(57)【要約】【課題】  現像同時クリーニング機能を有した現像装置における問題に鑑み、単に回収するにとどまらず回収したトナーをそのまま再使用に供することができる状態とすることができる構成を備えた現像装置を提供する。【解決手段】  二成分系現像剤を用いた磁気ブラシ現像が可能な現像装置であって、二成分系現像剤に含まれるトナーによる可視像処理が行われる静電潜像を担持している潜像担持体１に対して接触状態に設けられている現像剤担持手段４０２と、潜像担持体１に対して非接触状態で設けられて現像剤担持体４０２との間で現像剤の受け渡しが可能な現像剤供給手段４０３とを備え、現像剤担持手段４０２は、潜像担持体１に対する現像剤中のトナーの供給および潜像担持体１上の転写残トナーの回収のいずれかが選択され、現像剤供給手段４０３は潜像担持体１から回収される転写残トナーをこれの帯電位置に向け搬送する態位と現像剤担持手段４０２に対する現像剤中のトナーの供給態位とを選択されることを特徴としている。【選択図】  図７
2007003794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二成分系現像剤を用いた磁気ブラシ現像が可能な現像装置であって、
上記二成分系現像剤に含まれるトナーによる可視像処理が行われる静電潜像を担持している潜像担持体に対して接触状態に設けられている現像剤担持手段と、
上記潜像担持体に対して非接触状態で設けられて上記現像剤担持体との間で現像剤の受け渡しが可能な現像剤供給手段とを備え、
上記現像剤担持手段は、上記潜像担持体に対する現像剤中のトナーの供給および該潜像担持体上の転写残トナーの回収のいずれかが選択され、上記現像剤供給手段は上記潜像担持体から回収される転写残トナーをこれの帯電位置に向け搬送する態位と上記現像剤担持手段に対する現像剤中のトナーの供給態位とを選択されることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
上記現像剤担持体は、上記潜像担持体との接触位置で該潜像担持体と同一方向および相反する方向にそれぞれ移動可能に設けられ、上記潜像担持体と同一方向に移動する際には現像剤中のトナーを潜像担持体に供給し、相反する方向に移動する際には潜像担持体上の転写残トナーを回収して上記現像剤供給手段に向けて搬送する構成であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
二成分系現像剤を用いた磁気ブラシ現像が可能な現像装置であって、
上記二成分系現像剤に含まれるトナーによる可視像処理が行われる静電潜像を担持体潜像担持体に対して接触状態に設けられている現像剤担持手段と、
上記潜像担持体に対して非接触状態で設けられて上記現像剤担持体との間で現像剤の受け渡しが可能な現像剤供給手段とを備え、
上記現像剤供給手段は、上記潜像担持体および上記現像剤端手段の両者に対向した状態で設けられ、
上記現像剤担持手段は、上記潜像担持体に対して現像剤中のトナーを供給する態位と該潜像担持体上に残存する転写残トナーの回収態位とを選択可能であり、上記現像剤供給手段は、上記潜像担持体上に残存する転写残トナーの回収態位を設定され、該現像剤供給手段において回収された転写残トナーが帯電位置に向け搬送されるとともに帯電されたトナーが上記現像担持体に向け搬送されることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置において、
上記現像剤担持手段と現像剤供給手段とは、上記潜像担持体の移動方向に対して上流側に上記現像剤担持手段が位置した場合に該現像剤担持手段により潜像担持体上の転写残トナーが回収されて上記現像剤供給手段に向けて搬送されるとともに、上記現像剤供給手段により上記潜像担持体に対して二成分系現像剤中のトナーが供給される関係であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項３記載の現像装置において、
上記現像剤担持手段と現像剤供給手段とは、上記潜像担持体の移動方向に対して上流側に上記現像剤供給手段が位置した場合に該現像剤供給手段により上記潜像担持体上に残存する転写残トナーが回収されるとともに上記現像剤担持手段に対して該現像剤供給手段から二成分系現像剤中のトナーを供給できる関係とされていることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちの一つに記載の現像装置において、
上記潜像担持体上に残存する転写残トナーの回収に用いられる手段は、現像時と異なるバイアスを設定されることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちの一つに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項７記載の画像形成装置において、
上記潜像担持体は、表面エネルギーを低くされていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の画像形成装置において、
上記二成分系現像剤に含まれるトナーは、円形度が９０〜９７％の含有率が８０％を超えるものが用いられることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のうちの一つに記載の画像形成装置において、
上記潜像担持体に形成される潜像の現像方式が反転現像を用いる場合には、潜像の形成条件および各手段へのバイアス印加条件として、
ＶＬ＜ＶＳＬ＜ＶＢ＜ＶＤ
ただし、ＶＬ：潜像電位（露光御電位）、ＶＳＬ：供給バイアス、ＶＢ：現像バイアス、ＶＤ：帯電電位の関係を設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のうちの一つに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、
上記潜像担持体およびこれを一様帯電する帯電装置と該潜像担持体に形成された静電潜像を可視像処理する現像装置とが纏めてユニット内に配置され、画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられている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、現像装置、これを用いたプロセスカートリッジおよび画像形成装置に関し、さらに詳しくは、転写残トナーの回収機能を有する現像機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置においては、帯電装置により一様帯電された感光体などの潜像担持体に対して画像情報に対応した静電潜像が形成され、この静電潜像がトナーなどの現像剤により可視像処理され、可視像がシートなどの記録媒体に転写されて定着されることにより複写出力が得られるようになっている。
【０００３】
静電潜像の可視像処理に用いられる構成として、二成分系現像剤を用いた磁気ブラシ現像が周知である。  
磁気ブラシ現像では、現像剤担持体の表面に現像剤を搬送し、現像剤をブラシ状(磁気ブラシ)に保持させて像担持体に接触させ、静電潜像が形成された像担持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電界によってトナーが潜像面に選択的に付着することにより、現像が行われる。
上記現像剤担持体は、通常、円筒状のスリーブ（現像スリーブ）として構成され、このスリーブ表面に現像剤の穂立ちを生じさせるように磁界を形成する磁石体（磁石ローラ）をスリーブ内部に備えている。
【０００４】
穂立ちの際、キャリアが磁石ローラで生じる磁力線に沿うようにスリーブ上に穂立ちすると共に、この穂立ちに係るキャリアに対して帯電トナーが付着されている。
【０００５】
上記磁石ローラは、複数の磁極を有し、それぞれの磁極を形成する磁石が棒状などに構成されていて、特にスリーブ表面の現像領域部分では現像剤を立ち上げる現像主磁極を備えている。  
上記スリーブと磁石ローラの少なくとも一方が動くことでスリーブ表面に穂立ちを起こした現像剤が移動するようになっており、現像領域に搬送された現像剤は上記現像主磁極から発せられる磁力線に沿って穂立ちを起こし、この現像剤のチェーン穂は撓むように潜像担持体表面に接触し、接触した現像剤のチェーン穂が潜像担持体との相対線速差に基づいて静電潜像と擦れ合いながら、トナー供給を行う。なお、現像領域とは、現像剤担持体上で磁気ブラシが立ち上がり潜像担持体と接触している範囲とする。
【０００６】
通常、記録材（転写紙等）への転写後に像担持体上に残留したトナーを回収するためにクリーニング装置が設けられているが、このクリーニング装置をなくして装置の簡略化及び小型化を図った、いわゆるクリーナーレスプロセスが実用化されている。
クリーニング装置を無くした場合に像担持体上の残留トナー、いわゆる転写残トナーを回収して再使用可能とするための構成として、現像装置に装備さている現像スリーブを用い、この現像スリーブと像担持体との間の間隔を所定条件に設定するとともに像担持体から現像スリーブへのトナーの移動を可能にする電位の付与を行うことでカブリ防止とトナーの回収とを可能にした構成がある（例えば、特許文献１）。
【０００７】
またこれとは別の構成例として、像担持体の移動方向に沿って上流側及び下流側に現像スリーブを配置し、上流側の現像スリーブには像担持体との間に低周波交流バイアスを印可し、下流側の現像スリーブには像担持体の表面電位と同極性の現像バイアスを印加させるようにした構成がある（例えば、特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３０７９２７号公報（段落「０００３」欄）
【特許文献２】特開２００１−２９６７４２号公報（段落「０００６」欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
各特許文献に開示されている構成においては、像担持体上の転写残トナーの回収効率に関する効果は得られるものの、回収した転写残トナーの取り扱いについては何ら考慮されていない。つまり、回収されたトナーは回収部である現像装置においてそのまま再使用することまで考慮されていない。
【００１０】
従って、二成分系現像剤に用いられるトナーが消費された場合には新規トナーを補充することが必要となり、結果として、リサイクル環境を提供することができない。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来の現像装置、特に現像同時クリーニング機能を有した現像装置における問題に鑑み、単に回収するにとどまらず回収したトナーをそのまま再使用に供することができる状態とすることができる構成を備えた現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、二成分系現像剤を用いた磁気ブラシ現像が可能な現像装置であって、上記二成分系現像剤に含まれるトナーによる可視像処理が行われる静電潜像を担持している潜像担持体に対して接触状態に設けられている現像剤担持手段と、上記潜像担持体に対して非接触状態で設けられて上記現像剤担持体との間で現像剤の受け渡しが可能な現像剤供給手段とを備え、上記現像剤担持手段は、上記潜像担持体に対する現像剤中のトナーの供給および該潜像担持体上の転写残トナーの回収のいずれかが選択され、上記現像剤供給手段は上記潜像担持体から回収される転写残トナーをこれの帯電位置に向け搬送する態位と上記現像剤担持手段に対する現像剤中のトナーの供給態位とを選択されることを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、上記現像剤担持体は、上記潜像担持体との接触位置で該潜像担持体と同一方向および相反する方向にそれぞれ移動可能に設けられ、上記潜像担持体と同一方向に移動する際には現像剤中のトナーを潜像担持体に供給し、相反する方向に移動する際には潜像担持体上の転写残トナーを回収して上記現像剤供給手段に向けて搬送する構成であることを特徴としているい。
【００１４】
請求項３記載の発明は、二成分系現像剤を用いた磁気ブラシ現像が可能な現像装置であって、上記二成分系現像剤に含まれるトナーによる可視像処理が行われる静電潜像を担持体潜像担持体に対して接触状態に設けられている現像剤担持手段と、上記潜像担持体に対して非接触状態で設けられて上記現像剤担持体との間で現像剤の受け渡しが可能な現像剤供給手段とを備え、上記現像剤供給手段は、上記潜像担持体および上記現像剤端手段の両者に対向した状態で設けられ、上記現像剤担持手段は、上記潜像担持体に対して現像剤中のトナーを供給する態位と該潜像担持体上に残存する転写残トナーの回収態位とを選択可能であり、上記現像剤供給手段は、上記潜像担持体上に残存する転写残トナーの回収態位を設定され、該現像剤供給手段において回収された転写残トナーが帯電位置に向け搬送されるとともに帯電されたトナーが上記現像担持体に向け搬送されることを特徴としている。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の現像装置において、上記現像剤担持手段と現像剤供給手段とは、上記潜像担持体の移動方向に対して上流側に上記現像剤担持手段が位置した場合に該現像剤担持手段により潜像担持体上の転写残トナーが回収されて上記現像剤供給手段に向けて搬送されるとともに、上記現像剤供給手段により上記潜像担持体に対して二成分系現像剤中のトナーが供給される関係であることを特徴としている。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の現像装置において、上記現像剤担持手段と現像剤供給手段とは、上記潜像担持体の移動方向に対して上流側に上記現像剤供給手段が位置した場合に該現像剤供給手段により上記潜像担持体上に残存する転写残トナーが回収されるとともに上記現像剤担持手段に対して該現像剤供給手段から二成分系現像剤中のトナーを供給できる関係とされていることを特徴としている。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のうちの一つに記載の現像装置において、上記潜像担持体上に残存する転写残トナーの回収に用いられる手段は、現像時と異なるバイアスを設定されることを特徴としている。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のうちの一つに記載の現像装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の画像形成装置において、上記潜像担持体は、表面エネルギーを低くされていることを特徴としている。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の画像形成装置において、上記二成分系現像剤に含まれるトナーは、円形度が９０〜９７％の含有率が８０％を超えるものが用いられることを特徴としている。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、請求項７乃至９のうちの一つに記載の画像形成装置において、上記潜像担持体に形成される潜像の現像方式が反転現像を用いる場合には、潜像の形成条件および各手段へのバイアス印加条件として、
ＶＬ＜ＶＳＬ＜ＶＢ＜ＶＤ
ただし、ＶＬ：潜像電位（露光御電位）、ＶＳＬ：供給バイアス、ＶＢ：現像バイアス、ＶＤ：帯電電位の関係を設定されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項１１記載の発明は、請求項７乃至１０のうちの一つに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、上記潜像担持体およびこれを一様帯電する帯電装置と該潜像担持体に形成された静電潜像を可視像処理する現像装置とが纏めてユニット内に配置され、画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１記載の発明によれば、現像剤担持手段および現像剤供給手段がそれぞれ現像剤中のトナーの供給および回収のいずれかを選択され、回収されたトナーを帯電位置に向け搬送する態位を設定できることにより、現像同時クリーニング作業がえら得るとともに、回収されたトナーを再帯電してそのまま再使用に供することができる。これにより、単に転写残トナーを回収するにとどまらず、回収されたトナーの有効利用が可能となる。
【００２４】
請求項２記載の発明によれば、現像剤担持手段が潜像担持体の移動方向に対して正逆移動できるようになっているので、現像剤中に含まれるトナーの供給時とは別に回収時に潜像担持体と相反する方向に移動させることによって接触による生起される摩擦力を利用した転写残トナーの掻き取り作用が得られ、回収効率を高めることができる。
【００２５】
請求項３乃至５記載の発明によれば、現像剤供給手段が潜像担持体および現像剤担持手段の双方に対向させてあり、潜像担持体の移動方向に対して現像剤担持手段あるいは現像剤供給手段の配置設定により潜像担持体から回収された転写残トナーを再帯電させて現像剤担持手段に向け搬送することで潜像担持体上の静電潜像の可視像処理に用いることができる。これにより、回収トナーの有効利用が可能となる。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、転写残トナーの回収に用いられる手段が現像時とは異なるバイアス制御を行われることにより、潜像担持体から転写残トナーを遊離しやすくして回収効率を向上させることが可能となる。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、潜像担持体上の転写残トナーを回収するにとどまらず、回収されたトナーの再使用を可能にして省エネ効果を向上させることが可能となる。
【００２８】
請求項８記載の発明によれば、潜像担持体の表面エネルギーが低くされることにより転写残トナーが潜像担持体上から剥離しやすい状態とすることができ、回収に用いられる手段による掻き取り効果を向上させることが可能となる。
【００２９】
請求項９記載の発明によれば、転動しやすい状態となる円形度が９０〜９７パーセントのトナーが用いられる場合、換言すれば、クリーニングブレードなどを用いた場合にすり抜けやすく回収が困難な場合に相当していても、転写残トナーの回収効率を向上させることができる。
【００３０】
請求項１０記載の発明によれば、潜像形成条件および各手段へのバイアス条件を設定することにより、転写残トナーの回収時での搬送性を高めて回収効率を向上させることができるとともに再帯電しやすくして再使用条件を容易に設定できるようにすることが可能となる。
【００３１】
請求項１１記載の発明によれば、潜像担持体および帯電装置そして現像装置を纏めて収納したユニットが装置本体に対して着脱可能に設けられているので、トナーの供給部および転写残トナーの回収部の占有スペースを小さく纏めて装置の大型化を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図示実施例により本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００３３】
図１は、本発明実施例による現像装置が適用される画像形成装置を説明するための模式図である。  
同図において画像形成装置１００は、レーザ光による書き込みを行うレーザプリンタであり、潜像担持体としてのドラム状の感光体１を備えている。  
感光体１の周囲には、感光体１の回転方向に沿って画像形成処理を行うための帯電装置２，書き込み装置３，現像装置４，転写装置５，クリーニング装置６が配置されている。
【００３４】
このような構成を備えたプリンタにおいては、帯電装置２により一様帯電された感光体１に対して画像情報に基づいて変調されたレーザ光を書き込み光とする書き込み装置３により感光体軸方向に走査されて書き込み処理が行われて静電潜像が形成され、形成された静電潜像に対しては現像装置４からのトナーによって図１中、符号Ａ１で示す感光体１と現像装置４とが対向する現像領域において可視像処理が行われる。  
可視像処理により感光体１上に担持されているトナー像は、図示しない給紙装置からレジストローラ７によりレジストタイミングを設定されて給送される転写紙２０に対して転写装置５を介して静電転写される。転写装置５は、感光体１上のトナー像と逆極性の電荷を付与することによりトナーを転写紙２０に向けて静電転移させることでトナー像を転写する。転写されたトナー像を担持した転写紙２０は、転写後、図示しない定着装置によって定着されて画像出力物とされる。
【００３５】
上述したプリンタの構成装置の一部は、図２に示すように、纏めて収納できるユニット内に配置し、このユニットで構成されるプロセスカートリッジをプリンタ本体に対して着脱可能に設けることも可能である。プロセスカートリッジに納められる装置としては、感光体１と帯電装置２および現像装置４が対象となる。
【００３６】
本実施例によるレーザプリンタに用いられる感光体１の構成は次の通りとされている。
感光体１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であるが、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感光体を使用することも可能である。なお、本実施形態では負極性に一様帯電する感光体１を使用しているが、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に一様帯電するものを使用してもよい。また、本実施例では、感光体１の直径が５０ｍｍであり、線速２００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。
【００３７】
感光体１に関しては、表面エネルギーを低減させたものが用いられている。つまり、本実施例における感光体１は、表面の摩擦係数が所定の範囲内にある感光体１を使用した。具体的には、表面の最大静止摩擦係数μを０．１≦μ≦０．４の範囲内に設定してある。このように、感光体１の表面の最大静止摩擦係数μを上記所定値にすることにより、本来感光体１への付着に不必要な地汚れトナーが現像領域で付着しにくくなり、転写残トナーの除去効率を高めることができる。
【００３８】
感光体１の表面エネルギーを低減させるための摩擦係数の範囲である０．１〜０．４を維持するために、本実施例では感光体１の表面に所定タイミングを以て潤滑剤を塗布するようになっている。  
潤滑剤を塗布する方法としては、従来から公知の方法を採用することができる。例えば、特開平４−３７２９８１号公報において、「体積平均粒径４〜１０μｍのトナ−を使用したとき、感光体の摩擦係数を低下させる物質を感光体上に供給する。潤滑剤の供給は一定枚数おきに直接塗布、又は潤滑剤を担持した部材を常時又は一定枚数おきに感光体に当接させても良い。」等のように、開示されている。このように感光体表面に潤滑剤を塗布することにより、感光体１の表面の最大静止摩擦係数μを０．１〜０．４の範囲に維持することができる。なお、上記潤滑剤を感光体１の表面に塗布する代わりに、感光体１の表面部を構成する感光材料自体に予め潤滑剤を入れておいてもよい。
【００３９】
感光体１の最大摩擦係数μは、図３に示す測定システムを用いて測定したものである。
【００４０】
まず、用紙（株式会社リコー製、ＴＹＰＥ６２００、Ａ４サイズ、Ｔ目）を２９７ｍｍ×３０ｍｍに切り、両端に糸１０１をつけて測定紙片１００を作成する。この測定紙片１００の特性は、表１のとおりである。
【００４１】
【表１】
2007003794.tif 000003
【００４２】
次に、テーブル１０２の上の支持部材１０３にセットした感光体１の上に、上記測定紙片１００を裏面が接触するように載せて、測定紙片１００の一方の糸１０１に０．９８Ｎ（＝１００ｇ重）の重り１０４をつけ、もう一方の糸１０１をデジタルフォースゲージ（デジタルプッシュプルゲ−ジ）１０５に接続する。そして、上記重り１０４で測定紙片１００を引っ張り、測定紙片１００が動き出した時のゲ−ジ１０５の値を読む。このときの値をＦ［Ｎ］とすると、最大静止摩擦係数μは次の式（１）で求められる。
【００４３】
μ=｛ｌｎ（Ｆ／０．９８）｝／（π／２）・・・（１）
感光体１の表面に潤滑剤等を塗布しない未処理の場合における上記感光体の最大静止摩擦係数μの測定値は、０．５〜０．６であり、経時で増加する傾向にある。これに対して、潤滑剤を塗布した感光体１の測定を行うとその値μは０．１〜０．４の範囲であった。
【００４４】
感光体１に形成された静電潜像の現像に用いられる現像装置４は、図４にその構成が示されている。  
図４において、現像装置４のケーシング４０１の内部には、感光体１側から、現像剤中のトナーの担持体としての現像ローラ４０２、トナー供給部材としての磁気ブラシローラ４０３、攪拌・搬送部材４０４、４０５が配設されている。  
ケーシング４０１内のトナー１０と磁性粒子１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）１２は、攪拌・搬送部材４０４、４０５で攪拌され、その一部が、磁気ブラシローラ４０３上に担持される。  
磁気ブラシローラ４０３上の現像剤１２は、現像剤規制部材としての規制ブレード４０６で層厚が規制された後、トナー供給領域Ａ２で現像ローラ４０２に接触する。このトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４０３上の現像剤１２よりトナー１０のみ分離されて現像ローラ４０２に供給される。
【００４５】
本実施例における現像装置４では、アルミ素管をベースとした剛体のドラム状の感光体１を用いているので、現像ローラ４０２としてはゴム材料が良好で、硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲が良好である。  
現像ローラ４０２の直径は１０〜３０ｍｍが好適である。本実施例では直径１６ｍｍのものを用いた。  
また、現像ローラ４０２の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を１〜４μｍとした。この表面粗さＲｚの範囲は、トナー１０の体積平均粒径に対して１３〜８０％となり、現像ローラ４０２の表面に埋没することなくトナー１０が搬送される範囲である。
【００４６】
現像ローラ４０２のゴム材料として使用できるものとしては、シリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。また、いわゆるベルト感光体を使用した場合には現像ローラ４０２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。
【００４７】
現像ローラ４０２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、本実施例における現像ローラ４０２の機能はトナー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１０と現像ローラ４０２との摩擦帯電によるトナー１０への帯電電荷付与の必要がないために、現像ローラ４０２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増えることとなる。
【００４８】
現像ローラ４０２の表層コート材料としては、帯電がトナー１０と逆極性でも良いし、トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせない場合は同極性でも良い。前者の表層コート材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また後者の表層コート材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。  
また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、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−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一に現像ローラ４０２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バルク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ベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍであるので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。
【００４９】
現像ローラ４０２の表面部の体積抵抗率に関しては、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す方法で測定したものである。  
まず、測定対象の現像ローラ４０２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４０２の芯金（回転軸）４０２ａ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、図５（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４０２の芯金４０２ａ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４０２の弾性層４０２ｂの体積抵抗率ρｖを次の式（２）によって求める。
【００５０】
ρｖ＝（Ｖ／Ｉ）・（Ｌ１×Ｗ）／Ｌ２・・・（２）
また、上記現像ローラ４０２のコ−ト層の厚みは５〜５０μｍの範囲が良好で、５０μｍを越える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むとベース層の露出が発生してトナーが付着しやすくなる。
【００５１】
一方、現像装置４に用いられる現像剤１２を構成するトナー１０は、ポリエステル、ポリオ−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１０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も使用することができる。
【００５２】
トナー１０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１０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。また、本実施例では、帯電極性が負極性のトナー１０を使用しているが、感光体１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。さらに、階調性を上げる目的で、トナーは、円形度が９０〜９７パーセントの含有率が８０％を超えるものが使用される。
【００５３】
現像剤を磁気ブラシとして構成するための磁性粒子１１は、金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０８Ωの範囲が好適である。ここで、上記磁性粒子１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定は、図６に示す測定装置を用いて次のように行った。
まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブ２０１をセットする。このスリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性粒子を所定量（１４ｇ）だけ担持させ、該スリーブ２０１の回転により該磁性粒子を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＩＩ［Ａ］を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧Ｅ［Ｖ］を５分間印加する。本実施例では２００Ｖを印加した。そして、電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＱ［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの結果から、次の式（３）を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
【００５４】
ＤＲ＝Ｅ／（ＩＲＱ−ＩＩＩ）・・・（３）
図４において、磁気ブラシローラ４０３は、複数の磁極を有する磁石部材４０７を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４０８で構成されている。  
磁石部材４０７は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。本実施例で用いたスリーブ４０８は、直径がφ１８ｍｍであり、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されている。
【００５５】
磁気ブラシローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を有する。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図４の構成に限定されるものではなく、磁気ブラシローラ４０３の周囲の規制ブレード４０６等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。
【００５６】
磁石部材４０７の磁力により、スリーブ４０８上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１３がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【００５７】
現像ローラ４０２は、磁気ブラシローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ１で感光体１に対向するように配設されている。また、本実施形態では規制ブレード４０６と磁気ブラシローラ４０３の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、また規制ブレード４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。
【００５８】
一方、規制ブレード４０６は、磁気ブラシローラ４０３との対向部で磁気ブラシローラ４上に形成された現像剤１２の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤がトナー供給領域に搬送されるようにするとともに、現像剤１２中のトナー１０と磁性粒子１１との摩擦帯電を促進させている。
【００５９】
また、現像ローラ４０２及び磁気ブラシローラ４０３はそれぞれ、図示しない回転駆動装置により図４の矢印ｂ方向及びｃ方向に回転駆動され、トナー供給領域Ａ２では両ローラの表面が互いに逆方向に移動するようになっている。本実施形態では、感光体１の線速２００ｍｍ／ｓに対し、現像ローラ４０２を線速３００ｍｍ／ｓで回転駆動している。また、トナー供給領域Ａ２における現像ローラ４０２と磁気ブラシローラ４０３のスリーブとのギャップは０．６ｍｍに設定してある。
【００６０】
さらに、現像ローラ４０２の軸部には、現像領域Ａ１に現像電界を形成するための現像バイアスＶｂを印加する電源４０９が接続されている。また、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスＶＳを印加する電源４１０が接続されている。
【００６１】
このような構成の現像装置４においては、トナー１０と磁性粒子１１とが混合された現像剤１２が用いられ、現像剤１２中の両成分が攪拌・搬送部材４０４，４０５や磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌混合されることにより摩擦帯電されてトナー１０に電荷が付与される。  
一方、磁気ブラシローラ４０３上に担持された現像剤１２は、規制ブレード４０６によって規制され、現像剤１２の一定量がトナー供給バイアスで形成された電界等により、現像ローラ４０２に転移し、残りはケーシング４０１内に戻される。  
トナー供給領域Ａ２では、磁気ブラシ中のトナーが分離されて現像ローラ４０２に転移し、薄層状のトナー１０が担持される。そして、現像ローラ４０２上に担持された薄層状のトナー１０は、該ローラ４０２の回転により現像領域Ａ１に搬送される。そして、上記現像バイアスで形成された現像電界により、感光体１上の静電潜像に選択的に付着し、該静電潜像が現像される。
【００６２】
以上のような構成を前提として、以下に本実施例の特徴となる構成について説明する。
本実施例の特徴は、感光体１上の転写残トナーを除去するための装置として従来用いられていたクリーニング装置を不要にするとともに感光体１から回収したトナーを再使用に供する点にある。つまり、クリーニング装置による転写残トナーの回収を現像装置４において行い、回収したトナーを際使用できる状態に復元させるようになっている。
【００６３】
図７は、図４に示した構成の現像装置４を対象とした場合の構成を示している。なお、図７以降の図においては、図４に示した構成部材を簡略化して示してあり、同じ機能を有するものは同符号で示してあり、用いるトナーは負帯電のものとする。  
同図において、トナーの担持体である現像ローラ４０２は、感光体１に対して接触している関係とされ、トナーの供給手段である磁気ブラシローラ４０３は、感光体１に対して非接触な関係とされ、現像ローラ４０２との間でトナーの受け渡しができる構成とされている。  
本実施例では、現像ローラ４０２が、感光体１へのトナーの供給態位と感光体１から転写残トナーを回収する態位とを選択されるようになっている。  
つまり、現像ローラ４０２は、正逆回転可能に設けられており、トナーの供給時には感光体１との対向位置で同じ方向に移動する回転方向（図４および７中、符号ｂで示す方向）を設定され、転写残トナーの回収時にはトナーの供給時と逆方向（図７中、符号ｄで示す方向）となるように回転方向が設定されている。
【００６４】
現像ローラ４０２は、トナーの供給態位にあるときの線速として、前述したように、感光体１の線速２００ｍｍ／ｓｅｃに対して１．５倍の３００ｍｍ／ｓｅｃに設定され、逆方向に回転してトナーの回収態位にあるときの線速が１５０ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。  
一方、トナーの供給時と回収時とで現像ローラ４０２および磁気ブラシローラ４０３に対する印加バイアスが切り換えられるようになっており、本実施例では、トナーの回収時の印加バイアスとして、現像ローラ４０２側がトナー供給時に用いられる−３００Ｖから０Ｖに切り換えられるとともに、磁気ブラシローラ４０３側では現像ローラ４０２側のバイアス変更に合わせて＋２００Ｖに設定される。これにより、現像ローラ４０２に対して感光体１側の転写残トナーが転移すると、磁気ブラシローラ４０３に形成されている磁気ブラシを構成する磁性粒子に付着させることができる。この結果、磁気ブラシローラ４０３に移動したトナーの増加により一時的にトナー濃度が高まるが、攪拌・搬送部材４０４，４０５の位置に持ち来されることで再帯電されて所定電位の帯電状態に矯正されることになる。このため、感光体１から回収された転写残トナーは、回収されてから再帯電されて現像に用いることができるようになる。
【００６５】
次に本発明の別実施例について説明する。  
図８および図９に示す実施例は、感光体１に対する現像ローラ４０２および磁気ブラシローラ４０３の対向関係を同じとする一方で、感光体１の移動方向に対して現像ローラ４０２および磁気ブラシローラ４０３の配置位置を異ならせた点を特徴としている。
【００６６】
図８において、感光体１の移動方向である回転方向に対して現像スリーブ４０３よりも上流側に磁気ブラシローラ４０３が配置されており、磁気ブラシローラ４０３が感光体２と現像ローラ４０２との両者に対向できる関係とされている。さらに、感光体１の回転方向に対して現像ローラ４０２が感光体１との対向位置で同じ方向に移動する回転方向とされ、磁気ブラシローラ４０３は、感光体１との対向位置で相反する方向となる回転方向が設定されている。この構成は、請求項４記載の発明の実施例に相当している。  
この構成においては、磁気ブラシローラ４０３により感光体１上の転写残トナーが回収される。  
回収されたトナーは再帯電のために攪拌・搬送部材４０４，４０５に向けて磁気ブラシローラ４０３によって移送されるとともに磁気ブラシローラ４０３からは現像ローラ４０２に向けて磁気ブラシ中のトナーが供給される。この構成では、感光体１の回転方向に対して転写残トナーの回収部材である磁気ブラシローラ４０３の移動方向が設定されることにより転写残トナーを掻き取りやすくして磁気ブラシへのトナーの回収効率を向上させることができる。  
特に、転写残トナーはバイアス特性によって負帯電しており、この転写残トナーに接触する磁気ブラシ中の磁性粒子、いわゆるキャリアはトナーの消費によりトナーの量が減少している関係でトナーとの間の摩擦帯電によって生起される極性である正帯電状態にあるので、感光体１上の転写残トナーが磁気ブラシに対して容易に転移して回収されることになる。
【００６７】
このような帯電状態によるトナーの回収効率を向上させるための帯電条件として、本実施例では、反転現像を前提とした場合に、感光体１の帯電電位（ＶＤ）が、ＶＤ＝−５００〜−６０（Ｖ）、潜像部電位（ＶＬ）が、ＶＬ＝−５０〜−１００（Ｖ）、現像バイアス（ＶＢ）がＶＢ＝−２００〜−４５０（Ｖ）、図４におい符号Ａ２で示したトナー供給領域にトナー供給用電界を形成するために用いられる供給バイアス（ＶＳＬ）が、ＶＳＬ＝−２５０〜−５００（Ｖ）にそれぞれ設定され、これら各電位同士の関係を、ＶＬ＜ＶＳＬ＜ＶＢ＜ＶＤとされている。
【００６８】
一方、図９に示す構成は、感光体１の回転方向に対して磁気ブラシローラ４０３よりも上流側に現像ローラ４０２が配置されており、図８に示した場合と違って、現像ローラ４０２により転写残トナーの回収を行わせる一方、磁気ブラシローラ４０３を現像部材として機能させるようになっている。
【００６９】
このような構成においては、磁気ブラシローラ４０３に形成されている磁気ブラシ中の磁性粒子（キャリア）により捕獲された感光体１上の転写残トナーは、攪拌領域に戻されて再度攪拌・搬送に供されることで再帯電され、現像スリーブ４０２に向けて供給される。  
回収されたトナーの中には低帯電あるいは逆帯電しているものもあるが、現像供給領域Ａ２（図４参照）において供給バイアスによる電界を通過する間に帯電特性を改善されて供給されることになり、低帯電あるいは逆帯電したトナーがほとんど存在しない状態とすることができる。これによって帯電特性の不安定な状態がなくされることとなり、高品質の画像形成が可能となる。
【００７０】
本発明者は、本実施例による現像装置を用いた転写残トナーの回収構成と従来のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置を用いた転写残トナーの回収構成とを、感光体１の地肌汚れの有無から比較したところ、図１０に示す結果を得た。  
図１０に示す結果から明らかなように、本実施例による転写残トナーの回収構成が従来のクリーニング装置を用いた場合に比較して地肌汚れが解消されている。
【００７１】
図１０に示す結果は、透明粘着テープに感光体１の表面を写し取り、これを転写紙に貼り付けて光学濃度差（ΔＩＤ）を比較して得たものである。  
図１０に示すような結果が得られる原因としては、従来のクリーニング装置を用いた場合にブレードによって感光体表面が傷つけられ、傷の部分にトナーが付着してしまうと除去されないまま残ることで感光体表面が汚損されることが考えられる。これに対して、本実施例による転写残トナーの回収構成では、感光体１の表面への摺擦部材が存在しないことによって、上述した不具合がほとんど生じない。
【００７２】
本実施例では、現像装置４に用いられるトナーの粒径および帯電分布と画像品質との関係にも着目している。つまり、トナーの粒径と回収効率との関係による地肌汚れへの影響および画像品質への影響を実験により明らかにしている。  
トナーの粒径及び帯電量分布の測定には、Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲ（ホソカワミクロン株式会社製の分析装置であり、以下、「Ｅ−ＳＰＡＲＴ分析装置」という。）を使用した。このＥ−ＳＰＡＲＴ分析装置は、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ４０２上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。本確認実験では３０００個のトナーをサンプリングして分布の相違を見た。  
ここで、各トナーにおいて電荷がトナー全体にわたって均一に存在するならば、トナー帯電量はトナー粒径の３乗に比例するが、実際にはトナー粒径そのものに比例している。このようにトナー帯電量とトナー粒径とが比例関係にあるため、本確認実験では、主としてトナーの帯電量ｑを粒径ｄで除した値、すなわちトナー粒径の影響をなくした（ｑ／ｄ）の値についてトナーの個数分布を測定した。
【００７３】
図１１は、上記Ｅ−ＳＰＡＲＴ分析装置で測定した現像ローラ４０２上と回収されたトナーを供給する領域でのトナー帯電量分布の比較測定結果である。  
図１１からも明らかなように、本実施例においては、現像ローラ４０２に担持されるトナーの帯電量分布プロファイルは、回収直後の逆帯電量率２１．４％と比較して６．１％という結果となり、回収されたトナーを再供給する条件が整えられ、しかも地肌汚れに関しても問題がなく、高品質の画像を得ることが可能となる。
【００７４】
また、図１２は、球形トナーと従来の粉砕トナーによる回収残トナー量を比較評価した結果を示す図であり、この評価は、感光体１の地肌汚れによる光学濃度差（ΔＩＤ）を測定して得た結果である。  
図１２からも明らかなように、球形トナーの法が回収効率が高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明実施例による現像装置を用いる画像形成装置の構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジの外観図である。
【図３】図１に示した画像形成装置に用いられる感光体の表面特性のうちで摩擦係数に関する実験装置を説明するための図である。
【図４】本発明実施例による現像装置の構成を説明するための模式図である。
【図５】図４に示した現像装置に用いられる現像ローラ表面部の体積抵抗率に関する測定に用いる構成を説明するための模式図である。
【図６】図４に示した現像装置に用いられる現像剤中のキャリアに相当する磁性粒子のダイナミック抵抗を測定するための構成を説明するための模式図である。
【図７】本発明実施例による現像装置の要部構成を説明するための模式図である。
【図８】本発明の別実施例による現像装置の要部構成を説明するための模式図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例による現像装置の要部構成を説明するための模式図である。
【図１０】本発明実施例による現像装置を用いたトナー回収率と従来のクリーニングブレードを用いたトナー回収率を地肌汚れの光学濃度差で比較した結果を示す図である。
【図１１】本発明実施例による現像装置に用いられるトナーの粒径および帯電分布と画像品質との関係を実験した結果を示す図である。
【図１２】球形トナーと従来の粉砕トナーによる回収残トナー量の影響の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  感光体
４  現像装置
４０２  現像ローラ
４０３  磁気ブラシローラ
４０９，４１０  バイアス電源
５０  プロセスカートリッジ
【図１】
2007003794.tif 000004
【図２】
2007003794.tif 000005
【図３】
2007003794.tif 000006
【図４】
2007003794.tif 000007
【図５】
2007003794.tif 000008
【図６】
2007003794.tif 000009
【図７】
2007003794.tif 000010
【図８】
2007003794.tif 000011
【図９】
2007003794.tif 000012
【図１０】
2007003794.tif 000013
【図１１】
2007003794.tif 000014
【図１２】
2007003794.tif 000015