JP5003230B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置、及びそこに使用される現像装置に関する。特に、キャリヤとトナーとからなる二成分現像剤を使用し、トナー担持体上にトナーのみを保持させて静電潜像を現像するようにした現像装置及び画像形成装置に関するものである。

従来より、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体上に形成された静電潜像の現像方式としては現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像方式およびトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式では一般的にトナーを、トナー担持体とトナー担持体に押圧された規制板とによって形成される規制部を通過させることでトナーを帯電し、所望のトナー薄層を形成し静電潜像を現像する。このため、トナー担持体と像担持体とは近接した状態で現像するため、ドットの再現性に優れ、また、均一なトナー薄層を形成することで、二成分現像方式に見られる磁気ブラシによる画像のムラが発生せず均一な画像が得られやすい。しかし一方で、規制部における強いストレスにより、トナー表面が変質して電荷受容性が低下し、トナー規制部材やトナー担持体表面がトナーや外添剤の付着により汚染され、トナーヘの電荷付与性が低下して、帯電不良トナーによるかぶりや機内の汚れ等の問題を引き起こす。その結果、現像装置の寿命が短くなるという問題がある。

一方、二成分現像方式ではトナーをキャリアとの混合による摩擦帯電で帯電するため、ストレスが小さく、トナーの劣化に対して有利である。さらにトナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積が大きいため、トナーや外添剤による汚染に対しても相対的に強く、長寿命化に関しては有利である。

しかしながら、二成分現像方式では像担持体上の静電潜像を現像する際に、現像剤により形成される磁気ブラシによって像担持体表面を摺擦するため、現像像に磁気ブラシ痕が発生するという課題を有している。さらに、像担持体にキャリアが付着しやすく、画像欠陥となる課題を有している。

二成分現像剤を用いた二成分現像方式の長寿命である特長を有し、且つ、上記画像欠陥の問題を解決する現像方式として、現像剤担持体上に二成分現像剤を担持し二成分現像剤からトナーのみをトナー担持体に供給して現像に用いる、所謂ハイブリッド現像方式が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ハイブリッド現像方式では、一成分現像と二成分現像の両者の特長を合わせもっているものの、トナー担持体上の現像に使用されなかった残留トナー（現像残トナー）が、次の現像工程において現像履歴（ゴースト）として画像上に現れる課題を有している。

この課題を解決する現像方式として、ハイブリッド現像方式において、トナー担持体から現像後の現像残トナーを回収する回収用現像剤担持体を設けた方式が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。
特開昭５９−１７２６６２号公報 特開平９−２５１２３７号公報 特開２００５−１５７０９３号公報

しかしながら、特許文献２及び３においては、トナー担持体からトナー回収用現像剤担持体方向へトナーを移動させる電界がかかっているため、トナー担持体との対向部であるトナー回収部を通過する際にトナー回収用現像剤担持体表面へのトナーの偏在が生じる。この偏在したトナーは、トナー回収用現像剤担持体の表面に静電力により吸着しているため、トナー回収用現像剤担持体から現像剤を除去してもトナー回収用現像剤担持体表面に残ったままとなる。その結果、繰り返し使用によってトナー回収用現像剤担持体表面に荷電したトナーの層が形成され、このトナー層の電界により、トナー回収用現像剤担持体によるトナー担持体からのトナー回収が阻害され、ゴーストが発生するという問題が生じる。さらにこの状態で長期間使用すると、トナー回収用現像剤担持体表面にトナーがフィルミングし、トナー担持体からのトナーの回収ムラが発生し、画像ノイズとなる。また、特許文献３においては、トナー回収用現像剤担持体上の現像剤を分離するための分離極で分離された現像剤をかき集め、現像剤槽に戻す滞留阻止手段を設けているが、この滞留阻止手段によってもトナー回収用現像剤担持体表面に偏在したトナーを除去することはできない。

本発明は、二成分現像剤を用いたハイブリッド現像装置において、トナー回収用現像剤担持体表面にトナーが滞留することが無く、長期にわたりゴーストや画像ノイズの無い良好な画像形成を行える現像装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の特徴を有するものである。

１．
静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体と、
前記トナー担持体に近接配置され、前記トナーとキャリアとを含む現像剤を担持搬送し、前記トナー担持体に前記トナーを供給する供給用現像剤担持体と、
前記トナー担持体に近接配置され、前記現像剤を担持搬送し、前記静電潜像を現像した後に前記トナー担持体上に残留した前記トナーを回収する回収用現像剤担持体と、
を備えた現像装置において、
前記回収用現像剤担持体上の現像剤を攪拌する攪拌手段を有し、
前記トナー担持体と前記回収用現像剤担持体との間には、前記トナー担持体上に残留した前記トナーを回収するために前記トナー担持体から前記回収用現像剤担持体に向かう方向へ前記トナーを移動させる電界が形成されており、
前記回収用現像剤担持体の一部には、前記トナー担持体上から回収した前記トナーを含む前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤を剥離するために同極性の磁極を用いて反発磁界が形成されており、
前記攪拌手段は、前記トナー担持体上から回収した前記トナーを含む前記現像剤が前記回収用現像剤担持体によって搬送される方向において、前記反発磁界によって前記現像剤が前記回収用現像剤担持体上から剥離される箇所よりも上流側に配置され、
前記トナー担持体上から回収した前記トナーを含む前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤は、前記トナーおよび前記キャリアが前記攪拌手段によって攪拌された状態で前記回収用現像剤担持体から剥離されることを特徴とする現像装置。

２．
前記供給用現像剤担持体と前記回収用現像剤担持体とは、近接配置され、前記供給用現像剤担持体上の前記現像剤は、前記トナー担持体に前記トナーを供給した後に前記回収用現像剤担持体上に移動されることを特徴とする１に記載の現像装置。

３．
現像剤槽を有し、前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤は、前記攪拌手段で攪拌された後、前記現像剤槽に搬送されることを特徴とする１又は２に記載の現像装置。

４．
前記攪拌手段は、前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤に接触し、該現像剤を前記回収用現像剤担持体側に押圧するように配置された攪拌部材を有することを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の現像装置。

５．
前記攪拌手段は、前記攪拌部材に前記トナーを引き寄せる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする４に記載の現像装置。

６．
前記攪拌手段は、前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤と非接触で配置された電極と、該電極に前記トナーを引き寄せる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の現像装置。

７．
前記攪拌部材と前記回収用現像剤担持体との間に交番電界を形成することを特徴とする５に記載の現像装置。

８．
像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記像担持体上の前記静電潜像を現像するための１乃至７の何れか１項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、トナー担持体と供給用現像剤担持体及び回収用現像剤担持体とを備えた現像装置において、トナー担持体からトナーを回収した後の回収用現像剤担持体上の現像剤を攪拌する攪拌手段を有する。この攪拌手段により、回収用現像剤担持体上で分離されたトナーとキャリアを攪拌し、回収用現像剤担持体上にトナー層が形成されることを防止することができる。また、長期の使用に伴う回収用現像剤担持体表面へにトナーフィルミングも防止することができる。よって、回収用現像剤担持体上にトナー層を形成しないので、トナー層によるトナー回収電界の低下や、長期使用における回収用現像剤担持体の表面へのトナーフィルミングを防止することができる。その結果、ゴーストの発生が無く、長期にわたり良好な画像形成を行える現像装置および画像形成装置をできるという効果を奏する。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１に本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部を示す。この画像形成装置は、電子写真方式により像担持体（感光体）１に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体Ｐに転写して画像形成を行うプリンタである。この画像形成装置は画像を担持するための像担持体１を有しており、像担持体１の周辺には、像担持体１を帯電するための帯電手段としての帯電部材３、像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置２、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ４、及び像担持体１上の残留トナー除去用のクリーニングブレード５が、像担持体１の回転方向Ａに沿って順に配置されている。

像担持体１は、帯電部材３で帯電された後に、図中のＥ点の位置でレーザ発光器などを備えた露光装置３０により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置２は、この静電潜像をトナー像に現像する。転写ローラ４は、この像担持体１上のトナー像を転写媒体Ｐに転写した後、図中の矢印Ｄ方向に排出する。クリーニングブレード５は、転写後の像担持体１上の残留トナーを、その機械的な力で除去する。画像形成装置に用いられる像担持体１、帯電部材３、露光装置３０、転写ローラ４、クリーニングブレード５等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してよい。例えば、帯電手段として図中、帯電ローラが示されているが、像担持体１と非接触の帯電装置であってもよい。また例えば、クリーニングブレードはなくてもよい。

本実施形態において現像装置２は、現像剤２４を収容する現像剤槽１６、該現像剤槽から供給された現像剤２４を表面に担持して搬送する供給用現像剤担持体１１、供給用現像剤担持体１１からトナー供給領域７においてトナーのみが供給され、前記像担持体１上に形成された静電潜像を現像するトナー担持体２５、現像領域６を通過した後にトナー担持体上に残留する現像残トナーをトナー回収領域８において回収する回収用現像剤担持体２６、および回収用現像剤担持体に対向して配される現像剤撹拌手段２９を備えたことを特長とし、トナー回収領域８を通過後の現像剤を撹拌・混合し、混合状態を改善したのちに現像剤分離領域９で分離し現像剤槽１６に戻す構成となっている。

本実施形態において現像剤２４はトナー、該トナーを帯電するためのキャリアを含んでなるものである。

トナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や必要に応じて、荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、３〜１５μｍ程度が好ましい。
このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。

トナーに使用するバインダー樹脂としては、これに限定されるものではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）やポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂単体もしくは複合体により、軟化温度が８０〜１６０℃の範囲のものを、またガラス転移点が５０〜７５℃の範囲のものを用いることが好ましい。

また、着色剤としては、一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂１００質量部に対して２〜２０質量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の荷電制御剤としても、公知のものを用いることができ、正帯電性トナー用の荷電制御剤としては、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂などがある。負帯電性トナー用荷電制御剤としては、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物などがある。荷電制御剤は一般に上記のバインダー樹脂１００質量部に対して０．１〜１０質量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の離型剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス等を単独あるいは２種類以上組み合わせて使用することができ、一般に上記のバインダー樹脂１００質量部に対して０．１〜１０質量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の外添剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができ、流動性改善例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子を使用することができ、特にシランカップリング剤やチタンカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化したものを用いるのが好ましい。そして、このような流動化剤を上記のトナー１００質量部に対して０．１〜５質量部の割合で添加させて用いるようにする。外添剤の個数平均一次粒径は１０〜１００ｎｍであることが好ましい。

さらに上記外添剤として、トナーと逆極性の荷電性を有する粒子を使用してもよい。好適に使用される逆極性粒子はトナーの帯電極性によって適宜選択される。トナーとして負帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、正帯電性を有する微粒子が用いられ、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができ、また樹脂中に正帯電性を付与する正荷電制御剤を含有させたり、含窒素モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。ここで、上記の正荷電制御剤としては、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等を使用することができ、また上記の含窒素モノマーとしては、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾール等を使用することができる。

一方、正帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、負帯電性を有する微粒子が用いられ、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子に加え、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができ、また樹脂中に負帯電性を付与する負荷電制御剤を含有させたり、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。ここで、上記の負荷電制御剤としては、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用することができる。

また、逆極性粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理するようにしてもよく、特に、無機微粒子に正帯電性を付与する場合には、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましく、また負帯電性を付与する場合には、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。

逆極性粒子の個数平均粒径は、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。トナー１００質量部に対して０．１〜１０質量部の割合で添加させて用いるようにする。

キャリアとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどが使用できる。キャリア粒径としてはこれに限定されるものではないが、１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けることもできる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御することができる。

バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。

バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。その形状は粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。また、化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０質量％の量で添加することが適当である。

バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられ、これらの樹脂を表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、帯電付与能力を向上させることができる。

バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与え、微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むようにして固定することにより行なわれる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部を磁性樹脂キャリア表面から突き出すようにして固定される。帯電性微粒子としては、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的には、有機系としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子を用いることができ、帯電レベルおよび極性については、素材、重合触媒、表面処理等により、希望するレベルの帯電および極性を得ることができる。また、無機系としては、シリカ、二酸化チタン等の負帯電性の無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正帯電性の無機微粒子などが用いられる。

一方、コート型キャリアは磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリア同様、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたりできる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子により制御することができ、バインダー型キャリアと同様の材料を用いることができる。特にコート樹脂はバインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０質量％、好ましくは６〜３０質量％が適している。

図１に示す現像装置２において、現像剤槽１６は、ケーシング１９により形成されており、通常は内部に現像剤を混合・撹拌し、供給用現像剤担持体へ現像剤を供給する混合撹拌部材１７、１８を収納している。ケーシング１９の混合撹拌部材１８に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２０が配設されている。

現像装置２は通常、現像領域６で消費される分のトナーを現像材槽１６内に補給するための補給部１０を有している。補給部１０において、補給トナー２３を収納した図示しないホッパから送られた補給トナーが現像剤槽１６内へ補給される。

現像装置２は、供給用現像剤担持体１１上の現像剤量を規制するための現像剤薄層化用の規制部材（規制ブレード）１５を有している。供給用現像剤担持体１１は、固定配置された磁石ローラ１３と、これを内包する回転自在なスリーブローラ１２とから構成され、トナー担持体へとトナーを供給するためのトナー供給バイアスがバイアス電源５１により印加される。磁石ローラ１３は、スリーブローラ１２の回転方向Ｂに沿ってＮ１，Ｓ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｓ２の５つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、トナー担持体２５と対向するトナー供給領域７の位置に配されている。回収用現像剤担持体２６も同様に、固定配置された磁石ローラ２８と、これを内包する回転自在なスリーブローラ２７とから構成され、トナー担持体上の現像残トナーを回収するための回収バイアスがバイアス電源５２により印加される。磁石ローラ２８は、スリーブローラ２７の回転方向Ｃに沿ってＮ４，Ｓ３，Ｎ５，Ｓ４，Ｎ６の５つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｓ３は、トナー担持体２５と対向するトナー回収領域８の位置に配されており、また、スリーブローラ２７上の現像剤９を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ６，Ｎ４は、現像剤槽１６内部に対向した位置に配置されている。主磁極Ｓ３の下流側で、現像剤９の剥離が行われる同極部Ｎ６、Ｎ４の上流側に、トナー担持体２５からトナーを回収した後の回収用現像剤担持体２６上の現像剤を攪拌するための攪拌手段２９が配置されている。さらに、図１の現像装置２においては供給用現像剤担持体１１上の現像剤を回収用現像剤担持体２６へと受け渡すために、Ｓ１、Ｎ４が供給用現像剤担持体１１と回収用現像剤担持体２６の対向部に配されている。トナー担持体２５は供給用現像剤担持体１１、回収用現像剤担持体２６および像担持体１のそれぞれに対向するように配され、像担持体１上の静電潜像を現像するための現像バイアスがバイアス電源５３により印加されている。トナー担持体２５は上記電圧を印加可能な限りいかなる材料からなっていてよく、例えば、表面処理を施したアルミローラが挙げられる。そのほかアルミ等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートやシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いてもよい。コーティング材料としては、これに限定されるものではない。さらに上記コーティングのバルクもしくは表面に導電剤が添加されていてもよい。導電剤としては、電子導電剤もしくはイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤として、ケッチンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉、金属酸化物の微粒子等が挙げられるが、これに制約されない。イオン導電剤として、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物や、両性化合物、その他イオン性高分子材料が挙げられるが、これにこだわらない。さらに、アルミ等の金属材料からなる導電性ローラであっても構わない。

図１に示す現像装置２においてその動作を詳しく説明する。

現像剤槽１６内の現像剤２４は、混合撹拌部材１７、１８の回転により混合撹拌され、摩擦帯電すると同時に現像剤槽１６内で循環搬送され、現像剤担持体１１表面のスリーブローラ１２へと供給される。

この現像剤２４は、供給用現像剤担持体１１内部の磁石ローラ１３の磁力によってスリーブローラ１２の表面側に保持され、スリーブローラ１２と共に回転移動して、現像ローラ１１に対向して設けられた規制部材１５で通過量を規制される。

その後、現像剤はトナー担持体２５と対向するトナー供給領域７へと搬送される。トナー供給領域７では磁石ローラ１３の主磁極Ｎ１の磁力によって現像剤穂立ちが形成され、トナー担持体２５に印加された現像バイアスと供給用現像剤担持体１１に印加されたトナー供給バイアスにより形成された電界がトナーに与える力により、現像剤中のトナーがトナー担持体２５側へ供給される。

トナー担持体２５に供給されたトナー層はトナー担持体２５の回転に伴って現像領域６へと搬送され、現像バイアスと像担持体１上の潜像電位とによって形成される電界により静電潜像が顕像へと現像される。現像方式は反転現像方式であってもよいし、または正規現像方式であってもよい。現像領域６でトナーを消費したトナー層は、さらに回収用現像剤担持体２６と対向するトナー回収領域８へと搬送される。

一方、トナー供給領域７においてトナー担持体２５へとトナーを供給した残りの現像剤は回収用現像剤担持体２６との対向部まで搬送され、供給用現像剤担持体１１の磁極Ｓ１と回収用現像剤担持体２６の磁極Ｎ４により形成される磁界によって回収用現像剤担持体２６へと搬送され、受け渡される。

回収用現像剤担持体２６へと受け渡された現像剤は回収用現像剤担持体２６のスリーブローラ２７と共に回転移動して、トナー担持体２５と対向するトナー回収領域８まで搬送される。トナー回収領域８において、トナー担持体２５上の現像残トナーはトナー担持体２５に印加された現像バイアスと供給用現像剤担持体２６に印加されたトナー回収バイアスとの形成する電界による静電気力および、回収用現像剤担持体の主磁極Ｓ３の磁力によって穂立ちした現像剤による機械的摺擦力によってトナー担持体２５から回収用現像剤担持体２６へと回収される。このようにトナー供給領域７を通過し、トナー濃度の低下した供給用現像剤担持体１１上の現像剤を、該供給用現像剤担持体１１に近接配置された回収用現像剤担持体２６に受け渡し、トナー回収領域でトナー回収を行うことで、より効率的にトナー担持体２５上の現像残トナーを現像剤中に取り込み、回収することができる。

回収用現像剤担持体２６上に回収されたトナーを含む現像剤はトナー回収領域８の電界によってトナーとキャリアの混合状態が低下し、スリーブローラ表面にトナーが偏在した状態となるため、トナー回収用現像剤と対向して設けられた撹拌手段２９によって撹拌・混合される。

その後、現像剤槽１６に向けて搬送され、磁石ローラ同極部Ｎ６，Ｎ４の反発磁界によって回収用現像剤担持体２６上から剥離され、現像剤槽１６内へと回収される。このように回収用現像剤担持体２６上で攪拌部材２９により攪拌された現像剤を現像槽に戻すことにより、トナーとキャリアとの混合性をより均一に行い、安定した帯電トナーを得ることができる。

トナー補給部１０に設けられた不図示の補給制御部は、ＡＴＤＣセンサ２０の出力値から現像剤２４中のトナー濃度が画像濃度確保のための最低トナー濃度以下になったことを検出すると、不図示のトナー補給手段によってホッパ内に貯蔵された補給トナー２３がトナー補給部１０を介して現像剤槽１６内へ供給される。

図１では、供給用現像剤担持体１１と回収用現像剤担持体２６が対向して配置し、現像剤槽１６から供給用現像剤担持体１１上に供給された現像剤を供給用現像剤担持体１１上で規制し、供給用現像剤担持体１１から回収用現像剤担持体２６へ受渡し、回収用現像剤担持体２６から分離して現像剤槽１６へと戻すようにしている。

しかしながら、現像剤の流れはこれに限定されるものではない。例えば、回収用現像剤担持体２６から再度供給用現像剤担持体１１に現像剤を受渡した後に供給用現像剤担持体１１から現像剤槽１６へと戻すようにしてもよい。また、供給用現像剤担持体１１および回収用現像剤担持体２６のそれぞれに現像剤を供給し、搬送量を規制した後にトナー供給領域７およびトナー回収領域８に搬送し、それぞれの現像剤担持体上から現像剤を分離して現像剤槽へと戻す（供給用現像剤担持体１１と回収用現像剤担持体２６との現像剤の流れを別にする）ようにしてもよい。つまり、トナー供給領域７に搬送される現像剤が現像剤槽１６でトナー濃度が調整された現像剤でありさえすればよい。

ここで、トナー撹拌手段２９の作用について説明する。通常磁石ローラを内蔵した現像剤担持体上の現像剤は図２（ａ）に示すように、キャリア表面にトナーが付着した状態で磁石ローラの磁界によって磁気ブラシを形成している。しかしながら、トナー回収領域８ではトナー担持体２５から回収用現像剤担持体２６方向へとトナーを移動させる方向の静電気力が作用するため、回収用現像剤担持体２６上の現像剤中のトナーもより回収用現像剤担持体２６表面へと移動させられる。その結果、図２（ｂ）に示すように、トナーがキャリアと半ば分離された状態となり、かつ回収用現像剤担持体２６表面に偏在した状態となる。一般に、固定配置された磁石ローラと、これを内包する回転自在なスリーブローラとから構成される現像剤担持体から、現像剤に大きなストレスを与えずに現像剤を剥離する手段として、同極部の反発磁界を用いるなどの磁力を用いて移動させることが考えられる。しかしながら、従来の現像装置の構成では、図２（ｂ）に示すようにトナーが回収用現像剤担持体２６表面に偏在した状態で、トナーとキャリアが分離しているため、同極部の反発磁界によるキャリアの剥離は可能であっても、トナーまで剥離することは困難であった。そのため、トナーが回収用現像剤担持体２６表面に残留する状態となり繰り返しの使用によって、次第に回収用現像剤担持体２６表面にトナーが蓄積していく問題が生じていた。トナーが蓄積するとトナーの電荷によって、トナー回収領域８でのトナー回収電界が阻害されるため、トナー担持体２５上の現像残トナーの回収が不十分となり、その結果、例えば図３に示すように黒ベタ画像部Ｅと白部Ｗが交互に並ぶような濃淡差の大きい画像に続いてハーフ画像部Ｈを印刷するとハーフ画像部Ｈに現像履歴（ゴースト）Ｇが画像上に現れる問題が生じ、回収用現像剤担持体２６を設けた効果が小さくなる。さらに、長期に渡って使用すると回収用現像剤担持体２６上に蓄積したトナーが次第に回収用現像剤担持体２６表面にフィルミングし、フィルミングしたトナー層のチャージアップにより回収性が悪くなる。また縦スジ状のフィルミングが発生しやすく、筋状の濃度ムラが画像に現れるという問題も発生する。

しかし、本発明に係る撹拌手段２９を用いた場合、分離したトナーとキャリアを回収用現像剤担持体２６上で撹拌・混合することができる。攪拌手段２９が、回収用現像剤担持体２６表面に偏在したトナーを回収用現像剤担持体２６表面から引き剥がし、上層にあるキャリアリッチな現像剤と混合攪拌する。その結果、反発磁界によってキャリアのみ剥離することがなく、トナーとキャリアが共に剥離し、回収用現像剤担持体２６から確実に現像剤を現像剤槽１６に移動させることが可能となる。

攪拌手段２９により、トナー回収用担持体２６表面に偏在したトナーを剥離し、現像剤と混合する方法は、偏在したトナーに物理的にせん断力を作用させる方法や静電気力を作用させる方法がある。

例えば、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、攪拌手段２９として、回収用現像剤担持体２６上の現像剤に接触し、該現像剤を回収用現像剤担持体２６側に押圧するように配置された攪拌部材２９１、２９２を用いる。攪拌部材２９１は、板状の部材で、現像剤９が攪拌図剤２９１とスリーブローラ２７との間を通過するとき、回収用現像剤担持体２６側に押圧され、回収用現像剤担持体２６の表面に偏在しているトナー層にストレスを与えている。このようにすることで、回収用現像剤担持体２６の表面のトナーと現像剤が攪拌され、偏在トナーを現像剤中に取り込むことができる。その後に、偏在トナーを取り込んだ現像剤は、下流側に配置された同極配置された磁極Ｎ６、Ｎ４で、現像剤槽１６に搬送される。よって、トナー回収部におけるトナー回収能力の低下が生じることが無く、また、回収用現像剤担持体２６上へのトナーフィルミングの発生もなく、良好な画像を長期に渡って形成することができる。

また、攪拌部材２９１の形状を丸棒にした攪拌部材２９２でも攪拌部材２９１と同様の効果が得られる。なお、攪拌部材２９２は、静止状態でも良いし、図のようにカウンター方向（互いに対向する面が逆方向に移動する回転方向）でも良いし、ウイズ方向（互いに対向する面が同方向に移動する回転方向）でも良い。

また、攪拌部材２９１、２９２は、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにバイアス電源５４、５５により電圧を印加し、攪拌部材２９１、２９２と回収用現像剤担持体２６との間に電界を形成し、偏在したトナーに回収用現像剤担持体２６の表面から剥離するようにしても良い。攪拌部材２９１、２９２によるストレスと静電気力により、より効果的に偏在したトナーを剥離し、混合することができる。トナーが負極性に帯電するときは回収用現像剤担持体に印加する電圧の平均値と等しいか高い平均値となる電圧を攪拌部材に印加し、トナーが正極性に帯電するときは回収用現像剤担持体に印加される電圧の平均値と等しいか低い平均値となる電圧を攪拌部材に対して印加する。また、回収用現像剤担持体２６と攪拌部材との間に交番電界を形成しても良い。このような電圧を印加することにより、回収用現像剤担持体２６の表面に偏在したトナーを該表面から剥離することができる。

また、図６に示すように攪拌手段として、回収用現像剤担持体２６上の現像剤と非接触で配置された電極２９３と、該電極２９３に電圧を印加するバイアス電源５６を用いても良い。トナーが負極性に帯電するときは回収用現像剤担持体２６に印加する電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧を電極２９３に印加し、トナーが正極性に帯電するときは回収用現像剤担持体２６に印加される電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧を電極２９３に対して印加する。また、回収用現像剤担持体２６と電極２９３との間に交番電界を形成しても良い。

更に、回収用現像剤担持体２６上の現像剤と非接触な電極２９３と、攪拌部材２９１、２９２を組み合わせた攪拌手段であっても良い。

以上のような攪拌手段を用いて、回収用現像剤担持体２６の表面に偏在したトナーを剥離・攪拌することにより、トナー回収部８における回収電界の低下を防止することができ、更に回収用現像剤担持体２６の表面にトナーがフィルミングすることを防止することができる。

画像形成装置として、コニカミノルタ製ＭＦＰ ｂｉｚｈｕｂＣ３５０を改造し、現像装置として、図１に示した構成の現像装置を用い、以下の条件で耐刷実験を行った。

現像剤としては、コニカミノルタ製ＭＦＰ ｂｉｚｈｕｂＣ３５０用の現像剤を用いた。現像剤中のトナー濃度は８％であった。

像担持体とトナー担持体との現像ギャップを０．１５ｍｍとし、トナー担持体と供給用現像剤担持体とのトナー供給ギャップ、トナー担持体と回収用現像剤担持体とのトナー回収ギャップ、供給用現像剤担持体と規制部材との規制ギャップ、をそれぞれ０．３５ｍｍとした。トナー担持体に印加する電圧を振幅１．４ｋＶ、ＤＣ成分−３５０Ｖ、周波数２ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比６０％の矩形波電圧（平均電圧−２１０Ｖ）とし、供給用現像剤担持体に印加する電圧をＤＣ−３５０Ｖ、回収用現像剤担持体に印加する電圧をＤＣ−５０Ｖとした。像担持体上に形成された静電潜像の背景部電位は−５５０Ｖ、画像部電位は−６０Ｖであった。

本発明の効果を確認するための評価は、各種撹拌部材を設けた場合と撹拌部材を設けない場合とで図３に示したチャートを１０枚連続印刷し、１０枚目の現像履歴（ゴースト）の発生状態を比較した。評価は濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製Ｘ−Ｒｉｔｅ３１０）により、ハーフ画像部の黒ベタ部、白部に対応する領域の濃度を測定し、濃度差が０．０５以下の場合を○、濃度差が０．０５〜０．１の場合を△、それ以外を×とした。さらに、画像面積率５％の画像を２０万枚印刷した際の回収用現像剤担持体上のトナーフィルミング状態を目視評価した。フィルミングの発生がない場合を○、発生している場合を×とした。
（実施例１）
攪拌手段として、図４（ａ）の構成で、撹拌部材２９１にポリカーボネート製の板（厚み５ｍｍ）を用いた。回収用現像剤担持体２６と攪拌部材２９１との間隔を０．２５ｍｍとし、攪拌部材２９１が現像剤層に接触するようにした。
（実施例２）
攪拌手段として、図４（ｂ）の構成で、撹拌部材２９２にＳＵＳ製の回転ローラを用いた。回収用現像剤担持体２６と攪拌部材２９２との間隔を０．２５ｍｍとし、撹拌部材２９２が現像剤層に接触するようにした。また、回収用現像剤担持体２６との対向部において、撹拌部材２９２の表面が回収用現像剤担持体２６の表面と同じ速度でカウンター方向に移動するように回転駆動した。
（実施例３）
攪拌手段として、図６（ａ）の構成で、回収用現像剤担持体２６と対向するハウジング壁面にＳＵＳ製の電極２９３を設けた。回収用現像剤担持体２６と電極２９３との間隔を約１ｍｍとして、回収用現像剤担持体２６上の現像剤と電極２９３とが非接触の状態で、ＤＣ５００Ｖの電圧を印加した。
（実施例４）
攪拌手段として、図５（ｂ）の構成で、撹拌部材２９２に表面がアルマイト処理されたアルミローラを用いた。回収用現像剤担持体２６と攪拌部材２９２との間隔を０．３ｍｍとし、回収用現像剤担持体２６上の現像剤に攪拌部材２９２を接触させた。攪拌部材２９２は、回収用現像剤担持体２６との対向部において撹拌部材２９２の表面が回収用現像剤担持体２６表面と同じ速度でウイズ方向に移動するように回転駆動した。撹拌部材２９２には振幅１ｋＶ、ＤＣ成分−５０Ｖ、周波数２ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％の矩形波状の電圧を印加した。
（実施例５）
攪拌手段として、図５（ａ）の構成で、攪拌部材２９１に表面がアルマイト処理されたアルミ板（５ｍｍ）を用いた。回収用現像剤担持体２６と攪拌部材２９１との間隔を０．２５ｍｍとし、回収用現像剤担持体２６上の現像剤に攪拌部材２９１が接触するように設けた。撹拌部材２９１には振幅１ｋＶ、ＤＣ成分−５０Ｖ、周波数２ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％の矩形波状の電圧を印加した。
（実施例６）
攪拌手段として、図５（ｂ）の構成で、攪拌部材２９２に表面がアルマイト処理されたアルミローラを用いた。回収用現像剤担持体と攪拌部材２９２との間隔を０．３ｍｍとし、回収用現像剤担持体２６上の現像剤に攪拌部材２９２が当接するように設けた。攪拌部材２９２は、回収用現像剤担持体２６との対向部において撹拌部材２９２表面が回収用現像剤担持体２６表面と同じ速度でカウンター方向に移動するように回転駆動した。撹拌部材２９２には振幅１ｋＶ、ＤＣ成分−５０Ｖ、周波数２ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％の矩形波状の電圧を印加した。
（比較例１）
図１に示した現像装置で、攪拌手段を設けない構成とした。

実施例１から６及び比較例１の構成の現像装置を用い、前記画像形成装置で耐刷テスト行い、前記評価方法にて評価した結果を表１に示す。

表１の結果より、トナー担持体からトナーを回収した後の回収用現像剤担持体上の現像剤を攪拌する攪拌手段を設けることにより、繰り返し使用によっても回収用現像剤担持体上へのトナー蓄積に起因する現像履歴（ゴースト）の発生を抑制できることがわかる。

本発明に係る一実施形態による画像形成装置及び現像装置の主要部を示す概略構成図である。 磁石ローラ上のキャリア表面にトナーが付着した状態を示す模式図である。 印刷画像の画像パターンを示す概略図である。 本発明に係る攪拌手段の一実施形態を示す概略図である。 本発明に係る攪拌手段の一実施形態を示す概略図である。 本発明に係る攪拌手段の一実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光体ドラム）
２ 現像装置
３ 帯電装置
３０ 露光装置
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 現像領域
７ トナー供給部
８ トナー回収部
１１ 供給用現像剤担持体
１２、２７ スリーブローラ
１３、２８ 磁石ローラ
１５ 規制部材（規制ブレード）
１６ 現像剤槽
１７、１８ バケットローラ
１９ ケーシング
２０ ＡＴＤＣセンサ
２３ 補給トナー
２４ 現像剤
２５ トナー担持体
２６ 回収用現像剤担持体
２９ 攪拌手段
２９１、２９２ 攪拌部材
２９３ 電極
３１ 導電性スリーブ
３２ マグネットロール
３３ バイアス電源
３４ 円筒電極
３５ コンデンサー
５１、５２、５３、５４、５５、５６ バイアス電源

Claims (8)

1. 静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に近接配置され、前記トナーとキャリアとを含む現像剤を担持搬送し、前記トナー担持体に前記トナーを供給する供給用現像剤担持体と、
   前記トナー担持体に近接配置され、前記現像剤を担持搬送し、前記静電潜像を現像した後に前記トナー担持体上に残留した前記トナーを回収する回収用現像剤担持体と、
   を備えた現像装置において、
   前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤を攪拌する攪拌手段を有し、
   前記トナー担持体と前記回収用現像剤担持体との間には、前記トナー担持体上に残留した前記トナーを回収するために前記トナー担持体から前記回収用現像剤担持体に向かう方向へ前記トナーを移動させる電界が形成されており、
   前記回収用現像剤担持体の一部には、前記トナー担持体上から回収した前記トナーを含む前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤を剥離するために同極性の磁極を用いて反発磁界が形成されており、
   前記攪拌手段は、前記トナー担持体上から回収した前記トナーを含む前記現像剤が前記回収用現像剤担持体によって搬送される方向において、前記反発磁界によって前記現像剤が前記回収用現像剤担持体上から剥離される箇所よりも上流側に配置され、
   前記トナー担持体上から回収した前記トナーを含む前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤は、前記トナーおよび前記キャリアが前記攪拌手段によって攪拌された状態で前記回収用現像剤担持体から剥離されることを特徴とする現像装置。
2. 前記供給用現像剤担持体と前記回収用現像剤担持体とは、近接配置され、前記供給用現像剤担持体上の前記現像剤は、前記トナー担持体に前記トナーを供給した後に前記回収用現像剤担持体上に移動されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 現像剤槽を有し、前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤は、前記攪拌手段で攪拌された後、前記現像剤槽に搬送されることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記攪拌手段は、前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤に接触し、該現像剤を前記回収用現像剤担持体側に押圧するように配置された攪拌部材を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記攪拌手段は、前記攪拌部材に前記トナーを引き寄せる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記攪拌手段は、前記回収用現像剤担持体上の前記現像剤と非接触で配置された電極と、該電極に前記トナーを引き寄せる電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の現像装置。
7. 前記攪拌部材と前記回収用現像剤担持体との間に交番電界を形成することを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
8. 像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記像担持体上の前記静電潜像を現像するための請求項１乃至７の何れか１項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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