(57)【要約】【課題】現像領域を拡張しながらも、感光ドラムに対する磁気穂の先端の接触状態を制御することにより現像効率の低下を抑制可能な現像装置を提供する。【解決手段】トナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が像担持体と接触する現像領域で像担持体に形成された静電潜像を現像する回転可能な現像スリーブと、現像スリーブの内側に設けられ、現像領域Ｄａを形成するために像担持体に対向する位置にある現像極Ｓ２を有する磁界発生部と、を有し、現像スリーブの法線方向における現像極Ｓ２の磁束密度の８０％値幅の現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度の半値幅に対する比率は０．６５以上であり、現像スリーブの回転方向において現像領域Ｄａの両端部近傍のそれぞれの現像スリーブの法線方向における現像極Ｓ２の磁気力は、現像スリーブの回転方向において現像領域Ｄａの中央部の磁気力よりも大きい。【選択図】図３
2017161902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が像担持体と接触する現像領域で前記像担持体に形成された静電潜像を現像する回転可能な現像スリーブと、
前記現像スリーブの内側に設けられ、前記現像領域を形成するために前記像担持体に対向する位置にある現像極を有する磁界発生部と、を有し、
前記現像スリーブの法線方向における前記現像極の磁束密度の８０％値幅の前記現像極の法線方向の磁束密度の半値幅に対する比率は０．６５以上であり、前記現像スリーブの回転方向において前記現像領域の両端部近傍のそれぞれの前記現像スリーブの法線方向における前記現像極の磁気力は、前記現像スリーブの回転方向において前記現像領域の中央部の磁気力よりも大きいことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像スリーブの回転方向において前記現像領域の両端部近傍のそれぞれの前記現像スリーブの法線方向における前記現像極の磁気力のピークは、前記現像スリーブの回転方向において前記現像領域の外にあ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】
前記回転方向の下流側の磁気力のピークの値は、上流側の磁気力のピークの値よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記回転方向の上流側の磁気力のピークの値は、下流側の磁気力のピークの値よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記回転方向の上流側の磁気力のピークの値と下流側の磁気力のピークの値とは、絶対値において１．５×１０−７Ｎ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記回転方向の上流側の磁気力のピークの値と下流側の磁気力のピークの値とは、絶対値において２．０×１０−７Ｎ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
前記回転方向の上流側の磁気力のピークと下流側の磁気力のピークとの間の磁気力の最下点は、前記現像領域の内にあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項８】
トナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が像担持体と接触する現像領域で像担持体に形成された静電潜像を現像する回転可能な現像スリーブと、
前記現像スリーブの内側に設けられ、前記現像領域を形成するために前記像担持体に対向する位置にある現像極を有する磁界発生部と、
前記現像スリーブに直流電圧を印加する電源と、を有し、
前記現像スリーブに交流電圧を用いずに直流電圧が印加されることで前記像担持体の静電潜像を現像する現像装置において、
前記現像スリーブの法線方向における前記現像極の磁束密度の８０％値幅の前記現像極の法線方向の磁束密度の半値幅に対する比率は、０．６５以上であることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
トナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が像担持体と接触する現像領域で像担持体に形成された静電潜像を現像する回転可能な現像スリーブと、
前記現像スリーブの内側に設けられ、前記現像領域を形成するために前記像担持体に対向する位置にある現像極である第一極と、前記現像スリーブの回転方向において前記第一極より上流側に設けられ前記第一極と隣り合う位置に設けられる第二極と、前記現像スリーブの回転方向において前記第一極より下流側に設けられ前記第一極と隣り合う位置に設けられる第三極と、を有する磁界発生部と、を有し、
前記現像スリーブの法線方向における前記第一極の磁束密度の８０％値幅の前記第一極の法線方向の磁束密度の半値幅に対する比率は０．６５以上であり、前記第一極の磁束密度のピークと前記第二極の磁束密度のピークとがなす角度と、前記第一極の磁束密度のピークと前記第三極の磁束密度のピークとがなす角度と、はそれぞれ９０°以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
前記現像スリーブの表面上の現像剤量を規制する規制部を有し、前記第二極は前記規制部と対向することを特徴とする請求項９に記載の現像装置。
【請求項１１】
前記第二極と前記第三極は同極であり、前記第一極と前記第二極は異極であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の現像装置。
【請求項１２】
前記現像スリーブの回転方向において前記第三極より下流側に設けられ前記第三極と隣り合う位置に設けられる第四極と、前記現像スリーブの回転方向において前記第四極より下流側に設けられ前記第二極と前記第四極と隣り合う位置に設けられる第五極と、を有し、前記第四極と前記第五極とは同極であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１３】
前記現像スリーブの外周面に対する前記現像極の法線方向の磁束密度の８０％値幅は、前記現像領域の回転方向の幅よりも広いことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１４】
前記現像スリーブの外周面に対する前記現像極の法線方向の磁束密度の８０％値幅と半値幅との比率は、０．７０以上であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１５】
前記現像スリーブの外周面に対する前記現像極の法線方向の磁束密度の半値幅は、４０°以上であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の画像形成装置に用いられる現像装置に関し、特に、非磁性のトナーと磁性キャリアとの混合物である二成分現像剤を利用する現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置は、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、及びこれらの複数の機能を有する複合機等として広く応用されている。この種の画像形成装置では、帯電したトナーを感光ドラムに接近させ、静電的にトナーを感光ドラム上の静電潜像に付着させることにより現像が行なわれ、画像が形成される。現像方式としては、現像剤として磁性トナーからなる一成分現像剤を使用する現像方式の他、非磁性トナーと磁性キャリアを混合した二成分現像剤を使用する現像方式も普及している。二成分現像剤を用いた現像方式によれば、トナーの帯電量の安定性に優れることから、色調の優れたカラー画像を形成することが可能であり、特にカラー画像の画像形成装置で好適に適用されている。
【０００３】
二成分現像剤を用いた現像方式では、現像スリーブ内に固定配置された磁石（磁界発生部）により現像剤が現像スリーブに担持され、磁界発生部の磁力線に沿って磁性キャリアが磁気穂を形成する。現像スリーブが感光ドラムに近接する領域に現像剤が搬送されると、磁気穂が感光ドラムと接触する。その後、現像スリーブが感光ドラムに最近接する領域を経て、磁気穂が感光ドラムから離れる。この磁気穂が感光ドラムに接してから離れるまでの領域は接触ニップであり、本明細書中ではこの接触ニップを現像領域と呼ぶ。そして、主にこの現像領域で現像スリーブと感光ドラム上の静電潜像間の電位差によって生まれる電界の力によってトナーが付着され、トナー像が形成される。
【０００４】
二成分現像剤を用いた現像方式においては、感光ドラム上の露光電位と現像スリーブとの間の電位差あたりのトナーの現像量、所謂現像効率を増やすことが重要である。現像効率が低いと、十分な画像濃度を出すためには露光電位と現像スリーブ間の電位差をより大きくして、電界強度を高めることによって、トナーの現像量を増やす必要がある。しかし、電界強度を高めすぎると、二成分現像剤中のキャリアがトナーとともに感光ドラムに付着してしまう虞がある。感光ドラムに付着したキャリアは、トナーの転写を阻害し画像に白抜けが生じる原因となってしまう。そのため、電界強度を高めることなくトナーの現像量を増やす必要がある。
【０００５】
現像効率を高める方法としては、現像領域を拡張する方法がある。現像領域を拡張するには、現像スリーブが感光ドラムに近接する領域において現像剤の穂立ち領域を増加させればよい。現像剤の穂立ち領域を増加させるために、現像スリーブ内に固定配置された磁界発生部を構成する複数の磁極のうち、感光ドラムに対向した現像極の半値幅を大きくした現像装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１の現像装置では、現像極の例えば正規分布である磁束密度において、単に現像極の半値幅を大きくして現像領域を増やしただけであり、現像領域における磁力線の直線性まで考慮したものではなかった。このため、現像領域の回転方向の上流部分と下流部分において、磁力線が感光ドラムの表面に沿うように湾曲してしまい、磁気穂の先端が感光ドラムの表面に沿って傾いた状態で感光ドラムに接触してしまう。これにより、現像スリーブ側から感光ドラム側に向かって飛翔したトナーが、感光ドラムの表面に沿って接触する磁気穂に付着してしまい、感光ドラムの現像が阻害され現像効率が向上しない虞があった。
【０００８】
本発明は、現像領域を拡張しながらも、感光ドラムに対する磁気穂の先端の接触状態を制御することにより現像効率の低下を抑制可能な現像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の現像装置は、トナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が像担持体と接触する現像領域で前記像担持体に形成された静電潜像を現像する回転可能な現像スリーブと、前記現像スリーブの内側に設けられ、前記現像領域を形成するために前記像担持体に対向する位置にある現像極を有する磁界発生部と、を有し、前記現像スリーブの法線方向における前記現像極の磁束密度の８０％値幅の前記現像極の法線方向の磁束密度の半値幅に対する比率は０．６５以上であり、前記現像スリーブの回転方向において前記現像領域の両端部近傍のそれぞれの前記現像スリーブの法線方向における前記現像極の磁気力は、前記現像スリーブの回転方向において前記現像領域の中央部の磁気力よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の現像装置は、トナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が像担持体と接触する現像領域で像担持体に形成された静電潜像を現像する回転可能な現像スリーブと、前記現像スリーブの内側に設けられ、前記現像領域を形成するために前記像担持体に対向する位置にある現像極を有する磁界発生部と、前記現像スリーブに直流電圧を印加する電源と、を有し、前記現像スリーブに交流電圧を用いずに直流電圧が印加されることで前記像担持体の静電潜像を現像する現像装置において、前記現像スリーブの法線方向における前記現像極の磁束密度の８０％値幅の前記現像極の法線方向の磁束密度の半値幅に対する比率は、０．６５以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の現像装置は、トナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が像担持体と接触する現像領域で像担持体に形成された静電潜像を現像する回転可能な現像スリーブと、前記現像スリーブの内側に設けられ、前記現像領域を形成するために前記像担持体に対向する位置にある現像極である第一極と、前記現像スリーブの回転方向において前記第一極より上流側に設けられ前記第一極と隣り合う位置に設けられる第二極と、前記現像スリーブの回転方向において前記第一極より下流側に設けられ前記第一極と隣り合う位置に設けられる第三極と、を有する磁界発生部と、を有し、前記現像スリーブの法線方向における前記第一極の磁束密度の８０％値幅の前記第一極の法線方向の磁束密度の半値幅に対する比率は０．６５以上であり、前記第一極の磁束密度のピークと前記第二極の磁束密度のピークとがなす角度と、前記第一極の磁束密度のピークと前記第三極の磁束密度のピークとがなす角度と、はそれぞれ９０°以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、現像領域を拡張しながらも、感光ドラムに対する磁気穂の先端の接触状態を制御することにより現像効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態に係る現像装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】実施例１及び比較例１，２に係る現像スリーブの現像領域を中心とする角度と法線方向の磁束密度との関係を示す説明図である。
【図４】（ａ）は比較例２に係る現像装置の現像領域における磁力線と磁気穂との関係を示す説明図、（ｂ）は比較例２の現像装置に係る現像領域において、トナーの感光ドラムへの飛翔が阻害される様子を示す現像スリーブの回転方向上流側の拡大図である。
【図５】（ａ）は実施例１に係る現像装置の現像領域における磁力線と磁気穂との関係を示す説明図、（ｂ）は実施例１に係る現像装置の現像領域において、トナーの感光ドラムへの飛翔が行われる様子を示す現像スリーブの回転方向上流側の拡大図である。
【図６】実施例１，２及び比較例１，２に係る現像スリーブの現像領域を中心とする角度と現像スリーブ方向の磁気吸引力との関係を示す説明図である。
【図７】実施例１に係る現像スリーブの現像領域を中心とする角度と法線方向の磁束密度の変化との関係を示す説明図である。
【図８】現像極のマグピースの説明図であり、（ａ）は従来の対称的な着磁を行ったマグピース、（ｂ）は実施の形態に係る非対称的な着磁を行ったマグピースである。
【図９】配向ヨークを用いて断面扇形状のマグネットピースに着磁する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態の現像装置を、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施の形態では、現像装置を、画像形成装置の一例としてタンデム型のフルカラープリンタに適用した場合について説明している。但し、本発明はタンデム型の画像形成装置の現像装置に限られず、他の方式の画像形成装置の現像装置であってもよく、また、フルカラーであることにも限られず、モノクロやモノカラーであってもよい。あるいは、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施することができる。また、本実施の形態では、画像形成装置１は、中間転写ベルト４４ｂを有し、感光ドラム８１から中間転写ベルト４４ｂに各色のトナー像を一次転写した後、各色の複合トナー像をシートＳに一括して二次転写する方式としている。但し、これには限られず、シート搬送ベルトで搬送されたシートに感光ドラムから直接に転写する方式を採用してもよい。
【００１５】
また、本実施の形態では、現像剤として、非磁性のトナーと磁性のキャリアからなる二成分現像剤を使用している。トナーは、ポリエステル、スチレン等の樹脂に着色料、ワックス成分などを内包し、粉砕あるいは重合によって生成している。キャリアは、フェライト粒子や磁性粉を混錬した樹脂粒子からなるコアの表層に樹脂コートを施して生成している。
【００１６】
図１に示すように、画像形成装置１は、筐体としての画像形成装置本体（以下、装置本体という）１０を備えている。装置本体１０は、画像読取部１１と、シート給送部３０と、画像形成部４０と、シート搬送部５０と、シート排出部６０と、制御部７０と、を備えている。なお、記録材であるシートＳは、トナー像が形成されるものであり、具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート、厚紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等がある。
【００１７】
画像読取部１１は、装置本体１０の上部に設けられている。画像読取部１１は、原稿載置台としての不図示のプラテンガラスと、プラテンガラスに載置された原稿に光を照射する不図示の光源と、反射光をデジタル信号に変換する不図示のイメージセンサ等を備えている。
【００１８】
シート給送部３０は、装置本体１０の下部に配置されており、記録紙等のシートＳを積載して収容するシートカセット３１ａ，３１ｂと、給送ローラ３２ａ，３２ｂとを備え、収容されたシートＳを画像形成部４０に給送する。
【００１９】
画像形成部４０は、画像形成ユニット８０と、トナーホッパ４１と、トナー容器４２と、レーザスキャナ４３と、中間転写ユニット４４と、二次転写部４５と、定着装置４６とを備えている。画像形成部４０は、画像情報に基づいてシートＳに画像を形成可能である。なお、本実施の形態の画像形成装置１は、フルカラーに対応するものであり、画像形成ユニット８０ｙ，８０ｍ，８０ｃ，８０ｋは、イエロー（ｙ）、マゼンタ（ｍ）、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）の４色それぞれに同様の構成で別個に設けられている。トナーホッパ４１ｙ，４１ｍ，４１ｃ，４１ｋ及びトナー容器４２ｙ，４２ｍ，４２ｃ，４２ｋも同様に、イエロー（ｙ）、マゼンタ（ｍ）、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）の４色それぞれに同様の構成で別個に設けられている。このため、図１中では４色の各構成について同符号の後に色の識別子を付して示すが、図２及び明細書中では色の識別子を付さずに符号のみで説明する場合がある。
【００２０】
トナー容器４２は、例えば円筒形状のボトルであり、トナーが収容され、各画像形成ユニット８０の上方に、トナーホッパ４１を介して連結して配置されている。レーザスキャナ４３は、帯電ローラ８２により帯電された感光ドラム８１の表面を露光して、感光ドラム８１の表面上に静電潜像を形成する。
【００２１】
画像形成ユニット８０は、４色のトナー画像を形成するための４個の画像形成ユニット８０ｙ，８０ｍ，８０ｃ，８０ｋを含んでいる。各画像形成ユニット８０は、トナー画像を形成する感光ドラム（像担持体）８１と、帯電ローラ８２と、現像装置２０と、クリーニングブレード８４とを備えている。また、感光ドラム８１と、帯電ローラ８２と、現像装置２０と、クリーニングブレード８４と、後述する現像スリーブ２４とについても、イエロー（ｙ）、マゼンタ（ｍ）、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）の４色それぞれに同様の構成で別個に設けられている。
【００２２】
感光ドラム８１は、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を持つよう形成された感光層を有し、所定のプロセススピード（周速度）で矢印方向に回転する。帯電ローラ８２は、感光ドラム８１の表面に接触して、感光ドラム８１の表面を、例えば、一様な負極性の暗部電位に帯電させる。感光ドラム８１の表面では、帯電後、レーザスキャナ４３によって画像情報に基づいて静電像が形成される。感光ドラム８１は、形成された静電像を担持して、周回移動し、現像装置２０によってトナーで現像される。現像装置２０の詳細な構成については、後述する。
【００２３】
現像されたトナー像は、後述する中間転写ベルト４４ｂに一次転写される。一次転写後の感光ドラム８１は、不図示の前露光部によって表面を除電される。クリーニングブレード８４は、感光ドラム８１の表面に接して配置され、一次転写後の感光ドラム８１の表面に残留する転写残留トナー等の残留物を清掃する。
【００２４】
中間転写ユニット４４は、画像形成ユニット８０ｙ，８０ｍ，８０ｃ，８０ｋの上方に配置されている。中間転写ユニット４４は、駆動ローラ４４ａや従動ローラ４４ｄ、１次転写ローラ４４ｙ，４４ｍ，４４ｃ，４４ｋ等の複数のローラと、これらのローラに巻き掛けられた中間転写ベルト４４ｂとを備えている。１次転写ローラ４４ｙ，４４ｍ，４４ｃ，４４ｋは、感光ドラム８１ｙ，８１ｍ，８１ｃ，８１ｋにそれぞれ対向して配置され、中間転写ベルト４４ｂに当接する。
【００２５】
中間転写ベルト４４ｂに１次転写ローラ４４ｙ，４４ｍ，４４ｃ，４４ｋによって正極性の転写バイアスを印加することにより、感光ドラム８１ｙ，８１ｍ，８１ｃ，８１ｋ上のそれぞれの負極性を持つトナー像が順次中間転写ベルト４４ｂに多重転写される。これにより、中間転写ベルト４４ｂは、感光ドラム８１ｙ，８１ｍ，８１ｃ，８１ｋの表面で静電像を現像して得られたトナー像を転写して移動する。
【００２６】
二次転写部４５は、二次転写内ローラ４５ａと、二次転写外ローラ４５ｂとを備えている。二次転写外ローラ４５ｂに正極性の二次転写バイアスを印加することによって、中間転写ベルト４４ｂに形成されたフルカラー画像をシートＳに転写する。定着装置４６は、定着ローラ４６ａ及び加圧ローラ４６ｂを備えている。定着ローラ４６ａと加圧ローラ４６ｂとの間をシートＳが挟持され搬送されることにより、シートＳに転写されたトナー像は加熱及び加圧されてシートＳに定着される。
【００２７】
シート搬送部５０は、二次転写前搬送経路５１と、定着前搬送経路５２と、排出経路５３と、再搬送経路５４とを備え、シート給送部３０から給送されたシートＳを画像形成部４０からシート排出部６０に搬送する。
【００２８】
シート排出部６０は、排出経路５３の下流側に配置された排出ローラ対６１と、排出ローラ対６１の下流側に配置された排出トレイ６２とを備えている。排出ローラ対６１は、排出経路５３から搬送されるシートＳをニップ部から給送し、装置本体１０に形成された排出口１０ａを通して排出トレイ６２に排出する。排出トレイ６２は、フェイスダウントレイになっており、排出口１０ａから矢印Ｘ方向に排出されたシートＳを積載する。
【００２９】
制御部７０はコンピュータにより構成され、例えばＣＰＵと、各部を制御するプログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、外部と信号を入出力する入出力回路とを備えている。ＣＰＵは、画像形成装置１の制御全体を司るマイクロプロセッサであり、システムコントローラの主体である。ＣＰＵは、入出力回路を介して、画像読取部１１、シート給送部３０、画像形成部４０、シート搬送部５０、シート排出部６０、操作部に接続され、各部と信号をやり取りすると共に動作を制御する。
【００３０】
次に、このように構成された画像形成装置１における画像形成動作について説明する。
【００３１】
画像形成動作が開始されると、まず感光ドラム８１が回転して表面が帯電ローラ８２により帯電される。そして、レーザスキャナ４３により画像情報に基づいてレーザ光が感光ドラム８１に対して発光され、感光ドラム８１の表面上に静電潜像が形成される。この静電潜像にトナーが付着することにより、現像されてトナー画像として可視化され、中間転写ベルト４４ｂに転写される。
【００３２】
一方、このようなトナー像の形成動作に並行して給送ローラ３２ａ，３２ｂが回転し、シートカセット３１ａ，３１ｂの最上位のシートＳを分離しながら給送する。そして、中間転写ベルト４４ｂのトナー画像にタイミングを合わせて、二次転写前搬送経路５１を介してシートＳが二次転写部４５に搬送される。更に、中間転写ベルト４４ｂからシートＳに画像が転写され、シートＳは、定着装置４６に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱及び加圧されてシートＳの表面に定着され、排出ローラ対６１により排出口１０ａから排出されて排出トレイ６２に積載される。
【００３３】
次に、現像装置２０について、図２に基づいて詳細に説明する。現像装置２０は、現像剤を収容する現像容器２１と、第１搬送スクリュ２２及び第２搬送スクリュ２３と、現像スリーブ２４と、規制部材２５とを有している。現像容器２１は、感光ドラム８１に対向する位置に、現像スリーブ２４が露出する開口部２１ａを有している。
【００３４】
現像容器２１には、トナーが充填されたトナー容器４２（図１参照）からトナーが供給される。現像容器２１は、略中央部にて長手方向に延在する隔壁２７を有している。現像容器２１は、この隔壁２７によって水平方向に現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとに区画されている。現像剤は、これら現像室２１ｂ及び攪拌室２１ｃに収容されている。現像室２１ｂは、現像スリーブ２４に現像剤を供給する。攪拌室２１ｃは、現像室２１ｂに連通し、現像スリーブ２４からの現像剤を回収して攪拌する。
【００３５】
第１搬送スクリュ２２は、現像室２１ｂに現像スリーブ２４の軸方向に沿って現像スリーブ２４と略平行に配置され、現像室２１ｂ内の現像剤を攪拌しつつ搬送する。第２搬送スクリュ２３は、攪拌室２１ｃ内に第１搬送スクリュ２２の軸と略平行に配置され、攪拌室２１ｃ内の現像剤を第１搬送スクリュ２２と反対方向に搬送する。即ち、現像室２１ｂと攪拌室２１ｃとは、現像剤を撹拌しつつ搬送する現像剤の循環経路を構成している。トナーは、各スクリュ２２，２３によって攪拌されることにより、キャリアと摺擦して負極性に摩擦帯電される。
【００３６】
現像スリーブ２４は、非磁性のトナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持し、現像剤が感光ドラム８１と接触する現像領域Ｄａで感光ドラム８１に形成された静電潜像を現像するよう回転可能に設けられている。ここで、現像スリーブ２４の表面上でキャリアにより形成された磁気穂が感光ドラム８１に接触する範囲は接触ニップであり、本実施の形態では、この接触ニップを現像領域Ｄａとしている（図５（ａ）参照）。即ち、現像領域Ｄａは、現像スリーブ２４に担持された磁気穂が感光ドラム８１と接触する領域である。
【００３７】
現像スリーブ２４は、例えば直径２０ｍｍの円筒状で、例えばアルミニウムや非磁性ステンレス等の非磁性材料で構成され、本実施の形態ではアルミニウム製としている。また、本実施の形態では、現像領域Ｄａでの最短間隔は約３２０μｍである。現像スリーブ２４には、現像バイアス電圧として直流電圧を印加する直流電源（電源）２８が接続されている。これにより、現像領域Ｄａに搬送した現像剤を、磁気穂状態で感光ドラム８１と接触させて現像が行なえるように設定されている。即ち、二成分現像剤を用いた現像方式では、現像時に磁性体のキャリアがマグネットローラ２４ｍの磁束に拘束されて現像スリーブ２４の表面に担持される。現像スリーブ２４の表面では、正極性に帯電したキャリアの表面に負極性に帯電したトナーが静電気的に拘束されて磁気穂を形成する。そして、現像スリーブ２４に印加する直流電圧と感光ドラム８１の静電潜像との間に電位差を設けることにより、トナーを感光ドラム８１に飛翔させ潜像を可視像化する。
【００３８】
即ち、現像容器２１の現像剤は、現像スリーブ２４の内部において固定配置されたマグネットローラ２４ｍにより現像スリーブ２４上に担持される。その後、現像スリーブ２４上の現像剤は規制部材２５により層厚（現像剤量）を規制され、現像スリーブ２４が回転することによって感光ドラム８１と対向した現像領域Ｄａに搬送される。現像領域Ｄａで現像スリーブ２４上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成する。磁気穂を感光ドラム８１に接触させることにより、トナーを感光ドラム８１に供給することで、感光ドラム８１上の静電潜像をトナー像として現像する。
【００３９】
ここで、現像領域Ｄａにおける感光ドラム８１へのトナーの現像過程について説明する。感光ドラム８１は帯電ローラ８２によって帯電電位Ｖｄ［Ｖ］に一様に帯電された後、画像部分はレーザスキャナ４３によって露光されて露光電位Ｖｌ［Ｖ］になる。現像スリーブ２４には、静電潜像へのトナーの付与率を向上させるために、通常は直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。現像スリーブ２４の直流成分の電圧をＶｄｃとしたとき、露光電位との差分の絶対値｜Ｖｄｃ−Ｖｌ｜をＶｃｏｎｔと呼び、これがトナーを画像部分へと運ぶ電界を形成する。尚、直流電圧Ｖｄｃと帯電電位Ｖｄとの差分の絶対値｜Ｖｄｃ−Ｖｄ｜はＶｂａｃｋと呼ばれ、トナーに対しては感光ドラム８１から現像スリーブ２４の方向に引き戻す電界を形成する。これは、トナーが非画像部分に付着する所謂かぶり現象を抑制するために設けられている。本実施の形態では、現像スリーブ２４には、交流電圧が印加されず、直流電源２８からの直流電圧のみが印加されるＤＣ現像方式を採用している。即ち、現像スリーブ２４に交流電圧を用いずに直流電圧が印加されることで、感光ドラム８１の静電潜像を現像する。
【００４０】
規制部材２５は、マグネットローラ２４ｍの規制極Ｎ１に対向して、現像容器２１に設けられている。規制部材２５は、先端を現像スリーブ２４に対して所定の隙間を空けた状態で現像容器２１に固定され、現像スリーブ２４の表面に担持された現像剤の磁気穂の穂切りによって層厚を規制する。規制部材２５は、現像スリーブ２４の長手方向に配置した非磁性の金属板（例えばアルミニウム板）からなり、規制部材２５の先端部と現像スリーブ２４との間を現像剤が通過して現像領域Ｄａへ送られる。
【００４１】
現像スリーブ２４の内側には、ローラ状のマグネットローラ（磁界発生部）２４ｍが、現像容器２１に対して非回転状態で固定設置されている。マグネットローラ２４ｍは、現像スリーブ２４の内側に設けられ、現像領域Ｄａを形成するために感光ドラム８１に対向する位置にある現像極Ｓ２を有する。マグネットローラ２４ｍは、５つのマグピースを有し、それぞれ現像スリーブ２４に対向する磁極を有している。本実施の形態では、マグネットローラ２４ｍは、現像極Ｓ２（第一極）、規制極Ｎ１（第二極）、搬送極Ｎ２（第三極）、剥離極Ｓ３（第四極）、汲み上げ極Ｓ１（第五極）を有している。
【００４２】
汲み上げ極Ｓ１は、現像室２１ｂに対向して配置されている。汲み上げ極Ｓ１は、現像スリーブ２４の回転方向において剥離極Ｓ３より下流側に設けられ、規制極Ｎ１と剥離極Ｓ３と隣り合う位置に設けられる。また、剥離極Ｓ３と汲み上げ極Ｓ１とは同極である。規制極Ｎ１は、規制部材２５に対向して配置されている。規制極Ｎ１は、現像極Ｓ２と異極であり、現像スリーブ２４の回転方向において現像極Ｓ２より上流側に設けられ、現像極Ｓ２と隣り合う位置に設けられる。搬送極Ｎ２は、現像領域Ｄａの回転方向下流側に配置されている。搬送極Ｎ２は、規制極Ｎ１と同極であり、現像スリーブ２４の回転方向において現像極Ｓ２より下流側に設けられ、現像極Ｓ２と隣り合う位置に設けられる。剥離極Ｓ３は、汲み上げ極Ｓ１の回転方向上流側に隣接して配置されている。剥離極Ｓ３は、現像スリーブ２４の回転方向において搬送極Ｎ２より下流側に設けられ、搬送極Ｎ２と隣り合う位置に設けられる。
【００４３】
現像極Ｓ２は、現像領域Ｄａを形成するために、感光ドラム８１に対向する位置に設けられる。尚、本実施の形態では、マグネットローラ２４ｍは、現像極Ｓ２として磁束密度Ｂｒのピークを１つのみ有するマグピースを適用している。尚、現像極Ｓ２として磁束密度Ｂｒのピークを１つのみ有するとは、現像極Ｓ２に隣接する規制極Ｎ１及び搬送極Ｎ２の間において、磁束密度Ｂｒの極性が反転する反転位置に挟まれた領域内でＢｒのピークが１つである構成を意味する。規制極Ｎ１及び搬送極Ｎ２の間において、磁束密度Ｂｒの極性が反転する反転位置に挟まれた領域とは、例えば図３では、２６０°から３２０°の範囲に相当する。
【００４４】
現像極Ｓ２は、現像領域Ｄａに対向する平面状の平面部２４ｓを有している。即ち、マグネットローラ２４ｍは、全体としては所謂断面Ｄカット形状をしており、現像極Ｓ２を有するマグピースは断面略扇形状をしている。平面部２４ｓの回転方向の両縁部は、角部２４ｃを形成している。即ち、現像極Ｓ２は、現像スリーブ２４の外周面における現像領域Ｄａよりも回転方向上流側及び回転方向下流側のそれぞれに対向する部位に角部２４ｃを有し、それぞれの角部２４ｃの間に平面部２４ｓを有している。これにより、磁束密度Ｂｒのθ方向変化が大きくてピークとなる部分を現像領域Ｄａよりも上流側及び下流側に設けることができ、磁気吸引力Ｆｒのピークも上流側及び下流側に設けることができる。このため、現像領域Ｄａにおいて磁気吸引力Ｆｒを高く維持することができ（図６中、実施例１，２参照）、磁気穂が現像スリーブ２４にしっかりと拘束されるため、磁気穂が現像スリーブ２４上で滑りにくくなり、磁気穂の速度低下を抑制できる。
【００４５】
即ち、現像極Ｓ２は、現像スリーブ２４の外周面における現像領域Ｄａよりも回転方向上流側及び回転方向下流側のそれぞれに対向する部位に、現像スリーブ２４の中心方向への磁気吸引力Ｆｒのピークを有する（図６中、実施例１，２参照）。尚、現像極Ｓ２が現像スリーブ２４の中心方向への磁気吸引力Ｆｒのピークを有するとは、以下の構成を意味する。即ち、現像極Ｓ２に隣接する規制極Ｎ１及び搬送極Ｎ２の間において、磁束密度Ｂｒの極性が反転する反転位置に挟まれた領域内に磁気吸引力Ｆｒのピークを有する構成を意味する。
【００４６】
ここでの現像極Ｓ２では、図３に示すような磁束密度Ｂｒを有するため、２６０°から３２０°の範囲の磁気吸引力Ｆｒのピークを現像極Ｓ２の磁気吸引力Ｆｒのピークと呼ぶ。本実施の形態の場合、現像極Ｓ２は、２７０°及び３１０°付近に２つの磁気吸引力Ｆｒのピークを有していることになる。また、磁気吸引力のピークは、回転方向上流側よりも回転方向下流側の方が大きく、回転方向上流側のピークと回転方向下流側のピークとの間において、回転方向上流側寄りに最下点を有する（図６中、実施例１参照）。これにより、現像領域Ｄａの回転方向上流側よりも回転方向下流側の方が大きな磁気吸引力を有するので、回転方向下流側での感光ドラム８１に対するキャリア付着を抑制することができる。即ち、現像スリーブ２４の回転方向において現像領域Ｄａの両端部近傍のそれぞれの現像スリーブ２４の法線方向における現像極Ｓ２の磁気力は、現像スリーブ２４の回転方向において、現像領域Ｄａの中央部の磁気力よりも大きい。また、回転方向の上流側の磁気力のピークと下流側の磁気力のピークとの間の磁気力の最下点は、現像領域Ｄａ内にある。
【００４７】
ここで、本実施の形態では、現像スリーブ２４の外周面に対する現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒの８０％値幅と半値幅との比率は、例えば０．７４としている。これに対し、正規分布である磁束密度Ｂｒの８０％値幅と半値幅との比率は、０．６０となる。現像スリーブ２４の外周面に対する現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒの８０％値幅と半値幅との比率は、正規分布である磁束密度Ｂｒの８０％値幅と半値幅との比率より大きく、０．６５以上である（図３及び表１参照）。即ち、現像スリーブ２４の法線方向における現像極Ｓ２の磁束密度Ｂｒの８０％値幅の現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒの半値幅に対する比率は、０．６５以上である。また、本実施の形態では、現像スリーブ２４の外周面に対する現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒの８０％値幅は、例えば３５°としている。これに対し、現像領域Ｄａの回転方向の幅は２８．６°としている。即ち、現像スリーブ２４の外周面に対する現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒの８０％値幅は、現像領域Ｄａの回転方向の幅よりも広い（図３参照）。尚、現像スリーブ２４の外周面における現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒの半値幅は、４０°以上としている。これらのことにより、現像領域Ｄａの回転方向の上流部分と下流部分においても、磁力線が感光ドラム８１の表面に対して直線的に向かう。よって、磁気穂の先端が感光ドラム８１の表面に対して沿うことなく点状に接するので（図５（ａ）参照）、トナーは現像スリーブ２４側から磁気穂によって阻害されることなく感光ドラム８１に飛翔することができる（図５（ｂ）参照）。
【００４８】
次に、本実施の形態の現像スリーブ２４の動作について、図２に基づいて説明する。現像スリーブ２４は矢印方向に回転し、現像室２１ｂに収容された現像剤は、現像室２１ｂに対向する汲み上げ極Ｓ１により吸着され規制部材２５の方向へ搬送される。現像剤は、規制部材２５に対向する規制極Ｎ１によって穂立ちされ、規制部材２５によって層厚が規制され、現像スリーブ２４と規制部材２５との間隙を通過することで現像スリーブ２４上に所定の層厚の現像剤層が形成される。
【００４９】
現像剤層は、感光ドラム８１と対向する現像領域Ｄａに担持搬送され、現像領域Ｄａに対向する現像極Ｓ２によって磁気穂を形成した状態で、感光ドラム８１の表面に形成されている静電潜像を現像する。即ち、現像極Ｓ２は、現像スリーブ２４の現像領域Ｄａに対向して現像領域Ｄａにおいて担持されたキャリアを穂立ちさせる。
【００５０】
現像に供された後の現像剤は、現像領域Ｄａの回転方向下流側に配置された搬送極Ｎ２を経て、剥離極Ｓ３及び汲み上げ極Ｓ１極が反発することによって作られた剥離領域にて現像スリーブ２４から剥離される。剥離された現像剤は、攪拌室２１ｃで攪拌及び搬送され、再び現像室２１ｂから現像スリーブ２４に供給される。
【００５１】
上述したように本実施の形態の現像装置２０によれば、現像スリーブ２４の外周面に対する現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒの８０％値幅と半値幅との比率は、正規分布である磁束密度の８０％値幅と半値幅との比率より大きい。このため、正規分布である磁束密度において単に現像極の半値幅を大きくして現像領域を増やした場合と比較して、磁束密度の８０％値幅が広くなる。これにより、現像領域Ｄａの回転方向の上流部分と下流部分においても、磁力線が感光ドラム８１の表面に対して直線的に向かう。よって、磁気穂の先端が感光ドラム８１の表面に対して沿うことなく点状に接するので、トナーは現像スリーブ２４側から磁気穂によって阻害されることなく感光ドラム８１に飛翔することができる。したがって、現像領域Ｄａを拡張しながらも、感光ドラム８１に対する磁気穂の先端の接触による現像効率の低下を抑制することができる。
【００５２】
また、本実施の形態の現像装置２０によれば、現像極Ｓ２は、磁束密度Ｂｒのピークを１つのみ有する。このため、現像領域Ｄａ内で磁束密度Ｂｒの同極のピークを２つ以上設けた場合と異なり、磁束密度Ｂｒの同極のピーク間で磁力線が反発することがないので、磁力線が反発することで磁気穂が形成されにくくなる部位が発生しない。このため、磁気穂を十分に形成することができるので、現像効率を向上することができる。
【００５３】
次に、本実施の形態のマグネットローラ２４ｍの現像極Ｓ２の実施例１について、比較例１，２と比較しつつ説明する。まず、マグネットローラ２４ｍの現像極Ｓ２の磁束密度Ｂｒについて、図３に基づいて詳細に説明する。ここでは、マグネットローラ２４ｍとして、本実施の形態のマグネットローラ２４ｍを使用したものを実施例１とした。また、半値幅の狭い現像極Ｓ２を用いたマグネットローラを使用したものを比較例１とし、比較例１より半値幅を広くした現像極Ｓ２を用いたマグネットローラを使用したものを比較例２とした。
【００５４】
各マグネットローラの現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度Ｂｒについて、磁場測定器（Ｆ．Ｗ．ＢＥＬＬ社製「ＭＳ−９９０２」）を用いて、地場測定器の部材であるプローブと現像スリーブ２４の表面との距離を約１００μｍとして測定した。図３に、実施例１として本実施の形態の現像極Ｓ２の磁束密度（実線）、比較例１として半値幅の狭い現像極Ｓ２の磁束密度（点線）、比較例２として比較例１より半値幅を広くした現像極Ｓ２の磁束密度（破線）を示す。ここで、半値幅とは、現像極Ｓ２の磁束密度（の法線成分）がピーク値の半分になる部分の幅を角度θで表わしたものである。半値半幅と区別するために半値全幅と呼ばれる場合もあるが、本明細書中では、半値幅といえば半値全幅を指すこととする。また、８０％値幅とは、現像極Ｓ２の磁束密度（の法線成分）がピーク値の８０％になる部分の幅を角度θで表わしたものである。半値幅の場合と同様、単に８０％値幅といえば全幅を指すこととする。
【００５５】
比較例２は、比較例１の現像極Ｓ２の磁束密度の形状をほぼ相似的に横に広げることで、半値幅を広げた場合の磁束密度分布である。一方、実施例１では半値幅を広げる際に、比較例２のように相似的に横に広げるのではなく、半値幅を広げる以上に８０％値幅が広がるようにしている。
【００５６】
表１に、比較例１、比較例２、実施例１について、半値幅及び８０％値幅と、８０％値幅を半値幅で割った値とをそれぞれ示す。表１に示すように、比較例２は比較例１に対して半値幅が大きくなっているが、８０％値幅を半値幅で割った値はさほど変化していない。これは、比較例２が磁束密度の形状を相似的に広げることで半値幅を広げているためである。一方、実施例１は比較例２と同様に比較例１に対して半値幅が大きくなっているが、８０％値幅を半値幅で割った値も大きくなっており、この点が比較例２とは異なる特徴である。
【００５７】
【表１】
2017161902.tif 000003
【００５８】
その結果、図３に示すように、比較例１，２の磁束密度分布が現像極Ｓ２のピークから徐々に減衰する形状であったのに対し、実施例１の磁束密度分布はピーク近傍ではなだらかで減衰が小さく、ピークから離れると急峻に減衰する形状であった。
【００５９】
現像スリーブ２４の外周面に対する現像極Ｓ２の法線方向の磁束密度の８０％値幅と半値幅との比率（８０％値幅／半値幅）に関しては、通常の正規分布型の磁束密度分布形状の場合は０．６０程度の値となる。現像領域Ｄａを拡張しながらも、感光ドラム８１に対する磁気穂の先端の接触による現像効率の低下をより効果的に抑制するには、８０％値幅／半値幅が０．６５よりも大きいことが好ましく、より好ましくは０．６６以上、更には０．７０以上がより好ましい。実施例１の８０％値幅／半値幅は、０．７４であるため、磁気穂の先端の接触による現像効率の低下をより効果的に抑制することができる。
【００６０】
次に、実施例１と比較例２について、磁力線ＭＬと磁気穂Ｂの形状とを比較して、図４及び図５に基づいて説明する。比較例２では、図４（ａ）に示すように、現像スリーブ１２４からの磁力線ＭＬは中心側から比較的横に広がりながら伸びている。これは、比較例２の磁束密度分布が現像極Ｓ２のピークから徐々に減衰する形状をしているため、磁力線ＭＬが横方向に広がって回り込みやすいためである。磁気穂Ｂの姿勢は、それぞれの磁極によって作られる磁力線ＭＬに沿う。比較例２においては、磁力線ＭＬが感光ドラム８１の表面に対して比較的傾いて伸びているため、磁気穂Ｂの先端部が傾いて感光ドラム８１を覆うように接触する。そのため、図４（ｂ）に示すように、現像スリーブ１２４の近傍のトナーＴの感光ドラム８１への飛翔が阻害され、現像効率が低下してしまう。
【００６１】
これに対し、実施例１では、図５（ａ）に示すように、磁力線ＭＬが比較的直線的に感光ドラム８１の方向へと伸びている。これは、実施例１の磁束密度分布が現像極Ｓ２のピークからなだらかであまり変化しない形状をしているため、磁力線ＭＬが横方向に回り込みにくいためである。実施例１においては、磁力線ＭＬが感光ドラム８１の表面に対して比較的まっすぐ伸びているため、磁気穂Ｂの先端が感光ドラム８１に向かって伸びている。そのため、磁気穂Ｂの先端が感光ドラム８１の表面に対して沿うことなく点状に接触する。これにより、図５（ｂ）に示すように、現像スリーブ２４の近傍のトナーＴの感光ドラム８１への飛翔が阻害されにくくなり、現像効率を向上することができる。
【００６２】
尚、現像極Ｓ２と、その上下流の極（ここでは、規制極Ｎ１及び搬送極Ｎ２）との角度が９０°を超えると、磁力線が中心側から比較的横に広がりながら伸びやすくなる。そのため、現像極Ｓ２とその上下流の極との角度は、各々９０°以下が好ましい。即ち、現像極Ｓ２の磁束密度のピークと規制極Ｎ１の磁束密度のピークとの間の角度が９０°以下であるか、現像極Ｓ２の磁束密度のピークと搬送極Ｎ２の磁束密度のピークとの間の角度が９０°以下であることが好ましい。また、現像極Ｓ２の磁束密度のピークと規制極Ｎ１の磁束密度のピークとの間の角度が９０°以下であり、かつ現像極Ｓ２の磁束密度のピークと搬送極Ｎ２の磁束密度のピークとの間の角度が９０°以下であることがより好ましい。
【００６３】
実施例１のマグネットローラ２４ｍは、先に述べたように５つの磁極のそれぞれに対応する磁束密度のピークを持っているが、本発明はこの構成に限らない。但し、３つの磁極からなるマグネットローラを適用した場合は、現像極の上下流の極との角度が広がる傾向にあり、上述した９０°以下という条件を満たしにくくなる。そのため、マグネットローラ２４ｍは、５極以上の磁極を持つことが好ましい。また、現像極の磁束密度（の法線成分）の絶対値が小さい場合も、磁力線が中心側から比較的横に広がりながら伸びやすくなる。そのため、現像極の磁束密度（の法線成分）の絶対値は９０ｍＴ以上であることが好ましく、９５ｍＴ以上であることがより好ましい。
【００６４】
更に、実施例１の現像極Ｓ２の上下流の磁極Ｎ１，Ｎ２は、いずれも異極の磁極に隣接している。これに対し、上下流の磁極Ｎ１，Ｎ２が同極と隣接する場合は、現像極Ｓ２の磁力線が中心側から比較的横に広がりながら伸びやすくなる。これは、現像極Ｓ２の上下流の磁極Ｎ１，Ｎ２の磁力線が隣接する同極方向には伸びにくく、現像極Ｓ２への方向に偏って磁力線が伸びるようになるからである。従って、現像極Ｓ２の上下流の磁極Ｎ１，Ｎ２は、いずれも実施例１のように同極の磁極と隣接していないことが好ましい。尚、３つの磁極からなるマグネットローラの場合は、現像極の上下流の磁極は共に同極の磁極と隣接するため、この点でも５極以上の磁極を持つことが好ましい。上記のようなマグネットローラ２４ｍの構成とすることで、本発明の効果をより効果的に得ることができる。
【００６５】
更に、感光ドラム８１に対する磁気穂の先端部の接触による現像効率の低下をより効果的に抑制するには、現像領域Ｄａ内で磁気穂の先端が感光ドラム８１に向かって伸びている状態をできるだけ維持できることが好ましい。そのためには、現像領域Ｄａ内での磁束密度（の法線成分）の変化が、なだらかであまり変化しないことが好ましい。そこで、磁束密度（の法線成分）の８０％値幅の範囲を現像領域Ｄａよりも広くすることで、現像領域Ｄａ内での磁束密度（の法線成分）の変化を小さくすることができる。これにより、現像領域Ｄａ内で磁気穂の先端が感光ドラム８１に向かって伸びている状態を維持でき、現像スリーブ２４の近傍のトナーＴの感光ドラム８１への飛翔が阻害されにくくなるので、現像効率を向上することができる。
【００６６】
現像領域Ｄａの回転方向の幅は、以下のようにして測定できる。感光ドラム８１に現像装置２０を装着した状態で、回転を停止して、現像スリーブ２４にＶｃｏｎｔ＝３００［Ｖ］となる現像高圧の直流成分のみを印加する。直流成分のみとしたのは、交流成分を印加すると磁気穂の接触部分以外からもトナーが飛翔してしまう虞があり、接触部分のみを測定するのには直流成分のみとするのが適しているからである。また、この時、現像スリーブ２４と感光ドラム８１とは停止した状態で行う。その後、現像装置２０を感光ドラム８１から引き離し、感光ドラム８１上のトナーが付着した範囲の幅を測定することで、現像領域Ｄａの幅とする。尚、本実施の形態では、現像領域Ｄａは、現像スリーブ２４の表面上でキャリアにより形成された磁気穂が感光ドラム８１に接触する接触ニップを意味している。
【００６７】
実施例１での現像領域Ｄａの測定の結果、現像領域Ｄａの幅は５ｍｍであった。現像スリーブ２４の直径は２０ｍｍであるので、現像スリーブ２４の表面上の角度に換算すると、５ｍｍ×３６０°／（２０ｍｍ×３．１４）＝２８．６°となる。表１に示すように、実施例１の現像スリーブ２４の８０％値幅は３５°であり、現像領域Ｄａの幅よりも大きい。これにより、現像領域Ｄａ内で磁気穂の先端が感光ドラム８１に向かって伸びている状態を維持でき、現像スリーブ２４の近傍のトナーＴの感光ドラム８１への飛翔が阻害されにくくなるので、現像効率を向上することができる。
【００６８】
尚、半値幅及び８０％値幅のいずれも絶対値が小さいと、磁気穂が感光ドラム８１に接触する領域が狭くなってしまう。そのため、半値幅は３６°以上が好ましく、４０°以上であることがより好ましい。また、８０％値幅は２６°以上が好ましく、３０°以上であることがより好ましい。
【００６９】
また、現像領域Ｄａ内で磁束密度Ｂｒの同極のピークを２つ以上設けることで、半値幅や８０％値幅を広げることも可能であるが、この場合は磁束密度Ｂｒの同極のピーク間で磁力線が反発しあうため、その部分には磁気穂が形成されにくくなる。磁気穂が形成されにくい部分が生ずると現像効率が低下してしまうので、現像領域Ｄａ内で磁束密度Ｂｒのピークは１つであることが好ましい。
【００７０】
ここで、現像領域Ｄａにおける感光ドラム８１と磁気穂との接触状態は、現像量に対する関連が大きいと考えられる。このため、本願発明者らは、感光ドラム８１と現像スリーブ２４の近接領域の現像剤の挙動を、透明感光ドラムを用いてその内面から高速度カメラ（Ｐｈｏｔｒｏｎ社製  ＦＡＳＴＣＡＭ  ＳＡ５）を用いて観察した。その結果、以下のことが判明した。
【００７１】
現像スリーブ２４は、通常は感光ドラム８１よりも周速度が速くなるよう設定されていることが多い。これは、現像スリーブ２４の対感光ドラム周速比が大きいほど、現像効率が向上するためである。ただし、周速比が大き過ぎるとトナー飛散や現像剤劣化等が発生するため、１．４〜２．１倍の間に設定されていることが多い。実施例１では、現像スリーブ２４の対感光ドラム周速比を１．８倍に設定している。実施例１では、感光ドラム８１の回転方向と現像スリーブ２４の回転方向は逆方向であるため、現像スリーブ２４の周速度は感光ドラム８１の周速度の１．８倍となっている。
【００７２】
そして、本願発明者らは、比較例２及び実施例１に関して、感光ドラム８１と現像スリーブ２４の近接領域の現像剤の挙動を観察し、感光ドラム８１に接触する現像剤の感光ドラム８１表面を移動する（平均）移動速度をＰＩＶ解析により算出した。実施例１のように、現像スリーブ２４の周速度を感光ドラム８１の周速度よりも速く設定している場合でも、現像剤の（平均）移動速度は現像スリーブ２４の周速度よりも遅くなる場合が多い。本願発明者が研鑽した結果、速度の落ち込みは比較例２に比べ実施例１の方が小さかった。
【００７３】
この結果から、単純に現像極の半値幅を大きくした比較例２の場合は、現像剤の感光ドラム８１への現像領域Ｄａ幅を増やすことができる一方で、感光ドラム８１の表面に接触する現像剤の移動速度が低下してしまうことが明らかになった。これを理由として、比較例２では、現像効率はあまり向上しなかったと考えられる。一方、実施例１の場合は、現像剤の感光ドラム８１への現像領域Ｄａ幅を増やすと同時に、感光ドラム８１の表面に接触する現像剤の移動速度の低下も抑えられるため、現像効率が向上したと考えられる。
【００７４】
上述したような磁気穂の移動速度の違いは、現像剤が現像スリーブ２４の中心方向に引きつけられる磁気吸引力Ｆｒと密接に関連していると考えられる。磁気穂が現像スリーブ２４の中心方向に引きつけられる磁気吸引力Ｆｒが大きいと、磁気穂が現像スリーブ２４にしっかりと拘束されるため、磁気穂が現像スリーブ上を滑りにくくなり、磁気穂の速度低下を抑制できる。現像スリーブ２４の磁気吸引力Ｆｒは、以下の数式１によって表される。
【００７５】
【数１】
2017161902.tif 000004
数式１において、μは磁性キャリアの透磁率、μ０は真空の透磁率、ｂは磁性キャリアの半径である。Ｂθは、上記の方法で測定したＢｒの値を用いて、以下の数式２から求める。
【００７６】
【数２】
2017161902.tif 000005
【００７７】
図６に、数式１，２により算出した現像領域Ｄａの周辺の磁気吸引力Ｆｒを示す。図６に示すように、比較例２では、磁気吸引力Ｆｒの大きさが現像領域Ｄａの全域にわたり比較例１よりも小さい傾向がある。これは、以下の理由によると考えられる。即ち、磁気穂が現像スリーブ２４の中心方向に引きつけられる磁気吸引力Ｆｒは、磁束密度の大きさとそのｒ方向変化（偏微分）の積からなっている。比較例２は磁束密度分布が現像極Ｓ２のピークから徐々に緩やかに減衰する形状をしており、磁束密度のｒ方向変化も緩やかになりやすい。結果として、磁束密度の大きさもピークから離れるに従い小さくなり、そのｒ方向変化（偏微分）も小さくなりやすいため、その積からなる磁気吸引力Ｆｒも小さくなりやすい。
【００７８】
一方、実施例１は、比較例２に比較して磁気吸引力Ｆｒを高めに維持できている。これは、実施例１は磁束密度の分布が現像極Ｓ２のピークから離れてもあまり変化せず磁束密度の絶対値を高く維持できる分、磁気吸引力Ｆｒを大きく保ちやすいためと考えられる。更に、ピークから離れた領域では磁束密度が急激に減衰するが、磁束密度が急激に変化する領域では、そのｒ方向変化（偏微分）も大きくなりやすいため、磁気吸引力Ｆｒを大きく保つことができる。図７に、実施例１の場合の磁束密度Ｂｒのθ方向変化を示した。図６及び図７を見比べると、磁束密度Ｂｒのθ方向変化が大きくてピークとなる部分は、磁気吸引力Ｆｒも大きくなりピークとなることが分かる。
【００７９】
上述したように、実施例１において、磁束密度Ｂｒのθ方向変化が大きくてピークとなる部分を現像領域Ｄａよりも回転方向の上流側及び下流側に設け、磁気吸引力Ｆｒのピークも現像領域Ｄａよりも回転方向の上流側及び下流側に設けている。これにより、現像領域Ｄａにおいて磁気吸引力Ｆｒを高く維持することができる。この構成により、磁束密度の絶対値を現像領域Ｄａ内で高く維持できるので、磁気吸引力Ｆｒを大きく保ちやすく、また現像領域Ｄａ外では磁束密度が急激に減衰するが、磁束密度が急激に変化するため、磁気吸引力Ｆｒを高く保つことができる。よって、実施例１においては磁気吸引力Ｆｒを高く保つことが可能となる。その結果、磁気穂が現像スリーブ２４にしっかりと拘束されるため、磁気穂が現像スリーブ２４の表面上を滑りにくくなり、磁気穂の速度低下を抑制できる。
【００８０】
また、実施例１では、マグネットローラ２４ｍは、全体としては所謂断面Ｄカット形状をしており、現像極Ｓ２を有するマグピースは断面略扇形状をしている。現像極Ｓ２は、現像領域Ｄａに対向する平面状の平面部２４ｓを有している。平面部２４ｓは、現像領域Ｄａよりも広く設けている（図２参照）。磁束密度Ｂｒのθ方向変化のピークと、磁気吸引力Ｆｒのピークとは、平面部２４ｓの回転方向の両縁部に形成された角部２４ｃの位置に略一致している。これは、角部２４ｃに磁力線が集中しつつ、回り込みも発生するためである。従って、図６及び図７に示すような磁束密度Ｂｒのθ方向変化のピークと磁気吸引力Ｆｒのピークとを実現するためには、マグピースの感光ドラム８１側の面の現像領域Ｄａよりも回転方向上流側及び下流側の両側に角部２４ｃを設ければよい。
【００８１】
また、実施例１では、現像領域Ｄａの上流側と下流側の双方の近傍に磁気吸引力Ｆｒのピークが各々ある構成である。このピークは、現像領域Ｄａ内の中央部（現像領域Ｄａのセンター）よりも大きい値となっている。特に上流側のピークよりも下流側のピークを大きくしている。更に、２つのピークの間で最下点となる位置を、現像領域Ｄａの上流寄りの位置としている。現像スリーブ２４の回転方向において現像領域Ｄａの両端部近傍のそれぞれの現像スリーブ２４の法線方向における現像極Ｓ２の磁気力のピークは、現像スリーブ２４の回転方向において現像領域Ｄａの外にある。本実施例１では、現像領域Ｄａの領域外にそれぞれのピークを有する構成であるが、現像領域Ｄａ内にそれぞれのピークがある構成であってもよい。
【００８２】
このように磁気吸引力Ｆｒを構成したことにより、磁気吸引力Ｆｒをそれとは反対に構成する場合に比べて、感光ドラム８１へのキャリア付着を生じにくくできる。即ち、現像領域Ｄａの上流側のピークよりも下流側のピークが小さく、かつ、２つのピークの間で最下点となる位置が現像領域Ｄａの下流寄りの位置である場合は、実施例１に比べて感光ドラム８１へのキャリア付着を生じやすい。キャリア付着が現像領域Ｄａの上流側に発生しても、付着したキャリアを下流側で回収することができるが、下流側で発生したキャリア付着は現像領域Ｄａの周辺では回収することができない。そのため、現像領域Ｄａの下流側において、キャリア付着の発生を抑える構成にすることが好ましい。
【００８３】
磁気吸引力Ｆｒの現像領域Ｄａの上流側のピークよりも下流側のピークを大きくし、かつ、２つのピークの間で最下点となる位置を現像領域Ｄａの上流寄りの位置にするためには、例えば、以下のようにする。即ち、現像極Ｓ２の上流側の規制極Ｎ１の磁束密度（の方線成分）Ｂｒよりも、現像極Ｓ２の下流側の搬送極Ｎ２の磁束密度（の方線成分）Ｂｒを大きくする。これにより、現像領域Ｄａの上流側に比べ下流側の磁束密度Ｂｒの変化が大きくなり、下流側の磁気吸引力Ｆｒが大きくなる。
【００８４】
または、磁気吸引力Ｆｒの現像領域Ｄａの上流側のピークよりも下流側のピークを大きくし、かつ、２つのピークの間で最下点となる位置を現像領域Ｄａの上流寄りの位置にするためには、例えば、以下のような方法により着磁してもよい。ここで、従来より一般的には、図８（ａ）に示すように、通常扇形のマグピースに対して、磁化ベクトル（図中、矢印で示す）を上下流方向に対して対称的（等方性）に着磁して現像極Ｓ２とすることが行われる。これに対し、本実施の形態では、図８（ｂ）に示すように、扇形のマグピースに対して、磁化ベクトル（図中、矢印で示す）を上下流方向に対して非対称的（非等方的）に着磁して現像極Ｓ２とすることで、下流側の磁気吸引力Ｆｒを大きくできる。具体的には、マグネットピース単体の磁化ベクトルが、下流方向により向かうように着磁すればよい。言い換えれば、現像スリーブ２４の周方向成分において、現像スリーブ２４の回転方向下流側を正としたとき、マグネットピース単体の磁化ベクトルの総和に関して、周方向成分が正となるように着磁すればよい。
【００８５】
実施例１では、キャリアへの磁気吸引力Ｆｒは、回転方向の上流側の磁気力のピークと下流側の磁気力のピークとの２つのピークを持つ。しかしながら、キャリア付着を抑えるには、キャリアへの磁気吸引力Ｆｒの上記２つのピーク間の最小点の絶対値において１．０×１０−７Ｎ以上であることが好ましい。また、２つの磁気吸引力Ｆｒのピークに関しては、絶対値において１．５×１０−７Ｎ以上であることが好ましく、絶対値において２．０×１０−７Ｎ以上であることがより好ましい。キャリアへの磁気吸引力Ｆｒを大きくするには、マグパターンの磁束密度Ｂｒの絶対値を大きくする他に、キャリアの磁気特性を高磁化にしたり、平均粒径を大きくしたりするなど、キャリア特性でも改善できる。
【００８６】
次に、本実施の形態のマグネットローラ２４ｍの現像極Ｓ２の実施例２について、図６に示すように実施例１と比較しつつ説明する。実施例２の画像形成装置１及び現像装置２０の概要は実施例１と同様であるため、詳細な説明を省略する。図６に示すように、実施例２では、実施例１と比較して現像極Ｓ２の磁気吸引力Ｆｒの分布が異なっている。
【００８７】
即ち、実施例１では、現像領域Ｄａの上流側と下流側の双方に磁気吸引力Ｆｒのピークが各々ある構成で、特に上流側のピークよりも下流側のピークを大きくしていた。また、２つのピークの間で最下点となる位置を、現像領域Ｄａの上流寄りの位置としていた。これは、磁気吸引力Ｆｒの最下点で発生したキャリア付着を下流側で回収するためである。これに対し、実施例２では、磁気吸引力Ｆｒの下流側のピークよりも上流側のピークが大きい構成とした。即ち、磁気吸引力Ｆｒのピークは、回転方向下流側よりも回転方向上流側の方が大きく、磁気吸引力Ｆｒは、回転方向上流側のピークと回転方向下流側のピークとの間において、回転方向下流側寄りに最下点を有する。
【００８８】
上述したように、磁気吸引力Ｆｒの下流側のピークよりも上流側のピークを大きくすることには、以下のようなメリットがある。まず、磁気吸引力Ｆｒが大きいと、磁気穂が現像スリーブ２４にしっかりと拘束されるため、磁気穂が現像スリーブ２４の表面上を滑りにくくなり、磁気穂の速度低下を抑制できる。発明者らの検討に拠れば、磁気穂速度の低下は一般的に現像領域Ｄａの上流側で発生しやすい。これは、上流側では現像スリーブ２４と感光ドラム８１との隙間が徐々に狭まっていくためで、ボトルネックで渋滞をおこすように上流側では磁気穂速度が低下する。一方、下流側では現像スリーブ２４と感光ドラム８１との隙間が徐々に広がっていくため、上流のような磁気穂速度の低下は発生しにくい。従って、上流側のピークを大きくすることで上流側の磁気穂速度の低下をより抑制できる。同様に、磁気吸引力Ｆｒの２つのピークの間で最下点となる位置を現像領域Ｄａの下流寄りの位置にすることでも、同様の効果を得られる。
【００８９】
実施例２のような磁気吸引力Ｆｒの分布を得るための着磁方法としては、実施例１で述べた方法と同様の方法で実現可能である。具体的には、現像極Ｓ２の下流側の搬送極Ｎ２の磁束密度（の方線成分）Ｂｒよりも、現像極Ｓ２の上流側の規制極Ｎ１の磁束密度（の方線成分）Ｂｒを大きくする。あるいは、磁化ベクトルが上流方向により向かうように非等方的な着磁をすればよい。尚、実施例１のように下流側でのキャリア付着抑制を目的として磁気吸引力Ｆｒの下流のピークを大きくするか、あるいは実施例２のように上流側での磁気穂の速度低下抑制を目的に磁気吸引力Ｆｒの上流のピークを大きくするかは、適宜選択可能である。この場合の実施例１及び実施例２の選択は、例えば、製品に要求される仕様に応じて適宜選択することができる。
【００９０】
尚、上述した実施形態及び実施例１，２では、現像極Ｓ２は、現像領域Ｄａに対向する平面状の平面部２４ｓを有する場合について説明したが、これには限られない。例えば、断面略扇形状のピースであっても着磁の際の工夫により、本発明のような磁束密度の特性を得ることが可能である。図９に示すように、断面略扇形状のピースに対する従来の一般的な着磁方法は、断面扇形状のマグネットピース２４ｐに対して配向ヨーク９０を近接させて着磁配向させる方法である。この時、配向ヨーク９０の先端がマグネットピース２４ｐに接する幅Ｗ１（図９中の矢印）をより広くすることで、本実施形態及び実施例１，２のような磁束密度の特性を得ることが可能である。特に、配向ヨーク９０の先端がマグネットピース２４ｐに接する幅Ｗ１を、現像領域Ｄａの幅よりも大きくするとよい。多少の振れが生じても確実に効果を得るためには、配向ヨーク９０の先端がマグネットピース２４ｐに接する幅Ｗ１を、現像領域Ｄａの幅よりも１．１倍以上にすることが好ましく、１．２倍以上にすることがより好ましい。以上のように、略扇形断面形状のマグネットピース２４ｐでも、本発明のような磁束密度の特性を備えていれば、本発明の効果を得ることが可能である。
【００９１】
尚、上述した実施形態及び実施例１，２では、ＤＣ現像方式について説明したが、これには限られない。例えば、直流電圧に交流電圧を重畳するＡＣ＋ＤＣ現像方式の現像装置に対して本発明を用いても、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９２】
２０…現像装置、２４…現像スリーブ、２４ｃ…角部、２４ｓ…平面部、２４ｍ…マグネットローラ（磁界発生部）、２５…規制部材（規制部）、２８…直流電源（電源）、８１…感光ドラム（像担持体）、Ｄａ…現像領域、Ｎ１…規制極（第二極）、Ｎ２…搬送極（第三極）、Ｓ１…汲み上げ極（第五極）、Ｓ２…現像極（第一極）、Ｓ３…剥離極（第四極）、Ｔ…トナー。
【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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