JP2008102208A - 現像ロール及びこれを用いた現像装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小径の現像ロールで、使用済み二成分現像剤の剥離性を良好に保ち、かつ、現像剤の層厚規制ギャップを広く確保して現像剤へのストレスを抑制する。
【解決手段】現像ロールの構成要素である磁石部材が、現像剤による現像領域に対応して設けられる現像磁極と、この現像磁極に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像前磁極と、現像磁極に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像後磁極とからなる３つの磁極を有し、現像磁極及び現像前磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たす。この現像ロールを用いた現像装置、画像形成装置をも対象とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、現像ロール及びこれを用いた現像装置並びに画像形成装置に関する。

特許文献１には、例えば磁性の層厚規制部材を用い、この層厚規制部材の先端には現像スリーブの回転方向下流側に向かって現像スリーブの周面に近づく面を設け、適切な量の現像剤を安定供給し、現像剤に対するストレスを低減するようした現像装置が開示されている。
また、特許文献２には、層厚規制部材として層厚規制ロールを用い、この層厚規制ロールと現像ロールとの中心を結ぶ直線と現像ロールの層厚規制用磁極の磁束密度ピーク位置と略一致させ、かつ、層厚規制ロールの外径Ｄと層厚規制用磁極幅Ｗとの間でＤ≦Ｗを満たし、現像剤の層厚規制を良好に行うようにした現像装置が開示されている。
更に、特許文献３には、一成分現像装置において３磁極構成の現像ロールを使用した態様が開示されている。

特開平１１−１６１００７号公報（発明の実施の形態，図２） 特開２００３−００５５２９号公報(発明の実施の形態，図３) 特許３４１０３２９号公報(発明の実施の形態，図１)

本発明は、小径の現像ロールで、使用済み二成分現像剤の剥離性を良好に保ち、かつ、現像剤の層厚規制ギャップを広く確保して現像剤へのストレスを抑制することを技術的課題とする。

請求項１に係る発明は、非磁性材料にて形成されると共にトナー及び磁性キャリアが含まれる現像剤を保持搬送する現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定的に設けられ且つ複数の磁極が配列される磁石部材とを備えた現像ロールであって、前記磁石部材が、現像剤による現像領域に対応して設けられる現像磁極と、この現像磁極に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像前磁極と、現像磁極に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像後磁極とからなる３つの磁極を有し、現像磁極及び現像前磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たすことを特徴とする現像ロールである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る現像ロールにおいて、磁石部材が現像前磁極及び現像後磁極間に形成される反発磁界の法線方向磁束密度を５ｍＴ以下に抑えることを特徴とする現像ロールである。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る現像ロールにおいて、θ_１＞θ_２の関係を満たすことを特徴とする現像ロールである。
請求項４に係る発明は、請求項１に係る現像ロールにおいて、θ_１＞θ_３を満たすことを特徴とする現像ロールである。
請求項５に係る発明は、請求項１に係る現像ロールにおいて、θ_２＞θ_３を満たすことを特徴とする現像ロールである。
請求項６に係る発明は、請求項１に係る現像ロールにおいて、θ_１＞θ_２＞θ_３を満たすことを特徴とする現像ロールである。

請求項７に係る発明は、請求項１に係る現像ロールにおいて、磁石部材が、法線方向磁束密度ピーク値が現像前磁極、現像後磁極に比べて大きい現像磁極を有することを特徴とする現像ロールである。
請求項８に係る発明は、請求項１に係る現像ロールにおいて、磁石部材が、磁極幅が現像前磁極、現像後磁極に比べて大きい現像磁極を有することを特徴とする現像ロールである。

請求項９に係る発明は、トナー及び磁性キャリアが含まれる現像剤が収容可能な現像容器と、この現像容器に設けられる現像ロールとを備えた現像装置であって、現像ロールが、非磁性材料にて形成されて前記現像剤を保持搬送する現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定的に設けられ且つ複数の磁極が配列される磁石部材とを備え、前記磁石部材が、現像剤による現像領域に対応して設けられる現像磁極と、この現像磁極に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像前磁極と、現像磁極に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像後磁極とからなる３つの磁極を有し、現像磁極及び現像前磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たすことを特徴とする現像装置である。

請求項１０に係る発明は、請求項９に係る現像装置において、現像ロールのうち現像前磁極に対応した部位に現像剤の層厚が規制される層厚規制部材を配設したことを特徴とする現像装置である。
請求項１１に係る発明は、請求項９に係る現像装置において、現像ロールのうち現像前磁極及び現像後磁極間に位置する法線方向磁束密度最小領域に対応した部位に現像剤が供給される現像剤供給部材を配設したことを特徴とする現像装置である。

請求項１２に係る発明は、像が保持可能な像保持体と、この像保持体に対向して設けられ且つ像保持体上に形成される静電潜像をトナー及び磁性キャリアが含まれる現像剤にて可視像化する現像装置とを備えた画像形成装置であって、前記現像装置が、前記現像剤が収容可能な現像容器と、この現像容器に設けられる現像ロールとを備え、前記現像ロールが、非磁性材料にて形成されて前記現像剤を保持搬送する現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定的に設けられ且つ複数の磁極が配列される磁石部材とを備え、前記磁石部材が、現像剤による現像領域に対応して設けられる現像磁極と、この現像磁極に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像前磁極と、現像磁極に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像後磁極とからなる３つの磁極を有し、現像磁極及び現像前磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置である。

請求項１に係る発明によれば、小径の現像ロールで、使用済み二成分現像剤の剥離性を良好に保ち、かつ、現像剤の層厚規制ギャップを広く確保して現像剤へのストレスを抑制することができる。
請求項２に係る発明によれば、同極性の反発磁極間に良好な反発磁界を形成することが可能になり、使用済み現像剤の剥離性能を良好に保つことができる。このため、反発磁界が大き過ぎることに伴って生ずる現像履歴を有効に防止することができる。
請求項３に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、同極性の反発磁極間に形成される反発磁界による仮想磁極である逆極性のゴースト磁極を抑制することができ、もって、現像履歴を有効に防止することができる。

請求項４に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、現像領域通過後の領域に磁界を集中させ、現像剤に対する磁気拘束力を有効にさせることができる。このため、現像剤の磁性キャリアの転移を有効に防止することができる。
請求項５に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、現像領域通過後の領域に磁界を集中させ、現像剤に対する磁気拘束力を有効に作用させることができると共に、現像前磁極の磁極幅を広げて高い磁束密度を確保し易くすることができる。
請求項６に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、現像前磁極の磁極幅を広くできると共に、同極性の反発磁極間に形成される反発時間による仮想磁極であるゴースト磁極を抑制でき、しかも、現像領域通過後の領域での現像剤に対する磁気拘束力を有効に作用させることができる。

請求項７に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、現像領域での現像剤に対する磁気拘束力を大きく設定することができ、その分、現像領域での磁性キャリアの転移付着を抑制することができる。
請求項８に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、現像領域での現像剤に対する磁気拘束力の及ぶ範囲を幅広く設定することができるので、現像領域での磁性キャリアの転移付着を抑制することができる。
請求項９に係る発明によれば、小径の現像ロールで、使用済み二成分現像剤の剥離性を良好に保ち、かつ、現像剤の層厚規制ギャップを広く確保して現像剤へのストレスを抑制することが可能な現像装置を提供することができる。

請求項１０に係る発明によれば、現像剤の層厚規制を有効に行うことができる。
請求項１１に係る発明によれば、現像剤の供給性を確保すると共に、現像剤の供給動作に伴って現像ロール上の未使用現像剤の剥離動作を補助することができる。
請求項１２に係る発明によれば、小径の現像ロールで、使用済み二成分現像剤の剥離性を良好に保ち、かつ、現像剤の層厚規制ギャップを広く確保して現像剤へのストレスを抑制することが可能な現像装置が組み込まれた画像形成装置を提供することができる。

先ず、本発明が適用される実施の形態モデルの概要について説明する。
◎実施の形態モデルの概要
図１(ａ)は本発明を具現化する実施の形態モデルに係る画像形成装置の概要を示す。
同図において、画像形成装置は感光体ドラム等の像保持体１１と、この像保持体１１に対向して設けられ且つ像保持体１１上に形成される静電潜像をトナー及び磁性キャリアが含まれる現像剤Ｇにて可視像化する現像装置１２とを備えている。
ここで、現像装置１２の代表的モデルの一つは、前記現像剤Ｇが収容可能な現像容器８と、この現像容器８に設けられる現像ロール１とを備え、前記現像ロール１が、非磁性材料にて形成されて前記現像剤Ｇを保持搬送する現像スリーブ２と、この現像スリーブ２内に固定的に設けられ且つ複数の磁極が配列される磁石部材３とを備えている。
特に、本実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、前記磁石部材３が、現像剤Ｇによる現像領域ｎに対応して設けられる現像磁極４と、この現像磁極４に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極４とは異極性の現像前磁極５と、現像磁極４に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極４とは異極性の現像後磁極６とからなる３つの磁極を有し、現像磁極４及び現像前磁極５の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極５及び現像後磁極６の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極４及び現像後磁極６の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たすものである。

更に、図１（ａ）に示す現像装置１２においては、符号１３は現像ロール１上の現像剤Ｇの層厚を規制する層厚規制部材であり、層厚を規制するものであれば板状部材、ロール部材など適宜選定して差し支えない。
この層厚規制部材１３の好ましいレイアウトとしては、現像前磁極５を層厚規制磁極として有効に働かせるという観点からすれば、現像ロール１のうち現像前磁極５に対応した部位に配設する態様が挙げられる。
更にまた、符号１４は現像容器８内の現像剤Ｇを現像ロール１に供給する現像剤供給部材であり、回転羽根部材やロール部材など適宜選定して差し支えない。
この現像剤供給部材１４の好ましいレイアウトとしては、現像ロール１のうち現像前磁極５及び現像後磁極６間に位置する法線方向磁束密度最小領域に対応した部位に配設する態様が挙げられる。
また、符号１５は現像容器８内に補給された新規トナー（又は現像剤）と既存の現像剤Ｇとを撹拌搬送する現像剤撹拌搬送部材であり、現像ロール１に供給する現像剤Ｇの帯電特性を略均一にしようとするものである。

このような技術的手段において、画像形成装置を小型化する上で現像ロール１を小径化することが必要になる。本実施の形態では、現像ロール１（具体的には現像スリーブ２）としては例えば外径が１２ｍｍ以下の小径のものを主対象とする。
一般的に、現像ロールの小径化は二成分現像剤に対する機械的ストレスの増大を招くことが多い。これは、通常、現像スリーブ上の二成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材と現像スリーブとのギャップ（層厚規制ギャップ）及び前記層厚規制部材に略対向して配置される層厚規制磁極の作用によって所望の現像剤層厚を得るのであるが、現像ロールの小径化に伴って磁石ロールなどの磁石部材を小径化する場合、前記層厚規制ギャップを狭くしないと、現像剤搬送量が多くなり過ぎ、所望の現像剤搬送量が得られないからである。その結果、層厚規制ギャップの狭化によって現像剤に与えられる機械的なストレスは増大する傾向にある。
つまり、現像ロールの小径化に伴う層厚規制ギャップの狭化要因の一つとしては、通常、現像剤の磁気ブラシが疎で穂立ちが立った状態で層厚規制すると層厚規制ギャップを広く設定できるのに対し、小径の現像ロールでは、小径の磁石部材の隣接磁極間の距離（スリーブ上の周面距離）が接近することで、現像剤の磁気ブラシが短く形成され直ぐに寝てしまい、それに付随して、磁気ブラシが高密度に形成され層厚規制部材付近の現像剤充填率が高くなってしまうことが挙げられる。

本実施の形態では、小径の磁石部材３を用いたとしても、現像磁極４、現像前磁極５及び現像後磁極６の３つの磁極構成であるため、隣接磁極間の距離を広く確保することが可能になり、その分、現像剤Ｇの磁気ブラシを疎で穂立ちが立った状態にすることが可能であり、その分、層厚規制ギャップを広く設定することができる。
そして、現像前磁極５、現像後磁極６はいずれも現像磁極と異極性であるから、現像前磁極５、現像磁極４、現像後磁極６の間では現像剤Ｇの搬送動作が行われ、現像前磁極５と現像後磁極６との間では反発磁界７が形成され、現像剤Ｇの剥離動作が行われる。

本実施の形態において、「θ_１＞９０°」を必要な要件とした理由は以下の通りである。
「θ_１＞９０°」ということは現像前磁極５が現像磁極４から開き角度θ_１が９０°を超えて離間していることを示す。このため、現像前磁極５の磁極幅を広げることができ、現像前磁極５による法線方向磁束密度分布を大きくできることから、現像剤の穂立ちをより立たせて、長い穂立ちを形成することが可能になる。
更に、「θ_１＋θ_２＞θ_３（但し、θ_１＞９０°）」という要件は現像前磁極５に対し現像磁極４、現像後磁極６が離れていることを意味し、現像前磁極５による磁場が前後の磁極４，６による磁場からの影響を受け難く、現像前磁極５による法線方向磁束密度分布を大きいまま確保することができる。
このため、現像前磁極５を層厚規制磁極とし、この現像前磁極５に対応した部位に層厚規制部材１３を設けるようにすれば、現像剤Ｇの層厚を規制するに当たり、現像剤Ｇの穂立ちを立たせた状態で層厚規制することが可能になり、その分、層厚規制ギャップを広くすることが可能である。

また、磁石部材３による３磁極構成の好ましいレイアウトについては、同極性の現像前磁極５及び現像後磁極６間に形成される反発磁界７の法線方向磁束密度を５ｍＴ以下に抑えることが挙げられる。本態様によれば、反発磁界７による仮想磁極であるゴースト磁極の影響が少ないことから、反発磁界７による現像剤Ｇの剥離動作が安定する。
更に、現像磁極４，現像前磁極５及び現像後磁極６の好ましいレイアウトとしては、更に、θ_１＞θ_２、あるいは、θ_１＞θ_３、あるいは、θ_２＞θ_３の関係を満たすことが好ましく、特に、θ_１＞θ_２＞θ_３の関係を満たすことが好ましい。
更にまた、磁石部材３の好ましい態様としては、法線方向磁束密度ピーク値が現像前磁極５、現像後磁極６に比べて大きい現像磁極４を有するものや、磁極幅が現像前磁極５、現像後磁極６に比べて大きい現像磁極４を有するものが挙げられる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明をより詳細に説明する。
◎実施の形態１
−画像形成装置の全体構成−
図２は本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１（本例ではフルカラープリンタ）を示すものである。尚、図２中の矢印は、各回転部材の回転方向を示す。
このフルカラープリンタは、図２に示すように、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）用の各感光体ドラム２１（２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ，２１Ｋ）と、これら感光体ドラム２１に接触する一次帯電用の帯電装置２２（２２Ｃ，２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｋ）と、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色のレーザ光２３（２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｋ）を照射する図示しないレーザ光学ユニット等の露光装置と、各色成分トナーが含まれる二成分現像剤を収容した現像装置２４（２４Ｃ，２４Ｍ，２４Ｙ，２４Ｋ）と、上記４つの感光体ドラム２１のうちの２つの感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍに接触する第１の一次中間転写ドラム３１及び他の２つの感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｋに接触する第２の一次中間転写ドラム３２と、上記第１、第２の一次中間転写ドラム３１，３２に接触する二次中間転写ドラム３３と、この二次中間転写ドラム３３に接触する最終転写ロール３４とで、その主要部が構成されている。

各感光体ドラム２１は、共通の接平面Ｌを有するように一定の間隔をおいて配置されている。また、第１の一次中間転写ドラム３１及び第２の一次中間転写ドラム３２は、各回転軸が該感光体ドラム２１軸に対し平行かつ所定の対象面を境界とした面対象の関係にあるように配置されている。更に、二次中間転写ドラム３３は、該感光体ドラム２１と回転軸が平行であるように配置されている。
色毎の画像情報に応じた信号は、図示しない画像処理ユニットによりラスタライジングされて図示しない露光装置としてのレーザ光学ユニットに入力される。このレーザ光学ユニットでは、色毎のレーザ光２３が変調され、対応する色の感光体ドラム２１に夫々照射される。

上記各感光体ドラム２１の周囲では、周知の電子写真方式による各色の画像形成プロセスが行なわれる。
まず、上記感光体ドラム２１としては所定の直径（例えば２０ｍｍ）のＯＰＣ感光体を用いた感光体ドラムが用いられ、これらの感光体ドラム２１は所定のプロセス速度（例えば９５ｍｍ／ｓｅｃ）の回転速度で回転駆動される。
上記感光体ドラム２１の表面は、図２に示すように、帯電装置２２に所定の帯電レベル（例えば約−８００Ｖ）のＤＣ電圧を印加することによって、所定レベルに一様に帯電される。尚、この実施の形態では、上記帯電装置２２に対してＤＣ成分のみを印加しているが、ＡＣ成分をＤＣ成分に重畳するように構成することもできる。

このようにして一様な表面電位を具備した感光体ドラム２１の表面には、露光装置としてのレーザ光学ユニットによって各色に対応したレーザ光２３が照射され、色毎の入力画像情報に応じた静電潜像が形成される。レーザ光学ユニットで静電潜像が書き込まれることにより、感光体ドラム２１上の画像露光部の表面電位は所定レベル（例えば−６０Ｖ以下程度）にまで除電される。
また、上記感光体ドラム２１の表面に形成された各色に対応した静電潜像は、対応する色の現像装置２４によって現像され、各感光体ドラム２１上に各色のトナー像として可視化される。

次に、上記各感光体ドラム２１上に形成された各色のトナー像は、第１の一次中間転写ドラム３１及び第２の一次中間転写ドラム３２上に、静電的に一次転写される。感光体ドラム２１Ｃ，２１Ｍ上に形成されたシアン（Ｃ）およびマゼンタ（Ｍ）色のトナー像は、第１の一次中間転写ドラム３１上に、感光体ドラム２１Ｙ，２１Ｋ上に形成されたイエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）色のトナー像は、第２の一次中間転写ドラム３２上に、それぞれ転写される。
この後、第１、第２の一次中間転写ドラム３１，３２上に形成された単色又は二重色のトナー像は、二次中間転写ドラム３３上に静電的に二次転写される。
従って、二次中間転写ドラム３３上には、単色像からシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）色の四重色像までの最終的なトナー像が形成されることになる。

最後に、上記二次中間転写ドラム３３上に形成された単色像から四重色像までの最終的なトナー像は、最終転写ロール３４によって、用紙搬送路を通る用紙Ｐに三次転写される。この用紙Ｐは、不図示の紙送り工程を経て用紙搬送ロール４１を通過し、二次中間転写ドラム３３と最終転写ロール３４とのニップ部に送り込まれる。この最終転写工程の後、用紙Ｐ上に形成された最終的なトナー像は、定着装置４２によって定着され、一連の画像形成プロセスが完了する。

尚、本実施の形態において、一次中間転写ドラム３１，３２及び二次中間転写ドラム３３には夫々のドラム表面の異物（残留トナーや異物）を一時的に保持するリフレッシャとしての一次中間ブラシロール５１，５２、及び、二次中間ブラシロール５３が接触配置されている。また、最終転写ロール３４には例えばブレードクリーニング方式を採用したクリーニング装置５４（５４ａ：ブレード）が設けられている。

−現像装置−
本実施の形態において、現像装置２４は、トナー及びキャリアが含まれる二成分現像剤Ｇを収容し且つ感光体ドラム２１に向かって開口する現像容器１０１を有し、この現像容器１０１の開口１０１ａに面した箇所に現像剤が保持搬送可能な現像ロール１０２を配設し、この現像ロール１０２の近傍には現像ロール１０２上の現像剤層が規制される層厚規制部材（トリマ）１０３を設けたものである。尚、層厚規制部材１０３としては、ロール部材のものが示されているが、これに限られるものではなく、例えば板状部材であってもよい。
更に、この現像装置２４は、現像容器１０１の現像ロール１０２の背面側には仕切壁１０６にて仕切られ且つ仕切壁１０６の長手方向両端部に通孔（図示せず）が開設された循環搬送経路１０７を設け、この循環搬送経路１０７の各直線経路内には夫々現像剤撹拌搬送用の撹拌搬送部材１０４，１０５を配設し、更に、現像ロール１０２と撹拌搬送部材１０４との間には現像ロール１０２への現像剤供給用の例えば回転羽根からなる現像剤供給部材１０８を配設したものである。

また、本実施の形態では、現像ロール１０２は、回転可能な非磁性部材（例えばアルミニウム又はステンレスなど）からなる現像スリーブ１１１と、この現像スリーブ１１１内に設けられる磁石ロール１１２とを備えている。
ここで、磁石ロール１１２は、図３及び図４に示すように、複数の磁極（３磁極構成）を有している。本実施の形態において、磁石ロール１１２への磁極の形成方法としては、例えばバインダーをゴム又は樹脂としたフェライト系磁性粉を分散させたラバーマグネット、あるいは、プラスチックマグネットをロール本体である金属製シャフトに固定する方法や、着磁装置を用いてロール本体である金属製シャフトに磁極を着磁する方法などが挙げられる。

本実施の形態では、磁石ロール１１２の感光体ドラム２１に対向する部位には所定範囲の現像領域ｎを形成する現像磁極１２１（例えばＳ_１磁極）が配置され、この現像磁極１２１に対して現像剤搬送方向上流側には現像磁極１２１とは異極性の層厚規制磁極１２２（例えばＮ_１）が配置される一方、現像磁極１２１に対して現像剤搬送方向下流側には現像磁極１２１とは異極性の搬送磁極１２３（例えばＮ_２磁極）が配置されている。
そして、現像磁極１２１及び層厚規制磁極１２２の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、層厚規制磁極１２２及び搬送磁極１２３の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極１２１及び搬送磁極１２３の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、各磁極１２１〜１２３のレイアウトはθ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たす設定されている。
特に、本実施の形態では、各磁極１２１〜１２３のレイアウトはθ_１＞θ_２＞θ_３の関係をも満たすように設定されている。

更に、本実施の形態では、各磁極１２１〜１２３の法線方向磁束密度分布は、図４（ｂ）に示すように、現像磁極１２１の法線方向磁束密度ピーク値が層厚規制磁極１２２、搬送磁極１２３のそれよりも大きく設定されたものになっており、更にまた、現像磁極１２１の磁極幅も層厚規制磁極１２２、搬送磁極１２３のそれよりも大きく設定されている。尚、図４（ｂ）中、Ｗｖは法線方向磁束密度分布を示し、Ｗｈは接線方向磁束密度分布を示す。
また、本実施の形態では、同極性の層厚規制磁極１２２及び搬送磁極１２３間に形成される反発磁界１２５の法線方向磁束密度は５ｍＴ以下に抑えられている。
更に、本実施の形態では、層厚規制部材１０３は層厚規制磁極１２２に対応した部位に配設されており、また、現像剤供給部材１０８は層厚規制磁極１２２及び搬送磁極１２３間に形成される反発磁界１２５の法線方向磁束密度最小領域Ｍに対応した部位に配設されている。

次に、図３及び図４を用いて現像装置２４の作動について説明する。
今、現像装置２４内の現像剤Ｇは撹拌搬送部材１０４，１０５に撹拌搬送され、現像剤供給部材１０８を介して現像ロール１０２に供給される。
このとき、現像剤搬送方向下流側に位置する層厚規制磁極１２２がピックアップ磁極として働き、現像ロール１０２に供給された現像剤Ｇは現像ロール１０２表面に保持搬送される。特に、本実施の形態では、現像剤供給部材１０８に対応する現像ロール１０２は反発磁界１２５の法線方向磁束密度最小領域Ｍに対応した部位であるから、現像剤供給部材１０８による現像剤Ｇの供給性は反発磁界１２５によって損なわれることはない。

次いで、現像ロール１０２上に供給された現像剤Ｇは現像スリーブ１１１の回転に伴って層厚規制部材１０３に至る。
この層厚規制部材１０３に対応する層厚規制磁極１２２は現像磁極１２１及び搬送磁極１２３から離間配置されていることから、磁極幅を広く設定することが可能である。このため、層厚規制磁極１２２にて比較的高い磁束密度を確保することが可能になり、その分、現像剤Ｇの磁気ブラシを疎で穂立ちが立った状態にすることができ、層厚規制ギャップｇを広く設定することが可能である。
よって、層厚規制部材１０３を通過する現像剤Ｇは広い層厚規制ギャップｇにて少ないストレスで層厚規制される。

層厚規制された現像剤Ｇは現像スリーブ１１１の回転に伴って現像領域ｎに到達し、現像磁極１２１の作用にて現像に供される。
特に、本実施の形態では、現像磁極１２１は他の磁極１２２，１２３に比べて磁極幅、法線方向磁束密度ピーク値が最も大きく設定されていることから、現像領域ｎは広く、しかも、現像剤Ｇに対する磁気拘束力も大きく確保される。このため、現像磁極１２１による現像性は良好に保たれる共に、感光体ドラム２１へのキャリアの転移は有効に抑えられる。
この後、現像領域ｎを通過した未使用現像剤は搬送磁極１２３を通過する。
このとき、層厚規制磁極１２２と同極性の搬送磁極１２３はピックオフ磁極として働くため、現像ロール１０２上の未使用現像剤は反発磁界１２５の作用によって現像ロール１０２から剥離される。特に、本実施の形態では、現像剤供給部材１０８による現像剤の供給動作に伴って現像ロール１０２上の未使用現像剤は現像ロール１０２から効率よく剥離される。

このような現像動作過程において、本実施の形態では、特に、θ_１＞θ_２の関係を満たすように設定されている。
本態様にあっては、図５（ａ）に示すように、θ_２が狭まることで、同極性の層厚規制磁極１２２（例えばＮ_１磁極）及び搬送磁極１２３（例えばＮ_２磁極）間の反発磁界１２５を小さくすることができ、この反発磁界１２５による仮想磁極であるゴースト磁極１３０（図５（ｂ）参照）の発生を抑制することが可能である。
これに対し、図５（ｂ）に示す比較の態様（θ_１≦θ_２）にあっては、θ_２が広がることで、同極性の層厚規制磁極１２２（例えばＮ_１磁極）及び搬送磁極１２３（例えばＮ_２磁極）間の反発磁界１２５が大きくなり、この反発磁界１２５による仮想磁極であるゴースト磁極１３０（例えばＳ’磁極）が発生し易くなる。このゴースト磁極１３０の法線方向磁束密度は５ｍＴを超えるもので、最大で８ｍＴ程度になる。
このとき、このゴースト磁極１３０の存在により、現像剤の剥離性能が低下するほか、ゴースト磁極１３０と同極性の現像磁極の磁力にも影響が及び、現像磁極１２１の法線方向磁束密度の低下が見られる。

また、本実施の形態では、θ_１＞θ_３の関係を満たすように設定されている。
本態様にあっては、図６（ａ）に示すように、θ_３が狭まることで、現像領域ｎ通過後の現像剤搬送方向下流側、つまり、異極性の現像磁極１２１（例えばＳ_１磁極）及び搬送磁極１２３（例えばＮ_２磁極）間に磁界を集中させることにより、現像剤に対する磁気拘束力を有効に作用させることができる。
これに対して、図６（ｂ）に示す比較の形態（θ_１≦θ_３）にあっては、θ_３が広がることで、現像領域ｎ通過後の現像剤搬送方向下流側付近の接線方向磁束密度Ｗｈが低下し、感光体ドラム２１付近での現像剤Ｇに対する磁気拘束力が小さくなる。

更に、本実施の形態では、３つの磁極構成にしたため、小径の現像ロール１０２において、磁石ロール１１２の各磁極１２１〜１２３の磁極幅を広く設定することが可能である。このため、磁極の形成方法として、着磁装置を用いた面倒な方法を採用しなくても、ラバーマグネットやプラスチックマグネットなどの磁石ピースを貼り付ける方法を採用したとしても、磁石ロール１１２の成形精度や組立精度を維持することが可能である。
また、一つ一つの磁極の磁極幅を広くすることができるため、夫々高い磁束密度を確保し易い。このため、高磁力が必要な希土類磁性粉を必ずしも使用しなくても、高い磁束未佐渡を確保することが可能になり、その分、材料の選定に当たりコストの低減を図ることも可能である。

◎実施例１，２及び比較例１〜６
今、実施の形態１に係る画像形成装置を用い、現像ロール構成の異なる実施例１，２を作成し、性能試験を行った。
尚、実施例１，２の性能を評価するために、実施の形態１に含まれない現像ロール構成の比較例１〜６を作成し、実施例１，２と同様な性能試験を行った。
ここで、試験条件について述べると以下の通りである。
層厚規制部材：φ５の外径の非磁性ロール
二成分現像剤：平均粒径６．５μｍの非磁性トナー、平均粒径３５μｍの磁性キャリア（フェライト粒子の表面に樹脂をコーティングした比重４．６ｇ／ｃｍ^３の樹脂コートキャリア）、トナー濃度は８％の現像剤を使用
現像ロール：外径φ１２、肉厚０．５ｍｍの非磁性スリーブ内に、直径５ｍｍの金属軸に外径約１０ｍｍの扇状磁石ピースを配置した態様
層厚規制磁極：磁極幅、磁極数、法線方向ピーク磁束密度を規定（図７参照）

結果を図７に示す。
図７において、「磁極幅」とは、層厚規制磁極の幅を現像スリーブ上に投影した時の相当幅を中心角で表したものを意味し、また、「磁極幅」が小さいものは磁極数を５極構成（図８（ｂ）参照）とし、大きいものは磁極数を３極構成（図８（ａ）参照）として作製した。更に、ゴースト磁極については、５ｍＴ以下か否かの二つのケースに分けて作製した。更にまた、「層厚規制ギャップ」とは現像ロール上で所定の現像剤層厚（例えば４７５ｇ／ｍ^２）を得るために必要な算出値。この「層厚規制ギャップ」を広げることが可能であれば、現像剤に与えるストレスを低減できるという評価になる。

例えば実施例１の現像ロールの磁束密度分布及びその磁気プロファイルを図９，図１０に示す。また、実施例２は、実施例１に比べて更に磁石幅を広くとった場合であり、その分、ゴースト磁極の大きさが大きくなっている点が相違する。
更に、図７において、「現像履歴」とは、現像域を通過した現像スリーブ上の現像剤を現像スリーブから引き剥がして現像ロールの背面側の撹拌搬送部材との混合する現像剤フローがうまくいかない時に、直前の画像が次の画像作製に影響を与える現象を意味する。
この性能試験において、現像履歴の評価方法を図１１に示す。
同図において、Ａ４用紙に縦帯（幅２０ｍｍ）画像を１６枚プリント後、Ａ４用紙全面に印字密度５０％のハーフトーンをプリントし、縦帯のゴースト／履歴（縦帯状画像の履歴が次の画像中に濃度低下・ゴーストとして現れるか否か）を評価する。
評価基準は図１１に示す通りである。
更に、図７において、「総合評価」は層厚規制ギャップと現像履歴の両方の観点を考慮した場合の評価を示す。
尚、総合評価の評価基準は以下の通りである。
○：実用上問題無し
△：実用上懸念がある
×：実用上問題あり

図７によれば、実施例１，２は現像履歴の発生は全く問題なく、また、総合評価も良好であった。
これに対し、比較例１〜６については、一部現像履歴については良好なものは見られるものの、層厚規制ギャップを十分に広く確保できず、総合評価の点で不良であることが理解される。
より具体的に評価すると、層厚規制磁極の磁極幅が広がるにつれて層厚規制ギャップの設定値が広がり、層厚規制部材を通過する現像剤に対するストレスは抑制される。従って、層厚規制磁極の磁極幅を広くするためには３極構成の現像ロールの方が好ましいことが理解される。
一方、５極構成の現像ロールに対して３極構成の現像ロールは、現像履歴に多大な影響を及ぼすゴースト磁極の抑え込みが難しいが、実施例１，２に示されるように、磁極位置、角度の最適化を図るようにすれば、層厚規制ギャップの広化と現像履歴の解消とを両立する可能であることが確認された。

（ａ）は本発明が適用される実施の形態モデルに係る現像ロール及びこれを用いた現像装置並びに画像形成装置の概要を示す説明図、（ｂ）は（ａ）で用いられる磁石部材の磁極構成例を示す説明図である。 実施の形態１に係る画像形成装置の全体構成を示す説明図である。 実施の形態１で用いられる現像装置の詳細を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態１で用いられる現像ロールを示す説明図、（ｂ）は磁石ロールの磁極構成例を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態１で用いられる磁石ロール磁極構成例のうち好ましい態様を示す説明図、（ｂ）はその構成を有さない態様を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態１で用いられる磁石ロール磁極構成例のうち好ましい別の態様を示す説明図、（ｂ）はその構成を有さない態様を示す説明図である。 実施例１，２及び比較例１〜６の性能評価を示す説明図である。 （ａ）は３極構成の磁石ロールの一例、（ｂ）は５極構成の磁石ロールの一例を示す説明図である。 実施例１に係る磁石ロールの法線方向磁束密度分布を示す説明図である。 実施例１に係る磁石ロールの磁気プロファイルを示す説明図である。 現像履歴の発生テスト方法を示す説明図である。

符号の説明

１…現像ロール，２…現像スリーブ，３…磁石部材，４…現像磁極，５…現像前磁極，６…現像後磁極，７…反発磁界，８…現像容器，１１…像保持体，１２…現像装置，１３…層厚規制部材，１４…現像剤供給部材，１５…現像剤撹拌搬送部材，Ｇ…現像剤，ｎ…現像領域

Claims (12)

1. 非磁性材料にて形成されると共にトナー及び磁性キャリアが含まれる現像剤を保持搬送する現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定的に設けられ且つ複数の磁極が配列される磁石部材とを備えた現像ロールであって、
   前記磁石部材は、現像剤による現像領域に対応して設けられる現像磁極と、この現像磁極に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像前磁極と、現像磁極に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像後磁極とからなる３つの磁極を有し、
   現像磁極及び現像前磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たすことを特徴とする現像ロール。
2. 請求項１記載の現像ロールにおいて、
   磁石部材は現像前磁極及び現像後磁極間に形成される反発磁界の法線方向磁束密度を５ｍＴ以下に抑えることを特徴とする現像ロール。
3. 請求項１記載の現像ロールにおいて、
   θ_１＞θ_２の関係を満たすことを特徴とする現像ロール。
4. 請求項１記載の現像ロールにおいて、
   θ_１＞θ_３を満たすことを特徴とする現像ロール。
5. 請求項１記載の現像ロールにおいて、
   θ_２＞θ_３を満たすことを特徴とする現像ロール。
6. 請求項１記載の現像ロールにおいて、
   θ_１＞θ_２＞θ_３を満たすことを特徴とする現像ロール。
7. 請求項１記載の現像ロールにおいて、
   磁石部材は法線方向磁束密度ピーク値が現像前磁極、現像後磁極に比べて大きい現像磁極を有することを特徴とする現像ロール。
8. 請求項１記載の現像ロールにおいて、
   磁石部材は磁極幅が現像前磁極、現像後磁極に比べて大きい現像磁極を有することを特徴とする現像ロール。
9. トナー及び磁性キャリアが含まれる現像剤が収容可能な現像容器と、この現像容器に設けられる現像ロールとを備えた現像装置であって、
   現像ロールは、非磁性材料にて形成されて前記現像剤を保持搬送する現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定的に設けられ且つ複数の磁極が配列される磁石部材とを備え、
   前記磁石部材は、現像剤による現像領域に対応して設けられる現像磁極と、この現像磁極に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像前磁極と、現像磁極に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像後磁極とからなる３つの磁極を有し、
   現像磁極及び現像前磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たすことを特徴とする現像装置。
10. 請求項９記載の現像装置において、
    現像ロールのうち現像前磁極に対応した部位に現像剤の層厚が規制される層厚規制部材を配設したことを特徴とする現像装置。
11. 請求項９記載の現像装置において、
    現像ロールのうち現像前磁極及び現像後磁極間に位置する法線方向磁束密度最小領域に対応した部位に現像剤が供給される現像剤供給部材を配設したことを特徴とする現像装置。
12. 像が保持可能な像保持体と、この像保持体に対向して設けられ且つ像保持体上に形成される静電潜像をトナー及び磁性キャリアが含まれる現像剤にて可視像化する現像装置とを備えた画像形成装置であって、
    前記現像装置は、前記現像剤が収容可能な現像容器と、この現像容器に設けられる現像ロールとを備え、
    前記現像ロールは、非磁性材料にて形成されて前記現像剤を保持搬送する現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定的に設けられ且つ複数の磁極が配列される磁石部材とを備え、
    前記磁石部材は、現像剤による現像領域に対応して設けられる現像磁極と、この現像磁極に対して現像剤搬送方向上流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像前磁極と、現像磁極に対して現像剤搬送方向下流側に設けられ且つ現像磁極とは異極性の現像後磁極とからなる３つの磁極を有し、
    現像磁極及び現像前磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_１、現像前磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_２、現像磁極及び現像後磁極の法線方向磁束密度ピーク位置の開き角度をθ_３とした場合に、θ_１＞９０°、かつ、θ_１＋θ_２＞θ_３の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。

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