JP2002278283A - 現像ユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電位現像において、潜像担持体の長寿命化
及び高画質化を達成する。 【解決手段】 暗部電位をＶ_Ｄ、露光後電位をＶ_Ｌ、現
像バイアス電圧をＶ _Ｂとすると、０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ
｜＜｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲
で画像濃度の現像ポテンシャルに対する関係にて、最大
の傾き（ΔＩＤ／Δ[Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、
Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの最大値における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ
−Ｖ_Ｌ｝_ＭＡＸ]）；Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満
たし、且つ現像領域内の現像磁極の法線方向の減衰率を
４０％以上とする現像剤担持体を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的低電位で画
像形成プロセスを行うプリンタ、ファックス、複写機等
の画像形成装置に関するものであって、現像剤担持体表
面の所謂現像領域部分に現像剤を立ち上げて（穂立ちを
起こして）現像処理するにあたり画像濃度を高く且つ低
コントラスト画像を良好にする画像形成装置に関するす
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機、プリンタ、ファクシミ
リ等の電子写真式や静電記録式の画像形成装置において
は、感光体ドラムや感光体ベルトなどからなる潜像担持
体上に画像情報に対応した静電潜像が形成され、現像装
置によって現像動作が実行され、可視像が得られるよう
になっている。このように現像動作を実行するにあた
り、転写性、ハーフトーンの再現性、温度・湿度に対す
る現像特性の安定性などの観点から、トナーとキャリア
からなる２成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式が主
流になってきている。つまり、現像装置では、現像剤担
持体上に２成分現像剤がブラシチェーン状に穂立ちを起
こし、現像領域において、現像剤中のトナーを潜像担持
体上の潜像部分に供給するのである。ここで現像領域と
は、現像剤担持体上で磁気ブラシが立ち上がり潜像担持
体と接触している範囲である。

【０００３】上記現像剤担持体は、通常円筒状に形成さ
れたスリーブ（現像スリーブ）でなると共に、当該スリ
ーブ表面に現像剤の穂立ちを生じさせるように磁界を形
成する磁石体（磁石ローラ）をスリーブ内部に備えてい
る。穂立ちの際、キャリアが磁石ローラで生じる磁力線
に沿うようにスリーブ上に穂立ちすると共に、この穂立
ちに係るキャリアに対して帯電トナーが付着されてい
る。上記磁石ローラは、複数の磁極を備え、それぞれの
磁極を形成する磁石が棒状などに形成されていて、特に
スリーブ表面の現像領域部分では現像剤を立ち上げる現
像磁極を備えている。上記スリーブと磁石ローラの少な
くとも一方が動くことでスリーブ表面に穂立ちを起こし
た現像剤が移動するようになる。現像領域に搬送された
現像剤は上記現像磁極から発せられる磁力線に沿って穂
立ちを起こし、この現像剤のチェーン穂は撓むように潜
像担持体表面に接触し、接触した現像剤のチェーン穂が
潜像担持体との相対線速差に基づいて静電潜像と擦れ合
いながら、トナー供給を行う。

【０００４】そして、このような２成分現像剤を用いて
現像処理するにあたり、画像濃度を高くするための現像
条件と低コントラスト画像を良好に得るための現像条件
とを高い時点で満足させ、全濃度域にわたって良質な画
像を得るために、本願出願人は先に特開２０００−３０
５３６０号で、現像装置等を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】画像形成装置において
高画質化と長寿命化の両立を狙う場合に大きな課題とな
る点は、現像剤の長寿命化と、潜像及び顕像形成時に高
精細に再現することである。現像剤は磁性粒子もしくは
規制部材との接触で機械的なハザードを受け、粒子の外
側に付着している外添剤が粒子に埋没して流動性が低下
したり、帯電能が低下して画像品質を維持するのが非常
に難しい。

【０００６】画像品質を維持することを達成するために
現像剤の帯電時の機械的ハザードを低減することが考え
られるが、そうすると摩擦帯電を行うにあたり帯電量が
あまり高まらない。また、高精細像の形成には帯電及び
露光後電位の差を出来るだけ小さくして、光学系も出来
るだけ低いエネルギーで書き込むようにするが考えられ
る。但し、電位コントラストが低くなるため現像能力を
高める必要性が生じるので、比較的低帯電トナーを使用
して、現像量の増加を見込めるようにする。

【０００７】また、転写においては潜像及び地肌ポテン
シャルが比較的小さいことから、転写時の散りが発生し
にくい。長寿命化を達成するには潜像担持体の劣化防止
が有効である。潜像担持体は露光による光疲労もさるこ
とながら、初期帯電時に強いハザードを受ける。スコロ
トロンチャージャに代表される放電を利用した帯電シス
テムでは、潜像担持体表面に直接降りかかるために、電
離作用が表面劣化を促進させる要因となる。そこで通常
設定される初期帯電−８００Ｖを−４００Ｖと１／２と
することで前出の表面劣化促進を遅らせるようにし、長
寿命化が目論まれる。ところが低電位設定、すなわち、
ネガポジ現像方式を採用する時に帯電電位を絶対的に下
げるということは、バイアス設定条件を含めた現像ポテ
ンシャルを低減させることに他ならないので、課題とし
て、現像能力を上げて飽和現像ポテンシャルを低減させ
ることが必要となる。

【０００８】ところが上記観点から低電位でプロセスを
行うと、潜像担持体表面電位の変動の影響を受けやすく
なる。そもそも帯電電位の絶対値が低いためにばらつき
の影響が大きく出るためである。

【０００９】以上から、本発明では、高画質化と長寿命
化の両立を狙う為に潜像担持体帯電電位を従来より低減
し、且つ、現像剤へのハザードを低減させた状態で、現
像剤の帯電量を従来より低減することによって現像能力
を高めること、潜像担持体の電位変動の影響を低減する
こと及び低エネルギー光量で露光を行うことで精細な潜
像を形成して高品位画像を形成するシステムを提案する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明にし
たがって、現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着させて
磁気ブラシを形成する現像磁極を有する現像装置と、当
該現像装置に対向し上記磁気ブラシにより表面潜像を可
視像化される像担持体とを備えた現像ユニットにおい
て、暗部電位をＶ_Ｄ、露光後電位をＶ_Ｌ、現像バイアス
電圧をＶ_Ｂとすると、０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ
−Ｖ_Ｌ｜＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度
の現像ポテンシャルに対する関係にて、最大の傾き（Δ
ＩＤ／Δ[Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ
の最大値における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ｝
_ＭＡＸ]）；Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満たし、且
つ現像領域内の現像磁極の法線方向の減衰率を４０％以
上とする現像剤担持体を有することで、解決される。

【００１１】０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜
＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度の現像ポ
テンシャルに対する関係にて、最大の傾き（ΔＩＤ／Δ
[Ｖ _Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの最大値
における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ｝_ＭＡＸ]）；
Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満たし、且つ現像領域内
の現像剤の汲み上げ量ρ（ｇ／ｃｍ^２）と像担持体・現
像剤担持体間の最近接距離Ｇｐ（ｍｍ）の比がＧｐ／ρ
＜１０であっても、同様に上記課題が解決される。

【００１２】更に、０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ−
Ｖ_Ｌ｜＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度の
現像ポテンシャルに対する関係にて、最大の傾き（ΔＩ
Ｄ／Δ[Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの
最大値における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ｝
_ＭＡＸ]）；Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満たし、且
つ像担持体・現像剤担持体間の最近接距離を平均キャリ
ア粒径の３倍以上１０倍以下とし、当該最近接距離に対
する現像ニップ境界部の像担持体・現像剤担持体間距離
の比を１．５以下としても、上記課題が解決される。を
特徴とする現像ユニット。

【００１３】０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜
＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度の現像ポ
テンシャルに対する関係にて、最大の傾き（ΔＩＤ／Δ
[Ｖ _Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの最大値
における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ｝_ＭＡＸ]）；
Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満たし、且つ上記現像磁
極とその現像剤搬送方向上流及び／又は下流側の搬送磁
極との間に、上記現像磁極の磁力を補助する補助磁極が
備えられていてもよい。

【００１４】なお、磁極の減衰率が大きくなるというこ
とは、磁気ブラシの立ち上がり・倒れの間の穂立ち幅が
小さくなることで、その結果、磁気ブラシは短く且つ密
に立ち上がることとなる。このような短く且つ密な立ち
上がりをする磁気ブラシは、スリーブ長手方向において
考察すると、立ち上がり・倒れの均一化をもたらすもの
である。減衰率を大きくするには、その磁極を形成する
磁石の選択によって実現可能である。実験的に、磁極の
半値幅を狭くすることで、その減衰率が大きくなること
が判明している。半値幅を２２°以下、望ましくは１８
°以下で構成するのが良い。半値幅とは、法線方向の磁
力分布曲線の最高法線磁力（頂点）の半分の値（例えば
Ｎ極によって作製されている磁石の最高法線磁力が１２
０ｍＴ（ミリテスラ）であった場合、半値５０％という
と６０ｍＴである）を指す部分の角度幅のことである。

【００１５】

【解決手段の概要】図２４は潜像担持体現像部における
電位及びバイアス条件を模式的に示したものである。Ｖ
_Ｄが帯電後（未露光）電位、Ｖ_Ｌが露光後電位、Ｖ_Ｂが
現像バイアス電圧である。更に各電位の関係を見ると、
Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂが露光の有無における電位の差異を意味する
ので、露光ポテンシャルと呼ばれる。Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂは現像
を行う実質的な現像電位差（ポテンシャル）であり、Ｖ
_Ｂ−Ｖ_Ｄは地肌（未露光部）と現像バイアスの差による
もので、地肌ポテンシャルと呼ばれる。なお、｜Ｖ_Ｄ｜
−｜Ｖ_Ｂ｜はネガポジ現像ではＶ_Ｄ、Ｖ_Ｂそれぞれの符
号が「−（マイナス）」で、絶対値ではＶ_Ｂの方が大き
くなると地肌が現像されてしまうので小さく設定した。
Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｄは少なくともＶ_Ｌ−Ｖ_Ｂより小さくないと画
像濃度と地肌汚れのバランスが取れない。

【００１６】現像プロセスの諸条件を設定するとき、上
記３つのポテンシャルは特に重要である。それは最終的
な画像特性であり、画像濃度に関わることになるので、
その関係を図２５に示した。これは一般的には四限チャ
ートと呼ばれるもので、複写機であれば入力画像濃度と
露光特性が付加されるが、本発明ではトナーの特性を示
す、付着量・画像濃度の関係と現像ポテンシャル・画像
濃度、現像ポテンシャル・付着量の関係を示した。この
グラフの説明を行う。図２５の第１象限は現像ポテンシ
ャルと画像濃度ＩＤの関係である。第2象限はトナー付
着量と画像濃度ＩＤの関係を示し、ここではトナーの着
色度が大きく関係する。特性的にはほぼ線形になるが規
定の画像濃度になる時の付着量がトナー着色度により、
大きく異なる。第3象限はそのままトナーの付着量であ
り、第４象限は現像ポテンシャルと付着量の関係、一般
的にはｍ-ＩＤ特性と呼ばれるもので、現像ポテンシャ
ルに対するトナー付着量の関係を表している。一連の関
係は現像ポテンシャルと付着量及び画像濃度を結びつけ
るもので、これを使用して本発明の解決手段を説明す
る。図２５の第１象限において、これは現像ポテンシャ
ルが決まると一義的に決まるものであり、現像ポテンシ
ャルが変動すると画像濃度ＩＤも変動することになる。
実際の画像形成プロセスでは潜像担持体への帯電部材の
帯電変動によるもの、潜像担持体の光疲労によるＶ_Ｌ上
昇（見かけの感度低下）、露光量変動、現像バイアス変
動によるものがある。また１枚の画像中に発生するムラ
と呼ばれる減少が上記項目でもある。特に本発明で規定
する現像ポテンシャル４００Ｖ近傍では画像濃度は最高
濃度領域なので、最高濃度の変動となって現れる。画像
形成装置では最高濃度が変動すると、画像品質が劣化す
ることとなり大きな問題である。また上記ムラに対して
もその影響が大きくなる。

【００１７】そこで本発明では現像ポテンシャル４００
Ｖ近傍における現像ポテンシャル・ＩＤの傾きが、現像
ポテンシャル・ＩＤの傾きの最大値の０．９倍したもの
より小さくすることで低電位プロセスにおける画像濃度
安定性を得ようとしたものである。尚、現像ポテンシャ
ル・ＩＤの傾きの最大値を取るのは飽和画像濃度が得ら
れるトナー付着量の約１／２になる。

【００１８】しかしながら、このような装置において
は、画像濃度を高くするための現像条件と低コントラス
ト画像を良好に得るための現像条件とが両立せず、高濃
度部と低濃度部との双方を同時に改善することが困難で
ある。すなわち、画像濃度を高くするための現像条件と
しては、(ｉ)潜像担持体と現像スリーブとの間隔である
現像ギャップを狭くすること、あるいは(ii)現像領域幅
を広くすることなどが挙げられる。一方、低コントラス
ト画像を良好に得るための現像条件としては、(i')現像
ギャップを広くすること、あるいは(ii')現像領域幅を
狭くすることなどがある。つまり、双方の現像条件は相
対するものであって両立せず、全濃度域にわたって双方
の条件を満たして良質な画像を得ることは一般に困難と
されている。

【００１９】例えば低コントラスト画像を重視する場合
には、ベタラインのクロス部や黒ベタ、ハーフトーンベ
タ画像の後端部に白抜けを生じる所謂「後端白抜け」と
称される異常画像が発生しやすい。また同じ幅で形成し
た格子画像の横線が縦線よりも細くなったり、１ドット
などの小さい点画像が現像されないなどの現象も発生し
ている。

【００２０】このような現象のメカニズムを考える。図
２６に示すように、現像スリーブ上に形成される磁気ブ
ラシが潜像担持体と摺擦する部分で発生する接触部（現
像ニップ）において、潜像担持体と現像スリーブの線速
差（対感光体線速比）がある場合に、上記現象は生じ
る。例えば対感光体線速比を２．５倍とする場合、現像
スリーブは潜像担持体（感光体）よりも２．５倍速く動
くということである。また現像スリーブの現像磁極半値
幅が４８°の磁石を用いる時の現像ニップの幅は約４ｍ
ｍ（実験値）であり、また現像ギャップは０．４ｍｍで
あった。

【００２１】潜像担持体上の潜像は磁気ブラシによって
トナー像とされるが、図２６に示した現像ニップにおい
て潜像が現像される際の、キャリアに付着するトナーの
挙動を、磁気ブラシの穂立ち・穂倒れと静電潜像の位置
関係を示す図２７において、考察する。

【００２２】図２７ａ，ｂは、静電潜像の表面電位と現
像バイアスの関係、現像ニップでの静電潜像位置、及び
現像ニップ前後での磁気ブラシの動きを示している。現
像スリーブは通常円筒状に形成されるが、ここでは説明
の便宜上、平坦なものとして示す。

【００２３】図２７ａでは静電潜像の地肌部と画像部の
境がニップのほぼ中心に位置している。現像スリーブと
潜像担持体が共に同一方向に移動し、潜像担持体移動速
度Ｓｐ＜現像スリーブ移動速度Ｓｓの関係にあるので、
相対的に潜像担持体が停止していると想定すると磁気ブ
ラシの動きは次のようになる。すなわち、磁気ブラシは
Ｈ１の位置で穂立ちを生じ、潜像担持体と磁気ブラシ先
端のキャリアとが接触を開始する。Ｈ２の位置では磁気
ブラシは地肌部を擦って移動し、Ｈ３の位置では磁気ブ
ラシは画像部を通過し、Ｈ４の位置では穂倒れを起こ
し、磁気ブラシ先端のキャリアが潜像担持体と離間す
る。これらＨ１〜Ｈ４間で潜像担持体と接触する磁気ブ
ラシ先端のキャリアは、ほとんどその高さ位置を変える
ことなく、但しキャリア単体では自転しながら、ニップ
内を通過する。

【００２４】図２７ａに示したＨ１〜Ｈ４間の磁気ブラ
シにおける先端キャリアとトナーの付着状態を、モデル
図として示したものが図２８ａ〜ｄである。磁気ブラシ
位置Ｈ１が図２８ａに相当し、以下Ｈ２〜Ｈ４が図２８
ｂ〜図２８ｄに相当する。

【００２５】磁気ブラシ位置Ｈ１はニップに入ってから
間もない箇所なので、比較的均一にキャリアの周囲にト
ナーが付着している（図２８ａ）。磁気ブラシ位置Ｈ２
では、現像バイアスＶｂの電圧と潜像担持体の地肌部の
静電電位で形成される電界が潜像担持体側から現像スリ
ーブに向かう方向性を有する領域であるため、トナーは
潜像担持体から遠ざかるように移動し、図２８ｂのよう
に潜像担持体近傍でのトナーが減少する。この状態はニ
ップ内をキャリアがローリングしながら移動するため、
ニップ幅が広くなるのに伴い、潜像担持体近傍のキャリ
ア表面のトナーが減っている表面積が、増加する。

【００２６】磁気ブラシ位置Ｈ３では現像バイアスＶｂ
の電圧と潜像担持体の画像部の静電電位で形成される電
界が現像スリーブ側から潜像担持体に向かう方向性を有
する領域になるが、下方に移動していたトナーが瞬時に
潜像担持体上の静電画像に付着することはできない。そ
してその間に、当該画像部を先に通過した別の磁気ブラ
シによって潜像担持体に付着した当該潜像担持体上のト
ナーが磁気ブラシ側キャリアのカウンターチャージのた
めにキャリア側に移る「トナー逆移動」が生じる。磁気
ブラシ先端のキャリア表面のトナーが増えて、潜像担持
体画像部後端のトナー付着が減っている状態が図２８ｃ
である。

【００２７】トナー逆移動によってトナー量が増えると
カウンターチャージも減じ、下方に移動していたトナー
が再び磁気ブラシ先端に移動しやすくなり、現像スリー
ブ側から潜像担持体に向いた電界によってキャリア上の
トナーが潜像担持体に向かう正規な現像領域になり、逆
移動していたトナーも再度潜像担持体に付着することが
できる。この状態を図２８ｄに示した。

【００２８】時間の経過に伴って潜像スリーブと潜像担
持体とが相対移動し、図２７ｂに示したように画像部後
端が磁気ブラシ位置Ｈ４に近づくと、図２８ｃに示した
状態において穂倒れが起こる。すなわち、潜像担持体上
のかなりのトナーが磁気ブラシ先端のキャリア側に逆移
動して、画像部のトナー付着が少なくなった状態におい
て穂倒れが起きて現像を終了することとなる。これが
「後端白抜け」で、ハーフトーンでは一層顕著に現れ
る。更に線速比を比較して大きくして現像する場合、磁
気ブラシが潜像担持体に接触した際の衝撃力が大きく、
キャリアとトナーの付着力が低減して、トナーの移動が
起こりやすくなっている。この「後端白抜け」現象を生
じる際、後端白抜け部はギザギザになっている（波打ち
状態）が、そのメカニズムについて考察する。

【００２９】固定配置された磁石外周を回動する現像ス
リーブ上の現像剤は磁力線に沿って磁気ブラシを形成
し、磁極ピークのある部分では完全に立ち上がり、磁極
間の接線磁極が高い部分では現像スリーブ表面に沿うよ
うになり、これを繰り返しながら現像スリーブ上を搬送
される。特に規制部材により薄層に形成された現像剤で
は上記現象が顕著である。そして磁気ブラシが現像領域
に入る際、現像磁極と当該磁極の１極前の磁極との間で
現像スリーブ表面に沿って搬送された現像剤は、現像磁
極磁界にしたがって立ち上がり潜像担持体に摺擦して現
像を行う。そして現像後、現像磁極磁界にしたがって穂
倒れを起こした磁気ブラシが現像スリーブ表面を下流側
に搬送されるものである。

【００３０】ここで、現像磁極磁界にしたがう磁気ブラ
シの立ち上がり始めの段階で現像スリーブの長手方向に
おいて立ち上がりにばらつきがあるならば、磁気ブラシ
が潜像担持体に接触する位置もばらつくこととなる。つ
まり、磁気ブラシの立ち上がりのばらつきによって、磁
気ブラシが現像磁極のピーク部分から外れた位置で完全
な立ち上がりを迎える状態がスリーブ長手方向において
散在することになり、更にスリーブ長手方向で隣り合っ
た磁気ブラシが引き合うこともあって、個々に分かれた
大きな穂となり、潜像担持体への接触位置がスリーブ長
手方向において不揃いでばらつく。このような事態は、
磁気ブラシの潜像担持体との摺擦後にも同じように発生
する。その結果、既述したように磁気ブラシ先端キャリ
アのトナードリフト現象によって発生したカウンターチ
ャージによる画像後端白抜けは、画像縁でギザギザ形状
となるのである。一方、現像磁極磁界にしたがって立ち
上がる磁気ブラシがスリーブ長手方向で均一な立ち上が
りを実現できるならば、後端白抜けの解消に伴って、画
像後端のギザギザ形状もなくなるはずである。

【００３１】以上のような「後端白抜け」現象に関し
て、図２９に示したように、数ｃｍ角のベタ画像におい
て後端にかかる状態で５ｍｍφ程度の面積濃度を測定す
ると、図３０における条件２での濃度特性（現像ニップ
幅が４ｍｍ程度）として結果が表れる。図３０のグラフ
は、縦軸に図２９に示したベタ画像の後端濃度を、横軸
に現像スリーブ移動速度Ｓｓと潜像担持体移動速度Ｓｐ
との速度比を示すものである。線速比を例えば１．１程
度から一段と増加すると、後端白抜けを起こす部分以外
での濃度は上がるが、図２８ｃに示した状態が著しく、
したがって後端白抜けも著しくなり、その幅も次第に広
がって、濃度測定位置での測定濃度結果に大きなばらつ
きがでる。

【００３２】以上の欠点をなくすために、図２７及び図
２８に関連して説明した挙動状態から図２８ｂに示す状
態にならない条件を見い出し、図３３０の破線（条件
１）に示すような、線速比が大きくなっても後端濃度の
低下がないか、線速比が大きくなりトナー供給の増加が
あることに伴って後端濃度が上昇するような特性が得ら
れる方法を見いだす。

【００３３】上記欠点をなくすための改良の方向とし
て、一つには、現像バイアスＶｂと地肌部の電位差を零
にするやり方が考えられる。このようなやり方は、トナ
ーが電荷量分布を持ち、地汚れを発生させ得る低い電荷
量のトナーに合わせて、地汚れを生じない電位差に設定
する必要があるため、現実的な改良の方策にはなり得な
い。また、トナーに磁性体を混合させた磁性トナーを使
用すると、トナーが現像スリーブ側の磁界の影響を受け
上記電界による移動が緩慢となり、図２８ｂの状態が起
こりにくくなる。しかし、潜像担持体上の画像部へのト
ナー付着も減じ、画像全体の濃度が高くならないこと
と、磁性体を含むためにカラートナーへの展開ができな
いことの理由で、有効な改良の方策とすることが困難で
ある。キャリア特性やキャリア表面の構成を改良するこ
とで改良法としての可能性も残るが、耐久性等を考慮す
ると、この狙いだけのためにキャリアを変更するのは実
用的でなく、現実的な改良の方策にはなり得ない。

【００３４】良質な画質を確保するために、細線の再現
性、特に縦横比、ドットの再現性、トナー付着の均一性
等のファクターを考慮することが指摘でき、これらは、
後端白抜け／ギザギザ発生の排除と共に達成されるべき
項目である。

【００３５】以上の観点より、高画質化と長寿命化の両
立を狙って本発明が提案された。すなわち、潜像担持体
帯電電位を従来より低減し、且つ、現像剤へのハザード
を低減させた状態で、現像剤の帯電量を従来より低減す
ることによって現像能力を高め、低エネルギー光量で露
光を行い精細な潜像を形成して高品位画像を形成すると
共に、特に低コントラスト画像の後端白抜け／ギザギザ
発生を改善することができ、良好な画像濃度と画質を確
保することに成功したのである。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に説明
する。

【００３７】例１：先ず本発明に係る現像装置を含む感
光体ユニット全体について説明する。図１において、静
電潜像担持体である感光体ドラム１の周囲には、当該ド
ラム表面を帯電するための帯電装置２、一様帯電処理面
に潜像を形成するためのレーザー光線でなる露光３、ド
ラム表面の潜像に帯電トナーを付着することでトナー像
を形成する現像装置４、形成されたドラム上のトナー像
を記録紙へ転写するための転写装置５、ドラム上の残留
トナーを除去するためのクリーニング装置７、ドラム上
の残留電位を除去するための除電ランプ８が順に配設さ
れている。

【００３８】このような構成において、帯電装置２の帯
電ローラによって表面を一様に帯電された感光体１は、
露光３によって静電潜像を形成され、現像装置４によっ
てトナー像を形成される。当該トナー像は、転写ベルト
などでなる転写装置５によって、感光体ドラム１表面か
ら、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写さ
れる。この転写の際に感光体ドラムに静電的に付着した
記録紙は、分離爪によって感光体ドラム１から分離され
る。そして未定着の記録紙上のトナー像は定着器９によ
って記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体ド
ラム上に残留したトナーは、クリーニング装置７によっ
て除去され回収される。残留トナーを除去された感光体
ドラム１は除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成
プロセスに供される。

【００３９】ここで、トナーは、磁性体を含有させて磁
性トナーとしても使用することもできる。具体的な磁性
体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等
の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこ
れら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、ス
ズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミ
ウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タング
ステン、バナジウムのような金属との合金及びその混合
物等が挙げられる。これらの磁性体は平均粒径が０．１
〜２μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含
有量は、結着樹脂１００重量部に対して２０〜２００重
量部、特に好ましくは結着樹脂１００重量部に対して４
０〜１５０重量部である。

【００４０】用いられる添加剤としては、従来公知のも
のが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ
等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔ
ｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが
好適に用いられる。また、このときの添加剤の添加量
は、母体粒子１００重量部に対して０．５〜１．８重量
部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜
１．５重量部である。添加剤の添加量が、０．５重量部
未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な
帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分
となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやす
い。一方、１．８重量部より多いと、流動性は向上する
ものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニン
グ不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体等へ
のフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレー
ドや感光体等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。更
に、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、
特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、
少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要があり、付着
量が増えるため、特にその傾向が顕著である。更に、カ
ラートナーとして用いる場合には、添加剤が多く含有さ
れていると、透明シートに形成されたトナー画像をオー
バーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にか
げりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。

【００４１】ここで、添加剤の含有量の測定には種々の
方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的であ
る。すなわち、添加剤の含有量既知のトナーについて、
蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用い
て、添加剤の含有量を求めることができる。更に、本発
明で用いられる添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性
向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されている
ことが好ましい。

【００４２】ここで、表面処理に用いる処理剤として
は、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチル
トリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチ
ルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチ
ルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等の
アルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、
シリコーンオイル等が挙げられる。また処理方法として
は、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積
し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有す
る溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、いずれの方
法も好適に用いることができる。

【００４３】トナーの体積平均粒径の範囲は３〜１２μ
ｍが好適であるが、本例では５μｍであり、１２００dp
i以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能で
ある。一方、キャリア（磁性粒子）は金属もしくは樹脂
をコアとしてフェライトもしくはマグネタイト等の磁性
材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたもの
である。粒径は２０〜５０μｍの範囲が良好である。ま
た抵抗はダイナミック抵抗で１０^４〜１０^６Ωの範囲が
最適である。但し測定方法は磁石を内包したローラ（φ
２０；６００ＲＰＭ）に担持して、幅６５ｍｍ、長さ１
ｍｍの面積の電極をギャップ０．９ｍｍで当接させ、耐
圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４０
０Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧を印加した
時の測定値である。

【００４４】上記現像装置４の構成を図２に基づいて説
明する。現像装置４内には、現像剤担持体である現像ロ
ーラ４１が感光体ドラム１に近接するように配置されて
いて、双方の対向部分には、感光体ドラムと磁気ブラシ
が接触する現像領域が形成されている。現像ローラ４１
は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂など
の非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブ４３
（図２）が不図示の回転駆動機構によって図中時計回り
に回転されるようになっている。表面はサンドブラスト
もしくは１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する
処理を行い、１０〜２０μｍＲＺの範囲に入るように荒
らしている。感光体ドラムはアルミ等の素管に感光性を
有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したドラムタ
イプのものを用いた。

【００４５】本例においては、感光体ドラム１のドラム
径が６０ｍｍで、ドラム線速が２４０ｍｍ／秒に設定さ
れ、現像スリーブ４３のスリーブ径が２０ｍｍで、スリ
ーブ線速が６００ｍｍ／秒に設定されている。したがっ
て、ドラム線速に対するスリーブ線速の比は２．５であ
る。また感光体ドラム１と現像スリーブ４３との間隔で
ある現像ギャップは０．４ｍｍに設定されている。現像
ギャップは、従来ではキャリア粒径が５０μｍであれば
０．６５ｍｍから０．８ｍｍ程度、言い換えれば、現像
剤粒径の１０倍以上に設定されていたが、本例では１０
倍以下（０．５５ｍｍ）に設定するのが良い。これより
広くすると望ましいとされる画像濃度が出にくくなる。

【００４６】また現像剤の搬送方向（図で見て時計回り
方向）における現像領域の上流側部分には、現像剤チェ
ーン穂の穂高さ、すなわち現像スリーブ上の現像剤量を
規制するドクタブレード４５が設置されている。このド
クタブレード４５と現像スリーブ４３との間隔であるド
クタギャップは０．４ｍｍに設定されている。更に現像
ローラの感光体ドラムとは反対側領域には、現像装置ケ
ーシング４６内の現像剤を攪拌しながら現像ローラ４１
へ汲み上げるためのスクリュー４７が設置されている。

【００４７】ここで現像条件に言及する。本例では感光
体の帯電（露光前）電位Ｖ_０を−３５０Ｖ、露光後電位
Ｖ_Ｌを−５０Ｖとして、現像バイアス電圧Ｖ_Ｂを−２５
０Ｖ、すなわち現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ＝２００
Ｖ）として現像工程が行われる。この時｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜
＞｜Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ｜は４００Ｖ＞３００Ｖとなる。図３を
用いて範囲を説明する。図３は横軸に｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜、
縦軸には｜Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ｜を取ったものである。｜ＶＤ−
ＶＬ｜＜４００Ｖは感光体の露光部分とそうでない部分
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。図４に示すように４００Ｖ以下では剥離放
電が発生しにくいことが実験的に検証されている。図３
に戻って、グラフの斜めの線は｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜＞｜Ｖ_Ｌ
−Ｖ_Ｂ｜を示すもので、本例はネガポジのプロセスであ
り、Ｖ_Ｄ、Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｂが全て同極性なので斜線部分はグ
ラフより｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＞０の範囲を示すものにな
る。これより本発明では斜線の部分が｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜、
｜Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ｜の取り得る範囲となる。

【００４８】また現像スリーブ４３内には、当該現像ス
リーブ４３の周表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁
界を形成する磁石体（磁石ローラ）４４が固定状態で備
えられる。この磁石ローラ４４から発せられる法線方向
磁力線に沿うように、現像剤のキャリアが現像スリーブ
４３上にチェーン状に穂立ちを起こし、このチェーン状
に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて、
磁気ブラシが構成される。当該磁気ブラシは現像スリー
ブ４３の回転によって現像スリーブ４３と同方向（図で
見て時計回り方向）に移送されることとなる。

【００４９】上記磁石ローラ４４は、複数の磁極を有し
ている。具体的には図５にも示すように、現像領域部分
に現像剤の穂立ちを生じさせる現像主磁石Ｐ１ｂ、当該
主磁極の磁力形成を補助する主磁極磁力形成補助磁石Ｐ
１ａ、Ｐ１ｃ、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げ
るための磁石Ｐ４、汲み上げられた現像剤を現像領域ま
で搬送するための搬送磁石Ｐ２、Ｐ３である。これら各
磁石Ｐ１ｂ，Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ２及びＰ
３は、現像スリーブ４３の半径方向に向けて配置されて
いる。本例では、磁石ローラ４４を８極の磁石によって
構成しているが、汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上
させるためにＰ３極からドクタブレード４５の間に磁石
（磁極）を更に増やして１０極や１２極で構成してもよ
い。

【００５０】特に図２に示すように、上記現像極群Ｐ１
は、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃの順で上流側から並ぶ横断
面の小さな磁石から構成されている。横断面の小さいこ
れら磁石は希土類金属合金により作製されているが、サ
マリウム合金系磁石、特にサマリウムコバルト合金系磁
石などを用いることもできる。希土類金属合金磁石のう
ち代表的な鉄ネオジウムボロン合金磁石では最大エネル
ギー積が３５８ｋＪ／ｍ^３であり、鉄ネオジウムボロン
合金ボンド磁石では最大エネルギー積が８０ｋＪ／ｍ^３
前後である。このような磁石によって従来の磁石と異な
り、相当に小サイズ化しても必要な現像ローラ表面磁力
を確保できる。従来の通常フェライト磁石やフェライト
ボンド磁石では最大エネルギー積がそれぞれ３６ｋＪ／
ｍ^３前後、２０ｋＪ／ｍ^３前後である。スリーブ径を大
きくすることが許容される場合には、フェライト磁石や
フェライトボンド磁石を用いて形状を大きくとり、ある
いはスリーブ側に向いた磁石先端を細く形成することに
よっても半値幅を狭くすることが可能である。また本例
では横断面の小さな磁石により構成しているが、一体成
形で形成される磁石ローラ（磁性粉末を樹脂体に分散さ
せたもの）により成形しても良く、更に、Ｐ１極群以外
の磁石を一体成形しＰ１極群を個別に形成し一体化もし
くは同時に形成しても良い。扇状に形成した磁石を磁石
ローラ軸に貼り合わせによって成形しても良い。

【００５１】本例では、現像主磁石Ｐ１ｂと、現像スリ
ーブ４３上に現像剤を汲み上げるための磁石Ｐ４と、汲
み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁石Ｐ６
と、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極Ｐ２，Ｐ３が
Ｎ極をなし、主磁極の磁力形成を補助する主磁極磁力形
成補助磁石Ｐ１ａ，Ｐ１ｃと、汲み上げられた現像剤を
搬送する磁石Ｐ５がＳ極をなしている。法線方向の磁束
密度を測定し円チャートグラフとして示した図５で理解
できるように、主磁石Ｐ１ｂとして、現像ローラ上で８
５ｍＴ以上の法線方向磁力を有する磁石が用いられた。
本例では、当該主磁石Ｐ１ｂより回転下流側の主磁極磁
力形成補助磁石Ｐ１ｃとして６０ｍＴ以上の磁力を有す
る磁石を用いることにより、キャリア付着などの異常画
像の発生が無いことが確認された。これよりも小さい磁
力の場合にはキャリア付着が発生した。キャリア付着に
関係する磁力は接線磁力であり、この接線磁力を大きく
するためにはＰ１ｂ，Ｐ１ｃの磁力を大きくする必要が
あるが、どちらかを十分に大きくすることでキャリア付
着の発生を抑えることができる。磁石Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，
Ｐ１ｃの磁石幅は２ｍｍであった。この時のＰ１ｂの半
値幅は１６°であった。

【００５２】なお別の例として図６に示すように、主磁
石Ｐ１ｂの下流側のみに主磁極磁力形成補助磁石Ｐ１ｃ
を配置したところ、主磁石Ｐ１ｂでの半値幅は変わりな
かったが、主磁極（Ｐ１ｂ部分）の磁力が数％低下し
た。上流側に主磁極磁力形成補助磁石（Ｐ１ａ）が無い
ためにＰ１ａ部分の磁力は低下し、３０ｍＴ程度になっ
たことが確認されたが、この箇所は入口シールによって
覆うことができる部分であり、そのような構成では当該
箇所が作像部に露出しないので、画像に影響が出ないよ
うにして主磁極に現像剤を供給することが可能である。
更に磁石の幅を狭くすることで、半値幅は更に細くなる
ことが確認された。１．６ｍｍ幅の磁石を用いた際の主
磁極の半値幅は１２°であった。

【００５３】法線方向の磁力密度の減衰率を考察するに
あたり、改めて図５に戻る。当該図は法線磁力パターン
を示すもので、実線は現像スリーブ表面上の磁束密度を
測定して円チャートグラフであり、破線は現像スリーブ
表面から１ｍｍ離れたところでの法線方向の磁束密度を
測定した円チャートグラフである。対照のため、図７に
従来の磁石ローラでの磁力詳細を概略的に示す。測定に
使用した計測装置はＡＤＳ社製ガウスメーター（ＨＧＭ
-８３００）並びにＡＤＳ社製Ａ１型アキシャルプロー
ブであり、円チャートレコーダにて記録した。

【００５４】本例での磁石ローラによる観測では、主磁
極Ｐ１ｂのスリーブ表面上の法線方向の磁束密度は９５
ｍＴを示し、スリーブ表面から１ｍｍ離れた部分での法
線方向磁束密度は４４．２ｍＴであり、磁束密度の変化
量は５０．８ｍＴの磁力差であった。この時の法線方向
磁束密度の減衰率（スリーブ表面上の法線方向磁束密度
のピーク値からとスリーブ表面から１ｍｍ離れたところ
での法線方向磁束密度のピーク値の差をスリーブ表面上
の法線方向磁束密度のピーク値で割った比率）は５３．
５％である。主磁極Ｐ１ｂの上流側に位置する主磁極磁
力形成補助磁石Ｐ１ａのスリーブ表面上の法線方向磁束
密度は９３ｍＴを示し、スリーブ表面上から１ｍｍ離れ
た部分での法線方向磁束密度は４９．６ｍＴであり、磁
束密度の変化量は４３．４ｍＴの磁力差であった。この
時の法線方向磁束密度の減衰率は４６．７％である。主
磁極Ｐ１ｂの下流側に位置する主磁極磁力形成補助磁石
Ｐ１ｃのスリーブ表面上の法線方向磁束密度は９２ｍＴ
を示し、スリーブ表面上から１ｍｍ離れた部分での法線
方向磁束密度は５１．７ｍＴであり、磁束密度の変化量
は４０．３ｍＴの磁力差であった。この時の法線方向磁
束密度の減衰率は４３．８％である。本例では、磁石ロ
ーラ上に発生した磁力線に沿って形成された磁気ブラシ
は、主磁極Ｐ１ｂに形成されるブラシ部分のみが感光体
に接し、感光体上の静電潜像を顕像化する。この際、感
光体が接しない状態で測定すると当該箇所での磁気ブラ
シの長さは約１．５ｍｍで、従来の磁石ローラで形成さ
れる磁気ブラシ（約３ｍｍ）よりも穂立ちが短く、密に
なった状態を作り出すことが可能となった。現像剤規制
部材と現像スリーブの間の距離が従来と同じである場合
には、現像剤規制部材を通過する現像剤量が同じである
ので、現像領域にある磁気ブラシは短く、密になってい
ることが確認できた。この現象は図５の法線磁力パター
ンからも理解でき、現像スリーブ表面から１ｍｍ離れた
ところでの法線磁束密度が大きく減少しているので、磁
気ブラシは現像スリーブより離れたところではブラシチ
ェーンを形成することができず、磁気ブラシが短く現像
スリーブ表面に密に形成することとなる。ちなみに従来
の磁石ローラ（図７）では、主磁極のスリーブ表面上の
法線方向磁束密度は７３ｍＴを示し、スリーブ表面上か
ら１ｍｍ離れた部分での法線方向磁束密度は５１．８ｍ
Ｔであり、磁束密度の変化量は２１．２ｍＴの磁力差で
あった。この時の法線方向磁束密度の減衰率は２９％で
ある。

【００５５】磁石ローラの法線方向磁力分布とその大き
さ程度を示す図５を基礎にして主磁石Ｐ１ｂと補助磁石
Ｐ１ａ，Ｐ１ｃの位置関係を中心として改めて表した図
８から認識できるように、主磁石の最高法線磁力が９５
ｍＴである時の半値は４７．５ｍＴで、その半値幅は２
２°である。この主磁極の半値幅２２°を境に、それよ
り大きくすると異常画像の発生があることが確認され
た。

【００５６】主磁極磁力形成補助磁石Ｐ１ａ，Ｐ１ｃの
半値幅は３５°以下に形成する。この部分での半値幅は
外側に位置するＰ２やＰ６の半値幅が大きいために主磁
極でのように半値幅を相対的に狭く設定することができ
ない。また主磁石Ｐ１ｂの両側にある主磁極磁力形成補
助磁石Ｐ１ａ，Ｐ１ｃによる挟角を３０°以下に形成す
る。主磁極の現像剤搬送方向上流及び下流に補助磁極を
形成した上記の例では、主磁極での半値幅を１６°に設
定するために当該挟角は２２°とした。更に主磁極磁力
形成補助磁石Ｐ１ａ，Ｐ１ｃと当該補助磁石の外側にあ
る磁石Ｐ２，Ｐ６とによる変極点（０ｍＴ：磁力がＮ極
からＳ極、Ｓ極からＮ極に変わる点）の挟角を１２０°
以下にする。

【００５７】例２：現像剤による現像駆動トルクの範囲
を０．１５Ｎ・ｍに設定したものである。現像の駆動ト
ルクのうち、現像剤の攪拌に使用される割合は大きい。
現像剤攪拌はトナーの均一な帯電に必要だからである。
それを決める条件は現像剤量、攪拌に使用する部材、特
に最近はスクリュー形状のものが多く提案されている
が、現像剤に当接する面積、接触頻度（回転数）、現像
スリーブ中の磁極の磁力、現像剤中のキャリアの飽和磁
化、現像剤層厚のための規制部材４５の現像スリーブ４
３（現像ローラ４１）との間隙等に依存することが分か
っている。条件を組み合わせてトナーの効率的な帯電を
促していたが、既述したように現像剤が受ける機械的な
ハザードが寿命を短くする要因になっており、これを低
減することが重要である。

【００５８】ここでは、トナーへストレスを与える要因
となる現像トルクに着目し、これを低減する構成にする
ことで、比較的低い帯電量でも十分な現像特性を得つ
つ、現像剤の寿命を延ばすことを考える。表１に示した
ように、現像器における幾つかのパラメータを変更した
ときの現像トルクとトナー帯電量の関係が分かってい
る。これを現状条件（比較例）に対して本発明の条件Ａ
〜Ｄの範囲で選択することで、平均帯電量は低減しなが
ら、経時において現像剤の劣化促進が低減し、比較例の
１５０Ｋ枚通紙の寿命に対して、本発明では最大２３０
Ｋ枚へと飛躍的に向上した。

【００５９】

【表１】

【００６０】図９において、Ｓ1極が所謂主磁極となる
が全ての磁極に関係し、キャリアを含めた現像剤の搬送
及び磁気ブラシの硬さに影響を及ぼす。これは、各磁極
の磁力とキャリアの飽和磁化によって決まるもので、本
例では主磁極の磁力ＭＤが７０Ｔ、キャリアの飽和磁化
ＭＣが１００emu／ｇである。この範囲では磁気ブラシ
の硬さは適度であり、経時的にも現像剤がストレスを受
けることなく使用し続けることができる。図１０にその
使用可能範囲を示したが、ＭＤ＜６０ＴもしくはＭＣ＜
６０emu／ｇでは十分強固な磁気ブラシが形成できず、
均一な現像が行えない。またＭＤ＞８０ＴもしくはＭＣ
＞１３０emu／ｇでは磁気ブラシが現像スリーブ上で強
固に形成されるのでトナー、キャリアの摩擦力が高ま
り、両者の表面が前者では添加剤の塊、後者ではトナー
の一部がキャリアに付着する、所謂スペント化現象が発
生し、トナーの流動性低減、トナー帯電量の低減により
現像特性が著しく劣化して、画像品質も劣化する。

【００６１】現像ローラ４１（スリーブ）上のトナー
は、現像スリーブに印加された現像バイアスで感光体上
１に移ることで感光体１上に形成された潜像を現像し、
当該潜像を顕像化する。ちなみに本例では感光体１の線
速を２００ｍｍ／ｓ、現像スリーブの線速を３００ｍｍ
／ｓとしている。感光体１の直径を５０ｍｍ、供給ホッ
パーの直径を１８ｍｍ、現像スリーブの直径を１６ｍｍ
として、現像行程が行われる。ここで現像スリーブ上の
トナー帯電量は−１０〜−３０μＣ／ｇの範囲である。
感光体の厚みを２８μmとし、光学系のビームスポット
径を５０×６０μm、光量を０．２３ｍＷとしている。
感光体の帯電（露光前）電位Ｖ_０を−３００Ｖ、露光後
電位Ｖ_Ｌを−１００Ｖとして現像バイアス電圧を−２５
０Ｖ、すなわち現像ポテンシャル（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ＝１５０
Ｖ）として現像工程が行われる。感光体１上に形成され
たトナー像はその後、転写、定着工程を経て画像として
完成される。

【００６２】例３（低光量露光）：光量を高密度として
ビーム径を絞って露光する手法を用いて、所謂２値プロ
セスと称して提案が行われている。ところが光量をアッ
プすることで課題が存在する。一つは高密度の光量のビ
ーム径を絞ることは光学設計の余裕度を低減させ、部品
精度の向上が不可欠となってコストが上昇してしまう。
更にもう一つの点は光量が大きいために感光体に対する
帯電・露光において、通電電荷量アップによる所謂静電
ハザードを受け、寿命が短くなる要因の一つとなること
である。そこで感光体の初期帯電電位を低くすること
で、露光量も同時に低減して、汎用光学部品を使用して
高精細な潜像を形成すると共に感光体への静電ハザード
を低減して長寿命化を可能とするものである。

【００６３】本発明において、現像特性におけるγ曲線
（現像電位差に対する現像量）をみるとその傾きが大き
く、比較的低電位でも現像し易く、すぐに飽和してしま
う。これは現像ローラ４１上のトナー担持量を一定にし
てベタ画像でローラ上の全量のトナーで現像するのは比
較的容易ではあるが、小径ドットを形成するには従来の
感光体及び書き込みの諸条件では、微分感度が十分下が
らない場合は現像量の変化が生じて、その結果ドット径
の変動が見られるが、本発明ではそもそも帯電電位が低
く、上記潜像形成条件が１／ｅ２で規定される潜像ドッ
ト径の部分で十分、微分感度が下がっているので均一な
ドット画像が形成できる。本例では従来の０．４７ｍＷ
に対して０．２３ｍＷの露光パワーで十分均一な地汚れ
のない画像が得られた。

【００６４】例４：現像剤層の静電容量と感光体の静電
容量の関係をＣＤ（現像剤層の静電容量）＞ＣＰ（感光
体の静電容量）と設定した。ここで感光体に静電容量を
計算すると本例では比誘電率２．７、厚み３０μｍなの
で静電容量は単位面積当たり７９．６pF／ｃｍ^２とな
る。またトナー層の比誘電率が３、層厚が１５μｍとす
るとＣＤ＝１７７pF／ｃｍ^２となり、ＣＰ＜ＣＤの条件
を満たしている。従来例では比誘電率２．７、厚み２０
μｍなので静電容量は単位面積当たり、１１９pF／ｃｍ
^２となる。またトナー層の比誘電率が３、層厚が２５μ
ｍとするとＣＴＬ＝１０６pF／ｃｍ^２となり、ＣＰ＞Ｃ
Ｄとなっている。

【００６５】これを現像γで比較したものが図１１、１
２である。図１１は従来例でベタとライン・ドットのγ
曲線が乖離しているが、図１２は本発明でライン・ドッ
トのγ曲線が近接しているのが特徴である。

【００６６】更にこれをベタ画像における画像濃度の端
部での濃度変化で比較すると図１３のように従来例では
エッジ効果が顕著であるが、本発明では低減できるの
で、ベタとライン・ドットの濃度の差を低減することが
できる。

【００６７】現像剤層の抵抗による現像特性を、現像剤
層のダイナミック抵抗による現像γ特性として、図１４
に示した。ダイナミック抵抗の測定方法に関しては既に
記述した。この抵抗が低い程現像γの傾きが大きくな
る。図１４では１０５、１０６、１０７Ω・ｃｍのもの
の比較結果を示した。１０７Ω・ｃｍでは現像ポテンシ
ャルで飽和する領域に達するまでに４００Ｖを超えてし
まう。それに対して１０５Ω・ｃｍ、１０６Ω・ｃｍでは
４００Ｖ以内で飽和付着量に達するので、現像能力が高
まっており、より低い現像ポテンシャルで現像を行うこ
とが可能である。

【００６８】具体的な例として、１６ｍｍ径と２０ｍｍ
径での本発明に関わるＦｅＮｄＢボンドの磁石ローラで
の磁束密度等を従来構成での磁石ローラとの比較におい
て表２に示す。当該磁石ローラの測定は既述したＡＤＳ
社製ＴＳ−１０Ａ型プローブ、ガウスメータＨＧＭ−８
９００Ｓを用いて行った。法線方向、接線方向の磁束密
度の測定のホール素子の位置はスリーブ表面より０．５
ｍｍに設定した。

【００６９】

【表２】

【００７０】以上の条件により、後端白抜け及びギザギ
ザ形状の発生が抑制される。つまり、主磁極の半値幅を
狭くしたことで、短い磁気ブラシでの立ち上がりと穂倒
れを実現して現像ニップを狭くし、図２８ｂに示された
磁気ブラシ先端側トナーの根元側への移動を極力少なく
し、スリーブ長手方向においては、その立ち上がりと倒
れを均一化するので、画像後端におけるギザギザ形状と
白抜けの発生がし難くなるのである。

【００７１】図１５は磁気ブラシ穂立ち均一度と画像後
端白抜けランクの関係を示していて、磁気ブラシが主磁
極によって発生する磁力線に沿って穂立ちを起こす穂立
ち均一度をランクで表している。ランク数字が小さい方
が穂立ちがばらついている状態であり、ランク数字が大
きい方が穂立ちの均一性に優れている。穂立ちの均一度
が上がるほど画像後端白抜けランクも良くなることが分
かる。

【００７２】磁気ブラシの穂立ち均一度が悪い場合、図
１６ｂに示すように、潜像担持体に接する部分における
磁気ブラシが不均一になるため、トナー移動の挙動が現
像スリーブ長手方向各位置によって異なり、非画像部の
電荷により移動するトナーの距離が変わり、潜像担持体
近傍のトナー濃度が長手方向に対して不均一になってし
まい、画像後端白抜けが起きやすくなる。また、画像後
端部が波打った状態で画像後端白抜けが発生する。反対
に穂立ち均一度が良い場合には、図１６ａのように、潜
像担持体に接触する際に磁気ブラシが長手方向に対して
均一に接触するため、トナーの移動が均一となり、画像
後端白抜けの発生を抑えることができる。このようなこ
とは磁気ブラシが潜像担持体から離間する側でも同じで
あり、均一に離間することが望ましく、磁気ブラシが現
像領域から抜ける際、スリーブ長手方向において均一な
状態でブラシ穂が現像スリーブに倒れる状態となると、
スキャベンジが均一となる。従来の磁石ローラのように
不均一に磁気ブラシが現像スリーブに穂倒れを起こす場
合にはスキャベンジ量に差が生まれ、画像後端部を磁気
ブラシが掃き取る状態を作り出して、異常画像の発生を
促してしまう。

【００７３】本発明によれば、後端白抜けやギザギザ形
状の発生抑制と同様に、横線の再現性（特に縦横比の確
保）、ドットの再現性、トナー付着の均一性が改善され
る。そのイメージを図１７に示し、図２６と比較する。

【００７４】主磁極が更に制御され、キャリアの穂列を
１列のみ感光体に接触可能である場合は、［キャリア粒
径×線速比（Ｓｓ／Ｓｐ）］以上のニップ幅で現像が可
能となる。

【００７５】磁気ブラシ均一度は半値幅によって表すこ
とが可能である。図１８は主磁極半値幅と磁気ブラシの
穂立ち均一度の関係を表す。半値幅が小さくなるほど磁
気ブラシの穂立ちの均一性が向上する。穂立ちが均一に
なることによって画像が良くなることは図１５より明ら
かである。

【００７６】また半値幅を狭くすることによって後端白
抜けランクが良くなることは図１９から明らかである。
この図１９は図１５と図１８の関係から導き出せるもの
で、半値幅が狭くなるほど磁気ブラシの穂立ち均一度が
上がり（図１８）、当該穂立ち均一度が上がるほど画像
後端白抜けランクも上がる（図１５）であるから、図１
９に示されるような関係が成り立つのである。

【００７７】穂立ちの均一性が良い状態は、減衰率の高
い磁石ローラを用いて主磁極を形成させることによっ
て、作り出すことができる。実験値では半値幅を小さく
することによって減衰率が高まることが判明している。
半値幅を小さくするには、磁石の幅（スリーブ円周方向
での幅）を小さくすることによって達成できるが、半値
幅を狭くすることにより隣り合う磁石に回り込む磁力線
量が増え、スリーブ表面より離れた部分での法線磁束密
度が低下する。磁石ローラと現像スリーブの間には、磁
石ローラが固定され現像スリーブが回転するのに必要な
空間と現像スリーブの肉厚分とに基づく実質空隙が存在
し、接線磁束密度位置が実質的に現像スリーブ側に集中
するので、法線磁束密度はスリーブ表面から遠ざかるほ
ど低下するのである。

【００７８】減衰率の高い磁石ローラを使用すると磁気
ブラシは短く密に形成される。これに対して、減衰率の
低い従来の磁石ローラでは磁気ブラシは長く疎に形成さ
れる。これは、減衰率の大きい磁石により形成された磁
界は隣の磁石（例えばＰ１ｂに対するＰ１ａ，Ｐ１ｃ）
に引き付けられやすくなり、法線方向に磁束が広がるよ
りも接線方向に磁束が回り込む寄与が高くなり、法線方
向の磁束密度が小さくなることによって法線方向に磁気
ブラシが形成されにくくなり、短く且つ密に磁気ブラシ
が形成されるのである。例えば減衰率の高い磁石Ｐ１ｂ
に形成される磁気ブラシは細長く個別に形成されるより
も隣り合って短く形成された方が安定する。減衰率の低
い従来の磁石ローラでは現像剤の汲み上げ量を少なくし
ても磁気ブラシは短くならず、ほぼ前述した磁気ブラシ
と同等の長さとなってしまう。

【００７９】減衰率を高くするには、主磁極と隣り合う
主磁極形成補助磁石を（スリーブ周方向において）主磁
極位置に近づけることでも達成可能である。こうするこ
とにより、主磁極から発せられる磁力線が隣り合う主磁
極形成補助磁極に流れ込む磁力線が増すことになって、
減衰率が高くなる。

【００８０】主磁極の半値幅を狭くして、短い磁気ブラ
シでの立ち上がりと穂倒れを実現し、スリーブ長手方向
においては、その立ち上がりと倒れを均一化すること
で、図３０に破線で示した曲線の如く、線速比が大きく
なっても後端濃度の低下がない特性となること（条件
１）が確認された。これにより、後端白抜け／ギザギザ
が発生しない画質向上を実現する現像装置を提供するこ
とができる。

【００８１】例５：次に、本発明の適用を電子写真式カ
ラー複写装置（以下、カラー複写機という）に広げて説
明する。まず、図２０を用いて、本カラー複写機の概略
構成及び動作について説明する。このカラー複写機は、
カラー画像読取装置（以下、カラースキャナという）１
１、カラー画像記録装置（以下、カラープリンタとい
う）１２、給紙バンク１３等で構成されている。

【００８２】上記カラースキャナ１１は、コンタクトガ
ラス１０１上の原稿１０の画像を照明ランプ１０２、ミ
ラー群１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ及びレンズ１０４
を介してカラーセンサ１０５に結像して、原稿１０のカ
ラー画像情報を、例えば赤、緑、青（以下、夫々Ｒ，
Ｇ，Ｂという）の色分解光毎に読み取り、電気的な画像
信号に変換する。ここで、カラーセンサ１０５は、本例
ではＲ，Ｇ，Ｂの色分解手段とＣＣＤのような光電変換
素子で構成され、原稿１０の画像を色分解した３色のカ
ラー画像を同時に読み取っている。そして、このカラー
スキャナ１１で得たＲ，Ｇ，Ｂの色分解画像信号強度レ
ベルを基にして、不図示の画像処理部で色変換処理を行
い、黒（以下、Ｂｋという）、シアン（以下、Ｃとい
う）、マゼンタ（以下、Ｍという）、イエロー（以下、
Ｙという）のカラー画像データを得る。

【００８３】上記Ｂｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのカラー画像データ
を得るためのカラースキャナ１１の動作は次の通りであ
る。後述のカラープリンタ１２の動作とタイミングを取
ったスキャナスタート信号を受けて、照明ランプ１０２
及びミラー群１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ等からなる
光学系が矢印左方向へ原稿１０を走査し、１回の走査毎
に１色のカラー画像データを得る。この動作を合計４回
繰り返すことによって、順次４色のカラー画像データを
得る。そして、その都度カラープリンタ１２で順次顕像
化しつつ、これを重ね合わせて最終的な４色フルカラー
画像を形成する。

【００８４】上記カラープリンタ１２は、像担持体とし
ての感光体ドラム２０、書き込み光学ユニット２２、リ
ボルバ現像ユニット２３、中間転写装置２６、定着装置
２７等で構成されている。 上記感光体ドラム２０は矢
印の反時計方向に回転し、その周りには、感光体クリー
ニング装置２０１、除電ランプ２０２、帯電器２０３、
電位センサ２０４、リボルバ現像ユニット２３の選択さ
れた現像器、現像濃度パターン検知器２０５、中間転写
装置２６の中間転写ベルト２６１などが配置されてい
る。

【００８５】また、上記書き込み光学ユニット２２は、
カラースキャナ１１からのカラー画像データを光信号に
変換して、原稿１０の画像に対応した光書き込みを行
い、感光体ドラム２０に静電潜像を形成する。この書き
込み光学ユニット２２は、光源としての半導体レーザー
２２１、不図示のレーザー発光駆動制御部、ポリゴンミ
ラー２２２とその回転用モータ２２３、ｆ／θレンズ２
２４、反射ミラー２２５などで構成されている。

【００８６】また、上記リボルバ現像ユニット２３は、
Ｂｋ現像器２３１Ｋ、Ｃ現像器２３１Ｃ、Ｍ現像器２３
１Ｍ及びＹ現像器２３１Ｙと、各現像器を矢印の反時計
方向に回転させる後述のリボルバ回転駆動部などで構成
されている。各現像器は、静電潜像を現像するために現
像剤の穂を感光体ドラム２０の表面に接触させて回転す
る現像スリーブと、現像剤を汲み上げて攪拌するために
回転する現像剤パドルなどで構成されている。各現像器
２３１内のトナーはフェライトキャリアとの攪拌によっ
て負極性に帯電され、また、各現像スリーブには不図示
の現像バイアス電源によって負の直流電圧Ｖｄｃに交流
電圧Ｖａｃが重畳された現像バイアスが印加され、現像
スリーブが感光体ドラム２０の金属基体層に対して所定
電位にバイアスされている。複写機本体の待機状態で
は、リボルバ現像ユニット２３はＢｋ現像器２３１Ｋが
現像位置にセットされており、コピー動作が開始される
と、カラースキャナ１１で所定のタイミングからＢｋカ
ラー画像データの読み取りが開始され、このカラー画像
データに基づいてレーザー光による光書き込み、静電潜
像形成が始まる（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像
をＢｋ潜像という。Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様）。この
Ｂｋ潜像の先端部から現像可能とすべくＢｋ現像位置に
静電潜像先端部が到達する前にＢｋ現像スリーブを回転
開始しておいて、Ｂｋ潜像をＢＫトナーで現像する。Ｂ
ｋ潜像領域の現像動作が続いて、静電潜像後端部がＢｋ
現像位置を通過した時点で、速やかに次の色の現像器
（本例では通常Ｃ現像器）が現像位置にくるまで、リボ
ルバ現像ユニット２３が回転する。これは少なくとも、
次の画像データによる静電潜像先端部が到達する前に完
了する。

【００８７】このリボルバ現像ユニット２３について
は、後で詳しく説明する。上記中間転写装置２６は、中
間転写ベルト２６１、ベルトクリーニング装置２６２、
紙転写コロナ放電器（以下、紙転写器という）２６３な
どで構成されている。中間転写ベルト２６１は駆動ロー
ラ２６４ａ、転写対向ローラ２６４ｂ、クリーニング対
向ローラ２６４ｃ及び従動ローラ群に張架されており、
不図示の駆動モータにより、駆動制御される。またベル
トクリーニング装置２６２は、入口シール、ゴムブレー
ド、排出コイル、入口シール及びゴムブレードの接離機
構等で構成されており、１色目のＢｋ画像を中間転写ベ
ルト２６１に転写した後の２、３、４色目の画像をベル
ト転写している間は接離機構によって中間転写ベルト２
６１の表面から入口シール、ブレードを離間させてお
く。また紙転写器２６３は、コロナ放電方式にてＡＣ電
圧＋ＤＣ電圧、又はＤＣ電圧を印加して、中間転写ベル
ト２６１上の重ねトナー像を記録紙に一括転写する。

【００８８】また、カラープリンタ１２内の記録紙カセ
ット２０７及び給紙バンク１３内の記録紙カセット３０
ａ，３０ｂ，３０ｃには、各種サイズの記録紙が収納さ
れており、指定されたサイズの記録紙のカセットから、
給紙コロ２８，３１ａ，３１ｂ，３１ｃによってレジス
トローラ対２９方向に給紙、搬送される。また、プリン
タ１２の図で見て右側面には、ＯＨＰ用紙や厚紙などの
手差し給紙用の手差しトレイ２１が設けられている。

【００８９】上記構成のカラー複写機において、画像形
成サイクルが開始されると、まず感光体ドラム２０は矢
印の反時計方向に、中間転写ベルト２６１は矢印の時計
回りに不図示の駆動モータによって回転される。中間転
写ベルト２６１の回転に伴ってＢｋトナー像形成、Ｃト
ナー像形成、Ｍトナー像形成、Ｙトナー像形成が行わ
れ、最終的にＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に中間転写ベルト２
６１上に重ねてトナ−像が形成される。

【００９０】上記Ｂｋトナー像形成は次のように行なわ
れる。帯電器２０３はコロナ放電によって感光体ドラム
２０を負電荷で約−７００Ｖに一様帯電する。そして、
半導体レーザー２２１はＢｋカラー画像信号に基づいて
ラスタ露光を行う。このラスタ像が露光されたとき、当
初一様荷電された感光体ドラム２０の露光部分は、露光
光量に比例する電荷が消失し、Ｂｋ潜像が形成される。
そして、このＢｋ潜像にＢｋ現像スリーブ上の負帯電の
Ｂｋトナーが接触することにより、感光体ドラム２０の
電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無
い部分、つまり露光された部分にはＢｋトナーが吸着さ
れ、静電潜像と相似なＢｋトナー像が形成される。そし
て、感光体ドラム２０上に形成されたＢｋトナー像は、
感光体ドラム２０と接触状態で等速駆動している中間転
写ベルト２６１の表面に、ベルト転写器２６５によって
転写される（以下、感光体ドラム２０から中間転写ベル
ト２６１へのトナー像転写をベルト転写という）。

【００９１】感光体ドラム２０上の若干の未転写残留ト
ナーは、感光体ドラム２０の再使用に備えて感光体クリ
ーニング装置２０１で清掃される。ここで回収されたト
ナーは回収パイプを経由して不図示の排トナータンクに
蓄えられる。

【００９２】感光体ドラム２０側ではＢｋ画像形成工程
の次にＣ画像形成工程に進み、所定のタイミングでカラ
ースキャナ１１によるＣ画像データ読み取りが始まり、
そのＣ画像データによるレーザー光書き込みで、Ｃ潜像
形成が行われる。そして、先のＢｋ潜像の後端部が通過
した後で、かつＣ潜像の先端部が到達する前にリボルバ
ー現像ユニット２３の回転動作が行なわれ、Ｃ現像器２
３１Ｃが現像位置にセットされてＣ潜像がＣトナーで現
像される。Ｃ潜像領域の現像が続いて、Ｃ潜像の後端部
が現像位置を通過した時点で、先のＢｋ現像器２３１Ｂ
の場合と同様にリボルバー現像ユニット２３の回転動作
がなされ、次のＭ現像器２３１Ｍを現像位置に移動させ
る。これもやはり次のＭ潜像の先端部が現像位置に到達
する前に完了させる。

【００９３】なお、Ｍ及びＹの画像形成工程について
は、それぞれのカラー画像データ読み取り、静電潜像形
成、現像の動作が上述のＢｋ、Ｃの工程と同様であるの
で説明を省略する。

【００９４】上記中間転写ベルト２６１には、感光体ド
ラム２０に順次形成されるＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナー像
を、同一面に順次位置合わせして、４色重ねのトナー像
が形成され、次の転写工程において、この４色のトナー
像が記録紙に紙転写器２６３により一括転写される。

【００９５】上記画像形成動作が開始される時期に、記
録紙は上記記録紙カセット又は手差しトレイのいずれか
から給送され、レジストローラ対２９のニップで待機し
ている。そして、紙転写器２６３に中間転写ベルト２６
１上のトナー像先端がさしかかるときに、ちょうど記録
紙の先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジス
トローラ対２９が、駆動され、記録紙とトナー像とのレ
ジスト合わせが行われる。そして、記録紙が中間転写ベ
ルト２６１上のトナー像と重ねられて正電位の紙転写器
２６３の上を通過する。このときコロナ放電電流で記録
紙が正電荷で荷電され、トナー画像が記録紙上に転写さ
れる。続いて紙転写器２６３の図で見て左側に配置され
るべき不図示のＡＣ＋ＤＣコロナによる分離除電器との
対向部を通過するときに、記録紙は除電され、中間転写
ベルト２６１から剥離して搬送ベルト２１１に移る。

【００９６】そして、中間転写ベルト２６１面から４色
重ねトナー像を一括転写された記録紙は、搬送ベルト２
１１で定着装置２７に搬送され、所定温度に制御された
定着ローラ２７１と加圧ローラ２７２のニップ部でトナ
ー像が溶融定着され、排出ローラ対３２で装置本体外に
送り出され、不図示のコピートレイに表向きにスタック
され、フルカラーコピーを得る。

【００９７】一方、ベルト転写後の感光体ドラム２０の
表面は、感光体クリーニング装置２０１（ブラシロー
ラ、ゴムブレード）でクリーニングされ、除電ランプ２
０２で均一に除電される。また、記録紙にトナー像を転
写した後の中間転写ベルト２６１の表面は、ベルトクリ
ーニング装置２６２のブレードを再びブレード接離機構
で押圧することによってクリーニングされる。

【００９８】次に、上記リボルバ現像ユニット２３につ
いて説明する。図２１は、各現像器２３１Ｋ，２３１
Ｃ，２３１Ｍ，２３１Ｙが一体となったリボルバ現像ユ
ニット２３の内部構造を示す断面図である。このリボル
バ現像ユニット２３の各現像器２３１Ｋ，２３１Ｃ，２
３１Ｍ，２３１Ｙは、不図示の前後端板間に設けられた
中空角筒状のステー部材２４２によってそれぞれ支持さ
れている。また、各現像器２３１Ｋ，２３１Ｃ，２３１
Ｍ，２３１Ｙは、それぞれ同型の現像器ケーシング部２
８３Ｋ，２８３Ｃ，２８３Ｍ，２８３Ｙを備えている。
これら各現像器ケーシング部２８３Ｋ，２８３Ｃ，２８
３Ｍ，２８３Ｙには、現像剤としてのキャリア及び各色
のトナーからなる二成分現像剤がそれぞれ収容されてい
る。図示の例では感光体ドラム２０に対向する現像位置
にあるのが黒トナーとキャリアを収容したＢｋ現像器２
３１Ｋで、図中反時計回りの順に、イエロートナーとキ
ャリアを収容したＹ現像器２３１Ｙ、マゼンタトナーと
キャリアを収容したＭ現像器２３１Ｍ、シアントナーと
キャリアを収容したＣ現像器２３１Ｃになっている。

【００９９】ここで、４つの各現像器の内部構造はまっ
たく同様なので、以下、図２１において現像位置にある
Ｂｋ現像器２３１Ｋを例にとってその内部構造を説明
し、他の現像器の内部構造については、対応する部材の
符号として、Ｂｋ現像器における符号と同じ数字にイエ
ロー、マゼンタ、シアンの各現像器を区別するためＹ，
Ｍ，Ｃの添字を付した符号を図中に示し、その説明を省
略する。

【０１００】図２１に示すように現像装置に設けられて
いる現像剤担持体としての現像ローラ２８４は、潜像担
持体としての感光体ドラム２０に近接するようにして配
置されており、両者の対向部分に現像領域が形成される
ようになっている。上記現像ローラ２８４には、アルミ
ニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体
を円筒状に形成してなる現像スリーブ２８５が不図示の
回転駆動機構によって時計回り方向に回転されるように
して備えられている。本例においては、感光体ドラム２
０のドラム径が９０ｍｍに設定されているとともに、ド
ラム線速が２００ｍｍ／ｓｅｃが設定されている。また
現像スリーブ２８５のスリーブ径は３０ｍｍに設定され
ているとともに、スリーブ線速は２４０ｍｍ／ｓｅｃに
設定されている。したがって感光体ドラム２０のドラム
線速に対する現像スリーブ２８５のスリーブ線速の比は
１．２である。また感光体ドラム２０と現像スリーブ２
８５との間隔である現像ギャップは０．４ｍｍに設定さ
れている。

【０１０１】上記現像スリーブ２８５内には当該現像ス
リーブ２８５の表面上に現像剤を立ち上げるように磁界
を形成する磁石ローラ体２８６が固定状態で備えられて
いる。このとき現像剤を構成するキャリアは、上記磁石
ローラ体２８６から発せられる磁力線に沿うようにして
現像スリーブ２８５上にチェーン状に穂立ちを起こすと
ともに、このチェーン状に穂立ちを起こしたキャリアに
対して帯電トナーが付着されて磁気ブラシが構成される
ようになっている。この磁気ブラシは、現像スリーブ２
８５の回転移送にともなって現像スリーブ２８５と同方
向（時計回り方向）に移送されることとなる。上記磁石
ローラ体２８６は、複数の磁極を備えている。具体的に
は、図２２に詳細を示すように、現像領域部分に現像剤
を立ち上げる現像主磁極Ｐ１ｂと、現像主磁極磁力の形
成を補助する主磁極形成補助部材Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ、現像
スリーブ２８５上に現像剤を汲み上げるための磁極Ｐ
４，Ｐ５、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送さ
せる磁極Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８、現像後の領域で現像剤を搬
送させる磁極Ｐ２，Ｐ３を備えている。これらの各磁極
Ｐ１ｂ，Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ
８，Ｐ２及びＰ３は、現像スリーブ２８５の半径方向に
向けて配置されている。その３０ｍｍ径での本発明に係
るＦｅＮｄＢボンドの磁石ローラでの磁束密度等を従来
構成での磁石ローラとの比較において表３に示す。

【０１０２】

【表３】

【０１０３】上記磁石ローラ２８６は１０極によって構
成されているが、汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上
させるためにＰ３極からドクタブレード間に磁極を更に
増やして１２極で構成する磁石ローラとしても良い。磁
石の形状に関しては、上記磁石ローラ内部の個々の磁石
断面形状は四角でもよいが、その他に扇型、竹輪型など
が考えられる。

【０１０４】上記磁石ローラの測定は既述したＡＤＳ社
製ＴＳ−１０Ａ型プローブ、ガウスメータＨＧＭ−８９
００Ｓを用いて行った。法線方向、接線方向の磁束密度
の測定のホール素子の位置はスリーブ表面より０．５ｍ
ｍに設定した。

【０１０５】以上のような構成を有する現像ローラを有
する現像装置において、現像器ケーシング部２８３Ｋ内
には、現像ローラ２８４に担持され感光体ドラム２０と
の対向部に搬送される現像剤量を規制するドクタブレー
ド２８７、当該ドクタブレード２８７で規制されて現像
器ケーシング内に押し留められた現像剤の−部を中心軸
線方向に沿って後から前に搬送する第１搬送スクリュー
２８８、及び、中心軸線方向に沿って上記第１搬送スク
リュー２８８とは逆の向きに現像剤を搬送する第２搬送
スクリュー２８９が配設されている。この第２搬送スク
リュー２８９の下方の現像器ケーシング部２８３Ｋに
は、現像器ケーシング部２８３Ｋに収容されている現像
剤のトナー濃度を検出するためのトナー濃度センサが設
置されている。

【０１０６】作像条件はＧｐ（現像ギャップ）とＧｄ
（ドクタギャップ）を変えて行い「ざらつき」並びに
「後端白抜け」を評価した。Ｇｄは剤規制部材に関わる
ものである為に、広くなると汲み上げ量ρが増加し、狭
めると汲み上げ量が低下する。

【０１０７】Ｇｐ／ρが小さいほどざらつきの向上が見
られた。つまり、狭い現像ギャップ内に多くの現像剤を
充填することによってトナーが潜像に対し忠実に付き、
ざらつきが改善される。後端白抜けに関してはどの条件
においても良好であり、現像領域内の現像剤密度、感光
体に接触する長さが短いことで改善されている。現像領
域内に突入した現像剤の接触率が増加し、現像スリーブ
から感光体への電荷の移動も一層効率的になっている。
要するに現像慮域内に均一に現像電界が形成されること
によって潜像に対し忠実に現像されるのである。更に交
番電界を印加することによってトナーの現像領域内での
移動が容易になり、更に改善に繋がることは言うまでも
ない。

【０１０８】例６：図２３に、低電位プロセスによるプ
ロセスカ−トリッジを有する画像形成装置の概略構成を
示す。本例においては、上述の感光体１、帯電装置２、
現像装置４（現像ローラ４１）及びクリ−ニング手段７
等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッ
ジとして一体的に結合して構成し、このプロセスカ−ト
リッジを画像形成装置本体に対して着脱可能に取り付け
る。本発明の現像装置を有するプロセスカ−トリッジを
備えた画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆
動される。感光体は回転過程において、帯電装置により
その周面に正又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−ザ−ビ−ム走査露光等の像露光
手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に
静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次い
で現像装置によりトナ−現像され、現像されたトナ−像
は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転
と同期給送された転写材に、転写手段により順次転写さ
れていく。像転写を受けた転写材は感光体表面から分離
されて定着手段へ導入されて定着され、複写物（コピ
−）として装置外へプリントアウトされる。

【０１０９】像転写後の感光体の表面は、クリ−ニング
手段によって転写残りトナ−の除去を受けて清浄面化さ
れ、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用され
る。プロセスカートリッジは独立して取り外しが可能
で、感光体ユニット、現像装置とも本発明で寿命は延び
るが、必ずしもその長さは一致しない場合もあり、その
時はそれぞれ別々に容易に交換することが可能となる。
また、独立して配設できるので簡単な機構を追加するこ
とで、非現像時に現像ローラを感光体から退避させるこ
とが可能となり、現像ローラへのトナーフィルミングの
促進が低減され、更に現像装置の寿命が延びる。図にお
いて、プロセスカ−トリッジ全体を示し、像担持体、帯
電手段、現像手段、クリーニング手段を示す。

【０１１０】図２３に概念的にのみ示した本例の現像装
置４１において、現像時、現像スリーブには、不図示の
電源より現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重
畳した振動バイアス電圧が印加される。背景部電位と画
像部電位は、上記振動バイアス電位の最大値と最小値の
間に位置している。これによって現像領域において向き
が交互に変化する交互電界が形成される。この交互電界
中で現像剤のトナーとキャリアが激しく振動し、トナー
が現像スリーブ及びキャリアへの静電的拘束力を振り切
って感光体ドラムに飛翔し、感光体ドラムの潜像に対応
して付着する。

【０１１１】振動バイアス電圧の最大値と最小値の差
(ピーク間電圧)は、０．５〜５ＫＶが好ましく、周波数
は１〜１０ＫＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波形
は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動バ
イアスの直流電圧成分は、上記したように背景部電位と
画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部
電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶりト
ナーの付着を防止する上で好ましい。

【０１１２】振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、
デューティ比を５０％以下とすることが望ましい。ここ
でデューティ比とは、振動バイアスの１周期中でトナー
が感光体に向かおうとする時間の割合である。このよう
にすることにより、トナーが感光体に向かおうとするピ
ーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすること
ができるので、トナーの運動が更に活発化し、トナーが
潜像面の電位分布に忠実に付着してざらつき感や解像力
を向上させることができる。またトナーとは逆極性の電
荷を有するキャリアが感光体に向かおうとするピーク値
とバイアスの時間平均値との差を小さくすることができ
るので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部にキ
ャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。

【０１１３】

【発明の効果】本発明によれば、通電電荷量が低減する
ことで像担持体表面の劣化が防止される一方で、現像能
力の向上を図ることができる。更には画像のざらつき
感、細線再現性が改善する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現像装置を含む感光体ユニットの
概略構成図である。

【図２】図１における現像装置の詳細構成図である。

【図３】｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ｜と｜Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ｜の関係を示す
グラフである。

【図４】パッシェンの放電則を説明するグラフである。

【図５】本発明に係る現像装置での現像ローラの磁力分
布とその大きさ程度を示す図である。

【図６】磁石Ｐ１ａが欠けた場合の磁力分布を示す図で
ある。

【図７】比較のために従来公知の現像ローラの磁力分布
を示す図である。

【図８】主磁石と主磁極磁力形成補助磁石の角度位置関
係を表す図である。

【図９】現像駆動トルクを関連した構成を示す概念図で
ある。

【図１０】最大磁極磁力とキャリア飽和磁化の関係を示
すグラフである。

【図１１】従来構成での潜像による現像γの関係を示す
グラフである。

【図１２】本発明の構成での潜像による現像γの関係を
示すグラフである。

【図１３】本発明の構成と従来構成でのエッジ効果の違
いを説明するグラフである。

【図１４】現像剤層の抵抗による現像γ特性を説明する
グラフである。

【図１５】磁気ブラシの穂立ち均一度と画像後端白抜け
の程度の関係をランク的に示すグラフである。

【図１６】後端白抜けの有無に伴う現像スリーブ長手方
向での様子を示す概念図で、（ａ）が本発明に係る磁気
ブラシによるものであり、（ｂ）が従来の磁気ブラシに
よるものである。

【図１７】本発明での現像領域での現像ギャップやニッ
プの大きさを示すイメージ図である。

【図１８】主磁極の半値幅と磁気ブラシの穂立ち均一度
の程度の関係を示すグラフである。

【図１９】主磁極の半値幅と画像後端白抜けの程度の関
係を示すグラフである。

【図２０】本発明に係る画像形成装置としてのカラー複
写機の概略構成図である。

【図２１】本発明に係る現像装置としてのリボルバ現像
ユニットの部分概略構成図である。

【図２２】図１０のリボルバ現像ユニットでの現像ロー
ラの磁力分布とその大きさ程度を示す図である。

【図２３】プロセスカートリッジを有する画像形成装置
の概略構成図である。

【図２４】感光体現像部における電位及びバイアス条件
の模式図である。

【図２５】画像濃度と画像特性の関係を示す四限チャー
トである。

【図２６】比較のために従来公知の現像ギャップやニッ
プの大きさを示すイメージ図である。

【図２７】現像ニップ内での磁気ブラシにおけるキャリ
アに付着しているトナーの振る舞いを静電潜像との位置
関係で示すもので、静電潜像の表面電位とニップでの静
電潜像位置の状態及びニップ内での磁気ブラシの動きを
夫々ａ，ｂで示す。

【図２８】図２７ａでの磁気ブラシの先端キャリアとト
ナーの付着状態をモデル図として表したもので、ａ〜ｄ
がそれぞれ磁気ブラシ位置Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に相
当する。

【図２９】後端白抜けの観察のために用いたベタ画像を
示す図である。

【図３０】現像スリーブの移動速度と感光体の移動速度
の速度比と画像濃度の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ４ 現像装置 ４１ 現像ローラ ４３ 現像スリーブ ４４ 磁石ローラ体 ４５ ドクタブレード ４７ スクリュー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 勝弘 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 有泉 修 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H027 DA02 DA04 EA05 EC07 EC14 2H031 AC19 AC20 AC30 AD05 BA04 CA03 CA07 CA09 FA01 2H073 AA02 BA02 BA03 BA23 CA03 2H077 AD06 AD13 AD18 AD35 BA07 DB08 EA03 FA19 GA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着さ
   せて磁気ブラシを形成する現像磁極を有する現像装置
   と、当該現像装置に対向し上記磁気ブラシにより表面潜
   像を可視像化される像担持体とを備えた現像ユニットに
   おいて、 暗部電位をＶ_Ｄ、露光後電位をＶ_Ｌ、現像バイアス電圧
   をＶ_Ｂとすると０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ
   ｜＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度の現像
   ポテンシャルに対する関係にて、最大の傾き（ΔＩＤ／
   Δ[Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの最大
   値における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−
   Ｖ_Ｌ｝_ＭＡＸ]）；Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満た
   し、且つ現像領域内の現像磁極の法線方向の減衰率を４
   ０％以上とする現像剤担持体を有することを特徴とする
   現像ユニット。
2. 【請求項２】 現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着さ
   せて磁気ブラシを形成する現像磁極を有する現像装置
   と、当該現像装置に対向し上記磁気ブラシにより表面潜
   像を可視像化される像担持体とを備えた現像ユニットに
   おいて、 暗部電位をＶ_Ｄ、露光後電位をＶ_Ｌ、現像バイアス電圧
   をＶ_Ｂとすると０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ
   ｜＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度の現像
   ポテンシャルに対する関係にて、最大の傾き（ΔＩＤ／
   Δ[Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの最大
   値における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−
   Ｖ_Ｌ｝_ＭＡＸ]）；Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満た
   し、且つ現像領域内の現像剤の汲み上げ量ρ（ｇ／ｃｍ
   ^２）と像担持体・現像剤担持体間の最近接距離Ｇｐ（ｍ
   ｍ）の比がＧｐ／ρ＜１０であることを特徴とする現像
   ユニット。
3. 【請求項３】 現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着さ
   せて磁気ブラシを形成する現像磁極を有する現像装置
   と、当該現像装置に対向し上記磁気ブラシにより表面潜
   像を可視像化される像担持体とを備えた現像ユニットに
   おいて、 暗部電位をＶ_Ｄ、露光後電位をＶ_Ｌ、現像バイアス電圧
   をＶ_Ｂとすると０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ
   ｜＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度の現像
   ポテンシャルに対する関係にて、最大の傾き（ΔＩＤ／
   Δ[Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの最大
   値における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−
   Ｖ_Ｌ｝_ＭＡＸ]）；Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満た
   し、且つ像担持体・現像剤担持体間の最近接距離を平均
   キャリア粒径の３倍以上１０倍以下とし、当該最近接距
   離に対する現像ニップ境界部の像担持体・現像剤担持体
   間距離の比を１．５以下とすることを特徴とする現像ユ
   ニット。
4. 【請求項４】 現像剤担持体表面に現像剤を磁気吸着さ
   せて磁気ブラシを形成する現像磁極を有する現像装置
   と、当該現像装置に対向し上記磁気ブラシにより表面潜
   像を可視像化される像担持体とを備えた現像ユニットに
   おいて、 暗部電位をＶ_Ｄ、露光後電位をＶ_Ｌ、現像バイアス電圧
   をＶ_Ｂとすると０＜｜Ｖ_Ｄ｜−｜Ｖ_Ｂ｜＜｜Ｖ_Ｄ−Ｖ_Ｌ
   ｜＜４００Ｖを満たし、且つ上記範囲で画像濃度の現像
   ポテンシャルに対する関係にて、最大の傾き（ΔＩＤ／
   Δ[Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌ]max）；Ａに対して、Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ｌの最大
   値における傾き（ΔＩＤ／Δ[｛Ｖ_Ｂ−
   Ｖ_Ｌ｝_ＭＡＸ]）；Ｂとすると、０．９×Ａ＞Ｂを満た
   し、且つ上記現像磁極とその現像剤搬送方向上流及び／
   又は下流側の搬送磁極との間に、上記現像磁極の磁力を
   補助する補助磁極が備えられていることを特徴とする現
   像ユニット。
5. 【請求項５】 上記現像装置を少なくとも２つ有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の現像ユニット。
6. 【請求項６】 上記像担持体上の潜像を現像する際に、
   交互電界を印加するようになったことを特徴とする請求
   項１〜５のいずれか一項に記載の現像ユニット。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一項に記載の現
   像ユニットを備えた画像形成装置。