JP5477710B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定方向に並ぶ複数の電極を具備するトナー担持体の表面上でホッピングしているトナーを潜像担持体上の潜像に付着させて潜像を現像する現像装置、及び、これを採用する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

従来、いわゆるホッピング現像方式を採用した画像形成装置が知られている。ホッピング現像方式では、ローラや磁性キャリアに付着させたトナーを現像に用いるのではなく、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いる。ホッピング現像方式の現像装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を外周面に具備するトナー担持体を有している。これら電極は、互いに隣り合う２つの電極からなる電極対が繰り返し配設されたものである。それぞれの電極対における２つの電極の間には、時間的に変化する互いに異なる電圧をそれぞれ印加して、時間的に変化する電界を互いに近接する複数種類の電極間の外周面外側に形成する。この電界によりトナー担持体上のトナーを互いに近接する複数種類の電極間の外周面外側でホッピングさせることができる。トナーはホッピングを繰り返しながら、潜像担持体と対向する現像領域まで搬送される。現像領域では、ホッピングにより飛翔させたトナーを、潜像担持体上の潜像に付着させることで現像を行う。このようなホッピング現像方式では、ホッピングによってトナー担持体の表面との付着力をなくしているトナーを潜像に付着させることにより、通常の１成分現像方式や２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。

上記トナー担持体上で安定してトナーをホッピングさせるためには、トナー担持体が帯電したトナーを担持することが重要である。これを具現化する構成として、トナー供給ローラによりトナー担持体上に供給したトナーをトナー担持体の表面移動により規制ブレードによる規制部へ搬送し、規制ブレードによりトナー担持体上のトナー量の規制およびトナーへの帯電付与を行うものが広く用いられている。規制ブレード通過後の帯電トナーはホッピング電界によりホッピングしながら、現像領域へ搬送される。

この現像装置では、規制ブレードによる規制部でトナー担持体上のトナーへの帯電付与を行っているが、規制ブレード通過後のトナーの中に、正規帯電極性とは逆極性に帯電してしまった逆帯電トナーや、帯電量の絶対値が小さい弱帯電トナーも含まれてしまう。

ホッピング現像方式においては、逆帯電トナーも、トナー担持体の表面上でホッピングを繰り返しながら、現像領域まで搬送される。そして、現像領域でホッピングによって飛翔すると、潜像担持体において自らとは逆極性の電位を帯びている非画像部に付着して地汚れを引き起こしてしまう。

特許文献１に、トナーはホッピングを繰り返しながら、トナー担持体の回転駆動に伴う表面移動よって現像領域まで搬送する現像装置で、トナー担持体の表面上でホッピングしているトナーに含まれる逆帯電トナーを、トナー供給位置を通過した後現像領域に進入する前の領域である現像前搬送領域で静電的に回収する現像前トナー回収手段を設けた現像装置が記載されている。現像前トナー回収手段により、現像領域に進入する逆帯電トナーの量を低減することで、地汚れの発生を抑えることができる。

一方、規制ブレード通過後のトナー担持体上のトナー中の弱帯電トナーは、トナー担持体より遊離しやすい。規制ブレード通過後のトナーがトナー担持体上でホッピングを繰り返す過程においては、帯電トナーの飛翔と、それに伴う帯電トナーによるトナー担持体上のトナー薄層へのアタックが行われている。この帯電トナーのトナー薄層へのアタックにより、トナー担持体表面で弱帯電トナーが叩きだされる。叩き出された弱帯電トナーはトナー担持体の外周面外側に形成されたホッピング電界による拘束力が小さいために、トナー担持体外周面近傍から遊離しやすい。トナー担持体が現像装置より露出する領域で遊離した弱帯電トナーや、現像装置内で遊離して現像装置外へ流出したトナーは飛散して機内汚れなどの不具合を発生させる。また、遊離した弱帯電トナーが現像領域に流れていくと、地汚れ等の不良画像を発生させる原因となる。

また、ホッピング現像方式の装置として、トナー担持体の表面上のトナーをホッピングによって一定方向に移動させて現像領域まで搬送する現像装置も知られている。例えば、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相という３つの電極がその順序で繰り返し配設されたトナー担持体を用いる現像装置では、トナー担持体の表面上でトナーをＡ相電極上からＢ相電極上へ、Ｂ相電極上からＣ相電極上へ、Ｃ相電極上からＡ相電極上へというように順次ホッピングさせていくことで、トナーを現像領域に向けて搬送する。このような現像装置でも、規制ブレード通過後のトナー担持体上のトナー中の弱帯電トナーにより、上述したような問題が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナー飛散や地汚れの発生を従来よりも抑制することのできるホッピング現像方式の現像装置および画像形成装置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、複数種類の電極部材を外周面に有するトナー担持体と、該トナー担持体上にトナーを供給するトナー供給部材と、該トナー担持体上のトナー量を規制する規制部材とを備え、該トナー担持体の複数種類の電極に互いに異なる周期的な電圧を印加することにより、該トナー担持体の上に担持されたトナーをホッピングさせるためのホッピング電界を外周面外側に形成し、該トナー担持体上のトナーをホッピングさせながら潜像担持体と対向する現像領域に搬送して該潜像担持体上の潜像にトナーを供給して現像をおこなう現像装置において、上記トナー担持体上のトナー搬送方向に関して、上記規制部材よりも下流で上記現像領域よりも上流で、所望の帯電をしているトナーがホッピングするとともに該トナー担持体上のトナー中から遊離した弱帯電トナーも存在する箇所に気流を生じさせて該弱帯電トナーを弱帯電トナー収容部に回収する弱帯電トナー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２の発明は、請求項１の現像装置において、上記弱帯電トナー回収手段として該弱帯電トナー収容部内を負圧にする負圧発生手段を設け、該弱帯電トナー収容部内を負圧にしたことで発生する気流を用いて該弱帯電トナーを回収する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２の現像装置において、上記規制部材の上記トナー担持体との対向部と反対となる基底部にトナーが通過可能な開口部を設け、該開口部を通して弱帯電トナーを回収する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の何れかの現像装置において、上記弱帯電トナー回収手段により回収された弱帯電トナーを、上記トナー供給部材により上記トナー担持体に供給されるトナーに混合する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、２、３または４の何れかの現像装置において、上記トナー担持体は、内部に一体化された第一電極と、該第一電極を覆う絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた第二電極と、該絶縁層と該第二電極を覆う表層を有し、該第一電極と該第二電極によって上記トナーをホッピングさせるための電界を該トナー担持体の外周面の外側に形成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、請求項１、２、３、４または５の何れかの現像装置において、上記トナー担持体の外周面を、トナーとの摩擦によってトナーに対して正規帯電極性の電荷を与える絶縁性材料で形成したことを特徴とものである。
また、請求項７の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像を現像する現像手段とを有し、これによる得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う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。
また、請求項８の発明は、請求項７の画像形成装置において、上記現像装置を複数設け、各現像装置により互いに異なる色のトナーで各色に対応する潜像をそれぞれ現像し、これにより得られる各色画像が互いに重なり合ったカラー画像を形成する構成を有することを特徴とするものである。
本発明においては、規制部材により帯電付与がなされたトナー担持体上のトナーのうち、トナー担持体上から遊離した弱帯電トナーを、弱帯電トナー回収手段により回収する。これにより、弱帯電トナーによるトナー飛散や地汚れを従来よりも抑制することができる。

本発明によれば、トナー飛散や地汚れの発生を従来よりも抑制することのできるホッピング現像方式の現像装置および画像形成装置を提供することができるという優れた効果がある。

実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図。 同画像形成装置における現像装置を示す概略構成図。 同現像装置のトナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図。 同トナー担持ローラの第一電極及び第二電極にそれぞれ印加する第一電圧と第二電圧の一例を示すグラフ。 同トナー担持ローラの第一電極及び第二電極にそれぞれ印加する第一電圧と第二電圧の他の例を示すグラフ。 従来の現像装置の概略構成図。 トナーがホッピングを繰り返す過程でのトナーの動きの説明図。 遊離した弱帯電トナーの様子の説明図。 実施例１に係る現像装置の概略構成図。 気流流速に対する弱帯電トナーおよび帯電トナーそれぞれの回収率を測定した実験結果を示すグラフ。 実施例２に係る現像装置の概略構成図。 実施例３に係る現像装置の概略構成図。 実施例４に係る現像装置の概略構成図。

以下、本発明を電子写真方式の画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、複数の現像装置を有し、潜像担持体としてのベルト状の感光体１上に各色のトナー像を重ねて多色画像を形成する画像形成装置である。ベルト状の感光体１は、水平方向よりも鉛直方向にスペースをとる縦長の姿勢で複数のローラに張架しながら、図示しない駆動部により図中時計回り方向に回転駆動される。この感光体１における図中左側の張架面（以下「左側張架面」という。）はほぼ鉛直方向に延在する姿勢になっている。

感光体１の左側張架面の図中左側方には、感光体１と対向するよう、複数色、例えばマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の画像をそれぞれ形成するための複数の画像形成手段として４つのプロセスユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６Ｋが鉛直方向に並ぶように配設されている。これら４つのプロセスユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６Ｋは、それぞれ、現像装置４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｋと、感光体１を一様帯電せしめる帯電装置２Ｍ，２Ｃ，２Ｙ，２Ｋと、図示しない除電器とを１つのユニットとして図示しない共通の保持体に保持している。そして、画像形成装置の筺体に対して現像装置４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｋ、帯電装置２Ｍ，２Ｃ，２Ｙ，２Ｋ及び除電器がそれぞれ一体的にプロセスユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６Ｋとして着脱され、ユーザーによる交換が可能となっている。

プロセスユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙ，６Ｋにおける帯電装置２Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋと現像装置４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｋとの間から、図示しない潜像形成手段としての光書込装置による各色の露光ビーム３Ｍ，３Ｃ，３Ｙ，３Ｋが感光体１へ照射される。また、本画像形成装置は、さらに、図示しない転写手段、クリーニング手段、給紙装置、定着装置などを備えている。

感光体１は、図１中矢印方向に回転駆動され、マゼンタのプロセスユニット６Ｍでマゼンタの帯電装置２Ｍにより一様に帯電されて、次いで図示しない光書込装置によりマゼンタの画像データで変調された露光ビーム３Ｍによって露光されることで静電潜像が形成される。この静電潜像がマゼンタの現像装置４Ｍにより現像されてマゼンタのトナー像となる。その後、感光体１は図示しない除電器により除電される。
次いで、感光体１は、シアンのプロセスユニット６Ｃで、シアンの帯電装置２Ｃにより一様に帯電された後、図示しない光書込装置によりシアンの画像データで変調された露光ビーム３Ｃによって露光されることでシアンの静電潜像が形成される。この静電潜像がシアンの現像装置４Ｃにより現像されて上記マゼンタのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、感光体１は図示しない除電器により除電される。
さらに、感光体１は、イエローのプロセスユニット６Ｙで、イエローの帯電装置２Ｙにより一様に帯電された後、図示しない光書込装置によりイエローの画像データで変調された露光ビーム３Ｙによって露光されることでイエローの静電潜像が形成される。この静電潜像がイエローの現像装置４Ｙにより現像されて上記マゼンタのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。その後、感光体１は図示しない除電器により除電される。
最後に感光体１は、ブラックのプロセスユニット６Ｋで、ブラックの帯電装置２Ｋにより一様に帯電された後、図示しない光書込装置によりブラックの画像データで変調された露光ビーム３Ｋによって露光されることでブラックの静電潜像が形成される。この静電潜像がブラックの現像装置４Ｋにより現像されて、上記マゼンタのトナー像、上記シアンのトナー像及び上記イエローのトナー像と重なるブラックのトナー像となることでフルカラー画像が形成される。

一方、給紙装置（不図示）から記録紙等の記録材が給送され、この記録材には、転写バイアスが印加される転写手段としての転写ローラにより感光体１上のフルカラー画像が転写される。フルカラー画像が転写された記録材は、定着装置（不図示）によりフルカラー画像が定着され、外部へ排出される。感光体１は、フルカラー画像転写後にクリーニング手段（不図示）により残留トナー等が除去される。

このような構成の画像形成装置では、同一の感光体１上に４色の書き込みを行うので、４つの感光体を用いて各感光体上のトナー像を転写により重ね合わせる一般的なタンデム方式の画像形成装置と比較すると、各トナー像間における位置ズレがほとんど発生せず、高画質のフルカラー画像を得ることができる。
なお、本発明は、一般的なタンデム方式の画像形成装置に適用することはできるし、他の画像形成装置にも適用できる。

次に、本実施形態の画像形成装置に採用されるホッピング現像方式の現像装置について説明する。
なお、現像装置４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｋは、収容されるトナーが異なる以外は、同じ構成、動作であるので、以下添え字Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋを省略して説明を行う。

図２は、本実施形態に係るホッピング現像方式の現像装置４の概略構成図である。
現像装置４は、トナー担持体としてのトナー担持ローラ４１と、トナー担持ローラ４１へトナーを供給するトナー供給部材としてのトナー供給ローラ４２と、トナーの層厚を規制するトナー規制部材としての規制ブレード４３と、入口シール４４と、図中時計回り方向に回転駆動される第１搬送スクリュー４５と、図中反時計回りに回転駆動される第２搬送スクリュー４６とを有している。第２搬送スクリュー４６は、その回転駆動によってトナーを図中手前側から図中奥側へと搬送する。図中奥側の端部付近まで搬送されたトナーは、第１搬送スクリュー４５側へ進入し、今度は第１搬送スクリュー４５の回転駆動によって図中奥側から図中手前側へと搬送される。第１搬送スクリュー４５により搬送されている途中のトナーの一部は、トナー供給ローラ４２側へと移動し、トナー供給ローラ４２の表面に担持される。トナー供給ローラ４２の表面に担持されたトナーは、図中反時計回り方向のトナー供給ローラ４２の回転駆動に伴って、トナー供給ローラ４２の表面とトナー担持ローラ４１の外周面との接触位置（以下「トナー供給位置」という。）へと搬送される。

このトナー供給位置では、トナー供給ローラ４２の表面とトナー担持ローラ４１の外周面とが互いに逆方向（カウンター方向）へ移動している。したがって、トナー供給位置へと搬送されてきたトナー供給ローラ４２上のトナーは、トナー担持ローラ４１の外周面に擦りつけられ、トナー担持ローラ４１の外周面へと移動する。後述するように、本実施形態では、トナー担持ローラ４１の外周面を、トナーとの摩擦によってトナーに対して正規帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）の電荷を与える絶縁性材料で形成しており、トナーは、トナー担持ローラ４１の外周面との摩擦により正規極性側に帯電させる。これにより、規制ブレード４３による規制部での帯電付与に加えて、ホッピング状態にするのに必要なトナー帯電量をより安定して確保するようにしている。

トナーが供給されたトナー担持ローラ４１は、現像装置４のケーシングに設けられた開口から外周面の一部を露出させている。この露出箇所は、感光体１に対して数十〜数百［μｍ］の間隙を介して対向している。このようにトナー担持ローラ４１と感光体１とが対向している領域が、本画像形成装置における現像領域となっている。

トナー担持ローラ４１の表面上に供給されたトナーは、トナー担持ローラ４１の回転駆動に伴って、規制ブレード４３による規制部へ搬送され、規制ブレード４３によりトナー担持ローラ４１上のトナー量の規制が行われる。このとき、トナーは、規制ブレード４３やトナー担持ローラ４１の外周面との摩擦により正規極性側に帯電する。規制ブレード４３通過後の帯電トナーは、後述する理由により、トナー担持ローラ４１の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ４１の回転に伴って、トナー供給位置から現像領域に向けて搬送される。現像領域まで搬送されたトナーは、トナー担持ローラ４１と感光体１上の静電潜像との間の現像電界によって、感光体表面上の静電潜像部分に付着し、これにより現像が行われる。現像に寄与しなかったトナーは、ホッピングしながらトナー担持ローラ４１の回転によってさらに搬送され、トナー供給位置へと運ばれる。そして、トナー供給位置へ進入する際に、トナー供給ローラ４２によりトナー担持ローラ４１上から掻き取られることで、現像装置４のケーシング内部に戻され、再利用される。

次に、本実施形態におけるトナー担持ローラ４１の具体的構成について説明する。
図３は、本実施形態におけるトナー担持ローラ４１を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。
本実施形態のトナー担持ローラ４１は、中空状のローラ部材で構成されており、その最内周に位置する最内周電極部材又は内周側電極部材としての第一電極５３と、最外周側に位置していて第一電極５３へ印加される電圧（第一電圧）とは異なる電圧（第二電圧）が印加される最外周電極部材としての櫛歯状の第二電極５４とを備えている。また、第一電極５３と第二電極５４との間にはこれらの間を絶縁するための絶縁層５５が設けられている。また、第二電極５４の外周面側を覆う表面層５６も設けられている。すなわち、本実施形態のトナー担持ローラ４１は、内周側から順に、第一電極５３、絶縁層５５、第二電極５４、表面層５６の４層構造となっている。

第一電極５３は、トナー担持ローラ４１の基体としても機能しており、ＳＵＳやアルミニウム等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。このほか、第一電極５３の構成としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等からなる樹脂ローラの表面にアルミニウムや銅などの金属層等からなる導電層を形成したものが挙げられる。この導電層の形成方法としては、金属メッキ、蒸着等により形成する方法や、ローラ表面に金属膜を接着する方法などが考えられる。

第一電極５３の外周面側は絶縁層５５に覆われている。本実施形態において、この絶縁層５５は、ポリカーボネートやアルキッドメラミン等で形成されている。また、本実施形態において、絶縁層５５の厚みは、３［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さくなると、第一電極５３と第二電極５４との間の絶縁性が十分に保てなくなり、第一電極５３と第二電極５４との間でリークが発生してしまう可能性が高くなる。一方、５０［μｍ］よりも大きくなると、第一電極５３と第二電極５４との間で作られる電界が表面層５６よりも外側に形成されにくくなり、表面層５６の外側に強いホッピング電界を形成することが困難となる。本実施形態では、メラミン樹脂からなる絶縁層５５の厚みを２０［μｍ］としている。絶縁層５５はスプレー法やディップ法等によって第一電極５３上に均一な膜厚で形成することができる。

絶縁層５５の上には第二電極５４が形成される。本実施形態において、この第二電極５４は、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。櫛歯状の第二電極５４の形成方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、絶縁層５５の上にメッキや蒸着によって金属膜を形成し、フォトレジスト・エッチングによって櫛歯状の電極を形成するという方法が挙げられる。また、インクジェット方式やスクリーン印刷によって導電ペーストを絶縁層５５の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法も考えられる。

第二電極５４及び絶縁層５５の外周面側は、絶縁性の表面層５６により覆われている。トナーは、表面層５６上でホッピングを繰り返す際、この表面層５６との接触摩擦によって帯電する。トナーに正規帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）を与えるため、本実施形態では、表面層５６の材料として、シリコーン、ナイロン（登録商標）、ウレタン、アルキッドメラミン、ポリカーボネート等が使用される。本実施形態ではポリカーボネートを採用している。また、表面層５６は、第二電極５４を保護する役割も持ち合わせているので、表面層５６の膜厚としては、３［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さいと、経時使用による膜削れ等で第二電極５４が露出し、トナー担持ローラ４１上に担持されたトナーやトナー担持ローラ４１に接触するその他の部材を通じてリークしてしまうおそれがある。一方、４０［μｍ］よりも大きいと、第一電極５３と第二電極５４との間で作られる電界が表面層５６よりも外側に形成されにくくなり、表面層５６の外側に強いホッピング電界を形成することが困難となる。本実施形態では、表面層の膜厚は２０［μｍ］としている。表面層５６は、絶縁層５５と同様にスプレー法やディッピング法等によって形成することができる。

本実施形態では、第一電極５３と第二電極５４との間で作られる電界、より詳しくは、第一電極５３の第二電極５４とは対向していない部分（第二電極５４の櫛歯間に位置する第一電極５３の部分）と第二電極５４の櫛歯部分との間で作られる電界が、表面層５６の外側に形成されることで、トナー担持ローラ４１上のトナーをホッピングさせ、これによりトナーをクラウド化させる。このとき、トナー担持ローラ４１上のトナーは、第一電極５３に絶縁層５５を介して対向した表面層部分と、これに隣接する第二電極５４に対向した表面層部分との間を、飛翔しながら往復移動するように、ホッピングすることになる。

トナーを安定してクラウド化させるためには、相応する大きさのホッピング電界を形成することが重要となるが、このような大きなホッピング電界を形成するためには第一電極５３と第二電極５４との間に大きな電位差を形成する必要がある。しかし、このような大きな電位差を安定して形成するためには、第一電極５３と第二電極５４との間を安定かつ有効に絶縁し、リークを防止することが重要である。

ここで、ホッピング電界を形成するための２種類の電極をそれぞれ櫛歯状に形成して同心円上に配置し、互いの櫛歯部分が相手の櫛歯間に入り込むように構成した場合、その櫛歯状電極の形成品質が悪いと、２種類の電極間の絶縁性が著しく低下し、リークが起きやすい。具体的には、例えば、エッチングで電極形成する場合には除去すべき金属膜の一部が残存していたり、インクジェット法やスクリーン印刷法で電極形成する場合には電極間に導電ペーストが付着してしまったりする事態が起こり得る。このような事態が生じると、２種類の電極間でリークが起きやすくなり、適正なホッピング電界を形成することができなくなる。また、この構成においては、ローラの樹脂表面上に櫛歯状電極を高い品質で形成したとしても、２種類の櫛歯状電極を形成した後にその外周面側を絶縁材で覆うことにより電極間に絶縁材を充填して電極間の絶縁性を得るため、電極間にはローラの樹脂表面と絶縁材との界面が形成され、この界面を通じたリークが生じやすく、比較的大きな電圧を印加すると電極間の絶縁性が著しく低下する。

本実施形態によれば、第一電極５３の上に絶縁層５５を設け、その絶縁層上に櫛歯状の第二電極５４を形成した構成であるため、これらの電極間にリークの原因となり得るような界面は存在しない。また、トナー担持ローラ４１の製造段階において、リークの原因となり得る導電材が電極間に介在する可能性も非常に少なくできる。したがって、本実施形態によれば、第一電極５３と第二電極５４との間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧を印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。
なお、本実施形態は、ホッピング電界を形成するための２種類の電極をそれぞれ櫛歯状に形成して同心円上に配置し、互いの櫛歯部分が相手の櫛歯間に入り込むように構成した例においても適用可能である。

また、本実施形態において、第二電極５４の電極幅（各櫛歯部分の幅）は、１０［μｍ］以上１２０［μｍ］以下であるのが好ましい。１０［μｍ］よりも小さいと、細すぎて電極が途中で断線してしまうおそれがある。一方、１２０［μｍ］より大きいと、第二電極５４の被給電部からの距離が遠い箇所の電圧が低くなり、その箇所でトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。本実施形態の被給電部は、トナー担持ローラ４１の外周面上における軸方向両端に設けられている。よって、本実施形態では、第二電極５４の電極幅が１２０［μｍ］より大きいと、トナー担持ローラ４１の軸方向中央部におけるホッピング電界が軸方向両端部のホッピング電界よりも相対的に低くなり、軸方向中央部に担持されているトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。

また、本実施形態では、第二電極５４の電極ピッチ（櫛歯部分間の距離）は、電極幅と同じか広いのが好ましい。電極幅よりも小さいと、第一電極５３からの電気力線の多くが表面層５６の外側に出る前に第二電極５４へ収束してしまい、表面層５６の外側に形成されるホッピング電界が弱くなってしまうからである。一方、電極ピッチが大きいと、電極間中央のホッピング電界が弱くなってしまう。本実施形態において、電極ピッチは、電極幅以上であって電極幅の５倍以下の範囲内であるのが好ましい。
本実施形態では、電極幅及び電極ピッチをいずれも８０［μｍ］に設定している。

また、本実施形態では、第二電極５４の電極ピッチを、トナー担持ローラ４１の周方向にわたって一定となるように設定されている。電極ピッチを一定とすることで、第一電極５３と第二電極５４との間で作られるホッピング電界がトナー担持ローラ４１上の周方向にわたってほぼ均一となる。よって、現像領域で周方向に均一なトナーのホッピングを実現することが可能となり、均一な現像が可能となる。

次に、第一電極５３及び第二電極５４に印加する電圧について説明する。
トナー担持ローラ４１上の第一電極５３及び第二電極５４には、それぞれパルス電源(不図示）から第一電圧及び第二電圧が印加される。パルス電源(不図示）が印加する第一電圧及び第二電圧は、矩形波が最も適している。ただし、これに限らず、例えばサイン波で三角波でもよい。また、本実施形態では、ホッピング電極を形成するための電極が第一電極５３及び第二電極５４の２相構成であり、各電極５３，５４には互いに位相差πをもった電圧がそれぞれ印加される。

図４は、第一電極５３及び第二電極５４にそれぞれ印加する第一電圧と第二電圧の一例を示すグラフである。
本実施形態において、各電圧は矩形波であり、第一電極５３と第二電極５４にそれぞれ印加される第一電圧と第二電圧は、互いに位相がπだけずれた同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。よって、第一電極５３と第二電極５４との間には、常にＶｐｐだけの電位差が生じる。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界のうち表面層５６の外側に形成されるホッピング電界によって表面層５６上をトナーがホッピングする。本実施形態において、Ｖｐｐは１００［Ｖ］以上１０００［Ｖ］以下の範囲内であるのが好ましい。Ｖｐｐが１００［Ｖ］より小さいと、十分なホッピング電界を表面層５６上に形成できず、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。一方、Ｖｐｐが１０００［Ｖ］より大きいと、経時使用により電極間でリークが発生する可能性が高くなる。本実施形態では、Ｖｐｐを５００［Ｖ］に設定している。
また、本実施形態において、第一電圧と第二電圧の中心値Ｖ０は、画像部電位（静電潜像部分の電位）と非画像部電位（地肌部分の電位）との間に設定され、現像条件によって適宜変動する。

本実施形態において、第一電圧と第二電圧の周波数ｆは、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であるのが好ましい。０．１［ｋＨｚ］より小さいと、トナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなるおそれがある。一方、１０［ｋＨｚ］より大きいと、トナーの移動が電界の切り替わりに追従できなくなり、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。本実施形態では、周波数ｆを５００［Ｈｚ］に設定している。

図５は、第一電極５３及び第二電極５４へ印加する第一電圧と第二電圧の他の例を示すグラフである。
この例では、第一電極５３については、図４に示したものと同様の第一電圧が印加されるが、第二電極５４については、直流電圧が印加される。この場合、電極間の電位差はＶｐｐ／２となる。よって、この例におけるＶｐｐの好適な範囲は、２００［Ｖ］以上２０００［Ｖ］以下である。この例によれば、第一電極５３と第二電極５４との位相差を考慮する必要がなく、電源コストが安くなる。

次に、本実施形態の特徴部について説明する。
図６は、従来の現像装置４の概略構成図である。なお、図６以降では、感光体１としてドラム状のものを図示しているが、図１のようにベルト状でも構わない。また、第１搬送スクリュウーと第２搬送スクリューの図示を省略している。

現像装置４では、トナー供給ローラ４２によりトナー収容部４９中のトナーをトナー担持ローラ４１上に供給し、トナー担持ローラ４１上のトナーへの帯電付与を規制ブレード４３による規制部で行っている。この規制ブレード４３通過後のトナー担持ローラ４１上のトナー薄層の中に帯電量の絶対値が小さい弱帯電トナーも含まれてしまう。この規制ブレード４３通過後のトナー担持ローラ４１上のトナー薄層中の弱帯電トナーは、トナー担持ローラ４１より遊離しやすい。図７に示すように、規制ブレード４３通過後のトナーがホッピングを繰り返す過程において、正常帯電トナー（図７中Ｔ１）は飛翔とそれに伴うトナー担持ローラ４１上のトナー薄層へのアタック（図７中矢印Ｃ）を繰り返し行っている。この正常帯電トナーのトナー薄層へのアタックにより、トナー担持ローラ４１表面で弱帯電トナーの叩きだしが行われる。叩き出された弱帯電トナー（図７中Ｔ２）はトナー担持ローラ４１の外周面外側に形成されたホッピング電界による拘束力が小さいために、トナー担持ローラ４１外周面近傍から遊離しやすい。トナー担持ローラ４１が現像装置４より露出する領域で遊離した弱帯電トナーや、現像装置４内で遊離して現像装置外へ流出した弱帯電トナーは飛散して機内汚れなどの不具合を発生させる。また、遊離した弱帯電トナーが現像領域に流れていくと、地汚れ等の不良画像を発生させる原因となる。このような弱帯電トナーのトナー担持ローラ４１からの遊離は、規制ブレード通過直後に顕著であることが確認されている。図８は、遊離した弱帯電トナーＴ２の様子を示す説明図である。トナー担持ローラ４１から遊離した弱帯電トナーＴ２は、トナー担持ローラ４１外周面近傍から離れ飛散する。また、トナー担持ローラ４１に対して規制ブレード４３が配置されるものでは、遊離した弱帯電トナーＴ２が、規制部通過後のトナー担持ローラ４１と規制ブレード４３との間に溜まってしまう場合もある。これにより、不良画像を発生させる虞がある。

そこで、本実施形態においては、規制ブレード４３よりも下流で、現像領域よりも上流にて、トナー担持ローラ４１上のトナー薄層から遊離した弱帯電トナーを回収する弱帯電トナー回収手段５０を設けた。この弱帯電トナー回収手段５０により弱帯電トナーを回収することで、トナー飛散や地汚れを従来よりも抑制する。また、弱帯電トナーを現像領域上流で回収できるため、トナー層中の帯電量分布がシャープになり、従来よりも高画質な画像を得ることもできる。以下、実施例１〜４に基づき詳しく説明する。

＜実施例１＞
図９は、実施例１に係る現像装置４の概略構成図である。図９の現像装置４では、規制ブレード４８の下流側に対して開口４９ａを有し、規制ブレード４８通過後にトナー担持ローラ４１から遊離した弱体電トナーを回収して収容する弱帯電トナー収容部４９をトナー収容部４８の上方に設けている。そして、弱帯電トナー回収手段５０としてのファンにより、弱体電トナー収容部４９にトナー担持ローラ４１から遊離した弱体電トナーが流入させるような気流Ｂを形成し、弱帯電トナーを弱帯電トナー収容部４９に回収している。このように、弱帯電トナー回収手段として気流Ｂを用いている。図１０は、気流Ｂの流速に対する弱帯電トナーおよび正常帯電トナーそれぞれの回収率を測定した実験結果を示すグラフである。帯電トナーはトナー担持ローラ４１の外周面外側に形成されたホッピング電界による拘束力が強くトナー担持ローラ近傍でホッピンッグを続けているため、気流Ｂにより回収され難い。一方、弱帯電トナーは、ホッピング電界によるトナー担持ローラ４１への拘束力の小さいため、気流Ｂにより回収されやすい。そこで、適切な気流Ｂの流速を選択することで、ホッピング電界によるトナー担持ローラ４１への拘束力の小さい弱帯電トナーのみを選択的に回収することができる。

＜実施例２＞
図１１は、実施例２に係る現像装置４の概略構成図である。実施例２の現像装置４では、気流Ｂを発生させる手段として、弱帯電トナー収容部４９を負圧にする負圧発生部材５１を設けている。図１１では負圧発生部材５１として、弱帯電トナー収容部４９内の開口部近傍にパドルを設けたものを図示しているが、ファンやポンプを用いても良い。これにより、トナー担持ローラ４１から遊離した弱体電トナーを弱帯電トナー収容部４９に流入させるような気流Ｂを容易に形成することができる。この構成は、実施例１の構成と比較して気流Ｂの制御が容易となり、弱帯電トナー収容部４９へ効率的に回収することが可能である。

＜実施例３＞
図１２は、実施例３に係る現像装置４の概略構成図である。実施例３の現像装置４では、実施例２の現像装置において、規制ブレード４３のトナー像担持ローラ４１と対向部と反対の基底部を、上方の弱帯電トナー収容部４９の位置まで延伸する。そして、延伸した部分に気流Ｂにより弱帯電トナー収容部４９に流入するトナーが通過可能な孔４３ａを設ける。これにより、トナー担持ローラ４１から遊離した弱体電トナーは、孔４３ａを通して弱帯電トナー収容部４９に流入する。このように、規制ブレード４３を延伸できることで、規制ブレード４３の自由長などの設計自由度が向上し、所望の規制圧を達成してトナーへの帯電付与を効率的に行いつつ、発生した弱帯電トナーの回収が可能となる。

＜実施例４＞
図１３は、実施例４に係る現像装置４の概略構成図である。実施例４の現像装置４では、実施例３の現像装置において、弱帯電トナー収容部４９とトナー収容部４８とが連通している。このため、弱帯電トナー回収手段により回収された弱帯電トナーを、トナー供給ローラ４２によりトナー担持ローラ４１に供給されるトナーに混合することができる。回収された弱帯電トナーを混合しても、その後の画像に悪影響が出ないことが確認された。これにより、廃トナーの削減、使用トナー量の低減を行うことができる。

以上、本実施形態によれば、トナー担持体として複数種類の電極部材を外周面を有するトナー担持ローラ４１と、トナー担持ローラ４１上にトナーを供給するトナー供給部材としてのトナー供給ローラ４２と、トナー担持ローラ４１上のトナー量を規制する規制部材としての規制ブレード４３を備える。トナー担持ローラ４１の複数種類の電極に互いに異なる周期的な電圧を印加することにより、トナー担持ローラ上に担持されたトナーをホッピングさせるためのホッピング電界を外周面外側に形成し、トナー担持ローラ４１上のトナーをホッピングさせながら潜像担持体としての感光体１に対向する現像領域Ａに搬送して現像をおこなう。この現像装置４において、トナー担持ローラ４１のトナー搬送方向に関して、規制ブレード４３よりも下流で、現像領域Ａよりも上流に、トナー担持ローラ４１上のトナー中から遊離した弱帯電トナーを回収する弱帯電トナー回収手段５０を設ける。この弱帯電トナー回収手段５０により、規制ブレード４３により帯電付与がなされたトナー担持ローラ４１上のトナーのうち、トナー担持ローラ４１から遊離した弱帯電トナーを回収することにより、弱帯電トナーによるトナー飛散や地汚れを従来よりも抑制することができる。
また、本実施形態によれば、回収した弱帯電トナーを収容する弱帯電トナー収容部４９を備え、弱帯電トナー回収手段５０として気流Ｂを用いて弱帯電トナーを弱帯電トナー収容部４９内に回収する。帯電トナーはトナー担持ローラ４１の外周面外側に形成されたホッピング電界による拘束力が強くトナー担持ローラ近傍でホッピンッグを続けているため、気流Ｂで回収され難い。これに対して、弱帯電トナーは、ホッピング電界によるトナー担持ローラ４１への拘束力の小さいため、回収されやすい。そこで、ホッピング電界によるトナー担持ローラ４１への拘束力の小さい弱帯電トナーのみを選択的に回収することができる。
また、本実施形態によれば、弱帯電トナー回収手段として弱帯電トナー収容部４９を負圧にする負圧発生手段５１を設け、弱帯電トナー収容部４９を負圧にしたことで発生する気流Ｂを用いて弱帯電トナーを回収する。この構成は、トナー担持ローラ４１から遊離した弱体電トナーを弱帯電トナー収容部４９に流入させるような気流Ｂを容易に形成することができる。また、気流Ｂの制御が容易であり、弱帯電トナー収容部４９へ効率的に回収することが可能である。
また、本実施形態によれば、規制ブレード４３の基底部にトナーが通過可能な開口部４３ａを設け、開口部４３ａを通して弱帯電トナーを回収する。このように、規制ブレード４３を通して弱帯電トナーを回収できるように構成することで、弱帯電トナー収容部４９に対する規制ブレード４３の配置位置の自由度が高まる。これにより、規制ブレード４３の自由長などの設計自由度が向上し、所望の規制圧を達成してトナーへの帯電付与を効率的に行いつつ、発生した弱帯電トナーの回収が可能となる。
また、本実施形態によれば、弱帯電トナー回収手段により回収された弱帯電トナーを、トナー供給ローラ４２によりトナー担持ローラ４１に供給されるトナーに混合する。これにより、廃トナーの削減、使用トナー量の低減を行うことができる。
また、本実施形態によれば、トナー担持ローラ４１は、内部に一体化された第一電極５３と、第一電極５３を覆う絶縁層５５と、絶縁層５５の上に設けられた第二電極５４と、絶縁層５５と第二電極５４を覆う表層５６を有し、第一電極５３と第二電極５４によってトナーをホッピングさせるための電界をトナー担持ローラ４１の外周面外側に形成する。トナーを安定してクラウド化させるためには、相応する大きさのホッピング電界を形成することが重要となるが、このような大きなホッピング電界を形成するためには第一電極５３と第二電極５４との間に大きな電位差を形成する必要がある。しかし、このような大きな電位差を安定して形成するためには、第一電極５３と第二電極５４との間を安定かつ有効に絶縁し、リークを防止することが重要である。ここで、ホッピング電界を形成するための２種類の電極をそれぞれ櫛歯状に形成して同心円上に配置し、互いの櫛歯部分が相手の櫛歯間に入り込むように構成した場合、その櫛歯状電極の形成品質が悪いと、２種類の電極間の絶縁性が著しく低下し、リークが起きやすく、適正なホッピング電界を形成することができなくなる。これに対して、本実施形態の構成では、第一電極５３の上に絶縁層５５を設け、その絶縁層上に櫛歯状の第二電極５４を形成した構成であるため、これらの電極間にリークの原因となり得るような界面は存在しない。また、トナー担持ローラ４１の製造段階において、リークの原因となり得る導電材が電極間に介在する可能性も非常に少なくできる。したがって、本実施形態によれば、第一電極５３と第二電極５４との間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧を印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。
また、本実施形態によれば、トナー担持ローラ４１の外周面を、トナーとの摩擦によってトナーに対して正規帯電極性の電荷を与える絶縁性材料で形成する。これにより、トナーの摩擦帯電効率も高まり、安定してホッピング状態にするのに必要なトナー帯電量をより安定して確保することができる。
また、本実施形態によれば、感光体１上の潜像を現像する現像手段として、上述の現像装置４を用いる。ホッピングによってトナー担持ローラ４１の表面との付着力をなくしているトナーを潜像に付着させることにより、低電位現像を実現することができ、高解像度のドット再現性を得ることができる。
また、本実施形態によれば、現像装置４を複数設け、現像装置により互いに異なる色のトナーで各色に対応する潜像をそれぞれ現像し、これにより得られる各色画像が互いに重なり合ったカラー画像を形成する。上記現像装置を用いた色重ねシステムは、トナー担持ローラ４１と感光体１とが非接触で、かつ、現像領域の感光体１近傍で交番電界がかかっていない。このため、次の色の現像工程が、感光体１上に一度形成されたトナー像に対しては機械的にも電界的にも影響を与えないので、スキャベンジや混色などの問題が一切無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。

４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ，４Ｋ 現像装置
４１ トナー担持ローラ
４２ トナー供給ローラ
４３ 規制ブレード
４７ 電源
４８ トナー収容部
４９ 弱帯電トナー収容部
５０ 弱帯電トナー回収手段
５１ 負圧発生部材
５３ 第一電極
５４ 第二電極
５５ 絶縁層
５６ 表層
Ａ 現像領域
Ｂ 気流
Ｃ トナー薄層へのアタック
Ｔ１ 正常帯電トナー
Ｔ２ 弱帯電トナー

特開２００８−１１６５９９号公報

Claims (8)

1. 複数種類の電極部材を外周面を有するトナー担持体と、該トナー担持体上にトナーを供給するトナー供給部材と、該トナー担持体上のトナー量を規制する規制部材とを備え、該トナー担持体の複数種類の電極に互いに異なる周期的な電圧を印加することにより、該トナー担持体の上に担持されたトナーをホッピングさせるためのホッピング電界を外周面外側に形成し、該トナー担持体上のトナーをホッピングさせながら潜像担持体と対向する現像領域に搬送して該潜像担持体上の潜像にトナーを供給して現像をおこなう現像装置において、
   上記トナー担持体上のトナー搬送方向に関して、上記規制部材よりも下流で上記現像領域よりも上流で、所望の帯電をしているトナーがホッピングするとともに該トナー担持体上のトナー中から遊離した弱帯電トナーも存在する箇所に気流を生じさせて該弱帯電トナーを弱帯電トナー収容部に回収する弱帯電トナー回収手段を設け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、上記弱帯電トナー回収手段として該弱帯電トナー収容部内を負圧にする負圧発生手段を設け、該弱帯電トナー収容部内を負圧にしたことで発生する気流を用いて該弱帯電トナーを回収することを特徴とする現像装置。
3. 請求項２の現像装置において、上記規制部材の上記トナー担持体との対向部と反対となる基底部にトナーが通過可能な開口部を設け、該開口部を通して弱帯電トナーを回収することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１、２または３の何れかの現像装置において、上記弱帯電トナー回収手段により回収された弱帯電トナーを、上記トナー供給部材により上記トナー担持体に供給されるトナーに混合することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１、２、３または４の何れかの現像装置において、上記トナー担持体は、内部に一体化された第一電極と、該第一電極を覆う絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた第二電極と、該絶縁層と該第二電極を覆う表層を有し、該第一電極と該第二電極によって上記トナーをホッピングさせるための電界を該トナー担持体の外周面の外側に形成することを特徴とする現像装置。
6. 請求項１、２、３、４または５の何れかの現像装置において、上記トナー担持体の外周面を、トナーとの摩擦によってトナーに対して正規帯電極性の電荷を与える絶縁性材料で形成したことを特徴と現像装置。
7. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像を現像する現像手段とを有し、これによる得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う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。
8. 請求項７の画像形成装置において、上記現像装置を複数設け、各現像装置により互いに異なる色のトナーで各色に対応する潜像をそれぞれ現像し、これにより得られる各色画像が互いに重なり合ったカラー画像を形成する構成を有することを特徴とする画像形成装置。

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