JP2007256395A - ２成分現像装置および２成分現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像ローラに、所定の層厚および帯電量の現像剤層を形成させ、その現像剤層に応じた適正な現像バイアスを印加することによって、高画質な画像形成のための現像が可能な２成分現像装置および２成分現像方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 現像ローラと層厚規制部材とバイアス印加手段とを有する２成分現像装置であって、層厚規制部材は、先端部を現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、非磁性ブレードを現像ローラ方向に突き出させて支持固定する磁性ブレードとを有し、現像ローラと非磁性ブレードの先端部との距離をＡ［ｍｍ］とし、交流電圧の振幅をＶｐｐ［Ｖ］とするとき、距離Ａおよび振幅Ｖｐｐの間で以下の式の関係を満たすように構成される。
３．９３Ａ−１．４≦Ｖｐｐ≦２．８６Ａ＋０．９
【選択図】 図４

Description

トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて現像する２成分現像装置および２成分現像方法に関する。

複写機、プリンタおよび静電情報記録装置などの電子写真方式を利用した画像形成装置は、良好な画質品位の画像を容易に形成することができることから、広く利用されている。電子写真方式を利用した画像形成装置は、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程および定着工程などによって画像が形成される。帯電工程では、光導電性物質を含む感光体表面を一様に帯電する。露光工程では、帯電した感光体に原稿像を投射することにより、感光体表面に静電潜像を形成する。現像工程では、感光体表面に形成された静電潜像に現像剤を付着させることにより、現像剤に含まれるトナーからなるトナー像を形成する。転写工程では、感光体表面に形成されたトナー像に紙およびシートなどの記録媒体を接触させ、トナー像と接触している記録媒体の面とは反対側からコロナ放電などを行い、トナーとは逆の極性の電荷を記録媒体に与えることにより、トナー像を記録媒体に転写する。定着工程では、加熱および加圧などの手段により記録媒体に転写された可視像を定着する。クリーニング工程では、記録媒体に転写されずに感光体の表面に残ったトナーを回収する。以上の工程を繰り返すことによって、電子写真方式を利用した画像形成装置は、記録媒体上に所望の画像を形成する。

このような電子写真方式を利用した画像形成装置は、感光体上にトナー像を形成するために、たとえば、２成分現像装置が用いられる。２成分現像装置は、感光体表面に静電潜像を形成し、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を現像ローラによって、現像ローラと感光体とが対向する現像領域に搬送し、現像領域において現像ローラから感光体表面の静電潜像に現像剤中のトナーを供給して現像が行われる。

現像領域における現像ローラから感光体へのトナーの移行は、次のように行われる。現像ローラ上に形成される現像剤の磁気ブラシを、感光体表面に接触させ、磁気ブラシ中のトナーを現像ローラから感光体へ移行させる。したがって、２成分現像装置は、良好な画質品位の画像を形成させるためには、現像剤層を均一な厚みにして、現像ローラ上に形成される磁気ブラシの高さおよび密度などを均一にする必要がある。

また、このような磁気ブラシを形成して行われる現像方式では、現像ローラとして、円筒状の非磁性スリーブ内に複数の磁石を固定配置した現像ローラ、いわゆるマグネットローラが使用される。このような現像ローラ上に現像剤の磁気ブラシを形成し、磁気ブラシの状態で感光体に接触させて現像を行う場合、感光体上に供給されたトナーが、現像ローラとともに移動する磁気ブラシによって掻き取られることがあり、感光体上に形成されるトナー像が乱れることがあった。このような場合、たとえば、現像剤のキャリアとして、磁力の低い低磁力キャリアを用い、感光体に接触する磁気ブラシを柔らかくすることによって、磁気ブラシの接触によるトナー像の乱れを抑制している。

均一な厚さの現像剤層を形成させる典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１の現像装置は、先端厚さ部分を現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、非磁性ブレードを先端から現像ローラ方向に突出させて支持固定する磁性固定部材とを有する層厚規制部材を用い、磁性固定部材の非磁性ブレードを突出させた先端と非磁性ブレードの現像ローラ方向の最先端との距離が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。

特開２００４−９３６７２号公報

特許文献１によると、この現像装置は、上記のような構成にすることによって、現像ローラ上に均一な厚さの現像剤層を形成させることができ、高さおよび密度などが均一な磁気ブラシを現像ローラ上に形成することができる。

しかしながら、現像ローラ上に形成される磁気ブラシの高さおよび密度などによって、適正な現像バイアスが異なるので、現像ローラと感光体との間に所定の現像バイアスを印加すると、高画質な画像を形成させることができない場合がある。現像バイアスが、適正な現像バイアスより低いと、現像領域における現像ローラから感光体へのトナーの移行が充分ではなく、静電潜像からトナー像に充分に現像することができない。また、現像バイアスが、適正な現像バイアスより高いと、現像領域で微小放電が発生し、静電潜像を乱すことによる画像欠陥、いわゆるリークノイズが発生してしまう。

本発明の目的は、現像ローラに、所定の層厚および帯電量の現像剤層を形成させ、その現像剤層に応じた適正な現像バイアスを印加することによって、高画質な画像形成のための現像が可能な２成分現像装置および２成分現像方法を提供することである。

本発明は、静電潜像が形成される感光体を臨んで回転自在に設けられ、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像ローラと、
前記現像ローラに対向するように設けられ、前記現像ローラが搬送する２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、
前記感光体と前記現像ローラとの間に、直流現像バイアスに交流電圧を重畳させて印加するバイアス印加手段とを有し、
前記層厚規制部材は、先端部を前記現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、前記非磁性ブレードを前記現像ローラ方向に突き出させて支持固定する磁性ブレードとを有し、
前記現像ローラと前記非磁性ブレードの先端部との距離をＡ［ｍｍ］とし、
前記交流電圧の振幅をＶｐｐ［ｋＶ］とするとき、
距離Ａおよび振幅Ｖｐｐの間で以下の式の関係を満たすことを特徴とする２成分現像装置である。
３．９３Ａ−１．４≦Ｖｐｐ≦２．８６Ａ＋０．９

また本発明は、前記現像ローラ上に形成される前記２成分現像剤の磁気ブラシの穂の密度が２０％以上６０％以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記現像ローラ上に形成される前記２成分現像剤の磁気ブラシの穂の高さが０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記現像ローラと前記磁性ブレードの先端部との距離をＢ［ｍｍ］とするとき、
距離Ａおよび距離Ｂの間で以下の式の関係を満たすことを特徴とする。
０＜Ｂ−Ａ＜０．６

また本発明は、現像ローラの周面において、先端部を前記現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、前記非磁性ブレードを先端から前記現像ローラ方向に突き出させて支持固定する磁性ブレードとを有する層厚規制部材によって層厚が規制された２成分現像剤を、前記現像ローラによって感光体表面に供給し、バイアス印加手段によって前記感光体と前記現像ローラとの間に、直流現像バイアスに交流電圧を重畳させて印加することによって静電潜像からトナー像に現像する２成分現像方法であって、
前記現像ローラと前記非磁性ブレードの先端部との距離をＡ［ｍｍ］とし、
前記交流電圧の振幅をＶｐｐ［ｋＶ］とするとき、
距離Ａおよび振幅Ｖｐｐの間で以下の式の関係を満たすことを特徴とする２成分現像方法である。
３．９３Ａ−１．４≦Ｖｐｐ≦２．８６Ａ＋０．９

本発明によれば、静電潜像が形成される感光体を臨んで回転自在に設けられ、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像ローラと、現像ローラに対向するように設けられ、現像ローラが搬送する２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、感光体と現像ローラとの間に、直流現像バイアスに交流電圧を重畳させて印加するバイアス印加手段とを有する２成分現像装置である。

層厚規制部材は、先端部を現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、非磁性ブレードを現像ローラ方向に突き出させて支持固定する磁性ブレードとを有し、現像ローラと非磁性ブレードの先端部との距離と、交流電圧の振幅との間に特定の好ましい関係が規定される。

このことによって、現像ローラに、所定の層厚および帯電量の現像剤層を形成させ、現像ローラ上に、高さおよび密度などが適正な磁気ブラシが形成される。現像領域で、現像ローラ上に形成される磁気ブラシに応じた適正な現像バイアスを印加することができる。そうすることによって、現像バイアスが、適正な現像バイアスより低くて、現像領域における現像ローラから感光体へのトナーの移行が充分ではなく、静電潜像からトナー像に充分に現像することができないということがない。また、現像バイアスが、適正な現像バイアスより高くて、現像領域で微小放電が発生して静電潜像を乱すことによる画像欠陥、いわゆるリークノイズが発生することこともない。したがって、この２成分現像装置は、高画質な画像形成のための現像が可能である。さらに、現像ローラ上に形成される磁気ブラシは、低密度で柔らかい磁気ブラシになり、かつ弾力性がある磁気ブラシになる。したがって、磁気ブラシによる感光体表面のトナーの掻取りが防止されるので、高画質な画像形成のための現像を確保することが可能になる。

また本発明によれば、現像ローラ上に形成される２成分現像剤の磁気ブラシの穂の密度が２０％以上６０％以下である。このような磁気ブラシは、柔らかい磁気ブラシであり、かつ弾力性がある磁気ブラシである。したがって、磁気ブラシによる感光体表面のトナーの掻取りが防止されるので、より高画質な画像形成のための現像を確保することが可能になる。さらに、磁気ブラシによる感光体表面のトナーの掻取りを防止することができるので、感光体と現像ローラとの周速比を大きくすることができ、高効率な現像が可能となる。

また本発明によれば、現像ローラ上に形成される２成分現像剤の磁気ブラシの穂の高さが０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。そうすることによって、現像ローラと非磁性ブレードの先端部との距離と、交流電圧の振幅との間に特定の好ましい関係が規定すると、より高画質な画像形成のための現像が可能である。

また本発明によれば、現像ローラと非磁性ブレードの先端部との距離と、現像ローラと磁性ブレードの先端部との距離との間に特定の好ましい関係が規定されるので、高画質な画像形成のための現像を確保することが可能になる。

また本発明によれば、現像ローラの周面において、層厚規制部材によって層厚が規制された２成分現像剤を、現像ローラによって感光体表面に供給し、バイアス印加手段によって感光体と現像ローラとの間に、直流現像バイアスに交流電圧を重畳させて印加することによって静電潜像からトナー像に現像する２成分現像方法である。層厚規制部材は、先端部を現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、非磁性ブレードを先端から現像ローラ方向に突き出させて支持固定する磁性ブレードとを有する。現像ローラと非磁性ブレードの先端部との距離と、交流電圧の振幅との間に特定の好ましい関係が規定される。

このことによって、現像ローラに、所定の層厚および帯電量の現像剤層を形成させ、現像ローラ上に形成される磁気ブラシの高さおよび密度などが適正なものとなる。現像領域で、現像ローラ上に形成される磁気ブラシに応じた適正な現像バイアスを印加することができる。そうすることによって、現像バイアスが、適正な現像バイアスより低くて、現像領域における現像ローラから感光体へのトナーの移行が充分ではなく、静電潜像からトナー像に充分に現像することができないということがない。また、現像バイアスが、適正な現像バイアスより高くて、現像領域で微小放電が発生して静電潜像を乱すことによる画像欠陥、いわゆるリークノイズが発生することこともない。したがって、この２成分現像方法によれば、高画質な画像形成のための現像が可能である。さらに、現像ローラ上に形成される磁気ブラシは、低密度で柔らかい磁気ブラシになり、かつ弾力性がある磁気ブラシになる。したがって、磁気ブラシによる感光体表面のトナーの掻取りが防止されるので、高画質な画像形成のための現像を確保することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態であるに２成分現像装置１の構成を簡略化して示す図である。２成分現像装置１は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤２を収容する現像剤収容室３と、現像剤収容室３に回転自在に設けられて現像剤収容室３に収容される２成分現像剤２を担持して搬送する現像ローラ４と、現像剤収容室３に収容される２成分現像剤２を撹拌し、現像ローラ４に供給する第１および第２撹拌搬送ローラ５，６と、現像ローラ４が搬送する２成分現像剤２の量を規制し、２成分現像剤２層の層厚を規制する層厚規制部材７と、現像ローラ４に現像バイアスを印加するバイアス印加手段８と、現像剤収容室３に収容される２成分現像剤２中のトナー濃度を検出するトナーセンサ９と、現像剤収容室３へトナーを補給するトナー補給手段１０とを含む。

この現像装置１は、現像ローラ４の外周に形成される２成分現像剤２の磁気ブラシを、画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される感光体１２に接触させることによって形成される現像領域を通じて、静電潜像に２成分現像剤２に含まれるトナーを供給して、静電荷像からトナー像に現像することに用いられる。

画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される感光体１２は、たとえば円筒状の導電性支持体の外周に有機光導電体などを含む感光層が形成された電子写真感光体である。本実施形態では、外径８０ｍｍの感光体が用いられる。

本実施の形態で用いられる２成分現像剤２は、非磁性トナーと磁性キャリアとを含んで構成される。非磁性トナーとしては、樹脂中に着色顔料または染料などの着色剤を分散した粉砕または重合法により生成され、大きさが体積平均粒径で４μｍ以上１０μｍ以下のものが挙げられる。磁性キャリアとしては、鉄粉末、フェライト粉末、ニッケル粉末またはそれらの表面を有機重合体で被覆したものであって、大きさが体積平均粒径で３０μｍ以上１００μｍ以下のものが挙げられる。トナーおよびキャリアの大きさが、それぞれ上記の下限未満になると、流動性が悪くなり撹拌性が低下する。またトナーおよびキャリアの大きさが、それぞれ上記の上限を超えると、高精細な画像が得られなくなる。

現像剤収容室３は、たとえば硬質の樹脂などからなり、一方向に細長く延びる容器状部材であり、感光体１２の回転軸線方向に対して平行に細長く延びて配置される。現像剤収容室３には、感光体１２を臨む位置に感光体１２の回転軸線方向に延びて開口部１３が形成される。現像ローラ４は、現像剤収容室３に形成される開口部１３を介して感光体１２を臨み、その回転軸線が感光体１２の回転軸線に平行になるようにして、現像剤収容室３に回転自在に設けられる。

現像ローラ４は、非磁性素材からなるスリーブ１７と、スリーブ１７に内包される磁界を発生させる磁石部材１８とを含んで構成される、いわゆるマグネットローラである。

現像ローラ４のスリーブ１７は、非磁性素材であれば良く、特に限定されるものではないけれども、アルミニウム、アルミニウム合金、またはＪＩＳ−Ｇ４３０５に規定されるステンレス鋼であるＳＵＳ３０４などが好適に用いられる。本実施形態では、スリーブ１７として外径２５ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の管が用いられる。２成分現像剤２の担持および搬送を良好に行うため、スリーブ１７の表面には適度な凹凸が形成されることが好ましく、本実施形態では表面粗さ：Ｒｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：十点平均粗さ）が、たとえば５μｍ以上１０μｍ以下になるようにブラスト処理している。

現像ローラ４の磁石部材１８は、４つのＮ磁極と、３つのＳ磁極とが、周方向に略交互に配置されるように形成される。現像ローラ４には、現像磁極であるＮ１磁極が形成される位置の現像ローラ４の外周面上に、現像ローラ４から感光体１２に対してトナーを供給するトナー供給領域、感光体１２表面の静電潜像からトナー像に現像する領域が形成される。磁石部材１８は、現像ローラ４の回転方向１６下流側から上流側に向かって、Ｎ１磁極、Ｓ１磁極、Ｎ２磁極、Ｓ２磁極、Ｎ３磁極、Ｎ４磁極、Ｓ３磁極が順に形成されている。現像ローラ４は、磁石部材１８の磁力によってトナーを担持したキャリアを保持し搬送することができる。現像ローラ４には、層厚規制部材７が所定間隙を有して対向配置されるので、現像ローラ４の矢符１６方向の回転に伴って、２成分現像剤２の薄層が形成される。現像ローラ４に形成された２成分現像剤２の薄層が、スリーブ１７の回転に伴って感光体１２表面の静電潜像を現像する領域まで搬送されると、２成分現像剤２中のトナーが感光体１２上の静電潜像へ移行してトナー像を形成する。本実施の形態では、感光体１２の回転方向６１と、現像ローラ４のスリーブ１７の回転方向１６とが、順方向である場合について例示する。

層厚規制部材７は、本実施形態では、非磁性ブレード１９と、非磁性ブレード１９を現像ローラ４方向に突き出させて支持固定する磁性ブレード２０とを有する。非磁性ブレード１９は、たとえばＳＵＳ３０４などのステンレス鋼からなる板状の部材である。磁性ブレード２０は、磁性体を含んで成る薄板状部材である。磁性ブレード２０を構成する磁性体としては、たとえば、ニッケルプレートであってもよく、また磁性を有するステンレス鋼（ＪＩＳ−Ｇ４３０５に規定されるＳＵＳ４３０など）であってもよく、また磁性部材を混入させた硬質樹脂などであってもよい。磁性ブレード２０は、その磁束密度が０．３Ｔ以上１．５Ｔ以下（０．３Ｖ・ｓ・ｍ^−２以上１．５Ｖ・ｓ・ｍ^−２以下）のものが挙げられる。

層厚規制部材７は、平面形状が略長方形であり、その長手方向が現像ローラ４の軸線と平行方向に延びて設けられ、長手方向の長さは、現像ローラ４の軸線方向の長さと同等または若干長めに定められる。また、層厚規制部材７の磁性ブレード２０は、長手方向の一方の辺側が現像剤収容容器３にねじ止め、接着などによって固定される。他方の辺側から非磁性ブレード１９を現像ローラ４方向に、先端部が現像ローラ４に近接するように突き出させて支持固定する。

層厚規制部材７は、上記のように非磁性ブレード１９と磁性ブレード２０とからなるので、磁性ブレード２０によって、２成分現像剤２の磁気ブラシの穂が立ち、非磁性ブレード１９によって、その磁気ブラシの穂が均一な高さになるように、２成分現像剤２が掻き取って、磁気ブラシを穂切りする。したがって、磁性ブレード２０によって、磁気ブラシの穂が形成された状態で、２成分現像剤２が掻き取られるので、現像ローラ４に、所定の層厚および帯電量の現像剤層を形成させ、現像ローラ上に、高さおよび密度などが適正な磁気ブラシが形成される。

第１および第２撹拌搬送ローラ５，６は、現像ローラ４に近い方から第２撹拌搬送ローラ６、第１撹拌搬送ローラ５の順に配置され、いずれも回転軸線が現像ローラ４の回転軸線と平行になるようにして現像剤収容室３に回転自在に設けられる。本実施形態の第１および第２撹拌搬送ローラ５，６は、いずれも回転軸部材の外周にたとえばスクリュー部材が装着されるように構成され、第１撹拌搬送ローラ５は、図１の紙面において手前側から奥側に向って２成分現像剤２を撹拌搬送して第２撹拌搬送ローラ６へと２成分現像剤２を供給し、第２撹拌搬送ローラ６は図１の紙面の奥側から手前側に向って２成分現像剤２を撹拌搬送して現像ローラ４へと２成分現像剤２を供給する。

第１撹拌ローラ５と第２撹拌ローラ６との間には、第１および第２撹拌ローラ６が延びる方向に対して平行に延びるようにして仕切板２３が設けられる。この仕切板２３が設けられることによって、現像剤収容室３内の２成分現像剤２は、第１撹拌搬送ローラ５による撹拌搬送から第２撹拌搬送ローラ６による搬送というルートを確実に辿らざるを得なくなるので、充分に撹拌されてトナーとキャリアとが均一化された状態で現像ローラ４へと供給される。

第１撹拌搬送ローラ５の上方に位置する現像剤収容室３の部分には、現像剤収容室３の壁部材を貫通してトナー補給口２４が形成される。このトナー補給口２４に接続されるようにしてトナー補給手段１０が設けられる。トナー補給手段１０は、２成分現像剤２に含まれるトナー２５を収容するトナー容器２６と、トナー容器２６に回転自在であって、かつトナー補給口２４に対して摺動するように設けられるトナー補給ローラ２７とを含んで構成される。トナー補給ローラ２７は、少なくともその表面付近が多孔質素材によって構成され、孔部分に保持するトナーを、トナー補給口２４との摺動時における擦過によって離脱させ、トナー補給口２４から現像剤収容室３へと補給する。

トナーセンサ９は、たとえば透磁率センサなどから成り、トナーが非磁性でキャリアが磁性を有することを利用して、２成分現像剤２中のトナー濃度を検知する。トナーセンサ９のトナー濃度検知結果は、不図示の制御部へ与えられ、制御部は、トナー濃度検知結果に応じて、トナー補給手段１０のトナー補給ローラ２７を回転駆動させ、トナー２５を現像剤収容室３へと補給する。現像剤収容室３へ補給されたトナー２５は、第１撹拌搬送ローラ５の上に落下し、第１撹拌搬送ローラ５で撹拌搬送される過程において２成分現像剤２と混合撹拌され、前述のルートを経て現像ローラ４へと供給される。本実施形態では、トナー濃度が６．５重量％となるように、トナーを補給する。ここでトナー濃度とは、２成分現像剤２中のトナーの割合である。

現像ローラ４へと供給された２成分現像剤２の中からトナーを感光体１２へ移行させるために、本実施形態ではバイアス印加手段８が設けられ、バイアス印加手段８は、現像ローラ４に対して、直流バイアスを印加する直流電圧印加手段１４と、交流電圧を印加する交流電圧印加手段１５とを含み、直流電圧に交流電圧を重畳して印加することができる。現像ローラ４に対して交流電圧を重畳印加することによって、現像ローラ４上に形成される磁気ブラシ内におけるトナーの運動が活発化し、トナーの感光体１２への移行が円滑に行われるので、現像効率を高めることができる。

図２は、現像ローラ４付近を拡大して示す図である。２成分現像装置１は、現像ローラ４と非磁性ブレード１９の先端部との距離をＡ［ｍｍ］とし、交流電圧の振幅をＶｐｐ［ｋＶ］とするとき、距離Ａおよび振幅Ｖｐｐの間で以下の式（１）の関係を満たすように構成される。
３．９３Ａ−１．４≦Ｖｐｐ≦２．８６Ａ＋０．９ …（１）

また、２成分現像装置１は、距離Ａおよび振幅Ｖｐｐの間で以下の式（２）の関係を満たすように構成されると、より好ましい。
１．６０Ａ＋０．９≦Ｖｐｐ≦２．８６Ａ＋０．９ …（２）

２成分現像装置１は、層厚規制部材７によって、現像ローラ４に、所定の層厚および帯電量の現像剤層を形成させ、現像ローラ４上に、高さおよび密度などが適正な磁気ブラシが形成される。そして、距離Ａと振幅Ｖｐｐとの間を上記式（１）の関係にすることによって、現像領域で、現像ローラ４上に形成される磁気ブラシに応じた適正な現像バイアスを印加することができる。そうすることによって、現像バイアスが、適正な現像バイアスより低くて、現像領域における現像ローラ４から感光体１２へのトナーの移行が充分ではなく、静電潜像からトナー像に充分に現像することができないということがない。また、現像バイアスが、適正な現像バイアスより高くて、現像領域で微小放電が発生して静電潜像を乱すことによる画像欠陥、いわゆるリークノイズが発生することもない。したがって、この２成分現像装置１は、高画質な画像形成のための現像が可能である。さらに、距離Ａと振幅Ｖｐｐとの間を上記式（２）の関係にすることによって、リークノイズが発生することもなく、トナーの移行不足による欠陥の全く発生しない。したがって、より高画質な画像形成のための現像が可能である。

さらに、現像ローラ４上に形成される磁気ブラシは、低密度で柔らかい磁気ブラシになり、かつ弾力性がある磁気ブラシになる。したがって、磁気ブラシによる感光体１２表面のトナーの掻取りが防止されるので、高画質な画像形成のための現像を確保することが可能になる。

現像ローラ４上に形成される２成分現像剤の磁気ブラシの穂の密度が２０％以上６０％以下であることが好ましい。このような密度の磁気は、柔らかい磁気ブラシであり、かつ弾力性がある磁気ブラシである。したがって、磁気ブラシによる感光体１２表面のトナーの掻取りが防止されるので、より高画質な画像形成のための現像を確保することが可能になる。さらに、磁気ブラシによる感光体１２表面のトナーの掻取りを防止することができるので、感光体１２と現像ローラ４との周速比を大きくすることができ、高効率な現像が可能となる。

現像ローラ４上に形成される２成分現像剤の磁気ブラシの穂の高さが０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。そうすることによって、現像ローラ４と非磁性ブレード１９の先端部との距離と、交流電圧の振幅との間に上記式（１）の関係を満たすと、より高画質な画像形成のための現像が可能である。

本実施形態では、距離Ａが０．３μｍ以上０．８μｍ以下に設定することが好ましい。そうすることによって、層厚規制部材７によって、現像ローラに、所定の層厚および帯電量の現像剤層を形成させ、現像ローラ上に、高さおよび密度などがより適正な磁気ブラシが形成される。０．３μｍより短いと、現像ローラ４によって搬送される２成分現像剤２に対する層厚規制部材７からの負荷が増加するので、２成分現像剤２が劣化してしまう。また、０．８μｍより長いと、均一な層厚および帯電量の現像剤層を形成することが困難となる。

現像ローラ４と磁性ブレード１９の先端部との距離をＢ［ｍｍ］とするとき、距離Ａおよび距離Ｂの間で以下の式（３）の関係を満たすように構成される。
０＜Ｂ−Ａ＜０．６ …（３）

２成分現像装置１は、上記式（３）を満たすことによって、現像ローラ４上に、高さおよび密度などがより適正な磁気ブラシが形成されるので、より高画質な画像形成のための現像が可能である。

また、感光体１２と現像ローラ４との距離をＣ［ｍｍ］とするとき、距離Ａおよび距離Ｃの間で以下の式（４）の関係を満たすように構成される。
０＜｜Ｃ−Ａ｜＜１．０ …（４）

２成分現像装置１は、上記式（４）を満たすことによって、感光体１２と現像ローラ４との距離に応じた適正な高さの磁気ブラシを層厚規制部材７によって形成させることできるので、より高画質な画像形成のための現像が可能である。

図３は、２成分現像装置１を備える画像形成装置５０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。図３に示す画像形成装置５０は、現像装置１を備え、たとえばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラなどの外部機器から伝達される画像情報、または画像読取装置によって読取られて伝達される画像情報などに応じて、記録紙などの記録媒体上に単色の画像として記録出力するものである。

画像形成装置５０は、大略、画像形成部５１と、記録媒体である記録紙を供給する記録紙供給部５２と、画像定着部５３と、制御部５４とを含んで構成される。

画像形成部５１は、感光体１２と、感光体１２の外周に沿い感光体１２の回転方向６１の上流側から下流側に向って順次配置される帯電手段５６、露光手段５７、現像装置１、転写手段５８、クリーニングユニット５９および除電手段６０とを含む。

感光体１２は、円筒状または円柱状の導電性基体と、導電性基体の表面に形成される光導電層とを含むローラ部材であり、画像情報に応じた光で露光されることによって、その表面に静電潜像が形成される。感光体１２は、画像形成装置５０の装置本体に回転自在に設けられ、不図示の駆動手段によって矢符６１方向に回転される。

帯電手段５６は、帯電ローラ、帯電チャージャなどの接触式または非接触式の帯電器によって構成され、感光体１２の表面を一様な電位に帯電させる。露光手段５７である露光ユニットは、たとえば、半導体レーザなどのレーザユニットによって構成され、後述する制御部５４から伝達される画像情報に応じ、帯電手段５６によって帯電された状態にある感光体１２の表面に光を照射し、静電潜像を形成する。

２成分現像装置１は、感光体１２の表面に成形されて担持される静電潜像に対して、適正な量の現像剤を供給し、かつ低密度で長く形成される柔らかい磁気ブラシを通じてトナーを供給して静電潜像からトナー像を現像する。

転写手段５８は、たとえば、感光体１２の外周面に圧接しかつ回転自在に設けられる転写ローラ６２と、転写ローラ６２に転写バイアス電圧を印加する図示しない電源とを含んで構成される。転写手段５８は、転写ローラ６２側から転写バイアス電圧を印加して記録紙を帯電させるとともに、転写ローラ６２で記録紙を加圧することによって、感光体１２の表面に形成されたトナー像を記録紙に転写する。

クリーニングユニット５９は、たとえば、弾性材料からなり、感光体１２の外周面に当接するように設けられる板状部材であるクリーニングブレードを含んで構成され、トナー像を記録紙に転写した後、感光体１２の表面に残留するトナー、紙粉などを除去する。除電手段６０は除電ランプなどによって構成され、クリーニング後の感光体１２の表面電荷を除去する。

画像定着部５３は、定着（加熱）ローラ６３と、加圧ローラ６４と、定着ローラ６３の温度を検知する不図示の温度センサと、温度センサの検知出力に応じて定着ローラ６３を所望の温度になるようにする不図示の制御電源とを含む。画像定着部５３では、画像形成部５１の転写手段５８によってトナー像が転写された記録紙が、定着ローラ６３と加圧ローラ６４との圧接部（定着ニップ部）に送給されて加熱加圧を受け、トナー像が記録紙に定着され、画像が形成される。画像定着部５３によってトナー像が定着された記録紙は、搬送ローラ６５および排紙ローラ６６の搬送動作によって装置本体の上部に設けられる排紙部６７へ排出される。

記録紙供給部５２は、記録紙トレイ６８と、ピックアップローラ６９と、レジストローラ７０とを含んで構成される。記録紙トレイ６８は、普通紙、カラーコピー用紙、オーバヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）フィルムなどの記録媒体を収容することができるトレイである。ピックアップローラ６９は、記録紙トレイ６８内の記録紙を１枚ずつ分離してレジストローラ７０へ送給する。レジストローラ７０は、露光ユニット５７の露光によって感光体１２の表面に形成される静電潜像の画像形成領域（特に、最下流側の形成開始位置）に同期して、記録紙を転写手段５８の転写ニップ部に送給する。搬送ローラ６５は、記録紙トレイ６８から供出される記録紙が搬送される経路の随所に設けられ、回転動作によって記録紙を所望の位置へ搬送する。

制御部５４は、画像形成装置５０の内部空間における露光ユニット５７の上方に設けられ、中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどによって実現される処理回路であり、後述するメモリから読出したプログラムに従って現像装置１を備える画像形成装置５０の画像形成に係る全体動作を制御する。制御部５４には記憶部であるメモリが付設され、メモリには、この分野で常用される、たとえばリードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などを用いることができる。制御部５４は、前述の処理回路とともに電源を含み、電源は制御部５４だけでなく、画像形成部５１、記録紙供給部５２および画像定着部５３における各装置にも電力を供給する。

画像形成装置５０における画像形成動作について簡単に説明する。まず制御部５４のメモリには、外部機器から伝達され階調処理などの画像処理が施された画像情報が格納される。画像形成部５１では、感光体１２の表面が帯電手段５６によってほぼ一様な電位に帯電され、これにメモリから読出した画像情報に応じた光が露光ユニット５７によって照射され、静電潜像が形成される。

感光体１２の表面に形成される静電潜像に対して、現像領域３１で現像剤の磁気ブラシからトナーが供給され、トナー像が形成される。感光体１２の表面に形成されたトナー像は、転写手段５８によって記録紙に転写され、さらに画像定着部５３によって定着されて、排紙部６７に排紙される。一方、トナー像が転写された後の感光体１２の表面は、クリーニングユニット５９で残留トナーなどが除去され、除電手段６０によって電荷除去を受け、次の画像形成に供される。この一連の操作が繰返し実行されることによって画像が形成される。画像形成装置５０は、２成分現像装置１が備えられるので、高画質の画像を形成することができる。

２成分現像装置１を備える画像形成装置に該当するプリンタ（ＡＲ−４５０Ｍ改造型：シャープ株式会社製）を用いて、以下の条件でＡ４サイズの記録紙に画像形成を行った。

画像形成の試験に用いた２成分現像剤２は、トナー濃度が６．５重量％であるものを現像剤収容室３に４５０ｇ収容して使用した。トナーは、体積平均粒径６．２μｍのポリエステル系トナーを用い、キャリアは、体積平均粒径４０μｍの樹脂コートフェライト系キャリアを用いた。画像形成装置は、感光体１２と現像ローラ４との距離Ｃが０．６ｍｍ、プロセス速度３５０ｍｍ／ｓ、感光体１２と現像ローラ４との周速比が１．８となるように設定し、交流電圧は、周波数２．００ｋＨｚのパルス波に設定した。

現像ローラ４と非磁性ブレード１９の先端部との距離Ａと、交流電圧の振幅Ｖｐｐとをそれぞれ変化させて、画像形成させた。

図４は、再現性評価用細線（１ドットラインを１０ドットピッチで配置、以下ラインと記す）、および、再現性評価用ドット（１ドット構成、１０ドットピッチで市松に配置、以下ドットと記す）により求めた距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を表すグラフを示す図である。グラフの縦軸は、振幅Ｖｐｐ［ｋＶ］を示し、横軸は距離Ａ［ｍｍ］を示す。点（□）３１は、リークノイズが発生する直前の距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を表す。この振幅Ｖｐｐより高い振幅の交流電圧を印加すると、リークノイズが発生する。点（◇）３２は、欠陥のない細線（ライン）を形成することができる距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を表す。点（△）３３は、欠陥はあるものの細線（ライン）を形成することができる距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を表す。点（＊）３４は、欠陥はあるもののドットを形成することができる距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を表す。点（○）３５は、トナー付着量０．５ｍｇ／ｃｍ^２を実現できる距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を表す。点（□）３１で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を、最小二乗法によって直線近似すると、２．８６Ａ＋０．９となり、直線３６で表される。点（○）３５で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を、最小二乗法によって直線近似すると、３．９３Ａ−１．４となり、直線３８で表される。

図４に示すように、２成分現像装置１は、点（□）３１で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係と、点（○）３５で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係との間の距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を満たすように構成することによって、リークノイズおよびトナーの移行不足による欠陥のない高画質な画像形成のための現像が可能である。したがって、上記式（１）の関係を満足すると、高画質な画像形成のための現像が可能である。

２成分現像装置１は、点（□）３１で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係と、点（○）３５で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を満たすように構成することによって、画像形成のための現像が可能であり、再現性評価パターンでは欠陥が生じても、画像形成の細線の最小単位を２ドット構成、ドットの最小単位を２×２ドット構成とする事により欠陥が防止でき良好な画像が得られる。

また、点（◇）３２で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を、最小二乗法によって直線近似すると、１．６０Ａ＋０．９となり、直線３７で表される。

図４に示すように、２成分現像装置１は、点（□）３１で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係と、点（◇）３２で表す距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係との間の距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を満たすように構成することによって、リークノイズが発生することもなく、トナーの移行不足による欠陥の全く発生しない。したがって、上記式（２）の関係を満足すると、より高画質な画像形成のための現像が可能である。

図５は、磁気ブラシの穂の高さと現像剤搬送量との関係を表すグラフを示す図である。グラフの縦軸は、現像剤搬送量［ｍｇ/ｃｍ^２］を示し、横軸は、磁気ブラシの穂の高さ［ｍｍ］を示す。

図５に示すように、磁気ブラシの穂の高さを０．４ｍｍ以上とすることにより、紙面上の画像濃度１．４を確保することができる現像剤搬送量の下限値である１０ｍｇ/ｃｍ^２を確保することができる。また、磁気ブラシの穂の高さを、１．０ｍｍを超えると現像剤搬送量が４５ｍｇ/ｃｍ^２を超え、感光体上のトナー付着量が大きくなりすぎる。

図６は、磁性ブレードと非磁性ブレードとの段差（Ｂ−Ａ）とトナー付着量との関係を表すグラフを示す図である。グラフの縦軸は、トナー付着量［ｍｇ/ｃｍ^２］を示し、横軸は、Ｂ−Ａ［ｍｍ］を示す。

図６に示すように、０＜Ｂ−Ａ＜０．６とすることにより、紙面上の画像濃度１．４を確保することができる感光体上のトナー付着量の下限値である０．５ｍｇ/ｃｍ^２を確保することができる。

本発明の実施形態であるに２成分現像装置１の構成を簡略化して示す図である。 現像ローラ４付近を拡大して示す図である。 ２成分現像装置１を備える画像形成装置５０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。 距離Ａと振幅Ｖｐｐとの関係を表すグラフを示す図である。 磁気ブラシの穂の高さと現像剤搬送量との関係を表すグラフを示す図である。 磁性ブレードと非磁性ブレードとの段差（Ｂ−Ａ）とトナー付着量との関係を表すグラフを示す図である。

符号の説明

１ ２成分現像装置
２ ２成分現像剤
３ 現像剤収容室
４ 現像ローラ
５ 第１撹拌搬送ローラ
６ 第２撹拌搬送ローラ
７ 層厚規制部材
８ バイアス印加手段
９ トナーセンサ
１０ トナー補給手段
１２ 感光体
１４ 直流電圧印加手段
１５ 交流電圧印加手段
１７ スリーブ
１８ 磁石部材
１９ 非磁性ブレード
２０ 磁性ブレード

Claims (5)

1. 静電潜像が形成される感光体を臨んで回転自在に設けられ、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像ローラと、
   前記現像ローラに対向するように設けられ、前記現像ローラが搬送する２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と、
   前記感光体と前記現像ローラとの間に、直流現像バイアスに交流電圧を重畳させて印加するバイアス印加手段とを有し、
   前記層厚規制部材は、先端部を前記現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、前記非磁性ブレードを前記現像ローラ方向に突き出させて支持固定する磁性ブレードとを有し、
   前記現像ローラと前記非磁性ブレードの先端部との距離をＡ［ｍｍ］とし、
   前記交流電圧の振幅をＶｐｐ［ｋＶ］とするとき、
   距離Ａおよび振幅Ｖｐｐの間で以下の式の関係を満たすことを特徴とする２成分現像装置。
   ３．９３Ａ−１．４≦Ｖｐｐ≦２．８６Ａ＋０．９
2. 前記現像ローラ上に形成される前記２成分現像剤の磁気ブラシの穂の密度が２０％以上６０％以下であることを特徴とする請求項１記載の２成分現像装置。
3. 前記現像ローラ上に形成される前記２成分現像剤の磁気ブラシの穂の高さが０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の２成分現像装置。
4. 前記現像ローラと前記磁性ブレードの先端部との距離をＢ［ｍｍ］とするとき、
   距離Ａおよび距離Ｂの間で以下の式の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の２成分現像装置。
   ０＜Ｂ−Ａ＜０．６
5. 現像ローラの周面において、先端部を前記現像ローラに近接させた非磁性ブレードと、前記非磁性ブレードを先端から前記現像ローラ方向に突き出させて支持固定する磁性ブレードとを有する層厚規制部材によって層厚が規制された２成分現像剤を、前記現像ローラによって感光体表面に供給し、バイアス印加手段によって前記感光体と前記現像ローラとの間に、直流現像バイアスに交流電圧を重畳させて印加することによって静電潜像からトナー像に現像する２成分現像方法であって、
   前記現像ローラと前記非磁性ブレードの先端部との距離をＡ［ｍｍ］とし、
   前記交流電圧の振幅をＶｐｐ［ｋＶ］とするとき、
   距離Ａおよび振幅Ｖｐｐの間で以下の式の関係を満たすことを特徴とする２成分現像方法。
   ３．９３Ａ−１．４≦Ｖｐｐ≦２．８６Ａ＋０．９

Images