(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子を含む現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内部に設けられ、前記現像剤担持体の内面に対向して設けられた複数の磁極を備えたマグネットと、
前記現像剤担持体と所定の間隙を設けて配置され、前記現像剤担持体の表面の現像剤量を規制する非磁性からなる規制部材と、
前記現像剤担持体の外部に設けられ、前記現像剤担持体の回転方向に関して前記規制部材よりも直上流側にある前記現像剤担持体の領域に対向する前記マグネットの表面から発生する磁界に対して、少なくとも前記現像剤担持体の法線方向成分を打ち消す方向の磁界を発生する磁界発生手段と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体の回転方向に関して、前記規制部材よりも上流側で前記現像剤担持体と前記磁界発生手段の間に設けられ、前記規制部材の上流側に滞留する現像剤の前記磁界発生手段側への移動を規制する非磁性からなる剤返し部材を備え、
前記複数の磁極のうち前記規制部材に最近接する第１磁極の磁束密度の大きさをＡ（ｍＴ）、前記磁界発生手段の前記第１磁極と最近接する第２磁極の磁束密度の大きさをＢ（ｍＴ）、
前記第１磁極と前記第２磁極間の距離をＬ（ｍｍ）、前記第１磁極と前記第２磁極を結んだ直線上のうち、前記剤返し部材の表面との交点と前記第１磁極との距離をｈ（ｍｍ）、したとき、
ｈ＜（Ａ／（Ａ＋Ｂ））×Ｌ
を満たすように前記剤返し部材と前記磁界発生手段が設けられていることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式、静電記録方式等によって像担持体上に形成された静電潜像をトナーを含む現像剤で可視画像化する画像形成装置において、特に、画像形成装置に搭載される現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いた画像形成装置では、像担持体としての感光体に形成された静電潜像を、現像装置を用いて現像剤中のトナーによってトナー像を顕像化する。【０００３】
最も一般的な現像装置は、現像剤を収容する現像容器と、現像容器中の現像剤を攪拌・混合しながら搬送する搬送部材と、現像剤を担持して感光体対向部まで搬送する現像剤担持体と、さらには現像剤担持体上の現像剤量を規制する層厚規制部材からなる。【０００４】
ここで、非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いる現像装置について述べれば、現像容器に収容された現像剤は、現像容器内で搬送部材である現像スクリューによって攪拌・混合される。現像剤はこの攪拌・混合の過程で摩擦帯電されて電荷が付与される。電荷の付与された現像剤は内部に磁界発生手段としての複数の磁極を有するマグネットを配置した現像剤担持体である現像スリーブに主に磁気的な力による担持される。この現像スリーブは感光体に対向する位置に回転可能に配置されており、現像剤は現像スリーブの回転に従って、感光体の対向部である現像領域まで搬送され現像に供される。現像領域では、現像スリーブに印加される現像バイアスにより現像剤中のトナーが感光体表面に形成された静電潜像に転移し、感光体表面に静電潜像に応じたトナー像が形成される。【０００５】
このような現像装置では、一般的に現像スリーブの外周面に対して所定のギャップを介して対向するようにして層厚規制部材である規制ブレードが配置されていることが多い。規制ブレードとしては、磁性板であったり、非磁性板であったり、その両者の組合せであったり、あるいは弾性体であったりと様々な提案がなされ、実施もされている。現像スリーブに担持された現像剤は、現像領域に搬送される際に、現像スリーブとブレードの間のギャップを通過する過程で現像領域に搬送される現像剤量が規制され、安定した量が供給されるように調整されている。規制ブレードの対向部には、通常、マグネットの磁極の一つ（カット極と呼ぶ）を対向させて、現像剤溜まりを形成させた上で規制を行われている。このような構成では、規制ブレード直上流部に現像剤を常に一定量確保できるので、安定して現像剤を現像スリーブに供給することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−０３５０６７号
【特許文献２】特開２００５−０９２０６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、規制ブレードによって現像スリーブ表面に担持している現像剤の層厚規制を行う現像装置においては、以下のような問題が生じることがある。【０００８】
図１７は、従来から知られている２成分現像剤を用いた場合の規制ブレード位置の上流における２成分現像剤の状態を模式的に表した断面概略図である。現像スリーブ１２８表面に汲み上げられた現像剤は、現像スリーブ１２８表面に担持され規制ブレード位置の現像剤搬送方向上流側近傍まで搬送される。規制ブレード１３０上流側近傍まで搬送された現像剤は一旦滞留し、規制ブレード１３０のエッジと現像スリーブ１２８表面との間のギャップ位置で層厚を規制されて一部が通過し現像領域に搬送される。一方、ギャップを通過できなかった残りの現像剤は規制ブレード１３０直上流部に滞留し、現像剤が移動しない層（以下、現像剤不動層と呼ぶ）が形成される。したがって、規制ブレード１３０上流位置には現像スリーブ１２８の回転に追従して搬送される現像剤流動層と規制ブレード１３０でせき止められた現像剤不動層が形成される。【０００９】
現像剤流動層と現像剤不動層が形成されると、その境界面において現像剤移動層が現像剤不動層と摺擦されることとなる。その結果、摺擦によって２成分現像剤の場合はトナーがキャリアから離脱し、さらに摺擦による摩擦熱によって境界面上で上記離脱トナー同士が固着気味となりトナー層を形成する。このようなトナー層は、耐久により成長し規制ブレード１３０と現像スリーブ１２８のギャップを阻害し、ギャップを通過する現像剤量が低下する。これにより、現像領域に搬送される現像剤量が変動し、濃度変動といった問題が発生する。【００１０】
上記問題の対策として、規制ブレードに供給される現像剤量を減らしてやり、できるだけ規制ブレード部での滞留を減らし現像剤不動層を少なくすることは、問題の改善に対して有効である。しかしながら、規制ブレードに供給される現像剤量を減らすと、ギャップを通過する現像剤の量が安定しないという新たな問題が発生しやすくなる。したがって、規制ブレード上流側にはある程度の量の現像剤が必要で、現像剤不動層の発生を完全に無くすることは難しい。【００１１】
特許文献１においては、現像剤不動層の形成を防止するために規制ブレードの直上流に現像スリーブと常に一定な間隔を持って定常的に回転する円柱形状のトナー搬送部材を設けることを提案している。【００１２】
しかしながら、特許文献１においては、現像剤不動層の発生を防止可能としているが、トナー搬送部材を支持する軸受けや駆動手段が必要となり、構成の複雑化、コスト高は避けられない。しかも、トナー搬送部材は、現像剤担持体と向き合う位置で反対方向に駆動するので、現像剤に強いストレスを与えることになり、現像剤の早期劣化が懸念される。また、高速回転させた場合には、熱の発生により現像剤の溶解や固着等も懸念される。【００１３】
特許文献２においては、現像剤が滞留して現像剤不動層が形成しやすい位置に現像剤滞留規制部材を設けることにより、現像剤不動層の形成を微小領域に抑える構成を提案している。【００１４】
しかしながら、特許文献２の構成においては、現像剤不動層の領域があまりに広い場合には、現像剤滞留規制部材が大きくなり、規制ブレード上流部分の現像剤量が極度に減少してしまう場合がある。すると、先に述べたように、規制ブレードに供給される現像剤量が減り、ギャップを通過する現像剤の量が安定しないという問題が発生しやすくなる。したがって、問題の解決には不動層を小さくする、あるいは、無くすことが、やはり必要である。【００１５】
そこで、本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、規制部材の直上流部の現像剤不動層の発生を抑制し、長期にわたり現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持可能な現像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
磁性粒子を含む現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内部に設けられ、前記現像剤担持体の内面に対向して設けられた複数の磁極を備えたマグネットと、
前記現像剤担持体と所定の間隙を設けて配置され、前記現像剤担持体の表面の現像剤量を規制する非磁性からなる規制部材と、
前記現像剤担持体の外部に設けられ、前記現像剤担持体の回転方向に関して前記規制部材よりも直上流側にある前記現像剤担持体の領域に対向する前記マグネットの表面から発生する磁界に対して、少なくとも前記現像剤担持体の法線方向成分を打ち消す方向の磁界を発生する磁界発生手段と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体の回転方向に関して、前記規制部材よりも上流側で前記現像剤担持体と前記磁界発生手段の間に設けられ、前記規制部材の上流側に滞留する現像剤の前記磁界発生手段側への移動を規制する非磁性からなる剤返し部材を備え、
前記複数の磁極のうち前記規制部材に最近接する第１磁極の磁束密度の大きさをＡ（ｍＴ）、前記磁界発生手段の前記第１磁極と最近接する第２磁極の磁束密度の大きさをＢ（ｍＴ）、
前記第１磁極と前記第２磁極間の距離をＬ（ｍｍ）、前記第１磁極と前記第２磁極を結んだ直線上のうち、前記剤返し部材の表面との交点と前記第１磁極との距離をｈ（ｍｍ）、したとき、
ｈ＜（Ａ／（Ａ＋Ｂ））×Ｌ
を満たすように前記剤返し部材と前記磁界発生手段が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、規制部材の直上流部の現像剤担持体の法線方向成分の磁界を弱めることで、現像剤不動層の発生を抑制し、長期にわたり現像領域に搬送する現像剤の層厚を安定して維持可能な現像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態の画像形成装置の概略構成説明図である。
【図２】本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成説明図である。
【図３】本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成説明図である。
【図４】本発明の現像装置の規制ブレード直上流部の説明図である。
【図５】キャリア間の磁気的相互作用を説明する図である。
【図６】現像スリーブから受ける推進力を説明するための図である。
【図７】従来例における現像剤に働く磁気力を模式的に示した図である。
【図８】本実施例における現像剤に働く磁気力を模式的に示した図である。
【図９】比較例における現像剤に働く磁気力を模式的に示した図である。
【図１０】本実施例における現像剤に働く磁気力を模式的に示した図である。
【図１１】比較例における現像剤に働く磁気力を模式的に示した図である。
【図１２】比較例における現像剤に働く磁気力を模式的に示した図である。
【図１３】磁気力の方向が変化する点を説明するための図である。
【図１４】本発明の参考例１の現像装置の他の実施形態を説明する図である。
【図１５】安息角の測定法を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例１における境界面の移動を説明するための図である。
【図１７】従来の現像装置の実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（参考例１）
以下、図示の参考例１に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１に、本発明が適用できる画像形成装置の一実施形態である、電子写真方式を採用したフルカラー画像形成装置の概略構成図を示す。
【００２１】
本実施形態にて、画像形成装置は、４つの画像形成部Ｐ（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ）を備える。各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、像担持体としての矢印方向（反時計方向）に回転するドラム状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を備える。その周囲には、帯電器２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、感光体ドラム１の図上方に配置した露光手段としてのレーザービームスキャナ３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、現像装置４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を備える。更に、その周囲には転写ローラ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、クリーニング装置１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）などからなる画像形成手段を有する。
【００２２】
各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは同様の構成とされ、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに配置された感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは同じ構成とされる。従って、感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを「感光体ドラム１」と総称する。同様に、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに配置された画像形成手段も又、各画像形成部においてそれぞれ同じ構成である。従って、帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、レーザービームスキャナ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、それぞれ、帯電器２、レーザービームスキャナ３、現像装置４と総称する。また、転写ローラ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、クリーニング装置１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、転写ローラ６、クリーニング装置１９と総称する。
【００２３】
次に、上記構成の画像形成装置全体の画像形成シーケンスについて説明する。
【００２４】
先ず、感光体ドラム１が、帯電器２によって一様に帯電される。感光体ドラム１は、矢示の時計方向に例えば２７３ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で回転する。
【００２５】
上記一様に帯電された感光体ドラム１は、次に、上記のレーザービームスキャナ３により、画像信号により変調されたレーザー光により走査露光が行われる。レーザービームスキャナ３は、半導体レーザーを内蔵しており、この半導体レーザーは、ＣＣＤ等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置が出力する原稿画像情報信号に対応して制御され、レーザー光を射出する。
【００２６】
これによって、帯電器２によって帯電された感光体ドラム１の表面電位が画像部において変化して、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４によって反転現像され、可視画像、即ち、トナー像とされる。
【００２７】
本実施形態では、現像装置４は、磁性粒子を含む現像剤としてトナーと磁性キャリアを混合した現像剤を使用する２成分接触現像方式を用いている。しかしながら、トナーが磁性体を含んでいればトナーのみを現像剤として用いる１成分現像方式や非接触現像方式でも本発明の効果は得られる。本実施例では磁性キャリアが磁性粒子として用いられている。
【００２８】
又、上記工程を各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ毎に行うことによって、感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ上に、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナー像が形成される。
【００２９】
本実施形態では、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの下方位置には、中間転写ベルトとされる中間転写体５が配置される。中間転写ベルト５は、ローラ６１、６２、６３に懸架され、矢印方向に移動自在とされる。
【００３０】
上記感光体ドラム１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）上のトナー像は、一次転写手段としての転写ローラ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）によって一度中間転写体である中間転写ベルト５に転写される。これによって、中間転写ベルト５上にてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色のトナー像が重ね合わされ、フルカラー画像が形成される。また、感光体ドラム１上に転写されずに残ったトナーはクリーニング装置１９に回収される。
【００３１】
この中間転写ベルト５上のフルカラー画像は、給紙カセット１２から取り出され、給紙ローラ１３、給紙ガイド１１を経由して進行した紙などの転写材Ｓに、二次転写手段としての二次転写ローラ１０の作用により転写される。転写されずに中間転写ベルト５表面に残ったトナーは中間転写ベルトクリーニング装置１８に回収される。
【００３２】
一方、トナー像が転写された転写材Ｓは、定着器（熱ローラ定着器）１６に送られ、画像の定着が行われ、排紙トレー１７に排出される。
【００３３】
尚、本実施形態では、像担持体として、通常使用されるドラム状の有機感光体である感光体ドラム１を使用したが、勿論、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。また、ベルト状の感光体を用いることも可能である。
【００３４】
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。
【００３５】
次に、図２及び図３を参照して、現像装置４の動作を説明する。図２及び図３は本実施形態に係る現像装置４の断面図である。
【００３６】
本実施形態に係る現像装置４は、現像容器２２を備え、現像容器２２内に現像剤としてトナーとキャリアを含む２成分現像剤が収容されている。また、現像容器２２内に、現像剤担持体としての現像スリーブ２８と、現像スリーブ２８上に担持された現像剤の穂を規制する規制部材としての規制ブレード３０を有している。規制ブレード３０は、現像スリーブ２８の表面に所定の間隙を設けて対向して設けられている。
【００３７】
本実施形態にて、現像容器２２の内部は、その略中央部が紙面に垂直方向に延在する隔壁２７によって現像室２３と攪拌室２４に上下に区画されており、現像剤は現像室２３及び攪拌室２４に収容されている。
【００３８】
現像室２３及び攪拌室２４には、現像剤攪拌・搬送手段として第１及び第２の搬送スクリュー２５、２６がそれぞれ配置されている。第１の搬送スクリュー２５は、現像室２３の底部に現像スリーブ２８の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されており、図示の矢印方向（反時計回り方向）に回転して現像室２３内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。反時計回りとした理由は、現像スリーブ２８への現像剤の供給という観点で有利だからである。また、第２の搬送スクリュー２６は、攪拌室２４内の底部に第１の搬送スクリュー２５とほぼ平行に配置され、第１の搬送スクリュー２５と反対方向（時計回り）に回転して攪拌室２４内の現像剤を第１の搬送スクリュー２５と反対方向に搬送する。このように、第１及び第２の搬送スクリュー２５、２６の回転による搬送によって、現像剤が隔壁２７の両端部の開口部（即ち、連通部）１１、１２を通じて現像室２３と攪拌室２４との間で循環される。
【００３９】
本実施形態においては、現像容器２２の感光体ドラム１に対向した現像領域に相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ２８が感光体ドラム１方向に一部露出するように回転可能に配設されている。
【００４０】
ここで、現像スリーブ２８の直径は２０ｍｍ、感光体ドラム１の直径は８０ｍｍ、又、この現像スリーブ２８と感光体ドラム１との最近接領域を約３００μｍの距離としている。こうすることによって、現像部に搬送した現像剤を感光体ドラム１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。なお、この現像スリーブ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、その内部には磁界手段であるマグネットローラ２９が非回転状態で設置されている。このマグネットローラ２９は、現像部における感光体ドラム１に対向して配置された現像極Ｓ２を有する。更に、規制ブレード３０に対向して配置された磁極Ｓ１、前記磁極Ｓ１、Ｓ２の間に配置された磁極Ｎ２、現像室２３及び撹拌室２４にそれぞれ対向して配置された磁極Ｎ１及びＮ３を有している。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Ｓ１極は１００ｍＴとした。
【００４１】
而して、現像スリーブ２８は、現像時に図示矢印方向（時計方向）に回転し、前記規制ブレード３０による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された２成分現像剤を担持する。現像スリーブ２８は、担持された現像剤を感光体ドラム１と対向した現像領域に搬送し、感光体ドラム１上に形成された静電潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。この時、現像効率、つまり、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ２８には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが8００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。また、一般に、２成分磁気ブラシ現像法においては、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、逆にかぶりが発生し易くなる。このため、現像スリーブ２８に印加する直流電圧と感光体ドラム１の帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止している。
【００４２】
現像領域に於いては、現像装置４の現像スリーブ２８は、共に感光体ドラム１の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光体ドラム１．７５倍で移動している。この周速比に関しては、０〜３．０倍の間で設定され、好ましくは、０．５〜２．０倍の間に設定されればよい。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、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。
【００４３】
また、前記穂切り部材である規制ブレード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部材３０で構成され、感光体ドラム１よりも現像スリーブ回転方向上流側に配設されている。そして、この規制ブレード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。尚、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。本実施形態においては、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／ｃｍ２に規制している。また、本実施例では、現像スリーブ内のマグネットの磁極のうち、現像スリーブに最近接する磁極（カット極）を現像ブレードよりも現像スリーブ回転方向上流側に設けている。この構成とすることで、規制ブレードの対向部に、現像剤溜まりを形成させた上で規制を行われている。このような構成では、規制ブレード直上流部に現像剤を常に一定量確保できるので、安定して現像剤を現像スリーブに供給することが可能となる。
【００４４】
なお、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。本実施形態では５００μｍに設定した。
【００４５】
ここで、本実施例の特徴的な部分である規制ブレード位置上流の剤の動きについて更に詳しく説明する前に、従来の構成での規制ブレード位置上流の剤の動きについて説明する。図１７は、従来例の規制ブレード位置の上流における２成分現像剤の状態を模式的に表した断面概略図である。
【００４６】
現像スリーブ２８表面に汲み上げられた現像剤は、現像スリーブ１２８表面に担持され規制ブレード３０の位置の現像剤搬送方向上流側近傍まで搬送される。規制ブレード１３０上流側近傍まで搬送された現像剤は一旦滞留し、規制ブレード１３０のエッジと現像スリーブ１２８表面との間のギャップ位置で層厚を規制されて一部が通過し現像領域に搬送される。一方、ギャップを通過できなかった残りの現像剤は規制ブレード１３０上流側近傍に滞留し現像剤不動層となる。したがって、規制ブレード１３０上流位置には現像スリーブ１２８の回転に追従して搬送される現像剤流動層と規制ブレード１３０でせき止められた現像剤不動層が形成されるのは従来の技術の項で述べたとおりである。
【００４７】
現像剤流動層と現像剤不動層が形成されると、その境界面において現像剤移動層が現像剤不動層と摺擦されることとなる。その結果、摺擦によってトナーがキャリアから離脱し、さらに摺擦による摩擦熱によって境界面で上記離脱トナーが固着気味となりトナー層を形成する。このようなトナー層は、耐久により成長し規制ブレード３０と現像スリーブ２８のギャップを阻害し、ギャップを通過する現像剤量が低下する。これにより、現像領域に搬送される現像剤量が変動し、濃度変動といった問題が発生するのも従来の技術の項で述べたとおりである。
【００４８】
上記問題の対策としては、現像剤不動層の発生そのものを抑えることができれば、流動層との境界面も存在しないため、トナー層の発生は当然起きない。しかしながら、現像スリーブ１２８上の現像剤量をある程度安定させるためには、規制ブレード１２８裏にある程度まとまった量の現像剤が必要である。その場合、規制ブレード２８と現像スリーブ３０の間のギャップを通過できなかった現像剤が現像剤不動層となることは避けがたい。そのため、現像剤不動層そのものの発生を完全に無くすことは難しい。
【００４９】
しかしながら、現像剤不動層そのものの発生を完全に抑えることができなくても、現像剤不動層と流動層の境界面を現像スリーブ２８から遠く離れた位置に形成することができればよい。なぜなら、境界面に仮にトナーの固着層が発生しても規制ブレード３０と現像スリーブ２８のギャップを阻害することがない構成であるので問題は発生することがないからである。また、仮に問題発生にいたるとしても、発生までの時間を大幅に延ばすことが可能となるため、カートリッジ寿命やメンテナンス間隔も延ばすことができ、ユーザーやサービスマンにメリットが得られる。
【００５０】
そこで、本発明においては、現像剤不動層そのものの発生を抑えるのではなく、従来現像剤不動層であった領域の現像剤の動きをより活発にすることによって、問題発生の防止および抑制を行っている。現像剤不動層であった領域の現像剤の動きを活発にすることは現像スリーブ中のマグローラのマグネットパターンを変更することでも可能である。しかし、現像スリーブの本来持つ現像剤を安定量規制して現像領域まで搬送するという機能との両立を考えると現像スリーブ中のマグローラ以外で対応するほうがより好ましい。
そこで、本発明は、現像スリーブ２８の回転方向に関して規制ブレード３０よりも直上流側にある現像スリーブ２８に生じている磁界に対して、少なくともスリーブ法線方向成分の磁界を打ち消す磁界を発生させる磁石を現像スリーブの外部に設ける構成とする。具体的には、規制ブレード３０よりも直上流側にある現像スリーブ２８の内面と対向するマグネットローラ２９の表面の磁化領域と同極の磁石を対向配置させる。こうすることで、現像剤不動層であった領域の現像剤の動きをより活発にし、課題を解決しているのが特徴である。
【００５１】
図４には、本実施例の規制ブレード位置の上流における２成分現像剤の状態を模式的に表した断面概略図を示した。磁界発生手段である磁石４０が現像スリーブの長手方向軸線に沿って配置されている。こうすることで、現像スリーブ２８によって規制ブレード３０の上流側まで搬送され溜まった現像剤は、図１７に示したような磁石を配置しない従来例よりも流れが速く、不動層の領域もはるかに狭くなっていることが確認できる。
【００５２】
磁石を配置した場合に現像剤不動層であった領域の動きが活発になる理由を次に詳細に述べるが、その前に、従来の磁石を配置しない場合に現像剤不動層がどのように形成されるかについて述べる。
【００５３】
一般的に、規制ブレード３０上流側の領域において、現像剤の搬送速度は現像スリーブ２８近傍が最も速く、現像スリーブ２８から離れるにつれて徐々に遅くなる。そして、最後には現像剤の搬送速度がなくなり、現像剤不動層となる。現像剤の搬送速度が現像スリーブ２８から離れるにつれて徐々に遅くなる理由は、規制ブレード３０上流側の領域において現像剤層にかかる力を考えることで理解できる。
【００５４】
規制ブレード３０上流側の現像剤は現像スリーブ２８の回転に伴い推進力を得て搬送される。この時、現像スリーブ３０に接触した現像剤は現像スリーブ３０から直接推進力を得て搬送される。さらに、キャリアのような磁性材料を含む現像剤が磁界中に配置されている場合は、現像剤は磁界により穂立ちを形成し、まとまって動く性質がある。このため、穂立ちの付け根にあたる現像剤が現像スリーブに接して搬送されることによって、現像スリーブに接触していない現像剤も推進力を得て搬送される。この点を詳しく述べれば、これは、キャリアのような磁性材料磁界中に配置された場合、外部磁場によってキャリア中に磁気モーメントが誘起され、各々のキャリアに誘起された磁気モーメント同士が相互作用することによる。外部磁場中の２つのキャリアを考えた場合、各々のキャリアには磁気モーメントが磁場方向に誘起されるが、図５（ａ）のように磁気モーメントが直列になるように並んだ場合（キャリアが磁力線に沿って並んだ場合）に一番強い引力が働く。一方で、図５（ｂ）のように、磁気モーメントが並列になるように並んだ場合（キャリアが磁力線に垂直な方向に並んだ場合）には一番強い斥力が働く。これらの引力や斥力は外部磁場による吸引力と同等かそれ以上の大きさを持つ。そのため、図５（ｃ）に示したように磁界中のキャリアは磁力線に沿って伸びるように連なりつつ、連なり同士は斥力によってお互いには間隔を保った状態、つまり穂立ちを形成する。このように磁気相互作用により形成された穂立ちは、穂立ちを形成した状態が最もエネルギー的に低い（安定）状態のため、移動する時も穂立ちを保ったまま移動する傾向がある。そのため、穂立ちの付け根で現像スリーブ２８に接した現像剤が、現像スリーブ２８の回転により動くと、現像スリーブ２８に接触していない現像剤も推進力を得ることとなる。
【００５５】
上述の話からは、穂立ちを形成している限りは、現像剤の搬送速度は現像スリーブ２８近傍であろうが現像スリーブ２８から離れていようが変わらないように思われる。しかしながら、実際には、規制ブレード３０上流の剤溜まり部においては、現像剤の搬送速度が現像スリーブ２８から離れるに従って徐々に遅くなっていき、最後には搬送力がなくなり不動層が形成される様子が確認できる。これは現像剤がマグローラ２９からの磁気力（吸引力）やその他の現像剤の重みを受けて押し付けられていることによって、押し付け力（垂直応力）に起因する摩擦が発生していることによる。この点を以下に詳しく述べる。
【００５６】
図６のように現像スリーブ２８上の第１層目のキャリア層と第２層目のキャリア層を考える。現像スリーブ２８より第１層目のキャリア層に与えられた推進力をＦｓとすると、先に述べたキャリア層の磁気相互作用による穂立ち的振る舞いからは、Ｆｓは第２層目にもそのまま伝わると考えられる。しかしながら、現像剤層へは垂直応力（先に述べた押し付け力）に起因する摩擦力が働くため、第２層目の推進力Ｆｓ２は第１層目の推進力Ｆｓ１より摩擦力μσ分だけ小さくなる。第３層目の推進力ｆｓ３はｆｓ２からさらに摩擦力分だけ小さくなり、第４層目以降も同様である。したがって、すべり面に働く現像スリーブ２８からの推進力ｆｓは現像スリーブからの距離が離れるに応じて減っていく。よって、現像剤の搬送速度も現像スリーブより離れるに従って速度が遅くなる。その結果、最後には搬送力がなくなり不動層が形成されるにいたる。
【００５７】
ここで、摩擦力μσについて述べれば、摩擦力は押し付ける力（垂直応力）σに比例して増える力である。ここで、垂直応力σは、主に現像剤がマグローラ２９から受ける磁気力のうち現像スリーブ２８表面に垂直な法線成分Ｆrと現像剤がその他の現像剤より受ける重みＷ（＝ｍｇ）との和からなる。摩擦係数μは一般にtanφと表記され、φを内部摩擦角と呼ぶ場合が多いが、その定義からも、現像剤に当てはめた場合は安息角と同義のもので、まさに現像剤のすべり出しはじめる角度を指す。
【００５８】
以上をまとめれば、キャリア層の磁気相互作用による穂立ち的振る舞いから、現像スリーブ２８に接している現像剤が現像スリーブ２８の回転により推進力を得ると、現像剤層は全体がまとまって動こうとする。しかしながら、実際には現像剤層が現像スリーブ２８に押し付けられる押し付け力（垂直応力）に起因する摩擦力の存在により、現像スリーブ２８から離れるに連れて現像剤の搬送速度は遅くなり、最後には不動層が形成されるにいたる。この時、垂直応力は主に現像剤に働く磁気力の内の法線成分Ｆｒと現像剤が受ける重みである。
【００５９】
以上から、現像剤に働く磁気力か現像剤が受ける重みを変化させれば、不動層の形成状態も変化することが期待できる。現像剤が受ける重みに関しては、現像剤溜まり量を減らすことで不動層を減らすことができそうだが、先に述べたように現像剤溜まり量を減らすことは現像スリーブ上の現像剤コート不安定性を招きかねない。そこで、本発明は磁界発生手段である磁石を配置することで、現像剤に働く磁気力を変化させて、現像剤動きが活発にしたのが特徴である。具体的には、現像剤に働く磁気力の内の法線成分Ｆｒ成分を小さくすることで不動層の原因となる垂直応力を小さくしている。以下に現像剤に働く磁気力に着目して詳しく述べる。
【００６０】
まず、比較例として従来の磁石を配置しない場合について述べると、図７には比較例である従来の磁石を配置しない場合の現像剤がマグローラ２９から受ける磁気力を模式的に示した。矢印はその位置における力の方向、矢印の長さは力の大きさを表している。この図からも分かるように、現像剤に働く磁気力はどの位置でもほぼマグローラ２９方向を向いており、磁気力を現像スリーブ２８表面の接線成分Ｆθと法線成分Ｆｒに分解した場合、磁気力はほぼ法線成分Ｆｒからなっているといえる。磁気力の法線成分Ｆｒは先に述べたように垂直応力となり、結果として現像剤の摩擦力として働くものである。一方で、磁気力の接線成分Ｆθは垂直応力とはならず、むしろ現像剤の動きを活発にするものといえるが、図７に示した従来の磁石を配置しない場合においてはＦθほとんど存在しないことが分かる。
【００６１】
図８には本実施例である従来の構成に磁界発生手段である磁石４０を配置した場合の現像剤がマグローラ２９から受ける磁気力を模式的に示した。磁石は片面がＳ面、もう片面がＮ面となるよう着磁されたものを用い、現像スリーブ２８の長手方向軸線に沿って延在するように配置した。現像容器２２の外側になお、後で理由を述べるように、磁石４０はマグローラ２９のうち規制ブレード３０直近上流位置の極（以後カット極と呼ぶ）と反発磁界を形成するように同極同士で対向するように配置した。つまり、カット極Ｓ１に対して同極のＳ極面が略対向するように配置している。この図からも分かるように、従来の磁石４０を配置しなかった場合の磁気力がほぼマグネットローラ２９方向を向いていたのに対して、本実施例においては磁石４０を配置した効果により磁気力が接線方向にも延びている。先にも述べたように、磁気力の法線成分Ｆｒが垂直応力となり結果として摩擦力につながるのに対して、磁気力の接線成分Ｆθは現像剤の動きをむしろ活発にするものである。したがって、従来不動層となっていた領域の現像剤が、磁石４０を置いた効果により動き出しはじめることが期待されるが、実際、発明者らの検討によれば、実際に不動層の領域が小さくなるのが確認でき、発明の効果が得られた。更に、本実施例の構成にすることで、従来の構成よりも磁気力の法線成分Ｆｒを早く減衰させることができる。従って、不動層の発生の原因となる垂直応力を小さくすることができる。
【００６２】
ここで、磁石４０の配置に関して述べておくと、磁石４０はマグローラの規制ブレード直近上流位置の極（カット極）と反発磁界を形成するように配置する必要がある。そのためには、先に少し述べたように、カット極に対して同極を略対向して配置するのがよい。この点について、以下に述べる。
【００６３】
図９には比較例として、カット極Ｓ１に対して異極であるＮ極面を略対向させて磁石４０を配置し場合の現像剤が受ける磁気力を模式的に示した。この図から分かるように、磁石４０を配置した効果により、この比較例においても磁気力が法線方向だけでなく接線方向にも延びていることがわかる。このことから、磁気力の接線成分Ｆθにより現像剤の動きが促進されることが期待されるが、発明者らの検討に拠れば、実際にはむしろ現像剤の動きは停滞する方向に変化した。
【００６４】
その理由は、先に実施例として示した図８と比較してみるとよくわかる。図８のように同極を略対向させた場合はマグローラ２９のカット極Ｓ１と磁石４０を結ぶ領域から外側に向かって発散する方向に磁気力が働いている。これに対して、図９の比較例のように異極を略対向させ場合は、マグローラ２９のカット極Ｓ１と磁石４０を結ぶ領域に向かって内側に向かって磁気力が働いているのが分かる。この磁気力は強い吸引力となっている。そのため、現像剤はマグローラ２９と磁石４０の間の領域に大量に引き付けられ、身動き取れない状態に陥る。その結果、異極を略対向させた場合は、現像剤は動かなくなり、磁石４０を配置することで不動層はむしろ増えることとなる。
【００６５】
一方、図８で実施例として述べた同極を対向させた場合は、発散するように外側に向かって磁気力が働いているので、異極を略対向させた場合のように大量に引き付けられ身動き取れなくなるということがない。ここでは、反発磁界が形成されていることが重要である。なぜなら、反発磁界の反発力により、現像剤が強く吸引されたり拘束されたりすることがなく、現像剤の動きを促進させることができるからである。従って、反発磁界を形成するように磁石を配置することが、本発明の課題解決には必要な条件である。同極同士が完全に対向していなくとも、反発磁界が形成されていれば、本発明の効果は得られる。また、磁石の配置位置は規制ブレードより現像剤搬送方向下流側に配置しても、反発磁界が形成されていればかまわない。逆にいえば、異極を対向させて配置した場合のように、強い吸引を促すように磁石を配置した場合は、仮に磁石を配置しても本発明の効果が十分得られない。
【００６６】
なお、ここでいう反発磁界を形成するように磁石を配置するとは、より正確には、反発する磁界が形成されるように磁石を配置することを述べており、その結果、磁石とマグローラ間には磁束密度の大きさがほぼ０となる領域が存在するような配置を指している。一方、反発磁界が形成されない場合は、磁石とマグローラ間には強い磁力線が形成されており、磁石とマグローラ間の磁束密度の大きさは周囲に比較して大きく、現像剤が磁石とマグローラ間に強く引きつけられる状況を指す。磁束密度の大きさは後に述べる方法で測定可能なので、磁束密度の大きさを測定すれば、反発磁界を形成するように磁石が配置されているかの確認をすることができる。
【００６７】
ここで、磁石の配置に関してさらに述べておくと、反発磁界を形成するようにマグローラのカット極に対して同極が略対向するように磁石を配置した場合でも、磁石をカット極のあまりに近くに配置した場合は、むしろ不動層の領域が増加する場合がある。これは、磁石をマグローラの磁極の近くに配置した結果、規制ブレード上流側の現像剤の一部を、新たに置いた磁石自身が拘束しまうためである。
【００６８】
磁石を配置した場合、反発磁界を形成するように配置したとしても、磁石とマグローラの間の空間に新たに磁石方向への磁気力が発生することとなる。この磁気力に引かれて現像剤が磁石に付着すると、その現像剤はその場に留まりつづけることとなり、新たな不動層となってしまう。これは、磁石が直接現像剤に触れないように、例えば現像容器の外側に磁石を配置した場合でも、現像容器越しに現像剤が付着してしまうので同じことである。現像スリーブのようにマグローラに引かれた現像剤を表面が移動することで搬送する機構を備えていれば、現像剤が留まらずに入れ替わることが可能だが、構成が複雑になるのでスペースやコストの観点でデメリットが大きい。
【００６９】
そこで、本発明においては、規制ブレード上流側の現像剤が存在している領域において、磁石方向に向かう磁気力が発生しないようにしている。具体的には、磁石の磁力の大きさや位置を調整して配置することで、上記問題を解決している。以下、詳細に述べる。
【００７０】
図１０には、磁石４０を現像スリーブ２８から４５ｍｍ離れた位置に配置した場合の現像剤中のキャリアに働く磁気力を示した。この時、磁石４０の断面の大きさは縦４ｍｍ、横８ｍｍで、磁束密度の大きさはカット極Ｓ１の磁束密度の大きさと略同じとした。本実施例においては、カット極Ｓ１の磁束密度の大きさが約５０ｍＴなので、磁石の磁束密度の大きさも５０ｍＴとした。また、この時、規制ブレードの上流側の剤溜まりはスリーブから約２０ｍｍの領域を覆うように存在しているとする。図１０からも分かるように、この例においては、現像剤中のキャリアに働く磁気力が磁石４０方向に向いている場所が、現像剤の存在領域（現像剤溜まり）に存在しない。従って、この例においては磁石４０に現像剤が拘束されて動かなくなるということがない。まれに現像剤がつくことがあっても微量である。
【００７１】
図１１には比較例として、磁石４０の配置する位置を現像スリーブ２８から３０ｍｍに近づけた場合の現像剤中のキャリアに働く磁気力を示した。磁石４０の配置を変えた以外の条件は先の例と同じである。図からも分かるように、この例においては、現像剤中のキャリアに働く磁気力が磁石方向に向いている場所が、現像剤溜まり部分に存在する。そのため、現像剤溜まりにある現像剤のうちの一部が磁石により吸引され拘束される。現像剤溜まり部には次々と現像剤が供給されるが、それらの一部が次々と磁石に拘束され留まり続けることになるので、結果としてその箇所が不動層となってしまい、発明の効果が十分得られない。
【００７２】
図１２にはさらに比較例として、図１０の実施例に対し、磁石４０の配置は４５ｍｍのまま磁石４０の磁束密度の大きさを１００ｍＴにした場合の現像剤中のキャリアに働く磁気力を示した。この場合、カット極Ｓ１の磁力に比較して磁石４０の磁力が大きいため、磁石方向への吸引力がよりマグローラよりの位置まで働くようになる。その結果、現像剤中のキャリアに働く磁気力が磁石４０方向に向く場所が、剤溜まり部分に存在するようになる。そのため、現像剤溜まりにある現像剤のうちの一部が磁石４０により吸引され拘束されるので、結果として、図１１で述べた先の比較例と同様にその箇所が不動層となり、発明の効果が十分得られない。
【００７３】
以上の例から、現像剤中に働く磁気力が磁石方向に向いている場所が、剤溜まり部分に存在しないようにするために、磁石の配置や磁石の磁束密度の強さを調整することで、不動層の発生を抑制することができることが分かる。
【００７４】
現像剤に働く磁気力が磁石方向に向いている場所が剤溜まり部分に存在しないようにするには、剤溜まりに磁石自らの吸引力が及ばないように、剤溜まりからなるべく離れた位置に配置すればよい。しかしながら、離れた場所に磁石を配置すると本来の発明効果が得られにくいので、磁石の磁束密度の大きさは大きい方が好ましい。ただし、あまりに大きくすると、剤溜まり部分に磁石方向への磁気力が働く場合があるのは先に述べたとおりであり、磁気力が磁石方向に向く場所が存在しない範囲で、なるべく大きくすることで、発明の効果をより有効に得ることが可能である。この点で、磁石の磁束密度の大きさはカット極の磁束密度の大きさの少なくとも半分以上、好ましくはカット極の磁束密度の大きさ以上あることが望ましい。ただし、カット極の磁束密度の大きさより３倍以上大きくすると、磁石の吸引力が強くなりすぎて問題が生じる。
【００７５】
なお、ここで述べた磁性体である磁性キャリアにはたらく力（磁気力）Ｆは以下のように測定することができる。
【００７６】
これまで、現像スリーブの法線方向と周（接線）方向の２次元で話を進めてきたが、これは端部を除いて磁束密度Ｂの長手方向成分がほぼ０なので、２次元で話を進めても問題がないからである。磁束密度Ｂの長手方向成分がほぼ０となる理由は、以下のように考えれば理解することができる。即ち、ある単位長さの短いマグローラが複数連なってマグローラを形成していると考えた場合に、繰り返し境界条件が適用されるとすれば、同等のものが並んでいるのにどちらかに磁力線が伸びるということが起こりえないことからも理解できる。したがって、以下においても、現像スリーブの法線方向と周（接線）方向の２次元で話を進めることにする。
【００７７】
磁気力Ｆは外部磁界（磁束密度）をＢとして以下の表せる。
Ｆ＝（ｍ・▽）Ｂ
ただし、Ｆ＝（Ｆｒ，Ｆθ）
この時磁気力大きさは｜Ｆ｜＝（Ｆｒ２＋Ｆθ２）１／２
【００７８】
ここで、上記式中の磁性キャリア中の磁気双極子モーメントｍは、一般的に外部磁界に比例した磁化を持つので、以下のように表せる。
ｍ＝｜Ａ｜Ｂ
Ｆ＝｜Ａ｜（Ｂ・▽）Ｂ
＝−｜Ａ｜▽Ｂ２
Ｆｒ（ｒ，θ）＝−｜Ａ｜｛Ｂ２（ｒ，θ）−Ｂ２（ｒ＋Δｒ，θ）｝／Δｒ
Ｆθ（ｒ，θ）＝−｜Ａ｜｛Ｂ２（ｒ，θ）−Ｂ２（ｒ，θ＋Δθ）｝／ｒΔθ
ただし、｜Ａ｜は透磁率などを含む関数であり、
キャリアが球形の場合は以下のように表せる。
｜Ａ｜＝（４π／μ０）×（μ−１）／（μ−２）×ｒ３
ここで、ｒはキャリアの半径、μはキャリアの比透磁率、μ0は真空透磁率である。
【００７９】
以上から磁界の強さ｜Ｂ｜（＝｛Ｂｒ２＋Ｂθ２｝１／２）に変化がある場合、磁束密度の小さい地点から磁束密度の大きな方向に向かい磁気力が生じることがわかる。逆に磁界の強さ｜Ｂ｜に変化がない方向には磁気力が働かないといえる。したがって、磁気力を知りたい領域において、磁界の大きさ（磁束密度）を連続的に測定していけば、その差分より上記式を元に磁気力Ｆの大きさおよび方向を求めることが可能である。
【００８０】
外部磁界の大きさ（磁束密度）｜Ｂ｜は市販のガウス（テスラ）メータで測定することが可能である。発明者らはベル社製ガウスメータ  モデル６４０を用いた。ガウスメータによりプローブ先端部における１方向の磁束密度の測定が可能なため、r軸、およびθ軸、の2種類のプローブを用いて２方向の磁束密度（ＢｒとＢθ）を測定し、その結果より磁界の強さを導き出した。このように、磁束密度の測定を繰り返すことにより、磁界の強さの分布を導き、その結果を元に磁気力Ｆの大きさおよび方向を求めた。
【００８１】
測定の際、Δｒ、Δθは、小さくすればする程磁界の分布は正確に把握できるが、測定に時間がかかる問題がある。そこで、ΔｒおよびｒΔθは概ね５ｍｍ間隔で測定し、その間に関しては内挿することで近似的に把握することとした。その際、プローブはｘｙｚステージに固定し、移動させながら連続的に測定を行った。
【００８２】
上記、測定結果および上記式を元にキャリアに働く磁気力が求まる。
【００８３】
例えば、半径が１７．５μｍ、比透磁率μが１２、真比重ρが４．８ｇ／ｃｍ３の球形と近似したキャリアの場合、真空の透磁率は４π×１０−７なため、｜Ａ｜＝２．４６×１０−６ｍ３となり、磁界の強さの２乗Ｂ２の測定値を元に磁気力が求まる。
【００８４】
Ｆｒ＝｜Ａ｜ΔＢｒ２／Δｒ＝（２．５×１０−６）／（２．５×１０−４）×ΔＢｒ２
＝１０−２×ΔＢｒ２（Ｎ）
＝１０−２×（Ｂｒ２−Ｂｒ＋Δｒ２）（Ｎ）
【００８５】
磁界の強さの２乗の差分なので、磁界の強さが大きいほど、また差が大きいほど磁気力は大きくなる。磁界の強さがが小さい場合は差がある程度大きくても磁気力は小さい。これは実際の現象と一致する。
【００８６】
以上のようにすれば磁気力を把握することが可能であるが、ここで知りたいのは磁気力の向きが磁石方向に変化する場所であり、特にマグローラの磁極と磁石の間の領域なので、その領域に焦点をあてて測定すればよい。
【００８７】
例えば発明者らは、まずマグローラと磁石の間の領域をマグローラ側から磁石方向に向かって５ｍｍ毎にＢｒとＢθを測定し、磁束密度Ｂの大きさの２乗｜Ｂ｜２を各点で求めた。マグローラから離れるにつれて｜Ｂ｜２の値が小さくなるが、しばらくすると大きくなりはじめる点があるので、その部分のみ細かく測定して、より正確に｜Ｂ｜２の大きさが上昇に転じる点を把握した。
【００８８】
そして、その点より磁石側の領域は磁気力が磁石側に向いている領域とした。
【００８９】
先の図１０〜図１２は、以上のような測定結果を元にしている。
【００９０】
このような測定を元に、磁気力が磁石側に向いている領域を把握した上で、現像剤が存在している領域と磁気力が磁石側に向いている領域が重ならないよう、磁石の磁力や配置を調整すれば、本発明が解決しようとしている課題を解決することができる。
【００９１】
なお、磁石の位置や大きさを調整することは過度の試行錯誤を強いると思われるかもしれないが、現像剤に働く磁気力が磁石方向に向きはじめる位置は、以下のように予測することが可能であり、過度の試行錯誤を強いるものではない。
【００９２】
磁石の磁力とマグローラのカット極の磁力が同じ場合、現像剤に働く磁気力が磁石方向に向きはじめる位置は両者のほぼ中間の位置である。ここで、磁石の磁力を大きくすると、磁気力が磁石方向に向きはじめる位置がマグローラ側にずれる。一方、マグローラのカット極の磁力を大きくすると、磁石側にずれる。これは、磁石から磁気力の向きが変わる位置までの距離とマグローラのカット極から磁気力の向きが変わる位置までの距離が、各々の磁束密度の大きさの比によって決まっているからである。図１３を用いて説明する。マグローラのカット極位置と磁石の距離をＬ（ｍｍ）とする。距離Ｌは、磁石のうち、カット極と対向する面における磁束密度のピーク位置と、カット極を結んだ距離とする。また、マグローラのカット極の磁束密度の大きさをＡ（ｍＴ）、磁石の前記ピーク位置における磁束密度の大きさをＢ（ｍＴ）とする。この場合、磁気力がマグローラ方向から磁石方向に向きを変える位置は、マグローラのカット極位置と磁石を結んだ線を概ねＡ：Ｂに分割する点Ｐである。従って、この点Ｐが剤溜まり部の外に存在するようにすれば、本発明の課題を解決することが可能である。
【００９３】
さらに、マグローラのカット極から磁気力が磁石方向に向きはじめる位置までの距離ａ（ｍｍ）、磁石から磁気力がマグローラ方向に向きはじめる位置までの距離をｂ（ｍｍ）は、それぞれ、ａ＝（Ａ/（Ａ＋Ｂ））×Ｌ、ｂ＝（Ｂ/（Ａ＋Ｂ））×Ｌと表せる。この時の、規制ブレード裏の現像剤溜まりの存在する領域のマグローラからの距離をｈ（ｍｍ）とすると、ｈ＜ａを満足していれば、磁気力がマグローラ方向から磁石方向に向きを変える点Ｐが剤溜まりの外側に存在することになる。従って、次式
ｈ＜（Ａ/（Ａ＋Ｂ））×Ｌ
を満足するように、磁石の磁力Ｂや磁石の位置Ｌを調整することで、本発明の課題を解決することが可能である。
【００９４】
先に述べた実施例および比較例について表１にまとめた。この表から、ｈが（Ａ/（Ａ＋Ｂ））×Ｌよりも小さくなるように調整されていれば、現像剤量変動が良好（○）で、逆にｈが（Ａ/（Ａ＋Ｂ））×Ｌよりも大きい場合は、現像剤量変動が発生（×）していることが分かる。
【００９５】
【表１】
0005587346.tif 000002
【００９６】
ここで、マグローラのカット極位置と磁石の距離Ｌ（ｍｍ）について述べる。本発明においては、現像装置４を現像スリーブ２９の軸方向に垂直な平面で切り取った断面（図１３）で、マグローラ２８のカット極Ｓ１の磁束密度の法線成分Ｂｒがピークとなる位置を一端とする。さらに、磁石４０のカット極Ｓ１と同極面の中央位置（磁石４０のカット極Ｓ１と同極面いおける磁束密度ピーク位置）をもう一端とする直線をひいた時の、直線の距離をマグローラのカット極位置と磁石の距離Ｌ（ｍｍ）とした。
【００９７】
また、規制ブレード裏の現像剤溜まりの存在する領域のマグローラからの距離ｈ（ｍｍ）に関しては、上記直線上で現像剤溜まりの存在する領域の長さをｈ（ｍｍ）とした。
【００９８】
ただし、現像剤溜まり量は製品の設置された環境や耐久状況などにより多少変化する可能性がある。しかし、カット極の磁力により規制ブレード裏側の現像剤量を確保している構成なら、現像剤溜まり量は大きく変化することはない。そのため、以下に述べる標準仕様状態において測定されたｈ（ｍｍ）が先に述べた条件式を満たしていれば問題はほとんどない。尚、現像剤溜まりの存在する領域の長さｈは、以下のように調整することができる。即ち、現像剤溜まりの存在する領域の長さをｈは、剤溜まり領域に流入するトナー量と流出するトナー量で決定される。トナー流出量は、ブレードとスリーブのギャップ及び現像スリーブの回転速度で決まる。一方、トナー流入量は、現像スリーブへのトナーの汲み上げ量で調整することができる。具体的には、トナーを汲み上げる量を多くするには、汲み上げ極（図７のＮ１）のピーク磁力を大きくすればよい。また、汲み上げ極の半値幅を調整することでもトナーの汲み上げ量を調整することができる。ここで、汲み上げ極とは、反発極のスリーブ回転方向下流側の極のことを指す。本実施例では、汲み上げ極の磁力ピークを調整することで現像剤溜まりの存在する領域の長さｈを調整した。
【００９９】
本発明においては、現像剤の帯電量が大きく嵩が増えやすい低湿度（湿度５％温度２３℃）環境において、各色の画像比率が１０％の標準的な画像をＡ４で１万枚耐久した場合における現像剤溜まりの存在する領域の長さをｈ（ｍｍ）とした。
【０１００】
上述したように、上記１万枚耐久までに現像剤溜まりの存在する領域の長さｈが一時的に変動する場合があっても、１万枚耐久した時点においてｈ＜（Ａ/（Ａ＋Ｂ））×Ｌを満たしていれば本発明の効果を得ることができる。
【０１０１】
磁石の配置に関してさらに述べると、図４に示したように本実施例においては磁石４０を現像容器２２の外側に配置した。これは、磁石に直接現像剤が触れないようにするためである。磁石に直接現像剤がくっつくと、その現像剤を剥すのは難しいため、予め直接触れない場所に配置している。
【０１０２】
なお、規制ブレードの構成に関して、これまで非磁性板による規制ブレードについてメインに述べてきたが、その他の構成においても同様の議論が可能であり、効果も得られる。しかしながら、非磁性版と磁性板の組み合わせた規制ブレードや磁性板のみからなる規制ブレードについては、磁性板に向かって吸引力が働くので、その部分が現像剤不動層となりやすい。一方、本実施例で述べたような非磁性版のみで構成された規制ブレードの場合は、上記懸念点がない点でメリットがある。
【０１０３】
また、本実施例は規制ブレードの現像剤搬送方向上流側にＳ１の次に異極Ｎ１が続く構成についてメインで述べたが、図１４のようにＳ１の上流に同極Ｓ３が続く構成でも同様な効果が得られる。このような構成の場合Ｓ１からＳ３極の間は反発磁界が形成されているので、Ｓ１、Ｓ３間では磁気力が弱まっているが、カット極Ｓ１近傍の磁気力は本実施例で述べたカット極Ｓ１の上流側に異極Ｎ１が続く構成とほぼ同じである。従って、現像剤の振る舞いも規制ブレード直近部分に関して言えば、ほぼ同様である。従って、本実施例述べた発明の効果は、カット極Ｓ１の上流に同極Ｓ３が続く構成でも同じように得ることが可能である。
【０１０４】
本実施例に用いた磁石は磁界を自ら発生するものであれば何でもよいが、例えば、鉄を含む各種金属元素や希土類元素で構成された合金磁性粉を着磁して得られる磁石を用いればよい。磁石は一面がＳ極、裏面がＮ極で構成されるようにすると、マグローラの軸方向全域に渡って反発磁界を形成しやすいので、本実施例においてもそのような構成のものを用いた。
【０１０５】
最後に、本発明で用いられる現像剤について述べておけば、本実施例では非磁性トナーと磁性キャリアからなる現像剤についてメインに述べたが、これに限らない。それ以外の現像剤でも少なくとも磁性体を含む現像剤であれば、例えば磁性トナーのみからなる現像剤でもであっても同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、現像剤の安息角φは現像剤同士の摩擦係数の観点で、本発明の構成に影響を与える。実際、摩擦力求める際にも内部摩擦角φという形で式に含まれていた。発明者の検討に拠れば、安息角φに関しては２０°〜７０°の範囲にあることが必要であり、好ましくは３０°〜６０°の範囲、より好ましくは３５°〜５０°の範囲に設定されていることが好ましい。
【０１０７】
安息角φの値が大きくなると、tanφが大きくなり、摩擦力μσ＝（Ｗ＋ｆｒ）tanφも大きくなり、例え、磁石を配置したとしても効果がでにくいという問題が起きる。一方、安息角の値が小さくなると、現像剤の流動性があまりに高くなり、本発明の課題以前に現像剤能力が低くなったり、飛散や漏れといった問題が発生したりする。
【０１０８】
なお、現像剤の安息角とは、図１５に示したように、上部から現像剤Ｄをふるい落としたときに下部にできる山の角度、即ち、図中の角度φである。この角度φ以下では、現像剤Ｄは自重で滑り落ちることはない。
【０１０９】
安息角の測定は、例えば以下のような方法で可能である。
【０１１０】
パウダーテスター（ホソカワミクロン社製：ＰＴ−Ｎ型）を用い、振動台に２４６μｍの篩をセットし、その中に試料を２５０ｃｃ入れ、１８０秒振動させ、安息角測定用テーブル上のトナーの安息角を角度測定アームにより測定する。
本実施例では、現像スリーブの外部に磁石を配置することで反発磁界を形成する構成を説明をしたが、これに限らない。例えば、コイルに電流を流して磁界を発生させる電磁石の構成であってもよい。その場合、現像剤溜まりの存在する領域の長さｈは、カット極に対向する側のコイルの端部におけるコイルの巻き中心と、カット極を結んだ直線上で規定すればよい。
【０１１１】
（実施例１）
この実施例１は、以下に述べる点で前記参考例１と相違しているが、他の点では前記参考例１と同様に構成されている。そのため、この実施例１の説明において、前記参考例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１１２】
参考例１においては、現像剤に働く磁気力が磁石方向に向く領域が剤溜まり中に存在しないように磁石を配置していた。この構成においては、剤溜まり中の磁気力の向きが磁石方向に向いていないため、磁石に現像剤が急激に溜まることはない。しかしながら、長期間の耐久の中では、徐々に磁石近傍に現像剤が蓄積する可能性がある。磁石近傍に現像剤が蓄積してもすぐに影響が出るわけではないが、実質的な現像剤量が減ってしまうことや、磁石の引力で蓄積した現像剤が振動等の要因で落下すると、周りの現像剤と帯電量などが異なるために、濃度ムラとして最終画像に現れる可能性がある。
【０１１３】
そこで、本実施例においては、現像剤に働く磁気力が磁石方向に向いている領域を剤返し部材によって埋めてしまったことが特徴である。
【０１１４】
図１６には、本実施例の規制ブレード位置の上流における２成分現像剤の状態を模式的に表した断面概略図を示した。マグローラ２９や磁石４０の磁力および磁石４０の配置などは参考例１の図１０と同じである。ただし、本実施例の特徴である剤返し部材４１が新たに配置されているのが特徴である。剤返し部剤４１は、磁気力の向きが磁石４０方向に向いている領域を覆うように配置しているため、現像剤が磁石４０に引きつけられることがなく、先に述べたような懸念がない点で参考例１よりメリットがある。ただし、部材が増える分コストが高くなるので、製品に要求されるコストや寿命などのスペックに応じて、適宜配置すればよい。
【０１１５】
なお、剤返し部剤は中が空洞でも同様の効果が得られる。また材質に関しては非磁性材料で構成されていることが好ましい。磁性材料で構成されると、磁界中で磁化されるため、現像剤が付着してしまう。本実施例では、現像容器と同様にＡＢＳ樹脂を用いた。
【符号の説明】
【０１１６】
１  感光体ドラム（像担持体）
４  現像装置
２８  現像スリーブ
３０  規制ブレード
４０  磁石
４１  剤返し部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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