(57)【要約】【課題】ユーザーを待機させることなく、キャリア付着し易い不良キャリアを現像装置外へ排出し、画像品質の低下を防ぐ。【解決手段】２成分現像剤を収容する現像装置であって、磁気的に現像剤を表面に引き付ける回転自在な現像剤担持体と、当該現像剤担持体に対向して配置され現像剤担持体上の現像剤の量を均一にするための現像剤規制部材とを有する現像装置において、像担持体上の潜像をトナーで可視化する現像領域と前記現像剤規制部材の間で現像剤担持体に対向する位置に、現像剤担持体上に保持された所定キャリアを回収するための現像剤排出機構を設け、当該現像剤排出機構と前記現像剤担持体の間で前記所定キャリアを現像剤排出機構に引き付けるべく現像剤排出機構と現像剤担持体の間に電位差が生じるように、それぞれに電圧印加する。【選択図】図２
2012058656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２成分現像剤を収容する現像装置であって、磁気的に現像剤を表面に引き付ける回転自在な現像剤担持体と、当該現像剤担持体に対向して配置され現像剤担持体上の現像剤の量を均一にするための現像剤規制部材とを有する現像装置において、像担持体上の潜像をトナーで可視化する現像領域と前記現像剤規制部材の間で現像剤担持体に対向する位置に、現像剤担持体上に保持された所定キャリアを回収するための現像剤排出機構を設け、当該現像剤排出機構と前記現像剤担持体の間で前記所定キャリアを現像剤排出機構に引き付けるべく現像剤排出機構と現像剤担持体の間に電位差が生じるように、それぞれに電圧印加することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像剤排出機構の回転部材表面に長手方向で周期的な帯状のパターンで複数の電極を配すると共に、互いに隣り合う電極間を絶縁することで、それぞれの電極に異なる電圧を印加できるように構成することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像剤排出機構の回転部材表面に周期的なドット状のパターンで複数の電極を配すると共に、前記複数の電極以外の回転部材表面に、前記複数の電極とは絶縁した背景電極を配し、前記複数の電極と前記背景電極には異なる電圧を印加できるように構成することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項４】
ドット状のパターンで配された前記複数の電極のサイズあるいはピッチが８０［μｍ］〜１６０［μｍ］であることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤担持体は、固定配置された磁界発生手段を内蔵し、当該磁界発生手段は、その周方向に複数の磁極を有し、前記現像領域と前記現像剤排出機構との対向部の夫々に磁極が配されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記磁界発生手段により現像剤担持体表面に形成される磁束密度分布につき、前記現像領域と前記対向部で、法線磁束密度ピークのピーク値とピーク半値幅が等しいことを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記現像剤担持体は、回転可能に配置された磁界発生手段を内蔵することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の現像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の現像装置と像担持体が一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の現像装置を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を用いた電子写真方式の現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２成分現像剤を用いて像担持体上に形成された静電潜像を現像する２成分現像方式では、画質を向上させるために小粒径の現像剤が用いられるようになってきている。しかし、現像剤、特にキャリアの小粒径化に伴い、現像時にキャリアが現像剤担持体から離脱し、像担持体上に付着する「キャリア付着」の発生量が増加している。像担持体上に付着したキャリアは、トナーより粒径が大きく、そのため、キャリア周辺のトナーが転写されず、画像の白抜けとなって表われてしまう。特に普通紙市場向け高速機では、現像剤担持体の回転数が中速機と比較して大きく、遠心力による作用も加わってキャリア付着の発生がより増加する。
【０００３】
現像剤中のキャリアは特性にバラツキがあり、各キャリアの粒子毎に像担持体への付着し易さにも差があり、比較的磁気ブラシから離脱し易いキャリア（不良キャリア）から優先的にキャリア付着する。後述する通り、こうしたキャリアの特性バラツキは明確な閾値にて区分できるものではなく、不良キャリアを明確に定義することは難しいが、以後は説明の簡単化のため「不良キャリア」と一括に称して議論する。
【０００４】
キャリア付着は、キャリア１個が受ける遠心力や電界から受ける静電気力が、現像材担持体側に拘束される力を上回った場合に発生する。画像形成装置の高画質化に伴い、画質の再現性を向上させるために１０ミクロンオーダの比較的小粒径のキャリアが用いられるようになってきた。しかし、小粒径化に伴い、キャリア１個が現像剤担持体から受ける磁気拘束力が低下するため、キャリア付着の悪化という副作用が生じている。また、キャリアの粒径を均一に管理して製造することは困難であり、粒径に分布が生じた場合、比較的小粒径のキャリアが優先的にキャリア付着してしまうことが知られている。実際に、現像装置内のキャリアの粒径分布と、キャリア付着したキャリアの粒径分布を比較すると、図１２に示すように、キャリア付着したキャリアの方が、小粒径側へシフトしていることが確認された。
【０００５】
また、磁性体の芯材に樹脂コートを施して製造するキャリアの場合、粒径のバラツキ以外にも、例えば以下のような特性のバラツキが生じ、キャリア付着し易さに差が生じる：芯材自体の粒径や形状、磁化；樹脂コートの膜厚不均一性やはがれ；像担持体上からのクリーニング性確保のための異形化処理による形状バラツキ；表面添加剤（現像剤の流動性確保等の目的）の付着状態。
【０００６】
こうした要因により、キャリアの磁気的特性（飽和磁化、残留磁化等）や電気的特性（抵抗率、誘電率等）に分布が生じ、キャリア付着し易い不良キャリアが或る一定の割合で含まれることになる。また、キャリアやトナーの粒径は１〜１００［μｍ］のオーダであり、この領域では粒子同士の接触状態が変化すると、電気抵抗が大きく変化する。つまり、現像剤担持体に保持された磁気ブラシも、その都度電気的な特性が変動することになる。
【０００７】
現像剤全体をマクロに見た場合は、各種特性値は或る一定の範囲内に管理されてはいるが、例えば電気抵抗中心値が１０の１４乗の現像剤でも±０.５乗程度の幅を持っている。キャリア１個や磁気ブラシに注目したバラツキがより大きくなり、平均的な特性値の管理のみでキャリア付着の発生を防止することは困難である。
【０００８】
そのような困難性はあるが、不良キャリアを選別して排出するための手段として、工場での製造時に不良キャリアを選別する工程を設ける場合がある。具体的には、キャリア１個当たりの磁化が小さなものを選別して排出する手段や、粒径の小さなキャリアを選別して排出する手段等である。しかし、これらの手段は一律の閾値によりキャリアを選別する手段であって、以下に挙げるようなバラツキを考慮したものではない：現像装置、画像形成装置の機械的な精度；温度・湿度等の使用環境；画像面積率、連続稼働時間等ユーザーの使用条件。つまり、不良キャリアを一律の基準で事前に取り除くことはできない。
【０００９】
現像剤中の不良キャリアは、製造時のバラツキだけではなく、印刷を継続する間に経時的に生じてくる場合もある。例えば、現像機内で現像剤が長期間使用されると、キャリア表面のコート層が剥れたり（膜削れ）、トナーの成分が付着したり（スペント）する場合があり、こうしたキャリアもキャリア付着し易い不良キャリアとなる。
【００１０】
現像剤の劣化を抑制し、寿命を延ばすための手段として、プレミクストナー補給という方式が用いられている。この方式は、現像装置に補給するトナーに一定割合でキャリアを混合させておき、現像装置内の劣化キャリアと置き換えるものである。現像装置内に、現像剤量が一定以上に増えた場合はオーバーフローさせて排出することで、トナーとキャリアの比率を一定範囲内に保っている。しかし、補給される新しいキャリアの中にもある割合で不良キャリアが含まれてしまうし、現像剤の劣化状態は、使用条件によって様々に異なってくるものなので、定期的に置き換えていれば十分というわけでもない。
【００１１】
キャリア付着による画質の低下を防ぐ手段として、画像形成時以外のタイミングで現像装置を作動させ、キャリア付着し易い不良キャリアを予め像担持体側に積極的に付着させて現像機外へ排出する「キャリア排出モード」という手法が既に知られている。
【００１２】
また特許文献１には、キャリア吐き出しモード時に不良キャリアのみを優先的に排出する目的で、像担持体表面にフリンジ電界が生じるような潜像を形成する手法が開示されている。
【００１３】
しかし、いずれにせよ「キャリア排出モード」や「キャリア吐き出しモード」では、画像形成時以外のタイミングで動作させる必要があったため、ユーザーの待機時間を生じてしまうという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、ユーザーを待機させることなく、キャリア付着し易い不良キャリアを現像装置外へ排出し、画像品質の低下を防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は、２成分現像剤を収容する現像装置であって、磁気的に現像剤を表面に引き付ける回転自在な現像剤担持体と、当該現像剤担持体に対向して配置され現像剤担持体上の現像剤の量を均一にするための現像剤規制部材とを有する現像装置において、像担持体上の潜像をトナーで可視化する現像領域と前記現像剤規制部材の間で現像剤担持体に対向する位置に、現像剤担持体上に保持された所定キャリアを回収するための現像剤排出機構を設け、当該現像剤排出機構と前記現像剤担持体の間で前記所定キャリアを現像剤排出機構に引き付けるべく現像剤排出機構と現像剤担持体の間に電位差が生じるように、それぞれに電圧印加することによって、解決される。
【００１６】
前記現像剤排出機構の回転部材表面に長手方向で周期的な帯状のパターンで複数の電極を配すると共に、互いに隣り合う電極間を絶縁することで、それぞれの電極に異なる電圧を印加できるように構成すれば、好適である。
【００１７】
あるいは、前記現像剤排出機構の回転部材表面に周期的なドット状のパターンで複数の電極を配すると共に、前記複数の電極以外の回転部材表面に、前記複数の電極とは絶縁した背景電極を配し、前記複数の電極と前記背景電極には異なる電圧を印加できるように構成することも、好適である。その際、ドット状のパターンで配された前記複数の電極のサイズあるいはピッチが８０［μｍ］〜１６０［μｍ］であるのが好ましい。
【００１８】
前記現像剤担持体は、固定配置された磁界発生手段を内蔵し、当該磁界発生手段は、その周方向に複数の磁極を有し、前記現像領域と前記現像剤排出機構との対向部の夫々に磁極が配されているので、好都合である。その際、前記磁界発生手段により現像剤担持体表面に形成される磁束密度分布につき、前記現像領域と前記対向部で、法線磁束密度ピークのピーク値とピーク半値幅が等しいのがよい。
前記現像剤担持体は、回転可能に配置された磁界発生手段を内蔵していてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にしたがい、２成分現像剤を収容する現像装置であって、磁気的に現像剤を表面に引き付ける回転自在な現像剤担持体と、当該現像剤担持体に対向して配置され現像剤担持体上の現像剤の量を均一にするための現像剤規制部材とを有する現像装置において、現像剤担持体に対向する位置で像担持体上の潜像をトナーで可視化する現像領域と前記現像剤規制部材の間に、即ち、現像領域の上流側に、現像剤担持体上に保持された所定キャリアを回収するための現像剤排出機構を設け、当該現像剤排出機構と前記現像剤担持体の間で前記所定キャリアを現像剤排出機構に引き付けるべく現像剤排出機構と現像剤担持体の間に電位差が生じるように、それぞれに電圧印加することによって、キャリア付着し易い不良キャリアを画像形成プロセス内で排出することができ、キャリア排出のための待機時間が生じることなく画像品質の低下を防ぐことができる。
【００２０】
前記現像剤排出機構の回転部材表面に長手方向で周期的な帯状のパターンで複数の電極を配すると共に、互いに隣り合う電極間を絶縁することで、それぞれの電極に異なる電圧を印加できるように構成すれば、エッジ効果による強電界領域を生じさせることで、像担持体上の画像部と非画像部の境界に付着し易い不良キャリアを排出し易くなる。
【００２１】
前記現像剤排出機構の回転部材表面に周期的なドット状のパターンで複数の電極を配すると共に、前記複数の電極以外の回転部材表面に、前記複数の電極とは絶縁した背景電極を配し、前記複数の電極と前記背景電極には異なる電圧を印加できるように構成すれば、現像剤排出機構の長手方向と回転方向の両方に沿って電位分布を持たせ、エッジ効果による強電界領域を生じさせることで、像担持体上の画像部と非画像部の境界に付着し易い不良キャリアを排出することができる。ドット状のパターンで配された前記複数の電極のサイズあるいはピッチが８０［μｍ］〜１６０［μｍ］であれば、キャリア付着が発生し易い条件と同様な電界を排出領域で形成することで、適切に不良キャリアを選別して回収することができる。
【００２２】
前記現像剤担持体は、固定配置された磁界発生手段を内蔵し、当該磁界発生手段は、その周方向に複数の磁極を有し、前記現像領域と前記現像剤排出機構との対向部の夫々に磁極が配されていれば、現像剤担持体と現像剤排出機構の近接部である排出領域にて磁気ブラシを穂立ちさせるので、現像領域にて磁気ブラシが穂立ちして像担持体に近接している状況と近い条件にすることができ、適切に通常キャリアと不良キャリアを選別して、不良キャリアのみを回収することができる。前記磁界発生手段により現像剤担持体表面に形成される磁束密度分布につき、前記現像領域と前記対向部で、法線磁束密度ピークのピーク値とピーク半値幅が等しければ、現像領域と排出領域における磁気ブラシの状態が相当近い条件となり、一層適切に通常キャリアと不良キャリアを選別して、不良キャリアのみを回収することができる。
【００２３】
前記現像剤担持体は、回転可能に配置された磁界発生手段を内蔵していれば、磁気ブラシの回転による遠心力がキャリアに加わることで磁場固定配置の構成よりもキャリア付着が悪化するが、キャリアキャッチロールとの組み合わせの従来技術に比べて、磁場干渉が生じて振動を生じることがなく、現像剤排出機構へ不良キャリアを回収することができ、キャリア付着による画質低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】本発明に係る現像装置の断面構成図である。
【図３】本発明と他方式の特徴比較を説明する表である。
【図４】本発明の特徴をなす現像剤排出機構の具体的な断面構成を示す図である。
【図５】本発明の特徴をなす現像剤排出機構の斜視図である。
【図６】本発明の特徴をなす現像剤排出機構の変形例を示す斜視図である。
【図７】排出ローラに印加する電圧と実際の電位分布を示すグラフである。
【図８】図７に係る現像剤排出機構の排出ローラ表面の電極配置パターンの一例を示す図である。
【図９】ドットサイズ及びピッチによるキャリア付着発生の頻度を比較するグラフである。
【図１０】固定式磁界発生手段の磁極分布を説明する図である。
【図１１】磁界発生手段の別例を説明する図である。
【図１２】不良キャリアと通常キャリアの粒径分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
まず、図１に概略的に示される画像形成装置１００について簡単に説明する。この画像形成装置は直接転写方式の画像形成装置であり、その全体機構は従来公知のものであるので、構成・動作については詳細に述べない。本発明に係る画像形成装置は、このような直接転写方式のものに限定されず、中間転写ベルトが存在する間接転写方式のものも含まれるものである。
【００２６】
像担持体である各感光体ドラム１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｋ（表示の簡略化のために色を示すＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋについては以下省略する）の周囲には、それぞれ、帯電ローラ（図示せず）と、各トナー色の画像データに対応したレーザー光を帯電ローラにより帯電された感光体ドラム１表面上に走査して静電潜像を形成する露光装置（図示せず）と、現像剤担持体を構成する現像スリーブ２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｋ（表示の簡略化のために色を示すＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋについては以下省略する）、現像ブレード、現像剤攪拌・搬送スクリュー等を有する現像装置と、クリーニングブラシ、クリーニングブレード、回収スクリュー等を有するクリーニング装置（図示せず）と、が感光体ドラムの回転方向に順に並んで配設されている。感光体ドラム１の表面上には、露光装置によって静電潜像が作り出され、この静電潜像を担持する感光体ドラム１が現像装置（現像スリーブ２）を通過する際に各色トナーで現像される。この現像されて感光体ドラム１に担持されたトナー像は、画像形成装置下側に配設された不図示の給紙カセットから一枚ごとに分離・搬送されて、レジストローラ対９０で待機している記録媒体（図示せず）の搬送とタイミングに合わせて、順次直接転写されるが、その際、記録媒体は、図中反時計回りに回転する搬送ベルト６０上を搬送される。なお、このトナー像を記録媒体に転写するに際しては、搬送ベルト６０を挟んで各感光体ドラム１と対向する位置に設けられる転写ローラ（図示せず）の作用により、記録媒体にトナー像が転写される。このように転写された記録媒体は、定着装置３０で熱と圧力とを受けて定着され、画像形成装置本体から排出トレイなどの排出部に排出される。
【００２７】
ここで、図１で示される画像形成装置１００では、公知のように、プロセスカートリッジを用いて作像部を構成することも可能である。プロセスカートリッジは少なくとも現像装置と感光体ドラム１とが一体化して構成されており、このプロセスカートリッジは画像形成装置１００に周知の構成によって着脱可能に装着されている。
【００２８】
次に本発明に係る現像装置の構成について図２を用いて説明する。現像装置は、現像スリーブ２の周りに現像剤撹拌・搬送スクリュー２１、現像剤規制部材である現像ブレード２２が配され、更に本発明の特徴である現像剤排出機構２３を有している。現像スリーブ２は、内部に磁界発生手段を有し、感光体ドラム１と対向するように配されている。そして、現像剤排出機構２３は、現像スリーブ２の回転方向で見て、現像ブレード２２より下流側に、感光体ドラム１より上流側に配されている。
【００２９】
現像装置の内部では、現像剤が循環している。キャリアとトナーを有する２成分現像剤が、現像剤攪拌・搬送スクリュー２１によって撹拌されながら、現像装置長手方向に搬送され循環し、現像スリーブ２に現像剤が供給される。現像スリーブ２に保持された現像剤は、現像ブレード２２によって均一に均されるが、このとき、現像スリーブ２内部の磁界発生手段から受ける磁気拘束力によりキャリアが磁化しているため、キャリア同士がチェーン状に連なって磁気ブラシを形成している。磁気ブラシは、現像スリーブ表面の磁束密度分布に応じて、穂立ちしたり、倒れたりを繰り返しながら搬送されていく。
【００３０】
現像ブレード２２を通過した現像剤（磁気ブラシ）は、まず現像剤排出機構２３との対向領域である排出領域へ搬送され、次いで、感光体ドラム１との対向領域である現像領域に搬送される。現像領域では、現像スリーブ２と感光体ドラム表面（静電潜像）の間の電位差により、トナーが感光体ドラム上の画像部に現像され、現像の終了した剤は再度現像装置内部に回収される。
【００３１】
このとき、現像領域では感光体ドラム上の画像部にのみ所定量のトナーが現像されることが望ましいが、一部のキャリアが磁気ブラシから離脱し、感光体ドラム上の画像部や非画像部に付着してしまう（キャリア付着）場合がある。一般的にキャリアはトナーより粒径が大きく、キャリア付着が生じると、感光体ドラム上の画像が記録媒体である用紙あるいは中間転写体に転写される際、オフセットが生じてキャリアの周りのトナーが転写されなくなる。この状態で用紙上のトナーが定着された場合、画像の白抜けという欠陥となって表われてしまう。また、感光体ドラム上に付着したキャリア自体は転写されずに残るため、感光体ドラム上の残トナーをクリーニングするユニットや感光体ドラム表面を傷つける要因となってしまう。本発明では、前述した排出領域にて、現像剤排出機構２３が磁気ブラシから不良キャリアを回収することにより、現像領域でのキャリア付着発生を抑制する。
【００３２】
本発明は以下のような特徴を持つため、不良キャリアを一律の基準で事前に取り除くことができない問題に対応することができる。
現像領域にて現像に使用される現像剤は、現像スリーブ２に保持されつつ現像スリーブ２２を通過して、磁気ブラシを形成している。この磁気ブラシを構成する現像剤が、直接現像に使用されることになる。現像剤搬送方向において現像ブレード２２より下流側に且つ感光体ドラム１より上流側に配された現像剤排出機構２３は、感光体ドラム上で形成された磁気ブラシに対して近接するため、現像領域と近い条件にて不良キャリアを排出することができる。これにより、様々な条件のバラツキを考慮せずとも、現像領域で感光体ドラム上に付着し易いキャリアから優先的に排出することができる。
【００３３】
また、画像形成のプロセスにおいて、現像領域に搬送される磁気ブラシが必ず現像剤排出機構２３との近接部である排出領域を通過するため、経時変化により生じた不良キャリアや、新たに補給された不良キャリアに対しても常にスクリーニングでき、こうした不良キャリアによる画質劣化も防止することができる。
【００３４】
キャリア付着による画像品質の低下を防止するため、本発明提案の現像剤排出機構の構成以外にも、従来、キャリア排出モードやキャリアキャッチャーといった手段を用いることがある。これらの方式の特徴を、図３にて比較する。図３から認識できるように、本発明による現像剤排出機構が他の２方式に比べて、待機時間や画像品質に対して最も有利である。
【００３５】
キャリア排出モードとは、現像剤担持体が像担持体と対向する現像領域にて、不良キャリアを像担持体上に付着させるための電界をかけつつ、像担持体や現像装置を駆動し、画像形成以外のタイミングで不良キャリアを像担持体側へ排出する方法である。しかし、像担持体側へ不良キャリアを排出するため、画像形成と同じタイミングで動作させることができず、キャリア排出モードのための待機時間が生じてしまう。例えば、１［ｋｇ］の現像剤を収容し、現像剤担持体が４００［ｍｍ／ｓ］で回転し、現像剤担持体に保持された現像剤の量が１平方センチ当たり３０［ｍｇ］である現像装置の場合、現像装置内の全ての剤を循環させるには最低でも約３０秒が必要となる。実際には、現像領域に搬送されずに現像装置内を循環し続ける現像剤も含まれるため、そこに含まれる不良キャリアが現像に使用されてしまうことがある。また、印刷を継続するうちに現像剤が劣化して生じる不良キャリアを排出するには、間欠的にキャリア排出モードを動作させる必要があり、その都度待機時間が必要となる。
【００３６】
また、キャリア排出モードは像担持体によって不良キャリアを回収するため、像担持体表面をクリーニングする際にキャリアとの摩擦で削れが生じるため、像担持体やクリーニング部材の寿命を縮めてしまうことも欠点である。
【００３７】
こうした欠点に対し、本発明によれば、現像剤規制部材である現像ブレードと現像領域の間に現像剤排出機構を設けることで、画像形成プロセスの中で不良キャリアを排出でき、待機時間が不要となる。更に、像担持体である感光体ドラムにキャリアが付着する前に回収できるため、感光体ドラムやクリーニング部材にダメージを与えることがない。
【００３８】
キャリアキャッチャーとは、現像領域の下流側で像担持体に対向させ、像担持体に付着したキャリアを磁気力及び電気力によって回収するものである。これにより転写前の画像からキャリアを取り除き、転写オフセットによる画像白抜けを防止することができる。しかし、画像の白抜けほどの欠陥は防げても、一時的に画像部にキャリアが付着するため、トナー付着量の均一性が損なわれる。ブラック・シアン・マゼンタ・イエローの４色のトナーでフルカラー画像を形成する場合、こうした付着量バラツキの積み重なりによって、最終的に得られる画像の色味が変動してしまい、高画質化の妨げとなる。
【００３９】
これに対し、本発明によれば、現像領域の上流側で不良キャリアを排出できるため、像担持体である感光体ドラムへのキャリア付着を事前に抑制でき、感光体ドラム上のトナー像の乱れを防ぐことができる。
【００４０】
次に現像剤排出機構２３の具体的な構成を説明する。図４には現像剤排出機構の断面構成を、図５には現像剤排出機構の斜視図（描写の簡略化のためクリーニングブラシやスクレーパ、枠体は割愛）を示す。
【００４１】
図４では、現像剤が現像スリーブ２に保持され、現像ブレードを通過して均一均された後の状態を示している。図中では、不良キャリア（黒丸）と通常キャリア（白丸）の２種類を極めて単純化して示しているが、前述したように、これらを明確に区別することは困難である。また、実際には、現像スリーブ表面に保持された現像剤にはトナーも含まれおり、これらが現像スリーブ内部の磁界発生手段から生じる磁界により、チェーン状に連なって磁気ブラシを形成している。現像スリーブ表面の磁束密度分布に応じて、この磁気ブラシが、穂立ちしたり、倒れたりを繰り返しながら、現像スリーブ２の回転方向（図中時計回り）に搬送されていく。
【００４２】
現像スリーブ２の回転方向に沿って、現像ブレード（図４では省略）と現像領域の間の領域で、現像剤排出機構２３が対向して配置されており、両者の近接部で、不良キャリアを現像剤排出機構２３へ回収するための排出領域が形成されている。排出機構を通過して不良キャリアを除去された磁気ブラシは、その後現像領域まで搬送されて、現像に使用される。
【００４３】
現像剤排出機構２３は、全体を覆う枠体内に、排出ローラ２５、クリーニングブラシ２６、スクレーパ２７、回収した不良キャリアの貯留室２８を含んでいる。排出ローラ２５は、現像スリーブ２と対向する位置に配され、図中反時計回りに回転している。このときの回転速度は、排出領域の条件を現像領域と同様にするため、排出ローラ２５の表面周速と感光体ドラムの表面周速と等しくなるよう設定されており、ここでは５００［ｍｍ／ｓ］である。また、排出ローラ２５と現像ローラ２とのギャップは０.３［ｍｍ］となっており、この値も現像ローラと感光体ドラムとのギャップと同一に設定されたものである、しかし、こうした値はあくまで例示であり、実際には、設計上の自由度や、それぞれの現像装置及び現像剤の特性に応じて調整するのが望ましい。
【００４４】
ここで、排出ローラ２５は−４００［Ｖ］、現像スリーブ２は−３００［Ｖ］の電圧が印加されており、原理は後に詳述するが、この電位差によって不良キャリアを排出ローラ側へ回収することができる。排出ローラ２５で回収したキャリアは、現像剤排出機構２３の枠体内部まで搬送されるが、排出領域を抜けた後に不良キャリアを排出ローラ２５に保持する力は、非静電付着力及び静電付着力である。そして、枠体内部まで搬送された不良キャリアは、一部は排出ローラ２５の遠心力により排出ローラ２５から離脱し、残りは再度排出領域まで搬送されることのないよう排出ローラ２５に接触して配されたクリーニングブラシ２６によりかき取られる。クリーニングブラシ２６は図中反時計回りに回転しており、ブラシにたまった不良キャリアは、ブラシに入り込むスクレーパ２７によりかき取られる。こうして現像剤排出機構内部の貯留室２８まで不良キャリアを回収することができる。ここで、現像装置自体の寿命に対して、貯留室２８の容量を大きく設定すれば、貯留室内の不良キャリアの回収や交換の手間が省くことができる。しかし、現像剤排出機構２３のレイアウト上のスペースに応じて、貯留室内のキャリアを別途画像形成装置内部の別エリアに設けたバッファまで搬送する手段を設けてもよいし、貯留室の容量に応じて、適宜現像剤排出機構の清掃・交換を行ってもよい。
【００４５】
排出領域では、現像スリーブ側が、排出ローラ２５よりも高い電位に設定されている。本発明で用いる現像剤は、キャリアが正に、トナーが負に帯電するよう設計されおり、排出領域に生じる電界は、正に帯電したキャリアを排出ローラ側へ引き付ける向きとなっている。キャリアは、現像スリーブから磁気拘束力を受けているため、正に帯電していても全て排出ローラ側へ回収されるわけではないが、前述したように、比較的磁気ブラシから離脱し易い不良キャリアについては、電界により回収することができる。ただし、ここで挙げた電位の値はあくまで例示であり、それぞれの現像装置及び現像剤の特性に応じて調整するのが望ましい。
【００４６】
現像剤排出機構の改良例を説明する。キャリア付着は、キャリア１個が受ける遠心力や電界から受ける力が、現像スリーブ側に拘束される力を上回った場合に発生するが、このうち、現像領域に生じた電界から受ける力については、画像部と非画像部で電界の向き及び大きさが異なるため、磁気ブラシが現像領域を通過する間、経時的に変動する。特に、感光体側の潜像において、画像部と非画像部の境界等、電位が急激に変化する領域では、電界の回り込み（エッジ効果）による強電界領域が生じ、これがキャリア付着発生の大きな要因となる。こうした電界領域に生じるエッジキャリア付着にも対応した不良キャリアを排出するため、図６に示すような構成を用いるのが良い。
【００４７】
図６に示す改良型現像剤排出機構の基本的な構成は、図４，５に示した現像剤排出機構と同様であり、排出ローラに接触するように配されたクリーニングブラシやそれに食い込むスクレーパは図５の場合と同様、描写を割愛する。本例では更に、排出ローラ２５’の表面に、図６の白部と黒部で示すような分布を持たせて電極をパターニングしている。このとき、隣り合う電極間は絶縁しておくことで、図中白部と黒部の電極に、異なる電圧を印加することが可能となる。例えば、排出ローラ２５’の長手方向に沿って、図７ａに示すような分布（黒部の電極で−７００［Ｖ］、白部の電極で−４００［Ｖ］）で電圧を印加すると、実際の排出ローラ表面電位は、エッジ効果により図７ｂのようになり、電位が変化する境界、つまり図６中白部の電極と黒部の電極の境界では強電界領域が生じる。これにより、現像領域においてエッジキャリア付着に寄与する電界と同様な電界が排出領域でも形成され、エッジキャリア付着の発生を抑制することができる。
【００４８】
図６に示す構成では、排出ローラ表面の電位は長手方向にのみ分布を有しているが、実際の現像領域では、現像スリーブ２の回転方向に沿った分布も生じることが多い。これに対し、図８のような周期的なドット状の電極パターンを排出ローラの表面に設けることで、排出ローラの長手方向及び回転方向の両方に電位の分布を持たせることができる。本例でも、図中黒部と白部の電極間は絶縁されており、黒部のドット電極には−７００［Ｖ］、白部の背景電極には−４００［Ｖ］を印加している。
【００４９】
図８のドット状のパターンにおいて、ドットのサイズ及びピッチについて検討したところ、図９に示すな結果が得られた。ここでは、現像剤排出機構と感光体の周速を同一とし、感光体上に表面に図８のドット状パターンで静電潜像を形成し、そのドットのサイズ及びピッチの違いによるキャリア付着発生の頻度を比較している。このとき、ドットのサイズ及びピッチを８０［μｍ］、１６０［μｍ］と変更した場合は、均一な静電潜像を形成した場合よりもキャリア付着の発生頻度が高く、８０［μｍ］のピッチが最もキャリア付着発生頻度が高いことが分かる。ここで、本例では画像形成の解像度が１２００ｄＰiであり、８０［μｍ］及び１６０［μｍ］は、４ドット及び８ドットに相当する。また、本例以外にも、解像度が６００ｄＰiの画像形成装置を用いる場合は、２ドット及び４ドットのドットサイズ及びピッチを設定することで、同様の効果が得られる。
【００５０】
最後に、現像スリーブ内に設けられた磁界発生手段について説明する。図１０では、回転可能な現像スリーブ２の内部にマグネットローラ部材４０が固定して配されている。マグネットローラ部材４０は、その周方向に沿って磁極が複数配置されたものである。図中には、マグネットローラ部材４０により形成される磁束密度において、スリーブの法線方向の成分がどのように分布しているかを示している。
【００５１】
本例では、図中Ｐ１極のピークにより、磁気ブラシを穂立ちさせて感光体１と摺擦させることで現像能力を高め、Ｐ２極とＰ３極の同極間で反発磁界を形成し、現像剤をスリーブ表面から離し、Ｐ４極で磁気ブラシを穂立ちさせて現像ブレード２２との摺擦により現像剤の帯電を立ち上げている。このとき、現像スリーブ２の表面で各磁極の磁束密度を測定したとき、Ｐ１極の法線方向磁束密度のピーク値は、約１００ｍＴであり、Ｐ２〜Ｐ４極は、それぞれ３０〜６０ｍＴである。
【００５２】
ここで、仮に排出領域において磁気ブラシが倒れた状態で排出ローラ２５と接していたとすると、現像領域で磁気ブラシが穂立ちした状態とは、受けている磁気力分布が異なるため、実際にキャリア付着に寄与するキャリア以外を排出してしまうことがある。そのため、適切に不良キャリアのみを選別するには、排出領域でも、現像領域と同様に、磁気ブラシを穂立ちさせて排出ローラ２５に摺擦させることが望ましい。そのための構成として、例えば８０〜１００ｍＴのピーク値を持ったＰ５極を現像剤排出機構２３と対向する位置に設け、磁気ブラシを穂立ちさせて排出ローラ２５に摺擦させることで、排出領域で磁気ブラシが倒れている場合と比較して、より適切に不良キャリアを選別して回収する。
【００５３】
このとき更に、Ｐ５極の法線方向磁束密度において、ピーク値をＰ１極同等（１００ｍＴ）とし、ピーク半値幅も同等（本例中では２０°）とすると、磁気ブラシが現像剤担持体から受ける磁気力の分布を同等とすることができ、Ｐ１極とＰ５極の磁束密度分布が異なる場合と比較して、より適切に不良キャリアを選別することができる。
【００５４】
図１１では、回転可能な現像スリーブ２の内部に、回転可能なマグネットロール４１を配している。マグネットロール４１には、その周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配され、マグネットロール４１の回転軸に対して点対称な磁極配置となっている。このマグネットロール４１が現像スリーブ２と反対もしくは同方向に回転することで、スリーブ表面の磁気ブラシが回転するため、感光体１に接触する回数が増え、磁場固定配置の構成（図１０）に対して現像能力を向上させることができる。この構成では磁気ブラシの回転による遠心力がキャリアに加わることで、磁場固定配置の構成よりキャリア付着が悪化してしまう。しかし、磁気力により感光体上からキャリアを回収するキャリアキャッチロールとの組み合わせでは、振動するマグネットロール４１の磁場とキャッチロールの磁場が干渉することで現像装置が振動し、画質の低下及び現像装置の耐久性が低下するという問題があった。しかし、本発明による現像剤排出機構では、磁界を用いることなく不良キャリアの回収が可能となるため、磁場干渉による振動を生じることなく、キャリア付着による画質低下を防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１  感光体ドラム
２  現像スリーブ
２１  現像剤攪拌・搬送スクリュー
２２  現像ブレード
２３  現像剤排出機構
２５  排出ローラ
２６  クリーニングブラシ
２７  スクレーパ
２８  貯留室
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５６】
【特許文献１】特許第３６７１５２５号公報
【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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