(57)【要約】 【課題】  現像効率に優れた現像装置を提供する。【解決手段】  トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて感光体１２表面に担持される静電潜像を現像する現像装置１において、現像ローラ４は、現像ローラ４の回転軸線に対して垂直な断面における法線方向の磁束密度分布のうち最大磁束密度を１００％とするとき、該１００％になる円周方向の位置２７が、感光体１２に最も接近する位置よりもスリーブ２１の回転方向上流側に位置し、磁束密度が４０〜９０％の間にある円周方向の位置２８が、感光体１２に最も接近した位置になるように配置される。また現像ローラ４による現像剤搬送量Ｍが、以下の式を満足する範囲に設定され、さらにキャリア表面に対するトナーの被覆率が３０〜５０％になるように設定される。      １００×感光体と現像ローラとの間隔Ｄ×現像剤のかさ密度≧Ｍ≧１０【選択図】      図４
2007147899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容室と、現像剤収容室に回転自在に設けられるスリーブとスリーブの内部に固定配置されて複数磁極を有する磁石部材とを有し現像剤収容室に収容される現像剤を担持して搬送する現像剤担持体とを備え、現像剤担持体の外周面上に形成される現像剤の磁気ブラシを、画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体に接触させることによって形成される現像領域を通じて、静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像装置であって、
現像剤担持体内部に固定配置された複数の磁極のうち、静電潜像担持体と対向する磁極の位置は、
現像剤担持体の回転軸線に対して垂直な断面における法線方向の磁束密度分布のうち最大磁束密度を１００％とするとき、磁束密度が１００％になる円周方向の位置が、静電潜像担持体に最も接近した位置よりも現像剤担持体のスリーブの回転方向上流側に位置し、磁束密度が４０〜９０％の間にある円周方向の位置が、静電潜像担持体に最も接近した位置になるように配置され、
現像領域へ供給される現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤搬送量をＭ［ｍｇ／ｃｍ２］とし、現像剤のかさ密度をρ［ｇ／ｃｍ３］とし、現像剤担持体と静電潜像担持体との最も接近した位置における間隔をＤ［ｍｍ］とするとき、現像剤搬送量Ｍ、現像剤のかさ密度ρおよび間隔Ｄの間で以下の式の関係を満足し、
１００×Ｄ×ρ≧Ｍ≧１０  
キャリアの粒径をｄｃ［μｍ］とし、キャリアの真比重をρｃ［ｇ／ｃｍ３］とし、トナーの粒径をｄｔ［μｍ］とし、トナーの真比重をρｔ［ｇ／ｃｍ３］とし、トナーとキャリアとの重量比をＣ［％］とするとき、以下の式で与えられるキャリア表面に対するトナーの被覆率ｆが３０〜５０％であることを特徴とする現像装置。
ｆ＝（√３／２π）×（ｄｃ・ρｃ）／（ｄｔ・ρｔ）×Ｃ  
【請求項２】
現像剤担持体に対して予め定める間隔を有するように設けられ、現像剤担持体が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材を含み、
現像剤量規制部材は、磁性体を含んでなることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を含み、
現像バイアス印加手段は、直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、直流電圧に重畳して交流電圧を印加する交流電圧印加手段とを有することを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
【請求項４】
表面に静電潜像が形成されて担持される静電潜像担持体と、静電潜像が形成される前の静電潜像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された静電潜像担持体を画像情報に応じた光で露光して静電潜像を形成させる露光手段と、静電潜像担持体の静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像手段とを含む画像形成装置であって、
現像手段は、
前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式により形成される静電潜像の現像に用いられる現像装置およびそれを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いる複写装置またはプリンタなどの画像形成装置において、静電潜像担持体に形成される静電潜像に現像剤中のトナーを供給して現像する現像方法として様々な方法が用いられている。
【０００３】
電子写真方式に係る画像形成の現像方法の代表的なものとして、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる現像方法がある。２成分現像剤を用いる現像方法では、帯電された静電潜像担持体の表面を露光して静電潜像担持体の表面に静電潜像を形成し、現像剤担持体によって２成分現像剤を、現像剤担持体と静電潜像担持体とが対向する現像領域に搬送し、現像領域において現像剤担持体から静電潜像担持体表面の静電潜像に現像剤中のトナーを供給して現像が行われる。
【０００４】
現像領域における現像剤担持体から静電潜像担持体へのトナーの移行は、次のように行われる。現像剤担持体上に形成される現像剤の磁気ブラシを、静電潜像担持体の表面に接触させ、磁気ブラシ中のトナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させる。このような磁気ブラシを形成して行われる現像方式では、現像剤担持体として、円筒状の非磁性スリーブ内に複数の磁石を固定配置した現像ローラ、いわゆるマグネットローラが使用される。
【０００５】
静電潜像担持体上で静電潜像が現像されて形成されるトナー像は、画質の要素の１つである画像濃度にある程度の水準が要求される。従来、画像品質として充分な画像濃度を確実に得るために、現像領域に対する現像剤の搬送量を多くし、大量に供給した現像剤によって、充分な画像濃度を得るためのトナー量を確保するという方法が採られている。すなわち、供給される現像剤量に対して、実際に現像に用いられるトナーの量が少なく、現像効率が低い。現像効率が低いと、多くの現像剤を必要とするので、現像剤の収容および搬送機構が大きくならざるを得ず、現像装置の小型化が困難になるという問題がある。
【０００６】
現像領域に対する現像剤の搬送量を規定する従来技術として、現像剤担持体で現像領域へ搬送される現像剤量と、現像剤のかさ密度と、現像領域において対向する現像剤担持体と静電潜像担持体とで形成される間隔との関係を規定することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１では、上記関係を規定することによって、現像剤担持体で現像領域へ搬送される現像剤の占める割合を適正な範囲に設定し、現像剤担持体上に形成される磁気ブラシによる静電潜像担持体表面のトナーの掻取り、および静電潜像担持体に対するキャリアの付着を防止する。
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、単に現像領域へ搬送される現像剤の占める割合を規定、すなわち磁気ブラシを構成する現像剤密度を規定するのみであり、少量の現像剤で効率的にトナーを静電潜像へ供給して現像するという現像効率を向上することについては全く言及していない。
【０００８】
また他の従来技術では、キャリアおよびトナーの大きさと、キャリアおよびトナーの比重とによって定められる限定式を満足するように目標とするトナー濃度の規定範囲を設定し、トナーが補給されてなる現像剤中のトナー濃度が上記規定範囲になるように適確に制御することが提案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
しかしながら、特許文献２は、トナーが補給された現像剤のトナー濃度の適確な制御の再現性を向上することを目的とするものであり、特許文献１と同様に少量の現像剤で効率的にトナーを静電潜像へ供給して現像するという現像効率を向上することについては全く言及していない。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２５１２３９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者らは上記の現状を鑑み、現像剤の搬送量が不要に多くならないように規定し、現像領域におけるトナーの移動を活発化し、少量の現像剤であっても必要量のトナーを含むことができるようにトナーを担持して搬送するキャリアのトナーによる被覆率を規定することによって、少量の現像剤であっても現像に充分な量のトナーを供給して現像効率を向上できるとの知見を得て、本発明に至ったものである。
【００１２】
その目的は、現像効率に優れた現像装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容室と、現像剤収容室に回転自在に設けられるスリーブとスリーブの内部に固定配置されて複数磁極を有する磁石部材とを有し現像剤収容室に収容される現像剤を担持して搬送する現像剤担持体とを備え、現像剤担持体の外周面上に形成される現像剤の磁気ブラシを、画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体に接触させることによって形成される現像領域を通じて、静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像装置であって、
現像剤担持体内部に固定配置された複数の磁極のうち、静電潜像担持体と対向する磁極の位置は、
現像剤担持体の回転軸線に対して垂直な断面における法線方向の磁束密度分布のうち最大磁束密度を１００％とするとき、磁束密度が１００％になる円周方向の位置が、静電潜像担持体に最も接近した位置よりも現像剤担持体のスリーブの回転方向上流側に位置し、磁束密度が４０〜９０％の間にある円周方向の位置が、静電潜像担持体に最も接近した位置になるように配置され、
現像領域へ供給される現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤搬送量をＭ［ｍｇ／ｃｍ２］とし、現像剤のかさ密度をρ［ｇ／ｃｍ３］とし、現像剤担持体と静電潜像担持体との最も接近した位置における間隔をＤ［ｍｍ］とするとき、現像剤搬送量Ｍ、現像剤のかさ密度ρおよび間隔Ｄの間で以下の式の関係を満足し、
１００×Ｄ×ρ≧Ｍ≧１０  
キャリアの粒径をｄｃ［μｍ］とし、キャリアの真比重をρｃ［ｇ／ｃｍ３］とし、トナーの粒径をｄｔ［μｍ］とし、トナーの真比重をρｔ［ｇ／ｃｍ３］とし、トナーとキャリアとの重量比をＣ［％］とするとき、以下の式で与えられるキャリア表面に対するトナーの被覆率ｆが３０〜５０％であることを特徴とする現像装置である。
ｆ＝（√３／２π）×（ｄｃ・ρｃ）／（ｄｔ・ρｔ）×Ｃ
【００１４】
また本発明は、現像剤担持体に対して予め定める間隔を有するように設けられ、現像剤担持体が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材を含み、現像剤量規制部材は、磁性体を含んでなることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を含み、
現像バイアス印加手段は、直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、直流電圧に重畳して交流電圧を印加する交流電圧印加手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、表面に静電潜像が形成されて担持される静電潜像担持体と、静電潜像が形成される前の静電潜像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された静電潜像担持体を画像情報に応じた光で露光して静電潜像を形成させる露光手段と、静電潜像担持体の静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像手段とを含む画像形成装置であって、現像手段は、前記いずれかの現像装置であることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置に備わる現像剤担持体内部に固定配置された複数の磁極のうち、静電潜像担持体と対向する磁極の位置は、現像剤担持体の回転軸線に対して垂直な断面における法線方向の磁束密度分布のうち最大磁束密度を１００％とするとき、磁束密度が１００％になる円周方向の位置が、静電潜像担持体に最も接近した位置よりも現像剤担持体のスリーブの回転方向上流側に位置し、磁束密度が４０〜９０％の間にある円周方向の位置が、静電潜像担持体に最も接近した位置になるように配置される。また現像領域へ供給される現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤搬送量およびキャリア表面に対するトナーの被覆率が好適範囲に設定される。現像剤担持体を上記配置とすることによって、現像剤の磁気ブラシの穂が動きやすくなり、トナーが磁気ブラシの間を移動しやすくなるので、少量の現像剤であっても静電潜像担持体へのトナーの移行を効率的に行うことが可能になり、現像効率を向上することができる。さらに現像剤搬送量を適正範囲とすることによって現像効率が大幅に向上するとともに、現像効率が高い条件下では、キャリア表面に対するトナーの被覆率を適正範囲である３０〜５０％とすることによって充分な現像量を発揮することができる。
【００１８】
また本発明によれば、現像剤担持体が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材が、磁性体を含んでなるように構成されるので、現像剤搬送量を規制するに際し、現像剤担持体との間隙を広くすることができる。このことによって、搬送される現像剤に対する摩擦負荷が軽減されるので、現像剤の劣化が抑制される。
【００１９】
また本発明によれば、現像剤担持体に対して、直流電圧と交流電圧とを重畳して印加するすることができる現像バイアス印加手段が含まれるので、交流電圧印加の作用によって、磁気ブラシ内におけるトナーの運動が活発化して現像効率を高めることができる。
【００２０】
また本発明によれば、画像形成装置の現像手段として本発明の現像装置が備えられるので、少量の現像剤で効率的に現像することができ、現像効率に優れ小型化された現像装置を搭載する画像形成装置もコンパクト化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の実施の第１形態である現像装置１の構成を簡略化して示す図であり、図２は現像装置１に備わる現像剤担持体４の磁束密度分布を示す図である。現像装置１は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤２を収容する現像剤収容室３と、現像剤収容室３に収容される現像剤２を担持して搬送する現像剤担持体４と、現像剤収容室３に収容される現像剤２を撹拌し、現像剤担持体４に供給する２つの第１および第２撹拌搬送ローラ５，６と、現像剤担持体４が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材７と、現像剤担持体４に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段８と、現像剤収容室３に収容される現像剤２中のトナー濃度を検出するトナーセンサ９と、現像剤収容室３へトナーを補給するトナー補給手段１０とを含む。
【００２２】
この現像装置１は、現像剤担持体４の外周に形成される現像剤の磁気ブラシ１１を、画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体１２に接触させることによって形成される現像領域を通じて、静電潜像に現像剤成分であるトナーを供給して可視像化することに用いられる。
【００２３】
画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体１２は、たとえば円筒状の導電性支持体の外周に有機光導電体などを含む感光層が形成された電子写真感光体であり、ここでは、以後静電潜像担持体１２を略称して感光体１２と呼ぶ。
【００２４】
本実施の形態で用いられる２成分現像剤２は、非磁性トナーと磁性キャリアとを含んで構成される。非磁性トナーとしては、樹脂中に着色顔料または染料等の添加物を分散した粉砕または重合法により生成され、大きさが体積平均粒径で４〜１０μｍのものが挙げられる。磁性キャリアとしては、鉄粉末、フェライト粉末、ニッケル粉末またはそれらの表面を有機重合体で被覆したものであって、大きさが体積平均粒径で３０〜１００μｍのものが挙げられる。トナーおよびキャリアの大きさが、それぞれ上記の下限未満になると、流動性が悪くなり撹拌性が低下する。またトナーおよびキャリアの大きさが、それぞれ上記の上限を超えると、高精細な画像が得られなくなる。
【００２５】
現像剤収容室３は、たとえば硬質の樹脂などから成り、一方向に細長く延びる容器状部材であり、感光体１２の回転軸線方向に対して平行に細長く延びて配置される。現像剤収容室３には、感光体１２を臨む位置に感光体１２の回転軸線方向に延びて開口部１３が形成される。現像剤担持体４は、現像剤収容室３に形成される開口部１３を介して感光体１２を臨み、その回転軸線が感光体１２の回転軸線に平行になるようにして、現像剤収容室３に回転自在に設けられる。
【００２６】
本実施の形態で用いられる現像剤は、前述のようにトナーとキャリアとを含む２成分現像剤である。本実施形態の現像剤担持体４は、非磁性の素材たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金などから成る円筒状のスリーブ２１と、スリーブ２１に内包され、Ｎ極とＳ極とが略交互に配設される磁石部材２２とを含んで構成される、いわゆるマグネット現像ローラである。ここでは、以後現像剤担持体４を現像ローラ４と呼ぶ。現像剤ローラ４のスリーブ２１は現像剤収容室３に回転自在に設けられ、複数の磁極を有する磁石部材２２はスリーブ２１の内部に固定配置される。
【００２７】
現像ローラ４には、２つのＮ磁極すなわちＮ１磁極およびＮ２磁極と、３つのＳ磁極すなわちＳ１磁極、Ｓ２磁極およびＳ３磁極との磁石部材２２が設けられ、回転軸線に対して垂直な断面において、磁石部材２２は、現像ローラ４の回転方向１６の上流側から下流側に向って、Ｎ１磁極，Ｓ２磁極，Ｓ３磁極，Ｎ２磁極，Ｓ１磁極の順に配置される。
【００２８】
図２は、磁石部材２２によって形成される現像ローラ４の回転軸線に垂直な断面における法線方向の磁束密度分布を示す。図２では、最も大きな磁束密度を有するＮ１磁極のピーク値を１００％として、磁束密度分布を表す。
【００２９】
このような磁束密度分布は、たとえば以下のようにして求めることができる。図３は、磁束密度分布測定の概要を示す図である。現像ローラ４の長手方向の一端部を回転自在なチャック２３に装着し、現像ローラ４の長手方向の他端部をセンター支持部材２４で支持する。磁束密度測定器、たとえばＳＩ−２００２Ｈ（中部電気株式会社製）の測定プローブ２５を、現像ローラ４の外周面近くに配置し、チャック２３を回転させることによって現像ローラ４を矢符２６方向に１回転させ、磁束密度を測定し磁束密度分布を得る。測定プローブ２５は、現像ローラ４の回転軸線方向に移動可能であり、磁束密度分布の測定は、現像ローラ４の回転軸線方向のほぼ中央部にて実施した。
【００３０】
図４は、感光体１２に対する現像ローラ４の主極の配置を示す図である。現像ローラ４は、現像ローラ４の回転軸線に対して垂直な断面における法線方向の磁束密度分布のうち最大磁束密度であるＮ１磁極の磁束密度ピーク値を１００％とするとき、磁束密度が１００％になる円周方向の位置２７が、感光体１２と現像ローラ４との最接近位置よりも現像ローラ４のスリーブ２１の回転方向上流側に位置し、磁束密度が４０〜９０％の間にある円周方向の位置２８が、感光体１２に最も接近した位置になるように配置されることを特徴とする。
【００３１】
現像磁極（主極）となるＮ１磁極の磁束密度が１００％となる位置２７を感光体１２に対する最接近位置に配するのではなく、Ｎ１磁極の磁束密度が４０〜９０％となる位置２８を感光体１２に対する最接近位置に配置することによって、現像領域における現像剤の磁気ブラシ１１に対して適度な磁力が作用し、磁気ブラシ１１の穂が動きやすくなり、トナーが磁気ブラシ１１の間を移動しやすくなるので、少量の現像剤であっても感光体１２へのトナーの移行を効率的に行うことが可能になり、現像効率を向上することができる。
【００３２】
感光体１２に最接近する磁極位置を磁束密度分布の４０％未満にすると、磁力が弱過ぎて現像に寄与する磁気ブラシの形成量が少なくなり、磁極位置を磁束密度分布の９０％を超えるようにすると、磁力が強過ぎて磁気ブラシ１１が硬くなりトナーが移動しにくくなる。したがって、感光体１２に最接近する磁極位置を磁束密度分布の４０〜９０％とした。
【００３３】
なお、本実施の形態では、感光体１２の回転方向６１と、現像ローラ４のスリーブ２１の回転方向１６とが、順方向である場合について例示する。
【００３４】
図１に戻って、現像剤収容室３に形成される開口部１３の上縁部分には、現像ローラ４を臨み、現像ローラ４に対して予め定める間隔を有するように、現像ローラ４が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材７が設けられる。現像剤量規制部材７は、いわゆるドクターブレードであり、本実施形態では磁性体を含んで成る薄板状部材である。現像剤量規制部材７を構成する磁性体としては、たとえば、ニッケルプレートであってもよく、また磁性を有するステンレス鋼（ＪＩＳ−Ｇ４３０５に規定されるＳＵＳ４３０など）であってもよく、また磁性部材を混入させた硬質樹脂などであってもよい。
【００３５】
現像剤量規制部材７が磁性体を含んでなるように構成することによって、現像剤搬送量を規制するに際し、現像剤量規制部材７と現像ローラ４との間隙、すなわち予め定める間隔を広くすることができるので、搬送される現像剤２に対する摩擦負荷が軽減され、現像剤２の劣化が抑制される。
【００３６】
第１および第２撹拌搬送ローラ５，６は、現像ローラ４に近い方から第２撹拌搬送ローラ６、第１撹拌搬送ローラ５の順に配置され、いずれも回転軸線が現像ローラ４の回転軸線と平行になるようにして現像剤収容室３に回転自在に設けられる。本実施形態の第１および第２撹拌搬送ローラ５，６は、いずれも回転軸部材の外周にたとえばスクリュー部材が装着されるように構成され、第１撹拌搬送ローラ５は、図１の紙面において手前側から奥側に向って現像剤２を撹拌搬送して第２撹拌搬送ローラ６へと現像剤２を供給し、第２撹拌搬送ローラ６は図１の紙面の奥側から手前側に向って現像剤２を撹拌搬送して現像ローラ４へと現像剤２を供給する。
【００３７】
第１撹拌搬送ローラ５と第２撹拌搬送ローラ６との間には、第１および第２撹拌搬送ローラ５，６が延びる方向に対して平行に延びるようにして仕切板３１が設けられる。この仕切板３１が設けられることによって、現像剤収容室３内の現像剤２は、第１撹拌搬送ローラ５による撹拌搬送から第２撹拌搬送ローラ６による搬送というルートを確実に辿らざるを得なくなるので、充分に撹拌されてトナーとキャリアとが均一化された状態で現像ローラ４へと供給される。
【００３８】
第１撹拌搬送ローラ５の上方に位置する現像剤収容室３の部分には、現像剤収容室３の壁部材を貫通してトナー補給口３２が形成される。このトナー補給口３２に接続されるようにしてトナー補給手段１０が設けられる。トナー補給手段１０は、現像剤２の成分であるトナー３３を収容するトナー容器３４と、トナー容器３４に回転自在であって、かつトナー補給口３２に対して摺動するように設けられるトナー補給ローラ３５とを含んで構成される。トナー補給ローラ３５は、少なくともその表面付近が多孔質素材によって構成され、孔部分に保持するトナーを、トナー補給口３２との摺動時における擦過によって離脱させ、トナー補給口３２から現像剤収容室３へと補給する。
【００３９】
トナーセンサ９は、たとえば透磁率センサなどから成り、トナーが非磁性でキャリアが磁性を有することを利用して、現像剤２中のトナー濃度を検知する。トナーセンサ９のトナー濃度検知結果は、不図示の制御部へ与えられ、制御部は、トナー濃度検知結果に応じて、トナー補給手段１０のトナー補給ローラ３５を回転駆動させ、トナー３３を現像剤収容室３へと補給する。現像剤収容室３へ補給されたトナー３３は、第１撹拌搬送ローラ５の上に落下し、第１撹拌搬送ローラ５で撹拌搬送される過程において現像剤２と混合撹拌され、前述のルートを経て現像ローラ４へと供給される。
【００４０】
現像ローラ４へと供給された現像剤２の中からトナーを感光体１２へ移行させるために、本実施形態では現像バイアス印加手段８が設けられ、現像バイアス印加手段８は、現像ローラ４に対して、直流電圧を印加する直流電圧印加手段１４と、交流電圧を印加する交流電圧印加手段１５とを含み、直流電圧に交流電圧を重畳して印加することができる。現像ローラ４に対して交流電圧を重畳印加することによって、現像ローラ４上に形成される磁気ブラシ１１内におけるトナーの運動が活発化し、トナーの感光体１２への移行が円滑に行われるので、現像効率を高めることができる。
【００４１】
以下、本発明の現像装置１におけるさらなる特徴について説明する。図５は、現像領域３６と間隔Ｄとを説明する図である。ここで、現像領域３６とは、現像ローラ４の外周面上に形成される現像剤２の磁気ブラシ１１が、感光体１２の表面と接触する領域を言う。
【００４２】
現像領域３６は、以下のようにして特定することができる。回転を停止している状態の現像ローラ４の周囲に現像剤を供給して磁気ブラシ１１を形成させ、その状態で、現像装置１を画像形成装置の所定位置へ装入する。次いで、現像装置１の現像ローラ４を回転動作させることなく画像形成装置から取外す。このことによって、現像ローラ４の外周に形成された磁気ブラシ１１には、画像形成装置へ装入したとき、穂が感光体１２に接触して押圧されて形の崩れた領域３６が形成される。この形の崩れた領域３６が現像領域３６であり、現像領域３６は目視観察可能であり、目視によって特定することができる。逆に、感光体１２の表面に現像剤が付着している領域として現像領域３６を特定することもできる。
【００４３】
現像装置１では、現像領域３６へ供給される現像ローラ４上の単位面積あたりの現像剤搬送量をＭ［ｍｇ／ｃｍ２］とし、現像剤のかさ密度をρ［ｇ／ｃｍ３］とし、現像ローラ４と感光体１２との最も接近した位置における間隔をＤ［ｍｍ］とするとき、現像剤搬送量Ｍ、現像剤のかさ密度ρおよび間隔Ｄの間で以下の式（１）の関係が満足されるように構成される。なお、図５では、間隔Ｄは、若干誇張されて大きく表わされている。
１００×Ｄ×ρ≧Ｍ≧１０                                        …（１）
【００４４】
上記現像剤搬送量Ｍは、次のようにして測定することができる。現像ローラ４の表面上の一定面積に形成された磁気ブラシ１１を、現像磁極よりも磁力が強い磁石部材で強制的に剥離してその重量を測定し、測定重量を上記一定面積で除することによって求める。また、現像剤２のかさ密度ρは、任意の量の現像剤の重量と体積とを求め、重量を体積で除することによって得ることができる。現像ローラ４と感光体１２との最接近位置における間隔Ｄ（以後、単に間隔Ｄと略称する）は、実測することができる。
【００４５】
現像剤搬送量Ｍが１０ｍｇ／ｃｍ２未満では、現像領域３６へ搬送される現像剤の量が少な過ぎるので、現像に寄与する磁気ブラシの形成量が少なくなり、現像効率が大きく低下して適正な画像濃度が得られなくなる。一方、現像剤搬送量Ｍが（１００×Ｄ×ρ）ｍｇ／ｃｍ２を超えると、現像領域３６へ搬送される現像剤の量が過剰になるので、トナーが移動しにくくなり、やはり現像効率が低下する。したがって、現像剤搬送量Ｍを、１０ｍｇ／ｃｍ２以上、（１００×Ｄ×ρ）ｍｇ／ｃｍ２以下とした。
【００４６】
また、現像装置１で用いられる２成分現像剤は、キャリアの粒径をｄｃ［μｍ］とし、キャリアの真比重をρｃ［ｇ／ｃｍ３］とし、トナーの粒径をｄｔ［μｍ］とし、トナーの真比重をρｔ［ｇ／ｃｍ３］とし、トナーとキャリアとの重量比をＣ［％］（以後、この重量比Ｃをトナー濃度Ｃと呼ぶ）とするとき、以下の式（２）で与えられるキャリア表面に対するトナーの被覆率ｆが３０〜５０％となるように構成される。
ｆ＝（√３／２π）×（ｄｃ・ρｃ）／（ｄｔ・ρｔ）×Ｃ          …（２）
【００４７】
現像ローラ４の主極の配置を特定位置に定め、現像領域３６への現像ローラ４の現像剤搬送量Ｍを適正範囲にして現像効率を向上させた条件下においては、キャリア表面に対するトナーの被覆率を３０％以上５０％以下の範囲とすることによって、充分なトナーの現像量を得ることができる。被覆率を５０％超えにすると、トナーの帯電効率が低下し、帯電量の悪化および抵抗が大きくなることによるエッジ効果も発生しやすくなる。被覆率を３０％未満にすると、トナーの帯電量の上昇とキャリアに担持されて搬送されるトナーの減少により現像効率が低下する。
【００４８】
図６は、本発明の実施の第２形態である現像装置４１の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の現像装置４１は、実施の第１形態の現像装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００４９】
本実施形態の現像装置４１において注目すべきは、現像バイアス印加手段４２が、直流電圧印加手段１４のみで構成されることである。現像装置４１のその他の構成は、実施の第１形態の現像装置１と同一に構成される。
【００５０】
現像バイアス印加手段４２を直流電圧印加手段１４のみとすることによって、交流電圧を重畳印加する場合に比べて、現像領域３６におけるトナーの運動性が若干低下するけれども、実用上の現像効率において問題とするものではない。現像ローラ４の主極の配置、現像剤搬送量Ｍ、キャリア表面に対するトナーの被覆率ｆについては、実施の第１形態と同じに設定されるので、現像装置４１においても、現像装置１と同様の効果を奏することができる。
【００５１】
図７は、本発明の現像装置を備える本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置５０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。図７に示す画像形成装置５０は、たとえば本発明の現像装置１を備え、たとえばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラなどの外部機器から伝達される画像情報、または画像読取装置によって読取られて伝達される画像情報などに応じて、記録紙などの記録媒体上に単色の画像として記録出力するものである。
【００５２】
画像形成装置５０は、大略、画像形成部５１と、記録媒体である記録紙を供給する記録紙供給部５２と、画像定着部５３と、制御部５４とを含んで構成される。
【００５３】
画像形成部５１は、感光体１２と、感光体１２の外周に沿い感光体１２の回転方向６１の上流側から下流側に向って順次配置される帯電手段５６、露光手段５７、現像装置１、転写手段５８、クリーニングユニット５９および除電手段６０とを含む。
【００５４】
感光体１２は、円筒状または円柱状の導電性支持体と、導電性支持体の表面に形成される感光層とを含むローラ部材であり、画像情報に応じた光で露光されることによって、その表面に静電潜像が形成される。感光体１２は、画像形成装置５０の装置本体に回転自在に設けられ、不図示の駆動手段によって矢符６１方向に回転される。
【００５５】
帯電手段５６は、帯電ローラ、帯電チャージャなどの接触式または非接触式の帯電器によって構成され、感光体１２の表面を一様な電位に帯電させる。露光手段５７である露光ユニットは、たとえば、半導体レーザなどのレーザユニットによって構成され、後述する制御部５４から伝達される画像情報に応じ、帯電手段５６によって帯電された状態にある感光体１２の表面に光を照射し、静電潜像を形成する。
【００５６】
現像装置１は、本発明の現像装置１である。現像装置１において、現像ローラ４の現像磁極であるＮ１磁極は、磁束密度分布の最大磁束密度の位置が、感光体１２と現像ローラ４との最接近位置よりも現像ローラ４のスリーブ２１の回転方向上流側に位置し、４０〜９０％になる位置が感光体１２に対して最接近位置になるように配置される。現像装置１は、感光体１２の表面に成形されて担持される静電潜像に対して、キャリア表面に対するトナーの被覆率が３０〜５０％に構成される現像剤を、適正な搬送量で供給して静電潜像を可視像化し、トナー像を形成する。
【００５７】
転写手段５８は、たとえば、感光体１２の外周面に圧接しかつ回転自在に設けられる転写ローラ６２と、転写ローラ６２に転写バイアス電圧を印加する図示しない電源とを含んで構成される。転写手段５８は、転写ローラ６２側から転写バイアス電圧を印加して記録紙を帯電させるとともに、転写ローラ６２で記録紙を加圧することによって、感光体１２の表面に形成されたトナー像を記録紙に転写する。
【００５８】
クリーニングユニット５９は、たとえば、弾性材料からなり、感光体１２の外周面に当接するように設けられる板状部材であるクリーニングブレードを含んで構成され、トナー像を記録紙に転写した後、感光体１２の表面に残留するトナー、紙粉などを除去する。除電手段６０は除電ランプなどによって構成され、クリーニング後の感光体１２の表面電荷を除去する。
【００５９】
画像定着部５３は、定着（加熱）ローラ６３と、加圧ローラ６４と、定着ローラ６３の温度を検知する不図示の温度センサと、温度センサの検知出力に応じて定着ローラ６３を所望の温度になるようにする不図示の制御電源とを含む。画像定着部５３では、画像形成部５１の転写手段５８によってトナー像が転写された記録紙が、定着ローラ６３と加圧ローラ６４との圧接部（定着ニップ部）に送給されて加熱加圧を受け、トナー像が記録紙に定着され、画像が形成される。画像定着部５３によってトナー像が定着された記録紙は、搬送ローラ６５および排紙ローラ６６の搬送動作によって装置本体の上部に設けられる排紙部６７へ排出される。
【００６０】
記録紙供給部５２は、記録紙トレイ６８と、ピックアップローラ６９と、レジストローラ７０とを含んで構成される。記録紙トレイ６８は、普通紙、カラーコピー用紙、オーバヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）フィルムなどの記録媒体を収容することができるトレイである。ピックアップローラ６９は、記録紙トレイ６８内の記録紙を１枚ずつ分離してレジストローラ７０へ送給する。レジストローラ７０は、露光ユニット５７の露光によって感光体１２の表面に形成される静電潜像の画像形成領域（特に、最下流側の形成開始位置）に同期して、記録紙を転写手段５８の転写ニップ部に送給する。搬送ローラ６５は、記録紙トレイ６８から供出される記録紙が搬送される経路の随所に設けられ、回転動作によって記録紙を所望の位置へ搬送する。
【００６１】
制御部５４は、画像形成装置５０の内部空間における露光ユニット５７の上方に設けられ、中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどによって実現される処理回路であり、後述するメモリから読出したプログラムに従って現像装置１を備える画像形成装置５０の画像形成に係る全体動作を制御する。制御部５４には記憶部であるメモリが付設され、メモリには、この分野で常用される、たとえばリードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などを用いることができる。制御部５４は、前述の処理回路とともに電源を含み、電源は制御部５４だけでなく、画像形成部５１、記録紙供給部５２および画像定着部５３における各装置にも電力を供給する。
【００６２】
画像形成装置５０における画像形成動作について簡単に説明する。まず制御部５４のメモリには、外部機器から伝達され階調処理などの画像処理が施された画像情報が格納される。画像形成部５１では、感光体１２の表面が帯電手段５６によってほぼ一様な電位に帯電され、これにメモリから読出した画像情報に応じた光が露光ユニット５７によって照射され、静電潜像が形成される。
【００６３】
感光体１２の表面に形成される静電潜像に対して、現像領域３６で現像剤の磁気ブラシ１１からトナーが供給され、トナー像が形成される。感光体１２の表面に形成されたトナー像は、転写手段５８によって記録紙に転写され、さらに画像定着部５３によって定着されて、排紙部６７に排紙される。一方、トナー像が転写された後の感光体１２の表面は、クリーニングユニット５９で残留トナーなどが除去され、除電手段６０によって電荷除去を受け、次の画像形成に供される。この一連の操作が繰返し実行されることによって画像が形成される。
【００６４】
画像形成装置５０には現像装置１が備えられるので、現像領域３６におけるトナーの移動性に優れ、現像領域３６へ少量の現像剤を搬送するだけで効率的に現像することができる。したがって、大量の現像剤を準備し搬送する必要がないので、現像効率に優れて小型化された現像装置とし、該現像装置を搭載する画像形成装置もコンパクト化することが可能になる。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の現像装置１を備える画像形成装置に該当するプリンタ（ＡＲ−４５０Ｍ改造型：シャープ株式会社製）を用いて、以下の条件でＡ４サイズの記録紙に１ｋ枚の画像形成を行った。画像形成の試験に用いた現像剤の条件を表１に、装置設定条件を表２に、現像バイアス印加条件を表３に示す。
【００６６】
【表１】
2007147899.tif 000003
【００６７】
【表２】
2007147899.tif 000004
【００６８】
【表３】
2007147899.tif 000005
【００６９】
試験に際し、現像剤搬送量Ｍ、トナー濃度Ｃ、キャリア表面に対するトナーの被覆率ｆおよび感光体１２に対する現像ローラ４の主極の配置を変動因子とした。被覆率ｆは、キャリアの粒径ｄｃおよび真比重ρｃならびにトナーの粒径ｄｔおよび真比重ρｔを一定とし、トナー濃度Ｃを変化させることによって変動させた。
【００７０】
現像ローラ４の主極の配置は、感光体１２に対して最も接近する位置で対向する現像ローラ４の円周上の位置を、当該位置における磁束密度の磁束密度分布の最高強度に対する比（百分率）で表し、これを便宜上磁極強度率［％］と呼ぶことにする。
【００７１】
本実施例では、磁極強度率、現像剤搬送量Ｍおよび被覆率ｆのすべてが本発明範囲にある実施例１〜３と、磁極強度率、現像剤搬送量Ｍおよび被覆率ｆのうち少なくともいずれか１つが本発明範囲から外れる比較例１〜６とについて、試験を行った。
【００７２】
試験結果を、感光体の静電潜像に対して供給されたトナーの量であるトナー現像量（トナー付着量）、現像効率、１ｋ枚の画像形成後における現像剤収容室内のトナー帯電量およびこれらの総合によって評価した。
【００７３】
トナー現像量は、次のようにして測定した。感光体１２上にベタ画像を形成し、感光体１２上のトナーを吸引した。吸引したトナーの重さを天秤で測定し、その単位面積あたりのトナー量を求めた。トナーの現像量が０．４［ｍｇ／ｃｍ２］以上であれば、画像濃度として適正であると評価した。
【００７４】
現像効率は、以下の式（３）によって求めた。現像効率が２０％以上であるとき良好と評価し、現像効率が２０％未満であるとき不良と評価した。
現像効率［％］＝トナー現像量／（現像剤搬送量Ｍ×トナー濃度Ｃ）  …（３）
【００７５】
トナー帯電量は、２１０ＨＳ帯電量測定装置（Ｔｒｅｃ社製）により求めた。トナー帯電量が、絶対値で１０［μＣ／ｇ］未満を不良と評価した。
【００７６】
総合評価は、トナー現像量、現像効率およびトナー帯電量のすべてが良好である場合を良好（◎）とし、トナー現像量、現像効率およびトナー帯電量のうちいずれか１つでも不良である場合を不良（×）と評価した。
【００７７】
試験条件および評価結果を合わせて表４に示す。磁極強度率、現像剤搬送量Ｍおよび被覆率ｆのすべてが本発明範囲にある実施例１〜３では、総合評価が良好であった。それに対して比較例１〜６では、いずれも総合評価が不良であった。
【００７８】
まず、磁極強度率が９０％を超える比較例１では、磁束密度が大きく、現像領域に形成される磁気ブラシが硬くなり、トナーの移動性が悪くなるので、現像効率が２０％未満になり、またトナー現像量が０．４ｍｇ／ｃｍ２未満であった。
【００７９】
磁極強度率が４０％未満の比較例２では、磁束密度が小さく、現像領域に形成される磁気ブラシが少なくなり、感光体へ移行されるべきトナーの絶対量が少なくなるので、現像効率が２０％未満になり、またトナー現像量が０．４ｍｇ／ｃｍ２未満であった。
【００８０】
現像剤搬送量Ｍが（１００×Ｄ×ρ）ｍｇ／ｃｍ２を超える比較例３では、搬送される現像剤量が多いので、トナー現像量は良好であるけれども、搬送される現像剤量が多過ぎるので、現像効率としては２０％未満となり不良であった。
【００８１】
現像剤搬送量Ｍが１０ｍｇ／ｃｍ２未満の比較例４では、搬送される現像剤量が少ないので、トナー現像量も少なくて不良であり、また現像効率も低かった。さらに現像剤搬送量Ｍが少ないので、現像剤量規制部材７によって受けるストレスが大きくまた頻度も高くなるので、現像剤が劣化し、トナー帯電量が不良であった。
【００８２】
被覆率ｆが５０％を超える比較例５では、トナーの帯電効率が低下するので、トナー帯電量が不良となり、帯電不良の結果、感光体へのトナーの移行が円滑に行われなくなり、トナー現像量および現像効率も不良であった。
【００８３】
被覆率ｆが３０％未満の比較例６では、トナーの帯電効率は良好であるけれども、キャリアに担持されて現像領域へ供給されるトナーの量が減少するので、トナー現像量および現像効率が不良であった。
【００８４】
【表４】
2007147899.tif 000006
【００８５】
以上に述べたように、本実施の形態では、画像形成装置は、単色画像を形成するプリンタとして構成されるけれども、それに限定されることなく、多色画像を形成するプリンタ、複写機、ファクシミリ装置などとして構成することができる。また画像形成装置には、本発明の現像装置１が搭載されるけれども、これに限定されることなく、本発明の現像装置４１が搭載される構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の第１形態である現像装置１の構成を簡略化して示す図である。
【図２】現像装置１に備わる現像剤担持体４の磁束密度分布を示す図である。
【図３】磁束密度分布測定の概要を示す図である。
【図４】感光体１２に対する現像ローラ４の主極の配置を示す図である。
【図５】現像領域３６と間隔Ｄとを説明する図である。
【図６】本発明の実施の第２形態である現像装置４１の構成を簡略化して示す図である。
【図７】本発明の現像装置を備える本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置５０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１，４１  現像装置
２  現像剤
３  現像剤収容室
４  現像ローラ
５，６  撹拌搬送ローラ
７  現像剤量規制部材
８，４２  現像バイアス印加手段
９  トナーセンサ
１０  トナー補給手段
１１  磁気ブラシ
１２  電子写真感光体
１４  直流電圧印加手段
１５  交流電圧印加手段
５０  画像形成装置
５１  画像形成部
５２  記録紙供給部
５３  画像定着部
５４  制御部
【図１】
2007147899.tif 000007
【図２】
2007147899.tif 000008
【図３】
2007147899.tif 000009
【図４】
2007147899.tif 000010
【図５】
2007147899.tif 000011
【図６】
2007147899.tif 000012
【図７】
2007147899.tif 000013