JP2005099686A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像装置を複雑にすることなく、またトナーに余計なストレスを与えることなく、現像ローラ上に残ったトナー層の帯電上昇を防止し、リークを生じさせないようにして黒点などの無い、安定した画像を維持できるようにした現像装置を提供すること。
【解決手段】 現像ローラ２と感光体３の最近接位置と、現像ローラ２の回転方向下流側の磁気ブラシへの接触位置との間の任意の現像ローラ周面上を狭域空間に形成すると共に、該狭域空間における前記磁気ブラシとの接触位置手前に、現像時に現像ローラから除電部材５にトナーを引き剥がす方向に除電バイアスを印加するようにして、トナーに余計なストレスを与えることなく、現像ローラ２上に残ったトナー層の帯電上昇を防止し、リークを生じさせないようにする。また、非現像時には、除電部材から現像ローラにトナーを引き剥がす方向にリフレッシュバイアスを印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像装置に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした画像形成装置における現像装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方式には、トナーと磁性キャリアを用いた２成分現像方式、絶縁トナーや導電トナーを用いた１成分現像方式、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした現像方式などがある。

２成分現像方式は、キャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能であると共にベタ画像の均一化などの利点がある反面、現像装置が大きく複雑になる、トナー飛散やキャリア引きが発生する、キャリアの耐久性によって画質が変化するなどの欠点がある。また１成分現像方式は、現像装置がコンパクトになってドット再現性に優れているが、現像ローラ、チャージローラの劣化のために耐久性が低く、現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる、選択現像が発生するなどの欠点を有している。磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした現像方式は、ドット再現性に優れて長寿命化、高速の画像形成が可能な方式ではあるが、従来では、現像ゴーストの発生やトナー粒度分布の変化に伴って現像剤中に微粉トナーが増え、この微粉トナーによるキャリア表面が汚染されて帯電量が低下し、現像装置からのトナーの飛散、現像ローラ上への微粉トナーの付着などの問題があった。

そして磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした現像方式は、従来、非接触の１成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速の画像形成が可能な現像方式として、特に感光体上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、感光体上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されてきた。

しかしながらこの１ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を感光体の周りに配置せねばならないから、感光体が大型になり、画像形成装置の小型化の妨げになる。そのため、使用するトナーの色に対応した複数の電子写真プロセス部材を並べて配置し、転写部材の送りに同期させてカラ−画像を形成して転写部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきた。しかしながらこの方式では、高速性に優れている利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置しなければならないために大型化する欠点を有していた。この対策として感光体同士の間隔を狭くし、小型化した画像形成ユニットを配置した小型タンデム型画像形成装置が提案されている。

このように構成された小型のタンデム型画像形成装置においては、画像形成ユニットの幅方向のサイズを極小にするため、現像装置を縦型とすることが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像装置を配置することがレイアウト上望ましい。しかしながら従来の２成分現像方式では、このように現像装置を縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤攪拌部から感光体に近接した現像部材への供給が複雑になり、装置の小型化に限界が生じると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの飛散が避けられないという問題があった。

他の方法として、キャリアを用いない１成分現像方式も提案されているが、現像ローラを感光体に接触する方式では感光体のトルク変動をきたし、タンデム型の弱点である色ずれを助長させてしまう欠点があった。また、感光体に非接触な方式では、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャ−ジローラに付着して帯電能力が低下したり、規制ブレードにトナーが付着し層形成が不均一になってしまい、画像欠陥をきたすことがあった。

そのため、これらの問題を解決する手段の一つとして、一旦キャリアを用いてトナーを帯電させ、その後、感光体に対して非接触でトナーを飛翔させる前記した現像方式が注目されてきた。即ち、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした現像方式では、現像ローラが感光体と非接触であるからトルク変動をきたすことがなく、ドット再現性に優れて長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。

こういった技術に関する従来技術としては、特許文献１に潜像担持体に対して非接触に設置したドナーローラ（現像ローラ）上に非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって潜像担持体上の潜像に該トナーを飛翔させる提案がなされている。また特許文献２には、磁気ローラを用いて現像剤をドナーローラに進ませ、このドナーローラ上にトナーを転移させてトナー層を形成する現像装置が示されている。

しかしながらこれらの提案では、２成分現像剤を採用してドナーローラ上への薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合にドナーローラ上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が潜像担持体上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには間題を有していた。そのため特許文献３には、ドナーローラと潜像担持体の間にワイヤからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を印加して現像されたトナーを乱さないようにした、いわゆるパウダ−クラウド現像法が提案されている。

そして理論面では、非特許文献１で東芝（株）から、２成分現像剤を用いた現像ローラ上のトナー層の形成についての報告がなされ、特許文献４に特許としての出願がある。

また上記した従来の技術では、現像性の高いトナーの粗粉が選択的に潜像担持体に現像されやすく、連続印刷を行った場合、帯電性の高いトナーの微粉が現像スリーブに堆積して選択現像が起こり、画像濃度の低下が生じる傾向があった。さらに、トナーの帯電制御が複雑で、潜像担持体に高い表面電位と大きな現像電界を印加することを必要としていた。そのため、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、その現像ローラ上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、図７に示したように前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不具合がある。

即ち、図７において、３５は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、３６、３７はそれに続くこのソリッド画像より広いハーフトーン画像で、図７（ａ）のようにこのソリッド画像３５に続けてこのハーフトーン画像３６、３７を印刷すると、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じた場合、図７（ｂ）における３８のような残像（ゴースト）が生じる。さらに、高濃度の現像パターンを連続して印刷した場合に、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすく、現像器を小型化する場合の課題となっていた。

これを防止するため特許文献５には、現像ローラ上の現像残トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関しての提案がなされ、また、現像ローラ上のトナーを確実に回収する方法として特許文献６には、専用の回収ローラを用いる提案がなされている。しかしながらこれらの方法は、現像部のトナーと非現像部のトナーに電位差が生じ、連続印字時の現像ゴーストの発生を防止するために複雑な機構が必要で、小型の電子写真プロセスには実用化されていない。さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として特許文献７に、磁気ローラの磁束密度の半値幅領域を広く設定することにより、現像ローラ上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。また、タンデム型の現像装置の制御方法として特許文献８には、転写工程を行っている画像形成部以外の画像形成部における現像装置の動作を停止させ、現像剤の劣化を防ぐようにした出願がなされている。

またこういった磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした現像方式においては、選択現像による画像濃度低下、トナーを現像ローラに保持させたまま長時間放置することによる現像欠陥、画像劣化、現像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着などが生じるため、特許文献９、特許文献１０（特許文献１１）、特許文献１２などには、２成分現像剤による磁気ブラシを形成する磁気ローラと、この磁気ローラから供給されたトナーの薄層を担持するドナーローラ（現像ローラ）と、このドナーローラと潜像担持体との間に設けられた電極とを有し、この電極には直流と交流からなるバイアスを、現像ローラには直流バイアスを、そして磁気ローラにはスイッチで異極性となる電圧に切り替えられるようにした直流バイアス（特許文献１０（特許文献１１））、またはこの直流バイアスに重畳した交流バイアス（特許文献９、特許文献１２）を印加するよう構成し、コピーとコピーの間や紙間を利用して、電位差で現像ローラ上のトナーを磁気ローラに回収することで、トナーの帯電を安定化させて上記問題点を解決するようにしたハイブリッド型現像装置が示されている。

即ち、特許文献９、特許文献１０に示された現像装置においては、磁気ローラと現像ローラの直流電位差（特許文献１０）、及び交流バイアス（特許文献９、特許文献１２）で磁気ローラ上に形成された磁気ブラシで現像ローラ上にトナー薄層を形成し、さらに現像ローラと電極間に印加された直流と交流が重畳されたバイアスで電極近辺にトナークラウド（雲）を形成して潜像担持体上の潜像を現像すると共に、画像形成完了時（特許文献１０、特許文献１２）、または一定間隔で（特許文献９）、スイッチを切り替えて現像ローラから磁気ローラへトナーを剥離させる方向の直流バイアスを印加して現像ローラ上のトナーを回収し、再度の画像形成に際してスイッチの切り替えで磁気ローラ上のトナーを現像ローラへ移動させる方向の直流バイアスを印加して（特許文献１０）画像形成に備えるようにし、上記問題を解決するようにしたものである。

しかしながら、特許文献３に記載されたパウダークラウド現像法は、補助電極のワイヤが非常に汚れやすく、また、振動による画像劣化等が発生するため、あまり一般的な方法とはなっていない。さらに特許文献５、特許文献６、特許文献７などに示された装置も、トナーの掻き取り装置や回収ローラの設置が必要であったり、特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスが増し、トナーの耐久性能劣化の要因になったり、次の現像タイミングでの現像ローラの層形成に時間を要し、高速性を損なったりしていた。また長期使用時に、キャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像ローラ上のトナーの帯電特性が大きく変化して補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなり、帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに劣化したキャリアの交換の煩わしさがあり、実用には至っていないのが実情である。

また、タンデム型の現像装置の制御方法としての特許文献８に示された装置は、転写工程を行っている画像形成部以外の現像装置の動作を停止させたり、現像ローラと磁気ローラ間に印加する高圧を高周波数で切り替える装置や制御が必要であり、高価にならざるを得ないと共に、現像装置はトナーローラや磁気ローラ、及び撹拌部材を横に並べた構成となっており、小型化が難しいという欠点がある。さらに、特許文献９、特許文献１０（特許文献１１）、特許文献１２に示された装置も、前記したパウダークラウド現像法であって、補助電極のワイヤが非常に汚れやすく、振動による画像劣化等が発生する。

また、現像装置を小型化し高濃度の画像を連続して印刷する場合に現像ローラに対するトナーの補給が追いつかず、画像濃度が薄くなったり、印刷速度が低下したりすることがあった。この問題を解消するために、掻き取り装置や特別な回収バイアスの印加も提案されているが、トナーのストレスが増し、耐久性能劣化の要因になっていた。また、長期使用時にはキャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化する事で、現像ローラ上のトナーの帯電特性が大きく変化するために、補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなってしまう。そしてこれが帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに、劣化したキャリアの交換の煩わしさがあり実用には至っていないのが実情である。

そのため、本願出願人は特許文献１３において、図８に示したように、現像装置を複雑にすることなく、連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ローラに供給するために、タンデム方式の画像形成プロセスにおいて、現像時間外では供給ローラ（磁気ローラ）と現像ローラの電位差をなくし、現像ローラ上のトナーの大半を磁気ブラシによって回収することで、次の現像タイミング時に現像の履歴を残さない画像が得られる現像装置を提案した。

即ち、図８に示した現像装置は縦型に構成され、前記した磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用して、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした方式の現像装置であり、この現像装置５０Ａの枠体１２内には、感光体３に所定距離離間して現像ローラ２が配設されている。そしてその現像ローラ２から所定距離離間して、非磁性金属材料で円筒状に形成され、内部に複数の固定磁石が配設されて該固定磁石の周囲を回転可能としたスリーブ状の供給ローラ（磁気ローラ）１が配設されている。

また、この供給ローラ（磁気ローラ）１の上流には、パドルミキサー２２、仕切り板２６を挟んで撹拌ミキサー２３が設けられ、トナーとキャリアからなる２成分現像剤は、この撹拌ミキサー２３とパドルミキサー２２の回転によって撹拌、帯電され、仕切り板２６両端の仕切がない部分によってこの撹拌ミキサー２３とパドルミキサー２２の間を循環してゆく。そのため、この２成分現像剤によって供給ローラ（磁気ローラ）１の表面に磁気ブラシが形成され、その磁気ブラシは、穂切りブレード９によって一定の層厚とされ、現像ローラ２に接触する。

一方、この供給ローラ（磁気ローラ）１と現像ローラ２の間には、直流（ＤＣ）電源７ａ、交流（ＡＣ）電源７ｂによって直流に交流が重畳されたバイアスが、直流（ＤＣ）電源８によって直流バイアスがそれぞれ印加され、供給ローラ（磁気ローラ）１上の磁気ブラシ中のトナーは、この直流（ＤＣ）電源７ａと直流（ＤＣ）電源８によるバイアスの電位差｜ＤＣ７ａ−ＤＣ８｜（以下Δと表現する）によって現像ローラ２上にトナーのみの薄層を形成する。そしてこの現像ローラ２上のトナー薄層は、直流（ＤＣ）電源７ａ、交流（ＡＣ）電源７ｂによって現像ローラ２に印加されたバイアスで感光体３との間を飛翔し、感光体３上に形成された潜像を現像する。なお、トナーの飛散を防ぐため、交流（ＡＣ）電源７ｂによるバイアスは、現像の直前に印加する。

また、現像に使われずに現像ローラ２上に残ったトナーは、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、供給ローラ（磁気ローラ）１上の磁気ブラシが現像ローラ２上のトナー層に接触し、両ローラの周速差によるブラシ効果とパドルミキサー２２による磁気ブラシの攪拌で、現像剤の回収と入れ替えがおこなうようになっている。

しかしながら、このように構成した現像装置においては、現像ローラ２上に形成されたトナー薄層は、現像バイアスによって粗紛が感光体１へ飛翔して現像に使用されるが微粉は残り、繰り返し磁気ブラシと接触帯電することによってトナー帯電上昇を起こし、それによる感光体３へのリークが生じる。そしてこのリークは、最大直径３ｍｍ程度の丸状のリーク点として画像に現れ、現像ローラ２上のトナーの入れ替わりが悪くなるに従い、リーク点が増加する。

こういったことを防止するため特許文献１４には、１成分現像剤を用いた現像装置であると共に、目的が現像ローラ上の現像残トナーを除去しないと発生する残像を防止するためのものではあるが、現像ローラに当接する部材で残留トナーを掻き落としていた場合、機械的なストレスでトナーが劣化するため、除電部材を、残留現像剤に対して機械的な剥離を生じないように現像ローラに押し当てる弾性部材と、残留現像剤を現像ローラから電気的に引き離す力を付与するバイアス電源とを設けた現像装置が示されている。

米国特許第３，８６６，５７４号公報 米国特許第３，９２９，０９８号公報 特開平３−１１３４７４号公報 特開昭５９−１２１０７７号 特開平１１−２３１６５２号公報 特開２０００−８１７８８公報 特開平７−１２８９８３号公報 特開昭６３−２４９１６４号公報 特開平６−６７５４６号公報 特開平７−７２７３３号公報 米国特許第５，４２０，３７５号公報 特開平７−９２８０４号公報 特開２００３−１０７８９８公報 特開平１１−２１９０３２号公報 電子写真学会誌第１９巻第２号（１９８１）第４４頁〜第５１頁、「タッチダウン現像法」東芝（株）、保坂靖夫、米田等

しかしながら、この特許文献１４に示された現像装置は、１成分現像剤を用いた現像装置であると共に、除電部材を残留現像剤に対して機械的な剥離を生じないように現像ローラに押し当てる弾性部材が設けられ、マイラーシートなどが直接現像ローラに接触する装置であり、残留現像剤に対して機械的な剥離を生じないようにとはいうものの、トナーの劣化は生じてしまう。

上記の事情に鑑み本発明は、現像装置を複雑にすることなく、またトナーに余計なストレスを与えることなく、現像ローラ上に残ったトナー層の帯電上昇を防止し、リークを生じさせないようにして黒点などの無い、安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明の現像装置は、
固定磁極部材を内包する供給ローラの外周に磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら両ローラ間の電位差を利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する画像形成装置における現像装置において、
前記現像ローラと潜像担持体の最近接位置と、現像ローラ回転方向下流側の磁気ブラシへの接触位置との間の任意の現像ローラ周面上を狭域空間に形成すると共に、該狭域空間における前記磁気ブラシとの接触位置手前に、少なくとも画像形成の際（現像時）、前記現像ローラからトナーを引き剥がす方向に除電バイアスを印加したことを特徴とする。

そして本発明の現像装置は、前記現像ローラ周面と対面する位置に、狭域空間に形成する導電部材を配設するとともに、該導電部材に除電バイアスを印加するようにしてある。

また前記除電電位が、接地電位以上で現像ローラに印加したバイアスと同極性、且つ、該バイアス電位未満としてある。

さらに前記狭域空間における現像ローラと導電性部材との距離を、０．２ｍｍから０．６ｍｍに設定することが好ましい。

さらに、本発明においては、非画像形成の際（非現像時）、前記導電部材からトナーを引き剥がす方向にリフレッシュバイアスを印加することが望ましい。

このように現像装置の、現像ローラと潜像担持体の最近接位置と、この現像ローラ回転方向下流側の磁気ブラシへの接触位置との間の任意の現像ローラ周面上を狭域空間に形成し、この該狭域空間における前記磁気ブラシとの接触位置手前に、画像形成の際、現像ローラからトナーを引き剥がす方向に除電バイアスを印加したことにより、現像装置を複雑にすることなく、またトナーに余計なストレスを与えることなく、現像ローラ上に残ったトナー層の帯電上昇を防止し、リークを生じさせないようにして黒点などの無い、安定した画像を維持できるようにした現像装置を提供することができる。

そして本発明の画像形成装置における現像装置は、前記供給ローラ周面と対面する位置に、狭域空間に形成する導電部材を配設するとともに、該導電部材に除電バイアスを印加するようにしたから、何ら複雑な構成を用いずに除電が可能となる。

また前記除電電位は、接地電位以上で現像ローラに印加したバイアスと同極性、且つ、該バイアス電位未満とし、前記狭域空間における現像ローラと導電性部材との距離を、０．２ｍｍから０．６ｍｍに設定することが好ましい。

さらに、本発明では、非画像形成の際、導電部材からトナーを引き剥がす方向にバイアスを、導電部材に印加しているので、つまり、非画像形成時において、導電部材に付着したトナーを現像ローラ側に飛翔させているので、導電部材に付着したトナーが除去される結果、付着トナーによって導電部材による除電効率が低下するという事態を防止することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる画像形成装置における現像装置の一実施形態の断面図、図２は本発明になる画像形成装置における現像装置の感光体と現像装置との関係を説明する模式図、図３は本発明になる画像形成装置における現像装置の除電バイアスを変化させたときのリーク状況を実験した結果を表した表、図４は本発明になる画像形成装置における現像装置の導電性除電部材により作られた狭域空間の距離によるリーク状況を実験した結果を表した表、図５は本発明になる現像方法を実施する画像形成装置の一実施例の模式図である。

図中１は非磁性金属材料で円筒状に形成され、内部に複数の固定磁石が配設されて該固定磁石の周囲を回転可能としたスリーブ状の供給ローラ（磁気ローラ）、２は供給ローラ（磁気ローラ）１上に形成される磁気ブラシによってトナーの薄層を形成される現像ローラ、３は感光体（潜像担持体）ドラム、５は一例として直径３ｍｍ程度のＳＵＳ製シャフトを用いた導電性除電部材、６はこの導電性除電部材に除電用直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｅ）を印加するための電源、７ａは現像ローラ２へ直流（ＤＣ）バイアスＶ_ｄｃ１を印加する電源、７ｂは同じく現像ローラ２へ交流（ＡＣ）バイアスＶ_ａｃを印加する電源、８は供給ローラ（磁気ローラ）１へ直流（ＤＣ）バイアスＶ_ｄｃ２を印加する電源、９は供給ローラ（磁気ローラ）１上に形成された磁気ブラシの高さを一定に保つための穂切りブレード（層厚規制ブレード）、１２は現像装置の枠体、２０は画像形成装置、２２は現像剤を撹拌して供給ローラ（磁気ローラ）１へ供給するパドルミキサー、２３は同じく現像剤を撹拌しながら搬送して帯電させる撹拌ミキサー、２６は現像装置内の仕切り板である。

この仕切り板２６は、図２から明らかなように、長手方向両端が現像装置５０Ａの長さより短く、両端を現像剤が自由に通り抜けられるようになっている。図５における５０Ａは画像形成装置２０のブラック用現像装置、５０Ｂは同じくイエロー用現像装置、５０Ｃは同じくシアン用現像装置、５０Ｄは同じくマゼンタ用現像装置、５３は記録紙を収容した給紙カセット、５４は記録紙を搬送するための無端状ベルト、５６は感光体ドラム３を帯電するための帯電器、５７は帯電された感光体ドラム３を露光して潜像を形成するための露光装置、５８は現像されたトナー像を記録紙に転写するための転写装置、５９はトナー像を転写された記録紙上のトナー像を定着するための定着装置である。なお、タンデム型画像形成装置においては、前記したように感光体ドラム（潜像担持体）３の周りに設置する帯電器５６、露光装置５７、現像装置５０、転写装置５８、クリーニング装置などをコンパクトに設計することが重要であり、本発明においては、現像装置５０は感光体ドラム３に対して隣接し、略垂直の方向に配置される。

感光体３の材料としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体、有機感光体（ＯＰＣ）などを用いることができ、ａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、その表面の露光後電位は１０Ｖ以下の非常に低い特徴を有しているが、その膜厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧が低下する。その一方、潜像形成した時における感光体３の表面の電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向がある。この特性は、誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感光体では２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の場合に特に顕著である。現像バイアスとして直流（ＤＣ）バイアスＶ_ｄｃ１電源７ａの出力電圧を１５０Ｖ以下、さらに好ましくは１００Ｖ以下、交流（ＡＣ）バイアスＶ_ａｃ２電源７ｂのＡＣ成分としてＶｐｐ５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ｋＨｚに設定して現像することが可能である。

また、画像形成装置に用いる感光体３としては従来からＯＰＣ感光体が知られており、正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合、残留電位を１００Ｖ以下にするため、感光層の膜厚を２５μｍ以上に設定し、電荷発生材料の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のＯＰＣは感光層の中に電荷発生材を添加することから感光層の膜減りによっても感度が変化が少なく、有利である。この場合でも現像バイアスとして直流（ＤＣ）バイアスＶ_ｄｃ１電源７ａの出力電圧を４００Ｖ以下、さらに好ましくは３００Ｖ以下に設定することが、トナーに強い電界をかけることを防止する意味でも好ましい。この様に現像バイアスを低く設定することは、薄膜のａ−Ｓｉ感光体の絶縁破壊を抑制するとともに、トナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑止するのに有効である。

しかしながら、ＯＰＣ感光体は感光層表面が軟らかく、クリーニングブレードの摺擦により、感光層が削れやすいという問題が見られた。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して表面が硬質であり、耐久性や機能保持性（メンテナンスフリー）に優れていることから、感光層の厚さが２５μｍ以上のａ−Ｓｉ感光体が近年使用されている。しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体はグロー放電分解法等を用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるという問題も見受けられる。

露光装置５７は、半導体レーザ、もしくはＬＥＤを用いることができる。正帯電有機感光体を用いた場合は７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、アモルファスシリコン感光体の場合は６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下本発明においては、感光体ドラム３として正帯電有機感光体を用い、露光装置５７の光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明してゆく。

現像ローラ２の最表面は、均一な導電性のアルミニュウム、ＳＵＳ、導電樹脂被覆などからなるスリーブで構成する。そしてそのシャフト部には、直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ１）７ａ、交流（ＡＣ）バイアス（Ｖ_ａｃ）７ｂを接続し、回転する現像ローラ２と感光体ドラム３、及び供給ローラ１との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。そして、この交流バイアス７ｂが供給する交流成分は、デューティ（Ｄｕｔｙ）比を５０％以下の矩形波で構成する。

本発明においては、一例として直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）７ａを１００Ｖ、交流バイアス７ｂをＶｐｐが１．５ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ（Ｄｕｔｙ） 比３０％に設定した。このように直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）７ａと交流バイアス７ｂを現像ローラ２に直接印加することによって、現像時に現像ローラ２と感光体ドラム３、及び、供給ローラ１との間に鋭いバイアス成分を印加することができ、現像開始時のトナー層形成の反応を良くすることができる。また、感光体ドラム３上の潜像に対して良好な現像性と共に、供給ローラ１に対してのトナー薄層の回収性が高まり、連続印字の安定性が改善される。感光体ドラム３と現像ローラ２との間隔は、一例として約２５０μｍとしてこの間にワイヤ電極等は用いない。

トナーは、５〜２０μＣ／ｇに制御され、トナー飛散・カブリを防止し、なお且つ、低電界で現像することで現像ローラ２上に現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた現像システムができる。

現像剤には、トナーの回収と供給の役割を有する１０^６Ωｃｍ^３〜１０^９Ωｃｍ^３の抵抗のキャリアを使い、現像ローラ２と供給ローラ１の間のニップで、強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシで引き剥がし、現像に必要なトナーを供給する。このとき、トナーとの接点を増やすためには、４０μｍ以下の小径キャリアを用い、キャリアの表面積を高めることが好ましい。キャリアとしては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどを用いることができ、適正な抵抗値を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。

本発明では一例として、体積固有抵抗が１０^７Ωｃｍにシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ、重量平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いた。１０^６Ωｃｍ以下では回収を重視した低抵抗キャリアは現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生の無い現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ローラ２表面からトナーが飛散し、帯電器５６や露光装置５７を汚染する不具合を発生させてしまう。１０^９Ωｃｍ以上の抵抗では、帯電性能を付与することは可能であるが帯電が上昇しやすい問題があった。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ローラ２上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現像ローラ２に再度投入することが可能になる。

またトナーとキャリアの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対しトナーを５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％とする。トナーの混合割合が５重量％未満であると、トナーの帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、２０重量％を超えると今度は十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像器から飛散して画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。

現像ローラ２上のトナー薄層は、現像剤の抵抗や現像ローラ２と供給ローラ１の回転速度差などによっても変化するが、この両ローラに与えられる直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）８と直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）７ａの電位差｜（Ｖ_ｄｃ２）−（Ｖ_ｄｃ１）｜（以下Δと表現する）によっても制御することが可能である。Δを大きくすると現像ローラ２上のトナーの薄層が厚くなり、Δを小さくすると薄い層になる。Δの範囲は、一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切である。そして、現像ローラ２上に１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜７０μｍのトナー層を形成し、現像ローラ２と感光体３とのギャップを１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体３上に飛翔させることで鮮明な画像を得ることができる。

現像残のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、供給ローラ１上の磁気ブラシが現像ローラ２上のトナー層に接触し、各ローラの周速差によるブラシ効果と、磁気ブラシの現像材をミキサーで攪拌することによって現像材を入れ替えることにより、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。現像材の入れ替えを促進するための方法として、供給ローラ１の回転速度を現像ローラ２の速度に対して１．０〜２．０倍に設定し、現像ローラ２上のトナーを回収すると共に、適切なトナー濃度に設定された現像材を現像ローラに供給することで、均一なトナー層を形成することが可能になる。

また、均一な画像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間に現像ローラ２と供給ローラ１間の電位差Δを０にすることで、トナーに負担をかけずに現像ローラ２上のトナーを供給ローラ１に回収することが有効である。この時供給ローラ１の磁気ブラシ形成領域の幅Ｈ_３が、現像ローラ２上のトナーを回収する幅である為、現像ローラ２の幅Ｈ_１を供給ローラ１の磁気ブラシ形成領域の幅Ｈ_３より短くすることにより確実に未回収領域をなくすことができる。そうすることにより、供給ローラ１領域外の現像ローラ２のスリーブに付着するトナーがなくなり、両端部のトナー飛散をなくすことが可能となる（図２参照）。

最初に本発明になる現像装置を有する画像形成装置の動作につき、図１、図２、図５の模式図を用いて簡単に説明すると、この画像形成装置２０は、無端状ベルト５４が、給紙カセット５３からの記録紙を定着装置５９に向かって搬送可能に配設されており、記録紙を搬送するベルト５４の上側には、ブラック用現像装置５０Ａ、イエロー用現像装置５０Ｂ、シアン用現像装置５０Ｃ及びマゼンタ用現像装置５０Ｄが配設されている。そしてこれらの現像装置５０（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）には、それぞれ供給ローラ１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）、該供給ローラ１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に近接して現像ローラ２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配設され、該現像ローラ２に対面して感光体ドラム３（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が、さらにこの感光体ドラム３の周囲には、帯電器５６（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）及び露光装置５７（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配置されている。

このように構成したハイブリッド型現像装置を有する本発明のタンデム型画像形成装置において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応したトナーとキャリアからなる２成分現像剤は、現像剤容器からそれぞれの現像装置５０に供給され、図１に示した供給ローラ１上に磁気ブラシを形成し、攪拌によってトナーが帯電される。そして、供給ローラ１上の磁気ブラシは規制ブレード９によって層規制され、供給ローラ１に加えられた直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）８と現像ローラ２に加えられた直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）７ａ間の電位差Δで現像ローラ２上に飛翔して薄層６として保持され、感光体３との間の直流及び交流の重畳されたバイアス７ｂによって現像される。トナーの飛散を防ぐために、交流は現像の直前に印加する。

そして、図示していない制御回路からプリント開始信号が来ると、まず、帯電器５６によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された感光体ドラム３が例えば４００Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光装置５７による露光により、感光体ドラム３の露光後電位は約７０Ｖになって潜像が形成される。そしてこの潜像は、現像ローラ２に加えられた直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）７ａと交流バイアス７ｂにより、現像ローラ２上のトナー薄層から感光体ドラム３に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。

そして記録紙が、給紙カセット５３から送りだされてベルト５４で送られ、その記録紙が感光体ドラム３に達したとき、転写装置５８（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）による転写バイアスが印加されて記録紙にトナー像が転写され、定着装置５９で定着されて排紙される。その後前記したように、印刷データによって定期的に、交流（ＡＣ）バイアス（Ｖ_ａｃ）７ｂを印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ２）８を変化させて現像ローラ上のトナー薄層を磁気ブラシに回収する。

そして本発明になる画像形成装置における現像装置５０は、図１に示したように、現像ローラ２と感光体３との最近接位置と、現像ローラ２の回転方向下流側の磁気ブラシへの接触位置との間には、現像装置５０のハウジング内面壁１５に導電性除電部材５を現像ローラ２の軸方向と平行に配設することで、現像ローラ２とハウジング内面壁１５の距離よりも狭くなった図中点線で示した狭域空間４を形成している。この狭域空間４は、現像ローラ２と導電性部材５との距離が、例えば導電性除電部材５として直径３ｍｍ程度のＳＵＳ製シャフトを使用することで、０．２ｍｍから０．６ｍｍ（好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）としている。また、この導電性除電部材５には、画像形成の際（つまり、現像を行っている際）、現像ロール２に印加している直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ１）７ａと同極性でこのバイアス電圧未満、そして現像ローラ２からトナーを引き剥がす方向の除電用直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｅ）を印加するための電源６を設けてある。

このように現像装置の現像ローラ２と感光体３の最近接位置と、現像ローラ２の回転方向下流側の磁気ブラシへの接触位置との間の現像ローラ２周面上の任意位置を、導電性除電部材５で狭域空間として現像ローラ２からトナーを引き剥がす方向の除電バイアス６を印加することで、感光体３上の潜像を現像した後に残った現像ローラ２上のトナーは、この導電性除電部材５から印加される除電バイアスによって帯電が除電され、供給ローラ１上に形成されている磁気ブラシと接触したとき、容易に磁気ブラシに回収されるようになり、現像装置を複雑にすることなく、またトナーに余計なストレスを与えることなく、現像ローラ上に残ったトナー層の帯電上昇を防止し、リークを生じさせないようにして黒点などの無い、安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。

図３と図４は、このように構成した本発明になる画像形成装置における現像装置を用い、除電バイアスを変化させたとき（図３）と、導電性除電部材５により作られた狭域空間の距離による（図４）リーク状況を実験した結果を表した表である。

まず、図３の除電用直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｅ）電源６による除電バイアスを変化させたときであるが、この図３は、除電用直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｅ）電源６による除電バイアスを−１００Ｖ〜２００Ｖまで振った際の白紙１００枚におけるリークによる黒点の数と、導電性除電部材５の周辺におけるトナー飛散のレベルを調べたものである。この図３からわかるとおり、除電用直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｅ）電源６による除電バイアスを、現像ローラ２に印加している直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ１）電源７ａと同電位の１００Ｖ以下にしたとき、白紙１００枚におけるリークによる黒点の数が激減し、２５Ｖ以下ではゼロになっている。しかし、この除電バイアスを、マイナスとした場合は逆にこの導電性除電部材５の周囲にトナーが積もり、そこからトナー飛散が起こった。

次に、図４の導電性除電部材５により作られた狭域空間４の現像ローラ２との距離を変化させたときであるが、図４は、除電バイアスを２５Ｖとして、導電性除電部材５と現像ローラ２との距離を０．１ｍｍから１．０ｍｍまで振ったときの白紙１００枚におけるリークによる黒点の数と、導電性除電部材５の周辺におけるトナー飛散のレベルを調べたものである。この図４からわかるとおり、導電性除電部材５と現像ローラ２との距離を０．６ｍｍ以下にすることにより、白紙１００枚におけるリークによる黒点の数が激減し、０．５ｍｍ以下ではゼロになっている。しかし０．１ｍｍとした場合は、この導電性除電部材５と現像ローラ２との手前でトナーが積もり、そこからトナー飛散が起こった。

この結果から分かるとおり、除電用直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｅ）電源６による除電電位を接地電位以上で現像ロール２に印加したバイアスと同極性、且つ、このバイアス電位未満とし、導電性除電部材５と現像ローラ２との距離を０．２ｍｍから０．６ｍｍ（好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ）に設定することによって、トナー飛散が起こらず、リークによる黒点の発生を防止した画像形成装置における現像装置を提供できることがわかる。

以上が本発明になる画像形成装置における現像装置であるが、本発明によれば、現像ローラ２と感光体３の最近接位置と、この現像ローラ２の回転方向下流側の磁気ブラシへの接触位置との間の任意の現像ローラ２周面上を狭域空間に形成し、この該狭域空間４における前記磁気ブラシとの接触位置手前に、現像ローラ２からトナーを引き剥がす方向に除電バイアスを印加したことにより、現像装置を複雑にすることなく、またトナーに余計なストレスを与えることなく、現像ローラ２上に残ったトナー層の帯電上昇を防止し、リークを生じさせないようにして黒点などの無い、安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提供することができる。

そして本発明の画像形成装置における現像装置は、前記供給ローラ周面と対面する位置に、狭域空間に形成する導電部材を配設するとともに、該導電部材に除電バイアスを印加するようにしたから、何ら複雑な構成を用いずに除電が可能となる。

ところで、上述のように、除電バイアスを０〜２５Ｖ、導電性除電部材５と現像ローラ２との距離を０．２ｍｍ〜０．６ｍｍとすると、リークによる黒点数が無くなるとともに、トナー飛散を防止できるものの、長期間に亘って画像形成（印字）を行って、累積印刷枚数が多くなると、導電性除電部材５へのトナー付着が無視できないものとなって、付着トナーが絶縁層となって、導電性除電部材５による除電効率（除電効果）が低下してしまい、リークによる黒点発生が生じることがある。

そこで、ここでは、非画像形成時（非現像時）に、ＤＣバイアス電源６を制御して、導電性除電部材５からトナーを引き剥がす方向にバイアス（以下リフレッシュバイアスと呼ぶ）を印加する。いま、画像形成時における除電バイアスを２５Ｖとして、導電性除電部材と現像ローラ２との距離を０．３ｍｍとして、３００００枚の印刷を行った。この際、非画像形成時（非現像時（例えば、用紙間））に導電性除電部材５に印加するリフレッシュバイアスを２５Ｖから３００Ｖまで振って、リークによる黒点及びトナー飛散を調べた。その結果を図６に示す。なお、リークによる黒点及びトナー飛散は３００００枚の印刷を行った後、白紙を１００枚印刷して調査した。

図６に示すように、非現像時に導電性除電部材５に印加するリフレッシュバイアスを２００Ｖ以上とすると、３００００枚印字後においても、黒点及びトナー飛散がないことが分かった。つまり、非現像時においても、現像ローラ２から導電性除電部材５にトナーを引き剥がす方向の除電バイアスを印加すると、長期間による使用によって不可避的に導電性除電部材５へトナーが飛散して、導電性除電部材５にトナーが付着して、その除電効率が低下して黒点が形成されるものの、非現像時にリフレッシュバイアスを印加すると、現像時に導電性除電部材５にトナーが付着しても、非現像時に除去されることになって、除電効率が低下することがなく、リークによる黒点形成を防止できる。この結果、長期間に亘って安定して印刷を行うことができる。

上述のリフレッシュバイアスは、非画像形成時（非現像時）に導電性除電部材５に印加されるが、リフレッシュバイアスの印加タイミングは非現像時である毎用紙間でもよく、また、所定の枚数印字（例えば、１００枚）後の非現像時であってもよい。

さらに、リフレッシュバイアスは除電バイアスよりも高く設定される。そして、リフレッシュバイアスと除電バイアスとの切り換えは、例えば、図示しない制御装置によって行われ、制御装置は、ＤＣバイアス電源６を制御して、非現像時においてリフレッシュバイアスを導電性除電部材５に印加し、現像時に除電バイアスを導電性除電部材５に印加する。

本発明によれば、現像装置を複雑にすることなく、またトナーに余計なストレスを与えることなく、現像ローラ上に残ったトナー層の帯電上昇を防止し、リークを生じさせないようにして黒点などの無い、安定した画像を維持できるようにした現像装置を提供することができる。

本発明になる画像形成装置における現像装置の一実施形態の断面図である。 本発明になる画像形成装置における現像装置の感光体と現像装置との関係を説明する模式図である。 本発明になる画像形成装置における現像装置の除電バイアスを変化させたときのリーク状況を実験した結果を表した図である。 本発明になる画像形成装置における現像装置の導電性除電部材により作られた狭域空間の距離によるリーク状況を実験した結果を表した図である。 本発明になる現像方法を実施する画像形成装置の一実施例の模式図である。 本発明になる画像形成装置における現像装置において、非画像形成時に導電性除電部材に印加するリフレッシュバイアスを変化させた際のリーク状況の実験結果を表した図である。 従来の現像装置における残像発生状況を説明するための図である。 従来の現像装置の一例の断面図である。

符号の説明

１ 供給ローラ（磁気ローラ）
２ 現像ローラ
３ 感光体（潜像担持体）ドラム
４ 狭域空間
５ 導電性除電部材
６ 除電用直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｅ）電源
７ａ 直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ１）電源
７ｂ 交流（ＡＣ）バイアス（Ｖ_ａｃ）電源
８ 直流（ＤＣ）バイアスＶ_ｄｃ２電源
９ 穂切りブレード（層厚規制ブレード）
１２ 現像装置の枠体
１５ ハウジング内壁
２０ 画像形成装置
２２ パドルミキサー
２３ 撹拌ミキサー
２６ 仕切り板

Claims (5)

1. 固定磁極部材を内包する供給ローラの外周に磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら両ローラ間の電位差を利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する画像形成装置における現像装置において、
   前記現像ローラと潜像担持体の最近接位置と、現像ローラ回転方向下流側の磁気ブラシへの接触位置との間の任意の現像ローラ周面上を狭域空間に形成すると共に、該狭域空間における前記磁気ブラシとの接触位置手前に、少なくとも画像形成の際前記現像ローラからトナーを引き剥がす方向に除電バイアスを印加したことを特徴とする画像形成装置における現像装置。
2. 前記現像ローラ周面と対面する位置に、狭域空間に形成する導電部材を配設するとともに、該導電部材に除電バイアスを印加したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における現像装置。
3. 除電電位が、接地電位以上で現像ローラに印加したバイアスと同極性、且つ、該バイアス電位未満であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における現像装置。
4. 前記狭域空間における現像ローラと導電性部材との距離を０．２ｍｍから０．６ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における現像装置。
5. 非画像形成の際、前記導電部材からトナーを引き剥がす方向にリフレッシュバイアスを印加するようにしたことを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の現像装置。

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