JP5182630B2 - 現像装置、プロセスユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを潜像担持体の潜像に付着させて現像を行う現像装置に関するものである。また、かかる現像装置を用いるプロセスユニットや画像形成装置に関するものである。

この種の現像装置としては、特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。これらの現像装置は、回転可能な筒状の基体と、これの周面上に所定のピッチで配設された複数の電極とを具備するトナー担持体を有している。それら複数の電極には、互いに位相ずれしたパルス電圧が印加される。すると、トナー担持体の表面上において、互いに隣り合う電極間に交番電界が形成されて、トナーが電極間をホッピングして往復する。トナーはこのようにしてホッピングを繰り返しながら、筒状のトナー担持体の回転に伴って潜像担持体に対向する現像領域まで搬送される。現像領域では、トナー担持体の表面上でホッピングして潜像担持体上の近傍まで浮上したトナーが、潜像による電界に引かれて潜像に付着する。この付着により、潜像がトナー像に現像される。

これらの現像装置のように、ホッピングさせているトナーを現像に用いる方式（以下、ホッピング現像方式という）では、従来の一成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。例えば、周囲の非画像部との電位差が僅か数十［Ｖ］である静電潜像にトナーを選択的に付着させることも可能である。

特公平１−３１６１１号公報 特公平４−４６４２８号公報

しかしながら、ホッピング現像方式においても、一成分現像方式や二成分現像方式と同様に、逆帯電トナー粒子によって地汚れを引き起こすという問題があった。具体的には、トナー粒子の集合からなるトナーの中には、正規の帯電極性とは逆極性に帯電してしまう逆帯電トナー粒子が僅かながら存在する。一成分現像方式や二成分現像方式において、現像ローラ等の現像剤担持体に担持されたトナー中の逆帯電トナー粒子は、潜像担持体の非画像部と現像剤担持体との電位差による電界により、現像剤担持体の表面上から潜像担持体の非画像部に転移して地汚れとなる。一方、ホッピング方式においては、潜像担持体とトナー担持体とのギャップが比較的大きく設定されているため、トナー担持体の表面に付着している逆帯電トナー粒子が潜像担持体の非画像部に転移することは希である。ところが、逆帯電トナー粒子は、トナー担持体の表面に付着したままの状態を維持するのではなく、正規帯電極性のトナー粒子のようにホッピングする。例えば、トナー担持体の互いに隣り合う電極Ａ、電極Ｂのうち、電極Ａに対して交流のパルス電圧を印加して、トナー粒子をそれら電極間でホッピングさせるとする。この場合、正規のマイナス極性に帯電している正規帯電トナー粒子は、電極Ａがマイナスの電位になると電極Ａの上から電極Ｂの上にホッピングする一方で、電極Ａがプラスの電位になると電極Ｂの上から電極Ａの上にホッピングする。これに対し、プラス極性に帯電している逆帯電トナー粒子は、電極Ａがマイナスの電位になると電極Ｂの上から電極Ａの上にホッピングする一方で、電極Ａがプラスの電位になると電極Ａの上から電極Ｂの上にホッピングするのである。このようにしてホッピングする逆帯電トナー粒子は、ホッピングによって潜像担持体の近くまで浮上する。そして、潜像担持体の非画像部に容易に転移して地汚れを引き起こしてしまう。

本発明は以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、逆帯電トナー粒子を潜像担持体の非画像部に付着させることによる地汚れの発生を回避することができるホッピング現像方式の現像装置等を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面移動可能な基体と、該基体に対してその表面方向に沿って配設された複数の電極とを具備するトナー担持体と、該トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段とを有し、トナー供給手段によってトナー担持体の表面に供給したトナーを、該複数の電極における電極間の電位差で形成される電界によってホッピングさせながら、該トナー担持体の表面移動に伴って該トナー担持体と潜像担持体との対向領域である現像領域まで搬送し、該現像領域でホッピングさせたトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、上記トナー担持体に対して非接触に配設された基体と、該基体に対してその表面方向に沿って配設された複数の電極とを具備するトナー供給部材を用い、該トナー供給部材の表面上のトナーを、該トナー供給部材の複数の電極における電極間の電位差で形成される電界によってホッピングさせ、ホッピング中のトナーを該トナー担持体に供給するように上記トナー供給手段を構成し、該トナー供給部材の複数の電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値を、該トナー担持体の複数の電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値よりも、トナーの正規帯電極性と同極性側に大きな値に設定して、該トナー供給部材と該トナー担持体との間に、該トナー供給部材の表面上でホッピングしている正規帯電極性のトナー粒子を、トナー担持体の表面上に移行させる電界を形成し、且つ、該トナー担持体の表面上でトナーをホッピングさせるための電界の強度を、該トナー供給部材の表面上でトナーをホッピングさせるための電界の強度よりも大きくした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、上記トナー担持体をその周囲に配設された部材の何れにも接触させないで表面移動させるようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記トナー供給部材に対してトナーを供給する第２のトナー供給部材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又は３の現像装置において、上記トナー供給部材を表面移動させながら、該トナー供給部材の表面のうち、上記トナー担持体との対向領域にある箇所でホッピングしたトナーを該トナー担持体に供給するように上記トナー供給手段を構成するとともに、該トナー供給部材の表面のうち、該対向領域に進入する前の箇所におけるトナー担持量を規制する規制部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの現像装置において、上記現像領域を通過した後、上記トナー供給部材との対向領域に進入する前の上記トナー担持体の表面上からトナーを回収する回収手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかの現像装置において、現像装置のケーシングに、該ケーシング内に配設された上記トナー担持体の表面の一部をケーシング外に露出させるための開口を設けるとともに、該開口の内壁と該トナー担持体の表面との間隙に介在することで、該ケーシング内から該ケーシング外へのトナー飛散の発生を抑えるトナー飛散抑制部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を帯電させる帯電手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、現像によって得られたトナー像を該潜像担持体の表面から転写体に転写する転写手段と、転写工程を経た後の潜像担持体表面に付着している転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置に用いられ、少なくとも、該潜像担持体、帯電手段及びクリーニング手段のうちの１つと、該現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能にしたプロセスユニットにおいて、上記現像手段として、請求項１乃至６の何れかの現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１乃至６の何れかの現像装置を用いたことを特徴とするものである。

これらの発明においては、トナー供給部材の複数の電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値を、トナー担持体の複数の電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値よりも、トナーの正規帯電極性と同極性側に大きな値にすることで、トナー供給部材とトナー担持体との間に、トナー供給部材上でホッピングしている正規帯電極性のトナー粒子を、トナー担持体の表面上に移行させる電界を形成する。例えば、トナー供給部材やトナー担持体において、それぞれ複数の電極としてＡ相電極とＢ相電極とを交互に配設し、Ａ相電極とＢ相電極とに対して互いに逆位相の関係になる交番電圧を印加して、トナー粒子をホッピングによってＡ相電極とＢ相電極との間で往復移動させるようにしたとする。そして、それぞれの交番電圧のデューティ比を５０［％］に設定したとする。この場合、Ａ相電極に印加する交番電圧の波高（ピーク・ツウ・ピーク）の中心値と、Ｂ相電極に印加する交番電圧の波高の中心値との平均が、Ａ相電極及びＢ相電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値となる。また例えば、トナー供給部材やトナー担持体において、それぞれ複数の電極としてＡ相電極とＢ相電極とを交互に配設し、Ａ相電極とＢ相電極とのうち、何れか一方に対してディーティー比５０［％］の交番電圧を印加するのに対し、もう一方に対してはその交番電圧の波高の中心値と同じ値の直流電圧を印加して、トナー粒子をホッピングによってＡ相電極とＢ相電極との間で往復移動させるようにしたとする。この場合、Ａ相電極に印加する交番電圧の波高の中心値（直流電圧と同じ）が、Ａ相電極及びＢ相電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値となる。また例えば、トナー供給部材やトナー担持体において、それぞれ複数の電極としてＡ相電極、Ｂ相電極、Ｃ相電極とをその順で繰り返し配設し、それぞれの相の電極に対して互いに位相ずれした交番電圧を印加して、トナー粒子をＡ相電極からＢ相電極を経てＣ相電極に向かう方向に順にホッピングさせるようにしたとする。そして、それぞれの交番電圧のデューティ比を５０［％］に設定したとする。この場合、Ａ相電極に印加する交番電圧の波高の中心値と、Ｂ相電極に印加する交番電圧の波高の中心値と、Ｃ相電極に印加する交番電圧の波高の中心値とが、Ａ相電極、Ｂ相電極及びＣ相電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値となる。何れの平均値（以下、電圧平均値という）であっても、トナー供給部材の電圧平均値をトナー担持体の電圧平均値よりも、トナーの正規帯電極性と同極性側に大きな値にすることで、トナー供給部材とトナー担持体との間に、正規帯電極性のトナー粒子をトナー供給部材側からトナー担持体側に相対的に移動させる電界が形成される。より詳しくは、例えばトナーの正規帯電極性がマイナスである場合に、トナー供給部材の電圧平均値を−５０［Ｖ］にする一方で、トナー担持体の電圧平均値を０［Ｖ］にして、マイナス極性のトナー粒子をトナー供給部材側からトナー担持体側に相対的に移動させる電界を形成するのである。このような電界を形成することで、トナー供給部材からトナー担持体へのトナーの供給が可能になる。そして、その電界の条件下では、たとえトナー供給部材の表面上に逆帯電トナー粒子が存在していたとしても、その逆帯電トナー粒子に対してはトナー担持体側からトナー供給部材側に向かう静電気力が相対的に作用するので、トナー供給部材上の逆帯電トナー粒子がトナー担持体上に移行してしまうことは殆どない。よって、本発明においては、トナー供給部材の表面上でホッピングする正規帯電トナー粒子と逆帯電トナー粒子とのうち、正規帯電トナー粒子だけをトナー担持体上に供給する。このような供給により、トナーを現像領域でホッピングさせるトナー担持体に対して正規帯電トナー粒子だけを担持させるので、逆帯電トナー粒子を潜像担持体の非画像部に付着させることによる地汚れの発生を回避することができる。

まず、ホッピング現像方式の現像装置について本発明者らが行った実験について説明する。図１は、本発明者らが用いた実験装置の基板を示す断面図である。トナー担持体としての基板４は、ガラス基板１、電極パターン２、保護膜３等を有している。ガラス基板１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ［μｍ］のピッチで移動方向に配列された複数の電極２１、２２、２３・・・２ｎからなる電極バターン２を形成している。電極パターン２の上には、保護層３として厚み約３［μｍ］、体積抵抗率約１０^１０［Ω・ｃｍ］の樹脂コートを施している。かかる構成の基板４の上には、帯電させたトナー層５を形成している。

このトナー層５は、基板４に対して図示しない２成分現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成した。トナーとしては、ポリエステル系の粒径約６［μｍ］のものを使いた。この状態のトナー層５に対して、図２に示すように、奇数番目の電極２１、２３・・・の集合体である奇数番目電極群に交流電源６から交流電圧を印加する一方で、偶数番目の電極２２、２４・・・の集合体である偶数番目電極群に前記交流電圧とは逆位相の交流電圧を印加すると、トナー５は奇数番目電極群２１、２３・・・と偶数番目電極群２２、２４・・・との間を繰り返しホッピングして往復移動する。この現象を以下、フレア（あるいはフレア現象）という。また、フレア現象を引き起こしている状態をフレア状態という。

フレア発生直後から交流電圧を定期的に停止させ、その都度、トナーの帯電量を測定したところ、トナーの帯電量が経時的に増加してやがて飽和帯電量に達することがわかった。そして、トナー担持体の表面上におけるトナーの帯電量が僅かであったとしても、フレア状態のトナーを現像領域に搬送するまでの間に十分に摩擦帯電させ得ることが判明した。

次に、本発明を適用した実施形態に係る画像形成装置について説明する。図３は、実施形態に係る画像形成装置のトナー担持ローラを示す斜視図である。同図において、トナー担持ローラ３１は、円柱状のローラ部３２、これの軸線方向の両端部にそれぞれ固定された軸部材３３，３４などを有している。ローラ部３２の周面には、ローラ軸線方向に延在する複数の電極が周方向（回転方向）に所定のピッチで並ぶように形成されている。これら電極は、周方向において１個おきに並んでいるもの同士が互いに導通するようになっている。周方向において、複数の第１電極３２ｂが互いの間に第２電極３２ｃを介在させるようになっている。そして、互いに１個おきに並んでいる複数の第１電極３２ｂが互いに導通しているとともに、互いに１個おきに並んでいる複数の第２電極３２ｃが互いに導通しているのである。

図４は、ローラ部３２を示す縦断面図である。ローラ部の基体３２ａは、絶縁性のアクリル樹脂からなり、その軸線方向の両端部にはそれぞれ、ローラ中心を通りつつ軸線方向に延在する軸穴３２ｅが設けられている。

図５は、トナー担持ローラ３１を示す縦断面図である。ローラ部３２の軸線方向の一端側に設けられた軸穴には、軸部材３３が圧入されている。また、ローラ部３２の他端側に設けられた軸穴には、軸部材３４が圧入されている。

図６は、軸部材３３を示す斜視図である。軸部材３３はステンレスなどの金属材料からなり、棒状の軸部における軸線方向の所定位置に、円盤状のフランジ部３３ａを具備している。このフランジ部３３ａの直径は、先に図５に示したように、ローラ部３２の直径と同じである。ローラ部３２の軸穴に圧入された状態の軸部材３３は、そのフランジ部３３ａをローラ部３２の軸線方向の端面に圧接させている。この圧接により、図７に示すように、ローラ部３２に設けられた複数の第１電極３２ｂが軸部材３３のフランジ部３３ａを介して導通している。もう一方の軸部材３４も同様の構成になっており、そのフランジ部３４ａを介して、ローラ部３２に設けられた複数の第２電極３２ｃを導通させている。

なお、先に示した図３においては、軸部材３３，３４として、それぞれフランジ部を具備していないものを設けた例を示している。この場合には、図示のように、複数の第１電極３３ｂをローラ部３２の一方の端面まで延在させて、棒状の軸部材３３に接続すればよい。

複数の第１電極３２ｂや複数の第２電極３３ｃを具備するローラ部３２は、次のようにして形成されたものである。即ち、まず、図８に示すローラ基体３２ａの表面に対して切削加工を施すことで、図９に示すように、ローラ軸線方向に延在しつつローラ周方向に所定のピッチで並ぶ複数の溝３２ｆを形成する。溝３２ｆの幅は５０［μｍ］程度であり、溝の周方向における配設ピッチは１００［μｍ］程度である。次に、図１０に示すように、ローラ基体３２ａの表面に無電解ニッケルメッキ処理を施してメッキ層３２ｇを形成する。このメッキ層３２ｇについては、複数の溝３２ｆのそれぞれ内部にまで行き渡らせつつ、ローラ周面を所定の厚みで被覆するように形成する。このようにして形成したメッキ層３２ｇのうち、溝３２ｆ内に進入していない箇所を、旋削加工によって取り除くことで、図１１に示すように、互いに独立した溝３２ｆ内に固定された第１電極３２ｂや第２電極３２ｃを得る。その後、ローラ基体３２ａの表面にシリコーン系樹脂をコーティングして、図１２に示すように、厚み約５［μｍ］、体積抵抗率約１０^１０［Ω・ｃｍ］の表面保護層３２ｄを形成する。

先に図３に示したトナー担持ローラ３１の複数の第１電極３２ｂには、軸部材３３ａを介して、図１３に示すＡ相交番電圧が印加される。また、複数の第２電極３２ｃには、軸部材３４ａを介して、図１３に示すＢ相交番電圧が印加される。Ａ相交番電圧と、Ｂ相交番電圧とは、図示のように互いに逆位相になっており、単位時間あたりにおける平均電位は互いに同じである。このような交番電圧が印加されると、トナー担持ローラ３１の表面上のトナーが、第１電極３２ｂ上と第２電極３２ｃ上との間を往復移動するように繰り返しホッピングしてフレアを形成する。

Ａ相交番電圧やＢ相交番電圧のピーク・ツウ・ピーク電圧（以下、Ｖｐｐと記す）については、１００〜１０００［Ｖ］の範囲に設定することが望ましい。Ｖｐｐが１００［Ｖ］を下回ると、電極間に十分な強度の交番電界を形成することができずに、トナーのホッピングが良好に得られなくなるからである。また、Ｖｐｐが１０００［Ｖ］を超えると、電極間で放電を発生させる可能性がでてくる。放電が発生すると、電極間に交番電界を形成することができずに、トナーがホッピングしなくなる。

Ａ相交番電圧やＢ相交番電圧の周波数ｆについては、０．１〜１０［ｋＨｚ］の範囲に設定することが望ましい。周波数ｆが０．１［ｋＨｚ］を下回ると、ホッピングによるトナーの電極間往復移動速度が現像速度に追いつかなくなってしまうからである。また、周波数ｆが１０［ｋＨｚ］を上回ると、トナーのホッピングが電極間における交番電界の向きの切り替わり速度に追従できなくなってしまう。

Ａ相交番電圧やＢ相交番電圧の中心値については、後述する感光体の潜像電位と地肌部電位との間の値に設定する。

なお、図示のような矩形波状の交番電圧では、極性が瞬時に切り替わるため、トナーに対して大きな静電力を付与することが可能である。但し、サイン波状の交番電圧や三角波状の交番電圧を採用してもよい。

また、一方の軸部材（電極）に周波数ｆの矩形波状のパルス電圧を印加する一方で、もう一方の軸部材（電極）には、前記パルス電圧の平均電位となる直流電圧を印加しても、逆位相のパルス電圧を採用する場合と同様に、フレア現象を生起せしめることが可能である（図１４）。この場合、電極間の最大電位差はＶｐｐの半分になるため、パルス電圧のＶｐｐを上述した交番電圧の倍の２００〜２０００［Ｖ］に設定することが望ましい。互いに異なる２つの交番電圧の位相を逆位相にするという制御が要らなくなるので、電源コストを低く抑えることができる。

次に、本実施形態に係る画像形成装置の特徴的な構成について説明する。図１５は、実施形態に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図である。この画像形成装置は、潜像担持体としてのドラム状の感光体１０と、現像装置３０とを備えている。

感光体１０は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動せしめられる。このようにして回転する感光体１０の表面は、所定の回転位置にて図示しない帯電手段によって一様に帯電せしめられた後、図示しない光書込装置によって光走査されて静電潜像を担持する。感光体１０の一様帯電電位は、例えば−３００〜−５００［Ｖ］程度である。この電位の地肌部に対して、１２００［ｄｐｉ］解像度で光走査を行って静電潜像を形成する。静電潜像の電位は、例えば０〜−５０［Ｖ］程度である。

現像装置３０は、これまで説明してきたトナー担持ローラ３１をケーシング３８内に有している。また、ケーシング３８内には、トナー担持ローラ３１の他に、アジテータ３９、トナー汲み上げローラ４０、トナー供給ローラ４１、トナー規制ブレード４２、トナー収容部４３等も有している。

トナー収容部４３内には図示しないトナーが収容されている。このトナーは、摩擦によってマイナス極性に帯電するマイナス帯電性トナーである。トナー収容部４３内に収容されているトナーは、回転部材としてのアジテータ３９の回転駆動により、トナー汲み上げローラ４０に向けて搬送される。トナー汲み上げローラは、金属製の回転軸部材と、これに固定された発泡ポリウレタン等の多孔質発泡材料からなるローラ部とを具備しており、後述するトナー供給ローラ４１に当接しながら図中反時計回り方向に回転駆動される。この回転駆動に伴い、トナー汲み上げローラ４０における複数の空孔を具備するローラ部でトナーを汲み上げながら、トナー供給ローラ４１に塗布する。

トナー供給ローラ４１は、トナー担持ローラ３１と同様の構成になっている。トナー供給ローラ４１の複数の電極に対し、供給電源６１からの交番電圧が印加されることで、トナー供給ローラ４１の複数の第１電極と、複数の第２電極との間には交番電界が形成される。トナー汲み上げローラ４０によってトナー供給ローラ４１の表面に塗布供給されたトナーは、その交番電界によって第１電極上と第２電極上との間でホッピングを繰り返す。トナー供給ローラ４１は、このようにして表面上にフレアを形成しながら、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動される。

トナー供給ローラ４１の表面上のトナーは、トナー供給ローラ４１の回転に伴って、トナー供給ローラ４１とトナー規制ブレード４２との当接部を通過する。この通過の際には、両ローラの表面に押し付けられた状態になるとともに、その層厚が所定の厚みに規制される。その後、前述の当接部から出ると、再びトナー供給ローラ４１の表面上でホッピングによるフレアを形成する。そして、トナー供給ローラ４１の回転に伴って、トナー担持ローラ３１との対向領域である供給領域に至る。

その供給領域では、トナー担持ローラ３１とトナー供給ローラ４１とが所定の間隙を介して対向している。即ち、トナー供給部材たるトナー供給ローラ４１は、トナー担持体たるトナー担持体３１に対して非接触に配設されている。

トナー供給ローラ４１の複数の電極にも、トナー担持ローラ３１の複数の電極と同様に、図１３あるいは図１４に示した交番電圧が印加される。なお、トナー担持ローラ３１の複数の電極に対しては、現像電源６０によって交番電圧が印加される。

本実施形態では、トナー供給ローラ４１の複数の電極に印加する交番電圧（以下、供給交番電圧という）の単位時間あたりの平均値を、トナー担持ローラ３１の複数の電極に印加する交番電圧（以下、現像交番電圧という）の単位時間あたりの平均値よりも、トナーの帯電極性とは逆極性側に大きくするように、現像電源６０及び供給電源６１を構成している。具体的には、例えば、それぞれの交番電圧として、ディーティー比が５０［％］であるものを採用する場合には、供給交番電圧のピーク・ツウ・ピークＶｐｐの中心値と、現像交番電圧のピーク・ツウ・ピークＶｐｐの中心値よりも、逆極性側であるプラス側に大きくすればよい。また、それぞれの交番電圧として、ピーク・ツウ・ピークＶｐｐの中心値が０［Ｖ］であるものを採用する場合には、それぞれの交番電圧のディーティー比を異ならせることで、供給交番電圧の単位時間あたりの平均値を、現像交番電圧の単位時間あたりの平均値よりも、プラス側に大きくする。

このような関係の供給交番電圧及び現像交番電圧を採用すると、トナー担持ローラ３１とトナー供給ローラ４１との間には、相対的に次のような電界が形成される。即ち、トナー供給ローラ４１の表面上に存在するマイナス帯電トナー粒子（正規帯電トナー粒子）と、プラス帯電トナー粒子（逆帯電トナー粒子）とのうち、マイナス帯電トナー粒子だけを、トナー供給ローラ４１上からトナー担持ローラ３１上に移行させる電界である。トナー供給ローラ４１上に存在しているプラス帯電トナー粒子は、トナー担持ローラ３１の表面上の平均電位がトナー供給ローラ４１よりも自らと同極のプラス側に大きくなるので、トナー担持ローラ３１上に移行することができない。

このように、本実施形態においては、トナー担持ローラ３１とトナー供給ローラ４１とが対向する供給領域にて、正規帯電トナー粒子であるマイナス帯電トナー粒子だけを、トナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１に供給する。

トナー担持ローラ３１は、ケーシング３８に形成された開口を通して、自らの周面の一部を外部に露出させている。この露出箇所には、感光体１０が所定の間隙を介して対向している。トナー担持ローラ３１の表面上に供給されたマイナス帯電トナー粒子は、トナー担持ローラ３１の第１電極上と第２電極上との間で繰り返しホッピングしてフレアを形成しながら、トナー担持ローラ３１の図中反時計回り方向の回転に伴って、ケーシング外に出る。そして、トナー担持ローラ３１と感光体１０とが対向する現像領域に至り、感光体１０の静電潜像に付着して現像に寄与する。

本実施形態では、上述したように、トナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１に正規帯電トナー粒子であるマイナス帯電トナー粒子だけを供給するので、現像領域に逆帯電トナー粒子を搬送してしまうことがない。よって、逆帯電トナー粒子を感光体１０の非画像部に付着させることによる地汚れの発生を回避することができる。更には、帯電し低いトナー（帯電性能の劣るトナー）を、トナー供給ローラ４１上で良好にホッピングさせないことで、帯電性能の良好なトナーだけをトナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１に供給する。これにより、帯電性能の低いトナーを現像領域に搬送することによる現像性能の低下を回避することもできる。

現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、フレアを形成しながら、トナー担持ローラ３１の回転に伴ってケーシング３８内に戻る。現像装置３０は、現像に寄与しなかったトナーをトナー担持ローラ３１の表面上から回収する回収手段を備えている。この回収手段は、トナー担持ローラ３１上のトナーを、トナー担持ローラ３１とトナー供給ローラ４１との間に存在する回収部材の表面上に転移させて回収する。

上記回収部材や、これに電圧を印加する回収電源は、現像領域を通過した後、トナー供給ローラ４１との対向領域である供給領域に進入する前のトナー担持ローラ３１の表面上からトナーを回収する回収手段として機能している。このような回収手段を設けた現像装置３０においては、回収領域でトナー担持ローラ３１上のトナーを回収しながら、供給領域でトナー担持ローラ３１に新たなトナーを供給して、トナー担持ローラ３１のトナーを入れ替える。これにより、現像に寄与し難い性能の低いトナーをトナー担持ローラ３１上に徐々に蓄積させていくといった事態を回避して、画質の経時安定化を図ることができる。

感光体１０上で現像されたトナー像は、図示しない転写手段によって転写体としての記録紙に転写される。

現像装置３０のケーシング３８には、トナー担持ローラ３１の周面の一部を露出させて感光体１０に直接対向させるための開口を設けている。この開口の内壁と、トナー担持ローラ３１との間には微小間隙が形成されており、この微小間隙を通じて、ケーシング３８内のクラウドトナーを、ケーシング３８外に飛散させてしまうことがある。そこで、図示の現像装置３０では、微小間隙を通じたトナー飛散を防止するための飛散防止部材としてのシール部材３６を設けている。このシール部材３６は、可撓性に富んだ部材からなり、ケーシング３８の開口の近傍で、ケーシング３８に片持ち支持されている。そして、自らの自由端をトナー担持ローラ３１の表面に対して微小間隙を介して対向させている。トナークラウドではなく、トナー担持ローラ３１の表面上でフレアを形成しているトナーは、電極間の交番電界に引かれてトナー担持ローラ３１と連れ回るので、トナー担持ローラ３１とシール部材３６との間を容易に通過することができる。但し、フレアを形成しつつも、帯電量がまだ不十分であるトナーは、電極間の交番電界に十分に引かれることができないため、トナー担持ローラ３１とシール部材３６との間の通過が阻止される。これにより、十分に帯電したトナーだけを現像領域に搬送することができる。

本実施形態では、トナー担持ローラ３１をその周囲に配設された部材の何れにも接触させないで、回転させるようにしている。これにより、トナー担持ローラ３１と、これに当接する部材との間でトナーを擦ることによる、トナー担持ローラ３１表面へのトナー固着の発生を回避する。よって、トナー担持ローラ３１表面へのトナー固着による現像性能の低下を防止することができる。

また、上述したように、本実施形態では、トナー供給部材たるトナー供給ローラ４１に対してトナーを供給する第２のトナー供給部材としてのトナー汲み上げローラ４０を設けているので、トナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１に対してトナーを連続して供給することができる。

上記トナー規制ブレード４２は、トナー供給ローラ４１の表面のうち、現像領域に進入する前の箇所におけるトナー担持量を規制する規制部材として機能している。このようなトナー規制ブレード４２を設けた現像装置３０においては、トナー規制ブレード４２でトナー担持量を規制することで、供給領域へのトナー供給量を安定化させる。そして、これにより、トナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１へのトナー供給量を安定化させることができる。また、トナー規制ブレード４２との摺擦によってトナーの摩擦帯電を助長することもできる。

上述したように、本実施形態では、トナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１に対して帯電性能の良好なトナーだけを供給するので、従来の現像装置とは異なり、帯電性能の悪いトナーをもホッピングさせるような比較的強い電界をトナー担持ローラ３１表面上に形成する必要がない。つまり、従来の現像装置に比べて、現像交番電圧のピーク・ツウ・ピークＶｐｐを小さくすることが可能なのである。そこで、現像交番電圧のピーク・ツウ・ピークＶｐｐを、供給交番電圧よりも小さくするように、現像電源６０及び供給電源６１を構成している。かかる構成では、現像交番電圧のピーク・ツウ・ピークＶｐｐとして、従来よりも小さなものを採用して、省エネルギー化及び低コスト化を図ることができる。

図１６は、従来の画像形成装置を示す概略構成図である。従来の画像形成装置の現像装置３０Ａにおいては、図示のように、トナー汲み上げローラ４０をトナー担持ローラ３１に当接させながら回転させていた。そして、トナー汲み上げローラ４０により、現像領域からケーシング３８内に戻ってきたトナーをトナー担持ローラ３１表面上から掻き取るとともに、新たなトナーをトナー担持ローラ３１に塗布供給していた。また、トナー担持ローラ３１にトナー規制ブレード４２を当接させることで、現像領域への搬送トナー量の安定化を図っていた。

かかる構成では、トナー供給部材としてのトナー汲み上げローラ４０からトナー担持ローラ３１に対して、正規帯電トナー粒子に加えて、逆帯電トナー粒子も供給してしまう。このため、逆帯電トナー粒子を感光体１０の非画像部に付着させることによる地汚れを引き起こし易かった。

また、従来の現像装置３０Ａにおいては、トナー担持ローラ３１とトナー供給ローラ４１との摺擦部や、トナー担持ローラ３１とトナー規制ブレード４２との摺擦部で、トナーをトナー担持ローラ３１に固着させて、現像性能を低下させてしまうことがあった。

本発明者らは、図１５に示した実施形態に係る画像形成装置と同様の構成の実施例装置と、図１６に示した従来の画像形成装置と同様の構成の比較例装置とを用意した。そして、それぞれの装置で、所定枚数のテスト画像を連続プリントして、地汚れランクと、トナー担持ローラ３１に対するトナー固着ランクとを調べる実験を行った。

地汚れランクについては、数値が高くなるほど地汚れの度合いが大きいことを示すランク０（全く認められない）〜ランク６（容易に視認できる）の６段階で評価した。この結果を図１７にグラフとして示す。従来と同様の構成の比較例装置では、ランク３の地汚れが発生しているのに対し、実施例装置では地汚れが全く発生していないことがわかる（ランク０）。これにより、本発明によれば、逆帯電トナーによる地汚れの発生を回避し得ることが立証された。

トナー固着ランクについては、次のようにして評価した。即ち、ベタ画像現像後のトナー担持ローラ３１表面上に残ったトナー量を測定し、トナー量が少ない順にランク０〜ランク５の６段階で評価した。トナー担持ローラ３１上で全てのトナーが供給直後の状態のままで良好にホッピングすれば、現像後のトナー担持ローラ３１表面上にはトナーが全く残らなくなる条件でテスト出力を行った。図示のように、実施例装置では、現像後のトナー担持ローラ３１の表面上にトナーが全く認められないランク０となった。これに対し、比較例装置では、ランク２のトナー付着が認められる。トナーはまだトナー担持ローラ３１表面に固着していないが、このような状態が発生すると、トナー固着が起こり易くなる。なお、ランク２のトナー付着が認められたのは、次の理由からである。即ち、トナー担持ローラ３１とトナー汲み上げローラ４０との摺擦部や、トナー担持ローラ３１とトナー規制ブレード４２との摺擦部で、トナーを擦ったことにより、一部のトナーの帯電性能を低下させたため、現像領域で良好にホッピングしないトナー粒子が発生したのである。

なお、これまで説明してきた実施形態に係る現像装置３０は、感光体１０とともに共通の保持体に保持された状態で、１つのユニットとして画像形成装置本体に着脱されるプロセスユニットとして構成されている。

以上、実施形態に係る現像装置３０においては、トナー担持体たるトナー担持ローラ３１をその周囲に配設された部材の何れにも接触させないで表面移動させるようにしている。かかる構成では、既に説明したように、トナー担持ローラ３１表面へのトナー固着による現像性能の低下を防止することができる。

また、実施形態に係る現像装置３０においては、トナー供給部材たるトナー供給ローラ４１に対してトナーを供給する第２のトナー供給部材としてのトナー汲み上げローラ４０を設けているので、トナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１に対してトナーを連続して供給することができる。

また、実施形態に係る現像装置３０においては、トナー供給ローラ４１を表面移動させながら、トナー供給ローラ４１の表面のうち、供給領域にある箇所でホッピングしたトナーをトナー担持ローラ３１に供給するように構成するとともに、トナー供給ローラ４１の表面のうち、供給領域に進入する前の箇所におけるトナー担持量を規制する規制部材としてのトナー規制ブレード４２を設けている。かかる構成では、既に説明したように、トナー供給ローラ４１からトナー担持ローラ３１へのトナー供給量を安定化させたり、トナー規制ブレード４２との摺擦によってトナーの摩擦帯電を助長したりすることができる。

また、実施形態に係る現像装置３０においては、現像領域を通過した後、供給領域に進入する前のトナー担持ローラ３１の表面上からトナーを回収する回収手段を設けているので、既に説明したように、現像に寄与し難い性能の低いトナーをトナー担持ローラ３１上に徐々に蓄積させていくといった事態を回避して、画質の経時安定化を図ることができる。

また、実施形態に係る現像装置３０においては、トナー担持ローラ３１の表面上でトナーをホッピングさせるための電界の強度を、トナー供給ローラ４１の表面上でトナーをホッピングさせるための電界の強度よりも大きくしているので、既に説明したように、省エネルギー化及び低コスト化を図ることができる。

また、実施形態に係る現像装置３０においては、ケーシング３８に、トナー担持ローラ３１の表面の一部をケーシング３８外に露出させるための開口を設けるとともに、同開口の内壁とトナー担持ローラ３１の表面との間隙に介在することで、ケーシング３８内からケーシング３８外へのトナー飛散の発生を抑えるトナー飛散抑制部材たるシール部材３６を設けているので、トナー飛散の発生を抑えることができる。

実験装置の基板を示す断面図。 表面上でフレアを形成している同基板を示す断面図。 実施形態に係る画像形成装置のトナー担持ローラを示す斜視図。 同トナー担持ローラのローラ部を示す縦断面図。 同トナー担持ローラを示す縦断面図。 同トナー担持ローラの軸部材を示す斜視図。 同トナー担持ローラの周面を示す平面展開図。 同ローラ部の第１製造工程を示す説明図。 同ローラ部の第２製造工程を示す説明図。 同ローラ部の第３製造工程を示す説明図。 同ローラ部の第４製造工程を示す説明図。 同ローラ部の第５製造工程を示す説明図。 同ローラ部の電極に印加されるＡ相交番電圧及びＢ相交番電圧の特性を示す波形図。 同電極に印加される他の例の電圧における特性を示す波形図。 実施形態に係る画像形成装置の要部を示す概略構成図。 従来の画像形成装置の要部を示す概略構成図。 実施例装置及び比較例装置における地汚れランクを示すグラフ。 実施例装置及び比較例装置におけるトナー固着ランクを示すグラフ。

符号の説明

１０：感光体（潜像担持体）
３０：現像装置
３１：トナー担持ローラ（トナー担持体）
３２ａ：基体
３２ｂ：第１電極
３２ｃ：第２電極
３６：シール部材（トナー飛散抑制部材）
４０：トナー汲み上げローラ（第２のトナー供給部材）
４１：トナー供給ローラ（トナー供給部材）
４２：トナー規制ブレード（規制部材）

Claims (8)

1. 表面移動可能な基体と、該基体に対してその表面方向に沿って配設された複数の電極とを具備するトナー担持体と、該トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段とを有し、トナー供給手段によってトナー担持体の表面に供給したトナーを、該複数の電極における電極間の電位差で形成される電界によってホッピングさせながら、該トナー担持体の表面移動に伴って該トナー担持体と潜像担持体との対向領域である現像領域まで搬送し、該現像領域でホッピングさせたトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、
   上記トナー担持体に対して非接触に配設された基体と、該基体に対してその表面方向に沿って配設された複数の電極とを具備するトナー供給部材を用い、該トナー供給部材の表面上のトナーを、該トナー供給部材の複数の電極における電極間の電位差で形成される電界によってホッピングさせ、ホッピング中のトナーを該トナー担持体に供給するように上記トナー供給手段を構成し、
   該トナー供給部材の複数の電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値を、該トナー担持体の複数の電極に印加する電圧の単位時間あたりの平均値よりも、トナーの正規帯電極性と同極性側に大きな値に設定して、該トナー供給部材と該トナー担持体との間に、該トナー供給部材の表面上でホッピングしている正規帯電極性のトナー粒子を、トナー担持体の表面上に移行させる電界を形成し、
   且つ、該トナー担持体の表面上でトナーをホッピングさせるための電界の強度を、該トナー供給部材の表面上でトナーをホッピングさせるための電界の強度よりも大きくした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、
   上記トナー担持体をその周囲に配設された部材の何れにも接触させないで表面移動させるようにしたことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２の現像装置において、
   上記トナー供給部材に対してトナーを供給する第２のトナー供給部材を設けたことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１、２又は３の現像装置において、
   上記トナー供給部材を表面移動させながら、該トナー供給部材の表面のうち、上記トナー担持体との対向領域にある箇所でホッピングしたトナーを該トナー担持体に供給するように上記トナー供給手段を構成するとともに、
   該トナー供給部材の表面のうち、該対向領域に進入する前の箇所におけるトナー担持量を規制する規制部材を設けたことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４の何れかの現像装置において、
   上記現像領域を通過した後、上記トナー供給部材との対向領域に進入する前の上記トナー担持体の表面上からトナーを回収する回収手段を設けたことを特徴とする現像装置。
6. 請求項１乃至５の何れかの現像装置において、
   現像装置のケーシングに、該ケーシング内に配設された上記トナー担持体の表面の一部をケーシング外に露出させるための開口を設けるとともに、
   該開口の内壁と該トナー担持体の表面との間隙に介在することで、該ケーシング内から該ケーシング外へのトナー飛散の発生を抑えるトナー飛散抑制部材を設けたことを特徴とする現像装置。
7. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を帯電させる帯電手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、現像によって得られたトナー像を該潜像担持体の表面から転写体に転写する転写手段と、転写工程を経た後の潜像担持体表面に付着している転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置に用いられ、
   少なくとも、該潜像担持体、帯電手段及びクリーニング手段のうちの１つと、該現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能にしたプロセスユニットにおいて、
   上記現像手段として、請求項１乃至６の何れかの現像装置を用いたことを特徴とするプロセスユニット。
8. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置において、
   上記現像手段として、請求項１乃至６の何れかの現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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