(57)【要約】【課題】  現像装置でトナーが受ける機械的ストレスを低減させ、トナーの均一な帯電及び現像剤担持体上に均一な薄層を形成して画像品質を向上させる。【解決手段】  ホッパ１２４内に収納したトナーＴを供給ローラ１２３により静電搬送部材１２２に供給する。静電搬送部材１２２の静電アクチュエータの作用によりトナーを搬送しながら帯電させ、現像ローラ１２１にトナーを供給する。現像ローラ１２１では電界の作用によりトナー薄層が形成される。ドクターブレード等の層厚規制部材を用いずにトナーを帯電させ、かつトナー薄層を形成するので、トナーに与える機械的なストレスを低減させる。【選択図】  図２
2004280068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体上の潜像に現像装置から現像剤を供給して潜像を現像し画像を形成する画像形成方法において、
現像装置の現像剤担持体と現像剤搬送部材との間の現像剤供給領域に電界を形成して前記現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成し、
該現像剤担持体上に形成した現像剤の薄層を前記潜像担持体と対向する現像領域に搬送して前記潜像を現像することを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
請求項１の画像形成方法において、
前記現像剤担持体上に形成した現像剤の薄層を前記潜像担持体に接触させて前記潜像を現像することを特徴とする画像形成方法。
【請求項３】
請求項１の画像形成方法において、
前記現像領域に交番電界を形成して現像剤担持体上の現像剤の薄層を前記潜像担持体に非接触で供給して前記潜像を現像することを特徴とする画像形成方法。
【請求項４】
請求項１、２または３の画像形成方法において、
現像剤搬送部材が静電作用により現像剤を搬送して現像剤担持体に供給することを特徴とする画像形成方法。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の画像形成方法において、
前記現像剤搬送部材により現像剤が搬送される際の搬送部材と現像剤との摩擦により現像剤を帯電させることを特徴とする画像形成方法。
【請求項６】
請求項５の画像形成方法において、
前記現像剤搬送部材表面にシリコン系樹脂からなる保護層を設けたことを特徴とする画像形成方法。
【請求項７】
請求項４の画像形成方法において、
前記現像剤担持体の表面移動速度Ｖｄと前記現像剤搬送部材上の現像剤搬送速度Ｖｓとが｜Ｖｓ｜＞｜Ｖｄ｜の関係を満たすことを特徴とする画像形成方法。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成方法において、
現像剤担持体と現像剤搬送部材を非接触とし、両者間に交番電界を形成することを特徴とする画像形成方法。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８の画像形成方法において、
現像剤収納部から粉体ポンプにより現像剤を現像剤搬送部材へ供給することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成方法において、
、前記現像剤担持体の表面移動方向に関して、現像領域より下流で前記現像剤供給領域よりも上流に、前記現像剤担持体上のトナーを回収する回収手段を設けたことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の画像形成方法において、
前記現像剤担持体の表面移動方向に関して、前記現像領域より下流で前記トナー供給領域よりも上流に、前記現像剤担持体の現像剤の帯電量を変化させる現像剤帯電量変更手段を設けたことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成方法において、前記現像剤担持体上の表面移動方向に関して、前記現像領域より下流で前記現像剤供給領域よりも上流に、前記現像剤担持体上の現像剤に電圧を印加する導電性部材を設けたことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１３】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の画像形成方法において、
前記現像剤として球形トナーを使用することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１４】
請求項１３の画像形成方法において、
上記トナーとして円形度が０．９６よりも大きいトナーを使用することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１５】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４の画像形成方法において、
前記現像領域において前記現像剤担持体の表面移動方向と前記潜像担持体の表面移動方向とが順方向であり、前記現像剤搬送部材の電極ピッチＰと、前記現像剤搬送部材上のトナー搬送速度Ｖｓと、前記現像剤担持体の表面移動速度Ｖｄと、前記潜像担持体の表面移動速度Ｖｐとが、Ｐ／（（Ｖｄ／Ｖｐ）＊（Ｖｓ／Ｖｄ））＜２０μｍの関係を満たすことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１６】
潜像担持体上の潜像に現像装置から現像剤を供給して潜像を現像し画像を形成する画像形成方法を用いて画像形成を行う画像形成装置において、
前記画像形成方法として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５の画像形成方法を用いて画像形成を行う画像形成装置。
【請求項１７】
請求項１６の画像形成装置において、
前記潜像担持体と、前記現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】
潜像担持体と、少なくとも該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置とを一体化して画像形成装置に対して着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、請求項１６の画像形成装置に対して着脱可能に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した画像形成装置及び画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を利用した画像形成装置、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、少なくともトナーを含有した乾式現像剤を用いる現像装置は周知である。従来の現像装置では、現像装置内で攪拌された現像剤を、現像ローラや現像スリーブ等の現像剤担持体の表面に担持し、薄層化ブレード等の薄層化部材によって均一に薄層化した後、静電潜像担持体である感光体に対向する現像領域まで搬送して、該感光体上の潜像を現像している。また、現像終了後、感光体に転移されなかったトナーは現像装置内に戻り、攪拌・帯電されて再び現像領域に搬送される。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されている現像装置では、現像剤担持体としての現像スリーブ１１０にトナーを供給する部材として現像剤供給ローラ１２０を備え、また、薄層化部材として現像剤規制ローラ１３０を備えている（特許文献、図２参照）。このような構成においては、現像スリーブ１１０と規制ローラ１３０との当接部に現像剤を通過させることで、現像スリーブ１１０上のトナーを薄層化している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４８９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの現像装置では、薄層化ブレードや現像剤規制ローラ等の薄層化部材によってトナーは多大な機械的ストレスをうける。一般的に、トナーは母体樹脂の周りに流動性を付与するための無機物の外添剤を付着させており、上記機械的ストレスにより外添剤が母体樹脂に埋没してしまう。これによりトナーの流動性が低下して凝集することで、トナー帯電量が低下し、地汚れ、供給不良などの悪影響があらわれてくる。また、トナーの劣化が進みやすく、画像品質の経時安定化が困難である。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤中のトナーにかかる機械的ストレスを少なくすることができ、高品位な現像を長期に渡って安定しておこなうことができる画像形成方法および画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体上の潜像に現像装置から現像剤を供給して潜像を現像し画像を形成する画像形成方法において、現像装置の現像剤担持体と現像剤搬送部材との間の現像剤供給領域に電界を形成して前記現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成し、該現像剤担持体上に形成した現像剤の薄層を前記潜像担持体と対向する現像領域に搬送して前記潜像を現像することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成方法において、前記現像剤担持体上に形成した現像剤の薄層を前記潜像担持体に接触させて前記潜像を現像することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の画像形成方法において、前記現像領域に交番電界を形成して現像剤担持体上の現像剤の薄層を前記潜像担持体に非接触で供給して前記潜像を現像することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の画像形成方法において、現像剤搬送部材が静電作用により現像剤を搬送して現像剤担持体に供給することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成方法において、前記現像剤搬送部材により現像剤が搬送される際の搬送部材と現像剤との摩擦により現像剤を帯電させることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の画像形成方法において、前記現像剤搬送部材表面にシリコン系樹脂からなる保護層を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項４の画像形成方法において、前記現像剤担持体の表面移動速度Ｖｄと前記現像剤搬送部材上の現像剤搬送速度Ｖｓとが｜Ｖｓ｜＞｜Ｖｄ｜の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成方法において、現像剤担持体と現像剤搬送部材を非接触とし、両者間に交番電界を形成することを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７または８の画像形成方法において、現像剤収納部から粉体ポンプにより現像剤を現像剤搬送部材へ供給することを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成方法において、、前記現像剤担持体の表面移動方向に関して、現像領域より下流で前記現像剤供給領域よりも上流に、前記現像剤担持体上のトナーを回収する回収手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の画像形成方法において、前記現像剤担持体の表面移動方向に関して、前記現像領域より下流で前記トナー供給領域よりも上流に、前記現像剤担持体の現像剤の帯電量を変化させる現像剤帯電量変更手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成方法において、前記現像剤担持体上の表面移動方向に関して、前記現像領域より下流で前記現像剤供給領域よりも上流に、前記現像剤担持体上の現像剤に電圧を印加する導電性部材を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の画像形成方法において、前記現像剤として球形トナーを使用することを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項１３の画像形成方法において、上記トナーとして円形度が０．９６よりも大きいトナーを使用することを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４の画像形成方法において、前記現像領域において前記現像剤担持体の表面移動方向と前記潜像担持体の表面移動方向とが順方向であり、前記現像剤搬送部材の電極ピッチＰと、前記現像剤搬送部材上のトナー搬送速度Ｖｓと、前記現像剤担持体の表面移動速度Ｖｄと、前記潜像担持体の表面移動速度Ｖｐとが、Ｐ／（（Ｖｄ／Ｖｐ）＊（Ｖｓ／Ｖｄ））＜２０μｍの関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、潜像担持体上の潜像に現像装置から現像剤を供給して潜像を現像し画像を形成する画像形成方法を用いて画像形成を行う画像形成装置において、前記画像形成方法として、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４または１５の画像形成方法を用いて画像形成を行う画像形成装置。
また、請求項１７の発明は、請求項１６の画像形成装置において、前記潜像担持体と、前記現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１８の発明は、潜像担持体と、少なくとも該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置とを一体化して画像形成装置に対して着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、請求項１６の画像形成装置に対して着脱可能に構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１乃至１８の発明によれば、現像装置の現像剤担持体と現像剤搬送部材との間に電界を形成している。これにより、帯電したトナーが電界により現像搬送部材と現像剤担持体との供給ギャップを飛翔して現像剤担持体上にトナーの薄層を均一に形成することができる。よって、従来の薄層化部材によるトナーの薄層形成に較べ、トナーに与える機械的なストレスを低減することができる。その結果、トナーの外添剤が母体樹脂に埋没してしまうことがなく、トナーの流動性が低下して凝集することがない。よって、経時でトナー帯電量が低下することがなく、画像品質の経時安定化が得られるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例である電子写真複写機の概略構成図である。本発明の実施形態として、以下に説明する。まず、図１を参照して、複写機全体の構成と動作について簡単に説明する。
【００１０】
図１において、複写機本体のほぼ中央部には作像部１が位置している。複写機の右側面には、給紙カセット２１、２２及び給紙トレイ２３を有する給紙部２が設けられている。また、装置上部には原稿読取部３が設けられている。
【００１１】
原稿読取部３では、コンタクトガラス３１上の原稿画像が光源により照明され、走査光学系によって原稿の読み取り走査が行われる。読み取られた原稿の画像情報は所定の画像処理部においてデジタル化され画像処理され、その画像処理された信号に基づいて光書き込み装置１０が駆動される。
【００１２】
作像部１では、潜像担持体の一例である感光体ドラム１１（例えば有機感光体：ＯＰＣ）の周囲に、帯電器、現像装置、転写装置、クリーニング装置、除電器等が配設されている。図において感光体ドラム１１の右側にある現像装置１２については後に詳述する。本例では、帯電器２と現像装置１２の間が露光位置となっており、光書き込み装置１０からの書き込み光が感光体ドラム１１に照射される。
【００１３】
感光体ドラム１１の表面は帯電器によって所定の電位に均一に帯電される。その感光体ドラム１１の帯電面は書き込み光によって露光され静電潜像が形成される。そして、現像装置１２からトナーが付与されてトナー像が形成される。そのトナー像は転写装置によって、給紙部２から給送された記録紙上に転写される。さらに、トナー像が転写された記録紙は定着装置１３へ送られ、トナー像が記録紙上に定着された後、図において装置左側面の排紙部へ排出される。また、感光体ドラム１１上に残留したトナーはクリーニング装置により除去され、さらに感光体ドラム１１上の残留電化が除電器によって消去され、感光体ドラム１１は初期状態に戻される。
【００１４】
感光体ドラム１１は、実施例ではアルミ等の素管に感光性を有する無機又は有機感光体を塗布し、感光層を形成したものを用いているが、厚みの比較的薄いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ニッケル等に感光層を形成したベルト状感光体を使用することも可能である。また、本例では感光体帯電極性を負極性としているが、トナーの帯電極性等との関係を考慮し必要に応じて正極性としてもよい。なお、本実施例では、感光体ドラム１１の直径は５０ｍｍであり、線速２００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動している。
【００１５】
現像装置は、現像ローラを感光体ドラムに対して接触させる接触現像と、間隙をあけて対向させる非接触現像のいずれかを採用する。非接触現像では、高画質化のため現像領域に交番電界を形成しているものが多く、この交番電界の作用により現像ローラ上の薄層ムラは画像上で目立たなくすることができる。一方、接触現像では、直流電界でも潜像に対して忠実な現像が行えるため直流電界のみを使用するものが多い。以下に接触現像を行う実施例１について説明する。
【００１６】
［実施例１］
図２に示すように、現像装置１２は、現像ローラ１２１、静電搬送部材１２２、供給ローラ１２３等を備えている。ホッパ１２４内にはトナーＴが充填されており、トナーを攪拌するとともに供給ローラ１２３方向へトナーを送るアジテータ１２５が設けられている。ホッパ１２４内には静電搬送部材１２２の一方側の端部が挿入されている。その静電搬送部材１２２の端部付近の上面に接するように供給ローラ１２３が配置されており、供給ローラ１２３の回転によりトナーが静電搬送部材１２２に供給される。そのトナーは後述する静電搬送のメカニズムにより現像ローラ１２１へ向けて搬送され、静電搬送部材１２２の反対側の端部から現像ローラ１２１へ供給される。トナーは、電界の働きによって静電搬送部材１２２上を搬送されるときに摩擦によって帯電し（本例では負極性）、その帯電したトナーが電界の作用によって現像ローラ１２１上で薄層を形成する。したがって、本例においてはドクターブレードや規制ローラ等の層厚規制部材は必要ではなく設けられていない。なお、トナーは一成分非磁性トナーを使用している。
【００１７】
供給ローラ１２３は発泡ポリウレタン等の材料で形成され、実施例１では直径１４ｍｍ、硬度はＪＩＳ  Ａ  で２０°で、当接の喰い込み量は０．３ｍｍである。従来の１成分現像装置で用いられるトナー（現像剤）供給ローラは現像ローラに対して１ｍｍ程度の喰い込み量である。従来の装置ではトナー供給ローラはトナーを帯電させる機能を果たしているが、本例においては供給ローラ１２３がトナーを帯電させる機能はほとんど必要ではなく、ここでの帯電量はほんの少し、数値にして−１μＣ／ｇ程度で良い。
【００１８】
平板状に形成された静電搬送部材１２２は、基体上に、絶縁体からなる固定子１６５とこれに埋め込まれた複数の電極１６４とからなる静電アクチュエータ部材を有している（図３参照）。上記複数の電極（以下、駆動電極という）１６４は、図２及び図３において図面と垂直な方向に細長い帯状をしており、隣合う電極同士が、互いに異なる第１〜第３の電極端子１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃのいずれかに接続されて、３つの駆動電極群を形成している。そして、これらの電極端子１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃに後述するように電圧を印加することにより、トナーの電荷と固定子の電荷の相互作用で駆動力を発生させてトナーを搬送する。
【００１９】
図３を用いて静電搬送部材１２２における静電アクチュエータ部材によるトナー搬送の動作原理について説明する。なお、図３では、搬送方向は右方向であり、図２では左方向である。また、本実施例では上述したようにトナー帯電極性はマイナスであるが、図３の動作原理ではトナー帯電極性を正極性（プラス）として説明している。
【００２０】
図３（ａ）のように、いずれの電極端子１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃにも電圧をかけていない状態では、駆動電極１６４には電荷は存在しない。一方、トナーは供給ローラ１２３によって僅かに帯電されているが、固定子側には電荷がないので駆動電極１６４によっては何ら支配されず、トナーの搬送は行われない状態である。このとき、トナーは静電搬送部材１２２上に浮遊もしくは何らかの力によって固定子上に付着している。
【００２１】
この状態から、図３（ｂ）に示すように、第１電極端子１６４ａに正電圧、第２電極端子１６４ｂに負電圧、第３電極端子１６４ｃに０Ｖを印加する。すると、トナーは、その帯電極性と逆の極性の電圧が印加されている駆動電極に引きつけられる。つまり、−Ｖが印加されている駆動電極１６４上の静電搬送部材表面に＋トナーが付着する。このとき、トナーと同極性である＋Ｖの電圧が印加されている駆動電極１６４及び印加電圧をかけない駆動電極１６４上にはトナーが引き付けられることはない。
【００２２】
次に、各印加電圧を図３（ｃ）のように、付着しているトナーの下方にある第２駆動電極群にトナーと同極性である＋Ｖを、該第２駆動電極のトナー搬送方向（この例では右側）隣りである第３電極群にトナーと逆極性である−Ｖを、そして、該第２駆動電極のトナー搬送方向とは逆隣りである第１駆動電極群にトナーと同極性である＋Ｖを印加するように切り替える。これにより、トナーの電荷とその直下の駆動電極の電荷とが同極性となるために、反発力が発生してトナーに対し浮上力が発生し、トナー搬送方向の第３の駆動電極群は０から−Ｖと変化してトナーと逆極性になっているので、該第３駆動電極群の電荷はその左上のトナーを吸引する。また、トナー搬送方向と逆の第１駆動電極群の電荷はトナーと同極性になっているので、その右上のトナーを反発して、トナーには右方向の駆動力が発生する。浮上力によりトナーと静電搬送部材１２２表面との摩擦が減少し、電荷による駆動力によりトナーは駆動電極１ピッチ程度移動する。
【００２３】
次に、このトナーの反発と駆動を行うパターンの電圧（図３（ｃ）、図３（ｄ））を、１つずらす為に、図３（ｅ）及び（ｆ）のように各印加電圧を切り替える。以降、同様にして、駆動電極を１つずつずらしながら印加することにより、トナーを続けて動かす。なお、例えば図３（ｃ）で、第３の駆動電極群への印加電圧を正にし、且つ、第１の駆動電極群を負にすれば逆方向に駆動できる。
【００２４】
実施例１の構成において、トナーホッパー１２４内のトナーはアジテータ１２５によって供給ローラ１２３へ供給された後、供給ローラ１２３によって静電搬送部材１２２に供給され、静電搬送部材１２２によって搬送されながら（トナーが電界で動くときの摩擦によって）帯電し、現像ローラ１２１表面に供給される。現像ローラ１２１（現像剤担持体）と静電搬送部材１２２（現像剤搬送部材）との間には電界が形成されており、静電搬送部材１２２から現像ローラ１２１へのトナー供給は電界の作用によって行われる。本例では非接触で供給が行われるものとする。供給ギャップ（図２参照）は０．１〜０．６ｍｍが適当で、それより狭いと接触供給となる。また、供給ギャップが０．６ｍｍを超えると、供給電位差が１ｋＶを超えることとなり、放電等の可能性がでてくる。そうなると電界が形成できないので、所望の量のトナーを供給することができなくなってしまう。なお、現像ローラ１２１に交番電圧を印加して、現像ローラ１２１と静電搬送部材１２２の間に交番電界を形成するようにしても良い。交番電界を形成することで確実に現像ローラに所望の量のトナーを供給することができる。
【００２５】
実施例１においては、静電搬送部材１２２の表面はトナーを負極性（−）に帯電させる材料、例えば、シリコーン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂やゴムなどで構成されている。この静電搬送部材１２２によって搬送されながらトナーは帯電するが、その際、図４に示すように、搬送距離によってトナー帯電量が増加する。そして、所定の距離を移動して静電搬送部材１２２の端部に達したトナーは現像ローラ１２１に供給される。
【００２６】
現像ローラ１２１に供給されて担持されたトナーは、現像ローラ１２１の回転により感光体ドラム１１と現像ローラ１２１が対向する現像領域に搬送され、感光体ドラム１１上の静電潜像に付与されて潜像を可視化する。感光体ドラムに付着しなかったトナーは再び現像装置１２内に戻る。なお、本実施例では、現像ローラ１２１表面上のトナー層を感光体ドラム１１の表面に接触させながら現像を行う接触現像である。
【００２７】
このように、実施例１においては、帯電したトナーが電界の作用によって現像ローラ１２１上で均一な薄層を形成するので、従来の現像装置における薄層化部材のような機械的なストレスを受けることがない。よって、トナーの外添剤が母体樹脂に埋没してしまうことがなく、トナーの流動性が低下して凝集することがない。その結果、経時でトナー凝集による帯電量低下に伴う地汚れ等の画像品質の劣化が長期に渡り抑制することができる。
【００２８】
また、従来の現像ローラ上のトナーは、供給ローラと現像スリーブとが接触するニップ内でスリーブ表面に擦りつけられて摩擦帯電されている。このような摩擦帯電によりトナーは大きな機械的ストレスを受けるようになり、トナーの外添剤が母体樹脂に埋没してしまいトナーの流動性が低下して凝集する。その結果、経時でトナー凝集による帯電量低下して地汚れ等の画像品質の劣化やトナーの供給不良等の悪影響が現れる。しかし、実施例１においては、現像装置内でトナーは電界の働きによって静電搬送部材１２２上を搬送されるときに静電搬送部材との摩擦によって帯電されている。よって、従来の現像装置のようにトナーの摩擦帯電時に機械的なストレスを受けることがなく、トナーの流動性低下を防止することができる。よって、トナー凝集による帯電量低下に伴う地汚れやトナーの供給不良等を防ぐことができる。また、静電搬送部材１２２上を搬送されながらトナーが帯電されることにより、全てのトナーを均一に帯電させることができる。よって、電界の作用のみで現像ローラへ薄層を形成する場合でも、均一にトナーを現像ローラ上で薄層化することができ、高画質を得ることができる。
【００２９】
また、静電搬送部材１２２と現像ローラ１２１が非接触であるため、両者の機械的な劣化を低減させることができ、長寿命化を図ることができる。
【００３０】
ところで、実施例１の画像形成装置では、潜像担持体としてアルミ素管をベースとした剛体の感光体ドラムを用いているので、現像ローラ１２１としてはゴム材料が好適であり、その硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ  Ａ）の範囲が良好である。また、現像ローラ１２１の直径は１０〜３０ｍｍが好適である。本実施例では１６ｍｍ径の現像ローラを用いた。また、現像ローラ１２１の表面は適宜な方法により、Ｒｚ（十点平均粗さ）１〜４μｍにあらしてある。この表面粗さＲｚの範囲は、トナー：Ｔの体積平均粒径の１３〜８０％となり、現像ローラ１２１の表面に埋没することなくトナーが搬送される範囲である。現像ローラ１２１のゴム材料として使用できるものとしては、シリコーン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。
【００３１】
なお、いわゆるベルト感光体を使用した場合には現像ローラの硬度は低くする必要がないので、金属ローラ等も使用可能である。また、上記現像ローラ１２１の表面には、経時品質を安定化させるために適宜コ−ト材料を被覆することが有好である。また、本発明における現像ローラ（現像剤担持体）の機能はトナー（現像剤）を担持するためだけのものであり、従来の一成分現像装置のようにトナーと現像ローラとの摩擦帯電によるトナーへの帯電電荷付与の必要がないため、現像ローラ１２１は電気抵抗、表面性、硬度と寸法精度を満たせば良く、材料の選択幅は格段に広がることとなる。また、従来の二成分現像装置のように磁石ローラを内蔵させる必要もなく、現像ローラ構成を簡単なものとすることができる。
【００３２】
そして、現像ローラ１２１の表面をコートする材料はトナーと逆極性に帯電するものが良い。コート材としては、シリコーン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂や、ゴムを含有する材料を挙げることができる。これに導電性を持たせるために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。さらに、均一に現像ローラにコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めて現像ローラ１２１の体積抵抗率を設定するもので、１０３〜１０８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施例で使用する現像ローラベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、現像ローラ表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。
【００３３】
上記現像ローラ１２１の表面部の体積抵抗率の測定方法について図５を参照して説明する。まず、測定対象の現像ローラ１２１を、接地された導電性のベース板３００上にセットし、現像ローラ１２１の芯金（回転軸）１２１ａの両端にそれぞれにＦ＝４．９Ｎ（＝５００ｇｆ）の荷重をかけ、全体でＦ＝９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の荷重をかける。これにより、同図（ｂ）に示すようにベース板３００との間にニップＷを形成する。現像ローラ１２１の芯金１２１ａには、電流計３０１を介して直流電源３０２を接続する。そして、直流電圧Ｖ（＝１Ｖ）を印加し、そのときの電流値Ｉ［Ａ］を読み取る。この印加電圧値Ｖ［Ｖ］及び電流値Ｉ［Ａ］の測定値と、各種寸法Ｌ１［ｃｍ］、Ｌ２［ｃｍ］及びＷ［ｃｍ］の測定値とを用いて、次式により現像ローラ１２１の弾性層１２１ｂの体積抵抗率：ρｖを求める。
【００３４】
【数１】
2004280068.tif 000003
【００３５】
また、上記現像ローラ１２１のコ−ト層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、５０μｍを超えるとコート層の硬度とベース層の硬度差が大きい場合で応力が発生した時にひび割れ等の不具合が生じやすくなる。また５μｍを下回ると表面磨耗が進んだときにベース層の露出が発生してトナーが付着しやすくなる。
【００３６】
現像剤としてのトナーは、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μｍの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。トナーは更に場合によってはワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものを使用することもできる。
【００３７】
トナーの体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施例で用いたトナー：Ｔの体積平均粒径は７μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
【００３８】
また、実施例１では、帯電極性が負極性のトナーを使用しているが、感光体の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【００３９】
［実施例２］
次に、現像ローラ１２１と感光体ドラム１１とが現像ローラ上のトナー層の厚みよりも大きな間隔をおいて対向し、非接触現像を行う実施例２について説明する。
【００４０】
図６は実施例２を示す現像装置付近の概略構成図である。この図に示すように、本実施例においては、現像装置１２Ｂに粉体ポンプ４０が付設されており、この粉体ポンプ４０によって現像装置とは別個に設けられたトナーカートリッジ５０内に収納されたトナー：Ｔが現像装置１２Ｂ内に補給される。トナーカートリッジ５０内のトナーはエアーポンプ５１からのエアーによって流動化され、粉体ポンプ４０の吸引圧によってトナー搬送チューブ５２を通って現像装置１２Ｂに供給される。なお、本実施例では球形トナーを用いている。
【００４１】
現像装置１２Ｂは、図２に示した現像装置１２と同様に現像ローラ１２１、静電搬送部材１２２及び供給ローラ１２３を備えているが、ホッパ１２４、アジテータ１２５は有していない。図６において、粉体ポンプ４０から供給ローラ１２３部にトナーが供給され、そのトナーは静電搬送のメカニズムにより現像ローラ１２１へ向けて搬送される。
【００４２】
実施例２では、粉体ポンプ４０によってトナーがあらかじめ帯電されており、静電搬送部材１２２Ｂはその表層部材が１０６Ω・ｃｍ以下の低抵抗に構成されている。なお、静電搬送部材１２２Ｂと現像ローラ１２１が供給ギャップを有する非接触に設けられていること、および、帯電したトナーが電界の作用によって現像ローラ１２１上で薄層を形成することは前記実施例の場合と同様である。本例の現像装置１２Ｂにおいても、現像ローラに圧接されるトナー供給ローラ及びドクターブレードや規制ローラ等の層厚規制部材は必要ではなく、設けられていない。また、現像ローラに磁石ローラも必要ではない。
【００４３】
図７に示すように、粉体ポンプ４０は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状に作られたロータ４１と、ゴム等の弾性体で内側に２条スクリュー形状に作られ固定されて設置されるステータ４２と、これらを包みかつ粉体の搬送路を形成する樹脂材料等から作られたホルダ４３とを有している。上記ロータ４１は、ピン継ぎ手により連結された駆動軸４１ａに固定された歯車４４（図示せず）を介して回転駆動される。
【００４４】
このような構成の粉体ポンプ４０において、ステータ４２の内面もしくはロータ４１の表面にトナーを帯電させる材料を塗布することで、トナーが供給ローラ１２３に達する時にトナーは帯電している。粉体ポンプ４０による搬送距離とトナーの帯電量には図８に示すような関係があり、搬送距離が長くなるほどトナーは飽和帯電量に近づく。そして、静電搬送部材１２２Ｂ上に供給されたトナーは、実施例１と同様に静電搬送部材１２２Ｂ上を搬送される際に静電搬送部材表面と摩擦することで更に帯電量が増加する。
【００４５】
ここで、静電搬送部材１２２Ｂ表層の体積固有抵抗を１０６Ω・ｃｍ以下とすることで、帯電電化をリークさせることができ、経時に渡ってもトナー帯電量の低下が見られず、帯電能力を維持することが出来る。また抵抗が１０６Ω・ｃｍを越えると静電搬送部材１２２Ｂがチャージアップしてしまい、帯電能力が低下する。
【００４６】
図９は実施例２における画像形成枚数とトナー帯電量の関係を示したものである。静電搬送部材１２２Ｂ表層の体積固有抵抗が１０６Ω・ｃｍでは５千枚を越えても変化がないが、１０６．５Ω・ｃｍでは５千枚を越えると帯電量が低下する傾向にある。
【００４７】
次に、実施例２で使用されるトナーであるが、トナーの形状係数を次のように規定したものである。トナー粒子の平均径による面積に対して投影面積の比率が９０％以上のものとした。通常の粉砕トナーでは９０％よりも小さい。この形状係数０．９（９０％）以上のトナーは特に転写効率が高い。これらのトナーは重合法（乳化、懸濁、分散）等で制作されることが多い。また、トナー径を均一に作ることも可能である。本実施例では重合法で制作したトナー平均粒径６μｍ、メイン樹脂はポリエステル、添加剤はシリカ、チタンを外添している。形状係数は０．９６である。比較例として従来の粉砕法で作られたトナーは同じく平均粒径６μｍ、メイン樹脂はポリエステル、添加剤はシリカ、チタンを外添しているもとの比較した。ただし形状係数は０．８５である。両トナーを用いて現像ローラ１２１上に形成されるトナー層の違いを観察してみた。キーエンス社製表面形状顕微鏡（ＶＦ−７０００）を用いて表面を走査し凹凸状態からトナー層としての充填率を計算した。トナー層の一番高いところを層厚（１００％）として高さ分布の積分値から実施例２では７５％、比較例では４５％であり、画像品質は実施例が比較例を大きく上回った。
【００４８】
現像ローラ１２１と感光体１１との関係であるが、本実施形態では両者の間にギャップをもって対向している状態としている。ギャップは０．２ｍｍ〜０．６ｍｍである。感光体１１と現像ローラ１２１の回転線速比は１で、現像バイアスとして交番電界を現像ローラ１２１に印加している。その現像電界としては、ＤＣバイアスに交番電界を重畳したものである。本実施例ではＤＣバイアスをベースに±５００〜１０００Ｖの振幅を持ったサイン波もしくは矩形波の交番電圧を印加して現像効率を得ている。このようにすることにより、感光体と現像ローラの接触を無くせるので、両部材及びトナーが機械的な障害を受けにくくなる。
【００４９】
この実施例２においては、トナーは粉体ポンプ４０によって帯電され、また、その帯電したトナーが電界の作用によって現像ローラ１２１上で薄層を形成するので、従来の現像装置におけるような機械的なストレス（予備帯電時及び層厚規制時のストレス）を受けることがなく、トナー（現像剤）の流動性低下を防止することができ、トナー凝集による帯電量低下に伴う地汚れやトナーの供給不良等を防ぐことができる。また、トナーの長寿命化を図ることもできる。
【００５０】
さらに、実施例２においても、電界により現像ローラ上にトナー薄層が形成されるので、均一なトナー薄層を形成することができ、高画質を得ることができる。また、静電搬送部材１２２と現像ローラ１２１が非接触であるため、両者の機械的な劣化を低減させることができ、長寿命化を図ることができる。
【００５１】
［実施例３］
ところで、現像領域通過後の現像ローラ表面には、トナーが消費されたトナーの消費部分とトナーが消費されずにそのままトナー薄層が残ったトナーの未消費部分とが存在する。このような状態の現像ローラ４０が、トナー供給領域まで達すると、静電搬送部材１２２上からトナーを供給されるが、現像ローラ１２１上のトナーの消費部分と未消費部分におけるトナー付着量の差を解消することは困難である。このトナー付着量が異なる部分が現像ローラ１２１表面上に存在したままでは、次に感光体ドラム１１と対向する現像領域において現像する時に、濃度ムラ、残像等の異常画像を発生させてしまう。さらに、現像ローラ１２１を感光体ドラム１１に対して接触させる接触現像の場合、非接触現像に較べ現像ローラ１２１上の薄層ムラの影響を受けやすい。
【００５２】
そこで、図１０に示す、実施例３の現像装置１２２Ｃにおいては、現像ローラ１２１の回転方向に関して、現像領域より下流でトナー供給領域よりも上流に、現像ローラ１２１上に残ったトナーを回収する回収手段として現像ローラ１２１に当接する回収ローラ１２６を設けた。これにより、現像ローラ１２１上は余剰トナーを回収した後、トナー供給領域に達するようにすることができる。回収ローラ１２６の回転速度は現像ローラ１２１と同等かそれ以上とすることで効率のよい回収が行える。
【００５３】
回収ローラ１２６としては、導電性の芯金に表面コート層を設けたものを用いた。表面コート層の材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂を挙げることができる。また、ゴムを含有する材料にフッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料をコートしたものが挙げられる。フッ素を含んだテフロン系材料は表面エネルギーが低く、離型性に優れるため経時におけるトナーフィルミングが発生しにくく、長期に渡って安定した機能が得られる。上記表面コート層の一般的な樹脂材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。
【００５４】
さらに、回収ローラ１２６を導電性にして回収ローラ１２６に現像ローラ１２１上のトナーＴに回収バイアスを印加して、回収効率を向上させることもできる。また、非画像形成時に定期的に回収ローラ１２６に回収バイアスとは逆極性のバイアスを印加して回収したトナーを回収ローラ１２６から引き剥がし回収ローラ１２６を初期化することもできる。
【００５５】
このように、現像ローラ１２１上の未消費トナーは回収される。そして、トナー供給領域に到達したとき、上記トナーが回収された現像ローラ１２１の表面には、トナー供給領域に形成されるトナー供給用電界により、静電搬送部材１２２Ｃ上から所定の帯電極性に帯電されたトナーＴが移動して供給される。この静電搬送部材１２２Ｃから新しく供給された現像ローラ１２１上のトナーが現像領域に搬送され、感光体ドラム１１上の静電潜像の現像に用いられる。従って、現像領域通過後の現像ローラ１２１の表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができる。
【００５６】
次に実施例３のトナーを静電作用により搬送する静電搬送部材１２２Ｃについて説明する。図１１に静電搬送部材１２２Ｃの概略断面説明図、図１２に平面説明図を示す。静電搬送部材１２２Ｃは、ベース基板１０１上に複数の電極１０２を３本１セットとして、トナー移動方向（矢印ｃ方向）に沿って所要の間隔で配置する。この電極１０２上の表面を覆う無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を形成している。この表面保護膜１０２の表面がトナーの搬送面となる。ここで、ベース基板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用いることができる。また、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も用いることができる。電極１０２は、ベース基板１０１上にＡｕ、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。これら複数の電極１０２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１０２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。表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などの無機材料やシリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂などの有機系絶縁材料を厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。特に、表面保護膜１０３としてシリコン系の樹脂を用いると、トナーが静電搬送部材１２２Ｃ上を搬送される際に保護膜表面１０３との接触により摩擦帯電しやすくなり、十分なトナーの帯電が行える。本実施形態の現像装置では、静電搬送部材１２２Ｃ上に供給された時の帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以下のトナーであっても、現像ローラ１２１に飛翔する際には現像に好適な−０．２〜―０．３ｆＣ／μｍの帯電量に達するようになった。また、この静電搬送部材１２２Ｃの各電極間１０２にトナー搬送するための進行波電界を発生させるために、各電極１０２にｎ相の電位を印加する図示しない電源を備えている。
【００５７】
次に、実施例３の構成の静電搬送部材１２２Ｃにおけるトナーの静電搬送のメカニズムについて図１３、図１４に基づき説明する。静電搬送部材１２２Ｃ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）が発生させる。この電界により静電搬送部材１２２Ｃ上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。例えば、静電搬送部材１２２Ｃの複数の電極１０２に対して図４に示すようにグランドＧと正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）を、タイミングをずらして印加する。このとき、図１４に示すように、静電搬送部材１２２Ｃ上に負帯電トナーＴがあり、静電搬送部材の連続した複数の電極１０２に同図に丸１で示すようにそれぞれ「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１０２上に位置する。次のタイミングで複数の電極１０２には丸２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には同図で左側の「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ので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には丸３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ので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００５８】
次に、ホッピングを行うための静電搬送部材１２２Ｃの複数の電極１０２の幅（電極幅）Ｌ及び電極間隔Ｒ、並びに表面保護層１０３について説明する。静電搬送部材１２２Ｃにおける電極幅Ｌと電極間隔Ｒはトナーの搬送効率、ホッピング効率に大きく影響する。すなわち、電極１０２と電極１０２の間にあるトナーはほぼ水平方向の電界により、部材表面を隣接する電極１０２まで移動する。これに対して、電極１０２上に乗っているトナーは、少なくとも垂直方向の成分も持った初速が与えられることから、多くは部材表面から離れて飛翔する。特に、電極端面付近にあるトナーは、隣接電極を飛び越えて移動するため、電極幅Ｌが広い場合には、その電極１０２上に乗っているトナーの数が多くなり、移動距離の大きいトナーが増えて搬送効率が上がる。ただし、電極幅Ｌが広すぎると、電極中央付近の電界強度が低下するためにトナーが電極に付着し、搬送効率が低下することになる。そこで、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よく粉体を搬送、ホッピングするための適正な電極幅があることを見出した。
【００５９】
また、電極間隔Ｒは、距離と印加電圧の関係から電極間の電界強度を決定し、間隔Ｒが狭い程電界強度は当然強く、搬送、ホッピングの初速が得られやすい。しかし、電極１０２から電極１０２へ移動するようなトナーについては、一回の移動距離が短くなり、駆動周波数を高くしないと移動効率が上がらないことになる。これについても、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よく粉体を搬送、ホッピングするための適正な電極間隔があることを見出した。
【００６０】
さらに、電極表面を覆う表面保護層の厚さも電極表面の電界強度に影響を与え、特に垂直方向成分の電気力線への影響が大きく、ホッピングの効率を決定することをも見出した。そこで、搬送基板の電極幅Ｌ、電極間隔Ｒ、表面保護層厚さの関係を適正に設定することによって、電極表面でのトナー吸着問題を解決し、低電圧で効率的な移動を行うことができる。
【００６１】
図１５に電極幅Ｌ、電極間隔Ｒと飛翔にかかわるＹ方向電界の説明図をしめす。電極幅Ｌについては、電極幅Ｌをトナー径（粉体径）の１倍としたときは、最低１個のトナーを乗せて搬送とホッピングとをするための幅寸法であり、これより狭いとトナーに作用する電界が少なくなり、搬送力、飛翔力が低下して実用上は十分でない。また、電極幅Ｌが広くなるに従って、特に、電極上面中央付近で、電気力線が進行方向（水平方向）に傾斜し、垂直方向の電界の弱い領域が発生し、ホッピングの発生力が小さくなる。電極幅Ｌがあまり広くなると、極端な場合、トナーの帯電電荷に応じた鏡像力、ファンデルワールス力、水分等による吸着力が勝り、トナーの堆積が発生することがある。そして、搬送及びホッピングの効率から、電極の上にトナー２０個程度が乗る幅であれば吸着が発生しにくく、１００Ｖ程度の低電圧の駆動波形で効率良く搬送、ホッピングの動作が可能である。一方、それ以上広いと部分的に吸着が発生する領域が生じる。具体的には、トナーの平均粒径を５μｍとすると、５μｍ〜１００μｍまでの範囲に相当する。
【００６２】
また、駆動波形による印加電圧を１００Ｖ以下の低電圧でより効率的に駆動するため、電極幅Ｌのより好ましい範囲は、粉体の平均粒径の２倍以上〜１０倍以下である。電極幅Ｌをこの範囲内とすることで、電極表面中央付近の電界強度の低下が１／３以下に抑えられ、ホッピングの効率低下は１０％以下となって、効率の大幅な低下をきたすことがなくなる。具体的には、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜５０μｍの範囲に相当する。より好ましくは、電極幅Ｌは、粉体平均粒径の２倍以上〜６倍以下の範囲である。これは、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜３０μｍに相当する範囲であり、非常に効率が良くなることが確認された。
【００６３】
トナー供給領域においては、この進行波電界を発生させるために静電搬送部材１２２Ｃに印加する電位はトナーが現像ローラ１２１に向かう方向となっている。また、現像ローラ１２１と静電搬送部材１２２Ｃとのギャップに応じて静電搬送部材１２２Ｃに異なるバイアス電圧を印加すればよい。さらに、現像ローラ１２１と静電搬送部材１２２Ｃとのギャップはトナー供給領域と供給領域通過後の領域で略同じであることが好ましい。具体的には、静電搬送部材１２２Ｃが湾曲面を形成しており、この湾曲面を供給領域通過後の領域とし、湾曲面と現像ローラとのギャップが現像ローラ１２１の移動方向下流側ほど広くなっていることが好ましい。負帯電トナーを用いる場合には、静電搬送部材１２２Ｃの電極１０２に対して、トナー供給領域では０〜−Ｖ１の電圧が、トナー供給領域通過後の領域では０〜＋Ｖ２の電圧が印加されることが好ましい。また、正帯電トナーを用いる場合には、静電搬送部材１００の電極１０２に対して、トナー供給領域では０〜＋Ｖ３の電圧が、トナー供給領域通過後の領域では０〜−Ｖ４の電圧が印加されることが好ましい。これらの場合、静電搬送部材１００の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含むことが好ましい。
【００６４】
実施例３の現像装置１２Ｃにおいて、静電搬送部材１２２Ｃ上のトナーの移動速度Ｖｓは、静電搬送部材１２２Ｃ上に形成された電極のピッチ（電極幅Ｌ＋電極間隔Ｒ）と駆動周波数で表せる。ここで、静電搬送部材１２２Ｃ上のトナー搬送速度と現像ローラ１２１の線速が等速になった場合には、静電搬送部材１２２Ｃの電極ピッチが搬送されるトナーのムラになって現像ローラ１２１上に担持されるため、感光体ドラム１１上に現像される画像に濃度ムラが発生する。そこで、静電搬送部材１２２Ｃのトナー搬送速度と現像ローラ１２１の線速とが｜Ｖｓ｜＞｜Ｖｄ｜とすると、静電搬送部材の電極ピッチをそのまま反映してトナー担持体に担持されることがなく、その速度差により電極ピッチのムラが緩和された状態で飛翔したトナーがトナー担持体に担持される。そこで、ムラの少ないトナー薄層を形成することができ、ムラの少ない高品位な現像をおこなうことができる。
【００６５】
また、感光体ドラム１１への充分なトナー供給量を確保するため、一般的に感光体ドラム線速Ｖｐに対して現像ローラ線速Ｖｄは速く設定される。この感光体ドラム線速Ｖｐと現像ローラＶｄとの線速差Ｖｓ／Ｖｄによって、現像ローラ１２１上の上記電極ピッチによる薄層ムラによる画像ムラへの影響は緩和される。また、本発明者らは鋭意研究した結果、人間の目には一般的に２０μｍ以下の濃度ムラは認識され難いことを見いだした。そこで、静電搬送部材１２２Ｃの電極ピッチＰと、現像ローラ１２１線速と静電搬送部材１２２Ｃ上のトナー搬送速度との線速比Ｖｓ／Ｖｄと、現像ローラ１２１線速と感光体ドラム１の表面移動速度Ｖｓとの線速比Ｖｄ／Ｖｐが、Ｐ／（（Ｖｄ／Ｖｐ）＊（Ｖｓ／Ｖｄ））＜２０μｍの関係を満たすものとする。この式は、電極ピッチＰの影響は、トナー搬送速度と現像ローラの表面移動速度の線速比、及び、現像ローラと感光体ドラムの線速比により緩和されて画像上２０μｍ以下になる条件を示している。よって、この式を満たすことで、画像上視覚的に電極ピッチムラはほとんど認識できないレベルに抑えることができる。具体例として、上記現像装置１２１で、静電搬送部材１２２ＣのピッチＰ０．１８ｍｍ、駆動電圧―１００Ｖ、駆動周波数２．５ｋＨｚでトナーを搬送した。また、感光体ドラム１１の線速Ｖｐを１８０ｍｍ／ｓｅｃ、感光体ドラム線速Ｖｐと現像ローラ線速Ｖｄの線速が１．２５として、現像ローラの線速Ｖｄを２２５ｍｍ／ｓｅｃとして現像をおこなった。すると、現像ローラ上のトナー付着量が０．３〜０．５ｍｇ／ｃｍ２となり、ピッチムラの認識できない、高品位な画像が得られた。
【００６６】
また、実施例３で使用するトナーはフロー式粒子像測定器で計測した円形度が＞０．９６を満たすトナーが望ましい。使用するトナーの円形度が＞０．９６になると静電搬送部材１２２Ｃ上のトナーの移動が安定し、ピッチムラの発生のない画像が形成できる。円形度がそれ以下のトナーでは、トナー搬送速度が大きくなると、静電搬送部材１２２Ｃに対する接触面がトナーによって変化してしまい、非静電的付着力に差ができ均一な搬送が困難になり、均一な画像がえられなくなる。図１６に画像ムラのランクと感光体線速、球形度の関係を調べたものを示す。ここで、ランク４以上を画像ムラのない良好な画像と判断すると、使用するトナーの円形度が＞０．９６が好ましいといえる。
【００６７】
また、図１７に示すように、トナー供給領域における現像ローラ１２１の回転方向（図中矢印ｂ方向）と静電搬送部材１２２Ｃ上のトナー移動方向表面（図中矢印ｃ方向）を順方向としてもよい。また、回収ローラ１２６上のトナー回収する回収ローラ用クリーニングブレード１２７を設け、回収ローラ１２６をクリーニングすると共に、回収したトナーＴを静電搬送部材１２２Ｃ上へ搬送しても良い。この場合、現像装置１２Ｄ内トナーの回収経路を短くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００６８】
また、現像ローラ１２１の回転方向に関して、現像領域より下流でトナー供給領域よりも上流に、現像ローラ１２１上に残ったトナーの帯電量を変化させるトナー帯電量変更手段を設けても良い。トナー帯電量変更手段としては、現像ローラ１２１上のトナーの帯電量を変化させることができるものであればよく、特定の構造や材料に限定されるものではない。本実施形態では、芯金ローラの表面側に表面コート層からなる表面部を備えた電荷制御ローラを用いた。この電荷制御ローラは現像ローラ１２１表面が現像領域からトナー供給領域まで移動する移動経路上で現像ローラ１２１の表面に対向するように配設されるものである。また、電荷制御ローラの表面部の材料は、現像ローラ１２１上のトナーの帯電量の変化をもたらすメカニズムに影響する。例えば、現像ローラ１２１上のトナーの帯電量の変化が電荷注入で行われる場合は、電荷制御ローラ及び現像ローラ１２１のうち表面部の電気抵抗（体積抵抗率）がより小さいローラから主に電荷注入が行われることになる。また、電荷制御ローラの表面部の材料がトナーと逆極性に帯電する材料である場合は、電荷制御ローラの表面とトナーとの摩擦によってトナーを摩擦帯電することにより、現像ローラ１２１上のトナーの帯電量を変化させることができる。また、上記電荷制御ローラは、その全体を導電性部材で形成しても良い。この電荷制御ローラは接地してもいいし、トナーの帯電量を変化させるメカニズムに応じてそれぞれ適正な電圧を印加するようにしてもよい。この場合、主に電荷制御ローラからの電荷注入により、現像ローラ１２１上のトナーの帯電量（極性、絶対値）を変化させることができる。
【００６９】
このトナー帯電量変更手段によるトナーの帯電量の変化は、現像領域でトナーが消費された消費部分と未消費部分の両方の部分のトナーに対して、これらのトナーがトナー供給領域で静電搬送部材１２２Ｃ側に移動可能な程度まで行われる。従って、この現像ローラ１２１上の帯電量を変化させたトナーは、トナー供給領域に到達したとき、静電搬送部材１２２Ｃ側に移動して回収される。そして、上記トナーが一旦回収された現像ローラ１２１の表面には、トナー供給領域に形成されるトナー供給用電界により、静電搬送部材１２２Ｃ上から所定の帯電極性に帯電されたトナーＴが移動して供給される。この静電搬送部材１２２Ｃから新しく供給された現像ローラ１２１上のトナーが現像領域に搬送され、感光体ドラム１１上の静電潜像の現像に用いられる。従って、現像領域通過後の現像ローラ１２１の表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができる。
【００７０】
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、トナー帯電極性や感光体帯電特性は実施例の場合と逆でも良い。もちろん、静電アクチュエータにおいて駆動電極に印加する電圧の極性は、使用するトナーに応じて決められるものである。
【００７１】
また、接触現像を行う実施例１、実施例３の静電搬送部材１２２表層の体積固有抵抗を１０６Ω・ｃｍ以下としても良い。また実施例１で球形トナーを使用することもできる。
【００７２】
また、少なくとも上述の感光体ドラムと現像装置とを一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ−等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成しても良い。図１８では、感光体ドラム、帯電装置、現像装置及びクリ−ニング装置６をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジ４５とした。このプロセスカートリッジ４５では、現像ローラ１２１から離れて飛散したトナーＴは感光体ドラム１で回収される。このように、プロセスカートリッジ４５内で飛散トナーが回収されるため、機内の汚れが防止できる。
【００７３】
さらに、画像形成装置としては、感光体から記録紙に直接トナー像を転写する構成に限らず、中間転写体を介してトナー像を転写する方式でも良い。また、本発明は多色画像あるいはフルカラー画像を形成する装置にも適用できるものである。カラー画像形成装置としては、１つの感光体（潜像担持体）の周囲に複数の現像器を配置したもの、あるいは複数の現像器を回転可能に保持する、いわゆるリボルバ型現像装置を１つの感光体に対して配置する構成でも良い。また、複数の感光体（潜像担持体）を並べた、いわゆるタンデム型のカラー画像形成装置とすることもできる。
【００７４】
以上、本実施形態によれば、帯電したトナーが電界の作用によって静電搬送部材から現像ローラへ飛翔して、現像ローラ上で薄層を形成する。よって、従来の現像装置における薄層化部材のような機械的なストレスを受けることがない。よって、トナーの外添剤が母体樹脂に埋没してしまうことがなく、トナーの流動性が低下して凝集することがない。その結果、経時でトナー凝集による帯電量低下に伴う地汚れ等の画像品質の劣化が長期に渡り抑制することができる。
また、実施例１の現像装置は、現像ローラ上のトナーの薄層を感光体ドラムに接触で供給して潜像を現像するので、直流電界でも潜像に対して忠実な現像が行える。
また、実施例２の現像装置は、現像ローラに交番電界を形成して現像ローラ上のトナーの薄層を感光体ドラムに非接触で供給して潜像を現像するので、現像ローラ及び感光体ドラムの機械的な劣化を低減させることができ、両者の長寿命化を図ることができる。また、交番電界の作用により現像ローラ上の薄層ムラは画像上で目立たなくすることができる。
また、静電搬送部材上のトナーは静電搬送部材の電界の働きによって現像剤供給領域に搬送される。これにより、従来の供給ローラ等によってトナーが攪拌されながら現像ローラに搬送される現像装置のように、トナーを現像剤供給領域に搬送する過程でトナーが機械的なストレスを受けることがない。よって、トナーの流動性低下を防止することができ、トナー凝集による帯電量低下に伴う地汚れやトナーの供給不良等を防ぐことができる。
また、現像装置内でトナーは、電界の働きによって静電搬送部材上を搬送されるときに静電搬送部材との摩擦によって帯電されている。よって、従来の現像装置のようにトナーの摩擦帯電時に機械的なストレスを受けることがないので、トナーの流動性低下を防止することができる。よって、トナー凝集による帯電量低下に伴う地汚れやトナーの供給不良等を防ぐことができる。また、静電搬送部材上を搬送されながらトナーが帯電されるので、全てのトナーを均一に帯電させることができる。よって、電界の作用のみで現像ローラへ薄層を形成する場合でも、均一にトナーを薄層化することができ、高画質を得ることができる。
また、静電搬送部材にシリコン系樹脂からなる表面保護層を設けた。表面保護膜としてシリコン系の樹脂を用いると、トナーが静電搬送部材上を搬送される際に保護膜表面との接触により摩擦帯電しやすくなり、十分なトナーの帯電が行える。
また、現像ローラに交番電圧を印加して、現像ローラと静電搬送部材の間に交番電界を形成するので、確実に現像ローラにトナーを供給することができ、現像ローラ上の薄層ムラを抑制することができる。
また、静電搬送部材上のトナー搬送速度と現像ローラ線速とが｜Ｖｓ｜＞｜Ｖｄ｜の関係を満たすようにしている。すると、飛翔するトナーが静電搬送部材上の電極ピッチをそのまま反映して現像ローラに担持されることがなく、速度差により電極ピッチのムラが緩和された状態で現像ローラに担持される。よって、均一なムラの少ないトナー薄層を形成することができ、ムラの少ない高品位な現像を長期に渡って行うことができる。
また、トナーカートリッジから粉体ポンプによりトナーを静電搬送部材へ供給するので、トナーを充分に帯電させることができ、トナー供給能力を向上させて高線速に対応することができる。
ところで、現像領域通過後の現像ローラ表面には、トナーが消費されたトナーの消費部分とトナーが消費されずにそのままトナー薄層が残ったトナーの未消費部分とが存在する。このような状態の現像ローラが、トナー供給領域まで達すると、静電搬送部材上からトナーを供給されるが、現像ローラ上のトナーの消費部分と未消費部分におけるトナー付着量の差を解消することは困難である。そこで、現像ローラの回転方向に関して、現像領域より下流でトナー供給領域よりも上流に、現像ローラ上に残ったトナーを回収する回収手段として現像ローラに当接する回収ローラを設けた。この回収ローラにより現像ローラ上の未消費トナーは回収される。そして、トナー供給領域に到達したとき、上記トナーが回収された現像ローラの表面には、トナー供給領域に形成されるトナー供給用電界により、静電搬送部材から所定の帯電極性に帯電されたトナーが移動して供給される。従って、現像領域通過後の現像ローラの表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができる。
さらに、回収ローラを導電性にして回収ローラに現像ローラ上のトナーに回収バイアスを印加して、回収効率を向上させることもできる。
また、現像ローラの回転方向に関して、現像領域より下流でトナー供給領域よりも上流に、現像ローラ上に残ったトナーの帯電量を変化させるトナー帯電量変更手段を設けても良い。このトナー帯電量変更手段によるトナーの帯電量の変化は、現像領域でトナーが消費された消費部分と未消費部分の両方の部分のトナーに対して、これらのトナーがトナー供給領域で静電搬送部材側に移動可能な程度まで行われる。従って、この現像ローラ上の帯電量を変化させたトナーは、トナー供給領域に到達したとき、静電搬送部材側に移動して回収される。そして、上記トナーが一旦回収された現像ローラの表面には、トナー供給領域に形成されるトナー供給用電界により、静電搬送部材上から所定の帯電極性に帯電されたトナーが移動して供給される。従って、現像領域通過後の現像ローラの表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができる。
また、現像剤として球形トナーを使用するので、粒径が均等になり、均一な層厚の現像剤薄層を形成することができる。また、これにより画質を向上させることができる。
さらに、使用するトナーはフロー式粒子像測定器で計測した円形度が＞０．９６を満たすトナーが望ましい。使用するトナーの円形度が＞０．９６になるとトナー静電搬送基板１００上のトナーの移動が安定し、ピッチムラの発生のない画像が形成できる。円形度がそれ以下のトナーでは、トナー搬送速度が大きくなると、トナー静電搬送基板１００に対する接触面がトナーによって変化してしまい、非静電的付着力に差ができ均一な搬送が困難になり、均一な画像がえられなくなる。
また、現像ローラ表層の体積固有抵抗が１０６Ω・ｃｍ以下であるので、経時に渡って帯電能力を維持することが出来る。
また、一般的に画像形成装置では、現像ローラから感光体ドラムへの充分なトナー供給量を確保するため、感光体ドラム線速Ｖｐに対して現像ローラの線速Ｖｄを速く設定している。この感光体ドラム線速Ｖｐと現像ローラの線速Ｖｄとの線速差Ｖｓ／Ｖｄにより、現像ローラ上の上記電極ピッチによる薄層ムラの画像ムラへの影響は緩和される。また、本発明者らは鋭意研究した結果、人間の目には一般的に２０μｍ以下の濃度ムラは認識され難いことを見いだした。そこで、現像領域において、現像ローラと感光体ドラムが順方向に回転する場合、静電搬送部材の電極ピッチＰと、現像ローラ線速と静電搬送部材上のトナー搬送速度との線速比Ｖｓ／Ｖｄと、現像ローラ線速と感光体ドラムの表面移動速度Ｖｓとの線速比Ｖｄ／Ｖｐとが、Ｐ／（（Ｖｄ／Ｖｐ）＊（Ｖｓ／Ｖｄ））＜２０μｍの関係を満たすものとする。この式は、電極ピッチＰの影響は、トナー搬送速度と現像ローラの表面移動速度との線速比、及び、現像ローラと感光体ドラムとの線速比により緩和されて画像上２０μｍ以下になる条件を示している。よって、この式を満たすことで、画像上、電極ピッチムラはほとんど認識できないレベルに抑えることができる。また、現像ローラを感光体ドラムとをトナーを介して接触させて現像する。接触方式では、非接触方式に較べ、現像ローラ上の薄層ムラの影響を受けやすい。そこで、このように現像ローラ速度と静電搬送部材上のトナー搬送速度とに線速差を設け、現像ローラ上の薄層ムラを改善することは高画質化のために非常に有効である。
また、少なくとも上述の感光体ドラムと現像装置とを一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ−等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成しても良い。このプロセスカートリッジでは、現像ローラから離れて飛散したトナーは感光体ドラムで回収される。このように、プロセスカートリッジ内で飛散トナーが回収されるため、機内の汚れが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例である電子写真複写機の概略構成図である。
【図２】接触現像を行う現像装置付近の概略構成図である。
【図３】静電搬送部材におけるトナー搬送原理を説明するための模式図である。
【図４】静電搬送部材におけるトナー搬送距離とトナー帯電量の関係を示すグラフである。
【図５】現像ローラ表面部の体積抵抗率の測定方法を説明するための模式図である。
【図６】非接触現像を行う現像装置付近の概略構成図である。
【図７】粉体ポンプの構成を示す断面図である。
【図８】粉体ポンプによるトナー搬送距離とトナー帯電量の関係を示すグラフである。
【図９】第２実施例における画像形成枚数とトナー帯電量の関係を示すグラフである。
【図１０】第３実施例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図１１】第３実施例に係るトナー静電搬送基板の概略断面説明図。
【図１２】第３実施例に係るトナー静電搬送基板の平面説明図。
【図１３】第３実施例に係るトナーの静電搬送のメカニズムの説明図。
【図１４】第３実施例に係るトナーの静電搬送のメカニズムの説明図。
【図１５】トナー静電搬送基板の電極幅Ｌ、電極間隔Ｒと飛翔にかかわるＹ方向電界の説明図
【図１６】画像形成装置においてトナーの円形度と画像ムラの関係を示す図。
【図１７】第３実施例の変形例に係る画像形成装置の概略構成図。
【図１８】プロセスカ−トリッジの概略構成図。
【符号の説明】
【００７６】
２      帯電器
５      転写装置
６      クリーニング装置
１１      感光体ドラム（潜像担持体）
１２，１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ      現像装置
１０１      ベース基板
１０３      保護層
１２１      現像ローラ（現像剤担持体）
１２２，１２２Ｂ、１２２Ｃ      静電搬送部材
１２３      供給ローラ
１２４      ホッパ
１２５      アジテータ
１２６      回収ローラ
１６４、１０２  電極
１６５      固定子
４０        粉体ポンプ
５０        トナーカートリッジ
４１        ロータ
４２        ステータ
４５        プロセスカートリッジ
【図１】
2004280068.tif 000004
【図２】
2004280068.tif 000005
【図３】
2004280068.tif 000006
【図４】
2004280068.tif 000007
【図５】
2004280068.tif 000008
【図６】
2004280068.tif 000009
【図７】
2004280068.tif 000010
【図８】
2004280068.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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