(57)【要約】【課題】トナーの回収処理や電界の切り換えなどを行うことなく、簡易な構成でトナー担持体表面のトナー担持量の差をなくして、次の現像時に画像上の濃度差として現れる履歴現象を解消できる画像形成装置を提供すること。【解決手段】潜像担持体１と、トナー１０を搬送するトナー担持体４０２と、トナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤１２を磁気ブラシとして担持しトナー担持体４０２に対向するトナー供給領域Ａ２に搬送し、二成分現像剤１２よりトナーのみをトナー担持体４０２に供給するトナー供給部材４０３とを有する画像形成装置において、トナー供給領域Ａ２において磁気ブラシがトナー担持体４０２表面に接触しはじめる箇所での二成分現像剤１２の嵩密度ρｘを、トナー供給領域Ａ２において磁気ブラシがトナー担持体４０２表面から離れる箇所での二成分現像剤１２の嵩密度ρｙより小さくした。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体と、
無端移動可能な表面にトナーを担持し該潜像担持体に対向する現像領域に該トナーを搬送するトナー担持体と、
該トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を磁気ブラシとして担持し該トナー担持体に対向するトナー供給領域に搬送し、該二成分現像剤よりトナーのみを該トナー担持体に供給するトナー供給部材と、
該トナー担持体と該トナー供給部材とを有し該潜像担持体上の潜像を該現像領域で顕像化する現像手段と、
該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段とを備えた画像形成装置において、
上記トナー担持体との対向部で該トナー担持体表面の移動の向きとは逆の向きに上記トナー供給部材表面を移動するように駆動し、
上記トナー供給領域において上記磁気ブラシが該トナー担持体表面に接触しはじめる箇所での該二成分現像剤の嵩密度ρｘを、該トナー供給領域において該磁気ブラシが該トナー担持体表面から離れる箇所での該二成分現像剤の嵩密度ρｙより小さくしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
潜像担持体と、
無端移動可能な表面にトナーを担持し該潜像担持体に対向する現像領域に該トナーを搬送するトナー担持体と、
該トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を磁気ブラシとして担持し該トナー担持体に対向するトナー供給領域に搬送し、該二成分現像剤よりトナーのみを該トナー担持体に供給するトナー供給部材と、
該トナー担持体と該トナー供給部材とを有し該潜像担持体上の潜像を該現像領域で顕像化する現像手段と、
該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段とを備えた画像形成装置において、
上記トナー担持体との対向部で該トナー担持体表面の移動の向きとは逆の向きに上記トナー供給部材表面を移動するように駆動し、
該トナー供給部材内部に上記磁気ブラシ形成用の磁界発生手段を設け、上記トナー供給領域に近接する位置にあるトナー供給用磁界発生手段による該トナー供給部材上の法線磁束密度の最大ピークとなる位置αと、該トナー供給部材の回転中心軸Ｔと、該トナー供給部材と該トナー供給部材との最近接位置よりも現像剤搬送方向上流側において該トナー供給部材上の法線磁束密度が０となる位置βとのなす角度θ１を、該最大ピークとなる位置αと、該回転中心軸Ｔと、該トナー供給部材と該トナー供給部材との最近接位置よりも現像剤搬送方向下流側において該トナー供給部材上の法線磁束密度が０となる位置γとのなす角度θ２よりも小さくしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２の画像形成装置において、
上記トナー供給領域において上記磁気ブラシが上記トナー担持体表面に接触しはじめる箇所での上記トナー供給ローラ表面の法線磁束密度の大きさを、６５［ｍＴ］以上とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項２、又は３の画像形成装置において、
上記トナー供給領域において上記磁気ブラシが上記トナー担持体表面から離れる箇所での上記トナー供給ローラ表面の法線磁束密度の大きさを、７０［ｍＴ］以上とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項２、３、又は４の画像形成装置において、
上記二成分現像剤の磁性粒子の磁気モーメントを５０［ｅｍｕ／ｇ］以上とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項２、３、４、又は５の画像形成装置において、
上記磁性粒子の平均粒径を５０［μｍ］以下とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
潜像担持体と、
該潜像担持体上に形成された潜像にトナーを供給して該潜像を顕像化する現像手段と、
該潜像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、
該現像手段によりトナー像を該潜像担持体から転写体に転写せしめた後の該潜像担持体に残留するトナーをクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、該潜像担持体と、該現像手段とを備えたプロセスカートリッジにおいて、
上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置に備えられる現像装置を用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくは、無端移動可能な表面にトナーを担持し潜像担持体に対向する現像領域に搬送するトナー担持体と、トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を担持してトナー担持体に対向するトナー供給領域に搬送し、二成分現像剤よりトナーのみをトナー担持体に供給するトナー供給部材とを有する現像装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、潜像担持体上の静電潜像を現像する方式として、トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式と、トナーのみの一成分現像剤を用いる一成分現像方式とが知られている。これらの現像方式のうち後者の一成分現像方式は、トナー担持体表面に均一薄層化状態で担持したトナーを、潜像担持体表面の潜像に接触又は非接触状態で対向させ、潜像にトナーを付着させて顕像を形成するものである。前者の二成分現像方式は、磁石を内蔵した現像剤担持体の表面にトナーと磁性粒子とからなる二成分現像剤をブラシ状に担持して磁気ブラシを形成し、潜像担持体表面の潜像に磁気ブラシ中のトナーのみを付着させて顕像を形成するものである。
【０００３】
上記一成分現像方式は、磁性粒子を用いないため、二成分現像剤の磁気ブラシが潜像担持体へ当たることで生じる現像ムラなどの画像上の不具合が発生せず、静電潜像に忠実な現像を行うことができる。従って、高画質な画像を得ることができ、高解像度化にも有利である。
【０００４】
しかしながら、一成分現像方式では、弾性体のトナー担持体に供給ローラを摺接させている。また、トナー担持体上のトナーを所望の帯電量まで帯電させるためにトナー担持体表面のトナーに対して薄層化ブレードを摺擦させている。これらのため、トナー担持体が磨耗したり、トナー担持体上のトナーにストレスがかかってトナーフィルミングが起こったりしやすく、装置の耐久性の点では良いとは言えなかった。また、現像装置内でトナーのみを攪拌しつづけるため、トナーが劣化しやすく、画像品質の経時的安定性を得にくかった。
【０００５】
そこで、二成分現像方式と一成分現像方式の各長所を組み合わせた現像方式を採用したものとして、二成分現像剤からなる磁気ブラシを表面に形成したトナー供給部材を用い、トナー供給部材上の磁気ブラシによりトナーのみをトナー担持体に供給して担持させる現像装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
この現像装置では、現像装置内で二成分現像剤を攪拌し、トナー供給部材（例えば、磁気ローラ、磁気ブラシ形成体など）上に二成分現像剤を担持して磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシ中のトナーは磁性粒子との摩擦により所定極性に帯電される。そして、このトナー供給部材上の磁気ブラシから所定極性に帯電されたトナーのみが、トナー担持体（例えば、現像ローラ、トナー層保持体など）上に移動して担持される。
【０００７】
このように、トナー担持体に供給ローラを摺接させたり、トナー担持体表面のトナーに対して薄層化ブレードを摺擦させたりすることなく、トナー担持体表面に所望の帯電量のトナーを担持させることができる。よって、トナー担持体やトナーへのストレスが一成分現像方式に比して少なくなる。また、現像自体は一成分現像方式であるので、一成分現像方式と同等の高画質が得られる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５６−４０８６２号公報
【特許文献２】
特開昭５９−１７２６６２号公報
【特許文献３】
特開平６−６７５４６号公報
【特許文献４】
特開２００２−０２３４９９公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のようにトナー供給部材上に形成した磁気ブラシからトナーのみがトナー担持体に供給される現像装置を用いた現像方式においても、次のような課題があった。
潜像担持体上の静電潜像を現像（顕像化）した後のトナー担持体上のトナー層は、静電潜像の画像部に対応して顕像化によりトナーが消費されたトナー消費層と、静電潜像の非画像部に対応してトナーが未消費のまま残留しているトナー未消費層とが生じる。トナー消費層とトナー未消費層との間で、トナー担持体表面のトナー担持量に差ができる。このトナー担持体上のトナー担持量の差を解消するためには、現像剤担持体の周回によりトナー消費層に、その消費量に応じて新たなトナーを供給すればよい。しかし、実際には、周回するトナー担持体表面のトナー消費層のみに新たなトナーを供給することは困難であった。このため、このような現像装置では、そのトナー担持体上のトナー担持量の差が、次の現像時の画像上の濃度差として現れる所謂履歴現象が生じてしまうことがあった。
【００１０】
具体的には、図３（ａ）に示すように、先端側の左方部分に黒ベタ画像部Ｄ１、先端側の右方部分に非画像部（又は白画像部）Ｄ２、Ｄ１の後端側直下の部分に低コントラスト画像部Ｄ３，Ｄ２の後端側直下の部分に低コントラスト画像部Ｄ４を有する原稿画像を用いて画像形成を行った場合に、上記残像が発生することがあった。つまり、上記原稿画像について画像形成を行った場合の正常なプリント画像は、図３（ｂ）に示すように、上記二つの低コントラスト画像部Ｄ３、Ｄ４に対応する二つの画像ｄ３、ｄ４の画像濃度が均一な濃度になるはずである。ところが、実際に得られるプリント画像は、図３（ｃ）に示すように、上記白ベタ画像部Ｄ２に対応する白ベタプリンタ画像Ｄ２の直下の部分の低コントラストプリントｄ４の画像濃度が、上記黒ベタ画像部Ｄ１に対応する黒ベタプリンタ画像ｄ１の直下の部分の低コントラストプリント画像ｄ３の画像濃度よりも濃くなってしまう履歴現象が発生することがあった。
これは、トナー供給部材とトナー担持体が対向するトナー供給領域で、トナーを供給させるために形成される電界が、トナー未消費層とトナー消費層とで異なるためであると考えられる。
【００１１】
このような履歴現象を解消するためには、上記潜像担持体上の静電潜像を顕像化（現像）した後のトナー担持体上のトナーをトナー担持体の表面から一旦除去し、このトナーが除去されたトナー担持体の表面に新たなトナーを供給して，上述のようなトナー担持体の表面のトナー担持量の差を解消することが有効である。
【００１２】
トナーを除去、供給する方法を実施するために、トナー担持体表面移動方向で現像位置から磁気ブラシ対向位置までに、現像位置通過後に残留するトナーを除去するためのクリーニング手段を設けることが有効と考えられる。しかし、この場合、クリーニング手段として用いるクリーニングローラ等に付着したトナーの回収や回収トナーの処理が必要となってしまう。
【００１３】
特許文献３においては、トナー供給部材としての現像剤担持体とトナー担持体との間に形成される電界を、トナーがトナー担持体から現像剤担持体側へ移行するように間欠的に切り換える電界切換手段を備えたものが提案されている。この提案によれば、トナー担持体上の残留トナーを現像剤担持体へ戻すので、回収トナーの処理をすることなく履歴現象を防止できる。しかしながら、上記特許文献３の提案では、装置の構成や電界を切り換え可能にするための構成が複雑となり、コストアップにつながってしまう。
【００１４】
特許文献４においては、トナー担持体とトナー供給部材が対向する領域で現像剤の嵩密度を上げることで、トナー供給部材上の磁気ブラシからトナー担持体へのトナー供給効率を上げ、所謂履歴現象から発生する画像濃度差を解消できる画像形成装置が提案されている。特許文献４の提案により、上述した次のサイクルの現像時の画像上の濃度差として現れる履歴現象は改善された。しかし、トナー供給効率を上げる必要があるため、現像剤を通常より多めに使用しなければならなかった。
【００１５】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナー供給部材上に形成した磁気ブラシからトナーのみがトナー担持体に供給される現像装置を用いた画像形成装置において、トナーの回収処理や電界の切り換えなどを行うことなく、簡易な構成でトナー担持体表面のトナー担持量の差をなくして、トナー担持体上のトナー担持量の差が次の現像時の画像上の濃度差として現れる履歴現象を解消できる画像形成装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、潜像担持体と、無端移動可能な表面にトナーを担持し該潜像担持体に対向する現像領域に該トナーを搬送するトナー担持体と、該トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を磁気ブラシとして担持し該トナー担持体に対向するトナー供給領域に搬送し、該二成分現像剤よりトナーのみを該トナー担持体に供給するトナー供給部材と、該トナー担持体と該トナー供給部材とを有し該潜像担持体上の潜像を該現像領域で顕像化する現像手段と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段とを備えた画像形成装置において、上記トナー担持体との対向部で該トナー担持体表面の移動の向きとは逆の向きに上記トナー供給部材表面を移動するように駆動し、上記トナー供給領域において上記磁気ブラシが該トナー担持体表面に接触しはじめる箇所での該二成分現像剤の嵩密度ρｘを、該トナー供給領域において該磁気ブラシが該トナー担持体表面から離れる箇所での該二成分現像剤の嵩密度ρｙより小さくしたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、潜像担持体と、無端移動可能な表面にトナーを担持し該潜像担持体に対向する現像領域に該トナーを搬送するトナー担持体と、該トナーと磁性粒子とを含む二成分現像剤を磁気ブラシとして担持し該トナー担持体に対向するトナー供給領域に搬送し、該二成分現像剤よりトナーのみを該トナー担持体に供給するトナー供給部材と、該トナー担持体と該トナー供給部材とを有し該潜像担持体上の潜像を該現像領域で顕像化する現像手段と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段とを備えた画像形成装置において、上記トナー担持体との対向部で該トナー担持体表面の移動の向きとは逆の向きに上記トナー供給部材表面を移動するように駆動し、該トナー供給部材内部に上記磁気ブラシ形成用の磁界発生手段を設け、上記トナー供給領域に近接する位置にあるトナー供給用磁界発生手段による該トナー供給部材上の法線磁束密度の最大ピークとなる位置αと、該トナー供給部材の回転中心軸Ｔと、該トナー供給部材と該トナー供給部材との最近接位置よりも現像剤搬送方向上流側において該トナー供給部材上の法線磁束密度が０となる位置βとのなす角度θ１を、該最大ピークとなる位置αと、該回転中心軸Ｔと、該トナー供給部材と該トナー供給部材との最近接位置よりも現像剤搬送方向下流側において該トナー供給部材上の法線磁束密度が０となる位置γとのなす角度θ２よりも小さくしたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記トナー供給領域において上記磁気ブラシが上記トナー担持体表面に接触しはじめる箇所での上記トナー供給ローラ表面の法線磁束密度の大きさを、６５［ｍＴ］以上とすることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２、又は３の画像形成装置において、上記トナー供給領域において上記磁気ブラシが上記トナー担持体表面から離れる箇所での上記トナー供給ローラ表面の法線磁束密度の大きさを、７０［ｍＴ］以上とすることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項２、３、又は４の画像形成装置において、上記二成分現像剤の磁性粒子の磁気モーメントを５０［ｅｍｕ／ｇ］以上とすることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項２、３、４、又は５の画像形成装置において、上記磁性粒子の平均粒径を５０［μｍ］以下とすることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に形成された潜像にトナーを供給して該潜像を顕像化する現像手段と、該潜像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、該現像手段によりトナー像を該潜像担持体から転写体に転写せしめた後の該潜像担持体に残留するトナーをクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置で用いられ、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、かつ、該潜像担持体と、該現像手段とを備えたプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５又は６の画像形成装置に備えられる現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１の画像形成装置は、以下に説明する理由によりトナー供給領域入口部でのトナー供給効率を上げ、トナー供給領域出口部では画像形成に用いられなかったトナー担持体上の未使用トナーを掻き取ることができる。
【００１８】
図４は、トナー担持量測定器の説明図である。トナー担持量測定器は、測定セルや電極板等から構成されている。円柱状の測定セルには、上部電極板２００と下部電極板２１０が図示のように円形である底面部と上面部に対向するように設けられている。そして、下部電極板２００が床面に対して略水平になるよう配設されている。
測定は、測定セル内に質量ａ［ｇ］の現像剤を注入せしめて適度に攪拌した後、現像剤中のトナーが上部電極２００に向かって移動するよう両電極間に電圧を所定時間印加することにより行う。上部電極２００に付着したトナーを採取し、重さを測定することにより単位面積あたりのトナー量Ｍ／Ａ［ｍｇ／ｃｍ２］を求めた。なお、セル中のトナー量は一定となるように調整している。
【００１９】
図５は、いろいろな嵩密度の現像剤を用いて、上部電極２００に付着した単位面積あたりのトナー量Ｍ／Ａ［ｍｇ／ｃｍ２］を印加電圧ごとにプロットしたものである。嵩密度ｂ［ｇ／ｃｍ３］は、セルに注入した現像剤の重さａ［ｇ］をセルの体積Ｖ［ｃｍ３］で除することにより求めた。図５より、トナーの付着量を増加させるためには、現像剤の嵩密度を小さくすればよいことがわかる。
【００２０】
次に、図２及び図６を用いてトナー供給領域Ａ２においてトナーが磁気ブラシから分離されてトナー担持体に移転する際のトナーの挙動について説明する。トナー１０と磁性粒子であるキャリア１１は、帯電により静電的および非静電的に引き合うが、この力よりも電界による力やトナーにかかる摩擦力等による力が大きくなった場合には、図６に示すようにトナー１０はキャリア１１から分離して現像ローラ４０２方向に移動する。この過程でトナー１０がキャリア１１と衝突すると、トナー１０は再度キャリア１１と結合や離脱等が起こることになり、トナー１０の現像ローラ４０２への移動が阻害されることになる。ここで、上述した図５の結果より、現像剤の嵩密度を低くすることで、キャリアから分離したトナーが再度キャリアに衝突する頻度を抑えることができる。
図６に示すトナー供給領域入口Ａ３において現像ローラ４０２上にトナー１０の供給が十分におこなわれた場合、トナー供給領域Ａ２を磁気ブラシが進行するにつれて、磁気ブラシ中のトナー濃度は低下してくる。磁気ブラシ根元部からのトナー供給が少なくなれば、現像ローラ４０２に接触する磁気ブラシ先端部のキャリア１１に対しトナー１０は枯渇する。図２に示す感光体１と現像ローラ４０２が対向する領域である現像領域Ａ１で画像形成に用いられなかった現像ローラ４０２上に残留したトナー１０は、トナー１０とは反対電荷に帯電した供給ローラ４０３上のキャリア１１にトナー供給領域出口Ａ４において接触することにより捕獲されることになる。トナー供給領域出口Ａ４では、磁気ブラシは残留トナー１０を掻き取るような方向に動くため、現像ローラ４０２上から掻き取られたトナー１０は、現像ローラ４０２に再付着しにくい。
【００２１】
トナー供給領域入口Ａ３における現像剤の嵩密度を小さくすることにより、トナー供給領域入口Ａ３でトナーを効率的に供給し、トナー供給領域出口Ａ４では磁気ブラシ中のトナーを枯渇させることが可能となる。そして、トナー供給領域出口Ａ４でトナー供給領域入口Ａ３に比して磁気ブラシの嵩密度を高くすることにより、トナー供給領域出口Ａ４で硬い磁気ブラシを形成し、画像形成に用いられなかった未使用トナーを、硬い磁気ブラシにより掻き取ることができる。
【００２２】
請求項２乃至６の画像形成装置は、以下に説明する理由によりトナー供給領域入口部でのトナー供給効率を上げ、トナー供給領域出口部では画像形成に用いられなかったトナー担持体上の未使用トナーを掻き取ることができる。
【００２３】
以下、引き続き図２及び図６を用いて説明する。磁気ブラシ中のトナーがキャリアから分離されて現像ローラ４０２に移転する際のトナーの移動速度は、電界、現像剤の密度、及び、磁気ブラシの運動により決定される。規制部材４０６を通過した後の現像剤量は一定であるため、現像剤の密度は、現像剤が流入する空間である現像ローラと供給ローラ間の距離を変えること、及び、現像剤の速度を変化させることにより部分的な現像剤の密度を制御することができる。この値は、単位時間あたりにトナー供給領域に流入する現像剤の量により求めることができる。
キャリアにより形成される磁気ブラシの速度は、スリーブ速度と、局部的なスリーブ上の磁気ブラシの立ち上がり動きや倒れ速度の和からなる。トナー供給領域Ａ２における局部的な立ち上がり速度を変えることにより、トナー供給領域Ａ２内で相対的な速度差を設けることができる。これにより、トナーがキャリアに接触する回数を変えてトナー供給領域入口Ａ３、及びトナー供給領域出口Ａ４におけるトナーの移動速度を変えることができる。
【００２４】
トナー供給領域入口Ａ３において、供給ローラ４０３の現像剤搬送方向上流側において磁界発生手段による供給ローラ４０３上の法線磁束密度が０となる点からの磁束密度の立ち上がりの角度変化を大きくすること、及びその領域での磁束密度の強さを大きくすることにより、磁気ブラシの立ち上がり速度を早くすることができる。これにより、キャリアから分離したトナーは、再度キャリアに接触しにくくなり、効率的に現像ローラ上にトナーを供給できる。このような磁気ブラシの運動に加えて電界による影響が加わるため、磁気ブラシ先端部のトナーの現像ローラへの動きはさらに活性化される。磁気ブラシの立ち上がり速度を大きくすることにより、現像ローラと供給ローラ間の電位差を低く抑えることも可能となる。
【００２５】
トナー供給領域中央部（現像剤搬送方向に対してトナー供給領域入口Ａ３とトナー供給領域Ａ４との中間近傍部）においては、磁束密度の角度変化をトナー供給領域入口部Ｂ１に比して小さくすることにより、磁気ブラシの速度が遅くなりトナーの移動は低下する。
【００２６】
トナー供給領域入口Ａ３で十分にトナー供給することにより、トナー供給領域出口Ａ４ではキャリア中のトナーは枯渇することになる。ここで、トナー供給領域出口Ａ４においては、磁束密度の角度変化を少なくすることにより、磁気ブラシの動きを緩やかにする。これにより、現像ローラ４０２と磁気ブラシとの接触時間を大きくし、トナーと逆帯電したキャリアが現像ローラ４０２上の残留トナーを掻き取ることができる。また、法線磁束密度を大きく保つことでキャリア間の拘束力が強くなり、現像ローラへの摺擦力が増し掻き取り効果が向上する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
以下、本発明を、画像形成装置としての電子写真式レーザプリンタ（以下「プリンタ」という。）に適用した一の実施形態について説明する。
【００２８】
まず、図１を用いて、本実施形態に係るプリンタの全体の概略構成について説明する。このプリンタは、潜像担持体としてドラム状の感光体１周辺に、感光体１の表面を一様帯電する帯電装置２、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を感光体１に照射する露光装置３、感光体１に形成された静電潜像に対しトナー担持体としての現像ローラ４０２上の帯電トナーを付着させることでトナー像を形成する現像装置４、感光体１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙２０に転写する転写装置５、転写後に感光体１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６等が順に配設されている。また、感光体１上に静電潜像を形成する潜像形成手段は、上記帯電装置２及び露光装置３により構成されている。
【００２９】
また、図示しない給紙トレイ等から転写紙を給紙・搬送する図示しない給紙搬送装置と、転写装置５で転写されたトナー像を転写紙２０に定着する図示しない定着装置とが備えられている。
【００３０】
上記構成のプリンタにおいて、矢印ａ方向に回転する感光体１の表面は、帯電装置２で一様帯電された後、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線が感光体軸方向にスキャンされて照射される。これにより、感光体１上に静電潜像が形成される。感光体１上に形成された静電潜像は、現像領域Ａ１において、現像装置４により帯電したトナーを付着させることで現像され、トナー像となる。一方、転写紙２０は図示しない給紙搬送装置で給紙・搬送され、レジストローラ７により所定のタイミングで感光体１と転写装置５とが対向する転写部に送出・搬送される。そして転写装置５により、転写紙２０に感光体１上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体１上に形成されたトナー像が転写紙２０に転写される。次いで、転写紙２０は、感光体１から分離され、図示しない定着装置に送られ、定着装置でトナー像が定着された転写紙２０が出力される。転写装置５でトナー像が転写された後の感光体１の表面は、クリーニング装置６のクリーニングブレード６０１でクリーニングされ、感光体１上に残ったトナーが除去される。
【００３１】
次に、本実施形態における感光体１の構成及び感光体上の潜像形成について詳しく説明する。上記感光体１はアルミ等の素管に感光性を有する無機又は有機感光体を塗布し、感光層を形成したものであるが、これに限ったものではない。なお、本実施形態では負極性に一様帯電する感光体１を使用しているが、必要に応じて正極性に一様帯電する感光体を使用してもよい。また、本実施形態の感光体１は、線速２００［ｍｍ／ｓｅｃ］で回転駆動している。
【００３２】
次に、現像装置４の構成について詳しく説明する。図２は、本実施形態に係る現像装置内部の説明図である。この図に示すように、現像装置４のケーシング４０１の内部には、感光体１側から、トナー担持体としての現像ローラ４０２、トナー供給部材としての供給ローラ４０３、二つの攪拌・搬送部材４０４、４０５が配設されている。ケーシング４０１内のトナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）１２は、攪拌・搬送部材４０４、４０５で攪拌され、その一部が、供給ローラ４０３上に担持される。供給ローラ４０３上の現像剤１２は、該層厚規制部材としての規制ブレード４０６で層厚が規制された後、トナー供給領域Ａ２で現像ローラ４０２に接触する。このトナー供給領域Ａ２で供給ローラ４０３上の現像剤１２よりトナー１０のみ分離されて現像ローラ４０２に供給される。
【００３３】
上記トナー１０の体積平均粒径は５〜１０［μｍ］の範囲である。上記磁性粒子１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１１の体積平均粒径は４０〜７０［μｍ］の範囲である。
【００３４】
上記供給ローラ４０３は、複数の磁極を有する磁石部材４０７を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４０８で構成されている。磁石部材４０７は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。
【００３５】
供給ローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０６による規制箇所から供給ローラ４０３の回転方向に磁極を有する。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図２の構成に限定されるものではなく、供給ローラ４０３の周囲の規制ブレード４０６等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。
【００３６】
上記磁石部材４０７の磁力により、スリーブ４０８上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１３がブラシ状に担持される。そして、供給ローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。本実施形態では、現像剤１２中のトナー濃度ＴＣを２〜１０重量％とし、この供給ローラ４０３上のトナーの帯電量は、−５〜−２０［μＣ／ｇ］となるようにしている。
【００３７】
上記現像ローラ４０２は、供給ローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で供給ローラ４上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ１で感光体１に対向するように配設されている。現像ローラ４０２の感光体１表面に対する食い込み量は、０．１〜０．３［ｍｍ］に設定している。また、上記規制ブレード４０６は、供給ローラ４０３との対向部で供給ローラ４上に形成された現像剤１２の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤がトナー供給領域Ａ２に搬送されるようにするとともに、現像剤１２中のトナー１０と磁性粒子１１との摩擦帯電を促進させている。
【００３８】
また、現像ローラ４０２及び供給ローラ４０３はそれぞれ、図示しない回転駆動装置により図中矢印ｂ方向及びｃ方向に回転駆動されている。本実施形態では、感光体１の線速２００［ｍｍ／ｓ］に対し、現像ローラ４０２を線速１０００［ｍｍ／ｓ］、供給ローラ４０３を線速６５０［ｍｍ／ｓ］で回転駆動している。また、現像ローラ４０２の軸部には、現像領域Ａ１に現像電界を形成するための現像バイアスＶｂを印加する電源４０９が接続されている。また、供給ローラ４０３のスリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスＶｓｕｐを印加する電源４１０が接続されている。
【００３９】
なお、本実施形態における画像形成条件は、感光体帯電電位（画像地肌部帯電電位）ＶＤ＝−４５０〜５００［Ｖ］、露光後電位（トナー顕像化部電位）ＶＬ＝−５０〜−１００［Ｖ］、供給ローラ電位Ｖａ＝−３５０［Ｖ］、現像ローラ電位Ｖｂ＝−２５０［Ｖ］である。そして、現像ポテンシャル（ＶＬ−Ｖｂ）を＋１５０〜２００［Ｖ］に、トナー供給ポテンシャル（Ｖｂ−Ｖａ）を＋１００［Ｖ］に設定している。
【００４０】
次に、上記構成の現像装置４の動作を説明する。ケーシング４０１内に収容された現像剤１２は、トナー１０と磁性粒子１１が混合されたものであり、攪拌・搬送部材４０４，４０５や供給ローラ４０３のスリーブ４０８の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナー１０に磁性粒子１１との摩擦帯電により負の電荷が付与される。
【００４１】
一方、供給ローラ４０３上に担持された現像剤１２は規制ブレード４０６によって層厚が規制され、現像剤１２の一定量がトナー供給バイアスで形成された電界等により、ブラシ状（以下、磁気ブラシという）に担持されて搬送され、残りはケーシング４０１内に戻される。
【００４２】
上記トナー供給領域Ａ２では、磁気ブラシ中のトナーが分離されて現像ローラ４０２に転移し、薄層状のトナー１０が担持される。そして、現像ローラ４０２上に担持された薄層状のトナー１０は、該ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、上記現像バイアスで形成された現像電界により、感光体１上の静電潜像に選択的に付着し、該静電潜像が現像される。
【００４３】
ここで、本実施形態のプリンタは、現像を行った後の現像ローラ４０２表面に生じたトナー担持量の偏差を以下に説明するように構成することにより解消できるようにして、所謂履歴現象の発生を防止している。そのための構成として、トナー供給領域Ａ２上において、トナー供給領域入口部Ｂ１の二成分現像剤の嵩密度を、トナー供給領域出口部Ｂ３現像剤の嵩密度よりも小さくなるようにしている。
ここで、トナー供給領域Ａ２とは、図７に示すように画像形成装置を作動後、現像ローラ４０２とトナー供給ローラ４０３とを停止させたときに磁気ブラシが現像ローラ４０２に接している領域をいう。そして、トナー供給領域Ａ２を現像剤搬送方向に対して等しく３分割し、現像剤搬送方向上流側からそれぞれ図７に示すようにトナー供給領域入口部Ｂ１、トナー供給領域中央部Ｂ２、トナー供給領域出口部Ｂ３とする。
【００４４】
次に、トナー供給領域入口部Ｂ１の現像剤の嵩密度を、トナー供給領域出口部Ｂ３現像剤の嵩密度よりも小さくする具体的構成について説明する。供給ローラ４０３内部に設けている図２に示す複数の磁極のうち、現像ローラ４０２に対向する位置に設けられているトナー供給用磁極（以下、「主磁極」という）Ｎ２を、トナー供給ローラ４０３とトナー担持体４０２との間の最近接位置より、トナー供給ローラ４０３による現像剤搬送方向下流側にずらすよう磁極を配置している。本実施形態で用いた磁極による法線磁束密度分布は、図８に示すように法線磁束密度の最大ピークを中心に左右対称となる。
トナー供給領域入口部Ｂ１における現像剤の嵩密度ρｘ、及びトナー供給領域出口部Ｂ３おける現像剤の嵩密度ρｙは、各領域における現像剤の質量を各領域の容積で除することにより求めた。現像剤の質量の測定は、画像出力後に供給ローラ４０３及び現像ローラ４０２を停止させて、供給ローラ４０３上の現像剤を採取することにより行った。そして、トナー供給領域入口部Ｂ１の嵩密度ρｘで、トナー供給領域出口部Ｂ３嵩密度ρｙを除すことにより両者の比ρｙ／ρｘを求めた。
また、以下に述べる方法により非画像部の現像ローラ上に残留したトナーに起因する画像濃度差の評価を行った。図９に示すように、先端側の右方部分に黒ベタ画像部Ｆ１、先端側の左方部分に非画像部（又は白画像部）Ｆ２、後端側の部分に低コントラスト画像部として左方部分Ｆ３及び右方部分Ｆ４を有する原稿画像を用いて画像形成を行った。そして、出力した画像のうち、低コントラスト画像部の右方部分Ｆ３と左方部分Ｆ４における画像光学濃度（以下、「ＩＤ」という）を光反射により測定し、左方部分Ｆ４のＩＤ値から右方部分Ｆ３のＩＤ値の差し引くことにより画像光学濃度差ΔＩＤを求めた。
さらに、出力画像の画像特性について官能評価を行った。
これらの評価結果を、表１に示す。なお、画像光学濃度差ΔＩＤの値は、０．３以下であることが好ましく、さらには０．２以下であることがより好ましい。
【表１】
2004341012.tif 000003
【００４５】
表１より、嵩密度比を１．１倍以上にすることで残像を解消できることがわかる。
嵩密度比の上限としては、１．４未満であることが好ましく、さらに好ましくは１．２以下とするのがよい。嵩密度比が１．４以上となると、ニップ中の現像剤の流動性が低下するためである。
【００４６】
トナー供給領域入口部Ｂ１での現像剤の嵩密度ρｘを、トナー供給領域出口部Ｂ３での現像剤の嵩密度ρｙより小さくすることによって、画像形成に用いられなかった未使用トナーに起因するトナー担持体表面の履歴をなくし、画像濃度差のない画像装置を得ることができた。
【００４７】
［実施形態２］
次に別の実施形態に係るプリンタについて説明する。現像を行った後の現像ローラ４０２表面に生じたトナー担持量の偏差を、以下に説明するように構成することにより解消できるようにして、所謂履歴現象の発生を防止している。そのための構成として、図２に示すようにトナー供給ローラ４０３内部に磁気ブラシ形成用の磁界を発生させるための磁極４０７を設け、現像ローラ４０２に対向する位置に設けられているトナー供給用磁極（以下、「主磁極」という）３００を以下のように設定する。すなわち、主磁極３００の供給ローラ４０３上の法線磁束密度の最大ピークとなる位置αと、供給ローラ４０３の回転中心軸Ｔと、供給ローラ４０３と現像ローラ４０２との最近接位置より現像剤搬送方向上流側において供給ローラ４０３上の法線磁束密度が０となる位置βとのなす角度θ１（以下、「法線磁束密度角度幅θ１」という）が、最大ピークとなる位置αと、供給ローラ４０３の回転中心軸Ｔと供給ローラ４０３と現像ローラ４０２との最近接位置より現像剤搬送方向下流側において供給ローラ４０３上の法線磁束密度が０となる位置γとのなす角度θ２（以下、「法線磁束密度角度幅θ２」という）よりも小さくなるように構成する。そのための構成として主磁極３００としてのＮ２を、現像剤搬送方向上流側で着磁を弱くし、現像剤搬送方向下流側で着磁を高くするように配設する。その他の装置上の構成は、実施形態１と同様とした。
【００４８】
実施形態１と同様の画像評価を行ったところ、磁束密度比ρｙ／ρｘは１．１２、ΔＩＤは０．２５、官能評価の結果は良好となり、残留トナーによる残像を解消できることがわかる。なお、このときの法線磁束密度分布は図１０のようなものとなる。
【００４９】
実施形態２に係るプリンタを用いることによって、画像形成に用いられなかった未使用トナーに起因するトナー担持体表面の履歴をなくし、高画質な画像形成装置を得ることができた。
【００５０】
（変形例１）次に、主磁極３００の種類を変えて、上記実施形態２と同様の評価を行った。図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、変形例１−１、変形例１−２、比較例３として、それぞれ用いた主磁極３００の供給ローラ４０３上の磁束密度分布を示したものである。表２に画像光学濃度差ΔＩＤ、及び画像特性の官能評価の結果を示す。また、法線磁束密度角度幅θ１と法線磁束密度角度幅θ２の値を示す。さらに、トナー供給領域Ａ２において磁気ブラシが現像ローラ４０２表面に接触しはじめる図７に示す箇所Ｃ１におけるトナー供給ローラ４０３表面の磁束密度の大きさ、及びトナー供給領域Ａ２において磁気ブラシが現像ローラ４０２表面から離れる図７に示す箇所Ｃ２におけるトナー供給ローラ４０３表面のそれぞれの法線磁束密度の大きさを示す。
【表２】
2004341012.tif 000004
【００５１】
表３より、主磁極法線磁束密度角度幅θ１を主磁極法線磁束密度角度幅θ２より小さくすることにより、ΔＩＤの値が良好となり、画像形成に用いられなかった未消費トナーに起因する履歴現象が解消されることがわかる。
トナー供給領域Ａ２において磁気ブラシが現像ローラ４０２表面に接触しはじめる箇所Ｃ１における法線磁束密度の大きさを６５［ｍＴ］以上とすると、トナー供給領域入口部での磁気ブラシの立ち上がり速度を向上させることができるのでより好ましい。トナー供給領域Ａ２において磁気ブラシが現像ローラ４０２表面から離れる箇所Ｃ２における法線磁束密度の大きさを７０［ｍＴ］以上とすると、トナー供給領域出口部Ｂ３での磁気ブラシの現像ローラ上に残留しているトナーを掻き取る摺擦力が向上するのでより好ましい。また、法線磁束密度のピーク値が１５００［ｍＴ］以下のものを用いれば、通常市販されている生産性のよい安価なマグネット磁極を使用することが可能であるためより好ましい。
【００５２】
（変形例２）表３は、変形例１−２についてキャリアの種類を代えてΔＩＤの測定、及び画像特性の官能評価を行った結果を示している。このとき用いたキャリアの平均粒径、磁気モーメントもあわせて表３に示した。なお、キャリアの平均粒径については、測定装置としてマイクロトラック粒度分析系（日機装株式会社：ＬＥＥＤＳ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ製Ｔｙｐｅ７９９５）のＳＲＡタイプを用いた。
キャリアの平均粒径が小さいほど、及び磁気モーメントが高いほど磁束密度に対するキャリアの感受性が高くなる。キャリア１１の平均粒径を５０［μｍ］以下とすると、キャリア１１の磁化特性が向上し、磁場に対する応答性が高くなるのでより好ましい。但し、キャリアの平均粒径は、トナーの径に対して４倍以上の粒径であることが望ましい。キャリアの平均粒径がトナーの径に対して十分大きくないとトナーがスペンサーとして働くことになり、磁気ブラシが形成されにくくなるためである。キャリア１１の磁気モーメントを５０［ｅｍｕ／ｇ］以上とすると、キャリアの磁化特性が向上し、磁場に対する応答性が高くなるのでより好ましい。但し、磁気モーメントが高すぎるとキャリアの劣化を促進するため、磁気モーメントの上限は［ｅｍｕ／ｇ］以下であることが望ましい。
【表３】
2004341012.tif 000005
【００５３】
なお、上記実施形態に使用したプリンタは、本発明が適用できる装置の一例であり、この装置に限定されるものではない。また、各装置や部材の設定条件も、本実施形態のものに限定されるものではない。
【００５４】
また、感光体ドラム１と現像装置４とを設けて単一の筺体に支持させ、本体に着脱可能なプロセスカートリッジを構成してもよい。さらに、任意に画像形成手段を構成する部分である帯電手段、又はクリーニング手段を感光体１と現像装置４からなる上記プロセスカートリッジに加えて構成してもよい。これにより、複写機やプリンター等の画像形成装置本体に対して一括して着脱自在となり、保守性、交換性を向上することができる。さらに、いわゆる現像履歴の問題を新規な部材等を用いることなく解消できるため、装置構成がコンパクトであり、簡易に交換することができる。図１２は、このようなプロセスカートリッジの一例を示す説明図である。このプロセスカートリッジ１００は、感光体１、現像装置４、帯電手段２、感光体クリーニング手段６を一体に備えている。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、トナー供給領域入口での現像剤の嵩密度ρｘをトナー供給領域出口での現像剤の嵩密度ρｙより小さくすることによって、以下の効果を得ることができる。すなわち、画像形成に用いられなかった未消費トナーに起因するトナー担持体表面の履歴をなくし、トナー供給領域での電界の差を防止することができる。これにより、簡易な構成により現像領域に安定してトナーを供給し、高画質な画像形成装置を得ることができるという優れた効果がある。
請求項２乃至６の発明によれば、トナー供給領域に近接する位置にあるトナー供給用磁界発生手段による該トナー供給部材上の法線磁束密度の最大ピークとなる位置αと、該トナー供給部材の回転中心軸Ｔと、該トナー供給部材と該トナー供給部材との最近接位置よりも現像剤搬送方向上流側において該トナー供給部材上の法線磁束密度が０となる位置βとのなす角度θ１を、該最大ピークとなる位置αと、該回転中心軸Ｔと、該トナー供給部材と該トナー供給部材との最近接位置よりも現像剤搬送方向下流側において該トナー供給部材上の法線磁束密度が０となる位置γとのなす角度θ２よりも小さくすることにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、画像形成に用いられなかった未消費トナーに起因するトナー担持体表面の履歴をなくし、トナー供給領域での電界の差を防止することができる。これにより、簡易な構成により現像領域に安定してトナーを供給し、高画質な画像形成装置を得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の要部の説明図。
【図２】本実施形態に係る現像装置内部の説明図。
【図３】（ａ）は、上記プリンタでプリントする原稿画像の一例を示す概略平面図。
（ｂ）は、上記プリンタにより形成される正常なプリント画像を示す概略平面図。
（ｃ）は、上記プリンタにより形成される異常なプリント画像を示す概略平面図。
【図４】トナー担持量を測定するための装置の概略説明図。
【図５】電位に対するトナー供給部材上のトナー担持量（ｍｇ／ｃｍ２）との関係を示した図。
【図６】実施形態に係るプリンタのトナー供給領域におけるトナー及び磁性粒子の様子を示す説明図。
【図７】実施形態に係るプリンタのトナー供給領域におけるトナー及び磁性粒子の様子を示す説明図。
【図８】実施形態１に係るトナー供給部材上の主磁極による法線磁束密度を示した図。
【図９】上記プリンタにより形成されるプリント画像を示す概略平面図。
【図１０】実施形態２に係るトナー供給部材上の主磁極による法線磁束密度を示した図。
【図１１】（ａ）は、変形例１−１に係るトナー供給部材上の主磁極による法線磁束密度を示した図。
（ｂ）は、変形例１−２に係るトナー供給部材上の主磁極による法線磁束密度を示した図。
（ｃ）は、比較例３に係るトナー供給部材上の主磁極による法線磁束密度を示した図。
【図１２】上記現像装置を備えたプロセスカートリッジの概略構成図。
【符号の説明】
１  感光体
２  帯電装置
３  露光装置
４  現像装置
５  転写装置
６  クリーニング装置
１０  トナー
１１  磁性粒子
１２  二成分現像剤
１００  プロセスカートリッジ
３００  主磁極
４０２  現像ローラ
４０３  供給ローラ
Ａ２  トナー供給領域
Ａ３  トナー供給領域入口
Ａ４  トナー供給領域出口
Ｂ１  トナー供給領域入口部
Ｂ２  トナー供給領域中央部
Ｂ３  トナー供給領域出口部
Ｃ１  磁気ブラシがトナー担持体表面に接触しはじめる箇所
Ｃ２  磁気ブラシがトナー担持体表面から離れる箇所
【図１】
2004341012.tif 000006
【図２】
2004341012.tif 000007
【図３】
2004341012.tif 000008
【図４】
2004341012.tif 000009
【図５】
2004341012.tif 000010
【図６】
2004341012.tif 000011
【図７】
2004341012.tif 000012
【図８】
2004341012.tif 000013
【図９】
2004341012.tif 000014
【図１０】
2004341012.tif 000015
【図１１】
2004341012.tif 000016
【図１２】
2004341012.tif 000017