JP3546632B2

JP3546632B2 - 現像装置

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Publication number: JP3546632B2
Application number: JP3624197A
Authority: JP
Inventors: 純安部; 憲明山崎; 明彦野田; 新一倉本; 正太大場
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: JPH10232549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置において用いられる、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させることにより静電潜像を可視化して現像像を形成する現像装置として、トナーのみの一成分現像剤を用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式とが知られている。これらの現像装置には像担持体と対向する位置に回転可能な現像剤担持体が備えられており、現像剤は現像剤担持体表面に担持され現像剤担持体の回転により現像剤担持体と像担持体とが互いに対向する現像領域に搬送される。現像領域では、現像剤担持体と像担持体との間に印加された現像バイアス電圧により電界が形成されており、この電界によりトナーは像担持体上の静電潜像に転移し、像担持体上にトナーによる現像像が形成される。
【０００３】
このような現像装置では、現像領域においてトナーを像担持体上の静電潜像に確実に転移させるために、トナーに所定の帯電量の電荷を付与する必要がある。二成分現像方式の現像装置では、摩擦帯電序列上で互いに隔たったトナーと磁性キャリアとを混合、撹拌することによりトナーに電荷が付与されるが、混合、撹拌中にトナーに外添された帯電制御剤が遊離してキャリア表面を汚染することがある。従って、キャリアを長期間使用すると帯電制御剤の影響でトナーの帯電能力が次第に低下してくるため、現像剤の交換が必要になるという欠点がある。また、トナーとキャリアとの混合比を一定に保つためのトナー濃度制御装置や現像剤撹拌装置を必要とし、また、現像剤担持体の内部に磁性キャリアを担持するためのマグネットを配設する必要があり、装置の複雑化を招くという問題がある。
【０００４】
一方、一成分現像方式の現像装置には上記のような二成分現像方式の欠点がないため一成分現像方式の現像装置も広く用いられている。一成分現像方式の現像装置では、現像剤（トナー）担持体にブレードと呼ばれる弾性材料からなるトナー層形成部材を圧接させ、トナー担持体上に薄いトナー層を形成するとともに、トナー層とトナー層形成ブレードとの摩擦帯電によりトナーに電荷を付与する方式が広く採用されている。しかし、一般にブレードによるトナー帯電能力は低いためトナーを十分に帯電することが難しく、所望の極性とは逆の極性に帯電した所謂逆極性トナーが発生しやすく、その逆極性トナーにより画像背景部に地カブリを発生することが多いという欠点がある。すなわち、ブレードによる摩擦帯電においては、トナー粒子がブレードと接触する確率が低く、特に微小トナーは摩擦帯電されずにトナー層形成ブレードを通過してしまうことがある。そこで摩擦帯電を促進するために、トナー層に対するトナー層形成ブレードの圧接力を増加させることが考えられるが、圧接力を増加させると摩擦熱の増大によりトナーのバインダー樹脂が溶融し、凝集したトナーがブレードに詰まり、画像に白筋を発生させるという問題を生じることがある。
【０００５】
上記のような、摩擦帯電装置の問題点を解消するために、トナーに直接電荷を付与する方式の現像装置が提案されている。この方式の現像装置として、例えば、実開昭６３−１３８５６０号公報には、トナー担持体と対向する位置にコロナ放電器を配設し、コロナ放電器からトナー層へ所望の極性のイオンを照射することによりトナーに電荷を付与する方式の現像装置が開示されている。しかし、コロナ放電器を用いるとコロトロンワイヤーに汚れが付着し均一な放電が得られなくなるという問題が発生することがある。また、コロトロンワイヤー近傍の空気層を電離させるために高電圧の印加が必要であり、放電の軸方向の安定性などを考慮すると５ｋＶ以上の高電圧が必要となる。さらに、放電時にオゾンの発生が多いなどの欠点もある。
【０００６】
そこで、コロナ放電を利用せずにトナーに電荷を付与する現像装置が、例えば、特開昭５４−１７０３０号公報、特開昭６２−２９１６７８号公報、特開昭６４−６２６７５号公報などに開示されている。これらの現像装置について、図６および図７を用いて説明する。
図６は、従来の現像装置の一例を示す概略構成図である。
【０００７】
図６に示す現像装置２０には、像担持体１に近接して配設された、矢印Ａ方向に回転するトナー担持体２２と、現像装置２０内のトナーを撹拌しトナー担持体２２表面にトナーを供給する撹拌供給部材２４と、トナー担持体２２に圧接し、撹拌供給部材２４により供給されたトナーを所定の厚さのトナー層に形成するトナー層形成ブレード２３と、トナー担持体２２と接触して、あるいは微小間隔を隔てて配設された円筒状の帯電電極２５と、トナー担持体２２に現像バイアス電圧を供給するバイアス電源２７と、帯電電極２５にトナー帯電用の電圧を供給するトナー帯電用電源２８と、これら各構成要素のうち電源以外の各部を収納するハウジング２１とが備えられている。このように構成した現像装置２０を用い、トナー帯電用電源２８により帯電電極２５に帯電用電圧を印加し帯電電極２５とトナー担持体２２との間隙に放電電界を形成し、放電により発生したイオンまたは電子をトナーに付着させることによりトナーを帯電させる。
【０００８】
図７は、従来の現像装置の他の例を示す概略構成図である。
図７に示す現像装置３０には、図６に示す現像装置２０における帯電電極２５に相当するものは備えられておらず、その代わりに、トナー担持体３２に圧接するトナー層形成ブレード３３にトナー帯電用電源３８からのトナー帯電用電圧が印加される。トナー層形成ブレード３３は、トナー担持体３２上にトナー層を形成するとともに、トナー層形成ブレード３３とトナー担持体３２との間隙に放電電界を形成し放電により発生したイオンまたは電子をトナーに付着させることによりトナーを帯電させる。
【０００９】
図６または図７に示す方式の現像装置は、コロナ放電器ほどの高電圧を必要とせず、さらに印加電圧が低いためオゾンの発生も少ないという利点があるが、その反面、以下に示すような問題点がある。すなわち、これらの方式の現像装置では、体積抵抗率の高いトナーを使用しているため、図６の現像装置２０においては、帯電電極２５に印加される電圧が放電電圧以下であると電荷誘導が十分に行われず、トナーを所望の極性に帯電させることができない。そこで、帯電電極２５への印加電圧を放電電圧以上に高めて帯電電極２５からの放電現象によりトナーを帯電させることが考えられるが、そのようにした場合は、次に説明するように、所望の極性（この場合はマイナス）とは逆極性（この場合はプラス）に帯電したトナーが生じてしまう。
【００１０】
図８は、図６に示す現像装置におけるトナー担持体上のトナーの帯電状態を示す図であり、図９は、図７に示す現像装置におけるトナー担持体上のトナーの帯電状態を示す図である。
図８に示すように、図６に示す現像装置２０において、帯電電極２５への印加電圧を高めて放電が起こるようにした場合は、帯電電極２５とトナー担持体２２との間に、放電に伴う電離により電子なだれ現象が発生し、その結果、放電領域にプラスイオン４という正の極性を持つ電荷担体および電子またはマイナスイオン３という負の極性を持つ電荷担体とが発生する。その結果、帯電後のトナーは、所望の極性（マイナス）に帯電したトナー２ａと逆極性（プラス）に帯電したトナー２ｂとが混在した状態となる。
【００１１】
また、図９に示すように、図７に示す現像装置３０においてもトナー層形成ブレード３３とトナー担持体３２との間に電子なだれ現象が発生し、その結果、正の極性を持つ電荷担体および負の極性を持つ電荷担体が発生する。従って、このような状態でトナー２を所望の極性（例えばマイナス）に帯電させようとしても、放電領域は電離により発生した正の極性を持つプラスイオン４と、負の極性を持つ電子またはマイナスイオン３とで満たされているため、トナー２は、正の極性あるいは負の極性のいずれかの極性に帯電され、その結果、帯電後のトナーには、所望のマイナス極性に帯電したトナー２ａと逆極性のプラスに帯電したトナー２ｂとが混在することとなる。なお、逆極性とは、本例のようにトナーをマイナスに帯電させたい場合はプラス極性をさすが、トナーをプラスに帯電させたい場合はマイナス極性をさす。
【００１２】
ここで、上記のような放電領域においてどの程度プラスイオンが発生するかについて検証した結果について説明する。文献「放電現象」（東京電機大学出版、本多侃士著、６４ページ）の記載に基づき、平行に配置された２つの電極間に発生する電子およびプラスイオンの相対密度を計算してみると次に示す結果が得られた。
【００１３】
図１０は、従来の現像装置の放電領域に発生する電子およびプラスイオンの電荷密度を示す図である。なお、図１０（ａ）は、横軸に帯電電極からトナー担持体までの距離（μｍ）、縦軸に電荷密度をとり、プラスイオン密度と電子密度とをそれぞれ相対値で示したものであり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のうちのトナー担持体寄りのＡ部の拡大図である。
【００１４】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、帯電電極からトナー担持体までの距離を１００μｍとした時、陽極（この例ではトナー担持体）の極く近傍にもプラスイオンが存在していることが示されている。トナーの大きさ（７μｍ〜１０μｍ）と同程度の距離内に電子の数千倍のプラスイオンがあることがわかる。従って、トナーをマイナスに帯電させようとした場合にも、かなりの量のプラスに帯電したトナーが発生する。
【００１５】
また、「最近の電子写真現像システムとトナー材料の開発・実用化」（日本科学情報株式会社出版部、竹内学。３０３ページ）に記載に基づき、トナー粒子１個１個の極性と帯電量を分布として計測する方法により上記の現像装置における逆極性トナーの発生量を求めた結果、逆極性トナーはトナー全体の２０ｗｔ％であった。このような逆極性トナーがトナー担持体により現像領域に搬送されると、現像後のトナー像に地かぶりなどの画質劣化が発生し良好な画像を得ることはできない。また、逆極性トナーがトナー担持体上のトナー層から飛散し機内のトナー汚染を招くという問題がある。
【００１６】
そこで、この逆極性トナーの問題を解決するために、帯電電極を用いてトナーを帯電させる方式の現像装置（図６参照）の改良型として、図１１に示すように、帯電電極とトナー担持体との間に、帯電電極とトナー担持体との間に生じる電界の電離領域を制限する制御電極を設けて逆極性トナーの発生を防止するようにした現像装置が考えられる。
【００１７】
図１１は、帯電電極とトナー担持体との間に制御電極を設けて逆極性トナーの発生を防止するようにした現像装置の概略構成図である。
図１１に示す現像装置４０では、帯電電極４５ａとトナー担持体４２との間にメッシュ状の制御電極４５ｂを設け、帯電電極４５ａと制御電極４５ｂとの間に放電開始電圧以上の高電圧を印加するとともに、制御電極４５ｂとトナー担持体４２との間に放電を生じない低電圧を印加し、トナー担持体４２付近に所望の極性のイオンまたは電子がトナー担持体４２側へ移動するような電界を形成する。帯電電極４５ａと制御電極４５ｂとの間には強い電界が形成され放電が発生し、放電による電離による電子なだれ現象によりプラスイオン、マイナスイオンおよび電子などの電荷担体が発生する。一方、制御電極４５ｂとトナー担持体４２との間には弱い電界が形成されるため電離は起こらず電荷担体は発生しない。制御電極４５ｂとトナー担持体４２との間に形成された弱い電界の作用により帯電電極４５ａと制御電極４５ｂとの間の電離領域に発生したプラスまたはマイナスの電荷担体のうちのいずれか一方の所望極性の電荷担体がトナー担持体４２側に引き付けられる。こうして、トナー担持体４２上のトナーを所望の極性のみに帯電させることができ、逆極性トナーの問題を解決することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方式の現像装置にも次のような問題がある。いま、図１１に示す現像装置４０における帯電器４５によるトナー層の帯電の過程について考えてみる。トナー層形成ブレード４３によりトナー担持体４２上に連続的に形成されるトナー層のうちの、静電潜像の現像に寄与するトナー層領域の帯電が終わった時点において、帯電器４５への電圧印加の必要はなくなるので当然電源からの電圧供給は停止されるのが普通である。しかし、このように、静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電し終わった直後に帯電器４５によるトナー帯電を停止してしまうと、現像領域Ｄにおいて現像に寄与するトナー層領域のトナーによる静電潜像の現像が終わった時点では、トナー担持体４２がハウジング４１から像担持体１側に露出している露出部４２ａ上のトナー層のうち、少なくとも現像領域Ｄよりもトナー担持体４２の回転方向Ｂの上流側に存在するトナー層は帯電器４５による帯電を受けていないためその帯電量は極めて低い状態にある。このトナー層はトナー層形成ブレード４３との摩擦帯電により弱く帯電されてはいるものの帯電器４５で帯電された帯電量に比べるとその帯電量は極めて低い。この未帯電トナーはトナー担持体４２との静電的付着力が弱いため、像担持体１の回転による空気流や静電潜像の形成する電界により飛散して機内汚れを引き起こしやすい。また、この現像装置４０がカラー用画像形成装置の現像ユニットとして用いられた場合は、飛散したトナーが他の異なる色のトナーと混ざり合っていわゆる混色を引き起こしたりする。また、ロータリー式の現像装置を用いたカラー画像形成装置の場合はロータリーの回転によりトナーが機内にこぼれて機内汚れや混色をひき起こすこともある。
【００１９】
本発明は、上記の事情に鑑み、未帯電トナーの飛散による機内汚れや混色を防止し、長期にわたり良好な画質が得られる現像装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の現像装置は、所定の現像領域において、静電潜像を担持して所定の方向に移動する像担持体に近接もしくは接触するように配置され、非磁性一成分トナーが供給され供給されたトナーを表面に担持して循環移動するトナー担持体と、トナー担持体に供給されたトナーをトナー担持体表面を覆う所定の厚さのトナー層に形成するトナー層形成部材と、上記トナー担持体を循環移動させることにより上記トナー層形成部材により形成されたトナー層を上記現像領域に搬送するトナー担持体駆動手段と、トナー層形成部材により形成されたトナー層を担持したトナー担持体に対向して配置された、トナー層を帯電する帯電器と、帯電器に電圧を印加して上記トナー担持体上のトナー層を帯電させるトナー帯電用電源と、上記現像領域側に開口を有し、上記トナー担持体の、開口から露出した露出部を除く部分を覆う収納体と、上記像担持体と上記トナー担持体との間に、上記トナー担持体駆動手段により上記現像領域に搬送されてきたトナー層から上記像担持体にトナーを選択的に転移させることにより上記像担持体上の静電潜像を可視化して現像像を生成するためのバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
上記トナー担持体の循環移動に伴って上記トナー層形成部材によりトナー担持体に連続的に形成されるトナー層のうちの、上記静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間内では、トナー層領域が所定の現像用帯電量に帯電され、その時間経過後も、少なくとも上記トナー担持体の上記露出部に担持されるトナー層領域が帯電されるように、上記トナー帯電用電源による上記帯電器への電圧の印加期間を制御する帯電制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
ここで、上記帯電制御手段が、上記トナー担持体の循環移動に伴って上記トナー層形成部材によりトナー担持体に連続的に形成されるトナー層のうちの、上記静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間内では、トナー層領域が所定の現像用帯電量に帯電され、その時間経過後は、少なくとも上記トナー担持体の上記露出部に担持されるトナー層領域が、上記現像用帯電量と比べ極性が同一であって、かつ現像用帯電量よりも高い帯電量に帯電されるように、上記トナー帯電用電源による上記帯電器への印加電圧をも制御するものであることが好ましい。
【００２２】
また、上記帯電器が、上記トナー担持体との間に所定の間隔をおいて配置され、上記トナー帯電用電源により上記トナー担持体との間に所定の帯電電圧が印加される帯電電極と、帯電電極と上記トナー担持体とに挟まれた位置に配置された、上記トナー帯電用電源により上記トナー担持体との間に上記帯電電極の電位とトナー担持体の電位との中間的な電位の制御電圧が印加される制御電極とを有し、
上記帯電制御手段が、上記帯電電圧および制御電圧のうちの少なくとも一方を変化させることにより、上記トナー担持体のトナー層を所定の現像用帯電量に帯電させるモードと現像用帯電量よりも高い帯電量に帯電させるモードとを切り替えるものであることも好ましい態様である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の現像装置をカラー画像形成装置に適用した第一の実施形態を示す概略構成図である。
図１には、静電潜像を担持してＡ方向に移動する像担持体１、および図１に示すような現像装置ユニット１０がイエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色分組み込まれたロータリー式の現像装置を備えたカラー画像形成装置が示されている。このロータリー式現像装置では、上記の４組の現像装置ユニットのうちのいずれか一つの現像装置ユニット１０が、ロータリー機構により像担持体１と対向する現像位置に順次回動されてそれぞれの色のトナーによる現像が行われる。
【００２４】
現像装置ユニット１０には、ハウジング１１と、トナー担持体１２と、バイアス電源１７と、トナー層形成ブレード１３と、撹拌供給部材１４と、帯電器１５と、トナー帯電用電源１８と、帯電制御手段１９と、図示しないトナー担持体駆動手段とが備えられている。なお、帯電器１５は帯電電極１５ａと制御電極１５ｂとからなり、トナー帯電用電源１８は、第１、第２のトナー帯電用電源１８ａ，１８ｂからなる。
【００２５】
トナー担持体１２は、現像領域Ｄにおいて、像担持体１に近接もしくは接触するように配置されており、供給されたトナーを表面に担持してＢ方向に循環移動する。トナー担持体１２には、バイアス電源１７により−２００Ｖの直流電圧が印加される。なお、バイアス電源１７からトナー担持体１２に印加される電圧は、良好な現像性能を確保するため直流電圧と交流電圧とを重畳した電圧としてもよい。トナー担持体１２には、アルミニウムまたはステンレスの丸棒またはパイプを切削加工した後、サンドブラスト、液体ホーニング、エメリー研磨などの機械加工を施すか、あるいは化学腐食を施すことにより外周面に表面あらさＲａ＝０．１〜５．０μｍ程度の凹凸を形成したものを用いることができる。また、アルミニウムまたはステンレスの丸棒またはパイプを切削加工した後に、導電粉を分散させた樹脂層を形成したものでもよい。あるいは、表面にゴム層を被覆した金属ロールでもよい。本実施形態のトナー担持体１２は直径２０ｍｍのアルミニウムパイプを切削加工した後、外周面にサンドブラスト陽極酸化処理を施したものが用いられている。
【００２６】
撹拌供給部材１４は、トナーを撹拌するとともにトナー担持体１２表面にトナーを供給するものであり、直径１０ｍｍの半導電性スポンジ材料からなるロール状の部材が用いられる。
トナー層形成ブレード１３は、本発明にいうトナー層形成部材に相当するものであり、トナー担持体１２に供給されたトナーをトナー担持体１２表面を覆う所定の厚さのトナー層に形成する。本実施形態に用いられるトナー層形成ブレード１３は、厚さ０．０３〜０．３ｍｍ程度の１８−８ステンレス（ＳＵＳ３０３）の板バネに導電性粉を分散させたシリコーンゴムまたはＥＰＤＭゴムからなる圧接部材を加硫接着したものが用いられる。トナー層形成ブレード１３のトナー担持体１２への接触圧力は５〜１００ｇ／ｃｍ程度に設定される。シリコーンゴムの硬度は２０〜８０度のものが使用可能であるが、特に３０〜６０度が好ましい。トナー担持体１２上のトナーがトナー層形成ブレード１３で圧接されることにより、トナー担持体１２上に５〜３０μｍ程度のトナー層が形成される。トナー層形成ブレード１３により形成されたトナー層は図示しないトナー担持体駆動手段によるトナー担持体１２の循環移動に伴われて矢印Ｂ方向に搬送される。
【００２７】
トナー層形成ブレード１３により形成されたトナー層を担持したトナー担持体１２に対向する位置に、トナー層を帯電する帯電器１５が配置されている。帯電器１５は、円筒状の帯電電極１５ａおよび帯電電極１５ａとトナー担持体１２に挟まれる位置に配置されたメッシュ状の制御電極１５ｂからなる。帯電電極１５ａにはトナー担持体１２上のトナー層を帯電させるための電圧を印加する第１のトナー帯電用電源１８ａが接続され、制御電極１５ｂには、帯電電極１５ａによって生じる放電の電離領域を制限する制御電圧を印加する第２のトナー帯電用電源１８ｂが接続されている。
【００２８】
帯電電極１５ａは、直径１０ｍｍの円筒状に形成され回転可能に支持されている。帯電電極１５ａの材質は、シリコーンゴムにイオン導電性微粒子を配合したものもしくはシリコーンゴムに導電性微粒子を配合して体積抵抗率１０^５〜１０^１０Ω・ｃｍ程度としたものが用いられる。その体積抵抗率は、１０^７〜１０^８ Ω・ｃｍの範囲内であることが好ましい。
【００２９】
制御電極１５ｂは、線径５０μｍ、ピッチ１２７μｍのステンレスのメッシュ状部材からなり、帯電電極１５ａより大径の円筒状に形成されている。制御電極１５ｂは、帯電電極１５ａに外挿され、帯電電極１５ａとトナー担持体１２とに挟まれていて、トナー担持体１２との対向位置で制御電極１５ｂ内周面の一部が帯電電極１５ａと接触して従動回転する。制御電極１５ｂは、この例に限らず例えば厚さ１００μｍの導電性材料からなる円筒状フィルムに直径８０μｍの微小開口を開口率８０％で形成したものを用いてもよい。
【００３０】
本実施形態では、トナー担持体１２上のトナーは負極性に帯電される。帯電電極１５ａと制御電極１５ｂとの間には第１のトナー帯電用電源１８ａにより、放電開始電圧以上の高電圧が印加され、帯電電極１５ａと制御電極１５ｂとの間に強い電界を形成する。一方、制御電極１５ｂとトナー担持体１２との間には第２のトナー帯電用電源１８ｂにより、放電を生じない程度の低電圧が印加され、弱い電界が形成される。
【００３１】
本実施形態では、制御電極１５ｂの電位とトナー担持体１２の電位との間には次の関係が保たれている。
（トナー担持体電位）−（制御電極電位）＝５００Ｖ
また、帯電電極１５ａの電位と制御電極１５ｂの電位との間には次の関係が保たれている。
【００３２】
（制御電極電位）−（帯電電極電位）＝１５００Ｖ
なお、これらの各電極の電位は帯電電極１５ａとトナー担持体１２との間隔、制御電極１５ｂの構造、厚さなどによって適宜調整される。また、帯電電極１５ａ、制御電極１５ｂ、およびトナー担持体１２が、それぞれ所定の間隙をおいて設けられるときには、これらの間隙の大きさも考慮して各電極の電位が定められる。本実施形態では、トナー担持体１２にはバイアス電源１７から−２００Ｖの電圧が印加され、制御電極１５ｂには第２の帯電用電源１８ｂから−７００Ｖの電圧が印加され、帯電電極１５ａのシャフトには第１のトナー帯電用電源１８ａから−２２００Ｖの電圧が印加されている。
【００３３】
この現像装置ユニット１０には非磁性トナーからなる一成分系の現像剤が用いられる。トナーは、スチレン樹脂、アクリル樹脂もしくはポリエステル樹脂などの各種熱可塑性樹脂中に顔料や含金属アゾ染料などの極性制御剤を分散させ、粉砕し、分級して３〜２０μｍ（平均粒径７μｍ）の大きさに揃えたものが用いられる。このトナーに、さらに電荷制御剤を添加してもよい。電荷制御剤としては、疎水化処理したシリカ、アルミナ、チタンなどの０．１μｍ以下の微粒子を用いることができるが、疎水性シリカが最も好ましい。また、トナーの流動性助剤を外添することも現像性能を安定させる上で有効である。
【００３４】
なお、画像形成装置の像担持体１としては、セレン系感光体や有機感光体が用いられ、像担持体１とトナー担持体１２とは接触させて配置してもよいし、あるいは１００μｍ〜６００μｍ程度の間隙をおいてトナー担持体１２と対向させて配置してもよい。
トナー担持体１２、トナー層形成ブレード１３、撹拌供給部材１４、帯電器１５などはハウジング１１内に収納されている。ハウジング１１は、像担持体１側に開口１１ａを有しており、トナー担持体１２の、開口１１ａから露出した露出部１２ａを除くすべての部分を覆っている。
【００３５】
このように構成された現像装置ユニット１０において、撹拌供給部材１４の回転によりハウジング１１内のトナーが撹拌され、トナー担持体１２表面に供給される。トナー担持体１２の表面に供給されたトナーはトナー担持体１２の回転によりトナー層形成ブレード１３との対向位置へ搬送され、トナー層形成ブレード１３の押圧力によりトナー担持体１２上にトナー層が形成される。形成されたトナー層は帯電電極１５ａと制御電極１５ｂとの対向位置に搬送される。帯電電極１５ａと制御電極１５ｂとの間、および制御電極１５ｂとトナー担持体１２との間には前述の電圧が印加されており、それぞれの印加電圧により形成された電界の作用でトナー層が帯電される。帯電されたトナー層は現像領域Ｄに搬送される。像担持体１とトナー担持体１２との間にはバイアス電源１７によりバイアス電圧が印加されており、現像領域Ｄに搬送されてきたトナー層から像担持体１にトナーが選択的に転移されることにより像担持体１上の静電潜像が可視化されて現像像が生成される。
【００３６】
このようにして像担持体１上の静電潜像の現像が終了すると、トナー担持体１２上のトナー層の役割も終了する。従って、現像プロセスとしては、トナー担持体１２に連続的に形成されるトナー層のうちの、静電潜像の現像に寄与するトナー層領域の帯電が終了した時点以降はトナー層の帯電を続ける必要はない。しかし、前述のように、この時点で帯電を停止してしまうと、トナー担持体１２上のトナー層のうちのハウジング１１から露出している部分のトナー、すなわち、少なくとも現像領域Ｄよりもトナー担持体１２の回転方向Ａの上流側に存在するトナーは帯電電極１５ａによる帯電を受けておらず、トナー層形成ブレード１３との摩擦帯電による少ない帯電量しか持っていない。このような帯電量の少ないトナーはトナー担持体１２との静電的付着力が弱いため飛散しやすく機内汚れや混色を引き起こしやすい。
【００３７】
そこで、本実施形態の現像装置ユニット１０は、トナー担持体１２上に連続的に形成されるトナー層のうちの、静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間の経過も、少なくともトナー担持体１２の露出部１２ａに担持されるトナー層領域が帯電されるように帯電器１５への電圧印加期間を制御する帯電制御手段１９を備えている。なお、本実施形態の現像装置ユニット１０の帯電器１５には、帯電電極１５ａのほかに、帯電電極１５ａとトナー担持体１２とに挟まれた位置に配置された、トナー帯電用電源１８によりトナー担持体１２との間に帯電電極１５ａの電位とトナー担持体１２の電位との中間的な電位の制御電圧が印加される制御電極１５ｂが備えられている。制御電極１５ｂは、前述のように、帯電電極を備えた現像装置における逆極性トナーの発生を防止するためのものであり、帯電電極１５ａとトナー担持体１２とに挟まれた位置に配置される。制御電極１５ｂとトナー担持体１２との間には、放電を生じない程度の低電圧を印加して弱い電界を形成することにより、帯電電極１５ａと制御電極１５ｂとの間に放電による電離で発生したプラス極性の電荷担体とマイナス極性の電荷担体とのうちマイナスの極性の電荷担体のみがトナー担持体１２側に引き寄せられ、トナー担持体１２上のトナーはすべてマイナスの極性に帯電する。
【００３８】
図２は、第一の実施形態における帯電スケジュールを示す概要図であり、図３は、図２に示す帯電スケジュールの詳細を示す一部拡大図である。
図２に示すように、先ず、第１色用の現像装置ユニットが像担持体に対向する現像位置に回動され、その帯電電極、制御電極、およびトナー担持体にそれぞれ所定の電圧が印加されて第１色の現像用の帯電が行われ、次にロータリーが駆動されて第２色用の現像装置ユニットが現像位置に回動され、その帯電電極、制御電極、およびトナー担持体にそれぞれ所定の電圧が印加されて第２色の現像用の帯電が行われる。以下同様にして順次第４色までの現像用の帯電が行われる。
【００３９】
ここで、図３および図１を参照して第ｎ色用の現像装置ユニットの帯電電極、制御電極、およびトナー担持体への帯電スケジュールを詳細に説明する。
図３および図１に示すように、第ｎ色用の現像装置ユニットに対して、帯電制御手段１９は、時刻ｔ１に、帯電電極１５ａ、制御電極１５ｂ、およびトナー担持体１２に、それぞれ−２２００Ｖ、−７００Ｖ、−２００Ｖの電圧の印加を開始するよう各部を制御し、その結果、現像に寄与するトナーが現像用帯電量に帯電される。時刻ｔ１は、少なくとも静電潜像の現像に寄与するトナー層領域の先頭部が帯電器１５に対向する位置に到達する時刻ｔ２より早いタイミングに設定される。
【００４０】
静電潜像の現像に寄与するトナー層領域の終端部が帯電器１５に対向する位置を通過する時刻ｔ３までの間、トナー層のうちの静電潜像の現像に寄与するトナー層領域が帯電されるよう制御される。ここで、本実施形態の現像装置では、帯電制御手段１９が、時刻ｔ３が経過した後も、少なくともトナー担持体１２の、現像装置ユニットのハウジング１１から露出した部分（露出部１２ａ）に担持されるトナー層領域が上記の現像用帯電量に帯電されるように制御を行う。この帯電が十分に行われた後、時刻ｔ５においてトナー担持体１２の循環移動が停止される。次に、図２に示すように、ロータリーが駆動を開始して第ｎ＋１色用の現像装置ユニットが像担持体に対向する現像位置に回動され、次の色の現像用の帯電が開始される。こうして、各色の現像時に、露出部１２ａに担持されたトナーを現像用帯電量に帯電することにより、像担持体の回転に伴う空気流によるトナー飛散や、ロータリー機構の回動に伴うトナークラウドが減少し機内汚れや混色の発生が防止される。
【００４１】
次に、本発明の現像装置の第二の実施形態について説明する。
第二の実施形態では、帯電制御手段は、帯電器への電圧の印加期間を制御するとともに、静電潜像の現像に寄与するトナー層領域が所定の現像用帯電量に帯電される時間を経過した後、少なくともトナー担持体の露出部に担持されるトナー層領域が現像用帯電量と比べ極性が同一であって、かつ現像用帯電量よりも高い帯電量に帯電されるように、トナー帯電用電源による帯電器への印加電圧をも制御する。
【００４２】
なお、本実施形態では、帯電制御手段には、トナー担持体のトナー層を所定の現像用帯電量に帯電させるモードと、トナー担持体のトナー層を現像用帯電量よりも高い帯電量に帯電させるモードとの切り替え可能な二つのモードを有しており、帯電電圧および制御電圧のうちの少なくとも一方を変化させることにより、これら二つのモードのうちのいずれか一つのモードを選択できるように構成されている。
【００４３】
図４は、第二の実施形態における帯電のスケジュールを示す概要図であり、図５は、図４に示す帯電スケジュールの詳細を示す一部拡大図である。
図４および図５に示すように、第１色用から第４色用までの各現像装置ユニットの帯電電極、制御電極、およびトナー担持体に各所定の電圧が印加されそれぞれの色の現像用の帯電が行われる。本実施形態では、図５に示す第ｎ色用の現像装置ユニットにおいて、帯電制御手段は、静電潜像の現像に寄与するトナー層領域の終端部が帯電器に対向する位置を通過する時刻ｔ３が過ぎた後、少なくともトナー担持体の露出部に担持されるトナー層領域が、現像用帯電量と比べ極性が同一であってかつ現像用帯電量以上に帯電されるよう、時刻ｔ４においてトナー帯電用電源による帯電器への印加電圧を増加させるよう制御を行う。トナー担持体の露出部に担持されたトナーが現像用帯電量以上の帯電量に十分帯電された時点（ｔ５）でトナー担持体の循環移動が停止される。
【００４４】
第ｎ色用の現像装置ユニットによる現像が終了すると、図４に示すように、ロータリーが駆動を開始して第ｎ＋１色用の現像装置ユニットが像担持体に対向する現像位置に回動され、第ｎ＋１色の現像が開始される。こうして、各色の現像時に、露出部に担持されたトナーを現像用帯電量以上に帯電することにより、像担持体の回転に伴う空気流によるトナー飛散や、ロータリー機構の回動に伴うトナークラウドが一層効果的に防止され、機内汚れや混色の発生をより効果的に防止することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、帯電制御手段が帯電電極および制御電極の双方への印加電圧を高めるよう制御する例について示したが、帯電制御手段による印加電圧の制御は必ずしも帯電電極および制御電極の双方に対して行う必要はなく、帯電電極または制御電極のうちのいずれか一方の印加電圧を高めるよう制御を行っても差し支えない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置によれば、帯電制御手段が、現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間の経過後も、少なくともトナー担持体の露出部に担持されるトナー層領域が現像用帯電量あるいは現像用帯電量以上に帯電されるように帯電器への印加電圧の制御を行うので、トナー担持体の露出部に担持されるトナーが強い静電的付着力でトナー担持体に付着しトナーの飛散やこぼれを引き起こすことがなく機内汚れや混色を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像装置をカラー画像形成装置に適用した第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第一の実施形態における帯電スケジュールを示す概要図である。
【図３】図２に示す帯電スケジュールの詳細を示す一部拡大図である。
【図４】第二の実施形態における帯電スケジュールを示す概要図である。
【図５】図４に示す帯電スケジュールの詳細を示す一部拡大図である。
【図６】従来の現像装置の一例を示す概略構成図である。
【図７】従来の現像装置の他の例を示す概略構成図である。
【図８】図６に示す現像装置におけるトナー担持体上のトナーの帯電状態を示す図である。
【図９】図７に示す現像装置におけるトナー担持体上のトナーの帯電状態を示す図である。
【図１０】従来の現像装置の放電領域に発生する電子およびプラスイオンの電荷密度を示す図である。
【図１１】帯電電極とトナー担持体との間に制御電極を設けて逆極性トナーの発生を防止するようにした現像装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１像担持体
２，２ａ，２ｂトナー
３電子またはマイナスイオン
４プラスイオン
１０現像装置ユニット
２０，３０，４０現像装置
１１，２１，３１，４１ハウジング
１２，２２，３２，４２トナー担持体
１２ａ露出部
１３，２３，３３，４３トナー層形成ブレード
１４，２４，３４，４４撹拌供給部材
１５，４５帯電器
１５ａ，２５，４５ａ帯電電極
１７，２７，３７バイアス電源
１８，１８ａ，１８ｂ，２８，３８トナー帯電用電源
１９帯電制御手段
１５ｂ，４５ｂ制御電極

Claims

所定の現像領域において、静電潜像を担持して所定の方向に移動する像担持体に近接もしくは接触するように配置され、非磁性一成分トナーが供給され供給されたトナーを表面に担持して循環移動するトナー担持体と、該トナー担持体に供給されたトナーを該トナー担持体表面を覆う所定の厚さのトナー層に形成するトナー層形成部材と、前記トナー担持体を循環移動させることにより前記トナー層形成部材により形成されたトナー層を前記現像領域に搬送するトナー担持体駆動手段と、該トナー層形成部材により形成されたトナー層を担持したトナー担持体に対向して配置された、該トナー層を帯電する帯電器と、該帯電器に電圧を印加して前記トナー担持体上のトナー層を帯電させるトナー帯電用電源と、前記現像領域側に開口を有し、前記トナー担持体の、該開口から露出した露出部を除く部分を覆う収納体と、前記像担持体と前記トナー担持体との間に、前記トナー担持体駆動手段により前記現像領域に搬送されてきたトナー層から前記像担持体にトナーを選択的に転移させることにより前記像担持体上の静電潜像を可視化して現像像を生成するためのバイアス電圧を印加するバイアス電源と、
前記トナー担持体の循環移動に伴って前記トナー層形成部材により該トナー担持体に連続的に形成されるトナー層のうちの、前記静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間内では、該トナー層領域が所定の現像用帯電量に帯電され、前記静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間が経過した後も帯電を継続し、前記トナー担持体の循環移動が停止した時点で、該トナー担持体の、少なくとも前記露出部に位置する領域に担持されたトナー層領域が帯電された状態にあるように、前記トナー帯電用電源による前記帯電器への電圧の印加期間を制御する帯電制御手段とを備えたことを特徴とする現像装置。
前記帯電制御手段が、前記トナー担持体の循環移動に伴って前記トナー層形成部材により該トナー担持体に連続的に形成されるトナー層のうちの、前記静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間内では、該トナー層領域が所定の現像用帯電量に帯電され、前記静電潜像の現像に寄与するトナー層領域を帯電する時間が経過した後も帯電を継続し、前記トナー担持体の循環移動が停止した時点で、該トナー担持体の、少なくとも前記露出部に位置する領域に担持されたトナー層領域が、前記現像用帯電量と比べ極性が同一であって、かつ該現像用帯電量よりも高い帯電量に帯電されるように、前記トナー帯電用電源による前記帯電器への印加電圧をも制御するものであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記帯電器が、前記トナー担持体との間に所定の間隔をおいて配置され、前記トナー帯電用電源により前記トナー担持体との間に所定の帯電電圧が印加される帯電電極と、該帯電電極と前記トナー担持体とに挟まれた位置に配置された、前記トナー帯電用電源により前記トナー担持体との間に前記帯電電極の電位と該トナー担持体の電位との中間的な電位の制御電圧が印加される制御電極とを有し、
前記帯電制御手段が、前記帯電電圧および制御電圧のうちの少なくとも一方を変化させることにより、前記トナー担持体のトナー層を所定の現像用帯電量に帯電させるモードと該現像用帯電量よりも高い帯電量に帯電させるモードとを切り替えるものであることを特徴とする請求項２記載の現像装置。