(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体からなる現像スリーブと、当該現像スリーブ内に設けられ、少なくとも剥離極を含む複数の固定磁極を備えるマグネット部材とを備えた現像ローラを有し、
磁性キャリアとトナーとからなる現像剤を前記現像ローラに担持させて、像担持体上の静電潜像を現像する現像装置であって、
前記現像ローラの表面のうち、前記剥離極による法線方向の磁束密度が最大である箇所を基準位置とした場合に、前記磁束密度の最大値の９８％以上の磁束密度を有する平坦領域が、前記基準位置を含み且つ以下の関係式を満たすように存在することを特徴とする現像装置。
Ｚ≧７°
Ｚ：前記平坦領域における前記現像ローラの角度
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置と、像担持体と、前記像担持体上に形成されたトナー像をシート上に転写する転写部と、前記トナー像を前記シート上に定着する定着部とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
非磁性体からなる現像スリーブと、当該現像スリーブ内に設けられ、少なくとも剥離極を含む複数の固定磁極を備えるマグネット部材とを有し、磁性キャリアとトナーとからなる現像剤を担持して、像担持体上の静電潜像を現像する現像ローラであって、
前記現像ローラの表面のうち、前記剥離極による法線方向の磁束密度が最大である箇所を基準位置とした場合に、前記磁束密度の最大値の９８％以上の磁束密度を有する平坦領域が、前記基準位置を含み且つ以下の関係式を満たすように存在することを特徴とする現像ローラ。
Ｚ≧７°
Ｚ：前記平坦領域における前記現像ローラの角度
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性キャリアとトナーからなる現像剤を現像ローラに担持して像担持体上の静電潜像を現像する現像装置、当該現像装置を有する画像形成装置、及び磁性キャリアとトナーからなる現像剤を担持して像担持体上の静電潜像を現像する現像ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性キャリアとトナーにより構成される２成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成プロセスでは、感光体（像担持体）上の静電潜像を現像ローラに担持した現像剤のトナーにより現像し可視像が形成される。
【０００３】
この現像ローラは、通常、非磁性体からなる現像スリーブと、複数の固定磁極を備えるマグネット部材により構成されており、現像剤を感光体と対向する現像極に搬送し、この現像極からトナーを感光体に付着させるようになっている。また、現像極を通過した現像剤は剥離極により剥離され、十分に攪拌された後に再度、層形成極により現像ローラに付着する。
【０００４】
ところで、近年、複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置では小型化が進んでおり、この影響で現像ローラを含む現像装置も小型なものとなっている。現像ローラの小型化で問題となるのが現像剤の剥離性である。現像ローラの外径が小さいと、剥離極と層形成極との距離が短い。その結果、十分な現像剤が剥離極から剥離されず、そのまま層形成極により現像ローラに引き寄せられてしまい、十分なトナーを含む現像剤が現像極に供給されず、画像の濃度低下を発生させてしまう。
【０００５】
このような問題に対し、マグネット部材における固定磁極の磁束密度を調整し、画像の濃度低下を防止する技術が提案されている。
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、現像ローラの外周面上の搬送極（剥離極に相当）から付着極（層形成極に相当）までの磁極が同極性であり、現像ローラの外周面上における搬送極の付着極側１００Ｇの位置から現像ローラ回転方向とは逆方向に１０°回転した位置での磁束密度Ａの値が（Ａ−１００）／１０≦１６を満し、且つ、現像ローラの外周面上における付着極の搬送極側１００Ｇの位置から現像ローラ回転方向に１０°回転した位置での磁束密度Ｂの値が（Ｂ−１００）／１０≦１５を満たすようにするという技術である。つまり、特許文献１に記載の技術は、小径の現像ローラにおける現像剤の剥離性を考慮し、固定磁極周辺の磁束密度の値を所定値に調整するという技術である。
【特許文献１】特開平１１−１６１０２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の技術では搬送極（剥離極に相当）の周辺や付着極（層形成極に相当）の周辺の磁束密度が調整されているだけであり、搬送極における磁束密度が高くなっている。その結果、搬送極において現像ローラの中心に向かう力が大きくなり、その部分で現像剤が現像ローラに引きつけられて、現像剤の剥離性が十分ではない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、小型の現像ローラにおいて現像剤を適正に剥離させることが出来る現像ローラ及び現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、
１．非磁性体からなる現像スリーブと、当該現像スリーブ内に設けられ、少なくとも剥離極を含む複数の固定磁極を備えるマグネット部材とを備えた現像ローラを有し、
磁性キャリアとトナーとからなる現像剤を前記現像ローラに担持させて、像担持体上の静電潜像を現像する現像装置であって、
前記現像ローラの表面のうち、前記剥離極による法線方向の磁束密度が最大である箇所を基準位置とした場合に、前記磁束密度の最大値の９８％以上の磁束密度を有する平坦領域が、前記基準位置を含み且つ以下の関係式を満たすように存在することを特徴とする現像装置。
Ｚ≧７°
Ｚ：前記平坦領域における前記現像ローラの角度
２．前記１に記載の現像装置と、像担持体と、前記像担持体上に形成されたトナー像をシート上に転写する転写部と、前記トナー像を前記シート上に定着する定着部とを有することを特徴とする画像形成装置。
【００１０】
３．非磁性体からなる現像スリーブと、当該現像スリーブ内に設けられ、少なくとも剥離極を含む複数の固定磁極を備えるマグネット部材とを有し、磁性キャリアとトナーとからなる現像剤を担持して、像担持体上の静電潜像を現像する現像ローラであって、
前記現像ローラの表面のうち、前記剥離極による法線方向の磁束密度が最大である箇所を基準位置とした場合に、前記磁束密度の最大値の９８％以上の磁束密度を有する平坦領域が、前記基準位置を含み且つ以下の関係式を満たすように存在することを特徴とする現像ローラ。
Ｚ≧７°
Ｚ：前記平坦領域における前記現像ローラの角度
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る現像装置、画像形成装置、及び現像ローラによれば、小型の現像ローラにおいて現像剤を適正に剥離させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［画像形成装置の概要］図１は画像形成装置Ａの内部構成を示す中央断面図である。画像形成装置Ａは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、ベルト状の中間転写体６と、給紙装置２０と、定着装置３０から構成されている。
【００１３】
画像形成装置Ａの上部には、画像読取装置ＳＣが設置されている。原稿台上に載置された原稿は画像読取装置ＳＣの原稿画像走査露光装置の光学系により画像が走査露光され、ラインイメージセンサに読み込まれる。ラインイメージセンサにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに入力される。
【００１４】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体１Ｙの周囲に配置された帯電極２Ｙ、露光部３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング部５Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体１Ｍ、帯電極２Ｍ、露光部３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング部５Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体１Ｃ、帯電極２Ｃ、露光部３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング部５Ｃを有する。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体１Ｋ、帯電極２Ｋ、露光部３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング部５Ｋを有する。
【００１５】
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の各色の小粒径トナーとキャリアからなる２成分現像剤を収容する現像装置である。
【００１６】
中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に一次転写部７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋにより逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。
【００１７】
給紙装置２０の給紙カセット２１内に収容された用紙Ｐは、給紙部２２により給紙され、給紙ローラ２３、２４、２５、２６、レジストローラ２７等を経て、二次転写部（転写部）９に搬送され、用紙Ｐ上にカラー画像が転写される。なお、画像形成装置Ａの下部に鉛直方向に縦列配置された３段の給紙カセット２１は、ほぼ同一の構成をなす。また、３段の給紙部２２も、ほぼ同一の構成をなす。給紙カセット２１、給紙部２２を含めて給紙装置２０と称す。カラー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置（定着部）３０において用紙Ｐが挟持され、熱と圧力とを加えることにより用紙Ｐ上のカラートナー像が定着されて用紙Ｐ上に固定され、排紙ローラ２８に挟持されて機外の排紙トレイ２９上に載置される。
【００１８】
一方、二次転写部９により用紙Ｐにカラー画像を転写した後、用紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、ベルトクリーニング部８により残留トナーが除去される。
【００１９】
なお、画像形成装置Ａの説明においては、カラー画像形成にて説明したが、モノクロ画像を形成する場合も本発明に含まれるものである。以下、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを現像装置４と称す。
【００２０】
［現像装置の概要］図２は本発明に係る現像装置４を示す断面図である。現像装置４の筐体は下方の下部ケーシング４０と、上方の上部ケーシング５０とから成り、下部ケーシング４０に対して上部ケーシング５０が開閉可能である。現像装置４は、現像ローラ４１、ガイド部材４６、供給ローラ４５、撹拌部材４３、４４、等から構成される。またガイド部材４６は、現像ローラ４１に現像剤を搬送する搬送面を備えたガイド板４６１と台座部４６２から構成される。
【００２１】
現像装置４はそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の異なる色の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。２成分現像剤として、フェライトをコアとしてその周りに絶縁性樹脂をコーティングしたキャリアと、ポリエステルを主材料として顔料あるいはカーボンブラック等の着色剤、荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えたトナーとからなる。
【００２２】
キャリアは粒径１０〜５０μｍ、飽和磁化１０〜８０ｅｍｕ／ｇ、トナーは粒径４〜１０μｍ、トナーの帯電特性は負帯電特性であり平均電荷量としては−２０〜−６０μＣ／ｇである。２成分現像剤としてはこれらのキャリアとトナーとを、トナー濃度４〜１０質量％になるよう混合したものを用いている。
【００２３】
現像装置４の下部ケーシング４０内には、現像ローラ４１、攪拌部材４３、４４、供給ローラ４５、ガイド部材４６等が配置されている。供給ローラ４５、撹拌部材４３、４４は同一の駆動源である撹拌モータ（不図示）により駆動される。撹拌部材４３、４４は２５０〜７００ｒｐｍの回転速度で回転する。
【００２４】
下部ケーシング４０は、攪拌部材４３を収容する現像剤供給室４０１と、攪拌部材４４を収容する現像剤攪拌室４０２とから成る。現像剤供給室４０１と現像剤攪拌室４０２とは、下部ケーシング４０の底部から直立した隔壁部４０３を挟んで両側に形成されている。
【００２５】
また、下部ケーシング４０の底面部であって、撹拌部材４４の真下で現像剤搬送方向下流側（図２の奥側）には、トナー濃度センサ４０６を配置している。透磁率検知方式によるトナー濃度センサ４０６は、被測定物である現像剤（キャリア）の透磁率に基づく特性を、例えば、電圧値として出力する。基準となるトナー濃度に対してトナー濃度が高いときには出力値は低くなり、トナー濃度が低いときには出力値は高くなる。このように、透磁率検知方式によるトナー濃度検知センサの出力値からトナー濃度を知ることができる。検知したトナー濃度に応じて、所定のトナー濃度になるようにトナー補給部４７からトナーを補給する。
【００２６】
現像ローラ４１は、回転可能な現像スリーブ４１Ａと、固定された磁界を発生するマグネットローラ（マグネット部材）４１Ｂとから構成されている。
【００２７】
現像スリーブ４１Ａと攪拌部材４３との対向近接点において、現像スリーブ４１Ａは下方から上方に回動し、攪拌部材４３は上方から下方に回動する。
【００２８】
上部ケーシング５０の内部の天井部には、現像剤量規制部材５１が固定されている。ガイド板４６１の上方と、上部ケーシング５０の内壁面との間には、広い整流空間Ｗが形成され、大量の現像剤を収容することが出来る。
【００２９】
現像ローラ４１は、静電潜像を担持する像担持体１に対向して配置され、歯車を介して接続された駆動モータ（不図示）により回転される。現像スリーブ４１Ａには、現像バイアスＥとして交流電源Ｅ１による交流電圧Ｖａｃと、直流電源Ｅ２による直流電圧Ｖｄｃとが重畳される。実際の動作条件としては例えば、現像ローラ４１の回転速度としては外周面の線速度として２００〜１０００ｍｍ／ｓｅｃ、現像バイアスＥからの出力電圧として、交流電圧Ｖａｃとしては０．５〜２．０ｋＶｐ−ｐ、周波数２〜７ｋＨｚ、直流電圧Ｖｄｃとしては−２００〜−７００Ｖを出力する。
【００３０】
マグネットローラ４１Ｂは、現像スリーブ４１Ａの内方に配置され、７極の磁極Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有する。磁極Ｎ１は現像極、磁極Ｎ２は剥離極、磁極Ｎ３は層形成極となっている。現像剤量規制部材５１はマグネットローラ４１Ｂの磁極Ｎ３の近傍に配置されている。
【００３１】
本実施形態においては汲上磁極を設けずに、現像剤の汲上機能をガイド部材４６に担わせている。このように汲上磁極を設けないことで、現像ローラの回転トルクを低減することが出来る。つまり現像剤への現像ローラ周辺の搬送、撹拌に伴う、ストレスを低減させることができ、ひいては現像剤の耐久性向上及び画質の経時安定性の向上を図ることが可能となっている。
【００３２】
マグネットローラ４１Ｂの複数個の磁極のうち互いに隣接する磁極Ｎ２、Ｎ３は、同極性に配置され反発磁界を形成している。現像剤剥ぎ取り用の剥離極Ｎ２は、現像スリーブ４１Ａ上の現像剤を剥離させる。攪拌部材４３により供給された現像剤はガイド板４６１の上面を滑って搬送されて、層形成極Ｎ３において現像スリーブ４１Ａ上に付着させられる。
【００３３】
攪拌部材４３は、攪拌部材４４から搬送された現像剤を攪拌して搬送し、現像ローラ４１に均一に供給する。攪拌部材４３、攪拌部材４４はいずれも螺旋状のスクリュー部材である。攪拌部材４４は攪拌部材４３に平行配置され、トナー補給部４７から補給される新規トナーと現像スリーブ４１Ａから還流された現像剤とを混合、攪拌して攪拌部材４３の上流部に搬送する。
【００３４】
攪拌部材４３は回転軸方向に現像剤を搬送するとともに、回転軸のほぼ直角方向に現像剤を放出して現像剤の撹拌を行う。
【００３５】
現像スリーブ４１Ａと攪拌部材４３との対向近接点の近傍に、現像スリーブ４１Ａから剥ぎ取られて図２に示す白抜き矢印方向に搬送される下方の現像剤と、現像スリーブ４１Ａに供給される上方の現像剤とを隔てるとともに、供給ローラ４５により搬送される現像剤を堆積して現像ローラ４１に案内するガイド部材４６を配置している。
【００３６】
［現像剤の剥離性］次に、現像ローラ４１における現像剤の剥離性について剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３における磁束密度に基づいて説明する。図３は剥離極Ｎ２から層形成極Ｎ３に至る現像ローラ４１の磁束密度を示す説明図である。図３における横軸は、剥離極Ｎ２からの現像ローラ４１の角度を示し（図３において右方向が現像ローラ４１の回転方向である）、縦軸は現像ローラ４１における法線方向の磁束密度を示す。
【００３７】
図３で示すように剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３との間では磁束密度の値が低く、現像ローラ４１の中心に向かう力（以下、この力を「Ｆｒ」と呼ぶ。）は小さい。従って、剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３との間で現像ローラ４１上の現像剤が剥離される。しかし、剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３との間において現像ローラ４１のＮ２に向かう円周方向の力（以下、この力を「Ｆθ」と呼ぶ。）が小さい場合、現像ローラ４１から剥離された現像剤が滞留部から層形成極Ｎ３に付着してしまう。その結果、十分なトナーを含む現像剤が層形成極Ｎ３や現像極Ｎ１に供給されず、画像の濃度低下が発生してしまう。特に現像スリーブ４１Ａの外径（現像ローラ４１の外径でもある）が３０ｍｍ以下である現像ローラ４１では、剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３との距離が短いため、剥離極Ｎ２を通過した現像剤が層形成極Ｎ３に付着しやすい。
【００３８】
そこで、図３に示すように剥離極Ｎ２の磁束密度を高くして、剥離極Ｎ２の層形成極Ｎ３側における「ａ」領域の磁束密度を高くし、Ｆθを剥離極Ｎ２の方向に向けて現像剤を剥離極Ｎ２側に引き寄せるようにする。但し、図３に示すように剥離極Ｎ２の磁束密度の最大値を含む領域（図３の「ｂ」領域）が高いままだと、剥離極Ｎ２でのＦｒが大きくなり、現像剤が現像ローラ４１から剥離しにくくなる。
【００３９】
図４は剥離極Ｎ２周辺における現像ローラ４１の磁束密度を示す説明図である。図４の実線Ｋ１で示すように剥離極Ｎ２の磁束密度の最大値が高いと現像剤の剥離性が悪い。そこで、剥離極Ｎ２の磁束密度の最大値Ｘを低くし、磁束密度の最大値Ｘと略同一である磁束密度の平坦領域Ｔ（平坦領域Ｔは磁束密度が最大である箇所Ｘ１（基準位置）を含む領域である）が存在するようにして、剥離極Ｎ２でのＦｒを弱くする。そして剥離極Ｎ２から層形成極Ｎ３に向かう領域（図４の「ａ」領域）で急速に磁束密度を低くし、剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３との間で磁束密度が低い領域を形成し、剥離極Ｎ２に向かうＦθを大きくすることが好ましい。
【００４０】
図４に示す平坦領域Ｔをどれだけ設ければ画像の濃度低下が問題ないか実験を通じて検証した。なお、平坦領域Ｔは、磁束密度の値Ｙが以下の関係式を満たす領域とする。
Ｘ≧Ｙ≧０．９８×Ｘ
実験における条件として、現像ローラ４１の外径、交流電源Ｅ１による交流電圧Ｖａｃ、直流電源Ｅ２による直流電圧Ｖｄｃ、像担持体における帯電電圧Ｖ０を以下の表に示すように３種類（実験１〜実験３）設定した。
【００４１】
【表１】
0004569667.tif 000002
【００４２】
また、領域Ｔにおける現像ローラ４１の角度Ｚ（図４に示す領域Ｔの角度の数値）を変更し、当該角度が３．０°、４．５°、６．５°、７．０°、１０．０°、１１．５°、１３．０°、１４．０°、１５．０°、１７．０°の１０種類について画像の濃度低下を評価した。なお、現像ローラ４１の角度Ｚの変更は、剥離極Ｎ２の形や材料を変更して行った。画像の濃度低下の評価は、像担持体１に図５に示すような評価パターン（図５における矢印が像担持体１の回転方向であり、ハッチングで示す領域がトナーが付着した領域である）を形成し、当該評価パターンにおけるＴＤ１領域の濃度からＴＤ２領域の濃度を引いた値（ゴースト値）を基づいて実行した。濃度は濃度センサにより検知した値である。図５に示すように、ＴＤ１領域に対して像担持体１の回転方向上流側の領域はトナーが付着していない領域であり、ＴＤ２領域に対して像担持体１の回転方向上流側の領域はトナーが付着している領域である。
【００４３】
図６は画像の濃度低下を評価した結果を示す図である。図６における横軸は、平坦領域Ｔに対応する現像ローラ４１の角度Ｚを示し、縦軸はゴースト値を示す。本発明者はゴースト値が０．０３以下の領域において、現像剤の剥離性が良く、画像の濃度低下が発生しない領域とみなしたが、実験１〜実験３を通じて現像ローラ４１の外径に関わらず、また電界条件に関わらず、角度Ｚが７°以上の領域で特に良好な結果が得られることが分かった。
【００４４】
以上図３〜図６を用いて説明したように、磁束密度の最大値Ｘと略同一である磁束密度の平坦領域Ｔを一定領域存在させ、剥離極Ｎ２でのＦｒを弱くする。そして剥離極Ｎ２から層形成極Ｎ３に向かう領域で急速に磁束密度を低くし、剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３との間で磁束密度が低い領域を形成する。このようにすれば、剥離極Ｎ２と層形成極Ｎ３の磁界が重ならず、小型の現像ローラ４１において現像剤を適正に剥離させることが出来る。
【００４５】
なお、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、本発明は当該実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】画像形成装置の内部構成を示す中央断面図である。
【図２】本発明に係る現像装置を示す断面図である。
【図３】剥離極から層形成極に至る現像ローラの磁束密度を示す説明図である。
【図４】剥離極周辺における現像ローラの磁束密度を示す説明図である。
【図５】評価用のテストパターンを示す説明図である。
【図６】画像の濃度低下を評価した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ  画像形成装置
４  現像装置
４１  現像ローラ
４１Ａ  現像スリーブ
４１Ｂ  マグネットローラ
４３、４４  撹拌部材
４５  供給ローラ
４６  ガイド部材
【図１】
0004569667.tif 000003
【図２】
0004569667.tif 000004
【図３】
0004569667.tif 000005
【図４】
0004569667.tif 000006
【図５】
0004569667.tif 000007
【図６】
0004569667.tif 000008