現像装置、プロセスユニット、及び画像形成装置
【課題】印字中、常にフレア状態を一定にすることが出来、画像不良等の不具合が発生しにくい現像装置を提供する。
【解決手段】トナー層規制部材１０４に印加するバイアスを電気的にフロートにし、画像上にスジ状地汚れが発生しないようにする。トナー層規制部材１０４を電気的にフロートにした場合、トナー層規制部材１０４とトナー間の摩擦で発生した電荷が、トナー層規制部材１０４に蓄積し、一定以上蓄積すると異常放電が発生してトナー担持ローラ１０３の表面を傷つけたり、トナー担持ローラ１０３上のトナー薄層を乱したりし、異常画像の原因となるので、予め異常放電が発生する量の電荷が蓄積する前に、電荷を逃がすために、トナー層規制部材１０４と画像形成装置本体のグランドとの間にスイッチを配し、そのスイッチをＯＮ、ＯＦＦさせることで、電気的にフロートにしたり、電荷を逃がしたりする。
【解決手段】トナー層規制部材１０４に印加するバイアスを電気的にフロートにし、画像上にスジ状地汚れが発生しないようにする。トナー層規制部材１０４を電気的にフロートにした場合、トナー層規制部材１０４とトナー間の摩擦で発生した電荷が、トナー層規制部材１０４に蓄積し、一定以上蓄積すると異常放電が発生してトナー担持ローラ１０３の表面を傷つけたり、トナー担持ローラ１０３上のトナー薄層を乱したりし、異常画像の原因となるので、予め異常放電が発生する量の電荷が蓄積する前に、電荷を逃がすために、トナー層規制部材１０４と画像形成装置本体のグランドとの間にスイッチを配し、そのスイッチをＯＮ、ＯＦＦさせることで、電気的にフロートにしたり、電荷を逃がしたりする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤が現像剤担持体外周表面移動することにより現像剤を現像領域へ搬送する現像剤担持体を備えた現像装置、この現像装置を備えたプロセスユニット、及びこれらのいずれかを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに異なる電圧が印加される複数の電極を備えた現像剤担持体を有する現像装置が知られている。例えば、現像剤担持体上の現像剤を感光体等の潜像担持体に直接接触させないで、現像剤を潜像担持体上の潜像に供給して現像を行う現像装置がある。そして、この現像装置の一例としては、現像剤担持体上の一成分現像剤（トナー）をクラウド化させることによってトナーを潜像担持体上に供給する方式を採用するものがある。
【０００３】
この方式に使用される現像剤担持体は、外周面に沿って複数種類の電極が所定のピッチで配置され、その複数種類の電極の外周面側を保護層で覆ったものである。この複数種類の電極に対し、時間的に変化する互いに異なる電圧をそれぞれ印加して、時間的に変化する電界を互いに近接する複数種類の電極間に形成する。すると、この電界により現像剤担持体上のトナーを互いに近接する複数種類の電極間で飛翔させることができる。このようにトナーが飛翔する現象を、本願では「フレア」と称する。）。これにより、現像剤担持体の外周面近傍の空間でトナーがクラウド化した状況となる。
【０００４】
以上のような方式を用いた現像装置において、トナーの帯電量が十分でない場合、トナーがブレードをすり抜けて、現像剤担持体、例えば現像ローラ上でスジ状の塊になって汚し、これが画像上の地肌部に転写されてしまい、スジ状の地肌汚れを発生させたり、機内汚れ等の不具合を発生させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、このような不具合の発生を防止するために、印字中、常にフレア状態を一定にすることが出来、画像不良等の不具合が発生しにくい現像装置、プロセスユニット、画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の現像装置のうち請求項１に係るものは、静電潜像担持体に対向して配置され、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像装置において、前記現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、前記現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置し、各電極部材間に絶縁層を介在させ、該電極部材と前記現像剤担持体の電極間に電界を形成し、該形成した電界により前記現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界形成手段を備え、前記現像剤担持体は前記電極よりも外周面側に、現像剤に所望の荷電を付与する表層を持ち、顔現像剤担持体上の表層厚さを規制する現像剤規制部材を有し、前記現像剤規制部材を電気的にフロートとすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係るものは、請求項１に記載の現像装置において、前記現像剤規制部材に蓄積された電荷を逃がす手段を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係るものは、請求項２に記載の現像装置において、前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体と該現像剤担持体の電極間に印加している電界をオフとして行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係るものは、請求項２に記載の現像装置において、前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体の動作を停止させて行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係るものは、請求項３または４に記載の現像装置において、前記蓄積された電荷を逃がすタイミングを印字タイミングのジョブ間としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係るプロセスユニットは、潜像担持体と、請求項１から５のいずれかに記載の現像装置とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る画像形成装置は、請求項１から５のいずれかに記載の現像装置を画像形成装置本体に備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る画像形成装置は、請求項６に記載のロセスユニットを画像形成装置本体に着脱可能に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フレア状態を安定にすることが可能なため、画像不良が無くなるといった優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備える画像形成装置の要部断面図
【図２】図１に示した本発明に係る現像装置とプロセスカートリッジの拡大断面図
【図３】図２の要部平面断面図
【図４】同トナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。
【図５】同トナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図
【図６】トナー担持ローラの内側電極及び外側電極に印加する電圧の一例を示す図
【図７】実施例と比較データを実験した際の印加バイアスの説明図
【図８】実施例と比較データの実験結果
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の現像装置は、静電潜像担持体に対向して配置され、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有するタイプのものである。現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置し、各電極部材間に絶縁層を介在させた現像剤担持体と現像剤担持体の電極間に電界を形成して、電界により現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界形成手段を備えている。そして、電極よりも、現像剤担持体外周面側に現像剤に所望の荷電を付与する表層を持ち、現像剤担持体上の層厚を規制する現像剤規制部材を有する。そして、現像剤規制部材を電気的にフロートとさせ、フレア現像を用いた場合でも、画像上スジ状地汚れが発生しにくくする。
【００１７】
また本発明は、現像剤規制部材に蓄積された電荷を逃がす構成を持ち、現像剤規制部材を電気的にフロートにすることで、現像剤規制部材に蓄積した電荷が、リークを発生させて、現像剤担持の表層破壊等の異常が起こることを未然に防ぐものである。
【００１８】
また本発明は、電荷を逃がす際は、現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置した、各電極部材間に絶縁層を介在させた現像剤担持体と現像剤担持体の電極間にかけている電界をオフとして行い、機内汚れを防止するものである。
【００１９】
また本発明は、電荷を逃がす際は、現像剤担持体である現像ローラの回転を停止させて行い、新たな電荷の蓄積や、トナー劣化を抑制する。
【００２０】
さらに本発明は、電荷を逃がすタイミングを印字タイミングのジョブ間に行い、一枚当たりの印字時間を短縮する。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置である複写機について適用した実施例を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施例に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備える画像形成装置の要部断面図である。各プロセスカートリッジユニット１は、感光体ドラム２、帯電部材３、現像手段４、および感光体クリーニング手段５を一体に結合して備える構成になっている。各プロセスカートリッジユニット１は図示しない画像形成装置本体からいくつかのストッパーを解除することにより取り出して交換できる、すなわち着脱可能な構成にもなっている。
【００２２】
感光体ドラム２は、矢印方向に回転している。帯電部材３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転により従動回転している。帯電部材３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体ドラム２の表面を帯電している。なお本実施例においては、帯電部材３にローラ状の部材を用いているが、コロナ帯電などの非接触帯電方式を用いても良い。
【００２３】
帯電部材３は感光体ドラム２に対して画像情報に基づいて露光し、該感光体ドラム２の表面に静電潜像を形成する。本実施例においては帯電部材３にレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式を用いているがLEDアレイなどを用いる構成でも良い。感光体クリーニング手段５は感光体ドラム２表面の転写残トナーのクリーニングを行う。
【００２４】
イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色ごとのプロセスカートリッジユニット１が中間転写ベルト７の移動方向に並列に4個配設され、順に該中間転写ベルト７上に可視像を形成する。一次転写ローラ８と感光体ドラム２の間では図示しない高圧電源により一次転写バイアスが印加され、感光体ドラム２表面の現像剤の画像を中間転写ベルト７の表面に転写する。中間転写ベルト７は、図示しない駆動モータによって図中の矢印方向に回転駆動されるようになっており、この中間転写ベルト７に各色の可視像を表面に順次重ねて転写することでフルカラー画像を形成する。
【００２５】
形成されたフルカラー画像は、二次転写ローラ９と中間転写ベルト７との間に所定の電圧を印加することにより転写材である用紙１０に転写され、定着装置１２にて用紙１０の上に転写された現像剤の画像が熱と圧力により定着され出力される。二次転写ローラ９で転写されずに中間転写ベルト７上に残留した現像剤は転写ベルトクリーニング手段１１に回収される。
【００２６】
図２は、図１に示した本発明に係る現像装置とプロセスカートリッジの拡大断面図、図３はその要部平面断面図である。
現像手段４は、現像剤を収容する現像剤収容室であるトナー収容室１０１と、トナー収容室１０１の下方に設けられた現像剤供給室であるトナー供給室１０２から構成され、トナー収容室１０１とトナー供給室１０２を仕切るように仕切り部材１１０が設けられている。仕切り部材１１０には複数の開口部１０７が設けられている。開口部１０７は、現像剤がトナー収容室１０１からトナー供給室１０２へ供給する供給口と現像剤をトナー供給室１０２からトナー収容室１０１へ戻す返送口とに分かれている。トナー供給室１０２の下部には、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３と、トナー担持ローラ１０３に当接して設けられたトナー層規制部材１０４およびトナー担持ローラ１０３の表面にトナーを供給する現像剤供給部材であるトナー供給ローラ１０５が設けられる。トナー供給ローラ１０５はトナー担持ローラ１０３の表面に当接して設けられている。トナー担持体１０３は感光体ドラム２に非接触で配置され、以下に示す電圧を高圧電源から印加される。
【００２７】
トナー収容室１０１内にはトナー搬送部材１０６が設けられている。図３に示すように、現像手段４において、鉛直方向に略直線状に配置された、搬送するトナー搬送部材１０６、トナー撹拌部材１０８及びトナー供給ローラ１０５の回転軸近傍の断面を示している。
【００２８】
トナー層規制部材１０４は、トナー供給室１０２に設けられた、トナー供給ローラ１０５によってトナー担持ローラ１０３の表面上に供給され、感光体２とトナー担持ローラ１０３との対向部に向かうトナーの層厚を規制するブレード状の部材であり、上述のようにトナー担持ローラ１０３の表面に当接して設けられている。
【００２９】
トナー搬送部材１０６は、トナー収容室１０１内に、トナー収容室１０１内のトナーを感光体２の回転軸に平行な方向（図２の紙面垂直方向）に搬送するように設けられている。
【００３０】
なおトナー収容室１０１に収容するトナーは、重合法で作成したものを用い、平均粒径が６．５［μｍ］で、円形度が０．９８、安息角３３［°］、外添剤としてチタン酸ストロンチュームを含有しているトナーである。本発明を適用したプリンタ１００に用いるトナーとしては、これに限るものではない。
【００３１】
トナー収容室１０１内に設けられたトナー搬送部材１０６は、図３に示すように搬送スクリュー形状１０６ａと搬送板形状１０６ｂとを組み合わせた回転軸を有した部材である。トナー搬送部材１０６は、搬送スクリュー形状１０６ａの回転動作によりトナー収容室１０１内のトナーをトナー搬送部材１０６の回転軸に平行な略水平方向（図３中の矢印Ｃ方向）に搬送できる構成となっている。現像手段４では、トナー搬送部材１０６の回転軸に平行な方向にトナーを搬送する搬送スクリュー形状１０６ａを備えた構成であるが、現像剤搬送部材としてはこれに限ったものでなく、搬送ベルトやコイル状の回転体等の搬送機能を有するものを用いることができる。さらにこれらの搬送機能を有するものと、羽根のような板部材や針金を曲げて構成したパドルのようなもの等のほぐし機能を有するものを組み合わせたものでも良い。
【００３２】
また、本実施例の現像手段４では、トナー収容室１０１からトナー供給ローラ１０５に向けて、トナーをトナー搬送部材１０６の回転軸に直交し、且つ、略鉛直下方にトナーを搬送する構成となっている。トナーの搬送方向としては、トナー搬送部材１０６の回転軸に直交し、且つ、略水平方向に搬送する構成としてもよい。
【００３３】
仕切り部材１１０の鉛直下方のトナー供給室１０２内にはトナー撹拌部材１０８が配置されている。トナー撹拌部材１０８は、図３に示すように撹拌スクリュー形状１０８ａと撹拌板形状１０８ｂとを組み合わせた回転軸を有した部材である。トナー撹拌部材１０８は、撹拌スクリュー形状１０８ａの回転動作によりトナー供給室１０２内のトナーをトナー撹拌部材１０８の回転軸に平行な略水平方向（図３中の矢印ＤまたはＥ方向）に搬送できる構成となっている。
【００３４】
図３に示すように、トナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュー形状１０８ａは、軸方向について供給口１１１を挟んで外側に向かう方向（図３中の矢印Ｄ方向）にトナーを搬送するように螺旋状の羽部が設けられている。さらに、トナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュー形状１０８ａは、軸方向について２つの返送口１０７よりも外側と内側とは螺旋状の羽部が逆巻きになっている。このため、供給口１１１からトナー供給室１０２に供給されたトナーはトナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュー形状１０８ａの回転によって軸方向外側（矢印Ｄ方向）に搬送され、返送口１０７よりも外側に到達したトナーは羽部が逆巻きの撹拌スクリュー形状１０８ａによって返送口１０７に向かって搬送される。
【００３５】
返送口１０７を挟んで軸方向の外側と内側とでは、撹拌スクリュー形状１０８ａによるトナーの搬送方向が逆であり、返送口１０７に向かうようにトナーに搬送力を付与するため、返送口１０７の下方ではトナーが軸方向両側から集められ、山状に押し上げられる。これにより、トナー収容室１０１から供給口１１１または返送口１０７を通過してトナー供給室１０２に供給されたトナーが過剰である場合は、返送口１０７で山状に押し上げられたトナーがトナー供給室１０２から返送口１０７を通ってトナー収容室１０１に戻される。
【００３６】
また、トナー撹拌部材１０８は、トナー供給室１０２にあるトナーを攪拌し、さらに下部にあるトナー担持ローラ１０３、トナー供給ローラ１０５へトナーを供給する役割を持つ。また、トナーは重合法で作成したものを用い、平均粒径が6.5μmで、円形度が0.98、安息角33°のトナーを使用した。
【００３７】
なお図２、図３に示した現像剤搬送部材であるトナー搬送部材１０６は、スクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有した部材であり回転動作により現像剤搬送部材１０６の軸線と平行かつ略水平方向に現像剤を搬送できる構成としてあるが、本発明はこれに限定されず、スクリュー、搬送ベルト、コイル状の回転体等の搬送機能を有するものや、それらと羽根のような板部材や針金を曲げて構成したパドルのようなもの等の解し機能を有するものを組み合わせたものでも良い。また、現像剤の搬送方向においても現像剤搬送部材１０６に垂直かつ略水平方向に現像剤を搬送する構成としても良い。
【００３８】
開口部である返送口１０７は現像剤収容室１０１にある現像剤を現像剤供給室１０２へ搬送する入り口であるとともに現像剤供給室１０２へ過剰に供給された現像剤を現像剤収容室１０１へ戻す役割とに分かれて現像ローラ１０３と平行に複数設けられている。現像剤攪拌部材１０８は、返送口１０７の下部に設けている。
【００３９】
次に、本実施例における現像剤担持体であり現像ローラであるトナー担持ローラ１０３の具体的構成について説明する。
図４は、本実施例におけるトナー担持ローラ１０３の電極配置を説明するためにトナー担持ローラ１０３を回転軸に対して直交する方向から見たときの模式図である。なお、説明の都合上、表層３６や絶縁層３５は図示していない。図５は、本実施例におけるトナー担持ローラ１０３を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。本実施例のトナー担持ローラ１０３は、中空状のローラ部材で構成されており、その最内周に位置する最内周電極部材又は内周側電極部材としての内側電極３３ａと、最外周側に位置していて内側電極３３ａへ印加される電圧（内側電圧）とは異なる電圧（外側電圧）が印加される最外周電極部材としての櫛歯状の外側電極３４ａとを備えている。また、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間にはこれらの間を絶縁するための絶縁層３５が設けられている。また、外側電極３４ａの外周面側を覆う保護層としての表層３６も設けられている。すなわち、本実施例のトナー担持ローラ１０３は、内周側から順に、内側電極３３ａ、絶縁層３５、外側電極３４ａ、表層３６の４層構造となっている。
【００４０】
内側電極３３ａは、トナー担持ローラ１０３の基体としても機能しており、ＳＵＳやアルミニウム等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。このほか、内側電極３３ａの構成としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等からなる樹脂ローラの表面にアルミニウムや銅などの金属層等からなる導電層を形成したものが挙げられる。この導電層の形成方法としては、金属メッキ、蒸着等により形成する方法や、ローラ表面に金属膜を接着する方法などが考えられる。
【００４１】
内側電極３３ａの外周面側は絶縁層３５に覆われている。本実施例において、この絶縁層３５は、ポリカーボネートやアルキッドメラミン等で形成されている。また、本実施例において、絶縁層３５の厚みは、３［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さくなると、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間の絶縁性が十分に保てなくなり、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間でリークが発生してしまう可能性が高くなる。一方、５０［μｍ］よりも大きくなると、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界が表層３６よりも外側に形成されにくくなり、表層３６の外側に強いフレア用電界（外部電界）を形成することが困難となる。本実施例では、メラミン樹脂からなる絶縁層３５の厚みを２０［μｍ］としている。絶縁層３５はスプレー法やディップ法等によって内側電極３３ａ上に均一な膜厚で形成することができる。
【００４２】
絶縁層３５の上には外側電極３４ａが形成される。本実施例において、この外側電極３４ａは、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。櫛歯状の外側電極３４ａの形成方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、絶縁層３５の上にメッキや蒸着によって金属膜を形成し、フォトレジスト・エッチングによって櫛歯状の電極を形成するという方法が挙げられる。また、インクジェット方式やスクリーン印刷によって導電ペーストを絶縁層３５の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法も考えられる。
【００４３】
なお図５に詳細に示すように、外側電極３４ａ及び絶縁層３５の外周面側は、表層３６により覆われている。トナーは、表層３６上でホッピングを繰り返す際、この表層３６との接触摩擦によって帯電する。トナーに正規帯電極性（本実施例ではマイナス極性）を与えるため、本実施例では、表層３６の材料として、シリコーン、ナイロン（登録商標）、ウレタン、アルキッドメラミン、ポリカーボネート等が使用される。本実施例ではポリカーボネートを採用している。また、表層３６は、外側電極３４ａを保護する役割も持ち合わせているので、表層３６の膜厚としては、３［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さいと、経時使用による膜削れ等で外側電極３４ａが露出してしまうおそれがある。一方、４０［μｍ］よりも大きいと、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界が表層３６よりも外側に形成されにくくなり、表層３６の外側に強いフレア用電界を形成することが困難となる。本実施例では、表層の膜厚は２０［μｍ］としている。表層３６は、絶縁層３５と同様にスプレー法やディッピング法等によって形成することが
できる。
【００４４】
現像剤攪拌部材１０８は、例えばスクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有した部材であり、回転動作によりトナー搬送部材１０６と平行かつ略水平方向に現像剤を搬送できる。さらに、返送口１０７の返送口の下部にあたる位置では仕切り部材１１０の下にある現像剤を両側から集めて山状に押し上げるようにするため、現像剤攪拌部材１０８のスクリューの搬送方向が返送口１０７の直下で互いに逆向きの形状をしている。また、現像剤攪拌部材は、現像剤供給室にある現像剤を攪拌し、さらに下部にある現像剤担持体１０３、供給ローラ１０５へ現像剤を供給する役割を持つ。
【００４５】
この供給ローラ１０５の表面には空孔(セル)を有した構造の発泡材料が被覆されており、現像剤供給室１０２内に運ばれてきた現像剤を効率よく付着させて取り込むと共に、現像ローラであるトナー担持ローラ１０３との当接部での圧力集中によるトナー劣化を防止している。発泡材料は3乗〜14乗Ωの電気抵抗値に設定される。また供給ローラ１０５には、供給バイアスが印加され、トナー担持ローラ１０３との当接部で予備帯電された現像剤をトナー担持ローラ１０３に押し付ける作用を補助する。供給ローラ１０５は図中において反時計回りの方向に回転し、表面に付着させた現像剤をトナー担持ローラ１０３の表面に塗布供給する。
【００４６】
トナー層規制部材１０４は、SUS304CSPやSUS301CSPまたはリン青銅等の金属板バネ材料を用い、自由端側をトナー担持ローラ１０３の表面に10〜100N/mの押圧力で当接させるもので、その押圧力下を通過した現像剤を薄層化すると共に摩擦帯電によって電荷を付与する。さらにトナー層規制部材１０４には、摩擦帯電を補助する為に、バイアスが印加される。
【００４７】
感光体ドラム２は現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３と非接触で時計回りの方向に回転しており、従ってトナー担持ローラ１０３の表面は感光体ドラム２との対向位置において感光体ドラム２の進行方向と同方向に移動する。そして、トナー担持ローラ１０３上の薄層化された現像剤は、トナー担持ローラ１０３の回転によって感光体ドラム２との対向位置へ搬送され、トナー担持ローラ１０３に印加されたバイアスと感光体ドラム２上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて、感光体ドラム２表面に移動し現像される。
【００４８】
感光体ドラム２上に現像されずにトナー担持ローラ１０３上に残された現像剤が再び現像剤供給室１０２内へと戻る部分には、除電シール１０９が現像ローラ１０３に当接して設けられ、現像剤が現像装置外部に漏れ出ないように封止している。除電シール１０９には、除電能力を補助するためバイアスが印加される。
【００４９】
ところで本実施例では、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、内側電極３３ａの外側電極３４ａとは対向していない部分（外側電極３４ａの櫛歯間に位置する内側電極３３ａの部分）と外側電極３４ａの櫛歯部分との間で作られる電界が、表層３６の外側に形成されることで、トナー担持ローラ１０３上のトナーをホッピングさせ、これによりトナーをクラウド化させる。このとき、トナー担持ローラ１０３上のトナーは、内側電極３３ａに絶縁層３５を介して対向した表層部分と、これに隣接する外側電極３４ａに対向した表層部分との間を、飛翔しながら往復移動するように、ホッピングすることになる。
【００５０】
本実施例によれば、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧をトナー担持ローラ１０３に印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。また、本実施例においては、外側電極３４ａの電極幅（各櫛歯部分の幅）は、１０［μｍ］以上１２０［μｍ］以下であることが好ましい。１０［μｍ］よりも小さいと、細すぎて電極が途中で断線してしまうおそれがある。一方、１２０［μｍ］より大きいと、外側電極３４ａの図示しない現像剤担持体端部に位置する被給電部からの距離が遠い箇所の電圧が低くなり、その箇所でトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。
【００５１】
また、本実施例では、外側電極３４ａの電極ピッチ（櫛歯部分間の距離）は、電極幅と同じか広いのが好ましい。電極幅よりも小さいと、内側電極３３ａからの電気力線の多くが表層３６の外側に出る前に外側電極３４ａへ収束してしまい、表層３６の外側に形成されるフレア用電界が弱くなってしまうからである。一方、電極ピッチが大きいと、電極間中央のフレア用電界が弱くなってしまう。本実施例において、電極ピッチは、電極幅以上であって電極幅の５倍以下の範囲内であることが好ましい。例えば、この点を考慮し、一実施例としては、電極幅及び電極ピッチをいずれも８０［μｍ］に設定することが考えられる。
【００５２】
また、本実施例では、外側電極３４ａの電極ピッチが、トナー担持ローラ１０３の周方向にわたって一定となるように設定されている。電極ピッチを一定とすることで、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られるフレア用電界がトナー担持ローラ１０３上の周方向にわたってほぼ均一となる。よって、現像位置で周方向に均一なトナーのホッピングを実現することが可能となり、均一な現像が可能となる。
【００５３】
次に、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに印加する電圧について説明する。
図６に示すように、トナー担持ローラ１０３上の内側電極３３ａ及び外側電極３４ａには、それぞれパルス電源２５Ａ、２５Ｂ（図４参照）から第１電圧である内側電圧及び第２電圧である外側電圧が印加される。パルス電源２５Ａ、２５Ｂが印加する内側電圧及び外側電圧は、矩形波が最も適している。ただし、これに限らず、例えばサイン波で三角波でもよい。また、本実施例では、フレア用電極を形成するための電極が内側電極３３ａ及び外側電極３４ａの２相構成であり、各電極３３ａ、３４ａには互いに位相差180°をもった電圧がそれぞれ印加される。
【００５４】
図７は、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフである。
上述のように、本実施例において各電圧は矩形波であり、内側電極３３ａと外側電極３４ａにそれぞれ印加される内側電圧と外側電圧は、位相の異なる同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。よって、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間には、Ｖｐｐだけの電位差が生じる。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界のうち表層３６の外側に形成されるフレア用電界によって表層３６上をトナーがホッピングする。また、本実施例において、内側電圧と外側電圧の中心値Ｖdcは、画像部電位（静電潜像部分の電位）と非画像部電位（地肌部分の電位）との間に設定され、現像条件によって適宜変動する。なお内側電圧と外側電圧の中心値Ｖdcを固定して、Dutyを変動させても同様の効果が得られる。
【００５５】
本実施例において、内側電圧と外側電圧の周波数ｆは、例えば０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下とすることが好ましい。０．１［ｋＨｚ］より小さいと、トナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなるおそれがある。一方、１０［ｋＨｚ］より大きいと、トナーの移動が電界の切り替わりに追従できなくなり、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となるからである。本実施例では、例えば周波数ｆを５００［Ｈｚ］に設定する。
【００５６】
図７(Ａ)は、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフであり、夫々の面積中心の電圧をVavg１とする。本実施例はＤｕｔｙ50％をしようしたが、Ｄｕｔｙを現像量に対応して変化させても良い。図中に実線で示した外側電極に印加する電圧の電位と同位相で面積中心の電圧をVavg１よりもプラス側にシフトさせた内側電極に印加する電圧Vavg２（図中破線で示す。本実施例では、Vavg２-Vavg１=＋100〔Ｖ〕とした。）をもつＡＣ波形を現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４に印加した場合、図８に示すように、画像上スジ状地汚れが発生した。
【００５７】
次に、実線で示した外側電極と同位相で面積中心の電圧をVavg１よりもマイナス側にシフトさせた電圧Vavg３（本実施例では、Vavg３-Vavg１=−100〔Ｖ〕とした。）をもつＡＣ波形をトナー層規制部材１０４に印加した場合も、図８に示すように、画像上スジ状地汚れが発生した。さらに、実線で示した外側電極と同位相で面積中心の電圧をVavg１と同じ電圧Vavg4（本実施例では、Vavg３-Vavg１=0〔Ｖ〕とした。）をもつＡＣ波形をトナー層規制部材１０４に印加した場合も、図８に示すように、前述の条件よりも改善したが、画像上スジ状地汚れが軽微に発生した。そこで、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４に印加するバイアスを本実施例における構成である電気的にフロートにした場合、図８に示すように、画像上スジ状地汚れが発生しなかった。
【００５８】
ところで、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４を電気的にフロートにした場合、トナー層規制部材１０４とトナー間の摩擦で発生した電荷が、トナー層規制部材１０４に蓄積してしまう。この電荷は、一定以上蓄積すると異常放電（リーク）を発生させてしまい、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３の表面を傷つけたり、トナー担持ローラ１０３上のトナー薄層を乱したりし、異常画像の原因となる。そこで、本実施例では、予め異常放電が発生する量の電荷が蓄積する前に、電荷を逃がす構成とした。具体的には、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４と図示しない画像形成装置本体のグランドとの間にスイッチを配し、そのスイッチをＯＮ、ＯＦＦさせることで、電気的にフロートにしたり、電荷を逃がしたりする構成とした。これにより、異常放電を発生させることなく、良好な画像を提供することができる。
【００５９】
なお、電荷を逃がす際、図５(Ａ)に示した内側電極３３ａ及び外側電極３４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧のＡＣ成分をＯＦＦとし、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３上のトナーをフレアさせないようにする。これにより、電荷を逃がす際のトナー飛散を防止し、機内汚れ等の不具合を回避できた。
【００６０】
また、電荷を逃がす際、トナー担持ローラ１０３の回転を止めることで、電荷を逃がす際に新たに発生する電荷の発生を防止することができる。トナー担持ローラ１０３が回転することで生じるトナー劣化も抑制することができる。
【００６１】
さらに、電荷を逃がす際に、トナーをフレアさせないよう、ＡＣ成分をＯＦＦとしたり、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３の駆動を停止したりする必要がある。このため、印字中や１枚印字毎に電荷を逃がす制御を行うと、1枚当たりのプリント時間がかかってしまう。これを回避するため、例えば印刷ＪＯＢ（ジョブ）の途中では電荷を逃がす制御を入れず、ＪＯＢ終了後のみ電荷を逃がす制御を行うことで、1枚当たりのプリント時間を削減することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１：プロセスカートリッジユニット
２：感光体ドラム
３：帯電部材
４：現像手段
５：感光体クリーニング手段
７：中間転写ベルト
８：一次転写ローラ
９：二次転写ローラ
１０：用紙
１２：定着装置
１１：転写ベルトクリーニング手段
２５Ａ、２５Ｂ：パルス電源
３３ａ：内側電極
３４ａ：外側電極
３５：絶縁層
３６：表層
１０１：トナー収容室
１０２：トナー供給室
１０３：トナー担持ローラ
１０４：トナー層規制部材
１０５：トナー供給ローラ
１０６：トナー搬送部材
１０７：返送口
１０８：トナー撹拌部材
１１０：仕切り部材
１１１：供給口
１０９：除電シール
１１０：仕切り部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特開2007-133387号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤が現像剤担持体外周表面移動することにより現像剤を現像領域へ搬送する現像剤担持体を備えた現像装置、この現像装置を備えたプロセスユニット、及びこれらのいずれかを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに異なる電圧が印加される複数の電極を備えた現像剤担持体を有する現像装置が知られている。例えば、現像剤担持体上の現像剤を感光体等の潜像担持体に直接接触させないで、現像剤を潜像担持体上の潜像に供給して現像を行う現像装置がある。そして、この現像装置の一例としては、現像剤担持体上の一成分現像剤（トナー）をクラウド化させることによってトナーを潜像担持体上に供給する方式を採用するものがある。
【０００３】
この方式に使用される現像剤担持体は、外周面に沿って複数種類の電極が所定のピッチで配置され、その複数種類の電極の外周面側を保護層で覆ったものである。この複数種類の電極に対し、時間的に変化する互いに異なる電圧をそれぞれ印加して、時間的に変化する電界を互いに近接する複数種類の電極間に形成する。すると、この電界により現像剤担持体上のトナーを互いに近接する複数種類の電極間で飛翔させることができる。このようにトナーが飛翔する現象を、本願では「フレア」と称する。）。これにより、現像剤担持体の外周面近傍の空間でトナーがクラウド化した状況となる。
【０００４】
以上のような方式を用いた現像装置において、トナーの帯電量が十分でない場合、トナーがブレードをすり抜けて、現像剤担持体、例えば現像ローラ上でスジ状の塊になって汚し、これが画像上の地肌部に転写されてしまい、スジ状の地肌汚れを発生させたり、機内汚れ等の不具合を発生させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、このような不具合の発生を防止するために、印字中、常にフレア状態を一定にすることが出来、画像不良等の不具合が発生しにくい現像装置、プロセスユニット、画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の現像装置のうち請求項１に係るものは、静電潜像担持体に対向して配置され、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像装置において、前記現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、前記現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置し、各電極部材間に絶縁層を介在させ、該電極部材と前記現像剤担持体の電極間に電界を形成し、該形成した電界により前記現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界形成手段を備え、前記現像剤担持体は前記電極よりも外周面側に、現像剤に所望の荷電を付与する表層を持ち、顔現像剤担持体上の表層厚さを規制する現像剤規制部材を有し、前記現像剤規制部材を電気的にフロートとすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係るものは、請求項１に記載の現像装置において、前記現像剤規制部材に蓄積された電荷を逃がす手段を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係るものは、請求項２に記載の現像装置において、前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体と該現像剤担持体の電極間に印加している電界をオフとして行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係るものは、請求項２に記載の現像装置において、前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体の動作を停止させて行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係るものは、請求項３または４に記載の現像装置において、前記蓄積された電荷を逃がすタイミングを印字タイミングのジョブ間としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係るプロセスユニットは、潜像担持体と、請求項１から５のいずれかに記載の現像装置とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る画像形成装置は、請求項１から５のいずれかに記載の現像装置を画像形成装置本体に備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る画像形成装置は、請求項６に記載のロセスユニットを画像形成装置本体に着脱可能に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フレア状態を安定にすることが可能なため、画像不良が無くなるといった優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備える画像形成装置の要部断面図
【図２】図１に示した本発明に係る現像装置とプロセスカートリッジの拡大断面図
【図３】図２の要部平面断面図
【図４】同トナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。
【図５】同トナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図
【図６】トナー担持ローラの内側電極及び外側電極に印加する電圧の一例を示す図
【図７】実施例と比較データを実験した際の印加バイアスの説明図
【図８】実施例と比較データの実験結果
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の現像装置は、静電潜像担持体に対向して配置され、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有するタイプのものである。現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置し、各電極部材間に絶縁層を介在させた現像剤担持体と現像剤担持体の電極間に電界を形成して、電界により現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界形成手段を備えている。そして、電極よりも、現像剤担持体外周面側に現像剤に所望の荷電を付与する表層を持ち、現像剤担持体上の層厚を規制する現像剤規制部材を有する。そして、現像剤規制部材を電気的にフロートとさせ、フレア現像を用いた場合でも、画像上スジ状地汚れが発生しにくくする。
【００１７】
また本発明は、現像剤規制部材に蓄積された電荷を逃がす構成を持ち、現像剤規制部材を電気的にフロートにすることで、現像剤規制部材に蓄積した電荷が、リークを発生させて、現像剤担持の表層破壊等の異常が起こることを未然に防ぐものである。
【００１８】
また本発明は、電荷を逃がす際は、現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置した、各電極部材間に絶縁層を介在させた現像剤担持体と現像剤担持体の電極間にかけている電界をオフとして行い、機内汚れを防止するものである。
【００１９】
また本発明は、電荷を逃がす際は、現像剤担持体である現像ローラの回転を停止させて行い、新たな電荷の蓄積や、トナー劣化を抑制する。
【００２０】
さらに本発明は、電荷を逃がすタイミングを印字タイミングのジョブ間に行い、一枚当たりの印字時間を短縮する。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置である複写機について適用した実施例を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施例に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備える画像形成装置の要部断面図である。各プロセスカートリッジユニット１は、感光体ドラム２、帯電部材３、現像手段４、および感光体クリーニング手段５を一体に結合して備える構成になっている。各プロセスカートリッジユニット１は図示しない画像形成装置本体からいくつかのストッパーを解除することにより取り出して交換できる、すなわち着脱可能な構成にもなっている。
【００２２】
感光体ドラム２は、矢印方向に回転している。帯電部材３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転により従動回転している。帯電部材３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体ドラム２の表面を帯電している。なお本実施例においては、帯電部材３にローラ状の部材を用いているが、コロナ帯電などの非接触帯電方式を用いても良い。
【００２３】
帯電部材３は感光体ドラム２に対して画像情報に基づいて露光し、該感光体ドラム２の表面に静電潜像を形成する。本実施例においては帯電部材３にレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式を用いているがLEDアレイなどを用いる構成でも良い。感光体クリーニング手段５は感光体ドラム２表面の転写残トナーのクリーニングを行う。
【００２４】
イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色ごとのプロセスカートリッジユニット１が中間転写ベルト７の移動方向に並列に4個配設され、順に該中間転写ベルト７上に可視像を形成する。一次転写ローラ８と感光体ドラム２の間では図示しない高圧電源により一次転写バイアスが印加され、感光体ドラム２表面の現像剤の画像を中間転写ベルト７の表面に転写する。中間転写ベルト７は、図示しない駆動モータによって図中の矢印方向に回転駆動されるようになっており、この中間転写ベルト７に各色の可視像を表面に順次重ねて転写することでフルカラー画像を形成する。
【００２５】
形成されたフルカラー画像は、二次転写ローラ９と中間転写ベルト７との間に所定の電圧を印加することにより転写材である用紙１０に転写され、定着装置１２にて用紙１０の上に転写された現像剤の画像が熱と圧力により定着され出力される。二次転写ローラ９で転写されずに中間転写ベルト７上に残留した現像剤は転写ベルトクリーニング手段１１に回収される。
【００２６】
図２は、図１に示した本発明に係る現像装置とプロセスカートリッジの拡大断面図、図３はその要部平面断面図である。
現像手段４は、現像剤を収容する現像剤収容室であるトナー収容室１０１と、トナー収容室１０１の下方に設けられた現像剤供給室であるトナー供給室１０２から構成され、トナー収容室１０１とトナー供給室１０２を仕切るように仕切り部材１１０が設けられている。仕切り部材１１０には複数の開口部１０７が設けられている。開口部１０７は、現像剤がトナー収容室１０１からトナー供給室１０２へ供給する供給口と現像剤をトナー供給室１０２からトナー収容室１０１へ戻す返送口とに分かれている。トナー供給室１０２の下部には、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３と、トナー担持ローラ１０３に当接して設けられたトナー層規制部材１０４およびトナー担持ローラ１０３の表面にトナーを供給する現像剤供給部材であるトナー供給ローラ１０５が設けられる。トナー供給ローラ１０５はトナー担持ローラ１０３の表面に当接して設けられている。トナー担持体１０３は感光体ドラム２に非接触で配置され、以下に示す電圧を高圧電源から印加される。
【００２７】
トナー収容室１０１内にはトナー搬送部材１０６が設けられている。図３に示すように、現像手段４において、鉛直方向に略直線状に配置された、搬送するトナー搬送部材１０６、トナー撹拌部材１０８及びトナー供給ローラ１０５の回転軸近傍の断面を示している。
【００２８】
トナー層規制部材１０４は、トナー供給室１０２に設けられた、トナー供給ローラ１０５によってトナー担持ローラ１０３の表面上に供給され、感光体２とトナー担持ローラ１０３との対向部に向かうトナーの層厚を規制するブレード状の部材であり、上述のようにトナー担持ローラ１０３の表面に当接して設けられている。
【００２９】
トナー搬送部材１０６は、トナー収容室１０１内に、トナー収容室１０１内のトナーを感光体２の回転軸に平行な方向（図２の紙面垂直方向）に搬送するように設けられている。
【００３０】
なおトナー収容室１０１に収容するトナーは、重合法で作成したものを用い、平均粒径が６．５［μｍ］で、円形度が０．９８、安息角３３［°］、外添剤としてチタン酸ストロンチュームを含有しているトナーである。本発明を適用したプリンタ１００に用いるトナーとしては、これに限るものではない。
【００３１】
トナー収容室１０１内に設けられたトナー搬送部材１０６は、図３に示すように搬送スクリュー形状１０６ａと搬送板形状１０６ｂとを組み合わせた回転軸を有した部材である。トナー搬送部材１０６は、搬送スクリュー形状１０６ａの回転動作によりトナー収容室１０１内のトナーをトナー搬送部材１０６の回転軸に平行な略水平方向（図３中の矢印Ｃ方向）に搬送できる構成となっている。現像手段４では、トナー搬送部材１０６の回転軸に平行な方向にトナーを搬送する搬送スクリュー形状１０６ａを備えた構成であるが、現像剤搬送部材としてはこれに限ったものでなく、搬送ベルトやコイル状の回転体等の搬送機能を有するものを用いることができる。さらにこれらの搬送機能を有するものと、羽根のような板部材や針金を曲げて構成したパドルのようなもの等のほぐし機能を有するものを組み合わせたものでも良い。
【００３２】
また、本実施例の現像手段４では、トナー収容室１０１からトナー供給ローラ１０５に向けて、トナーをトナー搬送部材１０６の回転軸に直交し、且つ、略鉛直下方にトナーを搬送する構成となっている。トナーの搬送方向としては、トナー搬送部材１０６の回転軸に直交し、且つ、略水平方向に搬送する構成としてもよい。
【００３３】
仕切り部材１１０の鉛直下方のトナー供給室１０２内にはトナー撹拌部材１０８が配置されている。トナー撹拌部材１０８は、図３に示すように撹拌スクリュー形状１０８ａと撹拌板形状１０８ｂとを組み合わせた回転軸を有した部材である。トナー撹拌部材１０８は、撹拌スクリュー形状１０８ａの回転動作によりトナー供給室１０２内のトナーをトナー撹拌部材１０８の回転軸に平行な略水平方向（図３中の矢印ＤまたはＥ方向）に搬送できる構成となっている。
【００３４】
図３に示すように、トナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュー形状１０８ａは、軸方向について供給口１１１を挟んで外側に向かう方向（図３中の矢印Ｄ方向）にトナーを搬送するように螺旋状の羽部が設けられている。さらに、トナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュー形状１０８ａは、軸方向について２つの返送口１０７よりも外側と内側とは螺旋状の羽部が逆巻きになっている。このため、供給口１１１からトナー供給室１０２に供給されたトナーはトナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュー形状１０８ａの回転によって軸方向外側（矢印Ｄ方向）に搬送され、返送口１０７よりも外側に到達したトナーは羽部が逆巻きの撹拌スクリュー形状１０８ａによって返送口１０７に向かって搬送される。
【００３５】
返送口１０７を挟んで軸方向の外側と内側とでは、撹拌スクリュー形状１０８ａによるトナーの搬送方向が逆であり、返送口１０７に向かうようにトナーに搬送力を付与するため、返送口１０７の下方ではトナーが軸方向両側から集められ、山状に押し上げられる。これにより、トナー収容室１０１から供給口１１１または返送口１０７を通過してトナー供給室１０２に供給されたトナーが過剰である場合は、返送口１０７で山状に押し上げられたトナーがトナー供給室１０２から返送口１０７を通ってトナー収容室１０１に戻される。
【００３６】
また、トナー撹拌部材１０８は、トナー供給室１０２にあるトナーを攪拌し、さらに下部にあるトナー担持ローラ１０３、トナー供給ローラ１０５へトナーを供給する役割を持つ。また、トナーは重合法で作成したものを用い、平均粒径が6.5μmで、円形度が0.98、安息角33°のトナーを使用した。
【００３７】
なお図２、図３に示した現像剤搬送部材であるトナー搬送部材１０６は、スクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有した部材であり回転動作により現像剤搬送部材１０６の軸線と平行かつ略水平方向に現像剤を搬送できる構成としてあるが、本発明はこれに限定されず、スクリュー、搬送ベルト、コイル状の回転体等の搬送機能を有するものや、それらと羽根のような板部材や針金を曲げて構成したパドルのようなもの等の解し機能を有するものを組み合わせたものでも良い。また、現像剤の搬送方向においても現像剤搬送部材１０６に垂直かつ略水平方向に現像剤を搬送する構成としても良い。
【００３８】
開口部である返送口１０７は現像剤収容室１０１にある現像剤を現像剤供給室１０２へ搬送する入り口であるとともに現像剤供給室１０２へ過剰に供給された現像剤を現像剤収容室１０１へ戻す役割とに分かれて現像ローラ１０３と平行に複数設けられている。現像剤攪拌部材１０８は、返送口１０７の下部に設けている。
【００３９】
次に、本実施例における現像剤担持体であり現像ローラであるトナー担持ローラ１０３の具体的構成について説明する。
図４は、本実施例におけるトナー担持ローラ１０３の電極配置を説明するためにトナー担持ローラ１０３を回転軸に対して直交する方向から見たときの模式図である。なお、説明の都合上、表層３６や絶縁層３５は図示していない。図５は、本実施例におけるトナー担持ローラ１０３を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。本実施例のトナー担持ローラ１０３は、中空状のローラ部材で構成されており、その最内周に位置する最内周電極部材又は内周側電極部材としての内側電極３３ａと、最外周側に位置していて内側電極３３ａへ印加される電圧（内側電圧）とは異なる電圧（外側電圧）が印加される最外周電極部材としての櫛歯状の外側電極３４ａとを備えている。また、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間にはこれらの間を絶縁するための絶縁層３５が設けられている。また、外側電極３４ａの外周面側を覆う保護層としての表層３６も設けられている。すなわち、本実施例のトナー担持ローラ１０３は、内周側から順に、内側電極３３ａ、絶縁層３５、外側電極３４ａ、表層３６の４層構造となっている。
【００４０】
内側電極３３ａは、トナー担持ローラ１０３の基体としても機能しており、ＳＵＳやアルミニウム等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。このほか、内側電極３３ａの構成としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等からなる樹脂ローラの表面にアルミニウムや銅などの金属層等からなる導電層を形成したものが挙げられる。この導電層の形成方法としては、金属メッキ、蒸着等により形成する方法や、ローラ表面に金属膜を接着する方法などが考えられる。
【００４１】
内側電極３３ａの外周面側は絶縁層３５に覆われている。本実施例において、この絶縁層３５は、ポリカーボネートやアルキッドメラミン等で形成されている。また、本実施例において、絶縁層３５の厚みは、３［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さくなると、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間の絶縁性が十分に保てなくなり、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間でリークが発生してしまう可能性が高くなる。一方、５０［μｍ］よりも大きくなると、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界が表層３６よりも外側に形成されにくくなり、表層３６の外側に強いフレア用電界（外部電界）を形成することが困難となる。本実施例では、メラミン樹脂からなる絶縁層３５の厚みを２０［μｍ］としている。絶縁層３５はスプレー法やディップ法等によって内側電極３３ａ上に均一な膜厚で形成することができる。
【００４２】
絶縁層３５の上には外側電極３４ａが形成される。本実施例において、この外側電極３４ａは、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。櫛歯状の外側電極３４ａの形成方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、絶縁層３５の上にメッキや蒸着によって金属膜を形成し、フォトレジスト・エッチングによって櫛歯状の電極を形成するという方法が挙げられる。また、インクジェット方式やスクリーン印刷によって導電ペーストを絶縁層３５の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法も考えられる。
【００４３】
なお図５に詳細に示すように、外側電極３４ａ及び絶縁層３５の外周面側は、表層３６により覆われている。トナーは、表層３６上でホッピングを繰り返す際、この表層３６との接触摩擦によって帯電する。トナーに正規帯電極性（本実施例ではマイナス極性）を与えるため、本実施例では、表層３６の材料として、シリコーン、ナイロン（登録商標）、ウレタン、アルキッドメラミン、ポリカーボネート等が使用される。本実施例ではポリカーボネートを採用している。また、表層３６は、外側電極３４ａを保護する役割も持ち合わせているので、表層３６の膜厚としては、３［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さいと、経時使用による膜削れ等で外側電極３４ａが露出してしまうおそれがある。一方、４０［μｍ］よりも大きいと、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界が表層３６よりも外側に形成されにくくなり、表層３６の外側に強いフレア用電界を形成することが困難となる。本実施例では、表層の膜厚は２０［μｍ］としている。表層３６は、絶縁層３５と同様にスプレー法やディッピング法等によって形成することが
できる。
【００４４】
現像剤攪拌部材１０８は、例えばスクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有した部材であり、回転動作によりトナー搬送部材１０６と平行かつ略水平方向に現像剤を搬送できる。さらに、返送口１０７の返送口の下部にあたる位置では仕切り部材１１０の下にある現像剤を両側から集めて山状に押し上げるようにするため、現像剤攪拌部材１０８のスクリューの搬送方向が返送口１０７の直下で互いに逆向きの形状をしている。また、現像剤攪拌部材は、現像剤供給室にある現像剤を攪拌し、さらに下部にある現像剤担持体１０３、供給ローラ１０５へ現像剤を供給する役割を持つ。
【００４５】
この供給ローラ１０５の表面には空孔(セル)を有した構造の発泡材料が被覆されており、現像剤供給室１０２内に運ばれてきた現像剤を効率よく付着させて取り込むと共に、現像ローラであるトナー担持ローラ１０３との当接部での圧力集中によるトナー劣化を防止している。発泡材料は3乗〜14乗Ωの電気抵抗値に設定される。また供給ローラ１０５には、供給バイアスが印加され、トナー担持ローラ１０３との当接部で予備帯電された現像剤をトナー担持ローラ１０３に押し付ける作用を補助する。供給ローラ１０５は図中において反時計回りの方向に回転し、表面に付着させた現像剤をトナー担持ローラ１０３の表面に塗布供給する。
【００４６】
トナー層規制部材１０４は、SUS304CSPやSUS301CSPまたはリン青銅等の金属板バネ材料を用い、自由端側をトナー担持ローラ１０３の表面に10〜100N/mの押圧力で当接させるもので、その押圧力下を通過した現像剤を薄層化すると共に摩擦帯電によって電荷を付与する。さらにトナー層規制部材１０４には、摩擦帯電を補助する為に、バイアスが印加される。
【００４７】
感光体ドラム２は現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３と非接触で時計回りの方向に回転しており、従ってトナー担持ローラ１０３の表面は感光体ドラム２との対向位置において感光体ドラム２の進行方向と同方向に移動する。そして、トナー担持ローラ１０３上の薄層化された現像剤は、トナー担持ローラ１０３の回転によって感光体ドラム２との対向位置へ搬送され、トナー担持ローラ１０３に印加されたバイアスと感光体ドラム２上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて、感光体ドラム２表面に移動し現像される。
【００４８】
感光体ドラム２上に現像されずにトナー担持ローラ１０３上に残された現像剤が再び現像剤供給室１０２内へと戻る部分には、除電シール１０９が現像ローラ１０３に当接して設けられ、現像剤が現像装置外部に漏れ出ないように封止している。除電シール１０９には、除電能力を補助するためバイアスが印加される。
【００４９】
ところで本実施例では、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、内側電極３３ａの外側電極３４ａとは対向していない部分（外側電極３４ａの櫛歯間に位置する内側電極３３ａの部分）と外側電極３４ａの櫛歯部分との間で作られる電界が、表層３６の外側に形成されることで、トナー担持ローラ１０３上のトナーをホッピングさせ、これによりトナーをクラウド化させる。このとき、トナー担持ローラ１０３上のトナーは、内側電極３３ａに絶縁層３５を介して対向した表層部分と、これに隣接する外側電極３４ａに対向した表層部分との間を、飛翔しながら往復移動するように、ホッピングすることになる。
【００５０】
本実施例によれば、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧をトナー担持ローラ１０３に印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。また、本実施例においては、外側電極３４ａの電極幅（各櫛歯部分の幅）は、１０［μｍ］以上１２０［μｍ］以下であることが好ましい。１０［μｍ］よりも小さいと、細すぎて電極が途中で断線してしまうおそれがある。一方、１２０［μｍ］より大きいと、外側電極３４ａの図示しない現像剤担持体端部に位置する被給電部からの距離が遠い箇所の電圧が低くなり、その箇所でトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。
【００５１】
また、本実施例では、外側電極３４ａの電極ピッチ（櫛歯部分間の距離）は、電極幅と同じか広いのが好ましい。電極幅よりも小さいと、内側電極３３ａからの電気力線の多くが表層３６の外側に出る前に外側電極３４ａへ収束してしまい、表層３６の外側に形成されるフレア用電界が弱くなってしまうからである。一方、電極ピッチが大きいと、電極間中央のフレア用電界が弱くなってしまう。本実施例において、電極ピッチは、電極幅以上であって電極幅の５倍以下の範囲内であることが好ましい。例えば、この点を考慮し、一実施例としては、電極幅及び電極ピッチをいずれも８０［μｍ］に設定することが考えられる。
【００５２】
また、本実施例では、外側電極３４ａの電極ピッチが、トナー担持ローラ１０３の周方向にわたって一定となるように設定されている。電極ピッチを一定とすることで、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られるフレア用電界がトナー担持ローラ１０３上の周方向にわたってほぼ均一となる。よって、現像位置で周方向に均一なトナーのホッピングを実現することが可能となり、均一な現像が可能となる。
【００５３】
次に、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに印加する電圧について説明する。
図６に示すように、トナー担持ローラ１０３上の内側電極３３ａ及び外側電極３４ａには、それぞれパルス電源２５Ａ、２５Ｂ（図４参照）から第１電圧である内側電圧及び第２電圧である外側電圧が印加される。パルス電源２５Ａ、２５Ｂが印加する内側電圧及び外側電圧は、矩形波が最も適している。ただし、これに限らず、例えばサイン波で三角波でもよい。また、本実施例では、フレア用電極を形成するための電極が内側電極３３ａ及び外側電極３４ａの２相構成であり、各電極３３ａ、３４ａには互いに位相差180°をもった電圧がそれぞれ印加される。
【００５４】
図７は、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフである。
上述のように、本実施例において各電圧は矩形波であり、内側電極３３ａと外側電極３４ａにそれぞれ印加される内側電圧と外側電圧は、位相の異なる同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。よって、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間には、Ｖｐｐだけの電位差が生じる。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界のうち表層３６の外側に形成されるフレア用電界によって表層３６上をトナーがホッピングする。また、本実施例において、内側電圧と外側電圧の中心値Ｖdcは、画像部電位（静電潜像部分の電位）と非画像部電位（地肌部分の電位）との間に設定され、現像条件によって適宜変動する。なお内側電圧と外側電圧の中心値Ｖdcを固定して、Dutyを変動させても同様の効果が得られる。
【００５５】
本実施例において、内側電圧と外側電圧の周波数ｆは、例えば０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下とすることが好ましい。０．１［ｋＨｚ］より小さいと、トナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなるおそれがある。一方、１０［ｋＨｚ］より大きいと、トナーの移動が電界の切り替わりに追従できなくなり、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となるからである。本実施例では、例えば周波数ｆを５００［Ｈｚ］に設定する。
【００５６】
図７(Ａ)は、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフであり、夫々の面積中心の電圧をVavg１とする。本実施例はＤｕｔｙ50％をしようしたが、Ｄｕｔｙを現像量に対応して変化させても良い。図中に実線で示した外側電極に印加する電圧の電位と同位相で面積中心の電圧をVavg１よりもプラス側にシフトさせた内側電極に印加する電圧Vavg２（図中破線で示す。本実施例では、Vavg２-Vavg１=＋100〔Ｖ〕とした。）をもつＡＣ波形を現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４に印加した場合、図８に示すように、画像上スジ状地汚れが発生した。
【００５７】
次に、実線で示した外側電極と同位相で面積中心の電圧をVavg１よりもマイナス側にシフトさせた電圧Vavg３（本実施例では、Vavg３-Vavg１=−100〔Ｖ〕とした。）をもつＡＣ波形をトナー層規制部材１０４に印加した場合も、図８に示すように、画像上スジ状地汚れが発生した。さらに、実線で示した外側電極と同位相で面積中心の電圧をVavg１と同じ電圧Vavg4（本実施例では、Vavg３-Vavg１=0〔Ｖ〕とした。）をもつＡＣ波形をトナー層規制部材１０４に印加した場合も、図８に示すように、前述の条件よりも改善したが、画像上スジ状地汚れが軽微に発生した。そこで、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４に印加するバイアスを本実施例における構成である電気的にフロートにした場合、図８に示すように、画像上スジ状地汚れが発生しなかった。
【００５８】
ところで、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４を電気的にフロートにした場合、トナー層規制部材１０４とトナー間の摩擦で発生した電荷が、トナー層規制部材１０４に蓄積してしまう。この電荷は、一定以上蓄積すると異常放電（リーク）を発生させてしまい、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３の表面を傷つけたり、トナー担持ローラ１０３上のトナー薄層を乱したりし、異常画像の原因となる。そこで、本実施例では、予め異常放電が発生する量の電荷が蓄積する前に、電荷を逃がす構成とした。具体的には、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４と図示しない画像形成装置本体のグランドとの間にスイッチを配し、そのスイッチをＯＮ、ＯＦＦさせることで、電気的にフロートにしたり、電荷を逃がしたりする構成とした。これにより、異常放電を発生させることなく、良好な画像を提供することができる。
【００５９】
なお、電荷を逃がす際、図５(Ａ)に示した内側電極３３ａ及び外側電極３４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧のＡＣ成分をＯＦＦとし、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３上のトナーをフレアさせないようにする。これにより、電荷を逃がす際のトナー飛散を防止し、機内汚れ等の不具合を回避できた。
【００６０】
また、電荷を逃がす際、トナー担持ローラ１０３の回転を止めることで、電荷を逃がす際に新たに発生する電荷の発生を防止することができる。トナー担持ローラ１０３が回転することで生じるトナー劣化も抑制することができる。
【００６１】
さらに、電荷を逃がす際に、トナーをフレアさせないよう、ＡＣ成分をＯＦＦとしたり、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３の駆動を停止したりする必要がある。このため、印字中や１枚印字毎に電荷を逃がす制御を行うと、1枚当たりのプリント時間がかかってしまう。これを回避するため、例えば印刷ＪＯＢ（ジョブ）の途中では電荷を逃がす制御を入れず、ＪＯＢ終了後のみ電荷を逃がす制御を行うことで、1枚当たりのプリント時間を削減することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１：プロセスカートリッジユニット
２：感光体ドラム
３：帯電部材
４：現像手段
５：感光体クリーニング手段
７：中間転写ベルト
８：一次転写ローラ
９：二次転写ローラ
１０：用紙
１２：定着装置
１１：転写ベルトクリーニング手段
２５Ａ、２５Ｂ：パルス電源
３３ａ：内側電極
３４ａ：外側電極
３５：絶縁層
３６：表層
１０１：トナー収容室
１０２：トナー供給室
１０３：トナー担持ローラ
１０４：トナー層規制部材
１０５：トナー供給ローラ
１０６：トナー搬送部材
１０７：返送口
１０８：トナー撹拌部材
１１０：仕切り部材
１１１：供給口
１０９：除電シール
１１０：仕切り部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特開2007-133387号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像担持体に対向して配置され、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像装置において、
前記現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、前記現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置し、各電極部材間に絶縁層を介在させ、
該電極部材と前記現像剤担持体の電極間に電界を形成し、
該形成した電界により前記現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界形成手段を備え、
前記現像剤担持体は前記電極よりも外周面側に、現像剤に所望の荷電を付与する表層を持ち、
顔現像剤担持体上の表層厚さを規制する現像剤規制部材を有し、
前記現像剤規制部材を電気的にフロートとすることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、
前記現像剤規制部材に蓄積された電荷を逃がす手段を有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の現像装置において、
前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体と該現像剤担持体の電極間に印加している電界をオフとして行うことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項２に記載の現像装置において、
前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体の動作を停止させて行うことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の現像装置において、
前記蓄積された電荷を逃がすタイミングを印字タイミングのジョブ間としたことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
潜像担持体と、請求項１から５のいずれかに記載の現像装置とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したことを特徴とするプロセスユニット。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の現像装置を画像形成装置本体に備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項６に記載のロセスユニットを画像形成装置本体に着脱可能に備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
静電潜像担持体に対向して配置され、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像装置において、
前記現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、前記現像剤担持体に複数種類の電極部材を配置し、各電極部材間に絶縁層を介在させ、
該電極部材と前記現像剤担持体の電極間に電界を形成し、
該形成した電界により前記現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界形成手段を備え、
前記現像剤担持体は前記電極よりも外周面側に、現像剤に所望の荷電を付与する表層を持ち、
顔現像剤担持体上の表層厚さを規制する現像剤規制部材を有し、
前記現像剤規制部材を電気的にフロートとすることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、
前記現像剤規制部材に蓄積された電荷を逃がす手段を有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の現像装置において、
前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体と該現像剤担持体の電極間に印加している電界をオフとして行うことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項２に記載の現像装置において、
前記蓄積された電荷を逃がす際は、前記現像剤担持体の動作を停止させて行うことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の現像装置において、
前記蓄積された電荷を逃がすタイミングを印字タイミングのジョブ間としたことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
潜像担持体と、請求項１から５のいずれかに記載の現像装置とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したことを特徴とするプロセスユニット。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の現像装置を画像形成装置本体に備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項６に記載のロセスユニットを画像形成装置本体に着脱可能に備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１８０５３７（Ｐ２０１１−１８０５３７Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４７１７６（Ｐ２０１０−４７１７６）
【出願日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３日（２０１０．３．３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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