JP2008197609A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電界、材料、制御等に関する設計自由度が広く、内部へのトナー飛散を増加させることなく、かつ、現像剤に掛かる機械的ストレスが少ない手段でトナー帯電量を適性化可能とし、かぶりのない画像を形成でき、かつ寿命の長い現像装置を提供する。
【解決手段】現像剤搬送量の規制部２ａと前記現像部２ｂとの間の前記現像剤担持体２の上方の表面に対向して、前記現像剤８に掛かる電界の向きが前記現像剤担持体２の回転に伴う前記現像剤８の移動により繰り返し変わり、前記トナーを帯電させる電極構造２０、２１を有するトナー帯電手段１が配設され、このトナー帯電手段１の現像剤担持体側に対向する表面が、リーク防止用の誘電体膜２３で覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した画像形成装置、例えば、ファックシミリ、プリンタ、複写機、ＭＦＰ（複合機）等に使用する、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いる現像装置に関するものである。

２成分現像装置を用いた画像形成装置は、高速対応性や長寿命化に優れており、モノクロやカラーの複写機、ファクシミリ、プリンタ等の多くの製品として実用化されている。
２成分現像装置では、内部に固定した磁石を配置した非磁性の回転スリーブからなる現像剤担持体の表面にトナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を担持させる。担持された２成分現像剤を現像剤量規制手段により搬送量を規制した後、静電潜像が形成された潜像担持体と対向する現像部まで搬送する。
現像部においては、現像剤担持体に印加するバイアスと潜像担持体の表面電位との差により形成される電界により、潜像部では潜像担持体表面へ引き付けられる静電力を受け、背景部では潜像担持体表面と反発する方向に力を受ける。ことにより、現像剤担持体表面のトナーが潜像部にのみ付着し、現像ができる。

近年では、より高精細・高画質の印刷を行うために、より粒子径の小さいトナーを使用する機器が増えている。このような機器では、磁性キャリアに付着したトナーに働く力の内、粒子径が小さくなることによりファンデルワールス力の寄与割合が大きくなる。
それに対して、現像剤担持体に印加するバイアスを直流と交流を重畳したバイアスとし、トナーに潜像担持体方向と現像剤担持体方向に向かう現像に影響しない短い周期で交互に静電気力を切り換えることにより、現像能力と画像品質の向上を達成した現像装置も数多く提案され、実用化されている。
２成分現像剤中のトナーは、現像剤担持体の回転により搬送される量を規制する部分において現像剤搬送の流れを一部せき止めるため大きな圧縮力が働き、現像剤が互いに強く摩擦されることにより磁性キャリアと摩擦帯電する確率が高くなり、大半の帯電量をこの規制部分で得ている。

図１４は従来の現像装置を示す概略図である。図１４において、現像装置Ｂはトナー補給装置から現像容器６内に非磁性トナーを補給し、補給されたトナーと現像剤を攪拌・搬送する攪拌・搬送手段４、５を備えている。
トナーは現像剤担持体２の内部に設けた回転しない着磁ローラの攪拌・搬送手段４側の磁極で形成された磁界により現像剤の状態で引き寄せられ、現像剤担持体２表面の回転スリーブにより搬送される。
搬送されたトナーは現像部手前で非磁性ＳＵＳ製の現像剤量規制手段３により、この現像剤量規制手段３と現像剤担持体２とのギャップを調整された状態で現像部に供給される。
現像剤担持体２には、現像バイアス印加手段１２から直流成分を印加し、潜像担持体７表面に形成された背景部と画像部の静電潜像と現像剤担持体２との間にできる電界により、キャリア表面に付着した帯電トナーが現像剤担持体２から潜像担持体７に移動し、静電潜像パターンを可視化可能としている。

ところが、このようにして帯電したトナーは、一部は前述のように磁性キャリア間に挟まれて強い圧縮力を受けながら摩擦帯電し、その際の強い圧縮力により表面に付着させた外添剤がトナーの樹脂内に埋め込まれる。
又は、剥離してしまうか、ひどい場合はトナーが割れてしまうため、弱帯電トナー量が増えることにより印刷背景部の薄汚れを生じる。割れてできたトナー微粉や剥離して余剰となった外添剤の凝集体が磁性キャリアや潜像担持体表面等にフィルミングする等の問題を発生することがあり、現像装置や画像形成ユニットの寿命が短くなってしまうことがあった。
このトナーへのストレスは、とくにカラー複写機等のカラー機器では転写紙に４色分のトナーを付着させるため、トナーが熱定着部で定着ローラに貼り付き易くなるのを防止するためにワックス等をトナーに混ぜることが多い。トナー自体がモノクロ機のトナーと比較すると柔らかいものが多く、上記のような問題が発生し易くなっている。
また、トナーと磁性キャリアとで粒子径が１０倍程度違うため、磁性キャリア間の隙間の部分でキャリアに付着しているのみで摩擦帯電されないトナーがある。帯電量が低いため背景部での静電反発力が小さくなり、潜像担持体の背景部に付着することにより、印刷背景部の薄汚れやトナー消費量の増大といった問題も生じていた。

この問題は、前述のような現像剤のストレスの問題を解決するために、現像剤規制部でのストレスを低減しようとすると、必然的に現像剤中のトナーと磁性キャリアの摩擦機会が少なり、帯電量の低いトナーが増える。
このため、現像装置の寿命が長く、高速なカラー機器等では益々重要な課題となっている。逆に、現像剤の流れをせき止め部での摩擦帯電を機械的にさらに強くしようとすると、上記のようなストレスによるトナーの劣化の問題とともに、回転負荷となるため、駆動トルクが高くなり、複数個の現像装置を持つカラー複写機等では騒音、消費電力及び装置の大型化に繋がる問題があった。
このため、現像剤搬送量の規制部と現像部との間の現像剤担持体の表面に対向し、かつ、現像剤から離間した電極を設け、現像剤に交番電界によりトナーを振動させ、トナーを帯電させる現像方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
また、特許文献２では、現像剤搬送量の規制部と現像部との間の現像剤担持体の表面に対向し、かつ、現像剤から離間した電極を設け、その電極と現像剤担持体間の空間に発生させた磁界によりキャリアの穂密度を低くすることで現像剤中のトナーが動く空間を広げている。
特開平５−１１９６０７号公報 特開平１１−２８８１６７号公報

しかしながら、特許文献１のようなトナー帯電方法では、現像剤担持体とトナー帯電のための電極間にトナーを飛翔させ、クラウド状態を作るため、一部トナーが画像形成装置内に飛散し、この画像形成装置内を汚し易くなるという問題を生じる。
また、現像剤に交番電界を掛けるためには、現像剤担持体に交流電圧を印加するか、トナー帯電のための電極に交流電圧を印加する構成となる。トナーを帯電させるための交番電界の条件が現像部でトナーを現像させるための交番電圧に限定されてしまう制限ができてしまう設計自由度の制限がある。
これとともに、直流電界で潜像を現像する現像装置の磁性キャリアの抵抗が低い場合、トナーを帯電させる交番電界が現像部に現れてしまう。このため、トナーの帯電状態に応じてトナーを帯電させる電界を制御しようとすると、現像剤担持体に交流電圧を印加している場合は現像に交番電界が使用されているため実施できない。
トナー帯電のための電極に交流電圧を印加した場合はトナー帯電のための電界オンとオフで現像能力が大きく変わるため、制御の条件や使用可能な磁性キャリアの電気的特性も限定されてしまう。

また、特許文献２の場合も、同様に交番電界により現像剤を振動させ、トナーを帯電させる現像方法が提案されている。従って、上記のようなトナーの飛散や電界生成の電圧の設計自由度や現像剤の制限等については、特許文献１と同様である。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、電界、材料、制御等に関する設計自由度が広く、内部へのトナー飛散を増加させることなく、かつ、現像剤に掛かる機械的ストレスが少ない手段でトナー帯電量を適性化可能とし、かぶりのない画像を形成でき、かつ寿命の長い現像装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくともトナーとキャリアを含んだ２成分系の現像剤を攪拌する攪拌手段を有し、前記現像剤を現像剤担持体に供給し、現像剤量規制手段により前記現像剤担持体が搬送する量を所定の値に規制し、現像部に搬送された前記現像剤中のトナーで現像を行う現像装置において、現像剤搬送量を規制する規制部と前記現像部との間の前記現像剤担持体の上方の表面に対向して、前記現像剤に掛かる電界の向きが前記現像剤担持体の回転に伴う前記現像剤の移動により繰り返し変わり、前記トナーを帯電させる電極構造を有するトナー帯電手段が配設され、該トナー帯電手段の現像剤担持体側に対向する表面が、リーク防止用の誘電体膜で覆われていることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記トナー帯電手段が、前記現像剤担持体の長さ方向において少なくとも印刷領域より広い幅の前記現像剤に対して、この現像剤がない状態において前記現像剤担持体の長さ方向と実質的に垂直な電界を発生させる電極構造を有する請求項１記載の現像装置を特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記トナー帯電手段が、隣接する電極間の距離をキャリアの粒子径に近い幅以上とした構造である請求項１又は２記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記トナー帯電手段は、該トナー帯電手段のそれぞれの電極に２つの直流電圧値を電極１つおきに交互に印加するとともに、各電極と前記現像剤担持体間に形成される電界をキャリア表面から前記トナー帯電手段へトナーが飛翔し得る電界より小さくした請求項１乃至３のいずれか１項記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４記載のトナー帯電手段を使用し、該トナー帯電手段の隣接する電極の２つの直流電圧値を周期的に切り換える請求項１乃至４のいずれか１項記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、現像のために前記現像剤担持体と潜像担持体間に掛ける電界が直流電界である請求項１乃至５のいずれか１項記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、現像のために前記現像装置の現像剤担持体と前記潜像担持体間に掛ける前記電界が交番電界である請求項１乃至５のいずれか１項記載の現像装置を特徴とする。

本発明によれば、トナー帯電のために交番電界によりトナーをクラウドにする空間領域を増やす必要がないため、画像形成装置内へのトナー飛散を増加させることがない現像装置を提供することが可能である。
また、現像剤担持体の回転により現像剤にかかる電界の方向が繰り返し変り、交番電界を与えた場合と同様にトナーと磁性キャリアの衝突によるトナー帯電性改善の効果が得られるとともに、制御条件、トナーを帯電させるための電源条件の設計自由度が高い現像装置を提供することができる。
さらに、従来の現像効率等を向上するために利用される交番電界を利用した現像においても、さらにトナー帯電が安定するまでの時間を短くできる現像装置を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態である現像装置を示す概略図である。図２は本発明の効果を説明するためにトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。
図１において、現像装置Ａは、現像容器６内にこの現像容器６の一部である分離板によって仕切られた攪拌・搬送手段４と５を備え、攪拌・搬送手段４の上方で現像容器６に支持されかつ現像剤担持体２と対向している現像剤量規制手段３を含んでいる。
また、現像装置Ａは、トナー帯電手段１を備え、このトナー帯電手段１は、現像剤量規制手段３と、この現像剤量規制手段３と現像剤担持体２を挟んで対向する位置に配置された潜像担持体７との間の現像剤担持体２の上方の表面に対向して配置されている。
トナー帯電手段１には直流電圧印加手段１０と１１が接続され、そして現像剤担持体２は現像バイアス印加手段１２が接続されている。現像剤量規制手段３と対向する現像剤担持体２側を規制部２ａ、そして潜像担持体７と対向する現像剤担持体２側を現像部２ｂとする。

図１の現像装置Ａでは、図示しないトナー濃度センサの検出結果に基づき、図示しないトナー補給装置から現像容器６内のトナー濃度が所定濃度（本実施の形態では７％）になるように非磁性トナーを補給し、補給されたトナーと現像剤を攪拌・搬送手段４、５により還流させている。
より詳しくは、攪拌・搬送手段４、５は、Φ５の軸にらせん状の突起を設けた回転外径Φ１４、スクリューピッチ２０ｍｍのスクリューである。２つのスクリューは逆方向に３００ｒｐｍで回転される。攪拌・搬送手段４は図１の奥方向に、攪拌・搬送手段５は図１の手前方向に現像剤を搬送する。
攪拌・搬送手段４と５との間を仕切っている現像容器６の一部である分離板の奥と手前には現像剤が通過できる幅２５ｍｍの開口部（図示せず）を設けてある。現像装置Ａの奥側では攪拌・搬送手段４側から攪拌・搬送手段５側へ、現像装置Ａの手前では攪拌・搬送手段５側から攪拌・搬送手段４側へ現像剤が送られ、還流する構造となっている。

トナーは、現像剤の上記還流中に攪拌・拡散により表面にシリコンコーティングした磁性キャリアと均一に混合される。トナーは、また、現像剤担持体２の内部に設けた回転しない着磁ローラの攪拌・搬送手段４側の磁極で形成された磁界により現像剤の状態で引き寄せられる。
この引き寄せられたトナーは、線速２５０ｍｍ／秒で回転する現像剤担持体２表面の回転スリーブにより搬送される。トナーは、現像部手前で非磁性ＳＵＳ製の現像剤量規制手段３により、回転スリーブ上の現像剤量が４５０ｇ／ｍ²となるように現像剤量規制手段３と現像剤担持体２とのギャップを調整された状態で現像部２ｂに供給される。
現像剤担持体２には、現像バイアス印加手段１２から直流成分−３５０Ｖを印加する。潜像担持体７表面に形成された背景部約−５５０Ｖ、画像部約−１００Ｖの静電潜像と現像剤担持体２との間にできる電界により、キャリア表面に付着した帯電トナーが、現像剤担持体２から潜像担持体７の画像部のみに移動し、静電潜像パターンを可視化可能としている。

以下では比較のため、図１４に示す従来の現像装置Ｂに言及しながら説明を進める。図１４に示す従来の現像装置Ｂにおける現像剤量規制手段３の配置は現像剤の流れをせき止めた部分での現像剤密度を高くし、現像剤の摩擦を強くするように構成されている。
これに対して、本発明では、現像剤せき止め部での現像剤密度が小さく、トナーへのストレスを低減でき、トナー劣化の少ないことにより寿命が長く、かつ、現像装置Ａの駆動トルクを低減できる、図１の現像剤量規制手段３の配置としている。
本発明では、まず、現像剤量規制手段３を図１の配置とすることによって、図１４の従来の現像装置Ｂに比べて、現像剤担持体２の回転トルクを約３０％低減することができた。
そこで、図２に示すように、駆動開始から１秒、１０秒、３０秒、６０秒、１２０秒、３００秒で現像剤担持体２（図１）上の現像剤をサンプリングし、２成分現像剤中のトナー帯電量を測定するのに一般的に用いられるブローオフ装置と電子天秤を用いることにより測定したトナーの帯電量と駆動時間の関係を調べた。
この調査結果によると、図１のトナー帯電手段１がない現像装置では、従来の現像装置Ｂ（図１４）と比べ、トナー帯電量が飽和するまでに要する時間が長く、長時間非稼動後の現像装置立ち上げ時やトナー補給直後に弱帯電トナーが増加し、印刷背景部の薄汚れが発生してしまった。

図３は本発明の効果を説明するために現像剤速度と現像剤担持体表面からの距離の関係をグラフで示す図である。図３に示したように、現像剤量規制手段３（図１）の配置によりトナーの帯電性能の違いが起きている原因について確認した。
その結果、現像剤担持体２（図１）表面からの距離による現像剤の速度変化が、図１に示した現像装置Ａに比べ、図１４に示した従来の現像装置Ｂの方が大きく、現像剤中のキャリアの相対速度が大きくなっていることが分かった。
このことから、上記現像剤量規制手段３の配置によるトナー帯電量が飽和するまでの時間の差は、従来の現像装置Ｂの方が現像剤担持体２の回転に伴い現像剤量規制手段３の手前での現像剤密度がより大きくなることにより現像剤担持体２表面と現像剤中のキャリア及び現像剤中のキャリア同士の接触確率が大きくなる。
これとともに、現像剤担持体２表面からの距離によるキャリアの速度勾配が大きくなり、すなわち、キャリア同士の相対速度が大きくなるか又は回転することによりキャリア表面に付着したトナーとキャリアの摩擦帯電が起こり易くなるためと考えられる。
このような状態ではトナーは摩擦帯電し易いが、一方で、トナーがキャリア間に挟まれる確率が増えるとともに、より強い力で押し付けられるため、トナー表面に外添した疎水性シリカがトナー樹脂内に埋め込まれたり、トナーが割れたりして、図１４従来の現像装置Ｂではトナーが劣化し易いと言える。

図４は本発明の効果を説明するために外添剤埋没度ランクと現像装置駆動時間の関係をグラフで示す図である。図４では、トナー表面をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で拡大した写真を撮っている。トナーの外添剤が埋め込まれている程度は新品トナーの埋没度ランク５、そして完全に埋め込まれているトナーの埋没度ランク１としている。
新品トナーの埋没度ランク５とトナーの埋没度ランク１との間を０．５刻みでランク分けして、トナーの外添剤埋め込み程度と現像装置の印刷しない状態での駆動時間との関係を図１の現像装置Ａと図１４の現像装置Ｂで比較した結果である。
この図４から明らかなように、図１の現像装置Ａの方が図１４の従来の現像装置Ｂよりトナー表面の外添剤の埋め込みが遅く、トナーが劣化しにくいことが分かる。

次に、本発明の第１の実施の形態では、図１に示すように現像剤量規制部２ａと現像部２ｂとの間の現像剤担持体２表面の対向する位置にトナー帯電手段１を設けている。
このトナー帯電手段１に直流電圧供給手段１０、１１から直流電圧を印加し、トナーの劣化を抑えた現像装置に対して本発明を適用することによりトナー帯電量が飽和するまでの時間を改善できた効果について確認した結果を以下に説明する。
図５は図１の現像装置におけるトナー帯電手段の実施の形態を示す断面図である。図６は図５のトナー帯電手段の実施の形態の１部分を詳細に示す断面図である。
図１、図５及び図６を参照して、図５は現像剤担持体２に対向する面側から見たトナー帯電手段１の電極形状のより詳細な説明であり、図６はトナー帯電手段１と現像剤担持体２の対向部分を部分的に拡大して説明している。
この実施の形態のトナー帯電手段１は、図１と図６に示したように、現像剤担持体２に対向する面と現像剤担持体２とのギャップ距離がほぼ一定になるような円弧形状としたポリカーボネート製の基板２２上にアルミ製の電極２０と２１を蒸着し、その上からシリコン樹脂をコーティングして作成している。

トナー帯電手段１の電極２０と２１は、図５のように、少なくとも画像領域において、電極２０と電極２１の現像剤担持体２の長さ方向と平行な部分が電極間距離１００μｍ、その部分の電極幅が３００μｍで、電極２０とで２１が交互に並ぶ櫛歯形状としている。
このような形状の電極２０と２１に、図６に示したように、直流電圧印加手段１０と１１から値の異なる電圧を印加すると、現像剤担持体２の長さ方向に対して垂直で、かつ、隣接するギャップ部分で逆方向の電界が形成される。
その状態で現像剤担持体２を回転させると、現像剤担持体２上の現像剤８には、回転に伴う移動により向きが繰り返し変わる電界が掛かる。現像剤８中のトナーは現像剤担持体２表面と平行な成分を含む力を現像剤担持体２表面の進行方向及び逆方向に交互に受ける。これによって、トナーは隣接するキャリア間、又は、キャリアとトナー帯電手段１表面間で移動・衝突を繰り返す。
本実施の形態では、トナー帯電手段１と現像剤担持体２のギャップを３００μｍ、上記直流電圧印加手段１０と１１の電圧をそれぞれ−３００Ｖ、−４５０Ｖとしている。
なお、トナー帯電手段１の基板２２の材料は、本発明の説明のための実施の形態ではポリカーボネートを使用した。しかし、現像剤担持体２とのギャップを精度良くするために形状安定性が得られ、電極２０と２１に印加する電圧がリークしない絶縁材料であれば、どのような材料を用いても良い。

図２で示した、現像装置で長時間放置後のトナー帯電量と現像装置の駆動時間の関係から明らかなように、本発明のトナー帯電手段１を用いることにより、トナーへのストレスが低く、駆動トルクが小さい現像装置で、トナー帯電量が飽和するまでの時間が図１４の従来の現像装置と同等の時間とすることができた。
この実施の形態の現像装置Ａで長時間放置後の立ち上げ直後やトナー補給直後の印字確認を行った結果、トナー帯電手段１のない現像装置で発生したような印刷背景部の汚れは発生せず、本発明の効果が確認できた。
また、本発明の現像装置Ａでは、交番電界によりトナーをクラウド状態にすることがないため、現像装置Ａ内へのトナー飛散についても増加することがなかった。

図７は現像剤担持体上の現像剤が電圧印加部分を通過する電圧と時間の関係をグラフで示す図である。図８は図７の電圧と時間の関係を電界に書き換えてグラフで示す図である。 本実施の形態の現像剤担持体２上の現像剤は、現像剤担持体２の回転による移動でトナー帯電手段１に近接する位置で図７に示すような電圧印加部分を通過していく。
これを電界に書き換えると、現像剤８（図６）や表面の誘電体膜２３（図６）の影響で厳密には値が異なるが、図８に示すようになり、あたかも現像剤８に交番電界を掛けたようになる。
その電界の強さは、直流電圧印加手段１０と１１、電極２０と２１との電極間距離により変えることができ、そしてこの電界強度は使用するキャリアの抵抗に関係なく現像剤担持体２に印加する現像バイアスとは独立に決めることができる。

なお、図５及び図６を参照して、トナー帯電手段１の現像剤担持体２に対向する面に塗布した誘電体膜がない状態で電極２０と２１に電圧を印加した場合、電極間の電圧の差が大きくなると、電極間にリークが発生してしまう。
このため、発生できる電界が弱くなってしまう問題点があるだけでなく、電気抵抗の低いキャリアを用いるとトナー帯電手段１の電極２０、２１からキャリを通して現像剤担持体２へ電流が流れ、現像剤担持体２の現像バイアスが不安定になる不具合が発生する。従って、本発明のトナー帯電手段１には表面にリーク防止をするための誘電体膜２３を設けることが必要である。
現像剤へのストレスを低減した現像剤量規制手段３を使用しても、本発明のトナー帯電手段１によりトナー帯電が安定するまでの時間が短く、印刷開始までの待ち時間が短くでき、印刷背景部の薄汚れが発生しにくい寿命の長い現像装置を提供することができる。

図９は本発明によるトナー帯電手段の電極構造を示す概略断面図である。図９において、本発明の第２の実施の形態におけるこの電極構造は、電極２４と電極２５間にキャリアがない場合に発生する電界の方向を現像剤担持体２の長さ方向としているトナー帯電手段２６を現像剤担持体２に対向する側から見ている。
このトナー帯電手段２６を図１の現像装置Ａにトナー帯電手段１の代わりに取り付け、６００ｄｐｉの１ドットオン／１ドットオフのドット格子のハーフトーンパターンを印刷すると、何箇所かに細くて淡い薄い縦筋と濃い縦筋の濃淡が発生する部分がある。
この細くて淡い濃淡の縦筋は、トナー帯電手段２６の電極間ギャップのある部分で発生しており、電極ギャップ部でトナーが現像剤担持体２の長手方向に送られ、現像剤担持体２上のトナー濃度に濃淡むらが生じたためと考えられる。
本発明の第２の実施の形態によれば、本発明の現像装置Ａ（図１）のトナー帯電量を印刷領域全体にわたり均一とでき、均一な印刷や印字背景部の薄汚れの発生しにくい現像装置を提供できる。
また、図５に示したトナー帯電手段１の櫛歯先端において、現像剤がない状態において現像剤担持体２の長さ方向と実質的に垂直な電界を形成できない部分では、上述した細くて淡い濃淡の縦筋が発生することがある。さらに、トナー帯電効果の得られない部分では長時間放置後の印刷背景部の薄汚れが発生する。
この結果から、とくに解像度の高い印刷においては、トナー帯電手段１の電界発生方向は、図１の実施の形態で用いたような現像剤担持体２の長さ方向と実質的に垂直な電界を印刷領域の幅以上で発生させる電極構造でなければならないことが本発明者の調査により明らかとなった。

図１０は第３の実施の形態におけるトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。図１０において、本発明の第３の実施の形態では、図５で用いたトナー帯電手段１の電極２０と２１の電極間距離を５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍとする。
図１０は、その場合に、電極２０、２１間の電界が同じになるように電圧を変えて、上述した実施の形態で確認したトナー帯電量が飽和するまでの時間について同様の確認を、平均粒子径１００μｍのキャリアを用いて行った結果である。前記電界を同一にした理由は、帯電粒子に働く静電気力は一般的に電界に比例するため、トナーに同一の電界が掛かるようにしたものである。
図１０の結果から、電極間距離が５０μｍの場合、トナー帯電手段がない場合に比べれば多少の効果があるが、他の２つの１００μｍと１５０μｍの場合に比べてトナー帯電量の飽和時間が長くなった。
この電極間距離がキャリアの粒子径より短くなった場合に本発明のトナー帯電手段１（図１）の効果が減少する原因として、電極間距離が隣接するキャリア間距離より短いため、キャリア間に電界が掛からず、トナーをキャリア間で移動・衝突させる効果が低減したためと考えられる。
以上のことから、本発明のトナー帯電手段１の電極２０と２１との電極間距離は、とくに、キャリアの粒子径より長い時に効果が大きくなると言える。これにより本発明のトナー帯電の効果を有効に発生させることができる現像装置を提供することができる。

図１１は本発明によるトナー帯電手段の他の電極配置を示す断面図である。図１１において、本発明の第４の実施の形態では、現像剤担持体２（図１）側から見た電極配置が現像剤担持体２の長さ方向で印字領域より長い電極を現像剤担持体２の回転方向に複数並べた形状の電極群を有するトナー帯電手段１を用いた。
各電極は、１つおきに同一電圧が印加できるように直流電源印加手段１０と１１（図１）に接続した。断面形状は図６と同様になるため、以降の説明では、同一電圧が印加されている電極群をそれぞれ電極２０、２１として記述する。
この現像装置では、図１の実施の形態で電極２０と２１に印加した直流電圧の差を１４０Ｖ一定にして、電極２０と電極２１に印加する電圧を（−２００Ｖ、−３５０Ｖ）、（−３００Ｖ、−４５０Ｖ）および（−４００Ｖ、−５５０Ｖ）の３つの場合について比較した。

図１２は第４の実施の形態におけるトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。図１２に示すように、トナー帯電量の飽和までの時間は、電圧値によらずトナーを帯電させる効果が得られた。
ところが、（−２００Ｖ、−３５０Ｖ）の場合に、連続印刷を続けるとハーフトーンが部分的に濃くなる部分が形成されるか、印刷背景部に斑点状の薄汚れが発生することがあった。
その原因について確認した結果、トナー帯電手段１（図１１）の表面、とくに−２００Ｖを印加した電極２０に対応する位置の回転方向下流側にトナーが多く付着しており、その付着したトナーが現像剤担持体２（図１）の回転に伴って移動する現像剤により掻き取られ、部分的にトナー濃度が過剰となったため発生することが分かった。

このトナー帯電手段１へのトナーの付着は、現像剤担持体２とトナー帯電手段１の電極との間に形成される電界によって現像剤中のトナーがトナー帯電手段１側に引き付けられる力を受け、トナー帯電手段１に徐々に蓄積したものであった。
トナー帯電手段１の電極２０に−３００Ｖ印加した場合のトナー帯電手段１の電極２０に対応する位置には、−４００Ｖ以上印加した電極位置より若干多い筋状のトナー付着ができていた。
しかし、現像剤担持体２と電極２０間に形成される電界によるトナーを引き付ける力が弱く付着するトナーの量が少ないため、および、現像剤により常時掻き取られているためと思われるが、トナーが蓄積していなかった。上記から、トナー帯電手段１の電極２０と２１に印加する電圧は、トナーがキャリア表面から電極に移らない電圧とする必要がある。
上述した第４の実施の形態によれば、トナー帯電が安定するまでの時間を短くし、印刷開始までの待ち時間を短くでき、印刷背景部の薄汚れが発生しにくい現像装置を提供することができる。

本発明の第５の実施の形態では、第４の実施の形態において用いた現像装置と同一の現像装置を用い、トナー帯電手段１の電極２０とで２１（図１１）に印加した電圧を６．４ｍ秒ごとに切り換える。また、トナー帯電手段１の隣接する２つの電極の直流電圧値を周期的に切り換える。
電極２０と電極２１には、第４の実施の形態と同じ電圧（−２００Ｖ、−３５０Ｖ）、（−３００Ｖ、−４５０Ｖ）、（−４００Ｖ、−５５０Ｖ）の３つの場合について確認した。
その結果、トナー帯電手段１の−２００Ｖ又は−３００Ｖ印加された電極に対応する位置の現像剤担持体２側表面に付着するトナーの蓄積量が第４の実施の形態の場合より少なくできた。
これは、トナー帯電手段１の電極２０（又は２１）に現像剤担持体２（図１）に印加された現像バイアス−３５０Ｖより低い−４００Ｖ〜−５５０Ｖが印加された時にトナーがトナー帯電手段１から現像剤担持体２方向に向かう力を受け、トナーが蓄積しにくくなったためと考えられる。
従って、第５の実施の形態のように印加している電圧を周期的に切り換えることにより、トナー帯電手段１に付着するトナー量を減らす効果があり、より広い電圧条件で本発明を適用できる。

本発明の第６の実施の形態では、図１に示す現像装置Ａにおいて、現像剤担持体２と潜像担持体７間に掛ける現像のための電界が直流電界である。これにより、トナー帯電が安定するまでの時間を短くし、印刷開始までの待ち時間を短くでき、印刷背景部の薄汚れが発生しにくい現像装置を提供することができる。
本発明の第７の実施の形態では、第１の実施の形態を記載している図１の現像装置及び図１１の電極配置のトナー帯電手段１を用いて、現像剤担持体２に直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧を印加した場合の本発明効果について説明する。
本発明の現像装置では、従来の技術で説明したトナー帯電手段と現像剤担持体２間の交番電界でトナーを帯電させる方法と違い、例えば、駆動直後にトナーの帯電量が十分に高くなっておらず、現像のための交番電界を掛けるとトナーが飛散し易い。
このため、画像形成装置内へのトナー飛散を防止するために交番電界をオフにした状態でも、第１の実施の形態で説明したようにトナー帯電手段１により発生する現像剤担持体２表面に平行で現像剤の移動により交互に向きの変わる電界で長時間放置後の駆動開始直後からでもトナーの帯電を始めることができることは言うまでもない。

図１３は第７の実施の形態におけるトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。図１３には、図１に示した現像装置Ａを長時間放置した後に、本発明の効果が得られることを確認した結果を示している。
この場合、駆動開始から現像剤担持体２に現像バイアス印加手段１２から直流電圧−３５０Ｖと交流電圧１．２ｋＶを、トナー帯電手段１の電極２０に−３００Ｖ、電極２１に−５５０Ｖをそれぞれ印加する。トナーの帯電量飽和までの時間を確認することにより、現像剤担持体２に交流電圧を印加した。
図１３から、現像剤担持体２に直流電圧を印加した第１の実施の形態の場合よりトナー帯電量の飽和までの時間がさらに短くなり、現像剤担持体２に交流電圧を印加した場合にも本発明が有効であることを確認できた。
現像剤担持体２に交流電圧を印加した場合にトナー帯電量の飽和までの時間が短くなる理由として、トナー帯電手段１と現像剤担持体２との間に現像剤担持体２表面に垂直な方向の交番電界と、トナー帯電手段１により発生する現像剤担持体２表面に平行で現像剤の移動により交互に向きの変わる電界との両方が発生し、さらに、トナーを効率よく帯電させることができたと考えられる。

本発明の実施の形態である現像装置を示す概略図である。 本発明の効果を説明するためにトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。 本発明の効果を説明するために現像剤速度と現像剤担持体表面からの距離の関係をグラフで示す図である。 本発明の効果を説明するために外添剤埋没度ランクと現像装置駆動時間の関係をグラフで示す図である。 図１の現像装置におけるトナー帯電手段の実施の形態を示す断面図である。 図５のトナー帯電手段の実施の形態の１部分を詳細に示す断面図である。 現像剤担持体上の現像剤が電圧印加部分を通過する電圧と時間の関係をグラフで示す図である。 図７の電圧と時間の関係を電界に書き換えてグラフで示す図である。 本発明によるトナー帯電手段の電極構造を示す概略断面図である。 第３の実施の形態におけるトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。 本発明によるトナー帯電手段の他の電極配置を示す断面図である。 第４の実施の形態におけるトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。 第７の実施の形態におけるトナー帯電量と駆動時間の関係をグラフで示す図である。 従来の現像装置を示す概略図である。

符号の説明

Ａ 現像装置
１ トナー帯電手段
２ 現像剤担持体
２ａ 規制部
２ｂ 現像部
３ 現像剤量規制手段
４ 攪拌・搬送手段
５ 攪拌・搬送手段
６ 現像容器
７ 潜像担持体
８ 現像剤
１０ 直流電圧供給手段
１１ 直流電圧供給手段
１２ 現像バイアス印加手段
２０ 電極
２１ 電極
２２ 基板
２３ 誘電体膜
２４ 電極
２５ 電極
２６ トナー帯電手段

Claims (7)

1. 少なくともトナーとキャリアを含んだ２成分系の現像剤を攪拌する攪拌手段を有し、前記現像剤を現像剤担持体に供給し、現像剤量規制手段により前記現像剤担持体が搬送する量を所定の値に規制し、現像部に搬送された前記現像剤中のトナーで現像を行う現像装置において、現像剤搬送量を規制する規制部と前記現像部との間の前記現像剤担持体の上方の表面に対向して、前記現像剤に掛かる電界の向きが前記現像剤担持体の回転に伴う前記現像剤の移動により繰り返し変わり、前記トナーを帯電させる電極構造を有するトナー帯電手段が配設され、該トナー帯電手段の現像剤担持体側に対向する表面が、リーク防止用の誘電体膜で覆われていることを特徴とする現像装置。
2. 前記トナー帯電手段は、前記現像剤担持体の長さ方向において少なくとも印刷領域より広い幅の前記現像剤に対して、この現像剤がない状態において前記現像剤担持体の長さ方向と実質的に垂直な電界を発生させる電極構造を有することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記トナー帯電手段は、隣接する電極間の距離をキャリアの粒子径に近い幅以上とした構造であることを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
4. 前記トナー帯電手段は、該トナー帯電手段のそれぞれの電極に２つの直流電圧値を電極１つおきに交互に印加するとともに、各電極と前記現像剤担持体間に形成される電界をキャリア表面から前記トナー帯電手段へトナーが飛翔し得る電界より小さくしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の現像装置。
5. 請求項４記載のトナー帯電手段を使用し、該トナー帯電手段の隣接する電極の２つの直流電圧値を周期的に切り換えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の現像装置。
6. 現像のために前記現像剤担持体と潜像担持体間に掛ける電界は直流電界であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の現像装置。
7. 現像のために前記現像装置の現像剤担持体と前記潜像担持体間に掛ける前記電界は交番電界であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の現像装置。

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