(57)【要約】【課題】複数種類の現像剤を選択的に現像に供することができると共に、混色を防止して、色にごり、色かぶり、濃度ムラ等の画像不良の発生を防止し、且つ、設計の自由度を向上させる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】異なる帯電極性を有する複数種類の現像剤が収容される現像容器８と、現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体５と、を有する現像装置７は、主に一方の帯電極性を有する現像剤を選択的に現像剤担持体５上に形成する第１の分離手段１３と、第１の分離手段１３によって形成された現像剤層を選択的に通過させる第２の分離手段６と、を有する構成とする。【選択図】図２
2004252420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる帯電極性を有する複数種類の現像剤が収容される現像容器と、現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体と、を有する現像装置において、
主に一方の帯電極性を有する現像剤を選択的に前記現像剤担持体上に形成する第１の分離手段と、前記第１の分離手段によって形成された現像剤層を選択的に通過させる第２の分離手段と、を有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第１の分離手段は、前記現像剤担持体に対向して配置され、前記現像剤担持体上に実質的に一種類の現像剤から成る第１層と、前記第１層の上に複数種類の現像剤から成る第２層とを形成する多層形成手段であり、
前記第２の分離手段は、前記多層形成手段よりも、前記現像剤担持体の表面移動方向の下流側において前記現像剤担持体に対向して配置され、前記現像剤担持体の表面の移動に伴い前記第１層の通過を許すと共に、前記第２層の通過を規制する単層規制手段であることを特徴とする請求項１の現像装置。
【請求項３】
前記複数種類の現像剤は、異なる色を有する複数種類の着色粒子であることを特徴する請求項１又は２の現像装置。
【請求項４】
前記現像剤担持体と前記第１の分離手段との間には電位差が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記電位差の極性が切り替えられることで、前記第１層として前記現像剤担持体上に供給される現像剤の種類が変更されることを特徴とする請求項４の現像装置。
【請求項６】
前記第１の分離手段は、前記現像剤担持体に当接して回動可能な回動体であり、前記複数種類の現像剤を表面に担持して前記現像剤担持体表面と周速差を持って回動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項７】
前記回動体は、最外層が導電性を有する発泡体から成り、該発泡体の空孔に前記複数種類の現像剤を収容し得ることを特徴とする請求項６の現像装置。
【請求項８】
前記第２の分離手段は、前記現像剤担持体の表面の移動に伴い前記第１層の通過を許すと共に、前記第２層の通過を規制する層規制部を有し、前記現像剤担持体に当接される剛体又は弾性体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項９】
前記現像剤担持体の半径をＲ、前記第２の分離手段の前記層規制部に設けられる変曲部の曲率半径をｒ、前記現像剤担持体と前記第２の分離手段との当接部から前記変曲部までの距離であるＮＥ長をｘとした場合に、
【数１】
2004252420.tif 000007
を満足することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項１０】
前記第２の分離手段は、前記現像剤担持体との当接部近傍に変曲部を有し、該変曲部の曲率半径は０．５ｍｍ以下であり、且つ、前記第２の分離手段と前記現像剤担持体との当接圧は５ｇｆ／ｃｍ以上１００ｇｆ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項１１】
異なる帯電極性を有する複数種類の現像剤が収容される現像容器と、現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体と、を有する現像装置において、
主に一方の帯電極性を有する現像剤を選択的に前記現像剤担持体上に形成する第１の分離手段と、前記第１の分離手段によって形成された現像剤層を選択的に通過させる第２の分離手段としての前記現像剤担持体に当接される層規制手段と、を有し、
前記層規制手段は、前記現像剤担持体との当接部近傍に変曲部を有し、該変曲部の曲率半径は０．５ｍｍ以下であり、且つ、前記層規制手段と前記現像剤担持体との当接圧は５ｇｆ／ｃｍ以上１００ｇｆ／ｃｍ以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項１２】
静電潜像が形成される像担持体を有する画像形成装置に着脱可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかの項に記載の現像装置。
【請求項１３】
画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであり、少なくとも静電潜像が形成される像担持体と、請求項１〜１１のいずれかに記載の現像装置と、を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１４】
静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体上に形成される静電潜像を現像するための請求項１〜１１のいずれかに記載の現像装置と、を有し、前記像担持体に形成した現像剤から成る現像剤像を記録材に転写して記録画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
更に、前記現像装置が備える現像剤担持体と第１の分離手段との間に電位差を設ける手段と、該電位差の極性を切り替える手段と、を有することを特徴とする請求項１４の画像形成装置。
【請求項１６】
前記像担持体と前記現像装置とを複数組有し、各像担持体上に各現像装置によって異なる種類の現像剤から成る現像剤像を逐次に形成し、該現像剤像を被転写体上で重ね合わせて複数種類の現像剤から成る合成画像を形成することを特徴とする請求項１４又は１５の画像形成装置。
【請求項１７】
更に、前記像担持体上に形成された現像剤像が転写される被転写体として現像剤像を担持する中間転写体と、前記中間転写体上の現像剤の帯電極性を整える帯電手段と、を有し、前記帯電手段が前記中間転写体から記録材に現像剤像を転写する転写手段を兼ねることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の電子写真方式或いは静電記録方式を利用した画像形成装置にて用いられる現像装置、これを備える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、より詳細には、１つの現像剤担持体で複数種類の現像剤から単一の現像剤種を選択的に用いて現像を行うことのできる現像装置、これを備える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る。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電子写真方式を利用したカラー画像形成装置においては、使用する現像剤（トナー）の種類（色数）と同数の現像装置を設け、各々の現像剤（色）に対応する静電潜像を現像することにより所望の色若しくは所望の色数の現像剤像を得る構成が一般的である。特に、フルカラー画像の再現のために、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックといった異なる４色の現像剤を用いる画像形成装置が実用化されている。又、単色画像形成装置においても、濃度の異なる複数種類の現像剤を用いて、濃淡表現の階調性を豊かにする方法が提案されている。
【０００３】
このような、カラー画像形成装置を代表とする複数種類の現像剤を用いる画像形成装置は、各々の色の現像装置を必要とするため、装置全体の容積の大型化や、制御高圧電源が多数必要になる点、制御が複雑になる点、可動部品が多いことによる駆動トルクの増大、それに伴う消費電力の増加等の問題を有していた。
【０００４】
これら現像装置の数が多いことに起因する問題に対処するために、１つの現像装置で複数種類の現像剤を選択的に現像に供する現像装置が考案されている。
【０００５】
このような現像装置において複数種類の現像剤を分離する方法として、特に帯電極性が正負異なる２種類の現像剤を混合し、２種類の現像剤像を１つの現像装置で現像する方式（以下、「ネガポジ混合方式」という。）が色分離の容易さから多く提案されている。ネガポジ混合方式の中でも、
（１）特許文献１に開示されるように、現像剤として磁性体を含む磁性一成分現像剤を２種類混合する方式、
（２）特許文献２に開示されるように、一方の現像剤には磁性体を含有させ、他方の現像剤は非磁性である磁性・非磁性混合方式、
（３）特許文献３に開示されるように、非磁性一成分現像剤を２種類混合する方式、
（４）特許文献４、特許文献５に開示されるように正負両極性のトナーから成る混合現像剤に磁性キャリアを混合させる方式、
がある。
【０００６】
しかしながら、上記磁性現像剤を用いるものでは、透明の磁性体の製造が困難であり、磁性体の色味を完全に消すことができないので現状では黒以外の彩度の高い現像剤（以下、「色トナー」という。）を作ることが困難である。又、有色の磁性体を用いた色トナーを用いてフルカラー化した場合、色再現範囲が狭いという問題があり、現状では磁性体を色トナーに用いることはできない。一方、磁性キャリアを用いる方式ではキャリアを拘束する磁石が必要になる点、キャリアとトナーとの混合比を計測するセンサが必要となる点、又同混合比を制御する制御手段が必要になる点において装置が複雑になるという問題がある。
【０００７】
よって、現像剤としては非磁性一成分現像剤を用いて、複数種類の現像剤を選択的に現像に供し得る現像装置が望まれている。
【０００８】
このような現像装置としては、上記特許文献３に開示されるように、帯電順位が異なる複数の非磁性一成分現像剤（トナー）を用い、ドクターブレードによりトナーに対する電荷注入を行う方法が提案されている。この方法では、現像部に供給される現像ローラ上のトナーは、一種類のみ選択的にコートされるものではなく、現像ローラ上のトナーは混色した状態で現像部に供給され、各々のトナーの帯電量の差によって選択的に現像に供される。
【０００９】
ところが、帯電量の差を利用する方法では十分な選択性が得られず、現像像に混色を起こしてしまう。被現像対象上の画像部に、本来供給されるべきでない色のトナーが供給されてしまう、「色にごり」と呼ばれる画像不良が発生し易い。又、正帯電性トナーがドクターブレードをすり抜けて現像に供されるために、被現像対象上の非画像部に本来供給されるべきでないトナーが供給されてしまう、「かぶり」と呼ばれる画像不良が発生し易い。
【００１０】
この問題に対応するために、特許文献６には、現像ローラ上にトナーを供給するための供給ローラと、現像ローラとの間に電界を設け、現像ローラに選択的にトナーを供給し、担持させる方法が開示されている。
【００１１】
しかしながら、後述のように、当該特許文献６に開示される現像装置においては、混色等の問題から、供給ローラと現像ローラとを非接触にせざるを得ない。又、その場合でも、非磁性一成分現像剤であるトナーを用いた場合には、供給ローラに当接された規制部材のみによって供給ローラ上の混合現像剤を帯電させているため、帯電量の分布が広く、供給ローラから現像ローラへと飛翔するトナーは均一ではなく、現像ローラ上でムラになり易い。
【００１２】
これらのことから、上記特許文献６では、磁性現像剤と磁石を内包する供給ローラとを用いて、交番電界下で現像剤を供給ローラから現像ローラに均一に飛翔させる構成を推奨している。
【特許文献１】特公平５−８０６７１号公報
【特許文献２】特開昭５９−５８４４２号公報
【特許文献３】特開昭５５−４３５３３号公報
【特許文献４】特開昭６０−１３１５５４号公報
【特許文献５】特開昭６３−２３１７５号公報
【特許文献６】特公平２−３７５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、複数種類の現像剤を選択的に現像に供することができると共に、混色を防止して、色にごり、色かぶり、濃度ムラ等の画像不良の発生を防止し、且つ、装置設計の自由度の向上させることのできる現像装置、これを備える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。
【００１４】
本発明の他の目的は、フルカラー画像形成装置において、従来４つ必要であった現像装置を２つに簡略化することを可能とする現像装置、これを備える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である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、第１の本発明は、異なる帯電極性を有する複数種類の現像剤が収容される現像容器と、現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体と、を有する現像装置において、主に一方の帯電極性を有する現像剤を選択的に前記現像剤担持体上に形成する第１の分離手段と、前記第１の分離手段によって形成された現像剤層を選択的に通過させる第２の分離手段と、を有することを特徴とする現像装置である。
【００１６】
上記本発明の一実施態様によると、前記第１の分離手段は、前記現像剤担持体に対向して配置され、前記現像剤担持体上に実質的に一種類の現像剤から成る第１層と、前記第１層の上に複数種類の現像剤から成る第２層とを形成する多層形成手段であり、前記第２の分離手段は、前記多層形成手段よりも、前記現像剤担持体の表面移動方向の下流側において前記現像剤担持体に対向して配置され、前記現像剤担持体の表面の移動に伴い前記第１層の通過を許すと共に、前記第２層の通過を規制する単層規制手段である。
【００１７】
上記本発明の一実施態様によると、前記複数種類の現像剤は、異なる色を有する複数種類の着色粒子である。一実施態様では、前記複数種類の現像剤は、それぞれ異なる色を有する。又、一実施態様では、前記現像剤担持体と前記第１の分離手段との間には電位差が設けられる。そして、前記電位差の極性が切り替えることで、前記第１層として前記現像剤担持体上に供給される現像剤の種類を変更することができる。
【００１８】
上記本発明の一実施態様によると、前記第１の分離手段は、前記現像剤担持体に当接して回動可能な回動体であり、前記複数種類の現像剤を表面に担持して前記現像剤担持体表面と周速差を持って回動される。一実施態様では、前記回動体は、最外層が導電性を有する発泡体から成り、該発泡体の空孔に前記複数種類の現像剤を収容し得る。
【００１９】
上記本発明の一実施態様によると、前記第２の分離手段は、前記現像剤担持体の表面の移動に伴い前記第１層の通過を許すと共に、前記第２層の通過を規制する層規制部を有し、前記現像剤担持体に当接される剛体又は弾性体である。一実施態様では、前記現像剤担持体の半径をＲ、前記第２の分離手段の前記層規制部に設けられる変曲部の曲率半径をｒ、前記現像剤担持体と前記第２の分離手段との当接部から前記変曲部までの距離であるＮＥ長をｘとした場合に、
【００２０】
【数２】
2004252420.tif 000003
【００２１】
を満足する。又、一実施態様では、前記第２の分離手段は、前記現像剤担持体との当接部近傍に変曲部を有し、該変曲部の曲率半径は０．５ｍｍ以下であり、且つ、前記第２の分離手段と前記現像剤担持体との当接圧は５ｇｆ／ｃｍ以上１００ｇｆ／ｃｍ以下である。
【００２２】
第２の本発明によると、異なる帯電極性を有する複数種類の現像剤が収容される現像剤容器と、現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体と、を有する現像装置において、主に一方の帯電極性を有する現像剤を選択的に前記現像剤担持体上に形成する第１の分離手段と、前記第１の分離手段によって形成された現像剤層を選択的に通過させる第２の分離手段としてのぜんき現像剤担持体に当接される層規制手段と、を有し、前記層規制手段は、前記現像剤担持体との当接部近傍に変曲部を有し、該変曲部の曲率半径は０．５ｍｍ以下であり、且つ、前記層規制手段と前記現像剤担持体との当接圧は５ｇｆ／ｃｍ以上１００ｇｆ／ｃｍ以下であることを特徴とする現像装置が提供される。
【００２３】
上記各本発明の一実施態様によると、現像装置は、静電潜像が形成される像担持体を有する画像形成装置に着脱可能である。
【００２４】
第３の本発明によると、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであり、少なくとも前記被現像対象としての静電潜像が形成される像担持体と、上記本発明の現像装置と、を有することを特徴とするプロセスカートリッジが提供される。
【００２５】
第４の本発明によると、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体上に形成される静電潜像を現像するための上記本発明の現像装置と、を有し、前記像担持体に形成した現像剤から成る現像剤像を記録材に転写して記録画像を形成することを特徴とする画像形成装置が提供される。本発明の一実施態様によると、画像形成装置は更に、前記現像装置が備える現像剤担持体と第１の分離手段との間に電位差を設ける手段と、該電位差の極性を切り替える手段と、を有する。一実施態様では、前記像担持体と前記現像装置とを複数組有し、各像担持体上に各現像装置によって異なる種類の現像剤から成る現像剤像を逐次に形成し、該現像剤像を被転写体上で重ね合わせて複数種類の現像剤から成る合成画像を形成する。又、一実施態様では、画像形成装置は更に、前記像担持体上に形成された現像剤像が転写される被転写体として現像剤像を担持する中間転写体と、前記中間転写体上の現像剤の帯電極性を整える帯電手段と、を有し、前記帯電手段が前記中間転写体から記録材に現像剤像を転写する転写手段を兼ねる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の現像装置によれば、複数種類の現像剤を選択的に現像に供することができると共に、混色を防止し、色にごり、色かぶり、濃度ムラ等の画像不良の発生を防止し、且つ、装置設計の自由度の向上させることができる。本発明の現像装置によれば、フルカラー画像形成装置において、従来４つ必要であった現像装置を２つに簡略化することが可能となる。又、本発明によれば、斯かる本発明の現像装置を備え、対応する作用効果を発揮し得るプロセスカートリッジ及び画像形成装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２８】
実施例１
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略断面を示す。
【００２９】
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成を説明すると、本実施例の画像形成装置１００は、装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部ホスト機器或いは原稿読み取り装置等からの画像情報に応じて、電子写真方式を利用して記録材、例えば、記録紙、ＯＨＰシート、布等に画像を形成し得るレーザビームプリンタである。特に、本実施例の画像形成装置１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の現像剤を用いて、フルカラー画像の形成が可能な中間転写方式の画像形成装置である。
【００３０】
本実施例の画像形成装置１００は、画像形成部として、第１ステーションＰａ、第２ステーションＰｂを有し、各ステーションＰａ、Ｐｂが備える像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１ａ、１ｂ上に形成した現像剤像（トナー像）を、中間転写体としての中間転写ベルト１７上に転写してその上で合成し、更にこの合成トナー像を記録材Ｐに転写して記録画像を得る。本実施例では、現像手段として２つの現像装置７ａ、７ｂが配置され、各々の現像装置７ａ、７ｂがそれぞれ２色の現像剤（トナー）を供給することで、合計４色の現像剤を重ね合わせた画像形成を行う。
【００３１】
以下、更に詳しく説明する。ここで、各ステーションＰａ、Ｐｂの構成、画像形成動作は現像剤の種類を除いて同じであるので、以下、特に区別を要しない場合は、それぞれの画像形成部Ｐａ、Ｐｂに属する要素であることを示すように符号に与えた添え字ａ、ｂを省略して総括的に説明する。
【００３２】
感光ドラム１は、図中矢印にて示す方向に回転駆動を受ける。感光ドラム１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ２が設けられている。帯電ローラ２は、帯電高圧電源（図示せず）による給電を受けて、回転する感光ドラム１の表面を一様に一定の電位に帯電させる。帯電した感光ドラム１の表面には、露光手段としてのレーザースキャナ４から発せられたレーザー光Ｅが、反射ミラー３で反射されて照射される。これにより、感光ドラム１上の露光Ｅを受けた部分は静電電位が変動し、色分解された所望の画像情報に応じた静電潜像が感光ドラム１上に形成される。次いで、現像装置７と感光ドラム１との対向部（現像部）Ｇにおいて、上記静電潜像は、所望の色のトナーによって現像され、トナー像として顕像化される。
【００３３】
感光ドラム１上に形成されたトナー像は、一次転写手段としての一次転写ローラ９が中間転写ベルト１７を介して感光ドラム１に当接する一次転写部Ｎ１において、中間転写ベルト１７に転写される。一次転写部Ｎ１において、一次転写ローラ９には、所望の極性、電位の転写バイアスが印加される。
【００３４】
一次転写工程後に感光ドラム１上に残留した余剰トナーは、クリーニング手段たるクリーニングブレード１０によって掻き取られ、廃トナー１６としてクリーナ容器１４に収納される。こうして清掃された感光ドラム１は、再び次の像形成プロセスに繰り返し供される。
【００３５】
次に、本画像形成装置によるフルカラー画像の形成方法について説明する。
【００３６】
図中右側の第１ステーションＰａに設けられた現像装置７ａには、負帯電性のイエロー現像剤（負帯電性トナー）と正帯電性のブラック現像剤（正帯電性トナー）を収納しており、図中左側の第２ステーションＰｂに設けられた現像装置７ｂには、正帯電性のシアン現像剤（正帯電性トナー）と負帯電性のマゼンタ現像剤（負帯電性トナー）を収納している。
【００３７】
先ず、従来のアナログ複写機等で用いられる、当業者には周知の正規現像法（ここでは、現像剤の帯電極性と反対極性（負極性）に帯電された像担持体の未露光部に現像剤を転移させる。）で、各感光ドラム１ａ、１ｂに、それぞれシアントナー（正帯電性トナー）、ブラックトナー（正帯電性トナー）によってシアントナー像とブラックトナー像とが形成される。そして、このシアントナー像、ブラックトナー像は、一次転写バイアス電源４１ａ、４１ｂから負極性のバイアスが印加された一次転写ローラ９ａ、９ｂによって中間転写ベルト１７に転写され、中間転写ベルト１７上で重ね合わせられる。
【００３８】
中間転写ベルト１７上の正極性に帯電したトナー像は、中間転写ベルト１７の周回移動（回転）に伴って、現像剤帯電手段としてのコロナ帯電部１９と中間転写ベルト１７とが対向する部位に到達し、コロナ帯電部バイアス電源４２から負極性のバイアスが印加されたコロナ帯電部１９によって負極性に帯電され、以後負極性に帯電したトナー像となる。
【００３９】
その後、潜像形成を反転現像用に切り替えて、タイミングを取って現像装置７ａ、７ｂの現像色を切り替える。そして、中間転写ベルト１７上のトナー像の移動と同期を取って、両感光ドラム１ａ、１ｂに、反転現像（ここでは、現像剤の帯電極性と同極性（負極性）に帯電された像担持体の露光部に現像剤を転移させる。）で、マゼンタトナー（負帯電性トナー）、イエロートナー（負帯電性トナー）によって、それぞれマゼンタトナー像とイエロートナー像を形成する。そして、このマゼンタトナー像、イエロートナー像を、一次転写バイアス電源４１ａ、４１ｂから正極性のバイアスが印加された一次転写ローラ９ａ、９ｂによって中間転写ベルト１７上に転写する。こうして、中間転写ベルト１７上に４色のフルカラー重ね合わせ像ができる。
【００４０】
フルカラートナー像の移動とタイミングを取って記録材Ｐが搬送され、中間転写ベルト１７の内側に配設された搬送ローラ１８と、二次転写手段として働くコロナ帯電部１９との対向部（二次転写部）Ｎ２で、記録材Ｐ上にフルカラー像が二次転写される。この時、コロナ帯電部１９には、コロナ帯電部バイアス電源４２から中間転写ベルト１７上のトナーとは反対極性（正極性）のバイアスが印加される。このように、コロナ帯電部１９は、中間転写ベルト１７上のトナーの帯電極性を整える帯電手段と、中間転写ベルト１７から記録材Ｐにトナー像を二次転写させる転写手段としての機能を兼ねる。記録材Ｐは、記録材収納部としてのカセット２０から分離ローラ２１、搬送ローラ対２２、レジストローラ対２３等の搬送手段によって二次転写部Ｎ２まで搬送される。
【００４１】
フルカラートナー像を載せた記録材Ｐは、更に搬送されて、定着手段たるローラ定着装置２４によって記録材Ｐ上に定着される。その後、画像が定着された記録材Ｐは、画像形成装置１００から排出される。
【００４２】
従来、４色のトナー像形成のためには４つの現像装置を必要としていたが、色分離効率が高い本発明に係る現像装置を用いることで、２つの現像装置で４色のフルカラー画像を形成することが可能となり、装置の小型化が可能となる。次に、上述のような逐次２色現像に用いられる本実施例の現像装置７について説明する。
【００４３】
図２は本実施例の現像装置７の概略断面を示す。本実施例では、現像装置７は、絶縁性の非磁性一成分現像剤であるトナーを収容した現像容器８を有する。トナーは、正帯電性トナーＴｐ（図中黒丸）と負帯電性トナーＴｎ（図中白丸）が混合されて成る。正帯電性トナーＴｐと負帯電性トナーＴｎは、異なる着色剤を含有する着色粒子である。以下、正帯電性トナーＴｐと負帯電性トナーＴｎを混合したものを混合現像剤（混合トナー）Ｔと総称する。
【００４４】
被現像対象である感光ドラム１に対向する現像容器８の開口部に位置して、一部現像容器８から露出するように現像剤担持体としての現像ローラ５が回転可能に配設されている。現像ローラ５は、回転に伴って表面に保持するトナーを、現像容器８外に設けられる感光ドラム１等の被現像対象に供給する役割を担う。現像ローラ５には電圧印加手段としての現像バイアス電源１２が接続されており、現像ローラ５と感光ドラム１との間に設けられる電界によって現像ローラ５上のトナーが引き剥がされ感光ドラム１へと移動するように、この現像バイアス電源１２から現像ローラ５に印加されるバイアス電圧が調整されている。
【００４５】
現像ローラ５には、供給部材としての回動体たる剥ぎ取り／供給ローラ１３が当接されている。剥ぎ取り／供給ローラ１３は、図中矢印の方向に回転駆動を受け、現像ローラ５との速度差が設けられている。本実施例では、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３は、当接部において互い表面移動方向が反対向き（カウンター方向）となるように、同方向に異なる周速度で回転されている。詳しくは後述するが、剥ぎ取り／供給ローラ１３としては、芯金１３Ａ上に、発泡弾性層（スポンジ層）１３Ｂとして導電性を有するポリウレタンフォームをローラ状に加工したもの、又はカーボンブラック、酸化チタン、酸化錫等の導電剤が分散されたＥＰＤＭ、シリコーン等のゴムを発泡架橋させた発泡ゴムをローラ状に成形したものが用いられる。又は、導電性を付与していない通常のポリウレタンフォームをローラ状に加工し、カーボン等の導電性材料をゴム系のラテックス等をバインダーとして表面に付着させ導電性発泡ローラとして成形される方法等がある。発泡セル径は１０〜１０００μｍ程度のものを好適に用いることができる。混合現像剤Ｔを出し入れ自在に収納するために、この発泡セル径は少なくとも混合現像剤Ｔの最大粒径より大きい必要がある。
【００４６】
剥ぎ取り／供給ローラ１３には、電圧印加手段としての供給バイアス電源１１が接続されている。供給バイアス電源１１の電圧は可変であり、現像ローラ５との電位差の極性を切り替え可能となっている。つまり、詳しくは後述するように、正帯電性トナーＴｐ、負帯電正トナーＴｎのいずれか一方が現像ローラ５に向かう（従って、他方は剥ぎ取り／供給ローラ１３に向かう）ような電位差を切り替えて設けることができるようになっている。上記電位差の極性を切り替えることで、現像に供するトナーの種類を変え、１つの現像ローラ５から複数種類のトナーを被現像対象たる感光ドラム１へ供給することができる。
【００４７】
又、現像ローラ５の表層のトナーを均一な薄層にするために、現像ローラ５には、現像剤量規制部材としての規制ブレード６が当接されている。詳しくは後述するが、規制ブレード６としては、厚さ１０〜数百μｍのステンレスの薄板を好適に用いることができる。この規制ブレード６は、比較的均等な当接圧で現像ローラ５に当接するようにトナー容器８に固定されている。又、本実施例では、規制ブレード６は、自由端が現像ローラ５の回転方向上流側にあるように現像ローラ５に当接される。更に、詳しくは後述するように、本実施例では、規制ブレード６の自由端側先端近傍に、現像ローラ５の表面とは反対側に曲げられた曲げ部（変曲部）６Ａが設けられている。
【００４８】
トナー容器８中には更に、板状の撹拌部材１５が設けられている。攪拌部材１５としては、樹脂製の回転軸にマイラ等、可撓性を有する板状部材が取り付けられているものを好適に用いることができる。撹拌部材１５は、図中矢印の方向に回転し、現像容器８内に収容されている混合現像剤Ｔを現像ローラ５、剥ぎ取り／供給ローラ１３に向かって搬送して供給する。攪拌部材１５を構成するマイラ等の可撓性の板状部材は、現像容器８の底を擦って撓みながら移動し、現像容器８の底に混合現像剤Ｔが溜まらないように現像容器８内の混合現像剤Ｔを攪拌しつつ搬送する。
【００４９】
図３は、図２の現像装置７の現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との当接部及び規制ブレード６近傍を拡大して示す。図３を参照して、以下、本実施例の現像装置７の動作を更に詳しく説明する。
【００５０】
例えば、負帯電性トナーＴｎを現像ローラ５に供給している場合（負帯電性トナーＴｎによる現像動作の実行時）は、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との間には負の電位差（例えば、現像ローラ（現像バイアス）：−４００Ｖ、剥ぎ取り／供給ローラ（供給バイアス）：−８００Ｖ）が設けられている。
【００５１】
ここで、電位差の極性は、剥ぎ取り／供給ローラ１３の電位が負極性側に大きい場合を「負の電位差」、反対に剥ぎ取り／供給ローラ１３の電位が正極性側に大きい場合を「正の電位差」とする。
【００５２】
剥ぎ取り／供給ローラ１３の最外層（スポンジ層）１３Ｂのセル１３Ｃに収納されている混合現像剤Ｔは、剥ぎ取り／供給ローラ１３の図中矢印方向の回転により現像ローラ５との当接部まで運ばれて、現像ローラ５との摺擦により正帯電性トナーＴｐが正に摩擦帯電し、負帯電性トナーＴｎが負に摩擦帯電される。又、正負両方のトナーＴｐ、Ｔｎが互いに吸着し合って凝集体になっており、マクロ的には帯電量が少ないトナーの集合体も、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との摺擦部で機械的なシェア（引き離そうとする力）を受けて分離される。
【００５３】
そして、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との当接部に働く電界の力により、負極性に帯電したトナーが現像ローラ５側へ移動し、正極性に帯電したトナーが剥ぎ取り／供給ローラ１３側に移動する（第１の現像剤分離行程）。
【００５４】
ここで、現像ローラ５上に単一のトナー種からなる第１のトナー層Ｌ１が形成されると同時に、剥ぎ取り／供給ローラ１３は、現像容器８外で現像に供されずに現像ローラ５上に残留した残トナーを現像ローラ５上から剥ぎ取る。
【００５５】
第１の現像剤分離行程である現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との摺擦部を経た後の、剥ぎ取り／供給ローラ１３の回転方向下流側のセル１３Ｃの中には、正帯電性トナーＴｐを多く含む第３のトナー層Ｌ３が形成され、表層には現像ローラ５から剥ぎ取った残トナーを多く保持する。第３のトナー層Ｌ３は、剥ぎ取り／供給ローラ１３の回転によって周囲にある混合現像剤Ｔと置換し、混合現像剤Ｔをセル１３Ｃに収納し、次の供給に備える。
【００５６】
剥ぎ取り／供給ローラ１３の表層は、多量のトナーが保持でき、保持されているトナーが比較的自由に移動できる構造であることが重要である。電界によって現像ローラ５側と剥ぎ取り／供給ローラ１３側とにトナーが分離するためには、それぞれのトナーが動けるスペースと、分離した後に十分な量のトナーを収納できる空間が必要となり、空孔が無数に最外層に形成されるスポンジローラが適している。又、電位差の極性を反転させ、トナーの種類を切り替え、正帯電性トナーＴｐを現像ローラ５に供給する際に、セル１３Ｃ内に多量に収納される正帯電性トナーＴｐが瞬時に現像ローラ５に供給されるため、高速にトナーの種類を変えられるという利点もある。
【００５７】
上述のようにして現像ローラ５上には負帯電性トナーＴｎからなる第１のトナー層Ｌ１が形成されると、現像ローラ５の回転方向において規制ブレード６の下流側で、正負両方のトナーＴｐ、Ｔｎから成る第２のトナー層Ｌ２が第１のトナー層Ｌ１上に形成される。第２のトナー層Ｌ２は、トナー保持量が多い剥ぎ取り／供給ローラ１３と、トナー保持量が比較的少ない現像ローラ５とを周速差を持って当接させることにより、摺擦部の剥ぎ取り／供給ローラ１３の回転方向上流側の領域Ｄに正負両方のトナーＴｐ、Ｔｎから成る余剰トナーが溜まり、この余剰トナー溜まりＤと第１のトナー層Ｌ１とが触れることで形成される。
【００５８】
このように、剥ぎ取り／供給ローラ１３は、主に一方の帯電極性を有するトナーを選択的に現像ローラ５上に形成する第１の分離手段として働く。より詳細には、剥ぎ取り／供給ローラ１３は、異なる帯電極性を有する複数種類のトナーから、現像ローラ５上に実質的に一種類のトナーから成る下層（第１のトナー層）Ｌ１を形成し、上記余剰トナー溜まりＤを形成することでこの第１のトナー層Ｌ１の上に複数種類のトナーから成る上層（第２のトナー層）Ｌ２を形成する多層形成手段として働く。
【００５９】
第２のトナー層Ｌ２は機械的な付着が主であり、現像ローラ５と第１のトナー層Ｌ１の鏡映力による電気的な付着力と比較して、第１のトナー層Ｌ１と第２のトナー層Ｌ２の付着力は弱い。これにより、規制ブレード６によって付着力が比較的弱い第２のトナー層Ｌ２のみが掻き落とされて、図中に模式的に示されるトナー流Ｔｗとなって再び剥ぎ取り／供給ローラ１３によって搬送される（第２の現像剤分離行程）。
【００６０】
第２のトナー層Ｌ２が第１のトナー層Ｌ１と剥離される際に、弱いながらも第１のトナー層Ｌ１中の負帯電性トナーＴｎと第２のトナー層Ｌ２に含有される正帯電性トナーＴｐの電気的吸着力に反して剥離されるため、第１のトナー層Ｌ１が剥離帯電され、帯電量がより安定する効果もある。
【００６１】
規制ブレード６による第２の現像剤分離行程によってほぼ全量が負帯電性トナーＴｎである第１のトナー層Ｌ１のみが、均一に均されて選択的に現像容器８外に移動し、現像に供される。
【００６２】
このように、規制ブレード６は、剥ぎ取り／供給ローラ１３によって現像ローラ５上に形成された第１のトナー層Ｌ１を選択的に通過させる第２の分離手段（層規制手段）として働く。より詳細には、規制ブレード６は、現像ローラ５の表面の移動に伴い第１のトナー層Ｌ１の通過を許すと共に、第２のトナー層Ｌ２の通過を規制する単層規制手段として働く。
【００６３】
規制ブレード６は、第１のトナー層Ｌ１のみを通過させるように設定されている必要がある。規制ブレード６が第２のトナー層Ｌ２をも通過させると、現像に供させるトナーが混色する。そして、現像ローラ５上に混入した正帯電性トナーＴｐが原因となって、白地部に正帯電性トナーＴｐが付着する「色かぶり」が発生すると共に、通常の印字部への負帯電性トナーＴｎの付着を妨げることで、局所的な濃度ムラが発生するため好ましくない。
【００６４】
ところで、上述のように、特許文献６には、現像ローラ上にトナーを供給するための供給ローラと、現像ローラとの間に電界を設け、現像ローラに選択的にトナーを供給し、担持させる方法が開示されている。上記特許文献６に開示される方法であると、現像容器内に第１の現像剤分離部があり、単一の現像剤のコートを受けた後の現像ローラは混色を防止するために混合現像剤が触れないようにする必要がある。このため重力方向の下側に供給ローラを配置する制約が発生し、且つ、供給ローラ全体がトナーに漬からないようにするために、トナー面の高さが高くなり過ぎないよう、トナー量を調整するか又はトナー容量を設定する必要がある。
【００６５】
これに対して、本実施例によれば、単一のトナー種から成る第１のトナー層Ｌ１の上に混合現像剤Ｔからなる第２のトナー層Ｌ２を設け、第１のトナー層Ｌ１のみを通過させる単層規制手段としての規制ブレード６を設けることで、現像容器８内の混合現像剤Ｔの量の多少によらず、優れた現像剤分離性能を得ることができる。又、単一のトナー種から成るトナー層を均等に均すことで、濃度ムラを防止することができる。
【００６６】
本実施例では、現像ローラ５が混合現像剤Ｔに漬かっている場合、一部のみ触れている場合のいずれでも良いため、各ローラ（現像ローラ５、剥ぎ取り供給ローラ１３）の重力方向に対する配置の自由度が増大するという利点がある。
【００６７】
又、本実施例によれば、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３とを周速差と電位差を持って当接させることで、正負両方のトナーＴｐ、Ｔｎの凝集物に機械的シェアを働かせてほぐし、個々のトナーを分離して第１のトナー層Ｌ１を形成する。そして、混合現像剤Ｔの溜まりＤを形成することで第１のトナー層Ｌ１の直後に第２のトナー層Ｌ２を形成する。本構成を取ることで、第１のトナー層Ｌ１と第２のトナー層Ｌ２との付着力より、第１のトナー層Ｌ１と現像ローラ５との付着力を増すことができるので、単層規制手段としての規制ブレード６で第１のトナー層Ｌ１のみを通過し易くする効果があり、規制ブレード６での分離性能が向上し、色かぶりや濃度ムラ等の画像不良を防止することができる。
【００６８】
又、本実施例によれば、剥ぎ取り／供給ローラ１３の最外層を発泡体（スポンジ層）１３Ｂとすることで、現像ローラ５側と剥ぎ取り／供給ローラ１３側に正負それぞれのトナーＴｐ、Ｔｎが分離するためのスペースと、分離した後の正帯電性トナーＴｐと現像ローラ５から剥ぎ取ったトナーから成る余剰トナーを収納できる十分な空間ができるため、現像ローラ５上に純度の高い第１のトナー層Ｌ１を設けることが可能となり、混色の少ないトナー分離が行える。
【００６９】
更に、トナーの種類の切り替え時には、上記発泡体（スポンジ層）１３Ｂのセル１３Ｃ内にバッファされる他方のトナー種が瞬時に供給されるため高速なトナーの種類の切り替えが可能となる。
【００７０】
図４は、本実施例の画像形成装置１００の概略制御ブロックを示す。画像形成装置１００は、制御の中心的素子たるＣＰＵ２１０を有し、ＲＡＭ２２０、ＲＯＭ２３０に記憶されたデータ、プログラム等に従って画像形成装置１００をシーケンス動作させる制御部２００を有する。制御部２００は、帯電ローラ２、レーザースキャナ４、現像装置７、一次転写ローラ９、コロナ帯電部１９、定着装置２４、記録材搬送手段等、画像形成装置１００の動作を統括制御する。制御部２００は、上述のように、所定のタイミングで、各ステーションＰａ、Ｐｂにおける潜像形成動作を、正規現像用から反転現像用に切り替え、それに応じて、各現像装置７ａ、７ｂから供給するトナー種、一次転写ローラ９に印加する一次転写バイアスの極性、コロナ帯電部１９に印加するバイアスの極性を切り替える機能をも有する。特に、制御部２００は、上述のように、所定のタイミングで、現像装置７の現像ローラ５に供給するトナーの種類を変えるべく、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との間の電位差の極性を切り替えるように、この電位差を設ける手段としての供給バイアス電源１１から剥ぎ取り／供給ローラ１３に印加するバイアスを切り替える機能を有する。
【００７１】
制御部２００には画像処理部３００が接続されており、画像処理部３００は、装置本体に対して通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部ホスト機器或いは原稿読み取り装置からの画像信号を受信すると共に、制御部２００に画像形成に係る信号を送信する。制御部２００は、斯かる画像形成信号に従って、画像形成装置１００の各部の動作を制御する。
【００７２】
ところで、一種類の現像剤（トナー）或いは単一の現像剤（トナー）種とは、一種類の着色剤を含む現像剤（トナー）を意味し、帯電極性、帯電補助、流動性等を改良するための添加剤を一切含んでいないという意味ではない。又、異なる着色剤とは、同じ色相で濃度が異なるもの（色の濃淡）も含む。
【００７３】
以下、具体例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
【００７４】
（具体例１）
本例では、図２に示す現像装置７を用いた。現像容器８内に収容する混合現像剤Ｔとしては、正帯電性トナーＴｐとして黒色の着色剤を含有した平均粒径が９μｍの非磁性一成分現像剤（ブラックトナー）を用い、負帯電性トナーＴｎとして黄色の着色剤を含有した平均粒径が８μｍの非磁性一成分現像剤（イエロートナー）を用いるものを使用した。
【００７５】
現像ローラ５は、直径が１６ｍｍの弾性ローラで、直径８ｍｍ（φ８）の金属芯金５Ａの外周に、厚みが４ｍｍで抵抗率が１０5Ωｃｍのシリコーンゴムからなる導電ゴム５Ｂを成形し、最外層に抵抗率が１０5Ωｃｍで厚みが３０μｍのウレタンコーティング５Ｃを施したものであった。現像ローラ５の表面粗さは、Ｒｚ（ＪＩＳ  十点平均粗さ：ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）で７μｍ、硬度は４５°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ  １ｋｇ荷重により計測）であった。現像ローラ５は、駆動手段（図示せず）によって回転駆動を受け、図中矢印の方向に１６０ｍｍ／ｓの周速度で回転する。又、現像ローラ５は現像バイアス電源１２から給電を受ける。本例では現像バイアスを−４００Ｖの直流とした。
【００７６】
剥ぎ取り／供給ローラ１３は、直径４ｍｍ（φ４）の金属芯金１３Ａの外周に、厚みが５ｍｍで抵抗率が１０5Ωｃｍのウレタンフォームからなる導電ゴム（スポンジ層）１３Ｂを成形して成る。ウレタンフォームの発泡セル径は２００〜４００μｍであった。剥ぎ取り／供給ローラ１３の硬度は２０°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ  ５００ｇ荷重）であった。剥ぎ取り／供給ローラ１３は、図中矢印の方向に１２５ｍｍ／ｓの周速度で現像ローラ５と当接して回転する。このとき、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との軸間距離は１４ｍｍとし、当接部では剥ぎ取り／供給ローラ１３のスポンジ層１３Ｂが１ｍｍ圧縮され当接圧が生じる構成とした。又、剥ぎ取り／供給ローラ１３は、供給バイアス電源１３から給電を受ける。本例では供給バイアスを直流＋２００Ｖ〜−１０００Ｖの範囲で可変とし、供給するトナーの種類により値を制御した。
【００７７】
又、規制ブレード６として、厚さ２００μｍのステンレスの薄板を現像ローラ５に当接させた。規制ブレード６の一端側は現像容器８に固定され（固定端）、他端（自由端）側は現像ローラ５に当接される。固定端から曲げ部（変曲部）６Ａまでの自由長は９ｍｍで、先端は曲率半径０．３ｍｍで２ｍｍの長さが曲げられている。規制ブレード６と現像ローラ５との当接圧が線圧で２５ｇｆ／ｃｍ（≒０．２４５Ｎ／ｃｍ）となるように、規制ブレード６の固定端の位置を調節した。規制ブレード６は現像ローラ５と同電位とした。
【００７８】
図５は上記現像装置７において、現像ローラ５と規制ブレード６とが当接する位置から現像ローラ５の回転方向下流側の現像ローラ５上のトナーを吸引し、現像ローラ５上のトナーコート量、及び同トナーコート中のトナーの帯電量を計測した結果である。同図中横軸は現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３の電位差を表す。現像ローラ５には−４００Ｖが印加されているため、横軸が−２００Ｖの時は、剥ぎ取り／供給ローラ１３には−６００Ｖが印加されていることを示す。又、同図中実線はトナーの帯電量を表し左側の縦軸に従い、点線はトナーコート量を表し右側の縦軸に従う。
【００７９】
尚、線圧の測定方法は、摩擦係数が既知で幅が１ｃｍの薄板を三枚重ねにして現像ローラ５と規制ブレード６との当接部に挿入し、中央の薄板のみをばね秤で引き抜き、そのときの引き抜き力と既知の摩擦係数とから算出し、線圧とした。
【００８０】
又、トナーの平均粒径は、重量平均粒径として、次のようにして測定したものである。トナーの平均粒径及び粒度分布は以下のように計測した。先ず、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型或いはコールターマルチサイザー（コールター社製）等を用い、個数分布，体積分布を出力するインターフェイス（日科機製）及びＰＣ９８０１パーソナルコンピュータ（ＮＥＣ製）を接続する。次に、電解液として１級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。上記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、例えばコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型によりアパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、２μｍ以上のトナーの体積、個数を測定して体積分布と個数分布とを算出した。そして、トナーの平均粒径として、体積分布から求めた重量基準の重量平均粒径を求めた。
【００８１】
又、トナーの帯電量は、次のように求めたものである。捕集具を用いて、現像ローラ５上に担持されているトナーを吸引して捕集する。捕集具には、メンブランフィルタが装着されており、吸引力２００ｍｍＨ2Ｏで吸引されたトナーは上記フィルタに捕集される。捕集具にはエレクトロメータ（ＫＥＩＴＨＫＥＹ社製    モデル６１７型）が接続されており、捕集したトナーの総帯電量を測定する。フィルタの重量増加を計測することで捕集したトナー重量を測定し、総帯電量を捕集重量で除算し、トナーの単位重量あたりの平均帯電量を算出し、トナーの帯電量とした。
【００８２】
図５から、電位差を負にすると帯電極性が負である負帯電性トナー（イエロートナー）が現像ローラ５に供給され、電位差を正にすると帯電極性が正極性である正帯電性トナー（ブラックトナー）が現像ローラ５に供給される。
【００８３】
一方、電位差が０であると混合現像剤Ｔは正負が凝集して、あたかも帯電量が極めて少ない粉体であるかのようになり、第１のトナー層Ｌ１と現像ローラ５との鏡映力が働かず、第１、第２のトナー層Ｌ１、Ｌ２の両方ともほぼ規制ブレード６で掻き落とされてしまうため、トナーコート量が極端に少なくなる。このような現象は、混合現像剤Ｔに特有のものであり、従来の単色現像剤を用いる現像装置からは得られない知見である。
【００８４】
電位差を負の小さい値（−２００Ｖ）にすると供給力が弱く、第１のトナー層Ｌ１として形成される負帯電性トナーＴｎの層が薄く、且つ、混色してしまい、現像ローラ５上で負帯電性のイエロートナーに若干正帯電性のブラックトナーが混色する。又、電位差を負に大きくし過ぎると負帯電性トナーＴｎのみならず、正帯電性トナーＴｐのうち帯電量が少ないもの若しくは若干負に帯電しているもの（反転トナーと呼ばれる。）が第１のトナー層Ｌ１に混入し始め、規制ブレード６を通過してしまい、現像ローラ５上で混色が発生する。電位差を正にした場合も正負両方のトナーＴｐ、Ｔｎの挙動が逆転して同様の現象が起こる。この結果を表にまとめると次のようになる。
【００８５】
【表１】
2004252420.tif 000004
【００８６】
表中、「乗り量」は、現像装置７として用いた時に必要な、現像部Ｇに送られるトナーコート量（０．４〜０．６ｍｇ／ｃｍ2）及び帯電量（絶対値で１５μＣ／ｇ以上）の観点から判断し、○はトナー量、帯電量共に十分の場合、×は不十分な場合を示す。又、表中、「混色」は、トナーコートを顕微鏡観察し、異なる色のトナー粒子数の比からトナーの混色比を求めた結果であり、○は粒子数比が９：１（一方のトナー種が９０％）以上である場合、×はそれ以下の場合を示す。一方のトナー種が９０％以上であれば色かぶり、濃度ムラ等は問題とならない。即ち、本明細書において、現像ローラ５上のトナーに関し、主に一方の帯電極性を有するトナー或いは実質的に一種類のトナーとは、一方の帯電極性のトナー或いは一の種類のトナーが、粒子数で９０％以上（１００％により近ければ近いほどよい。）であることをいう。
【００８７】
本例では負帯電性トナーＴｎを供給するときは電位差を−４００Ｖ（現像ローラ：−４００Ｖ、剥ぎ取り／供給ローラ：−８００Ｖ）とし、正帯帯電性トナーを供給するときは電位差を＋４００Ｖ（現像ローラ：−４００Ｖ、剥ぎ取り／供給ローラ：０Ｖ）とすることで２色とも混色が少なく帯電性も良好な結果が得られた。
【００８８】
上記のように２色とも混色が少なくなるためには、十分に帯電された多量のトナーによる第１のトナー層（単色層）Ｌ１と、弱い付着力で第１のトナー層Ｌ１上に形成される第２のトナー層（混合現像剤層）Ｌ２を形成し、規制ブレード６で第２のトナー層Ｌ２を掻き落とすことが重要である。
【００８９】
第１のトナー層Ｌ１における混色は、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との間の電位差を適正な値とすることで防止できる。この電位差は、剥ぎ取り／供給ローラ１３の抵抗値によって最適な値が異なる。剥ぎ取り／供給ローラ１３のスポンジ層１３Ｂの抵抗率としては、１０1Ωｃｍ〜１０8Ωｃｍのものを好適に用いることができ、そのときの最適な電位差の絶対値は１０〜１０００Ｖ程度である。
【００９０】
上述のように、この電位差が小さすぎると、単色分離能力が劣り、混色するうえにトナーコート量が減少する。又、この電位差が大き過ぎると反転トナー成分による混色を起こす。剥ぎ取り／供給ローラ１３の抵抗率が１０1Ωｃｍより小さいと現像ローラ５との当接部で局所的にリークを起こし、供給ムラ及び混色が発生する。又、抵抗率が１０8Ωｃｍより大きいと供給量が低下し、十分なトナーコート量を得ることができない。
【００９１】
更に、混色を防止する上で、規制ブレード６で第２のトナー層Ｌ２をほぼ全て掻き取ることが重要である。図６に、規制ブレード６の掻き取りについて説明する図を示した。同図中、半径Ｒの半円は現像ローラ５を示し、図中矢印の方向に回転する。つまり、Ｒは現像ローラ５の半径を表す。規制ブレード６の先端近傍に曲率半径ｒの曲げ部（変曲部）６Ａが設けられている。規制ブレード６と現像ローラ５の当接部（ニップ部）は点Ｂで表され、点Ｂから曲げ部６Ａの手前の点（始点）Ｃまでの線分ＢＣの長さ（ニップから端部の長さ：ＮＥ長）がｘである。点Ａは規制ブレード６の９０°の曲げが設けられたときの曲げ部６Ａの終点である。そして、点Ａから現像ローラ５への距離ｈを、規制ブレード６の取り込み高さと定義する。概略曲げ部６Ａから当接部Ｂまでで、現像ローラ５の表面の移動に伴い第１のトナー層Ｌ１の通過を許すと共に、第２のトナー層Ｌ２の通過を規制する層規制部を構成する。
【００９２】
現像ローラ５上の第１、第２のトナー層Ｌ１、Ｌ２は、規制ブレード６で規制されて、最外層から掻き落とされるが、図中どの高さまで掻き落とされるかは測定が困難であり、一意には言えない。本発明者の実験結果では、規制ブレード６での十分な分離性能を得るためには、少なくとも取り込み高さｈは５５０μｍ以下であることが必要であった。
【００９３】
図７は、図中のＮＥ長ｘ及び曲率半径ｒを数種類変えた規制ブレード６を用意し、本例の現像装置７に装着し、現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３の電位差を−４００Ｖとしたときのトナーコート量と、トナーコート中のトナーの帯電量の関係を示す。
【００９４】
図７から、トナーコート量が少ないと帯電量が多く、トナーコート量が多いと帯電量が少なくなり、規制ブレード６での規制を強めると現像ローラ５との鏡映力が強いトナーのみが通過できる様子が分かる。同図中、×の点は混色が発生している場合、○の点は異なる色の粒子数比が９：１（９０％）以上である場合、×の点はそれ以下の場合を表す。取り込み高さｈが小さくなるほどトナーコート量が減少し、大きくなるほどトナーコート量が増大した。
【００９５】
そして、トナーコート量が最も多く、且つ、混色が問題とならない時の取り込み高さｈは５５０μｍであった。取り込み高さｈを更に小さくすると混色は問題なくなるが、トナーコート量が減少し濃度薄が発生する。このため、トナーコート量は０．３〜０．６ｍｇ／ｃｍ2程度が好ましい。取り込み高さｈを０にしてもトナーコート量は０．３７ｍｇ／ｃｍ2であったため、取り込み高さｈは５５０μｍ以下であれば良い。よって、現像ローラ５の半径をＲ、曲げ部６Ａの曲率半径をｒ（０の場合を含む）、ＮＥ長をｘとした場合に、
【００９６】
【数３】
2004252420.tif 000005
【００９７】
であればよい。曲げ部６Ａの曲げ角度θは、９０°でなくともＲ＞１０ｒであれば０°から１３５°ではおおむね上記条件で良いことが確認された。又、曲げ角度θが１３５°以上のときは曲率半径ｒ＝０とすれば良い。
【００９８】
図８は、ＮＥ長ｘ＝０とし、曲率半径ｒを０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍと変化させ、且つ、現像ローラ５との当接線圧を変化させたときの混色の様子を示す。
【００９９】
尚、当接線圧の測定方法は上記同様であり、摩擦係数の既知で幅が１ｃｍの薄板を三枚重ねにして現像ローラ５と規制ブレード６との当接部に挿入し、中央の薄板のみをばね秤で引き抜き、そのときの引き抜き力と既知の摩擦係数とから算出し、線圧とした。
【０１００】
図８の結果は、次のようにして得た。現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との間の電位差を１０秒ごとに−４００Ｖと＋４００Ｖに切り替えて、１０時間連続して現像装置７の稼動を行った後、上記電位差を−４００Ｖ、０Ｖ、＋４００Ｖとしてそれぞれ場合で現像ローラ５の混色の様子を顕微鏡で観察した。同図中、×の点は混色が発生している場合、○の点は上記電位差が−４００Ｖの時に負帯電性トナーＴｎと正帯電性トナーＴｐの粒子数比が９：１（９０％）以上、且つ、上記電位差が＋４００Ｖの時に正帯電性トナーＴｐと負帯電性トナーＴｎの粒子数比が９：１（９０％）以上である場合、×の点はいずれかの電位差で粒子数比が９０％以下の場合を表す。又、同図中、□は上記電位差が０Ｖの時に現像ローラ５上にトナーの融着が観測される場合を表す。現像ローラ５にトナーが融着すると、現像性能の劣化や画像スジが発生するため好ましくない。
【０１０１】
図８から、規制ブレード６の先端の曲げ部６Ａの曲率半径ｒが０．５ｍｍ以下、且つ、規制ブレード６の当接線圧が５〜１００ｇｆ／ｃｍ（≒０．０４９〜０．９８Ｎ／ｃｍ）であれば、２色とも混色が問題とならず良好な分離性能が得られることが分かる。規制ブレード６の当接線圧が５ｇｆ／ｃｍより小さいと規制力が足りず混色する。又、規制ブレード６の当接線圧が１００ｇｆ／ｃｍより大きいと単色のみの供給では問題無いが、色を切り替えながら使用すると現像ローラ５にトナーが融着する。これは現像ローラ５にコートするトナーの色を変えるために−４００Ｖから＋４００Ｖに現像ローラ５と剥ぎ取り／供給ローラ１３との間の電位差を変える際に、一時的にトナーコート量が減少し、潤滑剤となっていたトナーが減少するために現像ローラ５と規制ブレード６との摩擦が増えてトナーが現像ローラ５に融着し易くなるためであると考えられる。
【０１０２】
このように、現像ローラ５の半径をＲ、単層規制手段としての規制ブレード６の曲げ部（変曲部）６Ａの曲率半径をｒ、現像ローラ５と規制ブレード６との当接部から上記曲げ部６Ａの手前までの距離であるＮＥ長をｘとした場合に、好ましくは、
【０１０３】
【数４】
2004252420.tif 000006
【０１０４】
とすることで、第２のトナー層（混合現像剤層）Ｌ２を掻き落とすことができ、混色を防止し、色分離能力を向上させることができる。
【０１０５】
又、単層規制手段としての規制ブレード６が曲げ部６Ａを有し、曲げ部６Ａ近傍で現像ローラ５と当接し、好ましくは、曲げ部６Ａの曲率半径ｒは０．５ｍｍ以下、且つ、規制ブレード６と現像ローラ５との当接圧が５ｇｆ／ｃｍ以上１００ｇｆ／ｃｍ以下とすることで、第２のトナー層（混合現像剤層）Ｌ２を掻き落とすことができ、混色を防止し、色分離能力を向上させ、且つ、色切り替えを連続して行った際に発生する現像ローラ５への現像剤融着を防止することができる。
【０１０６】
以上では、現像ローラ５に直流のバイアスが印加されている場合について例示したが、現像バイアス又は剥ぎ取り／供給ローラ１３に印加するバイアスに交流が重畳されていても、時間平均で両者に電位差が設けられていれば同様な効果がある。
【０１０７】
以上説明したように、本実施例によれば、１つの現像装置７で複数種類のトナーを選択的に現像に供することができると共に、形成画像上のかぶり、色にごり等の画像不良の発生を低減させ、且つ、装置設計の自由度の向上を可能とすることができる。これにより、フルカラー画像形成装置において、従来４つ必要であった現像装置７を２つに簡略化することが可能となる。
【０１０８】
以下、本発明の効果を更に明らかにするために、いくつかの比較例について説明する。
【０１０９】
（比較例１）
図１１（ａ）、（ｂ）に、比較例１として特許文献６に開示される構成を示す。
【０１１０】
図１１（ａ）、（ｂ）に示す現像装置５０は、正帯電性の非磁性一成分現像剤（正帯電性トナー）Ｔｐと負帯電性の非磁性一成分現像剤（負帯電性トナー）Ｔｎとが混合された混合現像剤Ｔを用いる。現像装置５０は、現像ローラ５１を有し、図中の矢印の方向に回転する。掻き取りブレード５３が現像ローラ５１に当接して配置されており、現像ローラ５１上の余剰トナーを掻き落とす。そして、現像ローラ５１にトナーを供給する供給ローラ５２、供給ローラ５２上のトナー量を規制すると共に供給ローラ５２上のトナーを摩擦帯電させる規制ブレード５４が設けられている。そして、現像ローラ５１と供給ローラ５２との間には電位差Ｖが設けられており、その値は１００〜１０００Ｖである。図１１（ａ）は現像ローラ５１と供給ローラ５２とが接触している場合、図１１（ｂ）は現像ローラ５１と供給ローラ５２とが非接触の場合を示している。
【０１１１】
図１１（ａ）の構成では、電位差によって一方の極性のトナーが現像ローラ５１に移動し、他方の極性のトナーが供給ローラ５２側に移動するが、トナーが移動できるスペースが極めて小さいためにスムーズに移動できず、完全な色分離ができないために現像ローラ５１上で混色が発生する。これにより濃度ムラ、色かぶりが発生してしまう。又、電位差の極性を切り替えた時にもやはりトナーが移動できるスペースが極めて小さいために現像ローラ５１上にコートされるトナーの色が切り替わるまで数周の回転を要し、実用的でない。
【０１１２】
図１１（ｂ）の構成では、供給ローラ５２から一方の極性のトナーのみ飛翔して現像ローラ５１に付着するため混色の問題は低減できる。しかし、供給ローラ５２に当接された規制ブレード５４のみによって供給ローラ５２上の混合現像剤を帯電させているため、帯電量の分布が広く、供給ローラ５２から飛翔するトナーは均一ではなく、現像ローラ５１上でムラになり易い。
【０１１３】
これらのことから、上記特許文献６では図１１（ｂ）の構成で、磁性現像剤と磁石を内包する供給ローラ５２を用いて交番電界下で該現像剤を供給ローラ５２から現像ローラ５１に均一に飛翔させる構成を推奨している。
【０１１４】
しかしながら、発色の高い磁性現像剤が現時点では得られておらず、フルカラーの色再現範囲が狭いという根本的な問題を有している。
【０１１５】
更に、図１１（ｂ）の構成では、混色を防止するために混合現像剤Ｔが現像ローラ５１に触れないようにする現像剤量を管理する必要があり、且つ、供給ローラ５２の近傍には十分な現像剤量を維持しなければ供給量が低下し、濃度薄の要因となってしまう。このため、現像ローラ５１は供給ローラ５２に対して重力方向の上方に配置する必要があり、且つ、供給ローラ５２が常に混合現像剤Ｔに漬かっているように現像剤量を調整する必要があり、装置が複雑になる上、設計上の自由度が少ないと言う問題がある。
【０１１６】
（比較例２）
図１２に、比較例２として特許文献３に開示される構成を示す。
【０１１７】
図１２に示す現像装置６０では、ホッパー６３には正帯電性の非磁性一成分現像剤（正帯電性トナー）Ｔｐと負帯電性の非磁性一成分現像剤（負帯電性トナー）Ｔｎとの混合現像剤Ｔが収納されている。ホッパー６３の下部開口には現像ローラ６１の上部表面が近接している。現像ローラ６１は芯金に導電性弾性ゴムを被覆したものである。現像ローラ６１の上部表面移動方向下流側のホッパー６３の側壁には、ドクター６２が設けられており、その先端は現像ローラ６１の表面に対し所定の間隔を設けて近接している。ドクター６２は導電性で、その摩擦帯電系列上の順位が、一方のトナーのものと同じか、又は両トナーのものの中間に位置している。そして、ドクター６２と現像ローラ６１との間に電位差Ｖが設けられている。電位差Ｖは、可変電源により、極性を正負両方に変えられるようになっている。ドクター６２はホッパー６３から現像ローラ６１の表面に供給される２色のトナー量を規制すると共に、２色のトナーに対する摩擦による帯電と電荷注入による帯電とを同時に行う。
【０１１８】
上記電位差Ｖを正の電位差にすると負帯電性トナーＴｎが現像ローラ６１に供給されるが、同時に正帯電性トナーＴｐの一部も電荷注入を受けて負に帯電してしまう。これにより、正帯電性トナーＴｐも負帯電性トナーＴｎと同時に現像に供されて、現像像に混色を起こしてしまう。又、正帯電性トナーＴｐもドクター６２をすり抜けて現像に供されるために、色かぶり、濃度ムラが発生する。
【０１１９】
（他の実施例）
上記実施例では、規制ブレード６の先端側に曲げ部６Ａがある場合について例示したが、その他のブレード形態でも同様の単層規制効果がある。図９に、規制ブレード６の他の形態を示す。尚、図９においては、剥ぎ取り／供給ローラ１３、現像容器８等を省略してあり、規制ブレード６と現像ローラ５の周辺のみを図示してある。
【０１２０】
図９（ａ）は、先端に曲げ部６Ａが無い板状の規制ブレード（板状ブレード）２９で現像ローラ５上のトナーを掻き落とす構成である。板状ブレード２９の取り込み高さｈは、曲率半径ｒ＝０とした場合の上記条件（式（１））で単層規制を行うことができる。簡便な構成で単色分離効果が得られるが、板状ブレード２９の先端と現像ローラ５とが当接すると現像ローラ５に傷がつき、スジ画像が発生する場合があるので、板状ブレード２９を剛体にする場合は、上記ＮＥ長ｘについて、ｘ＞０の領域で使用するか、若しくはウレタン、シリコーン等の弾性体のブレードを用いることが好ましい。
【０１２１】
図９（ｂ）は、板状ブレード２９の短所を補う構成であり、金属板ブレード３０Ａの先端の少なくとも現像ローラ５の表面側にウレタン、シリコーン等の弾性体からなるチップ部材３０Ｂが接着又は一体成形されている規制ブレード（チップブレード）３０である。このチップブレード構成であればＮＥ長ｘ＝０としてもスジ画像が発生せず、高い単色分離効果を得ることができる。更に、金属板ブレード３０Ａ（板部材）のヤング率が高いために、弾性体のみのブレードと比較して当接圧を高めることができて、当接圧の設定の自由度が高い。
【０１２２】
図９（ｃ）は、規制ブレード（図示の例ではチップブレード３０）の固定端が当接部より現像ローラ５の回転方向上流側にある構成である。上記図９（ｂ）の構成と比較して混合現像剤層の掻き取り部をよりコンパクトにできる長所があるが、現像ローラ５の曲率半径が大きい場合には掻き落とした混合現像剤Ｔが滞留し易いため、現像ローラ５の曲率半径が小さい場合に好適な単層規制方法である。
【０１２３】
図９（ｄ）は、上記図９（ｃ）の欠点を補う構成であり、四角柱状の規制部材３１Ｂが弾性体としてバネ３１Ａによって現像ローラ５に押圧されて規制手段３１を構成する。単層規制部が比較的コンパクトにでき、且つ、掻き落とした混合現像剤Ｔが現像ローラ５の径によらず滞留し難いという長所がある。
【０１２４】
又、本発明は、現像装置が単体若しくは他の部材と一体で画像形成装置本体に対して着脱可能なカートリッジとされている場合にも等しく適用可能である。この場合、カートリッジは画像形成装置本体に設けられた装着手段を介して、画像形成装置本体に対して取り外し可能に装着される。
【０１２５】
例えば、図１０は、電子写真感光体１と、この電子写真感光体１に作用するプロセス手段としての現像手段７、帯電手段２及びクリーニング手段１０とが枠体２５によって一体的に構成され、画像形成装置本体に着脱可能とされたプロセスカートリッジ２６を示す。プロセスカートリッジ２６は、画像形成装置本体に設けられた装着ガイド、位置決め手段等の装着手段２７を介して、画像形成装置本体に対して取り外し可能に装着される。プロセスカートリッジ方式によれば、例えば、トナーが消耗したとき、感光ドラム１が寿命となったとき、或いはクリーナ容器１４中の廃トナー１６がいっぱいになったとき等に、装置のメンテナンスをサービスマンによらずに、ユーザー自身で行うことができるので、格段に操作性を向上させることができる。
【０１２６】
プロセスカートリッジ２６が正常に装置本体に装着されると、装置本体に設けられた駆動手段と、感光ドラム１に駆動を伝達するギア等とされる駆動伝達手段とが連結され、感光ドラム１は駆動可能な状態となる。更にこの駆動は、現像ローラ５、剥ぎ取り／供給ローラ１３、撹拌部材１５に伝達される。又、プロセスカートリッジ２６が装置本体に装着されると、現像ローラ５、剥ぎ取り／供給ローラ１３への給電接点部として、装置本体側に設けられた装置本体側現像バイアス接点１１Ａ、装置本体側供給バイアス接点１２Ａが、それぞれプロセスカートリッジ２６側に設けられたカートリッジ側現像バイアス接点１１Ｂ、カートリッジ側供給バイアス接点１２Ｂと電気的に接続される。これにより、これら接点部を介して、装置本体に設けられた現像バイアス電源１１、供給バイアス電源１２から、それぞれ現像ローラ５、剥ぎ取り／供給ローラ１３にバイアスを印加することが可能となる。
【０１２７】
プロセスカートリッジ２６は、図示の態様に制限されず、クリーニング手段１０、帯電手段２のいずれか一方若しくは両方が設けられていなくても良い。つまり、プロセスカートリッジは、電子写真感光体と、電子写真感光体に作用するプロセス手段としての帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち少なくとも１つを一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを装置本体に対して着脱可能としたものであるが、本発明は、少なくとも電子写真感光体と、現像剤を収容する現像容器、現像容器内の現像剤を被現像対象へと搬送する現像剤担持体、多層形成手段、単層規制手段を有する現像手段と、を一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを装置本体に対して着脱可能としたものであれば、好適に適用できる。
【０１２８】
現像装置が単体で画像形成装置本体に対して着脱可能なカートリッジ（現像カートリッジ）は、図１０に示すプロセスカートリッジから、電子写真感光体１、帯電手段２、クリーニング手段１０を省いたものに相当する。
【０１２９】
このように、現像装置がカートリッジ（現像カートリッジ、プロセスカートリッジ）として画像形成装置本体から着脱可能とされている場合、本発明によれば、１つの現像装置で従来の２色分の現像装置を交換できるため、メンテナンスの簡略化が可能となる。
【０１３０】
又、上記実施例では、画像形成装置は、像担持体から現像剤像が転写される被転写体として中間転写体を有するとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、上記中間転写体の代わりに、記録紙等の記録材を担持して像担持体との対向部に繰り返し記録材を搬送し、その記録材上に逐次に複数種類の現像剤から成る現像剤像を転写させるための記録材担持体を有するものにも等しく適用可能である。更に、本発明は、単一の像担持体に対して単一若しくは複数の本発明に従う現像装置を設け、これにより像担持体上に複数色の現像剤像を逐次に形成し、これを中間転写体或いは記録材担持体上の記録材に順次転写して合成画像を得る画像形成装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略断面図である。
【図２】本発明に係る現像装置の一実施例の概略断面図である。
【図３】図２の現像装置における現像ローラ、剥ぎ取り／供給ローラ及び規制ブレード近傍を拡大して示す模式図である。
【図４】図１の画像形成装置の制御態様を説明するための概略制御ブロック図である。
【図５】現像ローラ−剥ぎ取り／供給ローラ間電位差と、トナーコート量及びトナーコート中のトナーの帯電量との関係を示すグラフ図である。
【図６】規制ブレードの掻き取りについて説明するための説明図である。
【図７】トナーコート量とトナーコート中のトナーの帯電量との関係を示すグラフ図である。
【図８】規制ブレードの当接圧と規制ブレードの先端の曲率半径との関係を示すグラフ図である。
【図９】トナー量規制手段の他の実施例を説明するための模式図である。
【図１０】本発明に係るプロセスカートリッジの一実施例の概略断面図である。
【図１１】従来の現像装置の一例の概略断面図である。
【図１２】従来の現像装置の他の例の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１          感光ドラム（電子写真感光体、像担持体）
２          帯電ローラ（帯電手段）
４          レーザースキャナ（露光手段）
５          現像ローラ（現像剤担持体）
６          規制ブレード（第２の分離手段、単層規制手段、層規制手段）
７          現像装置（現像手段）
８          現像容器
９          一次転写ローラ（一次転写手段）
１０        クリーニングブレード（クリーニング手段）
１１        供給バイアス電源（電圧印加手段）
１２        現像バイアス電源（電圧印加手段）
１３        剥ぎ取り／供給ローラ（第１の分離手段、多層形成手段）
１５        攪拌部材
１７        中間転写ベルト（中間転写体）
１９        コロナ帯電部（トナー帯電手段、二次転写手段）
Ｔｎ        負帯電性トナー
Ｔｐ        正帯電性トナー
Ｔ          混合現像剤
Ｐ          記録材
【図１】
2004252420.tif 000008
【図２】
2004252420.tif 000009
【図３】
2004252420.tif 000010
【図４】
2004252420.tif 000011
【図５】
2004252420.tif 000012
【図６】
2004252420.tif 000013
【図７】
2004252420.tif 000014
【図８】
2004252420.tif 000015
【図９】
2004252420.tif 000016
【図１０】
2004252420.tif 000017
【図１１】
2004252420.tif 000018
【図１２】
2004252420.tif 000019