JP2010152190A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体上に形成されるトナー薄層の影響を受けずに安定して現像電流を検知可能な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２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）を印加する第１バイアス回路３０が接続されており、磁気ローラ２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）及びＶｍａｇ（ＡＣ）を印加する第２バイアス回路３１が接続されている。第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１には電圧可変装置３３が接続されており、現像ローラ２３と第１バイアス回路３０との間には電流検知装置３５が接続されている。電流検知装置３５により電流検知を行う場合、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に対し、Ｖｍａｇ（ＤＣ）を同等、若しくはトナーが現像ローラ２３側から磁気ローラ２２側へ移動する方向に印加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用し、トナー担持体に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置の駆動制御方法に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、トナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリア成分を含まないトナーのみを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。しかし、二成分現像方式は安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している反面、前述した磁気ブラシによる影響のため画質の面で不利であった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラ（トナー供給部材）を用いて現像剤を感光体（像担持体）に対して非接触に設置した現像ローラ（トナー担持体）上に移行させる際に、磁気ローラ上に磁性キャリアを残したまま現像ローラ上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって感光体（像担持体）上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が提案されている。

この現像方式においては、現像ローラと感光体の間での電流リークによるノイズの発生と画像濃度ムラの発生が問題となっていた。これは、現像領域で現像ローラに印加する現像バイアスの交流成分を高くし過ぎると、感光体の表面電位と交流電圧のピーク値との電位差が大きくなって感光体と現像ローラとの間にリークが発生し、逆に交流成分を低くし過ぎると、感光体の表面電位と交流電圧のピーク値との電位差が小さくなり、現像ローラから感光体上へトナーが十分に飛翔せず画像濃度ムラが発生するためである。

そのため、上記の不具合が発生しないように現像バイアスの交流電圧を選択する必要があるが、実際には現像ローラの成形精度や取り付け精度、感光体と現像ローラとの隙間（現像ギャップ）を決定するスペーサの摩耗等によって現像毎に現像ギャップや現像ローラの抵抗値が異なる。また、装置の使用環境によってリークの発生し易さも異なるため、一律に同じ交流電圧を選択すると、リークの発生する場合や画像濃度ムラが発生する場合があった。

そこで、特許文献１には、像担持体（感光体）とトナー担持体（現像ローラ）との間の現像領域のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、現像領域に流れる電流（現像電流）に基づいてリークの発生を検知するリーク検知手段とを備え、故意にリークを発生させたときのリーク発生電圧に基づいてリークや画像濃度ムラの発生しない最適な交流電圧を選択可能とした現像装置が開示されている。

特許文献１の方法は、像担持体とトナー担持体との現像ギャップが広いとインピーダンスが大きく（現像電流が小さく）なり、現像ギャップが狭いとインピーダンスが小さく（現像電流が大きく）なる性質を利用してインピーダンスからリーク発生電圧を予測することで、効率良く且つ精確に現像バイアスを決定する技術である。
特開２００５−７８０１５号公報

しかし、トナー担持体上にトナー薄層が形成された状態で現像電流を検知すると、トナー薄層の層厚変化やトナー帯電量変化等によって測定値がばらつき易く、インピーダンスの測定精度が悪くなる。そのため、測定値のばらつきを考慮して交流電圧を決定する必要があり、トナー薄層の影響を受けにくいインピーダンスの検知方法の開発が要望されていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、トナー担持体上に形成されるトナー薄層の影響を受けずに安定して現像電流を検知可能な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、像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、該トナー担持体上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成するトナー供給部材と、該トナー供給部材に直流電圧若しくは直流電圧及び交流電圧を印加し、前記トナー担持体に直流電圧及び交流電圧を印加する電圧印加手段と、該電圧印加手段により前記トナー担持体に交流電圧を印加したとき前記像担持体と前記トナー担持体との間に流れる電流を検知する電流検知手段と、を有する現像装置において、前記電圧印加手段は、前記電流検知手段により電流を検知する際、前記トナー供給部材に印加される直流電圧を前記トナー担持体に印加される直流電圧と同等、若しくは前記トナー担持体から前記トナー供給部材へトナーが移動する方向に印加する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において、前記電流検知手段による検知結果を記憶する記憶手段を有し、前記電流検知手段により検知された電流値の前記記憶手段に記憶された前回検知時の電流値からの変動幅に応じて前記像担持体−前記トナー担持体間に印加される交流電圧を設定する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、トナー担持体上のトナー薄層がほとんど無い状態で像担持体とトナー担持体との間に流れる現像電流の検知が可能となり、トナー薄層の影響を受けずに安定して現像電流を検出することができるため、現像電流に基づいて測定されるインピーダンスの測定精度が高くなる。従って、インピーダンスから予測されるリーク発生電圧の予測精度も高くなり、像担持体−トナー担持体間に印加される交流電圧を適切に設定することができる。また、トナー担持体上へのトナー薄層の形成が極力抑えられるため、無駄なトナーの消費も抑制できる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、電流検知手段による検知結果を記憶する記憶手段を有し、電流検知手段により検知された電流値の記憶手段に記憶された前回検知時の電流値からの変動幅に応じて像担持体−トナー担持体間に印加される交流電圧を設定することにより、現像電流の変動から気圧や温湿度等の環境変化を検知できるため、像担持体−トナー担持体間に印加される交流電圧を環境条件の変化に応じて適切に補正することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の現像装置を搭載することにより、精確に検知された現像電流に基づいてインピーダンスを測定し、さらにリーク発生電圧を予測するとともに、リークや画像濃度ムラの発生しない最適な交流電圧を設定可能となるため、電流リークによるノイズの発生と画像濃度ムラの発生を同時に解決できる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、本発明の画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）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によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８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。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８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。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト５上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａに形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１に対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３は図中時計回りに回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサ（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサで検知されるトナー濃度に応じて補給装置からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体２２ｂで構成されている。現像ローラ２３は、非磁性の現像スリーブから構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラ２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）を印加する第１バイアス回路３０が接続されており、磁気ローラ２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）を印加する第２バイアス回路３１が接続されている。また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１は共通のグランドに接地されている。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。そして、磁気ローラ２２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成する。磁気ローラ２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラ２３上にトナー薄層を形成する。

現像ローラ２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図３は、現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、現像ローラ２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が第１バイアス回路３０から印加される。また、磁気ローラ２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相が異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が第２バイアス回路３１から印加される。

従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間（以下、ＭＳ間という）に印加される電圧は、図３（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図３で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。

磁気ブラシによって現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との対向部分に搬送される。現像ローラ２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。

現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネットローラ体２２ｂの同極部分で磁気ローラ２２から引き剥がされた後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラ２２上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。

また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１には電圧可変装置３３が接続されており、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及び磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を可変できるようになっている。さらに、現像ローラ２３と第１バイアス回路３０との間には電流検知装置３５が接続されている。第１バイアス回路３０から現像ローラ２３へＶｓｌｖ（ＡＣ）を印加したときに流れる現像電流を電流検知装置３５により検知することで、感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との間（以下、ＤＳ間という）のインピーダンスを測定することができる。

制御部３７は、電圧可変装置３３に制御信号を送信して第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１から印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を制御する。また、電流検知装置３５により検知された現像電流に基づいてＤＳ間のインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスからＤＳ間ギャップ（現像ギャップ）を予測する。この現像ギャップが狭くなるほどリークが発生し易くなることから、ＤＳ間ギャップを予測することでＤＳ間に印加される交流電圧のピークツーピーク値（以下、ＤＳ間Ｖｐｐという）をリークの発生しない範囲に設定できる。

記憶部３９は、例えば読み書き自在のＲＡＭ（Random Access Memory）から成り、制御部３７により使用される制御プログラムの他、電流検知装置３５により検知された現像電流、及びそれに基づいて測定されたインピーダンスや設定されたＤＳ間Ｖｐｐ、磁気ローラ−現像ローラ間に印加される交流電圧のピークツーピーク値（以下、ＭＳ間Ｖｐｐという）等の、制御に必要となるデータが記憶される。なお、制御部３７及び記憶部３９は、画像形成装置１００全体の制御部及び記憶部と兼用しても良いし、現像装置３ａ〜３ｄを制御するために独立して配置しても良い。

本発明においては、電流検知装置３５により電流の検知を行う場合、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）に対し、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）を同等、若しくはトナーが現像ローラ２３側から磁気ローラ２２側へ移動する方向に印加されるようにしている。例えば、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は、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）≧Ｖｍａｇ（ＤＣ）とし、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる場合は、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）≦Ｖｍａｇ（ＤＣ）とする。

これにより、現像ローラ２３上のトナー薄層がほとんど無い状態で電流検知が可能となり、トナー薄層の影響を受けずに安定して現像電流を検出することができるため、電流検知装置３５の検知結果に基づいて測定されるインピーダンスのばらつきが抑制されて測定精度が高くなる。従って、ＤＳ間Ｖｐｐの設定精度も向上する。

また、インピーダンスの測定値がばらつく要因として、ＤＳ間ギャップのばらつき、トナー層の層厚変化や帯電量変化、気圧や温湿度等の環境条件の変化が挙げられるが、本発明ではトナー薄層の影響が少ない条件で現像電流を検知でき、ＤＳ間ギャップは装置製造時から変化しないため、現像電流の変化は環境条件の変化と考えられる。そこで、現像電流を記憶部３９に記憶させておき、一定時間後に測定された現像電流と比較することで、気圧や温湿度等の変化に応じてＤＳ間Ｖｐｐを適切に補正することができる。

具体的には、環境条件の変動量に対する現像条件（Ｖｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）等）の補正値を定めた環境補正テーブルを記憶部３９に格納しておき、変動幅に応じて補正を行う。例えば、気圧が低くなるほど現像電流は低下してリークは発生し易くなる。また、温度が高く、湿度が低くなるほど現像電流は低下してリークは発生し易くなる。

即ち、一定時間経過後に測定された現像電流が低下していれば、気圧低下、温度上昇、湿度低下のいずれかを意味しているため、その場合はリークが発生しないようにＤＳ間Ｖｐｐを小さくすれば良い。逆に、一定時間経過後に測定された現像電流が高くなった場合はＤＳ間Ｖｐｐを大きくすれば良い。さらに、温湿度センサを用いて装置内部若しくは外部の温湿度を別途検知しておけば温湿度変化に基づく補正を別途実行可能となるため、補正の精度をより一層向上させることができる。

図４は、本発明の現像装置を備えた画像形成装置におけるＤＳ間Ｖｐｐの設定手順を示すフローチャートである。先ず、制御部３７からの制御信号により、電圧可変装置３３は第１バイアス回路３０から現像ローラ２３に所定のＶｓｌｖ（ＡＣ）を印加し、電流検知装置３５により現像電流を検知する（ステップＳ１）。検知された電流値は記憶部３９に記憶される。そして、電流検知後の経過時間を計測し（ステップＳ２）、所定時間が経過した時点で（ステップＳ３でＹＥＳ）再びＶｓｌｖ（ＡＣ）を印加して現像電流を再検知する（ステップＳ４）。

次に、再検知された現像電流と記憶部３９に記憶された前回検知時の現像電流とを比較して現像電流の変動幅を算出する（ステップＳ５）。そして、現像電流が所定幅以上変動したか否かを判断する（ステップＳ６）。所定幅以上の変動があった場合は、続いて現像電流が低下したか否かを判断し（ステップＳ７）、現像電流が低下した場合は現像電流の低下量に応じてＤＳ間Ｖｐｐを小さくする補正を行う（ステップＳ８）。一方、現像電流が高くなった場合は現像電流の増加量に応じてＤＳ間Ｖｐｐを大きくする補正を行う（ステップＳ９）。

また、ステップＳ６で現像電流の変動幅が所定幅よりも小さい場合はＤＳ間Ｖｐｐを維持する。その後、ＤＳ間Ｖｐｐを補正した場合（ステップＳ８、Ｓ９）はステップＳ４で再検知された現像電流を前回検知時の現像電流として記憶部３９に上書きするとともに、ステップＳ２に戻り、以後同様の制御を繰り返す（ステップＳ３〜Ｓ８）。

図４の制御例では、画像形成装置がユーザの元で設置されたとき、設置場所の環境条件の変化を現像電流の変化で検知可能となるため、設置場所の環境に関係なくＤＳ間のリークによる画像不良の発生しない最適なＤＳ間Ｖｐｐを設定可能となる。

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感光体表面の露光部にトナーを飛翔させる反転現像方式を例に挙げて説明したが、感光体表面の未露光部にトナーを飛翔させる正転現像方式にも全く同様に適用可能である。

また、本発明は図１に示したタンデム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複写機、モノクロプリンタ及びロータリー現像式のカラープリンタ及びカラー複写機、ファクシミリ等、現像装置を備えた種々の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。

図２に示した本発明の現像装置が搭載された図１に示すような試験機を用い、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）を変化させてリークの発生及び検知を行い、リーク発生電圧及びばらつき、並びに画像部へのトナー付着を比較した。なお、試験は感光体ドラム１ａ及び現像装置３ａを含むシアンの画像形成部Ｐａにおいて行った。

試験機の条件としては、印字速度４０枚／分、感光体ドラムの周速を２００ｍｍ／ｓｅｃとし、ドラム表面電位は白地部電位（Ｖ０）を３００Ｖ、画像部電位（ＶＬ）を２０Ｖとした。また、現像ローラはアルマイト表面処理したものを用い、現像ローラの周速を感光体に対し周速比１．３（対向面において順回転）、磁気ローラの周速を現像ローラに対し周速比１．５（対向面においてカウンタ回転）とした。また、ＤＳ間ギャップを１２０μｍ、ＭＳ間ギャップを３００μｍとした。現像剤としては、平均粒径６．８μｍの正帯電トナーと体積固有抵抗１０¹⁰Ω、飽和磁化６５ｅｍｕ／ｇ、平均粒径４５μｍのコーティングフェライトキャリアとから成る二成分現像剤を用い、キャリアに対するトナーの混合比率（Ｔ／Ｃ）を１２重量％とした。

現像ローラへの電圧印加条件は、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）＝５０Ｖ、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）＝９００Ｖ、周波数４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ＝４５％とした。また、ＭＳ間の電圧印加条件は、Ｖｍａｇ（ＤＣ）−Ｖｓｌｖ（ＤＣ）＝２００Ｖ、Ｖｍａｇ（ＡＣ）−Ｖｓｌｖ（ＡＣ）＝１８００Ｖ、周波数＝４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ＝７５％とした。

評価方法としては、現像ローラに印加するＶｓｌｖ（ＤＣ）及び磁気ローラに印加するＶｍａｇ（ＤＣ）を共に７５Ｖとした場合（本発明１）、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を７５Ｖ、Ｖｍａｇ（ＤＣ）を０Ｖとした場合（本発明２）、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を７５Ｖ、Ｖｍａｇ（ＤＣ）を２７５Ｖとした場合（比較例１）について、それぞれ１０回ずつ現像電流を検知し、平均電流値とその偏差を求めた。評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）が７５Ｖ、Ｖｍａｇ（ＤＣ）が２７５Ｖである通常の現像条件でリークを発生させた比較例１では、現像電流の平均値は４．３５２ｍＡであり、測定値の偏差は０．０６２２であった。これに対し、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とＶｍａｇ（ＤＣ）を共に７５Ｖとした本発明１、及びＶｍａｇ（ＤＣ）を０Ｖとした本発明２では、現像電流の平均値は４．３４４２ｍＡ、４．４２９２ｍＡとほぼ同等であったものの、測定値の偏差は０．０４８８、０．０４６１と比較例に比べて小さくなった。

この原因としては、比較例１では磁気ローラから現像ローラにトナーが移動する方向に電圧が印加されており、現像ローラ上にトナー層が形成されるため現像電流がばらつき易いのに対し、本発明１ではＭＳ間の電位差ΔＶが０Ｖであるため磁気ローラから現像ローラへのトナー移動が抑制され、現像電流のばらつきが抑制されるものと考えられる。また、本発明２では現像ローラから磁気ローラへトナーが移動する方向に電圧が印加されるため磁気ローラから現像ローラへのトナー移動が発生せず、現像電流の偏差は本発明１に比べてさらに小さくなったものと考えられる。

以上の結果より、現像電流の検知時に磁気ローラから現像ローラへのトナー移動が発生しないようにＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）を設定することにより、現像電流の測定値のばらつきを小さくでき、現像電流を用いたインピーダンスの測定やリーク発生電圧の予測を高精度に行えることが確認された。なお、ここではシアンの画像形成部Ｐａにおいて試験を行ったが、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄにおいても同様の結果が得られることが確認されている。

実施例１と同じ試験機を用いて、ＤＳ間ギャップを段階的に変化させたときの現像電流の変化を、Ｖｍａｇ（ＡＣ）＝０Ｖの場合とＶｍａｇ（ＡＣ）＝１８００Ｖの場合とで比較した。試験機の条件は実施例１と同様とし、温度３２．５℃、湿度８０％にてＶｓｌｖ（ＤＣ）＝７５Ｖ、Ｖｍａｇ（ＤＣ）＝０Ｖ、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）＝９００Ｖに維持しながらＤＳ間ギャップを１００μｍ、１２０μｍ、１５０μｍ、２００μｍと段階的に変化させて現像電流を検知した。結果を表２に示す。

表２から明らかなように、Ｖｍａｇ（ＡＣ）＝０Ｖの場合はＤＳ間ギャップが広くなるにつれて現像電流が低下したため、電流値からＤＳ間ギャップを予測するときの誤差が小さくなると考えられる。一方、Ｖｍａｇ（ＡＣ）＝１８００Ｖの場合は測定値のバラツキが大きく、ＤＳ間ギャップが広くなるにつれて全体的には現像電流が低下するものの部分的に現像電流が上昇する箇所も認められ、ＤＳ間ギャップを予測するときの誤差が大きくなると考えられる。

実施例１と同じ試験機を用いて、温度、湿度、若しくは気圧が変化したときのリーク発生について調査した。試験機の条件は実施例１と同様とし、２５℃、５０％、１気圧（１０１３ｈＰａ）でのＤＳ間Ｖｐｐを１３００Ｖとして、現像電流の変化に応じてＤＳ間Ｖｐｐの制御を行った場合（本発明３）と、ＤＳ間Ｖｐｐの制御を行わなかった場合（比較例２）とでリーク発生状況を観察した。結果を表３〜表５に示す。

表３〜表５から明らかなように、現像電流が０．０２ｍＡ低下したときＤＳ間Ｖｐｐを１００Ｖ低下させた本発明３では、温度、湿度、若しくは気圧の変化によるリークの発生は認められなかった。一方、ＤＳ間Ｖｐｐを常に一定（１３００Ｖ）とした比較例２では、温度上昇、湿度低下、気圧低下によるリークの発生が認められた。この結果より、現像電流を測定することで環境条件の変化を検知し、現像電流の変動幅に応じてＤＳ間Ｖｐｐを制御することでリークの発生を抑制できることが確認された。

なお、上記の各実施例は本発明の一構成例にすぎず、ドラム表面電位や現像ローラ及び磁気ローラへの電圧印加条件等は、装置の仕様や使用環境に応じて適宜設定することができる。

本発明は、トナー供給部材を用いてトナー担持体上に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置に利用可能であり、電流検知手段により像担持体とトナー担持体との間に流れる電流を検知する際、トナー供給部材に印加される直流電圧をトナー担持体に印加される直流電圧と同等、若しくはトナー担持体からトナー供給部材へトナーが移動する方向に印加するものである。

これにより、トナー薄層の影響を受けずに安定して現像電流を検出することができるため、インピーダンスの測定精度、及び像担持体−現像ローラ間のギャップやリーク発生電圧の予測精度の高い現像装置を提供することができる。また、トナー担持体上へのトナー薄層の形成が極力抑えられるため、無駄なトナーの消費も抑制できる。

また、トナー薄層の影響が少ない条件で現像電流を検知できるため、現像電流の変化する要因は環境条件の変化となる。そこで、電流検知手段により検知された電流値の前回検知時からの変動幅に応じて像担持体−トナー担持体間に印加される交流電圧を設定すれば、像担持体−トナー担持体間に印加される交流電圧を環境条件の変化に応じて適切に補正できる現像装置となる。

は、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図である。 は、現像ローラ及び磁気ローラに印加されるバイアス波形の一例を示す図である。 は、本発明の現像装置を備えた画像形成装置におけるＤＳ間Ｖｐｐの設定手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
２１ａ 第１攪拌スクリュー
２１ｂ 第２攪拌スクリュー
２２ 磁気ローラ（トナー供給部材）
２３ 現像ローラ（トナー担持体）
２５ 穂切りブレード
３０ 第１バイアス回路（電圧印加手段）
３１ 第２バイアス回路（電圧印加手段）
３３ 電圧可変装置
３５ 電流検知装置（電流検知手段）
３７ 制御部
３９ 記憶部（記憶手段）
１００ 画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部

Claims (3)

1. 像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、
   該トナー担持体上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成するトナー供給部材と、
   該トナー供給部材に直流電圧若しくは直流電圧及び交流電圧を印加し、前記トナー担持体に直流電圧及び交流電圧を印加する電圧印加手段と、
   該電圧印加手段により前記トナー担持体に交流電圧を印加したとき前記像担持体と前記トナー担持体との間に流れる電流を検知する電流検知手段と、
   を有する現像装置において、
   前記電圧印加手段は、前記電流検知手段により電流を検知する際、前記トナー供給部材に印加される直流電圧を前記トナー担持体に印加される直流電圧と同等、若しくは前記トナー担持体から前記トナー供給部材へトナーが移動する方向に印加することを特徴とする現像装置。
2. 前記電流検知手段による検知結果を記憶する記憶手段を有し、前記電流検知手段により検知された電流値の前記記憶手段に記憶された前回検知時の電流値からの変動幅に応じて前記像担持体−前記トナー担持体間に印加される交流電圧を設定することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の現像装置が搭載された画像形成装置。

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