(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持されて搬送される前記現像剤の量を規制する第１の規制部材と、第１の規制部材により掻き落とされた前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部に隣接し、前記現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部とを備え、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化により、該現像剤と前記トナーとの接触状態を変化させて、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させる画像形成用現像装置であって、前記現像剤収容部は、第１の規制部材よりも前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された第２の規制部材を有し、第２の規制部材は、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、該現像剤の層厚が増加した場合に該現像剤の増加分の通過を規制すべく、前記現像剤担持体との間隙が設定されており、下記式（２）（３）（４）を満たすことを特徴とする現像装置。
【数１】
0003681151.tif 000003
【数２】
0003681151.tif 000004
【数３】
0003681151.tif 000005
【数４】
0003681151.tif 000006
［式中、σ１０００は、１０００エルステッドにおけるキャリアの磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）を示し、Ｄはキャリアの平均粒径（μｍ）を示す。］
【請求項２】
該磁性キャリアを構成する結晶粒子が板状または針状磁性粒子であり、三次元的に一軸方向の形状異方性があることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置における２成分現像剤を用いる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来トナー濃度検知手段を必要とせず、現像剤の動きによってトナーを取り込む現像装置が知られている。しかし、この現像装置では、現像剤の動きが活発な箇所とそうでない箇所、あるいは現像剤の多い箇所と少ない箇所においてトナーの取り込み量が異なり、部分的にトナー濃度が不安定となって画像濃度ムラやかぶりが発生し易い。そこで、トナーホッパー内に２つのトナー供給部材を配設し、各トナー供給部材で形成される経路に現像剤を通過させることにより、装置長手方向における濃度ムラやかぶりを解決する技術が特開昭６３−４２８２号公報に開示されている。しかし、上記公報に開示された技術では、トナー供給部材を２つ使用するため、現像ユニットが大型化してしまうと共にコストアップしてしまうという問題点がある。特開平９−１９７８３３号公報では、現像剤収容室内における現像剤搬送抵抗の変化を利用して、トナー濃度を制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特開平９−１９７８３３号公報開示の技術の改良によって、上記問題点を解決し、部品点数を低減させ、機能の集約化を行なうことにより、小型化および低コスト化を図りつつ品質の安定化を行なうことができる現像装置の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持されて搬送される前記現像剤の量を規制する第１の規制部材と、第１の規制部材により掻き落とされた前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部に隣接し、前記現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部とを備え、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化により、該現像剤と前記トナーとの接触状態を変化させて、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させる現像装置を用いた画像形成方法であって、前記現像剤収容部は、第１の規制部材よりも前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された第２の規制部材を有し、第２の規制部材は、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、該現像剤の層厚が増加した場合に該現像剤の増加分の通過を規制すべく、前記現像剤担持体との間隙が設定されていることを特徴とする。
【０００５】
請求項１記載の発明は、画像ムラ指数（ＧＭ）≧３．０を満たすことを特徴とする。
【０００６】
【数５】
画像ムラ指数（ＧＭ）＝σ１０００／Ｄ2×１００    ・・・（１）
【０００７】
ここでは、画像ムラ指数としてＧＭを上記（１）のように規定した。本発明者らは経験的に画像ムラが１０００エルステッドにおけるキャリアの磁化の強さに比例し、キャリアの平均粒径の二乗に反比例し向上することを確認している。画像ムラがキャリアの磁化の強さに比例するのは、スリーブ上の現像剤層の安定性に起因していると考えられる。また、本発明の現像システムでは、高トナー濃度の現像剤を使用する為、キャリアの磁化の強さが大きい方が摩擦帯電の安定性の面でも有利であり、そのことが画像ムラへも影響していると考えられる。
一方、画像ムラ余裕度がキャリアの平均粒径の二乗に反比例するというのは、キャリアの単位表面積当りの個数に比例しているものと考えられ、キャリアまたは現像剤の流動性の低さに比例していると考えることができる。このことは、キャリアまたは現像剤の流動性が悪くなるほど、スリーブ上の現像剤層が安定し、画像ムラが好転することを意味していると考えられる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、該磁性キャリアを構成する結晶粒子が板状または針状磁性粒子であり、三次元的に一軸方向の形状異方性があることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、上記したキャリアまたは現像剤の流動性が悪くなり、画像ムラを防止することができる。
【０００９】
本発明における磁気特性の測定は、理研電子（株）製の直流磁化Ｂ−Ｈ特性自動記録装置ＢＨＨ−５０を用いて行なう。一般に現像極は１キロエルステッド程度の磁場であり、本発明における磁気特性は±１キロエルステッドの磁場をつくり、そのときのヒステリシスカーブから求める。本発明における磁気特性は、サンプルを円筒状のプラスチック容器にゆるく入れた後、１キロエルステッドの磁場をかけた状態で強くパッキングを行ない、固定し、その状態での磁気特性を測定する。この状態での測定値を、本発明の磁気特性として用いる。
【００１０】
１０００エルステッドにおける磁化の強さ（σ１０００）は３０〜１２０ｅｍｕ／ｇであることが必要である。１２０ｅｍｕ／ｇより大きい場合には、現像極での磁気ブラシの密度が疎となりやすく、本発明のような高画質な画像が得られにくくなる。３０ｅｍｕ／ｇ未満であると、磁気的な拘束力も減少するためにキャリア付着を生じやすい。
【００１１】
本発明のキャリア粒子の平均粒径は、３５〜６５μｍの範囲が好ましい。３５μｍより小さいと感光体へのキャリア付着が生じ易くなり、また、６５μｍを越えると現像極における磁気ブラシが粗になり、高画質な画像が得られにくくなる。なお、本発明のキャリアの粒径は、光学顕微鏡によりランダムに３００個以上抽出し、ニレコ社製の画像処理解析装置Ｌｕｚｅｘ３により水平方向フェレ径をもってキャリア粒径として、測定する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の現像装置におけるトナー濃度自己制御について、具体的に図を使って説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の一例であり、現像装置要部の概略構成図である。潜像担持体である感光体ドラム（１）の側方に配設された現像装置（１３）は、支持ケース（１４）、現像剤担持体としての現像スリーブ（１５）、現像剤収容部材（１６）、現像剤規制部材としての第１ドクターブレード（１７）等から主に構成されている。
【００１３】
感光体ドラム（１）側に開口を有する支持ケース（１４）は、内部にトナー（１８）を収容するトナー収容部としてのトナーホッパー（１９）を形成している。トナーホッパー（１９）の感光体ドラム（１）側寄りには、トナー（１８）と磁性粒子であるキャリアとからなる現像剤（２２）を収容する現像剤収容部（１６ａ）を形成する現像剤収容部材（１６）が、支持ケース（１４）と一体的に設けられている。また、現像剤収容部材（１６）の下方に位置する支持ケース（１４）には、対向面（１４ｂ）を有する突出部（１４ａ）が形成されており、現像剤収容部材（１６）の下部と対向面（１４ｂ）との間の空間によって、トナー（１８）を供給するためのトナー供給開口部（２０）が形成されている。
【００１４】
トナーホッパー（１９）の内部には、図示しない駆動手段によって回動されるトナー供給手段としてのトナーアジテータ（２１）が配設されている。トナーアジテータ（２１）は、トナーホッパー（１９）内のトナー（１８）をトナー供給開口部（２０）に向けて撹拌しながら送り出す。また、トナーホッパー（１９）の感光体ドラム（１）と対向する側には、トナーホッパー（１９）内のトナー（１８）の量が少なくなったときにこれを検知するトナーエンド検知手段（１４ｃ）が配設されている。
【００１５】
感光体ドラム（１）とトナーホッパー（１９）との間の空間には、現像スリーブ（１５）が配設されている。図示しない駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリーブ（１５）は、その内部に現像装置（１３）に対して相対位置不変に配設された、磁界発生手段としての図示しない磁石を有している。
現像剤収容部材（１６）の、支持ケース（１４）に取り付けられた側と対向する側には、第１ドクターブレード（１７）が一体的に取り付けられている。第１ドクターブレード（１７）は、その先端と現像スリーブ（１５）の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。
【００１６】
現像剤収容部材（１６）のトナー供給開口部（２０）の近傍に位置する部位には、規制部材としての第２ドクターブレード（２３）が配設されている。第２ドクターブレード（２３）はその自由端が現像スリーブ（１５）の外周面に対して一定の隙間を保つべく、現像スリーブ（１５）の表面に形成される現像剤（２２）の層の流れを妨げる方向、すなわち、自由端を現像スリーブ（１５）の中心に向けて、基端を現像剤収容部材（１６）に一体的に取り付けられている。
現像剤収容部（１６ａ）は、現像スリーブ（１５）の磁力が及ぶ範囲で、現像剤（２２）を循環移動させるに十分な空間を有するように構成されている。
【００１７】
なお、対向面（１４ｂ）は、トナーホッパー（１９）側から現像スリーブ（１５）側に向けて下向きに傾斜するよう、所定の長さにわたって形成されている。これにより、振動、現像スリーブ（１５）の内部に設けられた図示しない磁石の磁力分布のむら、現像剤（２２）中の部分的なトナー濃度の上昇等が発生した際に、第２ドクターブレード（２３）と現像スリーブ（１５）の周面との間から現像剤収容部（１６ａ）内のキャリアが落下しても、落下したキャリアは対向面（１４ｂ）で受けられて現像スリーブ（１５）側に移動し、磁力で現像スリーブ（１５）に磁着されて再び現像剤収容部（１６ａ）内に供給される。これにより現像剤収容部（１６ａ）内のキャリア量の減少を防止することができ、画像形成時における、現像スリーブ（１５）の軸方向での画像濃度ムラの発生を防止することができる。対向面（１４ｂ）の傾斜角度（α）としては５°程度がよく、また、所定の長さ（ｌ）としては好ましくは２〜２０ｍｍ、更に好ましくは３〜１０ｍｍ程度が望ましい。
【００１８】
上記構成により、トナーホッパー（１９）の内部からトナーアジテータ（２１）によって送り出されたトナー（１８）は、トナー供給開口部（２０）を通って現像スリーブ（１５）に担持された現像剤（２２）に供給され、現像剤収容部（１６ａ）へ運ばれる。そして、現像剤収容部（１６ａ）内の現像剤（２２）は、現像スリーブ（１５）に担持されて感光体ドラム（１）の外周面と対向する位置まで搬送され、トナー（１８）のみが感光体ドラム（１）上に形成された静電潜像と静電的に結合することにより、感光体ドラム（１）上にトナー像が形成される。
【００１９】
ここで、上記トナー像形成時における現像剤（２２）の挙動を説明する。現像装置（１３）に磁性キャリア（２２ａ）のみからなるスタート剤をセットすると、図２に示すように磁性キャリア（２２ａ）は現像スリーブ（１５）の表面に磁着されるものと現像剤収容部（１６ａ）内に収容されるものとに分かれる。現像剤収容部（１６ａ）内に収容された磁性キャリア（２２ａ）は、現像スリーブ（１５）の矢印ａ方向への回転に伴い、現像スリーブ（１５）内からの磁力によって矢印ｂ方向へ１ｍｍ以上の移動速度で循環移動する。そして、現像スリーブ（１５）の表面に磁着された磁性キャリア（２２ａ）の表面と現像剤収容部（１６ａ）内で移動する磁性キャリア（２２ａ）の表面との境界部において界面（Ｘ）が形成（図２）される。
【００２０】
次に、トナーホッパー（１９）にトナー（１８）がセットされると、トナー供給開口部（２０）より現像スリーブ（１５）に担持された磁性キャリア（２２ａ）にトナー（１８）が供給される。したがって、現像スリーブ（１５）は、トナー（１８）と磁性キャリア（２２ａ）との混合物である現像剤（２２）を担持することとなる。
【００２１】
現像剤収容部（１６ａ）内では、収容されている現像剤（２２）の存在により、現像スリーブ（１５）によって搬送される現像剤（２２）に対して、その搬送を停止させようとする力が働いている。そして、現像スリーブ（１５）に担持された現像剤（２２）の表面に存在するトナー（１８）が界面（Ｘ）へ搬送されると、界面（Ｘ）近傍における現像剤（２２）間の摩擦力が低下して界面（Ｘ）近傍の現像剤（２２）の搬送力が低下し、これにより界面（Ｘ）近傍での現像剤（２２）の搬送量が減少する。
【００２２】
一方、合流点（Ｙ）より現像スリーブ（１５）の回転方向上流側の現像剤（２２）には、上述の現像剤収容部（１６ａ）内のような、現像スリーブ（１５）によって搬送される現像剤（２２）に対して、その搬送を停止させるような力は作用しないので、合流点（Ｙ）へ搬送されてきた現像剤（２２）と界面（Ｘ）を搬送される現像剤（２２）との搬送量のバランスが崩れて現像剤（２２）の玉突状態が発生し、合流点（Ｙ）の位置が上昇して界面（Ｘ）を含む現像剤（２２）の層厚が増加する。また、第１ドクターブレード（１７）を通過した現像剤（２２）の層厚も徐々に増加し、この増加した現像剤（２２）が第２ドクターブレード（２３）によって掻き落とされる。
【００２３】
そして、第１ドクターブレード（１７）を通過した現像剤（２２）が所定のトナー濃度に達すると、図４に示すように、第２ドクターブレード（２３）に掻き落とされて層状となった増加分の現像剤（２２）がトナー供給開口部（２０）を塞ぎ、この状態でトナー（１８）の取り込みが終了する。このとき、現像剤収容部（１６ａ）内ではトナー濃度が高くなることにより現像剤（２２）の嵩が大きくなり、これにより現像剤収容部（１６ａ）内の空間が狭くなることによって、現像剤（２２）が図の矢印ｂ方向に循環移動する移動速度も低下する。
【００２４】
このトナー供給開口部（２０）を塞ぐように形成された現像剤（２２）の層において、第２ドクターブレード（２３）に掻き落とされた現像剤（２２）は、図４に矢印ｃで示すように、速度１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で移動して対向面（１４ｂ）で受けられるが、対向面（１４ｂ）が現像スリーブ（１５）側に向けて角度（α）で下方に傾斜し、かつ所定長さ（ｌ）を有しているため、現像剤（２２）の層の移動によるトナーホッパー（１９）への現像剤（２２）の落下を防止することができ、現像剤（２２）の量を常に一定に保つことができるので、トナー供給を常時一定に自己制御することが可能となる。
【００２５】
現像領域でトナー（１８）が消費されると、界面（Ｘ）上のトナー濃度が減少することにより、界面（Ｘ）でのトナー搬送力が増加する。この搬送力の増加に伴い、厚くなった現像剤（２２）の層を引き戻そうとする力が作用して、現像剤（２２）の状態が図４に示す状態から図３に示す状態へと変化する。図３に示す状態となると、トナー（１８）の取り込みが再び開始され、これが所定のトナー濃度となるまで行なわれる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明（部はすべて重量部である）する。
実施例での使用機種としてリコー製ＦＴ１２０８改造機を使用した。（帯電電位−８００ｖ、現像バイアス電位−６５０ｖ、露光部電位−５０ｖ）
［トナー処方］
磁性体量４０ｗｔ％含有の磁性トナー（ブラック）
［キャリア処方］
・キャリア芯材  コート層厚が０．５μｍとなる量  ３９００〜６３００部
（表１記載のＮｏ．１〜１０の各芯材）
・シリコーンレジンＳＲ２４００                              ２００部
（東レ・ダウコーニング・シリコーン製、不揮発分５０％）
・アミノシランＳＨ６０２０                                    １０部
（東レ・ダウコーニング・シリコーン製）
・カーボンブラック                                            １０部
流動床内に回転式底板ディスクと撹拌羽根を設けた、旋回流を形成させながらコートを行なうコーティング装置を使用して、当該コート液を上述のキャリア芯材上に塗布した。得られたキャリアを焼成器で温度２５０℃で１時間加熱し、シリコーンレジンでコーティングしたキャリア粒子を得た。
【００２７】
［現像剤例１〜１０］
現像剤として上記トナーと、現像剤例１〜１０に対応するキャリアの組み合わせで、ＦＴ１２０８改造機で評価した。評価結果は表１に記載した。
【００２８】
画像ムラ：１，０００枚の画像出しを行なった後、連続１０枚の全面ハーフトーンの画像出しを行ない、１０枚目のハーフトーン画像におけるＩＤ偏差を下記の５段階で評価した。
（良好）５、４、３、２、１（悪）
実使用可能ランクは、５あるいは４である。
【００２９】
【表１】
0003681151.tif 000002
【００３０】
上記表１に見られるように、計算値からの画像ムラ指数（ＧＭ）と、実際の画像ムラランクとの相関は非常に高く、ＧＭが３．０以上で画像ムラを防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細かつ具体的な説明から明らかなように、本発明は、部品点数を低減させ、機能の集約化を行なうことにより、小型化および低コスト化を図りつつ品質の安定化を行なうことができる現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像装置の１例を示す図である。
【図２】本発明のトナー像形成時における現像剤の挙動を示す例である。
【図３】本発明のトナー像形成時における現像剤の挙動を示す他の１例である。
【図４】本発明のトナー像形成時における現像剤の挙動を示す更に他の１例である。
【符号の説明】
１      潜像担持体（感光体ドラム）
１３    現像装置
１４    支持ケース
１４ａ  支持ケース突出部
１４ｂ  支持ケース対向面
１４ｃ  トナーエンドセンサ
１５    現像剤担持体（現像スリーブ）
１６    現像剤収容部材
１６ａ  現像剤収容部
１７    第１の規制部材（第１ドクターブレード）
１８    トナー
１９    トナー収容部（トナーホッパー）
２０    トナー供給開口部
２１    トナー供給手段（トナーアジテータ）
２２    現像剤
２２ａ  磁性キャリア
２３    第２の規制部材（第２ドクターブレード）
Ｘ      界面部（界面）
Ｙ      現像剤合流点
ａ      現像スリーブ回転方向
ｂ      キャリア循環方向
ｃ      現像剤移動方向
α      対向面傾斜角度
ｌ      対向面長さ
【図１】
0003681151.tif 000007
【図２】
0003681151.tif 000008
【図３】
0003681151.tif 000009
【図４】
0003681151.tif 000010