JPH1124408A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用
い、静電潜像を可視化する現像装置において、現像剤の
劣化を低減するとともに、画質欠陥やキャリア付着のな
い良好な画像を安定して得る。 【解決手段】 像担持体１と近接・対向するように配置
される現像剤担持体１２が磁気記録層１２ｂと導電層１
２ａとを有し、この磁気記録層にはＮ極とＳ極とが交互
に着磁されている。そして、隣り合う磁極間の距離Ｐが
２５μｍ〜２５０μｍで、トナーの粒径ｄ、キャリアの
粒径Ｄとの関係は、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ となっている。このような磁極による磁力は現像剤担持
体の表面から垂直方向に急激に減衰し、現像剤担持体の
表面にはほぼ均一な薄い現像剤層が形成され、機械的な
層厚規制は不要となる。また、磁気拘束力により現像剤
担持体の周面にほぼ固定された状態となり、キャリアの
像担持体１への付着等が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真記録装置
又は静電記録装置等で用いられ、静電電位の差による潜
像にトナーを選択的に転移させて可視化する現像装置に
係り、特に磁性キャリアとトナーとを混合した二成分現
像剤を用いる現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機・プリンタ等の画像形成装置とし
ては、電子写真式又は静電記録式の装置が広く用いられ
ている。このような装置は像担持体上に静電潜像を形成
し、これにトナーを転移して可視像とした後、このトナ
ー像を記録用紙等に転写するように構成されている。

【０００３】上記像担持体上の静電潜像を可視化する現
像装置には、トナー及び磁性キャリアからなる二成分現
像剤を像担持体表面に接触させ、トナーの転移によって
現像を行ういわゆる接触型二成分現像装置がある。 この
現像装置は、現像剤中におけるトナー濃度の制御が必要
であること、現像剤の攪拌機構が必要となり装置が大型
化するという課題を有するものの、画質特性および現像
剤の搬送性等の点で優れており、現像装置の主流となっ
ている。

【０００４】図１１は、上記接触型二成分現像装置の一
例を示す概略構成図であり、磁石ロール４０１ａとその
周囲で回転駆動するスリーブ４０１ｂとを備えた現像ロ
ール４０１（現像剤担持体）を有している。また、スリ
ーブ４０１ｂの周面に二成分現像剤を供給する供給部材
４０２と、トリマと称される層厚規制部材４０３とを備
えており、これによってスリーブ上に適切な厚さの現像
剤層を形成する。このようにして形成された現像剤層は
磁石ロール４０１ａによる磁界に従ってキャリアが穂状
に連なったいわゆる磁気ブラシを形成し、像担持体４１
０との対向位置でこの像担持体４１０と接触してトナー
を転移するようになっている。

【０００５】このような接触型二成分現像装置では、像
担持体の表面を現像剤の磁気ブラシが機械的に摺擦する
ため、磁気ブラシによるいわゆる刷毛跡や掃き寄せ等の
画質欠陥が生じやすい。そこで、接触型二成分現像装置
において上記画質欠陥を回避する方法や、像担持体表面
に現像剤を接触させずに現像する、いわゆる非接触型二
成分現像装置も多数提案されている。

【０００６】例えば特公平８−３３６９１号公報に開示
される現像方法では、現像剤担持体上にトナー層と、ト
ナーと磁性キャリアとで形成されている磁気ブラシ層と
を有し、該現像剤担持体に交流成分と直流成分からなる
バイアス電界を印加しながら像担持体上の静電潜像を現
像するものであり、現像部における像担持体と現像剤担
持体とで形成される空間の容積に対して、該現像部に存
在する磁性キャリアの占める体積を１．５％乃至３０％
とし、かつ該現像部において前記交流バイアスの作用に
よって磁性キャリアへの電荷注入を生じさせる。そし
て、電荷を保持した磁性キャリアを前記現像剤担持体と
前記像担持体との間で往復・振動させ、現像部において
現像剤担持体上のトナー及び磁性キャリア表面に担持さ
れるトナーを像担持体に転移させるように構成したもの
である。

【０００７】この方法は、現像部に存在する磁性キャリ
アの占める体積すなわち充填率を比較的低く設定するこ
とにより、磁気ブラシの機械的な摺擦を軽減させて前記
画質欠陥の抑制を図るものである。この際、磁気ブラシ
が疎になり穂立ち間隔すなわち磁気ブラシの隙間部分が
広がることにより生じる現像性能の低下を、磁性キャリ
アの往復・振動運動、及び、磁気ブラシの隙間部分にト
ナー層を形成してこのトナーを現像に供することにより
補い、高濃度での画像再現を図っている。

【０００８】また、特公平３−２３０４号公報に開示さ
れる非接触型二成分現像装置は、絶縁性磁性キャリアを
使用し、現像バイアスの交流成分の振幅をＶ_AC（Ｖ）、
周波数をｆ（Ｈｚ）、像担持体と現像剤担持体との間隙
をｄ（ｍｍ）としたとき、 ０．２ ≦ Ｖ_AC／（ｄ・ｆ） ｛（ Ｖ_AC／ｄ）−１５００｝／ｆ ≦ １．０ を満たすように構成されている。この画像形成装置は、
現像バイアスの交流成分の周波数、振幅等を適切に選択
することによって画像の乱れや混色を防止しようとする
ものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
８−３３６９１号公報に開示される方法では、トナーと
キャリアとの摩擦帯電によって生じるキャリアの表面電
荷量と、現像部でのキャリアへの注入電荷量とが、環境
の変化や時間の経過にともなって変動し、磁性キャリア
の現像部における往復・振動運動の状態が変化する。こ
のため、画像濃度の安定性に欠けるという難点がある。

【００１０】さらに、磁気ブラシの機械的な摺擦は軽減
されてはいるものの、磁性キャリアと像担持体との接触
は存在するため、通常の接触型二成分現像装置に比べれ
ば軽微ではあるが、前記刷毛跡や掃き寄せ等の画質欠陥
は依然として存在し、高画質化に対して難点を有してい
る。

【００１１】また特公平３−２３０４号公報に開示され
る装置では、非接触型とすることにより前記刷毛跡や掃
き寄せ等の画質欠陥の発生は回避されるものの、像担持
体へ磁性キャリアが付着するいわゆるキャリア付着が生
じやすいという難点を有している。

【００１２】このキャリア付着は、上記公報に開示され
る方法に限らず、二成分現像装置においては、一般的に
生じやすい問題点である。特に、低湿度環境において
は、トナーの帯電量が増加するため、これにともなって
摩擦帯電されるキャリアに対するクーロン力の働きが強
くなり、その結果像担持体へのキャリアの付着が生じや
すくなる。また、経時的にトナーの帯電量が増加した場
合においても同様の現象が起こる。

【００１３】このようなキャリアの感光体への付着は、
線画像の周縁部や線間部に生じやすく、特に画数の多い
漢字等の空間周波数の高い画像で発生しやすい。これ
は、静電潜像の画像部と背景部との境界（縁）でいわゆ
るフリンジ電界が生じ、画像の周縁部では、トナーと逆
極性に帯電した磁性キャリアに対して静電吸引力が作用
するためである。

【００１４】キャリア付着が生じると、像担持体上に転
移した磁性キャリアがトナー像と共に転写域にて記録用
紙に接することになるため、トナー像の欠けや抜けが発
生したり、磁性キャリアが記録用紙上に転写されて黒点
となる等の画像品質低下が発生する。また、現像器内か
ら磁性キャリアが少量ずつ流出して行くことになるの
で、現像剤を補給・交換する間隔が短くなってしまう。
さらには、機内汚染の原因となる。

【００１５】また二成分現像装置では、接触型と非接触
型とを問わず前述の層厚規制部材を用いているが、層厚
規制部材の背面部すなわち現像剤搬送方向の上流側で、
現像剤が過度に充填された状態となるため現像剤に強い
圧縮力が作用する。また現像剤が層厚規制部材と現像剤
担持体の間隙を通過する際には、現像剤に強い摩擦力が
作用する。このような力によって現像剤に劣化が発生す
る。上記現像剤の劣化はトナーの劣化とキャリアの劣化
とに大別され、双方とも圧縮力や摩擦力等により発生す
るものであり、トナー及びキャリアの代表的な劣化形態
とその影響は次の通りである。

【００１６】一般にトナー表面には、帯電性及び流動性
向上のために加えられた外添剤が付着しており、現像剤
に圧縮力や摩擦力が作用すると、この外添剤がトナー表
面から剥離したり、トナーの樹脂中へ埋没する。このよ
うな外添剤の剥離や埋没の生じた状態がトナーの劣化の
代表的な形態であり、このような劣化が進行すると摩擦
帯電特性が変化し、トナーの電荷量分布は極めて広く不
安定となる。このため、電荷量の低いトナーおよび所定
の極性と逆極性に帯電したトナー（以降、逆極性トナー
と称す）が生じて背景部へのカブリが発生する。

【００１７】また上記のようなトナーの劣化が生じる
と、トナーとキャリアとの接触面積が増大するために、
トナーとキャリアとの間の付着力は増大する。このた
め、トナーはキャリアの表面から剥離し難くなり、現像
されるトナー量は減少して画像濃度が低下してしまう。
特に非接触型二成分現像においては、トナーと像担持体
との間の付着力が存在しないために、トナーのキャリア
表面からの剥離は、電界によりトナーに作用するクーロ
ン力が、トナーとキャリアとの間の付着力に勝った場合
に発生する。従って、トナー劣化に伴うトナーとキャリ
アとの間の付着力の増大により、画像濃度の低下は顕著
に現れる。このように、トナーの劣化による画像欠陥が
発生する状態となると、現像剤の寿命が尽きたというこ
とであり、現像剤の交換が必要となる。

【００１８】一方、キャリアの劣化は、キャリア表面へ
のトナー並びにトナーの外添剤の固着によって発生す
る。このような劣化が生じると、キャリア表面にトナー
と同種の材料が存在するために、トナーとキャリアとの
摩擦帯電序列の差は、劣化前に比べて小さくなる。従っ
て、キャリアの劣化に伴いトナーの電荷量は減少し、電
荷量の低いトナーおよび逆極性トナーが生じて、背景部
へのカブリが発生することになる。

【００１９】また、層厚規制部材を用いる二成分現像装
置の他の問題点として次のような事項がある。非磁性ま
たは磁性の材料からなる層厚規制部材（トリマ）を用い
る場合には、現像剤の搬送量が層厚規制部材と現像剤担
持体表面との間隙、並びに現像剤担持体の磁極の位置関
係に依存するため、層厚規制部材の寸法精度および設定
精度が画質に大きく影響する。従って、良好な画像を得
るためには、上記間隙を極めて高精度に設定する必要が
ある。このため、層厚規制部材の加工や設置に多くの手
間が必要となり、製造コストが増大することになる。

【００２０】特に、近年の画像形成装置では、解像性や
細線再現性等の優れた現像を行うこと、電位の低い潜像
の現像を行うこと、さらに高速プロセスにおいて高い現
像効率を得ることが要求されており、このような場合に
は現像間隙すなわち現像剤担持体と像担持体との間隙を
狭く設定することが望ましい。このとき、現像剤層はよ
り搬送量が少ない薄い層としなければならず、層厚規制
部材と現像剤担持体表面との間隙はより狭く設定しなけ
ればならない。

【００２１】また、前述の特公平８−３３６９１号公
報、並びに特公平３−２３０４号公報に開示される方法
・装置においても、従来の二成分現像に比べるとより現
像剤の搬送量の少ない薄い層としなければならない。こ
のため、層厚規制部材と現像剤担持体表面との間隙をよ
り狭く設定する必要があるが、この間隙が狭くなるほ
ど、層厚規制部材の寸法精度および設定精度の画質への
影響が大きくなる。また、間隙を狭くするほど現像剤に
作用する圧縮力や摩擦力が大きくなるために、現像剤の
劣化が促進されてしまう。

【００２２】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、機械的に現
像剤層の層厚を規制することなく均一な現像剤の薄層を
形成し現像剤の劣化を低減するとともに、この現像剤薄
層を用いて画質欠陥やキャリア付着のない良好な画像を
安定して得ることができる現像装置を提供することであ
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明に係る現像装置では、周面
上に二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体が、
ほぼ一層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を
有し、像担持体と現像剤担持体との対向位置において、
磁性キャリアは現像剤担持体の周面上に相対的にほぼ固
定された状態となって移動し、トナーのみを像担持体に
転移させてトナー像を形成するように構成されている。
そして、上記複数の磁極は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置
され、その間隔が２５μｍ以上２５０μｍ以下であると
ともに、上記磁極の中心間隔Ｐが上記トナーの粒径ｄ及
び上記キャリアの粒径と、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ となるように着磁されている。

【００２４】これらの磁極は、上記のように設定される
ことによって、現像剤担持体上に現像剤を吸着し、ほぼ
一層のキャリアの層を形成する。このように、ほぼ均一
なキャリアの薄層が形成される原理は次のようのものと
考えることができる。

【００２５】上記のように、狭い間隔で配置された磁極
による磁力線は隣接する極性の異なる磁極へと向かうた
めに、現像剤担持体の表面に垂直な方向の磁界成分は、
現像剤担持体表面の近傍において急激に減衰する。ま
た、磁性キャリアの層が周面に形成されると、磁力線が
現像剤担持体の周面と接触する磁性キャリアの層内を通
り、その外側にほとんど分布しない状態となる。従っ
て、キャリアは磁極上の部分に集中して付着することな
く、磁界に沿った状態でほぼ一層だけが整然と並んだ状
態で吸着される。このため、現像剤担持体上には現像剤
の未付着部が無く、且つ山谷構造を持たない薄い現像剤
層が形成され、磁力により保持されて現像領域へ搬送さ
れる。

【００２６】上記のような現像装置では、現像剤担持体
に設けられた磁極の作用によって、層厚規制部材を用い
ることなく現像剤の薄層を形成することができるので、
現像剤に大きな負荷をかけることがなく、現像剤の劣化
を防止することができる。また、現像剤担持体の磁力の
みにより現像剤層を形成するので、現像剤搬送量が部品
精度に依存せず且つ経時変化は発生しない。

【００２７】さらに、磁極の間隔が十分狭く設定されて
いるため、磁極パターンによる影響は発生せず、均一性
の高い画像が得られる。また、磁性キャリアは磁極と磁
極との間で閉磁気回路状のブリッジを形成するため、現
像剤担持体上のキャリア層には強い磁気拘束力が作用す
る。そして、上記磁極の間隔は、トナーの粒径ｄ及び磁
性キャリアの粒径Ｄとの関係が適切な範囲となるように
設定されているので、上記磁性キャリアを現像剤担持体
の周面上に拘束する力は強く働き、低湿度環境等で磁性
キャリアに作用するクーロン力が増加した場合にも、磁
性キャリアは現像剤担持体上に磁気的に拘束される。し
たがって、環境等が変化した場合にも、現像剤の飛散及
び像担持体へのキャリアの付着は防止される。

【００２８】また、上記磁性キャリアは現像剤担持体の
周面と相対的に移動しない状態、つまり周面上でジャン
プしたり、転動したり、攪拌されたりすることなく、周
面上に吸着された状態のまま搬送される。そして、像担
持体と現像剤担持体との対向位置においても、磁性キャ
リアはが磁気拘束力によって現像剤担持体の周面上にほ
ぼ固定した状態となり、像担持体とは接触しないので、
キャリアによる像担持体表面の機械的な摺擦は発生せ
ず、従って刷毛跡や掃き寄せ等の画質欠陥のない高品質
な画像再現が可能となる。また、現像領域における現像
剤層の状態は、環境や時間の経過にほとんど影響され
ず、ほぼ一定の状態に保たれるので安定した画像再現が
可能である。

【００２９】また、上記現像装置で用いる現像剤の磁性
キャリアは、請求項２に記載したように、１０⁶ ／（４
π）Ａ／ｍの磁界中における磁化が、約４５ｋＡ／ｍ以
上３６０ｋＡ／ｍ以下となるものを用いるのが望まし
い。これにより、層厚規制部材を用いることなく、微小
な現像剤の抜けや層厚のムラの発生を抑制し、低画像濃
度部における濃度の均一性、及び細線画像の再現性に優
れた良好な画質を得ることができる。このような作用は
次のように考えることができる。

【００３０】磁性キャリアの磁化が小さいと、上記磁極
が形成する磁界によって現像剤担持体上へ吸着される力
が小さくなる。このため、磁極間隔が小さく設置され
て、現像剤担持体の表面に垂直な方向の磁界成分が急激
に減衰していると、キャリアが現像剤担持体の表面に吸
着されない部分（現像剤層の抜け）が生じ易くなる。こ
のような現像剤層の抜けがあると、低濃度部における微
少な濃度ムラや細線の再現性不良が発生する。

【００３１】一方、磁性キャリアの磁化が大きいと、現
像剤担持体の磁化パターンに応じて強い吸着力が作用
し、磁極上と磁極間とでほぼ均一な現像剤層、つまり山
谷構造のない現像剤層を形成するのが難しくなる。現像
剤層にこのような山谷構造があると、低濃度部において
磁極ピッチと対応した濃度ムラが発生したり、細線の幅
に微少なムラを生じたりすることになる。

【００３２】また、請求項３に記載の現像装置において
は、上記現像剤担持体の周面に嘆じされる現像剤のトナ
ーの粒径を、磁性キャリアの粒径以下とし、さらに１５
μｍ以下とすることにより、現像剤層におけるキャリア
と現像剤担持体との距離を小さくして上記磁極による磁
気拘束力を高めることができる。この結果、均一な現像
剤層を環境に関わらす、安定して形成することができる
とともに、現像剤の飛散やキャリアの像担持体への付着
を防止することができる。

【００３３】なお、上記のような構成と同様に現像剤担
持体に小さなピッチで磁極を設ける技術が、特開平３−
２５９２７６号公報に記載されている。この公報に記載
の技術は、現像ロール（現像剤担持体）を単一の回転体
で構成し、その周囲に１００μｍ程度以下の小さなピッ
チで磁極を設け、一成分磁性現像剤をその周囲に吸着す
るものである。これにより、磁極の位置に対応して吸着
される現像剤層のムラが生じるのを低減し、この現像剤
層を現像領域におけるトナー像の形成に供する。このよ
うな構成により現像ロールを固定支持された磁石ロール
とその周囲で回転するスリーブを有する構造とすること
なく、単純な構成で濃度ムラのない現像を行うものであ
る。

【００３４】しかし、この公報に記載の現像装置は一成
分磁性現像剤を用いるのを前提としており、一成分現像
剤は粒径が７〜１５μｍであり、着磁ピッチを１００μ
ｍ程度以下としても吸着された現像剤は現像ロールの周
面上で穂状となる。このため、層厚規制部材で穂の高さ
を機械的に規制しないと均一な現像剤層を形成すること
ができず、層厚規制部材を用いることを前提としてい
る。このように上記公報に記載の技術は本願に係る発明
と扱う現像剤が異なり、目的も異なるもので全く異質の
技術的思想に基づくものである。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本願に係る現像装置を図に
基づいて説明する。図１は、本願発明の一実施形態であ
る現像装置が用いられる画像形成装置の一例を示す概略
構成図である。この画像形成装置は、導電性材料からな
るスリーブの表面に感光体層が設けられた感光体ドラム
１を備えており、この感光体ドラム１が、図中に示す矢
印Ａの方向に回転駆動されるようになっている。また、
感光体ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って、帯
電器２と、露光装置３と、スリーブからなる現像ロール
１２を感光体ドラム１に対向させた現像装置４と、転写
前コロトロン５と、転写コロトロン６と、剥離コロトロ
ン７と、クリーナー８と、光除電器９とを有している。

【００３６】上記感光体ドラム１の導電性基体は電気的
に接地されている。また、感光体層には負帯電の有機感
光体（ＯＰＣ）が用いられており、ほぼ一様に帯電した
後、像光を照射すると、露光部の電荷が上記導電性基体
に流れ、電位が減衰するようになっている。この感光体
ドラム１は、例えば外径を１００ｍｍ、周面の移動速
度、すなわちプロセススピードを１６０ｍｍ／ｓ程度に
設定することができる。

【００３７】上記露光装置は、画像信号に基づいて点滅
するレーザー発生装置と、このレーザー発生装置から射
出されるレーザービームを回転しながら反射するポリゴ
ンミラーとを有し、感光体ドラム１の周面を露光走査し
て静電潜像を形成するものである。この露光走査は、画
像部を露光するものであってもよいし、非画像部を露光
するものであってもよく、感光体の帯電極性とトナーの
帯電極性とを適切に選択することによって画像部にトナ
ーを転移して顕像化することができる。この画像形成装
置では感光体およびトナーは負帯電のものを用い、画像
部を露光するように設定されている。

【００３８】次に上記画像形成装置の動作について説明
する。始めに、帯電器２により感光体ドラム１の表面が
一様に−４５０Ｖに帯電される［図２（ａ）］。続い
て、レーザー光による画像部露光が行われ、露光部電位
がほぼ−２００Ｖのネガ潜像が形成される［図２
（ｂ）］。そして、このネガ潜像の露光部には現像装置
４によりトナーが転移され顕像化される［図２
（ｃ）］。

【００３９】上記のようにして感光体ドラム１上に形成
されたトナー像は、転写コロトロン６の帯電によって記
録用紙上に転写される。その後、この記録用紙は、剥離
コロトロン７の帯電によって感光体ドラム１の表面から
剥離されて定着器（図示しない）へと搬送される。定着
器ではトナー像が加熱・加圧によって記録用紙上に定着
される。

【００４０】一方、トナー像の転写および記録用紙の剥
離工程が終了した感光体ドラム１の表面は、クリーナー
８によって残留トナーが清掃され、さらに光除電器９に
よる露光で残留電荷が除去されて次の画像記録工程に備
えられる。なお、感光体ドラム１の回転方向における現
像装置の下流側に設けられた転写前コロトロン５は、現
像時にキャリアが像担持体へ転移する量を調査する際に
用いられるもので、感光体ドラム１上に形成されたトナ
ー像に対して一様な負帯電を行なう。これにより、現像
の際に意図に反して感光体ドラム１上へ転移したキャリ
アを負に帯電し、トナーと一緒に記録用紙上に転写され
るようにして、記録用紙上においてキャリアの転移量の
評価を行うことができる。

【００４１】［第１の実施形態］ 〈ａ．現像装置の構成と動作〉次に、本願に係る発明の
実施の形態である現像装置について説明する。図３は、
上記画像形成装置で用いることができる現像装置であっ
て、本発明に係る現像装置の一形態を示す概略構成図で
ある。この現像装置４は、現像剤が収容される現像ハウ
ジング１１の感光体ドラム１との対向部位に現像用の開
口部を設け、この開口部に現像ロール１２を配設すると
ともに、その後方に二つのスクリューオーガー１３、１
４を設けたものである。また、現像ロール１２上に付着
した現像剤を剥離するスクレーパ１５が現像ロール１２
と接触するように設けられている。

【００４２】上記スクリューオーガー１３、１４は、現
像ハウジング内の仕切り壁１６で仕切られた二つの現像
剤撹拌搬送室内に設けられ、それぞれ逆方向に現像剤を
搬送するように回転駆動されるものである。上記二つの
現像剤撹拌搬送室は両端部で連通しており、上記スクリ
ューオーガー１３、１４によって搬送される現像剤は撹
拌されながら二つの現像剤撹拌搬送室内を循環移動する
ようになっている。

【００４３】上記現像ロール１２は、図４に示すように
軸線回りに回転が可能となるように支持された円筒状の
導電性基体１２ａとその周面上に形成された磁気記録層
１２ｂとで主要部が構成されている。この現像ロール１
２の外径は１８ｍｍ、駆動時の周速度は３２０ｍｍ／
ｓ、感光体ドラム１と現像ロール１２との間隙は３００
μｍに各々設定されており、現像剤層が感光体ドラム１
に対して非接触状態となるよう保持されている。

【００４４】上記導電性基体１２ａには現像バイアス用
電源１７により、現像バイアス電圧が印加される。この
現像バイアス電圧には直流電圧を重畳した交流電圧が採
用されており、直流成分は地カブリの発生を防ぐため
に、−４００Ｖに設定されている。また、現像バイアス
電圧の交流成分は、周波数６ｋＨｚの矩形波で、ピーク
間電圧が１．５ｋＶに設定されている。この交流成分
は、周波数が低すぎると画像上に現像バイアスの周波数
に対応した濃度ムラが生じてしまう。また、周波数が高
すぎるとトナーの運動が電界の変化に追従しきれなくな
り、現像効率が低下してしまう。一方、交流成分のピー
ク間電圧が低すぎると、トナーに十分な電界が作用しな
いため、現像効率は低下してしまう。また、ピーク間電
圧が高すぎると、背景部へのかぶりや感光体上へのキャ
リアの付着が生じ易くなる。このような点から、現像バ
イアス電圧の交流成分は、周波数が０．４〜１０ｋＨ
ｚ、ピーク間電圧が０．８〜３ｋＨｚ程度の範囲に設定
することが好ましい。

【００４５】一方、上記磁気記録層１２ｂには、全周に
わたってＳ極とＮ極とが交互に等間隔（２５〜２５０μ
ｍ程度）で並列するように着磁が施されている。この着
磁については後述する。この磁気記録層１２ｂは、結着
樹脂中に強磁性材料の粉状体を分散させたものを、導電
性基体１２ａ上に層厚５０μｍでコーティングすること
により構成されており、強磁性材料としてγ−Ｆｅ₂ Ｏ
₃ 、結着樹脂としてポリウレタンが使用されている。こ
の磁性材料としては、磁石材料や磁気記録材料等として
公知である任意のものが使用可能であり、上記γ−Ｆｅ
₂ Ｏ₃ のほか、ＣｒＯ₂ 等が使用できる。また、結着樹
脂としては、テープ・ディスク・カード等の磁気記録層
を構成する樹脂として公知である任意のものが使用可能
であり、例えばポリカーボネート、ポリエステル、ポリ
ウレタン等が使用できる。さらに、磁気記録層１２ｂに
は、必要に応じて導電性微粒子等を添加することが可能
である。

【００４６】上記現像装置で用いられる現像剤は非磁性
トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤であ
り、トナーとしては、重量平均粒径が７μｍで、負帯電
性のポリエステル系トナーが使用されている。また、キ
ャリアとしては、結着樹脂中に磁性粉を分散させた、い
わゆる磁性粉分散型樹脂キャリア又は球形フェライト粒
子に樹脂被覆を施した、いわゆるフェライトキャリアが
使用されている。

【００４７】このような現像装置４においては、現像剤
が現像ロール１２に供給されると、磁気記録層１２ｂの
磁界に基づいて現像ロール１２の周面に一定量の現像剤
が吸着される。すなわち、トナーを電気的に吸着したキ
ャリアがほぼ一層だけ、ほぼ均等に付着した状態とな
り、層厚規制部材を用いずに現像剤層が形成される。そ
して、この現像剤層は、現像ロール１２の回転に伴って
感光体ドラム１と対向する現像領域へと搬送され、感光
体ドラム１上の静電潜像の現像に供される。

【００４８】〈ｂ．着磁の方法〉次に、上記磁気記録層
１２ｂの着磁の方法について説明する。磁気記録層の着
磁は、図５に示すように現像ロール１２の周面に近接し
て配置された磁気記録用ヘッド２００によって行われ
る。この磁気記録用ヘッド２００は、軟磁性材料からな
り両端部が間隔をおいて並列する形状のコア２０１と、
このコア２０１に巻き回されたコイル２０２とを有し、
上記コア２０１の両端部が現像ロールの周面に近接する
ように配置される。コイル２０２には磁化信号発生装置
を介して電源から磁化電流が供給されるようになってお
り、コイル２０２に電流が流れると、コア２０１内に磁
束が発生し、この磁束はコア２０１の先端から磁気記録
層１２ｂを通る。これにより、磁気記録層１２ｂが磁化
される。コイル２０２へ供給される磁化電流は磁化信号
発生装置を介して断続的又は適宜電流の方向を変えて供
給され、図５に示すように回転駆動される現像ロール１
２の周面が所定の着磁パターンに磁化される。本実施形
態では、現像ロール１２の周方向にＮ極とＳ極との交互
着磁を正弦波パターンにて行い、現像ロール表面におけ
る半径方向の磁束密度のピーク値を５０ｍＴに設定して
いる。

【００４９】〈ｃ．磁極間隔等と、画像濃度・画像の均
一性・キャリアの付着との関係を調査する実験〉次に、
図３に示す現像装置において、静電潜像の現像試験を行
い、トナー及びキャリアの種類・粒径と、磁気記録層１
２ｂの磁極間隔とを変化させて、画像濃度、キャリアの
感光体への付着、画像の均一性を調査した結果について
説明する。一般に二成分現像剤の薄層を用いる現像方式
において、きめの細かい画像を得るためには、平均粒径
の小さいキャリアを用いることが好ましい。平均粒径の
大きなキャリアを用いた場合には、磁界に沿って配列さ
れるキャリアのチェーン間の間隔は広くまた粗くなるた
め、均一性の高い薄層を得ることは困難となる。このた
め、画像の均一性不良およびライン画像のエッジ再現不
良が発生してしまう。したがってキャリアの平均粒径と
しては、１００μｍ以下であることが好ましく、本試験
では平均粒径が３５μｍ、５０μｍ、１００μｍのキャ
リアを用いる。使用した６種類のキャリアは表１に示
す。

【００５０】

【表１】

【００５１】表１中のキャリアの種類〜は磁性粉分
散型樹脂キャリアで、〜はフェライトキャリアであ
る。また、平均粒径は、重量平均粒径である。単位重量
当たりの磁化は１０⁶ ／（４π）Ａ／ｍの磁界中におけ
る値である。現像剤中のトナーとキャリアの混合比は、
現像剤中のトナーの重量比で、〜のキャリアでは１
５重量％、〜のキャリアでは７．９重量％として、
単位体積当たりのトナー量がほぼ等しくなるように設定
している。また、トナーの電荷量は標準環境（２２°
Ｃ、５５％ＲＨ）において、−１５〜−２０ｍＣ／ｋｇ
の範囲に調整されている。現像ロール１２としては、そ
の表面における磁極間隔が、１３μｍ、２５μｍ、５０
μｍ、１００μｍ、２５０μｍ、５００μｍの６種類の
ものを使用した。

【００５２】画像濃度の評価は、ベタ画像の現像を行
い、その濃度を反射濃度計（商品名：Ｘ−ＲＩＴＥ３１
０）で測定して行う。この測定値が１．８以上であれば
ベタ画像、線画像ともに十分な濃度を有しており、１．
８以上を○、１．８未満を×と評価している。

【００５３】また、キャリアの付着は、図６に示すよう
な画像部と背景部とがプロセスの進行方向と直角方向に
一定周期で並列された、いわゆる交番ラインの現像を行
い、このときのキャリア付着量を測定して評価を行っ
た。交番ラインの周期は２サイクル／ｍｍで画像部と背
景部との比率は１：１である。このような交番ラインの
現像においては、感光体の表面に、画像部と背景部とが
非常に小さい間隔で隣接する静電潜像が存在するため、
感光体層の表面近傍にはいわゆるフリンジ電界が生じ、
画像の周辺部では、トナーと逆極性に帯電したキャリア
に対して静電的吸引力が作用する。従って、交番ライン
はキャリアの付着が生じやすい画像であり、キャリア付
着の評価に適している。

【００５４】キャリア付着量の評価指標は、交番ライン
の背景部上におけるキャリア粒子の面積率とした。面積
率の測定には、画像解析装置（商品名：ＬＵＺＥＸ−５
０００）を使用した。キャリア粒子の面積率が、１．０
％以下であれば実用上問題の無いレベルであるので、
１．０％以下を○、１．０％を超えた場合を×としてい
る。画像の均一性の評価は、ベタ画像について行い、目
視で濃度ムラが確認されない状態を〇、少量の濃度ムラ
はあるが実用上問題のないレベルを△、使用不可能なレ
ベルを×とした。

【００５５】（ａ）高温高湿環境（２８°Ｃ、８５％Ｒ
Ｈ）、（ｂ）標準環境（２２°Ｃ、５５％ＲＨ）、
（ｃ）低温低湿環境（１０°Ｃ、３０％ＲＨ）の３種類
の環境における評価を上記のような方法で行った結果を
表２から表７までに示す。これらの表において、各環境
における一次評価は、上記３項目のすべてに×のないも
のを〇、一つでも×のあるものを×とした。さらに、表
８及び表９に上記の一次評価の結果をまとめ、総合評価
として３環境条件のすべてに×のないものを〇、一つで
も×のあるものを×とした。

【００５６】

【表２】

【００５７】

【表３】

【００５８】

【表４】

【００５９】

【表５】

【００６０】

【表６】

【００６１】

【表７】

【００６２】

【表８】

【００６３】

【表９】

【００６４】表２〜表９より、磁極間隔が２５μｍ以上
２５０μｍ以下の範囲であり、且つその磁極間隔Ｐと、
現像剤のトナー粒径ｄ及びキャリア粒径Ｄとが、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ を満たす関係にあれば、環境条件が変化した場合におい
ても、キャリアの付着や均一性不良を起こすことなく充
分な画像濃度が得られることがわかる。

【００６５】磁極間隔が２５μｍより狭い場合、もしく
は、Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）／２の場合には、磁界に沿った磁
性キャリアの配列は困難となり、現像剤層は全体的に疎
な状態となる。このため、十分な濃度が得られず、画像
の均一性も損なわれる。また、現像ロール１２の表面か
ら離れた部位における磁界は、磁極間隔が狭いほど急激
に減衰して弱くなるため、磁極間隔が２５μｍより狭い
場合には、現像ロール上の磁性キャリアに作用する磁気
拘束力は弱くなり、前述のフリンジ電界の作用によるキ
ャリアの付着が発生してしまう。さらに、現像ロールの
回転時に作用する遠心力により、現像剤が飛散する現象
が観察された。この現象はトナーの帯電量が増加する低
温低湿度環境（ｃ）において、より顕著である。

【００６６】一方、磁極間隔が２５０μｍより広い場
合、もしくは、Ｐ≧（Ｄ＋２ｄ）×５の場合には、磁極
間部において磁性キャリアに作用する磁気拘束力が極め
て弱くなる。このために、現像剤が磁極付近に集中的に
付着する。従って、現像剤層の状態は着磁パターンに対
応して山と谷とを形成するようになり、現像された画像
には着磁パターン上のムラが発生してしまう。また、上
記のように、磁極間部に付着した磁性キャリアに作用す
る磁気拘束力が弱いため、キャリアの付着および現像剤
の飛散が発生してしまう。この現象は、トナー帯電量の
増加する低温低湿度環境（ｃ）において、より顕著であ
る。

【００６７】これらに対し、磁極間隔を２５μｍ以上２
５０μｍ以下とし、且つその磁極間隔Ｐと、現像剤のト
ナー粒径ｄ、キャリア粒径Ｄとが、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ を満たす関係である場合には、図７（ｂ）に示すよう
に、磁性キャリア３２は周囲にトナー３１を電気的に付
着した状態で、現像ロールの周面上に付着され、周囲の
環境が変化した場合においても、図７（ａ）に示すよう
に、磁性キャリアは現像ロール上で磁界に沿った状態で
整然と配列される。このため現像ロール上には現像剤の
付着していない部分が無く、且つ山谷構造を持たないほ
ぼ一定層厚の現像剤層が形成され、この現像剤層が磁力
により保持されて搬送される。したがって、層厚規制部
材を用いることなく、均一性の高い画像を得ることが可
能となる。また、現像剤搬送量は部品精度に依存しない
ので、高精度な組立て精度は要求されない。さらに、現
像剤担持体上の現像剤層には強い磁気拘束力が作用する
ので、キャリアの感光体への付着および現像剤の飛散は
発生しない。

【００６８】なお、図３に示す現像装置では、現像ロー
ル１２上の現像剤層を、感光体ドラム１に対して非接触
状態としたが、現像剤層が感光体ドラム１と接触するよ
うに設定した場合においても同様な結果が得られる。ま
た、この現像装置では、磁気記録層１２ｂを結着樹脂中
に磁性材料を分散させた構成としたが、磁性金属材料を
用いた場合においても同様な結果が得られる。この場
合、磁性金属材料としては磁石材料や磁気記録材料等と
して公知である任意のものが使用可能であり、例えばＣ
ｏ−Ｎｉ−ＰやＣｏ−ＮｉやＣｏ−Ｃｒが使用できる。

【００６９】さらに、磁気記録層１２ｂを、可撓性を有
する材料中に磁性材料を分散させた構成とした場合にお
いても同様な結果が得られる。この場合、可撓性を有す
る材料としては、多量の磁性材料の混入が可能で、且つ
可撓性の維持が可能な任意のものが使用可能であり、例
えばハイパロン、ポリイソブチレン、ネオプレンゴム、
ニトリルゴム、塩化ポリエチレン等が使用できる。さら
に、この現像装置では、現像ロール１２の周方向にＮ極
とＳ極とを交互に着磁したが、現像ロール１２の長手方
向にＮ極とＳ極とを交互に着磁した場合においても同様
な結果が得られる。

【００７０】〈ｄ．キャリアの磁化・磁極間隔と、濃度
ムラの発生・細線の再現性・キャリアの付着との関係を
調査する実験〉次に、図３に示す現像装置において、キ
ャリアの磁化及び現像ロールの磁極間隔を変化させ、キ
ャリアの付着、低濃度部における濃度ムラ及び細線の再
現性を調査した結果について説明する。この実験では、
表１０に示す１０種のキャリアを使用しており、これら
はすべてフェライトキャリアであって、真密度は４．５
ｇ／ｃｍ³ である。また、平均粒径は重量平均粒径であ
り、磁化は１０⁶ ／（４π）Ａ／ｍの磁界中における単
位重量当たりの磁化の値である。

【００７１】

【表１０】

【００７２】現像剤中のトナーとキャリアとの混合比
は、現像剤中のトナーの重量比で７．９重量％とした。
また、トナーの電荷量は−１５〜−２０ｍＣ／ｋｇの範
囲に調整されている。現像ロールとしては、その表面に
おける磁極間隔が２５μｍ、２５０μｍの２種類を使用
した。

【００７３】実験は、標準環境（２２°Ｃ、５５％Ｒ
Ｈ）において、上記のような条件で画像形成を行ない、
出力画像について次のような評価を行なったものであ
る。低濃度部の画像の均一性は、面積率が２０％のベタ
画像について目視で評価し、微小な濃度ムラが確認され
ない状態を〇、少量の微小濃度ムラはあるが実用上問題
のないレベルを△、使用不可能なレベルを×とした。細
線の再現性については、幅１３０μｍの線画像について
目視で評価を行ない、エッジ部のギザつき及び濃度ムラ
が確認されない状態を〇、少量のギザつき及び濃度ムラ
はあるが実用上問題のないレベルを△、使用不可能なレ
ベルを×とした。また、キャリアの付着については、先
の実験と同様の方法で評価した。

【００７４】このような実験の結果は表１１に示すとお
りであり、総合評価は、上記四項目のすべてに△及び×
のないものを〇、△はあるが×のないものを△、一つで
も×のあるものを×としている。この表に示される結果
より、キャリアの磁化が４５ｋＡ／ｍ以上３６０ｋＡ／
ｍ以下であれば、キャリア付着を起こすことなく十分な
画像濃度が得られるとともに、低濃度部の均一性及び細
線の再現性が良好となることが分かる。 以下余白

【００７５】

【表１１】

【００７６】このように、キャリアの磁化が低濃度の均
一性及び細線の再現性に影響を及ぼす理由は、次のよう
に考えることができる。前述のように現像ロール１２の
表面から離れた位置における磁界は、磁極間隔が狭いほ
ど急激に減衰して弱くなる。したがって磁極間隔が狭い
ほど、現像剤層には抜け、すなわち現像剤の付着してい
ない部分が生じやすくなる。これに対しては、キャリア
の磁化を４５ｋＡ／ｍ以上として、キャリアに作用する
磁気拘束力を強めることにより、上記現像剤層の抜けの
発生を抑制することが可能となる。したがって、低濃度
部の均一性、並びに、細線再現性を高めることができ
る。一方、キャリアの磁化が４５ｋＡ／ｍより小さい場
合には、いわゆる現像剤の抜けを生じることなくキャリ
アを現像ロール表面上に均一に付着させることは困難と
なる。そして実用上その使用が困難となるレベルではな
いが、低濃度部の均一性および細線再現性は低下してし
まう。

【００７７】また、現像剤担持体の磁極間隔が広いほ
ど、現像剤層は着磁パターンに応じた山谷構造を形成し
やすくなるが、キャリアの磁化を３６０ｋＡ／ｍ以下と
して、キャリアに作用する磁気拘束力を弱めることによ
り、上記現像剤層の山谷構造が発生するのを抑制するこ
とが可能となる。したがって、低濃度部の均一性、並び
に、細線再現性を高めることができる。一方、キャリア
の磁化が３６０ｋＡ／ｍより大きい場合には、上記山谷
構造が顕著となり、実用上その使用が困難となるレベル
ではないが、低濃度部の均一性、および細線再現性は低
下してしまう。

【００７８】以上のような理由により、磁極間隔Ｐを２
５μｍ以上２５０μｍ以下とし、且つ磁極間隔Ｐと、現
像剤のトナー粒径ｄ及び磁性キャリアの粒径Ｄとが、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ を満たす関係にある場合において、１０⁶ ／（４π）Ａ
／ｍの磁界中におけるキャリアの磁化を４５ｋＡ／ｍ以
上３６０ｋＡ／ｍ以下とすることにより、キャリアの付
着を起こすことなく十分な画像濃度が得られると同時
に、低濃度部の均一性、および細線再現性を高めること
ができる。なお、この実験では、フェライトキャリアを
使用したが、磁化が上記範囲内であれば、公知である任
意のキャリア、あるいは、樹脂中に磁性粉を分散させ
た、いわゆる磁性粉分散型樹脂キャリアを用いた場合に
おいても同様な結果が得られる。

【００７９】〈ｅ．維持性についての実験〉次に、図３
に示す現像装置の維持性について行った実験を説明す
る。この実験は、図１に示す画像形成装置を用い、図３
に示す現像装置でベタ画像を連続して１０万枚現像す
る。そして所定枚数の現像を行った後にベタ画像の現像
濃度とトナーの電荷量とを測定し、現像枚数を重ねたと
きの推移を調査する。また、本願発明に係る現像装置の
効果を調査するために、図８に示す従来から知られてい
る現像装置を用いて同様の現像を行い、その結果を上記
図３に示す現像装置で得られた結果と比較する。

【００８０】この実験において、現像剤は次のものを用
いる。 ◎キャリア：フェライトキャリア 平均粒径 ５０μｍ 真密度 ４．５ｇ／ｃｍ³ 単位重量当たりの磁化 ５０Ａ・ｍ² ／ｋｇ［１０⁶
／（４π）Ａ／ｍの磁界中の値］ ◎トナー：負帯電性ポリエステル系トナー 重量平均粒径 ７μｍ 電荷量 −１５〜−２０ｍＣ／ｋｇ また、現像ロール表面の磁極間隔は１００μｍとなって
いる。

【００８１】一方、比較を行うために用いた従来の現像
装置は、図８に示すように、現像ロール３１２と近接対
向して設けられた層厚規制部材３１５を有するものであ
る。また、現像ロール３１２は、固定支持された磁石ロ
ール３１２ａとその周囲で回転駆動されるスリーブ３１
２ｂとを有し、磁石ロール３１２ａには周方向に５つの
磁極が設けられている。現像剤層の層厚は、磁極Ｎ₁ と
Ｓ₁ との中間部で２００μｍとし、現像剤層はドラム１
に対して非接触状態とする。

【００８２】この現像装置の主要部分の寸法、設定は以
下のとおりである。 現像ロール：外径１８ｍｍ 現像ロールの周速：３２０ｍｍ／ｓ 現像領域の設定： 感光体ドラムと現像ロールとの間隔・・・５００μｍ 感光体ドラムと現像ロールとが最近接する位置・・・磁
極Ｎ₁ と磁極Ｓ₁ とのほぼ中間点 磁極Ｎ₁ の位置と磁極Ｓ₁ の位置との中心角・・・７０
° 磁極Ｎ₁ の位置、磁極Ｓ₁ の位置での磁束密度・・・７
０ｍＴ 現像バイアス：直流重畳交流電圧 直流成分・・・−４００Ｖ 交流成分・・・６ＫＨｚの矩形波、ピーク間電圧１．６
ＫＶ

【００８３】この現像装置３００では、現像剤は磁石ロ
ール３１２ａに設けられた磁極によって生じる磁界の作
用で、スリーブ３１２ｂの表面に吸着され、スリーブ３
１２ｂの回転と共に搬送される。そして、層厚規制部材
３１５との対向位置で現像剤量が規制され現像剤の薄層
が形成された後、感光体ドラム１と対向する現像領域へ
と搬送され、静電潜像の現像が行われる。現像領域を通
過した現像剤は、スクレーパ３１６と、磁極Ｎ₂ とＮ₃
により形成される反発磁界の作用により、スリーブ３１
２ｂ上から剥離されて現像剤溜まりへと落下し、図示し
ないトナー補給器から補給された追加トナーと混合され
て、次の現像に供される。なお、上記二つの現像装置は
それぞれハウジング内に４００ｇの現像剤を収容するも
のであり、現像剤中のトナー重量比は７．５〜８．５重
量％となるように適宜トナーを補給するようになってい
る。

【００８４】図９および図１０は、上記本願発明に係る
現像装置（図３）と従来の現像装置（図８）とを用いて
Ａ４用紙１０万枚の現像を行ったときのベタ画像濃度お
よびトナー電荷量の推移を示すものである。これらの図
より、本願発明に係る現像装置４では、１０万枚の現像
を通じて画像濃度およびトナー電荷量は、良好に維持さ
れることがわかる。一方、比較例である従来の現像装置
３００では、急激な濃度低下およびトナー電荷量の低下
が発生する。このトナー電荷量の低下により、２万枚に
てトナー飛散による地カブリが発生し、現像剤は寿命に
至った。

【００８５】また、長期現像実験後の現像剤の状態を調
査した結果、従来の現像装置３００で用いた現像剤に
は、顕著なトナー劣化およびキャリア劣化が発生してい
た。従来の現像装置３００においては、層厚規制部材３
１５による層厚規制時に現像剤に対して強いストレスが
作用するため、トナー劣化およびキャリア劣化が早期に
発生したことによるものである。この影響により、上記
のように濃度低下およびトナー電荷量の低下が発生して
しまう。

【００８６】一方、本願発明に係る現像装置４では、層
厚規制部材を用いないため、現像剤層形成時に現像剤に
対してストレスが作用せず、従って現像剤の劣化を防止
することができる。この現像装置４で用いた現像剤で
は、長期現像実験後のトナーおよびキャリアは初期と同
様な状態であり、劣化状態は見られなかった。また、１
０万枚を通じて、現像剤搬送量に変動はほとんど生じて
いない。以上のように、本願発明の現像装置では、良好
な画像を長期に渡り安定して維持することが可能であ
る。

【００８７】なお、図３に示す現像装置では、現像ロー
ル１２の現像剤層を、感光体ドラム１に対して非接触状
態としたが、現像剤層が感光体ドラム１と接触するよう
に設定した場合においても、同様な結果が得られる。ま
た、本実施例においては現像ロール上の磁極間隔を１０
０μｍに設定したが、磁極間隔が２５μｍ以上２５０μ
ｍ以下であり、且つその磁極間隔Ｐが、現像剤のトナー
粒径ｄ、及びキャリア粒径Ｄと、 （Ｄ＋２Ｄ）・２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ の関係である場合において、同様の結果が得られる。さ
らに、この現像装置では、現像ロール１２の周方向にＮ
極とＳ極とを交互に着磁したが、現像ロールの長手方向
にＮ極とＳ極とを交互に着磁した場合においても同様な
結果が得られる。

【００８８】また、この現像装置では、磁気記録層１２
ｂを結着樹脂中に磁性材料を分散させた構成としたが、
磁性金属材料を用いた場合においても同様な結果が得ら
れる。磁性金属材料としては、磁石材料や磁気記録材料
として公知である任意のものが使用可能である。さら
に、磁気記録層１２ｂを、可撓性を有する材料中に磁性
材料を分散させた構成とした場合においても同様な結果
が得られる。可撓性を有する材料としては、多量の磁性
材料の混入が可能で、且つ可撓性の維持が可能な任意の
ものが使用可能であり、例えばハイパロン、ポリイソブ
チレン、ネオプレンゴム、ニトリルゴム、塩化ポリエチ
レン等が使用できる。

【００８９】〈ｆ．トナーおよびキャリアの粒径と、画
像濃度・画像の均一性・キャリアの付着・細線再現性と
の関係を調査する実験〉次に、図３に示す現像装置にお
いて、現像剤中のトナー及びキャリアの粒径を変化させ
て、画像濃度、キャリアの付着、画像の均一性、細線再
現性を調査した結果について述べる。表１２にこの実験
において使用したトナー及びキャリアの種類を示す。キ
ャリアはすべてフェライトキャリアであり、真密度は
４．５ｇ／ｃｍ³ 、平均粒径は、重量平均粒径である。
また、１０⁶ ／（４π）Ａ／ｍの磁界中における単位重
量当たりの磁化が５０Ａ・ｍ² ／ｋｇであるものを使用
した。現像剤中のトナーとキャリアとの混合比は、現像
剤中のトナーの重量比で７．９重量％とし、また、トナ
ーの電荷量は、−１５〜−２０ｍＣ／ｋｇの範囲に調整
されている。

【００９０】

【表１２】

【００９１】また、現像ロール１２としては、その表面
における磁極間隔が１００μｍのものを使用した。な
お、評価の方法は、前記の本実施形態ｃ．及びｄ．の実
験に示した方法と同様である。この実験の結果を表１３
に示す。総合評価については、上記の４項目のすべてに
△及び×のないものを〇、△はあるが×のないものを
△、１項目でも×があるものを×とした。

【００９２】

【表１３】

【００９３】表１３より、トナーの粒径が１５μｍ以下
であり、さらにキャリアの粒径以下であれば、キャリア
付着を起こすことなく充分な画像濃度が得られると同時
に、低濃度部の均一性、並びに細線再現性を高めること
ができることがわかる。現像ロール上にほぼ一層の現像
剤層を形成する場合、図７（ａ）に示されるように、キ
ャリアはトナーを介して現像ロールの周面に吸着されて
おり、トナーの粒径が大きくなると、キャリアと現像ロ
ールとの間の距離が大きくなる。このため、現像バイア
ス印加時にキャリアに働くクーロン力に対し、現像ロー
ル上の磁極による磁気拘束力が不充分となり、現像剤の
飛散やキャリアの付着が発生しやすくなる。

【００９４】これに対しては、上記のようにトナーの粒
径を１５μｍ以下とし、さらにキャリアの粒径以下とす
れば、キャリアと現像ロールとの距離は小さくなり、磁
極による磁気拘束力が強くなるため、上記のような現像
剤飛散やキャリアの付着を防止することができる。また
一般に、低湿環境や経時によって、トナー帯電量と共に
キャリア帯電量が増加すると、現像バイアス印加時にキ
ャリアに働くクーロン力は増加するが、トナー粒径を上
記のように規定することで、低湿環境や経時の影響を受
けることなく充分な磁気拘束力を保つことができる。

【００９５】なお、本実施形態においては、現像ロール
上の磁極間隔を１００μｍに設定したが、磁極間隔が２
５μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内であり、且つその磁
極間隔Ｐと、現像剤のトナー粒径ｄ、及びキャリア粒径
Ｄとが、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ を満たす関係であれば、上記と同様な結果が得られる。

【００９６】また、図３に示す現像装置では、現像ロー
ル１２の現像剤層を、感光体ドラム１に対して非接触状
態としたが、現像剤層が感光体ドラム１と接触するよう
に設定した場合においても同様な結果が得られる。さら
に、本実施形態では、静電潜像担持体として感光体を使
用したが、感光体の代わりに誘電体を使用して、静電プ
リンターに使用されている放電記録ヘッドや、特開昭５
９−１９０８５４号公報に開示されているイオン流制御
ヘッド等により静電潜像を形成してもよい。また、現像
ロールのスリーブ並びに磁石ロールの構成は、前記実施
形態における構成に制限されるものではなく、目的や用
途に応じた任意の構成が可能である。例えば、磁気記録
層上に導電層、抵抗層又は保護層を設けてもよいし、基
体と磁気記録層との間に接着層、下地層、非磁性層又は
弾性層等を設けてもよい。

【００９７】また、前記実施形態においては、現像ロー
ルのスリーブの回転方向は、静電潜像担持体としての感
光体ドラムの回転方向と反対方向としたが、同方向へ回
転するような構成とすることもできる。さらに、本実施
形態の現像ロールにおいては、磁石ロールを固定してス
リーブを回転させる構成としたが、これとは逆に、スリ
ーブを固定して磁石ロールを回転させたり、あるいはス
リーブと磁石ロールとを、同方向または逆方向に回転速
度に差を持たせて回転させ、現像剤を搬送するような構
成としてもよい。なお、本実施形態では、現像ロールの
表面移動線速度を３２０ｍｍ／ｓに設定したが、現像剤
層の形成状態は、上記表面移動線速度に依存するもので
はない。

【００９８】また、本実施形態においては、フェライト
キャリアを使用したが、磁化が上記の範囲内であれば、
公知である任意のキャリア、あるいは樹脂中に磁性粉を
分散させた、いわゆる磁性粉分散型樹脂キャリアを用い
た場合においても同様な結果が得られる。さらに、本実
施形態では、単色の画像形成装置について説明したが、
静電潜像担持体上に複数色のトナーによるカラー画像を
形成し、トナー像を記録用紙に一括転写するカラー画像
形成装置においても同様に適用可能である。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の現像装置
においては、現像ロールの周面に、Ｎ極とＳ極とがそれ
らの磁極間隔Ｐを２５μｍ以上２５０μｍ以下とし、磁
極間隔Ｐと、前記現像剤担持体周面に担持される現像剤
のトナー粒径ｄ及び磁性キャリアの粒径Ｄとが、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ の関係を満たすように着磁されているため、層厚規制部
材を用いることなく、現像剤担持体の周面上に二成分現
像剤の均一な薄層を形成することができる。このため現
像剤層を形成する際、現像剤にストレスが作用せず、現
像剤の劣化は提言される。また、現像剤搬送量が部品精
度に依存せず、且つ搬送量の経時変化も発生しないた
め、画質の安定性及び維持性に優れるという効果を有す
る。また、環境の変化や経時的な影響によって、トナー
帯電量と共にキャリア帯電量が増加し、現像バイアス印
加時にキャリアに働くクーロン力が増加した場合におい
ても、充分な磁気拘束力を保つことができるため、現像
剤の飛散や像担持体へのキャリアの付着を防止すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明に係る現像装置が用いられる画像
形成装置の一例を示す概略構成図である。

【図２】 図１に示す画像形成装置においてトナー像
を形成するときの、像担持体表面の電位の推移を示す図
である。

【図３】 本願に係る発明の一実施形態である現像装
置を示す概略構成図である。

【図４】 図３に示す現像装置で用いられる現像ロー
ルの部分拡大断面図である。

【図５】 図４に示す現像ロールの着磁の方法を示す
図である。

【図６】 図１に示す画像形成装置で二成分現像装置
のキャリアが感光体ドラムに転移する量を調査するため
に用いる画像パターンを示す図である。

【図７】 図４に示す現像ロールの表面における現像
剤の付着の様子を示す模式図である。

【図８】 図３に示す現像装置と性能を比較するため
に用いた従来の現像装置を示す概略構成図である。

【図９】 図３に示す現像装置及び図８に示す現像装
置におけるプリント枚数とベタ画像濃度との関係を示す
図である。

【図１０】 図３に示す現像装置及び図８に示す現像
装置におけるプリント枚数とトナー電荷量との関係を示
す図である。

【図１１】 従来の現像装置の一例を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ２ 帯電器 ３ 露光装置 ４ 現像装置 ５ 転写前コロトロン ６ 転写コロト
ロン ７ 剥離コロトロン ８ クリーナー ９ 光除電器 １０ 記録用紙 １１ 現像ハウジング １２ 現像ロー
ル １２ａ 導電性基体 １２ｂ 磁気記録
層 １３ スクリューオーガー １４ スクリュ
ーオーガー １５ スクレーパ １６ 仕切り壁 １７ 現像バイアス用電源 ３１ トナー ３２ 磁性キャ
リア ２００ 磁気記録用ヘッド ２０１ コア ２０２ コイル ２０３ 磁束 ３００ 現像装置 ３１１ 現像ハ
ウジング ３１２ 現像ロール ３１２ａ 磁石ロ
ール ３１２ｂ スリーブ ３１３ スクリ
ューオーガー ３１４ スクリューオーガー ３１５ 層厚規
制部材 ３１６ スクレーパ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に静電潜像が形成される像担持体
   と近接又は接触して設けられ、周面が周回可能に支持さ
   れた現像剤担持体と、 この現像剤担持体と前記像担持体との間に現像バイアス
   電圧を印加する現像バイアス電源とを備え、 前記現像剤担持体の周面に、トナーと磁性キャリアとを
   含む二成分現像剤を担持して搬送し、前記像担持体と該
   現像剤担持体との対向位置でトナーを前記像担持体に転
   移させてトナー像を形成する現像装置において、 前記現像剤担持体は、該現像剤担持体の周面上にほぼ一
   層の磁性キャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有
   し、吸着された磁性キャリアを、該現像剤担持体の周面
   と相対移動させることなく該周面の周回移動とともに搬
   送するものであり、 前記複数の磁極は、Ｎ極とＳ極とが交互に配置され、隣
   り合うＮ極とＳ極との前記現像剤担持体上における中心
   間隔が２５μｍ以上２５０μｍ以下であり、 前記隣り合う磁極の中心間隔Ｐと、前記トナーの粒径ｄ
   と、前記磁性キャリアの粒径Ｄとは、 （Ｄ＋２ｄ）／２≦Ｐ≦（Ｄ＋２ｄ）×５ の関係にあることを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の現像装置において、 前記磁性キャリアは、１０⁶ ／（４π）Ａ／ｍの磁界中
   における磁化が、約４５ｋＡ／ｍ以上３６０ｋＡ／ｍ以
   下であることを特徴とする現像装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の現像装
   置において、 前記トナーの粒径は、前記磁性キャリアの粒径以下であ
   るとともに、１５μｍ以下であることを特徴とする現像
   装置。