(57)【要約】【課題】  トナーの再利用が可能で、かつ、再利用トナーのトナー凝集性の増加及び帯電性能の低下を抑制し、静電搬送部材へのトナーの付着を防ぐことのできる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  現像装置１０に、現像を行う現像部２０と、残留トナーの回収を行うトナー回収部３０と、トナー回収部に回収された残留トナーを現像部に送出する搬送部４０とを設けることで残留トナーの再利用を行う。また、搬送部４０でトナー帯電に必要な摺擦力を加えたり、無機微粒子を付加したりすることで、残留トナーの流動性、帯電性を回復させる。【選択図】  図１
2006293259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電搬送部材を用いてトナーを感光体に搬送する現像装置であって、
前記感光体上の静電潜像を前記トナーで現像し、トナー像を形成する現像部と、
前記トナー像転写後の前記感光体上に残留した残留トナーを回収し、前記回収した前記残留トナーを混合攪拌するトナー回収部と、
前記回収され混合攪拌された前記残留トナーを、前記トナー回収部から前記現像部内の前記トナー収容部に搬送する搬送部と、を有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記搬送部は、モーノポンプであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記回収された残留トナーに無機微粒子外添剤を添加する外添剤添加部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記無機微粒子外添剤は、少なくともシリカを含有することを特徴とする請求項３記載の現像装置。
【請求項５】
前記シリカは、粒径が１０〜３０ｎｍのシリカであることを特徴とする請求項４記載の現像装置。
【請求項６】
前記無機微粒子外添剤は、前記粒径が１０〜３０ｎｍのシリカを０．１〜１．０質量％含有し、前記粒径が５０〜２００ｎｍのシリカを０．５〜２．０質量％含有することを特徴とする請求項４記載の現像装置。
【請求項７】
前記無機微粒子外添剤は、酸化チタンを０．１〜０．７質量％含有することを特徴する請求項５または６に記載の現像装置。
【請求項８】
前記外添剤添加部は、前記搬送部の送入口近傍に設けられていることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項９】
前記外添剤添加部は、前記搬送部内部の搬送経路に設けられていることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１０】
前記外添剤添加部は、前記トナー回収部の前記混合攪拌を行う箇所の近傍に設けられていることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１１】
前記トナーは、粒子の平均円形度が０．９８〜１．００であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１２】
感光体、帯電手段、転写手段のうち少なくとも１つと、請求項１から１１のいずれか１項に記載の現像装置と、が一体化されて構成され、
画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジ。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか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。
【請求項１４】
請求項１２記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものであり、特に、転写後の残留トナーを回収し、これを再利用する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、静電複写方式の画像形成装置においては、環境への配慮やランニングコスト等の事情から、トナー画像形成後に感光体に残った残留トナーを回収し、再利用する技術が注目されている。
【０００３】
しかし、トナーは劣化し易いため、回収した残留トナーを再利用した場合には、形成画像の劣化などの悪影響が生じる可能性がある。
【０００４】
ところで、移相電界によってトナー粒子を移動させる静電搬送部材を利用した現像装置では、トナー粒子の付着などにより静電搬送部材が汚れてしまうと、トナー粒子の搬送効率が低下し安定した画像形成ができなくなってしまう。そのため、静電搬送部材上に付着したトナー粒子を除去する機構が必要となる。
【０００５】
この静電搬送部材自体は回転しないため、付着したトナー粒子を物理的な力・外部装置で引き剥がすことは難しい。なので、静電搬送部材に付着したトナー粒子については、静電搬送部材が形成する移相電界を用いて除去する。
【０００６】
しかし、位相電界を用いて付着したトナー粒子の除去を図る場合に、該トナー粒子が弱帯電あるいは無帯電である場合には除去することが難しい。また、十分に帯電したトナー粒子であっても、Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力などのトナーの非静電付着力が大きい場合や凝集性が高い場合には、移相電界によって搬送、除去することが難しい。
【０００７】
特に、残留トナーを再利用したものについては、その流動性や帯電性が失われる傾向にあるので、このような課題が発生し易い。そこで、いかにしてこのような問題を解決するかが考えられている。
【０００８】
現像装置に関する技術としては、複雑なトナー濃度制御装置等を必要とせず未使用現像剤収容部の形成するスペースや位置制約が少ない現像装置技術や、所定間隔を有して複数配列されている電極に対して多相電圧を印加して進行波電界を形成することで現像剤を搬送する現像装置技術が、特許文献１、特許文献２において提案されている。
【０００９】
しかし、これらの技術は上記の問題点に対して何ら解決策を講じるものではない。
【００１０】
また、上記の問題点を解決する方法として、磁気ブラシ現像方式を用いてトナー供給／汚染物質除去を行うものがあるが、この方法では磁力によるトナーへの過剰な力の印加や磁気ブラシ接触部の静電搬送部材へのダメージが発生するので結果として経時的な安定性が損なわれてしまう。
【特許文献１】特開平８−１８５０５１号公報
【特許文献２】特許第３５３０１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、トナーの再利用が可能で、かつ、再利用トナーのトナー凝集性の増加及び帯電性能の低下を抑制し、静電搬送部材へのトナーの付着を防ぐことのできる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、静電搬送部材を用いてトナーを感光体に搬送する現像装置であって、前記感光体上の静電潜像を前記トナーで現像し、トナー像を形成する現像部と、前記トナー像転写後の前記感光体上に残留した残留トナーを回収し、前記回収した前記残留トナーを混合攪拌するトナー回収部と、前記回収され混合攪拌された前記残留トナーを、前記トナー回収部から前記現像部内の前記トナー収容部に搬送する搬送部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、前記搬送部は、モーノポンプであることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の現像装置において、前記回収された残留トナーに無機微粒子外添剤を添加する外添剤添加部を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の現像装置において、前記無機微粒子外添剤は、少なくともシリカを含有することを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の現像装置において、前記シリカは、粒径が１０〜３０ｎｍのシリカであることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の現像装置において、前記無機微粒子外添剤は、前記粒径が１０〜３０ｎｍのシリカを０．１〜１．０質量％含有し、前記粒径が５０〜２００ｎｍのシリカを０．５〜２．０質量％含有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項５または６に記載の現像装置において、前記無機微粒子外添剤は、酸化チタンを０．１〜０．７質量％含有することを特徴する。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項３から７のいずれか１項に記載の現像装置において、前記外添剤添加部は、前記搬送部の送入口近傍に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項３から７のいずれか１項に記載の現像装置において、前記外添剤添加部は、前記搬送部内部の搬送経路に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、請求項３から７のいずれか１項に記載の現像装置において、前記外添剤添加部は、前記トナー回収部の前記混合攪拌を行う箇所の近傍に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の現像装置において、前記トナーは、粒子の平均円形度が０．９８〜１．００であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２記載の発明は、感光体、帯電手段、転写手段のうち少なくとも１つと、請求項１から１１のいずれか１項に記載の現像装置と、が一体化されて構成され、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジである。
【００２４】
請求項１３記載の発明は、請求項１から１１のいずれか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である。
【００２５】
請求項１４記載の発明は、請求項１２記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、現像装置は、現像を行う現像部と、残留トナーの回収を行うトナー回収部と、トナー回収部に回収された残留トナーを現像部に送出する搬送部と、を備えるので、トナーの再利用を行うことが可能となる。また、搬送部でトナー帯電に必要な摺擦力を付与することができるので、再利用におけるトナー劣化の問題を抑制することができる。
【００２７】
また、再利用するトナーに無機微粒子を付加するので、再利用トナーの流動性、帯電性を回復することができる。よって、帯電不良による静電搬送部材の汚染に起因する異常画像の発生を抑制でき、経時動作において安定性の高い長寿命な画像形成装置を提供することが可能となる。また、効率の良いトナー供給が可能となり、高速駆動下においてのベタ画像などにも対応できる高速応答性を現像装置に与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
＜現像装置＞
図１を参照して、本実施形態の現像装置の構成について説明する。本実施形態の現像装置１０は、現像部２０と、トナー回収部３０と、搬送部４０と、から構成される。
【００２９】
現像部２０は、感光体１１上の静電潜像をトナー（現像剤）により現像し、トナー像を形成する。なお、静電潜像は、帯電装置１２により帯電された感光体１１に書き込み装置８３からの書き込み光が照射されることにより形成される。トナー回収部３０は、出力用紙へのトナー像転写後の感光体１１上に残留したトナーの回収を行う。搬送部４０は、トナー回収部３０により回収された残留トナーを再利用トナーとして現像部２０に搬送する。
【００３０】
＜現像剤＞
本実施形態の現像装置１０では、現像剤としてトナー粒子とキャリアの混合物を用いる。トナー粒子は体積平均粒径が約２〜５μｍの非磁性粒子であり、キャリアは磁性粒子である。
【００３１】
＜トナー粒子＞
トナー粒子としては、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものやポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものに、着色剤、帯電制御剤等を加えて造粒することにより得られた粒子を用いる。
【００３２】
なお、トナー粒子の特性を示すパラメータとして「平均円形度」というものがある。平均円形度とは、対象物の形状と投影面積の等しい相当円の周囲長（円周長）を、実際の対象物の周囲長で割った（除算）値のことであり、円形に近いか否かを判別する指針となる実数値である。『平均円形度＝１．００』は真円を示し、この値から減少するにつれ真円の形状と異なるものとなる。
【００３３】
本実施形態の現像装置１０に用いられるトナー粒子は、この平均円形度が０．９８〜１．００であることが好ましい。すなわち、ほぼ球体であることが好ましい。このようなトナー粒子であれば、トナーを効率的に供給することができる。
【００３４】
これを裏付けるテスト結果として、トナー粒子の平均円形度がこの値の範囲内にある「ＩＭＡＧＩＯ  ＣＯＬＯＲ  ５１００（弊社製品）」改造機でのＡ３版の黒ベタ画像作成テストにおいて、異常画像の発生なくトナー補給ができたことが確認されている。なお、平均円形度が０．９８未満である場合には、現像過程において満足できるトナー供給が行われないので、トナー消費量の多いベタ画像（塗りつぶし画像）を作像するときにトナーの供給不足が生じ、画像濃度の低下や帯電量変動による斑点状の異常画像が発生した。
【００３５】
なお、どうしてトナー粒子の平均円形度が上記の範囲内にあるとトナーの補給効率が高くなるのか、についての正確な理由付けは現在も検討中であるが、球形トナーは不定形トナーよりも転がり摩擦が低く転がりやすいので、静電搬送方式を利用した現像装置でのベタ画像形成時の多量のトナー消費に対する補給追従性を確保することができるからであると予想される。
【００３６】
この平均円形度は、例えば、トナー粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、ＣＣＤカメラで光学的に粒子画像を検知し、これを解析することで測定することができる。また、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００（シスメックス社製）等のような測定装置によれば容易に測定することができる。
【００３７】
＜キャリア＞
キャリアとしては、少なくともバインダー樹脂と、磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物とからなる重合法により生成された磁性体が分散されている樹脂磁性キャリアを用いる。具体的には、磁性金属酸化物としてマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）を用い、金属酸化物を分散させて結着させるバインダー樹脂として、スチレン、アクリル酸エチルなどのビニル系モノマーを重合して得られる樹脂を用いる。
【００３８】
他にも、磁性体がバインダー樹脂中に分散されているキャリアをそのまま用いることもできる。また、磁性体がバインダー樹脂中に分散されているキャリアをキャリアコアとして用い、キャリアコア表面に絶縁性樹脂を被覆したコート磁性キャリアを用いることもできる。
【００３９】
なお、磁性キャリアとして１キロエルステッドの磁界中における磁化量が３０ｅｍｕ／ｃｍ3未満のものを用いると、現像剤の搬送性能が低下してしまう。そこで、磁性キャリアの磁化量は、３０ｅｍｕ／ｃｍ3以上、望ましくは８０ｅｍｕ／ｃｍ3以上であることが好ましい。
【００４０】
また、磁化量が２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下の低磁化であれば、隣り合う磁気ブラシの磁気的な相互作用が小さくなるので、形成される磁気ブラシの穂を緻密に且つ短くすることが可能となり、静電搬送部材２１に対して均一なトナー粒子を供給することができる。そこで、磁性キャリアの磁化量は、２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下、望ましくは１４０ｅｍｕ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【００４１】
なお、磁性キャリアの磁化量は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置を用いて、１キロエルステッドの外部磁場中に円筒状の容器内にパッキングした磁性キャリアを置くことで測定された磁化の強さにキャリアの真比重を掛けることで算出できる。
【００４２】
＜キャリア比重／トナー比重＞
キャリア比重／トナー比重は２以上８以下であることが好ましい。何故なら、キャリア比重／トナー比重が２以下の場合には、遊離トナーが搬送部４０に取り込まれてしまい、トナー飛散が発生し成画像に悪影響が生じてしまうからである。また、キャリア比重／トナー比重が８以上だと現像剤攪拌時の攪拌エネルギーが大きくなり過ぎて、トナーの変形や外添剤埋没等に起因する流動性の著しい低下、帯電性能の劣化、静電搬送されるトナーの搬送効率の低減等が発生し、画像濃度低下が生じてしまうからである。
【００４３】
次に、現像装置１０の各部の構成、動作制御を具体的に説明する。
【００４４】
＜現像部＞
まず、現像部２０について説明する。現像部２０は、静電搬送部材２１と、供給ローラ２２と、ドクタブレード２３と、攪拌スクリュー２４と、から構成される。
【００４５】
攪拌スクリュー２４は、現像部２０内の現像剤（トナー、キャリア）の攪拌や現像剤の供給ローラ２２への汲み上げを行う。供給ローラ２２は、攪拌スクリュー２４により汲み上げられた現像剤を静電搬送部材２１に搬送する。ドクタブレード２３は、供給ローラ２２によって静電搬送部材２１に供給される現像剤の量を規制する。静電搬送部材２１は、供給ローラ２２から搬送された現像剤を感光体１１に搬送する。
【００４６】
以下、現像部２０の各機構の構成を詳細に説明する。
【００４７】
＜静電搬送部材＞
静電搬送部材２１は、感光体１１に対して５０〜１０００μｍ、より限定すれば１５０〜４００μｍの間隙をあけて、非接触に対向している。
【００４８】
図２を参照して、静電搬送部材２１の構成を説明する。図２は静電搬送部材２１の断面を示す。静電搬送部材２１は、支持基板５１上に複数の電極５２をトナーの移動方向に沿って所要の間隔で配置し、その上に表面保護層５３を積層した構造を有する。
【００４９】
支持基板５１は、ガラス基板、樹脂基板あるいはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、または、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などから成る。
【００５０】
電極５２は、支持基板５１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等で所要の電極形状にパターン化して形成したものから成る。なお、本実施形態では、電極５２の現像剤進行方向に対する幅を現像剤の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、電極５２の現像剤進行方向の間隔についても現像財の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００５１】
表面保護層５３は、例えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＴｉＯ4、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ2Ｏ5等を、厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜することで形成される。
【００５２】
静電搬送部材２１の円周表面は、「搬送領域」と「現像領域」の２つの領域に分けられる。搬送領域では、トナー粒子の感光体１１近傍までの搬送と、現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子の回収を行う。現像領域では、感光体１１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像の形成を行う。なお、現像領域とは感光体１１に近接した領域のことを示し、搬送領域は静電搬送部材２１の周上で現像領域以外の領域を示す。
【００５３】
電源部５４は、ｎ相の異なる駆動電圧を電極５２に対して印加する。このｎは、ｎ＞２を満たす任意の自然数である。
【００５４】
電極５２は、それぞれ電源部５４の接点と接続されており、搬送領域では各電極５２に対し、電源部５４から駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では各電極５２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。なお、図中、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分は電気的に接続された状態を、他の部分は電気的に接続されていない状態を示す。
【００５５】
＜静電搬送の原理＞
次に、図３、図４を参照して、静電搬送部材２１のトナーの静電搬送の原理について説明する。静電搬送とは、移相電界（進行波電界）を発生させ、この電界に対する帯電トナーの反発力・吸引力を利用して、トナーの搬送を行うことである。具体的には、注目電極と、進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極の各電極に対し、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引となるように電圧を印加することによってトナーの搬送を行う。
【００５６】
位相電界は、静電搬送部材２１の電極５２に対してｎ相の駆動波形が印加されることにより生じる。具体的には、図３に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形を電極５２に対してタイミングをずらして印加することで生じる。図３では、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」という電圧印加が周期的になされていることがわかる。
【００５７】
図４に静電搬送のタイミングチャートを示す。静電搬送部材２１の連続した電極５２ａ〜５２ｅに、それぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されると（ｔｉｍｅ１）、負帯電トナーＴは「＋」である電極５２ｃ上に移動する。次のタイミングで電極５２ａ〜５２ｅに、それぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加されると（ｔｉｍｅ２）、負帯電トナーＴには「Ｇ」である電極５２ｂ、５２ｃとの反発力と、「＋」である電極５２ｄとの吸引力が作用するので、電極５２ｄに移動する。さらに、次のタイミングで電極５２ａ〜５２ｅに、それぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加されると（ｔｉｍｅ３）、負帯電トナーＴには「Ｇ」である電極５２ｃ、５２ｄとの反発力と、「＋」である電極５２ｅとの吸引力が作用するので、電極５２ｅに移動する。
【００５８】
このように電極５２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、静電搬送部材２１には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には、駆動波形の変化パターンを逆にすれば同方向に移動する。
【００５９】
なお、本実施形態の現像装置１０では、静電搬送部材２１の「搬送領域」においては、図５に示す駆動波形、すなわち＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した３相の駆動波形をＶ１１、Ｖ１２、Ｖ１３として印加する。この波形を「搬送電圧パターン」と呼ぶ。搬送電圧パターンは搬送領域においてトナー粒子を高速搬送させるのに適した波形であることが本出願人の研究から分かっている。
【００６０】
また、「現像領域」では、図６位示す駆動波形、すなわち＋１００Ｖ印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した３相の駆動波形をＶ２１、Ｖ２２、Ｖ２３として印加する。この駆動波形を「現像電圧パターン」と呼ぶ。現像領域ではトナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げる必要があるが、この現像電圧パターンはトナー粒子を打ち上げるのに適していることが本出願人の研究から分かっている。
【００６１】
なお、現像電圧パターンを印加した場合でも、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーも存在する。また、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられしまい、水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。従って、搬送領域において各電極５２に印加する駆動波形パターンは、上述の図５に示す搬送電圧パターンに限られるものではない。また、現像領域の各電極５２に印加する駆動波形パターンも、上述した図６に示す現像電圧パターンに限られるものではない。
【００６２】
なお、上記の説明ではｎ＝３、すなわち３層の場合について説明したが、これをｎ相に一般化して説明する。
【００６３】
各電極５２に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となるように電圧印加デューティを設定する。これにより、搬送、現像の効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定する。
【００６４】
また、電圧印加デューティは｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定する。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定する。このように、駆動周波数が高い場合に、電圧印加デューティを｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上、｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定すると、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００６５】
なお、上述の説明は静電搬送部材２１の一形態に基づいたものであるが、所望の搬送・現像性能が得られるのであれば上記の形態に限られるものではない。よって、現像領域と搬送領域とで電極５２間の間隔を異ならせて電界の方向を調整しても、現像領域と搬送領域で電極の間隔および駆動波形を同一としてもかまわない。
【００６６】
＜供給ローラ＞
次に、図７を参照して、供給ローラ２２について説明する。供給ローラ２２の表面には、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成した非磁性スリーブ６１が形成されている。この非磁性スリーブ６１は回転可能に構成されており、時計回りに回転駆動する。
【００６７】
供給ローラ２２の内部には、非磁性スリーブ６１の周表面に現像剤の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁石ローラ体６２が固定状態で備えられている。
【００６８】
磁石ローラ体６２から発せられる法線方向磁力線に沿って、磁界が発生し現像剤のキャリアが非磁性スリーブ６１上にチェーン状に穂立ちを起こす。このチェーン状の穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着することで、磁気ブラシが形成される。磁気ブラシは、供給ローラ２２と静電搬送部材２１とが対向する部分に形成され、供給ローラ２２の回転に伴って回転方向と同方向に搬送される。
【００６９】
なお、磁石ローラ体６２は複数の磁石６３を備えており、この磁石６３により磁界が発生するが、磁石６３は均一な磁界を発生させるわけではなく、それぞれ異なった磁界を発生させる。この点について、図８を参照して具体的に説明する。
【００７０】
図８は、各磁石６３による磁界を説明するための図である。図中の曲線は磁石６３が発生させる磁界（法線磁力パターン）を表す。また、図中の「Ｓ」「Ｎ」は、各磁界の供給ローラ２２表面側の極性がそれぞれＳ極、Ｎ極であることを表す。
【００７１】
本実施形態の供給ローラ２２は、６つの磁石６３ａ〜６３ｅを有し、各磁石はそれぞれＰ１〜Ｐ６の磁界を発生させる。
【００７２】
Ｐ１で示される磁界は、供給ローラ２２の非磁性スリーブ６１の表面上に現像剤の穂立ちを生じさせる。Ｐ４、Ｐ５で表される磁界は、非磁性スリーブ６１への現像剤の汲み上げを行う。Ｐ６で表される磁界は、Ｐ４、Ｐ５の磁界で汲み上げられた現像剤をＰ１の磁界領域まで搬送する。また、Ｐ２で表される磁界はＰ１後の領域で現像剤の搬送を行い、Ｐ３の磁極は現像剤を非磁性スリーブ６１上から離別させる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、磁石ローラ体６２は、６個の磁石６３を備えた構成としているが、このような形態に限られるものではなく、磁石６３を８個、あるいは１２個備えた構成であってもよい。
【００７４】
＜ドクタブレード＞
ドクタブレード２３について、図１を参照して説明する。ドクタブレード２３は、供給ローラ２２の現像剤の搬送ルート上に設けられて、供給ローラ２２において生じるチェーン状穂立ちの穂高さ、つまり非磁性スリーブ６１上の現像剤量を規制する。なお、本実施形態では、ドクタブレード２３と非磁性スリーブ６１との間隔であるドクタギャップは、０．４ｍｍに設定されている。
【００７５】
＜攪拌スクリュー＞
攪拌スクリュー２４について、図１を参照して説明する。攪拌スクリュー２４は、現像剤が格納される現像ケーシング内の攪拌、及び供給ローラ２２への汲み上げを行う。
【００７６】
＜トナー回収部＞
次に、トナー回収部３０について、図１を参照して説明する。トナー回収部３０は、クリーニングブレード３１と、廃トナー格納部３２と、混合攪拌スクリュー３３と、から構成される。
【００７７】
クリーニングブレード３１は、感光体１１の表面に当接され、トナー像転写後の感光体１１上に残留したトナー粒子（含、キャリア）を回収する。廃トナー格納部３２は、クリーニングブレード３１により回収されたトナー粒子を格納する。混合攪拌スクリュー３３は、廃トナー格納部３２内に設けられたスクリューであり、トナー粒子の混合攪拌や、トナー粒子の搬送部４０への送出を行う。
【００７８】
なお、本実施形態においては、クリーニングブレード３１を用いてトナー粒子の回収を行うブレードクリーニング方式を採用しているが、ブレードクリーニング方式に限られるものではなく、ブラシクリーニング方式やベルトクリーニング方式、バイアス印加による静電クリーニング方式であってもよい。また、これらのクリーニング方式を複数組み合わせたものであってもよい。
【００７９】
＜搬送部＞
次に、搬送部４０について、図１を参照して説明する。
【００８０】
搬送部４０は、トナー回収部３０の廃トナー格納部３２と現像部２０とを空間的に接続し、廃トナー格納部３２内の使用済みの現像剤を現像部２０へ送出する。
【００８１】
現像装置１０をこのように構成することにより、出力用紙上に転写されるまでトナーは半永久的に現像装置１０内を循環するので、トナーの再利用、トナーを効率良く利用することが可能となる。
【００８２】
なお、トナー回収部３０から搬送されたトナーが現像部２０の攪拌スクリュー２４の備わる現像剤収容部に送出される構成であることが好ましい。このような構成であれば、再利用するトナーの分散効率を上げることができ、画像ムラの発生などを防ぐことが可能となる。
【００８３】
この搬送部４０としては、現像剤を送出、循環させることができる機構を備える部材を用いることができるが、特に「モーノポンプ」を用いることが好ましい。モーノポンプとは、流体を加圧することで、流体を送入口から送出口へ送出するポンプのことである。搬送部４０としてモーノポンプを用いると、現像剤であるトナーとキャリアとの間に適度な摺擦力を与えることができ、トナーの帯電量を安定させることが可能となる。
【００８４】
なお、搬送部４０としてモーノポンプを用いる場合には、モーノポンプ通過の所要時間が３秒以上１０秒以下であることが好ましい。所要時間が３秒以下であると摺擦力付与の効果を十分に得ることが困難であり、１０秒以上の場合には安定したトナー帯電は得ることはできるが、無機微粒子外添剤の埋没が進行しやすくなってしまうからである。
【００８５】
＜外添剤＞
なお、搬送部４０を介して残留トナーを現像部２０に循環させる際に、無機微粒子を外添剤として添加するようにしてもよい。無機微粒子外添剤をトナーに混合することによって、埋没又は剥離して劣化したトナー粒子の表面を外添剤が再被覆するので、トナー粒子の流動性や帯電性能を回復させることが可能となり、劣化トナーを再生させながら循環使用することが可能となる。
【００８６】
無機微粒子外添剤としては、粒径が１０〜３０ｎｍのシリカ（以下、「シリカＡ」と表記）を用いる。このような粒径範囲のシリカＡを外添剤として用いることにより流動性が改善され、安定帯電したトナーを得ることができる。
【００８７】
なお、上記の範囲外のシリカを用いた場合には、トナーの凝集度の上昇に伴う帯電性の低下や、５０μＣ／ｇ以上の帯電性上昇が生じ、異常画像が生じ易くなるので好ましくない。
【００８８】
また、無機微粒子外添剤としては、シリカＡと粒径５０〜２００ｎｍのシリカ（以下、「シリカＢ」と表記）とを、シリカＡを添加量０．１〜１．０質量％、シリカＢを添加量０．５から２．０質量％で混合したものを用いることもできる。また、シリカＡ、あるいはシリカＡとシリカＢの混合物に酸化チタンを０．１〜０．７質量％含有させたものを用いることもできる。この範囲で処方した外添剤を用いることにより、対環境安定性が改善され、温湿度環境が変化しても帯電量が不安定な状態になりくいので、異常画像の発生を抑制することが可能となる。
【００８９】
なお、シリカＡを含まない組み合わせにおいては、所望の劣化トナーの回復効果は見られず、流動性や帯電性を改善することができなかった。
【００９０】
上記のような外添剤を添加する添加機構は、搬送部４０の送入口近傍あるいは搬送部４０内の搬送経路上に設けることができる。図９は搬送部４０の送入口近傍に外添剤添加機構である外添剤添加部４１を設けた現像装置１０を、図１０は搬送部４０内の通過経路上に外添剤添加部４１を設けた現像装置１０を示す。
【００９１】
なお、この外添剤添加部４１は、トナー回収部３０の廃トナー格納部３２に設けることも可能である。外添剤添加部４１を廃トナー格納部３２に設けた現像装置１０を、図１１に示す。このように構成することにより、無機微粒子外添剤を効率良く分散させることが可能となる。なお、この際に外添剤添加部４１を混合攪拌スクリュー３３の近傍に設ければ、さらに効率良く外添剤を分散させることが可能となる。
【００９２】
＜プロセスカートリッジ＞
次に、図１２を参照して、本実施形態の現像装置を用いたプロセスカートリッジについて説明する。
【００９３】
図１１では、上述の現像装置１０と、感光体１１と、帯電装置１２と、が一体化されてプロセスカートリッジ７０を構成している。また、このプロセスカートリッジ７０には、書き込み光を感光体１１に導くための書き込み光経路が設けられている。
【００９４】
帯電装置１２により帯電された感光体１１上に、書き込み装置から書き込み光が照射されると、感光体ドラム１１上に静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置１０の現像部２０により現像されることでトナー像が形成され、トナー像は出力用紙上に転写される。そして、トナー回収部３０により、転写後の感光体１１上のクリーニング、トナーの再利用が行われる。
【００９５】
また、プロセスカートリッジ７０は、画像形成装置に着脱可能に構成されている。よって、メンテナンス時にはプロセスカートリッジ１０を画像形成装置から取り外し、新しいプロセスカートリッジ７０に交換することで容易にメンテナンスを行うことができる。
【００９６】
なお、図１２では、現像装置１０と、感光体１１と、帯電装置１２と、が一体化されてプロセスカートリッジ２０を形成しているが、プロセスカートリッジ２０の構成はこの形態に限られるものではなく、現像装置１０の周囲近傍に、感光体、帯電装置、転写装置のうち少なくとも１つを配備して一体化した構成であればよい。
【００９７】
＜画像形成装置＞
次に、図１３を参照して、本実施形態の現像装置１０を用いた画像形成装置について説明する。
【００９８】
画像形成装置８０は、原稿台８１と、読み取り装置８２と、書き込み装置８３と、現像装置１０（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）と、感光体１１と、転写装置８４と、定着装置８５と、排紙ローラ８６と、排紙トレイ８７と、給紙ローラ８８と、給紙トレイ８９と、から構成される。なお、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋは、それぞれ、シアン、マゼンタ、イエロ、ブラックのことであり、これらのトナーを重ねて配色することでカラー画像が形成される。
【００９９】
読み取り装置８２は、原稿台８１に置かれた原稿の画像データを読み取り、読み取った画像データを、画像信号として書き込み装置８３に送信する。書き込み装置８３は、該画像信号に基づいて書き込みレーザ（書き込み光）を照射し、感光体１１上に静電潜像を形成する。現像装置１０は、感光体１１上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する。該トナー像は、転写装置８４により、給紙トレイ８９から給紙ローラ８８により搬送されてきた出力用紙に転写される。定着装置８５は、用紙上に転写されたトナー像を熱定着し、このトナー像が熱定着された出力用紙は、排紙ローラ８６を介して排紙トレイ８７上に排紙される。
【０１００】
画像形成装置８０は、現像装置１０として上述の残留トナーの再利用可能な現像装置１０を備えるので、トナーのリサイクル使用が可能となり、経時動作において安定性の高い長寿命な画像形成装置を提供することができる。
【０１０１】
なお、上述の画像形成装置８０において、現像装置１０は、感光体、帯電装置、転写装置のうちの少なくとも１つを配備して一体化されたプロセスカートリッジとして構成されていてもよい。このように構成されることで、メンテナンス、交換作業を容易に行うことが可能となる。
【０１０２】
＜付記事項＞
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例を示すものにすぎず、本発明の実施の形態を限定する趣旨のものではない。よって、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施を行うことが可能である。
【実施例】
【０１０３】
本発明の現像装置の一実施例を説明する。
【０１０４】
＜構成＞
本実施例の現像装置１０では、平均円形度が０．９９５のトナー粒子を使用する。この平均円形度０．９９５のトナー粒子は、「ＩＭＡＧＩＯ  ＣＯＬＯＲ  ５１００（弊社製品）」で使用している不定形トナー（トナー母体：ポリオール系樹脂、重量平均粒径［Ｄｖ］６．９μｍ、個数平均粒径［Ｄｎ］５．８μｍ、Ｄｖ／Ｄｎ＝１．１９、平均円形度０．８９、ブラック）を、１５０℃の熱風温度雰囲気を作出する熱球形化装置を通過させ、これを空気式分級機で分級するという処理を数回繰り返すことで作製する。
【０１０５】
また、キャリアとして樹脂磁性キャリア、具体的には、磁性金属酸化物としてマグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4、体積平均粒径５０μｍ）を用い、金属酸化物を分散させて結着させるバインダー樹脂としてスチレン、アクリル酸エチルなどのビニル系モノマーを重合して得られる樹脂を用い、これをキャリアコアとしてこの上に絶縁性樹脂をコートしたコート磁性キャリアを用いる。なお、この磁性キャリアの磁化量は１２０ｅｍｕ／ｃｍ3である。
【０１０６】
現像装置１０内の静電搬送部材２１と感光体１１は、３５０μｍの間隙で非接触に対向するよう設置する。
【０１０７】
静電搬送部材２１は、ガラス製の支持基板５１上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide／インジウムスズ酸化物）からなる電極５２をトナーの移動方向に沿って所要の間隔で配置し、その上に表面保護層５３としてＳｉＯ2を０．５μｍ積層して構成する。
【０１０８】
また、静電搬送部材２１の「搬送領域」では、図５のように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定する。具体的には、ｔｆを０．８３ミリ秒、ｔａを０．２７ミリ秒に設定する。
【０１０９】
＜比較テスト＞
上述した本実施例の現像装置１０を用いた画像形成装置７０において、その現像特性を測定するために以下のテストを行った。なお、以下のテストは、上述の現像装置１０とは平均円形度の値のみが０．８９〜０・９８の範囲で異なる現像装置１０´を用いた画像形成装置７０についても行った。なお、ベースとなる画像形成装置７０は、「ＩＭＡＧＩＯ  ＣＯＬＯＲ  ５１００」である。
【０１１０】
第１のテストは、印刷画像として黒ベタ画像を出力させ、出力された黒ベタ画像の良否を測定する黒ベタ画像出力テストである。出力された黒ベタ画像の良否は画像濃度計「Ｘ-ｒｉｔｅ」により定量評価した。なお、画像濃度が０．８以上の場合は良好なベタ画像であり（図１４／○）、０．２未満の場合は使用できないほどの不出来な画像である（図１４／×）。また、画像濃度が０．２〜０．８の場合は使用ができるが、画質的には推奨できない画像である（図１４／△）。
【０１１１】
第２のテストは、画像出力する過程で出力動作を停止し、現像領域に搬送されたトナー粒子を吸引法にてサンプリングし、これによりサンプリングされたトナー粒子の量を測定するテストである。なお、ここでサンプリングされたトナー粒子の量を、以下「トナー汲上量」と表記する。
【０１１２】
上記の２つのテストでの測定結果から得られた、平均円形度とトナー汲上量との相関を表すグラフを図１４に示す。このグラフから、ベタ画像の濃度はトナー汲上量に依存し、汲上量が０．８ｍｇ／ｃｍ2以上で良好な画像を形成できること、トナー汲上量はトナー粒子の平均円形度と相関関係にあり、高い汲上量を維持するには高円形度のトナーを用いればよいこと、がわかる。
【０１１３】
また、平均円形度が０．９９５である本実施例の現像装置１０を用いた画像形成装置７０は、これよりも平均円形度の小さいトナー粒子を用いる現像装置１０´を用いた画像形成装置よりも良好なベタ画像を形成できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】現像装置の構成を示す図である。
【図２】静電搬送部材の構成を示す図である。
【図３】静電搬送の原理を説明するための図である。
【図４】静電搬送のタイミングチャートを示す図である。
【図５】「静電搬送パターン」の波形を示す図である。
【図６】「現像電圧パターン」の波形を示す図である。
【図７】供給ローラの構成を示す図である。
【図８】供給ローラの磁界を説明するための図である。
【図９】搬送部の導入部に外添剤補給部を設けた現像装置を示す図である。
【図１０】搬送部内の通過経路上に外添剤補給部を設けた現像装置を示す図である。
【図１１】廃トナー格納部に外添剤補給部を設けた現像装置を示す図である。
【図１２】プロセスカートリッジを示す図である。
【図１３】画像形成装置を示す図である。
【図１４】平均円形度とトナー汲上量との相関を表すグラフ図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０    現像装置
１１    感光体
２０    現像部
３０    トナー回収部
４０    搬送部
４１    外添剤補給部
７０    プロセスカートリッジ
８０    画像形成装置
【図１】
2006293259.tif 000003
【図２】
2006293259.tif 000004
【図３】
2006293259.tif 000005
【図４】
2006293259.tif 000006
【図５】
2006293259.tif 000007
【図６】
2006293259.tif 000008
【図７】
2006293259.tif 000009
【図８】
2006293259.tif 000010
【図９】
2006293259.tif 000011
【図１０】
2006293259.tif 000012
【図１１】
2006293259.tif 000013
【図１２】
2006293259.tif 000014
【図１３】
2006293259.tif 000015
【図１４】
2006293259.tif 000016