現像装置および画像形成装置
【課題】画像メモリの発生を防止するとともに、キャリア消費を抑えられる現像装置を提供する。
【解決手段】現像装置は、第１の領域８８に対応する磁極を有する搬送ローラ５４と、第１の領域８８を介して搬送ローラ５４に対向する現像ローラ４８とを備え、第１の領域８８に対応する第１磁極部Ｎ１に対向し且つ第１磁極部Ｎ１とは異極の第２磁極部Ｓを現像ローラ４８内に配置し、第２磁極部Ｓの磁束密度ピーク位置が搬送ローラ５４と現像ローラ４８の各中心を結ぶ直線５９に対して現像ローラ回転方向上流側に位置し、第１磁極部Ｎ１の磁束密度ピーク位置が、第２磁極部Ｓの磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ回転方向に関して上流側であり且つ前記直線５９に対して搬送ローラ回転方向上流側であって搬送ローラ５４上に保持された現像剤が現像ローラ４８に接触している領域に位置する。
【解決手段】現像装置は、第１の領域８８に対応する磁極を有する搬送ローラ５４と、第１の領域８８を介して搬送ローラ５４に対向する現像ローラ４８とを備え、第１の領域８８に対応する第１磁極部Ｎ１に対向し且つ第１磁極部Ｎ１とは異極の第２磁極部Ｓを現像ローラ４８内に配置し、第２磁極部Ｓの磁束密度ピーク位置が搬送ローラ５４と現像ローラ４８の各中心を結ぶ直線５９に対して現像ローラ回転方向上流側に位置し、第１磁極部Ｎ１の磁束密度ピーク位置が、第２磁極部Ｓの磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ回転方向に関して上流側であり且つ前記直線５９に対して搬送ローラ回転方向上流側であって搬送ローラ５４上に保持された現像剤が現像ローラ４８に接触している領域に位置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置、及びこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。
【背景技術】
【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供給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成分現像を行う所謂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、供給ローラと現像ローラとの対向領域において、新規トナーを供給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供給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、現像ローラ内に磁極を配置し、この磁極とこれに対向配置された供給ローラ内の磁極とで形成される磁力線に現像剤磁気ブラシを拘束させることによって、現像剤磁気ブラシの現像ローラへの接触面積を拡大して、現像ローラからのトナー回収機能を向上させて、画像メモリを解消す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２００６−１５３８０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、現像ローラ内に磁極を配置すると、現像ローラには磁性キャリアを引き付ける磁力が生じることになり、供給ローラから現像ローラへのキャリアの転移（キャリア消費）が生じやすくなる。特に、画像形成装置の高速化時にはこの問題が顕著になる。特許文献２では、現像ローラ内に配置する磁極の周方向縁部（供給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。
【００１０】
そこで、本発明は、前記ハイブリッド現像方式の現像装置において、画像メモリを防止しつつキャリア消費を抑制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、本発明の現像装置は、非磁性トナーと磁性キャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤と、
複数の磁極部を有する磁極体およびその外周を回転駆動される円筒部材を含んで構成され、前記現像剤を前記円筒部材の外周面に保持しつつ搬送する搬送ローラと、
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、前記搬送ローラと同方向に回転駆動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前記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、
前記磁極体の磁極部のうち前記第１の領域に対応する第１磁極部に対向し且つ前記第１磁極部とは異極の第２磁極部を前記現像ローラ内に配置し、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置が前記搬送ローラと前記現像ローラの各中心を結ぶ直線に対して現像ローラ回転方向上流側に位置し、前記第１磁極部の磁束密度ピーク位置が、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ回転方向に関して上流側であり且つ前記直線に対して搬送ローラ回転方向上流側であって前記搬送ローラ上に保持された現像剤が前記現像ローラに接触している領域に位置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる現像装置によれば、搬送ローラおよび現像ローラは同方向に回転駆動されており、前記第１の領域において搬送部剤の円筒部材表面と現像ローラ表面は逆方向にそれぞれ移動しているが、搬送ローラ内の第１磁極部および現像ローラ内の第２磁極部を、両ローラの各中心を結ぶ直線に対して各ローラ回転方向上流側にそれぞれずらして配置したことで、第１および第２磁極部の各磁束密度ピーク位置が前記直線上にそれぞれ位置している場合に比べて、第１の領域において現像ローラ表面が搬送ローラ上に保持された現像剤から離れる際の領域で、搬送ローラの第１磁極部によるキャリア保持力が強くなる一方で現像ローラの第２磁極部によるキャリア吸引力が弱くなる。
【００１３】
これにより、キャリアの現像ローラへの転移を抑制でき、キャリア消費を低減できるとともに、キャリア転移に伴って生じる像担持体の打痕に起因する画像上の白斑点や像担持体用クリーニングブレードの損傷によるトナー拭き残しに起因する画像上の筋状ノイズの発生を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。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。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。
【００１６】
帯電ステーション１６は、感光体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。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ほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。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。
【００１７】
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。
【００１８】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。本実施形態で用いる現像剤では、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。ただし、本願発明に用いるトナーおよびキャリアの帯電性は、そのような組み合わせに限るものでなく、相互の摩擦接触によりトナーが正極性、キャリア４が負極性に帯電される組合せも考えられる。
【００１９】
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。
【００２０】
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トナー搬送スリーブ４５と、この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。また、磁石体４７の外周部には、対向磁極Ｓ（第２磁極部）が設けられている。対向磁極Ｓは、現像ローラ４８の中心軸方向に沿って伸びている。図１において、現像ローラ４８の中心４９から対向磁極Ｓに向かって延びる実線は、対向磁極Ｓの磁束密度のピーク位置およびその方向を示している。この対向磁極Ｓの着磁位置については、後に詳述する。なお、本実施形態では、現像ローラ４８の内部に設けられた対向磁極Ｓは、円筒状のトナー搬送スリーブ４５の内径とほぼ同等の直径を有する円柱状の磁石体４７の外周部の一部分に着磁して設けられているが、これに限定されるものではなく、スリーブ４５内にかなりの内部空間を余す程度に細い棒状の磁石をスリーブ内周面にＳ極が対向するように固定配置して前記対向磁極Ｓとしてもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
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円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板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。
【００２３】
磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。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（第１磁極部）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。図１において、搬送ローラ５４の中心５５から各磁極Ｓ１，Ｎ１，Ｓ２に向かってそれぞれ延びる実線は、各磁極の磁束密度のピーク位置およびその方向をそれぞれ示している。
【００２４】
磁石体５８の主磁極部Ｎ１は、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間の領域である供給回収領域８８に対応して設けられているが、特に、供給回収領域８８のうち後述するように搬送ローラ５４上に保持された現像剤中のトナーが現像ローラ４８に供給される領域である供給領域９０に対向している。より詳細には、前記主磁極部Ｎ１の磁束密度ピーク位置は、搬送ローラ５４の回転方向（矢印８０方向）に関して、搬送ローラ５４と現像ローラ４８の各中心５５，４９を結ぶ一点鎖線で示す直線５９に対して若干上流側にずらして設定してある。また、搬送ローラ５４の回転方向に関して、主磁極Ｎ１の上流側に隣接する磁極Ｓ１は主磁極Ｎ１の下流側に隣接する磁極Ｓ２よりも近接配置されており、その磁束密度ピーク値は磁極Ｓ１の方が磁極Ｓ２よりも大きく設定されている。
【００２５】
ここで、現像ローラ４８の磁石体の対向磁極Ｓは、前記搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１とは異極性であって、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間の供給回収領域８８、特に、供給回収領域８８のうち後述するように現像ローラ４８上のトナーが分離・回収される領域である回収領域９２に対向して設けられている。より詳細には、対向磁極Ｓの磁束密度のピーク位置は、現像ローラ４８の回転方向（矢印７８方向）に関して、搬送ローラ５４と現像ローラ４８の各中心５５，４９を結ぶ直線５９に対して若干上流側にずらして設定してある。これにより、搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１の磁束密度ピーク位置は、現像ローラ４８の対向磁極Ｓの磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ５４回転方向に関して上流側に位置していることになる。また、搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１の磁束密度は、現像ローラ４８の対向磁極の磁束密度よりも大きく設定されている。
【００２６】
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。
【００２７】
供給領域９０で搬送ローラ５４のスリーブ６０から現像ローラ４８のスリーブ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。
【００２８】
図２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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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３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、後述するように現像ローラ４８へのキャリア移動は抑制される。
【００３２】
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。
【００３３】
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、現像ローラ４８とスリーブ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２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。
【００３４】
帯電された現像剤２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２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２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、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２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２は、磁極Ｓ１の磁力で保持されつつスリーブ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。
【００３５】
この供給回収領域８８では、搬送ローラ５４内の主磁極Ｎ１とこれとは異極である現像ローラ４８内の対向磁極Ｓとの間に、磁力線が比較的高密度に形成されている。これにより、現像回収領域８８では、搬送ローラ５４上の磁気ブラシが磁力線によってしっかりと拘束されて立つことで、現像ローラ４８に対する現像剤２の接触面積が拡大する。その結果、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の供給領域９０では、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成されている振動電界の作用によって、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８のスリーブ４５に電気的に充分に供給される。また、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の回収領域９２では、現像に供されることなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８のスリーブ４５上のトナーが、前記磁力線によってしっかりと拘束された現像剤２の磁気ブラシで確実に掻き取られて搬送ローラ５４に回収され、これにより画像メモリの発生を防止することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の現像装置３４では、搬送ローラ５４および現像ローラ４８の各スリーブ６０，４５が同方向に回転駆動されており、供給回収領域８８においては搬送ローラ５４のスリーブ６０表面と現像ローラ４８のスリーブ４５表面は逆方向にそれぞれ移動しているが、搬送ローラ５４内の主磁極Ｎ１および現像ローラ４８内の対向磁極Ｓを、両ローラ５４，４８の各中心５５，４９を結ぶ直線５９に対して各ローラ回転方向上流側にそれぞれずらして配置してあることで、前記主磁極Ｎ１および対向磁極Ｓの各磁束密度ピーク位置が前記直線５９上にそれぞれ位置している場合に比べて、供給回収領域８８において現像ローラ４８のスリーブ４５表面が搬送ローラ５４上に保持された現像剤から離れる際の領域（すなわち供給領域９０におけるスリーブ４５の回転方向下流側）で、搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１の磁力によるキャリア保持力が強くなる一方で現像ローラ４８の対向磁極Ｓの磁力によるキャリア吸引力が弱くなっている。また、本実施形態では、主磁極Ｎ１の磁束密度ピーク値を対向磁極Ｓの磁束密度ピーク値よりも大きく設定することで、搬送ローラ５４上でのキャリア保持力を高めている。これにより、前記振動電界においてキャリア供給方向に作用するトナー回収作用の時間帯領域で現像ローラ４８側へのキャリアの移動が生じたとしても、前記主磁極Ｎ１の磁力によってキャリアが引き戻されて搬送ローラ５４に保持されることで現像ローラ４８への転移を抑制でき、キャリア消費を低減できる。その結果、キャリア転移に伴って生じる感光体１２の打痕に起因する画像上の白斑点や感光体用クリーニングブレード４０の損傷によるトナー拭き残しに起因する画像上の筋状ノイズの発生を低減できる。
【００３７】
供給領域９０で現像ローラ４８のスリーブ４５上に保持されたトナー６は、スリーブ４５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（第２の電界）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飛翔して付着し、この静電潜像をトナー像として現像する。なお、現像領域９６では、現像ローラ４８上のトナー層が感光体１２に直に接触する接触現像であってもよい。
【００３８】
このようにして現像剤２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２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。
【００３９】
〔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。
【００４０】
〔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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
〔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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
〔４．実験〕
次に、本実施形態の画像形成装置１で行った実験例について説明する。これらの実験では、下記のトナーおよびキャリアを用いた。
【００５６】
湿式造粒法により作製された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に対し、第１の疎水性シリカ０．２重量部と、第２の疎水性シリカ０．５重量部と、疎水性酸化チタン０．５重量部とを、ヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間表面処理を行って外添処理して得られた負帯電性トナーを用いた。ここで用いた第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（♯）１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）により表面処理を施したものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径約３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理したものである。
【００５７】
また、キャリアには、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。
【００５８】
そして、実験例で用いた現像剤は、トナー比率を８％とした。トナー比率は、現像剤全量に対するトナー、外添剤の合計量の割合である。
【００５９】
また、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間には振動電界を形成し、この振動電界の形成するための搬送ローラ５４および現像ローラ４８の各電位は図３に例示するように設定した。搬送ローラ５４には、直流電圧ＶＤＣ２−２５０ボルトに、周波数２ｋＨｚ、振幅１５００ボルト、トナー供給側デューティ比６０％（トナー回収側デューティ比４０％）の矩形波の交流電圧ＶＡＣを重畳した交番電圧を印加し、現像ローラ４８には直流電圧ＶＤＣ１−３００ボルトを印加した。なお、この電位設定は、あくまで一例であって、環境条件や画像条件によって変更されるものである。また、後述するキャリア消費は、トナー回収側の時間帯領域、すなわちＶｍｉｎと回収デューティ比との積との間に相関が見られ、この積が２００ｖ以下となるように設定することが望ましい。
【００６０】
このような条件の下で、画像面積率５％の画像チャートを３０万枚耐久印刷して、その前後でのキャリア消費量と画像メモリの発生の有無を調べた。その結果を表１に示す。なお、表１において、Ｂｒは磁束密度（磁束密度ピーク値）、画像メモリ○は目視による確認で画像メモリの発生がなかったことを示している。また、キャリア付着による感光体打痕に起因する白斑点や感光体用クリーニングブレードの損傷による拭き残しに起因する筋状ノイズといった画像ノイズの発生を防止するためには、キャリア消費量を４０ｇ未満に抑える必要があることが経験的にわかっている。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、実験番号１と実験番号２−６との対比において、主磁極Ｎ１の磁束密度を対向磁極Ｓの磁束密度より大きく設定することで、キャリア消費量が大きく低減していることがわかる。また、実験番号２と実験番号５，６との対比及び実験番号２と実験番号３，４との対比において、主磁極Ｎ１および対向磁極Ｓをそれぞれのローラ５４，４８の回転方向上流側にずらして配置することで、キャリア消費がより改善されていることがわかる。さらに、磁束密度について、実験番号４と実験番号５，６との対比において、主磁極Ｎ１に対して搬送ローラ回転方向上流側に隣接する磁極Ｓ１の方を同下流側に隣接する磁極Ｓ２よりも大きく設定し、磁極位置について、磁極Ｓ１から磁極Ｎ１までの周方向角度を磁極Ｓ２から磁極Ｎ１までの周方向角度よりも小さく設定することでもキャリア消費が改善されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】画像形成装置および現像装置の概略構成図。
【図２】電界形成装置の具体例を示す図。
【図３】搬送ローラと現像ローラとの電位関係を示す図。
【符号の説明】
【００６４】
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、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）、Ｓ：対向磁極（第２磁極部）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置、及びこの画像形成装置に使用される現像装置に関する。
【背景技術】
【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供給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成分現像を行う所謂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、供給ローラと現像ローラとの対向領域において、新規トナーを供給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供給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、現像ローラ内に磁極を配置し、この磁極とこれに対向配置された供給ローラ内の磁極とで形成される磁力線に現像剤磁気ブラシを拘束させることによって、現像剤磁気ブラシの現像ローラへの接触面積を拡大して、現像ローラからのトナー回収機能を向上させて、画像メモリを解消す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２００６−１５３８０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、現像ローラ内に磁極を配置すると、現像ローラには磁性キャリアを引き付ける磁力が生じることになり、供給ローラから現像ローラへのキャリアの転移（キャリア消費）が生じやすくなる。特に、画像形成装置の高速化時にはこの問題が顕著になる。特許文献２では、現像ローラ内に配置する磁極の周方向縁部（供給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。
【００１０】
そこで、本発明は、前記ハイブリッド現像方式の現像装置において、画像メモリを防止しつつキャリア消費を抑制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、本発明の現像装置は、非磁性トナーと磁性キャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤と、
複数の磁極部を有する磁極体およびその外周を回転駆動される円筒部材を含んで構成され、前記現像剤を前記円筒部材の外周面に保持しつつ搬送する搬送ローラと、
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、前記搬送ローラと同方向に回転駆動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前記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、
前記磁極体の磁極部のうち前記第１の領域に対応する第１磁極部に対向し且つ前記第１磁極部とは異極の第２磁極部を前記現像ローラ内に配置し、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置が前記搬送ローラと前記現像ローラの各中心を結ぶ直線に対して現像ローラ回転方向上流側に位置し、前記第１磁極部の磁束密度ピーク位置が、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ回転方向に関して上流側であり且つ前記直線に対して搬送ローラ回転方向上流側であって前記搬送ローラ上に保持された現像剤が前記現像ローラに接触している領域に位置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる現像装置によれば、搬送ローラおよび現像ローラは同方向に回転駆動されており、前記第１の領域において搬送部剤の円筒部材表面と現像ローラ表面は逆方向にそれぞれ移動しているが、搬送ローラ内の第１磁極部および現像ローラ内の第２磁極部を、両ローラの各中心を結ぶ直線に対して各ローラ回転方向上流側にそれぞれずらして配置したことで、第１および第２磁極部の各磁束密度ピーク位置が前記直線上にそれぞれ位置している場合に比べて、第１の領域において現像ローラ表面が搬送ローラ上に保持された現像剤から離れる際の領域で、搬送ローラの第１磁極部によるキャリア保持力が強くなる一方で現像ローラの第２磁極部によるキャリア吸引力が弱くなる。
【００１３】
これにより、キャリアの現像ローラへの転移を抑制でき、キャリア消費を低減できるとともに、キャリア転移に伴って生じる像担持体の打痕に起因する画像上の白斑点や像担持体用クリーニングブレードの損傷によるトナー拭き残しに起因する画像上の筋状ノイズの発生を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。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。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。
【００１６】
帯電ステーション１６は、感光体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。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ほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。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。
【００１７】
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。
【００１８】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。本実施形態で用いる現像剤では、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。ただし、本願発明に用いるトナーおよびキャリアの帯電性は、そのような組み合わせに限るものでなく、相互の摩擦接触によりトナーが正極性、キャリア４が負極性に帯電される組合せも考えられる。
【００１９】
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。
【００２０】
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トナー搬送スリーブ４５と、この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。また、磁石体４７の外周部には、対向磁極Ｓ（第２磁極部）が設けられている。対向磁極Ｓは、現像ローラ４８の中心軸方向に沿って伸びている。図１において、現像ローラ４８の中心４９から対向磁極Ｓに向かって延びる実線は、対向磁極Ｓの磁束密度のピーク位置およびその方向を示している。この対向磁極Ｓの着磁位置については、後に詳述する。なお、本実施形態では、現像ローラ４８の内部に設けられた対向磁極Ｓは、円筒状のトナー搬送スリーブ４５の内径とほぼ同等の直径を有する円柱状の磁石体４７の外周部の一部分に着磁して設けられているが、これに限定されるものではなく、スリーブ４５内にかなりの内部空間を余す程度に細い棒状の磁石をスリーブ内周面にＳ極が対向するように固定配置して前記対向磁極Ｓとしてもよい。
【００２１】
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。
【００２２】
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円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板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。
【００２３】
磁石体５８は、搬送ローラ５４の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。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（第１磁極部）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。図１において、搬送ローラ５４の中心５５から各磁極Ｓ１，Ｎ１，Ｓ２に向かってそれぞれ延びる実線は、各磁極の磁束密度のピーク位置およびその方向をそれぞれ示している。
【００２４】
磁石体５８の主磁極部Ｎ１は、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間の領域である供給回収領域８８に対応して設けられているが、特に、供給回収領域８８のうち後述するように搬送ローラ５４上に保持された現像剤中のトナーが現像ローラ４８に供給される領域である供給領域９０に対向している。より詳細には、前記主磁極部Ｎ１の磁束密度ピーク位置は、搬送ローラ５４の回転方向（矢印８０方向）に関して、搬送ローラ５４と現像ローラ４８の各中心５５，４９を結ぶ一点鎖線で示す直線５９に対して若干上流側にずらして設定してある。また、搬送ローラ５４の回転方向に関して、主磁極Ｎ１の上流側に隣接する磁極Ｓ１は主磁極Ｎ１の下流側に隣接する磁極Ｓ２よりも近接配置されており、その磁束密度ピーク値は磁極Ｓ１の方が磁極Ｓ２よりも大きく設定されている。
【００２５】
ここで、現像ローラ４８の磁石体の対向磁極Ｓは、前記搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１とは異極性であって、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間の供給回収領域８８、特に、供給回収領域８８のうち後述するように現像ローラ４８上のトナーが分離・回収される領域である回収領域９２に対向して設けられている。より詳細には、対向磁極Ｓの磁束密度のピーク位置は、現像ローラ４８の回転方向（矢印７８方向）に関して、搬送ローラ５４と現像ローラ４８の各中心５５，４９を結ぶ直線５９に対して若干上流側にずらして設定してある。これにより、搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１の磁束密度ピーク位置は、現像ローラ４８の対向磁極Ｓの磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ５４回転方向に関して上流側に位置していることになる。また、搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１の磁束密度は、現像ローラ４８の対向磁極の磁束密度よりも大きく設定されている。
【００２６】
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。
【００２７】
供給領域９０で搬送ローラ５４のスリーブ６０から現像ローラ４８のスリーブ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。
【００２８】
図２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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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３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、後述するように現像ローラ４８へのキャリア移動は抑制される。
【００３２】
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。
【００３３】
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、現像ローラ４８とスリーブ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２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。
【００３４】
帯電された現像剤２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２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２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、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２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２は、磁極Ｓ１の磁力で保持されつつスリーブ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。
【００３５】
この供給回収領域８８では、搬送ローラ５４内の主磁極Ｎ１とこれとは異極である現像ローラ４８内の対向磁極Ｓとの間に、磁力線が比較的高密度に形成されている。これにより、現像回収領域８８では、搬送ローラ５４上の磁気ブラシが磁力線によってしっかりと拘束されて立つことで、現像ローラ４８に対する現像剤２の接触面積が拡大する。その結果、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の供給領域９０では、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成されている振動電界の作用によって、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８のスリーブ４５に電気的に充分に供給される。また、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の回収領域９２では、現像に供されることなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８のスリーブ４５上のトナーが、前記磁力線によってしっかりと拘束された現像剤２の磁気ブラシで確実に掻き取られて搬送ローラ５４に回収され、これにより画像メモリの発生を防止することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の現像装置３４では、搬送ローラ５４および現像ローラ４８の各スリーブ６０，４５が同方向に回転駆動されており、供給回収領域８８においては搬送ローラ５４のスリーブ６０表面と現像ローラ４８のスリーブ４５表面は逆方向にそれぞれ移動しているが、搬送ローラ５４内の主磁極Ｎ１および現像ローラ４８内の対向磁極Ｓを、両ローラ５４，４８の各中心５５，４９を結ぶ直線５９に対して各ローラ回転方向上流側にそれぞれずらして配置してあることで、前記主磁極Ｎ１および対向磁極Ｓの各磁束密度ピーク位置が前記直線５９上にそれぞれ位置している場合に比べて、供給回収領域８８において現像ローラ４８のスリーブ４５表面が搬送ローラ５４上に保持された現像剤から離れる際の領域（すなわち供給領域９０におけるスリーブ４５の回転方向下流側）で、搬送ローラ５４の主磁極Ｎ１の磁力によるキャリア保持力が強くなる一方で現像ローラ４８の対向磁極Ｓの磁力によるキャリア吸引力が弱くなっている。また、本実施形態では、主磁極Ｎ１の磁束密度ピーク値を対向磁極Ｓの磁束密度ピーク値よりも大きく設定することで、搬送ローラ５４上でのキャリア保持力を高めている。これにより、前記振動電界においてキャリア供給方向に作用するトナー回収作用の時間帯領域で現像ローラ４８側へのキャリアの移動が生じたとしても、前記主磁極Ｎ１の磁力によってキャリアが引き戻されて搬送ローラ５４に保持されることで現像ローラ４８への転移を抑制でき、キャリア消費を低減できる。その結果、キャリア転移に伴って生じる感光体１２の打痕に起因する画像上の白斑点や感光体用クリーニングブレード４０の損傷によるトナー拭き残しに起因する画像上の筋状ノイズの発生を低減できる。
【００３７】
供給領域９０で現像ローラ４８のスリーブ４５上に保持されたトナー６は、スリーブ４５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（第２の電界）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飛翔して付着し、この静電潜像をトナー像として現像する。なお、現像領域９６では、現像ローラ４８上のトナー層が感光体１２に直に接触する接触現像であってもよい。
【００３８】
このようにして現像剤２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２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。
【００３９】
〔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。
【００４０】
〔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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
〔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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
〔４．実験〕
次に、本実施形態の画像形成装置１で行った実験例について説明する。これらの実験では、下記のトナーおよびキャリアを用いた。
【００５６】
湿式造粒法により作製された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に対し、第１の疎水性シリカ０．２重量部と、第２の疎水性シリカ０．５重量部と、疎水性酸化チタン０．５重量部とを、ヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間表面処理を行って外添処理して得られた負帯電性トナーを用いた。ここで用いた第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（♯）１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）により表面処理を施したものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径約３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理したものである。
【００５７】
また、キャリアには、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。
【００５８】
そして、実験例で用いた現像剤は、トナー比率を８％とした。トナー比率は、現像剤全量に対するトナー、外添剤の合計量の割合である。
【００５９】
また、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間には振動電界を形成し、この振動電界の形成するための搬送ローラ５４および現像ローラ４８の各電位は図３に例示するように設定した。搬送ローラ５４には、直流電圧ＶＤＣ２−２５０ボルトに、周波数２ｋＨｚ、振幅１５００ボルト、トナー供給側デューティ比６０％（トナー回収側デューティ比４０％）の矩形波の交流電圧ＶＡＣを重畳した交番電圧を印加し、現像ローラ４８には直流電圧ＶＤＣ１−３００ボルトを印加した。なお、この電位設定は、あくまで一例であって、環境条件や画像条件によって変更されるものである。また、後述するキャリア消費は、トナー回収側の時間帯領域、すなわちＶｍｉｎと回収デューティ比との積との間に相関が見られ、この積が２００ｖ以下となるように設定することが望ましい。
【００６０】
このような条件の下で、画像面積率５％の画像チャートを３０万枚耐久印刷して、その前後でのキャリア消費量と画像メモリの発生の有無を調べた。その結果を表１に示す。なお、表１において、Ｂｒは磁束密度（磁束密度ピーク値）、画像メモリ○は目視による確認で画像メモリの発生がなかったことを示している。また、キャリア付着による感光体打痕に起因する白斑点や感光体用クリーニングブレードの損傷による拭き残しに起因する筋状ノイズといった画像ノイズの発生を防止するためには、キャリア消費量を４０ｇ未満に抑える必要があることが経験的にわかっている。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、実験番号１と実験番号２−６との対比において、主磁極Ｎ１の磁束密度を対向磁極Ｓの磁束密度より大きく設定することで、キャリア消費量が大きく低減していることがわかる。また、実験番号２と実験番号５，６との対比及び実験番号２と実験番号３，４との対比において、主磁極Ｎ１および対向磁極Ｓをそれぞれのローラ５４，４８の回転方向上流側にずらして配置することで、キャリア消費がより改善されていることがわかる。さらに、磁束密度について、実験番号４と実験番号５，６との対比において、主磁極Ｎ１に対して搬送ローラ回転方向上流側に隣接する磁極Ｓ１の方を同下流側に隣接する磁極Ｓ２よりも大きく設定し、磁極位置について、磁極Ｓ１から磁極Ｎ１までの周方向角度を磁極Ｓ２から磁極Ｎ１までの周方向角度よりも小さく設定することでもキャリア消費が改善されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】画像形成装置および現像装置の概略構成図。
【図２】電界形成装置の具体例を示す図。
【図３】搬送ローラと現像ローラとの電位関係を示す図。
【符号の説明】
【００６４】
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、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）、Ｓ：対向磁極（第２磁極部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性トナーと磁性キャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤と、
複数の磁極部を有する磁極体およびその外周を回転駆動される円筒部材を含んで構成され、前記現像剤を前記円筒部材の外周面に保持しつつ搬送する搬送ローラと、
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、前記搬送ローラと同方向に回転駆動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前記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、
前記磁極体の磁極部のうち前記第１の領域に対応する第１磁極部に対向し且つ前記第１磁極部とは異極の第２磁極部を前記現像ローラ内に配置し、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置が前記搬送ローラと前記現像ローラの各中心を結ぶ直線に対して現像ローラ回転方向上流側に位置し、前記第１磁極部の磁束密度ピーク位置が、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ回転方向に関して上流側であり且つ前記直線に対して搬送ローラ回転方向上流側であって前記搬送ローラ上に保持された現像剤が前記現像ローラに接触している領域に位置することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第１磁極部の磁束密度が前記第２磁極部の磁束密度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記磁極体において、前記搬送ローラ回転方向に関して、前記第１磁極部の上流側に隣接する磁極部が前記第１磁極部の下流側に隣接する磁極部よりも近接配置されてい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】
前記上流側に隣接する磁極部の磁束密度ピーク値が前記下流側に隣接する磁極部の磁束密度ピーク値よりも大きく設定されてい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】
請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【請求項１】
非磁性トナーと磁性キャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤と、
複数の磁極部を有する磁極体およびその外周を回転駆動される円筒部材を含んで構成され、前記現像剤を前記円筒部材の外周面に保持しつつ搬送する搬送ローラと、
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、前記搬送ローラと同方向に回転駆動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前記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、
前記磁極体の磁極部のうち前記第１の領域に対応する第１磁極部に対向し且つ前記第１磁極部とは異極の第２磁極部を前記現像ローラ内に配置し、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置が前記搬送ローラと前記現像ローラの各中心を結ぶ直線に対して現像ローラ回転方向上流側に位置し、前記第１磁極部の磁束密度ピーク位置が、前記第２磁極部の磁束密度ピーク位置よりも搬送ローラ回転方向に関して上流側であり且つ前記直線に対して搬送ローラ回転方向上流側であって前記搬送ローラ上に保持された現像剤が前記現像ローラに接触している領域に位置することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第１磁極部の磁束密度が前記第２磁極部の磁束密度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記磁極体において、前記搬送ローラ回転方向に関して、前記第１磁極部の上流側に隣接する磁極部が前記第１磁極部の下流側に隣接する磁極部よりも近接配置されてい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】
前記上流側に隣接する磁極部の磁束密度ピーク値が前記下流側に隣接する磁極部の磁束密度ピーク値よりも大きく設定されてい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】
請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１９２７８７（Ｐ２００９−１９２７８７Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２９８３（Ｐ２００８−３２９８３）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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