JP5061800B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーとキャリヤを含む現像剤を用いて、像担持体上の潜像を現像する現像装置及び画像形成装置に関する。

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得ることができるため、装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。一方で、規制部の強いストレスによりトナーの劣化が促進され易く、トナーの電荷受容性が低下しやすい。さらに、トナー規制部材やトナー担持体表面がトナーや外添剤により汚染されることでトナーヘの電荷付与性も低下して、かぶり等の問題を引き起こすため、結果として現像装置の寿命が短くなってしまう。

比較すると、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、長寿命化に有利である。しかしながら、二成分現像剤を用いた場合においても、トナーや外添剤によってキャリア表面の汚染が生じることには変わりなく、長期に渡る使用によりトナー帯電量の低下を引き起こし、かぶりやトナー飛散などの問題が生じ、その寿命は決して十分とは言えず、より長寿命化が望まれる。

二成分現像剤を長寿命化する方法として、特許文献１には、トナーと共に、もしくは単独でキャリアを少量ずつ補給し、それに応じて、荷電性の低下した劣化現像剤を排出することで、キャリアの入れ替えを行い、劣化キャリア比率の増大を抑える現像装置が開示されている。この装置ではキャリアを入れ替えているため、キャリア劣化によるトナーの帯電量低下を一定のレベルで抑えることが可能となり、長寿命化に有利である。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、排出されたキャリアを回収する機構が必要であることや、キャリアが消耗品となることからコスト、環境面などに問題がある。また、キャリアの新旧比率が安定するまでに所定量の印刷を繰り返す必要があり、初期特性を維持し活かしているとは言えないという側面がある。

われわれは鋭意研究の結果、上記のような課題を解決するべく、これまでに特許文献２に記載したような現像方式を見出した。この現像方式では、現像剤中にキャリアと、トナーと、トナーと逆極性に帯電する逆極性粒子を含む現像剤を用いるとともに、現像器としてハイブリッド現像方式の現像器を採用した。このハイブリッド現像方式の現像器は、現像剤を収容する現像剤槽、表面に現像剤を担持して搬送する現像剤担持体、および該現像剤担持体と対向しトナー層をその表面に担持して像担持体上の静電潜像を現像するトナー担持体とを備える。これら現像剤と現像器を組み合わせると、現像剤担持体とトナー担持体の対向部では現像剤中からトナーのみをトナー担持体の表面に分離させてトナー層を形成している一方で、逆極性粒子についてはその多くが電界によってトナー担持体への移行を妨げられ、結局現像剤層に戻ることになり、逆極性粒子の多くは現像剤中に存在し続ける。その結果、通常であればトナー樹脂や後処理剤のキャリアへのスペントによって耐刷とともにキャリアの電荷付与性は低下していくところを、このシステムでは回収された逆極性粒子が現像器中でキャリア表面に付着することでキャリアの電荷付与性能の低下を有効に補うことによりキャリアの劣化を長期にわたって抑制する効果が得られた。

一方、ハイブリッド現像方式一般に共通する課題として、トナー担持体上の現像に使用されなかった残留トナーの残像が、次の現像工程において濃度差となって現れるいわゆる現像履歴（ゴースト）という課題を有している。これは、トナー担持体上でトナーが現像に使われなかった領域と、現像されて新しいトナーが供給された領域との間でトナー量に差異が生じ、現像が行われてトナーが消費された領域と、当該領域に隣り合う領域であって現像が行われずにトナーが消費されなかった領域とが存在する場合、トナー担持体の一周後にベタやハーフトーンを現像すると現像像に濃度差が生じてしまう現象である。近年、ハイブリッド現像方式においてこの課題を解決する方式として、トナー供給用とは別に、トナー回収用現像剤担持体を設置し、これにトナー担持体上の現像残トナーを回収する電圧を印加する方式が特許文献３などにおいて提案されている。画像形成時にはトナー供給用現像剤担持体上に担持搬送された現像剤中からトナー担持体へトナーのみが供給されて像担持体との対向部へ運ばれ像担持体上の潜像を現像する。そこで使われなかったトナーはトナー担持体からトナー回収用現像剤担持体へと回収され現像剤とともに現像剤槽へと戻される。この際トナーの供給、回収はそれぞれに印加されたバイアスで形成された電界によって行われる。この方式によれば、トナー回収用現像剤担持体によってトナー担持体上の現像残トナーを確実に回収できるため、ゴーストの問題を防止できる。
特開昭５９−１００４７１号公報 特開２００７−１０８６７３号公報 特開平１０−３１９７０８号公報

しかしながら、特許文献２においては、実用上問題ないレベルではあるが、わずかにゴーストが認めらる。また、特許文献３においては、ゴーストの問題は防止できるが、耐刷とともにキャリア劣化によるトナーの帯電量低下するという問題が残る。

本発明は上記のような問題点を鑑み、現像履歴（ゴースト）を防止し、かつ、安定してキャリアの劣化を抑制し、高画質な画像形成を長期にわたって実現する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を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．
トナーと、キャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤を収容する現像剤槽と、
像担持体上の潜像を現像するためのトナー担持体と、
該トナー担持体と対向して設置され、前記トナー担持体にトナーを供給するためのトナー供給用現像剤担持体と、
該トナー供給用現像剤担持体よりトナー担持体回転方向上流側で前記トナー担持体と対向して設置され、前記トナー担持体から現像残トナーを回収するためのトナー回収用現像剤担持体と、
前記各担持体の電位を制御する制御手段と、
を備えた現像装置であって、
前記制御手段は、非画像形成時に、
前記トナー担持体の電位と前記トナー回収用現像剤担持体の電位が等電位か、あるいは画像形成時と逆方向の電界が形成されるように、前記トナー担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の電位を制御する逆極性粒子回収動作を行うことを特徴とする現像装置。

２．
前記制御手段は、前記逆極性粒子回収動作の時に、
前記トナー担持体の電位と前記トナー供給用現像剤担持体の電位が、前記トナー担持体から前記トナー供給用現像剤担持体へと前記逆極性粒子が向かう方向に電界が形成されるように、前記トナー担持体と前記トナー供給用現像剤担持体の電位を制御することを特徴とする１に記載の現像装置。

３．
前記逆極性粒子回収動作の時に、
前記トナー担持体が画像形成時と逆方向に回転し、
前記制御手段は、前記トナー担持体の電位と前記トナー回収用現像剤担持体の電位が、前記トナー担持体から前記トナー回収用現像剤担持体へと逆極性粒子が向かう方向に電界が形成されるように、前記トナー担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の電位を制御することを特徴とする１に記載の現像装置。

４．
前記トナー供給用現像剤担持体の前記トナー担持体対向部より回転方向上流側で、前記トナー供給用現像剤担持体と対向して配置され、画像形成時に前記トナー供給用現像剤担持体上の現像剤から逆極性粒子を回収する逆極性粒子回収部材を有し、
前記制御手段は、前記逆極性粒子回収動作の時に、
前記逆極性粒子回収部材の電位と前記トナー供給用現像剤担持体の電位が、画像形成時と逆方向の電界を形成されるように、前記逆極性粒子回収部材と前記トナー供給用現像剤担持体の電位を制御することを特徴とする１に記載の現像装置。

５．
前記像担持体と、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、像担持体上の静電潜像を現像するための１乃至４のいずれか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、現像剤としてトナーと逆極性に帯電する逆極性粒子を含むものを使用し、像担持体上の潜像を現像するためのトナー担持体と、トナー担持体と対向して設置されるトナー供給用現像剤担持体と、トナー担持体から現像残トナーを回収するためのトナー回収用現像剤担持体とを備えた現像装置であって、トナー担持体の電位とトナー回収用現像剤担持体の電位が等電位か、あるいは画像形成時と逆方向の電界が形成される電位となるように制御する逆極性粒子回収動作を行うものである。このような構成を取ることにより、ゴーストの発生が無く、且つ、逆極性粒子を現像剤槽に確実に回収することができ、キャリア劣化の抑制効果を十分に発揮することが出来る現像装置及び画像形成装置を提供出来る。

本発明の実施の一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２ａ、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３３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２ａ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Ｃ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３３、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。

次に、本実施形態において用いられる現像装置２ａについて説明する。現像装置２ａは、逆極性粒子を含む現像剤２４とそれ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トナー供給用現像剤担持体１１、トナー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２５上に残留する現像残トナーをトナー回収領域８において回収するトナー回収用現像剤担持体２６、トナー担持体２５に電圧を供給するトナー担持体用バイアス電源２９、トナー供給用現像剤担持体１１に電圧を供給するトナー供給用現像剤担持体用バイアス電源３０、トナー回収用現像剤担持体２６に電圧を供給するトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源３１、それら電源や各担持体の駆動を制御するための制御手段としての制御装置３２を備えてなる。

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および逆極性粒子を含んでなるものである。逆極性粒子は、使用されるキャリアによってトナーの帯電極性に対して逆極性に帯電され得るものである。例えば、トナーがキャリアによって負に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で正に帯電されている正帯電性粒子である。

また例えば、トナーがキャリアによって正に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で負に帯電されている負帯電性粒子である。逆極性粒子を二成分系現像剤に含有させ、かつ分離機構により耐久に伴い現像剤中に逆極性粒子を蓄積させることにより、トナーや後処理剤のキャリアへのスペント等によりキャリアの荷電性が低下しても、逆極性粒子もトナーを正規極性に荷電し得るため、キャリアの荷電性を有効に補うことができ、結果としてキャリアの劣化を抑制できる。

逆極性粒子、トナーおよびキャリアの組み合わせによるトナーおよび逆極性粒子の帯電極性は、それぞれを混合撹拌し現像剤とした後、図６の装置を用いて現像剤からトナーまたは逆極性粒子を分離するための電界の方向から容易に知ることができる。まず、導電性スリーブ３４表面に現像剤をマグネットロール３５の磁力によって均一に担持させ、その後円筒電極３７を現像剤と非接触に配置する。その後バイアス電源３６によって導電性スリーブ３４に電圧を印加しながらマグネットロール３５を回転させることで、印加した電圧と同極性の粒子が電界によって円筒電極３７に飛翔する。この操作を電圧の極性を変えて行うことでトナー又は逆極性粒子の帯電極性を知ることができる。

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。

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。

逆極性粒子、トナーおよびキャリアの組み合わせによるトナーおよび逆極性粒子の帯電極性は、それぞれを混合撹拌し現像剤とした後、図６の装置を用いて現像剤からトナーまたは逆極性粒子を分離するための電界の方向から容易に知ることができる。

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。

現像剤に含まれる逆極性粒子の量は、本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば、キャリア１００質量部に対して０．０１〜５．００質量部、特に０．０１〜２．００質量部が好ましい。

現像剤は、例えば、予めトナーに逆極性粒子を外添処理した後で、キャリアと混合することによって調製することができる。

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、トナー供給用現像剤担持体１１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２ａは通常、現像領域６で消費される分のトナーを現像剤槽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２３が現像剤槽１６内へ補給される。現像剤中の逆極性粒子量を補充する目的で、補給トナー２３中には逆極性粒子を混合しておき、トナーとともに補給されるようにしてもよい。

現像装置２ａは、トナー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１５を有している。トナー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、像担持体１上の潜像を現像するために、トナー担持体２５へとトナーを供給するためのトナー供給バイアスがトナー供給用現像剤担持体用バイアス電源３０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。トナー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２５上の現像残トナーを回収するための回収バイアスがトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源３１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と対向するトナー供給領域７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２４を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ６，Ｎ４は、現像槽１６内部に対向した位置に配置されている。さらに、現像装置２ａにおいてはトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤をトナー回収用現像剤担持体２６へと受け渡すために、Ｓ１、Ｎ４がトナー供給用現像剤担持体１１とトナー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はトナー供給用現像剤担持体１１、トナー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トナー担持体用バイアス電源２９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。

次に本実施形態で用いられる現像装置２ａの制御方法について説明する。

本発明に係る画像形成時とは、像担持体１上に形成された静電潜像を現像するためのトナーをトナー供給用現像剤担持体１１がトナー担持体２５に供給する期間と対応して、それに先だってトナー回収用現像剤担持体２６がトナー担持体２５上の残留トナーを回収する期間をいう。また、非画像形成時とは、前記画像形成時以外の期間をいう。

画像形成時においては、トナー供給領域７にはトナーがトナー供給用現像剤担持体１１からトナー担持体２５へと力を受ける向きの電界が形成されるようトナー担持体２５およびトナー供給用現像剤担持体１１にバイアスが印加される。

例えば、トナー極性をマイナスとして説明すると、トナー供給領域７では、トナーがトナー供給用現像剤担持体１１からトナー担持体２５に移動する力を受ける向きの電界が形成されるように、トナー供給用現像剤担持体１１にはトナー担持体２５よりも低い電圧が印加される。また、トナー回収領域８では、現像残のトナーがトナー担持体２５からトナー回収用現像剤担持体２６へと力を受ける向きの電界が形成されるように、トナー担持体２５よりも高い電圧がトナー回収用現像剤担持体２６にが印加される。トナー極性がプラスの場合は、上記高低関係が逆の電圧がそれぞれに印加される。

トナー担持体２５、トナー供給用現像剤担持体１１、トナー回収用現像剤担持体２６に印加するバイアスとして、いずれか一つまたは複数について、直流成分に加えて交流バイアスを重畳することができる。この際用いる交流波形としては正弦波、矩形波、三角波など各種交流波形が利用できる。交流バイアスを利用した場合には、一周期の電圧の平均値が上記の大小関係を満たすようにバイアスを設定すれば良い。

このようなバイアスを印加し現像装置２ａを駆動した場合、現像剤に含まれている逆極性粒子は、トナーと逆極性に帯電しているためトナーと逆向きの力を受ける。

図３を用いて画像形成時の逆極性粒子の挙動を説明する。トナー供給用現像剤担持体１１上を現像剤に含まれて運ばれてきた逆極性粒子は、トナー供給領域７ではＢの力を受けるため現像剤に含まれたまま搬送され、トナー回収用現像剤担持体２６へと現像剤とともに受け渡される。トナー回収用現像剤担持体２６上をトナー回収領域８まで運ばれてきた逆極性粒子は、矢印Ａの向きの力を受けトナー担持体２５上へと移動しトナー担持体２５の回転に伴って再びトナー供給領域７へと移動する。ここでは逆極性粒子は矢印Ｂの向きの力を受けるため供給用現像剤担持体１１上の現像剤中へと再び取り込まれることになり、再度現像剤ともに搬送されてトナー回収領域８へと運ばれる。

この動作の繰り返しにより逆極性粒子は、トナー担持体２５、供給用現像剤担持体１１、回収用現像剤担持体２６で囲まれた領域を循環し、現像剤槽１６へと戻れなくなってしまう。画像形成中は搬送されてくる現像剤に対して常にこの現象が起こるため、このまま画像形成を連続して行うと次第に逆極性粒子はこの領域に多く蓄積し、逆に現像剤槽１６中の逆極性粒子は不足し本来のキャリア劣化抑制効果が得られない。

そこで本実施形態では、以下のようにして逆極性粒子回収動作を行う。すなわち、画像形成時に蓄積した逆極性粒子を非画像形成時に一定の周期で現像剤槽１６に戻せるよう、トナー担持体２５とトナー回収用現像剤担持体２６とに印加するバイアスを等電位になるよう設定するか、あるいは画像形成時と逆方向の電界が形成されるように設定してトナー回収用現像剤担持体２６からトナー担持体２５への逆極性粒子の移動が起こらないようにするものである。一定の周期とは、例えば、転写媒体Ｐのページとページの間や、１つのジョブの終了後や、一定時間画像形成を行った後、あるいは所定ページ毎のページとページの間、あるいは一定時間画像形成を行った後のページとページの間や、ジョブの終了後などが考えられる。そうすることで逆極性粒子はトナー回収用現像剤担持体２６上を現像剤に含まれて搬送され、トナー回収用現像剤担持体２６に設けられた同極部Ｎ４、Ｎ６の分離部で分離されて現像剤槽１６へと戻される。

逆極性粒子回収動作を行うタイミングについてさらに詳しく述べる。図５は、ページ間の非画像形成時ごとに逆極性粒子回収動作を行った場合に、逆極性粒子回収動作を適用可能なタイミングを他の動作との関係によって表した具体例である。画像信号は、露光位置にて像担持体１に潜像の書き込みが行われているかどうかを表す。現像動作は、画像信号によって書き込まれた潜像を現像位置にて現像している時間を表し、露光位置から現像位置まで像担持体１が回転するのに要する時間のタイムラグ分遅れて発生する。トナー供給動作は、前記の現像動作を行うためにトナー供給用現像剤担持体１１がトナー担持体２５上にトナー供給を行う必要のある時間を表し、現像動作に対しトナー担持体２５がトナー供給位置から現像位置まで回転するのに要する時間分先立って行う必要があり、逆に停止は同じ時間分現像動作に先立って停止可能である。トナー回収動作は、画像履歴（ゴースト）の発生なく前記の現像動作を行うためにトナー回収用現像剤担持体２６がトナー担持体２５上の残トナーを回収する必要のある時間を表し、現像動作に対しトナー担持体２５がトナー回収位置から現像位置まで回転するのに要する時間分先立って行う必要があり、逆に停止は同じ時間分現像動作に先立って停止可能である。

画像形成に悪影響を与えずに、逆極性粒子回収動作を適用できる領域としては、図５に示すとおりである。すなわち画像形成の開始近傍においては、トナー回収動作開始時点までに逆極性粒子回収動作を終了しておく必要がある。これを過ぎるとトナー回収動作開始前後で、トナー担持体２５上のトナー層が残った上にトナー供給される部分と、トナー層が回収された上にトナー供給される部分が生じ、その差が画像上にノイズとなって現れる恐れがある。画像形成の終了近傍においては、トナー供給動作終了時点以降に逆極性粒子回収動作を開始する必要がある。これより先に開始するとトナー担持体２５上に供給するトナー層に悪影響が生じそれが画像上にノイズとなって現れる恐れがある。但し、本実施形態以外の形態で、トナー回収動作の終了後に逆極性粒子回収動作を行っても、トナー供給動作であるトナー担持体２５上に供給するトナー層に悪影響を与えなければ、トナー回収動作終了直後に逆極性粒子回収動作を始めても良いことは言うまでもない。

この逆極性粒子回収動作によって図４におけるトナー供給用現像剤担持体１１上のＰ１領域およびトナー回収用現像剤担持体上のＰ３領域に存在している逆極性粒子が現像剤槽１６へと回収される。

このように、制御手段である制御装置３２により、非画像形成時に、トナー担持体２５の電位とトナー回収用現像剤担持体２６の電位が等電位か、あるいは画像形成時と逆方向の電界が形成されるように、トナー担持体用バイアス電源２９とトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源３１を制御する逆極性粒子回収動作を行うことにより、画像形成中に滞留していた逆極性粒子を現像剤槽１６に戻すことができる。よって、ゴーストの発生が無く、且つ、逆極性粒子を現像剤槽に確実に回収することができ、キャリア劣化の抑制効果を十分に発揮することが出来る現像装置及び画像形成装置を提供出来る。

さらに、図４におけるトナー担持体２５上のＰ２領域における逆極性粒子まで回収するために、逆極性粒子回収動作中のバイアス設定を、トナー担持体２５からトナー供給用現像剤担持体１１へと逆極性粒子が向かう方向に設定するのが好ましい。このようにすることで、より多くの逆極性粒子を現像槽１６に戻すことができるので、より長期に良好な画像を形成できる。

また、トナー担持体２５の回転方向を逆極性粒子回収動作時は、画像形成時と逆方向に切り替え、かつ、トナー担持体２５の電位とトナー回収用現像剤担持体２６の電位が、トナー担持体２５からトナー回収用現像剤担持体２６へと逆極性粒子が向かう方向に電界が形成されるように、トナー担持体用バイアス電源２９とトナー回収用現像剤担持体用バイアス電源３１を設定することで、トナー担持体２５上のＰ２領域における逆極性粒子を回収するようにしても良い。このようにすることで、図４のおけるＰ１〜Ｐ３の領域の逆極性粒子を回収することができ、好ましい。

次に、本発明の別の実施形態による画像形成装置の主要部を図２に示す。図２において図１と同様の働きをする部材には図１と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

図２に示す現像装置２ｂは、前記現像装置２ａに追加して、トナー供給用現像剤担持体１１に対向して逆極性粒子回収部材４０と、それにバイアスを印加するための極性粒子回収部材用バイアス電源４１を備えたことを特徴とする。逆極性粒子回収部材４０を配置する位置としては、トナー担持体２５とトナー供給用現像剤担持体１１が対向する位置よりトナー供給用現像剤担持体１１の回転方向上流側で対向する位置に設ける。

画像形成時には、逆極性粒子回収部材４０はトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤から逆極性粒子をバイアスによって分離してその表面に担持し、非画像形成時には、一定の周期で印加するバイアスを切り替えることで担持していた逆極性粒子をトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤へ戻す。

画像形成時には、逆極性粒子がトナー供給用現像剤担持体１１から逆極性粒子回収部材４０に移動する向きのバイアスが印加される。トナー極性がマイナスの場合について説明すると、逆極性粒子回収部材４０はトナー供給用現像剤担持体１１より低い電位となるようバイアスを印加すれば良い。バイアスとしては直流成分に加えて交流バイアスを重畳したものを用いることもできる。この際の交流波形としては正弦波、矩形波、三角波など各種交流波形が利用できる。そのような交流波形を利用した場合には一周期の電圧の平均値が上記の大小関係を満たすようにバイアスを設定すれば良い。

次に、逆極性粒子回収動作についてであるが、本実施形態では以下のようにして行う。すなわち、画像形成時に逆極性粒子回収部材４０に蓄積した逆極性粒子を非画像形成時に一定の周期で現像剤槽１６に戻せるよう、逆極性粒子回収部材４０とトナー供給用現像剤担持体１１とに印加するバイアスとして、逆極性粒子が逆極性粒子回収部材４０からトナー供給用現像剤担持体１１に移動する向きの電界が形成されるようバイアスが印加される。また、トナー担持体２５とトナー回収用現像剤担持体１１とに印加するバイアスは同電位か、もしくは画像形成時と反対方向に電界が形成されるよう設定される。

一定の周期は例えば、転写体のページとページの間や、１つのジョブの終了後や一定時間画像形成を行った後、あるいは所定ページ毎のページとページの間、あるいは一定時間画像形成を行った後のページとページの間や、ジョブの終了後などである。このように設定することで逆極性粒子は逆極性粒子回収部材４０からトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤中に含まれてトナー回収用現像剤担持体２６へと搬送されていき、トナー担持体２５に移動することなくトナー回収用現像剤担持体２６に設けられた同極部Ｎ４、Ｎ６の分離部に達して現像剤槽１６へと戻される。

逆極性粒子回収動作中のバイアスは、前記の関係を満たすものであればよく、指定のないバイアスでも画像形成時の設定にとらわれる必要はない。たとえば画像形成時には印加されるトナー担持体２５のバイアスを逆極性粒子回収動作中は停止した上で上記の関係を満たすようその他のバイアスを設定してもよい。また、バイアスとしては直流成分に加えて交流バイアスを重畳したものを用いることもできる。この際の交流波形としては正弦波、矩形波、三角波など各種交流波形が利用できる。そのような交流波形を利用した場合には一周期の電圧の平均値が上記の大小関係を満たすようにバイアスを設定すれば良い。

またトナー担持体の駆動についても画像形成時と同じである必要はなく、停止させておくことも可能である。その場合であっても逆極性粒子の回収には問題ない。

このようにトナー供給領域７の上流側で、トナー供給用現像剤担持体１１に対向して配置された逆極性粒子回収部材４０を設け、画像形成時にトナー供給用現像剤担持体１１上の現像剤から逆極性粒子を回収し、逆極性回収動作の時に、逆極性粒子回収部材４０とトナー供給用現像剤担持体１１の電位が、画像形成時と逆方向の電界を形成するように、トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源３０と逆極性粒子回収部材用バイアス電源４１を制御することで、より確実に逆極性粒子を現像剤槽１６に戻すことが出来る。よって、より長期間にわたり、ゴーストの発生が無く、且つ、キャリア劣化の抑制効果を十分に発揮することが出来る現像装置及び画像形成装置を提供出来る。

本発明に係る一実施形態による画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。 本発明に係る別の実施形態である画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。 逆極性粒子の挙動とそれに関する問題点について説明するための模式図である。 本発明に係る逆極性粒子回収動作を説明するための模式図である。 本発明に係る逆極性粒子回収動作のタイミングについて説明するための概略図である。 トナーおよび逆極性粒子の帯電極性を測定する装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光体）
２ａ、２ｂ 現像装置
３ 帯電部材
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 現像領域
７ トナー供給領域
８ トナー回収領域
１０ 補給部
１１ トナー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
１４ 電源
１５ 規制部材
１６ 現像剤槽
１７、１８ 混合撹拌部材
１９ ケーシング
２０ ＡＴＤＣセンサ
２１ ホッパ
２２ 逆極性粒子分離部材
２３ 補給トナー
２４ 現像剤
２５ トナー担持体
２６ トナー回収用現像剤担持体
２９ トナー担持体用バイアス電源
３０ トナー供給用現像剤担持体用バイアス電源
３１ トナー回収用現像剤担持体用バイアス電源
３２ 制御装置
３３ 露光装置
３４ 導電性スリーブ
３５ マグネットロール
３６ バイアス電源
３７ 円筒電極
４０ 逆極性粒子回収部材
４１ 極性粒子回収部材用バイアス電源
Ｐ 転写媒体

Claims (5)

1. トナーと、キャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤を収容する現像剤槽と、
   像担持体上の潜像を現像するためのトナー担持体と、
   該トナー担持体と対向して設置され、前記トナー担持体にトナーを供給するためのトナー供給用現像剤担持体と、
   該トナー供給用現像剤担持体よりトナー担持体回転方向上流側で前記トナー担持体と対向して設置され、前記トナー担持体から現像残トナーを回収するためのトナー回収用現像剤担持体と、
   前記各担持体の電位を制御する制御手段と、
   を備えた現像装置であって、
   前記制御手段は、非画像形成時に、
   前記トナー担持体の電位と前記トナー回収用現像剤担持体の電位が等電位か、あるいは画像形成時と逆方向の電界が形成されるように、前記トナー担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の電位を制御する逆極性粒子回収動作を行うことを特徴とする現像装置。
2. 前記制御手段は、前記逆極性粒子回収動作の時に、
   前記トナー担持体の電位と前記トナー供給用現像剤担持体の電位が、前記トナー担持体から前記トナー供給用現像剤担持体へと前記逆極性粒子が向かう方向に電界が形成されるように、前記トナー担持体と前記トナー供給用現像剤担持体の電位を制御することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記逆極性粒子回収動作の時に、
   前記トナー担持体が画像形成時と逆方向に回転し、
   前記制御手段は、前記トナー担持体の電位と前記トナー回収用現像剤担持体の電位が、前記トナー担持体から前記トナー回収用現像剤担持体へと逆極性粒子が向かう方向に電界が形成されるように、前記トナー担持体と前記トナー回収用現像剤担持体の電位を制御することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記トナー供給用現像剤担持体の前記トナー担持体対向部より回転方向上流側で、前記トナー供給用現像剤担持体と対向して配置され、画像形成時に前記トナー供給用現像剤担持体上の現像剤から逆極性粒子を回収する逆極性粒子回収部材を有し、
   前記制御手段は、前記逆極性粒子回収動作の時に、
   前記逆極性粒子回収部材の電位と前記トナー供給用現像剤担持体の電位が、画像形成時と逆方向の電界を形成されるように、前記逆極性粒子回収部材と前記トナー供給用現像剤担持体の電位を制御することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 前記像担持体と、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、像担持体上の静電潜像を現像するための請求項１乃至４のいずれか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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