JP2008292844A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】規制部材、供給ローラ、及びシール部材に印加するバイアスを最適化することにより、かぶり現象、ゴースト、トナー供給不良、シール部分からのトナーこぼれ等を効果的に防止できる現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像ローラ２５に印加される現像バイアスの交流バイアスのピークツーピーク値をＶｐｐとし、交流バイアスに重畳される直流バイアス（＝振幅中心電圧）をＶｄｃとするとき、規制部材２７に印加されるバイアスは、交流バイアスのピークツーピーク値Ｖｐｐ１がＶｐｐよりも小さく、且つ交流波形のプラス側電位及びマイナス側電位が共にトナーと同極性側にシフトしたバイアスが印加されており、プラス側電位のシフト幅ａはマイナス側電位のシフト幅ｂよりも小さくなるように設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、又はファクシミリ装置等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置で用いられる現像装置に関し、特に、一成分現像剤を用いた現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置において使用される現像装置は、現像剤にトナーとキャリアとを使用した二成分現像方式、キャリアを使用せずにトナーのみを使用した一成分現像方式のものが知られている。

一成分現像方式の現像装置においては、装置本体内に収容されたトナーを供給ローラにより現像ローラ表面に送り込み、この現像ローラに規制部材を圧接させてトナー量を規制すると共に摩擦帯電させ、現像ローラを回転させてトナーを像担持体と対面する現像領域に導いて像担持体上に形成された静電潜像を現像し、現像ローラ表面に残ったトナーはシール部材を通過して装置内に戻され、供給ローラによって現像ローラ表面から離脱させると共に新たなトナーを現像ローラに供給するようにしており、低コストな現像装置を提供するには有利なシステムである。

このような一成分現像方式では、トナーの帯電不良によるかぶり現象や、現像ローラからのトナー剥離不良によるゴースト（現像履歴）の発生、或いはシール部材からのトナーこぼれや供給ローラから現像ローラへのトナー供給不良の発生を防止するため、現像ローラ、規制部材、供給ローラ、シール部材にそれぞれバイアスを印加している。

一般的には、現像ローラには交流バイアスに直流バイアスを重畳させた現像バイアスが印加されているため、規制部材−現像ローラ間でトナーを十分帯電させるために、規制部材に直流バイアスをシフトさせたバイアスを印加することにより、規制部材の電位を現像ローラに比べてトナーと同極性側に高い電位とする。この場合、規制部材−現像ローラ間には常に直流バイアスのシフト量と等しい一定の電位差が生じることとなり、規制部材から現像ローラにトナーを押し付ける方向の電界が作用して多くのトナーが現像ローラ上に担持される。

しかし、連続印刷時の紙間のように像担持体の潜像が形成されない領域に現像ローラが対向する際にも現像ローラから像担持体へトナーの移動が起こり、かぶり現象が発生するという問題点があった。また、現像ローラ上において現像に使用されずに残存するトナーが多くなり、現像装置内にトナーを戻す際にトナーがこぼれ落ちるという不具合もあった。これらの現象は、トナーが帯電し易い低湿度環境化において特に顕著なものとなる。

このような不具合を解消するため、特許文献１には、規制部材に現像バイアスよりもトナーと同極性側のピーク電位だけが高い交流バイアスを印加するとともに、現像ローラが像担持体の潜像が形成されない領域に対向する際に現像バイアスの振幅を減少させる制御方法が開示されている。この方法によれば、直流バイアスのみをシフトさせた場合に比べトナーの帯電を均一化でき、かぶり現象も抑制される。

また、供給ローラから現像ローラへのトナー供給や現像ローラからのトナー回収についても同様のことが言える。即ち、現像ローラ−供給ローラ間の電位差が直流バイアスのシフト量だけの場合に比べ、振幅の異なる交流バイアスを印加した方が現像ローラ−供給ローラ間でトナーが往復運動し、クラウド（トナーが空気中に浮遊している状態）を形成し易くなるため供給性能及び回収性能の両方が向上する。例えば、特許文献２には、接触部材（トナー供給部材）と現像ローラとの間に現像バイアスよりも振幅（ピークツーピーク値）の小さい交流バイアスを印加することにより、現像ローラへのトナー供給を安定化して画像濃度ムラを防止する現像装置が開示されている。
特開２００４−１７０５３２号公報 特開平１０−３１９７１８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、トナーと逆極性側のピーク電位が現像バイアスと規制部材に印加されるバイアスとで等しいため、現像ローラと規制部材との電位差が０になる部分がある。そして、その部分ではトナーを荷電する能力が小さいため、トナーの荷電にムラが生じやすくなるという問題点があった。

また、特許文献２の方法では、交流波形の振幅中心（直流バイアス値）が現像バイアスと接触部材−現像ローラ間に印加されるバイアスとで等しいため、トナーの流動性が低下する高温高湿下では現像ローラへのトナー供給不良が発生し、低温低湿下ではトナー供給量が増加してトナーこぼれが発生するおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、規制部材、供給ローラ、及びシール部材に印加するバイアスを最適化することにより、かぶり現象、ゴースト、トナー供給不良、トナー回収時のこぼれ等を効果的に防止できる現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、トナーを貯留する筐体と、該筐体内のトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、前記トナー担持体に対向配置され前記トナー担持体上に形成されるトナー層厚を規制する規制部材と、を備え、交流バイアスに直流バイアスを重畳した現像バイアスを前記トナー担持体に印加して像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記規制部材には、前記現像バイアスに比べてピークツーピーク値が小さく、且つ交流波形のプラス側電位及びマイナス側電位がトナーと同極性側にシフトしたバイアスが印加されており、トナーと同極性側電位のシフト幅はトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも小さいことを特徴としている。

また本発明は、トナーを貯留する筐体と、該筐体内のトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、前記トナー担持体に対向配置され前記トナー担持体上に形成されるトナー層厚を規制する規制部材と、前記筐体と前記トナー担持体との隙間に配置され前記筐体内のトナー漏れを防止するシール部材と、を備え、交流バイアスに直流バイアスを重畳した現像バイアスを前記トナー担持体に印加して像担持体上に形成された静電潜像を現像した後、前記シール部材を通過させて前記トナー担持体上の残トナーを前記筐体内に戻す現像装置において、前記トナー供給部材と前記シール部材の少なくとも一方には、前記現像バイアスに比べて交流波形のプラス側電位はプラス方向に、マイナス側電位はマイナス方向にシフトしたバイアスが印加されており、トナーと同極性側電位のシフト幅はトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも大きいことを特徴としている。

また本発明は、トナーを貯留する筐体と、該筐体内のトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、前記トナー担持体に対向配置され前記トナー担持体上に形成されるトナー層厚を規制する規制部材と、前記筐体と前記トナー担持体との隙間に配置され前記筐体内のトナー漏れを防止するシール部材と、を備え、交流バイアスに直流バイアスを重畳した現像バイアスを前記トナー担持体に印加して像担持体上に形成された静電潜像を現像した後、前記シール部材を通過させて前記トナー担持体上の残トナーを前記筐体内に戻す現像装置において、前記トナー供給部材と前記シール部材の少なくとも一方には、前記現像バイアスに比べて交流波形のプラス側電位はマイナス方向に、マイナス側電位はプラス方向にシフトしたバイアスが印加されており、トナーと同極性側電位のシフト幅はトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも小さいことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置が搭載された画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、規制部材に印加されるバイアスの交流波形の振幅中心は現像バイアスよりもトナーと同極性側に電位が高くなるため、トナーが規制部材を通過して層厚規制される際に電荷が注入され易くなる。また、プラス側におけるシフト幅とマイナス側におけるシフト幅が異なるために規制部材に印加されるバイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化してトナー担持体と規制部材の隙間でトナーの微小振動が起こり、電位差が一定である場合に比べてトナーを均一に帯電させることができるため、かぶり現象を効果的に抑制可能となる。

また、本発明の第２及び第３の構成によれば、トナー供給部材又はシール部材の少なくとも一方に印加されるバイアスの振幅中心は現像バイアスよりもトナーと同極性側に電位が高くなるため、トナー供給部材又はシール部材からトナー担持体側に常にトナーが押し付けられ、トナー供給不良及びシール部分からのトナーこぼれの発生を効果的に抑制できる。また、プラス側におけるシフト幅とマイナス側におけるシフト幅が異なるため、トナー供給部材に印加されるバイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化してトナー担持体とトナー供給部材との間でトナーの往復運動が起こり、トナークラウドを形成し易くなる。或いは、シール部材に印加されるバイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化してトナーの微小振動が起こり、除電性能が向上する。従って、トナー担持体へのトナー供給性能及びトナー担持体からのトナー回収性能の両方が向上し、トナー供給不良及びゴーストの発生を効果的に抑制可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の現像装置を搭載することにより、かぶり現象、ゴースト、トナー供給不良等の画像不良や現像装置からのトナーこぼれの発生しない画像形成装置となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置を備えたロータリー現像式のカラー画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置（ここではカラープリンタ）１００では、コピー動作を行う場合、装置本体内において、図中の反時計回りに回転する感光体ドラム１が帯電ユニット２により一様に帯電される。そして、パーソナルコンピュータ等から画像入力部（図示せず）に入力された原稿画像データに基づいて露光ユニット３から感光体ドラム１上にレーザビームが照射され、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。

感光体ドラム１は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電ユニット２により表面を帯電させるようになっている。そして、露光ユニット３からのレーザビームを受けた表面に帯電を減衰させた静電潜像を形成する。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられる。感光層として正ＯＰＣを用いた場合、オゾン等の発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期間使用して膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適に用いられる。

トナーを感光体ドラム１上に供給するロータリー式の現像ユニット４は、現像装置とトナー容器が一体化されたカートリッジ式のイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色の現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを備えており、現像装置４ａ〜４ｄを感光体ドラム１に対向する位置に順次回転移動させることにより、感光体ドラム１上の静電潜像にトナーが付着されて各色のトナー像が形成される。

トナー像が転写される中間転写ベルト５は、中間転写ローラ６ａ、６ｂ、ベルト駆動ローラ８及び従動ローラ９に掛け渡され、感光体ドラム１に当接しながら図示しない駆動手段により図中の時計回りに回転する。中間転写ベルト５には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、所定のタイミングにより感光体ドラム１上にイエローのトナー像の形成を行う。そして、負極性の転写バイアス（正帯電トナーを用いる場合）が印加された中間転写ローラ６ａ、６ｂにより感光体ドラム１上のイエローのトナー像が中間転写ベルト５上に転写される（一次転写）。その後、感光体ドラム１の表面に残留したトナーがクリーニングローラ７ａ及びクリーニングブレード７ｂにより除去され、現像ユニット４は所定量（ここでは９０°）回転して、上記と同様に今度はマゼンタのトナー像が感光体ドラム１上に形成され、中間転写ベルト５上に転写される。

以下、上述と同様の方法により、感光体ドラム１からシアン及びブラックのトナー像が中間転写ベルト５上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。中間転写ベルト５にはベルト駆動ローラ８と対向する位置に転写ローラ１３が圧接されており、転写ローラ１３の下流側には中間転写ベルト５表面の残留トナーを除去するベルトクリーニングブレード１４が配置されている。

上記のようにトナー像が形成された中間転写ベルト５に向けて、用紙Ｐが給紙機構１０から給紙ローラ１１及びレジストローラ対１２を経由して搬送され、中間転写ベルト５の表面に順次形成されたフルカラーのトナー像が負極性の転写バイアスが印加された転写ローラ１３により用紙Ｐに一度に転写される（二次転写）。そして、トナー像が転写された用紙は定着装置１５に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１５を通過した用紙Ｐは、用紙搬送路１６及び排出ローラ対１７を介して排出トレイ１８に排出される。

図２は、本発明の現像装置の側面断面図である。なお、以下の説明では、図１の感光体ドラム１と相対する現像装置４ａの構成及び動作について説明するが、現像装置４ｂ〜４ｄの構成及び動作については基本的に同様であるので説明は省略する。

図２に示すように、現像装置４ａは、樹脂製の現像容器２０内に、トナーが収納されるトナー攪拌部２１と、トナー攪拌部２１からトナーが供給されるトナー供給部２２とが設けられており、トナー攪拌部２１及びトナー供給部２２は境界壁２３によって仕切られている。境界壁２３には第１開口部２８及び第２開口部２９が形成され、第２開口部２９は第１開口部２８よりも図中上側に位置付けられている。

トナー攪拌部２１内には、回転軸にＰＥＴフィルムなどの攪拌羽根を貼り付けた撹拌パドル２４が図２において反時計回りに回転可能に軸支されている。トナー供給部２２内には、潜像を担持する感光体ドラム（図１参照）と対面し、その潜像を現像するための現像ローラ２５、現像ローラ２５にトナーを供給するための供給ローラ２６、現像ローラ２５上のトナー層厚を規制すると共にトナーを帯電させる金属製の規制部材２７等が設けられている。

現像ローラ２５上のトナー層は規制部材（例えば、厚さ０．０８ｍｍのＳＵＳ箔で、規制圧＝２５Ｎ／ｍに設定される）２７によって層厚規制されるとともに摩擦帯電されて、感光体ドラム１上の静電潜像の現像に用いられる。規制部材２７と反対側の現像ローラ２５と現像容器２０との隙間にはシール部材３０（例えば、導電性の高分子量ＰＥフィルムを用いて、均一に現像ローラ２５に接触するようにウレタンスポンジでバックアップされている）が配設され、このシール部材３０によってトナー漏れを防止している。

さらに、現像ローラ２５及び供給ローラ２６は、図２において時計回りに回転するため、第２開口部２９は第１開口部２８よりも供給ローラ２６の回転方向下流側に形成され、第２開口部２９は供給ローラ２６の上端よりも上側に位置している。そして、第１開口部２８は攪拌パドル２４の回転軸よりも下側に位置付けられている。

本発明の現像装置による現像プロセスについて説明すると、トナー攪拌部２１内のトナーは、攪拌パドル２４の回転により第１開口部２８を通過してトナー供給部２２へ送られる。トナー供給部２２側へ送られたトナーは供給ローラ２６により現像ローラ２５へ運ばれ、規制部材２７で薄層規制されて現像ニップ部へと搬送され、感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。現像に用いられず現像ローラ２５上に残ったトナーはシール部材３０を通過後、供給ローラ２６により引き剥がされてトナー供給部２２内に戻される。

供給ローラ２６にて搬送されたトナーのうち、規制部材２７で規制された過剰なトナーは第１開口部２８から供給（充填）される新たなトナーと共にトナー供給部２２内で滞留するが、トナー供給部２２内のトナー量が多くなると余分なトナーが第２開口部２９を通過してトナー供給部２２側からトナー攪拌部２１に戻され、トナー供給部２２の内圧が低減される。

次に、本発明の現像装置に印加されるバイアスの設定について説明する。図３は、本発明の第１実施形態の現像装置における現像ローラ２５、供給ローラ２６、規制部材２７、及びシール部材３０への印加バイアスの関係を示す図である。なお、ここでは帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる場合について説明する。

本実施形態においては、図３に示すように、現像ローラ２５に印加される現像バイアスの交流バイアスのピークツーピーク値（プラス側電位とマイナス側電位の差）をＶｐｐとし、交流バイアスに重畳される直流バイアス（＝振幅中心電圧）をＶｄｃとするとき、規制部材２７に印加されるバイアス（以下、規制バイアスという）は、交流バイアスのピークツーピーク値Ｖｐｐ１がＶｐｐよりも小さく、且つ交流波形のプラス側電位及びマイナス側電位が共にトナーと同極性側（ここではプラス側）にシフトしたバイアスが印加されており、プラス側電位のシフト幅ａはマイナス側電位のシフト幅ｂよりも小さくなるように設定されている。

これにより、規制バイアスの交流波形の振幅中心となるＶｄｃ１はＶｄｃよりもプラス側に電位が高くなるため、トナーが規制部材２７を通過して層厚規制される際に正電荷が注入され易くなる。また、プラス側電位のシフト幅ａとマイナス側電位のシフト幅ｂが異なるため、規制バイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化することとなる。

具体的には、現像バイアスに比べて規制バイアスがトナーと同極性側（プラス側）に高くなる場合と、トナーと同極性側に若干高くなる場合とを繰り返す。その結果、現像ローラ２５と規制部材２７の隙間（規制部）でトナーの微小振動が起こり、規制バイアスと現像バイアスとの電位差が一定である場合に比べてトナーを均一に帯電させることができるため、かぶり現象が抑制される。

一方、供給ローラ２６に印加されるバイアス（以下、供給バイアスという）及びシール部材３０に印加されるバイアス（以下、シールバイアスという）は、ピークツーピーク値Ｖｐｐ２がＶｐｐよりも大きく、且つ交流波形のプラス側電位はプラス方向に、マイナス側電位はマイナス方向にシフトしたバイアスが印加されており、プラス側電位のシフト幅ｃはマイナス側電位のシフト幅ｄよりも大きくなるように設定されている。

これにより、供給バイアスの交流波形の振幅中心となるＶｄｃ２はＶｄｃよりもプラス側に電位が高くなるため、供給ローラ２６から現像ローラ２５側に常にトナーが押し付けられる。その結果、供給ローラ２６から現像ローラ２５へのトナー供給が安定して供給不良の発生を効果的に抑制できる。

また、交流波形のプラス側においては現像バイアスよりも供給バイアスの電位が高く、マイナス側においては現像バイアスよりも供給バイアスの電位が低く（マイナス側に高く）なるため、プラス側において供給ローラ２６から現像ローラ２５へのトナー供給を行うとともに、マイナス側において現像ローラ２５から供給ローラ２６へのトナー回収が行われる。このとき、プラス側電位のシフト幅ｃとマイナス側電位のシフト幅ｄが異なるため、供給バイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化することとなる。具体的には、現像バイアスに比べて供給バイアスがトナーと同極性側（プラス側）に高くなる場合と、トナーと逆極性側（マイナス側）に若干高くなる場合とを繰り返す。

その結果、ＶｄｃとＶｄｃ２との電位差により常にトナーを現像ローラ２５側に押し付ける方向にバイアスを印加しつつ、瞬間的には現像ローラ２５側へ押し付ける方向と現像ローラ２５から引き剥がす方向のバイアスが繰り返し印加されるため、現像ローラ２５と供給ローラ２６との間でトナーの往復運動が起こり、トナークラウドを形成し易くなる。従って、現像ローラ２５へのトナー供給性能及び現像ローラ２５からのトナー回収性能の両方が向上し、トナー供給不良及びゴーストの発生を効果的に抑制する。

また、シールバイアスについても同様に、交流波形の振幅中心となるＶｄｃ２はＶｄｃよりもプラス側に電位が高くなるため、シール部材３０から現像ローラ２５側に常にトナーが押し付けられる。その結果、現像ローラ２５とシール部材３０との接触部分におけるトナーのこぼれを効果的に抑制できる。

さらに、交流波形のプラス側においては現像バイアスよりもシールバイアスの電位が高く、マイナス側においては現像バイアスよりもシールバイアスの電位が低く（マイナス側に高く）なるため、プラス側においてシール部材３０から現像ローラ２５へトナーを付着させるともに、マイナス側において現像ローラ２５上のトナーの除電が行われる。ここで、プラス側電位のシフト幅ｃとマイナス側電位のシフト幅ｄが異なるため、トナーの微小振動が起こりトナーの除電を効率的に行うことができる。

図４は、本発明の第２実施形態の現像装置における現像ローラ２５、供給ローラ２６、規制部材２７、及びシール部材３０への印加バイアスの関係を示す図である。なお、第１実施形態と同様に、帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる場合について説明する。

本実施形態においては、図４に示すように、供給ローラ２６及びシール部材３０に印加されるバイアス（供給バイアス及びシールバイアス）は、ピークツーピーク値Ｖｐｐ３がＶｐｐよりも小さく、且つ交流波形のプラス側電位はマイナス方向に、マイナス側電位はプラス方向にシフトしたバイアスが印加されており、プラス側電位のシフト幅ｅはマイナス側電位のシフト幅ｆよりも小さくなるように設定されている。現像バイアスと規制バイアスの関係については第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

これにより、供給バイアスの交流波形の振幅中心となるＶｄｃ３はＶｄｃよりもプラス側に電位が高くなるため、供給ローラ２６から現像ローラ２５側に常にトナーが押し付けられる。その結果、供給ローラ２６から現像ローラ２５へのトナー供給が安定してトナー供給不良の発生を効果的に抑制できる。

また、交流波形のプラス側においては供給バイアスよりも現像バイアスの電位が高く、マイナス側においては供給バイアスよりも現像バイアスの電位が低く（マイナス側に高く）なるため、マイナス側において供給ローラ２６から現像ローラ２５へのトナー供給を行うとともに、プラス側において現像ローラ２５から供給ローラ２６へのトナー回収が行われる。このとき、プラス側電位のシフト幅ｅとマイナス側電位のシフト幅ｆが異なるため、供給バイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化することとなる。具体的には、現像バイアスに比べて供給バイアスがトナーと同極性側（プラス側）に若干低くなる場合と、トナーと逆極性側（マイナス側）に低くなる場合とを繰り返す。

その結果、ＶｄｃとＶｄｃ３との電位差により常にトナーを現像ローラ２５側に押し付ける方向にバイアスを印加しつつ、瞬間的には現像ローラ２５側へ押し付ける方向と現像ローラ２５から引き剥がす方向のバイアスが印加されるため、現像ローラ２５と供給ローラ２６のとの間でトナーの往復運動が起こり、トナークラウドを形成し易くなる。従って、第１実施形態と同様に、現像ローラ２５へのトナー供給性能及び現像ローラ２５からのトナー回収性能の両方が向上し、トナー供給不良及びゴーストの発生が抑制される。

また、シールバイアスについても同様に、交流波形の振幅中心となるＶｄｃ３はＶｄｃよりもプラス側の電位が高くなるため、シール部材３０から現像ローラ２５側に常にトナーが押し付けられる。その結果、現像ローラ２５とシール部材３０との接触部分におけるトナーのこぼれを効果的に抑制できる。

さらに、交流波形のプラス側においてはシールバイアスよりも現像バイアスの電位が高く、マイナス側においてはシールバイアスよりも現像バイアスの電位が低く（マイナス側に高く）なるため、マイナス側においてシール部材３０から現像ローラ２５へトナーを付着させるとともに、プラス側において現像ローラ２５上のトナーの除電が行われる。ここで、プラス側電位のシフト幅ｅとマイナス側電位のシフト幅ｆが異なるため、第１実施形態と同様にトナーの微小振動が起こりトナーの除電を効率的に行うことができる。

なお、上記各実施形態において、現像バイアスのＶｄｃ、Ｖｐｐ、規制バイアスのＶｄｃ１、Ｖｐｐ１、供給バイアス及びシールバイアスのＶｄｃ２、Ｖｐｐ２或いはＶｄｃ３、Ｖｐｐ３は、現像装置の仕様やトナーの種類等に応じて適宜設定すれば良い。また、上記各実施形態では供給ローラ２６に印加される供給バイアス及びシール部材３０に印加されるシールバイアスの両方を図３又は図４のように変化させることとしたが、供給バイアス若しくはシールバイアスのいずれか一方を変化させても良い。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる現像装置を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置にも全く同様に適用可能である。その場合、現像バイアスに対する規制バイアス、供給バイアス、及びシールバイアスの関係は上記と正負が全く逆になる。

また、上記各実施形態では、規制バイアス、供給バイアス及びシールバイアスの全てを現像バイアスに対し所定の関係を満たすように設定したが、例えばかぶり現象のみを抑制したい場合は規制バイアスのみを設定すれば良いし、ゴーストのみを抑制したい場合は供給バイアス及びシールバイアスのいずれか一方又は両方を設定すれば良い。

また、本発明は図１に示したロータリー式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ及びカラー複写機、ファクシミリ等、一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

本発明の現像装置を用いた場合のかぶり現象、ゴースト、トナー供給不良及びトナーこぼれの抑制効果について調査した。以下、試験方法について説明する。

試験方法としては、図２に示したような現像装置を印刷速度６枚（Ａ４縦）／分の試験機に搭載し、基本現像条件として、アモルファスシリコン製の感光層を有する感光体ドラムの明電位Ｖ０を２５０Ｖ、暗電位ＶＬを２０Ｖ、線速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃとし、ドラム−現像ローラ間のギャップを７５μｍとした。また、発泡ウレタンの半導電性材料で形成された抵抗値３×１０⁸Ωの供給ローラを用い、現像ローラに対する供給ローラの線速比を０．７（カウンタ回転）、現像ローラへの押し込み量を０．９ｍｍとした。現像バイアスは、Ｖｐｐが１２００Ｖ、Ｖｄｃ（振幅中心）が９０Ｖ、プラス側電位（＋Ｖｐｐ）が６９０Ｖ、マイナス側電位（−Ｖｐｐ）が−５１０Ｖ、プラス側電位の時間：マイナス側電位の時間＝４：６、周波数が５ｋＨｚの矩形波とした。また、懸濁重合法で製造された平均粒径８μｍ、円形度０．９７以上の正帯電性トナーを使用した。

そして、規制バイアス、供給バイアス及びシールバイアスのいずれかを変化させて画像形成を行い、かぶり現象、ゴースト、トナー供給不良及びトナーこぼれの発生の有無を評価した。かぶり現象、ゴーストの評価は常温常湿条件下（２３℃、５０％）で形成されたテスト画像におけるかぶり、ゴーストの発生の有無を目視により観察し、トナー供給不良の評価はトナー供給不良が発生し易い高温高湿条件下（３２℃、８０％）で形成されたテスト画像における濃度不良の発生の有無を目視により観察した。トナーこぼれの評価は、トナーこぼれが発生し易い低温低湿条件下（１０℃、１５％）で画像形成を行い、現像装置のシール部材周辺及び画像形成装置内部の汚れを目視により観察した。

（規制バイアス変化によるかぶり現象の抑制効果）
供給バイアス及びシールバイアスのＶｐｐを１２００Ｖ、Ｖｄｃを１９０Ｖ、＋Ｖｐｐを７９０Ｖ、−Ｖｐｐを−４１０Ｖに固定して規制バイアスを変化させた場合のかぶりの発生を表１に示す。表１中、かぶりが全く発生しなかった場合を◎、殆ど発生しなかった場合を○、若干発生した場合を△、顕著に発生した場合を×とした。

表１から明らかなように、規制バイアスと現像バイアスのマイナス側電位差がプラス側電位差よりも大きい本発明１では、かぶりは殆ど発生しなかった。これは、規制バイアスと現像バイアスの電位差が周期的に変化してトナーの微小振動が起こり、トナーの帯電が均一になったためであると考えられる。一方、規制バイアスと現像バイアスの電位差が一定である比較例１ではトナーが均一に帯電されずかぶりが発生した。また、マイナス側電位差が０Ｖである比較例２では、電位差の周期的変化により荷電性能は向上するものの、電位差が０Ｖとなる部分での荷電能力が小さいためトナーの帯電ムラが生じ、若干のかぶりが認められた。

（供給バイアス変化によるトナー供給不良及びゴーストの抑制効果）
規制バイアス及びシールバイアスのＶｐｐを１２００Ｖ、Ｖｄｃを１９０Ｖ、＋Ｖｐｐを７９０Ｖ、−Ｖｐｐを−４１０Ｖに固定して供給バイアスを変化させた場合のトナー供給不良及びゴーストの発生を表２に示す。表２中、トナー供給不良及びゴーストが全く発生しなかった場合を◎、殆ど発生しなかった場合を○、若干発生した場合を△、顕著に発生した場合を×とした。

表２から明らかなように、供給バイアスのＶｐｐが現像バイアスよりも大きく、且つ＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量（電位差の絶対値）がマイナス側よりもプラス側で大きい本発明２では、トナー供給不良は殆ど発生せず、ゴーストも全く或いは殆ど発生しなかった。これは、供給バイアスと現像バイアスの電位差が周期的に変化して現像ローラと供給ローラとの間でトナーの往復運動が起こり、トナークラウドを形成し易くなって、現像ローラへのトナー供給性能及び現像ローラからのトナー回収性能の両方が向上したためであると考えられる。

また、供給バイアスのＶｐｐが現像バイアスよりも小さく、且つ＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量がプラス側よりもマイナス側で大きい本発明３においても、同様の理由によりトナー供給不良及びゴーストは殆ど発生しなかった。

一方、供給バイアスのＶｐｐが現像バイアスと等しく、＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量もマイナス側とプラス側で等しい比較例３では、トナー供給不良は殆ど発生しなかったが、現像ローラからのトナー回収性能が低いため若干ゴーストが発生した。また、供給バイアスのＶｐｐが現像バイアスよりも小さく、＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量がマイナス側とプラス側で等しい比較例３では、供給バイアスの振幅中心であるＶｄｃが現像バイアスよりも低いためトナーを現像ローラ側に十分押し付けることができず、トナー供給不良及びゴーストの両方が発生した。

（シールバイアス変化によるトナーこぼれ及びゴーストの抑制効果）
規制バイアス及び供給バイアスのＶｐｐを１２００Ｖ、Ｖｄｃを１９０Ｖ、＋Ｖｐｐを７９０Ｖ、−Ｖｐｐを−４１０Ｖに固定してシールバイアスを変化させた場合のトナーこぼれ及びゴーストの発生を表３に示す。表３中、トナーこぼれ及びゴーストが全く発生しなかった場合を◎、殆ど発生しなかった場合を○、若干発生した場合を△、顕著に発生した場合を×とした。

表３から明らかなように、シールバイアスのＶｐｐが現像バイアスよりも大きく、且つ＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量（電位差の絶対値）がマイナス側よりもプラス側で大きい本発明４では、トナーこぼれは殆ど発生せず、ゴーストも全く或いは殆ど発生しなかった。これは、シールバイアスの振幅中心であるＶｄｃが現像バイアスよりもプラス側に大きいためトナーを現像ローラ側に十分押し付けることができ、さらにシールバイアスと現像バイアスの電位差が周期的に変化してトナーの微小振動が起こり、トナーの除電性能も向上したためであると考えられる。

また、シールバイアスのＶｐｐが現像バイアスよりも小さく、且つ＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量がプラス側よりもマイナス側で大きい本発明３においても、同様の理由によりトナー供給不良及びゴーストは殆ど発生しなかった。

一方、シールバイアスのＶｐｐが現像バイアスと等しく、＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量もマイナス側とプラス側で等しい比較例５では、シールバイアスのＶｄｃがプラス側に大きいためトナーこぼれは殆ど発生しなかったが、トナー除電性能が低いため若干ゴーストが発生した。また、シールバイアスのＶｐｐが現像バイアスよりも小さく、＋Ｖｐｐ及び−Ｖｐｐのシフト量がマイナス側とプラス側で等しい比較例６では、シールバイアスの振幅中心であるＶｄｃが現像バイアスよりも低いため、トナーを現像ローラ側に十分押し付けることができず、トナーこぼれ及びゴーストの両方が発生した。

なお、ゴーストの抑制効果については本発明３に比べて本発明２の方が若干優れているのは、供給ローラと現像ローラの電位差の絶対値は同じであるが、各部材の接触部分でのバイアスに差があるためと考えられる。即ち、現像バイアス及び供給バイアスはそれぞれ現像ローラ及び供給ローラの中心軸に印加されるが、現像ローラや供給ローラは体積抵抗と表面抵抗が異なるため、実際に接触部分でトナーに印加されるバイアスは各部材に印加されているバイアスと一致しない。ここで、本発明２では元々の電位が高いためこれらの影響を受けにくく、本発明３では電位が低いため影響を受けやすいものと考えられる。本発明５に比べて本発明４の方がゴーストの抑制効果が優れているのも同様の理由によるものと推測される。

なお、上記実施例の試験条件は一例にすぎず、例えば乳化重合法や粉砕法で製造されたトナーであっても同様の結果が得られることがわかっている。

本発明は、トナーを貯留する筐体と、該筐体内のトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、トナー担持体に対向配置されトナー担持体上に形成されるトナー層厚を規制する規制部材と、を備え、交流バイアスに直流バイアスを重畳した現像バイアスをトナー担持体に印加して像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、規制部材には、現像バイアスに比べてピークツーピーク値が小さく、且つ交流波形のプラス側電位及びマイナス側電位がトナーと同極性側にシフトしたバイアスが印加されており、トナーと同極性側電位のシフト幅をトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも小さくしたものである。

これにより、規制部材に印加されるバイアスの交流波形の振幅中心は現像バイアスよりもトナーと同極性側に電位が高くなるため電荷が注入され易くなり、さらに規制部材に印加されるバイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化してトナー担持体と規制部材の隙間でトナーの微小振動が起こりトナーを均一に帯電させることができるため、かぶり現象を効果的に抑制可能な現像装置を提供することができる。

また本発明は、筐体とトナー担持体との隙間に配置され筐体内のトナー漏れを防止するシール部材を備え、シール部材を通過させてトナー担持体上の残トナーを筐体内に戻す現像装置において、トナー供給部材とシール部材の少なくとも一方に、現像バイアスに比べて交流波形のプラス側電位はプラス方向に、マイナス側電位はマイナス方向にシフトしたバイアスを印加し、トナーと同極性側電位のシフト幅をトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも大きくしたものである。

また本発明は、トナー供給部材とシール部材の少なくとも一方に、現像バイアスに比べて交流波形のプラス側電位はマイナス方向に、マイナス側電位はプラス方向にシフトしたバイアスを印加し、トナーと同極性側電位のシフト幅をトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも小さくしたものである。

これにより、トナー供給部材又はシール部材に印加されるバイアスの交流波形の振幅中心は現像バイアスよりもトナーと同極性側に電位が高くなるためトナー供給不良及びシール部分からのトナーこぼれの発生を効果的に抑制するとともに、トナー供給部材又はシール部材に印加されるバイアスと現像バイアスとの電位差が周期的に変化してトナー担持体とトナー供給部材との間でトナーの往復運動が起こり、或いは、シール部分でトナーの微小振動が起こるため、トナー担持体へのトナー供給性能及びトナー担持体からのトナー回収性能の両方が向上し、トナー供給不良及びゴーストの発生を効果的に抑制可能な現像装置を提供することができる。

また、本発明の現像装置を搭載することにより、かぶり現象、ゴースト、トナー供給不良等の画像不良が抑制され、現像装置からのトナーこぼれによる装置内部や外部の汚染も生じない画像形成装置となる。

は、本発明の現像装置を備えたロータリー式のカラー画像形成装置の側面断面図である。 は、本発明の現像装置の側面断面図である。 は、本発明の第１実施形態の現像装置において現像ローラ、供給ローラ、規制部材、及びシール部材へ印加されるバイアスの関係を示す図である。 は、本発明の第２実施形態の現像装置において現像ローラ、供給ローラ、規制部材、及びシール部材へ印加されるバイアスの関係を示す図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担持体）
４ 現像ユニット
４ａ〜４ｄ 現像装置
２０ 現像容器（筐体）
２１ トナー攪拌部
２２ トナー供給部
２４ 攪拌パドル
２５ 現像ローラ（トナー担持体）
２６ 供給ローラ（トナー供給部材）
２７ 規制部材
２８ 第１開口部
２９ 第２開口部
３０ シール部材
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. トナーを貯留する筐体と、
   該筐体内のトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、
   該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、
   前記トナー担持体に対向配置され前記トナー担持体上に形成されるトナー層厚を規制する規制部材と、を備え、
   交流バイアスに直流バイアスを重畳した現像バイアスを前記トナー担持体に印加して像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、
   前記規制部材には、前記現像バイアスに比べてピークツーピーク値が小さく、且つ交流波形のプラス側電位及びマイナス側電位がトナーと同極性側にシフトしたバイアスが印加されており、トナーと同極性側電位のシフト幅はトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも小さいことを特徴とする現像装置。
2. トナーを貯留する筐体と、
   該筐体内のトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、
   該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、
   前記トナー担持体に対向配置され前記トナー担持体上に形成されるトナー層厚を規制する規制部材と、
   前記筐体と前記トナー担持体との隙間に配置され前記筐体内のトナー漏れを防止するシール部材と、を備え、
   交流バイアスに直流バイアスを重畳した現像バイアスを前記トナー担持体に印加して像担持体上に形成された静電潜像を現像した後、前記シール部材を通過させて前記トナー担持体上の残トナーを前記筐体内に戻す現像装置において、
   前記トナー供給部材と前記シール部材の少なくとも一方には、前記現像バイアスに比べて交流波形のプラス側電位はプラス方向に、マイナス側電位はマイナス方向にシフトしたバイアスが印加されており、トナーと同極性側電位のシフト幅はトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも大きいことを特徴とする現像装置。
3. トナーを貯留する筐体と、
   該筐体内のトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、
   該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、
   前記トナー担持体に対向配置され前記トナー担持体上に形成されるトナー層厚を規制する規制部材と、
   前記筐体と前記トナー担持体との隙間に配置され前記筐体内のトナー漏れを防止するシール部材と、を備え、
   交流バイアスに直流バイアスを重畳した現像バイアスを前記トナー担持体に印加して像担持体上に形成された静電潜像を現像した後、前記シール部材を通過させて前記トナー担持体上の残トナーを前記筐体内に戻す現像装置において、
   前記トナー供給部材と前記シール部材の少なくとも一方には、前記現像バイアスに比べて交流波形のプラス側電位はマイナス方向に、マイナス側電位はプラス方向にシフトしたバイアスが印加されており、トナーと同極性側電位のシフト幅はトナーと逆極性側電位のシフト幅よりも小さいことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置が搭載された画像形成装置。