(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を回転可能な非磁性スリーブ内に磁界発生手段を固定設置させた現像剤担持体上に汲み上げて、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシをベルト感光体上に形成された潜像に摺擦させることで潜像を可視化する現像方法において、ベルト感光体の現像ローラ対向部での曲率半径を１４ｍｍ以下とし、ベルト感光体と現像剤担持体との間の距離が磁性キャリアの粒径Rの３倍から１０倍に形成し、ベルト感光体と現像剤担持体との間に形成される現像電界がトナーと磁性キャリアとを分離することが可能な電界以上となる領域の外側で、磁気ブラシがベルト感光体に接触していないことを特徴とする現像方法。
【請求項２】
トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を回転可能な非磁性スリーブ内に磁界発生手段を固定設置させた現像剤担持体上に汲み上げて、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシをベルト感光体上に形成された潜像に摺擦させることで潜像を可視化する現像装置において、ベルト感光体の現像ローラ対向部での曲率半径を１４ｍｍ以下とし、ベルト感光体と現像剤担持体との間の距離が磁性キャリアの粒径Rの３倍から１０倍に形成し、ベルト感光体と現像剤担持体との間に形成される現像電界がトナーと磁性キャリアとを分離することが可能な電界以上となる領域の外側で、磁気ブラシがベルト感光体に接触していないことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
上記磁気ブラシを形成する磁性キャリアが、磁場１Ｋエルステッドにおける磁化の強さが６０emu/g以下、特に好ましくは４０emu/g以下であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
上記磁気ブラシを形成する磁性キャリアの平均粒径が、３０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
潜像担持体に対する現像装置の非磁性体スリーブの線速比を４よりも低く、１．０５に近づけて設定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか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】
本発明は、デジタル方式の電子写真複写機、レーザビームプリンタ等に装着されて好適な現像装置に関し、詳しくは、像担持体上に形成されたドット潜像を、磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤による磁気ブラシによって現像する現像方法、その現像方法を実施する現像装置及び当該現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置としては、電子写真式又は静電記録式の装置が広く用いられている。このような装置はベルト感光体や感光体ベルトなどからなる像担持体上に静電潜像を形成し、これに現像装置によって可視像とした後、このトナー像を記録用紙等に転写するように構成されている。
【０００３】
上記像担持体上の静電潜像を可視化する現像装置には、転写性、ハーフトーンの再現性、温度・湿度に対する現像特性の安定性などの観点から、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤を用い、該現像剤による磁気ブラシを像担持体表面に摺擦させて現像を行ういわゆる接触型二成分現像方式が主流になってきている。つまり、接触型二成分現像方式では、現像剤担持体上に二成分現像剤がブラシチェーン状に穂立ちされて保持されながら、潜像担持体に対向する現像領域に搬送されて、現像剤中のトナーを潜像担持体上の静電潜像部分に供給するのである。また、 この現像装置は、現像剤中におけるトナー濃度の制御が必要であること、現像剤の攪拌機構が必要となり装置が大型化するという課題を有するものの、画質特性および現像剤の搬送性等の点で優れており、現像装置の主流となっている。
【０００４】
図２は、上記接触型二成分現像装置の一例を示す概略構成図であり、磁石ローラ体１４とその周囲で回転駆動する現像スリーブ１３とを備えた現像ローラ１１（現像剤担持体）を有している。磁石ローラは、複数の磁極を備え、棒状などに形成されており、特に現像剤担持体表面の現像領域部分に現像剤を穂立ちさせる現像主磁極が備えられている。また、スリーブ１３の周面に二成分現像剤を供給するスクリュ１７と、層厚を規制するドクタブレード１５とを備えており、これによってスリーブ上に適切な厚さの現像剤層を形成する。このようにして形成された現像剤層は磁石ローラ１４による磁力線に沿って磁性キャリアが穂状に連なったいわゆる磁気ブラシを形成する。上記スリーブと磁石ローラの少なくとも一方が回転することで、スリーブ表面に穂立ちされた現像剤が移動するようになっている。現像領域に搬送された現像剤は、上記現像主磁極から発せられる磁力線に沿って穂立ちし、この現像剤による磁気ブラシはたわむように像担持体２との対向位置でこの像担持体２の表面に接触し、接触した磁気ブラシ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。
【０００５】
しかしながら、このような現像装置においては、画像濃度を高くするための現像条件と低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両方を同時に改善することが困難である。即ち、画像濃度を高くするための現像条件としては、（i）潜像担持体と現像剤担持体との間隔である現像ギャップを狭くすること、あるいは（ii）現像領域幅を広くすることなどがあげられる。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、（i'）現像ギャップを広くすること、あるいは（ii'）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る。
【０００６】
例えば、低コントラスト画像を重視する場合には、画像濃度を高くすることができないばかりでなく、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「後端白抜け」と称される異常画像が発生しやすい。また同じ幅で形成した格子画像の横線が縦線よりも細くなってしまったり、1ドットなどの小さい点画像が現像されないなどの現象も発生している。
【０００７】
上述のような問題に対して、マグネットローラの主極角度を上流側に設定したり、規制部材（磁気ブラシの穂高さを規制する部材）と現像スリーブとの距離とベルト感光体と現像スリーブとの距離との間に一定の関係を持たせるなどの方法が提案されている（特開平07-140730）。
【０００８】
また、２成分現像装置での現像能力の向上も従来からの問題点である。これに対しては、様々な方法が提案されている。特公平02-59995では、現像主極と隣接する磁極を現像主極に近づけることによって現像能力を向上させている。また、これによって横ラインの濃度が低下（上述の横ライン細りと同じ現象が発生）するが、キャリアの飽和磁化を下げることによって磁気ブラシを弱くして対応している。
【０００９】
このほか、特開平06-149063では、非接触の２成分現像装置として、感光体に磁気ブラシが接触しない磁極配置を提案している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
カウンターチャージなどによる後端白抜けや、細線画像、点画像の細らせ現象を低減するために、対感光体線速比を小さくすることが考えられている。しかし、対感光体線速比を小さくすると、現像ニップ領域に供給される現像剤の単位時間あたりの量が減少し、現像能力が低下してしまい、十分な画像濃度が得られないという不具合が生じる。
【００１１】
特開平07-140730の現像装置では、横ラインの細り（細線切れ）を解決するために、規制部材と現像スリーブとの距離Ｈｃｕｔと、現像スリーブとベルト感光体との距離Ｄｓｄとの比が
１．２＜Ｄｓｄ／Ｈｃｕｔ＜１．６
の範囲内であるとしている。しかし、Ｄｓｄ／Ｈｃｕｔの値が１から大きく離れる（ＨｃｕｔがＤｓｄに比べて小さくなる）にしたがって、現像スリーブと感光体との最近接部分での磁気ブラシが疎になる。このため、ベルト感光体への磁気ブラシの当接が不均一になり、磁気ブラシで摺擦されない場所が感光体上に生じてしまう。そしてこのことが原因となって、特に孤立ドット画像（例えば６００ｄｐｉの１ドットを５〜１０ピクセル間隔で書き込んだ画像）では、一部のドットが小さくなったり、抜けてしまうような現象が発生する。このような、孤立ドットが均一に再現されないことによって、いわゆるハイコントラスト部分の再現が悪く、ハイコントラスト部分での階調性も悪い画像になってしまう。この他、画像濃度０．３〜０．８（ＩＤ）程度のハーフトーン画像においては、やはり磁気ブラシの当接が不均一であるために、ざらつき感が悪くなり画質劣化の原因となる。
【００１２】
特公平02-59995では、横ラインの濃度低下を、キャリアの飽和磁化を下げることによって防いでいる。しかし、キャリアの飽和磁化を下げた場合には、いわゆるキャリア付着が発生しやすくなる。またこのキャリア付着を防ぐために、トナーの帯電量を下げたりした場合には、いわゆる未帯電トナーが増加し、いわゆる地肌汚れが発生してしまう。
【００１３】
特開平06-149063は、非接触２成分現像であるため、いわゆる現像電界が弱く、現像能力を向上させることが困難である。
【００１４】
本発明では、横ラインの細りや後端白抜けなどは発生せず、さらに、磁気ブラシの不均一当接によって発生する孤立ドット画像の抜けやハーフトーン画像のざらつき感悪化が起こらず、またいわゆるキャリア付着も発生せず、現像能力を高く維持することができる画像形成装置を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであって、請求項１の発明は、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を回転可能な非磁性スリーブ内に磁界発生手段を固定設置させた現像剤担持体上に汲み上げて、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシをベルト感光体上に形成された潜像に摺擦させることで潜像を可視化する現像方法において、ベルト感光体の現像ローラ対向部での曲率半径を１４ｍｍ以下とし、ベルト感光体と現像剤担持体との間の距離が磁性キャリアの粒径Rの３倍から１０倍に形成し、ベルト感光体と現像剤担持体との間に形成される現像電界がトナーと磁性キャリアとを分離することが可能な電界以上となる領域の外側で、磁気ブラシがベルト感光体に接触していないことを特徴とする現像方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を回転可能な非磁性スリーブ内に磁界発生手段を固定設置させた現像剤担持体上に汲み上げて、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシをベルト感光体上に形成された潜像に摺擦させることで潜像を可視化する現像装置において、ベルト感光体の現像ローラ対向部での曲率半径を１４ｍｍ以下とし、ベルト感光体と現像剤担持体との間の距離が磁性キャリアの粒径Rの３倍から１０倍に形成し、ベルト感光体と現像剤担持体との間に形成される現像電界がトナーと磁性キャリアとを分離することが可能な電界以上となる領域の外側で、磁気ブラシがベルト感光体に接触していないことを特徴とする画像形成装置である。
【００１９】
請求項３の発明は、上記磁気ブラシを形成する磁性キャリアが、磁場１Ｋエルステッドにおける磁化の強さが６０emu/g以下、特に好ましくは４０emu/g以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４の発明は、上記磁気ブラシを形成する磁性キャリアの平均粒径が、３０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項５の発明は、潜像担持体に対する現像装置の非磁性体スリーブの線速比を４よりも低く、１．０５に近づけて設定することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、上記現像装置を含む感光体ユニット全体の一例を示す概略構成図である。図１において、静電潜像担持体であるベルト感光体２の周囲には、当該ベルト表面を帯電するための帯電装置４、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、ベルト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１、形成されたベルト上のトナー像を記録紙へ転写するための転写装置６、ベルト上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置５、ベルト上の残留電位を除去するための不図示の除電装置が順に配設されている。
【００２４】
このような構成において、感光体と接触する帯電ローラと帯電ローラに電圧を印加する電源で構成される帯電装置４の帯電ローラによって表面を一様に帯電された感光体２は、光源であるレーザーダイオードをポリゴンミラーによって感光体上に照射しながら露光３によって静電潜像を形成され、現像装置１によってトナー像を形成される。当該トナー像は、転写ベルトと電源とからでなる転写装置６によって、ベルト感光体２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。転写ベルトに印加される電圧は、電流制御として30μAである。この転写の際にベルト感光体に静電的に付着した記録紙は、分離爪によってベルト感光体２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によって記録紙に定着される。一方、転写されずにベルト感光体上に残留したトナーは、弾性体から形成されるブレードによって構成されるクリーニング装置５によって除去され回収される。残留トナーを除去されたベルト感光体２は不図示の除電ランプで初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００２５】
上記現像装置１の構成を図２に示す。現像装置１内には、現像担持体である現像ローラ１１がベルト感光体２に近接するように配置されていて、双方の対向部分に現像領域が形成されている。現像ローラ１１では、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１３が不図示の回転駆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。
【００２６】
本例においては、ベルト感光体２の感光体線速が２４０mm／秒に設定され、現像スリーブ１３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、感光体線速に対するスリーブ線速の比は２．５である。
またベルト感光体２と現像スリーブ１３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、キャリア粒径の１０倍を超えるように設定されていたが、本発明ではキャリア粒径の３から１０倍程度に設定することが望ましい。キャリア粒径の３倍未満の場合、磁石ローラ体の磁石による拘束力が強く、形成される磁気ブラシが硬くなり、像担持体に対して弾力がなくなるため、画像に磁気ブラシの穂跡が形成されよくない。一方、キャリア粒径の１０倍を超えると望ましいとされる画像濃度がでにくくなったり、キャリア飛散が問題となる。スリーブ線速の感光体線速に対する比は最低１．０５にまで下げてもなお必要な画像濃度を得ることができる。
【００２７】
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１５が設置されている。このドクタブレード１５と現像スリーブ１３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。現像ギャップ／ドクターギャップの値が、0.8〜１になるようにドクターギャップを設定することが望ましい。現像ギャップ／ドクターギャップの値が0.8以下の場合、現像担持体と像担持体が対向する領域で現像剤が像担持体により堰き止められ、滞留してしまうため問題となる。一方、現像ギャップ／ドクターギャップの値が１以上の場合、現像担持体と像担持体が対向する領域で現像剤による磁気ブラシが像担持体に接触できない部分が生じ、画像欠陥となる。更に現像ローラのベルト感光体とは反対側の領域には、現像ケーシング１６内の現像剤を攪拌しながら現像ローラ１１へ汲み上げるためのスクリュ１７が設置されている。現像ケーシング中で、トナーと磁性キャリアとが不図示の駆動手段により回転数５００rpmで回転するスクリュによる混合攪拌され、トナーが摩擦帯電される。このときのトナー帯電量（q/m）は−５〜−６０μC/g、好ましくは、−１０〜−３０μＣ/gである。
【００２８】
上記現像スリーブ１３内には、当該現像スリーブ１３の周表面に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体１４が固定状態で備えられている。この磁石ローラ体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１３上にチェーン状に穂立ちされ、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構成される。当該磁気ブラシは現像スリーブ１３の回転によって現像スリーブ１３と同方向（図で見て時計回り方向）に移送されることとなる。上記磁石ローラ体１４は、複数の磁極（磁石）を備えている。具体的には、現像領域部分に現像剤を穂立ちさせる現像主磁石Ｐ１、現像スリーブ１３上に現像剤を汲み上げるための磁石Ｐ４、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁石Ｐ５、Ｐ６、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極Ｐ２、Ｐ３を備えている。これら各磁石Ｐ１、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ２及びＰ３は、現像スリーブ１３の半径方向に向けて配置されている。本例では、磁石ローラ体１４を６極の磁石によって構成しているが、汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上させるためにＰ３極からドクタブレード１５の間に磁石（磁極）を更に増やして８極以上で構成しても良い。
【００２９】
本例では、現像スリーブ１３上に現像剤を汲み上げるための磁石Ｐ４と、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁石Ｐ６と、現像後の領域で現像剤を搬送する磁石Ｐ２、Ｐ３がＮ極をなし、現像主磁石Ｐ１と、汲み上げられた現像剤を搬送する磁石Ｐ５がＳ極をなしている。現像剤搬送磁極をなす下流側の磁石Ｐ２は主磁極磁力形成を補助する働きもあるようで、小さすぎるとキャリア付着を起こす。
【００３０】
次に、キャリア（磁性粒子）について説明する。
このような磁性キャリアは、磁性体として従来の磁性キャリアにおけると同様の、鉄，クロム，ニッケル，コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や合金、例えば、四三酸化鉄，γ-酸化第二鉄，二酸化クロム，酸化マンガン，フェライト，マンガン−銅系合金、といった強磁性体ないしは常磁性体の粒子を球形化したり、又はそれらの磁性体粒子の表面をスチレン系樹脂，ビニル系樹脂，エチル系樹脂，ロジン変性樹脂，アクリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂等で球状に被覆するか、あるいは、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂の球状粒子を作るかして得られた粒子を従来公知の平均粒径選別手段で粒径選別することによって得られることが好ましい。さらに、キャリアは、磁場１Ｋエルステッドにおける磁化の強さが６０emu/g以下、特に好ましくは４０emu/g以下であることが好ましい。
【００３１】
磁気ブラシを構成するキャリアとしては、感光体２表面へのダメージを軽減するために球形の粒子を用いるのが好ましく、キャリアの平均粒径は150μｍ以下のものが好ましい。但し、キャリアは平均粒径が大きすぎると最密状態に配置してあっても曲率半径が大きく、感光体２と接触していない面積が増え、トナー像の欠けや抜けが発生したり、逆に平均粒径があまり小さすぎると、交流電圧を印加する場合には、粒子が動きやすくなって粒子間の磁力を上回り、粒子が飛散してキャリア付着の原因となってしまうので、キャリアの平均粒径は30μｍ以上、100μｍ以下であることが好ましい。さらに、キャリアの磁場１Ｋエルステッドにおける磁化の強さが６０emu/g以下、特に好ましくは４０emu/g以下であることが好ましい。磁化の強さがこれより強すぎると、穂は細く高さの高い穂となり、そして磁気ブラシが硬くなり画像部に穂跡を作ったり、感光体に傷をつけたりするため良くない。またＰ１の磁力の大きさとの対応となるが、Ｐ１極でキャリアが遠心力により離れない程度の磁化の強さが必要となる。すなわち、磁化が弱すぎると、磁石によって十分に保持されずキャリア飛散の問題となる。
【００３２】
現像スリーブ１３表面には、現像剤を十分に汲み上げ、磁気ブラシの形状を揃える目的で、溝が形成されている。現像スリーブ１３表面に溝を形成する方法としては、切削加工、引き抜き（Direct Ironing、D-I）工法、サンドブラスト処理等がある。
【００３３】
参考例、実施例１〜４
以下、図面に沿って、本発明の実施例について説明する。
現像ローラ対向部でのベルト感光体の曲率半径を変化させて、以下の2種類の画像を出力し、評価を行った。結果を表１に示す。
【００３４】
１．１ドット縦横ライン画像（６００dpi１ドットライン）
２．格子状ドット画像（６００dpi１cm四角）
なお、用いた磁性キャリアの平均粒径は５０μｍ、磁化の強さは６０emu/g、トナー濃度は2.3wt%、トナー帯電量は-22.5μC/gで、現像ギャップは0.4mmであった。像担持体に対する現像スリーブの線速比は１．０５に設定した。
【００３５】
＜比較例＞
上記、実施例において、ベルト感光体の代わりに、感光体径３０mmのドラム感光体を用いた以外は実施例と同様に行った。
結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
0004647123.tif 000002
【００３７】
表１において、縦横比とは、縦線ライン幅（cm）／横線ライン幅（cm）のことである。
【００３８】
表１から、本発明は参考例および比較例に比べ、横ラインの細りや後端白抜けなどは発生せず、現像能力を高く維持することができていることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、トナーと磁性キャリアとからなる現像剤を回転可能な非磁性スリーブ内に磁界発生手段を固定設置させた現像担持体上に汲み上げて、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを潜像担持体上に形成された潜像に摺擦させることで潜像を可視化する現像方法において、潜像担持体と現像剤担持体との間に形成される現像電界がトナーと磁性キャリアとを分離することが可能な電界以上となる領域の外側で、磁気ブラシが潜像担持体に接触していないことを特徴とする現像装置を用いることで、横ラインの細りや後端白抜けなどの異常画像を起こすことなく、高い現像能力を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像装置を含む感光体ユニットの概略構成図である。
【図２】図１における現像装置部分の拡大図である。
【符号の説明】
１    現像装置
２    ベルト感光体
３    電光
４    帯電装置
５    クリーニング装置
６    転写装置
【図１】
0004647123.tif 000003
【図２】
0004647123.tif 000004