JP6597208B2 - 現像装置、画像形成装置、画像形成システムおよびトナーの選別方法 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置、画像形成装置、画像形成システムおよびトナーの選別方法に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）においては、画像データに基づくレーザー光が、一様に帯電した感光体（例えば感光ドラム）に対して照射（露光）されることにより、感光体表面に静電潜像が形成される。そして、静電潜像が形成された感光体にトナーが供給されることにより、静電潜像が可視化されてトナー像が形成される。このトナー像が、直接又は中間転写体を介して間接的に用紙に転写された後、定着装置で加熱、加圧されることにより、用紙に画像が形成される。

感光体にトナー像を形成する現像方式には、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアーを用いる二成分現像方式がある。二成分現像方式では、トナーとキャリアーを混合して、撹拌することにより、トナーに摩擦帯電を生じさせる。

このような二成分現像方式の現像装置は、例えば、磁性現像剤が充填された現像容器からなっている。現像容器内には感光体表面に対面するように現像剤搬送スリーブが収容されている。現像剤搬送スリーブは、アルミ等の非磁性スリーブ内に複数の磁極を有するマグネットを備えた構造を有し、スリーブの回転により、所定の極性に帯電されたトナーを磁気ブラシの形で、現像域に搬送し、現像を行う。

ところで、所定の極性に帯電されたトナー中には、現像装置内での長期間の撹拌により帯電劣化が生じることが知られている。つまり、現像装置内には帯電劣化したトナー（「劣化トナー」と称する）と帯電劣化していない正常なトナーとが混在する。劣化トナーが増加すると、カブリ、トナー飛散、トナーこぼれといった不具合が発生する。なお、劣化トナーとしては、例えば、未帯電（ゼロ帯電）トナーや帯電量の小さい低帯電トナーが含まれる。

例えば、特許文献１には、劣化トナーを排除する技術として、現像剤が充填される現像容器と、現像容器内に感光体表面に対面して配置される現像剤搬送スリーブと、現像剤搬送スリーブと一定間隔で配置された規制部材と、現像剤撹拌部材と、現像容器内に延ばされ、未帯電トナーや低帯電トナーを吸引するための吸引管と、を備えたものが開示されている。

特開２００１−１３４０９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、規制部材にぶつかった衝撃で舞ったすべてのトナーを、劣化トナーとみなして吸引しており、劣化トナーと正常なトナーとを選別しておらず、劣化トナーを有効に排除することができない問題点があった。

本発明の目的は、劣化トナーを有効に排除することが可能な現像装置、画像形成装置、画像形成システムおよびトナーの選別方法を提供することにある。

本発明に係る現像装置は、
トナーを静電潜像が形成された像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記トナーの吸引口を有し、キャリアーと撹拌された前記トナーを前記キャリアーとともに前記現像剤担持体に搬送する現像剤搬送路と、
前記吸引口の入口から出口に向かって吸引されたトナーにおいて、帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように前記吸引口に電界を発生させる、フィルター部と、
を備える。

本発明に係る画像形成装置は、
現像装置を備え、当該現像装置によって像担持体上にトナー像を形成し、当該トナー像を用紙に転写させた後、定着させることにより、画像を形成する。

本発明に係る画像形成システムは、
画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムであって、
トナーを静電潜像が形成された像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記トナーの吸引口を有し、キャリアーと撹拌された前記トナーを前記キャリアーとともに前記現像剤担持体に搬送する現像剤搬送路と、
前記吸引口の入口から出口に向かって吸引されたトナーにおいて、帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように前記吸引口に電界を発生させる、フィルター部と、
を備える。

本発明に係るトナーの選別方法は、
キャリアーと撹拌され、当該キャリアーとともに搬送されるトナーを、当該トナーの吸引口の入口から出口に向かって吸引し、
帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように、電気力線が前記出口側から前記入口側に向かって湾曲し、かつ、電界強度が前記出口に近づくに応じて強くなる電界を前記吸引口に発生させる。
また、本発明に係るトナーの選別方法は、
トナーを静電潜像が形成された像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記トナーの吸引口を有し、キャリアーと撹拌された前記トナーを前記キャリアーとともに前記現像剤担持体に搬送する現像剤搬送路と、
を有する現像装置におけるトナーの選別方法であって、
前記キャリアーとともに搬送される前記トナーを、前記吸引口の入口から出口に向かって吸引し、
帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように前記吸引口に電界を発生させる。

本発明によれば、劣化トナーを有効に排除することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。 実施の形態に係る現像装置の水平断面図である。 現像装置の横断面図である。 電界フィルターを概略的に示す図である。 電界フィルターの構造を示す図である。 電界フィルターの一例を示す図である。 スリット内に形成される電界を示す図である。 トナーが受ける力を示す図である。 トナーの挙動の一例を示す図である。 電極に印加される交流の矩形波を示す図である。 電極に印加される交流のｓｉｎ波を示す図である。 弱帯電トナーの増えた状態の帯電量分布を示す図である。 跳ね上げ部材の一例を示す断面図である。 跳ね上げ部材の一例を示す平面図である。 跳ね上げ部材の変形例を示す断面図である。 跳ね上げ部材の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す図である。
図１に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１には、ＣＭＹＫの４色に対応する感光ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向（鉛直方向）に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させる縦型タンデム方式が採用されている。

すなわち、画像形成装置１は、感光ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に転写（一次転写）し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙に転写（二次転写）することにより、画像を形成する。

図１に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０、及び制御部１００を備える。

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部（図示略）に格納されている各種データが参照される。記憶部（図示略）は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

また、制御部１００は、通信部（図示略）を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピュータ）との間で各種データの送受信を行う。制御部１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて用紙に画像を形成させる。通信部（図示略）は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１及び原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備える。
自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿を搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿の画像（両面を含む）を連続して読み取ることが可能となる。
原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１及び操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定又はユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う（画像濃度制御）。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１及び中間転写ユニット４２等を備える。画像形成部４０によって形成される画像の書込範囲は予め設定される。

画像形成ユニット４１は、Ｙ成分用、Ｍ成分用、Ｃ成分用、Ｋ成分用の４つの画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋで構成される。画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有するので、図示及び説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、又はＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素についての符号は省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光ドラム４１３、帯電装置４１４、及びドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光ドラム４１３は、例えばアルミニウム製の導電性円筒体（アルミ素管）の周面に、アンダーコート層（ＵＣＬ：Under Coat Layer）、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generation Layer）、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transport Layer）を順次積層した負帯電型の有機感光体（ＯＰＣ：Organic Photo-conductor）である。
電荷発生層は、電荷発生材料（例えばフタロシアニン顔料）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネイト）に分散させた有機半導体からなり、露光装置４１１による露光を受けて一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料（電子供与性含窒素化合物）を樹脂バインダー（例えばポリカーボネート樹脂）に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。

帯電装置４１４は、例えばスコロトロン帯電装置やコロトロン帯電装置等のコロナ放電発生器で構成される。帯電装置４１４は、コロナ放電によって感光ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成される。露光装置４１１は、感光ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光ドラム４１３の電荷発生層で発生した正電荷が電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光ドラム４１３の表面電荷（負電荷）が中和される。これにより、感光ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、各色成分の現像剤（小粒径のトナーとキャリアーとからなる二成分現像剤）を収容しており、感光ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。具体的には、現像剤担持体に現像バイアス電圧が印加され、感光ドラム４１３の表面と現像剤担持体との電位差によって現像剤担持体上の帯電トナーが感光ドラム４１３の表面の露光された部分に移動し、付着する。なお、現像装置４１２の詳細については後述する。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光ドラム４１３の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光ドラム４１３の表面に残存する転写残トナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、及びベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも一つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光ドラム４１３に圧接されることにより、感光ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙へトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側（一次転写ローラー４２２と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙が二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙に二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙の裏面側（二次転写ローラー４２４と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙に静電的に転写される。トナー像が転写された用紙は定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、中間転写ベルト４２１の表面に摺接するベルトクリーニングブレード等を有し、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。

なお、中間転写ユニット４２において、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成（いわゆるベルト式の二次転写ユニット）を採用してもよい。

定着部６０は、用紙の定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙の裏面（定着面の反対の面）側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、及び加熱源６０Ｃ等を備える。
上側定着部６０Ａがベルト加熱方式である場合（図１参照）は定着ベルトが定着面側部材となり、ローラー加熱方式である場合は定着ローラーが定着面側部材となる。また、下側定着部６０Ｂがローラー加圧方式である場合（図１参照）は加圧ローラーが裏面側支持部材となり、ベルト加圧方式である場合は加圧ベルトが裏面側支持部材となる。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙を狭持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙を定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙にトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。また、定着器Ｆには、エアーを吹き付けることにより、定着面側部材又は裏面側支持部材から用紙を分離させるエアー分離ユニットが配置されていてもよい。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、第１の搬送部５３、及び第２の搬送部５４等を備える。
給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１１〜５１３には、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類ごとに収容される。

第１の搬送部５３は、中間搬送ローラー部５３１、ループローラー部５３２、及びレジストローラー部５３３を含む複数の搬送ローラー部を備える。第１の搬送部５３は、給紙部５１、又は外部給紙装置（図示略）から給紙された用紙を画像形成部４０（二次転写部）に搬送する。

第２の搬送部５４は、複数の搬送ローラー部が配置されたスイッチバック経路５４１及び裏面用搬送路５４２を備える。第２の搬送部５４は、用紙をスイッチバック経路５４１に一旦搬送した後、スイッチバックさせて裏面用搬送路５４２に搬送することにより用紙を反転させ、第１の搬送部５３（ループローラー部５３２の上流）に供給する。

給紙部５１、又は外部給紙装置（図示略）から給紙された用紙は、第１の搬送部５３によって画像形成部４０に搬送される。そして、用紙が二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙の一方の面（表面）に一括して二次転写され、定着部６０において定着処理が施される。画像が形成された用紙は、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

図２は、実施の形態に係る現像装置４１２の水平断面図である。図３は、現像装置４１２の横断面図である。図２に示すように、現像装置４１２は、現像装置本体８０、現像装置本体８０にトナーを供給するトナー供給部（図示略）、及び現像装置本体８０にキャリアーを供給するキャリアー供給部（図示略）を備える。

現像装置本体８０は、現像容器８１、撹拌スクリュー８２、供給スクリュー８３、現像ローラー８４（本発明の「現像剤担持体」に対応）および現像剤規制部材８５等を備える。

現像容器８１は、トナーとキャリアーからなる二成分現像剤を収容する。現像容器８１には現像剤搬送路が設けられる。現像剤搬送路は、現像ローラー８４の軸方向に平行に延在する、現像ローラー８４から遠い方の現像剤撹拌経路８１１と現像ローラー８４から近い方の現像剤供給経路８１２とを有する。現像剤撹拌経路８１１と現像剤供給経路８１２は、隔壁８８によって区画される。現像剤撹拌経路８１１と現像剤供給経路８１２は、現像剤が循環搬送されるように、軸方向両端部で連通する。すなわち、現像剤撹拌経路８１１における現像剤搬送方向と、現像剤供給経路８１２における現像剤搬送方向は逆になる。

現像剤撹拌経路８１１には、軸方向に沿って撹拌スクリュー８２が配置される。撹拌スクリュー８２は、駆動モーター８２３に接続された軸心８２１のほぼ全長にわたって所定のピッチで螺旋状に羽根８２２が形成された構成を有する。撹拌スクリュー８２が回転することにより、現像剤が撹拌されつつ一方向（図２では下から上）に搬送される。

現像剤供給経路８１２には、軸方向に沿って供給スクリュー８３が配置される。供給スクリュー８３は、撹拌スクリュー８２と同様の構成を有し、すなわち駆動モーター８３３に接続された軸心８３１のほぼ全長にわたって所定のピッチで螺旋状に羽根８３２が形成された構成を有する。なお、現像剤供給経路８１２から現像剤撹拌経路８１１に向かう連通部近傍の羽根８３２ａは、現像剤を現像剤供給経路８１２に循環させるために、逆向きの螺旋状に形成される。供給スクリュー８３が回転することにより、トナーとキャリアーが撹拌されつつ一方向（図２では上から下）に搬送される。

現像剤撹拌経路８１１及び現像剤供給経路８１２において現像剤が搬送される際、現像剤に含まれるトナーとキャリアーが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電する。ここでは、キャリアーは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。正極性に帯電したキャリアーの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力により付着する。そして、現像剤は、現像剤供給経路８１２を搬送される過程で、現像ローラー８４に供給される。

現像ローラー８４は、静電潜像が形成された感光ドラム４１３に現像剤を供給する。現像ローラー８４は、例えば回転不能に固定された磁石体（図示略）と、磁石体の周囲に回転可能に配置された円筒状の搬送スリーブ（図示略）を有する、いわゆるマグネットローラーである。現像ローラー８４の略上方には、現像ローラー８４から所定距離だけ離間して、現像剤規制部材８５が対向配置される。現像剤規制部材８５は、ステンレス鋼材等の磁性体で形成された板状の部材であり、現像ローラー８４と平行に延在する。

現像ローラー８４の磁石体は複数の磁極を有する。これらの複数の磁極によって搬送スリーブで現像剤を搬送するための磁界（磁力線）が形成される。
搬送スリーブに供給された現像剤は、磁石体によって形成された磁力線に沿って穂立ちし、いわゆる磁気ブラシを形成する。そして、現像剤は、搬送スリーブの回転に伴い反時計周りに搬送され、現像剤規制部材８５とのギャップを通過することで一定厚に規制される。搬送スリーブに担持されたトナーが感光ドラム４１３に供給されることにより、感光ドラム４１３上の静電潜像が現像される。

図２に示すように、現像容器８１は、現像剤撹拌経路８１１の上方にトナーの補給口８１ａおよびトナーの吸引口８１ｂを有する。補給口８１ａは、トナー供給部（図示略）と現像剤撹拌経路８１１とに連通して、トナー供給部からのトナーを現像装置本体８０に補給する。補給口８１ａは、現像剤撹拌経路８１１の現像剤搬送方向における最上流部に設けられる。

吸引口８１ｂは、現像剤搬送方向において補給口８１ａより下流であって、補給口８１ａから補給された大部分のトナーがキャリアーと良く撹拌され、未帯電のトナーが十分に帯電され、帯電量が所定値以上の正常なトナーとなるように補給口８１ａから十分に離れた搬送方向における位置に配置される。

吸引口８１ｂは、具体的には、現像剤撹拌経路８１１の現像剤搬送方向における最下流部の位置に設けられる。なお、吸引口８１ｂは、現像剤供給経路８１２に設けられてもよい。いずれにしても、吸引口８１ｂの位置は、補給口８１ａから現像剤搬送方向に十分に離れた位置に設定される。吸引口８１ｂには、現像剤撹拌経路８１１内のトナーをエアーと共に吸引する吸引部（図示略）がダクトを介して接続される。吸引部に吸引されたトナーは現像装置４１５の外に出されない。吸引口８１ｂには電界フィルター９０（本発明の「フィルター部」に対応）が設けられている。

次に、電界フィルター９０の構成について図３から図５を参照して説明する。図４は吸引口８１ｂに設けられた電界フィルター９０を概略的に示す図である。図５は、電界フィルター９０の構造を示す図である。
図４および図５に示すように、電界フィルター９０は、基盤９１および電極α，βを有する。基盤９１は絶縁性を有する。基盤９１には細い溝を有する吸引口８１ｂとしての複数のスリット９１１が溝の幅方向に等間隔に設けられる。つまり、スリット９１１には、現像剤撹拌経路８１１内のトナーがエアーと共に吸引される。スリット９１１は、エアー吸引によって現像剤撹拌経路８１１内のトナーが舞い上がる高さ位置に設けられる。

電極α，βは、スリット９１１の幅方向における両側の溝壁９１２に設けられる。両側の溝壁９１２に設けられた電極α，βには、互いに位相がずれている交流が印加される。なお、図５に、二相交流が印加される電極α，βの配置を示す。しかし、本発明の電極の配置はこれに限らない。例えば、三相交流が印加される電極の配置であってもよい。また、位相はずれていればよく、二相、三相に限定されない。さらに、電源α，βに交流が印加されればよく、電界フィルター９０が交流電源を有している必要はない。

図６は、電界フィルター９０の一例を示す断面図である。図６に示すように、スリット９１１は逆Ｖ字断面形状の溝を有する。スリット９１１の溝幅は、入口９１４から出口９１６に向かって深くなるに応じて狭くされている。以下、入口９１４から出口９１６に向かう方向を「吸引方向」または「上方向」という。これにより、両側の溝壁９１２に設けられた電極α，β間の距離は、吸引方向に深くなるに応じて短くされる。したがって、電界強度は、吸引方向に深くなるに応じて強くなる。また、電気力線は、吸引方向と反対の方向（下方向）に凸に湾曲するように形成される（図６に点線で示す）。電界フィルター９０は、入口９１４から出口９１６に向かって吸引されたトナーに対し、トナーの帯電量に応じた大きさの下方向の成分の力を付与するようにスリット９１１に電界を発生させる。

図７は、スリット９１１内に形成される電界を示す図である。
スリット９１１の出口９１６側の幅ｄは、０．２５〜１．０［ｍｍ］である。スリット９１１の高さｈは、１．６［ｍｍ］である。スリット９１１の角度θは５〜４５°である。スリット９１１の開口率は、１０〜１５％である。なお、ここで、開口率とは、開口の面積の総和を基盤９１の面積で割った値をいう。

以上の数値を有するスリット９１１の両溝壁９１２，９１２に電極α，βが設けられる。交流が印加される電極α、βの電位をＶα，Ｖβとすると、Ｖα，Ｖβは逆位相の関係にある。また、ピークピーク値Ｖｐ−ｐは、８００〜３２００［Ｖ］である。また、交流の周波数ｆは、２〜１２ｋＨｚであり、交流波形は、ｓｉｎ波であってもよく、矩形波などであってもよい。なお、交流波形として、ｓｉｎ波を選択するか、矩形波を選択するかは、上述するスリット９１１の幅ｄ、高さｈ、角度、開口率、電圧などのパラメータに基づいて設定される。

図８は、トナーが電界フィルター９０を通過するときに、トナーが受ける力を示す図である。なお、スリット９１１には、吸引方向に深くなるに応じて電界強度を強くした電気力線（破線で示す）が形成されている。また、トナーが受ける重力をＦ１とする。

吸引方向に吸引されるエアーにより、トナーは、吸引力Ｆ２を受ける。ここで、吸引力Ｆ２は、重力Ｆ１より大きいものとする。また、マイナス電荷を帯びたトナーは、電界から斜め方向の力Ｆ３を受ける。これによってスリット９１１に進入したトナーは進行方向を曲げられる。なお、電界から受ける力Ｆ３は、トナーが帯びる帯電量が大きくなるに応じて、また、電界強度が強くなるに応じて大きくなる。

図８に示すように、力Ｆ３がおおきくなるに応じて合力Ｆ４（＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）における吸引方向と反対の方向（下方向）成分の力が大きくなって、合力Ｆ４の向きは下方向に傾く。一方、力Ｆ３が小さくなるに応じて合力Ｆ４は、下方向成分の力が小さくなって、合力Ｆ４の向きは上方向に傾く。これにより、電界フィルター９０は、大きい帯電量のトナーに下方向成分の力を付与し、小さい帯電量のトナーに上方向成分の力を付与する。

次に、電界フィルター９０を通過するトナーの挙動の一例について図９を参照して説明する。なお、ここでは、大きい帯電量のトナーを正常な帯電量のトナーといい、小さい帯電量のトナーを弱帯電トナーという。なお、弱帯電トナーには未帯電トナーが含まれる。
スリット９１１における正常な帯電量のトナーＱ１は、電界から受ける力Ｆ３が大きいため、合力Ｆ４の向きが斜め下向きとなり、下方に大きく曲げられて最終的に入口９１４から現像剤撹拌経路８１１に戻される。

また、正常な帯電量のトナーＱ２は、帯電量がトナーＱ１より小さく、入口９１４側において電界強度が弱いため、合力Ｆ４が斜め上向きとなり、出口９１６側に移動する。出口９１６側に移動すると、電界強度が強くなるため、合力Ｆ４が斜め下向きとなり、最終的に入口９１４から現像剤撹拌経路８１１に戻される。このように、トナーＱ２が入口９１４〜出口９１６〜入口９１４に移動する間において、電極α，βの極性が切り替えられる度にトナーの移動方向が変更されるため、トナーＱ２は、電極α，β間を往復移動する。

弱帯電トナーｑ１は、帯電量が小さく、電界から受ける力Ｆ３が小さいため、合力Ｆ４の向きが斜め上向きとなり、あまり曲げられず出口９１６から現像剤撹拌経路８１１外に除去される。

弱帯電トナーｑ２は、弱帯電トナーｑ１より帯電量が小さく、電界から受ける力Ｆ３を受けないため、合力Ｆ４の向きが上向きとなり、出口９１６から現像剤撹拌経路８１１外に除去される。このように、トナーｑ２が入口９１４〜出口９１６に移動する間において、電極α，βの極性が切り替えられる度にトナーの移動方向が変更されるため、トナーｑ２は、電極α，β間を往復移動する。なお、トナーはマイナスに帯電されるため、極性がプラスの電極に付着するが、極性がプラスからマイナスに切り替えられたとき、電極から弾き飛ばされる。弾き飛ばされないで電極に付着したままのトナーが電極を汚すことになる。電極の汚れを除去する構成については後述する。

次に、電極α，βに印加される交流について、図１０および図１１を参照して説明する。図１０に、ピークピーク値Ｖｐ−ｐが８８０［Ｖ］、周波数１０ｋＨｚの矩形波を示す。図１１に、ピークピーク値Ｖｐ−ｐが８００［Ｖ］、周波数１０ｋＨｚのｓｉｎ波を示す。

本実施の形態において、電極α，βに印加される交流は、矩形波でも、ｓｉｎ波でもよい。矩形波の場合、一定時間一定の電界から受ける力Ｆ３をトナーが受けるため、トナーの動きがシャープになる傾向がある。ｓｉｎ波の場合、トナーの動きがゆるやかになる傾向がある。

図１２は、弱帯電トナーの増えた状態の帯電量分布を示す図である。横軸は、帯電量Ｑ［ｆｅｍｔ−Ｃ］と粒径Ｄ[μｍ]とで規定された値を示す。縦軸は個数（個）を示す。弱帯電トナーの分布を図１２に破線で囲まれた部分で示す。なお、帯電量が所定値以上のトナーを正常な帯電量のトナーといい、帯電量が所定値未満のトナーを弱帯電トナーという。ここで、所定値とは、例えば、−０．２５［ｆＣ／μｍ］である。

電界フィルター９０は、この弱帯電トナーの帯電量に対し上向き成分の力を付与するように、かつ、弱帯電トナーの帯電量を超える正常の帯電量のトナーに対し下向き成分の力を付与するように、スリット９１１に電界を発生させる。これにより、正常な帯電量のトナーと弱帯電トナーとを選別し、正常な帯電量のトナーを吸引せずに入口９１４から現像剤撹拌経路８１１に戻し、弱帯電トナーを吸引して出口９１６から除去することが可能となる。

帯電量の低いトナーは電界から受ける力Ｆ３が弱いためあまり曲げられず出口９１６まで到達する。一方で、吸引の必要ない正常な帯電量のトナーは現像剤撹拌経路８１１に戻し、スリット９１１内にとどまらせないことで電極α，βを汚れにくくする。

次に、弱帯電トナーを吸引するタイミングについて説明する。
電界フィルター９０は、現像装置４１２を駆動するとき、トナーを常時吸引し、かつ、電極α，βに交流を印加して、弱帯電トナーを吸引する（常時吸引）。これにより、カブリ等の不具合発生に対し高い抑制効果を奏する。

なお、弱帯電トナーの吸引は、常時吸引に限らない。例えば、電界フィルター９０は、トナー吸引動作開始条件を満たした場合、トナー吸引を実施するようにしてもよい（必要時吸引）。ここで、トナー吸引動作開始条件とは、装置内でのトナー帯電量測定結果が閾値（例えば、帯電量が２５μＣ／ｇ）より低いと判断されたとき、または、低カバレッジでの印字が一定枚数（例えば、１０００枚）以上連続したときのいずれかである。なお、トナー吸引を実施する時は現像ローラー８４は駆動させず、撹拌スクリュー８２および供給スクリュー８３のみの駆動で現像剤を循環させる。必要時吸引においては、現像ローラー８４は駆動させず、撹拌スクリュー８２のみの駆動で現像剤を循環させる。必要時吸引以外の通常時は、必要時吸引のときより弱い電圧を電極α，βに印加し、トナーが電界の作用で電極α，βに引きつけられないように抑制する。必要時吸引においては、常時吸引と異なり、時期を限定して弱体電トナーを吸引するため、電極α，βの汚れをより発生し難くすることが可能となる。また、省電力化に寄与することが可能となる。

ところで、撹拌スクリュー８２の羽根８２２の形状や吸引口８１ｂの高さ位置によっては、撹拌スクリュー８２によって現像剤撹拌経路８１１内のトナーが吸引口８１ｂまで舞い上がらない場合がある。そこで、本実施の形態において、トナーを吸引口８１ｂまで舞い上がらせるための跳上げ部材９４を設けてもよい。
次に、跳ね上げ部材９４について図１３および図１４を参照して説明する。図１３は、跳ね上げ部材９４の一例を示す断面図である。図１４は、跳ね上げ部材９４の一例を示す平面図である。

跳ね上げ部材９４は、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）製で、復元力を有し、内壁に貼り付けられた一端部と、撹拌スクリュー８２に摺擦する他端部とを有する。跳ね上げ部材９４は、撹拌スクリュー８２の回転によりスリット９１１の入口９１４に近づく方向と入口９１４から離れる方向との間で動作し、現像剤を跳ね上げる。

跳ね上げ部材９４は、撹拌スクリュー８２のスクリューピッチの１／ｎに相当する幅を有する。ここで、ｎは２以上の整数である。ｎ個の跳上げ部材９４は、軸心８２１に沿って横並びに貼り付けられる。ｎ個の跳上げ部材９４が交互に動くことで現像剤を跳ね上げる回数を増やし、積極的にトナーを飛散させる。なお、弱帯電トナーを積極的に吸引するため、現像剤にストレスを与えてトナーを飛散させる。

次に、跳ね上げ部材９４の変形例について図１５および図１６を参照して説明する。図１５は、跳ね上げ部材９４の一例を示す断面図である。図１６は、跳ね上げ部材９４の一例を示す平面図である。

跳ね上げ部材９４は軸心８２１から垂直に伸ばされ、スクリュー半径と同程度の長さを有するパドル９６（本発明の「板状部材」に対応）を備える。パドル９６は、撹拌スクリュー８２における吸引口８１ｂの下方位置に設けられる。パドル９６は、撹拌スクリュー８２の回転により現像剤を跳ね上げる。なお、複数のパドル９６が設けられる場合、複数のパドル９６の軸方向における位置関係は、同じでも良く、異なっても良い。

上記の実施の形態に係る現像装置４１２によれば、現像剤撹拌経路８１１からスリット９１１に吸引されたトナー対し帯電量に応じた大きさの下方向の成分力を付与するようにスリット９１１に電界を発生させ、弱帯電のトナーをスリット９１１の出口９１６から除去する。これにより、弱帯電のトナーを有効に排除することができる。

また、補給口８１ａから補給され、スリット９１１にくるまでに撹拌されたトナーの帯電量が所定値（例えば、前述する−０．２５［ｆＣ／μｍ］）以上になるように補給口８１ａからトナー搬送方向に十分に離れた位置にスリット９１１を設けられる。これにより、補給口８１ａとスリット９１１の間の撹拌によっても正常な帯電量のトナーにならなかった弱帯電のトナーを、スリット９１１の位置に搬送することができる。

さらに、複数のスリット９１１が等間隔に幅方向に設けられた基盤９１と、スリット９１１の両溝壁９１２に設けられた電極α，βとを備えた簡単な構成により、弱帯電のトナーを排除することができる。

さらに、一対の電極α，βに互いに異なる位相の交流電圧を印加する。これにより、弱帯電のトナーと正常な帯電量のトナーとを、一対の電極α，β間で往復移動させながら選別することができる。

さらに、一対の電極α，βの間における電気力線を出口９１６側から入口９１４側に向かって湾曲させて形成するように、かつ、電界強度が入口９１４から出口９１６に近づくに応じて強くなるように、電圧を印加する。これにより、トナーの帯電量に応じて、また、トナーが出口９１６に近づくに応じて電界から下方向の成分力を受け、正常な帯電量のトナーを入口９１４から現像剤撹拌経路８１１に戻し、弱帯電トナーを出口９１６から除去することができ、正常な帯電量のトナーと弱体電トナーとの選別をより確実に実施することができる。

上記の実施の形態では、現像装置４１２を駆動するときは、弱帯電トナーを常時吸引することについて説明したが、本発明はこれに限らない。弱帯電トナーの常時吸引により、トナーが電極α，βに付着する確率増えるため、電極α，βが徐々に汚れてしまう。電極α，βの汚れを除去するために以下のクリーニング構成を設けるようにしてもよい。

電界フィルター９０は、弱帯電トナーの吸引を実施しない非吸引時において、電極α，βに吸引時より例えば２〜３倍高い電圧を印加し、トナーが電極α，βからはじき飛ばされるようにする。これにより、電極α，βの汚れを除去することが可能となる。ここで、「非吸引時」とは、前述する必要時吸引以外の時をいう。高電圧を印加する条件は、例えば、印字が一定枚数以上連続したとき、または、吸引実施時間が一定時間を超えたときのいずれかである。例えば、印字１００００枚毎に高電圧の印加が実施され、また、吸引実施時間が６時間を超えたとき高電圧の印加が実施される。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、画像形成装置１を含む複数のユニットで構成される画像形成システムに適用できる。複数のユニットには、例えば、後処理装置、ネットワーク接続された制御装置等の外部装置が含まれる。

１ 画像形成装置
８０ 現像装置本体
８１ 現像容器
８２ 撹拌スクリュー
８３ 供給スクリュー
８４ 現像ローラー
８５ 現像剤規制部材
９０ 電界フィルター
９４ 跳ね上げ部材
９６ パドル
１００ 制御部
８１ａ 補給口
８１ｂ 吸引口
８１１ 現像剤撹拌経路
８１２ 現像剤供給経路
９１１ スリット
９１２ 溝壁
９１４ 入口
９１６ 出口
α，β 電極

Claims (15)

1. トナーを静電潜像が形成された像担持体に供給する現像剤担持体と、
   前記トナーの吸引口を有し、キャリアーと撹拌された前記トナーを前記キャリアーとともに前記現像剤担持体に搬送する現像剤搬送路と、
   前記吸引口の入口から出口に向かって吸引されたトナーにおいて、帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように前記吸引口に電界を発生させる、フィルター部と、
   を備える、現像装置。
2. 前記現像剤搬送路は、トナーの補給口を有し、
   前記吸引口は、前記現像剤搬送路内のトナー搬送方向における前記補給口より下流であって、かつ、前記補給口から補給され、前記吸引口にくるまでに撹拌されたトナーの帯電量が所定値以上になるように前記補給口から離れた位置に設けられることを特徴とする、請求項１記載の現像装置。
3. 前記フィルター部は、
   基盤を貫通する溝を有し、溝の幅方向に設けられた前記吸引口としての複数のスリットと、
   前記スリットの前記幅方向における両側の溝壁に設けられた電極と、
   を備える、請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記両側の溝壁に設けられた一対の電極には、互いに異なる位相の交流電圧が印加される、請求項３に記載の現像装置。
5. 前記一対の電極には、当該一対の電極の間における電気力線を前記出口側から前記入口側に向かって湾曲させて形成するように、かつ、電界強度を前記出口に近づくに応じて強くするように、前記交流電圧が印加される、請求項４に記載の現像装置。
6. 前記一対の電極には、当該電極に付着したトナーを除去するように、前記交流電圧より高い交流電圧が印加される、請求項４または５に記載の現像装置。
7. 前記スリットに向かって、前記現像剤搬送路内のトナーを跳ね上げる跳上げ部材を備える、請求項３から６のいずれか一項に記載の現像装置。
8. 前記現像剤搬送路は、トナーをキャリアーと撹拌するように回転する撹拌部材を備え、 前記跳上げ部材は、前記撹拌部材に連動する、請求項７に記載の現像装置。
9. 前記跳上げ部材は、復元力を有し、固定端としての一端部と、自由端として他端部を備え、
   前記跳上げ部材の他端部は、前記撹拌部材に摺擦することにより前記吸引口に近づく方向と当該吸引口から離れる方向との間で動作する、請求項８に記載の現像装置。
10. 前記跳上げ部材は、前記撹拌部材の回転軸に対し直交するように配置される板状部材を備える、請求項８に記載の現像装置。
11. 前記板状部材は、トナーをキャリアーと撹拌する、請求項１０に記載の現像装置。
12. 前記請求項１から１１のいずれか一項に記載の現像装置を備え、当該現像装置によって像担持体上にトナー像を形成し、当該トナー像を用紙に転写させた後、定着させることにより、画像を形成する、画像形成装置。
13. 画像形成装置を含む複数のユニットで構成される画像形成システムであって、
    トナーを静電潜像が形成された像担持体に供給する現像剤担持体と、
    前記トナーの吸引口を有し、キャリアーと撹拌された前記トナーを前記キャリアーとともに前記現像剤担持体に搬送する現像剤搬送路と、
    前記吸引口の入口から出口に向かって吸引されたトナーにおいて、帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように前記吸引口に電界を発生させる、フィルター部と、
    を備える、画像形成システム。
14. キャリアーと撹拌され、当該キャリアーとともに搬送されるトナーを、当該トナーの吸引口の入口から出口に向かって吸引し、
    帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように、電気力線が前記出口側から前記入口側に向かって湾曲し、かつ、電界強度が前記出口に近づくに応じて強くなる電界を前記吸引口に発生させる、トナーの選別方法。
15. トナーを静電潜像が形成された像担持体に供給する現像剤担持体と、
    前記トナーの吸引口を有し、キャリアーと撹拌された前記トナーを前記キャリアーとともに前記現像剤担持体に搬送する現像剤搬送路と、
    を有する現像装置におけるトナーの選別方法であって、
    前記キャリアーとともに搬送される前記トナーを、前記吸引口の入口から出口に向かって吸引し、
    帯電量が高いトナーほど前記入口から排出され、帯電量が低いトナーほど前記出口に到達するように前記吸引口に電界を発生させる、トナーの選別方法。

Images