JP5111735B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置と、それを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置とに関し、特に、２成分現像剤を用いる現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置において、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤（外添剤等を添加する場合も含むものとする。）を収容した現像装置が多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
また、近年、このような２成分現像方式の現像装置において、装置の小型化と現像剤の長寿命化とに対する要望が益々強くなっている。

詳しくは、現像装置は、現像ローラ（現像剤担持体）、２つの搬送スクリュ（搬送部材）、ドクターブレード等で構成される。
そして、現像装置内におけるトナー消費に応じて、現像装置の一端に設けられたトナー補給口から装置内に適宜にトナーが補給される。補給されたトナーは、現像装置内の現像剤とともに、２つの搬送スクリュによって、装置内を長手方向（現像ローラの長手方向と同方向である。）に循環しながら混合される。その混合された現像剤は、その一部が、一方の搬送スクリュに対向する現像ローラ上に形成された剤汲上げ極によって、現像ローラ上に汲み上げられる。現像ローラに汲上げられた現像剤は、ドクターブレードによって適量に規制された後に、その現像剤中のトナーが感光体ドラム（像担持体）との対向位置で感光体ドラム上の潜像に付着する。その後、感光体ドラムとの対向位置を通過した現像ローラ上の現像剤は、剤離れ極と剤汲上げ極との間の位置で現像ローラ上から離脱されて、再び現像装置内に戻される。

一方、特許文献２等には、現像剤の長寿命化と搬送スクリュのピッチに対応した濃度ムラの抑制とを目的として、現像ローラ上に形成される規制磁極と剤離れ極（剥ぎ取り極）とを適正化する技術が開示されている。

特開２０００−１９４１９４号公報 特開２００２−４０８１１号公報

上述した従来の技術は、搬送部材のスクリュピッチに対応した濃度ムラ等の異常画像の発生を抑止しつつ、現像剤を長寿命化して、経時においても安定的に高画質の出力画像を提供することが難しかった。

詳しくは、現像剤担持体上に形成される剤汲上げ極の磁束密度が大きい場合には、現像剤担持体上に汲み上げられる現像剤の量を充分に確保できる反面、ドクターブレードとの対向位置（ドクターギャップである。）近傍に剤溜まりが形成されて現像剤に大きな物理的負荷がかかってしまう。このように、現像剤に大きな負荷がかかってしまうと、現像剤の劣化が進んで結果として現像剤の寿命が早められてしまう。
特に、小型化された現像装置では、各構成部材が密集して配設されているために、上述の剤溜まりにともなう現像剤の劣化が進行しやすくなってしまう。

これに対して、現像剤担持体上に形成される剤汲上げ極の磁束密度が小さい場合には、ドクターブレードとの対向位置近傍における剤溜まり量が少なくなって現像剤に大きな負荷がかからない反面、現像剤担持体上に汲み上げられる現像剤の量を充分に確保できなくなってしまう。このように、現像剤担持体上に汲み上げられる現像剤の量が少なくなってしまうと、現像剤担持体に対向する搬送部材のスクリュピッチに対応した濃度ムラが生じやすくなってしまう。すなわち、現像剤担持体に担持された現像剤における剤量のムラがそのままドクターブレードを通過した後にも維持されて（薄層ムラとなって）、像担持体上に形成されるトナー画像上に濃度ムラとして現れてしまう。

また、現像剤担持体上に担持された現像工程直後の現像剤は、剤離れ極と剤汲上げ極との間で、現像剤担持体上から確実に離脱される必要がある。すなわち、現像領域を通過した現像剤は、所定の現像工程を経た後のものであって帯電状態が不安定になっている。したがって、帯電状態が不安定な現像剤が現像剤担持体上から離脱しないでそのまま現像剤担持体上に担持されると、剤汲上げ極によって汲み上げられた帯電状態の良好な現像剤と混合されることによって、結果として帯電状態が不安定な現像剤となってしまう。そして、この現像剤が像担持体との対向位置（現像領域である。）に搬送されると、画像濃度が不均一なトナー像が形成されてしまう。
特に、小型化された現像装置では、現像剤担持体上に複数の磁極が密集して形成されているために、剤汲上げ極の磁力の影響によって剤汲上げ極の上流側で確実に現像剤を離脱させにくくなってしまう。

一方、上述の特許文献２等の技術は、現像剤担持体の回転方向が異なりドクターブレードが現像剤担持体の下方に配設された構成になっている。すなわち、現像剤担持体上に剤汲上げ極を形成しなくても、装置内の現像剤を現像剤担持体にある程度担持させることができる構成になっている。したがって、上述した剤汲上げ極の磁束密度の大小による不具合を直接的に解決する効果は期待できない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、現像装置が小型化された場合であっても、濃度ムラ等の異常画像の発生が抑止されるとともに、現像剤が長寿命化されて、経時においても安定的に高画質の出力画像が形成される現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することにある。

本願発明者は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、剤汲上げ極と剤離れ極とを同極（Ｓ極同士又はＮ極同士である。）にすることで、双方の磁極が近接する場合であっても、現像工程後の現像剤を現像剤担持体から離脱させやすくなる。さらに、剤離れ極と同極に形成された剤汲上げ極において、法線方向磁束密度が最大になる位置を法線方向磁束密度の半値中央位置と一致させずに剤離れ極の側に形成することで、剤汲上げ極の磁束密度が全体的に小さい場合であっても比較的多量の現像剤を汲み上げることができる。

この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる現像装置は、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、前記像担持体に対向するとともに、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に対向するとともに、装置内の現像剤を搬送する搬送部材と、を備え、前記現像剤担持体は、装置内に収容された現像剤を該現像剤担持体上に汲み上げるための剤汲上げ極と、該剤汲上げ極に隣接して当該剤汲上げ極との間で前記像担持体との対向位置を通過した現像剤を該現像剤担持体から離脱させるための剤離れ極と、を該現像剤担持体の外周面上に形成する磁石体を内設して、前記剤汲上げ極は、前記剤離れ極と同極に形成されるとともに、前記現像剤担持体の外周面に対する法線方向の磁束密度が最大になる当該外周面上の位置が当該磁束密度が半値になる範囲の中央部に対応する当該外周面上の位置よりも前記剤離れ極側になるように形成されて、前記搬送部材の中心と前記現像剤担持体の中心とを結ぶ線が、前記剤汲上げ極の前記法線方向の磁束密度が半値になる範囲の中央部を通る前記法線方向の線分に対して、前記剤離れ極側になるように形成されたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記剤離れ極は、前記現像剤担持体の外周面に対する法線方向の磁束密度が最大になる当該外周面上の位置が当該磁束密度が半値になる範囲の中央部に対応する当該外周面上の位置よりも前記剤汲上げ極側になるように形成されたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記剤汲上げ極は、磁気的吸引力が最大になる前記外周面上の位置が前記搬送部材の中心と前記現像剤担持体の中心とを結ぶ線上に配設されるように形成されたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記剤汲上げ極は、前記法線方向の磁束密度の最大値が３５〜６０ｍＴの範囲内になるように形成されたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記現像剤を、キャリアとトナーとを有する２成分現像剤としたものである。

また、請求項６記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項５に記載の発明において、前記キャリアは、飽和磁気モーメントが２５〜６５ｅｍｕ／ｇの範囲内になるように形成されたものである。

また、この発明の請求項７記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを一体的に備えたものである。

また、この発明の請求項８記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたものである。

なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置（現像部）と、像担持体上をクリーニングするクリーニング部とのうち、少なくとも１つと、像担持体とが、一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたユニットと定義する。

本発明は、現像剤担持体上に形成される剤汲上げ極と剤離れ極とを最適化しているために、現像装置が小型化された場合であっても、濃度ムラ等の異常画像の発生が抑止されるとともに、現像剤が長寿命化されて、経時においても安定的に高画質の出力画像が形成される現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図５にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのカラープリンタの装置本体、２は画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ、２１は各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにそれぞれ収納された像担持体としての感光体ドラム、２２は感光体ドラム２１上を帯電する帯電部、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する現像装置（現像部）、２４は感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２７に転写する転写バイアスローラ、２５は感光体ドラム２１上の未転写トナーを回収するクリーニング部を示す。

また、２７は各色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、２８は中間転写ベルト２７上に形成されたトナー像を被転写材Ｐに転写する第２転写バイアスローラ、２９は中間転写ベルト２７上の未転写トナーを回収する中間転写ベルトクリーニング部、３０は４色のトナー像が重ねて転写された被転写材Ｐを搬送する転写ベルト、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫは各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに各色のトナーを補給するトナー補給部、６１は転写紙等の被転写材Ｐが収納される給紙部、６６は被転写材Ｐ上の未定着画像を定着する定着部を示す。

ここで、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング部２５が、一体化されたものである。そして、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、装置本体１に対して所定の交換サイクルにて交換される。同様に、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫも、装置本体１に対して所定の交換サイクルにて交換される。
各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、線速２００ｍｍ／ｓｅｃにて図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電部２２との対向位置で、一様に−３５０Ｖに帯電される（帯電工程である。）。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。

一方、書込み部２において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。
同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム１２表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面左から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、さらに回転して、それぞれ、現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫとの対向位置に達する。そして、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫから感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、中間転写ベルト２７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト２７の内周面に当接するように転写バイアスローラ２４が設置されている。そして、転写バイアスローラ２４の位置で、中間転写ベルト２７上に、感光体ドラム２１上に形成された各色の画像が、順次転写される（第１転写工程である。）。

そして、第１転写工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、クリーニング部２５との対向位置に達する。そして、クリーニング部２５で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム２１表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム２１上の各色の画像が重ねて転写された中間転写ベルト２７表面は、図中の矢印方向に走行して、第２転写バイアスローラ２８の位置に達する。そして、第２転写バイアスローラ２８の位置で、被転写材Ｐ上に中間転写ベルト２７上のフルカラーの画像が２次転写される（第２転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト２７表面は、中間転写ベルトクリーニング部２９の位置に達する。そして、中間転写ベルト２７上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部２９に回収されて、中間転写ベルト２７上の一連の転写プロセスが完了する。

ここで、第２転写バイアスローラ２８位置の被転写材Ｐは、給紙部６１から搬送ガイド６３、レジストローラ６４等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、被転写材Ｐを収納する給紙部６１から、給紙ローラ６２により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４に導かれる。レジストローラ６４に達した被転写材Ｐは、中間転写ベルト２７上のトナー像とタイミングを合わせて、第２転写バイアスローラ２８の位置に向けて搬送される。

その後、フルカラー画像が転写された被転写材Ｐは、転写ベルト３０により、定着部６６に導かれる。定着部６６では、加熱ローラ６７と加圧ローラ６８とのニップにて、カラー画像が被転写材Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の被転写材Ｐは、排紙ローラ６９によって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２及び図３にて、画像形成装置の作像部について詳述する。図２は作像部を示す断面図であり、図３はその現像装置を示すＡ−Ａ断面図である。
なお、装置本体１に設置される４つの作像部は、作像プロセスに用いられるトナーＴの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジ及び現像装置及びトナー補給部における符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を除して図示する。

図２に示すように、プロセスカートリッジ２０には、主として、外径が５０ｍｍの像担持体としての感光体ドラム２１と、帯電部２２と、クリーニング部２５とが、ケース２６に一体的に収納されている。クリーニング部２５には、感光体ドラム２１に当接するクリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂが設置されている。

現像装置２３（現像部）は、主として、感光体ドラム２１に対向する現像剤担持体としての現像ローラ２３ａと、現像ローラ２３ａに対向する搬送部材としての第１搬送スクリュ２３ｂと、仕切部材２３ｅを介して第１搬送スクリュ２３ｂに対向する第２搬送スクリュ２３ｃと、現像ローラ２３ａに対向するドクターブレード２３ｄと、現像装置２３内の現像剤Ｇのトナー濃度を検知するトナー濃度センサ２３ｇと、で構成される。現像装置２３内には、キャリアＣとトナーＴとからなる２成分現像剤Ｇが収容されている。図３を参照して、現像ローラ２３ａは、外径が１８ｍｍであって、内部に固設されてローラ外周面上に複数の極（磁極）を形成する磁石体２３ａ１と、磁石体２３ａ１の周囲を回転するスリーブ２３ａ２と、で構成される。

先に述べた作像プロセスを、現像工程を中心にしてさらに詳しく説明する。
現像ローラ２３ａは、図２中の矢印方向に線速３００ｍｍ／ｓｅｃにて回転している。現像装置２３内の現像剤Ｇは、図３に示すように、間に仕切部材２３ｅを介在するように配設された第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃの矢印方向の回転によって、トナー補給部３２から補給口２３ｆを介して補給されたトナーＴとともに撹拌混合されながら長手方向に循環する（図３中の破線矢印方向の循環である。）。なお、第１搬送スクリュ２３ｂは、スクリュ径が１２ｍｍであって、現像ローラ２３ａとの中心間距離が１４ｍｍになっている。
そして、−１０〜−２５μＣ／ｇに摩擦帯電してキャリアＣに吸着したトナーＴは、現像ローラ２３ａ上に形成された剤汲上げ極（図４のＰ３である。）によって、キャリアＣとともに現像ローラ２３ａ上に汲み上げられる。

なお、現像ローラ２３ａのスリーブ２３ａ２の外周面上には、磁石体２３ａ１によって、複数の極が形成されている。詳しくは、図４（Ａ）を参照して、磁石体２３ａ１は、３つのＮ極の磁石部と２つのＳ極の磁石部とからなる。これらの磁石部によって、現像剤Ｇを現像ローラ２３ａ上に汲み上げるための剤汲上げ極Ｐ３や、現像ローラ２３ａ上に担持された現像剤Ｇをドクターブレード２３ｄまで搬送する搬送極Ｐ４や、現像剤Ｇを現像領域まで搬送する搬送極Ｐ５や、現像領域に形成される主極Ｐ１や、現像領域を通過した後の現像剤Ｇを現像ローラ２３ａから離脱させるための剤離れ極Ｐ２等からなる磁力分布が、現像ローラ２３ａ上に形成されている。これらの磁力分布によって、現像ローラ２３ａ上を、スリーブ２３ａ２の回転にともない、現像剤Ｇが移動することになる。

ここで、装置本体に設けられたトナー補給部３２は、交換自在に構成されたトナーボトル３３と、トナーボトル３３を保持・回転駆動するとともに現像装置２３にフレッシュトナーＴを補給するトナーホッパ部３４と、で構成されている。また、トナーボトル３３内には、トナーＴ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれかである。）が収容されている。また、トナーボトル３３の内周面には、螺旋状の突起が形成されている。

なお、トナーボトル３３内のトナーＴは、現像装置２３内のトナーＴの消費にともない、補給口２３ｆから現像装置２３内に適宜に補給されるものである。現像装置２３内のトナーＴの消費は、装置内２３のトナー濃度を磁気的に検知するトナー濃度センサ２３ｇによって検知される。また、補給口２３ｆは、第２搬送スクリュ２３ｃの長手方向（図３の左右方向である。）の一端であって、第２搬送スクリュ２３ｃの上方に設けられている。

本実施の形態１において用いられるトナーＴ（非磁性トナー）は、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等によって構成される。トナーＴは、粉砕法や重合法等によって製造することができる。

ここで、トナーＴの帯電量は、−１×１０^-2〜−４．５×１０^-2Ｃ／ｋｇであることが好ましい。トナーの帯電量がこの範囲を外れると、現像効率が低下して、画像不良を生じる可能性がある。なお、トナーの帯電量は、構成材料の種類によって調整することができるし、外添剤を添加することで調整することもできる。トナーの帯電量は、０．５〜１．５ｇの現像剤からトナーをエアー吸引して測定容器に誘起される電荷量を測定するブローオフ法によって求められる。

また、トナーの体積平均粒径は、４〜１５μｍであることが好ましい。これによって、出力画像の高画質化が達成される。トナーの体積平均粒径は、「コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型」（コールター社製）に、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェイス（日科機社製）及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン社製）を接続した測定装置によって求めることができる。その際に、電解液として一級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調整する。

具体的な測定方法は次のようなものである。まず、上述の電解水溶液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ホン酸塩である。）を０．１〜５ｍＬ加えて、さらに測定試料０．５〜５０ｍｇを加える。そして、試料を懸濁した電解液に対して超音波分散器で１〜３分間分散処理をおこなう。さらに、上述のコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型によって１００μｍアパチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積分布を求める。そして、求めた体積分布からトナーの体積平均粒径を求める。

また、キャリアＣ（磁性キャリア）としては、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散して導電化及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリアを用いることもできるし、フェライト等のマグネタイト単体表面を酸化・還元処理して抵抗調整をおこなったものを用いることもできるし、フェライト等のマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングして抵抗調整をおこなったものを用いることもできる。

ここで、本実施の形態１において、キャリアＣは、その飽和磁気モーメントが２５〜６５ｅｍｕ／ｇの範囲内になるように形成されている。キャリアＣの飽和磁気モーメントが２５ｅｍｕ／ｇよりも小さいと、非磁性材料からなる現像ローラ２３ａのスリーブ２３ａ２にキャリアが吸着しにくくなってしまう。その結果、出力画像上にて充分な画像濃度が得られなくなってしまう。これに対して、キャリアＣの飽和磁気モーメントが６５ｅｍｕ／ｇよりも大きいと、スリーブ２３ａ２上にて搬送移動される現像剤に対する圧縮力が大きくなってしまう。その結果、現像剤の寿命が早まってしまう。

なお、キャリアの飽和磁気モーメントは、振動磁場型磁気特性自動記録装置「ＢＨＶ−３０」（理研電子社製）を用いて測定するができる。具体的に、キャリア粉体の磁気特性値は、０．１Ｔの外部磁場を形成してそのときの磁化の強さを求めるものである。その際、キャリアは円筒状のプラスチック容器に充分密になるようにパッキングした状態にする。この状態で磁化モーメントを測定して、試料を入れたときの実際の重量を測定して、磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）を求める。そして、キャリア粒子の真比重を「乾式自動密度形アキュピック１３３０」（島津製作所社製）を用いて求めて、磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）に真比重を掛けることで、飽和磁気モーメントとしての単位質量当たりの磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）を求める。

このように本実施の形態１では、現像剤中のキャリアの磁化が比較的小さいために、ドクターブレード２３ｄ近傍での現像剤に対する負荷（圧縮度）を低下させて、現像剤を長寿命化させることができる。また、このような磁気的な吸引力が低下したキャリアを使用しても、後述するように本実施の形態１では剤汲上げ極等が最適化されているために、剤汲上げ不良が生じる不具合が抑止される。

また、キャリアの重量平均径は、２０〜１００μｍであることが好ましい（さらに好ましくは、２０〜７０μｍである。）。キャリアの重量平均径が２０μｍよりも小さいとトナーの搬送性が不充分になる可能性があり、１００μｍよりも大きいと現像剤の流動性や帯電性、搬送性が低下する可能性がある。
なお、キャリアの重量平均径の測定は、上述したトナーの粒径測定に準じておこなうことができる。また、別の測定方法としては、目開きの異なる篩いを目径の大きい順に積み重ねて、一番上に予め重量を測った試料を入れて篩い分けをおこない、各網上の残量を測定して全量との積算百分率で表示する篩い分け法を用いることもできる。

また、このように形成されたトナー及びキャリアを有する現像剤は、その他の材料を含有させることもできる。その他の材料としては、現像剤の流動性や帯電性等を制御するための外添剤等がある。外添剤を用いることで、現像剤の流動性が向上して補給トナーが現像装置内の現像剤と混合撹拌されやすくなったり、トナー表面に外添剤が介在して感光ドラム上に付着するトナーの離型性が高まり転写効率が向上したりする。

次に、図４にて、本実施の形態１の特徴である、現像剤担持体上に形成される剤汲上げ極Ｐ３及び剤離れ極Ｐ２について説明する。
図４（Ａ）は図２の現像装置２３における現像ローラ２３ａ上に形成される法線方向（現像ローラ２３ａの外周面に対する法線方向である。）の磁束密度の分布を示す図であって、図中に同心円状に描かれた破線円部は磁束密度の大きさを２００ｍＴごとに１０００ｍＴまでの範囲で示している。また、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の剤汲上げ極Ｐ３の近傍を示す部分拡大図である。

図４（Ａ）を参照して、剤汲上げ極Ｐ３の位置で現像ローラ２３ａに担持された現像剤Ｇは、ドクターブレード２３ｄの位置で適量に調整された後に、感光体ドラム２１との対向位置（現像領域である。）に達する。なお、ドクターブレード２３ｄと現像ローラ２３ａとの間隙（ドクターギャップ）は、０．６５ｍｍ程度に設定されている。

その後、現像領域において、現像剤Ｇ中のトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。詳しくは、レーザ光Ｌが照射された画像部の潜像電位（−５０Ｖである。）と、現像ローラ２３ａに印加された現像バイアス（−２５０Ｖである。）との、電位差（現像ポテンシャル）によって形成される電界（現像電界）によって、トナーＴが潜像に付着する。なお、感光体ドラム２１と現像ローラ２３ａとの間隙（現像ギャップ）は、０．４〜０．８ｍｍに設定されている。

現像領域を通過した後に、現像ローラ２３ａに担持された現像剤Ｇ（トナーが消費された状態である。）は、剤離れ極Ｐ２と剤汲上げ極Ｐ３との間の位置（現像剤Ｇに作用する磁気力が小さくなっている領域である。）で現像ローラ２３ａ上から離脱する。

ここで、剤汲上げ極Ｐ３は、隣接する剤離れ極Ｐ２と同極（Ｎ極である。）に形成されている。これによって、双方の磁極Ｐ２、Ｐ３が近接する場合であっても、現像工程後の現像剤を現像ローラ２３ａから離脱させやすくなる。

また、図４（Ｂ）を参照して、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度が最大（約４００ｍＴである。）になる現像ローラ２３ａ上の位置Ｗａは、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度が半値（約２００ｍＴである。）になる範囲の中央部Ｍｂに対応する現像ローラ２３ａ上の位置Ｍａよりも、剤離れ極Ｐ２の側（上流側である。）になるように形成されている。
具体的に、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度が最大になる位置を通る法線方向の線分Ｗは、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度が半値になる範囲の中央部Ｍｂを通る法線方向の線分Ｍに対して、３〜１０度（好ましくは、５〜１０度である。）の角度αだけ剤離れ極Ｐ２の側になる。なお、本実施の形態１では、角度αが５度になるように設定されている。

このように、剤汲上げ極Ｐ３と剤離れ極Ｐ２との間に反発磁界が形成されるとともに、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度の最大位置が剤離れ極Ｐ２側に形成されることで、現像ローラ２３ａの外周方向に磁場変化量の大きい領域と小さい領域とが形成される。これによって、剤汲上げ極Ｐ３の磁束密度が全体的に小さい場合であっても比較的多量の現像剤を汲み上げることができる。具体的には、剤汲上げ極Ｐ３を、法線方向磁束密度の最大値が３５〜６０ｍＴの範囲内になるように形成することができる。

こうして、剤汲上げ極Ｐ３で現像剤の汲上げ量が不足して第１搬送スクリュ２３ｂのスクリュピッチの濃度ムラが発生するのを抑止することができる。さらに、剤汲上げ極Ｐ３で現像剤の汲上げ量が過多になってドクターブレード２３ｄ近傍の剤溜まり量が増大して現像剤の劣化が進む不具合も抑止することができる。その結果、経時においても安定的に高画質の出力画像（トナー像）を形成することができる。

また、本実施の形態１では、図５を参照して、剤汲上げ極Ｐ３は、その磁気的吸引力（法線方向磁束密度と接線方向磁束密度との合力で定まる。）が最大になる現像ローラ２３ａ上の位置が、第１搬送スクリュ２３ｂ（搬送部材）の中心と現像ローラ２３ａの中心とを結ぶ線Ｑ上に配設されるように形成されている。
具体的に、本実施の形態１では、剤汲上げ極Ｐ３の磁気的吸引力が最大になる現像ローラ２３ａ上の位置を含む線分Ｑは、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度が半値になる範囲の中央部Ｍｂを通る法線方向の線分Ｍに対して、約３度の角度βだけ剤離れ極Ｐ２の側になるように設定されている。

これによって、剤汲上げ極Ｐ３の位置で、第１搬送スクリュ２３ｂから現像ローラ２３ａ上への現像剤の供給効率を向上させることができる。特に、本実施の形態１のように、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度の最大位置を剤離れ極Ｐ２側に強制的にシフトさせている場合には、法線方向磁束密度の最大位置と磁気的吸引力の最大位置とが一致しない可能性が高いために、磁気的吸引力の最大位置を最適化する効果が大きくなる。

以上説明したように、本実施の形態１においては、現像ローラ２３ａ上に形成される剤汲上げ極Ｐ３と剤離れ極Ｐ２とを最適化しているために、現像装置２３が小型化された場合であっても、濃度ムラ等の異常画像の発生が抑止されるとともに、現像剤が長寿命化されて、経時においても安定的に高画質の出力画像を形成することができる。

なお、本実施の形態１では、現像装置２３を、プロセスカートリッジ２０とは別体の構成とした。これに対して、現像装置２３をプロセスカートリッジ２０と一体化することもできる。さらには、現像装置２３を、感光体ドラム２１と、帯電部２２と、転写部２４と、クリーニング部２５と、トナー補給部３２と、のうち少なくとも１つと一体化して、ユニットを構成して、装置本体１に着脱可能に設置することもできる。このような場合には、本実施の形態１と同様の効果を得ることができるとともに、作像部のメンテナンス性が向上することになる。

実施の形態２．
図６にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図６は、実施の形態２における現像装置の現像ローラ上に形成される磁力分布を示す図であって、前記実施の形態１の図４（Ａ）に相当する図である。本実施の形態２は、現像ローラ２３ａ上に形成される剤離れ極Ｐ２の法線方向磁束密度の分布形状が前記実施の形態１のものと相違する。

図６を参照して、本実施の形態２でも、前記実施の形態１と同様に、剤汲上げ極Ｐ３は、隣接する剤離れ極Ｐ２と同極（Ｎ極である。）に形成されるとともに、法線方向磁束密度の最大位置が剤離れ極Ｐ２側に形成されている。

さらに、本実施の形態２では、剤離れ極Ｐ２の法線方向磁束密度が最大（約７００ｍＴである。）になる現像ローラ２３ａ上の位置は、剤離れ極Ｐ２の法線方向磁束密度が半値（約３５０ｍＴである。）になる範囲の中央部に対応する現像ローラ２３ａ上の位置よりも、剤汲上げ極Ｐ３の側（下流側である。）になるように形成されている。
具体的に、剤離れ極Ｐ２の法線方向磁束密度が最大になる位置を通る法線方向の線分Ｗ´は、剤離れ極Ｐ２の法線方向磁束密度が半値になる範囲の中央部を通る法線方向の線分Ｍ´に対して、３〜１０度（好ましくは、５〜１０度である。）の角度γだけ剤汲上げ極Ｐ３の側になる。なお、本実施の形態２では、角度γが５度になるように設定されている。

このように、剤汲上げ極Ｐ３と剤離れ極Ｐ２とを同極に形成するとともに、剤離れ極Ｐ２の法線方向磁束密度の最大位置を剤汲上げ極Ｐ３側に形成することで、剤汲上げ極Ｐ３と剤離れ極Ｐ２との間の反発磁界が強められる。これによって、双方の磁極Ｐ２、Ｐ３が近接するとともに、現像ローラ２３ａが高速回転（例えば、現像ローラ２３ａの線速が３５０ｍｍ／ｓｅｃ程度である。）する場合であっても、現像工程後の現像剤を現像ローラ２３ａから確実に離脱させることができる。したがって、帯電状態が不安定な現像剤（現像工程後のものである。）が現像ローラ２３ａ上から離脱しないでそのまま現像ローラ２３ａ上に担持される際に生じる画像濃度ムラを抑止することができる。

以上説明したように、本実施の形態２においては、現像ローラ２３ａ上に形成される剤汲上げ極Ｐ３と剤離れ極Ｐ２とを最適化しているために、現像装置２３が小型化・高速化された場合であっても、濃度ムラ等の異常画像の発生が抑止されるとともに、現像剤が長寿命化されて、経時においても安定的に高画質の出力画像を形成することができる。

実施例．
本願発明者は、本発明の効果を確認するために、以下のような実験をおこなった。
（第１の実験）
前記実施の形態１の現像装置２３（画像形成装置１）を用いてランニングテストをおこない、出力画像における濃度ムラの有無と、経時におけるトナー帯電量の低下の程度と、を確認した。その結果、経時においても、濃度ムラはスクリュピッチのものも剤離れ不良によるものも発生はなく、トナー帯電量の低下も軽減されていることが確認された。

これに対して、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度の最大位置を通る法線方向線分Ｗと、剤汲上げ極Ｐ３の法線方向磁束密度の半値中央部Ｍｂを通る法線方向線分Ｍと、を一致させた現像装置（図７に示す磁力分布を有する現像装置である。）を用いてランニングテストをおこなった結果、トナー帯電量の低下は軽減されたものの、濃度ムラが生じていることが確認された。

さらに、図８に示す磁力分布を有する従来の現像装置（剤汲上げ極Ｐ３の最大磁束密度が６２ｍＴであって、その法線方向線分Ｗと半値中央部Ｍｂを通る法線方向線分Ｍとが一致するものである。）を用いてランニングテストをおこなった結果、経時においてトナー帯電量の低下が顕著にみられた。さらに、ドクターブレード２３ｄ近傍に多量の剤溜りが形成されているのが確認された。

（第２の実験）
前記実施の形態２の現像装置２３（画像形成装置１）を用いてランニングテストをおこない、出力画像における濃度ムラの有無と、経時におけるトナー帯電量の低下の程度と、を確認した。なお、現像ローラ２３ａの線速（現像領域における線速である。）は３５０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。
その結果、経時においても、濃度ムラはスクリュピッチのものも剤離れ不良によるものも発生はなく、トナー帯電量の低下も軽減されていることが確認された。なお、同様の実験を前記実施の形態１の現像装置を用いておこなったところ、剤離れ不良による濃度ムラの発生が確認された。

（第３の実験）
前記実施の形態１の現像装置２３と上述の図７の現像装置２３とを用いて、キャリアＣの飽和磁気特性（飽和磁気モーメント）の水準を振って、ランニングテストをおこない、出力画像における濃度ムラの有無と、経時におけるトナー帯電量の低下の程度と、を確認した。
図９は、その実験結果を示すものである。図中の「実施例」は実施の形態１の現像装置２３を用いたときのもので、図中の「比較例」は図７の現像装置２３を用いたときのものである。また、図中の「○」は官能評価によって濃度ムラが充分に許容できるものであって、「△」は濃度ムラが許容できるがその余裕度が低いものであって、「×」は濃度ムラが許容できないものである。

図９の実験結果に示すように、実施の形態１の現像装置では、キャリアＣの飽和磁気モーメントが２５ｅｍｕ／ｇ以上であれば、濃度ムラの発生が抑止されるのがわかる。
また、キャリアＣの飽和磁気モーメントが９５ｅｍｕ／ｇのときに、トナー帯電量の低下が大きくなることが確認された。
これらのことから、キャリアＣは、飽和磁気モーメントが２５〜６５ｅｍｕ／ｇの範囲内になるように形成することが好適であることが確認された。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態の中で示唆した以外にも、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置における作像部を示す断面図である。 図２の作像部における現像装置のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図２の現像装置における現像ローラ上に形成される磁力分布を示す図である。 図４の磁力分布と搬送スクリュとの位置関係を示す図である。 この発明の実施の形態２における現像装置の現像ローラ上に形成される磁力分布を示す図である。 剤汲上げ極において法線方向磁束密度が最大になる位置が法線方向磁束密度の半値中央部と一致した場合の磁力分布を示す図である。 従来の現像装置の現像ローラ上に形成される磁力分布を示す図である。 キャリアの飽和磁気特性を変化させた場合に出力画像に生じる濃度ムラの程度の違いを確認した実験の結果を示す図表である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、 ２ 書込み部、
２０、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫ プロセスカートリッジ、
２１ 感光体ドラム（像担持体）、 ２２ 帯電部、
２３、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫ 現像装置、
２３ａ 現像ローラ（現像剤担持体）、
２３ａ１ 磁石体、 ２３ａ２ スリーブ、
２３ｂ 第１搬送スクリュ（搬送部材）、
２３ｃ 第２搬送スクリュ、 ２３ｄ ドクターブレード、
２５ クリーニング部、
３２、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫ トナー補給部、
３３ トナーボトル、 ３４ トナーホッパ部、
Ｐ２ 剤離れ極、 Ｐ３ 剤汲上げ極。

Claims (8)

1. 像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、
   前記像担持体に対向するとともに、現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に対向するとともに、装置内の現像剤を搬送する搬送部材と、
   を備え、
   前記現像剤担持体は、装置内に収容された現像剤を該現像剤担持体上に汲み上げるための剤汲上げ極と、該剤汲上げ極に隣接して当該剤汲上げ極との間で前記像担持体との対向位置を通過した現像剤を該現像剤担持体から離脱させるための剤離れ極と、を該現像剤担持体の外周面上に形成する磁石体を内設して、
   前記剤汲上げ極は、前記剤離れ極と同極に形成されるとともに、前記現像剤担持体の外周面に対する法線方向の磁束密度が最大になる当該外周面上の位置が当該磁束密度が半値になる範囲の中央部に対応する当該外周面上の位置よりも前記剤離れ極側になるように形成されて、
   前記搬送部材の中心と前記現像剤担持体の中心とを結ぶ線が、前記剤汲上げ極の前記法線方向の磁束密度が半値になる範囲の中央部を通る前記法線方向の線分に対して、前記剤離れ極側になるように形成されたことを特徴とする現像装置。
2. 前記剤離れ極は、前記現像剤担持体の外周面に対する法線方向の磁束密度が最大になる当該外周面上の位置が当該磁束密度が半値になる範囲の中央部に対応する当該外周面上の位置よりも前記剤汲上げ極側になるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記剤汲上げ極は、磁気的吸引力が最大になる前記外周面上の位置が前記搬送部材の中心と前記現像剤担持体の中心とを結ぶ線上に配設されるように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記剤汲上げ極は、前記法線方向の磁束密度の最大値が３５〜６０ｍＴの範囲内になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記現像剤は、キャリアとトナーとを有する２成分現像剤であることを特徴とする請求項１〜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、飽和磁気モーメントが２５〜６５ｅｍｕ／ｇの範囲内になるように形成されたことを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを一体的に備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
8. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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