JP2002023432A

JP2002023432A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2002023432A
Application number: JP2000202747A
Authority: JP
Inventors: Shinji Uehara; 慎司上原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-23
Also published as: US6470153B2; US20020009305A1

Abstract

(57)【要約】【課題】長期にわたって充分に帯電したトナーを安定
に像担持体に供与し、常に高品質な画質を与えることが
可能な現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装
置を提供する。【解決手段】静電潜像を担持する感光ドラム１にトナ
ー８を搬送する現像ローラ５と、現像ローラ５上のトナ
ーに電圧を印加して帯電させるトナー帯電ローラ１８と
を備え、現像ローラ５は第１のバイアスが印加され、ト
ナー帯電ローラ１８は第２のバイアスが印加されると共
に、現像ローラ５に印加される第１のバイアスとトナー
帯電ローラ１８に印加される第２のバイアスとの電位差
を制御するバイアス制御手段２２を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電子写真複
写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置、及びこのよ
うな画像形成装置に適用される現像装置及びプロセスカ
ートリッジに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真法としては光導電性物質
を利用し、種々の方法により感光ドラム上に電気的潜像
を形成し、次いで潜像をトナーで現像を行って可視像と
し、必要に応じて紙などの転写材にトナー画像を転写し
た後、熱や圧力等により定着させ、複写物を得るものが
ある。

【０００３】しかるに画像の解像力、鮮明度等の向上が
求められている現在、トナーの薄層形成方法及びその装
置に関する開発は必須となっており、またこれに対して
いくつかの方策が提案されている。

【０００４】近年、半導電性の現像ローラまたは、表面
に誘電層を形成した現像ローラを用いて感光ドラム表面
層に押し当てる構成で現像を行う接触一成分現像方法が
提案されている。

【０００５】ここで、図１７に、ＣＤ接触一成分現像方
式を用いた従来の画像形成装置の概略断面図を示す。こ
の方式は、感光ドラム６１と現像ローラ６５が当接して
いる。まず最初に、帯電ローラ６２によって感光ドラム
６１が帯電し、露光ユニット６３からのレーザー光によ
り感光ドラム６１上に潜像が形成される。

【０００６】そして、現像装置６４によって潜像が可視
化される。その後、現像された画像上のトナー６８は転
写ローラ９により転写材１３に転写される。そして、転
写されずに感光ドラム６１上に残存したトナー６８は、
クリーニングブレード１０によって剥ぎ取られ、クリー
ニング容器６９に収容される。

【０００７】この現像装置６４は、一成分現像剤として
非磁性のトナー６８を収容した現像容器６０内に弾性ブ
レード６７よりも現像ローラ６５の回転方向上流側の位
置で圧接する弾性ローラ６６があり、矢印Ｄの方向に回
転することにより、現像ローラ６５上にトナー６８を供
給している。この現像ローラ６５上に供給されたトナー
６８は、現像ローラ６５の回転に伴い搬送され、弾性ブ
レード６７と現像ローラ６５の当接部で摩擦により電荷
を付与され、薄層化される。

【０００８】そして、薄層化されたトナー６８は、現像
ローラ６５によって搬送され、感光ドラム６１との当接
部で静電潜像の現像に供給される。その後、感光ドラム
６１と現像ローラ６５の当接部で現像されず残存したト
ナー６８は、弾性ローラ６６に剥ぎ取られる。

【０００９】また、上述した様に弾性ローラ６６により
新たなトナー６８が現像ローラ６５に供給され上述作用
を繰り返す。また、上述の一成分現像剤は、ベース樹脂
に必要に応じて補助剤を内添又は外添したトナーからな
るものであり、内添される補助剤としては帯電極性剤
が、また外添される補助剤としては流動化剤が、代表的
なものである。

【００１０】ところで、ＤＣ接触一成分現像方式を用い
た現像方式において、所定濃度の高品質な可視像を形成
するには、充分に帯電したトナーを現像領域に搬送し、
かかるトナーによって潜像を可視像化する必要がある。

【００１１】ただ、充分に帯電したトナーを長期にわた
って現像領域に搬送することは、多数回の摺擦による現
像ローラ、弾性ブレードおよび弾性ローラの劣化による
摩擦帯電性の低下や、外添剤遊離によるトナー劣化のた
め非常に困難である。

【００１２】そこで近年、特開平１１−１１９５４６号
公報や特開平１１−１１９５４７号公報に開示されてい
るように高トリボ安定性及びかぶり低減を目的として、
トナー帯電ローラを使用し電気的にトナー帯電させる手
段を用いる方式が提案されている。

【００１３】ここでトナー帯電ローラを用いた現像方式
を図１８に示す。図１８は、従来のトナー帯電ローラを
用いた接触現像方式の現像装置の概略断面図である。こ
の現像装置は、上記の方式にトナー帯電ローラ７２をつ
けたものである。一成分現像剤として非磁性のトナー７
４を収容した現像容器３０内に弾性ブレード７３よりも
現像ローラ７５の回転方向上流側の位置で圧接する弾性
ローラ７６があり、矢印Ｄの方向に回転することによ
り、現像ローラ７５上にトナー７４を供給している。

【００１４】この現像ローラ７５上に供給されたトナー
７４は、現像ローラ７５の回転に伴い搬送され、弾性ブ
レード７３と現像ローラ７５の当接部で摩擦により電荷
を付与され、薄層化される。

【００１５】さらに、トナー帯電ローラ７２の放電によ
る電気的電荷付与によりトナーに電荷を付与する。そし
て、電荷付与されたトナー７４は、現像ローラ７５によ
って搬送され、感光ドラム７１との当接部で静電潜像の
現像に供給される。

【００１６】その後、感光ドラム７１と現像ローラ７５
の当接部で現像されず残存したトナー７４は、弾性ロー
ラ７６に剥ぎ取られる。また、上述した様に弾性ローラ
７６により新たなトナー７４が現像ローラ７５に供給さ
れ上述作用を繰り返す。

【００１７】上述トナー帯電ローラを用いることによ
り、長期使用に対するトナー帯電量の低下が起こった際
も充分に帯電したトナーの現像領域に搬送することがで
き、かぶり等の画像不良を防止することができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トナー
帯電ローラを用いた場合でさえも、トナーの外添剤遊離
等によるトナー帯電量の経時変化が生じてしまい、その
結果、初期使用時と長期使用時の画像濃度が異なるなど
の画質に差が生じるという問題があった。

【００１９】そこで、本発明の目的は、長期にわたって
充分に帯電したトナーを安定に像担持体に供与し、常に
高品質な画質を与えることが可能な現像装置、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である。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る現像装置は、静電潜像を担持する像担
持体に現像剤を搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持
体上の現像剤に電圧を印加して帯電させる現像剤帯電部
材とを備え、前記現像剤担持体は第１のバイアスが印加
され、前記現像剤帯電部材は第２のバイアスが印加され
ると共に、前記現像剤担持体に印加される第１のバイア
スと前記現像剤帯電部材に印加される第２のバイアスと
の電位差を制御する制御手段を備える。

【００２１】また、前記現像装置の使用状況が記憶され
た記憶媒体を備え、前記制御手段は、前記記憶媒体の情
報に基づいて前記現像剤担持体に印加される第１のバイ
アスと前記現像剤帯電部材に印加される第２のバイアス
との電位差を制御する。

【００２２】また、前記現像装置の使用状況は、前記現
像装置により実行された画像形成動作の回数である。

【００２３】また、前記現像剤担持体に印加される第１
のバイアスと前記現像剤帯電部材に印加される第２のバ
イアスとの電位差を変化させて顕像化した複数のパター
ン像の濃度データを読み取る濃度検出手段と、該濃度検
出手段により読み取られた濃度データに基づいて、画像
形成時における前記現像剤担持体に印加される第１のバ
イアスと前記現像剤帯電部材に印加される第２のバイア
スとの電位差を定める現像条件制御手段とを備える。

【００２４】さらに、本発明に係るプロセスカートリッ
ジは、少なくとも上記の現像装置を備え、該現像装置に
より現像された画像を形成する画像形成装置に着脱自在
である。

【００２５】さらに、本発明に係る画像形成装置は、上
記現像装置と、該現像装置により現像される潜像が形成
される像担持体とを備える。

【００２６】このように、本発明によれば、現像剤担持
体に印加される第１のバイアスと現像剤帯電部材に印加
される第２のバイアスとの電位差を制御する制御手段を
備えることにより、画像形成条件が変化した場合であっ
ても、充分に帯電した現像剤を安定して供給することが
できる。

【００２７】また、例えば現像装置により実行された画
像形成動作の回数といった、記憶媒体に記憶された画像
形成装置の使用状況に基づいて第１のバイアスと第２の
バイアスとの電位差を制御しているため、画像形成装置
の使用に伴う変化に応じて適切な帯電状態の現像剤を提
供することができる。

【００２８】また、現像条件制御手段が、濃度検出手段
により読み取られた濃度データに基づいて、画像形成時
における前記現像剤担持体に印加される第１のバイアス
と前記現像剤帯電部材に印加される第２のバイアスとの
電位差を定めているため、画像形成装置の状態に応じて
より適切な第１のバイアスと第２のバイアスとの電位差
を決定することができる。

【００２９】また、画像形成装置に着脱自在なプロセス
カートリッジとすることによりユーザの利便性を向上さ
せることができる。

【００３０】

【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。

【００３１】また、以下の図面において、前述の従来技
術の説明で用いた図面に記載された部材、及び既述の図
面に記載された部材と同様の部材には同じ番号を付す。

【００３２】（第１の実施形態）以下に本発明に係る現
像装置の第１の実施形態について添付図面に基づいて説
明する。なお、以下に説明する本発明に係る現像装置の
各実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置及びプ
ロセスカートリッジの各実施形態の説明も兼ねるもので
ある。

【００３３】図１は、本発明に係る現像装置の第１の実
施形態を用いた画像形成装置の概略断面図であり、図２
は、図１に示される画像形成装置に具備される現像装置
の断面図である。

【００３４】図１において、本発明の構成要素たる像担
持体としての感光ドラム１は、矢印Ａ方向に回転し、感
光ドラム１を帯電処理するための帯電装置２によって一
様に帯電され、感光ドラム１に静電潜像を書き込む露光
ユニット３からのレーザー光により、その表面に静電潜
像が形成される。

【００３５】この静電潜像を感光ドラム１に対して近接
配置され、プロセスカートリッジとして、画像形成装置
に対し着脱可能である現像装置４によって現像し、トナ
ー像として可視化する。なお、本実施形態では露光部に
トナー像を形成するいわゆる反転現像を行っている。

【００３６】可視化された感光ドラム１上のトナー像
は、転写ローラ９によって転写材１３に転写され、転写
されずに感光ドラム１上に残存した転写残トナーはクリ
ーニングブレード１０によりかきとられ廃トナー容器１
１に収納され、クリーニングされた感光ドラム１は上述
作用を繰り返し画像形成を行う。

【００３７】一方トナー像を転写された転写材１３は定
着装置１２により定着処理され、装置外に排紙されプリ
ント動作が終了する。

【００３８】本実施形態にかかる現像装置４について図
２に基づいてさらに説明する。図２において、１４は一
成分現像剤として非磁性のトナー８を収容した現像容器
で、本現像装置４は、現像容器１４内の長手方向に延在
する開口部に位置し感光ドラム１と対向設置された本発
明の構成要素たる現像剤担持体としての現像ローラ５を
備え、感光ドラム１上の静電潜像を現像して可視化する
ようになっている。そして、現像ローラは感光ドラムと
当接幅を持って接触している。

【００３９】上記現像装置４において、弾性ローラ６
は、上記弾性ブレード７の現像ローラ５表面との当接部
に対し現像ローラ５回転方向上流側に当接され、かつ回
転可能に支持されている。この構造としては、発泡骨格
状スポンジ構造や芯金上にレーヨン、ナイロン等の繊維
を植毛したファーブラシ構造のものが、現像ローラ５へ
のトナー８供給及び未現像トナーの剥ぎ取りの点から好
ましい。本実施形態においては、芯金上にポリウレタン
フォームを設けた直径１６ｍｍの弾性ローラ６を用い
た。

【００４０】この弾性ローラ６の現像ローラ５に対する
当接幅としては、１〜８ｍｍが有効で、また現像ローラ
５に対してその当接部において相対速度をもたせること
が好ましく、本実施形態においては、当接幅を３ｍｍに
設定し、弾性ローラ６の周速として現像動作時に５０ｍ
ｍ／ｓ（現像ローラ５との相対速度は１３０ｍｍ／ｓ）
となるように不図示の駆動手段により所定タイミングで
回転駆動させた。

【００４１】弾性ブレード７は、ブレード支持板金１５
に支持され、自由端側の先端近傍を現像ローラ５の外周
面に面接触にて当接されるよう設けられている。この構
造はシリコン、ウレタン等のゴム材料か、バネ弾性を有
するＳＵＳまたはリン青銅の金属薄板を基体とし現像ロ
ーラ５への当接面側にゴム材料を接着したもの等からな
っている。

【００４２】また、当接方向としては、当接部に対して
先端側が現像ローラ５の回転方向上流側に位置するいわ
ゆるカウンター方向になっている。本実施形態において
弾性ブレード７は、厚さ１．０ｍｍの板状のウレタンゴ
ムをブレード支持板金１５に接着した構成になってい
る。また、現像ローラ５に対する当接圧は、０．２４５
〜０．３４３Ｎ／ｃｍ（線圧の測定は、摩擦係数が既知
の金属薄板を３枚当接部に挿入し、中央の一枚をばねば
かりで引き抜いた値から換算した。）に設定した。

【００４３】また、前記現像ローラ５は、上記開口部に
て右略半周面を現像容器１４内に突入し、左略半周面を
現像容器１４外に露出して横設されている。この現像容
器１４外へ露出した面は、現像装置４の左方に位置する
感光ドラム１に接触して対向している。

【００４４】現像ローラ５は矢印Ｂ方向に回転駆動さ
れ、その表面は、トナー８との摺擦確率を高くし、か
つ、トナー８の搬送を良好に行うための適度や凹凸を有
しており、本実施形態においては直径１６ｍｍ、長さ２
１６ｍｍ、肉厚５ｍｍのシリコンゴム層上にアクリル・
ウレタン系をコートした弾性ローラ６を用い、ローラ抵
抗を１０⁴〜１０⁶Ωとした。

【００４５】また、感光ドラム１とは圧接し、感光ドラ
ム１の周速５０ｍｍ／ｓに対して若干早めた周速８０ｍ
ｍ／ｓで回転させている。

【００４６】ここで抵抗値の測定は、直径３０ｍｍのア
ルミローラに現像ローラを当接荷重４．９Ｎで当接さ
せ、アルミ素管を周速５０ｍｍ／ｓで回転させる。次に
現像ローラに４００Ｖの直流電圧を印加する。アース側
に１０ｋΩの抵抗を配置し、その両端の電圧を測定し、
電流を算出し、現像ローラの抵抗を算出する。また、長
手方向の長さを２１０ｍｍとした。

【００４７】トナー８は、非磁性一成分現像剤であり、
前述したように転写性にすぐれ、かつ転写されずに感光
ドラム１上に残存した転写残トナーをブレード、ファー
ブラシ等のクリーニング手段によってクリーニングする
際に潤滑性が高いことから感光ドラム１の磨耗の少ない
などの利点を有するトナー、すなわちトナーとして球形
でありかつ表面が平滑であるものを用いている。

【００４８】具体的にはトナー体積抵抗値としては１０
¹⁴Ω・ｃｍ以上であり、測定条件は測定電極板面積φ６
ｍｍ、０．２８３ｃｍ²、圧力：１５００ｇの錘を用
い、９８０ｇ／ｃｍ²の圧力（９６．１ｋＰａ）、測定
時粉体層厚：０．５〜１．０ｍｍ、４００Ｖの直流電圧
を印加微小電流計（ＹＨＰ４１４０ｐＡＭＥＴＥＲ／
ＤＣＶＯＬＴＡＧＥＳＯＵＣＥ）で電流量を測定
し、抵抗値より体積抵抗値（比抵抗）を算出する。

【００４９】形状係数として、ＳＦ−１が１００〜１８
０であり、ＳＦ−２が１００〜１４０であるのを用いて
いる。このＳＦ−１、ＳＦ−２は、日立製作所ＦＥ−Ｓ
ＥＭ（Ｓ−８００）を用いトナー像を無作為に１００個
サンプリングし、その画像情報をインターフェイスを介
してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入し
解析を行い下式より算出し得られた値を定義している。
以下の式において“＾”はべき乗を表す。ＳＦ−１＝（ＭＸＬＮＧ）＾２／ＡＲＥＡ×π／４×１００ＳＦ−２＝（ＰＥＲｌ）＾２／ＡＲＥＡ×π／４×１００（ＡＲＥＡ：トナー投影面積、ＭＸＬＮＧ：絶対最大
長、ＰＥＲｌ：周長）

【００５０】このトナーの形状係数ＳＦ−１は球形度合
いを示し、１００から大きくなるにつれて球形から除々
に不定形となる。

【００５１】ＳＦ−２は凹凸度合を示し、１００から大
きくなるにつれてトナー表面の凹凸が顕著になる。

【００５２】トナーの製造方法としては、上記形状係数
の範囲内になればいわゆる粉砕方法による製造方法の他
に、特公昭３６−１０２３１号公報、特開昭５９−５３
８５６号公報に述べられている懸濁重合方法を用いて直
接トナーを生成する方法や、単量体には可溶で得られる
重合体が不溶な水系有機溶剤を用い直接トナーを生成す
る分散重合方法又は水溶性極性重合開始剤存在下で直接
重合しトナーを生成するソープフリー重合方法に代表さ
れる乳化重合方法等を用いてトナーを製造することは可
能である。

【００５３】本実施形態においては、トナーの形状係数
ＳＦ−１を１００〜１８０に、ＳＦ−２を１００〜１４
０に容易にコントロールでき、比較的容易に粒度分布が
シャープで４〜８μｍ粒径の微粒子トナーが得られる常
圧下での、または加圧下での懸濁重合方法を用い、モノ
マーとしてスチレンとｎ−ブチルアクリレート、荷電制
御剤としてサリチル酸金属化合物、極性レジンとして飽
和ポリエステル、さらに着色剤を加え、重量平均粒径７
μｍの着色懸濁粒子を製造した。

【００５４】そして、これに疎水性シリカを１．５ｗｔ
％外添することによって、前述したような転写性に優
れ、感光ドラム１のクリーニング時における磨耗の少な
い負極性のトナー８を製造した。

【００５５】以上のような本現像装置４において、現像
動作時に、現像容器１４内のトナー８は、攪拌部材１６
の矢印Ｃ方向の回転に伴い弾性ローラ６方向に送られ
る。

【００５６】次にこのトナー８は弾性ローラ６が矢印Ｄ
方向に回転することにより、現像ローラ５近傍に運ば
れ、現像ローラ５と弾性ローラ６との当接部において、
弾性ローラ６上に担持されているトナー８は、現像ロー
ラ５と摺擦されることによって、摩擦帯電をうけ、現像
ローラ５上に付着する。

【００５７】その後、現像ローラ５の矢印Ｂ方向の回転
に伴い、弾性ブレード７の圧接下に送られ、現像ローラ
５上に薄層形成される。

【００５８】次にトナー８の帯電電荷量を高く維持する
ために現像ローラ５上に形成される画像形成領域全域
に、本発明の構成要素たる現像剤帯電部材としてのトナ
ー帯電ローラ１８が当接し、放電によりトナーを帯電さ
せる。

【００５９】トナー帯電ローラ１８は、ゴムローラであ
り、押圧部材（不図示）より現像ローラ５上の当接荷重
は０．９８〜１．９６Ｎであるトナー帯電ローラ１８の
当接により、細密充填され均一コートされる。弾性ブレ
ード７とトナー帯電ローラ１８の長手位置関係は現像ロ
ーラ５上の弾性ブレード７当接全域を確実に覆うことが
できるよう配置されるのが好ましい。

【００６０】電荷付与の方法について以下に述べる。図
３に示す通り、トナー帯電ローラ１８の抵抗が１０⁸Ω
である場合、実線に示すような挙動を示す。トナー表面
電位は印加電圧０Ｖにおいても−２０Ｖ表面電位を持
つ。これは弾性ローラ６および弾性ブレード７で摩擦帯
電を受けたためである。図３は、図１に示される画像形
成装置のトナー帯電ローラにおけるトナー放電特性のグ
ラフである。

【００６１】この摩擦帯電による表面電位を除外すると
図４の実線に示すようにトナーとの放電開始電圧は−６
００Ｖから傾き１で立ち上がっており、感光ドラムに対
するＤＣ放電帯電と同様な挙動を示す。図４は、図１に
示される画像形成装置のトナー帯電ローラにおけるトナ
ー放電特性（トナー電位を除外したもの）のグラフであ
る。トナー帯電ローラ１８とトナー８の放電開始電圧は
下記に示す式（１），（２）の交点で決まる。

【００６２】Ｖｂ＝３１２＋６．２ｇ …………（１）Ｖｇ＝ｇ（Ｖａ−Ｖｃ）／［（Ｌｔ／Ｋｔ）＋ｇ］ ………（２）

【００６３】上式において、ｇ：空間距離Ｖｂ：ｇ＞８μｍ時のパッシェン則の近似式Ｖｇ：トナー帯電ローラ、トナー層表面の空隙間電圧Ｖａ：トナー帯電ローラ印加電圧Ｖｃ：トナー層表面電位Ｌｔ：トナー層厚みＫｔ：トナー層比誘電率である。

【００６４】本実施形態で使用しているトナー８は粒度
分布に優れ、形状が球形であるため、トナー層中のトナ
ーと空気の割合が一定であり式（２）中Ｋｔが安定し、
安定な放電による電荷付与が行われる。トナーの電荷付
与には他の方法として注入帯電がある。この場合、トナ
ー帯電ローラ印加電圧とトナー表面電位は図５に示した
ような挙動になる。以上の結果から、本実施形態におけ
る電荷付与の方法は放電を用いていると考えられる。図
５は、図１に示される画像形成装置の注入帯電の場合の
トナー帯電特性のグラフである。

【００６５】上記実験はトナー帯電ローラ１８の長手全
域がトナーコート部に当接した場合である。トナー放電
可能な抵抗範囲は、１０⁷Ω以下の場合、トナー放電可
能なトナー帯電ローラ１８とトナーコート部間の電圧が
得られず、１０¹¹Ω以上の場合は本実施形態のような構
成では放電開始電圧が大きすぎ適当ではない。従って、
トナー帯電ローラ１８の抵抗の適正範囲は１０⁷〜１０
¹¹Ωである。本実施形態において、現像ローラ５の抵抗
が１０⁸Ωを使用した場合は上記のトナー帯電ローラ１
８抵抗の適正範囲にあてはまる。

【００６６】抵抗測定法は以下の通りである。直径１６
ｍｍのアルミローラとトナー帯電ローラを当接荷重１．
６６６Ｎで当接させ、直径１６ｍｍのアルミローラを８
０ｍｍ／ｓで回転させる。次にトナー帯電ローラに−４
００Ｖの直流電圧を印加する。アース側に１０ｋΩの抵
抗を配置し、その両端の電圧を測定し、電流を算出し、
トナー帯電ローラの抵抗を算出する。また、長手方向の
長さを２１０ｍｍとした。

【００６７】トナー帯電ローラ１８により、充分に帯電
された現像ローラ５上のトナー層は、一様に感光ドラム
１との対向部である現像部へ搬送される。この現像当接
部において、現像ローラ５上に薄層形成されたトナー層
は、現像ローラ５の直流電圧によって感光ドラム１上の
静電潜像にトナー像として現像される。

【００６８】現像部において消費されなかった未現像ト
ナーは、現像ローラ５の回転とともに現像ローラ５の下
部より回収される。この回収部分には可撓性のシートか
らなるシール部材１７が設けられ、未現像トナーの現像
容器１４内への通過を許容するとともに、現像容器１４
内のトナー８が現像ローラ５の下部から漏出するのを防
止する。

【００６９】この回収された現像ローラ５上の未現像ト
ナーは、弾性ローラ６と現像ローラ５との当接部におい
て、現像ローラ５表面から剥ぎ取られる。この剥ぎ取ら
れたトナーの大部分は、弾性ローラ６の回転に伴い搬送
され現像容器１４内のトナー８と混ざりあい、トナー８
の帯電電荷が分散される。同時に弾性ローラ６の回転に
より現像ローラ５上に新たなトナーが供給され前述の作
用を繰り返す。

【００７０】次に現像ローラとトナー帯電ローラ間の電
位差に対するトナー帯電量について説明する。図６は、
本実施形態における初期使用時、２５００枚通紙および
５０００枚通紙時のトナー帯電ローラ１８と現像ローラ
５上のトナー８間の電圧に対するトナーの帯電電荷量を
示すグラフである。図６に示すようにトナーの帯電電荷
量はおよそ１２００Ｖから飽和するが、初期使用時から
５０００枚通紙に至るまでにトナーの飽和帯電量は低下
している。

【００７１】これは、主に外添剤遊離等によるトナー劣
化が要因と考えられる。このような状況で、トナー帯電
ローラ１８と現像ローラ５間の電位差が常に一定で、長
期にわたって画像形成動作を行った場合のトナー帯電量
の変化の様子を図７に示す。図７は、図１に示される画
像形成装置において本発明の制御を行わなかった場合の
通紙枚数と帯電電荷量の関係のグラフである。

【００７２】この際、トナー帯電ローラ１８と現像ロー
ラ５間の電位差は１５００Ｖに設定し、本実施形態では
負帯電トナーを用いており、現像ローラ５に印加する電
圧は−４００Ｖ、トナー帯電ローラ１８に印加する電圧
は−１９００Ｖとした。図７に示すように通紙枚数に対
するトナー帯電量は経時変化をしてしまい、その結果、
図８に示すように初期使用時と長期使用時で画像濃度に
差が生じてしまう。図８は、図１に示される画像形成装
置において本発明の制御を行わなかった場合の通紙枚数
と画像濃度の関係のグラフである。

【００７３】そこで、本実施形態においては、外添剤遊
離等によるトナー帯電量の経時変化を防止するために、
トナー帯電ローラ１８と現像ローラ５間の電位差を可変
するというものであり、本実施形態においては印字枚数
に応じてトナー帯電ローラ１８に印加するバイアスを変
更することを特徴としている。具体的なバイアス可変方
法を図１および図９のフローチャートで説明する。図９
は、図１に示される画像形成装置の制御フローチャート
である。

【００７４】図１に示すように本実施形態のプロセスカ
ートリッジは記憶媒体１９を具備しており、記憶媒体１
９には、前記プロセスカートリッジを用いて行った印字
枚数が記憶されている。プリント信号が入力されると
（Ｓ１）、画像形成装置本体側のＣＰＵ２０はプロセス
カートリッジに搭載された記憶媒体１９と通信を行い、
前記プロセスカートリッジの印字枚数を読み込む（Ｓ
２）。

【００７５】次にＣＰＵ２０は、印字枚数に応じたトナ
ー帯電ローラ１８への印加バイアスが予め格納された画
像形成装置本体側ＲＯＭ２１と前記ＣＰＵ２０に読み込
んだ印字枚数の値を比較し（Ｓ３）、本発明の構成要素
たる制御手段としてのバイアス制御手段２２により電源
２３及び電源２４を制御して、トナー帯電ローラ１８及
び現像ローラ５に印加する最適なバイアスを設定し、画
像形成動作に移行する（Ｓ４）。

【００７６】印字動作が終了すると印字枚数のカウント
を１増加し（Ｓ５）、前記プロセスカートリッジの記憶
媒体１９の印字枚数カウントを書き変える（Ｓ６）。続
いて連続プリントの要求があるかを判断し（Ｓ７）、要
求がない場合はプリント終了動作に移行し（Ｓ８）、要
求がある場合は、連続プリントの要求がなくなるまで、
Ｓ３〜Ｓ７の動作を繰り返す。

【００７７】本実施形態では、５００枚印字毎にトナー
帯電ローラ１８の印加バイアスを可変するような設定と
したことにより図１０，１１に示すように、長期にわた
ってトナー帯電量および画像濃度が安定し、常に高画質
を与える画像形成装置を提供することができた。図１０
は、図１に示される画像形成装置の通紙枚数と帯電電荷
量の関係のグラフであり、図１１は、図１に示される画
像形成装置の通紙枚数と画像濃度の関係のグラフであ
る。

【００７８】本実施形態では５００枚に１回の割合でト
ナー帯電ローラ１８に印加するバイアスを可変したが、
トナー帯電量の安定性に応じて、バイアス可変頻度を変
更しても良い。

【００７９】また、記憶媒体１９に記憶させる内容は現
像ローラ５の回転時間や、バイアス印加時間などトナー
劣化と相関があるものであれば、特に印刷枚数に限定さ
れるものではない。

【００８０】なお第１の実施形態では、画像形成装置本
体に着脱可能な現像装置からなるプロセスカートリッジ
は、複数個でもよく、特に各色の安定した階調性つまり
安定した帯電電荷量という特性を必要とするカラー電子
写真方式に用いてもよい。

【００８１】また、画像形成装置本体に着脱可能な現像
装置からなるプロセスカートリッジとして用いたが、現
像装置と感光ドラム、クリーニングブレード、廃トナー
収容容器、帯電装置を一体で形成し担持装置本体に対し
着脱可能なプロセスカートリッジとして用いても良い。

【００８２】（第２の実施形態）以下に本発明に係る現
像装置の第２の実施形態について添付図面に基づいて説
明する。第２の実施形態は、トナー帯電ローラに印加す
るバイアスを可変することにより画像濃度制御を行うこ
とを特徴とする画像形成装置であり、図１２に第２の実
施形態の現像装置を適用した画像形成装置を示す。図１
２は、本発明に係る現像装置の第２の実施形態を用いた
画像形成装置の概略断面図である。

【００８３】また、現像装置は第１の実施形態と同様に
感光ドラムに対して近接配置され、プロセスカートリッ
ジとして、画像形成装置に対して着脱可能である。

【００８４】第２の実施形態における画像形成装置は、
本発明の構成要素たる像担持体としての感光ドラム３１
の現像位置下流側で転写位置上流側に、感光ドラム３１
に近接して、本発明の構成要素たる濃度検出手段として
の濃度センサー４９が配置されている。前述したように
前記画像形成装置はプリント枚数に応じて、トナー帯電
量が変動すると、本来の画像濃度が得られなくなる。

【００８５】そこで、感光ドラム３１上にトナー３８で
パッチ画像を試験的に作像し、それらの濃度を発光素子
と受光素子からなる濃度センサー４９で反射光量を検知
し、その結果からトナー帯電ローラ４８にフィードバッ
クをかけて画像濃度制御を行い、安定した画像を得るよ
うにしている。

【００８６】なお、上記濃度センサー４９は赤外光を用
いており、上記受光素子の受感するパッチ画像の反射濃
度を検出することにより、出力画像濃度を推定できる。
本実施形態で用いたトナー３８は、反射濃度を１．２と
した際に目標画像濃度１．４が得られる。

【００８７】反射濃度は感光ドラム３１上付着トナー量
と、また、現像バイアス一定においては、感光ドラム３
１上付着トナー量とトナー帯電量に相関があることか
ら、トナー帯電ローラバイアス値と反射濃度には図１３
の実線に示すような相関がある。図１３は、図１２に示
される画像形成装置におけるトナー帯電ローラの印加電
圧と反射濃度の関係のグラフである。

【００８８】図１３でトナー帯電ローラバイアスの増加
に伴い、反射濃度が減少するのは、トナーの帯電量が増
加することによりトナーに対する鏡像力が増加し、感光
ドラム３１にトナー３８が飛翔しにくくなるためであ
る。

【００８９】前述の図６に示したようにトナー帯電量は
トナー帯電ローラ４８と現像ローラ３５間の電位差がお
よそ６００Ｖから増加し始め、１２００Ｖ付近で飽和す
る。

【００９０】故に電位差が６００〜１２００Ｖの間でト
ナー帯電ローラバイアスを可変させ、パッチ濃度検出結
果を直線近似し、反射濃度が１．２となるようなトナー
帯電ローラバイアスを算出、設定することにより、最適
な画像濃度（本実施形態では１．４）が得られる。

【００９１】本実施形態においてはパッチ潜像を現像す
る際のトナー帯電ローラ４８に印加する電圧値としてＶ
１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を用い、それぞれの電圧値は−１
０００Ｖ、−１２００Ｖ、−１４００Ｖ、−１６００Ｖ
となっている。

【００９２】この時、現像ローラ３５のバイアスは−４
００Ｖに固定されており、現像ローラ３５とトナー帯電
ローラ４８間の電位差は、６００Ｖ、８００Ｖ、１００
０Ｖ、１２００Ｖとなる。

【００９３】本実施形態の具体的な画像濃度制御方法に
ついて図１２および図１４のフローチャートを用いて説
明する。図１４は、図１２に示される画像形成装置の制
御フローチャートである。

【００９４】先ず、画像濃度制御動作に移行する（Ｓ
９）と、本発明の構成要素たる現像条件制御手段として
のＣＰＵ５０は、露光器３３で所定光量にて像露光され
たパッチ潜像をバイアス制御手段５２にてトナー帯電ロ
ーラバイアスを可変しながら、パッチＰ１、Ｐ２、Ｐ
３、Ｐ４を濃度を可変して作成する（Ｓ１０）。

【００９５】本実施形態においては感光ドラム３１表面
を帯電器３２で暗部電位ＶＤとして−７００（Ｖ）に一
様帯電し、次にパッチ形成画像情報に応じて露光器３３
よりＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームによる走査露
光が施され、明部電位ＶＬとして−１００（Ｖ）のパッ
チ潜像が形成される。

【００９６】そのパッチ潜像に対応しながら所定の段階
で増加するトナー帯電ローラバイアスがバイアス制御手
段５２から出力され、感光ドラム３１上のパッチ潜像が
濃度の異なるパッチトナー像として感光ドラム３１上に
顕像化される。以上のようにして形成されたこれらのパ
ッチの反射光量を上記濃度センサー４９で測定し（Ｓ１
１）、所望の一定濃度（本実施形態では反射濃度１．２
とした）が得られると推定されるトナー帯電ローラバイ
アスを求め（Ｓ１２）、バイアス値を出力することで、
パッチ濃度測定の結果を現像器にフィードバックさせ
（Ｓ１３）、画像濃度制御を終了し（Ｓ１４）、フィー
ドバックされた結果をもとに、画像形成を実行する。

【００９７】本実施形態においては５００枚に１回の割
合で画像濃度制御を行うものとしたが、使用トナーの安
定性に応じて制御頻度を変更しても良い。図１５に本実
施形態における通紙枚数とトナー帯電量の関係を、図１
６に通紙枚数と画像濃度の関係を示す。

【００９８】以上の結果から、画像濃度制御をトナー帯
電ローラ４８のバイアスを可変させて行うことにより、
長期使用にわたって、より確実にトナー帯電量を安定さ
せることが可能となり、また、画像濃度も安定し、常に
高画質を得ることができる。

【００９９】さらに第２の実施形態では、画像形成装置
本体に着脱可能な現像装置からなるプロセスカートリッ
ジは、複数個でもよく、特に各色の安定した階調性つま
り安定した帯電電荷量という特性を必要とするカラー電
子写真方式に用いてもよい。

【０１００】また、画像形成装置本体に着脱可能な現像
装置からなるプロセスカートリッジとして用いたが、画
像形成装置本体内に固定され、トナーのみを補給するよ
うな構成の現像装置として用いても良く、また現像装置
と感光ドラム、クリーニングブレード、廃トナー収容容
器、帯電装置を一体で形成し画像形成装置本体に対し着
脱可能なプロセスカートリッジとして用いても良い。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
現像剤担持体は第１のバイアスが印加され、現像剤帯電
部材は第２のバイアスが印加され、静電潜像を担持する
像担持体に近接もしくは接触して静電潜像を現像剤担持
体で搬送された現像剤によって可視化する現像装置にお
いて、第１の現像剤担持体に印加されるバイアスと現像
剤帯電部材に印加される第２のバイアスとの電位差が可
変可能であることにより、充分に帯電したトナーを安定
に供給でき、常に高品質な画質を与えることができる。

【０１０２】また、使用状況が記憶された記憶媒体を備
え、記憶媒体の情報に基づいて現像剤担持体に印加され
る第１のバイアスと現像剤帯電部材に印加される第２の
バイアスとの電位差が可変されることにより、長期使用
時においても常に充分に帯電したトナーを安定に供給で
き、常に高品質な画質を与えることができる。

【０１０３】さらに、画像形成に先立って、現像条件を
変化させて顕像化した複数のパターン像を濃度検出手段
により読み取り、読み取った濃度データに基づいて画像
形成時における最適な現像条件を定める現像条件制御手
段を持つ画像形成装置において、現像条件制御手段は、
現像剤担持体に印加される第１のバイアスと現像剤帯電
部材に印加される第２のバイアスとの電位差を可変し、
複数のパターン像を顕像化し、濃度データとして検出し
て画像形成条件を決定しているため、長期使用時におい
ても常に充分に帯電したトナーをより安定に供給でき、
常に高品質な画質を与える画像形成装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現像装置の第１の実施形態を用い
た画像形成装置の概略断面図である。

【図２】図１に示される画像形成装置に具備される現像
装置の断面図である。

【図３】図１に示される画像形成装置のトナー帯電ロー
ラにおけるトナー放電特性のグラフである。

【図４】図１に示される画像形成装置のトナー帯電ロー
ラにおけるトナー放電特性（トナー電位を除外したも
の）のグラフである。

【図５】図１に示される画像形成装置の注入帯電の場合
のトナー帯電特性のグラフである。

【図６】図１に示される画像形成装置におけるトナー帯
電ローラの印加電圧と帯電電荷量の関係のグラフであ
る。

【図７】図１に示される画像形成装置において本発明の
制御を行わなかった場合の通紙枚数と帯電電荷量の関係
のグラフである。

【図８】図１に示される画像形成装置において本発明の
制御を行わなかった場合の通紙枚数と画像濃度の関係の
グラフである。

【図９】図１に示される画像形成装置の制御フローチャ
ートである。

【図１０】図１に示される画像形成装置の通紙枚数と帯
電電荷量の関係のグラフである。

【図１１】図１に示される画像形成装置の通紙枚数と画
像濃度の関係のグラフである。

【図１２】本発明に係る現像装置の第２の実施形態を用
いた画像形成装置の概略断面図である。

【図１３】図１２に示される画像形成装置におけるトナ
ー帯電ローラの印加電圧と反射濃度の関係のグラフであ
る。

【図１４】図１２に示される画像形成装置の制御フロー
チャートである。

【図１５】図１２に示される画像形成装置の通紙枚数と
帯電電荷量の関係のグラフである。

【図１６】図１２に示される画像形成装置の通紙枚数と
画像濃度の関係のグラフである。

【図１７】従来のＣＤ接触一成分現像方式を用いた画像
形成装置の概略断面図である。

【図１８】従来のトナー帯電ローラを用いた接触現像方
式の現像装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１感光ドラム２帯電装置３露光ユニット４現像装置５現像ローラ６弾性ローラ７弾性ブレード８トナー９転写ローラ１０クリーニングブレード１１廃トナー容器１２定着装置１３転写材１４現像容器１５ブレード支持板金１６攪拌部材１７シール部材１８トナー帯電ローラ１９記憶媒体２０ＣＰＵ２１ＲＯＭ２２バイアス制御手段２３，２４電源３０現像容器３１感光ドラム３２帯電器３３露光器３５現像ローラ３８トナー４８トナー帯電ローラ４９濃度センサー５２バイアス制御手段６０現像容器６１感光ドラム６２帯電ローラ６３露光ユニット６４現像装置６５現像ローラ６６弾性ローラ６７弾性ブレード６８トナー６９クリーニング容器７１感光ドラム７２トナー帯電ローラ７３弾性ブレード７４トナー７５現像ローラ７６弾性ローラ

フロントページの続きＦターム(参考） 2H027 DA01 DA04 DA10 DD08 DE02 DE07 EA05 EC03 EC06 ED09 EF09 2H073 AA02 BA02 BA13 BA43 BA45 2H077 AC04 AC05 AD02 AD06 AD13 AD17 AD23 AD31 AD35 AE03 AE04 AE10 BA09 DA03 DA47 DA63 DB08 DB25 EA14 EA15 FA01 FA13 FA22 GA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像を担持する像担持体に現像剤を
搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体上の現像剤に電圧を印加して帯電させる
現像剤帯電部材とを備え、前記現像剤担持体は第１のバイアスが印加され、前記現
像剤帯電部材は第２のバイアスが印加されると共に、前記現像剤担持体に印加される第１のバイアスと前記現
像剤帯電部材に印加される第２のバイアスとの電位差を
制御する制御手段を備える現像装置。
【請求項２】前記現像装置の使用状況が記憶された記
憶媒体を備え、前記制御手段は、前記記憶媒体の情報に基づいて前記現
像剤担持体に印加される第１のバイアスと前記現像剤帯
電部材に印加される第２のバイアスとの電位差を制御す
る請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】前記現像装置の使用状況は、前記現像装置により実行された画像形成動作の回数であ
る請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】前記現像剤担持体に印加される第１のバ
イアスと前記現像剤帯電部材に印加される第２のバイア
スとの電位差を変化させて顕像化した複数のパターン像
の濃度データを読み取る濃度検出手段と、該濃度検出手段により読み取られた濃度データに基づい
て、画像形成時における前記現像剤担持体に印加される
第１のバイアスと前記現像剤帯電部材に印加される第２
のバイアスとの電位差を定める現像条件制御手段とを備
える請求項１から３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】少なくとも上記請求項１から４のいずれ
か１項に記載の現像装置を備え、該現像装置により現像
された画像を形成する画像形成装置に着脱自在であるプ
ロセスカートリッジ。
【請求項６】上記請求項１から４のいずれか１項に記
載の現像装置と、該現像装置により現像される潜像が形成される像担持体
とを備える画像形成装置。