JP2023109501A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド現像方式の現像装置において、現像ローラへのキャリア付着の低減と、現像剤劣化の抑制を両立できる構成を提供する。【解決手段】現像装置は、感光ドラムに形成された静電潜像を現像する現像ローラと、現像ローラに現像剤を供給する供給ローラと、供給ローラに担持される現像剤の量を規制する規制ブレードとを有する。供給ローラの内部のマグネットローラは、現像ローラと対向する位置にある主極Ｎ１と、主極Ｎ１の上流に隣接して配置された保持極Ｓ１と、保持極Ｓ１の上流に隣接した位置で規制ブレードと対向する位置に配置された規制極Ｎ２と、規制極Ｎ２の上流に隣接配置され、現像剤を汲み上げるための汲み上げ極Ｓ２とを有する。供給ローラの表面における法線方向の磁束密度Ｂｒの最大値の絶対値の大きさは、保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２を満たす。【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複数の機能を有する複合機などの画像形成装置に用いられる現像装置に関する。

現像装置では、従来から、非磁性粒子のトナーと磁性粒子のキャリアを含む２成分現像剤（以下、現像剤と略称する）を用いるものが知られている。このような現像装置として、像担持体としての感光ドラムに対向配置される現像回転体としての現像ローラと、現像ローラに対向配置される供給回転体としての供給ローラとを有する、所謂ハイブリッド現像方式を用いた構成が提案されている（特許文献１）。

このようなハイブリッド現像方式を用いた現像装置では、内部にマグネットを配置した供給ローラに現像剤を担持し、供給ローラの回転によって搬送された現像剤から現像ローラ上にトナー層を形成し、現像ローラから感光ドラム上の静電潜像をトナーにより現像する。

特許文献１に記載された現像装置では、供給ローラの内部に配置されたマグネットは、現像ローラと対向する位置に主極が配置されており、現像ローラの内部に配置されたマグネットは、供給ローラと対向する位置に主極と異極性の受け取り極が配置されている。また、供給ローラの回転方向に関して主極の上流側には、供給ローラに担持される現像剤の量を規制する規制部材が配置されている。供給ローラの内部のマグネットは、供給ローラの回転方向に関して、主極の上流側で規制部材と対向する位置に主極と同極性の規制極を、規制極と主極の間に主極と異極性の保持極をそれぞれ配置されている。特許文献１では、主極の上流に保持極を設けることで、主極と保持極の間でのキャリア保持力を高めて現像ローラへのキャリア付着を抑制している。

特開２００８－２３３２２３号公報

近年、画像形成装置の高速化が進み、供給ローラ及び現像ローラの回転速度が速くなっている。このため、供給ローラから現像剤中のキャリアが飛翔しやすくなる。したがって、主極と保持極の磁力をより大きくして現像ローラへのキャリア付着を抑制することが望まれる。一方で、供給ローラ内の磁極の磁力を大きくしていくと、現像剤の劣化が促進されてしまう。現像剤が劣化すると画像品質の低下やかぶり等の異常画像が発生してしまう。

本発明は、ハイブリッド現像方式の現像装置において、現像回転体へのキャリア付着の低減と、現像剤劣化の抑制を両立できる構成を提供することを目的とする。

本発明の現像装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と、像担持体に対向して配置され、回転することで前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像位置に現像剤を搬送する現像回転体と、前記現像回転体に対向して配置され、回転することで前記現像容器内の現像剤を前記現像回転体に供給する供給回転体と、前記供給回転体に対向して配置され、前記供給回転体に担持される現像剤の量を規制する規制部材と、前記現像回転体の内部に非回転に固定して配置された第１マグネットと、前記供給回転体の内部に非回転に固定して配置された第２マグネットと、を備え、前記第１マグネットは、前記現像回転体の回転方向に関して、前記現像回転体が前記供給回転体と対向する位置に配置され、前記供給回転体から現像剤を受け取るための受け取り極を有し、前記第２マグネットは、前記供給回転体の回転方向に関して、前記供給回転体が前記現像回転体と対向する位置に配置され、前記受け取り極とは異極性である主極と、前記主極の上流に隣接して配置され、前記主極と異極性である保持極と、前記保持極の上流に隣接した位置で、前記規制部材が前記供給回転体と対向する位置に配置され、前記主極と同極性である規制極と、前記規制極の上流に隣接して配置され、前記規制極と異極性であり、前記現像容器から現像剤を前記供給回転体に汲み上げるための汲み上げ極と、を有し、前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度の最大値の絶対値は、前記汲み上げ極よりも前記規制極が大きく、前記規制極よりも前記保持極が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、ハイブリッド現像方式の現像装置において、現像回転体へのキャリア付着の低減と、現像剤劣化の抑制を両立できる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成断面図。 第１の実施形態に係る画像形成装置の制御ブロック図。 第１の実施形態に係る現像装置の断面図。 実施例１及び比較例１、２に係る供給ローラの角度と、法線方向の磁束密度Ｂｒ及び供給ローラの中心方向の磁気吸引力Ｆｒの関係を示すグラフ。 実施例１、２及び比較例１に係る供給ローラの角度と、法線方向の磁束密度Ｂｒ及び供給ローラの中心方向の磁気吸引力Ｆｒの関係を示すグラフ。 実施例２に係る供給ローラの規制極Ｎ２の周辺の角度と、法線方向の磁束密度Ｂｒの関係を示すグラフ。 実施形態の効果を確認するために行った実験結果を示す表。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。なお、本実施形態では、現像装置を、画像形成装置の一例としてタンデム型のフルカラープリンタに適用した場合について説明している。

［画像形成装置］
まず、本実施形態の画像形成装置１００の概略構成について、図１を用いて説明する。図１に示す画像形成装置１００は、装置本体内に４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。本実施形態では、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを後述する中間転写ベルト６の回転方向に沿って配置した中間転写タンデム方式としている。画像形成装置１００は、装置本体に接続された不図示の原稿読み取り装置又は装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像（画像）を記録材Ｓに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。

トナー像の形成プロセスについて説明する。まず、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫについて説明する。但し、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、トナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外、ほぼ同一に構成される。そこで、以下では代表してイエローの画像形成部ＰＹを例に説明し、その他の画像形成部ＰＭ、ＰＣ、ＰＫについては説明を省略する。

画像形成部ＰＹは、主に感光ドラム１、帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置８等から構成される。本実施形態では、各画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの上方に中間転写ベルト６が、下方に露光装置３が配置されている。像担持体及び感光体としての感光ドラム１は、アルミニウムシリンダの外周面に負極性又は正極性の帯電極性を持つよう形成された感光層を有し、所定のプロセススピード（周速度）で回転する。

帯電装置２は、感光ドラム１の表面を、例えば、感光ドラム１の帯電特性に応じた一様な負極性又は正極性の暗部電位に帯電させる。本実施形態では、帯電装置２を感光ドラム１の表面に接触して回転する帯電ローラとしている。感光ドラム１の表面では、帯電後、露光装置（レーザスキャナ）３によって画像情報に基づいて静電潜像が形成される。感光ドラム１は、形成された静電潜像を担持して、周回移動し、現像装置４によってトナーで現像される。現像装置４の詳細な構成については、後述する。画像形成で消費された現像剤中のトナーは、不図示のトナーカートリッジからキャリアと共に補給される。

現像されたトナー像は、感光ドラム１と中間転写ベルト６を挟んで対向配置される一次転写ローラ６１により所定の加圧力及び一次転写バイアスが与えられ、中間転写ベルト６上に一次転写される。一次転写後の感光ドラム１は、不図示の前露光部によって表面を除電される。クリーニング装置８は、一次転写後の感光ドラム１の表面に残留する転写残留トナー等の残留物を清掃する。

中間転写ベルト６は、張架ローラ６２、二次転写内ローラ６３によって張架されている。中間転写ベルト６は、駆動ローラでもある二次転写内ローラ６３によって図中矢印Ｒ１方向へと移動するように駆動される。上述の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫにより処理される各色の画像形成プロセスは、中間転写ベルト６上に一次転写された移動方向上流の色のトナー像上に順次重ね合わせるタイミングで行われる。その結果、最終的にはフルカラーのトナー像が中間転写ベルト６上に形成され、二次転写部Ｔ２へと搬送される。二次転写部Ｔ２は、中間転写ベルト６の二次転写内ローラ６３に張架された部分と二次転写外ローラ６４とにより形成される転写ニップ部である。なお、二次転写部Ｔ２を通過した後の転写残トナーは、不図示のベルトクリーニング装置によって中間転写ベルト６から除去される。

二次転写部Ｔ２まで送られて来るトナー像の形成プロセスに対して、同様のタイミングで二次転写部Ｔ２までの記録材Ｓの搬送プロセスが実行される。搬送プロセスでは、記録材Ｓは、不図示のシートカセット等から給送され、画像形成タイミングに合わせて二次転写部Ｔ２へと送られる。二次転写部Ｔ２では、二次転写内ローラ６３に二次転写電圧が印加される。

以上の画像形成プロセス及び搬送プロセスにより、二次転写部Ｔ２において中間転写ベルト６から記録材Ｓにトナー像が二次転写される。その後、記録材Ｓは定着装置７へと搬送され、定着装置７により加熱及び加圧されることにより、トナー像が記録材Ｓ上に溶融固着される。こうしてトナー像が定着された記録材Ｓは、排出ローラにより排出トレイに排出される。

［制御部］
画像形成装置１００は、上記した画像形成動作などの各種制御を行うための制御部２０を備えている。画像形成装置１００の各部の動作は、画像形成装置１００に設けられた制御部２０によって制御される。一連の画像形成動作は、装置本体の上面の操作部、あるいは、ネットワークを経由した各入力信号に従って制御部２０が制御している。

図２に示すように、制御部２０は、演算制御手段としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２３等を有する。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に格納された制御手順に対応するプログラムを読み出しながら画像形成装置１００の各部の制御を行う。ＲＡＭ２３には、作業用データや入力データが格納されており、ＣＰＵ２１は、前述のプログラム等に基づいてＲＡＭ２３に収納されたデータを参照して制御を行う。

制御部２０は、画像処理部２４で画像情報を処理して各部の駆動信号を生成し、画像形成制御部２５で、露光装置３や現像装置４を駆動する駆動部９などの各部の動作を制御し、補給制御部２６で現像装置４に対するトナー補給制御を行う。駆動部９は、後述する現像ローラ５０、供給ローラ５１、第１搬送スクリュ４４、第２搬送スクリュ４５を駆動する駆動モータを有する。

制御部２０には、トナー濃度センサ５８、光学センサ８０、温湿度センサ８１、バイアス電源８２などが接続されている。トナー濃度センサ５８については後述する。光学センサ８０は、中間転写ベルト６の表面に対向するように配置され、中間転写ベルト６条に形成された制御用トナー像であるパッチ画像の濃度を検知する。光学センサ８０により検知されたパッチ画像の濃度に応じて、現像装置４へのトナーの補給制御などが行われる。バイアス電源８２は、後述するように、現像ローラ５０及び供給ローラ５１に電圧を印加する電源である。

温湿度センサ８１は、検知手段の一例として現像装置４の内部の温度及び湿度に関する情報を検知するために、例えば、撹拌室４３の壁部のトナー搬送方向下流側の一部に設けられている。制御部２０は、温湿度センサ８１の検知結果である現像装置４の内部の温度及び湿度に関する情報に基づいて、現像装置４の内部の絶対水分量を算出する。即ち、温湿度センサ８１は、現像容器４０の内部の絶対水分量に関する情報を検知する。尚、本実施形態では、制御部２０は、絶対水分量に関する情報として、容積絶対湿度に関する情報を算出する。また、本実施形態では、制御部２０は、絶対水分量に関する情報として容積絶対湿度に関する情報を算出する場合について説明しているが、これには限られず、絶対水分量に関する情報として重量絶対湿度に関する情報を算出するようにしてもよい。

［二成分現像剤］
次に、本実施形態にて用いられる現像剤について説明する。本実施形態では、現像剤として、非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）を含むキャリアに対するトナーの混合被覆率が８．０重量％である二成分現像剤を使用している。トナーは、結着樹脂、着色剤、及び、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子であり、その表面にコロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている。本実施形態で用いたトナーは、感光ドラム１の帯電特性に応じた負帯電性又は正帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は約７．０μｍである。本実施形態で用いたキャリアは、例えば表面が酸化処理された鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属粒子からなり、体積平均粒径は約４０μｍ以上５０μｍ以下である。

［現像装置］
次に、現像装置４について、図３を用いて詳細に説明する。本実施形態の現像装置４は、供給ローラ５１上に形成された二成分現像剤による磁気ブラシで、現像ローラ５０上にトナーのみの薄層を形成し、現像ローラ５０に印加される直流と交流とを重畳した現像バイアスにより、トナーを感光ドラム１上に形成された静電潜像に飛翔させて現像を行う、所謂、タッチダウン現像方式の現像装置である。

図３に示すように、現像装置４は、現像容器４０と、現像回転体としての現像ローラ５０と、供給回転体としての供給ローラ５１を備えている。現像容器４０には、非磁性トナー及び磁性キャリアを含む現像剤が収容される。現像容器４０は、第１室としての現像室４２と、第２室としての撹拌室４３と、仕切り壁としての隔壁４１とを有する。撹拌室４３は、水平方向から見て現像室４２と少なくとも一部が重なるように現像室４２と隣接して配置される。隔壁４１は、現像室４２と撹拌室４３とを仕切る。隔壁４１には、長手方向（現像ローラ５０及び供給ローラ５１の回転軸線方向）の両端側に、現像室４２と撹拌室４３とを連通させる連通部としての開口部４１ａが形成されている。現像容器４０は、隔壁４１に設けられた開口部４１ａを介して現像室４２と撹拌室４３とで現像剤を循環させる循環経路を形成する。

本実施形態では、現像容器４０内の略中央部に隔壁４１を設けている。これにより、現像容器４０は、現像室４２と撹拌室４３とが水平方向に隣接するように隔壁４１によって区画されている。現像室４２及び撹拌室４３には、現像剤を撹拌して循環させるために回転可能な第１搬送スクリュ４４及び第２搬送スクリュ４５が、それぞれ配置されている。

第１搬送部材としての第１搬送スクリュ４４は、現像室４２内（第１室内）の底部に供給ローラ５１の回転軸線方向（長手方向）に沿って、供給ローラ５１とほぼ平行に対向して配置されている。第１搬送スクリュ４４は、回転軸４４ａと、回転軸４４ａの周囲に螺旋状に設けられた羽根４４ｂとを有する。第２搬送部材としての第２搬送スクリュ４５は、撹拌室４３内（第２室内）の底部に第１搬送スクリュ４４とほぼ平行に配置されている。第２搬送スクリュ４５は、回転軸４５ａと、回転軸４５ａの周囲に螺旋状に設けられた羽根４５ｂとを有する。

第１搬送スクリュ４４及び第２搬送スクリュ４５が、それぞれ矢印Ｒ４、Ｒ３方向に回転することで、現像室４２及び撹拌室４３内でそれぞれ現像剤が搬送される。第１搬送スクリュ４４及び第２搬送スクリュ４５の回転によって搬送された現像剤は、隔壁４１の両端部の開口部４１ａを通じて現像室４２と撹拌室４３とを循環する。トナーは、第１搬送スクリュ４４及び第２搬送スクリュ４５よって攪拌されることにより、キャリアと摺擦して負極性又は正極性に摩擦帯電される。

撹拌室４３には、第２搬送スクリュ４５と対面して、トナー濃度センサ５８（図２）が配置されている。トナー濃度センサ５８としては、例えば、現像容器４０内の現像剤の透磁率を検出する透磁率センサが用いられる。制御部２０は、トナー濃度センサの検知結果に基づいて、トナーカートリッジからトナー補給口(不図示)を介して撹拌室４３にトナーを補給する。

図３に示すように、現像ローラ５０及び供給ローラ５１は、現像室４２及び撹拌室４３よりも鉛直方向上方に配置されている。現像ローラ５０は、供給ローラ５１の回転軸線方向から視て供給ローラ５１の斜め上方で感光ドラム１との間に設けられている。供給ローラ５１と現像ローラ５０とは、回転軸線をほぼ平行にして、対向部分Ｐ１において互いに対向して配置されている。現像ローラ５０は、現像容器４０の開口側において感光ドラム１に対向している。現像ローラ５０及び供給ローラ５１は、それぞれ回転軸線周りに関して回動自在に設けられている。現像ローラ５０及び供給ローラ５１は、装置本体に設けられた駆動部９（図２）によって、図３中の反時計回り（矢印Ｒ６、Ｒ５方向）に回転駆動される。即ち、現像ローラ５０及び供給ローラ５１は、対向部分Ｐ１で反対方向に回転すると共に、駆動部９により回転速度を可変としている。

供給ローラ５１は、図３において反時計方向に回転する非磁性の円筒状（例えば直径２０ｍｍ以上２５ｍｍ以下（本実施形態では２０ｍｍ）の円筒状）のローラであり、内周側に設けられた磁界発生手段及び第２マグネットである回転しない円筒状のマグネットローラ５１ａの周囲を回転可能に設けられている。即ち、マグネットローラ５１ａは、供給ローラ５１の内部に非回転に固定して配置されている。マグネットローラ５１ａは、５つのピースを有し、それぞれ供給ローラ５１に対向する表面に、供給ローラの回転方向に関して順番に配置された汲み上げ極Ｓ２、規制極Ｎ２、保持極Ｓ１、主極Ｎ１、剥離極Ｓ３を有している。なお、本実施形態は５極からなるマグネットローラを用いているが、５極以外でも構わなく、例えば７極からなるマグネットローラであっても良い。

主極Ｎ１は、供給ローラ５１が現像ローラ５０と対向する位置に配置され、後述する現像ローラ５０内のマグネットローラ５０ａの受け取り極Ｓ４とは異極性である。保持極Ｓ１は、供給ローラ５１の回転方向に関して、主極Ｎ１の上流に隣接して配置され、主極Ｎ１と異極性である。規制極Ｎ２は、供給ローラ５１の回転方向に関して、保持極Ｓ１の上流に隣接した位置で、後述する規制ブレード５２が供給ローラ５１と対向する位置に配置され、主極Ｎ１と同極性である。汲み上げ極Ｓ２は、規制極Ｎ２の上流に隣接して配置され、規制極Ｎ２と異極性であり、現像容器４０から現像剤を供給ローラ５１に汲み上げるための磁極である。具体的には、汲み上げ極Ｓ２は、現像室４２の上方に第１搬送スクリュ４４と対向して配置されている。剥離極（剥ぎ取り極）Ｓ３は、供給ローラ５１の回転方向に関して、汲み上げ極Ｓ２の上流に隣接して配置されており、汲み上げ極Ｓ２と同極性である。汲み上げ極Ｓ２、規制極Ｎ２、保持極Ｓ１、主極Ｎ１、剥離極Ｓ３は、供給ローラ５１の回転方向に関して、この順番で隣接して配置されている。

供給ローラ５１は、非磁性のトナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持して、現像ローラ５０との対向部分Ｐ１に回転搬送する。即ち、供給ローラ５１は、現像ローラ５０に対向して配置され、回転することで現像容器４０内（現像容器内）の現像剤を現像ローラ５０に供給する。供給ローラ５１は、例えば直径２０ｍｍの円筒状で、例えばアルミニウムや非磁性ステンレス等の非磁性材料で構成され、本実施形態ではアルミニウム製としている。また、供給ローラ５１は、外周面が例えばＲｚ３０μｍの表面粗さとなるようにブラスト処理されている。

規制部材としての規制ブレード５２は、供給ローラ５１の回転方向に関して、現像ローラ５０と対向する位置よりも上流に配置され、供給ローラ５１に担持される現像剤の量を規制する。即ち、規制ブレード５２は、板状の部材であり、先端がマグネットローラ５１ａの規制極Ｎ２が配置された供給ローラ５１の外周面に対向するように現像容器４０に設けられている。規制ブレード５２の先端と供給ローラ５１の外周面との間には、所定の隙間を設けている。そして、供給ローラ５１の表面に担持された現像剤の磁気穂が規制ブレード５２に穂切りされることで、現像剤の層厚が規制される。具体的には、規制ブレード５２は、供給ローラ５１の長手方向に配置した金属板（例えばステンレス鋼板）からなり、規制ブレード５２の先端部と供給ローラ５１との間を現像剤が通過することにより、現像剤が一定の量に規制された状態で搬送される。規制ブレード５２は、例えば肉厚１．５ｍｍ程度のＳＵＳ４３０などの磁性部材でＬ字状に形成され、供給ローラ５１の回転軸線方向に延在するように現像容器４０に固定されている。

なお、規制ブレード５２は、磁性部材でも非磁性部材でもどちらでも構わない。磁性材料とした場合、規制ブレード５２の先端と供給ローラ５１の間隔を大きくでき、異物が詰まりにくいというメリットもある。一方で、磁性部材の場合は、規制ブレード５２の先端部と供給ローラ５１との間の磁界に現像剤が拘束され、摺擦による現像剤劣化が発生しやすくなる虞がある。なお、規制ブレード５２を非磁性部材の一部に磁性部材を貼り付けた構成としても良い。こうすることで、磁性部材のメリットは多少失われるが、現像剤劣化を抑えることが可能である。本実施形態においては、規制ブレード５２は磁性部材のみからなるものを用いた。そのため、現像剤劣化が懸念となるが、後述する本実施形態のマグネットローラ５１ａを併用することで、剤劣化を抑制することが可能となる。

現像室４２に収容された現像剤は、現像室４２に対向する汲み上げ極Ｓ２により供給ローラ５１の表面に吸着され、規制ブレード５２の方向へ搬送される。現像剤は、規制ブレード５２に対向する規制極Ｎ２によって穂立ちされ、規制ブレード５２によって層厚が規制される。現像剤層は、保持極Ｓ１を経て、現像ローラ５０との対向部分Ｐ１に担持搬送され、現像領域に対向する主極Ｎ１によって磁気穂を形成した状態で、現像ローラ５０の表面にトナーを供給する。供給ローラ５１には、直流電圧と交流電圧とが重畳された供給バイアスが印加されている。

現像ローラ５０は、感光ドラム１に対向して配置され、回転することで感光ドラム１に形成された静電潜像を現像する現像位置に現像剤を搬送する。即ち、現像ローラ５０は、図３において反時計回り方向に回転する非磁性のローラであり、内周側に設けられた１つの受け取り極Ｓ４を持つ回転しない第１マグネットとしてのマグネットローラ５０ａの周囲を回転可能に設けられている。現像ローラ５０は、トナーを担持して回転することで感光ドラム１に対向する対向領域である現像領域Ｐ２において、感光ドラム１上の静電潜像を現像可能である。供給ローラ５１と現像ローラ５０とは、その対向部分Ｐ１において所定のギャップをもって対向している。現像ローラ５０内のマグネットローラ５０ａの受け取り極Ｓ４は対向する主極Ｎ１と異極性である。

現像ローラ５０には、直流電圧と交流電圧とが重畳された現像バイアスが印加されている。現像バイアスおよび供給バイアスは電圧印加部の一例としてのバイアス電源８２（図２）からバイアス制御回路を経由して現像ローラ５０及び供給ローラ５１に印加される。即ち、バイアス電源８２は、現像ローラ５０と供給ローラ５１との間に直流成分及び交流成分を含む電圧を印加する。

現像ローラ５０上で現像に用いられずに残ったトナーは、再び現像ローラ５０と供給ローラ５１との対向部分Ｐ１に搬送され、供給ローラ５１上の磁気穂によって摺擦されて供給ローラ５１に回収される。磁気穂は、供給ローラ５１の回転方向下流側に配置された剥離極Ｓ３及び汲み上げ極Ｓ２が反発することによって作られた剥離領域にて、供給ローラ５１から剥離される。剥離された現像剤は、現像室４２内に落下して、現像容器４０内を循環している現像剤と攪拌及び搬送され、再び汲み上げ極Ｓ２に吸着されて供給ローラ５１により搬送される。

［供給ローラのマグネットローラ］
次に、本実施形態の供給ローラ５１が有するマグネットローラ５１ａの汲み上げ極Ｓ２、規制極Ｎ２、保持極Ｓ１の実施例１について、比較例１、２と比較しつつ、図４を参照して説明する。図４は、マグネットローラ５１ａによる供給ローラ５１上における磁束密度Ｂｒの分布を概略的に示す図である。なお、磁束密度Ｂｒは、正確には磁束密度Ｂの供給ローラ５１の表面における法線方向成分を指す。以下では、「法線方向の磁束密度Ｂｒ」を慣例に従い単に「磁束密度」と呼ぶ場合がある。単に「磁束密度」という場合は、「法線方向の磁束密度Ｂｒ」のことを指すこととする。実施例及び比較例の各マグネットローラの（法線方向の）磁束密度Ｂｒについて、磁場測定器（Ｆ．Ｗ．ＢＥＬＬ社製「ＭＳ－９９０２」）を用いて、磁場測定器の部材であるプローブと供給ローラ５１の表面との距離を約１００μｍとして測定した。

図４には、現像剤（キャリア）が供給ローラ５１の中心方向に引きつけられる磁気吸引力Ｆｒの概略も同時に示した。供給ローラ５１の磁気吸引力Ｆｒは、法線方向の磁束密度Ｂｒから導出可能で、以下の式１によって表される。

上述の式１において、μは磁性キャリアの透磁率、μ０は真空の透磁率、ｂは磁性キャリアの半径である。供給ローラ５１の表面における接線方向の磁束密度Ｂθは、上記の方法で測定したＢｒの値を用いて、以下の式２から求める。

図４には、式１、２により算出したキャリアにかかる供給ローラ５１の中心方向の磁気吸引力Ｆｒも第２軸で同時に示した。以下では、「供給ローラの中心方向の磁気吸引力Ｆｒ」のことを単に「磁気吸引力」と呼ぶ場合がある。単に「磁気吸引力」と呼ぶ場合は「供給ローラの中心方向の磁気吸引力Ｆｒ」を指すこととする。

ここで、供給ローラ５１から現像ローラ５０へのキャリア付着現象と現像装置４内の現像剤劣化に対する各マグネットローラの寄与について説明する。前述したように、現像ローラ５０には受け取り極Ｓ４が、供給ローラ５１の主極Ｎ１と対向している。この二つの磁極により現像ローラ５０と供給ローラ５１の対向部分Ｐ１では拘束力の強い磁気穂が形成され、現像ローラ５０に残ったトナーを回収することができ、ゴースト現象の発生を抑制できる。ゴースト現象とは、前段階の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現象である。

一方で、対向部分Ｐ１での磁気拘束力が強いため、供給ローラ５１の回転方向上流において搬送されてきた現像剤からキャリアが飛翔し、現像ローラ５０へ移行して現像領域Ｐ２に搬送されてしまう虞がある。キャリが現像領域Ｐ２に搬送されてしまうと、感光ドラム１にキャリアが付着して画像の一部に斑点がある画像不良が生じやすくなる。そこで、主極Ｎ１の供給ローラ５１の回転方向上流に、現像ローラ５０の受け取り極Ｓ４と同極で、磁束密度の大きい保持極Ｓ１を設けることにより、対向部分Ｐ１からその上流部において磁気吸引力Ｆｒを強く保ち、現像ローラ５０へのキャリアの移行を抑制するようにしている。この時、保持極Ｓ１の磁束密度が、主極Ｎ１の磁束密度よりも小さく、且つ、受け取り極Ｓ４の磁束密度よりも大きくすると、キャリア付着とゴースト現象の発生を効果的に抑制できる。

近年、画像形成装置の高速化が進み、これに伴って供給ローラ５１、現像ローラ５０の回転速度も速くなる。このため、供給ローラ５１から現像剤中のキャリアが飛翔しやすくなる。このため、保持極Ｓ１及び主極Ｎ１の磁束密度を大きくするようにしている。保持極Ｓ１の磁束密度が大きくなると、それに伴って供給ローラ５１の回転方向上流側においても磁気吸引力Ｆｒが増加してしまう。前述したように、規制ブレード５２と供給ローラ５１の対向領域において磁気吸引力Ｆｒが大きいと、供給ローラ５１に拘束された現像剤が規制ブレード５２との摺擦により劣化しやすくなる。

ここで、現像剤劣化とは、現像装置４を供給ローラ５１や第１搬送スクリュ４４及び第２搬送スクリュ４５を回転させながら駆動することに伴う、現像剤の劣化を意味している。即ち、供給ローラ５１や第１搬送スクリュ４４及び第２搬送スクリュ４５が回転するのに伴い、トナーはキャリアや供給ローラ５１やスクリュから摩擦力や接触力を受ける。摩擦力や接触力を受けることでトナー表面に付着した外添剤は、トナー自身から剥がれたり、あるいはトナー樹脂中に埋没したりする。トナー劣化が起きることで、トナー同士の付着力の増大、かさ密度の変化、現像剤としての流動性の低下といった変化が起きる。

本実施形態では、以下のような構成により、現像ローラ５０と供給ローラ５１の対向部分Ｐ１からその上流部において磁気吸引力Ｆｒを強くすることによるキャリア付着抑制と、規制ブレード５２と供給ローラ５１の対向領域における現像剤劣化の抑制を両立可能である。

具体的には、本実施形態では、供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度の極大値（供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度の最大値）の絶対値｜Ｂｒ｜を、汲み上げ極Ｓ２よりも規制極Ｎ２が大きく、規制極Ｎ２よりも保持極Ｓ１が大きくなるようにしている。即ち、磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大きさを、保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２となるようにした。このような磁束密度の関係を有する本実施形態を満たす実施例１、及び、本実施形態を満たさない比較例１、２の各磁極の法線方向の磁束密度の極大値（最大値）の絶対値｜Ｂｒ｜を測定した結果を表１に示す。

なお、現像ローラ５０のマグネットローラ５０ａの受け取り極Ｓ４の磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜は、実施例１及び比較例１、２の全てで４０ｍＴとした。供給ローラ５１のマグネットローラ５１ａの磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大きさの関係は、実施例１は保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２とし、比較例１は、規制極Ｎ２＞保持極Ｓ１、比較例２は、汲み上げ極Ｓ２＞規制極Ｎ２となるようにした。

図４に、実施例１の磁束密度Ｂｒ（実線）、比較例１の磁束密度Ｂｒ（破線）、比較例２の磁束密度Ｂｒ（点線）を示す。また、各々の磁気吸引力Ｆｒも太線で同時に示した。また、図４では、矢印で示すように、横軸の右から左に向く方向が供給ローラ５１の回転方向であり、以下の説明で、単に「上流」、「下流」といった場合には、供給ローラ５１の回転方向に関する「上流」、「下流」であるとする。

実施例１および比較例１、２全てにおいて、主極Ｎ１から保持極Ｓ１の領域で磁気吸引力が大きく保たれているため、供給ローラ５１から現像ローラ５０へのキャリア付着を低減できる。一方、規制極Ｎ２に着目すると、実施例１は比較例１よりも規制極Ｎ２の磁束密度を小さくすることにより、規制極Ｎ２周辺での磁気吸引力が低くなり現像剤の劣化を抑制できる。また、比較例２のように規制極Ｎ２に対して汲み上げ極Ｓ２が大きいと、規制極Ｎ２の上流部における磁気吸引力が増加する。規制極Ｎ２の上流では、規制ブレード５２で現像剤の搬送量が規制されるため現像剤が滞留して大きな剤圧がかかり現像剤劣化が発生しやすい。そのため、現像剤劣化を抑制するためには規制極Ｎ２の上流での磁気吸引力を少しでも下げることが求められる。

以上より、磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大きさを、本実施形態のように、保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２とすることによって、現像ローラ５０へのキャリア付着の低減と、現像劣化の抑制の両立が可能である。

ここで、各々の磁束密度Ｂｒの大きさは５ｍＴ以上の差があることが望ましく、さらには１０ｍＴ以上が好ましい。即ち、供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度の極大値（最大値）の絶対値｜Ｂｒ｜は、保持極Ｓ１が規制極Ｎ２に対して５ｍＴ以上大きいことが好ましく、１０ｍＴ以上大きいことがより好ましい。また、供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度の極大値（最大値）の絶対値｜Ｂｒ｜は、規制極Ｎ２が汲み上げ極Ｓ２に対して５ｍＴ以上大きいことが好ましく、１０ｍＴ以上大きいことがより好ましい。これは、マグネットローラ５１ａの部品公差によっては、各々の磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大小関係が逆転してしまうことを防止するためである。

なお、汲み上げ極Ｓ２、規制極Ｎ２、保持極Ｓ１の大小関係だけでなく、主極Ｎ１に関しても、実施例１のように、主極Ｎ１＞保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２とすることが好ましい。即ち、供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度の極大値（最大値）の絶対値｜Ｂｒ｜は、保持極Ｓ１よりも主極Ｎ１１が大きいことが好ましい。これは、供給ローラ５１と現像ローラ５０の対向部分Ｐ１において、より強い磁気穂を形成して、現像ローラ５０からのトナー回収を効果的に行い、ゴースト現象の発生を抑制することができるためである。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図３を参照しつつ図５ないし図７を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態に対して規制極Ｎ２の磁束密度の分布を変更している。その他の構成及び作用は上述の第１の実施形態と同様であるため、同様の構成には同一の符号を付して説明及び図示を省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態の場合も、磁束密度の極大値（最大値）の絶対値｜Ｂｒ｜の大きさは、第１の実施形態と同様に、保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２となるようにしている。一方、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、規制極Ｎ２の供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度Ｂｒの分布は、磁束密度が極大（最大）となる位置を第１位置、極大値（最大値）の５０％となる位置を第２位置及び第３位置とした場合に、第１位置が、第２位置と第３位置との中間位置よりも供給ローラ５１の回転方向下流側に位置するような形状を有する。

言い換えれば、本実施形態の場合、規制極Ｎ２において、角度１ｄｅｇあたりのＢｒの変化量の絶対値｜ΔＢｒ｜が、供給ローラ５１の回転方向の上流側より下流側の方が大きくなるように、磁束密度Ｂｒの分布形状を非対称にした。具体的には、規制極Ｎ２の上流側と下流側でそれぞれ磁束密度Ｂｒが０になる点の｜ΔＢｒ｜は、上流側が２．０ｍＴ／ｄｅｇ、下流側が３．０ｍＴ／ｄｅｇとなっている。

図５に、本実施形態を満たす実施例２の磁束密度Ｂｒ（二点鎖線）、第１の実施形態で説明した実施例１の磁束密度Ｂｒ（実線）、比較例１の磁束密度Ｂｒ（点線）を示す。また、各々の磁気吸引力Ｆｒも太線で同時に示した。また、図５では、矢印で示すように、横軸の右から左に向く方向が供給ローラ５１の回転方向であり、以下の説明で、単に「上流」、「下流」といった場合には、供給ローラ５１の回転方向に関する「上流」、「下流」であるとする。

実施例２は、実施例１に対して規制極Ｎ２の供給ローラ５１の回転方向の上流側のＢｒの変化量の絶対値｜ΔＢｒ｜を小さくすることによって、供給ローラ５１と規制ブレード５２の対向位置上流の磁気吸引力Ｆｒの絶対値が実施例１よりも低くなる。このため、実施例２は、実施例１に対してより効果的に現像剤劣化を抑制することができる。

ここで、本実施形態の規制極Ｎ２の磁束密度Ｂｒの分布の非対称形状について、図６を用いて説明する。図６は、図５に記載の実施例２のＢｒの規制極Ｎ２周辺の拡大図である。点Ａは、規制極Ｎ２における磁束密度Ｂｒの大きさが極大（最大）となる位置（第１位置）である。点Ｂは、磁束密度が点Ａの５０％値となる点Ｃ１（第２位置）、点Ｃ２（第３位置）の位置の中間位置である。本実施形態では、点Ｂに対して点Ａの位置が供給ローラ５１の回転方向下流側に位置することで、規制極Ｎ２の磁束密度Ｂｒの分布が非対称形になっている。

点Ａと点Ｂの位置の角度差は３°以上離れていることが望ましく、より好ましくは４°以上である。即ち、規制極Ｎ２において、磁束密度が極大（最大）となる第１位置（点Ａ）は、中間位置（点Ｂ）よりも供給ローラ５１の回転方向に関して３°以上下流側に位置することが好ましく、４°以上下流側に位置することがより好ましい。

また、規制極Ｎ２の点Ａと、汲み上げ極Ｓ２の磁束密度が極大（最大）となる位置の極位置差が、規制極Ｎ２の点Ａと保持極Ｓ１の磁束密度が極大（最大）となる位置の極位置差よりも６°以上大きいことが望ましく、より好ましくは８°以上である。即ち、汲み上げ極Ｓ２の供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度Ｂｒが極大（最大）となる位置を第４位置、保持極Ｓ１の供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度Ｂｒが極大（最大）となる位置を第５位置とした場合に、供給ローラ５１の回転方向に関して、第１位置（点Ａ）と第４位置の間の角度が、第１位置（点Ａ）と第５位置との間の角度に対して６°以上大きいことが好ましく、８°以上大きいことがより好ましい。これは、マグネットローラ５１ａの部品公差範囲でも、規制極Ｎ２の磁束密度Ｂｒを非対称形にするためである。

図７の表に、実施例１、２の効果を確認するために行った実験の結果を示す。磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大きさが保持極Ｓ１＞主極Ｎ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２となる、実施例３についても検証した。実施例３は、磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大きさが、保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２を満たす。但し、供給ローラ５１の表面における法線方向の磁束密度Ｂｒの極大値（最大値）の絶対値は、規制極Ｎ２よりも主極Ｎ１が大きく、主極Ｎ１よりも保持極Ｓ１が大きい。即ち、実施例１の「主極Ｎ１＞保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２」の関係に対して、主極Ｎ１と保持極Ｓ１の磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大小関係を入れ替えている。

効果確認は、各構成で形成されたテスト画像におけるキャリア付着及びゴースト（履歴現像）の発生の有無を目視により観察した。図７では、画像上にゴースト画像（ゴースト現象が生じた画像）、キャリアが付着した場合をそれぞれ×として、発生しなかった場合を〇とした。

現像剤の劣化度は各構成の現像装置４に現像剤を３００ｇいれて、供給ローラ５１と現像ローラ５０及び第１搬送スクリュ４４及び第２搬送スクリュ４５を駆動させて、現像装置４内で３ｈｒ循環させた現像剤中のトナー凝集度を測定した。この時、現像ローラ５０には感光ドラム１を対向させずトナー消費はしていない。トナー凝集度は、パウダーテスター（ホソカワミクロン（株））を用いて測定した。パウダーテスターに上から６０ｍｅｓｈ、１００ｍｅｓｈ、２００ｍｅｓｈ、の順で「ふるい」を３段重ねてセットした。そして、秤取した試料５ｇを静かに「ふるい」の上にのせ、電圧１７Ｖで振動を１５秒間与え、各「ふるい」上に残ったトナーの重さを測定し、下式に従ってトナー凝集度を算出した。

ここで、上段のメッシュ上のトナー量をＴ、中段のメッシュ上のトナー量をＣ、下段のメッシュ上のトナー量をＢとする。このとき、Ｘ＝Ｔ／５×１００、Ｙ＝Ｃ／５×１００×０．６、Ｚ＝Ｂ／５×１００×０．２とすると、
凝集度（％）＝Ｘ＋Ｙ＋Ｚ
で表される。

現像剤の劣化が進むほどトナー凝集度は大きくなる。新品の現像剤のトナー凝集度は２０％である。また、上記の劣化剤を用いてかぶり画像の確認を行い、かぶり画像が発生した場合をそれぞれ×として、発生しなかった場合を〇とした。

汲み上げ性能は、現像装置４にいれる現像剤の量を変化させて、供給ローラ５１の回転軸線方向全域に現像剤を担持して搬送できる最低現像剤量で確認した。供給ローラ５１の回転軸線方向全域に現像剤を担持できていない場合は、現像ローラ５０にトナー供給できない箇所があるため、感光ドラム１の全域に静電潜像を形成した全面画像の作像の際に画像抜けが発生する。現像剤の量を増やしながら全面画像を出力して画像抜けが発生しなくなった時の現像剤の量を、汲み上げ性能の結果として示した。

図７より、実施例１、２、３では、磁束密度の絶対値｜Ｂｒ｜の大きさが、保持極Ｓ１＞規制極Ｎ２＞汲み上げ極Ｓ２を満たすことによって、キャリア付着は抑制しつつ、比較例１、２よりもトナー凝集度が低くなり、現像剤の劣化が低減することが確認できた。実施例２では規制極Ｎ２の磁束密度Ｂｒの分布を非対称形にすることによって、実施例１よりもさらに現像剤の劣化が低減される一方で、汲み上げ性能は少し低下した。実施例３では、保持極Ｓ１＞主極Ｎ１としたことによってゴースト画像が発生する結果となった。

＜他の実施形態＞
上述の各実施形態では、本発明をタンデム型の画像形成装置に用いられる現像装置に適用した場合について説明した。但し、本発明は、他の方式の画像形成装置に用いられる現像装置にも適用可能である。また、画像形成装置は、フルカラーであることにも限られず、モノクロやモノカラーであってもよい。あるいは、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施することができる。

また、現像装置の構成についても、上述のように、現像室と攪拌室が水平方向に配置された構成に限らず、水平方向に対して傾斜した方向に配置されている構成であっても良い。要は、第１室としての現像室と第２室としての撹拌室とが、水平方向から見て少なくとも一部が重なるように隣接して配置している構成であれば良い。

１・・・感光ドラム（像担持体）
４・・・現像装置
４０・・・現像容器
４１・・・隔壁（仕切り壁）
４１ａ・・・開口部（連通部）
４２・・・現像室（第１室）
４３・・・撹拌室（第２室）
４４・・・第１搬送スクリュ（第１搬送部材）
４５・・・第２搬送スクリュ（第２搬送部材）
５０・・・現像ローラ（現像回転体）
５０ａ・・・マグネットローラ（第１マグネット）
５１・・・供給ローラ（供給回転体）
５１ａ・・・マグネットローラ（第２マグネット）
５２・・・規制ブレード（規制部材）

Claims (8)

1. トナーとキャリアを含む現像剤を収容する現像容器と、
   像担持体に対向して配置され、回転することで前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像位置に現像剤を搬送する現像回転体と、
   前記現像回転体に対向して配置され、回転することで前記現像容器内の現像剤を前記現像回転体に供給する供給回転体と、
   前記供給回転体に対向して配置され、前記供給回転体に担持される現像剤の量を規制する規制部材と、
   前記現像回転体の内部に非回転に固定して配置された第１マグネットと、
   前記供給回転体の内部に非回転に固定して配置された第２マグネットと、を備え、
   前記第１マグネットは、前記現像回転体の回転方向に関して、前記現像回転体が前記供給回転体と対向する位置に配置され、前記供給回転体から現像剤を受け取るための受け取り極を有し、
   前記第２マグネットは、前記供給回転体の回転方向に関して、
   前記供給回転体が前記現像回転体と対向する位置に配置され、前記受け取り極とは異極性である主極と、
   前記主極の上流に隣接して配置され、前記主極と異極性である保持極と、
   前記保持極の上流に隣接した位置で、前記規制部材が前記供給回転体と対向する位置に配置され、前記主極と同極性である規制極と、
   前記規制極の上流に隣接して配置され、前記規制極と異極性であり、前記現像容器から現像剤を前記供給回転体に汲み上げるための汲み上げ極と、を有し、
   前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度の最大値の絶対値は、前記汲み上げ極よりも前記規制極が大きく、前記規制極よりも前記保持極が大きい
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度の最大値の絶対値は、前記保持極が前記規制極に対して５ｍＴ以上大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度の最大値の絶対値は、前記規制極が前記汲み上げ極に対して５ｍＴ以上大きい
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度の最大値の絶対値は、前記保持極よりも前記主極が大きい
   ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度の最大値の絶対値は、前記規制極よりも前記主極が大きく、前記主極よりも前記保持極が大きい
   ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記規制極の前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度の分布は、磁束密度が最大となる位置を第１位置、最大値の５０％となる位置を第２位置及び第３位置とした場合に、前記第１位置が、前記第２位置と前記第３位置との中間位置よりも前記供給回転体の回転方向下流側に位置するような形状を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の現像装置。
7. 前記第１位置は、前記中間位置よりも前記供給回転体の回転方向に関して３°以上下流側に位置する
   ことを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 前記汲み上げ極の前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度が最大となる位置を第４位置、前記保持極の前記供給回転体の表面における法線方向の磁束密度が最大となる位置を第５位置とした場合に、前記供給回転体の回転方向に関して、前記第１位置と前記第４位置の間の角度が、前記第１位置と前記第５位置との間の角度に対して６°以上大きい
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の現像装置。

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