JP2011085777A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラに対するトナーの現像性及び現像ローラ上の現像残トナーの回収性を向上させ、現像履歴現象の発生を防止可能な現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像装置３ａ〜３ｄにおいて、磁気ローラ２２の内部には、現像ローラ２３との対向位置に第１Ｎ極４１ａが設けられ、現像ローラ２３の内部には、上記対向位置から現像ローラ２３の回転方向上流側にわたって形成された第３Ｓ極４３ａが設けられ、第３Ｓ極４３ａの上記回転方向上流側端部と対向し且つ現像ローラ２３とは非接触に配置された磁性体から成る回収ローラ２７が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとを有する二成分現像剤を使用する現像装置に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る現像剤チェーン（磁気ブラシ）により像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、カラートナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。しかし、二成分現像方式は安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している反面、前述した磁気ブラシによる影響のため画質の面で不利であった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラを用いて現像剤を像担持体に対して非接触に設置した現像ローラ上に移行させる際に、磁気ローラ上に磁性キャリアを残したまま現像ローラ上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層（トナー層）を形成し、交流電界によって像担持体上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が提案されている。かかる現像方式において、静電潜像の現像に用いられず現像ローラ上に残留した現像残トナーは、磁気ブラシにより磁気ローラに回収される。

ここで、現像ローラ上に残留した現像残トナーが十分に磁気ローラに回収されない場合には、現像ローラ上に、トナー層が残留する（存在する）領域とトナー層が消費された（存在しない）領域とが併存した状態で、再度磁気ローラからトナーが供給される。その結果、現像ローラ上に均一にトナー層が形成されず、現像履歴現象が発生するおそれがある。また、磁気ローラから現像ローラへのトナーの移送が十分に行われない場合、すなわち、磁気ローラと現像ローラとの間のトナーの現像性が低い場合にも、現像ローラ上にトナー層が安定的に形成されないため、現像履歴現象が発生するおそれがある。

そこで、特許文献１には、磁気ローラの内部に、現像ローラと対向する位置に対し磁気ローラの回転方向上流側及び下流側に磁気ローラ磁極を配置すると共に、現像ローラの内部において下流側の磁気ローラ磁極に対向する位置に現像ローラ磁極を配置することにより、現像履歴現象の発生を防止する方法が提案されている。

一方、特許文献２には、現像剤供給手段（現像ローラ）による現像剤の供給時に飛散する現像剤を表面に付着させて外部への飛散を防止する飛散防止部材（回収ローラ）と、飛散防止部材上に付着した現像剤を掻き落とす掻落手段とを設けることにより、像担持体に接触させることなく、現像剤の飛散を防止する方法が開示されている。

特開２００５−２２１８００号公報 特開平８−１３７２５６号公報

画像形成装置のカラー化に伴って更なる画質の向上が求められており、そのために例えばトナーの小サイズ化が図られている。また、かかる小サイズのトナーを、上記したような磁気ローラ及び現像ローラを有する画像形成装置に適用した場合、現像ローラに対するトナーの付着力が強くなる。このため、現像ローラ上の現像残トナーの回収能力の更なる向上が要求されている。

しかし、特許文献１の方法では、現像ローラの磁気ローラとの対向位置では磁気ブラシにより現像ローラ上の現像残トナーを十分に回収できるが、現像ローラの回転方向に対し磁気ローラとの対向位置の上流側では磁気ブラシが形成されないため、現像ローラの回転と共にかかる上流側から運ばれてくる現像残トナーを十分に回収できないおそれがある。

また、特許文献２の方法では、飛散防止部材は現像ローラからの供給時における現像剤の飛散を防止するためのものであって現像剤を回収するためのものではない。また、特許文献２では、現像領域に対し現像ローラの下流側に回収ローラを設けているが、かかる回収ローラの詳細については開示されていない。さらに特許文献２は、これら飛散防止部材及び回収ローラを、現像ローラと磁気ローラとを有する現像装置に適用したものでもない。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像ローラに対するトナーの現像性及び現像ローラ上の現像残トナーの回収性を向上させ、現像履歴現象の発生を防止可能な現像装置及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は、キャリア及びトナーを含む二成分系現像剤が用いられ、像担持体に対向して配置される現像ローラと、該現像ローラ上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成する磁気ローラと、を備え、前記磁気ローラ及び前記現像ローラに現像バイアスを印加することにより前記現像ローラから前記像担持体表面の静電潜像を現像する現像装置において、前記磁気ローラの内部において前記現像ローラとの対向位置に第１の磁極部と、前記現像ローラの内部において前記対向位置から前記現像ローラの回転方向上流側にわたって形成され、前記第１の磁極部とは反対極性を有する第２の磁極部と、前記第２の磁極部の前記回転方向上流側と対向し且つ前記現像ローラとは非接触に配置された磁性体から成り、前記現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収ローラと、が設けられたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記回収ローラには、前記現像ローラに印加される現像バイアスとの電位差により前記現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収バイアスが印加されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記現像ローラと前記回収ローラの最近接点における前記現像ローラの表面の法線方向磁束密度は、該法線方向磁束密度のピーク値の７０％以上であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記第１の磁極部と前記第２の磁極部とにより発生する磁界は、ピーク値に対し８０％以上の前記法線方向磁束密度を有する極幅が前記現像ローラの支軸を中心として３０°以上となるように設定されることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の現像装置を備えた画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、磁気ローラの内部において現像ローラとの対向位置に第１の磁極部と、現像ローラの内部において前記対向位置から現像ローラの回転方向上流側にわたって形成され、第１の磁極部とは反対極性を有する第２の磁極部と、第２の磁極部の回転方向上流側と対向し且つ現像ローラとは非接触に配置された磁性体から成り、現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収ローラと、を設けることにより、磁気ブラシを、磁気ローラと現像ローラとの対向位置から現像ローラと回収ローラとの間まで形成することができる。これにより、現像ローラに対するトナーの現像性を向上すると共に現像ローラからの現像残トナーの回収性も向上させることができ、現像履歴現象の発生を効果的に防止することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、回収ローラに、現像ローラに印加される現像バイアスとの電位差により現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収バイアスを印加することにより、より良好に現像ローラ上の現像残トナーを回収することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１または第２の構成の現像装置において、現像ローラと回収ローラの最近接点における現像ローラの表面の法線方向磁束密度を、該法線方向磁束密度のピーク値の７０％以上とすることにより、回収ローラと現像ローラとの間に、より良好に磁気ブラシを形成することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１〜３のいずれかの構成の現像装置において、第１の磁極部と第２の磁極部とにより発生する磁界を、ピーク値に対し８０％以上の法線方向磁束密度を有する極幅が現像ローラの支軸を中心として３０°以上となるように設定することにより、磁気ブラシ自体の形成を良好にすると共に、回収ローラと第２の磁極部との間まで広く良好な磁気ブラシを形成することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１〜第４のいずれかの構成の現像装置を備えた画像形成装置とすることにより、現像履歴現象の発生に起因する画像不具合を防止した画像形成を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 本実施形態に係る現像装置の構成を示す側面断面図 本実施形態に係る現像装置のバイアス構成を模式的に示す図 本実施形態に係る現像装置において磁気ローラ、現像ローラ及び回収ローラの間に形成される磁気ブラシを模式的に示す図 回収ローラを設けないときの磁気ローラと現像ローラとの間に形成される磁界を模式的に示す図 図５の磁界によって形成される磁気ブラシを模式的に示す図 現像ローラの駆動時間と、現像ローラ上の単位面積当たりのトナー層厚と、の関係を示すグラフ

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、本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）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（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光及び現像の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部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及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において反時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９の作用によって転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９と後述の駆動ローラ１１の間に形成された二次転写ニップへと搬送される。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）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９が中間転写ベルト８に接する位置に対し中間転写ベルト８の回転方向下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ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。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４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及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器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、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーがキャリアと共に、所定量充填されている。このトナーは、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とにより、露光ユニット４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。なお、現像装置３ａ〜３ｄにおいて消費された量のトナーに対応する量のトナーが、それぞれ各色用のトナーコンテナ（図示せず）から現像装置３ａ〜３ｄに補給される。

そして、中間転写ベルト８に所定の電界が付与された後、中間転写ローラ（一次転写ローラ）６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、フルカラー画像形成のために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、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１と、搬送ローラ１０の上流側且つ駆動ローラ１１の下流側のテンションローラ５１と、に掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで二次転写ニップへ搬送され、フルカラー画像が転写紙Ｐに転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及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る。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ニップに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９の作用により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、本実施形態に係る現像装置の構成を示す側面断面図であり、図３は、本実施形態に係る現像装置のバイアス構成を模式的に示す図であり、図４は、本実施形態に係る現像装置において磁気ローラ、現像ローラ及び回収ローラの間に形成される磁気ブラシを模式的に示す図である。図１と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、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、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）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によって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａと現像容器２０の間、つまり仕切壁２０ａの両端と現像容器２０の筐体との間、に形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第１攪拌スクリュー２１ａの上方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３はそれぞれ第１支軸２２ｂ及び第２支軸２３ｂを中心として図中時計回りに回転する。

なお、現像容器２０には、第２攪拌スクリュー２１ｂと対面してトナー濃度センサ（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサで検知されるトナー濃度に応じてトナーコンテナからトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラ２２は、非磁性の第１回転スリーブ２２ａと、第１回転スリーブ２２ａに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する第１固定マグネットローラ体４１で構成されており、第１回転スリーブ２２ａは、不図示の駆動装置により第１支軸２２ｂを中心として図中時計回りに回転する。

現像ローラ２３は、非磁性の第２回転スリーブ２３ａと、第２回転スリーブ２３ａに内包される１つの磁極を有する固定マグネットローラ体４３で構成されており、磁気ローラ２２と対面し、これと最近接する対向位置において所定のギャップをもって対向している。また、第２回転スリーブ２３ａは、不図示の駆動装置により第２支軸（支軸）２３ｂを中心として図中時計回りに回転する。また、現像ローラ２３の回転方向に対し磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側には、現像ローラ２３と非接触に回収ローラ２７が設けられている。なお、磁気ローラ２２、現像ローラ２３及び回収ローラ２７の詳細については後述する。

また、現像容器２０には規制部材としての穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に対面するように位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

図３に示すように、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３には、第１及び第２バイアス印加装置３１、３３から、直流電圧及び交流電圧から成る現像バイアスが印加されるようになっている。すなわち、磁気ローラ２２には、第１バイアス印加装置３１の直流及び交流電圧が印加され、現像ローラ２３には、第２バイアス印加装置３３の直流及び交流電圧が印加される。

また、回収ローラ２７には、第３バイアス印加装置３５から、直流電圧から成る回収バイアスが印加されるようになっている。そして、前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを正帯電させ、第１攪拌スクリュー２１ａによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される（図２参照）。

図２に示すように、磁気ローラ２２の第１固定マグネットローラ体４１は、永久磁石から形成される第１Ｎ極４１ａ（第１の磁極部）、第２Ｎ極４１ｃ、第３Ｎ極４１ｄと、第１Ｓ極４１ｂ、第２Ｓ極４１ｅとから成る５つの磁極を有している。また、図４に示すように、第１Ｎ極４１ａは、第１回転スリーブ２２ａに沿った周面を有し、第１支軸２２ｂを中心とする断面略扇形状から成り、その周面が、現像ローラ２３との対向位置に配置されるように形成されている。

第１回転スリーブ２２ａが図２の時計回りに回転すると、第１攪拌室２０ｂ内の現像剤は、第３Ｎ極４１ｄにより磁界が付与されて第１回転スリーブ２２ａに担持される。次に、第１回転スリーブ２２ａに担持された現像剤は、第２Ｓ極４１ｅにより引き合う磁界が付与されて、穂切りブレード２５に到達する。穂切りブレード２５には第２Ｓ極４１ｅが対向するため、穂切りブレード２５の先端にはＮ極が誘起され、規制ギャップには引き合う方向の磁界が発生する。

この磁界により、穂切りブレード２５と磁気ローラ２２との間にキャリア及びトナーが連なった現像剤チェーン（磁気ブラシ）が形成される。そして、磁気ブラシが規制ギャップを通過することにより層厚規制され、磁気ローラ２２上に所定層厚（現像剤量）の磁気ブラシが形成される。一方、磁気ブラシの形成に用いられなかった現像剤は穂切りブレード２５の上流側の現像容器２０の側面に沿って落下する。

そして、磁気ローラ２２の第１回転スリーブ２２ａが図２の時計回りに回転して磁気ブラシが現像ローラ２３との対向位置近傍に到達すると、磁気ローラ２２の第１Ｎ極４１ａと現像ローラ２３の第３Ｓ極４３ａとにより形成された磁界を通過する。

一方、図４に示すように、現像ローラ２３の第２固定マグネットローラ体４３は、永久磁石から形成される第３Ｓ極４３ａ（第２の磁極部）から成る磁極を有している。第３Ｓ極４３ａは、第２回転スリーブ２３ａに沿った周面を有し、第２支軸２３ｂを中心とする断面略扇形状から成り、その周面が、現像ローラ２３の回転方向に対し、磁気ローラ２２の第１Ｎ極４１ａとの対向位置から上流側にわたって形成されている。また、第３Ｓ極４３ａは、永久磁石から形成されている。

また、回収ローラ２７は、磁性体から成り、現像ローラ２３の第３Ｓ極４３ａにおいて現像ローラ２３の回転方向（図４の時計回り）上流側端部と対向する位置に、現像ローラ２３とは所定の隙間を隔てて配置されている。これにより、回収ローラ２７と第３Ｓ極４３ａとの間に磁界が発生している。この磁界と、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間に発生する磁界とにより、磁気ブラシの形成領域は、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向位置から、現像ローラ２３と回収ローラ２７との間まで広がっている。なお、磁性体としては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）や硫黄快削鋼鋼材（ＳＵＭ）等を用いることができる。

ここでは、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間に形成される磁界における現像ローラ２３表面の法線方向磁束密度（現像ローラ２３の径方向の磁束密度、以下、法線方向磁束密度という）のピーク値（図４の磁気ローラ２２の第１支軸２２ｂと現像ローラ２３の第２支軸２３ｂとを結ぶ直線近傍の法線方向磁束密度に相当する）を、４０ｍＴ以上とした。かかるピーク値を４０ｍＴ以上とすることにより、特に磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向位置での現像剤の脱落量を低減することができるため、磁気ローラ２２から現像ローラ２３へのトナーの移動を確実に行うことができ、現像履歴現象の発生を防止できる。

また、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間に形成される磁界の磁束密度の分布を、ピーク値に対し８０％以上の法線方向磁束密度を有する極幅が現像ローラ２３の第２支軸２３ｂに対して４５°以上となるように設定した。これにより、磁気ブラシ自体の形成を良好にすると共に、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向位置のみならず、かかる対向位置から回収ローラ２７と第３Ｓ極４３ａとの間にまで磁気ブラシを良好に形成することができる。なお、かかる磁気ブラシは、上記極幅を３０°以上とすることにより良好に形成することができ、上記の通り４５°以上とすることにより、さらに良好に形成することができる。

また、回収ローラ２７と現像ローラ２３の最近接点の法線方向磁束密度を、該法線方向磁束密度のピーク値に対して、７０％以上とした。これにより、回収ローラ２７と現像ローラ２３との間に、より良好に磁気ブラシを形成することができる。

なお、上記のように、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間に形成される磁界の磁束密度の分布を、上記ピーク値に対し８０％以上の法線方向磁束密度を有する極幅が現像ローラ２３の支軸２３ｂに対して４５°以上とすることにより、回収ローラ２７と現像ローラ２３との間における法線方向磁束密度を、上記ピーク値に対して７０％以上とすることができる。また、上記極幅を３０°以上とすることによっても、同様に７０％以上とすることができる。

このように磁界が形成された領域において、第１回転スリーブ２２ａ上の磁気ブラシは、磁気拘束力の強い磁界の影響を受けて立ち上がり、図４に示すように、第２回転スリーブ２３ａに接触する。磁気ブラシ中のトナーは、磁気ローラ２２に印加される直流電圧と現像ローラ２３に印加される直流電圧との間の電位差によってトナーのみが離脱して移動し、現像ローラ２３上にトナー薄層（トナー層）が形成される。

ここで、図５に、回収ローラ２７を設けないときの磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間に形成される磁界を模式的に示し、図６に、図５の磁界によって形成される磁気ブラシを模式的に示す。図２〜図４と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、現像装置３ａに回収ローラ２７を設けない場合には、第３Ｓ極４３ａのうち磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向位置においては、第１Ｎ極４１ａとの間で磁界が発生するが、かかる対向位置よりも現像ローラ２３の回転方向上流側では、第１Ｎ極４１ａとの間で磁界が発生しない。

このとき、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間に形成される磁界の法線方向磁束密度の分布は、ピーク値（図５の磁気ローラ２２の第１支軸２２ｂと現像ローラ２３の第２支軸２３ｂとを結ぶ直線近傍の法線方向磁束密度に相当する）に対し８０％以上の法線方向磁束密度を有する極幅が現像ローラ２３の支軸２３ｂに対し２０°となるように設定されている。

このため、図６に示すように、磁気ローラ２２上の磁気ブラシは、第１Ｎ極４１ａと、第３Ｓ極４３ａのうち第１Ｎ極４１ａと対向する部分にしか形成されず、磁気ブラシの形成領域を周方向に大きくすることができない。従って、第３Ｓ極４３ａを第１Ｎ極４１ａとの対向位置よりも上流側にわたって形成しても、磁気ローラ２２から現像ローラへのトナーの移動（現像性）を向上させることは困難である。また、現像ローラ２３から磁気ローラ２２へのトナーの回収性を向上させることも困難である。

しかし、本実施形態では、磁性を有する回収ローラ２７を設けたため、図４に示すように、磁気ローラ２２上の磁気ブラシは、磁気ローラと現像ローラ２３との対向位置で第１Ｎ極４１ａから第３Ｓ極４３ａに向かって立ち上がるのみならず、第１Ｎ極４１ａから現像ローラ２３と回収ローラ２７との間に向かっても立ち上がって現像ローラ２３と接触する。これにより、磁気ブラシの形成領域を周方向に大きくすることができるため、トナーが磁気ローラ２２から現像ローラ２３へと移動し易くなり、トナーの現像性を向上させることができる。

なお、現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層の層厚は、現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間の直流電位差（実効電位）によって制御することができる。かかる実効電位を大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、実効電位を小さくすると薄くなる。

現像ローラ２３上のトナー薄層は、図２に示すように、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との対向部分（現像領域）に搬送され、現像ローラ２３に印加される現像バイアスにより、感光体ドラム１ａ上に形成された静電潜像との間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。現像に用いられずに現像ローラ２３上に残った、帯電性の低下したトナーは、現像ローラ２３と回収ローラ２７との間を通過して、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置に向かって搬送される。

このとき、上記した図４に示すように、磁気ブラシの形成領域は、回収ローラ２７と現像ローラ２３との間に広がっているため、より多くの磁気ブラシにより、現像ローラ２３上の現像残トナーを物理的に掻き取ることができる。加えて、回収ローラ２７に印加される回収バイアスにより、現像ローラ２３と回収ローラ２７との間の電位差によって現像残トナーが現像ローラ２３から回収ローラ２７へと飛翔し、現像ローラ２３上の現像残トナーを回収することができる。

さらに、回収ローラ２７により回収されなかった現像残トナーは、磁気ローラ２２と現像ローラ２３と間の磁気ブラシにより物理的に掻き取られる。このように、現像ローラ２３と回収ローラ２７との間においても、現像ローラ２３上の現像残トナーを回収することができ、現像残トナーの回収性を向上させることができる。

トナー薄層の形成及び現像に使われなかった現像剤は、図２に示すように、さらに第１回転スリーブ２２ａが時計回りに回転すると、今度は第１Ｓ極４１ｂにより引き合う磁界が付与され、引き続き第２Ｎ極４１ｃにより引き合う磁界が付与されて、第１攪拌スクリュー２１ａの上方に移動する。さらに第１回転スリーブ２２ａが時計回りに回転すると、第２Ｎ極４１ｃと第３Ｎ極４１ｄとの境界において反発する磁界が付与されるため、現像剤は第１回転スリーブ２２ａから離脱する。

そして、離脱した現像剤は、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂにより攪拌、搬送され、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤とされる。その後、上記した様に、第３Ｎ極４１ｄによる磁界が付与されて再び磁気ローラ２２上に担持される。

上記した通り、現像ローラ２３の第３Ｓ極４３ａを、現像ローラ２３の回転方向に対し磁気ローラ２２との対向位置から上流側にわたって形成すると共に、磁性を有する回収ローラ２７を設けたため、磁気ブラシを、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向位置のみならず、回収ローラ２７と現像ローラ２３との間にまで広く効果的に形成することができる。

これにより、磁気ローラ２２から現像ローラ２３へのトナーの現像性を向上させると共に、現像ローラ２３から磁気ローラ２２への現像残トナーの回収性を向上させることができる。従って、現像履歴現象をより効果的に防止できる。

また、上記実施形態では、回収ローラ２７に回収バイアスを印加したため、より良好に現像ローラ２３上の現像残トナーを回収ローラ２７により回収することができる。しかし、かかる回収バイアスの印加は、本発明の必須構成要素ではなく、回収バイアスを印加しない構成とすることもできる。また、回収バイアスは、現像ローラ２３上の現像残トナーを、現像ローラ２３から回収ローラ２７へと移動可能であれば特に限定されるものではなく、現像ローラ２３に印加するバイアスや、トナーの種類、現像ローラ２３と回収ローラ２７との間に発生する磁界等、装置構成に応じて予備実験により適宜設定することができる。

また、上記実施形態では、回収ローラ２７を、現像ローラ２３の第３Ｓ極４３ａにおける現像ローラ２３の回転方向上流側端部と対向する位置に設けたため、磁気ブラシの形成領域を大きくすることができる。しかし、かかる回収ローラ２７の配置は、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向位置よりも現像ローラ２３の回転方向上流側であって、第３Ｓ極４３ａとの間で磁界を形成して磁気ブラシを形成可能であれば特に限定されない。

その他本発明は、上記各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、磁気ローラ２２の第１Ｎ極４１ａ及び現像ローラ２３の第３Ｓ極４３ａの形状、法線方向磁束密度や磁界の極幅、回収ローラ２７を形成するための磁性体等は、上記実施形態に特に限定されず、トナー及びキャリアの性質、磁気ローラ２２の第１回転スリーブ２２ａ及び現像ローラ２３の第２回転スリーブ２３ａの材質、磁気ブラシの形成状態、磁気ローラ２２から現像ローラ２３へのトナーの移動状態、現像ローラ２３から磁気ローラ２２への現像残トナーの回収状態、その他、装置構成等に応じて、予備実験等により適宜設定することができる。

また、上記実施形態では、第３Ｓ極４３ａを永久磁石から形成したが、第３Ｓ極４３ａは特に限定されるものではなく、第３Ｓ極４３ａにおいて回転方向上流側の法線方向磁束密度の方が磁気ローラ２２との対向位置よりも大きくなるように形成することもでき、第３Ｓ極４３ａを２つの永久磁石を接着して形成することもできる。

また、上記実施形態では、第１攪拌スクリュー２１ａの斜め上方に磁気ローラ２２を配置したが、かかる配置は上記実施形態に特に限定されず、その他例えば第１攪拌スクリュー２１ａの下方や斜め下方に磁気ローラ２２を配置することもできる。また、かかる磁気ローラ２２の配置に応じて現像ローラ２３及び感光体ドラム１ａ〜１ｄの配置も適宜変更し得る。

また、上記実施形態では、磁気ローラ２２の第１固定マグネットローラ体４１を、５つの磁極４１ａ〜４１ｅから構成したが、かかる磁極構成に特に限定されるものではなく、その他例えば７極から構成することもできる。また、上記実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用い、感光体表面の露光部にトナーを飛翔させる反転現像方式を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置や、感光体表面の未露光部にトナーを飛翔させる正転現像方式の現像装置にも全く同様に適用可能である。

また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ及びロータリー現像式のカラープリンタ及びカラー複写機、ファクシミリ等、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、本発明について実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

図２〜図４に示した本発明の第１実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄが搭載された画像形成装置１００を用い、４つ現像装置３ａ〜３ｄのうち現像装置３ａに設けられた現像ローラ２３上の単位面積あたりのトナー量（トナー層厚）を測定した。また、上記したように、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間の磁界を、ピーク値に対し８０％以上の法線方向磁束密度を持つ極幅が現像ローラ２３の第２支軸２３ｂに対し４５°となるように設定した。

また、磁気ローラ２２の外径を２０ｍｍ、磁気ローラ２２の周速を７６０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ２３の第３Ｓ極の磁束密度のピーク値を４５ｍＴ、現像ローラ２３の外径を２０ｍｍ、現像ローラ２３の周速を７６０ｍｍ／ｓｅｃ、回収ローラ２７の外径を６ｍｍ、回収ローラ２７の周速を７６０ｍｍ／ｓｅｃ、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間のギャップを０．３ｍｍ、現像ローラ２３と回収ローラ２７との間のギャップを０．３ｍｍ、感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との間のギャップを０．１２ｍｍ、感光体ドラム１ａの周速を４６０ｍｍ／ｓｅｃとした。

また、磁気ローラ２２に印加する直流電圧Ｖｄｃを４８０Ｖ、交流電圧のＶｐｐを２．３ｋＶ、周波数を４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比を７０％、現像ローラ２３に印加する直流電圧Ｖｄｃを１２０Ｖ、交流電圧のＶｐｐを１．６ｋＶ、周波数を４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比を４５％、回収ローラ２７に印加する直流電圧を２０Ｖとした。

かかる条件で、磁気ローラ２２から現像ローラ２３へのトナーの移動、現像ローラ２３から回収ローラ２７及び磁気ローラ２２への現像残トナーの回収を連続して行ったときの、現像ローラ２３の駆動時間と、現像ローラ２３上の単位面積当たりのトナー量と、の関係を調べた。結果を図７に示す。

比較例

現像装置３ａに、上記図５及び図６で示したように、回収ローラ２７を設けず、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間の磁界を、ピーク値に対し８０％以上の法線方向磁束密度を持つ極幅が現像ローラ２３の第２支軸２３ｂに対し２０°となるように設定したこと以外は、実施例と同様にして実験を行った。結果を図７に示す。

図７に示す通り、比較例では、現像ローラ２３上の単位面積あたりのトナー量（層厚）は、１周目では小さく、１周目とそれ以降との間に大きな差があった。これに対し、実施例では、１周目でトナー層厚が増加しており、かかる１周目以降のトナー層厚が安定している、すなわち１周目からすでに現像ローラ２３上にトナー層を安定して形成することができるため、現像履歴の発生を防止できることがわかった。

本発明は、磁気ローラの内部において現像ローラとの対向位置に第１の磁極部と、現像ローラの内部において前記対向位置から現像ローラの回転方向上流側にわたって形成され、第１の磁極部とは反対極性を有する第２の磁極部と、第２の磁極部の回転方向上流側と対向し且つ現像ローラとは非接触に配置された磁性体から成り、現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収ローラと、を設けたものである。

これにより、現像履歴現象の発生を効果的に防止することができるため、トナーの小径化に対応することができ、カラー画像形成時の画質の向上を図ることが可能となる。また、回収ローラに、現像ローラに印加される現像バイアスとの電位差により現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収バイアスを印加することにより、より良好に現像ローラ上の現像残トナーを回収することができる。

また、現像ローラと回収ローラの最近接点における現像ローラの表面の法線方向磁束密度を、該法線方向磁束密度のピーク値の７０％以上とすることにより、回収ローラと現像ローラとの間に、より良好に磁気ブラシを形成することができる。

また、第１の磁極部と第２の磁極部とにより発生する磁界を、ピーク値に対し８０％以上の法線方向磁束密度を有する極幅が現像ローラの支軸を中心として３０°以上となるように設定することにより、磁気ブラシ自体の形成を良好にすると共に、回収ローラと第２の磁極部との間まで広く良好な磁気ブラシを形成することができる。また、上記現像装置を備えた画像形成装置とすることにより、現像履歴現象の発生に起因する画像不具合を防止した画像形成を行うことができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
２１ａ 第１攪拌スクリュー
２１ｂ 第２攪拌スクリュー
２２ 磁気ローラ
２２ａ 第１回転スリーブ
２２ｂ 第１支軸
２３ 現像ローラ
２３ａ 第２回転スリーブ
２３ｂ 第２支軸（支軸）
２５ 穂切りブレード
２７ 回収ローラ
３１ 第１バイアス印加装置
３３ 第２バイアス印加装置
３５ 第３バイアス印加装置
４１ 第１固定マグネットローラ体
４１ａ 第１Ｎ極（第１の磁極部）
４３ 第２固定マグネットローラ体
４３ａ 第３Ｓ極（第２の磁極部）
１００ 画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部

Claims (5)

1. キャリア及びトナーを含む二成分系現像剤が用いられ、
   像担持体に対向して配置される現像ローラと、
   該現像ローラ上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成する磁気ローラと、を備え、前記磁気ローラ及び前記現像ローラに現像バイアスを印加することにより前記現像ローラから前記像担持体表面の静電潜像を現像する現像装置において、
   前記磁気ローラの内部において前記現像ローラとの対向位置に第１の磁極部と、
   前記現像ローラの内部において前記対向位置から前記現像ローラの回転方向上流側にわたって形成され、前記第１の磁極部とは反対極性を有する第２の磁極部と、
   前記第２の磁極部の前記回転方向上流側と対向し且つ前記現像ローラとは非接触に配置された磁性体から成り、前記現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収ローラと、が設けられたことを特徴とする現像装置。
2. 前記回収ローラには、前記現像ローラに印加される現像バイアスとの電位差により前記現像ローラ上の現像残トナーを回収するための回収バイアスが印加されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像ローラと前記回収ローラの最近接点における前記現像ローラの表面の法線方向磁束密度は、該法線方向磁束密度のピーク値の７０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記第１の磁極部と前記第２の磁極部とにより発生する磁界は、ピーク値に対し８０％以上の前記法線方向磁束密度を有する極幅が前記現像ローラの支軸を中心として３０°以上となるように設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。

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