(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性キャリアと非磁性トナーとを含む二成分現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像に該非磁性トナーを転移させて可視像を形成する現像装置であって、
無端状となった周面の全周にわたってＳ極とＮ極とが交互に着磁され、該周面が周回可能に支持された磁界発生手段と、
前記磁界発生手段の周面の外側に支持された無端状のスリーブとを有し、
前記磁界発生手段の各磁極は、前記スリーブ上に磁気的に吸着する二成分現像剤が所定の層厚となるように、磁極間隔及び磁極の強さが設定され、
静止又は周回駆動される前記スリーブ上で穂状となった二成分現像剤が転動し攪拌されるとともに搬送されるように前記磁界発生手段が周回駆動され、
前記二成分現像剤の層厚は、前記転動及び攪拌が前記二成分現像剤層の厚さ方向の全域にわたって生じる程度に設定されており、
前記磁極間隔Ｐは、
０．１２ｍｍ≦Ｐ≦６ｍｍ
となるように着磁され、
前記二成分現像剤の層厚Ｄが、
Ｄ≦Ｐ／３
となるように、該磁極の強さが設定され、
前記層厚が規制されることなく維持され搬送されるものであることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
所定の層厚となった前記スリーブ上の二成分現像剤層にトナーが補給され、該スリーブ上で攪拌されてトナーの帯電及びトナーの均一分散化が行われるものであることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【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、
前記スリーブは、静電電位の差による潜像が表面に形成される像担持体と近接対向するように配置され、周面上に担持された二成分現像剤層中のトナーを前記像担持体上に転移して前記潜像を可視化するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の現像装置において、
前記像担持体と近接対向し、周面が周回移動するように支持され、該周面にＳ極とＮ極とが、ほぼ一層のキャリア層を吸着する間隔で着磁された現像部材を有し、
前記スリーブは、前記現像部材と近接対向するように配置されるものであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の現像装置において、
周面にトナー層を電気的に吸着して前記像担持体との対向位置に搬送する現像部材を有し、
前記スリーブは、前記現像部材と近接対向するように配置されるものであることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単色又は多色画像を形成する電子写真方式の画像形成装置（画像記録装置）に使用される現像装置に係り、特に、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像上にトナーを転移させて静電潜像を可視化する現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、コピー機、ファックスなどの画像形成装置では、像担持体上に形成された静電潜像をトナーの転移によって現像し、このトナー像（顕像）を記録用紙上に転写することで、画像の複写などを行う構成としている。そして、その際に使用される現像装置としては、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤により上記の静電潜像を顕像化するいわゆる二成分現像装置が知られている。このような二成分現像装置は、一成分現像剤を用いる現像装置に比べて、画質特性や現像剤の搬送性などが優れていることから、現用の現像装置において主流となっている。
【０００３】
上記の二成分現像装置では、トナーをキャリアと混合することによってトナーを帯電するとともに、トナーを均一に分散させるようになっており、その手段として、オーガーやパドルなどの撹拌・搬送機構が用いられる。ところが、このような機構を用いた場合には、現像装置が大型化ないし複雑化するという欠点がある。
【０００４】
このような装置の大型化や複雑化を招くことなくトナーとキャリアとを混合し、帯電させる手法として、磁力を利用して二成分現像剤を撹拌する構成が提案されている。この種の技術は、例えば、特開平２−２９１５７７号公報（従来例１）、特開昭６３−２８７８７４号公報（従来例２）、特開平５−１８８７６２号公報（従来例３）などに記載されている。
【０００５】
上記従来例１は、トナーとキャリアとを含む二成分系の現像剤を周面に担持する現像スリーブと、この現像スリーブ内に設けられる磁石体との少なくとも一方を回転させることで、現像スリーブの回りにチェーン状に穂立ったキャリアを、搬送しながらスピン運動させる。これにより、トナーを積極的に取り込み、早期に帯電しようとするものである。
また、従来例２では、帯電制御剤によって帯電制御された絶縁性で磁性または非磁性のトナーと、トナーよりも磁性が強くて粒径の大きい磁性キャリアとからなる現像剤を用い、マグネットロールで現像スリーブ上に吸着した現像剤を規制板で所望の厚さとし、これを現像スリーブ上で自転させながら搬送するものである。そして、この現像剤を補給用トナーに間欠的に接触せしめて補給する構成としている。
【０００６】
さらに、従来例３では、磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を用い、現像スリーブとマグネットロールを相対的に回転させるとともに、磁気ブレードにより現像スリーブ上の現像剤の層厚規制を行う。そして、マグネットロールと現像スリーブ部との回転比とマグネットロールの極数を所定の関係とすることによって現像剤を十分に撹拌し、帯電しようとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、次のような問題点がある。
従来例１の現像装置では、キャリアのスピン運動によってトナーを取り込めるものの、トナーの帯電量が不十分である。このため、キャリアとトナーの撹拌部を別途設ける必要があり、このため、装置が大型化する。
また、従来例２の静電像現像装置では、トナーをキャリア表面に付着させるためにスリーブに沿って現像剤を自転運動させているが、これだけではトナーの付着が不十分となる。
【０００８】
また、従来例３の装置は、磁性トナーを用いることを前提としており、多色化が困難で、カラー化に適応できない。ここで、磁性トナーに代えて非磁性トナーを用いることも考えられるが、この場合にはトナーを確実に帯電させないと、磁気拘束力がないことからかぶりが発生するという問題が生じる。
【０００９】
このように、非磁性トナーを磁力による撹拌によって帯電させようとしたとき、上記従来の装置ではいずれの場合にも帯電能力やトナー濃度の均一性が不十分となり、実用上満足できるものではなかった。
【００１０】
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、その目的は、複雑な構成や制御なしにトナーを十分に撹拌し、適切にトナーを帯電するとともに、トナー濃度を均一に維持して良好な画像が安定して得られる現像装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る現像装置は、  磁性キャリアと非磁性トナーとを含む二成分現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像に該非磁性トナーを転移させて可視像を形成する現像装置であって、  無端状となった周面の全周にわたってＳ極とＮ極とが交互に着磁され、該周面が周回可能に支持された磁界発生手段と、  前記磁界発生手段の周面の外側に支持された無端状のスリーブとを有し、  前記磁界発生手段の各磁極は、前記スリーブ上に磁気的に吸着する二成分現像剤が所定の層厚となるように、磁極間隔及び磁極の強さが設定され、  静止又は周回駆動される前記スリーブ上で穂状となった二成分現像剤が転動し攪拌されるとともに搬送されるように前記磁界発生手段が周回駆動され、  前記二成分現像剤の層厚は、前記転動及び攪拌が前記二成分現像剤層の厚さ方向の全域にわたって生じる程度に設定されており、  前記磁極間隔Ｐは、
０．１２ｍｍ≦Ｐ≦６ｍｍ
となるように着磁され、  前記二成分現像剤の層厚Ｄが、
Ｄ≦Ｐ／３
となるように、該磁極の強さが設定され、  前記層厚が規制されることなく維持され搬送されるものであることを特徴とするものである。
【００１２】
上記の構成では、現像剤担持体であるスリーブと磁界発生手段との相対的な回転により、スリーブの外周面上の磁界が常に変動する。これにより、スリーブの周面に磁気的に吸着されて穂状となった二成分現像剤のチェーンは、穂の先端部分がスリーブ表面に引き付けられ、付け根の部分にあったキャリアが穂の先端部分となるといった転動を繰り返し生じながら、搬送される。これにより十分な撹拌が行なわれ、適切なトナーの帯電と均一なトナー濃度が得られる。
【００１３】
上記のように、磁界発生手段とスリーブとが相対的に回転するときに、磁極上の現像剤層厚が磁極間ピッチに比べて厚すぎる場合には、スリーブ上に担持される現像剤量が多くなり、スリーブ上の現像剤チェーンが密になることから、上記のような転動が生じにくくなる。特にスリーブに接する側、つまり現像剤チェーンの付け根付近の現像剤は動きにくく、磁界が変化してもその変化に追従できずに転動することができなくなる。このため、現像剤チェーンの先端部だけが移動して上層部のみで撹拌される状態となり、付け根の部分では十分な撹拌が行なわれないことになる。
【００１４】
上記のようにスリーブ上で穂状となった現像剤の全体が転動するための条件は、磁界発生手段の磁極間隔と穂の高さつまり層厚とが支配的であり、磁界発生手段の各磁極の磁極間隔及び磁極の強さを適切に設定することで、二成分現像剤の転動及びこれに伴う撹拌が現像剤層の下層から上層までの全体で生じ、スリーブ表面近くにある下層の現像剤と上層である磁気ブラシ先端部の現像剤とが順次入れ替わる。その結果、トナーの均一分散化、トナーの帯電が現像剤担持体上の現像剤で適切に行われる。
【００１５】
上記のような磁界発生手段の各磁極の磁極間隔（磁極ピッチ）及び磁極の強さは、磁界発生手段の各磁極の磁極間隔Ｐが０．１２ｍｍ≦Ｐ≦６ｍｍとなるように着磁され、またこれら磁極に吸着されるスリーブ上の二成分現像剤の層厚ＤがＤ≦Ｐ／３となるように磁極の強さが設定されることによって、現像剤の転動及び撹拌が適切に行なわれる。
【００１６】
上記の磁極間隔及び磁極の強さは以下のような実験の結果に基づくものである。
本発明者らは、平均粒径７μｍの非磁性トナーと平均粒径５０μｍ、飽和磁化１０〜８０ｅｍｕ／ｇの範囲のフェライトキャリアとからなる現像剤を磁力により撹拌し、穂状となった現像剤が転動する様子を詳しく調査した。
まず、外径φ３６ｍｍのロール状のスリーブの内側に、Ｎ極とＳ極とが交互に１〜１１ｍｍピッチで等間隔に配置されて各磁極の磁束密度が１０ｍＴ〜８０ｍＴの範囲であるマグネットをそれぞれ挿入し、マグネットの磁束密度とスリーブに付着させる現像剤量を変えて現像剤の層厚を変化させた。なお、この場合、層規制部材を用いていないので、最大層厚は磁極上の層厚となる。
【００１７】
そして、スリーブを固定した状態でマグネットを５００ｒｐｍの速度で回転させ、スリ−ブ表面で生じる現像剤の転動を観察した。図１２に、各磁極間ピッチでの最大層厚（磁極上層厚）とその時の現像剤の磁力による転動とを観察した結果を示す。この結果から、磁極ピッチが６ｍｍ以下の領域では、磁極上の現像剤層厚が磁極ピッチの１／３以下の時に現像剤チェーンの根元からの転動が観察された。また、磁極上の現像剤層厚が磁極ピッチの１／３を越える層厚では、現像剤チェーンの根元付近の現像剤は転動できずに現像剤チェーンの先端部だけが移動して上層部のみで撹拌されているのが観察された。
【００１８】
一方、磁極ピッチが６ｍｍを越える領域でも、現像剤層の根元付近の現像剤は動きにくくなり、転動が生じにくくなる。また、層厚が小さいときにはスリーブ表面の磁極間に現像剤未付着部分が発生し、均一な磁気ブラシが形成できなかった。
【００１９】
以上の結果より、現像剤が穂状となったチェーンをスリーブ上に均一に形成し、根元からの転動を生じさせるためには、磁極ピッチが６ｍｍ以下でかつ磁極上の現像剤層厚が磁極ピッチの１／３以下の条件が最適であることが分かる。なお、ここで言う現像剤チェーンの根元からの転動は、現像剤担持体上の現像剤の下層と上層が転動によって入れ替わり、トナーが補給された時に均一に分散するように撹拌されることを意味する。
【００２０】
なお、キャリアの飽和磁化は少なくとも通常使用される１０〜８０ｅｍｕ／ｇでスリーブ表面における転動が見られ、均一性の高い現像剤が得られる。そして、スリーブを像担持体と対向させ、潜像に応じてトナーを転移させる構成とすることで、現像効率が高く、かぶりや濃度むらのない高画質な画像が安定して得られる小型の現像装置を実現することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明に係る現像装置は、請求項１又は請求項２に記載の現像装置において  所定の層厚となった前記スリーブ上の二成分現像剤層にトナーが補給され、該スリーブ上で攪拌されてトナーの帯電及びトナーの均一分散化が行われるものである。
【００２２】
このような現像装置では消費されたトナーの量に応じたトナーがスリーブ上の現像剤層に直接補給される。そして、スリーブ上で穂状となった現像剤が転動し、攪拌されてトナーの帯電及びトナーの均一分散化が行われる。そして再び現像領域に搬送されて次の現像に供される。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明に係る現像装置は、請求項１又は請求項２に記載の現像装置において、  前記スリーブは、静電電位の差による潜像が表面に形成される像担持体と近接対向するように配置され、周面上の二成分現像剤層中のトナーを前記像担持体上に転移して前記潜像を可視化するものとする。
【００２４】
上記構成の現像装置では、スリーブ上で撹拌された現像剤は、トナーの分布が均一になるとともにトナーの帯電が十分に行なわれ、このスリーブに担持されたまま、このスリーブが像担持体と対向する現像領域に搬送される。そして、このスリーブ上から像担持体に選択的にトナーが転移され、像担持体上の潜像が可視化される。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明に係る現像装置は、請求項１又は請求項２に記載の現像装置において、  前記像担持体と近接対向し、周面が周回移動するように支持され、該周面にＳ極とＮ極とが、ほぼ一層のキャリア層を吸着する間隔で着磁された現像部材を有し、  前記スリーブは、前記現像部材と近接対向するように配置されるものであることを特徴とする。
【００２６】
この現像装置では、周面が周回移動するように支持された現像部材が像担持体と対向して配置され、上記スリーブはこの現像部材と対向して配置される。そして、スリーブ上に吸着された現像剤にトナーが供給され、撹拌されてトナー分布の均一化及びトナーの帯電が十分に行なわれた現像剤が、現像部材の周面に転移される。このとき現像部材の周面には、Ｓ極とＮ極とが適切に着磁されていることによって、ほぼ一層のキャリアがほぼ均一に配列された現像剤層が形成され、この現像剤層が像担持体と対向する現像領域に搬送される。ここで現像剤中のトナーが像担持体に選択的に転移され、静電潜像の現像が行なわれる。
このような現像装置では、現像剤を十分に撹拌するとともに、現像剤に大きな付加を作用させることなく薄くて均一な現像剤層を形成することができ、高速で鮮明な画像を、長期わたって安定して得ることが可能となる。
なお、上記現像部材の周面の着磁間隔は、平均粒径が２５μｍから１００μｍ程度の磁性キャリアを用いる場合に、約２５μｍ以上２５０μｍ以下とするのが好ましい。
【００２７】
さらに、請求項５に記載の発明に係る現像装置は、請求項１又は請求項２に記載の現像装置において、  周面にトナー層を電気的に吸着して前記像担持体との対向位置に搬送する現像部材を有し、  前記スリーブは、前記現像部材と近接対向するように配置されるものとする。
【００２８】
この現像装置では、現像剤中のトナーのみを電気的に吸着して搬送する現像部材が像担持体と対向して配置され、磁性キャリアとトナーとが混合された現像剤を吸着するスリーブは、上記現像部材と対向して現像剤中のトナーのみを現像部材に供給するようになっている。したがって、現像剤はスリーブ上で撹拌され、新たに供給されたトナーの均一化及びトナーの帯電が十分に行なわれた後、現像部材との対向位置に搬送され、ここでトナーのみが転移して、現像部材上に均一なトナー層が形成される。そして、現像部材と像担持体が対向する現像領域で現像部材上のトナーが像担持体に転移し静電潜像が現像される。
このような現像装置では、スリーブ上でトナーを十分に帯電するので現像部材上にトナーのみを電気的に吸着して現像領域に搬送することが可能となる。また、この現像部材にトナーのみを転移するときに、現像に好ましい帯電量のトナーのみを確実に選別して現像領域に搬送することができるため、画質の安定性に優れた現像が可能となる。また、トナーは電気的に現像部材に吸着されるので、非磁性トナーを用いた非接触現像が可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願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。
この画像形成装置は、ほぼ円筒状の導電性基体の周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、円筒部材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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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）］。
【００３３】
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、転写前コロトロンによって一様に負帯電され、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
《実施の形態１》
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、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の発明に係る現像装置の一実施形態を示す概略構成図である。
この現像装置４は、ハウジング１５の感光体ドラムとの対向部位に現像用開口１６が設けられ、この開口部に現像ロール１２が配設されるとともに、現像ロール１２の上部にトナーホッパー２２と消費したトナー量に応じたトナー量を補給するトナー供給ローラ２３とが配置されている。また、ハウジング１５は現像ロール１２の周面とほぼ等間隔で対向する内周面を有し、多量の現像剤を貯蔵したり撹拌するための現像剤収容室は設けられていない。
【００３６】
上記現像ロール１２は、回転可能に支持された中空円筒状の非磁性導電性のスリーブ１２ａと、その内側に位置する磁界発生部材１２ｂとから構成される。この磁界発生部材１２ｂは、異なる極性の磁極が全周にわたって交互に着磁され、外側のスリーブ１３ａとは独立して回転することができるように設けられたものである。
【００３７】
上記スリーブ１２ａは、外形が１８ｍｍで、ステンレススチールで形成されている。また、磁界発生部材１２ｂの周面には、１８の磁極が約３ｍｍのピッチで、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁されており、各磁極の最大磁束密度（極磁力）が３０ｍＴとなっている。このような磁極によってスリーブ上に吸着された現像剤は、磁極上で厚さが６５０μｍ、磁極間で３５０μｍとなる。
【００３８】
上記のような構成の現像ロール上で穂状となった現像剤のチェーンは、磁界発生部材１２ｂとスリーブ１２ａとの両方が逆方向に回転することにより、磁界発生部材１２ｂの回転方向とは逆方向に転動し、撹拌されながら感光体ドラム１と対向する現像領域へと搬送される。
【００３９】
感光体ドラム１と現像ロール１２との間には、所定の現像バイアス電圧が印加され、これらが対向する現像領域に電界が形成されており、現像ロール１２上の現像剤から感光体ドラム１上にトナーが転移し、潜像に応じたトナー像が形成される。
現像領域を通過した現像剤１４は、上部にトナーホッパー２２とトナー供給ローラ２３がある位置に到達し、ここで消費したトナー量に応じた量のトナー２４が現像ロール１２上の現像剤層に直接補給される。トナー２４が供給された現像剤層１４は穂状のチェーンを形成しながら転動し、撹拌されてトナーの帯電及びトナーの均一分散化が行なわれる。そして、再び現像領域まで搬送され、次の現像に供される。
【００４０】
この現像装置４を図１に示す画像記録装置組み込み、印字テストを行ったところ、１０万枚印字してもかぶりなど画質の低下は見られなかった。
この印字テストにおいて、トナーは、重量平均粒形が７μｍで、負帯電性のポリエステル系マゼンタトナーを使用し、キャリアは、平均粒径５０μｍ、飽和磁化７０ｅｍｕ／ｇのフェライトキャリアを使用した。また、４５μｍ、飽和磁化３０ｅｍｕ／ｇのポリマー系キャリアを使用した場合にも同様の効果が得られた。
【００４１】
なお、上記現像装置４では、スリーブ１２ａと磁界発生部材１２ｂとの回転方向は図示したように逆方向としたが、同方向であっても相対的に周面が移動するように回転されるものであればよい。また、スリーブ１２ａ及び磁界発生部材１２ｂの双方を回転可能としたが、例えば、スリーブ１２ａは固定式であってもよい。
【００４２】
《参考例》
図４は、図３に示す現像装置の応用例である現像装置を参考に示す概略説明図である。
この現像装置は、図３に示す上記現像装置のハウジング１５内に、現像ロール１２と対向する層厚規制部材１３を付加したもので、他の構成は実質的に同じである。この層厚規制部材１３は、現像ロール１２上に吸着される現像剤の層厚を現像ロール１２上の磁極ピッチの１／３以下になるように規制するものであり、磁極間隔と磁極の強さを調整するだけでは現像剤層の厚さにばらつきが生じる場合等に、現像剤層の厚さを規制し、上記条件に適合させることができる。これにより、現像剤層の全体に転動及びこれにともなう撹拌をより確実に生じさせることが可能となる。また、この層厚規制部材では、この上流側に滞留して圧縮される現像剤量が少なく、大きな負荷が作用して現像剤の劣化が促進されることも少ない。
【００４３】
《実施の形態２》
図５は、請求項４に記載の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。
この現像装置では、現像剤が収容されるハウジング５５の感光体ドラム１と対向する部位に現像用開口５６が設けられている。そして、この現像用開口５６が設けられた位置に、現像ロール５１が配設され、感光体ドラム１と近接して対向している。この現像ロール５１は周面には小さなピッチで複数の磁極が着磁されており、現像剤を吸着して薄い現像剤層を形成し、感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送するものである。さらに、感光ドラム１と対向する位置の反対側には、この現像ロール５１と所定の間隙をおいて対向する撹拌ロール５３が設けられている。この撹拌ロール５３は、回転可能な中空円筒状の非磁性のスリーブ５３ａと、その内側に位置するマグネットロール５３ｂとから構成され、スリーブ５３ａ上に現像剤を磁気的に吸着して、キャリアが穂状に連なった磁気ブラシを形成するようになっている。
【００４４】
また、撹拌ロール５３の上方には、トナーホッパー６２、並びにトナーホッパー６２から必要に応じた量のトナーを撹拌ロール５３上の現像剤５４に供給するトナー供給ローラ６３が設けられている。そして、ハウジング５５の内面は、上記現像ロール５１及び撹拌ロール５３の周面とほぼ一定の間隙をおいて対向しており、多量の現像剤を収容したり、現像剤を撹拌するためのオーガーを配設する現像剤収容室を備えていない。
【００４５】
上記撹拌ロール５３が有するマグネットロール５３ｂは、異なる極性の磁極が全周にわたって交互に配置されたもので、外側のスリーブ５３ａとは独立して回転可能に支持されている。このマグネットロール５３ｂは、隣接する磁極間に形成される磁界によって現像剤が穂状となった磁気ブラシをスリーブ５３ａの表面に形成する。そして、マグネットロール５３ｂのみ、またはマグネットロール５３ｂとスリーブ５３ａとの両方が異なる方向又は異なる速度で回転することで、磁気ブラシを撹拌しながら搬送するようになっている。
【００４６】
上記マグネットロール５３ｂは、結着樹脂材中に磁性材料を分散させてなる磁気記録剤をＳＵＳ製のシャフトの周面に接着し、これをヨーク着磁して異なる極性の磁極が全周にわたって交互に着磁したものを用いることができる。なお、本例では磁極数が１８で各磁極の間隔は約３ｍｍとなっており、各磁極上の表面における半径方向の磁束密度のピーク値は５０ｍＴに設定されている。
また、スリーブ５３ａには、外径φ１８ｍｍのアルミパイプが用いられている。そして、このスリーブ５３ａの表面に、磁極上での層厚が６００μｍ、磁極間での層厚が４００μｍの現像剤５４の層が形成される。
【００４７】
上記マグネットロール５３ｂに用いる磁性材料としては、磁石材料や磁気記録材料等として公知の材料を適宜使用することができる。また、結着樹脂としては、磁気記録材料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る。本実施の形態では、磁性材料としてＭＯ・６Ｆｅ2 Ｏ3 （Ｍ：Ｓｒ，Ｂａ等）を、また結着樹脂としてポリカーボネートをそれぞれ使用している。
【００４８】
一方、現像ロール５１は、図６に示すように、導電性基体５１ａ上に磁気記録層５１ｂを積層して構成されており、導電性基体５１ａには、図示しない現像バイアス電源により、現像バイアス電圧が印加される。また、磁気記録層５１ｂには、現像ロール５１の全周にわたってＳ極とＮ極とが交互に着磁されており、本例では、着磁ピッチが２５０μｍとなっている。磁極のピッチをこのように微小とすることで、層規制部材を用いることなく層厚が８０μｍ程度の均一な現像剤の薄層を形成することができる。
【００４９】
本現像装置において、上記磁気記録層５１ｂの磁性材料としてγーＦｅ2 ０3 、結着樹脂としてポリウレタンが使用され、磁気記録層５１ｂの層厚は、５０μｍとなっている。また、磁気記録層５１ｂの着磁には磁気記録用ヘッドを使用し、磁化の方向は、図６に示すように現像ロール５１の表面に対して水平方向とした。
【００５０】
次に、磁気記録用ヘッドを用いた磁気記録層５１ｂの着磁の方法について説明する。
磁気記録層の着磁は、図７に示すように現像ロール５１の周面に近接して配置された磁気記録用ヘッド１１７によって行われる。
この磁気記録用ヘッド１１７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１１８と、このコア１１８に巻き回されたコイル１１９とを有し、上記コア１１８の両端部が現像ロール５１の周面に近接するように配置される。コイル１１９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１１９に電流が流れると、コア１１８内に磁束１２１が発生し、この磁束１２１はコア１１８の先端から磁気記録層５１ｂ内を通る。これにより、磁気記録層５１ｂが磁化される。コイル１１９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７に示すように回転駆動される現像ロール５１の周面が所定の着磁パターンに磁化される。本実施例では現像ロール５１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２０ｍＴに設定している。
【００５１】
次にこの現像装置の動作について説明する。
撹拌ロール５３の周囲には所定量の現像剤があらかじめ供給されており、この撹拌ロール５３の全周にわたって、ほぼ均一に吸着されている。そして、マグネットロール５３ｂとスリーブ５３ａとの両方が図中に示す矢印の方向にそれぞれ回転駆動されることにより、スリーブ５３ａ上で穂状となった現像剤は、磁界の変動にともなって転動し、撹拌されてトナーの摩擦帯電が行なわれる。また、マグネットロール５３ｂの回転によりこの回転方向と逆の方向に搬送される。
【００５２】
スリーブ５３ａ上で搬送される現像剤は、撹拌ロール５３が現像ロール５１と対向する位置に至る。この現像ロール５１と撹拌ロール５３とは、撹拌ロール５３上の現像剤穂立ち（磁極上高さ）よりも若干狭い間隙を置いて対向しており、撹拌ロールのスリーブ５３ａ上で穂状となった磁気ブラシの先端が現像ロール５１に接触し、一部の現像剤５４が現像ロール５１側に転移する。
【００５３】
現像ロール５１に供給された現像剤５４は磁気記録層５１ｂの磁界によって現像ロール５１の表面に吸着され、この磁気記録層の着磁間隔が２５０μｍと小さな間隔となっているので、現像剤は薄い均一な層となる。このようにして、層厚規制部材を用いることなく、均一な薄い現像剤層が現像ロール５１上に形成される。
現像ロール５１上の現像剤５４は、現像ロール５１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、キャリアに付着したトナーのみを感光体ドラム１上の静電潜像に転移してこれを現像する。このとき、現像剤層は感光体ドラム１に対して非接触状態に保持されている。
【００５４】
現像ロール５１上に担持されて、現像領域を通過した現像剤５４は、再び撹拌ロール５３と対向する位置に運ばれ、撹拌ロール５３上の磁気ブラシとの接触により回収される。
撹拌ロール５３上に回収された現像剤５４は、スリーブ５３ａ上で穂状となって搬送され、消費したトナー量に相当するトナーがトナー供給ローラ６３の回転によって撹拌ローラ５３上の現像剤チェーンに直接補給される。そして、スリーブ５３ａ上の現像剤層の転動により撹拌及び混合され、トナー濃度が均一化されるとともに、現像に適したレベルまで帯電が行われ、次の工程に進む。
【００５５】
上記現像装置において使用される現像剤は、例えば、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の非磁性トナーを、キャリアとしては、平均粒径５０μｍ、飽和磁化６０ｅｍμ／ｇの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を採用することができる。
【００５６】
上記キャリアは、この現像装置のよう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、平均粒径の小さいもの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現像剤チェーンの間隔が広くまた粗くなるため、均一性の高い薄層を得ることが困難であり、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からである。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い。
【００５７】
なお、上記現像装置において、撹拌ロール５３のスリーブ５３ａとマグネットロール５３ｂの回転方向は図示したものに限定されない。例えば、スリーブ５３ａをマグネットロール５３ｂと同じ方向に低速で回転させて、マグネットロール５３ｂの回転による現像剤５４の逆方向への移動を妨げ、現像剤５４のスリーブ５３ａ上の搬送速度を遅くして撹拌時間を永くすることも可能である。
【００５８】
また、上記現像装置ではスリーブ５３ａを回転可能としたが、固定式でもよい。固定式の場合、スリーブ５３ａの外形形状は円筒でなくてもよい。さらに、現像ロール５１で用いた磁気記録層、撹拌ロール５３で用いたマグネットロール５３ｂは上記の材料、製造方法に限定されるものでなく、同様の着磁パターンが得られれば他の構成でもよい。
【００５９】
さらに、現像剤層と周囲部材つまりハウジングの内面との空隙は、上記現像装置で約１ｍｍとしているが、現像剤が現像剤担持体上を移動する際に発生するトナークラウドが閉じ込められ、トナー濃度が低下しないように狭いほうが望ましい。また、一旦キャリアから放出されたトナーがキャリアと再接触できるように、周囲の部材と磁気ブラシとの間をトナー層で埋めるようにした構成とすることも可能である。
【００６０】
また、上記現像装置では、現像ロール５１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、撹拌ロール５３に層規制部材は用いなかったが、層規制部材により撹拌ロール５３に吸着される現像剤の層厚が磁極ピッチの１／３以下になるように設定する構成としてもよい。
【００６１】
次に、この実施の形態の現像装置を図１に示した画像記録装置に組み込み、長期印字出力を行った実験について説明する。さらに、比較のため、図８に示すような、着磁間隔が大きく、層厚規制部材を用いて現像剤の薄層を形成する従来の現像装置１２８により同様の出力を行った。
【００６２】
ここで、比較のために用いた現像装置１２８の構成を簡単に説明する。
この現像装置は、図８に示すように、現像ロール１３０と近接対向して設けられた層厚規制部材１３４を有するものである。また、現像ロール１３０は、固定支持された磁石ロール１３５とその周囲で回転駆動されるスリーブ１２９とを有し、磁石ロール１３５には周方向に５つの磁極が設けられている。この磁極によって生じる磁界によって現像剤はスリーブ１２９の表面に吸着され、スリーブ１２９の回転と共に移動するようになっており、層厚規制部材１３４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る。
【００６３】
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・・・７０ｍＴ
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１．６ＫＶ
【００６４】
図９及び図１０は、上記本願発明の実施の形態である現像装置５０と比較例の現像装置１２８とをそれぞれ用い、Ａ４サイズの長期印字実験を行なったときの、ベタ画像濃度およびトナー電荷量の推移を調査した結果を示すものである。なお、長期印字実験時には、本願発明に係る現像装置５０はハウジング内に２０ｇの現像剤を収容し、比較例の現像装置１２８はハウジング内に４００ｇの現像剤を収容するものである。そして、双方の現像装置は、現像剤中のトナー重量比が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。
【００６５】
図９および図１０から分かるように、本発明に係る現像装置５０では、１０万枚を通じて画像濃度およびトナー電荷量は、良好に維持されている。一方、比較例の現像装置１２８では、急激な濃度低下が発生している。そして、現像装置１２８では、印字枚数が２万枚程度となったところで、トナー電荷量の低下によりトナーが飛散し、地カブリが発生する状態となって現像剤は寿命に至った。
【００６６】
また、長期印字実験後の現像剤の状態を調査した結果、現像装置１２８で用いた現像剤では、顕著なトナー劣化およびキャリア劣化が発生していた。現像装置１２８においては、層厚規制部材１３４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する。そして、この影響により、上記の様な濃度低下およびトナー電荷量の低下が発生するものと考えられる。
【００６７】
一方、本発明に係る現像装置５０では、撹拌・帯電及び層形成で現像剤に対してストレスが作用せず、現像剤劣化を防止することができる。現像装置５０で用いた現像剤では、長期印字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。このように、本発明に係る現像装置によれば、良好な画質を、長期にわたり安定して維持することが可能となる。
【００６８】
《実施の形態３》
図１１は、請求項５に記載の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。
この現像装置７０では、ハウジング７５の現像用開口が設けられた位置に、現像ロール７７が配設され、感光体ドラム１と近接して対向している。この現像ロール７７は電源８７から電圧が印加されて、電荷を有するトナーを電気的に吸着し、この現像ロール７７の回転によって感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送することができるようになっている。この現像ロール７７の感光ドラム１と対向する位置の反対側には、この現像ロール７７と所定の間隙をおいて撹拌ロール７２が設けられている。この撹拌ロール７２は、回転可能な中空円筒状の非磁性のスリーブ７２ａと、その内側で独立して回転が可能に支持されたマグネットロール７２ｂとから構成され、スリーブ７２ａ上に現像剤を磁気的に吸着して、キャリアが穂状に連なった磁気ブラシを形成するようになっている。
【００６９】
また、撹拌ロール７２の上方には、トナーホッパー８２、並びにトナーホッパー８２から必要に応じた量のトナーを撹拌ロール７２上の現像剤７４に供給するトナー供給ローラ８３が設けられている。そして、ハウジング７５の内面は、上記現像ロール７７及び撹拌ロール７２の周面とほぼ一定の間隙をおいて対向しており、多量の現像剤を収容したり、現像剤を撹拌するためのオーガーを配設する現像剤収容室を備えていない。
一方、現像ロール７７と感光体ドラム１とが対向する現像領域には、両者の間隙内に細いワイヤを張架した制御電極７６が設けられている。この制御電極７６には直流電源８８及び交流電源８６から直流重畳交流電圧が印加され、現像領域の電界を制御して、現像ロール７７上のトナーが感光体ドラム１に適切に転移するようになっている。
【００７０】
上記現像ロール７７は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムの円筒体であり、図１１中に示す矢印の方向に回転駆動されるとともに、電源８７から電圧が印加され、感光体ドラム１との間に現像用の電界を形成するものである。
この現像ロール７７としては上記のものの他に、フェノール樹脂からなる円筒体や、金属の表面に合成樹脂を形成した筒体等を用いることができる。
【００７１】
また、上記制御電極７６は直径９０μｍの導電性ワイヤ４本を現像ロール７７の軸線方向に張架したものであり、現像ロール７７及び感光体ドラム１の双方と非接触となるように配置されている。この制御電極７６は上記のような導電性ワイヤから構成されるものに代えて、トナー粒子より大きい複数の開口が設けられた金属の薄板や、現像ロールの表面に埋込まれた複数の制御電極群を用いることもできる。
なお、上記撹拌ロール７２は図５に示す現像装置で用いられているものと同じものである。
【００７２】
次にこの現像装置の動作について説明する。
撹拌ロール７２の周囲には所定量の現像剤があらかじめ供給されており、この撹拌ロール７２の全周にわたって、ほぼ均一に吸着されている。そして、マグネットロール７２ｂとスリーブ７２ａとの両方が図中に示す矢印の方向にそれぞれ回転駆動されることにより、スリーブ７２ａ上で穂状となった現像剤は、磁界の変動にともなって転動し、撹拌されてトナーの摩擦帯電が行なわれる。また、マグネットロール７２ｂの回転によりこの回転方向と逆の方向に搬送される。
【００７３】
スリーブ７２ａ上で搬送される現像剤は、撹拌ロール７２が現像ロール７７と対向する位置に至る。この現像ロール７７には電源８７から−２００Ｖの直流電圧が、撹拌ロール７２には電源８５によって−４００Ｖの直流電圧が印加され、双方の間隙に電界が形成されている。また撹拌ロール７２と現像ロール７７との間隙は現像剤の穂立ち（磁気ブラシの磁極上の高さ）よりやや狭く設定されており、撹拌ロール７２のスリーブ７２ａ上で穂状となった磁気ブラシの先端が現像ロール７７と接触し、電界の作用によって適切に帯電したトナーが現像ロール７７に転移する。このとき、所望の極性と逆極性に帯電したトナーは、バイアス電圧の作用によって転移せず、現像ロール７７上には正規の極性に帯電されたトナーだけの薄層が形成される。
【００７４】
現像ロール７７上に形成されたトナー層は、現像ロール７７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る。この現像領域では、現像ロール７７にー２００Ｖのバイアス電圧が印加されているので、感光体ドラム１上の画像部分（露光部電位：−１００Ｖ）との間に、負極性のトナーを感光体ドラム側へ引き付ける電界が形成される。また、制御電極７６には−１５０Ｖの直流電圧に１．５ｋＶ、２ｋＨｚの交流を重畳した電圧が印加されているので現像領域に振動電界が発生し、現像ロール７７上のトナーがクラウド化する。そして、上記現像ロール７７と感光体ドラム１上の露光部との間の電界の作用によってクラウド化したトナーが感光体ドラム側に飛翔し、潜像に付着してこれを可視化する。このように正規の極性に帯電したトナーのみをクラウド化し、このトナーの飛翔によって潜像を現像するのでかぶりの少ない良好な画像が形成される。
【００７５】
また、現像ロール７７上に担持され、現像に寄与することなく現像領域を通過したトナーは、再び撹拌ロール７２と対向する位置に運ばれるとともに、撹拌ロール７２上の磁気ブラシとの接触により回収される。
【００７６】
一方、現像ロール７７にトナーを供給した撹拌ロール７２上の現像剤には、消費したトナー量に相当するトナーがトナー供給ローラ８３の回転によって撹拌ローラ７２上の現像剤チェーンに直接補給される。そして、スリーブ７２ａ上の現像剤層の転動により撹拌及び混合され、トナー濃度が均一化されるとともに、現像に適したレベルまで帯電が行われ、再び現像ロール７７へのトナーの供給がおこなわれる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本願に係る発明の現像装置では、現像剤を担持する現像ロール又は攪拌ロールがスリーブとこの内側で回転駆動される磁界発生手段とを備え、この磁界発生手段の各磁極の磁極間隔及び磁極の強さを適切に設定されているので、二成分現像剤の転動及びこれに伴う撹拌が現像剤層の下層から上層までの全体で生じ、スリーブ表面近くにある下層の現像剤と上層である磁気ブラシ先端部の現像剤とが順次入れ替わる。その結果、トナーの均一分散化、トナーの帯電が現像剤担持体上の現像剤で適切に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願に係る発明の現像装置が適用される画像形成装置の例を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置における画像形成工程の電位説明図である。
【図３】請求項１、請求項２又は請求項３に記載の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に示す現像装置の応用例である現像装置を参考に示す概略説明図である。
【図５】請求項４に記載の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６】図５に示す現像装置で用いられる現像ロールの磁気記録層を示す拡大断面図である。
【図７】図６に示す磁気記録層の着磁方法の一例を示す説明図である。
【図８】本願発明に係る現像装置と性能を比較するために用いた現像装置の概略構成図である。
【図９】図５に示す現像装置及び図８に示す現像装置の長期印字実験におけるベタ画像濃度の推移を示す説明図である。
【図１０】図５に示す現像装置及び図８に示す現像装置の長期印字実験におけるトナー電荷量の推移を示す説明図である。
【図１１】請求項５に記載の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１２】磁極間ピッチ又は現像剤層厚と現像剤の撹拌状態との関係について調査した結果を示す図である。
【符号の説明】
１      感光体ドラム
２      帯電器
３      露光手段
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
１２      現像ロール
１３      層厚規制部材
１４      現像剤
１５      ハウジング
１６      現像用開口
２２      トナーホッパー
２３      トナー供給ローラ
２４      現像剤
５０、７０    現像装置
５１、７７    現像ロール
５３、７２    攪拌ロール
５４、７４    現像剤
５５、７５    ハウジング
５６      現像用開口
６２、８２    トナーホッパー
６３、８３    トナー供給ローラ
６４、８４    現像剤
７６      制御電極
８５、８７、８８    直流電源
８６      交流電源
【図１】
0003567642.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003567642.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003567642.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003567642.tif 000008
【図８】
0003567642.tif 000009
【図９】
0003567642.tif 000010
【図１０】
0003567642.tif 000011
【図１１】
0003567642.tif 000012
【図１２】
0003567642.tif 000013