JP4357855B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置及び該画像形成装置に採用される現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記画像形成装置に採用される現像装置として、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を用いた２成分現像装置が知られている。２成分現像装置では、２成分現像剤中の磁性キャリアとトナーとが摩擦帯電することで互いに異なる所定の極性に帯電する。所定の極性に帯電したトナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤は、磁界発生手段を内包した回転する現像剤担持体上に磁力により担持され、像担持体と対向する現像領域に搬送される。そして、現像剤担持体と像担持体との間に形成される電界により、現像剤担持体上の２成分現像剤から帯電したトナーを像担持体上の潜像に供給してトナー像化する。２成分現像装置では、このように磁性キャリアを用いてトナーを帯電させているので、トナーの帯電が安定し画質が安定するという長所があると共に、耐久性にも優れており、広く用いられている。なお、２成分現像装置では、現像剤中の磁性キャリアはトナーを所定の極性に帯電させる帯電材としての機能と、現像剤担持体上に磁力で担持されるための磁性材としての機能とを有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記２成分現像装置では、像担持体の非画像部に、現像剤担持体上からトナーとは逆極性に帯電した磁性キャリアが付着してしまうキャリア付着という現象が発生し、画像品質を劣化させてしまうことがあった。特に、近年の高密度化、高画質化、カラー化の流れに伴い、非画像部に付着した磁性キャリアは視覚的に目立つようになり、画像品質上重要な問題となってきている。また、像担持体に付着した磁性キャリアが像担持体を傷つけてしまい、この傷により画像品質が劣化するという問題もある。
【０００４】
本発明は上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナーとトナーを帯電させる帯電材とからなる現像剤を用いて像担持体上の潜像をトナー像化する現像装置および画像形成装置において、像担持体上への帯電材の付着を低減し、高品位な現像をおこなうことのできる現像装置および画像形成装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、上記メッシュが、上記像担持体に対向する側が金属材料で、反対側が有機樹脂材料からなる二重構造であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記メッシュの有機樹脂材料から成る部分の孔の開口が、金属材料からなる部分の孔の開口より大きいことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、上記メッシュが金属材料より形成され、表面に絶縁膜の保護膜を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記メッシュの厚み方向において上記像担持体に対向する面に近づくにつれ孔が広がるよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、上記メッシュが金属材料からなるメッシュと有機樹脂材料からなるメッシュとを張合わせて形成したもので、該有機樹脂材料からなるメッシュの孔の大きさを該金属材料からなるメッシュの孔の大きさ以上とすることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、上記メッシュが有機樹脂材料から成り、表面に金属膜を形成したものであることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか一の現像装置において、該メッシュの開口率が２０〜７０％であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか一の現像装置において、上記メッシュの孔の長さＬおよび幅Ｗと、トナーの平均粒径ｒと帯電材の平均粒径Ｒとの関係が６ｒ≧Ｗ、かつ、２Ｗ≦Ｒであることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、上記メッシュが回転する管状メッシュであることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項９の現像装置において、上記管状メッシュを上記像担持体に接触させて該像担持体上の潜像をトナー像化することを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の現像装置において、上記管状メッシュと上記像担持体との接触幅を調整できるよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項９の現像装置において、上記管状メッシュを上記像担持体と間隙を持って配置した状態で該像担持体上の潜像をトナー像化することを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項９乃至１２の何れか一の現像装置において、上記管状のメッシュが管状の内側メッシュと管状の外側メッシュとを空隙を持って配設した二重管状メッシュであることを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項９乃至１３の何れか一の現像装置において、上記管状のメッシュの上記像担持体と対向する領域以外の領域に、該管状のメッシュと対向するようにトナー飛散防止電極を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項９乃至１４の何れか一の現像装置において、現像剤を収容し、上記管状のメッシュ内部と両側端部で連通する現像剤収容部と、該現像剤収容部内の現像剤を攪拌搬送しながら一方の側端部より該メッシュ内に送り込む第２の現像剤攪拌搬送部材とを備え、該メッシュ内の現像剤攪拌搬送部材が該メッシュ内の現像剤をもう一方の側端部より該現像剤収容部内に送り込むように構成し、該現像剤収容部と該メッシュ内部の現像剤を該両側端部を介して循環搬送させるよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、上記メッシュ内に上記現像剤を攪拌搬送しながら帯電させる現像剤攪拌搬送部材を備え、該現像剤攪拌搬送部材にバイアス電圧を印加して該現像剤攪拌搬送部材と該メッシュとの間に該現像剤中の帯電したトナーが該メッシュに向かうような電界を形成し、該電界により該現像剤中の帯電したトナーを該メッシュに向かって移動させるよう構成し、上記像担持体と対向する開口部に上記メッシュを設け、上記現像剤攪拌搬送部材を備えた第１の現像剤収容部と、該第１の現像剤収容部と両側端部で連通し、現像剤を攪拌しながら帯電させる第２の現像剤攪拌搬送部材を有する第２の現像剤収容部とを備え、該現像剤攪拌搬送部材により該第１の現像剤収容部内の現像剤を攪拌搬送しながら一方の側端部より該第２の現像剤収容部に送り込み、該第２の現像剤収容部内の現像剤を該第２の現像剤攪拌搬送部材により攪拌搬送しながらもう一方の側端部より該第１の現像剤収容部に送り込むことで、該第１の現像剤収容部と該第２の現像剤収容部内の現像剤を該両側端部を介して循環搬送させると共に、該第１の現像剤収容部側から該メッシュ内側に沿って該第２の現像剤収容部側に現像剤が流入するよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１７の発明は、請求項１６の現像装置において、上記メッシュを上記像担持体に対して傾斜して配置したことを特徴とするものである。
また、請求項１８の発明は、請求項１６の現像装置において、上記メッシュが上記該像担持体の曲率とほぼ同じ曲率をもつことを特徴とするものである。
また、請求項１９の発明は、請求項１５乃至１８の何れか一の現像装置において、上記循環搬送される現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサを備え、該トナー濃度センサの検知結果に基づき、現像剤にトナーを補給するよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２０の発明は、像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像をトナー像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、上記現像装置として請求項１乃至請求項１９の何れか一の現像装置を採用することを特徴とするものである。
また、請求項２１の発明は、請求項２０の画像形成装置において、上記現像装置が画像形成装置本体に脱着可能なカートリッジの形態であることを特徴とするものである。
【０００６】
上記現像装置及び画像形成装置においては、メッシュに印加したバイアスにより形成される電界によりメッシュ内の現像剤中の帯電したトナーを静電的に吸引し、メッシュの孔を通して像担持体に向かって放出させる。ここで、メッシュの孔はトナーの平均粒径よりも大きく、且つ、帯電材の平均粒径よりも小さくしているので、トナーはメッシュの孔を通過して像担持体側に向かうことができるが、帯電材はメッシュの孔を通過することが難しい。そこで、像担持体への現像剤中の帯電材の付着を低減させることができる。なお、この現像装置では、従来の２成分現像装置のように、現像剤を磁力により担持して現像領域に搬送する現像剤担持体を用いておらず、メッシュ内に収容した現像剤から帯電したトナーを放出させる。すなわち、現像剤を現像剤担持体上に磁力で担持させることがないので、現像剤中の帯電材は磁性を有する必要がなく、単にトナー所定の極性に帯電させる機能を有するものであればよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を電子写真式の画像形成装置に適用した実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は像担持体としてのドラム状の感光体１の周辺に、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置等を順に配設している。帯電装置としては、感光体１に接触する帯電ローラ２を備えている。露光装置としては、画像情報に基づきレーザー光線を照射する光書き込みユニット３を備えている。転写装置としては、転写搬送ベルト６を備えている。クリーニング装置としては、感光体１に接触するクリーニングブレード７を備えている。また、図示しない給紙トレイより転写体としての転写紙を給紙する図示しない給紙搬送装置と、トナー像を転写された転写紙にトナーを転写紙に定着する図示しない定着装置とを備えている。
【０００８】
このように構成された画像形成装置では、回転する感光体１の表面は帯電ローラ２により一様に帯電された後、画像情報に基づき光書き込みユニット３よりレーザー光線を照射され、感光体１上に潜像を形成する。そして、感光体１上に形成された潜像に現像装置４より帯電したトナーを供給して付着させることでトナー像を形成する。一方、転写紙は図示しない給紙トレイより給紙搬送装置により転写搬送ベルト６に担持されるよう給紙され、転写搬送ベルト６により感光体１と対向する転写部に搬送される。転写部では、転写搬送ベルト６を介して転写紙に感光体１上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体１上に形成されたトナー像を転写紙へ転写する。次いで、転写紙は転写搬送ベルト６から分離され、図示しない定着装置に送られてトナー像を転写紙に定着された後、機外に排出される。なお、転写されなかった感光体１上の残留トナーは、クリーニングブレード７により感光体１から除去される。
【０００９】
なお、上記画像形成装置では、負極性に帯電した感光体１と、ネガポジ現像方式を採用している。すなわち、感光体１表面は負極性に均一帯電され、画像部にレーザー光線を照射することで画像部が負極性の電位が減衰した状態の潜像を形成する。そして、感光体１上の負極性の電位が減衰した画像部に、現像装置４より負極性に帯電したトナーを供給することで現像をおこなうものである。以下、本実施形態ではこの方式を用いて説明するが、感光体の帯電極性、現像方式はこれに限るものではない。
【００１０】
次に、現像装置４について詳しく説明する。
現像装置４は、感光体１と対向するよう金属材料からなる回転する管状のメッシュ４１が設けられおり、メッシュ４１内にトナー４８とトナー４８を所定の極性に帯電させる帯電材としてのキャリア４９とを含む現像剤５０が収容されている。メッシュ４１の孔は、収容されるトナー４８の平均粒径よりも大きく、かつ、キャリア４９の平均粒径よりも小さいものとする。具体的には、トナー４８は平均粒径４〜１０μｍのもの、キャリア４９は平均粒径５０〜１００μｍのものを用い、メッシュ４１は孔径が２０〜３０μｍのものを用いた。また、メッシュ４１内に収容された現像剤５０を攪拌搬送するためのスクリュウ４２を設けた。また、メッシュ４１と感光体１との間にトナー４８が感光体１の画像部に向かうような現像電界を形成するためにメッシュ４１に現像バイアスを印加するための電源５５を設けた。
【００１１】
上記構成の現像装置４では、回転する管状のメッシュ４１内に収容される現像剤５０中のトナー４８とキャリア４９とは、メッシュ４１内のスクリュウ４２により攪拌されることで摩擦帯電し、互いに異なる所定の極性に帯電する。具体的にはトナー４８は負極性、キャリア４９は正極性に帯電する。ここでスクリュウ４２はメッシュ４１内に収容されるトナー４８とキャリア４９とを帯電させる帯電手段としての機能を有している。
【００１２】
図２に、現像装置４の現像部のモデル図を示す。メッシュ４１に電源５５より印加した現像バイアスによりメッシュ４１と感光体１との間には、負極性に帯電したトナー４８を感光体１の画像部に移動させる現像電界を形成している。この現像電界により、メッシュ４１内の帯電したトナー４８は吸引され、回転するメッシュ４１の孔を通してメッシュ４１より放出され感光体１の画像部に向かって移動する。詳しくは、図２に示すように、メッシュ４１近傍のキャリア４９に付着しているトナー４８が、上記現像電界により吸引されキャリア４９と分離しメッシュ４１の孔を通して放出される。さらに、メッシュ４１近傍では、クラウド状態になっているトナー４８もある。これは、静電的にキャリア４９に付着しているトナー４８がスクリュウ４２により攪拌搬送されてメッシュ４１と接触する際、キャリア４９より引き剥がされて遊離したものである。これらのトナー４８はキャリア４９からうける静電的拘束力がないため、上記現像電界によりメッシュ４１の孔を通して放出されやすい。これらのメッシュ４１より放出されたトナーが感光体１の画像部に向かって移動する。そして、トナーが感光体１上の画像部に付着することで、感光体１上の潜像がトナー像化される。ここで、メッシュ４１の孔はトナー４８の平均粒径よりも大きく、且つ、キャリア４９の平均粒径よりも小さいので、トナー４８はメッシュ４１の孔を通過することができるが、キャリア４９はメッシュの孔を通過しにくい。そこで、キャリア４９が感光体１に付着を低減しつつ、トナー４８を感光体１上に供給することができる。
【００１３】
また、メッシュ４１近傍でクラウド状態になったトナー４８のうち現像に供されなかったものの中には、メッシュ４１の孔に付着してしまうものがある。このメッシュ４１の孔に付着したトナー４８は、スクリュウ４２により新たに搬送されたキャリア４９に再付着して再び現像剤５０中に取り込まれる。そこで、クラウド状態のトナー４８がメッシュ４１に付着し続けてしまうことを抑制できる。このように、メッシュ４１近傍では、トナー４８のクラウド化、キャリア４９への再付着が継続しておこなわれる。これにより、現像効率を向上させると共に、メッシュ４１の孔の目詰まりを抑制することができる。
【００１４】
また、メッシュ４１に印加するバイアスとしては、直流バイアスまたは直流に交流を重畳したバイアスを用いることができる。このようなバイアスを印加することで、メッシュ４１内のトナー４８はメッシュ４１と感光体上１との間に形成されるの電界により静電的に吸引し、メッシュ４１の孔を通過させ、感光体１に向かって放出されることができる。特に、直流に交流を重畳したバイアスを印加した場合は、メッシュ４１内のトナー４８を振動させながら電界吸引すると共に、感光体１との間でトナー４８が往復しながら現像することで、効率よく、高繊細な画像が得られる。
【００１５】
さらに、図１、図３に示すように、スクリュウ４１に、帯電したトナー４８がメッシュ４１に向かうような電界を形成するバイアスを印加する。このようなバイアスを印加することで、メッシュ４１内の現像剤から帯電したトナー４８がメッシュ４１近傍に向かって移動する。そして、上記メッシュ４１と感光体１との間に形成された電界により吸引され、メッシュ４１の孔を通過して感光体１の画像部に向かって放出される。このように、メッシュ４１内部のからメッシュ４１近傍へ帯電したトナー４８を移動させることで、トナー４８は上記メッシュ４１と感光体１との間に形成された電界による影響をうけやすくなり、現像効率を向上させることができる。
【００１６】
ここで、図１、図３の現像装置では、メッシュ４１は回転する管状のものを用いている。この管状のメッシュ４１内の現像剤５０は、自重により落下しながらメッシュ４１の回転に伴い回動する。この現像剤の動きにより、メッシュ４１内での現像剤５０の攪拌が促進され、現像剤５０が均一化される。そこで、現像時にトナー消費の有無の差があっても、メッシュ４１が一回転する間に充分に現像剤を均一な状態にすることができ、残像等の不具合がおきる虞を少なくすることができる。
【００１７】
上記現像装置４においては、メッシュ４１を感光体１と間隙をもって対向させ、メッシュ４１内の現像剤５０より帯電したトナー４８をメッシュ４１の孔を通して放出させ、感光体１上の潜像をトナー像化している。一方、メッシュ４１を感光体１とを接触させて、メッシュ４１内の現像剤５０より帯電したトナー４８をメッシュ４１の孔を通して放出させ、感光体１上の潜像をトナー像化しても良い。この場合、感光体１と接触するメッシュ表面は有機樹脂材料等からなる絶縁性の保護膜を有していることが必要になる。メッシュ４１の詳しい材質については、後で詳しく説明する。このような接触型の現像装置４では、図４に示すように、メッシュ４１が弾性を有し、感光体１との接触幅である現像ニップを調整できるよう、メッシュ４１の押し圧を調整する機構を有することが好ましい。接触型の現像装置では、非接触型の現像装置に較べ、高効率で、潜像に忠実な繊細な画像が再現できる。また、非接触型の現像装置は、接触型の現像装置に較べ、多色の重ね合わせ現像への対応性が優れている。このように、接触型、非接触型ともそれぞれメリットを有している。
【００１８】
また、現像装置４においては、上記クラウド状態のトナー４８がメッシュ４１に付着したり、または、メッシュ４１と接触する現像剤５０でメッシュに付着したりしまうものがある。このため、メッシュ４１を目詰まりさせてしまう虞がある。そこで、図２１（ａ）、（ｂ）にしめすように、メッシュ４１に超音波振動や任意の周期の振動をメッシュ４１の水平方向、垂直方向、または水平方向・垂直方向両方に与えるようにする。これにより、メッシュ４１へのトナーの目詰まりをさらに抑制することができる。振動の大きさとしては、振幅１〜１０μｍのもので優れた効果が認められた。
【００１９】
さらに、図１にしめすように、現像装置４では、管状のメッシュ４１内部と現像装置４手前側及び奥側で連結する現像剤収容部５１を備えている。現像剤収容部５１は、その内部に現像剤５０を収容し、この現像剤５０を攪拌搬送するための第２スクリュウ５２を備えている。現像剤収容部５１内部の現像剤５０は、第２スクリュウ５２により攪拌されながら任意の一方向に搬送される。と同時に、メッシュ４１内部の現像剤５０もスクリュウ４２により攪拌されながら、上記任意の一方向とは逆の方向に搬送される。そして、現像装置４の手前側または奥側のどちらかで、現像剤収容部５１よりメッシュ４１内部に現像剤５０を送り渡し、その反対側でメッシュ４１内部より現像剤収容部５１に現像剤５０を送り渡している。すなわち、メッシュ４１内部の現像剤５０と現像剤収容部５１内の現像剤は循環搬送されている。ここで、現像剤収容部５１は、第２スクリュ５２により現像剤を攪拌することで、摩擦帯電によりトナー４８とキャリア４９とを互いに所定の逆極性に帯電させる帯電手段としての機能を有している。このようにメッシュ４１の外に帯電手段を設け、帯電させた現像剤をメッシュ４１内に搬送することで、メッシュ４１内のトナー４８の帯電を安定させることができる。なお、帯電手段としては、簡易なものとして上記第２スクリュウ５１を挙げたが、これに限られるものではなく、現像剤を帯電させる機能を有するものであればよい。
【００２０】
また、循環搬送される現像剤５０のトナー濃度を検知するために、現像剤収容部５１の底面に色調センサまたは透磁気センサ等のトナー濃度センサ５３を設けた。また、現像剤収容部５１に新しいトナーを補給するためのトナー補給口５６を設ける。そして、このトナー濃度センサ５３に検知されたメッシュ４１内に搬送される現像剤５０のトナー濃度に基づき、現像剤５０が適当なトナー濃度範囲になるよう新しいトナー４８を補給する。補給されたトナー４８は、第２スクリュウ５２により現像剤収容部５１中で攪拌されながら、メッシュ４１内へ送り込まれる。
【００２１】
また、この画像形成装置では、感光体１上の転写残トナーをクリーニングブレード７で回収した物をリサイクルトナーとし、新しいトナーと混合して、上述のように現像剤収容部５１に補給するトナーリサイクルをおこなってもよい。この場合に、リサイクルトナーに紙紛やダスト等が混入してしまうことが多い。紙紛やダスト等がトナーと共に現像されると品質が劣化してしまうという欠点がある。しかし、一般的には紙紛やダストのほとんどは、トナーに較べ非常に大きく、上記現像装置４のメッシュ４１の孔を通過することができない。そこで、リサイクルトナーを用いた場合でも、紙紛やダスト等がトナーと共に現像される虞は少なく、高品位な画像を得ることができる。
【００２２】
次に、本実施形態の現像装置４に用いられる現像剤５０について詳しく説明する。この現像剤５０は、トナー４８と及びトナー４８を所定の極性に帯電させるキャリア４９とからなる。このキャリア４９は、従来の２成分現像装置のように、現像剤を磁力で現像剤担持体に担持させる必要がないので、磁性を有する必要がなく、単にトナー４８を摩擦帯電にて所定の極性に帯電させる帯電材としての機能を有するものであればよい。
【００２３】
キャリア４９としては、表面が帯電機能を有し、体積固有抵抗が１０^１２［Ω・ｃｍ］以下の低抵抗または導電性のものを用いることが好ましい。低抵抗または導電性のキャリア４９としては、図１６に示すように、中心材料として低抵抗または導電性の材料を用い、その表面にトナー４８を帯電させるようにトナー材料との帯電序列から選択される有機材料を薄膜コートする。中心材料としては、金属、金属酸化物半導体、有機半導体、ＳｉＯ、金属酸化物半導体と有機材料とを組み合わせたもの等が挙げられる。また、有機材料としては、例えばシリコーン系、ポリイミド系、テフロン（登録商標）系、ナイロン系等があげられ、これらの適宜選択または混合して組成した樹脂を用いる。これらの中心材料と薄膜コート用の有機材料との膨張係数がなるべく近くなるように選択する。これは、それぞれの膨張係数に大きなさがあると、薄層コートが剥離しやすいためである。また、膨張係数が近くしにくい場合は、中心材料と薄層コート層の間に、両者の膨張形数の中間の中間膜を設けても良い。また、効率よくトナーを帯電させるために、キャリア４９の比重をトナー４８にあわせて適宜調整する。具体的には、トナー４８として比重１．０２〜１．３程度のものを用いた場合、キャリア４９の比重は３〜７の範囲とすることが好ましい。
【００２４】
このような低抵抗または導電性のキャリア４９を用いると、メッシュ４１またはスクリュウ４２に印加されたバイアス電圧が、これらと接触するキャリア４９に注入され、キャリア４９自体が電極となって、キャリア４９近傍のトナー４８を感光体１に向かわせるような電界を形成する。そこで、メッシュ４１内からトナー４８の放出が促進され、現像効率を向上させることができる。また、低抵抗または導電性のキャリア４９を絶縁性キャリアと混合して用いても、見掛け抵抗が小さくなるため、同様の効果を得られる。
【００２５】
また、現像剤５０にトナー４８を補給して画像形成を行っていく場合には、高耐久化したキャリアを用いると、長期間にわたり適正な帯電が行われ、高品位な画像を維持することができる。従来はキャリアとして、上述のように中心材料に帯電序列から選択される薄層コートをおこなったものが多く用いられている。代表例としては、図２０（ａ）に示すようにフェライトに帯電機能材料としてのシリコーン樹脂等を２〜５μｍコートしたものがあげられる。これに対し、高耐久化したキャリアとしては、図２０（ｂ）に示すように、帯電序列から選択される有機材料の有機樹脂単一構成のものを用いる。例えば、シリコーン系、ポリイミド系、テフロン（登録商標）系、ナイロン系等の単体有機樹脂、または、これらの混合組成樹脂のボールキヤリアを用いることもできる。また、これら有機樹脂キヤリアに無機材料の帯電序列が整合された材料を混合して、耐久性と帯電効率を向上させることもできる。これらの高耐久キャリアは、単一材料のため、長期使用により摩耗しても、コート層が無くなり帯電機能が劣るというおそれがない。そこで、長期間の渡り補給されたトナーを適正帯電し続けることが可能である。
【００２６】
また、上記現像装置４では、回転管状のメッシュ４１の感光体１と対向する領域以外の領域においても、クラウド状のトナー４８が浮遊し、トナーが飛散してしまう虞がある。そこで、図１に示すように、回転管状のメッシュ４１の感光体１と対向する領域以外の領域において、メッシュ４１と空隙を介して対向するようトナー飛散防止電極５４を設置する。このトナー飛散防止電極５４にはトナー４８と同極性の電圧を印加して、トナー４８がメッシュ４１を通してトナー飛散防止電極５４側に移動しないようにすることができる。また、トナー飛散防止電極５４にトナー４８と異極性の電圧を印加して、飛翔トナーを吸着させてもよい。
【００２７】
次に、上記現像装置４に使用されるメッシュ４１について詳しく説明する。
メッシュ４１は金属材料からなり、金属膜（板）のエッチングやエレクトロホーミング（電鋳）で容易に安価に形成される。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にエッチングによるメッシュ形成工程を示す。まず、図７（ａ）に示すように、ＳＵＳ等の金属膜にレーザー加工の微細加工を施した設計孔のパターンをレジストで形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、ＦｅＣＬ３等により、エッチングを行ない、孔を形成する。さらに、図７（ｃ）に示すように、レジストを剥離し、メッシュ４１が完成する。また、図８（ａ）、（ｂ）にエレクトロホーミングによるメッシュ形成工程を示す。また、細線ワイヤーの編む形成工程も可能である。
【００２８】
このようにして形成されたメッシュ４１の剛性としては、高弾性を有するものであり、摩耗耐久性も併せて備えたものが好ましい。メッシュ４１の孔の形状は、丸形、楕円形、四角形、長方形、星形、異形等のものを採用することができる。なお、以下、図７（ｃ）に示すように、メッシュの孔を楕円形状とし、長手方向の開口の大きさを孔の長さＬとし、感光体１の回転方向に関する開口の大きさを項の幅Ｗとして説明する。ここで、メッシュの厚さをＴは、２０〜１５０μｍ、さらに好ましくは３０〜８０μｍである。このとき、厚さをＴと、長さＬと、幅Ｗとの関係が、５００Ｗ≧Ｌ、かつ、Ｗ／５≦Ｔ≦３Ｗの範囲であることが好ましい。これは、孔の長さＬと、幅Ｗが５００Ｗ≧Ｌであると、メッシュが金属膜としての剛性と孔形状を両立して確保できるためである。また、幅Ｗと厚さＴとの関係がＷ／５≦Ｔ≦３Ｗでは金属膜としての平面性や曲率加工が確保できるためである。これにより、メッシュ４１の剛性による、ボビン形状や平板の真直性、接触変形と形状回復を機能させることができる。
【００２９】
また、メッシュの開口率は、２０〜７０％の範囲とすることが好ましい。これは、現像する画像が黒ベタの時、ムラ無くその放出量を確保するために必要であることが実験的に確認された。
【００３０】
メッシュの孔４１は、上述のように、トナー４８の平均粒子径ｒよりも大きく、キャリア４９の平均粒径Ｒよりも小さいことが必要であるが、さらに、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、６ｒ≧Ｗ、かつ、２Ｗ≦Ｒとすることが好ましい。トナー４８の平均粒子径ｒに対して６ｒ≧Ｗとすることで、上述のようなクラウド状のトナーによるメッシュの目詰まりがおこり難くなり、メッシュ４１の孔を通してトナー４８を容易に放出し続けることができる。また、キャリア４９の平均粒子Ｒに対して２Ｗ≦Ｒとすることで、キャリア４９の粒径分布や、連続使用でキャリア４９が摩耗、小粒径化したときにも、メッシュ４１の孔を通過しないように対応できるよう余裕度を持たせている。
【００３１】
また、メッシュ４１は、上記金属材料の他、図１０で示すように、感光体１と対向する面が金属材料４４からなり、現像剤５０と接触する面が有機樹脂４５からなる二重構造のものとしてもよい。このような構造のメッシュでは、キャリアと接触する部分が有機材料であるので、メッシュとの接触、摩擦によるキャリアの劣化が金属材料に較べて小さく、耐久性を向上させることができる。さらに、図１１に示すように、有機材料から成る孔の開口が金属材料から成る孔の開口部よりも大きく、有機材料のメッシュ部４５が、金属材料のメッシュ部４４よりも狭く内側になり、エッジ部が金属になるようにする。メッシュ４１の金属材料部４４にはメッシュ４１内部の現像剤から帯電したトナーがメッシュ４１の孔を通って感光体１に向かうような電界を形成するバイアス電圧が印加されおり、このようにメッシュ４１の開口を形成する部分のエッジを金属にすることでメッシュ４１内の現像剤に対して電界の影響を与える、いわゆるバイアス効果を向上させることができる。
【００３２】
また、図１２で示すように、メッシュ４１は金属材料４４で基体が形成され、トナー４８と接触する表面が全て絶縁性の保護膜４６で覆われたものとしても良い。この保護膜は、電界強度劣化を起こさないよう０．５〜３０μｍの薄膜とし、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、ポリイミド等の材料から成るものである。図１２のような構成のメッシュ４１では、帯電したトナーと接触する表面は全て絶縁膜の保護膜で覆われており、金属材料部４４からトナー４８への電荷注入をなくすことができ、帯電量を適正に保つことができる。また、金属材料部４４とトナー４８とが接触しないので、現像剤の劣化も金属部と接触するものと較べて少なくすることができる。
【００３３】
また、図１３に示すように、メッシュ４１は、有機樹脂材料４５を基体とし、これに感光体１と対向する面に金属材料で蒸着や電鋳による金属膜４７を形成したものとしても良い。有機樹脂材料４５としては、トナー４８を帯電させる帯電能力が高い樹脂がよい。また、金属膜４７は、０．５〜５μｍの厚みの薄膜であり、金属膜４７の部分を電極とし、メッシュ４１内の帯電したトナー４８がメッシュ４１の孔を通って感光体１に向かうような電界を形成するバイアス電圧が印加されている。図１３のような構成のメッシュ４１は基体が有機樹脂材料４５であるため、フレキシブル性と弾性に優れおり、その形状復元性が大きく、外から力が加わった場合でも、その形状を安定して保つことができる。また、メッシュ４１内のトナー４８と接触することでトナー４８の帯電を促進することができる。また、メッシュ４１の感光体１と対向する金属膜４７部にバイアス電圧が印加されているので、バイアス効果を向上させることができる。よって、トナーの放出効率向上させることができる。
【００３４】
また、図１４に示すように、メッシュ４１は、有機樹脂材料のメッシュ４５と、金属材料のメッシュ４４とを張合わせで形成したものとしてもよい。有機樹脂材料４５は、トナーを帯電させる帯電能力が高い樹脂がよい。メッシュの張合わせは、加熱接合や、ホットプレスで形成される。有機樹脂材料のメッシュ４４は、そのフレキシブル性と弾性より形状復元性を有している。また、有機材料のメッシュ４５の孔は、金属材料のメッシュ４４の孔よりよりも同じか大きく、キャリア４９の平均粒径の半分以下とする。このようにすると、図１４に示すように、金属材料のメッシュ４４部が有機材料のメッシュ４５部に露出するようになる。そこで、金属材料のメッシュ４４部が露出することにより、金属材料のメッシュ４４に印加されたバイアス電圧によるバイアス効果を向上させることができる。よって、トナーの放出効率向上させることができる。
【００３５】
また、図１５に示すように、メッシュ４１は、感光体１に対向する面に向かって傾斜があり、孔径が広がる形状に形成してもよい。なお、この孔の大きさは、上述のようにメッシュの長さＬ、幅Ｗ、厚さＴとの関係が、５００Ｗ≧Ｌ、かつ、Ｗ／５≦Ｔ≦３Ｗの範囲であり、トナー４８の平均粒子径ｒ、キャリア４９の平均粒径Ｒと６ｒ≧Ｗ、かつ、２Ｗ≦Ｒの範囲とする。このように、感光体１に対向する面に向かって傾斜があることで、孔内へのトナーの付着を抑制することができる。また、開口部のバイアス効果を向上させることができ、現像効率を向上させることができる。
【００３６】
次に、現像装置４の変形例として、メッシュ４１として内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂの二つが空隙を持って配置された二重メッシュ４３を用いるものについて説明する。図５にニ重メッシュ４３の概略図を示す。この二重メッシュ４３のうち内側メッシュ４３ａ内にトナー４８及びキャリア４９を含む現像剤５０を収容する。また、メッシュ４３の孔は、内側メッシュ４３ａ、外側メッシュ４３ｂ共、収容されるトナー４８の平均粒径よりも大きく、キャリア４９の平均粒径よりも小さいものである。また内側メッシュ４３ａ内には、現像剤を攪拌するためのスクリュウ４２が設けられている。二重メッシュ４３の材質、孔の大きさ等は図１の現像装置のメッシュ４１と同じである。
【００３７】
図３の現像装置４では、内側メッシュ４３ａ、外側メッシュ４３ｂにバイアス電圧を印加して帯電したトナーが内側メッシュ４３ａから外側メッシュ４３ｂへ、外側メッシュ４３ｂから感光体１の画像部へ向かうような電界を形成する。内側メッシュ４１ａ内の現像剤５０よりトナー４８は内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４１ｂとの間に形成された電界により吸引され、内側メッシュ４３ａの孔を通過して外側メッシュ４１ｂとの間の空隙に入り蓄積される。さらに、内側メッシュ４３ｂに印加した現像バイアスにより外側メッシュ４３ｂと感光体１との間に現像電界が形成される。この現像電界により、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間の帯電したトナー４８が吸引され、外側メッシュ４３ｂの孔を通して感光体１の画像部に向かって放出され画像部に付着する。これにより、感光体１上の潜像がトナー像化される。ここで、内側メッシュ４３ａ及び外側メッシュ４３ｂの孔はトナー４８の平均粒径よりも大きく、キャリア４９の平均粒径よりも小さい。このため、トナー４８は二重メッシュ４３の孔を通過することができるが、キャリア４９は二重メッシュ４３の孔を通過することができない。そこで、キャリア４９が感光体１に付着することなくトナー４８のみを感光体１上に供給することができる。
【００３８】
また、図３の現像装置では、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間の空隙にトナー４８が蓄積されるので、トナー４８の感光体１へ供給が瞬時におこなえ、高速複写にも対応可能である。これに比較して、図１の一重のメッシュ４１を用いた現像装置では、キャリアからの帯電トナーの分離、放出に時間を要するため、高速の複写速度には即応性にかける場合がある。
【００３９】
また、外側メッシュ４３ｂに印加するバイアスとしては、直流バイアスまたは直流に交流を重畳したバイアスを用いることができる。このようなバイアスを印加することで、メッシュ４１内のトナー４８はメッシュ４１と感光体上１との間に形成されるの電界により電界吸引し、メッシュ４１の孔を通過させ、感光体１に向かって放出されることができる。特に、直流に交流を重畳したバイアスを印加して交互電界を形成した場合は、メッシュ４１内のトナー４８を振動させながら電界吸引すると共に、感光体１との間でトナー４８が往復しながら現像することができる。これにより、現像効率よく、高繊細な画像が得られる。
【００４０】
ところで、二重メッシュ４３を用いる現像装置では、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの空隙に蓄積されるが、トナー４８の消費が少なく、大量に蓄積されると造粒やメッシュへのトナー固着等が発生する場合がある。このため、トナー４８の移動が困難になる場合がある。そこで、外側メッシュ４３ｂと内側メッシュ４３ａとの間に交互電界を形成するように、現像バイアスとして直流の矩形波または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加するようにしてもよい。二重メッシュ４３間にこのような電界が形成されると。帯電トナーは常時振動したり内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂ間を移動したりする。このため、トナーの造粒やメッシュへの固着を抑制することができる。
【００４１】
この二重メッシュ４３を用いた現像装置においても、二重メッシュ４３に超音波振動や任意の間隙周期の振動を与えることで、二重メッシュ４３へのトナーの目詰まりを抑制することができる。また、二重メッシュ４３の外側メッシュ４３ｂを感光体１と間隙をもって対向させて現像する非接触型、外側メッシュ４３ｂを感光体１に接触させて現像する接触型いずれも可能である。
【００４２】
次に、現像装置４の他の変形例として、上記回転管状のメッシュ４１の代わりに、他の形状のメッシュを用いたものについて説明する。図１６に現像装置の他の例をしめす。図１６の現像装置４は、感光体１と対向する開口部に平板状のメッシュ４５を有している。メッシュ４５の内側には現像剤５０を収容する第１の現像剤収容部５７と、第１の現像剤収容部５７内の現像剤５０中を攪拌搬送して所定の極性に帯電させるスクリュウ４２とを備えている。また、第１の現像剤収容部５７と両側端部で連通する第２の現像剤収容部５８と、第２の現像剤収容部５８内の現像剤５０を攪拌しながら帯電させる第２の現像剤攪拌搬送部材としての第２スクリュウ５２とを備えている。この現像装置４においても、上記図１の現像装置４と同様、メッシュ４５と感光体１との間に帯電したトナー４８が感光体１の画像部に向かうような電界を形成するための現像バイアスをメッシュ４５に印加する。また、スクリュウ４２に、メッシュ４５内のトナー４８がスクリュウ４２からメッシュ４５側に向かって移動するような電界を形成する現像バイアスを印加する。スクリュウ４２は第１の現像剤収容部５７内の現像剤５０を攪拌搬送しながら一方の側端部より第２の現像剤収容部５８に送り込む。また、第２の現像剤収容部５８内の現像剤５０を第２スクリュウ５２により攪拌搬送しながらもう一方の側端部より第１の現像剤収容部５７に送り込む。これにより、第１の現像剤収容部５７と第２の現像剤収容部５８内の現像剤５０を両側端部を介して循環搬送させる。さらに、第１の現像剤収容部５７からメッシュ４６内側に沿って第２の現像剤収容部５８側に現像剤５０が流入するよう構成する。ここで、第２スクリュ５２は第２の現像剤収容部５８内の現像剤を攪拌搬送してトナー４８とキャリア４９とを摩擦帯電させながら第１の現像剤収容部５７内に送りこんでいるので、第１の現像剤収容部５７内トナー４８の帯電性を安定させることができる。また、メッシュ４６内部の現像剤５０を充分に均一化することがことができる。またスクリュウ４２にはバイアスが印加されているので、スクリュウ４２近傍の現像剤５０中からトナーを効率良くメッシュ近傍に移動させ、感光体１側に供給させることができる。また、第１の現像剤収容部５７からメッシュ４６内側に沿って第２の現像剤収容部５８側に現像剤５０が流入するようにすることで、現像剤５０が現像電界の影響を受けやすい位置を移動するようにし、現像効率を向上させることができる。このとき、キャリア４９はメッシュ４５の孔を通過しにくいので、感光体１へのキャリア４５が付着が低減できる。
【００４３】
また、図１７に現像装置の他の例をしめす。図１７に示す現像装置では、メッシュ４６を感光体１に対して傾斜して配置し、、メッシュ４６の内側には現像剤５０を収容する第１の現像剤収容部５７と、第２の現像剤収容部５８を鉛直方向上下に配置したものである。メッシュ４６を感光体１に対して傾斜することで、現像領域を充分確保して現像時間を長くすることもできる。これにより、高速高速複写にも対応可能である。また、第１の現像剤収容部５７と第２の現像剤収容部５８とを鉛直方向上下に配置することで、現像剤５０は自重により第１の現像剤収容部５７側からメッシュ４６内側に沿って第２の現像剤収容部５８側に落下する。これにより、現像剤５０が現像電界の影響を受けやすい位置を移動するようにし、現像効率を向上させることができる。
【００４４】
また、感光体１と対向する開口部に曲率をもつメッシュ４５を備えても良い。特に、図１８に示すように、感光体１と対向する開口部に感光体１の曲率と略同一の曲率をもつメッシュ４５を用いると、現像領域を充分確保して現像時間を長くすることができる。よって、高速にも対応することができる。
【００４５】
また、図２２に示すように、感光体１と対向する開口部に曲率をもつメッシュ４５を備えた現像装置４において、金属材料で構成されたメッシュ４６を用い、メッシュ４６の孔が横長形状の場合、曲率の湾曲した陵に沿って横長の孔が揃うようにする。このような形状にすると、メッシュ４６表面の微少な変形の発生を少なくすることができる。
【００４６】
また、これらの現像装置においては、メッシュ、メッシュ内の現像剤を攪拌するスクリュ４２、現像剤５０等を一体型のカートリッジ構造として、交換できるように構成してもよい。図２０に回転管状のメッシュ４１をカートリッジ構造としたものの概略図をしめす。また、図２１に平板のメッシュ４５をカートリッジ構造としたものの概略図をしめす。このようにすることで、メッシュ劣化、トナー消費時等に容易に交換することができる。
【００４７】
以上述べたように、本実施形態の画像形成装置によれば、感光体１に対向するようにトナー４８の平均粒径よりも大きく且つ帯電材としてのキャリア４９の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュ４１を配設する。そして、メッシュ４１内に収容した現像剤５０中の帯電したトナー４８を、メッシュ４１に印加したバイアス電圧により形成される電界により、メッシュ４１の孔を通して感光体１に向かって放出させ感光体１上の潜像をトナー像化する。ここで、メッシュ４１の孔はトナー４８の平均粒径よりも大きく且つキャリア４９の平均粒径よりも小さいため、トナー４８はメッシュ４１の孔を通って感光体１側に移動できるが、キャリア４９はメッシュ４１の孔を通過し難い。そこで、感光体１へのキャリア４９付着を低減させ、高品位な現像をおこなうことができる。
また、メッシュ４１内の現像剤５０を攪拌搬送しながら帯電させる現像剤攪拌搬送部材としてのスクリュウ４２を備えた。そして、このスクリュウ４２にバイアス電圧を印加してスクリュウ４２とメッシュ４１との間に帯電したトナー４８がメッシュ４１側に向かうような電界を形成する。この電界によりメッシュ４１内の現像剤５０から帯電したトナー４８がメッシュ４１近傍に向かって移動する。メッシュ４１近傍に移動したトナー４８は、メッシュ４１と感光体１との間に形成された電界による影響をうけやすくなる。このため、メッシュ４１内からトナー４８の放出が促進され、現像効率を向上させることができる。
また、キャリア４９としては、体積固有抵抗が１０^１２［Ω・ｃｍ］以下であるものを用いることが好ましい。このような導電性または低抵抗のキャリア４９を用いると、メッシュ４１またはスクリュウ４２に印加されたバイアス電圧が、これらと接触するキャリア４９に注入され、キャリア４９自体が電極となって、キャリア４９近傍のトナー４８を感光体１側に向かわせるような電界を形成する。そこで、メッシュ４１内からトナー４８の放出が促進され、現像効率をさらに向上させることができる。
また、メッシュとして内側メッシュ４３ａ、外側メッシュ４３ｂの二つを空隙を持って配置した二重メッシュ４３を用いてもよい。この場合は、内側メッシュ４３ａ内に現像剤５０を収容し、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間に現像剤５０中の帯電したトナーが外側メッシュ４３ｂに向かうような電界を形成する。この電界により、内側メッシュ４３ａ内の現像剤５０中の帯電したトナーが吸引され、内側メッシュ４３ａの孔を通して内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間の空隙に放出され蓄積される。さらに、外側メッシュ４３ｂと感光体１との間に形成した電界により、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間の蓄積した帯電したトナー４８が吸引され、外側メッシュ４３ｂの孔を通して感光体１に向かって放出される。この現像装置４では、メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間の空隙にトナー４８が蓄積されるので、トナー４８の感光体１へ供給が瞬時におこなえ、高速の複写速度にも対応可能である。また、キャリア４９が通過しにくい大きさのメッシュが二重になっているので、感光体１へのキャリア付着をさらに低減できる。
ところで、二重メッシュ４３を用いた場合、トナー４８の消費が少なく、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの空隙にトナー４８が大量蓄積されるとトナーの造粒やメッシュへのトナー固着等が発生しやすくなる。このため、トナー４８の移動が困難になる場合がある。そこで、外側メッシュ４３ｂと内側メッシュ４３ａとの間に交互電界を形成する。この電界により外側メッシュ４３ｂと内側メッシュ４３ａとの間で帯電したトナーを常時振動させたり、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間を移動させたりする。これにより、トナーの造粒やメッシュへの固着は抑制し、メッシュ４３ｂを通してのトナー４８の移動が阻害されることのないようにする。
また、メッシュ４１に超音波振動や任意の間隙周期の振動を与えるようにしてもよい。これにより、メッシュ４１へのトナー４８の目詰まりを抑制することができる。
また、メッシュ４１が金属材料より形成することで、メッシュ４１に印加したバイアス電圧により形成した電界がメッシュ４１内の現像剤に影響を与える、いわゆるバイアス効果を向上させ、現像効率を向上させることができる。また、金属材料からなるメッシュ４１は、金属材料からなる膜のエッチングやエレクトロホーミングで容易に安価に形成される。
また、メッシュ４１を感光体１と対向する側が金属材料４４で、反対側が有機樹脂材料４５からなる二重構造としても良い。このような構造のメッシュでは、キャリア４９と接触する部分が有機材料４５であるので、メッシュとの接触、摩擦によるキャリア４９の劣化が金属材料に較べて小さく、キャリア４９の耐久性を向上させることができる。
さらに、有機材料から成る孔の開口が金属材料から成る孔の開口部よりも大きくなるようにする。すなわち、メッシュの有機材料部４５が、メッシュの金属材料部４４よりも狭く内側になり、エッジ部が金属になるようにする。メッシュの金属材料部４４にはメッシュ４１内部の現像剤から帯電したトナーがメッシュ４１の孔を通って感光体１に向かうような電界を形成するバイアス電圧が印加されおり、このようにメッシュ４１の開口を形成するエッジ部を金属にすることでバイアス効果を向上させ、現像効率を向上させることができる。
また、金属材料４４からなるメッシュ４１の表面に絶縁膜の保護膜４６を設けてもよい。このような保護膜４６を設けることで、金属材料部４４からトナー４８への電荷注入を防止し、帯電量を適正に保つことができる。また、金属材料部４４とトナー４８とが接触しないので、現像剤５０の劣化を金属部と接触するものと較べて少なくすることができる。
また、メッシュ４の厚み方向において感光体１に対向する面に近づくにつれ孔が広がるよう構成してもよい。孔が感光体１に近づくにつれ広がるよう傾斜があることで、孔内へのトナーの付着を抑制することができる。また、開口部のバイアス効果を向上させることができ、現像効率を向上させることができる。
また、メッシュ４１の長さＬおよび幅Ｗと、メッシュの厚さＴとの関係が５００Ｗ≧Ｌ、かつ、Ｗ／５≦Ｔ≦３Ｗとする。孔の長さＬと、幅Ｗが５００Ｗ≧Ｌであると、メッシュが金属膜としての剛性と孔形状を両立できる。また、幅Ｗと厚さＴとの関係がＷ／５≦Ｔ≦３Ｗでは金属膜としての平面性や曲率加工が確保できる。
また、メッシュが金属材料からなるメッシュ４４と有機樹脂材料からなるメッシュ４５とを張合わせて形成して、有機樹脂材料のメッシュ４５の孔の大きさを金属材料のメッシュ４４の孔の大きさ以上とする。このようにすると、図１４に示すように、金属材料のメッシュ４４部が有機材料のメッシュ４５部に露出するようになる。そこで、金属材料のメッシュ４４部が露出することにより、金属材料のメッシュ４４に印加されたバイアス電圧によるバイアス効果を向上させることができ、トナーの放出効率向上させることができる。
また、メッシュが有機樹脂材料４５から成り、表面に金属膜４７を形成してもよい。このメッシュでは、金属膜４７の部分を電極としてバイアス電圧が印加し、メッシュ４１内の帯電したトナー４８がメッシュ４１の孔を通って感光体１に向かうような電界を形成する。このメッシュは基体が有機樹脂材料４５であるため、フレキシブル性と弾性に優れおり、その形状復元性が大きく、外から力が加わった場合でも、その形状を安定して保つことができる。また、メッシュ４１内のトナー４８と接触することでトナー４８の帯電を促進することができる。また、メッシュ４１の感光体１と対向する金属膜４７部にバイアス電圧が印加されているので、バイアス効果を向上させることができる。
また、メッシュの開口率は２０〜７０％であることが好ましい。これは、現像する画像が黒ベタの時、ムラ無くその放出量を確保するためである。
また、メッシュの孔の長さＬおよび幅Ｗと、トナーの平均粒径ｒと帯電材の平均粒径Ｒとの関係が６ｒ≧Ｗ、かつ、２Ｗ≦Ｒであることが好ましい。トナー４８の平均粒子径ｒに対して６ｒ≧Ｗとすることで、クラウド状のトナーによるメッシュの目詰まりがおこり難くし、メッシュ４１の孔を通してトナー４８を容易に放出し続けることができる。また、キャリア４９の平均粒子Ｒに対して２Ｗ≦Ｒとすることで、キャリア４９の粒径分布や、連続使用でキャリア４９が摩耗、小粒径化したときにも、メッシュ４１の孔を通過しないように対応できるよう余裕度を持たせている。
また、メッシュとしては、回転する管状メッシュ４１を用いる。この場合、メッシュ４１内の現像剤５０は自重により落下しながら、メッシュ４１の回転に伴い回動する。このような現像剤の動きにより、メッシュ４１内での現像剤５０の攪拌が促進され、現像剤５０が均一化される。そこで、現像時のトナー消費有無の差があっても、メッシュ４１が一回転する間に充分に現像剤を均一な状態にすることができ、残像等の不具合がおきる虞を少なくすることができる。
また、回転する管状のメッシュ４１を感光体１に接触させて感光体１上の潜像をトナー像化する。メッシュ４１を感光体１に接触させるものでは、非接触型のものに較べ、高効率で、潜像に忠実な繊細な画像が再現できる。
また、回転する管状のメッシュ４１と感光体１との接触幅を調整できるようにメッシュ４１の押し圧を調整する機構を有するようにしてもよい。感光体１との接触幅である現像ニップを調整することで、感光体１の速度に合わせ、感光体１上に充分なトナー付着量を得るようにすることができる。
また、回転する管状のメッシュを感光体１と間隙を持って配置した状態で感光体１上の潜像をトナー像化する。メッシュ４１を感光体１と非接触とするものは、接触型のものに較べ、多色の重ね合わせ現像への対応性が優れている。
また、回転する管状のメッシュが管状の内側メッシュ４３ａと管状の外側メッシュ４３ｂとを空隙を持って配設した二重管状メッシュ４３としてもよい。この二重管状メッシュ４３のうち内側メッシュ４３ａ内に現像剤５０を収容する。そして、内側メッシュ４３ａおよび外側メッシュ４３ｂにバイアス電圧を印加して帯電したトナーが内側メッシュ４３ａから外側メッシュ４３ｂへ、外側メッシュ４３ｂから感光体１の画像部へ向かうような電界を形成する。内側メッシュ４１ａ内の現像剤５０よりトナー４８は内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４１ｂとの間に形成された電界により吸引され、内側メッシュ４３ａの孔を通過して外側メッシュ４１ｂとの間の空隙に入り蓄積される。さらに、外側メッシュ４３ｂに印加した現像バイアスにより外側メッシュ４３ｂと感光体１との間に現像電界が形成される。この現像電界により、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間の帯電したトナー４８が吸引され、外側メッシュ４３ｂの孔を通して感光体１の画像部に向かって放出され画像部に付着する。これにより、感光体１上の潜像がトナー像化される。この場合、内側メッシュ４３ａと外側メッシュ４３ｂとの間の空隙にトナー４８が蓄積されるので、トナー４８の感光体１へ供給が瞬時におこなえ、高速複写にも対応可能である。
また、この装置では、回転する管状のメッシュ４１の感光体１と対向する領域以外の領域においても、クラウド状のトナー４８が浮遊し、トナーが飛散してしまう虞がある。そこで、回転する管状のメッシュ４１の感光体１と対向する領域以外の領域に、該管状のメッシュと対向するようにトナー飛散防止電極４９を設ける。このトナー飛散防止電極５４にはトナー４８と同極性の電圧を印加して、トナー４８がメッシュ４１を通してトナー飛散防止電極５４側に移動しないようにすることができる。また、トナー飛散防止電極５４にトナー４８と異極性の電圧を印加して、飛翔トナーを吸着させてもよい。
また、上記回転する管状のメッシュ４１を用いた現像装置で、現像剤を収容し、メッシュ４１内部と両側端部で連通する現像剤収容部５１を備える。さらに、現像剤収容部５１内の現像剤を攪拌搬送しながら一方の側端部よりメッシュ４１内に送り込む第２の現像剤攪拌搬送部材としての第２スクリュウ５２を設ける。そして、メッシュ４１内のスクリュウ４２がメッシュ４１内の現像剤をもう一方の側端部より現像剤収容部５１内に送り込むように構成し、現像剤収容部５１とメッシュ４１内部の現像剤を両側端部を介して循環搬送させる。第２スクリュ５２は現像剤収容部５１内の現像剤を攪拌搬送してトナー４８とキャリア４９とを摩擦帯電させながらメッシュ４１内に送りこんでいるので、メッシュ４１内トナー４８の帯電性を安定させる。また、メッシュ４１内部の現像剤５０を充分に均一化することがことができる。
また、感光体１と対向する開口部にメッシュ４５を設ける。また、バイアスが印加されたスクリュウ４２を備えた第１の現像剤収容部５７と、第１の現像剤収容部５７と両側端部で連通し、現像剤５０を攪拌しながら帯電させる第２の現像剤攪拌搬送部材としての第２スクリュウ５２を有する第２の現像剤収容部５８とを設ける。そして、スクリュウ４２により第１の現像剤収容部５７内の現像剤５０を攪拌搬送しながら一方の側端部より第２の現像剤収容部５８に送り込む。また、第２の現像剤収容部５８内の現像剤５０を第２スクリュウ５２により攪拌搬送しながらもう一方の側端部より第１の現像剤収容部５７に送り込む。これにより、第１の現像剤収容部５７と第２の現像剤収容部５８内の現像剤５０を両側端部を介して循環搬送させる。さらに、第１の現像剤収容部５７からメッシュ４６内側に沿って第２の現像剤収容部５８側に現像剤５０が流入するよう構成する。ここで、第２スクリュ５２は第２の現像剤収容部５８内の現像剤を攪拌搬送してトナー４８とキャリア４９とを摩擦帯電させながら第１の現像剤収容部５７内に送りこんでいるので、第１の現像剤収容部５７内トナー４８の帯電性を安定させることができる。また、メッシュ４６内部の現像剤５０を充分に均一化することがことができる。ここで、第１の現像剤収容部５７ではスクリュウ４２にバイアスが印加されており、スクリュウ４２近傍の現像剤５０中からトナーを効率良くメッシュ近傍に移動させ、感光体１側に供給させることができる。また、第１の現像剤収容部５７からメッシュ４５内側に沿って第２の現像剤収容部５８側に現像剤５０が流入するようにすることで、現像剤５０が現像電界の影響を受けやすい位置を移動するようにし、現像効率を向上させることができる。
また、メッシュ４６を感光体１に対して傾斜して配置して、現像領域を充分確保して現像時間を長くすることもできる。これにより、高速高速複写にも対応可能である。
また、メッシュ４７を対向する感光体１の曲率とほぼ同じ曲率をもつものとして、現像領域を充分確保して現像時間を長くすることもできる。これにより、高速高速複写にも対応可能である。
また、上記循環搬送される現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサを備え、トナー濃度センサの検知結果に基づき、現像剤にトナーを補給する。これにより、現像剤の安定した帯電およびトナー供給量を確保することができる。
また、上記現像装置４を画像形成装置本体に脱着可能なカートリッジの形態とすることで、メッシュ劣化、トナー消費時等にこれらの部品を容易に交換することができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１乃至２１の発明によれば、トナーとトナーを帯電させる帯電材とからなる現像剤を用いて像担持体上の潜像をトナー像化する現像装置および画像形成装置において、像担持体上への帯電材の付着を低減し、高品位な現像をおこなうことができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に画像形成装置の概略構成図。
【図２】現像装置の現像部のモデル図。
【図３】現像装置の各部材への印加バイアスの説明図。
【図４】（ａ）現像装置のメッシュへ振動を与えるものメッシュ部の拡大説明図。
（ｂ）現像装置のメッシュへ振動を与えるものメッシュ全体の説明図。
【図５】二重構造のメッシュを用いた場合の現像部のモデル図。
【図６】二重構造メッシュ内のトナーの動きをしめすモデル図。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ） エッジングによるメッシュ形成工程のパターンレジスト形成部の説明図。
【図８】（ａ）、（ｂ）エレクトロホーミングによるメッシュ形成工程の説明図。
【図９】（ａ）メッシュの孔とトナー平均粒子径ｒとの関係の説明図。
（ｂ）メッシュの孔とキャリアの平均粒径Ｒとの関係の説明図。
【図１０】他のメッシュの構成をしめす説明図。
【図１１】他のメッシュの構成をしめす説明図。
【図１２】他のメッシュの構成をしめす説明図。
【図１３】他のメッシュの構成をしめす説明図。
【図１４】他のメッシュの構成をしめす説明図。
【図１５】他のメッシュの構成をしめす説明図。
【図１６】変形例に係る現像装置の概略構成図。
【図１７】他の変形例に係る現像装置の概略構成図。
【図１８】他の変形例に係る現像装置の概略構成図。
【図１９】低抵抗キャリアの構成の説明図。
【図２０】（ａ）従来キャリアの構成の説明図。
（ｂ）高耐久性キャリアの構成の説明図。
【図２１】（ａ）、（ｂ）メッシュに振動を与えるものの説明図。
【図２２】平板メッシュを用いた現像装置をカートリッジ化したものの概略構成図。
【図２３】管状メッシュを用いた現像装置をカートリッジ化したものの概略構成図。
【図２４】曲率に沿ってメッシュの孔の大きさを変化させた現像装置の斜視図。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電ローラ
３ 光書き込みユニット
４ 現像装置
６ 転写搬送ベルト
７ クリーニングブレード
４１ メッシュ（管状）
４２ スクリュウ
４３ メッシュ（二重管状構造）
４３ａ 内側メッシュ
４３ｂ 外側メッシュ
４４ 金属部
４５ 有機樹脂部
４６ メッシュ（平板）
４７ メッシュ（曲率）
４８ トナー
４９ キャリア
５０ 現像剤
５１ 現像剤収容部
５２ 第２のスクリュウ
５３ トナー濃度センサ
５４ トナー飛散防止電極
５５ 電源
５６ トナー補給口
５７ 第１の現像剤収容部
５８ 第２の現像剤収容部

Claims (21)

1. トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、
   上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、
   上記メッシュが、上記像担持体に対向する側が金属材料で、反対側が有機樹脂材料からなる二重構造であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、上記メッシュの有機樹脂材料から成る部分の孔の開口が、金属材料からなる部分の孔の開口より大きいことを特徴とする現像装置。
3. トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、
   上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、
   上記メッシュが金属材料より形成され、表面に絶縁膜の保護膜を設けたことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１、２または３の現像装置において、上記メッシュの厚み方向において上記像担持体に対向する面に近づくにつれ孔が広がるよう構成したことを特徴とする現像装置。
5. トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、
   上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、
   上記メッシュが金属材料からなるメッシュと有機樹脂材料からなるメッシュとを張合わせて形成したもので、該有機樹脂材料からなるメッシュの孔の大きさを該金属材料からなるメッシュの孔の大きさ以上とすることを特徴とする現像装置。
6. トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、
   上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、
   上記メッシュが有機樹脂材料から成り、表面に金属膜を形成したものであることを特徴とする現像装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一の現像装置において、該メッシュの開口率が２０〜７０％であることを特徴とする現像装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一の現像装置において、上記メッシュの孔の長さＬおよび幅Ｗと、トナーの平均粒径ｒと帯電材の平均粒径Ｒとの関係が６ｒ≧Ｗ、かつ、２Ｗ≦Ｒであることを特徴とする現像装置。
9. トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、
   上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、
   上記メッシュが回転する管状メッシュであることを特徴とする現像装置。
10. 請求項９の現像装置において、上記管状メッシュを上記像担持体に接触させて該像担持体上の潜像をトナー像化することを特徴とする現像装置。
11. 請求項１０の現像装置において、上記管状メッシュと上記像担持体との接触幅を調整できるよう構成したことを特徴とする現像装置。
12. 請求項９の現像装置において、上記管状メッシュを上記像担持体と間隙を持って配置した状態で該像担持体上の潜像をトナー像化することを特徴とする現像装置。
13. 請求項９乃至１２の何れか一の現像装置において、上記管状のメッシュが管状の内側メッシュと管状の外側メッシュとを空隙を持って配設した二重管状メッシュであることを特徴とする現像装置。
14. 請求項９乃至１３の何れか一の現像装置において、上記管状のメッシュの上記像担持体と対向する領域以外の領域に、該管状のメッシュと対向するようにトナー飛散防止電極を設けたことを特徴とする現像装置。
15. 請求項９乃至１４の何れか一の現像装置において、現像剤を収容し、上記管状のメッシュ内部と両側端部で連通する現像剤収容部と、該現像剤収容部内の現像剤を攪拌搬送しながら一方の側端部より該メッシュ内に送り込む第２の現像剤攪拌搬送部材とを備え、該メッシュ内の現像剤攪拌搬送部材が該メッシュ内の現像剤をもう一方の側端部より該現像剤収容部内に送り込むように構成し、該現像剤収容部と該メッシュ内部の現像剤を該両側端部を介して循環搬送させるよう構成したことを特徴とする現像装置。
16. トナーと該トナーを摩擦帯電させる帯電材とからなる現像剤を収容し、像担持体上の潜像に該現像剤より帯電したトナーを供給してトナー像化する現像装置において、
    上記像担持体に対向するように上記トナーの平均粒径よりも大きく、且つ、上記帯電材の平均粒径よりも小さな孔を有するメッシュを配設し、該メッシュ内に該現像剤を収容し、該メッシュに直流または直流に交流を重畳したバイアス電圧を印加して該現像剤中の帯電したトナーが該像担持体に向かうような電界を形成し、該電界により該メッシュの孔を通して該現像剤中の帯電したトナーを該像担持体に向かって放出させて該像担持体上の潜像をトナー像化するよう構成し、
    上記メッシュ内に上記現像剤を攪拌搬送しながら帯電させる現像剤攪拌搬送部材を備え、該現像剤攪拌搬送部材にバイアス電圧を印加して該現像剤攪拌搬送部材と該メッシュとの間に該現像剤中の帯電したトナーが該メッシュに向かうような電界を形成し、該電界により該現像剤中の帯電したトナーを該メッシュに向かって移動させるよう構成し、
    上記像担持体と対向する開口部に上記メッシュを設け、上記現像剤攪拌搬送部材を備えた第１の現像剤収容部と、該第１の現像剤収容部と両側端部で連通し、現像剤を攪拌しながら帯電させる第２の現像剤攪拌搬送部材を有する第２の現像剤収容部とを備え、該現像剤攪拌搬送部材により該第１の現像剤収容部内の現像剤を攪拌搬送しながら一方の側端部より該第２の現像剤収容部に送り込み、該第２の現像剤収容部内の現像剤を該第２の現像剤攪拌搬送部材により攪拌搬送しながらもう一方の側端部より該第１の現像剤収容部に送り込むことで、該第１の現像剤収容部と該第２の現像剤収容部内の現像剤を該両側端部を介して循環搬送させると共に、該第１の現像剤収容部側から該メッシュ内側に沿って該第２の現像剤収容部側に現像剤が流入するよう構成したことを特徴とする現像装置。
17. 請求項１６の現像装置において、上記メッシュを上記像担持体に対して傾斜して配置したことを特徴とする現像装置。
18. 請求項１６の現像装置において、上記メッシュが上記該像担持体の曲率とほぼ同じ曲率をもつことを特徴とする現像装置。
19. 請求項１５乃至１８の何れか一の現像装置において、上記循環搬送される現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサを備え、該トナー濃度センサの検知結果に基づき、現像剤にトナーを補給するよう構成したことを特徴とする現像装置。
20. 像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体上の潜像をトナー像化する現像装置とを備えた画像形成装置において、上記現像装置として請求項１乃至１９の何れか一の現像装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
21. 請求項２０の画像形成装置において、上記現像装置が画像形成装置本体に脱着可能なカートリッジの形態であることを特徴とする画像形成装置。

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