(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上にトナーと磁性粒子とを含む現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、該現像領域で該現像剤担持体表面に担持したブラシ状の現像剤を、該潜像担持体表面の移動方向と同方向で且つ該潜像担持体表面よりも高速に移動させて接触させることにより、該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、
上記現像剤担持体に担持され上記現像領域に向けて搬送される現像剤の量を規制する第１現像剤規制部材と、該第１現像剤規制部材で該現像領域に向けての搬送を規制された現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部に現像剤搬送方向上流側から隣接する位置で該現像剤担持体表面に臨むトナー補給用開口を有するトナー収容部と、該トナー収容部の上記現像剤担持体表面に臨むトナー補給用開口と上記現像剤収容部との間に位置し、該トナー収容部のトナー補給用開口から該現像剤収容部に向けて担持搬送されている該現像剤担持体上の該現像剤の量を規制する第２現像剤規制部材とを備え、
上記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度上昇に伴って上記第２現像剤規制部材による現像剤の規制量が増加するように上記第２現像剤規制部材と上記現像剤担持体表面との間隙が設定され、該現像剤担持体上での現像剤搬送に伴う現像剤の移動により、該現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度に応じて該トナー収容部内のトナーを現像剤に取り込むように構成され、
上記現像剤に含まれるトナーが、樹脂の中に１０〜５０質量％の含有量で磁性体を含有させた磁性トナーであり、
上記トナーの重量平均粒径が４〜１５μｍであり、
上記現像剤のトナー濃度が４〜２０質量％であり、
上記現像剤担持体の表面移動速度が５５０ｍｍ／ｓｅｃ以下であり、
上記現像剤担持体に印加する現像バイアスＶＢと上記潜像担持体上の地肌部電位ＶＤとの差の絶対値が４００Ｖ以下であり、
上記潜像担持体の表面移動速度に対する上記スリーブの表面移動速度の比率が３．７以下であり、
上記現像領域で上記現像剤担持体表面の外側に発生する下記の法線方向磁束密度の減衰率が５０％以上であることを特徴とする現像装置。
上記法線方向磁束密度の減衰率は、上記現像剤担持体の現像磁極によって該現像剤担持体表面上に発生する法線方向磁束密度のピーク値をＸとし、該現像剤担持体表面から径方向に１ｍｍ離れた位置での法線方向磁束密度のピーク値をＹとしたとき、次の（１）式で求められる値である。
減衰率［％］＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００  ・・・（１）
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記現像剤担持体に印加する現像バイアスＶＢが、交流成分を含むことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置とを備えた画像形成装置であって、
該現像装置として、請求項１又は２の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該潜像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、該潜像担持体上のトナー像を該中間転写体に転写する１次転写装置と、該中間転写体上のトナー像を転写材に転写する２次転写装置とを備えた画像形成装置であって、
該現像装置として、請求項１又は２の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
潜像担持体、該潜像担持体の表面を一様帯電する帯電装置、及び該潜像担持体の表面をクリーニングするクリーニング装置の少なくとも一つと、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置とを、画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成した画像形成プロセスユニットであって、
該現像装置として、請求項１又は２の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成プロセスユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置、該装置に用いる現像装置及び画像形成プロセスユニットに係り、詳しくは、回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上にトナーと磁性粒子とを含む現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備えた現像装置、該現像装置を備えた画像形成装置及び画像形成プロセスユニット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、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムや感光体ベルトからなる潜像担持体上に、画像情報に対応した静電潜像が形成され、現像装置によって現像動作が実行され、可視像が得られる。かかる電子写真方式においては、従来より、トナーのみからなる１成分現像剤を用いる１成分現像方式と、トナーと磁性粒子を含む２成分現像剤を用いた２成分現像方式とが知られている。このうち２成分現像方式は、転写性や温度・湿度に対する現像特性の安定性が良好な優れた現像方式である。この２成分現像方式では、潜像担持体に対向する現像領域において、現像剤担持体上にブラシチェーン状に穂立ちされて保持された２成分現像剤から潜像担持体上の静電潜像部分にトナーが供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記２成分現像方式においては、現像が行われる現像領域において潜像担持体と現像剤担持体との距離を近接させるほど、高い画像濃度を得やすく、またエッジ効果も少ないことが知られている。このため潜像担持体と現像剤担持体との距離を近接させることが望ましいが、両者を近接させると黒ベタ画像やハーフトーンのベタ画像の後端部が白く抜ける、いわゆる「後端白抜け」と呼ばれる画質劣化が発生しやすくなる。
【０００４】
上記「後端白抜け」の現象は、次のようなメカニズムで起こると考えられる。図２０は、２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の一例を示している。図２０において、小さな丸はトナー３ａ、大きな丸は磁性キャリア（磁性粒子）３ｂを示している。また、図示の都合上、現像領域内の１本の磁気ブラシだけを実線で示し、他の磁気ブラシは破線で示すと共にトナーを省略してある。さらに、感光体ドラム１上の非画像部Ａは負極性に帯電しているものとする。
図２０において、現像剤担持体としての現像スリーブ４上に担持された現像剤は、矢印Ｄ方向の現像スリーブ４の移動により、感光体ドラム１と対向する現像領域付近へと運ばれる。現像剤は、現像領域付近で現像磁極２０１の磁力により磁性キャリア３ｂが穂立ちし、磁気ブラシＭＢを形成する。一方、感光体ドラム１はその表面に静電潜像を保持しつつ、矢印Ｃ方向に回転している。現像領域では、感光体ドラム１と現像スリーブ４との線速差（感光体線速＜現像スリーブ線速）により、磁気ブラシＭＢが感光体ドラム１上の潜像を摺擦し、現像電界によって画像部Ｂにトナー３ａが付着する。その結果、現像スリーブ移動方向における現像領域の下流側では、感光体ドラム１上の潜像の画像部Ｂにトナー像が形成される。なお、所定の画像濃度を確保するために、現像スリーブ線速は、感光体線速よりも大きくするのが一般的である。
【０００５】
このような２成分現像方式の現像装置においては、図２１に示すようなメカニズムで後端白抜けが生じると考えられる。図２１（ａ）〜（ｃ）はいずれも、図２０の感光体ドラム１と現像スリーブ４の対向部付近を拡大した説明図であり、左側の感光体ドラム１に対し、右側の磁気ブラシＭＢの先端が近づいてくる磁気ブラシの動きを、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の時系列で表示している。図２１において感光体ドラム１と現像スリーブ４の対向部は、ちょうど非画像部と黒ベタ画像との境界を現像している状態、すなわち「後端白抜け」が発生する状態にあり、感光体回転方向下流側には現像されたばかりのトナー像が形成されている。この状態の感光体ドラム１に向かって現像スリーブ４上の１つの磁気ブラシＭＢが近づいてくる。ここで、感光体ドラム１は実際には図中時計回りに回転しているが、上述のように現像スリーブ４が感光体ドラム１よりも早く移動しているため、磁気ブラシＭＢは感光体ドラム１を追い越していく。そのため、図２１（ａ）〜（ｃ）においては感光体ドラム１が静止しているものとしてモデルを簡略化している。
図２１（ａ）において感光体ドラム１に近づいてくる磁気ブラシＭＢは、現像すべき画像部の後端位置Ａに至るまでの間に非画像部に対向して移動する。この移動の際に、マイナス電荷同士の反発力Ｂにより、トナー３ａは次第に感光体ドラム１から離れ現像スリーブ表面側に移動していく（以下、このトナー移動を「トナードリフト」という）。このトナードリフトの結果、図２１（ｂ）のように、磁気ブラシＭＢが画像部後端位置Ａに到達する頃には、感光体ドラム１近くの磁気ブラシは正極性に帯電した磁性キャリア３ｂが剥き出しの状態になっている。このため、潜像の画像部後端位置Ａに対向する磁性キャリア表面にはトナーは存在せず、画像部後端位置Ａで磁気ブラシＭＢから感光体ドラム１へのトナー移動はない。さらに、図２１（ｃ）において磁気ブラシＭＢが画像部後端位置Ａから画像部の若干内側に入った画像部後端部Ｃに到達すると、トナー３ａと感光体ドラム１との付着力が弱い場合には一度感光体ドラム１に付着したトナー３ａが静電気力により磁性キャリアに再付着することもある。この結果、画像部の非画像部に近接した画像部後端部では現像が行なわれないことがあり、これが「後端白抜け」の原因となると考えられる。
【０００６】
以上の「後端白抜け」発生メカニズムの説明では、現像スリーブ４の回転中心軸に垂直な断面を図示して説明してきたが、現像スリーブの長手方向（回転中心軸方向）に沿って観察すると、各磁気ブラシの長さは一定ではなく、長手方向の位置でばらついている。図２２は、この磁気ブラシの様子を模式的に示している。図２２（ａ）は長手方向に広がる磁気ブラシＭＢの状態を示し、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）に示す磁気ブラシＭＢを長手方向に対して垂直な平面Ａ−Ａ'で切ったときの断面図を示している。他の図との関係が分かるようにため、図２２（ｂ）には模式的に感光体ドラム１との位置関係を示しておく。
図２２（ａ）及び図２３（ａ）に示すように、磁気ブラシＭＢの高さは長手方向にばらつきが大きい。このため、感光体への接触位置が長手方向に沿って不揃いにばらつく。この結果、上記トナードリフトの度合も長手方向にばらつき、「後端白抜け」の起こる度合は長手方向に一定ではない。したがって、図２３（ｂ）に示すように長手方向にぎざぎざした形の「後端白抜け」が発生することになる。
【０００７】
なお、同様なメカニズムにより、現像スリーブ４の回転中心軸方向に延在する横細線がそれに直交する縦細線に比べて細る「横線細り」現象や、孤立ドットの形成が不安定になる現象も発生し、２成分現像方式の高画質化の妨げとなっていた。
【０００８】
そこで、本出願人は、上記「後端白抜け」等の発生を防止するため、現像スリーブ上の法線方向磁束密度分布を規定することで、現像スリーブ回転方向における現像領域の幅（現像ニップ幅）を狭くしたり、現像領域における磁気ブラシの現像剤密度を高めたりした現像装置を提案した（例えば、特開２０００−３０５３６０号公報参照）。
【０００９】
一方、現像剤に含まれるトナーとして非磁性トナーを用い、上述のように現像スリーブを回転させる場合、現像スリーブ上に担持された現像剤中のトナーに作用する遠心力により、トナー飛散が発生しやすいという問題点があった。このトナー飛散を抑制するために、磁性トナーを用いることが考えられる。
しかしながら、現像剤のトナーとして磁性トナーを用いた場合は、トナーと磁性キャリアとの間に、通常の静電的な吸引力に加えて、トナーが感光体ドラム側から離れる向きの磁気力が生じるため、上記「後端白抜け」が発生し易い。特に、磁性トナーを用いた場合、図２４に示すように、感光体ドラム１の表面と磁気ブラシＭＢの先端との接触部において、トナー３ａが磁性キャリア３ｂの表面に対して円環状に付着し、磁気ブラシＭＢの先端の剥き出しとなった磁性キャリア表面が感光体ドラム１に対向することになり、上記トナードリフトによる「後端白抜け」が更に発生しやすくなると考えられる。
また、同様なメカニズムにより、横細線が縦細線に比べて細る「横線細り」現象や、孤立ドットの形成が不安定になる現象も更に発生し易くなり、高画質化の妨げとなっていた。
【００１０】
本発明は以上の背景のもとでなされたものであり、その目的は、現像剤担持体の線速を大きくした場合でも、トナー飛散を抑制し且つ後端白抜けなどの画質劣化を防止することができる現像装置、該現像装置を備えた画像形成装置及び画像形成プロセスユニットを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転駆動可能な非磁性の現像剤担持体と、潜像担持体に対向する現像領域で該現像剤担持体上にトナーと磁性粒子とを含む現像剤を穂立ちさせる磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、該現像領域で該現像剤担持体表面に担持したブラシ状の現像剤を、該潜像担持体表面の移動方向と同方向で且つ該潜像担持体表面よりも高速に移動させて接触させることにより、該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、上記現像剤担持体に担持され上記現像領域に向けて搬送される現像剤の量を規制する第１現像剤規制部材と、該第１現像剤規制部材で該現像領域に向けての搬送を規制された現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部に現像剤搬送方向上流側から隣接する位置で該現像剤担持体表面に臨むトナー補給用開口を有するトナー収容部と、該トナー収容部の上記現像剤担持体表面に臨むトナー補給用開口と上記現像剤収容部との間に位置し、該トナー収容部のトナー補給用開口から該現像剤収容部に向けて担持搬送されている該現像剤担持体上の該現像剤の量を規制する第２現像剤規制部材とを備え、上記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度上昇に伴って上記現像剤の規制量が増加するように上記第２現像剤規制部材と上記現像剤担持体表面との間隙が設定され、該現像剤担持体上での現像剤搬送に伴う現像剤の移動により該現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度に応じて上記トナー収容部内のトナーを現像剤に取り込むように構成され、上記現像剤に含まれるトナーが、樹脂の中に１０〜５０質量％の含有量で磁性体を含有させた磁性トナーであり、上記トナーの重量平均粒径が４〜１５μｍであり、上記現像剤のトナー濃度が４〜２０質量％であり、上記現像剤担持体の表面移動速度が５５０ｍｍ／ｓｅｃ以下であり、上記現像剤担持体に印加する現像バイアスＶＢと上記潜像担持体上の地肌部電位ＶＤとの差の絶対値が４００Ｖ以下であり、上記潜像担持体の表面移動速度に対する上記スリーブの表面移動速度の比率が３．７以下であり、上記現像領域で上記現像剤担持体表面の外側に発生する法線方向磁束密度の減衰率が５０％以上であることを特徴とするものである。
ここで、上記「現像領域」とは、現像剤担持体上で穂立ちして形成されたブラシ状の現像剤が潜像担持体と接触し、現像剤中のトナーで潜像担持体の潜像を現像可能な領域である。
また、上記「法線方向磁束密度の減衰率」とは、現像磁極によって現像剤担持体表面上に発生する法線方向磁束密度のピーク値をＸとし、現像剤担持体表面から径方向に１ｍｍ離れた位置での法線方向磁束密度のピーク値をＹとしたとき、次式で求められる値である。
【数１】
減衰率［％］＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００
【００１２】
請求項１の現像装置では、磁性トナーを用いることにより、トナーが磁気力によって磁性キャリアに引き付けられるので、現像剤担持体の線速を大きくした場合でもトナー飛散が発生しにくくなる。
そして、現像領域で現像剤担持体表面の外側に発生する法線方向磁束密度の減衰率を５０％以上にすることにより、現像剤担持体表面移動方向における現像領域の幅が狭くなり、上記磁性トナーを用いた場合でも、前述の画像部後端部における潜像担持体から現像剤担持体側に向かうトナードリフトが発生しないようになる。更に、現像領域において穂立ちしたブラシ状の現像剤の長さが短く且つ密度が高まり、上記磁性トナーを用いた場合でも、ブラシ状の現像剤が、現像領域の潜像担持体の表面に対して、現像剤担持体の回転中心軸方向全体にわたって均一に接離するようになる。
【００１７】
また、本現像装置では、上記トナー補給用開口に臨む位置で現像剤担持体上に担持搬送されている搬送現像剤に接しているトナーが、搬送現像剤と現像剤収容部に収容されている収容現像剤との界面から引き込まれるように現像剤に取り込まれる。そして、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇すると、現像剤の嵩が増えることにより、現像剤収容部内に収容されている収容現像剤がトナー補給用開口を覆うように延びてきて、トナー補給用開口におけるトナー収容部から現像剤担持体上の現像剤へのトナー取り込みを抑制する。これにより、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度を一定範囲内に制御することができる。
【００１８】
また、本現像装置では、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇すると、現像剤の層厚が増加し、増加した現像剤の通過が第２現像剤規制部材で規制される。この規制された現像剤が、第２現像剤規制部材に対して現像剤搬送方向上流側から隣接するトナー補給用開口を覆い、トナー収容部から現像剤担持体上に担持搬送されている現像剤へのトナー取り込みを抑制する。これにより、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度を一定範囲内に制御することができる。
【００１９】
また、本現像装置では、トナー濃度を４質量％以上にすることにより、現像能力が不足して画像濃度が低下しないようにするとともに、潜像担持体へ磁性粒子が付着しないようにする。また、トナー濃度を２０質量％以下にすることにより、トナー飛散および地汚れの発生を抑制する。
【００２０】
また、本現像装置では、トナーにおける磁性体の含有量を１０質量％以上にすることにより、上記トナー飛散防止効果が確実に得られるようにする。また、磁性体の含有量を５０質量％以下にすることにより、現像能力が不足して画像濃度が低下しないようにする。
【００２１】
また、本現像装置では、現像剤担持体の表面移動速度を５５０ｍｍ／ｓｅｃ以下にすることにより、トナーの磁性体量が１０〜５０質量％の場合にトナー飛散を確実に防止できるようにする。
【００２２】
また、本現像装置では、現像バイアスＶＢと地肌部電位ＶＤとの差の絶対値を４００Ｖ以下にすることにより、上記トナードリフトに起因した「後端白抜け」等の画質劣化が確実に発生しないようにする。
【００２３】
また、本現像装置では、潜像担持体の表面移動速度に対する現像剤担持体の表面移動速度の比率を３．７以下にすることにより、上記トナードリフトに起因した「後端白抜け」等の画質劣化が確実に発生しないようにする。
【００２４】
また、本現像装置では、トナーの重量平均粒径を４〜１５μｍにすることにより、高解像度の画像が得られるようにする。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記現像剤担持体に印加する現像バイアスＶＢが、交流成分を含むことを特徴とするものである。
請求項２の現像装置では、交流成分を含む現像バイアスＶＢを現像剤担持体に印加することにより、ざらつき感のない高解像度の画像が得られるとともに、地肌部に磁性粒子が付着する確立を大幅に低減できる。
【００２６】
請求項３の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置とを備えた画像形成装置であって、該現像装置として、請求項１又は２の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
請求項３の画像形成装置では、上記現像装置を用いることにより、現像剤担持体の線速を大きくした場合でも、トナー飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を転写材上に形成することができる。
【００２７】
請求項４の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置と、該潜像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、該潜像担持体上のトナー像を該中間転写体に転写する１次転写装置と、該中間転写体上のトナー像を転写材に転写する２次転写装置とを備えた画像形成装置であって、該現像装置として、請求項１又は２の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
請求項４の画像形成装置では、現像剤担持体の線速を大きくした場合でも、トナー飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を、中間転写体を介して転写材上に形成することができる。
【００２８】
請求項５の発明は、潜像担持体、該潜像担持体の表面を一様帯電する帯電装置、及び該潜像担持体の表面をクリーニングするクリーニング装置の少なくとも一つと、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像とする現像装置とを、画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成した画像形成プロセスユニットであって、該現像装置として、請求項１又は２の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
請求項５の画像形成プロセスユニットでは、上記現像装置を備えた画像形成プロセスユニットを画像形成装置本体に装着して用いることにより、現像剤担持体の線速を大きくした場合でも、トナー飛散を抑制することができるとともに、後端白抜けなどの画質劣化のない画像を形成することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子写真式の画像形成装置であるレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という。）の現像装置に適用した実施形態について説明する。
まず、図２を用いて本実施形態に係るプリンタの概略について説明する。潜像担持体としての感光体ドラム１は、図中矢印Ａ方向に回転駆動されながら、感光体ドラム１に接触してその表面を帯電する帯電ローラ５０により一様に帯電された後、光書き込みユニット５１により画像情報に基づき走査露光されて表面に静電潜像が形成される。本実施形態では、上記帯電ローラ５０及び光書き込みユニット５１により潜像形成手段が構成されているが、他の種類の帯電装置や露光装置を用いて構成してもよい。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、後述する現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５３を備えた転写ユニットにより給紙カセット５４から給紙ローラ５５、レジストローラ対５６を経て搬送された転写材としての用紙５２上に転写される。転写終了後の用紙５２は、定着ユニット５７によりトナー像が定着され機外に排出される。なお、転写されなかった感光体ドラム１上の残留トナーは、クリーニングユニット５８により感光体ドラム１から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は除電ランプ５９で除去される。
【００３０】
次に、本実施形態に係る現像装置の全体構成について説明する。
図１は現像装置２の全体の概略構成図である。この現像装置２は感光体ドラム１の側方に配設され、磁性トナー３ａ及び磁性粒子（以下「磁性キャリア」という。）３ｂとを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）３を表面に担持する現像剤担持体として非磁性の現像スリーブ４を備えている。この現像スリーブ４は、ケーシング２ａの感光体ドラム１側に形成された開口部から一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装置により、感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄにおいて現像剤を下方(図中矢印Ｂ方向）に移動させる向きに回転駆動可能になっている。また、現像スリーブ４の内部には、磁界発生手段としての固定磁石群からなるマグネットローラ５が固定配置されている。
【００３１】
また、本現像装置は、現像スリーブ４上に担持され現像領域Ｄに向けて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、該ドクタ６に現像剤搬送方向上流側で現像スリーブ４の表面及びドクタ６との間に現像剤３を収容する現像剤収容部Ｓを形成するように設けられた現像剤収容ケース７、トナー収容部としてのトナーホッパ８なども備えている。トナーホッパ８は現像スリーブ４上の現像剤搬送方向における現像剤収容部Ｓの上流側に隣接して現像スリーブ表面と対向するトナー補給用開口（以下「トナー補給口」という。）８ａを有している。また、トナーホッパ８の内部には、図中矢印Ｃで示す時計方向に回転しながら磁性トナー３ａをトナー補給口８ａに向けて撹拌しながら送り出すトナー撹拌部材としてのトナーアジテータ９が配設されている。
【００３２】
上記現像剤収容ケース７の現像スリーブ４に近接する先端部（ひさし部）は、トナーホッパ８から磁性トナーが補給され現像剤収容部Ｓ内に向かって進行しようとする現像剤の量を規制する第２現像剤規制部材としてのプレドクタ７ａとして用いられている。また、上記現像剤収容ケース７等で形成される現像剤収容部Ｓには、感光体ドラム１との対向する現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤が収容される。
【００３３】
上記マグネットローラ５の表面部には、該ローラの回転中心軸方向に沿った方向に延在する磁極が径方向外側に向けて複数形成されるように、複数の磁石が設けられている。具体的には、現像領域Ｄに対向する位置に現像剤を穂立ちさせて現像を行うための現像磁極Ｐ１（Ｎ極）が形成され、この現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅を狭くするために、現像磁極Ｐ１に対して現像スリーブ回転方向の上流側及び下流側のそれぞれから隣接する位置に、現像磁極と反対の極性の補助磁極Ｐ１ａ（Ｓ極），Ｐ１ｂ（Ｓ極）を有している。また、上記現像剤収容部Ｓに磁界の磁力が及ぶように、プレドクタ７ａに対向する位置から上記現像領域に至る間に磁極Ｐ４（Ｎ極）を有している。更に、上記マグネットローラ５の表面には、一般的な現像装置と同様に、現像スリーブ４上に現像剤を担持し続けながら搬送するための搬送磁極Ｐ２（Ｎ極），Ｐ３（Ｓ極）を有している。
なお、図１中の現像スリーブ４の周囲に点線で示した曲線は、各磁極によって形成された、現像スリーブ４の軸方向中央部における現像スリーブ表面上の法線方向磁束密度分布を示している。
【００３４】
上記マグネットローラ５は、６極の磁極が形成されているが、上記補助磁極Ｐ１ｂから補助磁極Ｐ１ａに至る間に磁極を更に増やし、８極や１０極で構成されるマグネットローラとしてもよい。
【００３５】
また、上記マグネットローラ５の現像磁極Ｐ１は、回転中心軸に垂直な横断面における面積（以下「横断面積」という。）が小さい磁石により構成されている。この横断面積が小さくなると一般に磁力は弱くなるが、現像スリーブ表面の磁力が小さくなりすぎると磁性キャリアを保持する力が充分ではなくなるために感光体ドラム１への磁性キャリア付着を生じることがある。そこで、この現像磁極Ｐ１用の磁石は磁力の強い希土類金属合金磁石により作製した。希土類金属合金磁石のうち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネルギー積で３５８ｋＪ／ｍ３であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石では最大エネルギー積で８０ｋＪ／ｍ３前後である。これにより、従来通常用いられていた、最大エネルギー積が３６ｋＪ／ｍ３前後、２０ｋＪ／ｍ３前後であるフェライト磁石、フェライトボンド磁石等と比べ強い磁力を確保することが可能となったため、横断面積の小さい磁石を用いても現像スリーブ表面の磁力を確保することが可能となった。磁力を確保するためには、この他にサマリュウムコバルト金属合金磁石等を用いることもできる。
【００３６】
また、本実施形態の現像装置において、現像時、現像スリーブ４には、現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源１０により、現像バイアスＶＢとして直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加されている。地肌部電位（背景部電位）ＶＤ及び画像部電位ＶＬはそれぞれ、上記振動バイアス電圧ＶＢの最大値と最小値の間に位置している。この振動バイアス電圧の印加により、向きが交互に変化する交互電界が現像領域Ｄに形成される。この交互電界中で現像剤のトナー３ａと磁性キャリア３ｂとが激しく振動し、磁性トナー３ａが現像スリーブ４および磁性キャリア３ｂへの静電的拘束力及び磁気的拘束力に打ち勝って感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像に選択的に付着する。
【００３７】
上記振動バイアス電圧からなる現像バイアスＶＢの最大値と最小値の差（ピーク間電圧）は０．５〜５ｋＶが好ましく、周波数は１〜１０ｋＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波形としては、矩形波、サイン波、三角波等を使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、地肌部電位ＶＤと画像部電位ＶＬの間の値であるが、画像部電位ＶＬよりも地肌部電位ＶＤに近い値である方が、地肌部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【００３８】
また、上記振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここで、「デューティ比」とは、振動バイアス電圧の１周期中でトナーが感光体ドラム１に向かおうとする時間の割合である。このデューティ比に設定することにより、トナーが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが静電潜像の電位分布に忠実に付着して、現像能力が向上し、さらにざらつき感や解像力を向上させることができる。また、トナー３ａとは逆極性の電荷を有する磁性キャリア３ｂが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と現像バイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、磁性キャリア３ａの運動が沈静化することができる。これにより、画像後端部のトナーの攪乱を防止し、後端白抜け、細線再現性、孤立ドット再現性が良好となる。さらに静電潜像の地肌部に磁性キャリアが付着する確率を大幅に低減する効果もある。
【００３９】
次に、図１に基づいて、上記構成の現像装置の現像動作について説明する。
現像スリーブ４上の現像剤３は該スリーブ４の矢印Ｂ方向の回転に伴って搬送され、ドクタ６により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤３は、矢印Ａ方向に回転している感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄに搬送される。この現像領域Ｄで、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の可視像化が行われる。現像領域Ｄを通過した現像スリーブ４上の現像剤は現像スリーブ回転に伴って更に搬送され、トナー補給口８ａと対向する位置に到達する。このトナー補給口８ａには、トナーホッパ８内の磁性トナー３ａがアジテータ９で送り出され現像スリーブ４上の現像剤と接するように滞留している。トナー補給口８ａで新しい磁性トナー３ａを取り込んだ後、現像剤収容部Ｓに戻る。そして、新しい磁性トナー３ａを含んだ現像剤３はドクタ６による規制部で内圧が増加する。この内圧の増加した現像剤中で磁性キャリアとの摩擦帯電によってトナー帯電が行われる。一方、上記現像領域に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤３の一部は、現像剤収容部Ｓ内で循環するように移動する。
【００４０】
次に、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて、本現像装置における現像動作時の自己トナー濃度制御について説明する。なお、図３中の２点鎖線は、互いに異なる挙動を示す現像剤同士の界面を示している。
まず、現像装置に初期剤として所定のトナー濃度及び重量を有する現像剤をセットして、現像スリーブ４を回転駆動すると、現像剤３は搬送現像剤３−１及び収容現像剤３−２の２つの部分に分かれる。搬送現像剤３−１は現像スリーブ４の表面に磁力で担持され該表面に連れ回るように搬送される現像剤である。収容現像剤３−２は現像剤収容部Ｓ内に収容され上記搬送現像剤３−１の移動に伴って現像剤収容部Ｓ内で循環移動する現像剤である。
現像剤収容部Ｓ内では、図３（ａ）に示すように４つの現像剤流Ｆ１、Ｆ２が発生する。第１の現像剤流Ｆ１は、現像スリーブ４と剥離ローラ１１との間を通過するように流れる搬送現像剤３−１の流れである。第２の現像剤流Ｆ２は、ドクタ６で現像剤がドクタ６の背面を上昇しドクタ６と剥離ローラ１１の間の空間で発生する収容現像剤３ｃの循環流である。
【００４１】
次に、上記現像剤収容部Ｓ内に上記現像剤流Ｆ１，Ｆ２が発生した状態で、トナーホッパー８に磁性トナー３ａがセットされると、トナー補給口８ａより現像スリーブ４に担持された搬送現像剤３−１に磁性トナー３ａが供給される。磁性トナーが供給された現像スリーブ４上の現像剤は、磁性トナーと共に現像剤収容部Ｓへ搬送される。そして、搬送途中で、搬送現像剤３−１に供給された磁性トナーは現像スリーブ４の軸中心方向へ若干入り込む。磁性トナーが供給された搬送現像剤３−１は、プレドクタ７ａによる規制位置を通過した後、その一部は収容現像剤３−２との間で混合される。この現像剤の混合により、両現像剤同士の入れ替え、現像剤内でのトナーの分散撹拌による均一化、磁性トナーと磁性キャリアとの摩擦帯電によるトナー帯電等が行われる。
【００４２】
次に、上記磁性トナーの補給により現像剤３中のトナー濃度が次第に上昇していくと、搬送現像剤３−１の嵩が増大していくことにより、トナー補給口８ａに対向する位置からドクタ６による規制位置に至る区間で現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の層厚が厚くなっていく。それとともに、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１内の磁性キャリアの比率が低下することにより、搬送現像剤３−１に対する磁力が弱くなっていくため、搬送現像剤３−１の移動速度が低下していき、上記区間での現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の層厚がますます厚くなっていく。この層厚が厚くなった搬送現像剤３−１は、上記ドクタ６から受ける搬送を阻止する向きの力（ブレーキ力）を強く受けるようになり、搬送現像剤３−１の移動速度はますます低下していく。
そして、トナー補給口８ａに対向する位置で層厚が厚くなった搬送現像剤３−１の上層部は、上記プレドクタ７ａで掻き取られ、図３（ａ）に示すようにプレドクタ７ａの現像剤搬送方向上流側に滞留していく。以下、この滞留した現像剤を「滞留現像剤」３−３という。この滞留現像剤３−３は、それに接する搬送現像剤３−１の移動に伴って循環運動を行っている。トナー補給口８ａに送り込まれた磁性トナー３ａは、搬送現像剤３−１の露出している部分に引き付けられるとともに、搬送現像剤３−１と滞留現像剤３−３との合流点Ｐから引き込まれるようにして、現像剤中に取り込まれる。
【００４３】
さらに現像剤３のトナー濃度が上昇していくと、図３（ｂ）に示すようにトナー補給口８ａにおける滞留現像剤３−３の量が増え、滞留現像剤３−３で磁性トナーに接している搬送現像剤３−１の露出面が塞がれ、両現像剤の合流点Ｐもトナー補給口８ａの現像剤搬送方向上流端まで移動する。それとともに、上記トナー補給口８ａの滞留現像剤３−３自体の循環移動速度も低下する。この時点で、現像剤への磁性トナーの取り込みがほぼ終了し、トナー濃度がそれ以上上昇しなくなる。
【００４４】
上記磁性トナーが取り込まれプレドクタ７ａと現像スリーブ４との間のギャップを通過した搬送現像剤３−１の一部（上層部）は、収容現像剤３−２と混合撹拌され、その一部は再び現像スリーブ４上に担持される。現像スリーブ４とドクタ６との間のギャップを通過した搬送現像剤３−１は、感光体ドラム１と対向する現像領域Ｄに搬送される。そして、現像領域Ｄでは、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像に磁性トナーが供給され、静電潜像の現像に用いられる。
【００４５】
上記感光体ドラム１の静電潜像の現像により現像スリーブ４上の磁性トナーが消費されると、この部分のトナー濃度が減少し、現像スリーブ４によって現像剤に作用する搬送力が増加するとともに、この部分の現像剤の嵩も減少する。そして、上記プレドクタ７ａの先端部によって規制される搬送現像剤３−１の層厚が低下し、トナー補給口８ａ付近に溜まっていた滞留現像剤３−３の量が減少し、滞留現像剤３−３の循環移動速度も上昇してくる。そして、トナー補給口８ａにおいて、現像スリーブ４により搬送される搬送現像剤３−１とトナーホッパ８内からの磁性トナー３ａとが接触することとなり、再度磁性トナーが取り込まれて上述のように現像剤３のトナー濃度が増加する。
【００４６】
以上のように、現像スリーブ４上のトナー濃度の変化に応じて、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の上記プレドクタ７ａによる規制状態が変化し、上記磁性トナーが消費された部分の現像剤のトナー濃度が所定の濃度範囲になるように自己制御される。これにより、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１のトナー濃度が常にほぼ一定濃度の範囲となるように保たれる。このため、トナー濃度センサやトナー補給部材などの複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。
【００４７】
なお、現像スリーブ４上の搬送現像剤３−１の一部を剥離して現像剤収容部Ｓ内の収容現像剤３−２と混合するための剥離部材を、現像剤収容部Ｓ内で現像ローラ４の表面に対向するように設けてもよい。この剥離部材を設けた場合は、搬送現像剤３−１と収容現像剤３−２との入れ替えが促進されるので、現像剤３中の磁性キャリアの帯電能力低下による現像剤３の早期劣化を防止することができる。また、上記搬送現像剤３−１と収容現像剤３−２との混合により、現像剤のトナーが分散撹拌され現像剤搬送方向と直交する画像幅方向に関してトナー濃度が均一化されるので、現像濃度ムラのない良好な現像を行うことができる。
【００４８】
次に、本実施形態で用いる現像剤について説明する。
本実施形態の現像装置で用いる現像剤のトナーとしては、トナー濃度変動が比較的大きい上記トナー自己濃度制御方式を採用したときの高トナー濃度側にふれたときのトナー飛散を抑制する観点から、次のような特性を有する磁性トナーが好ましい。
磁性トナーの重量平均粒径は４〜１５μｍの範囲が好適である。トナーの重量平均径の測定方法は、以下の手順にて行う。まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。次に、測定試料を更に２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置（商品名：「Ｅ−ＳＰＡＲＴ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ」）により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径（Ｄ４）、個数平均粒径を求めることができる。測定チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とする。
【００４９】
また、トナー全体に占める各成分の割合は、結着樹脂が７５％〜９３％、着色剤が３％〜１０％、離型剤が３％〜８％、その他の成分が１％〜７％である。
上記結着樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトンなどがあげられる。
上記着色剤としては、従来より知られている無機又は有機の染料／顔料が使用可能であり、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダムンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルー、インダスレンブルーが挙げられる。
【００５０】
また、上記結着樹脂に含有させる磁性体の材料としては、マグネタイト、γ−酸化鉄、フェライト鉄、過剰型フェライトの如き酸化鉄；鉄、コバルト、ニッケルの如き磁性金属；酸化鉄又は磁性金属と、コバルト、スズ、チタン、銅、鉛、亜鉛、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、珪素の如き金属との複合金属酸化物合金又は、混合物が挙げられる。これら磁性体の粒子は、平均粒径が０．０５〜１．０μｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．６μｍの範囲内、さらに好ましくは、０．１〜０．４μｍの範囲内であることが良い。これらの磁性体の粒子は、窒素吸着法によるＢＥＴ比表面積が好ましくは１〜２０ｍ２／ｇの範囲内、特に２．５〜１２ｍ２／ｇの範囲内であることが良く、更にモース硬度が５〜７の範囲内であることが良い。
磁性体の粒子の形状としては、８面体、６面体、球形、針状、鱗片状があるが、８面体、６面体、球形の異方性の少ないものが好ましい。
上記磁性体を含有する磁性トナー粒子は、結着樹脂１００質量部に対し１０〜１５０質量部、好ましくは２０〜１２０質量部の磁性体を含有させたものが好ましい。
【００５１】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で添加剤を少量用いることができる。この添加剤としては、例えばテフロン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末の如き研磨剤；例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末の如き流動性付与剤又はケーキング防止剤；例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末の如き導電性付与剤；及び逆極性の有機微粒子又は無機微粒子が挙げられる。
また、定着性などを改善するために離型剤を添加することもできる。この離型剤としては、パラフィンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス及びその誘導体が挙げられる。誘導体は、酸化物、ビニル系モノマーとのブロック共重合体、ビニル系モノマーのグラフト変性物を含む。その他、アルコール、脂肪酸、酸アミド、エステル、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、鉱物系ワックス、ペトロラクタムも利用できる。
【００５２】
また、トナーの帯電制御剤としては、次のような材料を用いることができる。トナーを負荷電性に制御する荷電制御剤としては、例えば有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸系金属錯体、芳香族ダイカルボン酸系金属錯体があげられる。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、その無水物、そのエステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類がある。
トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物；トリブチルベンジルアンモニウム−１−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料（レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物）、この微粒子状の荷電制御剤の個数平均粒径は好ましくは、４μｍ以下、より好ましくは、３μｍ以下が良い。これらの荷電制御剤をトナー粒子中に内添する場合には、トナー粒子は、結着樹脂１００質量部に対して好ましくは、０．１〜２０質量部、より好ましくは、０．２〜１０質量部含有することが良い。
【００５３】
本実施形態のトナーは、必要に応じて、一般に広く使用されているトナー用の添加剤、例えばコロイダルシリカのような流動化剤、酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、炭化ケイ素等の研磨剤、脂肪酸金属塩などの滑剤等を含有させてもよい。無機微粉体はトナーに対して０．１〜２質量％使用されるのが好ましい。０．１質量％未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２質量％を超える場合は、細線間のトナー飛び散り，機内の汚染，感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【００５４】
上記添加剤をトナーに混合する方法としては、従来公知の方法でよく、ヘンシェルミキサー、スピードニーダー等の装置により混合することができる。トナー混練・冷却後のトナー粉の製造方法としては、従来公知の方法でよく、例えば混練・冷却した後、これをジェットミルで粉砕し、分級して得られる。
【００５５】
乾式の二成分現像剤として使用する場合、磁性キャリア並びにトナーの使用量としては、トナー粒子が磁性キャリア粒子の磁性キャリア表面に付着して、その表面積の３０〜１００％を占める程度に両粒子を混合するのが好ましい。
【００５６】
本実施形態の現像剤を構成する磁性キャリアの核体粒子としては、従来より公知のものでよく例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属；マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物；前記強磁性体微粒子と樹脂との複合体等が挙げられる。
これらの磁性キャリアは、より耐久性を長くする目的で、表面を樹脂で被覆することが好ましい。
被覆層を形成する樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、アクリル（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビニル及びポリビニリデン系樹脂；塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体；；オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂またはその変成品（例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変成品）；ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等の弗素樹脂；ポリアミド；ポリエステル；ポリウレタン；ポリカーボネート；尿素−ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもトナースペントを防止する点で好ましいのはシリコーン樹脂またはその変成品、弗素樹脂、特にシリコーン樹脂またはその変成品である。
被覆層の形成法としては、従来と同様、磁性キャリア核体粒子の表面に被覆層形成液を噴霧法、浸漬法等の手段で塗布すればよい。ここで、被覆層の厚さは０．１〜２０μｍが好ましい。
【００５７】
以上のトナー及び磁性キャリアを用いた二成分現像剤のより具体的な製造例は、次のとおりである。
0004143266.tif 000002
上記組成の混合物を、溶融混練し、その後、粉砕、分級した。さらに、母体着色粒子１００質量部に対して、疎水性シリカ０．３質量部を混合し、平均粒径９．０μｍのトナーを得た。
【００５８】
（磁性キャリア）
また、湿式法により作成したマグネタイト１００質量部に対してポリビニルアルコール２質量部、水６０質量部をボールミルに入れ１２時間混合してマグネタイトのスラリーを調整した。このスラリーをスプレードライヤーにて噴霧造粒し、球形粒子とした。この粒子を窒素雰囲気中で１０００°Ｃの温度で３時間焼成後冷却し核体粒子を得た。
【００５９】
シリコーン樹脂溶液                    １００質量部
トルエン                              １００質量部
γ−アミノプロピルトリメトキシシラン    １５質量部
カーボンブラック                        ２０質量部
上記組成の混合物をホモミキサーで２０分間分散し、被覆層形成液を調整した。この被覆層形成液を流動床型コーティング装置を用いて、上記核体粒子１０００質量部の表面にコーティングして、シリコーン樹脂被覆の磁性キャリアを得た。
上記磁性キャリア（９０質量部）に対し、磁性トナーを１０質量部の割合で混合し、二成分現像剤を作成した。
【００６０】
図４は、感光体ドラム１と磁性トナー３ａと磁性キャリア３ｂとの間に発生する力を示している。磁性トナー３ａには、感光体ドラム１との間に電界による力Ｆｅと、磁性キャリア３ｂとの間に静電的な力Ｆｓと、現像スリーブ４側に引き付ける磁気的な力Ｆｂとがそれぞれ矢印の方向に働いている。前述のトナードリフトによる力は、静電的な力Ｆｓの増加分（α）として考えることができ、トナードリフトの発生している状態では、ＦｓはＦｓ＋αとなり、磁性キャリア３ｂに引き戻され易くなる。また、非磁性トナーの場合は磁気的な力Ｆｂはない。よって、磁性トナーは非磁性トナーと比べて、磁気的な力Ｆｂが存在するため、前記のようにベタ画像やハーフトーン画像の後端部、細線、孤立ドットの再現性は不利になる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、現像磁極Ｐ１によって現像スリーブの外側に発生する法線方向磁束密度のピーク値の減衰率を５０％以上にすることにより、現像領域Ｄの現像スリーブ表面移動方向の幅（現像ニップ幅）を狭くし、トナードリフトによるＦｓの増加分のαを０（ゼロ）もしくはかなり小さくできた。更に、現像領域Ｄにおける磁気ブラシの密度を高めるとともに、図５（ａ）に示すように現像スリーブの回転中心軸方向全体にわたって現像剤を均一に穂立ちさせて感光体ドラム１の表面に接離させることができた。これにより、図５（ｂ）に示すように後端白抜けのないベタ画像を形成することができ、磁性トナーを用いた場合の画質改善ができるようになった。なお、図５（ｂ）中のラインＥは、画像部の後端である。
【００６２】
図６は、本実施形態における感光体ドラム１と現像スリーブ４の現像領域付近を拡大した上記画質改善のメカニズムを説明するための説明図であり、左側の感光体ドラム１に対し、右側の磁気ブラシＭＢの先端が近づいてくる磁気ブラシの動きを表示している。図６（ａ）に示すように、本実施形態では、磁気ブラシが感光体ドラム１に摺擦する時間が短いため、磁気ブラシ先端から現像スリーブ表面側にトナー３ａが移動するトナードリフトが低減される。このトナードリフトの低減により、図６（ｂ）に示すように画像部後端に対向する位置Ａにおいてもトナーが存在し、磁気ブラシ先端部の磁性キャリア表面がむき出しにならない。従って、図６（ｃ）に示すように、磁気ブラシ先端の磁性キャリア表面がむき出しになっていないため、感光体ドラム１上の画像部に一旦トナーが磁気ブラシ先端部の磁性キャリアに再付着することもないので、後端白抜け、横線細り、孤立ドット形状のばらつき等の画質劣化を低減することができる。
【００６３】
なお、上記法線方向磁束密度の減衰率を規定する代わりに、現像磁極Ｐ１によって現像スリーブ４上に発生する法線方向磁束密度Ｂｎの０ｍＴ変極点間角度幅θ１（図７（ａ）参照）や、現像磁極Ｐ１によって現像スリーブ４上に発生する法線方向磁束密度Ｂｎの現像スリーブ表面移動方向における半値角度幅θ２（図７（ｂ）参照）を規定することにより、上記トナードリフトを低減し、後端白抜けなどの画質低下を防止するように構成してもよい。具体的には、上記０ｍＴ変極点間角度幅θ１を４０°以下にし、あるいは、上記半値角度幅θ２を２０°以下にする。
【００６４】
次に、上記構成の現像装置を用いた実験結果について説明する。
〔実施例１〕
本実施例における実験条件は、次の表１のように設定した。ここで、磁束密度の測定に使用した計測装置は、ＡＤＳ社製ガウスメーター（ＨＧＭ-８３００）並びにＡＤＳ社製Ａ１型アキシャルプローブであり、円チャートレコーダにて記録した。以下の実施例についても、同様な実験条件で行なった。
【００６５】
【表１】
0004143266.tif 000003
【００６６】
上記条件下で、上述の現像磁極Ｐ１によって現像スリーブの外側に発生する法線方向磁束密度Ｂｎのピーク値の減衰率［％］を変化させ、ベタ画像の後端白抜け量とライン幅縦横比を測定した。ここで、後端白抜け量が０〜０．４ｍｍの場合を、良好な範囲とした。また、上記ライン幅縦横比は、原稿上で同じ幅の縦横のライン画像について画像形成を行ったときの、出力画像における縦方向（現像スリーブ表面移動方向）のライン画像の幅を、横方向（現像スリーブの回転中心軸方向）のライン画像の幅で除した値である。この値が大きいほど、「横線細り」の程度が大きいことになる。
【００６７】
図８及び図９は、本実施例における実験結果を示している。なお、比較例として、非磁性トナーを用いたときのデータを併せて示している。
この結果から、磁性トナーを用いた場合は、法線方向磁束密度Ｂｎのピーク値の減衰率を５０％以上にすることにより、後端白抜け量及び横線細りの程度が少なく良好な画像品質が得られることがわかる。
【００６８】
〔実施例２〕
本実施例では、上記０ｍＴ変極点間角度幅θ１と、ベタ画像の後端白抜け量及びライン幅縦横比との関係を調べた。
図１０及び図１１に示す本実施例の実験結果から、磁性トナーを用いた場合は、法線方向磁束密度の０ｍＴ変極点間角度幅θ１を４０％以下にすることにより、後端白抜け量及び横線細りの程度が少なく良好な画像品質が得られることがわかる。
【００６９】
〔実施例３〕
本実施例では、上記現像磁極による法線方向磁束密度分布の半値角度幅θ２と、ベタ画像の後端白抜け量及びライン幅縦横比との関係を調べた。
図１２及び図１３に示す本実施例の実験結果から、磁性トナーを用いた場合は、上記法線方向磁束密度の半値角度幅θ２を２０％以下にすることにより、後端白抜け量及び横線細りの程度が少なく良好な画像品質が得られることがわかる。
【００７０】
〔実施例４〕
本実施例では、現像剤のトナー濃度と、トナー飛散、地汚れ、感光体ドラムへのキャリア付着及び現像能力（現像γ）との関係を調べた。ここで、現像能力としては、現像ポテンシャル１ｋＶあたりの画像濃度ＩＤを測定し、２．３［ＩＤ／ｋＶ］以上を目標値とした。
次の表２に示す本実施例の実験結果から、トナー濃度が４〜２０質量％の範囲で、トナー飛散、地汚れ、感光体ドラムへのキャリア付着及び現像能力のすべてについて良好な結果が得られることがわかる。
【００７１】
【表２】
0004143266.tif 000004
【００７２】
〔実施例５〕
本実施例では、磁性トナーの磁性体含有量と、トナー飛散及び現像能力（現像γ）との関係を調べた。
次の表３に示す本実施例の実験結果から、磁性トナーに含まれる磁性体の量が樹脂に対して１０〜５０質量％の範囲で、トナー飛散及び及び現像能力について良好な結果が得られることがわかる。磁性体含有量が１０質量％よりも少ない場合は、トナー飛散防止効果が不十分であり、磁性体含有量が５０質量％よりも多い場合は、現像能力が不足していることがわかる。
【００７３】
【表３】
0004143266.tif 000005
【００７４】
〔実施例６〕
本実施例では、磁性トナーの磁性体含有量が１０〜５０質量％の範囲にあるときの、現像スリーブ線速とトナー飛散との関係を調べた。
図１４に示す本実施例の実験結果から、上記磁性体含有量の磁性トナーを用いた場合は、現像スリーブ線速を５５０ｍｍ／ｓｅｃ以下にすることにより、トナー飛散を確実に防止することがわかる。一方、非磁性トナーを用いた比較例では、現像スリーブ線速が２００ｍｍ／ｓｅｃを超えたところでトナー飛散がひどくなっている。
なお、図１４におけるトナー飛散量の「良好範囲」の上限は、トナー飛散が現像装置及びその周辺のみに発生し、現像装置上にトナーの堆積はあるものの、通常の使用時には問題がないという程度のトナー飛散量である。この良好範囲内にあれば、現像装置から機内の気流にのったり現像装置に堆積したトナーが落ちたりして他の部分（帯電器や面板など）にトナーが付着することはなく、画像上に飛散したトナーが出現することもない。また、排気装置等におけるフィルターは多少汚れることはあるが、トナーが機外に放出されることもほとんどない。
【００７５】
〔実施例７〕
本実施例では、地肌部電位ＶＤと現像バイアスＶＢとの差の絶対値である地肌ポテンシャルと、ベタ画像の後端白抜け量及びライン幅縦横比との関係を調べた。
図１５及び図１６に示す本実施例の実験結果から、磁性トナーを用いた場合は、地肌ポテンシャルを４００Ｖ以下にすることにより、後端白抜け量及び横線細りの程度を確実に許容範囲内まで低減できることがわかる。一方、非磁性トナーを用いた比較例では、地肌ポテンシャルが１００Ｖを超えたところで後端白抜けがひどくなり、２００Ｖを超えたところで横線細りがひどくなっている。
【００７６】
〔実施例８〕
本実施例では、感光体ドラム線速に対する現像スリーブ線速の比である現像スリーブ線速比と、ベタ画像の後端白抜け量及びライン幅縦横比との関係を調べた。
図１７及び図１８に示す本実施例の実験結果から、磁性トナーを用いた場合は、現像スリーブ線速比を３．７以下にすることにより、後端白抜け量及び横線細りの程度を確実に許容範囲内まで低減できることがわかる。一方、非磁性トナーを用いた比較例では、上記現像スリーブ線速比が１．５を超えたところで後端白抜け及び横線細りがひどくなっている。
【００７７】
なお、上記実施形態のプリンタにおいて、感光体ドラム１、帯電ローラ５０、及びクリーニング装置５８の少なくとも一つと、現像装置２とを、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成し、画像形成プロセスユニット（プロセスカートリッジ）としてもよい。
図１９は、画像形成プロセスユニット（プロセスカートリッジ）６０の一構成例であり、感光体ドラム１、帯電ローラ５０、クリーニング装置５８及び現像装置２をすべて、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成している。
【００７８】
また、上記実施形態では、感光体上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する場合について説明したが、本発明は、感光体上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
例えば、一つの感光体上に各色ごとのトナー像を順次形成し、該感光体上の各色トナー像を一次転写装置で中間転写体としての中間転写ベルトに重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
また例えば、中間転写体としての中間転写ベルトの直線状の移動経路部分に沿って感光体を含む画像形成ユニットを複数組並べて配置し、各画像形成ユニットの感光体上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体上のトナー像を一次転写装置で該中間転写ベルト上に重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト上の重ねトナー像を２次転写装置で転写紙に一括転写するタンデム型のカラー画像形成装置及び該装置に用いる現像装置にも適用することができる。
【００７９】
また、上記実施形態では、プリンタ及びそれに用いる現像装置の場合について説明したが、本発明は、複写機やＦＡＸなど他の画像形成装置及びそれに用いる現像装置にも適用できるものである。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１乃至５の発明によれば、磁性トナーが磁気力によって磁性粒子に引き付けられるので、現像剤担持体の線速を大きくした場合でもトナー飛散が発生しにくくなる。しかも、画像部後端部における潜像担持体から現像剤担持体側に向かうトナードリフトが発生しにくくなるとともに、現像領域において穂立ちしたブラシ状の現像剤が、潜像担持体の表面に対して、現像剤担持体の回転中心軸方向全体にわたって均一に接離するようになるので、現像剤担持体の線速を大きくした場合でも、後端白抜けなどの画質劣化を防止することができる。
【００８１】
更に、トナー濃度センサやトナー補給部材等の複雑なトナー濃度制御機構を設けることなく、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度を一定範囲内に制御することができるため、トナー補給装置を簡素化できるとともに、従来の二成分現像方式に比較して磁性粒子が少なくて済み、装置のトルクを大幅に減少できるので、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００８２】
また、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇したときに層厚が増加した現像剤の通過が第２現像剤規制部材で規制され、この規制された現像剤が、第２現像剤規制部材に対して現像剤搬送方向上流側から隣接するトナー補給用開口を覆い、トナー収容部から現像剤担持体上に担持搬送されている現像剤へのトナー取り込みを抑制することにより、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度を安定して一定範囲内に制御することができる。
【００８３】
また、上記現像剤のトナー濃度を上記所定範囲にすることにより、現像能力不足による画像濃度の低下及び潜像担持体への磁性粒子の付着を防止するとともに、トナー飛散および地汚れの発生を更に抑制することができる。
【００８４】
また、上記磁性トナーにおける磁性体の含有量を上記所定範囲にすることにより、上記トナー飛散防止効果が確実に得られるとともに、現像能力不足による画像濃度の低下を防止することができる。
【００８６】
また、上記現像バイアスＶＢと地肌部電位ＶＤとの差の絶対値を上記所定以下にするとともに、潜像担持体の表面移動速度に対する現像剤担持体の表面移動速度の比率を上記所定以下にすることにより、上記トナードリフトに起因した「後端白抜け」等の画質劣化をより確実に防止することができる。
【００８７】
また、上記磁性トナーの重量平均粒径を上記所定範囲にすることにより、高解像度の画像が得られるという効果がある。
【００８８】
特に、請求項２の発明によれば、交流成分を含む現像バイアスＶＢを現像剤担持体に印加することにより、ざらつき感のない高解像度の画像が得られるとともに、地肌部に磁性粒子が付着する確立を大幅に低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る現像装置の概略構成図。
【図２】同現像装置を備えたプリンタの概略構成図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、同現像装置における自己トナー制御機構の説明図。
【図４】磁気ブラシ先端部のトナーに作用する力の説明図。
【図５】（ａ）は、現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、本実施形態のプリンタで出力したベタ画像の説明図。
【図６】（ａ）〜（ｂ）は後端白抜けの低減メカニズムの説明図。
【図７】（ａ）は、現像磁極による法線方向磁束密度Ｂｎの０ｍＴ変極点間角度幅θ１の説明図。
（ｂ）は、現像磁極による法線方向磁束密度Ｂｎの現像スリーブ表面移動方向における半値角度幅θ２の説明図。
【図８】実施例１における法線方向磁束密度の減衰率と後端白抜け幅との関係を示すグラフ。
【図９】実施例１における法線方向磁束密度の減衰率とライン幅縦横比との関係を示すグラフ。
【図１０】実施例２における法線方向磁束密度の０ｍＴ点間角度幅θ１と後端白抜け幅との関係を示すグラフ。
【図１１】実施例２における法線方向磁束密度の０ｍＴ点間角度幅θ１とライン幅縦横比との関係を示すグラフ。
【図１２】実施例３における法線方向磁束密度の半値角度幅θ２と後端白抜け幅との関係を示すグラフ。
【図１３】実施例３における法線方向磁束密度の半値角度幅θ２とライン幅縦横比との関係を示すグラフ。
【図１４】実施例６における現像スリーブ線速とトナー飛散量との関係を示すグラフ。
【図１５】実施例７における地肌ポテンシャルと後端白抜け幅との関係を示すグラフ。
【図１６】実施例７における地肌ポテンシャルとライン幅縦横比との関係を示すグラフ。
【図１７】実施例８における感光体ドラム線速に対する現像スリーブ線速の比と後端白抜け幅との関係を示すグラフ。
【図１８】実施例８における感光体ドラム線速に対する現像スリーブ線速の比とライン幅縦横比との関係を示すグラフ。
【図１９】プロセスカートリッジの概略構成図。
【図２０】２成分現像方式でネガポジ現像を行う現像装置における現像部の説明図。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は、後端白抜けの発生メカニズムの説明図。
【図２２】（ａ）は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、同現像領域における現像スリーブ表面移動方向の磁気ブラシ分布の説明図。
【図２３】（ａ）は、従来例に係る現像装置の現像領域における現像スリーブ軸方向の磁気ブラシ分布の説明図。
（ｂ）は、後端白抜けが発生したベタ画像の説明図。
【図２４】磁気ブラシ先端部における磁性トナーの分布の説明図。
【符号の説明】
１      感光体ドラム
２      現像装置
２ａ    ケーシング
３      現像剤
３ａ    磁性トナー
３ｂ    磁性キャリア
３−１  搬送現像剤
３−２  収容現像剤
３−３  滞留現像剤
４      現像スリーブ
５      マグネットローラ
６      ドクタ
７      現像剤収容ケース
７ａ    プレドクタ
８      トナーホッパ
８ａ    トナー補給口
９      トナーアジテータ
１０    現像バイアス電源
５０    帯電ローラ
５１    光書き込みユニット
５２    用紙
５３    転写ローラ
Ｓ      現像剤収容部
Ｄ      現像領域
【図１】
0004143266.tif 000006
【図２】
0004143266.tif 000007
【図３】
0004143266.tif 000008
【図４】
0004143266.tif 000009
【図５】
0004143266.tif 000010
【図６】
0004143266.tif 000011
【図７】
0004143266.tif 000012
【図８】
0004143266.tif 000013
【図９】
0004143266.tif 000014
【図１０】
0004143266.tif 000015
【図１１】
0004143266.tif 000016
【図１２】
0004143266.tif 000017
【図１３】
0004143266.tif 000018
【図１４】
0004143266.tif 000019
【図１５】
0004143266.tif 000020
【図１６】
0004143266.tif 000021
【図１７】
0004143266.tif 000022
【図１８】
0004143266.tif 000023
【図１９】
0004143266.tif 000024
【図２０】
0004143266.tif 000025
【図２１】
0004143266.tif 000026
【図２２】
0004143266.tif 000027
【図２３】
0004143266.tif 000028
【図２４】
0004143266.tif 000029