JP3914208B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機，プリンタ，ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる現像装置に関し、特に、静電潜像担持体上に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置に関するものである。

トナー（非磁性一成分トナー）を用いる現像装置としては、従来、静電潜像担持体である感光体ドラムに近接または当接して配置される現像剤担持体と、現像剤担持体にトナーを供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体に当接して現像剤担持体上のトナーを薄層化すると共に、摩擦帯電により電荷を付与する層規制ブレードとを備えたものが実用化されている。
この現像装置を備えた画像形成装置で適切な現像を行うには、現像剤担持体上に常に安定したトナーの薄層を形成することが非常に重要である。
しかし、現像剤担持体上のトナー層の帯電及び均一なトナー層を形成するためには、層規制ブレードと現像剤担持体との当接圧を高く設定することが必要である。

しかしながら、層規制ブレードと現像剤担持体との当接圧を高くすると、層規制ブレードと現像剤担持体との当接部でトナーに過剰な負荷がかかり、トナーが劣化し、トナーの流動性や帯電性が低下する。
このため、層規制ブレードへのトナー融着による白筋の発生や、搬送されるトナー量の低下による濃度低下、さらに正常に帯電していないトナーが感光体ドラムに供給されてトナーカブリやトナー飛散などを生じ、これによって画像が劣化する。

このため、層規制ブレードを用いない現像装置を備えた画像形成装置として、磁性トナーを用いて、位置が固定された磁石を内包した回転する感光体を帯電露光し静電潜像を形成した後、現像剤溜め内に位置する感光体表面に磁性トナーを磁石により磁気的に付着させ、静電潜像を現像する構成の電子写真装置が特許文献１に開示されている。

また、従来の現像装置を備えた画像形成装置としては、図５に示すように、感光体ドラム１と、感光体ドラム１の表面を帯電させる帯電ローラ２と、信号光３により静電潜像が形成された感光体ドラム１の周面１ａに面する開口部４０ａを有し、非磁性一成分トナー（以下単にトナーという）５を貯蔵するトナーホッパ４と、トナーホッパ４から感光体ドラム１へトナー５を供給するトナー供給手段と、トナー５を供給された感光体ドラム１と所定の間隙を保持して対向し、対向面が感光体ドラム１の回転方向と逆方向に回転する円筒状の電極ローラ６と、感光体ドラム１上のトナー像を記録紙７へ転写する転写ローラ８と、電極ローラ６の感光体ドラム１と対向する対向部の下流側に位置し、電極ローラ６上のトナー５を除去するトナー除去手段であるスクレーパ９と、電極ローラ６に直流電圧に交番電圧を重畳して引加する電極電源１０とを備えるようなものも考案されている。
特開平５−１８１３５６号公報

しかしながら、図５に示した上記従来の現像装置を備えた画像形成装置では、感光体ドラム１にトナー５を接触させる前に、トナー５を充分に帯電させる必要があるため、トナーホッパ４の感光体ドラム１付近のトナー溜め部４ａのトナー５を帯電させる必要がある。
また、この場合、非接触のコロナ帯電器を用いてトナーホッパ４の感光体ドラム１付近のトナー溜め部４ａのトナー５にストレスを与えずに帯電させると、コロナ帯電器の電極に逆帯電トナーの付着による汚れが発生し、コロナ帯電器が感光体ドラム１付近のトナー溜め部４ａのトナー５を安定した状態で帯電することができなくなる問題がある。

さらに、従来のトナーを用いる現像装置を備えた画像形成装置でも同様に、層規制ブレードと非接触のコロナ帯電器を併用させてトナー溜め部のトナーを帯電しても、コロナ帯電器の電極に逆帯電トナーの付着による汚れが発生し、コロナ帯電器がトナー溜め部のトナーを安定した状態で帯電することができなくなる問題がある。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、トナーへの負荷を低減してトナーの劣化を最小限に抑えることが可能であり、また、トナーを低ストレスで充分に帯電することが可能であり、コロナ帯電手段の電極が汚れることなく、トナーのコロナ帯電手段による帯電を安定化させることができるため、長期に亘って高品位な画像を形成できると共に、コロナ帯電手段の電極へのトナーの付着がない良好な画像形成を行うことが可能で、通紙時（画像形成時）にトナーを所望の帯電に制御し、非通紙時（非画像形成時）にはトナーに帯電を付与しないことで、トナーの過剰帯電が防止でき、また、過剰帯電に伴う現像トナー量の低下、及び転写効率の低下が発生せず、長期に渡って安定した高精細の画像を得ることができ、特に、非磁性一成分トナーの現像方式では、トナーの薄層形成、及び帯電付与に係る規制ブレードの押圧負荷を低減でき、規制ブレードへのトナーのフィルミングがなく、トナー表面の外添剤の埋没なども抑制でき、従い低ストレスの非磁性一成分現像が可能となり、極めて良好な高精細画像を長期に渡って形成できる現像装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
本発明の現像装置は、静電潜像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像装置において、前記静電潜像担持体の周面に対向して配置され、前記トナーを収容するトナー溜めと、前記トナー溜めの内部に配置され、前記静電潜像担持体近辺のトナー溜め部の前記トナーを帯電させるコロナ帯電手段と、前記コロナ帯電手段の電極の汚れを清掃する第１のクリーニング手段とを具備し、前記トナー溜め内部に配置された前記コロナ帯電手段が、通紙時にはトナーに正規の帯電を付与する帯電バイアスを印加し、また、前記第１のクリーニング手段が、正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスを前記コロナ帯電手段に印加してコロナ帯電手段をクリーニングすることを特徴とする構成を有するものである。

上記に記載の本発明によれば、静電潜像担持体近辺のトナー溜め部のトナーをコロナ帯電手段により低ストレスで充分に帯電することが可能である。
また、第１のクリーニング手段がコロナ帯電手段の電極の汚れを清掃するので、コロナ帯電手段の電極の汚れによるトナーの帯電の不安定化も防ぐことができる。
さらに、コロナ帯電手段の電極に付着した逆帯電トナーを装置全体の構成を大きく変えずにクリーニングすることが可能である。

本発明の現像装置は、上記第１のクリーニング手段が、非通紙時に正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスを上記コロナ帯電手段に印加してコロナ帯電手段をクリーニングするようになっている。

上記に記載の本発明によれば、コロナ帯電手段によるトナー帯電と第１のクリーニング手段によるコロナ帯電手段の電極のクリーニングのそれぞれの役割を効率良く分けて行うことができる。

本発明の現像装置は、上記第１のクリーニング手段とは別の上記コロナ帯電手段の電極の汚れを清掃する第２のクリーニング手段を具備しており、前記第２のクリーニング手段が、前記コロナ帯電手段の電極に当接する清掃部材と、前記清掃部材を前記コロナ帯電手段の電極に対して相対移動させる清掃部材走行手段とを有し、前記第１のクリーニング手段によるクリーニングバイアスの印加時に前記コロナ帯電手段の電極に当接する前記清掃部材を前記清掃部材走行手段により相対移動させてコロナ帯電手段をクリーニングするようになっている。

上記に記載の本発明によれば、コロナ帯電手段の電極に付着したトナーの帯電量に関わらず、コロナ帯電手段の電極の汚れを第２のクリーニング手段の清掃部材により安定して取り除くことができる。

本発明の現像装置は、上記第１のクリーニング手段が、正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスを上記コロナ帯電手段に印加してコロナ帯電手段をクリーニングし、上記第２のクリーニング手段が、前記第１のクリーニング手段による前記クリーニングバイアスの印加時に前記コロナ帯電手段の電極に当接する上記清掃部材を上記清掃部材走行手段により相対移動させてコロナ帯電手段をクリーニングするようになっている。

上記に記載の本発明によれば、第１のクリーニング手段の印加するクリーニングバイアスだけでは除去しきれないコロナ帯電手段の電極のトナーによる汚れを第２のクリーニング手段の清掃部材によって清掃することが可能であると共に、第２のクリーニング手段の清掃部材の汚れも少なくすることができる。

本発明の現像装置は、上記コロナ帯電手段の電極が、金属ワイヤである。

上記に記載の本発明によれば、例えば、鋸歯型電極のように尖塔部の破損，汚れによって帯電しない領域が発生することがなく、コロナ帯電手段の電極が清掃されることによって、確実に安定してトナーを帯電させることができる。

本発明の現像装置は、上記トナーとして、非磁性一成分トナーを用いても良い。

以上に述べたように、本発明によれば、トナーへの負荷を低減してトナーの劣化を最小限に抑えることが可能であり、また、トナーを低ストレスで充分に帯電することが可能であり、コロナ帯電手段の電極が汚れることなく、トナーのコロナ帯電手段による帯電を安定化させることができるため、長期に亘って高品位な画像を形成できると共に、コロナ帯電手段の電極へのトナーの付着がない良好な画像形成を行うことが可能で、通紙時（画像形成時）にトナーを所望の帯電に制御し、非通紙時（非画像形成時）にはトナーに帯電を付与しないことで、トナーの過剰帯電が防止でき、また、過剰帯電に伴う現像トナー量の低下、及び転写効率の低下が発生せず、長期に渡って安定した高精細の画像を得ることができ、特に、非磁性一成分トナーの現像方式では、トナーの薄層形成、及び帯電付与に係る規制ブレードの押圧負荷を低減でき、規制ブレードへのトナーのフィルミングがなく、トナー表面の外添剤の埋没なども抑制でき、従い低ストレスの非磁性一成分現像が可能となり、極めて良好な高精細画像を長期に渡って形成できる現像装置を得ることができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を示すが、本発明の現像装置は、以下の実施例に限定されるものでなく、一般的な現像装置すべてに適用される。

本発明の現像装置は、静電潜像担持体となる感光体ドラム１上に形成された静電潜像をトナー（非磁性一成分トナー）５により現像するものである。

本発明の現像装置は、感光体ドラム１の周面１ａに対向して配置され、トナー５を収容するトナー溜めであるトナーホッパ４と、トナーホッパ４の内部に配置され、感光体ドラム１近辺のトナー溜め部４ａのトナー５を帯電させるコロナ帯電手段であるコロナ帯電器１２と、コロナ帯電器１２の電極１２ａの汚れを清掃する第１のクリーニング手段１３とを具備している。

本発明の現像装置は、トナーホッパ４の内部に配置されたコロナ帯電器１２が、通紙時にはトナー５に正規の帯電を付与する帯電バイアスを印加し、また、第１のクリーニング手段１３が、正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスをコロナ帯電器１２に印加してコロナ帯電器１２をクリーニングするようになっている。

本発明の現像装置は、第１のクリーニング手段１３が、非通紙時に正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスをコロナ帯電器１２に印加してコロナ帯電器１２をクリーニングするようになっている。

本発明の現像装置は、コロナ帯電器１２の電極１２ａが、金属ワイヤである。

図１は、本発明の第１実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図、図２は、本発明の第１実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置の通紙時及び非通紙時におけるコロナ帯電手段の動作を示すシーケンス図である。
現像装置は、図１に示すように、回転自在に支持された円筒状の感光体ドラム１に面する開口部４０ａを有し、非磁性一成分のトナー５を貯蔵するトナーホッパ４と、トナー５が供給された感光体ドラム１と所定の間隙を保持して対向し、感光体ドラム１との対向位置で表面が感光体ドラム１の表面と逆方向に移動する円筒状の電極ローラ６と、対向位置を通過した後の電極ローラ６の表面からトナー５を除去するトナー除去手段であるスクレーパ９と、電極ローラ６に対して直流電圧に交番電圧を重畳した電圧を印加する電極電源１０と、感光体ドラム１近辺のトナー溜め部４ａのトナー５を帯電させるためのコロナ帯電器１２と、コロナ帯電器１２の電極１２ａの汚れを清掃するための第１のクリーニング手段１３とを備えている。

図１に示す本発明の現像装置を備えた画像形成装置内において、トナーホッパ４は、帯電ローラ２及び転写ローラ８と共に感光体ドラム１の周面１ａに対向して配置されている。
トナーホッパ４は、斜め下方に開口する開口部４０ａが形成された中空の筐体４０であり、トナーホッパ４の筐体４０の内部にトナー５を収納している。
トナーホッパ４の内部には、回転部材１１及び電極ローラ６が図１中矢印Ｓ１で示す反時計方向及び矢印Ｓ２で示す時計方向に回転自在に支持されている。
回転部材１１及び電極ローラ６は、回転方向の一部がトナーホッパ４の筐体４０の開口部４０ａから露出して感光体ドラム１に対向している。
電極ローラ６の周面６ａには、一端９ａをトナーホッパ４内に固定されたスクレーパ９の他端９ｂが当接している。
また、トナーホッパ４の外部には排気手段が設けられても良い。

感光体ドラム１は、ＧＮＤ電位に電気的に接続された円筒状基材のアルミ素管上に有機感光層を有し、直径３０ｍｍで、図１中矢印Ｓ３で示す時計方向に周速度８０ｍｍ／ｓで回転する。
感光体ドラム１の感光層の材料としては、酸化亜鉛，セレン，アモルファスシリコン等の材料を用いることができる。
感光体ドラム１のアルミ素管上の感光層は、電荷発生層，電荷輸送層を積層して、４０μｍ以下の層厚に形成されている。
感光体ドラム１の感光層の構成は、上記に限るものではなく、感光層の下層に下地層、表面に表面層を設けても良い。

帯電ローラ２は、所定の電圧を印加されることにより、感光体ドラム１の表面を均一に負極性に帯電させる。
感光体ドラム１の表面を均一に帯電させる帯電手段としては、スコロトロン等のコロナ帯電器を用いても良い。
信号光３は、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。

本発明で使用するトナー５に使用可能な結着樹脂としては、一般の電子写真技術において使用されているトナー用樹脂であれば特に制限はない。
具体的には、ポリスチレン，ポリ−ｐ−クロルスチレン若しくはポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体、スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体，スチレン−プロピレン共重合体，スチレン−ビニルトルエン共重合体，スチレン−ビニルナフタレン共重合体，スチレン−アクリル酸メチル共重合体，スチレン−アクリル酸エチル共重合体，スチレン−アクリル酸ブチル共重合体，スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体，スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体，スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体，スチレン−α−クロロメタアクリル酸メチル共重合体，スチレン−アクリロニトリル共重合体，スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体，スチレン−ビニルメチルケトン共重合体，スチレン−ブタジエン共重合体，スチレン−イソプレン共重合体若しくはスチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体などのスチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル，ポリ酢酸ビニル，ポリエチレン，ポリプロピレン，シリコーン樹脂，ポリエステル樹脂，ポリウレタン樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，ポリビニルブチラール，ロジン変性レジン，テルペン樹脂，フェノール樹脂，キシレン樹脂，脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂，芳香族系石油樹脂，塩素化パラフィン，パラフィンワックスなどを単独または２種以上の組合せで使用することができる。
特に、フルカラートナー用としては、熱特性制御などから軟化点が９５℃以上、１２０℃以下のポリエステル樹脂が好ましい。

また、本発明で使用する現像剤に使用可能な着色剤としては、一般の電子写真技術において使用されているトナー用着色剤であれば特に制限はない。
例えば、従来からモノクロ用として用いられているカーボンブラックやニグロシン染料などの他に、アゾ系染料，アントラキノン系染料，インジゴ染料，フタロシアニン系染料若しくはキサンテン系染料などの染料、アゾ系顔料，ベンズイミダゾロン系顔料，キナクリドン系顔料，フタロシアニン系顔料，イソインドリノン系顔料，イソインドリン系顔料，ジオキサジン系顔料，アントラキノン系顔料，ペリレン系顔料，ペリノン系顔料，チオインジゴ系顔料，キノフタロン系顔料若しくは金属錯体系顔料などの有機系顔料、酸化チタン，カーボンブラック，モリブデンレッド，クロムイエロー，チタンイエロー，酸化クロム若しくはベルリンブルーなどの無機系顔料、又は、アルミニウム粉などの金属粉等の公知の染料や顔料を用いることができる。

離型剤としてのワックスとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンワックス，ポリプロピレンワックス，パラフィンワックス等が採用できる。

本発明で使用するトナー中には、必要に応じて、帯電制御剤，流動性向上剤，定着促進剤，導電剤を、適宜選択して添加することができる。

トナー５としては、結着樹脂と、着色剤としての顔料と、離型剤としてのワックスとを含み、トナー５の軟化点が９５℃以上、１２０℃以下で、その体積平均粒子径が４μｍ以上、８μｍ以下で、顔料濃度が７％以上、２５％以下で、ワックスの含有率が６％以上、２０％以下のものが好ましい。
このような、定着温度の低温度化（省エネ）や高画質化には好ましいが、融着や劣化が生じやすいトナーであっても、本方式であれば、トナーへの負荷が小さいので、十分に使用可能である。

トナーホッパ４は、トナー５を収容するトナー溜めである。
本発明の第１実施例では、トナー５を感光体ドラム１へ供給するためのトナー供給するトナー供給手段として、トナーホッパ４の筐体４０に斜め下方に向って開口した感光体ドラム１に面する開口部４０ａを形成し、トナー５が重力により感光体ドラム１に接触する構成としている。

電極ローラ６は、感光体ドラム１との間に２００μｍの現像ギャップを設けて感光体ドラム１に対向させた直径１５ｍｍのステンレス製のものであり、図１中矢印Ｓ２で示す時計方向へ周速度８０ｍｍ／ｓで回転する。
感光体ドラム１と電極ローラ６の回転方向は、図１に示すように、対向部で表面が互いに逆方向へ移動する方向で、周速は等速である。
電極ローラ６の材質は、導電性であれば良く、電極ローラ６の体積抵抗としては、１０^５Ωｃｍ以下であれば良い。
電極ローラ６の直径は、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が良い。

電極電源１０は、電極ローラ６に対して直流電圧に交番電圧を重畳した電極電圧を印加する。
この交番電圧は、ｓｉｎ波でも矩形波でも良く、静電潜像が形成された感光体ドラム１表面と電極ローラ６との間に実質的に交番電界が作用すれば良い。

回転部材１１は、アクリルやＡＢＳ等の合成樹脂からなっている。
なお、回転部材１１と感光体ドラム１との間隔は、感光体ドラム１と電極ローラ６との間隔（２００μｍ）以上の０．５ｍｍに設定している。
回転部材１１の表面の周速度は、感光体ドラム１の表面の周速度と同方向で、感光体ドラム１の表面の周速度（８０ｍｍ／ｓ）以上の１００ｍｍ／ｓとしている。
また、回転部材１１の表面をステンレスやアルミ等の導電性材料として、図示しない装置本体のＧＮＤ電位部位に電気的に接続を備えても良い。

スクレーパ９は、この発明のトナー除去手段であり、ステンレス製で厚さ５０μｍの板材により構成されており、電極ローラ６上のトナー５を掻き落として除去する。

転写ローラ８は、感光体ドラム１上のトナー像を記録紙７へ転写する。

トナーホッパ４内に配置されたコロナ帯電器１２は、ＳＵＳ等の導電性を有する金属板からなるシールドケース１２ｂ、メッシュ状のグリッド板１２ｃ、及び電極１２ａからなる。
コロナ帯電器１２の電極１２ａとしては、金属ワイヤであることが好ましい。
コロナ帯電器１２の印加電圧値としては、感光体ドラム１の表面電位よりもトナー５の帯電極性側の−６５０Ｖ〜−３ｋＶ程度が良く、特に、−１．５ｋＶ〜−３ｋＶが望ましい。
トナー５の帯電極性と同極性の電圧をコロナ帯電器１２に印加することにより、放電電極付近で発生したイオンがトナー５に順極性の電荷を付与するため、トナー５を帯電させる作用が強くなり、感光体ドラム１へ供給されるトナー５の帯電量を増加させることができる。

また、後述する図３に示す第２のクリーニング手段１４のコロナ帯電器１２の電極１２ａに当接する清掃部材となるクリーニング部材１５を相対移動させてコロナ帯電器１２の電極１２ａの汚れを清掃する構成にしても良い。

次に、以上のように構成した現像装置を備えた画像形成装置の動作について説明する。
まず、感光体ドラム１を帯電ローラ２により−６００Ｖに均一に帯電させる。
この感光体ドラム１を信号光３が露光することで、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。
この感光体ドラム１の露光電位は、一例として−７０Ｖである。
この感光体ドラム１表面に重力によりトナーホッパ４内のトナー５が供給される。
また、トナー５は、コロナ帯電器１２によって感光体ドラム１表面に付着する前に充分に帯電される。

トナーホッパ４内の感光体ドラム１近傍のトナー溜め部４ａのトナー５が感光体ドラム１の回転により電極ローラ６との対向部である現像ギャップへ搬送される。

静電潜像とトナー５を搬送する感光体ドラム１が電極ローラ６との対向部を通過すると、感光体ドラム１上には静電潜像に対応したトナー像が得られる。
図１中矢印Ｓ２で示す時計方向に回転する電極ローラ６の表面に付着して搬送されるトナー５は、スクレーパ９により掻き取られて除去され、トナーホッパ４へ戻される。
こうして、感光体ドラム１上に得られたトナー像は、転写ローラ８へ印加される電圧により記録紙７に転写される。
この記録紙７に転写されたトナー像を図示しない定着器により加熱及び加圧されることにより、記録紙７上に画像が形成される。
この結果、記録紙７上に形成された画像は、カブリも無く、濃度も十分で均一で、細線にも優れた高品位な画像が実現できる。

ここで、画像形成時のトナーの挙動について詳しく述べる。
まず、トナーホッパ４内のトナー５は、感光体ドラム１表面に重力により供給される。
トナーホッパ４内の感光体ドラム１近傍のトナー溜め部４ａのトナー５は、コロナ帯電器１２による帯電と、感光体ドラム１との接触帯電、感光体ドラム１の回転によるトナー５同士の摩擦帯電とによって充分帯電される。

このトナー５の電荷による鏡像力により、トナー５の感光体ドラム１表面への付着力が増加し、より多くのトナー５が感光体ドラム１の回転により搬送される。
感光体ドラム１の回転により搬送されるトナー５は、感光体ドラム１と電極ローラ６との対向部に形成される楔状の空間に進入するに従って搬送される量が規制される。
こうして、所定量のトナー５が感光体ドラム１の回転により電極ローラ６との現像位置の現像ギャップへ搬送される。
この時、トナー５は、全体として−１５μＣ／ｇに帯電する。

コロナ帯電器１２は、長時間稼動すると、電極１２ａの部分がトナー（主に逆帯電トナー）によって汚れ、トナー５への安定した帯電ができなくなる。
そこで、逆帯電トナーと同じ極性のバイアス、即ち、通常のトナー５の電荷と反対のバイアスをかけることによって、コロナ帯電器１２の電極１２ａの逆帯電トナーによる汚れを取り除く必要がある。
但し、電圧は帯電バイアスよりも低く設定する必要がある。
例えば、図２に示すように、通紙時は、トナー溜め部４ａのトナー５を帯電させるための帯電バイアス（−２．４ｋＶ）をコロナ帯電器１２に印加し、非通紙時（紙間）は、第１のクリーニング手段１３がコロナ帯電器１２の電極１２ａの汚れを取るための正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアス（＋１．２ｋＶ）をコロナ帯電器１２に印加することによって、コロナ帯電器１２の電極１２ａの汚れを取り除いてトナー５への安定した帯電が可能となり、コロナ帯電器１２によるトナー５の帯電と第１のクリーニング手段１３によるコロナ帯電器１２の電極１２ａのクリーニングの役割を効率良く分けることができる。

図３は、本発明の第１実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置における第２のクリーニング手段の構成を示す正面図である。
本発明の現像装置は、第１のクリーニング手段１３とは別のコロナ帯電器１２の電極１２ａの汚れを清掃する第２のクリーニング手段１４を具備しており、第２のクリーニング手段１４が、コロナ帯電器１２の電極１２ａに当接する清掃部材であるクリーニング部材１５と、クリーニング部材１５をコロナ帯電器１２の電極１２ａに対して相対移動させる清掃部材走行手段１６とを有し、第１のクリーニング手段１３によるクリーニングバイアスの印加時にコロナ帯電器１２の電極１２ａに当接するクリーニング部材１５を清掃部材走行手段１６により相対移動させてコロナ帯電器１２をクリーニングするようになっている。

本発明の現像装置は、第１のクリーニング手段１３が、正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスをコロナ帯電器１２に印加してコロナ帯電器１２をクリーニングし、第２のクリーニング手段１４が、第１のクリーニング手段１３によるクリーニングバイアスの印加時にコロナ帯電器１２の電極１２ａに当接するクリーニング部材１５を清掃部材走行手段１６により相対移動させてコロナ帯電器１２をクリーニングするようになっている。

清掃部材走行手段１６は、回転可能に設けられた２つのプーリ１７，１７と、プーリ１７，１７間に張架されたワイヤ１８とからなる。

第２のクリーニング手段１４のワイヤ１８には、コロナ帯電器１２の電極１２ａに当接するクリーニング部材１５が取付けられている。

また、第２のクリーニング手段１４を、図３に示すように、ワイヤ１８が回転可能に設けられた２つのプーリ１７，１７間に張架され、プーリ１７，１７が回転することによって、ワイヤ１８が走行される構造として、その走行により、ワイヤ１８にコロナ帯電器１２の電極１２ａと接触して清掃できるクリーニング部材１５を設けること、若しくは、前述した第１のクリーニング手段１３のクリーニングバイアスとの併用によっても、コロナ帯電器１２の電極１２ａの汚れを取り除くことができる。

このようにして、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップへ搬送されたトナー５は、電極ローラ６に印加された現像電位と感光体ドラム１の電位により形成される現像電界により運動する。

電極電圧には、交番電圧が重畳されているので、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップにおいて、トナー５が往復運動してクラウド状態になる。
この交番電圧による電界によっても、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップの内部へ侵入するトナー量は規制される。
また、クラウド状態での往復運動により、トナー５と感光体ドラム１及び電極ローラ６との接触機会が増加する。
この接触により、トナー５が接触帯電するために、現像ギャップ中でトナー５の帯電は正規の極性に揃うと共に帯電量が増加する。
これにより、静電潜像に忠実に、且つ細線もシャープに現像できると共に、画像濃度も確保でき、カブリの少ない良好な画像を得ることができる。

また、トナー５の往復運動により、感光体ドラム１の非画像部に付着したトナー５と運動するトナー５との衝突が発生する。
この衝突時に、感光体ドラム１上のトナー５が弾き飛ばされて移動するので、非画像部のトナー５と感光体ドラム１との付着力を低減させて、電界力により除去することが容易になる。
この作用によって、感光体ドラム１の非画像部のカブリを除去して良好な画像を得ることができる。
現像後の感光体ドラム１上のトナー像は、全体として−２０μＣ／ｇに帯電する。

トナー５は、電極ローラ６と感光体ドラム１との間を往復運動しながら、所定極性に帯電する。
したがって、トナー５が感光体ドラム１上に複数層形成していても、全てのトナー５を均一にむらなく帯電させることが可能である。
この結果、未帯電トナーや、弱帯電トナー、逆帯電トナーの発生を防止することが可能になり、カブリ，濃度低下の発生を防止することができる。

なお、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップは、２００μｍとしたが、ベタ濃度を実現するために必要な感光体ドラム１上のトナー層厚よりも広ければ良い。
これにより、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置で、トナー５が交番電圧により現像ギャップ内を疎な状態で往復運動できるので、トナー５と電極ローラ６及び感光体ドラム１との接触帯電の機会が増加する。
同時に、往復運動により、感光体ドラム１の非画像部に付着したトナー粒子に運動するトナー粒子を衝突させることができる。
このため、非画像部のトナー５と感光体ドラム１との付着力を低減させて、電界力により感光体ドラム１の非画像部のトナー５を除去することが可能になる。
したがって、感光体ドラム１の非画像部のカブリを除去して良好な画像を得ることができる。

また、感光体ドラム１のアルミ素管上の感光層の厚さは、４０μｍとしている。
感光体ドラム１上のトナー５の感光層に付着させる鏡像力は、トナー５の電荷と、この電荷によりＧＮＤ電位のアルミ素管に誘起される鏡像電荷の吸引力として考えられる。
このため、トナー５とアルミ素管との距離が増加すると、トナー５を感光体ドラム１に付着させる力は、距離の二乗に反比例して低下する。
この感光体ドラム１の感光層の層厚が５０μｍの場合には、十分なトナー搬送力が得られないため、十分な画像濃度が得られない。
本発明の第１実施例では、感光体ドラム１の感光層が４０μｍの層厚であれば、十分な画像濃度が得られる。
この感光体ドラム１の感光層の層厚の決定には、転写や帯電、クリーニングといった各工程における感光体ドラム１への負荷による層厚の低下を考慮する必要があり、トナーホッパ４のトナー容量に対応する寿命を保証するために、感光体ドラム１の感光層の層厚は、５μｍの厚さが必要であり、１０μｍ以上とすることが望ましい。

電極電源１０の交番電圧としては、感光体ドラム１と電極ローラ６との対向部でトナー５が振動可能な電圧が作用すれば良く、交番電界強度としては、５×１０^６Ｖ／ｍ（ｐ−ｐ）以上の電界が作用すれば良い。
本発明の第１実施例では、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップが２００μｍ、電極電源１０の交番電圧が１．６ｋＶｐ−ｐなので、交番電界強度は８×１０^６Ｖ／ｍとなる。
この範囲に電圧値を設定することによって、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置でトナー５が振動可能になり、感光体ドラム１と電極ローラ６との対向部での帯電機会を確保し、感光体ドラム１の非画像部のトナー５を除去する作用も十分に得られる。

一方、電源電圧を安価に製造するために、交番電圧の振幅は、ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋで５ｋＶ以下とすることが望ましい。
この電圧でトナー５を感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップ内で往復運動させるために、現像ギャップは、１ｍｍ以下とすることが望ましい。
これにより、安価な電源で良好な画像を得ることができる。

さらに、電極電源１０による電極ローラ６の電位と、感光体ドラム１の静電潜像による電位により形成される電極ローラ６と感光体ドラム１との対向部における電位差が電界強度の最大値が大気中における放電開始電圧よりも低いことが好ましい。

なお、感光体ドラム１と電極ローラ６との放電開始電圧は、下記式［１］で求められる。
Ｖｔｈ＝３１２＋６．２ｚ 式［１］
上記式［１］にて、
ｚ：空隙距離（μｍ）
Ｖｔｈ：ｚ＞８μｍの時のパッシェンの法則の近似式

本発明の第１実施例では、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップを２００μｍとしたが、このように設定した時、放電開始電圧１５５２Ｖよりも小さい電位差になる電圧を電極ローラ６に印加することが良い。
感光体ドラム１の表面の帯電電位が−６００Ｖ、露光電位が−７０Ｖなので、電極電源１０による電圧は、−１６２２Ｖ〜＋９５２Ｖとすれば良い。
本発明の第１実施例では、電極電源１０の電源電圧は、−４００Ｖの直流電圧に１．６ｋＶｐ−ｐの交番電圧を重畳しているので、−１２００Ｖ〜＋４００Ｖの電圧が電極ローラ６に印加される。

このように、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップで放電が発生しない範囲に電圧値を設定することによって、電極ローラ６から感光体ドラム１への放電を防止することができる。
これにより、感光体ドラム１と電極ローラ６との対向部で、感光体ドラム１，電極ローラ６，トナー５が変質，劣化することを防止できる。

また、電極電源１０の交番電圧の周波数は、２ｋＨｚとしたが、電極電源１０の交番電圧の周波数としては、５００Ｈｚ以上、３ｋＨｚ以下が好ましい。
トナー５の重量や帯電量にも依存するが、電極電源１０の交番電圧は、５ｋＨｚを超える周波数では、トナー５の往復運動が追随できなくなる場合がある。
一方、電極電源１０の交番電圧の周波数が低い場合には、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップでのトナー５の往復運動の回数が不足して十分な帯電作用やカブリ除去作用が得られない。
電極電源１０の交番電圧の周波数を５００Ｈｚ〜３ｋＨｚとすることにより、トナー５が十分に均一に帯電され、カブリ等の異常画像の発生も防止される。

なお、本発明の第１実施例では、電極ローラ６の周速度を感光体ドラム１と等速の周速度としたが、電極ローラ６の周速度は、感光体ドラム１の周速度以上で、３倍以下であれば良い。
この構成により、電極ローラ６が現像ギャップからトナー５を搬送する作用が、感光体ドラム１がトナー５を現像ギャップへ搬送する作用以上となる。
このため、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像位置の現像ギャップ内において、トナー５の粒子間隔が疎になり、トナー粒子が振動できる状態を保つことができる。

図４は、本発明の第２実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図である。
本発明の現像装置は、静電潜像担持体となる感光体ドラム２７上に形成された静電潜像をトナー（非磁性一成分トナー）２２により現像するものである。

本発明の現像装置は、感光体ドラム２７の周面２７ａに対向して配置され、トナー２２を収容するトナー溜めであるトナーホッパ２１と、トナーホッパ２１の内部に配置され、感光体ドラム２７に対向する現像剤担持体２５近辺のトナー溜め部２１ａのトナー２２を帯電させるコロナ帯電手段であるコロナ帯電器２８と、コロナ帯電器２８の電極２８ａの汚れを清掃する第１のクリーニング手段１３とを具備し、トナーホッパ２１の内部に配置されたコロナ帯電器２８が、通紙時にはトナー２２に正規の帯電を付与する帯電バイアスを印加し、また、第１のクリーニング手段１３が、正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスをコロナ帯電器２８に印加してコロナ帯電器２８をクリーニングするようになっている。

また、本発明の第２実施例では、上述した第１実施例の第１のクリーニング手段１３及び第２のクリーニング手段１４を、図４に示すような、一般的な非磁性一成分トナーを用いる現像装置でも適用可能である。

現像装置は、図４に示すように、感光体ドラム２７と、感光体ドラム２７の周面２７ａに対向して配置されたトナーホッパ２１と、感光体ドラム２７に近接または当接して配置される現像剤担持体２５と、現像剤担持体２５にトナー２２を供給する現像剤供給部材である供給ローラ２４と、トナーホッパ２１内のトナー２２を攪拌するためのトナー攪拌手段であるアジテータ２３と、現像剤担持体２５に当接して現像剤担持体２５上のトナー２２を薄層化すると共に、摩擦帯電により電荷を付与する層規制ブレードである現像剤量規制ブレード２６と、トナーホッパ２１内に配置されたコロナ帯電器２８とを備えている。

図４に示す本発明の第２実施例の現像装置を備えた画像形成装置内において、トナーホッパ２１は、現像剤担持体２５と共に感光体ドラム２７の周面２７ａに対向して配置されている。
感光体ドラム２７は、図４中矢印Ｓ４で示す時計方向に回転する。

トナーホッパ２１は、一側方に開口する開口部５０ａが形成された中空の筐体５０であり、トナーホッパ２１の筐体５０の内部にトナー２２を収納している。
トナーホッパ２１の内部には、現像剤担持体２５及び供給ローラ２４が図４中矢印Ｓ５で示す反時計方向及び矢印Ｓ６で示す時計方向に回転自在に支持されている。
現像剤担持体２５は、回転方向の一部がトナーホッパ２１の筐体５０の開口部５０ａから露出して感光体ドラム２７に対向している。

現像剤担持体２５の周面２５ａには、一端２６ａをトナーホッパ２１内に固定された現像剤量規制ブレード２６の他端２６ｂが当接している。

トナーホッパ２１は、トナー２２を収容するトナー溜めである。
本発明の第２実施例では、トナー２２を現像剤担持体２５へ供給するための現像剤供給部材として、トナーホッパ２１内に現像剤担持体２５の周面２５ａに対向して供給ローラ２４を配置している。

トナーホッパ２１内に配置されたコロナ帯電器２８は、導電性を有する金属板からなるシールドケース２８ｂ、メッシュ状のグリッド板２８ｃ、及び電極２８ａからなる。
コロナ帯電器２８の電極２８ａとしては、金属ワイヤであることが好ましい。

トナーホッパ２１の内部には、現像剤担持体２５と反対側の供給ローラ２４の近傍にアジテータ２３が回転自在に支持されている。

次に、以上のように構成した現像装置を備えた画像形成装置の動作について説明する。
まず、現像剤担持体２５表面に供給ローラ２４によりトナーホッパ２１内のトナー２２が供給される。

また、現像剤量規制ブレード２６が現像剤担持体２５に当接して現像剤担持体２５上のトナー２２を薄層化すると共に、現像剤担持体２５付近のトナー２２に摩擦帯電により電荷を付与する。

さらに、トナーホッパ２１内の現像剤担持体２５付近のトナー溜め部２１ａのトナー２２は、コロナ帯電器２８によって現像剤担持体２５表面に付着する前に充分に帯電される。

本発明の第２実施例では、現像剤量規制ブレード２６の層圧を低くしても、コロナ帯電器２８によってトナーホッパ２１内の現像剤担持体２５付近のトナー溜め部２１ａのトナー２２を充分に帯電することができる。

現像剤担持体２５表面に薄層化されて付着したトナー２２は、現像剤担持体２５の回転によりトナーホッパ２１外の感光体ドラム２７に搬送され、感光体ドラム２７と現像剤担持体２５との接触時に、感光体ドラム２７上に形成された静電潜像に付着してトナー像が得られる。

コロナ帯電器２８は、長時間稼動すると、電極２８ａの部分がトナー（主に逆帯電トナー）によって汚れ、トナー２２への安定した帯電ができなくなる。
そこで、逆帯電トナーと同じ極性のバイアス、即ち、通常のトナー２２の電荷と反対のバイアスをかけることによって、コロナ帯電器２８の電極２８ａの逆帯電トナーによる汚れを取り除く必要がある。
但し、電圧は帯電バイアスよりも低く設定する必要がある。
例えば、図２に示すような、通紙時は、トナー溜め部２１ａのトナー２２を帯電させるための帯電バイアスをコロナ帯電器２８に印加し、非通紙時（紙間）は、第１のクリーニング手段１３がコロナ帯電器２８の電極２８ａの汚れを取るための正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスをコロナ帯電器２８に印加することによって、コロナ帯電器２８の電極２８ａの汚れを取り除いてトナー２２への安定した帯電が可能となり、コロナ帯電器２８によるトナー２２の帯電と第１のクリーニング手段１３によるコロナ帯電器２８の電極２８ａのクリーニングの役割を効率良く分けることができる。

また、図３に示すような、第２のクリーニング手段１４のコロナ帯電器２８の電極２８ａに当接するクリーニング部材１５を相対移動させてコロナ帯電器２８の電極２８ａの汚れを清掃することもできる。

さらに、図３に示すような、第２のクリーニング手段１４のクリーニング部材１５をワイヤ１８の走行によりコロナ帯電器２８の電極２８ａと接触しながら相対移動させる構成、若しくは、図２に示すような、第１のクリーニング手段１３が非通紙時に正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスをコロナ帯電器２８に印加する構成の併用によって、コロナ帯電器２８の電極２８ａの汚れを清掃し、コロナ帯電器２８によるトナー２２への帯電を安定化させることができる。

以上のことにより、トナーを低ストレスに充分に帯電できる現像装置となるので、長期に亘って良好な画像形成を行うことが可能であると共に、細線もシャープに再現できる高解像度な画像を安定して得ることができる。

本発明の第１実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図。 本発明の第１実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置の通紙時及び非通紙時におけるコロナ帯電手段の動作を示すシーケンス図。 本発明の第１実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置における第２のクリーニング手段の構成を示す正面図。 本発明の第２実施例に係る現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図。 従来の現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図。

符号の説明

１ 感光体ドラム（静電潜像担持体）
１ａ 周面
２ 帯電ローラ
３ 信号光
４ トナーホッパ（トナー溜め）
４ａ トナー溜め部
５ 非磁性一成分トナー
６ 電極ローラ
６ａ 周面
７ 記録紙
８ 転写ローラ
９ スクレーパ（トナー除去手段）
９ａ 一端
９ｂ 他端
１０ 電極電源
１１ 回転部材
１２ コロナ帯電器（コロナ帯電手段）
１２ａ 電極
１２ｂ シールドケース
１２ｃ グリッド板
１３ 第１のクリーニング手段
１４ 第２のクリーニング手段
１５ クリーニング部材（清掃部材）
１６ 清掃部材走行手段
１７ プーリ
１８ ワイヤ
２１ トナーホッパ（トナー溜め）
２１ａ トナー溜め部
２２ 非磁性一成分トナー
２３ アジテータ（トナー攪拌手段）
２４ 供給ローラ（現像剤供給部材）
２５ 現像剤担持体
２５ａ 周面
２６ 現像剤量規制ブレード（層規制ブレード）
２６ａ 一端
２６ｂ 他端
２７ 感光体ドラム（静電潜像担持体）
２７ａ 周面
２８ コロナ帯電器（コロナ帯電手段）
２８ａ 電極
２８ｂ シールドケース
２８ｃ グリッド板
４０ 筐体
４０ａ 開口部
５０ 筐体
５０ａ 開口部

Claims (6)

1. 静電潜像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像する現像装置において、
   前記静電潜像担持体の周面に対向して配置され、前記トナーを収容するトナー溜めと、前記トナー溜めの内部に配置され、前記静電潜像担持体近辺のトナー溜め部の前記トナーを帯電させるコロナ帯電手段と、前記コロナ帯電手段の電極の汚れを清掃する第１のクリーニング手段とを具備し、前記トナー溜め内部に配置された前記コロナ帯電手段は、通紙時にはトナーに正規の帯電を付与する帯電バイアスを印加し、また、前記第１のクリーニング手段は、正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスを前記コロナ帯電手段に印加してコロナ帯電手段をクリーニングすることを特徴とする現像装置。
2. 上記第１のクリーニング手段は、非通紙時に正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスを上記コロナ帯電手段に印加してコロナ帯電手段をクリーニングする請求項１に記載の現像装置。
3. 上記第１のクリーニング手段とは別の上記コロナ帯電手段の電極の汚れを清掃する第２のクリーニング手段を具備しており、前記第２のクリーニング手段は、前記コロナ帯電手段の電極に当接する清掃部材と、前記清掃部材を前記コロナ帯電手段の電極に対して相対移動させる清掃部材走行手段とを有し、前記第１のクリーニング手段によるクリーニングバイアスの印加時に前記コロナ帯電手段の電極に当接する前記清掃部材を前記清掃部材走行手段により相対移動させてコロナ帯電手段をクリーニングする請求項１に記載の現像装置。
4. 上記第１のクリーニング手段は、正規の帯電動作時と逆極性の放電開始電圧以下のクリーニングバイアスを上記コロナ帯電手段に印加してコロナ帯電手段をクリーニングし、上記第２のクリーニング手段は、前記第１のクリーニング手段による前記クリーニングバイアスの印加時に前記コロナ帯電手段の電極に当接する上記清掃部材を上記清掃部材走行手段により相対移動させてコロナ帯電手段をクリーニングする請求項１または３に記載の現像装置。
5. 上記コロナ帯電手段の電極は、金属ワイヤである請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置。
6. 上記トナーとして、非磁性一成分トナーを用いる請求項１に記載の現像装置。

Images