(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体に対向配置したローラ状の現像剤担持体を有し、該現像剤担持体上に非磁性トナーと磁性キャリアとからなる現像剤によって形成した磁気ブラシを該潜像担持体に接触させて、該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、
前記潜像担持体の表面近傍に絶縁性の線状部材を前記潜像担持体の長手方向に、前記潜像担持体に対して平行に等間隔に複数配置し、該複数の線状部材は、前記潜像担持体の表面から等しい間隙Ｌ［μｍ］を介して設けられ、
前記間隙Ｌ［μｍ］は、トナーの重量平均粒径をＤＴ［μｍ］、キャリアの重量平均粒径をＤＣ［μｍ］としたとき、
式  ３・ＤＴ≦Ｌ＜ＤＣ
で表され、
各線状部材は互いに等しい間隔Ｔ［μｍ］に配設され、該間隔Ｔは
式  ＤＣ＜Ｔ＜３・ＤＣ
で表され
前記複数の線状部材は、前記潜像担持体と前記現像剤担持体との最近接位置より前記現像剤担持体の回転方向に対し下流側に設けられていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、前記線状部材はワイヤ状のものであり、そのワイヤの径が１０〜２５μｍであることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の現像装置において、
前記現像剤担持体に印加する現像バイアスとしてＤＣバイアスを用いることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの現像装置を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置が備える電子写真方式の二成分現像剤を用いた現像装置およびこのような現像装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の複写機、レーザプリンタでは高画質が求められると同時に、高耐久性、高安定性も望まれている。すなわち環境変動によっても画質の変化が少なく、また常に安定した画像を初期から経時においても提供することが求められている。
【０００３】
従来から、このような画像形成において、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下現像剤と記す）を、複数の磁極が固定して配設されその磁力を用いて搬送させるために回転可能な非磁性の円筒状の現像剤担持体（以下現像スリーブと記す）上に保持すること、そして、この現像スリーブに内包される磁石の磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブに潜像担持体（以下感光体と記す）と対向する位置で現像バイアスを印加することにより現像を行う二成分現像方式の現像装置は広く知られており、カラー化が容易でもある。この方式の現像装置において、現像剤は現像スリーブの回転に伴い、現像領域に搬送される。現像剤が現像領域に搬送されるに従い、現像極の磁力線に沿いながら、現像剤中の多数の磁性キャリアがトナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成し、前記した潜像担持体に接触させて潜像担持体上の潜像が現像される。
【０００４】
また、現像電界として直流電圧に交流成分を重畳し、トナーを感光体に付勢する方向に作用する電界と、トナーを現像スリーブ側に移動させる方向に作用する電界を交互に生成する交番電界とを用いて潜像担持体の潜像をトナーにより現像して可視化する際に濃度安定化技術も広く用いられている。この交番電界を用いた高い現像能力により、経時によりトナーの帯電量分布がシフトした場合においても十分なベタ濃度（一様なベタ塗りにした濃度）を確保できる。しかも同時にハーフトーンなどの比較的潜像の浅いパターンであっても、トナーを付着させるのに十分な電界を形成することができる。そのため、この技術は十分な現像能力と、ハーフトーンの安定性を両立するものとして、特にカラー画像形成装置などで使用される頻度が高くなっている。この技術はモノクロ複写機でも、ハーフトーンの粒状性向上や均一なベタ画像を実現するために用いるのに最適な技術といえる。
このような、二成分現像方式における発明を、一成分現像方式の現像装置のように細線再現性を高め、解像力を高めた発明として、特許文献１の発明を挙げることができる。この発明によって二成分現像方式の画像形成装置は、細線の再現性がよく、高解像度の画像が得られることができるようになった。
【０００５】
ところで現像電界として交番電界を用いた場合、現像領域内で磁気ブラシの疎密により発生する局所的な電界強度の増加によって（特に潜像の深い部分に対する）放電が発生し、画像がリング状に白く抜ける現象（白抜け）が発生している。そのため、二成分現像剤に使用するキャリアでも低抵抗値のキャリアを用いるのは困難である。さらに、中−高抵抗キャリアでも、コート膜の不均一によって局所的にブレイクダウン（放電）する場合もあり、したがってキャリアコート層の均一性やキャリア芯材の抵抗値に対する制約条件（即ち、キャリア芯材に用いる材料の制約およびキャリアコートの材料、キャリアコート層の均一性の制約など）も多く存在している。
【０００６】
このような現像装置において、画像のザラツキ感をなくし、ドット再現性が高く、しかも粒状性に優れた高品位な画像を得るための改良が続けられている。その一つとして、像担持体と現像スリーブとの間に形成される電界を交番電界とし、トナーの再配置を促しながら現像することでザラツキ感をなくすものが知られている。しかし、交番電界を形成すると、直流電界のみの場合に比べ、電界の最大値が大きくなり像担持体へのキャリアの付着を起こしやすいという問題がある。また、交番電界を形成するための電源が必要であり、コスト高となる。このため、直流電界を用いて、ザラツキ感をなくし、ドット再現性を高くし、しかも粒状性に優れた高品位な画像が得られるような現像装置およびこのような現像装置を有する画像形成装置の出現が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の現像装置を用いたとしても、潜像担持体上に形成される潜像電位が急激に変化する領域において、現像後のトナー像がかすれることがある。具体的には、ベタ画像の周辺に中間濃度の画像を形成した場合、ベタ画像周辺に濃度の低いかすれ領域（以後、ハロー画像という）が生じてしまう（特許文献２参照）。
これらの発生原因は、特許文献２に記載されている以下のようなことが考えられる。
１．現像電界の発生遅れ、減衰
２．トナー供給性能の局所的な不足
３．磁気ブラシが潜像担持体上に転移したトナーを再び掻き取るスキャベンジ力の局所的な増加
この特許文献２では、現像用開口近傍を通過する現像剤担持体に近接配置され、当該現像用開口近傍を通過する当該現像剤担持体上の二成分現像剤を掻き乱す攪乱部材を備えることが提案されているが、特に二成分接触ＤＣ現像では、ハロー画像を完全になくすことができていない。すなわち上記発明によって磁気ブラシが攪乱部材によって必要以上に大きく攪乱されてしまい、その攪乱による影響が画像に反映してしまう。特に特許文献２の発明では、トナー粒子のマクロな動きに対する注意が払われているに過ぎず（たとえば特許文献２では、線状部材の間隔Ｗ：２ｍｍなど）、個々のトナー粒子の動きに対するミクロな視点に立って解決しようとする解決手段には至ってはいない。
【０００８】
そこで本発明の目的は、二成分現像剤のトナー粒径、キャリア粒径、線状部材の間隔、太さなどの規定によるミクロな動きに着目し、二成分接触ＤＣ現像においてハロー画像の発生しない現像装置およびこのような現像装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の解決手段を有することを特徴としている。
（１）潜像担持体に対向配置したローラ状の現像剤担持体を有し、該現像剤担持体上に非磁性トナーと磁性キャリアとからなる現像剤によって形成した磁気ブラシを該潜像担持体に接触させて、該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、前記潜像担持体の表面近傍に絶縁性の線状部材を前記潜像担持体の長手方向に、前記潜像担持体に対して平行に等間隔に複数配置し、該複数の線状部材は、前記潜像担持体の表面から等しい間隙Ｌ［μｍ］を介して設けられ、前記間隙Ｌ［μｍ］は、トナーの重量平均粒径をＤＴ［μｍ］、キャリアの重量平均粒径をＤＣ［μｍ］としたとき、式 ３・ＤＴ≦Ｌ＜ＤＣで表され、各線状部材は互いに等しい間隔Ｔ［μｍ］に配設され、該間隔Ｔは式 ＤＣ＜Ｔ＜３・ＤＣで表され前記複数の線状部材は、前記潜像担持体と前記現像剤担持体との最近接位置より前記現像剤担持体の回転方向に対し下流側に設けられていることを特徴とする。
（２）前記（１）に記載の現像装置において、前記線状部材はワイヤ状のものであり、そのワイヤの径が１０〜２５μｍであることを特徴とする。
（３）前記（１）または（２）に記載の現像装置において、前記現像剤担持体に印加する現像バイアスとしてＤＣバイアスを用いることを特徴とする。
（４）前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の現像装置を有する画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の現像装置においては、線状部材を潜像担持体長手方向に、前記像担持体に対して平行に設けることで、感光体近傍キャリアが個々に回転するようになり、現像電界が弱いハーフトーン部においても十分に現像され、また、ベタ周辺部でもキャリア上トナーが枯渇することなく、トナーを付着することが可能であるので、ザラツキ感をなくし、ドット再現性を高くし、しかも粒状性に優れた高品位な画像が得られるような現像装置がおよびこのような現像装置を有する画像形成装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の現像装置の内部構成を示す概略構成図である。
【図２】現像装置の現像領域近傍における磁気ブラシの状態を模式的に示す図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】ハローの状態を説明するための評価画像を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置の現像装置に適用した一実施形態により、説明する。
図１は、現像装置３の内部構成を示す概略構成図である。現像装置３は、図１に示すように、現像剤収容部としての現像ケース５３内にトナーとキャリアを有する二成分現像剤を収容する。また、現像ケース５３内には、現像ケース５３の開口部５３ａを介して感光体４と対向するように配置された現像剤担持体としての現像スリーブ５４と、現像剤を攪拌しながら搬送するスクリュー部材５５、５６とを備えている。
【００１３】
上記現像ケース５３は、感光体４への現像剤の供給側に位置する第１の空間部６５と、供給口６２から補給トナーの供給を受ける第２の空間部６４側とに仕切り壁５７によって分割されている。スクリュー部材５６は空間部６５に、スクリュー部材５５は空間部６４にそれぞれ配置され、現像ケース５３に設けた図示しない軸受部材によって回転自在に支持されている。また現像スリーブ５４も図示しない軸受部材を介して現像ケース５３に回転自在に支持され、図示しない駆動手段から回転駆動力が伝達されることで回転する。また、現像ケース５３には、現像剤中のトナー濃度を検知して出力するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ６３が空間部６５内にその検知面が臨むように装着されている。
【００１４】
上記構成の現像装置３において、現像ケース５３内の二成分現像剤は、スクリュー部材５５、５６の等速回転により、現像装置３内を循環しながらトナーとキャリアとが攪拌されることにより摩擦帯電する。そして、搬送スクリュー５６は現像剤の一部を現像スリーブ５４に供給し、現像スリーブ５４はその現像剤を磁気的に担持して搬送する。磁気的に担持するための磁石には感光体ドラムの対向部位に主極（Ｐ１極）が配置されており（図２参照）、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。また、感光体ドラム４との対向部より現像スリーブ５４の回転方向下流位置では、現像剤を現像スリーブから剥離するために、同極性の磁極が隣接して配置されている。現像スリーブ５４上の現像剤は、現像ケース５３に配置された現像剤規制部材６１により、その高さ（担持量）が規制される。
【００１５】
規制された現像剤は、Ｐ１極で磁気ブラシが穂立ちしながら感光体（潜像担持体）４に接触し、感光体４と現像スリーブ５４との線速比により感光体４近傍に設けられた絶縁性の線状部材７１（図中●で示す）を追い越す際にトナーを保持したキャリアが回転しながら移動し、現像スリーブ５４と感光体４間の電界で感光体４上の潜像に移動されてトナーが接触することにより、顕像化される。詳細を図２に示す。
【００１６】
絶縁性の線状部材（ワイヤ）７１は、感光体長手方向（図面に垂直な方向）に対して平行になるように複数本設けられている。ワイヤ径（線状部材の直径）としては、５０μｍ以下が好ましく、より好ましくは１０〜２５μｍである。１０μｍ未満の場合、ワイヤの強度が弱く切れる可能性がある。また、ワイヤ径が２５μｍを超えて太くなるとワイヤ跡による濃度ムラが発生し、問題となる惧れがある。
【００１７】
本発明では、感光体４とワイヤ７１との距離（間隙）Ｌ［μｍ］は、
３・ＤＴ≦Ｌ＜ＤＣ
の式を満たすことが好ましい（図３参照のこと）。ここで、ＤＴ［μｍ］はトナーの直径（重量平均の直径）であり、ＤＣ［μｍ］はキャリアの直径（重量平均の直径）である。感光体４とワイヤ７１との距離Ｌがトナーの直径（トナーの平均直径）の３倍より小さい場合、ベタ領域で現像されたトナー層に触れてしまい、画像を乱すことがある。また、キャリア直径ＤＣを超えた場合、ほとんどのキャリアが感光体／ワイヤの間を通過してしまい、効果が得られない。
【００１８】
本発明では、複数のワイヤ（絶縁性の線状部材）は図２〜３に示すように、等間隔に設けられ、そのワイヤ間距離（ワイヤ間隔）Ｔ［μｍ］は、
ＤＣ＜Ｔ＜３・ＤＣ
であることが好ましい。ワイヤ間距離Ｔがキャリア直径ＤＣ以下の場合、キャリアが感光体と接触しないことが起こり、ベタ均一性（ベタ塗りの濃度の均一性）が悪くなることがある。またキャリア直径ＤＣの３倍を超えると、トナーを保持したキャリアが効率的に回転をしないため、ハローに対して十分な効果が得られない。
【００１９】
なお、キャリアの重量平均粒子径は、マイクロトラック粒度分析計：ＳＲＡタイプ（日機装社製）を用いて、０．７μｍ以上１２５μｍ以下のレンジ設定で測定することができる。このとき、分散液の溶媒にはメタノールを使用して、屈折率を１．３３、キャリア及び芯材の屈折率を２．４２に設定する。またトナーの平均粒径および粒度分布は、カーコールターカウンター法により測定される。トナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）があげられる。本発明においてはコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス（日科技研社製）と、ＰＣ９８０１パーソナルコンピューター（ＮＥＣ製）とを接続し測定することができる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の現像装置を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されて解釈されるものではない。
〔実施例１〕
絶縁性の線状部材（ワイヤ）７１の条件を以下のように設定した現像装置３を用いて現像を行った。
ワイヤ線の径：２５［μｍ］
感光体４とワイヤ７１との間隙Ｌ：３０［μｍ］
ワイヤ間隔Ｔ：１００［μｍ］（感光体／スリーブ最近接位置を中心に、１９本設置）
プリンタの機械条件は以下の通り。
線速：          ２０５（ｍｍ／ｓｅｃ）
感光体径：    ３０（ｍｍ）
スリーブ／感光体線速比：    ２
スリーブ印加バイアスＶＢ（ＤＣ）：  −４５０（Ｖ）
現像剤汲み上げ量：        ４８（ｍｇ／ｃｍ２）
ローラ径：                φ１８（ｍｍ）
ローラ表面：              Ｖ溝（Ｖ溝の本数は１００本、深さ７０μｍの直角）
主極角度：                ６°
主極磁束密度：            １０９（ｍＴ）
帯電電位Ｖ０：              −６００（Ｖ）
露光後電位ＶＬ：            −５０（Ｖ）
キャリア粒径：                ３５μｍ
トナー粒径：                  ５．８μｍ
【００２１】
上記条件で、画像形成を行い、ベタ濃度、ハロー画像により評価した。各評価方法は以下の通り。
＜ベタ濃度＞
Ａ４サイズ横連続１００枚全ベタ印刷を行い、Ａ４横用紙の左上、中央上、右上、左下、中央下、右下の画像濃度を測定。
ＩＤ（Ｉｍａｇｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）偏差が０．１以下の場合○、０．１〜０．１５の場合を△、０．１５以上の場合を×として評価した。
【００２２】
＜ザラツキ感＞
ザラツキ感の程度を表す評価基準として粒状度を用いる。ここで、粒状度の測定原理を説明する。
粒状度は、ハーフトーン領域の画像をスキャナで読み取り、１ｃｍ２程度のパッチを用意する。このパッチ領域の画像をフーリエ変換して得られたパワースペクトルに対し、人間の視覚特性を表す周波数フィルタをかけ、人間の目に目立ちやすい部分を抽出したパワースペクトルを積分する。このようにしてパッチ毎に得られた数値を、粒状度として測定する。本実施形態では、明度が４０〜８０となる部分のパッチの粒状度の平均値を用いた。粒状度が小さい程、ザラツキ感のない良好な画像である。なお、粒状度０．４６未満を〇、０．４６以上を×として、ザラツキ感の良否を判定した。
【００２３】
＜ハロー画像評価＞
図４に示す画像パターンを出力し、ベタ画像周辺の白抜け幅を計測してハロー状態の画像を、０．１［ｍｍ］以上の白抜けが発生した場合を×、０．１［ｍｍ］未満を○として評価した。
以上のような評価項目により、評価を行った。
結果を表１に示す。
【００２４】
〔実施例２〜５〕
実施例１において、絶縁ワイヤ線の径、感光体４とワイヤ７１との間隙Ｌ、ワイヤ間隔Ｔを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして評価を行った。
【００２５】
〔実施例６〕
実施例１において、ワイヤを設置する位置を、感光体と現像スリーブとの最近接位置から、現像スリーブの回転方向に対して下流側に１０本設けた以外は実施例１と同様にして評価を行った。
【００２６】
〔比較例１〕
実施例１において、ワイヤを用いなかった以外は、実施例１と同様にして評価を行った。
【００２７】
〔比較例２〜５〕
実施例１において、ワイヤ線径、感光体４とワイヤ７１との間隙Ｌ、ワイヤ間隔Ｔを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして評価を行った。
【００２８】
【表１】
0005540755.tif 000002
【００２９】
本発明の現像装置では、潜像担持体表面近傍に絶縁性の線状部材を前記潜像担持体長手方向に、前記像担持体に対して平行に等間隔に複数配設したことで、感光体近傍キャリアが回転するようになり、現像電界が弱いハーフトーン部においても十分に現像されるようになり、また、ベタ周辺部でもキャリア上トナーが枯渇することなく、トナーを付着することが可能となる（表１の実施例と比較例との比較による）。
【００３０】
また上記複数配設した線状部材は、前記像担持体表面に対して等しい間隙Ｌに線状部材を設けることで、感光体近傍キャリアが回転するようになり、現像電界が弱いハーフトーン部においても十分に現像されるようになり、また、ベタ周辺部でもキャリア上トナーが枯渇することなく、トナーを付着することが可能となる。また、線状部材が感光体上のトナーを乱すこともない（表１の実施例参照）。
【００３１】
また上記に記載の現像装置おいて、前記間隙Ｌ［μｍ］を、
式：  ３・ＤＴ≦Ｌ＜ＤＣ
（式中、ＤＴ［μｍ］はトナーの直径（重量平均の直径）であり、ＤＣ［μｍ］はキャリアの直径（重量平均の直径）である。）の範囲にあるようにしたので、現像されたトナー像を乱すことなく、ザラツキ感のない、またベタ周辺ハーフトーン部の白抜けのない画像を得ることができる（表１の実施例と、比較例２、３との比較）。
【００３２】
また上記いずれかに記載の現像装置おいて、上記した複数の線状部材は、前記像担持体と前記現像剤担持体との最近接位置より前記現像剤担持体回転方向に対し下流側に設けられているので、感光体近傍キャリアが回転するようになり、現像電界が弱いハーフトーン部においても十分に現像されるようになり、また、ベタ周辺部でもキャリア上トナーが枯渇することなく、トナーを付着することが可能となる。コストの面で有利となる。
【００３３】
また、上記いずれかに記載の現像装置おいて、線状部材はワイヤ状のものであり、そのワイヤの径として１０〜２５μｍであるので、長期的に使用できる現像装置を提供できるとともに、線状部材の跡の発生による濃度ムラが生じない。
【００３４】
また、上記いずれかに記載の現像装置において、現像剤担持体に印加する現像バイアスとしてＤＣバイアスを用いても現像効率の悪くならず、ハロー画像のない、ベタからハイライトまで濃度が均一な画像を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
３  現像装置
４  感光体
５３  現像ケース
５３ａ  現像ケース５３の開口部
５４  現像スリーブ
５５、５６  スクリュー部材
５７  仕切り壁
６１  現像剤規制部材
６２  供給口
６３  トナー濃度センサ
６４  第２の空間部
６５  第１の空間部
７１  絶縁性の線状部材（ワイヤ（絶縁ワイヤ））
Ｔ  ワイヤの間隔
Ｌ  感光体とワイヤ（絶縁ワイヤ）との間隔
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特許第３５４１２０３号
【特許文献２】特開２００１−５１５０９
【図１】
0005540755.tif 000003
【図２】
0005540755.tif 000004
【図３】
0005540755.tif 000005
【図４】
0005540755.tif 000006