(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子を含む現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対向配置された現像剤規制部材とが対向するトナー摩擦帯電領域で、該トナー摩擦帯電領域に対向するように配置した現像剤規制磁極により、該現像剤担持体上の現像剤を穂立ちさせて、該現像剤担持体により担持搬送される現像剤中のトナーを摩擦帯電する構成の現像装置において、
上記現像剤規制磁極は、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の補助磁極と、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材とで構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
磁性粒子を含む現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対向配置されたトナー担持体とが対向するトナー受渡領域で、該トナー受渡領域に対向するように配置したトナー受渡磁極により、該現像剤担持体上の現像剤を穂立ちさせて、該現像剤担持体により担持搬送される現像剤中のトナーを該トナー担持体上に受け渡した後、このトナー担持体上に受け渡されたトナーにより、該トナー担持体に対向するように配置された潜像担持体上の静電潜像を可視像化する構成の現像装置において、
上記トナー受渡磁極は、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の補助磁極と、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材とで構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置において、
上記磁界形成部材の上記現像剤担持体に最も近接した部位と該現像剤担持体との離間距離が、上記一対の補助磁極の該現像剤担持体に最も近接した部位と該現像剤担持体との離間距離よりも小さいことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の現像装置において、
上記磁界形成部材の上記現像剤担持体に最も近接した部位の、上記現像剤の搬送方向の幅が、２ｍｍ未満であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４の現像装置において、
上記磁界形成部材と上記一対の補助磁極との間の、少なくとも上記現像剤担持体に最も近接した部位に、隙間が形成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５の現像装置において、
上記一対の補助磁極のうち、少なくとも一方の補助磁極が、希土類磁性材料を含む永久磁石で構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６の現像装置において、
上記現像剤は、磁性キャリアとトナーとを含む２成分現像剤からなり、該磁性キャリアは、体積平均粒径が該トナーの平均体積粒径よりも大きく、１ｋＯｅ磁場中における磁化の強さが５乃至２５ｅｍｕ／ｃｍ３であることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項３の現像装置において、
上記一対の補助磁極からでる法線方向の磁力線のピーク部と、上記磁界形成部材の上記現像剤担持体に最も近接した部位との距離が、該磁界形成部材の現像剤担持体に最も近接した部位と、該現像剤担持体の表面との距離よりも大きいことを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の現像装置において、
上記現像剤担持体を複数個有していることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置における現像剤担持体としての円筒状に形成された現像スリーブ内に配設される磁石ローラであって、
所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の補助磁極と、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材とからなる少なくとも１つの磁極を有していることを特徴とする磁石ローラ。
【請求項１１】
請求項１０の磁石ローラにおいて、
上記磁極の法線方向磁束密度の変化率が４０％以上であることを特徴とする磁石ローラ。
【請求項１２】
像担持体の表面に潜像を形成し、該像担持体上に形成した潜像を現像手段によりトナー像化した後、該像担持体上のトナー像を転写材上に転写して画像を形成する画像形成方法において、
上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を用いることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１３】
像担持体と、該像担持体の表面に潜像を書き込む潜像書込み手段と、該潜像書込み手段により像担持体上に書き込まれた潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
像担持体を均一に帯電し、光学系により露光することで該像担持体の表面に静電潜像を形成し、現像剤を担持搬送する現像手段の現像剤担持体と該像担持体とが対向する現像領域に現像バイアスを印加して、該像担持体上の静電潜像をトナー像化した後、該像担持体上のトナー像を転写材上に転写して画像を形成する画像形成方法において、
上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を使用し、
上記像担持体の表面の暗部電位をＶＤ、該像担持体の露光後の表面電位をＶＬ、上記現像バイアスをＶＢとしたとき、
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖ
の関係を満たすことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１５】
像担持体と、該像担持体の表面を均一に帯電する帯電手段と、該帯電手段により均一に帯電された像担持体の表面を露光して該像担持体の表面に静電潜像を形成する光学系と、現像剤を担持搬送する現像剤担持体を備えた現像手段と、現像剤担持体と該像担持体とが対向する現像領域に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を使用し、
上記像担持体の表面の暗部電位をＶＤ、該像担持体の露光後の表面電位をＶＬ、上記現像バイアスをＶＢとしたとき、
０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖ
の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段により帯電された像担持体の表面に潜像を書き込む潜像書込み手段と、該潜像書込み手段により像担持体上に書き込まれた潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段と、該トナー像を転写材上に転写した後の像担持体上の残留トナーを除去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るプロセスカ−トリッジであって、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、且つ上記像担持体と、上記現像手段と、上記帯電手段、転写手段、クリーニング手段のうちの少なくとも１つの手段とを一体化して支持するプロセスカ−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、６、７、８又は９の現像装置を用いることを特徴とするプロセスカ−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、プリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置における現像装置、磁石ローラ、画像形成方法、画像形成装置、プロセスカートリッジに関し、詳しくは、磁性粒子を含む現像剤を担持する現像剤担持体上に、該現像剤を磁力により穂立ちさせて磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより静電潜像を担持して移動する潜像担持体の表面を摺擦して、該潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置、該現像装置の現像剤担持体上に上記磁気ブラシを形成するための磁石ローラ、該現像装置を用いた画像形成方法、該画像形成方法を実施するための画像形成装置、該現像装置を搭載したプロセスカートリッジに関するするものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、潜像担持体としての感光体ドラムや感光体ベルト上に形成した画像情報に対応する静電潜像を、現像装置の現像剤担持体上から供給される現像剤で可視像化（現像）することによって、該潜像担持体上にトナー像を形成している。この種の画像形成装置における現像装置の現像方式としては、トナーのみからなる１成分現像剤を用いる１成分現像方式と、トナーと磁性粒子（磁性キャリア）を含む２成分現像剤を用いる２成分現像方式とがある。２成分現像方式は、転写性や温度・湿度に対する現像特性の安定性が良好な優れた現像方式として知られている。この２成分現像方式では、上記現像剤担持体と潜像担持体とが対向する現像領域（現像ニップ領域）において、該現像剤担持体上にブラシチェーン状に穂立ちされて保持された磁気ブラシ状の現像剤から潜像担持体上の静電潜像部分にトナーが供給される。
【０００３】
上記２成分現像方式においては、上記現像ニップ領域における潜像担持体と現像剤担持体との間の距離（以下、この距離を「現像ギャップ」という）を近接させるほど、高濃度の画像を得やすく、またエッジ効果も少ないことが知られている。従って、この種の画像形成装置においては、その潜像担持体と現像剤担持体との距離を近接させて上記現像ギャップを小さくすることが望ましい。しかし、該現像ギャップをあまり小さくすると、黒ベタ画像やハーフトーンのベタ画像の後端部が白く抜ける、いわゆる「後端白抜け」と呼ばれる画質劣化が発生しやすくなる（図１１参照）。このため、この種の画像形成装置における現像ギャップは、一般的に、０．５５ｍｍ〜０．９ｍｍに設定されていた。
【０００４】
上記「後端白抜け」の現象は、次のようなメカニズムで起こると考えられている。
図１２に、上記２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像ニップ領域の一例を示す。図１２において、小さな丸はトナー３ａ、大きな丸は磁性キャリア（磁性粒子）３ｂを示している。なお、図示の都合上、現像ニップ領域内の１本の磁気ブラシＭＢだけを実線で示し、他の磁気ブラシは破線で示すと共にトナーを省略してある。また、感光体ドラム１上の現像前潜像部分Ａ及び現像後潜像部分Ｂに含まれる非画像部（潜像が形成されていない部分）は、負極性に帯電しているものとする。
【０００５】
図１２において、上記現像剤担持体としての現像ローラの現像スリーブ４３上に担持された現像剤は、筒状に形成された現像スリーブ４３が矢印Ｄ方向に移動することにより、該現像スリーブ４３と感光体ドラム１とが対向する現像ニップ領域付近へと運ばれる。そして、この現像剤は、該現像ニップ領域付近で、現像スリーブ４３の内部に配置された現像磁極Ｐ１の磁力により、磁性キャリア３ｂが穂立ちすることによって、ブラシチェーン状の磁気ブラシＭＢとなる。
【０００６】
一方、感光体ドラム１は、図１２において、その表面に形成された静電潜像を保持しつつ、矢印Ｃ方向に回転している。これにより、上記現像ニップ領域で、感光体ドラム１と現像スリーブ４３との線速差（感光体線速＜現像スリーブ線速）により、上記磁気ブラシＭＢが感光体ドラム１上の静電潜像を摺擦する。そして、該現像ニップ領域に印加された現像電界の作用によって、感光体ドラム１上の画像部（静電潜像が形成されている部分）にトナー３ａが付着する。その結果、該現像ニップ領域の現像スリーブ４３の移動方向下流側の感光体ドラム１上の現像後潜像部分Ｂに、該画像部にトナー３ａが付着したトナー像が形成される。なお、上記現像スリーブ４３の線速は、所定の画像濃度のトナー像を形成するために、感光体１の線速よりも大きくするのが一般的である。
【０００７】
このような２成分現像方式の現像装置においては、上記「後端白抜け」の現象が、図１３に示すようなメカニズムで生じると考えられている。なお、図１３（ａ）〜（ｃ）は、いずれも、図１２に示した感光体ドラム１の現像スリーブ４３との対向部付近を拡大した概略図であり、感光体ドラム１の表面に対して次第に近づいてくる磁気ブラシＭＢの先端の動きを、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の時系列で表示している。図１３において、感光体ドラム１と現像スリーブ４３の対向部は、ちょうど非画像部と黒ベタ画像の画像部との境界を現像している状態、すなわち上記「後端白抜け」が発生する状態にあり、感光体ドラム１の回転方向下流側には現像されたばかりのトナー像が形成されている。この状態の感光体ドラム１に向かって現像スリーブ４３上の１つの磁気ブラシＭＢが近づいてくる。ここで、感光体ドラム１は、実際には図中時計回りに回転しているが、上述したように現像スリーブ４３が感光体ドラム１よりも早く移動しているため、磁気ブラシＭＢは感光体ドラム１の表面を摺擦していく。そこで、図１３（ａ）〜（ｃ）においては、上記感光体ドラム１が静止しているものとして図示を簡略化している。
【０００８】
図１３（ａ）において、感光体ドラム１に近づいてくる磁気ブラシＭＢは、該感光体ドラム１の画像部の現像すべき後端位置Ｅに至るまでの間に、該感光体ドラム１の非画像部に対向して移動する。このように、磁気ブラシＭＢが感光体ドラム１の非画像部に対向して移動する際に、感光体ドラム１の表面のマイナス電荷と、帯電トナーのマイナス電荷との反発力Ｇにより、トナー３ａが感光体ドラム１から次第に離れて現像スリーブ４３の表面側に移動していく（以下、このトナー移動を「トナードリフト」という）。
【０００９】
このようなトナードリフトにより、図１３（ｂ）に示すように、磁気ブラシＭＢが上記画像部後端位置Ｅに到達する頃には、感光体ドラム１近くの磁気ブラシＭＢは、正極性に帯電した磁性キャリア３ｂが剥き出しの状態になっている。このように、感光体ドラム１上に形成された静電潜像の画像部後端位置Ｅに対向する磁性キャリア表面にはトナーが存在せず、この画像部後端位置Ｅでは磁気ブラシＭＢから感光体ドラム１へのトナー移動が起らなくなる。また、図１３（ｃ）に示すように、磁気ブラシＭＢが上記画像部後端位置Ｅから上記画像部の内側に若干入った画像部後端部Ｆに到達すると、トナー３ａと感光体ドラム１との付着力が弱い場合には、感光体ドラム１に一旦付着したトナー３ａが静電気力により磁性キャリア３ｂに再付着することもある。この結果、感光体ドラム１の非画像部に近接した上記画像部の後端位置Ｅでは現像が行なわれないことがあり、これが上記「後端白抜け」の原因となると考えられている。
【００１０】
また、ここでは、上述の「後端白抜け」の発生メカニズムについて、上記現像スリーブ４３の回転中心軸に対して直交する断面の磁気ブラシＭＢを示して説明したが、現像スリーブ４３の長手方向（回転中心軸方向）に沿って磁気ブラシＭＢを観察すると、該磁気ブラシＭＢは、その長手方向の各位置での長さが均一でなくばらついている。図１４（ａ）は、この現像スリーブ４３の長手方向に広がる磁気ブラシＭＢの状態を示している。なお、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す磁気ブラシＭＢを長手方向に対して垂直な平面Ｈ−Ｈ'で切ったときの断面図であり、該磁気ブラシＭＢと感光体ドラム１との位置関係を分かるようにするため、感光体ドラム１を破線で示している。
【００１１】
図１４（ａ）に示すように、上記磁気ブラシＭＢの長さは、その長手方向の各位置でのばらつきが大きい。このため、磁気ブラシＭＢの感光体ドラム１への接触位置は長手方向に沿って不揃いにばらつく。この結果、上記トナードリフトの度合も長手方向にばらつき、「後端白抜け」の起こる度合は長手方向に一定ではない。したがって、図１１（ｂ）に示すように長手方向にギザギザした形の「後端白抜け」が発生することになる。
【００１２】
なお、同様なメカニズムにより、現像スリーブ４３の回転中心軸方向に延在する横細線がそれに直交する縦細線に比べて細る「横線細り」現象や、孤立ドットの形成が不安定になる現象も発生し、２成分現像方式により高画質の画像を形成する際の妨げとなっている。
【００１３】
そこで、本出願人は、上記「後端白抜け」等の発生を防止するため、上記現像スリーブ４３上の法線方向における磁束密度分布を規定することで、現像スリーブ４３の回転方向における現像ニップ領域の幅（現像ニップ幅）を狭くしたり、現像ニップ領域における磁気ブラシＭＢの現像剤密度を高めたりして現像を行う現像方法及び現像装置を提案した（例えば、特開２０００−３０５３６０号公報）。この現像方法及び現像装置によれば、上記「後端白抜け」を低減する効果が確認されている。この現像方法及び現像装置において「後端白抜け」が低減される原理は、以下に示すものであると考えられている。
【００１４】
本出願人は、先に、上記現像ニップ幅を狭くすることで、上記「後端白抜け」を改善できることを発見している。これは、現像ニップ領域での現像ニップ幅を狭くすることにより、上記磁気ブラシＭＢが感光体ドラム表面の非画像部を摺擦する時間が短くなって、上記トナードリフトが低減されることによるものと考えられる。この原理を図１５（ａ）〜（ｃ）に示す。図１５（ａ）〜（ｃ）は、図１３（ａ）〜（ｃ）において現像ニップ幅を狭めたときの現像工程を示す図である。
【００１５】
すなわち、上記現像ニップ幅を狭くした現像工程においては、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すような現像ニップ幅が広い場合の現像工程とは異なり、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、磁気ブラシＭＢによって感光体ドラム１の表面が摺擦される時間が短くなる。これにより、図１５（ａ）に示すように、磁気ブラシＭＢが感光体ドラム１の非画像部に対向して移動する際には、感光体ドラム１の表面のマイナス電荷と、帯電トナーのマイナス電荷との間に、図１３（ａ）に示したような反発力Ｇが発生することがなく、上記トナードリフトが低減される。
【００１６】
この結果、図１３（ｂ）に示したように、磁気ブラシＭＢが上記画像部後端位置Ｅに到達する頃に、感光体ドラム１近くの磁気ブラシＭＢの正極性に帯電した磁性キャリア３ｂが剥き出しの状態になることがなくなり、図１５（ｂ）に示すように、画像部後端位置Ｅに正常にトナー３ａが供給されるようになる。また、図１５（ｃ）に示すように、磁気ブラシＭＢが上記画像部後端位置Ｅから離れた状態でも、上述のようにキャリア３ｂが剥き出しになっていないので、図１３（ｃ）に示した場合のように感光体ドラム１上のトナーがキャリア３ｂに再付着することもない。このようにして、上記現像ニップ幅を狭くした現像工程においては、上記「後端白抜け」が低減されると考えられている。
【００１７】
ここで、上記現像ニップ幅を狭めるには、現像磁極Ｐ１の半値幅を小さくするのが効果的である。この「半値幅」とは、上記現像磁極Ｐ１の法線方向における磁力分布曲線の最高法線磁力（頂点）の半分の値を指すときの角度幅のことであり、例えば、Ｎ極によって作成されている磁石の最高法線磁力が１２０ｍＴであれば、６０ｍＴの値を指すときの角度幅が「半値幅」となる。
【００１８】
しかし、上記現像磁極Ｐ１の半値幅を小さくするだけでは、上記「後端白抜け」の発生を完全に抑えることはできないことが判明した。これは、上記現像スリーブ４３の長手方向に広がる全ての位置において、上記現像ニップ幅を狭めることが困難なためと考えられる。つまり、図１４（ａ）に示したように、上記磁気ブラシＭＢの長さは、通常、現像スリーブ４３の長手方向にばらつくことになる。これにより、その長手方向において、穂が長い磁気ブラシＭＢが発生する部分があると、その部分では現像ニップ幅が狭くならず、結果としてトナードリフトが発生してしまうためと考えられる。
【００１９】
そこで、本出願人は、上記「後端白抜け」を更に低減させる現像装置及び現像装置を提案している。この現像方法及び現像装置では、上記磁気ブラシＭＢが感光体ドラム１に摺擦する現像ニップ領域において、その磁気ブラシＭＢの穂立ちの状態を密に形成し、磁気ブラシＭＢの高さが現像スリーブの長手方向にばらつくことを防止している。
【００２０】
図１６（ａ）に、穂立ちの状態を密に形成した磁気ブラシＭＢを示す。図１７（ａ）は、従来の磁気ブラシＭＢを示すものである。穂立ちの状態を密に形成した磁気ブラシＭＢは、図１６（ａ）に示すように、磁気ブラシＭＢの長手方向における高さのばらつきが低減されている。このような密な形状の磁気ブラシＭＢを用いた現像工程では、磁気ブラシＭＢの長手方向における高さのばらつきによるトナードリフトが発生しないので、図１６（ｂ）のような「後端白抜け」のない画像を得ることができるようになる。一方、図１７（ａ）に示すように、長手方向における高さにばらつきがある従来の磁気ブラシＭＢを用いた現像工程では、図１７（ｂ）に示すように、該高さのばらつきによるトナードリフトによって「後端白抜け」が発生する。
【００２１】
このように、上記磁気ブラシＭＢが現像ニップ領域に到達するときに充分密に形成されていれば、磁気ブラシＭＢの長さの長手方向におけるばらつきが充分に低減される。このような密な形状の磁気ブラシＭＢは、その高さが長手方向に充分均一となった状態で、現像ニップ領域に突入することができるので、その長手方向の各位置において上記トナードリフトを充分低減することができ、その長手方向の各位置における「端白抜け」を充分に低減できる。
【００２２】
ここで、磁気ブラシＭＢを密に形成することは、磁気ブラシＭＢを形成する現像磁極の法線方向における磁束密度の減衰率を高めることで実現できる。ここでいう「減衰率」とは、現像磁極Ｐ１によって現像スリーブ４３表面上に発生する法線方向磁束密度のピーク値をＸとし、現像スリーブ４３表面から径方向に１ｍｍ離れた位置での法線方向磁束密度のピーク値をＹとしたとき、下記の数式（１）で求められる値を意味する。
減衰率［％］＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００・・・（１）
【００２３】
例えば、上記現像スリーブ４３の表面の法線方向磁束密度が１００［ｍＴ］、現像スリーブ４３の表面から１ｍｍ離れた部分での法線方向磁束密度が８０［ｍＴ］のとき、その減衰率は２０％となる。なお、法線方向磁束密度を測定する装置としては、ＡＤＳ社製ガウスメータ（ＨＧＭ−８３００）や、ＡＤＳ社製Ａ１型アキシャルプローブなどがある。また、本出願人による検討の結果、現像磁極Ｐ１の法線方向磁束密度の減衰率が、４０％以上、好ましくは５０％以上であれば、磁気ブラシＭＢの長手方向のばらつきを充分低減できるほど密な磁気ブラシＭＢを形成できることが判明している。
【００２４】
上記減衰率を高めることで磁気ブラシＭＢを密に形成できる理由は、次のとおりである。すなわち、該減衰率が高い場合には、上記現像スリーブ４３の表面から離れるに従って磁気ブラシＭＢの磁力が急速に小さくなる。これにより、磁気ブラシＭＢの先端位置における磁力は、磁気ブラシＭＢを維持できないほど弱まり、その結果、磁気ブラシＭＢの先端を形成するキャリア３ｂが、磁力の強い現像スリーブ４３の表面に引き付けられるためと考えられる。ここで、減衰率を高めるためには、現像磁極Ｐ１を形成する磁石の材料を適切に選択したり、現像磁極Ｐ１から出る磁力力線の回り込みを強めたりすることが考えられる。このうち、現像磁極Ｐ１から出る磁力力線の回り込みを強める場合には、例えば、現像スリーブ４３の回転方向に沿って磁気ブラシＭＢを穂立ちさせる主磁極の上流側及び下流側に、この主磁極とは逆の極性を有する補助磁極を配置した現像磁極Ｐ１を用いることが挙げられる。また、例えば、現像スリーブ４３に搬送磁極等、現像磁極Ｐ１以外の磁極が存在する場合には、現像磁極Ｐ１の半値幅を狭めることで現像磁極Ｐ１から出る磁力線の大部分を搬送磁極へ回り込ませる構成としても、現像磁極Ｐ１から出る磁力力線の回り込みを強めることができる。
【００２５】
以上のように、現像ニップ幅を狭く形成した現像装置によれば、上記「後端白抜け」を低減できる。また、上記現像ニップ領域において磁気ブラシＭＢを密に形成した現像装置によれば、該「後端白抜け」を更に低減できることが確認されている。これらの現像装置では、現像スリーブ４３の表面と感光体ドラム１の表面との現像ギャップを、従来の０．５５〜０．９ｍｍから、０．３〜０．５ｍｍにすることができ、画像濃度を高め、またエッジ効果も少なくでき、高画質化を達成することができる。
【００２６】
この他、上述とは異なった方法により画質改善を図る現像装置も種々提案されている。
例えば、特開平８−３０１０３号公報には、磁性キャリアの単位体積当りの磁化の強さが１００ｍＴにおいて１５０ｅｍｕ／ｃｍ２以下の２成分現像剤を使用する現像装置が提案されている。この現像装置は、磁石ローラが第１の磁石材料からなる磁石ａと第２の磁石材料からなる磁石ｂとから構成され、第１の磁石ａによる現像スリーブ上の最大磁束密度が、第２の磁石ｂによるスリーブ上の最大磁束密度よりも大きく、第１の磁石ａが現像領域に位置する。これにより、キャリア付着及びトナー飛散を抑制できると共に、濃度が十分に高く且つガサツキがなく、鮮明で高画質な画像を安定して得ることができるとしている。
【００２７】
また、特開平８−４４２１３号公報には、回転可能な非磁性スリーブ内に磁石部材が固定設置される現像剤担持体を有するタイプにおいて、現像剤担持体の潜像担持体表面との対向領域には少なくとも３極以上の交互に極性の異なる現像主極（ａ，ｂ，ｃ）を対向配置し、隣接する現像主極（ａ，ｂ，ｃ）間の略中央に形成される現像剤担持体の周方向に沿う水平磁界成分の作用領域には、現像剤担持体の現像剤が局部的に退けられ且つ当該現像剤退け領域にて現像剤担持体の周方向に沿って急速摺動するという挙動促進磁界成分生成用の現像補助極を配置した構成の現像装置が提案されている。この現像装置では、二成分現像剤を用いたタイプを前提とし、特に高速化（現像能力の向上）という要請を満足しながら、小型化且つ低廉化を実現することを目的としている。
【００２８】
更に、特開２０００−１０５４８８号公報には、フロー式粒子分析装置によって測定される円相当径による粒度分布において、円相当径が０．６０μｍ以上１．００μｍ身満の範囲の粒子の割合が、個数基準で全体の５．０％未満であるトナーと、無機微粉体とを有する負帯電現像剤（１成分系又は２成分系現像剤）を用い、且つ、少なくとも、被覆用結着樹脂、該被覆用結着樹脂中に分散された導電性微粒子、及び含窒素複素環化合物を有する導電性樹脂被覆層を有する現像装置が提案されている。この現像装置は、繰返し複写や耐久による現像剤担持体表面の導電性被覆層の劣化が生じ難く、異なる環境条件下において高耐久性を有し、更に、小粒径の低音定着材料を有する球状トナーを使用した場合にも、画像欠陥のない高濃度の高品位画像が安定して得られるとしている。また、どう公報には、現像剤層厚規制部材（ドクタ）として現像ローラ中の磁極に対向する位置で磁性材料を用いてトナーのチャージアップを効率良く行う手段が記載されている。
【００２９】
また、特開平７−０８４４３９号公報には、低電位システムを構築するために、現像ポテンシャルを｜ＶＢ−ＶＬ｜≦４００Ｖに規定する技術が示されている。しかし、現像ギャップを小さくして、現像電界を強めていくと、地汚れ余裕度低下や感光体の帯電ムラの影響を受けやすくなる。
【００３０】
また、特開平６−２８９７０７号公報には、感光体の長寿命化に対してアモルファスシリコンを材料として使用する感光体を想定し、帯電時に発生するオゾン生成物の感光体への付着を無くすことを目的とする手段が提案されている。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の従来の現像装置においては、前述したように、その現像剤担持体としての円筒状に形成された現像スリーブの内部に、該現像スリーブの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磁界形成手段としての永久磁石体（磁石ローラ）を配置した構成の現像ローラが用いられている。現像ローラの現像スリーブ上に担持された現像剤は、該現像スリーブの回転により現像ニップ領域に向けて運ばれ、該現像ニップ領域付近で、その磁性キャリアが、該磁性キャリアに付着した帯電トナーとともに、上記磁石ローラから生じる磁力線に沿うように現像スリーブ上に穂立ちする。
【００３２】
上記磁石ローラは、通常、永久磁石からなる複数の磁極を備え、それぞれの磁極を形成する磁石が棒状などに形成されている。特に、該磁石ローラの上記現像領ニップ領域に対向する部分には、上記現像スリーブ上に担持されて搬送される現像剤を穂立ちさせるための現像磁極が配置されている。この現像磁極は、該現像スリーブ上に穂立ちされる磁気ブラシの形状を決定する上で極めて重要な役割を有している。
【００３３】
すなわち、前記「後端白抜け」を防止するためには、前述したように、上記現像スリーブ上の法線方向における磁束密度分布を規定して、現像スリーブの回転方向における現像ニップ幅を狭くしたり、上記磁気ブラシの形状を密にしたりすることが有効である。そして、上記現像磁極の現像スリーブの回転方向における幅をできるだけ小さく形成することで、上記現像ニップ幅を狭くし、且つ磁気ブラシの形状を密にすることが可能になる。
【００３４】
ところが、従来の現像装置においては、その磁極として何れも粉末磁性粒子を用いた永久磁石が用いられている。このような永久磁石は、磁性体を粉末化したときに透磁率が抑制される（通常は１／１０に低下する）ため、この透磁率の低下が磁束密度を高める場合の足かせとなる。また、上述のような粉末磁性粒子を固めて形成された磁石は、脆性に対する機械的強度が低く、衝撃に脆いという欠点がある。従って、このような粉末磁性粒子を固めた永久磁石からなる現像磁極は、その形成に際して、磁性体を粉末化したときの透磁率の低下や、脆性に対する機械的強度などを考慮する必要があり、その現像スリーブの回転方向における幅、及び現像スリーブの回転中心軸方向における長さが自ずと制約されたものになる。
【００３５】
このため、粉末磁性粒子を固めた永久磁石で上記現像磁極を構成した場合には、上記「後端白抜け」の発生を防止できるような現像ニップ幅や磁気ブラシ形状を得るために、該現像磁極の現像スリーブの回転方向における幅を、狙いとする小さな幅に設定することが難しかった。ちなみに、生め込みタイプの永久磁石の形成可能な最小幅は、２ｍｍ〜２．５ｍｍが限界とされている。
ここで、該現像磁極の脆性に対する強度を高める方法として、上記粉末磁性粒子に弾性材料を混練して固めることが考えられる。しかし、このような方法では、該現像磁極に柔軟性を持たせることはできるが、上記弾性材料が混練されることによって磁性粉末粒子の含有率が低下することになり、その磁束密度が低下する。このため、このような弾性材料を混練した現像磁極を２成分現像方式の現像装置に用いた場合には、感光体表面に対して磁性キャリアが付着し易くなるという問題が発生する。特に、小粒径のキャリアや樹脂キャリア（磁性体粒子を樹脂で固めたキャリア）を用いた現像装置では、キャリア個々の磁化が小さいので、感光体表面へのキャリア付着を防止することが難しくなる。
【００３６】
このように、従来の現像装置においては、その現像剤担持体の磁極の幅を小さくすることが難しいため、該現像剤担持体上の限定した局部に、狙いとする幅の密な形状の磁気ブラシを形成することが難しかった。また、磁極として幅の狭い永久磁石を用いた現像装置においては、該磁極のエネルギー積が小さくなるため、該磁極の法線方向磁束密度の減衰率を狙いとする値にすることも難しかった。
【００３７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、磁性粒子を含む現像剤を担持する現像剤担持体上の局部に強い磁力作用を有する磁界を形成することができる現像装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、該現像装置の現像剤担持体上に磁気ブラシを形成するための磁石ローラ、該現像装置を用いた画像形成方法、該画像形成方法を実施するための画像形成装置、該現像装置を搭載したプロセスカートリッジを提供することである。
【００４０】
【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、磁性粒子を含む現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対向配置された現像剤規制部材とが対向するトナー摩擦帯電領域で、該トナー摩擦帯電領域に対向するように配置した現像剤規制磁極により、該現像剤担持体上の現像剤を穂立ちさせて、該現像剤担持体により担持搬送される現像剤中のトナーを摩擦帯電する構成の現像装置において、上記現像剤規制磁極は、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の補助磁極と、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材とで構成されていることを特徴とするものである。
【００４１】
この現像装置においては、上記現像剤規制磁極としての上記一対の補助磁極からでる磁力線が、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材に収束される。これにより、上記現像剤担持体の表面の限定された局部、つまり該現像剤担持体上の上記トナー摩擦帯電領域と対向する部位に、強い磁力作用を有する磁界が形成され、該現像剤担持体上に上記現像剤中のトナーを効率よく摩擦帯電することができる幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになる。
【００４４】
請求項２の発明は、磁性粒子を含む現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対向配置されたトナー担持体とが対向するトナー受渡領域で、該トナー受渡領域に対向するように配置したトナー受渡磁極により、該現像剤担持体上の現像剤を穂立ちさせて、該現像剤担持体により担持搬送される現像剤中のトナーを該トナー担持体上に受け渡した後、このトナー担持体上に受け渡されたトナーにより、該トナー担持体に対向するように配置された潜像担持体上の静電潜像を可視像化する構成の現像装置において、上記トナー受渡磁極は、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の補助磁極と、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材とで構成されていることを特徴とするものである。
【００４５】
この現像装置においては、上記トナー受渡磁極としての上記一対の補助磁極からでる磁力線が、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材に収束される。これにより、上記現像剤担持体の表面の限定された局部、つまり該現像剤担持体上の上記トナー受渡領域と対向する部位に、強い磁力作用を有する磁界が形成され、該現像剤担持体上に、該現像剤担持体により担持搬送される現像剤中のトナーを上記トナー担持体上に効率よく受け渡すことができる幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになる。
【００４６】
請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記磁界形成部材の上記現像剤担持体に最も近接した部位と該現像剤担持体との離間距離が、上記一対の補助磁極の該現像剤担持体に最も近接した部位と該現像剤担持体との離間距離よりも小さいことを特徴とするものである。
【００４７】
この現像装置においては、上記磁界形成部材の上記現像剤担持体と対向する部位が、上記一対の補助磁極の該現像剤担持体と対向する部位よりも突出した構成となる。これにより、該一対の補助磁極からでる磁力線の、該磁界形成部材の現像剤担持体と対向する部位に回り込む量が増加されて、該磁界形成部材からでる磁力が大きくなる。
【００４８】
請求項４の発明は、請求項１、２又は３の現像装置において、上記磁界形成部材の上記現像剤担持体に最も近接した部位の、上記現像剤の搬送方向の幅が、２ｍｍ未満であることを特徴とするものである。
【００４９】
この現像装置においては、上記磁界形成部材の上記現像剤担持体と対向する部位の幅が、２ｍｍ未満の幅に形成されている。これにより、上記現像剤担持体の表面の限定された局部に強い磁力作用を有する磁界が形成されて、該現像剤担持体上に幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになる。
【００５０】
請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４の現像装置において、上記磁界形成部材と上記一対の補助磁極との間の、少なくとも上記現像剤担持体に最も近接した部位に、隙間が形成されていることを特徴とするものである。
【００５１】
この現像装置においては、上記磁界形成部材と上記一対の補助磁極との間に隙間が形成されている。これにより、該磁界形成部材と該一対の補助磁極との短絡による磁界強度の低下が解消され、該現像剤担持体上に幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになる。
【００５２】
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の現像装置において、上記一対の補助磁極のうち、少なくとも一方の補助磁極が、希土類磁性材料を含む永久磁石で構成されていることを特徴とするものである。
【００５３】
この現像装置においては、上記一対の補助磁極のうち、少なくとも一方の補助磁極が、希土類磁性材料を含む永久磁石で構成されているので、該補助磁極の小サイズ化が可能になり、現像装置を小型・軽量化することができるようになる。すなわち、希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石の最大エネルギー積は３５８ｋＪ／ｍ３であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石の最大エネルギー積は８０ｋＪ／ｍ３前後であり、このような希土類磁性材料を含む永久磁石は、相当に小サイズ化しても必要な磁力を確保できる。ちなみに、従来の通常フェライト磁石やフェライトボンド磁石では最大エネルギー積がそれぞれ３６ｋＪ／ｍ３前後、２０ｋＪ／ｍ３前後である。なお、上記補助磁極としては、サマリウム合金系磁石、特にサマリウムコバルト合金系磁石などを用いることも可能である。
【００５４】
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の現像装置において、上記現像剤は、磁性キャリアとトナーとを含む２成分現像剤からなり、該磁性キャリアは、体積平均粒径が該トナーの平均体積粒径よりも大きく、１ｋＯｅ磁場中における磁化の強さが５乃至２５ｅｍｕ／ｃｍ３であることを特徴とするものである。
【００５５】
この現像装置においては、体積平均粒径が上記トナーの平均体積粒径よりも大きく、１ｋＯｅ磁場中における磁化の強さが５乃至２５ｅｍｕ／ｃｍ３である磁性キャリアを含んだ２成分現像剤が用いられている。これにより、該現像剤の磁性キャリアに強い磁力を作用させることができるようになり、現像時における磁性キャリアの飛散や潜像担持体への付着を防止できるようになる。
【００５６】
請求項８の発明は、請求項３の現像装置において、上記一対の補助磁極からでる法線方向の磁力線のピーク部と、上記磁界形成部材の上記現像剤担持体に最も近接した部位との距離が、該磁界形成部材の現像剤担持体に最も近接した部位と、該現像剤担持体の表面との距離よりも大きいことを特徴とするものである。
【００５７】
この現像装置においては、上記一対の補助磁極からでる磁力線のうちの磁束密度が最も高いピーク部の磁力線が、上記磁界形成部材に収束されるようになる。これにより、上記現像剤担持体の表面の限定された局部に、最も強い磁力作用を有する磁界が形成され、該現像剤担持体上に、より幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになる。
【００６２】
請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の現像装置において、上記現像剤担持体を複数個有していることを特徴とするものである。
【００６３】
この現像装置においては、上記潜像担持体上に形成された静電潜像が、上記複数個の現像剤担持体から供給される現像剤中のトナーによりトナー像化される。これにより、現像時における現像効率がより向上されるようになる。
【００６４】
請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置における現像剤担持体としての円筒状に形成された現像スリーブ内に配設される磁石ローラであって、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の補助磁極と、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材とからなる少なくとも１つの磁極を有していることを特徴とするものである。
【００６５】
この磁石ローラにおいては、上記一対の補助磁極からでる磁力線が、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材に収束される。これにより、上記現像スリーブの表面の限定された局部に、強い磁力作用を有する磁界を形成して、該現像スリーブ上に幅の狭い密な磁気ブラシを形成できる磁石ローラを提供できるようになる。
【００６６】
請求項１１の発明は、請求項１０の磁石ローラにおいて、上記磁極の法線方向磁束密度の変化率が４０％以上であることを特徴とするものである。
【００６７】
この磁石ローラにおいては、その磁極の法線方向磁束密度の変化率が４０％以上であるので、上記一対の補助磁極からでる磁力線が、高い磁気勾配部を形成しながら、上記磁界形成部材に収束されるようになる。これにより、上記現像スリーブの表面の限定された局部に、強い磁力作用を有する磁界を形成して、該現像スリーブ上に、より幅の狭い密な磁気ブラシを形成できる磁石ローラを提供できるようになる。
【００６８】
請求項１２の発明は、像担持体の表面に潜像を形成し、該像担持体上に形成した潜像を現像手段によりトナー像化した後、該像担持体上のトナー像を転写材上に転写して画像を形成する画像形成方法において、上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、又は９の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００６９】
この画像形成方法においては、該像担持体上に形成した潜像が、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を用いてトナー像化された後、該像担持体上のトナー像が転写材上に転写される。これにより、該転写材上に上記「後端白抜け」のない画質の良好な画像が形成されるようになる。
【００７０】
請求項１３の発明は、像担持体と、該像担持体の表面に潜像を書き込む潜像書込み手段と、該潜像書込み手段により像担持体上に書き込まれた潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００７１】
この画像形成装置においては、上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置が用いられるので、上記「後端白抜け」のない画質の良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができるようになる。
【００７２】
請求項１４の発明は、像担持体を均一に帯電し、光学系により露光することで該像担持体の表面に静電潜像を形成し、現像剤を担持搬送する現像手段の現像剤担持体と該像担持体とが対向する現像領域に現像バイアスを印加して、該像担持体上の静電潜像をトナー像化した後、該像担持体上のトナー像を転写材上に転写して画像を形成する画像形成方法において、上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を使用し、上記像担持体の表面の暗部電位をＶＤ、該像担持体の露光後の表面電位をＶＬ、上記現像バイアスをＶＢとしたとき、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖの関係を満たすことを特徴とするものである。
【００７３】
この画像形成方法においては、上記関係が満たされることにより、上記潜像担持体上の初期帯電電位を低くし、上記光学系による該潜像担持体の表面への露光光量も低減させて、該潜像担持体上に低電位コントラストの高精細な潜像を形成できるようになる。また、これにより、該潜像担持体の表面の、帯電・露光によって通電電荷量がアップすることによる該潜像担持体の表面劣化（いわゆる静電ハザード）が低減されて、該潜像担持体の長寿命化を図ることが可能になる。
【００７４】
請求項１５の発明は、像担持体と、該像担持体の表面を均一に帯電する帯電手段と、該帯電手段により均一に帯電された像担持体の表面を露光して該像担持体の表面に静電潜像を形成する光学系と、現像剤を担持搬送する現像剤担持体を備えた現像手段と、現像剤担持体と該像担持体とが対向する現像領域に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を使用し、上記像担持体の表面の暗部電位をＶＤ、該像担持体の露光後の表面電位をＶＬ、上記現像バイアスをＶＢとしたとき、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖの関係を満たすことを特徴とするものである。
【００７５】
この画像形成装置においては、上記関係が満たされることにより、上記潜像担持体上に低電位コントラストの高精細な潜像を形成して、画質の良好な画像を形成することができ、該潜像担持体の表面の静電ハザードを低減できる画像形成装置を提供することができるようになる。
【００７６】
請求項１６の発明は、像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、該帯電手段により帯電された像担持体の表面に潜像を書き込む潜像書込み手段と、該潜像書込み手段により像担持体上に書き込まれた潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段と、該トナー像を転写材上に転写した後の像担持体上の残留トナーを除去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るプロセスカ−トリッジであって、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成され、且つ上記像担持体と、上記現像手段と、上記帯電手段、転写手段、クリーニング手段のうちの少なくとも１つの手段とを一体化して支持するプロセスカ−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、６、７、８又は９の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００７７】
このプロセスカ−トリッジにおいては、その現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置が用いられる。これにより、画質の良好な画像を形成することができ、上記潜像担持体の表面の静電ハザードを低減できるプロセスカ−トリッジを提供することができるようになる。
【００７８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、画像形成装置であるプリンタに適用した一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、プリンタ以外に、複写機やファクシミリなどにも適用することができる。
まず、本実施形態の説明に先立って、本発明が適用されるプリンタについて説明する。このプリンタは、本出願人が提案した特開２０００−３０５３６０号公報に示すもので、その主要部の概略構成を図６に示す。
【００７９】
図６において、潜像担持体である感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電ローラ等の帯電装置２、この帯電装置２で一様帯電処理された感光体ドラム１の表面にレーザ光線Ｌにより潜像を形成する図示しない露光装置、この露光装置により感光体ドラム１上に形成された潜像に対して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手段としての現像装置４、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を転写材としての記録紙に転写する転写手段としての転写装置５、転写後に感光体ドラム１上に残った転写残トナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置７、クリーニング後の感光体ドラム１上の残留電位を除去する除電手段としての除電ランプ８が配置されている。上記転写装置５としては、転写ベルト、転写ローラ、転写チャージャ等を利用することができるが、本実施形態では、上記記録紙を搬送する搬送ベルトを兼ねた転写ベルトを採用している。
【００８０】
感光体ドラム１は、図６の矢印方向に回転駆動されて表面が移動する。この感光体ドラム１の表面には、帯電装置２の帯電ローラによって該表面が一様に帯電された後、レーザ光線Ｌによって静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体ドラム１の回転により、現像装置４に設けられる現像剤担持体としての現像ローラ４１との対向位置である現像領域において、該現像装置４から供給される現像剤中の帯電トナーによりトナー像化される。
【００８１】
こ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、感光体ドラム１の回転により、上記転写装置５との対向位置まで移動し、図示しない給紙トレイから搬送された記録紙上に転写される。このトナー像が転写された記録紙は、上記転写ベルト５により定着装置６に向けて搬送され、該定着装置６によって転写されたトナー像が定着される。一方、該記録紙に転写されずに感光体ドラム１上に残った転写残トナーは、上記クリーニング装置７によって回収される。これにより、表面がクリーニングされた感光体ドラム１は、上記除電ランプ８により、該表面上の残留電荷が除去されて初期化されて、次の画像形成プロセスに供されることになる。
【００８２】
次に、上記感光体ドラム１上に形成された潜像の現像工程について説明する。
図７に、上記現像装置４の概略構成を示す。図７において、現像ローラ４１は、感光体ドラム１に近接するようにして配置されており、両者の対向部分に現像領域が形成されるようになっている。上記現像ローラ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からなる円筒状に形成された現像スリーブ４３と、この現像スリーブ４３の表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁界発生手段としての磁石ローラ４４とで構成されている。なお、上記現像領域とは、現像スリーブ４３上の磁気ブラシが感光体ドラム１と接触している範囲をいう。
【００８３】
上記現像スリーブ４３は、図示しない回転駆動機構によって矢印方向（時計回り方向）に回転自在となるように支持されており、上記磁石ローラ４４は、該現像スリーブ４３内に固定状態で配設されている。これにより、現像装置４の現像ケーシング４６内の現像剤中の磁性キャリアが、磁石ローラ４４からでる磁力線に沿うようにして、現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちする。そして、このチェーン状に穂立ちした磁性キャリアに現像剤中の帯電トナーが付着して、現像スリーブ４３の表面上に磁気ブラシＭＢが形成される。
【００８４】
この現像スリーブ４３の表面上に形成された磁気ブラシＭＢは、現像スリーブ４３の回転に伴って、現像スリーブ４３と同方向すなわち時計回り方向に搬送される。この現像剤の搬送方向における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーンの穂の高さ、すなわち現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクターブレード４５が設置されている。さらに、感光体ドラム１に対向する現像ローラ４１の後方領域には、現像ケーシング４６内の現像剤を撹拌させながら現像ローラ４１側に汲み上げるスクリュー４７が設置されている。
【００８５】
次に、上記磁石ローラ４４からでる磁界について説明する。図８及び図９に示すように、上記磁石ローラ４４は、複数の磁極を備えている。具体的には、上記現像領域部分に現像剤を穂立ちさせる現像主磁極Ｐ１ｂと、現像主磁極Ｐ１ｂの磁力と極性の異なる補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃと、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げるための磁極Ｐ４と、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送させる磁極Ｐ５，Ｐ６と、現像後の領域で現像剤を搬送させる磁極Ｐ２，Ｐ３とを備えている。これらの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃ，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６は、現像スリーブ４３の半径方向に向けて配置されている。なお、図示の磁石ローラ４１は、８極の磁極を備えているが、該磁石ローラ４１による現像剤の汲み上げ性、黒ベタ画像の現像時の追従性を向上させるために、Ｐ３極からドクターブレード４５までの間に、２個乃至４個の磁極を更に増設した１０極や１２極の磁極を備えた構成としてもよい。
【００８６】
上記現像磁極Ｐ１群は、図８に示すように、各磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃとも、横断面の小さい磁石により構成されている。横断面が小さくなると、一般に磁力は弱くなり、現像ローラ４１の表面の磁力が小さくなりすぎると、キャリアを保持する力が充分ではなくなるため、感光体ドラム１へのキャリア付着を生じるおそれがある。そこで、これらの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃを構成する磁石は、磁力の強い希土類金属合金磁石により作製するのが好ましい。希土類金属合金磁石のうち、代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石によれば、３５８ｋＪ／ｍ3の最大エネルギー積を得ることができ、また、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石によれば、８０ｋＪ／ｍ3前後の最大エネルギー積を得ることができる。このような希土類金属合金磁石を用いれば、従来、一般には、最大エネルギー積が３６ｋＪ／ｍ3前後、２０ｋＪ／ｍ3前後のフェライト磁石、フェライトボンド磁石等が用いられていたが、これらに比べて、強い磁力を確保することができる。よって、横断面の小さい磁石を用いても、現像ローラ４１の表面の磁力を十分に確保することができる。なお、十分な磁力を確保するためには、この他に、サマリュウムコバルト金属合金磁石等を用いることもできる。
【００８７】
上述のような構成により、主磁極Ｐ１ｂの半値幅は小さくなり、その結果、現像領域における現像ニップ幅を短くすることができる。そして、感光体ドラム１の表面を摺擦する磁気ブラシによる現像ニップ幅が小さくなることによって、該磁気ブラシ先端部でトナードリフトが起こりにくくなり、前述したような画像の「後端部白抜け」を低減させることができるようになる。
【００８８】
また、上記補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃの存在により、主磁極Ｐ１ｂの磁力線の回り込みが強くなり、その結果、現像領域における法線方向の磁力密度の減衰率が高くなり、現像領域内での磁気ブラシＭＢを密に形成することができる。具体的には、感光体ドラム１のドラム径を６０ｍｍ、現像スリーブ４３のスリーブ径を２０ｍｍとしている。また、図９に示すように、主磁極Ｐ１ｂの両側にある補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃを３０°以下の角度、具体的には２５゜とすれば、主磁極Ｐ１ｂの半値幅を２２゜以下、具体的には１６°とすることができる。さらに、補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃと、その補助磁極の外側にある磁極Ｐ２，Ｐ６との変極点（０ｍＴ：磁力がＮ極からＳ極、Ｓ極からＮ極に変わる点）間角度は、１２０°以下で形成している。この状態で、感光体ドラム１を２４０ｍｍ／秒、現像スリーブ４を６００ｍｍ／秒で回転駆動して現像を行うと、現像ニップ幅は２ｍｍ以下となる。
【００８９】
このプリンタにおける主磁極Ｐ１ｂの現像スリーブ４３の表面での磁束密度を、ＡＤＳ社製ガウスメータ（ＨＧＭ−８３００）並びにＡＤＳ社製Ａ１型アキシャルプローブを用いて測定したところ、１１７ｍＴであった。また、同様に、現像スリーブ４３の表面から１ｍｍ離れた位置での磁束密度を測定したところ、５４．４ｍＴであった。従って、このプリンタにおける現像ローラ４１の法線方向への磁束密度の減衰率は、５３．５％となる。
【００９０】
このように、現像ローラ４１の法線方向への磁束密度の減衰率を高めることで、上記現像領域内での磁気ブラシＭＢを密に形成することができる。これにより、磁気ブラシＭＢは、現像領域において、現像ローラ４１の長手方向にばらつくことなく充分均一に形成されることになる。従って、このプリンタにおいては、現像ローラ４１上における長手方向全領域において、上記「後端白抜け」を低減することができるようになる。
なお、ここでは補助磁極を用いた例を説明したが、補助磁極を用いず主磁極Ｐ１ｂのみを用いた場合でも、搬送磁極等Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６への磁力線の回り込みが強く、上記現像領域において、法線方向における磁束密度の減衰率が４０％以上になるものであれば、磁気ブラシＭＢは密に形成され、上記「後端白抜け」を充分に低減することができる。
【００９１】
このような構成の現像ローラ４１を用いることにより、該上記現像ローラ４１と感光体ドラム１との間の現像ギャップを更に狭くすることができる。具体的には、多くの従来機では現像ギャップが０．５５〜０．９ｍｍであるのに対し、このプリンタでは、現像ギャップを０．３〜０．５ｍｍに設定することができる。従って、このプリンタによれば、従来よりもドット再現性が良い高品質な画像を得ることができる。
【００９２】
図１０は、上記現像ローラ４１の回転駆動機構を示す概略構成図である。この回転駆動機構は、現像スリーブ４３を回転させるための回転軸４１ａと、この回転軸４１ａを現像ローラ４１の軸方向両端外部で軸受けする軸受部材としての軸受４１ｂとを備えている。この軸受４１ｂには、回転軸４１ａと接触する部分に、調節手段としてのシート部材５０が貼り付けられている。このシート部材５０を軸受け４１ｂに貼り付けることで、貼付前よりも、回転軸４１ａを感光体ドラム１側に変位させることができる。よって、現像ギャップは、貼付前よりも、狭くすることができる。これにより、現像ギャップが規制ギャップよりも広い場合に、そのシート部材５０を用いることで、現像ギャップを規制ギャップとほぼ同じ広さに調節することができる。
【００９３】
ここで、本発明者は、上記シート部材として適切な材料を研究するため、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、テフロン樹脂など、他種の材料を試したところ、アクリル系樹脂の場合には潰れなどの変形が少なく、現像ギャップを一定の広さに維持できることを確認した。更に、アクリル系樹脂の場合には、剥がれなどの異常も発生しなかった。この結果、シート状部材の材料としてアクリル系樹脂を選択することにより、良好な条件を維持することができることが判明した。
【００９４】
ところで、この種のプリンタにおいて、高画質な画像形成と装置の長寿命化との両立を図る場合には、現像剤の長寿命化、及び上記感光体ドラム１の表面に潜像及びトナー像を高精細に形成することが大きな課題となる。つまり、この種のプリンタにおいては、その現像剤中のトナーが、磁性粒子である磁性キャリアもしくは上記ドクターブレード４５との接触により帯電する際に、機械的なハザードを受けることによって、トナーの外側に付着している外添剤がトナーに埋没して流動性が低下したり、その帯電能が低下したりするため、画像品質を維持するのが非常に難しい。
【００９５】
従って、このようなプリンタにおいて、高画質な画像形成を達成するには、現像剤中のトナーの帯電時における機械的ハザードを低減することが考えられるが、このトナーの受ける機械的ハザードを低減すると、トナーの摩擦帯電量があまり高まらなくなってしまう。また、高精細の画像形成には、感光体ドラム１の表面の帯電電位と露光後の表面電位との電位差をできるだけ小さくし、光学系から照射する光もできるだけ低いエネルギーにして、感光体ドラム１の表面に潜像を書き込むことが考えられる。しかし、このようにすると、該潜像の電位コントラストが低くなるため、上記現像装置４の現像能力を高める必要性が生じる。そこで、このような潜像の現像に際しては、比較的低帯電のトナーを使用して、現像時における該潜像へのトナーの付着量を増加させることが有効である。また、このように、感光体ドラム１の表面の潜像及び地肌ポテンシャルが比較的小さい場合には、トナー像を記録紙に転写するときのトナーの散りが発生しにくい。
【００９６】
一方、上記プリンタの長寿命化を達成するには、感光体ドラム１の劣化防止が有効である。つまり、感光体ドラム１の表面は、露光による光疲労もさることながら、上記帯電装置２による初期帯電時に強いハザードを受ける。例えば、スコロトロンチャージャに代表される放電を利用した帯電システムでは、感光体ドラム１の表面に電荷が直接降りかかるために、電離作用が表面劣化を促進させる要因となる。このような感光体ドラム１の表面劣化は、その初期帯電電位を、通常設定される−８００Vの１／２の、−４００Vに設定することで遅らせることが可能となり、感光体ドラム１の長寿命化が可能になる。
【００９７】
ところが、上述のように、感光体ドラム１の初期帯電電位を−４００Vのような低電位に設定すること、つまり、ネガポジ現像方式において帯電電位を絶対的に下げることは、現像バイアス設定条件を含めた現像ポテンシャルを低減させることに他ならないため、現像装置４の現像能力を上げて飽和現像ポテンシャルを低減させることが必要となる。
【００９８】
一方、上記感光体ドラム１の表面に形成されるトナー像の画像濃度を高くする方法としては、
（１）上記感光体ドラム１と現像スリーブ４３との間隔である現像ギャップを狭くする。
（２）上記現像領域の現像ニップ幅を広くする。
（３）上記感光体ドラム１に接触するトナーの密度を高める。（２成分現像方式では、トナー濃度や磁気ブラシ先端の剤密度を高める）
（４）上記現像ローラ４１の回転数を高める。
などの方法がある。
【００９９】
つまり、上記（４）の方法では、現像スリーブ４３上に形成された磁気ブラシが感光体ドラム１の表面を摺擦する現像ニップ領域において、感光体ドラム１と現像スリーブ４３とに線速差（以下、これを「対感光体線速比」という）を設ける。例えば、対感光体線速比を２．５倍として、現像スリーブ４３を、感光体ドラム１よりも２．５倍速く回転させる。また、上記（２）の方法では、現像スリーブ４３の現像主磁極半値幅が４８°の磁石を用いる時の現像ニップの幅を約４ｍｍ（実験値）とする。さらに、上記（１）の方法における現像ギャップとしては、０．４ｍｍの場合をあげることができる。
しかしながら、上記（１）、（２）及び（４）に示す方法では、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、前述したような「後端白抜け」のある異常画像が発生しやすい。
【０１００】
このような異常画像の発生をなくす１つの方法として、現像バイアスＶｂと地肌部の電位差を零にする方法が考えられる。しかし、このような方法は、トナーが電荷量分布を持ち、地汚れを発生させ得る低い電荷量のトナーに合わせて、地汚れを生じない電位差に設定される必要があるため、現実的な方策にはなり得ない。
ここで、トナーに磁性体を混合させた磁性トナーを使用することでトナー濃度を高めることができる。しかし、磁性トナーを用いると、トナーが現像スリーブ４３側の磁界の影響を受けて、現像電界によるトナーの移動が緩慢となるため、高トナー濃度のわりには感光体ドラム１上の画像部へのトナー付着が少なく、画像濃度が高くならない。また、磁性トナーを用いた場合には、トナーが磁性体を含んでいるため、カラートナーへの展開が難しい。従って、このような磁性トナーを使用する方法も有効な改良の方策とすることが困難である。
【０１０１】
なお、上記磁性キャリアの特性やキャリア表面の構成を改良することで「後端白抜け」の発生を防止する方法も考えられるが、磁性キャリアの耐久性等を考慮すると、「後端白抜け」を防止するためだけの目的で、磁性キャリアを変更するのは実用的でなく、現実的な改良の方策にはなり得ない。
このように、良質な画像を得るためには、画像の細線の再現性、特に縦横比、ドットの再現性、トナー付着の均一性等のファクターをも考慮しながら、画像の「後端白抜け」や「ギザギザ発生」を解消することが重要となる。
このようなことから、従来のプリンタにおいては、その現像装置の現像磁極に、幅の狭い永久磁石を使用していたが、このような現像磁極はエネルギー積が小さく、磁束密度を高める上での制約や空間方向の磁束密度の減衰が多く、また、生め込みタイプの現像磁極の幅は、最小で２ｍｍが限界とされていた。
【０１０２】
以上の観点より、この種のプリンタにおいて高画質化と長寿命化との両立を図るためには、感光体表面の帯電電位を従来より低減させ、且つ、現像剤へのハザードを低減させた状態で、現像剤の帯電量を従来より低減させて、現像能力を高めることが望ましい。また、感光体表面を低エネルギー光量で露光し、精細な潜像を形成して、高品位画像を形成するシステムとすることが好ましい。更に、特に低コントラスト画像の「後端白抜け」や「ギザギザ発生」を改善して良好な画像濃度と画質を確保すること、現像時における感光体表面への磁性キャリアの付着を防止すること、小径の現像ローラで強い磁力を得ることなどが課題となる。
【０１０３】
上記課題は、本発明にしたがって、現像剤を現像スリーブに汲み上げて、現像スリーブ上に磁気ブラシを形成し、潜像担持体としての感光体表面に現像剤を摺擦させて潜像を可視像化する現像方法において、該磁気ブラシが現像スリーブ長手方向に対し均一に穂立ちを起こして、感光体表面に接触するように構成することによって解決される。また、該磁気ブラシが現像スリーブ長手方向に対し均一に感光体表面から離間して、穂倒れを起こすように構成すれば、上記課題を一層確実に解決できる。ここで、穂立ち・穂倒れにおける「均一」とは、例えば、磁性キャリアの径が５０μｍの場合に、スリーブ長手方向における磁気ブラシの穂の振幅が２ｍｍ程度、好ましくは１ｍｍ程度以下に収まる状態を意味する。
【０１０４】
ところで、磁性粒子に働く磁気力は、磁性粒子が略球状又は不定形の軟磁性体微粉で磁化が小さく、且つ現像剤担持体としての現像ローラの非磁性体からなる現像スリーブ内に固定配置されている永久磁石の形成する磁界に及ぼす影響が小さく無視できる程度の場合、次式で示すことができる。
ｆ（Ｍａｇ）＝（Ｍ／Ｖ）Ｈ０、但し、Ｍ＝ＶＪｍとする。
ここで、ｆ（Ｍａｇ）：磁気力、Ｍ：磁性粒子の磁気モーメント、Ｈ０：磁界、Ｖ：磁性粒子の体積、Ｊｍ：磁性粒子の磁化即ち磁気力は磁性粒子の大きさ、磁化率、磁界の強さ及び磁気勾配に比例する力として近似できる。
【０１０５】
そこで、上記磁気勾配を大きくする観点から、上記現像領域で穂立ちを起こす現像主磁極の法線方向磁束密度の減衰率を４０％以上、好ましくは５０％以上とすることで、上記課題が解決される。つまり、磁極の減衰率が大きくなるということは、磁気ブラシの立ち上がり・倒れの間の穂立ち幅が小さくなることであり、その結果、磁気ブラシは短く且つ密に立ち上がることとなる。このような短く且つ密な立ち上がりをする磁気ブラシは、スリーブ長手方向において考察すると、立ち上がり・倒れの均一化をもたらすものである。
【０１０６】
（実施例１）
図1に、本発明の実施形態に係るプリンタの現像装置における現像ローラの現像磁極の極磁界形成部材としてヨークを利用した例を示す。
この現像装置における現像ローラ４１は、図１に示すように、回転自在の現像スリーブ４３と、該現像スリーブ４３に内蔵された磁石ローラ４４とで構成されている。そして、その磁石ローラ４４の現像磁極は、所定の間隙を隔てて配置した同極性（ここでは、Ｎ極）の一対の補助磁極４４ａ、４４ｂと、該補助磁極４４ａと、４４ｂとの隙間Ｇに配設した極磁界形成部材としてのヨーク６０とで構成されている。該ヨーク６０は、補助磁極４４ａ、４４ｂよりも高透磁率の軟磁性体で形成されている。
【０１０７】
ここで、現像磁極の減衰率を大きくするには、その磁界を形成する上記ヨーク６０の形状の選択によって実現可能である。すなわち、後述するように、実験的には、ヨーク６０の幅を狭くすることで、その減衰率が大きくなることが判明している。また、前述したように、現像磁極は、その半値幅が、２２°以下、望ましくは１８°以下となるように構成することが好ましい。半値幅とは、法線方向の磁束密度分布曲線の最高法線磁束密度（頂点）の半分の値を指す部分の角度幅のことである。例えば、Ｎ極によって作製されている磁石の最高法線磁束密度が１２０ｍＴ（ミリテスラ）であった場合には、その半値である５０％の６０ｍＴをいう。なお、半値８０％という表現もあり、この場合には９６ｍＴとなる。
【０１０８】
すなわち、上記ヨーク６０の幅が狭くなれば、磁気ブラシの穂立ち位置が、この幅の狭いヨーク６０に近づき、現像ニップ幅自体も狭くなり、良好な画像濃度と画質を確保することができるようになる。
上記現像磁極としては、現像領域において必要最低限の磁束密度である６０ｍＴ程度を確保できることが条件とされる。
【０１０９】
（実施例２）
上記現像磁極としては、上記ヨーク６０に隣接する一対の永久磁石からなる各補助磁極４４ａ、４４ｂのうち、少なくとも一方が希土類金属合金によって構成されることが好ましい。すなわち、各補助磁極４４ａ、４４ｂのうちの一方を希土類磁性材料を含む永久磁石で構成することにより、現像磁極の小サイズ化が可能になり、現像装置を小型・軽量化することができるようになる。これは、希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石の最大エネルギー積は３５８ｋＪ／ｍ３であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石の最大エネルギー積は８０ｋＪ／ｍ３前後であり、このような希土類磁性材料を含む永久磁石は、相当に小サイズ化しても必要な磁力を確保できることによる。ちなみに、従来の通常フェライト磁石やフェライトボンド磁石では最大エネルギー積がそれぞれ３６ｋＪ／ｍ３前後、２０ｋＪ／ｍ３前後である。なお、上記補助磁極としては、サマリウム合金系磁石、特にサマリウムコバルト合金系磁石などを用いることも可能である。
【０１１０】
（実施例３）
図２に、本発明の実施形態に係るプリンタの現像装置における現像ローラのドクターブレード４５に対向する現像剤規制磁極の極磁界形成部材として上記ヨーク６０を利用した例を示す。この現像剤規制磁極は、図１に示した現像磁極と同様に構成されているので、その構成の説明は省略する。
この現像装置においては、上記現像剤規制磁極としての上記一対の補助磁極４４ａ、４４ｂからでる磁力線が、該補助磁極４４ａ、４４ｂの隙間Ｇに配設した磁界形成部材としてのヨーク６０に収束されるようになる。これにより、上記現像スリーブ４３の表面と上記ドクターブレード４５との間のトナー摩擦帯電領域に、強い磁力作用を有する磁界が形成され、該現像スリーブ４３上に現像剤中のトナーを効率よく摩擦帯電することができる幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになる。
【０１１１】
図３に、上記ヨーク６０が、隣接する一対の補助磁極４４ａ、４４ｂによって、強く磁化した磁性粒子としての磁性キャリアに大きな磁気力を及ぼす強い磁場、つまり高磁気勾配磁場が形成される様子を示す。
【０１１２】
（実施例４）
上記ヨーク６０は、図１に示すように、その幅が一対の補助磁極４４ａ、４４ｂの隙間Ｇの溝幅より狭く形成し、その先端の高さは、該補助磁極４４ａ、４４ｂの先端の高さと同じか、あるいは、該補助磁極４４ａ、４４ｂの先端の高さよりも、いくらか高くする。つまり、該補助磁極４４ａ、４４ｂの対向する面は同極であるので、該補助磁極４４ａ、４４ｂがヨーク６０と接してしまうと、磁力線がヨーク６０内で導通してしまう。そこで、該補助磁極４４ａ、４４ｂとヨーク６０の先端とが接しない構成とする。
上記ヨーク６０の材料としては、鉄、純鉄、珪素鉄（４Ｓｉ），７８パーマロイ（７８．５Ｎｉ），スーパーマロイ（５Ｍｏ，７９Ｎｉ），４５．２５パーミンバー（２５Ｃｏ，４５Ｎｉ）等の高透磁率材料が好適である。
【０１１３】
上記補助磁極４４ａ、４４ｂを構成する磁石としては、以下のようなものを用いることができる。
１、磁気エネルギーの発生形態による分類。
（１）永久磁石（Ｍａｇｎｅｔ）。
（２）一次磁石。
（ａ）磁化された電磁軟鉄（磁石を取り去ると磁力を失う）。
（ｂ）電磁石（電流を切ると磁力を失う）。
（ｃ）超電導磁石。
【０１１４】
２、磁石の素材による分類（セラミックス磁石、実用磁石、順時エネルギー積大）。
（１）アルニコ２，３，５，６，７，８、（Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、ＭＫ鋼。
（２）Ｂａフェライト、Ｓｒフェライト、PBフェライト、OP磁石（コバルトフェライト）。
（３）バリウムフェライトＢａO／６Ｆｅ２O３、ストロンチウムフェライトＳｒＯ／６Ｆｅ２Ｏ３、鉛フェライト。
（４）希土類磁石、ＳｍＣｏ２（サマリウムコバルト）Ｓｍ２Ｃｏ１７。
（５）希土類磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム鉄ボロン）、ボロン＝ホウ素。
【０１１５】
３、磁石の状態による分類。
（１）固体磁石。
（２）液体磁石。
（３）可とう性磁石（プラスチック磁石、ゴム磁石）。
【０１１６】
４、磁石の製造方法による分類
１．鋳造磁石→クロム鋼、高コバルト鋼(焼入硬化法）
（合金磁石）
２．鋳造磁石→アルニコ、MK鋼→（析出硬化法）
３．燒結磁石→燒結アルニコ、希土類磁石、フェライト磁石（酸化物磁石）
（セラミク磁石）
４．プラスチック成形→希土類粉末プラスチック磁石
５．ゴム成形→希土類粉末ゴム磁石
６．圧延、線引き、打抜（この後熱処理を行う）→ＫＭＣ−５
【０１１７】
５、磁場配向による分類。
（１）等方性（磁場配向処理をしない）。
（２）異方性。
【０１１８】
上記ヨーク６０の素材として使用される強磁性体の初透磁率を以下に示す。
鉄（０．２％不純物）    μａ＝１５０，μｍａｘ＝５０００。
純鉄（０．０５％不純物）μａ＝１０ ０００，μｍａｘ＝２００ ０００。
珪素鉄（４Ｓｉ）          μａ＝５００，μｍａｘ＝７ ０００。
７８パーマロイ（７８．５Ｎｉ）  μａ＝８ ０００，μｍａｘ＝１００ ０００。
スーパーマロイ（５Ｍｏ，７９Ｎｉ）μａ＝１００ ０００，μｍａｘ＝１ ０００ ０００。
４５．２５パーミンバー（２５Ｃｏ，４５Ｎｉ）  μａ＝４００，μｍａｘ＝２ ０００。
【０１１９】
上記磁性キャリアの例を以下に示す。
(項目：Ｃｏｍｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｓｈａｐｅ，Ｓｉｚｅ，Ｔｒｕｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ，Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ)。
ＭＲＣ: Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｈｅｎｏｌ Ｒｅｓｉｎ， Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ， １０〜１００μｍ，３．５〜４， １０２〜１０１５Ω／ｃｍ， ０〜８５ｅｍｕ／ｇ， ＮＯＴ ＬＩＳＴＥＤ。
Ｂｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ: Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｉｎ， Ｆｌａｋｅ， １０〜１００μｍ， ２〜３， １０１３Ω／ｃｍ以下， ２０〜５０ｅｍｕ／ｇ， ＮＯＴ ＬＩＳＴＥＤ。
Ｆｅｒｒｉｔｅ: Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ−Ｆｅｒｒｉｔｅ ｅｔｃ．， Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ， ５０〜３００μｍ， ４．５〜５．５， １０６〜１０１５Ω／ｃｍ， ４０〜７０ｅｍｕ／ｇ， Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ ａｒｅ ｌｉｍｉｔｅｄ。
Ｉｒｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ: Ｉｒｏｎ， Ｆｌａｋｅ， ５０〜２００μｍ， ７〜８， １０６Ω／ｃｍ以下， ７０〜１５０ｅｍｕ／ｇ， ＮＯＴ ＬＩＳＴＥＤ。
【０１２０】
上記トナーとしては、磁性体を含有させた磁性トナーを使用することもできる。
トナーの具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金及びその混合物等が挙げられる。
これらの磁性体は、平均粒径が０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂１００重量部に対して２０〜２００重量部、特に好ましくは結着樹脂１００重量部に対して４０〜１５０重量部である。
【０１２１】
現像剤に用いられる添加剤としては、従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。
【０１２２】
また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００重量部に対して０．５〜１．８重量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５重量部である。
上記添加剤の添加量が、０．５重量部未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。
また、上記添加剤の添加量が、１．８重量部より多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体等へのフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレードや感光体等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。さらに、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著である。
さらに、カラートナーとして用いる場合には、上記添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。
【０１２３】
ここで、上記添加剤の含有量の測定には種々の方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。すなわち、添加剤の含有量既知のトナーについて、蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求めることができる。
さらに、上記添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されていることが好ましい。
【０１２４】
ここで、表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等が挙げられる。
また、処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、本発明においては、いずれの方法も好適に用いることができる。
【０１２５】
トナーの体積平均粒径の範囲は、３〜１２μｍが好適であるが、本実施例では、５μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
一方、磁性キャリア（磁性粒子）は、金属もしくは樹脂をコアとしてフェライトもしくはマグネタ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。粒径は２０〜５０μｍの範囲が良好である。また抵抗はダイナミック抵抗で１０４〜１０６Ωの範囲が最適である。但し、測定方法は磁石を内包したローラ（φ２０；６００ＲＰＭ）に坦持して、幅６５ｍｍ、長さ１ｍｍの面積の電極をギャップ０．９ｍｍで当接させ、耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧を印加した時の測定値である。
【０１２６】
次に、本発明の実施形態に係るプリンタで使用される現像装置の構成について説明する。図１に示すように、この現像装置４内には、現像剤担持体としての現像ローラ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１と現像ローラ４１上に穂立ちした磁気ブラシと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４３が、図示しない回動機構によって時計回り方向に回転されるようになっている。
【０１２７】
上記現像スリーブ４３の表面は、サンドブラストもしくは１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理が施されることによって、１０〜２０μｍＲＺの範囲に入るような表面粗さを有している。感光体ドラム１はアルミ等の素管に感光性を有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したドラムタイプのものが用いられている。
【０１２８】
本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１のドラム径が６０ｍｍで、ドラム線速が２４０ｍｍ／秒に設定され、現像スリーブ４３のスリーブ径が２０ｍｍで、スリーブ線速が６００ｍｍ／秒に設定されている。したがって、ドラム線速に対するスリーブ線速の比は２．５である。また感光体ドラム１と現像スリーブ４３との間隔である現像ギャップは０．４ｍｍに設定されている。現像ギャップは、従来ではキャリア粒径が５０μｍであれば０．６５ｍｍから０．８ｍｍ程度、言い換えれば、現像剤粒径の１０倍以上に設定されていたが、本実施例では１０倍以下（０．５５ｍｍ）に設定するのが良い。これより広くすると望ましいとされる画像濃度が得られ難くなる。
【０１２９】
現像剤の搬送方向（図１において反時計回り方向）における上記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４３上の現像剤量を規制するドクタブレード４５が設置されている。このドクタブレード４５と現像スリーブ４３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４１の感光体ドラム１と反対側の領域には、現像ケーシング４６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攪拌・搬送手段としてのスクリュー４７が設置されている。
【０１３０】
次に、上記現像装置４の現像条件例について説明する。本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１の表面の帯電（露光前）電位Ｖ０を−３５０Ｖ、露光後電位ＶＬを−５０Ｖとして現像バイアス電圧ＶＢを−２５０Ｖ、すなわち現像ポテンシャルを（ＶＬ−ＶＢ＝２００Ｖ）として、ネガポジのプロセスで現像工程が行われる。このとき、｜VD-VL｜＞｜VL-VB｜は４００Ｖ>３００Ｖの関係を満たすようにする。ここで、｜VD−ＶL｜＜４００Vは、感光体ドラム１の表面の露光部分とそうで無い部分の放電を避けるためにパッシェンの放電則より設定したものである。
【０１３１】
上記現像スリーブ４３内には、該現像スリーブ４３の表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁石ローラ４４が固定状態で備えられている。この磁石ローラ４４から発せられる法線方向磁力線に沿うように、現像剤のキャリアが現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちを起こし、このチェーン状に穂立ちを生じた磁性キャリアに帯電トナーが付着して、上記磁気ブラシが構成される。該磁気ブラシは、現像スリーブ４３の回転によって現像スリーブ４３と同方向（図１において時計回り方向）に移送されることとなる。磁石ローラ４４は、複数の磁極（磁石）を備えている。具体的には、上記現像領域及び上記現像剤規制領域に現像剤の穂立ちを生じさせるための上記ヨーク６０、該ヨーク６０の磁力形成を補助する同極性の一対の永久磁石からなる補助磁極４４ａ，４４ｂ、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げるための磁石、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送するための磁石、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極などを備えている。これら各磁極は、現像スリーブ４３の法線方向に磁力線を発するように配置されている。なお、現像剤の汲み上げ性や、黒ベタ画像追従性を向上させるために、上記磁石（磁極）の数を更に増やして構成してもよい。
【０１３２】
本実施形態に係るプリンタにおいては、上記現像剤による現像駆動トルクの範囲を０．１５Ｎ・ｍ以内に設定して、トナー帯電を十分に立ち上げ、さらに十分な現像能力を確保するように構成されている。
現像装置４の駆動トルクのうち、現像剤の攪拌に使用される割合は比較的大きい。これは、現像剤の攪拌が、トナーの均一な帯電に必要であるからである。それを決める条件は、現像剤量、攪拌に使用する部材（特に、最近はスクリュウ形状のものが多く提案されている）が現像剤に当接する面積、接触頻度（回転数）、現像スリーブ４３内に配置された磁石ローラ４４の磁極の磁力、現像剤中のキャリアの飽和磁化、現像剤の規制部材であるドクターブレード４５と現像スリーブ４３との間隙に作用する磁力等に依存することが判っている。従来、これらの条件を組み合わせて、トナーの効率的な帯電を促していたが、このような条件の組合せだけでは、現像剤が受ける機械的なハザードがトナー寿命を短くする要因になっており、これを低減することが重要と考えられている。そこで、本実施形態に係るプリンタにおいては、トナーにストレスを与える要因である現像トルクに着目し、余分な磁力を現像剤に及ぼさないようにしている。これにより、経時における現像剤の劣化促進が低減され、比較例のトナー寿命が１５０Ｋ枚通紙であるのに対して、このプリンタでは最大２３０Ｋ枚に飛躍的に向上した。
【０１３３】
一方、上記磁気ブラシの硬さは、各磁極の磁力と磁性キャリアの飽和磁化によって決まる。本実施形態に係るプリンタにおいては、現像磁極の磁力ＭＤが７０（Ｔ），磁性キャリアの飽和磁化ＭＣが１００（ｅｍｕ／ｇ）である。この範囲では、磁気ブラシの硬さが適度であり、経時でも現像剤がストレスを受けることなく使用し続けることができる。ここで、ＭＤ＜６０（Ｔ）もしくはＭＣ＜６０（ｅｍｕ／ｇ）では、十分強固な磁気ブラシが形成できず、均一な現像が行えない。また、ＭＤ＞８０（Ｔ）もしくはＭＣ＞１３０（ｅｍｕ／ｇ）では、磁気ブラシが現像スリーブ４３上で強固に形成されるので、トナーと磁性キャリアの摩擦力が高まり、両者の表面が前者では添加剤の埋まり、後者ではトナーの一部が磁性キャリアに付着する、所謂スペント化現象が発生し、トナーの流動性低減、トナー帯電量の低減により現像特性が著しく劣化して、画像品質も劣化する。なお、ここで用いた磁性キャリアの真比重は、５グラム／ｃｍ３程度である。
【０１３４】
上記現像スリーブ４３上のトナーは、感光体ドラム１上に形成された潜像に対して、現像スリーブ４３に印加された現像バイアスにより現像され、感光体ドラム１上にトナー像となって顕像化される。ちなみに、本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１の線速を２００ｍｍ／ｓ，現像スリーブ４３の線速を３００ｍｍ／ｓとしている。また、感光体ドラム１の直径を５０ｍｍ、現像スリーブ４３の直径を１８ｍｍ、磁石ローラ４４の直径を１６ｍｍ、として、現像行程が行われる。ここで、現像スリーブ４３上のトナー帯電量は、−１０〜−３０μＣ／ｇの範囲である。さらに、感光体ドラムの感光層の厚みを２８μｍとし、光学系のビームスポット径を５０×６０μｍ、光量を０．２３ｍＷとしている。
また、感光体ドラム１の表面の帯電（露光前）電位Ｖ０を−３００Ｖ、露光後電位ＶＬを−１００Ｖとして、現像バイアス電圧を−２５０Ｖ、すなわち現像ポテンシャルを（ＶＬ−ＶＢ＝１５０Ｖ）として現像工程が行われる。
感光体ドラム１上に形成されたトナーの顕像は、前述したように、転写、定着工程を経て画像として完成される。
転写部には、転写紙もしくは中間転写体などの裏側に当接させたバイアス印加ローラもしくはチャージャー等が配設される。
【０１３５】
ところで、従来、低光量露光光量を高密度としてビーム径を絞って露光する、いわゆる２値プロセスと称する手法が提案されている。ところが、露光光量をアップすると次のような課題が生じる。つまり、高密度の光量のビーム径を絞ることによって光学設計の余裕度が低減し、部品精度の向上が不可欠でコストが上昇してしまう。また、光量が大きいために感光体に対する帯電・露光における、通電電荷量アップによるいわゆる静電ハザードを受けて、感光体寿命が短くなる。
そこで、本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１の表面の初期帯電電位を低くし、露光量も同時に低減することで、汎用光学部品を使用して高精細な潜像を形成できるようにするととともに、感光体ドラム１の表面への静電ハザードを低減して長寿命化を図るようにしている。
【０１３６】
本実施形態に係るプリンタにおいては、その現像特性におけるγ曲線（現像電位差に対する現像量）をみると、その傾きが大きく、比較的低電位でも現像し易くすぐに飽和できる。これは、現像ローラ４１上のトナー坦持量を一定にして、ベタ画像を現像ローラ４１上の多くの割合のトナーで効率良く現像するのが比較的容易ではあることを示す。また、このプリンタでは、小径ドットを形成する場合も、感光体ドラム１の表面の帯電電位を低く抑えることができ、従来の約半分の光量で、ドット線像を下げられ、均一なドット画像が形成できる。
【０１３７】
上記現像装置４は、プロセスカートリッジの現像装置として使用することができる。図４に、低電位プロセスによる上記現像装置４を搭載したプロセスカ−トリッジ１００の概略構成を示す。
このプロセスカートリッジ１００は、図４に示すように、上述の感光体ドラム１、帯電装置２、現像装置４、及びクリ−ニング装置７等の各作像機器が、カートリッジケース１０１内に一体化されて配設されている。このプロセスカートリッジ１００は、複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱自在に装着される。
【０１３８】
上記プロセスカートリッジ１００を有する画像形成装置は、その感光体ドラム１が所定の周速度で回転駆動される。感光体ドラム１は、その回転過程において、上記帯電装置２によりその表面に、正または負の所定電位の均一帯電を受ける。次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光Ｌにより、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像は、上記現像装置４の現像ローラ４１から供給される現像剤中のトナーにより現像される。このようにして、感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像は、給紙部から感光体ドラム１と転写装置５の転写ローラとの間に、感光体ドラム１の回転と同期して給送された転写紙に転写される。像転写を受けた転写紙は、感光体ドラム１の表面から分離され、図示しない定着装置へ導入されて像定着された後、複写物（コピ−）として装置外へプリントアウトされる。上記像転写後の感光体ドラム１の表面は、上記クリ−ニング装置７によって転写残トナ−の除去を受けて清浄面化され、更に除電装置８により除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
【０１３９】
このようなプロセスカートリッジ１００は、画像形成装置本体から独立して取り外しが可能である。上記感光体ドラム１、及び現像装置４は、上述したように、上記現像装置４を使用することにより、ともに寿命を延ばすことが可能である。しかし、必ずしも両者の寿命が一致するとは限らない。このプロセスカートリッジ１００は、このような場合に、感光体ドラム１と現像装置４とを、それぞれ別々に容易に交換することが可能となる。また、感光体ドラム１と現像装置４とを独立して配設できるので、簡単な機構を追加することで、非現像時に現像ローラ４１を感光体ドラム１から退避させることが可能となり、現像ローラ４１のトナーフィルミングの促進が低減され、現像装置４の寿命を更に延ばすことができる。
【０１４０】
ところで、本実施形態に係るプリンタにおいては、上記現像装置４の現像スリーブ４３に、現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加するようにしてもよい。上記感光体ドラム１の表面の背景部電位と画像部電位とは、上記振動バイアス電圧の最大値と最小値の間に位置している。これによって、上記現像領域に、向きが交互に変化する交互電界が形成される。これにより、該互電界中で現像剤のトナーと磁性キャリアが激しく振動し、トナーが上記現像スリーブ４３及び磁性キャリアへの静電的拘束力を振り切って、感光体ドラム１に飛翔し、感光体ドラム１上の潜像に対応して付着する。
【０１４１】
ここで、上記振動バイアス電圧の最大値と最小値との差(ピーク間電圧)は、０．５〜５ＫＶが好ましく、周波数は１〜１０ＫＨｚが好ましい。また、振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。該振動バイアスの直流電圧成分は、上述したように、感光体ドラム１の表面の背景部電位と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【０１４２】
また、上記振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合には、デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここでデューティ比とは、振動バイアスの１周期中でトナーが感光体に向かおうとする時間の割合である。このようにすることにより、トナーが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着して、トナー像のざらつき感や解像力を向上させることができる。またトナーとは逆極性の電荷を有する磁性キャリアが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と、現像バイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、磁性キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部に磁性キャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。
【０１４３】
図５に、現像ローラにトナーを供給するトナー供給手段として磁気ブラシローラを用いた一成分現像装置４００を示す。この一成分現像装置４００は、そのトナー供給手段としての磁気ブラシローラとして、図１乃至図３に示した現像装置４の現像ローラ４１を使用するように構成したものである。
【０１４４】
図５において、一成分現像装置４００のケーシング４０１の内部には、感光体ドラム１側から、現像剤担持体（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磁気ブラシローラ４０３、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４１０と磁性粒子４１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）４１２は、攪拌・搬送部材４０４、４０５で攪拌され、その一部が、磁気ブラシローラ４０３上に担持される。磁気ブラシローラ４０３上の現像剤４１２は、現像剤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で磁気ブラシローラ４０３上の現像剤４１２よりトナー４１０のみ分離されて現像ローラ４０２に供給される。
【０１４５】
この一成分現像装置４００では、アルミ素管をベースとした剛体の感光体ドラム１を用いているので、現像ローラ４０２はゴム材料が良好で、硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲が良好である。また、現像ローラ４０２の直径は１０〜３０ｍｍが好適で、本実施形態では直径１６ｍｍのものを用いた。また、現像ローラ４０２の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を１〜４μｍとした。この表面粗さＲｚの範囲は、トナー４１０の体積平均粒径に対して１３〜８０%となり、現像ローラ４０２の表面に埋没することなくトナー４１０が搬送される範囲である。ここで、現像ローラ４０２のゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。また、いわゆるベルト感光体を使用した場合には現像ローラ４０２の硬度は低くする必要がないので、金属ローラ等も使用可能である。また、上記現像ローラ４０２の表面には、経時品質を安定化させるために適宜コ−ト材料を被覆することが有好である。また、本実施形態における現像ローラ４０２の機能はトナーを担持するためだけのものであり、従来の一成分現像装置のようにトナー４１０と現像ローラ４０２との摩擦帯電によるトナー４１０への帯電電荷付与の必要がないために、現像ローラ４０２は電気抵抗、表面性、硬度と寸法精度を満たせば良く、材料の選択幅は格段に増えることとなる。
【０１４６】
上記現像ローラ４０２の表層コート材料は、帯電がトナー４１０と逆極性でも良いし、トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせない場合は同極性でも良い。前者の表層コート材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また後者の表層コート材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一に現像ローラ４０２にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、１０３〜１０８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。
【０１４７】
また、上記現像ローラ４０２のコ−ト層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、５０μｍを越えるコート層の硬度とベース層の硬度差が大きい場合で応力が発生した時にひび割れ等の不具合が生じやすくなる。また５μｍを下回ると表面磨耗が進むとベース層の露出が発生してトナーが付着しやすくなる。
【０１４８】
上記現像剤４１２を構成するトナー４１０は、ポリエステル、ポリオ−ル、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μmの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。トナー１０は更に場合によってはワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することができる。
トナー４１０の体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施形態で用いたトナー４１０の体積平均粒径は７μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
また、本実施形態では、帯電極性が負極性のトナー４１０を使用しているが、感光体ドラム１の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【０１４９】
上記磁性粒子４１１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４１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子４１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０８Ωの範囲が好適である。
【０１５０】
上記磁気ブラシローラ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。本実施形態で用いたスリーブ４０８は、直径がφ１８ｍｍであり、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されている。
この磁気ブラシローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７としては、図１乃至図３に示した磁石ローラ４４が用いられる。
【０１５１】
上記磁石部材４０７の磁力により、スリーブ４０８上にトナー４１０及び磁性粒子１１からなる現像剤４１３がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナー４１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【０１５２】
上記現像ローラ４０２は、磁気ブラシローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４０３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で感光体ドラム１に対向するように配設されている。
また、本実施形態では規制ブレード４０６と磁気ブラシローラ４０３の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、また規制ブレード４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤４１２の循環流を容易に形成することができる。
【０１５３】
上記規制ブレード４０６は、磁気ブラシローラ４０３との対向部で磁気ブラシローラ４０３上に形成された現像剤４１２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に搬送されるようにするとともに、現像剤４１２中のトナー４１０と磁性粒子４１１との摩擦帯電を促進させている。
【０１５４】
また、現像ローラ４０２及び磁気ブラシローラ４０３はそれぞれ、図示しない回転駆動装置により回転駆動され、トナー供給領域Ａ２では両ローラの表面が互いに逆方向に移動するようになっている。本実施形態では、感光体ドラム１の線速２００ｍｍ／ｓに対し、現像ローラ４０２を線速３００ｍｍ／ｓで回転駆動している。
また、トナー供給領域Ａ２における現像ローラ４０２と磁気ブラシローラ４０３のスリーブとのギャップは０．６ｍｍに設定した。
【０１５５】
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、磁気ブラシローラ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。
【０１５６】
上記構成の一成分現像装置４００において、ケーシング４０１内に収容された現像剤４１２は、トナー４１０と磁性粒子４１１が混合されたものであり、攪拌・搬送部材４０４，４０５や磁気ブラシローラ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４１０に磁性粒子４１１との摩擦帯電により電荷が付与される。
一方、磁気ブラシローラ４０３上に担持された現像剤４１２は規制ブレード４０６によって規制され、現像剤４１２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、現像ローラ４０２に転移し、残りはケーシング４０１内に戻される。
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４１０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４１０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、感光体ドラム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。
【０１５７】
なお、本実施形態に係るプリンタにおける現像装置４や、上記一成分現像装置４００は、カラー画像形成装置の現像装置として用いることができる。
【０１５９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、上記現像剤規制磁極としての一対の補助磁極からでる磁力線が、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材に収束され、該現像剤担持体上の上記トナー摩擦帯電領域と対向する部位に、強い磁力作用を有する磁界が形成される。これにより、該現像剤担持体上に上記現像剤中のトナーを効率よく摩擦帯電することができる幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになるので、良好な画質の提供、キャリア付着防止、現像特性安定化等の信頼性の向上、及びコスト抑制を図ることが可能になるという優れた効果がある。
【０１６１】
請求項２の発明によれば、トナー受渡磁極としての一対の補助磁極からでる磁力線が、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材に収束され、該現像剤担持体上の上記トナー受渡領域と対向する部位に、強い磁力作用を有する磁界が形成される。これにより、該現像剤担持体上に、該現像剤担持体により担持搬送される現像剤中のトナーを上記トナー担持体上に効率よく受け渡すことができる幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになるので、良好な画質の提供、キャリア付着防止、現像特性安定化等の信頼性の向上、及びコスト抑制を図ることが可能になるという優れた効果がある。という優れた効果がある。
【０１６２】
特に、請求項３の発明によれば、一対の補助磁極からでる磁力線の、該磁界形成部材の現像剤担持体と対向する部位に回り込む量が増加されて、該磁界形成部材からでる磁力が大きくなるという優れた効果がある。
【０１６３】
また、請求項４の発明によれば、磁界形成部材の上記現像剤担持体と対向する部位の幅が、２ｍｍ未満の幅に形成されているので、現像剤担持体の表面の限定された局部に強い磁力作用を有する磁界が形成されて、該現像剤担持体上に幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになるという優れた効果がある。
【０１６４】
また、請求項５の発明によれば、磁界形成部材と一対の補助磁極との間に隙間が形成されているので、該磁界形成部材と該一対の補助磁極との短絡による磁界強度の低下が解消され、該現像剤担持体上に幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになるという優れた効果がある。
【０１６５】
また、請求項６の発明によれば、一対の補助磁極のうち、少なくとも一方の補助磁極が、希土類磁性材料を含む永久磁石で構成されているので、該補助磁極の小サイズ化が可能になり、現像装置を小型・軽量化することができるようになるという優れた効果がある。
【０１６６】
また、請求項７の発明によれば、体積平均粒径が上記トナーの平均体積粒径よりも大きく、１ｋＯｅ磁場中における磁化の強さが５乃至２５ｅｍｕ／ｃｍ３である磁性キャリアを含んだ２成分現像剤が用いられているので、該現像剤の磁性キャリアに強い磁力を作用させることができるようになり、現像時における磁性キャリアの飛散や潜像担持体への付着を防止できるようになるという優れた効果がある。
【０１６７】
また、請求項８の発明によれば、一対の補助磁極からでる磁力線のうちの磁束密度が最も高いピーク部の磁力線が、磁界形成部材に収束されるようになるので、現像剤担持体の表面の限定された局部に、最も強い磁力作用を有する磁界が形成され、該現像剤担持体上に、より幅の狭い密な磁気ブラシが形成されるようになるという優れた効果がある。
【０１７０】
また、請求項９の発明によれば、潜像担持体上に形成された静電潜像が、複数個の現像剤担持体から供給される現像剤中のトナーによりトナー像化されるので、現像時における現像効率がより向上されるようになるという優れた効果がある。
【０１７１】
請求項１０及び１１の発明によれば、一対の補助磁極からでる磁力線が、該補助磁極の隙間に配設した該補助磁極よりも高透磁率の軟磁性体からなる磁界形成部材に収束されるので、現像スリーブの表面の限定された局部に、強い磁力作用を有する磁界を形成して、該現像スリーブ上に幅の狭い密な磁気ブラシを形成できる磁石ローラを提供できるようになるという優れた効果がある。
【０１７２】
特に、請求項１１の発明によれば、請求項１０の磁極の法線方向磁束密度の変化率が４０％以上であるので、一対の補助磁極からでる磁力線が、高い磁気勾配部を形成しながら、上記磁界形成部材に収束されるようになるので、上記現像スリーブの表面の限定された局部に、強い磁力作用を有する磁界を形成して、該現像スリーブ上に、より幅の狭い密な磁気ブラシを形成できる磁石ローラを提供できるようになるという優れた効果がある。
【０１７３】
請求項１２の発明によれば、像担持体上に形成した潜像が、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置を用いてトナー像化された後、該像担持体上のトナー像が転写材上に転写されるので、該転写材上に「後端白抜け」のない画質の良好な画像が形成されるようになるという優れた効果がある。
【０１７４】
請求項１３の発明によれば、現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置が用いられるので、「後端白抜け」のない画質の良好な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができるようになるという優れた効果がある。
【０１７５】
請求項１４の発明によれば、潜像担持体上の初期帯電電位を低くし、上記光学系による該潜像担持体の表面への露光光量も低減させて、該潜像担持体上に低電位コントラストの高精細な潜像を形成できるようになる。また、該潜像担持体の表面の、帯電・露光によって通電電荷量がアップすることによる該潜像担持体の表面劣化（いわゆる静電ハザード）が低減されて、該潜像担持体の長寿命化を図ることが可能になるという優れた効果がある。
【０１７６】
請求項１５の発明によれば、潜像担持体上に低電位コントラストの高精細な潜像を形成して、画質の良好な画像を形成することができ、該潜像担持体の表面の静電ハザードを低減できる画像形成装置を提供することができるようになるという優れた効果がある。
【０１７７】
請求項１６の発明によれば、現像手段として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、又は９の現像装置が用いられるので、画質の良好な画像を形成することができ、潜像担持体の表面の静電ハザードを低減できるプロセスカ−トリッジを提供することができるようになるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプリンタの現像装置を含む感光体ユニットの概略構成図。
【図２】上記現像装置の詳細構成図。
【図３】上記現像装置の現像ローラの磁力分布とその大きさ程度を示す概略図。
【図４】上記現像装置を搭載したプロセスカ−トリッジの概略構成図。
【図５】本発明の実施形態に係る現像装置の他の構成例を示す概略構成図。
【図６】本発明が適用されるプリンタの概略構成図。
【図７】本発明が適用されるプリンタの現像装置を示す概略構成図。
【図８】本発明が適用されるプリンタの現像装置の磁石ローラにより発生する磁場を示す説明図。
【図９】本発明が適用されるプリンタの現像装置の磁石ローラを構成する磁石の配置を示す説明図。
【図１０】本発明が適用されるプリンタにおける現像装置の現像ローラの回転駆動機構を示す概略構成図。
【図１１】（ａ）は、正常な画像を示し、（ｂ）は、「後端白抜け」が発生した画像を示す説明図。
【図１２】従来の２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の一例を示す概略構成図。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、上記「後端白抜け」の発生メカニズムの説明図。
【図１４】（ａ）は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、同現像領域における現像スリーブ表面移動方向の磁気ブラシ分布の説明図。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、上記「後端白抜け」が発生する従来例の現像装置よりも現像ニップ幅を狭めた他の従来例における「後端白抜け」の防止メカニズムの説明図。
【図１６】（ａ）は、現像スリーブ上に密に形成された状態の磁気ブラシを示す説明図。
（ｂ）は、同状態において形成された画像を示す説明図。
【図１７】（ａ）は、現像スリーブ上にばらつきがある状態の磁気ブラシを示す説明図。
（ｂ）は、同状態において形成された画像を示す説明図。
【符号の説明】
１      感光体ドラム
２      帯電装置
３      現像剤
３ａ    トナー
３ｂ    キャリア
４      現像装置
５      転写装置
７      クリーニング装置
８      除電ランプ
４１    現像ローラ
４１ａ  回転軸
４１ｂ  軸受
４３    現像スリーブ
４４    磁石ローラ
４５    ドクターブレード
５０    シート部材
５０    帯電ローラ
１００    プロセスカートリッジ
４００    一成分現像装置
Ｐ１    現像磁極
Ｅ      画像部後端位置
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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