(57)【要約】【課題】トナーの帯電量の均一性を向上させて、画像品位の向上を図ると共に、無駄なトナー消費を抑えるトナー帯電を実現する。【解決手段】トナーとキャリヤからなる現像剤を収容する現像槽１６内における、トナーとキャリヤからなる現像剤を攪拌する攪拌スクリュー１９の攪拌経路に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材３１を配する。【選択図】図１
2008014970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電極性の異なる少なくとも２種類の粉体を攪拌することで帯電させる粉体帯電装置であって、
帯電極性の異なる少なくとも２種類の粉体を収容する粉体収容器を備え、
上記粉体収容器内に、上記粉体を攪拌する攪拌部材が設けられ、
かつ、上記攪拌部材の攪拌経路に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材が配され、
２種類の粉体の一部は電界カーテン発生部材の作用によって一旦分離し、攪拌部材によって再度攪拌されて帯電することを特徴とする粉体帯電装置。
【請求項２】
上記電界カーテン発生部材は、２相交番電界の電界カーテンを発生させることを特徴とする請求項１に記載の粉体帯電装置。
【請求項３】
上記収容器に、少なくとも何れかの粉体を補給する補給口が形成されており、
上記電界カーテン発生部材は、上記補給口に対して、上記粉体の移動方向下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の粉体帯電装置。
【請求項４】
トナーとキャリヤからなる現像剤を収容する現像槽を備え、
上記現像槽内に、現像剤を表面に担持して静電潜像担持体へと供給する現像剤担持体と、現像剤を撹拌する撹拌部材とが設けられ、かつ、少なくともトナーを補給する補給口が上記現像槽に形成された現像装置において、
上記現像槽内における上記攪拌部材の攪拌経路に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材が配され、
トナーとキャリヤが付着した状態の現像剤の一部は、電界カーテン発生部材の作用によって一旦トナーとキャリヤを分離し、攪拌部材によって再度攪拌されて帯電することを特徴とする現像装置。
【請求項５】
上記電界カーテン発生部材は、２相交番電界の電界カーテンを発生させることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項６】
上記電界カーテン発生部材は、上記補給口に対して、上記現像剤の移動方向下流側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項７】
上記現像剤担持体には交番電圧が印加されるようになっており、
上記電界カーテン発生部材に印加する電圧の一つが、上記現像剤担持体に印加する交番電圧であることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項８】
上記攪拌部材が回転動作によって現像剤を一方向に搬送できる構造を有する攪拌搬送部材であり、
該攪拌搬送部材が配置された攪拌経路の底壁部の形状が、攪拌搬送部材の回転時の外形に沿って断面略Ｕ字型に形成され、この搬送経路の底壁部を含む領域に上記電界カーテン発生部材が配されていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項９】
上記現像槽内の攪拌経路は、少なくとも攪拌経路の両端部に現像剤の連通口を残して仕切られることで、上記現像剤担持体から見て遠方の第１攪拌経路と、近い方の第２攪拌経路とに分離され、
これら第１及び第２の攪拌経路にそれぞれ、上記攪拌部材として回転動作によって現像剤を一方向に搬送できる構造を有する攪拌搬送部材が配置され、
上記電界カーテン発生部材は、第１攪拌経路に配置されていることを特徴とする請求項４又は８に記載の現像装置。
【請求項１０】
上記現像槽には、上記現像剤担持体が備えられた主攪拌室に連通して、現像剤を予備的に攪拌して主攪拌室へと供給する予備攪拌室が設けられており、
該予備攪拌室に、上記補給口が設けられると共に、
該予備攪拌室の攪拌経路内に上記電界カーテン発生部材が配されていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項１１】
上記現像剤担持体の存在する長手方向領域外に攪拌経路が延在されると共に、該延在された領域と現像剤担持体が存在する攪拌領域の境界箇所が一部仕切られて延在された攪拌経路内で現像剤の一部が循環する構造を有し、
上記補給口は、延在された攪拌経路内に設けられて、補給されるトナーが予備攪拌される構成の攪拌経路を有し、上記電界カーテン発生部材が延在された攪拌経路内に配置されることを特徴とする請求項４記載の現像装置
【請求項１２】
電界カーテン発生部材の電極配列方向が、現像剤の移動方向に対して略直交していることを特徴とする請求項４記載の現像装置。
【請求項１３】
攪拌部材の直径をφ、攪拌部材と電界カーテン発生部材間の間隙をＣとしたとき、
Ｃ  ≦  ０．１７×φ
を満たすことを特徴とする請求項４記載の現像装置。
【請求項１４】
請求項４〜１３のいずれかに記載の現像装置を備え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、トナーとキャリヤとを用いる２成分方式の現像装置等に用いられる、少なくとも２種類以上の粉体を接触攪拌させて粉体を帯電させる粉体帯電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法を用いた画像形成装置や粉体塗装においては、樹脂等の絶縁性の粒子を帯電させて、これを電気的な作用によってその挙動を制御して所望の画像形成や塗工を行っている。特に電子写真分野においては、画質の高品位化や信頼性向上や環境配慮に対する要求が高まってきており、これら市場の様々な要求に応じるべく研究開発が行われている。
【０００３】
電子写真方式における帯電粒子は、結着樹脂中に色材成分やワックスや帯電制御剤を分散させたトナーと呼ばれる粒子の帯電量制御が重要な技術の一つであり、その帯電量を安定化させるための様々な手法が開発されている。
【０００４】
また電子写真方式では、感光体に形成された静電潜像をトナーによって可視像に変換する現像工程がある。現像方式に関してはトナーのみを用いる１成分方式と、トナーとキャリヤを用いる２成分方式が現在の主流となっている。とりわけ２成分方式は画質面や高速対応性の点で優れており、近年は２成分系が採用されるケースが増えている。
【０００５】
２成分系の現像方式におけるトナー帯電量制御技術としては、トナーとキャリヤの重量比、所謂トナー濃度を各種センサで検知してトナー補給条件を制御してトナー帯電量を安定化させたり、現像装置内でのトナーとキャリヤの攪拌混合手段を改良してトナーとキャリヤの接触状態を安定化して帯電量を制御するといった手法が数多く提案されている。
【０００６】
これらに関しての改善方法の提案として、例えば特許文献１には、電界カーテンの作用によって、補給トナーをクラウド状にして、トナー補給量の局所的なバラツキを抑える旨の考えが開示されている。
【０００７】
また、画像形成装置全体で見た場合、プロセスコントロールと呼ばれる画像形成条件制御を用いて、例えば感光体や転写ベルト上に所定の基準パッチを作成して、その基準パッチの濃度やトナー付着量やトナー帯電量を検出して、トナー帯電量の制御を行っている。
【特許文献１】特開２００３−８４５６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のようなセンシング技術や制御技術を用いているにも関わらず、以下のような問題が発生する場合がある。
【０００９】
例えば、ブローオフ法や、ファラデーカップを用いた吸引法や、基準トナーパッチの濃度（反射率）や付着量、或いはトナー層電位測定などで得られるマクロに見た帯電量（ある一定量の平均的な帯電量）が同じであるにも関わらず、感光体上の地カブリやトナー飛散、現像や転写工程での不均一性などが異なる場合がある。
【００１０】
これらの原因として、図９に示すようなトナーの帯電量分布の違いが挙げられる。即ち見かけ上のマクロな帯電量は同じであっても、中には、所望の極性を逆極性に帯電したトナーや、非常に帯電量の小さなトナーが存在することがある。これらの逆・弱帯電トナーは、本来のトナー挙動とは逆の挙動を示したり、電界作用が十分働かなかったりして、非画像部へのトナー付着であるカブリや、トナー飛散が生じ、画像品位の低下や、トナーの無駄な消費の原因となる。
【００１１】
また、帯電量が異常に高いトナーが存在したりすると、現像や転写時にトナー自身の鏡像力が大きくなり、本来移動すべき感光体面や転写媒体上への移動が妨げられ、画像の不均一性を与える要因となる。
【００１２】
これらの帯電量の分布、つまりトナー1粒1粒の帯電量バラツキを発生させる要因として、キャリヤに対するトナーの付着状態（被覆率）の差が挙げられる。２成分系ではトナーとキャリヤの接触によってトナー帯電が行われるが、周囲にあまりトナーが付着していないキャリヤと、トナーが過剰に被覆されている状態のキャリヤとでは、トナーに対する接触機会が均等ではなくなり、その結果、トナー帯電量分布の広がりを与えてしまう要因と成り得る。
【００１３】
なお、ここでは、トナーをキャリヤとを攪拌して帯電させる２成分方式の現像装置を例示して説明したが、このような問題は、互いに帯電極性の異なる少なくとも２種類の粉体（粒子）を攪拌して帯電させる粉体帯電装置の問題であることはもちろんである。
【００１４】
本発明は懸かる問題に鑑みなされたものであって、その目的はトナー等の帯電させたい粉体の帯電量の均一性を向上させることであり、これにより、例えば現像装置に用いた場合は、画像品位の向上を図ると共に、無駄なトナー消費を抑えるトナー帯電を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る粉体帯電装置は、上記課題を解決するために、帯電極性の異なる少なくとも２種類の粉体を攪拌することで帯電させる粉体帯電装置であって、帯電極性の異なる少なくとも２種類の粉体を収容する粉体収容器を備え、上記粉体収容器内に、上記粉体を攪拌する攪拌部材が設けられ、かつ、上記攪拌部材の攪拌経路に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材が配され、２種類の粉体の一部は電界カーテン発生部材の作用によって一旦分離し、攪拌部材によって再度攪拌されて帯電することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の現像装置は、上記課題を解決するために、トナーとキャリヤからなる現像剤を収容する現像槽を備え、上記現像槽内に、現像剤を表面に担持して静電潜像担持体へと供給する現像剤担持体と、現像剤を撹拌する撹拌部材とが設けられ、かつ、少なくともトナーを補給する補給口が上記現像槽に形成された現像装置において、上記現像槽内における上記攪拌部材の攪拌経路に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材が配され、トナーとキャリヤが付着した状態の現像剤の一部は、電界カーテン発生部材の作用によって一旦トナーとキャリヤを分離し、攪拌部材によって再度攪拌されて帯電することを特徴としている。
【００１７】
ここでは、粉体帯電装置の発明の作用・効果についても、電子写真法を用いた画像形成装置などに備えられる現像装置であって、静電潜像を可視化するためのトナーと、トナーとの接触によってトナーを帯電させるキャリヤからなる２成分方式の現像装置を例にして説明する。
【００１８】
２成分系の現像装置においては、トナーとキャリヤ（帯電極性の異なる２種類の粉体）の混合攪拌状態を制御して、トナーを如何に均一に安定に帯電させるかが重要な機能の一つである。
【００１９】
トナーの帯電量を制御するために、トナーとキャリヤの重量比、所謂トナー濃度の制御や、攪拌機構のチューニングや、トナー補給方法の改善などが行われている。これらの手段によって、マクロに見たトナーの帯電量（ある一定量の平均比電荷量）は所望の値に近づくように制御される。しかしながら、ミクロに見た場合、即ちトナー1粒1粒の帯電量の分布が十分に制御されているとはいい難い。
【００２０】
トナー1粒1粒の帯電を考えた場合、トナーとキャリヤの接触状態、あるいは接触確率が均一であることがトナー帯電量分布の制御において重要な条件の一つである。現像装置内で繰り返し使用されているうちに、あるキャリヤの周囲のトナーは現像工程で消費され、キャリヤ周囲のトナーの被覆状態が比較的疎になっている場合もあれば、トナーが消費されずにキャリヤ周囲に長期間にわたり付着したり、あるいは被覆状態が過剰となっているキャリヤも存在することとなる。このキャリヤ周囲へのトナーの被覆状態の差が、トナー1粒1粒の帯電量バラツキの要因となりうる。
【００２１】
本構成では、現像剤の攪拌経路において、電界カーテン発生部材を配置している。電界カーテン部材は少なくとも２相以上の電圧が印加できるように構成されており、現像容器の攪拌経路の周囲に配置されている。この電界カーテン発生部材に例えば２相交番電圧を印加すると、隣接する電極間に形成される電界が周期的に変化する。
【００２２】
トナーとキャリヤは、その帯電極性がそれぞれ正負逆になっているため、ある方向の電界が形成されると、トナーとキャリヤにはそれぞれ逆方向に移動させる作用が与えられる。即ちトナーとキャリヤが分離するような働きが発生する。次に先程とは逆方向の電界が形成されると、トナーとキャリヤはそれぞれ先程の移動方向とは逆の方向に移動する。これらの作用が繰り返し行われることで、トナーとキャリヤは一旦分離される。この作用は電界カーテン発生部材の周囲に存在するトナーとキャリヤに作用するが、機械的に攪拌混合を行う攪拌部材によって、別のトナーとキャリヤの集合体が電界カーテン部材近傍に送られて、前述のような作用が与えられる。
【００２３】
一旦、トナーとキャリヤに分離した現像剤は、攪拌部材の機械的な攪拌過程で均等な接触が与えられるため、個々のトナー粒子の帯電量均一性が向上する。また、長期にわたりキャリヤにトナーが付着した状態が続きにくく、キャリヤへのトナー固着、所謂スペントなども軽減される。これらの電気的および機械的な攪拌、混合、分離作用が繰り返されることによって、キャリヤ粒子に対するトナーの被覆状態が均一化され、トナー1粒1粒に対するキャリヤとの接触機会が一定化されることによって、トナー帯電量のミクロなバラツキが解消される。
【００２４】
このような作用によって、トナー帯電量分布がシャープになり、飛散や地カブリなどが軽減され、画像形成装置では高画質化や信頼性が向上する効果が得られる。
【００２５】
本発明に係る上記粉体帯電装置或いは現像装置においては、上記電界カーテン発生部材は、２相交番電界の電界カーテンを発生させる構成であることが好ましく、これにより、高圧電源の数を減らせるだけでなく、電界カーテン発生部材も多層基板を用いることなく構成できるため、低コスト化に有効である。
【００２６】
本発明に係る上記粉体帯電装置或いは現像装置においては、上記電界カーテン発生部材は、上記補給口に対して、上記粉体の移動方向下流側に配置されている構成とすることが好ましい。
【００２７】
キャリヤに対するトナーの被覆状態の差異が最も大きくなるのは、トナー補給後である。この理由としては、トナー補給量はトナーの流動性変化や補給機構の性能、あるいはトナー濃度検知とトナー補給の位置関係による時間差などによって、局所的なトナー濃度差が生じ、キャリヤに対するトナー被覆率のバラツキが大きくなるためである。
【００２８】
本構成を採ることで、トナー補給後に局所的なトナー濃度差が生じても、電界カーテン作用によってキャリヤに対するトナー被覆率を一定化させる効果が与えられるため、帯電特性の均一化に有効である。
【００２９】
本発明に係る上記現像装置においては、さらに、上記現像剤担持体には交番電圧が印加されるようになっており、上記電界カーテン発生部材に印加する電圧の一つが、上記現像剤担持体に印加する交番電圧である構成としてもよい。本構成では、電界カーテンへの印加電圧電源のコストを低減できる。
【００３０】
本発明に係る上記現像装置においては、さらに、上記攪拌部材が回転動作によって現像剤を一方向に搬送できる構造を有する攪拌搬送部材であり、該攪拌搬送部材が配置された攪拌経路の底壁部の形状が、攪拌搬送部材の回転時の外形に沿って断面略Ｕ字型に形成され、この搬送経路の底壁部を含む領域に上記電界カーテン発生部材が配されている構成とすることもできる。
【００３１】
本構成では、現像剤は、攪拌搬送部材の回転作用にて断面略Ｕ字型の溝部を移動していく。この溝部を移動していく現像剤に接するように電界カーテン発生部材を設けることで、現像剤と電界カーテン発生部材の接触機会が増加し、上記した混合攪拌分離作用をより効果的に付与することができる。
【００３２】
本発明に係る上記現像装置においては、さらに、上記現像槽内の攪拌経路は、少なくとも攪拌経路の両端部に現像剤の連通口を残して仕切られることで、上記現像剤担持体から見て遠方の第１攪拌経路と、近い方の第２攪拌経路とに分離され、これら第１及び第２の攪拌経路にそれぞれ、上記攪拌部材として回転動作によって現像剤を一方向に搬送できる構造を有する攪拌搬送部材が配置され、上記電界カーテン発生部材は、第１攪拌経路に配置されている構成とすることもできる。
【００３３】
現像槽内の攪拌領域が仕切られて、現像剤担持体から見て遠方の第１攪拌経路と、近い方の第２攪拌経路とに分離され、それぞれに攪拌搬送部材が配置された構成では、現像剤担持体から見て遠方の第１攪拌経路に電界カーテン発生部材を設けることで、上記した混合攪拌分離作用を付与してキャリヤ粒子に対するトナーの被覆状態が均一化された現像剤を第２攪拌経路にて十分に攪拌混合してから現像に用いることができる。
【００３４】
本発明に係る上記現像装置においては、さらに、上記現像槽には、上記現像剤担持体が備えられた主攪拌室に連通して、現像剤を予備的に攪拌して主攪拌室へと供給する予備攪拌室が設けられており、該予備攪拌室に、上記補給口が設けられると共に、該予備攪拌室の攪拌経路内に上記電界カーテン発生部材が配されている構成とすることもできる。
【００３５】
或いは、本発明に係る上記現像装置においては、さらに、上記現像剤担持体の存在する長手方向領域外に攪拌経路が延在されると共に、該延在された領域と現像剤担持体が存在する攪拌領域の境界箇所が一部仕切られて延在された攪拌経路内で現像剤の一部が循環する構造を有し、上記補給口は、延在された攪拌経路内に設けられて、補給されるトナーが予備攪拌される構成の攪拌経路を有し、上記電界カーテン発生部材が延在された攪拌経路内に配置されている構成とすることもできる。
【００３６】
補給トナーを十分に攪拌混合する目的で、現像ローラが存在する攪拌領域外に予備攪拌室を設けて、現像剤の混合性を向上させる考えがある。このような予備攪拌室では、現像剤がある程度循環してから、現像ローラが存在する攪拌経路へ現像剤を流す仕組みとなっている。したがって、本発明の電界カーテン作用をこの予備攪拌室内で作用させることで、電界カーテン作用が現像剤に作用する確率が高まり、キャリヤに対するトナー被覆率の均一化作用をより十分に付与することが可能となる。
【００３７】
本発明に係る上記現像装置においては、電界カーテン発生部材の電極配列方向が、現像剤の移動方向に対して略直交している構成とすることもできる。本構成を用いることで、現像剤が機械的に攪拌搬送されていく工程で、電界カーテン発生部材による現像剤の分離作用を受ける回数を多くすることができ、本発明の作用をより効果的に与えることができる。
【００３８】
本発明に係る上記現像装置においては、さらに、攪拌部材の直径をφ、攪拌部材と電界カーテン発生部材間の間隙をＣとしたとき、Ｃ  ≦  ０．１７×φを満たすことが好ましい。
【００３９】
本構成を用いることで、電界カーテン近傍の現像剤の流動性を確保でき、電界カーテンによるトナー／キャリヤの分離作用を受けた現像剤と、まだ分離作用を受けていない現像剤の入れ代わりが効果的に行われ、キャリヤに対するトナー被服率の平均化が効率よく行われる。また、電界カーテン部へのトナー固着が発生しにくくなり、安定した作用を付与し続けることが可能となる。
【００４０】
そして、本発明は、上記した現像装置を備えた画像形成装置も、その範疇とするものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る粉体帯電装置は、以上のように、帯電極性の異なる少なくとも２種類の粉体を攪拌することで帯電させる粉体帯電装置であって、帯電極性の異なる少なくとも２種類の粉体を収容する粉体収容器を備え、上記粉体収容器内に、上記粉体を攪拌する攪拌部材が設けられ、かつ、上記攪拌部材の攪拌経路に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材が配されて、２種類の粉体の一部は電界カーテン発生部材の作用によって一旦分離し、攪拌部材によって再度攪拌されて帯電することを特徴としている。
【００４２】
また、本発明の現像装置は、以上のように、トナーとキャリヤからなる現像剤を収容する現像槽を備え、上記現像槽内に、現像剤を表面に担持して静電潜像担持体へと供給する現像剤担持体と、現像剤を撹拌する撹拌部材とが設けられ、かつ、少なくともトナーを補給する補給口が上記現像槽に形成された現像装置において、上記現像槽内における上記攪拌部材の攪拌経路に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材が配されて、トナーとキャリヤが付着した状態の現像剤の一部は、電界カーテン発生部材の作用によって一旦トナーとキャリヤを分離し、攪拌部材によって再度攪拌されて帯電することを特徴としている。
【００４３】
これにより、トナー等の帯電させたい粉体の帯電量の均一性を向上させることが可能となり、例えば現像装置に用いた場合は、画像品位の向上を図ると共に、無駄なトナー消費を抑えるトナー帯電を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明にかかる実施の形態を、粉体帯電装置を利用してなる現像装置、およびこれを備えた画像形成装置を例示して説明する。なお、以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００４５】
〔実施の形態１〕
本発明にかかる実施の一形態について、図１〜図６を用いて以下に説明する。
【００４６】
まず、本発明の現像装置が適用される画像形成装置の一例を説明する。画像形成装置は、図２に示すように、円筒状の感光体１を中心として、その周囲に、帯電部材２、露光部材３、現像装置４、転写部材５、クリーニング部材６、および除電部材７がこの順で配置されている。勿論他の部材が配置されていてもよい。また、感光体１と転写部材５との間には、記録媒体Ｐとしての用紙等が搬送される用紙搬送路が配置されている。用紙搬送路の搬送方向から見て感光体１の下流側には、定着部材８が配置されている。
【００４７】
電子写真プロセスでは、像担持体としての感光体１に原稿像、あるいはホストコンピュータからのデータに対応した静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置４によって可視化され、ＰＰＣ用紙等の記録媒体上に転写されて画像形成が行われる。
【００４８】
感光体１は、図２に示すように、基材１ａ上に光導電層１ｂが形成されており、帯電部材２から上記各部材の配置順に従って回転可能となっている。まず感光体表面は、帯電部材２によって所定の電位となるまで帯電される。所定電位まで帯電された感光体表面は、該感光体１の回転によって露光部材３の位置まで到達する。この露光部材３は書き込み手段であり、画像情報に基づいて、たとえばレーザなどの光によって帯電している感光体表面上に画像を書き込む。これによって、感光体１上に静電潜像が形成される。
【００４９】
静電潜像が形成された感光体表面は、該感光体１の回転によって現像装置４の位置まで到達する。現像装置４は、感光体１上に形成された静電潜像をトナーにて可視化するものであり、これにより、感光体１上にトナー像が形成される。なお、現像装置４の詳細については後述する。
【００５０】
現像工程にて感光体表面の静電潜像がトナー像として可視化された後、トナー像が形成された感光体表面は、該感光体１の回転によって転写部材５の位置まで到達する。転写部材５は、感光体表面上のトナー像を、記録媒体（例えばPPC用紙）Ｐ上に転写する。感光体１から記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像は、定着部材８によって紙上に定着される。
【００５１】
トナー像が転写された後の感光体表面は、該感光体１の回転によってクリーニング部材６の位置まで到達する。クリーニング部材６は、感光体表面に残留している現像剤や紙粉などを除去する。クリーニング部材６によってクリーニングされた感光体表面は、該感光体１の回転によって除電部材の位置まで到達する。除電部材７は、感光体表面に残留している電位を除去する。上述した一連の動作によって一回の画像形成が終了する。
【００５２】
上記感光体１としては、たとえば、アルミニウムなどの金属ドラムを基材１ａとして、その外周面にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）・セレン（Ｓｅ）や有機光半導体（ＯＰＣ）などの光導電層１ｂが薄膜状に形成されてなる構成が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００５３】
上記帯電部材２としては、たとえばタングステンワイヤなどの帯電線・金属製のシールド板・グリッド板などよりなるコロナ帯電器や帯電ローラ・帯電ブラシなどの構成が挙げられるが特に限定されるものではない。上記露光部材３としては、たとえば半導体レーザや発光ダイオードなどが挙げられるが特に限定されるものではない。
【００５４】
上記転写部材５としては、たとえば、転写ベルト・コロナ転写器・転写ローラ・転写ブラシなどが挙げられるが特に限定されるものではない。上記クリーニング部材６としては、クリーニングブレードなどが挙げられるが特に限定されるものではない。上記除電部材７としては、除電ランプなどが挙げられるが特に限定されるものではない。
【００５５】
なお、図１では、単色での印字を行う画像形成装置について説明したが、カラー画像形成を行う場合には、少なくとも３個以上のトナー色の異なる現像装置と感光体を有するタンデム型や、１つの感光体で多色を重ねていく３ないし４回転型の画層形成装置を形成すればよい。これらについては既に公知の技術内容を採用すればよく、本文では詳細説明を省略する。
【００５６】
次に、現像装置４の構成について詳細に説明する。まず、現像装置４１の基本的な構成を説明する。
【００５７】
現像装置４は、図２に示すように、容器状の現像槽１６を有し、この現像槽１６の内部には、マグネットローラより成る現像ローラ１７と、攪拌部材としての攪拌スクリュー１８、１９とが回転自在に配設されている。この現像槽１６内に収容されている現像剤はキャリヤとトナーとからなり、通常トナーの重量比が数％程度に設定される。
【００５８】
キャリヤは、磁性を有する粒子の表面には、帯電性を制御したりトナーの粘着抑制したりする樹脂コート層を有している。また、樹脂粒子中に磁性体微粉末を分散させた樹脂キャリヤ等を用いることもできる。このキャリヤとトナーとが攪拌スクリュー１８、１９によって攪拌されると、トナーは摩擦帯電する。
【００５９】
現像ローラ１７が、キャリヤを磁力によって吸着し、磁気ブラシを形成させて搬送することにより、キャリヤに付着したトナーが感光体１に供給され、感光体１の静電潜像に吸着されて、現像が行われる。なお、上記の磁気ブラシの穂立ちの高さはドクタ２０にて規制されるようになっている。また、攪拌部材としてはスクリュータイプのものに限定されず、アジテーターやパドル状のもの等も使用可能である。
【００６０】
現像槽１６の上壁部には、図１に示すように、現像剤の補給用開口１５が形成され、この補給用開口１５に補給現像剤供給ユニット２５が上方から嵌着されて、所望のトナー濃度となる様、トナーが供給される。
【００６１】
補給現像剤供給ユニット２５の収納室の底部には、図２に示すように、図示しない制御装置により駆動制御される現像剤供給ローラ２２が設けられており、現像剤供給ローラ２２が回転駆動されることによって、現像剤は、現像剤供給ローラ２２の駆動時間に応じた量だけ、それぞれ流下して現像槽１６内へと供給され、攪拌スクリュー１８．１９により攪拌搬送される。
【００６２】
また、現像槽１６には、図１に示すように、現像槽１６内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ３０が設けられている。このトナー濃度センサ３０は、透磁率センサからなり、現像槽１６内を搬送される現像剤に接触して透磁率を検出するようになっており、この検出された透磁率からキャリヤに対するトナーの比率が求められる。
【００６３】
例えば、トナー濃度センサに対峙している現像剤中におけるキャリヤ量が少ないとトナー比率が高いと検出され、トナー濃度センサに接触するキャリヤ量が多いと、トナー比率が低いと検出される。そして、このトナー濃度センサの検出信号は、図示しない制御装置に出力され、この検出信号に基づいて補給現像剤供給ユニット２５の補給現像剤供給ローラ２２が駆動され、現像槽１６内に補給現像剤を供給するようになっている。
【００６４】
さらに、現像槽１６内には、本発明の特徴的な構成である、電界カーテン発生部材３１が攪拌経路の筐体壁面に配置されている。
【００６５】
次いで、この電界カーテン発生部材３１の本体構成、電圧印加方法、配置位置、及び作用・効果ついて、実施例を交えながら詳細に説明する。
（１）電界カーテン発生部材の本体構成
電界カーテン発生部材３１としては、例えば図３（ａ）（ｂ）に示すような構造のものを用いることができる。図３（ａ）は、上記現像装置に備えられた電界カーテン発生部材の断面構造及び電極体の電気的接続関係を示す説明図であり、図３（ｂ）は、上記電界カーテン発生部材における電極体の平面構造を示す説明図である。
【００６６】
本実施例では、絶縁基材３２上に、櫛歯状の電極３３‥を有する第１及び第２の電極体３３Ａ・３３Ｂが、互いの電極３３‥を交互に一定間隔に配列させて形成されたFPC（Flexible Print Circuit）を用いた。また、第１及び第２の各電極体３３Ａ・３３Ｂの保護やリーク発生防止のために絶縁性の表面保護層３４を設けた。
【００６７】
基材３２としては、厚み２５μｍのポリイミドフィルムを用い、第１及び第２の電極体３３Ａ・３３Ｂは厚み１８μｍの銅箔、表面保護層３４は１２μｍのポリイミドフィルムを使用した。また、電極幅ｗは１２７μｍ、電極間ピッチλは５０８μｍとしている。なお、電極ピッチや電極幅はこの値に限定されるものではなく、印加電圧の振幅や周波数などにより適宜変更すべきものである。同様に電極体を構成する部材についても、上記のものに限定されるものではなく、絶縁性や柔軟性などが満たされるものであれば特に限定されない。また、表面保護層３４上に高抵抗層を設けて、電界カーテン発生部材のチャージアップを防止するような構造としても好適である。
【００６８】
また、本実施例では、第１及び第２の電極体３３Ａ・３３Ｂを備えた２相の電圧を印加可能な構成としている。本発明の主旨からすれば、最低限２相の電圧印加ができればよく、電界カーテン発生部材を作成する際にも、２相タイプであれば電極層は１層で済むため、コスト的に有利である。
【００６９】
このような構成の第１及び第２の電極体３３Ａ・３３Ｂを、図３（ａ）（ｂ）のように、多相交流電源部４０に接続することで、各隣接電極間に形成される電界が周期的に変化する電界カーテンが形成できる。
（２）電圧印加方法
図４（ａ）〜（ｃ）に、電界カーテン発生部材３１の第１及び第２の電極体３３Ａ・３３Ｂに印加する電圧パターンを例示する。本実施例では、図４（ａ）のような電圧を、第１及び第２の電極体３３Ａ・３３Ｂに印加した。振幅Ｖｐｐ（ＶａとＶｂの差）は５００〜２０００Ｖ、周波数ｆは１００〜７５０Ｈｚの条件とした。各電極への印加電圧波形はＤｕｔｙ５０％の矩形波を位相差１８０°にして印加している。つまり１／２ｆ時間ごとに、隣接電極間に形成される電界が周期的に変化する状態としている。
【００７０】
これ以外に、例えば図５（ｂ）のように、Ｄｕｔｙを変化させた波形や、図示していないが正弦波や三角波なども印加可能である。また、低コスト化の観点から、図５（ｃ）のような条件としてもよい。一方はＧＮＤあるいは一定のＤＣ電圧とし、他方のみ交番電圧を印加しても本発明で必要となる電界カーテンを形成可能である。
【００７１】
さらには、現像バイアスにＡＣ電圧を重畳した電圧を印加している場合は、一方を現像バイアスにし、他方を現像バイアスからセンターのＤＣ電圧を抽出して印加するといった方法を採用してもよい。この場合、更なるコストダウンができ、好適である。
【００７２】
なお、２相電界カーテンだけでなく、３相や４相の電圧を印加することも可能である。この場合、進行波型の電界カーテンを形成できるため、トナーやキャリヤの搬送にも利用することができるし、また印加波形を工夫することで極性選別やより複雑な粒子挙動を与えることで、攪拌性や分離能力が向上できる。
（３）配置位置
本実施例では、電界カーテン発生部材３１は、図１に示すように、補給用開口１５を跨ぐように、かつ現像ローラ１７よりも離れた方の攪拌経路中に配置している。また本実施例では機械的な攪拌混合作用を与える攪拌部材としてスクリュータイプの攪拌スクリュー１８・１９を用いた。
【００７３】
トナー補給はトナー濃度センサ３０からの情報に基づき、現像剤補給モータ等を駆動して、補給用開口１５よりトナーが供給されるが、補給タイミングやトナー補給量のばらつきの影響を受け、補給用開口１５の下流側ではトナーとキャリヤの混合状態が不均一になりやすい。そのため、局所的にキャリヤに対するトナーの被覆率バラツキも大きくなる傾向があり、このような領域に本発明の電界カーテン発生部材を配置することで局所的なトナー濃度バラツキやキャリヤへのトナー被覆率バラツキを低減させる効果が有効に作用する。
【００７４】
なお、本実施例では補給用開口１５より上流側にも電界カーテン発生部材３０を延設している。これは、現像ローラ１７部分を通過した現像剤のうち、現像作用によってトナーが消費されたキャリヤもあれば、トナーがほとんど使用されずに戻ってきた現像剤もあり、これら履歴の異なる現像剤におけるキャリヤに対するトナーの被覆率が異なる現象に対応するものである。
【００７５】
また、現像剤の搬送経路は仕切板３６により２つの経路に分割されるが、現像ローラ１７よりも遠い側の攪拌経路ではその断面が略Ｕの字形状になっており、この部分を覆うように電界カーテン発生部材３１を配置することで、搬送されていく現像剤が電界カーテンの分離作用を受ける機会が増加し望ましい。
【００７６】
さらに、電界カーテン発生部材３１における電極３３‥の配列方向が、現像剤の搬送方向と略直交するように配置している。このため、現像剤が搬送されていく過程で、電界カーテン作用を受ける機会が増加し、本発明の後述する作用・効果をより効率的に得ることが可能である。
【００７７】
なお、配置位置は上記構成に限定されるものではなく、現像ローラ１７側の攪拌経路に電界カーテン発生部材３１を配置することも可能である。さらには機械的な攪拌作用を与える攪拌部材についてもスクリュータイプに限定されず、アジテーターやパドルのような形態であっても適用可能である。
（４）作用・効果
本実施例における作用および効果について図５、図６を基に説明する。まず、本発明の特徴である電界カーテン作用によるトナーとキャリヤの分離について説明する。図５はその様子を模式的に示したものである。なお、ここではトナーは負帯電極性、キャリヤはその逆の正極性に帯電しているとして説明する。
【００７８】
ある任意の瞬間、電界カーテン発生部材３１近傍に存在するトナーＴとキャリヤＣの集合体３８は、電界カーテン発生部材３１より発せられる不平等電界の作用により、負帯電のトナーＴと、正帯電のキャリヤＣとは、それぞれ逆方向に移動する力を受ける。次に、電界カーテン発生部材３１に印加される電圧の位相が変化した際は、トナーＴおよびキャリヤＣは逆方向に移動させられる作用を受ける。このような電界変化を連続して受けることにより、トナーＴとキャリヤＣは互いに付着した状態から分離する作用を繰り返すことになる。
【００７９】
次に、攪拌経路で、上述の電界カーテン作用と機械的な攪拌混合作用をどのように受けるかを、図６を基に説明する。図６において、現像剤は右から左方向へ移動していく。現像剤の移動方向の上流側にあたる右側では、現像工程でのトナーＴの使用あるいは不使用や、トナーＴの補給状態のバラツキによって、キャリヤＣの周囲へのトナーＴの付着状態が異なる現像剤粒子３９ａ〜３９ｃ‥が存在している。
【００８０】
このような状態から、前述の電界カーテン作用を与えると、電界カーテン発生部材３１近傍に存在する現像剤４１は、一旦トナーＴとキャリヤＣに分離する。加えて、このとき、攪拌スクリュー１９も動作しているため、その機械的な作用により、別の場所に存在していた現像剤が電界カーテン発生部材３１近傍に導かれ、先ほどと同様に分離作用を受ける。これらの作用が繰り返されると、電気作用と機械的作用により、現像剤の移動方向下流側にあたる左側においては、現像剤粒子４２のように、キャリヤＣへのトナーＴの付着状態が均一化される。そして、以降、このような状態で攪拌・混合が行われ、均等な帯電作用を享受できるようになる。
【００８１】
その結果、トナーＴあるいはキャリヤＣの１粒１粒の帯電状態が均一になり、帯電量の分布を制御できることとなる。実際の使用では、現像剤は現像容器内を長期にわたり循環するため、循環する度に上記作用を受けることにより、現像剤粒子全体が帯電機会の均一化の作用を受ける。それにより長期使用によるトナーのキャリヤ表面への固着（スペント）などの発生も軽減できる。
【００８２】
なお、電界カーテン作用だけでも、トナーとキャリヤの分離／攪拌によってある程度の帯電量を与えることができるが、この作用は電界カーテン近傍のトナー／キャリヤにしか及ばないため、機械的な攪拌装置との併用が、全体的な帯電量レベルの確保や、被覆率の均一化において重要である。
【００８３】
このような作用によって、感光体１への地カブリや、トナー飛散が防止され、画像品位の向上や無駄なトナー消費の防止によるランニングコストの低減が可能となる。
【００８４】
次に、電界カーテン発生部材３１と攪拌スクリュー１９のクリヤランスに対する、現像剤の流動状態および電界カーテン発生部材へのトナー固着の状態について考察する。
【００８５】
図７（ａ）（ｂ）は、電界カーテン発生部材３１と攪拌スクリュー１９とのクリヤランスに対する、現像剤の流動状態および電界カーテン発生部材３１へのトナー固着の状態を模式的に表したものである。
【００８６】
図７（ｂ）に示すように、上記のクリヤランスが適切でない場合、電界カーテン発生部材３１表面にトナーが固着する場合がある。これは攪拌スクリュー１９の経路の壁面周囲近傍まで攪拌スクリュー１９による現像剤搬送作用が十分及ばないため、電界カーテン発生部材３１の電極中心近傍ではトナーあるいはキャリヤ自身がもつ電荷量による鏡像力によって、電界カーテン発生部材３１上に留まってしまったトナーやキャリヤが長期間放置されることによって固着してしまうためである。なお、スクリューに限定されるものではなく、アジテーターやパドルのような攪拌部材であっても勿論同様である。
【００８７】
表１に、攪拌部材としてスクリューを用い、攪拌経路の幅と、スクリュー径に対する、電界カーテン発生部材３１上へのトナー固着の発生度合いを示す。
【００８８】
【表１】
2008014970.tif 000003
【００８９】
この結果より、クリヤランスが大きいと固着が起こりやすくなることがわかる。そして、固着発生防止が良好な条件におけるクリヤランＣとスクリュー径φの関係を調べると、Ｃ≦０．１７φの条件にて、やや問題はあるものの、ほぼ固着を起こすことなく、電界カーテン作用による被覆率の均一化作用がほぼ継続的に得られ、帯電量分布の均一化や画像品位の維持が改善可能であることがわかる。
【００９０】
そして、Ｃ≦０．１φの条件にて固着を起こすことなく、電界カーテン作用による被覆率の均一化作用が継続的に得られ、帯電量分布の均一化や画像品位の維持が可能であることがわかる。
【００９１】
本実施の形態の現像装置４においては、電界カーテン発生部材３１と攪拌スクリュー１９との間のクリヤランスは、この条件を満足するように設定されている。
【００９２】
本発明は電界カーテンによる電気的な作用と、攪拌部材による機械的な作用の相乗効果で帯電量の均一化を行うものであるため、このような構成を採ることで本発明の効果を良好に継続でき、好適である。
【００９３】
〔実施の形態２〕
本発明にかかるその他の実施の形態について、図８を用いて以下に説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１で用いた部材と同じ機能を有する部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００９４】
本実施の形態の現像装置５０は、現像装置５０の長手方向に、補給トナーとの混合攪拌を促進する現像剤の攪拌室を延設した構造の現像槽５１を備えている。以降、説明を簡単にするため、延設部の攪拌領域を予備攪拌室５３、現像ローラ１７の存在する領域を含む攪拌領域を主攪拌室５２とする。
【００９５】
主攪拌室５２と予備攪拌室５３は、攪拌室隔壁５５を介して分離されているが、完全に仕切っているわけではなく、図８に示すように、攪拌スクリュー１８・１９が配置されている部分の近傍は、切り抜かれた構造となっており、主攪拌室５２からの現像剤の流入と、予備攪拌室５３を循環後に主攪拌室５２へ流出できるようになっている。
【００９６】
予備攪拌室５３は、攪拌スクリュー１８・１９の間に、両端部で現像剤が連通可能となるような仕切板５７で区画されており、予備攪拌室５３内でも現像剤が循環できるような構造となっている。また、補給用開口１５は、予備攪拌室５３の上流側、つまり主攪拌室５２から現像剤が流入してくる領域に備えられており、トナー補給後にできるだけ長く現像剤の攪拌混合が行えるようになっている。
【００９７】
そして、本発明の特徴である電界カーテン発生部材３１は、この予備攪拌室５３内に設けられている。予備攪拌室５３には現像工程における使用履歴の差異やトナー補給時のバラツキによる、キャリヤへのトナー被覆状態が異なる現像剤が多数集まってくる。予備攪拌室５３内では現像剤が頻繁に循環することや、２本の攪拌経路の形状が共に略Ｕの字形状であるため、現像剤が電界カーテン作用を受ける回数や確率が高く、トナー／キャリヤの分離作用や、被覆率の均一化作用が効果的に行われる。
【００９８】
また予備攪拌室５３自身の機能として、補給トナー量のバラツキがあっても局所的なトナー濃度の偏在を抑制できるため、電界カーテン作用も効果的に機能する。さらには予備攪拌室５３から主攪拌室５２へ戻った後も、十分に長い攪拌混合経路があるため、帯電量を十分に付与することができ、トナー帯電量の均一化および安定化に好適である。
【００９９】
このような構成とすることで、トナー帯電量の高度な制御が可能となり、画質の向上や、トナー消費量削減に貢献できる。
【０１００】
そしてまた、本発明は、換言すれば、少なくとも、現像剤を担持して静電潜像を可視化する工程に現像剤を搬送する現像剤担持体と、トナーとキャリヤからなる現像剤の混合攪拌帯電手段と、トナー濃度を所定に状態とするためのトナー濃度検出手段および補給トナーの補給口と、これらの手段を保持する筐体を有する現像装置であって、
現像剤が攪拌混合される経路中に、任意の位置における電界形成状態が時間的に変化する不平等電界を形成する電界カーテン発生部材と、機械的に攪拌混合する攪拌部材が備えられ、トナーとキャリヤが付着した状態の現像剤の一部に対して、電界カーテン作用によって一旦トナーとキャリヤを分離し、攪拌部材によってトナーとキャリヤを再度攪拌混合帯電する現像剤帯電装置を有することを特徴とする現像装置、と表現することもできる。
【０１０１】
以上、本発明に関わる実施の形態について、幾つかの例を示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、少なくとも２種類以上の粉体を接触攪拌させて粉体を帯電させる帯電装置であり、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用した画像形成装置や、粉体塗装のための装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に係る実施の一形態を示すものであり、現像装置の構成を示す説明図である。
【図２】上記現像装置が搭載された、画像形成装置の画像形成部の構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）は、上記現像装置に備えられた電界カーテン発生部材の断面構造及び電極体の電気的接続関係を示す説明図であり、（ｂ）は、上記電界カーテン発生部材における電極体の平面構造を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）共に、上記電界カーテン発生部材へ印加する電圧パターンを示す説明図である。
【図５】上記電界カーテン発生部材にて発生する電界カーテンによるトナーとキャリヤの分離を説明する図面である。
【図６】上記電界カーテン発生部材にて発生する電界カーテンと、機械的攪拌機構の作用を説明する図面である。
【図７】（ａ）（ｂ）共に、上記電界カーテン発生部材と攪拌部材との間隔効果を説明する図面である。
【図８】本発明に係るその他の実施の形態を示すものであり、現像装置の構成を示す説明図である。
【図９】従来技術の現像装置による不具合を説明する図面である。
【符号の説明】
【０１０４】
４    現像装置（粉体帯電装置）
１    感光体（静電潜像担持体）
１６    現像槽（粉体収容器）
１８    攪拌スクリュー（攪拌部材、攪拌搬送部材）
１９    攪拌スクリュー（攪拌部材、攪拌搬送部材）
１７    現像ローラ（現像剤担持体）
１５    補給用開口（補給口）
３１    電界カーテン発生部材
３３    電極
５２    主攪拌室
５３    予備攪拌室
５０    現像装置（粉体帯電装置）
Ｔ    トナー（粉体）
Ｃ    キャリヤ（粉体）
【図１】
2008014970.tif 000004
【図２】
2008014970.tif 000005
【図３】
2008014970.tif 000006
【図４】
2008014970.tif 000007
【図５】
2008014970.tif 000008
【図６】
2008014970.tif 000009
【図７】
2008014970.tif 000010
【図８】
2008014970.tif 000011
【図９】
2008014970.tif 000012