JP2006091754A - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像剤担持体上に形成される現像剤層の現像剤量及び現像剤帯電量をより均一化を図り、更に、長期に亘って安定した現像特性を備えた現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像剤担持体１と、この現像剤担持体１と離間配置された現像剤供給部材２と、現像剤担持体１と現像剤供給部材２との間に印加され現像剤供給部材２から現像剤担持体１への現像剤供給量を規制する供給バイアス印加手段３とを備え、供給バイアス印加手段３により印加される供給バイアスは、現像剤担持体１に印加される現像バイアスに重畳され、１周期中に、少なくとも現像剤供給部材２から現像剤担持体１への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤担持体１と現像剤供給部材２との間で現像剤の移動に作用する作用領域Ａと、現像剤の移動に作用しない非作用領域Ｂとを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、非磁性一成分現像剤を用いた現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。

従来における電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、トナーのみからなる非磁性一成分現像剤（トナー）を用いた非磁性一成分現像方式と、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式とが知られている。中でも、非磁性一成分現像方式の現像装置は、キャリアとの混合、撹拌、トナー濃度の制御が不要であるため、装置の小型化、低コスト化が可能であり、更に、現像剤の交換作業などが不要なため、主としてメンテナンスフリーが要望されるプリンタにおいて使用されることが多くなってきている。

非磁性一成分現像方式においては、現像ロール上に所定のトナー量及びトナー帯電量を備えたトナー層を如何に形成するかが重要な要因となる。このため、通常、発泡体を使ったトナー供給ロールを現像ロールに食い込ませながら現像ロール上にトナーを一定量以上付着させた後、現像ロール側に設けられた規制ブレードによって現像ロール上のトナーの層厚規制並びに帯電付与（帯電規制）を行う方式が採られている。
しかしながら、この方式では、トナー供給ロールと現像ロールとのニップ域や現像ロールと規制ブレードとのニップ域でトナーが機械的なストレスを受け、トナーの劣化が生じ易くなったり、規制ブレードによるトナー層厚規制のための圧力により発熱が生じ、規制ブレードへのトナー固着が発生する問題がある。この問題は、カラー画像形成用の画像形成装置に使用される現像装置において、特に大きな問題となる。すなわち、カラー画像を形成するためには、各色のトナーを完全に溶融することによって発色させることが必要なため、トナーに使用されるバインダ樹脂は低融点化傾向にあり、規制ブレードへの固着が一層発生し易い傾向になる。

特開平８−１７９６０８号公報（実施例１、図１） 特開平９−６２０８８号公報（発明の実施の形態、図３） 特開平７−２３４５８３号公報（実施例、図２） 特開平９−３１１５３９号公報（発明の実施の形態、図６，１０） 特開平１０−２６８８２号公報（第１の実施形態、図２）

このような問題を解決するために、現像ロールとトナー供給ロールとを離間配置した方式が提示されている（例えば特許文献１〜３参照）。
特許文献１では、現像ロールとトナー供給ロールを離間配置させ、このトナー供給ロールに正多角柱形状のロールを用いた例が提示されている。また、特許文献２では、トナー供給ロールの他にトナー回収ロールを供えた構成が提示されている。更に、特許文献３では、現像ロールとトナー供給ロールとの適正なギャップについて提示されている。
特に、特許文献３では、図１５に示すように、現像ロール６１とトナー供給ロール６２とのギャップｍと、現像ロール６１上のトナー層厚ｎとの関係をｍ≧ｎとする点等が提示されている。

しかしながら、これらの技術においては、いずれも現像ロールとトナー供給ロールとが離間配置されることによって、両者の対向部位でのトナーのストレスは軽減されるものの、いずれの方式にあっても現像ロール側に、例えば図１５に示す層厚規制ブレード６３のような部材を備えている。そして、このような層厚規制ブレードの上流側では余剰トナーの付着が見受けられ、層厚規制ブレードによってこの余剰トナーを掻き取ると同時にトナーへの帯電規制を行うようになっている。そのため、層厚規制ブレードを現像ロールに対してある程度強く押し当てる（圧接力を高くする）必要があり、層厚規制ブレードへのトナー固着やトナーストレスの問題は解消されずに残ることから、長寿命化にとっても適さない構成となっている。

また、現像ロールとトナー供給ロールとを離間配置させた態様において、両者に印加させるバイアスを工夫する提案もなされている（特許文献４，５参照）。
これらの文献では、トナー供給ロールに印加するバイアスとして、電位が交互に変化する部分と、電位が変化せずに一定に維持される部分とで１周期とする交互電界（ブランクパルス）を印加しようとするものが提案されている。また、現像ロールに印加するバイアス（現像バイアス）として、同様の交互電界を現像領域（現像ロールと感光体とで構成される）に印加した方式も提案されている。ここで、トナー供給ロールに印加するバイアスと現像バイアスとの間で位相ずれを抑えるには、トナー供給ロールに印加するバイアスの周波数を現像バイアスの周波数より大きくすることで互いの干渉を防ぎ、位相のずれによる影響を低減する点も開示されている。
しかしながら、このような方式においては、トナー供給ロールに印加するバイアスと現像バイアスとは個々的に印加されており、仮に、両者の周波数を変えた設定にしても、現像ロールとトナー供給ロール間に加わる供給バイアスは現像バイアスとの差分で供給電界を作ることになり、そのタイミングによっては、トナー供給ロールから現像ロールへのトナー供給そのものができない懸念がある。

また、仮に、現像ロールとトナー供給ロールとの間にブランクパルスからなるバイアスを供給バイアスとして印加したとしても、供給バイアスの電位が交互に往復する部分ではトナーに往復運動作用を与え、しかも、一定電位を維持する部分では、トナーを積極的に一方側に戻そうとする作用を与えるものとなっている。尚、このような作用は、これらの特許文献にて、現像領域でのブランクパルスの作用効果と同様の作用効果に相当する点から容易に理解される。
したがって、特許文献４，５に記載された方式では、１周期中の全ての電界成分がトナーに作用する作用領域として働くものであり、供給バイアスのうち、１周期中の一部に非作用領域を設ける点については全く示唆されていない。
更に、このような直流電界（一定電位を維持する部分）を作用させると、トナー供給ロール上のトナーは、通常、未帯電（殆ど帯電されていない）状態であることから、電荷注入等により不要な帯電を生じて帯電量のばらつきも大きくなる。そのため、トナー供給ロールから現像ロールへトナーを供給しようとしても、帯電量のばらつきに伴って供給トナー量が変動し易くなり、現像ロールでの一定量のトナー薄層形成を制御できなくなる。
このように、ブランクパルスを印加し現像剤のコート（供給）量を確保することは述べられているが、作用領域と非作用領域の時間を制御して現像剤供給量を制御する点については全く示唆されていない。言い換えると、現像剤供給部材２から現像剤担持体１への現像剤供給付着量を増加させる技術については述べられているが、規制部材で層厚規制が不要になる程度に現像剤供給付着量を減らし、かつ均一化する技術については何ら示唆されていない。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、現像剤担持体上に形成される現像剤層の現像剤量及び現像剤帯電量をより均一化を図り、更に、長期に亘って安定した現像特性を備えた現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１，図２（ａ）に示すように、静電潜像が担持される像担持体に対向し回動可能で表面に現像剤を担持搬送する現像剤担持体１と、この現像剤担持体１と離間配置され当該現像剤担持体１に現像剤を供給する回動可能な現像剤供給部材２と、現像剤担持体１と現像剤供給部材２との間に印加され現像剤供給部材２から現像剤担持体１への現像剤供給量を規制する供給バイアス印加手段３とを備え、供給バイアス印加手段３により印加される供給バイアスは、１周期中に、少なくとも現像剤供給部材２から現像剤担持体１への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤担持体１と現像剤供給部材２との間で現像剤の移動に作用する作用領域Ａと、現像剤の移動に作用しない非作用領域Ｂとを含むものであることを特徴とするものである。

このような技術的手段において、本願に係る現像装置は、非磁性一成分現像剤（現像剤）を使用するものであり、現像剤担持体１は現像剤を担持できるものであればよく、ドラム状、ベルト状を含む。また、効果的に現像を行う観点からは、現像剤担持体１は静電潜像が担持される像担持体と接触配置される態様が好ましいが、非接触であっても差し支えない。更に、現像剤担持体１としては弾性体であっても剛体であっても差し支えない。
また、現像剤供給部材２は、現像剤担持体１とのギャップを安定に保つ観点から剛体が好ましいが、特にこれに限定されず、現像剤を担持搬送できるものであればよい。
更に、現像剤担持体１と現像剤供給部材２との回転方向は、両者の対向部位で同一方向（Ｗｉｔｈ方向）でも異なる方向（Ａｇａｉｎｓｔ方向）でも差し支えない。

そして、本発明においては、供給バイアス印加手段３によって印加される供給バイアスに大きな特徴点を有している。すなわち、本発明における供給バイアスは、図２（ａ）に示すように、現像剤の移動に作用する作用領域Ａと、現像剤の移動に作用しない非作用領域Ｂとを１周期とする電界で構成することにより、現像剤供給部材２から現像剤担持体１へ供給される現像剤量を制御することができる。更に、現像剤担持体１への現像剤付着量を少量とする供給制御が可能になる。尚、現像バイアスに重畳されることで、現像剤担持体１と現像剤供給部材２との間に確実に作用させることができる。

すなわち、作用領域Ａでは現像剤の移動を促し、非作用領域Ｂでは規定量以上の現像剤の供給を防止する。
仮に、この現像剤担持体１と現像剤供給部材２との間の電界成分の代わりに、図２（ｂ）に示すような電界（上述した特許文献４，５に相当）を供給すると、直流成分が重畳されていることから、特に、図のＣ部では現像剤に対する非作用領域としてではなく、帯電量の分布がほぼゼロの現像剤の中で、現像剤本来の極性方向に僅かに帯電した現像剤が現像剤担持体１側へ、その逆極性の現像剤は現像剤供給部材２側へ移動させる作用領域として働くため、現像剤担持体１上の現像剤量を一定量以下にすることが困難であった。
そのため、本発明においては、現像剤担持体１上の現像剤量を事前に適正化することができ、例えば現像剤担持体１に対向配置され現像剤の帯電規制を行う帯電規制部材４等での現像剤層厚規制を不要とすることもでき、帯電規制部材４では単に接触している程度の圧力があればよく、現像剤への不要なストレスを防ぐことができるようになる。

また、供給バイアスの作用領域Ａは、現像剤供給部材２側から現像剤担持体１側への現像剤の移動を促す電界成分と現像剤担持体１側から現像剤供給部材２側への現像剤の移動を促す電界成分からなる交流波形で構成されるようにすれば、現像剤担持体１へ現像剤を供給することができ、更に、この交流波形の正負のピーク値の絶対値が同等となるようにすれば、供給バイアスでの直流成分の効果を抑えることができ、より一層均一な現像剤の薄層が形成できるようになる。尚、作用領域Ａでの交流波形の正負のピークは複数あってもよいが、現像剤担持体１への現像剤供給量を制御する観点から各１個が好ましい。

一方、供給バイアスの非作用領域Ｂの電界成分のピーク値は、作用領域Ａの交流波形のピーク値の１／２以下とするようにすれば、現像剤に非作用領域Ｂとなり易く現像剤の移動を抑えることができるようになる。
また、非作用領域Ｂでの電界成分は、ゼロであることが好ましく、このようにすれば、非作用領域Ｂでの直流成分の影響をなくすことができ、均一な薄層形成が一層可能となる。
そして、本発明では、供給バイアスとして、その作用領域Ａの電界成分と非作用領域Ｂの電界成分との時間積分がゼロとなるような波形で構成することも可能で、この場合、作用領域Ａと非作用領域Ｂとで現像剤に直流成分の影響を受けないようにすることができる。

更に、本発明では、供給バイアスの１周期に占める作用領域Ａの時間の割合を変化させることで、現像剤担持体１への現像剤供給量を変化させることも可能で、例えば作用領域Ａの時間の割合（デューティ比）を０．３以下にすると現像剤供給量を１０ｇ／ｍ^２以下に、０．０８以下にすると現像剤供給量を７ｇ／ｍ^２以下にすることができるようになる。したがって、所望の現像剤供給量をデューティ比で簡単に制御することが可能になる。

また、本発明にあっては、現像剤担持体１と現像剤供給部材２とは、互いの対向部位で同方向に移動するように回転する（Ｗｉｔｈ構成）ことで、例えば互いに反対方向に回転する（Ａｇａｉｎｓｔ構成）場合に比べ、現像剤担持体１上に供給される現像剤量が一層安定する。尚、Ａｇａｉｎｓｔ方向では、機械的摺擦作用も手伝って余分の現像剤が付着することがある。
更に、このＷｉｔｈ構成にあっては、互いの対向部位から吐き出される現像剤が鉛直下方に向かうように、現像剤担持体１及び現像剤供給部材２を配置すれば、吐き出される現像剤が現像剤担持体１上に供給された現像剤に影響せず、安定した現像剤供給量を維持することができるようになる。

また、本発明においては、現像剤供給部材２には、当該現像剤供給部材２へ現像剤を供給可能とする現像剤収容部を備え、現像剤供給部材２と現像剤収容部との間に現像剤塊の通過規制を行うふるいを設けるようにすれば、現像剤供給部材２へ供給される現像剤の粒子形状を一定にさせることができ、現像剤担持体１上への現像剤の大きな塊が付着したり、この大きな塊が現像剤担持体１と現像剤供給部材２との対向部位に滞留して現像剤担持体１上の現像剤薄層に筋状の傷をつけることを防ぐことができる。そのため、均一な現像剤の薄層形成が可能になると共に、例えば白点や白筋等の画像欠陥に繋がる現像剤供給不良を防ぐことができる。
そして、このふるいとして、標準ふるいのメッシュ６０以上に相当するものを使用することが好ましく、現像剤の大きな塊の混入を防ぐことができる。更に、メッシュ１４９に相当するものを使用することが一層好ましく、現像剤担持体１へ供給される現像剤の粒子形状を一層揃えることができ、現像剤担持体１上でのより均一化された薄層形成が可能になる。

また、本発明による画像形成装置の態様としては、静電潜像が担持される像担持体と、
この像担持体上の静電潜像を現像する現像装置として、上述の現像装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、現像剤担持体と現像剤供給部材との間に印加する供給バイアスとして、現像剤の移動に作用する領域と移動に作用しない非作用領域とで１周期となる電界を使用したので、現像剤担持体への現像剤供給量を制御することができ、安定して均一な現像剤量の供給が可能になる。特に、供給量が１０ｇ／ｍ^２以下の少ない領域での制御が可能になることから、現像剤担持体上での帯電規制にあっても現像剤へのストレスを低減でき、長期に亘って現像特性の安定した現像装置を実現できる。
更に、これらの現像装置を用いることで、長期に亘って安定した画像形成が可能な画像形成装置を容易に構築できる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は、本発明が適用された実施の形態１の画像形成装置を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像を担持する感光体であり、この感光体２１はスコロトロン等の帯電装置２２によって帯電され、レーザ書込み装置やＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この書き込まれた静電潜像は、光の当たった感光体２１表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
また、現像装置３０は、現像ハウジング３１内に非磁性一成分現像剤であるトナーを収容し、現像剤担持体としての現像ロール３２にトナーを担持させ、この現像ロール３２にバイアス電源３３からの現像バイアスを印加することで、現像ロール３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。

更に、現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間した位置にトナーを現像ロール３２へ供給するトナー供給ロール３４が配設され、現像剤がトナー供給ロール３４から現像ロール３２へ供給されるようになっている。
また、転写装置２６は、例えば感光体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって感光体２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加することで、感光体２１上のトナー像を記録材２８に転写させるようにしたものである。
また、感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。

また、本実施の形態において、感光体２１上のトナー像を転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー像は記録材２８に定着される。
定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像を記録材２８に定着するようになっている。

ここで、本件発明の特徴点である現像装置３０について、図４に基づいて詳細に説明する。同図において、現像装置３０は、感光体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面し且つ感光体２１と対向して離間する位置に、現像ロール３２を回動自在に収容している。
本実施の形態では、この現像ロール３２は、例えばアルミニウムやステンレス等からなる金属ロールの外周部に、ウレタンゴム又はシリコーンゴム等からなる半導電性ゴムで被覆した構成を採っているが、金属ロールであっても差し支えない。

この現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間配置され、現像ロール３２に現像剤としてのトナーを供給するステンレス（ＳＵＳ）等の金属ロールからなるトナー供給ロール３４が配設され、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とは両者の対向部位で同じ方向（Ｗｉｔｈ方向）に回転するように構成されている。
尚、トナー供給ロール３４としては、現像ロール３２にトナーを供給できるものであればよく、ロール状、ベルト状、ブラシ状いずれであってもよい。
そして、本実施の形態では、トナー供給ロール３４にはバイアス電源３５が接続され、このバイアス電源３５の他端は現像ロール３２に接続されている。

また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、アジテータ３７によってトナーが撹拌されるようになっている。尚、アジテータ３７は、そのシャフト３７ａが樹脂製であり、トナーを撹拌する部分がＰＥＴシート等の樹脂シート３７ｂで構成され、トナーホッパ３６内のトナーを撹拌すると共に、トナー供給ロール３４側にトナーを供給するようになっている。

更に、現像ロール３２と対向する位置には、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位の下流側に、現像ロール３２上のトナーの帯電規制を行う帯電規制部材３８が一端を現像ハウジング３１に固定支持されて配設されている。本実施の形態においては、この帯電規制部材３８は、例えば０．０５ｍｍｔのＳＵＳ板を使用しており、現像ロール３２に対する接触圧は極小さく設定されている。そのため、現像ロール３２に対する変形等もなく、またトナーがこの帯電規制部材３８に固着することもないようになっている。尚、本実施の形態では、帯電規制部材３８としてＳＵＳ板を使用したが、例えばりん青銅等の他の金属であってもよいし、金属の上にウレタンゴム等の樹脂コートを施したもの等を使用してもよい。
更にまた、現像ロール３２と対向する位置には、感光体２１との対向部位である現像領域の下流側に、現像で消費されなかったトナーを剥離する剥離用部材３９が配設されている。この剥離用部材３９としては、ＰＥＴ樹脂のシート状部材を使用しているが、金属等のシート状部材であっても差し支えない。

また、トナー供給ロール３４に対向する位置には、トナー供給ロール３４上のトナーを剥離して現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間の供給電界が一定になるようにする剥離ブレード４０が配設されている。
そして、剥離ブレード４０によってトナー供給ロール３４から剥離されたトナーは、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位から吐き出されたトナーと相俟って、トナー供給ロール３４と現像ハウジング３１との隙間に落下し、パドル４１を介してトナーホッパ３６へ戻されることとなる。このパドル４１は、ＰＥＴ樹脂のシートからなる羽根を備えており、この羽根の回転によって、トナーをトナーホッパ３６に戻すように構成されている。

ここで、本実施の形態でのトナー供給ロール３４と現像ロール３２との間に印加される供給バイアスについて説明する。
図５は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の代表例を示すもので、正弦波の大きな電圧変動がある作用時間（作用領域に相当）と、その後に続く小さな電圧変動（図では収斂する方向）の非作用時間（非作用領域に相当）とで１周期をなす電圧波形が加わるように、バイアス電源３５が構成されている。尚、同図において、非作用時間の電圧波形のピークツーピーク電圧（Ｖ_ｐｐ２）は、小さい値となっているため、この時間でのトナーの移動には作用しない。
すなわち、本実施の形態では、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー飛散を正弦波の大きな変動がある作用時間に行い、１周期に占める作用時間の割合（デューティ比）を変えることで現像ロール３２へ供給されるトナー量を制御できるようにしている。また、トナーが不要な帯電をすることもない。仮に、この作用時間を連続させると、供給されるトナー量が多くなりすぎて供給量を制御し難い。

次に本実施の形態に係る、特に現像装置３０の作動について、図４を基に説明する。
同図において、トナーホッパ３６内でアジテータ３７によって撹拌されたトナーは、アジテータの羽根３７ｂによってトナー供給ロール３４側に供給される。トナー供給ロール３４側に供給されたトナーは、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのニップ域の上流側にトナー溜りを構成し、このトナー溜りのトナーは、現像ロール３２とトナー供給ロール３４の回転に伴って両者のニップ域を通って下流側に搬送される。
このとき、本実施の形態では、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間の供給バイスとして、図５に示す電圧波形が印加されている。また、トナー供給ロール３４の周速を現像ロール３２の周速の１．５倍としていることから、現像ロール３２上に所定のトナー付着が行われ、また、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位から吹き出したトナーが現像ロール３２側に向かうこともなく、現像ロール３２上のトナー量は安定する。
この現像ロール３２上に薄層形成されて供給されたトナーは、続く帯電規制部材３８によって所定の帯電量に帯電された後、現像ロール３２上を搬送され、感光体２１（図３参照）との現像領域にて現像に供される。そして、現像で消費されなかったトナーは、更に下流側に配設された剥離用部材３９によって現像ロール３２表面から剥離される。ここで剥離されたトナーは、この剥離用部材３９をガイドにトナー供給ロール３４方向へ戻される。

一方、剥離ブレード４０によってトナー供給ロール３４上から剥離されたトナーは、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのニップ域から吹き出したトナーと同様に、現像ハウジング３１内をパドル４１方向へ落下し、パドル４１の回転に伴ってトナーホッパ３６に戻される。
本実施の形態では、剥離ブレード４０によってトナー供給ロール３４表面はリフレッシュされるため、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位では、常時安定したトナー量となり、この間の電界は安定する。

本実施の形態においては、一旦層厚規制されて現像ロール３２に供給されたトナーに余分なトナー付着が生じないことから、現像ロール３２上のトナー層厚が安定し、帯電規制部材３８では帯電規制のみを行うようにしたので、帯電規制部材３８による現像ロール３２への負荷が小さくて済み、現像ロール３２の劣化を防ぎ、同時にトナーへのストレスも加えない現像が可能となる。また、トナー供給ロール３４や現像ロール３２に剥離部材（具体的には剥離ブレード４０，剥離用部材３９）を備えることで、現像ロール３２とトナー供給ロール３４間の供給バイアスが一層安定することから、現像ロール３２へのトナー供給量も一層安定させることが可能である。更に、供給バイアスによってトナー付着量を制御できるため、画像濃度の調整、安定化を図ることができる。
したがって、現像ロール３２へのトナー供給の均一性を確保することが可能になると共に、長期使用に対してもトナーの供給条件の変動を抑えることができる。

尚、本実施の形態では、帯電規制部材３８として金属製ブレード（ＳＵＳ板）を使用したが、本件での帯電規制部材３８としては、トナー層厚の規制力は必要ないため、例えば帯電ローラや金属製ブレードよりもさらに線圧が小さな部材を用いることも可能となる。

また、図６〜８は、本実施の形態における供給バイアスの他の波形を示すもので、図６のように台形波（矩形波）や、図７のような正弦波、や、図８のような三角波でも、上述の図５の供給バイアスと同様の効果を奏する。尚、特に、これらの波形（図６〜８）では、非作用時間での電圧はゼロとなっており、非作用時間では確実にトナーの移動に作用しないようにゼロ電界となっている。
これらは、いずれも作用時間にてトナーの移動を行い、非作用時間では規定量以上のトナーの付着を防止するためにゼロ電界としていることから、少量で且つ均一なトナー供給が可能となる。

一方、図９は、本実施の形態において上述した供給バイアスとは異なる供給バイアスとなっている。同図において、この波形は、作用時間では片側（本例ではマイナス電圧）にのみ三角波の電圧が印加され、非作用時間では、作用時間の三角波の面積に等しい面積を有する三角波が作用時間とは異なるプラス電圧側に形成されている。

このような電界を供給バイアスとして印加したときの作用について説明する。
トナーホッパ３６内の負帯電トナーは、殆ど帯電していないが、個々のトナー粒子では僅かにマイナスに帯電していたり、プラスに帯電したり、これらのトナー粒子が混在している。また、トナー供給ロール３４に担持される段階で、トナー粒子同士が接触し、一方がマイナスに他方がプラスに帯電する。
このような各種の帯電量をもつトナー粒子が存在しているときに、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間に、図９の供給バイアスを印加する（トナー供給ロール側をマイナスピークが大きい方にする）と、マイナスに帯電したトナー粒子を現像ロール３２側に強く引き付け、プラスに帯電したトナー粒子が現像ロール３２側に向かう力を小さくすることができる。

そのため、現像ロール３２上のトナーは、マイナスに帯電したトナー粒子が多くなり、極性を揃え易くなる。そして、現像ロール３２上に供給されたトナーの帯電量は一定量確保されることから、その後の帯電規制部材３８での帯電規制を行う際に、例えば接触圧（線圧）を小さくしてトナーへのストレスを低減させるようにしても、目標のトナー帯電量を得ることができるようになる。結果的に、長寿命化が可能な現像装置を提供することが可能になる。
本実施の形態では、バイアス電源３３に現像バイアスを、バイアス電源３５に供給バイアスを印加するようにしたが、例えば、本実施の形態における現像バイアスと供給バイアスを重畳させ、現像バイアスを現像ロール３２に印加し、この重畳したバイアスをトナー供給ロール３４に印加するようにしても、同様の効果を奏することは明らかである。

◎実施の形態２
図１０は、本発明が適用された実施の形態２に係る現像装置３０の概要を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態１における現像装置３０と略同様に構成されるが、トナー供給ロール３４とトナーホッパ３６との間に、メッシュ４２が設けられている点が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、トナーホッパ３６からトナー供給ロール３４へ供給されるトナーは、メッシュ４２を通過できたもののみであり、トナーの凝集が生じていない。そのため、現像ロール３２での均一なトナー層の形成が容易になる。その結果、斑点状の白点等の画像欠陥の発生を防ぐことができる。
本実施の形態におけるメッシュ４２は、標準ふるいの６０メッシュ以上のものがトナーの凝集等による塊の混入を防ぐ観点から好ましく、より好ましくは７５メッシュ以上がよい。更に、１４９メッシュ程度にすると、このメッシュ４２を通過するトナー量が減少するため、トナー量を多く要する高速機への適用には懸念もされるが、現像ロール３２上に供給されるトナー層はより均一化された薄層が形成される。そのため、より一層のストレス低減が可能になる。

◎実施例１
本実施例は、実施の形態１における構成にて、供給バイアスとして図６に示す正弦波を用いて、現像ロールへのトナー供給量を評価したものである。
具体的には、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを１００μｍとし、トナー供給ロール／現像ロールの周速比を１．５、現像ロールの周速を１００ｍｍ／ｓとしたときに、供給バイアスとして周波数を１〜２ｋＨｚで１〜２ｋＶ_ｐｐの正弦波を加え、このデューティ比を変えることで、現像ロール上のトナー付着量（供給量）を測定した。
結果は、図１１に示すように、デューティ比を増加させると、供給量Ｍ／Ａはそれに比例して増加した。したがって、デューティ比によってトナー供給量を容易に変化させることが確認された。また、特に、供給量を１０ｇ／ｍ^２以下の少ない領域でも、安定して制御できることが確認された。
更に、本実施例においては、現像ロールの周速を１００〜２５０ｍｍ／ｓの範囲とし、トナー供給ロールの周速比を１〜６まで可変して、同様の評価を行ったが、結果はいずれも図１１と同様にデューティ比を増加させることで、供給量はそれに比例して増加することが確認された。

◎実施例２
本実施例は、供給バイアスとして通常の正弦波（作用領域のみの波形）を用いて、ピークツーピーク電圧Ｖ_ｐｐとトナー付着量Ｍ／Ａとの関係を評価したものである。尚、このときの現像ロールとトナー供給ロールとのギャップは１００μｍとした。
結果は、図１２に示すように、Ｖ_ｐｐが９００Ｖ付近より上では付着量は飽和する傾向を示し、Ｖ_ｐｐが５００Ｖ未満では付着量が非常に少ないことが判明した。
したがって、このことから、トナーを現像ロール側へ移動させるために作用する電圧は、約１０００Ｖ_ｐｐ以上（ピーク値は５００Ｖ以上）、トナーの移動に作用しない電圧としては、約５００Ｖ_ｐｐ未満（ピーク値として約２５０Ｖ未満）が推定された。

◎実施例３
本実施例は、実施の形態１の構成にて、供給バイアスとして作用時間内の電圧波形が異なるものを印加した場合、現像ロールへのトナー供給量とトナー層電位との関係を評価した。電圧波形としては、作用時間内で正負のピーク値が同じ波形（図８の供給バイアス）とピークが片側にのみある波形（実施の形態１で説明した図９の供給バイアス）を使用した。
また、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを１００μｍ、トナー供給ロール／現像ロールの周速比を１．５、デューティ比を変えてトナー供給量を変化させて行い、供給バイアスの作用時間でのピーク値は８００Ｖとして行った。

結果は、図１３に示すように、正負のピーク値（絶対値）が同じ場合は、図中、破線で表示されるように、また、ピーク値が片側（マイナス側）となる場合は、実線のようになった。すなわち、片側にした場合には、両側の場合よりもトナー層電位がマイナス側にシフトしたことから、選択的なトナーの移動（トナー供給ロールから現像ロールへの）が顕著に現れることが判明した。
更に、ピーク値を検討したところ、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップが１００μｍでピーク値を５００Ｖ以上にすると、現像ロールに付着したトナーの帯電量が増加した（マイナスに帯電）。尚、５００Ｖ未満では、このような顕著な偏り（トナーの帯電量の増加）は生じなかった。

◎実施例４
本実施例は、現像ロールに印加する現像バイアスと、現像ロールとトナー供給ロール間の供給バイアス、トナー供給ロールに加わる波形の一例について、その具体的な波形を測定したものである。
結果は、図１４に示すように、現像ロールに印加される現像バイアスとしては、図の実線のような正弦波（直流成分が−２００Ｖに２ｋＨｚの交流を重畳）、現像ロールとトナー供給ロールとの間には、図の一点鎖線の波形、トナー供給ロールには図の点線の波形が夫々確認された。
このようなバイアスを印加するには、例えば、ＣＰＵ等を基にした波形発生回路を用い、現像バイアスとして直流成分と交流成分が重畳された図の実線で示すような波形を合成し、更に供給バイアスとして図の一点鎖線で示すような波形を合成し、夫々、増幅器を介して現像ロール及び現像ロールとトナー供給ロールとの間に印加するようにすればよい。
また、現像バイアス及び現像バイアスと上述した供給バイアスとを重畳した波形（図の点線の波形）を各々準備し、現像バイアスを現像ロールへ、重畳した波形をトナー供給ロールに印加することであってもよい。

本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。 （ａ）は本発明における供給バイアス、（ｂ）は比較としての供給バイアスを示す説明図である。 本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。 実施の形態１の現像装置を示す説明図である。 実施の形態１の供給バイアスの波形を示す説明図である。 実施の形態１の供給バイアスの第二の波形を示す説明図である。 実施の形態１の供給バイアスの第三の波形を示す説明図である。 実施の形態１の供給バイアスの第四の波形を示す説明図である。 実施の形態１の供給バイアスの正負のピーク値が異なる波形を示す説明図である。 実施の形態２に係る現像装置を示す説明図である。 実施例１の結果を示す説明図である。 実施例２の結果を示す説明図である。 実施例３の結果を示す説明図である。 実施例４の結果を示す説明図である。 従来例としての現像装置を示す説明図である。

符号の説明

１…現像剤担持体，２…現像剤供給部材，３…供給バイアス印加手段，４…帯電規制部材

Claims (13)

1. 静電潜像が担持される像担持体に対向し回動可能で表面に現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
   この現像剤担持体と離間配置され当該現像剤担持体に現像剤を供給する回動可能な現像剤供給部材と、
   現像剤担持体と現像剤供給部材との間に印加され現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給量を規制する供給バイアス印加手段とを備え、
   供給バイアス印加手段により印加される供給バイアスは、１周期中に、少なくとも現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤担持体と現像剤供給部材との間で現像剤の移動に作用する作用領域と、現像剤の移動に作用しない非作用領域とを含むものであることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   供給バイアスの作用領域は、現像剤供給部材側から現像剤担持体側への現像剤の移動を促す電界成分と現像剤担持体側から現像剤供給部材側への現像剤の移動を促す電界成分からなる交流波形で構成されることを特徴とする現像装置。
3. 請求項２記載の現像装置において、
   前記交流波形の正負のピーク値は、その絶対値が同等になるように設定されることを特徴とする現像装置。
4. 請求項３記載の現像装置において、
   前記非作用領域の電界成分は、ゼロであることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１記載の現像装置において、
   供給バイアスは、作用領域の電界成分と非作用領域の電界成分との時間積分がゼロとなるように構成されることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１記載の現像装置において、
   １周期に占める作用領域の時間の割合を変化させることで現像剤担持体への現像剤供給量を変化させることを特徴とする現像装置。
7. 請求項６記載の現像装置において、
   １周期に占める作用領域の時間の割合が、０．３以下であることを特徴とする現像装置。
8. 請求項６記載の現像装置において、
   １周期に占める作用領域の時間の割合が、０．０８以下であることを特徴とする現像装置。
9. 請求項１記載の現像装置において、
   現像剤担持体及び現像剤供給部材は、互いの対向部位で同方向に移動するように回転することを特徴とする現像装置。
10. 請求項９記載の現像装置において、
    現像剤担持体及び現像剤供給部材の対向部位から吐き出される現像剤が鉛直下方に向かうように、現像剤担持体及び現像剤供給部材が配置されることを特徴とする現像装置。
11. 請求項１記載の現像装置において、
    前記現像剤供給部材には、当該現像剤供給部材へ現像剤を供給可能とする現像剤収容部を備え、
    現像剤供給部材と現像剤収容部との間に現像剤塊の通過規制を行うふるいを設けたことを特徴とする現像装置。
12. 請求項１記載の現像装置において、
    更に、現像剤担持体と対向配置され現像剤担持体と現像剤供給部材との対向部位より現像剤搬送方向下流側には現像剤の帯電規制を行う帯電規制部材を備えることを特徴とする現像装置。
13. 静電潜像が担持される像担持体と、
    この像担持体上の静電潜像を現像する請求項１乃至１３のいずれかに記載の現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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