(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤容器内に収容された磁性キャリアと非磁性トナーからなる２成分現像剤を、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持して、該現像剤担持体に近接して設置された現像剤規制手段で現像剤の厚みを規制しながら像担持体と対向した現像部へ搬送し、該現像部で該現像剤により前記像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、前記磁性キャリアは平均粒径が６０μｍ以下、飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇ以下であり、該磁界発生手段は、前記現像部よりも前記現像剤担持体の回転方向下流側でかつ前記現像剤容器内に設けられる第１の磁界発生手段と、該第１の磁界発生手段の前記現像剤担持体の回転方向下流側に設けられ、前記第１の磁界発生手段と同極性の第２の磁界発生手段と、前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段との間に、前記現像剤担持体表面の垂直方向の磁束密度が８０Ｇ以下で、かつ水平方向の磁束密度が８０Ｇ以下である反発極領域とを有し、前記反発極領域から落下した現像剤を搬送するスクリューが備えられ、前記現像剤規制手段は、磁気的拘束力により現像剤を規制する磁性板を有し、前記現像剤担持体の前記第２の磁界発生手段の対向位置近傍に配置されていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第２の磁界発生手段は前記現像剤担持体表面での垂直方向最大磁束密度が５００ガウス以上であり最大磁束密度の８０％以上の磁束密度の領域の範囲が２０度以上で、５０％以上の領域が４５度以下であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像剤規制手段は、前記第２の磁界発生手段の垂直方向最大磁束密度の８０％以上の領域の前記現像剤担持体表面の対向位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
【請求項４】
前記現像剤規制手段は、前記第２の磁界発生手段の最大磁束密度位置の対向位置より前記現像剤担持体の回転方向下流側で、垂直方向最大磁束密度の８０％以上の領域の対向位置に配置されていることを特徴とする請求項１、２または３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】
本発明は静電潜像を利用した画像形成装置における２成分現像剤を用いた現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、２成分現像剤の磁気ブラシにより現像を行う現像装置は、一般に平均粒径が５０μｍ〜８０μｍ、飽和磁化が６０ｅｍｕ／ｇ〜７０ｅｍｕ／ｇ、体積抵抗が１０7 〜１０8 Ωｃｍ程度の磁性キャリアと、非磁性トナーからなる２成分現像剤を用い、以下図４に示すような現像装置が用いられることが多い。
【０００３】
この現像装置は、現像容器２を備え、現像容器２内に現像剤搬送スクリュー４及び６が配設されている。現像容器２内に収容された２成分現像剤は、上記のスクリュー４及び６により現像容器２内で往復循環される。又、現像装置は矢印ａ方向に回転する像担持体としての感光ドラム１００上の潜像を現像するために、矢印ｂ方向へ回転して現像容器２内の現像剤を感光ドラム１００上と対向した現像部の方へ搬送する現像剤担持体１０を有する。通常、現像剤担持体１０は円筒状の現像スリーブ１０でありその内側に磁界発生手段１１として磁化されたマグネットローラ１１が現像スリーブ１０の回転に対して非回転に設けられている。現像容器２内の現像剤は、マグネットローラ１１のＮ２極で現像スリーブ１０上に汲み上げられ、現像スリーブ１０の回転に伴いマグネットローラ１１上をＳ２極→Ｎ３極→Ｓ１極と搬送される。その搬送途上で現像剤は、現像スリーブ１０に対してＳ２極部近傍に非接触で対向配置された規制ブレード３０によって層厚を規制され、現像スリーブ１０上に現像剤の薄層が形成される。マグネットローラ１１の現像部に位置されたＳ１極は現像主極であり、Ｓ１極によって穂立ちした現像剤が感光ドラム１００上に形成された潜像を現像し、現像剤はその後Ｎ１極、Ｎ２極の反発磁界により現像スリーブ１０から除去され、現像剤は現像容器２内に落下し戻される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の現像装置においては、規制ブレード３０によって規制され残った現像剤が該規制ブレード３０の現像スリーブ１０の回転方向上流側付近にＳ２極、Ｎ２極の磁力により保持され大量に溜まり、さらに現像スリーブ１０の回転によって次々と現像剤が搬送されてきて、規制ブレード３０の内面に滞留されるので、そこには大きな圧力がかかる。
【０００５】
そのために、規制ブレード３０の付近に溜まった現像剤には磁性キャリアと樹脂トナーとの間に大きな圧力が加わって、樹脂トナーに外添されたＳｉＯ2 等の微粉粒子が樹脂トナーの中に埋め込まれると言った現象が発生する。さらに樹脂トナーの形状自体も磁性キャリアとの衝突によって角がとれて、丸みを帯びてくる。また、長時間使用すると、磁性キャリアの表面に樹脂トナーが付着して取れなくなる、いわゆるスペント現象が生じる。
【０００６】
このような現象が生じると、樹脂トナーの帯電量、いわゆるトリボが使用時間とともに変化し、画像濃度が変化したり、磁性キャリアや感光ドラム１００に対する樹脂トナーの機械的付着力が増大し、電界に対応した現像や転写が行われ難くなり、現像トナーの部分的欠落であるいわゆるムラが発生してしまう。すなわち、使用とともに、初期の画像と比べると、極めて印象の悪い画像になってしまっていた。
【０００７】
従って本発明の目的は、現像容器の規制ブレードの上流側に溜まる２成分現像剤の溜まり量を少なくし、また次々と搬送されてくる溜った現像剤に大きな圧力がかかるのを防いで現像剤の劣化を防止し、初期画像と同様に濃度が十分な画像を長期にわたって安定して得ることができるものとした現像装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明にかかる現像装置にて達成される。
すなわち、本発明は、現像剤容器内に収容された磁性キャリアと非磁性トナーからなる２成分現像剤を、磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に担持して、該現像剤担持体に近接して設置された現像剤規制手段で現像剤の厚みを規制しながら像担持体と対向した現像部へ搬送し、該現像部で該現像剤により前記像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、前記磁性キャリアは平均粒径が６０μｍ以下、飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇ以下であり、該磁界発生手段は、前記現像部よりも前記現像剤担持体の回転方向下流側でかつ前記現像剤容器内に設けられる第１の磁界発生手段と、該第１の磁界発生手段の前記現像剤担持体の回転方向下流側に設けられ、前記第１の磁界発生手段と同極性の第２の磁界発生手段と、前記第１の磁界発生手段と前記第２の磁界発生手段との間に、前記現像剤担持体表面の垂直方向の磁束密度が８０Ｇ以下で、かつ水平方向の磁束密度が８０Ｇ以下である反発極領域とを有し、前記反発極領域から落下した現像剤を搬送するスクリューが備えられ、前記現像剤規制手段は、磁気的拘束力により現像剤を規制する磁性板を有し、前記現像剤担持体の前記第２の磁界発生手段の対向位置近傍に配置されている。
【０００９】
このような構成にすることで、現像剤規制手段の上流側に形成される現像剤溜まりの量は、前記第２の磁界発生手段にのみ担持される量に限られるので、従来より現像剤の溜まり量は大幅に少なくなる。また、第２の磁界発生手段の回転方向上流側は、前記した磁界の小さい領域で現像剤が落下除去されているので、次々と搬送されてくる現像剤が大きな圧力で押すことがない。
【００１０】
また、前記磁性キャリアとして平均粒径６０μｍ以下、飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇ以下の磁化量が小さいキャリアを用いると、磁界発生手段に引き付けられる力は弱く、より現像剤に大きな圧力がかかることがない。すなわち、長期にわたって現像剤の劣化のない現像装置が可能となる。
【００１１】
なお、磁性キャリアの磁化量は理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置にて１キロエルステッドの外部磁場中に円筒状にパッキングしたキャリアの磁化の強さを求めたものである。
【００１２】
しかし、本発明のように、現像剤の溜り小さい状態で現像剤を規制すると、該規制ブレードと現像剤担持体の距離を２００μｍ〜４００μｍと小さくしなければ、所望の層厚（約４５ｍｇ／ｃｍ2 ）に規制できない。ところが、規制ブレードと現像剤担持体の距離が４００μｍ以下で長期にわたって画像出しを行うと、規制部における現像剤塊づまりに起因する白すじが発生することがある。
【００１３】
そこで、本発明は第２の磁界発生手段は現像剤担持体表面での垂直方向最大磁束密度が５００ガウス以上とし、かつ垂直方向最大磁束密度の８０％以上の領域の範囲を２０度以上としたものである。このような磁界発生手段の対向部に現像剤規制手段としての規制ブレードを配置することで、規制ブレードは磁化し易くなり、磁気的拘束力が上がる。したがって、規制ブレードと現像剤担持体の距離を４００μｍ以上にしても所望の層厚に規制できる。
【００１４】
しかし、単に第２の磁界発生手段の幅を広げることは、第１の磁界発生手段と第２の磁界発生手段との間の磁界の小さい領域を狭めてしまい、現像剤を完全に落下除去できなかったり、落下した現像剤がスクリュー中の現像剤と撹拌される前に再び第２の磁界発生手段により汲み上げられるために、いわゆるゴースト現象が生じることがある。
【００１５】
これを防ぐ方法として、本発明は、第２の磁界発生手段は現像剤担持体表面での垂直方向最大磁束密度が５００ガウス以上であり、垂直方向最大磁束密度の８０％以上の領域の範囲が２０度以上でかつ、垂直方向最大磁束密度の５０％以上の領域の範囲を４５度以下としたものである。
【００１６】
また、本発明の構成は現像剤の溜まりを小さくできるが、あまりに現像剤の溜まりを小さくすると現像剤層の厚みにムラが生じることがある。これを防ぐ方法としては、第２の磁界発生手段の磁束密度ピーク位置よりも回転方向に少し下流側に現像剤規制手段を配置するのが好ましく、また、磁気的拘束力が大きい領域に現像剤規制手段を配置するのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の現像装置の縦断面図である。
【００１８】
本実施の形態の現像装置は、平均粒径が４０μｍ、飽和磁化が６０ｅｍｕ／ｇ、体積抵抗が１０7 Ωｃｍの磁性キャリアと非磁性樹脂トナーとからなる２成分現像剤を収容した現像容器２を備え、この現像容器２内には現像スリーブ１０が矢印ａ方向に回転する感光ドラム１００に対向させて設けられている。
【００１９】
現像剤担持体としての現像スリーブ１０はＳＵＳ３１６等の非磁性材料からなっており、矢印ｂ方向に回転される。現像スリーブ１０内には磁界発生手段１１として５つの磁極（Ｓ１，Ｓ２，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）を有するマグネットローラ１１が非回転に設けられている。
【００２０】
現像容器２内の現像剤は、該現像容器２に設けられた現像剤搬送スクリュー６により撹拌しながら奥側から手前側に搬送されるが、このとき一部の現像剤がマグネットローラ１１のＮ３極により汲み上げられる。ここでＮ３極の現像剤担持体表面での垂直方向の最大磁束密度は６００ガウスであり、垂直方向の最大磁束密度の８０％以上の領域の範囲が２５度、５０％以上の領域が４０度である。
【００２１】
汲み上げられた現像剤は、Ｎ３極の５度下流側に現像スリーブ１０と５５０μｍの間隔を開けて最近接点が位置するように配置された規制ブレード３０により、約４５ｍｇ／ｃｍ2 の層厚に規制される。該規制ブレード３０は非磁性ブレード３０ａの内側壁面に厚み０．３ｍｍの磁性板３０ｂを接着したものであり、Ｎ３極と該磁性板３０ｂ間で形成される磁界により現像剤が規制される。
【００２２】
層厚が規制された現像剤は、Ｓ２極→Ｎ１極と搬送され、現像極であるＳ１極近傍において、感光ドラム１００上の潜像が現像される。現像部を通過した現像剤は、Ｎ２極へと搬送され、Ｎ２極とＮ３極の間の現像スリーブ１０上の垂直方向の磁界の強さＢｒが５０Ｇ以下かつ水平方向の磁界の強さが５０Ｇ以下の領域で、現像スリーブ１０から落下し、現像スリーブ１０下方に設けられたスクリュー７によって奥側に搬送され、スクリュー６に受け渡される。
【００２３】
本実施の形態によれば、規制ブレード３０を２つの同極（Ｎ２，Ｎ３）の磁界発生手段のうち、現像スリーブ１０の回転方向下流に位置するＮ３極の対向位置近傍で現像剤を規制することで、規制ブレード３０での規制により現像スリーブ１０上に塗布されずに余った現像剤のうち、Ｎ３極で保持できない現像剤は速やかにスクリュー６上へと落下するので、規制ブレード３０の現像スリーブ１０の回転方向下流側の近傍に現像剤の大きな溜まりが発生することはない。
【００２４】
また、Ｎ２，Ｎ３極間で現像剤は落下除去されているので、従来のように次々と現像剤が搬送されてきて大きな圧力が現像剤にかかることはない。これにより、磁性キャリアや非磁性トナーの劣化が生じるのを防ぐことがでがきる。
【００２５】
また、実験結果によると、現像装置の空回転時間と、得られた画像性から判断した現像剤劣化レベルを図４に示す従来の現像装置で本実施の形態と同じ現像剤を用いたものと比較すると、本実施の形態の現像装置においては従来の現像装置に比べ、約６倍の空回転時間でほぼ同等の現像剤劣化となった。
【００２６】
また、図２、図５に示すような、Ｎ３極の磁束密度分布の異なるマグネットローラ１１を用いて実験したところ、Ｎ３極の現像スリーブ表面での垂直方向の最大磁束密度の８０％以上の領域の範囲を２０度以上にしなければ、本装置に適切な層厚である４５ｍｇ／ｃｍ2 に現像剤を規制するための現像スリーブ１０と規制ブレード３０間の距離は４００μｍ以上にできなかった。
【００２７】
また、Ｎ３極の現像スリーブ１０表面での垂直方向の最大磁束密度の５０％以上の領域が４５度以下にしなければ、ゴースト画像が発生することが確認された。これらの現象は前述したような理由により発生すると考えられる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、図３に示すように、矢印ａ方向に回転する感光ドラム１００に対して、現像部においてカウンター方向に回転する現像スリーブ１０を用いた現像器である。
【００２９】
このような構成の現像器においては、現像スリーブ１０の鉛直方向最下点近傍に規制ブレード３０を配置することが可能であり、スクリュー６ａから現像剤を重力に逆らって汲み上げる必要がなく、平均粒径が６０μｍ以下で、飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇ以下の飽和磁化の小さい磁性キャリアを用いた現像剤でも安定して汲み上げることができる。
【００３０】
このような磁化量の小さいキャリアを用いると、現像剤にかかる圧力はさらに小さくなり、トナーの劣化はさらに軽減する。
【００３１】
なお、本実施の形態で用いたマグネットローラ１１のＮ３極は前記第１の実施の形態と同じく、現像剤担持体表面での垂直方向の最大磁束密度は６００ガウス（Ｇ）であり、垂直方向の最大磁束密度の８０％以上の領域の範囲が２５度、５０％以上の領域が４０度であり、規制ブレード３０はＮ３極の垂直方向の最大磁束密度位置から、現像スリーブ１０の回転方向下流１０度の位置に配置している。
【００３２】
また、実験結果によると、垂直方向の最大磁束密度の８０％以上の領域の範囲が２０度以上の磁界発生手段を用いた場合においても、前記８０％以上の領域の範囲内の現像スリーブ１０に対向する位置に規制ブレード３０を配置しなければ、現像スリーブ１０と規制ブレード３０間の距離は４００μｍ以上にできなかった。
【００３３】
また、規制ブレード３０は、Ｎ３極の最大磁束密度位置から、現像剤担持体の回転方向上流側に配置するとあまりに現像剤の溜まりが少なくなりすぎて規制された現像剤層に層厚ムラが生じることがあり、前記最大磁束密度位置よりも下流側に配置させるのが良い。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、現像剤規制手段の上流側に形成される現像剤溜まりの量は、前記第２の磁界発生手段にのみ担持される量に限られるので、従来より現像剤の溜まり量は大幅に少なくなる。また、第２の磁界発生手段の回転方向上流側は、前記した磁界の小さい領域で現像剤が落下除去されているので、次々と搬送されてくる現像剤が大きな圧力を与えることがない。すなわち、長期にわたって現像剤の劣化のない現像装置が可能となる。
また、前記磁性キャリアは磁化量が小さいので従来よりも磁界発生手段に引き付けられる力は弱く、現像剤にかかる圧力はさらに軽減する。すなわち、長期にわたって現像剤の劣化のない現像装置が可能となる。
【００３５】
請求項２、３に記載の発明によれば、白スジや、ゴースト等の画像欠陥を防止できる。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、現像剤の溜まりが小さくても現像剤層の厚みにムラが生じることがない。
【００３７】
請求項５に記載の発明によれば、平均粒径が６０μｍ以下、飽和磁化が５０ｅｍｕ／ｇ以下である磁性キャリアと非磁性トナーからなる２成分現像剤を用いたので、現像剤規制手段の上流側に形成される現像剤溜まりの量は、さらに少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の現像装置を示す構成図
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の実験によるマグネットローラのＮ３極の磁束密度分布の結果を示す分布図
【図３】本発明に係る第２の実施の形態の現像装置を示す構成図
【図４】従来例の現像装置を示す構成図
【図５】本発明に係る第１、第２の実施の形態の実験結果を示す図
【符号の説明】
２…現像容器
６，７…スクリュー
１０…現像スリーブ（現像剤担持体）
１１…マグネットローラ（磁界発生手段）
３０…規制ブレード（現像剤規制手段）
３０ａ…非磁性ブレード（現像剤規制手段）
３０ｂ…磁性板（現像剤規制手段）
１００…感光ドラム（像担持体）
【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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