JP4387281B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式あるいは静電記録方式等の画像形成装置で用いられる現像装置に関する。

一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、静電潜像を感光体上に形成し、現像剤を現像装置から感光体へと供給し、現像剤により感光体上の静電潜像を現像して、感光体上に現像剤の画像を形成し、現像剤の画像を感光体から記録用紙に転写し、記録用紙を加熱及び加圧して、現像剤の画像を記録用紙上に定着させている。

現像装置では、例えばトナーと磁性キャリアを混合してなる２成分現像剤を攪拌して、トナーを帯電させ、現像ローラを回転させつつ、２成分現像剤を現像ローラ表面に付着させて、２成分現像剤を現像ローラと感光体間の現像領域へと搬送供給し、２成分現像剤のトナーにより感光体上の静電潜像を現像する。現像ローラは、円筒状のスリーブと、スリーブ内に配置された磁石とを備え、スリーブを回転させつつ、スリーブ内の磁石の磁界により２成分現像剤を該スリーブ表面に吸着して、２成分現像剤をスリーブから感光体へと搬送供給する。

この様な現像装置においては、感光体表面の電位と帯電極性、現像ローラ表面（スリーブ）の電位と磁気極性、及びトナーの帯電極性をそれぞれ適宜に設定し、トナーを感光体表面の静電潜像に付着させて、静電潜像を現像している。例えば、図８（ａ）に示す様に感光体表面の静電潜像の非担持領域の電位Ｖｏを−６５０Ｖに設定すると共に、該静電潜像の担持領域の電位ＶＬを−１００Ｖに設定し、現像ローラ表面のバイアスＶｂを−５００Ｖに設定する。また、図８（ｂ）に示す様にトナーをマイナス極性に帯電させ、磁性キャリアをプラス極性とする。この場合、静電潜像の非担持領域の電位Ｖｏ（−６５０Ｖ）が現像ローラ表面の電位Ｖｂ（−５００Ｖ）よりも＋１５０Ｖだけ低いので、マイナス極性のトナーが現像ローラ表面から静電潜像の非担持領域へと移動することがなく、静電潜像の非担持領域でトナーが担持されることはない。また、静電潜像の担持領域の電位ＶＬ（−１００Ｖ）が現像ローラ表面の電位Ｖｂ（−５００Ｖ）よりも＋４００Ｖだけ高いので、マイナス極性のトナーが現像ローラ表面から静電潜像の担持領域へと移動し、静電潜像の担持領域でトナーが担持される。これにより、感光体表面にトナーの画像が形成される。

ところで、上記従来の現像装置では、例えば白領域もしくは低濃度領域の占有率が高い文字原稿等の静電潜像が感光体表面に繰り返し形成されると、現像ローラ表面から感光体表面に移動するトナーの量が少なくなり、現像ローラ表面に付着したままのトナーが生じ易くなる。そして、夜間や休日等に画像形成装置が稼動されず、現像ローラ表面に付着したままのトナーが放置されると、環境(気温や湿度)変化により現像ローラ表面にトナーが融着することがあり、画像品質の低下を招いた。

このため、例えば特許文献１では、現像ローラのスリーブ表面に摺接する導電性ブレードを設け、この導電性ブレードにトナーの帯電極性と同極性のＤＣ電圧を印加し、導電性ブレードからトナーへの電荷注入により、トナーの帯電極性を本来の極性に帯電させ、スリーブ表面にトナーが融着することを防止している。

また、特許文献２では、現像剤を搬送用磁極（くみ上げ極）により現像スリーブ表面に拘束した後、バイアス電圧を印加された低トリボトナー除去部材により、現像スリーブ表面の低トリボトナーのみを低トリボトナー除去部材に引き寄せて、低トリボトナーを除去し、これにより現像剤中のトナー濃度を低下させることなく、現像剤のトリボを安定化させ、長期にわたって画像品質を維持している。
特開２００１−２４２７１４号公報 特開２００１−２８１９９８号公報

しかしながら、特許文献１では、導電性ブレードをスリーブ表面に摺接させるので、導電性ブレードによりトナーをスリーブ表面に擦り付けることになり、このためにトナーがスリーブ表面から取れ難くなって、トナーの融着を十分に防止することができなかった。

また、特許文献２では、現像スリーブ表面に拘束された現像剤中の低トリボトナーを除去するだけであるから、現像ローラ表面に付着したトナーの全てを除去することができず、トナーの融着を防止することができなかった。

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、２成分現像剤のトナーが現像剤担持体表面に融着することをより確実に防止することが可能な現像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、現像剤担持体を回転させつつ、帯電性トナーと磁性キャリアを混合してなる２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、２成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給する現像装置において、前記現像剤担持体表面に対して非接触で対向配置され、現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な電圧を印加される帯電付与手段と、前記現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における前記帯電付与手段よりも上流側で、現像剤担持体表面に沿って非接触で配置され、交流電圧を印加される電極板とを備え、前記電極板は、前記現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における上流側に行くにつれて、現像剤担持体表面に接近する様に配置されている。

更に、本発明においては、２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、２成分現像剤を現像剤担持体表面から解放する解放箇所が設けられており、この解放箇所近傍に帯電付与手段を設けている。

また、本発明においては、現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における解放箇所よりも上流側に帯電付与手段を設けている。

更に、本発明においては、現像剤担持体と帯電付与手段間のギャップを、磁性キャリアの直径よりも大きく設定し、かつ現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引し得る距離以下に設定している。

また、本発明においては、帯電付与手段は、導電性材料からなる棒状体である。

更に、本発明においては、帯電付与手段及び電極板は、非磁性体である。

また、本発明においては、帯電付与手段に印加される電圧の極性は、帯電性トナーの帯電極性とは逆極性に設定されている。

更に、本発明においては、像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、それぞれの電圧を帯電付与手段及び電極板に印加している。

また、本発明においては、像担持体表面にトナー像を形成する期間に、それぞれの電圧を帯電付与手段及び電極板に印加していない。

一方、本発明は、現像剤担持体を回転させつつ、帯電性トナーと磁性キャリアを混合してなる２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、２成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給する現像装置において、現像剤担持体表面に沿って非接触で配置され、交流電圧及び現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な直流電圧を重畳して印加される電極板を備え、前記電極板は、前記現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における上流側に行くにつれて、現像剤担持体表面に接近する様に配置されている。

また、本発明においては、２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、２成分現像剤を現像剤担持体表面から解放する解放箇所が設けられており、この解放箇所よりも上流側に電極板を設けている。

更に、本発明においては、像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、交流電圧及び直流電圧を重畳して電極板に印加している。

また、本発明においては、像担持体表面にトナー像を形成する期間に、交流電圧及び直流電圧を電極板に印加していない。

本発明の現像装置によれば、現像剤担持体を回転させつつ、２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、２成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給しており、帯電付与手段を現像剤担持体表面に対して非接触で対向配置し、その上流側で、電極板を現像剤担持体表面に沿って非接触で配置している。そして、電極板に交流電圧を印加し、帯電付与手段に現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な電圧を印加している。電極板の交流電圧により交番磁界が生成され、この交番磁界により現像剤担持体表面の２成分現像剤の磁性キャリア及び帯電性トナーが振動して、磁性キャリアが現像剤担持体の磁界により現像剤担持体表面に吸引され、現像剤担持体表面で帯電性トナー及び帯電性トナーが層状に分離する。引き続いて、帯電付与手段による帯電性トナーの吸引により帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなる。また、電極板及び帯電付与手段が現像剤担持体表面に接触しないので、電極板及び帯電付与手段により帯電性トナーが現像剤担持体表面に擦り付けられることがない。これにより、帯電性トナーが現像剤担持体表面に融着することを確実に防止することができる。

また、電極板は、現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における上流側に行くにつれて、現像剤担持体表面に接近する様に配置されている。従って、搬送方向の上流側では、電極板が現像剤担持体表面に接近して、電極板の交流電圧による交番磁界が強く、磁性キャリア及び帯電性トナーが大きく振動し、また搬送方向の下流側になる程、電極板の交流電圧による交番磁界が弱くなって、磁性キャリア及び帯電性トナーの振動が小さくなる。この様な過程を経ると、磁性キャリアが現像剤担持体の磁界により現像剤担持体表面に吸引され、現像剤担持体表面で帯電性トナー及び帯電性トナーが層状に分離する。

例えば、２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、２成分現像剤を現像剤担持体表面から解放する解放箇所が設けられており、この解放箇所近傍に帯電付与手段を設けている。この場合は、電極板の交番磁界により現像剤担持体表面で帯電性トナー及び帯電性トナーが層状に分離されてから、帯電付与手段の吸引により帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなると略同時に、２成分現像剤が現像剤担持体表面から解放されることになり、帯電性トナーが現像剤担持体表面から確実に解放される。

また、現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における解放箇所よりも上流側に帯電付与手段を設けている。この場合は、電極板からの交番磁界により現像剤担持体表面で帯電性トナー及び帯電性トナーが層状に分離され、引き続いて帯電付与手段の吸引により帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなり、この直後に２成分現像剤が現像剤担持体表面から解放されることになり、帯電性トナーが現像剤担持体表面から確実に解放される。

更に、現像剤担持体と帯電付与手段間のギャップを、磁性キャリアの直径よりも大きく設定している。一般的には、磁性キャリアの直径が帯電性トナーの直径よりも大きいことから、その様な設定により現像剤担持体表面の帯電性トナー及び磁性キャリアが共に該ギャップを通過することができ、帯電性トナー及び磁性キャリアが現像剤担持体表面に擦り付けられずに済む。そして、現像剤担持体と帯電付与手段間のギャップを、現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引し得る距離以下に設定しているので、この帯電性トナーの吸引を確実に行うことができる。

例えば、帯電付与手段は、導電性材料からなる棒状体である。また、帯電付与手段及び電極板は、非磁性体である。このため、帯電付与手段及び電極板が周囲の磁界に強い影響を与えることがなく、帯電付与手段及び電極板近傍で２成分現像剤の流れや循環が阻害されることはない。

また、帯電付与手段に印加される電圧の極性は、帯電性トナーの帯電極性とは逆極性に設定されている。これにより、帯電付与手段と現像剤担持体表面の帯電性トナーが相互に引き付け合い、帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなる。

更に、像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、それぞれの電圧を帯電付与手段及び電極板に印加している。あるいは、像担持体表面にトナー像を形成する期間に、それぞれの電圧を帯電付与手段及び電極板に印加していない。このため、像担持体表面へのトナー像の形成処理に、電極板及び帯電付与手段の電圧が影響を与えることはない。

一方、本発明によれば、帯電付与手段を省略し、電極板を現像剤担持体表面に沿って非接触で配置した上で、電極板に、交流電圧及び現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な直流電圧を重畳して印加している。電極板の交流電圧により交番磁界が生成され、この交番磁界により現像剤担持体表面の２成分現像剤の磁性キャリア及び帯電性トナーが振動して、磁性キャリアが現像剤担持体の磁界により現像剤担持体表面に吸引され、現像剤担持体表面で帯電性トナー及び帯電性トナーが層状に分離する。また、同時に電極板の直流電圧による帯電性トナーの吸引により帯電性トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなる。更に、電極板が現像剤担持体表面に接触しないので、電極板によりトナーが現像剤担持体表面に擦り付けられることがない。これにより、トナーが現像剤担持体表面に融着することをより確実に防止することができる。

例えば、２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、２成分現像剤を現像剤担持体表面から解放する解放箇所が設けられており、この解放箇所よりも上流側に電極板を設けている。この場合は、電極板の交番磁界により現像剤担持体表面で帯電性トナー及び帯電性トナーが層状に分離され、電極板の吸引により残留トナーが現像剤担持体表面から解放され易くなった直後に、２成分現像剤が現像剤担持体表面から解放されることになり、帯電性トナーが現像剤担持体表面から確実に解放される。

また、像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、交流電圧及び直流電圧を電極板に印加している。あるいは、像担持体表面にトナー像を形成する期間に、交流電圧及び直流電圧を電極板に印加していない。このため、像担持体表面へのトナー像の形成処理に、電極板の電圧が影響を与えることはない。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の現像装置の実施例１を適用した画像形成装置を概略的に示す側面図である。この画像形成装置においては、電子写真方式により画像を形成しており、現像装置１２、転写ローラ１３、除電ランプ１４、クリーニング装置１５、帯電ローラ１６、及び露光装置１７等を感光体ドラム１１の回転方向の上流側から順に配置している。また、現像装置１２の現像ローラ２１、転写ローラ１３、及び帯電ローラ１６にそれぞれの電圧を印加する各電源２２、２３、２４を設けている。更に、記録用紙Ｐの搬送方向下流側には、定着装置１８を配置している。

この画像形成装置では、感光体ドラム１１を矢印Ａの方向に回転させつつ、帯電ローラ１６により感光体ドラム１１の表面を均一に帯電させる。そして、画像データに基づいて露光装置１７から感光体ドラム１１へと照射される光ビームを変調しつつ、この光ビームにより感光体ドラム１１の表面を走査し、感光体ドラム１１上に静電潜像を形成する。更に、現像装置１２の現像ローラ２１によりトナーを感光体ドラム１１上の静電潜像に付着させて、トナー像を形成し、このトナー像を転写ローラ１３により感光体ドラム１１から記録用紙Ｐへと転写し、記録用紙Ｐ上のトナー像を定着装置１８により加熱及び加圧して定着させる。この後、感光体ドラム１１表面の帯電電荷を除電ランプ１４により取り除き、感光体ドラム１１上の残留トナーをクリーニング装置１４により除去して、感光体ドラム１１表面をクリーニングする。

尚、感光体ドラム１１、及び各装置やローラ１３〜１８として、他の方式のものを適用しても構わない。

図２は、本実施例の現像装置１２近傍を示す側面図である。また、図３は、本実施例の現像装置１２を示す側面図である。

本実施例の現像装置１２は、電子写真方式の画像形成装置に内蔵されるものであり、現像装置１２が中間ホッパー３１に連結され、中間ホッパー３１がトナーボトル３２に連結されている。

トナーボトル３２は、トナーを収容しており、トナー補給路３２ａ、３１ａを通じて中間ホッパー３１へとトナーを少しずつ補給したり、トナーの補給を停止することができる。

中間ホッパー３１は、トナーをトナーボトル３２から供給されて一時的に貯え、トナーをトナー補給路３１ｂ、１２ａを通じて現像装置１２に供給する。この中間ホッパー３１では、攪拌部材３３を回転させて、該中間ホッパー３１内のトナーを攪拌し、補給ローラＡ３４a、補給ローラＢ３４bを回転させて、該中間ホッパー３１内のトナーをトナー補給路３１ｂ、１２ａ側に移動させている。また、可撓性帯状部材３５は、攪拌部材３３の一端に連結され、その先端に被検出体３６を固定支持している。更に、静電容量センサ３７は、中間ホッパー３１底に固定されており、該静電容量センサ３７と可撓性帯状部材３５先端の被検出体３６間の静電容量を検出する。

ここで、中間ホッパー３１内のトナーが減少した状態では、可撓性帯状部材３５先端近傍がトナー表面上で滑って行き、被検出体３６もトナー表面上で滑って移動する。そして、中間ホッパー３１内のトナーの減少に伴い、トナー表面の高さが低下すると、トナー表面で滑って移動する被検出体３６の位置も徐々に低下して、トナー表面で滑る被検出体３６と静電容量センサ３７間の離間距離が短くなる。そこで、被検出体３６が静電容量センサ３７直上で移動するタイミングで、静電容量センサ３７により該静電容量センサ３７と被検出体３６間の静電容量を検出し、この静電容量に対応する静電容量センサ３７と被検出体３６間の離間距離を求め、この離間距離に対応するトナーの残量を求める。そして、このトナーの残量の減少に応じて、トナーボトル３２から中間ホッパー３１へのトナー補給を行なったり、トナーボトルの交換を促す旨を報知する。

現像装置１２は、磁性キャリアとトナーを混合した現像剤をそのケース１２ｂ内に収容し、現像剤中のトナーを画像形成装置の感光体ドラム１１に供給して、感光体ドラム１１表面の静電潜像を現像し、感光体ドラム１１表面にトナー像を形成するものである。この現像装置１２では、攪拌ローラ４１を回転させて、現像剤を攪拌し、この攪拌により磁性キャリアとトナーを摩擦帯電して、磁性キャリアとトナーに電荷を付与する。

現像ローラ２１は、棒状の多極着磁のマグネット２１ｂを固定し、多極着磁のマグネット２１ｂ周りに非磁性体（アルミニウム合金やステンレス鋼等）のスリーブ２１ａを回転自在に支持したものであり、スリーブ２１ａを回転しつつ、マグネット２１ｂの磁力により現像剤をスリーブ２１ａ外周に吸着して担持する。

多極着磁のマグネット２１ｂは、複数のＳ極２１ｃ、２１ｅ、２１ｇ、２１ｉ及び複数のＮ極２１ｄ、２１ｆ、２１ｈを交互に配置したものであり、Ｓ極２１ｃから現像極であるＮ極２１ｄを介してＳ極２１ｉに至る範囲で、該マグネット２１ｂの磁力により現像剤をスリーブ２１ａ外周に吸着して担持させる。

スリーブ２１ａの回転に伴い、第２規制部材４２の先端によりスリーブ２１ａ外周の現像剤の層厚が規制され、更に第１規制部材４３によりスリーブ２１ａ外周の現像剤の層厚が再度規制されてから、スリーブ２１ａ外周の現像剤層が該スリーブ２１ａと感光体ドラム１１間の現像領域Ｄへと搬送される。

スリーブ２１ａ外周の現像剤層のトナーは、攪拌ローラ４１の攪拌により感光体ドラム１１表面の静電潜像とは逆極性に摩擦帯電されている。このため、スリーブ２１ａ外周の現像剤層が該スリーブ２１ａと感光体ドラム１１間の現像領域Ｄに達したときに、現像剤層のトナーが感光体ドラム１１表面の静電潜像に付着し、この静電潜像がトナー像となる。

また、第１規制部材４３の層厚規制により余剰の現像剤が生じる。この余剰の現像剤は、還流口４５へと流れ、第２規制部材４２の背面を滑り落ちて攪拌ローラ４１側に戻される。

現像装置１２のケース１２ｂ底には、周知のトナー濃度センサ４６が設けられている。このトナー濃度センサ４６は、例えば透磁率センサであり、現像剤の透磁率に対応するトナー濃度を検出する。現像剤は、非磁性体のトナーを磁性キャリアに混合したものである。このため、現像剤の単位体積当たりのトナー量が多くなると、単位体積当たりの磁性キャリア量が少なくなり、現像剤の磁気抵抗が大きくなる。逆に、単位体積当たりのトナー量が少なくなると、単位体積当たりの磁性キャリア量が多くなり、現像剤の磁気抵抗が小さくなる。トナー濃度センサ４６は、その様な現像剤の磁気抵抗を検出し、この磁気抵抗に対応する単位体積当たりトナーの量、つまりトナー濃度を検出する。

ケース１２ｂ内の現像剤のトナー濃度については、目標となる規定の範囲を予め設定しており、トナー濃度センサ４６により検出されたケース１２ｂ内の現像剤のトナー濃度が規定の範囲に収まる様に、現像装置１２の補給ローラ４７を回転させて、中間ホッパー３１からトナー補給路３１ｂ、１２ａを通じて現像装置１２のケース１２ｂへとトナーを補給する。

ところで、この様な現像装置１２では、例えば白領域もしくは低濃度領域の占有率が高い文字原稿等の静電潜像が感光体ドラム１１表面に繰り返し形成されると、現像ローラ２１のスリーブ２１ａ表面から感光体ドラム１１表面に移動するトナーの量が少なくなり、スリーブ２１ａ表面に付着したままのトナーが生じ易くなる。そして、夜間や休日等に画像形成装置が稼動されず、スリーブ２１ａ表面に付着したままのトナーが放置されると、環境(気温や湿度)変化によりスリーブ２１ａ表面にトナーが融着してしまい、画像品質の低下を招く。

そこで、本実施例では、現像ローラ２１のスリーブ２１ａの回転方向Ｂ（現像剤の搬送方向）における現像領域Ｄよりも下流側で、スリーブ２１ａ表面の現像剤を一旦解放してから、スリーブ２１ａ表面に現像剤を再度吸着し、これによりスリーブ２１ａ表面へのトナーの融着を防止している。

次に、現像ローラ２１のスリーブ２１ａ表面の現像剤を解放するための構成及び動作を、図３及び図４を参照しつつ説明する。尚、図４は、現像装置の一部を概略的に示す側面図である。

現像装置１２では、現像ローラ２１のスリーブ２１ａ表面の現像剤を解放するために、現像ローラ２１周りの現像領域Ｄから１８０度ずれた所で、多極マグネット２１ｂの２つのＳ極２１ｃ、２１ｉを隣り同士になる様に設けて、各Ｓ極２１ｃ、２１ｉ間に反発磁界を形成し、現像ローラ２１の軸心から該反発磁界の中央を通る直線上の該現像ローラ２１外側の位置を、現像剤の解放箇所Ｑとして設定している。この解放箇所Ｑでは、各Ｓ極２１ｃ、２１ｉ間の磁力が０テスラとなり、現像剤の磁性キャリアがスリーブ２１ａ表面から剥ぎ取られ、この磁性キャリアと共に現像剤のトナーもスリーブ２１ａ表面から剥ぎ取られる。

この様な解放箇所Ｑでのスリーブ２１ａ表面からの現像剤の解放は、現像ローラ２１のスリーブ２１ａが回転していれば、何時でもなされる。従って、画像形成処理の最中では、スリーブ２１ａ表面に対する現像剤の担持と解放が繰り返されることになる。

一方、現像ローラ２１のスリーブ２１ａの回転方向における解放箇所Ｑよりも上流側に僅かに離間した所に、帯電付与部材４８を設け、この帯電付与部材４８に直流電源４９の電圧を印加し、この帯電付与部材４８の直流電圧によりスリーブ２１ａ表面の(−)極性に帯電したトナーを吸引している。直流電源４９の直流電圧は、その極性をトナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）に設定され、その電圧レベルを＋３００Ｖに設定される。

帯電付与部材４８は、導電体かつ非磁性体（銅等）からなる直径数ｍｍ程度の丸棒状のものであり、スリーブ２１ａに対して僅かに離間して平行配置される。例えば、帯電付与部材４８とスリーブ２１ａ間のギャップが現像剤の粒径を僅かに超える程度に設定される。一般的に、磁性キャリアの粒径がトナーの粒径よりも大きい。このため、例えば磁性キャリアの粒径が３７μｍ〜８０μｍであるならば、帯電付与部材４８とスリーブ２１ａ間のギャップが磁性キャリアの粒径３７μｍ〜８０μｍを僅かに超える程度に設定される。これにより、スリーブ２１ａ表面の現像剤がギャップを通過し、帯電付与部材４８によりトナー及び磁性キャリアがスリーブ２１ａ表面に擦り付けられずに済む。

また、現像ローラ２１のスリーブ２１ａの回転方向における帯電付与部材４８よりも上流側で、スリーブ２１ａの回転方向の上流側に行くにつれて、スリーブ２１ａ表面に接近する様に電極板５１を配置している。この電極板５１とスリーブ２１ａ間に交流電源５２の交流電圧を印加し、この電極板５１の交流電圧により交番磁界を生成し、この交番磁界によりスリーブ２１ａ表面の磁性キャリアを振動させている。この交番磁界は、その大きさを１〜１０ｋＶ／mm(pp)に設定され、その周波数を１〜５ｋＨｚに設定される。

尚、スリーブ２１ａは、現像ローラ２１の軸を通じて、交流電源５２及び直流電源５３に接続され、直流電源５３の（−）バイアス電圧を印加されている。

電極板５１は、導電体かつ非磁性体（銅等）からなる板状のものである。

ここで、図５（ａ）、（ｂ）を参照しつつ、電極板５１の作用を説明する。

まず、電極板５１とスリーブ２１ａ間に交流電源５２の交流電圧を印加すると、図５（ａ）に示す様に電極板５１とスリーブ２１ａ間に交番電界が生成され、破線で示す様な同心円状の電気力線が形成される。この交番電界の強さは、電極板５１とスリーブ２１ａとの間隔が広がるほど小さくなる。そして、この交番電界中に荷電粒子があると、この荷電粒子は、交番電界の方向に沿って該電界の強さに比例した大きさの静電気力を受ける。

従って、電極板５１とスリーブ２１ａとの間隔が狭い箇所では、交番電界が強く、荷電粒子は、強い交番電界に対応する大きな静電気力を受けることになり、大きな振幅で振動し、電極板５１とスリーブ２１ａに衝突し易くなる。

スリーブ２１ａの回転方向Ｂに荷電粒子が移動して行くと、電極板５１とスリーブ２１ａとの間隔が徐々に広がって、荷電粒子周辺の交番電界が弱くなり、荷電粒子が受ける静電気力も小さくなって、荷電粒子の振幅が小さくなる。そして、荷電粒子は、その周辺の交番電界が一定値以下になると、電極板５１とスリーブ２１ａの一方に達する前に逆方向へ引き戻されて、電極板５１とスリーブ２１ａに衝突しなくなる。こうして荷電粒子の振動が次第に収束する。

この様な現象は、電極板５１とスリーブ２１ａとの間隔が徐々に広がる方向に、荷電粒子が移動して行くという条件のもとに起こる。仮に、電極板５１とスリーブ２１ａが平行である場合は、弱い交番電界中では、荷電粒子が振動しないか又は極小さな振幅で振動し続けるだけであり、また強い交番電界中では、荷電粒子が電極板５１とスリーブ２１ａに激しく衝突するのみである。

また、荷電粒子の振動振幅は、当該荷電粒子の質量や荷電量に依存し、例えば質量が小さくかつ電荷量が大きくなる程、交番電界中で大きく振動する。そして、通常、トナーの比電荷(単位質量あたりの電荷量)の絶対値は、磁性キャリアの１０〜５０倍程度である。従って、この荷電粒子を、帯電した磁性キャリア及びトナーに置き換えて考えると、磁性キャリア及びトナーがそれぞれの振幅で振動することが分かる。また、磁性キャリア及びトナーは、特に高抵抗を有していると、それぞれの帯電極性が相互に異なるので、逆位相で（反対方向に）振動する。このため、磁性キャリア及びトナーは、初期条件に関わらず、相互に次第に分離して行く。

このとき、トナーは、磁性キャリアから一旦分離し易くなるので、該トナーの電荷量のばらつきを小さくすることができる。また、特に、トナーの粒子径が小さく、磁性キャリアとトナーとの付着力(ファンデルワールス力や鏡像力に依存するといわれている)が大きくても、強い交番電界という外力を作用させることによって分離させることができる。

また、一成分現像剤（トナー）の場合でも、トナーが凝集した状態で電極板５１とスリーブ２１ａ間に置かれると、交番電界中でトナーが振動して、トナーが電極板５１とスリーブ２１ａに衝突するので、この衝突エネルギーによりトナーの凝集が解ける。従って、トナーが分離して個別で運動するようになる。

すなわち、図５（ｂ）に示す様に電極板５１とスリーブ２１ａ間に磁性キャリア及びトナーを置くと、磁性キャリア及びトナーが逆位相で振動しつつ相互に分離して行く。また、電極板５１とスリーブ２１ａ間にトナーのみの凝集を置いても、この凝集が解け、各トナー粒子が個別に運動するようになる。

スリーブ２１ａの回転に伴い、スリーブ２１ａ表面の磁性キャリア及びトナーは、電極板５１とスリーブ２１ａの間隔が狭い箇所から広い箇所へと移動して行く。電極板５１とスリーブ２１ａの間隔が狭い箇所では、交番電界が強く、磁性キャリアとトナーが逆位相で激しく振動し、相互に分離する。

電極板５１とスリーブ２１ａの間隔が広くなるにつれて、交番電界が弱くなると、磁性キャリアとトナーの振動振幅が小さくなる。このとき、磁性キャリアは、トナーに比べて、運動し難い上、多極マグネット２１ｂのＳ極２１ｉの磁力によってスリーブ２１ａ表面に吸着されるので、スリーブ２１ａ表面に層となって磁気ブラシを形成して行く。また、トナーは、その一部がスリーブ２１ａ表面の磁気ブラシに捕獲され、また大部分が依然として振動し続ける。

更に、電極板５１とスリーブ２１ａの間隔が広くなると、この大部分のトナーの振動も収まってくる。そして、スリーブ２１ａ表面に対する該大部分のトナーの付着力が徐々に低下して行き、この大部分のトナーもスリーブ２１ａ表面の磁気ブラシ先端に次第に捕獲されて行く。この結果、磁気ブラシ先端付近のトナー密度が大きくなり、スリーブ２１ａ表面で磁性キャリアとトナーが層状に分離する。

この様にスリーブ２１ａ表面で磁性キャリアとトナーが層状に分離した状態では、後で述べる様に帯電付与部材４８とスリーブ２１ａの対向位置でのトナーの吸引が効果的に行われ、これに引き続く現像剤の剥離及び回収が容易になる。

さて、画像形成装置においては、画像形成処理が終了してからも、感光体ドラム１１、現像装置１２のローラ２１、及び他の各ローラ１３、１６等が後続回転される。そして、この後続回転のときに、電極板５１には、一定期間だけ、交流電源５２からの交流電圧が印加される。同時に、帯電付与部材４８にも、一定期間だけ、直流電源４９からの(＋)電圧が印加される。

例えば、図６に示す様に画像形成処理の期間Ｔ1では、感光体ドラム１１、及び各装置やローラ１３〜１８等が稼動しており、帯電ローラ１６により感光体ドラム１１表面が−６５０Ｖに帯電され、現像ローラ２１のスリーブ２１ａ表面も(−)電圧に帯電されている。この画像形成処理の期間Ｔ1が終了しても、暫くの間、感光体ドラム１１、現像装置１２のローラ２１、及び他の各ローラ１３、１６等が後続回転される。そして、この後続回転のときの一定期間Ｔ２だけ、交流電圧が交流電源５２から電極板５１に印加され、かつ＋３００Ｖ程度の電圧が直流電源４９から帯電付与部材４８に印加される。

尚、交流電源５２の電圧は電極板５１と現像ローラ２１間の放電開始電圧未満に設定され、直流電源４９の電圧は帯電付与部材４８と現像ローラ２１間の放電開始電圧未満に設定される。

電極板５１は、交流電圧を印加されると、先に述べた様に該電極板５１とスリーブ２１ａ間の交番磁界を形成して、この交番磁界によりスリーブ２１ａ表面の磁性キャリア及びトナーを振動させ、スリーブ２１ａ表面の磁性キャリアとトナーを層状に分離させる。

そして、スリーブ２１ａの回転に伴い、スリーブ２１ａ表面の磁性キャリアとトナーが層状に分離した部分が帯電付与部材４８とスリーブ２１ａの対向位置まで移動する。

帯電付与部材４８は、(＋)電圧が印加されていることから、該帯電付与部材４８の(＋)電位によりスリーブ２１ａ表面の（−）極性に帯電したトナーを吸引する。このとき、先に述べた様に帯電付与部材４８とスリーブ２１ａ間のギャップが磁性キャリアの粒径を僅かに超える程度に設定されているので、帯電付与部材４８によりスリーブ２１ａ表面のトナーが強く吸引される。この吸引により、トナーがスリーブ２１ａ表面から解放され易くなる。

更に、スリーブ２１ａの回転に伴い、スリーブ２１ａ表面の磁性キャリアとトナーが層状に分離しかつトナーが解放され易くなった部分が各Ｓ極２１ｃ、２１ｉ間の解放箇所Ｑまで移動する。そして、解放箇所Ｑで、スリーブ２１ａ表面からの現像剤の解放がなされる。

この様に本実施例では、電極板５１とスリーブ２１ａ間の交番磁界によりスリーブ２１ａ表面の磁性キャリアとトナーを層状に分離させ、引き続いて帯電付与部材４８によりスリーブ２１ａ表面のトナーを吸引して、スリーブ２１ａ表面からのトナーの解放を容易にし、この後に解放箇所Ｑで、現像剤をスリーブ２１ａ表面から解放しているので、現像剤の解放を確実に行うことができ、スリーブ２１ａ表面へのトナーの融着を防止することができる。

また、画像形成処理が終了した後の一定期間Ｔ２だけ、交流電源５２の交流電圧が電極板５１に印加され、直流電源４９の電圧が帯電付与部材４８に印加されるので、電極板５１及び帯電付与部材４８の電位が画像形成処理に影響を与えることはない。しかも、電極板５１及び帯電付与部材４８が非磁性体であることから、電極板５１及び帯電付与部材４８が周囲の磁界に強い影響を与えることがなく、電極板５１及び帯電付与部材４８近傍で２成分現像剤の流れや循環が阻害されることはない。

図７は、本発明の現像装置の実施例２の一部を概略的に示す側面図である。本実施例の現像装置では、図２乃至図４の帯電付与部材４８を省略し、直流電源４９の直流電圧及び交流電源５２の交流電圧を重畳して電極板５１に印加している。

この現像装置においても、図６に示す様な画像形成処理が終了した後の一定期間Ｔ２だけ、直流電源４９の直流電圧及び交流電源５２の交流電圧を重畳して電極板５１に印加する。

このとき、電極板５１とスリーブ２１ａ間では、交流電圧による交番磁界が形成されて、この交番磁界によりスリーブ２１ａ表面の磁性キャリア及びトナーが振動し、スリーブ２１ａ表面の磁性キャリアとトナーが層状に分離する。同時に、直流電圧による電極板５１の（＋）電位によりスリーブ２１ａ表面の（−）極性に帯電したトナーが吸引され、この吸引によりトナーがスリーブ２１ａ表面から解放され易くなる。

引き続いて、スリーブ２１ａの回転に伴い、スリーブ２１ａ表面の磁性キャリアとトナーが層状に分離しかつトナーが解放され易くなった部分が各Ｓ極２１ｃ、２１ｉ間の解放箇所Ｑまで移動し、解放箇所Ｑで、スリーブ２１ａ表面からの現像剤の解放が確実になされる。これにより、スリーブ２１ａ表面へのトナーの融着が防止される。

また、画像形成処理が終了した後の一定期間Ｔ２だけ、直流電源４９の直流電圧及び交流電源５２の交流電圧が電極板５１に印加されるので、電極板５１の電位が画像形成処理に影響を与えることはない。しかも、電極板５１が非磁性体であることから、電極板５１が周囲の磁界に強い影響を与えることがなく、電極板５１近傍で２成分現像剤の流れや循環が阻害されることはない。

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、トナーとして、（＋）極性に帯電するものを用いる場合は、帯電付与部材４８に（−）電圧を印加する。また、電極板５１及び帯電付与部材４８の位置を適宜に移動させたり、電極板５１及び帯電付与部材４８に電圧を印加する期間を適宜に変更しても構わない。

本発明の現像装置の実施例１を適用した画像形成装置を概略的に示す側面図である。 図１の現像装置近傍を示す側面図である。 図１の現像装置を示す側面図である。 図１の現像装置の一部を概略的に示す側面図である。 （ａ）は電極板とスリーブ間の電界を示す図であり、（ｂ）は電極板とスリーブ間での磁性キャリアとトナーの運動を示す図である。 感光体ドラム、現像装置、及び帯電付与部材の電位変化を示す図である。 本発明の現像装置の実施例２の一部を概略的に示す側面図である。 感光体表面の電位、現像ローラ表面の電位、及びトナーの帯電極性等を示す図である。

符号の説明

１１ 感光体ドラム
１２ 現像装置
１３ 転写ローラ
１４ 除電ランプ
１５ クリーニング装置
１６ 帯電ローラ
１７ 露光装置
１８ 定着装置
２１ 現像ローラ
２１ａ スリーブ
２１ｂ マグネット
２２〜２４ 電源
４８ 帯電付与部材
４９ 直流電源
５１ 電極板
５２ 交流電源

Claims (13)

1. 現像剤担持体を回転させつつ、帯電性トナーと磁性キャリアを混合してなる２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、２成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給する現像装置において、
   前記現像剤担持体表面に対して非接触で対向配置され、現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な電圧を印加される帯電付与手段と、
   前記現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における前記帯電付与手段よりも上流側で、現像剤担持体表面に沿って非接触で配置され、交流電圧を印加される電極板とを備え、
   前記電極板は、前記現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における上流側に行くにつれて、現像剤担持体表面に接近する様に配置されたことを特徴とする現像装置。
2. ２成分現像剤を前記現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、２成分現像剤を現像剤担持体表面から解放する解放箇所を設け、この解放箇所近傍に前記帯電付与手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における解放箇所よりも上流側に前記帯電付与手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記現像剤担持体と前記帯電付与手段間のギャップを、磁性キャリアの直径よりも大きく設定し、かつ現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引し得る距離以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 前記帯電付与手段は、導電性材料からなる棒状体であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
6. 前記帯電付与手段及び電極板は、非磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
7. 前記帯電付与手段に印加される電圧の極性は、帯電性トナーの帯電極性とは逆極性に設定されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
8. 前記像担持体表面にトナー像を形成する画像形成動作終了後に、それぞれの電圧を前記帯電付与手段及び前記電極板に印加することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
9. 前記像担持体表面にトナー像を形成する期間に、それぞれの電圧を前記帯電付与手段及び前記電極板に印加しないことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
10. 現像剤担持体を回転させつつ、帯電性トナーと磁性キャリアを混合してなる２成分現像剤を現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させて、２成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間の現像領域へと搬送供給する現像装置において、
    前記現像剤担持体表面に沿って非接触で配置され、交流電圧及び現像剤担持体表面の帯電性トナーを吸引する様な直流電圧を重畳して印加される電極板を備え、
    前記電極板は、前記現像剤担持体による２成分現像剤の搬送方向における上流側に行くにつれて、現像剤担持体表面に接近する様に配置されたことを特徴とする現像装置。
11. ２成分現像剤を前記現像剤担持体の磁界により該現像剤担持体表面に付着させる領域外で、２成分現像剤を現像剤担持体表面から解放する解放箇所が設けられており、この解放箇所よりも上流側に電極板を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の現像装置。
12. 前記像担持体表面にトナー像を形成する期間終了後に、交流電圧及び直流電圧を重畳して電極板に印加することを特徴とする請求項１０に記載の現像装置。
13. 前記像担持体表面にトナー像を形成する期間に、交流電圧及び直流電圧を電極板に印加しないことを特徴とする請求項１０に記載の現像装置。

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