(57)【要約】【課題】ハーフトーン画像形成時においてもざらつき画像の生じない、高品質の画像が形成できる現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる現像ローラは、現像極を有するマグネットと、そのマグネットの外周囲を覆い回動自在に設けられたスリーブとを備える。そして、スリーブ表面の、現像極上流側から現像極までの磁束密度ベクトル角度θが３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度Ｂが６０ｍＴ以上であって現像極の磁束密度以下となるように形成する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像極を有するマグネットと、当該マグネットの外周囲を覆い回動自在に設けられたスリーブとを備え、
前記スリーブ表面の、前記現像極上流側から前記現像極までの磁束密度ベクトル角度が３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度が６０ｍＴ以上であって前記現像極の磁束密度以下となるように形成されたことを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
前記磁束密度ベクトル角度が３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度が極大値を有するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
【請求項３】
前記スリーブ表面の、前記現像極上流側から前記現像極までの磁束密度ベクトル角度が０°となる位置において、磁束密度が４０ｍＴ以下となるように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像ローラ。
【請求項４】
前記スリーブ表面の、前記現像極から前記現像極下流側までの磁束密度ベクトル角度が９０°〜１３５°となる範囲において、磁束密度が６０ｍＴ以上であって前記現像極の磁束密度以下となるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項５】
前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の現像ローラを備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
装置内部にキャリアを収納し、
前記キャリアは、平均粒径が５５μｍ以下となるように形成されたことを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
【請求項７】
装置内部にキャリアを収納し、
前記キャリアは、比重が３以下となるように形成されたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の現像装置。
【請求項８】
装置内部にキャリアを収納し、
前記キャリアは、比透磁率が８〜１５となるように形成されたことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれかに記載の現像装置。
【請求項９】
装置内部にキャリアを収納し、
前記キャリアは、比誘電率が８以上となるように形成されたことを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１０】
装置内部にトナーを収納し、
前記トナーは、球形トナーであることを特徴とする請求項５〜請求項９のいずれかに記載の現像装置。
【請求項１１】
請求項５〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１２】
請求項５〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
前記現像ローラに対向する像担持体を備え、
前記現像ローラと前記像担持体との隙間を０．３ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の現像プロセスに用いる２成分現像剤を担持する現像ローラと、それを備えた現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置では、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いた現像プロセスが多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この現像プロセスに用いる２成分現像剤は、現像装置（又は、現像装置を収納するプロセスカートリッジ）の内部に収納されている。現像装置には、像担持体としての感光体ドラムと対向する現像ローラ（現像剤担持体）が設置されている。現像ローラは、現像極（主磁極）を含む複数の磁極が形成されたマグネットや、マグネットの外周囲を覆いその周りを回転するスリーブ等で構成されている。
【０００４】
そして、現像装置内部で撹拌・搬送された現像剤が、現像ローラのスリーブ表面に担持され、感光体ドラムとの対向領域まで搬送される。この感光体ドラムとの対向領域は、上述の現像極の領域（現像領域）である。また、現像ローラと感光体ドラムとは、所定の隙間をあけて対向している。
【０００５】
そして、現像領域に達する直前に、スリーブ表面に担持された現像剤は、ブラシチェーン状に穂立ちする。そして、穂立ちした現像剤中のトナーが、感光体ドラム上の静電潜像とスリーブ表面との間に形成された電界により、感光体ドラム上に静電吸着してトナー画像を形成する。
【０００６】
このような２成分現像剤を用いた現像プロセスにおいては、スリーブ表面に担持された現像剤がブラシチェーン状に穂立ちする際に、スリーブ長手方向に均一に穂立ちさせることで、種々の異常画像の発生を軽減できることが知られている。
そして、従来の画像形成装置は、現像極の半値幅を狭くして、現像極における法線磁束密度の減衰率を高く設定することで、スリーブ長手方向の現像剤の穂立ちをある程度均一化している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３０５３６０号公報（第３、７−９頁、第２−３図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の画像形成装置は、ハーフトーン画像（ハイライト画像）を形成するときに、トナー画像にざらつきが生じるのを完全に防止することができなかった。以下、このような画像を「ざらつき画像」という。
このざらつき画像は、画像上の微細な周期の濃度むらである。そして、上述の画像形成装置では、このような微細な周期の濃度むらをなくすのが難しかった。
【０００９】
具体的には、図１１に示すように、現像ローラ５の長手方向（軸方向である。）の各位置ごとに、現像剤の穂立ち位置がばらばらであって、ざらつき画像が発生していた。なお、図１１中の両矢印Ｓの範囲が、穂立ち位置のばらつき量となる。
【００１０】
近年の画像形成装置においては、高品質の画像形成に対する要望が強くなっている。特に、カラー画像を形成する画像形成装置においては、ハーフトーン画像が多く形成されるために、上述の問題は無視できないものとなっている。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ハーフトーン画像形成時においてもざらつき画像の生じない、高品質の画像が形成できる現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、現像剤の穂立ちの状態は、穂立ちする際の磁束密度ベクトルの角度と大きさとに大きく寄与する。そして、これらを特性値として管理することで、現像剤の穂立ちの均一性をさらに向上させることができる。
【００１３】
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる現像ローラは、現像極を有するマグネットと、当該マグネットの外周囲を覆い回動自在に設けられたスリーブとを備え、前記スリーブ表面の、前記現像極上流側から前記現像極までの磁束密度ベクトル角度が３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度が６０ｍＴ以上であって前記現像極の磁束密度以下となるように形成されたものである。
【００１４】
また、請求項２記載の発明にかかる現像ローラは、上記請求項１記載の発明において、前記磁束密度ベクトル角度が３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度が極大値を有するように形成されたものである。
【００１５】
また、請求項３記載の発明にかかる現像ローラは、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記スリーブ表面の、前記現像極上流側から前記現像極までの磁束密度ベクトル角度が０°となる位置において、磁束密度が４０ｍＴ以下となるように形成されたものである。
【００１６】
また、請求項４記載の発明にかかる現像ローラは、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記スリーブ表面の、前記現像極から前記現像極下流側までの磁束密度ベクトル角度が９０°〜１３５°となる範囲において、磁束密度が６０ｍＴ以上であって前記現像極の磁束密度以下となるように形成されたものである。
【００１７】
また、この発明の請求項５記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の現像ローラを備えたものである。
【００１８】
また、請求項６記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項５に記載の発明において、装置内部にキャリアを収納し、前記キャリアは、平均粒径が５５μｍ以下となるように形成されたものである。
【００１９】
また、請求項７記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項５又は請求項６に記載の発明において、装置内部にキャリアを収納し、前記キャリアは、比重が３以下となるように形成されたものである。
【００２０】
また、請求項８記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項５〜請求項７のいずれかに記載の発明において、装置内部にキャリアを収納し、前記キャリアは、比透磁率が８〜１５となるように形成されたものである。
【００２１】
また、請求項９記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項５〜請求項８のいずれかに記載の発明において、装置内部にキャリアを収納し、前記キャリアは、比誘電率が８以上となるように形成されたものである。
【００２２】
また、請求項１０記載の発明にかかる現像装置は、上記請求項５〜請求項９のいずれかに記載の発明において、装置内部にトナーを収納し、前記トナーを、球形トナーとしたものである。
【００２３】
また、この発明の請求項１１記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、請求項５〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置を備えたものである。
【００２４】
また、この発明の請求項１２記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項５〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置を備えたものである。
【００２５】
また、請求項１３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１２に記載の発明において、前記現像ローラに対向する像担持体を備え、前記現像ローラと前記像担持体との隙間を０．３ｍｍ以下としたものである。
【００２６】
なお、本明細書において、「磁束密度ベクトル角度」とは、現像ローラのスリーブ上に生じる磁束密度の、スリーブ表面の接線に対する角度をいう。そして、上流側に向かう磁束密度ベクトルであって、スリーブ表面の接線に平行な磁束密度ベクトル角度を０°と定義する。したがって、スリーブ表面の法線に平行な磁束密度ベクトル角度は９０°となる。さらに、下流側に向かう磁束密度ベクトルであって、接線に平行な磁束密度ベクトル角度は１８０°となる。
なお、「磁束密度」とは、法線磁束密度と接線磁束密度との合力である。
【００２７】
また、本明細書において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に現像剤を供給する現像装置と、像担持体をクリーニングするクリーニング装置とのうち、少なくとも１つの装置と、像担持体とが、一体的にカートリッジ化されて、画像形成装置本体に着脱自在に形成された集合体と定義する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００２９】
実施の形態１．
図１〜図５を用いて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、本実施の形態１における画像形成装置全体の構成・動作について説明する。図１は、画像形成装置の要部を示す構成図である。
【００３０】
図１において、１は像担持体としての感光体ドラム、２は感光体ドラム１の表面を帯電する帯電装置、４は感光体ドラム１上の静電潜像を現像する現像装置、１０は被転写材を所定のタイミングで転写装置１１に搬送するレジストローラ、１１は被転写材に感光体ドラム１上で形成したトナー像を転写する転写装置、１２は感光体ドラム１表面の未転写トナーを回収するクリーニング装置、１５は感光体ドラム１に光を当てて感光体ドラム１表面の電位をリセットする除電装置、１７は転写工程後の被転写材上のトナー像を定着する定着装置を示す。
【００３１】
ここで、現像装置４は、現像剤担持体としての現像ローラ５、現像剤を撹拌・搬送する撹拌ローラ６、現像剤のトナー濃度を検出するセンサ７、現像ローラ５上の現像剤の量を規制するドクターブレード８等で構成される。
また、現像ローラ５は、現像極を含む複数の磁極が形成されたマグネット５ｂ、マグネット５ｂの外周を回転する筒状のスリーブ５ａ等で構成される。そして、スリーブ５ａ表面には、マグネット５ｂによって、後述する磁束密度が形成されている。
【００３２】
なお、現像装置４に設置された現像ローラ５は、マグネット５ｂが固定されて、その周囲をスリーブ５ａが回転する。こうして、現像ローラ５は、スリーブ５ａ表面に担持した現像剤を回転搬送する。
また、現像ローラ５と感光体ドラム１との間には、所定の隙間Ｇが設けられている。
【００３３】
このように構成された画像形成装置は、次のように動作する。
まず、紙面の反時計方向に回転する感光体ドラム１は、帯電装置２との対向位置で、その表面が帯電される。
そして、帯電装置２で帯電された感光体ドラム１表面は、さらに回転してレーザ光Ｌの照射位置に達する。そして、原稿等の画像情報に対応したレーザ光Ｌの照射によって、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。
【００３４】
その後、潜像が形成された感光体ドラム１表面は、現像装置４との対向位置に達する。感光体ドラム１と対向する現像ローラ５には、所定の電圧が印加されている。そして、現像ローラ５上に担持された現像剤中のトナーが、現像ローラ５と感光体ドラム１表面の潜像との電位差により、潜像に吸着する。
【００３５】
ここで、現像装置４内には、磁性を有するキャリアと不図示の現像ホッパから適宜供給されるトナーとからなる、現像剤が収納されている。
そして、装置内の現像剤は、撹拌ローラ６によって撹拌されて、キャリアとトナーとが相反する極性により静電的に吸着し合う。その後、現像剤は、撹拌ローラによって、現像ローラ５位置まで搬送される。
【００３６】
そして、現像ローラ５位置に達した現像剤は、スリーブ５ａ上を次のように移動する。
まず、現像剤は、第１磁極にてスリーブ５ａ上に汲み上げられる。そして、第１磁極と第２磁極との間で、ドクターブレード８により現像剤の量が規制される。
【００３７】
その後、第２磁極から現像極（第３磁極）に向かう間に、現像剤は、チェーンブラシ状に徐々に穂立ちしていく。そして、現像極の位置に達した現像剤は、完全に穂立ちの状態となる。そして、対向する感光体ドラム１上に形成された潜像に、現像剤中のトナーが付着する。
【００３８】
そして、トナーを消費した後の現像剤は、現像極と第４磁極との間で、穂立ちの状態から徐々に倒れた状態になっていく。そして、第４磁極と第５磁極との間の、磁力がほとんど存在しない位置で、現像剤はスリーブ５ａから離脱する。そして、離脱した後の現像剤は、現像装置４内を循環して、再びトナーを吸着することになる。
このようなサイクルが、現像ローラ５上で繰り返される。
【００３９】
その後、現像装置４により現像された感光体ドラム１表面は、転写装置１１との対向位置に達する。
一方、不図示の給紙装置から搬送された被転写材は、搬送経路Ｐを経由して、レジストローラ１０の位置に達する。そして、レジストローラ１０により、感光体ドラム１表面のトナー像とタイミングを合わせて、被転写材が転写装置１１に搬送される。そして、この位置で、感光体ドラム１上のトナー像が被転写材上に転写される。このとき、感光体ドラム１上には、被転写材に転写されない未転写のトナーが僅かながら残存する。
【００４０】
その後、転写装置１１位置を通過した未転写トナーを有する感光体ドラム１表面は、クリーニング装置１２との対向位置に達する。クリーニング装置１２では、感光体ドラム１に当接するクリーニングブレード１３により、ドラム表面に付着する未転写トナーがクリーニング装置１２内に回収される。
その後、クリーニング装置１２を通過した感光体ドラム１表面は、除電装置１５の位置に達する。そして、この位置で感光体ドラム１表面の電位は除電されて、一連の作像プロセスを終了する。
【００４１】
他方、トナー像が転写された後の被転写材は、搬送経路Ｐを経由して、定着装置１７の位置に達する。そして、この位置で、転写工程後の被転写材上のトナー像が、定着される。
そして、定着工程後の被転写材は、図示せぬ排紙部を通過して、画像形成装置の外部に向けて排出される。
【００４２】
なお、図１の現像ローラ５を備えた現像装置４は、画像形成装置に対して着脱自在に構成されている。
これに対して、上述の感光体ドラム１と、帯電装置２と、現像装置４と、クリーニング装置１２とを、一体的に構成したプロセスカートリッジとすることもできる。この場合、図１の現像装置４を備えたプロセスカートリッジが、画像形成装置に対して着脱自在に構成されることになる。
【００４３】
次に、図２〜図５を用いて、上述の現像装置４に設置される、現像ローラ５の現像極近傍の磁束密度について説明する。
図２は、本実施の形態１における現像ローラ５上の現像極近傍の磁束密度を示す分布図である。図３は、従来の現像ローラ５上の現像極近傍の磁束密度を示す分布図であり、図２との対比に用いる。
【００４４】
図２及び図３において、横軸はスリーブ上角度αを示し、縦軸は磁束密度の大きさを示す。
ここで、スリーブ上角度αとは、図１を参照して、現像ローラ５中心と感光体ドラム１中心とを結ぶ直線を基準とした、現像ローラ５中心（原点である。）に対するスリーブ上の角度成分をいう。そして、上述の基準からスリーブ上流側を、スリーブ上角度αの正方向とする（図１の矢印α方向である。）。したがって、図２及び図３において、横軸の０°の位置は、上述の基準の位置、すなわち、現像極の中心位置となる。
【００４５】
また、図２及び図３において、実線の曲線Ｂは磁束密度を示し、破線の曲線ＢＮは法線磁束密度を示す。
ここで、図４及び図５を参照して、磁束密度Ｂは、法線磁束密度ＢＮ（スリーブ５ａ表面に対する法線方向の磁束密度である。）と、接線磁束密度ＢＴ（スリーブ５ａ表面に対する接線方向の磁束密度である。）との合力である。
【００４６】
また、図２及び図３において、θは磁束密度ベクトル角度を示す。
詳しくは、図４及び図５を参照して、スリーブ５ａ上流側に向く接線磁束密度ＢＴのベクトルに対する磁束密度Ｂのベクトルの角度である。
【００４７】
磁束密度Ｂ、法線磁束密度ＢＮ、接線磁束密度ＢＴ、磁束密度ベクトルθには、次式の関係が成立する。
（Ｂ）２＝（ＢＮ）２＋（ＢＴ）２
ｓｉｎθ＝（ＢＮ）／（Ｂ）
このように、磁束密度Ｂと法線磁束密度ＢＮとの関係を示す、図２及び図３は、スリーブ５ａ上の磁束密度の状態を的確に表すものである。
【００４８】
図３に示すように、従来の現像ローラ５は、スリーブ表面５ａの、現像極上流側から現像極までの、磁束密度ベクトル角度θが３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度Ｂが４０〜８０ｍＴとなっている。
これに対して、本実施の形態１の現像ローラ５は、磁束密度ベクトル角度θが３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度Ｂが６０〜８０ｍＴとなるように形成されている。
なお、磁束密度ベクトル角度θが９０°の位置における磁束密度８０ｍＴは、現像極の磁束密度である。
【００４９】
そして、本実施の形態１の現像ローラ５によれば、現像剤の穂立ち位置の変動を低減して、ざらつき画像の程度を改善することができる。
この効果を確認する実験によれば、図３の磁束密度を有する従来の現像ローラを図１の画像形成装置に設置した場合、現像剤の穂立ち位置の変動値が４．５であり、ざらつき画像ランクが２であった。これに対して、図２の現像ローラを設置した本実施の形態１の画像形成装置の場合、現像剤の穂立ち位置の変動値が３．２であり、ざらつき画像ランクが３．５であった。
【００５０】
ここで、穂立ち位置の変動値は、先に図１１にて説明した穂立ち位置のばらつき量Ｓに対応する値であり、所定の基準量に対する相対値である。したがって、穂立ち位置変動値が小さいほど、均一な穂立ちが達成されていることになる。
また、ざらつき画像ランクは、ざらつき画像の程度を段階的に示す見本に基づいて官能評価した値である。したがって、ざらつき画像ランクが大きいほど、ざらつき画像が低減されたことになる。なお、ざらつき画像ランク３．５は、ハーフトーン画像として充分許容できる範囲のものである。
【００５１】
なお、本実施の形態１の画像形成装置は、現像ローラ５におけるスリーブ５ａ表面の接線方向の速度が１００ｍｍ／秒となっている。また、現像装置４に収納される、キャリアの粒径が７０μｍ、トナーの粒径が８μｍとなっている。また、現像ローラ５と感光体ドラムとの隙間Ｇは、０．４ｍｍとなっている。
【００５２】
さらに、現像剤の穂立ちの状態を視覚確認するために、高速度カメラを用いた実験をおこなった。
図４は、本実施の形態１の現像ローラ５を用いたときの、現像剤の穂立ちの状態を示す概略図である。これに対して、図５は、従来の現像ローラを用いたときの、現像剤の穂立ちの状態を示す概略図である。
【００５３】
図４及び図５は、現像極近傍のスリーブ５ａ表面を拡大した図であり、現像剤２０の穂立ちの状態と磁束密度ベクトルＢの配列とを示している。図中の矢印Ｋはスリーブ５ａの回転方向を示す。したがって、矢印Ｋの方向が、現像ローラの下流側となる。
【００５４】
ここで、理論的には、現像剤２０は、キャリアが磁束密度ベクトルに沿って磁化するために、概ね、磁束密度ベクトルＢに沿って穂立ちするはずである。
しかし、図５に示すように、従来の現像ローラの場合、白矢印で示すように、現像剤２０は、現像極中心に近い位置で、倒れた状態から急速に穂立ちを開始する。
これは、現像極近傍において、現像剤２０をスリーブ５ａ表面に倒そうとする力（現像剤２０を引き戻す力である。）が、現像剤２０を穂立ちさせる力に対して大きいからである。
【００５５】
このため、現像剤２０は、現像極に近づくぎりぎりまで、倒れた状態となっており、ある位置で急速に立ち上がることになる。
そして、このような力のバランスは不安定なものであるため、これがそのまま穂立ち位置のばらつきに影響してしまう。
【００５６】
一方、図４に示すように、本実施の形態１の現像ローラ５の場合、白矢印で示すように、現像剤２０は、現像極から比較的離れた位置で、倒れた状態からゆっくりと穂立ちを開始する。そして、現像極近傍における現像剤２０の穂立ちは、均一で安定したものになっている。
これは、現像極近傍において、現像剤２０をスリーブ５ａ表面に保持しようとする力が、現像剤２０を穂立ちさせる力に対して小さいからである。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態１においては、現像ローラ５における現像極近傍の現像剤の穂立ちを安定化しているために、ざらつき画像等の異常画像の発生を低減することができる。
【００５８】
実施の形態２．
図６にて、この発明の実施の形態２について説明する。
図６は、実施の形態２における現像ローラの現像極近傍上流側の磁束密度を示す分布図であり、前記実施の形態１の図２に対応する図である。ここで、本実施の形態２は、現像ローラ５の磁束密度分布のみが、前記実施の形態１と相違する。
【００５９】
図６は、上述した図２と同様に、横軸がスリーブ上角度α、縦軸が磁束密度の大きさ、実線の曲線Ｂが磁束密度、破線の曲線ＢＮが法線磁束密度、θが磁束密度ベクトル角度を示すものである。
【００６０】
図６に示すように、本実施の形態２の現像ローラ５は、磁束密度ベクトル角度θが３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度Ｂが６０ｍＴ以上であり、現像極の磁束密度以下となるように形成されている。さらに、磁束密度ベクトル角度θが３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度Ｂが極大値Ｑを有するように形成されている。
【００６１】
このように構成された本実施の形態２の現像ローラ５においても、前記実施の形態１と同様に、現像剤の穂立ち位置の変動が低減して、ざらつき画像の程度も低下する。
この効果を確認する実験によれば、現像剤の穂立ち位置の変動値は２．４であり、ざらつき画像ランクが３．５であった。
【００６２】
以上述べたように、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、現像剤の穂立ち位置の磁束密度が強くなることで、現像極近傍での急速で不均一な立ち上がりを抑止することができる。さらに、本実施の形態２では、現像剤の穂立ち位置の近傍に、磁束密度Ｂの極大値Ｑを設けることで、その位置でのキャリア磁化を大きくして穂立ちを促進することができる。
これにより、現像ローラ５における現像極近傍の現像剤の穂立ちを一層安定化して、ざらつき画像等の異常画像の発生を低減することができる。
【００６３】
実施の形態３．
図７にて、この発明の実施の形態３について説明する。
図７は、実施の形態３における現像ローラの現像極近傍の磁束密度を示す分布図であり、前記実施の形態１の図２に対応する図である。ここで、本実施の形態３は、現像ローラ５の磁束密度分布のみが、前記各実施の形態と相違する。
【００６４】
図７に示すように、本実施の形態３の現像ローラ５は、前記各実施の形態と同様に、磁束密度ベクトル角度θが３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度Ｂが６０ｍＴ以上であり、現像極の磁束密度以下となるように形成されている。また、本実施の形態３の現像ローラ５は、前記実施の形態２と同様に、磁束密度ベクトル角度θが３０°〜９０°となる範囲において、磁束密度Ｂの極大値Ｑを有するように形成されている。
【００６５】
さらに、本実施の形態３の現像ローラ５は、上述の構成に加えて、以下の構成を備えている。
すなわち、スリーブ表面５ａの、現像極上流側から現像極までの、磁束密度ベクトル角度θが０°となる位置において、磁束密度Ｂが４０ｍＴ以下となるように形成されている（本実施の形態３の構成では、約３０ｍＴとなっている。）。
【００６６】
このように構成された本実施の形態３の現像ローラ５においても、前記各実施の形態と同様に、現像剤の穂立ち位置の変動が低減され、ざらつき画像の程度も低下する。
この効果を確認する実験によれば、現像剤の穂立ち位置の変動値は１．８であり、ざらつき画像ランクが４であった。
【００６７】
以上述べたように、本実施の形態３においても、前記各実施の形態と同様に、現像剤の穂立ち位置の磁束密度が強くなることで、現像極近傍での急速で不均一な立ち上がりを抑止することができる。さらに、前記実施の形態２と同様に、現像剤の穂立ち位置の近傍に、磁束密度Ｂの極大値Ｑを設けることで、その位置でのキャリア磁化による穂立ちを促進することができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態３では、磁束密度ベクトル角度θが０°となる位置、すなわち、現像剤に対して現像剤を起こす法線磁束密度が作用せずに現像剤を倒す接線磁束密度のみが作用する位置で、その接線磁束密度の大きさを小さく設定した。
【００６９】
以上のような構成により、現像剤の穂立ち位置近傍において、現像剤をスリーブ５ａ表面に倒そうとする力の影響が小さくなって、現像剤の穂立ちが一層安定化されて、ざらつき画像等の異常画像の発生が低減される。
【００７０】
実施の形態４．
図８及び図９にて、この発明の実施の形態４について説明する。
図８は、実施の形態４における現像ローラの現像極近傍下流側の磁束密度を示す分布図である。図９は、前記実施の形態１における現像ローラの現像極近傍下流側の磁束密度を示す分布図であり、従来の現像ローラのものとほぼ同じ分布となっている。ここで、本実施の形態４の現像ローラ５は、現像極近傍下流側の磁束密度と、現像装置４に収納されるキャリアの特性とが、前記実施の形態１のものと相違する。
【００７１】
図８及び図９において、横軸はスリーブ上角度α、縦軸は磁束密度の大きさ、実線の曲線Ｂは磁束密度、破線の曲線ＢＮは法線磁束密度、θは磁束密度ベクトル角度を示す。
【００７２】
図９に示すように、前記実施の形態１の現像ローラ５は、スリーブ表面５ａの、現像極から現像極下流側までの、磁束密度ベクトル角度θが９０°〜１３５°となる範囲において、磁束密度Ｂが５０〜８０ｍＴとなっている。
これに対して、本実施の形態４の現像ローラ５は、磁束密度ベクトル角度θが９０°〜１３５°となる範囲において、磁束密度Ｂが６０〜８０ｍＴとなるように形成されている。
なお、磁束密度ベクトル角度θが９０°の位置における磁束密度８０ｍＴは、現像極の磁束密度である。
【００７３】
また、本実施の形態４においては、現像ローラ５に担持される現像剤中の、キャリアとして、平均粒径が５５μｍ、比重が３のものを用いている。
図１０は、キャリア平均粒径及びキャリア比重とざらつき画像ランクとの関係を示す表である。これは、キャリア平均粒径を３５〜７５μｍの範囲で３段階にふり、キャリア比重を３〜５の範囲で３段階にふって、それらの組み合わせによる、ざらつき画像を評価した実験結果である。
【００７４】
図１０に示すように、キャリア平均粒径が小さいほど、キャリア長さのばらつきが少なくなって、ざらつき画像は低減する。
また、キャリア比重が小さいほど、キャリア１個の質量が軽くなって穂立ちに必要な力が小さくなるため、ざらつき画像が低減する。
【００７５】
一方、キャリアの粒径及び比重を小さく設定する場合、現像領域において、キャリアが感光体ドラム１上に移動して付着する不具合を防止する必要がある。
本実施の形態４は、先に図８で説明したように、現像極下流側の磁束密度を大きくしているために、キャリア同士の磁気拘束力を増加して、キャリア付着を低減することができる。
【００７６】
この効果を確認するために、図８の現像ローラを用いた場合と、図９の現像ローラを用いた場合との、感光体ドラム１上へのキャリア付着量を、実験により比較した。その結果、図８の本実施の形態４の構成によれば、所定の実験条件下で、キャリア付着量が約１／７に軽減された。
さらに、キャリアとして、比透磁率が８〜１５のものを用いた実験によれば、現像ローラ５への着磁性はさらに向上して、キャリア付着量はほぼゼロになった。
【００７７】
以上述べたように、本実施の形態４においては、キャリアの平均粒径及び比重を小さくすることで、現像ローラ５における現像極近傍の現像剤の穂立ちを一層安定化して、ざらつき画像等の異常画像の発生を低減することができる。
さらに、現像ローラ５の現像極下流域の磁束密度が適正な値に設定されているために、感光体ドラム１へのキャリア付着を未然に防止することができる。
【００７８】
なお、上記各実施の形態では、スリーブ長手方向における現像剤の穂立ちを安定化することで、現像プロセスにおけるノイズを軽減して、ざらつき画像の発生を抑えた。
しかし、現像剤中のトナーとして、球形トナーを用いることで、さらに現像プロセスにおけるノイズを軽減して、感光体ドラム１上に安定したトナー像を形成することができる。
なお、球形トナーとは、以下のように製造されたものである。すなわち、有機溶媒中に活性水素と反応可能な変性ポリエステル系樹脂からなるトナーバインダーを含むトナー組成分を溶解又は分散させる。そして、その溶解又は分散した物を、樹脂微粒子を含む水系媒体中で架橋剤及び／又は伸長剤と反応させる。さらに、それによって得られた分散液から溶媒を除去して、トナー表面に付着した樹脂微粒子を洗浄・脱離して、球形トナーを得る。
【００７９】
また、現像領域に形成される電界（潜像電界である。）のノイズである、エッジ電界を軽減することで、上述の現像プロセスにおけるノイズは軽減され、ざらつき画像の発生をさらに抑えることができる。
具体的には、現像ローラ５と感光体ドラムとの隙間Ｇを、０．３ｍｍ以下に設定することで、エッジ電界を軽減して、ざらつき画像を低減することができる。さらに、キャリアとして、比誘電率が８以上のものを用いることでも、エッジ電界を軽減して、ざらつき画像を低減することができる。
【００８０】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態の中で示唆した以外にも、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、ハーフトーン画像形成時においてもざらつき画像の生じない、高品質の画像が形成できる現像ローラ、現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における画像形成装置の要部を示す構成図である。
【図２】図１の画像形成装置における現像ローラの磁束密度を示す分布図である。
【図３】従来の現像ローラの磁束密度を示す分布図である。
【図４】図１の現像ローラ上における現像剤の穂立ちの状態を示す概略図である。
【図５】従来の現像剤の穂立ちの状態を示す概略図である。
【図６】この発明の実施の形態２における現像ローラの磁束密度を示す分布図である。
【図７】この発明の実施の形態３における現像ローラの磁束密度を示す分布図である。
【図８】この発明の実施の形態４における現像ローラ下流側の磁束密度を示す分布図である。
【図９】従来の現像ローラ下流側の磁束密度を示す分布図である。
【図１０】キャリア平均粒径及びキャリア比重と、ざらつき画像との関係を示す表である。
【図１１】現像ローラ上における現像剤の穂立ち位置を示す概略図である。
【符号の説明】
１　感光体ドラム（像担持体）、　２　帯電装置、
４　現像装置、　５　現像ローラ（現像剤担持体）、
５ａ　スリーブ、　５ｂ　マグネット、
６　撹拌ローラ、　７　センサ、　８　ドクターブレード、
１０　レジストローラ、　１１　転写装置、　１２　クリーニング装置、
１３　クリーニングブレード、　１５　除電装置、　２０　現像剤、
Ｂ　磁束密度、　ＢＮ　法線磁束密度、　ＢＴ　接線磁束密度、
θ　磁束密度ベクトル角度、　α　スリーブ上角度。
【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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