(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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した静電潜像を現像剤を用いて現像する現像器とを備え、前記現像により得られた可視画像を転写材に転写する画像形成装置であって、前記現像器は、非磁性一成分現像剤を収容した現像容器と、前記現像容器の開口部に前記像担持体に対し対向設置された回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像剤担持体と像担持体とが対向した現像部より上流側で、前記現像剤担持体に非接触配置された回転する現像剤供給部材と、前記現像剤供給部材の回転方向に関し、前記現像剤担持体と現像剤供給部材との対向部よりも上流側で、前記現像剤供給部材に一端を接触して配置された現像剤流路制御部材と、前記現像剤供給部材および現像剤流路制御部材に電圧を印加する電源と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像部よりも上流側かつ現像剤流路制御部材の配置位置よりも下流側で、前記現像剤担持体に接触配置された現像剤規制手段と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像部より下流側で、前記現像剤担持体および像担持体に対し対向配置された現像剤回収手段と、前記現像剤回収手段に電圧を印加する電源と、前記現像剤回収手段の下方に設置された現像剤搬送手段とを有する画像形成装置において、
前記現像剤回収手段は、前記像担持体の回転方向に関し、前記現像部よりも上流側に設けられ、
前記現像剤回収手段は、前記現像剤担持体上の現像残りの現像剤を前記現像剤担持体から静電的に除去すると共に、前記像担持体上の転写残りの現像剤を前記像担持体から静電気的に除去して、前記現像容器の前記現像剤搬送手段が設置された現像剤収納部に現像剤を回収することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像剤回収手段は、前記現像剤担持体および像担持体に対し対向配置され、前記現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を静電気的に除去する金属ローラと、前記金属ローラの表面に先端を接触させて、前記金属ローラの表面に付着した現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を除去するスクレーパとからなる請求項１の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像部において、前記現像剤担持体の回転方向が前記像担持体の回転方向と逆方向である請求項１または２の画像形成装置。
【請求項４】
前記金属ローラと前記像担持体との対向部において、前記金属ローラの回転方向が前記像担持体の回転方向と同方向である請求項２の画像形成装置。
【請求項５】
前記スクレーパにより除去した前記現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を前記現像剤収納部に回収するように、前記スクレーパを配置した請求項２〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像剤回収手段に電圧が印加されることによって、前記現像剤担持体上の現像残りの現像剤が前記現像剤担持体から前記現像剤回収手段へ回収される電界と、前記像担持体上の転写残りの現像剤が前記像担持体から前記現像剤回収手段へ回収される電界と、が形成される請求項１〜５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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置および静電記録装置等に用いられる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置では、感光ドラム等の像担持体に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像剤を用いて現像して可視化し、得られた可視画像（トナー像）を転写材に転写して画像を得ている。
【０００３】
現像方法としては、一般に、トナーのみからなる一成分現像剤を用いた一成分現像法と、磁性キャリア(磁性粒子)とトナーからなる二成分現像剤を用いた二成分現像法とがあるが、一成分現像法の方が、現像装置の構成が簡単かつメンテナンスが容易であるため、一成分現像法に基づく現像装置が多々提案されている。
【０００４】
特開昭５８-１１６５５９には、磁性トナーを用いず、非磁性トナーを用いて現像を行う非磁性一成分現像法が提案されており、この現像法によれば、近年の画像品質に対する要求を満足するカラー画像を得ることが可能な上、低コストかつ小型の現像装置が実現されている。
【０００５】
図９に、従来の画像形成装置に設置された非磁性一成分現像法による現像装置を示す。本現像器Ｅは、非磁性トナー（非磁性一成分現像剤）を収容した現像容器３の開口部内に、現像剤担持体として矢印方向に回転駆動される現像ローラ１を備え、現像ローラ１に対し、現像剤供給回収部材としてのトナー供給回収ローラ１９および現像剤規制部材としての規制ブレード２０が当接設置されている。
【０００６】
トナー供給回収ローラ１９は、ＳＵＳ等の芯金１９ａの外周面にウレタンフォーム等の弾性部材１９ｂを被覆してなっており、弾性部材１９ｂで現像ローラ１の表面に弾性当接して回転することにより、現像容器３内に蓄えられた非磁性トナーを現像ローラ１の表面に供給するとともに、現像ローラ１の回転にともない現像で使用されずに現像容器３に戻ってきた現像残りのトナーを、現像ローラ１の表面から掻き落とす作用をなす。
【０００７】
規制ブレード２０は、リン青銅等からなる支持部材２０ａにウレタンゴム等の弾性部材２０ｂを接着してなっており、弾性部材２０ｂにより現像ローラ１の表面に弾性当接して、現像ローラ１上に担持されたトナーを規制することにより、トナーの薄層に形成するとともにトナーに電荷を付与させる作用をなす。
【０００８】
つぎに、上記の現像器Ｅを用いた従来の画像形成装置を図１０により説明する。図１０に示すように、画像形成装置は、像担持体として図の矢印方向に所定の周速度で回転駆動される感光ドラム１１を有し、感光ドラム１１の周囲に、帯電器１６、露光器１５、上記の現像器Ｅ、クリーニング器１８等が配置されている。
【０００９】
画像形成するには、まず、感光ドラム１１を回転し、その回転過程で、感光ドラム１１の表面を帯電器１６により所望の極性・電位に一様帯電し、ついで露光装置１５により所望の画像データーに応じた画像露光を施して、感光ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。つぎに感光ドラム１１と現像器Ｄの現像ローラ１とが対向した現像部で、感光ドラム１１上の静電潜像を現像ローラ１上の非磁性トナーにより現像し、感光ドラム１１上に静電潜像に応じたトナー像を形成する。
【００１０】
ついでこのトナー像を感光ドラム１１と転写ローラ１３とが対向した転写部に搬送された転写材Ｐに、転写ローラ１３に転写バイアスを印加して転写する。その後、この転写材Ｐを定着器１４へ導入して、トナー像を転写材Ｐに加熱定着することにより、転写材Ｐに画像が得られ、一連の画像形成工程が終了する。
【００１１】
転写後の感光ドラム１１は、クリーニング器１８により、転写されずに表面に残留した転写残りトナーを除去、回収した後、再度、上記と同様な帯電、露光、現像等の画像形成工程に供される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の非磁性一成分現像法を用いた画像形成装置は、近年、さらなる小型化および低コスト化が求められており、画像形成工程の短縮(工程の一部省略を含む)が種々検討されている。
【００１３】
従来、上記の画像形成工程のうちクリーニング工程を省いたクリーナレスの画像形成装置が提案されているが、単にクリーニング器１８を省くと、下記に示す問題があった。
【００１４】
感光ドラム１の表面を清掃するクリーニング手段がないと、感光ドラム上に転写残りのトナーや紙粉等が蓄積して、静電潜像を形成するための均一帯電や画像露光を遮るので、静電潜像に電位ムラが発生して、出力画像の濃度ムラを生じる。
【００１５】
また現像器Ｅは、トナー供給回収ローラ１９を現像ローラ１に当接回転して摺擦することにより、現像ローラ１に対するトナーの供給および回収を行っており、さらにはトナーへの電荷付与を、規制ブレード１３をトナーが通過する際の接触摩擦により行っているので、現像容器３内のトナーは、感光ドラム１１上で現像に使用されるまでに加わる機械的な負荷が極めて大きく、トナーのダメージが他の現像法に比べて非常に大きい。
【００１６】
さらにトナー供給回収ローラ１９の配置位置や回転方向によっては、現像に寄与しなかったトナーを完全に回収することができず、現像ローラ１上にトナーが残留することがあった。現像ローラ１上に残留したトナーは、再度規制ブレード２０の部分を通過して現像領域に搬送されることになり、このような工程が連続的に繰り返されると、トナーの帯電量や流動性を制御している外添剤等が、その都度受けるメカニカルな軋轢や熱の蓄積によりトナー内部に埋め込まれ、所望の帯電特性と流動性が得られない劣化トナーになることが起こる。
【００１７】
この劣化トナーは画像形成プロセス中に多くの問題を引き起こす。たとえば劣化トナーが現像に寄与した場合、適正な現像特性が得られないために現像不良が発生したり、画像の中抜け等の転写不良を引き起こすことがある。さらには現像ローラ１上への新たなトナー供給が阻害され、トナーコート量（塗布量）の低下が生じて、濃度不良等を発生することもある。また劣化トナーが規制ブレード２０のニップ部や現像ローラ１の表面に融着すると、スジ等のコート不良が発生するとともに、現像ローラ上に新たに供給されたトナーへの電荷付与を阻害する。このため未帯電トナーが現像部に搬送されることになり、カブリやムラ等の画像不良を発生することがある。
【００１８】
上記の非磁性一成分現像法は、トナーにかかる負荷が大きいだけでなく、現像器Ｅ自身にかかる負荷も大きく、トナー供給回収ローラ１９に、上述したようなスポンジ系ローラを用いた場合、現像ローラ１に対する摺擦が長時間に及ぶと、現像ローラ自身の摩擦、損傷およびトナーの目詰まり等により、トナー供給回収ローラとしての役割が不十分となり、良好なトナー供給および回収ができなくなることもある。
【００１９】
このように非磁性トナーを用いた一成分現像法は、現像器構成が簡易で良好な現像が可能であるが、トナーおよび現像器にかかる負荷が大きく、従来の磁性一成分現像法や二成分現像法に比べて、長期的な安定性や耐久性が著しく乏しい。したがって、非磁性一成分現像法は、トナー補給の際に現像器を丸ごと交換するカートリッジタイプの現像器で主に利用されており、複写機のような現像剤を補給していくタイプの現像器にはあまり採用されていないのが現状である。
【００２０】
さらに、近年、消費電力の低減を目的として、より低い温度での定着が可能なトナーの開発が進められており、それにともない低温定着用トナーに対応した低ストレスの現像プロセスが期待されているが、このような特性を具備した非磁性一成分現像法は未だない。
【００２１】
従って、本発明の目的は、一成分現像剤の非磁性トナーを用いて画像形成するに際し、現像時にトナーにかかる負荷、特に電荷付与および現像ローラへの供給時にトナーにかかる負荷を著しく低減して、低温定着用トナーにも対応可能な低ストレスコートを実現することができ、現像ローラ上に反転トナーや未帯電トナーを含まないトナー層を形成でき、クリーナレスな画像形成工程を実現可能とすることができ、長期にわたり高品位な画像を得ることが可能で、小型および低コストを実現できる画像形成装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、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した静電潜像を現像剤を用いて現像する現像器とを備え、前記現像により得られた可視画像を転写材に転写する画像形成装置であって、前記現像器は、非磁性一成分現像剤を収容した現像容器と、前記現像容器の開口部に前記像担持体に対し対向設置された回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に電圧を印加する電源と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像剤担持体と像担持体とが対向した現像部より上流側で、前記現像剤担持体に非接触配置された回転する現像剤供給部材と、前記現像剤供給部材の回転方向に関し、前記現像剤担持体と現像剤供給部材との対向部よりも上流側で、前記現像剤供給部材に一端を接触して配置された現像剤流路制御部材と、前記現像剤供給部材および現像剤流路制御部材に電圧を印加する電源と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像部よりも上流側かつ現像剤流路制御部材の配置位置よりも下流側で、前記現像剤担持体に接触配置された現像剤規制手段と、前記現像剤担持体の回転方向に関し、前記現像部より下流側で、前記現像剤担持体および像担持体に対し対向配置された現像剤回収手段と、前記現像剤回収手段に電圧を印加する電源と、前記現像剤回収手段の下方に設置された現像剤搬送手段とを有する画像形成装置において、
前記現像剤回収手段は、前記像担持体の回転方向に関し、前記現像部よりも上流側に設けられ、
前記現像剤回収手段は、前記現像剤担持体上の現像残りの現像剤を前記現像剤担持体から静電的に除去すると共に、前記像担持体上の転写残りの現像剤を前記像担持体から静電気的に除去して、前記現像容器の前記現像剤搬送手段が設置された現像剤収納部に現像剤を回収することを特徴とする画像形成装置である。
【００２３】
本発明によれば、好ましくは、前記現像剤回収手段は、前記現像剤担持体および像担持体に対し対向配置され、前記現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を静電気的に除去する金属ローラと、前記金属ローラの表面に先端を接触させて、前記金属ローラの表面に付着した現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を除去するスクレーパとからなる。前記現像部において、前記現像剤担持体の回転方向が前記像担持体の回転方向と逆方向である。前記金属ローラと前記像担持体との対向部において、前記金属ローラの回転方向が前記像担持体の回転方向と同方向である。前記スクレーパにより除去した前記現像残りの現像剤および転写残りの現像剤を前記現像剤収納部に回収するように、前記スクレーパを配置する。
更に本発明によれば、好ましくは、前記現像剤回収手段に電圧が印加されることによって、前記現像剤担持体上の現像残りの現像剤が前記現像剤担持体から前記現像剤回収手段へ回収される電界と、前記像担持体上の転写残りの現像剤が前記像担持体から前記現像剤回収手段へ回収される電界と、が形成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２５】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略断面図、図２は、図１の画像形成装置に設置された現像器を拡大して示す断面図である。まず、図１により本発明の画像形成装置の全体構成を説明する。
【００２６】
図１において、符号１１は像担持体としての感光ドラムであり、感光ドラム１１は図中矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この感光ドラム１１の周囲には、帯電器１６、露光器１５および現像器Ｄが配置されている。
【００２７】
画像形成するには、まず、感光ドラム１１を回転し、その回転過程で、感光ドラム１１の表面を帯電器１６により所望の極性・電位に一様帯電し、ついで露光装置１５により所望の画像データーに応じた画像露光を施して、感光ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。つぎに感光ドラム１１と現像器Ｄの現像ローラ１とが対向した現像部で、感光ドラム１１上の静電潜像を現像ローラ１上の非磁性トナーにより現像し、感光ドラム１１上に静電潜像に応じたトナー像を形成する。
【００２８】
この現像の際、現像に寄与しなかった現像ローラ１上の現像残りのトナーは、現像ローラ１に印加されたバイアスと、現像器Ｄのトナー回収ローラ８に印加されたバイアスとにより形成される電界によって、トナー回収ローラ８に付着して回収され、現像器Ｄ内に戻される。トナー回収ローラ８は、現像ローラ１および感光ドラム１１対向して配置されている。
【００２９】
感光ドラム１１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１１と転写ローラ１３とが対向した転写部に搬送された転写材Ｐに、転写ローラ１３に転写バイアスを印加して転写する。その後、この転写材Ｐを定着器１４へ導入して、トナー像を転写材Ｐに加熱定着することにより、転写材Ｐに画像が得られ、一連の画像形成工程が終了する。
【００３０】
従来であると、転写後の感光ドラム１１は、転写部で転写材Ｐに転写されずに表面に残留した転写残りトナーを、クリーニング手段により除去、回収した後、再び、上記と同様な帯電、露光の次工程に供せられるが、本発明では、転写残りトナーを除去、回収する専用のクリーニング手段を持っておらず、このため感光ドラム１１は、転写残りトナーを担持したまま、再度、帯電、露光の次工程に進むことになる。
【００３１】
感光ドラム１とともに再度の帯電、露光の工程を経た転写残りトナーは、その一部がトナー回収ローラ８との対向部において、感光ドラム１１の表面に新たに形成された静電潜像が作る電位と、トナー回収ローラ８に印加されたバイアスとによって形成される電界により、トナー回収ローラ８上に付着して回収され、現像器Ｄ内に戻される。
【００３２】
このように、本発明によれば、感光ドラム１１上の転写残りトナーは、新たな静電潜像の非画像部(非露光部)に存在する転写残りトナーのみが除去されて、トナー回収ローラ８側に回収される。新たな静電潜像の画像部(露光部)に存在するその他の転写残りトナーは、いずれ次の現像工程で現像に使用されるため、感光ドラム１１上に担持したまま現像工程に導入されても影響はない。
【００３３】
その後は、上記の新たな静電潜像に対して、同様な現像、転写および定着工程が行われ、このような画像形成を繰り返す。
【００３４】
以下、本発明で使用する現像器Ｄおよびこの現像器Ｄを用いたクリーナレス機構について詳細に説明する。
【００３５】
図２に示すように、本発明において、現像器Ｄは、非磁性一成分現像剤の非磁性トナーを収容した現像容器３を有し、現像容器３内に現像ローラ１、トナー供給ブラシ４、トナー流路制御部材５、トナー規制ブレード７、前記のトナー回収ローラ８、トナー剥ぎ取り用スクレーパ９およびトナー攪拌部材１０を備えている。現像容器３内は、開口部手前まで延びる仕切り部材１２によって仕切られ、仕切り部材１２の下部には連絡口１２ａが設けられている。
【００３６】
現像ローラ１は、現像容器３の開口部内に感光ドラム１１と所定間隔を開けて対向設置され、図中矢印方向に回転駆動される。本実施例では、現像ローラ１としてＳＵＳ、アルミニウム等の金属ローラを用いた。現像ローラ１には所定の現像バイアスを印加する電源２が接続されている。
【００３７】
この現像ローラ１は金属製に限られず、たとえば感光ドラム１１に現像ローラ１を当接させて現像を行う接触現像法を採用する場合には、現像ローラを、芯金上に単層もしくは複数層の弾性層を有する弾性ローラに構成してもよい。弾性層の材料としては、シリコーンゴム、ＮＢＲゴム、ＥＰＤＭゴム、ウレタンゴム等の一般的なゴム材料が使用可能である。この弾性層の表面を、ナイロン等の樹脂にカーボン等を分散させた導電性樹脂で被覆することもできる。
【００３８】
弾性層のゴム硬度は、表面の導電性膜を含めた状態でＪＩＳ−Ａゴム硬度計により測定して、２０〜７０°のものが適当である。弾性層の表面はトナーの搬送性を考慮して、表面粗さＲｚが１〜２０μｍであることが好ましく、表面粗さＲｚは、具体的には、使用するトナーの粒径、形状にあわせて設定される。弾性現像ローラの抵抗値は、表面の導電性膜を含めた状態で測定して、体積抵抗率１０3〜１０9Ωｃｍ程度となるように設定することが好ましい。
【００３９】
トナー供給ブラシ４は、現像容器３内の非磁性トナーを取り込んで現像ローラ１に供給するためのもので、現像ローラ１と約１００μｍ〜１ｍｍの間隔を開けて、現像ローラ１の回転方向と同方向(最近接部で逆方向)に回転可能に配置されている。トナー供給ブラシ４の芯金には、電源６により現像バイアスに所望のＤＣ電圧＝Ｖｆを重畳した電圧が印加され、現像ローラ１との間で所望の電界が形成される。
【００４０】
トナー供給ブラシ４の繊維は、導電性のもののみでも構わないが、本実施例では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、１０2〜１０8Ωｃｍ程度の低抵抗の導電性繊維２０と、１０8〜１０15Ωｃｍ程度の高抵抗の絶縁性繊維２１の２種類を混毛したブラシ部材を、ＳＵＳ等の金属芯金に巻き付けたファーブラシを用いている。
【００４１】
本実施例では、現像剤として負の帯電極性を持つトナーを使用するため、上記の絶縁性繊維２１は正極性の帯電極性を有することが好ましく、本実施例では、絶縁性繊維２１としてナイロン繊維(１０8〜１０15Ωｃｍ)を使用した。もちろん、ナイロンに限るものではなく、トナーの特性に応じて絶縁性繊維の種類を選択すればよく、本実施例のような場合には、レーヨン等の繊維を使用することもできる。
【００４２】
導電性繊維２０は、上記した範囲の抵抗値を満たすことが第１の条件であるが、導電性繊維の大半は、絶縁性繊維原料の絶縁性樹脂にカーボン等の導電剤を分散して紡糸していることが多く、その分散方法は繊維メーカーによって様々であり、単繊維（モノフィラメント）の表面全てに導電剤が露出しているとは限らない。すなわち、導電性繊維２０の単繊維の断面を示す図４に示されるように、単繊維の表面には、導電部２０ａ以外に絶縁部２０ｂが存在する。したがって、絶縁部２０ｂとのトナーの接触を考慮して、導電性繊維用の絶縁性樹脂には、トナーに対し正帯電性のものを選ぶことが好ましく、本実施例では、ナイロン系の樹脂を用いた。
【００４３】
本実施例では、トナー供給ブラシ４によりトナーをクラウド化して、トナーを現像ローラ１に供給する。このためブラシ４の導電性繊維２０、絶縁性繊維２１とも弾力を必要とし、その繊度を１〜１０デニール／フィラメント程度とし、それらが混毛された状態で１〜２０万本／インチ2の植密度もち、かつパイル長が１〜１０ｍｍになるように設定した。
【００４４】
トナー流路制御部材５は、トナー供給ブラシ４からのトナーをクラウド化するとともに、現像ローラ１の方向へトナーを叩き出すためのものであり、トナー供給ブラシ４と接触するように配置されている。本実施例では、トナー流路制御部材５として、ＳＵＳ、リン青銅等の金属の厚さ１００μｍ〜１ｍｍ程度の薄板を用いた。トナー流路制御部材５は、薄板によるストレート形状を取っているが、これに限るものではなく、トナーをクラウド化する方向によっては、これに適した形状に成形することもできる。
【００４５】
トナー流路制御部材５のトナー供給ブラシ４との接触面には、ここに介在するトナーへの電荷付与を考慮して、トナーに対し電荷付与能が高い樹脂、たとえばナイロンにカーボンを分散して抵抗値を１０5Ωｃｍ程度に調整したものを積層してもよい。これにより、トナー流路制御部材５によるトナーへの電荷付与が加わって、トナーへの電荷付与がさらに安定する。
【００４６】
トナー規制手段としての規制ブレード７は、現像ローラ１上にコートされたトナーの層厚を規制するためのもので、本実施例では、厚さ０．１ｍｍ程度の金属製薄板の先端に、ＪＩＳ硬度５０°〜７０°のウレタンゴム、シリコーンゴム等のゴム材質の弾性体７ａを積層したブレードを用い、現像ローラ１に当接するように配置している。
【００４７】
現像ローラ１として前述した弾性ローラを用いた場合には、トナー規制ブレード７は厚さ０．１ｍｍ程度の金属製薄板を使用することが好ましい。この場合、トナー規制ブレードは、先端部から約２ｍｍの位置で現像ローラ１とは反対方向に折り曲げた形状に形成し、その折曲部が約２０ｇ／ｃｍ程度の線圧で現像ローラ１に食い込むように接触することがよい。
【００４８】
トナー回収ローラ８は、転写部において感光ドラム１１上に残留した転写残りトナー、および現像部において現像に寄与せずに現像ローラ１上に残留した現像残りトナーを静電気的に回収するためのもので、現像ローラ１と約１００μｍ〜１ｍｍ、感光ドラム１と約１００μｍ〜１ｍｍの間隔を開けて、図中矢印で示すように、現像ローラ１および感光ドラム１１の回転方向と逆方向(最近接部で同方向)に回転可能となるように、対向設置されている。電源１７により所望のバイアスを印加する構成をとっているが、
本実施例では、トナー回収ローラ８は、金属ローラの表面を鏡面に加工して構成したが、トナーの回収効率を考慮して、金属ローラ表面にテフロン等のフッ素系樹脂による表面加工を行ってもよい。たとえば金属ローラ表面に急冷めっき加工を施し、その際に形成されるめっき表面のクラックにフッ素系樹脂を溶かし込んで得たローラ表面は、トナーに対する離型性が高く、またフッ素系樹脂(絶縁部)とめっき部(導電部)による電界集中効果により、現像残りトナーをより回収しやすくなる。このような表面加工を施すことにより、ローラ表面の耐摩耗性も向上する。
【００４９】
トナー剥ぎ取り手段としてのスクレーパ９は、トナー回収ローラ８に回収されて付着したトナーをローラ８の表面から除去して、トナー収納部Ａに戻すためのもので、本実施例では、スクレーパ９はウレタンゴム、シリコーンゴム等のゴム部材からなり、これをトナー回収ローラ８の表面に先端でエッジ当接するように配置した。
【００５０】
スクレーパ９を形成するゴム部材は、トナー回収ローラ８から機械的にトナーを掻き落とせるように、ＪＩＳ硬度で５０°〜７０°のゴム硬度を有することが好ましい。スクレーパ９のエッジ位置は、掻き落とされたトナーが確実にトナー収納部Ａに戻るように、トナー回収ローラ８の下半周の位置に設定している。
【００５１】
仕切り部材１２は、現像ローラ１のトナー回収ローラ８との対向部の下方位置まで設けられており、トナー収納部Ａとトナー供給部Ｂとの間を仕切って、トナー回収ローラ８から掻き落とされたトナーがトナー供給部Ｂ側まで飛散することがないようにしている。したがって、トナー収納部Ａへの現像残りトナーの戻しをより確実にすることができる。
【００５２】
仕切り部材１２は、トナー供給部Ｂでクラウド化されたトナーのうちの所望の電荷を持たないトナーが、現像ローラ１と回収ローラ８とのギャップを通過して、現像器外に飛散するのを防止するのにも有効である。
【００５３】
本実施例では、非磁性トナーには、ポリスチレンやポリエステル系の熱可塑性樹脂に、着色剤および負の荷電制御剤を混合分散し、粉砕して形成した、重量平均粒径が５μｍ以上のものを使用した。また感光ドラム１１にはＯＰＣ感光体を用い、画像の現像方法は、イメージ露光部に負極性の非磁性トナーを付着させる反転現像方式を採用した。
【００５４】
現像容器３の内部は、図５に示すように、概念上、トナー収納部としての領域Ａ、トナー供給部としての領域Ｂ、およびトナー回収部としての領域Ｃの３つに区分けすることができる。現像容器３内のトナーは、常時、領域Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａの方向に循環される。
【００５５】
トナー収納部Ａ内に収納されたトナーは、攪拌部材１０による搬送で仕切り部材１２の下部の連絡口１２ａを通って、トナー供給部Ｂのトナー供給ブラシ４に送られる。トナー供給ブラシ４に送られたトナーは、鏡映力等によってブラシ４の繊維間および繊維の表面に付着し、ブラシ４の回転とともにトナー流路制御部材５方向に搬送され、流路制御部材５と接触して安定して電荷が付与される。そして図６に示すように、トナーＴは、トナー流路制御部材５を通過した後、トナー供給ブラシ４の繊維が流路制御部材５から外れるときの弾性力により、ブラシ４の回転方向に弾き出され、クラウド状となって矢印Ａの方向に飛翔する。
【００５６】
なお、トナー供給ブラシ４をトナー流路制御部材５に接触させて、ブラシ４中のトナーを弾き出すようにしているので、ブラシ繊維間に残留した未帯電トナーや反転トナー等をも放出することができ、これらのトナーによる繊維の詰まりをも防止することができる。
【００５７】
トナー供給ブラシ４と現像ローラ１との間には、現像ローラ１に印加された現像バイアスと、電源６によりトナー供給ブラシ４に印加されたバイアスとにより電界が形成されており、矢印Ａ方向に飛翔したクラウド状のトナーは、この電界によって矢印Ｂのように現像ローラ１に引き寄せられて、現像ローラ１の表面に担持される。
【００５８】
たとえば図７（ａ）に示すように、現像バイアスのＤＣ分をＶｄｃ＝−４５０Ｖと設定した場合、電源６により、現像バイアスにΔＶ＝−７５０Ｖ程度のＤＣ電圧が重畳されたバイアスをトナー供給ブラシ４に印加するように設定すれば、負に帯電したトナーはＤＣ電圧の差分による電界の作用により、トナー供給ブラシ４から現像ローラ１へと引き寄せられていく。
【００５９】
このようにして現像ローラ１上に供給されたトナーは、鏡映力により現像ローラ１上に担持された後、規制ブレード７まで搬送され、ブレード７による規制によってトナー層厚を調整されるとともに、さらなる摩擦帯電電荷の付与が行われ、均一な帯電量分布を有する緻密なトナー層に形成される。
【００６０】
このように、帯電したトナーを一度クラウド化し、電界により非接触でトナーを現像ローラ１上に供給するので、トナーへの機械的ストレスを顕著に低減させることができ、また十分に帯電したトナーのみを現像ローラ１上に供給して、帯電量分布の偏りが少ない非常にシャープなトナー層を形成することができる。
【００６１】
現像ローラ１上にトナー層されたトナーは、帯電器１６によるＶＤ＝約−７００Ｖの一様帯電、露光装置１５による画像露光によって静電潜像が形成された感光ドラム１との対向部において、図７（ｂ）に示すように、感光ドラム１１上の潜像電位（露光部ＶＬ＝−１００Ｖ、未露光部ＶＤ＝−７００Ｖ）と、現像ローラ１に印加した現像バイアスのＶｄｃ＝−４５０Ｖによる電界によって露光部に付着して、感光ドラム１上に潜像に応じたトナー像を形成する。
【００６２】
現像に寄与せずに現像ローラ１上に担持されたまま現像容器３内に戻ってきた現像残りのトナーは、図８（ａ）に示すように、トナー回収ローラ８に印加したＤＣバイアスのＶｃ＝約−２００Ｖと、現像ローラ１に印加した現像バイアスのＶｄｃ＝−４５０Ｖとで形成された電界により、トナー回収ローラ８の表面に静電的に付着して回収される。回収されたトナーは、トナー回収ローラ８の回転とともに現像器３内に搬送され、スクレーパ９により掻き落とされて、トナー収納部Ａに収容される。
【００６３】
このように、回収ローラ８とスクレーパ９を用いれば、現像ローラ１に対し回収ローラ８の表面が常時フレッシュな電極面に維持でき、回収ローラ８と現像ローラ１との間に常に安定した電界を形成することができる。
【００６４】
以上のようにして、現像残りトナーを現像ローラ１から完全に離脱させ、トナー収納部Ａに確実に回収することにより、現像容器３内に図３の領域Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａの方向のトナーの循環路を作ることができ、トナーに連続した負荷を与えることがなく、トナー自身の発熱を防止して、トナーの劣化を最小限に抑制することができる。その結果、トナーの寿命が格段に延び、長期にわたり良好な画像形成を行うことができる。
【００６５】
感光ドラム１１上に形成されたトナー像は、転写ローラ１３方向に搬送され、転写部（転写ローラ１３との対向部）において、転写ローラ１３に印加した転写バイアスにより転写材Ｐ上に転写され、ついで定着器１４において転写されたトナー像が転写材Ｐに定着される。転写部において転写材Ｐに転写されずに感光ドラム１１上に残留した転写残りトナーは、感光ドラム１１上に担持されたまま、再び帯電、露光の次工程に進む。
【００６６】
転写残りトナーには、しばしば、現像時から含まれている未帯電トナーや反転極性トナー、あるいは転写時に電荷注入もしくは放電により帯電極性が変化した未帯電トナーや反転極性トナーが含まれている。これらの転写残りトナーを担持した感光ドラム１１が、帯電器１６により再びＶＤ＝−７００Ｖに帯電されると、同時に感光ドラム１１上の転写残りトナーも、所望の負極性に均一に再帯電される。
【００６７】
感光ドラム１１は、露光装置１５により新たな静電潜像が形成され、その静電潜像は、表面に転写残りトナーを担持したまま、トナー回収ローラ８との対向部に搬送されることになる。図８（ｂ）に示すように、トナー回収ローラ８には、Ｖｃ＝約−２００ＶのＤＣバイアスが印加されているため、新たな静電潜像の非画像部（未露光部）（ＶＤ＝−７００Ｖ）の電位に対しては、感光ドラム１１上の転写残りトナーが回収ローラ８側に引き寄せる電界が形成される。一方、新たな静電潜像の画像部（露光部）（ＶＬ＝−１００Ｖ）の電位に対しては、転写残りトナーが感光ドラム１１側に拘束されるような電界が形成される。したがって、新たな潜像の非画像部の部分に存在する転写残りトナーのみがトナー回収ローラ８に回収され、画像部に存在する転写残りトナーは、感光ドラム１１上に担持したまま次の現像工程に導入され、現像に使用される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トナー流路制御部材の一端と接触配置したトナー供給ブラシにトナーを取り込ませ、供給ブラシの回転により供給ブラシがトナー流路制御部材から外れる際の弾性力によって、供給ブラシからトナーを弾き出してクラウド化するとともに、現像ローラと供給ブラシとの間に形成した電界によって、クラウド化したトナーのうちから所望の電荷量を持ったトナーのみを現像ローラ上に供給するようにしているので、従来の現像ローラと接触配置したトナー供給ローラのときのような、現像ローラとの接触および摺擦によるトナーの供給がないため、現像ローラへのトナー供給にともなうトナーのストレスを格段に低減することができる。またクラウド化したトナーから適正な帯電量を有するトナーを選択的に供給するので、未帯電トナーあるいは反転トナーを供給されにくくするだけでなく、規制ブレードによるトナーへの電荷付与も少なくて済み、その結果、規制ブレードの接触圧を低減できて、トナーへの負荷をより低減することができた。
【００６９】
また現像に寄与せずに現像容器に戻ってきた現像残りトナーを、現像ローラに対し非接触配置したトナー回収ローラで静電的に引き剥がしてトナー収納部に確実に戻すことにより、現像容器内にトナーの循環路を形成するようにしたので、現像残りトナーが規制ブレードのニップ部を繰り返し通過して、トナーへ連続的な負荷が加わるのをなくすことができ、このため蓄熱等による外添剤のトナーへの埋め込みを顕著に抑制し、トナーの劣化を防止できた。
【００７０】
さらにトナー回収ローラは、感光ドラムの回転方向に関し、現像部よりも上流側に設けられ、現像を行いながら感光ドラムとの対向部において、感光ドラム上の転写残りトナーをも回収できるので、感光ドラムに対し従来のような専用のクリーニング機構を省略することができ、画像形成装置全体の小型化、低コスト化が可能となる。
【００７１】
したがって、本発明によれば、トナーへの負荷を顕著に低減し、かつカブリ等のない高品位な画像を長期間にわたり得ることができ、また装置全体の小型化、低コスト化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された現像器を拡大して示す断面図である。
【図３】図２の現像器に設置されたトナー供給ブラシおよびその繊維を示す説明図である。
【図４】図３の繊維のうちの導電性繊維の断面の様子の一例を示す断面図である。
【図５】図２の現像器内でのトナーの循環方向を示す概念図である。
【図６】図２の現像器におけるトナー供給ブラシによる現像ローラへのトナーの供給法を示す説明図である。
【図７】図１の画像形成装置におけるトナー供給および現像に用いるバイアスの構成例を示す説明図である。
【図８】図１の画像形成装置における現像残りトナーの回収および転写残りトナーの回収に用いるバイアスの構成例を示す説明図である。
【図９】従来の画像形成装置に設置された現像器を示す概略断面図である。
【図１０】従来の画像形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１    現像ローラ
２    現像バイアス用電源
３    現像容器
４    トナー供給ブラシ
５    トナー流路制御部材
６    トナー供給ブラシ用電源
７    規制ブレード
８    トナー回収ローラ
９    スクレーパ
１０  攪拌部材
１１  感光ドラム
１２  仕切り部材
Ｄ    現像器
【図１】
0003817384.tif 000002
【図２】
0003817384.tif 000003
【図３】
0003817384.tif 000004
【図４】
0003817384.tif 000005
【図５】
0003817384.tif 000006
【図６】
0003817384.tif 000007
【図７】
0003817384.tif 000008
【図８】
0003817384.tif 000009
【図９】
0003817384.tif 000010
【図１０】
0003817384.tif 000011