JP2023012673A - 現像装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像方式において磁気ブラシからのトナー飛散の発生自体を抑制可能な現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】現像装置は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、現像容器に回転可能に支持され、外周面に現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体と所定の間隔を隔てて対向配置される規制部材と、を備える。現像剤担持体は、表面に磁気ブラシが形成される回転可能な現像スリーブと、現像スリーブ内に固定され、規制部材と対向する規制極と、現像スリーブの回転方向に対し規制極の下流側に配置される下流側磁極とを含む複数の磁極が周方向に所定の間隔で配置されたマグネットと、を有する。マグネットは、規制部材の下流側面から下流側磁極までの間の垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置の近傍に、垂直磁力勾配［ｍＴ／°］の極小値を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、像担持体を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に搭載される現像装置に関し、特に、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式の現像装置およびそれを備えた画像形成装置に関する。

画像形成装置においては、感光体等からなる像担持体上に形成した静電潜像を、現像装置により現像し、トナー像として可視化することを行っている。このような現像装置の一つとして、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式が採用されている。

二成分現像方式においては、現像装置からのトナー飛散の抑制が重要な解決課題となっている。近年、カラー印刷化や画像形成装置の高速処理化の要望に伴い、トナー飛散の悪化が顕著となっている。現像装置からのトナー飛散は画像形成装置内部の汚染につながり、画像形成装置内部の他の装置や出力画像に悪影響を与えるおそれがある。

上記のようなトナー飛散の発生場所の１つが、現像ローラー（現像剤担持体）と規制ブレードとの対向部分（規制部）から現像ローラーと感光体との対向部分（現像領域）にかけての領域である。この領域で飛散したトナーは、現像ローラーのカバーに付着し、付着量が多くなると現像ローラー上の磁気ブラシに回収され、そのまま現像領域に搬送され、画像上にトナー汚れを発生させる原因となる。また、飛散したトナーは現像装置の隙間から画像形成装置本体内へ漏出し、画像形成装置本体内の汚染の原因となる。

そこで、現像剤規制部から現像領域にかけての領域におけるトナー飛散を抑制する方法が提案されている。例えば特許文献１には、層厚規制部材と現像領域との間に、現像スリーブ上のトナーに対して現像スリーブ側に向けて静電気力が作用するように電圧が印加されるトナー飛散抑制電極が配設された現像装置が開示されている。

特許文献２には、現像剤規制部材が、現像スリーブ表面の移動方向と直交する方向に延在する中空と、現像スリーブ表面の移動方向の下流側の壁部に形成された開口とを有し、現像剤規制部材の下流側領域の気圧よりも現像剤規制部材の中空内の気圧を低くした現像装置が開示されている。

特開平８－２４０９７２号公報 特開２００４－２０５９９９号公報

特許文献１の方法は、トナー飛散抑制電極により現像スリーブ側に向かう静電気力（電界）を発生させてトナーの飛散を抑制するものであるが、現像装置から飛散するトナーは電界の影響を受けにくい低帯電トナーや逆帯電トナーも含まれる。これらのトナーは電界での制御が困難であるため、特許文献１の方法ではトナー飛散を十分に抑制できないおそれがあった。

特許文献２の方法では、ファンを用いて現像剤規制部材の中空内の空気を吸引して減圧するものであるが、吸引によるトナーの回収は下流側に配置されるフィルターの目詰まりにより回収性能が低下する。また、吸引力が強すぎると正常に帯電しているトナーまで回収してしまうため、吸引量の調整が難しいという問題点もあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、二成分現像方式において磁気ブラシからのトナー飛散の発生自体を抑制可能な現像装置およ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の第１の構成は、現像容器と、現像剤担持体と、規制部材と、を備え、像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置である。現像容器は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する。現像剤担持体は、現像容器に回転可能に支持され、外周面に現像剤を担持する。規制部材は、現像剤担持体と所定の間隔を隔てて対向配置される。現像剤担持体は、現像剤を担持して表面に磁気ブラシが形成される回転可能な現像スリーブと、現像スリーブ内に回転不能に固定され、規制部材と対向する位置に配置される規制極と、現像スリーブの回転方向に対し規制極の下流側に配置される下流側磁極とを含む複数の磁極が周方向に所定の間隔で配置されたマグネットと、を有する。マグネットは、現像スリーブの回転方向に対し規制部材の下流側面から下流側磁極までの間の垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置の近傍に、垂直磁力勾配［ｍＴ／°］の極小値を有する。

本発明の第１の構成によれば、現像剤担持体のマグネットが規制部材の下流側面から下流側磁極までの間の垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置付近で垂直磁力勾配が極小値を有することにより、規制極と下流側磁極との極間の、磁気ブラシが起立した状態から倒れた状態に変化する位置で強い磁気吸引力が作用しなくなる。そのため、磁気ブラシからのトナー飛散を抑制することができる。

本発明の現像装置３ａ～３ｄを備えた画像形成装置１００の内部構成を示す側面断面図 本発明の一実施形態に係る現像装置３ａの側面断面図 現像ローラー３０の規制極Ｎ１から主極Ｓ１までの間における磁気ブラシＢの挙動を模式的に示す説明図 現像ローラー３０の周方向における垂直磁力分布および垂直磁力勾配の変化を示すグラフ 図４の規制ブレード２７から主極Ｓ１までの拡大図

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、本発明の現像装置３ａ～３ｄを備えた画像形成装置１００の内部構造を示す断面図である。画像形成装置１００（ここではカラープリンター）本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では左側）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（イエロー、シアン、マゼンタおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部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および１ｄが配設されている。さらにベルト駆動モーター（図示せず）により図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト（中間転写体）８が各画像形成部Ｐａ～Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ～１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ～１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー９によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写される。さらに、トナー像が二次転写された転写紙Ｐは、定着部１３においてトナー像が定着された後、画像形成装置１００本体より排出される。感光体ドラム１ａ～１ｄを図１において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ～１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が二次転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９と中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。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）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー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。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ～１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ～１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ～１ｄに画像情報を露光する露光装置５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および３ｄと、感光体ドラム１ａ～１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置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る。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ～１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ～３ｄには、それぞれイエロー、シアン、マゼンタおよびブラックのトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ～３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ～４ｄから各現像装置３ａ～３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、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。これにより、露光装置５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。

そして、一次転写ローラー６ａ～６ｄにより一次転写ローラー６ａ～６ｄと感光体ドラム１ａ～１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ～１ｄ上のイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの画像は、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、一次転写後に感光体ドラム１ａ～１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング装置７ａ～７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されており、ベルト駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が反時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１と、これに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のトナー像が転写紙Ｐ上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａにより加熱およ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、そのまま（或いは、両面搬送路１８に送られて両面に画像が形成された後に）、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図２は、画像形成装置１００に搭載される現像装置３ａの側面断面図である。なお、以下の説明では図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａを例示するが、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、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤という）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によって攪拌搬送室２１、供給搬送室２２に区画されている。攪拌搬送室２１および供給搬送室２２には、トナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナーを磁性キャリアと混合して攪拌し、帯電させるための攪拌搬送スクリュー２５ａおよび供給搬送スクリュー２５ｂがそれぞれ回転可能に配設されている。本実施形態では、正帯電性トナーと、フェライト・樹脂コートキャリアからなる二成分現像剤を用いている。キャリアの詳細な構成については後述する。

そして、攪拌搬送スクリュー２５ａおよび供給搬送スクリュー２５ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端部に形成された不図示の現像剤通過路を介して攪拌搬送室２１、供給搬送室２２間を循環する。即ち、攪拌搬送室２１、供給搬送室２２、現像剤通過路によって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。

現像容器２０は図２の右斜め上方に延在しており、現像容器２０内において供給搬送スクリュー２５ｂの右斜め上方には現像ローラー３０が配置されている。そして、現像ローラー３０の外周面の一部が現像容器２０の開口部から露出し、感光体ドラム１ａに所定の間隔（現像ギャップ）を隔てて対向し、現像領域４０を形成している。現像ローラー３０は、図２において反時計回り方向に回転（感光体ドラム１ａとの対向位置でトレール回転）する。

現像ローラー３０は、図２において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブ３１と、現像スリーブ３１内に回転不能に固定された複数の磁極を有するマグネット３２とで構成されている。本実施形態では表面がローレット加工された現像スリーブ３１を用いているが、表面に多数の凹形状（ディンプル）を形成したものや、表面がブラスト加工された現像スリーブ、更には、ローレット加工や凹形状の形成に加えてブラスト加工を施したものや、耐久性の向上を目的にメッキ処理を施したものや、アルマイト加工を施したもの、更に、アルマイト加工後にＮｉやＳｎ、Ｍｏなどの金属塩をアルマイトのポーラス部分に処理した、いわゆる二次電解着色法で処理したものを用いることもできる。特に、アルマイト加工やアルマイト加工後に二次電解着色法で処理したものは、耐久性の向上だけでなく、現像リークの発生を抑制する効果も併せ持っている。これは、現像スリーブ３１の表面がアルマイト加工されていることで、磁気ブラシで発生したリーク電流が現像ローラー３０の表面で水平方向へ広がりにくくなり、隣接する磁気ブラシを巻き込んだ大きなリークに発達しなくなるためである。

マグネット３２は、主極Ｓ１、規制極（汲上極）Ｎ１、搬送極Ｓ２、Ｎ２、および剥離極Ｓ３の５極構成である。現像装置３ａに駆動力が入力されると、現像スリーブ３１は回転するが、マグネット３２は回転しない。現像ローラー３０には、現像電圧電源（図示せず）により直流電圧Ｖｄｃおよび交流電圧Ｖａｃからなる現像電圧が印加される。

また、現像容器２０には規制ブレード２７が現像ローラー３０の長手方向（図２の紙面と垂直方向）に沿って取り付けられている。規制ブレード２７の先端部と現像ローラー３０表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が設けられ、規制部４１を形成している。本実施形態では、規制ブレード２７としてステンレス（ＳＵＳ４３０）製の磁性ブレードを用いている。

マグネット３２の規制極Ｎ１と規制ブレード２７との間で引き合う方向の磁界が発生することにより、規制ブレード２７と現像ローラー３０との間に現像剤が連なった磁気ブラシが形成され、磁気ブラシが規制ブレード２７（規制部４１）を通過することにより所望の高さに層厚規制される。その後、現像スリーブ３１が反時計回り方向に回転して磁気ブラシが現像領域４０に移動すると、主極Ｓ１により磁界が付与されるため、磁気ブラシは感光体ドラム１ａの表面に接触して静電潜像を現像する。

さらに現像スリーブ３１が反時計回り方向に回転すると、今度は搬送極Ｎ２、Ｓ２により現像スリーブ３１の外周面に沿う方向の磁界が付与されて、磁気ブラシと共にトナー像の形成に使われなかった現像剤が現像スリーブ３１上に回収される。さらに、搬送極Ｓ２と同極性の剥離極Ｓ３において磁気ブラシが現像ローラー３０から離脱して供給搬送室２２内に落下する。そして、供給搬送スクリュー２５ｂにより攪拌、搬送された後、規制極Ｎ１の磁界により再び現像スリーブ３１上に磁気ブラシが形成される。

次に、本発明の特徴部分である現像ローラー３０の周方向におけるマグネット３２の磁力分布について説明する。図３は、現像ローラー３０の規制極Ｎ１から主極Ｓ１までの間における磁気ブラシＢの挙動を模式的に示す説明図である。現像ローラー３０の外周面は断面円弧状であるが、図３では説明の便宜のため平面状としている。

前述したように、現像ローラー３０と規制ブレード２７との対向部分（規制部４１）から現像ローラー３０と感光体ドラム１ａ～１ｄとの対向部分（現像領域４０）にかけての領域でトナー飛散が顕著に発生する。これは、図３に示すように、規制極Ｎ１上で磁気ブラシＢが起立した状態から、現像スリーブ３１の回転（白矢印方向への移動）によって規制極Ｎ１と主極Ｓ１の極間で倒れた状態に変化する。このとき、磁気ブラシＢ同士が接触してトナー飛散（図３の破線矢印で表示）が発生する。

また、磁気ブラシＢが倒れた状態から再び起立した状態に変化する箇所でもトナー飛散が発生しやすい。図３に示すように、現像スリーブ３１の回転によって磁気ブラシＢが下流側の磁極（ここでは主極Ｓ１）に移動すると、主極Ｓ１の垂直磁力によって磁気ブラシＢが起立した状態に変化する。規制極Ｎ１の下流側磁極が主極Ｓ１でない場合は特に問題とならないが、下流側磁極が主極Ｓ１の場合は、起立した状態の磁気ブラシＢの幅（周方向長さ）が大きいと、それだけ電界によるトナーの移動（図３の実線矢印で表示）も増加するため現像性が向上する。一方、移動するトナーの流れに弱帯電のトナーや逆帯電のトナーが巻き込まれ、トナー飛散も増加する。そのため、現像性を維持しつつ、トナー飛散を抑制するような対策が必要となる。

そこで、本実施形態の現像装置３ａ～３ｄでは、現像ローラー３０の周方向におけるマグネット３２の磁力分布の調整、より詳細には、現像ローラー３０の径方向の磁力である垂直磁力の周方向の磁力勾配（以下、垂直磁力勾配という）を調整することで、規制部４１から現像領域４０までの領域におけるトナー飛散を抑制することとしている。

図４は、現像ローラー３０の周方向における垂直磁力分布および垂直磁力勾配の変化を示すグラフである。図５は、図４の規制ブレード２７から主極Ｓ１までの拡大図である。図４および図５を用いて本実施形態の現像装置３ａ～３ｄにおけるマグネット３２の垂直磁力勾配について詳細に説明する。図４および図５中、垂直磁力を実線、垂直磁力勾配を点線、水平磁力を破線で示す。

先ず、規制極Ｎ１上で磁気ブラシが起立した状態から規制極Ｎ１と主極Ｓ１の極間で倒れた状態に変化する箇所でのトナー飛散を抑制する方法について説明する。この場合、垂直磁力が０［ｍＴ］となる極間（図５の点Ｓ）での垂直磁力勾配を緩やかにすることが効果的である。

現像剤を現像ローラー３０に引きつける力である磁気吸引力は、垂直磁力［ｍＴ]の絶対値が大きいほど大きくなる。また、垂直磁力勾配［ｍＴ／°］が大きくなっても大きくなる。通常、極間での垂直磁力勾配は極大となるため、磁気ブラシが倒れた状態では、現像ローラー３０に強い力で引き付けられている。その結果、磁気ブラシが起立した状態から倒れた状態に変化するとき、強い力で磁気ブラシが倒れ込むため、トナー飛散が発生しやすくなる。

そこで、現像ローラー３０の周方向において垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置付近で垂直磁力勾配が極小値となるように設計すれば、磁気ブラシが起立した状態から倒れた状態に変化する極間で強い磁気吸引力が作用しなくなり、磁気ブラシからのトナー飛散を抑制することができる。

ここで、規制ブレード２７の下流側面（図５の点Ｏ）の近傍は、現像ローラー３０の回転によって現像剤を搬送させる力が必要な箇所である。特に、磁性体からなる規制ブレード２７による磁性規制を用いる場合は、規制ブレード２７の下流側直近の垂直磁力勾配Ａを大きくしないと、規制ブレード２７へと引き戻す方向に作用する水平磁力の影響で現像剤の搬送が不安定となる。

そのため、規制ブレード２７の下流側直近の垂直磁力勾配はある程度大きくし、磁気吸引力を確保することで、この磁気吸引力によって発生する現像剤搬送力を得ることが必要となる。その後、垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置（図５の点Ｓ）付近で垂直磁力勾配を小さくするという設計が必要になる。従って、垂直磁力勾配が極小値Ｃとなる点（図５の点Ｐ）は、少なくとも現像ローラー３０の回転方向に対し規制ブレード２７の下流側が好ましい。

また、磁気ブラシが起立した状態から強い力で倒れ込む現象を抑制するためには、垂直磁力勾配が極小値Ｃとなる点（図５の点Ｐ）は、磁気ブラシが倒れ始める箇所に配置されることが好ましい。

以上をまとめると、垂直磁力勾配が極小値Ｃとなる点Ｐは、図５に示すように垂直磁力と水平磁力（周方向の磁力）とが等しくなる（磁気ブラシが約４５°傾斜する）点Ｒより下流側、且つ垂直磁力が０［ｍＴ］となる（磁気ブラシの傾斜が０°となる）点Ｓよりも上流側がより好ましい。さらに、垂直磁力：水平磁力＝１：２となる（磁気ブラシが約２６°傾斜する）点Ｑよりも下流側がより一層好ましい。

次に、規制極Ｎ１と主極Ｓ１の極間で磁気ブラシが倒れた状態から主極Ｓ１上で起立した状態に変化する箇所でのトナー飛散を抑制する方法について説明する。磁気ブラシが立ち上がるときは、磁気ブラシ同士の間隔が広がる方向であるので、磁気吸引力の強さはトナー飛散とはあまり関係がない。ただし、磁気ブラシの間隔が広いほうが、トナーは自由に移動できるようになる。特に、主極Ｓ１の場合、磁気ブラシが起立していると電界によるトナー移動が発生しやすくなり、正常に帯電されたトナーの移動によって、弱帯電トナーや逆帯電トナーの動きも活発化する。その結果、現像性能は向上するが、飛散トナーも増加する結果となる。そのため、できるだけ急峻に垂直磁力を立ち上げて磁気ブラシが起立している幅を狭くした方が好ましい。

即ち、磁気ブラシが起立した状態から倒れる規制極Ｎ１～極間においては、規制ブレード２７の下流側直近では現像剤搬送量を確保するためにある程度の垂直磁力勾配とし、垂直磁力が０［ｍＴ］付近では垂直磁力勾配を緩やかにして磁気ブラシ同士の衝突によるトナー飛散を抑制する。逆に、磁気ブラシが倒れた状態から起立する極間～主極Ｓ１においては、垂直磁力を急激に立ち上げてトナー飛散の発生領域を抑える。

そのため、規制ブレード２７の下流側面Ｏから極小値Ｃとなる点Ｐまでの間に存在する垂直磁力勾配の極大値Ｂ、極小値Ｃとなる点Ｐから主極Ｓ１（下流側磁極）の垂直磁力のピーク位置までの間に存在する垂直磁力勾配の極大値Ｅ、垂直磁力０［ｍＴ］（点Ｓ）での垂直磁力勾配Ｄの関係が、以下の式（１）を満たすことがより好ましい。
Ｃ≦Ｄ＜Ｂ＜Ｅ ・・・（１）

以上のように垂直磁力勾配を設定することにより、規制ブレード２７から現像領域４０にかけての領域でのトナー飛散を効果的に抑制しつつ、現像剤搬送量を確保することで現像性も維持することができる。

次に、現像ローラー３０のマグネット３２の垂直磁力勾配の測定方法について説明する。本実施形態では、現像ローラー３０を角度調整用治具に装着し、一定角度ずつ回転させながら磁力測定装置（ＧＡＵＳＳ ＭＥＴＥＲ Ｍｏｄｅｌ ＧＸ－１００、日本電磁測器株式会社製）を用いて測定した。垂直磁力勾配は、測定精度が非常に高い場合は、異なる角度で測定された垂直磁力の差分を測定角度差で除算することで求めることができるが、測定精度が低い場合、垂直磁力勾配を精度よく求めることができない。そこで、本発明では測定角度を０．０２°ずつ変化させて垂直磁力を測定し、（０．０８°差での垂直磁力差／０．０８°）をその０．０８°内の中間点での勾配１とした。そして、勾配１の２°当たりの平均勾配を垂直磁力勾配とした。垂直磁力勾配の測定例を表１に示す。

表１において、例えば角度１０．００°での勾配１（６．２５［ｍＴ／°］）は、９．９６°での垂直磁力Ｇ１と１０．０４°での垂直磁力Ｇ２の差分Ｇ１－Ｇ２を０．０８°で除算したものである。また、１０．００°での平均勾配（６．２５［ｍＴ／°］）は、９．００°～１１．００°までの２°当たりの勾配１（２°／０．０２°＝１００個）の平均値である。

次に、本実施形態の現像装置３ａ～３ｄに用いられるキャリアについて説明する。キャリアとしては、磁性体の粒子であるキャリアコアの表面にシリコーン樹脂等のコート層を形成したものが用いられる。シリコーン系樹脂は、薄膜でのコーティングが可能であり、コート層の均一性が高くなる。また、コート層の厚みが薄い方が、コート層の静電容量も高くなり、コート層に添加する強誘電体の効果が発揮され易くなる。

キャリアの形状は、不定形から球形まで用いることができる。さらに、キャリアの平均粒子径は、２０μｍ以上６５μｍ以下のものを用いることができる。キャリアの個数平均粒径を６５μｍ以下とすることにより、キャリアの比表面積が大きくなり、キャリアが担持できるトナーの量が増える。これにより、磁気ブラシ中のトナー濃度を高い状態で維持することができ、現像ローラー３０へのトナー供給が十分に行われるため、トナー層の厚さを十分に確保できる。その結果、トナー層から感光体の静電潜像に飛翔するトナーの量を十分に確保でき、画像濃度の低下が抑えられ、さらには画像の濃度ムラが抑えられる。また、現像ローラー３０へのトナー供給が十分に行われるため、現像ローラー３０のトナー層にトナー欠落部分が形成されにくくなり、履歴現像の発生が抑えられる。

キャリアの平均粒子径が２０μｍより小さいと、キャリアが感光体ドラム１ａ～１ｄに付着するキャリア現像が発生する、付着したキャリアは中間転写ベルト８に移行し、転写抜けを起こしたり、ベルトクリーニング装置１９に移動してクリーニング不良の原因になったりする。また、キャリアの平均粒子径が６５μｍより大きいと、二成分現像剤中のトナーを現像ローラー３０から感光体ドラム１ａ～１ｄへ移動させる際、二成分現像剤の磁気ブラシが粗くなり、画質が低下する。

キャリアコアとしては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属、これらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン－亜鉛系フェライト、ニッケル－亜鉛系フェライト、マンガン－マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅－亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物、これらの混合物が挙げられる。キャリアコアは、焼結法、アトマイズ法等の公知の方法によって製造される。上記の中でも、フェライトキャリアは流動性が良く、化学的にも安定であるので、高画質化、長寿命化の観点で好ましく用いられる。

コート層には、強誘電体としてチタン酸バリウム粒子が添加される。チタン酸バリウムの製法としては、水熱重合法、蓚酸塩法等が挙げられるが、チタン酸バリウムは、その製法によって異なる物性を有する。中でも、水熱重合法で作成されたチタン酸バリウムは、内部に空隙を有することで真比重が小さく、粒子径分布もシャープになる。その結果、他の製法のものと比べてコート樹脂中での分散性が良く、均一な分散が可能となる。従って、キャリアの荷電性能も均一化するため、本発明での使用に適している。

チタン酸バリウムの体積平均粒子径は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。チタン酸バリウムの粒子径が１００ｎｍより小さくなると、チタン酸バリウムの比誘電率が急激に低下するため、比誘電率に関する効果が小さくなる。一方、チタン酸バリウムの粒子径が５００ｎｍ以上になると、コート層中での均一な分散が困難となる。

コート重量に対してチタン酸バリウムを５質量部以上添加すると、帯電量の安定効果が発現し始め、２５質量部以上添加すると、帯電量の安定効果がより顕著に現れる。しかし、チタン酸バリウムの添加量が多すぎると、コート層に含有しきれなくなり、コート層から遊離してしまう。遊離したチタン酸バリウムが感光体ドラム１ａ～１ｄに移動し、クリーニング装置７ａ～７ｄのクリーニングブレード３２のエッジ部に噛み込むと、クリーニング不良を発生させる原因になる。特に、トナーコンテナ４ａ～４ｄのトナーにキャリアを混合させて現像装置３ａ～３に補給する方式では、使用を通じて遊離したチタン酸バリウムが現像装置３ａ～３ｄに供給されることにより、クリーニングブレード３２への負荷が大きくなる。そのため、チタン酸バリウムの添加量を５質量部以上４５質量部以下とすることが好ましい。

コート層には、導電体としてカーボンブラックが添加される。カーボンブラックの添加量が多すぎると、コート層から遊離したカーボンブラックがトナーに付着し、ブラック以外のトナーの色濁りを発生させてしまう。一方、カーボンブラックの添加量が少なすぎると、キャリアからトナーへの電荷の移動が起こりにくく、トナー帯電量の上昇が円滑に行えない。本発明のキャリアでは、コート層にチタン酸バリウム（強誘電体）が添加されることでキャリア抵抗が低下するため、キャリア抵抗の低下分だけカーボンブラックの添加量を低減することが可能となる。

コート層に強誘電体（チタン酸バリウム）を添加することで、キャリアの電荷保持能力が高くなり、トナーに十分な電荷を付与することが可能となる。また、コート層に導電体（カーボンブラック）を添加することで、キャリアからトナーへの電荷の移動を円滑に行わせることができる。この２つの相乗効果により、トナー濃度が高くなって荷電させるべきトナー粒子数が増加しても、トナー粒子の飽和帯電量レベルまで電荷を付与することが可能となる。

また、キャリアのコート層に強誘電体として硬度の高いチタン酸バリウムを添加することにより、コート層の削れが減少し、キャリアの長寿命化を図ることができる。また、チタン酸バリウムの添加により、カーボンブラックのみを添加する場合に比べてキャリア抵抗が低下するため、カーボンブラックの添加量を低減することができる。その結果、カーボンブラックがトナーに付着することによる色濁りを抑制することができる。さらに、キャリアの電化付与性能が向上するため、現像剤中のトナー濃度が高くなった場合でもトナー帯電量の変化が小さくなる。その結果、トナー帯電量が安定し、トナー飛散を安定して抑制することができる。

その他本発明は、上記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、上記実施形態では、現像ローラー３０のマグネット３２として、規制極Ｎ１の下流側磁極として主極Ｓ１が配置された構成を用いたが、規制極と主極の間に磁極（搬送極）が配置されたマグネットを用いることもできる。その場合、規制極と主極の間に配置される磁極が下流側磁極であり、規制極と下流側磁極、および下流側磁極と主極は異極性（規制極と主極は同極性）となる。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなカラープリンターを例に挙げて説明したが、本発明はカラープリンターに限らず、モノクロおよびカラー複写機やモノクロプリンター、デジタル複合機等、二成分現像式の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、実施例により本発明の効果について更に具体的に説明する。

［強誘電粒子含有キャリアの製造］
シリコーン樹脂（信越化学工業社製、ＫＲ－２５５、不揮発分＝５０％）２００質量部、チタン酸バリウム（堺化学社製、体積平均粒子径３０４ｎｍ）２０質量部、カーボンブラック（ライオン社製、ケッチェンブラックＥＣ）７質量部、トルエン８００質量部をホモミキサーにて分散し、コート液を得た。得られたコート液を、流動床型コーティング装置を用いてキャリアコア（Ｍｎフェライトキャリア、体積平均粒子径３４．７μｍ、飽和磁化８０ｅｍｕ／ｇ、保磁力８Ｏｅ、ＤＯＷＡ ＩＰクリエイション社製）５ｋｇに７０～８０℃の加熱下で散布し、キャリアコアをコート液で被覆した。その後、電気炉を用いて２００～２５０℃で１時間焼成を行い、冷却後に篩を用いて解砕、分級し、コート層に強誘電粒子を含有したキャリアを得た。

［垂直磁力勾配を変化させた場合のトナー飛散量の評価］
現像ローラー３０の垂直磁力勾配を変化させた場合のトナー飛散量の評価を行った。試験方法は、規制ブレード２７から現像領域４０までの区間における、規制ブレード２７の下流側面（図５のＯ）での垂直磁力勾配Ａ、規制ブレード２７～極間での垂直磁力勾配の極大値Ｂ、極小値Ｃ、垂直磁力が０［ｍＴ］となる点（図５のＳ）の垂直磁力勾配Ｄ、極間～現像領域４０での垂直磁力勾配の極大値Ｅ、および規制ブレード２７の下流側面から水平磁力／垂直磁力が１および０．５となる点（図５のＲ、Ｑ）、垂直磁力勾配が極小値Ｃとなる点（図５のＰ）、垂直磁力が０［ｍＴ］となる点までの位置（角度）を変化させた、図２に示したような現像装置３ａ～３ｄ（本発明１～３、比較例１～４）を、図１に示したような試験機に搭載した。

この試験機を用いて、印字率１％のテスト画像を５０００枚連続印字し、その後に印字率２０％のテスト画像を５０００枚連続印字したときの規制ブレード２７から現像領域４０までのトナー飛散状態を目視により観察した。

画像形成条件は、印字速度（プロセス速度）を５５枚／分とし、現像ローラー３０には外周面に８０列の凹部が形成（ローレット加工）された外径２０ｍｍの現像スリーブ３１を使用した。規制ブレード２７は、厚さ１．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ４３０）製の磁性ブレードを用い、規制ブレード２７と現像ローラー３０との距離（規制ギャップ）を０．５±０．０３ｍｍとした。現像ローラー３０には、２５０Ｖの直流電圧にピークツーピーク値（Ｖｐｐ）１１２５Ｖ、周波数１０ｋＨｚ、ｄｕｔｙ＝５０％の交流電圧を重畳した現像電圧を印加した。

感光体ドラム１ａ～１ｄは、比誘電率１１のアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）感光体を用い、感光体ドラム１ａ～１ｄに対する現像ローラー３０の周速比を１．８（対向位置でトレール回転）、感光体ドラム１ａ～１ｄ－現像ローラー３０間の距離（ＤＳ間距離）を０．３７５±０．０２５ｍｍとした。また、中間転写ベルト８には弾性ベルトを使用した。

トナーは、平均粒子径６．８μｍの正帯電トナーを用い、キャリアは実施例１で製造した樹脂コートキャリアを用いた。現像剤中の初期トナー濃度（キャリアに対するトナーの重量比）を６％とした。

評価方法は、トナー飛散が軽微なものを〇、トナー飛散が少し発生しているものを△、トナー飛散が多く発生しているものを×とした。評価結果を垂直磁力勾配の条件と合わせて表２に示す。

表２から明らかなように、垂直磁力と水平磁力とが等しくなる点Ｒより下流側、且つ垂直磁力が０［ｍＴ］となる点Ｓよりも上流側に、垂直磁力勾配が極小値Ｃとなる点Ｐを有する本発明１～３の現像装置３ａ～３ｄでは、トナー飛散の発生が抑制されることが確認された。

特に、規制ブレード２７の下流側直近の垂直磁力勾配Ａから極小値Ｃまでの間に存在する垂直磁力勾配の極大値Ｂ、極小値Ｃから主極Ｓ１の垂直磁力のピーク位置までの間に存在する垂直磁力勾配の極大値Ｅ、垂直磁力０［ｍＴ］（点Ｓ）での垂直磁力勾配Ｄの関係が、Ｃ≦Ｄ＜Ｂ＜Ｅを満たす本発明１、２では、トナー飛散が軽微であった。

一方、規制ブレード２７の下流側直近から垂直磁力が０［ｍＴ］となる点Ｓまでの間に垂直磁力勾配の極大値Ｂ、極小値Ｃを有しない比較例１～４の現像装置３ａ～３ｄでは、トナー飛散が多く発生した。

以上の結果より、規制ブレード２７の下流側面から、垂直磁力が０［ｍＴ］となる点（点Ｓ）までの間に垂直磁力勾配の極小値Ｃを有するような垂直磁力分布とすることで、規制ブレード２７から現像領域４０までの領域におけるトナー飛散を効果的に抑制できることが確認された。

なお、ここでは実施例１で製造した、強誘電粒子としてチタン酸バリウムを添加した樹脂コートキャリアを用いた場合の結果を示したが、他のキャリアを用いた場合にも同様の効果が得られることが確認されている。

本発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式の現像装置に利用可能である。本発明の利用により、二成分現像方式において磁気ブラシからのトナー飛散の発生自体を抑制可能な現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

Ｐａ～Ｐｄ 画像形成部
１ａ～１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ～２ｄ 帯電装置
３ａ～３ｄ 現像装置
５ 露光装置
２０ 現像容器
２７ 規制ブレード（規制部材）
３０ 現像ローラー（現像剤担持体）
３１ 現像スリーブ
３２ マグネット
４０ 現像領域
４１ 規制部
１００ 画像形成装置
Ｎ１ 規制極
Ｓ１ 主極（下流側磁極）
Ｎ２、Ｓ２ 搬送極
Ｓ３ 剥離極

Claims (7)

1. 磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、
   前記現像容器に回転可能に支持され、外周面に前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と所定の間隔を隔てて対向配置される規制部材と、
   を備え、像担持体の表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置において、
   前記現像剤担持体は、
   前記現像剤を担持して表面に磁気ブラシが形成される回転可能な現像スリーブと、
   前記現像スリーブ内に回転不能に固定され、前記規制部材と対向する位置に配置される規制極と、前記現像スリーブの回転方向に対し前記規制極の下流側に配置される下流側磁極とを含む複数の磁極が周方向に所定の間隔で配置されたマグネットと、
   を有し、
   前記マグネットは、前記現像スリーブの回転方向に対し前記規制部材の下流側面から前記下流側磁極までの間の垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置の近傍に、垂直磁力勾配［ｍＴ／°］の極小値を有することを特徴とする現像装置。
2. 前記マグネットの周方向において前記垂直磁力勾配［ｍＴ／°］が極小値となる点Ｐは、前記現像スリーブの回転方向に対し前記垂直磁力と水平磁力が等しくなる点Ｑよりも下流側、且つ、前記垂直磁力が０［ｍＴ］となる点Ｓよりも上流側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記点Ｐは、前記垂直磁力と前記水平磁力の磁力比が１：２となる点Ｒよりも下流側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記点Ｐにおける前記垂直磁力勾配の極小値Ｃ、前記現像スリーブの回転方向に対し前記規制部材の下流側面から前記点Ｐまでの間に存在する前記垂直磁力勾配の極大値Ｂ、前記点Ｐから前記下流側磁極の前記垂直磁力のピークまでの間に存在する前記垂直磁力勾配の極大値Ｅ、垂直磁力が０［ｍＴ］となる位置での前記垂直磁力勾配Ｄの関係が、以下の式（１）を満たすことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の現像装置。
   Ｃ≦Ｄ＜Ｂ＜Ｅ ・・・（１）
5. 前記下流側磁極は、前記現像剤担持体と前記像担持体とが対向する現像領域に配置される主極であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置。
6. 前記キャリアは、磁性体の粒子であるキャリアコアの表面に樹脂製のコート層を形成したものであり、前記コート層は、導電体としてカーボンブラックと、強誘電体としてチタン酸バリウムと、を含み、
   前記チタン酸バリウムの体積平均粒子径が、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記チタン酸バリウムの添加量が、前記コート層を形成するコート樹脂１００質量部に対し２５～４５質量部であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の現像装置。
7. 表面に感光層が形成された前記像担持体と、
   前記像担持体に形成された前記静電潜像に前記トナーを付着させてトナー像を形成する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の現像装置と、
   を備えた画像形成装置。

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