JP2008026503A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部添加剤の剥がれ、埋没による経時での現像剤の劣化を低減させ、地汚れやトナー飛散等の画質不良を抑え、長期にわたって安定な画像出力をおこなうことのできる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤が像担持体２への現像位置を通過した後に、残存した現像剤を除電する除電手段３４と、除電された現像剤をトナーとキャリアに分離する現像剤分離手段と、前記トナーと前記キャリアを回収する回収手段と、回収した後に、攪拌帯電手段まで搬送する搬送手段と、を有する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置１である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真分野やレーザービームプリンタ等に用いられる静電潜像現像方法及びそれを用いる画像形成方法に使用する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。特に、コピー、プリンタ、ファックスなどのカラー用画像記録装置に使用する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

近年、電子写真方式を利用した複写機・レーザープリンタは、画質、印刷速度の向上、機械サイズの小型化等、多様な点で著しい進歩を遂げている。電子写真方式は、光導電性物質を利用し、感光体上に電気的潜像を形成する工程と、前記潜像をトナーを用いて現像する現像工程と、紙等の記録媒体にトナー画像を転写する転写工程と、定着ローラを用いた加熱等により、前記トナー画像を定着する定着工程を有しているが、これらの工程のなかで画像形成に直接関わる現像工程は、複写機・レーザープリンタの高機能化において非常に重要である。一般に，電子写真における現像方式においては、トナーのみを現像剤として用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアを現像剤として用いる二成分現像方式とがある。
一成分現像方式は，これらのトナーを現像ローラに移動させて搬送し，トナー層規制部材によってトナーを摩擦帯電すると同時にトナーの層の厚みを規制し，現像ローラ上の薄層状態のトナーを電気的な力により現像するものである。この現像ローラと潜像担持体とがお互いに対抗した現像領域において，潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって可視像化しているが，所定濃度の高品質な可視像を形成するには，充分に帯電した多量のトナーを現像領域に搬送し，かかるトナーによって潜像を可視像化する必要がある。
一方、二成分現像方式は，トナーとキャリアを攪拌することによりトナーに適正な帯電量をもたせることにより，現像をおこなう。この方式は、マグネットローラの外側に回転可能な非磁性スリーブを設けた現像ローラにより、現像剤を潜像担持体まで搬送し、潜像を現像する方式である。二成分現像方式においては，キャリアがトナーの帯電、搬送の役割を担っており、それらの混合比や攪拌状態が画像形成に大きく関わることが知られている。
一成分現像方式、二成分現像方式のどちらにおいても、現像工程においては、摩擦帯電によりトナーに所望の帯電量をもたせ、かつ、それらを現像領域にまで搬送することが求められる。

これらの現像工程の機能、すなわち、トナーの帯電、搬送を十分に達成するためには、トナーそのものの特性が重要である。特に、その流動性はトナーの搬送に関わるだけでなく、攪拌の均一性、更には、それらの過程でおこなわれる摩擦帯電に大きく影響するため、トナーに求められる基本的な特性と言える。そして、今後、複写機・レーザープリンタの高速化、もしくは、小型化を進めるためには、この流動性が非常に高いレベルで求められる。
例えば、高速化を達成するためには、短時間でトナーを攪拌、帯電させなければならない。流動性が低いと、摩擦帯電は進行しにくいため、帯電量の低いトナーが現像領域に運ばれ、トナー飛散や地汚れの発生につながる。また、攪拌が均一におこなわれなければ、二成分現像方式においては、キャリアとトナーの混合比が不安定になり、これも、また、トナー帯電量の不安定要因となり得る。一成分現像方式においても、トナーの流動性が低いと、高速で回転する現像ローラ上に均一にトナー薄層を形成できず、例えば、凝集した状態で現像ローラ上にトナーがのってしまうと、それらのトナーはトナー規制部材により十分に帯電されず、トナー飛散や地汚れにつながってしまう。
また、小型化を達成するためには、現像器内の現像剤容量を減らすことが最も効果的であるが、現像剤容量を減らすと、トナー補給時に、現像器内のトナーと新たに補給されるトナーが短時間で混合することが難しくなる。また、二成分現像方式では、攪拌のためのスクリューを小型化しなくてはならず、スクリューとして攪拌能力は低下してしまう。いずれの場合においても、これまで以上にトナーの流動性が求められることは明らかである。

一般的に、トナー特性を向上させる方法としては，トナーの構成材料に目的にあわせた物質を混ぜ込む方法と、トナー表面に微粒子を付着させる方法がある。
前者としては、例えば、トナーの帯電性を制御する目的で、ニグロシン染料及びその変性物や、トリフェニルメタン化合物、イミダール誘導体等をトナー内部に添加する方法がある。これらは帯電制御剤と呼ばれ、特許文献１乃至６などにより、公知である。
一方、後者としては、トナー粒子の表面に数〜数百ｎｍの径の無機酸化物粒子を付着させる方法が知られている。例えば、乾式製法または湿式製法によるシリカ，アルミナ，チタニア等の金属酸化物があげられる。また、それらは，その表面を疎水化処理されて用いられる場合がある。疎水化処理剤の具体例としてはヘキサメチルジシラサン，シリコンオイルがあげられる。この方法は、トナーの流動性向上に大きな効果がある。また、これらの方法も、非特許文献１等の文献により公知である。
また、トナー表面に微粒子を付着させる方法としては、ステアリン酸亜鉛，ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩を添加する方法が知られている。元々、電子写真プロセスにおいて、脂肪酸金属塩は、クリーニングブレードと感光体との摺擦の低減、もしくは、感光体から中間転写ベルトへのトナーの転写率向上のために用いられることが多く，専用の部材を用いることなく、トナーを媒介として感光体等に塗布するという目的で、トナー表面に脂肪酸金属塩を付着させるということがおこなわれてきた。しかし、最近では、脂肪酸金属塩はこのような効果以外にも、トナー特性そのものも向上させることが明らかとなっており、例えば、トナー同士の凝集を防ぐ（特許文献７）、トナー粒子の帯電性を高める（特許文献８）等の効果もあることがわかっている。

更に、高速化、小型化とともに、複写機、プリンタの技術課題として、より安定な画像出力をおこなうことが求められている。特に、経時に対する安定性がこれまで以上に求められている。
より具体的には、トナーを攪拌、帯電させるときの摺擦により、無機粒子等の外部添加剤がトナー表面から剥れる、もしくは、トナー内部に埋没することで、トナーの流動性が変化してしまうという課題がある。特に、現像器の高速化や小型化が進むと、短時間でトナーに所望の帯電量を付与しなくてはならず、トナーにかかるストレスは増加するため、外部添加剤の剥れや埋没が起こり易い。その結果、トナーの流動性、更には、トナーの帯電量の制御が困難になり、地汚れやトナー飛散等の画質不良が起こり易くなってしまう。
電子写真方式を利用した複写機・レーザープリンタは、画質、印刷速度の向上という点で著しい進歩を遂げており、今後、長期間にわたる信頼性（高寿命化）というものが、より強く要求されてくる。したがって、上記のような現像剤の劣化を低減させる手段を提示することは、今後、その重要性を増すものと考えられる。
この課題を達成するために、これまでに様々な検討がおこなわれてきた。しかしながら、従来の方法の殆どは現像装置のトルクの低減をはじめとした、現像剤に対する機械的ストレスを低減させようというものである。このようなアプローチによる現像剤へのストレス低減は、各社の様々な方法により、ほぼ最適化しつくされており、現像ユニットの長寿命化も限界に近づいている。

特公平１−５４６９４号公報 特公平１−５４６９５号公報 報特開昭５１−４５５号公報 特公昭６３−５７７８７号公報 特開平３−１１９６４号公報 特開平３−２０２８５６号公報 特開２００３−２９４４６号公報 特開平９−２５１２１４号公報 電子写真技術の基礎と応用電子写真学会編（コロナ社）

そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、外部添加剤の剥がれ、埋没による経時での現像剤の劣化を低減させ、地汚れやトナー飛散等の画質不良を抑え、長期にわたって安定な画像出力をおこなうことのできる現像装置を提供することである。

前記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤に電荷を発生させる撹拌帯電手段と、前記現像剤担持体上に現像剤を供給する供給手段と、現像させる現像剤の量を規制する現像剤規制手段と、を有し、対向部材である像担持体に現像剤を現像させる二成分現像装置において、前記現像剤が前記像担持体への現像位置を通過した後に、残存した現像剤を除電する除電手段と、除電された現像剤をトナーとキャリアに分離する現像剤分離手段と、前記トナーと前記キャリアを回収する回収手段と、回収した後に、攪拌帯電手段まで搬送する搬送手段と、を有することを特徴とする現像装置である。
本発明は、前記除電手段と前記現像剤分離手段が、前記回収手段よりも回転方向上流側に位置することを特徴とする。
本発明は、前記除電手段と前記現像剤分離手段が、前記回収手段よりも回転方向下流側に位置することを特徴とする。
本発明は、前記除電手段と前記現像剤分離手段が一体化されていることを特徴とする。
本発明は、一体化された前記除電手段と前記分離手段が、イオン風発生装置であることを特徴とする。
本発明は、前記記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記記載の現像装置と少なくとも像担持体と共に支持し、前記画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカ−トリッジである。

本発明は、前記解決するための手段によって、外部添加剤の剥がれ、埋没による経時での現像剤の劣化を低減させ、地汚れやトナー飛散等の画質不良を抑え、長期にわたって安定な画像出力をおこなうことのできる現像装置を提供することが可能となった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

本発明は、現像剤が帯電している時間を、従来のものよりも短くすることにより、現像剤の寿命を延ばすことが可能な現像装置である。より具体的には、感光体への現像を終えた後、必ず、現像ローラ上に残った現像剤を除電し、トナー・キャリア間の電気的な束縛力を開放することにより、現像剤へのストレスを低減させる現像装置である。
現像剤に対する低ストレス化を図ったこれまでの現像装置は、現像剤に対する機械的外部負荷を低減させようとするものであった。本発明は、現像剤が帯電することによって発生する、キャリア・トナー間の静電的付着力によって、トナーが劣化することを低減させようとするものである。本来、トナーの劣化が進行する原因は、何らかの理由で、トナーに効力がかかり、その力によって、高分子から形成されるトナー表面が不可逆的な変形を起こすことにより、外部添加剤の添加状態が変わる、というものである。そして、トナーにとっては、撹拌部材や層規制部材等から受ける機械的外部負荷も、トナー自身が帯電することにより発生する静電的付着力も、ファンデルワールス力のような非静電的付着力も全て、同様に劣化の原因となり得る。これらの三種類の力を比較した際に、機械的外部負荷が最も支配的であり、その為、この力を低減させることがこれまでの主な検討課題であった。その一方、この機械的外部負荷設計の最適化は、低減させることが難しいほど、成熟してきている。
そこで、本発明では、静電的付着力を低減させることに注目した。より具体的には、トナーが帯電している時間をできる限り短くすることにより、トナーの劣化を抑えることのできる現像装置である。

以下に、本発明が効果を発揮する理由、すなわち、静電的付着力を制御することにより、トナーの劣化を低減できる理由を示す。
トナーの静電的付着力、非静電的付着力の測定に関しては、様々な検討がなされている。例えば、遠心分離装置を用いた検討では、トナー・感光体間の静電的付着力が数百ｎＮのオーダーであると報告されている。材料が異なることにより、その付着力は変化するが、トナー・キャリア間の付着力も同じオーダーであると考えられる。
現在、トナー粒径は、５μｍ径程度のものが標準的である。その表面積の数％程度で、キャリアと接していると考えられるので、その接触面積は１０^−１４ｍ^２のオーダーであると考えられる。すなわち、トナー・キャリア間にかかる単位面積当りの力は１００×１０^−９／１０^−１４＝１０^７Ｐａ＝１０ＭＰａのオーダーとなる。その一方、高分子の曲げ強さ（降伏強度）は、数十ＭＰａのオーダー（ナイロン：７０ＭＰａ、ポリカーボネート：６０ＭＰａ）である。したがって、静電的付着力によっても、トナーは十分に変形し、すなわち、トナーの劣化が進行することがわかる。
この事実は、実験的にも示されている。Ｃｏｌｌｏｉｄｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ａ：Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｓｐｅｃｔｓ ８７ （１９９４） ２４５−２５６においては、原子間力顕微鏡のプローブであるカンチレバーの先にトナーを取り付け、そのトナーの付着力を評価している。その際、意図的にトナーに数十ｎＮの負荷をかけると、非静電的付着力が増加することを報告している。この結果は、すなわち、数百ｎＮという力のオーダーである静電的付着力によっても、トナーが劣化することを示している。
以上より、トナーに対する低ストレス化を高度に実現する為には、静電的力も含めた最適化をおこなう必要があることがわかる。

以下に、本発明を具現する手段を、簡単に記す。
本発明を具現する一つの方法は、感光体との現像位置通過後、現像ローラ上に残った現像剤を、コロナチャージャー等で除電し、それらを分離・回収する方法である。
本発明を具現するもう一つの方法は、感光体との現像位置通過後、現像ローラ上に残った現像剤を回収した後に、コロナチャージャー等で除電し、分離させる方法である。
また、上記いずれの方法においても、現像剤の除電・分離手段を一体化させることは有効であり、例えば、イオン風発生装置等によりこれらの一体化は実現することができる。
実施例にて、これらの発明の詳細を記す。

（実施例）
図１は、本発明を適用した画像形成装置の一例である。図１において、画像形成装置（１）は、図示しない本体筐体内に、図１中時計方向に回転駆動される像担持体である感光体（２）が収納されており、感光体（２）の周囲に、帯電部（３）、書込部（４）、現像部（５）、転写部（６）、紙分離部、クリーニング部（１３）、感光体除電部（８）、制御装置（１５）、及び電圧印加部（１６）等がある。
画像形成装置（１）は、図示しないが複数枚の記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙は、図示しない給紙ローラにより１枚ずつ図示しないレジストローラ対でタイミング調整された後、転写部（６）と感光体（２）の間に送り出される。
画像形成装置（１）は、感光体（２）を図１中時計方向に回転駆動して、感光体（２）を帯電部（３）で一様に帯電した後、書込部（４）により画像データで変調されたレーザを照射して感光体（２）に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された感光体（２）に現像部（５）でトナーを付着させて現像する。画像形成装置（１）は、現像部（５）でトナーを付着してトナー画像を形成した感光体（２）を、転写部（６）で感光体（２）と転写部（６）との間に搬送されてきた記録紙に転写させ、トナー画像の転写された記録紙を定着部に搬送する。定着部は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱される定着ローラと、定着ローラに所定圧力で押圧される加圧ローラとを備え、転写部（６）から搬送されてきた記録紙を加熱、加圧して、記録紙上のトナー画像を記録紙に定着させた後、図示しない排紙トレー上に排出する。
一方、画像形成装置（１）は、転写部（６）でトナー画像を記録紙に転写した感光体（２）をさらに回転して、クリーニング部（１３）で感光体表面に残留するトナーをブレードにより掻き落として除去した後、感光体除電部（８）で除電する。画像形成装置（１）は、感光体除電部（８）で除電した感光体（２）を帯電部（３）で一様に帯電させた後、上記同様に、次の画像形成を行う。なお、クリーニング部（１３）は、ブレードで感光体（２）上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで感光体（２）上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。

図２は、本発明を適用した画像形成装置の一例である。図２（ａ）はタンデム型のフルカラー画像形成装置、図２（ｂ）は、リボルバタイプのフルカラー画像形成装置である。
図２において、画像形成装置（１）は、図示しない本体筐体内に、図２中時計方向に回転駆動される像担持体（２）が収納されており、像担持体（２）の周囲に、帯電部（３）、書込部（４）、現像部（５）、中間転写部（６）、紙転写部（７）等がある。
画像形成装置（１）は、図示しないが複数枚の記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙Ｐは、図示しない給紙ローラにより１枚ずつ図示しないレジストローラ対でタイミング調整された後、中間転写部（６）と像担持体（２）の間に送り出される。
画像形成装置（１）は、像担持体（２）を図２中時計方向に回転駆動して、像担持体（２）を帯電部（３）で一様に帯電した後、書き込み部（４）により画像データで変調されたレーザを照射して像担持体（２）に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された像担持体（２）に現像部（５）でトナーを付着させて現像する。画像形成装置（１）は、現像部（５）でトナーを付着してトナー画像を、中間転写部（６）で像担持体（２）から中間転写体に転写させる。これをＣＭＹＫの４色行ない、カラーのトナー画像を形成する。

図２（ｂ）のリボルバタイプのフルカラー画像形成装置は、現像装置の動作を切り替えることによって１つの像担持体（２）上に順次複数色のトナーを現像していくのである。そして、紙転写部（７）で中間転写体上のカラートナー画像を記録紙Ｐに転写し、トナー画像の転写された記録紙Ｐを定着部（１０）に搬送し、定着画像を得る。
一方、画像形成装置（１）は、中間転写部（６）でトナー画像を記録紙に転写した像担持体（２）をさらに回転して、クリーニング部（１３）で像担持体表面に残留するトナーをブレードにより掻き落として除去した後、像担持体除電部（８）で除電する。画像形成装置（１）は、像担持体除電部（８）で除電した像担持体（２）を帯電部（３）で一様に帯電させた後、上記同様に、次の画像形成を行う。なお、クリーニング部（１３）は、ブレードで像担持体（２）上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで像担持体（２）上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。

トナーとしては、粒子に添加剤が含有せしめられたものを用いている。この添加剤としては、従来から公知のものを使用することができる。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である。特に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナなどが好適である。添加剤の添加量は、母体粒子１００質量部に対して０．５〜１．８質量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５質量部である。添加剤の添加量が、０．５質量部未満であると、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、地汚れやトナー飛散の原因になり易い。また１．８質量部より多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等による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易くなる。そして、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。さらには、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性から、付着量の増加によって特にその傾向が顕著になる。また、カラートナーの場合には、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難くなる。なお、添加剤の含有量を測定する方法としては種々のものが知られているが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。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方法である。

また、トナーの経時での劣化を評価する方法としては、外添剤の剥れ、埋没について観察する方法がある。例えば、電子顕微鏡により、トナーの表面を観察することにより評価できる。より具体的には、現像ユニットから、トナーを約０．１ｇサンプリングし、導電性カーボンテープを用い、電子顕微鏡の試料台に、トナーを固定する。その後、観察倍率を１０，０００倍から５０，０００倍に設定し、約３０個のトナーをサンプリングして観察し、その外添剤の付着状態からランク付けをおこなうことにより評価することができる。

また、トナーとしては、処理剤を用いた表面処理を施したものを用いることが望ましい。かかる表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物などが好ましい。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である。また、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等でもよい。表面処理方法としては、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挙げられる。
また、トナーとしては、体積平均粒径の範囲が３〜７μｍであるものを用いることが望ましい。

磁性キャリアＣとしては、粒子径２０〜２００μｍ程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど、従来から公知のものを使用することができる。本プリンタでは、金属又は樹脂からなるコア中にフェライト等の磁性材料を含有し、且つ表層にシリコーン樹脂等による被覆が施された平均粒径５５μｍのものを用いている。
表層の被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。また、ポリビニル樹脂、ポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂等でもよい。また、スチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂などでもよい。また、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体などでもよい。また、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂などでもよい。なお、必要に応じて導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。かかる導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などを用いることができる。これらの導電粉としては、平均粒子径１μｍ以下のものが好ましい。平均粒子径が１μｍよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になるからである。

（実施例１）
図３は、本発明が適用される現像部の一例の構成を、感光体の近傍とともに示す断面図である。本実施例においては、現像位置通過後に現像スリーブ上に残像する現像剤を除電手段により除電し、現像剤の電気的束縛力を開放することにより、現像剤への負荷低減が達成される。

以下に、現像剤の流れに沿って、構成を説明する。
トナーとキャリアを混合した現像剤は、現像剤撹拌部材（３０）により、撹拌されながら、現像スリーブ（２３）上まで搬送される。このとき、現像剤は現像剤撹拌部材（３０）により、撹拌・搬送されながら、感光体（２）上に現像されるのに必要な帯電量をもつ。
撹拌・帯電させられながら、搬送された現像剤は、現像スリーブ（２３）上に供給された後、現像スリーブ（２３）の回転方向に沿って、感光体との対抗位置に向けて搬送され始める。現像スリーブ（２３）上での搬送が開始した後に、層規制部材（３５）によって、現像剤は、その搬送量を規制される。すなわち、層規制部材（３５）と現像スリーブ（２３）の位置関係は、感光体（２）との対抗位置に供給すべき現像剤量によって、決定され、その距離は、０．１〜２ｍｍの範囲内にある。より厳密には、感光体（２）、現像スリーブ（２３）の線速、現像スリーブ径、現像剤中のトナー濃度によって決定される。

現像スリーブ（２３）には、図示しない現像剤担持体バイアス電源よりＤＣ、もしくは、ＤＣ＋ＡＣバイアスが印加される。この装置例においては、ホッパー内の現像剤は、現像剤搬送部材（２１ａ）により現像スリーブ（２３）上に供給される。現像スリーブ（２３）上に供給された現像剤は、現像スリーブの回転方向に搬送される。現像剤は、規制部材（２４）位置まで搬送・通過することにより、画像出力に必要な量の現像剤薄層を形成する。その後、現像剤は感光体（２）との対向部まで搬送される。感光体（２）、現像スリーブ（２３）間のバイアス差により、現像スリーブ（２３）上の現像剤は感光体（２）上に現像される。

マグネットロール（２２）は材料としてＳｒフェライトないしＢａフェライトの磁性粉に、６ＰＡもしくは１２ＰＡ等のＰＡ（ポリアミド）系材料、ＥＥＡ（エチレン・エチル共重合体）またはＥＶＡ（エチレン・ビニル共重合体）等のエチレン系化合物、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）等の塩素系材料、ＮＢＲ等のゴム材料の高分子化合物を混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることが多い。また、マグネット成型体は、現像ローラ軸方向に延びる棒状のブロックであり、幅が狭く且つ高い磁気特性を得るために、Ｂｒ＞０．５Ｔ（テスラ）の材料を用いることが望ましく、多くはＮｅ系（Ｎｅ・Ｆｅ・Ｂ等）又はＳｍ系（Ｓｍ・Ｃｏ、Ｓｍ・Ｆｅ・Ｎ等）の希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を上記と同様の高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることができる。

現像位置通過後、現像スリーブ（２３）上に残存する現像剤は除電手段であるコロナチャージャー（３４）やローラ状の部材に、ＤＣ＋ＡＣバイアスを印加することによって、除電される。印加すべきＡＣ電圧は、パッシェン則によって決定される放電開始電圧を超えるように設定すれば良いが、例えば、振幅電圧は１ｋＶ〜２０ｋＶ、周波数は１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚに設定すればよい。除電された現像剤は、スクレーパ（３２）により機械的に掻き落され、現像剤搬送経路（３３）に回収される。回収された現像剤は、搬送スクリューと気流とを用いた周知構造からなるモーノポンプと称される粉体ポンプユニット等によって、現像剤撹拌容器まで搬送される。再び、現像剤攪拌部材（３０）による攪拌・帯電工程に入る。
コロナチャージャー（３４）によって除電された時点で、現像剤の電気的束縛力は開放される。すなわち、トナー、キャリア間に働く力は非電気的な力のみになる。キャリアは磁力により現像スリーブ（２３）とともに連れ周るが、トナーはキャリアに束縛されなくなるため、遠心力により外側に引っ張られる。したがって、現像剤搬送経路（３３）の回収口は、コロナチャージャー（３４）に近接して、配置させ、トナー飛散が起こらないように設計することが重要である。

（実施例２）
図４は、現像剤を回収した後に、除電工程に入る例である。本実施例においては、現像剤が回収され、搬送経路（３３）の内壁に囲われた状態で、除電されるため、トナー飛散が起こりにくい。除電手段としては、実施例１と同様に、コロナチャージャーやローラ状の部材に、ＤＣ＋ＡＣバイアスを印加することによって、実現できる。印加すべきＡＣ電圧は、パッシェン則によって決定される放電開始電圧を超えるように設定すれば良いが、例えば、振幅電圧は１ｋＶ〜２０ｋＶ、周波数は１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚに設定すればよい。

（実施例３）
図５は、除電手段として、イオンブロワーを用いた例である。イオン風発生装置であるイオンブロワー（４０）を用いることにより、現像剤の除電と、トナー、キャリアの分離を同時に、かつ、効率よくおこなうことができる。すなわち、コロナチャージャー等によっても、除電がおこなわれた時点で、トナー、キャリアの分離もある程度は進行するが、付着力が減少することによる分離であるため、トナー、キャリア間の距離が近く、搬送中に再び、摩擦帯電が進行してしまい易い。一方、除電手段としてイオンブロワー（４０）を用いると、現像剤が除電され付着力が減少した状態で、トナー、キャリアに風圧がかかるために、それぞれを連続して、強制的に分離することが可能である。したがって、除電後のトナー、キャリアが一定距離以上離れた状態にすることができるために、再攪拌されにくい。よって、摩擦帯電が進行しにくい状態で搬送することができる。

（実施例４）
本発明は、感光体への現像終了後、できる限り早く、現像剤を除電することによって、電気的束縛力による現像剤の劣化を低減しようというものである。ただし、現像剤の劣化低減のためには、電気的に現像剤が束縛されている時間は、現像後に限らず、現像前においても、できる限り短くすべきである。そのような観点から、本発明は現像前の帯電時間を短くする現像方式と組み合わせると、より大きな効果を発揮する。
例えば、図６は、現像剤の撹拌・帯電部と現像剤量規制部を一体化させることで現像前の帯電時間を短くする方式と組み合わせた例である。撹拌・帯電部から現像剤が搬送される取り出し口の大きさによって、現像剤の量の規制をおこなうことにより、現像剤が帯電した直後に、それらを現像することができる。

以下に詳細を記す。
トナーとキャリアを混合した現像剤は、現像剤撹拌容器において、現像剤撹拌部材（３０）により、撹拌されながら、現像スリーブ（２３）上まで搬送される。このとき、現像剤は現像剤撹拌部材（３０）により、撹拌・搬送されながら、感光体（２）上に現像されるのに必要な帯電量をもつ。
撹拌・帯電させられながら、搬送された現像剤は、現像スリーブ（２３）上に供給された後、現像スリーブの回転方向に沿って、感光体との対抗位置に向けて搬送され始める。現像スリーブ上での搬送が開始した直後に、現像剤撹拌容器と現像スリーブ（２３）との距離によって、現像剤は、その搬送量を規制される。すなわち、現像剤撹拌容器と現像スリーブ（２３）の位置関係は、感光体との対向位置に供給すべき現像剤量によって、決定され、その距離は、０．１〜２ｍｍの範囲内にある。より厳密には、感光体、現像スリーブの線速、現像スリーブ径、現像剤中のトナー濃度によって決定される。
現像スリーブ（２３）には、図示しない現像剤担持体バイアス電源よりＤＣ、もしくは、ＤＣ＋ＡＣバイアスが印加される。この装置例においては、ホッパー内の現像剤は、現像剤搬送部材（２１ａ）により現像スリーブ（２３）上に供給される。現像スリーブ（２３）上に供給された現像剤は、現像スリーブの回転方向に搬送される。現像剤は、規制部材（２４）位置まで搬送・通過することにより、画像出力に必要な量の現像剤薄層を形成する。その後、現像剤は感光体との対向部まで搬送される。感光体（２）、現像スリーブ（２３）間のバイアス差により、現像スリーブ（２３）上の現像剤は感光体（２）上に現像される。

マグネットロール（２２）は材料としてＳｒフェライトないしＢａフェライトの磁性粉に、６ＰＡもしくは１２ＰＡ等のＰＡ（ポリアミド）系材料、ＥＥＡ（エチレン・エチル共重合体）またはＥＶＡ（エチレン・ビニル共重合体）等のエチレン系化合物、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）等の塩素系材料、ＮＢＲ等のゴム材料の高分子化合物を混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることが多い。また、マグネット成型体は、現像ローラ軸方向に延びる棒状のブロックであり、幅が狭く且つ高い磁気特性を得るために、Ｂｒ＞０．５Ｔ（テスラ）の材料を用いることが望ましく、多くはＮｅ系（Ｎｅ・Ｆｅ・Ｂ等）又はＳｍ系（Ｓｍ・Ｃｏ、Ｓｍ・Ｆｅ・Ｎ等）の希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を上記と同様の高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることができる。

感光体（２）への現像位置通過後、現像スリーブ上に残った現像剤は、感光体（２）との対向位置よりも回転方向下流側に位置するスクレーパ（３２）等によって、機械的に掻き落され、回収される。回収された現像剤は、イオンブロワー（４０）等の除電手段により除電された後に、搬送スクリューと気流とを用いた周知構造からなるモーノポンプと称される粉体ポンプユニット等によって、現像剤撹拌容器まで搬送される。この搬送途中にトナー補給口を設けることで、搬送中に現像剤中のトナー濃度を均一化することができる。また、トナーの補給量は、図示されていないトナー濃度センサーの値をもとに、常に、最適な量を補給するように制御される。

回収された現像剤は、例えば、図７のように中央部に集約した状態で搬送することができる。その搬送途中に、トナー補給をおこなう。再度、現像剤撹拌部直前において、搬送路を長手全面に広げ、現像剤撹拌部に現像剤を供給する。このようなプロセスを経ることで、トナー補給による現像剤の濃度ムラを低減化することができる。

（実施例５）
更に、図８は、現像剤を回収前に除電、分離して、トナー、キャリアを分けて搬送する例である。
感光体（２）への現像位置通過後、現像スリーブ上に残った現像剤は、イオンブロワー（４０）等により、除電される。除電による付着力の減少とその風圧によって、トナーはキャリアから引き剥がされ、遠心力により外周側に引っ張られる。キャリアから剥がされたトナーは、トナー搬送経路（４２）に回収され、現像スリーブ（２３）に残ったキャリアはスクレーパ（３２）により機械的にキャリア搬送経路（４１）に回収される（図９）。トナー、キャリアをそれぞれ別々に搬送するため、搬送途中での攪拌、帯電を完全に防ぐことができる。回収後の搬送とトナー補給は実施例４と同様におこなうことができる。

このように、本発明では、現像剤を除電することにより、現像剤を電気的に拘束された状態から開放することができ、静電的付着力に起因するトナーの劣化を抑えることができる。かつ、それらを、分離した状態で回収し、攪拌帯電部まで搬送することにより、搬送中の混合攪拌による帯電を防止でき、搬送中の静電的付着力に起因するトナーの劣化を抑えることができる。
また、現像通過直後に、現像剤を除電することができるため、回収手段が除電・分離手段よりも上流側に位置するものと比較して、現像剤が帯電している時間を短くすることができる。
さらに、前記除電手段と前記現像剤分離手段が、前記回収手段よりも回転方向下流側に位置することにより、現像剤を回収し周りが囲われた状態で除電・分離をおこなうため、現像器外にトナーが飛散しない。
また、本発明の現像装置を画像形成装置用いることにより、現像剤を帯電している時間が短いため、トナーが電気的に束縛されている時間が短くなる。その結果、トナーが受けるストレスが低減され、現像剤を長期にわたり、安定に使いこなすことができる。
さらに、本発明の現像装置を少なくとも像担持体と共に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにすることができる。像担持体に接触する部材を全てプロセスカートリッジとして一体化することで、一体交換となり、部材間の位置関係が常に保たれ、長期にわたり画質を維持することができる。

本発明を適用した画像形成装置の一例である。 本発明を適用した画像形成装置の一例である。 本発明が適用される現像部の一例の構成を、感光体の近傍とともに示す断面図である。 現像剤を回収した後に、除電工程に入る例である。 除電手段として、イオンブロワーを用いた例である。 現像剤の撹拌・帯電部と現像剤量規制部を一体化させることで現像前の帯電時間を短くする方式と組み合わせた例である。 回収された現像剤の搬送を示す図である。 現像剤を回収前に除電、分離して、トナー、キャリアを分けて搬送する例である。 キャリア搬送経路への回収を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 像担持体（感光体）
３ 帯電部
４ 書込部
５ 現像部
６ 転写部（中間転写部）
７ 紙転写部
８ 感光体除電部
１０ 定着部
１３ クリーニング部
１５ 制御装置
１６ 電圧印加部
２１ａ現像剤搬送部材
２２ マグネットロール
２３ 現像スリーブ
２４ 規制部材
３０ 現像剤撹拌部材
３１ トナー供給容器
３２ スクレーパ
３３ 現像剤搬送経路
３４ コロナチャージャー
３５ 層規制部材
３８ 現像剤搬送部材
４０ イオンブロワー（イオン風発生装置）
４１ キャリア搬送経路
４２ トナー搬送経路
Ａ 現像剤規制部

Claims (7)

1. 現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤に電荷を発生させる撹拌帯電手段と、
   前記現像剤担持体上に現像剤を供給する供給手段と、
   現像させる現像剤の量を規制する現像剤規制手段と、
   を有し、
   対向部材である像担持体に現像剤を現像させる二成分現像装置において、
   前記現像装置は、
   前記現像剤が前記像担持体への現像位置を通過した後に、
   残存した現像剤を除電する除電手段と、
   除電された現像剤をトナーとキャリアに分離する現像剤分離手段と、
   前記トナーと前記キャリアを回収する回収手段と、
   回収した後に、攪拌帯電手段まで搬送する搬送手段と、
   を有する
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記現像装置は、
   前記除電手段と前記現像剤分離手段が、前記回収手段よりも回転方向上流側に位置する
   ことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記現像装置は、
   前記除電手段と前記現像剤分離手段が、前記回収手段よりも回転方向下流側に位置する
   ことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の現像装置において、
   前記現像装置は、
   前記除電手段と前記現像剤分離手段が一体化されている
   ことを特徴とする現像装置。
5. 請求項４に記載の現像装置において、
   前記現像装置は、
   一体化された前記除電手段と前記分離手段が、イオン風発生装置である
   ことを特徴とする現像装置。
6. 画像形成装置は、
   請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置を用いる
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. プロセスカートリッジは、
   請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置と少なくとも像担持体と共に支持し、
   前記画像形成装置本体に着脱自在である
   ことを特徴とするプロセスカ−トリッジ。

Images