JP4531307B2 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくは、潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置を有する画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムや感光体ベルトからなる潜像担持体上に、画像情報に対応した静電潜像が形成され、現像装置によって現像動作が実行され、可視像が得られる。かかる電子写真方式においては、従来より、トナーのみからなる１成分現像剤を用いる１成分現像方式と、トナーと磁性粒子を含む２成分現像剤を用いた２成分現像方式とが知られている。このうち２成分現像方式は、転写性や温度・湿度に対する現像特性の安定性が良好な優れた現像方式である。この２成分現像方式では、潜像担持体に対向する現像領域において、現像剤担持体上にブラシチェーン状に穂立ちされて保持された２成分現像剤から潜像担持体上の静電潜像部分にトナーが供給される。
【０００３】
図１は、上記２成分現像方式の現像装置の概略構成図である。
マグネットローラ５の表面部には、該ローラの回転中心軸方向に沿った方向に延在する磁極が径方向外側に向けて複数形成されるように、複数の磁石が設けられている。具体的には、現像領域Ｄに対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極Ｐ１（Ｎ極）が形成され、この現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。また、上記現像剤収容部Ｓに磁界の磁力が及ぶように、プレドクタ７ａに対向する位置から上記現像領域に至る間に磁極Ｐ４（Ｎ極）を有している。更に、上記マグネットローラ５の表面には、一般的な現像装置と同様に、現像スリーブ４上に現像剤を担持し続けながら搬送するための搬送磁極Ｐ２（Ｎ極），Ｐ３（Ｓ極）を有している。なお、図１中の現像スリーブ４の周囲に点線で示した曲線は、各磁極によって形成された、現像スリーブ４の軸方向中央部における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度分布を示している。
本構成を取った理由は、現像領域の幅（現像ニップ幅）を狭くしたり、現像領域における磁気ブラシの現像剤密度を高めたりして、「後端白抜け（後述）」などの画質劣化を防止するためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。これらの補助磁極Ｐ１ａ、Ｐ１ｂの現像剤保持力が現像スリーブ回転時の遠心力に負けると、現像剤が飛散する。この理由について簡単に説明する。半値角度幅を狭くするために、例えば希土類金属合金磁石を使用している。この希土類金属合金磁石は従来のフェライト磁石に比べ、磁力が強いので磁石の断面積を小さくすることで半値角度幅を狭くすることが可能となっている。その反面、磁力の減衰率も大きくなる特徴があり、磁気ブラシの穂の先端部でキャリアの連鎖する力が、従来の磁石より小さくなり、穂の先端部のキャリアが飛びやすくなるため、現像剤が飛散するものと考えられる。
上記補助磁極Ｐ１ａに対応する現像スリーブ表面から飛散した現像剤は、下流側に現像領域で正規現像に取り込まれるため特に問題はない。ところが、補助磁極Ｐ１ｂに対応する現像スリーブ表面から飛散した現像剤の一部は、現像装置の筐体内部に収容されず現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤担持体から飛散した現像剤が現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損することを防止できる現像装置を有する画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置とを有し、該現像装置が、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段と、該収容手段内に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、該現像剤担持体を前記収容手段の外部に露出させる開口部と、潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、該磁界発生手段が、該現像領域に対して該現像剤担持体の内側に現像磁極と、該現像磁極に対して現像剤担持体回転方向の下流側に隣接する位置に該現像磁極と反対極性の磁極とを具備する画像形成装置において、上記反対極性の磁極と、上記現像剤担持体の回転軸とを結んだ直線は上記潜像担持体に向かって延び、上記現像剤担持体の回転方向下流側における上記開口部の縁部近傍に、上記潜像担持体側に上記現像磁極と反対の極性を向けた状態で磁石が設けられ、該磁石の上記現像磁極と反対の極性を有する磁極の中心線は上記潜像担持体に向かって延びると共に、該磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいことを特徴とするものである。ここで、上記「現像領域」とは、現像剤担持体上で穂立ちして形成されたブラシ状の現像剤が潜像担持体と接触し、現像剤中のトナーで潜像担持体の潜像を現像可能な領域である。この画像形成装置では、例えば上記現像磁極と反対極性の磁極の現像剤保持力が現像剤担持体回転時の遠心力に負けることによって該現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が上記磁石の磁気力の影響を受け、該磁石に引き付けられる。また、現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が上記磁石の磁気力の影響を受け、収容手段内に向かうことも可能となる。これらのことにより、現像剤担持体から飛散したトナーが、現像装置の開口部から外部に飛散することを防ぐことができる。
そして、上記磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいので、これらの磁力が同等もしくは上記磁石の磁力の方が強すぎる場合と異なり、現像剤担持体上の現像剤を磁界形成手段が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ上に穂立ちしてしまう恐れがない。よって、このような現像剤の穂立ちを生じさせることなく、飛散した現像剤のみを上記磁石に引きつけることが可能となる。
【０００７】
また、請求項２の発明は、潜像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段は、請求項１に記載の現像装置であることを特徴とするものである。
このプロセスカートリッジでは、上記現像装置を備えることにより、現像剤の飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を形成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子写真式の画像形成装置であるレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という。）の現像装置に適用した実施形態について説明する。
まず、図２を用いて本実施形態に係るプリンタの概略について説明する。潜像担持体としての感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、感光体ドラム１に接触してその表面を帯電する帯電ローラ５０により一様に帯電された後、光書き込みユニット５１により画像情報に基づき走査露光されて表面に静電潜像が形成される。本実施形態では、上記帯電ローラ５０及び光書き込みユニット５１により潜像形成手段が構成されているが、他の種類の帯電装置や露光装置を用いて構成してもよい。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、後述する現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５３を備えた転写ユニットにより給紙カセット５４から給紙ローラ５５、レジストローラ対５６を経て搬送された転写材としての用紙５２上に転写される。転写終了後の用紙５２は、定着ユニット５７によりトナー像が定着され機外に排出される。なお、転写されなかった感光体ドラム１上の残留トナーは、クリーニングユニット５８により感光体ドラム１から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は除電ランプ５９で除去される。
【０００９】
次に、本実施形態に係る現像装置の全体構成について説明する。
図１は現像装置２の全体の概略構成図である。この現像装置２は感光体ドラム１の側方に配設され、磁性トナー３ａ及び磁性粒子（以下「磁性キャリア」という。）３ｂとを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）３を表面に担持する現像剤担持体として非磁性の現像スリーブ４を備えている。この現像スリーブ４は、ケーシング２ａの感光体ドラム１側に形成された開口部から一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装置により、感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄにおいて現像剤を下方（図中矢印Ｂ方向）に移動させる向きに回転駆動可能になっている。また、現像スリーブ４の内部には、磁界発生手段としての固定磁石群からなるマグネットローラ５が固定配置されている。
【００１０】
また、本現像装置は、現像スリーブ４上に担持され現像領域Ｄに向けて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、該ドクタ６に現像剤搬送方向上流側で現像スリーブ４の表面及びドクタ６との間に現像剤３を収容する現像剤収容部Ｓを形成するように設けられた現像剤収容ケース７、トナー収容部としてのトナーホッパ８なども備えている。トナーホッパ８は現像スリーブ４上の現像剤搬送方向における現像剤収容部Ｓの上流側に隣接して現像スリーブ表面と対向するトナー補給用開口（以下「トナー補給口」という。）８ａを有している。また、トナーホッパ８の内部には、図中矢印Ｃで示す時計方向に回転しながら磁性トナー３ａをトナー補給口８ａに向けて撹拌しながら送り出すトナー撹拌部材としてのトナーアジテータ９が配設されている。
【００１１】
上記現像剤収容ケース７の現像スリーブ４に近接する先端部（ひさし部）は、トナーホッパ８から磁性トナーが補給され現像剤収容部Ｓ内に向かって進行しようとする現像剤の量を規制する第２現像剤規制部材としてのプレドクタ７ａとして用いられている。また、上記現像剤収容ケース７等で形成される現像剤収容部Ｓには、感光体ドラム１との対向する現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤が収容される。
【００１２】
上記マグネットローラ５の表面部には、該ローラの回転中心軸方向に沿った方向に延在する磁極が径方向外側に向けて複数形成されるように、複数の磁石が設けられている。具体的には、現像領域Ｄに対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極Ｐ１（Ｎ極）が形成され、この現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。また、上記現像剤収容部Ｓに磁界の磁力が及ぶように、プレドクタ７ａに対向する位置から上記現像領域に至る間に磁極Ｐ４（Ｎ極）を有している。更に、上記マグネットローラ５の表面には、一般的な現像装置と同様に、現像スリーブ４上に現像剤を担持し続けながら搬送するための搬送磁極Ｐ２（Ｎ極），Ｐ３（Ｓ極）を有している。
なお、図１中の現像スリーブ４の周囲に点線で示した曲線は、各磁極によって形成された、現像スリーブ４の軸方向中央部における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度分布を示している。
【００１３】
上記マグネットローラ５は、６極の磁極が形成されているが、上記補助磁極Ｐ１ｂから補助磁極Ｐ１ａに至る間に磁極を更に増やし、８極や１０極で構成されるマグネットローラとしてもよい。
【００１４】
また、上記マグネットローラ５の現像磁極Ｐ１は、回転中心軸に垂直な横断面における面積（以下「横断面積」という。）が小さい磁石により構成されている。この横断面積が小さくなると一般に磁力は弱くなるが、現像スリーブ表面の磁力が小さくなりすぎると磁性キャリアを保持する力が充分ではなくなるために感光体ドラム１への磁性キャリア付着を生じることがある。そこで、この現像磁極Ｐ１用の磁石は磁力の強い希土類金属合金磁石により作製した。希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネルギー積で３５８ｋＪ／ｍ３であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石では最大エネルギー積で８０ｋＪ／ｍ３前後である。これにより、従来通常用いられていた、最大エネルギー積が３６ｋＪ／ｍ３前後、２０ｋＪ／ｍ３前後であるフェライト磁石、フェライトボンド磁石等と比べ強い磁力を確保することが可能となったため、横断面積の小さい磁石を用いても現像スリーブ表面の磁力を確保することが可能となった。磁力を確保するためには、この他にサマリュウムコバルト金属合金磁石等を用いることもできる。
【００１５】
また、本実施形態の現像装置において、現像時、現像スリーブ４には、現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源１０により、現像バイアスＶＢとして直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加されている。地肌部電位（背景部電位）ＶＤ及び画像部電位ＶＬはそれぞれ、上記振動バイアス電圧ＶＢの最大値と最小値の間に位置している。この振動バイアス電圧の印加により、向きが交互に変化する交互電界が現像領域Ｄに形成される。この交互電界中で現像剤のトナー３ａと磁性キャリア３ｂとが激しく振動し、磁性トナー３ａが現像スリーブ４および磁性キャリア３ｂへの静電的拘束力及び磁気的拘束力に打ち勝って感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像に選択的に付着する。
【００１６】
上記振動バイアス電圧からなる現像バイアスＶＢの最大値と最小値の差（ピーク間電圧）は０．５〜５ｋＶが好ましく、周波数は１〜１０ｋＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波形としては、矩形波、サイン波、三角波等を使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、地肌部電位ＶＤと画像部電位ＶＬの間の値であるが、画像部電位ＶＬよりも地肌部電位ＶＤに近い値である方が、地肌部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【００１７】
また、上記振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここで、「デューティ比」とは、振動バイアス電圧の１周期中でトナーが感光体ドラム１に向かおうとする時間の割合である。このデューティ比に設定することにより、トナーが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが静電潜像の電位分布に忠実に付着して、現像能力が向上し、さらにざらつき感や解像力を向上させることができる。また、トナー３ａとは逆極性の電荷を有する磁性キャリア３ｂが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、磁性キャリア３ａの運動が沈静化することができる。これにより、画像後端部のトナーの攪乱を防止し、後端白抜け、細線再現性、孤立ドット再現性が良好となる。さらに静電潜像の地肌部に磁性キャリアが付着する確率を大幅に低減する効果もある。
【００１８】
上記後端白抜けとは、黒ベタ画像やハーフトーンのベタ画像の後端部が白く抜ける、画質劣化のことである。
この「後端白抜け」の現象は、次のようなメカニズムで起こると考えられる。図９は、２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の一例を示している。図９において、小さな丸はトナー３ａ、大きな丸は磁性キャリア（磁性粒子）３ｂを示している。また、図示の都合上、現像領域内の１本の磁気ブラシだけを実線で示し、他の磁気ブラシは破線で示すと共にトナーを省略してある。さらに、感光体ドラム１上の非画像部Ａは負極性に帯電しているものとする。
図９において、現像剤担持体としての現像スリーブ４上に担持された現像剤は、矢印Ｄ方向の現像スリーブ４の移動により、感光体ドラム１と対向する現像領域付近へと運ばれる。現像剤は、現像領域付近で現像磁極Ｐ１の磁力により磁性キャリア３ｂが穂立ちし、磁気ブラシＭＢを形成する。一方、感光体ドラム１はその表面に静電潜像を保持しつつ、矢印Ｃ方向に回転している。現像領域では、感光体ドラム１と現像スリーブ４との線速差（感光体線速＜現像スリーブ線速）により、磁気ブラシＭＢが感光体ドラム１上の潜像を摺擦し、現像電界によって画像部Ｂにトナー３ａが付着する。その結果、現像スリーブ移動方向における現像領域の下流側では、感光体ドラム１上の潜像の画像部Ｂにトナー像が形成される。なお、所定の画像濃度を確保するために、現像スリーブ線速は、感光体線速よりも大きくするのが一般的である。
【００１９】
このような２成分現像方式の現像装置においては、図１０に示すようなメカニズムで後端白抜けが生じると考えられる。図１０（ａ）〜（ｃ）はいずれも、図９の感光体ドラム１と現像スリーブ４の対向部付近を拡大した説明図であり、左側の感光体ドラム１に対し、右側の磁気ブラシＭＢの先端が近づいてくる磁気ブラシの動きを、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の時系列で表示している。図１０において感光体ドラム１と現像スリーブ４の対向部は、ちょうど非画像部と黒ベタ画像との境界を現像している状態、すなわち「後端白抜け」が発生する状態にあり、感光体回転方向下流側には現像されたばかりのトナー像が形成されている。この状態の感光体ドラム１に向かって現像スリーブ４上の１つの磁気ブラシＭＢが近づいてくる。ここで、感光体ドラム１は実際には図中時計回りに回転しているが、上述のように現像スリーブ４が感光体ドラム１よりも早く移動しているため、磁気ブラシＭＢは感光体ドラム１を追い越していく。そのため、図１０（ａ）〜（ｃ）においては感光体ドラム１が静止しているものとしてモデルを簡略化している。
図１０（ａ）において感光体ドラム１に近づいてくる磁気ブラシＭＢは、現像すべき画像部の後端位置Ａに至るまでの間に非画像部に対向して移動する。この移動の際に、マイナス電荷同士の反発力Ｂにより、トナー３ａは次第に感光体ドラム１から離れ現像スリーブ表面側に移動していく（以下、このトナー移動を「トナードリフト」という）。このトナードリフトの結果、図１０（ｂ）のように、磁気ブラシＭＢが画像部後端位置Ａに到達する頃には、感光体ドラム１近くの磁気ブラシは正極性に帯電した磁性キャリア３ｂが剥き出しの状態になっている。このため、潜像の画像部後端位置Ａに対向する磁性キャリア表面にはトナーは存在せず、画像部後端位置Ａで磁気ブラシＭＢから感光体ドラム１へのトナー移動はない。さらに、図１０（ｃ）において磁気ブラシＭＢが画像部後端位置Ａから画像部の若干内側に入った画像部後端部Ｃに到達すると、トナー３ａと感光体ドラム１との付着力が弱い場合には一度感光体ドラム１に付着したトナー３ａが静電気力により磁性キャリアに再付着することもある。この結果、画像部の非画像部に近接した画像部後端部では現像が行なわれないことがあり、これが「後端白抜け」の原因となると考えられる。
【００２０】
以上の「後端白抜け」発生メカニズムの説明では、現像スリーブ４の回転中心軸に垂直な断面を図示して説明してきたが、現像スリーブの長手方向（回転中心軸方向）に沿って観察すると、各磁気ブラシの長さは一定ではなく、長手方向の位置でばらついている。図１１は、この磁気ブラシの様子を模式的に示している。図１１（ａ）は長手方向に広がる磁気ブラシＭＢの状態を示し、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す磁気ブラシＭＢを長手方向に対して垂直な平面Ａ−Ａで切ったときの断面図を示している。他の図との関係が分かるようにため、図１１（ｂ）には模式的に感光体ドラム１との位置関係を示しておく。図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、磁気ブラシＭＢの高さは長手方向にばらつきが大きい。このため、感光体への接触位置が長手方向に沿って不揃いにばらつく。この結果、上記トナードリフトの度合も長手方向にばらつき、「後端白抜け」の起こる度合は長手方向に一定ではない。したがって、図１２（ｂ）に示すように長手方向にぎざぎざした形の「後端白抜け」が発生することになる。
【００２１】
なお、同様なメカニズムにより、現像スリーブ４の回転中心軸方向に延在する横細線がそれに直交する縦細線に比べて細る「横線細り」現象や、孤立ドットの形成が不安定になる現象も発生し、２成分現像方式の高画質化の妨げとなっていた。
【００２２】
次に、図１に基づいて、上記構成の現像装置の現像動作について説明する。
現像スリーブ４上の現像剤３は該スリーブ４の矢印Ｂ方向の回転に伴って搬送され、ドクタ６により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤３は、矢印Ａ方向に回転している感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄに搬送される。この現像領域Ｄで、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の可視像化が行われる。現像領域Ｄを通過した現像スリーブ４上の現像剤は現像スリーブ回転に伴って更に搬送され、トナー補給口８ａと対向する位置に到達する。このトナー補給口８ａには、トナーホッパ８内の磁性トナー３ａがアジテータ９で送り出され現像スリーブ４上の現像剤と接するように滞留している。トナー補給口８ａで新しい磁性トナー３ａを取り込んだ後、現像剤収容部Ｓに戻る。そして、新しい磁性トナー３ａを含んだ現像剤３はドクタ６による規制部で内圧が増加する。この内圧の増加した現像剤中で磁性キャリアとの摩擦帯電によってトナー帯電が行われる。一方、上記現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤３の一部は、現像剤収容部Ｓ内で循環するように移動する。
【００２３】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、本現像装置における現像動作時の自己トナー濃度制御について説明する。なお、図３中の２点鎖線は、互いに異なる挙動を示す現像剤同士の界面を示している。
まず、現像装置に初期剤として所定のトナー濃度及び重量を有する現像剤をセットして、現像スリーブ４を回転駆動すると、現像剤３は搬送現像剤３−１及び収容現像剤３−２の２つの部分に分かれる。搬送現像剤３−１は現像スリーブ４の表面に磁力で担持され該表面に連れ回るように搬送される現像剤である。収容現像剤３−２は現像剤収容部Ｓ内に収容され上記搬送現像剤３−１の移動に伴って現像剤収容部Ｓ内で循環移動する現像剤である。
現像剤収容部Ｓ内では、図３（ａ）に示すように４つの現像剤流Ｆ１、Ｆ２が発生する。第１の現像剤流Ｆ１は、現像スリーブ４と剥離ローラ１１との間を通過するように流れる搬送現像剤３−１の流れである。第２の現像剤流Ｆ２は、ドクタ６で現像剤がドクタ６の背面を上昇しドクタ６と剥離ローラ１１の間の空間で発生する収容現像剤３ｃの循環流である。
【００２４】
次に、上記現像剤収容部Ｓ内に上記現像剤流Ｆ１，Ｆ２が発生した状態で、トナーホッパー８に磁性トナー３ａがセットされると、トナー補給口８ａより現像スリーブ４に担持された搬送現像剤３−１に磁性トナー３ａが供給される。磁性トナーが供給された現像スリーブ４上の現像剤は、磁性トナーと共に現像剤収容部Ｓへ搬送される。そして、搬送途中で、搬送現像剤３−１に供給された磁性トナーは現像スリーブ４の軸中心方向へ若干入り込む。磁性トナーが供給された搬送現像剤３−１は、プレドクタ７ａによる規制位置を通過した後、その一部は収容現像剤３−２との間で混合される。この現像剤の混合により、両現像剤同士の入れ替え、現像剤内でのトナーの分散撹拌による均一化、磁性トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電によるトナー帯電等が行われる。
【００２５】
次に、上記磁性トナーの補給により現像剤３中のトナー濃度が次第に上昇していくと、搬送現像剤３−１の嵩が増大していくことにより、トナー補給口８ａに対向する位置からドクタ６による規制位置に至る区間で現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の層厚が厚くなっていく。それとともに、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１内の磁性キャリアの比率が低下することにより、搬送現像剤３−１に対する磁力が弱くなっていくため、搬送現像剤３−１の移動速度が低下していき、上記区間での現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の層厚がますます厚くなっていく。この層厚が厚くなった搬送現像剤３−１は、上記ドクタ６から受ける搬送を阻止する向きの力（ブレーキ力）を強く受けるようになり、搬送現像剤３−１の移動速度はますます低下していく。
そして、トナー補給口８ａに対向する位置で層厚が厚くなった搬送現像剤３−１の上層部は、上記プレドクタ７ａで掻き取られ、図３（ａ）に示すようにプレドクタ７ａの現像剤搬送方向上流側に滞留していく。以下、この滞留した現像剤を「滞留現像剤」３−３という。この滞留現像剤３−３は、それに接する搬送現像剤３−１の移動に伴って循環運動を行っている。トナー補給口８ａに送り込まれた磁性トナー３ａは、搬送現像剤３−１の露出している部分に引き付けられるとともに、搬送現像剤３−１と滞留現像剤３−３との合流点Ｐから引き込まれるようにして、現像剤中に取り込まれる。
【００２６】
さらに現像剤３のトナー濃度が上昇していくと、図３（ｂ）に示すようにトナー補給口８ａにおける滞留現像剤３−３の量が増え、滞留現像剤３−３で磁性トナーに接している搬送現像剤３−１の露出面が塞がれ、両現像剤の合流点Ｐもトナー補給口８ａの現像剤搬送方向上流端まで移動する。それとともに、上記トナー補給口８ａの滞留現像剤３−３自体の循環移動速度も低下する。この時点で、現像剤への磁性トナーの取り込みがほぼ終了し、トナー濃度がそれ以上上昇しなくなる。
【００２７】
上記磁性トナーが取り込まれプレドクタ７ａと現像スリーブ４との間のギャップを通過した搬送現像剤３−１の一部（上層部）は、収容現像剤３−２と混合撹拌され、その一部は再び現像スリーブ４上に担持される。現像スリーブ４とドクタ６との間のギャップを通過した搬送現像剤３−１は、感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄに搬送される。そして、現像領域Ｄでは、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の現像に用いられる。
【００２８】
上記感光体ドラム１の静電潜像の現像により現像スリーブ４上の磁性トナーが消費されると、この部分のトナー濃度が減少し、現像スリーブ４によって現像剤に作用する搬送力が増加するとともに、この部分の現像剤の嵩も減少する。そして、上記プレドクタ７ａの先端部によって規制される搬送現像剤３−１の層厚が低下し、トナー補給口８ａ付近に溜まっていた滞留現像剤３−３の量が減少し、滞留現像剤３−３の循環移動速度も上昇してくる。そして、トナー補給口８ａにおいて、現像スリーブ４により搬送される搬送現像剤３−１とトナーホッパ８内からの磁性トナー３ａとが接触することとなり、再度磁性トナーが取り込まれて上述のように現像剤３のトナー濃度が増加する。
【００２９】
以上のように、現像スリーブ４上のトナー濃度の変化に応じて、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の上記プレドクタ７ａによる規制状態が変化し、上記磁性トナーが消費された部分の現像剤のトナー濃度が所定の濃度範囲になるように自己制御される。これにより、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１のトナー濃度が常にほぼ一定濃度の範囲となるように保たれる。このため、トナー濃度センサやトナー補給部材などの複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。
【００３０】
なお、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の一部を剥離して現像剤収容部Ｓ内の収容現像剤３−２と混合するための剥離部材を、現像剤収容部Ｓ内で現像ローラ４の表面に対向するように設けてもよい。この剥離部材を設けた場合は、搬送現像剤３−１と収容現像剤３−２との入れ替えが促進されるので、現像剤３中の磁性キャリアの帯電能力低下による現像剤３の早期劣化を防止することができる。また、上記搬送現像剤３−１と収容現像剤３−２との混合により、現像剤のトナーが分散撹拌され現像剤搬送方向と直交する画像幅方向に関してトナー濃度が均一化されるので、現像濃度ムラのない良好な現像を行うことができる。
【００３１】
次に、本実施形態で用いる現像剤について説明する。
本実施形態の現像装置で用いる現像剤のトナーとしては、トナー濃度変動が比較的大きい上記トナー自己濃度制御方式を採用したときの高トナー濃度側にふれたときのトナー飛散を抑制する観点から、次のような特性を有する磁性トナーが好ましい。
磁性トナーの重量平均粒径は４〜１５μｍの範囲が好適である。トナーの重量平均径の測定方法は、以下の手順にて行う。まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。次に、測定試料を更に２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置（商品名：「Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲ」）により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径（Ｄ４）、個数平均粒径を求めることができる。測定チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ 未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とする。
【００３２】
また、トナー全体に占める各成分の割合は、結着樹脂が７５％〜９３％、着色剤が３％〜１０％、離型剤が３％〜８％、その他の成分が１％〜７％である。上記結着樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトンなどがあげられる。
上記着色剤としては、従来より知られている無機又は有機の染料／顔料が使用可能であり、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダムンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルー、インダスレンブルーが挙げられる。
【００３３】
また、上記結着樹脂に含有させる磁性体の材料としては、マグネタイト、γ−酸化鉄、フェライト鉄、過剰型フェライトの如き酸化鉄；鉄、コバルト、ニッケルの如き磁性金属；酸化鉄又は磁性金属と、コバルト、スズ、チタン、銅、鉛、亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、珪素の如き金属との複合金属酸化物合金又は、混合物が挙げられる。これら磁性体の粒子は、平均粒径が０．０５〜１．０μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．６μｍの範囲内、さらに好ましくは、０．１〜０．４μｍの範囲内であることが良い。これらの磁性体の粒子は、窒素吸着法によるＢＥＴ比表面積が好ましくは１〜２０ｍ２／ｇの範囲内、特に２．５〜１２ｍ２／ｇの範囲内であることが良く、更にモース硬度が５〜７の範囲内であることが良い。
磁性体の粒子の形状としては、８面体、６面体、球形、針状、鱗片状があるが、８面体、６面体、球形の異方性の少ないものが好ましい。
上記磁性体を含有する磁性トナー粒子は、結着樹脂１００質量部に対し１０〜１５０質量部、好ましくは２０〜１２０質量部の磁性体を含有させたものが好ましい。
【００３４】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で添加剤を少量用いることができる。この添加剤としては、例えばテフロン（登録商標）の粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末の如き研磨剤；例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末の如き流動性付与剤又はケーキング防止剤；例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末の如き導電性付与剤；及び逆極性の有機微粒子又は無機微粒子が挙げられる。
また、定着性などを改善するために離型剤を添加することもできる。この離型剤としては、パラフィンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス及びその誘導体が挙げられる。誘導体は、酸化物、ビニル系モノマーとのブロック共重合体、ビニル系モノマーのグラフト変性物を含む。その他、アルコール、脂肪酸、酸アミド、エステル、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、鉱物系ワックス、ペトロラクタムも利用できる。
【００３５】
また、トナーの帯電制御剤としては、次のような材料を用いることができる。
トナーを負荷電性に制御する荷電制御剤としては、例えば有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸系金属錯体、芳香族ダイカルボン酸系金属錯体があげられる。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、その無水物、そのエステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類がある。
トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物；トリブチルベンジルアンモニウム−１−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料（レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物）、この微粒子状の荷電制御剤の個数平均粒径は好ましくは、４μｍ以下、より好ましくは、３μｍ以下が良い。これらの荷電制御剤をトナー粒子中に内添する場合には、トナー粒子は、結着樹脂１００質量部に対して好ましくは、０．１〜２０質量部、より好ましくは、０．２〜１０質量部含有することが良い。
【００３６】
本実施形態のトナーは、必要に応じて、一般に広く使用されているトナー用の添加剤、例えばコロイダルシリカのような流動化剤、酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、炭化ケイ素等の研磨剤、脂肪酸金属塩などの滑剤等を含有させてもよい。無機微粉体はトナーに対して０．１〜２質量％使用されるのが好ましい。０．１質量％未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２質量％を超える場合は、細線間のトナー飛び散り，機内の汚染，感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【００３７】
上記添加剤をトナーに混合する方法としては、従来公知の方法でよく、ヘンシェルミキサー、スピードニーダー等の装置により混合することができる。トナー混練・冷却後のトナー粉の製造方法としては、従来公知の方法でよく、例えば混練・冷却した後、これをジェットミルで粉砕し、分級して得られる。
【００３８】
乾式の二成分現像剤として使用する場合、磁性キャリア並びにトナーの使用量としては、トナー粒子が磁性キャリア粒子の磁性キャリア表面に付着して、その表面積の３０〜１００％を占める程度に両粒子を混合するのが好ましい。
【００３９】
本実施形態の現像剤を構成する磁性キャリアの核体粒子としては、従来より公知のものでよく例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属；マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物；前記強磁性体微粒子と樹脂との複合体等が挙げられる。
これらの磁性キャリアは、より耐久性を長くする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
被覆層を形成する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、アクリル（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビニル及びポリビニリデン系樹脂；塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体；；オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂またはその変成品（例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変成品）；ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等の弗素樹脂；ポリアミド；ポリエステル；ポリウレタン；ポリカーボネート；尿素−ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもトナースペントを防止する点で好ましいのはシリコーン樹脂またはその変成品、弗素樹脂、特にシリコーン樹脂またはその変成品である。
被覆層の形成法としては、従来と同様、磁性キャリア核体粒子の表面に被覆層形成液を噴霧法、浸漬法等の手段で塗布すればよい。ここで、被覆層の厚さは０．１〜２０μｍが好ましい。
【００４０】
以上のトナー及び磁性キャリアを用いた二成分現像剤のより具体的な製造例は、次のとおりである。
〔現像剤の製造例１〕
上記組成の混合物を、溶融混練し、その後、粉砕、分級した。さらに、母体着色粒子１００質量部に対して、疎水性シリカ０．３質量部を混合し、平均粒径９．０μｍのトナーを得た。
【００４１】
（磁性キャリア）
また、湿式法により作成したマグネタイト１００質量部に対してポリビニルアルコール２質量部、水６０質量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で１０００°Ｃの温度で３時間焼成後冷却し核体粒子を得た。
【００４２】
シリコーン樹脂溶液 １００質量部
トルエン １００質量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン １５質量部
カーボンブラック ２０質量部
上記組成の混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液を調整した。この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて、上記核体粒子１０００質量部の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被覆の磁性キャリアを得た。
上記磁性キャリア（９０質量部）に対し、磁性トナーを１０質量部の割合で混合し、二成分現像剤を作成した。
【００４３】
ここで、前述したように、現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の下流側の補助磁極Ｐ１ｂの現像剤保持力が現像スリーブ回転時の遠心力に負けると、現像剤が飛散し、この飛散した現像剤の一部は、現像装置の筐体内部に収容されず現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損してしまうおそれがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、現像装置のケーシング２ａの感光体ドラム１に対向する開口端部に磁界形成手段としての回収磁極８０が取り付けられている。図４（ａ）は、回収磁極８０を取り付けた概略構成図である。
図４（ａ）に示すように、現像領域に対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ４の回転方向の下流側に隣接する位置に現像磁極と反対極性の補助磁極Ｐ１ｂが配置されている。そして、補助磁極Ｐ１ｂ近傍であって、現像装置のケーシング２ａの感光体ドラム１に対向する開口端部に回収磁極８０が取り付けられている。回収磁極８０は、例えばフェライト磁石、フェライトボンド磁石等で構成されている。
【００４５】
図５は回収磁極８０がケーシング２ａに取り付けられていないときの磁場をシミュレーションした結果を示す図である。矢印の向きが磁場を表し、長さが強さを表している。また、図６は回収磁極８０がケーシング２ａに取り付けられているときの磁場をシミュレーションした結果を示す図である。なお、図５及び６は、図４（ａ）の紙面奥側から手前側を表したものであって、ケーシング２ａが鉛直下方向に位置する。また、図７（ａ）〜（ｃ）は、補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態を示す図の一例であって、（ａ）は回収磁極を設けない従来の構成、（ｂ）は回収磁極８０を設けた本実施形態の構成、（ｃ）は回収磁極の向きを（ｂ）に対してＮ極Ｓ極逆に設けた比較例の構成を示す。
図６もしくは図７（ｂ）において、回収磁極８０近傍であって感光体ドラム１と回収磁極８０とで挟まれたエリアのうち二点鎖線で囲った領域の磁界の強さが、図５もしくは図７（ａ）の場合に比べて弱い（矢印の長さが短い、即ち磁束密度が小さい）ことがわかる。そして、この領域に飛散してきた現像剤は、磁束密度がより大きく、しかも回収磁極８０により近い他の領域に引き付けられ、そのまま回収磁極８０の（ア）部（磁石の側面）に堆積し、現像装置外部へ飛散して落下することはなかった。
なお、図７（ｃ）に示す比較例では、回収磁極８０近傍における磁束密度が略均一なため、現像スリーブ４から飛散した現像剤を回収磁極８０に引き付ける力が弱く、回収磁極８０による現像剤回収の効果が十分ではなかった。
【００４６】
本発明者が鋭意実験を行なった結果、現像スリーブ４の回転中心軸と補助磁極Ｐ１ｂを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、回収磁極８０の磁極中心線を補助磁極と同極側に延長した線とのなす角度αが４５°以上、９０°以下となるように回収磁極８０を配設することで、回収磁極８０の（ア）部に良好に堆積することが判った（図４（ａ）参照）。ここで、上記磁極中心線とは、図４（ｂ）に示すように、磁力波形分布上で最大磁束密度の１／２の値の角度の中心線８０ｃをいう。
この構成の場合も上述したのと同様に、図６において、感光体ドラム１と回収磁極８０とで挟まれたエリアのうち二点鎖線で囲った領域の磁界の強さが、回収磁極８０近傍の他の領域に比べて弱いため、この領域に飛散してきた現像剤は、より磁束密度の大きい回収磁極８０近傍の他の領域に引き付けられ、そのまま回収磁極８０の（ア）部（磁石の側面）に堆積して回収される。なお、補助磁極Ｐ１ｂで形成される磁界の強さが７０〜８０ｍＴに対し、回収磁極８０で形成される磁界の強さを２０〜５０ｍＴとすることで良好な結果が得られた。
なお、上記角度αが上記範囲以外では、現像スリーブ４から飛散した現像剤を回収磁極８０に回収する効果が十分でなく、現像装置外部への飛散を十分に防ぐことができなかった。
【００４７】
なお、上記実施形態のプリンタにおいて、感光体ドラム１、帯電ローラ５０、及びクリーニング装置５８の少なくとも一つと、現像装置２とを、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成し、画像形成プロセスユニット（以下「プロセスカートリッジ」という）としてもよい。図８は、プロセスカートリッジの一構成例であり、感光体ドラム１、帯電ローラ５０、クリーニング装置５８及び現像装置２をすべて、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成している。
【００４８】
ここで、回収磁極８０の効果の一例をあげると、回収磁極８０がない状態で、プロセスカートリッジを単体で駆動回転できる実験機にて３０分空回しを行ったところ、３００ｍｇの現像剤がプロセスカートリッジの下に落下した。これに対し、回収磁極８０を取り付けるとプロセスカートリッジの下に落下する現像剤は、ほぼ０ｍｇ（測定不能）であった。
また、プロセスカートリッジの寿命である２００００枚を超える３００００枚（トナーエンド後にトナーを補給して延命）プリント後の回収磁極８０の（ア）部の上に堆積した現像剤の量は、０．６〜１ｇであった（プロセスカートリッジ５台の結果）。プロセスカートリッジには、７５ｇほどの現像剤がセットされており、回収磁極８０の（ア）部上に堆積した現像剤は０．８〜１．３％であり、この程度では地汚れ等の異常画像の発生もなかった。またこのとき機内への現像剤の落下も見受けられなかった。
【００４９】
以上、本実施形態では、潜像担持体としての感光体ドラム１と、感光体ドラム１に潜像を形成する潜像形成手段としての帯電ローラ５０及び光書き込みユニット５１と、感光体ドラム１上の潜像を現像してトナー像とする現像装置２とを有し、この現像装置２が、感光体ドラム１に対向する位置に開口部が形成されトナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段としてのトナーホッパ８と、このトナーホッパ８に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体としての現像スリーブ４と、この現像スリーブ４に対向する現像領域で現像スリーブ４上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段としてのマグネットローラ５とを備え、マグネットローラ５が現像領域に対して現像スリーブ４の内側に現像磁極Ｐ１と、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ４の回転方向下流側に隣接する位置に現像磁極Ｐ１と反対極性の補助磁極Ｐ１ｂとを具備し、上記現像領域で現像スリーブ４表面に担持したブラシ状の現像剤を、感光体ドラム１表面の移動方向と同方向で且つ感光体ドラム１表面よりも高速に移動させて接触させることにより、感光体ドラム１上の潜像を現像する画像形成装置において、上記補助磁極Ｐ１ｂの近傍の上記トナーホッパ８を形成するケーシング２ａに、上記現像スリーブ４から飛散した現像剤が上記開口部から現像装置外部に飛散することを防ぐための磁界を形成する磁界形成手段を設けた。よって、例えば補助磁極Ｐ１ｂの現像剤保持力が現像スリーブ４回転時の遠心力に負けることによって現像スリーブ４から飛散した現像剤は、現像剤中の磁性粒子（キャリア）が磁界形成手段の磁気力の影響を受け、磁界形成手段に引き付けられて回収される。また、飛散した現像剤は、現像剤中の磁性粒子が磁界形成手段の磁気力の影響を受け、トナーホッパ８内に向かい回収されることも可能となる。これらのことにより、現像スリーブ４から飛散したトナーが、現像装置２の開口部から外部に飛散することを防ぐことができる。
また、上記磁界形成手段が上記収容手段としてのトナーホッパ８を形成するケーシング２ａの開口部の端部付近に回収磁極８０を有し、回収磁極８０近傍の少なくとも一部の領域における磁束密度に比べ、該一部の領域よりも該回収磁極８０に近い他の領域における磁束密度の方が大きくなるように、該回収磁極８０を配設した。よって、現像スリーブ４から飛散した現像剤が、回収磁極８０近傍の少なくとも一部の領域に飛散してくると、この領域よりも磁束密度が大きく、しかも回収磁極８０により近い他の領域に引き付けられていき、そのまま回収磁極８０に回収される。
また、上記磁界形成手段が上記収容手段としてのトナーホッパ８を形成するケーシング２ａの開口部の端部付近に回収磁極８０を有し、上記現像剤担持体としての現像スリーブ４の回転中心軸と上記補助磁極Ｐ１ｂとを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、上記回収磁極８０の磁極中心線を補助磁極Ｐ１ｂと同極側に延長した線とのなす角度が４５°以上、９０°以下となるように回収磁極８０を配設した。ここで、上記磁極中心とは、上述したように、図４（ｂ）において、磁力波形分布上で最大磁束密度の１／２の値の角度の中心線８０ｃをいう。実験によれば、現像スリーブ４の回転中心軸と補助磁極Ｐ１ｂとを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、回収磁極８０の磁極中心線を補助磁極Ｐ１ｂと同極側に延長した線とのなす角度が４５°以上、９０°以下となるように回収磁極８０を配設することで、現像スリーブ４から飛散した現像剤が、回収磁極８０に引き付けられて良好に回収されることが判った。上記角度が上記範囲以外の角度では、現像スリーブ４から飛散した現像剤を回収磁極８０に回収する効果が十分でなく、現像装置外部への飛散を十分に防ぐことはできなかった。
また、上記磁界形成手段の磁力が、上記補助磁極Ｐ１ｂの磁力よりも小さい。磁界形成手段と補助磁極Ｐ１ｂとの磁力が同等もしくは磁界形成手段の磁力の方が強すぎると現像スリーブ４上の現像剤を磁界形成手段が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ上に穂立ちしてしまう恐れがある。よって、上記磁界形成手段の磁力が、上記補助磁極Ｐ１ｂの磁力よりも小さければ、現像剤が穂立ちすることなく、飛散した現像剤のみを磁界形成手段に引きつけることが可能となる。
また、潜像担持体としての感光体ドラム１と、帯電手段としての帯電ローラ５０、現像手段、クリーニング手段としてのクリーニング装置５８より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段は、上記現像装置２である。このプロセスカートリッジでは、上記現像装置２を備えたプロセスカートリッジを画像形成装置本体に装着して用いることにより、現像剤の飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を形成することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、感光体上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する場合について説明したが、本発明は、感光体上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
例えば、一つの感光体上に各色ごとのトナー像を順次形成し、該感光体上の各色トナー像を一次転写装置で中間転写体としての中間転写ベルトに重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
また例えば、中間転写体としての中間転写ベルトの直線状の移動経路部分に沿って感光体を含む画像形成ユニットを複数組並べて配置し、各画像形成ユニットの感光体上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体上のトナー像を一次転写装置で該中間転写ベルト上に重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するタンデム型のカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
【００５１】
さらに、上記実施形態では、プリンタ及びそれに用いる現像装置の場合について説明したが、本発明は、複写機やＦＡＸなど他の画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
【００５２】
【発明の効果】
現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が磁石の磁気力の影響を受け、磁石に引き付けられる。また、現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が磁石の磁気力の影響を受け、収容手段内に向かうことも可能となる。これらのことにより、現像剤担持体から飛散した現像剤が現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損することを防止できるという優れた効果がある。しかも、磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいので、これらの磁力が同等もしくは磁石の磁力の方が強すぎる場合と異なり、現像剤担持体上の現像剤を磁石が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ状に穂立ちしてしまう恐れがなく、飛散した現像剤のみを磁石に引きつけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る現像装置の概略構成図。
【図２】同現像装置を備えたプリンタの概略構成図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、同現像装置における自己トナー制御機構の説明図。
【図４】（ａ）は、現像装置のケーシングの開口端部に磁界形成手段を取り付けた概略構成図。
（ｂ）は、回収磁極の磁極中心線の説明図。
【図５】磁界形成手段を取り付けないときの磁場をシミュレーションした結果を示す図。
【図６】磁界形成手段を取り付けたときの磁場をシミュレーションした結果を示す図。
【図７】（ａ）は、回収磁極を設けない従来の補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態図。
（ｂ）は、回収磁極を設けた本実施形態の補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態図。
（ｃ）は、回収磁極の向きを（ｂ）に対してＮ極Ｓ極逆に設けた比較例の補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態図。
【図８】プロセスカートリッジの概略構成図。
【図９】２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の説明図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、後端白抜けの発生メカニズムの説明図。
【図１１】（ａ）は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、同現像領域における現像スリーブ表面移動方向の磁気ブラシ分布の説明図。
【図１２】（ａ）は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、後端白抜けが発生したベタ画像の説明図。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 現像装置
２ａ ケーシング
３ 現像剤
３ａ 磁性トナー
３ｂ 磁性キャリア
３−１ 搬送現像剤
３−２ 収容現像剤
３−３ 滞留現像剤
４ 現像スリーブ
５ マグネットローラ
６ ドクタ
７ 現像剤収容ケース
７ａ プレドクタ
８ トナーホッパ
８ａ トナー補給口
９ トナーアジテータ
１０ 現像バイアス電源
５０ 帯電ローラ
５１ 光書き込みユニット
５２ 用紙
５３ 転写ローラ
８０ 回収磁極
８０ｃ 磁極中心線
Ｓ 現像剤収容部
Ｄ 現像領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくは、潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置を有する画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムや感光体ベルトからなる潜像担持体上に、画像情報に対応した静電潜像が形成され、現像装置によって現像動作が実行され、可視像が得られる。かかる電子写真方式においては、従来より、トナーのみからなる１成分現像剤を用いる１成分現像方式と、トナーと磁性粒子を含む２成分現像剤を用いた２成分現像方式とが知られている。このうち２成分現像方式は、転写性や温度・湿度に対する現像特性の安定性が良好な優れた現像方式である。この２成分現像方式では、潜像担持体に対向する現像領域において、現像剤担持体上にブラシチェーン状に穂立ちされて保持された２成分現像剤から潜像担持体上の静電潜像部分にトナーが供給される。
【０００３】
図１は、上記２成分現像方式の現像装置の概略構成図である。
マグネットローラ５の表面部には、該ローラの回転中心軸方向に沿った方向に延在する磁極が径方向外側に向けて複数形成されるように、複数の磁石が設けられている。具体的には、現像領域Ｄに対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極Ｐ１（Ｎ極）が形成され、この現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。また、上記現像剤収容部Ｓに磁界の磁力が及ぶように、プレドクタ７ａに対向する位置から上記現像領域に至る間に磁極Ｐ４（Ｎ極）を有している。更に、上記マグネットローラ５の表面には、一般的な現像装置と同様に、現像スリーブ４上に現像剤を担持し続けながら搬送するための搬送磁極Ｐ２（Ｎ極），Ｐ３（Ｓ極）を有している。なお、図１中の現像スリーブ４の周囲に点線で示した曲線は、各磁極によって形成された、現像スリーブ４の軸方向中央部における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度分布を示している。
本構成を取った理由は、現像領域の幅（現像ニップ幅）を狭くしたり、現像領域における磁気ブラシの現像剤密度を高めたりして、「後端白抜け（後述）」などの画質劣化を防止するためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。これらの補助磁極Ｐ１ａ、Ｐ１ｂの現像剤保持力が現像スリーブ回転時の遠心力に負けると、現像剤が飛散する。この理由について簡単に説明する。半値角度幅を狭くするために、例えば希土類金属合金磁石を使用している。この希土類金属合金磁石は従来のフェライト磁石に比べ、磁力が強いので磁石の断面積を小さくすることで半値角度幅を狭くすることが可能となっている。その反面、磁力の減衰率も大きくなる特徴があり、磁気ブラシの穂の先端部でキャリアの連鎖する力が、従来の磁石より小さくなり、穂の先端部のキャリアが飛びやすくなるため、現像剤が飛散するものと考えられる。
上記補助磁極Ｐ１ａに対応する現像スリーブ表面から飛散した現像剤は、下流側に現像領域で正規現像に取り込まれるため特に問題はない。ところが、補助磁極Ｐ１ｂに対応する現像スリーブ表面から飛散した現像剤の一部は、現像装置の筐体内部に収容されず現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤担持体から飛散した現像剤が現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損することを防止できる現像装置を有する画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置とを有し、該現像装置が、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段と、該収容手段内に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、該現像剤担持体を前記収容手段の外部に露出させる開口部と、潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、該磁界発生手段が、該現像領域に対して該現像剤担持体の内側に現像磁極と、該現像磁極に対して現像剤担持体回転方向の下流側に隣接する位置に該現像磁極と反対極性の磁極とを具備する画像形成装置において、上記反対極性の磁極と、上記現像剤担持体の回転軸とを結んだ直線は上記潜像担持体に向かって延び、上記現像剤担持体の回転方向下流側における上記開口部の縁部近傍に、上記潜像担持体側に上記現像磁極と反対の極性を向けた状態で磁石が設けられ、該磁石の上記現像磁極と反対の極性を有する磁極の中心線は上記潜像担持体に向かって延びると共に、該磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいことを特徴とするものである。ここで、上記「現像領域」とは、現像剤担持体上で穂立ちして形成されたブラシ状の現像剤が潜像担持体と接触し、現像剤中のトナーで潜像担持体の潜像を現像可能な領域である。この画像形成装置では、例えば上記現像磁極と反対極性の磁極の現像剤保持力が現像剤担持体回転時の遠心力に負けることによって該現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が上記磁石の磁気力の影響を受け、該磁石に引き付けられる。また、現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が上記磁石の磁気力の影響を受け、収容手段内に向かうことも可能となる。これらのことにより、現像剤担持体から飛散したトナーが、現像装置の開口部から外部に飛散することを防ぐことができる。
そして、上記磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいので、これらの磁力が同等もしくは上記磁石の磁力の方が強すぎる場合と異なり、現像剤担持体上の現像剤を磁界形成手段が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ上に穂立ちしてしまう恐れがない。よって、このような現像剤の穂立ちを生じさせることなく、飛散した現像剤のみを上記磁石に引きつけることが可能となる。
【０００７】
また、請求項２の発明は、潜像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段は、請求項１に記載の現像装置であることを特徴とするものである。
このプロセスカートリッジでは、上記現像装置を備えることにより、現像剤の飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を形成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子写真式の画像形成装置であるレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という。）の現像装置に適用した実施形態について説明する。
まず、図２を用いて本実施形態に係るプリンタの概略について説明する。潜像担持体としての感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、感光体ドラム１に接触してその表面を帯電する帯電ローラ５０により一様に帯電された後、光書き込みユニット５１により画像情報に基づき走査露光されて表面に静電潜像が形成される。本実施形態では、上記帯電ローラ５０及び光書き込みユニット５１により潜像形成手段が構成されているが、他の種類の帯電装置や露光装置を用いて構成してもよい。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、後述する現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５３を備えた転写ユニットにより給紙カセット５４から給紙ローラ５５、レジストローラ対５６を経て搬送された転写材としての用紙５２上に転写される。転写終了後の用紙５２は、定着ユニット５７によりトナー像が定着され機外に排出される。なお、転写されなかった感光体ドラム１上の残留トナーは、クリーニングユニット５８により感光体ドラム１から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は除電ランプ５９で除去される。
【０００９】
次に、本実施形態に係る現像装置の全体構成について説明する。
図１は現像装置２の全体の概略構成図である。この現像装置２は感光体ドラム１の側方に配設され、磁性トナー３ａ及び磁性粒子（以下「磁性キャリア」という。）３ｂとを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）３を表面に担持する現像剤担持体として非磁性の現像スリーブ４を備えている。この現像スリーブ４は、ケーシング２ａの感光体ドラム１側に形成された開口部から一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装置により、感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄにおいて現像剤を下方（図中矢印Ｂ方向）に移動させる向きに回転駆動可能になっている。また、現像スリーブ４の内部には、磁界発生手段としての固定磁石群からなるマグネットローラ５が固定配置されている。
【００１０】
また、本現像装置は、現像スリーブ４上に担持され現像領域Ｄに向けて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、該ドクタ６に現像剤搬送方向上流側で現像スリーブ４の表面及びドクタ６との間に現像剤３を収容する現像剤収容部Ｓを形成するように設けられた現像剤収容ケース７、トナー収容部としてのトナーホッパ８なども備えている。トナーホッパ８は現像スリーブ４上の現像剤搬送方向における現像剤収容部Ｓの上流側に隣接して現像スリーブ表面と対向するトナー補給用開口（以下「トナー補給口」という。）８ａを有している。また、トナーホッパ８の内部には、図中矢印Ｃで示す時計方向に回転しながら磁性トナー３ａをトナー補給口８ａに向けて撹拌しながら送り出すトナー撹拌部材としてのトナーアジテータ９が配設されている。
【００１１】
上記現像剤収容ケース７の現像スリーブ４に近接する先端部（ひさし部）は、トナーホッパ８から磁性トナーが補給され現像剤収容部Ｓ内に向かって進行しようとする現像剤の量を規制する第２現像剤規制部材としてのプレドクタ７ａとして用いられている。また、上記現像剤収容ケース７等で形成される現像剤収容部Ｓには、感光体ドラム１との対向する現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤が収容される。
【００１２】
上記マグネットローラ５の表面部には、該ローラの回転中心軸方向に沿った方向に延在する磁極が径方向外側に向けて複数形成されるように、複数の磁石が設けられている。具体的には、現像領域Ｄに対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極Ｐ１（Ｎ極）が形成され、この現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。また、上記現像剤収容部Ｓに磁界の磁力が及ぶように、プレドクタ７ａに対向する位置から上記現像領域に至る間に磁極Ｐ４（Ｎ極）を有している。更に、上記マグネットローラ５の表面には、一般的な現像装置と同様に、現像スリーブ４上に現像剤を担持し続けながら搬送するための搬送磁極Ｐ２（Ｎ極），Ｐ３（Ｓ極）を有している。
なお、図１中の現像スリーブ４の周囲に点線で示した曲線は、各磁極によって形成された、現像スリーブ４の軸方向中央部における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度分布を示している。
【００１３】
上記マグネットローラ５は、６極の磁極が形成されているが、上記補助磁極Ｐ１ｂから補助磁極Ｐ１ａに至る間に磁極を更に増やし、８極や１０極で構成されるマグネットローラとしてもよい。
【００１４】
また、上記マグネットローラ５の現像磁極Ｐ１は、回転中心軸に垂直な横断面における面積（以下「横断面積」という。）が小さい磁石により構成されている。この横断面積が小さくなると一般に磁力は弱くなるが、現像スリーブ表面の磁力が小さくなりすぎると磁性キャリアを保持する力が充分ではなくなるために感光体ドラム１への磁性キャリア付着を生じることがある。そこで、この現像磁極Ｐ１用の磁石は磁力の強い希土類金属合金磁石により作製した。希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネルギー積で３５８ｋＪ／ｍ３であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石では最大エネルギー積で８０ｋＪ／ｍ３前後である。これにより、従来通常用いられていた、最大エネルギー積が３６ｋＪ／ｍ３前後、２０ｋＪ／ｍ３前後であるフェライト磁石、フェライトボンド磁石等と比べ強い磁力を確保することが可能となったため、横断面積の小さい磁石を用いても現像スリーブ表面の磁力を確保することが可能となった。磁力を確保するためには、この他にサマリュウムコバルト金属合金磁石等を用いることもできる。
【００１５】
また、本実施形態の現像装置において、現像時、現像スリーブ４には、現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源１０により、現像バイアスＶＢとして直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加されている。地肌部電位（背景部電位）ＶＤ及び画像部電位ＶＬはそれぞれ、上記振動バイアス電圧ＶＢの最大値と最小値の間に位置している。この振動バイアス電圧の印加により、向きが交互に変化する交互電界が現像領域Ｄに形成される。この交互電界中で現像剤のトナー３ａと磁性キャリア３ｂとが激しく振動し、磁性トナー３ａが現像スリーブ４および磁性キャリア３ｂへの静電的拘束力及び磁気的拘束力に打ち勝って感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像に選択的に付着する。
【００１６】
上記振動バイアス電圧からなる現像バイアスＶＢの最大値と最小値の差（ピーク間電圧）は０．５〜５ｋＶが好ましく、周波数は１〜１０ｋＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波形としては、矩形波、サイン波、三角波等を使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、地肌部電位ＶＤと画像部電位ＶＬの間の値であるが、画像部電位ＶＬよりも地肌部電位ＶＤに近い値である方が、地肌部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【００１７】
また、上記振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここで、「デューティ比」とは、振動バイアス電圧の１周期中でトナーが感光体ドラム１に向かおうとする時間の割合である。このデューティ比に設定することにより、トナーが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが静電潜像の電位分布に忠実に付着して、現像能力が向上し、さらにざらつき感や解像力を向上させることができる。また、トナー３ａとは逆極性の電荷を有する磁性キャリア３ｂが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、磁性キャリア３ａの運動が沈静化することができる。これにより、画像後端部のトナーの攪乱を防止し、後端白抜け、細線再現性、孤立ドット再現性が良好となる。さらに静電潜像の地肌部に磁性キャリアが付着する確率を大幅に低減する効果もある。
【００１８】
上記後端白抜けとは、黒ベタ画像やハーフトーンのベタ画像の後端部が白く抜ける、画質劣化のことである。
この「後端白抜け」の現象は、次のようなメカニズムで起こると考えられる。図９は、２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の一例を示している。図９において、小さな丸はトナー３ａ、大きな丸は磁性キャリア（磁性粒子）３ｂを示している。また、図示の都合上、現像領域内の１本の磁気ブラシだけを実線で示し、他の磁気ブラシは破線で示すと共にトナーを省略してある。さらに、感光体ドラム１上の非画像部Ａは負極性に帯電しているものとする。
図９において、現像剤担持体としての現像スリーブ４上に担持された現像剤は、矢印Ｄ方向の現像スリーブ４の移動により、感光体ドラム１と対向する現像領域付近へと運ばれる。現像剤は、現像領域付近で現像磁極Ｐ１の磁力により磁性キャリア３ｂが穂立ちし、磁気ブラシＭＢを形成する。一方、感光体ドラム１はその表面に静電潜像を保持しつつ、矢印Ｃ方向に回転している。現像領域では、感光体ドラム１と現像スリーブ４との線速差（感光体線速＜現像スリーブ線速）により、磁気ブラシＭＢが感光体ドラム１上の潜像を摺擦し、現像電界によって画像部Ｂにトナー３ａが付着する。その結果、現像スリーブ移動方向における現像領域の下流側では、感光体ドラム１上の潜像の画像部Ｂにトナー像が形成される。なお、所定の画像濃度を確保するために、現像スリーブ線速は、感光体線速よりも大きくするのが一般的である。
【００１９】
このような２成分現像方式の現像装置においては、図１０に示すようなメカニズムで後端白抜けが生じると考えられる。図１０（ａ）〜（ｃ）はいずれも、図９の感光体ドラム１と現像スリーブ４の対向部付近を拡大した説明図であり、左側の感光体ドラム１に対し、右側の磁気ブラシＭＢの先端が近づいてくる磁気ブラシの動きを、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の時系列で表示している。図１０において感光体ドラム１と現像スリーブ４の対向部は、ちょうど非画像部と黒ベタ画像との境界を現像している状態、すなわち「後端白抜け」が発生する状態にあり、感光体回転方向下流側には現像されたばかりのトナー像が形成されている。この状態の感光体ドラム１に向かって現像スリーブ４上の１つの磁気ブラシＭＢが近づいてくる。ここで、感光体ドラム１は実際には図中時計回りに回転しているが、上述のように現像スリーブ４が感光体ドラム１よりも早く移動しているため、磁気ブラシＭＢは感光体ドラム１を追い越していく。そのため、図１０（ａ）〜（ｃ）においては感光体ドラム１が静止しているものとしてモデルを簡略化している。
図１０（ａ）において感光体ドラム１に近づいてくる磁気ブラシＭＢは、現像すべき画像部の後端位置Ａに至るまでの間に非画像部に対向して移動する。この移動の際に、マイナス電荷同士の反発力Ｂにより、トナー３ａは次第に感光体ドラム１から離れ現像スリーブ表面側に移動していく（以下、このトナー移動を「トナードリフト」という）。このトナードリフトの結果、図１０（ｂ）のように、磁気ブラシＭＢが画像部後端位置Ａに到達する頃には、感光体ドラム１近くの磁気ブラシは正極性に帯電した磁性キャリア３ｂが剥き出しの状態になっている。このため、潜像の画像部後端位置Ａに対向する磁性キャリア表面にはトナーは存在せず、画像部後端位置Ａで磁気ブラシＭＢから感光体ドラム１へのトナー移動はない。さらに、図１０（ｃ）において磁気ブラシＭＢが画像部後端位置Ａから画像部の若干内側に入った画像部後端部Ｃに到達すると、トナー３ａと感光体ドラム１との付着力が弱い場合には一度感光体ドラム１に付着したトナー３ａが静電気力により磁性キャリアに再付着することもある。この結果、画像部の非画像部に近接した画像部後端部では現像が行なわれないことがあり、これが「後端白抜け」の原因となると考えられる。
【００２０】
以上の「後端白抜け」発生メカニズムの説明では、現像スリーブ４の回転中心軸に垂直な断面を図示して説明してきたが、現像スリーブの長手方向（回転中心軸方向）に沿って観察すると、各磁気ブラシの長さは一定ではなく、長手方向の位置でばらついている。図１１は、この磁気ブラシの様子を模式的に示している。図１１（ａ）は長手方向に広がる磁気ブラシＭＢの状態を示し、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す磁気ブラシＭＢを長手方向に対して垂直な平面Ａ−Ａで切ったときの断面図を示している。他の図との関係が分かるようにため、図１１（ｂ）には模式的に感光体ドラム１との位置関係を示しておく。図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、磁気ブラシＭＢの高さは長手方向にばらつきが大きい。このため、感光体への接触位置が長手方向に沿って不揃いにばらつく。この結果、上記トナードリフトの度合も長手方向にばらつき、「後端白抜け」の起こる度合は長手方向に一定ではない。したがって、図１２（ｂ）に示すように長手方向にぎざぎざした形の「後端白抜け」が発生することになる。
【００２１】
なお、同様なメカニズムにより、現像スリーブ４の回転中心軸方向に延在する横細線がそれに直交する縦細線に比べて細る「横線細り」現象や、孤立ドットの形成が不安定になる現象も発生し、２成分現像方式の高画質化の妨げとなっていた。
【００２２】
次に、図１に基づいて、上記構成の現像装置の現像動作について説明する。
現像スリーブ４上の現像剤３は該スリーブ４の矢印Ｂ方向の回転に伴って搬送され、ドクタ６により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤３は、矢印Ａ方向に回転している感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄに搬送される。この現像領域Ｄで、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の可視像化が行われる。現像領域Ｄを通過した現像スリーブ４上の現像剤は現像スリーブ回転に伴って更に搬送され、トナー補給口８ａと対向する位置に到達する。このトナー補給口８ａには、トナーホッパ８内の磁性トナー３ａがアジテータ９で送り出され現像スリーブ４上の現像剤と接するように滞留している。トナー補給口８ａで新しい磁性トナー３ａを取り込んだ後、現像剤収容部Ｓに戻る。そして、新しい磁性トナー３ａを含んだ現像剤３はドクタ６による規制部で内圧が増加する。この内圧の増加した現像剤中で磁性キャリアとの摩擦帯電によってトナー帯電が行われる。一方、上記現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤３の一部は、現像剤収容部Ｓ内で循環するように移動する。
【００２３】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、本現像装置における現像動作時の自己トナー濃度制御について説明する。なお、図３中の２点鎖線は、互いに異なる挙動を示す現像剤同士の界面を示している。
まず、現像装置に初期剤として所定のトナー濃度及び重量を有する現像剤をセットして、現像スリーブ４を回転駆動すると、現像剤３は搬送現像剤３−１及び収容現像剤３−２の２つの部分に分かれる。搬送現像剤３−１は現像スリーブ４の表面に磁力で担持され該表面に連れ回るように搬送される現像剤である。収容現像剤３−２は現像剤収容部Ｓ内に収容され上記搬送現像剤３−１の移動に伴って現像剤収容部Ｓ内で循環移動する現像剤である。
現像剤収容部Ｓ内では、図３（ａ）に示すように４つの現像剤流Ｆ１、Ｆ２が発生する。第１の現像剤流Ｆ１は、現像スリーブ４と剥離ローラ１１との間を通過するように流れる搬送現像剤３−１の流れである。第２の現像剤流Ｆ２は、ドクタ６で現像剤がドクタ６の背面を上昇しドクタ６と剥離ローラ１１の間の空間で発生する収容現像剤３ｃの循環流である。
【００２４】
次に、上記現像剤収容部Ｓ内に上記現像剤流Ｆ１，Ｆ２が発生した状態で、トナーホッパー８に磁性トナー３ａがセットされると、トナー補給口８ａより現像スリーブ４に担持された搬送現像剤３−１に磁性トナー３ａが供給される。磁性トナーが供給された現像スリーブ４上の現像剤は、磁性トナーと共に現像剤収容部Ｓへ搬送される。そして、搬送途中で、搬送現像剤３−１に供給された磁性トナーは現像スリーブ４の軸中心方向へ若干入り込む。磁性トナーが供給された搬送現像剤３−１は、プレドクタ７ａによる規制位置を通過した後、その一部は収容現像剤３−２との間で混合される。この現像剤の混合により、両現像剤同士の入れ替え、現像剤内でのトナーの分散撹拌による均一化、磁性トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電によるトナー帯電等が行われる。
【００２５】
次に、上記磁性トナーの補給により現像剤３中のトナー濃度が次第に上昇していくと、搬送現像剤３−１の嵩が増大していくことにより、トナー補給口８ａに対向する位置からドクタ６による規制位置に至る区間で現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の層厚が厚くなっていく。それとともに、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１内の磁性キャリアの比率が低下することにより、搬送現像剤３−１に対する磁力が弱くなっていくため、搬送現像剤３−１の移動速度が低下していき、上記区間での現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の層厚がますます厚くなっていく。この層厚が厚くなった搬送現像剤３−１は、上記ドクタ６から受ける搬送を阻止する向きの力（ブレーキ力）を強く受けるようになり、搬送現像剤３−１の移動速度はますます低下していく。
そして、トナー補給口８ａに対向する位置で層厚が厚くなった搬送現像剤３−１の上層部は、上記プレドクタ７ａで掻き取られ、図３（ａ）に示すようにプレドクタ７ａの現像剤搬送方向上流側に滞留していく。以下、この滞留した現像剤を「滞留現像剤」３−３という。この滞留現像剤３−３は、それに接する搬送現像剤３−１の移動に伴って循環運動を行っている。トナー補給口８ａに送り込まれた磁性トナー３ａは、搬送現像剤３−１の露出している部分に引き付けられるとともに、搬送現像剤３−１と滞留現像剤３−３との合流点Ｐから引き込まれるようにして、現像剤中に取り込まれる。
【００２６】
さらに現像剤３のトナー濃度が上昇していくと、図３（ｂ）に示すようにトナー補給口８ａにおける滞留現像剤３−３の量が増え、滞留現像剤３−３で磁性トナーに接している搬送現像剤３−１の露出面が塞がれ、両現像剤の合流点Ｐもトナー補給口８ａの現像剤搬送方向上流端まで移動する。それとともに、上記トナー補給口８ａの滞留現像剤３−３自体の循環移動速度も低下する。この時点で、現像剤への磁性トナーの取り込みがほぼ終了し、トナー濃度がそれ以上上昇しなくなる。
【００２７】
上記磁性トナーが取り込まれプレドクタ７ａと現像スリーブ４との間のギャップを通過した搬送現像剤３−１の一部（上層部）は、収容現像剤３−２と混合撹拌され、その一部は再び現像スリーブ４上に担持される。現像スリーブ４とドクタ６との間のギャップを通過した搬送現像剤３−１は、感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄに搬送される。そして、現像領域Ｄでは、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の現像に用いられる。
【００２８】
上記感光体ドラム１の静電潜像の現像により現像スリーブ４上の磁性トナーが消費されると、この部分のトナー濃度が減少し、現像スリーブ４によって現像剤に作用する搬送力が増加するとともに、この部分の現像剤の嵩も減少する。そして、上記プレドクタ７ａの先端部によって規制される搬送現像剤３−１の層厚が低下し、トナー補給口８ａ付近に溜まっていた滞留現像剤３−３の量が減少し、滞留現像剤３−３の循環移動速度も上昇してくる。そして、トナー補給口８ａにおいて、現像スリーブ４により搬送される搬送現像剤３−１とトナーホッパ８内からの磁性トナー３ａとが接触することとなり、再度磁性トナーが取り込まれて上述のように現像剤３のトナー濃度が増加する。
【００２９】
以上のように、現像スリーブ４上のトナー濃度の変化に応じて、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の上記プレドクタ７ａによる規制状態が変化し、上記磁性トナーが消費された部分の現像剤のトナー濃度が所定の濃度範囲になるように自己制御される。これにより、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１のトナー濃度が常にほぼ一定濃度の範囲となるように保たれる。このため、トナー濃度センサやトナー補給部材などの複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。
【００３０】
なお、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の一部を剥離して現像剤収容部Ｓ内の収容現像剤３−２と混合するための剥離部材を、現像剤収容部Ｓ内で現像ローラ４の表面に対向するように設けてもよい。この剥離部材を設けた場合は、搬送現像剤３−１と収容現像剤３−２との入れ替えが促進されるので、現像剤３中の磁性キャリアの帯電能力低下による現像剤３の早期劣化を防止することができる。また、上記搬送現像剤３−１と収容現像剤３−２との混合により、現像剤のトナーが分散撹拌され現像剤搬送方向と直交する画像幅方向に関してトナー濃度が均一化されるので、現像濃度ムラのない良好な現像を行うことができる。
【００３１】
次に、本実施形態で用いる現像剤について説明する。
本実施形態の現像装置で用いる現像剤のトナーとしては、トナー濃度変動が比較的大きい上記トナー自己濃度制御方式を採用したときの高トナー濃度側にふれたときのトナー飛散を抑制する観点から、次のような特性を有する磁性トナーが好ましい。
磁性トナーの重量平均粒径は４〜１５μｍの範囲が好適である。トナーの重量平均径の測定方法は、以下の手順にて行う。まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。次に、測定試料を更に２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置（商品名：「Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲ」）により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径（Ｄ４）、個数平均粒径を求めることができる。測定チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ 未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とする。
【００３２】
また、トナー全体に占める各成分の割合は、結着樹脂が７５％〜９３％、着色剤が３％〜１０％、離型剤が３％〜８％、その他の成分が１％〜７％である。上記結着樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトンなどがあげられる。
上記着色剤としては、従来より知られている無機又は有機の染料／顔料が使用可能であり、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダムンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルー、インダスレンブルーが挙げられる。
【００３３】
また、上記結着樹脂に含有させる磁性体の材料としては、マグネタイト、γ−酸化鉄、フェライト鉄、過剰型フェライトの如き酸化鉄；鉄、コバルト、ニッケルの如き磁性金属；酸化鉄又は磁性金属と、コバルト、スズ、チタン、銅、鉛、亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、珪素の如き金属との複合金属酸化物合金又は、混合物が挙げられる。これら磁性体の粒子は、平均粒径が０．０５〜１．０μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．６μｍの範囲内、さらに好ましくは、０．１〜０．４μｍの範囲内であることが良い。これらの磁性体の粒子は、窒素吸着法によるＢＥＴ比表面積が好ましくは１〜２０ｍ２／ｇの範囲内、特に２．５〜１２ｍ２／ｇの範囲内であることが良く、更にモース硬度が５〜７の範囲内であることが良い。
磁性体の粒子の形状としては、８面体、６面体、球形、針状、鱗片状があるが、８面体、６面体、球形の異方性の少ないものが好ましい。
上記磁性体を含有する磁性トナー粒子は、結着樹脂１００質量部に対し１０〜１５０質量部、好ましくは２０〜１２０質量部の磁性体を含有させたものが好ましい。
【００３４】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で添加剤を少量用いることができる。この添加剤としては、例えばテフロン（登録商標）の粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末の如き研磨剤；例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末の如き流動性付与剤又はケーキング防止剤；例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末の如き導電性付与剤；及び逆極性の有機微粒子又は無機微粒子が挙げられる。
また、定着性などを改善するために離型剤を添加することもできる。この離型剤としては、パラフィンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス及びその誘導体が挙げられる。誘導体は、酸化物、ビニル系モノマーとのブロック共重合体、ビニル系モノマーのグラフト変性物を含む。その他、アルコール、脂肪酸、酸アミド、エステル、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、鉱物系ワックス、ペトロラクタムも利用できる。
【００３５】
また、トナーの帯電制御剤としては、次のような材料を用いることができる。
トナーを負荷電性に制御する荷電制御剤としては、例えば有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸系金属錯体、芳香族ダイカルボン酸系金属錯体があげられる。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、その無水物、そのエステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類がある。
トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物；トリブチルベンジルアンモニウム−１−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料（レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物）、この微粒子状の荷電制御剤の個数平均粒径は好ましくは、４μｍ以下、より好ましくは、３μｍ以下が良い。これらの荷電制御剤をトナー粒子中に内添する場合には、トナー粒子は、結着樹脂１００質量部に対して好ましくは、０．１〜２０質量部、より好ましくは、０．２〜１０質量部含有することが良い。
【００３６】
本実施形態のトナーは、必要に応じて、一般に広く使用されているトナー用の添加剤、例えばコロイダルシリカのような流動化剤、酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、炭化ケイ素等の研磨剤、脂肪酸金属塩などの滑剤等を含有させてもよい。無機微粉体はトナーに対して０．１〜２質量％使用されるのが好ましい。０．１質量％未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２質量％を超える場合は、細線間のトナー飛び散り，機内の汚染，感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【００３７】
上記添加剤をトナーに混合する方法としては、従来公知の方法でよく、ヘンシェルミキサー、スピードニーダー等の装置により混合することができる。トナー混練・冷却後のトナー粉の製造方法としては、従来公知の方法でよく、例えば混練・冷却した後、これをジェットミルで粉砕し、分級して得られる。
【００３８】
乾式の二成分現像剤として使用する場合、磁性キャリア並びにトナーの使用量としては、トナー粒子が磁性キャリア粒子の磁性キャリア表面に付着して、その表面積の３０〜１００％を占める程度に両粒子を混合するのが好ましい。
【００３９】
本実施形態の現像剤を構成する磁性キャリアの核体粒子としては、従来より公知のものでよく例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属；マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物；前記強磁性体微粒子と樹脂との複合体等が挙げられる。
これらの磁性キャリアは、より耐久性を長くする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
被覆層を形成する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、アクリル（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビニル及びポリビニリデン系樹脂；塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体；；オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂またはその変成品（例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変成品）；ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等の弗素樹脂；ポリアミド；ポリエステル；ポリウレタン；ポリカーボネート；尿素−ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもトナースペントを防止する点で好ましいのはシリコーン樹脂またはその変成品、弗素樹脂、特にシリコーン樹脂またはその変成品である。
被覆層の形成法としては、従来と同様、磁性キャリア核体粒子の表面に被覆層形成液を噴霧法、浸漬法等の手段で塗布すればよい。ここで、被覆層の厚さは０．１〜２０μｍが好ましい。
【００４０】
以上のトナー及び磁性キャリアを用いた二成分現像剤のより具体的な製造例は、次のとおりである。
〔現像剤の製造例１〕
【００４１】
（磁性キャリア）
また、湿式法により作成したマグネタイト１００質量部に対してポリビニルアルコール２質量部、水６０質量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で１０００°Ｃの温度で３時間焼成後冷却し核体粒子を得た。
【００４２】
シリコーン樹脂溶液 １００質量部
トルエン １００質量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン １５質量部
カーボンブラック ２０質量部
上記組成の混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液を調整した。この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて、上記核体粒子１０００質量部の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被覆の磁性キャリアを得た。
上記磁性キャリア（９０質量部）に対し、磁性トナーを１０質量部の割合で混合し、二成分現像剤を作成した。
【００４３】
ここで、前述したように、現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の下流側の補助磁極Ｐ１ｂの現像剤保持力が現像スリーブ回転時の遠心力に負けると、現像剤が飛散し、この飛散した現像剤の一部は、現像装置の筐体内部に収容されず現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損してしまうおそれがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、現像装置のケーシング２ａの感光体ドラム１に対向する開口端部に磁界形成手段としての回収磁極８０が取り付けられている。図４（ａ）は、回収磁極８０を取り付けた概略構成図である。
図４（ａ）に示すように、現像領域に対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ４の回転方向の下流側に隣接する位置に現像磁極と反対極性の補助磁極Ｐ１ｂが配置されている。そして、補助磁極Ｐ１ｂ近傍であって、現像装置のケーシング２ａの感光体ドラム１に対向する開口端部に回収磁極８０が取り付けられている。回収磁極８０は、例えばフェライト磁石、フェライトボンド磁石等で構成されている。
【００４５】
図５は回収磁極８０がケーシング２ａに取り付けられていないときの磁場をシミュレーションした結果を示す図である。矢印の向きが磁場を表し、長さが強さを表している。また、図６は回収磁極８０がケーシング２ａに取り付けられているときの磁場をシミュレーションした結果を示す図である。なお、図５及び６は、図４（ａ）の紙面奥側から手前側を表したものであって、ケーシング２ａが鉛直下方向に位置する。また、図７（ａ）〜（ｃ）は、補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態を示す図の一例であって、（ａ）は回収磁極を設けない従来の構成、（ｂ）は回収磁極８０を設けた本実施形態の構成、（ｃ）は回収磁極の向きを（ｂ）に対してＮ極Ｓ極逆に設けた比較例の構成を示す。
図６もしくは図７（ｂ）において、回収磁極８０近傍であって感光体ドラム１と回収磁極８０とで挟まれたエリアのうち二点鎖線で囲った領域の磁界の強さが、図５もしくは図７（ａ）の場合に比べて弱い（矢印の長さが短い、即ち磁束密度が小さい）ことがわかる。そして、この領域に飛散してきた現像剤は、磁束密度がより大きく、しかも回収磁極８０により近い他の領域に引き付けられ、そのまま回収磁極８０の（ア）部（磁石の側面）に堆積し、現像装置外部へ飛散して落下することはなかった。
なお、図７（ｃ）に示す比較例では、回収磁極８０近傍における磁束密度が略均一なため、現像スリーブ４から飛散した現像剤を回収磁極８０に引き付ける力が弱く、回収磁極８０による現像剤回収の効果が十分ではなかった。
【００４６】
本発明者が鋭意実験を行なった結果、現像スリーブ４の回転中心軸と補助磁極Ｐ１ｂを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、回収磁極８０の磁極中心線を補助磁極と同極側に延長した線とのなす角度αが４５°以上、９０°以下となるように回収磁極８０を配設することで、回収磁極８０の（ア）部に良好に堆積することが判った（図４（ａ）参照）。ここで、上記磁極中心線とは、図４（ｂ）に示すように、磁力波形分布上で最大磁束密度の１／２の値の角度の中心線８０ｃをいう。
この構成の場合も上述したのと同様に、図６において、感光体ドラム１と回収磁極８０とで挟まれたエリアのうち二点鎖線で囲った領域の磁界の強さが、回収磁極８０近傍の他の領域に比べて弱いため、この領域に飛散してきた現像剤は、より磁束密度の大きい回収磁極８０近傍の他の領域に引き付けられ、そのまま回収磁極８０の（ア）部（磁石の側面）に堆積して回収される。なお、補助磁極Ｐ１ｂで形成される磁界の強さが７０〜８０ｍＴに対し、回収磁極８０で形成される磁界の強さを２０〜５０ｍＴとすることで良好な結果が得られた。
なお、上記角度αが上記範囲以外では、現像スリーブ４から飛散した現像剤を回収磁極８０に回収する効果が十分でなく、現像装置外部への飛散を十分に防ぐことができなかった。
【００４７】
なお、上記実施形態のプリンタにおいて、感光体ドラム１、帯電ローラ５０、及びクリーニング装置５８の少なくとも一つと、現像装置２とを、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成し、画像形成プロセスユニット（以下「プロセスカートリッジ」という）としてもよい。図８は、プロセスカートリッジの一構成例であり、感光体ドラム１、帯電ローラ５０、クリーニング装置５８及び現像装置２をすべて、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成している。
【００４８】
ここで、回収磁極８０の効果の一例をあげると、回収磁極８０がない状態で、プロセスカートリッジを単体で駆動回転できる実験機にて３０分空回しを行ったところ、３００ｍｇの現像剤がプロセスカートリッジの下に落下した。これに対し、回収磁極８０を取り付けるとプロセスカートリッジの下に落下する現像剤は、ほぼ０ｍｇ（測定不能）であった。
また、プロセスカートリッジの寿命である２００００枚を超える３００００枚（トナーエンド後にトナーを補給して延命）プリント後の回収磁極８０の（ア）部の上に堆積した現像剤の量は、０．６〜１ｇであった（プロセスカートリッジ５台の結果）。プロセスカートリッジには、７５ｇほどの現像剤がセットされており、回収磁極８０の（ア）部上に堆積した現像剤は０．８〜１．３％であり、この程度では地汚れ等の異常画像の発生もなかった。またこのとき機内への現像剤の落下も見受けられなかった。
【００４９】
以上、本実施形態では、潜像担持体としての感光体ドラム１と、感光体ドラム１に潜像を形成する潜像形成手段としての帯電ローラ５０及び光書き込みユニット５１と、感光体ドラム１上の潜像を現像してトナー像とする現像装置２とを有し、この現像装置２が、感光体ドラム１に対向する位置に開口部が形成されトナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段としてのトナーホッパ８と、このトナーホッパ８に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体としての現像スリーブ４と、この現像スリーブ４に対向する現像領域で現像スリーブ４上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段としてのマグネットローラ５とを備え、マグネットローラ５が現像領域に対して現像スリーブ４の内側に現像磁極Ｐ１と、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ４の回転方向下流側に隣接する位置に現像磁極Ｐ１と反対極性の補助磁極Ｐ１ｂとを具備し、上記現像領域で現像スリーブ４表面に担持したブラシ状の現像剤を、感光体ドラム１表面の移動方向と同方向で且つ感光体ドラム１表面よりも高速に移動させて接触させることにより、感光体ドラム１上の潜像を現像する画像形成装置において、上記補助磁極Ｐ１ｂの近傍の上記トナーホッパ８を形成するケーシング２ａに、上記現像スリーブ４から飛散した現像剤が上記開口部から現像装置外部に飛散することを防ぐための磁界を形成する磁界形成手段を設けた。よって、例えば補助磁極Ｐ１ｂの現像剤保持力が現像スリーブ４回転時の遠心力に負けることによって現像スリーブ４から飛散した現像剤は、現像剤中の磁性粒子（キャリア）が磁界形成手段の磁気力の影響を受け、磁界形成手段に引き付けられて回収される。また、飛散した現像剤は、現像剤中の磁性粒子が磁界形成手段の磁気力の影響を受け、トナーホッパ８内に向かい回収されることも可能となる。これらのことにより、現像スリーブ４から飛散したトナーが、現像装置２の開口部から外部に飛散することを防ぐことができる。
また、上記磁界形成手段が上記収容手段としてのトナーホッパ８を形成するケーシング２ａの開口部の端部付近に回収磁極８０を有し、回収磁極８０近傍の少なくとも一部の領域における磁束密度に比べ、該一部の領域よりも該回収磁極８０に近い他の領域における磁束密度の方が大きくなるように、該回収磁極８０を配設した。よって、現像スリーブ４から飛散した現像剤が、回収磁極８０近傍の少なくとも一部の領域に飛散してくると、この領域よりも磁束密度が大きく、しかも回収磁極８０により近い他の領域に引き付けられていき、そのまま回収磁極８０に回収される。
また、上記磁界形成手段が上記収容手段としてのトナーホッパ８を形成するケーシング２ａの開口部の端部付近に回収磁極８０を有し、上記現像剤担持体としての現像スリーブ４の回転中心軸と上記補助磁極Ｐ１ｂとを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、上記回収磁極８０の磁極中心線を補助磁極Ｐ１ｂと同極側に延長した線とのなす角度が４５°以上、９０°以下となるように回収磁極８０を配設した。ここで、上記磁極中心とは、上述したように、図４（ｂ）において、磁力波形分布上で最大磁束密度の１／２の値の角度の中心線８０ｃをいう。実験によれば、現像スリーブ４の回転中心軸と補助磁極Ｐ１ｂとを結んだ線を補助磁極側に延長した線と、回収磁極８０の磁極中心線を補助磁極Ｐ１ｂと同極側に延長した線とのなす角度が４５°以上、９０°以下となるように回収磁極８０を配設することで、現像スリーブ４から飛散した現像剤が、回収磁極８０に引き付けられて良好に回収されることが判った。上記角度が上記範囲以外の角度では、現像スリーブ４から飛散した現像剤を回収磁極８０に回収する効果が十分でなく、現像装置外部への飛散を十分に防ぐことはできなかった。
また、上記磁界形成手段の磁力が、上記補助磁極Ｐ１ｂの磁力よりも小さい。磁界形成手段と補助磁極Ｐ１ｂとの磁力が同等もしくは磁界形成手段の磁力の方が強すぎると現像スリーブ４上の現像剤を磁界形成手段が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ上に穂立ちしてしまう恐れがある。よって、上記磁界形成手段の磁力が、上記補助磁極Ｐ１ｂの磁力よりも小さければ、現像剤が穂立ちすることなく、飛散した現像剤のみを磁界形成手段に引きつけることが可能となる。
また、潜像担持体としての感光体ドラム１と、帯電手段としての帯電ローラ５０、現像手段、クリーニング手段としてのクリーニング装置５８より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段は、上記現像装置２である。このプロセスカートリッジでは、上記現像装置２を備えたプロセスカートリッジを画像形成装置本体に装着して用いることにより、現像剤の飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を形成することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、感光体上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する場合について説明したが、本発明は、感光体上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
例えば、一つの感光体上に各色ごとのトナー像を順次形成し、該感光体上の各色トナー像を一次転写装置で中間転写体としての中間転写ベルトに重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
また例えば、中間転写体としての中間転写ベルトの直線状の移動経路部分に沿って感光体を含む画像形成ユニットを複数組並べて配置し、各画像形成ユニットの感光体上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体上のトナー像を一次転写装置で該中間転写ベルト上に重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するタンデム型のカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
【００５１】
さらに、上記実施形態では、プリンタ及びそれに用いる現像装置の場合について説明したが、本発明は、複写機やＦＡＸなど他の画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
【００５２】
【発明の効果】
現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が磁石の磁気力の影響を受け、磁石に引き付けられる。また、現像剤担持体から飛散した現像剤は、該現像剤中の磁性粒子が磁石の磁気力の影響を受け、収容手段内に向かうことも可能となる。これらのことにより、現像剤担持体から飛散した現像剤が現像装置外部に飛散して現像装置周囲もしくは現像画像を汚損することを防止できるという優れた効果がある。しかも、磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいので、これらの磁力が同等もしくは磁石の磁力の方が強すぎる場合と異なり、現像剤担持体上の現像剤を磁石が引き付けて両者間でも現像剤がブラシ状に穂立ちしてしまう恐れがなく、飛散した現像剤のみを磁石に引きつけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る現像装置の概略構成図。
【図２】同現像装置を備えたプリンタの概略構成図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、同現像装置における自己トナー制御機構の説明図。
【図４】（ａ）は、現像装置のケーシングの開口端部に磁界形成手段を取り付けた概略構成図。
（ｂ）は、回収磁極の磁極中心線の説明図。
【図５】磁界形成手段を取り付けないときの磁場をシミュレーションした結果を示す図。
【図６】磁界形成手段を取り付けたときの磁場をシミュレーションした結果を示す図。
【図７】（ａ）は、回収磁極を設けない従来の補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態図。
（ｂ）は、回収磁極を設けた本実施形態の補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態図。
（ｃ）は、回収磁極の向きを（ｂ）に対してＮ極Ｓ極逆に設けた比較例の補助磁極Ｐ１ｂ近傍の磁力線の状態図。
【図８】プロセスカートリッジの概略構成図。
【図９】２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の説明図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、後端白抜けの発生メカニズムの説明図。
【図１１】（ａ）は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、同現像領域における現像スリーブ表面移動方向の磁気ブラシ分布の説明図。
【図１２】（ａ）は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、後端白抜けが発生したベタ画像の説明図。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 現像装置
２ａ ケーシング
３ 現像剤
３ａ 磁性トナー
３ｂ 磁性キャリア
３−１ 搬送現像剤
３−２ 収容現像剤
３−３ 滞留現像剤
４ 現像スリーブ
５ マグネットローラ
６ ドクタ
７ 現像剤収容ケース
７ａ プレドクタ
８ トナーホッパ
８ａ トナー補給口
９ トナーアジテータ
１０ 現像バイアス電源
５０ 帯電ローラ
５１ 光書き込みユニット
５２ 用紙
５３ 転写ローラ
８０ 回収磁極
８０ｃ 磁極中心線
Ｓ 現像剤収容部
Ｄ 現像領域
Claims (2)
- 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置とを有し、
該現像装置が、
トナーと磁性粒子とを含む現像剤を収容する収容手段と、
該収容手段内に支持され回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、
該現像剤担持体を前記収容手段の外部に露出させる開口部と、
潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上に該現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、
該磁界発生手段が、該現像領域に対して該現像剤担持体の内側に現像磁極と、該現像磁極に対して現像剤担持体回転方向の下流側に隣接する位置に該現像磁極と反対極性の磁極とを具備する画像形成装置において、
上記反対極性の磁極と、上記現像剤担持体の回転軸とを結んだ直線は上記潜像担持体に向かって延び、
上記現像剤担持体の回転方向下流側における上記開口部の縁部近傍に、上記潜像担持体側に上記現像磁極と反対の極性を向けた状態で磁石が設けられ、
該磁石の上記現像磁極と反対の極性を有する磁極の中心線は上記潜像担持体に向かって延びると共に、該磁石の表面上の磁力は上記磁界発生手段の上記反対極性の磁極の上記現像剤担持体表面上の磁力よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。 - 潜像担持体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段とを一体に支持し、
画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、
上記現像手段は、請求項１に記載の現像装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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