JP2011070039A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体上に形成されたトナー層において、付着トナーの絶対量が多くても確実に付着トナー量を検知し、トナー比電荷の変動に対しても所望の付着トナー量に制御することが容易であり、従って常に安定した画像を提供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】トナー担持体の表面に付着したトナーを、一旦トナー担持体より周速の大きいトナー検知ローラに移行させ、付着量を少なくしたトナー検知ローラ上のトナー量を光学的に検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トナー担持体の表面にトナー層を形成して担持搬送し、像担持体表面に形成された潜像をトナー現像する現像装置、及び画像形成装置に関する。特にトナー層形成時にトナー担持体上の付着トナー量を検出する現像装置、及び画像形成装置に関する。

感光体（像担持体）に静電潜像を形成し、それをトナーで現像し、トナー画像を紙などの記録媒体に転写して定着する電子写真方式の画像形成装置が、広く使用されている。

乾式の現像剤を用いて静電潜像を現像する現像方式として、トナーのみを用いる一成分現像法及びトナーとキャリヤを用いる二成分現像法が知られている。

一成分現像法では一般的に装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利であるが、現像装置の寿命が短い。二成分現像法では長寿命に有利であるが、現像された像に磁気ブラシ痕が発生する等の課題を有している。

二成分現像剤を用いた二成分現像法の長寿命の特長を有しながら、画像欠陥の問題を解決し、一成分現像法なみの高画質を実現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（例えば、特許文献１参照）。

ハイブリッド現像方式では、バイアス電圧を印加して現像剤担持体からトナー担持体上にトナーを供給し、形成されたトナー層で、対向した像担持体上の潜像を現像する。

一成分現像法、あるいはハイブリッド現像方式では、トナー担持体上に形成されたトナー層の付着トナー量が変化すると、画像形成状態が変化し、画像品質において濃度の変化となって現れる。

従って、トナー担持体上に形成されるトナー層の付着トナー量を一定に保つことは、安定した画像品質を得る上で重要な課題である。そのためにはまず、トナー担持体上へのトナー層形成に対して、使用環境や耐刷枚数により変動する付着トナー量を精度よく検出する必要がある。

トナー担持体上に形成されるトナー層の付着トナー量を検知する手段としては、光学的検知手段が一般に知られている（例えば、特許文献２参照）。これは、発光手段としてＬＥＤやＬＤを用い、これをトナー層へ照射し、反射光を光電変換素子などの受光素子で検出して、その強弱からトナー層の絶対量を求める方法である。

その他の方法としては、トナー担持体と現像剤担持体間とそれぞれに接続されるバイアス用電源装置で構成される閉ループ回路を流れる電流値を解析することで、現像剤担持体からトナー担持体へ供給されたトナーの帯電量を求める方法がある（例えば、特許文献３参照）。

これは実際の動作中においても、トナー担持体へ供給されたトナーの帯電量が分かるため、これに基づいてトナー担持体上の付着トナー量を一定に保つよう制御することが可能である。

特開平５−１５０６３６号公報 特開２００８−１７６２３６号公報 特開平６−２５８９４９号公報

上述したように、安定した画像品質が得られるようトナー担持体上へのトナー層形成を制御するためには、まず、使用環境や耐刷枚数により変動する付着トナー量を精度よく検出する必要がある。

特許文献２には、トナー担持体上に形成されるトナー層の付着トナー量を検知する光学的検知手段についての技術が開示されている。これは、トナー層へ光照射し、反射光を受光素子で検出して、その検出結果からトナー層の絶対量を求める技術である。

しかしながら、次のような問題がある。すなわち、反射光は、トナーからの散乱光を捉える場合とトナー担持体からの反射光を捉える場合の２つの方法があるが、どちらの方法においてもトナー担持体上の付着トナーの絶対量が多いと付着トナー量の変化が検出できなくなってしまう。

特許文献３には、トナー担持体と現像剤担持体間を含む閉ループ回路を流れる電流値を解析することで、現像剤担持体からトナー担持体へ供給されたトナーの帯電量を求める技術が開示されている。これは実際の動作中においても、トナー担持体へ供給されたトナーの帯電量が分かるため、これに基づきトナー担持体上の付着トナー量を一定に保つように制御することが可能である。

しかしながら、トナーの比電荷自体が、使用環境や耐刷枚数により変化するため、算出した付着量（付着トナーの帯電量）に従って制御しても確実に所望のトナー量になるとは言えない。例えば、トナーの比電荷が高くなった場合にはトナー担持体上の付着トナー量は少なくなり、十分な画像濃度を稼ぐことが難しくなる。

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、トナー担持体上に形成されたトナー層において、付着トナーの絶対量が多くても確実に付着トナー量を検知し、トナー比電荷の変動に対しても所望の付着トナー量に制御することが容易であり、従って常に安定した画像を提供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．表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
前記トナー担持体に対向したトナー検知ローラと、
前記トナー担持体表面の前記トナーを前記トナー検知ローラの表面に移行させるための電圧を前記トナー検知ローラに印加するトナー検知ローラバイアス電源と、
前記トナー検知ローラの表面に移行した前記トナーのトナー付着量を光学的に検知するトナー量検知手段と、を有し、
前記トナー検知ローラの表面速度は、対向する前記トナー担持体の表面速度よりも速い
ことを特徴とする現像装置。

２．現像に供するため前記トナー担持体が担持搬送する前記トナーのトナー付着量は、４ｇ／ｍ２以上である
ことを特徴とする前記１に記載の現像装置。

３．前記トナー検知ローラバイアス電源は、
前記トナー検知ローラ表面に移行させた前記トナーを、前記トナー担持体の表面に戻すための電圧を前記トナー検知ローラに印加する
ことを特徴とする前記１または２に記載の現像装置。

４．前記トナー担持体に対向し、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、
前記トナーを前記トナー担持体に供給するための電圧を前記トナー供給部材に印加するトナー供給バイアス電源と、
前記トナー量検知手段により検知した前記トナー検知ローラ表面のトナー付着量に基づき、前記トナー担持体表面のトナー付着量を推定し、該トナー付着量が所定の範囲内に入るように、前記トナー供給バイアス電源の前記トナー供給部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を有する
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．前記電圧制御手段は、
前記トナー担持体上の前記トナーによる現像が行われていないタイミングにおいて、前記トナー供給バイアス電源の前記トナー供給部材に印加する電圧の制御を行う
ことを特徴とする前記４に記載の現像装置。

６．前記トナー供給部材は、前記トナーとキャリヤとを含む現像剤を担持搬送し、前記トナー担持体に前記現像剤中の前記トナーを供給する現像剤担持体である
ことを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の現像装置。

７．像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像装置と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。

本発明に係る現像装置、及び画像形成装置によれば、トナー担持体の表面に付着したトナーを、一旦トナー担持体より周速の大きいトナー検知ローラに移行させ、付着量を少なくしたトナー検知ローラ上のトナー量を光学的に検知する。

これにより、トナー担持体上に形成されたトナー層において、付着トナーの絶対量が多くても確実に付着トナー量を検知し、トナー比電荷の変動に対しても所望の付着トナー量に制御することが容易であり、従って常に安定した画像を提供することができる。

本発明の一実施形態による現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置の主要部の構成例を示す断面図である。 図１の現像装置のトナー担持体周辺に配置された付着トナー量検出のための構成要素を示す概略構成図である。 トナー担持体上の付着トナー量の検知とそれに基づくトナー量の安定化制御に関わる機能を示すブロック図である。 トナー付着量検知及び制御の動作シーケンスを説明するための図である。 光学的なトナー量検知手段の検出回路例を示す回路図である。 トナー量に対する検出回路の出力値の関係を示すグラフである。

本発明の実施の一形態について図面を用いて説明する。

以下の説明においては、ハイブリッド現像方式の現像装置を備えた画像形成装置を例として採り上げる。すなわちトナー担持体へトナー供給するトナー供給部材として、現像剤担持体を用いている。もちろん、現像方式はこれに限定するものではない。一成分現像方式など、他の現像方式であってもかまわない。

（画像形成装置の構成と動作）
図１は、本発明の一実施形態による現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置の主要部の構成例を示す断面図である。図１を用いて本実施形態に係る現像装置、及び画像形成装置の概略構成と動作を説明する。

本画像形成装置は、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Ｐに転写して画像形成を行うプリンタである。

本画像形成装置は、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を帯電するための帯電部材３、像担持体１上の静電潜像をトナーで現像する現像装置２、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ４、及び像担持体１上の残留トナー除去用のクリーニングブレード５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、帯電部材３で帯電された後に、レーザ発光器などを備えた露光装置６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２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４は、この像担持体１上のトナー像を転写媒体Ｐに転写した後、図中の矢印Ｃ方向に搬送する。

転写媒体Ｐ上のトナー像は定着装置（不図示）によって定着された後に排出される。クリーニングブレード５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。

画像形成装置に用いられる像担持体１、帯電部材３、露光装置６、転写ローラ４、クリーニングブレード５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、帯電部材３として図中、帯電ローラが示されているが、像担持体１と非接触の帯電装置であってもよい。また例えば、クリーニングブレード５はなくてもよい。

現像装置２の詳細な構成例については後述する。

（現像剤の構成）
本実施形態では、ハイブリッド現像方式を採用している。これに従い、現像剤は適当な二成分現像剤を選定すればよい。すなわち、本実施形態において使用する現像剤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よく、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。

（現像装置２の構成と動作）
図１を参照して本実施形態に係る現像装置２の詳細な構成例と動作例を説明する。

＜現像装置の構成＞
既述したように、本発明を実施する現像装置構成としては、トナー担持体１５とトナー担持体１５にトナーを供給する現像剤担持体１１を有し、トナー担持体１５上に形成されたトナー層を像担持体１に対向させて現像する構成の現像装置２を用いた。また、トナー担持体１５は複数であってもよいし、現像剤担持体１１が複数ある構成でもよい。

現像装置２において使用する現像剤２３は、既述したようにトナーとキャリヤからなり、現像剤槽１７に収容される。

現像剤槽１７は、筐体２０により形成されており、通常は内部に混合撹拌部材１８、１９を収納している。混合撹拌部材１８、１９は、現像剤２３を混合・撹拌し、現像剤担持体１１へ現像剤２３を供給する。筐体２０の混合撹拌部材１９に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２１が配設されている。

現像装置２は通常、現像領域７で消費される分のトナーを現像剤槽１７内に補給するための補給部２４を有している。補給部２４において、補給トナーを収納した図示しないホッパから送られた補給トナー２２が現像剤槽１７内へ補給される。

現像剤担持体１１は内部に固定配置された磁石体１３と、これを内包する回転自在なスリーブローラ１２とから構成される。現像剤担持体１１へ供給された現像剤２３は、現像剤担持体１１内部の磁石体１３の磁力によってスリーブローラ１２の表面に保持され、スリーブローラ１２の回転に伴い搬送され、現像剤担持体１１に対向して設けられた規制部材（規制ブレード）１４によって通過量が規制される。

磁石体１３は、スリーブローラ１２の回転方向に沿ってＮ１、Ｓ１、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ２の５つの磁極を有する。

これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１はトナー担持体１５と対向するトナー供給領域８に配されている。また、スリーブローラ１２上の現像剤２３を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ２、Ｎ３が、現像剤槽１７内部に対向した位置に配置されている。

現像剤担持体１１には、トナー担持体１５にトナーを供給するためのトナー供給バイアス電圧Ｖｓが現像剤担持体用のトナー供給バイアス電源２９により印加されている。

トナー担持体１５は、現像剤担持体１１及び像担持体１の両方に対向するように配され、像担持体１上の静電潜像を現像するための現像バイアス電圧Ｖｂがトナー担持体用の現像バイアス電源３０により印加されている。

＜現像装置の動作＞
同じく図１を参照して現像装置２の動作例について詳しく説明する。

現像剤槽１７内の現像剤２３は、混合撹拌部材１８、１９の回転により混合撹拌され、摩擦帯電すると同時に現像剤槽１７内で循環搬送され、現像剤担持体１１表面のスリーブローラ１２へと供給される。

この現像剤２３は、現像剤担持体１１内部の磁石体１３の磁力によってスリーブローラ１２の表面側に保持され、スリーブローラ１２とともに回転移動して、現像剤担持体１１に対向して設けられた規制部材１４で通過量を規制される。

規制部材１４によって通過量を規制された現像剤２３はトナー担持体１５と対向するトナー供給領域８へと搬送される。

トナー担持体１５と現像剤担持体１１との対向部であるトナー供給領域８では、磁石体１３の主磁極Ｎ１により現像剤２３の穂立ちが形成され、トナー担持体１５に印加された現像バイアスＶｂと現像剤担持体１１に印加されたトナー供給バイアスＶｓの電位差に基づき形成されたトナー供給電界がトナーに与える力により、現像剤２３中のトナーがトナー担持体１５へ供給される。

トナー担持体１５には直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスＶｂが加えられ、現像剤担持体１１にも直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスＶｓが加えられ、トナー供給領域８には直流電界に交番電界が重畳された電界が形成される。

トナー供給領域８でトナー担持体１５上に現像剤担持体１１から供給されたトナー層は、トナー担持体１５の回転に伴って現像領域７へと搬送され、トナー担持体１５に印加された現像バイアスＶｂと像担持体１上の潜像電位とによって形成される電界により現像に供される。

現像領域７では、トナー担持体１５と像担持体１の間に設けられた現像ギャップ中を電界によってトナーが移動することで現像が行われる。その後、現像領域７でトナーを消費したトナー層（現像残トナー層）は、トナー担持体１５の回転に伴ってトナー供給領域８へと搬送される。

トナー供給領域８では、穂立ちした現像剤担持体１１上の現像剤２３によってトナー担持体１５上の現像残トナーを機械的に掻き取り、現像残トナーが回収される。

トナー供給領域８を通過した現像剤２３は、スリーブ１２の回転とともにさらに現像剤槽１７に向けて搬送され、磁石体１３の磁極Ｎ２、Ｎ３によって形成される反発磁界によって現像剤担持体１１上から剥離され、現像剤槽１７内へと回収される。

図示しない補給制御部が、ＡＴＤＣセンサ２１の出力値から、現像剤２３中のトナー濃度が画像濃度確保のための最低トナー濃度以下になったことを検出すると、図示しないトナー補給手段によってホッパ内に貯蔵された補給トナー２２がトナー補給部２４を介して現像剤槽１７内へ供給される。

（トナー担持体上の付着トナー量の検出）
上記構成の現像装置においては、トナー担持体１５上の付着トナー量を安定化させることが重要である。

トナー担持体１５上に形成されたトナー層の付着トナー量が変化すると、画像形成状態が変化し、画像品質において濃度の変化となって現れる。従って、トナー担持体１５上に形成されるトナー層の付着トナー量を一定に保つことは、安定した画像品質を得る上で重要な課題である。そのためにトナー担持体上へのトナー層形成に対して、使用環境や耐刷枚数により変動する付着トナー量を精度よく検出する必要がある。

付着トナー量を検知する光学的検知手段についての技術が開示されているが、次のような問題がある。すなわち、トナー担持体１５上の付着トナーの絶対量が多い（４ｇ／ｍ^２程度以上）と付着トナー量の変化が検出できなくなってしまう（図６参照）。

また、トナー担持体と現像剤担持体間を含む閉ループ回路を流れる電流値を解析することで、トナーの帯電量を求める技術が開示されているが、トナーの比電荷自体が、使用環境や耐刷枚数により変化するため、算出した付着量（付着トナーの帯電量）に従って制御しても確実に所望のトナー量になるとは言えない。

本実施形態に係る現像装置２はトナー担持体１５上へのトナー層形成に対して、使用環境や耐刷枚数により変動する付着トナー量を精度よく検出するため、次のような構成を備えている。

＜付着トナー量の検出＞
図２は、現像装置２のトナー担持体１５周辺に配置された付着トナー量検出のための構成要素を示す概略構成図である。図２を用いて、トナー担持体１５上の付着トナー量検出のための構成と動作の例を説明する。

図２において、トナー供給部材（現像剤担持体）１１からトナー担持体１５に供給されたトナーの付着トナー量を正確に測定するために、本現像装置２では、トナー検知ローラ２７を備えている。

またトナー担持体１５上のトナー層をトナー検知ローラ２７上に移行させるために、トナー検知ローラ２７にバイアス電圧Ｖｄを印加するためのトナー検知ローラバイアス電源３１を備えている。

さらに、トナー検知ローラ２７に対向して、トナー担持体１５から移行されたトナー検知ローラ２７上の付着トナー量を光学的に検知するトナー量検知手段２８を備えている。

トナー検知ローラ２７は、トナー担持体１５の周回上に非接触で対向しており、トナー担持体１５と現像剤担持体１１とが対向するトナー供給領域８と、トナー担持体１５と像担持体１とが対向する現像領域７との間に位置している。図２では、現像領域７のトナーが搬送される下流側に設置しているが、上流側に設置してもよい。

トナー検知ローラ２７は、不図示の駆動源により、トナー担持体１５からのトナー移行の際に、対向するトナー担持体１５の回転周速より速い周速で回転するように設定されている。回転方向は任意である。

次にトナー量検出の動作を説明する。

現像剤担持体１１によってトナー担持体１５に供給され、トナー層を形成した付着トナーは、トナー担持体１５とトナー検知ローラ２７間に印加されたＡＣ重畳のバイアス電圧によってトナー検知ローラ２７上に移行する。

このとき、トナー検知ローラ２７の周速はトナー担持体１５の回転周速より速く設定されているので、トナー検知ローラ２７上に移行した後の単位面積当たりのトナー量は、トナー担持体１５上にあったときの単位面積当たりのトナー量より少なくなる。

すなわち、トナー検知ローラ２７のトナー担持体１５に対する周速比がα倍であるとすると、トナー検知ローラ２７上に移行した後の単位面積当たりのトナー量は１／α倍になる。

このようにトナー検知ローラ２７上でのトナー量を低下させ、これをトナー量検出手段２８で光学的に検知することにより、トナー担持体１５上でのトナー量を精度よく推定することが可能となる。

トナー担持体１５上のトナー量は、十分な濃度を確保するために、光学的な検出手段では直接検知できないトナー量に設定されることが多く、光学的な検出手段では正確に把握できなかった。

しかし本実施形態では、上記のように、トナー検知ローラ２７上に移行させて単位面積当たりのトナー量を低下させ、光学的に検出することで、簡単かつ精度よくトナー担持体１５上のトナー量を把握できる。

これを安定化のための信号としてフィードバック制御に用いることで、常に安定した現像トナー量を得る、すなわち安定した濃度の画像を得ることができる。

＜トナー量の安定化制御＞
図３は、トナー担持体１５上の付着トナー量の検知とそれに基づくトナー量の安定化制御に関わる機能を示すブロック図である。図３を用いて付着トナー量の検知とその安定化制御について説明する。

現像剤担持体１１には、トナー担持体１５にトナーを供給するためのバイアス電圧を印加するトナー供給バイアス電源２９が接続されている。この電源はＤＣ電源であってもよいし、ＡＣが重畳されていてもよい。

トナー供給バイアス電源２９の出力の停止、あるいはＤＣバイアスレベルの変更等は、電圧制御手段（ＣＰＵ）３２からの信号により制御される。

従って、現像剤担持体１１からトナー担持体１５へのトナーの供給量は、電圧制御手段（ＣＰＵ）３２からの信号で制御される。

トナー担持体１５には、像担持体１の潜像を現像するためのバイアス電圧を印加する現像バイアス電源３０が接続されている。このバイアス電圧は濃度調整などに使用され、またトナー担持体１５と現像剤担持体１１間の電位差、つまりトナー供給量にも関係するので、これも電圧制御手段（ＣＰＵ）３２によって管理される必要がある。

トナー検知ローラ２７には、トナー担持体１５上のトナーを移行させるためのバイアス電圧を印加するトナー検知ローラバイアス電源３１が接続されている。

このトナー検知ローラバイアス電源３１は、トナー担持体１５からトナーを移行させるためのバイアス電圧のＯＮ／ＯＦＦタイミングの制御を必要とし、これも電圧制御手段（ＣＰＵ）３２によって制御される。

トナー検知ローラ２７上のトナー量を検出するための光学的センサ、すなわちトナー量検知手段２８が、トナー検知ローラ２７の周回上に非接触で設置されており、これらの信号はプリアンプで増幅された後、Ａ／Ｄコンバータを経て反射光量の値として電圧制御手段（ＣＰＵ）３２に取り込まれる。

電圧制御手段（ＣＰＵ）３２は、取り込んだ反射光量値に基づき、トナー検知ローラ２７上のトナー量、さらにトナー担持体１５上のトナー量を算出する。そして、求めた付着トナー量が予め定められた所定の範囲内に入るように、現像剤担持体１１からトナー担持体１５へのトナー供給量を制御する、すなわち少なくともトナー供給バイアス電源２９の出力電圧を制御する。

＜トナー付着量制御シーケンス＞
図４には、トナー付着量制御の動作シーケンスを示す。図４を用いて、トナー付着量制御の動作シーケンスを説明する。

本現像装置２が稼動を開始すると、トナー担持体１５及び現像剤担持体１１が回転を始めるとともに現像バイアス電圧及びトナー供給バイアス電圧が印加され、印刷終了までトナー担持体１５上にトナー層が形成され続ける。

この間のトナー担持体１５が現像を行わない期間、例えば印刷の前後あるいは印刷の紙間において、トナー担持体１５上のトナー量の検知シーケンスが作動する。

図４では印刷が終了してからトナー担持体１５へのトナー供給が終了するまでの間にトナー担持体１５上のトナー量検知シーケンスを作動させた例を示す。

図のように印刷が終了した時点では、まだトナー担持体１５及び現像剤担持体１１には、現像バイアス電圧とトナー供給バイアス電圧が印加されており、トナー層の形成が継続されている。この状態において、電圧制御手段（ＣＰＵ）３２からの指令によりトナー検知ローラ２７に、トナー担持体１５からトナーを移行させるための第１のバイアス電圧を印加する。

この第１のバイアス電圧は、トナー検知ローラ２７が１回転する間（図中のｔ１）だけ印加して停止（トナー担持体１５とトナー検知ローラ２７間の電位を同電位とする）させる。あるいは後述するように、直ちにトナー検知ローラ２７からトナー担持体１５へトナーを戻すための第２のバイアス電圧を印加してもよい。

トナー検知ローラ２７上にトナーが移行し始めてから、トナーがトナー量検知手段２８を通過するタイミング（図中のｔ２）でＡＤ変換を開始して、トナーからの反射光を捉え、その量を電圧制御手段（ＣＰＵ）３２に取り込む。ＡＤ変換はトナー検知ローラ２７が１回転する間（図中のｔ３）に複数回サンプリングを行い平均処理するとよい。

続いてトナー検知ローラ２７上のトナーをトナー担持体１５へ戻すために第２のバイアス電圧に切り替え、トナー検知ローラ２７上のトナーがすべてトナー担持体１５に戻ったら、トナー検知ローラ２７へのバイアス電圧印加は停止する。そのためにはトナー担持体１５とトナー検知ローラ２７間の電位を同電位とするとよい。

この一連の動作の結果、トナー検知ローラ２７上のトナー量からトナー担持体１５上のトナー量を推測することができる。トナー量検知手段２８により捉えたトナー検知ローラ２７上の反射光量とトナー量の関係、及びトナー担持体１５上のトナー量との関係は予め電圧制御手段（ＣＰＵ）３２にテーブルデータとして記憶させておけばよい。

トナー担持体１５上のトナー量を得た結果、例えば所定の量よりも低ければ、現像剤担持体１１からのトナー供給量を増加させるために、現像剤担持体１１に接続されたトナー供給バイアス電源２９を制御すればよい。

また、現像剤担持体１１の回転速度を変えてもトナー担持体１５へのトナー供給量を変更することができる。例えばトナー担持体１５上のトナー量が所定量よりも低い場合は、現像剤担持体１１の回転速度を大きくするような制御方式でもかまわない。

図１に示した現像装置に、図３で示した制御システムを装着し、トナー担持体上の付着トナー量の検知、及びその安定化制御を行い、その効果を確認した。その内容と結果について説明する。

＜現像装置の条件＞
コニカミノルタビジネステクノロジーズ（株）製のＭＦＰであるｂｉｚｈｕｂＣ３５０を改造し、図３に示した構成の現像装置を装着して用いた。

現像剤も上記ｂｉｚｈｕｂＣ３５０用の現像剤を用いた。トナーの極性はマイナス帯電であり、現像剤のトナー濃度は８％であった。

像担持体とトナー担持体との現像ギャップは０．１５ｍｍとした。トナー担持体と現像剤担持体とのギャップは、０．６ｍｍとした。

トナー担持体に印加する現像バイアス電圧は、振幅がｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋで１．４ｋＶ、ＤＣ成分が−３５０Ｖ、周波数が４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比が５０％の矩形波電圧とした。

現像剤担持体に印加するトナー供給バイアス電圧はＤＣ成分のみとし、ＣＰＵ（電圧制御手段）からの指令で決定される。

トナー担持体上のトナー量は５ｇ／ｍ^２となるように制御が行われるようにした。

トナー担持体の像担持体に対する速度比は１．５であり、現像剤担持体のトナー担持体に対する速度比は１．５とした。トナー検知ローラのトナー担持体に対する速度比は２．０とした。

＜トナー量の検知、及び制御の設定＞
トナー担持体上のトナー量の制御タイミングは、画像形成装置の電源Ｏｎ後、及び印刷間において行われるようにした。すなわち、電源を入れると直ちにトナー担持体と現像剤担持体が回転を開始し、同時にトナーを供給するトナー供給バイアス電圧並びに現像のための現像バイアス電圧が、現像剤担持体及びトナー担持体にそれぞれ印加され、トナー担持体上にトナー層を形成する。

その後、トナー検知ローラへトナーが移行し、トナー検知ローラ上のトナー量が光学的検出手段で検知され、トナー担持体上のトナー量が所定量であるかどうか調べられる。

所定量になければ、現像剤担持体に印加されるＤＣバイアス電圧（トナー供給バイアス電圧）を変更し、再びトナー検知ローラによるトナー担持体上トナー量の検知が行われ、所定量になるまで一連の制御シーケンスが継続される。

一方、印刷間においても同様の制御が行われ、所定量に達するまでＤＣバイアス電圧が変更される。但し、トナー担持体が現像動作中においては、ＤＣバイアス電圧の変更は行わず、非現像時にＤＣバイアス電圧の変更を行うようにした。

＜光学的なトナー量検知手段＞
トナー検知ローラ上のトナー量を捉えるセンサ部は、発光素子としてＬＥＤを使用してトナー表面に照射し、受光素子（フォトダイオード）で反射光量を検出するようにした。

図５にはその検出回路図を示した。図６には、トナー量に対する、検出回路の出力値の関係を示した。４ｇ／ｍ^２を越えると殆ど感度がないことが分かる。

本実施例では、トナー担持体上のトナー量は５ｇ／ｍ^２となるように制御としている。

＜比較例＞
比較例として、トナー検知ローラを設けず、トナー担持体からトナー検知ローラへのトナー移行を省いて、トナー担持体上のトナーを直接に上記トナー量検知手段で光学的に検知し、安定化制御にフィードバックした現像装置での確認も合わせて実施した。

上記のように、付着トナー量の検知動作以外は実施例と同じ設定条件であり、トナー担持体上のトナー量は、実施例と同様に５ｇ／ｍ^２となるように制御している。

＜効果の確認＞
実施例及び比較例の現像装置をそれぞれ装着した画像形成装置を、室内環境下で稼動させ、画像を出してベタパッチの濃度を確認するとともに、トナー担持体上のトナー量を実際に採取して測定した。その後、低湿環境下に放置した後に稼動させ、画像濃度とトナー担持体上のトナー量を比較した。

その結果を表１に示す。

＜結果＞
実施例では、低湿環境下であってもトナー担持体上のトナー量は、室内環境下と較べ変化はなく安定している。また、画像濃度の変化も少ないことが確認できた。

すなわち実施例では、環境条件に関わらず、トナー量の検出は精度よく行われ、トナー量は所定の値（５ｇ／ｍ^２）程度に安定して制御されていると見なせる。

一方、比較例では、低湿環境下におけるトナー担持体上のトナー量は、室内環境下と較べ低下している。また、画像濃度も低下している。

すなわち比較例では、トナー量の低下が確実に検知されておらず、その結果安定化制御が十分働かなかったものと見なせる。

上述のように、本実施形態に係る現像装置、及び画像形成装置によれば、トナー担持体の表面に付着したトナーを、一旦トナー担持体より周速の大きいトナー検知ローラに移行させ、付着量を少なくしたトナー検知ローラ上のトナー量を光学的に検知する。

これにより、トナー担持体上に形成されたトナー層において、付着トナーの絶対量が多くても確実に付着トナー量を検知し、トナー比電荷の変動に対しても所望の付着トナー量に制御することが容易であり、従って常に安定した画像を提供することができる。

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 現像装置
３ 帯電部材
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 露光装置
７ 現像領域
８ トナー供給領域
１１ 現像剤担持体
１５ トナー担持体
２３ 現像剤
２７ トナー検知ローラ
２８ トナー量検知手段
２９ 現像剤担持体バイアス電源
３０ トナー担持体バイアス電源
３１ トナー検知ローラバイアス電源
３２ 電圧制御手段（ＣＰＵ）

Claims (7)

1. 表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に対向したトナー検知ローラと、
   前記トナー担持体表面の前記トナーを前記トナー検知ローラの表面に移行させるための電圧を前記トナー検知ローラに印加するトナー検知ローラバイアス電源と、
   前記トナー検知ローラの表面に移行した前記トナーのトナー付着量を光学的に検知するトナー量検知手段と、を有し、
   前記トナー検知ローラの表面速度は、対向する前記トナー担持体の表面速度よりも速い
   ことを特徴とする現像装置。
2. 現像に供するため前記トナー担持体が担持搬送する前記トナーのトナー付着量は、４ｇ／ｍ２以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記トナー検知ローラバイアス電源は、
   前記トナー検知ローラ表面に移行させた前記トナーを、前記トナー担持体の表面に戻すための電圧を前記トナー検知ローラに印加する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記トナー担持体に対向し、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、
   前記トナーを前記トナー担持体に供給するための電圧を前記トナー供給部材に印加するトナー供給バイアス電源と、
   前記トナー量検知手段により検知した前記トナー検知ローラ表面のトナー付着量に基づき、前記トナー担持体表面のトナー付着量を推定し、該トナー付着量が所定の範囲内に入るように、前記トナー供給バイアス電源の前記トナー供給部材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を有する
   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. 前記電圧制御手段は、
   前記トナー担持体上の前記トナーによる現像が行われていないタイミングにおいて、前記トナー供給バイアス電源の前記トナー供給部材に印加する電圧の制御を行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記トナー供給部材は、前記トナーとキャリヤとを含む現像剤を担持搬送し、前記トナー担持体に前記現像剤中の前記トナーを供給する現像剤担持体である
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の現像装置。
7. 像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像装置と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。

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