(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色のそれぞれに対応した感光体に対面配置して感光体上に形成された潜像を現像する現像ロールと、２成分現像剤により磁気ブラシを形成し、前記現像ロール上にトナー薄層を形成すると共に現像ロール上に残ったトナーを回収する磁気ロールと、前記２成分現像剤を撹拌、帯電させて前記磁気ロールに供給する撹拌部材とを有したタンデム型画像形成装置における現像装置において、
前記撹拌部材は、掻き取り面が回転軸の回転方向と対面する面を有するパドルを有して磁気ロール上に形成された磁気ブラシを掻き取るパドルミキサーと、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有して新規トナーを含んだ現像剤を撹拌、帯電させ、前記パドルミキサーに供給する撹拌ミキサーとで構成され、前記パドルミキサーのパドルでトナーを回収した磁気ロール上の磁気ブラシを掻き取ると共に新規現像剤と混合撹拌し、現像ロール上のトナーを入れ替えるように構成し、
前記撹拌ミキサーとパドルミキサーを現像剤容器下部に配置すると共に、パドルミキサー下方空間に現像位置側に向けて前記磁気ロールと現像ロールを順に配置したことを特徴とするタンデム型画像形成装置における現像装置。
【請求項２】
前記磁気ロールの回転速度を前記現像ロールの回転速度より速くし、また前記パドルミキサーを磁気ロールに対し、カウンタ回転若しくは収束差を持たせた回転、又はカウンタ回転かつ収束差を持たせた回転として設けたことを特徴とする請求項１に記載したタンデム型画像形成装置における現像装置。
【請求項３】
前記パドルミキサーは、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有し、前記パドルは、一端をスクリューに接してスクリュー間隔より小さな幅で立設したことを特徴とする請求項１に記載したタンデム型画像形成装置における現像装置。
【請求項４】
複数色のそれぞれに対応した感光体と現像装置を有し、各現像装置は撹拌部材によって２成分現像剤を撹拌、帯電させて磁気ロール上に磁気ブラシを形成し、現像ロールにトナーを供給して形成された薄層で前記感光体上の潜像を現像すると共に現像ロール上に残ったトナーを前記磁気ブラシで回収するようにしたタンデム型画像形成装置における現像剤回収方法であって、
前記撹拌部材は、掻き取り面が回転軸の回転方向と対面する面を有するパドルを有して磁気ロール上に形成された磁気ブラシを掻き取るパドルミキサーと、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有して新規トナーを含んだ現像剤を撹拌、帯電させて前記パドルミキサーに供給する撹拌ミキサーとで構成され、
前記撹拌ミキサーとパドルミキサーを現像剤容器下部に配置すると共に、パドルミキサー下方空間に現像位置側に向けて前記磁気ロールと現像ロールを順に配置されており、
各感光体の非画像形成期間又は画像形成開始前の任意の設定時間に前記現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキサーを回転させたまま現像ロールと磁気ロールの表面電位を等しくした等電位状態を発生させ、該等電位状態で前記現像ロール上のトナーを前記磁気ロール上の磁気ブラシに回収すると共に、前記パドルミキサーのパドルで磁気ブラシを掻き取って新規現像剤と混合撹拌し、現像ロール上のトナーを入れ替えるようにしたことを特徴とするタンデム型画像形成装置における現像剤回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式により複数色のそれぞれに対応した画像を形成する複数の感光体を有したタンデム型の複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像装置及び現像剤回収方法に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ロール上に帯電したトナーのみを保持させて静電潜像担持体（感光体）上の静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした非接触現像方式を用い、現像履歴や連続印字時における画像濃度の変動を抑え、長期にわたって安定した画像を維持できるタンデム型画像形成装置における現像装置及び現像剤回収方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ロール上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像担持体（感光体）上の静電潜像に飛翔させて潜像を現像する非接触現像方式は、非接触の１成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速画像形成が可能な現像方式として、特に静電潜像担持体（感光体）上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、静電潜像担持体（感光体）上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されている。
【０００３】
また、近年高速化のため、複数色のそれぞれに対応した複数の感光体を用い、記録部材の送りに同期させてカラー画像を形成し、記録部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきている。この方式では、高速性に優れている利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置しなければならないために大型化する欠点を有していた。この対策として、感光体同志の間隔を狭くし、小型化した画像形成ユニットを配置した小型タンデム型画像形成装置が提案されている。
【０００４】
そしてこのように構成された小型のタンデム型画像形成装置においては、画像形成ユニットの幅方向のサイズを極小にするため、現像装置を縦型とすることが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像装置を配置することがレイアウト上望ましい。しかしながら従来の２成分現像方式では、このように現像装置を縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤撹拌部から感光体に近接した現像部材への供給が複雑になり、装置の小型化に限界が生じると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの帯電量低下によるトナーの飛散が避けられないという問題があった。
【０００５】
他の方法として、キャリアを用いない１成分現像方式も提案されているが、現像ロールを感光体に接触する方式では感光体のトルク変動をきたし、タンデム型の弱点である色ずれを助長させてしまう欠点があった。また、感光体に非接触な方式では、トナーをチャージロールで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ロール上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャージロールに付着して帯電能力が低下したり規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になってしまって画像欠陥をきたすことがあった。
【０００６】
これらの問題を解決する手段の一つとして、タンデム型画像形成装置においても、前記したような２成分現像剤を用いてトナーを帯電させ、その後感光体に対して非接触でトナーを飛翔させる方式が提案されてきた。このような従来技術としては、米国特許第３，８６６，５７４号公報に、静電潜像担持体（感光体）に対して非接触に設置したドナーロール（現像ロール）上に非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって静電潜像担持体（感光体）上の潜像に該トナーを飛翔させる提案がなされている。また米国特許第３，９２９，０９８号公報には、磁気ロールを用いて現像剤をドナーロールに進ませ、このドナーロール上にトナーを転移させてトナー層を形成する現像装置が示されている。
【０００７】
しかしながらこれらの提案では、二成分現像剤を採用してドナーロール上への薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合にドナーロール上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が静電潜像担持体（感光体）上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには問題を有していた。そのため特開平３−１１３４７４号公報には、ドナーロールと静電潜像担持体（感光体）の間にワイヤーからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を印加して現像されたトナーを乱さないようにした、いわゆるパウダークラウド現像法が提案されている。
【０００８】
また、上記した従来の技術は、トナーの帯電制御が複雑で感光体に高い表面電位と大きな現像電界を印加することを必要としていた。そのため、現像ロール上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、そのロール上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、図６に示したように前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生するが、これを防止するために複雑な機構が必要で、小型の電子写真プロセスには実用化されていなかった。すなわちこの図６において、６０、６１は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、６２、６３はそれに続くこのソリッド画像より広いハーフトーン画像で、現像ロール上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じた場合、このソリッド画像６０、６１に続けてこのハーフトーン画像６２、６３を印字すると、図６（ｂ）における６４のような残像（ゴースト）が生じる。
【０００９】
これを防止するため特開平１１−２３１６５２号公報には、現像ロール上の現像残トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関しての提案がなされている。また、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，４２０，３７５号公報）には、コピーとコピーの間や紙間を利用して電位差で現像ロール上のトナーを磁気ロールに回収し、トナーの帯電を安定させる方法が提案され、さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として、特開平７−１２８９８３号公報に、磁気ロールの磁束密度の半値幅領域を広く設定することにより、現像ロール上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。
【００１０】
そして理論面では、電子写真学会誌第１９巻第２号（１９８１）に東芝（株）から、二成分現像剤を用いた現像ロール上のトナー層の形成についての報告がなされ、特開昭５９−１２１０７７号公報に特許としての出願がある。また、現像ロール上のトナーを確実に回収する方法として、特開２０００−８１７８８公報に専用の回収ロールを用いる提案がなされている。
【００１１】
また、タンデム型の現像装置の制御方法として特開昭６３−２４９１６４号公報には、転写工程を行っている画像形成部以外の画像形成部における現像装置の動作を停止させ、現像剤の劣化を防ぐようにした出願がなされている。また、特開平６−６７５４６号公報には、現像ロールと磁気ロール間に印加する高圧を高周波数で切り替え、磁気ロールから現像ロールにトナーを供給する電界と現像ロールから磁気ロールにトナーを剥離する電界とを交互に形成する技術、また、磁気ロールとは別にトナー剥離部材を設け、現像ロール上のトナーを電気的に剥離して回収し、その後、剥離回収されたトナーを電気的に磁気ロールに回収させる技術が提案されている。
【００１２】
また、現像スリーブ上に２成分現像剤で形成した磁気ブラシで直接感光体上の潜像を現像するようにした現像装置における残像を防止する技術として、特開２０００−１９８４５公報には、現像スリーブに近接して設置したパドルホイールと、パドルホイールに現像剤を供給する撹拌スクリューとを備え、かつ、前記現像スリーブのパドルホイールとの最近接位置近辺に同極性の磁極を配置し、その磁極の反発磁界によって現像スリーブ上の現像処理後の現像剤をはぎ取ってパドルホイール側に送り、ゴーストの発生を防止するようにした現像装置が示されている。
【００１３】
また、２成分現像剤を用いた画像形成装置においてトナーを確実に帯電させるため、例えば特開平５−３４１６５０号公報、実開平７−３２６５７号公報などには、パドルミキサーを用いた撹拌装置が示され、さらに、特公平７−９９４４４号公報には、現像スリーブの上部に現像剤溜まり部を形成する穂高規制部材を位置させ、その現像剤溜まり部中に現像剤撹拌ローラを設け、かつ、この現像剤撹拌ローラの支軸に楕円板を所定の角度で取り付け、この楕円板を掬い上げ板で連結して現像剤を撹拌、帯電するようにした現像装置が示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記特開平３−１１３４７４号公報に記載されたパウダークラウド現像法は、補助電極のワイヤーが非常に汚れやすく、また、振動による画像劣化等が発生するため、あまり一般的な方法とはなっていない。さらに特開平１１−２３１６５２号公報、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，４２０，３７５号公報）、特開平７−１２８９８３号公報、特開昭５９−１２１０７７号公報、特開２０００−８１７８８公報などに示された装置も、トナーの掻き取り装置や回収ロールの設置が必要であったり、特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスが増し、トナーの耐久性能劣化の要因になったり、次の現像タイミングでの現像ロールの層形成に時間を要し、高速性を損なったりしていた。また長期使用時に、キャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像ロール上のトナーの帯電特性が大きく変化して補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなり、帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに劣化したキャリアの交換の煩わしさがあり、実用にはいたっていないのが実情である。
【００１５】
また、タンデム型の現像装置の制御方法としての特開昭６３−２４９１６４号公報や特開平６−６７５４６号公報に示された装置は、転写工程を行っている画像形成部以外の現像装置の動作を停止させたり、現像ロールと磁気ロール間に印加する高圧を高周波数で切り替える装置や制御が必要であり、高価にならざるを得ないと共に、現像装置はトナーロールや磁気ロール、及び撹拌部材を横に並べた構成となっており、小型化が難しいという欠点がある。
【００１６】
さらに特開２０００−１９８４５公報に示された機構は、パドルホイールが十字状をしており、現像スリーブからはがされた現像剤は、撹拌スクリューまで搬送されないと新トナーとの混合撹拌がされず、場合によってははがされた直後にそのまま現像スリーブに戻される可能性もある。また、特開平５−３４１６５０号公報、実開平７−３２６５７号公報、に示された現像装置におけるパドルは、現像剤中のトナー分布を迅速に均一化させ、主撹拌部材に供給（現像ローラにではない）するのが目的であり、機構的に残像の発生を防止する効果は期待できない。また特公平７−９９４４４号公報に示された機構では、同じ２成分現像剤を使用してはいるものの、現像スリーブと現像剤撹拌ローラの間に現像剤溜まり部を形成する穂高規制部材が設けられており、現像ロール上にトナー薄層のみを形成し、現像ロール上の現像残トナーを磁気ロール上に形成した磁気穂で回収すると共に、この回収したトナーも新規トナーと一緒に撹拌してゴーストを防止せねばならぬハイブリッド型現像装置には使えない。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑み、現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品質が得られると共に小型に構成できる現像装置を提供し、それによってタンデム画像形成装置を小型に、安価に構成することが課題である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明においては、磁気ロール上に２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシで現像ロール上にトナー薄層を形成して感光体上に形成された潜像を現像すると共に現像後に現像ロール上に残ったトナーを回収するように構成した現像装置において、前記２成分現像剤を撹拌してトナーを帯電させる撹拌部材を、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有し、該スクリュー間に回転軸と直交するよう立設したパドルを設けたパドルミキサーと、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有して新規トナーを含んだ現像剤を撹拌、帯電させ、前記パドルミキサーに供給する撹拌ミキサーとで構成した。このようにすることによって、このパドルミキサーで現像ロール上に残ったトナーを回収した磁気ブラシを掬い上げることができ、新旧トナーを混合してトナーを確実に帯電させると共に残像の発生が防止でき、現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防いで、長期にわたって安定した画像品質が得られる現像装置を構成することができる。
【００１９】
また、本発明においては、各感光体の非画像形成期間、又は画像形成開始前に、現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキサーを回転させたまま表面電位を等しくした等電位状態を発生させ、現像ロール上のトナーの大半を前記磁気ブラシで回収するようにし、次の現像タイミング時に現像の履歴を残さない画像が得られるようにした。前記した従来技術では、逆電位を印加することで、現像ロール上のトナーの全てを磁気ブラシに回収する提案もあるが、トナーの劣化の要因になることや、次の現像タイミングでの現像ロールの層形成に時間を要し、高速性を損なってしまうことがあるが、本発明の方法ではこういったことも防止できる。
【００２０】
そのため本発明においては、請求項１に記載したように、
複数色のそれぞれに対応した感光体に対面配置して感光体上に形成された潜像を現像する現像ロールと、２成分現像剤により磁気ブラシを形成し、前記現像ロール上にトナー薄層を形成すると共に現像ロール上に残ったトナーを回収する磁気ロールと、前記２成分現像剤を撹拌、帯電させて前記磁気ロールに供給する撹拌部材とを有したタンデム型画像形成装置における現像装置において、
前記撹拌部材は、掻き取り面が回転軸の回転方向と対面する面を有するパドルを有して磁気ロール上に形成された磁気ブラシを掻き取るパドルミキサーと、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有して新規トナーを含んだ現像剤を撹拌、帯電させ、前記パドルミキサーに供給する撹拌ミキサーとで構成され、前記パドルミキサーのパドルでトナーを回収した磁気ロール上の磁気ブラシを掻き取ると共に新規現像剤と混合撹拌し、現像ロール上のトナーを入れ替えるように構成し、
前記撹拌ミキサーとパドルミキサーを現像剤容器下部に配置すると共に、パドルミキサー下方空間に現像位置側に向けて前記磁気ロールと現像ロールを順に配置したことを特徴とする。
【００２１】
このように現像装置を構成することにより、パドルミキサーのパドルで現像残トナーを回収した磁気ロール上の磁気ブラシを掻き取ることができるから、効率よく新旧トナーを混合してトナーを確実に帯電させると共に残像の発生が防止でき、現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防いで長期にわたって安定した画像品質が得られる。
【００２３】
そして、このように現像装置の主要構成要素を配置することにより、各色毎に複数の感光体と現像装置を設けなければならないタンデム型画像形成装置においても、互いの感光体や現像装置を近接して設置することができるから画像形成装置そのものを小型に構成することが可能となり、また現像装置を縦型にした場合の前記した現像剤の還流などの問題点、すなわち現像剤撹拌部から感光体に近接した現像スリーブへの供給が複雑になると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの飛散なども、磁気ロール上の磁気ブラシをパドルミキサーが掻き取って撹拌するため生じることがない。そのため、タンデム型画像形成装置を、小型に、安価に構成できる。
【００２４】
そして磁気ロールと現像ロールの回転速度は、請求項２に記載したように、
前記磁気ロールの回転速度を前記現像ロールの回転速度より速くし、また前記パドルミキサーを磁気ロールに対し、カウンタ回転若しくは収束差を持たせた回転、又はカウンタ回転かつ収束差を持たせた回転として設けたことを特徴とする。
【００２５】
このように、磁気ロールの回転速度を前記現像ロールの回転速度より速く設定することにより、磁気ブラシが現像ローラに接触する機会を増加させることができ、トナーの回収性を効果的に増加させ、確実に現像残トナーを回収できる。
【００２６】
そしてパドルミキサーは請求項３に記載したように、
前記パドルミキサーは、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有し、前記パドルは、一端をスクリューに接してスクリュー間隔より小さな幅で立設したことを特徴とする。
【００２７】
このようにパドルの一端をミキサー上に設けたスクリューに接するようにすると共にスクリュー間隔より小さな幅で立設することにより、トナーがスクリューによって水平方向に移動すると共にパドルによってミキサーの回転軸法線方向にも放出され、新規に補給されたトナーと磁気ロールが回収したトナーの撹拌、入れ替えが促進できる。
【００２８】
そして請求項４は、このように構成した現像装置における現像剤の回収方法であって、
複数色のそれぞれに対応した感光体と現像装置を有し、各現像装置は撹拌部材によって２成分現像剤を撹拌、帯電させて磁気ロール上に磁気ブラシを形成し、現像ロールにトナーを供給して形成された薄層で前記感光体上の潜像を現像すると共に現像ロール上に残ったトナーを前記磁気ブラシで回収するようにしたタンデム型画像形成装置における現像剤回収方法であって、
前記撹拌部材は、掻き取り面が回転軸の回転方向と対面する面を有するパドルを有して磁気ロール上に形成された磁気ブラシを掻き取るパドルミキサーと、回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有して新規トナーを含んだ現像剤を撹拌、帯電させて前記パドルミキサーに供給する撹拌ミキサーとで構成され、
前記撹拌ミキサーとパドルミキサーを現像剤容器下部に配置すると共に、パドルミキサー下方空間に現像位置側に向けて前記磁気ロールと現像ロールを順に配置されており、
各感光体の非画像形成期間又は画像形成開始前の任意の設定時間に前記現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキサーを回転させたまま現像ロールと磁気ロールの表面電位を等しくした等電位状態を発生させ、該等電位状態で前記現像ロール上のトナーを前記磁気ロール上の磁気ブラシに回収すると共に、前記パドルミキサーのパドルで磁気ブラシを掻き取って新規現像剤と混合撹拌し、現像ロール上のトナーを入れ替えるようにしたことを特徴とする。
【００２９】
このように、非画像形成期間又は画像形成開始前の任意の設定時間に、現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキサーを回転させたまま現像ロールと磁気ロールの表面電位を等しくした等電位状態を発生させることにより、現像ロールにトナーが付着する静電気力が無くなり、その結果、現像ロールと磁気ロールとの周速差による磁気ブラシ効果により、トナーに負担をかけずに効率よく現像残トナーを磁気ロールに回収することができる。従って、残像の原因となる現像残トナーを容易に回収し、カブリの発生を回避しつつ残像の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３１】
図１は本発明になる現像装置を有した画像形成装置の一実施例の概略構成であり、図２は本発明になる画像形成装置における現像装置の断面図、図３は本発明になる画像形成装置における現像装置を構成するパドルミキサーと撹拌ミキサーの形状を示した図、図４は本発明になる画像形成装置における現像装置の立体構成図、図５は本発明になる現像装置と従来の現像装置における現像ロールの回転回数によるトナー層形成状況を示したグラフである。
【００３２】
図１において、１はタンデム型画像形成装置本体、２は現像装置、３は感光体、４は露光ユニット、５は記録媒体の搬送ベルト、６は現像剤容器、７は記録媒体を収容した給紙カセット、８は感光体３を帯電させるための帯電器、９は感光体３上のトナー像を記録媒体に転写するための転写バイアスを印加するための転写装置、１０は記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着装置であり、図２、図３、図４において、２０はトナー薄層を担持して感光体３上の静電潜像を現像する現像ロール、２１は内部に配設された磁石によって現像剤に含まれるキャリアで磁気ブラシを発生させ、現像ロール２０上にトナー薄層を形成する磁気ロール、２２は図３に詳細を示したように、回転軸３１に螺旋状に設けたスクリュー３０とパドル３３とを有して現像剤を撹拌すると共に、現像ロール２０上の現像残トナーを回収した磁気ブラシをパドル３３で掻き取る方向に回転し、現像剤を回収して撹拌するパドルミキサー、２３は回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有する現像剤の撹拌ミキサー、２４は磁気ロール２１上の磁気ブラシの層規制をする穂切りブレード、２５はトナー濃度を検出するトナー濃度センサ、ＡＣ３０ｂは交流バイアス電源、ＤＣ３０ａ、ＤＣ３１ａは直流バイアス電源、３０はパドルミキサー２２の回転軸３１に螺旋状に設けたスクリュー、３１はパドルミキサー２２の軸、３３はパドル、４０は現像剤補給孔、４１は現像装置２に設けた仕切り壁である。
【００３３】
最初にタンデム型画像形成装置の動作を簡単に説明しておくと、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応した現像剤容器６から現像装置２に供給されたトナーとキャリアからなる２成分現現像剤は、図２に示した撹拌ミキサー２３及びパドルミキサー２２によって撹拌、帯電され、穂切りブレード２４で層規制されながら磁気ロール２１上に磁気ブラシを形成し、磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差、｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜によってその磁気ブラシから現像ロール２０にトナーのみの薄層を形成する。そして図示していない制御回路からプリント開始の信号が来ると、図１における給紙カセット７から記録媒体が送り出されて搬送ベルト５に送られ、その記録媒体が各色の感光体３に達するタイミングに合うように、帯電器８による感光体３の帯電、露光ユニット４に送られた画像信号による感光体３への露光と潜像の形成、現像ロール２０への交流バイアスの印加による現像ロール２０上のトナーによる該潜像の現像が行われ、記録媒体が感光体３に達すると、転写装置９による転写バイアスが印加されて記録媒体にトナー像が転写される。そしてこの工程が、各色に対応した感光体３で順次繰り返され、各色の画像が記録媒体に順次転写されて定着装置１０で定着されて排紙される。
【００３４】
そして本発明においては、現像ロール２０上のトナーのみの薄層のうち、感光体３上の潜像の現像に用いられなかったトナー、すなわち現像残トナーは、磁気ロール２１上に形成した磁気ブラシを現像ロール２０に接触させ、各ロールの周速差で生じるブラシ効果で回収できるようにした。そしてさらにこの磁気ロール２１の磁気ブラシで回収したトナーは、この磁気ブラシをパドルミキサー２２のパドル３３で掻き取ることで新しい現像剤と混合できるようにし、その混合した現像剤をさらに現像ロール２０に供給することで、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、容易にトナーの回収と入れ替えを行える構成とした。
【００３５】
このように、現像ロール２０上の現像残トナーを回収した磁気ロール２１上の磁気ブラシをパドルミキサー２２のパドル３３で掻き取ることができるようパドルミキサー２２は、図３に示すように、掻き取り面がミキサーの軸３１の回転方向と対面するようにし、かつ、一端が軸３１上に設けたスクリュー３０に接し、スクリュー間隔より小さな幅で他端を開放して立設してあると共に、この磁気ブラシを掻き取る方向に回転させている。そのため、磁気ロール２１上に形成された現像剤による磁気ブラシが回収したトナーは、このパドル３３が磁気ブラシを掻き取ることで回収され、ミキサー２２の回転軸法線方向に放出されると共にスクリュー３０で水平方向にも移動され、新規に補給されたトナーと回収したトナーが撹拌され、入れ替えを促進できるようになっている。
【００３６】
キャリアとしては、体積固有抵抗が１０７Ωｃｍ、飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いた。高磁力でしかも低抵抗キャリアとしては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどがあり、これらのキャリアをそのまま用いても良いが、抵抗を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。このキャリアは、現像ロール２０上の現像残トナーの回収とその後のトナー供給の役割を有し、抵抗値が１０６Ωｃｍ〜１０９Ωｃｍの範囲のキャリアであれば、現像ロール２０と磁気ロール２１間のニップで強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシで引き剥がし、現像に必要なトナーを供給することができる。
【００３７】
この時、トナーとの接点を増やすためには、４０μｍ以下の小径のキャリアを用い、キャリアの表面積を高めることが好ましい。このキャリアの抵抗値が１０６Ωｃｍ以下の低抵抗では、現像ロール２０上の現像残トナーを回収して現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生の無い現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ロール表面からトナーが飛散し、帯電器や露光ユニット４を汚染する不具合を発生させてしまう。また、１０９Ωｃｍ以上の抵抗では、帯電性能を付与することは可能であるが帯電が上昇しやすい問題がある。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ロール２０上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現像ロール２０に再度投入することが可能になる。
【００３８】
一方トナーは帯電量を５〜２０μＣ／ｇに制御することで、トナー飛散、カブリを防止し、なお且つ、低電界で現像することによって現像ロール２１上に現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた現像システムを提供できる。帯電されたトナーは、キャリアと共に磁気ロール２１上に磁気ブラシを形成し、磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜で現像ロール２０上に薄層を形成し、感光体３との間の直流、交流の重畳されたバイアスによって感光体３に飛翔し、潜像を現像する。このとき現像ロール２０上の現像残トナーは、磁気ロール２１上に形成された磁気ブラシが現像ロール２０上のトナー層に接触することで、各ロールの周速差で生じるブラシ効果で回収され、パドルミキサー２２での撹拌によって掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。
【００３９】
本発明におけるトナーの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対し、トナー２〜４０重量％、好ましくは３〜３０重量％、より好ましくは４〜２５重量％である。トナーの混合割合が２重量％未満であると、トナー帯電量が高くなって、十分な画像濃度が得られなくなり、４０重量％を超えると十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像装置から飛散し画像形成装置内を汚染したり、面像上にトナーカブリが生じる。
【００４０】
また、現像剤の入れ替えを促進するため本発明においては、磁気ロール２１の回転速度を現像ロール２０の速度より早く、かつ、現像ロールの回転速度の２倍以下に設定し、また前記パドルミキサーの回転速度と磁気ロールの回転速度に差を設け、パドルミキサーを磁気ロールに対し、カウンタ回転するようにした。このように線速差を設けることでトナーの回収性が向上し、適切なトナー濃度に設定された現像材を現像ロールに供給することで均一なトナー層を形成することが可能になるが、この線速差を２倍以上にすると磁気ロール２１の負荷が大きくなり、実用的でなくなる。
【００４１】
感光体３の感光材料としてａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、その表面の露光後電位は１０Ｖ以下の非常に低い特徴を有しているが、その膜厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧が低下する。その一方で、潜像形成した時における感光体３の表面の電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向がある。この特性は、誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感光体では、膜厚を２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下とした場合に特に顕著である。この場合、直流の現像バイアスＤＣ３０ａは１５０Ｖ以下、さらに好ましくは１００Ｖ以下とし、交流成分としてＡＣ３０ｂをＶｐ−ｐ５００〜２０００Ｖ、周波数を１〜３ｋＨｚに設定して現像することが可能である。
【００４２】
画像形成装置に用いる感光体３としては、従来から有機感光体（ＯＰＣ）が知られているが、このＯＰＣ感光体は感光層表面が軟らかく、クリーニングブレードの摺擦で感光層が削れやすいという問題があった。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して表面が硬質であり、耐久性や機能保持性（メンテナンスフリー）に優れていることから、感光層の厚さが２５μｍ以上のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体が近年使用されている。しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体はグロー放電分解法等を用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるが、前記したように膜厚を２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下とすることで、かかる問題も解決できる。
【００４３】
感光体３として正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合は、残留電位を１００Ｖ以下にするため、感光層の膜厚を２５μｍ以上に設定し、電荷発生材料の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のＯＰＣは、感光層の中に電荷発生材を添加することから感光層の膜減りによっても感度変化が少なく、有利である。この場合でも、現像バイアスＤＣ３０ａは４００Ｖ以下、さらに好ましくは３００Ｖ以下に設定することが、トナーに強い電界をかけることを防止する意味でも好ましい。
【００４４】
この様に現像バイアスを低く設定することは、薄膜のａ−Ｓｉ感光体の絶縁破壊を抑制すると共にトナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑止するのに有効である。また、現像ロール２０上に１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜７０μｍのトナー層を形成し、現像ロール２０と感光体３とのギャップを１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体３上に飛翔させることで、鮮明な画像を得ることができる。
【００４５】
このように構成した本発明のタンデム型画像形成装置における現像装置において、穂切りブレード２４と磁気ロール２１とのギャップを０．３から１．５ｍｍ、磁気ロール２１と現像ロール２０間のギャップを同様に０．３から１．５ｍｍ程度とし、現像ロール２０上のトナーの薄層を、６から１００μｍ、好ましくは３０から７０μｍの厚さとなるようにした。この厚さは、トナーの平均粒径を７μｍとした場合、トナーの５層から１０層程度に相当する値である。また、現像ロール２０と感光体３との間のギャップを、１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍとした。このギャップが１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナーを感光体３に飛翔させることが困難になって、十分な画像濃度を得ることが出来ない。また、選択現像を発生させる要因になる。
【００４６】
そしてこのように構成した現像装置は、図２、図４に詳細を示したように、現像剤容器６からの現像剤補給孔４０の下部に撹拌ミキサー２３を設置し、さらに仕切り壁４１を介してパドルミキサー２２を設置してある。そしてこのパドルミキサー２２の下方空間の現像位置側に磁気ロール２１と現像ロール２０を配置し、さらに感光体３と現像ロール２０が対面するよう配置してある。そのため、現像剤容器６から現像剤補給孔４０を通して補給された現像剤は、撹拌ミキサー２３で移動されながら撹拌されてトナーが帯電され、仕切り壁４１の両端（図４参照）からパドルミキサー２２側に補給される。そしてこのパドルミキサー２２のスクリュー３０による移動、パドル３３によるパドルミキサー２２の回転軸法線方向への放出でさらに撹拌、帯電されながら適正なレベルに帯電され、磁気ロール２１に供給されてこの磁気ロール２１上に磁気ブラシを形成する。そしてこの磁気ブラシは穂切りブレード２４によって一定の層厚とされ、前記したように磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差、｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜によって、現像ロール２０上にトナーのみの薄層を形成する。
【００４７】
そして、現像ロール２０に現像用の交流バイアスを印加することでこの現像ロール２０上のトナーが感光体３に飛翔し、感光体３上の潜像が現像されると、この現像ロール２０上の現像に使われなかったトナーは、磁気ロール２１の磁気ブラシの周速差で生じるブラシ効果で回収され、さらにその回収したトナーを含んだ磁気ブラシはパドルミキサー２２のパドル３３で掻き取られ、新トナーを含んだ現像剤と混合されて撹拌され、再度磁気ロール２１上に磁気ブラシを形成すべく磁気ロール２１に供給される。そして、磁気ロール２１に供給されて形成された磁気ブラシによって、現像ロール２０にトナー薄層を形成することで、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、容易にトナーの回収と入れ替えを行うことができる。
【００４８】
そして本発明においては、各プロセスユニットの複数の画像を連続形成する際の１つの画像を現像してから次の画像の現像を開始するまでの非画像形成期間又は画像形成開始前の任意の設定時間に、前記現像ロール２０と磁気ロール２１、及びパドルミキサー２２を回転させたまま現像ロール２０と磁気ロール２１の表面電位ＤＣ３１ａとＤＣ３０ａを等しくした等電位状態を発生させ、そしてこの等電位状態で前記現像ロール２０上の現像残トナーを磁気ブラシで回収する。なおこの非画像形成期間は、複数の画像を連続形成する際だけでなく、画像形成開始前、例えば図示していない制御回路からプリント開始の信号が来て記録媒体が給紙カセット７から搬送ベルト５に送り出されるまでの期間などでも良い。さらにこの非画像形成期間の検出も、図示していない制御回路からプリント開始の信号、露光ユニット４に送られる印字画像データなどに基づいて検出してもよいし、給紙カセット７において、記録媒体の先端や後端により検出するようにしてもよい。
【００４９】
そして現像ロール２０と磁気ロール２１の表面電位の等電位状態は、両表面電位差｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜が０Ｖとなればよいから、例えば両電位を０Ｖとしたり、５０Ｖなど、任意の電位でおこなってもよい。またこの等電位状態は、現像ロール２０と磁気ロール２１の両表面電位を制御して実現してもよいし片側の表面電位を他方に合わせるように制御してもよく、さらに非画像形成期間の全期間を等電位状態にするのではなく、一部分だけを等電位状態にするようにしてもよい。
【００５０】
このように、非画像形成期間、又は画像形成開始前に、現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキサーを回転させたまま表面電位を等しくした等電位状態を発生させることにより、現像ロールにトナーが付着する静電気力が無くなり、その結果、現像ロールと磁気ロールとの周速差による磁気ブラシ効果により、トナーに負担をかけずに効率よく現像残トナーを磁気ロールに回収することができる。従って、残像の原因となる現像残トナーを容易に回収し、カブリの発生を回避しつつ残像の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができる。
【００５１】
このように構成した本発明になるタンデム型画像形成装置における現像装置により現像ロール２０上に形成されたトナー薄層と、従来のパドルのないスクリューだけを用いた撹拌装置で構成した現像装置で形成されたトナー薄層の形成状況を評価したグラフ図５に示した。この評価は、プロセス速度８４ｍｍ／ｓｅｃ、印字速度１４枚／分の図１に示すような評価機を用意して行った。この図５において、縦軸は現像ロール２０上に形成されるトナー層の重量（ｍｇ／ｃｍ２）、横軸は現像ロール２０の回転数であり、図６に示したような現像ゴーストを抑制するためには、現像ロール１回目から１．０ｍｇ／ｃｍ２成以上のトナーを確保する必要がある。
【００５２】
この図５から明らかなように、従来のパドルのないスクリューだけを用いた撹拌装置で構成した現像装置では、現像ロール２０上に均一な現像性を得るのに必要なトナー量を形成するためにはこの現像ロール２０を２回転以上させる必要があり、１回転では図６に示すような残像を生じてしまう。この現象は、現像した後で現像ロール２０上のトナー量が不均一なために発生する。この現象を解消するには現像タイミングまでに現像ロールを空回し、十分なトナー量を確保する必要があるが、感光体３に対して現像ロール２０の回転数を上げると現像材に対する負荷が増大し、トナーの帯電の劣化を生じてしまう。他の方法としては十分な現像間隔を確保する方法があるが、印字速度が低下してしまう。
【００５３】
それに反して本発明になる現像装置では、現像ロール２０の１回転目から必要なトナー量が得られており、それに伴い、図６に示したような残像が発生することも防止される。すなわち本発明の現像装置では、現像後における現像ロール２０上の現像残トナーの入れ替えが促進されて均一となり、従来装置のように現像タイミングまでに現像ロールを空回ししたり、十分な現像間隔を確保する等のことをせずに済み、現像剤に対する負荷の増大やトナーの帯電の劣化を生じる心配や、印字速度の低下などのことを生じることがなく、選択現像による現像性の低下の心配もない。これによって、カラー画像とモノクロ画像が混在した印刷を行う場合でも、各色の現像量を一定に保ち良好な現像性を維持することが可能になる。
【００５４】
【発明の効果】
以上種々述べてきたように、本発明の請求項１に記載した発明によれば、パドルミキサーのパドルで現像残トナーを回収した磁気ロール上の磁気ブラシを掻き取ることができるから、効率よく新旧トナーを混合してトナーを確実に帯電させると共に残像の発生が防止でき、現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防いで長期にわたって安定した画像品質が得られる。
【００５５】
そして請求項２に記載した本発明によれば、各色毎に複数の感光体と現像装置を設けねばならぬタンデム型画像形成装置においても、互いの感光体や現像装置を近接して設置することができるから画像形成装置そのものを小型に構成することが可能となり、また現像装置を縦型にした場合の前記した現像剤の還流などの問題点、すなわち現像剤撹拌部から感光体に近接した現像スリーブへの供給が複雑になると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの飛散なども、磁気ロール上の磁気ブラシをパドルミキサーが掻き取って撹拌するから生じることがない。そのため、タンデム型画像形成装置を、小型に、安価に構成できる。
【００５６】
そして請求項３に記載した本発明によれば、磁気ロールの回転速度を前記現像ロールの回転速度より早く設定することにより、磁気ブラシが現像ローラに接触する機会を増加させることができ、トナーの回収性を効果的に増加させ、確実に現像残トナーを回収できる。
【００５７】
そして請求項４に記載した本発明によれば、パドルの一端をミキサー上に設けたスクリューに接すると共にスクリュー間隔より小さな幅で立設することにより、トナーがスクリューによって水平方向に移動すると共にパドルによってミキサーの回転軸法線方向にも放出され、新規に補給されたトナーと磁気ロールが回収したトナーの撹拌、入れ替えが促進できる。
【００５８】
そして請求項５に記載した本発明によれば、非画像形成期間又は画像形成開始前の任意の設定時間に、現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキサーを回転させたまま現像ロールと磁気ロールの表面電位を等しくした等電位状態を発生させることにより、現像ロールにトナーが付着する静電気力が無くなり、その結果、現像ロールと磁気ロールとの周速差による磁気ブラシ効果により、トナーに負担をかけずに効率よく現像残トナーを磁気ロールに回収することができる。従って、残像の原因となる現像残トナーを容易に回収し、カブリの発生を回避しつつ残像の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる現像装置を有した画像形成装置の一実施例の概略構成である。
【図２】  本発明になる画像形成装置における現像装置の断面図である。
【図３】  本発明になる画像形成装置における現像装置を構成するパドルミキサーと撹拌ミキサーの形状を示した図である。
【図４】  本発明になる画像形成装置における現像装置の立体構成図である。
【図５】  本発明になる現像装置と従来の現像装置における現像ロールの回転回数によるトナー層形成状況を示したグラフである。
【図６】  残像（ゴースト）の発生を説明するための図である。
【符号の説明】
３      感光体
２０    現像ロール
２１    磁気ロール
２２    パドルミキサー
２３    撹拌ミキサー
２４    穂切りブレード
２５    トナー濃度センサ
ＤＣ３０ａ  直流バイアス電源
ＡＣ３０ｂ  交流バイアス電源
ＤＣ３１ａ  直流バイアス電源
４０    現像剤補給孔
４１    仕切り壁
【図１】
0004772217.tif 000002
【図２】
0004772217.tif 000003
【図３】
0004772217.tif 000004
【図４】
0004772217.tif 000005
【図５】
0004772217.tif 000006
【図６】
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