JP2005258345A - 現像装置および現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間現像動作をしても現像剤規制部材に現像剤が融着せず、現像剤担持体上に均一に帯電した均一な現像剤の薄層を安定して形成し、高品位な現像剤像を形成できる現像装置を提供する。
【解決手段】 現像装置４は、感光体ドラム２との対向位置である現像領域へトナーを搬送する現像ローラ１１と、現像領域よりもトナーの搬送方向の上流側において現像ローラ１１に圧接し現像ローラ１１上のトナーを薄層化するトナー規制ブレード１０と、トナー規制ブレード１０と現像ローラ１１との圧接部よりトナーの搬送方向の上流側に配置されるトナー供給規制ブレード８と、を備える。現像モード時には、現像ローラ１１およびトナー供給規制ブレード８に直流バイアス電圧が印加される。融着防止モード時には、トナー供給規制ブレード８に交流電圧が印加され、現像ローラ１１上に縞状のトナー層が形成される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置に関し、特に、現像剤担持体上の現像剤を薄層化する現像剤規制部材を備える現像装置に関する。

電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置は現像装置を備え、像担持体である感光体ドラム上に形成された静電潜像は現像装置によって現像されトナー像として可視化される。

現像剤としてトナーを用いた静電潜像の現像装置として、現像剤担持体である現像ローラの表面にトナーの薄層を形成し、現像ローラ上に形成されたトナーの薄層を感光体ドラムに接近または接触させることで静電潜像を現像する一成分現像装置が広く知られている。

一成分現像装置では、現像ローラに現像剤規制部材であるトナー規制ブレードが圧接されることで、現像ローラの表面にトナーの薄層が形成されるとともに、トナー規制ブレードとの摩擦によってトナーに電荷が付与される。このような現像装置では、トナーの均一な薄層の形成および各トナー粒子の帯電電荷の均一化が非常に重要である。

図９は、従来の現像装置の概略構成を示す断面図である。従来の現像装置３０は、現像容器３４、現像ローラ３２、トナー供給ローラ３５、およびトナー規制ブレード３１を備える。現像容器３４内には、一成分現像剤である非磁性のトナー３３が収容される。現像ローラ３２は、図示しない感光体ドラムに接近または接触するように配置され、図９において反時計方向に回転する。現像ローラ３２と感光体ドラムとの対向位置である現像領域よりも現像ローラ３２の回転方向の上流側に、弾性部材で形成されるトナー規制ブレード３１が現像ローラ３２に圧接するように配置され、さらに上流側にトナー供給ローラ３５が現像ローラ３２に当接するように配置される。

トナー供給ローラ３５が図９において反時計方向に回転することで、現像ローラ３２の表面にトナー３３が供給される。現像ローラ３２の表面に供給されたトナー３３は、現像ローラ３２の回転によって、トナー規制ブレード３１と現像ローラ３２との圧接部に搬送され、薄層化される。トナー規制ブレード３１と現像ローラ３２との圧接部でトナーが薄層化される際、トナーは摩擦帯電によって電荷を付与される。

現像ローラ３２の表面に薄く均一なトナー層を形成するためには、環境条件や現像動作の長期間継続時の安定性を満足するトナー３３、トナー規制ブレード３１および現像ローラ３２の物性を選択することが重要である。

トナー３３の帯電電荷の安定化のためには、トナー３３は、急速に帯電され若しくは低帯電量で飽和する必要がある。このため、摩擦帯電を促進させる必要がある。一般的に摩擦帯電を促進させるためには、トナー規制ブレード３１の現像ローラ３２への圧接力を増大させるという手段が採られる。トナー３３はトナー規制ブレード３１と強く圧接することでトナー規制ブレード３１と確実に接する機会を増し、帯電不良となるトナー３３が低減される。

しかし、トナー規制ブレード３１と現像ローラ３２との圧接部では、局部的に高い摩擦熱が発生することがあり、トナーバインダ樹脂が溶融し、トナー規制ブレード３１へトナー３３が融着することがある。トナー規制ブレード３１にトナー３３が融着すると、現像ローラ３２の表面に形成されるトナー３３の薄層に筋上のムラが発生する。

上述のようなトナー規制ブレード３１へのトナー３３の融着を防止する技術として、現像ローラの表面およびトナー規制ブレードの現像ローラとの当接部の表面にグラファイトを含有する樹脂被膜層を設けることで、両者の当接部でのトナーの詰まり、凝集、およびトナー規制ブレードへのトナーの融着を防止できるとする技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、現像ローラ上のトナーに電荷を付与する帯電装置と、現像領域の通過後に現像ローラ上に残留するトナーの電荷量を低減する電荷低減手段と、を設けることで、トナー規制ブレードへのトナーの融着を防止しようとする技術がある（例えば、特許文献２参照。）。この技術では、電荷低減手段として用いられるトナー規制ブレードは、導電性または半導電性の弾性材料で形成されて現像ローラに圧接され、さらに交流高電圧が印加されて現像ローラとの間に交流放電を発生させる。
特開平６−１８６８３８号公報 特開平１０−６３０９６号公報

しかし、特許文献１のような技術では、トナー規制ブレードの表面に被覆されたグラファイトを含有する樹脂被膜層の摩耗が避けられない。樹脂皮膜が部分的に磨耗したトナー規制ブレードの表面では、トナーとの摩擦係数が変化することによってトナー詰まりやトナーの融着が生じる。このようなトナーの融着物は、トナー規制ブレードを通過するトナーを掻き取り極端に薄くなった部分でスジ模様を形成したり、トナー規制ブレードを持ち上げて厚い帯状のトナー層を形成したりする。トナー層にスジ模様が形成されると感光体ドラム上に形成されるトナー像にもスジ模様が形成され、画像の品位が低下する。また、厚い層となった部分のトナーは、トナー規制ブレードとの摩擦が不十分となるので、帯電量の極端な低下を招き、現像ローラへの静電付着力（鏡像力）が低下する。低帯電トナーはカブリとして静電潜像を担持する感光体ドラムへ転写され、紙の地汚れの主要因となる。

また、トナー粒子が初期状態では保持しているナノサイズの外添剤と呼ばれる超微粒子が、現像動作を繰り返した場合にトナー規制ブレードの当接部の近傍に偏析する。この超微粒子の偏析はトナーの融着の核となる。この核をもとにして現像ローラとトナー規制ブレードとの間にトナーが詰まり凝集し、トナー層のムラや帯電の極端な低下が生じる。このため、長期間安定して動作させるためにはトナー規制ブレードの定期的なクリーニング作業が必要となる。

また、特許文献２のような技術では、トナー規制ブレードの担う役割をトナーの薄層化に特化できるので、トナー規制ブレードの現像ローラへの当接圧を比較的小さく設定可能である。しかし、低融点かつ小粒径のトナーの使用時に、トナー規制ブレードの機械的な圧力だけに頼るトナー層形成手段ではトナー規制ブレードの汚れやトナーの融着が避けられず、トナー層の乱れを解消する手段を別途備える必要がある。また、帯電電荷を低減するために発生させるトナー規制ブレードの近傍での放電現象は、局所的なプラズマによるトナー粒子の溶融、および放電時に生成される窒化物などの超微小粒子のトナー規制ブレードへの付着などを生じさせる。このように、特許文献２のような技術でも、トナー規制ブレードへのトナー融着が発生する。

トナー規制ブレードへのトナー融着は、現像プロセスの高速化に対応して、やや低分子量側へシフトした柔らかい基材からなるトナーを利用する場合により顕著に現われ、トナーの融着を防ぐ有効な手段はなかった。

この発明の目的は、長期間現像動作をしても現像剤規制部材に現像剤が融着せず、現像剤担持体上に均一に薄層化された現像剤層を安定して形成し、高品位な現像剤像を形成できる現像装置を提供することにある。

この発明の現像装置は、上述の課題を解決するために以下のように構成される。

（１）現像剤を担持し像担持体との対向位置である現像領域へ前記現像剤を搬送する現像剤担持体と、前記現像領域よりも前記現像剤の搬送方向の上流側において前記現像剤担持体に圧接し前記現像剤担持体上の現像剤を薄層化する現像剤規制部材と、現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との間に前記現像剤を断続的に供給する現像剤供給規制手段と、を備えることを特徴とする。

この構成においては、現像動作時には、現像剤規制部材によって現像剤担持体上に均一な現像剤の薄層が形成され、その均一に薄層化された現像剤が現像領域に搬送される。一方、現像動作時以外の時間には、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤が断続的に供給される。現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤が断続的に供給されると、現像剤担持体との間に現像剤がない状態では現像剤規制部材は現像剤担持体に直接接触し、現像剤担持体との間に現像剤がある状態では現像剤規制部材は現像剤によって持ち上げられ現像剤担持体との間隔が大きくなる。このように、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤がある状態とない状態とで、現像剤規制部材が変位して現像剤規制部材と現像剤担持体との間隔が変化する。

（２）前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体上に前記現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層を形成することを特徴とする。

この構成においては、現像動作時以外の時間に、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に、現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層が供給される。現像剤規制部材は、現像剤担持体との間に、現像剤がある状態では現像剤に持ち上げられて離間し、現像剤がない状態では現像剤担持体に直接接触する、というように変位する。したがって、現像剤規制部材は、現像剤担持体との間に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層が供給されると、現像剤担持体との離間および接触を小刻みに繰り返して振動する。

（３）前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との圧接部よりも前記現像剤の搬送方向の上流側に配置され、かつ、前記現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体との間の放電開始電圧以下の交流電圧を印加され前記現像剤担持体との間に前記現像剤の往復運動を可能とする交番電界を発生させる、現像剤供給規制部材を含むことを特徴とする。

この構成においては、現像剤担持体と現像剤規制部材との圧接部よりも現像剤の搬送方向の上流側に現像剤供給規制部材が配置される。現像剤供給規制部材は、現像動作時以外の時間に現像剤担持体との間の放電開始電圧以下の交流電圧を印加され現像剤担持体との間に現像剤の往復運動を可能とする交番電界を発生させる。現像剤供給規制部材と現像剤担持体との間に搬送された現像剤は、現像剤供給規制部材に印加される交流電圧の正負が切り替わる毎に現像剤供給規制部材と現像剤担持体との間を往復運動し、現像剤が現像剤供給規制部材側に吸着されたときに現像剤供給規制部材との対向位置を通過した現像剤担持体上には現像剤層は形成されず、現像剤が現像剤担持体側に移動したときに現像剤供給規制部材との対向位置を通過した現像剤担持体上には現像剤層が形成される。これによって、現像剤担持体上に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層が形成される。なお、現像剤供給規制部材に印加される交流電圧が現像剤担持体との間の放電開始電圧を超える場合は、放電により生成される正負両電荷担体が現像剤に付着して現像剤の帯電電荷が低減されてしまうが、この構成においては、現像剤供給規制部材に印加される交流電圧は現像剤担持体との間の放電開始電圧以下に設定されるので、現像剤の帯電電荷が低減されない。

（４）前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤規制部材を含み、前記現像剤規制部材は、前記現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体との間の放電開始電圧以下の交流電圧を印加され前記現像剤担持体との間に前記現像剤の往復運動を可能とする交番電界を発生させることを特徴とする。

この構成においては、現像動作時以外の時間に、現像剤規制部材に交流電圧が印加され、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に発生する交番電界内であって両者の圧接部の上流側において、現像剤が現像剤担持体と現像剤規制部材との間を往復運動し、現像剤担持体上に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層が形成される。そして、縞状に形成された現像剤層は現像剤担持体と現像剤規制部材との圧接部に搬送され、現像剤規制部材が振動する。このように、現像剤規制部材は、現像動作時には現像剤担持体上に均一な現像剤の薄層を形成し、現像動作時以外の時間には現像剤担持体上に縞状の現像剤層を形成する。

（５）前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体を含み、前記現像剤担持体は、前記現像動作時以外の時間に前記現像剤規制部材との間の放電開始電圧以下の交流電圧を印加され前記現像剤規制部材との間に前記現像剤の往復運動を可能とする交番電界を発生させることを特徴とする。

この構成においては、現像動作時以外の時間に、現像剤担持体に交流電圧が印加され、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に発生する交番電界内であって両者の圧接部の上流側において、現像剤が現像剤担持体と現像剤規制部材との間を往復運動し、現像剤担持体上に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層が形成される。そして、縞状に形成された現像剤層は現像剤担持体と現像剤規制部材との圧接部に搬送され、現像剤規制部材が振動する。

（６）前記現像剤担持体は、回転体からなり、前記交流電圧の周波数は、前記現像剤担持体の回転周波数の２４倍未満であることを特徴とする。

この構成においては、現像剤担持体は回転体からなり、現像剤担持体の周面に現像剤が担持される。また、交番電界を発生させる交流電圧の周波数は、現像剤担持体の回転周波数の２４倍未満に設定される。交流電圧の周波数が現像剤担持体の回転周波数の２４倍以上である場合は、現像剤が現像剤担持体と現像剤供給規制部材との間または現像剤担持体と現像剤規制部材との間を往復運動できず現像剤担持体上に縞状の現像剤層が形成されないのに対し、交流電圧の周波数は、現像剤担持体の回転周波数の２４倍未満に設定された場合、現像剤担持体と現像剤供給規制部材との間または現像剤担持体と現像剤規制部材との間を現像剤が往復運動して、現像剤担持体上に縞状の現像剤層が形成される。

（７）前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体との接触部に導電性物質を含むことを特徴とする。

現像剤供給規制手段の現像剤担持体との接触部の最表層が絶縁膜で覆われている場合、現像剤に現像剤担持体と現像剤供給規制部材との間または現像剤担持体と現像剤規制部材との間を往復運動させるためには、交流電圧の電圧値を現像剤担持体と現像剤供給規制部材との間または現像剤担持体と現像剤規制部材との間の放電開始電圧値に極めて近い値に設定する必要がある。したがって、この場合、放電開始電圧以下の交流電圧で現像剤を往復運動させることは困難である。

この構成においては、現像剤供給規制手段は、現像剤担持体との接触部に導電性物質を含むので、現像剤担持体と現像剤供給規制部材との間または現像剤担持体と現像剤規制部材との間の放電開始電圧以下の交流電圧で、現像剤が容易に往復運動する。また、現像剤供給規制手段が現像剤担持体との接触部に導電性物質を含むので、交番電界に追従して飛翔する現像剤が効率よく捕捉される。

この発明の現像方法は、上述の課題を解決するために以下のように構成される。

（８）現像剤担持体に現像剤規制部材を圧接して前記現像剤担持体上に担持される現像剤を薄層化する工程と、現像動作時に前記現像剤担持体と像担持体との対向位置である現像領域へ前記現像剤を連続的に搬送する工程と、前記現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との間に前記現像剤を断続的に供給する工程と、を備えることを特徴とする。

この構成においては、現像動作時には、現像剤規制部材によって現像剤担持体上に均一な現像剤の薄層が形成され、その均一に薄層化された現像剤が現像領域に搬送される。一方、現像動作時以外の時間には、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤が断続的に供給される。現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤が断続的に供給されると、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤がある状態とない状態とで、現像剤規制部材が変位して現像剤規制部材と現像剤担持体との間隔が変化する。

この発明によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）現像動作時以外の時間に、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤が断続的に供給され、現像剤担持体と現像剤規制部材との間に現像剤がある状態とない状態とで現像剤規制部材が変位するので、現像剤規制部材の周辺に堆積した現像剤が現像剤規制部材から振り落とされ除去される。したがって、現像剤規制部材への現像剤の融着を防止することができる。また、現像剤担持体と現像剤規制部材との間への現像剤の断続的な供給は、現像動作時以外の時間に行われるので、現像動作によって可視化された現像剤像の画像品位が低下されることはない。

（２）現像剤規制部材は、現像剤担持体との間に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層が供給されると、現像剤担持体との離間および接触を小刻みに繰り返して振動するので、現像剤規制部材の周辺に堆積した現像剤が現像剤規制部材からいっそう効果的に振り落とされ除去される。したがって、現像剤規制部材への現像剤の融着をいっそう効果的に防止することができる。

（３）現像剤供給規制部材が現像剤担持体上に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層を形成するので、縞状の現像剤層が現像剤担持体と現像剤規制部材との間に搬送されると現像剤規制部材は振動し、現像剤規制部材の周辺に堆積した現像剤が現像剤規制部材から振り落とされ除去される。したがって、現像剤規制部材への現像剤の融着を防止することができる。

（４）現像剤規制部材が現像剤担持体上に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層を形成するので、縞状の現像剤層が現像剤担持体と現像剤規制部材との間に搬送されると現像剤規制部材は振動し、現像剤規制部材の周辺に堆積した現像剤が現像剤規制部材から振り落とされ除去される。したがって、現像剤規制部材への現像剤の融着を防止することができる。また、現像剤規制部材が、現像動作時に現像剤担持体上に均一な現像剤層を形成する機能と、現像動作時以外の時間に現像剤担持体上に縞状の現像剤層を形成する機能と、を併せ持つので、部品数が少なくて済み、構造の簡略化を図ることができる。

（５）現像剤担持体に交流電圧が印加されることで現像剤担持体上に現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層が形成されるので、縞状の現像剤層が現像剤担持体と現像剤規制部材との間に搬送されると現像剤規制部材が振動し、現像剤規制部材の周辺に堆積した現像剤が現像剤規制部材から振り落とされ除去される。したがって、現像剤規制部材への現像剤の融着を防止することができる。

（６）交番電界を発生させる交流電圧の周波数が現像剤担持体の回転周波数の２４倍以下に設定され、現像剤担持体上に縞状の現像剤層が形成されるので、縞状の現像剤層が現像剤担持体と現像剤規制部材との間に搬送されると現像剤規制部材が振動し、現像剤規制部材の周辺に堆積した現像剤が現像剤規制部材から除去され、現像剤規制部材への現像剤の融着を防止することができる。

（７）現像剤供給規制手段は現像剤担持体との接触部に導電性物質を含むので、現像剤担持体と現像剤供給規制部材との間または現像剤担持体と現像剤規制部材との間の放電開始電圧以下の交流電圧で、現像剤を容易に往復運動させることができる。また、現像剤供給規制手段が現像剤担持体との接触部に導電性物質を含むので、交番電界に追従して飛翔する現像剤を効率よく捕捉することができる。

以下に、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係る現像装置の概略の構成を示す図である。この実施形態に係る現像装置４では例えば、現像剤として非磁性乾式一成分現像剤であるトナーが用いられる。現像装置４は、トナーを収容するハウジング２１、トナーを担持する現像ローラ１１、ハウジング２１内に収容されるトナーを現像ローラ１１に供給するトナー供給ローラ１２、トナー規制ブレード１０、およびトナー供給規制ブレード８を備える。

現像装置４は、静電潜像を担持する感光体ドラム２に現像ローラ１１が対向するように配置される。感光体ドラム２は、図１において時計方向に回転し、感光体ドラム２の周囲には、帯電デバイス１、転写ローラ５、クリーニングブレード６、および除電デバイス７が、感光体ドラム２の回転方向の上流側からこの順序で配置される。また、現像ローラ１１と感光体ドラム２とが対向する現像領域と帯電デバイス１との間から、感光体ドラム２を露光する光３が入射され、光３によって感光体ドラム２上に静電潜像が形成される。

現像ローラ１１、トナー供給ローラ１２、トナー規制ブレード１０、およびトナー供給規制ブレード８は、ハウジング２１内に配置される。現像ローラ１１は、ステンレス軸と、ステンレス軸の周囲に被覆され体積抵抗値が１０⁶ ［Ω・ｍ］以上である弾性ゴム部材とからなり、図１において反時計方向に回転する。トナー供給ローラ１２は、導電性の金属製で図１において反時計方向に回転する。トナー規制ブレード１０およびトナー供給規制ブレード８はそれぞれ、導電性を有する金属材料で形成される。トナー供給ローラ１２、トナー供給規制ブレード８、およびトナー規制ブレード１０は、現像ローラ１１の回転方向の上流側からこの順序で、現像ローラ１１にそれぞれ所定の圧力で接触する。

現像ローラ１１には、直流のバイアス電源１５が、ツェナーダイオード１９および電源切替装置１３を介して接続される。また、現像ローラ１１は、抵抗２０を介して接地される。さらに、トナー規制ブレード１０およびトナー供給ローラ１２にも、直流のバイアス電源１５が、電源切替装置１３を介して接続される。電源切替装置１３は、現像ローラ１１、トナー規制ブレード１０およびトナー供給ローラ１２に対して、直流バイアス電源１５と接続するか接地するかを切り替える。

また、トナー供給規制ブレード８には、直流のバイアス電源１６および交流電源１７が、電源切替装置１４を介して選択的に接続される。

ハウジング２１内に収容されるトナーはトナー供給ローラ１２を介して現像ローラ１１上に供給される。現像ローラ１１上のトナーは、現像ローラ１１とトナー供給規制ブレード８および現像ローラ１１とトナー規制ブレード１０からそれぞれ接触圧力を受けることによって薄層化されるとともに、所定量の帯電電荷を得る。薄層化され電荷を帯びたトナーは、現像ローラ１１の回転にともなって搬送され、現像領域において感光体ドラム２上の静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

図２は、現像ローラとトナー供給規制ブレードとにそれぞれ印加される電圧の波形を示す図である。ここで、Ｖ_dev は現像ローラ１１に印加される直流バイアス電圧を示し、 Ｖ_blはトナー供給規制ブレード８に印加される電圧を示す。また、横軸は経過時間を示 し、縦軸は電位を示す。この実施形態では、現像ローラ１１の直径は１６[ ｍｍ] であり、現像ローラ１１の周速度は１４６[ ｍｍ/ ｓｅｃ] に設定される。

現像装置４は、感光体ドラム２上の静電潜像を可視化する現像動作時に実行される現像モードと、現像動作時以外の時間に実行されトナー規制ブレード１０へのトナーの融着を防止する融着防止モードと、を有する。

時間帯Ａ−Ｂおよび時間帯Ｃ−Ｄは、現像動作中であり現像装置４は現像モードに設定される。現像モードでは、現像ローラ１１（Ｖ_dev ）に直流バイアス電源１５から−２ ００[ Ｖ] の直流バイアス電圧が印加され、トナー供給規制ブレード８（Ｖ_bl）に直流 バイアス電源１６から−２５０[ Ｖ] の直流バイアス電圧が印加される。時間帯Ａ−Ｂおよび時間帯Ｃ−Ｄの長さはそれぞれ、Ａ４サイズの画像を約１００枚現像する時間に相当する５分間に設定される。

時間帯Ｂ−Ｃおよび時間帯Ｄ−Ｅは、現像動作時以外の時間帯であり現像装置４は融着防止モードに設定される。融着防止モードでは、現像ローラ１１（Ｖ_dev ）はアース電 位に設定され、トナー供給規制ブレード８（Ｖ_bl）にはピークトゥーピーク電圧Ｖ_P-P で４００[ Ｖ_P-P ] 、周波数３４．５[ Ｈｚ] の交流電圧が印加される。時間帯Ｂ−Ｃ および時間帯Ｄ−Ｅの長さはそれぞれ、１分間に設定される。

この実施形態では、現像剤として体積平均粒径６. ５[ μｍ] の粉砕トナーが用いられ、時間帯Ａ−Ｂ等の現像モード時には、現像ローラ１１の周面に０. ８[ ｍｇ/ ｃｍ²]のトナーが付着する。時間帯Ｂ−Ｃ等の融着防止モード時には、現像ローラ１１の周面に形成されるトナー層の付着量が周期的に変化するので、上述のように、トナー規制ブレード１０の先端部はトナー層９の厚みに応じて上下に振動する。

図３は、現像動作時以外の時間帯Ｂ−Ｃおよび時間帯Ｄ−Ｅにおける現像ローラ１１とトナー規制ブレード１０との圧接部の拡大図であり、図３（ａ）はトナー規制ブレード１０がトナー層９に乗り上げた状態を示し、図３（ｂ）はトナー規制ブレード１０が現像ローラ１１に直接接触した状態を示す。

現像動作時以外の時間帯Ｂ−Ｃおよび時間帯Ｄ−Ｅには、トナー供給規制ブレード８に上述のような交流電圧が印加されるので、トナー供給規制ブレード８と現像ローラ１１との間に供給されたトナーがトナー供給規制ブレード８と現像ローラ１１との間を往復運動し、トナーの搬送方向に縞状のトナー層９が現像ローラ１１上に形成される。

トナー供給規制ブレード８と現像ローラ１１との間で形成された縞状のトナー層９が、トナー規制ブレード１０と現像ローラ１１との間に搬送されると、図３（ａ）に示すようにトナー規制ブレード１０がトナー層９に乗り上げた状態と、図３（ｂ）に示すようにトナー規制ブレード１０が現像ローラ１１に直接接触した状態と、を繰り返すことで、トナー規制ブレード１０は上下に振動する。

図４は、融着防止モードにおいて実験した場合の、トナー供給規制ブレード８に印加された電圧の波形、およびトナー規制ブレード１０の振動波形を示す図である。トナー規制ブレード１０の振動波形は、トナー規制ブレード１０の現像ローラ１１との圧接部の振動をフォトニックセンサで計測することで得た。図４から、トナー規制ブレード１０は、約５μｍの振幅で振動した。

現像装置４によれば、現像動作時以外の時間に、現像ローラ１１とトナー規制ブレード１０との間に縞状のトナー層９が供給され、トナー規制ブレード１０は現像ローラ１１との離間および接触を繰り返すことで振動するので、トナー規制ブレード１０の周辺に堆積したトナーがトナー規制ブレード１０から振り落とされ除去される。したがって、トナー規制ブレード１０へのトナーの融着を防止することができ、現像ローラ１１上に均一に帯電した均一なトナーの薄層を安定して形成し、高品位な現像剤像を形成できる。また、現像ローラ１１とトナー規制ブレード１０との間への縞状のトナー層９の供給は、現像動作時以外の時間に行われるので、現像動作によって可視化されたトナー像の画像品位は低下されない。

また、トナーの各粒子は通常、外添剤と呼ばれるナノサイズの超微粒子を周囲に保持し、現像動作が繰り返されるとトナー規制ブレード１０のトナーとの接触部周辺に外添剤が偏析する場合がある。トナー規制ブレード１０に外添剤が偏析すると、その外添剤が核となってトナー規制ブレード１０と現像ローラ１１との間にトナーが詰まって凝集し、トナー層の厚みのムラや、停電電荷の極端な低下が生じる。現像装置４によれば、トナー規制ブレード１０が振動することで、外添剤が振り落とされ偏析しないので、トナーの凝集が防がれ、トナー規制ブレード１０へのトナーの融着が防止される。

なお、さらに実験をした結果、上述の実施形態での融着防止モードにおいて、現像ローラ１１（Ｖ_dev ）はアース電位に設定され、トナー供給規制ブレード８（Ｖ_bl）にピー クトゥーピーク電圧Ｖ_P-P で３７５〜６００[ Ｖ_P-P ] の範囲内の交流電圧が印加され た場合に、トナー供給規制ブレード８と現像ローラ１１との間で放電がなく、トナーの往復運動が可能であった。

図５は、上述の現像装置４において、トナー供給規制ブレード８に印加される交流電圧Ｖ_blの周波数を変化させた場合の、形成されるトナー層の縞の間隔寸法の変化を観察し た実験の結果を示すグラフである。交流電圧Ｖ_blの周波数が高くなるにしたがって縞の 間隔寸法が小さくなり、交流電圧Ｖ_blの周波数が７０[ Ｈｚ] を超えたとき縞の間隔寸 法は１[ ｍｍ] 未満となった。縞の間隔寸法が１[ ｍｍ] 未満になると、トナー層９がトナー規制ブレード１０と現像ローラ１１との間に搬送された場合にトナー規制ブレード１０が十分に振動せず、トナーの融着防止効果が十分に発揮されなかった。また、トナー供給規制ブレード８に印加される交流電圧Ｖ_blの周波数が７０[ Ｈｚ] を超えてさらに大 きくなった場合、トナーが交番電界に追従して往復運動できず、トナー層が適切な縞状に形成されなかった。

図５に示す実験結果から、上述の現像ローラ１１の直径および周速度に対して、トナー供給規制ブレード８に印加される交流電圧Ｖ_blの周波数は１８〜７０[ Ｈｚ] の範囲内 であることが好ましく、この場合に、トナー供給規制ブレード８と現像ローラ１１との間でトナーの適切な往復運動が可能であった。なお、トナー供給規制ブレード８に印加される交流電圧Ｖ_blの周波数のより好ましい範囲は３０〜４０[ Ｈｚ] であった。

上述のような実験結果から、以下のように現像ローラ１１の回転周波数ｆ_R とトナー 供給規制ブレード８に印加される交流電圧Ｖ_blの周波数ｆとの関係式が得られた。

まず、現像ローラ１１の直径をＬ[ ｍ] 、現像ローラ１１の周面速度をｖ[ ｍ／ｓｅｃ] とした場合、現像ローラ１１の回転周波数ｆ_R は次式で表される。

次に、［数１］を上述の実施形態に適用すると、現像ローラ１１の回転周波数ｆ_R は 次式で算出される。

ここで、現像ローラ１１の回転周波数ｆ_R と交流電圧Ｖ_blの周波数１８[ Ｈｚ] およ び７０[ Ｈｚ] とを比較すると、次のようになる。

したがって、トナー規制ブレード１０の融着防止効果を有効に発揮するためにトナー供給規制ブレード８に印加される交流電圧Ｖ_blの周波数ｆ[ Ｈｚ] は、次式で表される。

すなわち、トナー供給規制ブレード８に印加される交流電圧Ｖ_blの周波数ｆは、現像 ローラ１１の回転周波数ｆ_R の６倍から２４倍までの間に設定されることが好ましい。

また、融着防止モードの時間帯Ｂ−Ｃおよび時間帯Ｄ−Ｅは、多過ぎてもトナーへストレスを与え、外添剤の剥離やトナーの欠けなどの障害が生じてしまう。この実施形態では、（現像モードの時間）：（融着防止モードの時間）＝５：１としたが、この比率を１：１程度にまで変更しても上述のような障害がなく実施可能であった。また、現像モードの時間および融着防止モードの時間は、上述のように５分および１分であることに限定されず、例えば、５秒および１秒であってもよい。

上述の実施形態では、トナー規制ブレード１０は金属材料で形成されたが、弾性材料で形成されてもよい。但し、トナー規制ブレード１０を弾性材料で形成する場合は、現像ローラ１１との接触部を導電性部材で被覆する必要がある。導電性部材としては例えば、金属薄膜や導電性微粒子を含有した樹脂皮膜を用いるとよく、導電性微粒子としてはカーボン微粒子の利用が最適である。

上述の実施形態ではトナー供給規制ブレード８を金属製のブレード状に形成したが、縞状のトナー層を形成する機能を発揮できればよく、例えばトナー供給規制ブレード８を金属製のローラ形状にしてもよく、この場合でも上述のような電圧を印加することで同じような効果を奏することができる。

図６は、他の実施形態に係る現像装置４ａの概略の構成を示す図である。この実施形態に係る現像装置４ａでは、現像装置４におけるトナー供給規制ブレード８が省かれ、トナー規制ブレード１０ａが、現像装置４におけるトナー規制ブレード１０およびトナー供給規制ブレード８の両方の機能を果たすように構成される。

現像装置４ａは、現像ローラ１１ａ、トナー供給ローラ１２ａ、およびトナー規制ブレード１０ａを備える。トナー規制ブレード１０ａには、直流電圧または交流電圧が切替装置１４によって選択的に印加される。現像ローラ１１ａには、直流電圧またはアース電位が選択的に印加される。印加電圧や印加する時間等については上述の現像装置４の場合と同様である。

現像装置４ａでは、融着防止モードにおいて、トナー規制ブレード１０ａと現像ローラ１１ａとの圧接部よりも現像ローラ１１ａの回転方向の上流側の近傍において、トナーがトナー規制ブレード１０ａと現像ローラ１１ａとの間を往復運動し、現像ローラ１１ａの周面上に縞状のトナー層が形成される。形成された縞状のトナー層は、トナー規制ブレード１０ａと現像ローラ１１ａとの圧接部に送られ、トナー層の厚みに応じてトナー規制ブレード１０ａが振動する。これによって、トナーのトナー規制ブレード１０ａへの融着が防止される。

図７は、図６に示す現像装置のトナー規制ブレードに、直流電圧のみを印加し続けた場合（現像モードのみを続けた場合）と、断続的に交流電圧に切り替えて印加した場合（現像モードと融着防止モードとを交互に繰り返した場合）と、のトナーの比電荷量の経時変化を観察した実験の結果を示すグラフである。この実験では、現像装置４ａを備えた画像形成装置において、感光体ドラムの静電潜像の現像、転写、および定着の動作を実行した。気温２４℃、相対湿度５４％の室内環境で１万１千枚のプリント動作を行った。

トナーの融着等のトナー規制ブレード１０ａの汚れは、現像ローラ１１ａの周面に形成されたトナー層の筋やムラという形で目視評価できる。また、トナー規制ブレード１０ａへのトナーの融着の進行は、トナー層の比電荷量の変化としても評価可能であり、一般的にトナーの比電荷量は、トナー規制ブレード１０ａの表面へのトナーの融着の増加とともに低下していくことが知られている。

トナー規制ブレード１０ａをリフレッシュするため断続的に交流電圧に切り替えて印加した場合（▲）の比電荷量の収束値は約−１５[ μＣ/ ｇ] であった。一方、トナー規制ブレード１０ａのリフレッシュのための交流電圧を印加せず、直流電圧のみを印加し続けた場合（◇）のトナーの比電荷量は、実験開始から８時間経過後に約−８[ μＣ/ ｇ] まで低下し、８時間の連続駆動後においてもグラフは下がり続けている。

図７に示すように、トナー規制ブレード１０ａに直流電圧を印加する現像モードと交流電圧を印加する融着防止モードとを交互に実行することで、トナーの比電荷量の低下が抑止されたこの実験結果から、トナー規制ブレード１０ａとトナーとが有効に接触し帯電作用するトナー規制ブレード１０ａの接触領域が長時間にわたって保持されている、すなわち、トナー規制ブレード１０ａへのトナーの融着が抑制されていることが分かる。

また、現像ローラ１１ａの周面のトナー層の目視観察から、直流電源のみでは６時間連続駆動時に、トナー規制ブレード１０ａへのトナーの融着が確認された。一方、交互に交流電圧を印加した場合では、８時間の連続駆動（１万１千枚のプリント時間に相当）後においても、現像ローラ１１ａの周面のトナー層に、筋、ムラなどの乱れが生じなかった。

なお、この実施形態の融着防止モードにおいて、トナー規制ブレード１０ａに交流電圧を印加する代わりに、現像ローラ１１ａに交流電圧を印加する構成にすることができる。これによっても、現像ローラ１１ａとトナー規制ブレード１０ａとの間に交番電界を発生させ、トナーを現像ローラ１１ａとトナー規制ブレード１０ａとの間で往復運動させ、現像ローラ１１ａ上に縞状のトナー層を形成することで、トナー規制ブレード１０ａへのトナーの融着を防止することができる。

図８は、さらに他の実施形態に係る現像装置４ｂの概略の構成を示す図である。現像装置４ｂでは、融着防止モード時に、トナー規制ブレード１０ｂに、交流電源１７と直流バイアス電源１８とが直列に接続され、交流電圧と直流電圧とが重畳して印加される。また、現像ローラ１１ｂには、現像モード時および融着防止モード時を含めて常時、直流電圧が印加され、現像装置４および現像装置４ａにおいて用いられた切替装置１３は必要なくなる。トナー規制ブレード１０ｂへのトナーの融着を防止するためには、融着防止モード時に現像ローラ１１ｂの周面とトナー規制ブレード１０ｂとの間に交流電圧が印加されればよく、現像装置４ｂによっても、現像装置４および現像装置４ａと同様に、トナー規制ブレード１０ｂへのトナーの融着を防止することができる。

なお、上述の現像装置４，４ａ，４ｂにおいて用いられる現像剤は、非磁性乾式一成分現像剤であるトナーに限定されない。現像剤として、例えば磁性トナーを用いても、上述の効果と同様の効果を期待できる。

この発明の実施形態に係る現像装置の概略の構成を示す図である。 現像ローラとトナー供給規制ブレードとにそれぞれ印加される電圧の波形を示す図である。 現像動作時以外の時間帯における現像ローラとトナー規制ブレードとの圧接部の拡大図であり、（ａ）はトナー規制ブレードがトナー層に乗り上げた状態を示し、（ｂ）はトナー規制ブレードが現像ローラに直接接触した状態を示す。 融着防止モードにおいて実験した場合のトナー供給規制ブレードに印加された電圧の波形およびトナー規制ブレードの振動波形を示す図である。 トナー供給規制ブレードに印加される交流電圧の周波数を変化させた場合の、形成されるトナー層の縞の間隔寸法の変化を観察した実験の結果を示すグラフである。 他の実施形態に係る現像装置の概略の構成を示す図である。 図６に示す現像装置のトナー規制ブレードに、直流電圧のみを印加し続けた場合と、断続的に交流電圧に切り替えて印加した場合と、のトナーの比電荷量の経時変化を観察した実験の結果を示すグラフである。 さらに他の実施形態に係る現像装置の概略の構成を示す図である。 従来の現像装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

２ 感光体ドラム
４，４ａ，４ｂ 現像装置
８ トナー供給規制ブレード
９ トナー層
１０，１０ａ，１０ｂ トナー規制ブレード
１１，１１ａ，１１ｂ 現像ローラ
１５，１６，１８ 直流バイアス電源
１７ 交流電源

Claims (8)

1. 現像剤を担持し像担持体との対向位置である現像領域へ前記現像剤を搬送する現像剤担持体と、
   前記現像領域よりも前記現像剤の搬送方向の上流側において前記現像剤担持体に圧接し前記現像剤担持体上の現像剤を薄層化する現像剤規制部材と、
   現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との間に前記現像剤を断続的に供給する現像剤供給規制手段と、を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体上に前記現像剤の搬送方向に縞状の現像剤層を形成することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との圧接部よりも前記現像剤の搬送方向の上流側に配置され、かつ、前記現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体との間の放電開始電圧以下の交流電圧を印加され前記現像剤担持体との間に前記現像剤の往復運動を可能とする交番電界を発生させる、現像剤供給規制部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤規制部材を含み、前記現像剤規制部材は、前記現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体との間の放電開始電圧以下の交流電圧を印加され前記現像剤担持体との間に前記現像剤の往復運動を可能とする交番電界を発生させることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
5. 前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体を含み、前記現像剤担持体は、前記現像動作時以外の時間に前記現像剤規制部材との間の放電開始電圧以下の交流電圧を印加され前記現像剤規制部材との間に前記現像剤の往復運動を可能とする交番電界を発生させることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
6. 前記現像剤担持体は、回転体からなり、
   前記交流電圧の周波数は、前記現像剤担持体の回転周波数の２４倍未満であることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記現像剤供給規制手段は、前記現像剤担持体との接触部に導電性物質を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の現像装置。
8. 現像剤担持体に現像剤規制部材を圧接して前記現像剤担持体上に担持される現像剤を薄層化する工程と、
   現像動作時に前記現像剤担持体と像担持体との対向位置である現像領域へ前記現像剤を連続的に搬送する工程と、
   前記現像動作時以外の時間に前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との間に前記現像剤を断続的に供給する工程と、を備えることを特徴とする現像方法。

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