JP4860967B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体上に電子写真方式や静電記録方式にて形成した静電像を現像する現像装置に関するものである。

従来、電子写真方式を用いた複写機等の画像形成装置では、感光ドラム等の像担持体上に形成された静電像を、現像剤を付着させて可視像化する。この現像剤としては、磁性トナーを含む磁性一成分系現像剤、非磁性トナーを含む非磁性一成分系現像剤、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む二成分系現像剤等があり、これらが適宜に使用される。

このような現像剤が使用される従来の現像装置のうち、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を用いるものの一例を図７に示す。

図７に示すように、二成分現像剤を用いる現像装置１Ａは、シングルスリーブ現像装置の構成をとるものが多い。即ち、現像装置１Ａは、感光ドラム上の静電像を現像するために現像剤を担持、搬送する現像剤担持体を有する。現像剤担持体８は、１本の現像スリーブ８ａと、その内部に固定配置されたマグネットロール８ｂとを備えている。また、現像装置１Ａは、二成分現像剤を現像容器２内に収容し、現像容器２内には攪拌しながら現像剤を現像スリーブ８ａに搬送する搬送手段である搬送スクリュー５、６を備えている。

しかし、このような現像装置１Ａにおいては、エッジ強調による画像弊害の一つである白抜け画像が発生することがある。

以下に、この白抜け画像発生メカニズムを、図８を用いて説明する。尚、これは反転現像方式を採用した例である。

通常、白抜け画像は、感光ドラム１０上に形成された静電像において、ハーフトーン画像を含む画像を形成した際、現像領域にて、感光ドラム１０の表面移動方向で下流に形成されたハイライト画像αと上流に形成されたベタ画像βとの境界付近に発生する。つまり、白抜け画像は、ハイライト画像αの後端とベタ画像βの先端との間で発生する。

図８は、感光ドラム１０上にハイライト部αがあり、その後にベタ部βがあり、ハイライト部αとベタ部βの境界部γが現像スリーブ８ａに対向したときの等電位面と電気力線Ｈの形状を示した図である。この図から、境界部γ付近において、電気力線Ｈが大きくベタ部βの方に引き寄せられていることが分かる。

従って、現像方法として、従来の、感光ドラム１０と順方向に現像スリーブ８ａが回転する構成では、供給される現像剤中のトナーはハイライト部αの後端には供給できず、ベタ部βの方へ電気力線Ｈに沿って現像されてしまう。そのために、ハイライト部αの後端部に白く抜けた部分が発生する場合があると考えられる。

そこで、上記白抜け画像防止のために、図９に示すように、二成分現像剤を使用したツインスリーブ現像方式が提案された（例えば、特許文献１、２参照）。

ツインスリーブ現像方式の現像装置１Ｂは、現像容器２内に、感光ドラム１０の回転方向上流側と下流側に二つの現像剤担持体８、９、即ち、内部にマグネットロール８ｂ、９ｂを備えた現像スリーブ８ａ、９ａを有している。そして、上流側の現像スリーブ８ａを用いて行う第１の現像工程と、下流側の現像スリーブ９ａを用いて行う第２の現像工程とによって、感光ドラム１０上の同一の静電潜像を可視像化する。

このツインスリーブ現像方式は、上述した第１現像工程で、ハイライト部αとベタ部βとの電位差を少なくし、第２現像工程で、ハイライト部α後端に確実に現像を行う、白抜け画像が発生しにくい現像方式である。
特開平１０−１７１２５２号公報 特開２００３−３２３０５２号公報

しかしながら、上記したツインスリーブ現像方式の現像装置１Ｂの構成では以下のような問題が存在する。

図９を参照して、ツインスリーブ現像方式が有する問題点について説明をする。

現像装置１Ｂでは、現像スリーブ８ａ内に固定されたマグネットロール８ｂの磁極Ｎ３と現像スリーブ９ａ内に固定されたマグネットロール９ｂの磁極Ｓ３によって現像剤Ｔの受け渡しを達成している。一旦現像スリーブ９ａに受け渡された現像剤は、その回転によって搬送される。しかし、２つのスリーブ内部のマグネットの条件によっては、一部の現像剤Ｔが現像スリーブ８ａに再び受け渡され、そのため現像スリーブ８ａと現像スリーブ９ｂ間に現像剤Ｔが滞留しがちになることがある。ここには現像スリーブ８ａによって次々と現像剤Ｔが搬送されてくる。この滞留した現像剤が過剰に増加してくると、その溜まった現像剤が感光ドラムに接触し、感光ドラム上のトナー像を乱してしまう事がある。

あるいは、滞留の結果、現像剤Ｔに大きな圧力がかかり、トナーに外添した酸化チタンなどの微粒子がトナーの中に埋め込まれるといった現象が生じることもある。更にトナーと磁性キャリアとの摩擦によって、トナー自体の粒子形状も角がとれて丸みを帯びてくることもある。また、長時間使用すると磁性キャリアの表面にトナーが付着して取れなくなる、所謂、スペント現象が生じることもある。このような現像剤の劣化が生じると、トナーの摩擦帯電量（以後、「トリボ」と呼ぶ。）が使用時間と共に変化する。そのため、トナーの現像性が変わって画像濃度が変化したり、磁性キャリアや感光体ドラムに対するトナーの機械的付着力が増大し、電界に対応した現像や転写が行なわれにくくなる。その結果、トナーの部分的欠落（ムラ）が発生してしまい、長期使用後には極めて印象の悪い画像になってしまった。

上記問題は、本発明者らの検討により、マグネットロール８ｂの磁極Ｎ３とマグネットロール９ｂの磁極Ｓ３の極位置とそれらが発生する磁力に大きな関係があることが分かった。

例えば、磁極Ｓ３の磁力を磁極Ｎ３の１．５倍にして、現像装置の空回転を１時間実施したところ、現像スリーブ間での現像剤の滞留は起こらないことが分かった。また、磁力は変えずに磁極Ｓ３の極位置を現像スリーブ９の回転方向下流側に５°移動させることで、同様な結果を得ることができた。

しかしながら、上記のような現像装置１Ｂは、現像スリーブ８ａ、９ａ間での現像剤の滞留を防止するために、現像スリーブ９ａの現像剤の引力を向上させた構成とされる。ところがこのような磁極Ｎ３、磁極Ｓ３の極位置、磁力の構成では、以下の問題が生じる。それは、現像剤が、磁極Ｎ３と磁極Ｓ３を介さずに、図１０に示すように、磁極Ｓ２から磁極Ｎ４へ現像剤が受け渡され、その間に現像剤がブリッジ状に滞留する、所謂、「ツララ現象」という問題である。

このツララ現象が発生すると、感光ドラム１０と現像剤Ｔが広域に渡って摺擦される。そのため、現像スリーブ８ａでトナー像化された感光ドラム１０上のトナー像が掻き取られてしまい、所謂、「スキャベジング現象」を発生させ、著しく画像レベルを低下させてしまう。

このように、２つのスリーブの現像剤受け渡し部での現像剤の滞留を防止すべく、受け渡しを促進させるような磁界を形成しても、別の場所で「ツララ現象」を招いてしまうと、結局、トナー像の乱れを生じてしまう。

上記問題は、本発明者らの検討により、次の理由に起因するものであることが分かった。

つまり、マグネットロール８ｂの磁極Ｎ３とマグネットロール９ｂの磁極Ｓ３との磁気的な結びつきが強くなり、それとは反対に磁極Ｓ２と磁極Ｎ３との磁気的な結びつきが弱くなり、その結果、磁極Ｓ２と磁極Ｎ４に新たに磁力線が生じたことが原因である。

例えば、現像スリーブ８ａ、９ａ間の距離を広げて、磁極Ｓ２と磁極Ｎ４に磁力線が生じ難い構成にして、現像装置の空回転を１時間実施したところ、ツララ現象は発生しなかった。

そこで、本発明の目的は、第１現像剤担持体によって搬送された現像剤を第２現像剤担持体に受け渡すことにより生じる現像剤の滞留による画像不良を防止することのできる現像装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る現像装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置であって、
磁性現像剤を収容する現像容器と、
前記磁性現像剤を担持して第１現像部へ搬送する第１現像剤担持体と、
前記第１現像剤担持体内に固定配置された第１磁界発生手段と、
前記磁性現像剤を担持して第２現像部へ搬送する第２現像剤担持体と、
前記第２現像剤担持体内に固定配置された第２磁界発生手段と、を有し、
前記第１磁界発生手段は、前記像担持体との対向部近傍に配置された第１磁極と、該第１磁極よりも前記第１現像剤担持体の移動方向下流側に隣接し、前記第２現像剤担持体との対向部近傍であって、前記第１現像剤担持体と前記第２現像剤担持体との最近接位置よりも上流側に配置され、前記第１磁極とは異極性の第２磁極とを有し、
前記第２磁界発生手段は、前記第１現像剤担持体との対向部近傍であって、前記第１現像剤担持体と前記第２現像剤担持体との最近接位置よりも下流側に配置され、前記第２磁極と異極性の第３磁極を有し、
前記第１現像剤担持体及び前記第２現像剤担持体は、前記現像容器に同方向に回転自在に設けられ、前記第２現像剤担持体は、前記第１現像剤担持体から受け渡された前記磁性現像剤を前記第２現像部へ搬送する現像装置において、
前記第１磁界発生手段が前記第１現像担持体近傍にて形成する磁気力の法線方向に及ぼす力Ｆｒ１と、前記第２磁界発生手段が前記第１現像担持体近傍にて形成する磁気力の法線方向に及ぼす力Ｆｒ２と、の合成された磁気力をＦｒとすると、
前記第１現像剤担持体の中心方向を正とした時、少なくとも前記第１磁極から前記第２磁極の磁場の強さのピーク値の位置まではＦｒの前記第１現像剤担持体の中心方向成分が正であり、前記第２磁極の磁場の強さのピーク値の位置から前記最近接位置までにＦｒの前記第１現像剤担持体の中心方向成分が負となる現像装置であって、
前記第１現像剤担持体の周方向における前記第２磁極と前記最近接位置とのなす角よりも、前記第２現像剤担持体の周方向における前記第３磁極と前記最近接位置とのなす角の方が大きく設定されていることを特徴とする現像装置である。

本発明によれば、第１現像剤担持体によって搬送された現像剤をスムーズに第２現像剤担持体に受け渡すことにより、現像剤の滞留を防止し、画像不良が生じるのを防止することができる。

以下、本発明に係る現像装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
先ず、図１を参照して、本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の一実施例の概略構成を説明し、その後、本発明の特徴部を構成する現像装置について説明する。本実施例にて、画像形成装置１００は、電子写真プロセスを利用したタンデム型の多色画像形成装置とされるが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施例の多色画像形成装置は、一列に配置されたイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの画像形成部、即ち、画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）と、転写材Ｓを担持し搬送する転写材搬送体としての搬送ベルト２４とを備えている。

各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）はほぼ同様の構成であり、フルカラー画像において、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像を形成する。

搬送ベルト２４は、記録材としての転写紙２７を吸着し画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）に搬送する。この転写紙２７には、画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）において形成された現像剤像、即ち、トナー像が転写され、転写紙２７上にフルカラー画像を形成する。

画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）について更に説明する。

各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）は、それぞれ、像担持体として繰り返し使用される回転ドラム型の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）を備えている。各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）は、矢示の時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。

各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の周りには、帯電装置としての１次帯電器２１（２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ）と、画像露光装置２２（２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ）とが配置される。各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）は、１次帯電器２１（２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ）により、その表面が一様に帯電処理され、画像露光装置２２（２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ）による露光により、静電潜像を形成する。

さらに、各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の周りには、各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上に形成された静電潜像を現像する現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）が配置される。又、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の回りには、クリーニング装置２６（２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋ）が配設され、各感光ドラム１０上のトナーを取り除く。

また、搬送ベルト２４の内側には、各感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）と対向する位置に、転写装置としての転写帯電器、本実施例では転写ブレード２３（２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ）が配置されている。

以下の説明において、例えば現像装置１とあれば、各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）における現像装置１Ｙ、現像装置１Ｍ、現像装置１Ｃ、現像装置１Ｋを共通して指すものとする。他の装置及び部材に対しても同様である。

次に、図１により、上記構成の画像形成装置全体の動作を説明する。

像担持体である感光ドラム１０は、回動自在に設けられており、その感光ドラム１０を１次帯電器２１で一様に帯電し、例えばレーザのような発光素子を備えた画像露光装置２２によって画像情報信号に応じて変調された光で露光して静電潜像を形成する。

その静電潜像は、現像装置１により、後述の現像工程を経て現像剤像（トナー像）として可視化される。転写ブレード２３によって、各画像形成ステーションＰの感光ドラム１０から感光ドラム１０上のトナー像を、搬送されてきた転写紙２７上に順次転写し、転写紙２７上にフルカラートナー像を形成する。そして、転写紙２７上のフルカラートナー像は、定着装置２５によって転写紙２７に定着され永久画像となる。また、感光ドラム１０上に残留する転写残トナーはクリーニング装置２６により除去する。

一方、現像工程にて消費された現像装置１内の現像剤中のトナーは、トナー補給槽２０（２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ）から逐次補給され、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）内のトナー濃度を適正化する。

又、本実施例では、感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから搬送ベルト２４上の記録材である転写紙２７に直接転写する方法を採用している。しかし、搬送ベルト２４の代わりに、例えばベルト状の中間転写体を設けた構成の画像形成装置も、本発明は適用できる。つまり、この構成の画像形成装置では、各色の感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから中間転写体に各色のトナー像を順次一次転写した後、転写紙に各色の複合トナー像を一括して二次転写する構成とされる。

次に、本発明の特徴を成す現像装置について説明する。

本発明が適用できる現像装置としては、磁界発生手段をそれぞれ内包した第１現像剤担持体と第２現像剤担持体を用いて像担持体上に形成された静電像を磁性現像剤にて現像する、即ち、１つの静電像に対し２回現像工程を行う現像装置がある。特に、非磁性トナー及び磁性キャリアを備えた現像剤を用いた現像装置であり、第１現像剤担持体と第２現像剤担持体上にそれぞれ磁気的に形成された磁気ブラシを、それぞれの現像部において、像但持体上の静電像に接触させて現像する現像装置に適用できる。斯かる構成の現像装置では、磁性キャリアは、非磁性トナーに対し摩擦帯電する特性を備えており、この「摩擦帯電」は、現像剤が現像容器内を循環する際に攪拌搬送されることで行われている。

次に、図２を参照して、現像装置１の一実施例を説明する。

本実施例の現像装置１は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む磁性現像剤が収容された現像容器２を備え、現像容器２の感光ドラム１０と対面した開口部に、第１現像剤担持体８と、第２現像剤担持体９とが対向して設置されている。

本実施例にて、第１現像剤担持体８は、非磁性円筒状回転体、即ち、現像スリーブ８ａと、現像スリーブ８ａ内に非回転に設けられた固定の磁界発生手段であるマグネットロール８ｂとにて形成される。また、第２現像剤担持体９は、非磁性円筒状回転体、即ち、現像スリーブ９ａと、現像スリーブ９ａ内に非回転に設けられた固定の磁界発生手段であるマグネットロール９ｂとにて形成される。本実施例にて、現像スリーブ８ａ及び９ａは、上下に配置され回転自在に軸支されている。現像スリーブ８ａ及び９ａの回転方向は、互いに対向した領域で逆方向となるように、同方向（図２にて反時計方向）とされており、回転速度（周速）はほぼ同じ構成とされている。

また、現像容器２内には、現像スリーブ８ａ表面に担持された現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材である規制ブレード１１を有している。

現像容器２内には、開口部とは反対側に隔壁７によって区画された現像室３と攪拌室４が上下に形成されている。現像剤の循環経路を構成する現像室３と攪拌室４内には現像剤の攪拌・搬送手段としての第１及び第２搬送スクリュー５、６がそれぞれ設置されている。

第１搬送スクリュー５は、現像室３内の現像剤を搬送する。又、第２搬送スクリュー６は、トナー補給口（不図示）から攪拌室４内に第１搬送スクリュー５の上流側に供給されるトナーと、攪拌室４内に既にある現像剤とを攪拌しながら搬送する。

図３をも参照すると理解されるように、隔壁７には、第１及び第２搬送スクリュー５、６の軸方向一端付近に開口７１が設けられており、この開口７１部分を通して、現像剤が重力によって現像室３から撹拌室４に供給される。

一方、隔壁７には、第１及び第２搬送スクリュー５、６の軸方向他端付近に開口７２が設けられている。この開口７２部分を通して、重力に抗して攪拌室４から現像室３に供給された現像剤は、現像スリーブ８ａ内に非回転に設けられた第１磁界発生手段であるマグネットロール８ｂの磁極Ｎ１により現像スリーブ８ａに汲み上げられる。現像スリーブ８ａ上に汲み上げられた現像剤は、現像スリーブ８ａの回転に伴い、現像スリーブ８ａ上を、磁極Ｓ１→Ｎ２へと搬送され、現像スリーブ８ａと感光ドラム１０とが対向した、現像磁極Ｓ２のある第１現像部１２に至る。その搬送途中で現像剤は、規制ブレード１１によりそれと略対向する位置にある磁極Ｓ１と協同して磁気的に層厚を規制することで、現像剤の薄層化が達成される。第１現像部１２では、感光ドラム１０上の静電像に対する１回目の現像工程を行う。

その後、現像剤は、現像スリーブ８ａの回転方向で第１現像部１２の下流にある磁極Ｎ３から現像スリーブ９ａ内に非回転に設けられた第２磁界発生手段であるマグネットロール９ｂの磁極Ｓ３へと受け渡される。これにより、現像剤は、再度、現像スリーブ９ａと感光ドラム１０とが対向した現像磁極Ｎ４の第２現像部１３に至り、感光ドラム１０上の静電像に対し２回目の現像工程に供される。即ち、現像スリーブ８ａ、９ａは、感光ドラム１０上の共通の静電像を現像する。

そして、第２現像部１３において現像に供されないで残った現像剤は、現像スリーブ９ａの回転方向で現像部１３の下流にある磁極Ｓ４で現像容器２内部に搬送される。現像スリーブ９ａ上の現像剤は、マグネットロール９ｂの磁極Ｓ３、Ｓ４の反発磁界により現像スリーブ９ａから除去され、現像容器２内の下部分の攪拌室４に回収される。

回収された現像剤は、図３に示すように、補給トナーと十分に混合されるように搬送スクリュー６によって他端側に向けて攪拌搬送され、そして、連通路７２を通して現像室３へと受け渡される。そして、連通路７２から送り込まれた現像剤は、搬送スクリュー５により攪拌搬送されながら現像スリーブ８へと供給される。現像剤はこのように循環される構成となっている。

本発明において現像装置１は、本実施例のように、少なくとも、像但持体（感光ドラム１０）に対向配置された複数の現像剤担持体８、９を有している。各現像剤担持体８、９は、回転可能な非磁性円筒体（現像スリーブ８ａ、９ａ）と、この非磁性円筒体内部に固定配置された磁界発生手段（マグネットロール８ｂ、９ｂ）とを有する。

そして、現像スリーブ８ａ、９ａである非磁性円筒体は、導電性の材料によって形成されていることが好ましい。このような材料としては、例えばステンレスやアルミニウム等の金属、導電性粒子の分散により導電性を付与した樹脂体等、従来より知られている種々の材料を例示することができる。又、非磁性円筒体には、現像剤の搬送性を高めるためにブラスト処理等により表面を粗面化するなどの加工を施してもよい。本実施例では、現像スリーブ８ａ、９ａの表面はほぼ同様な粗面化処理が施されており、現像スリーブ８ａ、９ａの表面粗さはほぼ同等となっている。

磁界発生手段であるマグネットロール８ｂ、９ｂとしては、非磁性円筒体に対して相対的に不動となるように複数の磁極が非磁性円筒体内部に固定される。磁界発生手段には常時磁界を発生する磁石等の手段であっても良いし、一定の磁界、又は異なる極性の磁界を任意に発生させることができる電磁石等の手段であってもよい。

そして、図２に示した構成の現像装置１において、本実施例においては、下記に説明するような、非磁性トナーと、低磁化高抵抗キャリアを含む二成分現像剤が用いられている。

非磁性トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等を適当量用いることにより構成される。このような非磁性トナーは、粉砕法や重合法などの常法により製造することができる。

尚、非磁性トナー（負帯電特性）は、摩擦帯電量が−１×１０^-2〜−５．０×１０^-2Ｃ／ｋｇ程度のものであることが好ましい。非磁性トナーの摩擦帯電量が上記範囲を外れると、現像効率が低下し、又、磁性キャリアに発生するカウンターチャージ量も大きくなり白抜けレベルが悪化することとなる。画像不良を生じることがある。非磁性トナーの摩擦帯電量は、用いられる材料の種類等により調整しても良いし、後述する外添剤の添加によって調整しても良い。

非磁性トナーの摩擦帯電量は、一般的なブローオフ法を用い、現像剤量を約０．５〜１．５ｇとして現像剤からトナーをエアー吸引することで吸引し、測定容器に誘起される電荷量を測定することにより測定することができる。

又、磁性キャリアとしては、従来公知のものを使用することができるが、例えば、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリアを使用し得る。更には、フェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったもの、又はフェライト等のマグネタイト単体表面樹脂でコーティングし抵抗調整を行ったもの等をも用いることができる。これら磁性キャリアの製造法は、特に制限されない。

尚、磁性キャリアは０．１テスラの磁界において３．０×１０⁴Ａ／ｍ〜２．０×１０⁵Ａ／ｍの磁化を有することが好ましい。磁性キャリアの磁化量を小さくすると、磁気ブラシによるスキャベジングを抑制する効果があるが、磁界発生手段による非磁性円筒への付着が困難となり、感光ドラムへの磁性キャリア付着等の画像不良や、先に述べたはき寄せ画像を生じることがある。又、磁性キャリアの磁化が上記範囲よりも大きいと、上述したように磁気ブラシの圧力により画像不良を生じることがある。

更に、磁性キャリアの体積抵抗率は、リークや現像性を考慮して１０⁷〜１０¹⁴Ω・ｃｍのものを用いるのが好ましい。

キャリアの磁化は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置ＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、０．１Ｔの外部磁場を作り、その時の磁化の強さを求める。キャリアは円筒状のプラスチック容器に十分密になるようにパッキングした状態にする。この状態で磁化モーメントを測定し、試料を入れた時の実際の重量を測定し、磁化の強さを求める（Ａｍ²／ｋｇ）。次いで、キャリア粒子の真比重を乾式自動密度形アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）により求め、磁化の強さ（Ａｍ²／ｋｇ）に真比重を掛けることで、本発明に用いられる単位体積当たりの磁化の強さ（Ａ／ｍ）を求めることができる。

本実施例において現像装置は、上述のように、現像剤担持体を２個有し、現像部を２部設けた構成とされる。本実施例では、この構成の現像装置において、現像効率を向上させて白抜け防止対策を施し、更には、低磁化高抵抗キャリアを含む二成分現像剤を用い、高画質化を図った現像装置とされる。ここで、本実施例では、それぞれの磁界発生手段によってそれぞれの現像スリーブ８ａ、９ａ上に担持された現像剤に作用する磁気力のピーク強度や位置を規定する。これにより、現像スリーブ８から現像スリーブ９への現像剤の受け渡しをスムーズに行ない、トナー画像を乱さないようにしている。

具体的には、図２に示す現像装置では、２回目の現像工程において第２現像スリーブ９ａ上の磁気ブラシによる掃き寄せやスキャベジング現象といった問題を低減させて、白抜け等の画像不良を防止しようとするものである。

画像形成装置としては、像但持体上に形成された静電潜像を現像して用紙等に記録する方法であれば特に限定されず、従来より知られている電子写真方式や静電記録方式等の画像形成方法を採用することができる。

次に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、本実施例の現像装置１における特徴部分を説明する。すなわち、２つの第１、第２現像剤担持体８、９における、第１、第２現像スリーブ８ａ、９ａ中の第１、第２磁界発生手段（マグネットロール８ｂ、９ｂ）による磁界の説明である。

図４（ａ）に、第１現像剤担持体８と第２現像剤担持体９との対向領域、すなわち、本実施例では、受け渡し極であるマグネットロール８ｂの磁極Ｎ３と、マグネットロール９ｂの磁極Ｓ３とが対向している領域近傍の概略構成を示す。

図４（ｂ）に、非磁性円筒体である現像スリーブ８ａ表面の任意の位置におけるマグネットロール８ｂ及び９ｂによる磁気力Ｆ（ベクトル）を示す。本実施例では、磁気力Ｆのうち現像スリーブ８ａの中心（Ｏ１）方向（法線方向）の成分を、マグネットロール８ｂによる磁気力Ｆｒ１とする。そして、現像スリーブ９ａの中心（Ｏ２）方向（法線方向）の成分を、マグネットロール９ｂによる磁気力Ｆｒ２とする。これは、マグネットロール８ｂ、マグネットロール９ｂにより、現像スリーブ８ａ上のトナーを担持した磁性キャリア（磁気ブラシ）を引き付ける力（磁気吸引力）を表している。

以下、磁気力Ｆの計算方法について説明する。

磁性キャリア１個に対して、現像スリーブ８ａ周面に垂直に働く磁気力Ｆｒ（Ｆｒ１、Ｆｒ２）（単位；Ｎニュートン）は以下で定義される。磁性キャリアの磁化をｍ（ベクトル、｜ｍ｜の単位はＡ／ｍ）、磁性キャリア１個の体積をＶ（ｍ３）、マグネットロール８ｂ、９ｂによる磁界の強さをＢ（Ｂ＝（Ｂｒ，Ｂθ））、現像スリーブ８ａ、９ａの回転中心に向かう方向を正（プラス）方向とすると、Ａを定数として、以下の数式で表される。
Ｆｒ＝−Ａ∇ｒ（ｍ・Ｂ）
＝−Ａｄ／ｄｒ（｜ｍ｜ＶＢ・Ｂ）
＝−｜ｍ｜ＶＡｄ／ｄｒ（Ｂ²）
＝−｜ｍ｜ＶＡｄ／ｄｒ｛（Ｂｒ）²＋（Ｂθ）²｝
ここで、Ａは定数、｜ｍ｜は透磁率の関数であり、ｒを現像スリーブ８ａ、９ａ面に対して放射方向（法線方向）に設定したので、力の方向は、現像スリーブ８ａ、９ａの中心に向かう方向の力である。

つまり、第１磁気力Ｆｒ１及び第２磁気力Ｆｒ２は、以下の数式で表される。
Ｆｒ１＝Ａ・∇ｒ｛（Ｂｒ１）²＋（Ｂθ１）²｝
Ｆｒ２＝Ａ・∇ｒ｛（Ｂｒ２）²＋（Ｂθ２）²｝

従って、現像スリーブ８ａ面上で、現像スリーブ８ａ、９ａの中心に働く力Ｆｒ１、Ｆｒ２は、Ｂｒの絶対値の自乗とＢθの絶対値の自乗の和の、現像スリーブ８ａ、９ａ面に垂直な方向に対する傾き（現像スリーブの中心に向かう方向を正（プラス）とする。）に比例する。

そこで、本実施例において、上記磁気力Ｆｒ１、Ｆｒ２、の合成磁気力Ｆｒが、第１現像スリーブ８ａの中心に向かう方向を正（プラス）として、現像剤の搬送の一例を図４に示す。

特に本実施例においては、図４（ｂ）は、磁界発生手段８ｂ及び９ｂによりそれぞれの第１現像スリーブ８ａ表面の任意の点Ａにおける磁気力Ｆｒ１及びＦｒ２の合成Ｆｒが、磁極Ｎ３の磁場の強さのピーク値未満の地点を示す。この地点では、Ｆｒの現像スリーブ８の中心方向成分が正である。つまり、現像スリーブ８ａの中心への磁気力が存在するように設定しているのが特徴である。

また、図４（ｃ）は、現像剤が磁極Ｎ３の磁場の強さのピーク値の位置を通過した後を示す。この状態では、現像剤は、現像スリーブ９ａに受け渡されるように、Ｆｒの現像スリーブ８ａの中心方向成分が反転する（負になる）。

つまり、本実施例では、少なくとも磁極Ｓ２から磁極Ｎ３の磁場のピーク値の位置までは、Ｆｒの現像スリーブ８ａの中心方向成分が正であるようにする。この構成により、Ｎ３極よりも上流側に現像剤が滞留するのが防止できる。そして、磁極Ｎ３の磁場のピーク値の位置から２つのスリーブの最近接位置までの間にＦｒの現像スリーブ８ａの中心方向成分が負となることで、現像スリーブ９ａへのスムーズな現像剤の受け渡しが行なえる。

もし、磁極Ｎ３の磁場のピーク値の位置よりも上流側の位置において、Ｆｒの現像スリーブ８ａの中心方向成分が負になると、現像剤が磁極Ｎ３に到達する前にスリーブ８ａによる搬送力が低下する。このように搬送されづらくなった現像剤は、磁極Ｎ３にスムーズに到達せず、磁極Ｎ３よりも上流側に滞留を生じてしまう。

このような構成により、現像スリーブ８ａによる第１現像工程終了後の現像剤は、現像スリーブ９ａに引き付けられることなく、確実に現像スリーブ８ａに保持され、搬送される。

上述したような構成の現像装置で画像形成を行ったところ、現像剤の滞留も発生せず、高画質な画像を得ることができた。

実施例２
上述した実施例１では、現像スリーブ８ａ、９ａの受け渡し極である磁極Ｎ３と、受け取り極である磁極Ｓ３がほぼ対向している現像装置について説明した。

一方、例えば、図５（ａ）に示すように、現像スリーブ８ａにて磁極Ｓ２と磁極Ｎ３が離れている場合、極間でのＦｒが弱くなるため、現像剤は現像スリーブ９ａに引き寄せられる。そして、現像スリーブ９ａの受け取り極Ｓ３の磁界の強さ・位置により、図５（ｂ）に示されているように磁極Ｓ２−磁極Ｎ３の磁力線が遮断され、磁極Ｓ２−磁極Ｎ４に磁力線が生じ、その結果ツララ現象が発生した。

次に、極間でのＦｒを強くし、確実に現像スリーブ８ａに保持するため、磁極Ｎ３の磁場の強さを大きくした。そうすることにより確かに、上述したように、磁極Ｎ３の磁場の強さのピーク値８０％地点で、Ｆｒの現像スリーブ８ａの中心方向成分が反転し（負になり）が、現像剤の受け渡しはスムーズに達成することができた。

しかしながら、磁極Ｎ３が現像室３、攪拌室４の現像剤を引き寄せてしまい、現像スリーブ９ａの現像剤コート厚が増えてしまった。その結果、第２現像工程時に第１現像工程でトナー像化された静電潜像が掻き取られてしまった（スキャベジング現象）。つまり、磁極Ｎ３の磁場の強さ・位置に密な関係があり、磁極Ｎ３は、望ましくは現像スリーブ８ａと現像スリーブ９ａの最近接位置より、現像スリーブ８ａの回転方向上流側に配設されることが望ましい。なお、図６に示すように、磁極Ｎ３の磁力によって受け渡した現像剤が再度現像スリーブ８ａに引き付けられることを抑制し、スリーブ間での現像剤の滞留を抑制するために、現像スリーブ８ａの周方向における磁極Ｎ３と最近接位置とのなす角（δ１）よりも、現像スリーブ９ａの周方向における磁極Ｓ３と最近接位置とのなす角（δ２）の方が大きく設定される。

次に、図６を参照して本実施例における磁極Ｎ３の磁界の強さ・位置の関係について説明する。

磁極Ｎ３における磁気双極子近似を行ったときの磁気モーメントをＭ１、磁極Ｎ４における磁気双極子近似を行ったときの磁気モーメントをＭ２とする。そしてスリーブ上の任意の位置（図６では磁極Ｓ２の位置の場合を図示）と磁極Ｎ３が成す角度をθ、現像スリーブ８ａの直径をｌ、前記任意の位置から磁極Ｎ４位置までの直線距離をＬとする。この場合、任意の位置において、磁極Ｎ３に起因する磁場の強さをＢ１、磁極Ｎ４に起因する磁場の強さをＢ２は、各々以下のように近似することができる。
Ｂ１∝（１／４πｕ）＊（Ｍ１／（ｌθ）²）
Ｂ２∝（１／４πｕ）＊（Ｍ２／Ｌ²）

磁極Ｎ３における磁場の強さＢ１が、磁極Ｎ４における磁場の強さＢ２より大きい場合、つまり、
Ｂ１／Ｂ２＝（Ｍ１／Ｍ２）＊（Ｌ／ｌθ）²＞１
を満たすとき、磁極Ｓ２と磁極Ｎ３の磁力線が密となり、現像剤がより確実に磁極Ｎ３に搬送される。より好ましくは、磁極Ｎ４の磁場の強さＢ２は６００ガウス以上１５００ガウスが望ましい。

上述したような構成の現像装置で画像形成を行ったところ、現像剤の滞留による劣化を起こすこと無く、且つツララ現象も発生せず、高画質な画像を得ることができた。

上記各実施例では、磁性現像剤としての非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を用いて現像工程を行う現像装置について説明した。

しかしながら、例えば、磁性現像剤としての磁性トナーを含む一成分現像剤を用いて現像工程を行う現像装置であっても本発明を適用することができる。

尚、通常、二成分現像剤を用いた現像装置では、トナーが感光ドラムに飛翔することでキャリアが電荷的にアンバランスとなることに起因して、第２現像工程において磁気ブラシを構成するキャリアがカウンターチャージを有する。そのために、キャリアが感光ドラムに接触しトナー画像からトナーを静電的に引き剥がしスキャベジング現象を引き起こすという問題がある。このような二成分現像剤を用いた現像装置に本発明を適用した場合には、斯かる二成分現像剤を用いた現像装置に特有な問題を解決することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像装置の一実施例を示す断面図である。 現像装置における現像剤の循環を説明する断面図である。 ツララ現象を説明する現像装置における現像剤担持体の一部断面図である。 現像装置における現像剤の搬送の一例を説明する断面図である。 本発明に係る現像装置における磁極Ｎ３の磁界の強さ、位置の関係を説明する説明図である。 従来の現像装置を示す断面図である。 白抜けの発生原理を説明するための説明図である。 従来の現像装置を示す断面図である。 従来の現像装置におけるツララ現象を説明する断面図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像容器
３ 現像室
４ 攪拌室
５ 第１搬送スクリュー
６ 第２搬送スクリュー
８ 第１の現像剤担持体
８ａ 第１の現像スリーブ
８ｂ 第１のマグネットロール（第１の磁界発生手段）
９ 第２の現像剤担持体
９ａ 第２の現像スリーブ
９ｂ 第２のマグネットロール（第２の磁界発生手段）
１０ 感光ドラム（像担持体）
１１ 規制ブレード
Ｔ 現像剤
Ｆｒ１ 現像スリーブ８ａ周面に働くマグネットロール８ｂの法線方向磁気力
Ｆｒ２ 現像スリーブ８ａ周面に働くマグネットロール９ａの法線方向磁気力
Ｆｒ Ｆｒ１とＦｒ２の合成磁気力

Claims (3)

1. 像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置であって、
   磁性現像剤を収容する現像容器と、
   前記磁性現像剤を担持して第１現像部へ搬送する第１現像剤担持体と、
   前記第１現像剤担持体内に固定配置された第１磁界発生手段と、
   前記磁性現像剤を担持して第２現像部へ搬送する第２現像剤担持体と、
   前記第２現像剤担持体内に固定配置された第２磁界発生手段と、を有し、
   前記第１磁界発生手段は、前記像担持体との対向部近傍に配置された第１磁極と、該第１磁極よりも前記第１現像剤担持体の移動方向下流側に隣接し、前記第２現像剤担持体との対向部近傍であって、前記第１現像剤担持体と前記第２現像剤担持体との最近接位置よりも上流側に配置され、前記第１磁極とは異極性の第２磁極とを有し、
   前記第２磁界発生手段は、前記第１現像剤担持体との対向部近傍であって、前記第１現像剤担持体と前記第２現像剤担持体との最近接位置よりも下流側に配置され、前記第２磁極と異極性の第３磁極を有し、
   前記第１現像剤担持体及び前記第２現像剤担持体は、前記現像容器に同方向に回転自在に設けられ、前記第２現像剤担持体は、前記第１現像剤担持体から受け渡された前記磁性現像剤を前記第２現像部へ搬送する現像装置において、
   前記第１磁界発生手段が前記第１現像担持体近傍にて形成する磁気力の法線方向に及ぼす力Ｆｒ１と、前記第２磁界発生手段が前記第１現像担持体近傍にて形成する磁気力の法線方向に及ぼす力Ｆｒ２と、の合成された磁気力をＦｒとすると、
   前記第１現像剤担持体の中心方向を正とした時、少なくとも前記第１磁極から前記第２磁極の磁場の強さのピーク値の位置まではＦｒの前記第１現像剤担持体の中心方向成分が正であり、前記第２磁極の磁場の強さのピーク値の位置から前記最近接位置までにＦｒの前記第１現像剤担持体の中心方向成分が負となる現像装置であって、
   前記第１現像剤担持体の周方向における前記第２磁極と前記最近接位置とのなす角よりも、前記第２現像剤担持体の周方向における前記第３磁極と前記最近接位置とのなす角の方が大きく設定されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記第２磁界発生手段は、前記第２現像剤担持体の移動方向で前記第３磁極の下流側に隣接し、前記像担持体との対向部近傍に設けられた前記第１磁極と異極性の第４磁極を有し、
   前記第２磁極における磁気双極子近似した磁気モーメントＭ１と、前記第４磁極における磁気双極子近似した磁気モーメントＭ２と、前記第１磁極と前記第２磁極との成す角度θと、前記第１現像剤担持体の直径ｌと、前記第１磁極から前記第４磁極までの直線距離Ｌと、が以下の関係式、
   （Ｍ１／Ｍ２）＊（Ｌ／ｌθ）²＞１
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第１現像剤担持体近傍は、前記第１現像剤担持体表面から前記磁性現像剤による磁気ブラシの穂先までの距離であることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。

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