JP2004219510A

JP2004219510A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2004219510A
Application number: JP2003003976A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sugihara; 和之杉原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】現像剤の汲み上げ量の安定化や現像剤の劣化防止、現像剤の摩擦帯電量の適正化を実現して、画像の高画質化を安定して実現できる現像装置、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像ドクタ先端の現像スリーブ４１ｓ表面への対向位置を、現像ローラ表面上での１つの法線方向磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）と対応する法線方向磁束密度分布範囲であって、法線方向磁束密度Ｂｍｙが、上記ｍａｘ（Ｂｍｙ）の１／２以上であり、かつＢｍｙが最大値となる現像ローラ表面位置の現像剤搬送方向下流側に現像ローラ４１の表面上で測定し得る接線方向磁束密度Ｂｍｘの最大値を有する接線方向磁力の接線方向磁束密度分布範囲であり、かつＢｍｙがＢｍｘ以上である位置に設定している。これによって、上記現像スリーブへの現像剤汲み上げ量の安定化と現像剤の劣化を抑え、現像剤の摩擦帯電量の適正化を実現する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファックス、複写機等の画像形成装置の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤により現像してトナー像化するための現像装置及びこれを含んで構成されるプロセスカートリッジ、画像形成装置に関し、詳しくは、トナーと磁性粒子とからなる現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体の表面上に該現像剤を担持搬送するための法線方向磁力及び接線方向磁力を発生する磁極と、該現像剤担持体の表面に対向配置されて該現像剤担持体の表面に担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材とを有する現像装置、及びこれを含んで構成されるプロセスカートリッジ、画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置に用いる現像装置として、トナーと磁性粒子とからなる現像剤を担持する現像剤担持体上に、該現像剤を磁力により穂立ちさせて磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより静電潜像を担持して移動する潜像担持体の表面を摺擦して、該潜像担持体上の静電潜像を可視像化（トナー像化）する所謂磁気ブラシ現像法を採用した現像装置が知られている（例えば、特許文献１〜７参照。）。
【０００３】
この種の現像装置は、現像剤を担持搬送する現像剤担持体としての現像スリーブと、該現像スリーブ内に配設されて該現像スリーブの表面上に現像剤を担持搬送するための法線方向磁力及び接線方向磁力を発生する磁極が設けられた磁石ローラと、該現像スリーブの表面に対向配置されて該現像スリーブの表面に担持される現像剤量を規制するための現像剤規制部材としての現像ドクタとを備えている。法線方向磁力は主にその磁極の位置に現像剤を保持する力、接線方向磁力は主に現像スリーブ表面に沿って現像剤を搬送する力となっている。そして、現像剤規制部材の現像剤搬送方向上流側に現像剤滞留部を形成し、現像剤の摩擦帯電を促して磁力による現像剤の穂立ちができるようにしている。
【０００４】
また、形成する画像の高画質化を実現するために、画像のドット再現性を向上させるための方策が検討されており、中でも現像剤中の磁性粒子を小粒径化することによる効果が大きいことが分かっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−４０４０６号公報
【特許文献２】
特開平７−７２７３９号公報
【特許文献３】
特開平８−１３７２５５号公報
【特許文献４】
特開平１０−２０６６４号公報
【特許文献５】
特開平１０−２３２５６１号公報
【特許文献６】
特開平１１−３８７６１号公報
【特許文献７】
特開平１１−３３８２５９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記現像装置を用いた画像形成装置において高画質を維持するためには、現像剤の汲み上げ量（現像スリーブ表面と現像ドクタとの間を通過する現像剤の通過剤量）の安定化や、現像剤の劣化防止、現像剤の摩擦帯電量の適正化等が必要になる。このような現像剤の汲み上げ量や劣化、そして摩擦帯電量等には、現像スリーブ内部に設けた磁石ローラの現像ドクタに対向するスリーブ表面での磁力分布が大きく寄与している。
【０００７】
すなわち、上記現像ドクタに対向する現像スリーブ表面での接線方向磁力が法線方向磁力よりも低すぎる場合には、現像スリーブによる現像剤の搬送能力が、現像スリーブの表面形状や現像剤表面形状の摩耗度合により大きく影響されて、現像剤の汲み上げ量が大きく変動してしまう。また、この場合に現像スリーブ表面での法線方向磁力がスリーブ表面での接線方向磁力よりも高すぎ、現像スリーブに保持される現像剤保持量が多くなるため、現像剤どうしの間で過剰な摩擦が生じ、現像剤のスペント化という現像剤の劣化を招くことになる。そして、小粒径の磁性粒子を使用することによって高画質化を実現しようとしても、現像剤スペント化の影響による画像劣化で相殺され、結果として高画質化を実現できなくなってしまう。
【０００８】
一方、上記現像ドクタに対向する磁極の接線方向磁力が該磁極の法線方向磁力よりも高い場合には、該磁極の接線方向磁力により現像剤の搬送性が向上され、上述したような現像スリーブの表面形状や現像剤表面形状の摩耗度合による現像剤の汲み上げ量の変動を小さく抑えることができる。そして従来、現像スリーブ表面における法線方向磁力が最も低い位置に現像ドクタを対向させることによって、現像剤の搬送性を得るようにしたものがある。しかし、この場合には、現像スリーブに保持される現像剤保持量が減少するため、現像剤の十分な摩擦帯電効果が得られなくなり、地汚れ画像の発生や、ベタ画像の追従性の悪化を招くことがあった。これは、近年カラー画像形成装置の普及によって、カラー用の現像装置のニーズが高まりつつあるが、カラー画像を形成する場合には従来のモノクロ画像に比してベタ画像が多くトナーの消費量も多くなる傾向にある。そのため、大量のトナーを所望の帯電量にすることが難しくなり、トナー帯電量が不足から地汚れやカブリ等の異常画像になりやすかった。
【０００９】
また、これら磁気ブラシ現像法を採用した現像装置において、現像剤規制部材に磁性体が設けられているものがある。磁性体を設けることによって、その磁気拘束力で磁性体と現像スリーブ表面との間のドクタ開口部で磁性粒子を連鎖させ、磁性粒子のカーテンを形成し、その間を通過するトナーに磁性粒子との接触による摩擦帯電の機会を増すことで十分な帯電を行うことができるようにしている。ところが、磁性体による磁気拘束力が過剰であると、磁性粒子や現像スリーブが過剰なストレスを受け、それぞれの表面に形成されている微細な凹凸が磨耗してしまう場合がある。そして、現像スリーブや磁性粒子の表面の摩擦抵抗が減少し、磁性粒子と現像スリーブとの間でスリップが生じるようになって、現像スリーブによる現像剤搬送性が極端に低下して現像剤汲み上げ量も低下してしまう。すると、形成した画像にざらつきや、ハーフトーンムラ等が生じてしまう。
一方、磁性体による磁気拘束力が不足すると、キャリアのカーテンを形成できなくなって、磁性体がトナーの摩擦帯電促進に寄与されなくなってしまう。
【００１０】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その第一の目的とするところは、現像剤の汲み上げ量の安定化や、現像剤の劣化防止、現像剤の摩擦帯電量の適正化を実現して、画像の高画質化を安定して実現できる現像装置を提供することである。
また、その第二の目的とするところは、現像剤規制部材の先端に磁性体を有する構成において、磁性体による磁気拘束力の適正化を図ることができる現像装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記第一の目的を達成するために、請求項１の現像装置は、トナーと磁性粒子とからなる二成分現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域へ該現像剤を搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体内部に設けられ法線方向磁力と接線方向磁力とを発生する磁界発生手段と、該現像剤担持体表面にギャップをもって対向配置されて該対向位置で該現像剤担持体によって該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、上記現像剤担持体の表面上で測定し得る法線方向磁力の法線方向磁束密度Ｂｍｙにおける１つの磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）と対応する法線方向磁束密度分布範囲であって、次の▲１▼▲２▼及び▲３▼の条件を満足する該現像剤担持体表面位置に上記現像剤規制部材先端が対向するよう該現像剤規制部材を設けたことを特徴とするものである。
▲１▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが、上記磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）の１／２以上である。
▲２▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが最大値となる該現像剤担持体表面位置の現像剤搬送方向下流側に現像剤担持体の表面上で測定し得る接線方向磁束密度Ｂｍｘの最大値を有する接線方向磁力の接線方向磁束密度分布範囲である。
▲３▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが接線方向磁束密度Ｂｍｘ以上である。
ここで、現像剤担持体表面における磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）は、一般的に６００×１０^−４［Ｔ］以上である。本発明においても、磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）をこの値以上としている。
【００１２】
上記第二の目的を達成するために、請求項２の現像装置は、請求項１の現像装置において、上記現像剤規制部材として非磁性の現像剤規制部材を用い、該現像剤規制部材における上記現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側の面に磁性部材を設け、該現像剤担持体表面から該現像剤規制部材先端までの距離をＤ１、該現像剤担持体表面から該磁性部材先端までの距離をＤ２とし、０．３≦Ｄ２−Ｄ１≦１．０の関係を満たす位置に該磁性部材を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の現像装置は、請求項１又は２の現像装置において、上記磁性粒子の粒径を５０［μｍ］以下としたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１乃至３の現像装置においては、現像剤規制部材先端の現像剤担持体表面への対向位置において法線方向磁力密度Ｂｍｙがその磁極におる磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）の２分の１以上となるようにし、現像剤規制位置での現像剤担持体表面への現像剤の拘束力を維持して現像剤の汲み上げ量が変動しないようにする。
また、法線方向磁束密度Ｂｍｙが最大値となる該現像剤担持体表面位置の現像剤搬送方向下流側で現像剤担持体表面上における接線方向磁束密度Ｂｍｘの最大値を有する接線方向磁力（以下、下流側接線方向磁力という）の接線方向磁束密度分布範囲とすることで、接線方向磁力密度Ｂｍｘが０より大きくなるようにし、現像剤の過剰な摩擦を抑えて現像剤の汲み上げ量を適正化して現像剤の搬送性を維持できるようにする。これに加えて、法線方向磁束密度が最大値となる現像剤担持体表面位置に対して上流側でなく下流側に隣接している接線方向磁力の及ぶ範囲に規制部材を対向させ、規制部材のすぐ上流側で法線方向磁束密度分布が高くなるようにし、規制位置の現像剤搬送方向上流側に現像剤滞留保持部を確実に形成できるようにする。これにより、トナーを良好に摩擦帯電できるようにする。
また、法線方向磁束密度Ｂｍｙを接線方向磁束密度Ｂｍｘ以上となるようにし、接線方向磁力が法線方向磁力よりも高い場合に生じるトナーの摩擦帯電量の不足を防止する。
そして、これら法線方向磁束密度Ｂｍｙと接線方向磁束密度Ｂｍｘとの条件を全て満たす現像剤担持体表面位置に現像剤規制部材先端を対向させることによって、現像剤滞留部を適度に形成して良好なトナーの摩擦帯電を行うことができるようにする。
【００１５】
請求項４のプロセスカートリッジは、像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段とを含んで一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在に構成されるプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段として、請求項１，２，又は３の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４のプロセスカートリッジにおいては、上記現像手段として、請求項１，２，又は３の現像装置を用いるので、良好に帯電された適量のトナーにより画像形成を行うことができるようになると共に、作像手段の少なくとも一つをカートリッジとして一体化したので、保守性、交換性が向上する。
【００１７】
請求項５の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像形成手段により像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１，２，又は３の現像装置を用いることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５の画像形成装置においては、上記現像手段として、請求項１，２，又は３の現像装置を用いるので、良好に帯電された適量のトナーにより画像形成を行うことができるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に、本発明に関わる画像形成装置の全体的な概略構成を示す。この画像形成装置１００は、カラー画像読取部（以下、スキャナという。）２００と、カラー画像記録部（以下、プリンタという。）４００とからなる。スキャナ２００は、コンタクトガラス２０２上の原稿Ｄの画像を照明ランプ２０５、ミラー群２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃなど、およびレンズ２０６を介してカラーセンサ２０７に結像して、原稿のカラー画像情報を、例えばブルー（以下、Ｂという。）、グリーン（以下、Ｇという。）、レッド（以下、Ｒ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。
【００２０】
上記カラーセンサ２０７は、この例ではＢ、Ｇ、Ｒの色分解手段とＣＣＤ（固体撮像素子）のような光電変換素子で構成されており、３色同時読み取りを行うものである。スキャナ２００で得たＢ、Ｇ、Ｒの色分解画像信号強度レベルをもとにして、図示を省略された画像処理部にて色変換処理を行い、ブラック（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）の色情報を含むカラー画像データを得る。その際、プリンタ４００の動作とタイミングをとったスキャナスタート信号を受けて、照明ランプ２０５やミラー群２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃなどからなる照明・ミラー光学系が図中左方向へ原稿走査し、１回走査毎に１色の画像データを得る。この動作を合計４回繰り返すことによって、順次の４色画像データを得る。そして、その都度、プリンタ４００で順次顕像化しつつ、これを重ね合わせて４色のフルカラー画像を形成する。
【００２１】
次に、上記プリンタ４００の概要を説明する。プリンタ４００は、潜像形成手段としての書き込み光学ユニット４０１と、像担持体である感光体ドラム４１４と、現像手段としての現像器ユニットであるリボルバー現像装置４２０とを有する。書き込み光学ユニット４０１は、スキャナ２００からのカラー画像データを光信号に変換して、原稿画像に対応した光書き込みを行い、感光体ドラム４１４に静電潜像を形成する。光書き込み光学ユニット４０１は、レーザー発光手段４４１、これを駆動する発光駆動制御部（図示省略）、ポリゴンミラー４４３、これを駆動する回転用モータ４４４、ｆθレンズ４４２、反射ミラー４４６などで構成されている。
【００２２】
上記感光体ドラム４１４は、矢印で示す如く反時計回りの向きに回転する。感光体ドラム４１４の周りには、感光体クリーニングユニット４２１、除電ランプ４１４Ｍ、帯電手段としての帯電器４１９、感光体ドラム４１４上の潜像電位を検知する電位センサ４１４Ｄ、リボルバー現像装置４２０の選択された現像器、現像濃度パターン検知器４１４Ｐ、本発明にいう中間転写体としての中間転写ベルト４１５などが配置されている。
上記リボルバー現像装置４２０は、図２に示すように、ＢＫ現像器４２０Ｋ、Ｃ現像器４２０Ｃ、Ｍ現像器４２０Ｍ、Ｙ現像器４２０Ｙと、これらを保持する現像器保持体４２０Ａと、現像器保持体４２０Ａを矢印で示す如く反時計回りの向きに回転させるリボルバー回転駆動部（図示省略）などからなる。
【００２３】
待機状態におけるリボルバー現像装置４２０は、ＢＫ現像器４２０Ｋで現像を行う位置にセットされており、コピー動作が開始されると、スキャナ２００で所定のタイミングからＢＫ画像データの読み取りがスタートし、この画像データに基づき、レーザー光による光書き込み・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の各画像データについても同じ）。このＢＫ潜像の先端部から現像可能とすべく、ＢＫ現像器４２０Ｋの現像位置に潜像先端部が到達する前に、ＢＫ潜像をＢＫトナーで現像する。以後、ＢＫ潜像領域の現像動作を続けるが、潜像後端部がＢＫ潜像位置を通過した時点で、速やかにＢＫ現像器４２０Ｋによる現像位置から次の色の現像器による現像位置まで、リボルバー現像装置４２０を回動させる。この回動動作は、少なくとも、次の画像データによる潜像先端部が到達する前に完了させる。
【００２４】
画像形成動作が開始されると、感光体ドラム４１４は矢印で示すように反時計回りの向きに回動し、中間転写ベルト（中間転写体）４１５は図示しない駆動モータにより、時計回りの向きに回動する。中間転写ベルト４１５の回動に伴って、ＢＫトナー像形成、Ｃトナー像形成、Ｍトナー像形成、Ｙトナー像形成が順次行われ、最終的に、ＢＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に中間転写ベルト４１５上に重ねてトナー像が形成される。
【００２５】
中間転写ベルト４１５は、駆動ローラ４１５Ｄ、転写対向ローラ４１５Ｔ、クリーニング対向ローラ４１５Ｃおよび従動ローラ群に張架されており、図示しない駆動モータにより駆動制御される。感光体４１４上に形成したＢＫトナー像は、感光体と接触状態で等速駆動している中間転写ベルト４１５の表面に、ベルト転写コロナ放電器（以下、ベルト転写部という。）４１６によって転写される。
【００２６】
以下、感光体ドラム４１４から中間転写ベルト４１５へのトナー像転写を、ベルト転写と称する。感光体ドラム４１４上の若干の未転写残留トナーは、感光体ドラム４１４の再使用に備えて、感光体クリーニングユニット４２１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図示しない排トナータンクに蓄えられる。なお、中間転写ベルト４１５には、感光体ドラム４１４に順次形成するＢＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナー像を、同一面に順次位置合わせして、４色重ねのベルト転写画像を形成し、その後、転写材としての転写紙にコロナ放電転写器にて一括転写を行う。
【００２７】
ところで、感光体ドラム４１４側では、ＢＫ画像の形成工程のつぎに、Ｃ画像の形成工程に進むが、所定のタイミングからスキャナによるＣ画像データ読み取りが始まり、その画像データによるレーザー光書き込みで、Ｃ潜像の形成を行う。Ｃ現像器４２０Ｃは、その現像位置に対して、先のＢＫ潜像後端部が通過した後で、かつＣ潜像の先端が到達する前に、リボルバー現像装置の回転動作を行い、Ｃ潜像をＣトナーで現像する。
【００２８】
以後、Ｃ潜像領域の現像を続けるが、潜像後端部が通過した時点で、先のＢＫ現像器の場合と同様にリボルバー現像装置４２０を駆動して、Ｃ現像器４２０Ｃを送り出し、つぎのＭ現像器４２０Ｍを現像位置に位置させる。この動作もやはり、つぎのＭ潜像先端部が現像部に到達する前に行う。なお、ＭおよびＹの各像の工程については、それぞれの画像データの読み取り・潜像形成・現像の動作が上述のＢＫ像や、Ｃ像の工程と同じであるので、その説明は省略する。
【００２９】
ベルトクリーニング装置４１５Ｕは、入口シール、ゴムブレード、排出コイルおよび、これら入口シールやゴムブレードの接離機構により構成される。１色目のＢＫ画像をベルト転写した後の、２、３、４色目をベルト転写している間は、ブレード接離機構によって、中間転写ベルト面から入口シール、ゴムブレードなどは離間させておく。
【００３０】
紙転写コロナ放電器（以下、紙転写器という。）４１７は、中間転写ベルト４１５上の重ねトナー像を転写紙に転写するべく、コロナ放電方式にて、ＡＣ＋ＤＣまたは、ＤＣ成分を転写紙および中間転写ベルトに印加するものである。給紙バンク内の転写紙カセット４８２には、各種サイズの転写紙が収納されており、指定されたサイズの用紙を収納している収納カセットから、給紙コロ４８３によってレジストローラ４１８Ｒ方向に給紙・搬送される。なお、符号４１２Ｂは、ＯＨＰ用紙や厚紙などを手差しするための給紙トレイを示している。
【００３１】
上記画像形成が開始されると、上記転写紙は前記いずれかの給紙トレイから給送され、レジストローラ４１８のニップ部で待機される。そして、紙転写器４１７に中間転写ベルト４１５上のトナー像の先端がさしかかるときに、転写紙先端がこの像の先端に一致するようにレジストローラ４１８が駆動され、紙と像とのレジスト合わせが行われる。このようにして、転写紙が中間転写ベルト４１５上の色重ね像と重ねられて、正電位につながれた紙転写器４１７の上を通過する。このとき、コロナ放電電流で転写紙が正電荷で荷電され、トナー画像の殆どが転写紙上に転写される。つづいて、紙転写器４１７の左側に配置した図示しない除電ブラシによる分離除電器を通過するときに、転写紙は除電され、中間転写ベルト４１５から剥離されて紙搬送ベルト４２２に移る。
【００３２】
上記中間転写ベルト面から４色重ねトナー像を一括転写された転写紙は、紙搬送ベルト４２２で定着器４２３に搬送され、所定温度にコントロールされた定着ローラ４２３Ａと加圧ローラ４２３Ｂのニップ部でトナー像を溶融定着され、排出ロール対４２４で本体外に送り出され、図示省略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。なお、ベルト転写後の感光体ドラム４１４は、ブラシローラ、ゴムブレードなどからなる感光体クリーニングユニット４２１で表面をクリーニングされ、また、除電ランプ４１４Ｍで均一除電される。
【００３３】
また、転写紙にトナー像を転写した後の中間転写ベルト４１５は、再び、クリーニングユニット４１５Ｕのブレード接離機構でブレードを押圧して表面をクリーニングされる。リピートコピーの場合には、スキャナの動作および感光体への画像形成は、１枚目の４色目画像工程にひきつづき、所定のタイミングで２枚目の１色目画像工程に進む。また、中間転写ベルト４１５の方は、１枚目の４色重ね画像の転写紙への一括転写工程にひきつづき、表面をベルトクリーニング装置でクリーニングされた領域に、２枚目のＢＫトナー像がベルト転写されるようにする。その後は、１枚目と同様の動作になる。
【００３４】
以上は、４色フルカラーコピーを得るコピーモードの説明であったが、３色コピーモード、２色コピーモードの場合は、指定された色と回数の分について、以上述べたと同じ動作を行うことになる。また、単色コピーモードの場合には、所定枚数が終了するまでの間、リボルバー現像装置４２０の所定色の現像器のみを所定色の現像位置に位置させて現像作動状態におき、ベルトクリーニング装置４１５Ｕのブレードをベルトに押圧状態のまま、連続してコピー動作を行う。
【００３５】
本実施形態に係る画像形成装置１００は、上記リボルバー現像装置４２０と感光体ドラム４１４とが、図２及び図３に示す引き出しユニット５００に収容、保持させた状態で、画像形成装置１００の装置本体から手前側に一体的に引き出せるように構成されている。また、上記リボルバー現像装置４２０のＢＫ現像器４２０Ｋ、Ｃ現像器４２０Ｃ、Ｍ現像器４２０Ｍ、Ｙ現像器４２０Ｙは、図３に示すように、引き出しユニット５００を装置本体の手前側に引き出した状態で、現像器の現像ローラ前後の軸部を固定してある固定部材のネジを外すことにより、リボルバー現像装置４２０から上方に取外せるように構成されている。
【００３６】
図４に、上記ＢＫ現像器４２０Ｋ、Ｃ現像器４２０Ｃ、Ｍ現像器４２０Ｍ、Ｙ現像器４２０Ｙの構成を示す。各現像器は、それぞれ同一に構成されており、現像剤担持体としての現像ローラ４１、現像剤搬送スクリュ４２，４３、現像剤規制部材としての現像ドクタ４４、現像ケーシング４５、現像カバー４６などで構成されている。各現像器の現像ローラ４１は、図５に示すように、円筒状に形成された現像スリーブ４１ｓと、磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を有する磁界発生手段としての磁石ローラ（以下、マグネットローラという）４１ｍとで構成されている。
【００３７】
マグネットローラ４１ｍは、現像スリーブ４１ｓ内に固定配置されている。そして、現像スリーブ４１ｓが回転することによって、トナーと磁性粒子とからなる現像剤が、マグネットローラ４１ｍの各磁極の磁力により現像スリーブ４１ｓの表面上に保持されて搬送される。このとき、マグネットローラ４１ｍの各磁極の磁力と、現像スリーブ４１ｓの表面に対向するように配置された非磁性の現像ドクタ４４とにより、現像剤搬送方向上流側に現像剤の滞留保持部ａが形成される（図４参照）。そして、この現像剤の滞留保持部ａにおいて、現像剤の摩擦帯電が促進される。また、現像ローラ４１の対向磁力の方向性を均一化して、現像スリーブ４１ｓ上における現像剤搬送量のバラツキを抑えるために、現像ドクタ４４先端付近の現像剤搬送方向上流側にあたる面には磁性部材としての磁性体４４ａを設置している。
【００３８】
ところで、上述のような構成の現像器を用いて感光体ドラム４１４上に高画質のトナー像を形成するためには、上記現像スリーブ４１ｓへの現像剤汲み上げ量の安定化（現像スリーブ４１ｓ表面と現像ドクタ４４との間を通過する現像剤の通過剤量の安定化）と、現像剤の劣化を抑えること、更にはトナーの摩擦帯電量の適正化が必要になる。ここで、現像剤汲み上げ量とは、図４に示す現像スリーブ４１ｓと現像ドクタ４４との間隙（ドクタギャップ）Ｄｇを通過した後の現像スリーブ４１ｓ表面上の１［ｃｍ^２］あたりの現像剤の量をいう（この現像剤汲み上げ量をρ［ｇ／ｃｍ^２］で表す）。
【００３９】
これには現像ドクタ４４先端に対向する現像ローラ４１内部のマグネットローラ４１ｍにおける磁極の現像ローラ表面での磁力分布が大きく寄与していることが判った。
すなわち、上記現像ドクタ４４に対向する磁極の現像ローラ表面での法線方向磁力が接線方向磁力よりも高すぎると、現像剤の搬送能力が、現像スリーブの表面形状や磁性粒子の表面形状の摩耗の度合により大きく影響されて、現像剤汲み上げ量が大きく変動してしまう。また、この場合には、現像スリーブ４１ｓに保持される現像剤保持量が多くなるため、現像剤どうしの間で過剰な摩擦が生じ、現像剤のスペント化という現像剤の劣化を招くことになる。
【００４０】
逆に、上記現像ドクタ４４に対向する磁極の現像ローラ表面での接線方向磁力が法線方向磁力よりも高くなると、現像剤の搬送性が向上され、上述したような現像スリーブ４１ｓの表面形状や磁性粒子の表面形状の摩耗度合による現像剤の汲み上げ量の変動を小さく抑えることができる。しかし、この場合には、現像スリーブ４１ｓに保持できる現像剤保持量が減少してしまうため、トナーの十分な摩擦帯電効果が得られなくなり、地汚れ画像の発生や、ベタ画像の追従性の悪化を招いてしまう。
【００４１】
以上のような現像ドクタ４４部に対向する現像ローラ４１内部のマグネットローラ４１ｍの磁極の磁力分布が画像に及ぼす影響を考慮して、本実施形態では、現像ドクタ４４を対向させる現像スリーブ表面位置を決定している。すなわち、現像ローラ４１の表面上で測定し得る法線方向磁力の法線方向磁束密度Ｂｍｙにおける１つの磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）と対応する法線方向磁束密度分布範囲であって、次の▲１▼▲２▼及び▲３▼の条件を満足する現像ローラ表面位置に現像ドクタ先端を対向させている。その条件とは、
▲１▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが、上記磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）の１／２以上である。
▲２▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが最大値となる現像ローラ表面位置の現像剤搬送方向下流側に現像ローラ４１の表面上で測定し得る接線方向磁束密度Ｂｍｘの最大値を有する接線方向磁力の接線方向磁束密度分布範囲である。
▲３▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが接線方向磁束密度Ｂｍｘ以上である。
である。ここで、上記ｍａｘ（Ｂｍｙ）とは、その磁力を発している磁極の現像ローラ表面における法線方向磁束密度Ｂｍｙの最大値である。これによって、上記現像スリーブ４１ｓへの現像剤汲み上げ量の安定化と現像剤の劣化を抑え、トナーの摩擦帯電量の適正化を図る。
【００４２】
図６は、現像ローラ４１の磁極の接線方向磁束密度分布（図中破線）と法線方向磁束密度分布（図中実線）とを示した磁束密度波形図である。本実施形態においては、磁極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の極性をそれぞれ順にＳ極、Ｎ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極としている。但し、これに限定されるものではない。本実施形態において、現像ドクタ４４先端の対向位置に及んでいる法線方向磁束密度を形成している磁極はＰ４極でありその法線方向磁束密度は図中Ｂｍｙで示した１つの山形状となった部分である。また、Ｐ４極の法線方向磁束密度Ｂｍｙが最大値となる現像ローラ表面位置の現像剤搬送方向下流側に現像ローラ表面上で測定し得る接線方向磁束密度Ｂｍｘの最大値を有する接線方向磁力の接線方向磁束密度分布範囲は図中Ｂｍｘで示した１つの山形状となった部分である。本実施形態においては、法線方向磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）が図６よりほぼ７００×１０^−４［Ｔ］であるため、上記条件▲１▼を満たす法線方向磁束密度範囲は３５０×１０^−４［Ｔ］以上の領域となる。法線方向磁束密度が３００×１０^−４［Ｔ］以上であれば、現像ドクタによる規制位置での現像ローラ表面への現像剤の拘束力を維持することができ現像剤の汲み上げ量が変動しないようにすることが可能となる。従って、本実施形態においても現像剤の汲み上げ量の変動を防止することが可能となる。
そして、現像ドクタ先端の対向位置となる上記条件▲１▼〜▲３▼の全ての条件を満たす範囲は図中斜線Ｚの領域である。但し、本実施形態においては、Ｐ４極のｍａｘ（Ｂｍｙ）の値となる位置の接線方向磁束密度Ｂｍｘが０となるため、この境界を含まない。一方、もう一方の境界であるＢｍｙ＝Ｂｍｘとなる位置は上記条件に当てはまるので含む。
【００４３】
ところで、これら磁気ブラシ現像法を採用した装置において、現像ドクタ４４の先端付近には現像スリーブ４１ｓ上の現像剤の搬送量のバラツキを抑えるために磁性体４４ａが設置されている。この磁性体４４ａを設けることによって、その磁気拘束力で磁性体４４ａと現像スリーブ表面との間の現像ドクタ規制部で磁性粒子を連鎖させ、磁性粒子のカーテンを形成し、その間を通過するトナーに磁性粒子との接触による摩擦帯電の機会を増すことで十分な帯電を行うことができるようにするためである。
【００４４】
しかし、磁性体４４ａによる磁気拘束力が過剰であると、磁性粒子や現像スリーブ４１ｓが過剰なストレスを受け、それぞれの表面に形成されている微細な凹凸が磨耗してしまう場合がある。そして、現像スリーブ４１ｓや磁性粒子の表面の摩擦抵抗が減少し、磁性粒子と現像スリーブ４１ｓとの間でスリップが生じるようになって、現像スリーブ４１ｓによる現像剤搬送性が極端に低下してしまうことがある。すると、形成した画像にざらつきや、ハーフトーンにムラ等が発生する。
一方、磁性体４４ａによる磁気拘束力が不足すると、キャリアのカーテンを形成できなくなって、磁性体４４ａがトナーの摩擦帯電促進に寄与されなくなってしまう。
【００４５】
以上のような磁性体４４ａの磁気拘束力の過不足によって生じる不具合を考慮して、本実施形態においては、磁性体４４ａを設ける位置を規定している。
図７は、本実施形態にかかる現像装置の説明図で、リボルバー現像装置４２０の現像器において図６における斜線Ｚの領域のうち法線方向磁束密度が６００×１０^−４［Ｔ］の位置に現像ドクタ４４を対向させたものである。また、磁性体４４ａは厚みが０．５［ｍｍ］のものを現像ドクタ４４の現像スリーブ４１ｓによる現像剤搬送方向上流側の面に設けている。このとき、現像スリーブ表面から現像ドクタ先端までの距離をＤ１、現像スリーブ表面から磁性体４４ａ先端までの距離をＤ２とし、それらが、
０．３≦Ｄ２−Ｄ１≦１．０
の関係を満たすように磁性体４４ａの位置を決めている。これによって、現像ドクタ先端と磁性体先端との距離を０．３〜１．０［ｍｍ］の範囲内にしている。
【００４６】
図８は、この距離ｆ＝Ｄ２−Ｄ１が本発明の範囲である０．３〜１．０［ｍｍ］のときＦ１と、０［ｍｍ］即ち現像ドクタ先端と磁性体先端とが並んで感光体スリーブ表面に対して同じ距離となるように設けられているときＦ２とで、プリント枚数による現像剤汲み上げ量を測定したグラフである。尚、各データは、Ｄ１を一定にして測定したものである。グラフから分かるように、距離ｆが０［ｍｍ］のとき、現像剤の汲み上げ量は１０００枚を超えた頃から低下し始め、しばらくすると画像のボソツキが生じる汲み上げ量０．０３以下の範囲になってしまう。これに対して、距離ｆが０．３〜１．０［ｍｍ］のとき、プリント枚数が数千枚を超え１万枚以上となっても汲み上げ量は０．０５より大きい値で安定している。また、ここには記載していないが、距離ｆが０．３［ｍｍ］より狭く０［ｍｍ］より広いところでは、剤汲み上げ量は図中Ｆ１より少なくＦ２より多くなる。
これは、距離ｆが０．３［ｍｍ］より狭いと、磁性体４４ａによるキャリアの拘束力が強まり、キャリアの表面鏡面化や現像スリーブ表面へのトナーフィルミングによる摩擦抵抗の低下によって現像剤の搬送性が大きく悪化するためである。
【００４７】
一方、この距離ｆ＝Ｄ２−Ｄ１が本発明の範囲である０．３〜１．０［ｍｍ］より広いと、剤汲み上げ量は０．３〜１．０［ｍｍ］のときと同じだが、現像スリーブ表面からの距離が遠くなる。このため、磁界発生手段による磁気拘束力は距離の二乗に反比例して低下していくが、１．０［ｍｍ］を超えると磁性体４４ａによるキャリアのカーテンを良好に形成できなくなり、磁性体４４ａがトナーの摩擦帯電促進に寄与されなくなってしまう。
本実施形態においては、これらの不具合が生じないように、距離ｆを０．３〜１．０［ｍｍ］の範囲にしている。
【００４８】
更に、本実施形態のプリンタに用いる現像剤はその構成成分である磁性粒子に粒径が５０［μｍ］以下のものを使用している。従来の二成分現像剤には一般的に粒径６５［μｍ］程度の磁性粒子が使用されることがあったが、本実施形態においては、粒径が５０［μｍ］以下のものを使用することによって、画像の高画質化に有効である。明度７０〜９０領域のハーフトーンドット画像において、磁性粒子の粒径が５０［μｍ］以上の場合には粒状度０．３程度であっても、粒径を３５［μｍ］程度まで下げると粒状度が０．１と３倍近くもドット再現性が向上する。
図９は、磁性粒子の粒径を３５［μｍ］，５０［μｍ］，６５［μｍ］の３種類に変化させて形成した画像の粒状性を比較したグラフである。この粒状性は０〜５までのランクで示したもので、ランクが大きいほど画像上でのドット再現性が良く、ランクが小さいほどドット再現性が悪いことを示している。この図から、ａ（粒径６５［μｍ］）がランク２、ｂ（粒径５０［μｍ］）がランク３、ｃ（粒径３５［μｍ］）がランク４となり、粒径が小さいほどドット再現性が良好であることが分かる。
このことから、本実施形態のように磁性粒子に粒径が５０［μｍ］以下のものを使用することは、高画質化に有効である。
【００４９】
本発明においては、感光体と現像手段とを少なくとも含み、更に帯電装置手段、クリーニング手段等のうち複数の手段をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。図１０は、本発明のプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置の概略構成図である。図中Ａ部がプロセスカートリッジ全体を示し、本実施例においては感光体１、帯電手段２、現像手段３、クリーニング手段４を含んで構成されている。帯電手段２あるいはクリーニング手段４は、プロセスカートリッジと別体に構成するものであってもよい。現像手段３の構成は、図４に示すリボルバー現像装置４２０に含まれる一の現像器と同様の構成であり、ここではその説明を省略する。
【００５０】
図１０の画像形成装置の動作について説明する。感光体１は、所定の周速度で回転駆動される。感光体１はその回転過程において、帯電手段２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る。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き込み手段５からの画像露光光を受け、感光体１上に静電潜像が順次形成される。形成された静電潜像は、次いで現像手段３によりトナーが供給されてトナー像化される。一方、給紙部１５４から転写紙がレジストローラ１７２に向けて搬送される。転写紙はレジストローラ１７２で一旦待機し、その後、感光体１上のトナー像が転写位置に到達するタイミングに合わせて転写搬送ベルト１５５により転写位置に搬送される。そして、感光体１上のトナー像が転写手段１６２により順次転写紙に転写されていく。像転写を受けた転写紙は、更に転写搬送ベルト１５５により搬送されて、定着手段１６５へ導入され、像定着されて複写物（コピー）として装置外へ排出される。また、像転写後の感光体１の表面は、クリーニング手段４によって転写残りトナー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。
【００５１】
以上、本実施形態のプリンタ及びプロセスカートリッジに用いたリボルバー現像装置４２０、現像手段３では、現像ドクタ先端の現像スリーブ４１ｓ表面への対向位置を、現像ローラ４１の表面上で測定し得る法線方向磁力の法線方向磁束密度Ｂｍｙにおける１つの磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）と対応する法線方向磁束密度分布範囲であって、次の▲１▼▲２▼及び▲３▼の条件を満足する現像ローラ表面位置にしている。
▲１▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが、上記磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）の１／２以上である。
▲２▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが最大値となる現像ローラ表面位置の現像剤搬送方向下流側に現像ローラ４１の表面上で測定し得る接線方向磁束密度Ｂｍｘの最大値を有する接線方向磁力の接線方向磁束密度分布範囲である。
▲３▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが接線方向磁束密度Ｂｍｘ以上である。
よって、現像剤の汲み上げ量の安定化や、現像剤の劣化防止、トナーの摩擦帯電量の適正化を実現でき、画像の高画質化を安定して実現することができる。
また、上記現像装置では、現像スリーブ表面から現像ドクタ先端までの距離Ｄ１と現像スリーブ表面から磁性体４４ａ先端までの距離Ｄ２との関係が、
０．３≦Ｄ２−Ｄ１≦１．０
となる位置に磁性体４４ａを設けている。これによって現像ドクタ先端と磁性体先端との距離ｆを０．３〜１．０［ｍｍ］の範囲内にし、磁性体４４ａによる磁気拘束力の適正化を図ることができ、トナーの良好な摩擦帯電を得つつ、現像剤汲み上げ量を安定化させることができる。これは、距離ｆを、それより短いと磁性体４４ａによるキャリアの拘束力が強まりキャリアの表面鏡面化や現像スリーブ表面へのトナーフィルミングによる摩擦抵抗の低下によって現像剤の搬送性が大きく悪化する０．３［ｍｍ］以上にしているためであり、かつ、それを超えると磁性体４４ａによるキャリアのカーテンを良好に形成できなくなり磁性体４４ａがトナーの摩擦帯電促進に寄与されなくなってしまう１．０［ｍｍ］以下にしているためである。
また、上記現像装置に用いる現像剤は、磁性粒子に粒径が５０［μｍ］以下のものを使用している。これによって、高画質化を図ることができる。これは、図９に示すように、粒径が小さいほど画像上のドット再現性が良くなる磁性粒子の粒径の上限を５０［μｍ］に設定しているためである。
また、以上のような現像装置を用いた上記画像形成装置は、良好に帯電された適量のトナーにより良好な画像形成を行うことができる。また特に、磁性粒子に粒径が５０＞μｍ＠以下のものを使用したことによって、画像上のドット再現性がよくなるため、粒径がそれより大きいものを用いた場合に比してより良好な画像を形成することができる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１乃至３の現像装置によれば、現像剤の汲み上げ量の安定化や、現像剤の劣化防止、現像剤の摩擦帯電量の適正化を実現して、画像の高画質化を安定して実現できる現像装置を提供することができるという優れた効果がある。
【００５３】
また、請求項４のプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置、又は請求項５の画像形成装置によれば、良好に帯電された適量の現像剤により良好な画像形成を行うことができるという優れた効果がある。特に、請求項３に従属した態様によれば、画像上のドット再現性がよくなるため、更に良好な画像形成を行うことができるという優れた効果がある。また、感光体と作像手段の少なくとも一つをプロセスカートリッジとして一体化することで、保守性、交換性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の全体的な概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る画像形成装置の引き出しユニットの概略構成図である。
【図３】上記画像形成装置本体から上記引き出しユニットを引き出した状態を示す概略斜視図である。
【図４】上記画像形成装置に搭載されているリボルバー現像装置の現像器の構成を示す概略構成図である。
【図５】上記現像器の現像ローラの構成を示す概略断面図である。
【図６】上記現像ローラの磁束密度波形図である。
【図７】本実施形態にかかる現像装置の説明図である。
【図８】距離ｆとプリント枚数による現像剤汲み上げ量との関係を示したグラフである。
【図９】磁性粒子の粒径による画像の粒状性を比較したグラフである。
【図１０】本発明にかかるプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
４１現像ローラ
４１ｓ現像スリーブ
４１ｍマグネットローラ
４２，４３現像剤搬送スクリュ
４４現像ドクタ
４４ａ磁性体
４５現像ケーシング
１００画像形成装置
２００カラー画像読取部
３００カラー画像記録部
４０１書き込み光学ユニット
４１４感光体ドラム
４１４ＰＰセンサ
４２０リボルバー現像装置（現像器ユニット）
４２０Ａ現像器保持体
４２０ＫＢＫ現像器
４２０ＣＣ現像器
４２０ＭＭ現像器
４２０ＹＹ現像器
５００引き出しユニット
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５マグネットローラの磁極
Ｂｍｘ現像スリーブ上の接線方向磁束密度
Ｂｍｙ現像スリーブ上の法線方向磁速密度
Ａプロセスカートリッジ

Claims

トナーと磁性粒子とからなる二成分現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域へ該現像剤を搬送する現像剤担持体と、
該現像剤担持体内部に設けられ法線方向磁力と接線方向磁力とを発生する磁界発生手段と、
該現像剤担持体表面にギャップをもって対向配置されて該対向位置で該現像剤担持体によって該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、
上記現像剤担持体の表面上で測定し得る法線方向磁力の法線方向磁束密度Ｂｍｙにおける１つの磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）と対応する法線方向磁束密度分布範囲であって、次の▲１▼▲２▼及び▲３▼の条件を満足する該現像剤担持体表面位置に上記現像剤規制部材先端が対向するよう該現像剤規制部材を設けたことを特徴とする現像装置。
▲１▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが、上記磁束密度最大値ｍａｘ（Ｂｍｙ）の１／２以上である。
▲２▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが最大値となる該現像剤担持体表面位置の現像剤搬送方向下流側に現像剤担持体の表面上で測定し得る接線方向磁束密度Ｂｍｘの最大値を有する接線方向磁力の接線方向磁束密度分布範囲である。
▲３▼法線方向磁束密度Ｂｍｙが接線方向磁束密度Ｂｍｘ以上である。
請求項１の現像装置において、
上記現像剤規制部材として非磁性の現像剤規制部材を用い、該現像剤規制部材における上記現像剤担持体による現像剤搬送方向上流側の面に磁性部材を設け、該現像剤担持体表面から該現像剤規制部材先端までの距離をＤ１、該現像剤担持体表面から該磁性部材先端までの距離をＤ２とし、
０．３≦Ｄ２−Ｄ１≦１．０
の関係を満たす位置に該磁性部材を設けたことを特徴とする現像装置。
請求項１又は２の現像装置において、
上記磁性粒子の粒径を５０［μｍ］以下としたことを特徴とする現像装置。
像担持体と、該像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段とを含んで一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在に構成されるプロセスカートリッジにおいて、
上記現像手段として、請求項１，２，又は３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。
像担持体と、該像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像形成手段により像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項１，２，又は３の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。