JP2006301479A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期にわたって地カブリの発生を防止する。
【解決手段】 感光体１とトナー８を担持した現像スリーブ１０とを一定間隔離して対向させ、現像スリーブ１０に現像バイアス電圧を印加して、感光体１上に形成された静電潜像を可視像とする現像装置４において、現像バイアス電圧は、現像スリーブ１０から感光体１にトナー８を飛翔させる方向の電界を形成するピーク電圧Ｖｍａｘと、前記電界と逆方向の電界を形成するピーク電圧Ｖｍｉｎとを有する振動バイアス電圧であり、現像バイアス電圧の時間平均電圧をＶｄｃ、静電潜像の背景部電位をＶｄとした時、ＶｄとＶｄｃ間の電位差を大きくすることなく、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の値を、トナー８の帯電量の変化に関する情報に応じて変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を可視像とする現像装置に関するものであり、また、この現像装置を備える画像形成装置に関するものである。

一般に、静電潜像を担持した電子写真感光ドラム等の像担持体に、一成分現像剤（以下単にトナーとも言う）を担持して現像領域に搬送する現像スリーブ等の現像剤担持体を対向して配置し、この現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加して静電潜像を現像することが広く行われている。

上記静電潜像の現像を行う現像装置の１つとして、直流バイアスに交流バイアスを重畳させた現像バイアス電圧を印加することによって現像を行うものがあり（例えば、特許文献１参照）、現像剤担持体と像担持体が非接触の状態で現像を行うジャンピング現像方式（例えば、非特許文献１参照）は、広く用いられている。

そして、上記現像バイアス電圧として、現像剤担持体から静電潜像を担持する像担持体に向かう方向にトナーを飛翔させる電圧Ｖｍａｘと、像担持体から現像剤担持体に向かう方向にトナーを飛翔させる電圧Ｖｍｉｎとが繰り返される振動バイアス電圧が現像剤担持体に印加されることも公知である。

上記振動バイアス電圧の波形を図１２に示す。図１２の波形は、負極性に帯電したトナーで負極性の静電潜像を反転現像する場合のバイアス電圧波形である。図１２におけるＶｄは静電潜像の背景部の電圧、Ｖｌは静電潜像の被可視部の電圧である。電圧Ｖｌの領域、即ち像担持体の光で露光された領域にトナーを付着させて可視化する。図１２に示されるように、振動バイアス電圧の１周期Ｔにおいて、電圧Ｖｍａｘが時間Ｔｍａｘ現れ、次いで電圧Ｖｍｉｎが時間Ｔｍｉｎ現れる。

したがって、時間Ｔｍａｘの間に負に帯電したトナーは現像剤担持体から飛翔して像担持体上に形成された静電潜像の被可視部（Ｖｌ）にも背景部（Ｖｄ）にも付着する。但し、背景部に付着する単位面積当たりトナー量は、被可視部に付着する単位面積当たりトナー量に比べて少である。一方、時間Ｔｍｉｎの間に被可視部（Ｖｌ）に付着していたトナーの一部と、背景部に付着していたトナーの大部分は現像剤担持体上に飛翔して戻ってくる。以上の電圧Ｖｍａｘと電圧Ｖｍｉｎとの振動が繰り返されることにより、静電潜像が現像される。

上記現像方法は一般的に現像剤担持体と像担持体が一定間隔離れて対向配置された所謂ジャンピング現像方法に用いられる。ところが、この現像方法において、像担持体上に形成された静電潜像の背景部（Ｖｄ）に付着したトナーが時間Ｔｍｉｎの間に現像剤担持体に戻らずに像担持体上に残ってしまう、所謂地カブリという現象が生じることがある。この現象は像担持体上に付着したトナーの電荷量が高いために像担持体との静電的鏡映力が強くなり、現像剤担持体に向かって逆飛翔できないためである。これに対して、静電潜像背景部電圧Ｖｄと時間平均電圧Ｖｄｃの電位差、即ちバックコントラストを大きくするといったような方法で、地カブリを抑制することは公知である。
特開昭５５−１８６５９号公報 「電子写真技術の基礎と応用」、電子写真学会、１９８８年、Ｐ２６３

しかしながら、地カブリを抑制する上記方法を用いた場合には、必然的に被可視部電圧Ｖｌに対する時間平均電圧Ｖｄｃの電位差（現像コントラスト）が小さくなるため、濃度低下が起こり得る。特にトナーとして非磁性一成分現像剤を用いる場合においては、トナーの現像剤担持体への保持力を強くするために、トナーの電荷量が磁性一成分現像剤や二成分現像剤を用いる場合に比べて大きい。このため、現像剤担持体への静電的鏡像力を大きくして保持力を高めている。

このような非磁性一成分現像剤をトナーとして用いた場合、初期はトナー電荷量が大きいため、現像剤担持体上のトナーは静電的鏡映力が強く、静電潜像背景部電圧Ｖｄに飛翔し難いが、印字枚数を重ねていくに従い、トナーの電荷量が低下するため静電潜像背景部電圧Ｖｄへの飛翔を開始する。そして、像担持体上の静電潜像背景部電圧Ｖｄ部に付着したトナーは、上述したように静電的鏡映力により像担持体から現像剤担持体への逆飛翔ができずに地カブリが発生する。

また、使用環境変化におけるトナー帯電量の変化は他の現像方式に比べて大きい。例えば高温高湿環境におけるトナー帯電量は低温低湿環境に比べて低いため、静電潜像背景部電圧Ｖｄへ飛翔し易くなる。像担持体上の静電潜像背景部電圧Ｖｄ部に付着したトナーは、上述したように静電的鏡映力により像担持体から現像剤担持体への逆飛翔ができずに地カブリが発生する。また、低温低湿環境におけるトナー帯電量は高く、現像剤担持体上のトナーは静電的鏡映力が強く、静電潜像の背景部電圧Ｖｄに飛翔せず、地カブリは発生し難いが、被可視部電圧Ｖｌへの飛翔もし難いため、高温高湿環境に比べて画像上濃度が薄くなる可能性が生じる。

さらに、近年においては、高画質、低コストの観点から像担持体として電荷輸送層の薄膜化が進んでいる。電荷輸送層の薄膜化は、像担持体への露光により電荷発生層より発生した電荷の拡散が緩和されるためドットの再現性向上、ラインの先鋭化等の高画質化が可能となる上に、像担持体への帯電電圧として直流電圧印加のみを用いることが可能となるため、交流電圧を用いた帯電方法に比べて高圧電源コストが安価である。更にジャンピング現像方法と組み合わせた場合には、現像剤担持体と像担持体との摺擦がないため、印字枚数の増加に伴う電荷輸送層の削れが発生しない。その結果、常に像担持体への安定した帯電が可能となり、長期にわたって高画質を維持できる。しかしながら、薄膜化したことにより現像剤担持体から飛翔したトナーの静電的鏡映力も強くなるため、上述の地カブリしたトナーは、現像剤担持体へより一層逆飛翔し難くなる。

本発明の目的は、長期にわたって地カブリの発生を防止することにある。本発明の別の目的は、地カブリの発生を防止することに加えて、低コスト化及び高画質化を図ることにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
像担持体と現像剤を担持した現像剤担持体とを一定間隔離して対向させ、前記現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加して、前記像担持体上に形成された静電潜像を可視像とする現像装置において、
前記現像バイアス電圧は、前記現像剤担持体から前記像担持体に現像剤を飛翔させる方向の電界を形成するピーク電圧Ｖｍａｘと、前記電界と逆方向の電界を形成するピーク電圧Ｖｍｉｎとを有する振動バイアス電圧であり、
前記現像バイアス電圧の時間平均電圧をＶｄｃ、静電潜像の背景部電位をＶｄとした時
、ＶｄとＶｄｃ間の電位差を大きくすることなく、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の値を、現像剤の帯電量の変化に関する情報に応じて変更することを特徴とする現像装置である。

本発明によると、長期にわたって地カブリの発生を防止することができる。また、地カブリの発生を防止することに加えて、低コスト化及び高画質化を図ることができる。

（第１実施形態）
図１〜図７を参照して、第１実施形態について説明する。

本実施形態に係る画像形成装置について図１に基づいて説明する。図１において、像担持体としての感光体１は、矢印Ａ方向に回転し、高圧電源１６から印加される直流電圧を用いて感光体１を一様に帯電する（帯電処理ともいう）ための帯電装置２によって一様に帯電され、感光体１に静電潜像を書き込む露光ユニット３からのレーザー光で露光されてその感光体１の表面に静電潜像が形成される。

この静電潜像を、感光体１に対して一定の間隔離れて対向配置され、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（可視像とする）。なお、本実施形態では静電潜像の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。

可視化された感光体１上のトナー像は、搬送されてくる記録媒体（シート）である紙１３に転写ローラ９によって転写され、転写されずに感光体１上に残存した転写残トナーはクリーニングブレード５によりかきとられ廃トナー収容容器１１に収納される。

クリーニングされた感光体１は、再び帯電が行われ、上記作用を繰り返す。一方、トナー像が転写された紙１３は、定着装置６により定着処理され、定着処理後の紙１３が装置外に排紙され、プリント動作が終了する。

ここで、感光体１は、アルミ素管上に厚さ０．３〜１．０μｍの電荷発生層及び厚さ５〜２０μｍの電荷輸送層を塗工されており、その直径が２４ｍｍのものを用いており、周速５０ｍｍ／ｓで回転している。また、本実施形態においては、帯電装置２及び露光ユニット３により感光体１上に形成される静電潜像の背景部電圧Ｖｄは、−５００Ｖ、被可視部電圧Ｖｌは、−１００Ｖに設定されている。

更に、感光体１を帯電処理するための帯電装置２には、高圧電源１６から直流電圧が印加されている上に、非接触現像方式であるために、感光体１の最表層である電荷輸送層の削れはない。その結果、電荷輸送層の薄膜化が可能となり、かつ印字枚数の増加に伴う背景部電圧Ｖｄの変動もないため、長期間にわたって高画質な画像を得ることができる。

次に、本実施形態に係る現像装置４について図１に基づいて更に説明する。図１において、現像装置４は非磁性一成分現像剤としてトナー８を収容した現像容器と、現像容器内の長手方向に延在する開口部に位置し感光体１と所定の間隔離れて対向配置された現像剤担持体としての現像スリーブ１０を備えている。感光体１上の静電潜像は、感光体１と現像スリーブ１０の対向部である現像領域において現像され、トナー像として可視化される。

現像装置４において、弾性ローラ１２は、弾性ブレード７と現像スリーブ１０表面との当接部に対し、現像スリーブ１０の回転方向に対して上流側に当接され、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、現像スリーブ１０に対するトナー８の供給及び未現像トナーの剥ぎ取りの点から好ましい。

弾性ローラ１２は、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１２ｍｍのローラを用いた。この弾性ローラ１２の現像スリーブ１０に対する当接幅としては、１〜８ｍｍが有効で、また、弾性ローラ１２は現像スリーブ１０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、本実施形態おいては、当接幅を３ｍｍに設定し、回転駆動させた。

弾性ブレード７は、ブレード支持板金に支持され、自由端側の先端近傍を現像スリーブ１０の外周面に面接触にて当接されるよう弾性ローラ１２の下流側に設けられている。弾性ブレード７の構造はシリコン、ウレタン、ナイロン等のゴム材料か、バネ弾性を有するＳＵＳ又はリン青銅の金属薄板を基体とし、現像スリーブ１０への当接面側にゴム材料を接着したもの等からなる。また、弾性ブレード７の当接方向としては、当接部に対して先端側が現像スリーブ１０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、リン青銅の金属板を基体とし、その現像スリーブ１０への当接面に厚さ０．５ｍｍの板状のナイロンゴムを接着した構成になっている。また、現像スリーブ１０に対する当接圧は、０．１４７〜０．２４５Ｎ／ｃｍ（１５〜２５ｇＦ／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。

現像スリーブ１０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な凹凸を有している。本実施形態においては、直径１２ｍｍのアルミニウム製スリーブ表面に、カーボン、グラファイトを分散したフェノール樹脂溶液をスプレー塗工した表面粗さＲａが約０．８μｍとしたものを用い、感光体１との間隙が３００μｍになるように対向し、感光体１の周速５０ｍｍ／ｓに対して若干早めた周速８０ｍｍ／ｓで回転させている。

本実施形態では、トナー８は非磁性一成分現像剤を用いている。トナー８は、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、更に着色剤を加え、重量平均粒径７μｍの着色懸濁粒子である球形トナーを用いた。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、転写性に優れ、感光体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。かかるトナー８は球形であるため、感光体１との付着力が従来の非球形トナーと比較して小さく、紙等の記録媒体に対する転写性に優れている。また、転写されずに感光体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も、潤滑性が高いことから感光体１の磨耗が少ない等の利点を有する。

以上のような構成の現像装置４において、現像動作時に、現像容器内のトナー８は、撹拌部材１４の矢印Ｄ方向の回転に伴い弾性ローラ１２方向に送られる。次にこのトナー８は、弾性ローラ１２が矢印Ｃ方向に回転することにより現像スリーブ１０近傍に運ばれ、現像スリーブ１０と弾性ローラ１２との当接部において摺擦されることによって、摩擦帯電を受け、現像スリーブ１０上に付着する。その後、現像スリーブ１０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、現像スリーブ１０上に薄層形成される。本実施形態においては、現像スリーブ１０上に薄層形成される良好なトナーコート量として０．４〜１．０ｍｇ／ｃｍ^２、トナー層厚として１０〜２０μｍの範囲の値が得られるように設定している。

その後、現像スリーブ１０上に薄層形成されたトナー層は、一様に感光体１との対向部である現像部へ搬送される。この現像部において、現像スリーブ１０上に薄層形成されたトナー層は、高圧電源１５から現像スリーブ１０に印加される現像バイアス電圧によって感光体１上の静電潜像にトナー像として現像される。

現像部において消費されなかった未現像トナーは、現像スリーブ１０の回転とともに現像スリーブ１０の下部より回収される。この回収された現像スリーブ１０上の未現像トナーは、弾性ローラ１２と現像スリーブ１０との当接部において、現像スリーブ１０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１２の回転に伴い搬送され現像容器内のトナー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１２の回転により現像スリーブ１０上に新たなトナーが供給され前述の作用を繰り返す。

次に本実施形態において高圧電源１５から現像スリーブ１０に印加される現像バイアス電圧の波形について図２を用いて説明する。本実施形態において、現像バイアス電圧は、直流バイアスに交流バイアスを重畳させた振動バイアス電圧を印加している。

現像装置の新品状態である初期においては、図２に示すように現像スリーブから感光体へトナーを飛翔させる方向の電界を形成するピーク電圧（飛翔電圧）Ｖｍａｘ１を−１１５０Ｖ、前記電界と逆方向の電界を形成するピーク電圧（引き戻し電圧）Ｖｍｉｎ１を＋６５０Ｖ、時間平均電圧である直流バイアスＶｄｃを−２５０Ｖに設定している。その結果、ピーク間電圧Ｖｐｐ（ＶｍａｘとＶｍｉｎの電位差）は１８００Ｖ、デューティー比は５０％となる。ここでいう飛翔電圧Ｖｍａｘとは、現像スリーブ１０上の負極性に帯電されたトナー８を、感光体１上に形成された静電潜像背景部電圧Ｖｄ及び被可視部電圧Ｖｌに対して、飛翔させる電圧のことを示し、引き戻し電圧Ｖｍｉｎは、静電潜像背景部電圧Ｖｄ及び被可視部電圧Ｖｌに飛翔したトナーの一部及び大部分を現像スリーブ１０に引き戻す方向に飛翔（逆飛翔）させる電圧を示している。デューティー比とは、Ｖｍａｘ１印加時間（Ｔｍａｘ１）とＶｍｉｎ１印加時間（Ｔｍｉｎ１）の和（即ち、交流波形の１周期の時間Ｔ）に対する、Ｖｍａｘ１印加時間を示す。また、交流周波数は３ｋＨｚに設定している。

初期において、トナー帯電量分布は、図３に示す様に−５０μＣ／ｇ〜−７０μＣ／ｇの範囲に分布しており、直流バイアスを−２５０Ｖ、Ｖｍｉｎを＋６５０Ｖに固定した状態でＶｍａｘを変化させた場合の紙上カブリ量の関係は図４に示す関係となる。ここで、カブリの測定は東京電色社製のＲＥＦＬＥＣＴＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ＴＣ−６ＤＳを用いて測定し、
「カブリ（反射率）（％）＝標準紙の反射率（％）−サンプル非画像部の反射率（％）」の式より算出した。

図４は横軸にＶｍａｘとＶｄの電位差絶対値である｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜を、縦軸に紙上カブリ量をプロットしたものである。図４に示す様に７００Ｖを境に｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の増加に伴い、紙上カブリ量は増加する。また、本実施形態においては感光体１における電荷輸送層の薄膜化による高画質化を行っているため、感光体１に飛翔したトナーに対する静電的鏡映力が強いため、引き戻し電圧Ｖｍｉｎ１で現像スリーブ１０に逆飛翔しない。逆飛翔をさせるためにＶｍｉｎ１を大きくすることにより、カブリトナーを引き戻すことも考えられるが、背景部電圧Ｖｄへのリークが発生してしまうため、無闇にＶｍｉｎ１を大きくすることはできない。ここでいうリークとは、現像スリーブ１０に印加される電圧と感光体１の表面電圧との電位差がリーク限界電圧を超えることを意味している。

具体的には、現像スリーブ１０に印加されるピーク電圧Ｖｍｉｎと感光体１に形成され
る静電潜像背景部電圧Ｖｄとの電位差、現像スリーブ１０に印加されるピーク電圧Ｖｍａｘと感光体１のアルミ素管部電圧（本実施形態では接地）との電位差が、リーク限界電圧を超えないように設定されている。本実施形態では、例えば高地環境の様な気圧の低い場所での使用も想定し、リークが発生しないために十分な余裕を持った電圧値に設定し、固定している。

ところが、印字枚数の増加に伴い、上で説明した現像工程で使用（印字）されなかったトナーは、弾性ブレード７、弾性ローラ１２での摺擦を繰り返すことにより、また外添剤のトナーへの埋め込みや、剥離により、徐々に帯電量が低下してくる。図５は初期状態に加えて１，０００枚印字、及び２，０００枚印字した際の｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜と紙上カブリ量の関係を示したものである。この時、トナーの帯電量分布は、図６に示す様に初期状態に比べて、印字枚数が増加するに従い、＋側への分布が増加したブロードな形になっている。その結果、トナー帯電量分布の内、＋側に分布するトナーが帯電量の低下（本実施形態では、以下、＋側に帯電量がシフトすることを意味する。）に伴って、現像スリーブ１０に対する静電的鏡映力が弱くなり、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜で形成される電界によって飛翔し易くなるため、図５に示すように印字枚数の増加に伴い、カブリが発生する｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の値は小さくなる。

そこで、本実施形態では図７に示すように、１，０００枚印字した際のＶｍａｘ２を−１０５０Ｖ、２，０００枚印字した際のＶｍａｘ３を−９５０Ｖとなるように制御を行っている。言い換えると、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜が、初期状態時では、６５０Ｖ（Ｖｍａｘ１＝−１１５０Ｖ、Ｖｄ＝−５００Ｖ）に設定していたのに対し、印字枚数に従い、徐々にその値を小さくしていき、１，０００枚時には５５０Ｖ、２，０００枚時には４５０Ｖとなるように制御している。その結果、図５にも示すように各印字枚数において、紙上カブリは発生しない画像が得られる。

なお、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の可変制御タイミングは、本実施形態では印字枚数の情報としたが、トナー帯電量の変化と相関が取れるものであれば、例えばトナー残量の情報や現像スリーブの回転数情報等の数値に応じて、制御を行っても良い。つまり、印字枚数、トナー残量、現像スリーブの回転数のいずれかによる現像装置の使用情報によって、トナー帯電量の変化に関する情報を求めることができればよい。

また、印字枚数、トナー残量、現像スリーブの回転数等のトナー帯電量の変化に関する情報及び現像バイアス電圧の制御値は、別途設けられた記憶媒体（不図示）に格納されており、それらの情報を画像形成装置の制御部が通信制御することにより、現像バイアス電圧の制御を行う。記憶媒体は画像形成装置に設けられても良いし、プロセスカートリッジに設けられても良い。

更に本実施形態においては、Ｖｍａｘ電圧の変更制御に伴い、デューティー比を変更することにより、直流バイアスＶｄｃが常に−２５０Ｖ以下となるように制御した。その結果、現像コントラスト（ＶｄｃとＶｌの電位差）を小さくすることなく、即ち現像濃度の低下を招くことなく、紙上カブリを抑制した画像を得ることができた。言うまでもないが、直流バイアスＶｄｃは、−２５０Ｖに限定されるものではなく、画像上ベタ黒濃度が充分に得られる値であれば良い。

以上、説明したように本実施形態では、非磁性一成分現像剤であるトナーを用いた非接触現像方式において、印字枚数等の使用情報に応じて、現像コントラスト（ＶｄｃとＶｌの電位差）を小さくすることなく、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜を小さくなる様に制御したことにより、地カブリの発生を防止し、かつ濃度低下のない装置を提供することができる。

更に感光体１の薄膜化により、低コスト化及び長期にわたって高画質な画像を得ることもできる。

なお、本実施形態では感光体１を帯電する帯電装置に印加する帯電バイアス電圧として、直流バイアスを用いたが、交流バイアスに直流バイアスを重畳した振動バイアス電圧を用いた際も、上記｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜を使用度合いに応じて、適正な値に制御することにより、地カブリの発生を防止し、かつ濃度低下のない装置を提供することができる。

（第２実施形態）
図８〜図１１を参照して、第２実施形態について説明する。第１実施形態と同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

本実施形態に係る画像形成装置は、ほぼ第１実施形態の図１の装置と同様であるが、装置内の環境状態を検知する環境検知手段として、温湿度検知センサ１７を有しており、低温低湿環境か高温高湿環境かを検知し、その結果に応じて、現像スリーブ１０に現像バイアス電圧を印加する高圧電源１５の現像バイアス電圧の制御を現像バイアス電圧制御部１８で変更制御している。

温湿度検知センサ１７で高温高湿環境を検知した場合の現像バイアス電圧の制御方法について説明する。本実施形態において、現像バイアス電圧は、直流バイアスに交流バイアスを重畳させた振動バイアス電圧である。また、帯電装置２及び露光ユニット３により感光体１上に形成される静電潜像の背景部電圧Ｖｄは−５００Ｖ、被可視部電圧Ｖｌは−１００Ｖに設定されている。

図１０は現像バイアス電圧の直流バイアスを−２５０Ｖ、引き戻し電圧Ｖｍｉｎを＋６５０Ｖに固定した状態の｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜と紙上カブリ量の関係を示したものである。先に述べた飛翔電圧Ｖｍａｘとは、現像スリーブ１０上の負極性に帯電されたトナー８を感光体１上に形成された静電潜像背景部電圧Ｖｄ及び被可視部電圧Ｖｌに対して、飛翔させる電圧のことを示し、引き戻し電圧Ｖｍｉｎは、静電潜像背景部電圧Ｖｄ及び被可視部電圧Ｖｌに飛翔したトナーの一部及び大部分を現像スリーブ１０に引き戻すように飛翔（逆飛翔ともいう）させる電圧を示している。

また、カブリの測定は東京電色社製のＲＥＦＬＥＣＴＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ＴＣ−６ＤＳを用いて測定し、
「カブリ（反射率）（％）＝標準紙の反射率（％）−サンプル非画像部の反射率（％）」の式で算出した。

図１０に示す様に高温高湿環境では、７００Ｖを境に｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の増加に伴い、紙上カブリ量は増加する。また、本実施形態においては感光体１における電荷輸送層の薄膜化による高画質化を行っているため、感光体１に飛翔したトナー８に対する静電的鏡映力が強いため、引き戻し電圧Ｖｍｉｎで現像スリーブ１０に逆飛翔しない。逆飛翔をさせるためにＶｍｉｎを大きくすることにより、カブリトナーを引き戻すことも考えられるが、背景部電圧Ｖｄへのリークが発生してしまうため、無闇にＶｍｉｎを大きくすることはできない。ここでいうリークとは、現像スリーブ１０に印加される電圧と感光体１の表面電圧との電位差がリーク限界電圧を超えることを意味している。具体的には、現像スリーブ１０に印加されるピーク電圧Ｖｍｉｎと感光体１に形成される静電潜像背景部電圧Ｖｄとの電位差、現像スリーブ１０に印加されるピーク電圧Ｖｍａｘと感光体１のアルミ素管部電圧（本実施形態では接地）との電位差が、リーク限界電圧を超えないように設定されている。本実施形態では、例えば高地環境の様な気圧の低い場所での使用も想定し、リークが発生しないために十分な余裕を持った電圧値に設定し、固定している。

また図９で示すように、高温高湿環境における使用初期のトナー帯電量分布が低温低湿環境に比べて＋側に分布（トナー帯電量が低下）している。トナー帯電量の低下によって、現像スリーブ１０に対する静電的鏡映力が弱くなり、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜で形成される電界によって飛翔しやすくなるため、カブリが発生する｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜は低温低湿環境に比べて小さい。

そこで、高温高湿環境における使用初期での｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜値を６５０Ｖに設定するように制御し、地カブリの発生を防止している。この時の、高温高湿環境における現像装置４の電圧設定は、図１１に示す様に飛翔電圧Ｖｍａｘ１を−１１５０Ｖ、引き戻し電圧Ｖｍｉｎ１を＋６５０Ｖ、時間平均電圧である直流バイアスＶｄｃは−２５０Ｖであり、その結果、ピーク間電圧Ｖｐｐ（ＶｍａｘとＶｍｉｎの電位差）は１８００Ｖ、デューティー比は５０％となる。デューティー比とは、Ｖｍａｘ印加時間（Ｔｍａｘ）とＶｍｉｎ印加時間（Ｔｍｉｎ）の和（即ち、交流波形の１周期の時間Ｔ）に対する、Ｖｍａｘ印加時間を示す。また、交流周波数は３ｋＨｚに設定している。

次に、低温低湿環境を検知した場合の現像バイアス電圧の制御方法について説明する。低温低湿環境では、帯電装置２の電気抵抗が上昇するため、Ｖｄ、Ｖｌ値は高温高湿環境に比べて低く、静電潜像の背景部電圧Ｖｄは−４５０Ｖ、被可視部電圧Ｖｌは−８０Ｖに設定されている。

また図９で示すように、低温低湿環境における使用初期のトナー帯電量分布が高温高湿環境に比べて−側に分布している。そのため、前述したような高温高湿環境と同じ｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜設定では地カブリは防止できるが画像濃度が不十分である。つまり、トナー帯電量が高いため、Ｖｄへ飛翔し難い一方、Ｖｌへも飛翔し難くなり、画像上濃度が薄くなる。また、直流バイアスを−２５０Ｖ、Ｖｍｉｎを＋６５０Ｖに固定した状態で、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜と紙上カブリ量の関係は、図１０に示すように、使用初期では８００Ｖを境に｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の増加に伴い、紙上カブリ量は増加しており、高温高湿環境での値（７００Ｖ）より高い。そこで、低温低湿環境における使用初期での｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜値を７５０Ｖに設定するように制御し、画像上濃度の低下を起こすことなく、地カブリの発生を防止している。この時の、低温低湿環境における現像装置の電圧設定は、図１１に示す様にＶｍａｘ１を−１２００Ｖ、引き戻し電圧Ｖｍｉｎ１を＋６５０Ｖ、時間平均電圧である直流バイアスＶｄｃは−２５０Ｖであり、その結果、ピーク間電圧Ｖｐｐ（ＶｍａｘとＶｍｉｎの電位差）は１８５０Ｖ、デューティー比は４９％となる。

以上より、各環境おいて、画像上濃度の低下を起こすことなく、紙上カブリの発生しない画像が得られる。この時、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の可変制御タイミングは、高温高湿環境と低温低湿環境の２通りにしたが、トナー帯電量の変化と相関が取れるものであれば、例えば湿度情報、温度情報の数値によって、制御を行っても良い。また、温度、湿度等の情報及び現像バイアス電圧の制御値は、別途設けられた記憶媒体（不図示）に格納されており、それらの情報を画像形成装置本体の制御部が通信制御することにより、現像バイアス電圧制御を行う。この記憶媒体は画像形成装置に設けられても良いし、プロセスカートリッジに設けられても良い。

更に本実施形態においては、Ｖｍａｘ電圧の変更制御に伴い、デューティー比を変更することにより、直流バイアスＶｄｃが常に−２５０Ｖ以下となる様に制御した。言うまでもないが、直流バイアスＶｄｃは、前述した値に限定されるものではなく、画像上ベタ黒濃度が充分に得られる値であれば良い。

またこの実施形態以外にも、環境状態を検知する環境検知手段として、転写ローラ９や
紙１３の環境変化に伴う抵抗変化を測定することで前述の判別をさせても良い。

以上、説明したように本実施形態では、非磁性一成分現像剤をトナーとして用いた非接触現像方式において、現像装置４の使用状態に応じて、現像コントラスト（ＶｄｃとＶｌの電位差）を小さくすることなく、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜を制御することにより、地カブリの発生を防止し、かつ濃度低下のない装置を提供することができる。更に感光体１の薄膜化により、低コスト化及び長期にわたって高画質な画像を得ることができる。

なお、上記実施形態では、プロセスカートリッジとして現像装置４だけを画像形成装置１００から着脱自在としていたが、感光体１や帯電装置２若しくはクリーニング装置をも一体的に着脱自在なプロセスカートリッジとして構成してもよい。

第１実施形態に係る画像形成装置の概略断面図 第１実施形態に係る現像装置における初期状態の現像バイアス波形 第１実施形態に係る現像装置における初期状態のトナー帯電量分布 第１実施形態に係る現像装置における初期状態の｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜と紙上カブリの関係を示すグラフ 第１実施形態に係る現像装置における初期状態、１０００枚印字及び２０００枚印字時の｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜と紙上カブリの関係を示すグラフ 第１実施形態に係る現像装置における初期状態、１０００枚印字及び２０００枚印字時のトナー帯電量分布 第１実施形態に係る現像装置における初期状態、１０００枚印字及び２０００枚印字時の現像バイアス波形 第２実施形態に係る画像形成装置の概略断面図 第２実施形態に係る現像装置における初期状態のトナー帯電量分布である。 第２実施形態に係る現像装置における高温高湿環境、低温低湿環境時の｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜と紙上カブリの関係を示すグラフ 第２実施形態に係る現像装置における高温高湿環境、低温低湿環境時の現像バイアス波形 従来の現像装置における現像バイアス波形

符号の説明

１ 感光体
２ 帯電装置
３ 露光ユニット
４ 現像装置
５ クリーニングブレード
６ 定着装置
７ 弾性ブレード
８ トナー
９ 転写ローラ
１０ 現像スリーブ
１１ 廃トナー収容容器
１２ 弾性ローラ
１３ 紙
１４ 撹拌部材
１５ 高圧電源
１６ 高圧電源
１７ 温湿度検知センサ
１８ 現像バイアス電圧制御部

Claims (8)

1. 像担持体と現像剤を担持した現像剤担持体とを一定間隔離して対向させ、前記現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加して、前記像担持体上に形成された静電潜像を可視像とする現像装置において、
   前記現像バイアス電圧は、前記現像剤担持体から前記像担持体に現像剤を飛翔させる方向の電界を形成するピーク電圧Ｖｍａｘと、前記電界と逆方向の電界を形成するピーク電圧Ｖｍｉｎとを有する振動バイアス電圧であり、
   前記現像バイアス電圧の時間平均電圧をＶｄｃ、静電潜像の背景部電位をＶｄとした時、ＶｄとＶｄｃ間の電位差を大きくすることなく、｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の値を、現像剤の帯電量の変化に関する情報に応じて変更することを特徴とする現像装置。
2. ｜Ｖｍａｘ−Ｖｄ｜の値を、現像剤の帯電量の低下に伴い小さくするように変更することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 現像剤の帯電量の変化に関する情報は、現像装置の使用情報により求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記使用情報とは、印字枚数、現像剤担持体の回転数、現像剤残量の内、少なくとも１つの情報であることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 周辺の環境状態を検知する環境検知手段を有し、
   現像剤の帯電量の変化に関する情報は、前記環境検知手段によって検知した環境状態により求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
6. 現像剤は、非磁性一成分現像剤であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 直流電圧が印加される帯電部材で一様に帯電させた前記像担持体表面が露光されて形成された静電潜像を可視像とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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