JP2007148013A - 現像装置およびそれを備える画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャリアの感光体への付着を防止して高画質を安定的に確保するとともに感光体の傷発生を防止し、かつ感光体表面のトナーの掻取りも防止することができる現像装置を提供する。
【解決手段】 トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて感光体１２表面に担持される静電潜像を現像する現像装置１において、現像領域の感光体回転方向最上流側で感光体と接触する磁気ブラシ１１の高さｈと、現像領域へ供給される感光体上の単位面積あたりの現像剤量Ｍと、現像剤２のかさ密度ρと、現像ローラ４の直径ＤＲと、現像ローラと感光体１２との最も接近した位置における間隔Ｄと、現像ローラに担持される現像剤の磁気ブラシが現像領域において感光体と接触する長さであって、現像ローラの回転方向における長さＷとが、下記の２つの式で表される関係を満足するように設定される。
（ＤＲ／２＋ｈ）^２＞（ＤＲ／２＋Ｄ）^２＋（Ｗ／２）^２
Ｄ×ρ×１００≧Ｍ≧１０
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式により形成される静電潜像の現像に用いられる現像装置およびそれを備える画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いる複写装置またはプリンタなどの画像形成装置において、静電潜像担持体に形成される静電潜像に現像剤中のトナーを供給して現像する現像方法として様々な方法が用いられている。

電子写真方式に係る画像形成の現像方法の代表的なものとして、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる現像方法がある。２成分現像剤を用いる現像方法では、帯電された静電潜像担持体の表面を露光して静電潜像担持体の表面に静電潜像を形成し、現像剤担持体によって２成分現像剤を、現像剤担持体と静電潜像担持体とが対向する現像領域に搬送し、現像領域において現像剤担持体から静電潜像担持体表面の静電潜像に現像剤中のトナーを供給して現像が行われる。

現像領域における現像剤担持体から静電潜像担持体へのトナーの移行は、次のように行われる。現像剤担持体上に形成される現像剤の磁気ブラシを、静電潜像担持体の表面に接触させ、磁気ブラシ中のトナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させる。このような磁気ブラシを形成して行われる現像方式では、現像剤担持体として、円筒状の非磁性スリーブ内に複数の磁石を固定配置した現像ローラ、いわゆるマグネットローラが使用される。

しかしながら、現像剤担持体上に現像剤の磁気ブラシを形成し、磁気ブラシの状態で静電潜像担持体に接触させて現像を行なう場合、静電潜像担持体上に供給されたトナーが、現像剤担持体とともに回転移動する磁気ブラシによって掻取られることがあり、静電潜像担持体上に形成されたトナー像が乱れる等の問題があった。

このような問題を解決する１つの従来技術として、現像剤成分であるキャリアに低磁気力のものを用いて、静電潜像担持体に接触する磁気ブラシの穂をソフト化させ、磁気ブラシの接触によるトナー像の乱れを抑制することが提案されている。

しかしながら、低磁気力のキャリアを使用すると、現像剤担持体上におけるキャリアの拘束力が弱くなるので、キャリアが、現像剤担持体から離脱して静電潜像担持体へ移行し、静電潜像担持体に付着する現象が発生する。

キャリアが、静電潜像担持体に付着すると、現像によって形成されたトナー像とともに記録媒体であるたとえば記録紙に転写され、形成された画像にキャリアによるトナー抜けが発生するという問題がある。また、キャリアはトナーに比べて硬質であるので、静電潜像担持体に付着したキャリアによって静電潜像担持体の表面が傷つき、その傷に起因して形成される画像に筋状のノイズ、斑点状のノイズなどが発生するという問題がある。

このような現像剤担持体上に形成される磁気ブラシによる静電潜像担持体表面のトナーの掻取りを防止するとともに、キャリアの静電潜像担持体への付着を防止する従来技術として、現像剤担持体で現像領域へ搬送される現像剤量と、現像剤のかさ密度と、現像領域において対向する現像剤担持体と静電潜像担持体とで形成される間隔との関係を規定することが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１および特許文献２では、上記関係を規定することによって、現像剤担持体で現像領域へ搬送される現像剤の占める割合を適正な範囲に設定し、現像剤担持体上に形成される磁気ブラシで静電潜像担持体表面のトナーが掻取られることなく、また静電潜像担持体に対するキャリアの付着も防止されるとする。

しかしながら、特許文献１および特許文献２では、現像領域へ搬送される現像剤の占める割合を規定するのみであり、現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの静電潜像担持体に対する接触状態が全く規定されていない。したがって、現像領域における現像剤の密度が低い場合であっても、磁気ブラシの密度が高く、磁気ブラシによる静電潜像担持体表面の掻取力が高い状態になることがあり、画像乱れ、またキャリアの付着が発生するなどの問題点が想定される。特に最近では、高画質化および現像性の向上を図る目的で、キャリア粒子が低磁化・小径化され、それに伴ってキャリアの自重が軽減される傾向にあるので、キャリアが一層付着し易いという問題がある。

また現像剤担持体上に形成される現像剤の磁気ブラシから、静電潜像担持体へトナーを円滑に移行させる従来技術として、現像剤担持体と静電潜像担持体との最近接点の長さから現像剤層の厚さを減算した差と、現像剤担持体と静電潜像担持体との最近接点の長さと比である空隙率を、適正な範囲に規定することが提案されている（特許文献３参照）。

特許文献３では、空隙率を適正範囲に規定することによって、現像領域においてトナーが移動あるいは運動できる空間が確保できるので、静電潜像担持体表面近傍での現像剤の移動の自由度が増し、静電潜像担持体上の静電潜像に忠実に付着することができ、高濃度高解像度の画像が得られるとする。

しかしながら、特許文献３の技術では、空隙率が適正範囲に規定されるものの、現像領域においては、現像剤担持体の現像磁極の作用によって、静電潜像担持体に達する長さの磁気ブラシが形成され、現像剤担持体の回転動作に伴って磁気ブラシが静電潜像担持体の表面を摺擦するにも関わらず、この磁気ブラシの静電潜像担持体に対する接触状態については全く規定していないので、磁気ブラシが静電潜像担持体表面上のトナーを掻取るおそれ、また磁気ブラシ中のキャリアが静電潜像担持体へ付着するおそれが払拭されるものではない。

特開平９−２５１２３９号公報 特開２００１−５２９０号公報 特開平１１−７３０２０号公報

本発明の目的は、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成して現像する方式において、キャリアの静電潜像担持体への付着を防止して高画質を安定的に確保するとともに静電潜像担持体の傷発生を防止し、かつ静電潜像担持体表面のトナーの掻取りも防止することができる現像装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。

本発明は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容室と、現像剤収容室に回転自在に設けられて現像剤収容室に収容される現像剤を担持して搬送する現像剤担持体とを有し、現像剤担持体の外周面上に形成される現像剤の磁気ブラシを、画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体に接触させることによって形成される現像領域を通じて、静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像装置であって、
現像領域の現像剤担持体回転方向最上流側で静電潜像担持体と接触する磁気ブラシの高さをｈ［ｍｍ］とし、
現像領域へ供給される現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤量をＭ［ｍｇ／ｃｍ^２］とし、
現像剤のかさ密度をρ［ｇ／ｃｍ^３］とし、
現像剤担持体の直径をＤＲ［ｍｍ］とし、
現像剤担持体と静電潜像担持体との最も接近した位置における間隔をＤ［ｍｍ］とし、
現像剤担持体に担持される現像剤の磁気ブラシが現像領域において静電潜像担持体と接触する長さであって、現像剤担持体の回転方向における長さをＷ［ｍｍ］とするとき、
前記の磁気ブラシの高さｈ、現像剤量Ｍ、現像剤のかさ密度ρ、現像剤担持体の直径ＤＲ、間隔Ｄおよび長さＷが、以下の各式を満足することを特徴とする現像装置である。
（ＤＲ／２＋ｈ）^２＞（ＤＲ／２＋Ｄ）^２＋（Ｗ／２）^２
１００×Ｄ×ρ≧Ｍ≧１０

また本発明は、現像剤担持体に対して予め定める間隔を有するように設けられ、現像剤担持体が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材を含み、現像剤量規制部材は、磁性体を含んでなることを特徴とする。

また本発明は、現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を含み、現像バイアス印加手段は、直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、直流電圧に重畳して交流電圧を印加する交流電圧印加手段とを有することを特徴とする。

また本発明は、表面に静電潜像が形成されて担持される静電潜像担持体と、静電潜像が形成される前の静電潜像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された静電潜像担持体を画像情報に応じた光で露光して静電潜像を形成させる露光手段と、静電潜像担持体の静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像手段とを含む画像形成装置であって、
現像手段は、前記いずれかに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、現像装置において、現像領域の現像剤担持体回転方向最上流側で静電潜像担持体と接触する磁気ブラシの高さｈと、現像領域へ供給される現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤量Ｍと、現像剤のかさ密度ρと、現像剤担持体の直径ＤＲと、現像剤担持体と静電潜像担持体との最も接近した位置における間隔Ｄと、現像剤担持体に担持される現像剤の磁気ブラシが現像領域において静電潜像担持体と接触する長さであって、現像剤担持体の回転方向における長さＷとの間に、特定の好ましい関係が規定される。

このことによって、現像領域で現像剤担持体上に形成される磁気ブラシの高さおよび密度が適正化されるので、低密度でソフトな磁気ブラシになり、かつ弾力性がある磁気ブラシになり、またキャリアブラシの抵抗も高くなる。したがって、キャリアの静電潜像担持体に対する付着の低減が実現されるとともに、磁気ブラシによる静電潜像担持体表面のトナーの掻取りも防止される。キャリアの静電潜像担持体への付着が防止されることによって、記録媒体への転写画像におけるトナー抜けが防止され、上記トナーの掻取り防止と相俟って高画質を確保することが可能になる。さらに、静電潜像担持体に対するキャリアの付着が防止されることによって、静電潜像担持体のキャリアの擦過による傷付きを防止できるので、静電潜像担持体の寿命を延命することができるとともに、キャリアの消費量が低減される効果も奏することができる。

また本発明によれば、現像剤担持体が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材が、磁性体を含んでなるように構成されるので、現像剤搬送量を規制するに際し、現像剤担持体との間隙を広くすることができる。このことによって、搬送される現像剤に対する摩擦負荷が軽減されるので、現像剤の劣化が抑制される。

また本発明によれば、現像剤担持体に対して、直流電圧と交流電圧とを重畳して印加するすることができる現像バイアス印加手段が含まれるので、交流電圧印加の作用によって、磁気ブラシ内におけるトナーの運動が活発化して現像効率を高めることができる。

また本発明によれば、画像形成装置の現像手段として本発明の現像装置が備えられるので、静電潜像担持体へのキャリアの付着が防止されて高画質の画像を安定的に確保することができ、また静電潜像担持体の寿命延命が実現される。

図１は、本発明の実施の第１形態である現像装置１の構成を簡略化して示す図である。現像装置１は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤２を収容する現像剤収容室３と、現像剤収容室３に回転自在に設けられて現像剤収容室３に収容される現像剤２を担持して搬送する現像剤担持体４と、現像剤収容室３に収容される現像剤２を撹拌し、現像剤担持体４に供給する２つの第１および第２撹拌搬送ローラ５，６と、現像剤担持体４が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材７と、現像剤担持体４に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段８と、現像剤収容室３に収容される現像剤２中のトナー濃度を検出するトナーセンサ９と、現像剤収容室３へトナーを補給するトナー補給手段１０とを含む。

この現像装置１は、現像剤担持体４の外周に形成される現像剤の磁気ブラシ１１を、画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体１２に接触させることによって形成される現像領域を通じて、静電潜像に現像剤成分であるトナーを供給して可視像化することに用いられる。

画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体１２は、たとえば円筒状の導電性支持体の外周に有機光導電体などを含む感光層が形成された電子写真感光体であり、ここでは、以後静電潜像担持体１２を略称して感光体１２と呼ぶ。

本実施の形態で用いられる２成分現像剤２は、非磁性トナーと磁性キャリアとを含んで構成される。非磁性トナーとしては、樹脂中に着色顔料または染料等の添加物を分散した粉砕または重合法により生成され、大きさが体積平均粒径で４〜１０μｍのものが挙げられる。磁性キャリアとしては、鉄粉末、フェライト粉末、ニッケル粉末またはそれらの表面を有機重合体で被覆したものであって、大きさが体積平均粒径で３０〜１００μｍのものが挙げられる。トナーおよびキャリアの大きさが、それぞれ上記の下限未満になると、流動性が悪くなり撹拌性が低下する。またトナーおよびキャリアの大きさが、それぞれ上記の上限を超えると、高精細な画像が得られなくなる。

現像剤収容室３は、たとえば硬質の樹脂などから成り、一方向に細長く延びる容器状部材であり、感光体１２の回転軸線方向に対して平行に細長く延びて配置される。現像剤収容室３には、感光体１２を臨む位置に感光体１２の回転軸線方向に延びて開口部１３が形成される。現像剤担持体４は、現像剤収容室３に形成される開口部１３を介して感光体１２を臨み、その回転軸線が感光体１２の回転軸線に平行になるようにして、現像剤収容室３に回転自在に設けられる。

図２は、現像剤担持体４の構成を簡略化して示す断面図である。本実施の形態で用いられる現像剤は、前述のようにトナーとキャリアとを含む２成分現像剤である。したがって、本実施形態の現像剤担持体４は、非磁性の素材から成る円筒状のスリーブ２１と、スリーブ２１に内包され、Ｎ極とＳ極とが略交互に配設される磁石部材２２とを含んで構成される、いわゆるマグネット現像ローラである。ここでは、以後現像剤担持体４を現像ローラ４と呼ぶ。現像ローラ４には、２つのＮ１磁極２２ａおよびＮ２磁極２２ｂと、３つのＳ１磁極２２ｃ、Ｓ２磁極２２ｄおよびＳ３磁極２２ｅとの磁石部材２２が設けられ、Ｎ１磁極２２ａが現像磁極、すなわち感光体１２に対して最も近づく位置に配置される磁極として用いられる。なお、現像ローラ４のスリーブ２１は不図示の回転駆動手段によって回転駆動され、磁石部材２２は回転することなく固定された状態で現像に用いられる。

本実施の形態では、感光体１２の回転方向６１と、現像ローラ４のスリーブ２１の回転方向１６とが、順方向である場合について例示する。

現像剤収容室３に形成される開口部１３の上縁部分には、現像ローラ４を臨み、現像ローラ４に対して予め定める間隔を有するように、現像ローラ４が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材７が設けられる。現像剤量規制部材７は、いわゆるドクターブレードであり、本実施形態では磁性体を含んで成る薄板状部材である。現像剤量規制部材７を構成する磁性体としては、たとえば、ニッケルプレートであってもよく、また磁性を有するステンレス鋼（ＪＩＳ−Ｇ４３０５に規定されるＳＵＳ４３０など）であってもよく、また磁性部材を混入させた硬質樹脂などであってもよい。

現像剤量規制部材７が磁性体を含んでなるように構成することによって、現像剤搬送量を規制するに際し、現像剤量規制部材７と現像ローラ４との間隙、すなわち予め定める間隔を広くすることができるので、搬送される現像剤２に対する摩擦負荷が軽減され、現像剤２の劣化が抑制される。

第１および第２撹拌搬送ローラ５，６は、現像ローラ４に近い方から第２撹拌搬送ローラ６、第１撹拌搬送ローラ５の順に配置され、いずれも回転軸線が現像ローラ４の回転軸線と平行になるようにして現像剤収容室３に回転自在に設けられる。本実施形態の第１および第２撹拌搬送ローラ５，６は、いずれも回転軸部材の外周にたとえばスクリュー部材が装着されるように構成され、第１撹拌搬送ローラ５は、図１の紙面において手前側から奥側に向って現像剤２を撹拌搬送して第２撹拌搬送ローラ６へと現像剤２を供給し、第２撹拌搬送ローラ６は図１の紙面の奥側から手前側に向って現像剤２を撹拌搬送して現像ローラ４へと現像剤２を供給する。

第１撹拌ローラ５と第２撹拌ローラ６との間には、第１および第２撹拌ローラ６が延びる方向に対して平行に延びるようにして仕切板２３が設けられる。この仕切板２３が設けられることによって、現像剤収容室３内の現像剤２は、第１撹拌搬送ローラ５による撹拌搬送から第２撹拌搬送ローラ６による搬送というルートを確実に辿らざるを得なくなるので、充分に撹拌されてトナーとキャリアとが均一化された状態で現像ローラ４へと供給される。

第１撹拌搬送ローラ５の上方に位置する現像剤収容室３の部分には、現像剤収容室３の壁部材を貫通してトナー補給口２４が形成される。このトナー補給口２４に接続されるようにしてトナー補給手段１０が設けられる。トナー補給手段１０は、現像剤２の成分であるトナー２５を収容するトナー容器２６と、トナー容器２６に回転自在であって、かつトナー補給口２４に対して摺動するように設けられるトナー補給ローラ２７とを含んで構成される。トナー補給ローラ２７は、少なくともその表面付近が多孔質素材によって構成され、孔部分に保持するトナーを、トナー補給口２４との摺動時における擦過によって離脱させ、トナー補給口２４から現像剤収容室３へと補給する。

トナーセンサ９は、たとえば透磁率センサなどから成り、トナーが非磁性でキャリアが磁性を有することを利用して、現像剤２中のトナー濃度を検知する。トナーセンサ９のトナー濃度検知結果は、不図示の制御部へ与えられ、制御部は、トナー濃度検知結果に応じて、トナー補給手段１０のトナー補給ローラ２７を回転駆動させ、トナー２５を現像剤収容室３へと補給する。現像剤収容室３へ補給されたトナー２５は、第１撹拌搬送ローラ５の上に落下し、第１撹拌搬送ローラ５で撹拌搬送される過程において現像剤２と混合撹拌され、前述のルートを経て現像ローラ４へと供給される。

現像ローラ４へと供給された現像剤２の中からトナーを感光体１２へ移行させるために、本実施形態では現像バイアス印加手段８が設けられ、現像バイアス印加手段８は、現像ローラ４に対して、直流電圧を印加する直流電圧印加手段１４と、交流電圧を印加する交流電圧印加手段１５とを含み、直流電圧に交流電圧を重畳して印加することができる。現像ローラ４に対して交流電圧を重畳印加することによって、現像ローラ４上に形成される磁気ブラシ１１内におけるトナーの運動が活発化し、トナーの感光体１２への移行が円滑に行われるので、現像効率を高めることができる。

以下、本発明の現像装置１における特徴とする部分について説明する。図３は現像装置１における特徴部分を示す図であり、図４は現像領域３１を説明する図である。

現像装置１において、現像ローラ４と感光体１２との間で形成される現像領域３１の現像ローラ４の回転方向最上流側で感光体１２と接触する磁気ブラシ１１の高さをｈ［ｍｍ］とし、現像領域３１に供給される現像ローラ４上の単位面積あたりの現像剤量をＭ［ｍｇ／ｃｍ^２］とし、現像剤２のかさ密度をρ［ｇ／ｃｍ^３］とし、現像ローラ４の直径をＤＲ［ｍｍ］とし、現像ローラ４と感光体１２との最も接近した位置における間隔をＤ［ｍｍ］とし、現像ローラ４に担持される現像剤２の磁気ブラシ１１が現像領域３１において感光体１２と接触する長さであって、現像ローラ４の回転方向における長さをＷ［ｍｍ］とするとき、現像装置１は、磁気ブラシ１１の高さｈ、現像剤量Ｍ、現像剤２のかさ密度ρ、現像ローラ４の直径ＤＲ、間隔Ｄおよび長さＷが、以下の式（１）および式（２）の関係を満足するように構成される。
（ＤＲ／２＋ｈ）^２＞（ＤＲ／２＋Ｄ）^２＋（Ｗ／２）^２ …（１）
１００×Ｄ×ρ≧Ｍ≧１０ …（２）

ここで、現像領域３１とは、現像ローラ４の外周面上に形成される現像剤２の磁気ブラシ１１が、感光体１２の表面と接触する領域を言う。上記長さＷ（この長さＷを以後現像ニップ部長さと呼ぶ）は、現像領域３１の現像ローラ４の回転方向における長さを意味する。

図４を参照して現像領域３１の測定について説明する。回転を停止している状態の現像ローラ４の周囲に現像剤を供給して磁気ブラシ１１を形成させ、その状態で、現像装置１を画像形成装置の所定位置へ装入する。次いで、現像装置１の現像ローラ４を回転動作させることなく画像形成装置から取外す。このことによって、現像ローラ４の外周に形成された磁気ブラシ１１には、画像形成装置へ装入したとき、穂が感光体１２に接触して押圧されて形の崩れた領域が形成される。この形の崩れた領域は目視観察可能であり、目視によって現像ニップ幅Ｗを測定することができる。逆に、感光体１２の表面に現像剤が付着している領域として現像領域３１を特定することができる。現像ニップ幅Ｗは、曲線区間の長さであるけれども、実際的には数ｍｍの長さであることから、図３では直線近似して表わされる。

図５は、磁気ブラシの高さｈを測定する方法の概要を示す図である。感光体１２に接触させることなく、現像ローラ４の外周面上にフリーの状態で形成される磁気ブラシ１１の像を、デジタルマイクロスコープＶＨＸ−２００（キーエンス社製）で図５に示す正面方向から撮影して測定した。

上記現像剤量Ｍは、次のようにして測定することができる。現像ローラ４の表面上の一定面積に形成された磁気ブラシ１１を、現像磁極よりも磁力が強い磁石部材で強制的に剥離してその重量を測定し、測定重量を上記一定面積で除することによって求めた。また、現像剤２のかさ密度ρは、任意の量の現像剤の重量と体積とを求め、重量を体積で除することによって得ることができる。

現像ローラ４の直径ＤＲおよび現像ローラ４と感光体１２との間隔Ｄ（以後、単に間隔Ｄと略称する）は、それぞれ実測することができる。

式（１）は、現像ローラ４の半径（ＤＲ／２）と間隔Ｄとの和として得られる辺ａと、現像ニップ幅Ｗの１／２として得られる辺ｂとを直角を挟む２辺として、三平方の定理で得られる斜辺の長さから現像ローラ４の半径を減算した長さよりも、磁気ブラシの高さｈが大きく（長く）なるように設定することを意味する。このような設定は、予め試験を行い、磁石部材２２の磁力の強さと、磁性体であるキャリアの素材とを選択することによって、実現することができる。磁気ブラシ１１の高さｈの上限は、特に限定されるものではないけれども、装置構成上、現像剤量規制部材７と現像ローラ４との予め定める間隔によって規定される。

一方、式（２）について、現像剤量Ｍが１０ｍｇ／ｃｍ^２未満では、現像領域３１へ搬送される現像剤の量が少な過ぎるので、適正な画像濃度が得られなくなる。現像剤量Ｍが（１００×Ｄ×ρ）ｍｇ／ｃｍ^２を超えると、現像領域３１へ搬送される現像剤の量が過剰になるので、キャリア上がりと現像される画像におけるかぶりとが増大する。したがって、現像剤量Ｍを、１０ｍｇ／ｃｍ^２以上、（１００×Ｄ×ρ）ｍｇ／ｃｍ^２以下とした。

磁気ブラシ１１の高さｈを、上記のように長くすることによって、低密度でソフトかつ弾力性のある磁気ブラシ１１となり、キャリアブラシの抵抗も高くなるので、磁気ブラシ１１による感光体１２表面上のトナーの掻取りが防止され、またキャリアの感光体１２への付着が防止される。また磁気ブラシ１１の高さｈが長く低密度であるけれども、現像領域３１へ供給される現像剤量Ｍが適正範囲に設定されるので、磁気ブラシ１１を通じて静電潜像の現像に供給されるトナー量には過不足がなく、適正な画像濃度を得ることができる。

図６は、本発明の実施の第２形態である現像装置４１の構成を簡略化して示す図である。本実施の形態の現像装置４１は、実施の第１形態の現像装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の現像装置４１において注目すべきは、現像バイアス印加手段４２が、直流電圧印加手段１４のみで構成されることである。現像装置４１のその他の構成は、実施の第１形態の現像装置１と同一に構成される。

現像バイアス印加手段４２を直流電圧印加手段１４のみとすることによって、交流電圧を重畳印加する場合に比べて、現像領域３１におけるトナーの運動性が若干低下するけれども、実用上の現像効率において問題とするものではない。磁気ブラシ１１の高さｈおよび現像剤量Ｍについては、実施の第１形態と同じに設定されるので、現像装置４１においても、現像装置１と同様の効果を奏することができる。

図７は、本発明の現像装置を備える本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置５０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。図７に示す画像形成装置５０は、たとえば本発明の現像装置１を備え、たとえばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラなどの外部機器から伝達される画像情報、または画像読取装置によって読取られて伝達される画像情報などに応じて、記録紙などの記録媒体上に単色の画像として記録出力するものである。

画像形成装置５０は、大略、画像形成部５１と、記録媒体である記録紙を供給する記録紙供給部５２と、画像定着部５３と、制御部５４とを含んで構成される。

画像形成部５１は、感光体１２と、感光体１２の外周に沿い感光体１２の回転方向６１の上流側から下流側に向って順次配置される帯電手段５６、露光手段５７、現像装置１、転写手段５８、クリーニングユニット５９および除電手段６０とを含む。

感光体１２は、円筒状または円柱状の導電性基体と、導電性基体の表面に形成される光導電層とを含むローラ部材であり、画像情報に応じた光で露光されることによって、その表面に静電潜像が形成される。感光体１２は、画像形成装置５０の装置本体に回転自在に設けられ、不図示の駆動手段によって矢符６１方向に回転される。

帯電手段５６は、帯電ローラ、帯電チャージャなどの接触式または非接触式の帯電器によって構成され、感光体１２の表面を一様な電位に帯電させる。露光手段５７である露光ユニットは、たとえば、半導体レーザなどのレーザユニットによって構成され、後述する制御部５４から伝達される画像情報に応じ、帯電手段５６によって帯電された状態にある感光体１２の表面に光を照射し、静電潜像を形成する。

現像装置１は、本発明の現像装置１であり、感光体１２の表面に成形されて担持される静電潜像に対して、適正な量の現像剤を供給し、かつ低密度で長く形成されるソフトな磁気ブラシ１１を通じてトナーを供給して静電潜像を可視像化し、トナー像を形成する。

転写手段５８は、たとえば、感光体１２の外周面に圧接しかつ回転自在に設けられる転写ローラ６２と、転写ローラ６２に転写バイアス電圧を印加する図示しない電源とを含んで構成される。転写手段５８は、転写ローラ６２側から転写バイアス電圧を印加して記録紙を帯電させるとともに、転写ローラ６２で記録紙を加圧することによって、感光体１２の表面に形成されたトナー像を記録紙に転写する。

クリーニングユニット５９は、たとえば、弾性材料からなり、感光体１２の外周面に当接するように設けられる板状部材であるクリーニングブレードを含んで構成され、トナー像を記録紙に転写した後、感光体１２の表面に残留するトナー、紙粉などを除去する。除電手段６０は除電ランプなどによって構成され、クリーニング後の感光体１２の表面電荷を除去する。

画像定着部５３は、定着（加熱）ローラ６３と、加圧ローラ６４と、定着ローラ６３の温度を検知する不図示の温度センサと、温度センサの検知出力に応じて定着ローラ６３を所望の温度になるようにする不図示の制御電源とを含む。画像定着部５３では、画像形成部５１の転写手段５８によってトナー像が転写された記録紙が、定着ローラ６３と加圧ローラ６４との圧接部（定着ニップ部）に送給されて加熱加圧を受け、トナー像が記録紙に定着され、画像が形成される。画像定着部５３によってトナー像が定着された記録紙は、搬送ローラ６５および排紙ローラ６６の搬送動作によって装置本体の上部に設けられる排紙部６７へ排出される。

記録紙供給部５２は、記録紙トレイ６８と、ピックアップローラ６９と、レジストローラ７０とを含んで構成される。記録紙トレイ６８は、普通紙、カラーコピー用紙、オーバヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）フィルムなどの記録媒体を収容することができるトレイである。ピックアップローラ６９は、記録紙トレイ６８内の記録紙を１枚ずつ分離してレジストローラ７０へ送給する。レジストローラ７０は、露光ユニット５７の露光によって感光体１２の表面に形成される静電潜像の画像形成領域（特に、最下流側の形成開始位置）に同期して、記録紙を転写手段５８の転写ニップ部に送給する。搬送ローラ６５は、記録紙トレイ６８から供出される記録紙が搬送される経路の随所に設けられ、回転動作によって記録紙を所望の位置へ搬送する。

制御部５４は、画像形成装置５０の内部空間における露光ユニット５７の上方に設けられ、中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどによって実現される処理回路であり、後述するメモリから読出したプログラムに従って現像装置１を備える画像形成装置５０の画像形成に係る全体動作を制御する。制御部５４には記憶部であるメモリが付設され、メモリには、この分野で常用される、たとえばリードオンリィメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などを用いることができる。制御部５４は、前述の処理回路とともに電源を含み、電源は制御部５４だけでなく、画像形成部５１、記録紙供給部５２および画像定着部５３における各装置にも電力を供給する。

画像形成装置５０における画像形成動作について簡単に説明する。まず制御部５４のメモリには、外部機器から伝達され階調処理などの画像処理が施された画像情報が格納される。画像形成部５１では、感光体１２の表面が帯電手段５６によってほぼ一様な電位に帯電され、これにメモリから読出した画像情報に応じた光が露光ユニット５７によって照射され、静電潜像が形成される。

感光体１２の表面に形成される静電潜像に対して、現像領域３１で現像剤の磁気ブラシ１１からトナーが供給され、トナー像が形成される。感光体１２の表面に形成されたトナー像は、転写手段５８によって記録紙に転写され、さらに画像定着部５３によって定着されて、排紙部６７に排紙される。一方、トナー像が転写された後の感光体１２の表面は、クリーニングユニット５９で残留トナーなどが除去され、除電手段６０によって電荷除去を受け、次の画像形成に供される。この一連の操作が繰返し実行されることによって画像が形成される。

画像形成装置５０には現像装置１が備えられるので、低密度で高さｈが大きくソフトな磁気ブラシ１１を通して、好適な現像剤量Ｍを静電潜像に対して供給することができる。このことによって、感光体１２の表面に形成されるトナー像の掻取りが防止されるとともに、感光体１２に対するキャリアの付着も防止されるので、高画質の画像を安定的に確保することができ、また感光体１２の寿命延命が実現される。

以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の現像装置１を備える画像形成装置に該当するプリンタ（ＡＲ−４５０Ｍ改造型：シャープ株式会社製）を用いて、以下の条件でＡ４サイズの記録紙に画像形成を行い、感光体上のトナーの現像量と、形成された画像の現像量およびカブリと、感光体へのキャリア付着の指標であるキャリア上がりとを求めた。画像形成の試験に用いた現像剤および装置設定条件を表１に示し、現像バイアス印加条件を表２に示す。なお、試験に際し、現像剤量Ｍ、現像ローラと感光体との間隔Ｄおよび磁気ブラシの高さｈを、変動因子とした。

画像形成の試験は、変動因子が、いずれも式（１）および式（２）の関係を満足する実施例１〜６と、現像剤量Ｍと磁気ブラシの高さｈとが式（１）および式（２）の関係を満足しない比較例１と、現像剤量Ｍが式（２）の関係を満足しない比較例２とのそれぞれについて行った。

トナーの現像量は、次のようにして測定した。感光体上にベタ画像を形成し、感光体上のトナーを吸引した。吸引したトナーの重さを天秤で測定し、その単位面積あたりのトナー量を求めた。トナーの現像量が０．４［ｍｇ／ｃｍ^２］以上であれば、画像濃度として適正であると評価した。

カブリは、次のようにして測定した。画像形成前の記録紙の白色度と、画像形成後の白地部分の白色度との差を、白度計（ハンター白度計：日本電食工業社製）を用いて測定し、その差が最大となる値をカブリとした。カブリは、白色度の差が、０．４未満の場合「良好：○」、０．４以上１．０未満の場合「普通：△」、１．０以上の場合「不良：×」と評価した。

キャリア上がりについては、次のようにして測定した。Ａ４サイズの白ベタ画像を印字させ、印字途中で感光体の動作を強制的に中断し、そのときの感光体に幅１８ｍｍの粘着テープを長手方向全長に貼付け、その後剥離して粘着テープに付着したキャリアの個数を計測した。付着したキャリアの個数が１５個未満であれば、画像に対して影響しない良好なレベルと評価し、１５個以上であれば、画像に対して影響する不良レベルと評価した。

総合評価は、トナー現像量、カブリおよびキャリア上がりの結果に基づいて行った。上記項目がいずれも良好である場合を「優良：◎」と判定し、評価結果に普通がある場合を「良：○」と判定し、評価結果に一つでも不良がある場合を「不良：×」と判定した。

試験結果を合わせて表３に示す。本発明の関係を満足する実施例１〜６では、いずれも総合評価が良または優良であった。一方、現像剤量Ｍと磁気ブラシの高さｈとが本発明の関係を満足しない比較例１では、トナー現像量が不足して画像濃度が低く、キャリア上がりが著しく多く、総合評価が不良であった。また現像剤量Ｍが本発明の関係を満足しない比較例２では、トナー現像量が大きく画像濃度は濃くなるけれども、カブリが不良であり、またキャリア上がりも不良であり、総合評価が不良であった。

以上に述べたように、本実施の形態では、画像形成装置は、単色画像を形成するプリンタとして構成されるけれども、それに限定されることなく、多色画像を形成するプリンタ、複写機、ファクシミリ装置などとして構成することができる。また画像形成装置には、本発明の現像装置１が搭載されるけれども、これに限定されることなく、本発明の現像装置４１が搭載される構成であってもよい。

本発明の実施の第１形態である現像装置１の構成を簡略化して示す図である。 現像剤担持体４の構成を簡略化して示す断面図である。 現像装置１における特徴部分を示す図である。 現像領域３１を説明する図である。 磁気ブラシの高さｈを測定する方法の概要を示す図である。 本発明の実施の第２形態である現像装置４１の構成を簡略化して示す図である。 本発明の現像装置１を備える本発明のもう一つの実施形態である画像形成装置５０の構成を簡略化して示す側面方向から見た断面図である。

符号の説明

１，４１ 現像装置
２ 現像剤
３ 現像剤収容室
４ 現像ローラ
５，６ 撹拌搬送ローラ
７ 現像剤量規制部材
８，４２ 現像バイアス印加手段
９ トナーセンサ
１０ トナー補給手段
１１ 磁気ブラシ
１２ 電子写真感光体
１４ 直流電圧印加手段
１５ 交流電圧印加手段
５０ 画像形成装置
５１ 画像形成部
５２ 記録紙供給部
５３ 画像定着部
５４ 制御部

Claims (4)

1. トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容室と、現像剤収容室に回転自在に設けられて現像剤収容室に収容される現像剤を担持して搬送する現像剤担持体とを有し、現像剤担持体の外周面上に形成される現像剤の磁気ブラシを、画像形成装置に設けられて静電潜像が担持される静電潜像担持体に接触させることによって形成される現像領域を通じて、静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像装置であって、
   現像領域の現像剤担持体回転方向最上流側で静電潜像担持体と接触する磁気ブラシの高さをｈ［ｍｍ］とし、
   現像領域へ供給される現像剤担持体上の単位面積あたりの現像剤量をＭ［ｍｇ／ｃｍ^２］とし、
   現像剤のかさ密度をρ［ｇ／ｃｍ^３］とし、
   現像剤担持体の直径をＤＲ［ｍｍ］とし、
   現像剤担持体と静電潜像担持体との最も接近した位置における間隔をＤ［ｍｍ］とし、
   現像剤担持体に担持される現像剤の磁気ブラシが現像領域において静電潜像担持体と接触する長さであって、現像剤担持体の回転方向における長さをＷ［ｍｍ］とするとき、
   前記の磁気ブラシの高さｈ、現像剤量Ｍ、現像剤のかさ密度ρ、現像剤担持体の直径ＤＲ、間隔Ｄおよび長さＷが、以下の各式を満足することを特徴とする現像装置。
   （ＤＲ／２＋ｈ）^２＞（ＤＲ／２＋Ｄ）^２＋（Ｗ／２）^２
   １００×Ｄ×ρ≧Ｍ≧１０
2. 現像剤担持体に対して予め定める間隔を有するように設けられ、現像剤担持体が搬送する現像剤量を規制する現像剤量規制部材を含み、
   現像剤量規制部材は、磁性体を含んでなることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段を含み、
   現像バイアス印加手段は、直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、直流電圧に重畳して交流電圧を印加する交流電圧印加手段とを有することを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
4. 表面に静電潜像が形成されて担持される静電潜像担持体と、静電潜像が形成される前の静電潜像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された静電潜像担持体を画像情報に応じた光で露光して静電潜像を形成させる露光手段と、静電潜像担持体の静電潜像に現像剤を供給して可視像化する現像手段とを含む画像形成装置であって、
   現像手段は、
   前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

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