JP2005121826A - 現像装置、画像形成装置、プロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 経時的に現像剤の汲み上げ量が減少するのを抑制し、高画質を長期的に維持することである。
【解決手段】 本現像装置は、未使用時における現像剤の摩擦角をφｓとし、使用を開始してから現像スリーブ４１の表面移動時間が４５時間経過したときの現像剤の摩擦角をφとしたとき、これらの比（φ／φｓ）が１．１５以下となる条件を満たすように構成されている。このような構成とすることで、未使用現像剤の使用を開始してから現像スリーブの表面移動時間が４５時間経過しても、汲み上げ量の減少を十分に高画質を維持できる程度に抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁力によって現像剤担持体の表面に担持した現像剤で潜像担持体上の潜像をトナー像に現像する現像装置、並びに、これを用いる複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

従来、トナーと、磁性粒子たる磁性キャリアとを含有する二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を用いて、感光体等の潜像担持体に担持される潜像を現像する二成分現像方式の現像装置が知られている。かかる現像装置は、非磁性パイプ等からなる現像剤担持体と、これに内包される複数の磁極を備えたマグネットローラ等の磁力発生手段と、現像剤を収容する現像剤収容部とを有している。現像剤担持体は、所定方向に表面移動するように駆動手段によって駆動される。そして、現像剤収容部との対向領域において、磁力発生手段の磁極が発する磁力によってその表面に現像剤を引き付けて汲み上げる。汲み上げられた現像剤は、磁力線に沿って磁性キャリアを穂立ちさせて磁気ブラシとなり、現像剤担持体の表面移動に伴って潜像担持体との対向領域である現像領域に搬送される。そして、現像領域に形成される現像電界の作用により、トナーを磁性キャリア表面から潜像担持体上の潜像に転移させて、潜像をトナー像に現像する。この現像に先立ち、磁気ブラシは現像剤担持体の表面に所定の間隙を介して対向配設されたドクターブレード等の現像剤規制部材によって層厚が規制されて、現像領域への搬送量の安定化と、摩擦帯電の強化とが図られている。

現像剤に含まれるトナーやキャリアは、経時的に使用されることで徐々に劣化していく。そして、本発明者らの研究の結果、経時使用により現像剤が劣化するにつれて、現像領域へ搬送される現像剤担持体表面単位面積当たりの現像剤量（以下、「汲み上げ量」という。）が減少することが確認された。汲み上げ量が減少すると、現像領域における磁気ブラシの均一性が失われ、出力画像のザラツキ感が増し、粒状性が悪化する。画像の粒状性の悪化は、画像品質に対して直接的に影響を与える。そのため、経時的な汲み上げ量の減少を如何にして抑制するかは、高画質を長期的に維持する上で、重要な課題である。なお、経時的な汲み上げ量の減少は、モノクロ画像形成装置でもカラー画像形成装置でも同様に発生するが、いわゆる写真画質という高画質が要求されるカラー画像形成装置では、これを抑制することが特に重要である。

従来、現像剤を劣化させるストレスを低減する目的で、特許文献１には、現像剤規制部材たる磁性板の先端エッジ部を面取りした二成分現像方式の現像装置が提案されている。この特許文献１によると、かかる面取りを行うことで、規制時における現像剤に対するストレスを低減することができるとしている。また、特許文献２では、現像剤保持用マグネットローラを設けた二成分現像方式の現像装置が提案されている。この現像剤保持用マグネットローラは、現像剤規制部材たるドクターブレードよりも現像スリーブ回転方向上流側で、現像スリーブと所定の間隙を介して対向し、対向部で現像スリーブ表面と同方向に表面移動するように回転駆動される。この特許文献２によると、かかる構成の現像剤保持用マグネットローラが、ドクターブレードに直接衝突する現像剤の量を減らして、現像剤に対するストレスを減少させることができるとしている。

特開平１１−１６１００７号公報 特開平９−１４６３７４号公報

ところが、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、上述した特許文献１及び特許文献２の現像装置であっても、現像剤の劣化進行を十分に抑えることができなかったり、劣化進行を却って早めたりするおそれがある結果、経時的な汲み上げ量の減少を十分に抑制できないことを見出した。以下、このことについて、図を参照しながら説明する。

図１４は、従来の二成分現像方式の現像装置における部分構成を示す拡大図である。この現像装置２０において、現像剤担持体である非磁性パイプからなる現像スリーブ２２は、図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転駆動する。現像スリーブ２２内には、その周方向に配設された複数の磁極を有するマグネットローラ２３が固定配置されている。現像スリーブ２２の図中上方には、現像剤規制部材であるドクターブレード２４が、その先端面を現像スリーブ２２表面と所定の間隙を介して対向させるように配設されている。また、現像装置２０内の図示しない領域には、現像剤を収容する現像剤収容部が存在している。現像スリーブ２２は、マグネットローラ２３の図示しない領域に配設された汲み上げ磁極が発する磁力によって、現像剤を表面に引き付けながら回転することで、現像剤収容部内の現像剤を汲み上げる。汲み上げられた現像剤は、マグネットローラ２３から延びる磁極線に沿って磁性キャリアを穂立ちさせて磁気ブラシとなる。この磁気ブラシは、現像スリーブ２２の回転に伴って、ドクターブレード２４に向けて搬送される。ドクターブレード２４による規制位置においては、現像スリーブ２２の表面に厚く形成された磁気ブラシのうち、根元側（スリーブ表面側）が上記間隙を容易にすり抜けるのに対し、先端側がドクターブレード２４に突き当たる。単に突き当たるだけであれば、ドクターブレード２４よりもスリーブ回転方向上流側で循環対流しながら、後続の根元側と少しずつ入れ替わって、徐々に上記間隙をすり抜けていくことができる。ところが、マグネットローラ２３からの磁力線は、現像スリーブ２２の表面に比較的近い磁気ブラシ根元側の領域だけではなく、現像スリーブ２２の表面から比較的離れた磁気ブラシ先端側の領域にも及んでいる。このため、ドクターブレード２４に突き当たった磁気ブラシ先端側は、磁力によっていつまでもそこに拘束され続けて、循環対流すら行わずに停滞してしまう不動層Ｌｙ１となってしまう。そして、この不動層Ｌｙ１の下側に、現像スリーブ２２に連れ回りながら上記間隙を容易にすり抜ける磁気ブラシ根元側による連れ回り層Ｌｙ２が形成される。

本発明者らは、かかる構成の現像装置２０の実験機について、ドクターブレード２４周囲における磁気ブラシの挙動を高倍率高速カメラで撮影して観察したところ、次のような現象を確認した。すなわち、ドクターブレード２４よりも上流側で殆ど動かずに停滞している不動層Ｌｙ１と、現像スリーブ２２とともに活発に動く連れ回り層Ｌｙ２との境界にて、両層が激しく摺擦していたのである。そして、本発明者らは、現像スリーブ２２上の現像剤に対するメカ的なストレスは、ドクターブレード２４と現像スリーブ２２との間隙を通過する際のものよりも、両層の摺擦によるものの方が大きく、この摺擦が現像剤の劣化に大きく寄与することを確認した。

上記特許文献１の現像装置は、図示の構成において、ブレード先端を図示の一点鎖線Ｌａの位置で面取りしたものに相当する。この面取りにより、ドクターブレード２４と現像スリーブ２２との間隙を磁気ブラシがスムーズに通過するようになる。しかしながら、磁気ブラシに対するメカ的なストレスは、上述のとおり、不動層Ｌｙ１と連れ回り層Ｌｙ２との摺擦による影響が大きいので、上記間隙を通過する際のストレスを低減しただけでは、現像剤の劣化進行を十分に抑えることができないと考えられる。そのため、経時的な汲み上げ量の減少を十分に抑制することはできない。
また、上記特許文献２の現像装置は、図示の構成において、図中点線の円Ｌｂで示した位置に、現像剤保持用マグネットローラを配設したものに相当する。この現像剤保持用マグネットローラは、現像スリーブ２２との対向面をスリーブと同方向に移動させるように、図中反時計回りに回転駆動される。現像スリーブ２２の表面上の磁気ブラシは、ドクターブレード２４による規制位置に至る前に、現像剤保持用マグネットローラと、現像スリーブ２２との間隙を通過する。そして、現像剤保持用マグネットローラとドクターブレード２４との間の領域において、余剰の二成分現像剤が現像剤保持用マグネットローラの回転によって図中矢印Ａの方向に搬送されて、図示しない上記現像剤収容部に戻される。このように余剰の二成分現像剤が戻されることで、不動層を殆ど形成しなくなる可能性が高い。しかしながら、磁気ブラシは、現像剤保持用マグネットローラと現像スリーブ２２との対向部において、両者が互いに近づくように表面移動して先細になる間隙に無理に押し込められることになる。このように無理に押し込められる際には、相当のストレスを受けると考えられる。更に、先細の間隙を通過した後の余剰の二成分現像剤は、図中矢印Ａの方向に戻される途中で、現像剤保持用マグネットローラとの連れ回りによってドクターブレード２４の側面に摺擦せしめられることになる。これらの結果、二成分現像剤の劣化進行を十分に抑えることができなかったり、却って劣化進行を早めたりするおそれがある。そのため、経時的な汲み上げ量の減少を十分に抑制することはできない。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、経時的な汲み上げ量の減少を抑制し、高画質を長期的に維持することが可能な現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、内部に固定配置された複数の磁極を有し、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を表面に担持した状態で表面移動する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に所定のギャップを介して対向するよう配置され、該現像剤担持体表面に担持されて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを有する現像装置において、未使用時における現像剤の摩擦角をφｓとし、使用を開始してから現像剤担持体の表面移動時間が４５時間経過したときの現像剤の摩擦角をφとしたとき、これらの比（φ／φｓ）が１．１５以下となる条件を満たすように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、内部に固定配置された複数の磁極を有し、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を表面に担持した状態で表面移動する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に所定のギャップを介して対向するよう配置され、該現像剤担持体表面に担持されて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを有する現像装置において、現像領域へ搬送される現像剤担持体表面単位面積当たりの現像剤量をＭとし、該現像剤の摩擦角φとしたとき、Ｍ＝−αφ＋βの関係式中の比例定数αが２．３以下となる条件を満たすように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記条件を満たすように、上記複数の磁極による磁界分布を調節したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の現像装置において、上記現像剤規制部材の少なくとも一部を、磁性部材で形成したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に担持された潜像にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像領域で接触させ、該現像領域に現像電界を形成して該潜像にトナーを付着させることで現像を行う現像手段とを備えた画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１、２、３又は４の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記現像電界として、直流電界を用いることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項５又は６の画像形成装置において、上記トナーとして、少なくともウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤とを含むトナー組成物を有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物を形成し、該溶解物又は該分散物を水系媒体中に分散して重付加反応させ、その後溶媒を除去しかつ洗浄して得られるものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項５、６又は７の画像形成装置において、上記トナーは、重量平均粒径が４．０［μｍ］以上８．０［μｍ］以下、重量平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．０以上１．２５以下であることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項５、６、７又は８の画像形成装置において、上記トナーは、平均円形度が０．９０以上１．００未満であることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項５、６、７、８又は９の画像形成装置において、上記磁性キャリアは、体積平均粒径が２５［μｍ］以上５５［μｍ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項５、６、７、８、９又は１０の画像形成装置において、上記潜像担持体として、光導電性を有するものを用い、該潜像担持体表面を一様帯電した後に露光することによって上記潜像を形成するとき、該潜像担持体の一様帯電電位をＶＤ、露光後電位をＶＬ、上記現像電界を形成すべく上記現像剤担持体に印加される現像バイアスをＶＢとしたとき、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００［Ｖ］を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、潜像担持体と、現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたプロセスカートリッジにおいて、上記現像装置として、請求項１、２、３又は４の現像装置を用いることを特徴とするものである。

これらの発明においては、現像剤規制部材の現像剤搬送方向上流側で、上述した不動層及び連れ回り層が形成され得る。そのため、両層の摺擦によって現像剤が経時的に劣化し、現像領域へ搬送される現像剤担持体表面単位面積当たりの現像剤量（汲み上げ量）が経時的に減少していくおそれがある。上述したように、汲み上げ量を減少させる要因となる現像剤の劣化は、不動層と連れ回り層との間の摺擦が大きく寄与する。本発明者らの研究の結果、後述する実験例１において説明するように、汲み上げ量は現像剤の摩擦角φの増加に比例して減少することが判明した。そして、本発明者らの更なる研究の結果、後述する実験例２において説明するように、使用を開始してから４５時間経過するまでの間における現像剤の摩擦角φの増加量を初期の摩擦角φｓの１５％以下に抑えることで、汲み上げ量の減少を十分に高画質を維持できる程度に抑制することができることを解明した。
そこで、請求項１の発明では、未使用時における現像剤の摩擦角φｓに対する、使用を開始してから現像剤担持体の表面移動時間が４５時間経過したときの現像剤の摩擦角φの比（φ／φｓ）が１．１５以下となる条件を満たすように構成している。また、請求項２の発明では、汲み上げ量Ｍと比例関係にある現像剤の摩擦角φの比例定数αが２．３以下となる条件を満たすように構成している。これらの構成とすることで、未使用現像剤の使用を開始してから現像剤担持体の表面移動時間が４５時間経過しても、汲み上げ量の減少を十分に高画質を維持できる程度に抑制することができる。なお、現像剤担持体の表面移動時間が４５時間経過するまでに、一般に、およそ８０Ｋ枚の画像形成が可能であるので、少なくとも４５時間経過するまで十分に高画質が維持できれば、十分に実用に耐えうる。

以上、請求項１乃至１２の発明によれば、経時的な汲み上げ量の減少を抑制し、高画質を長期的に維持することが可能となるという優れた効果が奏される。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、タンデム方式のカラーレーザプリンタ（以下、「レーザプリンタ」という。）の実施形態について説明する。
まず、本レーザプリンタの基本的な構成について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタの概略構成図である。このレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のプロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを備えている。各符号の数字の後に付されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、言うまでもなく、イエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示している（以下同様）。プロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの他には、潜像形成手段としての光書込ユニット、転写ユニット６０、レジストローラ対１９、３つの給紙カセット２０、定着ユニット２１などが配設されている。

図２は、上記プロセスユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋのうち、１つのプロセスユニットの概略構成を示す拡大図である。なお、他のプロセスユニットはそれぞれ同じ構成となっているので、そのうち１つのユニットについて説明するが、トナーのカラーについては省略する。図２において、プロセスユニット１Ｙは、潜像担持体である感光体ドラム２、一様帯電手段である帯電装置３０、現像手段である現像装置４０、クリーニング手段であるクリーニング装置５０などを有している。

図３は、本実施形態のプリンタにおける現像装置４０と感光体回り概略図であり、これについても図２と同様トナーのカラーについては省略する。感光体ドラム２は、帯電装置３０により、表面を一様に帯電された後、光学系Ｌにより露光され、静電潜像が形成される。現像装置４０は、現像スリーブ４１により装置内の現像剤を感光体ドラム２と対向する現像領域Ａへ搬送し、感光体ドラム表面に形成されている静電潜像に現像剤中のトナーを付着させ顕像化する。トナー像は、感光体ドラム２と転写装置５が対向する転写領域Ｂにおいて転写紙に転写され転写紙上の画像となる。図２に示すクリーニング装置５０は、転写紙に転写し切れずに感光体ドラム表面に残ったトナーを、クリーニングブレード５１により除去する。クリーニング装置５０を通過した感光体ドラム表面は、除電器（図示せず）で除電される。そして、帯電装置３０により表面を一様に帯電され、次の画像形成工程に備えられる。

本実施形態のプリンタは、図２に示すようにプロセスユニット１を構成している感光体ドラム２、帯電装置３０、現像装置４０及びクリーニング装置５０等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成している。更に、このプロセスカートリッジをプリンタ本体に対して着脱可能に構成している。図２においては、感光体ドラム２、帯電装置３０、現像装置４０、クリーニング装置５０からなるプロセスユニット１全体が一体に構成されており、プリンタ本体に対して着脱が可能なプロセスカートリッジ１となっている。

次に、本実施形態のプリンタによってフルカラー画像を形成する手順について簡単に説明する。
図１において、このプリンタは、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが所定の周速度で回転駆動される。感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、回転過程において、帯電装置３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋによりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の光書込ユニットからの画像露光光Ｌを受ける。こうして感光体ドラム２の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像装置４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋによりトナーで現像さる。各色のプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋで現像されたトナー像は、給紙部から感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと転写装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋとの間に感光体ドラムの回転と同期されて給送された転写紙に、転写装置によって順次重ね合わせて転写される。このようにしてフルカラー画像が形成される。像転写を受けた転写紙は、最終色の感光体ドラム２Ｋの表面から分離され、更に搬送ベルト６１上にのって定着ユニット２１へ向けて搬送される。定着ユニット２１に搬送された転写紙は一対の定着ローラ間に導入されてフルカラー画像が定着され、機外へ排出される。
尚、像転写後の感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面は、クリーニング装置５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃ，５０Ｋによって転写残トナーが除去され清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。

上述したようにプロセスカートリッジ１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは各色ごとに独立してプリンタから取り外しが可能である。本発明によれば感光体、現像装置とも従来のものに比して寿命は延びるが、必ずしもその長さは一致しない場合もある。その時は交換が必要となった感光体や現像装置等の部材又は装置が搭載されている色のプロセスカートリッジのみをプリンタから取り外し、プロセスカートリッジから交換が必要な部材や装置を取り外して交換する事が可能となる。このように現像スリーブを含む現像装置や感光体ドラム２がプロセスカートリッジとしてプリンタ本体に対し容易に着脱可能となっているので、プリンタ本体にそれぞれの部品や装置が直接位置決めされ設置されている場合に比してプリンタに対する着脱が容易となる。また、各色のプロセスカートリッジごとに感光体ドラム２に対する現像スリーブ等の部材の位置決めを突き当て部材等で行いこれら現像スリーブ等の部材を感光体ドラム２から退避させる簡単な機構を設ければ、非現像時に現像スリーブ等の部材を感光体から容易に退避させる事が可能となる。これにより、現像スリーブへのトナーフィルミングの促進が低減され、更に現像装置、プリンタ等の寿命が延びる。

次に、現像装置４０について更に詳細を説明する。
現像装置４０は、そのケーシングの開口から一部露出させるように配設された円柱形状の現像剤担持体としての現像スリーブ４１を有している。また、第１搬送スクリュウ４３、第２搬送スクリュウ４４、現像剤規制部材としてのドクターブレード４５、トナー濃度センサ（以下、「Ｔセンサ」という。）４６なども有している。ドクターブレード４５は、先端が現像スリーブ表面に所定のギャップを介して対向するよう配置されている。
上記ケーシング内には、磁性キャリアと、マイナス帯電性のトナーとを含む二成分現像剤が収容されている。この二成分現像剤は上記第１搬送スクリュウ４３、第２搬送スクリュウ４４によって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、上記現像スリーブ４１の内部に固定的に配置された磁極の磁力によって表面に磁気ブラシ状に担持される。そして、上記ドクターブレード４５による規制位置を通過することによって磁気ブラシが穂切りされその層厚が規制されてから感光体ドラム２に対向する現像領域に搬送され、ここで現像スリーブ上に磁気ブラシ状に担持された現像剤を感光体表面に接触させる。そして、後述する現像電界によって感光体ドラム２上の静電潜像にトナーを付着させる。この付着により、感光体ドラム２上にＹトナー像が形成される。現像によってトナーを消費した二成分現像剤は、現像スリーブ４１の回転に伴ってケーシング内に戻される。

上記第１搬送スクリュウ４３と、上記第２搬送スクリュウ４４との間には仕切壁４７が設けられている。この仕切壁４７により、現像スリーブ４１や第１搬送スクリュウ４３等を収容する第１供給部と、第２搬送スクリュウ４４を収容する第２供給部とがケーシング内で分かれている。第１搬送スクリュウ４３は、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、上記第１供給部内の二成分現像剤を図中手前側から奥側へと搬送しながら現像スリーブ４１に供給する。第１搬送スクリュウ４３によって上記第１供給部の端部付近まで搬送された二成分現像剤は、仕切壁４７に設けられた図示しない開口部を通って上記第２供給部内に進入する。第２供給部内において、第２搬送スクリュウ４４は、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられ、上記第１供給部から送られてくる二成分現像剤を第１搬送スクリュウ４３とは逆方向に搬送する。第２搬送スクリュウ４４によって第２供給部の端部付近まで搬送された二成分現像剤は、仕切壁４７に設けられたもう一方の開口部（図示せず）を通って第１供給部内に戻る。

透磁率センサからなるＴセンサ４６は、上記第２供給部の中央付近の底壁に設けられ、その上を通過する二成分現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。二成分現像剤の透磁率は、トナー濃度とある程度の相関を示すため、Ｔセンサ４６はトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は、図示しない制御部に送られる。この制御部は、ＲＡＭを備えており、この中にＴセンサ４６からの出力電圧の目標値であるＶｔｒｅｆを格納している。Ｖｔｒｅｆは、図示しないＹトナー搬送装置の駆動制御に用いられる。この補給により、現像器４０Ｙ内の二成分現像剤のＹトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他のプロセスユニットの現像器についても、同様のトナー補給制御が実施される。

〔実験例１〕
ここで、ドクターブレード４５の現像スリーブ回転方向上流側では、上述した不動層Ｌｙ１及び連れ回り層Ｌｙ２が形成されると、両層の摺擦によって現像剤が経時的に劣化し、汲み上げ量が経時的に減少していく。そこで、本発明者らは、汲み上げ量を減少させる要因である現像剤間の摩擦力に着目して解析を行ってきた。従来は、ＪＩＳ規格の嵩密度測定器において、一定量（５０ｇ）の現像剤が計測容器下部に設けられた小穴（φ５）を通過して落ちるきるまでの時間（ｓｅｃ）を測定したものを現像剤の流動性として評価していた。この流動性は、現像剤間の摩擦力を評価する指標として用いることができる。しかし、この測定法によって得られる流動性は、汲み上げ量の低下に寄与する現像剤の特性変化については十分に反映されない。そこで、本実験例１では、本発明者らは、荷重した現像剤に対してせん断力を与えることにより、実際の現像剤間の摩擦力を直接的に測定する方法を採用した。

具体的に説明すると、計測器としては、図４に示す三共パイオテク製のパウダーベッドテスタ１００を用いた。まず、試料台１０１に測定対象となる現像剤サンプル１０２をセットする。おもりが載った可動板１０３を現像剤サンプル１０２上にセットし、所定の重量で５分間予圧をかける。その後、可動板１０３の重量を３水準振り、モータ１０４によって可動板を移動させ、その移動時の歪量をロードセル１０５にて計測する。その計測結果は、レコーダ１０６において荷重に換算される。ロードセル１０５により計測したせん断力τと垂直荷重σ（可動板＋おもりで垂直荷重を変化させる）の関係から現像剤サンプル１０２の摩擦角φを算出する。具体的な測定条件は、現像剤として、キャリアの体積平均粒径が３５［μｍ］、トナー粒径が５．２［μｍ］、トナー濃度が７［ｗｔ％］の二成分現像剤を用い、予圧は７０．３［ｇ／ｃｍ²］、垂直応力σは１．６Ｇ［Ｎ／ｃｍ²］、４．５Ｇ［Ｎ／ｃｍ²］、７．３Ｇ［Ｎ／ｃｍ²］である。ここで、垂直応力σは、（おもりが載った可動板の重量）／（可動板の断面積）である。
この測定方法を採用することにより、現像剤の動摩擦係数（現像剤摩擦角φ）を測定することが可能となり、現像剤の汲み上げ量の低下を説明するのに十分なデータが得られた。

図５は、現像剤の摩擦角φを説明するためのグラフである。このグラフにおいて、縦軸はせん断応力τ、横軸は垂直応力σである。このグラフに、パウダーベッドテスタ１００から得られるせん断力τと垂直応力σの関係をプロットする。これらを直線近似すると、摩擦角φが得られる。すなわち、その直線の傾きが動摩擦係数を示す摩擦角φとなる。

本実験例１では、図１４に示した従来の現像装置を用いて、現像剤の摩擦角φと汲み上げ量との関係を確認する。本実験例１では、実機に新品の現像剤をセットしてランニング試験を行い、各通紙枚数（１０Ｋ，２０Ｋ，４０Ｋ，６０Ｋ，８０Ｋ）時における摩擦角φ及び汲み上げ量を測定した。その結果は、下記の表１に示すとおりである。

上記表１に示すように、摩擦角φが大きくなるに従い、汲み上げ量が低下しているのがわかる。８０Ｋ時においては、摩擦角φは初期２１．３°から２７．３°に増加し、また汲み上げ量は６５［ｍｇ／ｃｍ²］から３８［ｍｇ／ｃｍ²］に減少した。なお、本実験例における汲み上げ量の測定では、専用の新品現像ユニットを用い、スリーブ表面のサンドブラスト面削れの影響を排除した。
以上の実験結果から、経時使用しても現像剤摩擦角φの増加を抑えることができれば、経時的な汲み上げ量の減少を抑制することができると推測される。そして、本発明者らは、現像剤の摩擦角φを指標にして、汲み上げ量の低下に対して有効な構成につき、次の実験例２において検討した。

〔実験例２〕
まず、本実験例２においても用いる現像装置の磁極配置について説明する。
図６は、現像スリーブ表面上における法線方向及び接線方向の磁束密度分布を示す円グラフである。
ドクターブレード４５に最も近接したドクタ磁極Ｐ８、このドクタ磁極Ｐ８から現像剤スリーブ表面移動方向上流側に向けてＰ７極、Ｐ６極、Ｐ５極となり、Ｐ５極が現像剤を現像スリーブ表面に磁力で汲み上げる汲み上げ磁極である。更に、現像スリーブ表面移動方向上流に向けてＰ４極、Ｐ３極、Ｐ２極、Ｐ１極となっている。Ｐ１極が感光体ドラム２と対向する位置にある現像磁極である。更に、現像スリーブ表面移動方向上流に向けてＰ１０極、Ｐ９極がある。以上のように、本実験例２においては、磁石ローラの磁極を１０極設けている。なお、本実験例２においては、磁石ローラの磁極に、現像スリーブ表面移動方向において汲み上げ磁極Ｐ５からドクタ磁極Ｐ８の間に２つの磁極Ｐ６，Ｐ７を設けている。これは、搬送スクリュウから現像スリーブ２へ汲み上げ磁極Ｐ５によって汲み上げた現像剤をドクターブレードギャップへ搬送するための搬送磁極である。このように搬送磁極Ｐ６，Ｐ７を設けているので、現像スリーブ表面に汲み上げた現像剤のうちドクターブレードギャップへ搬送される現像剤量を搬送磁極Ｐ６，Ｐ７の磁束密度によって調整することが可能となる。よって、ドクターブレードギャップへ搬送される現像剤量を容易に制御することが可能となる。また、汲み上げ磁極Ｐ５とドクタ磁極Ｐ８との間に極を有しないタイプの磁石ローラを用いてもよいが、このような磁石ローラを用いるとドクターブレード上流部における現像スリーブ４１の現像剤保持量を低減させる際、汲み上げ磁極Ｐ５の磁束密度を低下させることが必要となる。すると、経時において現像剤の流動性や嵩密度が変化した場合、現像スリーブ４１への現像剤の移動量が不安定となりやすい。よって、汲み上げ磁極Ｐ５とドクタ磁極Ｐ８との間に極を有しない磁石ローラを設けた場合には、搬送スクリュウと現像スリーブ４１とのギャップを狭く設定したり、現像剤の容量そのものを増加させたりする等の対応が必要となる。よって、本実験例２においては、極を有する搬送磁極Ｐ６，Ｐ７を用いている。

上記のような磁極構成を有する現像スリーブ４１を用いた本実験例２においては、主に、ドクタ磁極Ｐ８とその１つ上流側に設けられた搬送磁極Ｐ７の磁束密度を変化させることで、現像剤摩擦角φの経時的な増加度合いを調節した。具体的には、次の表２に示す１〜５の条件を、それぞれ具備する５種類の現像装置試験機を試作し、これらの中から上記比（φ／φｓ）が１．１５以下となるものを選別する。

上記表２における条件１では、搬送磁極Ｐ７及びドクタ磁極Ｐ８として、図１４に示した従来の現像装置で使用していたものと同じ標準品を用いた。ドクタ磁極Ｐ８の標準品は、現像スリーブ表面移動方向長さである幅が６．６［ｍｍ］であり、現像スリーブ表面の法線方向（以下、単に「法線方向」という。）長さである高さが５．５［ｍｍ］である。
また、条件２では、ドクタ磁極Ｐ８として、標準品よりも高さが１［ｍｍ］だけ小さいもの（高さ＝４．５［ｍｍ］）を用いた。かかるドクタ磁極Ｐ８による現像スリーブ表面上における法線方向磁束密度のピーク値は、標準品によるものよりも２０［ｍＴ］小さくなる。
また、条件３では、搬送磁極Ｐ７として、標準品よりも高さが１［ｍｍ］だけ小さいものを用いた。かかる搬送磁極Ｐ７による現像スリーブ表面上における法線方向磁束密度のピーク値は、標準品によるものよりも２０［ｍＴ］小さくなる。
また、条件４では、ドクタ磁極として、標準品よりも高さが２．０［ｍｍ］だけ大きく、かつ、現像スリーブ表面に対向する面と、搬送磁極Ｐ７に対向する面との稜角部を、図７に示すように面取りしたものを用いた。この面取りにより、スリーブ表面に対向する面の幅は４．０［ｍｍ］になっている。かかる構成のドクタ磁極Ｐ８は、図７に示すように、スリーブ表面上における法線方向磁束密度のピーク値が、図中点線で示した標準品による法線方向磁束密度のピーク値と変わらない。但し、先端付近における法線方向の磁束密度の幅が標準品よりも狭くなり、且つ、磁束密度ピークの位置が標準品よりもスリーブ回転方向下流側に移動している。
また、条件５では、搬送磁極Ｐ７として上記条件３のものを用いるとともに、ドクタ磁極Ｐ８として、上記条件４のものを用いた。

上述した条件１〜５をそれぞれ具備する５種類の現像装置試験機に、上記実験１のランニング試験における８０Ｋ時の現像剤をセットし、図８に示す角度ｄ、添加剤残量ランク、現像モータ駆動トルク、トナー帯電立ち上がり性、汲み上げ量について評価を行った。各評価項目の詳細については次のとおりである。

角度ｄの評価は、ドクターブレード４５よりもスリーブ回転方向上流側に形成される図１４に示したような不動層Ｌｙ１の長さＬｘを把握すべく、角度ｄを測定した。具体的には、各現像装置試験機をそれぞれ個別にセットしたプリンタ試験機を用意した。そして、それぞれによって基準画像をプリントアウトしながら、ドクターブレード４５の周囲における磁気ブラシの挙動を、実体顕微鏡（オリンパス社製ＳＺ−ＳＴＢ１）に接続した高速度カメラで撮影した。更に、撮影によって得られたデジタル画像データを明度に応じて２値化処理した後、図８に示すように、ドクターブレード４５の裏面側先端エッジと、不動層Ｌｙ１の後端（最上流側）とのなす角度ｄを測定した。全ての現像装置試験機において、現像スリーブ４１の直径は同じである。また、搬送磁極Ｐ７の幅方向中心点と、ドクタ磁極Ｐ８の幅方向中心点とのなす角θは４５［°］である。
添加剤残量ランクの評価は、二成分現像剤をセットした状態の各現像装置試験機を連続的に空動作させつつ、３０分経過毎に、現像装置試験機から二成分現像剤を取り出した。そして、磁性キャリアとトナーとを分離して、トナーの表面を走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で観察して、表面に残っている添加剤を画像的に定量した。添加剤の残量に応じて、添加剤残量ランクを５段階に分けた。トナーの表面に添加剤を全く付着させていない状態が添加剤残量ランク１である。また、初期状態から添加剤を半分ほど減少させた状態が、添加剤残量ランク３である。なお、添加剤残量ランクが３以上であれば、トナーボトルから現像装置へのトナー補給時に地汚れは発生しないことがわかっている。また、添加剤残量ランクが３よりも低いと、トナー帯電立ち上がり性の悪さに起因して、トナー補給時に地汚れを発生させることがわかっている。参考までに、条件１、５をそれぞれ具備する２つの現像装置試験機における空動作時間と添加剤残量ランクとの関係を図９に示す。
現像モータ駆動トルクの評価は、各現像装置試験機について、搬送スクリュウ等を駆動伝達系から切り離し、現像モータによって現像スリーブ４１だけを回転させるようにして、連続運転を行った。そして、現像モータの駆動トルクを測定した。現像スリーブだけを回転させるようにしたことにより、現像装置内の他の回転部材によって発生するトルク上昇を取り除くことができる。これにより、現像スリーブ周りの負荷だけをトルクに反映させることができた。トルクの測定については、共和電業社製の歪ゲージからの出力値をデータロガーによってモニターし、２０秒間の動トルクデータの平均を測定値とした。
トナー帯電立ち上がり性の評価は、各現像装置試験機について、上記汲み上げ磁極Ｐ５によって汲み上げられてから、上記現像領域に至るまでの二成分現像剤におけるトナー帯電の立ち上がり性を調査した。具体的には、まず、新品の磁性キャリアに対してトナーを所定濃度混合した後、ターブラミキサで１分間だけ弱攪拌して、弱攪拌二成分現像剤を用意した。これを各現像装置試験機にそれぞれセットして短時間動作させた後、現像領域の二成分現像剤を採取した。そして、トナーを分離してその質量あたりの電荷量（Ｑ／Ｍ）を測定した。弱攪拌二成分現像剤をセット短時間動作させた後の二成分現像剤中のトナーを被検試料とすることで、ドクターブレード４５による規制位置の前後を通過する際のトナーの摩擦帯電量を精度良く評価することができる。各現像装置試験機について、高温多湿環境下（３０℃、９０％）と、低温低湿環境下（１０℃、１５％）との両方で、測定を行った。そして、Ｑ／Ｍの増加量が４［μｃ／ｇ］未満であった場合、それ以上であった場合を、それぞれトナー帯電立ち上がり性×、○とした。
汲み上げ量の評価は、各現像装置試験機について、それぞれ汲み上げ量を測定し、その汲み上げ量が５０［ｍｇ／ｃｍ²］以上であれば○とし、それよりも少ない場合は×とした。なお、８０Ｋ時においても汲み上げ量が５０［ｍｇ／ｃｍ²］以上であれば、少なくとも８０Ｋ時までは、ザラツキ感を良好に保つことができる。

本実験例２における実験結果をまとめたものを、次の表３に示す。

上記表３に示すように、ドクターブレード４５よりもスリーブ回転方向上流側に形成される不動層Ｌｙ１の周方向の長さを表す角度ｄは、条件１〜５の順に小さくなっている。これに伴い、８０Ｋ時の現像剤摩擦角φは、条件１〜５の順に小さくなっている。すなわち、８０Ｋ時に達するまでに増加する現像剤摩擦角φの増加量については、条件５が最も抑制できており、条件１が最も抑制できていない。この結果から、経時的な現像剤摩擦角φの増加を抑制する方法の１つとして、上記角度ｄを小さくすることが有効であることがわかる。

また、各条件１〜５について見てみると、上記条件１、すなわち、搬送磁極Ｐ７及びドクタ磁極Ｐ８にそれぞれ標準品を用いた条件では、トナーの添加剤残量ランクが１である。これは、現像装置試験機の空動作開始時に初期状態の添加剤量であったものが、空転動作６０分後で添加剤を全く付着させていないランク１にまで急激に減少したことを示す。トナーの劣化が極めて急激に進行していると言える。
また、条件２、すなわち、ドクタ磁極Ｐ８の法線方向磁束密度のピーク値を標準品よりも２０［ｍＴ］減少させた条件では、上記条件１よりも現像モータ駆動トルクを０．３Ｇ［Ｎ・ｃｍ］減少させることができた。なお、「Ｇ」は重力加速度を示すものである。これにより、空運転開始から６０分後におけるトナーの添加剤残量をランク１からランク３にまで引き上げることができた。しかしながら、汲み上げ量は５０［ｍｇ／ｃｍ²］未満であった。そのため、上記条件２を具備する現像装置試験機をプリンタにセットして画像をプリントアウトすると、８０Ｋ時にはサラツキ感のある画像が出力された。

また、条件３、すなわち、搬送磁極Ｐ７の法線方向磁束密度のピーク値を標準品よりも２０［ｍＴ］減少させた条件においても、上記条件１よりも現像モータ駆動トルクを０．３Ｇ［Ｎ・ｃｍ］減少させることができた。しかも、トナー帯電立ち上がり性、汲み上げ量ともに、良好な結果を得ることができた。このように良好な結果が得られた理由は、次のように考えられる。すなわち、現像スリーブ４１表面上における磁気ブラシは、法線方向の磁束よりも、接線方向の磁束に沿った形状となる。よって、ドクターブレード４５よりもスリーブ回転方向上流側では、搬送磁極Ｐ７とドクタ磁極Ｐ８との間の接線方向における磁束密度を下げるほど、不動層の大きさが小さくなる。しかしながら、下げすぎると、ドクターブレードーギャプに搬送される磁気ブラシの量がときどき不足して、現像領域への剤搬送量を不安定にしたり、トナー立ち上がり性を悪化させたりしてしまう。かかる不足を抑えつつ、不動層の大きさを小さくするには、次のようにすると良い。すなわち、接線方向における磁束密度を全体的に下げて不動層の大きさを小さくしつつ、磁束密度ピーク点については、できるだけドクターブレード（２４Ｙ）の近くに位置させて、ドクターブレードーギャプの側近に必要量の剤量を確保するのである。図示するとすれば、図１０と図１１との比較からわかるように、図１１に示す条件３の試験機は、図１０に示す条件２の試験機よりも、接線方向磁束密度のピーク点Ｐａがドクターブレードーギャプに近づいている。このため、条件３では、ドクターブレードーギャプの側近に必要量の剤量を確保できたのである。なお、上記表３に示したように、条件３における添加剤残量はランク２．５である。このランクでは、若干ながらトナー補給時に地汚れを発生させてしまう。添加剤残量が条件２のランク３に対して、条件３でランク２．５と悪化したのは、条件２においてはドクターブレードーギャプでトナーに対して摩擦帯電用のストレスを適切に付与していないからである。

また、条件４、すなわち、ドクタ磁極Ｐ８を面取り加工した条件では、条件１よりも現像モータ駆動トルクを０．６Ｇ［Ｎ・ｃｍ］減少させることができた。しかも、トナー帯電立ち上がり性、汲み上げ量ともに、良好な結果を得ることができた。加えて、トナーの添加剤残量も地汚れを生じないランク３を実現している。ランク３を実現した理由は、次のように考えられる。すなわち、上記条件３における角度ｄが１８［°］であったのに対し、条件４では１５［°］とより小さくなっている。これは、不動層の周方向（スリーブ回転方向）における長さ（Ｌｘ）がより小さくなっていることを示している。長さ（Ｌｘ）がより小さくなったことにより、不動層と連れ回り層との摺擦によるストレスも小さくなって添加剤残量ランクがアップしたのである。但し、角度ｄが小さくなれば、ドクターブレード４５よりも上流側における現像剤滞留量が少なくなって、トナー帯電立ち上がり性や汲み上げ量を悪くするおそれがある。しかしながら、条件４では、条件３よりも搬送磁極Ｐ７〜ドクタ磁極Ｐ８間の接線方向における磁束密度のピーク点Ｐａがスリーブ回転方向下流側に位置している。これにより、上流側における現像剤滞留量を少なくしつつ、ドクターブレードーギャプ側近で必要量の二成分現像剤を確保して、良好な剤搬送安定性やトナー帯電立ち上がり性が実現されたと考えられる。

また、条件５、すなわち、条件３の搬送磁極Ｐ７と、条件４のドクタ磁極Ｐ８とを用いた条件では、搬送磁極Ｐ７〜ドクタ磁極Ｐ８間の接線方向における磁束密度をより小さくしつつ、その上記ピーク点Ｐａをよりドクターブレードーギャプに近づけている。このことにより、良好なトナー帯電立ち上がり性、汲み上げ量を実現しつつ、トナーの添加剤残量をランク４まで向上させることができた。

以上の実験結果から、条件３、条件４及び条件５については、８０Ｋ時に達したときでも、汲み上げ量を５０［ｍｇ／ｃｍ²］以上に維持することができる。そして、初期時の現像剤摩擦角φｓ（２１．３［°］）に対する、８０Ｋ時の現像剤摩擦角φの比（φ／φｓ）が少なくとも１．１５以下であれば、８０Ｋ時に達したときでも汲み上げ量を５０［ｍｇ／ｃｍ²］以上に維持することができる。特に、条件５のように、この比（φ／φｓ）が１．１５以下であれば、トナーの添加剤残量を更に向上させることができ、更に良好な画質を得ることができる。

〔実験例３〕
次に、上記表１に示した実験例１で作製した現像剤について、通紙枚数が１０Ｋと８０Ｋのサンプルを代表として、上記実験例２の条件５に係る現像装置に入れて汲み上げ量を測定した実験（実験例３）について説明する。各サンプルの摩擦角は、それぞれφ₁₀，φ₈₀とする。図１２に摩擦角φと汲み上げ量との関係を示す。図示のように、摩擦角φが増加するに比例して、汲み上げ量が減少しているのがわかる。この関係式は、汲み上げ量をＭとしたとき、Ｍ＝−αφ＋βで表すことができる。具体的には、条件１の場合は、Ｍ＝−４．２１５７φ＋１５４．７７であり、条件５の場合は、Ｍ＝−２．３４６２φ＋１１５．２９である。この関係式において、比例定数αは現像剤の経時的な汲み上げ量の減少度合を示すものであり、この比例定数αが小さいほど現像剤の経時的な汲み上げ量の減少度合が小さくなる。そして、上述したように、８０Ｋ時においてもザラツキ感を良好に保つためには汲み上げ量が５０［ｍｇ／ｃｍ²］以上である必要がある。よって、８０Ｋ時においても、５０［ｍｇ／ｃｍ²］以上の汲み上げ量を確保するには、上記比例定数αは、２．３以下であることが必要である。なお、初期の汲み上げ量は、６５［ｍｇ／ｃｍ²］程度である。

以上の試験結果に鑑みて、本実施形態に係るプリンタにおいては、各色の現像装置（２０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）として、上述の条件５を具備するものを用いている。

これまで説明した試験については、全てＹトナーとして、重合法によって製造された球形トナーを用いて行った。その平均円形度、体積平均粒径は、それぞれ０．９８、５．２［μｍ］であった。

また、これまで説明した試験においては、トナーとして、トナー粒子に対して、０．７重量部のシリカと、０．３重量部の酸化チタンとからなる添加剤を添加したものを用いた。磁性キャリアとトナー粒子との物理的付着力を下げて、現像効率をさらに高めるべく、シリカの添加量を１重量部以上にすることも考えられるが、これは次の観点から好ましくない。即ち、帯電量変化に伴った環境変動に対する余裕度が低下したり、経時における磁性キャリアの汲上量（ドクターブレードを通過する単位面積当たりの磁性キャリアの量）が低下したりするのである。

また、図１３に示すように、本実施形態に係るプリンタの現像装置においては、ドクターブレード４５における現像剤との当接面に、磁性材料からなる磁性部材４８を固定している。これは、本発明者らがこれまでの試験の積み重ねによって、次に説明する現象を見出したからである。すなわち、図１４に示した従来の現像装置においては、上述のように、比較的大きな不動層をドクターブレード４５よりもスリーブ回転方向上流側に形成していた。このことにより、不動層と連れ回り層との間の摺擦力が高く、トナーや磁性キャリアの劣化を早めていたのであるが、不動層が有利な条件を生起していたこともわかった。比較的大きな不動層を形成していたことにより、ドクターブレードーギャプに安定した量の現像剤が運ばれて、現像領域への現像剤搬送量やドクターブレードーギャプにおけるトナーの摩擦帯電性が安定化していたのである。不動層の周方向における大きさが小さくなれば、その分、ドクターブレードーギャプに運ばれる現像剤の量が不安定になり、汲み上げ量の確保や、トナーの摩擦帯電性に不安がでてくる。そこで、ドクターブレード４５に磁性部材４８を固定したのである。こうすることで、ドクタ磁極Ｐ８からの磁力線をドクターブレード４５に向けて集中して延ばして、ドクターブレード４５の近傍に集中的に現像剤を滞留させることが可能になる。そして、滞留箇所よりも上流側における現像剤量の変動を、この滞留分で吸収して、ドクターブレードーギャップに安定した量の現像剤を送り込むことができる。なお、ドクターブレード４５に磁性部材４８を固定した例について説明したが、ドクターブレード４５として、その全体あるいは一部に磁性材料を用いたものでも、同様の効果を得ることが可能である。

ドクターブレード４５に磁性部材４８を固定したり、ドクターブレード４５に磁性材料からなる磁性部を設けたりする場合には、その磁性部材４８又は磁性部に対して、次のように配慮することが望ましい。すなわち、磁性部材４８又は磁性部における現像スリーブ４１側とは反対側の端部を、現像スリーブ上の現像剤が直接接触しないように非磁性材料４９で覆うのである。図１３に示したように、本プリンタにおける現像装置では、非磁性材料４９として現像ケースの一部を利用しており、磁性部材４８における現像スリーブ側とは反対側の端部を覆っている。このように覆うことで、ドクターブレード４５の裏面側（現像剤突き当たり面側）に現像剤を着磁させてしまうことによるトルク上昇を抑えることができる。具体的には、磁性部材４８や上記磁性部は、ドクタ磁極Ｐ８の磁力の影響によって磁気的に分極してしまう。例えば、ドクタ磁極Ｐ８におけるドクターブレード４５との対向側端部がＮ極であれば、磁性部材４８や上記磁性部における現像スリーブ４１との対向側端部はＳ極に分極する。この一方で、磁性部材４８や上記磁性部における反対側端部は、Ｎ極に分極して磁気を帯びる。この磁気の影響によって反対側端部の付近に拘束された現像剤は、その下でスリーブ表面に連れ回ってドクターブレードーギャップを通過しようとする現像剤を介して、現像モータに負荷をかけてしまう。そこで、磁気を帯びてしまう磁性部材４８や上記磁性部における反対側端部を非磁性材料４９で覆って、そこに現像剤を磁気的に拘束しないようにしているのである。

なお、この発明における効果は、粉砕法によるトナーでも、重合法によるトナーでも得られるが、望ましくは重合法により作成された重合球形トナーが、より効果が得られやすい。上記実験例では重合球形トナーを用いた。また、本実施形態のトナーは、有機溶媒中に少なくとも、イソシアネート基を含有するポリエステル系プレポリマーＡが溶解し、顔料系着色剤が分散し、離型剤が溶解ないし分散している油性分散液を水系媒体中に無機微粒子及び／又はポリマー微粒子の存在下で分散させるとともに、この分散液中で該プレポリマーＡをポリアミン及び／又は活性水素含有基を有するモノアミンＢと反応させてウレア基を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを形成させ、このウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを含む分散液からそれに含まれる液状媒体を除去することにより得られるものである。ウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃにおいて、そのＴｇは４０〜６５［℃］、好ましくは４５〜６０［℃］である。その数平均分子量Ｍｎは２５００〜５００００、好ましくは２５００〜３００００である。その重量平均分子量Ｍｗは１万〜５０万、好ましくは３万〜１０万である。

このトナーは、上記プレポリマーＡと上記アミンＢとの反応によって高分子量化されたウレア結合を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃをバインダー樹脂として含む。そして、そのバインダー樹脂中には着色剤が高分散している。
本実施形態のトナーにおいて、その重量平均粒径（Ｄｖ）は４〜８［μｍ］であり、その個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は１．００≦Ｄｖ／Ｄｎ≦１．２５である。Ｄｖ／Ｄｎをこのように規定することにより、高解像度、高画質のトナーを得ることが可能となる。また、より高品質の画像を得るには、着色剤の重量平均粒径（Ｄｖ）を４〜８［μｍ］にし、個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）を１．００≦Ｄｖ／Ｄｎ≦１．２５にし、且つ３［μｍ］以下の粒子を個数％で１〜１０個数％にするのがよく、より好ましくは、重量平均粒径を４〜６［μｍ］にし、Ｄｖ／Ｄｎを１．００≦Ｄｖ／Ｄｎ≦１．１５にするのがよい。このようなトナーは、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性のいずれにも優れ、とりわけフルカラー複写機などに用いた場合に画像の光沢性に優れ、更に二成分現像剤においては、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なくなり、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性が得られる。

本実施形態のトナーの円形度は、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２０００（シスメックス（株）製）により計測される。本実施形態のトナーにおいて、その平均円形度は０．９０以上〜１．００未満であり、本実施形態のトナーは、特定の形状と形状の分布を有すことが重要である。平均円形度が０．９０未満ではトナーは不定形の形状を示し、満足した転写性やチリのない高画質画像を与えない。不定形のトナー粒子は感光体等への平滑性媒体への接触点が多く、また突起先端部に電荷が集中することから、ファンデルワールス力や鏡像力が比較的球形な粒子よりも高い。そのため静電的な転写工程においては、不定形粒子と球形の粒子の混在したトナーでは球形の粒子が選択的に移動し、文字部やライン部画像抜けが起る。また、残されたトナーは次の現像工程のために除去しなければならず、クリーナ装置が必要であったり、トナーイールド（画像形成に使用されるトナーの割合）が低かったりする不具合点が生じる。粉砕トナーの円形度は本装置で計測した場合、通常０．９１０〜０．９２０である。尚、平均円形度を大きくし、所謂球形トナーを得る製造として、先述の製造方法以外に公知の乳化重合法、懸濁重合法、分散重合法等の重合法を用いても良い。
付け加えると、トナー表面に添加する添加材量は、本実施形態においては、シリカ：０．７重量部、酸化チタン：０．３重量部である。キャリアとトナーの物理的付着力を下げて、現像効率をさらに高めるためには、表面に添加するシリカ量を、１重量部以上としトナーＴの流動性を向上させることも考えられるが、帯電量変化に伴った環境変動に対する余裕度が低下すること、経時における磁性キャリアの汲上量（ドクターブレードを通過する単位面積当たりの磁性キャリアの通過量）が低下するなどの弊害をもたらすため、本実施形態では上記の添加量としてある。

ここで低電界ポテンシャル現像について言及する。本実施形態では感光体の帯電（露光前）電位Ｖ０を−３５０Ｖ、露光後電位ＶＬを−５０Ｖとして現像バイアス電圧ＶＢを−２５０Ｖすなわち現像ポテンシャル（ＶＬ−ＶＢ＝２００Ｖ）として現像工程が行われる。このとき、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖを満たす。｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖは、感光体の露光部分とそうで無い部分の放電を避けるためにパッシェンの放電則より設定したものである。本実施形態はネガポジのプロセスである。なお、現像バイアスは当然ながら直流バイアスである。

以上、本実施形態のプリンタは、潜像担持体である感光体ドラム２と、この感光体ドラム上に担持された潜像にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像領域で接触させ、該現像領域に現像電界を形成して潜像にトナーを付着させることで現像を行う現像手段である現像装置４０とを備えている。この現像装置４０は、内部に固定配置された複数の磁極Ｐ１〜Ｐ１０を有し、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を表面に担持した状態で表面移動する現像剤担持体としての現像スリーブ４１を有している。また、現像スリーブ４１の表面に所定のギャップを介して対向するよう配置され、現像スリーブ表面に担持されて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクターブレード４５も有している。そして、本現像装置は、未使用時における現像剤の摩擦角をφｓとし、使用を開始してから現像スリーブ４１の表面移動時間が４５時間経過したときの現像剤の摩擦角をφとしたとき、これらの比（φ／φｓ）が１．１５以下となる条件を満たすように構成されている。したがって、上述したように、経時的に現像剤の汲み上げ量が減少する度合いを小さくでき、現像スリーブ４１の表面移動時間が４５時間経過したとき、すなわち、通紙枚数が８０Ｋ時に達したときでも、十分に高画質を維持できる程度の汲み上げ量を確保することができ、ザラツキ感のない高画質な画像を提供できる。
また、本実施形態の現像装置は、現像領域へ搬送される現像スリーブ表面単位面積当たりの現像剤量をＭとし、その現像剤の摩擦角φとしたとき、Ｍ＝−αφ＋βの関係式中の比例定数αが２．３以下となる条件を満たすように構成されている。よって、上述したように、経時的に現像剤の汲み上げ量が減少する度合いを小さくでき、通紙枚数が８０Ｋ時に達したときでも、十分に高画質を維持できる程度の汲み上げ量を確保することができ、ザラツキ感のない高画質な画像を提供できる。
また、本実施形態では、上述した条件を満たすように、上記複数の磁極Ｐ７，Ｐ８による磁界分布を調節している。これにより、上述した条件を比較的簡単に得ることができる。
また、本実施形態では、ドクターブレード４５の少なくとも一部を磁性部材で形成している。かかる構成では、既に述べたように、上記条件を満たすべく磁界分布を調節した結果、不動層のスリーブ回転方向における大きさが小さくなっても、ドクターブレード４５の近傍に集中的に現像剤を滞留させて、その滞留箇所よりも上流側における現像剤量の変動を滞留箇所である程度吸収される。よって、ドクターブレードーギャップに安定した量の現像剤を送り込んで、不動層の大きさを小さくしたことによる現像領域への現像剤搬送量やトナー帯電量の不安定化を抑えることができる。
また、本実施形態では、上記現像電界として、直流電界を用いることを特徴とするものである。これにより、現像領域においてキャリアに与える電気的ストレスを低減することができるため、トナーの帯電量を安定化することが可能となる。
また、本実施形態では、トナーとして、少なくともウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤とを含むトナー組成物を有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物を形成し、該溶解物又は該分散物を水系媒体中に分散して重付加反応させ、その後溶媒を除去しかつ洗浄して得られるものを用いている。このような重合球形トナーからなるカラートナーを用いることによって、透明性及び彩度（鮮やかさ、光沢）及び色再現性にすぐれた高品質画像を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、上記トナーは、重量平均粒径が４．０［μｍ］以上８．０［μｍ］以下、重量平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．０以上１．２５以下であるものを用いている。このように小粒径且つ粒度分布がシャープなトナーを使用することで、先鋭性、高精細性に優れた画像を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、上記トナーは、平均円形度が０．９０以上１．００未満である。このようなトナーは、流動性に優れ、補給トナーの分散性、トナー帯電量立ち上がり性に優れ、かつ、感光体との非静電的付着力が小さいので、ムラのない現像及び高効率・高性能転写により高品質画像を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、上記磁性キャリアは、体積平均粒径が２５［μｍ］以上５５［μｍ］以下である。このような小粒径キャリアを用いることにより、キャリアへのトナー被覆率の増加を抑制することができ、トナー飛散、地肌汚れなどの不具合を解消することが可能となる。また、潜像に対してトナー像を忠実に再現することが可能となるため、高品位の画像が得られる。加えて、キャリアの小径化に伴い、キャリア周りの現像電界が増加するため、小さい現像ポテンシャルで現像することが可能となる。
また、本実施形態では、上記感光体ドラム２は光導電性を有し、その感光体ドラム表面を一様帯電した後に露光することによって上記潜像を形成するとき、感光体ドラム２の一様帯電電位をＶＤ、露光後電位をＶＬ、上記現像電界を形成すべく現像スリーブ４１に印加される現像バイアスをＶＢとしたとき、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００［Ｖ］を満たすように構成した。これにより、感光体ドラム２に及ぼす帯電・露光工程での静電ハザードが少なく、高流動性現像剤による現像でメカ的なストレスも小さくすることが可能となる。そのため、高画質形成と感光体ドラム２の長寿命化の両立が可能となる。
また、本実施形態では、感光体ドラム２と、現像装置４０とを一体に支持し、プリンタ本体に対して着脱自在に構成されたプロセスカートリッジを採用している。よって、現像装置４０によれば現像剤の経時的な劣化の進行を抑えることができるので、プロセスカートリッジの交換頻度を少なく抑えることができる。

実施形態に係るプリンタの概略構成図。 同プリンタに着脱自在なプロセスユニットの概略構成を示す拡大図。 同プリンタに設けられる現像装置と感光体ドラム回りの概略構成図。 現像剤の摩擦角を測定するために用いるパウダーベッドテスタの概略構成図。 現像剤摩擦角を説明するためのグラフ。 同現像装置に設けられる現像スリーブの表面上における法線方向及び接線方向の磁束密度分布を示す円グラフ。 実験例２における条件４を満たす現像装置試験機のドクターブレードギャップ周辺の概略構成図。 ドクターブレードの裏面側先端エッジと、不動層の後端とのなす角度ｄを説明する模式図。 実験例２の条件１及び条件５をそれぞれ具備する２つの現像装置試験機における空動作時間と添加剤残量ランクとの関係を示すグラフ。 実験例２における条件２を満たす現像装置試験機の現像スリーブの表面上における法線方向及び接線方向の磁束密度分布を示す説明図。 実験例２における条件３を満たす現像装置試験機の現像スリーブの表面上における法線方向及び接線方向の磁束密度分布を示す説明図。 現像剤の摩擦角と汲み上げ量との関係を示すグラフ。 実施形態の現像装置におけるドクターブレード周辺の概略構成図。 従来の二成分現像方式の現像装置における部分構成を示す拡大図。

符号の説明

１ プロセスユニット
２ 感光体ドラム
２０，４０ 現像装置
２２，４１ 現像スリーブ
２３ マグネットローラ
２４，４５ ドクターブレード
４８ 磁性部材
４９ 非磁性材料
１００ パウダーベッドテスタ
１０１ 試料台
１０２ 現像剤サンプル
１０３ 可動板
１０４ モータ
１０５ ロードセル
１０６ レコーダ
Ｐ６，Ｐ７ 搬送磁極
Ｐ８ ドクタ磁極

Claims (12)

1. 内部に固定配置された複数の磁極を有し、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を表面に担持した状態で表面移動する現像剤担持体と、
   該現像剤担持体表面に所定のギャップを介して対向するよう配置され、該現像剤担持体表面に担持されて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを有する現像装置において、
   未使用時における現像剤の摩擦角をφｓとし、使用を開始してから現像剤担持体の表面移動時間が４５時間経過したときの現像剤の摩擦角をφとしたとき、これらの比（φ／φｓ）が１．１５以下となる条件を満たすように構成したことを特徴とする現像装置。
2. 内部に固定配置された複数の磁極を有し、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を表面に担持した状態で表面移動する現像剤担持体と、
   該現像剤担持体表面に所定のギャップを介して対向するよう配置され、該現像剤担持体表面に担持されて現像領域へ搬送される現像剤の量を規制する現像剤規制部材とを有する現像装置において、
   現像領域へ搬送される現像剤担持体表面単位面積当たりの現像剤量をＭとし、該現像剤の摩擦角φとしたとき、Ｍ＝−αφ＋βの関係式中の比例定数αが２．３以下となる条件を満たすように構成したことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２の現像装置において、
   上記条件を満たすように、上記複数の磁極による磁界分布を調節したことを特徴とする現像装置。
4. 請求項３の現像装置において、
   上記現像剤規制部材の少なくとも一部を、磁性部材で形成したことを特徴とする現像装置。
5. 潜像担持体と、
   該潜像担持体上に担持された潜像にトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像領域で接触させ、該現像領域に現像電界を形成して該潜像にトナーを付着させることで現像を行う現像手段とを備えた画像形成装置において、
   上記現像手段として、請求項１、２、３又は４の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５の画像形成装置において、
   上記現像電界として、直流電界を用いることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項５又は６の画像形成装置において、
   上記トナーとして、少なくともウレア結合し得る変性されたポリエステル系樹脂と着色剤とを含むトナー組成物を有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物を形成し、該溶解物又は該分散物を水系媒体中に分散して重付加反応させ、その後溶媒を除去しかつ洗浄して得られるものを用いることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項５、６又は７の画像形成装置において、
   上記トナーは、重量平均粒径が４．０［μｍ］以上８．０［μｍ］以下、重量平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．０以上１．２５以下であることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項５、６、７又は８の画像形成装置において、
   上記トナーは、平均円形度が０．９０以上１．００未満であることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項５、６、７、８又は９の画像形成装置において、
    上記磁性キャリアは、体積平均粒径が２５［μｍ］以上５５［μｍ］以下であることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項５、６、７、８、９又は１０の画像形成装置において、
    上記潜像担持体として、光導電性を有するものを用い、
    該潜像担持体表面を一様帯電した後に露光することによって上記潜像を形成するとき、該潜像担持体の一様帯電電位をＶＤ、露光後電位をＶＬ、上記現像電界を形成すべく上記現像剤担持体に印加される現像バイアスをＶＢとしたとき、０＜｜ＶＤ｜−｜ＶＢ｜＜｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００［Ｖ］を満たすことを特徴とする画像形成装置。
12. 潜像担持体と、現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたプロセスカートリッジにおいて、
    上記現像装置として、請求項１、２、３又は４の現像装置を用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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