(57)【要約】【課題】ハイブリッド現像方式の現像装置において、各ローラの駆動トルクを増大させることなく、画像メモリを防止することができる現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】本願発明の現像装置は、複数の第１の磁極部を有する第１の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の搬送スリーブを有し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を搬送スリーブの外周面上に保持しつつ搬送する搬送ローラと、第２の磁極部を有する第２の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の現像スリーブを有する。第２の磁極部は、第１および第２の領域の間であって現像ローラの回転方向上流側に配置され、現像スリーブを介して、磁性体を第２の磁極部の上方で保持する。こうして、現像スリーブに対する現像残トナーの付着力を低減して、画像メモリの発生を回避する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の磁極部を有する第１の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の搬送スリーブを有し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を該搬送スリーブの外周面上に保持しつつ搬送する搬送ローラと、
第２の磁極部を有する第２の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の現像スリーブを有し、第１の領域を介して前記搬送ローラに対向するとともに第２の領域を介して像担持体に対向して配置される現像ローラと、
前記搬送ローラと前記現像ローラとの間に第１の電界を形成して、前記搬送ローラが保持している現像剤中の非磁性トナーを前記現像ローラに移動させる第１の電界形成部と、
前記現像ローラと前記像担持体との間に第２の電界を形成して、前記現像ローラが保持している非磁性トナーを前記像担持体の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第２の電界形成部とを備え、
前記第２の磁極部は、前記第２の領域から前記第１の領域へ前記現像スリーブが回転する間の領域に配置され、前記現像スリーブを介して、磁性体を前記第２の磁極部の上方で保持することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
磁性体が前記現像スリーブ上を摺動しつつ前記第２の磁極部の上方で保持されるように、磁性体に対する前記現像スリーブの摩擦係数が１以下で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】
磁性体は磁性キャリアからなり、
前記第１の電界形成部は、前記第２の電界形成部がトナー像を形成しないときに、前記搬送ローラが保持している現像剤中の磁性キャリアを前記現像ローラに移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
磁性体は磁性金属板からなることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項５】
前記第２の磁極体は、前記現像ローラの軸方向に長さを有するスリットを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の現像装置。
【請求項６】
前記第１の領域に隣接して配置された前記第１および第２の磁極部は、互いに異なる極性を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載の現像装置。
【請求項７】
前記第１の電界形成部は、非磁性トナーを前記搬送ローラから前記現像ローラに移動させる方向の直流電界を形成することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載の現像装置。
【請求項８】
前記第１の電界形成部は、平均的には非磁性トナーを前記搬送ローラから前記現像ローラに移動させる方向の振動電界を形成することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載の現像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電子写真方式の画像形成装置、およびこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置に採用されている現像方式では、現像剤としてトナーのみを用いる１成分現像方式と、現像剤としてトナーおよびキャリアを用いる２成分現像方式とが知られている。
【０００３】
１成分現像方式では、一般に、トナー担持体とトナー担持体に押圧して設けられた規制板との間の規制部にトナーを通過させることでトナーを摩擦帯電するとともに所望厚みのトナー薄層をトナー担持体外周面に保持させることができため、現像装置の構成簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。また、トナー担持体上には厚さ十数μｍを上限とするトナー層が形成されるために、トナー担持体を像担持体との間に微小隙間を保った状態に設定することができ、その結果、トナー担持体および像担持体間に強電界を形成して高いトナー移動速度を得て、高精細な高品質画像を得ることができる。しかしながら、１成分現像方式では、規制部で受ける強いストレスによってトナーの劣化が促進されやすく、トナーの帯電量が耐久とともに低下しやすく、また、規制板表面やトナー担持体表面がトナーや他の外添剤によって汚染されることでトナーへの電荷付与性が低下し、その結果、かぶり等の問題を引き起こすことから現像装置の長寿命化が困難である。
【０００４】
これに対し、２成分現像方式は、トナーをキャリアとの混合・攪拌による摩擦接触により帯電させるため、トナーが受けるストレスが小さく、トナー劣化の面で有利である。また、トナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積がトナー粒子に比べて大きいため、トナーや他の外添剤による汚染に対しても相対的に強く、現像剤の長寿命化に有利である。しかしながら、現像剤搬送ローラ上でキャリアにより形成される磁気ブラシは、その長さが１成分現像方式におけるトナー担持体上のトナー層厚の２０〜５０倍にも及ぶうえに、ミクロ的には不均一に形成されている。その結果、リーク防止等を考慮して像担持体との間の電界を１成分現像方式の場合よりも弱く設定しなければならず、且つ像担持体に磁気ブラシの少なくとも一部が接触するように像担持体との間の隙間を設定する必要があるため、像担持体へのトナー移動速度が遅く、しかも磁気ブラシによる像担持体上のトナー像の掻き取りが生じることから、画像品質は１成分現像方式に劣るものとなる。
【０００５】
前記１成分現像方式と２成分現像方式の両方の長所を取り入れた現像方式として、特許文献１には、２成分現像方式と同様に２成分現像剤の状態でトナー帯電を行った後、磁極体を内包した搬送ローラ（供給ローラ）で現像剤を磁力によって外周面上に磁気ブラシ状態で保持しながらその回転によって現像ローラに対向する領域に搬送し、この領域に形成された電界の作用によって搬送ローラ上の現像剤からトナーだけを現像ローラに供給して現像ローラ上にトナー薄層を形成し、このトナー層を現像ローラの回転によって像担持体との対向する領域（現像領域）に搬送して、像担持体上の静電潜像の現像に供する１成分現像を行ういわゆるハイブリッド現像方式が提案されている。この現像方式によれば、現像装置の長寿命化と高画質化の両立が可能となる。
【０００６】
しかしながら、前記ハイブリッド現像方式では、現像に供されることなく現像ローラ上に残っているトナーを現像装置内において現像ローラから充分に分離・回収しないと、画像メモリ（または現像履歴現象）が発生するという問題があった。この問題は、搬送ローラと現像ローラとの対向領域において、新規トナーを搬送ローラから現像ローラに供給しつつ、現像後の現像ローラ上にあるトナーを搬送ローラ上の磁気ブラシで掻き取って回収するという相反する機能を両立させることの困難さから生じており、画像形成速度の高速化対応等のために前記対向領域に形成される電界をトナー供給寄りに設定した場合に特に画像メモリが顕著に発生する。
【０００７】
この画像メモリの問題への対策として、特許文献２や特許文献３では、搬送ローラ（磁気ローラ）と現像ローラを備えたハイブリッド現像方式の現像装置によれば、搬送ローラと現像ローラが対向する領域において、搬送ローラの１つの磁極と対向するような異磁極を現像ローラに着磁することで、磁気ブラシの拘束力を増強して、画像メモリの発生防止を図ることが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１５３８０号公報
【特許文献２】特開２００６−１０６０２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１０６０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献においては、現像ローラ内に配置する磁極の周方向縁部（搬送ローラ上に保持された現像剤に対する現像ローラ表面の離れ際に対応する部分）の磁力を弱くするよう着磁設定する提案がなされているが、着磁設定の難易度が上がり、生産性にも影響を及ぼすことになる。また、磁気ブラシの拘束力が大きくなると、搬送ローラおよび現像ローラの駆動に要するトルクも大きくなり、駆動用モータのコストアップや大型化も懸念される。
【００１０】
そこで、本願発明は、前記ハイブリッド現像方式の現像装置において、各ローラの駆動トルクを増大させることなく、画像メモリを防止することができる現像装置、およびこれを備えた画像形成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】
【００１１】
この目的を達成するため、本願発明の現像装置は、複数の第１の磁極部を有する第１の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の搬送スリーブを有し、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を該搬送スリーブの外周面上に保持しつつ搬送する搬送ローラと、第２の磁極部を有する第２の磁極体およびその外周を回転駆動される円筒状の現像スリーブを有し、第１の領域を介して前記搬送ローラに対向するとともに第２の領域を介して像担持体に対向して配置される現像ローラと、前記搬送ローラと前記現像ローラとの間に第１の電界を形成して、前記搬送ローラが保持している現像剤中の非磁性トナーを前記現像ローラに移動させる第１の電界形成部と、前記現像ローラと前記像担持体との間に第２の電界を形成して、前記現像ローラが保持している非磁性トナーを前記像担持体の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第２の電界形成部とを備え、前記第２の磁極部は、前記第２の領域から前記第１の領域へ前記現像スリーブが回転する間の領域に配置され、前記現像スリーブを介して、磁性体を前記第２の磁極部の上方で保持することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明に係る現像装置によれば、磁性粒子を第２の磁極部の上方で保持し、像担持体を現像する際に消費されずに現像ローラ上に残存したトナーを前記磁性粒子に衝突させ通過させることにより、トナーの膜厚のばらつきを低減すると共に、現像スリーブとトナーとの間の付着力を低減してトナーの現像スリーブからの分離・回収を支援することができる。こうして、画像メモリの発生をより確実に回避することができる。
【００１３】
以下、添付図面を参照して本願発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本願発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００１４】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本願発明に係る１つの実施形態による電子写真式画像形成装置の主要部を概略的に図示するものである。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、像坦持体である感光体１２を有する。この実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本願発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。
【００１５】
帯電ステーション１６は、感光体（像担持体）１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。この実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分と当初の帯電電位をほぼ維持する部分からなる静電潜像が形成される。この実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００１６】
このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００１７】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、図１に示すように、概略、感光体１２と現像領域９６で対向する現像ローラ４８、現像ローラ４８と供給回収領域８８で対向する搬送ローラ５４、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を攪拌する現像剤攪拌室６６、および電界形成装置１１０を備える。なお、この実施形態で用いる現像剤においては、相互の摩擦接触によりトナーが負極性、キャリアが正極性に帯電されるものとするが、トナーが正極性、キャリアが負極性に帯電されるものであってもよい。
【００１８】
ハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して配置されている。
【００１９】
現像ローラ４８は、矢印７８方向に回転駆動可能に支持されている円筒状の現像スリーブ４５と、この現像スリーブ内に回転不能に固定配置された円柱状の磁石体（第２の磁極体）４７とを有している。導電性を有する磁石体４７は、後述する電界形成装置１１０に電気的に接続されており、これにより現像ローラ４８に所定の現像バイアスが印加されるようになっている。
【００２０】
本願発明に係る現像装置によれば、磁石体４７は、その外周部に保持磁極Ｎ（第２の磁極部）が着磁されている。より具体的には、図２の拡大図に示すように、保持磁極Ｎは、現像ローラ４８の現像スリーブ４５が現像領域９６から供給回収領域８８へ移動する間に配置されている。すなわち、保持磁極Ｎは、現像ローラ４８と搬送ローラ５４の中心Ｏ１，Ｏ２を結ぶ線分を基線ＢＬとした場合、現像ローラ４８の中心として図中時計方向に基線ＢＬから所定の角度（θ）の位置に着磁されている。
【００２１】
後述するが、本実施形態に係る現像装置は、画像形成時でないとき、電界形成装置１１０により搬送ローラ５４と現像ローラ４８の間の電圧を制御して、磁性粒子Ｍとして少量の磁性キャリアを搬送ローラ５４から現像ローラ４８に供給するように構成されている。すなわち磁性キャリアからなる磁性粒子Ｍは、保持磁極Ｎの磁力により、磁石体４７に対する固定位置に保持されて磁気ブラシを形成する。すなわち現像ローラ４８が回転するとき、磁性粒子Ｍは、現像スリーブ４５に対しては摺動し、磁石体４７に対しては静止した位置に（現像スリーブ４５を介して）保持磁極Ｎの上方に保持される。
【００２２】
一般に、感光体１２を現像する際に消費されずに現像スリーブ４５上に残存したトナー（以下「現像残トナー」という。）は、感光体１２の潜像の画像部と非画像部（トナーの消費）に対応して膜厚にばらつきが生じる。膜厚にばらつきを有するトナーが、均一化されることなく、再度現像に供されると、いわゆる画像メモリ（または現像履歴現象）が生じる。これに対し、実施形態に係る現像装置によれば、現像スリーブ４５に付着して回転する現像残トナーが、保持磁極Ｎの上方で保持された磁性粒子Ｍに衝突して通過するとき、現像スリーブ４５との付着力が低減されるとともに、膜厚のばらつきが低減または解消される。このように、現像スリーブ４５に対する現像残トナーの付着力を低減することにより、現像残トナーを現像スリーブ４５から分離・回収し易くするとともに、現像残トナーがあったとしても膜厚のばらつきを解消することにより、画像メモリの発生をより確実に回避することができる。
【００２３】
ここで現像スリーブ４５に接する磁性粒子Ｍに働く力を微視的に検討する。図２に示すように保持磁極Ｎは、周方向の磁場引力Ｆｃおよび半径方向の磁場引力Ｆｒを磁性粒子Ｍに作用する。このとき、現像スリーブ４５が矢印７８の方向に回転しているにもかかわらず、磁性粒子Ｍが現像スリーブ４５と共に回転することなく、保持磁極Ｎの上方に保持されるには、現像スリーブ４５と磁性粒子Ｍの間の摩擦力μ・Ｆｒ（μは現像スリーブ４５と磁性粒子Ｍの間の摩擦係数）が、保持磁極Ｎによる周方向の磁場引力Ｆｃより小さいことが必要である（すなわち、Ｆｃ＞μ・Ｆｒ）。後述の実験例で説明するように、摩擦係数μが１以下であるとき、上記関係式を満足することが確認されており、保持磁極Ｎは、現像スリーブ４５の上方に磁性粒子Ｍを保持して、画像メモリの発生を回避することができる。
【００２４】
なお、この実施形態では、現像残トナーの付着力を低減し、膜厚のばらつきを解消する磁性粒子Ｍとして、２成分現像剤に含まれる磁性キャリアを用いたが、上記機能を有するものであれば任意の形態を有するものであってもよく、図示しない磁性金属板を用いることができる。この場合も同様に、現像スリーブ４５と磁性金属板との間の摩擦係数μは１以下に設定される。
【００２５】
保持磁極Ｎの上方で保持された磁性粒子Ｍに加えて、あるいはこれに代わって、図２に示すように、現像ローラ４８の磁石体４７に中心軸方向に延びるスリット５１を設け、スリット５１上にある現像残トナーに対する現像ローラ４８による電気的な吸引力を弱めるように構成してよい。スリット５１は、現像ローラ４８の軸方向（図２の紙面奥行き方向）に長さを有するものである。その結果、現像残トナーの現像スリーブ４５に対する付着力を低減して、現像残トナーを現像スリーブ４５からより確実に分離・回収して、画像メモリの発生を回避することができる。
【００２６】
上記の実施形態とは異なり、保持磁極Ｎに最も近接する搬送ローラの主磁極の極性が異なると仮定したとき、磁性粒子Ｍを保持磁極Ｎの上方で保持することがより困難となる。したがって、保持磁極Ｎに最も近接する搬送ローラの主磁極の極性は、実施形態のように保持磁極Ｎと同一であることが好ましい。
【００２７】
現像ローラ４８は、表面処理が施された例えばアルミニウム等の金属からなる円筒状部材で構成されることができる。前記表面処理としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コーティングや、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングが用いられるが、これらに限定されない。また、前記コーティングの内部または表面に導電剤が添加されてもよい。前記導電剤としては、電子導電剤またはイオン導電剤が使用可能である。前記導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック粒子や、金属粉、金属酸化物の微粒子等が例示されるが、これらに限定されない。また、前記イオン導電剤としては、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、両性化合物、そのたのイオン性高分子材料等が例示されるが、これらに限定されない。
【００２８】
図１に戻ると、現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８（第１の磁極体）と、磁石体５８の周囲を現像ローラ４８と同方向である矢印８０方向に回転駆動可能に支持された搬送スリーブ６０を有する。搬送スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、搬送スリーブ６０の中心軸と平行に延びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。
【００２９】
磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に延びる、複数の磁極（第１の磁極部）を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にある搬送ローラ５４の上部内周面部分近傍にある磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にある搬送ローラ５４の左側内周面部分に対向する主磁極Ｎ１、搬送ローラ５４の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、搬送ローラ５４の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含む。
【００３０】
搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。
【００３１】
供給領域９０で搬送ローラ５４の搬送スリーブ６０から現像ローラ４８の現像スリーブ４５にトナーを効率的に移動させるために、現像ローラ４８と搬送ローラ５４は電界形成装置１１０と電気的に接続されている。
【００３２】
図３に電界形成装置１１０の具体例を示す。電界形成装置１１０は、第１の電源１１２と第２の電源１１４とを有する。ここで、第１および第２の電源１１２，１１４が第１の電界形成部を構成し、第１の電源１１２が第２の電界形成部を構成している。
【００３３】
第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に接続された直流電源１１８を含む。直流電源１１８は、トナー６の帯電極性と同一極性の直流電圧ＶＤＣ１（例えば、−３００ボルト）を現像ローラ４８に印加する。第２の電源１１４は、搬送ローラ５４とグランド１１６との間に直列に接続された直流電源１２０および交流電源１２２を有する。これにより、搬送ローラ５４には、直流電源１２０による所定の直流成分ＶＤＣ２（例えば、−４００ボルト）に、交流電源１２２による所定の交流成分（振幅ＶＰ−Ｐが例えば１，５００ボルト）が重畳された振動電圧が印加されるようになっている。
【００３４】
上記のように現像ローラ４８に電圧ＶＤＣ１が印加されることによって、感光体１２と現像ローラ４８との間に電界（第２の電界）が形成されることになる。この電界の作用によって、現像ローラ４８上の負極性トナーが、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−３００ボルト）と静電潜像画像部（ＶＬ：−８０ボルト）との電位差に基づき、静電潜像画像部に付着する。このとき、負極性トナーは、現像ローラ４８（ＶＤＣ１：−３００ボルト）と静電潜像非画像部（ＶＨ：−６００ボルト）との電位差により、静電潜像非画像部に付着することはない。
【００３５】
また、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間の供給回収領域８８には、図４に例示するような振動電界（第１の電界）が形成される。これにより、搬送ローラ５４の電位が現像ローラ４８の電位に対してマイナス側の時間帯領域で負極性トナーを搬送ローラ５４から現像ローラ４８に移動させるトナー供給作用を果たし、逆に、搬送ローラ５４の電位が現像ローラ４８の電位に対してプラス側の時間帯領域で負極性トナーを現像ローラ４８側から搬送ローラ５４に戻すトナー回収作用を果たすことになる。また、トナー回収作用の時間帯領域では、搬送ローラ５４上の正極性キャリアに対して現像ローラ４８側へ移動させる方向（キャリア供給方向）の静電力が作用することになるが、現像ローラ４８へのキャリア移動は抑制される。
【００３６】
なお、本実施形態では、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される電界を振動電界とし、第１の電源１１２は、平均的には非磁性トナーを搬送ローラ５４から現像ローラ４８に移動させる方向の振動電界を形成するように構成したが、これに限定されるものではなく、供給領域９０において搬送スリーブ６０から現像ローラ４８へのトナー供給が可能である限りにおいて直流電界であってもよい。すなわち、第１の電源１１２は、非磁性トナーを搬送ローラ５４から現像ローラ４８に移動させる方向の直流電界を形成するように構成してもよい。なお、より高いトナー帯電性能を得るためには、トナー分離電界の強度が２．５×１０６Ｖ／ｍ以上であることが好ましい。
【００３７】
続いて、上記のように構成される現像装置３４の動作を説明する。
画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像スリーブ４５と搬送スリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。キャリア粒子はトナー粒子に比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００３８】
帯電された現像剤は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、搬送スリーブ６０の外周面に保持される。搬送スリーブ６０に保持された現像剤は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、搬送スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域）８６で磁極Ｓ１に保持されている現像剤は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤は、磁極Ｓ１の磁力で保持されつつ搬送スリーブ６０と共に移動し、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。
【００３９】
供給回収領域８８は、搬送スリーブ６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）９０と、下流側の領域（回収領域）９２からなり、供給領域９０において形成された電界により、キャリアに付着しているトナーが現像ローラ４８に電気的に供給され、回収領域９２において形成された電界により、現像残トナーが磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られて搬送スリーブ６０に回収される。消費されたトナーは、現像剤収容室６６で再び供給される。こうして、現像に伴いトナーが消費されても、搬送ローラ５４上の現像剤のトナー比率は略一定に維持される。
【００４０】
供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナーは、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する領域（現像領域）９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。実施形態の画像形成装置では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位ＶＨが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位ＶＬまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位ＶＨを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。
【００４１】
本実施形態では、非画像形成時、すなわち感光体１２の静電潜像を現像剤像として可視像化しないとき、電界形成装置１１０を制御して、トナーではなく、少量の磁性キャリアが現像ローラ４８に電気的に供給されるように供給回収領域８８における電界を制御する。こうして現像ローラ４８に供給された磁性キャリアは、感光体１２を経由して、磁性粒子Ｍとして磁石体４７の保持磁極Ｎの上方に保持される。
【００４２】
こうして画像形成時に生じる現像残トナーは、現像スリーブ４５上で保持された磁性キャリアに衝突して通過するとき、現像スリーブ４５との付着力および膜厚のばらつきが低減され、回収領域９２におけるトナーの回収効率を改善し、画像メモリの発生を回避することができる。
【００４３】
また上述のように、現像ローラ４８の磁石体４７は、現像スリーブ４５との間で中心軸方向に延びるスリット５１を有し、現像残トナーに対する現像ローラ４８による電気的な吸引力を弱めるように構成されている。これにより、回収領域９２におけるトナーの回収効率をよりいっそう改善して、画像メモリの発生をより確実に回避することができる。
【００４４】
このようにして現像剤からトナーが消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、ハウジング４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。
【００４５】
〔３．現像剤の具体的な材料〕
現像剤を構成するトナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
【００４６】
〔トナー〕
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
【００４７】
トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。
【００４８】
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０〜１６０℃の範囲、ガラス転移点が約５０〜７５℃の範囲であることが好ましい。
【００４９】
また、トナーに用いられる着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２〜２０重量部であることが好ましい。
【００５０】
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５１】
離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。
【００５２】
その他の添加剤として、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコーンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１〜５重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は９〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００５３】
〔キャリア〕
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍが好ましい。
【００５４】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。
【００５５】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。
【００５６】
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０重量％の量で添加することが適当である。
【００５７】
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。
【００５８】
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。
【００５９】
コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。
【００６０】
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。
【００６１】
〔４．実験〕
次に、本実施形態の現像装置を用いて、磁性粒子Ｍが現像スリーブ４５と共に回転することなく、保持磁極Ｎの上方に保持されるため必要とされる、現像スリーブ４５と磁性粒子Ｍの間の摩擦係数について説明する。
【００６２】
磁性粒子Ｍとしては、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル樹脂コートがなされてなるコート型キャリアで、平均粒径約３３μｍのコニカミノルタテクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂ  Ｃ３５０用キャリアを用いた。
また、現像ローラ４８としては、円柱状の磁石体４７の周囲に回転駆動可能に支持された外径が１８ｍｍの現像スリーブ４５を有し、磁石体４７が基線ＢＬに対して現像ローラ４８の中心と反時計方向を正の方向として約７０度をなす半径上に着磁された保持磁極Ｎを有するものを用いた。
【００６３】
このとき、図２に示す磁性粒子Ｍが保持磁極Ｎから受ける現像ローラ４８の半径方向および円周方向の磁束密度（Ｂｒ，Ｂｃ）は、基線ＢＬとのなす角度（θ）に対して図４に示すグラフのように推移することが確認された。このとき、保持磁極Ｎが形成された位置（θ＝約７０度）において、半径方向の磁束密度（Ｂｒ）はピーク値を有し、円周方向の磁束密度（Ｂｃ）はゼロとなり、これを中心として対称的に分布している。なお、半径方向の磁束密度（Ｂｒ）は中心に向かう方向を正の方向とし、円周方向の磁束密度（Ｂｃ）は現像ローラ４８の回転方向と一致する方向を正の方向としてプロットしている。
なお、磁性粒子Ｍが保持磁極Ｎから受ける磁力引力（Ｆｒ，Ｆｃ）は、磁束密度に比例するので、図４と同様の分布を有する。
【００６４】
また、磁性粒子Ｍは、半径方向の磁力引力（Ｆｒ）と同じ垂直抗力を現像スリーブ４５から受けるとともに、その垂直抗力に摩擦係数（μ）を乗じた摩擦力（μ・Ｆｒ）を現像スリーブ４５から受ける。磁性粒子Ｍは、トナーの現像スリーブ４５との付着力および膜厚のばらつきを低減するために、保持磁極Ｎの上方で保持して、トナーと衝突させるべきものであるので、円周方向の磁力引力（Ｆｃ）が摩擦力（μ・Ｆｒ）より大きくなるように摩擦係数を選択する必要がある。さもなければ、すなわち磁性粒子Ｍが受ける円周方向の磁力引力（Ｆｃ）が摩擦力（μ・Ｆｒ）より小さい場合、磁性粒子Ｍは現像スリーブ４５に固着してこれと共に回転し、上記目的を達成することができない。
【００６５】
ここで、基線ＢＬとのなす角度（θ）の関数Ｆ（θ）を次のように定義する。
Ｆ（θ）＝μ・Ｆｒ−Ｆｃ
このとき、円周方向の磁力引力（Ｆｃ）が摩擦力（μ・Ｆｒ）より大きくなる（すなわちＦ（θ）＜０となる）ような角度（θ）が現像スリーブ４５上に存在すれば、磁性粒子Ｍは現像スリーブ４５と共に回転することなく、所望の効果を期待することができる。
【００６６】
摩擦係数（μ）がそれぞれ０．０５、０．７、１．０であるときの上記関数Ｆ（θ）をプロットしたグラフとして図６〜図８を得た。これらのグラフから明らかなように、摩擦係数（μ）が０．０５および０．７であるときは、円周方向の磁力引力（Ｆｃ）が摩擦力（μ・Ｆｒ）より大きくなるような角度（θ）が現像スリーブ４５に存在するが、摩擦係数（μ）が１．０であるときはそのような条件を満たす角度（θ）は殆ど存在しない。したがって、磁性粒子Ｍを保持磁極Ｎの上方で保持して、トナーと衝突させることにより、トナーの現像スリーブ４５との付着力および膜厚のばらつきを低減するためには、現像スリーブ４５と磁性粒子Ｍの間の摩擦係数は１．０以下であることが好ましい。
【００６７】
なお、磁性粒子Ｍは、保持磁極Ｎにより捕獲される前に現像スリーブ４５と共に回転しているときには、回転に伴う遠心力（ｍｖ２／ｒ，ｍ：磁性粒子Ｍの質量、ｖ：現像スリーブ４５の周速度、ｒ：現像スリーブ４５の外径）を受ける。ただし、現像スリーブ４５の周速度が高い場合（たとえば９００ｍ／ｓ）であっても遠心力は１０−８Ｎ程度であり、半径方向の磁力引力（Ｆｒ）に比して十分に小さいので無視することができる。
【００６８】
このように、磁性粒子Ｍを保持磁極Ｎの上方で保持し、現像残トナーを磁性粒子Ｍに衝突させ通過させることにより、現像残トナーの膜厚のばらつきの低減、および現像スリーブとトナーとの間の付着力の低減を実現し、もって現像残トナーの現像スリーブからの分離・回収を支援することにより、画像メモリの発生を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】画像形成装置および現像装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す搬送ローラと現像ローラの拡大図である
【図３】電界形成装置の具体例を示す図である。
【図４】搬送ローラと現像ローラとの電位関係を示す図である。
【図５】現像スリーブ上の磁束密度を示すグラフである。
【図６】摩擦係数が０．０５であるときの関数Ｆ（θ）のグラフである。
【図７】摩擦係数が０．７であるときの関数Ｆ（θ）のグラフである。
【図８】摩擦係数が１．０であるときの関数Ｆ（θ）のグラフである。
【符号の説明】
【００７０】
１：画像形成装置、２：現像剤、４：キャリア、６：トナー、８：荷電粒子、１０：スペント、１２：感光体、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：クリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４４：開口部、４５：スリーブ、４６：第２の空間、４７：磁石体、４８：現像ローラ、４９：現像ローラ中心、５０：現像ギャップ、５１：スリット、５２：第２の空間、５４：搬送ローラ、５５：搬送ローラ中心、５６：供給回収ギャップ、５８：磁石体、５９：各中心を結ぶ直線、６０：スリーブ、６３：規制板、６４：規制ギャップ、６６：現像剤攪拌室、６８：前室、７０：後室、７２：前スクリュー、７４：後スクリュー、７６：隔壁、８６：規制領域、８８：供給回収領域、９０：供給領域、９２：回収領域、９４：放出領域、９６：現像領域、９８：トナー補給部、１００：容器、１０２：開口部、１０４：補給ローラ、１１０：電界形成装置、１１２：第１の電源、１１４：第２の電源、１１６：グランド、１１８：直流電源、１２０：直流電源、１２２：交流電源、Ｎ１：主磁極（第１磁極部）、Ｎ：保持磁極（第２磁極部）、Ｍ：磁性粒子。
【図１】
2009204665.tif 000003
【図２】
2009204665.tif 000004
【図３】
2009204665.tif 000005
【図４】
2009204665.tif 000006
【図５】
2009204665.tif 000007
【図６】
2009204665.tif 000008
【図７】
2009204665.tif 000009
【図８】
2009204665.tif 000010