JP6300578B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を用いて、感光ドラムなどの像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置に関する。

電子写真方式や静電記録方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらのうちの複数の機能を有する複合機などの画像形成装置では、感光ドラムなどの像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させて可視像化（現像）する。このような現像に使用される現像装置では、従来から、非磁性粒子のトナーと磁性粒子のキャリアからなる二成分現像剤（以下、現像剤と称する）を用いるものが知られている。

このような現像装置では、内側にマグネットを配置した現像スリーブの表面に現像剤を担持し、現像スリーブが回転することで現像剤が搬送される。現像剤は、現像スリーブに近接して配置された規制ブレードにより現像剤の量（層厚）が規制されて、感光ドラムと対向する現像領域に搬送される。そして、感光ドラム上に形成された静電潜像を現像剤中のトナーにより現像する。

このように現像剤を担持して搬送する現像スリーブとして、表面に複数の溝を有するものが知られている（特許文献１）。このような構成の場合、表面に設けられた複数の溝で現像剤を捕捉して効率良く搬送することができる。

一方、現像スリーブの内側に配置されるマグネットは、一般的に、現像容器内の現像剤を汲み上げて現像スリーブに担持させる汲み上げ極と、汲み上げ極に隣接し、規制ブレード近傍に配置されるカット極とを有する。汲み上げ極により汲み上げられた現像剤は、現像スリーブの回転によりカット極に搬送され、規制ブレードにより層厚を規制されるが、この際、現像スリーブ近傍において汲み上げ極からカット極近傍にかけてシェア（圧縮）を受ける。そして、現像剤がこのような圧縮を長期に亙って受けると、現像剤が劣化して、トナーが静電潜像に対して均一に載らなかったり、均一に転写されなかったりして、画像に粒状感のようながさつきが生じたり、画像の濃度が低下する可能性がある。また、トナーが現像スリーブに過度に押しつけられることで、現像スリーブへのトナー融着による濃度ムラが発生してしまう可能性もある。

そこで、規制ブレード近傍に汲み上げ磁極を有し、この１磁極で現像スリーブ上の現像剤の層厚規制を行う構成が提案されている（特許文献２）。１磁極で現像剤の汲み上げ及び層厚規制を行うことで、上述の現像剤の圧縮を低減し、現像剤劣化を抑制することができる。

特開平５−４０３９９号公報 特開平１１−２４４０７号公報

しかしながら、上述の特許文献２のように、１磁極で現像剤の汲み上げ及び層厚規制を行うと、現像スリーブ近傍のマグネットによる磁気力が弱まってしまう。このため、規制ブレード上流の現像剤量が、極端に少なくなってしまうなど不安定になってしまう可能性がある。これにより、現像スリーブに担持される現像剤の量が不安定になり（現像剤コート不良が発生し）、それに起因する画像濃度ムラが発生してしまう場合がある。

一方、汲み上げ極及びカット極の２極を有する構成において、汲み上げ極及びカット極の磁気力を下げることで現像剤劣化を低減させることが考えられる。但し、単に汲み上げ極及びカット極の磁気力を下げた場合、特許文献２の構成と同様に、規制ブレード上流の現像剤量が極端に少なくなってしまい、現像剤コート不良に起因する画像濃度ムラが発生し易くなってしまう。

本発明は、このような事情の鑑み、汲み上げ極からカット極にかけての現像剤の圧縮を低減すると共に、現像スリーブに担持される現像剤の量を安定させることができる構成を実現すべく発明したものである。

本発明の現像装置は、非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器と、複数の固定磁極を有する磁界発生手段と、内側に磁界発生手段を有し、表面にそれぞれが周方向に交差する方向に延伸している複数の溝が設けられ、表面に現像剤を担持して回転する円筒状の現像スリーブと、前記現像スリーブに担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、を備え、前記磁界発生手段は、前記現像容器内の現像剤を汲み上げて前記現像スリーブに担持させる汲み上げ極と、前記汲み上げ極の前記現像スリーブの回転方向下流に隣接し、前記現像剤規制部材近傍に配置されたカット極とを少なくとも有し、前記現像スリーブの中心に向かう方向の磁気力をＦｒ、前記現像スリーブの表面の接線方向の磁気力をＦθとした場合に、前記汲み上げ極の磁束密度のピークから前記カット極の磁束密度のピークとの間で、前記Ｆｒが前記汲み上げ極から前記カット極に向かって減衰するＦｒ減衰領域と、少なくとも一部が前記Ｆｒ減衰領域と重なり前記Ｆθが前記現像スリーブの回転方向と逆方向に向いているＦθ反転領域とを有し、前記カット極の磁束密度のピークの位置では前記Ｆθが前記現像スリーブの回転方向と同方向を向く構成である。
そして、前記現像スリーブ周上における隣り合う溝の中心間の回転方向の長さは、前記現像スリーブ周上における前記Ｆθ反転領域の前記現像スリーブの回転方向の長さよりも短いことを特徴とする。
或いは、隣り合う溝の中心のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度は、前記Ｆθ反転領域の両端のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、汲み上げ極からカット極にかけての現像剤の圧縮を低減できる。また、現像スリーブに担持される現像剤の量を安定させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 第１の実施形態に係る現像装置の概略構成図。 第１の実施形態に係る現像スリーブの（ａ）平面図、（ｂ）溝を拡大して示す断面図。 第１の実施形態に係る現像スリーブと規制ブレードとの関係を示す模式図。 第１の実施形態に係るマグネットの汲み上げ極（Ｓ２）とカット極（Ｎ２）近傍の磁束密度及び磁気力を示す図。 第１の実施形態に係る現像スリーブの溝のピッチ間隔とＦθ反転領域との関係を説明するための模式図。 比較例に係るマグネットの汲み上げ極（Ｓ２）とカット極（Ｎ２）近傍の磁束密度及び磁気力を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る現像装置の概略構成図。 第２の実施形態に係る現像スリーブと規制ブレードとの関係を示す模式図。 第２の実施形態に係るマグネットの汲み上げ極（Ｓ２）とカット極（Ｎ２）近傍の磁束密度及び磁気力を示す図。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図７を用いて説明する。まず、本実施形態の現像装置を有する画像形成装置の概略構成について、図１を用いて説明する。

［画像形成装置］
画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応して設けられ４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置（図示せず）又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像（画像）を記録材Ｐに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。このような画像形成プロセスの概略を説明すると、まず、各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋでは、それぞれ、像担持体としての感光ドラム（電子写真感光体）２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に各色のトナー像を形成する。このように形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト１６上へ転写され、続いて中間転写ベルト１６から記録材Ｐ上に転写される。トナー像が転写された記録材は、定着装置１３に搬送されて、トナー像が記録材に定着される。以下、詳しく説明する。

なお、画像形成装置１００が備える４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。したがって、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの画像形成部に属する要素であることを表すために符号に付した添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成部１には、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム２が配設されている。感光ドラム２は、図中矢印方向に回転駆動される。感光ドラム２の周囲には帯電手段としての帯電ローラ３と、現像手段としての現像装置４、転写手段としての一次転写ローラ５、クリーニング手段としてのクリーニング装置６が配置されている。感光ドラム２の図中上方には露光手段としてのレーザースキャナ（露光装置）７が配置されている。

また、各画像形成部１の感光ドラム２と対向して中間転写ベルト１６が配置されている。中間転写ベルト１６は、駆動ローラ９、二次転写内ローラ１０、張架ローラ１２により張架され、駆動ローラ９の駆動により図中矢印方向に周回移動する。二次転写内ローラ１０と中間転写ベルト１６を挟んで対向する位置には、二次転写外ローラ１５が配置され、中間転写ベルト１６上のトナー像を記録材Ｐに転写する二次転写部Ｔ２を構成している。二次転写部Ｔ２の記録材搬送方向下流には定着装置１３が配置される。

上述のように構成される画像形成装置１００により、例えば４色フルカラーの画像を形成するプロセスについて説明する。まず、画像形成動作が開始すると、回転する感光ドラム２の表面が帯電ローラ３によって一様に帯電される。このとき、帯電ローラ３には、帯電バイアス電源より帯電バイアスが印加される。次いで、感光ドラム２は、露光装置７から発せられる画像信号に対応したレーザ光により露光される。これにより、感光ドラム２上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム２上の静電潜像は、現像装置４内に収容されたトナーによって顕像化され、可視像となる。本実施形態では、レーザ光により露光した明部電位にトナーを付着させる反転現像方式を用いる。

感光ドラム２上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１６を挟んで配置される一次転写ローラ５との間で構成される一次転写部Ｔ１にて、中間転写ベルト１６に一次転写される。この際、一次転写ローラ５には一次転写バイアスが印加される。一次転写後に感光ドラム２表面に残ったトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置６によって除去される。

このような動作をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成部で順次行い、中間転写ベルト１６上で４色のトナー像を重ね合わせる。その後、トナー像の形成タイミングに合わせて記録材収納カセット（図示せず）に収容された記録材Ｐが供給ローラ１４から二次転写部Ｔ２により搬送される。そして、二次転写外ローラ１５に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１６上の４色のトナー像を、記録材Ｐ上に一括で二次転写する。二次転写部Ｔ２で転写しきれずに中間転写ベルト１６に残留したトナーは、中間転写ベルトクリーナー１８により除去される。

次いで、記録材Ｐは定着手段としての定着装置１３に搬送される。そして、この定着装置１３によって、加熱、加圧されることで、記録材Ｐ上のトナーは溶融、混合されて、フルカラーの画像として記録材Ｐに定着される。その後、記録材Ｐは機外に排出される。これにより、一連の画像形成プロセスが終了する。なお、所望の画像形成部のみを用いて、所望の色の単色又は複数色の画像を形成することも可能である。

［現像装置］
次に、本実施形態の現像装置４について、図２を用いて説明する。本実施形態では、上述したように、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像装置の構成は全てにおいて同一である。現像装置４は、非磁性のトナー粒子（トナー）と磁性を有するキャリア粒子（キャリア）とを主成分として含む二成分現像剤（以下、現像剤）を収容する現像容器１０８を有する。

トナーは、結着樹脂、着色剤、そして必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。このようなトナーは、重合法により製造した負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５μｍ以上８μｍ以下が好ましい。本実施形態では、トナーの体積平均粒径を６．２μｍとした。なお、トナーとしては、粉砕法により製造されたワックス含有トナーなども使用可能である。

キャリアは、例えば、表面酸化あるいは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金、又は酸化物フェライトなどが好適に使用可能である。また樹脂コートキャリアも適用可能である。これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、重量平均粒径が２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、抵抗率が１０^７Ω・ｃｍ以上、好ましくは１０^８Ω・ｃｍ以上である。本実施形態では、抵抗率が１０^８Ω・ｃｍのものとした。また、本実施形態では、低比重磁性キャリアとして、フェノール系のバインダー樹脂に磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物と所定の比で混合し、重合法により製造した樹脂磁性キャリアとしている。また、キャリアの体積平均粒径は３５μｍ、真密度は３．６〜３．７ｇ／ｃｍ^３、磁化量は５３Ａ・ｍ^２／ｋｇである。

現像容器１０８の内部は、垂直方向に延在する隔壁１０６によって現像室１１３と攪拌室１１４とに区画され、隔壁１０６の上方部は開放されている。現像室１１３及び攪拌室１１４には、それぞれ現像剤が収容されており、現像室１１３で余分となった現像剤は攪拌室１１４側に回収される。

現像室１１３及び攪拌室１１４には、それぞれ第１攪拌スクリュー１１１及び第２攪拌スクリュー１１２が配置されている。第１攪拌スクリュー１１１は、現像室１１３内の現像剤を攪拌搬送し、第２攪拌スクリュー１１２は、攪拌室１１４内の現像剤を攪拌搬送する。また、攪拌室１１４の第２攪拌スクリュー１１２の搬送方向上流側にはトナー補給槽（図示せず）からトナーが補給される。そして、第２攪拌スクリュー１１２により、補給されるトナーと既に攪拌室１１４内にある現像剤とを攪拌搬送し、トナー濃度を均一化する。

隔壁１０６には図２の手前側と奥側の端部（第１、第２攪拌スクリューの搬送方向上流及び下流側の端部）において、現像室１１３と攪拌室１１４とを相互に連通させる現像剤通路（図示せず）がそれぞれ形成されている。そして、第１、第２攪拌スクリュー１１１、１１２の搬送力により、現像剤が現像室１１３と攪拌室１１４との間で循環するようにしている。これにより、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室１１３内の現像剤が攪拌室１１４内に移動し、攪拌室１１４内で補給されたトナーと共に攪拌搬送される現像剤が現像室１１３内に移動する。

現像室１１３は、感光ドラム２に対面した領域に相当する位置が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ１０３が回転可能に配置されている。現像スリーブ１０３は、例えばアルミニウム合金により円筒状に構成され、現像動作時には図示矢印方向に回転する。また、現像スリーブ１０３の内側には、磁界発生手段としてのマグネット１１０が固定配置され、現像スリーブ１０３は、マグネットの磁界により表面に現像剤を担持して回転する。また、現像スリーブ１０３の周囲には、現像剤規制部材としての規制ブレード１０２が、先端を現像スリーブ１０３の表面の一部に近接対向させるように配置している。

本実施形態の場合、現像スリーブ１０３を、図３（ａ）に示すように、表面にそれぞれが周方向に交差する方向（本実施形態では現像スリーブ１０３の回転軸方向と平行）に形成された複数の溝を有する、所謂溝スリーブとしている。複数の溝は、図３（ｂ）に示すように、それぞれが現像スリーブ１０３の回転軸に直交する断面Ｖ字状に形成され、周方向に略等間隔で全周に亙って配置されている。本実施形態の場合、現像スリーブ１０３の外径を２０ｍｍ、各溝の深さを４０μｍ、溝の側面同士がなす角度を９０°、溝の本数を７０本とした。また、隣り合う溝の底面の最深部（中心）のそれぞれと現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度（間隔）を溝ピッチ間隔Ｄとしたとき、溝ピッチ間隔Ｄは５．１４°としている。したがって、図３（ｂ）に示すように、隣り合う溝同士の間には、溝が形成されていない部分円筒面状の非溝部が存在する。

規制ブレード１０２は、現像スリーブ１０３により担持搬送される現像剤の量（層厚）を規制する。規制ブレード１０２により層厚を規制された現像剤は、現像スリーブ１０３に担持されたまま感光ドラム２と対向する現像領域に搬送される。ここで、規制ブレード１０２は、本実施形態の場合、ステンレス製としている。また、現像スリーブ１０３の表面（非溝部の表面）と規制ブレード１０２との間には、所定のギャップを設けている。本実施形態では、このギャップを３００μｍとしている。

また、規制ブレード１０２の現像スリーブ１０３に対する対向位置は、図４に示すようにしている。即ち、現像スリーブ１０３の重力方向最下点と現像スリーブ１０３の中心点とを結ぶ線と、規制ブレード１０２の現像スリーブ１０３に対する最近接点と現像スリーブ１０３の中心点とを結ぶ線とのなす角度が３０°となるようにしている。また、規制ブレード１０２は、現像スリーブ１０３の表面の接線に対する角度が９０°となるように配置されている。

マグネット１１０は、複数の固定磁極を有する。例えば、マグネット１１０は、複数のマグネットピースを組み合わせて構成され、図２に示すように、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｎ１、Ｎ２の複数の磁極が周方向に配置されるように着磁されている。ここで、第１攪拌スクリュー１１１に最も近いＳ２極が、現像容器内（現像室１１３内）の現像剤を汲み上げて現像スリーブ１０３に担持させる汲み上げ極である。汲み上げ極（Ｓ２）の現像スリーブ１０３の回転方向下流に隣接するＮ２極は、規制ブレード１０２近傍（現像剤規制部材近傍）に配置されるカット極である。カット極（Ｎ２）の現像スリーブ１０３の回転方向下流に隣接するＳ１極は、感光ドラム２に対向する現像極である。現像極（Ｓ１）の現像スリーブ１０３の回転方向下流には、Ｎ１極とＳ３極とが順に配置され、Ｓ３極は、磁束密度が低い領域を挟んでＳ２極と隣接することで、現像スリーブ１０３の表面から現像剤を剥離させる反発極（剥ぎ取り極）を構成している。

本実施形態の場合、このように複数の磁極を現像スリーブ１０３の回転方向に沿って配置（５極構成と）することで、現像容器内の現像剤を現像スリーブ１０３により担持搬送させるようにしている。即ち、現像装置４は、第１、第２攪拌スクリュー１１１、１１２によって現像剤を攪拌搬送することで、トナー及びキャリアをそれぞれ帯電させる。そして、このような現像剤が、汲み上げのための搬送用磁極（汲み上げ極）Ｓ２の磁力で拘束され、現像スリーブ１０３の回転により搬送される。そして安定した現像剤を拘束するために、ある一定以上の磁束密度を有する搬送用磁極（カット極）Ｎ２で十分に拘束し、そして磁気ブラシを形成しつつ搬送される。次いで、規制ブレード１０２で磁気ブラシを穂切りして現像剤の量（層厚）を適正にする。

そして、現像極Ｓ１で画像形成装置本体側に設けられた電源１１５を介して現像スリーブ１０３に直流及び交互電界の重畳された現像バイアスが印加される。これにより、現像スリーブ１０３上のトナーが感光ドラム２の静電潜像側に移動され、該静電潜像は、トナー像として顕像化される。なお、現像バイアスは、直流電圧に交流電圧が重畳されたもので、本実施形態では、周波数１０ｋＨｚ、振幅１０００Ｖの交流電圧の矩形波を用いている。現像が終了した現像剤は、取り込み磁極Ｎ１を介して剥ぎ取り磁極Ｓ３に搬送され、剥ぎ取り磁極Ｓ３によって現像容器内に取り込まれる。

［マグネットの磁気力と溝ピッチ間隔］
ここで、上述のように複数の磁極を有するマグネット１１０の磁気力について、図５を用いて説明する。図５では、Ｓ２、Ｎ２極近傍の現像スリーブ表面の磁束密度及び磁気力を示している。なお、本実施形態では、現像スリーブ１０３の表面の法線方向の磁気力をＦｒ（太線）、接線方向の磁気力をＦθ（細線）、法線方向の磁束密度をＢｒ（破線）としている。また、図５のＦｒについては、現像スリーブ１０３の中心から外へ向く磁気力を正、現像スリーブ１０３の中心へ向かう磁気力を負としているが、以下で、Ｆｒを主として現像スリーブ１０３の中心に向かう力として扱う。したがって、例えば、Ｆｒが減衰すると言った場合、現像スリーブ１０３の中心に向かう力が減衰することを意味する。また、Ｆθについては、現像スリーブ１０３の回転方向と同方向へ向かう磁気力を正、逆方向へ向かう磁気力を負としている。

カット極（Ｎ２）の磁束密度は、現像剤のコート量（現像スリーブ１０３に担持される量）を安定させるために、或る程度大きくする必要があり、一般に絶対値で３５０〜８００Ｇ程度が好ましく、本実施形態では絶対値で５５０Ｇとしている。汲み上げ極（Ｓ２）の磁束密度は、少なくとも現像室１１３から現像剤を汲み上げるための大きさを有すれば良く、一般に絶対値で１５０〜７００Ｇ程度が好ましく、本実施形態では絶対値で３００Ｇとしている。即ち、カット極の磁束密度を汲み上げ極の磁束密度よりも大きくしている。なお、このような磁束密度の大きさについては、現像装置の構成により任意に設定される。

本実施形態の場合、汲み上げ極の磁束密度のピークからカット極の磁束密度のピークとの間（図５のＡの領域）で、Ｆｒ及びＦθを次のようにしている。即ち、Ｆｒが汲み上げ極からカット極に向かって減衰するＦｒ減衰領域（図５のＢの領域）を有すると共に、Ｆθが現像スリーブ１０３の回転方向と逆方向に向いているＦθ反転領域（図５のＣの領域）を有するようにしている。特に、Ｆｒ減衰領域は、汲み上げ極の近傍に有するようにしている。

即ち、Ｆｒは、汲み上げ極の現像スリーブ１０３の回転方向上流に剥ぎ取り極が存在するため、磁気力がほぼ０の状態から汲み上げ極に向かって徐々に大きくなっていく。本実施形態では、このように上昇傾向にあるＦｒを、汲み上げ極からカット極に向かう途中で減衰させるＦｒ減衰領域を有するようにしている。これにより、この領域でのＦｒの大きさを、Ｆｒが上昇しつづけた場合に比べて小さくできる。本実施形態では、Ｆｒの数値範囲は、１×１０^−８から１．５×１０^−７（Ｎ）である。Ｆｒが１×１０^−８（Ｎ）未満の場合、現像剤の搬送を効率良く行えない。また、Ｆｒが１．５×１０^−７（Ｎ）より大きい場合、現像剤の劣化を十分に抑制できない。なお、Ｆｒは、このＦｒ減衰領域以降では、再び徐々に上昇していく。また、Ｆθについては、磁気力がほぼ０の状態から汲み上げ極に向かって現像スリーブ１０３の回転方向と同方向の磁気力が発生する。但し、本実施形態では、Ｆθが汲み上げ極からカット極に向かう途中で現像スリーブ１０３の回転方向と逆方向となるＦθ反転領域を有するようにしている。なお、Ｆθは、このＦθ反転領域以降では、再び現像スリーブ１０３の回転方向と同方向となる。そして、カット極の磁束密度のピークの位置では、Ｆθが現像スリーブ１０３の回転方向と同方向を向く。また、Ｆθ反転領域は、汲み上げ極の磁束密度のピークからカット極の磁束密度のピークとの間でＦθが現像スリーブ１０３の回転方向と同方向の領域に挟まれている。また、Ｆｒ減衰領域とＦθ反転領域とは、少なくとも一部で重なるようにしている。

このような磁気力の設定は、磁束密度Ｂｒの絶対値や傾きを調整することにより行う。このＢｒの調整は、マグネット１１０に着磁する際に行える。なお、例えば、マグネット１１０を構成する複数のマグネットピースの大きさや形状などについても調整する場合がある。

より具体的に説明する。まず、磁気力は以下の計算方法によって求められる。キャリアに作用する磁気力は、下記の（１）式で求められる。ここで、μ_０が真空の透磁率、μがキャリアの透磁率、ｂがキャリアの半径、Ｂが磁束密度である。

したがって、

なお、Ｂｒが現像スリーブ１０３の表面の法線方向の磁束密度、Ｂθが接線方向の磁束密度である。

この（２）式から、Ｂｒ及びＢθが分かれば、Ｆｒ及びＦθを求めることができる。ここで、磁束密度Ｂｒは、測定器としてＦ．Ｗ．ＢＥＬＬ社製磁場測定器「ＭＳ−９９０２」（商品名）を用いて、測定器の部材であるプローブと現像スリーブの表面との距離を約１００μｍに設定して測定したものである。

さらに、Ｂθは以下のように求めることが出来る。磁束密度Ｂｒの測定位置でのベクトルポテンシャルＡ_Ｚ（Ｒ，θ）は測定された磁束密度Ｂｒを用いて、

で求められる。境界条件をＡ_Ｚ（Ｒ，θ）とし、方程式
▽^２Ａ_Ｚ（Ｒ，θ）＝０
を解くことでＡ_Ｚ（Ｒ，θ）を求める。そして、

より、Ｂθを求めることができる。

以上より測定及び計算されたＢｒ及びＢθを（１）式に当てはめることで、Ｆｒ及びＦθを導き出すことができる。このような磁気力の設定は、汲み上げ極やカット極の磁束密度Ｂｒの絶対値やピーク位置を調整することによって行われる。

具体的に述べると、磁束密度の絶対値の調整については、汲み上げ極、カット極の磁束密度を上げることで、汲み上げ極からカット極の間の磁気力を上げることができる。逆に、汲み上げ極、カット極の磁束密度を下げることで、汲み上げ極からカット極の間の磁気力を下げることができる。また磁束密度のピーク位置の調整については、汲み上げ極の磁束密度ピーク位置をカット極に近づけるにつれ、汲み上げ極からカット極の間の磁気力を大きくできる。逆に、汲み上げ極の磁束密度ピーク位置をカット極から遠ざけるにつれ、汲み上げ極からカット極の間の磁気力を小さくできる。

上記観点に基づき、本実施形態では、以下のように設定している。即ち、カット極の磁束密度の絶対値を汲み上げ極の磁束密度の絶対値に対して小さくしていくことで、Ｆｒが汲み上げ極からカット極に向かって減衰傾向とし、Ｆθが負となる傾向にすることができる。また、カット極と汲み上げ極の極間距離を広げると、Ｆｒが減衰傾向となり、Ｆθが負となる傾向とすることができる。このような磁束密度の調整は、例えばマグネット１１０に着磁する際の着磁条件（着磁幅、強さ、着磁位置）を任意に設定することで実現できる。また、マグネット１１０を構成する複数のマグネットピースの大きさや形状などについても調整する場合がある。

また、本実施形態の場合、現像スリーブ１０３の複数の溝のピッチ間隔（溝ピッチ間隔）は、Ｆθ反転領域の現像スリーブ１０３の回転方向の長さよりも短くしている。即ち、現像スリーブ１０３周上における隣り合う溝の中心間の回転方向の長さは、現像スリーブ周上におけるＦθ反転領域の現像スリーブ１０３の回転方向の長さよりも短い。図６は、このような構成を説明するために、現像スリーブ１０３の表面の断面形状に対してＦθの分布を重ね合わせたものである。図６では、角度Ｃで示す範囲をＦθ反転領域としている。即ち、Ｆθ反転領域の両端のそれぞれと現像スリーブ１０３の中心とを結ぶ線同士のなす角度をＣとする。また、複数の溝のうち、隣り合う溝の中心のそれぞれと現像スリーブ１０３の中心とを結ぶ線同士のなす角度をＤとする。そして、この場合に、Ｄ＜Ｃを満たすように、Ｆθと溝ピッチ間隔との関係を規制している。本実施形態では、図６に示すように、Ｆθ反転領域Ｃを１６°としている。上述したように、現像スリーブ１０３の溝の本数が７０本であるため、溝ピッチ間隔Ｄは５．１４°である。したがって、Ｄ＜Ｃを満たす。

このように本実施形態の場合、汲み上げ極からカット極にかけての磁気力について、Ｆｒ減衰領域を有すると共にＦθ反転領域を有するため、汲み上げ極からカット極にかけての現像剤の圧縮を低減できる。即ち、Ｆｒが汲み上げ極からカット極に向かって減衰するＦｒ減衰領域を有するため、現像剤を汲み上げて現像スリーブ１０３に担持するための最低限の磁気力を維持し、現像剤が受けるシェア（圧縮）を低減することができる。また、Ｆθが汲み上げ極からカット極にかけて現像スリーブ回転方向と逆方向に向いているＦθ反転領域を有するため、カット極へ送られる現像剤量を抑制させる効果が働く。この結果、特に、カット極近傍（規制ブレード１０２の現像スリーブ１０３の回転方向上流側）における現像剤の圧縮を低減し、現像剤劣化を低減させることができる。

また、現像スリーブ１０３を表面に複数の溝を有する構成とし、且つ、溝ピッチ間隔をＦθ反転領域の現像スリーブの回転方向の長さよりも短くしているため、現像スリーブ１０３による現像剤の搬送を効率良く行える。即ち、溝と溝の間の箇所（非溝部）は、現像剤搬送力が溝部に対し大きく低下してしまう。このため、仮にＦθ反転領域よりも溝ピッチ間隔を大きくした場合、Ｆθ反転領域において現像スリーブによる現像剤搬送量が低減してしまい、現像剤コート不安定による画像濃度ムラが発生する可能性がある。これに対して本実施形態の場合、Ｆθ反転領域よりも溝ピッチ間隔を小さくすることで、Ｆθ反転領域のようなスリーブ近傍の磁気力による搬送力が低下している箇所においても、現像剤を安定して搬送することができる。そして、現像スリーブに担持される現像剤の量（コート量）を安定させることができる。即ち、現像剤劣化の抑制と現像スリーブ上の現像剤コート安定性との両立を図ることできる。この結果、長期に亙り安定した画像形成を行うことができる。

ここで、図７に示すように、汲み上げ極からカット極にかけて、Ｆｒが単調増加していくような磁場パターンを有する比較例について説明する。比較例の場合、図５に示した本実施形態の磁場パターンに対し、現像スリーブに現像剤が強く押し付けられる領域が広く発生してしまうため、磁気力によって現像剤がよりシェアを受けてしまう。また、比較例のように、汲み上げ極からカット極にかけてのＦθを現像スリーブ回転方向と一様に同方向に向いている場合は、カット極近傍に送られる現像剤の搬送量が多くなってしまい、カット極近傍において現像剤がよりシェアを受けてしまう。この結果、長期の画像形成に伴い現像剤劣化が促進してしまい、画像のがさつきや濃度低下などの画像不良が発生し易くなる。

ここで、図１に示した画像形成装置において、図５に示した本実施形態の磁場パターンを有する場合と、図７に示した比較例の磁場パターンを有する場合とで、それぞれ行った実験について説明する。実験では、それぞれ１０％画像Ｄｕｔyの画像形成を長期に亙って行った。本実施形態の場合、１０００００枚の画像形成を行っても画像不良は発生しなかった。一方、比較例の場合は、５０００枚の画像形成後に画像のがさつきが発生してしまい、３００００枚後に現像スリーブへのトナー融着による濃度ムラが発生してしまった。

また、本発明者による実験結果より、図５に示す本実施形態の構成において、次のような条件を満たすことが好ましいことが分かった。まず、汲み上げ極の磁束密度のピークと現像スリーブの中心とを結ぶ線と、カット極の磁束密度のピークと現像スリーブの中心とを結ぶ線とのなす角度をＡ、Ｆｒ減衰領域の両端のそれぞれと現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度をＢとする。この場合に、０．１２≦Ｂ／Ａ＜０．６５を満たすことが好ましいことが分かった。

０．１２≦Ｂ／Ａは、Ｆｒが減衰する領域がこの範囲以上で存在しないと、現像剤劣化に対する効果が低減されてしまうためである。一方、Ｆｒが減衰する領域が大きすぎた場合（Ｂ／Ａ≧０．６５の場合）、カット極へ搬送する現像剤量が極端に少なくなってしまい、現像剤コート不安定が発生してしまった。本実施形態においては、Ａ＝６０°、Ｂ＝１２°であり、Ｂ／Ａ＝０．２である。

次に、Ｆθ反転領域の両端のそれぞれと現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度をＣとする。この場合に、０．１２≦Ｃ／Ａ＜０．４０を満たすことが好ましいことが分かった。０．１２≦Ｃ／Ａは、Ｆθ反転領域がこの範囲以上で存在しないと、現像剤劣化に対する効果が低減されてしまうためである。一方、Ｆθ反転領域が大きすぎた場合（Ｃ／Ａ≧０．４０の場合）、カット極へ搬送する現像剤量が極端に少なくなってしまい、現像剤コート不安定が発生してしまった。本実施形態においては、Ａ＝６０°、Ｃ＝１６°であり、Ｃ／Ａ＝０．２６７である。

更に、複数の溝のうち、隣り合う溝の中心のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度をＤとする。この場合に、２．５≦Ｃ／Ｄ＜５．０を満たすことが好ましいことが分かった。Ｆθ反転領域において、Ｃ／Ｄ＜２．５となった場合、Ｆθ反転領域における溝部分が不足してしまい、現像剤の搬送性が不十分な場合がまれにあった。その結果、まれに現像剤コート不安定による画像濃度ムラが発生してしまったためである。一方、Ｃ／Ｄ≧５．０となった場合、現像スリーブの搬送力が過度に大きくなってしまい、カット極に搬送される現像剤が多くなりすぎてしまうことで、まれに画像のがさつきなどの現像剤劣化起因の画像不良が発生してしまうことがあった。そこで、２．５≦Ｃ／Ｄ＜５．０を満たした場合、現像剤の搬送性を確保しつつ、現像剤劣化を抑制することが可能であった。本実施形態では、図６に示したように、Ｃ＝１６°、Ｄ＝５．１４であり、Ｃ／Ｄ＝３.１１である。

なお、本実施形態の現像装置４は、電子写真方式や静電記録方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらのうちの複数の機能を有する複合機などの画像形成装置に使用可能である。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図８ないし図１０を用いて説明する。本実施形態の場合、上述の第１の実施形態と現像装置の構成が異なる。具体的には、第１の実施形態の現像装置４では、規制ブレード１０２を現像スリーブ１０３の中心を通る水平線より下側に配置した。これに対して本実施形態の現像装置４Ａでは、規制ブレード１０２Ａを現像スリーブ１０３の中心を通る水平線より上側に配置している。これに伴い、磁界発生手段としてのマグネット１１０Ａの複数の磁極の配置を、第１の実施形態のマグネット１１０と異ならせている。その他の構成及び作用については、第１の実施形態と同様であるため、以下、異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の場合、現像スリーブ１０３は、図８に矢印で示す方向に回転する。また、規制ブレード１０２Ａの現像スリーブ１０３に対する対向位置は、図９に示すようにしている。即ち、現像スリーブ１０３の重力方向最上点と現像スリーブ１０３の中心点とを結ぶ線と、規制ブレード１０２Ａの現像スリーブ１０３に対する最近接点と現像スリーブ１０３の中心点とを結ぶ線とのなす角度が３０°となるようにしている。また、規制ブレード１０２Ａは、現像スリーブ１０３の表面の接線に対する角度が９０°となるように配置されている。

マグネット１１０Ａは、図８に示すように、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｎ１、Ｎ２の複数の磁極が周方向に配置されるように着磁されている。ここで、第１攪拌スクリュー１１１に最も近いＳ２極が、現像容器内（現像室１１３内）の現像剤を汲み上げて現像スリーブ１０３に担持させる汲み上げ極である。汲み上げ極（Ｓ２）の現像スリーブ１０３の回転方向下流に隣接するＮ２極は、規制ブレード１０２近傍（現像剤規制部材近傍）に配置されるカット極である。カット極（Ｎ２）の現像スリーブ１０３の回転方向下流に隣接するＳ１極は、現像剤を搬送する搬送極で、この搬送極Ｓ１の下流に感光ドラム２に対向するＮ１極が、現像極である。現像極（Ｎ１）の現像スリーブ１０３の回転方向下流には、Ｓ３極が配置され、Ｓ３極は、磁束密度が低い領域を挟んでＳ２極と隣接することで、現像スリーブ１０３の表面から現像剤を剥離させる反発極（剥ぎ取り極）を構成している。

現像装置４Ａは、このような構成により、第１、第２攪拌スクリュー１１１、１１２によって現像スリーブ１０３の表面に供給された現像剤を、マグネット１１０Ａの磁力にて磁気ブラシの状態で保持する。そして、これを現像スリーブ１０３の回転に基づいて感光ドラム２との対向部（現像領域）に搬送すると共に、規制ブレード１０２Ａで磁気ブラシを穂切りして現像領域に搬送される現像剤量を適正に維持する。更に、搬送極Ｓ１を経由した後、現像極Ｎ１で画像形成装置本体側に設けられた電源１１５を介して現像スリーブ１０３に直流及び交互電界の重畳されたバイアス電圧が印加される。これにより、現像スリーブ１０３上のトナーが感光ドラム２の静電潜像側に移動され、該静電潜像は、トナー像として顕像化される。そして現像が終了した現像剤は剥ぎ取り磁極Ｓ３によって現像容器内に取り込まれる。

ここで、上述のように複数の磁極を有するマグネット１１０Ａの磁気力について、図１０を用いて説明する。図１０では、前述の図５と同様に、Ｓ２、Ｎ２極近傍の現像スリーブ表面の磁束密度及び磁気力を示している。また、本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、カット極（Ｎ２）の磁束密度は、一般に絶対値で３５０〜８００Ｇ程度が好ましく、本実施形態では絶対値で５５０Ｇとしている。また、汲み上げ極（Ｓ２）の磁束密度は、一般に絶対値で１５０〜７００Ｇ程度が好ましく、本実施形態では絶対値で３００Ｇとしている。

本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、汲み上げ極の磁束密度のピークからカット極の磁束密度のピークとの間（図１０のＡの領域）で、Ｆｒ及びＦθを次のようにしている。即ち、Ｆｒが汲み上げ極からカット極に向かって減衰するＦｒ減衰領域（図１０のＢの領域）を有すると共に、Ｆθが現像スリーブ１０３の回転方向と逆方向に向いているＦθ反転領域（図１０のＣの領域）を有するようにしている。また、本実施形態の場合も、現像スリーブ１０３の複数の溝のピッチ間隔（溝ピッチ間隔）は、Ｆθ反転領域の現像スリーブ１０３の回転方向の長さよりも短くしている。本実施形態でも、Ｆθ反転領域Ｃを１６°としている。また、現像スリーブ１０３の溝の本数が７０本であるため、溝ピッチ間隔Ｄは５．１４°である。

このような本実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、汲み上げ極からカット極の領域で現像剤が受けるシェアを低減することができ、現像スリーブ１０３による現像剤搬送を安定化させることができる。この結果、現像剤劣化の抑制と現像スリーブ上の現像剤コート安定性との両立を図ることができ、長期に亙り安定した画像形成を行うことができる。

２・・・感光ドラム（像担持体）／４、４Ａ・・・現像装置／１０２、１０２Ａ・・・規制ブレード（現像剤規制部材）／１０３・・・現像スリーブ／１０８・・・現像容器／１１０、１１０Ａ・・・マグネット（磁界発生手段）

Claims (7)

1. 非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器と、
   複数の固定磁極を有する磁界発生手段と、
   内側に磁界発生手段を有し、表面にそれぞれが周方向に交差する方向に延伸している複数の溝が設けられ、表面に現像剤を担持して回転する円筒状の現像スリーブと、
   前記現像スリーブに担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、を備え、
   前記磁界発生手段は、前記現像容器内の現像剤を汲み上げて前記現像スリーブに担持させる汲み上げ極と、前記汲み上げ極の前記現像スリーブの回転方向下流に隣接し、前記現像剤規制部材近傍に配置されたカット極とを少なくとも有し、前記現像スリーブの中心に向かう方向の磁気力をＦｒ、前記現像スリーブの表面の接線方向の磁気力をＦθとした場合に、前記汲み上げ極の磁束密度のピークから前記カット極の磁束密度のピークとの間で、前記Ｆｒが前記汲み上げ極から前記カット極に向かって減衰するＦｒ減衰領域と、少なくとも一部が前記Ｆｒ減衰領域と重なり前記Ｆθが前記現像スリーブの回転方向と逆方向に向いているＦθ反転領域とを有し、前記カット極の磁束密度のピークの位置では前記Ｆθが前記現像スリーブの回転方向と同方向を向く構成であり、
   前記現像スリーブ周上における隣り合う溝の中心間の回転方向の長さは、前記現像スリーブ周上における前記Ｆθ反転領域の前記現像スリーブの回転方向の長さよりも短い、
   ことを特徴とする現像装置。
2. 非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を収容する現像容器と、
   複数の固定磁極を有する磁界発生手段と、
   内側に磁界発生手段を有し、表面にそれぞれが周方向に交差する方向に延伸している複数の溝が設けられ、表面に現像剤を担持して回転する円筒状の現像スリーブと、
   前記現像スリーブに担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、を備え、
   前記磁界発生手段は、前記現像容器内の現像剤を汲み上げて前記現像スリーブに担持させる汲み上げ極と、前記汲み上げ極の前記現像スリーブの回転方向下流に隣接し、前記現像剤規制部材近傍に配置されたカット極とを少なくとも有し、前記現像スリーブの中心に向かう方向の磁気力をＦｒ、前記現像スリーブの表面の接線方向の磁気力をＦθとした場合に、前記汲み上げ極の磁束密度のピークから前記カット極の磁束密度のピークとの間で、前記Ｆｒが前記汲み上げ極から前記カット極に向かって減衰するＦｒ減衰領域と、少なくとも一部が前記Ｆｒ減衰領域と重なり前記Ｆθが前記現像スリーブの回転方向と逆方向に向いているＦθ反転領域とを有し、前記カット極の磁束密度のピークの位置では前記Ｆθが前記現像スリーブの回転方向と同方向を向く構成であり、
   隣り合う溝の中心のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度は、前記Ｆθ反転領域の両端のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度よりも小さい、
   ことを特徴とする現像装置。
3. 前記汲み上げ極の磁束密度のピークと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線と、前記カット極の磁束密度のピークと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線とのなす角度をＡ、前記Ｆｒ減衰領域の両端のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度をＢとした場合に、０．１２≦Ｂ／Ａ＜０．６５を満たす、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記汲み上げ極の磁束密度のピークと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線と、前記カット極の磁束密度のピークと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線とのなす角度をＡ、前記Ｆθ反転領域の両端のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度をＣとした場合に、０．１２≦Ｃ／Ａ＜０．４０を満たす、
   ことを特徴とする、請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記Ｆθ反転領域の両端のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度をＣ、前記複数の溝のうち、隣り合う溝の中心のそれぞれと前記現像スリーブの中心とを結ぶ線同士のなす角度をＤとした場合に、２．５≦Ｃ／Ｄ＜５．０を満たす、
   ことを特徴とする、請求項１ないし４のうちの何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記複数の溝は、前記現像スリーブの回転軸方向と平行である、
   ことを特徴とする、請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載の現像装置。
7. 前記Ｆθ反転領域は、前記汲み上げ極の磁束密度のピークから前記カット極の磁束密度のピークとの間で前記Ｆθが前記現像スリーブの回転方向と同方向の領域に挟まれている、
   ことを特徴とする、請求項１ないし６のうちの何れか１項に記載の現像装置。

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