JP5471656B2 - 現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びそれらの機能を複合的に備えた複合機等の画像形成装置、及びそれらの画像形成装置に使用される現像装置に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いてトナー像を記録形成するプリンタや複写機等の画像形成装置において、像担持体上に形成された静電潜像の現像方式として、トナーのみからなる一成分系現像剤を用いた一成分現像方式と、トナーとキャリアからなる二成分系現像剤を用いる二成分現像方式とが周知である。

一成分現像方式は、トナー担持体とトナー担持体に押圧して設けられた規制板との間の規制部にトナーを通過させることでトナーを摩擦帯電するとともに所望厚みのトナー薄層をトナー担持体外周面に保持させるため、構成の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。また、トナー担持体上に形成されるトナー層は厚さ十数μｍであることから、トナー担持体と像担持体との間の隙間を極めて小さく設定することができ、その結果、トナー担持体と像担持体との間に強電界を形成することにより高いトナー飛翔速度を得ることができる。

しかし、一成分現像方式では、規制部で受ける強いストレスによって、トナーの劣化が促進されやすく、トナーの帯電量が耐久とともに低下しやすい。また、規制板表面やトナー担持体表面がトナーや他の外添剤によって汚染されることでトナーへの電荷付与性が低下し、その結果、かぶり等の問題を引き起こすことから現像装置の長寿命化が困難である。

これに対し、二成分現像方式は、トナーをキャリアとの攪拌・混合による摩擦接触で帯電させるため、トナーが受けるストレスが小さく、トナー劣化の面で有利である。また、トナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積がトナー粒子に比べて大きいため、トナーや他の外添剤による汚染に対しても相対的に強く、現像剤の長寿命化に有利である。

しかし、現像剤搬送ローラ上でキャリアにより形成される磁気ブラシ（穂立ち）は、その長さが一成分現像方式におけるトナー担持体上のトナー層厚の２０〜５０倍にも及ぶうえに、ミクロ的には不均一に形成されている。その結果、リーク防止等を考慮して像担持体との間の電界を一成分現像方式の場合よりも弱く設定しなければならず、かつ、像担持体に磁気ブラシの少なくとも一部が接触するように像担持体との間の隙間を設定する必要があるため、像担持体へのトナー移動速度が遅く、しかも、磁気ブラシによる像担持体上のトナー像の掻き取りが生じることから、画像品質は一成分現像方式に劣るものとなる。

そこで、近年、これらの現像方式における利点を組み合わせて享受できるハイブリッド現像方式が提案されている。ハイブリッド現像方式は、磁気ローラの外周面に保持されたトナーとキャリアを含む現像剤からトナーだけを選択的に現像ローラの外周面に供給し、この現像ローラの外周面に保持されたトナーを用いて感光体上の静電潜像を現像するものである。キャリアは通常、フェライト等の磁性体粒子、磁性体粒子の表面に単に樹脂被膜を設けたコート型キャリア、バインダー樹脂中に磁性粉末を分散させたバインダー型キャリアが使用される。

この現像方式は、現像を２回行うため、トナーの流動性や帯電性の高度な制御が要求されるが、トナーのストレスが小さく、長寿命化が可能である。また、像担持体への現像は一成分方式となるため、高画質化に有利であるという特徴を有している。

そして、近年、電子写真装置が軽印刷領域へと市場を広げてきており、上述の特徴を有するハイブリッド現像方式を適用した画像形成装置が市場に投入されてきている。それらの一例として、特に、高速領域での現像トナー量を確保するため、複数のドナーローラ（２本のトナー担持体）が配設されたハイブリッド方式の現像装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

特開２００５−０３７５２３号公報 特開２００６−２７６８５３号公報

ハイブリッド現像方式では、現像剤担持体とトナー担持体との間のトナー供給回収領域において、キャリアはトナーを供給するとともに、トナー担持体上の残留トナーを回収しなければならない。しかし、キャリアによる残留トナーの回収が十分に行われないという問題が生じる。

残留トナーの回収が不十分であると、トナー担持体上において現像されずにトナーが残っている領域と、現像されて新しいトナーが供給された領域との間でトナー量やトナー帯電量に差が生じるため、画像上に画像メモリーが発生する。この「画像メモリー」とは、直前に印字された画像の影響を受け、印字されるべき画像に不要な濃度差が生じる現象である。

例えば、連続してベタ画像を印字した場合と白紙通過後にベタ画像を印字した場合とで、ベタ画像に濃度差が生じる。また、例えば、トナー担持体上において、画像の印字によるトナー消費領域と、トナーが消費されない領域とが存在する場合、トナー担持体の１周後にベタ画像やハーフトーン画像を印字すると濃度差が生じる。

特許文献１及び特許文献２に記載されている現像装置においても、像担持体の回転方向上流側に位置する第１のドナーローラにおいて生じた画像メモリーは、像担持体の回転方向下流側に位置する第２のドナーローラにより濃度差が緩和されて解消させることはできるが、第２のドナーローラにおいて生じた画像メモリーは、そのまま最終画像に残ってしまう。

すなわち、像担持体の回転方向の最下流側に位置するドナーローラにおける現像後のトナーのリセット性（トナー剥離及び供給）が、最終画像に画像メモリーが発生するか否かに大きく影響するため、第２のドナーローラにおける現像後のトナーのリセット性をいかに向上させるかが必須となる。

一方、トナー担持体と各ドナーローラとの間に形成されるトナー供給電界の作用領域において、ドナーローラ上に磁気ブラシを形成し、磁気ブラシの磁性キャリア表面から離脱した遊離トナーのみをドナーローラに付着させるための現像剤供給磁極は、高い磁力に設定する必要がある。高速度領域においては、トナー担持体の回転数も高くなるとともに、磁気ブラシのドナーローラへの衝突力も大きくなることからドナーローラにキャリアが付着しやすくなるため、現像剤供給磁極の磁力をさらに高く設定する必要がある。

特許文献１及び特許文献２に記載されている現像装置において、トナー担持体から第１のドナーローラ，第２のドナーローラへのトナーの回収効率を高めるためには、トナー担持体と第１のドナーローラとの間で形成される第１の供給領域及びトナー担持体と第２のドナーローラとの間で形成される第２の供給領域における現像剤充填密度を上げればよい。

しかしながら、第１の供給領域に対応する第１の供給磁極及び第２の供給領域に対応する第２の供給磁極をそれぞれ異極性として高磁力に設定した場合、両磁極間に形成される磁力線の密度が高くなり、特に、第２のトナー供給領域の入口に生じる磁気ブラシの密度が高くなる結果、当該入口部で穂詰まりが生じやすくなり、第２のトナー供給領域での現像剤充填密度を上げることができない。それ故、所望のトナーのリセット性を得るのに十分な磁気ブラシの接触面積を確保することが困難となり、上述した画像メモリーが生じてしまうという問題がある。

したがって、本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、静電潜像担持体の回転方向に対して上流側と下流側とにそれぞれ配設された複数のトナー担持体を有する現像装置において、下流側に位置するトナー担持体とで形成されるトナー供給領域での現像剤の穂詰まりを防止し、当該トナー供給領域で所望のリセット性が得られ、画像メモリーの発生を抑制する現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る現像装置は、非磁性材料からなる中空回転体と前記回転体の内側に回転不能に固定された磁石体を有する第１の回転体と、前記第１の回転体の外周面に所定の間隔をあけて対向する２つの第２の回転体を有し、前記第１の回転体は、前記磁石体の磁力に基づいて前記第１の回転体の外周面にトナーとキャリアからなる現像剤を磁気ブラシの状態で保持しつつ前記第１の回転体の回転に基づいて前記現像剤を搬送し、前記２つの第２の回転体に対向する供給回収領域でそれぞれ前記第２の回転体の外周面に前記トナーを供給するとともに前記第２の回転体の外周面から前記トナーを回収するようにした現像装置において、前記磁石体は、前記中空回転体の回転方向に関して上流側と下流側に位置する供給回収領域にそれぞれ対向して配置された同極性の第１及び第２の磁極と、前記中空回転体の回転方向に関して前記第１及び第２の磁極の間に配置された前記第１及び第２の磁極と異なる極性の第３の磁極と、前記中空回転体の回転方向に関して前記第２の磁極の下流側に配置された前記第３の磁極と同極性の第４の磁極を有し、前記第１、第２及び第３の磁極の磁束密度のピーク値をそれぞれＢｒ１，Ｂｒ２及びＢｒ３、前記第４の磁極の磁束密度のピーク値をＢｒ４としたとき、前記Ｂｒ１，Ｂｒ２、Ｂｒ３、及び前記Ｂｒ４がＢｒ１≧Ｂｒ２＞Ｂｒ３、Ｂｒ３＜Ｂｒ４の関係を有している。

また、前記中空回転体の回転軸を中心とする、前記第３の磁極の磁束密度ピーク位置から前記第２の磁極（Ｎ２）の磁束密度ピーク位置との角度α１、前記第１の磁極（Ｎ１）の磁束密度ピーク位置から前記第３の磁極（Ｓ１）の磁束密度ピーク位置との角度α３がα１≧α３の関係を有していてもよい。

前記第１の磁極の磁束密度ピーク位置が、前記中空回転体の回転方向に関して、前記第２の回転体と前記中空回転体の最近接位置の上流側に配置されていることが好ましい。

さらに、第２の磁極の磁束密度ピーク位置が、中空回転体の回転方向に関して、第２の回転体と中空回転体の最近接位置の上流側に配置されていることが好ましい。

本発明の画像形成装置は、前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の現像装置が備えられていることを特徴としたものである。

以上の説明から明らかなように、本発明の現像装置によれば、下流側に位置するトナー供給回収領域において、第２の磁極から発せられる磁力線は当該トナー供給回収領域の出口側に集中して入口側に生じる磁気ブラシの密度は疎の状態となり、当該トナー供給回収領域での現像剤の穂詰まりが生じにくくなる。その結果、下流側に位置するトナー供給回収領域での現像剤充填密度を上流側に位置するトナー供給回収領域での現像剤充填密度と同等以上に高めることが可能となり、所望のトナーのリセット性を得るのに十分な磁気ブラシの接触面積を確保できる。これにより、最終画像に生じる画像メモリーを抑制できるという効果を奏する。

本発明の現像装置を備えた画像形成装置によれば、最終画像に生じる画像メモリーを抑制可能な画像形成装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の一例を示す構成図である。 現像剤搬送ローラでの磁気ブラシの挙動を示す図である。 現像剤搬送ローラ及び現像ローラに印加する電圧と供給電界の関係を示す図である。 現像剤搬送ローラ内の磁気ローラに形成されている各磁極から発せられる磁束密度の分布を説明する図である。 下流側に位置するトナー供給領域で形成される磁気ブラシの密度状態を説明する図である。 実験例における画像メモリー評価用画像パターン及び出力画像の説明図である。 実験例１における現像剤充填密度と画像メモリー濃度差との関係を示す図である。 実験例２における現像剤搬送ローラ内の磁気ローラに形成されている各磁極の形成位置、各磁極から発せられる磁束密度の分布を説明する図である。 実験例２における現像剤充填密度と画像メモリー濃度差との関係を示す図である。 比較例１で用いた画像形成装置の一例を示す構成図である。 比較例１における現像剤充填密度と画像メモリー濃度差との関係を示す図である。 比較例１における現像剤搬送ローラ内の磁気ローラに形成されている各磁極の形成位置、各磁極から発せられる磁束密度の分布を説明する図である。 比較例１における下流側に位置するトナー供給領域で形成される磁気ブラシの密度状態を説明する図である。 比較例２における現像剤搬送ローラ内の磁気ローラに形成されている各磁極から発せられる磁束密度の分布を説明する図である。 比較例２における現像剤充填密度と画像メモリー濃度差との関係を示す図である。 比較例２における下流側に位置するトナー供給領域で形成される磁気ブラシの密度状態を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態に係る現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置について、添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、「上部」、「下部」及びそれらの用語を含む用語及び「時計回り方向」、「反時計回り方向」等を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されるべきではない。

［画像形成装置の概略構成及び動作］
本発明の実施の形態に係る画像形成装置Ｔについて、添付図面に従って概略説明する。図１に示すように、画像形成装置Ｔは、静電潜像担持体であるドラム状の感光体１を有する。感光体１は、外周面に感光層を有し、反時計回り方向に回転駆動可能に支持されている。感光体１の周囲には、回転方向に沿って順番に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５及び清掃装置６が配置されている。

画像形成時、感光体１は反時計回り方向に回転し、感光体１の外周感光層が帯電装置２によって一様に帯電される。帯電された感光体１の外周感光層は、露光装置３から画像が露光され、静電潜像が形成される。静電潜像は、例えば、画像に対応する光が投射されて電位の減衰した部分（静電潜像画像部）と、光が投射されることなく、ほぼ帯電電位を維持した部分（静電潜像非画像部）を有する。そして、静電潜像画像部が、現像装置４から供給される現像剤の非磁性トナーによってトナー像として可視像化される。可視像化されたトナー像は、転写装置５によって紙などのシートに転写される。シートに転写されたトナー像は、その後加熱されてシートに定着される。一方、シートに転写されることなく感光体１の外周感光層に残留するトナーが清掃装置６で除去される。

［現像装置の構成］
図１に示すように、現像装置４は、非磁性トナーと磁性キャリアの混合物からなる現像剤Ｄを混合攪拌する攪拌搬送部４０と、攪拌搬送部４０で混合された現像剤Ｄを汲み上げて搬送する現像剤搬送部４１と、現像剤搬送部４１で搬送される現像剤の中からトナーだけを回収して感光体１に供給する現像部４２を有する。

［攪拌搬送部］
攪拌搬送部４０はハウジング４４を有する。ハウジング４４の内部は、仕切り壁４４ａによって図の左側に示す前部攪拌搬送路４５ａと図の右側に示す後部攪拌搬送路４５ｂに区画されており、これら搬送路４５ａ、４５ｂに第１攪拌搬送スクリュー４０ａと第２攪拌搬送スクリュー４０ｂがそれぞれ配置されている。図示しないが、仕切り壁４４ａの手前側と奥側（図面の表面側と裏面側）には前部搬送路４５ａと後部搬送路４５ｂを連通する連通路が形成されており、一方又は他方の搬送路４５ａ、４５ｂの現像剤を他方又は一方４５ｂ、４５ａの搬送路に送り込むようにしてある。

第１攪拌搬送スクリュー４０ａと第２攪拌搬送スクリュー４０ｂは図示しない駆動系に駆動連結されており、例えば、第１攪拌搬送スクリュー４０ａは前部攪拌搬送路４５ａの現像剤Ｄを手前側から奥側に搬送するとともに奥側の連通路を介して前部搬送路４５ａから後部搬送路４５ｂに送り込み、また、第２攪拌搬送スクリュー４０ｂは現像剤Ｄを奥側から手前側に搬送するとともに手前側の連通路を介して後部搬送路４５ｂから前部搬送路４５ａに送り込むようにしてある。

トナー補給部４６は、現像によって消費されるトナーに見合う量のトナーを現像剤Ｄに補給するもので、後部攪拌搬送路４５ｂの上方に配置されている。実施の形態では、トナー補給部４６は、トナーを収容する容器４６ａと、容器４６ａの底部に配置された補給ローラ４６ｂを備えている。補給ローラ４６ｂは図示しない駆動系に駆動連結されており、補給ローラ４６ｂの回転量に応じた量のトナーが後部搬送路４５ｂに落下補給されるようにしてある。

［現像剤搬送部］
現像剤搬送部４１は、非磁性の導電材料からなる中空円筒体の回転体であるスリーブ４１ａを有する。スリーブ４１ａは、図示しない駆動系に駆動連結されており、図の時計回り方向に回転する。スリーブ４１ａの内側には、スリーブ４１ａの外周面に現像剤Ｄを保持するために、磁石体４１ｂが非回転状態で固定されている。磁石体４１ｂは、スリーブ４１ａの内周面に対向する外周部に複数の磁極が形成されている。これらの磁極の配置は後に説明する。スリーブ４１ａの外側には、該スリーブ４１ａの図上左斜め下外周面に所定のギャップ（穂高規制ギャップ）を介して対向する規制部材４３が配置されており、スリーブ４１ａの回転によって搬送される現像剤Ｄを一定に規制するようにしてある。

［現像部］
現像部４２は、非磁性の導電材料からなる２つの回転体で構成され、第１現像ローラ４２ａと第２現像ローラ４２ｂとを有する。現像ローラ４２ａ，４２ｂは、アルミニウム等の導電性基体上に、例えば、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、シリコン樹脂及びフッ素樹脂等の樹脂コーティングした構成のものや、シリコンゴム又はウレタンゴム等のゴムコーティングしたものであってもよい。これら現像ローラ４２ａ，４２ｂは、感光体１と現像剤搬送部４１の間に配置され、感光体１と現像剤搬送部４１（スリーブ４１ａ）にそれぞれ所定のギャップを介して対向している。以下、第１現像ローラ４２ａが感光体１と現像剤搬送部４１に対向する領域をそれぞれ「第１現像領域９０ａ」、「第１供給回収領域８０ａ」といい、第２現像ローラ４２ｂが感光体１と現像剤搬送部４１に対向する領域をそれぞれ「第２現像領域９０ｂ」、「第２供給回収領域８０ｂ」という。現像ローラ４２ａ，４２ｂはまた、図示しない駆動系に駆動連結されており、図の時計回り方向に回転するようにしてある。

［電源部］
現像剤搬送部４１と現像ローラ４２ａ，４２ｂは電源に接続されている。実施の形態では、現像剤搬送部４１のスリーブ４１ａが電源部５０に接続され、現像ローラ４２ａ，４２ｂが電源部５１ａ，５１ｂにそれぞれ接続されている。電源部５０，５１ａ及び５１ｂから現像剤搬送部４１及び現像ローラ４２ａ，４２ｂにそれぞれ印加される電圧（供給回収バイアス電圧、現像バイアス電圧）は後に説明する。

［磁極配置］
磁石体４１ｂの磁極及びその配置について説明する。本実施の形態において、磁石体４１ｂは、スリーブ４１ａの回転方向に沿って順番に配置された７つの磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３，Ｎ３，Ｎ４を有する。ここで、磁極に付された符号「Ｎ」、「Ｓ」はその極性（Ｎ極、Ｓ極）を意味する。

図示するように、磁極Ｎ４は規制部材４３に対向して配置されており、磁極Ｎ１とＮ２はトナー供給回収領域８０ａ、８０ｂに対向して配置されている。磁極Ｎ３は、実施の形態では概ね３時の位置に配置されている。そして、磁極Ｎ４とＮ１の間、磁極Ｎ１とＮ２の間、さらに磁極Ｎ２とＮ３の間に、磁極Ｓ３，Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ配置されている。また、磁極Ｎ３とＮ４の間に磁極は形成されておらず、それらの間に反発磁界又は磁界の存在しない領域が形成されている。

図２及び図４を参照して詳細に説明すると、磁極Ｎ１の中心が第１の供給回収領域８０ａに対向し、磁極Ｎ２が第２の供給回収領域８０ｂに対向し、それら第１と第２の供給回収領域８０ａ，８０ｂの間に磁極Ｓ１が対向している。

スリーブ４１ａの表面で測定した磁極の強度は、磁極Ｎ１の磁束密度の最大値をＢｒ１、磁極Ｎ２の磁束密度の最大値をＢｒ２、磁極Ｓ１の磁束密度の最大値をＢｒ３、及び磁極Ｓ２の磁束密度の最大値をＢｒ４とすると、それぞれの磁束密度の最大値の関係がＢｒ１≧Ｂｒ２＞Ｂｒ３，Ｂｒ３＜Ｂｒ４となるよう設定されている。磁束密度の最大値は、例えば、Ｂｒ１が１２０ｍＴ、Ｂｒ２が１００〜１２０ｍＴ、Ｂｒ３が８０ｍＴ、Ｂｒ４が８０〜９０ｍＴ程度であることが望ましい。磁極Ｓ３の磁束密度の最大値については例えば、８０ｍＴ程度である。

図４に示すように、磁極Ｓ３，Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２は、磁極Ｓ３と磁極Ｎ１の中心角α４、磁極Ｎ１と磁極Ｓ１の中心角α３、磁極Ｓ１と磁極Ｎ２の中心角α１、及び磁極Ｎ２と磁極Ｓ２の中心角α２がそれぞれ４０度となるように配置されている。なお、２つの磁極間の中心角は、スリーブ４１ａの回転中心とそれら２つの磁極の中心（最大磁束密度を示す位置）を結ぶ２つの線分によって形成される角度をいう。

本実施の形態では、磁極Ｓ１は、磁極Ｎ１，Ｎ２とのほぼ中間に配置されているが、磁極Ｎ１寄りに配置してもよい（すなわち、α１＞α３）。具体例としては、図８に示すように、中心角α１を４５度に設定し、中心角α３を３５度に設定してもよい。

磁極Ｎ１，Ｎ２は、スリーブ４１ａの中心と現像ローラ４２ａ，４２ｂの中心を結ぶ線上（すなわち、スリーブ４１ａと現像ローラ４２ａ，４２ｂの最近接位置）に配置してもよいし、スリーブ４１ａの回転方向に関して最近接位置の上流側又は下流側のいずれに配置してもよい。

［現像装置の動作］
現像装置４の動作について、図１及び図２を参照して説明する。現像剤槽４５内の現像剤Ｄは、第１攪拌搬送スクリュー４０ａ，第２攪拌搬送スクリュー４０ｂの回転により混合撹拌され、トナーとキャリアはそれぞれ両者の摩擦接触によって異なる極性に帯電される。本実施の形態では、トナーは負極性、キャリアは正極性に帯電される。また、現像剤Ｄは、前部搬送路４５ａを手前側から奥側に搬送され、また後部搬送路４５ｂを奥側から手前側に搬送され、仕切り壁４４ａの手前側と奥側に設けた連通路を介して、他方の搬送路に送り込まれる。

図１に示すように、前部搬送路４５ａを搬送されている現像剤Ｄの一部は、磁石体４１ｂ（特に、磁極Ｎ４）の磁力によって汲み上げられ、スリーブ４１ａの外周面に保持され、スリーブ４１ａの回転によって時計回り方向に搬送され、規制部材４３との対向部（穂高規制ギャップ）を通過する際に、該規制部材４３によってその搬送量が一定に規制される。図２に模式的に示すように、スリーブ４１ａの外周面に保持された現像剤Ｄ（特に、キャリア）は、磁極によって形成される磁力線に沿った穂（すなわち、磁気ブラシＭｂ）を形成している。

規制部材４３の対向部を通過した現像剤Ｄは、磁極Ｓ３の対向部を通過した後、第１の供給回収領域８０ａ、磁極Ｓ１の対向部、さらに第２の供給回収領域８０ｂを通過し、第１及び第２の供給回収領域８０ａ，８０ｂで現像剤Ｄ中のトナーが現像ローラ４２ａ，４２ｂに供給される。供給回収領域８０ａ，８０ｂでは、同時に、現像ローラ４２ａ，４２ｂに保持されていたトナーがスリーブ４１ａに回収され、これにより現像ローラ４２ａ，４２ｂ上のトナーが入れ替えられる。

供給回収領域８０ａ，８０ｂにおけるトナーの供給と回収は、現像バイアス電圧ＶＢと供給回収バイアス電圧ＶＳとの電位差に基づいて行われる。具体的に、実施例では、図３に示すように、実線で表された現像バイアス電圧ＶＢには、ＶＢｍａｘ（＋４００ボルト）とＶＢｍｉｎ（−１，０００ボルト）を一定の周期（ＶＢｍａｘのＤｕｔｙ比が６０％、ＶＢｍｉｎのＤｕｔｙ比が４０％）で繰り返す交流電圧が使用される。点線で表された供給回収バイアス電圧ＶＳには、ＶＳｍａｘ（＋１００ボルト）とＶＳｍｉｎ（−５００ボルト）を一定の周期（ＶＳｍａｘのＤｕｔｙ比が４０％、ＶＳｍｉｎのＤｕｔｙ比が６０％）で繰り返す交流電圧が使用される。これら２つの交流の位相は、ＶＢｍａｘ（＋４００ボルト）とＶＳｍｉｎ（−５００ボルト）が同期し、ＶＢｍｉｎ（−１，０００ボルト）とＶＳｍｉｎ（−５００ボルト）が同期し、現像ローラ４２ａ，４２ｂとスリーブ４１ａの間では、スリーブ４１ａに対して現像ローラ４２ａ，４２ｂが高電位（＋９００ボルト）となる状態（それぞれ「トナー供給電位」、「トナー供給状態」という。）と、スリーブ４１ａに対して現像ローラ４２ａ，４２ｂが低電位（−１２００ボルト）となる状態（それぞれ「トナー回収電位」、「トナー回収状態」という。）を、一定の周期（トナー供給電位のＤｕｔｙ比が６０％、トナー回収電位のＤｕｔｙ比が４０％）で繰り返すようにしてある。

したがって、第１と第２の供給回収領域８０ａ，８０ｂでは、上述したトナー供給電位とトナー回収電位に基づいてスリーブ４１ａから現像ローラ４２ａ，４２ｂにトナーが供給され、トナー回収電位に基づいて現像ローラ４２ａ，４２ｂからスリーブ４１ａにトナーが回収され、結果、現像ローラ４２ａ，４２ｂの外周面には一定量のトナーが薄層状態で保持される。なお、スリーブ４１ａ上のキャリアは磁石体の磁力によってスリーブ４１ａに保持されており、現像ローラ４２ａ，４２ｂに供給されることはない。

このようにして現像ローラ４２ａ，４２ｂに供給されたトナーは、現像ローラ４２ａ，４２ｂの回転によって第１の現像領域９０ａ，９０ｂに供給され、静電潜像の現像に利用される。現像ローラ外周面上のトナーが消費された箇所は、第１と第２の供給回収領域８０ａ，８０ｂでトナーが補充される。

第２の供給回収領域８０ｂを通過したスリーブ４１ａの外周面は、磁極Ｓ２の対向部と磁極Ｎ３の対向部を通過する。図示するように、磁極Ｎ３、Ｎ４の間は反発磁界または無磁界としてあるので、磁極Ｎ３の対向部を通過した現像剤はスリーブ４１から前部搬送路４５ａに落下し、そこを搬送されている現像剤に混合される。

以上のようにして現像剤中のトナーが消費されると、現像剤搬送路４５ａ，４５ｂを搬送されている現像剤Ｄのトナー濃度が低下する。現像剤搬送路のトナー濃度は図示しない濃度検出器で検出されており、トナー濃度が予め決められた所定濃度以下になると、図示しない制御部がトナー補給ローラ４６ｂを駆動し、所定量のトナーを現像剤搬送路４５ｂに補給する。

また、トナー供給回収領域８０ａ，８０ｂでは、スリーブ４１ａと現像ローラ４２ａ，４２ｂとの電位差に基づいて両者の間でトナーの授受が行われる。したがって、トナーの荷電量が高くなれば現像ローラ４２ａ，４２ｂのトナー保持力が高まってかぶりの防止につながる反面、トナー供給回収領域におけるトナーの回収効率が低下してしまう。これを防止するためには、トナー供給回収領域における現像剤充填密度（式１で定義される。）を上げることが考えられる。しかし、現像剤充填密度を上げると、トナー供給回収領域において現像剤の穂詰まりが生じ、濃度むらやキャリア付着等の別の問題を引き起す可能性がある。そのため、現像剤充填密度は、１０％〜４０％の範囲で設定されることが好ましい。
（数１）
Ｐ．Ｄ［％］＝｛Ｍ／（Ｄｓ・ρ）｝×１００
Ｍ：現像剤搬送部４１による単位面積当たりの現像剤搬送量（ｇ／ｍ^２）
Ｄｓ：現像ローラ４２ａ，４２ｂと現像剤搬送部４１との間隔（ｃｍ）
ρ：現像剤の単位体積質量（ｇ／ｃｍ^３）

［現像装置に用いられる現像剤］
一般に、現像剤は、トナー、該トナーを帯電するためのキャリア、及び逆極性粒子等を含む。トナーは、一般的に用いられている公知のトナーが利用可能で、バインダー樹脂中に着色剤や必要に応じて荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理したものを用いることができる。トナーの粒径は、限定的ではないが、例えば、３〜１５μｍ程度が好ましい。そのようなトナーは、公知の方法、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等で製造できる。

トナーに外添する外添剤は、一般的に用いられている材料が使用できる。例えば、流動性の改善ためには、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機質粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が利用される。特に、シランカップリング剤やチタンカップリング剤、シリコンオイル等で疎水化したものを用いるのが好ましい。このような流動化剤は、トナーの１００重量部に対して０．１〜５重量部の割合で添加する。外添剤の個数平均一次粒径は、１０〜１００ｎｍであることが好ましい。

キャリアは、一般的に用いられている公知のキャリア、例えばバインダー型キャリアやコート型キャリア等が用いられる。キャリアの粒径は、１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリア表面に正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できる。バインダー型キャリアの帯電特性（帯電量、帯電極性）は、バインダー樹脂の材質、表面コーティング層の種類によって制御することができる。バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂には、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂、又はフェノール樹脂等の硬化性樹脂が用いられる。

バインダー型キャリアの表面コート剤には、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。また、これらの樹脂を表面コートし硬化させてコート層を形成することにより、帯電付与能力を向上させることができる。バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、それらの微粒子を磁性樹脂キャリアと均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にそれらの微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃を与え、微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部を磁性樹脂キャリア表面から露出させて固定される。帯電性微粒子としては、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。

具体的に、有機系微粒子としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂及びこれらの架橋物等の有機絶縁性微粒子を用いることができ、その帯電特性（帯電量、帯電極性）は、素材、重合触媒、表面処理等により調製できる。また、無機系微粒子としては、シリカ、二酸化チタン等の負帯電性の無機微粒子やチタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正帯電性の無機微粒子等が用いられる。

コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子の表面を樹脂で被覆したキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリアと同様、キャリア表面に正又は負帯電性の帯電性微粒子を固着できる。コート型キャリアの帯電特性（帯電量、帯電極性）は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子により制御することができ、バインダー型キャリアと同様の材料を用いることができる。特に、コート樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

トナーとキャリアの混合比は、弱帯電あるいは未帯電によるかぶりが生じず、現像トナー量の不足が生じない程度に調整されればよく、実際にはキャリア表面に対する被覆率が例えば、２０〜４０％になるように設定される。

［実験例］
現像装置４及び該現像装置４を備えた画像形成装置Ｔに関して、画像メモリーの抑制効果を検証するための実施例を、図３〜図１６を参照して説明する。

（実験例１）
実験例１では、図１に示す現像装置４を備えた画像形成装置Ｔを用意し、システム速度を８００ｍｍ／ｓｅｃに設定した。現像装置４において、現像剤搬送部４１と現像ローラ４２ａ，４２ｂとのギャップを０．４ｍｍ、現像ローラ４２ａ，４２ｂと感光体ドラム１とのギャップを０．２ｍｍに設定した。現像剤搬送部４１上の単位面積当たりの現像剤搬送量が目標搬送量となるよう、現像剤搬送部４１の周面と規制部材４３とのギャップを所定距離に設定した。

現像剤搬送部４１に印加する電圧は、振幅０．６ｋＶ，ＤＣ成分−２００ボルト，周波数４ｋＨｚ，マイナス側Ｄｕｔｙ比が６０％の矩形波電圧とした。現像ローラ４２ａ，４２ｂに印加した電圧は、共に、振幅１．４ｋＶ，ＤＣ成分−３００ボルト，周波数４ｋＨｚ，マイナス側Ｄｕｔｙ比が４０％の矩形波電圧である。そして、現像剤搬送部４１の印加電圧のプラス側の位相と現像ローラ４２ａ，４２ｂの印加電圧のマイナス側の位相を同期させ、トナー供給回収領域８０ａ，８０ｂに、図３に示す振幅２ｋＶ，マイナス側Ｄｕｔｙ比６０％，周波数４ｋＨｚ，実効値が−１００ボルトの供給電界が形成される。

感光体ドラム１上に形成された静電潜像の背景部電位は−４５０ボルト、画像部電位は−５０ボルトである。

図４に示すように、現像剤搬送部４１内の磁気ローラ４１ａに形成されている各磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３の磁束密度の最大値を、それぞれ、磁極Ｎ１：１２０ｍＴ、磁極Ｓ１：８０ｍＴ、磁極Ｎ２：１００ｍＴ、磁極Ｓ２：９０ｍＴ、磁極Ｓ３：８０ｍＴに設定した。

各磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３の磁束密度の最大値を上述のように設定することにより、図５に示すように、スリーブ４１ａと該スリーブ４１ａの回転方向下流側に位置する現像ローラ４２ｂとの間で形成されるトナー供給回収領域８０ｂにおいて、磁極Ｎ２から発せられる磁力線７１はトナー供給回収領域８０ｂの出口側に集中し、トナー供給回収領域８０ｂの入口部に生じる磁気ブラシＭｂの密度は疎の状態となるため、当該トナー供給回収領域８０ｂでの現像剤の穂詰まりが生じにくくなる。

本実験例で使用するトナーは、湿式造粒方式で製造され、体積平均粒径が約６．５μｍのトナー母材１００重量部に対し、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重量部を外添処理した負極性トナーを用いた。キャリアは、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施されているコート型キャリアであって、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株式会社製の画像形成装置「ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０」用のキャリアを用いた。現像剤中のトナー比率は８重量％とした。このトナー比率は現像剤全量に対するトナーの割合である。

上述の条件のもとで、図６に示すように、通紙方向上流位置にベタ文字（黒ベタ文字）部９０ａを、通紙方向上流位置から下流位置の領域にハーフトーン部９０ｂを配置した画像メモリー評価パターンの印字を行い、ハーフトーン部９０ｂでの周期位置（現像ローラ４２ａ，４２ｂの周長×［現像ローラ４２ａ，４２ｂの周速／感光体ドラム１の周速］）に発生する画像メモリー部９５の画像濃度差を測定することにより評価を行った。この濃度差が小さいほど画像メモリーがなく良好な画像といえる。実施例での評価基準として画像メモリー部９５の濃度差が０．０４未満のものを合格とした。

図７に示すように、実験例１では、現像剤充填密度が２５％〜３０％の範囲において画像メモリーの濃度差が許容濃度差未満の良好な画像を得ることができる。特に、現像剤充填密度限界値（この限界値を超えると現像剤の穂詰まりによる画像ノイズが生じる。）付近の３０％では、画像メモリー部９５の濃度差が０．０２であり、目視で現認できないレベルの良好な画像を得ることができる。

（実験例２）
実験例２では、図８に示すように、現像剤搬送部４１内の磁気ローラ４１ｂに形成されている各磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３の磁束密度の最大値を、それぞれ、磁極Ｎ１：１２０ｍＴ、磁極Ｓ１：８０ｍＴ、磁極Ｎ２：１００ｍＴ、磁極Ｓ２：１００ｍＴ、搬送磁極Ｓ３：８０ｍＴに設定した。また、磁極Ｎ１、磁極Ｎ２及び現像剤搬送部４１の回転中心とでなす中心角α１を４５度に設定し、磁極Ｓ１、磁極Ｎ１及び現像剤搬送部４１の回転中心とでなす中心角α３を３５度に設定し、磁極Ｓ１により現像剤搬送部４１の表面上に生じる該現像剤搬送部４１の法線方向における磁束密度が最大となる点を磁極Ｎ１寄りに形成した。その他の設定条件については、「実験例１」と同様であるので説明を省略する。

このように設定することで、トナー供給回収領域８０ｂにおいて、磁極Ｎ２から発せられる磁力線７１はトナー供給回収領域８０ｂの出口側に更に集中し、トナー供給回収領域８０ｂの入口部に生じる磁気ブラシＭｂの密度は更に疎の状態となるため、当該トナー供給回収領域８０ｂでの現像剤の穂詰まりは実験例１と比較して更に生じにくくなる。

図９に示すように、実験例２では、現像剤充填密度が２３％〜３６％の範囲において画像メモリー部９５の濃度差が許容濃度差未満の良好な画像を得ることができる。特に、現像剤充填密度限界値付近の３６％では、画像メモリー部９５の濃度差が０．００７であり、目視で全く現認できないレベルの更に良好な画像を得ることができる。

（比較例１）
比較例１として、図１０に示す現像装置４００を備えた画像形成装置Ｔ１を用意した。図１０及び図１２に示すように、磁気ローラ４１ｂは、スリーブ４１ａの回転方向に沿ってＮ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３，Ｎ３，Ｓ４の７つの磁極を有する。そして、磁極Ｎ１がトナー供給回収領域８０ａに対向し、磁極Ｎ１に隣接する磁極Ｓ１がトナー供給回収領域８０ｂに対向している。また、磁極Ｎ１のスリーブ回転方向上流側に磁極Ｓ４が、磁極Ｓ１のスリーブ回転方向下流側に磁極Ｎ２が形成されている。そして、磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ４の磁束密度の最大値は、磁極Ｎ１：１２０ｍＴ、磁極Ｓ１：１２０ｍＴ、磁極Ｎ２：８０ｍＴ、磁極Ｓ４：８０ｍＴに設定した。また、磁極Ｎ１、磁極Ｓ１及び現像剤搬送部４１の回転中心とでなす中心角α１を５５度に設定し、磁極Ｓ１、磁極Ｎ２及び現像剤搬送部４１の回転中心とでなす中心角α２を４５度に設定し、磁極Ｎ１、磁極Ｓ４及び現像剤搬送部４１の回転中心とでなす中心角α３を４５度に設定した。その他の構成は、図１に示した画像形成装置Ｔと同じであり、その他のシステム速度、電位条件及び現像剤の条件等は上述の実験例１，２と同一である。

図１３に示すように、比較例１では、トナー供給回収領域８０ｂにおいて、磁極Ｓ１から発せられる磁力線７１はトナー供給回収領域８０ｂの入口側に集中して該トナー供給回収領域８０ｂの入口部に生じる磁気ブラシＭｂが密の状態となるため、当該トナー供給回収領域８０ｂで現像剤の穂詰まりが生じやすい状態となる。

その結果、図１１に示すように、画像メモリー部９５の濃度差の最下限値は０．０７（現像剤充填密度：１５％）であり、評価基準である０．０４未満をクリアすることができず、目視で確認できるレベルの不良画像が発生した。

（比較例２）
比較例２では、図１に示す現像装置４を備えた画像形成装置Ｔを用意し、現像剤搬送部４１内の磁気ローラ４１ｂに形成されている各磁極Ｎ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｓ２，Ｓ３の磁束密度の最大値を、磁極Ｎ１：１２０ｍＴ、磁極Ｓ１：１２０ｍＴ、磁極Ｎ２：１２０ｍＴ、磁極Ｓ２：８０ｍＴ，磁極Ｓ２：８０ｍＴに設定した。つまり、磁束密度最大値の関係をＢｒ１＝Ｂｒ２＝Ｂｒ３とした。その他のシステム速度、電位条件及び現像剤の条件等は実験例１，２と同一とした。

図１６に示すように、比較例２では、トナー供給回収領域８０ｂにおいて、磁極Ｎ１から発せられる磁力線７１はトナー供給回収領域８０ｂの入口側に集中して該トナー供給回収領域８０ｂの入口部に生じる磁気ブラシＭｂが密の状態となるため、当該トナー供給回収領域８０ｂで現像剤の穂詰まりが生じやすい状態となる。

その結果、図１５に示すように、画像メモリー部９５の濃度差の最下限値は０．０７（現像剤充填密度：１７％）であり、評価基準である０．０４未満をクリアすることができず、目視で確認できるレベルの不良画像が発生した。

このように、本発明に係る現像装置４及び画像形成装置Ｔによれば、トナー供給回収領域８０ｂでの現像剤充填密度を、上流側のトナー供給回収領域８０ａでの現像剤充填密度と同等以上に高めることが可能となるため、所望のトナー回収性を得るのに十分な磁気ブラシの接触面積を確保できる結果、最終画像に画像メモリーが生じてしまうことを抑制できる。これにより、画像メモリーの無い高画質の画像を長期にわたって得ることができる。

今回、開示した実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は、上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲の全ての変更を含む。

１ 感光体
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ 清掃装置
４０ 攪拌搬送部
４０ａ 第１攪拌搬送スクリュー
４０ｂ 第２攪拌搬送スクリュー
４１ 現像剤搬送部
４１ａ スリーブ
４１ｂ 磁石体
４２ 現像部
４２ａ 第１現像ローラ
４２ａ 第２現像ローラ
７１ 磁力線
Ｍｂ 磁気ブラシ
Ｎ１，Ｎ２，Ｓ１ 磁極
Ｔ 画像形成装置

Claims (5)

1. 非磁性材料からなる中空回転体と前記回転体の内側に回転不能に固定された磁石体を有する第１の回転体と、
   前記第１の回転体の外周面に所定の間隔をあけて対向する２つの第２の回転体を有し、
   前記第１の回転体は、前記磁石体の磁力に基づいて前記第１の回転体の外周面にトナーとキャリアからなる現像剤を磁気ブラシの状態で保持しつつ前記第１の回転体の回転に基づいて前記現像剤を搬送し、前記２つの第２の回転体に対向する供給回収領域でそれぞれ前記第２の回転体の外周面に前記トナーを供給するとともに前記第２の回転体の外周面から前記トナーを回収するようにした現像装置において、
   前記磁石体は、前記中空回転体の回転方向に関して上流側と下流側に位置する供給回収領域にそれぞれ対向して配置された同極性の第１及び第２の磁極と、
   前記中空回転体の回転方向に関して前記第１及び第２の磁極の間に配置された前記第１及び第２の磁極と異なる極性の第３の磁極と、
   前記中空回転体の回転方向に関して前記第２の磁極の下流側に配置された前記第３の磁極と同極性の第４の磁極を有し、
   前記第１、第２及び第３の磁極の磁束密度のピーク値をそれぞれＢｒ１，Ｂｒ２及びＢｒ３、前記第４の磁極の磁束密度のピーク値をＢｒ４としたとき、前記Ｂｒ１，Ｂｒ２、Ｂｒ３、及び前記Ｂｒ４がＢｒ１≧Ｂｒ２＞Ｂｒ３、Ｂｒ３＜Ｂｒ４の関係を有することを特徴とする現像装置。
2. 前記中空回転体の回転軸を中心とする、前記第３の磁極の磁束密度ピーク位置から前記第２の磁極（Ｎ２）の磁束密度ピーク位置との角度α１、前記第１の磁極（Ｎ１）の磁束密度ピーク位置から前記第３の磁極（Ｓ１）の磁束密度ピーク位置との角度α３がα１≧α３の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第１の磁極の磁束密度ピーク位置が、前記中空回転体の回転方向に関して、前記第２の回転体と前記中空回転体の最近接位置の上流側に配置されている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. 前記第２の磁極の磁束密度ピーク位置が、前記中空回転体の回転方向に関して、前記第２の回転体と前記中空回転体の最近接位置の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。