JP2011175155A

JP2011175155A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2011175155A
Application number: JP2010039952A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takeuchi; 康祐竹内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】現像装置が小型化されても、トナー回収ロールが高い効率で反転帯電トナーを回収でき、再利用が可能な弱帯電トナーが回収される割合を減少させて無駄な廃棄トナーを減らすことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光ドラム９及び現像スリーブ２１に近接対向させて、円筒状のトナー回収ロール２３を回転させ、トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加して、現像領域ＧＡにおいて飛散した反転帯電トナーを円筒面に静電的に付着させる。トナー回収ロール２３を現像スリーブ２１の磁極Ｓ２に直接対向させることで、交流電圧が印加される現像スリーブ２１との間でトナーを分別回収する。
【選択図】図２

Description

本発明は磁性トナーを用いてトナー像を形成する画像形成装置、詳しくは正規の帯電極性の逆極性に帯電して飛散する磁性トナーを分離回収する手段を備えた現像装置（プロセスカートリッジを含む）に関する。

像担持体に形成された静電像を、回転する現像剤担持体に担持させた磁性トナーによって現像してトナー像を形成し、その後、トナー像を記録材に転写して熱定着させる画像形成装置が広く用いられている。磁性トナーを用いる画像形成装置では、通常、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスを現像剤担持体に印加しているため、正規極性と逆極性に帯電した反転帯電トナーや弱帯電トナーが、現像を逃れて像担持体と現像剤担持体の対向部から飛散する問題がある。図１０に磁性トナーが飛散する状態を示す。

特許文献１には、像担持体の回転方向における現像剤担持体との対向部の下流側にトナー回収回転体を配置し、磁性トナーの帯電極性と同極性の電圧を印加して逆極性に帯電した反転帯電トナーを回収する提案がされている。ここでは、図１２に示すように、トナー回収回転体（２３）に回収したトナーを現像容器に１００％戻して、通常のトナーに混合して再利用する。

しかし、回収したトナーは、元々、粒子形状や成分差から反転帯電し易い性質を持っているため、再利用を続けると、現像装置内の反転帯電トナーの割合が増えて正常な現像品質を保てなくなる。白地部に反転帯電トナーが付着してかぶり画像が形成されたり、飛散して記録材を汚すトナーが増えたりする。

そこで、特許文献２では、図１１に示すように、トナー回収回転体（２３）に回収した反転帯電トナーを、現像剤担持体側の空間から隔壁部（２５ａ）によって分離された収容空間（２７）に集めて蓄積している。

特開平５−６６６６３号公報特開平１１−１７４７９２号公報

画像形成装置の小型化に伴って現像装置も小型化される傾向にある。図１１に示すように、隔壁部（２５ａ）によって分離された収容空間（２７）にトナー回収回転体（２３）を配置している場合、後述するように、再利用可能な弱帯電トナーも相当量が回収されてしまい、廃棄トナーが増えてしまう。

本発明は、再利用が可能な弱帯電トナーが回収される割合を減少させて、無駄な廃棄トナーを減らすことができる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に対向して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の内側に非回転に配置されて前記現像剤担持体に磁性トナーを保持させる磁力を発生するマグネット部材と、前記現像剤担持体に交流電圧を印加して前記像担持体にトナー像を現像する第１の電源と、前記像担持体と前記現像剤担持体とに円筒面を対向させて回転するトナー回収回転体と、前記磁性トナーの正規の帯電極性と逆極性の反転帯電トナーを回収するように前記トナー回収回転体に電圧を印加する第２の電源と、前記円筒面に付着した反転帯電トナーを回収する回収手段とを備える。そして、前記マグネット部材の磁極に対応する前記現像剤担持体の表面領域に対して前記トナー回収回転体が直接対向している。

本発明によれば、再利用が可能な弱帯電トナーが回収される割合を減少させて、無駄な廃棄トナーを減らすことができる。

画像形成装置の構成の説明図である。実施例１の現像装置の構成の説明図である。反転帯電トナーを分離する機能の説明図である。比較例の現像装置の構成の説明図である。実施例２の現像装置の構成の説明図である。実施例３の隔壁部の位置を最適化する実験の説明図である。実施例４のトナー回収ロールの位置を最適化する実験の説明図である。実施例３、４の実験結果の説明図である。現像装置の構成差によるトナー再利用量の違いの説明図である。トナー飛散の説明図である。従来のトナー回収ロールの配置の説明図である。従来の別のトナー回収ロールの配置の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、マグネット部材の磁極位置で現像剤担持体とトナー回収回転体とが直接対向する限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、磁性トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置であれば、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／直接転写型の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１、２に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム９の周囲に、コロナ帯電器２、露光装置３、現像装置１、ポスト帯電器４、転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６、及び前露光装置７を配置したモノクロ高速複写機である。プロセススピードは３００ｍｍ／ｓｅｃ、生産性は７５ＰＰＭである。

像担持体の一例である感光ドラム９は、直径６０ｍｍのアルミニウムシリンダの基体上に帯電極性が負極性の感光層を形成しており、矢印Ｒ１方向に回転する。コロナ帯電器２は、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム９の表面を、正極性の暗部電位ＶＤに一様に帯電処理する。感光層には、有機感光体、アモルファスシリコン系感光体等が用いられる。

露光装置３は、モノクロ画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調して出力したレーザービームを、回転ミラーで走査して、感光ドラム９の表面に画像の静電像を書き込む。暗部電位ＶＤに帯電した感光ドラム９の表面電位が露光を受けて明部電位ＶＬに低下することで、負極性に帯電したトナーが付着可能となる。本実施例では、トナーの正規帯電極は負極性であり、ＶＤ電位が＋４００Ｖ、ＶＬ電位が＋１００Ｖとなるように制御されている。

現像装置１は、後述するように、感光ドラム９に形成された静電像を反転現像してトナー像を形成する。ポスト帯電器４は、記録材Ｐに対する転写効率を高めるために、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射してトナー像の帯電量を割り増しする。

記録材カセット１０から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１１で１枚ずつに分離して、レジストローラ１２へ送り出される。レジストローラ１２は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、感光ドラム９のトナー像にタイミングを合わせて転写部Ｔ１へ記録材Ｐを送り出す。

転写ローラ５は、感光ドラム９に当接して記録材Ｐに対するトナー像の転写部を形成する。転写ローラ５に正極性の電圧を印加することにより、感光ドラム９に担持されたトナー像が記録材Ｐへ転写される。トナー像を転写された記録材Ｐは、感光ドラム９から曲率分離されて、定着装置８へ導かれる。定着装置８は、記録材Ｐを加熱加圧してトナー像を記録材Ｐの表面へ定着させる。トナー像を定着された記録材Ｐは、外部のトレイへ排出される。

ドラムクリーニング装置６は、感光ドラム９にクリーニングブレードを摺擦させて、記録材Ｐへの転写を逃れて感光ドラム９に残った転写残トナーを回収する。前露光装置７は、感光ドラム９を一様に露光して、前回の画像形成で書き込まれた静電像を消去する。

＜現像装置＞
図２は実施例１の現像装置の構成の説明図である。図２に示すように、現像装置１は、感光ドラム９に対向して設けられ、現像スリーブ２１と感光ドラム９とが対向する現像領域ＧＡで、回転する現像スリーブ２１表面の現像剤を感光ドラム９上の静電潜像に付着させて可視化する。

回転可能な現像剤担持体の一例である現像スリーブ２１は、内部に複数の固定された磁極Ｓ１〜Ｎ３を持つマグネット２２をもち、通常３００〜５００ｒｐｍ程度で回転するように設定されている。現像スリーブ２１は、円筒体の表面が周回移動することによって表面に付着したトナーを搬送し、感光ドラム９と近接する部分が現像領域ＧＡとなる。感光ドラム９と現像スリーブ２１は、１００〜４００μｍ程度の間隙で対向しているが、１５０〜３００μｍ程度の間隙とするのが望ましい。

現像スリーブ２１は、直径が１０〜４０ｍｍ程度の（本実施例では３０ｍｍ）アルミニウムまたはステンレススチールの丸棒またはパイプを基材とする。基材を切削加工した後、円周表面にフェノール樹脂等の半導電層を設け、機械研磨を施し、Ｒａ＝０．１〜１．０μｍ（望ましくは０．２〜０．４μｍ）の表面粗さとした。周面に半導電層を有する場合には、現像スリーブ２１の表面層の肉厚方向の体積抵抗は１０^５〜１０^１２Ω・ｃｍ程度とされる。

なお、現像スリーブ２１は、アルミニウムまたはステンレススチールの丸棒またはパイプを切削加工した後、円周方面にビーズブラスト、液体ホーニングまたはエメリー研磨等の機械加工を施してもよい。もしくは化学腐食を施すことにより、Ｒａ＝０．１〜１．０μｍ程度の凸凹を形成したものでもよい。現像スリーブ２１は、アルミロールを機械研磨した後、陽極酸化処理を施す場合もある。

現像スリーブ２１内には、マグネット２２が配置される。マグネット部材の一例であるマグネット２２は、現像スリーブ２１の内側に非回転に配置されて、現像スリーブ２１に磁性トナーを保持させる磁力を発生する。マグネット２２は、固定された６個の磁極（Ｎ１〜Ｎ３、Ｓ１〜Ｓ３）を現像スリーブ２１の内部に配置している。表１に示すように、磁力と極位置、半値幅が設定されている。表１では、層厚規制ブレード２６との接点を０度として、現像スリーブ２１における磁力と極位置とを角度で示し、磁束密度の半値幅の角度範囲を示している。

層厚規制ブレード２６は、現像スリーブ２１上の現像剤の層厚を規制して磁性トナーの薄層を形成する。層厚規制ブレード２６は、現像剤の層厚を規制するための規制ブレードであり、厚さ１〜４ｍｍ程度の強磁性体材料で構成された規制ブレード本体と、ＳＵＳなど非磁性部材で構成された支持板金によって構成される。層厚規制ブレード２６は、現像スリーブ２１側から１〜１０ｍｍ程度の幅に形成され、先端をナイフエッジ形状に切り取られ、先端の厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度である。ブレード先端は、現像スリーブ２１との対向距離が１５０〜３００μｍ、現像スリーブ２１内に配置された磁極Ｎ１極の対向になるよう配置する。

このように、層厚規制ブレード２６が配置されることにより、ブレード先端と磁極Ｎ１の間にある磁界により、磁性トナーは、現像スリーブ２１上に０．７〜１．２（ｇ／ｃｍ^２）程度の厚みで均一にコートされる。同時に、層厚規制ブレード２６による摩擦帯電が行われて、４〜１５μＣ／ｇ程度の電荷が付与される。磁性トナーは、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されたマグネット２２が発生する磁束によって現像スリーブ２１の表面に担持されている。磁性トナーを担持した現像スリーブ２１が周回して層厚規制ブレード２６に摩擦することで、現像スリーブ２１の表面の磁性トナーの帯電量が高められる。現像領域ＧＡで感光ドラム９側に取り出された現像剤に相当する量の磁性トナーが層厚規制ブレード２６に切り出されて、新たに現像スリーブ２１に担持される。

現像スリーブ２１の下方には、現像容器２５内からのトナーの溢れ出しを防止するために、現像スリーブ２１の下方まで現像容器２５が覆うように構成されている。現像容器２５は樹脂で構成されており、現像スリーブ２１と１〜２ｍｍ程度の距離をおいて配置されている。現像容器２５内には、磁性一成分の現像剤が収納されている。現像剤は、粉砕系の磁性トナーであり、３〜１０μｍの大きさに分級を行っている。また、電荷制御剤として、０．１μｍ以下のシリカ酸化チタン、チタン酸ストロンチウム微粒子が外添されている。

現像容器２５に矢印で示すように上方から補給された磁性トナーは、流動性を確保するために攪拌を受けつつ、現像容器内２５内を移動して現像スリーブ２１に供給される。現像スリーブ２１の回転に伴って、磁極Ｎ１に対応する位置には、高圧力の現像剤溜まりが形成される。

第１の電源の一例である現像用バイアス電源１５は、現像スリーブ２１に交流電圧を印加して感光ドラム９にトナー像を現像する。現像バイアス電源１５は、感光ドラム９と現像スリーブ２１との間に、直流電圧（１５ａ）に交流電圧（１５ｂ）が重量された交流バイアス電圧を印加する。直流電圧（１５ａ）は、５０〜４００Ｖである。交流電圧（１５ｂ）は、ピークツーピーク電圧が１０００〜１５００Ｖｐｐで周波数が１〜４ＫＨｚ（望ましくは２〜３ｋＨｚ）程度である。交流電圧（１５ｂ）のピーク電圧Ｖｐｅａｋは、現像スリーブ２１と感光ドラム９の間隙で除した値が４〜５Ｖ／μｍの範囲となるように設定するのが望ましい。本実施例では、現像ＤＣバイアスは＋３５０Ｖとした。

現像装置１では、現像スリーブ２１の回転に伴って、その表面に拘束された磁性トナーが層厚規制ブレード２６によって摩擦帯電される。充分な電荷が付与された磁性トナーは、現像スリーブ２１と感光ドラム９とが対向する現像領域ＧＡに搬送されると、感光ドラム９との間に形成された振動電界に応答して飛翔し、現像スリーブ２１と感光ドラム９の間を往復移動する。これにより、磁性トナーが相対的に正極性となっている感光ドラム９の静電像に転移してトナー像が現像される。

しかし、正規の帯電極性と逆極性に帯電した反転帯電トナーは、正規の帯電極性に帯電した正規帯電トナーに比較して帯電量の絶対値が小さい。このため、反転帯電トナーは、振動電界に応答して現像スリーブ２１から飛翔しても、感光ドラム９には到達できず、高速で往復移動する正規帯電トナーに弾き飛ばされて現像領域ＧＡから飛散する確率が高くなる。

また、現像領域ＧＡで振動電界に応答して現像スリーブ２１から飛翔した反転帯電トナーの一部は、感光ドラム９に到達するが、反転極性であるため、画像の白地部に付着してかぶり画像を形成してしまう。

そこで、以下の実施例では、感光ドラム９の静電像に付着せず、現像スリーブ２１の表面に戻ることもできなかった反転帯電トナーを回収するために、現像領域ＧＡの下方にトナー回収ロール２３を配置している。

＜実施例１＞
図３は反転帯電トナーを分離する機能の説明図である。図２に示すように、現像容器２５の下部には、トナー回収ロール２３によって回収される回収トナーを蓄積するための回収容器２７が連結されている。現像剤担持体側と収容手段側（現像容器２５と回収容器２７）とは隔壁部２５ａによって仕切られている。

回収容器２７の入口にトナー回収ロール２３が配置される。トナー回収ロール２３は、現像スリーブ２１の現像領域ＧＡよりも現像スリーブ２１の回転方向下流側（現像領域ＧＡの下方）に位置する磁極Ｓ２の対向に配置される。トナー回収ロール２３は、マグネット２２の磁極Ｓ２に対応する現像スリーブ２１の表面領域に直接対向しており、トナー回収ロール２３と磁極Ｓ２との間に隔壁部２５ａが存在しない。

トナー回収ロール２３は、直径が３〜２０ｍｍ程度のステンレススチールの丸棒であり、本実施例ではΦ１０ｍｍを用いた。トナー回収ロール２３は、現像時に、現像スリーブ２１との対向位置で対向面の移動方向が同方向となるように回転する。トナー回収ロール２３は、感光ドラム９との最接近部における距離が２．５ｍｍ、現像スリーブ２１との最接近部における距離が５〜８ｍｍの距離を置いて配置されている。

トナー回収ロール２３は、その周速が現像スリーブ２１の０．０１〜０．１倍程度であり、現像領域ＧＡにおいて飛散した正規の帯電極性と逆極性に帯電した磁性トナーを、回転する円筒面に静電的に付着させて回収する。

トナー回収回転体の一例であるトナー回収ロール２３は、感光ドラム９と現像スリーブ２１とに円筒面を対向させて回転する。第２の電源の一例である回収バイアス電源１７は、磁性トナーの正規の帯電極性と逆極性の反転帯電トナーを回収するように、感光ドラム９及び現像スリーブ２１に対してトナー回収ロール２３に電圧を印加する。即ち、本実施例の場合では現像バイアスに印加するＤＣバイアスに対して、回収ローラに印加するＤＣバイアスの方が負極性となるようにバイアス印加されている。回収バイアス電源１７は、トナー回収ロール２３と感光ドラム９との間に、磁性トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加して、トナー回収ロール２３の表面電位を、感光ドラム９の基体（接地電位）に対して−４００〜−１０００Ｖに調整する。本実施例では、トナー回収ロールへの印加ＤＣバイアスは−６００Ｖとした。

実施例１では、記録材Ｐにトナー像が転写される作像時には、トナー回収ロール２３に直流電圧をかけ、トナー回収ロール２３を回転させる。しかし、作像時の前後である前回転、後回転時は、トナー回収ロール２３の回転を止め、バイアス電圧の印加も停止する。

回収手段の一例である剥ぎ取り部材２４は、トナー回収ロール２３の円筒面に付着した反転帯電トナーを回収する。収容手段の一例である回収容器２７は、剥ぎ取り部材２４によって回収された磁性トナーを現像材担持体側の磁性トナーから分離して収容する。

剥ぎ取り部材２４は、トナー回収ロール２３に接触し、トナー回収ロール２３の円筒面から付着した磁性トナーを剥ぎ取る。剥ぎ取り部材２４は、トナー回収ロール２３に吸着したトナー粒子を掻き落とすためのスクレーパ部材である。剥ぎ取り部材２４は、２．０〜５．０ｍｍ程度の幅の板バネやウレタンゴムブレード等などが用いられる。

実施例１の構成によれば、現像領域ＧＡの下流側で現像スリーブ２１と感光ドラム９との双方にトナー回収ロール２３が近接しているので、飛散した磁性トナーは、トナー回収ロール２３と現像スリーブ２１と感光ドラム９とで囲まれる空間内に導かれる。

したがって、トナー回収ロール２３と感光ドラム９との隙間からトナーが飛散することはほとんどなく、画像形成装置１００内のトナーによる汚染が防止される。飛散してトナー回収ロール２３に吸着された磁性トナーは、その後、トナー回収ロール２３の回転に従って現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３との間隙まで搬送される。

図３に示すように、現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３との間隙において、磁性トナーは、正規帯電トナーと反転帯電トナーと分別される。トナー回収ロール２３に吸着されたトナーのうち、反転帯電性の高いトナー粒子は、トナー回収ロール２３に強く吸着されており、磁力よりも静電気的な力が強いために、磁力によっては現像スリーブ２１に回収されない。

一方、反転帯電性の低い再利用可能な反転帯電トナーは、磁力が静電気的な力に打ち勝って現像スリーブ２１側に引き寄せられて回収される。正規帯電トナーは、磁力と静電気的な力とが重畳的に作用して現像スリーブ２１側に引き戻されて回収される。

反転帯電トナーは、トナー回収ロール２３の表面に付着して、回転方向の下流側へ搬送されて、回収容器２７に導かれ、スクレーパ４によってトナー回収ロール２３の表面から掻き落とされて回収容器２７へ蓄積される。

＜比較例＞
図４は比較例の現像装置の構成の説明図である。図４に示すように、比較例の現像装置は、隔壁部２５ａが現像領域側に突き出して、現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３との直接対向を妨げている以外は実施例１と同一に構成されている。従って、図４中、実施例１と共通する構成には、図２と共通の符号を付して、重複する説明を省略する。

比較例の現像装置と実施例１の現像装置とで、画像率５％の画像を約５０００００枚形成する実験をそれぞれ行って、各種の測定と評価を行った結果を表２に示す。

表２中、再利用量とは、トナー回収ロール２３と現像スリーブ２１とを直接対向させたことによって初めて再利用されることになった回収トナーの量である。実施例１において、トナー回収ロール２３に一度回収した総回収量から現像スリーブ２１へ戻って再利用されることになったトナー量である。ここでは、図４に示す比較例の現像装置１Ｈにおける現像容器２５に付着した分も含めた回収量から実施例１における回収量を差し引いて求めている。比較例の現像装置１Ｈの場合、再利用量が低いため、回収容器２７内のトナー回収量が増加して、満杯になり易くなるという現象が起きる。

表２に示すように、実施例１の現像装置によれば、現像スリーブ２１へ戻って再利用されるトナー量が増えた結果、回収容器２７内のトナー回収量が減少して満杯になり難くなった。また、同時に、大量の画像形成を行った後でも、トナーの飛散が極めて少なく、かぶりなども非常に良いことが確認された。

ところで、複写機、ＬＢＰ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、簡便な構成であることと低コストであるために、一成分現像剤を用いる現像装置が広く用いられている。比較例の現像装置１Ｈは、マグネット２２の磁極Ｎ１の磁気によって拘束され層厚規制ブレード２６によって帯電させた磁性トナーの薄層を現像スリーブ２１上に形成する。磁性トナーの薄層は、磁極Ｓ１により保持されて感光ドラム９の現像領域ＧＡに搬送される。現像スリーブ２１に直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスを印加することで、現像領域ＧＡにおいて、感光ドラム９上の静電像に対してトナーを飛翔させトナー像を可視化している。

また、現像装置１Ｈ内からのトナーの溢れ出しを防止するため、現像スリーブ２１内にマグネット２２の磁極Ｓ２が配置されている。現像スリーブ２１に担持されたトナーのうち、帯電性の低いトナーや反転極性に帯電された反転トナーは、感光ドラム９には現像されないため、重力や現像スリーブ２１及び感光ドラム９の回転による遠心力によって落下する。これらのトナーが画像形成装置内に飛散すると、性能低下や紙の汚れなどの問題を引き起こす。このようなトナー飛散を解消する方法が特許文献１、２に開示されている。

特許文献１の現像装置は、図１２に示すように、現像スリーブ２１と近接させてバイアスをかけたトナー回収ロール２３を配置し、飛散トナーを回収、再利用するようにしている。しかし、飛散トナーを無条件に再利用する構成では、反転帯電性が高い反転帯電トナーも含めて回収したトナーを全て現像装置内に戻すため、反転帯電トナーの蓄積につながり、反転かぶりなどの画質の劣化につながる。

これに対して、図４に示すように、比較例の現像装置１Ｈは、感光ドラム９の回転方向下流側にトナー回収ロール２３を設け、回収バイアス電源１７から反転帯電トナーを回収するバイアスをかけて、現像領域ＧＡから飛散した反転帯電トナーを回収している。

比較例の現像装置１Ｈの場合、反転帯電トナーを選択的に除去することで、かぶりなどの画像不良を低減できる。しかし、近年の現像装置１Ｈの小型化に伴い、トナー回収ロール２３と現像スリーブ２１との間の距離が狭くなっている。このため、回収したトナーが現像スリーブ２１内にあるマグネット２２の磁極Ｓ２に引き寄せられて、現像容器２５の下に付着するアゴ汚れと呼ばれる現象が生じてきている。現像容器２５に付着したアゴ汚れトナーは、ボタ落ちや画像濃度ムラなどの新たな画像不良の原因となる。

これ対して、実施例１の現像装置１は、磁性トナーの飛散を防止しながらも、小型化を可能にし、アゴ汚れによるボタ落ち、画像濃度ムラや反転トナーによるかぶりなどの画質低下を防止できている。

実施例１の現像装置は、現像剤担持体の表面領域にトナー回収回転体が直接対向しているので、トナー回収回転体の円筒面の表面積の大きな割合が像担持体側の空間に露出して、逆極性に帯電した磁性トナーの回収に関与できる。また、磁極上で現像剤担持体とトナー回収回転体が直接対向しているので、現像剤担持体に交流電圧が印加されると、トナー回収回転体に対する反転帯電トナーの現像状態が形成される。このとき、磁力と電界とが重層的に作用するので、周囲の空間から反転帯電トナーが効率的にトナー回収回転体に回収される。同時に、正規の帯電極性に帯電した正規帯電トナーや再利用が可能な弱帯電トナーは現像剤担持体へ引き戻されて再利用される。従って、現像装置が小型化されても、トナー回収回転体が高い効率で反転帯電トナーを回収できる。

＜実施例２＞
図５は実施例２の現像装置の構成の説明図である。実施例１では、剥ぎ取り部材２４を用いてトナー回収ロール２３から機械的に磁性トナーを回収していたが、実施例２では、図５に示すように、剥ぎ取り電極２８を用いてトナー回収ロール２３から電気的に磁性トナーを回収している。それ以外の構成については、実施例１と同様に構成されているため、図５中、実施例１と共通する構成には図２と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

実施例１の構成は、反転帯電トナーの分別と回収とを同じ個所で行っていたが、実施例２では、反転帯電トナーの分別と回収とを別々の個所で行う。実施例１の構成では、反転帯電トナーの磁力の大きさによっては、静電気力よりも磁力の方が上回ってしまい、反転帯電性の高い（再利用可能性の低い）反転帯電トナーが磁力で現像スリーブ２１側に回収されてしまう可能性があった。一方、実施例２によれば、反転トナーは剥ぎ取り電極２８にて静電気力のみで分別可能な構成となっている。即ち、一度トナー回収ロール２３で回収したトナーを現像スリーブ２１対向部へ搬送する前に、剥ぎ取り電極２８により分別できる。このため、分別のためのパラメータ（電位差）と回収のためのパラメータ（磁力）とを個別に操作可能である。

図５に示すように、トナー回収ロール２３は、実施例１とは逆に、像担持体の表面に対して同一方向、現像スリーブ２１に対してカウンタ方向に回転される。現像装置１は、トナー回収ロール２３の下に用意された回収容器２７の端部に剥ぎ取り電極２８を配置している。

電極部材の一例である剥ぎ取り電極２８は、現像スリーブ２１の反対側で、トナー回収ロール２３に対して隙間を隔てて配置される。剥ぎ取り電極２８は、アルミニウムまたはステンレススチールで構成された電極板であって、トナー回収ロール２３に対して平行に配置され、表面には、マイラーシートなどのトナーのすべりを良くするためのコートが施されている。トナー回収ロール２３の円筒面と剥ぎ取り電極２８との対向間隔は、１００〜３００μｍの距離に設定されている。

剥ぎ取り電極２８には、トナー回収ロール２３から反転帯電トナーを回収するように直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加される。電源１８は、剥ぎ取り電極２８とトナー回収ロール２３との間に、周波数１〜５ＫＨｚの交流電圧に直流電圧を重量した電圧を印加する。直流電圧は、トナー回収ロール２３に印加されたＤＣバイアスに対して−１００〜−２００Ｖとした。重畳する交流電圧の周波数は、望ましくは２．５〜４ＫＨｚ、ピークツーピーク電圧は、１０００〜１５００Ｖｐｐである。

実施例２の現像装置１でも、現像領域ＧＡで現像スリーブ２１から剥離して交流電界内で飛翔したが静電像に付着せず、現像スリーブ２１の表面に戻ることもできなかった反転帯電トナーが飛散する。しかし、トナー回収ロール２３が、現像領域の下流側で、現像スリーブ２１と感光ドラム９との双方に近接しているので、飛散したトナーは、このトナー回収ロール２３と現像スリーブ２１と感光ドラム９とで囲まれる空間内に導かれる。

このため、トナー回収ロール２３と感光ドラム９との隙間からトナーが飛散することはほとんどなく、画像形成装置１００内のトナーによる汚染が防止される。トナー回収ロール２３に吸着された反転帯電トナーは、その後、トナー回収ロール２３の回転に従って剥ぎ取り電極２８とトナー回収ロール２３との間隙まで搬送される。

剥ぎ取り電極２８とトナー回収ロール２３との間隙において、トナー回収ロール２３上に吸着されたトナーのうち反転帯電性の高いトナーは、剥ぎ取り電極２８とトナー回収ロール２３間にかけられた交流電圧によって剥ぎ取り電極２８側に移動する。その後、反転帯電性の高いトナーは、電荷の減衰に従って剥ぎ取り電極２８から重力により落下する。一方、反転帯電性の低い再利用可能なトナーは帯電量が低い、又はごく弱く正帯電しているため、交流電圧に応答せず、剥ぎ取り電極２８側に移動しない。

剥ぎ取り電極２８側に移動しなかった反転帯電性の低いトナーは、さらにトナー回収ロール２３によって搬送される間にマイナスに帯電し直される。これにより、現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３との対向部において磁力により現像スリーブ２１側に回収される。

比較例の現像装置と実施例２の現像装置とにおいて、画像率５％の画像を約５０００００枚形成する実験をそれぞれ行って、各種の測定と評価を行った結果を表３に示す。

実施例２の現像装置では、実施例１よりもさらに再利用量が高くなるため、回収容器２７内のトナー回収量が減少して実施例１よりも満杯になり難くなる。同時に、大量の画像形成を行った後でも、トナーの飛散が極めて少なく、かぶりなども非常に良いことが確認された。

＜実施例３＞
図６は実施例３の隔壁部の位置を最適化する実験の説明図である。実施例３では、実施例１の構成において、現像容器２５の隔壁部２５ａの先端位置を前後に移動させて、トナーの回収性能を比較する実験を行った。図２に示す現像スリーブ２１と導電性ロールの中心を繋いだ線に対して、隔壁部２５ａの先端位置をどの角度に設定すれば、より効率よく反転帯電トナーを分離回収できるかを確かめた。

図６に示すように、トナー回収ロール２３は、現像スリーブ２１の表面におけるマグネット２２の磁極Ｓ２に対向する位置に配置される。このとき、現像容器２５の隔壁部２５ａの先端位置を、現像スリーブ２１の回転方向の上流側及び下流側に複数段階（Ａ、Ｂ、Ｃ）に移動させて、反転帯電トナーの良好な回収性能が得られる範囲を確認した。

図２に示すように、現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３との間隙において、磁力と電界とが重畳的に作用する結果、飛散トナーは、正規帯電トナーと反転帯電トナーとに分別される。そして、正規帯電トナーは、現像スリーブ２１に回収されて再利用され、反転帯電トナーは、トナー回収ロール２３上に吸着されて回収容器２７へ集められる。このとき、反転帯電性の高いトナーは、トナー回収ロール２３に強く吸着されており、磁力より静電気的な力が強いために、現像スリーブ２１には戻らない。一方、反転帯電性の低い再利用可能なトナーは、静電気的な力よりも磁力が大きいため、現像スリーブ２１側に引き寄せられ回収されて再利用される。

トナー回収ロール２３上に吸着した反転帯電トナーは、さらにトナー回収ロール２３によって搬送され、剥ぎ取り部材２４（スクレーパ）によってトナー回収ロール２３の表面から掻き落とされて回収容器２７へ回収される。

しかし、この状況において、トナー回収ロール２３近傍の隔壁部２５ａの先端の位置に応じて、反転帯電トナーの回収効果は変わってくる。結論から言えば、隔壁部２５ａの端部は、磁極Ｓ２の磁束のピークよりも像担持体側とは反対側に位置していることが望ましい。磁極Ｓ２の磁束をより多く活用して、現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３との間における上述した磁性トナーの回収・再利用を行えるからである。

しかし、図６の位置Ａのように隔壁部２５ａが短か過ぎる場合、現像容器２５から回収容器２７へのトナー溢れ出しが発生して、正規帯電トナーまで回収容器２７へ回収してしまう。一方、位置Ｃのように隔壁部２５ａが長過ぎる場合、図４に示すように、隔壁部２５ａのアゴ下にトナーが張り付き回収されない。そのため、最適な構成として、現像容器２５の隔壁部２５ａの先端の最適な位置を決定することが必要である。

位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃを含めて合計７段階に隔壁部２５ａの先端位置を異ならせて７種類の現像装置１を試作した。トナー回収ロール２３は、マグネット２２の磁極Ｓ３の対向位置に揃えた。７種類の現像装置１の回収性能を比較するため、それぞれ約５０００００枚の画像形成を行って、終了後、回収容器２７に蓄積された廃棄トナーの回収量を測定した。

表４に示すように、現像スリーブ２１の表面で測定したマグネット２２の磁極Ｓ２の磁力（磁束密度）がピーク値の半値以内の領域に隔壁部２５ａの先端を位置決めていれば、反転帯電トナーの高い分離選択性が得られる。表中、隔壁端部位置は、現像容器２５の隔壁部２５ａの先端からＳ２極直上までの角度で示される。表中、再利用量が多い条件ほど、反転帯電性が高い不良トナーを効率的に現像容器２５から分離して回収容器２７に回収できると同時に、再利用可能な良トナーを回収容器２７に回収しないで済むことになる。

表４に示すプラスマイナス２０度の範囲が磁束密度の半値幅内（表１）に位置しており、この範囲であれば、トナーの回収と再利用の機能が十分に有効であることが分かった。磁束密度の半値幅内に隔壁部２５ａの先端位置を配置することで、トナー再利用量が高くなり、現像容器２５の汚れが発生せず、かぶりなどの不良画像も出ないで済むことが確認された。

＜実施例４＞
図７は実施例４のトナー回収ロールの位置を最適化する実験の説明図である。図８は実施例３、４の実験結果の説明図である。図９は現像装置の構成差によるトナー再利用量の違いの説明図である。

実施例４では、実施例１の構成において、トナー回収ロール２３を前後に移動させてトナーの回収性能を比較する実験を行った。図２に示すマグネット２２の磁極Ｓ２の直上から、現像スリーブ２１と導電性ロールの中心を繋いだ線までの角度をどのように設定すれば、より効率よく反転帯電トナーを分離回収できるかを確かめた。トナー回収ロール２３を現像スリーブ２１の現像領域ＧＡより下流側に位置する磁極Ｓ２の対向に配置するに際して、高効率を達成するために必要なトナー回収ロール２３位置の可能範囲を確認した。

今後、現像装置１がさらに小型化される可能性がある。その場合、回収容器２７に十分な容量を確保できなくなることが予想される。そのため、トナー回収ロール２３の位置についても回収効果を確認することが求められている。

ここで、現像スリーブ２１の下に設けたトナー回収ロール２３の位置により、反転帯電トナーの回収効果は変わってくる。結論から言えば、トナー回収ロール２３の中心は、磁極Ｓ２の磁束のピークよりも像担持体側に配置することが望ましい。現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３の対向面積を拡大して、現像スリーブ２１とトナー回収ロール２３との間における上述した磁性トナーの回収・再利用を効率的に行えるからである。

しかし、図７の位置Ｃのように、トナー回収ロール２３の位置が感光ドラム（９：図２）側へ前進し過ぎている場合、トナー回収ロール２３と現像スリーブ２１との間の磁力が弱まるため、トナーに対して十分な磁力を作用できなくなる。この場合、電界に頼って反転帯電トナーを分離回収することになるため、分離回収されたトナーに反転帯電量の低いトナーや正規帯電トナーが混在する割合が高くなって、再利用量は少なくなり、廃棄トナーは増えてしまう。

一方、位置Ａのようにトナー回収ロール２３の位置が回収容器２７側へ後退し過ぎている場合、現像容器２５の隔壁部２５ａの先端のアゴ下にトナーが張り付いて、トナー回収ロール２３の正常な回収機能が妨げられる（図４参照）。

位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃを含めて合計７段階にトナー回収ロール２３の位置を異ならせて７種類の現像装置１を試作した。隔壁部２５ａの先端位置は、実施例３の実験において最もトナー回収量の少なかった条件（磁極Ｓ２よりも１０度下流）とした。７種類の現像装置１の回収性能を比較するため、それぞれ約５０００００枚の画像形成を行って、終了後、回収容器２７に蓄積された廃棄トナーの回収量を測定した。

表５に示すように、トナー回収ロール２３と現像スリーブ２１の中心を結んだ線分が磁極Ｓ２の半値幅内であり、かつ磁極Ｓ２の磁力の最大値の上流側に配置されている場合、効果が十分に取れていることが分かった。

表３、表４の結果をまとめると図８、図９のようになる。図８に示すように、実施例３からは、現像容器２５の隔壁部２５ａの先端位置が、磁極Ｓ２の磁力のピークの下流側にシフトして磁極Ｓ２の半値幅内であることが望ましい。実施例４からは、トナー回収ロール２３と現像スリーブ２１の中心を結んだ線分が、磁極Ｓ２の磁力のピークの上流側にシフトして磁極Ｓ２の半値幅内であることが望ましい。

図９に示すように、実施例３からは、現像容器２５の隔壁部２５ａの先端位置が、磁極Ｓ２の磁力のピークの下流側に１０度シフトしたときにトナー再利用量は最大となることが判明した。実施例４からは、トナー回収ロール２３と現像スリーブ２１の中心を結んだ線分が、磁極Ｓ２の磁力のピークの上流側に１０度シフトしたときにトナー再利用量は最大となることが判明した。このとき、かぶりなどの不良画像が出ていないことも上述したとおりである。

１現像装置、２コロナ帯電器、３露光装置、４ポスト帯電器
５転写ローラ、６ドラムクリーニング装置、７前露光装置
９感光ドラム（像担持体）、１５転写バイアス電源、１７電源
２１現像スリーブ（現像剤担持体）、２２マグネット
２３トナー回収ロール（トナー回収回転体）、２４剥ぎ取り部材
２５現像容器、２５ａ隔壁部、２６層厚規制ブレード
２７回収容器

Claims

像担持体と、
前記像担持体に対向して回転する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の内側に非回転に配置されて前記現像剤担持体に磁性トナーを保持させる磁力を発生するマグネット部材と、
前記現像剤担持体に交流電圧を印加して前記像担持体にトナー像を現像する第１の電源と、
前記像担持体と前記現像剤担持体とに円筒面を対向させて回転するトナー回収回転体と、
前記磁性トナーの正規の帯電極性と逆極性の反転帯電トナーを回収するように前記トナー回収回転体に電圧を印加する第２の電源と、
前記円筒面に付着した反転帯電トナーを回収する回収手段と、を備え、
前記マグネット部材の磁極に対応する前記現像剤担持体の表面領域に対して前記トナー回収回転体が直接対向していることを特徴とする画像形成装置。
前記回収手段によって回収された磁性トナーを前記現像剤担持体側の磁性トナーから分離して収容する収容手段を備え、
前記現像剤担持体側の磁性トナーから前記収容手段を分離する隔壁部の先端は、前記磁極の磁束のピークよりも前記収容手段側へ配置されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記トナー回収回転体の中心は、前記磁極の磁束のピークよりも前記像担持体側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記回収手段は、前記トナー回収回転体に対して隙間を隔てて配置されるとともに、前記トナー回収回転体から反転帯電トナーを回収するように直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加された電極部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記トナー回収回転体は、前記像担持体の表面と同一方向に回転し、
前記電極部材は、前記現像剤担持体の反対側で前記トナー回収回転体に対向していることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
前記トナー回収回転体に付着した反転帯電トナーの少なくとも一部を正規の帯電極性に帯電させる帯電手段を有することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の画像形成装置。
前記トナー回収回転体は、前記像担持体と前記現像剤担持体が対向する現像領域の下方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
回転可能な現像剤担持体と、前記現像剤担持体の内側に非回転に配置されて前記現像剤担持体に磁性トナーを保持させるための磁力を発生するマグネット部材とを備えた現像装置において、
前記現像剤担持体に円筒面を対向させて回転可能なトナー回収回転体と、
前記円筒面から付着した磁性トナーを回収する回収手段と、
前記現像剤担持体側の磁性トナーの空間から前記回収手段によって回収された反転帯電トナーの空間を仕切る隔壁部と、を備え、
前記マグネット部材の磁極に対応する前記現像剤担持体の表面領域に前記トナー回収回転体が直接対向するように前記隔壁部が設けられていることを特徴とする現像装置。