JP5825795B2 - 現像装置、及びマグネットローラ - Google Patents

Description

本発明は、現像剤担持体の内側にマグネットローラを非回転に配置した現像装置、詳しくはマグネットローラの長手方向の端部の段差部分における現像剤担持体表面の現像剤の過剰を緩和する構造に関する。

現像装置が、トナーを含む一成分現像剤又は二成分現像剤を用いて、像担持体に形成された静電像をトナー像に現像する画像形成装置が広く用いられている。現像装置は、内側にマグネットローラを非回転に配置した現像剤担持体（現像スリーブ）に現像剤を担持させて、像担持体の静電像を現像する（図２参照）。

マグネットローラは、長手方向に連続したＮ磁極とＳ磁極とが外周面に配置され、非磁性体の現像剤担持体を貫通して隣接するＮ磁極とＳ磁極との間を連絡する磁束が、現像剤を現像剤担持体の表面に磁気的に担持させる。

特許文献１には、扇形断面のマグネットピースを支持シャフトの周囲に接着固定してマグネットローラを形成するマグネットローラの製造方法が示される。

ところで、図２に示すように、マグネットローラ２９は、回転する円筒状の現像スリーブ２８（現像剤担持体）の表面との距離を一定に保てるように、外周面が円柱状に形成されている。しかし、一般的に、永久磁石の磁極面のエッジ部分では、エッジの内側の磁極面よりも磁束密度が高まって磁力が強くなるため、マグネットローラ２９の長手方向の端面の角部でも、長手方向の内側の円筒面上よりも磁束密度が高まる。

このため、マグネットローラ２９の長手方向の端面に対応する位置の現像スリーブ２８の表面には、局所的に、マグネットローラ２９の円周面に対応する位置よりも多くの現像剤が担持されてしまう。その結果、現像剤が多く担持された部分では、規制ブレード３０の加圧力が高まって摺擦による現像剤の劣化が進んだり、画像面に線状の現像ムラが発生したりする（特許文献２）。

そこで、特許文献２では、マグネットローラの長手方向の端面における磁力の盛り上がりを軽減するために、円柱状のマグネットローラの端部に面取りを施している。図７に示すように、長手方向の外側へ向かってマグネットローラ２９の端部の直径を次第に小さくして、マグネットローラ２９の表面と現像スリーブ２８表面との距離を次第に拡大させている。これにより、マグネットローラ２９の端部の角部における磁力の盛り上がりを相殺していた。

特開平１−１１５１０９号公報 特開平１０−９１００２号公報

特許文献２に示されるように、マグネットローラの外径を長手方向で変化させると、マグネットローラの端部の内側に新たな磁気力の盛り上がりが形成されて、現像剤担持体における現像剤の担持ムラを発生していることが判明した（図１０参照）。外径を変化させた位置に磁束密度の高い部分が形成されて周囲よりも現像剤の担持量が増えるからである。

また、マグネットローラの円周面におけるＮ磁極とＳ磁極は、それぞれの個数が異なる場合やそれぞれの合計磁束量が異なる場合がある。この場合、Ｎ磁極とＳ磁極とでマグネットローラの端部の磁気力の盛り上がり量が異なってくることが判明した（図１７参照）。そこで、マグネットローラのＮ磁極とＳ磁極とでそれぞれ磁気力の盛り上がりが相殺されるように異なる外径を設定することが提案された。しかし、この場合、Ｎ磁極とＳ磁極との間に周方向の表面段差が形成され、マグネットローラの表面段差に起因して、現像剤担持体における新たな現像剤の担持ムラが発生する可能性が出てきた（実施例５参照）。

本発明は、マグネットローラの外径の変化をできるだけ無くした状態でマグネットローラの端部の磁気力の盛り上がりを軽減して、現像剤の劣化や現像ムラを軽減できる現像装置及びマグネットローラを提供することを目的としている。

本発明の現像装置は、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の内側に配置されたマグネット部材と、を備えた現像装置において、前記マグネット部材は、外表面が第１極性である第１のマグネット部と、外表面が前記第１極性とは異極となる第２極性である第２のマグネット部と、を有し、前記マグネット部材の長手方向中央部において、前記マグネット部材の長手方向と直交する断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネット部材の中心から離れた位置にあり、かつ、前記断面をみたとき前記外表面に向かって凹んだ円弧状を為している。
もしくは、本発明の現像装置は、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の内側に配置されたマグネット部材と、を備えた現像装置において、前記マグネット部材の長手方向と直交する断面において、前記マグネット部材の中心側を占める領域の面積は、前記マグネット部材の長手方向中央部よりも長手方向両端部の方が少なく、前記マグネット部材は、外表面が第１極性である第１のマグネット部と、外表面が前記第１極性とは異極となる第２極性である第２のマグネット部と、を有し、前記マグネット部材の長手方向中央部において、前記マグネット部材の長手方向と直交する断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、前記断面に占められる前記第１のマグネット部の割合は、前記マグネット部材の長手方向中央部よりも端部の方が小さくなるように、前記マグネット部材の長手方向両端部の内表面は、前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネット部材の中心から離れた位置に設けられている。
もしくは、本発明のマグネットローラは、外表面が第１極性である第１のマグネット部と、外表面が前記第１極性と異極の第２極性である第２のマグネット部と、を周方向に備えたマグネットローラにおいて、前記マグネットローラの長手方向中央部において、前記マグネットローラの長手方向と直交する断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネットローラの中心から離れた位置にあり、かつ、前記断面をみたとき、前記外表面に向かって凹んだ円弧状を為している。
もしくは、本発明のマグネットローラは、外表面が第１極性である第１のマグネット部と、外表面が前記第１極性と異極の第２極性である第２のマグネット部と、を周方向に備えたマグネットローラにおいて、前記マグネットローラの長手方向と直交する断面において、前記マグネットローラの中心側を占める領域の面積は、前記マグネットローラの長手方向中央部よりも両端部の方が少なく、前記マグネットローラの長手方向中央部において、前記断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、前記断面に占められる前記第１のマグネット部の割合は、前記マグネットローラの長手方向中央部よりも前記長手方向両端部の方が小さくなるように、前記マグネットローラの長手方向両端部の内表面が前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネットローラの中心から離れた位置に設けられている。

本発明の現像装置では、長手方向の端面の外周面から離れた位置で磁性体材料を部分的に除去する形で長手方向の端部の角部における磁束の集中を緩和している。このため、マグネットローラの外周において長手方向の直径の変化や周方向の段差を形成する必要が無い。磁束密度のムラは、距離をおくほど緩和されるため、現像剤担持体の表面に近接するマグネットローラの外周での形状変化を避けて、マグネットローラの外周から離れた位置でマグネットローラの磁束密度分布を調整する。

したがって、マグネットローラの外径の変化をできるだけ無くした状態でマグネットローラの端部の磁気力の盛り上がりを軽減して、現像剤の劣化や現像ムラを軽減できる。なお、「磁性材料が除去されている」とは、「磁性材料が除去されているような外観上の特徴を有する」という意味であって、現実に「磁性材料が除去されていないブロックの状態から最終形状に削り出す」製造方法に本発明を限定する意味ではない。

画像形成装置の構成の説明図である。 長手方向に垂直な断面における現像装置の構成の説明図である。 長手方向に沿った断面における現像装置の構成の説明図である。 従来のマグネットローラの構成の説明図である。 マグネットローラの境界条件の説明図である。 現像スリーブ表面における長手方向の磁束密度分布の説明図である。 比較例のマグネットローラの構成の説明図である。 永久磁石が発生する磁束の説明図である。 磁化方向に永久磁石を短くする効果の説明図である。 現像スリーブ表面における長手方向の磁束密度分布の説明図である。 実施例１のマグネットローラの構成の説明図である。 現像スリーブ表面における長手方向の磁束密度分布の説明図である。 実施例２のマグネットローラの構成の説明図である。 実施例３のマグネットローラの構成の説明図である。 実施例４のマグネットローラの構成の説明図である。 実施例５のマグネットローラの構成の説明図である。 現像スリーブ表面における磁極ごとの長手方向の磁束密度分布の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、マグネットローラの端部における外周面から離れた位置でマグネットローラの磁束密度分布が調整されている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、二成分現像剤のみならず一成分現像剤を使用する現像装置でも実施できる。二成分現像剤のものにおいては、現像室と撹拌室を上下に配置する縦型の現像装置みならず、現像室と撹拌室を水平に並べて配置する横型の現像装置でも実施できる。そのような現像装置は、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型、枚葉転写型の画像形成装置において、区別無く実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。

なお、特許文献１、２に示される現像装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

中間転写ベルト５は、ローラ６１、６２、６３に懸架され、矢印Ｒ２方向に移動自在とされる。画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。

中間転写ベルト５に転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ二次転写される。ピックアップローラ１３によって記録材カセット１２から取り出された記録材Ｐは、分離ローラ１１で１枚ずつに分離して、レジストローラ１４へ給送される。レジストローラ１４は、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り出す。トナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置１６で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に、排出トレイ１７へ排出される。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色が異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、画像形成部Ｐａの構成部材に付した符号末尾のａをｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。

画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、コロナ帯電器２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ６ａ、ドラムクリーニング装置１９ａを配置している。

感光ドラム１ａは、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を持たせた感光層が形成され、所定のプロセススピードで矢印方向に回転する。コロナ帯電器２ａは、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤに帯電させる。露光装置３ａは、レーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。現像装置４ａは、静電像を現像して、感光ドラム１ａの表面にトナー像を形成する。

一次転写ローラ６ａは、中間転写ベルト５の内側面を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト５との間にトナー像の転写部を形成する。一次転写ローラ６ａに正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１ａに担持された負極性のトナー像が中間転写ベルト５へ一次転写される。ドラムクリーニング装置１９ａは、記録材Ｐへの転写を逃れて感光ドラム１ａに残った転写残トナーを回収する。

なお、本実施形態では、像担持体としてドラム状の有機感光体である感光ドラム１ａを使用したが、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用してもよく、ベルト状の感光体を用いることも可能である。帯電方式、現像方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、上記方式に限られるものではない。

＜現像装置＞
図２は長手方向に垂直な断面における現像装置の構成の説明図である。図３は長手方向に沿った断面における現像装置の構成の説明図である。図２に示すように、現像装置４ａは、現像剤として非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を使用する。現像装置４ａは、現像スリーブ２８にトナーとキャリアを含む現像剤を担持して感光ドラム１ａの静電像を現像する。感光ドラム１ａは、矢示Ｒ１方向に２７３ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で回転する。現像容器２２は、現像スリーブ２８に現像剤を供給する現像室２３と現像スリーブ２８から現像剤を回収する攪拌室２４とを縦に並べて配置する。

図３に示すように、現像容器２２を隔壁２７で仕切って構成される現像室２３と攪拌室２４は、現像剤を撹拌しつつ搬送する現像剤の循環経路を構成している。現像室２３の下方に攪拌室２４が配置され、現像室２３には現像スクリュー２５が回転可能に設けられ、攪拌室２４には攪拌スクリュー２６が回転可能に設けられている。現像スクリュー２５と攪拌スクリュー２６は、現像室２３と攪拌室２４の現像剤を逆方向に搬送して、現像容器２２内を循環させる。隔壁２７は、長手方向の両端部で垂直方向に現像剤を受け渡す開口部２７Ａ、２７Ｂを設けられている。

図２に示すように、現像容器２２の感光ドラム１ａに対向する領域に現像スリーブ２８が回転可能に配置されている。現像容器２２の感光ドラム１ａに対向した現像領域に相当する位置に開口部があり、この開口部に現像スリーブ２８が感光ドラム１ａ方向に一部露出するように回転可能に配設されている。現像スリーブ２８は、アルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成され、直径は２０ｍｍ、感光ドラム１ａの直径は８０ｍｍである。現像スリーブ２８と感光ドラム１ａとの最近接領域を約３００μｍの距離とすることによって、現像部に搬送した現像剤を感光ドラム１ａと接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。

現像領域では、現像スリーブ２８は、感光ドラム１ａの表面の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光ドラム１．７５倍である。この周速比は、０〜３．０倍の間で設定され、好ましくは、０．５〜２．０倍の間に設定される。周速比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。

現像スリーブ２８の内側には、非磁性体の現像スリーブ２８に現像剤を拘束するため、表面に複数の磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３を配置して非回転に支持されたマグネットローラ２９が配置される。現像極Ｓ２は、現像部における感光ドラム１に対向して配置される。磁極Ｓ１は、規制ブレード３０に対向して配置される。磁極Ｎ２は、磁極Ｓ１、Ｓ２の間に配置される。磁極Ｎ１及びＮ３は、現像室２３及び攪拌室２４にそれぞれ対向して配置される。各々の磁極の磁束密度の大きさは４０ｍＴ〜７０ｍＴとしたが、現像に供されるＳ２極は１００ｍＴとした。

現像スリーブ２８は、マグネットローラ２９の磁界によって現像剤を担持して矢印Ｒ２８方向に回転し、規制ブレード３０による磁気ブラシの穂切りによって現像剤の層厚を規制される。規制ブレード３０は、現像スリーブ２８の長手方向軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性材料で構成され、感光ドラム１ａよりも現像スリーブ回転方向上流側に配設されている。規制ブレード３０の先端部と現像スリーブ２８との間を現像剤のトナーとキャリアの両方が通過して現像領域へと送られる。

規制ブレード３０の現像スリーブ２８の表面との間隙（ギャップ）を調整することによって、現像スリーブ２８上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。規制ブレード３０と現像スリーブ２８は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。ここでは、５００μｍに設定して、規制ブレード３０によって、現像スリーブ２８上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ^２に規制している。

現像スリーブ２８は、規制ブレード３０によって層厚を規制された二成分現像剤を、感光ドラム１ａと対向した現像領域に搬送し、感光ドラム１ａ上に形成された静電像に現像剤を供給してトナー像に現像する。現像部では、マグネットローラ２９の磁極Ｓ２によって穂立ちした二成分現像剤の磁気ブラシが感光ドラム１ａの表面を摺擦する。この時、現像効率、つまり、静電像へのトナーの付与率を向上させるために、電源Ｄ２８は、直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した振動電圧を、現像バイアス電圧として現像スリーブ２８に印加する。ここでは、−５００Ｖの直流電圧Ｖｄｃと、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧を用いたが、直流電圧、交流電圧条件は、これに限られるものではない。

このような二成分磁気ブラシ現像法においては、一般的に、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆に画像の白地部にトナーが付着するかぶり画像が発生し易くなる。このため、現像スリーブ２８に印加する直流電圧Ｖｄｃと感光ドラム１ａの帯電電位（即ち白地部電位）との間にかぶり取り電位Ｖｂａｃｋを設けることにより、かぶり画像を防止している。

＜従来のマグネットローラ＞
図４は従来のマグネットローラの構成の説明図である。図５はマグネットローラの境界条件の説明図である。図６は現像スリーブ表面における長手方向の磁束密度分布の説明図である。

図４に示すように、従来のマグネットローラ１２９は、非磁性体の支持シャフト１４０の周囲に磁性体からなる複数のマグネットピース１４１を放射状に貼り付けて構成している。マグネットローラ１２９は、長手方向のどの部分においても、場所に拠らずほぼ同様の磁極断面パターンが得られる必要がある。このため、複数のマグネットピース１４１は、各々支持シャフト１４０の長手方向で磁束密度の大きさが変化しないように磁化を調整されている。

図５に示すように、マグネットローラ１２９の任意の部分を輪切りにして磁界を考えると、マグネットローラ１２９が周囲の空間に形成する磁力線（磁束）は専らマグネットローラ１２９の周方向に形成され、長手方向には形成されない。長手方向に隣接する断面の磁化が等しいため、長手方向の磁化（磁束密度差）が０となって長手方向の磁束が形成されないからである。

言い換えれば、マグネットローラ１２９の磁極の断面構成が支持シャフト１４０方向で変化しない場合、任意の輪切り断面に対して周期境界条件を適用できるため、マグネットローラ１２９の長手方向には磁力線が伸びない。なぜなら、仮に長手方向に磁力線が伸びるとすると、周期境界条件が適用可能な対称性が失われることとなり、矛盾が生じるからである。

したがって、マグネットローラ１２９の端部を除いた大部分に関して言えば、周期境界条件が適用できるため、マグネットローラ１２９の長手方向に磁力線が伸びない。しかし、マグネットローラ１２９の端部においては、周期境界条件が適用できないため、上記議論が成り立たない。マグネットローラ１２９の端部においては、外側に向かって伸びる磁束や端面を周回して中心側へ回り込む磁束が追加的に発生する。マグネットローラ１２９の端部においては、マグネットローラ１２９の周方向だけでなく、長手方向にも磁力線が形成されるため、内側の部分よりも磁束密度が高くなる。

図６に示すように、現像スリーブの表面に沿って長手方向にホール素子を移動させて現像スリーブの表面における長手方向の磁束密度分布を測定した。その結果、マグネットローラ１２９の端部に対応する長手方向の位置で、磁束密度が局所的に高まって磁気特性が盛り上がっていることが確認された。このような磁気特性の盛り上がりは、エッジ効果と呼ばれている。

このようなエッジ効果があると、マグネットローラ１２９の端部に対応する位置の現像スリーブ表面のみ現像剤の穂立ち量が多くなる。現像剤の穂立ち量が多くなると、その部分のみ現像スリーブに対向する感光ドラムに強く接触して、著しい場合には現像剤が感光ドラム表面を傷付けてしまう恐れがある。

仮に感光ドラムが傷つかないとしても、エッジ効果のような急激な磁束密度の変化は、現像スリーブ上の現像剤量の急激な変化を引き起こすので、部分的に現像性の差が生じ、結果として濃度差として認識される不良画像となりやすい。

また、現像剤が感光ドラムへ移行し易くなる結果、図１に示すように、現像装置４ａよりも下流に存在するドラムクリーニング装置１９ａ、二次転写ローラ１０、定着装置１６などに影響を与える恐れもある。

＜比較例＞
図７は比較例のマグネットローラの構成の説明図である。図８は永久磁石が発生する磁束の説明図である。図９は磁化方向に永久磁石を短くする効果の説明図である。図１０は現像スリーブ表面における長手方向の磁束密度分布の説明図である。

上述したように、特許文献１（特開平１−１１５１０９号公報）及び特許文献２（特開平１０−９１００２号公報）では、マグネットローラ２９の両端部の外径を小径にすることで、エッジ効果による磁気特性の盛り上がりを補正する提案がされている。

図７に示すように、マグネットローラ２９の両端部の外径を中央部よりも小径に構成して、エッジ効果の無い長手方向で平坦な磁気特性が得られるようにしている。マグネットピース４１の磁力は、マグネットピース４１の体積の増減に対応して変化するため、マグネットピース４１の体積を変更することで、磁束密度を減らすことが可能である。マグネットローラ２９の両端部でマグネットローラ２９の外径をなだらかに小さくすることで、エッジ効果による両端部の磁気特性を補正して磁気特性の盛り上がりを軽減することができる。

図８に示すように、この点について詳しく述べると、一般的な永久磁石の磁束密度は磁束線の密度によって定義されるが、磁束線は磁力線と磁力線の（ベクトル的な）足し合わせとして表すことができる。これは、磁束密度Ｂが磁場Ｈと磁化Ｍ（に透磁率μをかけたもの）の足し算（Ｂ＝Ｈ＋μＭ）で表現できることに対応する。図８には棒磁石を例にしてこれらの関係を表現した。

磁束線は、その性質として、磁束に関するガウスの法則ｄｉｖＢ＝０（磁束保存の式）を満たすことから、すべての点において湧き出しも吸い込みもないことが特徴である（磁荷が存在しないことと同義）。つまり、永久磁石の内部の磁化Ｍが変化すると、磁束線が保存されることから外部の磁化も変化することとなる。

図９に示すように、したがって、永久磁石の長さを変化させて、磁石の体積を小さくすると、永久磁石の磁化Ｍも小さくなるので、磁石外部の磁束線も変化し、磁束密度が小さくなる。マグネットローラ２９の両端部の外径を小さくする構成では、両端部においてマグネットピース４１の体積が小さくなるので、端部の磁束密度は小さくなり、エッジ効果による磁気特性の盛り上がりが軽減される。

しかし、発明者らの検討によれば、このような構成においても、直径の変化する部分に対応してリップル状の急激な磁気特性の変化が生じ易く、平坦化という目的に対して未だ十分な構成とは言い難いことがわかった。図７の構成では、発明者らの検討によると、現像スリーブ表面で測定した磁束密度の長手方向の分布は、完全に平坦にはならずに、リップル状の盛り上がりが残り易いことがわかった。

図１０に示すように、マグネットローラ２９の両端部の外径を小さくした場合についても、現像スリーブ２８の表面に沿って長手方向にホール素子Ｈを移動させて現像スリーブ２８の表面における長手方向の磁束密度分布を測定した。その結果、マグネットローラ２９の端部の角部に対応する位置の磁気特性の盛り上がりは補正できている。しかし、マグネットローラ２９の端部の内側に、リップル状の出っ張りが新たに生じている。これは、径の変化するエッジ部に磁力線が集中し易いことによる。エッジ部に磁力線が集中し易い理由は、外径が変化した部分では、上述したように、周期境界条件が適用できないことによる。

リップル形状の急激な磁気特性の変化が生じる理由は、マグネットローラ２９の径が変化する部分に、磁力線（磁束）が集中し易いためである。直径の変化する部分では周期境界条件が成立しないことから、磁力線（磁束）が周方向だけでなくマグネットローラ２９の長手方向にも回り込み始めて磁束密度が高くなる。さらに、現像スリーブ２８表面に近いマグネットローラ２９の外径部分を変化させているため、磁気特性の変化が現像スリーブ２８表面位置の磁束密度に影響を与え易いことも大きく関係している。

現像スリーブ２８が現像剤を保持するのは、現像スリーブ２８の表面なので、マグネットローラ２９によって形成する磁界のうち、現像スリーブ２８表面位置の磁気特性が最も重要である。従って、磁気特性のリップル状の盛り上がりの解決には、マグネットローラ２９が作る磁界のうち、現像スリーブ２８の表面位置の磁束密度を平坦化することが必要である。

この点、図１０に示すように、マグネットローラ２９の外径を変化させた場合、現像スリーブ２８の表面位置に近い部分で直径が変化するエッジ部分が新たに追加されている。このため、マグネットローラ２９の長手方向の磁力線（磁束）の回り込みが現像スリーブ２８の表面位置の磁束密度に影響を及ぼして、直径が変化する部分に対応してリップル状の急激な磁気特性の変化が生じ易くなる。

磁気特性のリップル状の変化は、先にも述べたように濃度差を伴う不良画像となりやすい懸念がある。このため、特許文献１、２に提案される構成では、エッジ効果による磁気特性の盛り上がりに対する対策としては未だ十分とは言い難い。

そこで、以下の実施例では、マグネットローラの両端部におけるエッジ効果を抑制することで、現像剤の穂立ちの状態を改善し、これによって良好な画像形成状態を維持している。

＜実施例１＞
図１１は実施例１のマグネットローラの構成の説明図である。図１２は現像スリーブ表面における長手方向の磁束密度分布の説明図である。

図１１に示すように、磁性部材の一例であるマグネットローラ２９は、現像剤担持体の一例である現像スリーブ２８の内側に非回転に配置され、両端面まで均一な直径の円柱状の外周面を持たせて形成されている。マグネットローラ２９は、長手方向の端部の方が中央部よりも、現像スリーブ２８の回転中心側を占めるマグネットローラ２９の体積が少ない。

マグネットローラ２９は、中心を貫通させた支持シャフト４０の周囲に、軸垂直断面形状が扇形のマグネットピース４１を複数配置して構成される。マグネットピース４１は、長手方向の端面の支持シャフト４０に隣接する扇形の中心部分で磁性材料の体積が除去されている。

実施例１のマグネットローラ２９について詳しく説明する。マグネットローラ２９の中心部には、丸軸の支持シャフト４０が設けられている。実施例１においては、図２に示すように磁極は５個で構成されているので、支持シャフトの周りに５つの磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３を形成すべく、各々の磁極に対応する位置に５個のマグネットピース４１を貼り合わせて構成されている。

なお、磁極の数が５個でなくとも、また、マグネットピースの数が５個でなくとも、さらに、マグネットピースを貼り合せる構成でなくとも、本発明が適用可能なこことは言うまでもない。

支持シャフト４０としては、実施例１においてはステンレススチールを用いたが、これに限られるものではなく、例えば鉄のような金属などある程度の剛性を持つ材料であれば、何を用いてもかまわない。形状に関しても、実施例１においては丸軸としたが、その他の形でもかまわない。

マグネットピース４１は、特許文献１に示されるように、樹脂やゴム等をベースにした樹脂磁石や焼結磁石等の周知の磁石で構成すればよい。実施例１においては、個々のマグネットピース４１を扇形が延伸した形状に形成し、これらを支持シャフト４０に接着剤等で放射状に貼り合わせてマグネットローラ２９を構成した。

ここで、図４のマグネットローラ１２９のように、マグネットピース１４１の断面形状を両端部も含めて長手方向全域にわたり同一形状に形成すると、両端部においてエッジ効果による磁気特性の盛り上がりが発生してしまう。

また、図７のマグネットローラ２９のように、マグネットローラ２９の両端部においてマグネットピース４１の外周を切り欠くことで体積を減らした場合、両端部の内側に磁気特性のリップル状の変化が発生してしまう。

図１１に示すように、そこで、実施例１では、マグネットローラ２９の外径部分を切り欠くのではなく、内側を切り欠くことで体積を減らしている。マグネットピース４１の外径部分ではなく内側を切り欠いても、マグネットローラ２９の両端部でマグネットピース４１の体積が減っている。このため、外径部分を切り欠いた時と同様に、マグネットピース４１の外部における磁束密度を減らすことが可能である。これは、先に述べた磁束線の保存の観点からも理解できる。

図１２に示すように、実施例１のマグネットローラ２９についても、現像スリーブ２８の表面に沿って長手方向にホール素子Ｈを移動させて現像スリーブ２８の表面における長手方向の磁束密度分布を測定した。図１２には、実施例１のマグネットローラ２９の断面図に対応させて現像スリーブ２８の表面における長手方向の磁束密度分布の測定値が表されている。実施例１の切り欠き構成によれば、両端部において元々存在するエッジ効果による磁気特性の盛り上がりを軽減することができるため、マグネットローラ２９の端部において平坦な磁気特性を得ることが可能となる。

また、この時、外径を変化させた場合のようなリップル状の磁気特性の変化は見られなかった。実施例１においても、マグネットピース４１の内側の切り欠き部分では、支持シャフト４０の軸方向への磁力線（磁束）の回り込みが存在する。

しかし、回り込みの存在する位置が現像スリーブ２８の表面から大きく離れているため、現像スリーブ２８の表面では影響をほとんど受けない。そのため、外径を変化させた場合のようなリップル状の急激な磁気特性の変化は見られない。

実施例１のマグネットローラ２９によれば、マグネットピースの長手両端部の支持シャフト側内面を切り欠くことで、現像スリーブ近傍に新たな磁束線の回り込みを発生させることなく、エッジ効果を抑制できる。これによって、現像剤の穂立ちの状態を改善し、良好な画像形成状態を維持することができる。

実施例１では、マグネットローラ２９を構成するマグネットピース４１の材質は、樹脂マグネットとしたが、例えば焼結フェライトマグネットでもかまわない。ただし、焼結マグネットはもろく破損しやすい欠点があり、また、焼結時に収縮しやすく、マグネット形状制御に限界がある。そのため、両端部形状を変化させてエッジ効果の補正を行う実施例１の構成には、形状を制御しやすい樹脂マグネットが適している。

実施例１では、複数のマグネットピースを貼り合わせてマグネットローラ２９を構成したが、マグネットローラ２９の全体を一体に構成した場合にも、本発明は適用可能である。

＜実施例２＞
図１３は実施例２のマグネットローラの構成の説明図である。図１２に示すように、実施例１のマグネットローラ２９においては、マグネットピース４１の両端部を一定の深さまで長手方向に均一な厚みで円柱状に切り欠いていた。

図１３に示すように、実施例２では、マグネットピース４１の両端部をテーパー状に切り欠いている。このような構成においては、エッジ効果が端部に行くほど顕著になることにうまく対応して磁気特性を平坦化することが可能である。また、切り欠いたエッジ部がなだらかなので、製造時の取り扱い時において、衝突破損などのおもわぬ事故を抑制することも可能である。

＜実施例３＞
図１４は実施例３のマグネットローラの構成の説明図である。実施例１、２においては、マグネットピース４１の内側のみ切り欠いて、外径は両端部を含めて全体が一定に形成されている。これは、先に述べたように、現像スリーブ２８に近い位置でマグネットローラ２９の直径を変化させると、その部分で、リップル状の磁気特性変化が発生するからである。

しかし、エッジ効果が大きく、内側の切り欠きだけでエッジ効果による磁気特性の盛り上がりを軽減できない場合などは、マグネットピース４１の内側のみ切り欠いても対処できない場合がある。

図１４に示すように、そこで、実施例３では、内側だけでなく外径部分を同時に少し変化させている。内側と外径を同時に変化させると、マグネットピース４１の体積減少による磁束密度軽減効果とともに、マグネットピース４１が現像スリーブ２８の表面から離れることによる軽減効果も期待できる。このため、二重の意味で磁束密度を減らすことができて有利である。このような場合でも、外径のみを変化させた場合に比較すれば、リップル状の磁気特性の発生を軽減しつつ、エッジ効果による磁気特性の盛り上がりを抑制することが可能である。

＜実施例４＞
図１５は実施例４のマグネットローラの構成の説明図である。実施例１、２、３では、マグネットピース４１の端部を切り欠いた後の開口部をそのまま放置していた。

図１５に示すように、これに対して、実施例４では、マグネットピース４１の磁性材料が除去された体積が非磁性材料で埋め合わせられている。切り欠いて形成された開口部に非磁性材料の詰め物を配置している。

実施例４では、マグネットローラ２９の内側を切り欠くことで課題の解決を行うが、内側を切り欠くと、その切り欠き部分が支持シャフト４０と接着されていないため、強度的に不安が残る。

そこで、実施例４においては、切り欠き形状に合わせて支持シャフト４０を膨らまし、その膨らました支持シャフト４０にマグネットピース４１を接着する構成とした。これにより、強度的な懸念を無くすことができる。

具体的には、図１５に示すように、支持シャフト４０とは別に、切り掻き形状に合わせた円筒状の埋め部材４２を用意した。そして、支持シャフト４０にマグネットピース４１を貼り付けた後に、支持シャフト４０に円盤状の埋め部材４２を通して支持シャフト４０の直径を部分的に膨らましている。そして、埋め部材４２と支持シャフト４０およびマグネットピース４１は、接着剤で貼り合わせた。

この時、埋め部材４２は非磁性材料であることが望ましい。埋め部材４２を磁性材料とすると、磁性材料が磁化されて磁石外部の磁束密度が増加するため、エッジ効果による磁気特性の盛り上がりを軽減しづらいからである。実施例４においては、埋め部材４２を非磁性材料であるＡＢＳ樹脂で構成した。ちなみに、埋め部材４２と支持シャフト４０は最初から一体構成としても構わない。

なお、支持シャフト４０に関しても、同様な理由で非磁性で構成するほうが好ましく、実施例４においては先に述べたようにステンレススチールで構成した。

＜実施例５＞
図１６は実施例５のマグネットローラの構成の説明図である。図１７は現像スリーブ表面における磁極ごとの長手方向の磁束密度分布の説明図である。

実施例１、２、３、４では、支持シャフト４０の周囲に配置された５個のマグネットピース４１の端部の中心側を同一直径に切り欠いていた。これに対して、実施例５では、外周面がＮ極のマグネットピース３個については外周面がＳ極のマグネットピース２個よりも切り欠きの直径を大きくしている。

図１６の（ａ）に示すように、マグネットローラ２９は、回転する現像スリーブ（２８）の表面との距離を一定に保てるように、全体が円柱状に形成されている。このため、マグネットローラ２９の長手方向の端面の角部では、端面に沿って中心へ向かう磁束の回り込みが発生して、内側の円筒面上よりも磁束が多く発生する。永久磁石の磁極面のエッジ部分では、磁極面の内側よりも磁束が集中して磁化が高まるからである。

図７に示すように、特許文献２では、マグネットローラ２９の長手方向の端面の角部における磁化の高まりはＮ磁極とＳ磁極とで同一であると想定して、マグネットローラ２９の端部をＮ磁極もＳ磁極も一様なテーパ状に仕上げていた。

しかし、図７のマグネットローラ２９の長手方向の磁束密度分布を測定したところ、Ｎ磁極とＳ磁極とではマグネットローラ２９の長手方向の端面の角部における磁化の高まりパターンが異なることが判明した。

図１７の（ｂ）に示すように、Ｎ磁極のマグネットピース４１に沿ってホール素子Ｈを移動させて現像スリーブ２８表面の長手方向の磁束密度分布を測定した。その結果、マグネットローラ２９の端部に相当する位置では磁束密度の大きな高まりが観察された。

しかし、図１７の（ｃ）に示すように、Ｓ磁極のマグネットピース４１に沿って現像スリーブ２８表面の長手方向の磁束密度分布を測定したところ、マグネットローラ２９の端部に相当する位置では磁束密度の高まりが観察されなかった。

これは、図２に示すように、マグネットローラ２９の外周面のＮ磁極数がＳ磁極数よりも多いため、マグネットローラ２９の中心側では逆にＳ磁極数がＮ磁極数よりも多くなるためである。中心側がＳ磁極に偏っているため、マグネットローラ２９の端面を回り込む磁束は、外周面のＮ磁極を起点とするほうが、Ｓ磁極を終点とするよりも多くなるからである。

そこで、外周面がＮ磁極のマグネットピース４１の端部をテーパ状に切り欠く一方、外周面がＳ磁極のマグネットピース４１は、端部を円柱面のままにして貼り合せることが提案された。端部に対応した磁気力の盛り上がりが形成されない外周面がＳ磁極のマグネットピース４１では、磁気力の盛り上がりを相殺するために直径を小さくする必要が無いからである。

しかし、この場合、マグネットローラ２９の端部には、Ｎ極とＳ極の境界に周方向の新たな段差が形成されてしまい、現像スリーブ２８の表面には、段差に対応した新たな現像剤の担持ムラが形成される結果となった。

そこで、実施例５では、図１６の（ａ）に示すように、外周面が第１極性の一例であるＮ磁極のマグネットピース（第１のマグネット部）４１の端部の中心側を実施例２と同様にテーパ状とする一方、外周面が第２極性の一例であるＳ磁極のマグネットピース（第２のマグネット部）４１は、端部を円柱面のままにしている。また、外周面がＮ磁極のマグネットピース４１のテーパ状に切り欠いた部分には、非磁性体の樹脂を充填して、外見的には切り欠きが無い構成とした。

なお、マグネットローラ２９の円周面におけるＮ磁極とＳ磁極は、個数が異なる場合の他、それぞれの合計面積が異なる場合もある。個数や外周面に占める合計面積が同一の場合でも、磁化の強さや配置の間隔によって磁極の端部の角部の磁束密度に違いが発生する。そして、このような場合も、実施例２のように、マグネットローラの内周面を均等に切り欠くと、マグネットローラの端部における磁束密度の低下量が磁極ごとに不足したり過剰になったりする可能性がある。そのため、支持シャフト４０に隣接した部分を磁極ごとに最適化した体積で切り欠くことが有効である。

実施例５では、マグネットローラ２９は、外周面に配置されたＮ磁極の数とＳ磁極の数が異なる。外周面に配置された同一の磁極数が多いＮ磁極のマグネットピース４１は、外周面に配置された同一の磁極が少ないＳ磁極のマグネットピース４１よりも長手方向の端部における磁性材料の除去量が多い。

実施例５によれば、マグネットローラ２９の外周面に余計な段差を形成することなく、マグネットローラ２９の端部の磁束密度を磁極ごとに適正化することを容易にして、現像剤の劣化や現像ムラを軽減できる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 感光ドラム
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 現像装置
２２ 現像容器、２３ 現像室、２４ 撹拌室
２５ 現像スクリュー、２６ 撹拌スクリュー
２８ 現像スリーブ、２９ マグネットローラ
４０ 支持シャフト、４１ マグネットピース、４２ 埋め部材

Claims (14)

1. 現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の内側に配置されたマグネット部材と、を備えた現像装置において、
   前記マグネット部材は、外表面が第１極性である第１のマグネット部と、外表面が前記第１極性とは異極となる第２極性である第２のマグネット部と、を有し、
   前記マグネット部材の長手方向中央部において、前記マグネット部材の長手方向と直交する断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、
   前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネット部材の中心から離れた位置にあり、かつ、前記断面をみたとき前記外表面に向かって凹んだ円弧状を為している、ことを特徴とする現像装置。
2. 現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の内側に配置されたマグネット部材と、を備えた現像装置において、
   前記マグネット部材の長手方向と直交する断面において、前記マグネット部材の中心側を占める領域の面積は、前記マグネット部材の長手方向中央部よりも長手方向両端部の方が少なく、
   前記マグネット部材は、外表面が第１極性である第１のマグネット部と、外表面が前記第１極性とは異極となる第２極性である第２のマグネット部と、を有し、
   前記マグネット部材の長手方向中央部において、前記マグネット部材の長手方向と直交する断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、
   前記断面に占められる前記第１のマグネット部の割合は、前記マグネット部材の長手方向中央部よりも端部の方が小さくなるように、前記マグネット部材の長手方向両端部の内表面は、前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネット部材の中心から離れた位置に設けられていることを特徴とする現像装置。
3. 前記マグネット部材は、中心を貫通させた支持シャフトの周囲に、前記支持シャフトの軸に垂直な断面形状が扇形のマグネットピースを複数配置して構成され、
   前記第１のマグネット部に対応する前記マグネットピースは、前記マグネット部材の長手方向の両端面における前記扇形の中心側に切欠きが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記切欠きは非磁性材料で埋め合わせられていることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 前記マグネット部材の外表面は、同一直径である円柱形状の表面に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記マグネット部材の長手方向の両端で実質的に同一形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記マグネット部材の長手方向端部に向かうほど前記マグネット部材の中心から離れるようにテーパ部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 外表面が第１極性である第１のマグネット部と、
   外表面が前記第１極性と異極の第２極性である第２のマグネット部と、を周方向に備えたマグネットローラにおいて、
   前記マグネットローラの長手方向中央部において、前記マグネットローラの長手方向と直交する断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、
   前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネットローラの中心から離れた位置にあり、かつ、前記断面をみたとき前記外表面に向かって凹んだ円弧状を為している、ことを特徴とするマグネットローラ。
9. 外表面が第１極性である第１のマグネット部と、
   外表面が前記第１極性と異極の第２極性である第２のマグネット部と、を周方向に備えたマグネットローラにおいて、
   前記マグネットローラの長手方向と直交する断面において、前記マグネットローラの中心側を占める領域の面積は、前記マグネットローラの長手方向中央部よりも両端部の方が少なく、
   前記マグネットローラの長手方向中央部において、前記断面に占められる前記第１のマグネット部の割合の方が、前記断面に占められる前記第２のマグネット部の割合よりも大きく、
   前記断面に占められる前記第１のマグネット部の割合は、前記マグネットローラの長手方向中央部よりも前記長手方向両端部の方が小さくなるように、前記マグネットローラの長手方向両端部の内表面が前記長手方向中央部の内表面よりも前記マグネットローラの中心から離れた位置に設けられていることを特徴とするマグネットローラ。
10. 前記マグネットローラは、中心を貫通させた支持シャフトの周囲に、前記支持シャフトの軸に垂直な断面形状が扇形のマグネットピースを複数配置して構成され、
    前記第１のマグネット部に対応する前記マグネットピースは、前記マグネットローラの長手方向の両端面における前記扇形の中心側に切欠きが設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載のマグネットローラ。
11. 前記切欠きは、非磁性材料で埋め合わせられていることを特徴とする請求項１０に記載のマグネットローラ。
12. 前記マグネットローラの外表面は、同一直径である円柱形状の表面に沿うように形成されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のマグネットローラ。
13. 前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記マグネットローラの長手方向の両端で実質的に同一形状であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のマグネットローラ。
14. 前記第１のマグネット部の長手方向両端部の内表面は、前記マグネットローラの長手方向端部に向かうほど前記マグネットローラの中心から離れるようにテーパ部を有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のマグネットローラ。
    

Images