JP5115576B2

JP5115576B2 - 現像装置

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Publication number: JP5115576B2
Application number: JP2010060806A
Authority: JP
Inventors: 隆幸高井
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: JP2011197072A

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどといった、静電潜像担持体ないしは感光体上に形成された静電潜像を、荷電されたトナーにより現像して可視化し、現像された画像を記録材に転写して定着させる電子写真方式の画像形成装置の現像装置に関するものである。

従来、電子写真方式の画像形成装置において、静電潜像担持体上に形成された静電潜像の現像方式としては、現像剤としてトナーのみを用いる１成分現像方式と、トナー及びキャリアを用いる２成分現像方式とが知られている。１成分現像方式は、均一な現像剤層を静電潜像担持体上の静電潜像に対向して形成することができるので、高画質の画像を形成することができるといった特徴をもつ。他方、２成分現像方式は、十分な荷電点が確保された２成分現像剤で摩擦帯電を行うので、トナー及び画像形成装置の寿命を長くすることができるといった特徴をもつ。

さらには、１成分現像方式の特徴（高画質）と、２成分現像方式の特徴（長寿命）とを併せもつハイブリッド現像方式も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。ハイブリッド現像方式では、２成分の現像剤を混合してトナーの荷電を行った後に、現像剤を担持・搬送する現像剤搬送ローラと現像ローラとの間に分離電界を形成し、この分離電界の作用によりトナーをキャリアから分離して現像ローラ上に保持し、１成分現像を行うようにしている。

ハイブリッド現像方式において、１成分現像方式の高画質であるという特徴を発揮するためには、現像ローラと静電潜像担持体とを非接触に配置し、現像領域に交番電界を形成して現像を行うのが一般的である。この交番電界により、現像領域で、トナーは現像ローラと静電潜像担持体との間で往復運動を行ってトナークラウドを形成する。そして、トナークラウド中のトナーにより、静電潜像担持体上の静電潜像が忠実に現像され、トナー像が形成される。

さらに、高速領域ないしは高速運転に対応するために、現像剤を担持・搬送する現像剤搬送ローラと静電潜像担持体との間に複数の現像ローラを配置し、現像電界が作用する現像領域を拡大して、目標とする画像濃度に対応する必要な現像トナー量を確保するようにしたハイブリッド現像方式の画像形成装置も提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。

なお、特許文献１又は特許文献２に開示されたハイブリッド現像方式の現像装置では、１本の現像ローラと１本の現像剤搬送ローラとを設け、現像剤搬送ローラと対向する位置において現像ローラに、現像剤搬送ローラ内の磁極とは極性が逆の単一の磁極を内包配置している。また、特許文献３又は特許文献４に開示されたハイブリッド現像方式の画像形成装置の現像装置では、複数の現像ローラはすべて静電潜像担持体に対して同一方向に回転するが（ウィズ・ウィズ回転）、現像ローラは磁極を内包していない。

特開２００８−００３２５６号公報特開２００８−１４５７０９号公報特開２００５−０３７５２３号公報特開２００６−２７６８５３号公報

ところで、従来のハイブリッド現像方式の現像装置では、現像剤搬送ローラから現像ローラヘのトナーの供給と、現像後の現像ローラ上のトナーの現像剤搬送ローラへの回収とを、現像剤搬送ローラ上にキャリアにより形成された磁気ブラシと交流電界とにより行うようにしている。しかしながら、この場合、通常の１成分現像方式や２成分現像方式に比べて、現像後における現像ローラ上のトナーの回収性ないしはリセット性が悪く、現像履歴に対応した濃度差、すなわち画像メモリーが発生しやすいという問題がある。そこで、例えば特許文献３又は特許文献４に開示された、複数の現像ローラを用いたハイブリッド現像方式の現像装置では、複数回の現像を行うことにより、ページ内における現像履歴に対応した濃度差すなわち画像メモリーを緩和するようにしている。

しかしながら、軽印刷領域で定常的に実施されているような、ページ内の奥側と手前側とで極端に印字比率が異なる画像を大量に印字した後に、ページ内の奥側と手前側とで濃度が均一な画像を印字した場合、回収時のトナーの選別現象に起因して奥側と手前側とで現像ローラ上のトナーの状態（外添材量、帯電量）が相違する。このため、それまでの印字比率の差に対応して濃度差（カラー画像では色味の差）が生じるといった問題が生じる。なお、「軽印刷領域」は、例えばオンデマンドによる印刷などのように印刷部数が比較的少ない印刷形態を意味する。この選別現象によるトナーの状態の相違は、とくに現像下流側の現像ローラに比べて現像トナー量が多い現像上流側の現像ローラにおいて顕著となる。これは同一の電界条件であっても、すでに帯電したトナーにより静電潜像が現像された状態にある現像下流側の現像部では、現像上流側の現像部に比べて実効的な現像電位差が小さくなるからである。

このような問題を解決するために、例えば一定枚数毎に現像ローラ上のトナーを全面的に静電潜像担持体側へ排出してリセットを行うクリーニングシーケンスを設けるといった対応策が考えられる。しかしながら、この場合、印刷効率ないしは印刷物の生産性の低下及びトナー消費量の増加を招くので、このような対応策を軽印刷領域用の画像形成装置に応用することは好ましくない。

本発明は、前記従来の問題を解決するためになされたものであって、印刷効率ないしは印刷物の生産性の低下及びトナー消費量の増加を伴うことなく、現像後における現像ローラ上のトナーの回収性ないしはリセット性を向上させることができる現像装置を提供することを解決すべき課題ないしは目的とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係るハイブリッド現像装置は、第１及び第２のトナー担持体（現像ロール）と現像剤担持体（現像剤搬送ロール）とを備えている。第１及び第２のトナー担持体は、感光体（静電潜像担持体）との対向部において感光体周面の移動方向とそれぞれ同一方向に周面が移動するように回転方向が設定され（ウィズ・ウィズ回転）、かつ感光体周面の移動方向すなわち感光体周面上の現像剤の流れ方向に関してそれぞれ上流側（以下「現像上流側」という。）及び下流側（以下「現像下流側」という。）に配置されている。現像剤担持体は、第１及び第２のトナー担持体に対して対向して配置され、トナーと磁性粒子（キャリア）とを含む現像剤をその周面に保持する。この現像装置は、第１及び第２のトナー担持体と現像剤担持体との対向位置にそれぞれ形成される交流電界により、現像剤担持体上の現像剤に含まれるトナーを第１及び第２のトナー担持体へ供給するように構成されている。第１のトナー担持体は、第２のトナー担持体との対向位置を基点として、該第１のトナー担持体の回転方向に関して下流に向かって、現像剤担持体との対向位置までの間に、複数の磁極（磁石）を内包している。

本発明に係る現像装置においては、現像剤担持体及び第１のトナー担持体が互いに対向する位置にそれぞれ磁極（磁石）を内包し、現像剤担持体の磁極の磁束密度ピーク値（Ｂｒピーク値）が、第１のトナー担持体の磁極の磁束密度ピーク値より大きい値に設定されているのが好ましい。

本発明に係る現像装置においては、現像剤担持体と第２のトナー担持体との間に形成される交流電界のトナー供給方向の実効値が、現像剤担持体と第１のトナー担持体との間に形成される交流電界のトナー供給方向の実効値より小さい値に設定されているのが好ましい。

本発明に係る現像装置においては、現像剤担持体が第１及び第２のトナー担持体と対向する位置にそれぞれ磁極を内包し、第２のトナー担持体と対向する磁極の磁束密度ピーク値が、第１のトナー担持体と対向する磁極の磁束密度ピーク値より小さい値に設定されているのが好ましく、また第２トナー担持体と対向する磁極の磁束密度ピーク値の８５％幅が、第１のトナー担持体と対向する磁極の磁束密度ピーク値の８５％幅より大きい値に設定されているのも好ましい。

本発明に係る現像装置によれば、現像剤担持体と第２のトナー担持体との対向部において、該対向部に形成された交流電界における磁性粒子（キャリア）を第２のトナー担持体へ移動させる位相成分の電界力により、現像剤担持体上の一部のキャリアが第２のトナー担持体上へ移動する。第２のトナー担持体上へ移動した磁性粒子は、第２のトナー担持体と第１の担持体との対向部において、第１のトナー担持体に内包された磁極の磁気力により第１のトナー担持体上に移動（飛翔）する。

第１のトナー担持体上へ移動した磁性粒子は、第１のトナー担持体に内包されている複数の磁極の磁力により、第２のトナー担持体との対向位置から現像剤担持体との対向位置まで、起倒運動を行いながら現像後のトナー層上を移動する。さらに、第１のトナー担持体上の磁性粒子は、現像剤担持体に内包されている磁極の磁力により現像剤担持体上に移動する。その際、磁性粒子は、第１のトナー担持体上のトナーを剥離させて現像剤担持体上に回収する。かくして、第２のトナー担持体よりも現像トナー量が多く、したがって現像履歴のトナー量差が大きく画像メモリーの要因となる第１のトナー担持体における現像履歴を解消することができ、このような現像履歴に起因する画像メモリーの発生を防止することができる。

本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の模式的な断面図である。図１に示す現像装置における第１、第２現像ローラと現像剤搬送ローラの間でのキャリアの移動態様等を示す図である。本発明の実施例１におけるバイアス設定と供給部電界の関係を示すグラフである。本発明の実施例で用いられる評価画像パターンを示す図である。本発明の実施例及び比較例における画像メモリー評価時の濃度差を比較して示すグラフである。第１現像ローラが磁極を内包していない形態の現像装置を備えた画像形成装置の模式的な断面図である。本発明の実施例２におけるバイアス設定と供給部電界の関係を示すグラフである。本発明の実施例２におけるバイアス設定と供給部電界の関係を示すグラフである。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態を具体的に説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る画像形成装置の主要部の概略構成を示す。図１に示すように、この画像形成装置は、電子写真方式により感光体１（静電潜像担持体）に形成されたトナー像を、印刷用紙等の転写媒体１０に転写して画像形成を行うものである。この画像形成装置では、感光体１は静電潜像を担持する。

感光体１の周辺には、該感光体１の回転方向に沿って順に、感光体１を帯電させるための帯電手段６と、感光体１の外周面を露光して静電潜像を形成するための露光手段７と、静電潜像を現像する現像装置２ａと、感光体１上に現像されたトナー像を転写媒体１０に転写するための転写手段８と、感光体１上の残留トナーを除去する清掃手段９とが配設されている。

なお、この画像形成装置（電子写真装置）に用いられる感光体１、帯電手段６、露光手段７、転写手段８、清掃手段９等は、周知の任意の電子写真方式の技術を利用して構成することができる。例えば、図１に示す画像形成装置では、帯電ローラの形態の帯電手段６を用いているが、これに代えて、感光体１と非接触のコロトロン方式又はスコロトロン方式の帯電手段を用いてもよい。

この実施形態に係る画像形成装置において、現像装置２ａは、現像剤２５を収容する現像剤槽２８と、この現像剤槽２８から供給された現像剤２５を表面に担持して搬送する現像剤搬送ローラ２３と、現像剤搬送ローラ２３上の現像剤２５からトナーを分離する２つの第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂとを備えている。現像剤槽２８内の現像剤２５は、混合攪拌手段２６の回転により混合攪拌されて摩擦帯電した後、現像剤搬送ローラ２３の表面のスリーブローラ２３ａに供給される。この現像剤２５は、現像剤搬送ローラ２３の内部の磁石ローラ２３ｂの磁力によりスリーブローラ２３ａの表面に保持される。そして、現像剤２５は、スリーブローラ２３ａとともに回転移動し、現像剤搬送ローラ２３に対向して設けられた規制部材２４で通過量を規制された後、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂとの対向部に送られる。

現像剤搬送ローラ２３及び第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂは、それぞれ、第１〜第３の高圧電源４、５ａ、５ｂに接続され、これらの高圧電源４、５ａ、５ｂによりバイアス印加が行われる。これらのバイアス印加により、現像剤搬送ローラ２３と第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂとの各対向部において、現像剤２５中のトナーを電気的に第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂの表面に分離・担持させる電界が形成される。感光体１の回転方向に関して上流側（現像上流側）及び下流側（現像下流側）に配置された第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂの回転方向は、いずれも感光体１との対向部で互いに対向する両周面が同一方向に向かうように設定されている（ウィズ・ウィズ回転）。

第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂに担持されたトナー層２２は、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂの回転により、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂと感光体１とが対向する位置に搬送される。そして、トナー層２２は、感光体１上の静電潜像と第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂとの間に形成される現像電界により、感光体１上の静電潜像を現像する。現像後、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂ上に残存するトナーは、現像剤搬送ローラ２３との対向部において、現像剤搬送ローラ２３上に形成された磁気ブラシと接触して摺擦され、現像剤２５中に回収される。残存トナーを回収した現像剤搬送ローラ２３上の現像剤２５は、現像剤槽２８との対向位置で現像剤搬送ローラ２３から剥離されて現像剤槽２８に戻り、混合攪拌され、循環される。

以下、本発明に係る現像装置２ａを構成する各構成部材を詳しく説明する。
現像剤搬送ローラ２３は、固定配置された磁石ローラ２３ｂと、該磁石ローラ２３ｂを内包する回転自在なスリーブローラ２３ａとで構成されている。磁石ローラ２３ｂは、スリーブローラ２３ａの回転方向に沿って、Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｓ３、Ｎ３、Ｓ４の７つの磁極（磁石）を有する。これらの７つの磁極のうち、磁極Ｎ１は第１現像ローラ２１ａと対向する位置に配置され、磁極Ｓ１は第２現像ローラ２１ｂと対向する位置に配置されている。また、スリーブローラ２３ａ上の現像剤２５を剥離するための反発磁界を発生させる互いに同極である磁極Ｎ２、Ｎ３は、現像剤槽２８の内部において互いに対向する位置に配置されている。現像剤搬送ローラ２３のスリーブローラ２３ａの回転方向は、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂとの対向部において、互いに対向する周面同士が互いに反対方向に移動するように設定されている。

第１現像ローラ２１ａは、基本的には現像剤搬送ローラ２３と同様に、固定配置された磁石と、該磁石を内包する回転自在なスリーブローラとで構成されている。第１現像ローラ２１ａに内包配置された磁石には、第２現像ローラ２１ｂとの対向位置から現像剤搬送ローラ２３との対向位置まで、第１現像ローラ２１ａのスルーブローラの回転方向に沿って、３つの磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２が配置されている。

他方、第２現像ローラ２１ｂは、磁石を内包しない金属ローラで構成されている。金属ローラとしては、例えば表面処理を施したアルミローラなどが挙げられる。このほか、アルミニウム等の導電性基体上にポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートを施したもの、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いてもよい。なお、コーティング材料は、これらに限定されるものではない。また、アルミニウム等の金属材料からなる導電性ローラであってもよい。

現像剤槽２８は、ケーシング２９により形成されている。現像剤槽２８は、通常は現像剤２５を混合攪拌しつつ搬送して現像剤搬送ローラ２３に送るための攪拌搬送手段２６を収納している。なお、攪拌搬送手段２６の近傍に、現像剤２５中のトナー比率（重量比）を検出するための透磁率センサ（図示せず）を配置するのが好ましい。

現像装置２ａは、通常、感光体１の潜像の現像のために消費されたトナーを現像剤槽２８内に補給するための補給部と、現像剤搬送ローラ２３上の現像剤量を規制するための現像剤薄層化用の規制部材２４とを有している。補給部は、補給トナーを収納しているトナーボトル３と、現像剤槽２８内へのトナー補給量を制御するためのトナー補給ローラ２７とで構成されている。

以下、本発明に係る現像装置２ａを備えた画像形成装置で使用することが可能なバイアス印加の条件について説明する。第１現像ローラ２１ａと現像剤搬送ローラ２３との間のトナー供給部には、第１、第２の高圧電源４、５ａによって、交流電界が形成される。他方、第２現像ローラ２１ｂと現像剤搬送ローラ２３との間のトナー供給部には、第１、第３の高圧電源４、５ｂによって、交流電界が形成される。

また、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂと感光体１との間の現像部では、電界力のみにより、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂと感光体１の間の空間をトナーが飛翔し、感光体１上の静電潜像を忠実に現像する。このため、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂと現像剤搬送ローラ２３とは、両者が非接触となるように配置され、交流電界が形成されるように構成されている。ここで、現像剤搬送ローラ２３から第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂにトナーを供給することができ、かつ、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂから感光体１上の静電潜像部にトナーを飛翔させて該静電潜像を現像することができる電位関係が存在することが必要である。

以下、本発明に係る現像装置２ａで使用することが可能な現像剤について説明する。
トナーの種類、性状等はとくには限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができる。例えば、バインダ樹脂中に着色剤や必要に応じて荷電制御材や離型材等を含有させ、外添材を処理したものを使用することができる。トナーの粒径は、これに限定されるわけではないが、３〜１５μｍ程度であるのが望ましい。このようなトナーは、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。

トナーに外添する粒子は、一般に使用されている公知のものを使用することができる。流動性の改善を目的として、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等を使用することができ、このような流動化剤を、上記のトナー１００重量部に対して０．１〜５重量部の割合で添加して用いるのが好ましい。外添材の個数平均一次粒径は１０〜１００ｎｍであるのが好ましい。

キャリアの種類、性状等はとくには限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができる。例えば、バインダ型キャリアやコート型キャリアなどを使用することができる。キャリアの粒径は、これに限定されるものではないが、１５〜１００μｍであるのが好ましい。

バインダ型キャリアは、磁性体微粒子をバインダ樹脂中に分散させたものであり、キャリア表面に正帯電性又は負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けたりすることも可能である。バインダ型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダ樹脂の材質、帯電性微粒子の付加、表面コーティング層の種類等によって制御することができる。

一方、コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートが施されてなるキャリアである。コート型キャリアにおいても、バインダ型キャリアと同様に、キャリア表面に正帯電性又は負帯電性の帯電性微粒子を固着させることができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の付加により制御することができる。

トナーとキャリアの混合比は、弱帯電や未帯電によるかぶりが発生せず、高帯電による現像トナー量の不足が生じないようなトナー帯電量が得られるように調整すればよい。この混合比は、実用上は、キャリア表面に対するトナーの被覆率が２０〜４０％となるように設定される。

以下、本発明に係る現像装置で使用することが可能な現像剤について説明する。
トナーの種類、性状等はとくには限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができる。例えば、バインダ樹脂中に着色剤や必要に応じて荷電制御材や離型材等を含有させ、外添材を処理したものを使用することができる。トナーの粒径は、これに限定されるわけではないが、３〜１５μｍ程度であるのが望ましい。このようなトナーは、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。

トナーに外添する粒子は、一般に使用されている公知のものを使用することができる。流動性の改善を目的として、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等を使用することができ、このような流動化剤を、上記のトナー１００重量部に対して０．１〜５重量部の割合で添加して用いるのが好ましい。外添剤の個数平均一次粒径は１０〜１００ｎｍであるのが好ましい。

以下、図２を参照しつつ、本発明に係る現像装置２ａの現像剤搬送ローラ２３及び第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂにおけるキャリアの挙動を具体的に説明する。図２に示すように、現像剤搬送ローラ２３と第２現像ローラ２１ｂの対向位置では、現像剤搬送ローラ２３上に保持された現像剤２５中の一部のキャリアが、両ローラ２３、２１ｂ間に形成された交流電界のトナー回収位相において、矢印Ａ１で示すように第２現像ローラ２１ｂ上へ移動する。このキャリアの移動は、現像剤搬送ローラ２３上の磁気ブラシの先端に位置するキャリアを第２現像ローラ２１ｂへ向かう方向に移動させようとする電界力が、該キャリアを現像剤搬送ローラ２３に向かう方向へ移動させようとする磁気力よりも大きいことに起因して生じる。

第２現像ローラ２１ｂ上へ移動したキャリアは、第２現像ローラ２１ｂの表層に発生する鏡像電荷との間の鏡像力により第２現像ローラ２１ｂ上に保持される。第２現像ローラ２１ｂ上に保持されたキャリアは、第２現像ローラ２１ｂの回転運動により、第１現像ローラ２１ａと第２現像ローラ２１ｂの対向位置に向かって搬送される。第１現像ローラ２１ａと第２現像ローラ２１ｂの対向位置では、第２現像ローラ２１ｂ上のキャリアが、第１現像ローラ２１ａ内に配置された磁極Ｓ１の磁力により、矢印Ａ２で示すように第２現像ローラ２１ｂから離脱させられ、第１現像ローラ２１ａ上へ移動する。

第１現像ローラ２１ａ上へ移動したキャリアは、第１現像ローラ２１ａのスリーブローラの回転運動により、第１現像ローラ２１ａと現像剤搬送ローラ２３の対向位置へ搬送される。その際、第１現像ローラ２１ａ上のキャリアは、第１現像ローラ２１ａに内包された磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２の形成する磁力線に沿うように磁気ブラシを形成する。そして、この磁気ブラシは、磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２の極性がスリーブローラの回転方向に関して交互に反転しているので、起きたり倒れたりする起倒運動を行い、第１現像ローラ２１ａ上の現像後の残トナーと接触し、この残トナーを第１現像ローラ２１ａから剥離させて回収する。

第１現像ローラ２１ａと現像剤搬送ローラ２３の対向位置では、第１現像ローラ２１ａ上のキャリアは、現像剤搬送ローラ２３内の磁極Ｎ１が形成する磁力により、第１現像ローラ２１ａから離脱させられ、現像剤搬送ローラ２３に回収される。その際、残トナーはキャリアによって、現像剤搬送ローラ２３に回収される。

かくして、本発明に係る現像装置２ａによれば、第２の現像ローラ２ｂよりも現像トナー量が多く、したがって現像履歴のトナー量の差が大きく画像メモリーの要因となる第１の現像ローラ２ａにおける現像履歴を解消することができ、このような現像履歴に起因する画像メモリーの発生を防止することができる。よって、印刷効率ないしは印刷物の生産性の低下及びトナー消費量の増加を伴うことなく、現像後における現像ローラ上のトナーの回収性ないしはリセット性を向上させることができる。

以下、図３〜図６を参照しつつ、本発明の実施例１を説明する。この実施例１では、図１に示す現像装置２ａないしは画像形成装置を用いて、システム速度を８００ｍｍ／秒として実験を行った。図３に示すように、現像剤搬送ローラ２３には、下記のとおりの矩形波の現像バイアスを印加した。
振幅：０．６ｋｖ
ＤＣ成分：−２００Ｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：６０％
プラス側ｄｕｔｙ比：４０％
周波数：４ｋＨｚ

他方、現像上流側に配置された第１現像ローラ２１ａと、現像下流側に配置された現像ローラ２１ｂとには、いずれも、下記のとおりの矩形波の現像バイアスを印加した。
振幅：１．４ｋＶ
ＤＣ成分：−３００Ｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：４０％
プラス側ｄｕｔｙ比：６０％
周波数：４ｋＨｚ

図３から明らかなとおり、現像剤搬送ローラ２３への印可バイアスのプラス側位相と、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂへの印可バイアスのマイナス側位相とは同期している。また、現像剤搬送ローラ２３への印可バイアスのマイナス側位相と、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂへの印可バイアスのプラス側位相とは同期している。したがって、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂと現像剤搬送ローラ２３との対向部ないしはトナー供給部には、下記のとおりの供給電界が形成される。
振幅：２ｋｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：６０％
プラス側ｄｕｔｙ比：４０％
周波数：４ｋＨｚ
実効値：−１００Ｖ

ここで、供給電界のマイナス側の位相では、現像剤搬送ローラ２３から第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂへトナーが供給される。他方、供給電界のプラス側の位相では、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂから現像剤搬送ローラ２３へトナーが回収される。また、第２現像ローラ２１ｂにおいては、供給電界のプラス側の位相では、現像剤搬送ローラ２３から第２現像ローラ２１ｂへキャリアが供給される。

実施例１では、現像剤搬送ローラ２３と第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂの最近接部のギャップは０．４ｍｍに設定した。規制部材２４と現像剤搬送ローラ２３の間隔は、現像剤搬送ローラ２３上の単位面積当たりの現像剤搬送量が３５０ｇ／ｍ^２となるよう０．３〜０．６ｍｍに設定した。感光体１上に形成された静電潜像の背景部電位は−４５０Ｖに設定し、画像部電位は−５０Ｖに設定した。また、感光体１と第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂの最近接部のギャップは０．２ｍｍに設定した。

現像剤搬送ローラ２３との対向位置において第１現像ローラ２１ａ内に配置された磁極Ｓ２のＢｒピーク値は６０ｍＴに設定した。第１現像ローラ２１ａとの対向位置において現像剤搬送ローラ２３内に配置された磁極Ｎ１のＢｒピーク値は１３０ｍＴに設定し、Ｂｒ８５％幅は１５°に設定した。第２現像ローラ２１ｂとの対向位置において現像剤搬送ローラ２３内に配置された磁極Ｓ１のＢｒピーク値は９０ｍＴに設定し、Ｂｒ８５％幅は２０°に設定した。現像剤搬送ローラ２３上において、キャリアに対して該キャリアを現像剤搬送ローラ２３に保持する方向に働く磁気吸引力Ｆｒは、磁極Ｎ１の位置では８０ｇｆであり、磁極Ｓ１の位置では４０ｇｆに設定した。

実施例１では、以下の方法によって製造された現像剤を用いた。
（トナー）
湿式造粒法により生成された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に対して、第１の疎水性シリカ０．２重量部と、第２の疎水性シリカ０．５重量部と、疎水性酸化チタン０．５重量部とを外添処理した負極性トナーを用いた。
（キャリア）
磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル系樹脂コートがされたコート型キャリアである、平均粒径が約３３μｍのコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂＣ３５０用キャリアを用いた。現像剤中のトナー比率は８ｗｔ％に設定した。なお、トナー比率は、現像剤全量に対するトナー量の割合である。

上記の各実験条件において、図４に示すような印字パターンで連続１０００枚の用紙に印字を行った。なお、この印字パターンは、用紙の手前側の半部は印字比率１００％のベタ状態であり、奥側の半部は印字比率０％の白紙状態である。この後、ハーフトーン画像の印字を行い、手前側と奥側との間での濃度差を測定した。その結果を図５に示す。

また、比較例として、図６に示すような第１現像ローラ２１ａが磁極を内包していない現像装置２ａ’により実施例１と同様の測定及び評価を行った結果を、図５中に併せて示す。なお、この比較例では、現像ロ−ラ２１ｂとの対向位置において現像剤搬送ローラ２３内に配置された磁極Ｓ１のＢｒピーク値は１３０ｍＴに設定し、Ｂｒ８５％幅は１５°に設定した。そして、第１現像ローラ２１ａは、第２現像ローラ２１ｂと同様に、磁石を内包しないアルマイト処理アルミローラで構成した。その他の実験条件、すなわちシステム速度、電位条件、現像剤条件等は、実施例１の場合と同一である。

図５から明らかなとおり、図６に示す現像装置２ａ’を用いた比較例では、軽印刷領域において許容される濃度差を越えた濃度差すなわち画像メモリーが生じている。これに対して、本発明に係る現像装置２ａを用いた実施例１では濃度差は許容差内に収まっている。これにより、本発明の実施例１に係る現像装置２ａによれば、現像後における第１現像ローラ２１ａ上のトナーの回収性ないしはリセット性を大幅に向上させることができることが分かる。

以下、図７及び図８を参照しつつ、本発明の実施例２を説明する。実施例２では、図１に示す現像装置２ａないしは画像形成装置を用いて実験を行った。図７及び図８に示すように、現像剤搬送ローラ２３には下記のとおりの矩形波の現像バイアスを印加した。
振幅：０．６ｋｖ
ＤＣ成分：−２００Ｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：６０％
プラス側ｄｕｔｙ比：４０％
周波数４ｋＨｚ、

他方、現像上流側に配置された第１現像ローラ２１ａには、図７に示すように下記のとおりの矩形波の現像バイアスを印加した。
振幅：１．４ｋＶ
ＤＣ成分：−３００Ｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：４０％
プラス側ｄｕｔｙ比：６０％
周波数：４ｋＨｚ

また、現像下流側に配置された第２現像ローラ２１ｂには、図８に示すように下記のとおりの矩形波の現像バイアスを印加した。
振幅：１．４ｋＶ
ＤＣ成分：−３５０Ｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：４０％
プラス側ｄｕｔｙ比：６０％
周波数：４ｋＨｚ

図７及び図８から明らかなとおり、現像剤搬送ローラ２３への印可バイアスのプラス側位相と、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂへの印可バイアスのマイナス側位相とは同期している。他方、現像剤搬送ローラ２３への印可バイアスのマイナス側位相と、第１、第２現像ローラ２１ａ、２１ｂへの印可バイアスのプラス側位相とは同期している。したがって、第１現像ローラ２１ａと現像剤搬送ローラ２３との対向部ないしはトナー供給部には、図７から明らかなとおり下記のとおりの供給電界が形成される。
振幅：２ｋｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：６０％
プラス側ｄｕｔｙ比：４０％
周波数：４ｋＨｚ
実効値：−１００Ｖ

他方、第２現像ローラ２１ｂと現像剤搬送ローラ２３との対向部ないしはトナー供給部には、図８から明らかなとおり下記のとおりの供給電界が形成される。
振幅：２ｋｖ
マイナス側ｄｕｔｙ比：６０％
プラス側ｄｕｔｙ：４０％
周波数：４ｋＨｚ
実効値：−５０Ｖ

その他の条件、すなわちシステム速度、電位条件、現像剤条件等は、実施例１の場合と同一である。そして、実施例１の場合と同様に、図４に示すような印字パターンで連続１０００枚の用紙に印字を行った後、ハーフトーン画像の印字を行い、手前側と奥側との間での濃度差を測定した。その結果を図５に示す。

実施例２においては、第２現像ローラ２１ｂと現像剤搬送ローラ２３との間における供給電界を、キャリア供給側の電界がより大きくなるように設定しているので、実施例１の場合に比べて、現像剤搬送ローラ２３から第２現像ローラ２１ｂへ移動するキャリアの量が増加する。その結果、第１現像ローラ２１ａ上を移動するキャリアの量が増加し、トナーの回収機能が向上する。かくして、図５から明らかなとおり、実施例２における濃度差すなわち画像メモリーは、実施例１の場合よりも小さくなっている。したがって、本発明の実施例２に係る現像装置２ａによれば、現像後における第１現像ローラ２１ａ上のトナーの回収性ないしはリセット性を、実施例１の場合よりもさらに向上させることができることが分かる。

以上のように、本発明に係る現像装置は、電子写真方式の画像形成装置の現像装置として有用であり、とくにプリンタ、ファクシミリなどの現像装置として用いるのに適している。

１像担持体、２ａ現像装置、３トナーボトル、４第１の高圧電源、５ａ第２の高圧電源、５ｂ第３の高圧電源、６帯電手段、７露光手段、８転写手段、９清掃手段、１０転写媒体、２１ａ第１現像ローラ、２１ｂ第２現像ローラ、２２トナー層、２３現像剤搬送ローラ、２３ａスリーブローラ、２３ｂ磁石ローラ、２４規制部材、２５現像剤、２６攪拌搬送手段、２７トナー補給ローラ、２８現像槽、２９ケーシング。

Claims

感光体との対向部において感光体周面の移動方向とそれぞれ同一方向に周面が移動するように回転方向が設定され、かつ感光体周面の移動方向に関してそれぞれ上流側及び下流側に配置された第１及び第２のトナー担持体と、
前記第１及び第２のトナー担持体に対して対向して配置され、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を周面に保持する現像剤担持体とを備えていて、
前記第１及び第２のトナー担持体と前記現像剤担持体との対向位置にそれぞれ形成される交流電界により、前記現像剤担持体上の現像剤に含まれているトナーを前記第１及び第２のトナー担持体へ供給するように構成されている現像装置において、
前記第１のトナー担持体は、前記第２のトナー担持体との対向位置を基点として、該第１のトナー担持体の回転方向に関して下流に向かって、前記現像剤担持体との対向位置までの間に、複数の磁極を内包していることを特徴とする現像装置。
前記現像剤担持体及び前記第１のトナー担持体が互いに対向する位置にそれぞれ磁極を内包していて、
前記現像剤担持体の前記磁極の磁束密度ピーク値が、前記第１のトナー担持体の前記磁極の磁束密度ピーク値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
前記現像剤担持体と前記第２のトナー担持体との間に形成される交流電界のトナー供給方向の実効値が、前記現像剤担持体と前記第１のトナー担持体との間に形成される交流電界のトナー供給方向の実効値より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
前記現像剤担持体が、前記第１及び第２のトナー担持体と対向する位置にそれぞれ磁極を内包していて、
前記第２のトナー担持体と対向する前記磁極の磁束密度ピーク値が、前記第１のトナー担持体と対向する前記磁極の磁束密度ピーク値より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置。
前記現像剤担持体が、前記第１及び第２のトナー担持体と対向する位置にそれぞれ磁極を内包していて、
前記第２トナー担持体と対向する前記磁極の磁束密度ピーク値の８５％幅が、前記第１のトナー担持体と対向する前記磁極の磁束密度ピーク値の８５％幅より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の現像装置。