(57)【要約】【課題】キャリア付着を、副作用を生ずることなく改善することができる現像ローラおよび画像形成装置を提供する。【解決手段】磁性紛と高分子化合物を混合し、円筒形状に形成されたマグネットロール４６の現像極４７に相当する部分に溝４８を設け、溝４８にマグネットロール４６よりも高磁力のマグネットブロック４９を配設した現像ローラにおいて、マグネットロール４６の現像極４７の下流側に隣接する極５０に相当する部分に溝５１を設け、溝にマグネットロール４６よりも高磁力のマグネットブロック５２を配設したことを特徴としている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性紛と高分子化合物を混合し、円筒形状に形成されたマグネットロールの現像極に相当する部分に溝を設け、該溝に前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットブロックを配設した現像ローラにおいて、
前記マグネットロールの前記現像極の下流側に隣接する極に相当する部分に溝を設け、該溝に前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットブロックを配設したことを特徴とする現像ローラ。
【請求項２】
前記現像極とその下流側に隣接する極のマグネットブロックは互いに対向する面がほぼ平行となるように配置されている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】
前記マグネットロールにおける前記現像極の溝と該現像極の下流側に隣接する極の溝間の肉厚が１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像ローラ。
【請求項４】
前記現像極と該現像極の下流側に隣接する極と極間角度が４２°以下であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の現像ローラ。
【請求項５】
前記現像極は、スリーブ上のピーク磁束密度が１００ｍＴ以上、半値幅が２５°以下で、現像極の下流側に隣接する極はピーク磁束密度が１００ｍＴ以上であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の現像ローラ。
【請求項６】
前記現像極の溝と該現像極の下流側に隣接する極の溝に配設した前記マグネットブロックの磁気特性が６ＭＧＯｅ以上であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の現像ローラ。
【請求項７】
前記請求項１ないし５の何れか１項に記載の現像ローラを備えた現像装置が用いられていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像ローラおよびに複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像は周知であり、電子写真方式の画像形成装置において広く利用されている。この磁気ブラシ現像では、現像ローラ外周面に現像剤を磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、現像ローラと像担持体の間で現像可能電界が確保されている現像領域において、静電潜像が形成された像担持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電界によって、前記磁気ブラシから対向する像担持体の潜像面へトナーを選択的に供給付着することにより、静電潜像が現像させる。
【０００３】
現像ローラは、通常、円筒状の現像スリーブとして構成され、このスリーブ表面に現像剤の穂立ちを生じさせるように磁界を形成するマグネットロールをスリーブ内部に備えている。穂立ちの際、キャリアがマグネットロールで生じる磁力線に沿うようにスリーブ上に穂立ちすると共に、この穂立ちに係るキャリアに対して帯電トナーが付着されている。マグネットロールは、複数の磁極を有し、夫々の磁極を形成する磁石が棒状などに構成されていて、特にスリーブ表面の現像領域部分では現像剤を立ち上げる現像主極を備えている。現像スリーブとマグネットロールの少なくとも一方が動くことでスリーブ表面に穂立ちを起こした現像剤が移動するようになっており、現像領域に搬送された現像剤は現像主極から発せられる磁力線に沿って穂立ちを起こし、この現像剤のチェーン穂は撓むように像担持体表面に接触し、接触した現像剤のチェーン穂が像担持体との相対線速差に基づいて静電潜像と擦れ合いながら、トナー供給を行う。
【０００４】
従来の磁気ブラシ現像装置においては、画像濃度を高めるための現像条件とコントラスト画像を良好に得るための現像条件とが両立せず、高濃度部と低濃度部との双方を同時に改善することが困難であった。画像濃度を高めるための現像条件としては、像担持体と現像スリーブとの間隔である現像ギャップを狭くすること、あるいは現像領域幅を広くすることなどが挙げられる。一方、低コントラスト画像を良好に得るための現像条件としては、現像ギャップを広くすること、あるいは現像領域幅を狭くすることなどがある。つまり、双方の現像条件は相対するものであって両立せず、全濃度域にわたって双方の条件を満たして良質な画像を得ることは一般に困難とされていた。
【０００５】
例えば、低コントラスト画像を重視する場合には、ベタラインのクロス部や黒ベタ、ハーフトーンベタ画像の後端部に白抜けを生じる所謂「後端白抜け」と称される異常画像が発生しやすい。
【特許文献１】特開２００１−２９６７４３号公報
【０００６】
このような後端白抜けの改善には、現像極の磁束密度を高く、半値幅を狭くすることが有効である。高磁束密度、狭半値幅を達成するために、マグネットロールの現像極に相当する位置に高磁気特性のマグネットブロックを配置する構成が各種提案され、特許文献１はその有効な構成の１つとなっている。
【０００７】
ところで、近年の画像形成装置において、高画質化が求められていることから現像剤のキャリアを小粒径化される傾向にある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、キャリアを小粒化すると、上記公報に記載されている現像ローラでは像担持体へのキャリア付着への余裕度は低くなり、トナーともにキャリアも像担持体へ付着し易くなる。そして、キャリア付着が生ずると、キャリアは転写材に転写されて定着等に悪影響を及ぼす等の問題が発生する。このようなキャリア付着の問題は、現像バイアスの高める等によっても改善することができるが、この場合像担持体の寿命が短くなる等の副作用を招いてしまう。
【０００９】
本発明は、上記した従来の問題を解消し、キャリア付着を、副作用を生ずることなく改善することができる現像ローラおよび画像形成装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、磁性紛と高分子化合物を混合し、円筒形状に形成されたマグネットロールの現像極に相当する部分に溝を設け、該溝に前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットブロックを配設した現像ローラにおいて、前記マグネットロールの前記現像極の下流側に隣接する極に相当する部分に溝を設け、該溝に前記マグネットロールよりも高磁力のマグネットブロックを配設したことを特徴としている。
【００１１】
なお、本発明の現像ローラは、前記現像極とその下流側に隣接する極のマグネットブロックは互いに対向する面がほぼ平行となるように配置されていると、効果的である。
【００１２】
さらに、本発明の現像ローラは、前記マグネットロールにおける前記現像極の溝と該現像極の下流側に隣接する極の溝間の肉厚が１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であると、効果的である。
【００１３】
さらにまた、本発明の現像ローラは、前記現像極と該現像極の下流側に隣接する極と極間角度が４２°以下であると、効果的である。
さらにまた、本発明の現像ローラは、前記現像極は、スリーブ上のピーク磁束密度が１００ｍＴ以上、半値幅が２５°以下で、現像極の下流側に隣接する極はピーク磁束密度が１００ｍＴ以上であると、効果的である。
【００１４】
さらにまた、本発明の現像ローラは、前記現像極の溝と該現像極の下流側に隣接する極の溝に配設した前記マグネットブロックの磁気特性が６ＭＧＯｅ以上であると、効果的である。
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、前記請求項１ないし５の何れか１項に記載の現像ローラを備えた現像装置が用いられていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明に係る画像形成装置の作像部について説明する。
【００１７】
図１において、像担持体である感光体ドラム１の周囲には、当該ドラム表面を帯電するための帯電装置２、一様帯電処理面に潜像を形成するためのレーザー光線でなる露光３、ドラム表面の潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する現像装置４、形成されたドラム上のトナー像を記録紙へ転写するための転写装置５、ドラム上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置７、ドラム上の残留電位を除去するための除電ランプ８が順に配設されている。
【００１８】
このような構成において、帯電装置２の帯電ローラによって表面を一様に帯電された感光体１は、露光３によって静電潜像を形成され、現像装置４によってトナー像を形成される。当該トナー像は、転写ベルトなどでなる転写装置５によって、感光体ドラム１表面から、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写される。この転写の際に感光体ドラムに静電的に付着した記録紙は、分離爪によって感光体ドラム１から分離される。そして未定着の記録紙上のトナー像は定着器９によって記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残留したトナーは、クリーニング装置７によって除去され回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。なお、符号６は、図示しない給紙トレイからの記録紙を、感光体１上のトナー像にタイミングを合わせて送出するためのレジストローラである。
【００１９】
現像装置４内には、現像剤担持体である現像ローラ４１が感光体ドラム１に近接するように配置されていて、双方の対向部分には、感光体ドラムと磁気ブラシが接触する現像領域が形成されている。現像ローラ４１は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブ４５が不図示の回転駆動機構によって図中時計回りに回転されるようになっている。
【００２０】
現像剤の搬送方向（図で見て時計回り方向）における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、即ち、現像スリーブ上の現像剤量を規制するドクタブレード４２が設置されている。このドクタブレード４２と現像スリーブ４５との間隔であるドクタギャップは０．４ｍｍに設定されている。更に現像ローラの感光体ドラムとは反対側領域には、現像装置ケーシング内の現像剤を攪拌しながら現像ローラ４１へ汲み上げるためのスクリュー４４が設置されている。符号４３は入口シール部材である。
【００２１】
現像ローラ４１の現像スリーブ４５内には、当該現像スリーブ４５の周表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形成する、図２に示すようなマグネットロール４６が固定状態で備えられる。マグネットロール４６の一例としては、高分子化合物に磁性紛を分散したプラスチックマグネットまたはゴムマグネットを押出成形にてパイプ状に成形する。その際、金型内にて磁場を印加して異方化する。その後、脱磁し、芯金を挿入する。このようにして得られたマグネットロール４６をヨーク着磁し、所望の磁気特性を得る。最後にスリーブ４５を組み立てて、現像ローラ４１となる。
【００２２】
このように成形されたマグネットロール４６を用いた現像ローラ４１では、現像極および現像極の下流側に隣接する極に得られる磁気特性に限界があり、後端白抜けおよびキャリア付着を改善することができない。
【００２３】
後端白抜けの改善は、現像極４７をスリーブ上のピーク磁束密度が１００ｍＴ以上で、半値幅が２５°以下にすることが有効であり、かかる構成を得るには図２に示すように、マグネットロール４６の現像極４７に相当する位置に溝４８を設け、その溝に高磁気特性のマグネットブロック４９を配設する。なお、マグネットロール４８は材料としてＳｒフェライトないしＢａフェライトの磁性粉に、６ＰＡもしくは１２ＰＡ等のＰＡ（ポリアミド）系材料、ＥＥＡ（エチレン・エチル共重合体）またはＥＶＡ（エチレン・ビニル共重合体）等のエチレン系化合物、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）等の塩素系材料、ＮＢＲ等のゴム材料の高分子化合物を混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることが多い。また、マグネットブロック４８は、現像ローラ軸方向に延びる棒状のブロックであり、幅が狭く且つ高い磁気特性を得るために、Ｂｒ＞０．５Ｔ（テスラ）の材料を用いることが望ましく、多くはＮｅ系（Ｎｅ・Ｆｅ・Ｂ等）又はＳｍ系（Ｓｍ・Ｃｏ、Ｓｍ・Ｆｅ・Ｎ等）の希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を上記と同様の高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることができる。
【００２４】
ところで、現像極４７だけを高磁気特性にしても、小粒化に伴うキャリア付着を改善することはできない。キャリア付着を軽減もしくはなくすには現像極だけでなくその現像極のスリーブ回転方向下流側の極（以下、下流極５０という。）の磁気特性を高め、かつ、その下流極５０を可能な限り現像極４７に近づけて配置することである。
【００２５】
図２において、下流極５０の磁気特性を高めるには、現像極４７と同様に、マグネットロール４６に溝５１を設けて高磁気特性のマグネットブロック５２を配設する必要がある。また、現像極４７と下流極５０の溝の間隔を小さくしなければならないが、溝間の肉厚の幅はマグネットロール４６の成形性の確保から１．５ｍｍ以上必要である。そこで、図２のようにマグネットロール４６の中心からシフトせずに溝を設けた場合、溝の底面で壁の幅が最小になる。この溝の底部で１．５ｍｍの壁の幅を確保すると、マグネットロール４６の円周部では壁の幅が大きくなり、溝間距離が大きくなる。マグネットロール４６の基準径を直径１６ｍｍとした場合、極間角度を４５°以下にすることは困難である。なお、図２および次に説明する図３、図４において、現像極４７および下流極５０は溝とマグネットブロックとをそれぞれ示すため、溝をマグネットブロックより大きく表示しているが、実際は溝とマグネットブロック間に隙間はない。
【００２６】
このように構成された現像ローラ４１は、マグネットロール４６の下流極５０を高磁気特性としたので、キャリア付着をある程度改善することができるものの、現像極４７と下流極５０が離れているため、下流極を高磁気特性にした利点を十分に活かし切っていない。本発明者は種々の実験の結果、マグネットローラ４６の構成において、現像極４７の磁束密度１００ｍＴ以上、半値幅２５°以下、下流極５０の磁束密度１００ｍＴ以上、現像極４７と下流極５０の極間角度をθとすると、θが４２°以下、現像極４７と下流極５０の溝間の肉厚が２．５ｍｍ以下といった磁気特性が得られた現像ローラを用いると、後端白抜けおよびキャリア付着を共により良好に改善することができることを見出した。
【００２７】
そこで、本発明者はマグネットロール４６の円周部で溝間の距離を小さくして上記した後端白抜けおよびキャリア付着に対し良好な改善に有利な溝形状について検討した結果、図３に示す形状とすることにした。
【００２８】
図３において、現像極４７と下流極５０の溝４８，５１は互いに対向する壁面を図２と比べて互いに近づく方向に傾けて形成し、本実施形態では上記したように、両溝間の肉厚である壁面間の幅をマグネットロール４６の成形性の確保から１．５ｍｍ以上を必要とするので、溝４８，５１は互いに対向する壁面を平行でその幅Ｌを１．５ｍｍに設定している。この場合、溝４８，５１はマグネットロール４６の外周に向う程幅の広がる断面逆台形に形成され、マグネットブロック４９，５２も溝形状に合わせて断面逆台形に形成されている。
【００２９】
このように、溝４８，５１は互いに対向する壁面を溝の上部から下部にかけて一定（１．５ｍｍ）にすることにより、マグネットロール円周部でも溝間距離を広げずに済む。このように設けた溝に、断面形状が溝の断面形状に沿ったマグネットブロックを配置することにより、マグネットロール円周部でのマグネットブロックどおしの距離が狭くなり、極間角度を狭くすることができる。また、マグネットブロックの磁気特性ＢＨｍａｘを６ＭＧＯｅ以上と高くすることにより、マグネットブロックの体積を大きくせずにスリーブ上で１００ｍＴ以上といった高い磁束密度が得られるため、容易に極間角度を狭くすることが可能となる。
【００３０】
なお、図３の溝４８，５１は断面逆台形に形成したが、図４に示すように、断面平行四辺形に形成してもよく、さらには対向する壁面を溝の上部から下部にかけて一定であれば他の壁面形状は任意である。さらにまた、対向する壁面を溝は下部から上部に向かって徐々に幅が狭くなるように形成してもよい。
【００３１】
【実施例１】
以下に、図３のマグネットロールを用いる現像ローラ４１の具体的な実施例を記す。
【００３２】
マグネットロール材料：ＥＥＡ＋Ｓｒフェライト９１．３ｗｔ％（押出磁場成形にて異方化）
マグネットロール形状：基準径１６ｍｍ、現像極の溝幅（下部）２．５ｍｍ、現像極から１つ下流側の極の下部溝幅３．５ｍｍ、溝間の壁の幅を１．５ｍｍ
【００３３】
マグネットブロック材料：Ｎｄ−Ｆｅ−ＢプラスチックマグネットＢＨｍａｘ１０ＭＧＯｅ（射出磁場成形にて異方化）
マグネットブロック形状（現像極）：幅（下部）２ｍｍ、幅（上部）２．５ｍｍ、高さ２．３ｍｍ
【００３４】
マグネットブロック形状（現像極から１つ下流の極）：幅（下部）３ｍｍ、幅（上部）３．５ｍｍ、高さ２．５ｍｍ
マグネットロールを押出磁場成形にてパイプ状に成形する。マグネットロールの溝はダイに凸部を設けることにより得られる。芯金の基準面とマグネットロールの溝を基準として極位置を合わせて芯金をマグネットロールに挿入する。芯金基準面を基準に現像極および隣極にマグネットブロックを接着する。その後、マグネットをヨーク着磁して現像極および現像極の下流側に隣接する極以外の極を着磁する。着磁したマグネットロールにスリーブ（φ１８）、フランジを組み立てる。
【００３５】
以上により、表１の実施例１の磁気特性となる現像ローラが得られる。
【実施例２】
次に、図２のマグネットロールを用いる現像ローラ４１の具体的な実施例を記す。
【００３６】
マグネットロール材料：ＥＥＡ＋Ｓｒフェライト９１．３ｗｔ％（押出磁場成形にて異方化）
マグネットロール形状：基準径１６ｍｍ、現像極の溝幅２．５ｍｍ、現像極から１つ下流側の極の溝幅３．５ｍｍ、溝間下部の壁の幅（最小値）１．５ｍｍ
【００３７】
マグネットブロック材料：Ｎｄ−Ｆｅ−ＢプラスチックマグネットＢＨｍａｘ１０ＭＧＯｅ（射出磁場成形にて異方化）
マグネットブロック形状（現像極）：幅２ｍｍ、高さ２．３ｍｍ
【００３８】
マグネットブロック形状（現像極から１つ下流の極）：幅３ｍｍ、高さ２．５ｍｍ
溝形状およびマグネットブロック形状が異なる以外は実施例と同様にして、表１実施例２の磁気特性となる現像ローラが得られる。
【００３９】
なお、マグネットロール磁気特性は、φ１８上に磁気プローブを設置して測定した。
【表１】
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【００４０】
実施例１と実施例２は、実質上、同等な材料から作られていても、表１から明らかなように、構成の違いから実施例１の方が実施例２よりも磁気特性が優れていることが判る。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、マグネットロールの現像極の下流側に隣接する極に相当する部分に溝を設け、該溝にマグネットロールよりも高磁力のマグネットブロックを配設したので、キャリア付着に対する余裕度が増し、像担持体の短命化等の副作用を生ずることなく、小粒化されたキャリアの使用に対応することができる。
【００４２】
請求項２の構成によれば、現像極とその下流側に隣接する極のマグネットブロックは互いに対向する面がほぼ平行となるように配置されているので、現像極とその下流側に隣接する極の対向する壁間の幅を溝の上部から下部にかけて一定となっており、収納されたマグネットブロックが壁面に沿った形状とすることにより、現像極と現像極の下流側に隣接する極に配置したマグネットブロックの距離を狭くすることができ、現像極と現像極の下流側に隣接する極の極間角度を狭くすることができる。
【００４３】
請求項３の構成によれば、マグネットロールにおける前記現像極の溝と該現像極の下流側に隣接する極の溝間の肉厚が１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるので、極間角度を狭くすることができる。
【００４４】
請求項４の構成によれば、現像極と該現像極の下流側に隣接する極と極間角度が４２°以下であるので、このような現像ローラを用いることにより、キャリア付着を改善することができる。
【００４５】
請求項５の構成によれば、現像極は、スリーブ上のピーク磁束密度が１００ｍＴ以上、半値幅が２５°以下で、現像極の下流側に隣接する極はピーク磁束密度が１００ｍＴ以上であるので、後端白抜けとキャリア付着を改善することができる。
【００４６】
請求項６の構成によれば、現像極の溝と該現像極の下流側に隣接する極の溝に配設したマグネットブロックの磁気特性が６ＭＧＯｅ以上であるので、マグネットロールの溝およびマグネットブロックの体積が小さくても高い磁気特性が得られる。
【００４７】
請求項７の構成によれば、現像ローラを備えた現像装置が用いられているので、後端白抜けとキャリア付着がない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】本発明に係る画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る現像ローラのマグネットロールの一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る現像ローラのより改善されたマグネットロールを示す説明図である。
【図４】図３のマグネットロールの変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
４１  現像ローラ
４５  現像スリーブ
４６  マグネットロール
４７  現像極
４８  現像極の溝
４９  現像極のマグネットブロック
５０  下流極
５１  下流極の溝
５２  下流極のマグネットブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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