JP2010197464A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電圧印加による非接触現像において、ドットや細線等の画質に関わる現像性を適切に評価し、現像条件に反映することができる現像装置、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー担持体と、対向して非接触で配置された対向部材との間に印加された交流電圧により、トナーがトナー担持体と対向部材との間を往復移動することにより生ずるトナー電流を検出する。その際、トナー担持体と対向部材の間に流れる充放電電流を相殺してトナー電流のみを検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体上に形成された潜像をトナー担持体の担持するトナーで現像する現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置に関し、特に現像時のトナー電流を検出する手段と検出したトナー電流に基づき現像条件を制御する手段を有する現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置における現像方式としては、現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像方式及びトナーとキャリヤを用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式では、装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である一方、トナーの劣化などで、現像装置の寿命が短いという問題がある。二成分現像方式では、トナーの劣化が少なく長寿命化に有利であるが、磁気ブラシ痕の発生や画像欠陥の問題がある。

二成分現像方式の長寿命の特長を有しながら、画像欠陥の問題を解決する現像方式として、現像剤担持体上に二成分現像剤を担持し、二成分現像剤からトナーのみをトナー担持体に供給して現像に用いる、所謂ハイブリッド現像方式が開示されている。

何れの現像方式においても、トナー担持体の保持する一成分もしくは二成分現像剤中のトナーを用いて、像担持体上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する。現像は、像担持体とトナー担持体の間に現像バイアス電圧を印加し、トナー担持体上の帯電トナーを像担持体の潜像部分に移動させて行われる。

このトナーによる現像時の問題として、以下のような点が上げられる。

環境変動やトナーの劣化などによって、現像性が変動したり、画像ムラが発生したりする。またハイブリッド現像方式を用いた場合も、現像履歴の異なるトナー、すなわち荷電性の変動したトナーがトナー担持体上に発生、蓄積することで現像性の変動が生ずる。

こういった問題に対して、従来、現像性の変化等を検知し、画像形成条件へフィードバックして制御することが試みられてきた。

例えば、像担持体上のトナー像からの反射光を検知し、現像トナー濃度を推察する光検知の方法がある。また、像担持体とトナー担持体の間に流れる現像バイアス電流を検出し、現像トナー量を推察する電流検知の方法がある（特許文献１参照）。

特開平５−１０７８３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような現像バイアス電流を検出して画質制御に反映する方法では、ソリッドやハーフの画像濃度は容易に評価できるものの、画質を左右するトナーの現像性は評価できない。

すなわち、上記のような方法ではトナー担持体から像担持体（対向部材）へ移動したトナー量（現像トナー量）を検出しており、検出値により画像濃度は決定されるが、この検出値は細線再現性や粒状感といった画質とは必ずしも対応しない。このため、移動トナー量の検出によるフィードバックでは画像濃度を制御することはできても、細線再現性や粒状感といった画質を安定化することはできなかった。

また、トナー電流を検出するため、実際にトナーを移動させる必要があり、場合によっては移動したトナーを回収する必要が生じてくる。

本発明は、上記の技術的課題を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、交流電圧印加による非接触現像において、ドットや細線等の画質に関わる現像性を適切に評価し、現像条件に反映することができる現像装置、及び画像形成装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．現像に供するためトナーを担持するトナー担持体と、
前記トナー担持体と対向して、非接触で配置された対向部材と、
前記トナー担持体と前記対向部材の間に電圧を印加するための電圧印加手段と、
前記電圧印加手段により印加された電圧により、前記トナー担持体の担持する前記トナーが前記対向部材との間を移動することにより生ずるトナー電流を検出するトナー電流検出手段と、
前記トナー電流検出手段により検出されたトナー電流検出値に応じて現像条件を制御する制御手段と、
を有する現像装置であって、
前記電圧印加手段は、前記トナー担持体と前記対向部材の間に交流電圧を印加し、
前記トナー電流検出手段は、前記交流電圧の印加により前記トナー担持体と前記対向部材の間に流れる充放電電流を相殺するための相殺手段を有する
ことを特徴とする現像装置。

２．前記相殺手段は、前記トナー担持体と前記対向部材に対して並列に配置されたキャパシタである
ことを特徴とする前記１に記載の現像装置。

３．前記キャパシタは、前記トナーを担持するトナー担持体と前記対向部材との間の静電容量に略等しい静電容量を有し、
前記トナー電流検出手段は、前記トナー担持体と前記対向部材の間に流れる電流と、前記キャパシタに流れる電流との差に基づいてトナー電流を検出する
ことを特徴とする前記２に記載の現像装置。

４．前記制御手段は、前記トナー電流検出手段により検出された前記トナー電流検出値が所定の範囲に入るように現像条件を制御する
ことを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の現像装置。

５．前記トナー電流検出手段は、検出したトナー電流の振幅値に基づいてトナー電流検出値を求める
ことを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の現像装置。

６．前記トナー電流検出手段は、検出したトナー電流の絶対値の積分値に基づいてトナー電流検出値を求める
ことを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の現像装置。

７．像担持体と、前記像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置を有する画像形成装置であって、
前記現像装置は、前記１から６の何れか１項に記載の現像装置である
ことを特徴とする画像形成装置。

８．前記像担持体が、前記対向部材を兼ねている
ことを特徴とする前記７に記載の画像形成装置。

本発明に係る現像装置及び画像形成装置によれば、トナー担持体と、対向して非接触で配置された対向部材との間に印加された交流電圧により、トナーがトナー担持体と対向部材との間を往復移動することにより生ずるトナー電流を、トナー担持体と対向部材の間に流れる充放電電流を相殺して、簡単に精度よく検出することができる。

これにより、ドットや細線等の画質に関わる現像性を適切に評価し、現像条件に反映することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の主要部構成例を示す構成図である。 本発明に係る現像装置３の第１の実施形態におけるトナー電流検出装置の概略構成を示す構成図である。 本発明に係る現像装置３の第２の実施形態におけるトナー電流検出装置の概略構成を示す構成図である。 第１の実施形態の現像装置３におけるトナー電流検出装置を用いたトナー電流の検出例を示すグラフである。 第２の実施形態の現像装置３におけるトナー電流検出装置を用いたトナー電流の検出例を示すグラフである。 図５に示したトナー電流の積分値を示すグラフである。 図５に示したトナー電流の片側積分値を示すグラフである。 図５に示したトナー電流の＋のピーク値を時間に対してプロットしたグラフである。 検出電圧条件を変えたときの、実際に検出したトナー電流を示したグラフである。

本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

（画像形成装置の構成）
図１に本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部の構成例を示す。図１を用いて、本実施形態に係る画像形成装置の画像形成に関わる主要部について、概略構成と動作を説明する。

この画像形成装置は、電子写真方式により像担持体（感光体）１に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体１５に転写して画像形成を行うプリンターである。トナー画像形成に関わる主要部の構成について、以下に説明する。

この画像形成装置は画像を担持するための像担持体１を有しており、像担持体１の周囲には、像担持体１を帯電し、静電潜像を形成するための帯電装置１０、像担持体１上の静電潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置３、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ１２、像担持体１上の残留トナー除去用のクリーニング装置１３、及び潜像を除電するための光除電装置１４が、像担持体１の回転方向Ａに沿って順に配置されている。

像担持体１は、帯電装置１０で帯電された後に、レーザ発光器などを備えた露光装置１１により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置３は、この静電潜像を現像し、トナー像を形成する。転写ローラ１２は、この像担持体１上のトナー像を転写媒体１５に転写した後、図中の矢印Ｂ方向に排出する。クリーニング装置１３は、転写後の像担持体１上の残留トナーを、その機械的な力で除去する。

トナー像を転写された転写媒体１５は、図示しない定着装置でトナー像が定着され、画像形成装置から排出される。

画像形成装置に用いられる像担持体１、帯電装置１０、露光装置１１、転写ローラ１２、クリーニング装置１３等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してよい。例えば、帯電装置１０として図中、帯電チャージャが示されているが、像担持体１と接触する帯電ローラであってもよい。また例えば、クリーニング装置１３はなくてもよい。

（現像装置）
本実施形態に係る現像装置３は、図１では詳細構成を示していないが、トナー担持体２を有し、その表面に担持するトナーを用いて、像担持体１の表面の潜像を現像する機構を有する。トナー担持体２と像担持体１の間には現像バイアス電圧が印加される。

現像方式は任意である。現像剤としては、トナーを用いる一成分現像方式とトナーとキャリヤの混合現像剤を用いる二成分現像方式が知られている。二成分現像方式の現像装置の場合は、トナー担持体２はキャリヤとトナーを担持し、磁気ブラシを形成してトナーを現像に供する。また、二成分現像剤を使用しても、トナー担持体２表面に一旦トナーのみの層を形成して、現像に供するハイブリッド現像方式も知られている。

どの現像方式でもよいが、本実施形態の説明では、二成分現像剤を用いるハイブリッド現像方式とする。本実施形態の現像装置３は、現像時に交流の現像バイアス電圧を印加し、トナー担持体２上の帯電トナーを像担持体１との間で往復移動させ、非接触で現像する構成となっている。

また本現像装置３は、現像時の現像バイアス電圧印加に伴うトナーの移動を表すトナー電流を検出するためのトナー電流検出装置を有している。図１には示していないが、トナー電流検出装置については図２、図３を用いて後述する。

（現像剤の構成）
現像剤は現像方式により適当に選定すればよいが、本実施形態ではハイブリッド現像方式に従い、二成分現像剤を用いるものとする。

すなわち、本実施形態において使用する現像剤２３はトナーと該トナーを帯電するためのキャリヤを含んでなるものである。

＜トナー＞
トナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や、必要に応じて荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、一般的に３〜１５μｍ程度が好ましい。

このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができる。例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。

トナーに使用するバインダー樹脂、着色剤、荷電制御剤、離型剤としては、一般に使用されている公知のものを用いることができる。

また、上記の外添剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができる。上記外添剤として、トナーと逆極性の荷電性を有する逆極性粒子を使用してもよい。

＜キャリヤ＞
キャリヤとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリヤを使用することができ、バインダー型キャリヤやコート型キャリヤなどが使用できる。キャリヤ粒径としてはこれに限定されるものではないが、一般的に１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリヤは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリヤ表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けたりすることもできる。

バインダー型キャリヤに用いられるバインダー樹脂、磁性体微粒子は、一般に使用されている公知のものを用いることができる。

一方、コート型キャリヤは磁性体からなるキャリヤコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリヤであり、コート型キャリヤにおいてもバインダー型キャリヤ同様、キャリヤ表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させることができる。

トナーとキャリヤの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー混合比は一般的に、トナーとキャリヤとの合計量に対して３〜５０質量％、好ましくは６〜３０質量％が適している。

（トナー電流検出装置の構成）
図２は、本発明に係る現像装置３の第１の実施形態におけるトナー電流検出装置の概略構成を示す構成図であり、図３は、第２の実施形態におけるトナー電流検出装置の概略構成を示す構成図である。

図２及び図３を用いて本現像装置の第１の実施形態におけるトナー電流検出装置、及び第２の実施形態におけるトナー電流検出装置の概略構成を説明する。

トナー電流検出装置は、現像装置３のトナー担持体２と現像される像担持体１との間に印加される現像バイアス電圧により、その間を移動するトナー量を、その間に流れるトナー電流を検出することで推定しようとするものである。

但し、本現像装置３においては、交流の現像バイアス電圧を印加し、トナーを往復移動させることで、非接触で現像させるものであり、現像されたトナー量ではなく、往復移動するトナー量をトナー電流として検出しようとしている。

なぜならば、現像されたトナー量では、ソリッドやハーフの画像濃度は容易に評価できるものの、画質を左右するトナーの現像性は評価できないからである。往復移動するトナー量がドットや細線等の現像性に寄与するものであり、本発明に係る現像装置３のトナー電流検出装置では、それに基づいてトナー電流検出値を求め、画像形成条件（現像バイアス条件等）にフィードバックすることで安定した画質を得ようとするものである。

また往復移動するトナー量を検出するので、結果的にトナーが現像されない条件であってもトナー電流が検出可能であり、トナーの回収動作も不要で、検出時のトナー消費をなくすことも可能である。

＜トナーの往復移動とドットや細線等の現像性＞
上述した細線再現性や粒状感といった画質とトナー電流の対応関係について説明する。

画質を左右するドットや細線等の再現性については、現像バイアス電圧として交流電圧を印加し、非接触現像方式とすることで向上することができる。その場合特に、交流電圧の印加により像担持体とトナー担持体の間を往復移動するトナー量がドットや細線等の現像性に大きく寄与する。

非接触現像で往復移動するトナー量がドットや細線等の現像性に寄与するのは、次のような理由による。

トナーは、自身の帯電量に応じた静電付着力と、湿気や凝集力による吸着などの非静電的付着力とによって、トナー担持体や担持体上のトナーに拘束されている。しかしながら、その拘束力が小さいほど、また移動に適した帯電量であるほど、交流バイアス電圧による往復移動が活発になり、潜像近くに非拘束のトナーが大量に供給されるため、潜像に忠実な現像が可能となる。

従って非接触現像においては、交流電圧印加により往復移動するトナー量を検出することで、ドットや細線の画質に関わる現像性を代表させるのが適切である。

また往復移動するトナー量を検出するので、結果的にトナーが現像されない条件であってもトナー電流が検出可能であり、回収動作も不要で、検出時のトナー消費をなくすことも可能である。

そのために、トナー電流として交流電圧による現像バイアス電流を検出する方法が考えられる。

しかしながら、トナー電流を検出するために交流電圧による現像バイアス電流を検出しようとしても、一方で、像担持体とトナー担持体の間の静電容量による充放電電流が同時に流れてしまう。このため、交流電圧による現像バイアス電流を測定するだけでは、トナーの往復移動による電流（トナー電流）を独立して検出することはできない。

本発明に係る実施形態では、以下に述べるように、像担持体とトナー担持体の間の静電容量による充放電電流を相殺する相殺手段として、キャパシタを並列して配置することでトナー電流の取り出しを行っている。

＜第１の実施形態＞
図２を用いて本現像装置３の第１の実施形態におけるトナー電流検出装置の概略構成を説明する。

図２において、トナー電流検出装置はトナー電流検出手段として機能し、可変キャパシタＣ２、抵抗素子ｒ１、ｒ２、電圧電源４、差動増幅器５、電圧検出部６を備える。図２においては、像担持体１がトナー電流検出のための対向部材として機能する。また電圧電源４が電圧印加手段として、電圧検出部６と電圧電源４とが制御手段として機能する。

可変キャパシタ（相殺手段）Ｃ２の静電容量は、トナー電流の検出時にはトナー担持体２上にトナー層が形成された状態での、像担持体１とトナー担持体２の間の静電容量と略等しくなるように調整される。

抵抗素子ｒ１、ｒ２は、それぞれ略同一の電気抵抗を有する。

抵抗素子ｒ１の一端は抵抗素子ｒ２の一端に接続される。抵抗素子ｒ２の他端は可変キャパシタＣ２の一端に接続される。また、可変キャパシタＣ２の他端はトナー担持体２及び電圧電源４に接続される。

電圧電源４により、検出電圧（検出用の現像バイアス電圧）がトナー担持体２と像担持体１の間に印加される。

抵抗素子ｒ１は、像担持体１とトナー担持体２の間に流れる電流に応じて抵抗素子ｒ１の前後で電圧を誘起する。抵抗素子ｒ２は、可変キャパシタＣ２に流れる電流に応じて抵抗素子ｒ２の前後で電圧を誘起する。

差動増幅器５は、抵抗素子ｒ１及び像担持体１の間の電位と、抵抗素子ｒ２と可変キャパシタＣ２の間の電位の電位差に応じた信号電圧を出力する。

電圧検出部６は、差動増幅器５が出力した信号電圧を検出し、トナー電流検出値を求め、検出結果に基づいて現像バイアス条件を電圧電源４にフィードバックする。

＜第２の実施形態＞
図３を用いて本現像装置３の第２の実施形態におけるトナー電流検出装置の概略構成を説明する。

図３において、トナー電流検出装置はトナー電流検出手段として機能し、可変キャパシタＣ２、抵抗素子ｒ１、ｒ２、電圧電源４、差動増幅器５、電圧検出部６を備える。

第１の実施形態におけるトナー電流検出装置の構成と異なっているのは、対向部材として像担持体１の代わりに検出電極７を用いていることである。電圧電源４が電圧印加手段として、電圧検出部６と電圧電源４とが制御手段として機能するのは同様である。

すなわち、可変キャパシタ（相殺手段）Ｃ２の静電容量は、トナー電流の検出時にはトナー担持体２上にトナー層が形成された状態での、検出電極７とトナー担持体２の間の静電容量と略等しくなるように調整される。

抵抗素子ｒ１、ｒ２は、それぞれ略同一の電気抵抗を有する。

抵抗素子ｒ１の一端は抵抗素子ｒ２の一端に接続される。抵抗素子ｒ２の他端は可変キャパシタＣ２の一端に接続される。また、可変キャパシタＣ２の他端は検出電極７及び電圧電源４に接続される。

電圧電源４により、検出電圧（検出用の現像バイアス電圧）がトナー担持体２と検出電極７の間に印加される。

抵抗素子ｒ１は、検出電極７とトナー担持体２の間に流れる電流に応じて抵抗素子ｒ１の前後で電圧を誘起する。抵抗素子ｒ２は、可変キャパシタＣ２に流れる電流に応じて抵抗素子ｒ２の前後で電圧を誘起する。

差動増幅器５は、抵抗素子ｒ１及びトナー担持体２の間の電位と、抵抗素子ｒ２と可変キャパシタＣ２の間の電位の電位差に応じた信号電圧を出力する。

電圧検出部６は、差動増幅器５が出力した信号電圧を検出し、トナー電流検出値を求め、検出結果に基づいて現像バイアス条件を電圧電源４にフィードバックする。

（トナー電流検出装置の機能動作）
＜第１の実施形態＞
図２を用いて本現像装置３の第１の実施形態におけるトナー電流検出装置の機能動作を説明する。

まず、トナー担持体１上にトナー層を形成する。トナー層は、用いる現像剤、現像方式に応じて、トナー単体であってもよいし磁性キャリヤを含む二成分現像剤であってもよい。形成方法も任意である。

一方、像担持体１の表面を帯電装置１０により一様に帯電させる。露光装置１１によって所望の潜像を形成してもよい。

トナーを担持するトナー担持体２と、対向する像担持体１の回転を停止状態とする。

次に、トナー電流の検出を行う。電圧電源４により像担持体１とトナー担持体２の間に検出電圧を印加して、電圧印加中の電圧検出部６の検出結果を取得した後、検出電圧の印加を停止する。

検出電圧は現像バイアス電圧に準じた交流電圧であり、例えば、
（１）電圧平均値−３００Ｖ、周波数４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ４５％、ピーク間電圧３０００Ｖの交流電圧や、
（２）−４００Ｖと−８００Ｖを交互にとる矩形波形状に周波数８ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、ピーク間電圧１５００Ｖの交流電圧を重畳した形状
などとすることができる。

上記構成のトナー電流検出装置を機能動作させることにより、電圧検出部６は像担持体１とトナー担持体２の間のトナーの往復移動によるトナー電流を検出することができる。

すなわち、電圧検出部６は差動増幅器５からの電位差信号として、像担持体１とトナー担持体２の間に流れる電流と可変キャパシタＣ２に流れる電流の差を表す信号を受け取っている。可変キャパシタＣ２の静電容量は像担持体１とトナー担持体２の間の静電容量と略同一である。従って、電圧検出部６の受け取る信号は、像担持体１とトナー担持体２の間の充放電電流を可変キャパシタＣ２の充放電電流で相殺しており、トナーの往復移動によるトナー電流のみを表している。

この信号（往復移動を表す交流の電流波形である）から、トナーの往復移動を示す適切なパラメータをトナー電流検出値として求め、そのパラメータが適切な値となるように、電圧電源４の電圧（画像形成時の現像バイアス電圧）にフィードバックすることで、既述したような細線やドットの現像性も含めた画質の安定を図ることができる。

＜第２の実施形態＞
図３を用いて本現像装置３の第２の実施形態におけるトナー電流検出装置の機能動作を説明する。

まず、トナー担持体１上にトナー層を形成するのは、第１の実施形態の場合と同様である。一方、検出電極７はそのまま電圧電源４に接続されて検出電圧の印加を受けるようになっている。

トナーを担持し、検出電極７と対向するトナー担持体２の回転を停止状態とする。

次に、トナー電流の検出を行う。電圧電源４により検出電極７とトナー担持体２の間に検出電圧を印加して、電圧印加中の電圧検出部６の検出結果を取得した後、検出電圧の印加を停止する。

この構成のトナー電流検出装置を機能動作させることによっても、電圧検出部６は検出電極７とトナー担持体２の間のトナーの往復移動によるトナー電流を検出することができる。

すなわち、対向部材として、像担持体１が検出電極７に入れ替わっただけであり、電圧検出部６の受け取る信号は、やはり検出電極７とトナー担持体２の間の充放電電流を可変キャパシタＣ２の充放電電流で相殺しており、トナーの往復移動によるトナー電流のみを表している。

従って同様にトナー電流検出値を求め、電圧電源４の電圧（画像形成時の現像バイアス電圧）にフィードバックすることで、細線やドットの現像性も含めた画質の安定を図ることができる。

但し、検出電極７を用いる場合は、次の測定のために、トナー電流測定後に検出電極７上にトナーが残らないようにする必要がある。このためには、測定後にトナーを回収する動作を追加するか、もしくは測定時にトナーが現像されない検出電圧（現像バイアス電圧）を用いればよい。

検出電極７の素材は特に制限しないが、例えば像担持体１と同様の構成とすることで、実際の現像に即したトナー移動電流を検出することができる。

また、検出電極７の形状をトナー担持体１の曲率に合わせた形状として、測定面積を広く取ることもできる。この場合、信号強度が大きくなるため、より精度よく検出することができる。

（トナー電流検出例）
本現像装置の第１の実施形態におけるトナー電流検出装置、及び第２の実施形態におけるトナー電流検出装置におけるトナー電流値の検出例を説明する。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態（対向部材として像担持体１を用いた場合）の現像装置３において、実際にトナー電流検出装置を用いてトナー電流を検出した例を説明する。

トナー担持体２はφ１８、長さ２８ｃｍの円筒形状である。像担持体１はφ１００の感光体を用いた。トナー担持体２と検出電極７の間の距離は３００μｍとした。

トナー層は、粒径約６．５μｍのトナーをキャリヤとの混合により帯電させ、磁気ブラシ現像法により形成した。この例ではトナー付着量は約６ｇ／ｍ^２であった。

図４は第１の実施形態の現像装置３におけるトナー電流検出装置を用いた検出例を示す図である。図４を用いて、第１の実施形態におけるトナー電流値を求める例を説明する。

図４（ａ）は、トナー電流を検出するときに印加される検出電圧（現像バイアス電圧）の時間変化を示すグラフである。この例では、トナー担持体２と像担持体１の間の平均電位差を２００Ｖとし、ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数１ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％の交流電圧を印加した。

また像担持体１は像間を想定して潜像形成を行わず、表面電位は−５００Ｖとした。

図４（ｂ）は、可変キャパシタＣ２の静電容量をトナー担持体２と像担持体１の間の静電容量と略同一になるように調整した状態の場合に、電圧検出部６の検出結果から得られた電流（すなわちトナー電流）の時間変化を示すグラフである。

図４（ｂ）において、＋方向の電流はトナーがトナー担持体２から像担持体１へ移動する際に流れるトナー移動電流であり、−方向の電流は像担持体１からトナー担持体２へトナーが引き戻される際に流れるトナー移動電流である。

トナーは、交流電圧によってトナー担持体３と像担持体１の間を往復するが、像担持体１へ現像される方向のバイアス（上記平均電位差２００Ｖ）が印加されているために、電位差を埋める分のトナーが像担持体１側へ移動し、やがて定常状態となる。

トナー電流の検出結果も、図４（ｂ）のように、検出電圧印加初期に＋方向の電流ピークが大きくなり、やがて定常状態となって±同振幅の電流ピークが続くことがわかる。

図４（ｃ）は、可変キャパシタＣ２を取り外した状態の場合に、電圧検出部６の検出結果から得られた電流の時間変化を示すグラフである。

これによれば、電圧の立ち上がりエッジと立下りエッジとで大きな充放電電流が流れていることがわかる。トナー電流は、ショルダーとして現れている領域もあるが、ほとんどの領域において、トナー電流のみを判別することが困難である。

このように本実施形態に係る現像装置におけるトナー電流検出装置によれば、電圧検出部６の受け取る信号は、像担持体１とトナー担持体２の間の充放電電流を可変キャパシタＣ２の充放電電流で相殺し、トナーの往復移動によるトナー電流のみを検出することができる。

これにより、往復移動するトナー量を簡単に精度よく検出し、ドットや細線等の画質に関わる現像性を適切に評価し、画像形成条件（現像条件）に反映することができる。

すなわち、この検出結果に基づき、トナー電流検出値として適切なパラメータを求め、電圧電源４の電圧（画像形成時の現像バイアス電圧）にフィードバックすることで、既述したような細線やドットの現像性も含めた画質の安定を図ることができる。

また、本実施形態によれば、トナーが現像されない検出電圧印加条件であっても、トナー電流の検出が可能である。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態（対向部材として検出電極７を用いた場合）の現像装置３において、実際にトナー電流検出装置を用いてトナー電流検出値を求めた例を説明する。

トナー担持体２はφ１８の円筒形状である。検出電極７はトナー担持体２の表面と略等しい曲率を持つ１ｃｍ×３ｃｍの電極を用いた。トナー担持体２と検出電極７の間の距離は１５０μｍとした。

トナー層は、粒径約６．５μｍのトナーをキャリヤとの混合により帯電させ、磁気ブラシ現像法により形成した。この例ではトナー付着量は約４．５ｇ／ｍ^２であった。

図５から図８は、第２の実施形態の現像装置におけるトナー電流検出装置を用いた検出例を示す図である。但し、トナーが現像される検出電圧条件の場合を各図の（ａ）に、トナーが現像されない検出電圧条件の場合を同じく各図の（ｂ）に、それぞれ示す。

図５（ａ）、（ｂ）は、可変キャパシタＣ２の静電容量をトナー担持体２と検出電極７の間の静電容量と略同一になるように調整した後に、電圧検出部６の検出結果から得られたトナー電流を示すグラフである。この例では、図５（ａ）は平均電位差−１３０Ｖ、周波数２ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ４０％、ピーク間電圧１２００Ｖ、図５（ｂ）は平均電位差０Ｖ、周波数２ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、ピーク間電圧１２００Ｖの、それぞれ交流電圧を印加した。

図５（ａ）ではトナー移動後の定常状態においてトナーの移動量が小さいのに対し、図５（ｂ）ではトナー移動による電位差減少が起こらないため、定常状態後もトナーが活発に往復することがわかる。

図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）のトナー電流値を時間で積分した結果を示すグラフである。この値は像担持体１表面に移動したトナー電荷の総和であり、トナーが現像される図６（ａ）では定常状態で一定値をとり、その値は現像トナー量にほぼ比例する。

図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）のトナー電流の片側積分値（トナー電流の絶対値の積分値）であり、定常状態後もトナーの往復を反映して右肩上がりの増加を示す。図７（ａ）、（ｂ）のグラフの曲線において、所定時間での値や、所定量になるまでの時間、また定常状態での傾き、などから適切なパラメータをトナー電流検出値として求め、トナーの往復量を定義することができる。特に図７（ｂ）では定常状態後もトナー電流の振幅が大きいため、グラフの曲線の傾きが大きく、検出の精度に有利であるといえる。

図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図５（ａ）、（ｂ）のトナー電流の＋のピーク値を時間に対してプロットした結果を示すグラフである。図８（ａ）において、プロットしたピークの大きさはトナー移動量が最大となった時間及びトナー量に比例し、また図８（ａ）、（ｂ）における定常状態に至るまでの時間及び定常状態での値からも適切なパラメータをトナー電流検出値として求め、トナーの往復移動量を定義することができる。

このように本実施形態に係る現像装置におけるトナー電流検出装置によっても、第１の実施形態に係る現像装置におけるトナー電流検出装置と同様に、検出電極７とトナー担持体２の間の充放電電流を可変キャパシタＣ２の充放電電流で相殺し、トナーの往復移動によるトナー電流のみを検出することができる。

この検出結果に基づき、トナー電流検出値として適切なパラメータを求め、電圧電源４の電圧（画像形成時の現像バイアス電圧）にフィードバックすることで、既述したような細線やドットの現像性も含めた画質の安定を図ることができる。

また、本実施形態によれば、検出電圧印加条件によりトナーが現像されてもされなくても、トナーの往復移動があればトナー電流の検出が可能である。

なお、上述の第１及び第２の実施形態の説明では、トナー担持体２を回転させない状態でトナー電流を検出する場合を説明した。しかし、トナー担持体２を回転させながらトナー電流を検出することも可能である。

この場合、トナーを現像させない検出電圧（現像バイアス電圧）条件で使用するか、もしくは第１の実施形態であれば像担持体１上にトナーが現像されない領域を含む潜像を形成して像担持体１を回転させて使用するのが望ましい。

またトナーを現像させる条件で検出しようとした場合、トナー担持体２を回転させると連続してトナーが供給されるため、トナー電流検出装置には現像量に応じた電流が流れ続ける。この場合は図６あるいは図７の積分値測定より図８のピーク値あるいは振幅値から適切なパラメータを選び、トナー往復量を定義する方が望ましい。

検出ピークの大きさや、検出後のトナー回収動作の有無や、検出時のトナー消費量を考慮すると、トナーが現像されない検出電圧条件でトナー電流検出を行う方が望ましい。

（検出結果のフィードバック）
既述したように、検出結果に基づき、トナー電流検出値として適切なパラメータを求め、電圧電源４の電圧（画像形成時の現像バイアス電圧）にフィードバックすることで、既述したような細線やドットの現像性も含めた画質の安定を図ることができる。

すなわち、検出結果からトナー往復移動量として定義したトナー電流検出値を所望の値に保つように、現像条件、例えば現像バイアス電圧の平均値を変えたり、交流電圧のピーク間電圧、周波数、デューティを調整することで、現像性を維持することができる。

またトナー往復移動量以外に、トナー電流の積算値から現像トナー量を算出して、画像濃度の調整も併せて、同時に行ってもよい。

現像トナー量はトナー電流の積算電流値から求められるが、トナー往復移動量を表すトナー電流検出値としては、次のようなパラメータを採用することができる。

例えば検出したトナー電流の片側電流積算値を求め、
検出値１：所定時間経過後の片側電流積算値、または、
検出値２：片側電流積算値が所定の値を越える時間、
として定義する。

あるいは、検出したトナー電流の振幅のピーク値と時間の関係から、
検出値３：電流の振幅のピーク値が最大となる時間、または、
検出値４：電流の振幅のピーク値が定常状態となる時間、
として定義する。

あるいは、トナーが現像されない条件（ΔＶ＝０Ｖ）でのトナー電流において、
検出値５：電流の振幅の定常状態におけるピーク値、
として定義してもよい。

これらの任意の検出値について、予め適切な値の範囲を実験的に定めておき、その範囲内にそれらの検出値が入るように、電圧電源４の電圧（画像形成時の現像バイアス電圧）条件にフィードバックする。

上記検出値を制御するには、例えば現像バイアス電圧条件であれば、現像バイアス電圧の平均値を変える、あるいは交流電圧のピーク間電圧、周波数、デューティを調整するなどで、上記の検出値を制御することができる。

第２の実施形態に係る現像装置を用いて、トナー電流を検出し、トナー往復移動量を表すトナー電流検出値を求め、その結果に基づき細線再現や粒状性等の画質に関わる現像性を制御できるかどうかを確認した実施例について以下に述べる。

検出電圧条件（交流の現像バイアス電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ条件）を表１に示すように３通り（条件１〜３）に変えて、これらの条件で細線再現や粒状性に画質差が生ずることを確認した。但し、各条件で画像濃度が揃うように（濃度１になるように）現像バイアス電圧の平均値は調整した。

画像濃度は濃度計による測定であり、数値が大きいほど濃度が大きい。細線再現性は、細線画像を実際に目視して、再現良好（◎）、許容範囲内（○）、再現は不可（×）の評価を行った。粒状性は粒状度測定で相対値を求めた。値が小さいほど粒状性がよい。

トナー電流検出値でこれらの差が再現できれば、トナー電流検出値が所望の値になるよう、上記条件を調整することで、これらの画質を制御することができる。

次に、実際に各条件でトナー電流を検出し、トナー往復移動量を示すはずのトナー電流検出値を求めた。但し、実施例１〜５において、トナー電流検出値の選定を５通りに変えている。
実施例１は、検出値１：所定時間（５ｍ秒）経過後の片側電流積算値、
実施例２は、検出値２：片側電流積算値が所定の値（２５０μＣ／ｍ^２）を越える時間、
実施例３は、検出値３：電流の振幅のピーク値が最大となる時間、
実施例４は、検出値４：電流の振幅のピーク値が定常状態となる時間、
実施例５は、トナーが現像されない条件（ΔＶ＝０Ｖ）でのトナー電流において、
検出値５：電流の振幅の定常状態におけるピーク値、とした。

また比較例として、トナー電流検出装置から可変キャパシタＣ２を取り外した状態で同様に検出電圧を印加し、電流を検出して電流積算値を検出値とした。これは単純に現像トナー量を表すと考えられる。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、それぞれ検出電圧条件を表１の条件１〜３にしたときの、実際に検出したトナー電流をグラフで示している。このデータに対して、上記のように各検出値を求めた。

表２に、トナー電流検出値の検出結果と、それらが条件１〜３の差異を反映しているかどうか、すなわちそれらの検出値を用いて現像条件等を調整し、画質を制御できるかどうかを判定した。

表２からわかるように、比較例のように電流の積算値（現像トナー量）のみでは条件１〜３の差が検出値に現れてこない、すなわち画質の差が評価できない。従って画質制御の結果は×、すなわち検出値を用いての画質制御はできなかった。

一方、実施例１〜５については、何れの検出値もトナーの往復移動量を表すものであり、条件１〜３の差が顕著に検出値に現れている。従って画質の差を検出値で評価することができ、これを所定の値に調整するよう現像条件に反映することで、画質制御の実施が可能（○）である。

上述したように、本実施形態に係る現像装置及び画像形成装置によれば、トナー担持体と、対向して非接触で配置された対向部材との間に印加された交流電圧により、トナーがトナー担持体と対向部材との間を往復移動することにより生ずるトナー電流を検出する。またその際、トナー担持体と対向部材の間に流れる充放電電流を相殺して、トナー電流を簡単に精度よく検出することができる。

これにより、ドットや細線等の画質に関わる現像性を適切に評価し、現像条件に反映することができる。

なお、上述の実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 像担持体
２ トナー担持体
３ 現像装置
４ 電圧電源
５ 差動増幅器
６ 電圧検出部
７ 検出電極
１０ 帯電装置
１１ 露光装置
１２ 転写ローラ
１３ クリーニング装置
１４ 光除電装置
Ｃ２ 可変キャパシタ
ｒ１、ｒ２ 抵抗素子

Claims (8)

1. 現像に供するためトナーを担持するトナー担持体と、
   前記トナー担持体と対向して、非接触で配置された対向部材と、
   前記トナー担持体と前記対向部材の間に電圧を印加するための電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段により印加された電圧により、前記トナー担持体の担持する前記トナーが前記対向部材との間を移動することにより生ずるトナー電流を検出するトナー電流検出手段と、
   前記トナー電流検出手段により検出されたトナー電流検出値に応じて現像条件を制御する制御手段と、
   を有する現像装置であって、
   前記電圧印加手段は、前記トナー担持体と前記対向部材の間に交流電圧を印加し、
   前記トナー電流検出手段は、前記交流電圧の印加により前記トナー担持体と前記対向部材の間に流れる充放電電流を相殺するための相殺手段を有する
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記相殺手段は、前記トナー担持体と前記対向部材に対して並列に配置されたキャパシタである
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記キャパシタは、前記トナーを担持するトナー担持体と前記対向部材との間の静電容量に略等しい静電容量を有し、
   前記トナー電流検出手段は、前記トナー担持体と前記対向部材の間に流れる電流と、前記キャパシタに流れる電流との差に基づいてトナー電流を検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記制御手段は、前記トナー電流検出手段により検出された前記トナー電流検出値が所定の範囲に入るように現像条件を制御する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記トナー電流検出手段は、検出したトナー電流の振幅値に基づいてトナー電流検出値を求める
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記トナー電流検出手段は、検出したトナー電流の絶対値の積分値に基づいてトナー電流検出値を求める
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の現像装置。
7. 像担持体と、前記像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置を有する画像形成装置であって、
   前記現像装置は、請求項１から６の何れか１項に記載の現像装置である
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 前記像担持体が、前記対向部材を兼ねている
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。

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