JP4109935B2 - Developing device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像剤担持体の内部に配置された磁界発生手段によって発生する磁界によって、磁性粒子を含む現像剤を現像剤担持体上に担持させて搬送する現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真式や静電記録式等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等の潜像担持体上に画像情報に対応した静電潜像を形成し、その静電潜像に対して現像装置による現像を行うことにより可視像を得る。近年では、このような現像を行うにあたり、転写性、ハーフトーンの再現性、温度及び湿度に対する現像特性の安定性などの観点から、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を用いた二成分現像方式を利用するのが主流になっている。この二成分現像方式を利用する現像装置では、現像剤を現像剤担持体上にブラシ状に穂立ちさせて保持しつつ、現像剤担持体と潜像担持体とが対向する現像領域に搬送する。そして、その現像領域において、そのブラシ状の現像剤に潜像担持体表面を摺擦させ、現像剤中のトナーを潜像担持体上の静電潜像部分に供給して静電潜像を現像するいわゆるブラシ式現像を行う。
【０００３】
このようなブラシ式現像を行う現像装置における現像剤担持体は、通常、円筒状に形成された現像スリーブと、現像スリーブ内部に配置される複数の磁極を備えた磁石ローラとから構成されている。この磁石ローラは、現像スリーブ表面に現像剤を穂立ちさせる磁界を形成するためのものである。この磁石ローラに対して現像スリーブが相対移動することで、現像スリーブ表面に穂立した現像剤が搬送される。現像領域において、現像スリーブ上の現像剤は、磁石ローラがもつ現像磁極から発せられる磁力線に沿って穂立ちする。穂立ちしてブラシ状となった現像剤は、現像スリーブの表面移動に伴って撓むようにして潜像担持体表面に接触し、静電潜像にトナーを供給する。
【０００４】
このような現像装置においては、現像領域において潜像担持体と現像スリーブとの距離を近接させるほど、高い画像濃度を得やすく、またエッジ効果も少ないことが知られている。このため、潜像担持体と現像スリーブとの距離を近接させることが望ましい。しかし、この距離を近接させると、黒ベタ画像やハーフトーンのベタ画像の後端部が白く抜ける、いわゆる後端白抜けと呼ばれる現象が発生したり、細線再現性が悪化したりして、画質が劣化するという不具合が生じる。
【０００５】
現像領域における現像スリーブの表面移動方向は、潜像担持体に連れ回る方向であり、その線速は潜像担持体の線速よりも速く設定されている。よつて、磁気ブラシは潜像担持体上の静電潜像を追い越しながら摺擦するように静電潜像に対して相対移動する。すなわち、潜像担持体表面は、現像領域を通過する間に複数の磁気ブラシに順次追い越されるように摺擦される。画像後端位置に対応する潜像担持体上の静電潜像部分（潜像後端部分）に着目すると、この潜像後端部分を順次摺擦する複数の磁気ブラシは、次のようにトナー供給能力が順次小さいものになる。
すなわち、現像領域に進入した後に潜像後端部分を摺擦する磁気ブラシは、潜像担持体上で潜像担持体表面移動方向上流側に位置する非潜像部分に対向してきたものである。そのため、この磁気ブラシの先端部分では、上記非潜像部分に対向していた期間に、キャリア表面に付着していたトナーが非潜像部分から受ける静電力で現像スリーブ側に移動するトナードリフトが生じている。このトナードリフトは、上記非潜像部分に対向する期間が長いほど進行する。よつて、現像領域の潜像担持体移動方向下流側で潜像後端部分を摺擦する磁気ブラシほど、上記非潜像部分に対向してきた期間が長くてトナードリフトが進行し先端部のキャリア面トナーが少なく、トナー供給能力が小さいものになる。
そして、潜像後端部分が現像領域を脱出するとき、この潜像後端部を摺擦する磁気ブラシは、先端部のキャリア面にトナーがほとんど存在しない状態になる。このような程度までトナードリフトが進行した磁気ブラシは、トナーが付着していない磁気ブラシの先端部のキャリア面に、潜像後端部分に付着しているトナーを静電的に引きつけるものとなる。この結果、潜像後端部分については、現像領域中で磁気ブラシにより一旦トナーが供給されても、このトナーが現像領域を脱出するまでに、キャリア面にトナーがほとんどなくなった他の磁気ブラシの先端部分に移ってしまう。これにより、後端白抜けや細線再現性の低下が生じるものと考えられる。
【０００６】
本出願人は、特許文献１、特許文献２、特許文献３等において、後端白抜けや細線再現性の低下を抑制するための発明を提案している。これらの公報で提案した発明では、現像領域における法線方向磁束密度の減衰率や、現像領域で現像剤を穂立ちさせるための主磁極と隣り合う磁極との角度間隔、主磁極の半値中央角などを所定値に規定している。具体的な構成としては、上述した現像磁極を、Ｎ極からなる１つの主磁極と、この主磁極の現像スリーブの表面移動方向上流側及び下流側に近接するように配置されるＳ極からなる２つの補助磁極とから構成する。更に、本出願人は、現像ニップ及び磁気ブラシ密度の設定（特許文献４参照）や主磁極の半値角度幅（半値中央角ともいう）の設定（特許文献５参照）等をして、画質改善を実現する発明も提案している。
これらの発明によれば、後端白抜け現象及び細線再現性の改善を図ることができることが確認されている。
【０００７】
上記公報のうち特許文献１、特許文献２及び特許文献３等の装置により、後端白抜け現象及び細線再現性を改善できるのは、以下の理由によるものと考えられる。
図１０（ａ）は、現像磁極が１つの磁極Ｐ１からなる従来の現像装置における現像領域近傍の磁力分布を示す説明図である。また、図１０（ｂ）は、その現像磁極Ｐ１により形成される磁界から磁力を受けて穂立ちした現像剤からなる磁気ブラシを現像スリーブ４の軸方向から見たときの形状を示す説明図である。
図１１（ａ）は、現像磁極が１つの主磁極Ｐ１ｂと２つの補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃからなる現像装置における現像領域近傍の磁力分布を示す説明図である。また、図１１（ｂ）は、これらの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃにより形成される磁界から磁力を受けて穂立ちした現像剤からなる磁気ブラシを現像スリーブ４の軸方向から見たときの形状を示す説明図である。
【０００８】
従来の現像装置では、Ｎ極の現像磁極に隣り合うＳ極の磁極としては、現像領域に対して現像スリーブ４の表面移動方向下流側に位置する領域で現像剤を搬送するための磁界を形成する磁極Ｐ２がある。また、現像スリーブ４上に汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送するための磁界を形成する磁極Ｐ６も存在する。これらの磁極Ｐ２，Ｐ６は、現像磁極Ｐ１から比較的離れた位置に配置されるので、現像領域における磁界の磁力分布は、図１０（ａ）に示すように、現像磁極Ｐ１から出る磁力線が現像スリーブ表面から比較的離れた位置を通るようになる。そして、現像スリーブ４上に担持されて現像領域まで搬送されてきた現像剤は、図１０（ｂ）に示すように、その磁力線に沿って穂立ちし、磁気ブラシを形成する。
【０００９】
一方、上記公報の現像装置では、Ｎ極の主磁極Ｐ１ｂに隣り合うＳ極の磁極として、２つの補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃがある。主磁極Ｐ１ｂとこれらの補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃとの距離は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示した従来の現像装置における上記現像磁極とこれに隣り合う両磁極Ｐ２，Ｐ６との距離より小さい。このため、図１１（ａ）に示すように、現像領域における磁界の磁力分布は、図１０（ａ）に示す従来の現像装置の現像磁極による磁界の分布に比べ、主磁極Ｐ１ｂから出る磁力線が現像スリーブ表面に近い位置を通る。また、主磁極Ｐ１ｂから出る磁力線のより多くが、隣り合う磁極としての２つの補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃに向かう。これらの結果、磁気ブラシの形成に関与する現像スリーブ表面の法線方向に近い方向に向かう磁力線（以下、「穂立ち用磁力線」という。）の本数が、同じ本数の磁力線が生じる従来の現像装置に比べて少なくなる。その穂立ち用磁力線が存在する現像スリーブ４の表面移動方向における幅（穂立ち幅）も狭くなる。そのため、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）との比較からもわかるように、現像領域に搬送されてきた現像剤の穂立ち開始位置は、従来の現像装置よりも現像領域における現像スリーブ表面移動方向の中心（以下、単に「中心」という。）に近づく。また、現像スリーブ４の表面に担持された状態で現像領域を通過する現像剤の穂立ち終了位置も、同様にして、従来の現像装置よりも現像領域の中心に近づくことになる。すなわち、現像スリーブ４上の現像剤が、従来の現像装置よりも現像領域の中心から近い地点で穂立ちを開始し、また、穂立ちを終了するようになる。この結果、現像スリーブ４上の磁気ブラシが感光体ドラム１に近接又は接触する期間が従来の現像装置よりも短くなる。これに応じて、潜像後端部分が感光体ドラム表面の移動で現像領域を脱出するときにこの潜像後端部を摺擦する磁気ブラシが、それまで非潜像部分に近接又は接触していた期間も、従来の現像装置より短くなる。よって、現像領域を脱出するときに感光体ドラム１の潜像後端部分を摺擦する磁気ブラシのトナードリフトの進行度合いを小さくでき、従来の現像装置に比べ、後端白抜け及び細線再現性の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、上記公報の現像装置においては、Ｎ極の主磁極Ｐ１ｂに２つのＳ極の補助磁極が近接して配置されているので、現像スリーブ４の表面からその法線方向に離れた位置での現像領域内の磁力線は、従来の現像装置に比べて疎となる。このため、現像スリーブ４の表面からその法線方向に離れた位置（例えば、従来装置における磁気ブラシの先端部分が存在する位置）での現像領域内における法線方向磁束密度は、上記公報の現像装置の方が従来の現像装置より小さくなる。したがって、上記公報の現像装置では、磁気ブラシを構成する現像剤の多くが磁束密度の高い現像スリーブ４の表面近傍に引き寄せられ、図１１（ｂ）に示すように、磁気ブラシの長さは従来の現像装置に比べて短いものとなる。
【００１１】
更に、上記公報の現像装置を実際に使用する場合、現像領域に供給される現像剤の量は、現像領域を通過する間に穂立ちすることができる現像剤の最大量よりも少なく設定される。すなわち、上記公報の現像装置においては、本来であればもっと長い磁気ブラシを形成できるところ、現像領域に供給される現像剤の量を少なめにして磁気ブラシの長さをより短く規制する。これにより、現像スリーブ４の表面に近い磁束密度の高い領域に磁気ブラシの先端部分が位置することになり、その磁気ブラシの先端部分では、従来の現像装置における磁気ブラシの先端部分よりもブラシ密度が高いものとなる。そして、磁気ブラシが短くなった分だけ現像スリーブ４の表面と感光体ドラム１の表面との最小間隔（以下、「現像ギャップ」という。）Ｐｇを狭くすることで、従来装置よりも現像スリーブ４の表面に近い磁束密度の高い領域に存在する密度の高いブラシ部分で感光体ドラム１を摺擦することができる。
【００１２】
尚、上記公報の現像装置では、上述のように、現像剤の穂立ち開始位置及び現像剤の穂立ち終了位置が、従来の現像装置よりも現像領域の中心に近づくことになる。このため、図１１（ｂ）に示すように、現像領域において磁気ブラシが潜像担持体を摺擦する部分の現像スリーブ表面移動方向の幅（摺擦幅）Ｐｎが従来の現像装置よりも狭くなる。そのため、磁気ブラシによる摺擦で感光体ドラム１上の潜像部分に供給されるトナー量は、摺擦する部分のブラシ密度が同じであれば、従来の現像装置よりも減少する。しかし、上記公報の現像装置を用いれば、上述したように、感光体ドラム１に接触する磁気ブラシの先端部分のブラシ密度を従来の現像装置よりも高くできる。よって、感光体ドラム１上の潜像部分に供給されるトナー量が従来の現像装置に比べて減るのを抑制することができる。
以上から、摺擦幅Ｐｎが従来の現像装置よりも狭くなっても、現像領域における感光体ドラム１の線速に対する現像スリーブ４の線速比を高めるなどにより、静電潜像に供給されるトナー量を十分に確保することが可能である。よって、後端白抜けを抑制し、細線再現性を高め、かつ、画像濃度の高い高品質な画像を提供することが可能である。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００―３０５３６０号公報
【特許文献２】
特開２０００―３４７５０６号公報
【特許文献３】
特開２００１−５２９６号公報
【特許文献４】
特開２００１−２７８４９号公報
【特許文献５】
特開２００１−１３４１００号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の現像装置においては、磁石ローラに設けられるいずれの磁極も、現像スリーブ軸方向に長尺な棒状の永久磁石を用いていた。この永久磁石は、粉末磁性粒子を固めて形成されているため、脆性に対する機械的強度が低く、衝撃に脆いという欠点がある。従って、このような永久磁石からなる磁極形成に際しては、脆性に対する機械的強度などを考慮する必要がある。そのため、現像スリーブ表面移動方向における磁極幅は自ずと制約されてしまう。このように磁極幅を小さくすることが困難となる結果、現像スリーブ上において狙いとする強い磁界を局部的に発生させることができないという問題点があった。
【００１５】
この問題点により、例えば、上述した現像磁極を上記のような永久磁石で構成した場合、上記後端白抜けの発生を防止できるような摺擦幅Ｐｎや磁気ブラシの密度等を得るために必要な磁極幅を得ることが困難となる。ちなみに、生め込みタイプの永久磁石の形成可能な最小幅は、２．０〜２．５［ｍｍ］程度が限界とされている。
また、近年では、現像スリーブの小サイズ化が望まれる関係で、現像スリーブ上において狙いとする強い磁界を局部的に発生させる必要性が高まっており、上記問題点の解決が重要となっている。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、脆性に対する機械的強度を確保しつつ、現像剤担持体上の局部に強い磁界を発生させることができる現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、磁性粒子を含む現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体と、該現像剤担持体の内部に配置され、該現像剤を該現像剤担持体上に担持させるための磁界を発生させる磁界発生手段とを備えた現像装置において、上記磁界発生手段は、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の磁極の隙間に配置される該磁極とは反対極性の主磁極を有し、上記主磁極として、上記現像剤担持体の外方に向かう側の端部が尖頭状に形成されたものを用い、上記一対の磁極の少なくとも一方における上記現像剤担持体の外方に向かう側の端部が上記主磁極の尖頭状端部を残して該主磁極を覆うように、該一対の磁極を配置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、請求項１の現像装置において、上記主磁極は、上記現像剤担持体と潜像担持体とが対向する現像領域で、該現像領域に対向するように配置される現像磁極を含む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、上記主磁極は、上記現像剤担持体と現像領域に搬送される現像剤量を規制する現像剤規制部材とが対向するトナー摩擦帯電領域で、該トナー摩擦帯電領域に対向するように配置される現像剤規制磁極を含む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１、２又は３の現像装置において、上記現像剤担持体表面移動方向における上記主磁極の尖頭状端部の幅を１．５［ｍｍ］以下に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、請求項１、２、３又は４の現像装置において、上記主磁極を、希土類磁性材料を含む永久磁石で形成したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を、磁性粒子を含む現像剤により現像する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、４又は５の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明においては、現像剤担持体の内部における磁界発生手段を構成する主磁極は、現像剤担持体の外方に向かう側の端部が尖頭状に形成されている。現像剤担持体の外方に向かう側の端部を狭くできれば、現像剤担持体上の局部に強い磁界を発生させることができることは、後述する実験によって確認されている。一方で、このように狭い端部を有する主磁極を従来の棒状永久磁石で実現しようとすると、上述したように脆性に対する機械的強度が低くなってしまう。しかし、本発明における主磁極は、現像剤担持体の内方に向かって広がった形状となるので、同じように狭い端部を実現する場合でも、従来の棒状永久磁石よりも大きい寸法を確保できる。したがって、本発明によれば、主磁極の寸法が大きいまま、現像剤担持体の外方に向かう側の端部を狭くすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、画像形成装置であるプリンタに適用した一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、プリンタ以外に、複写機やファクシミリなどにも適用することができる。
まず、本実施形態の説明に先立って、本発明が適用されるプリンタについて説明する。このプリンタは、本出願人が提案した上記特許文献１に示すもので、その主要部の概略構成を図２に示す。
【００２０】
図２において、潜像担持体である感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電ローラ等の帯電装置２が設けられている。また、この帯電装置２で一様帯電処理された感光体ドラム１の表面にレーザ光線Ｌにより潜像を形成する図示しない露光装置も設けられている。また、この露光装置により感光体ドラム１上に形成された潜像に対して帯電トナーを付着させることでトナー像を形成する現像手段としての現像装置４も設けられている。また、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙に転写する転写手段としての転写装置５も設けられている。この転写装置５としては、転写ベルト、転写ローラ、転写チャージャ等を利用することができるが、本実施形態では、上記転写紙を搬送する搬送ベルトを兼ねた転写ベルトを採用している。また、転写後に感光体ドラム１上に残った転写残トナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置７も設けられている。また、クリーニング後の感光体ドラム１上の残留電位を除去する除電手段としての除電ランプ８も設けられている。
【００２１】
感光体ドラム１は、図２の矢印方向に回転駆動されて表面が移動する。この感光体ドラム１の表面には、帯電装置２の帯電ローラによって一様に帯電処理がなされた後、レーザ光線Ｌによって静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４に設けられる現像剤担持体としての現像ローラ４１との対向位置である現像領域において、現像装置４から供給される現像剤中の帯電トナーによりトナー像化される。ここで、「現像領域」とは、動作状態又は静止状態にある感光体ドラムと磁気ブラシを担持した現像ローラとの間に、現像ポテンシャル（現像ローラと感光体間の電位差）最大値印加時に現像の行なわれる領域を示す。このようにして感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、感光体ドラム１の回転により転写装置５との対向位置まで移動し、図示しない給紙トレイから搬送された記録材である転写紙上に転写される。このトナー像が転写された転写紙は、転写装置５の転写ベルトにより定着装置６に向けて搬送され、定着装置６によって転写されたトナー像が定着される。一方、転写紙に転写されずに感光体ドラム１上に残った転写残トナーは、クリーニング装置７によって回収される。これにより、表面がクリーニングされた感光体ドラム１は、除電ランプ８により、その表面上の残留電荷が除去されて初期化され、次の画像形成プロセスに供されることになる。
【００２２】
次に、感光体ドラム１上に形成された潜像の現像工程について説明する。
図３に、上記現像装置４の概略構成を示す。
現像ローラ４１は、感光体ドラム１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。この現像ローラ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からなる円筒状に形成された現像スリーブ４３と、この現像スリーブ４３の表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁界発生手段としての磁石ローラ４４とで構成されている。なお、以下の説明中「現像ニップ幅」とは、現像スリーブ表面移動方向において現像スリーブ４３上の磁気ブラシが感光体ドラム１と接触している幅をいう。
【００２３】
現像スリーブ４３は、図示しない回転駆動機構によって矢印方向（時計回り方向）に回転自在となるように支持されており、磁石ローラ４４は、現像スリーブ４３内に固定状態で配設されている。これにより、現像装置４の現像ケーシング４６内の現像剤中の磁性キャリアが、磁石ローラ４４から出る磁力線に沿うようにして、現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちする。そして、このチェーン状に穂立ちした磁性キャリアに現像剤中の帯電トナーが付着して、現像スリーブ４３の表面上に磁気ブラシが形成される。
【００２４】
この現像スリーブ４３の表面上に形成された磁気ブラシは、現像スリーブ４３の回転に伴って、現像スリーブ４３と同方向すなわち時計回り方向に搬送される。この現像剤の搬送方向における現像領域上流側部分には、現像領域に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が設置されている。さらに、感光体ドラム１に対向する現像ローラ４１の後方領域には、現像ケーシング４６内の現像剤を撹拌させながら現像ローラ４１側に汲み上げるスクリュー４７が設置されている。
【００２５】
次に、磁石ローラ４４から出る磁界について説明する。
図４は、磁石ローラ４４の各磁極により現像スリーブ４３の表面に発生するその表面の法線方向の磁束密度（以下、「法線方向磁束密度」という。）の分布を実線で示した円グラフである。この円グラフを作成するために、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を使用し、これらで測定した結果を円チャートレコーダにより記録した。このような磁気特性を有する磁石ローラ４４による磁界によって、現像剤中のキャリアが現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちし、このチェーン状に穂立ちしたキャリアに静電力等によりトナーが付着して磁気ブラシが形成される。この磁気ブラシは、現像スリーブ４３の表面移動に伴って現像スリーブ４３の表面移動方向（図中反時計回り方向）に搬送される。
【００２６】
本実施形態における磁石ローラ４４は、図４に示すように、現像領域における現像剤を穂立ちさせるための磁界を形成する主磁極Ｐ１ｂを備えている。また、この主磁極Ｐ１ｂに対して現像スリーブ４３の表面移動方向上流側と下流側には、それぞれ補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃが主磁極Ｐ１ｂに近接するように配置されている。これらの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃは、横断面の小さい磁石により構成されている。一般に、磁石の横断面を小さくすると磁力が弱くなるため、本実施形態では、３つの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃを比較的磁力の強い希土類金属合金からなる永久磁石で構成し、かつ、主磁極Ｐ１ｂを後述するような形状に形成している。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によれば、３５８［ｋＪ／ｍ3］の最大エネルギー積を得ることができる。また、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石によれば、８０［ｋＪ／ｍ3］前後の最大エネルギー積を得ることができる。一般には、最大エネルギー積が３６［ｋＪ／ｍ3］前後、２０［ｋＪ／ｍ3］前後のフェライト磁石、フェライトボンド磁石等が用いられる。しかし、本実施形態のように希土類金属合金磁石を用いれば、これらに比べて強い磁力を確保することができる。よって、横断面の小さい磁石を用いても、現像スリーブ４３の表面の磁力を十分に確保することができる。本実施形態では、現像磁極を構成する３つの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃにより現像スリーブ４３の表面に発生する法線方向磁束密度が１００［ｍＴ］以上２００［ｍＴ］以下となるように設定されている。
【００２７】
また、図４において１点破線で示すラインは、現像スリーブ４３の表面からその法線方向に１［ｍｍ］離れた位置での法線方向磁束密度を示している。本実施形態において、法線方向磁束密度の減衰率とは、下記の数１で求められる値を意味する。このとき、数１中「Ｘ」は、現像スリーブ４３の表面上に発生する法線方向磁束密度のピーク値を指し、「Ｙ」は、現像スリーブ４３の表面からその法線方向に１［ｍｍ］離れた位置での法線方向磁束密度のピーク値を指す。例を挙げると、現像スリーブ４３の表面の法線方向磁束密度が１００［ｍＴ］で、現像スリーブ４３の表面から１［ｍｍ］離れた部分での法線方向磁束密度が８０［ｍＴ］であるとき、その減衰率は２０［％］となる。
【数１】
減衰率［％］＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００
【００２８】
次に、磁石ローラ４４の磁極配置について説明する。
図５は、磁石ローラ４４の現像磁極である３つの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃの配置を示す説明図である。磁石ローラ４４の現像磁極は、主に現像領域の現像剤を穂立ちさせるために機能する主磁極Ｐ１ｂと、２つの補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃから構成される。これらの補助磁極は、主磁極Ｐ１ｂに対して現像スリーブ４３の表面移動方向の上流側及び下流側に隣接する位置に配置され、その主磁極Ｐ１ｂとは反対極性をもつものである。本実施形態では、上記主磁極Ｐ１ｂ、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げるための磁界を形成する磁極Ｐ４、現像スリーブ４３上に汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送するための磁界を形成する磁極Ｐ６、及び、現像領域の現像スリーブ４３表面移動方向下流側に位置する領域で現像剤を搬送するための磁界を形成する磁極Ｐ２，Ｐ３を、Ｎ極で構成している。また、上記補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃ、及び、現像スリーブ４３上に汲み上げられた現像剤を搬送する磁極Ｐ５を、Ｓ極で構成している。本実施形態では、主磁極Ｐ１ｂとして、現像スリーブ４３の表面上の法線方向磁束密度の最高値が約１２０［ｍＴ］となる磁石を用いている。
【００２９】
また、上述した２つの補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃは、主磁極Ｐ１ｃによる現像スリーブ４３表面上の法線方向磁束密度の分布を調節するために利用される。具体的には、現像領域における現像スリーブ４３表面の曲率中心軸すなわち現像スリーブ４３の中心軸から見た現像スリーブ表面移動方向の半値点間の角度幅（以下、「半値角度幅」という。）を狭くするために利用される。ここで、半値角度幅とは、主磁極Ｐ１ｃにより現像スリーブ４３の表面に発生する法線方向磁束密度の最高値の半分となる磁束密度を示す現像スリーブ４３表面の２つの半値点を、現像スリーブ４３の中心軸から見たときの現像スリーブ４３の表面移動方向における角度幅をいう。したがって、例えば、法線方向磁束密度の最高値が１２０［ｍＴ］である場合、半値角度幅は、法線方向磁束密度がその半値である６０［ｍＴ］となる現像スリーブ４３表面の半値点を現像スリーブ４３の中心軸から見たときの角度幅となる。本実施形態では、主磁極Ｐ１ｂの半値角度幅が２５［°］以下となるように、補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃの磁気特性や配置などが設定されている。具体的には、現像磁極を構成する３つの磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃの磁石における現像スリーブ表面移動方向の横断面の幅が後述するように１．５［ｍｍ］に設定されている。その結果、本実施形態における主磁極Ｐ１ｂの半値角度幅は１６［°］となる。
【００３０】
また、本実施形態では、補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃの半値角度幅は、図５に示すように、３５［°］以下となるように設定している。また、主磁極Ｐ１ｂと各補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃとの位置関係は、図５に示したように、主磁極Ｐ１ｂと各補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃとの配置角度幅が３０［°］以下となるように設定されている。この配置角度幅とは、主磁極Ｐ１ｂと２つの補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃとにより現像スリーブ４３の表面に発生する法線方向磁束密度の最高値を示す現像スリーブ４３表面の各点を、現像領域における現像スリーブ４３表面の曲率中心軸すなわち現像スリーブ４３の中心軸から見たときの現像スリーブ４３の表面移動方向におけるそれぞれの角度幅をいう。本実施形態では、上述のように主磁極Ｐ１ｂの半値角度幅が１６［°］であるため、主磁極Ｐ１ｂに対する各補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃの配置角度幅を２５［°］としている。
【００３１】
更に、本実施形態では、現像磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ１ｃにより現像スリーブ４３の表面に発生する法線方向磁束密度が０［ｍＴ］となる変極点のうち、現像スリーブ４３の表面移動方向最上流側と最下流側に位置する２つの変極点間の角度幅を１２０［°］以下となるように構成されている。すなわち、図５に示すように、２つの補助磁極Ｐ１ａ、Ｐ１ｃと各補助磁極Ｐ１ａ、Ｐ１ｃにそれぞれ隣り合う磁極Ｐ２，Ｐ６との間に存在する変極点間の角度幅が１２０［°］以下となっている。
【００３２】
以上のような磁気特性を有する主磁極Ｐ１ｂ及び補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃを備えた磁石ローラ４４により生じる磁力線に沿って現像剤が穂立ちして、現像スリーブ４３上に磁気ブラシが形成される。この磁気ブラシの中で、主磁極Ｐ１ｂによる磁界により形成されるブラシ部分のみが感光体ドラム１の表面に接触することになり、感光体ドラム１上の静電潜像の可視像化に寄与することになる。このとき、現像領域における磁気ブラシの長さは、約１［ｍｍ］となるように設定されている。尚、ここでいう磁気ブラシの長さは、感光体ドラム１を取り外した場合における長さであって、実際には、現像ギャップが０．５［ｍｍ］に設定されているので、現像領域における磁気ブラシの長さは、その現像ギャップに応じて短くなる。
【００３３】
このように磁気ブラシの長さを短く形成できるのは、上述のように法線方向磁束密度の減衰率が大きいためである。その理由は、現像スリーブ４３の表面上での法線方向磁束密度は高いが、減衰率が高いために、現像スリーブ４３の表面から１［ｍｍ］離れた位置での法線方向磁束密度は急激に低くなる。このため、現像スリーブ４３の表面付近の現像剤は強い磁界の作用を受けて密集するが、現像スリーブ４３の表面から比較的離れたところでは磁界が弱いため現像剤がブラシチェーンを維持できないからである。また、本実施形態では、上述したように、現像剤供給量を６５［ｍｇ／ｃｍ2］以上９５［ｍｇ／ｃｍ2］以下と少なめになるように設定している。これにより、本来であればもっと長い磁気ブラシを形成できるところ、現像剤供給量不足のため、磁気ブラシが短く規制される。そして、このように短く規制された結果、現像ギャップを０．５［ｍｍ］と設定することで、磁束密度の高い現像スリーブ４３の表面付近で密集した現像剤からなるブラシ部分で感光体ドラム１の表面を摺擦することができる。尚、本実施形態では、現像ギャップを０．５［ｍｍ］に設定しているが、０．３［ｍｍ］以上０．５［ｍｍ］以下の範囲内であればよい。この範囲内であれば、磁束密度の高い現像スリーブ４３の表面付近で密集した現像剤からなるブラシ部分で感光体ドラム１の表面を摺擦することができる。
【００３４】
図６は、現像ローラ４１の回転駆動機構を示す概略構成図である。
この回転駆動機構は、現像スリーブ４３を回転させるための回転軸４１ａと、この回転軸４１ａを現像ローラ４１の軸方向両端外部で軸受けする軸受４１ｂとを備えている。この軸受４１ｂには、回転軸４１ａと接触する部分にシート部材５０が貼り付けられている。このシート部材５０を軸受け４１ｂに貼り付けることで、貼付前よりも、回転軸４１ａを感光体ドラム１側に変位させることができる。よって、現像ギャップは、貼付前よりも狭くすることができる。これにより、現像ギャップが規制ギャップよりも広い場合に、そのシート部材５０を用いることで、現像ギャップを調節することができる。
【００３５】
ここで、本発明者は、上記シート部材として適切な材料を研究するため、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、テフロン（登録商標）樹脂など、他種の材料を試したところ、アクリル系樹脂の場合には潰れなどの変形が少なく、現像ギャップを一定の広さに維持できることを確認した。更に、アクリル系樹脂の場合には、剥がれなどの異常も発生しなかった。この結果、シート状部材の材料としてアクリル系樹脂を選択することにより、良好な条件を維持することができることが判明した。
【００３６】
ところで、この種のプリンタにおいて、高画質な画像形成と装置の長寿命化との両立を図る場合には、現像剤の長寿命化、及び上記感光体ドラム１の表面に潜像及びトナー像を高精細に形成することが大きな課題となる。つまり、この種のプリンタにおいては、その現像剤中のトナーが、磁性粒子である磁性キャリアもしくは上記ドクターブレード４５との接触により帯電する際に、機械的なハザードを受けることによって、トナーの外側に付着している外添剤がトナーに埋没して流動性が低下したり、その帯電能が低下したりするため、画像品質を維持するのが非常に難しい。
【００３７】
従って、このようなプリンタにおいて、高画質な画像形成を達成するには、現像剤中のトナーの帯電時における機械的ハザードを低減することが考えられるが、このトナーの受ける機械的ハザードを低減すると、トナーの摩擦帯電量があまり高まらなくなってしまう。また、高精細の画像形成には、感光体ドラム１の表面の帯電電位と露光後の表面電位との電位差をできるだけ小さくし、光学系から照射する光もできるだけ低いエネルギーにして、感光体ドラム１の表面に潜像を書き込むことが考えられる。しかし、このようにすると、該潜像の電位コントラストが低くなるため、上記現像装置４の現像能力を高める必要性が生じる。そこで、このような潜像の現像に際しては、比較的低帯電のトナーを使用して、現像時における該潜像へのトナーの付着量を増加させることが有効である。また、このように、感光体ドラム１の表面の潜像及び地肌ポテンシャルが比較的小さい場合には、トナー像を転写紙に転写するときのトナーの散りが発生しにくい。
【００３８】
一方、上記プリンタの長寿命化を達成するには、感光体ドラム１の劣化防止が有効である。つまり、感光体ドラム１の表面は、露光による光疲労もさることながら、上記帯電装置２による初期帯電時に強いハザードを受ける。例えば、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、感光体ドラム１の表面に電荷が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。このような感光体ドラム１の表面劣化は、その初期帯電電位を、通常設定される−８００［Ｖ］の１／２の−４００［Ｖ］に設定することで遅らせることが可能となり、感光体ドラム１の長寿命化が可能になる。
【００３９】
ところが、上述のように、感光体ドラム１の初期帯電電位を−４００［Ｖ］のような低電位に設定すること、つまり、ネガポジ現像方式において帯電電位を絶対的に下げることは、現像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ため、現像装置４の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。
【００４０】
一方、上記感光体ドラム１の表面に形成されるトナー像の画像濃度を高くする方法としては、（１）上記感光体ドラム１と現像スリーブ４３との間隔である現像ギャップを狭くする、（２）上記現像領域の現像ニップ幅を広くする、（３）上記感光体ドラム１に接触するトナーの密度を高める（２成分現像方式では、トナー濃度や磁気ブラシ先端の剤密度を高める）、（４）上記現像ローラ４１の回転数を高める、などの方法がある。
【００４１】
つまり、上記（４）の方法では、現像スリーブ４３上に形成された磁気ブラシが感光体ドラム１の表面を摺擦する現像ニップ領域において、感光体ドラム１と現像スリーブ４３とに線速差（以下、これを「対感光体線速比」という。）を設ける。例えば、対感光体線速比を２．５倍として、現像スリーブ４３を、感光体ドラム１よりも２．５倍速く回転させる。また、上記（２）の方法では、現像スリーブ４３の主磁極半値幅が４８［°］の磁石を用いる時の現像ニップの幅を約４［ｍｍ］（実験値）とする。さらに、上記（１）の方法における現像ギャップとしては、０．４［ｍｍ］の場合をあげることができる。
しかしながら、上記（１）、（２）及び（４）に示す方法では、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、前述したような後端白抜けのある異常画像が発生しやすい。
【００４２】
このような異常画像の発生をなくす１つの方法として、現像バイアスＶｂと地肌部の電位差を零にする方法が考えられる。しかし、このような方法は、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される必要があるため、現実的な方策にはなり得ない。
ここで、トナーに磁性体を混合させた磁性トナーを使用することでトナー濃度を高めることができる。しかし、磁性トナーを用いると、トナーが現像スリーブ４３側の磁界の影響を受けて、現像電界によるトナーの移動が緩慢となるため、高トナー濃度のわりには感光体ドラム１上の画像部へのトナー付着が少なく、画像濃度が高くならない。また、磁性トナーを用いた場合には、トナーが磁性体を含んでいるため、カラートナーへの展開が難しい。従って、このような磁性トナーを使用する方法も有効な改良の方策とすることが困難である。
【００４３】
なお、上記磁性キャリアの特性やキャリア表面の構成を改良することで後端白抜けの発生を防止する方法も考えられるが、磁性キャリアの耐久性等を考慮すると、後端白抜けを防止するためだけの目的で、磁性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。
このように、良質な画像を得るためには、画像の細線の再現性、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も考慮しながら、画像の後端白抜けやギザギザ発生を解消することが重要となる。
このようなことから、従来のプリンタにおいては、その現像装置の現像磁極に、幅の狭い永久磁石を使用していたが、このような現像磁極はエネルギー積が小さく、磁束密度を高める上での制約や空間方向の磁束密度の減衰が多く、また、生め込みタイプの現像磁極の幅は、最小で２［ｍｍ］が限界とされていた。
【００４４】
以上の観点より、この種のプリンタにおいて高画質化と長寿命化との両立を図るためには、感光体表面の帯電電位を従来より低減させ、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させて、現像能力を高めることが望ましい。また、感光体表面を低エネルギー光量で露光し、精細な潜像を形成して、高品位画像を形成するシステムとすることが好ましい。更に、特に低コントラスト画像の後端白抜けやギザギザ発生を改善して良好な画像濃度と画質を確保すること、現像時における感光体表面への磁性キャリアの付着を防止すること、小径の現像ローラで強い磁力を得ることなどが課題となる。
【００４５】
上記課題は、後述するような磁石ローラ４４を用いることで解決される。また、磁気ブラシが現像スリーブ軸方向に対して均一に感光体表面から離間して、穂倒れを起こすように構成すれば、上記課題を一層確実に解決できる。ここで、穂立ち・穂倒れにおける「均一」とは、例えば、磁性キャリアの径が５０［μｍ］の場合に、スリーブ長手方向における磁気ブラシの穂の振幅が２［ｍｍ］程度、好ましくは１［ｍｍ］程度以下に収まる状態を意味する。
【００４６】
ところで、磁性粒子に働く磁気力は、磁性粒子が略球状又は不定形の軟磁性体微粉で磁化が小さく、且つ現像剤担持体としての現像ローラの非磁性体からなる現像スリーブ内に固定配置されている永久磁石の形成する磁界に及ぼす影響が小さく無視できる程度の場合、下記の数２に示す式から求めることができる。この式において、Ｍ＝Ｖｃ・Ｊｍとする。
【００４７】
【数２】
ｆ（Ｍａｇ） ＝ （Ｍ／∇）・Ｈ０
ここで、ｆ（Ｍａｇ）：磁気力、Ｍ：磁性粒子の磁気モーメント、Ｈ０：磁界、Ｖｃ：磁性粒子の体積、Ｊｍ：磁性粒子の磁化である。したがって、磁気力は、磁性粒子の大きさ、磁化率、磁界の強さ及び磁気勾配に比例する力として近似することができる。
【００４８】
そこで、上記磁気勾配を大きくする観点から、上記現像領域で穂立ちを起こす主磁極の法線方向磁束密度の減衰率を４０［％］以上、好ましくは５０［％］以上とすることで、上記課題が解決される。つまり、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あり、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。
【００４９】
〔実施例１〕
図１に、本発明の実施形態に係るプリンタの現像ローラ４１の磁石ローラ４４の実施例（以下、本実施例を「実施例１」という。）を示す。
この現像装置における磁石ローラ４４の現像磁極は、所定の間隙を隔てて配置した同極性（ここでは、Ｎ極）の一対の補助磁極４４ａ、４４ｂと、これらの補助磁極４４ａ，４４ｂの隙間に配設した主磁極Ｐ１ｂとで構成されている。この主磁極Ｐ１ｂは、補助磁極４４ａ、４４ｂよりも高透磁率の永久磁石で形成されている。
【００５０】
ここで、現像磁極による法線方向磁束密度の減衰率を局部的に大きくするには、その磁界を形成する磁石の形状の選択によって実現可能である。すなわち、後述するように、実験的には、主磁極Ｐ１ｂの先端幅Ｗｍを狭くすることで、その減衰率を局部的に大きくできることが判明している。具体的には、この先端幅Ｗｍが１．５［ｍｍ］以下であって、かつ、現像領域幅Ｗｄ以下であるのが望ましい。例えば、現像領域幅Ｗｄが１［ｍｍ］である場合には、その先端幅Ｗｍが１［ｍｍ］未満となるように主磁極Ｐ１ｂを形成する。このように、主磁極Ｐ１ｂの先端幅Ｗｍが狭くなれば、磁気ブラシの穂立ち位置が、先端幅Ｗｍの狭い主磁極Ｐ１ｂに近づき、現像領域幅Ｗｄ自体も狭くなり、良好な画像濃度と画質を確保することができることが確認されている。また、本実施例１では、現像領域入口における磁気ブラシ先端に働く現像スリーブ表面移動方向接線方向分力が現像スリーブ表面移動方向下流側に向かい、現像領域出口における磁気ブラシ先端に働く接線方向分力が上流側に向かう。この結果、現像スリーブ４３上の現像剤を現像領域中央に寄せる効果が得られ、その現像剤によって形成される磁気ブラシが現像スリーブ表面の法線方向からみて稠密になる。よって、現像領域では、高画質形成効果を安定して得ることができる。
【００５１】
ただし、従来のように主磁極Ｐ１ｂを現像スリーブ軸方向に長尺な棒状の永久磁石で構成すると、上述したように、永久磁石がもつ脆性に対する機械的強度の低さから、衝撃に対して脆い構成となってしまう。そこで、本実施形態では、主磁極Ｐ１ｂを、現像スリーブ４３の外方に向かう側の端部が尖頭状に形成された尖頭状磁石６０で構成している。このような尖頭状磁石６０によれば、主磁極Ｐ１ｂの寸法が大きいまま、狭い先端幅Ｗｍを実現することができる。よって、上記減衰率を大きくすべく先端幅Ｗｍを狭くする場合、主磁極Ｐ１ｂとして従来の棒状永久磁石を使用するのに比べて、脆性に対する機械的強度を高めることができる。また、この尖頭状磁石６０は、その尖頭状端部中央が現像領域の中央に向かって対向するように配置されている。これにより、現像領域の中央に強い磁力を集中でき、現像領域では、高画質形成効果を安定して得ることができる。また、尖頭状磁石６０の尖頭状先端部の中央に対応する現像スリーブ４３上の現像剤充填率が２５［％］以上となるように設定するのがよい。この場合、磁気ブラシが周辺より比較的粗になる極上の充填率をゆるみ見かけ密度の約５０［％］以上とすることにより現像領域で平均的に高密度な磁気ブラシが形成でき、現像領域では高画質形成効果を安定して得ることができる。
【００５２】
ここで、主磁極Ｐ１ｂとして上記尖頭状磁石６０を用い、主磁極Ｐ１ｂの先端幅Ｗｍを狭くした場合に、法線方向磁束密度の減衰率が局部的に大きくなることを確認するための実験について説明する。なお、この実験では、先端幅Ｗｍが１．５［ｍｍ］以下であって、かつ、現像領域幅Ｗｄ以下であるのが望ましい。このような先端幅Ｗｍとすることによって、現像スリーブ４３の表面における局部で強い磁力を作用させることができ、現像剤へのハザードが低減される。これにより、現像剤の長寿命化が可能となり、現像能力の向上を図ることができる。
【００５３】
図７（ａ）は、現像領域における現像スリーブ４３の表面の法線方向における磁束密度分布を示す本実験結果のグラフである。また、図７（ｂ）は、現像領域における現像スリーブ４３の表面の接線方向における磁束密度分布を示す本実験結果のグラフである。なお、各図において、実線で示すグラフは現像スリーブ４３の表面上の磁束密度分布を示し、１点波線で示すグラフは現像スリーブ４３の表面から０．４［ｍｍ］だけ離れた位置における磁束密度分布を示している。この距離は、感光体ドラムと現像スリーブ４３との最小距離に相当する。また、本実験では、尖頭状磁石６０の先端幅Ｗｍは０．５［ｍｍ］、現像領域幅Ｗｄは３〜４［ｍｍ］としている。
【００５４】
図７（ａ）に示すように法線方向磁束密度においては、現像領域の中央部分での変化率が非常に大きくなっている。そして、この変化率が大きい領域は、主磁極Ｐ１ｂを棒状の永久磁石で形成していた従来の場合に比べて、現像スリーブ表面移動方向の幅が非常に狭いものとなった。上述したように、磁性キャリアに働く磁気力は、磁気勾配すなわち磁束密度の変化率に比例するので、現像領域の中央部分の狭い領域でのみ、局所的に、磁性キャリアに対して強い磁気力を働かせることができる。このように局所的に強い磁気力を発生させることができる結果、上述した後端白抜けの発生を防止できるような現像領域幅Ｗｄを形成することができる。
【００５５】
なお、上述した効果を十分に得るためには、現像領域幅の出口側において必要最低限の法線方向磁束密度である６０［ｍＴ］程度を確保するのが望ましい。また、尖頭状磁石６０の法線方向磁束密度は、現像スリーブ４３の表面で６０［ｍＴ］以上１２０［ｍＴ］以下であるのが望ましい。また、現像バイアスが交番電界を生じる振動バイアスを用いれば、現像スリーブ４３の感光体ドラム１に対する線速比が１．５程度であっても、現像剤中のトナーを有効に現像に使用でき、十分な現像を行うことができる。また、現像領域に搬送する量は、２０［ｍｇ／ｃｍ2］以上１００［ｍｇ／ｃｍ2］以下であるのが好適である。また、現像スリーブの感光体ドラム１に対する線速比は、１．２以上３．０以下が好適である。なお、交番電界重畳バイアスを印加する場合には、その線速比が上述の通り１．５以下でも可能である。また、尖頭状磁石６０の現像スリーブ回転方向における主極角度は、現像スリーブ回転方向上流側に０［°］以上５［°］以下であるが好適である。
【００５６】
なお、尖頭状磁石６０に隣接する一対の永久磁石からなる２つの補助磁極４４ａ、４４ｂのうち、少なくとも一方が希土類金属合金によって構成されることが好ましい。すなわち、各補助磁極４４ａ、４４ｂのうちの一方を希土類磁性材料を含む永久磁石で構成することにより、磁極の小サイズ化が可能になり、現像装置を小型・軽量化することができるようになる。これは、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の最大エネルギー積は３５８［ｋＪ／ｍ３］であり、鉄ネオジウムボロン合金ボンド磁石の最大エネルギー積は８０［ｋＪ／ｍ３］前後であり、このような希土類磁性材料を含む永久磁石は、相当に小サイズ化しても必要な磁力を確保できることによる。ちなみに、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３６［ｋＪ／ｍ３］前後、２０［ｋＪ／ｍ３］前後である。なお、上記補助磁極としては、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可能である。
【００５７】
〔実施例２〕
図８に、本発明の実施形態に係るプリンタの現像装置における現像ローラのドクターブレード４５に対向する現像剤規制磁極を、上述した現像磁極と同様の構成とした示す。なお、この現像剤規制磁極は、図１に示した現像磁極と同様に構成されているので、その構成の説明は省略する。
この現像装置のにおいては、一対の補助磁極４４ａ、４４ｂから出る磁力線が、補助磁極４４ａ、４４ｂの隙間に配設した主磁極としての尖頭状磁石６０に収束されるようになる。これにより、上記現像スリーブ４３の表面と上記ドクターブレード４５との間のトナー摩擦帯電領域に、局所的に強い磁気力を発生させることができる。その結果、その強い磁気力によってトナー摩擦帯電領域に現像剤を押し込むことができるので、トナー摩擦帯電領域でトナーを所望の帯電量に帯電することができる。しかも、このような強い磁気力は、トナー摩擦帯電領域近傍の局部にのみ発生するので、強い磁気力が磁性キャリアに働く時間を短くでき、磁性キャリアの劣化を抑制できる。特に、本実施例では、尖頭状磁石６０の尖頭状端部中央が現像領域の中央に向かって対向するように配置されている。これにより、トナー摩擦帯電領域の中央に強い磁力を集中でき、トナー摩擦帯電領域では現像剤量規制及びトナー帯電立上げ効果を安定して得ることができる。また、本実施例２では、トナー摩擦帯電領域入口における磁気ブラシ先端に働く現像スリーブ表面移動方向接線方向分力が現像スリーブ表面移動方向下流側に向かい、トナー摩擦帯電領域出口における磁気ブラシ先端に働く接線方向分力が上流側に向かう。この結果、現像スリーブ４３上の現像剤をトナー摩擦帯電領域中央に寄せる効果が得られ、その現像剤によって形成される磁気ブラシが現像スリーブ表面の法線方向からみて稠密になる。よって、トナー摩擦帯電領域では、現像剤量規制及びトナー帯電立上げ効果を安定して得ることができる。また、尖頭状磁石６０の尖頭状先端部の中央に対応する現像スリーブ４３上の現像剤充填率が２５［％］以上となるように設定するのがよい。この場合、磁気ブラシが周辺より比較的粗になる極上の充填率をゆるみ見かけ密度の約５０［％］以上とすることによりトナー摩擦帯電領域で平均的に高密度な磁気ブラシが形成でき、トナー摩擦帯電領域では現像剤量規制及びトナー帯電立上げ効果を安定して得ることができる。
なお、この場合、尖頭状磁石６０の先端幅Ｗｍは、トナー摩擦帯電領域の幅よりも狭いのが望ましい。
【００５８】
以下、上記実施例１及び上記実施例２の具体構成を詳述する。
上記補助磁極４４ａ、４４ｂを構成する磁石としては、以下のようなものを用いることができる。
１、磁気エネルギーの発生形態による分類。
（１）永久磁石（Ｍａｇｎｅｔ）。
（２）一次磁石。
（ａ）磁化された電磁軟鉄（磁石を取り去ると磁力を失う）。
（ｂ）電磁石（電流を切ると磁力を失う）。
（ｃ）超電導磁石。
【００５９】
２、磁石の素材による分類（セラミックス磁石、実用磁石、順時エネルギー積大）。
（１）アルニコ２，３，５，６，７，８、（Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、ＭＫ鋼。
（２）Ｂａフェライト、Ｓｒフェライト、ＰＢフェライト、ＯＰ磁石（コバルトフェライト）。
（３）バリウムフェライトＢａＯ／６Ｆｅ２Ｏ３、ストロンチウムフェライトＳｒＯ／６Ｆｅ２Ｏ３、鉛フェライト。
（４）希土類磁石、ＳｍＣｏ２（サマリウムコバルト）Ｓｍ２Ｃｏ１７。
（５）希土類磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム鉄ボロン）、ボロン＝ホウ素。
【００６０】
３、磁石の状態による分類。
（１）固体磁石。
（２）液体磁石。
（３）可とう性磁石（プラスチック磁石、ゴム磁石）。
【００６１】
４、磁石の製造方法による分類
１．鋳造磁石→クロム鋼、高コバルト鋼（焼入硬化法）
（合金磁石）
２．鋳造磁石→アルニコ、ＭＫ鋼→（析出硬化法）
３．燒結磁石→燒結アルニコ、希土類磁石、フェライト磁石（酸化物磁石）
（セラミク磁石）
４．プラスチック成形→希土類粉末プラスチック磁石
５．ゴム成形→希土類粉末ゴム磁石
６．圧延、線引き、打抜（この後熱処理を行う）→ＫＭＣ−５
【００６２】
５、磁場配向による分類。
（１）等方性（磁場配向処理をしない）。
（２）異方性。
【００６３】
上記尖頭状磁石６０の素材として使用される強磁性体の初透磁率を以下に示す。
鉄（０．２［％］不純物） μａ＝１５０，μｍａｘ＝５０００。
純鉄（０．０５［％］不純物）μａ＝１０ ０００，μｍａｘ＝２００ ０００。
珪素鉄（４Ｓｉ） μａ＝５００，μｍａｘ＝７ ０００。
７８パーマロイ（７８．５Ｎｉ） μａ＝８ ０００，μｍａｘ＝１００ ０００。
スーパーマロイ（５Ｍｏ，７９Ｎｉ）μａ＝１００ ０００，μｍａｘ＝１ ０００ ０００。
４５．２５パーミンバー（２５Ｃｏ，４５Ｎｉ） μａ＝４００，μｍａｘ＝２ ０００。
【００６４】
上記磁性キャリアの例を以下に示す。
（項目：Ｃｏｍｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｓｈａｐｅ，Ｓｉｚｅ，Ｔｒｕｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ，Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ）。
ＭＲＣ： Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｈｅｎｏｌ Ｒｅｓｉｎ， Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ， １０〜１００［μｍ］，３．５〜４， １０２〜１０１５［Ω／ｃｍ］， ０〜８５×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］， ＮＯＴ ＬＩＳＴＥＤ。
Ｂｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ： Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｉｎ， Ｆｌａｋｅ， １０〜１００［μｍ］， ２〜３， １０１３［Ω／ｃｍ］以下， ２０〜５０×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］， ＮＯＴ ＬＩＳＴＥＤ。
Ｆｅｒｒｉｔｅ： Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ−Ｆｅｒｒｉｔｅ ｅｔｃ．， Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ， ５０〜３００［μｍ］， ４．５〜５．５， １０６〜１０１５［Ω／ｃｍ］， ４０〜７０×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］， Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ ａｒｅ ｌｉｍｉｔｅｄ。
Ｉｒｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ： Ｉｒｏｎ， Ｆｌａｋｅ， ５０〜２００［μｍ］， ７〜８， １０６［Ω／ｃｍ］以下， ７０〜１５０×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］， ＮＯＴ ＬＩＳＴＥＤ。
【００６５】
上記トナーとしては、磁性体を含有させた磁性トナーを使用することもできる。
トナーの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０．１〜２［μｍ］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４０〜１５０重量部である。
【００６６】
現像剤に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，Ｍｇ，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，Ｔｉ，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。
【００６７】
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。
上記添加剤の添加量が、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。
また、上記添加剤の添加量が、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。さらに、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。
さらに、カラートナーとして用いる場合には、上記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。
【００６８】
ここで、上記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。
さらに、上記添加剤は、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。
【００６９】
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、本発明においては、いずれの方法も好適に用いることができる。
【００７０】
トナーの体積平均粒径の範囲は、３［μｍ］以上１２［μｍ］以下が好適であるが、本実施例では、５［μｍ］であり、１２００［ｄｐｉ］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、磁性キャリア（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。その体積平均粒径は、光書き込みビーム径以下であるのが望ましい。このようにすれば、現像剤磁気ブラシが現像剤担持体法線方向からみて稠密できめこまかくなり、画素レベルドット欠落や再現バラツキを抑制でき、高画質画像を安定して得ることができる。具体的には、２０〜５０［μｍ］の範囲が良好である。また、磁性キャリアの体積平均粒径は、トナーの平均体積粒径より大きく、その磁化値が１×１０6／４π［Ａ／ｍ］磁場中で５×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以上２５×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］以下であるのが望ましい。これにより、現像領域において磁性キャリアに強い磁力を作用させることができ、キャリア飛散・付着を防止できる。また、現像剤の最大現像電位差印加時におけるダイナミック抵抗が１０7［Ω・ｃｍ］以下となるように、キャリアのダイナミック抵抗値を設定するのがよい。これにより、現像効率を向上させることができ、より低ポテンシャルで現像を行うことができる。キャリアのダイナミック抵抗値の好適値は、１０４〜１０６［Ω・ｃｍ］の範囲である。なお、「ダイナミック抵抗」は、磁石を内包したローラ（φ２０；６００［ＲＰＭ］）にキャリアを坦持して、幅６５［ｍｍ］、長さ１［ｍｍ］の面積の電極をギャップ０．９［ｍｍ］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４００［Ｖ］から鉄粉キャリアでは数［Ｖ］）未満の印加電圧を印加した時の抵抗値を示す。
【００７１】
また、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が、図示しない回動機構によって時計回り方向に回転されるようになっている。
【００７２】
上記現像スリーブ４３の表面は、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が施されることによって、１０〜２０［μｍ］ＲＺの範囲に入るような表面粗さを有している。感光体ドラム１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が用いられている。
【００７３】
本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１のドラム径が６０［ｍｍ］で、ドラム線速が２４０［ｍｍ／秒］に設定され、現像スリーブ４３のスリーブ径が２０［ｍｍ］で、スリーブ線速が６００［ｍｍ／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０．４［ｍｍ］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５０［μｍ］であれば０．６５［ｍｍ］から０．８［ｍｍ］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、本実施例では１０倍以下（０．５５［ｍｍ］）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得られ難くなる。
【００７４】
現像剤の搬送方向（図１において反時計回り方向）における上記現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、即ち、現像スリーブ４３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、０．４［ｍｍ］に設定されている。更に、現像ローラ４１の感光体ドラム１と反対側の領域には、現像ケーシング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攪拌・搬送手段としてのスクリュー４７が設置されている。
【００７５】
次に、上記現像装置４の現像条件例について説明する。本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１の表面の帯電（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を（ＶＬ−ＶＢ＝２００Ｖ）として、ネガポジのプロセスで現像工程が行われる。このとき、｜ＶＤ−ＶＬ｜＞｜ＶＬ−ＶＢ｜は４００Ｖ＞３００Ｖの関係を満たすようにする。ここで、｜ＶＤ−ＶＬ｜＜４００Ｖは、感光体ドラム１の表面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。
【００７６】
上記現像スリーブ４３内には、該現像スリーブ４３の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ローラ４４が固定状態で備えられている。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磁性キャリアに帯電トナーが付着して、上記磁気ブラシが構成される。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１において時計回り方向）に移送されることとなる。磁石ローラ４４は、複数の磁極（磁石）を備えている。具体的には、上記現像領域及び上記現像剤規制領域に現像剤の穂立ちを生じさせるための上記尖頭状磁石６０、該尖頭状磁石６０の磁力形成を補助する同極性の一対の永久磁石からなる補助磁極４４ａ，４４ｂ、現像スリーブ４３上に現像剤を汲み上げるための磁石、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送するための磁石、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極などを備えている。これら各磁極は、現像スリーブ４３の法線方向に磁力線を発するように配置されている。なお、現像剤の汲み上げ性や、黒ベタ画像追従性を向上させるために、上記磁石（磁極）の数を更に増やして構成してもよい。
【００７７】
本実施形態に係るプリンタにおいては、上記現像剤による現像駆動トルクの範囲を０．１５Ｎ・ｍ以内に設定して、トナー帯電を十分に立ち上げ、さらに十分な現像能力を確保するように構成されている。
現像装置４の駆動トルクのうち、現像剤の攪拌に使用される割合は比較的大きい。これは、現像剤の攪拌が、トナーの均一な帯電に必要であるからである。それを決める条件は、現像剤量、攪拌に使用する部材（特に、最近はスクリュウ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４３内に配置された磁石ローラ４４の磁極の磁力、現像剤中のキャリアの飽和磁化、現像剤の規制部材であるドクターブレード４５と現像スリーブ４３との間隙に作用する磁力等に依存することが判っている。従来、これらの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、このような条件の組合せだけでは、現像剤が受ける機械的なハザードがトナー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と考えられている。そこで、本実施形態に係るプリンタにおいては、トナーにストレスを与える要因である現像トルクに着目し、余分な磁力を現像剤に及ぼさないようにしている。これにより、経時における現像剤の劣化促進が低減され、比較例のトナー寿命が１５０Ｋ枚通紙であるのに対して、このプリンタでは最大２３０Ｋ枚に飛躍的に向上した。
【００７８】
一方、上記磁気ブラシの硬さは、各磁極の磁力と磁性キャリアの飽和磁化によって決まる。本実施形態に係るプリンタにおいては、現像磁極の磁力ＭＤが７０（Ｔ），磁性キャリアの飽和磁化ＭＣが１００×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］である。この範囲では、磁気ブラシの硬さが適度であり、経時で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。ここで、ＭＤ＜６０［Ｔ］もしくはＭＣ＜６０×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］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＞８０［Ｔ］もしくはＭＣ＞１３０×１０-7×４π［Ｗｂ・ｍ／ｋｇ］では、磁気ブラシが現像スリーブ４３上で強固に形成されるので、トナーと磁性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埋まり、後者ではトナーの一部が磁性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。なお、ここで用いた磁性キャリアの真比重は、５［ｇ／ｃｍ３］程度である。
【００７９】
上記現像スリーブ４３上のトナーは、感光体ドラム１上に形成された潜像に対して、現像スリーブ４３に印加された現像バイアスにより現像され、感光体ドラム１上にトナー像となって顕像化される。ちなみに、本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１の線速を２００［ｍｍ／ｓ］、現像スリーブ４３の線速を３００［ｍｍ／ｓ］としている。また、感光体ドラム１の直径を５０［ｍｍ］、現像スリーブ４３の直径を１８［ｍｍ］、磁石ローラ４４の直径を１６［ｍｍ］、として、現像行程が行われる。ここで、現像スリーブ４３上のトナー帯電量は、−１０〜−３０μＣ／ｇの範囲である。さらに、感光体ドラムの感光層の厚みを２８［μｍ］とし、光学系のビームスポット径を５０×６０［μｍ］、光量を０．２３ｍＷとしている。
また、感光体ドラム１の表面の帯電（露光前）電位Ｖ０を−３００Ｖ、露光後電位ＶＬを−１００Ｖとして、現像バイアス電圧を−２５０Ｖ、すなわち現像ポテンシャルを（ＶＬ−ＶＢ＝１５０Ｖ）として現像工程が行われる。
感光体ドラム１上に形成されたトナーの顕像は、前述したように、転写、定着工程を経て画像として完成される。
転写部には、転写紙もしくは中間転写体などの裏側に当接させたバイアス印加ローラもしくはチャージャー等が配設される。
【００８０】
ところで、従来、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、いわゆる２値プロセスと称する手法が提案されている。ところが、露光光量をアップすると次のような課題が生じる。つまり、高密度の光量のビーム径を絞ることによって光学設計の余裕度が低減し、部品精度の向上が不可欠でコストが上昇してしまう。また、光量が大きいために感光体に対する帯電・露光における、通電電荷量アップによるいわゆる静電ハザードを受けて、感光体寿命が短くなる。そこで、本実施形態に係るプリンタにおいては、感光体ドラム１の表面の初期帯電電位を低くし、露光量も同時に低減することで、汎用光学部品を使用して高精細な潜像を形成できるようにするととともに、感光体ドラム１の表面への静電ハザードを低減して長寿命化を図るようにしている。
【００８１】
本実施形態に係るプリンタにおいては、その現像特性における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できる。これは、現像ローラ４１上のトナー坦持量を一定にして、ベタ画像を現像ローラ４１上の多くの割合のトナーで効率良く現像するのが比較的容易ではあることを示す。また、このプリンタでは、小径ドットを形成する場合も、感光体ドラム１の表面の帯電電位を低く抑えることができ、従来の約半分の光量で、ドット線像を下げられ、均一なドット画像が形成できる。
【００８２】
上記現像装置４は、プロセスカートリッジの現像装置として使用することができる。このプロセスカートリッジには、上述の感光体ドラム１、帯電装置２、現像装置４、及びクリ−ニング装置７等の各作像機器が、カートリッジケース内に一体化されて配設することができる。このプロセスカートリッジは、複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱自在に装着される。このようなプロセスカートリッジは、画像形成装置本体から独立して取り外しが可能である。上記感光体ドラム１、及び現像装置４は、上述したように、上記現像装置４を使用することにより、ともに寿命を延ばすことが可能である。しかし、必ずしも両者の寿命が一致するとは限らない。このプロセスカートリッジは、このような場合に、感光体ドラム１と現像装置４とを、それぞれ別々に容易に交換することが可能となる。また、感光体ドラム１と現像装置４とを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４１を感光体ドラム１から退避させることが可能となり、現像ローラ４１のトナーフィルミングの促進が低減され、現像装置４の寿命を更に延ばすことができる。
【００８３】
ところで、本実施形態に係るプリンタにおいては、上記現像装置４の現像スリーブ４３に、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を印加するようにしてもよい。上記感光体ドラム１の表面の背景部電位と画像部電位とは、上記振動バイアス電圧の最大値と最小値の間に位置している。これによって、上記現像領域に、向きが交互に変化する交互電界が形成される。これにより、該互電界中で現像剤のトナーと磁性キャリアが激しく振動し、トナーが上記現像スリーブ４３及び磁性キャリアへの静電的拘束力を振り切って、感光体ドラム１に飛翔し、感光体ドラム１上の潜像に対応して付着する。
【００８４】
ここで、上記振動バイアス電圧の最大値と最小値との差（ピーク間電圧）は、０．５［Ｖ］以上〜５［ｋＶ］が好ましく、周波数は１〜１０［ｋＨｚ］が好ましい。また、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。該振動バイアスの直流電圧成分は、上述したように、感光体ドラム１の表面の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。
【００８５】
また、上記振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合には、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、トナーが感光体ドラム１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、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着して、トナー像の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磁性キャリアが感光体ドラム１に向かおうとするピーク値と、現像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、磁性キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部に磁性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。
【００８６】
なお、本実施形態では、２成分現像方式を採用する現像装置４について説明したが、１成分現像剤を用いた１成分現像方式を採用したものでもよい。
また、本実施形態では、主磁極Ｐ１ｂを永久磁石で構成した例について説明したが、軟磁性体で構成することもできる。この場合の材料としては、鉄、純鉄、珪素鉄（４Ｓｉ），７８パーマロイ（７８．５Ｎｉ），スーパーマロイ（５Ｍｏ，７９Ｎｉ），４５．２５パーミンバー（２５Ｃｏ，４５Ｎｉ）等の高透磁率材料が好適である。
また、現像磁極又は現像剤規制磁極を構成する主磁極Ｐ１ｂ及び補助磁極Ｐ１ａ，Ｐ１ｃの形状は、図１や図８に示したものに限らず、種々考えられる。他の形状としては、例えば、図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示すようなものが挙げられる。
【００８７】
以上のように、本実施形態の現像装置は、磁性粒子である磁性キャリアを含む現像剤を表面に担持して表面移動する現像剤担持体である現像スリーブ４３と、その現像スリーブ４３の内部に配置され、現像剤を現像スリーブ４３上に担持させるための磁界を発生させる磁界発生手段としての磁石ローラ４４を備えている。そして、磁石ローラ４４を構成する少なくとも一部の磁極Ｐ１ｂとして、尖頭状磁石６０を用いている。この尖頭状磁石６０は、現像スリーブ４３の外方に向かう側の端部が尖頭状に形成されているので、上述のように、大きい寸法を確保したまま、その尖頭状磁石６０の先端幅Ｗｍを狭くすることができる。したがって、磁極Ｐ１ｂの脆性に対する機械的強度を確保しつつ、現像スリーブ上の局部に強い磁界を発生させることができる。
また、上記実施例１では、現像スリーブ４３と潜像担持体である感光体ドラム１とが対向する現像領域で、その現像領域に対向するように配置される現像磁極に、上記構成を採用している。この場合、現像領域に、局所的に強い磁気力を発生させることができる。その結果、現像領域において、その強い磁気力によって現像剤を狭い範囲で穂立ちさせることができるので、現像領域幅を狭くでき、また磁気ブラシの密度を高めることができるので、上述した後端白抜けの発生を防止することができる。
また、上記実施例２では、現像スリーブ４３と現像領域に搬送される現像剤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が対向するトナー摩擦帯電領域で、そのトナー摩擦帯電領域に対向するように配置される現像剤規制磁極に、上記構成を採用している。この場合、トナー摩擦帯電領域に、局所的に強い磁気力を発生させることができる。その結果、その強い磁気力によってトナー摩擦帯電領域に現像剤を押し込むことができるので、トナー摩擦帯電領域でトナーを所望の帯電量に帯電することができる。しかも、このような強い磁気力は、トナー摩擦帯電領域近傍の局部にのみ発生するので、強い磁気力が磁性キャリアに働く時間を短くでき、磁性キャリアの劣化を抑制できる。
また、本実施形態では、現像スリーブ表面移動方向における尖頭状磁石６０の尖頭状端部の幅である先端幅Ｗｍを１．５［ｍｍ］以下に形成している。これにより、現像スリーブ４３の表面の限定された局部に強い磁力作用を有する磁界が形成されて、現像剤中の磁性粒子に対して所望の強い磁気作用を及ぼすことができる。
また、本実施形態では、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の補助磁極４４ａ，４４ｂの隙間に配置される補助磁極とは反対極性の主磁極Ｐ１ｂとして、上記尖頭状磁石６０を用いている。このように、尖頭状磁石６０に補助磁極４４ａ，４４ｂを近接して配置することで、尖頭状磁石６０から出る又は入る磁力線が補助磁極４４ａ，４４ｂに回り込む量が増加される。したがって、法線方向磁束密度の変化率が高くなり、現像剤中の磁性粒子に働く磁力をより大きくすることができる。
特に、本実施形態では、一対の補助磁極４４ａ，４４ｂの少なくとも一方における現像スリーブ４３の外方に向かう側の端部が尖頭状磁石６０の尖頭状端部を残してこれを覆うように、補助磁極４４ａ，４４ｂが配置されている。これにより、尖頭状磁石６０の尖頭状端部に補助磁極４４ａ，４４ｂを近接して配置することができ、現像剤中の磁性粒子に働く磁力を更に大きくすることができる。
また、本実施形態では、尖頭状磁石６０が希土類磁性材料を含む永久磁石で形成されているので、尖頭状磁石６０の小サイズ化が可能となり、現像装置を小型・軽量化することができるようになる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、脆性に対する機械的強度を確保しつつ、現像剤担持体上の局部に強い磁界を発生させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るプリンタの現像装置の実施例１における磁石ローラを示すの概略構成図。
【図２】同プリンタの概略構成図。
【図３】同プリンタの現像装置を示す概略構成図。
【図４】同プリンタの磁石ローラの各磁極により現像スリーブ表面に発生する法線方向磁束密度の分布を示す円グラフ。
【図５】同磁気ローラの現像磁極を構成する３つの磁極の配置を示す説明図。
【図６】同プリンタにおける現像装置の現像ローラの回転駆動機構を示す概略構成図。
【図７】（ａ）は、現像領域における現像スリーブ４３の表面の法線方向における磁束密度分布を示す本実験結果のグラフ。
（ｂ）は、現像領域における現像スリーブ４３の表面の接線方向における磁束密度分布を示す本実験結果のグラフ。
【図８】同プリンタの現像装置の実施例２における磁石ローラを示すの概略構成図。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は、同磁石ローラの現像磁極又は現像剤規制磁極を構成する主磁極及び補助磁極の形状の各種変形例を示す模式図。
【図１０】（ａ）は、現像磁極が１つの磁極からなる従来の現像装置における現像領域近傍の磁力分布を示す説明図。
（ｂ）は、同現像装置において、現像磁極により形成される磁界から磁力を受けて穂立ちした現像剤からなる磁気ブラシを現像スリーブ軸方向から見たときの形状を示す説明図。
【図１１】（ａ）は、現像磁極が１つの主磁極と２つの補助磁極からなる現像装置における現像領域近傍の磁力分布を示す説明図。
（ｂ）は、同現像装置において、現像磁極により形成される磁界から磁力を受けて穂立ちした現像剤からなる磁気ブラシを現像スリーブ軸方向から見たときの形状を示す説明図。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 帯電装置
４ 現像装置
５ 転写装置
７ クリーニング装置
８ 除電ランプ
４１ 現像ローラ
４３ 現像スリーブ
４４ 磁石ローラ
４４ａ，４４ｂ 補助磁極
４５ ドクターブレード
６０，１６０，２６０，３６０ 尖頭状磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing device that carries a developer containing magnetic particles on a developer carrying member by a magnetic field generated by a magnetic field generating means disposed inside the developer carrying member, and an image forming apparatus including the developing device. It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
In general, in an electrophotographic type or electrostatic recording type image forming apparatus, an electrostatic latent image corresponding to image information is formed on a latent image carrier such as a photosensitive drum or a photosensitive belt, and the electrostatic latent image is formed. A visible image is obtained by developing the image with a developing device. In recent years, two-component developers composed of toner and carrier (hereinafter simply referred to as “development”) from the viewpoint of transferability, halftone reproducibility, stability of development characteristics with respect to temperature and humidity, and the like. It is the mainstream to use a two-component development method using an “agent”. In a developing device using this two-component development system, the developer is held in a brush-like manner on the developer carrier, and conveyed to a development area where the developer carrier and the latent image carrier are opposed to each other. . Then, in the development area, the surface of the latent image carrier is rubbed against the brush-like developer, and the toner in the developer is supplied to the electrostatic latent image portion on the latent image carrier to form an electrostatic latent image. A so-called brush type development is performed.
[0003]
A developer carrying member in a developing device that performs such brush-type development is generally composed of a developing sleeve formed in a cylindrical shape and a magnet roller having a plurality of magnetic poles arranged inside the developing sleeve. . This magnet roller is for forming a magnetic field that causes the developer to spike on the surface of the developing sleeve. As the developing sleeve moves relative to the magnet roller, the developer that stands up on the surface of the developing sleeve is conveyed. In the developing region, the developer on the developing sleeve spikes along the magnetic field lines emitted from the developing magnetic pole of the magnet roller. The developer that has risen in a brush shape comes into contact with the surface of the latent image carrier so as to bend as the surface of the developing sleeve moves, and supplies toner to the electrostatic latent image.
[0004]
In such a developing device, it is known that the closer the distance between the latent image carrier and the developing sleeve is in the developing region, the easier it is to obtain a higher image density and fewer edge effects. For this reason, it is desirable that the distance between the latent image carrier and the developing sleeve be close. However, if this distance is close, the trailing edge of a black solid image or a halftone solid image may appear white, or a phenomenon called so-called trailing blanking occurs, or the fine line reproducibility deteriorates. This causes the problem of deterioration.
[0005]
The surface movement direction of the developing sleeve in the developing region is a direction along with the latent image carrier, and the linear velocity is set faster than the linear velocity of the latent image carrier. Therefore, the magnetic brush moves relative to the electrostatic latent image so as to slide while overtaking the electrostatic latent image on the latent image carrier. That is, the surface of the latent image carrier is rubbed so as to be sequentially overtaken by a plurality of magnetic brushes while passing through the development region. Paying attention to the electrostatic latent image portion (latent image rear end portion) on the latent image carrier corresponding to the rear end position of the image, a plurality of magnetic brushes that sequentially slide on the rear end portion of the latent image are as follows. The toner supply capacity is gradually reduced.
That is, the magnetic brush that rubs the trailing end portion of the latent image after entering the developing area is opposed to the non-latent image portion located on the latent image carrier surface upstream in the moving direction of the latent image carrier. . For this reason, at the tip of the magnetic brush, during the period facing the non-latent image portion, the toner drifting to the developing sleeve side by the electrostatic force received from the non-latent image portion by the toner adhering to the carrier surface occurs. Has occurred. This toner drift progresses as the period facing the non-latent image portion becomes longer. Therefore, the magnetic brush that rubs the rear end portion of the latent image on the downstream side in the moving direction of the latent image carrier in the developing region has a longer period of time facing the non-latent image portion, and the toner drift progresses and the carrier at the front end portion proceeds. The surface toner is small and the toner supply capability is small.
When the rear end portion of the latent image escapes from the development area, the magnetic brush that slidably rubs the rear end portion of the latent image becomes almost free of toner on the carrier surface at the front end portion. A magnetic brush in which toner drift has progressed to such a level electrostatically attracts the toner adhering to the rear end portion of the latent image to the carrier surface of the front end portion of the magnetic brush to which no toner adheres. . As a result, even if the toner is once supplied by the magnetic brush in the development area, the rear end portion of the latent image is the same as that of the other magnetic brush in which the toner has almost no toner on the carrier surface until the toner exits the development area. Move to the tip. As a result, it is considered that trailing edge blanks and thin line reproducibility are reduced.
[0006]
The present applicant has proposed an invention for suppressing the trailing edge blank and the reduction in fine line reproducibility in Patent Document 1,
According to these inventions, it has been confirmed that the trailing edge white spot phenomenon and fine line reproducibility can be improved.
[0007]
Among the above-mentioned publications, it is considered that the trailing edge blank phenomenon and fine line reproducibility can be improved by the devices of Patent Document 1,
FIG. 10A is an explanatory diagram showing the magnetic force distribution in the vicinity of the developing region in the conventional developing device in which the developing magnetic pole is composed of one magnetic pole P1. FIG. 10B is an explanatory diagram showing the shape of a magnetic brush made of a developer that is raised by receiving a magnetic force from the magnetic field formed by the developing magnetic pole P 1 when viewed from the axial direction of the developing sleeve 4. is there.
FIG. 11A is an explanatory diagram showing a magnetic force distribution in the vicinity of the developing region in the developing device in which the developing magnetic pole includes one main magnetic pole P1b and two auxiliary magnetic poles P1a and P1c. FIG. 11B shows the shape of a magnetic brush made of a developer that is raised by receiving magnetic force from the magnetic field formed by these magnetic poles P1a, P1b, and P1c when viewed from the axial direction of the developing sleeve 4. It is explanatory drawing shown.
[0008]
In the conventional developing device, a magnetic field for transporting the developer is formed in an area located on the downstream side in the surface movement direction of the developing sleeve 4 with respect to the developing area as the magnetic pole of the S pole adjacent to the developing pole of the N pole. There is a magnetic pole P2. There is also a magnetic pole P6 that forms a magnetic field for transporting the developer pumped onto the developing sleeve 4 to the developing region. Since these magnetic poles P2 and P6 are arranged at positions relatively distant from the developing magnetic pole P1, the magnetic force distribution of the magnetic field in the developing region is such that the magnetic field lines coming from the developing magnetic pole P1 are developed as shown in FIG. It passes through a position relatively far from the sleeve surface. Then, the developer carried on the developing sleeve 4 and transported to the developing region rises along the lines of magnetic force to form a magnetic brush as shown in FIG. 10B.
[0009]
On the other hand, in the developing device of the above publication, there are two auxiliary magnetic poles P1a and P1c as S magnetic poles adjacent to the N main magnetic pole P1b. The distance between the main magnetic pole P1b and these auxiliary magnetic poles P1a and P1c is based on the distance between the developing magnetic pole and the magnetic poles P2 and P6 adjacent to the developing magnetic pole in the conventional developing device shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). small. For this reason, as shown in FIG. 11A, the magnetic field distribution of the magnetic field in the development region is smaller than that of the magnetic field generated by the developing magnetic pole of the conventional developing device shown in FIG. Passes near the surface of the developing sleeve. Further, more of the lines of magnetic force coming out of the main magnetic pole P1b go to the two auxiliary magnetic poles P1a and P1c as adjacent magnetic poles. As a result, a conventional developing device in which the number of magnetic lines of force (hereinafter referred to as “line-of-heading magnetic field lines”) directed in a direction close to the normal direction of the surface of the developing sleeve involved in the formation of the magnetic brush generates the same number of magnetic lines. Less than The width (protrusion width) in the surface movement direction of the developing sleeve 4 where the magnetic field lines for the spikes exist is also narrowed. Therefore, as can be seen from a comparison between FIG. 10B and FIG. 11B, the position at which the developer spikes transferred to the development area is higher than the surface of the development sleeve in the development area as compared with the conventional development apparatus. It approaches the center of the moving direction (hereinafter simply referred to as “center”). In addition, the end position of the developer that passes through the developing area while being carried on the surface of the developing sleeve 4 is also closer to the center of the developing area than the conventional developing apparatus. That is, the developer on the developing sleeve 4 starts to rise at a point closer to the center of the developing area than the conventional developing device, and ends the earing. As a result, the period during which the magnetic brush on the developing sleeve 4 approaches or contacts the photosensitive drum 1 is shorter than that of the conventional developing device. Accordingly, when the rear end portion of the latent image escapes from the development area due to the movement of the surface of the photosensitive drum, the magnetic brush that rubs the rear end portion of the latent image has approached or contacted the non-latent image portion until then. This period is shorter than the conventional developing device. Therefore, the degree of progress of toner drift of the magnetic brush that rubs the trailing end portion of the latent image of the photosensitive drum 1 when the developing area is escaped can be reduced, and the trailing end blank and fine line reproducibility can be reduced as compared with the conventional developing device. Can be suppressed.
[0010]
In the developing device of the above publication, since the two S-pole auxiliary magnetic poles are arranged close to the N-pole main magnetic pole P1b, the developing sleeve 4 is positioned away from the surface in the normal direction. The lines of magnetic force in the development area are sparse compared to conventional development devices. Therefore, the normal direction magnetic flux density in the developing region at a position away from the surface of the developing sleeve 4 in the normal direction (for example, a position where the tip portion of the magnetic brush in the conventional apparatus exists) is The device is smaller than the conventional developing device. Therefore, in the developing device of the above publication, most of the developer constituting the magnetic brush is drawn near the surface of the developing sleeve 4 having a high magnetic flux density, and the length of the magnetic brush is conventionally as shown in FIG. This is shorter than the developing device.
[0011]
Further, when the developing device disclosed in the above publication is actually used, the amount of the developer supplied to the developing region is set to be smaller than the maximum amount of the developer that can rise while passing through the developing region. . That is, in the developing device disclosed in the above publication, a longer magnetic brush can be formed originally, but the amount of the developer supplied to the developing region is reduced and the length of the magnetic brush is regulated to be shorter. As a result, the tip portion of the magnetic brush is located in a region of high magnetic flux density close to the surface of the developing sleeve 4, and the tip portion of the magnetic brush has a higher brush density than the tip portion of the magnetic brush in the conventional developing device. Is expensive. The developing sleeve 4 is made narrower than the conventional apparatus by narrowing the minimum gap (hereinafter referred to as “development gap”) Pg between the surface of the developing sleeve 4 and the surface of the photosensitive drum 1 by the amount of shortening of the magnetic brush. The photosensitive drum 1 can be rubbed with a brush portion having a high density that exists in a high magnetic flux density region near the surface.
[0012]
In the developing device disclosed in the above publication, as described above, the developer spike start position and the developer spike end position are closer to the center of the development region than the conventional developing device. For this reason, as shown in FIG. 11B, the width (sliding width) Pn in the developing sleeve surface moving direction of the portion where the magnetic brush slides on the latent image carrier in the developing region is narrower than that of the conventional developing device. Become. For this reason, the amount of toner supplied to the latent image portion on the photosensitive drum 1 by rubbing with the magnetic brush is smaller than that of the conventional developing device if the brush density of the rubbing portion is the same. However, if the developing device disclosed in the above publication is used, as described above, the brush density of the tip portion of the magnetic brush that contacts the photosensitive drum 1 can be made higher than that of the conventional developing device. Therefore, it is possible to suppress a reduction in the amount of toner supplied to the latent image portion on the photosensitive drum 1 as compared with the conventional developing device.
From the above, even if the rubbing width Pn is narrower than that of the conventional developing device, the electrostatic sleeve is supplied to the electrostatic latent image by increasing the ratio of the linear velocity of the developing sleeve 4 to the linear velocity of the photosensitive drum 1 in the developing region. A sufficient amount of toner can be secured. Therefore, it is possible to provide a high-quality image that suppresses the trailing edge blank, enhances the fine line reproducibility, and has a high image density.
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2000-305360 A
[Patent Document 2]
JP 2000-347506 A
[Patent Document 3]
JP 2001-5296 A
[Patent Document 4]
JP 2001-27849 A
[Patent Document 5]
JP 2001-134100 A
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional developing device, any magnetic pole provided on the magnet roller uses a rod-like permanent magnet that is long in the axial direction of the developing sleeve. Since this permanent magnet is formed by solidifying powder magnetic particles, it has a drawback that it has low mechanical strength against brittleness and is brittle to impact. Therefore, when forming a magnetic pole made of such a permanent magnet, it is necessary to consider mechanical strength against brittleness. Therefore, the magnetic pole width in the developing sleeve surface moving direction is naturally limited. As a result, it is difficult to reduce the magnetic pole width. As a result, there is a problem in that a strong magnetic field targeted on the developing sleeve cannot be locally generated.
[0015]
Due to this problem, for example, when the developing magnetic pole described above is composed of a permanent magnet as described above, it is necessary to obtain the rubbing width Pn and the density of the magnetic brush that can prevent the occurrence of the trailing edge white spot. It is difficult to obtain a large magnetic pole width. By the way, the minimum width that can be formed of a built-in type permanent magnet is limited to about 2.0 to 2.5 [mm].
Further, in recent years, since it is desired to reduce the size of the developing sleeve, it is necessary to locally generate a strong magnetic field aimed at on the developing sleeve, and it is important to solve the above problems. .
[0016]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to develop a developing device capable of generating a strong magnetic field in a local area on a developer carrying member while ensuring mechanical strength against brittleness. And an image forming apparatus.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a developer carrying member that carries a developer containing magnetic particles on the surface and moves on the surface, the developer carrying member disposed inside the developer carrying member, and the developer. And a magnetic field generating means for generating a magnetic field for supporting the developer on the developer carrier.Has a main magnetic pole having a polarity opposite to that of the pair of magnetic poles of the same polarity arranged with a predetermined gap therebetween,As the magnetic pole, one having an end on the side toward the outside of the developer carrying member formed in a pointed shape is used.The pair of magnetic poles are arranged such that at least one of the pair of magnetic poles, the end of the developer carrier facing outwardly covers the main magnetic pole leaving the pointed end of the main magnetic pole. ShiIt is characterized by that.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the developing device according to the first aspect, wherein:mainThe magnetic pole is a development area where the developer carrying member and the latent image carrying body face each other, and includes a development magnetic pole disposed so as to face the developing area.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the developing device according to the first or second aspect, whereinmainThe magnetic pole is a toner friction charging region where the developer carrying member and a developer regulating member that regulates the amount of developer conveyed to the development region are opposed to each other, and the developer disposed so as to face the toner friction charging region It is characterized by including a regulation magnetic pole.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the developing device according to the first, second, or third aspect, wherein the developer carrying member moves in the moving direction.mainThe width of the pointed end of the magnetic pole is 1.5 [mm] or less..
MaClaim5The invention of
Claims6The invention includes a latent image carrier, latent image forming means for forming a latent image on the latent image carrier, and developing means for developing the latent image on the latent image carrier with a developer containing magnetic particles. In the image forming apparatus comprising:4 orIs5The developing device is used.
[0018]
The present inventionIn the developer carrierCanMagnetic field generatorStepConstitutemainThe magnetic pole has a pointed end on the side of the developer carrying member facing outward. It has been confirmed by experiments to be described later that a strong magnetic field can be generated in a local portion on the developer carrying member if the end of the developer carrying member facing outward can be narrowed. On the other hand, with such a narrow endmainIf the magnetic pole is to be realized by a conventional rod-shaped permanent magnet, the mechanical strength against brittleness is lowered as described above. However, in the present inventionmainSince the magnetic pole has a shape that expands toward the inside of the developer carrier, a larger dimension than that of a conventional bar-shaped permanent magnet can be ensured even when a narrow end portion is realized. Therefore, according to the present invention,mainWhile the size of the magnetic pole is large, it is possible to narrow the end portion of the developer carrying member facing outward.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a printer which is an image forming apparatus will be described. Note that this embodiment can be applied to a copying machine, a facsimile, and the like in addition to a printer.
First, a printer to which the present invention is applied will be described prior to the description of the present embodiment. This printer is shown in the above-mentioned patent document 1 proposed by the applicant of the present invention, and a schematic configuration of a main part thereof is shown in FIG.
[0020]
In FIG. 2, a
[0021]
The surface of the photosensitive drum 1 is driven to rotate in the direction of the arrow in FIG. The surface of the photosensitive drum 1 is uniformly charged by the charging roller of the
[0022]
Next, the developing process of the latent image formed on the photosensitive drum 1 will be described.
FIG. 3 shows a schematic configuration of the developing device 4.
The developing
[0023]
The developing
[0024]
The magnetic brush formed on the surface of the developing
[0025]
Next, the magnetic field emitted from the
FIG. 4 is a pie chart showing the distribution of the normal direction magnetic flux density (hereinafter referred to as “normal direction magnetic flux density”) generated on the surface of the developing
[0026]
As shown in FIG. 4, the
[0027]
Also, a line indicated by a one-dot broken line in FIG. 4 indicates the normal direction magnetic flux density at a position 1 mm away from the surface of the developing
[Expression 1]
Decay rate [%] = {(X−Y) / X} × 100
[0028]
Next, the magnetic pole arrangement of the
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the arrangement of three magnetic poles P1a, P1b, and P1c that are developing magnetic poles of the
[0029]
The two auxiliary magnetic poles P1a and P1c described above are used for adjusting the distribution of the normal direction magnetic flux density on the surface of the developing
[0030]
In the present embodiment, the half-value angular widths of the auxiliary magnetic poles P1a and P1c are set to be 35 [°] or less as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5, the positional relationship between the main magnetic pole P1b and the auxiliary magnetic poles P1a and P1c is such that the arrangement angle width between the main magnetic pole P1b and the auxiliary magnetic poles P1a and P1c is 30 [°] or less. Is set to This arrangement angle width means that each point on the surface of the developing
[0031]
Furthermore, in the present embodiment, among the inflection points where the normal magnetic flux density generated on the surface of the developing
[0032]
The developer rises along the lines of magnetic force generated by the
[0033]
The reason why the length of the magnetic brush can be shortened in this manner is that the attenuation factor of the normal direction magnetic flux density is large as described above. The reason is that although the normal direction magnetic flux density on the surface of the developing
[0034]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a rotation driving mechanism of the developing
The rotation drive mechanism includes a
[0035]
Here, the present inventor tried other types of materials such as acrylic resin, polycarbonate, Teflon (registered trademark) resin in order to study a material suitable as the sheet member. It was confirmed that there was little deformation such as crushing and that the development gap could be maintained at a constant width. Furthermore, in the case of acrylic resin, no abnormality such as peeling occurred. As a result, it was found that favorable conditions can be maintained by selecting an acrylic resin as the material for the sheet-like member.
[0036]
By the way, in this type of printer, in order to achieve both high-quality image formation and long life of the apparatus, the life of the developer is prolonged, and a latent image and a toner image are formed on the surface of the photosensitive drum 1. The formation of high definition is a major issue. In other words, in this type of printer, when the toner in the developer is charged by contact with the magnetic carrier, which is a magnetic particle, or the
[0037]
Therefore, in order to achieve high-quality image formation in such a printer, it is conceivable to reduce the mechanical hazard at the time of charging the toner in the developer. As a result, the triboelectric charge amount of the toner does not increase so much. For high-definition image formation, the potential difference between the charged potential on the surface of the photosensitive drum 1 and the surface potential after exposure is made as small as possible, and the light irradiated from the optical system is also made as low energy as possible so that the photosensitive drum 1 It is conceivable to write a latent image on the surface. However, if this is done, the potential contrast of the latent image is lowered, and thus the developing capability of the developing device 4 needs to be increased. Therefore, in developing such a latent image, it is effective to use a relatively low-charged toner to increase the amount of toner attached to the latent image during development. As described above, when the latent image on the surface of the photosensitive drum 1 and the background potential are relatively small, toner scattering is difficult to occur when the toner image is transferred onto the transfer paper.
[0038]
On the other hand, prevention of deterioration of the photosensitive drum 1 is effective for achieving a long life of the printer. That is, the surface of the photosensitive drum 1 is subjected to strong hazard during initial charging by the charging
[0039]
However, as described above, setting the initial charging potential of the photosensitive drum 1 to a low potential such as −400 [V], that is, absolutely lowering the charging potential in the negative-positive development method is a development bias setting. Since it is nothing other than reducing the development potential including the conditions, it is necessary to increase the development capability of the developing device 4 to reduce the saturated development potential.
[0040]
On the other hand, as a method for increasing the image density of the toner image formed on the surface of the photosensitive drum 1, (1) a developing gap that is an interval between the photosensitive drum 1 and the developing
[0041]
That is, in the method (4), in the development nip region where the magnetic brush formed on the developing
However, in the methods shown in the above (1), (2), and (4), the abnormal image having the trailing edge blank as described above at the solid line cross portion or the trailing edge portion of the solid black image or the halftone solid image. Is likely to occur.
[0042]
As a method for eliminating the occurrence of such an abnormal image, a method of making the potential difference between the developing bias Vb and the background portion zero is conceivable. However, in such a method, since the toner has a charge amount distribution and needs to be set to a potential difference that does not cause soiling in accordance with a toner having a low charge amount that can cause soiling, a practical measure is required. It cannot be.
Here, the toner density can be increased by using a magnetic toner in which a magnetic material is mixed with the toner. However, when the magnetic toner is used, the toner is affected by the magnetic field on the developing
[0043]
In addition, although the method of preventing the occurrence of trailing edge white spots by improving the characteristics of the magnetic carrier and the structure of the carrier surface can be considered, in consideration of the durability of the magnetic carrier and the like, the trailing edge blank spots are prevented. For this reason, changing the magnetic carrier is not practical and cannot be a practical improvement measure.
As described above, in order to obtain a high-quality image, it is necessary to consider factors such as reproducibility of fine lines of the image, particularly aspect ratio, dot reproducibility, toner adhesion uniformity, and the like. It is important to eliminate the occurrence of jaggedness.
For this reason, in conventional printers, a narrow permanent magnet is used for the developing magnetic pole of the developing device. However, such a developing magnetic pole has a small energy product and is used to increase the magnetic flux density. There are many restrictions and attenuation of magnetic flux density in the spatial direction, and the width of the embedded type development magnetic pole is limited to 2 [mm] at the minimum.
[0044]
From the above viewpoint, in order to achieve both high image quality and long life in this type of printer, the state where the charged potential on the surface of the photoconductor is reduced as compared to the prior art and the hazard to the developer is reduced. Therefore, it is desirable to increase the developing ability by reducing the charge amount of the developer as compared with the prior art. In addition, it is preferable to form a high-quality image by exposing the surface of the photoreceptor with a low energy light amount to form a fine latent image. Furthermore, it is possible to improve the low-contrast image trailing edge blanking and jaggedness to ensure a good image density and image quality, to prevent the magnetic carrier from adhering to the surface of the photoreceptor during development, and to develop a small-diameter developing roller. Getting strong magnetic force is a problem.
[0045]
The above problem is solved by using a
[0046]
By the way, the magnetic force acting on the magnetic particles is fixedly arranged in a developing sleeve made of a non-magnetic material of a developing roller as a developer carrying member, and the magnetic particles are substantially spherical or indeterminate soft magnetic fine powder with small magnetization. When the influence on the magnetic field formed by the permanent magnet is small and negligible, it can be obtained from the following equation (2). In this equation, M = Vc・ JmAnd
[0047]
[Expression 2]
f (Mag) = (M / ∇) · H0
Here, f (Mag): magnetic force, M: magnetic moment of magnetic particles, H0: Magnetic field, Vc: Volume of magnetic particles, Jm: Magnetization of magnetic particles. Therefore, the magnetic force can be approximated as a force proportional to the size, magnetic susceptibility, magnetic field strength, and magnetic gradient of the magnetic particles.
[0048]
Therefore, from the viewpoint of increasing the magnetic gradient, the attenuation factor of the magnetic flux density in the normal direction of the main magnetic pole that causes spikes in the development region is set to 40 [%] or more, preferably 50 [%] or more. The problem is solved. In other words, an increase in the magnetic pole attenuation rate means that the spike width between the rising and falling of the magnetic brush is reduced, and as a result, the magnetic brush rises short and densely. Such a short and dense rising magnetic brush brings about uniform rising and falling when considered in the longitudinal direction of the sleeve.
[0049]
[Example 1]
FIG. 1 shows an example of a
The developing magnetic pole of the
[0050]
Here, in order to locally increase the attenuation factor of the normal magnetic flux density by the developing magnetic pole, it can be realized by selecting the shape of the magnet that forms the magnetic field. That is, as will be described later, it has been experimentally found that the attenuation factor can be locally increased by narrowing the tip width Wm of the main magnetic pole P1b. Specifically, it is desirable that the tip width Wm is 1.5 [mm] or less and the development area width Wd or less. For example, when the development area width Wd is 1 [mm], the main magnetic pole P1b is formed so that the tip width Wm is less than 1 [mm]. Thus, if the tip width Wm of the main magnetic pole P1b is narrowed, the rising position of the magnetic brush approaches the main pole P1b having a narrow tip width Wm, and the developing region width Wd itself is also narrowed. It has been confirmed that can be secured. In the first embodiment, the developing sleeve surface moving direction tangential component force acting on the magnetic brush tip at the developing region entrance is directed downstream in the developing sleeve surface moving direction, and the tangential component force acting on the magnetic brush tip at the developing region outlet is applied. Heads upstream. As a result, an effect of bringing the developer on the developing
[0051]
However, if the main magnetic pole P1b is formed of a rod-like permanent magnet that is long in the axial direction of the developing sleeve as in the prior art, as described above, it is brittle with respect to impact because of its low mechanical strength against brittleness. It becomes a configuration. Therefore, in the present embodiment, the main magnetic pole P1b is configured by a
[0052]
Here, when the
[0053]
FIG. 7A is a graph of the result of this experiment showing the magnetic flux density distribution in the normal direction of the surface of the developing
[0054]
As shown in FIG. 7A, in the normal direction magnetic flux density, the rate of change in the central portion of the development region is very large. In the region where the rate of change is large, the width in the moving direction of the developing sleeve is very narrow compared to the conventional case where the main magnetic pole P1b is formed of a rod-shaped permanent magnet. As described above, since the magnetic force acting on the magnetic carrier is proportional to the magnetic gradient, that is, the rate of change of the magnetic flux density, a strong magnetic force is locally applied to the magnetic carrier only in a narrow region at the center of the development region. Can work. Thus, as a result of being able to generate a strong magnetic force locally, it is possible to form a development region width Wd that can prevent the occurrence of the trailing edge white spot described above.
[0055]
In order to obtain the above-described effects sufficiently, it is desirable to secure a minimum normal direction magnetic flux density of about 60 [mT] on the exit side of the development region width. Further, the normal direction magnetic flux density of the pointed
[0056]
In addition, it is preferable that at least one of the two auxiliary magnetic poles 44 a and 44 b made of a pair of permanent magnets adjacent to the pointed
[0057]
[Example 2]
FIG. 8 shows a developer regulating magnetic pole facing the
In this developing device, the lines of magnetic force emitted from the pair of auxiliary magnetic poles 44a and 44b are converged on the pointed
In this case, it is desirable that the tip width Wm of the pointed
[0058]
Hereinafter, specific configurations of the first embodiment and the second embodiment will be described in detail.
As the magnets constituting the auxiliary magnetic poles 44a and 44b, the following can be used.
1. Classification according to the generation form of magnetic energy.
(1) Permanent magnet (Magnet).
(2) Primary magnet.
(A) Magnetized electromagnetic soft iron (magnetic force is lost when the magnet is removed).
(B) Electromagnet (when the current is turned off, the magnetic force is lost).
(C) Superconducting magnet.
[0059]
2. Classification by magnet materials (ceramic magnets, practical magnets, progressive energy accumulation).
(1)
(2) Ba ferrite, Sr ferrite, PB ferrite, OP magnet (cobalt ferrite).
(3) Barium ferrite BaO / 6Fe2O3Strontium ferrite SrO / 6Fe2O3Lead ferrite.
(4) Rare earth magnet, SmCo2 (Samarium Cobalt) Sm2Co17.
(5) Rare earth magnet, Nd—Fe—B (neodymium iron boron), boron = boron.
[0060]
3. Classification according to the state of the magnet.
(1) Solid magnet.
(2) Liquid magnet.
(3) Flexible magnets (plastic magnets, rubber magnets).
[0061]
4. Classification by magnet manufacturing method
1. Cast magnet → chrome steel, high cobalt steel (quenching hardening method)
(Alloy magnet)
2. Cast magnet → Alnico, MK steel → (precipitation hardening method)
3. Sintered magnet → Sintered Alnico, rare earth magnet, ferrite magnet (oxide magnet)
(Ceramic magnet)
4). Plastic molding → rare earth powder plastic magnet
5. Rubber molding → Rare earth powder rubber magnet
6). Rolling, drawing, punching (after this heat treatment) → KMC-5
[0062]
5. Classification by magnetic field orientation.
(1) Isotropic (no magnetic field alignment treatment).
(2) Anisotropy.
[0063]
The initial permeability of the ferromagnetic material used as the material of the pointed
Iron (0.2 [%] impurities) μa = 150, μmax = 5000.
Pure iron (0.05 [%] impurities) μa = 10 000, μmax = 200 000.
Silicon iron (4Si) μa = 500, μmax = 7000.
78 permalloy (78.5Ni) μa = 8000, μmax = 100,000.
Supermalloy (5Mo, 79Ni) μa = 100 000, μmax = 1 000 000.
45.25 permin bar (25Co, 45Ni) [mu] a = 400, [mu] max = 2000.
[0064]
Examples of the magnetic carrier are shown below.
(Items: Composition, Shape, Size, True Density, Electric Resistance, Saturated Magnetization, Hazardous Ingredients).
MRC: Magnetic Materials Phenol Resin, Spherical, 10-100 [μm], 3.5-4, 102-1015[Ω / cm], 0 to 85 × 10-7× 4π [Wb · m / kg], NOT LISTED.
Binder type: Magnetic Materials Resin, Flake, 10-100 [μm], 2-3, 1013[Ω / cm] or less, 20 to 50 × 10-7× 4π [Wb · m / kg], NOT LISTED.
Ferrite: Cu, Zn, Ni-Ferrite etc. , Physical, 50-300 [μm], 4.5-5.5, 106-1015[Ω / cm], 40-70 × 10-7× 4π [Wb · m / kg], Cu, Zn, Ni area limited.
Iron Powder: Iron, Flake, 50-200 [μm], 7-8, 106[Ω / cm] or less, 70 to 150 × 10-7× 4π [Wb · m / kg], NOT LISTED.
[0065]
As the toner, a magnetic toner containing a magnetic material can also be used.
Specific magnetic materials of the toner include iron oxides such as magnetite, hematite and ferrite, metals such as cobalt and nickel, or these metals and aluminum, copper, lead, magnesium, tin, zinc, antimony, beryllium, bismuth and cadmium. , Alloys with metals such as calcium, manganese, selenium, titanium, tungsten, vanadium, and mixtures thereof.
These magnetic materials preferably have an average particle size of about 0.1 to 2 [μm], and the content of the magnetic material at this time is 20 to 200 parts by weight, particularly 100 parts by weight of the binder resin. Preferably it is 40-150 weight part with respect to 100 weight part of binder resin.
[0066]
As the additive used for the developer, conventionally known additives can be used. Specifically, Si, Ti, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, In, Ga, Ni, Mn, W, Fe, Examples thereof include oxides such as Co, Zn, Cr, Mo, Cu, Ag, V, and Zr, composite oxides, and the like. In particular, silica, titania, and alumina, which are oxides of Si, Ti, and Al, are preferably used.
[0067]
Moreover, it is preferable that the addition amount of the additive at this time is 0.5-1.8 weight part with respect to 100 weight part of base particles, Most preferably, it is 0.7-1.5 weight part. .
When the amount of the additive is less than 0.5 parts by weight, the fluidity of the toner is lowered, so that sufficient chargeability cannot be obtained, and transferability and heat storage stability are insufficient. Also, it is easy to cause dirt and toner scattering.
In addition, when the additive is added in an amount of more than 1.8 parts by weight, the fluidity is improved, but the photoconductor cleaning failure such as chatter and blade turning, and the photoconductor due to the additive released from the toner, etc. Filming is likely to occur, the durability of the cleaning blade, the photoreceptor, etc. is lowered, and the fixing property is also deteriorated. Furthermore, toner dust is likely to occur in the fine line portion. In particular, in the case of a fine line output in a full-color image, it is necessary to superimpose toner of at least two colors, and the adhesion amount increases. It is.
Further, when used as a color toner, if a large amount of the above additives is contained, a projected image is generated when a toner image formed on a transparent sheet is projected by an overhead projector, and a clear projected image is obtained. It becomes difficult to be.
[0068]
Here, although there are various methods for measuring the content of the additive, it is generally determined by fluorescent X-ray analysis. That is, a calibration curve is prepared by fluorescent X-ray analysis for a toner whose content of the additive is known, and the content of the additive can be obtained using this calibration curve.
Furthermore, it is preferable that the additive is subjected to surface treatment for the purpose of hydrophobizing, improving fluidity, controlling chargeability, and the like, if necessary.
[0069]
Here, the treatment agent used for the surface treatment is preferably an organic silane compound, for example, alkylchlorosilanes such as methyltrichlorosilane, octyltrichlorosilane, and dimethyldichlorosilane, and alkyl such as dimethyldimethoxysilane and octyltrimethoxysilane. Examples include methoxysilanes, hexamethyldisilazane, and silicone oil.
Examples of the treatment method include a method in which an additive is immersed in a solution containing an organosilane compound and drying, a method in which a solution containing an organosilane compound is sprayed on the additive, and a method in which the additive is dried. Any method can be suitably used.
[0070]
The range of the volume average particle diameter of the toner is preferably 3 [μm] or more and 12 [μm] or less. However, in this embodiment, the range is 5 [μm], and even for high resolution images of 1200 [dpi] or more. It is possible to respond sufficiently.
On the other hand, a magnetic carrier (magnetic particle) contains a magnetic material such as ferrite or magnetite with a metal or resin as a core, and the surface layer is coated with a silicon resin or the like. The volume average particle diameter is desirably equal to or smaller than the optical writing beam diameter. In this way, the developer magnetic brush becomes dense and detailed when viewed from the normal direction of the developer carrier, and pixel level dot omission and reproduction variation can be suppressed, and a high-quality image can be stably obtained. Specifically, a range of 20 to 50 [μm] is favorable. The volume average particle size of the magnetic carrier is larger than the average volume particle size of the toner, and the magnetization value is 1 × 10.6/ 4π [A / m] 5 × 10 in a magnetic field-7× 4π [Wb · m / kg] or more 25 × 10-7It is desirable that it is below 4π [Wb · m / kg]. As a result, a strong magnetic force can be applied to the magnetic carrier in the development region, and carrier scattering and adhesion can be prevented. Further, the dynamic resistance when the maximum development potential difference of the developer is applied is 107It is preferable to set the dynamic resistance value of the carrier so as to be equal to or less than [Ω · cm]. Thereby, development efficiency can be improved and development can be performed with a lower potential. The preferred value of the dynamic resistance value of the carrier is 104-106The range is [Ω · cm]. The “dynamic resistance” means that a carrier is supported on a roller (φ20; 600 [RPM]) including a magnet, and an electrode having a width of 65 [mm] and a length of 1 [mm] is formed with a gap of 0.9. A resistance value is shown when an applied voltage of less than the upper limit voltage level (400 [V] for high-resistance silicon-coated carrier to several [V] for iron powder carrier) is applied.
[0071]
In the developing
[0072]
The surface of the developing
[0073]
In the printer according to the present embodiment, the drum diameter of the photosensitive drum 1 is set to 60 [mm], the drum linear speed is set to 240 [mm / sec], the sleeve diameter of the developing
[0074]
A
[0075]
Next, an example of developing conditions of the developing device 4 will be described. In the printer according to this embodiment, the charging (pre-exposure) potential V0 of the surface of the photosensitive drum 1 is −350V, the post-exposure potential VL is −50V, the development bias voltage VB is −250V, that is, the development potential is (VL− VB = 200V), and the development process is performed in a negative-positive process. At this time, | VD−VL |> | VL−VB | satisfies the relationship of 400V> 300V. Here, | VD−VL | <400 V is set according to Paschen's discharge law in order to avoid the discharge of the exposed portion of the surface of the photosensitive drum 1 and the portion that does not.
[0076]
In the developing
[0077]
In the printer according to the present embodiment, the range of the development driving torque by the developer is set within 0.15 N · m so that the toner charging is sufficiently started and further sufficient developing ability is ensured. ing.
Of the driving torque of the developing device 4, the ratio used for stirring the developer is relatively large. This is because stirring of the developer is necessary for uniform charging of the toner. The conditions for determining this are the amount of developer, the area where a member used for stirring (especially, many screw-shaped members have recently been proposed) contact the developer, the contact frequency (number of rotations), the inside of the developing
[0078]
On the other hand, the hardness of the magnetic brush is determined by the magnetic force of each magnetic pole and the saturation magnetization of the magnetic carrier. In the printer according to this embodiment, the magnetic force MD of the developing magnetic pole is 70 (T), and the saturation magnetization MC of the magnetic carrier is 100 × 10.-7× 4π [Wb · m / kg]. In this range, the hardness of the magnetic brush is moderate, and the developer can continue to be used without being stressed over time. Here, MD <60 [T] or MC <60 × 10-7With x4π [Wb · m / kg], a sufficiently strong magnetic brush cannot be formed, and uniform development cannot be performed. MD> 80 [T] or MC> 130 × 10-7For x4π [Wb · m / kg], since the magnetic brush is firmly formed on the developing
[0079]
The toner on the developing
Further, the developing process is performed with the charging (pre-exposure) potential V0 of the surface of the photosensitive drum 1 being −300V, the post-exposure potential VL being −100V, the developing bias voltage being −250V, that is, the developing potential being (VL−VB = 150V). Is done.
As described above, the visible image of the toner formed on the photosensitive drum 1 is completed as an image through a transfer and fixing process.
In the transfer unit, a bias application roller or a charger that is in contact with the back side of a transfer sheet or an intermediate transfer member is disposed.
[0080]
By the way, conventionally, a technique called a so-called binary process has been proposed in which exposure is performed with a low beam exposure light intensity at a high density and a reduced beam diameter. However, when the exposure light quantity is increased, the following problems occur. That is, by narrowing the beam diameter of the high-density light amount, the margin of optical design is reduced, and improvement in component accuracy is indispensable, resulting in an increase in cost. Further, since the amount of light is large, the life of the photoconductor is shortened by receiving a so-called electrostatic hazard due to an increase in the amount of electric charge in charging and exposure of the photoconductor. Therefore, in the printer according to the present embodiment, by lowering the initial charging potential on the surface of the photosensitive drum 1 and simultaneously reducing the exposure amount, a high-definition latent image can be formed using general-purpose optical components. At the same time, the electrostatic hazard to the surface of the photosensitive drum 1 is reduced to extend the life.
[0081]
In the printer according to the present embodiment, when the γ curve (development amount with respect to the development potential difference) in the development characteristics is seen, the slope is large, and the development can be easily saturated even at a relatively low potential. This indicates that it is relatively easy to efficiently develop a solid image with a large proportion of toner on the developing
[0082]
The developing device 4 can be used as a developing device for a process cartridge. In the process cartridge, the image forming devices such as the photosensitive drum 1, the charging
[0083]
By the way, in the printer according to the present embodiment, an oscillating bias voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage may be applied to the developing
[0084]
Here, the difference (the peak-to-peak voltage) between the maximum value and the minimum value of the vibration bias voltage is preferably 0.5 [V] or more to 5 [kV], and the frequency is preferably 1 to 10 [kHz]. Further, a rectangular wave, a sine wave, a triangular wave, or the like can be used as the vibration bias voltage waveform. As described above, the DC voltage component of the vibration bias is a value between the background portion potential on the surface of the photosensitive drum 1 and the image portion potential, but is closer to the background portion potential than the image portion potential. However, it is preferable for preventing the fog toner from adhering to the background potential region.
[0085]
Further, when the waveform of the vibration bias voltage is a rectangular wave, it is desirable to set the duty ratio to 50 [%] or less. Here, the duty ratio is a ratio of time during which the toner is directed to the photosensitive member during one period of the vibration bias. By doing so, it is possible to increase the difference between the peak value at which the toner is directed to the photosensitive drum 1 and the time average value of the bias, so that the movement of the toner is further activated and the toner is transferred to the latent image surface. The toner image can be adhered to the potential distribution faithfully, and the roughness and resolution of the toner image can be improved. Further, the difference between the peak value of the magnetic carrier having a charge opposite to that of the toner toward the photosensitive drum 1 and the time average value of the developing bias can be reduced, so that the motion of the magnetic carrier is calmed down. The probability that the magnetic carrier adheres to the background portion of the latent image can be greatly reduced.
[0086]
In the present embodiment, the developing device 4 that employs the two-component developing method has been described, but a one-component developing method that uses a one-component developer may be employed.
Further, in the present embodiment, the example in which the main magnetic pole P1b is configured by a permanent magnet has been described, but it may be configured by a soft magnetic material. Examples of the material in this case include high permeability materials such as iron, pure iron, silicon iron (4Si), 78 permalloy (78.5Ni), supermalloy (5Mo, 79Ni), 45.25 permin bar (25Co, 45Ni). Is preferred.
The shapes of the main magnetic pole P1b and the auxiliary magnetic poles P1a and P1c constituting the developing magnetic pole or the developer regulating magnetic pole are not limited to those shown in FIG. 1 and FIG. Examples of other shapes include those shown in FIGS. 9A to 9C.
[0087]
As described above, the developing device according to the present embodiment includes a developing
Further, in the first embodiment, the above configuration is adopted for the developing magnetic pole disposed so as to face the developing area in the developing area where the developing
In the second embodiment, the toner friction charging region is opposed to the toner friction charging region where the developing
In the present embodiment, the tip width Wm, which is the width of the pointed end of the pointed
In the present embodiment, the pointed
In particular, in this embodiment, at least one of the pair of auxiliary magnetic poles 44 a and 44 b has an end on the side facing the outside of the developing
In this embodiment, since the pointed
[0088]
【The invention's effect】
BookAccording to the invention, there is an excellent effect that a strong magnetic field can be generated in a local portion on the developer carrying member while ensuring mechanical strength against brittleness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a magnet roller in Example 1 of a developing device of a printer according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the printer.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a developing device of the printer.
FIG. 4 is a pie chart showing the distribution of normal direction magnetic flux density generated on the surface of the developing sleeve by each magnetic pole of the magnet roller of the printer.
FIG. 5 is an explanatory view showing an arrangement of three magnetic poles constituting the developing magnetic pole of the magnetic roller.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a rotation driving mechanism of a developing roller of the developing device in the printer.
FIG. 7A is a graph of the result of this experiment showing the magnetic flux density distribution in the normal direction of the surface of the developing
(B) is a graph of the result of this experiment showing the magnetic flux density distribution in the tangential direction of the surface of the developing
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a magnet roller in
FIGS. 9A to 9C are schematic views showing various modifications of the shapes of the main magnetic pole and the auxiliary magnetic pole constituting the developing magnetic pole or the developer regulating magnetic pole of the magnet roller.
FIG. 10A is an explanatory diagram showing a magnetic force distribution in the vicinity of a developing region in a conventional developing device in which a developing magnetic pole is a single magnetic pole.
(B) is an explanatory view showing the shape of a magnetic brush made of a developer that is raised by receiving a magnetic force from a magnetic field formed by a developing magnetic pole when viewed from the axial direction of the developing sleeve in the developing device.
FIG. 11A is an explanatory diagram showing a magnetic force distribution in the vicinity of a developing region in a developing device in which a developing magnetic pole includes one main magnetic pole and two auxiliary magnetic poles.
(B) is an explanatory view showing the shape of a magnetic brush made of a developer that is raised by receiving a magnetic force from a magnetic field formed by a developing magnetic pole when viewed from the axial direction of the developing sleeve in the developing device.
[Explanation of symbols]
1 Photosensitive drum
2 Charging device
4 Development device
5 Transfer device
7 Cleaning device
8 Static elimination lamp
41 Developing roller
43 Development Sleeve
44 Magnet roller
44a, 44b Auxiliary magnetic pole
45 Doctor blade
60, 160, 260, 360 Pointed magnet
Claims (6)
該現像剤担持体の内部に配置され、該現像剤を該現像剤担持体上に担持させるための磁界を発生させる磁界発生手段とを備えた現像装置において、
上記磁界発生手段は、所定の間隙を隔てて配置した同極性の一対の磁極の隙間に配置される該磁極とは反対極性の主磁極を有し、
上記主磁極として、上記現像剤担持体の外方に向かう側の端部が尖頭状に形成されたものを用い、
上記一対の磁極の少なくとも一方における上記現像剤担持体の外方に向かう側の端部が上記主磁極の尖頭状端部を残して該主磁極を覆うように、該一対の磁極を配置したことを特徴とする現像装置。A developer carrying body carrying the developer containing magnetic particles on the surface and moving the surface;
In a developing device comprising a magnetic field generating means that is disposed inside the developer carrying member and generates a magnetic field for carrying the developer on the developer carrying member.
The magnetic field generation means has a main magnetic pole having a polarity opposite to that of the pair of magnetic poles of the same polarity arranged with a predetermined gap therebetween,
As the main magnetic pole, the one on the end facing the outside of the developer carrier is formed in a pointed shape ,
The pair of magnetic poles is arranged such that at least one of the pair of magnetic poles, the end of the developer carrier facing outwardly covers the main magnetic pole leaving the pointed end of the main magnetic pole. A developing device.
上記主磁極は、上記現像剤担持体と潜像担持体とが対向する現像領域で、該現像領域に対向するように配置される現像磁極を含むことを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1.
The developing device according to claim 1, wherein the main magnetic pole includes a developing magnetic pole disposed in a developing region where the developer carrying member and the latent image carrying member face each other so as to face the developing region.
上記主磁極は、上記現像剤担持体と現像領域に搬送される現像剤量を規制する現像剤規制部材とが対向するトナー摩擦帯電領域で、該トナー摩擦帯電領域に対向するように配置される現像剤規制磁極を含むことを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1 or 2,
The main magnetic pole is a toner friction charging region where the developer carrying member and a developer regulating member for regulating the amount of developer conveyed to the development region are opposed to each other, and is disposed so as to face the toner friction charging region. A developing device comprising a developer regulating magnetic pole.
上記現像剤担持体表面移動方向における上記主磁極の尖頭状端部の幅を１．５［ｍｍ］以下に形成したことを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1, 2 or 3,
A developing device characterized in that a width of a pointed end portion of the main magnetic pole in the direction of movement of the developer carrying member is 1.5 [mm] or less .
上記主磁極を、希土類磁性材料を含む永久磁石で形成したことを特徴とする現像装置。 請 Motomeko 1,2, 3 or the developing device 4,
A developing device, wherein the main magnetic pole is formed of a permanent magnet containing a rare earth magnetic material.
該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、
該潜像担持体上の潜像を、磁性粒子を含む現像剤により現像する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、４又は５の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。A latent image carrier;
Latent image forming means for forming a latent image on the latent image carrier;
In an image forming apparatus comprising: a developing unit that develops a latent image on the latent image carrier with a developer containing magnetic particles;
As the developing means, according to claim 1, 2, 3, 4 or the image forming apparatus characterized by using the developing device 5.
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