JP2009075289A - 現像装置及びこれを搭載した画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量との差をなくす現像装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供する。
【解決手段】キャリアを用いてトナーを帯電させ、トナーを像担持体(5)に供給してトナー画像を現像させる現像装置(7)であって、像担持体に対峙した開口を有するハウジング内に配設されており、キャリア及びトナーによる磁気ブラシを形成させる磁気ローラ(50)と、開口にて磁気ブラシから移送されたトナーの薄層を形成させる現像ローラ(60)と、現像ローラの外周側を部分的に囲繞しており、所定の電圧が印加される電極部材(78)と、現像ローラに形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータの大きさに応じて、電極部材に印加される電圧を制御する電圧制御手段(92)とを具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、キャリア及びトナーを有する２成分現像剤を用いた現像装置及びこれを搭載した画像形成装置に関するものである。

この種の現像装置では、静電潜像が形成された感光体ドラムの表面にトナー画像を現像し、このトナー画像を用紙に転写及び定着させる。
ここで、この現像装置には、いわゆるハイブリッド現像による方式がある。詳しくは、当該方式は、２成分現像方式と１成分現像方式とを組み合わせたものであり、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させ、このトナーのみをドラムに供給し、その表面にトナー画像を現像している。

そして、当該方式を用いた技術が開示されており（例えば、特許文献１参照）、ドラムに対峙する現像ローラと、このローラに対峙する磁気ブラシローラとを備え、このブラシローラには、キャリア及びトナーによる磁気ブラシを形成する磁石が設けられている。そして、現像ローラにはトナーのみの薄層が形成され、現像後には現像ローラのトナー層が掻き取られる。

一方、現像ローラ上にトナーのみの薄層を形成する構成において、現像ローラの外周側を部分的に囲繞する電極部材を設け、この電極部材に所定の電圧を印加する技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−２８０３５７号公報 特開平５−３１３４２１号公報

ところで、上記従来の技術の如く、現像ローラからドラムへのトナーの供給と、磁気ブラシによる現像ローラのトナー層の掻き取りとを単に繰り返した場合には、画像乱れが生ずるとの問題がある。詳しくは、仮に、トナーの供給とトナー層の掻き取りとが継続すると、現像時には、現像ローラのトナー層の厚みが減って画像濃度の不良が生じてしまう。一方、非現像時には当該トナー層がブラシに掻き取られ難くなって、次回の現像時に現像ゴーストが生じてしまうからである。

これらの画像乱れは、現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量とに差が生ずることに起因する。また、トナーの劣化や使用状況等によっていずれのトナーの帯電量も大きな値で推移する点も要因になる。つまり、これら各トナーの帯電量の差をなくし、且つ、小さな値に抑えるための何等かの措置が必要になるが、上記従来の技術ではこの点については格別な配慮がなされていない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解消し、現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量との差をなくす現像装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、キャリアを用いてトナーを帯電させ、トナーを像担持体に供給してトナー画像を現像させる現像装置であって、像担持体に対峙した開口を有するハウジングと、ハウジング内に配設されており、キャリア及びトナーによる磁気ブラシを形成させる磁気ローラと、開口にて磁気ローラの回転軸線に対して略平行に並設されており、磁気ブラシから移送されたトナーの薄層を形成させる現像ローラと、現像ローラの外周側を部分的に囲繞しており、所定の電圧が印加される電極部材と、現像ローラに形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータの大きさに応じて、電極部材に印加される電圧を制御する電圧制御手段とを具備する。

第１の発明によれば、キャリア及びトナーからなる２成分現像剤が用いられており、磁気ローラでは、この現像剤による磁気ブラシが形成され、このブラシは現像ローラにトナーの薄層を形成させる。そして、このトナーが像担持体に供給されることにより、トナー画像が現像される。一方、このブラシは、現像後には現像ローラのトナー層を掻き取って回収する。

ここで、上述の如く像担持体へのトナーの供給と、ブラシによる現像ローラのトナー層の掻き取りとを単に繰り返した場合には、現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量とに差が生じたままになるし、いずれのトナーの帯電量も大きな値になる。
しかしながら、この現像装置は、現像ローラの外周側を部分的に囲繞する電極部材を有し、そして、電圧制御手段が、電極部材に印加されている電圧を、現像ローラに形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータの大きさに応じて制御している。これにより、現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量との差が少なくなるし、いずれのトナーの帯電量も小さな値になり、画像乱れが回避可能になる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、電極部材は、現像ローラの回転方向で見て、像担持体の軸心と現像ローラの軸心とを結ぶ位置の上流側であって、現像ローラの軸心と磁気ローラの軸心とを結ぶ位置の下流側までの領域にて、現像ローラの外周側を部分的に囲繞していることを特徴とする。
第２の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、電極部材は、像担持体の手前側にて、現像時にはそのトナー層の厚みを減らさず、非現像時にはそのトナー層を掻き取り易くさせる位置に配置され、現像ローラのトナー層の配列を整えることができると共に、現像領域直前まで現像ローラ上のトナーの振幅動作を行わせることができるため、トナーと現像ローラとの付着性を低減させた状態で現像することが可能になり、画像濃度の不良が抑制可能になる。また、このことにより非現像時には当該トナー層がブラシに掻き取られ易くなり、現像ゴーストの発生も抑制可能になる。これらの結果、画像乱れが回避される。

第３の発明は、第１や第２の発明の構成において、像担持体に形成された画像パッチの画像濃度が低下した場合には、現像ローラと磁気ローラとの間に生ずる電位差を大きくするとともに、電圧制御手段は、現像ローラから電極部材へとトナーが移動する電界の強度または電極部材への電圧の印加時間を大きくすることを特徴とする。
第３の発明によれば、第１の発明の作用に加えてさらに、現像ローラに形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータのうち、像担持体に形成された画像パッチの画像濃度の大きさが監視されている。そして、この画像濃度が低下した場合には、現像ローラと磁気ローラとの間に生ずる電位差を大きくし、且つ、電圧制御手段は、現像ローラから電極部材へとトナーが移動する電界の強度または電極部材への電圧の印加時間を大きくする。よって、仮に、画像形成装置の使用に伴ってトナーの帯電量が大きくなったとしても、電位差を大きくするので、画像濃度が長期に亘って高められ、像担持体への現像効率が上昇する。一方、この電位差の増加により、仮に、当該トナー層がブラシに掻き取られ難くなったとしても、電極部材への印加電圧を制御しているので、現像ゴーストの発生がより一層抑制され、画像劣化を抑制することができる。

第４の発明は、第３の発明の構成において、電圧制御手段は、現像ローラと磁気ローラとの間に生ずる電位差が所定の閾値を超えた場合にのみ、現像ローラから電極部材へとトナーが移動する電界の強度または電極部材への電圧の印加時間を大きくすることを特徴とする。
第４の発明によれば、第３の発明の作用に加えてさらに、現像ローラに形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータのうち、現像ローラと磁気ローラとの間に生ずる電位差の大きさも監視されている。そして、この電位差が所定の閾値を超えた場合にのみ、電圧制御手段は、現像ローラから電極部材へとトナーが移動する電界の強度または電極部材への電圧の印加時間を大きくする。換言すれば、この電位差が所定の閾値を超えていないときには、当該トナー層がブラシに掻き取られ易い状態にあることから、電圧制御手段は電極部材に電圧を印加しなくても良いか、元の印加電圧から変更する必要がない。これにより、省力化に寄与する画像乱れの回避が可能になる。

第５の発明は、第１や第２の発明の構成において、電圧制御手段は、画像形成装置による印字率が低下した場合に、現像ローラから電極部材へとトナーが移動する電界の強度または電極部材への電圧の印加時間を大きくすることを特徴とする。
第５の発明によれば、第１や第２の発明の作用に加えてさらに、現像ローラに形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータのうち、画像形成装置による印字率の大きさが監視されている。そして、トナーの消費が少なくなって印字率が低下した場合には、電圧制御手段は、現像ローラから電極部材へとトナーが移動する電界の強度または電極部材への電圧の印加時間を大きくする。よって、仮に、画像形成装置の使用に伴ってトナーの帯電量が大きくなり、トナー層がブラシに掻き取られ難くなったとしても、電極部材への印加電圧を制御しているので、現像ゴーストの発生がより一層抑制され、高画質になる。

第６の発明は、第１から第５の発明の構成において、電極部材と現像ローラとの間に生ずる電界は、現像ローラと磁気ローラとの間に生じており、磁気ブラシによって現像ローラのトナー層を掻き取って回収する電界よりも小さくされていることを特徴とする。
第６の発明によれば、第１から第５の発明の作用に加えてさらに、電極部材と現像ローラとの間に生ずる電界が、現像ローラのトナー層を掻き取って回収する電界よりも小さくされているので、現像ローラのトナーは電極部材に向けて移動することなく振動する。これにより、現像ローラのトナー層の配列が適切に整えられる。

第７の発明は、第１から第６の発明の構成において、磁気ローラには、直流電圧が印加され、現像ローラには、直流電圧を重畳させた交流電圧が印加される一方、電極部材には、交流電圧が少なくとも印加されていることを特徴とする。
第７の発明によれば、第１から第６の発明の作用に加えてさらに、磁気ローラに対し、直流電圧が印加されると、磁気ブラシはトナーを現像ローラに向けて搬送させるし、この磁気ブラシは現像後のトナー層を現像ローラから掻き取る。また、現像ローラに対し、直流電圧を重畳させた交流電圧が印加されると、現像ローラのトナーが像担持体に向けて飛翔する。ここで、電極部材にも交流電圧が少なくとも印加されているので、像担持体への現像効率が上昇及び現像ローラのトナー層を掻き取って回収し易くなるため、残留トナーが現像ローラ上に残り難く、すなわち、前回の印字履歴が残り難くなり、その結果としてトナー層の配列を均一にするほか、トナー帯電を除電し帯電を均一化し、且つ、現像領域直前までトナーを振幅運動させるので、上記現像効率をさらに高めるし、上記掻き取り性もより向上する。また、トナー層の厚みの均一化も可能になる。

第８の発明は、第７の発明の構成において、電極部材に印加される交流電圧は、現像ローラに印加される交流電圧と同位相の電圧であって、現像ローラに印加される交流電圧よりも小さくされていることを特徴とする。
第８の発明によれば、第１から第の発明の作用に加えてさらに、電極部材に印加される交流電圧は、現像ローラに印加される交流電圧と同位相の電圧であって、この現像ローラに印加される交流電圧よりも小さくされているので、現像ローラのトナーは電極部材に向けて移動してしまい、電極部材にトナーが蓄積されることを抑制する。また、このトナー層の厚みをより均一に保つことができる。

第９の発明は、第１から第８の発明の構成において、像担持体の周速は、約１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定されていることを特徴とする。
第９の発明によれば、第１から第８の発明の作用に加えてさらに、像担持体の周速が約１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定され、画像形成プロセススピードが速い場合には、現像時間や未現像トナーの回収時間が短くなるが、本発明は、このような高速化にも特に好適に対応できる。

第１０の発明は、第１から第９の発明の現像装置を搭載した画像形成装置であることを特徴とする。
第１０の発明によれば、第１から第９の発明の作用に加えてさらに、画像乱れが回避され、良好な画像形成が行われるので、画像形成装置の信頼性向上に寄与する。

本発明によれば、現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量との差をなくし、各帯電量も小さくさせ、画像乱れを防止する現像装置及びこれを搭載した画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施例であるタンデム方式のカラープリンタの概略構成図であり、同図の右方向がプリンタ１の正面に対応し、左方向が背面に対応している。
同図に示されるように、この装置本体２の下部には用紙のカセット３が配置されており、カセット３には画像形成前の用紙Ｐが積層状態で収容され、この用紙Ｐはローラ２１を介して１枚ずつ分離され、カセット３から左方向に向けて送出される。

カセット３から送出された用紙Ｐは本体２の左側面に沿って上方に向けて搬送される。この本体２の内部には、用紙搬送方向でみて下流側にフィードローラ２２、レジストローラ２４、画像形成部４及び転写部７１が順番に配置されている。この画像形成部４の下方には露光ユニット２０が備えられており、このユニット２０からは画像形成部４の感光体ドラム（像担持体）５に向けてレーザ光が照射される。

また、用紙搬送方向でみて転写部７１の下流側には、定着部７２及び排出分岐部７４が順番に配置され、片面印刷の場合には、定着部７２から排出された用紙Ｐは排出分岐部７４を経て排紙トレイ７６に排出される。
一方、この排出分岐部７４とカセット３との間には両面印刷用ユニット７８が配置されており、このユニット７８では定着部７２から排出された用紙Ｐをレジストローラ２４に戻し、画像形成部４に向けて再び送出する。

ここで、本実施例の画像形成部４は、４つの画像形成ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄで構成されている。これら各ユニット４ａ〜４ｄは、プリンタ１の正面側から背面側に向けて順に配列され、異なる４色（イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程を通じてイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの画像を順次形成している。

具体的には、各ユニット４ａ〜４ｄには、各対応色の可視像（トナー画像）を担持するドラム５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられている。各ドラム５ａ〜５ｄは本体２に対して回転自在に設置され、図示しない駆動モータによって同図の反時計回りに駆動する。
また、各ドラム５ａ〜５ｄの周囲の適宜位置には、それぞれ対応する帯電器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、現像装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、クリーニング部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄや、中間転写ローラ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが設けられている。

この帯電器６ａ〜６ｄでは、対応するドラム５ａ〜５ｄの表面を一様に帯電させる。また、現像装置７ａ〜７ｄでは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーを用いてドラム５ａ〜５ｄの表面に静電的に付着させる。これにより、ドラム５ａ〜５ｄの表面には、露光ユニット２０による静電潜像に応じたトナー画像が現像される。そして、これらドラム５ａ〜５ｄ上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト１０上に順次転写され、１ページ分のトナー画像として合成される。

詳しくは、上記ベルト１０は、誘電体樹脂製のシート材の両端部分を重ね合わさせて接合したエンドレス形状のベルトや、継ぎ目を有しないシームレスのベルトが用いられており、駆動ローラ１２と搬送ローラ１１との間に掛け回され、図示しない駆動モータによって同図の時計回りに走行する。
このベルト１０は、ドラム５ａ〜５ｄと中間転写ローラ９ａ〜９ｄとの間を走行しており、これにより、ドラム５ａ〜５ｄ上に形成されたトナー画像はベルト１０上に１次転写される。なお、クリーニング部８ａ〜８ｄでは、ドラム５ａ〜５ｄ上に残留したトナーが除去される。

上述した転写部７１は駆動ローラ１２に隣接して設けられ、この転写部７１のローラとベルト１０との間を用紙Ｐが通過すると、ベルト１０上に転写されたトナー画像は用紙Ｐに２次転写され、この用紙Ｐは定着部７２に向けて搬送される。
ここで、上述した現像装置７等は装置本体２内のコントローラ（メインＥＣＵ）９０に電気的に接続されている（図２）。

このコントローラ９０では、印刷の元になる画像データが得られたか否かを検出している。具体的には、本実施例の入力ポート８０は、図示しない外部コンピュータから画像データが受信可能に構成されており、この画像データがコントローラ９０に入力されている。
そして、コントローラ９０は画像データの受信を検出した場合には、露光ユニット２０、画像形成部４、転写部７１及び定着部７２を作動させる。

すなわち、コントローラ９０はレジストローラ２４を駆動させ、待機した用紙Ｐを画像転写タイミングに間に合うように転写部７１に向けて給紙させる。なお、このコントローラ９０は、カセット３内の用紙Ｐを待機させる場合には、ローラ２１，２２も駆動させる。
ここで、本実施例の各現像装置７には、いわゆるハイブリッド現像による方式が採用されている。

すなわち、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させ、この帯電されたトナーのみを各ドラム５に向けて飛翔させており、非接触の現像方式によってトナー画像をドラム５に現像している。より具体的には、現像装置７は図３に示されたハウジング３０を有しており、本実施例のハウジング３０は、ドラム５に対峙する開口３２と、この開口３２から下方に向けて延設する周壁３４と、この周壁３４の下端部分に形成される底壁３６とを有している。

この底壁３６には上述のキャリア及びトナーが収納され、撹拌ミキサー４０及びパドルミキサー４４がそれぞれ配置されている。各ミキサー４０，４４の軸４２，４６はハウジング３０に対して回転自在に支持されており、これらミキサー４０，４４が図示しない駆動モータによって回転すると、キャリア及びトナーが撹拌されてトナーを帯電させる。そして、これらキャリア及びトナーはミキサー４４を介して磁気ブラシローラ（磁気ローラ）５０に搬送される。

磁気ブラシローラ５０は、ミキサー４４の上方に配設されており、その軸５２はハウジング３０に対して回転自在に支持されている。本実施例の軸５２の外周には管状のブラシ側スリーブ５４がフランジを介して嵌合されている。これにより、軸５２が図示しない駆動モータによって回転すると、このスリーブ５４は図３の時計回りに回転する。

一方、ブラシ側スリーブ５４内において、軸５２の同一線上には保持軸が配設されている。この保持軸の外周側にはブラシ側磁石５６が所定の主極磁力や主極角度を有して保持されており、ミキサー４４からのキャリア及びトナーを吸引して磁気ブラシを形成させる。詳しくは、当該磁気ブラシは、スリーブ５４の外周面において、ブラシ側磁石５６を有する領域に形成される。

また、この磁気ブラシの厚さは穂切りブレード３８で規制されており、所定の直流（ＤＣ）バイアスが印加されると、磁気ブラシはトナーを現像ローラ６０に向けて搬送させる。一方、この磁気ブラシは現像後のトナー層を現像ローラ６０から掻き取っている。
このように、当該磁気ブラシでは、強固に付着したトナー層を現像ローラ６０から機械的な力で引き剥がす一方、現像に必要な新たなトナーを現像ローラ６０に供給している。

そして、上述した磁気ブラシによれば、現像後のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けなくて済み、この磁気ブラシは、現像ローラ６０のトナー層に接触し、各ローラ５０，６０の回転速度差によるブラシ効果と、ミキサー４０，４４での攪拌による磁気ブラシの現像剤の入れ替えとによってトナーの回収と搬送とが容易にされている。

この現像ローラ６０は、ブラシローラ５０の上方にて開口３２の近傍に配設されている。
ローラ６０の軸６２は、ブラシローラ５０の回転軸線に対して略平行に並設されており、ハウジング３０に回転自在に支持されている。また、本実施例の軸６２の外周にも管状の現像側スリーブ６４がフランジを介して嵌合されている。これにより、軸６２が図示しない駆動モータによって回転すると、スリーブ６４は図３の時計回りに回転する。

なお、このスリーブ６４内においても、軸６２の同一線上には保持軸が配設されており、現像側磁石が所定の主極磁力や主極角度を有して保持されている。これにより、各ローラ５０，６０に対峙した部分の磁気ブラシの密度が高められる。そして、これらブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差によって、ブラシローラ５０から移送されたトナーのみの薄層が形成される。

また、上述した各軸５２，６２は図示しない軸受に支持され、この軸受は、軸５２を回転中心として回動可能に構成されている。そして、現像バイアス、すなわち、所定のＤＣバイアスを重畳した交流（ＡＣ）バイアスが印加されると、現像ローラ６０のトナーがドラム５に向けて飛翔する。これにより、各ドラム５の表面にはトナー画像が現像されることになる。

ところで、上述したドラム５への現像時（用紙Ｐへの印字時）におけるトナーの帯電量と、ドラム５への非現像時（用紙Ｐへの非印字時）、換言すれば、現像ローラ６０のトナー層の掻き取り時におけるトナーの帯電量との間には差が生ずるとの懸念がある。しかも、これら現像ローラ６０のトナーの各帯電量は、トナーの劣化やその使用状況によって、いずれも大きな値になるとの懸念もある。

そこで、本実施例では、現像ローラ６０に対向する対向電極プレート（電極部材）７８を設け、このプレート７８に所定の電圧を印加している。
具体的には、図３に示されるように、当該プレート７８は、ハウジング３０内に配設されており、現像ローラ６０の回転方向で見て、ドラム５の軸心と現像ローラ６０の軸６２の軸心とを結ぶ位置の上流側であって、この軸６２の軸心とブラシローラ５０の軸５２の軸心とを結ぶ位置の下流側までの領域にて、現像ローラ６０の外周側を部分的に囲繞している。

また、コントローラ９０は、プレート電圧制御部（電圧制御手段）９２を有しており（図２）、現像ローラ６０に形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータの大きさに応じて、プレート７８に印加される電圧を制御している。
本実施例では、当該パラメータの１つとして画像濃度（ＩＤ）を用いている。この画像濃度は、ドラム５に形成された画像パッチの画像濃度であり、より具体的には、ドラム５からベルト１０に転写された画像パッチの画像濃度である。この画像濃度がベルト１０に対向配置されたＩＤセンサ８２で検知され、コントローラ９０に入力されている。

そして、プレート電圧制御部９２は、この画像濃度が低下した場合には、プレート７８に電圧を印加している。なお、この場合のコントローラ９０は、ブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差も大きくしている。
但し、プレート７８に対して単に電圧を印加すると、現像ローラ６０のトナーがプレート７８に向けて移動し、このプレート７８に付着してしまう。そこで、本実施例では、プレート７８と現像ローラ６０との間に生ずる電界は、ブラシローラ５０と現像ローラ６０との間に生じており、磁気ブラシによって現像ローラ６０のトナー層を掻き取って回収する電界の現像ローラ６０からブラシローラ５０側へトナーを移動させるバイアス成分よりも、現像ローラ６０からプレート７８側にトナーを移動させるバイアス成分が小さくされている。

より詳しくは、上述の如く、ブラシローラ５０には、ＤＣバイアスが印加され、現像ローラ６０には、ＤＣバイアスを重畳したＡＣバイアスが印加されているのに対し、このプレート７８には、ＡＣバイアスが少なくとも印加されている。そして、このプレート７８に印加されるＡＣバイアスは、現像ローラ６０に印加されるＡＣバイアスと同位相の電圧であって、このＡＣバイアスの現像ローラ６０からドラム５側へトナーを移動させるバイアス成分よりも、現像ローラ６０からプレート７８側にトナーを移動させるバイアス成分よりも小さな値に設定されている。

これにより、現像ローラ６０のトナーは、ドラム５に飛翔する前に、プレート７８との間で僅かに振動する。そして、このトナーは、プレート７８に付着しない程度の電界を通過してドラム５に達することになる。
そして、この現像装置７を搭載したプリンタ１では、カセット３から用紙Ｐが１枚ずつ分離して送出され、この用紙Ｐはレジストローラ２４に到達する。このローラ２４は、用紙Ｐの斜め送りを矯正しつつ、画像形成部４で形成されるトナー画像とのタイミングを計りながら、用紙Ｐを転写部７１へと送出する。

また、コントローラ９０からの画像データに基づき、プリンタ１では露光ユニット２０によるレーザ光の照射が制御される。これにより、画像形成部４において各ドラム５ａ〜５ｄ上に原稿画像の静電潜像が作られ、続いてこの潜像から各ドラム５ａ〜５ｄ上にトナー画像が形成され、中間転写ベルト１０に転写合成される。続いて、このベルト１０に転写合成されたトナー画像は転写部７１にて用紙Ｐに転写される。

その後、用紙Ｐは未定着トナー画像を担持した状態で定着部７２に向けて送られる。次いで、定着部７２から排出された用紙Ｐは排出分岐部７４を通ってトレイ７６に排出される。
この片面印刷に対し、両面印刷を行う場合には、定着部７２から排出された用紙Ｐは排出分岐部７４にてユニット７８側に引き戻され、この用紙Ｐはレジストローラ２４を経て、再び転写部７１に向けて送られる。そして、この場合には、用紙Ｐの未だ印刷がされていない方の面にトナー画像が転写される。

次に、図４を参照すると、コントローラ９０によるプレート電圧制御のフローチャートが示されており、以下、本発明の作用について説明する。
同図のステップＳ４０１では、上述の如くプリンタ１にて画像を用紙Ｐに印刷し、ステップＳ４０２では、この印刷された用紙Ｐの枚数をカウントする。続いて、ステップＳ４０３では、コントローラ９０は、プリンタ１の使用期間が長いか否かを判別する。

本実施例では、プリンタ１の印刷枚数が例えば５００枚を超えたか否かを判別しており、コントローラ９０が５００枚を超えた旨を判定した場合、すなわち、ＹＥＳのときには、現像ローラ６０のトナーの帯電量が大きくなっているものと擬制し、ステップＳ４０４に進む。一方、５００枚を未だ超えていないときには、一連のルーチンを抜ける。

このステップＳ４０４では、コントローラ９０の指示により、ドラム５に画像パッチを形成してステップＳ４０５に進み、コントローラ９０が、画像パッチの画像濃度をＩＤセンサ８２からの信号を用いて測定する。
続いて、ステップＳ４０６では、コントローラ９０は、この画像濃度が低下しているか否かを判別する。そして、ＩＤセンサ８２による検知結果が所定の濃度（例えば１．３０）に達しない旨を判定した場合、すなわち、ＹＥＳのときには、現像ローラ６０のトナー層が薄くなっているものと擬制し、ステップＳ４０７に進む。なお、この画像濃度が所定の濃度に達している場合には、一連のルーチンを抜ける。

ステップＳ４０７では、コントローラ９０が、この画像濃度を高めるべく、ブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差ΔＶを大きくする。そして、ステップＳ４０８では、プレート電圧制御部９２がプレート７８に電圧を印加し、一連のルーチンを抜ける。この電位差ΔＶを大きくすることにより、現像ローラ６０のトナー層は厚くなるが、このままでは、トナーをブラシで回収し難くなるからである。

ところで、上述したトナーの帯電量に相関のあるパラメータは、ブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差ΔＶであっても良い。この電位差ΔＶは、ＩＤセンサ８２による検知結果と、格納されているトナー層の厚みに関するテーブルデータとを比較して算出できるからである。
詳しくは、図５には、コントローラ９０による他のプレート電圧制御のフローチャートが示されており、このステップＳ５０１では、画像を用紙Ｐに印刷し、ステップＳ５０２では、印刷された用紙Ｐの枚数をカウントする。そして、ステップＳ５０３では、コントローラ９０は、プリンタ１の使用期間が長いか否かを判別する。

本実施例では、プリンタ１の駆動時間が例えば６００秒を超えたか否かを判別しており、コントローラ９０が６００秒を超えた旨を判定した場合には、ステップＳ５０４に進む。この場合にも、現像ローラ６０のトナーの帯電量が大きくなっているものと擬制できるからである。
続いて、ステップＳ５０４では、ドラム５に画像パッチを形成し、ステップＳ５０５では、画像パッチの画像濃度をＩＤセンサ８２からの信号を用いて測定し、ステップＳ５０６に進む。

ここで、このステップＳ５０６では、コントローラ９０が画像濃度の低下を判別しておらず、ブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差ΔＶが、現像ローラ６０のトナーをブラシで回収し難くさせる所定の閾値（例えば２５０Ｖ）を超えているか否かを判別している。
そして、この電位差ΔＶが当該閾値を超えている旨を判定した場合のみ、すなわち、ＹＥＳのときに限り、ステップＳ５０７に進み、プレート電圧制御部９２がプレート７８に電圧を印加し、一連のルーチンを抜けている。

一方、上述したトナーの帯電量に相関のあるパラメータは、プリンタ１による印字率であっても良い。
具体的には、図７には、コントローラ９０によるさらに他のプレート電圧制御のフローチャートが示されており、このステップＳ７０１では、画像を用紙Ｐに印刷し、ステップＳ７０２では、印刷された用紙Ｐの印字率をカウントしている。

そして、コントローラ９０は、トナーの消費量が少ないか否かを判別する。つまり、ステップＳ７０３では、印字率が所定の閾値（例えば２％）に達していない旨を判定した場合、すなわち、ＹＥＳのときには、トナーの帯電量がやはり大きくなっているものと擬制し、ステップＳ７０４に進む。そして、プレート電圧制御部９２がプレート７８に電圧を印加し、一連のルーチンを抜けることになる。

以上のように、本発明は、現像性及び引き剥がし性を高めるために電極部材を設けており、この電極部材に電圧を印加すると、現像ローラには残留トナーが少なくなり、当該トナーの帯電量も小さくなる点に着目している。
そして、本実施例によれば、キャリア及びトナーからなる２成分現像剤が用いられており、ブラシローラ５０では、この現像剤による磁気ブラシが形成され、このブラシは現像ローラ６０にトナーの薄層を形成させる。そして、このトナーがドラム５に供給されることにより、トナー画像が現像される。一方、このブラシは、現像後には現像ローラ６０のトナー層を掻き取って回収する。

ここで、上述の如くドラム５へのトナーの供給と、ブラシによる現像ローラ６０のトナー層の掻き取りとを単に繰り返した場合には、現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量とに差が生じたままになるし、現像ローラ６０に形成されたいずれのトナーの帯電量も大きな値になる。
しかしながら、本実施例の現像装置７は、現像ローラ６０の外周側を部分的に囲繞する対向電極プレート７８を有し、プレート電圧制御部９２が、プレート７８に印加されている電圧を、現像ローラ６０のトナーの帯電量に相関のあるパラメータの大きさに応じて制御している。これにより、現像時におけるトナーの帯電量と非現像時におけるトナーの帯電量との差が少なくなるし、いずれのトナーの帯電量も小さな値になり、画像乱れが回避可能になる。

また、プレート７８は、ドラム５の手前側において、現像時にはそのトナー層の厚みを減らさず、非現像時にはそのトナー層を掻き取り易くさせる位置に配置され、現像ローラ６０のトナー層の配列を整えることができると共に、ドラム５に対峙した現像領域直前まで現像ローラ６０上のトナーの振幅動作を行わせることができるため、トナーと現像ローラ６０との付着性を低減させた状態で現像することが可能になり、画像濃度の不良が抑制可能になる。さらに、このことにより非現像時には当該トナー層がブラシに掻き取られ易くなり、現像ゴーストの発生も抑制可能になる。これらの結果、画像乱れが回避される。

これらの点につき詳述する。図６は、プレート７８への印加電圧の大きさと画像乱れとの関係を調べた実験結果である。
当該実験条件は、まず、画像形成条件として、ドラム５の周速は１８０ｍｍ／ｓｅｃ、ドラム５の表面電位は３００Ｖ（暗電位）及び２０Ｖ（明電位）であり、トナーの粒径（体積平均粒径）は７．５μｍ（１μｍ＝１×１０^−６ｍ）である。

なお、このドラム５の径はφ３０ｍｍ、現像ローラ６０の径はφ２０ｍｍ、ブラシローラ５０の径はφ２５ｍｍであり、これらドラム５と現像ローラ６０との距離は０．２ｍｍ、現像ローラ６０とブラシローラ５０との距離は０．３５ｍｍ、また、ブラシローラ５０と穂切りブレード３８との距離も０．３５ｍｍである。

次に、印字時における現像バイアス条件は、現像ローラ６０に対する現像バイアスのＤＣ成分Ｖｄｃは１００Ｖ、ＡＣ成分Ｖｐｐは１．６ｋＶ、周波数ｆは２．７ｋＨｚであって、デューティ比は３０％である。一方、ブラシローラ５０に対する現像バイアスのＤＣ成分Ｖｄｃは３００Ｖ、周波数ｆは２．７ｋＨｚであって、デューティ比は７０％である。また、ドラム５の周速Ｄ、現像ローラ６０の周速Ｓ、ブラシローラ５０の周速Ｍとすれば、Ｓ／Ｄ＝１．５、Ｍ／Ｓ＝１．５である。そして、現像ローラ６０のトナー層の厚さがトナー量略０．６ｍｇ／ｃｍ^２で一定となるようにした。

ここで、まず、上述の図４に示されたプレート電圧制御を実施しており（図６にて実施例１で示す）、実験開始時点（図６（Ａ））では、プレート７８に印加する直流電圧ｖｄｃは９０Ｖ、交流電圧ｖｐｐは１．０ｋＶである。この交流電圧ｖｐｐは、現像ローラ６０に印加させた電圧Ｖｐｐと同位相であって、このＶｐｐよりも小さくされている。周波数ｆは２．７ｋＨｚであって、デューティ比は３０％であり、印字率を５％に設定して５００枚の連続出力を実施した。

この５００枚の連続出力後に、印字率を１％に変更してさらに５００枚の連続出力を実施した。そして、この残り５００枚、つまり、計１０００枚の出力時点までは、ＩＤセンサ８２による検知結果に応じて、電位差ΔＶを増加し、且つ、プレート７８に印加する直流電圧ｖｄｃは６０Ｖに、プレート７８に印加する交流電圧ｖｐｐは０．８ｋＶにそれぞれ変更している（図６（Ｂ））。なお、当該交流電圧ｖｐｐも、現像ローラ６０に印加させた電圧Ｖｐｐと同位相であって、このＶｐｐよりも小さくされている。周波数ｆは２．７ｋＨｚであって、デューティ比は３０％である。

一方、図６に示された比較例１は、この５００枚の連続出力後に、印字率を１％に変更してさらに５００枚の連続出力を実施するが、計１０００枚の出力時点まで、プレート７８に印加する直流電圧ｖｄｃは６０Ｖに変更せず、９０Ｖのまま維持し、交流電圧ｖｐｐも１．０ｋＶのまま維持している。
そして、吸引式小型帯電量測定装置Model 210HS（TREK社製）を用いてトナーの帯電量を測定すると、上記比較例１では、実験開始時点のトナーの帯電量は２０μＣ／ｇであるのに対し（図６（Ａ））、１０００枚出力時点のトナーの帯電量は２９μＣ／ｇであり（図６（Ｂ））、大きく増加している。また、センサ８２による画像濃度は大きく減少している。

さらに、マルチサイザーIII（ベックマン・コールター社製）アパチャー径１００μｍ、測定範囲２〜４０μｍにてトナー粒子径やトナー粒度分布を測定すると、体積平均粒子径が小さくなり、分布が広がっている。
これに対し、上記実施例１では、実験開始時点のトナーの帯電量は２０μＣ／ｇであり（図６（Ａ））、１０００枚出力時点のトナーの帯電量は２２μＣ／ｇであり（図６（Ｂ））、僅かに増加しているのみである。つまり、本実施例によれば、プリンタ１の使用時間が長くなっても、現像ローラ６０には同じトナーがそのまま残っていないことが分かる。

また、この実施例１の画像濃度はごく僅かに減少しているだけであり、画像濃度が実験開始時のまま維持されていることが分かる。さらに、体積平均粒子径は同じであり、分布も殆ど広がっていないので、磁気ブラシによるトナーの回収及び新たなトナーの供給が問題なく実施されていることも分かる。
このように、図４に示された実施例１によれば、現像ローラ６０に形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータのうち、ドラム５に形成された画像パッチの画像濃度の大きさがコントローラ９０に監視されている。

そして、この画像濃度が低下した場合には、コントローラ９０がブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差ΔＶを大きくし、且つ、プレート電圧制御部９２は、現像ローラ６０からプレート７８へとトナーが移動する電界の強度を大きく、またはプレート７８への電圧の印加時間を大きくする。よって、仮に、プリンタ１の使用に伴ってトナーの帯電量が大きくなったとしても、電位差ΔＶを大きくするので、画像濃度が長期に亘って高められ、ドラム５への現像効率が上昇する。一方、これにより、仮に、当該トナー層がブラシに掻き取られ難くなったとしても、プレート７８への印加電圧を制御しているので、現像ゴーストの発生がより一層抑制され、高画質を維持することができる。

続いて、上述の図５に示されたプレート電圧制御を実施した（図６にて実施例２で示す）。
当該実験条件のうち、画像形成条件は上記実施例１と同じであるが、印字時における現像バイアス条件は、実験開始時点（図６（Ａ））では、プレート７８に印加する直流電圧ｖｄｃは９０Ｖ、交流電圧ｖｐｐは１．０ｋＶ、周波数ｆは２．７ｋＨｚであって、デューティ比は３０％であるものの、印字率を６％に設定して５００枚の連続出力を実施した。

この５００枚の連続出力後に、印字率を２％に変更してさらに５００枚の連続出力を実施した。
但し、この残りの５００枚については、ＩＤセンサ８２による画像濃度の検出結果から現像ローラ６０のトナー層の厚さを算出し、ブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差ΔＶを算出しており、この電位差ΔＶと所定の閾値（２５０Ｖ）とを比較し、電位差ΔＶが当該閾値を超えている場合に限り、プレート７８に印加する直流電圧ｖｄｃは９０Ｖから６０Ｖに変更している。

つまり、５０１枚目から１０００枚目の出力時点までは、プレート７８に印加する直流電圧ｖｄｃや交流電圧ｖｐｐは、電位差ΔＶが当該閾値を超えていることを条件として、それぞれ６０Ｖや０．８ｋＶに変更している（図６（Ｂ））。なお、当該交流電圧ｖｐｐも、現像ローラ６０に印加させた電圧Ｖｐｐと同位相であって、このＶｐｐよりも小さくされている。周波数ｆは２．７ｋＨｚであって、デューティ比は３０％である。

一方、図６に示された比較例２は、この５００枚の連続出力後に、印字率を２％に変更してさらに５００枚の連続出力を実施するが、計１０００枚の出力時点まで、プレート７８に印加する直流電圧ｖｄｃは９０Ｖのまま維持し、交流電圧ｖｐｐも１．０ｋＶのまま維持している。
そして、上記実施例１や比較例１と同様に、トナーの帯電量を測定すると、当該比較例２では、実験開始時点のトナーの帯電量は２４μＣ／ｇであるのに対し（図６（Ａ））、１０００枚出力時点のトナーの帯電量は３６μＣ／ｇであり（図６（Ｂ））、非常に大きく増加している。また、センサ８２による画像濃度は非常に大きく減少している。

さらに、トナー粒子径やトナー粒度分布も測定すると、体積平均粒子径がやはり小さくなり、分布も広がっている。
これに対し、この実施例２では、実験開始時点のトナーの帯電量と１０００枚出力時点のトナーの帯電量とが同じである（図６（Ａ）、（Ｂ））。つまり、当該実施例でも、現像ローラ６０には同じトナーが残っていないことが分かる。

また、この実施例２の画像濃度は僅かに減少しているだけであり、画像濃度が実験開始時のまま維持可能であることが分かる。さらに、体積平均粒子径がほぼ同じであり、分布も殆ど広がっていないことから、磁気ブラシによるトナーの回収及び新たなトナーの供給も問題なく実施されていることも分かる。
このように、図５に示された実施例２によれば、現像ローラ６０に形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータのうち、ブラシローラ５０と現像ローラ６０との電位差ΔＶの大きさもコントローラ９０に監視されている。

そして、この電位差ΔＶが所定の閾値を超えた場合にのみ、プレート電圧制御部９２は、現像ローラ６０からプレート７８へとトナーが移動する電界の強度を大きく、またはプレート７８への電圧の印加時間を大きくする。換言すれば、この電位差ΔＶが所定の閾値を超えていないときには、プリンタ１が長期に亘って使用されたとしても、当該トナー層がブラシに未だ掻き取られ易い状態にあることから、電圧制御部９２はプレート７８に電圧を印加しなくても良いか、若しくは元の印加電圧の値から変更する必要がない。これにより、省力化に寄与する画像乱れの回避が可能になる。

また、図７に示された実施例によれば、現像ローラ６０に形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータのうち、プリンタ１による印字率の大きさもコントローラ９０に監視されている。そして、トナーの消費量が少なくなって印字率が低下した場合には、電圧制御部９２は、現像ローラ６０からプレート７８へとトナーが移動する電界の強度を大きく、またはプレート７８への電圧の印加時間を大きくする。よって、仮に、プリンタ１の使用に伴ってトナーの帯電量が大きくなり、トナー層がブラシに掻き取られ難くなったとしても、プレート７８への印加電圧を制御しているので、現像ゴーストの発生がより一層抑制され、高画質が維持される。

さらに、プレート７８と現像ローラ６０との間に生ずる電界が、現像ローラ６０のトナー層を掻き取って回収する電界よりも小さくされているので、現像ローラ６０のトナーはプレート７８に向けて移動することなく振動する。これにより、現像ローラ６０のトナー層の配列が適切に整えられる。
さらにまた、ブラシローラ５０に対し、ＤＣバイアスが印加されると、磁気ブラシはトナーを現像ローラ６０に向けて搬送させるし、この磁気ブラシは現像後のトナー層を現像ローラ６０から掻き取る。また、現像ローラ６０に対し、ＤＣバイアスを重畳させたＡＣバイアスが印加されると、現像ローラ６０のトナーがドラム５に向けて飛翔する。ここで、プレート７８にもＡＣバイアスが少なくとも印加されているので、ドラム５への現像効率が上昇及び現像ローラ６０のトナー層を掻き取って回収し易くなり、残留トナーが現像ローラ６０に残り難く、すなわち、前回の印字履歴が残り難くなる。その結果、トナー層の配列が均一になるほか、トナー帯電量も小さくされ、且つ、現像領域直前までトナーを振幅運動させるので、これら現像効率や掻き取り性がさらに向上する。また、トナー層の厚みの均一化も可能になる。

また、プレート７８に印加されるＡＣバイアスは、現像ローラ６０に印加されるＡＣバイアスと同位相の電圧であって、このＡＣバイアスよりも小さくされているので、現像ローラ６０のトナーはプレート７８に向けて移動せず、しかも、当該トナー層の配列がより一層整えられ、このトナー層の厚みもより均一に保つことができる。

さらに、ドラム５の周速が約１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定され、画像形成プロセススピードが速い場合には、現像時間や未現像トナーの回収時間が短くなるが、本発明は、このような高速化にも特に好適に対応できる。
なお、トナーの粒径（体積平均粒径）については、この粒径が約７．５μｍ以下の場合には、現像ローラ６０への付着力が強くなる。よって、本発明は、体積平均粒径が約７．５μｍ以下、特に、約６．５μｍ以下の場合に顕著な効果を奏する。

さらにまた、画像乱れが回避され、良好な画像形成が行われるので、プリンタ１の信頼性向上に寄与する。
本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施例では画像形成装置としてプリンタに具現化した例を示しているが、本発明の画像形成装置は複合機、複写機やファクシミリ等にも当然に適用可能である。

本実施例の画像形成装置の概略構成図である。 図１の画像形成装置における制御ブロック図である。 図１の現像装置の断面図である。 図２のコントローラによるプレート電圧制御のフローチャートである。 他の実施例のコントローラによるプレート電圧制御のフローチャートである。 図４及び図５の制御による実験結果を示した図である。 さらに他の実施例のコントローラによるプレート電圧制御のフローチャートである。

符号の説明

１ プリンタ（画像形成装置）
５ 感光体ドラム（像担持体）
７ 現像装置
３０ ハウジング
３２ 開口
５０ 磁気ブラシローラ（磁気ローラ）
６０ 現像ローラ
７８ 対向電極プレート（電極部材）
９２ プレート電圧制御部（電圧制御手段）

Claims (10)

1. キャリアを用いてトナーを帯電させ、該トナーを像担持体に供給してトナー画像を現像させる現像装置であって、
   前記像担持体に対峙した開口を有するハウジングと、
   該ハウジング内に配設されており、前記キャリア及び前記トナーによる磁気ブラシを形成させる磁気ローラと、
   前記開口にて前記磁気ローラの回転軸線に対して略平行に並設されており、前記磁気ブラシから移送されたトナーの薄層を形成させる現像ローラと、
   該現像ローラの外周側を部分的に囲繞しており、所定の電圧が印加される電極部材と、
   前記現像ローラに形成されたトナーの帯電量に相関のあるパラメータの大きさに応じて、前記電極部材に印加される電圧を制御する電圧制御手段と
   を具備することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置であって、
   前記電極部材は、前記現像ローラの回転方向で見て、前記像担持体の軸心と前記現像ローラの軸心とを結ぶ位置の上流側であって、該現像ローラの軸心と前記磁気ローラの軸心とを結ぶ位置の下流側までの領域にて、前記現像ローラの外周側を部分的に囲繞していることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置であって、
   前記像担持体に形成された画像パッチの画像濃度が低下した場合には、前記現像ローラと前記磁気ローラとの間に生ずる電位差を大きくするとともに、前記電圧制御手段は、前記現像ローラから前記電極部材へとトナーが移動する電界の強度または前記電極部材への電圧の印加時間を大きくすることを特徴とする現像装置。
4. 請求項３に記載の現像装置であって、
   前記電圧制御手段は、前記現像ローラと前記磁気ローラとの間に生ずる電位差が所定の閾値を超えた場合にのみ、前記現像ローラから前記電極部材へとトナーが移動する電界の強度または前記電極部材への電圧の印加時間を大きくすることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１又は２に記載の現像装置であって、
   前記電圧制御手段は、画像形成装置による印字率が低下した場合に、前記現像ローラから前記電極部材へとトナーが移動する電界の強度または前記電極部材への電圧の印加時間を大きくすることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の現像装置であって、
   前記電極部材と前記現像ローラとの間に生ずる電界は、該現像ローラと前記磁気ローラとの間に生じており、前記磁気ブラシによって前記現像ローラのトナー層を掻き取って回収する電界よりも小さくされていることを特徴とする現像装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の現像装置であって、
   前記磁気ローラには、直流電圧が印加され、前記現像ローラには、直流電圧を重畳させた交流電圧が印加される一方、
   前記電極部材には、交流電圧が少なくとも印加されていることを特徴とする現像装置。
8. 請求項７に記載の現像装置であって、
   前記電極部材に印加される交流電圧は、前記現像ローラに印加される交流電圧と同位相の電圧であって、該現像ローラに印加される交流電圧よりも小さくされていることを特徴とする現像装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の現像装置であって、
   前記像担持体の周速は、約１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定されていることを特徴とする現像装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の現像装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
    

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