面での磁束密度は１１７ｍＴであるのに対し、現像
スリーブ表面から１ｍｍ離れた位置での磁束密度は５
４．４ｍＴであり、減衰率は５３．５％であった。

【００４８】なお、本実施の形態では補助磁極を用いた
例を説明したが、補助磁極を用いず主磁極（Ｐ１ｂ）の
みを用いた場合でも、搬送磁極等（Ｐ２〜Ｐ６）への磁
力線の回り込みが強まる結果、ニップ部において法線方
向における磁束密度の減衰率が４０%以上になれば磁気
ブラシは密に形成され、後端白抜けを充分に低減するこ
とができることが分かっている。

【００４９】

【発明の効果】現像装置と像担持体が対向する範囲で、
現像剤が密な状態で詰まり常に磁気ブラシが像担持体に
接触しているＡ領域の幅≧１ｍｍ、Ａ領域の回転上流側
に存在し穂当たりがまばらで現像剤が疎な状態で像担持
体に接触するＢ領域の幅＜３ｍｍ、且つＡ／（Ａ＋Ｂ）
≧０．６なる関係があれば、印加される現像電界として
交番電界を用いても、磁気ブラシがニップ先端の潜像担
持体に不揃いに接する領域を減らすことができ、経時で
も放電確率が減り、白ポチの発生がなく、高画質の画像
を安定して得ることができる。

【００５０】また現像装置と像担持体が対向する範囲
で、現像剤が密な状態で詰まり常に磁気ブラシが像担持
体に接触している領域の回転上流側で磁気ブラシが形成
される領域にして空隙率が０．６以上０．４以下となる
領域は剤が移動しやすく像担持体に接するキャリアの個
数が変動してしまうが、その幅を１ｍｍ以下とすること
によって、潜像の顕像化への供給現像剤量変動要因が低
減され、画像濃度が安定し、ざらつきが低減する。

【００５１】現像主磁極での法線方向磁束密度の減衰率
が４０％以上であれば、磁気ブラシ長さを短くでき、放
電点の数を減らすことができ、またキャリアの拘束力が
少なくなり、像担持体を押す圧力が低減して、磁気ブラ
シによる顕像画像に対する掃きとり（スキャベンジ力の
発生）が抑制され、ざらつきが減少し、後端白抜け現象
が抑えられ、横細線再現性が確保される。交番電界の矩
形波１周期当たりの、トナーを現像剤担持体から潜像担
持体に移動させる電界を発生させる電圧Ｖ１と、トナー
を潜像担持体から現像剤担持体側へ移動させる電界を発
生させる電圧Ｖ２とが、現像ポテンシャルの範囲内でキ
ャリアの抵抗値変化が２オーダー以内であれば、放電確
率が減少し、白ポチ発生が減少し、画像安定性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置としての複写機の概
略構成図である。

【図２】図１の複写機に装着される現像装置の概略構成
図である。

【図３】印加電圧に対する抵抗値の関係をキャリア種毎
に示し、印加電圧依存性の違いを説明するグラフであ
る。

【図４】現像ギャップ条件による白ポチ発生数の差異を
説明するグラフである。

【図５】環境変動による白ポチ発生数の差異を説明する
グラフである。

【図６】白ポチ発生数の経時変動を説明するグラフであ
る。

【図７】使用状況での現像剤流動性の違いを説明するグ
ラフである。

【図８】磁気ブラシの穂立ち状態による白ポチ発生を説
明するグラフである。

【図９】汲み上げ量の変化に対する白ポチ発生数の変動
を説明するグラフである。

【図１０】現像ニップの状態を感光体側から見た場合の
模式図である。

【図１１】ニップ形成領域計測装置の概念構成図であ
る。

【図１２】ニップ計測装置で現像ニップを観察した時の
様子を示す図である。

【図１３】発明の形態に係る現像ユニットでの現像ロー
ラの磁力分布とその大きさ程度を示す図である。

【図１４】主磁石と主磁極磁力形成補助磁石の角度位置
関係を表す図である。

【符号の説明】

１感光体ドラム４現像装置４１現像ローラ４３現像スリーブ４４磁石ローラ４５ドクタブレード４７スクリュー

フロントページの続き (72)発明者三好康雄東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H031 AC08 AC19 AC20 AC30 AD01 AD16 BA05 BA09 CA09 CA11 CA13 2H073 AA01 BA04 BA07 BA13 BA21 BA45 CA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着さ
せて磁気ブラシを形成する現像主磁極を有する現像装置
と当該現像装置に対向する像担持体とを備えた現像ユニ
ットにおいて、現像装置と像担持体が対向する範囲で、現像剤が密な状
態で詰まり常に磁気ブラシが像担持体に接触しているＡ
領域の幅≧１ｍｍ、Ａ領域の回転上流側に存在し穂当た
りがまばらで現像剤が疎な状態で像担持体に接触するＢ
領域の幅＜３ｍｍ、且つＡ／（Ａ＋Ｂ）≧０．６なる関
係があり、印加される現像電界として交番電界を用いる
ことを特徴とする現像ユニット。
【請求項２】現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着さ
せて磁気ブラシを形成する現像主磁極を有する現像装置
と当該現像装置に対向する像担持体とを備えた現像ユニ
ットにおいて、現像装置と像担持体が対向する範囲で、現像剤が密な状
態で詰まり常に磁気ブラシが像担持体に接触している領
域の回転上流側で磁気ブラシが形成される領域にして空
隙率が０．６以上０．４以下となる領域の幅を１ｍｍ以
下とし、印加される現像電界として交番電界を用いるこ
とを特徴とする現像ユニット。
【請求項３】現像主磁極での法線方向磁束密度の減衰
率が４０％以上であることを特徴とする請求項１又は２
に記載の現像ユニット。
【請求項４】交番電界として矩形波を用い、交番電界
の矩形波１周期当たりの、トナーを現像剤担持体から像
担持体に移動させる電界を発生させる電圧Ｖ１と、トナ
ーを像担持体から現像剤担持体側へ移動させる電界を発
生させる電圧Ｖ２とが、現像ポテンシャルの範囲内でキ
ャリアの抵抗値変化が２オーダー以内であることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の現像ユニッ
ト。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項に記載の現
像ユニットを備えた画像形成装置。