JP2006250961A - カートリッジ、画像形成装置及び現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置を高湿度の環境下で使用しても内部の静電搬送部材へのトナー粒子の付着が発生しにくくする。
【解決手段】カートリッジ１３は像担持体上の静電潜像を現像する現像手段を少なくとも有し、画像形成装置本体から着脱可能となっている。移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材１３ａと、現像に使用するトナー粒子を格納するためのトナー格納部と、トナー格納部から静電搬送面へトナー粒子を供給する供給手段１３ｂと、静電搬送面に調湿空気を供給してトナー格納部内部のトナー粒子を調湿する調湿手段１００とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、粉体であるトナー粒子を移相電界によって搬送する手段を用いたカートリッジ、画像形成装置及び現像方法に関する。

複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、像担持体上に静電潜像を形成し、この潜像に粉体である現像剤（トナー粒子）を付着させることによりトナー像として現像する電子写真方式が知られている。

潜像を現像する現像装置として、移相電界のエネルギーを粉体であるトナー粒子に与えることによって静電搬送部材の表面でトナー粒子を水平方向および垂直方向に移動させる現像装置が知られている（例えば特許文献１）。かかる現像装置においては、トナー粒子は移相電界によって像担持体と現像装置との対向部である現像領域に移送され、現像領域において像担持体上の潜像の画像部に付着する。
特開２００３−２８０３８８号公報

移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置では、２成分現像における現像スリーブとは異なり静電搬送部材自体は移動しないため、トナー粒子が静電搬送部材に付着するとこれを物理的な力で引き剥がすことは困難である。従って、付着したトナー粒子は移相電界によって静電搬送部材から除去されることが望ましいが、弱帯電あるいは無帯電トナーが付着した場合には電界による除去は困難となっている。

また、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置では、トナー粒子は静電搬送部材の表面を跳びはねるように移動するため、大部分の時間はトナー粒子と静電搬送部材とは非接触となる。従って、トナー粒子が移相電界によって移動している状態においては、トナー粒子と静電搬送部材とが静電的に付着する力が弱いものとなり、このため現像電界を弱く設定しても（例えば現像ポテンシャル１００Ｖ以下でも）現像能力を容易に確保することができる利点がある。しかし現像電界を弱く設定すると、ひとたびトナー粒子が静電搬送部材上で静止した場合に現像電界によって静電搬送部材からトナー粒子を引き剥がすことが困難となる。したがって現像ポテンシャル１００Ｖ以下の低電位プロセスでは特に、静電搬送部材に付着したトナー粒子を引き剥がすことが難しいものとなる。

そして、静電搬送部材上に付着したトナー粒子が増加すると移相電界に乱れが生じ、搬送性能、現像性能に悪影響を与える。

以上のように、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置では、静電搬送部材へのトナー粒子の付着を抑制することが重要となる。ここで静電搬送部材へのトナー粒子の付着としては、相対湿度７０％以上の高湿度環境によるトナー粒子の弱帯電化により静電搬送部材上を移動するトナー粒子が付着するケースがある。相対湿度６０％程度ではトナー粒子は静電搬送部材の表面を問題なく移動するが、湿度７０％以上になると水分によるトナー粒子の低抵抗化により弱帯電化し、弱帯電化したトナー粒子は移相電界により搬送ができなくなり、静電搬送部材の表面に付着するためである。

このように移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置を実際の画像形成装置に搭載する場合には、高湿度環境を含めた環境変動全般にわたって静電搬送部材へのトナー粒子の付着を抑制する工夫が必要となる。そこで本発明は、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置を高湿度の環境下に使用しても、その静電搬送部材へのトナー粒子の付着が発生しにくくすることを目的とする。

請求項１記載の発明のカートリッジは、像担持体上の静電潜像を現像する現像手段を少なくとも有し、画像形成装置本体から着脱可能なカートリッジであって、移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、現像に使用するトナー粒子を格納するためのトナー格納部と、前記トナー格納部から前記静電搬送面へトナー粒子を供給する供給手段と、前記静電搬送面に調湿空気を供給して前記トナー格納部内部のトナー粒子を調湿する調湿手段とを備えていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のカートリッジにおいて、前記調湿手段は調湿空気を露光照射経路に沿って供給することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のカートリッジにおいて、前記供給手段は磁性キャリア粒子を担持し、内部に磁極を配置させた供給部材であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のカートリッジにおいて、前記供給手段は、カートリッジ枠体との間隙において磁性キャリア粒子を穂立ちさせるように配置された磁極であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１記載のカートリッジにおいて、前記調湿手段は調湿空気を前記像担持体の表層に沿って供給することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１記載のカートリッジにおいて、前記調湿手段はカートリッジを構成しているカバーの内側に設けた調湿剤であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１記載のカートリッジにおいて、前記調湿手段は前記カートリッジを構成しているカバーに設けた固体高分子電解質膜であることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１記載のカートリッジにおいて、前記調湿手段はペルチェ素子であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１記載のカートリッジにおいて、前記調湿手段は除湿フィルターであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載のカートリッジにおいて、補給用トナー格納部が一体となっていることを特徴とする。

請求項１１記載の発明の画像形成装置は、静電潜像を担持するための像担持体と、移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材、現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部及び前記トナー格納部から静電搬送面へトナー粒子を供給するための供給手段を有する現像手段と、前記静電搬送面に調湿空気を送風して前記トナー格納部内部のトナー粒子を調湿する調湿手段とを備えていることを特徴とする。

請求項１２記載の発明の現像方法は、移相電界を用いた静電搬送部材を現像手段から像担持体への現像領域に配置し、帯電状態のトナー粒子を選択的に静電搬送部材から像担持体に搬送して現像を行うと共に、静電搬送部材の静電搬送面に対して調湿空気を供給することによりトナー粒子を調湿することを特徴とする。

本発明によれば、静電搬送部材の静電搬送面に調湿空気を供給して調湿するため、高湿度の外気に起因して静電搬送面にトナー粒子が付着し、その後の現像性能が低下することを抑制することができる。

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。

［実施形態１］
図１〜図１０は、本発明の実施形態１を示し、図１は本発明の実施形態の画像形成装置である。

図１に示す画像形成装置において、通常の画像形成動作モードでは、給紙装置５から供給される記録用紙等の転写材は吸着ローラ２ａに所定の電圧が印加されることにより、転写材の搬送ベルト２に吸着させられる。この転写材は搬送ベルト２に担持された状態で搬送ベルト２とともに移動し、移動中に作像手段であるプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙからトナー像が転写させられる。転写材が搬送ベルト２を通過して定着装置３に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ３ａおよび加圧ローラ３ｂに挟まれながら加熱され、これにより転写材上に画像が定着されて転写材上に可視像が形成される。

一方、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードにおいては、プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙから転写材の搬送ベルト２上に直接に所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ２ｂによってトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込タイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整される。転写材の搬送ベルト２上のトナーパターンは吸着ローラ２ａに印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ２ｂｋ、２ｂｍ、２ｂｃ、２ｂｙに印加された電圧によってプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに回収される。

プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙはそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのカートリッジである。このプロセスカートリッジは、少なくとも現像装置および像担持体を含んで一体に構成されており、画像形成装置本体に対して着脱可能となっている。かかるプロセスカートリッジは、図３に示すように転写材の搬送ベルト２が画像形成装置本体から退避することにより開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。画像形成時には書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙからプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに対して、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの画像情報に応じた書込光がそれぞれ照射され、各プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙはこの書込光に応じたトナー像を形成して転写材に転写する。

書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙは画像情報に従って帯電後の像担持体１１に潜像を書き込むものである。この書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙとしては、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等の種々のものを選択することができる。

転写ローラ２ｂｋ、２ｂｍ、２ｂｃ、２ｂｙは転写材の搬送ベルト２を介して像担持体１１と対向している。この転写ローラ２ｂｋ、２ｂｍ、２ｂｃ、２ｂｙは少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有している。導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０１０Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体が使用される。

次に、この実施形態の調湿手段１００を図１により説明する。調湿手段１００には、ダクト１０１が連結されており、さらにダクト１０２Ｋ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｙにより現像カートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに取り付けられているダクト１０３Ｋ，１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｙに連結されている。調湿手段１００より発生した調湿空気は、ダクト１０１に流され、ダクト１０２Ｋ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｙに分岐して現像カートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに取り付けられているダクト１０３Ｋ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｙを通って現像カートリッジ入口付近に排出される。
図２は、この実施形態のプロセスカートリッジを示す。なお、プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙは同一構造であるので１つのみを説明する。

像担持体１１は負帯電の有機感光体であり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち反時計回り方向に回転されるようにして備えられている。この像担持体１１に対し、クリーニング装置１４、接触帯電部材１２及び現像装置１３が配置される。

図２に示すように、クリーニング装置１４、接触帯電部材としての帯電ローラ１２及び現像装置１３が像担持体１１との近接位置に配置されている。

クリーニング装置１４は像担持体１１の回転方向に対してカウンターにより当接させられたクリーニングブレード１４ａと、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部１４ｂとを有する。

接触帯電部材としての帯電ローラ１２は、芯金１２ａ上に発泡ウレタン層１２ｂが被覆された可撓性のローラ形状に形成されている。発泡ウレタン層１２ｂはウレタン樹脂に対し、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗層から構成されている。芯金１２ａ上に形成される中抵抗層の材質としては、上記に限定するものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材或いはこれらの樹脂を発泡させたものを用いることができる。

この実施形態の現像装置１３は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するための複数の電極を有したローラ状の静電搬送部材１３ａを備えている。静電搬送部材１３ａは、画像形成時には、像担持体１１に対して５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの間隙をあけて非接触に対向するものである。

静電搬送部材１３ａの構成を図４に示す。図４は静電搬送部材１３ａの像担持体１１側表面を拡大した断面図である。静電搬送部材１３ａは、支持基板２０１上に複数の電極２０２、２０２、２０２……をｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に表面保護層２０３を積層した構造となっている。表面保護層２０３は、電極２０２の表面を覆う保護膜となると共に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となるものであり、無機又は有機の絶縁性材料によって形成されている。

この実施形態における支持基板２０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いはＳＵＳ（ステンレス）などの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルで変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。

電極２０２は支持基板２０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍの厚さ、好ましくは０．５〜２．０μｍの厚さで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成される。これらの複数の電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは移動する粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極２０２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。

表面保護層２０３としては、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜することにより形成される。

図４において各電極２０２から伸びる線は各電極２０２に電圧を印加するための導電線を表しており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続され、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極２０２に対しては、本体側の電源２００からｎ相の異なる駆動電圧が印加される。この実施形態では３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいてｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。この実施形態では、各電極１０２はプロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されており、各接点はプロセスカートリッジが画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側電源と接続される。ここでプロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、図９に示すようにプロセスカートリッジ外側に露出しており、プロセスカートリッジが装着されると本体側の接点と接続して本体側電源から電力が供給される。

静電搬送部材１３ａは、トナー粒子を像担持体１１近傍まで移送し、また現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域、像担持体１１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。現像領域は像担持体１１に近接した領域のみに存在し、搬送領域は静電搬送部材１３ａの周上における現像領域以外の全域に存在する。以下、トナー粒子が位相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」と記す。この実施形態の場合、静電搬送部材１３ａの表面全体が静電搬送面である。搬送領域では各電極２０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では各電極２０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。

次に、静電搬送部材１３ａにおけるトナーの静電搬送の原理について図５を参照して説明する。静電搬送部材１３ａの複数の電極２０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極２０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、静電搬送部材１３ａ上の帯電したトナー粒子は反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。

例えば、静電搬送部材１３ａの複数の電極２０２に対して図５（Ａ）に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形をタイミングをずらして印加する。このとき、図５（Ｂ）に示すように、静電搬送部材１３ａ上に負帯電トナーＴがあり、静電搬送部材１３ａの連続した複数の電極２０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加された符号１３１の状態とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極２０２上に位置する。次のタイミングで複数の電極２０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加されて符号１３２の状態となり、負帯電トナーＴには左側の「Ｇ」の電極２０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用する。このため、負帯電トナーＴは右側の「＋」の電極２０２側に移動する。さらに、符号１３３で示す次のタイミングでは、複数の電極２０２に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用する。このため、負帯電トナーＴは更に右側の「＋」の電極２０２側に移動する。

このように複数の電極２０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することにより、静電搬送部材１３ａ上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。

この実施形態において、静電搬送部材１３ａの搬送領域では、各電極２０２に対して図６に示すように各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定したパターン（搬送電圧パターン）である３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。この駆動波形は搬送領域においてトナー粒子を高速搬送させるのに適した波形であることが、本発明者の研究から分かっている。

また現像領域では、各電極２０２に対して、図７に示すように各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定したパターン（現像電圧パターン）である３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を印加する。現像領域ではトナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図７の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適していることが本発明者の研究から分かっている。

なお、現像電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもあり、逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。従って、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは上述した図６に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域１２の各電極２０２に印加する駆動波形パターンも上述した図７に示す現像電圧パターンに限られるものではない。

ここまで駆動波形は３層の場合について説明したが、これをｎ相に一般化する場合には、次のようになる。各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって搬送、現像の効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。

他方、電圧印加デューティーは｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側の隣接電極及び下流側の隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側の隣接電極が反発、下流側の隣接電極が吸引という時間を設定することによって効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。

なお、以上の静電搬送部材においてはベストモードの場合を説明しているが、所望の搬送／現像性能が得られるのであれば、現像領域と搬送領域とで電極２０２間の間隔を異ならせて電界の方向を調整しても良いし、あるいは現像領域と搬送領域で電極の間隔および駆動波形を同一としても良い。

図２に示すように、現像装置１３には、静電搬送部材１３ａへトナー粒子を供給する供給ローラ１３ｂが配置されており、この供給ローラ１３ｂと静電搬送部材１３ａとの対向部分では磁気ブラシが形成されている。供給ローラ１３ｂの表面では、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非磁性スリーブが不図示の回転駆動機構によって時計回り方向に回転されるようになっている。

現像剤の搬送方向における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、即ちスリーブ上の現像剤量を規制するドクタブレード１３ｃが設置されている。このドクタブレード１３ｃとスリーブとの間隔であるドクタギャップは０．４ｍｍに設定される。更に供給ローラ１３ｂにおける像担持体１１とは反対側の領域には、現像ケーシング内の現像剤を攪拌しながら供給ローラ１３ｂへ汲み上げるための２つのスクリュー１３ｄが設置されている。

供給ローラ１３ｂ内には、スリーブの周表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁石ローラ体（磁石ローラ）が固定状態で備えられている。この磁石ローラ体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スリーブ上にチェーン状に穂立ちを起こし、このチェーン状に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて磁気ブラシが構成される。この磁気ブラシはスリーブの回転によってスリーブと同方向に移送される。

磁石ローラ体は、複数の磁極（磁石）を備えている。すなわち図８に示すように、現像領域部分に現像剤の穂立ちを生じる現像主磁極Ｐ１、スリーブ上に現像剤を汲み上げるための磁極Ｐ４およびＰ５、汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送する磁極Ｐ６、現像後の領域で現像剤を搬送する磁極Ｐ２、剤離れ磁極Ｐ３を備えるものである。図示する形態では、磁石ローラ体を６極の磁石によって構成しているが、８極や１２極により構成してもよい。図８において供給ローラ表面に描かれた曲線は法線磁力パターンの概略を示すものであり、「Ｎ」、「Ｓ」の記号は各磁極の供給ローラ表面側の極性がそれぞれＮ極、Ｓ極であることを示す。

現像手段１３内には図示せぬトナー粒子および磁性キャリアが格納されている。本発明を実施する上では、特にキャリア粒子およびトナー粒子を限定する必要はないものとなっているが、この実施形態における態様を説明する。この実施形態のトナー粒子は、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものあるいはポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものを用い、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた重量平均粒径約５μｍの非磁性トナー粒子である。

また、磁性キャリアは、１キロエルステッドの磁界中における磁化量が３０ｅｍｕ／ｃｍ^３以上、２００ｅｍｕ／ｃｍ^３以下の範囲にあるキャリアが望ましい。磁化量が２００ｅｍｕ／ｃｍ^３以下、好ましくは１４０ｅｍｕ／ｃｍ^３以下の低磁化であれば、隣り合う磁気ブラシの磁気的な相互作用が小さくなるためり、形成される磁気ブラシの穂が緻密に且つ短くなる。その結果、静電搬送部材１３ａに対して均一なトナー粒子の供給を行うことができる。一方、磁性キャリアの磁化量が３０ｅｍｕ／ｃｍ^３未満の場合には現像剤の搬送性能が劣る。このため磁性キャリアの磁化量は３０ｅｍｕ／ｃｍ^３以上、好ましくは８０ｅｍｕ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

この実施形態における磁性キャリアとしては、少なくともバインダー樹脂と、磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物とからなる重合法により生成された磁性体が分散されている樹脂磁性キャリアが用いられる。より具体的には、磁性金属酸化物としてはマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を用い、金属酸化物を分散させて結着させるバインダー樹脂としては、スチレン、アクリル酸エチルなどのビニル系モノマーを重合して得られる樹脂を用いる。磁性体がバインダー樹脂中に分散されているキャリアをそのまま用いてもよいが、これをキャリアコアとして用い、絶縁性樹脂をコート剤とし、キャリアコア表面に被覆してコート磁性キャリアとして用いるとよい。磁化量は、キャリアの磁気特性を振動磁場型磁気特性自動記録装置（理研電子（株）製）により、１キロエルステッドの外部磁場中に円筒状の容器内にパッキングした磁性キャリアを置き、その際に測定して得た磁化の強さにキャリアの真比重を掛けることで算出できる。

次に、以上のプロセスカートリッジの動作を説明する。この実施形態の画像形成装置としては、複写機およびプリンタとして機能することができる画像形成装置を用いることができる。複写機として機能する際にはスキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する際にはコンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。

画像形成に先駆けて、像担持体１１は表面の移動速度が所定の測度となるように図２の矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ１２は像担持体１１に対してつれまわることにより回転する。このとき帯電ローラ１２の芯金１２ａには帯電バイアス印加電源から−１００Ｖの直流電圧および振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加され、これにより像担持体１１の表面が約−１００Ｖに帯電させられる。

帯電させられた像担持体１１に対して書込装置４（４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋ）は書込みデータに応じた露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることにより、光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。

書込装置４によって像担持体上に形成された静電潜像は現像装置１３によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体１１上に可視化される。移相電界による現像ではトナー粒子が静電搬送部材１３ａ表面を跳びはねながら移動し、像担持体１１に近接した際に画像部に吸着するように付着して現像が行なわれる。この実施形態では静電搬送基板１３ａに−５０Ｖ、供給ローラ１３ｂに−２５０Ｖの電圧が印加されることにより、供給ローラ１３ｂから静電搬送基板１３ａ、静電搬送基板１３ａから像担持体１１上の画像部へとトナー粒子を導く電界が形成される。

像担持体１１上に形成させられたトナー像が転写ローラ２ｂと像担持体１１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５から転写材が搬送され、像担持体１１上のトナー像は転写ローラ２ｂに印加された電圧により転写材へと転写される。転写されたトナー像は定着装置３によって転写材に定着され画像が出力される。一方、転写されずに像担持体１１上に残留したトナー（転写残トナー）はクリーニング装置１４によって清掃され、清掃後の像担持体表面は次回の画像形成のために使用される。

次に、この実施形態における静電搬送部材１３ａと現像装置内のトナー格納部の湿度調整について説明する。この実施形態の場合、静電搬送部材１３ａとトナー格納部は、供給ローラ１３ｂ、現像装置の枠体に設けられた肉厚部１３ｅおよびドクタブレード１３ｃによって遮蔽されている。すなわち、遮蔽部材による遮蔽構造となっている。ここで「現像装置内のトナー格納部」とは、現像装置内において未使用トナーを主に格納する部分であり、この実施形態では供給ローラ１３ｂに対して静電搬送部材１３ａと反対側の空間、すなわちスクリュー１３ｄが設置された付近の空間となる。本発明においては、現像装置を含むカートリッジと、補給用トナーを含むトナーカートリッジとが別体である構成にも適用可能であるが、そのような構成における「現像装置内のトナー格納部」とは、トナーカートリッジ内の未補給トナー格納部を指すものではなく、現像装置の内部において未使用トナーを主に格納する部分を指すものである。

ところで、画像形成装置本体においては、帯電装置により発生するオゾンなどの放電生成ガスを排出するためや、定着装置の熱を放熱するために気流を流す設計がなされている。このため画像形成装置本体の内部は気密性に乏しい。したがって画像形成装置本体の内部においても外部の湿度環境の影響を受けるものとなっている。特に、静電搬送部材１３ａにおける像担持体１１と対向している部分は現像装置１３より露出しているため湿度環境の影響を受けやすい。相対湿度が６０％程度ではトナー粒子は静電搬送部材１３ａの表面を問題なく移動するが、湿度７０％以上になると水分によるトナー粒子の低抵抗化により弱帯電化する。この弱帯電化したトナー粒子は移相電界により搬送ができなくなり、静電搬送部材１３ａの表面に付着する。特に湿度８０％以上の高湿度のときは顕著に付着する。

静電搬送部材１３ａの表面のうち、供給ローラ１３ｂ上に形成される磁気ブラシによって摺擦される領域については、トナー粒子が付着しても現像動作により物理的に除去されるが、それ以外の領域に付着した場合には物理的にトナー粒子を除去することは困難である。また磁気ブラシによって摺擦されない領域に付着したトナー粒子のうちでも、高湿度に起因して無帯電または弱帯電化したトナー粒子については電界への反応が弱いために移相電界によって除去することが困難である。従って高湿度環境下では、トナー格納部と静電搬送部材１３ａの近傍付近を相対湿度６０％程度まで除湿する必要がある。

この実施形態では、図２に示すように、調湿手段１００より送風された調湿空気はダクト１０１、１０２を通って現像装置１３に設けられたダクト１０３に送られ像担持体１１と対向している静電搬送部材１３ａの部分に調湿された空気を送風して静電搬送部材１３ａの表面の雰囲気を適度な湿度に調節する。

また、調湿手段１００より送風された調湿空気はダクト１０１、１０２を通って現像装置１３に設けられたダクト１０４に送られ露光照射経路４ａに送風される。露光照射経路４ａには光学フィルター１０５が配置されており、外部と送風路は密閉されている。露光照射経路４ａを送風された調湿空気は像担持体１１と対向している静電搬送部材１３ａの部分に排出され静電搬送部材１３ａの表面の雰囲気を適度な湿度に調節する。露光照射経路４ａからの送風は像担持体１１の回転方向に対して静電搬送部材１３ａの上流から送風するため、調湿空気は像担持体１１の表層に沿って静電搬送部材１３ａを調湿しやすくなる。

静電搬送部材１３ａを調湿した空気は、基本的には供給ローラ１３ｂの存在によって遮蔽される。この実施形態では磁性キャリア粒子を用いているために調湿空気は磁性キャリア粒子の中に取り込まれ、肉厚部１３ｅ部分を通ってトナー粒子格納部へと取り込まれる。また供給ローラ１３ｂとドクタブレード１３ｃとの部分は間隔が狭められており、内部に取り込まれた調湿空気の流出を抑制している。

現像剤の搬送性能をあまり阻害することなく調湿空気を効率よく取り込むためには、肉厚部１３ｅと対向するように供給ローラ１３ｂ内に磁石を設けることが好ましい。これにより穂立ちした磁気ブラシが調湿空気を取り込みやすくなる。このような観点から、この実施形態では、供給ローラ１３ｂ内の肉厚部１３ｅと対向する位置に磁極Ｐ２を設け、現像剤を搬送すると共に穂立ちを形成するようにしている。

以上の構成により、本実施形態のプロセスカートリッジでは、調湿空気により静電搬送部材や現像装置内部を適度な湿度に調湿しているため、弱帯電トナーの静電搬送部材への張り付きを抑制することができる。この抑制効果は、特に、外部環境が湿度８０％以上の高湿度のときに大きいものとなる。

また、一度、現像装置内部に取り込まれた調湿空気を外部に流出させないためにドクタブレード１３ｃおよび／または肉厚部１３ｅに磁性体を用いても良い。また、図１０に示すように、肉厚部によって遮蔽を行なう代わりに専用の遮蔽部材１３ｈを設けても良い。この遮蔽部材１３ｈの形状としては、ブレード状、ローラ状、鉤形状、シール部材等、様々な形状が採用可能である。

以上の実施形態では、供給ローラ１３ｂは磁性キャリア粒子およびトナー粒子からなる２成分現像剤を担持する形態について説明したが、トナー粒子のみを担持させる形態でも本発明を適用することが可能である。

［実施形態２］
図１１〜図１５は、本発明の実施形態２を示す。

図１１はこの実施形態の画像形成装置を示し、１１は負帯電の有機感光体をベルト形状に構成した像担持体であり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向に回転する。像担持体１１には現像カートリッジ１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙおよび後述する帯電装置が各色ごとに対向しており、像担持体１１の移動にしたがって順次トナー像を像担持体１１上に重ねていくように構成されている（１パスカラー）。

図１１において、５は記録用紙等の転写材を格納し、また画像形成時に転写材を搬送開始させる給紙装置である。３は転写材上に形成された未定着のトナー像を固定するための定着装置である。画像形成時には、給紙装置５から送られた転写材が像担持体１１と転写ローラ２ｂとの接触部へと搬送され、接触部において像担持体１１上に形成されたフルカラー画像が転写ローラ２ｂに印加された電圧によって転写材上に転写される。その後、転写材が定着装置３に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ３ａおよび加圧ローラ３ｂに挟まれながら加熱されることにより、転写材上に定着させられ、転写材上に可視像が形成される。

１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙはそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジである。かかる現像カートリッジは、図１３に示すように像担持体１１が退避することで開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙは、画像情報に従って帯電後の像担持体１１にそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエロー色に対応した潜像を書き込む。書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙとしては、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。

この実施形態の調湿手段１００は、図１１に示すように、ダクト１０６に接続されていて、調湿手段１００より送風された調湿空気はダクト１０６を通ってベルト形状に構成した像担持体１１の表面に送風される。現像カートリッジ１３Ｋの上流に送風された調湿空気は回転移動するベルト形状の像担持体１１の移動方向に表層に沿って現像カートリッジ１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙへと順に供給される。

図１２は、この実施形態において、現像カートリッジ等、像担持体上にトナー像を形成させる構造を示す。この場合、各色の現像カートリッジは同一構造であるので１つのみを説明する。

図１２において、２２は像担持体１１の表面を一様帯電させるための帯電装置であり、この実施形態ではコロナ帯電を用いている。コロナ帯電のように非接触の帯電手段を用いることにより、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させることができる。１３は現像カートリッジ、すなわち現像装置であり、多少の形状の変更はあるが実施形態１で説明した現像装置と同じである。

像担持体上にトナー像を形成させる動作においては、まず帯電装置２２によって像担持体１１表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体１１上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め像担持体１１の表面が一様に帯電させられる。次いで書込装置から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは帯電装置２２と現像カートリッジ１３の間を通過するため、すでに一様に帯電させられた像担持体１１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体１１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。

現像カートリッジ１３は実施形態１と同様に像担持体１１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させ、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が前述のように各現像カートリッジとの対向部において繰り返され、像担持体１１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成される。

この実施形態の画像形成装置においては、像担持体１１表面の転写残トナー粒子を回収するためのクリーニング部材は設けていない。従って、転写残トナー粒子は像担持体１１表面に残留したままとなるが、４つの帯電装置２２によって帯電され、やがて転写材に転写されて像担持体１１上から除去される。転写残トナー粒子が転写材に転写されると多少の画像の乱れが生じるが、わずかの乱れであれば視覚的に認識されないためである。

この実施形態における調湿空気の流れについて説明する。この実施形態の帯電装置２２は、像担持体１１と非接触となっているため、調湿ダクト１０６によって像担持体１１表面に送風された調湿空気は、帯電装置２２に遮断されることなく像担持体１１の表層に沿って現像装置１３の静電搬送部材１３ａまで送られる。静電搬送部材１３ａと対向する像担持体１１は非接触となっているため、像担持体１１の表層の調湿空気の一部は静電搬送部材１３ａに沿って現像装置１３に取り込まれ、残る調湿空気は、さらに下流の現像装置へ像担持体１１の表層に沿って送られる。

このような実施形態においても、調湿空気により静電搬送部材や現像装置内部を適度な湿度に調湿しているため、弱帯電トナーの静電搬送部材への張り付きを抑制することができる。

［実施形態３］
この実施形態では、調湿手段の各例を図１４〜図１７により説明する。

図１４に示す調湿手段は、現像装置１３のカバー内部、特に静電搬送部材１３ａ周辺に配置した調湿剤１１０によって構成される。この調湿剤１１０として高吸水性分散体が使用される。高吸水性分散体は、吸水性樹脂を１００μｍ以下の微粒子として均一に分散されており、優れた分散安定性を有している。さらに、分散体をポリウレタン樹脂の製造に適用することにより、高吸水性ウレタン樹脂を得ることができ、得られたポリウレタン樹脂は優れた吸収能（吸水量、吸収速度）を示す。これにより、多量の湿気を高速で急放湿し、現像装置内部、特に静電搬送部材１３ａ近傍の相対湿度を一定（例えば６０％ＲＨ）に調湿することができる。

天然に存在する調湿材料としては珪藻土を用いることができる。珪藻土は、海中のプランクトンが蓄積して化石化したもので多孔質のオングストローム単位の孔が水分を吸収、発散させる吸放湿機能を有しているため、相対湿度を一定（例えば６０％ＲＨ）に調湿することができる。特に、優れた調湿性能を備えた珪藻土としては稚内珪藻土を用いることができる。

図１５に示す調湿手段は、現像装置１３のカバーの静電搬送部材１３ａの近傍に設置された固体高分子電解質膜１２０によって構成される。この固体高分子電解質膜とは湿気を電気分解して除去するものである。

図１６に示すように固体高分子電解膜の両側に多孔質の電極の陰極と陽極とが形成された除湿ユニットを、陽極を除湿空間側、陰極を放湿空間側に向けて配置して固体高分子電解質膜に陽極と陰極間に直流電圧を加えて電解を行うと、下記の反応が行われる。

陽極反応：Ｈ_２Ｏ → ２Ｈ^＋ ＋１／２・Ｏ_２ ＋２ｅ⁻
陰極反応：２Ｈ^＋ ＋１／２・Ｏ_２ ＋２ｅ⁻ → Ｈ_２Ｏ

この反応の結果、陽極側で水分が水素イオンと酸素に分解するため除湿することができる。水素イオンは陰極側に移動して酸素と反応して水分を放湿する。このような固体高分子電解膜１２０を用いた除湿器は、省電力で小型化が可能であり気流を乱さないためトナー飛散を起こす心配がない。このため現像装置内部の調湿をすることに適している。

図１に示す実施形態１及び図１１に示す実施形態の調湿手段１００においては、電子冷却素子のペルチェ素子を使用するものである。ペルチェ素子は２種類の異なった金属または半導体を接続したものに電流を流すと電子と格子振動との衝突によるジュール熱のほかに、熱が発生したり吸収されたりするペルチェ効果を応用するものである。図１７に示すように、ペルチェ素子の冷却面はダクトの内側にあり結露フィンが設けられている。結露フィン表面を結露点以下まで冷却することで空気中の水分を結露させて除湿する。もう一方のペルチェ素子の放熱面は、ダクトの外側にあり、放熱フィンが設けてある。放熱フィンの熱は、放熱ファンにより外気に放熱する。また、除湿水は、ダクト下部のドレンよりダクト外へ流出する。これにより、調湿を行うことができる。

その他の調湿手段１００としては、水を吸収する円盤型の吸湿フィルタとヒータを用いて除湿する除湿装置を使用することができる。この場合の吸湿剤としては、シリカゲル、ゼオライト、塩化カルシウム、活性アルミナ等を選択することができる。以上に示した調湿手段に限らず外気との温度差で結露させて除湿するコンプレッサー方式の除湿装置や固体高分子電解膜を利用した除湿装置も調湿手段として用いることができる。

以上、各実施形態に基づいて説明したが、本発明が適用される画像形成装置としては静電搬送部材を着脱できる限り特に制限はなく、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能である。

本発明の実施形態１における画像形成装置の構造を示す断面図である。 実施形態１のプロセスカートリッジを示す断面図である。 プロセスカートリッジの交換状態を示す断面図である。 静電搬送部材の断面図である。 静電搬送部材の静電搬送の原理を説明する説明図である。 静電搬送部材における搬送領域への印加パターンを示す波形図である。 静電搬送部材における現像領域への印加パターンを示す波形図である。 磁石ローラ体の平面図である。 プロセスカートリッジの接点配置を示す側面図である。 遮蔽部材を配置したプロセスカートリッジの断面図である。 実施形態２における画像形成装置の構造を示す断面図である。 実施形態２のプロセスカートリッジを示す断面図である。 実施形態２のプロセスカートリッジの交換状態を示す断面図である。 調湿手段の別の形態を示す断面図である。 調湿手段のさらに別の形態を示す断面図である。 調湿手段としての固体高分子電界膜の作用を説明する断面図である。 調湿手段としてのペルチェ素子の作用を説明する断面図である。

符号の説明

１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ プロセスカートリッジ
２ 搬送ベルト
３ 定着装置
４Ｋ、４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ 書込装置
５ 給紙装置
１１ 像担持体
１２ 帯電ローラ
１３ 現像装置
１３ａ 静電搬送部材
１３ｂ 供給ローラ
１３ｃ ドクタブレード
１３ｄ スクリュー
１３ｅ 肉厚部
１００ 調湿装置

Claims (12)

1. 像担持体上の静電潜像を現像する現像手段を少なくとも有し、画像形成装置本体から着脱可能なカートリッジであって、
   移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、
   現像に使用するトナー粒子を格納するためのトナー格納部と、
   前記トナー格納部から前記静電搬送面へトナー粒子を供給する供給手段と、
   前記静電搬送面に調湿空気を供給して前記トナー格納部内部のトナー粒子を調湿する調湿手段とを備えていることを特徴とするカートリッジ。
2. 前記調湿手段は調湿空気を露光照射経路に沿って供給することを特徴とする請求項１記載のカートリッジ。
3. 前記供給手段は磁性キャリア粒子を担持し、内部に磁極を配置させた供給部材であることを特徴とする請求項２記載のカートリッジ。
4. 前記供給手段は、カートリッジ枠体との間隙において磁性キャリア粒子を穂立ちさせるように配置された磁極であることを特徴とする請求項３記載のカートリッジ。
5. 前記調湿手段は調湿空気を前記像担持体の表層に沿って供給することを特徴とする請求項１記載のカートリッジ。
6. 前記調湿手段はカートリッジを構成しているカバーの内側に設けた調湿剤であることを特徴とする請求項１記載のカートリッジ。
7. 前記調湿手段は前記カートリッジを構成しているカバーに設けた固体高分子電解質膜であることを特徴とする請求項１記載のカートリッジ。
8. 前記調湿手段はペルチェ素子であることを特徴とする請求項１記載のカートリッジ。
9. 前記調湿手段は除湿フィルターであることを特徴とする請求項１記載のカートリッジ。
10. 補給用トナー格納部が一体となっていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のカートリッジ。
11. 静電潜像を担持するための像担持体と、
    移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材、現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部及び前記トナー格納部から静電搬送面へトナー粒子を供給するための供給手段を有する現像手段と、
    前記静電搬送面に調湿空気を送風して前記トナー格納部内部のトナー粒子を調湿する調湿手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
12. 移相電界を用いた静電搬送部材を現像手段から像担持体への現像領域に配置し、帯電状態のトナー粒子を選択的に静電搬送部材から像担持体に搬送して現像を行うと共に、前記静電搬送部材の静電搬送面に対して調湿空気を供給することによりトナー粒子を調湿することを特徴とする現像方法。

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