JP4777150B2 - 現像装置、画像形成装置、および非劣化キャリアの分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、トナーとキャリアからなる現像剤を使用する現像装置、それを有する画像形成装置、および非劣化キャリアの分離方法に関するものである。

従来から、レーザープリンタや複写機などの電子写真技術を利用した画像形成装置には、像担持体上に形成された静電潜像を現像し可視像を形成するための現像剤に、トナーとキャリアとから成る現像剤（二成分現像剤）を用いるものがある。このような画像形成装置では、現像装置内で現像剤を撹拌・循環させることによって、トナーとキャリアとを擦り合せて摩擦帯電させる。摩擦帯電したトナーは、現像段階において、トナー像担持体に形成された静電潜像に静電的な吸引力により移動して、トナー像を形成する。しかしながら、現像装置の現像槽内で長期間循環している現像剤は次第に劣化し、撹拌しても現像に必要な帯電量が得られなくなる。劣化した現像剤の割合が次第に大きくなり、現像に必要な帯電能力を有する現像剤が少なくなると、画像不良を引き起こす。

そこで、現像槽から劣化した現像剤を排出し、現像槽内において劣化していないキャリア（非劣化キャリア）について所望の割合を維持する技術として、トリクル現像方式がある。従来のトリクル現像方式を用いる現像装置では、現像装置に新しい現像剤を補給すると同時に、劣化した現像剤を排出するが、排出される現像剤のキャリア中には劣化キャリアの他に非劣化キャリアも含まれている。このため、従来の技術では、まだ利用できる非劣化キャリアを余分に廃棄してしまっている。

ここで、特許文献１には、画像信号に基づく画像比率を計数し、その計数値を積算した値が所定値以下であれば、トナーとキャリアとを分離する画像形成装置が開示されている。この画像形成装置では、現像ローラに対向させた回転する導電部材にバイアスを与えて、トナーを回収する。このようにトナーを回収するのは、トナーの消費が少ないときにトナーとキャリアとがずっと付いたままになるとチャージアップが起こりやすいが、このチャージアップを防止するためである。

また、特許文献２には、第一攪拌室と第二攪拌室とを有し、帯電量の多い非劣化現像剤
と帯電量の少ない劣化現像剤とを分離する電界カーテン発生部材を備えた画像形成装置が
開示されている。
特開平１０−２６８８５（平成１０年１月２７日公開） 特開２００３−８４５７０（平成１５年３月１９日公開）

しかしながら、特許文献１の画像形成装置は、キャリアは攪拌部に戻してそのまま利用するので、劣化キャリアを分離することはできない。

また、特許文献２の画像形成装置では、現像剤は、電界カーテンで運ばれるもの（電界カーテン発生部部材に近接するもの）だけが隣の攪拌部に移動する。よって、移動する現像剤の量が非常に少なく、電界カーテンを直進し排出される現像剤が非常に多くなってしまう。つまり、非劣化キャリアも多くは排出されてしまう。このため、実際には特許文献２に開示された構造にての劣化キャリアの排出は現実的ではない。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、劣化キャリアを的確に排出することができる現像装置、画像形成装置、および非劣化キャリアの分離方法を提供することにある。

本発明に係る現像装置は、上記課題を解決するために、キャリアとトナーとを含む現像剤が撹拌される現像槽を有する現像装置において、キャリアとトナーとを分離するキャリア・トナー分離手段と、上記キャリア・トナー分離手段にて分離されたキャリアを、電気的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離するキャリア分離手段と、
を備えることを特徴としている。

上記構成によると、初めにキャリアとトナーとを分離し、次にキャリアを劣化キャリアと非劣化キャリアとを電気的性質の違いにより分離する。なお、ここでの劣化キャリアとは主にトナースペントが付着して劣化したキャリアを指す。電気的性質の違いとは、帯電性の違い、導電的性質の違い等が挙げられる。劣化キャリアと非劣化キャリアを摩擦帯電させると、劣化キャリアはマイナス帯電し、非劣化キャリアはプラス帯電する。このような帯電性の違いに基づき、劣化キャリアと非劣化キャリアとを分離することができる。あるいは、劣化キャリアは抵抗が高いため相対的に非導電性とみなすことができ、他方非劣化キャリアは抵抗が低いため相対的に導電性とみなすことができる。このような導電的性質の違いに基づき劣化キャリアと非劣化キャリアとを分離することができる。

ただし、コート剥がれが起こりやすい高抵抗キャリアの場合、コート剥がれが起こると抵抗が低下するものもある。この場合、劣化に伴い抵抗が下がることになるが、逆の構成を採用することで分離できることに違いはない。

このように、上記構成によれば、非劣化キャリアと劣化キャリアとを分離することができる。よって、劣化キャリアを的確に排出することができる。劣化キャリアを排出することで、常に現像に必要な帯電能力を有する現像剤を用いて現像を行うことができる。

本発明に係る現像装置は、上記構成に加え、上記キャリア分離手段は、キャリア撹拌部材と、上記キャリア・トナー分離手段によりトナーと分離されたキャリアが収容される領域に沿って伸びる山型のキャリア分離凸部と、上記キャリア分離凸部の尾根に沿って伸び上記キャリア分離凸部の斜面に配置される複数の電極と、複数の上記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、を備えていてもよい。

上記構成によると、キャリア撹拌手段にて撹拌することで、キャリアを摩擦帯電させることができる。摩擦帯電により、劣化キャリアはマイナス帯電し、非劣化キャリアはプラス帯電する。このようにプラスとマイナスとに帯電したキャリアは、キャリア分離凸部の斜面に配置される複数の電極に対して、いわゆる進行波電界を形成するよう電圧を印加すし、キャリアをこの中を通過させることで、分離させることができる。具体的には、プラスの電極が一方向にシフトするように電圧を印加すると（進行波電界を形成すると）、そのシフトする方向にマイナス帯電した劣化キャリアは移動する。他方マイナスの電極が一方向にシフトするように電圧を印加すると（進行波電界を形成すると）、そのシフトする方向にプラス帯電した非劣化キャリアは移動するとことになる。

このように、劣化キャリアと非劣化キャリアとの帯電性の違いを基に分離を行うことができ、的確に非劣化キャリアを取り出すことができる。

本発明に係る現像装置は、上記構成に加え、上記キャリア撹拌部材は、キャリアを撹拌しながら搬送するスクリューであり、上記スクリューの両側には搬送方向に沿って伸びる上記キャリア分離凸部が形成され、上記電圧印加手段は、非劣化キャリアと劣化キャリアとの帯電性の違いに基づき、第１のキャリア分離凸部に配置された複数の電極への電圧の印加により非劣化キャリアを上記現像槽に戻し、第２のキャリア分離凸部に配置された複数の電極への電圧印加により劣化キャリアを排出するように、印加電圧の切り替えを行ってもよい。

上記構成によると、スクリューにより、キャリアを摩擦帯電させることができる。また、スクリューの両側に設けられた複数の電極を有するキャリア分離凸部により、一方で非劣化キャリアを搬送し、他方で劣化キャリアを搬送することができる。搬送された非劣化キャリアを現像槽に戻すことで、再利用することができ、非劣化キャリアを有効に活用することができ、環境に配慮することができる。なお、従来のトリクル現像方式では、現像槽内に新しいキャリアと供に劣化キャリアもかなり残留するため、いくら新しい現像剤を補給しても、初期の現像剤と比較すると劣化したレベルの現像剤を使用することになる。しかし、上記構成によると、常に初期の現像剤と比較しても劣らないレベルの現像剤を使用することができる。

本発明に係る現像装置では、上記構成に加え、上記キャリア分離手段は、上下方向に対向配置され、キャリア搬送方向に移動し、上記キャリア・トナー分離手段によりトナーと分離されたキャリアを搬送する一対の電極部材と、上記両電極部材間のキャリアが導電的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離されるように上記両電極部材に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、上記電極部材対における上側の電極部材の下側の電極部材に対向する面には非導電性皮膜が形成されていてもよい。

劣化キャリアは抵抗が高いため相対的に非導電性とみなすことができる。他方非劣化キャリアは抵抗が低いため相対的に導電性とみなすことができる。ここで、両電極部材間のキャリアが導電的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離されるように電圧が印加された両電極部材間にあるキャリアは、重力に従って下側の電極部材に付く。上下電極間に極性の異なる電圧を印加すると、キャリア上部には上部電極の極性と逆の極性の電荷が引き寄せられ、キャリア下部には上部電極と同じ極性の電荷が引き寄せられる。このキャリアのうち非劣化キャリアからは、導電性であるため下側の電極部材の極性と反対の電荷が逃げる。そのため下側の電極部材の極性と同じに帯電して、上側の電極部材に付く。ここで、上側の電極部材の表面には非導電性皮膜が形成されているので、非劣化キャリアから電荷が逃げることはない。他方、劣化キャリアは、非導電性であるため電荷が逃げることはなく、下側の電極部材についたままとなる。よって、上記構成によると、導電性の違いにより、的確に簡単に劣化キャリア、非劣化キャリアを分離することができる。また、電極部材に印加する電圧を調整することで、劣化キャリアと非劣化キャリアとを分離する割合の調整することができる。

なお、電極部材により搬送された、劣化キャリア、非劣化キャリアそれぞれは、例えば、ブレード等で斯き出されて排出するようになっていてもよい。

本発明に係る現像装置では、上記構成に加え、上記トナー・キャリア分離手段は、現像剤が収容される領域に沿って伸びる山型の現像剤分離凸部と、上記現像剤分離凸部の尾根に沿って伸び上記現像剤分離凸部の斜面に配置される複数の現像剤分離電極と、帯電性の違いにより帯電したトナーとキャリアとが分離されるように、複数の上記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、を備えていてもよい。

上記構成によると、トナーはマイナスに帯電しキャリアはプラスに帯電するので、現像剤分離凸部の斜面に配置される複数の電極に、いわゆる進行波電界を形成するよう電圧を印加し、この中を通過することで、分離させることができる。例えば、プラスの電極が一方向にシフトするように電圧を印加すると（進行波電界を形成すると）、そのシフトする方向にマイナス帯電したトナーを一方に移動させることができる。このように、トナーとキャリアとの帯電性の違いを基に、トナーとキャリアとを分離し、キャリアをキャリア分離手段に送ることができる。

ここで、現像剤分離凸部は、現像剤分離凸部に配置された複数の電極に電圧が印加されないときには、分離前の現像剤が乗り越えない高さに設定されているのが好ましい。このような高さに設定されていることで、現像剤分離凸部に配置された複数の電極に電圧を印加したときに、的確にキャリアとトナーとに分離し、分離したキャリアをキャリアの分離に送ることができる。

なお、本発明に係る現像装置では、上記構成に加え、上記現像槽は、消費されるトナーに応じて現像剤が供給され、当該現像槽内の現像剤が一定量を超えた場合にはオーバーフローするようになっており、上記キャリア・トナー分離手段は、上記現像槽からオーバーフローした現像剤に対して分離を行ってもよい。このように、オーバーフローするようになっていると、現像槽から劣化したキャリアを優先的に排出していくため、トナー帯電特性を維持することができる。よって、常に品質が確保された現像を行うことができる。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記何れかの現像装置を有することを特徴としている。

上記構成によると、現像剤を補給すると、現像装置に残存する劣化キャリアは減少し、現像に必要な帯電能力を有する現像剤が残存するので、常に現像特性が確保され、常に高品質の画像を形成することができる。

また、画像形成装置がカラー画像を形成できるものである場合、各色トナーの現像装置において上記構成となっていると、各色において的確に劣化キャリアを取り除くことができ、高品質のカラー画像を形成することができる。

また、本発明に係る非劣化キャリアの分離方法は、上記課題を解決するために、キャリアとトナーとを含む現像剤が撹拌される現像槽を有する現像装置内の非劣化キャリアの分離方法であって、キャリアとトナーとを分離するキャリア・トナー分離ステップと、上記キャリア・トナー分離ステップにて分離されたキャリアを、電気的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離するキャリア分離ステップと、を含むことを特徴としている。

上記方法によると、上記現像装置と同様、現像装置内の非劣化キャリアを的確に排出することができるという効果を奏する。

本発明に係る現像装置は、以上のように、キャリアとトナーとを分離するキャリア・トナー分離手段と、上記キャリア・トナー分離手段にて分離されたキャリアを、電気的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離するキャリア分離手段と、を備えている。そのため、初めにキャリアとトナーとを分離し、次にキャリアを劣化キャリアと非劣化キャリアとを電気的性質の違いにより分離する。非劣化キャリアと劣化キャリアとを分離することができるので、劣化キャリアを的確に排出することができる。劣化キャリアを排出することで、常に現像に必要な帯電能力を有する現像剤を用いて現像を行うことができる。

〔実施の形態１〕
本発明に係る現像装置の一実施形態について、図１〜７を用いて以下に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の現像装置１は、現像槽２、現像スリーブ３、撹拌ローラ４ａ・４ｂ、現像剤分離部５を備えている。

現像槽２には、トナーとキャリアとを含む現像剤が格納されており、撹拌ローラ４ａ・４ｂは、図示しない制御部の回転制御に基づき、現像剤を撹拌・循環する。撹拌されることより、トナーとキャリアとは擦り合せられて摩擦帯電する。

現像スリーブ３は、円筒形状の金属スリーブと、その内部に備えられた磁界発生手段である永久磁石がＮ極とＳ極と交互に配設されたマグネットローラとで構成される。現像スリーブ３の金属スリーブ表面に現像剤を担持させ、マグネットローラを固定したまま金属スリーブのみを回転させることで、静電潜像の形成された像担持体（図示せず）と対向する現像領域へ現像剤を搬送するようになっている。なお、現像スリーブ３と像担持体との間に印加される現像電界により、帯電したトナーのみを像担持体に静電付着させ、可視像を形成するようになっている。

また、現像装置１には、図示しない制御部により、消費されるトナーの量に応じて現像剤が供給されるようになっている。

現像剤分離部５には、現像剤分離壁（現像剤分離凸部）６、スクリュー（撹拌部材）７、キャリア分離部（キャリア分離手段）８が設置されている。

現像剤分離壁（現像剤分離凸部）６は、現像槽２の現像剤が搬送される方向に沿って伸びる山型の凸部となっており、現像剤分離壁６の斜面には、図２、３に示すように複数の電極（現像剤分離電極）６ａ…が、現像剤分離壁６の尾根に沿って伸びるように配置されている。なお、図２は、図１のＣ−Ｄ矢視断面図である。なお、図２に示す、規制ブレード９は、像担持体と対向する現像領域に搬送される現像剤量を規制するためのブレードである。また、図３は、現像剤分離壁６の斜視図である。現像剤分離壁６により、キャリアとトナーとを分離させるが、その動作について、図４を用いて説明する。図４は、図２、３の現像剤分離壁６に形成された電極６ａ…平たくして示したものであり、現像槽側Ａが図２のＡ側、キャリア分離部側Ｂが図２のＢ側に対応している。

トナーはマイナスに帯電しキャリアはプラスに帯電しているので、現像剤分離壁６の斜面に配置される複数の電極６ａ…に対して、いわゆる進行波電界を形成するよう電圧を印加することで、トナーとキャリアとを分離させることができる。ここでは、図４に示すように、プラスの電極がＡ側（図面左側）に時間と共に移動する（とみなせる）ように、電圧が電圧印加部１０から印加される。

電圧の印加の仕方は、電極が平行に並んでいる順に１つめ（第１電極）とその２つおき、２つめ（第２電極）とその２つおき、３つめ（第３電極）とその２つおきが、それぞれ同期して印加されるようになっている場合、次の（ａ）〜（ｃ）を繰り返せばよい。（ａ）第１電極とその２つおきの電極に対してプラス電圧を印加し、他の電極にはマイナス電圧を印加する。（ｂ）第２電極とその２つおきの電極に対してプラス電圧を印加し、他の電極にはマイナス電圧を印加する。（ｃ）第３電極とその２つおきの電極に対してプラス電圧を印加し、他の電極にはマイナス電圧を印加する。このように印加することで、プラスの電極がＡ側（図面左側）に時間と共に移動する（とみなせる）ようになる。もちろん、これ以外で進行波電界を形成しても構わない。

プラスの電極が移動すると、マイナス帯電したトナーもそれに伴って一方（Ａ側）に移動させ、現像槽２に戻すことができる。一方のキャリアは、主にプラス電荷を持っているが、上記のように電極６ａ…に印加を行うと特定方向には進まず、広い範囲にばらけるため、その中には、現像剤分離壁６を越えてスクリュー７のある現像剤分離部５のキャリアが収容される領域に進むものが含まれる。このように、トナーとキャリアとの帯電性の違いを基に、トナーとキャリアとを分離し、キャリアをキャリア分離部に送ることができる。

上記例では、トナーがＡ側に移り、キャリアがばらけるように構成したが、トナーがばらけ、キャリアがＢ側に移動するように構成してもよい。

なお、本実施形態では、電極６ａ…に関する条件を、電極間隔０．５ｍｍ、電極幅０．１ｍｍ、周波数５０Ｈｚ、印加電圧１ｋＶとするが、これらの数値に限定されることはない。

また、現像剤分離壁６は、現像剤分離壁６に配置された複数の電極６ａ…に電圧が印加されないときには、分離前の現像剤が乗り越えない高さに設定されているのが好ましい。このような高さに設定されていることで、現像剤分離壁６に配置された複数の電極６ａ…に電圧を印加したときに、的確にキャリアとトナーとに分離することができ、分離したキャリアをキャリアの分離に送ることができる。

図１に戻り、スクリュー７は、分離壁を越えて現像剤分離部５に移動してきた（トナーから分離された）キャリアを撹拌しながら搬送するものである。キャリアはスクリューにより撹拌されることで、摩擦帯電する。ここでキャリアには劣化したものと劣化していないもの（非劣化キャリア）が含まれる。劣化キャリアと非劣化キャリアを摩擦帯電させると、劣化キャリアはマイナス帯電し、非劣化キャリアはプラス帯電する。なお、ここでの劣化キャリアとは主にトナースペントが付着して劣化したキャリアを指す。

キャリア分離部８には、非劣化キャリア分離壁８ａと劣化キャリア分離壁８ｂとが含まれる。図５に示すように、非劣化キャリア分離壁８ａの斜面には、複数の電極（非劣化キャリア分離電極）８ｃ…が、非劣化キャリア分離壁８ａの尾根に沿って伸びるように配置されている。また、劣化キャリア分離壁８ｂの斜面には、複数の電極（劣化キャリア分離電極）８ｄ…が、劣化キャリア分離壁８ｂの尾根に沿って伸びるように配置されている。なお、図５は、図１のＥ−Ｆ矢視断面図である。

キャリア分離部８により、非劣化キャリアと劣化キャリアとを分離するが、その動作について、図６および７を用いて説明する。図６および７は、図５の非劣化キャリア分離壁８ａおよび劣化キャリア分離壁８ｂに形成された電極８ｃ…および電極８ｄ…を平たくして示したものであり、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ側は、それぞれ図５のＧ、Ｈ、Ｉ、Ｊ側に対応している。

非劣化キャリア分離壁８ａの斜面に配置される複数の電極８ｃ…に対して、マイナスの電極がＧ側（図面左側）に動く（とみなせる）ように、電圧印加部１０から電圧を印加する。非劣化キャリアは上記のようにプラスに帯電しているので、マイナスの電極が移動するのに伴って、Ｇ側（図面左側）に移動し、現像槽２に戻る。

他方、劣化キャリア分離壁８ｂの斜面に配置される複数の電極８ｄ…に対して、プラスの電極がＪ側（図面右側）に動く（とみなせる）ように、電圧印加部１０から電圧を印加する。劣化キャリアは上記のようにマイナスに帯電しているので、プラスの電極が移動するのに伴って、Ｊ側（図面右側）に移動し、これを排出（廃棄）することができる。

本実施形態では、電極８ｃ…、電極８ｄ…とも、電極間隔０．４ｍｍ、電極幅０．１ｍｍ、周波数５０Ｈｚ、印加電圧２ｋＶとするが、非劣化キャリア、劣化キャリア、をそれぞれ好適に排出することができれば、これらの数値に限定されることはない。

なお、本実施形態では、現像剤分離壁６、電極６ａ…、電圧印加部（電圧印加手段）１０から、キャリアとトナーとを分離するキャリア・トナー分離手段が構成されている。また、スクリュー７、非劣化キャリア分離壁８ａ、劣化キャリア分離壁８ｂ、電極８ｃ…・８ｄ…、電圧印加部１０から、キャリア分離手段が構成されている。

また、本実施形態では、上記のように、スクリューの両側に搬送方向に沿って伸びる非劣化キャリア分離壁８ａと劣化キャリア分離壁８ｂとが形成されているが、一つの分離壁のみが形成されていてもよい。

〔実施の形態２〕
本発明に係る現像装置の他の実施形態について、図８〜１５を用いて以下に説明する。

図８に示すように、本実施の形態の現像装置１１は、現像槽２、現像スリーブ３、撹拌ローラ４ａ・４ｂ、現像剤分離部５’を備えている。現像装置１１において実施の形態１の現像装置１と同じ構成部材には同じ番号を付し説明は省略する。

本実施形態の現像装置１１の現像剤分離部５’は、図１で説明した現像装置１の現像剤分離部５とは異なる構成となっている。本実施形態の現像剤分離部５’には、図８に示すように、現像剤分離壁（現像剤分離凸部）６、下部電極（下側の電極部材）１２、上部電極（上側の電極部材）１３、非劣化キャリア返戻部１４が設置されている。

下部電極１２および上部電極１３は、トナーから分離されたキャリアを搬送するものであり、上下方向に対向配置され、キャリア搬送方向に移動するようになっている。下部電極１２および上部電極１３は、図９に示すように搬送ベルトとして構成されている。下部電極１２は、現像剤分離壁６からのキャリアを受け止めるよう上部電極１３より現像剤分離壁６側に延長して設けられており、現像剤分離壁６によりトナーから分離されたキャリアを上部電極１３と対向する領域に搬送するようになっている。図１０は、図８のＫ−Ｌ矢視断面図であるが、図１０に示すように現像剤分離壁６によりトナーから分離されたキャリアは、図１０の矢印のように下部電極１２に落ちるようになっている。なお、図１０に示すように現像剤分離壁６は、キャリアが下部電極１２に落ちるように、実施の形態１のものとは若干形状が異なっているが、この形状に限定はされない。

また、上部電極１３の表面には非導電性皮膜が形成されていている。さらに、現像剤分離部５’とは別の領域に、下部電極１２と上部電極１３との間のキャリアが導電的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離されるように、下部電極１２および上部電極１３に電圧を印加する図示しない電圧印加部（電圧印加手段）が設けられている。また、下部電極１２および上部電極１３は搬送ベルトとして構成されているため、これら搬送ベルトを駆動する図示しない駆動部が設けられている。

ここで、劣化キャリアは抵抗が高いため相対的に非導電性とみなすことができる。他方非劣化キャリアは抵抗が低いため相対的に導電性とみなすことができる。図９に示すように、現像剤分離壁６によりトナーと分離されたキャリアは、初め、重力に従って下部電極１２に付く。これらキャリアは下部電極１２によって上部電極に１３と対向する領域まで運ばれる。これらのキャリアのうち、非劣化キャリアからは、非劣化キャリアが導電性であるため下部電極１２の極性と反対の電荷が逃げ、下部電極の極性と同じに帯電する。そのため非劣化キャリアは、上部電極に１３と対向する領域に来ると、下部電極の極性と同じに帯電しているので、上部電極１３に付く。ここで、上部電極１３の表面には非導電性皮膜が形成されているので、上部電極１３に付いた非劣化キャリアから電荷が逃げることはなく、非劣化キャリアは上部電極１３に付いたままになる。他方、劣化キャリアは、非導電性であるため電荷が逃げることはなく、下部電極１２に付いたままとなる。よって、このような構成によると、導電性の違いにより、的確に簡単に劣化キャリア、非劣化キャリアを分離することができる。また、下部電極１２および上部電極１３に印加する電圧を調整することで、劣化キャリアと非劣化キャリアとを分離する割合の調整をすることができる。

以上のように、劣化キャリアと非劣化キャリアの導電性の違いにより、本実施形態の現像装置１１においても、的確に容易に劣化キャリア、非劣化キャリアを分離することができる。

また、下部電極１２および上部電極１３には、図９に示すように、劣化キャリアと非劣化キャリアとが分離されて搬送された後に、下部電極１２および上部電極１３からそれぞれ斯き出して排出するための、ブレード１２ａ・１３ａが設けられている。もちろん、これ以外の構成により、劣化キャリアと非劣化キャリアとを電極部材から取り除くようになっていてもよい。

非劣化キャリア返戻部１４は、非劣化キャリアを現像槽２に戻すように構成されている。非劣化キャリア返戻部１４は、実施の形態１で説明した非劣化キャリア分離壁８ａと同様になっており、図６に示すような位相差電極が設けられている。また、位相差電極に電圧を印加する図示しない電圧印下部が設けられており、位相差電極複数に対して、いわゆる進行波電界を形成するよう電圧を印加することで、非劣化キャリアを現像槽２に戻す。

本実施形態では、少なくとも下部電極１２、上部電極１３、これらに電圧を印加する電極部材からキャリア分離手段が形成されている。

なお、トナーとキャリアとを分離するための構成は、実施の形態１で説明した、現像剤分離壁斜面に配置される電極によらず、公知のトナーとキャリアとに分離できる構成であってもかまわない。

ここで、対向配置された電極部材の上側の電極部材（上部電極）に印加する電圧と、下側の電極部材（下部電極）から上部電極に移動するキャリアの数との関係を調べるための測定を行った。測定方法および測定結果を以下に説明する。

図１１に示すように、ガラス基板上のＩＴＯを電極とし、ＩＴＯ同士が対抗するように上下に配置し、上部電極８１のＩＴＯの表面には非導電性皮膜として０．１ｍｍ厚のＰＥＴフィルムを貼り付けた。下部電極８２はアースに接続されており、上部電極８１に印加される電圧は徐々に増やしていくことができるようになっている。

下部電極８２の表面に、新しいキャリア（Ｎｅｗキャリア、非劣化キャリア）と、劣化キャリアを配置させ、上部電極８１に印加する電圧を増加させていき、電極上部から光学顕微鏡で観察し、上部電極８１に移るキャリアを計測した。なお、非劣化キャリアとしては、未使用のキャリア（Ｎｅｗキャリア）を、劣化キャリアとしては、２７３ｋ枚印字後のデベからトナーを吸引により分離したものを用意した。

図１２（ａ）は、上記で説明した上部電極８１に電圧印加を行っていない場合を光学顕微鏡で観察した結果である。また、図１２（ｂ）は、上記で説明した上部電極８１に電圧印加した場合を光学顕微鏡で観察した結果である。

図１３は、印加電圧と上部電極８１に移ったキャリアの数の比率との関係をグラフ化したものである。図１０からわかるように、抵抗の低いＮｅｗキャリアの方が劣化キャリアよりも上部電極８１に移動しやすい傾向があることがわかる。

さらに、劣化によるキャリア抵抗の変化を測定した。図１４に示すような測定装置２００の１ｍｍの隙間にキャリア２０１を０．２ｇ挿入し、その後マグネット２０２を置き、穂形状を作り、これに電圧を印加して測定を行った。この測定では、挿入するキャリア２０１として、それぞれ、未使用キャリア、５０ｋ枚印字後のキャリア、１１６ｋ枚印字後のキャリア、２７３ｋ枚印字後のキャリアを用いて、測定を行った。

印加電圧が５０Ｖの場合の各キャリアの抵抗の測定を行った結果を図１５に示す。図１５に示すように、劣化する程キャリアの抵抗値が高くなることがわかる。

〔実施の形態３〕
本発明に係る画像形成装置の一実施形態について図１６を用いて説明する。図１６は、上記実施形態の現像装置１が備えられている画像形成装置１００の構造を示した模式図である。本実施形態では、画像形成装置１００は、電子写真方式のカラー画像形成装置であるものとする。もちろん、モノクロ画像形成装置にも上記実施形態の現像装置１を使用することができる。また、本実施形態では、画像形成装置１００は、ネットワークを介して接続される各端末装置から送信される画像データまたはスキャナによって読み取られた画像データに基づいて、用紙（記録材、転写媒体、記録紙）Ｐに対してカラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタであるとする。

画像形成装置１００は、乾式電子写真方式かつ４連タンデム方式のカラープリンタであって、現像装置１を有する画像形成ステーション５０、用紙搬送部３０、定着装置４０、供給トレイ２０を備えている。

画像形成ステーション５０は、黄色画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、黒画像形成ステーション５０Ｂから構成される。具体的な配置としては、供給トレイ２０と定着装置４０との間において、供給トレイ２０側から、黄色画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、黒画像形成ステーション５０Ｂがこの順に併設されている。これら画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、各々、実質的に同一の構成を有しており、画像データに基づいて、用紙Ｐに対してそれぞれ黄色画像、マゼンタ画像、シアン画像、黒画像を転写するものである。

各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ、感光体ドラム５１を備えており、さらに、帯電ローラ５２、露光装置５３、現像装置１（あるいは１１）、転写ローラ５５およびクリーニング装置５６を、感光体ドラム５１の周囲に、感光体ドラム５１の回転方向に沿って配置している。

画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体ドラム５１は、感光体材料を表面に有しており、ドラム形状となっていて矢印Ｆ方向に回転駆動する。帯電ローラ５２は、感光体ドラム５１の表面を一様（均一）に帯電するためのものである。

画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの露光装置５３には、それぞれ、画像データにおける黄色成分、マゼンタ成分、シアン成分および黒色成分に対応する画素信号が入力されるようになっている。そして、各露光装置５３は、これらの画像信号に基づいて、帯電された感光体ドラム５１を露光し、静電潜像を生成するようになっている。露光装置５３は、レーザ照射部および反射ミラーを備えた、レーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる手法のほかに、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いる手法もある。

画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの現像装置１（１１）は、それぞれ黄色、マゼンタ、シアン、黒色のトナーとキャリアとを含む現像剤有している。そして、これらのトナーによって、感光体ドラム５１上に生成された静電潜像を現像し、トナー像（顕像）を生成する機能を有している。本実施形態では、現像剤として、二成分現像剤（非磁性トナーおよびキャリア）が用いられる。現像剤がそれぞれの現像装置１（１１）に補給されると、それぞれの現像装置１（１１）にて各色の現像剤から的確に劣化キャリアが取り除かれ、現像に必要な帯電能力を有する現像剤が残存する。

画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの転写ローラ５５は、トナーとは逆極性のバイアス電圧が印加されており、このバイアス電圧を用紙Ｐに与えることによって感光体ドラム５１上のトナー像を用紙Ｐに転写するためのものである。

画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂのクリーニング装置５６は、用紙Ｐへの画像転写後に感光体ドラム５１上に残留しているトナーを除去するものである。以上のような、用紙Ｐに対するトナー像の転写は、４色について４回繰り返される。

用紙搬送部３０は、駆動ローラ３１、アイドリングローラ３２、搬送ベルト３３からなり、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂによって順に用紙Ｐにトナー像が形成されるように、用紙Ｐを搬送するものである。

駆動ローラ３１およびアイドリングローラ３２は、搬送ベルト３３を張架するものであり、駆動ローラ３１が所定の周速度に制御されて回転することで搬送ベルト３３が回転するようになっている。

搬送ベルト３３は、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体ドラム５１に接触するように、駆動ローラ３１とアイドリングローラ３２との間にかけられたベルトであり、ローラ３１・３２によって矢印Ｚ方向に摩擦駆動されるようになっている。そして、搬送ベルト３３は、供給トレイ２０から送り込まれた用紙Ｐを静電吸着させ、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂに順に用紙Ｐを搬送する。

さらに、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂによってトナー像が転写された用紙Ｐは、駆動ローラ３１の曲率によって搬送ベルト３３から剥離され、定着装置４０に搬送される。なお、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂによって用紙Ｐに転写された後のトナー像は、用紙Ｐに対して未定着の状態である。

定着装置４０は、加熱ローラ６０および加圧ローラ７０を備え、これらがシートを挟んで回転することで用紙Ｐに転写された未定着のトナー像を当該用紙Ｐに熱圧着させるものである。定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後の用紙Ｐは、画像形成装置１００の外部の図示しない排紙トレイに排出される。これにより、画像形成処理が終了する。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１００は、上記で説明した現像装置１（１１）を備えているので、的確に劣化キャリアが取り除かれ、常に現像特性が確保され、常に高品質の画像を形成することができる。

これ以上の説明は行わないが、画像形成装置１００はシートをスイッチバック搬送することでシートの表裏両面に画像を形成できるようになっている。また、オプション機器として、例えば、画像読取装置、自動原稿搬送装置、後処理装置、中継搬送装置、記録材再供給装置、記録材供給装置等を付設することが可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、トナーとキャリアからなる現像剤を用いる現像装置に利用することができ、また、このような現像装置を備えた、プリンタ、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ（Multi Function Printer）等の電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

本発明の一実施形態の現像装置の概略を示す上面図である。 図１に示す現像装置のＣ−Ｄ矢視断面図である。 図１に示す現像装置の有する現像剤分離壁の斜視図である。 図４に示す現像剤分離壁の斜面の各電極に印加する電圧と、この現像剤分離壁でのトナーおよびキャリアの移動とを説明する図である。 図１に示す現像装置のＥ−Ｆ矢視断面図である。 図１に示す現像装置の有する非劣化キャリア分離壁の斜面の各電極に印加する電圧と、この非劣化キャリア分離壁での非劣化キャリアの移動とを説明する図である。 図１に示す現像装置の有する劣化キャリア分離壁の斜面の各電極に印加する電圧と、この劣化キャリア分離壁での劣化キャリアの移動とを説明する図である。 本発明の他の実施形態の現像装置の概略を示す上面図である。 図８に示す現像装置の有する下部電極および上部電極によるキャリアの分離を説明する図である。 図８に示す現像装置のＫ−Ｌ矢視断面図である。 上部電極と下部電極からなる電極対間を、下部電極から上部電極に移動するキャリアの数を測定するための実験装置の断面図である。 （ａ）は上部電極に電圧を印加する前の、（ｂ）は上部部電極に電圧を印加した後の、電極対を光学顕微鏡で観測した結果を示す図である。 実験において、印加電圧と上部電極に移ったキャリアの数の比率との関係をグラフ化した図である。 キャリアの抵抗を測定する装置の概略図である。 キャリアの抵抗の測定を行った結果のグラフを示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１，１１ 現像装置
２ 現像槽
３ 現像スリーブ
５，５’ 現像剤分離部
６ 現像剤分離壁（キャリア・トナー分離手段）
６ａ 電極（キャリア・トナー分離手段）
７ スクリュー（キャリア撹拌部材）
８ キャリア分離部（キャリア分離手段）
８ａ 非劣化キャリア分離壁
８ｂ 劣化キャリア分離壁
８ｃ 電極（キャリア分離手段）
８ｄ 電極（キャリア分離手段）
１０ 電圧印加部（電圧印加手段）
１２ 下側搬送ベルト（下側の電極部材）
１３ 上側搬送ベルト（上側の電極部材）
１４ 非劣化キャリア返戻部
１００ 画像形成装置

Claims (7)

1. キャリアとトナーとを含む現像剤が撹拌される現像槽を有する現像装置において、
   キャリアとトナーとを分離するキャリア・トナー分離手段と、
   上記キャリア・トナー分離手段にて分離されたキャリアを、電気的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離するキャリア分離手段と、
   を備え、
   上記キャリア・トナー分離手段と上記キャリア分離手段とは、別々に設けられ、上記キャリア・トナー分離手段は、分離したキャリアを上記キャリア分離手段へと搬送することを特徴とする現像装置。
2. 上記キャリア分離手段は、
   キャリア撹拌部材と、
   上記キャリア・トナー分離手段によりトナーと分離されたキャリアが収容される領域に沿って伸びる山型のキャリア分離凸部と、
   上記キャリア分離凸部の尾根に沿って伸び上記キャリア分離凸部の斜面に配置される複数の電極と、
   複数の上記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 上記キャリア撹拌部材は、キャリアを撹拌しながら搬送するスクリューであり、
   上記スクリューの両側には搬送方向に沿って伸びる上記キャリア分離凸部が形成され、
   上記電圧印加手段は、非劣化キャリアと劣化キャリアとの帯電性の違いに基づき、第１のキャリア分離凸部に配置された複数の電極への電圧の印加により非劣化キャリアを上記現像槽に戻し、第２のキャリア分離凸部に配置された複数の電極への電圧印加により劣化キャリアを排出するように、印加電圧の切り替えを行うことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 上記キャリア分離手段は、
   上下方向に対向配置され、キャリア搬送方向に移動し、上記キャリア・トナー分離手段によりトナーと分離されたキャリアを搬送する一対の電極部材と、
   上記両電極部材間のキャリアが導電的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離されるように上記両電極部材に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
   上記電極部材対における上側の電極部材の下側の電極部材に対向する面には
   非導電性皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 上記キャリア・トナー分離手段は、
   現像剤が収容される領域に沿って伸びる山型の現像剤分離凸部と、
   上記現像剤分離凸部の尾根に沿って伸び上記現像剤分離凸部の斜面に配置される複数の現像剤分離電極と、
   帯電性の違いにより帯電したトナーとキャリアとが分離されるように、複数の上記電極に対して電圧を印加する電圧印加手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
7. キャリアとトナーとを含む現像剤が撹拌される現像槽を有する現像装置内の非劣化キャリアの分離方法であって、
   キャリア・トナー分離手段にて、キャリアとトナーとを分離するキャリア・トナー分離ステップと、
   上記キャリア・トナー分離ステップにて分離されたキャリアを、キャリア分離手段にて、電気的性質の違いにより劣化キャリアと非劣化キャリアとに分離するキャリア分離ステップと、
   を含み、
   上記キャリア・トナー分離手段と上記キャリア分離手段とは、別々に設けられ、上記キャリア・トナー分離ステップで、上記キャリア・トナー分離手段は、分離したキャリアを上記キャリア分離手段へと搬送することを特徴とする非劣化キャリアの分離方法。