(57)【要約】【課題】移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置において、静電搬送部材へのトナー粒子量の均一な供給を行い、ムラのない現像が行われるようにする。【解決手段】現像装置内に、トナー粒子を回収するブラシローラ１００を供給ローラ１３ｂの上方に配置し、トナーを重力により効率よく回収する。また、トナー粒子の流出をせき止めるための阻止板１０３を静電搬送面に接するように配置し、回収手段をすり抜けたトナーの再搬送を防止する。また、静電搬送部材１３ａを回転可能とし、静電搬送面上の電界により搬送できなかったトナーを回収する。また、静電搬送部材が供給、現像、回収範囲間で断線した場合、断線部分を供給、現像、回収範囲以外に移動させることで断線による搬送不良を改善する。【選択図】図９
2008286887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、
前記トナー粒子を格納する格納手段と、
前記格納手段から前記静電搬送面へ前記トナー粒子を供給する供給手段と、
前記供給手段よりも上方に配置され前記静電搬送面から前記トナー粒子を回収する回収手段と、を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記回収手段の近傍で且つ前記回収手段から前記トナー粒子の移動方向下流側に、前記トナー粒子の流出を阻止する阻止板を設けたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記静電搬送部材は、表面に前記静電搬送面を有した円筒状であり、回転することを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
【請求項４】
前記阻止板は、前記静電搬送面より接離することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項５】
前記静電搬送面全周の距離に対して前記供給手段から前記回収手段までの距離を１／２以下とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の現像装置。
【請求項６】
像担持体上の静電潜像を現像するための現像手段として、請求項１乃至５の何れか１項記載の現像装置を備えた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、粉体であるトナー粒子を移相電界によって搬送する手段を用いた現像装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置として、潜像担持体上に静電潜像を形成し、この潜像に粉体であるトナー粒子を付着させることで、トナー像として現像する電子写真方式が知られている。
また、潜像を現像する現像装置として、特許文献１のように移相電界のエネルギーを粉体であるトナー粒子に与えることによって静電搬送部材の表面でトナー粒子を水平方向および垂直方向に移動させる現像装置が知られている。かかる現像装置においては、トナー粒子は移相電界によって潜像担持体と現像装置とが対向する現像領域に移送され、トナー粒子は現像領域において像担持体上の潜像の画像部に付着する。
特許文献１では、平板状の静電搬送部材によって形成される移相電界によって、トナー供給手段から供給されたトナー粒子を、トナー供給手段と潜像担持体とが対向する現像領域まで搬送し、潜像担持体上の潜像の現像に寄与させる。一方、現像領域で現像に寄与しなかったトナー粒子をトナー回収手段との対向位置まで搬送し、トナー回収手段で回収したトナーをトナー供給手段に戻している。
【０００３】
静電搬送によるトナー供給手段の現像装置としては、特許文献１の他に、特許文献２等も知られている。この現像装置においては、エンドレスループ状の静電搬送部材を用いている。
特許文献１に記載の現像装置では平板状の静電搬送部材を用いているため、現像領域を通過し、平板の端部に達したトナーを回収し、搬送する回収搬送部材を別途設ける必要があった。これに対して特許文献２は、エンドレスループ状やローラ状のように環状の表面を備えた静電搬送部材では、トナーの供給が行われる供給部で供給されたトナーのうち現像に寄与しなかったトナーは、環状の表面を１周して供給部に戻ってくる。この供給部まで戻る前の箇所にトナーを回収する回収部を設けることで、回収部と供給部とを近くに設けることができ、装置の小型化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１９８６７５公報
【特許文献２】特開２００２−９９１４３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置では、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の現像領域全域において均一に搬送されなければムラのない現像をするのは困難である。
また、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置では、トナー粒子は静電搬送部材の表面を跳びはねるように移動するため、大部分の時間はトナー粒子と静電搬送部材とは非接触である。したがって、トナー粒子が移相電界によって移動している状態においてはトナー粒子と静電搬送部材とが静電的に付着する力は弱い。このため、現像電界を弱く設定しても（例えば現像ポテンシャル１００Ｖ以下でも）現像能力を容易に確保することができる利点がある。しかし、現像電界を弱く設定すると、トナー粒子の搬送量が少ないので僅かなトナー量のばらつきでも現像ムラを発生させてしまう。したがって、現像ポテンシャル１００Ｖ以下の低電位プロセスでは、特に均一にトナー粒子を搬送するのは難しい。静電搬送部材上に供給されたトナー粒子の量にばらつきが生じると移相電界に乱れが生じ、搬送性能、現像性能に悪影響を与える。
以上のように、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置では、静電搬送部材へのトナー粒子量の均一な供給が重要となる。
【０００５】
しかしながら、幾ら静電搬送部材上へのトナー粒子の供給を均一にしても、特許文献２のような静電搬送部材がエンドレスループ状のものでは現像に寄与しないで通過したトナー粒子が、再びトナー供給部に戻って来るので、供給が均一にならずにトナー搬送にムラが生じてしまうおそれがあった。特許文献１ではトナー回収手段が設けてあるがトナー量のばらつきを抑制するには十分ではない。
このため、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置を実際の製品に搭載しようとすると、静電搬送部材から完全にトナーを回収して均一にトナーを供給する工夫が必要となる。
そこで、本発明は、移相電界によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置の静電搬送部材上からトナー粒子を回収することにより均一にトナーを供給することができる現像装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、移相電界によってトナー粒子が移動可能な静電搬送面を有する静電搬送部材と、前記トナー粒子を格納する格納手段と、前記格納手段から前記静電搬送面へ前記トナー粒子を供給する供給手段と、前記供給手段よりも上方に配置され前記静電搬送面から前記トナー粒子を回収する回収手段と、を備えた現像装置を特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像装置において、前記回収手段の近傍で且つ前記回収手段から前記トナー粒子の移動方向下流側に、前記トナー粒子の流出を阻止する阻止板を設けたことを特徴とする。
また請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の現像装置において、前記静電搬送部材は、表面に前記静電搬送面を有した円筒状であり、回転することを特徴とする。
また請求項４に記載の発明は、請求項２記載の現像装置において、前記阻止板は、前記静電搬送面より接離することを特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の現像装置において、前記静電搬送面全周の距離に対して前記供給手段から前記回収手段までの距離を１／２以下とすることを特徴とする。
また請求項６に記載の発明は、像担持体上の静電潜像を現像するための現像手段として、請求項１乃至５の何れか１項記載の現像装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、静電搬送面からトナー粒子を回収する回収手段を供給手段よりも上方に配置したことで、重力によりトナー粒子を格納部に戻すことが可能になる。
また現像後に静電搬送面からトナー粒子を回収するため、静電搬送面に残留するトナーによる搬送ムラが解消されるためトナー供給を均一にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図において、同一の部分は同一の符号を付して重複説明を避ける。
先ず、本実施形態のとして本発明の現像装置を適用可能な画像形成装置の構成とその動作について説明する。
図１は本実施形態の画像形成装置の主要な構成を示した図である。
この図１において、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されるようにして備えられている。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（タンデム方式）。
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、当該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に挟まれつつ加熱されることで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。
【０００９】
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、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ための装置である。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。
１２ｋ、１２ｍ、１２ｃ、１２ｙ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採用する。コロナ帯電の如く非接触の帯電手段を用いれば、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。
１１ａｋ、１１ａｍ、１１ａｃ、１１ａｙは、各現像カートリッジ１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙと対向する位置で、像担持体１１の裏面に配置される一次転写ローラである。
【００１０】
次に、本実施形態の画像形成装置において像担持体上にトナー像を形成させる動作について説明する。
本実施形態の画像形成装置を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。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速度となるように矢印方向、即ち反時計回り方向に回転を始める。そして、帯電装置１２によって像担持体１１表面が一様に帯電させられる。既に像担持体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の表面が一様帯電させられる。
【００１１】
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１２と現像カートリッジ１３の間を通過するため、既に一様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。
現像カートリッジ１３は像担持体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対向する像担持体１１上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。
なお、本実施形態の画像形成装置では、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。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１２ｋ、１２ｍ、１２ｃ、１２ｙ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。
【００１２】
以上、本発明を適用可能な画像形成装置の構成とその動作について説明してきた。次に、図２にて本発明第一の実施例の説明をする。
［第１の実施形態］
以下、本発明の現像装置の第１の本実施形態について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
なお、本実施形態では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。
図２において、１３は現像カートリッジ（現像装置）であり、現像カートリッジ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する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している。なお、静電搬送部材１３ａの構成の詳細については後述する。
【００１３】
また現像カートリッジ１３には、静電搬送部材１３ａへトナー粒子を供給するための供給ローラ１３ｂが配置されており、供給ローラ１３ｂと静電搬送部材１３ａとの対向部分では磁気ブラシが形成されている。供給ローラ１３ｂの表面では、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てなる非磁性スリーブが不図示の回転駆動機構によって時計回り方向に回転されるようになっている。
トナー粒子の搬送方向における現像領域の上流側部分には、トナー粒子チェーン穂の穂高さ、即ち、スリーブ上のトナー粒子量を規制するドクタブレード１３ｃが設置されている。このドクタブレード１３ｃとスリーブ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。更に供給ローラ１３ｂの像担持体１１とは反対側領域には、現像ケーシング内のトナー粒子を攪拌しながら供給ローラ１３ｂへ汲み上げるための２つのスクリュー１３ｄが設置されている。
また現像カートリッジ１３の内部には、静電搬送部材１３ａからトナー粒子を回収する回収手段として、ブラシローラ１００、フリッカーバー１０１、隔壁１０２等が設けられている。なお、回収手段の詳細は後述する。
【００１４】
上記供給ローラ１３ｂ内には、スリーブの周表面にトナー粒子の穂立ちを生じるように磁界を形成する磁石ローラ体（磁石ローラ）が固定状態で備えられている。この磁石ローラ体から発せられる法線方向磁力線に沿うように、トナー粒子のキャリアがスリーブ上にチェーン状に穂立ちを起こし、このチェーン状に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構成される。当該磁気ブラシはスリーブの回転によってスリーブと同方向に移送されることとなる。上記磁石ローラ体は、複数の磁極（磁石）を備えている。具体的には、図７に示すように、供給領域部分にトナー粒子の穂立ちを生じる供給主磁極Ｐ１、スリーブ上にトナー粒子を汲み上げるための磁極Ｐ４およびＰ５、汲み上げられたトナー粒子を供給領域まで搬送する磁極Ｐ６、現像後の領域でトナー粒子を回収する磁極Ｐ２、剤離れ磁極Ｐ３を備えている。
なお、本実施形態では磁石ローラ体を６極の磁石によって構成しているが、８極や１２極で構成してもよい。図７において、供給ローラ１３ｂの表面に描かれた曲線は法線磁力パターンの概略を示すものであり、「Ｎ」、「Ｓ」の記号は各磁極の供給ローラ表面側の極性がそれぞれＮ極、Ｓ極であることを示す。
【００１５】
現像カートリッジ１３内には図示せぬトナー粒子および磁性キャリアが格納されている。本発明を実施する上では、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、以下、本実施形態におけるトナー粒子の態様を説明しておく。
本実施形態のトナー粒子は、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や、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の非磁性トナー粒子である。
また本実施形態の磁性キャリアは、１キロエルステッドの磁界中における磁化量が３０ｅｍｕ／ｃｍ3以上、２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下の範囲にあるキャリアが望ましい。磁化量が２００ｅｍｕ／ｃｍ3以下、好ましくは１４０ｅｍｕ／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り、形成される磁気ブラシの穂が緻密に且つ短くなる。
この結果、静電搬送部材１３ａに対して均一なトナー粒子の供給が達成できる。一方、磁性キャリアの磁化量が３０ｅｍｕ／ｃｍ3未満の場合にはトナー粒子の搬送性能が劣る。このため磁性キャリアの磁化量は３０ｅｍｕ／ｃｍ3以上、好ましくは８０ｅｍｕ／ｃｍ3以上であることが好ましい。
【００１６】
本例では磁性キャリアとして、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はマグネタイト（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は、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。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てもよいが、これをキャリアコアとして用い、絶縁性樹脂をコート剤とし、キャリアコア表面に被覆してコート磁性キャリアとして用いるとよい。
磁化量は、キャリアの磁気特性を振動磁場型磁気特性自動記録装置（理研電子株式会社製）にて、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き、その際に測定して得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。
ここで、静電搬送部材１３ａは、粉体であるトナー粒子を供給、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ている。
【００１７】
図３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。
この図３に示すように、静電搬送部材１３ａは、支持基板２０１上に複数の電極２０２−１、２０２−２、２０２−３・・・をｎ本で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、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、電極２０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層２０３を積層したものである。
支持基板２０１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を用いることができる。
電極２０２は、支持基板２０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソグラフィー技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極２０２の粉体進行方向における幅Ｌは移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極２０２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。
【００１８】
表面保護層２０３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で成膜して形成している。
各電極２０２から伸びる線は各電極２０２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ており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極２０２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。また、本実施形態では各電極２０２は現像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、各接点は現像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。
【００１９】
静電搬送部材１３ａは、トナー粒子を供給ローラ１３ｂより供給される供給領域、像担持体１１近傍まで移送する搬送領域、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回収領域に分けられる。供給領域は供給ローラ１３ｂの供給主磁極Ｐ１に近接した領域で、搬送領域は供給領域から現像領域までの間、現像領域は像担持体１１に近接した領域のみに存在する。一方、回収領域は供給ローラ１３ｂの回収磁極Ｐ２の近傍の領域である。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。
供給、搬送、現像領域では各電極２０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、回収領域では各電極２０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。本実施例では、供給ローラのバイアス−４００Ｖ、帯電電圧−１４０Ｖ、露光後電圧−４０Ｖとした時に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３には平均値−１００Ｖで±１００Ｖの駆動パルス信号を印加してトナーの供給、搬送、現像を行い、駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３には平均値−５００Ｖで±１００Ｖの駆動パルス信号を印加してトナーを回収している。
ここで、現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子が供給領域のトナーと混合され濃度ムラを起さないように供給ローラ１３ｂの回転方向は、静電搬送部材１３ａのトナー搬送方向と逆方向が望ましい。
【００２０】
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説明する。静電搬送部材１３ａの複数の電極２０２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２０２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。
例えば、静電搬送部材１３ａの複数の電極２０２に対して図４（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４（Ｂ）の（１）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２０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極２０２上に位置する。次のタイミングでは（２）に示すように、複数の電極２０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電トナーＴには左側の「Ｇ」の電極２０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極２０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極２０２側に移動する。
【００２１】
さらに、次のタイミングでは、（３）に示すように、電極２０２にはそれぞれ「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ので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極２０２側に移動する。
このように複数の電極２０２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。
ここで本実施形態では、静電搬送部材１３ａの搬送領域では、各電極２０２に対して図５に示すように各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰返周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」という）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、本出願人の研究から分かっている。
【００２２】
また現像領域では、各電極２０２に対して、図６に示すように各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰返周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「現像電圧パターン」という）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６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出願人の研究から分かっている。
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２０２に印加する駆動波形パターンは、前述した図５に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域の各電極２０２に印加する駆動波形パターンも前述した図６に示す現像電圧パターンに限られるものではない。
【００２３】
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相に一般化すると、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｛繰返周期時間×（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を繰返周期時間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返周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
他方、電圧印加デューティは｛繰返周期時間／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を繰返周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
即ち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側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、｛繰返周期時間／ｎ｝以上で｛繰返周期時間×（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。
なお、上記の静電搬送部材の説明は、ベストモードと考えられるものを説明したのであるが、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２０２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。
【００２４】
次に、図８を用いて現像カートリッジに備えられている回収手段について説明する。
本実施形態では、静電搬送面からのトナー粒子を回収するために、静電搬送部材１３ａの現像領域からトナー供給領域までの範囲に、細い繊維を植えたブラシローラ１００を設置している。現像に寄与しなかったトナー粒子は、静電搬送部材１３ａの現像領域を通過してバイアス電圧を印加したブラシローラ１００に静電的に吸着され静電搬送部材１３ａと分離される。ブラシローラ１００を高速回転させて摩擦帯電させる。もしくは、トナー粒子とは逆極性にバイアス電圧を印加してブラシの毛先にトナーを付着させ、機械的にトナーを除去する。ブラシの電気抵抗値（体積抵抗率）は１０2〜１０10Ω・ｃｍの範囲で、好ましくは１０2〜１０4Ω・ｃｍの低抵抗が良い。ブラシの密度は、３万本／インチ〜１５万本／インチの範囲で、好ましくは１０万本／インチ〜１３万本／インチが良い。本実施例ではブラシの材質は、炭素含有アクリル繊維：３００Ｄ／４８Ｆ（東レ製ＳＡ７）を使用している。この他のブラシ材質としては、導電性ポリエステル繊維（Ｂ−ＴＣＦ：帝人製）、導電性ＰＥＴ、導電性ナイロン繊維などがある。ブラシローラ１００に印加するバイアス電圧は静電搬送部材１３ａに印加したバイアス電圧に対して逆極性に印加する。本実施例の場合、ブラシローラ１００は０Ｖから＋７００Ｖの範囲で、好ましくは＋３００〜＋５００Ｖの範囲でバイアス電圧を印加している。ブラシローラ１００のブラシの毛先に付着したトナー粒子は、ブラシローラ１００を回転させることによりブラシ先端に接触させたフリッカーバー１０１に衝突させ離脱させる。フリッカーバー１０１の替わりにバイアスローラをブラシ先端に接触させ静電的に回収しても良い。
【００２５】
本実施形態では、エンドレスループ状やローラ状のように環状の表面を備えた静電搬送部材１３ａを設けてある。環状の静電搬送部材１３ａでは、トナーの供給が行われる供給ローラ１３ｂで供給されたトナーのうち現像に寄与しなかったトナーは、環状の表面を１周して供給ローラ１３ｂに戻ってくる。この供給部まで戻る前の箇所にトナーを回収するブラシローラ１００を設けてある。本実施例では、ブラシローラ１００の位置を供給ローラ１３ｂよりも上方に設置している。
上方に設置することで、フリッカーバー１０１によって掻き落とされたトナーは、重力により、傾斜した隔壁１０２上に落下して現像カートリッジ内のトナー収容部１３ｆに効率よく回収される。
トナー収容部１３ｆに回収されたトナーは、スクリュー１３ｄにより攪拌されながら供給ローラ１３ｂへ汲み上げる。ブラシローラ１００の回転方向は特に規制はしないが本実施形態の場合、静電搬送部材１３ａのトナー搬送方向と同方向である。
【００２６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図９は、第２の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
この図９に示す第２の実施形態に係る現像カートリッジでは、エンドレスループ状やローラ状のように環状の表面を備えた静電搬送部材１３ａの静電搬送面上に設けたブラシローラ１００の下流近傍に静電搬送面に接するように阻止板１０３を設けるようにしている。そして、この阻止板１０３によりブラシローラ１００で回収し切れずすり抜けたトナーや、一度ブラシにより回収されたが再び移相電界につかまり搬送されてしまったトナーを堰き止めて供給ローラ１３ｂに再搬送されないようにしている。
阻止板１０３は、静電搬送面を傷つけないように弾性体であることが望ましい。材質は、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）等の弾性材料が考えられる。阻止板１０３は、隔壁１０２により支持されていて、ブラシローラ１００と供給ローラ１３ｂを隔離しているので、ブラシローラ１００の回転による飛散トナーが供給ローラ１３ｂ近傍の静電搬送面上に付着するのを防いでいる。
【００２７】
［第３の実施形態］
次に本発明の第３の実施形態について説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
この図１０に示す第３の実施形態に係る現像カートリッジでは、エンドレスループ状やローラ状のように環状の表面を備えた静電搬送部材１３ａが、軸１０５を中心にして図示しない駆動装置によって静電搬送方向に回転できる。回転は１回転以上でも良いが、搬送電極に送電する配線に周動する工夫が必要になるため、１回転した後に反転して往復させた方が配線を簡略化できる。
静電搬送面上に移相電界により搬送できなかったトナーが付着した際に、静電搬送部材１３ａを回転移動させることで、ブラシローラ１００により付着トナーを回収する。また、静電搬送部材１３ａの搬送電極が供給ローラ１３ｂ、現像部、ブラシローラ１００の範囲間で断線した場合、断線部分を供給部１３ｂ、現像部、ブラシローラ１００の範囲以外に移動させることで搬送電極の断線による搬送不良を改善できる。
また、図１０の阻止板１０３は、静電搬送面から接離可能な構成になっている。接離機構としてモータやソレノイドのようなアクチュエータを使用してギア、リンク、バネ等により稼動する。本実施形態の構成では、図示していないが阻止板１０３は、隔壁１０２に沿ってスライドできるようにガイドがあり図示していないソレノイドとバネにより稼動できる。通常、阻止板１０３は、静電搬送部材１３ａの静電搬送面に接しているが、静電搬送部材１３ａを回転させる場合、阻止板１０３を静電搬送部材１３ａより退避させることで、移動により静電搬送面が阻止板１０３により傷つくことを防ぐことができる。
【００２８】
［第４の実施形態］
次に本発明の第４の実施形態について説明する。
図１１は第４の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
図１１に示すようにブラシローラ１００は、エンドレスループ状やローラ状のように環状の表面を備えた静電搬送部材１３ａの最上部に設けてあり、静電搬送部材１３ａの最下部に供給ローラ１３ｂを設置している。このようにブラシローラ１００と供給ローラ１３ｂは、静電搬送部材１３ａを介して対称の位置に設置しているので静電搬送面全周の距離に対しておよそ１／２がトナーを静電搬送する供給、現像、回収範囲の距離になる。静電搬送部材１３ａは、軸１０５を中心にして図示しない駆動装置により半回転した後反転して往復する機構になっている。駆動装置としてモータ、ギア、ベルト機構などが考えられるが本実施例では半回転だけ往復すればよいのでソレノイド、リンク、バネなどで機構を簡略化できる。また静電搬送部材１３ａが回転した場合、搬送電極に送電する配線に周動する工夫が必要になるが半回転反転往復では配線が捩れる心配がないので配線を簡略化できる。
静電搬送部材１３ａの静電搬送面を移相電界により搬送されるトナー中には、搬送中に帯電量が低下して搬送できなくなり付着してしまうトナーがある。一度付着して動かなくなったトナーは再び移相電界をかけても搬送するのは困難である。本実施例では、静電搬送部材１３ａの静電搬送面をブラシローラ１００まで半回転だけ往復移動させることで付着トナーを回収する。
【００２９】
また、静電搬送部材１３ａの搬送電極が供給ローラ１３ｂ、現像部、ブラシローラ１００の範囲間で放電などにより断線した場合、断線部分に移相電界が形成できなくなりトナーの搬送不良が生じる。静電搬送部材１３ａの静電搬送面をブラシローラ１００まで半回転だけ移動することで断線部分を供給ローラ１３ｂ、現像部、ブラシローラ１００の範囲以外に移動できるので複雑な位置決め機構を必要とせずに搬送電極の断線による搬送不良を改善できる。
以上、各実施形態に基づいて説明してきたが、本発明を適用できる画像形成装置は静電搬送部材を着脱できる限り特に制限はなく、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラ−画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能であることはいうまでもない。また、静電搬送部材を搬送される物はトナーに限らず粉体全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の画像形成装置の主要な構成を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
【図３】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。
【図４】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説明するための図である。
【図５】搬送電圧パターンを示す図である。
【図６】現像電圧パターンを示す図である。
【図７】複数の磁極（磁石）を備えている磁石ローラ体を示した図である。
【図８】現像カートリッジに備えられている回収手段の説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る現像カートリッジの概略構成を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
２ｂ…転写ローラ、３…定着装置、３ａ…加熱ローラ、３ｂ…加圧ローラ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙ…書込装置、５…給紙装置、１１…像担持体、１２…帯電装置、１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙ…現像カートリッジ、１３ａ…静電搬送部材、１３ｂ…供給ローラ、１３ｂ…供給部、１３ｃ…ドクタブレード、１３ｄ…スクリュー、１３ｆ…トナー収容部、１００…ブラシローラ、１０１…フリッカーバー、１０２…隔壁、１０３…阻止板、１０５…軸、２０１…支持基板、２０２−１、２０２−２、２０２−３…電極、２０３…表面保護層
【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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