(57)【要約】【課題】トナーへの負荷を低減してトナーの劣化を最小限に抑え、長期に亘って高品位な画像を形成できると共に、トナー飛散を抑え、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行う。【解決手段】図２におけるトナーホッパ４の上側には、前記感光体ドラム１の軸方向全体に渡る排気手段１２が設けられている。ここでは排気手段１２としての吸引ファンを用いる。空気吸引流量は５０〜５０００ｍｍ2 ／ｓであることが望ましい。この排気手段１２によって、現像槽内の空気はトナーフィルタ１３を通って現像装置外に流れ、現像装置は負圧に保たれる。  このように現像装置内と装置外との間に圧力差を設けることにより、感光体ドラム１と電極ローラ６との隙間からのトナー飛散を抑え、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行うことができる。【選択図】  図２
2005164825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された円筒状の感光体ドラムに面する開口部を有し、非磁性一成分のトナーを貯蔵するトナーホッパと、
前記トナーが供給された前記感光体ドラムと所定の間隙を保持して対向し、前記感光体ドラムとの対向位置で表面が前記感光体ドラムの表面と逆方向に移動する円筒状の電極ローラと、
前記対向位置を通過した後の前記電極ローラの表面からトナーを除去する除去手段と、  前記電極ローラに対して交流電圧に直流電圧を重畳して印加する電極電源と、を備え、
前記感光体ドラムと前記電極ローラとの隙間から前記開口部を通じて、外気が前記トナーホッパ内に流入するように、前記トナーホッパ内と外気との間に圧力差を与える圧力差発生手段を設けることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記圧力差発生手段は、前記トナーホッパ内の空気を外部に排出する排気手段であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記圧力差発生手段は、感光体ドラムと前記電極ローラとの間に向けて空気を送風する送風手段であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。    
【請求項４】
前記トナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤とを有し、軟化点が９５℃以上１２０℃以下であることを特徴とする請求項１〜３に記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤である顔料とを有し、前記顔料濃度が７％以上２５％以下であることを特徴とする請求項１〜４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤及び、離型材としてのワックスを有し、前記ワックスの含有率が６％以上２０％以下であることを特徴とする請求項１〜５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記トナーの体積平均粒子径は、４μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６に記載の現像装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置、特に像担持体上に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを用いる現像装置としては、静電潜像担持体感光体ドラムに近接または当接して配置される現像剤担持体と、現像剤担持体にトナーを供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体に当接して現像剤担持体上のトナーを薄層化するとともに摩擦帯電により電荷を付与する層規制ブレードとを備えたものが実用化されている。この画像形成装置で適切な現像を行うには、現像剤担持体上に常に安定したトナーの薄層を形成することが非常に重要である。しかし、現像剤担持体上のトナー層の帯電および均一なトナー層を形成するためには層規制ブレードと現像剤担持体との当接圧を高く設定することが必要である。
【０００３】
しかしながら、層規制ブレードと現像剤担持体の当接圧を高くすると、当接部でトナーに過剰な負荷がかかりトナーが劣化し、トナーの流動性や帯電性が低下する。このため、層規制ブレードへのトナー融着による白筋の発生や、搬送されるトナー量の低下による濃度低下、さらに正常に帯電していないトナーが感光体ドラムに供給されてトナーカブリやトナー飛散などを生じ、これによって画像が劣化する。
【０００４】
このため層規制ブレードを用いない画像形成装置として、磁性トナーを用いて、位置が固定された磁石を内包した回転する感光体を帯電露光し静電潜像を形成した後、現像剤溜め内に位置する感光体表面に磁性トナーを磁石により磁気的に付着させ、静電潜像を現像する構成の電子写真装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
静電潜像が形成された感光体ドラムに面する開口部を有し、また、図１に示すように、非磁性一成分トナー５を貯蔵するトナーホッパ４と、トナーホッパ４から感光体ドラム１へトナー５を供給するトナー供給手段と、トナー５を供給された感光体ドラム１と所定の間隙を保持して対向し、対向面が感光体ドラム１の回転方向と逆方向に回転する円筒状の電極ローラ６と、電極ローラ６の感光体ドラム１と対向する対向部の下流側に位置し、電極ローラ上のトナー５を除去する除去手段と、電極ローラ６に直流電圧に交番電圧を重畳して引加する電極電源１０とを供えるような画像形成装置も考案されている。
【特許文献１】特開平５−１８１３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の画像形成装置では、感光体ドラムが、内部に固定された磁石でトナーを強力に引きつけながら回転し、電極ローラが、内部に固定された磁石でトナーを強力に引きつけながら転する。このため、感光体ドラムと電極ローラとの回転により、トナーに強い負荷が作用する。この負荷によりトナーが劣化するために感光体ドラムに対するトナーの吸着力が低下し、感光体ドラムの表面に付着するトナーの減少によって画像濃度が低下したり、トナー飛散したトナーによるカブリを生じて画像品位が劣化する。また、磁力によりトナーを感光体ドラムへ強力に引きつけるため、トナーの帯電特性とは関係なく感光体ドラムと電極ローラとの現像位置へトナーが搬送される。このため、帯電能力の低いトナーも対向部へ搬送されて現像に供されるので、帯電量の低いトナーが非画像部へ付着してカブリを生じる。
【０００７】
また、図１に示すような構成では、トナー劣化は防止され、非磁性トナーを用いることもできるが、感光体ドラム１と電極ローラ６との隙間からトナーが飛散、付着し、画像が劣化し、現像装置本体も汚染される問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑み、トナーへの負荷を低減してトナーの劣化を最小限に抑え、長期に亘って高品位な画像を形成できると共に、トナー飛散を抑え、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行うことができる現像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】
【０００９】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
【００１０】
（１）回転自在に支持された円筒状の感光体ドラムに面する開口部を有し、非磁性一成分のトナーを貯蔵するトナーホッパと、
前記トナーが供給された前記感光体ドラムと所定の間隙を保持して対向し、前記感光体ドラムとの対向位置で表面が前記感光体ドラムの表面と逆方向に移動する円筒状の電極ローラと、
前記対向位置を通過した後の前記電極ローラの表面からトナーを除去する除去手段と、  前記電極ローラに対して交流電圧に直流電圧を重畳して印加する電極電源と、を備え、前記感光体ドラムと前記電極ローラとの隙間から前記開口部を通じて、外気が前記トナーホッパ内に流入するように、前記トナーホッパ内と外気との間に圧力差を与える圧力差発生手段を設けることを特徴とする。
【００１１】
この構成では、トナーホッパの内圧と外気圧との間に圧力差が与えられ、トナーホッパの開口部では、外気が内部に流入する。したがって、感光体ドラムと電極ローラとの隙間からのトナーの飛散が抑えられ、トナーの負荷が低減されてトナーの劣化が最小限に抑えられる。
【００１２】
（２）圧力差発生手段は、前記トナーホッパ内の空気を外部に排出する排気手段であることを特徴とする。
【００１３】
この構成では、トナーホッパ内の空気が排気手段によってトナーホッパのみ外部に排出される。したがって、トナーホッパ内は外気に対して負圧に保たれる。
【００１４】
（３）前記圧力差発生手段は、感光体ドラムと前記電極ローラとの間に向けて空気を送風する送風手段であることを特徴とする
この構成では、開口部における感光体ドラムと電極ローラとの間に向かって外部から空気が送り込まれる。したがって、感光体ドラムと電極ローラとの間を挟んでトナーホッパーと外部との間に圧力差が与えられる。
【００１５】
（４）前記トナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤とを有し、軟化点が９５℃以上１２０℃以下であることを特徴とする。
【００１６】
この構成では、低温定着トナーが使用される。したがって、定着温度が低温化され、省エネルギー化および高速化が容易になる。
【００１７】
（５）前記トナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤である顔料とを有し、前記顔料濃度が７％以上２５％以下であることを特徴とする。
【００１８】
この構成では、顔料濃度が高いトナーが使用される。したがって、トナーの消費量が減少する。
【００１９】
（６）前記トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤及び、離型材としてのワックスを有し、前記ワックスの含有率が６％以上２０％以下であることを特徴とする。
【００２０】
この構成では、６〜２０％以上のワックスを含有したトナーが使用される。したがって、定着時の離型性が確保される。
【００２１】
（７）前記トナーの体積平均粒子径は、４μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする。  この構成では体積平均粒子径が４〜８μｍの小粒径トナーが画像形成に使用される。したがって、微細な画像の再現性が向上し、画像におけるトナー粒子間の空間が小さくなる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００２３】
（１）トナーへの負荷を低減してトナーの劣化を最小限に抑え、長期に亘って良好な画像形成を行うことが可能で、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行うことができる。また、飛散トナーにおける装置汚れも解消される。
【００２４】
（２）トナーホッパの内部と外部との間に圧力差を設けることにより、感光体ドラムと電極ローアとの隙間からのトナーの飛散を抑え、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行うことができる。
【００２５】
（３）トナーホッパの内部と外部との間に圧力差を設けることにより、トナー飛散を抑え、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行うことができる。
【００２６】
（４）定着温度を低温化することにより省エネおよび高速化が実現できる。
【００２７】
（５）トナーの消費量を低減することができるので、トナーホッパの小型化および超寿命化ができる。顔料の濃度が高いトナーは負荷により劣化しやすいが、本構成では負荷が小さいので、高顔料トナーを用いても、長時間にわたって安定した画像を形成することができる。
【００２８】
（６）定着時の離型性を確保することができるので、オイル等の離型材の供給が不要になり、装置を小型化できる。ワックスを有するトナーは負荷により劣化しやすいが、本構成では負荷が小さいので、ワックス含有量の高いトナーを用いても、長時間にわたって安定した画像を形成することができる。
【００２９】
（７）小粒径トナーを使用することができるため、微細な画像の再現性の向上、低付着量での高画質化、及び、トナー消費量の低減を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る現像装置の断面図である。
【００３１】
この発明の実施形態に係る現像装置であるトナーホッパー４は画像形成装置内において、帯電ローラ２および転写ローラ８とともに感光体ドラム１の周面に対向して配置されている。トナーホッパ４は斜め下方に開口部が形成された中空の筐体である、内部にトナーを収納している。トナーホッパ４の内部には回転部材１１及び電極ローラ６が図中矢印で示す方向に回転自在に支持されている。回転部材１１及び電極ローラ６は、回転方向の一部が開口部から露出して感光体ドラム１に対向している。電極ローラ６の周面には一端をトナーホッパ４内に固定されたスクレーパ９の他端が接している。また、トナーホッパ４の外部には排気手段が設けられている。
【００３２】
感光体ドラム１はＧＮＤ電位に接続された円筒状基材のアルミ素管上に有機感光層を有し、直径３０ｍｍで、図中矢印で示す方向に周速度８０ｍｍ／ｓで回転する。感光層の材料としては酸化亜鉛、セレン、アモルファスシリコン等の材料を用いることができる。素管上の感光層は電荷発生層、電荷輸送層を積層して、４０μｍ以下の層厚に形成されている。感光体の層構成は上記に限るものではなく、感光層の下層に下地層、表面に表面層を設けても良い。
【００３３】
帯電ローラ２は、所定の電圧を印加されることにより、感光体ドラム１の表面を均一に負極性に帯電させる。感光体ドラム１を均一に帯電させる手段としては、スコロトロン等のコロナ帯電器を用いても良い。信号光３は感光体ドラム１上に潜像を形成する。
【００３４】
トナー５は負帯電性の絶縁性非磁性一成分トナーであり、結着樹脂に着色剤及び、離型剤が分散されており、体積平均粒径を６．５μｍ、軟化点を１００℃、顔料の含有率を１５％、離型剤としてのワックスの含有率を１２％としている。
【００３５】
本発明で使用するトナーに使用可能な結着樹脂は、一般の電子写真技術において使用されているトナー用樹脂であれば特に制限はない。具体的には、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の単重合体、スチレン−Ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体などのスチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ロジン変性レジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等を単独または２種以上の組合せで使用することができる。特にフルカラートナー用としては、熱特性制御などから軟化点が９５℃以上、１２０℃以下のポリエステル樹脂が好ましい。
【００３６】
また、本発明で使用する現像剤に使用可能な着色剤としては、一般の電子写真技術で使用されているトナー用着色剤であれば特に制限はない。例えば、従来からモノクロ用として用いられているカーボンブラックやニグロシン染料などの他に、アゾ系染料、アントラキノン系染料、インジゴ染料、フタロシアニン系染料、キサンテン系染料などの染料、アゾ系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、キナクリドン系顔料、フタロシアニン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、アントラキノン系顔料、ぺリレン系顔料、ぺリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料若しくは金属錯体系顔料などの有機系顔料、酸化チタン、カーボンブラック、モリブデンレッド、クロムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ベルリンブルーなどの無機系顔料、又は、アルミニウム粉などの金属粉等の公知の染料や顔料を用いることができる。
【００３７】
離型剤としてのワックスとしては特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、パラフィンワックス等が採用できる。
【００３８】
本発明で使用するトナー中には、必要に応じて、帯電制御剤、流動性向上剤、定着促進剤、導電剤を、適宜選択して添加することができる。
【００３９】
なお、本発明で使用するトナー５の軟化点温度を１００℃としたが、９５℃以上１２０℃以下とすることが望ましい、このような低温定着トナーを使用することにより、省エネおよび高速化が実現できる、低温定着トナーは負荷により劣化しやすいが、本構成では、トナー５への負荷が小さいので、低温定着トナーを用いても、長時間にわたって安定した画像を形成することが出来る。
【００４０】
また、トナー５の顔料濃度を１５％としたが、7 ％以上２５％以下とすることが好ましい。このような顔料濃度の高いトナーを使用することにより、トナーの消費量を低減することができるので、トナーホッパーの小型化および超寿命化が実現できる。顔料濃度の高いトナー５は負荷により劣化しやすいが、本構成では負荷が小さいので、低温定着トナーを用いても、長時間にわたって安定した画像を形成することができる。
【００４１】
また、トナー５は離型剤としてのワックスを有し、ワックスの含有率を１２％としたが、この含有率は６％以上２０％以下とすることが好ましい。ワックスを有するトナー５を使用することで、定着時の離型性を確保することができるので、オイルなどの離型剤の供給が不要になり、装置を小型化できる。ワックスを有するトナー５は負荷により劣化しやすいが、本構成ではトナー５に作用する負荷が小さいので、ワックスを有するトナー５を用いても、長時間にわたって安定した画像を形成することが出来る。
【００４２】
また、トナー５の体積平均粒子径は、６．５μｍとしたが、トナー粒径としては４μｍ以上８μｍ以下であればよい。このような小粒径トナーを使用することで、低付着量での高画質化およびトナー消費量の低減を実現できる。トナー粒径が小さい方が重量あたりの帯電量（ｑ／ｍ）が増加するので、鏡像力によるトナー搬送や交番電界による往復運動の作用が大きくなる。このため、画像濃度を十分に確保できると共に、潜像に忠実なシャープな細線を現像することができる。
【００４３】
トナー５の製法としては、着色顔料や離型剤等を結着樹脂に分散し粉砕する粉砕法でも良いが、乳化重合法、縣濁重合法、溶液縣濁法に代表される湿式でトナー５を製造することが好ましい。これらの製法は、粒子形状が球形または球形に近い形状とすることが容易であり、工程を制御することでトナーの流動性制御を行えるなどの利点がある。この流動性の制御により、感光体ドラムのトナー搬送量を適切に設定することができる。これにより、十分な画像濃度を安定して得ることが容易になる。
【００４４】
トナーとしては、結着樹脂と、着色材としての顔料、離型材としてのワックスを含み、トナーの軟化点が９５℃以上１２０℃以下で、その体積平均粒子径が４μｍ以上８μｍ以下、顔料濃度が７％以上２５％以下、ワックスの含有率が６％以上２０％以下のものが使用可能である。このような、低着温度の低温度化（省エネ）や高画質化には好ましいが、融着や劣化が生じやすいトナーであっても、本方式であればトナーへの負荷が小さいので、十分に使用可能である。
【００４５】
トナーホッパ４はトナー５を収容するトナー溜めである。本実施の形態では、トナー５を感光体ドラム１へ供給するトナー供給するトナー供給手段として、トナーホッパ４の下方に感光体ドラム１に面する開口部を設け、重力によりトナー５が感光体に接触する構成としている。
【００４６】
電極ローラ６は感光体ドラム１との間に２００μｍのギャップを設けて対向させた直径１５ｍｍのステンレス製のものであり、図中矢印で示す方向へ周速度８０ｍｍ／ｓで回転する。感光体ドラム１と電極ローラ６の回転方向は図示のように対向部で表面が逆方向へ移動する方向で、周速は等速である。電極ローラ６の材質は導電性であれば良く、体積抵抗としては１０5 Ωｃｍ以下であればよい。電極ローラ６の径は１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が良い。
【００４７】
電極電源１０は電極ローラ６に対して直流電圧に交番電圧を重畳した電圧を印加する。電極ローラ６には図２に示すように、−４００Ｖの直流電圧（ＤＣＶ）に周波数２ｋＨｚで振幅が１．６ｋＶｐ−ｐ（Ｖｐｐ）の交番電圧を重畳して印加している。この交番電圧はｓｉｎ波でも矩形波でもよく、潜像が形成された感光体表面と電極ローラ６との間に実質的に交番電界が作用すればよい。
【００４８】
回転部材１１は回転するアクリルやＡＢＳ等の樹脂からなっている。なお、回転部材１１と感光体ドラム１との間隔は、感光体ドラム１と電極ローラ６の間隔（２００μｍ）以上の０．５ｍｍに設定している。回転部材１１の表面速度は、感光体ドラム１の表面速度と同方向で、感光体ドラム１の表面速度以上１００ｍｍ／ｓとしている。また、回転部材１１の表面をステンレスやアルミなどの導電性材料として、装置本体のＧＮＤ電位部位に電気的に接続を備えても良い。
【００４９】
スクレーパ９は、この発明の除去手段であり、ステンレス製厚さ５０μｍの板材により構成されており、電極ローラ６上のトナー５を掻き落とす。転写ローラ８は感光体ドラム１上のトナー像を記録紙７へ転写する。
【００５０】
次に、以上のように構成した画像形成装置の動作を説明する。
【００５１】
まず、感光体ドラム１を帯電ローラ２により−６００Ｖに均一に帯電させる。この感光体ドラム１を信号光３が露光することで、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。この感光体ドラム１の露光電位は一例として−７０Ｖである。この感光体ドラム１表面に重力によりトナーホッパ４内のトナー５が供給される。感光体ドラム１近傍のトナー５が感光体ドラム１の回転により電極ローラ２との対向部である現像ギャップへ搬送される。
【００５２】
静電潜像とトナー５を搬送する感光体ドラム１が電極ローラとの対向部を通過すると、感光体ドラム１上には静電潜像に対応したトナー像が得られる。図中の矢印で示す方向に回転する電極ローラ６の表面に付着して搬送されるトナー５はスクレーパ９により掻き取られて、トナーホッパ４へ戻される。こうして感光体ドラム１上に得られたトナー像は転写ローラ８へ印加される電圧により記録紙７に転写される。この記録紙７に転写されたトナー像を不図示の定着器により加熱及び加圧されることにより、記録紙７上に画像が形成される。この結果、画像はカブリも無く、濃度も十分で均一で、細線にも優れた高品位な画像が実現できる。
【００５３】
ここで、画像形成時のトナーの挙動について詳しく述べる。まず、トナーホッパ４内のトナー５は感光体ドラム１表面に重力により供給される、感光体ドラム１近傍のトナー５は感光体ドラム１と接触して接触帯電するとともに、感光体ドラム１の回転によりトナ−５同士が摩擦帯電して電荷を帯びる。このトナ−５の電荷による鏡像力により、トナー５の感光体ドラム１への付着力が増加し、より多くのトナー５が感光体ドラム１の回転により搬送される。感光体ドラム１の回転により搬送されるトナー５は、感光体ドラム１と電極ローラ６の対向部に形成される楔状の空間に進入するに従って搬送される量が規制される。こうして、所定量のトナー５が感光体ドラム１の回転により電極ローラ６との現像位置の現像ギャップへ搬送される。このとき、トナー５は全体としてー５μＣ／ｇに帯電する。
【００５４】
現像ギャップへ搬送されたトナー５は、電極ローラ６に印加された現像電位と感光体ドラム１の電位により形成される現像電界により運動する。電極電圧には交番電圧が重畳されているので現像ギャップにおいてトナー５が往復運動してクラウド状になる。この交番電圧による電界によっても現像ギャップの内部へ侵入するトナー量は規制される。また、クラウド状態での往復運動により、トナー５と感光体ドラム１及び電極ローラ６との接触機会が増加する。この接触によりトナー５が接触帯電するために、現像ギャップ中でトナー５の帯電は正規の極性に揃うと共に帯電量が増加する。これにより、静電潜像に忠実に、且つ細線もシャープに現像できると共に、画像濃度も確保でき、カブリの少ない良好な画像を得ることができる。
【００５５】
また、トナー５の往復運動により、感光体ドラム１の非画像部に付着したトナー５と運動するトナー５との衝突が発生する。この衝突時に感光体ドラム１上のトナー５が弾き飛ばされて移動するので、非画像部のトナー５と感光体ドラム１との付着力を低減させて、電界力により除去することが容易になる。この作用によって、非画像部のカブリを除去して良好な画像を得ることができる。現像後の感光体ドラム１上のトナー像は全体として−１８μＣ／ｇに帯電する。
【００５６】
また、感光体ドラム１へ供給されたトナー５は、トナー粒子同士が凝集しているために流動性が低下しているので、トナー粒子径よりも大きな現像ギャップから流出することは無い。一方、現像ギャップでは交番電界によりトナー５の凝集が分散されるので、現像ギャップへは適量のトナー５が搬送される。
【００５７】
トナー５は現像ローラと感光体ドラム１との間を往復運動しながら、所定極性に帯電する。従って、トナー５が感光体ドラム１上に複数層形成していても、全てのトナー５を均一にむらなく帯電することが可能である。この結果、未帯電トナーや、弱帯電トナー、逆帯電トナーの発生を防止することが可能になり、カブリ、濃度低下の発生を防止することができる。
【００５８】
なお、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像位置のギャップは２００μｍとしたが、ベタ濃度を実現するために必要な感光体ドラム１上のトナー層厚よりも広ければよい。これにより、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像位置で、トナー５が交番電圧により現像ギャップ内を疎な状態で往復運動できるので、トナー５と電極ローラ６および感光体ドラム１との接触帯電機会が増加する。同時に、往復運動により、感光体ドラム１の非画像部に付着したトナー粒子に運動するトナー粒子を衝突させることができる。このため、非画像部のトナー５と感光体ドラム１との付着力を低減させて、電界力により除去することが可能になる。したがって、非画像部のカブリを除去して良好な画像を得ることができる。
【００５９】
また、感光体ドラム１の素管上の感光層の厚さは、４０μｍとしている。感光体ドラム１上のトナー５の感光体に付着させる鏡像力はトナー５の電荷と、この電荷によりＧＮＤ電位の素管に誘起される鏡像電荷の吸引力として考えられる。このため、トナー５と素管の距離が増加すると、トナー５を感光体ドラム１に付着させる力は距離の二乗に反比例して低下する。この感光体ドラム１の層厚が５０μｍの場合には十分なトナー搬送力が得られないため、十分な画像濃度が得られない。本実施の形態の４０μｍの層厚であれば、十分な画像濃度が得られる。この感光体ドラム１の層厚の決定には、転写や帯電、クリーニングといった各工程における感光体ドラム１への負荷による層厚の低下を考慮する必要があり、トナーホッパ４のトナー容量に対応する寿命を保証するために、５μｍの厚さが必要であり、１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００６０】
電極電源１０の交番電圧としては、感光体ドラム１と電極ローラ６の対向部でトナー５が振動可能な電圧、電界強度としては５×１０6 Ｖ／ｍ（ｐ−ｐ）以上の電界が作用すればよい。本実施の形態では現像ギャップが２００μｍ、交番電圧が１．６ｋＶｐ−ｐなので、交番電界強度は８×１０6 Ｖ／ｍとなる。この範囲に電圧値を設定することによって、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像位置でトナーが振動可能になり、対向部での帯電機会を確保し、非画像部のトナー５を除去する作用も十分に得られる。
【００６１】
一方、電源電圧を安価に製造するために、交番電圧の振幅はｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋで５ｋＶ以下とすることが望ましい。この電圧でトナーを感光体ドラム１と電極ローラ６とのギャップ内で往復運動させるために、現像ギャップは１ｍｍ以下とすることが望ましい。これにより、安価な電源で良好な画像を得ることができる。
【００６２】
さらに、電極電源１０による電極ローラ６の電位と、感光体ドラム１の潜像による電位により形成される電極ローラ６と感光体ドラム１の対向部における電位差が電界強度の最大値が大気中における放電開始電圧よりも低いことが好ましい。
【００６３】
なお、感光体ドラム１と電極ローラ６との放電開始電圧は、下記の式（１）で求まる。    Ｖｔｈ＝３１２＋６．２ｚ…（１）
上式にて、
ｚ：空隙距離［μｍ］
Ｖｔｈ：ｚ＞8 μｍの時のパッシェンの法則の近似式
本実施の形態では、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像ギャップを２００μｍとしたが、このように設定したとき、１５５２Ｖより小さい電位差になる電圧を印加することがよい。感光体本表面の帯電電位が−６００Ｖ、露光電位が−７０Ｖなので電極電源１０による電圧は−１６２２Ｖ〜９５２Ｖとすればよい。本実施の形態では、電源電圧１０は−４００Ｖの直流電圧に１．６ｋＶｐｐの交番電圧を重畳しているので−１２００Ｖ〜＋４００Ｖの電圧が電極ローラ６に印加される。
【００６４】
このように、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像ギャップで放電が発生しない範囲に電圧値を設定することによって、電極ローラ６から感光体ドラム１への放電を防止することができる。これにより、対向部で感光体ドラム１、電極ローラ６、トナー５が変質、劣化することを防止できる。
【００６５】
また、周波数は２ｋＨｚとしたが、周波数としては５００Ｈｚ以上３ｋＨｚ以下が好ましい。トナー５の重量や帯電量にも依存するが、５ｋＨｚを超える周波数では、トナー５の往復運動が追随できなくなる場合がある。一方、周波数が低い場合には、感光体と電極ローラ６との現像ギャップでのトナー５の往復運動の回数が不足して十分な帯電作用やカブリ除去作用が得られない。交番電圧の周波数を５００Ｈｚ〜３ｋＨｚとすることにより、トナー５が十分に均一に帯電され、カブリ等の異常画像の発生も防止される。
【００６６】
なお、本実施の形態では電極ローラ６の周速度を感光体ドラム１と等速としたが、電極ローラ６の周速は感光体ドラム１の周速以上で３倍以下であればよい。この構成により、電極ローラ６が現像ギャップからトナー５を搬送する作用が、感光体ドラム１が現像ギャップへ搬送する作用以上となる。このため、現像ギャップ内においてトナー５の粒子間隔が疎になり、トナー粒子が振動できる状態を保つことが出来る。
【００６７】
なお、本実施の形態では、回転部材２０の少なくとも表面がステンレスやアルミなどの導電性材料として、装置本体の所定電位部位に電気的に接続したが、回転部材２０にトナー帯電極性と同極性の電圧を供給する供給電源を備えてもよい。この電圧値としては感光体ドラム１の表面電位よりもトナー５の帯電極性側の−６５０Ｖ〜−３ｋＶ程度がよく、さらに−１．５ｋＶ〜−３ｋＶが望ましい。トナー帯電極性と同極性の電圧を回転部材２０に印加することにより、感光体ドラム１と回転部材２０の対向部において、回転部材２０から感光体ドラム１方向にトナー５に順極性の電荷を付与する電界が生じる。このため、回転部材２０がトナー５を帯電させる作用が強くなり、感光体ドラム１へ供給されるトナー５の帯電量を増加させることができる。これにより、現像ギャップへ搬送されるトナー量を増加させて十分な濃度の画像を安定して得られると共に、細線もシャープに再現できる高解像度な画像を得ることができる。
【００６８】
次に本発明におけるトナー飛散防止動作を説明する。
【００６９】
図２におけるトナーホッパ４の上側には、感光体ドラム１の軸方向全体に渡る排気手段１２が設けられている。ここでは排気手段１２としての吸引ファンを用いる。空気吸引流量は５０〜５０００ｍｍ2 ／ｓであることが望ましい。この排気手段１２によって、現像槽内の空気はトナーフィルタ１３を通ってトナーホッパ４外に流れ、トナーホッパ４は負圧に保たれる。
【００７０】
このようにトナーホッパ４の内部と外部との間に圧力差を設けることにより、感光体ドラム１と電極ローラ６との隙間からのトナー飛散を抑え、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行うことができる。
【００７１】
また、図３のように送風ファン１４を用いて感光体ドラム１と電極ローラ６との間に向けて送風することによって、同様にトナーホッパ４の内部と外部との間に圧力差を設け、トナー飛散を抑え、飛散したトナーの付着がない良好な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来の現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図である。
【図３】この発明の別の実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の要部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  感光体ドラム
４  トナーホッパ
５  トナー
６  電極ローラ
１１  回転部材
１２  排気手段
【図１】
2005164825.tif 000003
【図２】
2005164825.tif 000004
【図３】
2005164825.tif 000005