(57)【要約】【課題】  トナーの非静電付着力の増加を抑制し、且つ進行波電界を用いた静電搬送部材の汚染除去が可能で、安定した静電搬送性を維持することが可能な現像装置を提供する。【解決手段】  現像装置１３は、トナーとキャリアの混在領域から像担持体１１に対して現像を行う現像領域までの区間に進行波電界を用いた静電搬送部材１３ａを配置し、帯電状態のトナーを選択的に現像領域に搬送して現像する。静電搬送部材１３ａへのトナー供給がカスケード現像方式によって行われ、静電搬送部材１３ａのトナー供給部位下方に現像剤回収部１３ｃ、未使用トナーのトナー回収部１３ｇ、トナー補給部１３ｈが配置され、回収した現像剤を回収トナー及び補給トナーと混合攪拌する混合攪拌部１３ｄ及び現像剤を循環させる循環手段１３ｅが設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアの混在領域から像担持体に対して現像を行う現像領域までの区間に進行波電界を用いた静電搬送部材を配置し、帯電状態のトナーを選択的に現像領域に搬送して現像する現像装置において、
前記静電搬送部材へのトナー供給がカスケード現像方式によって行われ、前記静電搬送部材のトナー供給部下方に現像剤回収部、未使用トナーのトナー回収部、トナー補給部が配置され、回収した現像剤を回収トナー及び補給トナーと混合攪拌する混合攪拌部及び現像剤を循環させる循環手段を有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記混合攪拌部から前記循環手段への経路が前記混合攪拌部の最下面であり、キャリア比重／トナー比重が２以上８以下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】
前記トナー補給部及びトナー回収部が前記現像剤回収部に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
【請求項４】
前記循環手段がモノポンプであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナー回収部、前記循環手段及び前記静電搬送部材が一体的に組む込まれたカートリッジとなっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
トナーとキャリアの混在領域から像担持体に対して現像を行う現像領域までの区間に進行波電界を用いた静電搬送部材を配置し、帯電状態のトナーを選択的に現像領域に搬送して現像を行う方法において、
カスケード方式によってトナーを前記静電搬送部材に供給し、回収した現像剤を前記静電搬送部材の下方で回収トナー及び補給トナーと共に混合攪拌し、混合攪拌した現像剤を循環させて静電搬送部材に供給することを特徴とする現像方法。
【請求項７】
前記混合攪拌の最下部位から現像剤の循環を行うと共に、キャリア比重／トナー比重を２以上８以下に設定することを特徴とする請求項６記載の現像方法。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか１項に記載の現像装置を少なくとも１つ用いてい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、電子写真方式によって画像を現像する現像装置、現像方法及び現像装置が組み込まれた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、静電搬送手段を用いて現像する現像装置が開示されている。この装置は、エンドレスループ状の静電搬送手段を用いて現像を行うものである。また、特許文献２には、静電搬送手段と軸方向攪拌手段を備えた２成分現像方式を組み合わせた現像装置が開示されている。この特許文献２における２成分現像方式は、静電搬送手段を省略しても十分機能できるような軸方向攪拌手段を備えたものであり、小型化できるものではなく、却って静電搬送手段の分だけ大型化、大重量化している。
【特許文献１】特開２００２−９９４２３号公報
【特許文献２】特開平３−２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
進行波電界である移相電界によってトナー粒子を移動させる現像装置（ＥＨ現像装置）では、従来の２成分現像における現像スリーブとは異なり静電搬送部材自体は移動しないため、トナー粒子が静電搬送部材に付着すると、これを物理的な力で引き剥がすことは困難である。このため付着したトナー粒子を移相電界によって静電搬送部材から除去されることが望ましいが、弱帯電トナーあるいは無帯電トナーが付着した場合には移相電界による除去は困難となっている。また、十分に帯電したトナーであっても、トナーの非静電付着力が大きい場合には、静電搬送部材に付着したトナーを電界によって搬送することができなくなるため、静電搬送部材の汚染が顕著となり、安定した画像形成ができなくなる。
【０００４】
このトナーの非静電付着力を抑制するため、トナー表層には外添剤が分散されていることが、キャリアとの攪拌・分散過程において外添剤はトナー母体への埋没によってその効果を失う問題がある。この外添剤の埋没抑制に最も効果的なのはトナーに過剰な力を与えないことである。
【０００５】
静電搬送部材へのトナー供給手段と汚染物質の除去手段を兼ね合わせた手段として、磁気ブラシ現像方式によるトナー供給・汚染物質除去手段が用いられているが、磁気ブラシを用いた手段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搬送基盤へのダメージが大きいため、結果として経時的な安定性が損なわれる問題を有している。
【０００６】
本発明は、このような問題点を考慮して成されたものであり、トナーの非静電付着力の増加を抑制し、且つ静電搬送部材の汚染除去が可能であり、これにより安定した静電搬送性、すなわち安定な画像形成を維持することが可能な現像装置及び現像方法並びに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】
【０００７】
請求項１記載の発明の現像装置は、トナーとキャリアの混在領域から像担持体に対して現像を行う現像領域までの区間に進行波電界を用いた静電搬送部材を配置し、帯電状態のトナーを選択的に現像領域に搬送して現像する現像装置において、前記静電搬送部材へのトナー供給がカスケード現像方式によって行われ、静電搬送部材のトナー供給部下方に現像剤回収部、未使用トナーのトナー回収部、トナー補給部が配置され、回収した現像剤を回収トナー及び補給トナーと混合攪拌する混合攪拌部及び現像剤を循環させる循環手段を有することを特徴とする。
【０００８】
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、前記混合攪拌部から循環手段への経路が混合攪拌部の最下面であり、キャリア比重／トナー比重が２以上８以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の現像装置において、前記トナー補給部及びトナー回収部が現像剤回収部に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の現像装置において、前記循環手段がモノポンプであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の現像装置において、前記トナー回収部、循環手段及び静電搬送部材が一体的に組む込まれたカートリッジとなっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明の現像方法は、トナーとキャリアの混在領域から像担持体に対して現像を行う現像領域までの区間に進行波電界を用いた静電搬送部材を配置し、帯電状態のトナーを選択的に現像領域に搬送して現像を行う方法において、カスケード方式によってトナーを静電搬送部材に供給し、回収した現像剤を静電搬送部材の下方で回収トナー及び補給トナーと共に混合攪拌し、混合攪拌した現像剤を循環させて静電搬送部材に供給することを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の現像方法において、前記混合攪拌の最下部位から現像剤の循環を行うと共に、キャリア比重／トナー比重が２以上８以下に設定することを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の発明の画像形成装置は、請求項１から５のいずれか１項に記載の現像装置を少なくとも１つ用いていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トナー帯電、供給手段でのトナーへのダメージが大幅に低減されるため、トナーの非静電付着力の増加や帯電不良により静電搬送部材がトナー粒子によって汚染されることを抑制できる。このため、メンテナンスを含む経時動作において現像特性の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
【００１７】
［実施形態１］
図１から図８は、本発明の実施形態１を示し、図１は本発明の実施形態１の画像形成装置である。
【００１８】
図１に示す画像形成装置において、通常の画像形成動作モードでは、給紙装置５から供給される記録用紙等の転写材は吸着ローラ２ａに所定の電圧が印加されることにより、転写材の搬送ベルト２に吸着させられる。この転写材は搬送ベルト２に担持された状態で搬送ベルト２とともに移動し、移動中に作像手段であるプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙからトナー像が転写させられる。転写材が搬送ベルト２を通過して定着装置３に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ３ａおよび加圧ローラ３ｂに挟まれながら加熱され、これにより転写材上に画像が定着されて転写材上に可視像が形成される。
【００１９】
一方、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードにおいては、プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙから転写材の搬送ベルト２上に直接に所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ２ｂによってトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込タイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整される。転写材の搬送ベルト２上のトナーパターンは吸着ローラ２ａに印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ２ｂｋ、２ｂｍ、２ｂｃ、２ｂｙに印加された電圧によってプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに回収される。
【００２０】
プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙはそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのカートリッジである。このプロセスカートリッジは、少なくとも現像装置および像担持体を含んで一体に構成されており、画像形成装置本体に対して着脱可能となっている。かかるプロセスカートリッジは、図３に示すように転写材の搬送ベルト２が画像形成装置本体から退避することにより開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。画像形成時には書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙからプロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙに対して、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの画像情報に応じた書込光がそれぞれ照射され、各プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙはこの書込光に応じたトナー像を形成して転写材に転写する。
【００２１】
書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙは画像情報に従って帯電後の像担持体１１に潜像を書き込むものである。この書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙとしては、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等の種々のものを選択することができる。
【００２２】
転写ローラ２ｂｋ、２ｂｍ、２ｂｃ、２ｂｙは転写材の搬送ベルト２を介して像担持体１１と対向している。この転写ローラ２ｂｋ、２ｂｍ、２ｂｃ、２ｂｙは少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有している。導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０１０Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体が使用される。
【００２３】
図２は、本実施形態のプロセスカートリッジを示す。なお、プロセスカートリッジ１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙは同一構造であるので１つのみを説明する。
【００２４】
像担持体１１は負帯電の有機感光体であり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち反時計回り方向に回転されるようにして備えられている。この像担持体１１に対し、クリーニング装置１４、接触帯電部材１２及び現像装置１３が配置される。
【００２５】
図２に示すように、クリーニング装置１４、接触帯電部材としての帯電ローラ１２及び現像装置１３が像担持体１１との近接位置に配置されている。
【００２６】
クリーニング装置１４は像担持体１１の回転方向に対してカウンターにより当接させられたクリーニングブレード１４ａと、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部１４ｂとを有する。
【００２７】
接触帯電部材としての帯電ローラ１２は、芯金１２ａ上に発泡ウレタン層１２ｂが被覆された可撓性のローラ形状に形成されている。発泡ウレタン層１２ｂはウレタン樹脂に対し、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗層から構成されている。芯金１２ａ上に形成される中抵抗層の材質としては、上記に限定するものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材或いはこれらの樹脂を発泡させたものを用いることができる。
【００２８】
本実施形態の現像装置１３は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するための複数の電極を有したローラ状の静電搬送部材１３ａを備えている。静電搬送部材１３ａは、画像形成時には、像担持体１１に対して５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの間隙をあけて非接触に対向するものである。
【００２９】
静電搬送部材１３ａの構成を図４に示す。図４は静電搬送部材１３ａの像担持体１１側表面を拡大した断面図である。静電搬送部材１３ａは、支持基板１０１上に複数の電極１０２、１０２、１０２……をｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に表面保護層１０３を積層した構造となっている。表面保護層１０３は、電極１０２の表面を覆う保護膜となると共に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となるものであり、無機又は有機の絶縁性材料によって形成されている。
【００３０】
本実施形態における支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いはＳＵＳ（ステンレス）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で変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００３１】
電極１０２は支持基板１０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍの厚さ、好ましくは０．５〜２．０μｍの厚さで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成される。これらの複数の電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは移動する粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、１２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００３２】
表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜することにより形成される。
【００３３】
図４において各電極１０２から伸びる線は各電極１０２に電圧を印加するための導電線を表しており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続され、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極１０２に対しては、本体側の電源からｎ相の異なる駆動電圧が印加される。本実施形態では３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいてｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。本実施形態では、各電極１０２はプロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されており、各接点はプロセスカートリッジが画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側電源と接続される。ここでプロセスカートリッジ側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、図８に示すようにプロセスカートリッジ外側に露出しており、プロセスカートリッジが装着されると本体側の接点と接続して本体側電源から電力が供給される。
【００３４】
静電搬送部材１３ａは、トナー粒子を像担持体１１近傍まで移送し、また現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域、像担持体１１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。現像領域は像担持体１１に近接した領域のみに存在し、搬送領域は静電搬送部材１３ａの周上における現像領域以外の全域に存在する。以下、トナー粒子が位相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」と記す。本実施形態の場合、静電搬送部材１３ａの表面全体が静電搬送面である。搬送領域では各電極１０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では各電極１０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。
【００３５】
次に、静電搬送部材１３ａにおけるトナーの静電搬送の原理について図５を参照して説明する。静電搬送部材１３ａの複数の電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、静電搬送部材１３ａ上の帯電したトナー粒子は反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
【００３６】
例えば、静電搬送部材１３ａの複数の電極１０２に対して図５（Ａ）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タイミングをずらして印加する。このとき、図５（Ｂ）に示すように、静電搬送部材１３ａ上に負帯電トナーＴがあり、静電搬送部材１３ａの連続した複数の電極１０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加された符号１３１の状態とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。次のタイミングで複数の電極１０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加されて符号１３２の状態となり、負帯電トナーＴには左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用する。このため、負帯電トナーＴは右側の「＋」の電極１０２側に移動する。さらに、符号１３３で示す次のタイミングでは、複数の電極１０２に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用する。このため、負帯電トナーＴは更に右側の「＋」の電極１０２側に移動する。
このように複数の電極１０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することにより、静電搬送部材１３ａ上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ることで同様に同方向に移動する。
【００３７】
本実施形態において、静電搬送部材１３ａの搬送領域では、各電極１０２に対して図６に示すように各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定したパターン（搬送電圧パターン）である３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。この駆動波形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、本発明者の研究から分かっている。
【００３８】
また現像領域では、各電極１０２に対して、図７に示すように各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定したパターン（現像電圧パターン）である３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を印加する。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ことが好ましく、図７の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適していることが本発明者の研究から分かっている。
【００３９】
なお、現像電圧パターンの駆動波形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あり、逆に、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て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１０２に印加する駆動波形パターンは上述した図６に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも上述した図７に示す現像電圧パターンに限られるものではない。
【００４０】
ここまで駆動波形は３層の場合について説明したが、これをｎ相に一般化する場合には、次のようになる。各電極に対して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｝未満となる電圧印加デューティとすることによって搬送、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％未満に設定することが好ましい。
【００４１】
他方、電圧印加デューティーは｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。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％以上に設定することが好ましい。すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側の隣接電極及び下流側の隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側の隣接電極が反発、下流側の隣接電極が吸引という時間を設定することによって効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、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。
【００４２】
なお、以上の静電搬送部材においてはベストモードの場合を説明しているが、所望の搬送／現像性能が得られるのであれば、現像領域と搬送領域とで電極１０２間の間隔を異ならせて電界の方向を調整しても良いし、あるいは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良い。
【００４３】
図２に示すように、現像装置１３は静電搬送部材１３ａへトナーを供給するためのカスケード基盤１３ｂが配置されており、カスケード基盤１３ｂの下流には現像剤回収部１３ｃが設けられている。現像剤回収部１３ｃ下方にはカスケード基盤１３ｂより落下した現像剤を回収トナー、補給トナーと混合して攪拌する混合攪拌部１３ｄが配置されており、更に混合混合攪拌部１３ｄ最下面に現像剤を循環させる循環手段１３ｅへの経路が配置されており、現像装置１３内の現像剤はカスケード基盤１３ｂ上流より搬送部材１３ａ、現像剤回収部１３ｃの順で落下し、混合攪拌部１３ｄを経て循環手段１３ｅによりカスケード基盤１３ｂ上流へと循環する。このように混合攪拌部１３ｄの最下面に現像剤を循環させる循環手段１３ｅへの経路が配置されることにより、キャリアと遊離している（静電吸着されていない）未帯電トナーはキャリアとの比重差により混合攪拌部１３ｄに上部に残留し、循環手段１３ｅに供給されないため、安定帯電したトナーのみが現像剤の循環手段１３ｅを通過し静電搬送部に供給される。特に、分散性の悪い球形トナー、５μｍ以下の小粒径トナーではこの効果は顕著である。
【００４４】
カスケード基盤１３ｂのトナー供給部における現像剤の搬送方向には、現像剤量を規制するためのブレード１３ｆが設置されており、カスケード基盤１３ｂとのギャップは１〜５ｍｍに設定されている。１ｍｍ以下だとギャップ部での現像剤詰りが発生し、５ｍｍ以上だと供給過剰となり搬送部材１３ａへの適切なトナー供給量が得られない。
【００４５】
上述した循環手段１３ｅは現像剤をカスケード基盤１３ｅ上流に現像剤を循環させることができる手段であれば限定されるものではないが、モノポンプを用いることが好ましい。モノポンプを用いることによりトナーとキャリア間に適度な摺擦力が与えられトナー帯電の安定性が向上する。この場合、モノポンプ部位通過時間が３秒以上１０秒以下に設定されていることが好ましい。３秒以下であるとモノポンプ内での摺擦力の十分な効果が得られず、１０秒以上では安定したトナー帯電は得られるが外添剤の埋没が進行しやすくなる。このように循環手段１３ｅとしてモノポンプを用いる場合には、トナー帯電に必要最低限の摺擦力をトナー供給部に供給される現像剤に均一に付与することができる。
【００４６】
現像手段１３内には図示せぬトナー粒子およびキャリアが格納されている。本実施形態を実施する上では、特にキャリア粒子およびトナー粒子を限定する必要はないが、本実施形態におけるトナー粒子は、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、あるいは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を用い、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた重量平均粒径約５μｍの非磁性のトナー粒子である。
【００４７】
またキャリアとしては、ガラスビーズを用いているが、トナーとの混合より適切な電荷を付与できるキャリアであればこれに限ったものではない。キャリア比重／トナー比重は２以上８以下が好ましい。キャリア比重／トナー比重が２以下のときは、遊離トナーが循環手段に取り込まれトナー飛散が発生しやすくなる。一方、キャリア比重／トナー比重が８以上の場合には、カスケード方式であっても現像剤落下時の衝撃が大きくトナーの外添剤埋没、帯電性能の劣化が顕著となる。例えば、現像装置内のみで現像剤を８時間循環させたトナー表面をＳＥＭ観察したところ、外添剤が完全に埋没するに至るものである。
【００４８】
静電搬送され現像領域で使用されなかったトナーはトナー回収部１３ｇよって現像剤回収部１３ｃに回収される。回収されたトナーはカスケード基盤１３ｂより落下してきた現像剤と再混合され循環する。補給トナーの補給口１３ｈは混合攪拌部１３ｄ上流の現像剤循環経路に配置される。
【００４９】
次に、以上のプロセスカートリッジの動作を説明する。本実施形態の画像形成装置としては、複写機およびプリンタとして機能することができる画像形成装置を用いることができる。複写機として機能する際にはスキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する際にはコンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。
【００５０】
画像形成に先駆けて、像担持体１１は表面の移動速度が所定の測度となるように図２の矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ１２は像担持体１１に対してつれまわることにより回転する。このとき帯電ローラ１２の芯金１２ａには帯電バイアス印加電源から−１００Ｖの直流電圧および振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加され、これにより像担持体１１の表面が約−１００Ｖに帯電させられる。
【００５１】
帯電させられた像担持体１１に対して書込装置４（４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋ）は書込みデータに応じた露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることにより、光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
【００５２】
書込装置４によって像担持体上に形成された静電潜像は現像装置１３によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体１１上に可視化される。移相電界による現像ではトナー粒子が静電搬送部材１３ａ表面を跳びはねながら移動し、像担持体１１に近接した際に画像部に吸着するように付着して現像が行なわれる。本実施形態では静電搬送基板１３ａに−５０Ｖ、供給ローラ１３ｂに−２５０Ｖの電圧が印加されることにより、供給ローラ１３ｂから静電搬送基板１３ａ、静電搬送基板１３ａから像担持体１１上の画像部へとトナー粒子を導く電界が形成される。
【００５３】
像担持体１１上に形成させられたトナー像が転写ローラ２ｂと像担持体１１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５から転写材が搬送され、像担持体１１上のトナー像は転写ローラ２ｂに印加された電圧により転写材へと転写される。転写されたトナー像は定着装置３によって転写材に定着され画像が出力される。一方、転写されずに像担持体１１上に残留したトナー（転写残トナー）はクリーニング装置１４によって清掃され、清掃後の像担持体表面は次回の画像形成のために使用される。
【００５４】
このような実施の形態では、トナー帯電、供給手段でのトナーへのダメージが大幅に低減されるため、トナーの非静電付着力の増加や帯電不良により静電搬送部材がトナー粒子によって汚染されることを抑制することができ、メンテナンスを含む経時動作において現像特性の悪化を抑制することが可能となる。
【００５５】
［実施形態２］
図９から図１１に、本発明の実施形態２を示す。
【００５６】
図９はこの実施形態の画像形成装置を示し、１１は負帯電の有機感光体をベルト形状に構成した像担持体であり、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向に回転する。像担持体１１には現像カートリッジ１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙおよび後述する帯電装置が各色ごとに対向しており、像担持体１１の移動にしたがって順次トナー像を像担持体１１上に重ねていくように構成されている（１パスカラー）。
【００５７】
図９において、５は記録用紙等の転写材を格納し、また画像形成時に転写材を搬送開始させる給紙装置である。３は転写材上に形成された未定着のトナー像を固定するための定着装置である。画像形成時には、給紙装置５から送られた転写材が像担持体１１と転写ローラ２ｂとの接触部へと搬送され、接触部において像担持体１１上に形成されたフルカラー画像が転写ローラ２ｂに印加された電圧によって転写材上に転写される。その後、転写材が定着装置３に到達すると、転写材上のトナー像は加熱ローラ３ａおよび加圧ローラ３ｂに挟まれながら加熱されることにより、転写材上に定着させられ、転写材上に可視像が形成される。
【００５８】
１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙはそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジである。かかる現像カートリッジは、図１１に示すように像担持体１１が退避することで開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙは、画像情報に従って帯電後の像担持体１１にそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエロー色に対応した潜像を書き込む。書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙとしては、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。
【００５９】
図１０は、実施形態２における現像カートリッジ等、像担持体上にトナー像を形成させる構造を示す。この場合、各色の現像カートリッジは同一構造であるので１つのみを説明する。
【００６０】
図１０において、２２は像担持体１１の表面を一様帯電させるための帯電装置であり、本実施形態ではコロナ帯電を用いている。コロナ帯電のように非接触の帯電手段を用いることにより、上流側の現像カートリッジによって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させることができる。１３は現像カートリッジ、すなわち現像装置であり、多少の形状の変更はあるが実施の形態１で説明した現像装置と同じである。
【００６１】
像担持体上にトナー像を形成させる動作においては、まず帯電装置２２によって像担持体１１表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体１１上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め像担持体１１の表面が一様に帯電させられる。次いで書込装置から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは帯電装置２２と現像カートリッジ１３の間を通過するため、すでに一様に帯電させられた像担持体１１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体１１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
【００６２】
現像カートリッジ１３は実施の形態１と同様に像担持体１１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させ、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が前述のように各現像カートリッジとの対向部において繰り返され、像担持体１１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成される。
【００６３】
本実施形態の画像形成装置においては、像担持体１１表面の転写残トナー粒子を回収するためのクリーニング部材は設けていない。従って、転写残トナー粒子は像担持体１１表面に残留したままとなるが、４つの帯電装置２２によって帯電され、やがて転写材に転写されて像担持体１１上から除去される。転写残トナー粒子が転写材に転写されると多少の画像の乱れが生じるが、わずかの乱れであれば視覚的に認識されないためである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態１における画像形成装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１における現像装置を示す断面図である。
【図３】現像装置の交換状態を示す断面図である。
【図４】静電搬送部材の断面図である。
【図５】静電搬送部材の静電搬送の原理を説明する説明図である。
【図６】静電搬送部材における搬送領域への印加パターンを示す波形図である。
【図７】静電搬送部材における現像領域への印加パターンを示す波形図である。
【図８】プロセスカートリッジの接点配置を示す側面図である。
【図９】本発明の実施形態２における画像形成装置の構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態２における現像装置を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態２における現像装置の交換状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１Ｋ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ    プロセスカートリッジ
２    搬送ベルト
３    定着装置
４Ｋ、４Ｍ，４Ｃ，４Ｙ    書込装置
５    給紙装置
１１    像担持体
１２    帯電ローラ
１３    現像装置
１３ａ    静電搬送部材
１３ｂ    カスケード基盤
１３ｃ    現像剤回収部
１３ｄ    混合攪拌部
１３ｅ    循環手段
１３ｇ    トナー回収部
１３ｈ    トナーの補給口
１４    クリーニング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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