JP4810000B2

JP4810000B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

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Publication number: JP4810000B2
Application number: JP2001160819A
Authority: JP
Inventors: 修岩崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002351219A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子写真及び静電記録装置等の画像形成装置に用いられる現像装置、現像装置を適用したプロセスカートリッジ及び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においては、像担持体としての感光体ドラムに静電潜像を形成し、これら静電潜像をトナーで現像することにより現像剤としてのトナー可視像を形成し、その可視像を転写材などのシート上に転写・定着して画像を得ている。
【０００３】
このような画像形成装置の現像方法としては、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の方が、磁性粒子とトナーからなる現像剤を用いた二成分現像法に比べ、現像装置の構成が簡易であり、且つ、メンテナンスが容易である為、この現像法に基づく現像装置が多数提案されている。
【０００４】
また、磁性トナーを用いない非磁性一成分現像法による現像法が提案されており、これら現像法は、近年のカラー画像の要求に対応したカラー画像を得ることが可能な為に、低コストで且つ小型の現像装置が開発され、製品化されている。
【０００５】
しかしながら、上述した非磁性一成分現像法においては、現像剤の供給と回収を行う供給回収ローラ（以下、ＲＳローラと称す）を現像剤担持体としての現像ローラに当接・回転・摺擦させて、ＲＳローラの弾性変形による圧力及び回転によって摺擦力により現像ローラへのトナー供給及び回収を行っており、さらには、トナーへの電荷付与が、主にトナーがブレードを通過する際の接触摩擦により行われている。
【０００６】
すなわち、非磁性一成分現像法においては、現像容器内のトナーが感光体上で現像の工程に供給されるまでの間にトナーにかかる機械的な負荷は極めて大きく、トナーに及ぼすダメージは他の現像法に比べ非常に大きいものとなっている。
【０００７】
更に、ＲＳローラの配置位置や回転の方向・速度によっては、現像ローラ上の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ないことがあり、現像ローラ上に現像残トナーが残留する場合が生じる。
【０００８】
これら現像ローラ上に残留した現像残トナーは、再度、規制ブレードを通過し現像領域に搬送されることになるが、このようなＲＳローラや規制ブレードによる摺擦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、ＲＳローラと現像ローラとの摺擦により受ける機械的圧力や摺擦熱の蓄積によりトナー内部に埋め込まれてしまい、所望の帯電特性と流動性が得られない劣化トナーに変質させてしまう。
【０００９】
これら劣化トナーは初期の特性を維持出来ないことから、画像形成プロセス中に多くの問題を引き起こすことになり、例えば、上記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ことによる現像不良が発生してしまうと、中抜け等の転写不良を引き起こす場合がある。
【００１０】
更には劣化トナーを中心として凝集してしまい、現像ローラ上への新たなトナー供給が疎外されてトナー塗布量の低下が生じ、濃度不良等が発生することもある。
【００１１】
さらに、これら凝集した劣化トナーが規制ブレードのニップ部や現像ローラ表面で固まって融着すると、部分的な供給阻害が生じてスジ等のコート不良を発生させるとともに、新しく現像ローラ上に供給されるトナーへの電荷付与を阻害する。その結果、未帯電トナーを現像部に搬送することになりカブリ・ムラ等の画像形成不良を生じさせる場合もある。
【００１２】
また、上記現像方法では、トナーにかかる負荷が大きいだけでなく、現像装置自身にかかる負荷も大きい。例えば、ＲＳローラに上述したようなスポンジ系ローラを用いた場合、現像ローラに対する摺擦が長時間に及ぶと、ＲＳローラ自身の摩耗、損傷及びスポンジ部へのトナーの進入による目詰まりと硬度上昇等が発生し、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ができなくなることもある。
【００１３】
このように非磁性トナーを用いた一成分現像は、簡易な構成でありながら良好なトナー像を形成することが可能である一方、トナー並びに現像装置に係る機械的負荷が大きく、従来の磁性一成分現像装置や２成分の現像装置に比べ長期的な耐久性安定性が著しく乏しい。
【００１４】
よって、トナー消耗の際には現像装置を丸ごと交換するカートリッジタイプの現像装置で主に利用されており、複写機に見られるような構成部品をそのままにして現像剤のみを補給して行くタイプの現像装置にはあまり採用されていない。
【００１５】
そこで上記諸問題を解決するため、以下に示すような現像装置が提案されている。
【００１６】
その構成は、図１０に示すよう、現像剤としてのトナーを収容する現像剤収納容器９０３と、トナーを担持し現像領域に搬送すべく現像剤収納容器の開口部に設置された現像剤担持体としての現像ローラ９０１と、現像ローラ９０１に対し接触あるいは非接触にて配置された現像剤供給手段と、現像ローラ９０１上に供給されたトナーの層厚を規制するための現像剤規制部材としての規制ブレード９０７と、現像ローラ９０１上に残留した現像残トナーを回収すべく現像ローラ９０１に対向して設置された現像剤回収手段とを有している。
【００１７】
現像剤供給手段は、例えば、該現像ローラ９０１に対し非接触にて回転可能に配置された現像剤供給部材としての例えば導電性のブラシローラ９０４と、その一端が該ブラシローラ９０４に接触するよう配置された現像剤流路制御部材９０５から構成されている。あるいは、現像ローラ９０１に対して現像剤供給部材（例えば弾性スポンジローラ）を軽圧で回転可能に当接させて配置することもある。
【００１８】
また、現像剤回収手段は、例えば現像ローラ９０１に対向して漸次離間するように配置されて現像ローラ９０１との間に楔状ＧＡＰ（空間）を形成する現像剤回収部材としての平板回収部材９１７と平板回収部材９１７に接続された電源９３０により構成される。
【００１９】
平板回収部材９１７にはＡＣ（交流）電圧を重畳させたＤＣ（直流）電圧を印加することにより、現像ローラ９０１上のトナーを現像ローラ９０１と平板回収部材９１７との間に形成された楔状ＧＡＰ中を往復飛翔させ、徐々に電界強度の弱い開口側Ｏ側に吹き出させることにより、現像ローラ９０１から平板回収部材９１８に現像残トナーを回収させることが出来る。
【００２０】
上記現像装置を用いた画像形成方法を簡単に説明する。図１０の回転する像担持体としての感光体ドラム９１１は帯電器９１５により表面を一様に帯電された後、露光装置からの露光光９１４により所望の画像データに応じた静電潜像が生成される。
【００２１】
さらに感光体ドラム９１１表面の静電潜像は上記現像装置との対向部において現像ローラ９０１に担持されたトナーによりトナー像として具現化されたのち、転写部において転写装置９２０によりトナー像が転写材であるシートＰ９に転写され、シートＰ９上のトナーは定着器（図中不図示）にて加熱・加圧定着され排出される。
【００２２】
次に、上記画像形成工程における現像装置の説明を詳しくすると、容器９０３内のブラシローラ９０４等の現像剤供給手段としてのブラシローラ９０４に取り込まれるトナーは、図１１に示すように現像ローラ９０１近傍で、現像剤流路制御部材９０５によりクラウド化されて静電凝集により現像ローラ９０１表面上に供給される（Ｔ９００）。
【００２３】
あるいは、現像剤供給手段としてのスポンジローラ表面の付着して現像ローラとの当接部分まで搬送され、スポンジローラの圧力により現像ローラ上に付着・供給される。
【００２４】
現像ローラ９０１表面に供給されたトナーＴ９００は、現像ローラ９０１の回転により現像剤規制部材である規制ブレード９０７との当接部に送られ、規制ブレードによりその層厚が規制される（Ｔ９０１）。この際トナーへの帯電付与は、主にブラシローラ９０４のブラシや現像ローラ９０１とトナーが接触する際の摩擦帯電、ならびにトナーが現像ローラ９０１上で規制ブレード９０７を通過する際のトナーと現像ローラ９０１表面、あるいは規制ブレード９０７表面との摺擦時の摩擦帯電により行われる。
【００２５】
層厚が規制された帯電トナーＴ９０１は、現像ローラ９０１の回転により感光体ドラム９１１との対向位置（現像部あるいは現像領域という）に送られ、印加された現像バイアスにより感光体ドラム９１１の静電潜像に付着、可視像化させる（現像工程）。
【００２６】
現像工程終了後、可視像化に寄与しなかった現像ローラ９０１上に残留した現像残トナーＴｄは、図１０に示すように現像ローラ９０１に対向して設置された平板回収部材９１７との楔状ＧＡＰにおいて、現像ローラ９０１と平板回収部材９１７と間に働く交番電界により飛翔・往復運動し、開口側Ｏ側に噴出される。
【００２７】
これは即ち、次に示すようなメカニズムによるものである。図１２に示すような漸次離間させた電極となる現像ローラ９０１と平板回収部材９１７の間に発生する電気力線Ｉは、両電極が交差する点を中心とした同心円状に作用する。このため、電極間を飛翔している帯電粒子（帯電トナー粒子）Ｈは、この電気力線Ｉに沿って動こうとする。この時、帯電粒子Ｈには遠心力Ｆｒが働くので、電気力線Ｉの方向よりもわずかに開口側Ｏ側にずれた反対側の電極面に到達する。ここで電極間に交流電圧が印加されている場合、印加電圧の極性が変わって電極間に逆の電界が形成されると、同様に往復・飛翔し、遠心力Ｆｒの作用を受けて、さらに開口側Ｏ側に帯電粒子Ｈは移動する。
【００２８】
これにより図１３に示すように電極間の往復運動を行なう毎に、帯電粒子Ｈは電極近接側（Ｎ側）から電極離間側（開口側Ｏ側）に進んでしまう。このようにして帯電粒子Ｈは、図１３中の矢印Ｍで示す現像ローラ９０１と平板回収部材９１７の開口側Ｏ側に押し出される状態で飛翔し、電極間隔が広がり、形成される電界強度が低下するまで継続する。電極間の開口側Ｏ側端部に到達し電界強度が低下すると、飛翔力を失い、落下するので、帯電粒子Ｈである現像残トナーは現像容器９０３内に回収されることになる。
【００２９】
飛翔力を失って現像容器９０３内に落下したトナーは、再度、上記現像工程に再利用する構成をとっている。
【００３０】
このように現像ローラ９０１へのトナー供給を非接触あるいは従来の装置よりも軽圧接触で行い、更には、現像残トナーを常時、現像ローラ９０１上から回収して現像容器９０３に戻すことにより、トナーに連続した機械的負荷を与えず、一度、負荷による影響を緩和させてから、再度、現像に利用する構成が可能となるので、トナーへの機械的衝撃や蓄熱が防止され、外添剤のめり込み等のトナー劣化を押さえることが可能となる。
【００３１】
よって上記構成をとることにより、長期間にわたり安定したトナーへの帯電を行うことが出来る非磁性一成分現像装置を提供することが可能となっている。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
上記現像装置におけるトナー供給方法は、トナーに付加を与えない低ストレスな供給方法であり、トナー寿命に対し高い耐久性を得ることが可能である。また、トナークラウドから帯電したトナーを選択的に現像ローラへと供給する横成となっている為、高品位な画質が形成することも可能となる。
【００３３】
しかしながら、上記現像装置では、図１４に示すように現像ローラ９０１と平板回収部材９１７と漸次離間するように対向させているために、現像ローラ９０１上の現像残トナーＴｄは平板回収部材９１７と現像ローラ９０１の形成する楔状ＧＡＰの最近接部分（Ｎ部位）を通過しなければならない。
【００３４】
この時、図１５に示すように平板回収部材９１７と現像ローラ９０１の形成する楔状ＧＡＰの最近接部分（Ｎ部位）には最も強い電界が形成されている。さらに、平板回収部材９１７端部から楔状ＧＡＰと反対の方向（Ｑ側）への電気力線Ｉｒの曲率の大きな回り込みがあるので、現像ローラ９０１上の現像残トナーＴｄが楔状ＧＡＰの最近接部分（Ｎ部位）へ侵入することが出来ずに図中のＮ側へ押し戻され、楔状ＧＡＰ内に入ることが出来ず、往復飛翔による回収が出来なくなってしまう。
【００３５】
このような現象は、特に現像残トナーの電荷量が低い場合に発生しやすく、これが発生した場合、図１６に示すように、楔状ＧＡＰ部に侵入出来ずに押し戻された現像残トナーがそのまま装置内に飛散したり、あるいは現像ローラ９０１上の楔状ＧＡＰの手前部位にトナー溜りＴｓを形成してしまう。
【００３６】
このようなトナー溜りＴｓを形成した場合、トナーの電荷の作用により現像ローラ９０１上の電位を見かけ上上げることになり、楔状ＧＡＰ中の回収電界（交番電界）を小さくしてしまうために、楔状ＧＡＰ中に侵入しても十分な飛翔を行なわれずに現像ローラ９０１上に付着した状態で平板回収部材９１７の対向領域を通過してしまう。
【００３７】
このため、回収効率が低下して、現像ローラ９０１上に回収されないトナーが残ってしまうので、規制ブレードとの摺擦を繰り返してしまう現像残トナーが発生し、蓄積された負荷によってトナー劣化をおこしてしまい、画像不良を引き起こす、という現象が起きていた。
【００３８】
これは即ち、従来の漸次離間するように現像ローラ９０１と対向させた平板状回収部材９１７においては、現像残トナーの電荷分布に応じた回収電界の付与が出来ないことが原因となっているものである。
【００３９】
この為、特に、低い印字比率の画像出力を続けた場合、前述の原因による現像ローラ９０１上の現像残トナーが十分に回収出来なくなることにより、現像ローラ９０１上で多量のトナー劣化が生じ、トナー帯電不良や現像ローラ９０１上などへのトナー融着による濃度低下や画像スジの発生、あるいはカブリ等の画像不良が発生するという問題が発生してしまっていた。
【００４０】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、画像出力条件による現像残トナーの回収不良を防止し、長期間安定した画像出力を可能とする現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の現像装置にあっては、像担持体に対向して配置された現像剤担持体であって、現像剤収納部から現像剤が供給され、供給された現像剤によって前記像担持体に現像剤像を形成するための現像剤担持体と、
該現像剤担持体との間で交番電界による回収電界を形成して、現像に寄与されずに残った現像剤を前記現像剤担持体上から前記現像剤収納部へ回収する金属平板状の回収部材と、を備え、
該回収部材は、前記現像剤担持体表面の移動方向に対して前記現像剤担持体に漸次接近するように且つ前記現像剤担持体に非接触に配置されることを特徴とする。
【００４３】
前記回収部材は、少なくとも交流電圧を重畳された直流電圧が印加されることが好適である。
【００４５】
前記回収部材の前記現像剤担持体に対向する面は、前記現像剤担持体から離れるにつれて下方向となるように傾斜していることが好適である。
【００４６】
前記回収部材と前記現像剤担持体との間に形成される回収電位差は、交流電圧を重畳された直流電圧の値となることが好適である。
【００４７】
前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して現像部より上流側に前記現像剤担持体に対向して配置されて、該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して前記現像剤供給部材との対向位置よりも下流側かつ現像部より上流側に配置され、前記現像剤担持体上の現像剤の層の厚さを均一に規制するための現像剤規制部材と、を備えたことが好適である。
【００４８】
本発明のプロセスカートリッジにあっては、
上記の現像装置を備えたことを特徴とする。
【００４９】
本発明の画像形成装置にあっては、
上記の現像装置を備えたことを特徴とする。
【００５０】
上記のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００５２】
（第１の実施の形態）
図１〜図６を参照して、第１の実施の形態について説明する。本発明の特徴である、回収部材としての平板回収部材の開口方向を現像剤担持体としての現像ローラ進行方向の上流側に形成し、進行方向に対して漸次近接するようにして、現像ローラと平板回収部材の最近接部分を現像ローラの進行方向下流側に配置することにより、現像残トナーの電荷量に応じた適切な強度の電界を加えて、効率よく回収が出来ようにしている。
【００５３】
図１は、本実施の形態に係る現像装置を用いた画像形成装置の断面図である。
図１において、像担持体としての感光体ドラム１１の右隣に図中矢印の方向に回転する現像ローラ１が設けられている。現像ローラ１には、芯金上に弾性層を有している。
【００５４】
尚、本実施の形態の説明は弾性現像ローラ１を像担持体である感光体ドラム１１に接触させてトナー像を形成する接触現像方式にて現像を行っている。
【００５５】
図２に弾性現像ローラ１の断面図を示す。弾性層１ａの材料としては、シリコンゴム・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が、本実施の形態においては、金属製芯金１ｃ上に弾性層としてシリコンゴム層を成形したものを使用した。また、上記弾性層１ａの構成としては単層の構造のものでもかまわないが、本実施の形態では、トナーヘの電荷付与性を考慮して、弾性層１ａの表面に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膜１ｂを被覆した。
【００５６】
尚、弾性層１ａのゴム硬度は導電性膜１ｂを含め、ＪＩＳＡゴム硬度計により計測され、その硬度は２０〜７０度のものが適当とされる。ゴム硬度が７０度を超えると感光体ドラム１１との接触面積が小さくなって現像領域が狭くなるので、十分な量のトナーを現像することが困難となる。また、同様にゴム硬度が高いと、弾性現像ローラ１を感光体ドラム１１に当接させる際に進入量の変動が発生し、現像ローラ１と感光体ドラム１１との当接圧を大きく変化させることがあるので、構成上好ましくない。
【００５７】
一方、ゴム硬度が低すぎる（２０度以下）と、ゴムの圧縮永久歪みが大きくなるので、長期間の放置等によりゴム弾性が失われて変形するおそれがある。また、現像ローラ１の表面はトナーの搬送性を考慮して、その表面粗さであるＲｚ値が３〜２０μｍであることが望ましく、使用するトナーの粒径・形状に合わせて設定される。
【００５８】
尚、本実施の形態においては、弾性層の最表面に薄い導電性樹脂膜１ｂを設けているが、この膜は約１０μｍと非常に薄い為、弾性層１ａで設定した表面粗さがそのまま表面に反映される。
【００５９】
更に現像ローラ１の抵抗としては、トナーとの接触摩擦帯電時に発生するカウンターチャージが現像ローラ１表面に残留しないようその抵抗値はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、感光体ドラム１１の表面にしばしばピンホールが存在するので、現像時、感光体ドラム１１と現像ローラ１の当接ニップ部において電流リークを起こす場合もある。よって、弾性現像ローラ１の抵抗値は上記導電性樹脂膜１ｂを含めた状態で１０³〜１０⁹Ω・ｃｍ程度の体積抵抗となるよう設定するのが望ましい。
【００６０】
無論、弾性現像ローラ１の層構成は上記記載に限るものでなく、例えば、複数弾性層の構成を持った積層型の弾性現像ローラ１等であってもよく、使用するトナーや画像形成の条件に応じて選択・決定すればよい。
【００６１】
電源２は、所望の現像バイアスを現像ローラ１に印加するためのものであり、所望の現像方式に応じて適当な現像バイアスが印加される。本実施の形態では、接触現像方式を用いているので、感光体ドラム１１との電流のリーク等を考慮し、ＤＣ（直流）電圧のみの現像バイアスＶｄｃを印加した。
【００６２】
現像装置は、現像容器３を備え、現像容器３内に容器内の非磁性トナーＴを弾性現像ローラ１に供給するための現像剤供給手段としてのブラシローラであるトナー供給ブラシ４を有する。トナー供給ブラシ４は、現像ローラ１との距離約１００μｍ〜１ｍｍで、現像ローラ１の回転方向と同方向（最近接部において逆方向）に回転可能となるよう設置されている。
【００６３】
ここで、トナー供給ブラシ４としては、図３に示すように、低抵抗の電気的特性をもつ導電性繊維４ａ（１０²〜１０⁸Ω・ｃｍ）と、高抵抗の絶縁性繊維４ｂ（１０⁸〜１０¹⁵Ω・ｃｍ）と、の２種類を混毛したブラシ部材４ｐを、ＳＵＳ等の金属芯金４ｃに巻きつけたファーブラシを用いている。
【００６４】
本実施の形態では、現像剤として負に帯電極性を持つトナーを用いるため、対する上記絶縁性繊維４ｂは正極性の帯電特性をもつものが望ましい。よって、本実施の形態では、ナイロン性の絶縁性繊維４ｂを（１０⁸〜１０¹⁵Ω・ｃｍ）使用した。無論、絶縁性繊維４ｂは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選択を行えばよく、本実施の形態のような場合、レーヨン等の材質であってもよい。
【００６５】
一方、導電性繊維４ａは上記抵抗を満たすことが第一の条件であるが、導電性繊維４ａの多くは絶縁性繊維４ｂにカーボン等の導電性樹脂を分散させ紡糸した場合が多く、その分散方法は繊維メーカーさまざまであり、糸表面全てに導電性樹脂４ａが表出しているとは限らない。すなわち、分散系導電性繊維の表面には導電部以外に絶縁部が存在するため、トナーとそれらとの接触を考慮し、導電性繊維の基礎構成素材とし、トナーに対し正帯電特性をもつ材質を選ぶことが望まれる。本実施の形態では、ナイロン系の導電性繊維を使用した。
【００６６】
また、本実施の形態に用いられる繊維には、トナーをクラウド化するための弾力が必要とされる為、導電性繊維４ａ・絶縁性繊維４ｂともにその繊度を１〜１０デニール／フィラメント程度とし、それら混毛した状態で１〜２０万本／インチ²（１インチ²＝（２．５４ｃｍ）²）の植密度をもち且つパイル長が１〜１０ｍｍになるよう設定した。
【００６７】
現像剤流路制御部材（トナー流路制御部材）５は、図４に示すようにトナー供給ブラシ４からトナーをクラウド化するともに、現像ローラ１のＡ方向へトナーを叩き出す為のもので、トナー供給ブラシ４と接するように配置されている。本実施の形態では、該現像剤流路制御部材５にその厚さが１００μｍ〜１ｍｍ程度の金属製薄板を用いており、具体的にはＳＵＳもしくはリン青銅の薄板を用いている。尚、本実施の形態では図中に示すようにストレートの薄板を用いているが、その形状は上記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曲げ加工をほどこす場合もある。
【００６８】
また、トナー供給ブラシ４との接触面に介在するトナーへの帯電付与を考慮し、現像剤流路制御部材５のトナー供給ブラシ４との接触面にトナーに対し電荷付与能が高い樹脂、例えば、ナイロンにカーボンを分散させその抵抗を〜１０⁵Ω・ｃｍ程度に調整したものを積層してもよい。このような構成をとることにより、トナーへの帯電付与が安定することになる。
【００６９】
現像剤規制部材である規制ブレード７は、図４に示すように、弾性現像ローラ１に塗布されたトナーの層厚を均一に規制する為のものであり、本実施の形態では、０．１ｍｍ程度の厚みを持ったステンレス製の薄板の先端をその先端部から約２ｍｍの位置で弾性現像ローラ１の反対方向に折り曲げたものであり、折り曲げ部が弾性現像ローラ１に食い込む状態で接触する。このときの接触圧は、線圧約５〜１００ｇ／ｃｍ程度に設定した。
【００７０】
金属平板状回収部材（以下、平板回収部材）１７は、現像に寄与しなかった現像ローラ１上の現像残トナーＴｄを静電的に現像ローラ１表面から飛翔させつつ回収する為のものであり、本発明の特徴であるように、平板回収部材１７の離隔端と現像ローラ１との間で形成される開口方向を現像ローラ１進行方向の上流側に形成し、現像ローラ１と平板回収部材１７の最近接部分を現像ローラ１の進行方向下流側に配置されている。
【００７１】
平板回収部材１７は、図５に示すように、長さ１＝１０ｍｍ、厚み１．２ｍｍの金属板（ＳＵＳ製）で構成され、最近接部分での現像ローラ１との空隙が２００μｍ、現像ローラ１とのなす角を３３°として固定している。また、現像ローラ１上の現像残トナーを飛翔・回収するために、該平板回収部材１７は回収電源１３に接続され、ＡＣ（交流）電圧を重畳したＤＣ（直流）電圧からなる回収電圧Ｖｃが印加されるようにしている。尚、本実施の形態では、ＡＣ電圧として２ｋＶｐｐ、５ｋＨｚの交流電圧を重畳し、ＤＣ電圧分としては現像バイアスと同じ電圧を印加した。
【００７２】
撹拌部材１０はトナー収納部のトナーをトナー供給ブラシ４に送る為のものであり、隔壁１２の開口部１２ａよりトナーがトナー供給ブラシ４に供給される。尚、本実施の形態におけるトナーには、重量平均径５μｍ以上で、且つ、熱可塑性樹脂に着色剤（顔料）を混合分散し粉砕化した非磁性一成分トナーを用いており、該熱可塑性樹脂には負の荷電制御剤を含んだポリスチレン、ポリエステル系等の樹脂を使用した。無論、本発明における現像装置で使用可能なトナーは上記粉砕トナーのみではなく、重合トナー等も使用可能である。
【００７３】
次に、画像形成動作時の現像装置内の動作について説明する。現像装置内のトナーは、撹拌部材１０によりトナー供給ブラシ４に送られ、トナー供給ブラシ４の混合繊維と接触することにより負に帯電される。この際、トナーはトナー供給ブラシ４の繊維間、および、繊維表面に鏡映力等の付着力によって保持され、トナー供給ブラシ４の回転とともに現像剤流路制御部材５方向に搬送される。
【００７４】
現像剤流路制御部材５との接触部まで搬送されたトナーは、現像剤流路制御部材５と接触することでより安定して電荷が付与されるとともに、現像剤流路制御部材５を通過した後、繊維の弾性力によりトナー供給ブラシ４の回転方向に弾き出され、クラウド状となって現像ローラ１の方向に飛翔する。
【００７５】
更に、トナー供給ブラシ４と現像ローラ１の間には、電源２により現像ローラ１に印加された現像バイアスＶｄｃ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Ｖｆとにより電界が形成される為、クラウド化されたトナーのうち主に帯電したトナーが現像ローラ１側に引き寄せられ、現像ローラ１に担持搬送される。
【００７６】
例えば、現像バイアスをＶｄｃ＝−３５０Ｖと設定した場合、電源６により現像バイアスに対しΔＶ＝−３５０Ｖ程度をさらに加えたＤＣ電圧（−７００Ｖ）をトナー供給ブラシ４に印加するよう設定すれば、負に帯電したトナーはＤＣの差分（−３５０Ｖ）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側へと飛翔していくような構成となる。無論、上記トナー供給ブラシ４への印加バイアスＶｆ＝−７００Ｖは、使用するトナーの帯電特性並びにトナー供給ブラシ４と現像ローラ１との間隔に応じて設定変化させるものである。
【００７７】
このように、帯電したトナーを一度クラウド化し、電界コートにより非接触にてトナーを現像ローラ１上に供給することにより、トナーへの機械的ストレスを著しく低減させることができ、また十分に帯電したトナーのみが現像ローラ１上に供給されるため、トナー層内での帯電量分布の偏りが少ないものとなる。
【００７８】
現像ローラ１に担持、搬送されたトナーは規制ブレード７より薄層化されるとともに規制ブレード７並びに現像ローラ１間でさらなる摩擦帯電が行われ、均一な帯電量分布をもった薄層密なトナー層に形成される。
【００７９】
弾性現像ローラ１上で層厚規制されたトナーは、感光体ドラム１１との対向部において、現像バイアスＶｄｃと、潜像電位（露光部ＶＬ、未露光部Ｖｄ）とにより形成される電界によりドラム上の潜像部に付着し、トナー像を形成する。
【００８０】
尚、本実施の形態では、感光体ドラム１１にＯＰＣ感光体を用い、イメージ露光により形成された静電潜像を、感光体ドラム１１と現像ローラ１を接触・当接させつつ上記負極性非磁性１成分トナーで現像を行う接触方式の反転現像方法を用いている。
【００８１】
また、上記現像工程において、現像に寄与せず現像ローラ１上に担持されたまま現像装置内に戻ってきた現像残トナーＴｄは、図５に示すように、現像ローラ１の回転につれて平板回収部材１７との楔状ＧＡＰの開口側Ｏ（手前側）から近接側（奥側）Ｎへと進んで行く。この時、平板回収部材１７に印加された回収バイアスにより形成された回収交番電界は、徐々に強度を増していく。この電界強度により現像残トナーＴｄに働く静電気力が、現像残トナーと現像ローラ１との鏡映力よりも強くなったところで、現像残トナーＴｄは現像ローラ１から平板回収部材１７側に向かって飛翔を開始する。
【００８２】
この時、図５に示した平板回収部材１７と弾性現像ローラ１（Ｖｄｃ）との間で形成される曲線を描いた電気力線に沿って現像残トナーＴｄが飛翔するので、遠心力Ｆｒが作用して現像ローラ１の進行方向とは反対の開口側Ｏ側に押し戻されながら飛翔する。尚、現像残トナーＴｄに働く静電気力、鏡映力と共に、作用する力の大きさ、及び飛翔する現像残トナーＴｄの速度は、トナーの持つ電荷量に影響される。
【００８３】
さらに、平板回収部材１７に印加された回収バイアスの極性が逆極性になると、逆向きの回収交番電界により、現像残トナーＴｄは平板回収部材１７側から現像ローラ１側へと現像ローラ１の進行方向とは反対の開口側Ｏ側に押し戻されながら逆飛翔する。
【００８４】
この往復運動が行なわれる時には、遠心力の作用により、トナーは電界強度の弱い側である開口側Ｏに押し戻される。電界強度が弱まると、トナーの飛翔速度は低下してしまうので、交番電界の極性が入れ替わる前に現像ローラ１、平板回収部材１７のどちらにも到達出来ずに、楔状ＧＡＰの中央を開口側Ｏに向けて減衰振動状に往復運動しながら浮遊することになる。さらに、平板回収部材１７に印加するＤＣ電圧を現像バイアスと同電位に設定することにより、現像ローラ１、平板回収部材１７のどちらか一方に片寄って付着することなく、両者の中央を浮遊するようになる。こうして、現像ローラ１上の現像残トナーＴｄはどこにも付着されることなく、楔状ＧＡＰから噴霧されるようにして開口側Ｏへ排出され、現像容器３中に回収される。
【００８５】
ここで、本実施の形態に係る平板回収部材１７と現像ローラ１との関係においては、平板回収部材１７と現像ローラ１との間に構成された楔状ＧＡＰの奥（Ｎ側）に進むほど電界強度が強く働くようになるので、現像残トナーＴｄの持つ電荷量に応じた飛翔が行うことが可能となる。この為、電荷量が高すぎて現像ローラ１との鏡映力が強く、飛翔しにくい場合や、逆に、電荷量が低すぎて十分な静電気力が働かない場合にも、現像ローラ１の回転に応じて楔状ＧＡＰの奥へと進行していくことにより十分な強度の電界が作用するようになり、往復飛翔・回収が出来るようになる。
【００８６】
さらに、図６に示すように、楔状ＧＡＰの先端部、即ち、現像ローラ１と平板回収部材１７の最近接部（Ｎ部）では、最も強い電界が働くので、電気力線に沿って飛翔する時にも強い遠心力が作用し、帯電粒子である現像残トナーＴｄの現像ローラの回転に伴う進行ができなくなる。
【００８７】
これにより、現像ローラ１上の現像残トナーＴｄは全て最近接部（Ｎ部）より先への進行を妨げられ、交番電界による往復飛翔を繰り返しながら開口側Ｏに戻される。この結果、現像残トナーＴｄは現像ローラ１上から除去され、現像残トナーＴｄが規制ブレード７との摺擦を繰り返すことによるトナー劣化を起こすことがなくなる。
【００８８】
楔状ＧＡＰ中から排出された回収トナーは、そのまま現像容器３に落下し、再度、現像工程に使用される。
【００８９】
以上、説明したように、本実施の形態においては、現像ローラ１と平板回収部材１７の最近接端を遠隔端よりも現像ローラ１の進行方向下流側に配置することにより、現像残トナーが進行するにつれて回収電界強度が強くなる様にすることが出来る。これにより、現像残トナーＴｄの電荷量に応じて適切な強度の電界が加えられる様になるので、効率よく飛翔させて回収が出来、従来見られた平板回収部材手前に現像残トナーが滞留することによる回収不良の発生とそれによる現像装置内のトナー劣化および、濃度低下やカブリ等の画像不良の発生という従来の問題が発生しなくなる。
【００９０】
尚、本実施の形態においては、現像ローラ１と平板回収部材１７の最近接端は非接触である。
【００９１】
（第２の実施の形態）
図７〜図９には、第２の実施の形態が示されている。本実施の形態においては、平板回収部材の開口方向を現像ローラ進行方向の上流側に形成し、現像ローラと平板回収部材の最近接部分を現像ローラの進行方向下流側に配置した構成において、平板回収部材の現像ローラと対向する面を水平方向より下方に向けることにより、回収効率を向上させることを特徴とする。
【００９２】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については第１の実施の形態と１００番台下二桁が同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００９３】
第１の実施の形態で説明したように、平板回収部材の開口側方向を現像ローラ進行方向の上流側に形成し、現像ローラと平板回収部材の最近接端を現像ローラの進行方向下流側に配置することにより、回収効率を向上させることが可能となる。
【００９４】
しかしながら、本発明では現像ローラと平板回収部材との間に形成される楔状ＧＡＰ中を往復飛翔することにより発生する遠心力を利用して現像残トナーＴｄを開口側へ噴霧し、現像残トナーＴｄを排出・回収するため、楔状ＧＡＰ開口部位では作用する静電気力が小さくなり、他の外力、特に重力の影響を受けやすい。この為、楔状ＧＡＰ開口部位において重力により現像残トナーＴｄが平板回収部材上に落下し堆積した場合、開口部位を塞ぐ、あるいは、楔状ＧＡＰの内側に崩れ落ちる等の回収性を低下させるおそれが生じる。
【００９５】
そこで、第２の実施の形態では、平板回収部材１１７の現像ローラ１０１と対向する面を水平方向より下方に向けることにより、飛翔した現像残トナーＴｄの平板回収部材１１７への滞留を防ぎ、滞留を原因とする画像品位の低下の防止を図るものである。
【００９６】
図７〜図９において、現像装置の構成については、以下に述べる点を除いて、第１の実施の形態と構成、材質は同一である。
【００９７】
本実施の形態においては、図８に示すように、平板回収部材１１７の現像ローラ１０１と対向する面を平板回収部材１１７の遠隔端が水平方向より下方に、本実施の形態では３０°傾けた様に配設し、平板回収部材１１７の遠隔端を近接端よりも下方に位置させた。
【００９８】
また、平板回収部材１１７に回収バイアスとして印加したＡＣを重畳したＤＣ電圧により現像ローラ１０１上のトナーを、平板回収部材１１７と現像ローラ１０１間を往復飛翔させつつ楔状ＧＡＰより排出させて回収する。
【００９９】
本実施の形態においては、図７に示すように、現像材供給部材である弾性供給ローラ１０４は外径４ｍｍの金属製芯体に連泡性発泡体としてポリウレタンフォーム（商品名モルトフィルタ、密度０．０３０ｇ／ｃｍ³）を肉厚３ｍｍでローラ状に被覆し，さらにその外側に単泡性発泡体としてシリコーン発泡体（ゴム硬度アスカーＣ１４°、密度０．３１ｇ／ｃｍ³）を肉厚２ｍｍでローラ状に被覆した外径１４ｍｍのものを用いた。
【０１００】
この弾性供給ローラ１０４を、摺擦によるトナーの劣化を低減させるために、現像ローラ１０１への侵入量を約０・１ｍｍとなるように配設し、画像形成動作時にはカウンター方向に当接するように現像ローラ１０１の周速の６０％の速度（相対速度で１６０％）で回転させた。
【０１０１】
現像容器１０３内のトナーは、撹絆部材１１０により弾性供給ローラ１０４に送られ、ローラ表面の凹部を中心に付着して弾性供給ローラ１０４の回転とともに現像ローラ１０１方向に搬送される。現像ローラ１０１との接触部まで搬送された弾性供給ローラ１０４上のトナーは、現像ローラ１０１と接触する時に弾性供給ローラ１０４の弾性による圧力を加えられ、現像ローラ１０１上に圧接・擬集されて付着する。
【０１０２】
現像ローラ１０１上に付着したトナーは、現像ローラ１０１の回転に伴って規制ブレード１０７部位に搬送され、所定の厚さにコートされるとともに、摩擦帯電により電荷を付与される。
【０１０３】
現像ローラ１０１上で層厚規制されたトナーは、感光体ドラム１１１との対向部において、現像バイアスＶｄｃと、潜像電位（露光部ＶＬ、未露光部Ｖｄ）とにより形成される電界により感光体ドラム１１１上にトナー像を形成する。
【０１０４】
現像ローラ１０１上の現像残トナーＴｄは、現像ローラ１０１の回転に伴って現像ローラ１０１と平板回収部材１１７の形成する楔状ＧＡＰ部位に侵入し、平板回収部材１１７に印加されたＡＣ電圧により往復飛翔しつつ、楔状ＧＡＰの開口側Ｏ１側に浮遊しながら排出される。
【０１０５】
この時、本実施の形態においては、平板回収部材１１７表面が水平よりも下方に向いているので、図９に示すように排出される浮遊トナーの移動方向Ｊも水平より下方に向いている。
【０１０６】
排出された浮遊トナーは平板回収部材１１７の開口側（Ｏ１）部位に到達すると、平板回収部材１１７に印加された回収バイアスによる電界の影響が無くなるので、重力の影響により下方向に向けて落下するようになる。
【０１０７】
この時、平板回収部材１１７表面は水平よりも下方に向いて構成されているので、浮遊トナーは平板回収部材１１７表面上にから外れた位置に落下し、そのまま下方の現像容器１０３中に回収される。
【０１０８】
また、平板回収部材１１７表面は水平よりも下方に向いて構成されていることにより、浮遊トナーが平板回収部材１１７表面に落下し堆積した場合にも、堆積したトナーは重力によって開口側Ｏ１側、即ち、楔状ＧＡＰ部の外に崩れ落ちるので、開口部位を塞ぐ、あるいは、楔状ＧＡＰ部の内側に崩れ落ちて飛翔の妨げになることが無くなる。
【０１０９】
以上、説明したように、本発明においては、平板回収部材１１７上に回収トナーが堆積することを防止出来るので、現像ローラ１０１と平板回収部材１１７のなす楔状ＧＡＰ内での電界強度を維持することが出来、これにより安定した現像残トナーの回収を行わせることが可能となる。
【０１１０】
尚、上記実施の形態では、現像装置は単体で画像形成装置に配置されたものを説明したが、これに限られず、感光体ドラム、帯電器及びクリーニング手段等と一体化されたプロセスカートリッジであっても良い。また、画像形成装置としてはこのプロセスカートリッジが着脱される構成であっても良い。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、現像残現像剤を現像剤担持体よりその都度回収する回収手段を備えるので、現像剤担持体上に残った現像残現像剤の回収効率を向上させることが出来、従来の構成において生じていた、回収部材手前部での現像剤堆積による回収不良や、回収部材上への現像剤堆積に起因する回収不良を防止することが可能となり、現像剤劣化とそれに起因する現像剤担持体、現像剤規制部材等への現像剤融着を無くし、長期間安定して高品位な画像出力をすることが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る現像ローラを示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るトナー供給ローラの断面図およびブラシの植毛状態を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係るトナー供給、回収法を示す説明図である。
【図５】第１の実施の形態に係る平板回収部材の配置状態を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係る回収部位（楔状ＧＡＰ）近傍における電界を示す説明図である。
【図７】第２の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る平板回収部材の配置状態を示す図である。
【図９】第２の実施の形態に係る回収部位（楔状ＧＡＰ）近傍における電界を示す説明図である。
【図１０】従来の画像形成装置を示す概略断面図である。
【図１１】従来の現像ローラ周囲のトナーの付着状態を示す説明図である。
【図１２】従来の現像装置における現像ローラと回収部材との電界を示す説明図である。
【図１３】従来の現像装置におけるトナー回収法を示す説明図である。
【図１４】従来の画像形成装置における回収部材の配置状態を示す図である。
【図１５】従来の現像装置における回収部材による形成電界を示す説明図である。
【図１６】従来の現像装置におけるトナー回収法における問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１０１現像ローラ
４トナー供給ブラシ
７規制ブレード
１１感光体ドラム
１３回収電源
１４露光光
１５帯電器
１６クリーニング手段
１７，１１７平板回収部材
２０転写装置
１０４弾性供給ローラ

Claims

像担持体に対向して配置された現像剤担持体であって、現像剤収納部から現像剤が供給され、供給された現像剤によって前記像担持体に現像剤像を形成するための現像剤担持体と、
該現像剤担持体との間で交番電界による回収電界を形成して、現像に寄与されずに残った現像剤を前記現像剤担持体上から前記現像剤収納部へ回収する金属平板状の回収部材と、を備え、
該回収部材は、前記現像剤担持体表面の移動方向に対して前記現像剤担持体に漸次接近するように且つ前記現像剤担持体に非接触に配置されることを特徴とする現像装置。
前記回収部材は、少なくとも交流電圧を重畳された直流電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
前記回収部材の前記現像剤担持体に対向する面は、前記現像剤担持体から離れるにつれて下方向となるように傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
前記回収部材と前記現像剤担持体との間に形成される回収電位差は、交流電圧を重畳された直流電圧の値となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して現像部より上流側に前記現像剤担持体に対向して配置されて、該現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材と、前記現像剤担持体の表面の移動方向に対して前記現像剤供給部材との対向位置よりも下流側かつ現像部より上流側に配置され、前記現像剤担持体上の現像剤の層の厚さを均一に規制するための現像剤規制部材と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
請求項６に記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。