JP2006259020A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 移相電界によってトナーを搬送して像担持体に対する現像を行なうときに、現像可能領域で現像に寄与するトナー不足による濃度変動が生じる。
【解決手段】 静電潜像が形成される像担持体1との対向領域にトナーを搬送するトナー搬送部材2と、トナー搬送部材2に電圧を印加する第2電圧印加手段12とを備え、トナー搬送部材2の電極102のピッチをp、パルス状電圧の周波数をf、相数をnとしたときに、トナー搬送部材2が対向する像担持体1の潜像を現像可能な領域における、p×f×nで表わされるトナー搬送部材2によるトナー搬送速度Vtが像担持体の移動線速度Vp以上となる構成とする。
【選択図】 図3

Description

本発明は現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、特に粉体を進行波電界によって移送する現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ/ファックス/複写機複合機等の各種画像形成装置として、像担持体を帯電させ、静電潜像を形成して、この静電潜像に着色体などの粉体(以下「トナー」又は「トナー粒子」という。)を付着させて現像し、トナー像を被記録媒体に転写する電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。
このような画像形成装置において、特許文献1に記載されているように、所定間隔を有して複数配列されている電極に対して多相電圧を印加して進行波電界を形成することによって、現像剤を搬送する現像剤搬送手段を備え、静電潜像をその表面に担持する像担持体に対向する現像領域に、該現像搬送手段が配置されている現像装置において、上記現像搬送手段は複数の電極をエンドレスループ状に配列し、該複数の電極は、複数のユニットに分割して配列されるとともにユニットごとの電圧印加を制御する手段を設け、ユニット個別に多相電圧を印加することが可能に構成されているものがある。
特許第3530124号公報
また、本出願人は、特許文献2に記載しているように、静電気力による粉体の水平方向の移動(搬送)と垂直方向の移動(ホッピング)を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象を利用した現像方式を用いる現像装置を提案している。この現像装置は、像担持体上に粉体を付着させて像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、搬送部材の電極には、粉体が潜像の画像部に対しては像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するn相の電位が印加されるようにしたものである。
特開2004−198675号公報
なお、画像形成装置としては、特許文献3、4に記載されているように、像担持体と現像ローラとの間にDCとACの重畳電圧を印加して、非接触で現像ローラから像担持体にトナーを転移させる所謂ジャンピング現像と称する方式で現像するもの、特許文献5、6に記載されているように、静電搬送基板を用いて、トナーを像担持体に対向する位置まで搬送し、振動、浮遊、スモーク化させて、像担持体との間で生じる吸引力で搬送面からトナーを分離して像担持体表面に付着させるようにしたものもある。
特開平9−197781号公報 特開平9−329947号公報 特公平5−31146号公報 特公平5−31147号公報
ところで、電子写真プロセスを用いる画像形成装置における現在及び将来の課題は、画質とコストと環境をいかにして満足するかということである。画質について言えば、カラー画像を形成する場合に、直径わずか約30μmの1200dpiの孤立1ドットをいかに現像するか、それも好ましくは、地汚れなしに現像するかということである。また、コストについて言えば、パーソナルのレーザプリンタを考えた場合、現像器や現像剤の単体コストのみならず、メンテナンス及び最終処分費用まで含めたトータルのコストを下げることが重要になる。さらに、環境について言えば、特に、微小粉末であるトナーが装置内や装置外に飛散することを防止することが重要になる。
上述した本出願人の出願に係る特許文献2などで既に提案しているものが、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象(EH:Electrostatic transport&Hopping)を利用したET現像である。このET現像を用いることによって、低電圧駆動で高い現像効率が得られる現像装置を実現することができる。
本発明は電子写真プロセスを用いる画像形成装置における課題解決のために、EH現像における更なる高画質化を実現し、また画像濃度均一性に優れた現像を行なえるようにした現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域におけるトナー搬送部材のトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成とした。
本発明に係る現像装置は、トナー搬送部材の電極のピッチをp、パルス状電圧の周波数をf、相数をnとしたときに、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域における、p×f×nで表わされるトナー搬送部材によるトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成とした。
これらの本発明に係る現像装置においては、トナー搬送部材の電極に印加される電圧の周波数が10kHz以下であることが好ましい。また、トナー搬送部材のトナー搬送速度が像担持体の移動線速度の3倍以上であることが好ましい。
本発明に係る現像装置は、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をd、パルス状電圧の周波数をf、相数をn、像担持体の線速をVpとしたとき、d/Vp=h×1/n×1/f(h≧1)の関係を充たす構成とした。
ここで、hが3以上であることが好ましい。
本発明に係る現像装置においては、電極幅がトナーの平均粒径の1倍以上20倍以下で、かつ、電極間距離がトナーの平均粒径の1倍以上20倍以下であることが好ましい。
本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係る現像装置を備えている構成とした。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る現像装置又は本発明に係るプロセスカートリッジを備えている構成とした。
本発明に係る画像形成装置は、カラー画像を形成する画像形成装置において、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えている構成とした。
本発明に係る現像装置によれば、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域におけるトナー搬送部材のトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成としたので、現像可能領域で現像に寄与するトナー不足による濃度変動を低減することができ、高画質化を図れる。
本発明に係る現像装置によれば、トナー搬送部材の電極のピッチをp、パルス状電圧の周波数をf、相数をnとしたときに、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域における、p×f×nで表わされるトナー搬送部材によるトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成としたので、現像可能領域で現像に寄与するトナー不足による濃度変動を低減することができ、高画質化を図れる。
本発明に係る現像装置によれば、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をd、パルス状電圧の周波数をf、相数をn、像担持体の線速をVpとしたとき、d/Vp=h×1/n×1/f(h≧1)の関係を充たす構成としたので、ホッピング周期による画像濃度変動を低減することができ、高画質化を図れる。
本発明に係るプロセスカートリッジによれば、本発明に係る現像装置を備えているので、画像濃度変動を低減することができて高画質化を図れるプロセスカートリッジが得られる。
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る現像装置又は本発明に係るプロセスカートリッジを備えているので、画像濃度変動を低減することができて高画質化を図れる画像形成装置が得られる。
本発明に係る画像形成装置によれば、カラー画像を形成する画像形成装置において、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えている構成としたので、画像濃度変動を低減することができて高画質化を図れるカラー画像形成装置が得られる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る現像装置の第1実施形態の一例ついて図1を参照して説明する。なお、図1は同現像装置の模式的構成図である。
この現像装置は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される像担持体1との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材2と、このトナー搬送部材2に対向し、トナー搬送部材2に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体3と、この現像剤担持体3で供給するトナー及び磁性キャリアを収容する現像剤収容部4とを備えている。この場合、トナー搬送部材2は像担持体1及び現像剤担持体3に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。
なお、このトナー搬送部材2と像担持体1は、50〜1000μm、好ましくは150〜400μmの間隙をあけて非接触で対向している。また、トナー搬送部材2は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界(移相電界)で搬送される。一方、現像剤担持体3は矢示方向に回転する。
現像剤収容部4は、2室に分けられており、各室は現像装置内の両端部の図示しない現像剤通路によって連通している。この現像剤収容部4には二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュー5A、5Bによって攪拌されながら現像剤収容部4内を搬送されている。
また、現像剤収容部4には図示しないトナー収容部から現像剤を補給するためのトナー補給口6を設けている。そして、現像剤収容部4には現像剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサ(図示せず)が設置されており、現像剤の濃度を検知している。現像剤収容部4のトナー濃度が減少すると、トナー補給口6から現像剤収容部4にトナーが補給される。
現像剤担持体3は、現像剤収容部4の攪拌搬送スクリュー5Aと対向する領域に配置されている。現像剤担持体3の内部には、固定された磁石が配置されおり、現像剤担持体3の回転と磁力によって、現像剤収容部4内の現像剤は現像剤担持体3表面に汲み上げられる。
また、現像剤の汲み上げ領域より現像剤担持体3の回転方向(矢示方向)下流側でトナー搬送部材2との対向領域より上流側には、現像剤担持体3と対向する領域に現像剤層規制部材7を設け、汲み上げ領域で汲み上げたれた現像剤を一定量の現像剤層厚に規制される。そして、現像剤層規制部材7を通った現像剤は現像剤担持体3の回転に伴って、トナー搬送部材2と対向する領域まで搬送される。
ここで、現像剤担持体3には、第1電圧印加手段11によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送部材には、第2電圧印加手段12によって後述するように電極に電圧が印加されている。
これにより、現像剤担持体3とトナー搬送部材が対向する領域においては、第1、第2電圧印加手段11、12によってトナー搬送部材と現像剤担持体3との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、トナー搬送部材2表面に移動する。そして、トナー搬送部材2表面に達したトナーは、第2電圧印加手段12が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材2表面上をホッピングしながら搬送される(移動する)。
次いで、像担持体1と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材2と像担持体1上の画像部との間の現像電界によって、像担持体1上に移動して像担持体1上の潜像を可視像化(現像)する。
このように、磁性キャリアと非磁性のトナーから成る二成分現像剤を用いた現像装置では、キャリアとの接触摩擦によってトナーが帯電するため、帯電が安定する。また、現像においてトナーの供給量が多いため、高速現像に適している。したがって、二成分現像剤を用いることによって、帯電の安定したトナーを大量にトナー搬送部材に供給することができる。
次に、本発明に係る現像装置の第1実施形態の他の例について図2を参照して説明する。なお、図2は同現像装置の模式的構成図である。
この現像装置は、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される像担持体1との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材2と、このトナー搬送部材2に対向し、トナー搬送部材2に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体13と、この現像剤担持体13で供給するトナーを収容する現像剤収容部14とを備えている。この場合、トナー搬送部材2は像担持体1及び現像剤担持体3に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。
なお、このトナー搬送部材2と像担持体1は、50〜1000μm、好ましくは150〜400μmの間隙をあけて非接触で対向している。また、トナー搬送部材2は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界(移相電界)で搬送される。一方、現像剤担持体13は矢示方向に回転する。
現像剤収容部14にはトナー補給ローラ15A、15Bを備え、トナーはトナー補給ローラ15Aと現像剤担持体13とによる摩擦帯電などによって、静電気力によって現像剤担持体13上に汲み上げられる。そして、現像剤担持体13上のトナーは現像剤層規制部材7によって薄層化され、現像剤担持体13の回転に伴ってトナー搬送部材2と対向する領域に搬送される。
ここでも、現像剤担持体13には、第1電圧印加手段11によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送部材2には、第2電圧印加手段12によって後述するように電極に電圧が印加されている。なお、第1、第2電圧印加手段11、12によって印加する電圧の詳細については後述する。
これにより、現像剤担持体13とトナー搬送部材2が対向する領域においては、第1、第2電圧印加手段11、12によってトナー搬送部材2と現像剤担持体13との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーは現像剤担持体13表面から解離し、トナー搬送部材2表面に移動する。そして、トナー搬送部材2表面に達したトナーは、第2電圧印加手段12が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材2表面上をホッピングしながら搬送される。
そして、像担持体1と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材2と像担持体1上の画像部との間の現像電界によって、像担持体1上に移動して像担持体1上の潜像を可視像化(現像)する。
このように、現像剤として、トナーから成る一成分現像剤を用いることもできる。二成分現像剤の場合、現像剤担持体の回転や磁気穂がトナー搬送部材に衝突する衝撃によって、磁気穂を形成しているキャリアの一部が切れてトナー搬送部材に移動し、供給部でトナー搬送部材の表面に付着してしまうおそれがある。これに対し、一成分現像剤の場合、キャリアを用いていないので、トナー搬送部材表面へのキャリアの付着という問題は起こらず、また、一成分現像剤の場合、現像剤収容部が簡単な構成となるため、現像装置を小型化・低コスト化することができる。
ここで、トナー搬送部材2の詳細について図3を参照して詳細に説明する。なお、図3は同トナー搬送部材2の一部を拡大した断面説明図である。
このトナー搬送部材2は、支持基板101上に複数の電極102、102、102……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、この上に静電搬送面103aを形成する絶縁性の静電搬送面形成部材となり、電極102の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層103を積層したものである。
本実施形態における支持基板101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などの導電性材料からなる基板にSiO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に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102は、支持基板101上に、Al、Ni−Cr等の導電性材料を0.1〜10μm厚、好ましくは0.5〜2.0μm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している。これらの複数の電極102のトナー搬送方向における幅(電極幅)aは移動させる粉体の平均粒径の1倍以上20倍以下とし、かつ、電極102、102のピッチpも移動させるトナーの平均粒径の1倍以上20倍以下としている(図10参照)。
表面保護層103としては、例えばSiO、TiO、TiO、SiON、BN、TiN、Taなどを厚さ0.5〜10μm、好ましくは厚さ0.5〜3μmで成膜して形成している。
図3において、各電極102から伸びる線は各電極102に電圧を印加するための導電線をあらわしており、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ており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極102に対しては、本体側の電源104からn相の異なる駆動電圧V11〜V13、V21〜V23が印加される。なお、本実施形態では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。
本実施形態では、各電極102は現像装置側の接点S11、S12、S13,S21、S22、S23のいずれかに接続されており、各接点S11、S12、S13,S21、S22、S23は、現像装置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104と接続される。
トナー搬送部材2は、トナー粒子を像担持体1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1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1に近接した領域のみに存在し、搬送領域はトナー搬送部材2の周上、現像領域以外の全域に存在する。本発明では、トナーが移相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」という。本実施形態の場合、トナー搬送部材2の周表面全体が静電搬送面である。
搬送領域では電源104によって各電極102に駆動波形V11、V12、V13が印加され、現像領域では電源104によって各電極102に駆動波形V21、V22、V23が印加される。
そこで、トナー搬送部材2におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー搬送部材2の複数の電極102に対してn相のパルス状電圧を印加することにより、複数の電極102によって移相電界(進行波電界)が発生し、トナー搬送部材2上の帯電したトナーは反発力及び/又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
例えば、トナー搬送部材2の複数の電極102に対して図4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A相、B相、C相の3相のパルス状駆動波形(電圧)を、タイミングをずらして印加する。
このとき、図5に示すように、トナー搬送部材2上に負帯電トナーTがあり、トナー搬送部材2の連続した複数の電極102にそれぞれ「G」、「G」、「+」、「G」、「G」が印加された(同図(a))とすると、負帯電トナーTは「+」の電極102上に位置する。次のタイミングで複数の電極102にはそれぞれ「+」、「G」、「G」、「+」、「G」が印加され(同図(b))、負帯電トナーTには左側の「G」の電極102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ので、負帯電トナーTは「+」の電極102側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極102には、同図(c)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ので、負帯電トナーTは更に「+」の電極102側に移動する。
これを図6を参照して具体的に説明すると、同図(a)に示すように、トナー搬送部材2の電極A〜Fがいずれも0V(G)で、トナー搬送部材2上に負帯電トナーTが載っている状態から、同図(b)に示すように電極A、Dに「+」が印加されると、負帯電トナーTは電極A及び電極Dに吸引されて電極A、D上に移る。次のタイミングで、同図(c)に示すように、電極A、Dがいずれも「0」になり、電極B、Eに「+」が印加されると、電極A、D上のトナーTは反発力を受けるとともに、電極B、Eの吸引力を受けることになって、負帯電トナーTは電極B及び電極Eに移送される。さらに、次のタイミングで、同図(d)に示すように、電極B、Eがいずれも「0」になり、電極C、Fに「+」が印加されると、電極B、E上のトナーTは反発力を受けるとともに、電極C、Fの吸引力を受けることになって、負帯電トナーTは電極C及び電極Fに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
このように複数の電極102に電圧の変化する多相の駆動波形(電圧)を印加することで、トナー搬送部材2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。
次に、電源104(第2電圧印加手段11)の一例について図7を参照して説明する。
この電源104は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路105と、このパルス信号発生回路105からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧V11、V12、V13を生成出力する波形増幅器106a、106b、106cと、パルス信号発生回路105からのパルス信号を入力して駆動波形V21、V22、V23を生成出力する波形増幅器107a、107b、107cとを有する。
パルス信号発生回路105は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各120°に位相シフトした2組みパルスで、次段の波形増幅器106a〜106c、107a〜107cに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して100Vのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧10〜15Vのパルス信号を生成して出力する。
波形増幅器106a、106b、106cは、搬送領域の各電極102に対して、3相の駆動波形(駆動パルス)V11、V12、V13を印加し、波形増幅器107a、107b、107cは、現像領域の各電極102に対して、3相の駆動波形(駆動パルス)V21、v22、V23を印加する。
ここで、トナー搬送部材2の搬送領域では、各電極102に対して、図8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(これを「搬送電圧パターン」という。)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を高速搬送させるのに適した波形である。
また、現像領域では、各電極102に対して、図9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(これを「現像電圧パターン」という)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9の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適している。
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。
したがって、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前述した図8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102に印加する駆動波形パターンも前述した図9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相の場合について説明したが、これをn相に一般化すると、次のようになる。すなわち、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隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側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。
次に、像担持体1の移動線速度Vpに対するトナー搬送部材2によって搬送するトナーの搬送速度(トナー搬送速度)Vtとの関係について説明する。
ここでは、トナー搬送部材2が対向する像担持体1の潜像を現像可能な領域を(これを「現像ニップ」という。例えば、図3に示すトナー移動方向の幅(現像ニップ幅)dの領域とする。)としたとき、現像ニップにおけるトナー搬送部材2のトナー搬送速度Vtが像担持体の移動線速度Vp以上(Vt≧Vp)になるようにしている。
ここで、トナー搬送部材2のトナー搬送速度Vtは、電極102のピッチをp、電極102に印加するパルス状電圧の周波数(駆動周波数)をf、電極102に印加するパルス状電圧の相数をnとしたときに、次の(1)式で表わすことができる。
Figure 2006259020
具体的に説明すると、現像ニップの幅dは、正確には実験により求めることができる。つまり、搬送電極、現像ニップ、トナー搬送量等の条件を実使用の条件とし、像担持体(感光体)上をベタ画像に相当する電位とする。この状態で、感光体を回転させないで、トナー搬送部材2に駆動電圧(パルス状電圧)を印加し、感光体上にトナーが付着した幅を計測する。ここで計測されるトナー搬送方向の幅が、現像ニップ幅dである。
トナー搬送部材2上のトナーは、対向する像担持体1の表面電位により現像電位差が異なり、それにより現像時のホッピング高さが異なる。像担持体上の電位がベタ相当である場合最も現像電位差が大きくなり、最も現像ニップが広くなる。そのため、最も広いニップ幅を示す条件での領域を現像ニップと定義し、この現像ニップ中での必要条件について説明する。
次に、トナー搬送部材2の表面を移動するトナーの速度も正確には実験により求めることができる。そこで、トナー搬送部材2の電極ピッチpを60μm(電極間間隔R=30μm、電極幅a=30μm)とし、駆動電圧の駆動パルスを±60V、デューティ50%、3相として、駆動電圧の周波数(駆動周波数)fを変化させてトナーの移動速度(トナー搬送速度)を測定した。トナー搬送速度は、トナー搬送部材2上に一定間隔で光学センサを配置し、センサ間を通過する時間を計測することで決定した。この結果を図9に示している。また、同様に、駆動電圧の相数(n)、電極ピッチpを変化させた実験も行った。
一方、トナー搬送部材2上のトナー搬送速度Vtを、駆動電圧の周波数f、相数n、電極ピッチpに基づいて、Vt=p×f×n、の計算式((1)式)で算出した。この計算値についても図11に示している。
これより、p×f×nで計算されたトナー搬送速度と実際にトナー搬送部材2の表面を搬送されるトナーの搬送速度を測定した実測値とはほぼ一致していることが分かる。
したがって、トナー搬送部材2が対向する像担持体1の潜像を現像可能な領域(現像ニップ)における、トナー搬送部材2のトナー搬送速度Vtが像担持体の移動線速度Vp以上(Vt≧Vp)になるようにする場合、実際の測定結果としてVt≧Vpとなるように構成しても良いし、p×f×nで表わされるトナー搬送速度が像担持体の移動線速度Vp以上になるように構成しても良い。
なお、駆動周波数fに関して、図11では7kHzまでの範囲での結果を示しているが、トナーによって追従する周波数の限界があり、上記実験においては10kHz以上の周波数では、トナー搬送速度が逆に減少する傾向が見られた。したがって、トナー搬送部材2の電極102に印加する電圧の周波数は10kHz以下にすることで、トナー搬送速度
次に、トナー搬送速度Vtによる画像濃度の均一性の変化(トナー搬送方向における像担持体に付着するトナー量の変動)を評価する実験を行なった。実験に使用したトナー搬送部材2は、トナー搬送速度を計測したときと同じ構成で、駆動電圧として±60V、デューティ50%、3相の波形を、駆動周波数f(kHz)を変化させて印加した。一方、感光体(像担持体1)の回転線速度は100mm/sとした。また、感光体上には、10mm×10mmの正方形のベタ潜像を1mm間隔で感光体回転方向に6つ形成し、感光体上の付着トナー量を測定した。ここでは、1番目と6番目との付着トナー量の変化の割合を、指標として用いた。
なお、使用したトナーは、平均帯電量約20μC/g、平均粒径が約5μmである。感光体のベタ潜像の電位は、感光体上の付着トナー量によって合わせている。具体的には、前記ベタの正方形潜像を1番目から6番目まで現像させ、付着トナー量の差がほとんどない駆動周波数のときの付着トナー量が約0.5mg/cmとなるようにベタの潜像電位を合わせた。
このときの測定結果を図12に示している。この結果は、駆動周波数fは0.2kHz〜2kHzまで変化させたときのものである。
この図10から分かるように、駆動周波数fが略0.5kHzより低くなると付着トナー濃度が低下し、0.5kHz以上では付着トナー濃度の低下は認められない。ここで、各駆動周波数fでのトナー搬送速度Vtを、上述したp×f×nの計算式で求めた値を図13に示している。
これらの図12及び図13から分かるように、駆動周波数fが0.5kHzでは、トナー搬送速度Vtが90mm/sとなり、感光体の線速度Vp=100mm/sより小さい値となっている。
したがって、p×f×nで表わされるトナー搬送速度Vtと感光体線速度Vpとが、次の(2)式の関係を充たしているとき、トナー搬送方向におけるトナー付着量の均一性が良好となり、画像濃度変動を低減することができる。言い換えれば、上記のkの値が1以上の場合、トナー搬送方向での感光体上トナー付着量均一性が良好となる。
Figure 2006259020
さらに、図12の結果から、駆動周波数fが1.7kHz以上では、更に値のばらつきが小さくなっていることから、k≧3、即ち、p×f×nで表わされるトナー搬送速度Vtが感光体線速度Vpに対して3倍以上になるようにすることで、より安定したばらつきのない画像濃度を得ることができる。
このように、現像ニップにおける像担時体の移動線速度Vpに対し、トナー搬送部材によるトナー搬送速度をVtとしたとき、トナー搬送速度Vtは、複数の電極のピッチをpとし、駆動周波数をfとしたとき、Vt=p×f×nで表わされるものとし、k×Vp=Vt(k≧1)となるように構成することで、現像ニップで現像に寄与するトナー不足による濃度変動を低減することができる。
この場合、トナー搬送部材に印加する電圧の周波数が10kHzを越えると、トナー搬送速度が逆に減少するので、トナー搬送部材2の電極102に印加する電圧の周波数は10kHz以下にすることで、電極ピッチ、駆動周波数、相数、によるトナー搬送速度の関係が確実に成り立つ範囲で使用することができ、現像ニップ中の前記粉体の不足による濃度変動が低減できる。また、トナー搬送速度を像担持体の移動線速度の3倍以上にすることで、確実に濃度変動を低減できる。
次に、現像ニップ幅d及び感光体線速度Vpと駆動電圧の周波数f及び相数nと画像濃度の均一性との関係について説明する。
これらの関係を確認するために、次の実験を行なった。トナー搬送部材2の電極幅a=30μm、電極間隔R=30μmとし、駆動電圧のパルスの平均値を−200Vとした。感光体上にベタ部の電位として−150Vの潜像を形成した。この電位では、トナー付着量は、中間調の画像に相当し、現像飽和値に近い付着量の場合と比較して現像によるムラが目立ちやすいためこのような濃度を用いている。現像ニップ幅dは、前述のような方法で測定して約1mmであった。駆動電圧の周波数fを0.1kHz、相数nを3に固定して、感光体線速度を変化させた。感光体を回転させ、一定の線速度になった時点で駆動電圧を印加する方法で、線速に対する画像濃度の均一性を評価した。この結果を図14に示している。
この図14に示す結果から次のことが言える。すなわち、前述した図6を参照して説明すると、上記の結果は像担持体1(感光体)上の回転方向の粗密であるので、トナー搬送の状態と関係があると推認した。ここで、搬送状態の変化の周期を考えると、図6に示したように、3相のものでは図6(b)、(c)、(d)の状態を繰り返す。各駆動電圧の周波数fがあるので、搬送状態の変化の周波数は、周波数fと相数nの積となると考えられる。例えば、駆動周波数fが0.1kHzであり、相数nが3である場合、搬送状態は約3.3msごとに変化することになる。
そして、像担持体上の潜像が現像ニップを通過するとき、この搬送状態変化の周期より短い場合、濃度のむらが生じることになる。ニップ幅dを1mmとして計算すると、実験結果における、感光体線速400mm/sでは現像ニップ通過時間が3ms以下となっていることが分かる。また、感光体線速300mm/sの場合、丁度境界付近の値であり、許容レベルであると考えられるムラがやや見られる状態である。
このことから、現像ニップ幅d、像担持体線速Vp、駆動周波数f、相数nが、次の(3)式の関係が成り立つとき、ホッピング周期によるトナー付着ムラに起因した画像濃度ムラが低減することになる。
Figure 2006259020
この場合、より好ましくは、h≧3程度の条件にすることで、トナーQ/mの変動等による現像ニップ幅dの変動が生じたときでも、安定した均一なトナー付着が得られる。
このように、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をd、パルス状電圧の周波数をf、相数をn、像担持体の線速をVpとしたとき、d/Vp=h×1/n×1/f(h≧1)の関係を充たす構成とすることで、ホッピング周期による画像濃度変動を低減することができる。この場合、h≧3になるように構成することで、プロセス変動が生じた場合でも確実に画像濃度変動を低減することができる。
以下、具体的に実験例について説明する。
〔実験例1〕
電極幅a=30μm、電極間間隔R=30μmのトナー搬送部材2を用いて、トナーを搬送及びホッピングさせ現像を行った。駆動電圧は、60V、50%デューティ、駆動周波数fは2kHz、3相(n=3)とした。トナーの平均帯電量は約−20μC/gである。前述の方法で計測したニップ幅dは、約3mmであった。感光体線速度を180mm/sとし、感光体上に画像濃度の均一性を調べる前述のパターンと、トナー付着ムラを調べる前述のパターンを作成し評価した。
この条件では、画像濃度均一性、トナー付着ムラ両方について、良好な結果が得られた。このときの条件を前述した(1)、(2)、(3)に当てはめて、係数k、hを計算したところ、k=1.8、h=100 となり、条件を満たしていることが分かる。
〔実験例2〕
実験例1と同様の条件で駆動電圧の周波数fを0.5kHzとして実験を行った。この結果、トナー付着ムラは発生していないが、画像濃度均一性が著しく悪化していた。同様に式(1)、(2)、(3)式に当てはめ、係数k、hを計算したところ、k=0.45、h=25となり、係数hについては条件を満たしているが、係数kは条件を満たしておらず、評価と一致していることが核にできた。
次に、トナー搬送部材2のよるトナー搬送速度と現像剤担持体3による現像剤搬送速度との関係について説明する。
この現像装置においては、現像剤担持体3とトナー搬送部材2との対向領域における、トナー搬送部材2表面におけるトナー搬送速度υ2が現像剤担持体3上の現像剤を搬送する速度υ1よりも大きくなるようにしている。
前述したように、トナー搬送部材2のトナー搬送速度υ2(Vtに相当するが、ここでは搬送領域でのトナー搬送速度であるので符号を異ならせている。)は、電極102のピッチをp、電極102に印加するパルス状電圧の周波数(駆動周波数)をf、電極102に印加するパルス状電圧の相数をnとしたときに、Vt=p×f×n、で表わされる。
ここで、トナー搬送部材2表面におけるトナー搬送速度υ2が現像剤担持体3上の現像剤を搬送する速度υ1がよりも小さい場合は、現像剤担持体3とトナー搬送部材2が対向する部分において、一定時間にトナー搬送部材2によって搬送されるトナー量よりも現像剤担持体3から供給されるトナー量の方が多くなり、現像剤担持体3から供給されたが、搬送されずに、その場にとどまるトナーが時間とともに増加する。
そこで、トナー搬送部材2の現像剤担持体3と対向する表面におけるトナー搬送速度υ2を現像剤担持体3上の現像剤を搬送する速度υ1よりも大きくすることによって、現像剤担持体3から供給されたトナーを、トナー搬送部材2表面にとどまることなく、次々と移相電界によって、像担持体1側の現像領域に向けて搬送することができる。
図15にはトナー搬送部材2に印加する電圧の周波数fを一定としたときの現像剤担持体3上の現像剤の搬送速度υ1とトナー搬送部材2表面におけるトナーの搬送速度υ2(=r×n×f)の比(=υ1/υ2:速度比)に対するトナー搬送量比を示している。この場合のトナー搬送量比とは、速度比が1のときのトナー搬送量との比である。
この図15から分かるように、速度比が1より小さい場合は、速度が大きくなるにつれてトナー搬送量も増加している。現像剤担持体3上の現像剤の搬送速度υ1が増加すると、単位時間に供給部(現像剤担持体3とトナー搬送部材2が対向する位置)を通過する現像剤の量が増加する。それによって、トナー搬送部材2に供給されるトナー量は増加するが、トナー搬送部材2のトナー搬送速度υ2の方が大きいため、供給されたトナーはすべて搬送される。したがって、トナー搬送量が増加する。
これに対して、速度比が1より大きい場合は、単位時間に供給部(現像剤担持体3とトナー搬送部材2が対向する位置)を通過する現像剤の量がさらに増加し、トナー搬送部材2に供給されるトナー量もさらに増加するが、トナー搬送部材2のトナー搬送速度υ2の方が小さいため、搬送されずに供給部にとどまってしまい、トナー搬送量は減少する。
このとき、速度比が1より大きくなると、トナー搬送量は著しく減少していく。これは、一旦、供給部にトナーがとどまって付着してしまうと、その後現像剤担持体から供給されたトナーは、付着しているトナーがじゃまとなり、搬送されにくくなり、更に付着トナーが増加するという循環に陥るためである。その結果、トナー搬送量は大きく減少してしまうことになる。
このように、トナー搬送部材のトナー搬送速度を現像剤担持体上の現像剤を搬送する速度よりも大きくすることによって、供給部でのトナー搬送部材へのトナー付着を防止することができ、現像領域に安定的にトナーを搬送することができ、現像時にトナー不足による濃度低下を防止することができる。
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図16を参照して説明する。
この画像形成装置は、像担持体、帯電手段、現像手段としての本発明に係る現像装置、クリーニング手段を備えた作像手段であるブラック(K)、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)のトナー像を形成するプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Y(以下、区別しないときには単に「プロセスカートリッジ501」という。なお、他も同じである。)と、光書込み装置502K、502M、502C、502Yと、転写材506を搬送する搬送ベルト503A及びプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yに搬送ベルト503Aを挟んで対向する転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503Byと、定着装置504と、転写材506を収容する給紙装置505とを備えている。
ここで、光書込み装置502K、502M、502C、502Yは画像情報に従ってプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yの帯電後の像担持体に潜像を書き込むためのものであり、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。
搬送ベルト503Aは、搬送ローラ511、従動ローラ512及びテンションローラ513,514間に架け渡され、搬送ローラ511の回転により矢示方向に周回移動する。そして、搬送ローラ511と対向して転写材506を搬送ベルト503A上に吸着させるための吸着ローラ515を配置し、また、搬送ベルト503Aの出口側には搬送ベルト503Aにトナー像を形成したときのパターンを検出するPセンサ516を配置している。
転写ローラ503Bk、503Bm、503Bc、503By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、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ローラである。
定着装置504は、加熱ローラ504a及びこれに対向して加圧ローラ504bを備えている。
そして、この画像形成装置において、通常の画像形成動作では、給紙装置505から供給される記録用紙等の転写材506は吸着ローラ515に所定の電圧が印加されることで転写体である転写材搬送ベルト503Aに吸着させられる。転写材506は転写材搬送ベルト503Aに担持された状態で転写材搬送ベルト503Aとともに移動し、移動中にプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yから順次各色のトナー像が転写させられ、転写材506上にカラーのトナー像が形成される。転写材506が搬送ベルト503Aを通過して定着装置504に到達すると、転写材506上のトナー像は加熱ローラ504a及び加圧ローラ504bに挟まれつつ加熱されることで転写材506上に定着させられ、転写材506上に可視像が定着形成される。その後、カラー画像が形成された転写材506は装置本体510上部の排紙部507に排出される。
また、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では、作像ユニット501K、501M、501C、501Yから転写材搬送ベルト503A上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Pセンサ516によってその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み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せられる。転写材搬送ベルト503A上のトナーパターンは吸着ローラ515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503Bk、503Bm、503Bc、503Byに印加された電圧によってプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yに回収される。
次に、本発明にプロセスカートリッジ501について図17を参照して説明する。なお、図17は同プロセスカートリッジの拡大説明図である。
このプロセスカートリッジ501は、像担持体521と、接触帯電部材531と、前述した第1実施形態の一例で説明した現像装置541(なお、他の現像装置でも良い。)と、クリーニング装置551とを備えている。
像担持体521は、負帯電の有機感光体であり、図示しない回転駆動機構によって矢印方向(図で反時計回り方向)に回転されるようにして備えられている。接触帯電部材531は、芯金上に、ウレタン樹脂、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の発泡ウレタン層をローラ状に形成した可撓性の帯電ローラである。接触帯電部材(帯電ローラ)531の芯金上に形成される中抵抗層としては、上記の発泡ウレタン層に限定されるものではなく、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)、シリコーンゴムや、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や、またこれらを発泡させたものを用いることができる。
クリーニング装置551は、像担持体521の回転方向に対してカウンタ方向で当接させられたクリーニングブレード552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553などを備えている。
次に、このように構成したプロセスカートリッジ501の動作について説明する。
この画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能することができる複合機であり、複写機として機能するときには、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ときには、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。
そして、画像形成に先駆けて、像担持体521は表面の移動速度が所定の速度となるように、図25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531は像担持体521に対してつれまわり回転させられる。このとき帯電ローラ531の芯金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521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521に対し、光書込み装置502は書込みデータに応じてレーザー光502aを照射して露光を行なう。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で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。
光書込み装置502によって像担持体521上に形成された静電潜像は本発明に係る現像装置541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521上に可視化される。
像担持体521上に形成させられたトナー像が転写ローラ503Bと像担持体521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505から転写材506が搬送され、像担持体521上のトナー像は転写ローラ503Bに印加された電圧により転写材506へと転写される。トナー像が転写された転写材506は定着装置504によって定着処理され転写材506上にカラー画像が出力される。
一方、転写されずに像担持体521上に残留したトナー(転写残トナー)はクリーニング装置551によって清掃され、清掃後の像担持体521表面は次回の画像形成のために使用される。
そして、これらのブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yは、画像形成装置本体510から着脱可能としている。つまり、プロセスカートリッジ501K、501M、501C、501Yは、図18に示すように、転写材搬送ベルト503Aが装置本体510から開放退避することで、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。
次に、本発明に係る現像装置を備える本発明に係る画像形成装置の他の例について図19及び図20を参照して説明する。なお、図16と同じ機能を果たす要素については同じ符号を付して、特に必要がない限りその説明は省略する。
この画像形成装置では、負帯電の有機感光体をベルト形状に構成したベルト状像担持体561を備え、このベルト状像担持体561は、駆動ローラ562、従動ローラ563及び転写対向ローラ564間に架け渡され、図示しない回転駆動機構によって矢印方向に周回移動される。
このベルト状像担持体561には、ベルト状像担持体561を帯電させる帯電装置565K、565M、565C、565Yと、ベルト状像担持体561上の静電潜像を現像する本発明に係る現像装置である現像カートリッジ566K、566M、566C、566Yとが、それぞれ各色ごとに対向しており、像担持体521の移動にしたがって順次トナー像を像担持体561上に重ねていくように構成されている(1パスカラー)。
また、現像カートリッジ566K、566M、566C、566Yのトナー搬送部材2にベルト状像担持体561を挟んで対向する位置に対向ローラ567K、567M、567C、567Yを配置している。さらに、転写対向ローラ564にベルト状像担持体561を挟んで対向する位置に転写ローラ568を配置している。
帯電装置565は像担持体561の表面を一様帯電させるためのものであり、本実施形態ではコロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電のように非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジ566によって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体561を帯電させることができる。
現像カートリッジ566は、本発明に係る現像装置であり、多少の形状の変更はあるが上記実施形態で説明した現像装置と同じである。ここで、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566K、566M、566C、566Yは、図29に示すように、像担持体561が装置本体510から開放退避することで、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。
この画像形成装置においては、画像形成時には、帯電装置565によって像担持体561表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体561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561の表面が一様帯電させられる。次いで、光書込み装置502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565と現像カートリッジ566の間を通過するため、すでに一様帯電させられた像担持体561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561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566は第1実施形態と同様に像担持体561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561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。
一方、給紙装置505から送られた転写材506が像担持体561と転写ローラ568との接触部へと搬送され、当該接触部において像担持体561上に形成されたフルカラー画像が転写ローラ568に印加された電圧によって転写材506上に転写される。その後、転写材506は定着装置504に到達すると、転写材506上のトナー像は加熱ローラ504a及び加圧ローラ504bに挟まれつつ加熱されることで転写材506上に定着させられ、転写材506上にフルカラーの可視像が形成される。
なお、本発明は、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ことはいうまでもない。
本発明の第1実施形態に係る現像装置の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態の他の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態のトナー搬送部材の一例を説明する説明図である。 同トナー搬送部材による搬送原理の説明に供する駆動波形の一例を示す説明図である。 同じくトナー搬送の一例を説明する説明図である。 同じくトナー搬送の具体例を説明する説明図である。 同じく電源(第2電圧印加手段)の一例を説明するブロック図である。 同トナー搬送部材の搬送領域に印加する駆動波形の一例を示す説明図である。 同トナー搬送部材の現像領域に印加する駆動波形の一例を示す説明図である。 トナー搬送部材の電極及びその配置の説明に供する説明図である。 トナー搬送部材に印加する電圧の周波数に対するトナー搬送速度の計算値と実測値の関係の説明に供する説明図である。 トナー搬送部材に印加する電圧の周波数に対する均一性指数の実験結果の一例を示す説明図である。 同実験における駆動周波数とトナー搬送速度の計算値を説明する説明図である。 感光体線速度を変化させたときの画像の状態の実験結果を説明する説明図である。 トナー搬送部材のトナー搬送速度と現像剤担持体の現像剤搬送速度との比に対するトナー搬送量比の説明に供する説明図である。 本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第1実施形態を説明する構成図である。 同プロセスカートリッジの説明に供する説明図である。 同画像形成装置のプロセスカートリッジの脱着の説明に供する説明図である。 本発明に係る現像装置からなる現像カートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第2実施形態を説明する構成図である。 同画像形成装置の現像カートリッジの脱着の説明に供する説明図である。
符号の説明
1…像担持体
2…トナー搬送部材
3…現像剤担持体
4…収容部
5A、5B…攪拌スクリュー
7…現像剤規制部材
11…第1電圧印加手段
12…第2電圧印加手段
102…電極
104…電源
501K、501M、501C、501Y…プロセスカートリッジ
502K、502M、502C、502Y…光書込み装置
503A…転写材搬送ベルト
503Bk、503Bm、503Bc、503By…転写ローラ
504…定着装置
505…給紙装置
506…転写材
507…排紙部
521…像担持体
531…帯電装置
541…現像装置
551…クリーニング装置
561…像担持体
565K、565M、565C、565Y…帯電装置
566K、566M、566C、566Y…現像カートリッジ

Claims (10)

  1. 所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを潜像が現像される像担持体との対向領域に搬送して現像する現像装置において、前記トナー搬送部材が対向する前記像担持体の潜像を現像可能な領域における前記トナー搬送手段のトナー搬送速度が前記像担持体の移動線速度以上であることを特徴とする現像装置。
  2. 所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相のパルス状電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを潜像が現像される像担持体との対向領域に搬送して現像する現像装置において、前記トナー搬送部材の電極のピッチをp、前記パルス状電圧の周波数をf、相数をnとしたときに、前記トナー搬送部材が対向する前記像担持体の潜像を現像可能な領域における、p×f×nで表わされる前記トナー搬送手段によるトナー搬送速度が前記像担持体の移動線速度以上であることを特徴とする現像装置。
  3. 請求項1又は2に記載の現像装置において、前記トナー搬送部材の電極に印加される電圧の周波数が10kHz以下であることを特徴とする現像装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の現像装置において、前記トナー搬送手段のトナー搬送速度が前記像担持体の移動線速度の3倍以上であることを特徴とする現像装置。
  5. 所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相のパルス状電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを潜像が現像される像担持体との対向領域に搬送して現像する現像装置において、前記トナー搬送部材が対向する前記像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をd、前記パルス状電圧の周波数をf、相数をn、前記像担持体の線速をVpとしたとき、d/Vp=h×1/n×1/f(h≧1)の関係を充たすことを特徴とする現像装置。
  6. 請求項5に記載の現像装置において、前記hが3以上であることを特徴とする現像装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の現像装置において、電極幅がトナーの平均粒径の1倍以上20倍以下で、かつ、電極間距離がトナーの平均粒径の1倍以上20倍以下であることを特徴とする現像装置。
  8. 電子写真方式の画像形成プロセスにおける帯電、クリーニング、像担持体のうちの少なくとも1つと、現像手段とを備えたプロセスカートリッジにおいて、請求項1ないし7のいずれかに記載の現像装置を備えていることを特徴するプロセスカートリッジ。
  9. 像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像する現像手段を備えた画像形成装置において、請求項1ないし7のいずれかに記載の現像装置又は請求項8に記載のプロセスカートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。
  10. カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項8に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。
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